JP6188313B2

JP6188313B2 - 像加熱装置及びこの像加熱装置に用いられるヒータ

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Inventors: 亮太小椋
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Description

本発明は、記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置、及びこの像加熱装置に用いられるヒータに関する。

複写機やプリンタ等の画像形成装置に定着装置として搭載される像加熱装置の一つとして、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、定着ニップ部の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にあるトナーが過剰に加熱されてベルトにオフセットするという現象（高温オフセット）が発生することもある。

この非通紙部昇温を抑制する手段として、セラミックヒータにグラファイトに代表される熱伝導異方層を設ける方法が提案されている（特許文献１、２）。グラファイトは、炭素からなる六角板結晶を層状に結合した構造で、層と層の間をファンデルワールス力で結合されている。セラミックヒータの面と平行な方向（グラファイトの共有結合層の面と平行な方向）には熱伝導率が高い特性をもつ為、セラミック基板にグラファイトを設けることで、小サイズ紙の非通紙部の昇温を抑制できる。

また、厚み方向（グラファイトの共有結合層の面に対して垂直な方向）に対して熱伝導率が低いことから、セラミックヒータを支持するホルダへの放熱を低減させ、紙に対して効率よく熱を与えることができる。

特開２００３−３１７８９８特開２００３−００７４３５

ところで、温度検知部材をセラミックヒータに当接させることで、セラミックヒータの温度を検知する方法が一般的に用いられている。しかしながら、グラファイトの厚み方向の熱伝導率が低いため、セラミックヒータの温度検知を、グラファイトに代表される熱伝導異方層を介して行うと、温度検知部材の応答が遅くなってしまうことが判った。

上述の課題を解決するための本発明の一つ目の側面は、エンドレスベルトと、第一の面と、前記第一の面と反対側の第二の面と、を有する板状のヒータであって、前記第一の面が前記エンドレスベルトの内面に接触し、基板と、前記基板上に設けられた発熱抵抗体と、を有するヒータと、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ローラと、前記ヒータの前記第二の面に接触し、前記ヒータの前記第二の面に平行である方向の熱伝導率が前記第二の面に垂直である方向の熱伝導率より高い熱伝導異方性部材と、前記ヒータの温度を検知する温度検知部材と、を有する像加熱装置において、前記熱伝導異方性部材の熱伝導率は、前記第二の面に垂直である方向において前記基板の熱伝導率よりも低く、前記第二の面に平行である方向において前記基板の熱伝導率よりも高く、前記温度検知部材は、前記ヒータの前記第二の面のうち前記熱伝導異方性部材が設けられていない領域の温度を検知することを特徴とする。
上述の課題を解決するための本発明の二つ目の側面は、エンドレスベルトと、第一の面と、前記第一の面と反対側の第二の面と、を有する板状のヒータであって、前記第一の面が前記エンドレスベルトの内面に接触し、基板と、前記基板上に設けられた発熱抵抗体と、を有するヒータと、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ローラと、前記ヒータの前記第二の面に接触し、前記ヒータの前記第二の面に平行である方向の熱伝導率が前記第二の面に垂直である方向の熱伝導率より高い熱伝導異方性部材と、前記ヒータの温度を検知する温度検知部材と、を有する像加熱装置において、前記熱伝導異方性部材の熱伝導率は、前記第二の面に垂直である方向において前記基板の熱伝導率よりも低く、前記第二の面に平行である方向において前記基板の熱伝導率よりも高く、前記温度検知部材は前記熱伝導異方性部材上に設けられ、前記温度検知部材が設けられた前記熱伝導異方性部材の領域の前記第二の面に垂直である方向の厚みは、前記温度検知部材が設けられていない前記熱伝導異方性部材の領域の前記厚みよりも薄いことを特徴とする。

本発明によれば、小サイズ紙を定着処理する際の非通紙部昇温を緩和しつつ、温度検知の応答性を改善することができる。

画像形成装置の構成図である。定着装置の断面図である。実施例１におけるセラミックヒータの説明図である。ヒータの駆動回路である。実施例１における熱伝導異方性部材の形状を説明する断面図である。実施例１における熱伝導異方性部材の形状を説明する平面図である。セラミックヒータの温度分布を比較するための図である。実施例２におけるセラミックヒータの説明図である。実施例２における熱伝導異方性部材の形状を説明する断面図である。熱伝導異方性部材を切り抜く場合と切り抜かない場合の温度検知部材までの熱抵抗を説明する図である。実施例２におけるセラミックヒータの温度分布を示す図である。実施例３における熱伝導異方性部材の形状を説明する断面図である。実施例３における熱伝導異方性部材の多層構造を説明する図である。実施例４における熱伝導異方性部材の形状を説明する断面図である。

（実施例１）
図１は定着装置としての像加熱装置を搭載する画像形成装置の構成を示す図であり、１００は画像形成装置本体を示している。画像形成装置１００は、記録材である記録紙Ｐを収納する給紙カセット１０１を備えており、記録紙Ｐの有無を検知する紙有無検知センサ１０２と、記録紙Ｐの大きさを検知する紙サイズ検知センサ１０３を有する。給紙カセット１０１に積載された記録紙Ｐを繰り出す為にピックアップローラ１０４が備えられ、更にピックアップローラ１０４によって繰り出された記録紙Ｐを搬送する給紙ローラ１０５と、給紙ローラ１０５に対向して配置され、記録紙Ｐを１枚だけ給紙できるようにリタードローラ１０６が設けられている。その後記録紙Ｐはレジストローラ１０７によって所定のタイミングで搬送される。プロセスカートリッジ１０８は、帯電ローラ１０９、現像ローラ１１０、クリーナ１１１、および電子写真感光体である感光体ドラム１１２で一体的に構成されている。

感光体ドラム１１２は帯電ローラ１０９によって表面を一様に帯電された後、スキャナユニット１１３により画像信号に基づいた像露光が行なわれる。スキャナユニット１１３内のレーザダイオード１１４から出射されるレーザ光は、回転するポリゴンミラー１１５および反射ミラー１１６を経て主走査方向に、感光体ドラム１１２の回転により副走査方向に走査され、感光体ドラム１１２の表面上に２次元の潜像が形成される。感光体ドラム１１２の潜像は現像ローラ１１０によってトナー像として可視化され、トナー像は転写ローラ１１７によって、レジストローラ１０７から搬送されてきた記録紙Ｐ上に転写される。続いて、トナー像が転写された記録紙Ｐは定着装置１１８に搬送されると記録紙Ｐは加熱加圧処理され、記録紙Ｐ上の未定着トナー像が記録紙Ｐに定着される。記録紙Ｐはさらに中間排紙ローラ１１９、排紙ローラ１２０によって画像形成装置１００の外に排出され、一連のプリント動作を終える。尚、レジ前センサ１２１、定着排紙センサ１２２、排紙センサ１２３は、記録紙Ｐの搬送状態を監視している。

図２は定着装置１１８の断面構成図である。定着装置１１８は、筒状の定着フィルム（エンドレスベルト）２０１と、定着フィルム２０１の内面に接触するヒータ２０３と、定着フィルム２０１を介してヒータ２０３と共に画像を担持する記録材Ｐを挟持搬送するニップ部２０５を形成するニップ部形成部材（加圧ローラ）２０２を有している。２０４は、ヒータ２０３を保持する耐熱樹脂製のヒータホルダ、２０６はヒータホルダ（の長手方向）と平行に設けられた金属製のステーであり、ヒータホルダ２０４の剛性を確保するためのものである。なお、後述するがヒータにはヒータの温度を検知する温度検知部材が接触している。このように、定着装置１１８は、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ヒータと、エンドレスベルトを介してヒータと共に画像を担持する記録材を挟持搬送するニップ部を形成するニップ部形成部材を有する。更に、ヒータのニップ部を形成する第一の面とは反対側の第二の面の側に設けられておりヒータの温度を検知する温度検知部材を有する。

２０７はヒータ２０３の裏面（ニップ部２０５に対向する面（第一の面）とは反対側の面（第二の面））に設けられた熱伝導異方性部材である。本例では熱伝導異方性部材２０７として、材質がグラファイトであるシートを用いている。グラファイトは、炭素からなる六角板結晶を層状に結合した構造を有し、層と層の間をファンデルワールス力で結合された構造となっている。グラファイトは、このような構造であるため、層の面（シートの面）と平行な方向の熱伝導率は非常に高いが、層の面（シートの面）と垂直な方向の熱伝導率は層の面と平行な方向の熱伝導率より小さい。なお、図２中、方向ｘは定着装置１１８の短手方向（＝ヒータ２０３の短手方向）、方向ｙは定着装置の長手方向（＝ヒータ２０３の短手方向）、方向ｚは定着装置の高さ方向を示している。

図２に示すように、グラファイトシート２０７はヒータホルダ２０４とヒータ２０３の間に位置している。本例のグラファイトシート２０７は、厚み１００μｍであり、シートの面と平行な方向に７００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、厚み方向（シートの面と垂直な方向）に３〜１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する。なお、本例ではヒータとグラファイトシートを接着剤で一体化しておらず、単に、ヒータホルダ２０４とヒータ２０３でグラファイトシート２０７を挟み込んでいるだけである。このような構成の場合、グラファイトシート２０７とヒータ２０３の間に熱伝導の良いグリス（不図示）を塗布し、ヒータとグラファイトシートの位置関係がずれにくいようにしてもよい。

以上のように、本例では、グラファイトシートをヒータ２０３とヒータホルダ２０４のいずれにも貼り付けず、単にヒータ２０３とヒータホルダ２０４で挟み込んでいるだけ（即ち、グラファイトシートはヒータやヒータホルダとは別部品）である。しかしながら、ヒータホルダ２０４にグラファイトシート２０７を貼り付け、ヒータ２０３がグラファイトシート２０７と接触するようにヒータをヒータホルダ側に押圧してもよい。また、グラファイトシート２０７を、ヒータ２０３に熱伝導性が優れた接着剤等で貼りつけ、グラファイトシートを貼り付けたヒータをヒータホルダ２０４に対して接着せずに保持させる構成でも良い。また、グラファイトシートを貼り付けたヒータをヒータホルダ２０４に対して接着剤で接着し保持させる構成でもよい。

図３は本実施例におけるヒータ２０３の説明図である。図３（ａ）はヒータ２０３を上から見た図であり、図３（ｂ）はヒータ２０３の断面をヒータ長手方向の一端側から見た図である。

ヒータ２０３は、ＳｉＣ、ＡＬＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックス系の絶縁基板３０４と、基板３０４面上にペーストを印刷して形成されている発熱抵抗体３０１、３０２、３０３と、導電部３０８、電極部３０５、３０６、３０７、発熱抵抗体を保護する保護層（ガラス）３０９から構成されている。図３（ａ）のように、発熱抵抗体３０１と３０３が並列接続されており、発熱抵抗体３０１と３０３の間に発熱抵抗体３０２が設けられている。発熱抵抗体３０１と３０３は図４に示すトライアック４０３で駆動され、発熱抵抗体３０２はトライアック４０４で駆動される。トライアック４０３と４０４は互いに独立して駆動可能である。このように本例のヒータは、独立駆動可能な二つのトライアックで駆動される２ドライブヒータである。

発熱抵抗体３０１と３０３はセラミックヒータ２０３の長手方向端部に比べて中央の発熱量が大きくなるように抵抗値が設定され、発熱抵抗体３０２はセラミックヒータ２０３の長手方向中央に対して端部の発熱量が大きくなるように抵抗値が設定されている。発熱抵抗体３０１及び３０３の組と、発熱抵抗体３０２と、は独立駆動可能になっているので、例えば記録材の幅に応じて発熱分布を変更可能なヒータとなっている。

図４はヒータ駆動回路を示している。図中の４０１は交流電源であり、ＡＣフィルタ４０２を介して、発熱抵抗体３０１、３０２、３０３に接続されている。発熱抵抗体３０１と３０３へ供給する電力はトライアック４０３の駆動を制御することによって制御され、発熱抵抗体３０２へ供給する電力はトライアック４０４の駆動を制御することにより制御される。４０５、４０６はトライアック４０３を駆動するためのバイアス抵抗であり、４０７、４０８はトライアック４０４を駆動するためのバイアス抵抗である。４０９、４１０は一次側と二次側の沿面距離を確保するためのフォトトライアックカプラである。フォトトライアックカプラ４０９、４１０の発光ダイオードに通電することによりトライアック４０３と４０４がそれぞれＯＮする。４１１、４１２はフォトトライアックカプラ４０９、４１０の電流を制限するための抵抗である。４１３、４１４はトランジスタで、フォトトライアックカプラ４０９、４１０をＯＮ／ＯＦＦ制御するものである。これらのトランジスタは抵抗４１５や抵抗４１６を介してエンジンコントローラ４１７からのヒータ駆動信号ＦＳＲＤ１、ＦＳＲＤ２に従って動作する。ヒータ駆動信号ＦＳＲＤ１、ＦＳＲＤ２は、トライアック４０３、４０４をＯＮしたいときには“Ｈ”レベルとなり、トライアック４０３、４０４をＯＦＦしたいときには“Ｌ”レベルとなる。“Ｈ”レベルはエンジンコントローラ４１７のポートの電圧レベルであり、エンジンコントローラ４１７に供給される電圧レベルに近い電圧レベルを指し、“Ｌ”レベルはエンジンコントローラ４１７の接地電位に近い電圧レベルを指している。４１８はＡＣフィルタ４０２を介して交流電源４０１に接続したゼロクロス検知回路である。ゼロクロス検知回路４１８は商用電源電圧が閾値以下の電圧になっていることを、エンジンコントローラ４１７に対してパルス信号（以下「ＺＥＲＯＸ信号」と呼ぶ。）として報知する。画像形成装置１００は、エンジンコントローラ４１７によってＺＥＲＯＸ信号のパルスのエッジを基準に、トライアック４０３、４０４の通電タイミングを決定して、トライアック４０３、４０４をＯＮ／ＯＦＦ制御する。

サーミスタ素子４１９は、セラミックヒータ２０３の長手方向中央部の温度を検知するための素子である。また、サーミスタ素子４２０、４２１、４２２はセラミックヒータ２０３の長手方向端部の温度を検知するための素子である。サーミスタ素子４１９、４２０、４２１、４２２によって検知される温度はエンジンコントローラ４１７に入力される。抵抗４２３、４２４、４２５、４２６は、各サーミスタ素子の出力を分圧するためのもので、エンジンコントローラ４１７には分圧されたＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３、ＴＨ４信号がＡ／Ｄ変換されて入力する。各サーミスタ素子は、ＮＴＣ（ＮｅｇａｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタであり、温度上昇に伴い抵抗値が下がる特性を持つ。その為、温度上昇に伴いＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３、ＴＨ４信号の電圧は小さくなる。セラミックヒータ２０３の温度はエンジンコントローラ４１７で監視され、エンジンコントローラ４１７内部で設定されている目標温度と比較することによって、発熱抵抗体３０１、３０２、３０３に供給する電力が調整される。これにより、ヒータが目標温度を維持するようにヒータへ供給する電力が制御されている。

安全回路４２７は、定着装置１１８の異常を検知してセラミックヒータ２０３へ供給する電力を強制停止させる回路である。サーミスタ素子４１９、４２０、４２１、４２２からのＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３、ＴＨ４信号は、エンジンコントローラ４１７を介さずに安全回路４２７にも入力している。安全回路４１７は、サーミスタの検知温度と、異常と判断する基準温度とを比較する。サーミスタの検知温度が基準温度より低い場合には、出力ＳＡＦＥ信号は“Ｈ”レベルに維持され、サーミスタの検知温度が基準温度より高い場合には、トランジスタ４２８をＯＦＦする為に、出力信号ＳＡＦＥを“Ｌ”レベルにする。

４３１は、１次側と２次側が絶縁された継電器（以下、リレーと呼ぶ）であり、リレー４３１のスイッチ部は交流電源４０１から発熱抵抗体３０１、３０２、３０３への電力供給路に配置される。トランジスタ４２８によりリレー４３１の２次側に接続された内蔵コイルに電流を流すことで、コイルを励磁させ、スイッチ部をＯＮ／ＯＦＦさせる。トランジスタ４２８は抵抗４２９を介して安全回路４２７に接続され、定着装置１１８の異常時にはリレー４３１がＯＦＦして、セラミックヒータ２０３への通電を切る構成になっている。

４３０は、サーモスイッチであり、セラミックヒータ２０３に接触している。サーモスイッチ４３０は、所定の作動温度を超えるとスイッチの接点が離れ、ヒータへ供給する電力を遮断する部品である。この部品も、ヒータ２０３が異常な温度まで昇温するとヒータへの通電が切れるように作動温度が設定されており、装置の保護素子として用いられている。サーモスイッチ４３０とリレー４３１は、定着装置１１８の異常時にそれぞれ独立に動作するよう存在し、定着装置１１８の安全性を高めている。

図５は、温度検知部におけるグラファイトシート２０７の形状を説明するための図であり、セラミックヒータ２０３とグラファイトシート２０７、図４の点線枠で囲んだサーミスタユニット（温度検知部材）５０１、及びヒータホルダ２０４の位置関係を示している。図示するように、セラミックヒータ２０３は、保護層３０９が定着ニップ２０５と対向するように設置され、絶縁基板３０４とグラファイトシート２０７が接する構成になっている。サーミスタユニット５０１はセラミックヒータ２０３の第二の面（定着ニップ対向面とは反対側の面）に当接している。サーミスタユニット５０１は、固い樹脂５０５と、その上に敷かれたセラミックペーパ５０６と、セラミックペーパ５０６上に配置されたチップサイズのサーミスタ素子４１９を有し、更に、これらを絶縁フィルム５０７で巻いたものである。サーミスタ素子４１９へ熱を収集する為に、感熱板をサーミスタ素子４１９に取りつけて集熱しても良い。この温度検知部は１つの定着装置１１８に複数あっても良く、本例では、サーミスタ素子４２０、４２１、４２２を有するサーミスタユニット５０２、５０３、５０４も設けられている。なお、本例ではサーモスイッチ４３０も温度検知部材と称する。

グラファイトシート２０７は、温度検知部材が接触する部分を刳り抜いた形状になっている。即ち、ヒータの第二の面と平行な方向の熱伝導率が前記第二の面に対して垂直な方向の熱伝導率より高い熱伝導異方性部材がヒータの第二の面に設けられており、温度検知部材が配置される部分には熱伝導異方性部材が設けられていない。尚、本例では、基板３０４の発熱抵抗体が設けられた側が定着ニップ２０５と対向するようにセラミックヒータ２０３を配置しているが、基板３０４の発熱抵抗体が設けられていない側が定着ニップ側と対向するように配置してもよい。その際に絶縁基板３０４と定着フィルムの摺動性を良くする為に、ポリイミド等のペーストで絶縁基板３０４の定着ニップ対向面をコーティングしても良い。この構成の場合、ヒータの発熱抵抗体が設けられた側に設けられる保護層とヒータホルダとの間にグラファイトシートが配置される。

図６は、本例におけるグラファイトシート２０７のヒータ長手方向の形状を説明するための図である。図６（ａ）及び（ｂ）共に、セラミックヒータ２０３にグラファイトシート２０７を載せた状態を示した図である。まず、図６（ａ）について説明する。

６０１は、サーミスタユニット５０１がセラミックヒータ２０３に接する部分であり、サーミスタユニット５０１の接触面積分、グラファイトシートを切り抜いている為、絶縁基板３０４が露出している。同じように、６０２、６０３、６０４は端部用のサーミスタユニット５０２、５０３、５０４が接する部分であり、サーミスタユニット５０２、５０３、５０４の接触面積分、グラファイトシートが切り抜かれている。６０５は、保護素子であるサーモスイッチ４３０が接する部分であり、この部分もサーモスイッチの感熱面の面積分切り抜かれている。また、６０６及び６０７は電力供給用のコネクタによって挟み込まれる部分であり、ヒータのこの部分もグラファイトシートは設けられていない。６０６及び６０７の裏側には、図３に示す電極部３０５、３０６や電極部３０７が存在する。発熱抵抗体からの熱が６０６や６０７の領域に伝達するとコネクタの温度が上がり過ぎてしまうので、６０６及び６０７の領域にはグラファイトシート２０７は設けていない。一方、領域６０６及び６０７以外では、セラミックヒータ２０３のできるだけ全面にグラファイトシート２０７を設けた。このようにグラファイトシート２０７を設けない面積を最小限とすることで、ヒータの長手方向端部の熱を長手方向中央に逃がし非通紙部昇温を抑えるという、グラファイトシート２０７を介在させるメリットを十分に活かすことができる。なお、図６（ｂ）のようにサーミスタユニット５０１、５０２、５０３、５０４が接する部分６０１、６０２、６０３、６０４と、サーモスイッ４３０が接する部分６０５を含む一列を切り抜く構成でもよい。即ち、熱伝導異方性部材は、ヒータの長手方向において、ヒータの温度検知部材が配置される部分を含む細長い形状であり、温度検知部材が配置される部分が刳り抜かれている形状でもよい。この場合も、ヒータ長手方向に亘って連続するグラファイトシート２０７が存在する為、非通紙部昇温の抑制効果はある。尚、セラミックヒータ２０３はヒータホルダ２０４に接着剤によって貼りつけても良く、この場合、サーミスタユニットが接する部分だけでなく接着剤を塗布する部分もグラファイトシート２０７を切り抜いても良い。

次に、発熱抵抗体３０２からサーミスタ素子４１９までの熱抵抗の計算結果を示す。グラファイトシート２０７のｚ方向（図２）の熱伝導率を３Ｗ／（ｍ・Ｋ）、グラファイトシート２０７の厚みを０．１ｍｍとし、切り抜いたグラファイトシート２０７の面積、つまり本例におけるサーミスタユニット５０１の接触面積を１０．３×４ｍｍ^２とした場合、８．０９×１０^３Ｋ／Ｗ（Ｋｅｌｖｉｎ／Ｗａｔｔ）の熱抵抗が無くなったことになる。尚、熱抵抗の計算は、熱抵抗（Ｋ／Ｗ）＝熱伝導率／距離／断面積として計算した。グラファイトシート２０７の温度検知部材が接触する部分を切り抜くことによって、グラファイトシート２０７の厚み方向（ｚ方向）における熱伝導の遅れが無くなり、ヒータからサーミスタ素子に熱を速く伝えることができる。

図７は、セラミックヒータ２０３が温度上昇する途中のヒータの温度分布を表わしたものである。グラファイトシート２０７を設けない場合（（１））とヒータ全面に設ける場合（（３））、更に図５、図６のようにサーミスタユニット５０１の接触面積分、グラファイトシート２０７を切り抜いた場合（（２））、とを比較している。

点線はグラファイトシート２０７を設けない場合（（１））の温度分布である。発熱抵抗体がセラミックヒータ２０３のｘ方向の中央に集まっている為、中央が最大温度となり、端部の温度は低くなっている。一方で、一点鎖線で示すように全面にグラファイトシート２０７を設けた構成（（３））では、最大温度となっていた発熱抵抗体近辺の熱がグラファイトシート２０７によって端部に伝達する。その為、ｚ方向における中央と端部の温度差が小さくなっている。そして（２）のようにグラファイトシートに切り抜いた部分があると、切り抜いた部分は、温度の低い端部へ熱が逃げにくい為、中央の温度が高い状態となる。

このように、切り抜く面積が大きければ大きい程、サーミスタ素子４１９が検知する部分の温度は高くなっていく。すなわち、サーミスタ素子の応答性が良くなる。但し、その分、中央と端部の温度差が大きくなると、熱応力が大きくなって、セラミックヒータ２０３にストレスが掛りやすくなる。その為、本例ではサーミスタユニット５０１の接触面積分だけグラファイトシート２０７を切り抜いた。（２）のような温度分布をもって温度上昇していくということは、つまりは温度検知部における温度上昇が速いということである。このように、グラファイトシート２０７の厚み分の熱抵抗の影響を無くすことで、サーミスタ素子４１９への熱応答が最も速くなる構成とした。実際に本例の構成において、セラミックヒータ２０３に１８００Ｗを投入し、サーミスタ素子４１９が２５０℃になるまでの時間を（２）と（３）で比較したところ、（３）では２．４９０秒掛ったのに対して、（２）では２．０１７秒で同温度に到達した。

以上のように、温度検知部材が接触する部分のグラファイトシート２０７を切り抜くことで、温度検知部材の熱応答が速くなる。温度の検知が速くなることによって、エンジンコントローラ４１７や安全回路４２７で定着装置１１８を保護する際に、より早く安全保護動作に移行することができる。

（実施例２）
本例における画像形成装置１００と定着装置１１８の構成は上記実施例１と同様である。同じ構成部材については同じ番号を付しその説明は省略する。

図８は本実施例におけるセラミックヒータ２０３の説明図である。図８（ａ）はセラミックヒータ２０３を上から見た図であり、図８（ｂ）はセラミックヒータ２０３の断面図である。

実施例１と異なる点は、２本の発熱抵抗体８０１と８０２が一つのトライアックによって駆動される１ドライブヒータである点である。尚。絶縁基板３０４と、図８（ｂ）の保護層３０９については実施例１と同様である為説明を省略する。

図９は、セラミックヒータ２０３、グラファイトシート２０７、サーミスタユニット５０１、ヒータホルダ２０４の位置関係を示す断面図（ヒータ長手方向において、サーミスタユニットが設けられた位置での断面図）である。本例において、グラファイトシート２０７の厚みは１ｍｍとした。グラファイトシートのシート面と平行な方向の熱伝導率は７００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、シート厚み方向の熱伝導率は３Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものを用いた。厚み１００μｍのグラファイトシート２０７を重ねて１ｍｍの厚みにする構成でも良い。本例でも、図９に示すように、サーミスタユニット５０１の接触面積分のグラファイトシート２０７を切り抜いている。また、本例においても、サーモスイッチ４３０や、端部の温度検知用に用いるサーミスタユニット５０２、５０３、５０４が存在し、これらの温度検知部材が接触するグラファイトシートの部分は図９のように切り抜かれている。本例のヒータ長手方向のグラファイト２０７の形状については、図６と同じである為、説明は省略する。

図１０は、グラファイトシート２０７を切り抜く構成と、切り抜かない構成での熱抵抗の差を示した図である。図１０（ａ）は切り抜く場合、図１０（ｂ）は、切り抜かない場合を示し、寸法は図中に記載している。また、熱伝導率と、熱抵抗の計算に用いる熱伝達経路の断面積は、図１０（ｃ）に示す。尚、熱抵抗は、発熱抵抗体８０１、８０２の熱が最終的にサーミスタユニット５０１のヒータとの接触面に熱伝達するモデルにおいて熱抵抗（Ｋ／Ｗ）＝熱伝導率／距離／断面積として計算した。また、図１０（ａ）に示すように、発熱抵抗体８０１からサーミスタ素子４１９までの熱の流れをｘ方向とｚ方向に分けて計算している。その際、ｘ方向におけるグラファイトシート２０７と絶縁基板３０４が重なる領域（例えば、図１０（ａ）の領域Ｌ１）では、熱がグラファイトシート２０７と絶縁基板３０４の二つに分かれて伝達する。それ故、このような領域の総熱抵抗は、それぞれの熱抵抗が並列に繋がっていると見なして計算した。図１０（ｄ）は、図１０（ａ）の場合と図１０（ｂ）の場合で熱抵抗を比較した表である。

図１０（ｂ）の構成では、グラファイトシート２０７による効果で、ｘ方向の熱抵抗は非常に小さい。しかしながら、サーミスタユニット直下のグラファイトシート２０７のｚ方向の熱抵抗が存在する。一方、図１０（ａ）の構成では、切り抜いた部分のｘ方向の熱抵抗が高くなる代わりに、サーミスタユニット直下のグラファイトシート２０７のｚ方向の熱抵抗が無くなる。このため、発熱抵抗体からサーミスタユニットまでの総熱抵抗は、図１０（ａ）の構成が図１０（ｂ）の構成よりも小さくなる。構成（ａ）と構成（ｂ）の熱抵抗の差異は、領域Ｌ２におけるｘ方向の熱抵抗とｚ方向の熱抵抗の差である。つまり、サーミスタ４１９への熱伝達を速めるには、領域Ｌ２におけるｘ方向の総熱抵抗を、グラファイトシート２０７のｚ方向の熱抵抗よりも小さい関係にすればよい。

尚、以上の熱抵抗は、熱コンダクタンス等の熱の伝わりやすさを表す他のパラメータに置き換えて計算しても良いし、実測しても良い。

図１１は、セラミックヒータ２０３が温度上昇する途中のヒータ温度分布を表わしたものである。グラファイトシート２０７が全く設けられてない場合（（１）’）と有る場合（（３）’）、更に図９のようにサーミスタユニット５０１の接触面積分が切り抜かれたグラファイトシート２０７を用いる場合（（２）’）とを比較している。点線はグラファイトシート２０７が無い時（（１）’）の温度分布である。この場合、ｘ方向（ヒータ短手方向）における、発熱抵抗体８０１、８０２の位置とヒータ端部の温度差が非常に大きい。無論、図１１の紙面に垂直な方向であるヒータ長手方向における非通紙部昇温抑制効果は期待できない。一方で、一点鎖線で示すように全面にグラファイトシート２０７を設けた構成（（３）’）では、発熱抵抗体近辺の熱がヒータ端部に伝達し、全体的に温度が均一化される。しかしながら、図１０を用いて説明したように、サーミスタまでの熱抵抗が大きくサーミスタの応答性は十分ではない。そこで、（２）’の本実施例のように、サーミスタユニット５０１が接触する部分のグラファイトシートを切り抜けば、ヒータの短手方向の温度分布ムラを緩和しつつ温度検知が速くなる。

（実施例３）
本実施例における画像形成装置と定着装置１１８の構成は上記実施例１と同様である。同じ構成部材については同じ番号を付しその説明は省略する。

図１２は、本例の定着装置におけるヒータ周辺の断面図である。本例の熱伝導異方性部材は、温度検知部材が接触する領域の厚みを他の領域よりも薄くしてある。つまり、温度検知部材が配置される部分の熱伝導異方性部材の厚みがその周囲の熱伝導異方性部材の厚みよりも薄くなっている。また、本例の熱伝導異方性部材は、グラファイトシートでなく、ペースト状のグラファイトをセラミックヒータ２０３に印刷し、焼成したものである。グラファイト層１２００は、複数回印刷し、多層構造になっている。本例の熱伝導異方性部材（グラファイト層１２００＋グラファイト層１２０１）は全４層とした。

サーミスタ素子４１９は最下層のグラファイト層１２０１を介して、セラミックヒータ２０３の温度を検知している。尚、グラファイト層一層の厚みは約２０μｍであり、サーミスタユニット５０１、５０２、５０３、５０４が接触する領域以外の領域では約８０μｍの厚みである。

図１３は、グラファイト層の多層構造を説明した図である。最下層（第１層）１２０１は、コネクタを繋ぐ領域６０６、６０７以外の領域全面にペースト状のグラファイトを印刷して形成してある。その上の第２層〜第４層は、外形寸法が第１層と同じ大きさであり、サーミスタユニット５０１〜５０４の接触する領域６０１〜６０４とサーモスイッチ４３０の接触領域６０５、以外の領域にペースト状のグラファイトを印刷し、グラファイト層１２００を形成している。

尚、実施例１、２と同様に、グラファイトシートを用いて温度検知部材が接触する領域とそれ以外の領域で厚みの差を設けてもよい。また、温度検知部材が接触する部分にも本例のように薄い熱伝導性異方部材を設け、その他の領域の形状を図６（ｂ）で説明した形状としてもよい。

（実施例４）
本実施例における画像形成装置１００と定着装置１１８の構成は上記実施例１と同様である。同じ構成部材については同じ番号を付しその説明は省略する。本実施例では、実施例１と実施例２で説明したグラファイト２０７を切り抜く領域に関し、異なる例を説明する。

実施例１の図７で、最大温度位置がサーミスタ素子４１９の位置と近い場合には、グラファイトシートを切り抜く面積を大きくする程、サーミスタの応答が速くなることを説明した。しかしながら、短手方向の中央の温度が高く端部の温度が低い構成の場合、セラミックヒータ２０３に掛る熱応力が大きくなりヒータにストレスを掛けてしまう。その為、サーミスタユニット５０１が接触する領域のグラファイトシートを切り抜く場合であっても、できるだけ熱応力のかからない構成が望まれる。

図１４に、いくつかのパターンを図示しているが、これらはグラファイトシート２０７によって発熱抵抗体３０１、３０２、３０３、８０１、８０２の熱をできるだけヒータ短手方向の端部に移動させるように構成したものである。ヒータは基板の上に複数本の発熱抵抗体を設けたものである。点線で囲むように、ヒータ短手方向において、最も端部に位置する発熱抵抗体（図１４の（ａ）の例では発熱抵抗体３０１と３０３）とグラファイトシート２０７とが、重なり合う領域Ｇが存在している。図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施例１の発熱パターンにおける構成例を、図１４（ｄ）、（ｅ）は、実施例２の発熱パターンにおける構成例である。このようにすることで、発熱抵抗体が位置する部分の温度と端部の温度差を小さくし、ヒータにストレスが掛りにくい構成となる。

１００画像形成装置
１１８定着装置
２０３セラミックヒータ
２０４ヒータホルダ
２０７、１２００、１２０１グラファイトシート
３０１、３０２、３０３、８０１、８０２発熱抵抗体
３０４絶縁基板
３０９保護層
４１９サーミスタ素子
４３０サーモスイッチ
６０１、６０２、６０３、６０４、６０５グラファイトシート切り抜き部

Claims

エンドレスベルトと、
第一の面と、前記第一の面と反対側の第二の面と、を有する板状のヒータであって、前記第一の面が前記エンドレスベルトの内面に接触し、基板と、前記基板上に設けられた発熱抵抗体と、を有するヒータと、
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ローラと、
前記ヒータの前記第二の面に接触し、前記ヒータの前記第二の面に平行である方向の熱伝導率が前記第二の面に垂直である方向の熱伝導率より高い熱伝導異方性部材と、
前記ヒータの温度を検知する温度検知部材と、
を有する像加熱装置において、
前記熱伝導異方性部材の熱伝導率は、前記第二の面に垂直である方向において前記基板の熱伝導率よりも低く、前記第二の面に平行である方向において前記基板の熱伝導率よりも高く、前記温度検知部材は、前記ヒータの前記第二の面のうち前記熱伝導異方性部材が設けられていない領域の温度を検知することを特徴とする像加熱装置。
エンドレスベルトと、
第一の面と、前記第一の面と反対側の第二の面と、を有する板状のヒータであって、前記第一の面が前記エンドレスベルトの内面に接触し、基板と、前記基板上に設けられた発熱抵抗体と、を有するヒータと、
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ローラと、
前記ヒータの前記第二の面に接触し、前記ヒータの前記第二の面に平行である方向の熱伝導率が前記第二の面に垂直である方向の熱伝導率より高い熱伝導異方性部材と、
前記ヒータの温度を検知する温度検知部材と、
を有する像加熱装置において、
前記熱伝導異方性部材の熱伝導率は、前記第二の面に垂直である方向において前記基板の熱伝導率よりも低く、前記第二の面に平行である方向において前記基板の熱伝導率よりも高く、
前記温度検知部材は前記熱伝導異方性部材上に設けられ、前記温度検知部材が設けられた前記熱伝導異方性部材の領域の前記第二の面に垂直である方向の厚みは、前記温度検知部材が設けられていない前記熱伝導異方性部材の領域の前記厚みよりも薄いことを特徴とする像加熱装置。
前記熱伝導異方性部材の前記温度検知部材が配置される部分が刳り抜かれていることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
前記発熱抵抗体は複数設けられ、前記ヒータの長手方向における前記温度検知部材が配置される部分の前記ヒータの短手方向において、最も端部に位置する発熱抵抗体と前記熱伝導異方性部材とが重なり合う領域を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の像加熱装置。
前記熱伝導異方性部材の材質はグラファイトであることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の像加熱装置。
前記熱伝導異方性部材は前記ヒータとは別部品であることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の像加熱装置。
前記熱伝導異方性部材は前記ヒータに印刷されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の像加熱装置。
前記熱伝導異方性部材は前記ヒータに貼り付けられたシートであることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の像加熱装置。