JP2011151003A - ヒータ及びこのヒータを搭載する像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発熱分布が均一で、装置が対応する最大サイズよりも小さなサイズをプリントする場合の非通紙部昇温を抑えられるヒータ、及びエンドレスベルトを用いた像加熱装置を提供する。
【解決手段】 基板長手方向に沿って設けられた第１導電体と第２導電体間に正の抵抗温度特性を有する電気的に並列接続されている複数本の発熱抵抗体を設け、電気的に並列接続された複数本の発熱抵抗体を有する発熱ブロックが長手方向に沿って複数個直列に配置されており、一つの発熱ブロックに含まれる複数本の発熱抵抗体は、長手方向の中央に配置されている発熱抵抗体よりも端部に配置されている発熱抵抗体のほうが抵抗値が高い、または抵抗発熱体の間隔が端部のほうが広い設定とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタなどの画像形成装置に搭載される加熱定着装置に利用すれば好適なヒータ、及びこのヒータを搭載する像加熱装置に関する。

複写機やプリンタに搭載する定着装置として、エンドレスベルトと、エンドレスベルトの内面に接触するセラミックヒータと、エンドレスベルトを介してセラミックヒータと定着ニップ部を形成する加圧ローラと、を有する装置がある。この定着装置を搭載する画像形成装置で小サイズ紙を連続プリントすると、定着ニップ部長手方向において紙が通過しない領域の温度が徐々に上昇するという現象（非通紙部昇温）が発生する。非通紙部の温度が高くなり過ぎると、装置内の各パーツへダメージを与えたり、非通紙部昇温が生じている状態で大サイズ紙にプリントすると、小サイズ紙の非通紙部に相当する領域でトナーが高温オフセットすることもある。

この非通紙部昇温を抑制する手法の一つとして、セラミック基板上の発熱抵抗体を正の抵抗温度特性を有する材質で形成し、発熱抵抗体に対してヒータの短手方向（記録紙の搬送方向）に電流が流れるように二本の導電体を基板の短手方向の両端に配置することが考えられている。非通紙部が昇温すると非通紙部の発熱抵抗体の抵抗値が昇温し、非通紙部の発熱抵抗体に流れる電流が抑制されることにより非通紙部の発熱を抑制するという発想である。正の抵抗温度特性は、温度が上がると抵抗が上がる特性であり、以後ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）と称する。

しかしながら、ＰＴＣの材質は体積抵抗が非常に低く、一本のヒータの発熱抵抗体の総抵抗を、商用電源で使用できる範囲内に設定するのは非常に難しい。そこで、セラミック基板上に形成するＰＴＣの発熱抵抗体をヒータの長手方向で複数の発熱ブロックに分割し、各発熱ブロックではヒータの短手方向（記録紙の搬送方向）に電流が流れるように二本の導電体を基板の短手方向の両端に配置する。更に複数の発熱ブロックを電気的に直列に繋ぐ構成が特許文献１に開示されている。また、この文献には、複数本の発熱抵抗体を二本の導電体の間に電気的に並列に接続して発熱ブロックを構成することも開示されている。

特開２００５−２０９４９３号公報

しかしながら、導電体の抵抗値はゼロではなく、導電体で生じる電圧降下の影響により、一つの発熱ブロック中、中央部の発熱抵抗体に印加される電圧は両端部の発熱抵抗体に印加される電圧に比べて小さくなることが判った。発熱抵抗体の発熱量は印加電圧の二乗に比例するため、一つの発熱ブロックの中央部と両端部で発熱量が異なってしまう。このように、一つの発熱ブロックで発熱ムラが生じると、ヒータ長手方向の発熱分布ムラも大きくなる。

上述の課題を解決するための本発明は、基板と、前記基板上に基板長手方向に沿って設けられている第１導電体と、前記基板上に前記第１導電体とは基板短手方向で異なる位置に前記長手方向に沿って設けられている第２導電体と、正の抵抗温度特性を有しており前記第１導電体と前記第２導電体間に電気的に並列接続されている複数本の発熱抵抗体と、を有し、電気的に並列接続された複数本の前記発熱抵抗体を有する発熱ブロックが形成されているヒータにおいて、一つの前記発熱ブロック中で、前記長手方向の中央に配置されている発熱抵抗体よりも端部に配置されている発熱抵抗体のほうが抵抗値が高い、または、一つの前記発熱ブロックに含まれる前記複数本の発熱抵抗体の間隔が、前記長手方向の中央よりも端部のほうが広い、の少なくともいずれか一方の条件を満たしていることを特徴とする。

本発明によれば、ヒータ長手方向における発熱分布ムラを抑えることができる。

本発明の像加熱装置の断面図。 実施例１のヒータ構成図。 実施例１のヒータの発熱分布説明図。 比較例のヒータ構成図。 比較例のヒータの発熱分布説明図。 実施例１のヒータの用紙サイズとの関係を示した図。 実施例１のヒータの非通紙部昇温抑制効果説明図。 実施例２のヒータ構成図。 実施例３のヒータ構成図。 実施例４のヒータ構成図。 実施例５のヒータ構成図。

図１は像加熱装置の一例としての定着装置１００の断面図である。定着装置１００は、筒状のフィルム（エンドレスベルト）１０２と、フィルム１０２の内面に接触するヒータ２００と、フィルム１０２を介してヒータ２００と共に定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ（ニップ部形成部材）１０８と、を有する。フィルムのベース層の材質は、ポリイミド等の耐熱樹脂、またはステンレス等の金属である。

加圧ローラ１０８は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金１０９と、シリコーンゴム等の材質の弾性層１１０を有する。ヒータ２００は耐熱樹脂製の保持部材１０１に保持されている。保持部材１０１はフィルム１０２の回転を案内するガイド機能も有している。加圧ローラ１０８は不図示のモータから動力を受けて矢印方向に回転する。加圧ローラ１０８が回転することによってフィルム１０２が従動して回転する。

ヒータ２００は、セラミック製のヒータ基板１０５と、基板１０５上に発熱抵抗体を用いて形成された発熱ラインＡ（第１列）及び発熱ラインＢ（第２列）と、発熱ラインＡ及びＢを覆う絶縁性（本実施例ではガラス）の表面保護層１０７を有する。ヒータ基板１０５の裏面側であって、プリンタで設定されている利用可能な最小サイズ紙（本例では封筒ＤＬ：１１０ｍｍ幅）の通紙領域にはサーミスタ等の温度検知素子１１１が当接している。温度検知素子１１１の検知温度に応じて商用交流電源から発熱ラインへ供給する電力が制御される。

未定着トナー画像を担持する記録材（用紙）Ｐは、定着ニップ部Ｎで挟持搬送されつつ加熱されて定着処理される。ヒータ基板１０５の裏面側には、ヒータが異常昇温した時に作動して発熱ラインへの給電ラインを遮断するサーモスイッチ等の安全素子１１２も当接している。安全素子１１２も温度検知素子１１１と同様に最小サイズ紙の通紙領域に当接している。番号１０４は保持部材１０１に不図示のバネの圧力を加えるための金属製のステーである。

本例の定着装置は、ＬＥＴＴＥＲサイズ（約２１６ｍｍ×２７９ｍｍ）に対応するＡ４サイズ（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）対応プリンタに搭載するものである。つまり、基本的にＡ４サイズ紙を縦送りする（長辺が搬送方向と平行になるように搬送する）プリンタに搭載する定着装置であるが、Ａ４サイズよりも若干幅が大きなＬＥＴＴＥＲサイズ紙も縦送りできるように設計してある。

したがって、装置が対応している定型の記録材サイズ（カタログ上の対応用紙サイズ）のうち最も大きな（幅が大きな）サイズはＬＥＴＴＥＲサイズである。

図２はヒータの構造を説明するための図面である。図２（ａ）がヒータの平面図、図２（ｂ）が発熱ラインＡ中の１つの発熱ブロックＡ１０を示した拡大図、図２（ｃ）が発熱ラインＡ中の１つの発熱ブロックＡ１１を示した拡大図である。なお、発熱ラインＡ中の発熱抵抗体、及び発熱ラインＢ中の発熱抵抗体は、いずれもＰＴＣである。

発熱ラインＡ（第１列）は、２０個の発熱ブロックＡ１〜Ａ２０を有し、発熱ブロックＡ１〜Ａ２０は直列に接続されている。発熱ラインＢ（第２列）も、２０個の発熱ブロックＢ１〜Ｂ２０を有し、発熱ブロックＢ１〜Ｂ２０も直列に接続されている。

また、発熱ラインＡと発熱ラインＢも電気的に直列に接続されている。発熱ラインＡ及びＢには、給電用コネクタを繋ぐ電極ＡＥ及びＢＥから電力が供給される。発熱ラインＡは、基板長手方向に沿って設けられている導電パターンＡａ（発熱ラインＡの第１導電体）と、導電パターンＡａとは基板の短手方向で異なる位置に基板長手方向に沿って設けられている導電パターンＡｂ（発熱ラインＡの第２導電体）を有する。

導電パターンＡａは基板長手方向で１１本（Ａａ−１〜Ａａ−１１）に分割されている。導電パターンＡｂは基板長手方向で１０本（Ａａ−１〜Ａａ−１０）に分割されている。図２（ｂ）に示すように、導電パターンＡａの一部である導電パターンＡａ−６と、導電パターンＡｂの一部である導電パターンＡｂ−５の間には複数本（本例では８本）の発熱抵抗体（Ａ１０−１〜Ａ１０−８）が電気的に並列に接続されており、発熱ブロックＡ１０を形成している。

また、図２（ｃ）に示すように、導電パターンＡａ−６と導電パターンＡｂ−６の間にも８本の発熱抵抗体（Ａ１１−１〜Ａ１１−８）が電気的に並列に接続されており、発熱ブロックＡ１１を形成している。発熱ラインＡでは、発熱ブロックＡ１０と同様の構成の発熱ブロックが合計１０個（Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６、Ａ１８、Ａ２０）設けられており、発熱ブロックＡ１１と同様の構成の発熱ブロックが合計１０個（Ａ１、Ａ３、Ａ５、Ａ７、Ａ９、Ａ１１、Ａ１３、Ａ１５、Ａ１７、Ａ１９）設けられている。

つまり、発熱ブロックＡ１０と同様な発熱ブロックと発熱ブロックＡ１１と同様な発熱ブロックが交互に直列に接続されて発熱ラインＡを構成している。発熱ラインＢの構成は発熱ラインＡと同様のため説明は省略する。

ところで、上述したように、導電体の抵抗値はゼロではなく、導電体で生じる電圧降下の影響により、一つの発熱ブロック中、中央部の発熱抵抗体に印加される電圧は両端部の発熱抵抗体に印加される電圧に比べて小さくなることが判った。発熱抵抗体の発熱量は印加電圧の二乗に比例するため、一つの発熱ブロックの中央部と両端部で発熱量が異なってしまう。具体的には、一つの発熱ブロック中においてブロックの両端の発熱量が最も大きく、中央部の発熱量が小さくなる。

そこで、本実施例では、一つの発熱ブロックに含まれる複数本の発熱抵抗体は、長手方向の中央に配置されている発熱抵抗体よりも端部に配置されている発熱抵抗体のほうが抵抗値が高くなるように、各発熱抵抗体を設定している。

また、導電体の抵抗値はゼロではないので導電体で生じる発熱の影響を受ける。直列に接続されている、隣り合う発熱ブロックは、図２（ａ）のようにヒータ短手方向に折り返して（ジグザグに）給電する必要があるが、このような構成の場合、隣り合う発熱ブロック同士の導電体の発熱量が異なる。

例えば、発熱ブロックＡ１０と、発熱ブロックＡ１１では、導電パターンＡｂ−５、Ａａ−６、Ａｂ−６による発熱量が、発熱ブロックＡ１１よりも発熱ブロックＡ１０の方が大きくなる。具体的には図４及び図５で説明を行う。そこで本実施例は、一つの発熱ブロック内の発熱分布ムラを抑えるだけでなく、発熱ブロック同士で生じる発熱分布ムラも抑えるものである。

図２（ｂ）は発熱ブロックＡ１０の詳細図を示している。図２（ｂ）に示すように、導電パターンＡａの一部である導電パターンＡａ−６と、導電パターンＡｂの一部である導電パターンＡｂ−５の間には複数本（本例では８本）の発熱抵抗体（Ａ１０−１〜Ａ１０−８）が電気的に並列に接続されており、発熱ブロックＡ１０を形成している。

発熱ブロックＡ１０中の各発熱抵抗体のサイズ（線長（ａ−ｎ）×線幅（ｂ−ｎ））、レイアウト（間隔（ｃ−ｎ））、及び抵抗値は、図２（ｂ）のとおりである。図２に示すように、各発熱抵抗体は基板の長手方向及び記録材搬送方向に対して斜めに傾けて（角度θ）配置されている。

なお、発熱ブロック長さｃを、図２（ｂ）で示すように、左端にある発熱抵抗体の短辺の中心から、右端にある発熱抵抗体の短辺の中心までのヒータ長手方向の長さとして定義する。ヒータ２００では、発熱ブロックＡ１０だけでなくその他の発熱ブロックにおいても発熱抵抗体間隔ｃ−１〜ｃ−８は等間隔であり、各間隔は全てｃ／８とする。

発熱ブロックＡ１０は発熱ブロック中のヒータ長手方向の発熱分布を均一にするため、発熱抵抗体の線幅を変えることで、発熱抵抗体Ａ１０−１〜Ａ１０−８の発熱量の均一性を改善している。発熱ブロックＡ１０は中央部にある発熱抵抗体（Ａ１０−４，Ａ１０−５）ほど抵抗値が低く、端部にある発熱抵抗体（Ａ１０−１，Ａ１０−８）ほど抵抗値が高くなるように、それぞれの発熱抵抗体の線幅ｂ−ｎを設定している。

図２（ｂ）に示す表には、発熱ブロックＡ１０中の８本の発熱抵抗体のサイズ及び抵抗値を示している。ここでは発熱抵抗体の長さ（ａ―ｎ：ａ−１〜ａ−８）、間隔（ｃ−ｎ：ｃ−１〜ｃ−８）は一定とし、線幅（ｂ−ｎ：ｂ−１〜ｂ−８）を変更することで発熱ブロックＡ１０の発熱分布が均一になるようにしている。発熱抵抗体の抵抗値は、長さ／線幅に比例するため、線幅と同様に発熱抵抗体長さを変更して発熱抵抗体の抵抗値を調整してもよい。また、発熱抵抗体の抵抗値をシート抵抗値が異なる材質を用いることで調整してもよい。

また図２（ｂ）に示すように発熱抵抗体形状を長方形にすることで、発熱抵抗体に流れる電流分布をより均一にすることができる。例えば発熱抵抗体を平行四辺形にした場合、電流は抵抗体の最短経路に多くの電流が流れるため、発熱抵抗体に流れる電流分布に偏りが生じる場合があるが、長方形にすれば一つの発熱抵抗体全体を電流が均一に流れやすくなる。ただし、非通紙部昇温を抑制する効果は、平行四辺形の発熱抵抗体を用いた場合でも得ることができ、発熱抵抗体の形状を長方形に限るものではない。

また、図２（ｂ）のように、一つの発熱ブロック中では、複数の発熱抵抗体夫々の最短電流経路が、基板長手方向で隣り合う発熱抵抗体の最端電流経路に対して長手方向においてオーバーラップする位置関係となるように、複数の発熱抵抗体は長手方向及び記録材搬送方向に対して斜めに傾けて配置されている。

この位置関係は、一つの発熱ブロック中の最端の発熱抵抗体（例えば発熱ブロックＡ１０中の最も右側にある発熱抵抗体Ａ１０−８）と、隣の発熱ブロックの最端の発熱抵抗体（例えば発熱ブロックＡ１１中の最も左側にある発熱抵抗体Ａ１１−１）との間においても同様である。

本例の発熱抵抗体は形状が長方形であるため、一本の発熱抵抗体全域が最端電流経路となっている。本例では、図２（ｂ）に示すように、一本の発熱抵抗体の長方形の短辺の中心部が、隣の発熱抵抗体の長方形の短辺の中心部と基板長手方向で重なりあうように、夫々の発熱抵抗体が並べてある。

図２（ｃ）は発熱ブロックＡ１１の詳細図を示している。発熱ブロックＡ１１の見た目の構造は発熱ブロックＡ１０とほぼ同じなので説明は割愛する。発熱ブロックＡ１１も、発熱ブロックＡ１０と同様、発熱ブロック中のヒータ長手方向の発熱分布を均一にするため、発熱抵抗体の線幅を変えることで、発熱抵抗体Ａ１１−１〜Ａ１１−８の発熱量の均一性を改善している。

発熱ブロックＡ１１は中央部にある発熱抵抗体（Ａ１１−４，Ａ１１−５）ほど抵抗値が低く、端部にある発熱抵抗体（Ａ１１−１，Ａ１１−８）ほど抵抗値が高くなるように、それぞれの発熱抵抗体の線幅ｂ−ｎを設定している。図２（ｃ）に示す表には、発熱ブロックＡ１１中の８本の発熱抵抗体のサイズ及び抵抗値を示している。

ここで発熱ブロックＡ１０及びＡ１１を比較すると、発熱ブロックＡ１１の発熱抵抗体の抵抗値は、発熱ブロックＡ１０に比べて全体的に高い値となっている。前述したように導電パターンによる発熱量は、発熱ブロックＡ１１よりも発熱ブロックＡ１０の方が大きくなる。そのため、発熱ブロックＡ１１の発熱抵抗体による発熱量を、発熱ブロックＡ１０に比べて大きくすることで、隣り合う発熱ブロック同士の発熱量が均一になるようにしている。

図３はヒータ２００のヒータ長手方向への発熱分布を均一にする効果を説明するため、発熱ブロックＡ１０、Ａ１１の等価回路図、及びシミュレーション結果を示す。図３（ａ）（ｂ）は発熱ブロックＡ１０及びＡ１１の発熱分布を計算するための等価回路図である。ヒータ２００の導電パターンのシート抵抗値を０．００５Ω／□、発熱抵抗体のシート抵抗値を０．８５Ω／□、発熱抵抗体の抵抗温度係数は１０００ｐｐｍとする。発熱抵抗体の抵抗値は図２に示した値とする。発熱抵抗体の抵抗値は２００℃時の値とする。

発熱ブロックの隣り合う発熱抵抗体の両端部が、線長１．４ｍｍ、線幅１ｍｍの導電パターンで接続されていると条件を簡単化すると、発熱抵抗体を接続する導電パターンｒの抵抗値は０．００７Ωとなる。上記の条件で発熱ブロックＡ１０及びＡ１１の発熱分布のシミュレーションを行った。

図３（ｃ）は上記の条件における、ヒータ２００の発熱分布を示すシミュレーション結果である。図３（ｃ）に示した発熱量（縦軸）は発熱ブロック中の導電パターン及び発熱抵抗体の発熱量の合計値である。シミュレーションの結果、発熱分布の上下限値は±０．２％以下の範囲に入っており、ヒータ２００はヒータ基板の長手方向に均一な発熱分布を得ることができた。

図４（ａ）はヒータ２００のヒータ長手方向への発熱分布を均一にする効果を説明するための比較例（ヒータ４００）を示している。ヒータ２００の説明と一致する箇所は説明を省略する。ヒータ４００では図２及び図３で説明した、発熱抵抗体の抵抗値調整方法を用いておらず、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、全ての発熱抵抗体の抵抗値を同一（２．０３Ω）に設定している。

図５はヒータ４００の等価回路図及び、シミュレーション結果を示す。図５（ａ）（ｂ）は発熱ブロックＡ１０及びＡ１１の発熱分布を計算するための等価回路図である。ヒータ４００の導電パターンのシート抵抗値を０．００５Ω／□、発熱抵抗体のシート抵抗値を０．８５Ω／□、発熱抵抗体の抵抗温度係数は１０００ｐｐｍとする。発熱抵抗体の抵抗値は図４に示した値とする。発熱抵抗体の抵抗値は２００℃時の値とする。発熱ブロックの隣り合う発熱抵抗体の両端部が、線長１．４ｍｍ、線幅１ｍｍの導電パターンで接続されていると条件を簡単化すると、発熱抵抗体を接続する導電パターンｒの抵抗値は０．００７Ωとなる。上記の条件で発熱ブロックＡ１０及びＡ１１の発熱分布のシミュレーションを行った。

図５（ｃ）はヒータ３００の発熱分布を示すシミュレーション結果である。シミュレーション結果から、発熱分布の上下限値は＋８．５％〜−６％の範囲まで広がっていることがわかる。ヒータ４００では図５で示したように、ヒータ長手方向に温度ムラを生じてしまう。具体的に発熱ムラが生じる理由を説明する。

図５（ａ）の発熱ブロックＡ１０及び、図５（ｂ）の発熱ブロックＡ１１の等価回路図に示すように、発熱抵抗体（Ａ１０−１〜Ａ１０−８）及び、発熱抵抗体（Ａ１１−１〜Ａ１１−８）を並列接続する導電パターンの抵抗値をｒとした場合、発熱ブロックＡ１０の発熱抵抗体Ａ１０−１が存在する領域ＷＡ１０−１の導電パターンの発熱量は、導電パターンＡａ−６の抵抗値と導電パターンＡａ−６に流れる電流値の２乗の積（＝ｒ×Ｉ１^２）と、導電パターンＡｂ−５の抵抗値と導電パターンＡａ−５に流れる電流値の２乗の積（＝ｒ×（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６＋Ｉ７＋Ｉ８）^２）の合計値となる。発熱ブロックＡ１１の発熱抵抗体Ａ１１−１が存在する領域ＷＡ１１−１の導電パターンの発熱量は、導電パターンＡａ−６の抵抗値と導電パターンＡａ−６に流れる電流値の２乗の積（＝ｒ×（Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６＋Ｉ７＋Ｉ８）^２）となる。

発熱ブロックＡ１０では電流がヒータ長手方向の一方に流れる場合、逆方向に電流が流れる戻りの電流経路を持つため、その分発熱ブロックＡ１１に比べて、導電パターンによる発熱量が大きくなることが分かる。発熱ブロックＡ１０の発熱抵抗体Ａ１０−２〜Ａ１０−８が存在する領域の導電パターンの発熱量も、発熱ブロックＡ１１の発熱抵抗体Ａ１１−２〜Ａ１１−８が存在する領域の導電パターンの発熱量に比べて大きくなる。

発熱ラインＡでは、発熱ブロックＡ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６、Ａ１８、Ａ２０の導電パターンの発熱量は、発熱ブロックＡ１、Ａ３、Ａ５、Ａ７、Ａ９、Ａ１１、Ａ１３、Ａ１５、Ａ１７、Ａ１９の導電パターンの発熱量に比べて大きくなる。発熱ラインＢも同様である。このように、ヒータ４００では、導電パターンの発熱量が小さくなる発熱ブロックと、導電パターンの発熱量が大きくなる発熱ブロックが交互に接続されている。このように、一つの発熱ブロック内で生じる発熱ムラや、複数の発熱ブロック間で生じる発熱ムラによって、ヒータ長手方向の発熱分布ムラも大きくなる。

そこで本実施例では、図２に示すように、一つの発熱ブロックに含まれる複数本の発熱抵抗体は、長手方向の中央に配置されている発熱抵抗体よりも端部に配置されている発熱抵抗体のほうが抵抗値が高くなるように設定している。更に、複数の発熱抵抗体は長手方向に対して斜めに傾けて配置されており、一つの発熱ブロックに含まれる複数本の発熱抵抗体の抵抗値は、隣り合う発熱ブロック間で異なっているという構成にしている。この構成により、一つの発熱ブロック中の発熱分布ムラを抑えるだけでなく、隣り合う発熱ブロック同士の発熱量の違いも抑えられる構成にしている。

図６はヒータ２００の非通紙部昇温を説明するための図である。このヒータは、基板長手方向において発熱抵抗体が設けられている領域（発熱ライン長）の中央部がプリンタの記録材搬送基準Ｘと合うように配置されている。本例では、Ａ４サイズ（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）紙を縦送りする場合（２９７ｍｍの辺が搬送方向と平行になるように搬送する場合）を例として示しており、Ａ４サイズ紙の２１０ｍｍの辺の中央が基準Ｘと合うように記録材を搬送するプリンタに搭載される。

ヒータ２００は、ＵＳ−ＬＥＴＴＥＲ紙（約２１６ｍｍ×２７９ｍｍ）を縦送りする場合に対応するため、２２０ｍｍの発熱ライン長を有している。ところで、上述したように本例の定着装置を搭載するプリンタは、ＬＥＴＴＥＲサイズに対応しているが、基本的にＡ４サイズ紙対応のプリンタである。したがって、Ａ４サイズ紙を利用する頻度が最も多いユーザー向けのプリンタである。

しかしながら、ＬＥＴＴＥＲサイズにも対応しているため、Ａ４サイズ紙をプリントする場合、発熱ラインの両端部に５ｍｍずつ非通紙領域が生じる。定着処理中、記録材搬送基準Ｘ付近のヒータ温度を検知する温度検知素子１１１の検知温度が制御目標温度を維持するようにヒータへの供給電力が制御されている。したがって非通紙部では紙に熱を奪われないため、非通紙部の温度が通紙部に比べて上昇する。

なお、本例ではＬＥＴＴＥＲサイズを最大サイズ、Ａ４サイズを特定サイズとしている。図７はヒータ２００の非通紙部昇温を抑制する効果を説明するためのシミュレーション結果を示したものである。
図７（ａ）の発熱ブロックＡ１及びＢ１の構成は、図３で説明した発熱ブロックＡ１１と一致する。

ここで、通紙領域の温度は２００℃に制御されており、非通紙領域は３００℃まで昇温している状態においてシミュレーションを行った。非通紙部の発熱抵抗体温度が３００℃以上に達すると、加圧ローラ１０８の耐熱ゴム弾性体のローラ部１１０、フィルム１０２、フィルムガイド１０１などの耐熱温度の限界になり定着機がダメージを受ける可能性があるため、非通紙部昇温の温度を３００℃に設定している。上記の設定温度は、材料や構成によって変わるため、特にこれにこだわらない。

また、実際には非通紙領域や通紙領域端部において連続的な温度分布が存在するが、簡単化のため、非通紙領域と通紙領域の境界を発熱ラインＡの発熱抵抗体Ａ１−４とＡ１−５の間（発熱ラインＢの発熱抵抗体Ｂ１−４とＢ１−５）とし、通紙領域の温度は２００℃、非通紙領域の温度は３００℃とする。

非通紙領域では温度が３００℃まで上昇しているため、抵抗温度係数の影響により、発熱抵抗体Ａ１−１〜Ａ１−４、また発熱抵抗体Ｂ１−１〜Ｂ１−４は、２００℃の状態に比べて、抵抗値がそれぞれ１０％上昇している。導電パターンは抵抗値が低く、抵抗温度係数は影響が少ないため、本シミュレーションでは温度による抵抗変化について考慮していない。

図７（ｂ）は上記の条件における、ヒータ２００の端部の発熱分布を示すシミュレーション結果である。シミュレーション結果から、ヒータ２００では通紙領域に比べて、非通紙領域の発熱量が少ないことが分かる。図の縦軸には発熱抵抗体と導電パターンの発熱量を合計した、ヒータ長手方向の単位長さあたりの発熱量を示している。発熱ブロックＡ１及びＢ１において、非通紙領域の単位長さあたりの平均発熱量は、通紙領域の平均に比べて約８％低減していることが分かる。

このように一つの発熱ブロックを跨ぐ範囲で、非通紙部昇温による温度差が発生した場合には、非通紙部の発熱抵抗体の抵抗値が上昇するため、非通紙領域の発熱抵抗体に流れる電流量を低減できる。よって、非通紙部昇温を抑制することができる。最適な発熱抵抗体の形状は、導電パターンのシート抵抗値や発熱抵抗体の最小加工寸法などの条件によって異なる。

本実施例では、上記の条件における一例を示している。上記のシミュレーションでは非通紙部領域の温度が３００℃になった場合の発熱量を説明しているが、ヒータ２００では非通紙部領域の温度上昇を抑えることができる。ヒータ２００では非通紙領域で温度が上昇すると、図７で示したように非通紙領域の発熱量を抑制し、非通紙部の温度上昇を抑制できる。

このように本提案の実施例１のヒータ２００を用いることにより、非通紙部昇温を抑制し、通紙領域の発熱分布の均一性を向上できる、ヒータ及びヒータを備えた像加熱装置を提供できる。

次に像加熱装置に搭載するヒータを変更した実施例２を説明する。実施例１と同様の構成については説明を省略する。
図８は実施例２のヒータ８００の構成を示す図である。このヒータ８００は、二つのヒータ駆動回路により発熱ラインＡ（第１列）と発熱ラインＢ（第２列）を独立駆動できる構成であり、そのために実施例１のヒータ２００に対して電極ＣＥを発熱ラインＡとＢの間に追加している。発熱ラインＡは電極ＡＥと電極ＣＥを介して電力を供給され、発熱ラインＢは電極ＢＥと電極ＣＥを介して電力を供給される。電極ＣＥを追加した以外の構成はヒータ２００と同じである。

このように、発熱ラインＡとＢを独立して制御できる構成のヒータにも本発明を適用できる。

次に像加熱装置に搭載するヒータを変更した実施例３を説明する。実施例１と同様の構成については説明を省略する。
図９は実施例３のヒータ９００の構成を示す図である。このヒータ９００は、ヒータ２００の発熱ラインＡ（第１列）のみを有する構成であり、電極ＡＥ１とＡＥ２を有している。発熱ラインＡは電極ＡＥ１と電極ＡＥ２を介して電力を供給される。実施例１のヒータ２００で説明した、ヒータ長手方向の発熱分布を均一にする方法は、発熱ラインが一つの場合にも用いることができる。

図９（ｂ）はヒータ９００の発熱ブロックＡ１の詳細図を示している。発熱ブロックＡ１は線長ａ−１、線幅ｂ−１、傾きθ−１の発熱抵抗体Ａ１−１から、線長ａ−８、線幅ｂ−８、傾きθ−８の発熱抵抗体Ａ１−８まで、間隔ｃ−１〜ｃ−８で８本並べ、導電パターンを介して並列接続している。図９（ｂ）に示す表には、発熱ブロックＡ−１の抵抗値を調整する方法の一例を示している。

ここでは発熱抵抗体間の間隔を可変にして、発熱ブロックの発熱分布を均一にしている。発熱抵抗体間の間隔を調整するために、発熱抵抗体の傾き、長さを調整している。ヒータ９００では発熱抵抗体の長さａ、線幅ｂの比率は一定とし、発熱ブロックに含まれる、発熱抵抗体１〜８の抵抗値は同じ値になっている。

次に像加熱装置に搭載するヒータを変更した実施例４を説明する。実施例１と同様の構成については説明を省略する。図１０は実施例４のヒータ１０００の構成を示す図である。このヒータ１０００は、実施例１で説明したヒータ２００に比べて、比較的高い抵抗値を持つＰＴＣ抵抗発熱体を用いている。

図１０（ａ）がヒータの平面図、図１０（ｂ）が発熱ラインＡ中の１つの発熱ブロックＡ１を示した拡大図、図１０（ｃ）が発熱ラインＡ中の１つの発熱ブロックＡ２を示した拡大図、なお、発熱ラインＡ中の発熱抵抗体、及び発熱ラインＢ中の発熱抵抗体は、いずれもＰＴＣである。

発熱ラインＡ（第１列）は、２個の発熱ブロックＡ１〜Ａ２を有し、発熱ブロックＡ１〜Ａ２は直列に接続されている。発熱ラインＢ（第２列）も、２個の発熱ブロックＢ１〜Ｂ２を有し、発熱ブロックＢ１〜Ｂ２も直列に接続されている。また、発熱ラインＡと発熱ラインＢも電気的に直列に接続されている。発熱ラインＡ及びＢには、給電用コネクタを繋ぐ電極ＡＥ及びＢＥから電力が供給される。発熱ラインＡは、基板長手方向に沿って設けられている導電パターンＡａ（発熱ラインＡの第１導電体）と、導電パターンＡａとは基板の短手方向で異なる位置に基板長手方向に沿って設けられている導電パターンＡｂ（発熱ラインＡの第２導電体）を有する。

導電パターンＡａは基板長手方向で２本（Ａａ−１〜Ａａ−２）に分割されている。図２（ｂ）に示すように、導電パターンＡａの一部である導電パターンＡａ−１と、導電パターンＡｂの間には複数本（本例では４７本）の発熱抵抗体（Ａ１−１〜Ａ１−４７）が電気的に並列に接続されており、発熱ブロックＡ１を形成している。また、図１０（ｃ）に示すように、導電パターンＡａ−２と導電パターンＡｂの間にも４７本の発熱抵抗体（Ａ２−１〜Ａ２−４７）が電気的に並列に接続されており、発熱ブロックＡ２を形成している。つまり、発熱ブロックＡ１と発熱ブロックＡ２が直列に接続されて発熱ラインＡを構成している。発熱ラインＢの構成は発熱ラインＡと同様のため説明は省略する。

ところで、抵抗値の高い発熱抵抗体を用いた場合にも、発熱ブロック長が長くなると、上述したように、導電体で生じる電圧降下の影響により、一つの発熱ブロック中、中央部の発熱抵抗体に印加される電圧は両端部の発熱抵抗体に印加される電圧に比べて小さくなる。発熱抵抗体の発熱量は印加電圧の二乗に比例するため、一つの発熱ブロックの中央部と両端部で発熱量が異なってしまう。具体的には、一つの発熱ブロック中においてブロックの両端の発熱量が最も大きく、中央部の発熱量が小さくなる。

そこで、本実施例４では、一つの発熱ブロックに含まれる複数本の発熱抵抗体は、長手方向の中央に配置されている発熱抵抗体よりも端部に配置されている発熱抵抗体のほうが抵抗値が高くなるように、各発熱抵抗体を設定している。

図１０（ｂ）は発熱ブロックＡ１の詳細図を示している。図１０（ｂ）に示すように、導電パターンＡａの一部である導電パターンＡａ−１と、導電パターンＡｂの間には複数本（本例では４７本）の発熱抵抗体（Ａ１−１〜Ａ１−４７）が電気的に並列に接続されており、発熱ブロックＡ１を形成している。

発熱ブロックＡ１中の各発熱抵抗体のサイズ（線長（ａ−ｎ）×線幅（ｂ−ｎ））、レイアウト（間隔（ｃ−ｎ））、及び抵抗値は、図１０（ｂ）のとおりである。図１０（ｂ）に示すように、各発熱抵抗体は基板の長手方向及び記録材搬送方向に対して斜めに傾けて（角度θ）配置されている。なお、発熱ブロック長さｃを、図１０（ｂ）で示すように、左端にある発熱抵抗体の短辺の中心から、右端にある発熱抵抗体の短辺の中心までのヒータ長手方向の長さとして定義する。ヒータ１０００では、発熱ブロックＡ１だけでなくその他の発熱ブロックにおいても発熱抵抗体間隔ｃ−１〜ｃ−４７は等間隔であり、各間隔は全てｃ／４７とする。

発熱ブロックＡ１は発熱ブロック中のヒータ長手方向の発熱分布を均一にするため、発熱抵抗体の線幅を変えることで、発熱抵抗体Ａ１−１〜Ａ１−４７の発熱量の均一性を改善している。発熱ブロックＡ１は中央部にある発熱抵抗体（Ａ１−２４）ほど抵抗値が低く、端部にある発熱抵抗体（Ａ１−１，Ａ１−４７）ほど抵抗値が高くなるように、それぞれの発熱抵抗体の線幅ｂ−ｎを設定している。

図１０（ｂ）に示す表には、発熱ブロックＡ１中の４７本の発熱抵抗体のサイズ及び抵抗値を示している。ここでは発熱抵抗体の長さ（ａ―ｎ：ａ−１〜ａ−４７）、間隔（ｃ−ｎ：ｃ−１〜ｃ−４７）は一定とし、線幅（ｂ−ｎ：ｂ−１〜ｂ−４７）を変更することで発熱ブロックＡ１の発熱分布が均一になるようにしている。発熱抵抗体の抵抗値は、長さ／線幅に比例するため、線幅と同様に発熱抵抗体長さを変更して発熱抵抗体の抵抗値を調整してもよい。また、発熱抵抗体の抵抗値をシート抵抗値が異なる材質を用いることで調整してもよい。また、実施例３で説明したように、発熱抵抗体の抵抗値は一定として、間隔ｃを調整しても良い。

ヒータ１１００の総抵抗値は９．５２Ω、発熱ブロックＡ１及びＡ２の抵抗値は２．３８Ω、抵抗発熱体のシート抵抗値は、２３．１Ω／□である。実施例１で説明したヒータ２００では、従来の像加熱装置に用いられている抵抗発熱体を用いているが、ヒータ１０００では、従来の像加熱装置の発熱体として用いられてきた抵抗発熱体に比べて体積抵抗の高い、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）等のＰＴＣ抵抗発熱材料を用いている。

図１０（ｃ）は発熱ブロックＡ２の詳細図を示している。発熱ブロックＡ２の見た目の構造は発熱ブロックＡ１とほぼ同じなので説明は割愛する。発熱ブロックＡ２も、発熱ブロックＡ１と同様、発熱ブロック中のヒータ長手方向の発熱分布を均一にするため、発熱抵抗体の線幅を変えることで、発熱抵抗体Ａ２−１〜Ａ２−４７の発熱量の均一性を改善している。

このヒータ１０００は、基板長手方向において発熱抵抗体が設けられている領域（発熱ライン長）の中央部がプリンタの記録材搬送基準Ｘと合うように配置されている。本例では、ＵＳ−ＬＥＴＴＥＲ紙（約２１６ｍｍ×２７９ｍｍ）を横送りする場合（２１６ｍｍの辺が搬送方向と平行になるように搬送する場合）を例として示しており、ＬＥＴＴＥＲサイズ紙の２７９ｍｍの辺の中央が基準Ｘと合うように記録材を搬送するプリンタに搭載される。

ヒータ１０００は、Ａ３サイズ（２９７ｍｍ×４２０ｍｍ）紙を縦送りする場合に対応するため、３０７ｍｍの発熱ライン長を有している。ところで、上述したように本例の定着装置を搭載するプリンタは、Ａ３サイズに対応しているが、基本的にＬＥＴＴＥＲサイズ紙対応のプリンタである。したがって、ＬＥＴＴＥＲサイズ紙を利用する頻度が最も多いユーザー向けのプリンタである。なお、本例ではＡ３サイズを最大サイズ、ＬＥＴＴＥＲサイズを特定サイズとしている。

このように本提案の実施例４のヒータ１０００を用いることにより、非通紙部昇温を抑制し、通紙領域の発熱分布の均一性を向上できる、ヒータ及びヒータを備えた像加熱装置を提供できる。

次に像加熱装置に搭載するヒータを変更した実施例５を説明する。実施例４と同様の構成については説明を省略する。図１１は実施例５のヒータ１１００の構成を示す図である。

発熱ラインＡ（第１列）は、１個の発熱ブロックＡ１を有し、発熱ラインＢ（第２列）も、１個の発熱ブロックＢ１を有している。１１０３は導電パターンである。また、発熱ラインＡと発熱ラインＢは電気的に直列に接続されている。発熱ラインＡ及びＢには、給電用コネクタを繋ぐ電極ＡＥ及びＢＥから電力が供給される。発熱ラインＡは、基板長手方向に沿って設けられている導電パターンＡａ（発熱ラインＡの第１導電体）と、導電パターンＡａとは基板の短手方向で異なる位置に基板長手方向に沿って設けられている導電パターンＡｂ（発熱ラインＡの第２導電体）を有する。

導電パターンＡａと、導電パターンＡｂの間には複数本（本例では４７本）の発熱抵抗体（Ａ１−１〜Ａ１−４７）が電気的に並列に接続されており、発熱ブロックＡ１を形成している。つまり、一つの発熱ブロックＡ１によって発熱ラインＡを構成している。発熱ラインＢの構成は発熱ラインＡと同様のため説明は省略する。

実施例４で説明したように、本実施例５で用いるヒータ１１００においても、一つの発熱ブロックに含まれる複数本の発熱抵抗体は、長手方向の中央に配置されている発熱抵抗体よりも端部に配置されている発熱抵抗体のほうが抵抗値が高くなるように、各発熱抵抗体を設定している。このように一つの発熱ブロックで発熱ラインを構成している、実施例５のヒータ１１００でも、非通紙部昇温を抑制できる。

１００ 像加熱装置
２００ ヒータ
Ａ 発熱ラインＡ（第一列）
Ｂ 発熱ラインＢ（第二列）
Ａ１〜Ａ２０ 発熱ラインＡの発熱ブロック
Ｂ１〜Ｂ２０ 発熱ラインＢの発熱ブロック
Ａａ、Ａｂ 発熱ラインＡの導電パターン
Ｂａ、Ｂｂ 発熱ラインＢの導電パターン
Ａ１−１〜Ａ２０−８、Ｂ１−１〜Ｂ２０−８ 発熱抵抗体

Claims (6)

1. 基板と、前記基板上に基板長手方向に沿って設けられている第１導電体と、前記基板上に前記第１導電体とは基板短手方向で異なる位置に前記長手方向に沿って設けられている第２導電体と、正の抵抗温度特性を有しており前記第１導電体と前記第２導電体間に電気的に並列接続されている複数本の発熱抵抗体と、を有し、電気的に並列接続された複数本の前記発熱抵抗体を有する発熱ブロックが形成されているヒータにおいて、
   一つの前記発熱ブロック中で、前記長手方向の中央に配置されている発熱抵抗体よりも端部に配置されている発熱抵抗体のほうが抵抗値が高い、
   または、一つの前記発熱ブロックに含まれる前記複数本の発熱抵抗体の間隔が、前記長手方向の中央よりも端部のほうが広い、
   の少なくともいずれか一方の条件を満たしていることを特徴とするヒータ。
2. 前記発熱ブロックが前記長手方向に沿って複数個設けられており、複数個の前記発熱ブロックが電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
3. 前記複数の発熱抵抗体は前記長手方向に対して斜めに傾けて配置されており、一つの前記発熱ブロックに含まれる前記複数本の発熱抵抗体の抵抗値は、隣り合う前記発熱ブロック間で異なっていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒータ。
4. 前記ヒータは、前記発熱ブロックを有する発熱ラインを前記記録材搬送方向に複数列有することを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載のヒータ。
5. 前記発熱抵抗体の形状は長方形であり、隣り合う前記発熱抵抗体と前記長手方向において一部が重なり合うように配置されていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載のヒータ。
6. エンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内面に接触するヒータと、前記エンドレスベルトを介して前記ヒータと共にニップ部を形成するニップ部形成部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置において、前記ヒータが請求項１から５いずれか１項に記載のヒータであることを特徴とする像加熱装置。

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