JP2009222825A - 像加熱装置及びその像加熱装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通電により発熱する基板を有する加熱体の基板の発熱領域を記録材搬送方向において内面ニップ部の内側に設定して可撓性部材を効率よく加熱できるようにした像加熱装置の提供。
【解決手段】通電により発熱する基板６を有する加熱体３と、前記加熱体により加熱される可撓性部材であって、一面が前記加熱体と接触し他面が記録材Ｐ上に形成された画像Ｔと接触する可撓性部材２と、前記可撓性部材を前記加熱体に加圧してニップ部Ｎ２を形成する加圧体４と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ画像を加熱する像加熱装置において、前記可撓性部材の一面が前記加熱体と接触する接触領域の記録材搬送方向ａにおける幅をＮ１、前記基板の記録材搬送方向における幅をＢ、前記基板内で電流が流れる領域の記録材搬送方向における幅をＷとした場合、
Ｗ ≦ Ｎ１ ≦ Ｂ
の関係を満たすことを特徴とする。
【選択図】図１０

Description

本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に画像定着装置（定着器）として搭載すれば好適な像加熱装置及びその像加熱装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真式の複写機やプリンタに搭載する画像定着装置（定着器）として、フィルム加熱方式の画像定着装置が知られている。このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックス製の基板上に発熱抵抗体を有するヒータと、このヒータによって加熱される耐熱性フィルムと、この耐熱性フィルムを挟んでヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有する。未定着トナー画像を担持する記録材は定着装置のニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上のトナー画像は記録材に加熱定着される。特許文献１から特許文献４にはこのタイプの定着装置が記載されている。

フィルム加熱方式の定着装置においては、ヒータとして低熱容量のものを用いることができるため、省電力及びウェイトタイムの短縮化（クイックスタート）が可能になる。

フィルム加熱方式の定着装置では、ヒータの基板として酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等の低熱容量で電気絶縁性の平板状のセラミックスを用いている。そしてその基板の一面に銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）等の金属を主体とした導電性の抵抗発熱体パターンを形成させ、抵抗発熱体パターンに通電し発熱させる構成が一般的である。

ところで、フィルム加熱方式の定着装置を搭載するプリンタで小サイズの記録材を大サイズの記録材と同じプリント間隔で連続プリントすると、ヒータの記録材が通過しない領域（非通紙領域）が過度に昇温することが知られている（所謂、非通紙部昇温）。

また、特に小サイズ紙でかつ厚い記録材（厚紙・封筒等）が重送して通紙されてしまうような場合には、ヒータの記録材が通過する領域（通紙領域）で記録材に大量の熱を奪われるため、ヒータに大量の電力が供給され非通紙部昇温が顕著になる。よって重送枚数が多い場合等には、ヒータ・加圧ローラ等が劣化・破損に至る可能性がある。また、非通紙部昇温が大きくなると、ニップ部に小サイズの記録材を通紙（導入）した直後に大サイズの記録材を通紙した場合、端部で高温オフセットが発生する可能性がある。

この非通紙部昇温を防止するために、小サイズの記録材が連続して通紙される場合は非通紙部の加熱体・加圧ローラ等の保護のためスループットを下げる方法が考案され実施されている（特許文献５）。しかし、スループットを下げることは画像形成装置のスペックダウンになる。

また、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）等の金属を主体とした導電性の抵抗発熱体パターンは、一般的にＰＴＣ特性を示すため、非通紙部昇温を助長する傾向にある。ＰＴＣ特性（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）とは、温度が上がると抵抗が高くなる正の抵抗温度特性をいう。よって、根本的に非通紙部昇温を解決する手段として、ＮＴＣ特性を有する抵抗発熱体を基板上に線帯状に形成し、長手方向に給電する加熱体も考案されている（特許文献６）。ＮＴＣ特性（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）とは、温度が上がると抵抗が低くなる負の抵抗温度特性をいう。

しかし、一般的に負の抵抗温度特性を有する抵抗発熱体は体積抵抗が高く、商用電源で使用できる範囲の抵抗を得ることは通常の抵抗発熱体パターンでは困難である場合が多い。

特許文献６には、ＮＴＣ特性を有する加熱体の一例として、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分とする断面が半円状のロッド部材を用いる構成も提案されている。β型結晶系（立方晶系）の炭化ケイ素を主成分とする焼結体は、体積抵抗が低く、大きなＮＴＣ特性を有するセラミックスとして近年注目されている。その製造方法は、特許文献７に開示されている。特許文献６の定着装置に用いる加熱体の構成は、一般的な基板上に形成された抵抗発熱体が発熱する構成ではなく、基板（特許文献６でいえばロッド部材）自体が導電性を有し発熱する構成である（以下、この構成をバルク加熱体と呼ぶ）。そのため、商用電源で使用できる範囲の抵抗を得ることは容易であり、ＮＴＣ特性を利用して非通紙部昇温を抑制することも可能である。
特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平２−１５７８７８号公報 特開平４−４４０７５号公報 特開平４−２０４９８０号公報 特許第２７２７８９９号公報 特開平６−１９３４７号公報 特開２００５−２１９９３７号公報

バルク加熱体を用いたフィルム加熱方式の定着装置では、通電により発熱する基板で耐熱性フィルムを効率よく加熱してトナー画像の定着効率を高めるために、記録材搬送方向において基板の発熱領域を、加熱体とフィルム内面が接触している領域（以下、この接触領域を内面ニップ部と呼ぶ）の内側に設定することが望ましい。

本発明の目的は、通電により発熱する基板を有する加熱体の基板の発熱領域を記録材搬送方向において内面ニップ部の内側に設定して可撓性部材を効率よく加熱できるようにした像加熱装置及びその像加熱装置を備えた画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するための構成は、通電により発熱する基板を有する加熱体と、前記加熱体により加熱される可撓性部材であって、一面が前記加熱体と接触し他面が記録材上に形成された画像と接触する可撓性部材と、前記可撓性部材を前記加熱体に加圧してニップ部を形成する加圧体と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ画像を加熱する像加熱装置において、
前記可撓性部材の一面が前記加熱体と接触する接触領域の記録材搬送方向における幅をＮ１、前記基板の記録材搬送方向における幅をＢ、前記基板内で電流が流れる領域の記録材搬送方向における幅をＷとした場合、
Ｗ ≦ Ｎ１ ≦ Ｂ
の関係を満たすことを特徴とする。

また、上記目的を達成するための構成は、通電により発熱する基板と前記基板に給電する電極とを有する加熱体と、前記加熱体により加熱される可撓性部材であって、一面が前記加熱体と接触し他面が記録材上に形成された画像と接触する可撓性部材と、前記可撓性部材を前記加熱体に加圧してニップ部を形成する加圧体と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ画像を加熱する像加熱装置において、
前記可撓性部材の一面が前記加熱体と接触する接触領域の記録材搬送方向における幅をＮ１、前記基板の記録材搬送方向における幅をＢ、前記電極の記録材搬送方向における幅をＡとした場合、
Ａ ≦ Ｎ１ ≦ Ｂ
の関係を満たすことを特徴とする。
また、上記目的を達成するための構成は、通電により発熱する基板と前記基板に給電する電極とを有する加熱体と、前記加熱体を支持する支持部材と、前記加熱体により加熱される可撓性部材であって、一面が前記加熱体と前記支持部材に接触し他面が記録材上に形成された画像と接触する可撓性部材と、前記可撓性部材を前記加熱体と前記支持部材に加圧してニップ部を形成する加圧体と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ画像を加熱する像加熱装置において、
前記可撓性部材の一面が前記加熱体と前記支持部材に接触する接触領域の記録材搬送方向における幅をＮ１、前記基板の記録材搬送方向における幅をＥとした場合、
Ｅ ≦ Ｎ１
の関係を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、通電により発熱する基板を有する加熱体の基板の発熱領域を記録材搬送方向において内面ニップ部の内側に設定して可撓性部材を効率よく加熱できる像加熱装置及びその像加熱装置を備えた画像形成装置を提供できる。

図面に基づいて本発明を説明する。

（１）画像形成装置例
図１６は本発明に係る像加熱装置を画像定着装置（定着器）として搭載する画像形成装置の一例の概略構成図である。この画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。このプリンタは、搬送可能な最大用紙幅が２１６ｍｍ、搬送速度（プロセススピード）が１８０ｍｍ／ｓｅｃ．、ＬＴＲサイズ（２１６ｍｍ×２７９ｍｍ）を縦通紙で３０枚／分の出力が可能なプリンタである。このプリンタの記録材の搬送基準は、記録材の搬送方向と直交する方向における記録材搬送路の中央とその方向における記録材の端部間の中央とを一致させて記録材の搬送を行う中央搬送基準である。

１０１は像担持体としての電子写真感光体ドラム（以下、感光体ドラムと記す）である。感光体ドラム１０は、矢示の反時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転される。

１０２は接触帯電ローラ等の帯電手段である。この帯電手段１０２により感光体ドラム１０１の外周面（表面）が所定の極性・電位に一様に帯電処理（一次帯電）される。

１０３は画像露光手段としてのレーザービームスキャナである。レーザービームスキャナ１０３は、不図示のイメージスキャナ・コンピュータ等の外部機器から入力する目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応してオン／オフ変調したレーザー光を出力して、感光体ドラム１０１の帯電処理面を走査露光（照射）する。この走査露光により感光体ドラム１０１の帯電処理面の露光明部の電荷が除電され帯電処理面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

１０４は現像装置である。現像装置１０４は、現像スリーブから感光体ドラム１０１の帯電処理面にトナー（現像剤）を供給し帯電処理面の静電潜像（静電像）をトナー画像（現像像）として現する。レーザービームプリンタの場合、一般的に、静電潜像の露光明部にトナーを付着させて現像する反転現像方式が用いられる。

１０６は接触型・回転型の転写部材としての転写ローラである。転写ローラ１０６にはトナーと逆極性の転写バイアスが印加されることで後述の転写部位において感光体ドラム１０１のトナー画像が記録材Ｐの面上に静電的に転写される。

以上が像形成手段としての画像形成機構部の構成である。

１０９は給紙カセットである。給紙カセット１０９には記録材Ｐを積載収納させてある。給紙スタート信号に基づいて給紙ローラ１０８が駆動されて給紙カセット１０９内の記録材Ｐが一枚ずつ分離給紙される。そしてその記録材Ｐは、搬送ローラ１１０、レジストローラ１１１等を含むシートパス１１２を通って、感光体ドラム１０１と転写ローラ１０６との当接ニップ部である転写部位に所定のタイミングで導入される。すなわち、感光体ドラム１０１上のトナー画像の先端部が転写部位に到達したとき、記録材Ｐの先端部もちょうど転写部位に到達するタイミングとなるようにレジストローラ１１１で記録材Ｐの搬送が制御される。

転写部位に導入された記録材Ｐは、この転写部位を挟持搬送され、その間、転写ローラ１０６には不図示の転写バイアス印加電源から所定に制御された転写電圧（転写バイアス）が印加される。この転写ローラ１０６及び転写電圧制御については後述する。

転写部位においてトナー画像の転写を受けた記録材Ｐは、感光体ドラム１０１表面から分離されてシートパス１１３を通って像加熱装置としての画像定着装置(定着器）１０７へ搬送導入され、ここでトナー画像の加熱・加圧定着処理を受ける。

一方、記録材分離後（記録材Ｐに対するトナー像転写後）の感光体ドラム１０１表面はクリーニング装置１０５で転写残トナーや紙粉等の除去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。

定着装置１０７を通った記録材Ｐは、シートパス１１４を通って排紙口から排紙トレイ１１５上に排出される。

転写ローラ１０６は、一般にＳＵＳ（ステンレス）、Ｆｅ等の芯金上にカーボン、イオン導電性フィラー等で１×１０^６〜１×１０^１０Ω程度の抵抗に調整された半導電性のスポンジ弾性層を形成した弾性スポンジローラが用いられる。本実施例では、芯金の外回りに同心一体に、ＮＢＲゴムと界面活性剤等を反応させ、導電性を有する弾性層をローラ状に成形具備させてなるイオン導電系の転写ローラを用いた。抵抗値は１×１０^８〜５×１０^８Ωの範囲のものを用いた。

転写ローラ１０６の抵抗は雰囲気環境の温湿度に応じて変動しやすいことが知られている。この転写ローラ１０６の抵抗変動は転写不良や紙跡などの発生を招来する。そこで、転写ローラ１０６の抵抗変動に起因する転写不良や紙跡などの発生を防止するために、転写ローラ１０６の抵抗値を測定し、その抵抗値測定結果に応じて転写ローラ１０６に印加する転写電圧を適正に制御する「印加転写電圧制御」が採択される。

そのような印加転写電圧制御例として特開平２−１２３３８５号公報に開示されるＡＴＶＣ制御（Ａｃｔｉｖｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）がある。ＡＴＶＣ制御は、転写時、転写ローラに印加する転写バイアスを最適化する手段であり、転写不良、紙跡の発生を防止したものである。上記転写バイアスは、画像形成装置の前回転行程中に転写ローラから感光体ドラムに所望の定電流バイアスを印加し、その時のバイアス値から転写ローラの抵抗を検知し、印字行程の転写時に、その抵抗値に応じた転写バイアスを転写ローラに印加する。本実施例においても、上記のＡＴＶＣ制御を用いた。

（２）定着装置１０７
次に、本実施例における定着装置１０７について説明する。

以下の説明において、定着装置及びこの定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向をいう。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向をいう。長さとは長手方向の寸法をいう。幅とは短手方向の寸法をいう。

図１は本実施例に係るフィルム加熱方式の定着装置の横断側面模型図である。図２は定着装置の縦断面模型図である。図３は定着装置を記録材の導入側から見た図である。この装置は特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報、同４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に開示のテンションレスタイプの装置である。

テンションレスタイプのフィルム加熱方式の定着装置は、可撓性部材として耐熱性フィルムを用いている。そして耐熱性フィルムとしては、エンドレスベルト状もしくは円筒状のものを用いている。耐熱性フィルムの周長の少なくとも一部は常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）とし、耐熱性フィルムは加圧体(バックアップ部材）としての加圧ローラの回転駆動力で回転駆動するようにした装置である。

（２−１）ステー
１は加熱定３を支持する支持部材としてのステーである。ステー１は、加熱体支持部材兼フィルムガイド部材としての耐熱性の剛性部材である。このステー１は、ステー１の長手方向両端部が装置フレーム（不図示）に保持されている。ステー１の下面には、ステーの長手方向に沿って加熱体３を配設して保持させてある。加熱体３の詳細については後述する。

ステー１は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス等との複合材料等で構成できる。本実施例では液晶ポリマーを用いた。

（２−２）耐熱性フィルム
２はエンドレス（円筒状）の耐熱性フィルム（以下、フィルムと記す）である。フィルム２は、加熱体３を保持しているステー１に外嵌させてある。フィルム２の内周長と加熱体３を支持しているステー１の外周長はフィルム２の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてある。従ってフィルム２は周長に余裕を持ってステー１に外嵌されている。ａは記録材搬送方向である。

フィルム２は、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚が４０〜１００μｍ程度の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の単層フィルム、或いは複合層フィルムを使用できる。複合層フィルムとして、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。

また、近年、定着性向上のため、基層にＳＵＳ（ステンレス）等の金属を用いたフィルムも使用されている。ＳＵＳの熱伝導率は上記の樹脂材料よりも大きいので、加熱体３で発生した熱を効率良く記録材Ｐに伝達することができ、定着性が向上する。これらのフィルムの構成は、基層をＳＵＳとし表層にＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のコート層を設けたものや、基層をＳＵＳとし、その上にシリコーンゴム等の弾性層を設け、表層にＰＦＡ等のコート層あるいはチューブ層を設けたものがある。表層は離型性を確保するために設けられている。弾性層は画質向上や更なる定着性向上を意図したものである。弾性層を設けることにより、フィルム２の外周面（表面）が軟化し、記録材上のトナー画像を包み込むように加熱することができるので、トナーの溶け具合の違いによる画像のムラが改善するとともに、定着性も向上する。

図４は本実施例のフィルム２の断面図である。本実施例では、基層２ａが厚さ約３０μｍのＳＵＳ、弾性層２ｂが厚さ約２００μｍのシリコーンゴム、表層２ｃが厚さ約１０μｍのＰＦＡコートである３層構成のフィルム２を用いた。フィルム２の外径は３０ｍｍとした。

（２−３）加圧ローラ
４は加圧体としての加圧ローラである。加圧ローラ４は、加熱体３との間にフィルム２を挟んでニップ部（圧接ニップ部、定着ニップ部）Ｎ２を形成し、かつフィルム２を回転駆動させるローラ部材である。加圧ローラ４は、丸軸状の芯金４ａと、芯金４ａの外周面上にローラ状に設けられた弾性体層４ｂと、弾性体層４ｂの外周面上に設けられた最外層の離形層４ｃと、を有する。この加圧ローラ４は、フィルム２と並列に配置され、芯金４ａの長手方向両端部が装置フレームに軸受（不図示）を介して回転自在に保持されている。そしてその軸受を加圧バネ等の付勢手段（不図示）により所定の押圧力をもって付勢し加圧ローラ４の外周面（表面）をフィルム２を挟ませて加熱体３の表面に加圧することにより加圧ローラ４の弾性体層４ｂを長手方向に弾性変形させている。その弾性体層４ｂの弾性変形によってフィルム２の外周面（表面）と加圧ローラ４表面との間に未定着トナー画像Ｔの加熱定着に必要な所定幅のニップ部Ｎ２を形成している。本実施例では、芯金４ａはアルミ芯金を用いた。弾性体層４ｂはシリコーンゴムを用いた。離形層４ｃは厚さ約５０μｍのＰＦＡのチューブを用いた。加圧ローラ４の外径は３０ｍｍ、弾性体層４ｂの厚さは約３ｍｍとした。

この加圧ローラ４は、芯金４ａの長手方向一端部に設けられている駆動ギアＧが駆動系Ｍにより回転駆動されることによって矢印の時計方向に所定の周速度で回転される。この加圧ローラ４の回転により、ニップ部Ｎ２における加圧ローラ４表面とフィルム２表面との摩擦力でフィルム２に回転力が作用する。これによりフィルム２は、フィルム２の内周面（内面）がニップ部Ｎ２において加熱体３の表面に密着して摺動しながらステー１の外回りを矢印の反時計方向に加圧ローラ４の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転する。

（２−４）加熱体
次に、加熱体３について説明する。

図５の（ａ）は加熱体３の表面側の正面図、（ｂ）は加熱体３の拡大側面図である。図６は加熱体３の通電制御を行う回路の一例を表わす図である。図７は加熱体３の発熱領域を表わす図である。

本実施例に示す加熱体３は、基板６自体が導電性を有し基板６に通電することによって基板６が発熱するバルク加熱体である。基板６はＮＴＣ特性を有する導電性のセラミックス基板である。基板６の材料・特性・形状等の詳細は後述する。

加熱体３は、長手方向に細長い導電性の基板６と、基板６の表面（フィルム摺動面）側に設けられた耐熱性のオーバーコート層９と、基板６の表面側で長手方向両端部の内側に設けられた給電用電極７・８と、を有する、全体に低熱容量の加熱体である。

オーバーコート層９は、基板６とフィルム２内面との摺動性の確保及び基板６の摩耗防止を目的として設けられたものである。また、基板６で発生する熱を効率よく記録材Ｐに伝達するために、オーバーコート層９は熱伝導が高く、フィルム２内面と接触する表面が平滑であることが望ましい。本実施例では、オーバーコート層９として、スクリーン印刷で形成した厚さ約１０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。オーバーコート層９の材料は、ガラス以外にもポリイミド等の高耐熱性樹脂を用いることもできる。さらに、フィルム２との摺動性や基板６の摩耗に問題なければ、オーバーコート層がない構成も可能である。

給電用電極７・８は、基板６の表面に銀ペーストをスクリーン印刷して形成している。本実施例では、基板６の表面に給電用電極７・８を設けているが、基板６の裏面に給電用電極を設けても良い。給電用電極の厚さは約１０μｍとした。

基板６の裏面（非フィルム摺動面）には、温度検知手段として加熱体３の温度を検知する検温素子５が設けられている。本実施例では、検温素子として加熱体３から分離した外部当接型のサーミスタを用いている。この外部当接型サーミスタ５は、例えば支持体上に断熱層を設けその上にチップサーミスタの素子を固定し、素子を下側（基板６裏面側）に向けて所定の加圧力により基板６裏面に当接するような構成をとる。本実施例では、支持体として高耐熱性の液晶ポリマーを、断熱層としてセラミックスペーパーを積層したものを用いた。外部当接型サーミスタ５は基板６の最小通紙域内即ち基板６の長手方向においてサイズの異なる記録材が必ず通過する領域内に設けられている。そしてそのサーミスタ５はＣＰＵ１１に通じている。

この加熱体３をオーバーコート層９を形成具備させた表面側を下向きに露呈させてステー１の下面側に保持させて固定配設してある。以上の構成をとることにより、加熱体３全体を低熱容量にすることができ、クイックスタートが可能になる。

図８は加熱体３の給電用電極７・８とその給電用電極７・８にそれぞれ給電する給電用コネクタ１０との接続状態を表わす説明図である。

給電用コネクタ１０は接点部１０ａとモールド部１０ｂからなり、ステー１の長手方向両端部でステー１と基板６を挟み込む形状になっている。接点部１０ａは給電用電極７あるいは８と所定の圧で接触し導通を確保している。

加熱体３は、給電用コネクタ１０により基板６の長手方向両端部の給電用電極７・８に給電される。これにより基板６の給電用電極７・８間の領域（図８に示す斜線部の領域）が長手全長にわたって発熱することで昇温する。その昇温がサーミスタ５で検知され、サーミスタ５の出力をＡ／Ｄ変換しＣＰＵ１１に取り込み、その情報に基づいてトライアック１２により基板６に通電する電力を位相、波数制御等により制御して、加熱体３の温度制御がなされる。即ちサーミスタ５の検知温度が所定の設定温度より低いと加熱体３が昇温するように、設定温度より高いと降温するように通電を制御することで、加熱体３は定着時所定の定着温度（目標温度）に保たれる。なお、本実施例では位相制御により出力を０〜１００％まで５％刻みの２１段階で変化させている。出力１００％は加熱体３に全通電したときの出力を示す。

加熱体３の温度が所定の定着温度に立ち上がり、かつ加圧ローラ４の回転によるフィルム２の回転周速度が定常化した状態においてニップ部Ｎ２に未定着トナー画像Ｔを担持する記録材Ｐが転写部位より導入される。そして、記録材Ｐがフィルム２と一緒にニップ部Ｎ２を挟持搬送されることにより加熱体３の熱がフィルム２を介して記録材Ｐに付与され記録材Ｐ上のトナー画像Ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。ニップ部Ｎ２を通った記録材Ｐはフィルム２表面から分離されて搬送される。

（３）加熱体の基板の説明
次に加熱体３の基板６の材料・特性・形状について詳細に説明する。

基板６を構成する材料としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ３）、炭素（Ｃ）等の非金属発熱体の中でも負の抵抗温度特性（ＮＴＣ特性）を有するものが好ましい。特に、酸化等の影響が少なく、工業的に入手が容易な炭化ケイ素が好適である。本実施例において加熱体３として使用する温度範囲は３００℃以下であり、一般に炭化ケイ素は８００℃以下の領域で、ＮＴＣ特性を有している。

本実施例では、基板６の材料として、炭化ケイ素の高純度焼結体（ブリヂストン社製、商品名ピュアベータＲ）を用いている。基板６の体積抵抗値は０．１Ω・ｃｍ、抵抗変化率は−３０００ｐｐｍ／℃（ＮＴＣ特性）である。抵抗変化率は２５℃と２２５℃における抵抗を４端子法で測定して求めたものである。２２５℃の抵抗は基板６を２２５℃に設定された恒温槽に入れて測定した。

基板６は長さを２４０ｍｍ、幅Ｂを７ｍｍ、厚さを２．５ｍｍとし、給電用電極７・８の記録材搬送方向ａにおける幅(以下、電極幅と記す）Ａは４ｍｍとした。給電用電極７・８の体積抵抗は基板６の体積抵抗に比べて十分小さいので、基板６の長手方向において給電用電極７・８間を流れる電流ｉ（図７参照）は電極幅Ａの領域（図７に示す斜線部の領域）で一様に流れると考えられる。斜線部の領域以外の領域に流れる電流も皆無ではないが、ほぼ斜線部領域においてのみ発熱するとみなすことができる。つまり、請求項１で述べた基板内で電流が流れる領域の幅（通電領域幅）Ｗ（図１０）は、電極幅Ａにほぼ等しいと考えられる。本実施例では、給電用電極７・８間の長手距離（斜線部の長さ）は２２０ｍｍとした。また、基板６の抵抗値（給電用電極７・８間の抵抗）は常温（２５℃）で、２２Ωとした。

ここで、ＮＴＣ特性を有する加熱体３を用いることにより非通紙部昇温が抑制できる理由について、モデル図を用いて説明する。

図９は本実施例の加熱体のモデル図である。ここでは、加熱体３を長さＬ（電極７・８間の長手距離は２２０ｍｍなので、Ｌ＝５５ｍｍ）に４分割して考え、中央部の２つの区域の抵抗をそれぞれｒ１、端部の２つの区域の抵抗をそれぞれｒ２とする（中央部と端部の温度が同じであればｒ１＝ｒ２）。２（ｒ１＋ｒ２）が総抵抗になり、常温では２２Ωである。基板６に流れる電流をｉとすると、中央部の１区域の発熱量ｑ１はｉ^２・ｒ１であり、端部の１区域の発熱量ｑ２はｉ^２・ｒ２である。

簡単のため、幅２Ｌ（＝１１０ｍｍ）の小サイズ紙が通紙された場合を考えると、中央部の抵抗がｒ１の区域は通紙部に、端部の抵抗がｒ２の区域は非通紙部になる。加熱体３の温度制御は通紙部に設けられた検温素子５で行われるので、小サイズ紙に熱を奪われる通紙部に比べて、小サイズ紙に熱を奪われない非通紙部の温度は上昇する。

もし、基板６がＰＴＣ特性を有するならば、小サイズ紙通紙時は非通紙部の方が温度が高くなるので、ｒ１＜ｒ２となる。電流ｉは通紙部・非通紙部で同じであるためｑ１＜ｑ２となり、非通紙部の発熱量は中央部の発熱量よりも大きくなる。ＰＴＣ特性により、温度の高い非通紙部で抵抗が高くなり発熱量もそれに比例して高くなるという関係が維持されるため、非通紙部昇温が抑制されない。また、ＰＴＣ特性が強い（抵抗変化率が大きい）ほど、抵抗の変化量も大きいので非通紙部昇温が顕著になる。

一方、本実施例のように基板６がＮＴＣ特性を有する場合は、小サイズ紙通紙時に、小サイズ紙に熱を奪われない非通紙部で一時的に通紙部よりも温度が高くなったとしても、ＮＴＣ特性によりｒ１＞ｒ２という抵抗の関係になる。そのため、発熱量の関係はｑ１＞ｑ２となり、非通紙部の発熱量が小さくなる方に抵抗が変化する。つまり、非通紙部昇温を抑制する方向に自動的に抵抗が変化するため、ＰＴＣ特性よりもＮＴＣ特性の方が非通紙部昇温が小さくなる。また、ＮＴＣ特性が強い（抵抗変化率の絶対値が大きい）ほど抵抗の変化量も大きいので、非通紙部昇温抑制の効果が高まる。

図１０は本実施例の定着装置１０７におけるニップ部Ｎ２及びその周囲の横断側面拡大図である。図１０において、Ａは前述した給電用電極７・８の幅（４ｍｍ）であり、斜線部は図２と同様に加熱体３の発熱領域である。Ｂは基板６の幅（７ｍｍ）である。また、ニップ部Ｎ２の幅は８ｍｍとした。

図１０において、太線はフィルム２を示している。図１０に示すように、記録材搬送方向ａにおいてニップ部Ｎ２の中でフィルム２と加熱体３は全ての領域で接触せずに、加熱体３の上流端付近及び下流端付近では空隙Ｓが生じる。これは、フィルム２の剛性によるものであり、元々円形のフィルム２をニップ部Ｎ２の部分だけ直線にならわそうとするために生じる。もちろん、フィルム２の剛性が十分低い場合は、この空隙Ｓはほとんど生じないが、本実施例のようにフィルム２の基層２ａに剛性が高いＳＵＳ等の金属を用いている場合には、空隙Ｓが生じる。フィルム加熱方式の定着装置のフィルムとしては、ポリイミドを基層にしたものも用いられているが、このポリイミドフィルムでも厚さが増してくると、この空隙が無視できないレベルになってくる。使用しているポリイミド樹脂のグレード・加圧ローラ４の硬度・加圧力等にもよるが、ポリイミドフィルムの厚さが５０μｍ程度であれば空隙はほとんどないが、厚さが７０〜８０μｍ以上になると本実施例のような空隙Ｓ（以下、空隙部Ｓと記す）ができる。

記録材搬送方向ａにおいてニップ部Ｎ２内で、加熱体３のオーバーコート層９とフィルム２内面（可撓性部材の一面）が接触している接触領域を内面ニップ部Ｎ１と呼ぶ。フィルム２表面（可撓性部材の他面）は、ニップ部Ｎ２内で記録材Ｐ上のトナー画像Ｔと接触する。本実施例の定着装置１０７では、内面ニップ部Ｎ１の幅は５ｍｍであり、内面ニップ部Ｎ１内に発熱領域（＝電極幅Ａ（＝４ｍｍ））を収めている。空隙部Ｓでは、加熱体３とフィルム２との間が空いているので、空隙部Ｓに基板６の発熱領域があっても熱伝達性は悪い。よって、本実施例のように、電極幅Ａを内面ニップ部Ｎ１の幅よりも短くしてその内面ニップ部Ｎ１の領域内に収め、内面ニップ部Ｎ１内でのみ基板６を発熱させる構成にした方がフィルム２をその基板６により効率よく加熱することのできる。従って記録材Ｐ上のトナー画像Ｔを効率良く加熱する事ができる。言い換えると、同じ定着性を確保するための消費電力が少なく、定着効率が良い。

本実施例におけるニップ部Ｎ１・内面ニップ部Ｎ２の幅の測定方法は以下の通りである。

定着装置１０７に、あらかじめ別の画像形成装置で作成したべた黒画像を画像を下面にして通紙し、定着装置通中に定着装置を強制停止し、10秒間程度停止させる。その後、べた黒画像を引き抜くとべた黒画像上に、ニップ部Ｎ１の幅で光沢部分ができる。この光沢部分の幅を測定することにより、ニップ部Ｎ１の幅を測定することができる。

加熱体３の表面（フィルム摺動面）に光明丹を塗布し、定着装置１０７を加圧状態にする。そのまま、定着装置１０７を駆動せずに定着装置１０７を分解し、加熱体３の表面を見ると、光明丹が剥がれる部分を観察することができる。この光明丹が剥がれた幅が内面ニップ部Ｎ２の幅と等しくなる。

本実施例では、内面ニップ幅Ｎ１＞電極幅Ａ（＝発熱領域幅）としたが、もちろん、Ｎ１＝Ａという構成にしてもよい。

すなわち、以下の関係を満たすことで、定着効率の良い加熱装置を実現することができる（Ｗは前述の通電領域幅であって、電極幅Ａにほぼ等しい）。

Ｗ ≦ Ｎ１ ≦ Ｂ あるいは Ａ ≦ Ｎ１ ≦ Ｂ
比較のため、内面ニップ幅Ｎ１＜発熱領域幅という構成の定着装置（便宜上、従来例の定着装置とする）について説明する。

図１１は従来例の定着装置におけるニップ部及びその周囲の横断側面図である。図１２は従来例の定着装置に用いられている加熱体の発熱領域を表わす説明図である。図１１及び図１２において本実施例の加熱体及び定着装置と共通する部材・部分には同じ符号を付している。

加熱体３において、従来例と本実施例との違いは、給電用電極の記録材搬送方向ａにおける幅寸法のみであり、それ以外の構成については全く同じとする。

図１２に示す通り、従来例の加熱体３では、給電用電極１４・１５の幅Ｃを基板幅Ｂとほぼ同じとしている（Ｃ≒７ｍｍ）。よって、斜線部で示される発熱領域はほぼ基板幅全域である。

定着装置１０７において、従来例と本実施例との違いは、加熱体３の斜線部の発熱領域のみであり、それ以外の構成については同一とする。

図１１に示す通り、従来例の定着装置１０７では、内面ニップ部Ｎ１よりも外側に発熱領域Ｃが存在する。前述した通り、内面ニップ部Ｎ１の外側で発熱しても、空隙部Ｓがあるために加熱体３からフィルム２への熱伝達性は悪く、定着効率は良くない。特に、ＮＴＣ特性を有する加熱体３で従来例のような構成をとると、以下に述べる理由で定着効率の悪化が顕著になる。

図１１に示すように、内面ニップ部Ｎ１内の加熱体３の単位体積あたりの抵抗をＲ１、内面ニップ部Ｎ１外の加熱体３の単位体積あたりの抵抗をＲ２とする。内面ニップ部Ｎ１よりも外側では、加熱体３からフィルム２へ熱が伝わりにくいので、その内面ニップ部Ｎ１よりも外側部分の温度は内面ニップ部Ｎ１内の温度に比べて高くなる。加熱体３がＮＴＣ特性を有する場合、温度が高い方が抵抗が低くなるので、Ｒ１＞Ｒ２という関係になる。すると、電流ｉは抵抗が低いＲ２の方に集中的に流れ、電流ｉが流れてほしいＲ１の方に流れにくくなる。その結果、フィルム２への熱伝達性が良い内面ニップ部Ｎ１内での発熱量が減少するので、定着効率が悪くなってしまう。加熱体３の基板６がＰＴＣ特性を有する場合に同じ状況を考えると、Ｒ１＜Ｒ２という抵抗の関係になるので、こちらの場合は内面ニップ部Ｎ１外の電流ｉを抑制する方向に抵抗が変化する。よって、基板６がＮＴＣ特性を有する加熱体３を用いる場合には、内面ニップ部Ｎ１内に発熱領域を収めるという本実施例の構成が、定着効率の観点から極めて有効である。

近年、画像形成装置の高速化に伴い、定着装置のフィルムの基層として定着性に有利な金属製のフィルムが多用されるようになっている。また、定着装置のフィルムの基層としてポリイミド等の樹脂を使う場合でも、破損防止のため厚さ７０〜８０μｍ程度のフィルムが使われることが多くなっている。更に、やはり画像形成装置の高速化に伴い、非通紙部昇温もますます厳しくなっている。よって、剛性の高いフィルムとＮＴＣ特性を有するバルク加熱体とを組み合わせた定着装置の重要性は高く、本実施例の構成を用いることによって、非通紙部昇温と省電力を両立した上記の組み合わせの定着装置を提供することができる。

定着装置の他の例を説明する。

本実施例に示す定着装置は、実施例１で述べた内面ニップ部内に加熱体全体を収める構成をとる。本実施例の定着装置と実施例１の定着装置１０７との主な相違点は、加熱体の基板幅である。本実施例の定着装置はその相違点を除いて、実施例１の定着装置１０７と同じ構成としてある。本実施例では、実施例１の加熱体及び定着装置と共通する部材・部分には同じ符号を付している。

図１３は本実施例の定着装置１０７におけるニップ部Ｎ２及びその周囲の横断側面図である。図１４の（ａ）は本実施例の定着装置１０７に用いられる加熱体３の表面側の正面図、（ｂ）は加熱体３の拡大側面図である。図１５は加熱体３の発熱領域を表わす図である。

図１４において、基板６は長さを２４０ｍｍ、幅Ｅを４ｍｍ、厚さを２．５ｍｍとし、給電用電極７・８の記録材搬送方向ａにおける幅Ｄを基板幅とほぼ同じとした（Ｄ≒４ｍｍ）。よって、図１５の斜線部で示される発熱領域はほぼ基板幅全域である。なお、本実施例においても、給電用電極７・８間の長手距離（斜線部の長さ）は２２０ｍｍとした。また、基板６の抵抗値（給電用電極７・８間の抵抗）も実施例１と同じく常温（２５℃）で、２２Ωとした。

基板６の材料も実施例１と同じ炭化ケイ素を用いている（体積抵抗値：０．１Ω・ｃｍ 抵抗変化率：−３０００ｐｐｍ／℃）。検温素子５も実施例１と同じ外部当接型サーミスタを用いた。

図１３において、Ｄは給電用電極７・８の幅（約４ｍｍ）であり、斜線部は加熱体３の発熱領域を示す。Ｅは基板６の幅（４ｍｍ）である。また、ニップ部Ｎ２の幅は実施例１と同じく８ｍｍとした。本実施例では、基板６の幅を実施例１よりも狭くしているので、ニップ部Ｎ２内でステー１の加熱体３表面と同一面の部分を加熱体３の上流側と下流側で広くしている。

図１３において、太線はフィルム２を示している。本実施例の定着装置１０７においても、実施例１の定着装置１０７と同様、記録材搬送方向ａにおいてニップ部Ｎ２の中で内面ニップ部Ｎ１の上流側と下流側にそれぞれ空隙部Ｓが生じている。本実施例では、フィルム２内面はニップ部Ｎ２内で加熱体３だけでなくステー１にも接触している。よって、ここでは、内面ニップ部Ｎ１は、フィルム２内面が加熱体３とステー１に接触している接触領域を意味し、その内面ニップ部Ｎ１の幅は実施例１と同じく５ｍｍである。

本実施例においても、内面ニップ幅Ｎ１＞電極幅Ｄ（＝発熱領域）の関係になっているため、実施例１と同様、内面ニップ部Ｎ１内でのみ基板６を発熱させることができ、フィルム２を基板６によって効率よく加熱することのできる。従って記録材Ｐ上のトナー画像Ｔを効率良く加熱する事ができる。本実施例においても、Ｎ１＝Ｄという構成にしてもよい。

電極幅Ｄは基板幅Ｅ以下であるので、本実施例においては、基板幅Ｅと内面ニップ部Ｎ１が以下の関係を満たすことで、定着効率の良い定着装置１０７を実現することができることになる。

Ｅ ≦ Ｎ１
本実施例においても、加熱体３の基板６はＮＴＣ特性を有するので、実施例１で説明したメカニズムにより非通紙部昇温を抑制できる。

また、本実施例では、基板６の幅を実施例１よりも狭くしているので、加熱体３は更に低熱容量になっている。よって、実施例１よりも、クイックスタート性に優れ、記録材通紙中の消費電力も更に低減できるという利点もある。

実施例１に係る定着装置の横断側面模型図 実施例１に係る定着装置の縦断側面模型図 実施例１に係る定着装置を記録材の導入側から見た図 実施例１に係る定着装置のフィルムの断面図 （ａ）は実施例１の定着装置における加熱体の表面側の正面図、（ｂ）は加熱体の拡大側面図 実施例１の定着装置における加熱体の通電制御を行う回路の一例を表わす図 実施例１の定着装置における加熱体の発熱領域を表わす図 実施例１の定着装置における加熱体の給電用電極とその給電用電極にそれぞれ給電する給電用コネクタの接続状態を表わす説明図 加熱体のモデル図 実施例１に係る定着装置におけるニップ部及びその周囲の横断側面拡大図 比較例の定着装置におけるニップ部及びその周囲の横断側面図 比較例の定着装置における加熱体の発熱領域を表わす図 実施例２に係る定着装置におけるニップ部及びその周囲の横断側面図 （ａ）は実施例２の定着装置における加熱体の表面側の正面図、（ｂ）は加熱体の拡大側面図 実施例２の定着装置における加熱体の発熱領域を表わす図 画像形成装置の一例の概略構成図

符号の説明

１‥‥ステー
２‥‥フィルム
３‥‥加熱体
４‥‥加圧ローラ
６‥‥基板
７・８‥‥給電用電極
Ｎ１‥‥内面ニップ部
Ｎ２‥‥ニップ部
Ｐ‥‥記録材
Ｔ‥‥未定着トナー画像
ａ‥‥記録材搬送方向

Claims (7)

1. 通電により発熱する基板を有する加熱体と、前記加熱体により加熱される可撓性部材であって、一面が前記加熱体と接触し他面が記録材上に形成された画像と接触する可撓性部材と、前記可撓性部材を前記加熱体に加圧してニップ部を形成する加圧体と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ画像を加熱する像加熱装置において、
   前記可撓性部材の一面が前記加熱体と接触する接触領域の記録材搬送方向における幅をＮ１、前記基板の記録材搬送方向における幅をＢ、前記基板内で電流が流れる領域の記録材搬送方向における幅をＷとした場合、
   Ｗ ≦ Ｎ１ ≦ Ｂ
   の関係を満たすことを特徴とする像加熱装置。
2. 通電により発熱する基板と前記基板に給電する電極とを有する加熱体と、前記加熱体により加熱される可撓性部材であって、一面が前記加熱体と接触し他面が記録材上に形成された画像と接触する可撓性部材と、前記可撓性部材を前記加熱体に加圧してニップ部を形成する加圧体と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ画像を加熱する像加熱装置において、
   前記可撓性部材の一面が前記加熱体と接触する接触領域の記録材搬送方向における幅をＮ１、前記基板の記録材搬送方向における幅をＢ、前記電極の記録材搬送方向における幅をＡとした場合、
   Ａ ≦ Ｎ１ ≦ Ｂ
   の関係を満たすことを特徴とする像加熱装置。
3. 通電により発熱する基板と前記基板に給電する電極とを有する加熱体と、前記加熱体を支持する支持部材と、前記加熱体により加熱される可撓性部材であって、一面が前記加熱体と前記支持部材に接触し他面が記録材上に形成された画像と接触する可撓性部材と、前記可撓性部材を前記加熱体と前記支持部材に加圧してニップ部を形成する加圧体と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ画像を加熱する像加熱装置において、
   前記可撓性部材の一面が前記加熱体と前記支持部材に接触する接触領域の記録材搬送方向における幅をＮ１、前記基板の記録材搬送方向における幅をＥとした場合、
   Ｅ ≦ Ｎ１
   の関係を満たすことを特徴とする像加熱装置。
4. 前記基板は、負の抵抗温度特性を有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに１項に記載の像加熱装置。
5. 前記基板は、セラミックスであることを特徴とする請求項４に記載の像加熱装置。
6. 前記基板は、炭化ケイ素を主成分とすることを特徴とする請求項５に記載の像加熱装置。
7. 記録材上に画像を形成する像形成手段と、前記記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段として請求項１から請求項６の何れか１項に記載の像加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。