JP3647290B2

JP3647290B2 - 像加熱装置及び画像形成装置

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Publication number: JP3647290B2
Application number: JP35541398A
Authority: JP
Inventors: 雅彦鈴見; 敏男宮本; 健二金成
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2018-11-30
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルム加熱方式の像加熱装置、及び該像加熱装置を具備した画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置において、電子写真方式・静電記録方式等の適宜の作像手段にて記録材（転写材・感光紙・静電記録紙・印字用紙等）の上に転写（間接）方式もしくは直接方式で形成担持させた未定着画像（トナー画像）を加熱定着する定着装置（定着器）としては熱ローラ方式の装置が広く用いられている。
【０００３】
熱ローラ方式の装置は、互いに圧接して回転する、定着部材としての定着ローラ（熱ローラ、ヒートローラ）と、加圧部材としての加圧ローラを有し、該両ローラの圧接部である定着ニップ部（加熱ニップ部）に未定着画像を形成担持させた記録材を導入して挟持搬送通過させることで、定着ローラの熱と定着ニップ部の加圧力にて未定着画像を記録材面に永久固着画像として加熱定着させるものである。
【０００４】
近時は、省エネルギー推進等の観点から、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりも速いオンデマンドの像加熱装置としてフィルム加熱方式の装置が実用に供されている。
【０００５】
これは、例えば特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報、同４−４４０７５〜４４０８３号公報、同４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に提案されており、固定支持させた加熱体と、この加熱体と摺動する耐熱性のフィルムと、このフィルムを挟んで加熱体に圧接して定着ニップ部を形成する加圧部材を有し、加熱体を所定の温度に加熱・温調させ、定着ニップ部のフィルムと加圧部材との間に未定着画像を形成担持させた記録材を導入してフィルムと一緒に定着ニップ部を挟持搬送させることで、フィルムを介した加熱体からの熱と定着ニップ部の加圧力にて未定着画像を記録材面に永久固着画像として加熱定着させるものである。
【０００６】
このようなフィルム加熱方式の像加熱装置は、加熱体として所謂セラミックヒータ等の低熱容量線状加熱体を、伝熱部材である耐熱性フィルムとして薄肉の低熱容量のものを用いることができるため、短時間に加熱体の温度が昇温して加熱体もしくは定着ニップ部の所定温度への立ち上がりを迅速にすることができるので、スタンバイ時に装置（加熱体）に電力を供給せず、消費電力を極力抑えることができ、熱ローラ方式等の他の像加熱装置に比べて省電力化やウエイトタイムの短縮化（クイックスタート性）が可能であり、オンデマンドな像加熱装置を構成することができる。
【０００７】
図９にフィルム加熱方式の像加熱装置（加熱定着装置）の一例の要部の概略構成図を示した。
【０００８】
即ち、ステイホルダー（ヒータ支持体）１２に固定支持させた加熱体１１（以下、加熱ヒータと記す）と、該加熱ヒータ１１に耐熱性の薄肉フィルム１３（以下、定着フィルムと記す）を挟んで所定のニップ幅の定着ニップ部Ｎを形成させて圧接させた弾性加圧ローラ２０を有する。
【０００９】
加熱ヒータ１１は通電により所定の温度に加熱・温調される。
【００１０】
定着フィルム１３は円筒状、あるいはエンドレスベルト状、もしくはロール巻きの有端ウェブ状の部材であり、不図示の駆動手段あるいは加圧ローラ２０の回転力により、定着ニップ部Ｎにおいて加熱ヒータ１１面に密着・摺動しつつ矢印ａの方向に搬送移動される。
【００１１】
加熱ヒータ１１を所定の温度に加熱・温調させ、定着フィルム１３を矢印ａの方向に搬送移動させた状態において、定着ニップ部Ｎの定着フィルム１３と加圧ローラ２０との間に被加熱材としての未定着トナー画像ｔを形成担持させた記録材Ｐを導入すると、記録材Ｐは定着フィルム１３の面に密着して該定着フィルム１３と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送される。
【００１２】
この定着ニップ部Ｎにおいて、記録材Ｐ・トナー画像ｔが加熱ヒータ１１により定着フィルム１３を介して加熱されて記録材Ｐ上のトナー画像ｔが加熱定着される。
【００１３】
定着ニップ部Ｎを通った記録材部分は定着フィルム１３の面から剥離して搬送される。
【００１４】
加熱ヒータ１１には一般にセラミックヒータが使用される。図１０の（ａ）はそのセラミックヒータ１１の一例の表面側（加熱面側）の一部切欠き平面模型図、（ｂ）は背面側（反加熱面側）の平面模型図である。
【００１５】
即ち、例えば、アルミナ等の電気絶縁性・良熱伝導性・低熱容量のセラミック基板１１ａの表面側（定着フィルム１３と対面する側の面）に基板長手に沿って銀パラジューム（Ａｇ／Ｐｄ）・Ｔａ₂ Ｎ等の通電発熱抵抗層（発熱体）１１ｂをスクリーン印刷等で形成具備させ、さらに該通電発熱抵抗層形成面を薄肉ガラス保護層１１ｃで覆ってなるものである。この加熱ヒータ１１は給電用電極部１１ｄから通電がなされることにより通電発熱抵抗層１１ｂが発熱してヒータ全体が急速昇温する。
【００１６】
この加熱ヒータ１１の昇温がヒータ背面に配置された温度検知手段１４により検知されて、電路パターン１１ｅ、スルーホール１１ｆ、温度制御部への出力用電極部１１ｇを介して不図示の通電制御部へフィードバックされる。
【００１７】
通電制御部は温度検知手段１４で検知されるヒータ温度が所定のほぼ一定温度（定着温度）に維持されるように通電発熱抵抗層１１ｂに対する通電を制御する。すなわち加熱ヒータ１１は所定の定着温度に加熱・温調される。
【００１８】
定着フィルム１３は、定着ニップ部Ｎにおいて加熱ヒータ１１の熱を効率よく被加熱材としての記録材Ｐに与えるため、厚みは２０〜７０μｍとかなり薄くしている。この定着フィルム１３はフィルム基層、プライマー層、離型性層の３層構成で構成されており、フィルム基層側が加熱ヒータ１１側であり、離型性層側が加圧ローラ２０側である。フィルム基層は加熱ヒータ１１のガラス保護層１１ｃより絶縁性の高いポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等であり、耐熱性、高弾性を有している。また、フィルム基層により定着フィルム１３全体の引裂強度等の機械的強度を保っている。プライマー層は厚み２〜６μｍ程度の薄い層で形成されている。離型性層は定着フィルム１３に対するトナーオフセット防止層であり、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂を厚み１０μｍ程度に被覆して形成してある。
【００１９】
また、ステイホルダー１２は、例えば耐熱性プラスチック製部材より形成され、加熱ヒータ１１を保持するとともに定着フィルム１３の搬送ガイドも兼ねている。
【００２０】
このような定着用の薄いフィルム１３を用いたフィルム加熱方式の加熱装置においては、セラミック加熱ヒータ１１の高い剛性のために弾性層を有している加圧ローラ２０がこれをフィルム１３を介して圧接させた加熱ヒータ１１の扁平下面にならって圧接部で扁平になって所定幅の定着ニップ部Ｎを形成し、定着ニップ部Ｎのみを加熱することでクイックスタートの加熱定着を実現している。
【００２１】
Ｓは記録材搬送基準（通紙基準）であり、本例の装置の場合は、画像形成装置本体の記録材搬送領域の長手方向中央に基準を設けた「中央基準」の装置である。
【００２２】
加熱ヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂの長手方向の幅即ち有効発熱領域Ｗは、定着フィルム１３を介して加熱ヒータ１１に当接される加圧ローラ２０の弾性層の幅Ｄ（加圧ローラ当接領域）に比べ若干狭い幅で形成されている。これは、通電発熱抵抗層１１ｂが加圧ローラ２０よりはみ出ることによつて、局所的に昇温し、その熱応力により破損するのを防止するためである。
【００２３】
また、通電発熱抵抗層１１ｂの有効発熱領域ＷはＡ４，ＬＴＲ等の普通サイズ紙の搬送領域即ち通紙部Ａ（普通サイズ紙通紙部、大サイズ紙通紙部）より十分広い幅で形成されている。これにより、端部温度だれ（加熱ヒータ１１の端部の電気接点及びコネクタ３１・３２等への熱のリークによるもの）の影響をなくすことができ、これにより記録材Ｐ全面にわたって良好な定着性が得られる。
【００２４】
更に、通紙域端部の通電発熱抵抗層１１ｂの幅を絞り、端部の発熱量を上げ、端部の定着性を補う場合もある。
【００２５】
これにより加熱ヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂに通電することで発した熱は、定着フィルム１３と加圧ローラ２０の間を搬送された記録材Ｐに与えられ、記録材Ｐ上のトナー画像ｔを溶融し、固着するために作用する。
【００２６】
加熱ヒータ１１の背面には、サーミスタ等の温度検知素子１４と、暴走時に加熱ヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂへの通電をシャットダウンするための温度ヒューズあるいはサーモスイッチ等のサーモプロテクター１５を当接させてあり、これらの温度検知素子１４とサーモプロテクター１５は封筒などの小サイズ紙の搬送領域Ｂ即ち小サイズ紙通紙部（記録材最小幅搬送領域）内に配置されている。サーモプロテクター１５は通電発熱抵抗層１１ｂに対する給電電路に直列に介入させてある。
【００２７】
ここで、温度検知素子１４については、画像形成装置本体が搬送可能な最小幅の記録材Ｐが搬送された場合であっても、記録材Ｐ上のトナー画像ｔを定着不良、高温オフセット等の問題を起こさずに適度な定着温度で加熱定着するために、小サイズ紙通紙部Ｂ内に設けられている。
【００２８】
一方、サーモプロテクター１５についても、最小幅の記録材Ｐが搬送された場合に、非搬送領域即ち小サイズ紙非通紙部Ｃにおいて、搬送領域である小サイズ紙通紙部Ｂよりも熱抵抗が小さい小サイズ紙非通紙部Ｃで過加熱されることにより、通常の搬送時であってもサーモプロテクター１５が誤動作して通電をシャットアウトする等の問題を引き起こさないために小サイズ紙通紙部Ｂ内に設けられている。
【００２９】
ところで、サーモプロテクター１５を加熱ヒータ１１背面に当接することにより、通電発熱抵抗層１１ｂで発生した熱量がサーモプロテクター１５に奪われて、記録材Ｐに十分な熱量が与えられなくなり、サーモプロテクター１５の当接位置において定着不良を起こすことがある。これを防ぐために通電発熱抵抗層１１ｂはサーモプロテクター当接対応位置において１１ｂ′のように幅を若干狭めて、その通電発熱抵抗層１１ｂ′部分の抵抗値を他の通電発熱抵抗層部分より大きくすることで発熱量を確保している。これにより記録材Ｐへの給熱量を加熱ヒータ長手方向に渡って一定とし、定着むらのない良好な加熱定着を実現している。
【００３０】
温度検知素子１４については、これもサーモプロテクター１５と同様に加熱ヒータ１１の背面に当接させているため、同様に通電発熱抵抗層１１ｂによって発した熱が温度検知素子１４に奪われることが懸念されるが、チップサーミスタ等熱容量の小さい温度検知素子１４を用いることにより、加熱ヒータ１１から奪われる熱量を小さく抑えることができる。このためサーモプロテクター１５と同様の上記対策を取らなくても、加熱ヒータ長手方向において記録材の定着均一性を損ねることなく均一な定着が可能となる。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例で示すようなフィルム加熱方式の像加熱装置において、サイズ（紙幅）の異なる紙（記録材）を通紙した場合、通紙部と非通紙部では、加熱ヒータから奪われる熱量が大きくことなり、紙に熱が奪われない非通紙部の温度は通紙していくにしたがって徐々に上昇していき（非通紙部昇温現象）、やがて加熱ヒータや加圧ローラの耐熱温度を超えてしまう。そのため、通紙間隔を広げることにより対応していた。
【００３２】
しかし、近年のプリンタの高速化に伴う温調温度の上昇と入力電力の増加に伴い、非通紙部の昇温がより顕著となり、通紙間隔を広げる等の方法では対応できなくなってきている。
【００３３】
この問題を解決するには、加熱ヒータに発熱領域の異なる発熱体（通電発熱抵抗層）を複数設け、紙サイズに応じて通電する発熱体を変えて加熱定着を行うゾーンヒーティングが有効である。
【００３４】
図１１にゾーンヒーティング型加熱ヒータ１１の一例を示した。（ａ）は該加熱ヒータ１１の拡大横断面模型図、（ｂ）は背面側の平面模型図、（ｃ）は普通サイズ紙発熱体と小サイズ紙発熱体のパターン模型図である。
【００３５】
本実施例における加熱ヒータ１１は背面（裏面）加熱型セラミックヒータである。即ち高熱伝導であるＡｌ₂ Ｏ₃ 又はＡｌＮ等のセラミック基板１１ａの表面側（加熱面側、定着フィルムと対面する側の面）とは反対の基板背面側（反加熱面側）に発熱体（Ａｇ／Ｐｂ・Ｔａ₂ Ｎ等の通電発熱抵抗層）を具備させた構成のものである。
【００３６】
本実施例の加熱ヒータ１１は、セラミック基板１１ａの背面側に長手に沿って普通サイズ紙発熱体Ｈ１と、これに並行させて小サイズ紙発熱体Ｈ２を形成してある。１１ｄ１・１１ｄ１は普通サイズ紙発熱体Ｈ１の両端部側に導通させて形成具備させた給電用電極部である。１１ｄ２・１１ｄ２は小サイズ紙発熱体Ｈ２の両端部側に導通させて形成具備させた給電用電極部である。１１ｃは上記の普通サイズ紙及び小サイズ紙発熱体形成面を覆わせて形成具備させた薄肉ガラス保護層である。１４及び１５は温度検知手段（サーミスタ）とサーモプロテクターであり、加熱ヒータ背面側であるガラス保護層１１ｃ面に接触させて配設される。
【００３７】
Ｓは記録材搬送基準（通紙基準）であり、本例の装置の場合は、画像形成装置本体の記録材搬送領域の長手方向中央に基準を設けた「中央基準」の装置である。Ｘは通紙方向を示している。
【００３８】
普通サイズ紙発熱体Ｈ１は、Ａ４，ＬＴＲ，ＬＧＬ等の記録材用として、長さＬ１を２２２ｍｍ（＝有効発熱領域Ｗ）、幅Ｗ１を３ｍｍに設定してある。
【００３９】
小サイズ記録材用発熱体Ｈ２はｃｏｍ１０，ＤＬ，モナーク等の封筒用として小サイズ紙通紙部Ｂに対応させてあり、長さＬ２を１１６ｍｍ、幅Ｗ２を１．５７ｍｍに設定してある。
【００４０】
温度検知素子１４とサーモプロテクター１５は小サイズ紙通紙部Ｂ内に設けられている。
【００４１】
普通サイズ記録材の通紙時には給電用電極部１１ｄ１・１１ｄ１間に電力供給されることで普通サイズ紙発熱体Ｈ１が発熱してヒータ全体が急速昇温する。この加熱ヒータ１１の昇温が温度検知素子１４により検知されて不図示の通電制御部へフィードバックされる。通電制御部は温度検知素子１４で検知されるヒータ温度が所定のほぼ一定温度（定着温度）に維持されるように普通サイズ紙発熱体Ｈ１に対する通電を制御する。
【００４２】
小サイズ記録材の通紙時には給電用電極部１１ｄ２・１１ｄ２間に電力供給されることで小サイズ紙発熱体Ｈ２が発熱する。そして小サイズ紙通紙部Ｂに対応するヒータ温度が温度検知素子１４により検知されて通電制御部へフィードバックされる。通電制御部は温度検知素子１４で検知されるヒータ温度が所定のほぼ一定温度（定着温度）に維持されるように小サイズ紙発熱体Ｈ２に対する通電を制御する。
【００４３】
しかしながら、ゾーンヒーティングを行う場合、発熱領域の異なる発熱体Ｈ１・Ｈ２にそれぞれ独立に通電し、通紙すると、ヒータ基板通紙方向には図１２のような温度分布ｈ１・ｈ２が形成される。つまり、定着ニップ部Ｎ内の通紙方向上流側に位置する発熱体Ｈ１に通電する場合は、ヒータ基板通紙方向の温度分布はｈ１のようになり、定着ニップ部内温度をほぼ均一に保つことができるが、下流側に位置する発熱体Ｈ２に通電する場合は、ヒータ基板通紙方向の温度分布はｈ２のようになり、定着ニップ部内の上下流方向で大きな温度勾配が生じてしまう。これは、紙温度が低い上流側では加熱ヒータから紙への熱流束が多く、紙温度が高い下流側では少ないためである。
【００４４】
したがって、下流側に位置する発熱体Ｈ２の通電時は、ヒータ基板全体を高温に保つことができないために定着性に不利であるという問題があった。
【００４５】
更に、複数の発熱体Ｈ１・Ｈ２を１つの温度検知素子（サーミスタ）１４で温調制御する場合、上記のように独立に発熱体Ｈ１またはＨ２に通電すると、温度勾配が緩やかなところ（一般的には温度ピーク近傍）はそれぞれの場合でことなり、温度検知素子の取り付け位置公差等も考慮すると、検知温度が大きくばらついてしまうという問題点があった。
【００４６】
本発明は、長さの異なる複数の発熱体を有する加熱体を用いたゾーンヒーティングのフィルム加熱方式の像加熱装置、及び該像加熱装置を備えた画像形成装置について、上記のような問題点を解消して、良好な小サイズ紙定着性と温度検知部材の検知温度誤差を低減等を図ることを目的とする。
【００４７】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする像加熱装置及び画像形成装置である。
【００４８】
（１）基板に通電により発熱する発熱体が設けられた加熱体と、一方の面がこの加熱体と摺動し他方の面が画像を担持した記録材と接し共に移動するフィルムと、を有し、フィルムを介した加熱体からの熱により記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、
上記加熱体は、長さの異なる複数の発熱体を基板の通紙方向に順次配置してなり、通紙方向上流側に最大通紙幅に対応する長さの最大通紙幅発熱体Ｈ１を、それよりも通紙方向下流側に最大通紙幅よりも小さい通紙幅に対応する長さの小通紙幅発熱体Ｈ２を設け、小通紙幅記録材通紙時は最大通紙幅発熱体Ｈ１と小通紙幅発熱体Ｈ２に
０．５≦Ｈ１／Ｈ２≦２．５
の電力比で通電することを特徴とする像加熱装置。
【００４９】
この構成により、良好な小サイズ紙定着性をえられると同時に、温度制御用の温度検知素子の取り付け公差によって生じる検知温度誤差を低減できる。
【００５０】
（２）上記加熱体は、最大通紙幅に対応する長さの最大通紙幅発熱体を複数もち、小通紙幅記録材通紙時は、小通紙幅発熱体と、これよりも通紙方向上流側に位置する最大通紙幅発熱体の少なくとも一方に上記の電力比で通電することを特徴とする（１）に記載の像加熱装置。
【００５１】
この構成により、プリントスピードアップに伴う消費電力の増加によるフリッカーや高調波歪み等の電気ノイズを増大させることなく、良好な小サイズ紙定着性と温度検知素子の検知温度誤差を低減できる。
【００５２】
（３）上記複数の最大通紙幅発熱体のうち、少なくとも一方の最大通紙幅発熱体の両端部発熱量を中央より高くし、小通紙幅記録材通紙時は、小通紙幅発熱体と、他方の最大通紙幅発熱体とに上記の電力比で通電することを特徴とする（２）に記載の像加熱装置。
【００５３】
この構成により、良好な端部定着性が得られると同時に、良好な小サイズ紙定着性と温度検知素子の検知温度誤差を低減できる。
【００５４】
（４）上記加熱体にフィルムを挟んで圧接して加熱ニップを形成する加圧部材を有することを特徴とする（１）ないし（３）の何れかに記載の像加熱装置。
【００５５】
（５）記録材上に未定着画像を形成する画像形成手段と、その未定着画像を記録材上に永久画像として定着させる加熱定着手段を有する画像形成装置において、上記加熱定着手段が（１）ないし（４）の何れかに記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
【００５６】
【発明の実施の形態】
〈第１の実施例〉（図１〜図５）
（１）画像形成装置例
図１は画像形成装置例の概略構成図である。本例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。
【００５７】
１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）である。ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料層がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の導電性基盤上に形成されている。該感光ドラム１は矢印の時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。
【００５８】
感光ドラム１は回転過程において、まず、その表面が帯電装置としての帯電ローラ２によって所定の極性・電位に一様に帯電される。
【００５９】
次に、露光装置としての不図示のレーザースキャナによる、目的の画像情報パターンに対応したレーザービーム走査露光３を受ける。これにより回転感光ドラム１面に目的の画像情報パターンに対応した静電潜像が形成される。
【００６０】
レーザースキャナはホストコンピュータ等の外部装置等から送られた画像情報パターンの時系列電気デジタル画素信号に対応してＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームを出力し、このレーザービームで回転感光ドラム１の一様帯電処理面を走査露光する。
【００６１】
回転感光ドラム１面に形成された静電潜像は、現像装置４でトナー現像されて可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。
【００６２】
回転感光ドラム１面に形成されたトナー画像は、感光ドラム１と、感光ドラム１に一定の加圧力で接触させた転写装置としての転写ローラ５とで形成される転写ニップ部Ｔにおいて、該転写ニップ部Ｔに不図示の給紙部から所定の制御タイミングにて給送された記録材（転写材）Ｐに対して順次に転写される。
【００６３】
転写ローラ５には不図示の電源から所定の転写バイアスが所定の制御タイミングにて印加され、感光ドラム１面のトナー画像が該転写バイアスの作用で、転写ニップ部Ｔを挟持搬送される記録材Ｐ面に順次に転写される。
【００６４】
転写ニップ部Ｔにてトナー画像の転写を受けて転写ニップ部Ｔを通過した記録材Ｐは回転感光ドラム１面から分離されて像加熱装置としての定着装置６へと搬送され、トナー画像が永久画像として定着される。
【００６５】
一方、感光ドラム１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置７により感光ドラム１表面より除去される。
【００６６】
本実施例における上記画像形成装置のプロセススピードは９４ｍｍ／ｓ、スループットは１６ｐｐｍ（Ａ４）である。
【００６７】
（２）定着装置６
本例における像加熱装置としての定着装置６は、特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報等に開示の、円筒状の定着フィルムを用いたフィルム加熱方式・加圧ローラ駆動式・テンションレスタイプの加熱定着装置である。図２は該装置６の横断面模型図である。
【００６８】
１０・２０は互いに当接させて定着ニップ部Ｎを形成させた定着部材と加圧部材である。
【００６９】
定着部材１０は、加熱体１１（以下、加熱ヒータと記す）、断熱ステイホルダー１２、定着フィルム１３等から構成されている。加圧部材２０は弾性加圧ローラである。
【００７０】
加熱ヒータ１１は高熱伝導であるＡｌ₂ Ｏ₃ 又はＡｌＮ基板からなる、薄肉・横長のセラミックヒータである。本実施例ではゾーンヒーティング型・背面加熱型のセラミックヒータを使用した。この加熱ヒータ１１については次の（３）項で詳述する。
【００７１】
断熱ステイホルダー１２は、加熱ヒータ１１を保持し、定着ニップ部Ｎと反対方向への放熱を防ぐ部材であり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等により形成されている。本例の断熱ステイホルダー１２は横断面略半円弧状樋型の横長で、耐熱性、電気絶縁性で、高い加重に耐えられる部材であり、加熱ヒータ１１はこの断熱ステイホルダー１２の下面のほぼ中央部に部材長手に沿って設けた溝部に表面側を下向きに露呈させて嵌入して固定支持させてある。
【００７２】
定着フィルム１３は円筒状の耐熱性フィルムであり、加熱ヒータ１１を含む断熱ステイホルダー１２に対して周長に余裕を持たせた形でルーズに外嵌させてあり、断熱ステイホルダー１２は定着フィルム１３を内面から支える。
【００７３】
定着フィルム１３は熱容量の小さなものであり、クイックスタートを可能にするために総厚１００μｍ以下の厚みで耐熱性、熱可塑性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等を基層としたフィルムである。また、長寿命の加熱定着装置を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れたフィルムとして、総厚２０μｍ以上の厚みが必要である。よって定着フィルム１３の総厚みとしては２０μｍ以上１００μｍ以下が最適である。さらにオフセット防止や記録材の分離性を確保するために表層には、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合ないし単独で被覆したものである。
【００７４】
加圧部材としての弾性加圧ローラ２０は、芯金２１と、その外側にシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコンゴムを発泡して形成された弾性層２２からなり、さらには、この上にＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性層２３を形成してあってもよい。
【００７５】
この弾性加圧ローラ２０は、不図示の軸受部材に保持させ、断熱ステイホルダー１２の下面側に固定支持させた加熱ヒータ１１の下向き表面に対して定着フィルム１３を挟ませて、不図示の加圧手段により長手方向両端部から加熱定着に必要な定着ニップ部Ｎを形成するべく十分に加圧されている。
【００７６】
加圧ローラ２０は不図示の駆動手段により矢印の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ２０の回転駆動による該ローラ２０の外面と定着フィルム１３の外面との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力で定着フィルム１３に回転力が作用して、該定着フィルム１３はその内面が定着ニップ部Ｎにおいて加熱ヒータ１１の下向き表面に密着して摺動しながら矢印の時計方向に加圧ローラ２０の回転周速度にほぼ対応した周速度をもって断熱ステイホルダー１２の外回りを従動回転状態になる。
【００７７】
この場合、断熱ステイホルダー１２の外回りを従動回転する円筒状の定着フィルム１３はその周長の定着ニップ部Ｎとその近傍部の定着フィルム部分以外の定着フィルム部分はテンションフリー（テンションが加わらない状態）の状態にある。
【００７８】
定着フィルム１３はその内面側が加熱ヒータ１１および断熱ステイホルダー１２の外面の一部に摺擦しながら回転するため、加熱ヒータ１１および断熱ステイホルダー１２と定着フィルム１３の間の摩擦抵抗を小さく抑える必要がある。このため加熱ヒータ１１および断熱ステイホルダー１２の表面に耐熱性グリース等の潤滑剤を少量介在させてある。これにより定着フィルム１３はスムーズに回転することが可能となる。
【００７９】
而して、加圧ローラ２０が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム１３が断熱ステイホルダー１２の外回りを従動回転状態になり、加熱ヒータ１１に通電がなされて該加熱ヒータ１１の発熱で定着ニップ部Ｎの温度が所定に立ち上がって温調された状態において、定着ニップ部Ｎに、未定着トナー画像ｔを形成担持させた記録材Ｐが導入され、定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐの未定着トナー画像担持面側が定着フィルム１３の外面に密着して定着フィルム１３と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。
【００８０】
この記録材Ｐの挟持搬送過程において、加熱ヒータ１１の熱が定着フィルム１３を介して記録材に付与され、記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが熱圧定着される。
【００８１】
記録材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過すると定着フィルム１３の外面から曲率分離して不図示の排出トレイ上に排出される。
【００８２】
（３）加熱ヒータ１１および通電制御
図３の（ａ）は加熱ヒータ１１の拡大横断面図、（ｂ）は背面側の平面模型図、（ｃ）は普通サイズ紙発熱体と小サイズ紙発熱体のパターン模型図である。
【００８３】
この加熱ヒータ１１は前述した図１１と同様の構成のゾーンヒーティング型・背面加熱型のセラミックヒータである。
【００８４】
Ａ４，ＬＴＲ等の普通サイズ紙発熱体Ｈ１は通紙方向上流側に、封筒などの小サイズ紙発熱体Ｈ２は通紙方向下流側に配置してある。普通サイズ紙発熱体Ｈ１の長さ（通紙幅）Ｌｌと小サイズ紙発熱体Ｈ２の長さＬ２は前記したようにそれぞれ２２２ｍｍと１１６ｍｍである。
【００８５】
普通サイズ紙発熱体Ｈ１の抵抗値Ｒｌは、入力電圧が変動した場合でも電力不足を起こさず良好な定着性が得られ、かつ、フリッカーや高調波歪み等の電気ノイズレベルを抑えるために、１３．４Ωとした。
【００８６】
小サイズ紙発熱体Ｈ２の抵抗値Ｒ２は、通紙幅が狭いため抵抗値が低くなってしまうが、フリッカーや高調波歪み等の電気ノイズの制約があるため、発熱体幅Ｗ２を狭くすることによって普通サイズ紙発熱体Ｈ１と同じ値とした。
【００８７】
よって、普通サイズ紙発熱体Ｈ１の幅Ｗｌは３ｍｍ、抵抗値Ｒｌは１３．４Ω（１００Ｖ入力時に約７４６Ｗ）、小サイズ紙発熱体Ｈ２の幅Ｗ２は、１．５７ｍｍとなる。
【００８８】
尚、本実施例では小サイズ紙発熱体Ｈ２の抵抗値調整をヒータの製造工程簡略化のために、幅を変えることによって行ったが、発熱体材料を変えることによっても可能である。
【００８９】
而して、このように複数の発熱体Ｈ１・Ｈ２を有するゾーンヒーティング型加熱ヒータについて、発熱体Ｈ１・Ｈ２にそれぞれ独立に通電した場合の通紙中の温度分布は前述したように図１２のｈ１・ｈ２のようになる。すなわち、発熱体Ｈ１を点灯した場合は、ヒータ基板内の温度がほぼ均一となるが、発熱体Ｈ２を点灯した場合は、ヒータ基板内で大きな温度勾配が生じてしまう。これは、定着ニップ部Ｎ内を紙が通過する際の加熱ヒータから紙への熱流束が通紙方向上流側と下流側で異なることによるものである。つまり、紙が定着ニップ部内を通過する間に温度が上昇するため、紙温度が低い上流側ではヒータから紙への熱流束は多く、紙温度が高い下流側では熱流束が少なくなるためである。したがって、下流側に発熱体Ｈ２を配置した場合は、特に定着ニップ部上下流側で温度勾配は大きくなる。
【００９０】
図４は本発明にしたがって普通サイズ紙発熱体Ｈ１と小サイズ紙発熱体Ｈ２を通電デューティーを変えて通紙した場合の温度分布である。各発熱体Ｈ１とＨ２の単位長手長さ当たりの電力比を表１に、発熱体Ｈ１とＨ２の通電デューティーとその時の単位長手長さ当たりの電力比を表２にしました。
【００９１】
【表１】

【００９２】
【表２】

図４から分かるように、小サイズ紙発熱体Ｈ２を普通サイズ紙発熱体Ｈ１と同時に通電することによって、定着ニップ部Ｎの上流側の温度が上昇し、更に、発熱体Ｈ１とＨ２の単位長当たりの電力比を近づけることによってヒータ基板内温度がより均一になっていくことがわかる。
【００９３】
表３に、小サイズ紙発熱体Ｈ２のみ通電した場合と、前記表２のデューティーで通電した場合の小サイズ紙定着性と温度検知部材としてのサーミスタ１４の取り付け公差により生じる検知温度誤差を示す。
【００９４】
【表３】

表３より、小サイズ紙通紙時に普通サイズ紙発熱体Ｈ１にも通電することにより、小サイズ紙の定着性を向上させることができ、更に、サーミスタ１４の取り付け公差内での温度バラツキも小さくすることができることがわかる。
【００９５】
この結果から、良好な小サイズ紙定着性を得ることができ、且つ、サーミスタの検知温度誤差を１０ｄｅｇ程度に押さえるためには、単位長手長さ当たりの電力比をＨ１／Ｈ２≧０．５程度にするのが好ましい。
【００９６】
しかし、図５で示すように普通サイズ紙発熱体Ｈ１と小サイズ紙発熱体Ｈ２の通電デューティーを変えること等によって単位長手長さ当たりの電力比も変わり、同様に通紙部と非通紙部の電力比も変わるため、非通紙部昇温にも影響を与える。表４は前記表２中の各通電デューティーでの通紙部と非通紙部の電力比と非通紙昇温の関係を示したものである。尚、端部昇温はｃｏｍ１０封筒を１６ｐｐｍのスループットで７５枚連続通紙したときの温度である。
【００９７】
【表４】

表４から、封筒をフルスループット（１６ｐｐｍ）で通紙するためには、電力比が通紙部／非通紙部≧１．９５程度である必要があるが、通紙部／非通紙部≧１．４程度であれば実用的に問題のないレベル（普通サイズ紙スループットの２／３程度のスループットダウンを許容）である。
【００９８】
また、本実施例では、背面加熱型の加熱ヒータ１１を用いたが、ＡｌＮ基板を用いた従来型（表面加熱型）の加熱ヒータを用いた場合でも同様の効果が得られた。
【００９９】
以上のように、小サイズ紙通紙時に普通サイズ紙発熱体Ｈ１と小サイズ紙発熱体Ｈ２を０．５≦Ｈ１／Ｈ２≦２．５程度の電力比で点灯させることによって、小サイズ紙の定着性を向上させることができ、且つ、サーミスタ１４の取り付け位置ずれによる温度検知誤差を減少させることができる。
【０１００】
〈第２の実施例〉（図６）
本実施例では、装置をＡ４縦２４ｐｐｍ、プロセススピード１５１ｍｍ／ｓにスピードアップした。スピードアップに伴い、普通サイズ紙通紙時の消費電力を第１の実施例の７４６Ｗから８８０Ｗヘアップさせる必要があり、フリッカーや高調波歪み等の増大が問題となった。
【０１０１】
そこで、図６の（ａ）または（ｂ）のように、普通サイズ紙発熱体をＨ１とＨ１′の２本に分割し、それぞれＯＮタイミングをずらして独立に駆動させることにより、フリッカー等の電気ノイズを低減させる構成とした。
【０１０２】
普通サイズ紙発熱体Ｈ１とＨ１′の配置の方法としては、図６の（ａ）のように通紙方向上流側から下流側に普通サイズ紙発熱体Ｈ１−小サイズ紙発熱体Ｈ２−普通サイズ紙発熱体Ｈ１′の配列と、（ｂ）のように普通サイズ紙発熱体Ｈ１−普通サイズ紙発熱体Ｈ１′−小サイズ紙発熱体Ｈ２の配列の２通り可能であり、どちらも同様の効果が得られる。ただ（ｂ）の配置の場合は、配線パターン同士間の距離ｄを配線一発熱体間、発熱体一発熱体間の距離より多くとる必要があり（発熱体による電圧降下がないため大きな電位差がかかるため）、ヒータ基板幅としては広くなり、コスト高となる傾向にある。
【０１０３】
本実施例では（ａ）の配置を例に説明する。尚、その他の条件は、前記第１の実施例と同様であり、再度の説明は省略する。
【０１０４】
本構成においても、小サイズ紙発熱体Ｈ２のみに通電した場合、前記と同様な問題が発生する。
【０１０５】
そこで、本実施例では、普通サイズ紙通紙時は発熱体Ｈ１とＨ１′、小サイズ紙通紙時は、発熱体Ｈ１とＨ２に通電する。この場合、前記第１の実施例で述べたように定着ニップ部Ｎの上流側と下流側では、紙への熱流束が異なるため、発熱体Ｈ１とＨ１′を同じ電力比で点灯した場合にはヒータ基板内温度は均一にはならない。
【０１０６】
表５に発熱体Ｈ１とＨ１′の電力比を変えて通電した場合に、サーミスタ１４の取り付け公差によって生じる検知温度の誤差を示す。
【０１０７】
【表５】

表５から分かるように、電力比Ｈ１／Ｈ１′が１．５以上程度とすることで、定着ニップ部内温度がほぼ均一になり、サーミスタ１４の位置ずれによる検知誤差を１０℃程度とすることができる。
【０１０８】
また、Ｈ１／Ｈ１′を２とし、小サイズ紙通紙時は、発熱体Ｈ１とＨ２を通電デューティーＨ１：Ｈ２＝２：１（単位長手長さ当たりの電力比が、Ｈ１／Ｈ２＝０．６５、通紙部：非通紙部＝２．５：１）で制御することにより、前記第１の実施例と同様に良好な小サイズ紙の定着性を得ることができ、且つ、サーミスタ１４の位置ずれによる検知温度ずれを低減させることができた。
【０１０９】
以上のように、本構成によりプリント速度の増大により消費電力がアップした場合でも、フリッカーや高調波歪み等の電気ノイズを増加させることなく、温度制御用の温度検知素子１４の位置ずれによる検知誤差を低減することができ、且つ、小サイズ紙の定着性を向上させることができる。
【０１１０】
〈第３の実施例〉（図７・図８）
本実施例では、前記第２の実施例の加熱ヒータにおいて、小サイズ紙通紙時に通電しない発熱体Ｈ１′の両端部を図７のｅ・ｅのように絞り部とすることで該発熱体Ｈ１′の両端部の発熱量をアップさせる構成とした。尚、その他の条件は前記第２の実施例と同様であり、再度の説明は省略する。
【０１１１】
通常、印字可能領域（定着可能領域）は紙両端から５ｍｍ内側からであるが、近年、紙の最端部付近まで印字する需要があり、そのためには図８のような定着装置端部の放熱による温度だれを考慮し、定着装置の幅を広げる必要がある。しかし、それはプリンタのサイズアップにつながってしまう。
【０１１２】
そこで、本実施例では紙の最端部の定着性を定着装置の幅を広げることなく、向上させるために小サイズ紙通紙時に通電しない発熱体Ｈ１′の端部の発熱体の発熱量をアップさせる構成とした。これにより、小サイズ紙通紙時の非通紙部昇温を悪化させることなく、紙最端部までの定着が可能となる。
【０１１３】
表６に発熱体Ｈ１′の端部発熱量アップ量と紙最端部の定着性の関係をを示す。尚、今回は発熱量の制御は中央部と端部の発熱体幅を変えることによって抵抗値を変えて行ったが、発熱体材料を変えることによっても可能である。
【０１１４】
【表６】

表６からわかるように、発熱体Ｈ１′の端部発熱量を８％程度アップする事によって、紙全面の定着が可能となった。また、小サイズ紙定着性及びサーミスタ検知温度誤差についても、前記第２の実施例と同様な効果が得られた。
【０１１５】
以上のように、普通サイズ紙発熱体Ｈ１・Ｈ１′のうち、小サイズ紙発熱体Ｈ２と同時に点灯させない発熱体Ｈ１′の端部発熱量をアップさせることにより、良好な端部定着性を得ることができると同時に、良好な小サイズ紙定着性とサーミスタ検知温度ずれを小さくすることができる。
【０１１６】
〈その他〉
１）加熱ヒータ１１は実施例の背面加熱型に限られず、従来型（表面加熱型）であってもよい。
【０１１７】
２）記録材Ｐの通紙基準は片側基準にすることも勿論できる。
【０１１８】
３）本発明の像加熱装置は各実施例の定着装置に限らず、画像を担持した記録材を加熱して艶等の表面性を改質する装置、仮定着する装置等の像加熱装置、その他、被加熱材の加熱乾燥装置、加熱ラミネート装置など、広く被加熱材を加熱処理する手段・装置として使用できる。
【０１１９】
４）記録材Ｐに対する未定着トナー画像ｔの形成原理・プロセスに限定はなく任意である。
【０１２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、長さの異なる複数の発熱体を有する加熱体を用いたゾーンヒーティングのフィルム加熱方式の像加熱装置、及び該像加熱装置を備えた画像形成装置について、良好な小サイズ紙定着性を得られると同時に、温度検知部材の取り付け公差によって生じる検知温度ずれを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例における画像形成装置例の概略構成図
【図２】定着装置の横断面模型図
【図３】加熱体の構成説明図
【図４】発熱体Ｈ１とＨ２を共に通電したときの定着ニップ部幅方向の温度分布を表す図
【図５】発熱体Ｈ１とＨ２の電力比と通紙部・非通紙部の電力比の関係を表す図
【図６】（ａ）と（ｂ）はそれぞれ第２の実施例における加熱体の構成をを表す図
【図７】第３の実施例における加熱体の構成を表す図
【図８】端部温度だれを表す図
【図９】フィルム加熱方式の像加熱装置（加熱定着装置）の一例の要部の概略構成図
【図１０】加熱体（表面加熱型）の構成説明図
【図１１】背面加熱型の加熱体の構成説明図
【図１２】発熱体Ｈ１とＨ２に独立に通電したときの定着ニップ部幅方向の温度分布を表す図
【符号の説明】
１１‥‥加熱体（加熱ヒータ）、１１ａ‥‥セラミック基板、１１ｂ‥‥発熱体、Ｈ１‥‥普通サイズ紙発熱体、Ｈ２‥‥小サイズ紙発熱体、１１ｃ‥‥薄肉ガラス保護層、１２‥‥ステイホルダー、１３‥‥薄肉フィルム（定着フィルム）、１４‥‥温度検知素子（サーミスタ）、１５‥‥サーモプロテクター、２０‥‥加圧ローラ

Claims

基板に通電により発熱する発熱体が設けられた加熱体と、一方の面がこの加熱体と摺動し他方の面が画像を担持した記録材と接し共に移動するフィルムと、を有し、フィルムを介した加熱体からの熱により記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、
上記加熱体は、長さの異なる複数の発熱体を基板の通紙方向に順次配置してなり、通紙方向上流側に最大通紙幅に対応する長さの最大通紙幅発熱体Ｈ１を、それよりも通紙方向下流側に最大通紙幅よりも小さい通紙幅に対応する長さの小通紙幅発熱体Ｈ２を設け、小通紙幅記録材通紙時は最大通紙幅発熱体Ｈ１と小通紙幅発熱体Ｈ２に
０．５≦Ｈ１／Ｈ２≦２．５
の電力比で通電することを特徴とする像加熱装置。
上記加熱体は、最大通紙幅に対応する長さの最大通紙幅発熱体を複数もち、小通紙幅記録材通紙時は、小通紙幅発熱体と、これよりも通紙方向上流側に位置する最大通紙幅発熱体の少なくとも一方に上記の電力比で通電することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
上記複数の最大通紙幅発熱体のうち、少なくとも一方の最大通紙幅発熱体の両端部発熱量を中央より高くし、小通紙幅記録材通紙時は、小通紙幅発熱体と、他方の最大通紙幅発熱体とに上記の電力比で通電することを特徴とする請求項２に記載の像加熱装置。
上記加熱体にフィルムを挟んで圧接して加熱ニップを形成する加圧部材を有することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の像加熱装置。
記録材上に未定着画像を形成する画像形成手段と、その未定着画像を記録材上に永久画像として定着させる加熱定着手段を有する画像形成装置において、
上記加熱定着手段が請求項１ないし４の何れかに記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。