JPH09197866A

JPH09197866A - 加熱装置

Info

Publication number: JPH09197866A
Application number: JP2071396A
Authority: JP
Inventors: Tsuneji Masuda; 恒司桝田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1996-01-12
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、ヒータの暴走時にのみ、確実に通
電発熱体への通電を遮断することのできる、低コストの
加熱装置を提供することを目的とする。【解決手段】加熱体を含むフィルム懸回張設部材によ
り定着フィルムを懸回張設し、該定着フィルムを介して
加熱体に加圧部材を圧接させ、圧接部で未定着トナー像
の形成された記録材を挟持搬送しながら上記加熱体の熱
エネルギーを付与する加熱装置であって、上記加熱体が
セラミックで形成されたヒータ基板３上に通電発熱体４
として電気抵抗材料を塗工したものである加熱装置にお
いて、例えば通電発熱体４の一方の電極４ａが配設され
る領域Ａに近接し、記録材の通過領域Ｃの外側の部分Ｂ
の電気抵抗材料は、他の部分よりも抵抗値が大きい材料
を用いる。これにより異常時には部分Ｂと他の部分の温
度差が所定温度以上となり、ヒータ基板３が割れて通電
発熱体４を断線させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性のフィルム
を加熱体を含むフィルム懸回張設部材に懸回張設して走
行駆動させ、フィルムの加熱体面側とは反対面側に被加
熱材を密着させて加熱体位置を通過させることで加熱体
の熱エネルギーをフィルムを介して被加熱材に付与す
る、フィルム加熱方式の加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、画像の加熱定着等のため
の記録材の加熱装置としては、所定の温度に維持された
加熱ローラと、弾性層を有して前記加熱ローラに圧接す
る加圧ローラによって記録材を挟持搬送しつつ加熱する
熱ローラ方式が多用されている。

【０００３】しかしこの熱ローラ方式は、第１に、所定
温度に立ち上げるまでの時間、いわゆるウエイトタイム
（画像形成動作禁止の時間）が必要であり、第２に、熱
容量が必要なため比較的大きな電力が必要であり、第３
に、回転ローラで、ローラ温度が高温のため耐熱特殊軸
受が必要であり、第４に、ローラに直接手が触れる構成
となるため、危険があったり、保護部材が必要であり、
第５に、ローラ定着温度及び曲率により記録材が巻き付
いてジャム発生の原因となるなどの点において改善が望
まれていた。

【０００４】そこで、最近では、フィルム加熱方式の加
熱装置が提案されて実用にも供されている。本出願人の
先の提案に係る例えば特開昭６３−３１３１８２号公報
に開示の加熱装置は、薄肉の無端或は有端の耐熱性のフ
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され
たヒータ（加熱体）と、他方面側に該ヒータに対向して
配置された加圧部材とを備えており、被加熱材たる記録
材の顕画像担持面を、加圧部材によりヒータに対してフ
ィルムを介して密着させ、フィルムを記録材と順方向に
同一速度で走行移動させ、フィルムを挟んで形成される
ヒータと加圧部材との圧接部を通過させることにより顕
画像を記録材上に定着させる装置である。

【０００５】つまり、記録材上の顕画像（未定着トナー
画像）は、圧接部でヒータからの熱エネルギーを付与さ
れて軟化・溶融され、その後記録材がフィルムから曲率
分離するまでに、記録材及びトナー画像がある程度冷却
されてトナー画像の粘度が上昇し、フィルムからの分離
によりさらに冷却されて固着像として定着される。

【０００６】この加熱装置は、以上のようにフィルムを
介してほぼ直にヒータの熱をトナーに伝達する構成のた
め、ヒータとして低熱容量加熱体を用いることができ、
従来の接触加熱方式である熱ローラ方式、ベルト加熱方
式などに比べ省電力化及びウエイトタイム短縮化（クイ
ックスタート）が可能となる他、従来の加熱方式の欠点
を解決できる利点を有し、効果的なものである。

【０００７】一方、このようにほぼ直にヒータの熱を伝
達する構成とした場合にはヒータ暴走時の安全対策が特
に重要であり、従来は温度ヒューズやサーモスイッチを
設けるだけでなく、ヒータ基板であるセラミックが割れ
るように構成することによって、通電発熱体を断線させ
通電を遮断していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の加熱装置では、ヒータ基板であるセラミックに直径
約０．５ｍｍの貫通孔を複数個設けることにより、ヒー
タ基板が割れるように構成していたため、正常な加熱体
温度であってもヒータ基板が割れるおそれがあったり、
製造上のコストが高くなることがあった。

【０００９】そこで、本発明は、ヒータの暴走時にの
み、確実に通電発熱体への通電を遮断することのでき
る、低コストの加熱装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本出願に係る第１の発明
によれば、上記目的は、耐熱性のフィルムを加熱体を含
むフィルム懸回張設部材に懸回張設して走行駆動させ、
フィルムの加熱体面側とは反対面側に未定着トナー像を
担持した記録材を密着させて加熱体位置を通過させるこ
とで、加熱体の熱エネルギーをフィルムを介して上記未
定着トナー像及び記録材に付与する加熱装置において、
上記加熱体に備えられる通電発熱体の長手方向端部の単
位長さ当たりの発熱量を、その他の範囲の通電発熱体の
単位長さ当たりの発熱量より大きくしたことにより達成
される。

【００１１】また、本出願に係る第２の発明によれば、
上記目的は、上記第１の発明において、加熱体の通電発
熱体の長手方向端部の電気抵抗材料の抵抗値を、その他
の範囲の通電発熱体の電気抵抗材料の抵抗値より大きく
したことにより達成される。さらに、本出願に係る第３
の発明によれば、上記目的は、上記第１の発明におい
て、加熱体の通電発熱体の長手方向端部の単位長さ当た
りの抵抗値を、その他の範囲の通電発熱体の単位長さ当
たりの抵抗値より大きくしたことにより達成される。

【００１２】また、本出願に係る第４の発明によれば、
上記目的は、上記第１の発明ないし第３の発明のいずれ
かにおいて、記録材の通過領域内の通電発熱体の単位長
さ当たりの発熱量を等しくしたことにより達成される。

【００１３】つまり、本出願に係る第１の発明によれ
ば、何らかの原因で加熱体が暴走した場合、通電発熱体
の長手方向端部は、他の部分よりも単位長さ当たりの発
熱量が大きいので、その他の範囲の通電発熱体より早く
セラミック基板が割れる温度まで上昇し、確実にその部
分からセラミック基板が割れることにより、通電発熱体
を断線させ、通電を遮断する。

【００１４】また、本出願に係る第２の発明によれば、
上記第１の発明において、加熱体の通電発熱体の長手方
向端部の電気抵抗材料の抵抗値を、その他の範囲の通電
発熱体の電気抵抗材料の抵抗値より大きくしたので、該
長手方向端部の温度はその他の範囲よりも早くセラミッ
ク基板が割れる温度まで上昇し、確実にその部分からセ
ラミック基板が割れることにより、通電発熱体を断線さ
せ、通電を遮断する。

【００１５】さらに、本出願に係る第３の発明によれ
ば、上記第１の発明において、加熱体の通電発熱体の長
手方向端部の単位長さ当たりの抵抗値を、その他の範囲
の通電発熱体の単位長さ当たりの抵抗値より大きくし
た、該長手方向端部の温度はその他の範囲よりも早くセ
ラミック基板が割れる温度まで上昇し、確実にその部分
からセラミック基板が割れることにより、通電発熱体を
断線させ、通電を遮断する。

【００１６】また、本出願に係る第４の発明によれば、
上記目的は、上記第１の発明ないし第３の発明のいずれ
かにおいて、記録材の通過領域内の通電発熱体の単位長
さ当たりの発熱量を等しくしたので、通常の加熱体の温
度制御が行われている場合には、定着性に影響を与える
ことがない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１８】（第１の実施形態）まず、本発明の第１の
実施形態を図１ないし図２に基づいて説明する。本実施
形態は画像形成装置における画像加熱定着装置としての
加熱装置である。

【００１９】図２において、７は耐熱性のフィルムであ
るエンドレスベルト状の定着フィルムであり、該定着フ
ィルム７は、ほぼ平行に配設された駆動ローラ８と従動
ローラ９と加熱体１を支持するヒータ支持体２との三部
材からなるフィルム懸回張設部材により懸回張設されて
いる。

【００２０】この駆動ローラ８は駆動源（図示せず）に
より時計方向に回転し、従動ローラ９は定着フィルム７
のテンションローラを兼ねているため、該定着フィルム
７は駆動ローラ８の回転駆動に伴い時計方向に所定の周
速度、即ち画像形成部（Ａ）側から搬送されてくる未定
着トナー像Ｔａを上面に担持した記録材Ｐの搬送速度と
同じ周速度をもって回転駆動される。

【００２１】このように回動駆動されるエンドレスベル
ト状の定着フィルム７は、繰り返してトナー画像の加熱
定着に供されるため、耐熱性・離型性・耐久性に優れた
もので、一般的には１００μｍ以下、好ましくは４０μ
ｍ以下の薄肉のものを使用する。例えばポリイミド・ポ
リエーテルイミド・ＰＥＳ・ＰＦＡ（４フッ化エチレン
−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）
などの耐熱樹脂の単層フィルム、或は複合層フィルム、
例えば２０μｍ厚フィルムの少なくとも画像当接面側に
ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）・ＰＡＦ等のフッ素
樹脂に導電材を添加した離型性コート層を１０μｍ厚に
施したものなどである。

【００２２】そして、以上のように懸回張設された定着
フィルム７の下方には、加圧部材たる加圧ローラ１０が
配設されており、該加圧ローラ１０は、シリコーンゴム
等の離型性の良いゴム弾性層１２を有し、上記のエンド
レスベルト状定着フィルム７の下行側フィルム部分を挟
ませて加熱体１の下面に対して付勢手段（図示せず）に
より例えば総圧４〜１２ｋｇの圧接力をもって対向圧接
させてあり、記録材Ｐの搬送方向に順方向の反時計方向
に芯金１１を中心に回転する。

【００２３】次に、低熱容量線状加熱体１は、定着フィ
ルム横断方向（定着フィルム７の走行方向に直角方向）
を長手とし、ヒータ基板３と、通電発熱体４と、温度検
知素子５ａ，５ｂと、表面層６とを具備し、横長の剛性
・高耐熱性・断熱性を有するヒータ支持体２に固定支持
されている。

【００２４】ヒータ支持体２は加熱体１を機械（定着装
置及び複写装置）全体に対し断熱支持するもので、例え
ばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡＩ（ポ
リアイドイミド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＥＫ（ポ
リエーテルエーテルケトン）、液晶ポリマー等の高耐熱
性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス
等の複合材料などで構成できる。

【００２５】ヒータ基板３は耐熱性・絶縁性・低熱容量
・高熱伝導性の部材であり、一例として厚み１ｍｍ・幅
２２ｍｍ・長さ３０ｍｍのアルミナ基板である。

【００２６】通電発熱体４は、基板３の下面の略中央部
に沿って、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）・Ｔａ₂
Ｎ等の電気抵抗材料を厚み約１０μｍ、幅１〜３ｍｍに
スクリーン印刷等により塗工したものであり、その上に
絶縁・保護を目的として、表面層６としての耐熱ガラス
を備えている。またさらにこの上に定着フィルム７との
摺擦摩擦を低減するためにＰＦＡ・ＰＴＦＥ等の滑性表
面層をコートしても良い。

【００２７】温度検知素子５ａ・５ｂは、一例としてヒ
ータ基板３の上面（通電発熱体４を設けた面とは反対側
の面）の略中央部にスクリーン印刷等により塗工して具
備させたＰｔ膜等の低熱容量の側温抵抗体である。本実
施形態では図３に示すようにその温度検知素子をヒータ
基板３の上面の長手中心位置から手前側と奥側の２か所
に、第１温度センサ５ａ、第２温度センサ５ｂとして設
けてある。これらの第１センサ５ａ及び第２温度センサ
５ｂは低熱容量サーミスタなどの他の温度検知素子でも
良く、また、ヒータ基板３の長手に沿って２個以上複数
個の温度センサを設けてヒータ基板３、即ち加熱体１の
長手に沿う温度分布を検知するようにしても良い。

【００２８】本実施形態における加熱体１は、図３に示
すうように、通電発熱体４に対してその長手方向両端部
の電極４ａ、４ｂより通電し、通電発熱体４をほぼ略全
長にわたって発熱させる。通電はＡＣ１００Ｖであり、
第１温度センサ５ａ及び第２温度センサ５ｂの検知温度
に応じてトライアックを含む通電制御回路２０により電
源回路２１を制御して通電発熱体４の電極４ａ、４ｂに
通電する位相角を制御することにより通電電力を制御し
ている。

【００２９】また、通電発熱体４に対する通電回路に
は、安全対策素子５ｃとしてサーモヒューズまたはサー
モスイッチが直列に接続され、ヒータ基板３に接触させ
て設られている。従って、加熱体の温度制御に異常が生
じた場合等にヒータ基板３の温度が所定温度以上に昇温
すると、この安全対策素子５ｃの働きにより、通電発熱
体４への通電が遮断されるようになっている。

【００３０】以上のような加熱装置において、画像形成
スタート信号により画像形成部（Ａ）が動作して該画像
形成部から加熱装置へ搬送された未定着のトナー画像Ｔ
ａを上面に担持した記録材Ｐは、ガイド１４に案内され
て加熱体１と加圧ローラ１０との圧接部（定着ニップ
部）Ｎの定着フィルム７と加圧ローラ１０との間に進入
し、未定着トナー画像面が記録材Ｐの搬送速度と同一速
度で同方向に回動状態の定着フィルム７の下面に密着し
て定着フィルム７と一緒の重なり状態で加熱体１と加圧
ローラ１０との相互圧接部Ｎ間を挟圧力を受けつつ通過
していく。加熱体１は画像形成スタート信号により所定
のタイミングで通電発熱体４に対して通電され加熱され
るので、トナー画像Ｔａは圧接部Ｎにおいて加熱を受け
て軟化・溶融像Ｔｂとなる。

【００３１】そして、定着フィルム７は、ヒータ支持体
２の曲率の大きいエッジ部Ｓ（曲率半径が約２ｍｍ）に
おいて、急角度（屈曲角度θが略４５°）で走行方向が
転向するため、定着フィルム７と重なった状態で圧接部
Ｎを通過して搬送された記録材Ｐはエッジ部Ｓにおいて
定着フィルム７から曲率分離し排紙され、排紙される時
までにはトナーは十分冷却固化し、記録材Ｐに完全に定
着した状態（トナー画像Ｔｃ）となっている。

【００３２】この加熱装置によれば、通電発熱体４及び
ヒータ基板３の熱容量が小さく、かつ、これらがヒータ
支持体２により断熱支持されているので、圧接部Ｎにお
ける加熱体１の表面温度は短時間にトナーの融点（また
は記録材Ｐへの定着可能温度）に対して十分な高温に昇
温するので、加熱体１を予め昇温させておく、いわゆる
スタンバイ温調を行う必要がなく、省エネルギーが実現
でき、しかも、機内昇温も防止できる。

【００３３】しかし、加熱体の温度制御に異常が起こ
り、加熱体の温度が定着フィルムの耐熱温度を超えるよ
うな場合には、圧接部の温度も直ちにその温度まで上昇
し、定着フィルムが熱的に破損を受ける可能性があっ
た。

【００３４】そこで、本実施形態では、上述したサーモ
ヒューズまたはサーモスイッチ等の安全対策素子５ｃに
よる通電の遮断だけでなく、通電発熱体４が塗工された
ヒータ基板３を、厚さ約１ｍｍの薄いアルミナ基板で形
成し、通電発熱体４の発熱量に長手方向で差を設けるこ
とにより、加熱体の温度制御の異常時には、熱膨張量の
違いにより内部歪みを起こさせ、アルミナ基板が割れる
ように構成することにより、通電発熱体４への通電を直
ちに遮断できるようにしている。

【００３５】本実施形態においては、上述したように、
厚さ１ｍｍ・幅２２ｍｍ・長さ３０ｍｍのアルミナ基板
に、通電発熱体４としてＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）・
Ｔａ₂Ｎ等の電気抵抗材料を厚さ約１０μｍ、幅１〜３
ｍｍにスクリーン印刷等により塗工してあるが、記録材
の非通過領域に当たる一部分だけを、他の部分よりも抵
抗値の大きい電気抵抗材料を用いて構成したため、この
抵抗値の大きい電気抵抗材料を用いた部分と、他の部分
との温度差が１５０℃以上になると、熱膨張量の違いに
より内部歪みが生じ、これによってアルミナ基板が割
れ、通電発熱体も同時に断線する。

【００３６】この抵抗値の大きい電気抵抗材料を用いた
部分は、図１の上段に示すように、通電発熱体４の電極
４ａが配設される領域Ａに近接した部分Ｂであり、記録
材Ｐの通過領域Ｃよりも外側の位置に設けられている。

【００３７】この部分Ｂの温度は、図１の中段のグラフ
に示すように、加熱体温度を正常に制御している場合
は、電極４ａが配設される領域Ａ及び記録材Ｐの通過領
域Ｃよりも高いが、温度差は１００℃以下であり、アル
ミナ基板は割れることなく、また、部分Ｂはその他の部
分より高温にはなるが、記録材Ｐの非通紙領域に位置し
ているため高温オフセット等の問題も起きず、正常な定
着動作が実行される。

【００３８】しかし、図１の下段のグラフに示すよう
に、加熱体の温度制御に異常が起こり、通電発熱体温度
が加熱体や定着フィルムの耐熱温度である２８０℃を超
えた場合、上記部分Ｂと電極４ａの配設領域Ａの温度差
は１５０℃以上となり、アルミナ基板が割れて通電発熱
体４が断線し、確実に通電が遮断される。

【００３９】このとき、上記部分Ｂは瞬間的に加熱体１
や定着フィルム７の耐熱温度以上に達するが、その時間
は極めて短く、また、その範囲は非常に小さく、またそ
れは記録材の非通過領域であるため、殆ど問題は起こら
ない。

【００４０】以上のように、本実施形態は、従来の構成
に比べ、安全性を大幅に向上することができ、また製造
上もアルミナ基板に貫通孔を開けるのに比べ非常に容易
になった。

【００４１】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態を図４に基づいて説明する。なお、第１の実施
形態との共通箇所には同一符号を付して説明を省略す
る。

【００４２】本実施形態では通電発熱体４の長手方向の
端部の幅をその他の範囲の通電発熱体４の幅より小さく
したものである。こうすることによって、その部分の抵
抗値を上げることができ、第１の実施形態と同様の効果
を得ることができる。さらに、この方法では電気抵抗材
料を変える必要がないため、製造方法の簡易化、コスト
ダウン等の効果がある。

【００４３】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態を図５に基づいて説明する。なお、第１の実施
形態との共通箇所には同一符号を付して説明を省略す
る。

【００４４】本実施形態では通電発熱体４の長手方向端
部の幅を電極部Ａに近づくに従って、小さくしたもので
ある。こうすることによって、第２の実施形態と同様の
効果を得ることができ、また、通紙域側にいく程、温度
が低くなるので、熱による加熱体や定着フィルム７への
ダメージがさらに小さくなる。

【００４５】なお、本発明の加熱装置は、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、即ち電子写真・静電記録・磁気記録等
の適宜の画像形成プロセス手段により加熱溶融性の樹脂
等により成る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のトナー画像を該
画像を担持している記録材面に永久固着画像として加熱
定着処理する装置として活用できる。また、例えば、画
像を担持した記録材を加熱して表面性（艶など）を改質
する装置、仮定着処理する装置等、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。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本出願に係る第１
の発明によればフィルム加熱方式の加熱方式において、
加熱体の温度制御異常によるヒータ暴走時の安全対策と
して、通電発熱体の長手方向端部の単位長さ当たりの発
熱量を他の部分よりも大きくしたことにより、確実性を
向上させ、コストが安価になり、製造方法を簡易化する
ことができた。

【００４７】また、本出願に係る第２の発明によれば、
上記第１の発明において、加熱体の通電発熱体の長手方
向端部の電気抵抗材料の抵抗値を、その他の範囲の通電
発熱体の電気抵抗材料の抵抗値より大きくしたので、確
実に発熱量に差を設けることができ、安全性を向上させ
ることができる。

【００４８】さらに、本出願に係る第３の発明によれ
ば、上記第１の発明において、加熱体の通電発熱体の長
手方向端部の単位長さ当たりの抵抗値を、その他の範囲
の通電発熱体の単位長さ当たりの抵抗値より大きくした
ので、異なる電気抵抗材料を用いる必要がなく、第２の
発明よりも低コスト化を図ることができる。

【００４９】また、本出願に係る第４の発明によれば、
上記第１の発明ないし第３の発明のいずれかにおいて、
記録材の通過領域内の通電発熱体の単位長さ当たりの発
熱量を等しくしたので、通常の加熱体の温度制御が行わ
れている場合には、良好な定着を行うことができ、加熱
体の温度制御に異常が生じた場合には、確実に通電発熱
体への通電を遮断できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における加熱装置の加
熱体の概略図、及び通常の温度制御時における発熱体の
温度分布図、並びに温度制御の異常時における発熱体の
温度分布図である。

【図２】本発明の第１の実施形態における加熱装置の概
略図である。

【図３】図２の加熱装置装置における通電発熱体への通
電回路を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施形態における加熱装置の加
熱体の概略図である。

【図５】本発明の第３の実施形態における加熱装置の加
熱体の概略図である。

【符号の説明】

１加熱体２ヒータ支持体（フィルム懸回張設部材）４通電発熱体７定着フィルム（耐熱性のフィルム）８駆動ローラ（フィルム懸回張設部材）９従動ローラ（フィルム懸回張設部材）１０加圧ローラ（加圧部材）Ｐ記録材Ｔａ、Ｔｂ未定着トナー像

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐熱性のフィルムを加熱体を含むフィル
ム懸回張設部材に懸回張設して走行駆動させ、フィルム
の加熱体面側とは反対面側に未定着トナー像を担持した
記録材を密着させて加熱体位置を通過させることで、加
熱体の熱エネルギーをフィルムを介して上記未定着トナ
ー像及び記録材に付与する加熱装置において、上記加熱
体に備えられる通電発熱体の長手方向端部の単位長さ当
たりの発熱量を、その他の範囲の通電発熱体の単位長さ
当たりの発熱量より大きくしたことを特徴とする加熱装
置。
【請求項２】加熱体の通電発熱体の長手方向端部の電
気抵抗材料の抵抗値を、その他の範囲の通電発熱体の電
気抵抗材料の抵抗値より大きくしたこととする請求項１
に記載の加熱装置。
【請求項３】加熱体の通電発熱体の長手方向端部の単
位長さ当たりの抵抗値を、その他の範囲の通電発熱体の
単位長さ当たりの抵抗値より大きくしたこととする請求
項１に記載の加熱装置。
【請求項４】記録材の通過領域内の通電発熱体の単位
長さ当たりの発熱量を等しくしたこととする請求項１な
いし請求項３のいずれか一項に記載の加熱装置。