JP2022142622A - ヒータ及び像加熱装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複写機やプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置に搭載される定着ユニットや、記録材に定着されたトナー画像を再度加熱してトナー画像の光沢度や表面性を変える表面処理装置、等の像加熱装置、特に、筒状のフィルムを介してトナー画像を加熱する像加熱装置に関する。またこの像加熱装置で用いられるヒータに関する。
筒状のフィルムを用いた定着ユニット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、記録材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。この非通紙部昇温を抑制する手法の一つとして、フィルムの内面に接触するヒータの基板上に、ヒータの長手方向に並ぶ複数の発熱体を設け、発熱体のPTC(positive temperature coefficient)特性を利用するものがある(特許文献1)。
ところで、発熱体を間引くとヒータの温度分布が不均一になる可能性があるので、これを考慮した発熱体の形状にする必要がある。隣り合う発熱体間のピッチを短くすれば、即ち、ヒータ長手方向における発熱体の本数を増やせば温度分布の不均一性を抑えることができる。
しかしながら、ヒータの総抵抗値は決まっているので、発熱体の本数を増やすと発熱体のシート抵抗値を高くする必要がある。発熱体のシート抵抗が高い場合、雷サージなどの耐サージ性の低下が懸念される。発熱体のシート抵抗が高い場合、発熱体の材料にガラス成分がより多く混入されるため、サージ耐量が低下する傾向にある。従って、ヒータ長手方向に対する温度むらの抑制と耐サージ性を両立する発熱体の形状・配置が求められる。
上記課題を解決するための本発明は、基板と、前記基板上の長手方向に沿って設けられた第1導電体及び少なくとも一つの第2導電体と、前記第1導電体と前記第2導電体の間に電気的に並列接続された複数の発熱体と、を有するヒータにおいて、前記ヒータに設けられた一つの発熱体列の中の、一つの前記第2導電体に接続された発熱体の本数をn、一つの前記第2導電体に接続された全ての発熱体の最短電流経路の前記長手方向における合計の幅(n×Wh)と隣り合う前記最短電流経路の間のギャップの前記長手方向における合計の幅とを足しわせた幅を幅L、前記幅Lに占める前記合計の幅(n×Wh)の割合を割合Rとすると、0.54≦割合R<1を満たすように前記複数の発熱体が構成されていることを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、ヒータ長手方向に対する温度むらの抑制と耐サージ性を両立するヒータを提供できる。
〔実施例1〕
(画像形成装置の構成説明)
図1は本実施例における画像形成装置100の構成の概要の一例を示す。画像形成装置100は電子写真記録技術を用いたレーザプリンタである。給紙部102に積載された記録材Pは、所定のタイミングで画像形成手段103へ搬送される。画像形成手段103は、図示しない帯電手段、露光手段、現像手段、クリーニング手段、感光体ドラム、転写手段で構成される。画像形成手段103は、露光手段から出射されるレーザ光により、公知である電子写真プロセスの一連の処理を行い、感光体ドラム上に形成された未定着トナー像を記録材Pに転写する。未定着トナー像が転写された記録材Pは、定着ユニット(像加熱装置)200に搬送され、定着ユニット200が加熱および加圧を行うことで、トナー画像が記録材Pに定着される。その後、記録材Pは、画像形成装置100の機外に排出される。これらの一連の制御は、制御手段であるCPUを搭載した制御基板400によって行われる。
(画像形成装置の構成説明)
図1は本実施例における画像形成装置100の構成の概要の一例を示す。画像形成装置100は電子写真記録技術を用いたレーザプリンタである。給紙部102に積載された記録材Pは、所定のタイミングで画像形成手段103へ搬送される。画像形成手段103は、図示しない帯電手段、露光手段、現像手段、クリーニング手段、感光体ドラム、転写手段で構成される。画像形成手段103は、露光手段から出射されるレーザ光により、公知である電子写真プロセスの一連の処理を行い、感光体ドラム上に形成された未定着トナー像を記録材Pに転写する。未定着トナー像が転写された記録材Pは、定着ユニット(像加熱装置)200に搬送され、定着ユニット200が加熱および加圧を行うことで、トナー画像が記録材Pに定着される。その後、記録材Pは、画像形成装置100の機外に排出される。これらの一連の制御は、制御手段であるCPUを搭載した制御基板400によって行われる。
(定着ユニット200の構成説明)
図2は本実施例における定着ユニット200の断面図である。定着ユニット200は、筒状のフィルム202と、フィルム202の内部空間に設けられたヒータ300と、フィルム202を介してヒータ300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)208と、を有する。フィルム202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。また、フィルム202の表層には耐熱ゴム等の弾性層及びフッ素樹脂層を設けても良い。加圧ローラ208は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金209と、シリコーンゴム等の材質の弾性層210を有する。ヒータ300は耐熱樹脂製の保持部材201に保持されている。保持部材201はフィルム202の回転を案内するガイド機能も有している。また、ステー204は保持部材201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。加圧ローラ208は図示しない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208が回転することによって、フィルム202が従動して回転する。未定着トナー画像を担持する記録紙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300は、後述する発熱抵抗体を有する熱源であり、給電のための複数の電極(E3-1~E3-9)を有している。図2は、そのうちの一つ(電極E3-4)を示している。保持部材201は、電極E3-1~E3-9に対応する箇所に夫々穴が設けられており、穴を介して、各電気接点に図示しない電力供給用の端子を接続する構成となっている。
図2は本実施例における定着ユニット200の断面図である。定着ユニット200は、筒状のフィルム202と、フィルム202の内部空間に設けられたヒータ300と、フィルム202を介してヒータ300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)208と、を有する。フィルム202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。また、フィルム202の表層には耐熱ゴム等の弾性層及びフッ素樹脂層を設けても良い。加圧ローラ208は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金209と、シリコーンゴム等の材質の弾性層210を有する。ヒータ300は耐熱樹脂製の保持部材201に保持されている。保持部材201はフィルム202の回転を案内するガイド機能も有している。また、ステー204は保持部材201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。加圧ローラ208は図示しない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208が回転することによって、フィルム202が従動して回転する。未定着トナー画像を担持する記録紙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300は、後述する発熱抵抗体を有する熱源であり、給電のための複数の電極(E3-1~E3-9)を有している。図2は、そのうちの一つ(電極E3-4)を示している。保持部材201は、電極E3-1~E3-9に対応する箇所に夫々穴が設けられており、穴を介して、各電気接点に図示しない電力供給用の端子を接続する構成となっている。
(ヒータ300の構成説明)
図3は、本実施例におけるヒータ300の構成図である。
図3は、本実施例におけるヒータ300の構成図である。
図3(A)は、ヒータ300の断面図、図3(B)は平面図である。図3(B)におけるX0は、本実施例の画像形成装置100における記録材Pの搬送基準位置であり、図3(A)の断面図は、搬送基準位置X0におけるヒータ300の断面図を示している。
図3(A)に示すように、ヒータ300は、アルミナ基板305上に導電体301a、301bと導電体303-4を有する。導電体301a、301bと導電体303-4は、それぞれ第1導電体、第2導電体とも称する。導電体301aは、記録材Pの搬送方向の上流側に配置され、導電体301bは下流側に配置されている。さらに、ヒータ300は、供給される電力により発熱する発熱体302が、ヒータ300の短手方向に2列構成されており、基板上において導電体301a、301bと導電体303-4の間に設けられている。なお。本実施例において、発熱体302は2列構成されているとしたが、発熱体302が、ヒータ300の短手方向に複数列構成されていても良い。この発熱体302は、記録材Pの搬送方向の上流側に配置された発熱体302a-4と、下流側に配置された発熱体302b-4に分離されている。また、ヒータ長手方向において搬送基準位置X0の位置には電極E3-4が設けられている。そして、裏面層2として絶縁性の保護ガラス308が設けられており、保護ガラス308は、図3(B)に示すように、基板の電極E3-1~E3-9以外の領域を覆っている。
また、摺動面層1には、印刷されたサーミスタT3-1~T3-7が存在する。このサーミスタは負の抵抗温度特性を持ち、温度に依存して抵抗値が変化する。サーミスタT3-1~T3-7は摺動面層2としてのガラス309で覆われている。
図3(B)に示すように、ヒータ300の裏面層1には、導電体301と導電体303と発熱体302、電極E3の組からなる発熱ブロック(加熱領域)が、ヒータ300の長手方向に複数設けられている。本実施例においては、発熱ブロックが7つ設けられている(HB1~HB7)。発熱ブロックは、発熱体群とも称する。また、以降の説明では、各発熱ブロックに対応する部材には、例えば、発熱体302a-1~302a-7のように、各符号の末尾に対応する発熱ブロックの番号を付して説明する。各発熱ブロック内の発熱体302は、所定の温度(例えば、常温)における単位長さ当たりの抵抗率は同じであり、単位長さ当たりの発熱量が同じである。また、発熱ブロックHB1~HB7は、図示のとおり、HB4が最もヒータ長手方向において長い領域を持っており、発熱ブロックHB1と発熱ブロックHB7が最も短い領域となっている。電極E3-8、E3-9は、ヒータ電極E3-1~E3-7に対して電気的に異なる極性の端子が接続される電極である。電極E3-8と電極E3-9は、互いにヒータ300の長手方向の両端に分けて設けている。
ヒータ300の裏面層2の表面保護層308は、ヒータ電極E3-1~E3-9を露出させるように形成されている。
一方、反対の面である摺動面層1には、ヒータ300の発熱ブロック毎の温度を検知するための温度検知素子としてサーミスタT3-1~T3-7が設置されている。これらの温度検知素子は、各発熱ブロックの温度制御のために使われる。サーミスタT3-1~T3-7の一端は、サーミスタの抵抗値検出用の導電体ET3-1~ET3-7にそれぞれ接続されると共に、他端は共通導電体EG9に接続される。
ヒータ300の摺動面層2には、摺動性のあるガラスのコーティングによる表面保護層309が設けられている。表面保護層309は、導電体ET3-1~ET3-7、及び共通導電体EG9を露出させるため、ヒータ300の両端部を除いて設けられている。
(ヒータ300の制御回路400)
図4は、本実施例における制御回路400を示す図である。符号401は画像形成装置100に接続される商用の交流電源である。交流電源401に接続された図示しないAC/DCコンバータによって、直流電圧Vccが生成され、サーミスタT3-1~T3-7の検知等に用いられる。ゼロクロス検知部405は、交流電圧の中間電位のタイミングでZEROX信号を生成してCPU403に入力する。また、電圧VccがサーミスタT3-1~T3-7と抵抗421~427とによってそれぞれ分圧されて作られたサーミスタ信号Th3-1~Th3-7も、CPU403に入力される。そのサーミスタ信号Th3-1~Th3-7とZEROX信号に基づいて、CPU403は駆動信号Drive1~7を生成し、駆動部411~417の制御を行う。この駆動部411~417は、例えばトライアックなどのスイッチ素子を用いて、電流経路のオンオフを行う。CPU403の制御によりヒータ300の発熱体302a、302bへの電力が制御され、各発熱ブロックHB1~HB7が夫々の発熱ブロックHB1~HB7に設定された目標温度を維持するように制御される。本例の装置は、記録材Pが通過しない領域に位置する発熱ブロックの目標温度を、記録材Pが通過する領域に位置する発熱ブロックの目標温度よりも低く設定している。保護装置421~427は、サーミスタ信号Th3-1~Th3-7を基に、各発熱ブロックが異常な温度になっていないかを監視する。もし異常である場合には、SAFE信号が動作し、継電器404を強制的に非導通状態にし、ヒータ300への給電を絶つ仕組みになっている。
図4は、本実施例における制御回路400を示す図である。符号401は画像形成装置100に接続される商用の交流電源である。交流電源401に接続された図示しないAC/DCコンバータによって、直流電圧Vccが生成され、サーミスタT3-1~T3-7の検知等に用いられる。ゼロクロス検知部405は、交流電圧の中間電位のタイミングでZEROX信号を生成してCPU403に入力する。また、電圧VccがサーミスタT3-1~T3-7と抵抗421~427とによってそれぞれ分圧されて作られたサーミスタ信号Th3-1~Th3-7も、CPU403に入力される。そのサーミスタ信号Th3-1~Th3-7とZEROX信号に基づいて、CPU403は駆動信号Drive1~7を生成し、駆動部411~417の制御を行う。この駆動部411~417は、例えばトライアックなどのスイッチ素子を用いて、電流経路のオンオフを行う。CPU403の制御によりヒータ300の発熱体302a、302bへの電力が制御され、各発熱ブロックHB1~HB7が夫々の発熱ブロックHB1~HB7に設定された目標温度を維持するように制御される。本例の装置は、記録材Pが通過しない領域に位置する発熱ブロックの目標温度を、記録材Pが通過する領域に位置する発熱ブロックの目標温度よりも低く設定している。保護装置421~427は、サーミスタ信号Th3-1~Th3-7を基に、各発熱ブロックが異常な温度になっていないかを監視する。もし異常である場合には、SAFE信号が動作し、継電器404を強制的に非導通状態にし、ヒータ300への給電を絶つ仕組みになっている。
(ヒータ300の発熱体形状の説明)
図5は、図3(B)に示すヒータ300の一部を拡大した図である。ヒータ300の長手方向をX方向、ヒータ300の短手方向であって記録材Pの搬送方向をY方向とする。本実施例では、Y方向における上流側の発熱体302aと下流側の発熱体302bの形状がY方向におけるヒータ300の中央線YLを基準に線対称であり、同じ寸法である。このため、下流側の発熱体302bを用いて発熱体の形状を説明し、上流側の発熱体302aの説明を省略する。なお、各発熱ブロックには複数本の発熱体が設けられている。例えば、図5に示すように、発熱ブロックHB1には、上流側の発熱体302aとして、発熱体302a-1-1、302a-1-2、302a-1-3の合計3本の発熱体がある。また、下流側の発熱体302bとして、発熱体302b-1-1、302b-1-2、302b-1-3の合計3本の発熱体がある。従って発熱ブロックHB1には、合計3×2=6本の発熱体がある。発熱ブロックHB7にも同様に、合計6本の発熱体302a-7-1、302a-7-2、302a-7-3、302b-7-1、302b-7-2、302b-7-3がある。図5では省略されているが、発熱ブロックHB2及びHB6には、夫々、合計6×2=12本の発熱体がある。発熱ブロックHB3及びHB5には、夫々、合計8×2=16本の発熱体がある。発熱ブロックHB4には、合計66×2=132本の発熱体がある。従って、ヒータ300全体には、合計200本の発熱体が設けられている。100本の発熱体302aの形状は全て同一であり、100本の発熱体302bの形状も全て同一である。発熱体302a、302bの形状は全て平行四辺形である。
図5は、図3(B)に示すヒータ300の一部を拡大した図である。ヒータ300の長手方向をX方向、ヒータ300の短手方向であって記録材Pの搬送方向をY方向とする。本実施例では、Y方向における上流側の発熱体302aと下流側の発熱体302bの形状がY方向におけるヒータ300の中央線YLを基準に線対称であり、同じ寸法である。このため、下流側の発熱体302bを用いて発熱体の形状を説明し、上流側の発熱体302aの説明を省略する。なお、各発熱ブロックには複数本の発熱体が設けられている。例えば、図5に示すように、発熱ブロックHB1には、上流側の発熱体302aとして、発熱体302a-1-1、302a-1-2、302a-1-3の合計3本の発熱体がある。また、下流側の発熱体302bとして、発熱体302b-1-1、302b-1-2、302b-1-3の合計3本の発熱体がある。従って発熱ブロックHB1には、合計3×2=6本の発熱体がある。発熱ブロックHB7にも同様に、合計6本の発熱体302a-7-1、302a-7-2、302a-7-3、302b-7-1、302b-7-2、302b-7-3がある。図5では省略されているが、発熱ブロックHB2及びHB6には、夫々、合計6×2=12本の発熱体がある。発熱ブロックHB3及びHB5には、夫々、合計8×2=16本の発熱体がある。発熱ブロックHB4には、合計66×2=132本の発熱体がある。従って、ヒータ300全体には、合計200本の発熱体が設けられている。100本の発熱体302aの形状は全て同一であり、100本の発熱体302bの形状も全て同一である。発熱体302a、302bの形状は全て平行四辺形である。
図5に示すように、発熱ブロックHB1の発熱体302bである発熱体302b-1-1~302b-1-3の3本は導電体303-1に対して並列接続されている。発熱体302b-1-1に示された一点鎖線MSは、発熱体302b-1-1の最短電流経路(一つの発熱体の二つの対角線のうち短いほう)を示している。その他の発熱体にも同様に最短電流経路MSが存在する。図中の符号Aは、導電体301から導電体303までの長さを示している。また、符号Bは、各発熱体の短辺を示している。また、符号Cは隣り合う2つの発熱体302の距離を示している。
上述した最短電流経路MSは最も電流が流れやすい経路となり、発熱体302のうちの主に発熱する部分となる。この最短電流経路MSのX方向の幅を幅Wh(Wh1-1、Wh1-2、Wh1-3)とする。幅Whは、X方向に対して発熱体302がなす角θと、長さA、長さBによって求めることができる。符号SP(SP1-1、SP1-2)は隣り合う二つの最短電流経路MSのギャップの幅を示している。幅SP1-1とSP1-2の大きさは同じである。他の発熱ブロックも、その中の幅Whは全て同じであり、ギャップの幅SPも全て同じである。また、符号SPB12は、発熱ブロックHB1の中の発熱体302b-1-3の最短電流経路MSと、発熱ブロックHB2の中の発熱体302b-2-1の最短電流経路MSと、の間のギャップの幅を示している。幅SPB12の大きさは、幅SP1-1やSP1-2と同じである。
符号L1は、発熱ブロックHB1の中の一つの発熱体列(例えば発熱体302bの列)における全ての最短電流経路MSと全てのギャップSPの合計の幅を示している。発熱ブロックHB1の中の幅L1に対するトータル幅WhALL(=(Wh1-1)+(Wh1-2)+(Wh1-3))の割合である割合R1は、式1で表すことができる。なお、発熱ブロックHB1の場合、トータル幅WhALL=Wh×3となる。
R1 = WhALL/ L1 ・・・・式1
発熱ブロックHB1以外の発熱ブロックも同様な関係になっている(図5に示す発熱ブロックHB7等も)。
R1 = WhALL/ L1 ・・・・式1
発熱ブロックHB1以外の発熱ブロックも同様な関係になっている(図5に示す発熱ブロックHB7等も)。
一つの発熱ブロックに設けられた一つの発熱体列の中の発熱体の本数をn、一つの発熱ブロックの中の一つの発熱体列の中の全ての最短電流経路MSと全てのギャップSPの合計の幅をLxとする。すると、一つの発熱ブロックの割合Rbは、
Rb = (n × Wh)/ Lx ・・・・式2
となる。
Rb = (n × Wh)/ Lx ・・・・式2
となる。
また、ヒータ300は、ヒータ300全体において、下記式3を満たしている。なお、mは、ヒータ300に設けられた一つの発熱体列の中の全ての発熱体の本数である。Lは、ヒータ300に設けられた一つの発熱体列の中の全ての最短電流経路MSと全てのギャップSP(ギャップSPB12のような、発熱ブロック間のギャップも含む)の合計の幅である。ヒータ300の全体の割合Rは、
R = (m × Wh)/ L ・・・・式3
次に発熱体の形状について説明する。ヒータ300の発熱体302の抵抗値の狙い値は、定着に必要な電力とプリンタに入力されるAC電圧によって決まる。また、ヒータ300のY方向の長さは、加圧ローラ208の径や定着ニップNの幅によって決定するため、ヒータ300上に形成できる発熱体302の領域が決まっている。その領域において発熱体302が所定の抵抗値となるような配置として、例えば、各発熱ブロックの導電体301と導電体303間に、一様に発熱体302を形成する構成(即ち各発熱ブロックに発熱体が一つしかない構成)も考えられる。しかし、発熱体302の抵抗値、および発熱体302を形成できる領域を考慮すると、発熱体302のシート抵抗値が高くなってしまう虞がある。発熱体302のシート抵抗値は、発熱体302へのガラスなどの混入物の量によって調整されており、シート抵抗値が高いほど混入物の量が多くなる。一方、シート抵抗値が高く、発熱体302への混入物の量が多いほど、サージに対する耐量が弱く、発熱体302にクラックが入るなどの現象を引き起こしやすくなる。従って、シート抵抗値はできる限り小さくすることが求められる。
R = (m × Wh)/ L ・・・・式3
次に発熱体の形状について説明する。ヒータ300の発熱体302の抵抗値の狙い値は、定着に必要な電力とプリンタに入力されるAC電圧によって決まる。また、ヒータ300のY方向の長さは、加圧ローラ208の径や定着ニップNの幅によって決定するため、ヒータ300上に形成できる発熱体302の領域が決まっている。その領域において発熱体302が所定の抵抗値となるような配置として、例えば、各発熱ブロックの導電体301と導電体303間に、一様に発熱体302を形成する構成(即ち各発熱ブロックに発熱体が一つしかない構成)も考えられる。しかし、発熱体302の抵抗値、および発熱体302を形成できる領域を考慮すると、発熱体302のシート抵抗値が高くなってしまう虞がある。発熱体302のシート抵抗値は、発熱体302へのガラスなどの混入物の量によって調整されており、シート抵抗値が高いほど混入物の量が多くなる。一方、シート抵抗値が高く、発熱体302への混入物の量が多いほど、サージに対する耐量が弱く、発熱体302にクラックが入るなどの現象を引き起こしやすくなる。従って、シート抵抗値はできる限り小さくすることが求められる。
(発熱体の傾きとシート抵抗の関係)
図9は、発熱体の部分を示した図である。図9を用いて発熱体302のシート抵抗値を説明する。発熱体302の傾きθは、図9(a)は45度、図9(b)は90度となっている。導電体301から導電体303までの長さは、図5と同様に長さAとなっている。また、発熱体302の平行四辺形のうちの2つの長辺の間を結ぶ最短距離としての幅を幅Hとする。このとき、発熱体302の平行四辺形のうち、幅Hの大きさがある領域の長さをdとすると、図9(a)の形状の場合の長さdはd1、図9(b)の形状の場合の長さdはd2となる。図9(b)に示すようにθ=90度の場合、長さd2は長さAと等しくなる。なお、幅Hは、以下で抵抗パターン幅Hとも称し、長さRは、以下で抵抗パターン長さdとも称する。
図9は、発熱体の部分を示した図である。図9を用いて発熱体302のシート抵抗値を説明する。発熱体302の傾きθは、図9(a)は45度、図9(b)は90度となっている。導電体301から導電体303までの長さは、図5と同様に長さAとなっている。また、発熱体302の平行四辺形のうちの2つの長辺の間を結ぶ最短距離としての幅を幅Hとする。このとき、発熱体302の平行四辺形のうち、幅Hの大きさがある領域の長さをdとすると、図9(a)の形状の場合の長さdはd1、図9(b)の形状の場合の長さdはd2となる。図9(b)に示すようにθ=90度の場合、長さd2は長さAと等しくなる。なお、幅Hは、以下で抵抗パターン幅Hとも称し、長さRは、以下で抵抗パターン長さdとも称する。
以上に示したような発熱体302の抵抗値(Ω)は、式4で求めることができる。
発熱体抵抗値(Ω)=シート抵抗(Ω/sq)×抵抗パターン長さd(mm)/抵抗パターン幅H(mm) ・・・・式4
前述したとおり、発熱体302の一本当たりの抵抗値は、定着器に投入する電力や電圧等により決まる。そして、式4に示すように、発熱体302の抵抗値、および抵抗パターン幅Hを固定値とした場合、抵抗パターン長さdを長くすることにより、シート抵抗値をより低く設定することができる。
発熱体抵抗値(Ω)=シート抵抗(Ω/sq)×抵抗パターン長さd(mm)/抵抗パターン幅H(mm) ・・・・式4
前述したとおり、発熱体302の一本当たりの抵抗値は、定着器に投入する電力や電圧等により決まる。そして、式4に示すように、発熱体302の抵抗値、および抵抗パターン幅Hを固定値とした場合、抵抗パターン長さdを長くすることにより、シート抵抗値をより低く設定することができる。
図10は、θ=90度の時の長さR2を基準(100%)とした場合の傾きθと長さdの関係(長さdの比率=d/A)を示す。3つの曲線は、長さAと幅Hの比率であるA/Hの値が、A/H=2.0の場合、A/H=2.8の場合、A/H=3.2の場合を示す。図10に示すようにA/H=2.0の場合はθ=37度よりも傾けることで長さdを長くすることができる。同様にA/H=2.8の場合はθ=51度、A/H=3.2の場合はθ=55度よりも傾ければ、傾けるほど長さdを長くすることでき、それだけシート抵抗値を低く設定することができる。
(ヒータ300の長手方向に対する温度むらと割合Rとの関係)
図6は、ヒータ300の長手方向Xに対する温度むらと発熱割合Rとの関係を示す。また、図7は図6に示す各プロットの詳細データである。
図6は、ヒータ300の長手方向Xに対する温度むらと発熱割合Rとの関係を示す。また、図7は図6に示す各プロットの詳細データである。
前述のとおり、発熱体のシート抵抗値を小さくするため、発熱体を間引き、且つ傾ける構成が好ましい。一方、間引く量が大きいと、間引いた部分が非発熱領域となり、ヒータ300の長手方向Xにおいて温度むらが発生する。温度むらが大きくなると、定着不良などの画像不良を引き起こす。従って、温度むらを抑制しつつシート抵抗値を低くするため、発熱体の傾きθと、幅Lに占める幅Whの割合Rを最適な値に設定する必要がある。なお、本実施例では、温度むら(温度の最高値と最低値の差)の許容値を1.5℃とした。また、発熱体と発熱体との間隔長さCは、製造上の限界の最小値寸法とした。
図6に示すように割合Rが大きいほど温度むらは小さくなる傾向があり、各プロットの近似線に基づくと、温度むら許容値1.5℃以下を達成するためには割合Rを0.54以上にする必要がある。一方、発熱体の傾きθが小さくなりすぎると、たとえば、幅Wh1の領域と幅Wh2の領域がX方向で重なるため、かえって温度むらが悪化してしまう。よって、割合Rは1未満が最適となる。
従って、0.54≦割合R<1に設定することにより温度むらを小さくすることができる。また、シート抵抗値に関しても、図7に示すように0.54≦割合R<1のプロットでは、比率d/Aが120%以上を達成することができ、その分だけシート抵抗値を小さく設定することができる。
以上説明したように、割合Rを0.54≦割合R<1に設定することにより、低いシート抵抗値を実現でき、ヒータ温度むらによる定着性のむらの抑制と耐サージ性を両立できる。
〔実施例2〕
実施例2のヒータ1300は、主要な紙サイズに合わせて、各発熱ブロックが設けられている。しかしながら、X方向における発熱領域の端部は、発熱体が存在しない領域に熱が奪われてしまうため、紙端部では温度が下がる傾向にある。そのため、本実施例では、発熱ブロックHB1および発熱ブロックHB7の発熱体302の抵抗値が、他の発熱ブロックに比べて低くなるように設定しており、発熱ブロックHB1及びHB7の発熱量が高くなるように設定されている。
実施例2のヒータ1300は、主要な紙サイズに合わせて、各発熱ブロックが設けられている。しかしながら、X方向における発熱領域の端部は、発熱体が存在しない領域に熱が奪われてしまうため、紙端部では温度が下がる傾向にある。そのため、本実施例では、発熱ブロックHB1および発熱ブロックHB7の発熱体302の抵抗値が、他の発熱ブロックに比べて低くなるように設定しており、発熱ブロックHB1及びHB7の発熱量が高くなるように設定されている。
図12は本実施例における制御回路1400を示す図である。発熱体302a-1、発熱体302b-1、発熱体302a-2、発熱体302b-2(発熱体302a-6、発熱体302b-6、発熱体302a-7、発熱体302b-7)は電極E3-2(電極E3-6)に電気的に接続されている。駆動部412(駆動部416)は、電極E3-2(電極E3-6)に電力供給を行う。
図8は本実施例におけるヒータ1300の発熱ブロックHB1および発熱ブロックHB2の発熱体形状を示した図である。発熱ブロックHB1(HB7)とHB2(HB6)は導電体303-2(導電体303-6)を介して電気的に接続されている。導電体303-2(導電体303-6)には、電極E3-2(電極E3-6)が構成されている。実施例1で説明したように、発熱ブロックHB1の中の一つの発熱体列における全ての最短電流経路MSと全てのギャップSPの合計の幅をL1、導電体301bと導電体303-1の距離をD、最短電流経路の幅Wh11(=Wh12、Wh13)、隣り合う二つの最短電流経路MSのギャップの幅SP111(=SP12、SP13)、発熱ブロックHB1の一つの発熱体列の発熱体本数をn1とする。また、発熱ブロックHB2の中の一つの発熱体列における全ての最短電流経路MSと全てのギャップSPの合計の幅L2、導電体301bと導電体303-2の距離をA、最短電流経路の幅Wh21(=Whn)、隣り合う二つの最短電流経路MSのギャップの幅非発熱領域をSP21(=SPn)、発熱ブロックHB2の一つの発熱体列の発熱体本数をn2とする。
発熱体302の平行四辺形の幅Eは、発熱ブロックHB1と発熱ブロックHB2で同じ寸法とし、発熱ブロックHB1の発熱体と発熱体との間隔を長さCは、製造上の限界の最小値寸法とする。Wh11とWh21、およびSP11とSP21が同じ寸法となるように長さAよりも長さDを短く設定し、発熱体302の傾きも発熱ブロックHB2の発熱体に比べて、発熱ブロックHB1のほうが小さくなるように設定されている。これにより、同じ発熱体材料を使用して、発熱ブロックHB2の発熱体よりも発熱ブロックHB1の発熱体の抵抗値を低くすることができる。
温度のむらを小さくするため、発熱ブロックHB1における割合R1は(式5)で算出することができる。また、発熱ブロックHB2における割合R2は(式6)で算出することができる。
R1 = (n1 × Wh11)/ L1 ・・・・式5
R2 = (n2 × Wh21)/ L2 ・・・・式6
本実施例のように発熱ブロックHB1と発熱ブロックHB2の発熱体を異なる抵抗値に設定し、各ブロックの発熱体形状を0.54≦割合R<1に設定することにより、温度むらを小さく抑制することができる。
R1 = (n1 × Wh11)/ L1 ・・・・式5
R2 = (n2 × Wh21)/ L2 ・・・・式6
本実施例のように発熱ブロックHB1と発熱ブロックHB2の発熱体を異なる抵抗値に設定し、各ブロックの発熱体形状を0.54≦割合R<1に設定することにより、温度むらを小さく抑制することができる。
以上説明したように、各ブロックの発熱体抵抗値が異なる場合においても、各ブロックで割合Rを0.54≦割合R<1に設定することにより、低いシート抵抗を実現でき、ヒータ温度むらによる定着性のむらの抑制と耐サージ性を両立きる。
〔実施例3〕
図11は、実施例3のヒータ2300を示している。実施例1と2では、複数の発熱ブロックが独立して発熱する形態であったが、本実施例のヒータ2300は、発熱ブロックが一つしかない。
図11は、実施例3のヒータ2300を示している。実施例1と2では、複数の発熱ブロックが独立して発熱する形態であったが、本実施例のヒータ2300は、発熱ブロックが一つしかない。
このようなヒータ2300においても、割合Rを0.54≦割合R<1に設定することにより、ヒータ温度むらによる定着性のむらの抑制と耐サージ性を両立きる。
200 定着ユニット
302 発熱体
HB1~HB7 発熱ブロック
302 発熱体
HB1~HB7 発熱ブロック
Claims (4)
- 基板と、
前記基板上の長手方向に沿って設けられた第1導電体及び少なくとも一つの第2導電体と、
前記第1導電体と前記第2導電体の間に電気的に並列接続された複数の発熱体と、を有するヒータにおいて、
前記ヒータに設けられた一つの発熱体列の中の、一つの前記第2導電体に接続された発熱体の本数をn、一つの前記第2導電体に接続された全ての発熱体の最短電流経路の前記長手方向における合計の幅(n×Wh)と隣り合う前記最短電流経路の間のギャップの前記長手方向における合計の幅とを足しわせた幅を幅L、前記幅Lに占める前記合計の幅(n×Wh)の割合を割合Rとすると、0.54≦割合R<1を満たすように前記複数の発熱体が構成されていることを特徴とするヒータ。 - 前記第2導電体は前記長手方向に複数設けられており、夫々の前記第2導電体に対して複数の発熱体が並列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。
- 前記発熱体列が、前記基板上の短手方向に複数列構成され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。
- 筒状のフィルムと、前記フィルムの内部空間に設けられたヒータと、前記フィルム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1~3のいずれか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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