JPH06250539A - 加熱装置 - Google Patents

加熱装置

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JPH06250539A
JPH06250539A JP5038408A JP3840893A JPH06250539A JP H06250539 A JPH06250539 A JP H06250539A JP 5038408 A JP5038408 A JP 5038408A JP 3840893 A JP3840893 A JP 3840893A JP H06250539 A JPH06250539 A JP H06250539A
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JP
Japan
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heating element
heating
heat
recording material
film
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Application number
JP5038408A
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English (en)
Inventor
Koichi Okuda
奥田幸一
Tatsunori Ishiyama
石山竜典
Takuji Shibuya
渋谷卓史
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Original Assignee
Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 給電により加熱体を発熱させ、該発熱により
耐熱フィルムを介して被加熱体を加熱するようにした加
熱装置において、加熱体を構成する発熱体として、比較
的安価な体積抵抗値のものを使用可能とすること。 【構成】 加熱体上を耐熱フィルム及び被加熱体を一緒
に移動させ、加熱体によりフィルムを介して被加熱体を
加熱する加熱装置において、前記加熱体は、通電発熱体
(100)と、該通電発熱体に給電する電極(101,
102)とからなり、該電極は、前記通電発熱体に被加
熱体の進行方向と直角方向に沿って、交互に極性が異な
るように配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、通電により発熱する加
熱体に耐熱性フィルムを接触摺動させ、該フィルムの加
熱体とは反対側の面に被加熱材を密着させて該フィルム
と共に加熱体位置を通過させて加熱体から該フィルムを
介して被加熱材に熱エネルギーを付与する、フィルム加
熱方式の加熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】上記のようなフィルム加熱方式の加熱装
置は本出願人の先の提案に係る特開昭63−31318
2号公報・特開平2−157878号公報等で知られて
おり、電子写真複写機・プリンタ・ファックス等の画像
形成装置における画像加熱定着装置、すなわち電子写真
・静電記録・磁気記録等の画像形成プロセス手段により
加熱溶融性の樹脂等より成る顕画材(トナー)を用いて
記録材(エレクトロファックスシート・静電記録シート
・転写材シート・印刷紙など)の面に直接方式もしくは
間接(転写)方式で形成した、目的の画像情報に対応し
た未定着顕画剤像を該画像を担持している記録材に固着
画像として加熱定着処理する画像加熱定着装置として活
用できる。
【0003】また、例えば、画像を担持した記録材を加
熱してつや等の表面性を改質する装置や仮定着処理する
装置等として使用できる。
【0004】より具体的には、薄肉の耐熱性フィルム
(シート)と、該フィルムの移動駆動手段と、該フィル
ムを中にしてその一方面側に固定支持して配置された加
熱体(ヒータ)と、他方面側に該加熱体に対向して配置
され該加熱体に対して該フィルムを介して画像定着する
べき記録材の顕画剤像担持面を密着させる加圧部材を付
し、該フィルムは少なくとも画像定着実行時は該フィル
ムと加圧部材との間に搬送導入される画像定着すべき記
録材と順方向に同一速度で走行移動させて該走行移動フ
ィルムを挟んで加熱体と加圧部材との圧接で形成される
定着部としての定着ニップ部を通過させることにより該
記録材の顕画剤像担持面を該フィルムを介して該加熱体
で加熱して未定着顕画剤像(未定着トナー像)に熱エネ
ルギーを付与して軟化・溶融せしめ、次いで定着部通過
後のフィルムと記録材を分離点で離間させることを基本
とするフィルム加熱方式の画像加熱定着装置である。
【0005】図12に、上記画像加熱定着装置に用いら
れる加熱体の途中省略・一部切り欠き平面模型図と通電
制御系のブロック図を示す。
【0006】本例の加熱体2は、 a.耐熱フィルムの移動方向に略直交する方向を長手と
する、Al23 (アルミナ)、AlN、SiC等の電
気絶縁性・耐熱性・低熱容量の細長のセラミック基板3
と、 b.この基板3の一方面側(表面側)の基板幅方向中央
部に基板長手に沿って、線状あるいは帯状に形成した、
発熱源としての銀パラジウム(Ag/Pd)等の通電発
熱体4と、 c.この通電発熱体4の両端部にそれぞれ導通させて基
板面に形成した給電電極5,6,6’,スルーホール5
0と、 d.基板3の通電発熱体形成面を被覆させた表面保護層
としてのガラス等の電気絶縁性オーバーコート層7と、 e.基板3の他方面側(背面側)にそれぞれ接触させて
設けたサーミスタ等の温度検出素子8、及び安全対策用
温度検知素子(サーマルプロテクタ)としての温度ヒュ
ーズ9等よりなる。
【0007】加熱体2のオーバーコート層7側がフィル
ム接触摺動面側であり、この面側を外部露呈させて加熱
体2を断熱性のヒーターホルダ13を介して不図示の支
持部に固定支持させてある。
【0008】加熱体2は通電発熱体4の両端給電電極5
・6間に交流電源20より電圧が印加され、該通電発熱
体4が発熱することで昇温する。
【0009】加熱体2の温度は基板背面の温度検出素子
8で検出されてその検出情報が通電制御装置15へフィ
ードバックされて交流電源20から通電発熱体4への通
電が制御されることで定着実行時に温度検出素子8で検
出される加熱体2の温度が所定の温度(定着温度)にな
るように温調制御される。
【0010】加熱体2の温調制御は通電発熱体4に対す
る印加電圧または電流をコントロールするか、通電時間
をコントロールする方法が採られている。通電時間をコ
ントロールする方法には、電源波形の半波ごとに、通電
する、通電しない、を制御するゼロクロス波数制御、電
源波形の半波ごとに通電する位相角を制御する位相制御
がある。
【0011】即ち、温度検出素子(サーミスタ)8の出
力をA/D交換しCPUに取り込み、その情報をもと
に、トライアック等を有するSSR(ソリッド・ステー
ト・リレー)により通電発熱体4に通電するAC電圧を
位相制御あるいは波数制御等のパルス幅変調をかけ温度
検出素子8による加熱体の検知温度が一定となるように
通電発熱体4への通電を制御している。
【0012】温度ヒューズ9は通電発熱体4に対する通
電路に直列に接続して加熱体2の基板3の背面に近接ま
たは接触させて配設してあり、通電発熱体4の通電制御
が不能の事態を生じて加熱体2が異常昇温(加熱体の暴
走)すると、該温度ヒューズ9が作動して通電発熱体4
への通電回路が解放され通電発熱体に対する通電がオフ
される。
【0013】上記のようなフィルム加熱方式の装置は、
加熱体2として低熱容量のものを用いることができるた
め、従来の熱ローラ方式等の加熱装置に比べウエイトタ
イム短縮化(クイックスタート性)が可能となり、また
クイックスタートが可能となるため、使用していない時
の予熱が必要なくなり、総合的な意味での省電力化もは
かれる。その他、他の加熱方式の装置の種々の欠点を解
決できる等の利点を有し、効果的なものである。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】前記加熱体の通電発熱
体に用いられる抵抗材料は一般に貴金属系のもの、例え
ばAg/Pdであり非常に高価である。
【0015】これをより安価な材料に置き換えることで
コストダウンを行おうとしても、このような材料は、体
積抵抗値が高いため、従来は使用不可能であった。
【0016】すなわち、前記加熱体はある限られた時間
内に一定の温度以上に立上がるだけの電力を発生する必
要がある。一方、加熱体へ供給される電源は通常商用電
源(AC100/200V)であり、その電圧は一定で
ある。よって加熱体の抵抗値はある一定値以下でなけれ
ばならない。
【0017】加熱体の抵抗値は通電発熱体の厚さ、幅
(記録材通過方向)、長さ(記録材通過方向と直角方
向)、通電発熱体の体積抵抗によって決まる。長さにつ
いていえば、記録材幅とほぼ同じで一定であり、通電発
熱体の幅についていえば、ニップ幅より広げるのはニッ
プからはみ出した部分の熱が記録材へ伝わらないため効
果がない。発熱体の厚みを厚くさせるとしても、スクリ
ーン印刷等の製造方法から限界がある。
【0018】つまり加熱体の抵抗値をある一定値以下に
するには、通電発熱体の体積抵抗値を一定値以下にする
必要があり、いくら安価な抵抗体でも体積抵抗値が高く
なっては使用が不可能であった。
【0019】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、通電
発熱体に記録材進行方向と直角方向にそって交互に極性
が異なる様に給電電極を配置することにより、体積抵抗
値の高い材料を使用した場合にも、給電乃至通電距離を
短かくして、十分な発熱を行い、所望の加熱を行うこと
ができる。
【0020】
【実施例】図1、および図2に本発明の実施例である加
熱装置を示す。図1において、1はエンドレスベルト状
の耐熱性フィルム(定着フィルム)であり、互いに略並
行に配設した駆動ローラ11と、テンションローラを兼
ねる従動ローラ12と、加熱体(ヒータ)99の3部材
間に懸回張設させてある。
【0021】フィルム1は、熱容量を小さくしてクイッ
クスタート性を向上させるために、フィルムの膜厚は総
厚100μm以下、好ましくは40μm以下20μm以
上の耐熱性・離型性・強度・耐久性等のあるPTFE,
PFA,の単層フィルム、あるいはポリイミド,ポリア
ミドイミド,PEEK,PES,PPS等のフィルムの
表面にPTFE,PFA,FEP等の離型層としてコー
ティングした複合層フィルム等である。
【0022】13は加熱体99を断熱支持させたヒータ
ホルダ、10は加熱体99との間にフィルム1を挟んで
フィルムを加熱体99の面に総圧4〜15kgで圧接す
るシリコンゴム等の離型性のよいゴム弾性層を有する加
圧ローラである。
【0023】フィルム1は駆動ローラ11の回転によ
り、少なくとも画像定着実行時は矢示の時計方向に加熱
体99面に密着して該加熱体面を摺動しながら所定の周
速度、即ち不図示の画像形成部(A)側から搬送されて
くる未定着トナー画像Tを担持した記録材Pの搬送速度
と略同じ周速度でシワなく回転駆動される。
【0024】加熱体99は後述するように電力供給によ
り発熱する発熱源としての通電発熱体(抵抗発熱体)1
00を含み、該通電発熱体100の発熱により昇温す
る。該通電発熱体100は、基板103上に設けられて
いる。
【0025】通電発熱体100に対する電力供給により
加熱体99が加熱され、またフィルム1が回転駆動され
ている状態において、加熱体99と加圧ローラ10との
圧接部N(定着ニップ部)の、フィルム1と加圧ローラ
10との間に記録材Pが導入されることで、該記録材P
がフィルム1に密着してフィルムと一緒の重なり状態で
圧接部Nを通過していく。
【0026】この圧接部通過過程で加熱体99からフィ
ルム1を介して記録材Pに熱エネルギーが付与されて記
録材P上の未定着トナー画像Tが加熱溶融定着される。
記録材Pは圧接部N通過後フィルム1から分離して排出
されていく。
【0027】図2において、アルミナ等の耐熱基板10
3上に通電発熱体100が形成され、さらに通電発熱体
上の記録材進行方向と直角方向に極性の異なる櫛歯状電
極101,102が等間隔hで交互に配置されている。
さらに通電発熱体100、電極101,102上にはガ
ラスによる絶縁層104が被覆形成される。
【0028】この加熱体99を例えば図1の定着装置に
装着し、サーミスタ8の情報をもとに、交流電源20か
らの通電を制御装置15により制御する。すなわち、制
御装置15は、温度検出素子8の出力をA/D変換し、
CPUに取り込み、その情報に基づき、トライアック等
を有するSSR(ソリッド・ステート・リレー)により
通電発熱体4に通電するAC電圧を位相制御あるいは波
数制御等のパルス幅変調をかけ温度検出素子8による加
熱体の検知温度が一定となるように通電発熱体4への通
電を制御している。
【0029】加熱体をこの様な構成とすれば、電極間隔
又は発熱セグメントの長さhを変える事により非常に体
積抵抗の高い材料例えばRuO2 であっても、一定の加
熱体の抵抗値を得る事ができる。
【0030】電極101,102の材質はエレクトロマ
イグレーションによる回路ショートを防止するため、A
g等よりはAg/Pt,Ag/Pd,Au,Pt等のマ
イグレーションをおこしにくいものが望ましい。
【0031】電極101,102の通電発熱体100と
の接合幅jは、該部分が非発熱部であるため、広すぎる
と記録材上で縦スジ状に定着不良となる。これを防止す
るため接合幅jは約1mm以下が好ましい。
【0032】また、電極101,102と通電発熱体1
00との接合部は図3の様に、通電発熱体幅lの外側に
おけば通電発熱体幅l内に局所的に非発熱となる部分を
作らなくてすむ。よって電極101,102幅jが広く
てもよく大電流を流す事ができる。
【0033】さらに、電極101,102からの放熱分
を補うため図4のα部の様に通電発熱体幅lの外側でも
ある程度発熱する様、通電発熱体部を延ばしたり、図5
のβ部、図6のγ部の様に通電発熱体を電極接合位置で
絞り、局部的に発熱量を上げてやってもよい。
【0034】前記通電発熱体を大きな正の温度抵抗特性
を持つ材料とことにより、非通紙昇温を防止できる。
【0035】すなわち、前記加熱装置の最大通紙幅に対
し小さい幅の記録材を使用すると、通紙域と非通紙域で
発熱量は同じであるにもかかわらず、放熱量即ち記録紙
により熱が奪われる部分とそうでない部分の放熱が異な
るため、非通紙側の温度が高くなる(通紙域側はサーミ
スタ8により一定温度となる様コントロールされる)。
このためそれが頻繁におこると非通紙域側のフィルム、
加圧ローラといった。部材が高温のため劣化するという
問題をおこす。
【0036】そこで通電発熱体を大きな正の温度抵抗特
性(TCR)を持つ材料とし、非通紙部で温度が上った
時、その部分の抵抗値が上がり発熱量を下げる様にして
やる事で非通紙昇温を軽減する事が可能となる。
【0037】すなわち、図7のように、大きな正の温度
抵抗特性(望ましくは約1000PPM/℃以上)を持
つ通電発熱体300上に櫛歯上電極101,102を等
間隔hで交互に配置する。この時各発熱セグメント(異
なる極性の電極により挟まれた長さhの通電発熱体部
分)はそれぞれ等しい抵抗値を持つ。通電発熱体の材料
としては例えばRuO2 にAuを混ぜたものが使用可能
であり、TCRは4000PPM/℃程である。
【0038】加熱体298は以下の様に構成される。 Al23 ,AlN等の耐熱セラミック基板299に
RuO2 +Auを含む厚膜ペーストにより通電発熱体3
00をスクリーン印刷で印刷する。
【0039】厚膜ペーストは導電性を持たせるための直
径50μm以下のRuO2 粉及びAu粉と、セラミック
基板と接着させるためのボロンケイ酸塩、アルミケイ酸
塩等のガラスにBi23 ,PbO,ZnO,CaO,
CuO等の添加物を混ぜた無機バインダー粉と、ペース
ト状の流動性を持たせるためのエチルセルロース等の有
機バインダーとターピネオール、ブチルカルビトール等
の高沸点溶剤を混ぜたものである。
【0040】通常市販のRuO2 厚膜ペーストはTCR
が100PPM/℃程度であるが、これにTCRの高い
Auを混ぜる事でTCR4000PPM/℃を得てい
る。
【0041】次に通電発熱体を印刷した基板を高温で乾
燥、焼成させ溶剤と有機バインダーを焼失させ、無機バ
インダーを溶融させセラミック基板に通電発熱体を接着
する。
【0042】次にAu,Ag,Ag/Pd,Ag/P
t等からなる厚膜ペーストを用いて、スクリーン印刷で
電極101,102を印刷、焼成し電極を形成する。
【0043】さらに通電発熱体及び電極上に図示しな
い絶縁層としてのガラスコートを形成する。ガラスコー
トも厚膜ペーストをスクリーン印刷し焼成して形成す
る。
【0044】加熱体298はある1つの発熱セグメント
の基板299の裏側に設けられたサーミスタ8の温度が
一定となるように、制御回路15により電源20からの
通電がコントロールされる。
【0045】今、加熱体298の最大通紙幅Xより小さ
い幅Yを持つ記録材297を通紙すると、放熱負荷の差
により非通紙域の温度Q1が上がる。すると非通紙域の
発熱セグメントの抵抗値Q2が上がる。各発熱セグメン
トの発熱量はV2 /R(V:電極101,102間の電
圧、R:各発熱セグメントの抵抗値)により決まるの
で、非通紙域の発熱セグメントの発熱量Q3は低下し、
温度Q4が低下、非通紙部昇温を軽減する。
【0046】この際発熱セグメントの長さhが大きく、
かつ図8の様に電極101a,102a間の中間に記録
材端eが来ると、領域fの単位長さあたりの発熱量が低
下、温度が下がり定着不良をおこす。すなわち、領域f
部を記録材297が通過すると、非通紙域の温度k1が
上がり、単位長さあたりの抵抗値k2が上がる(通紙域
である領域fは温度変化がないので単位長さあたりの抵
抗値の変化はない)。単位長さあたりの発熱量はI2
(Iは101a,102a間の電流、rは単位長さあた
りの抵抗値)であるので、領域fの単位長さあたりの発
熱量<領域gの単位長さあたりの発熱量となる。ただし
電極101a,102a間の総抵抗値が上がり、電極1
01aと102a間を流れる総電流値が減少するので、
領域fの単位長さあたりの発熱量k3は減少し、温度k
4が低下し、定着不良をおこす。
【0047】以上はサーミスタ8が記録材端eが存在す
る発熱セグメント(領域f+g)以外の通紙域に存在す
る場合である。
【0048】図9の様にサーミスタ8が記録材端eが存
在する発熱セグメントの通紙域(領域f)に存在する場
合は、領域fにおいてはサーミスタ8により温度が制御
されるため、定着不良は発生しないが今度は通紙域の他
の発熱セグメントの温度S4が上がってしまい、高温オ
フセット等の問題を発生してしまう。また、記録材端e
の存在する発熱セグメントの非通紙域の発熱量が非常に
大きくなりフィルム、加圧ローラー等の熱劣化を引きお
こす。この問題は各発熱セグメントの長さhを十分短く
望ましくは約20mm以下にとるとなくなる。すなわち
記録材端のある発熱セグメントの通紙、非通紙部での発
生熱むらが加熱体またはその周辺部材長手(記録材進行
方向と垂直)方向の熱伝導により緩和され、温度差が生
じなくなるからである。
【0049】また、図10の加熱体400の様に、A
3,B4,A4等各サイズの記録材端を電極101,1
02と発熱体401の接合位置又は櫛歯部の位置とする
と発熱セグメント長さhが長くとも前述の様な問題を生
じない。というのは前述の問題はすべて1つの発熱セグ
メント中に通紙、非通紙領域が混在するために生じてお
り、記録材端が発熱セグメント端すなわち給電電極10
1,102と発熱体401の接合部にあれば、1つの発
熱セグメント中に通紙非通紙域が混在することはないか
らである。
【0050】図11の加熱体500においては、各発熱
セグメントの長さT1 ,T2 ,T3は一定ではない。ま
た各発熱セグメントの長さはT3がA4サイズ、T2
3はB4サイズ、T1 +T2 +T3 がA3サイズとい
う様に各種記録材幅と対応している。さらに各発熱セグ
メントには同じ体積抵抗値の通電発熱体材料が同一の厚
さで設けられている。そして加熱体長手方向の単位長さ
あたりの発熱量が同じとなる様に各発熱セグメントの幅
1 ,W2 ,W3 は調整されている。
【0051】各々の単位長さあたりの発熱量は、
【0052】
【数1】
【0053】となるので、W1 :W2 :W3 =T1 2:T
2 2:T3 2として各発熱セグメントの単位長さあたりの発
熱量を等しくしている。
【0054】又、図11では各発熱セグメントに同じ体
積抵抗値の材料を用いた時の単位長さあたりの発熱量を
等しくするために、各発熱セグメントの幅(W1 ,W
2 ,W 3 )を変えたが、各発熱セグメントごとに体積抵
抗値の異なる発熱体材料を用いて各発熱セグメントの幅
を等しくしてやってもよい。
【0055】また、各発熱セグメントの厚みをそれぞれ
変えてやってもよい。
【0056】さらに図11の加熱体にA4サイズより幅
の狭い記録材を用いる事がまれであれば図11のT3
熱セグメントにのみ温度抵抗特性が小さい発熱体材料を
用いてもよい。というのは長さT3 の発熱セグメント内
に非通紙エリアが生じる事があまりないため、非通紙昇
温も短時間しか発生せず、フィルム、加圧ローラ等のダ
メージが小さいためである。
【0057】なお上記実施例において、電極101,1
02等は、発熱体100等の両側に振り分ける代りに、
一方側にまとめて配設することも可能である。
【0058】
【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、通電
発熱体に記録材進行方向と直角方向にそって交互に極性
が異なる様に給電電極を配置することにより、体積抵抗
値の高い材料でも、所望の通電量を可能とするものであ
る。
【0059】また、通電発熱体に正に大きなTCRを持
つ材料を用いることにより、非通紙部の昇温を軽減する
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である加熱装置の縦断面図
【図2】本発明の実施例である加熱体の平面図
【図3】本発明の実施例である加熱体の電極接合部の一
例の詳細図
【図4】本発明の実施例である加熱体の電極接合部の他
の例の詳細図
【図5】本発明の実施例である加熱体の電極接合部のさ
らに他の例の詳細図
【図6】本発明の実施例である加熱体の電極接合部のも
う一つの例の詳細図
【図7】本発明の実施例により非通紙昇温が改善される
ことの作動説明図
【図8】本発明の実施例の動作を説明するための一つの
説明図
【図9】本発明の実施例の動作を説明するための他の説
明図
【図10】本発明の実施例である加熱体の一つの平面図
【図11】本発明の実施例である加熱体の他の平面図
【図12】従来の加熱体への通電方法を説明するための
【符号の説明】
99,298,400,500,2…加熱体 100,200,202,201,203,300,4
01,503,4…通電発熱体 101,102,501,502,5,6,6’…電極 104,7…絶縁層 15…制御回路 20…電源 103,299,
3…基板 8…サーミスタ 13…ヒーターホ
ルダー h…電極間隔 j…電極接合幅 l…通電発熱体幅 297,P…記録
材 Y…記録材幅 X…最大通紙幅 e…記録材端 9…温度ヒューズ 50…スルーホール 1…フィルム 10…加圧ローラ N…ニップ T…トナー 11…駆動ローラ 12…従動ローラ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加熱体と、一面を加熱体と接触摺動し他
    面を被加熱体と接触する耐熱フィルムとを有し、加熱体
    上をフィルムと被加熱体が一緒に移動することで加熱体
    の熱を被加熱体へ伝達する加熱装置において、 前記加熱体は、少なくとも通電発熱体と、通電発熱体に
    給電する電極とからなり、前記電極は、前記通電発熱体
    に被加熱体進行方向と直角方向にそって交互に極性が異
    なるよう配置されている事を特徴とする加熱装置。
  2. 【請求項2】 前記通電発熱体は、抵抗温度特性が正で
    あることを特徴とする請求項1記載の加熱装置。
  3. 【請求項3】 前記抵抗温度特性が約1000PPM/
    ℃以上であることを特徴とする請求項2記載の加熱装
    置。
  4. 【請求項4】 前記通電発熱体の電極位置が、使用する
    種々の被加熱体の端位置と一致することを特徴とする請
    求項2記載の加熱装置。
JP5038408A 1993-02-26 1993-02-26 加熱装置 Pending JPH06250539A (ja)

Priority Applications (2)

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