JP7465429B2 - ヒータ部材、加熱装置、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明はヒータ部材、加熱装置、定着装置および画像形成装置に係り、特に通電によって発熱する抵抗体で構成されたヒートブロックを有するヒータ部材と、当該ヒータ部材を使用した加熱装置、定着装置および画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置で使用される定着装置は種々の型式が知られている。その１つに、低熱容量の薄肉定着ベルトをヒータ部材で直接加熱する型式がある。このヒータ部材はヒータ基材と抵抗発熱体（面状ヒータ）で構成される。定着ベルトの外側には加圧部材としての加圧ローラが配設され、この加圧ローラを定着ベルトを挟んでヒータ部材に圧着することで定着ニップを形成する。

面状ヒータは導電ペーストを使用してスクリーン印刷によってヒータ基材上に形成される。面状ヒータの抵抗パターンは、ヒータ基材の長手方向に一往復またはワンパスする直列接続のシンプルなものから、蛇行状抵抗パターンを有するヒートブロックをヒータ基材の長手方向に並列接続で複数形成したものがある。後者は複数用紙サイズに対応して所望のヒートブロックのみを通電加熱することで、定着ベルトの端部温度上昇を抑制しつつ生産性（時間当り通紙枚数）を高めることができる。なお「蛇行状」とは、少なくとも一つの折返し部分を有する曲がりくねった形状のことをいう。

しかし、ヒータ基材の長手方向に複数のヒートブロックを設けると、これらヒートブロックの温度を検出する温度検知部材やサーモスタットなどの電流遮断部材（安全素子）を基本的にブロック数に対応して配設しなければならない。したがって、その分だけコストアップして温度制御も複雑化する。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、ヒータ部材のヒートブロック数を低減することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明のヒータ部材は、抵抗発熱体で構成されたヒートブロックが基材の長手方向に複数配設されたヒータ部材であって、前記複数のヒートブロックのうちの一つである第１ヒートブロックは、前記基材の長手方向に延びた複数列の抵抗発熱体を有し、前記複数列の抵抗発熱体は互いに電気的に並列に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、ヒータ部材のヒートブロック数を低減することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の原理図である。 定着装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係るヒータ部材の基本構造を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るヒータ部材の変形例を示す平面図である。 従来のヒータ部材の基本構造を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るヒータ部材の平面図である。 変形実施形態に係るヒータ部材の平面図である。 変形実施形態に係るヒータ部材の平面図である。 変形実施形態に係るヒータ部材の平面図である。 従来のヒータ部材の平面図である。 図５Ａのヒータ部材の電気回路図である。 別の定着装置の構成を示す図である。 さらに他の定着装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係るヒータ部材、定着装置及び画像形成装置（レーザプリンタ）について図面を参照して説明する。レーザプリンタは画像形成装置の一例であり、当該画像形成装置はレーザプリンタに限定されないことは勿論である。すなわち、画像形成装置は複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機、及びインクジェット記録装置のいずれか一つ、またはこれらの少なくとも２つ以上を組み合わせた複合機として構成することも可能である。

なお、各図中の同一または相当する部分には同一の符号を付し、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。また各構成部品の説明にある寸法、材質、形状、その相対配置などは例示であって、特に特定的な記載がない限りこの発明の範囲をそれらに限定する趣旨ではない。

以下の実施形態では「記録媒体」を「用紙」として説明するが、「記録媒体」は紙（用紙）に限定されない。「記録媒体」は紙（用紙）だけでなくＯＨＰシートや布帛、金属シート、プラスチックフィルム、或いは炭素繊維にあらかじめ樹脂を含浸させたプリプレグシートなども含む。

現像剤やインクを付着させることができる媒体、記録紙、記録シートと称されるものも、すべて「記録媒体」に含まれる。また「用紙」には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ等も含まれる。

また、以下の説明で使用する「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することも意味する。

（レーザプリンタの構成）
図１は、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の概略構成図である。なお、画像形成装置としては、プリンタのほか、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機などであってもよい。

図１に示す画像形成装置１００は、画像形成部である４つの作像ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋを備える。各作像ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは、画像形成装置本体１０３に対して着脱可能に構成され、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。

具体的には、各作像ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは、像担持体としてのドラム状の感光体２と、感光体２の表面を帯電する帯電装置３と、感光体２の表面に現像剤としてのトナーを供給してトナー画像を形成する現像装置４と、感光体２の表面をクリーニングするクリーニング装置５と、を備える。

また、画像形成装置１００は、各感光体２の表面を露光し静電潜像を形成する露光装置６と、記録媒体としての用紙Ｐを供給する給紙装置７と、各感光体２に形成されたトナー画像を用紙Ｐに転写する転写装置８と、用紙Ｐに転写されたトナー画像を定着する定着装置３００と、用紙Ｐを装置外に排出する排紙装置１０と、を備える。

転写装置８は、複数のローラによって張架された中間転写体としての無端状の中間転写ベルト１１と、各感光体２上のトナー画像を中間転写ベルト１１へ転写する一次転写部材としての４つの一次転写ローラ１２と、中間転写ベルト１１上に転写されたトナー画像を用紙Ｐへ転写する二次転写部材としての二次転写ローラ１３と、を有する。複数の一次転写ローラ１２は、それぞれ、中間転写ベルト１１を介して感光体２に接触している。

これにより、中間転写ベルト１１と各感光体２とが互いに接触し、これらの間に一次転写ニップが形成されている。一方、二次転写ローラ１３は、中間転写ベルト１１を介して中間転写ベルト１１を張架するローラの１つに接触している。これにより、二次転写ローラ１３と中間転写ベルト１１との間には二次転写ニップが形成されている。

また、画像形成装置１００内には、給紙装置７から送り出された用紙Ｐが搬送される用紙搬送路１４が形成されている。この用紙搬送路１４における給紙装置７から二次転写ニップ（二次転写ローラ１３）に至るまでの途中には、一対のタイミングローラ１５が設けられている。

次に、図１を参照して上記画像形成装置の印刷動作について説明する。

印刷動作開始の指示があると、各作像ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋにおいては、感光体２が図１の時計回りに回転駆動され、帯電装置３によって感光体２の表面が均一な高電位に帯電される。次いで、原稿読取装置によって読み取られた原稿の画像情報、あるいは端末からプリント指示されたプリント情報に基づいて、露光装置６が各感光体２の表面を露光することで、露光された部分の電位が低下して静電潜像が形成される。そして、この静電潜像に対して現像装置４からトナーが供給され、各感光体２上にトナー画像が形成される。

各感光体２上に形成されたトナー画像は、各感光体２の回転に伴って一次転写ニップ（一次転写ローラ１２の位置）に達すると、図１の反時計回りに回転駆動する中間転写ベルト１１に順次重なり合うように転写される。そして、中間転写ベルト１１上に転写されたトナー画像は、中間転写ベルト１１の回転に伴って二次転写ニップ（二次転写ローラ１３の位置）へ搬送され、二次転写ニップにおいて搬送されてきた用紙Ｐに転写される。

この用紙Ｐは、給紙装置７から供給されたものである。給紙装置７から供給された用紙Ｐは、タイミングローラ１５によって一旦停止された後、中間転写ベルト１１上のトナー画像が二次転写ニップに至るタイミングに合わせて二次転写ニップへ搬送される。かくして、用紙Ｐ上にフルカラーのトナー画像が担持される。また、トナー画像が転写された後、各感光体２上に残留するトナーは各クリーニング装置５によって除去される。

トナー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置３００へと搬送され、定着装置３００によって用紙Ｐにトナー画像が定着される。その後、用紙Ｐは排紙装置１０によって装置外に排出されて、一連の印刷動作が完了する。

（レーザプリンタの原理）
図２Ａは、本発明の定着装置３００を備えた画像形成装置１００の一実施形態としてのレーザプリンタの原理図である。画像形成装置１００は像担持体２（例えば感光体ドラム）と、ドラムクリーニング装置５を有している。また像担持体の表面を一様帯電する帯電手段としての帯電装置３と、像担持体上に形成された静電潜像の可視像処理を行う現像手段としての現像装置４と、像担持体２の下方に配設された転写手段ＴＭと、除電装置等を有する。

露光装置６は像担持体２の上方に配設されている。この露光装置６は、画像情報に応じた書き込み走査、すなわち、画像データに基づいてレーザダイオードからのレーザ光Ｌｂをミラー７ａで反射して像担持体２に照射する。

用紙Ｐを積載するトレイを有する用紙給送装置５０は、画像形成装置１００の下方に設置されている。この用紙給送装置５０は記録媒体としての多数枚の用紙Ｐを束状で収容可能であり、用紙Ｐの搬送手段としての給紙ローラ６０と共にユニット化される。

給紙ローラ６０の下流側に、分離搬送手段としてのレジストローラ対２５０が配設されている。用紙給送装置５０から給紙された用紙Ｐをレジストローラ対２５０で一旦停止させる。この一旦停止により用紙Ｐの先端側に弛みが形成されて用紙Ｐの斜行（スキュー）が修正される。

レジストローラ対２５０に突き当てられて先端部に弛みが形成された用紙Ｐは、像担持体２上のトナー像が好適に転写されるタイミングに合わせて転写手段ＴＭの転写ニップＮに送り出される。そして、送り出された用紙Ｐは、転写ニップＮにおいて印加されたバイアスによって像担持体２上のトナー像が所望の転写位置に静電的に転写されるようになっている。

転写ニップＮの下流側に定着装置３００が配設されている。定着装置３００は後述するヒートブロック３３１、３３２で加熱される定着部材としての定着ベルト３１０と、この定着ベルト３１０に対して所定の圧力で当接しながら回転する加圧部材としての加圧ローラ３２０を備えている。

（レーザプリンタの作動）
次に、本実施形態に係るレーザプリンタの基本的動作を説明する。画像形成装置１００の制御部からの給紙信号に対応して給紙ローラ６０が回転する。この給紙ローラ６０の回転により用紙給送装置５０に積載された束状用紙Ｐの最上位の用紙が分離されて給紙路に送り出される。

送り出された用紙Ｐは、その先端がレジストローラ対２５０のニップに到達すると、弛みを形成し、その状態で待機する。そして、像担持体２上のトナー画像をこの用紙Ｐに転写する最適なタイミング（同期）を図ると共に、用紙Ｐの先端スキューを補正する。

帯電装置３は、像担持体２の表面を高電位に均一に帯電する。そして、露光装置６は、画像データに基づいたレーザ光Ｌｂをミラー６ａで反射して像担持体２の表面に照射する。

レーザ光Ｌｂが照射された像担持体２の表面は、照射された部分の電位が低下して、静電潜像を形成する。現像装置４は、トナーを含む現像剤を担持する現像剤担持体４ａを有し、トナーボトルから供給された未使用のブラックトナーを、現像剤担持体４ａを介して、静電潜像が形成された像担持体２の表面部分に転移させる。

トナーが転移した像担持体２は、その表面にトナー画像を形成（現像）する。そして、像担持体２上に形成されたトナー画像を転写手段ＴＭで用紙Ｐに転写する。

ドラムクリーニング装置５は、転写行程を経た後の像担持体２の表面に付着している残留トナーをクリーニングブレード５ａで除去する。除去された残留トナーは廃トナー収容部に回収される。

トナー画像が転写された用紙Ｐは定着装置３００へと搬送される。定着装置３００に搬送された用紙Ｐは、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０によって挟まれ、加熱・加圧することで未定着トナー画像が用紙Ｐに定着される。トナー画像が定着された用紙Ｐは定着装置３００から送り出される。

（定着装置）
続いて、定着装置３００の構成について説明する。

図２Ｂに示すように、本実施形態に係る定着装置３００は、定着部材としての無端状のベルト部材から成る定着ベルト３１０と、定着ベルト３１０の外周面に接触してニップ部Ｎを形成する対向部材としての加圧ローラ３２０と、定着ベルト３１０を加熱するヒータ部材３３０を有する。ヒータ部材３３０はヒータホルダ３４４で保持され、ヒータホルダ３４４は補強部材としてのステー３５０で長手方向に渡って補強されている。

定着ベルト３１０は可撓性を有するスリーブ状の回転部材で構成され、例えば外径が２５ｍｍで厚みが４０～１２０μｍのポリイミド（ＰＩ）製の筒状基体を有している。定着ベルト３１０の最表層には、耐久性を高めて離型性を確保するために、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが５～５０μｍの離型層が形成される。

基体と離型層の間に厚さ５０～５００μｍのゴム等からなる弾性層を設けてもよい。また、定着ベルト３１０の基体はポリイミドに限らず、ＰＥＥＫなどの耐熱性樹脂やニッケル（Ｎｉ）、ＳＵＳなどの金属基体であってもよい。定着ベルト３１０の内周面に摺動層としてポリイミドやＰＴＦＥなどをコートしてもよい。

加圧ローラ３２０は、例えば外径が２５ｍｍであり、中実の鉄製芯金３２１と、この芯金３２１の表面に形成された弾性層３２２と、弾性層３２２の外側に形成された離型層３２３とで構成されている。弾性層３２２はシリコーンゴムで形成されており、厚みは例えば３．５ｍｍである。弾性層３２２の表面は離型性を高めるために、厚みが例えば４０μｍ程度のフッ素樹脂層による離型層３２３を形成するのが望ましい。

ヒータ部材３３０は、定着ベルト３１０の幅方向に渡って長手状に設けられ、定着ベルト３１０の内周面に接触するように配置されている。ヒータ部材３３０は、定着ベルト３１０に対して非接触、あるいは低摩擦シートなどを介して間接的に接触する場合であってもよいが、ヒータ部材３３０を定着ベルト３１０に対して直接接触させる方が定着ベルト３１０への熱伝達効率がよくなる。

また、ヒータ部材３３０を定着ベルト３１０の外周面に接触させることもできるが、定着ベルト３１０の外周面がヒータ部材３３０との接触により傷付くと定着品質が低下する虞があるため、ヒータ部材３３０は定着ベルト３１０の内周面に接触している方がよい。

ヒータ部材３３０は、基材層３３０ａと、基材層３３０ａのニップ部Ｎ側に順次積層される、第１絶縁層３３０ｂ、発熱部３３０ｃを有する導体層３３０ｄ、第２絶縁層３３０ｅと、基材層３３０ａの反対側に積層された第３絶縁層３３０ｆと、で構成されている。

前記基材層３３０ａはセラミックで構成することができる。セラミックは線膨張係数がガラスに近いため、絶縁層３３０ｂ、３３０ｅ、３３０ｆにガラスを使う場合に熱膨張時の基材層３３０ａと絶縁層３３０ｂ、３３０ｅ、３３０ｆとの間のズレによって導体層３３０ｄに剪断力が加わり難いメリットがある。また、セラミックの熱伝導率はステンレス等の金属よりも高いので基材層３３０ａを介して定着ベルト３１０に熱伝導させるのに有利である。

ヒータホルダ３４４及びステー３５０は、定着ベルト３１０の内周側に配置されている。ステー３５０は、金属製のチャンネル材で構成され、その両端部分が定着装置３００の両側壁部に支持されている。ステー３５０によってヒータホルダ３４４のヒータ部材３３０側とは反対側の面が支持されていることで、ヒータ部材３３０及びヒータホルダ３４４は加圧ローラ３２０の加圧力に対して大きく撓むことなく保たれ、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０との間にニップ部Ｎが形成される。

ヒータホルダ３４４は、ヒータ部材３３０の熱によって高温になりやすいため、耐熱性の材料で形成されることが望ましい。例えば、ヒータホルダ３４４をＬＣＰやＰＥＥＫなどの低熱伝導性の耐熱性樹脂で形成した場合は、ヒータ部材３３０からヒータホルダ３４４への伝熱が抑制され効率的に定着ベルト３１０を加熱することが可能である。

加圧ローラ３２０と定着ベルト３１０は、付勢部材としてのバネによって互いに圧接されている。これにより、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０との間にニップ部Ｎが形成される。また、加圧ローラ３２０は、画像形成装置本体１０３に設けられた駆動手段から駆動力が伝達されて回転駆動する駆動ローラとして機能する。

一方、定着ベルト３１０は、加圧ローラ３２０の回転に伴って従動回転するように構成されている。回転時、定着ベルト３１０はヒータ部材３３０に対して摺動する。定着ベルト３１０の摺動性を高めるために、ヒータ部材３３０と定着ベルト３１０との間にオイルやグリースなどの潤滑剤を介在させてもよい。

印刷動作が開始されると、加圧ローラ３２０が回転駆動され、定着ベルト３１０が従動回転を開始する。また、ヒータ部材３３０に電力が供給されることで、定着ベルト３１０が加熱される。そして、定着ベルト３１０の温度が所定の目標温度（定着温度）に到達した状態で、図２Ｂに示すように、未定着トナー画像が担持された用紙Ｐが、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０との間（ニップ部Ｎ）に搬送されることで、未定着トナー画像が加熱及び加圧されて用紙Ｐに定着される。

（ヒータ部材の基本構造）
図３Ａは、本実施形態に係るヒータ部材３３０の基本構造を示したものである。図３Ａに示すように、ヒータ部材３３０は長手方向中央部に配設された第１ヒートブロック３３１と、長手方向両端部にあって第１ヒートブロック３３１に隣接して配設された第２ヒートブロック３３２を有する。

第１ヒートブロック３３１は、ヒータ基材３６０の長手方向に連続する直線状に延びた複列（５列）の第１抵抗発熱体３３１ａを有する。これら５列の第１抵抗発熱体３３１ａは、第１抵抗発熱体３３１ａの両端に配設された導電ヘッダ３３７、３３８によって並列接続されている。そして電源ＰＷに接続される電極３３３、３３５が、導電線３３６、３４１を介して導電ヘッダ３３７、３３８に接続されている。５列の前記第１抵抗発熱体３３１ａは、図３Ｂのように波形が連続する第１抵抗発熱体３３１ｂの形状にしてもよい。これにより第１抵抗発熱体３３１ｂの長さをかせぐことができ、抵抗材料ペーストの比抵抗を下げることができる。

５列の第１抵抗発熱体３３１ａは、それぞれ同じ幅、厚さ、長さで、かつ、互いに等間隔平行に形成されている。そして第１ヒートブロック３３１の領域内における発熱密度が一定に維持されるように構成されている。

一方、長手方向両端部に配設された第２ヒートブロック３３２は、ヒータ部材３３０の短手方向に蛇行状に延びた第２抵抗発熱体３３２ａを有する。そして電源ＰＷが接続される電極３３３、３３５が、導電線３３９、３４１を介して、第２抵抗発熱体３３２ａの両端に接続されている。ここで「短手方向」とは、ヒータ部材３３０の長手方向と直交する方向であって、定着装置３００にあっては用紙Ｐの通紙方向と平行な方向をいう。また「蛇行状」とは、少なくとも一つの折返し部分を有する曲がりくねった形状である。本実施形態はヒータ部材３３０の長手方向に所定長さで延びた後に逆方向に折り返して所定長さで延びる形を、ヒータ部材３３０の短手方向に複数回繰り返した形状であるので、蛇行状である。

第２抵抗発熱体３３２ａは蛇行状の折返し回数が本実施形態では４回であって、長手方向に延びた５本の抵抗発熱体で構成される。当該抵抗発熱体の相互間隔は一定であって、第２ヒートブロック３３２の領域内における発熱密度は一定に維持されるように構成されている。

第２抵抗発熱体３３２ａの長さを蛇行状パターンでかせぐことで、抵抗材料ペーストの比抵抗を下げられるとともに、短手方向における温度分布のムラを抑制することができる。第２抵抗発熱体３３２ａを蛇行状とせず短手方向の１本パターンにすると、局所的な高温部ができてしまうので好ましくない。

ヒートブロック３３１、３３２の抵抗発熱体３３１ａ、３３２ａは、例えば、銀パラジウム（ＡｇＰｄ）やガラス粉末などを調合したペーストをスクリーン印刷等によりヒータ基材に塗工し、その後、当該ヒータ基材を焼成することによって形成することができる。抵抗発熱体の材料として、これら以外に、銀合金（ＡｇＰｔ）や酸化ルテニウム（ＲｕＯ₂）の抵抗材料を用いてもよい。

本実施形態では、第２ヒートブロック３３２の発熱領域よりも第１ヒートブロック３３１の発熱領域が大きい。したがって第１ヒートブロック３３１の方が大きな電力を必要とする。

換言すると、第１ヒートブロック３３１の抵抗値を第２ヒートブロック３３２よりも相対的に小さくする必要がある。仮に第１抵抗発熱体３３１ａを蛇行状に形成して長さを長くすると、抵抗値としては大きくなり、第１ヒートブロック３３１と第２ヒートブロック３３２を同じ比抵抗の材料ペーストで形成できなくなる。

第１ヒートブロック３３１を短手方向に配列した５列の第１抵抗発熱体３３１ａで形成することで、１列の第１抵抗発熱体３３１ａ当たりの発熱量を抑えることができる。ここで、５本の第１抵抗発熱体３３１ａで９００Ｗの発熱量が必要とすると、１本当たりの第１抵抗発熱体３３１ａの発熱量は１８０Ｗとなる。第１抵抗発熱体３３１ａの長手方向の長さを２１６ｍｍとすると、発熱密度［Ｗ／ｍｍ］は０．８３［Ｗ／ｍｍ］となる。

一方、両端の第２ヒートブロック３３２の第２抵抗発熱体３３２ａでも、１列の第１抵抗発熱体３３１ａと長手方向で同じ発熱量を出すためには、各第２抵抗発熱体３３２ａで１８０Ｗずつの発熱量が必要となる。第２抵抗発熱体３３２ａは短手方向に蛇行状に形成することで長さを長くすることができるので、第２抵抗発熱体３３２ａの長手方向の長さを４３ｍｍとし、蛇行状に４回折り返して第２抵抗発熱体３３２ａを形成すると、第２抵抗発熱体３３２ａの総長は２１５ｍｍとなる。

したがって、第２抵抗発熱体３３２ａの発熱密度［Ｗ／ｍｍ］は０．８４［Ｗ／ｍｍ］となり、第１ヒートブロック３３１と第２ヒートブロック３３２を同じ比抵抗の抵抗体材料で形成可能であることがわかる。これにより、第１ヒートブロック３３１と第２ヒートブロック３３２を同時にスクリーン印刷することができ、低コスト化に寄与する。

第１ヒートブロック３３１の幅は、例えばＡ４紙（幅２１０ｍｍ）（小サイズ用紙）を縦方向搬送する場合に対応して、前述のように幅２１６ｍｍ設定することができる。また第２ヒートブロック３３２の幅は、例えば小サイズ用紙よりも用紙幅が大きいＡ３紙（幅２９７ｍｍ）（大サイズ用紙）を縦方向搬送する場合に対応して、前述のように幅４３ｍｍに設定することができる（（２９７ｍｍ－２１６ｍｍ）÷２＝４０．５ｍｍ＜４３ｍｍ）。第１ヒートブロック３３１と第２ヒートブロック３３２の境目に、小サイズ用紙の端部を合わせることで、小サイズ用紙の通紙時に第１ヒートブロック３３１のみ通電して端部温度上昇を抑制することができる。

導電ヘッダ３３７、３３８と導電線３３６、３３９、３４０、３４１は、抵抗発熱体３３１ａ、３３２ａよりも小さい抵抗値の導体で構成されている。導電ヘッダ３３７、３３８と導電線３３６、３３９、３４０、３４１の材料としては、銀（Ａｇ）もしくは銀パラジウム（ＡｇＰｄ）などを用いることができ、このような材料をスクリーン印刷するなどによって導電ヘッダ３３７、３３８と導電線３３６、３３９、３４０、３４１が形成されている。

本実施形態では、１つの第１ヒートブロック３３１と２つの第２ヒートブロック３３２の計３ブロックで構成しているので、温度検知部材の数は最低２つでよい。すなわち、第１ヒートブロック３３１の領域内の例えば中央に１個の温度検知部材を設け、左右いずれか一方の第２ヒートブロック３３２の領域内の例えば中央に１個の温度検知部材を設ける。

これに対して従来のヒータ部材３３０’は、図３Ｃのように、第１ヒートブロック３３１に対応する領域に並列接続の５つのヒートブロック３３１－１～３３１－５があるので、基本的には合計７個のブロック数に対応して温度検知部材や安全素子を配設しなければならない。したがって、温度検知部材や安全素子によってヒータ部材３３０’がコストアップするのは勿論のこと、複数の温度検知部材の検出温度に基づいた温度制御が複雑化する。

（ヒータ部材の実施形態）
次に、本発明の実施形態に係るヒータ部材３３０を図４Ａを参照して具体的に説明する。この図４Ａは、基本構造を示す図３Ａのヒータ部材３３０に、温度検知部材としてのサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、電流遮断部材（安全素子）としてのサーモスタットＳ１、Ｓ２、電源ＰＷに接続する給電線３５１～３５６およびスイッチＳＷ１、ＳＷ２を追加したものである。

但し、第２ヒートブロック３３２の接続に使用する導電線の長さを短縮するため、給電線３５６を接続する電極３４２を新たに追加している。サーモスタットＳ１、Ｓ２は、サーミスタＴＨ１、ＴＨ２の故障、制御装置のトライアックの短絡、ＣＰＵの故障などでヒータ部材３３０が異常発熱し、過昇温に至るのを防止する。

スイッチＳＷ１、ＳＷ２は電源ＰＷに対して並列に配置され、第１ヒートブロック３３１と第２ヒートブロック３３２を別々にＯＮ－ＯＦＦすることができる。スイッチＳＷ１が中央の第１ヒートブロック３３１用であり、スイッチＳＷ２が両端の第２ヒートブロック３３２用である。

図４Ａに示すように、第１温度検知部材としてのサーミスタＴＨ１と第１電流遮断部材としてのサーモスタットＳ１が、取り付け位置のバラツキを考慮して、第１ヒートブロック３３１のほぼ中央、すなわちヒータ基材３６０の長手方向および短手方向の両方向でほぼ中央部に配置されている。当該配置領域は最小紙幅の範囲内であって、サーミスタＴＨ１が必ず用紙と摺接する第１ヒートブロック３３１の温度を検知する。

サーモスタットＳ１はサーミスタＴＨ１の近くに配置されている。サーモスタットＳ１によって、５列の第１抵抗発熱体３３１ａのいずれかの断線や導電ヘッダ３３７、３３８の断線などにより、一部の抵抗発熱体３３１ａのみが異常発熱し過昇温となるのを防止する。

サーミスタＴＨ１とサーモスタットＳ１を、あらゆる用紙サイズの通紙内に配置することで、非通紙部の端部温度上昇の影響を受けないようにできる。これにより、故障による異常発熱時に安全装置により早期の通電遮断が可能となる。非通紙部に配置すると、誤検知防止のため安全装置の作動温度を高く設定する必要があるので、安全性では不利側となる。

左側の第２ヒートブロック３３２のほぼ中央に、第２温度検知部材としてのサーミスタＴＨ２が配置されている。詳しくは、短手方向に並んだ５本の蛇行状に折返された抵抗発熱体３３１ａのうち、中央３本の抵抗発熱体３３１ａの長手方向中央に重なるようにしてサーミスタＴＨ２が配設されている。当該サーミスタＴＨ２は、右側の第２ヒートブロック３３２に配置することもできるが、ここではスペース的な余裕がある左側の第２ヒートブロック３３２に配置する。

右側の第２ヒートブロック３３２のほぼ中央に、第２電流遮断部材としてのサーモスタットＳ２が配置されている。当該サーモスタットＳ２も、短手方向に並んだ５本の蛇行状に折返された抵抗発熱体３３２ａのうち、中央３本の抵抗発熱体３３２ａの長手方向中央に重なるようにして配設されている。このサーモスタットＳ２によって、一部の抵抗発熱体３３２ａのみが異常発熱し過昇温に至るのを防止する。

図４Ａに示すサーミスタＴＨ１、ＴＨ２はヒータ基材３６０の裏面側に設けられ、第１ヒートブロック３３１と第２ヒートブロック３３２の温度を検知する。サーミスタＴＨ１は第１ヒートブロック３３１の発熱領域であれば任意の位置に配置可能であるが、サーミスタＴＨ１の取り付け位置のバラツキを考慮して第１ヒートブロック３３１の短手方向中央部に配置するのが好ましい。さらには長手方向位置については通紙時における非通紙部の温度上昇の影響を受けにくい最小紙幅内に配置するのがさらに好ましい。

前記サーミスタＴＨ１、ＴＨ２は、ヒータ部材３３０の基材３６０の裏面側に設けるほか、第１抵抗発熱体３３１ａ、第２抵抗発熱体３３２ａの裏側に設けることもできる。サーミスタＴＨ２は左側の第２ヒートブロック３３２の裏に設けているが、右側の第２ヒートブロック３３２の裏側に設けても構わない。

図４Ａと、従来のヒータ部材３３０’を示す後述の図５Ａを比較するとわかるように、安全性の確保に必要なサーモスタットの個数が従来の５個（図５Ａ）から２個（図４Ａ）となり、３個の削減が可能となる。図５Ａの構成はヒートブロックを長手方向に５分割（ヒートブロック３３１－１～３３１－５）し、これらを並列に接続しているので、一部のヒートブロックへの通電が停止すると、長手方向において発熱しない領域と発熱する領域に分かれる。

図５Ａでは通電が停止したヒートブロック以外のヒートブロックへの通電は継続するため、長手方向に複数の過昇温を検知する部材を配置する必要がある。しかしながら、図４Ａの構成の場合は、第１ヒートブロック３３１が長手方向に連続して直線状に延びた並列接続の５列の第１抵抗発熱体３３１ａを有することで、５列のうち一部の第１抵抗発熱体３３１ａへの通電が停止しても長手方向に発熱しない領域はできない。このため、長手方向に過昇温を検知する部材を複数配置する必要がない。

（ヒータ部材の変形実施形態）
図４Ｂの変形例は、第１ヒートブロック３３１の第１抵抗発熱体３３１ａを図４Ａよりも幅広に形成することで発熱量を稼ぎ、それによって第１抵抗発熱体３３１ａの本数（列数）を５本→４本に減らしたものである。その他は図４Ａと同様である。

図４Ｃの変形例は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を直列に配置してスイッチＳＷ１をメインスイッチとしたものである。これにより、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がＯＮの状態からスイッチＳＷ１のみＯＦＦにすることで第１ヒートブロック３３１と第２ヒートブロック３３２を同時に非通電にする。その他は図４Ｂと同様である。

図４Ｄは、第１ヒートブロック３３１と第２ヒートブロック３３２の境目に短手方向に連続する隙間ができないように、第１ヒートブロック３３１と第２ヒートブロック３３２の端部を傾斜させたものである。こうすることで、第１ヒートブロック３３１と第２ヒートブロック３３２の境目に定着ベルト３１０の温度低下を防止することができる。

図５Ａは、従来のヒータ部材３３０’に対するサーミスタＴＨ１、ＴＨ２、サーモスタットＳ１ａ～Ｓ１ｄ、Ｓ２の配置状態を示したものである。このヒータ部材３３０’は、最小紙幅を含む中央の５つのヒートブロック３３１－１～３３１－５と、両端部の２つのヒートブロック３３２の計７個のヒートブロックのうち、サーミスタＴＨ１、ＴＨ２を配置したヒートブロック以外のすべてのヒートブロックに、サーモスタットＳ１ａ～Ｓ１ｄ、Ｓ２を配置しなければならない。したがって、サーモスタットの数が多い分だけコストアップとなる。

また、図５Ａの構成を電気回路図にしたものが図５Ｂである。図５Ｂにおいて、抵抗値Ｒ１～Ｒ７は各ヒートブロック３３１－１～３３１－５、３３２の抵抗を示し、抵抗値ｒ１～ｒ１４は導電線３３６（ｒ１４）、３３７（ｒ１０―ｒ１３）、３３９（ｒ１）、３４１（ｒ２－ｒ８）、３４３（ｒ９）の抵抗値を示している。

ここで、ヒートブロック３３１－１～３３１－５、３３２を簡便のために発熱体１～７と表記して、電極３３３～３３５からスタートして各発熱体１～７を経由する電気抵抗値を表すと以下のようになる。
発熱体１：ｒ１＋Ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４＋ｒ５＋ｒ６＋ｒ７＋ｒ８
発熱体２：ｒ１４＋Ｒ２＋ｒ３＋ｒ４＋ｒ５＋ｒ６＋ｒ７＋ｒ８
発熱体３：ｒ１４＋ｒ１３＋Ｒ３＋ｒ４＋ｒ５＋ｒ６＋ｒ７＋ｒ８
発熱体４：ｒ１４＋ｒ１３＋ｒ１２＋Ｒ４＋ｒ５＋ｒ６＋ｒ７＋ｒ８
発熱体５：ｒ１４＋ｒ１３＋ｒ１２＋ｒ１１＋Ｒ５＋ｒ６＋ｒ７＋ｒ８
発熱体６：ｒ１４＋ｒ１３＋ｒ１２＋ｒ１１＋ｒ１０＋Ｒ６＋ｒ７＋ｒ８
発熱体７：ｒ８＋Ｒ７＋ｒ９

ここで導電線３３６、３３７、３３９、３４３および共通導電線３４１の抵抗率が同じとすると、左側の第２ヒートブロック３３２の導電線は、右側の第２ヒートブロック３３２の導電線より長いため、抵抗値が（ｒ２＋ｒ３＋ｒ４＋ｒ５＋ｒ６＋ｒ７）だけ大きくなってしまう。このため、スイッチＳＷ２をＯＮした状態で左側の第２ヒートブロック３３２の方が右側の第２ヒートブロック３３２より相対的に発熱量が小さくなり、両端の発熱量のばらつきが発生する。

また、同様に、中央の５つのヒートブロック３３１－１～３３１－５は、右側の第２ヒートブロック３３２に比べると導電線が長いため、抵抗値が大きくなってしまう。このため、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をＯＮした状態では各ヒートブロック３３１－１～３３１－５は右側の第２ヒートブロック３３２に比べて発熱量が小さくなり、長手方向で発熱量のばらつきが発生する。

そこで、図５Ａに示すように、共通導電線３４１と導電線３３６において、ヒートブロック３３１－１～３３１－５、３３２に接続する導電線３３７、３４１は、他の導電線より抵抗を小さくする。具体的には、図５Ａに示すように、導電線３３７、３４１の幅を広くする。

導電線３３７、３４１を幅広化する代わりに、或いは幅広化と併せて、導電線の高さ（厚さ）を高く（厚く）したり、導電線３３７、３４１に抵抗率の小さい材料を用いたりすることができる。これにより、ヒートブロック３３１－１～３３１－５とヒートブロック３３２の発熱ばらつきを防ぐことができる。この考え方を前述の図４Ａ～図４Ｃにも適用して、共通導電線３４１の本体部３４１ａを右端部３４１ｂよりも幅広に形成することで、長手方向の発熱量のばらつきを抑制することができる。

（他の定着装置の構成）

本発明は、上述の定着装置のほか、図６、図７に示すような定着装置にも適用可能である。図６に示す定着装置３００は、定着ベルト３１０に対して加圧ローラ３２０側とは反対側に、押圧ローラ３７０が配置されており、この押圧ローラ３７０とヒータ部材３３０とによって定着ベルト３１０を挟んで加熱するように構成されている。

一方、加圧ローラ３２０側では、定着ベルト３１０の内周にニップ形成部材３８０が配置されている。ニップ形成部材３８０は、ステー３５０によって支持されており、ニップ形成部材３８０と加圧ローラ３２０とによって定着ベルト３１０を挟んでニップ部Ｎを形成している。

図７に示す定着装置３００では、定着ベルト３１０のほかに加圧ベルト３９０が設けられ、加熱ニップ（第１ニップ部）Ｎ１と定着ニップ（第２ニップ部）Ｎ２とを分けて構成している。すなわち、加圧ローラ３２０に対して定着ベルト３１０側とは反対側に、ニップ形成部材３８０とステー３８１とを配置し、これらニップ形成部材３８０とステー３８１を内包するように加圧ベルト３９０を回転可能に配置している。

そして、加圧ベルト３９０と加圧ローラ３２０との間の定着ニップＮ２に用紙Ｐを通紙して加熱及び加圧して画像を定着する。その他は、図２に示す定着装置３００と同じ構成である。

以上、種々の定着装置の構成について説明したが、本発明に係るヒータ部材は薄肉定着ベルトを直接加熱する型式の定着装置の他、ヒータ部材を内周に配設したヒートローラ型式の定着装置にも適用可能である。また本発明に係るヒータ部材は、定着装置にのみ適用されるものではない。例えば、本発明に係るヒータ部材は、用紙に塗布されたインクを乾燥させるために、インクジェット方式の画像形成装置に搭載される乾燥装置や、インクジェットプリントヘッドのヒータにも適用可能である。

さらに、本発明に係るヒータ部材は、ベルト部材によって用紙などのシートを搬送しながら、そのシートの表面に被覆部材としてのフィルムを熱圧着する被覆装置（ラミネータ）にも適用可能である。また、本発明に係るヒータ部材は、ベルト部材を加熱するベルト加熱装置に限らず、ベルト部材を備えていない加熱装置にも適用可能である。また前記ヒータ部材の抵抗発熱体は、シート状、蛇行状の他、櫛歯状、渦巻状等の任意の形状で形成可能である。

また第１ヒートブロック３３１の第１抵抗発熱体３３１ａの本数は必要に応じて増減変更可能である。さらに第１ヒートブロック３３１は、ヒータ基材３６０の長手方向中央部に１つだけ配置するほか、複数ブロックでも配設可能であって、例えば従来のヒートブロック数以下で配設することができる。

1Y,1M,1C,1Bk：作像ユニット ２：感光体（像担持体）
３：帯電装置 ４：現像装置
４ａ：現像剤担持体 ５：ドラムクリーニング装置
５ａ：クリーニングブレード ６：露光装置
６ａ：ミラー ７：給紙装置
７ａ：ミラー ８：転写装置
１０：排紙装置 １１：中間転写ベルト
１２：一次転写ローラ １３：二次転写ローラ
１４：用紙搬送路 １５：タイミングローラ
５０：用紙給送装置 ６０：給紙ローラ
１００：画像形成装置 １０３：画像形成装置本体
２５０：レジストローラ対 ３００：定着装置
３１０：定着ベルト ３２０：加圧ローラ
３２１：鉄製芯金 ３２１：芯金
３２２：弾性層 ３２３：離型層
３３０、３３０’：ヒータ部材 ３３０ａ：基材層
３３０ｂ、３３０ｅ：絶縁層 ３３０ｃ：発熱部
３３０ｄ：導体層 ３３１：第１ヒートブロック
３３１ａ：第１抵抗発熱体 ３３２：第２ヒートブロック
３３２ａ：第２抵抗発熱体 ３３３～３３５、３４２：電極
336、339、340、341：導電線 ３３７、３３８：導電線（導電ヘッダ）
３４４：ヒータホルダ ３５０：ステー３５１～３５６：給電線
３６０：ヒータ基材 ３７０：押圧ローラ
３８０：ニップ形成部材 ３８１：ステー
３９０：加圧ベルト Ｌｂ：レーザ光
Ｎ：転写ニップ Ｎ：ニップ部
Ｎ１：加熱ニップ（第１ニップ部） Ｎ２：定着ニップ（第２ニップ部）
Ｐ：用紙 ＰＷ：電源
Ｒ１～Ｒ７：抵抗値 S1、S2、S1a～S1d：サーモスタット
ＳＷ１、ＳＷ２：スイッチ ＴＨ１、ＴＨ２：サーミスタ
ＴＭ：転写手段

特許第４５１２２３２号公報 特許第６３３６０２６号公報

Claims (9)

1. 抵抗発熱体で構成されたヒートブロックが基材の長手方向に複数配設されたヒータ部材であって、
   前記複数のヒートブロックのうちの一つである第１ヒートブロックは、前記基材の長手方向に延びた複数列の抵抗発熱体を有し、前記複数列の抵抗発熱体は互いに電気的に並列に接続され、
   前記長手方向に直交する方向を短手方向としたときに、
   前記第１ヒートブロックの前記基材の長手方向両端側に、前記複数のヒートブロックのうちの一つである第２ヒートブロックが配設され、当該第２ヒートブロックの抵抗発熱体が前記基材の短手方向に複数回折り返された第２抵抗発熱体を有し、当該両端側に配設された第２抵抗発熱体は互いに電気的に並列に接続されていることを特徴とするヒータ部材。
2. 前記複数列の抵抗発熱体が前記基材の長手方向に連続する直線状に形成されている請求項１記載のヒータ部材。
3. 前記第２ヒートブロックは、前記第１ヒートブロックの長手方向両側に隣接して設けられることを特徴とする請求項１記載のヒータ部材。
4. 前記第１ヒートブロック上に第１温度検知部材が配置され、前記第２ヒートブロック上に第２温度検知部材が配置されている請求項１から３のいずれか１項記載のヒータ部材。
5. 前記第１温度検知部材と前記第２温度検知部材は、前記ヒートブロックの温度を検知するサーミスタと、前記ヒートブロックへ流れる電流を遮断するサーモスタットを含むことを特徴とする請求項４記載のヒータ部材。
6. 請求項１から５のいずれか１項記載の前記ヒータ部材によって被加熱部材を加熱することを特徴とする加熱装置。
7. 請求項６記載の加熱装置を利用してトナー像を加熱する定着装置。
8. 可撓性を有するスリーブ状の回転部材と、
   前記回転部材の内周に摺接する請求項１から３のいずれか１項記載のヒータ部材と、
   前記回転部材を挟んで前記ヒータ部材と圧接して前記回転部材との間にニップ部を形成する加圧部材とを有し、
   小サイズ用紙と、該小サイズ用紙よりも用紙幅が大きい大サイズ用紙とを通紙可能な定着装置において、
   前記ヒータ部材の第１ヒートブロックの長手方向長さが前記小サイズ用紙の用紙幅に対応し、前記第１ヒートブロックと前記第２ヒートブロックの合計長手方向長さが前記大サイズ用紙の用紙幅に対応し、
   前記ニップ部で用紙を挟持搬送する際に前記ヒータ部材の熱を前記小サイズ用紙又は前記大サイズ用紙に付与することを特徴とする定着装置。
9. 給紙装置、画像形成部および請求項７記載の加熱装置もしくは請求項７又は８記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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