ヒータ及び画像加熱装置
【課題】商用電源に応じて抵抗値を切り替え可能な画像加熱装置において、信頼性の高いヒータおよび該ヒータを備えた画像加熱装置を提供する。
【解決手段】第１の導電経路で発熱抵抗体を長手方向に沿って基板の短手方向の両端側に位置させ、第２の導電経路で発熱抵抗体を第１の導電経路に挟まれる短手方向の中間に位置させ、発熱抵抗体の抵抗温度係数を第２の導電経路の方が第１の導電経路より大きくする。
【解決手段】第１の導電経路で発熱抵抗体を長手方向に沿って基板の短手方向の両端側に位置させ、第２の導電経路で発熱抵抗体を第１の導電経路に挟まれる短手方向の中間に位置させ、発熱抵抗体の抵抗温度係数を第２の導電経路の方が第１の導電経路より大きくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電子写真方式を採用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等の記録材上にトナー画像形成可能な画像形成装置に搭載される画像加熱装置及びその装置に用いられるヒータに関する。より詳しくは、電源電圧１００Ｖ／２００Ｖの両方に使用できるユニバーサルなヒータ及び画像加熱装置に関する。なお、画像加熱装置としては、記録材に形成された未定着画像を定着する定着装置や、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を向上させる光沢処理加熱装置等が挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
写真複写機や電子写真プリンタに搭載される定着装置における加熱方式として、フィルム加熱方式が提案され、実用化されている。このフィルム加熱方式は、加熱体に加熱用回転体である耐熱性の薄膜フィルム（定着フィルム）を加圧部材としての加圧用回転体（弾性ローラ）で密着させて摺動搬送させる。そして、この定着フィルムを挟んで加熱体と加圧用回転体とで形成される圧接ニップ部に未定着画像を担持した記録材としての被加熱材を導入して定着フィルムと一緒に搬送させる。これにより、未定着画像は、定着フィルムを介して付与される加熱体からの熱と圧接ニップ部の加圧力によって、転写材上に加熱定着される。
【０００３】
このフィルム加熱方式の定着装置は、定着装置全体を低熱容量部材で構成することができるため、省電力化・ウェイトタイム短縮化（クイックスタート性）が可能である。加熱体としては、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等、低熱容量の板状セラミック基材をベースとし、その一面に銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）・Ｔａ２Ｎ等を用いた発熱パターンを用いる。そして、発熱パターンに通電させるためのＡｇ等の低抵抗材材料よりなる給電電極パターンをスクリーン印刷等で形成具備させ、更に発熱パターン形成面を薄肉ガラス保護層で覆う。
【０００４】
この加熱体は、給電電極パターンを介して発熱パターンに通電がなされることにより発熱し、加熱体全体が急速昇温する。そして、この加熱体の昇温を、加熱体に当接あるいは近傍に配置された温度検知手段としてのサーミスタにより検知し、通電駆動制御部へフィードバックする。通電制御部は、サーミスタで検知される加熱体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、発熱パターンに対する通電を制御する。これにより、加熱体は所定の定着温度に加熱制御される。
【０００５】
このような抵抗発熱体を用いた画像加熱装置において、商用電源の電圧が１００Ｖ系（ｅｘ．１００Ｖ（日本）〜１２７Ｖ（メキシコ））と２００Ｖ系（ｅｘ．２００Ｖ（北朝鮮）〜２４０Ｖ（インド））の地域があることに対応する必要がある。ここで、同じ抵抗値のヒータを用いると、ヒータに投入される電力は電圧の二乗に比例するため、商用電源電圧が２００Ｖの場合、１００Ｖに比べて、ヒータに供給可能な最大電力値は４倍になる。ヒータに供給可能な最大電力が大きくなると、位相制御や波数制御などのヒータの電力制御で生じる高調波電流やフリッカ等が増加してしまう。
【０００６】
また、画像加熱装置が熱暴走した際に生じる電力が４倍に増加するため、より応答性の早い電気的遮断回路が必要になる。そのため、商用電源電圧が１００Ｖの地域と２００Ｖ地域では、異なる抵抗値のヒータを有する画像加熱装置を用いる場合が多い。１００Ｖの商用電源電圧が供給されている地域と、２００Ｖの商用電源電圧が供給されている地域で共用できるユニバーサル画像加熱装置を実現する手段として、リレーなどスイッチ手段を用いて、ヒータの抵抗値を切り替える方法が考案されている。
【０００７】
特許文献１に記載の画像加熱装置では、ヒータ長手方向に伸びた第１の導電経路と第２の導電経路を有し、第１の導電経路のみに通電する場合と、第１の導電経路と第２の導電経路を並列に接続して通電する場合で、ヒータの抵抗値を切り替えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１４７９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の方法では、商用電源１００Ｖ用と２００Ｖ用にヒータ抵抗値を切り替えると、ヒータの短手方向（通紙方向）の発熱分布が異なってしまう。特に、ヒータの短手方向の発熱分布が不均一になる場合には、画像加熱装置のヒータに印加される応力が大きくなり破損が生じ易く、画像加熱装置の信頼性が低下するという課題があった。
【００１０】
本発明の目的は、このような課題に鑑み、信頼性を向上できるヒータ及び該ヒータを備えた画像加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係わるヒータの代表的な構成は、長手方向および前記長手方向に交差する短手方向を備える基板と、前記基板に設けられて、正の抵抗温度特性を備え、前記長手方向の端部に設けられる電極を介して通電により発熱する発熱抵抗体と、を有するヒータであって、前記発熱抵抗体は、前記基板における第１の導電経路および前記第１の導電経路と電気的に並列に接続される第２の導電経路に設けられ、前記第１の導電経路は、第１の電源電圧が印加される場合および前記第１の電源電圧より低い第２の電源電圧が印加される場合に共通に用いられ、且つ、前記第１の導電経路では、前記発熱抵抗体が前記長手方向に沿って前記基板の前記短手方向の両端側に位置し、前記第２の導電経路は、前記第２の電源電圧が印加される場合に用いられ、且つ、前記第２の導電経路では、前記発熱抵抗体が前記長手方向に沿って前記第１の導電経路に挟まれる前記短手方向の中間に位置し、前記第２の導電経路の前記発熱抵抗体の抵抗温度係数を、前記第１の導電経路の前記発熱抵抗体の抵抗温度係数より大きくしたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係わる画像加熱装置の代表的な構成は、回動可能であって回動方向に交差する方向に加熱可能な加熱回動部材と、前記加熱回動部材の内周側に設けられるヒータと、前記ヒータに摺動して回動する前記加熱回動部材を介してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部に画像を担持した記録材を挟持搬送して前記画像を加熱する画像加熱装置であって、前記ヒータは上述したヒータであり、かつ前記回動方向に交差する方向を前記長手方向とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ヒータ基板の短手方向における中央部での発熱を抑えることで、ヒータ基板の温度分布を均一化し、ヒータにかかる熱応力を小さくすることができ、信頼性の高いヒータ及び画像加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係るヒータの概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係るヒータおよび画像加熱装置を搭載した画像形成装置の概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る画像加熱装置の概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る回路図である。
【図５】（ａ）乃至（ｇ）は第１の実施形態の効果を説明する図である。
【図６】（ａ）乃至（ｃ）は比較例１、比較例２との比較を表す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は第２の実施形態に係るヒータの概略図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は第２の実施形態（及び第３の実施形態）の効果を説明する図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は第３の実施形態に係るヒータの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図２に本発明の実施形態に係るヒータおよび画像加熱装置を搭載した画像形成装置の構成の概容を示す。給紙カセット１０１に積載された記録紙はピックアップローラ１０２によって１枚だけ給紙カセット１０１から送出され、給紙ローラ１０３によってレジストローラ１０４に向けて搬送される。さらに記録紙はレジストローラ１０４によって所定のタイミングでプロセスカートリッジ１０５へ搬送される。
【００１６】
プロセスカートリッジ１０５は、帯電手段１０６、現像手段としての現像ローラ１０７、クリーニング手段であるクリーナ１０８、および電子写真感光体である感光体ドラム１０９で一体的に構成されている。そして、公知の電子写真プロセスの一連の処理によって未定着トナー像が記録紙上に形成される。感光体ドラム１０９は帯電手段１０６によって表面を一様に帯電された後、像露光手段であるスキャナユニット１１１により画像信号に基づいた像露光が行なわれる。
【００１７】
スキャナユニット１１１内のレーザダイオード１１２から出射されるレーザ光は、回転するポリゴンミラー１１３および反射ミラー１１４を経て主走査方向（紙面垂直方向）に走査される。そして、感光体ドラム１０９の回転により副走査方向（紙面内方向）に走査され、感光体ドラム１０９の表面上に２次元の潜像が形成される。感光体ドラム１０９の潜像は、現像ローラ１０７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１１０によって、レジストローラ１０４から搬送されてきた記録紙上に転写される。
【００１８】
続いて、トナー像が転写された記録紙は、画像加熱装置１１５に搬送されて加熱加圧処理され、記録紙上の未定着トナー像が記録紙に定着される。記録紙は、さらに中間排紙ローラ１１６、排紙ローラ１１７によって画像形成装置本体外に排出され、一連のプリント動作を終える。モータ１１８は、画像加熱装置１１９を含む各ユニットに駆動力を与えている。
【００１９】
（画像加熱装置）
図３に、本発明の実施形態に係る画像加熱装置の構成の概容を示す。画像加熱装置１１５は加圧部材駆動式・テンションレスタイプのフィルム加熱方式の加熱装置である。加熱回動部材であるエンドレスの耐熱性フィルム（定着フィルム）２０２は、回動可能であって、ヒータ４００により回動方向に交差する方向に加熱可能とされる。図３の紙面垂直方向を長手方向とする耐熱性樹脂製のフィルムガイド２０１は、エンドレス耐熱性フィルム（定着フィルム）２０２の内面ガイド部材となる。フィルム２０２は、薄い耐熱性フィルムの表面にフッ素樹脂等のコートを施してあるが、金属等で形成される素管等を用いても良い。
【００２０】
フィルム２０２の内周側に設けられるセラミック製のヒータ４００は、フィルムガイド２０２の下面に長手方向に沿って形成した溝部に嵌入してあり、エンドレスの耐熱性フィルム２０２は、ヒータ４００を含むフィルムガイド２０１に外嵌させてある。ステー２０４は、図３の紙面垂直方向を長手方向とする剛性部材であり、フィルムガイド２０１の内側に配設される。このエンドレスの耐熱性フィルム２０２の内周長は、ヒータ４００を含むフィルムガイド２０１の外周長よりも例えば約３ｍｍ程大きくしてあり、従ってフィルム２０２はヒータ４００を含むフィルムガイド２０１に対して周長が余裕をもってルーズに外嵌している。
【００２１】
加熱体としてのヒータ４００は、高熱伝導材であるアルミナ及び窒化アルミ等でできたヒータ基板２０５の表面に、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電気抵抗材料（発熱パターン４０１〜４０４）をスクリーン印刷等により塗工する。そして、同じくＡｇ等の電気導電材料（導電パターン）をスクリーン印刷等により塗工し、その上に電気的な絶縁体としての保護層２０７としてガラスやフッ素樹脂等をコートする。ヒータ基板２０５は、長手方向および長手方向に交差する短手方向を備え、長手方向をエンドレスの耐熱性フィルム２０２の回動方向に交差する方向（回動軸方向）とし、短手方向を通紙方向としている。
【００２２】
加圧ローラ２０８は、ヒータ４００との間でフィルム２０２を挟んで圧接ニップである定着部Ｎを形成する。加圧ローラ２０８は、フィルム２０２を駆動する回転体であり、アルミニウム・鉄・ステンレス等の芯軸２０９と、この軸に外装したシリコンゴム等の離型性のよい耐熱ゴム弾性体のローラ部２１０とからなる。加圧ローラ表面には、被記録材Ｐ、定着フィルム２０２の搬送性、トナーの汚れ防止の理由から、フッ素樹脂を分散させたコート層を設けている。
【００２３】
芯金２０９の一端部が、モータにより駆動されることで、反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ２０８の回動によりエンドレスの耐熱性フィルム２０２がその内面をヒータ４００の面に密着摺動されながら、時計方向に回転駆動される。エンドレスの耐熱性フィルム２０２は非駆動時においては、ヒータ４００と加圧ローラ２０８との圧接ニップ部Ｎに挟持搬送される部分を除く残余の大部分の略全周長部分に関して、テンションフリーである。加圧ローラ２０８が回転駆動されると、ニップ部Ｎにおいてフィルム２０２に回転加圧ローラ２０８との摩擦力で移動力がかかる。
【００２４】
そして、フィルム２０２が、加圧ローラ２０８の回転周速と略同速度をもって、フィルム内面がヒータ４００面（＝保護層２０７面）に摺動されつつ、時計方向に回転駆動される。このフィルム駆動時においては、ニップ部Ｎとこのニップ部Ｎよりもフィルム移動方向上流側であって、このニップ部近傍のフィルム内面ガイド部分とニップ部の間の部分のみにおいて、フィルムにテンションが加わる。
【００２５】
而して、フィルム駆動とヒータ４００の発熱体層への通電を行わせた状態において、未定着トナー像を担持した被記録材Ｐが定着部であるニップ部Ｎの回転フィルム２０２と回転加圧ローラ２０８との間に像担持面上向きで導入される。すると、被記録材Ｐはフィルム２０２と一緒にニップ部Ｎを通過していき、ニップ部Ｎにおいてフィルム内面に接しているヒータ４００の熱エネルギーがフィルム２０２を介して被記録材Ｐに付与される。また、ニップ部Ｎにおける加圧力によりトナー像の熱定着がなされる。なおヒータ４００の温度を検出するために、サーミスタ２１１が設けられている。
【００２６】
サーミスタ２１１はバネ等でセラミックヒータ４００上に所定の圧で押し当てられており、セラミックヒータ４００の温度を検出する。さらに、セラミックヒータ４００への供給電力を制御する手段が故障し、セラミックヒータ２０２が熱暴走に至った場合、過昇温を防止する装置として、ヒューズなど過昇温防止手段２１２がセラミックヒータ２０２上に配されている。過昇温防止手段２１２は、例えば温度ヒューズやサーモスイッチである。電力供給制御手段の故障により、ヒータ４００が熱暴走に至り過昇温防止手段２１２が所定の温度以上になると、過昇温防止手段２１２がオープンとなり、ヒータ４００への通電が断たれる。
【００２７】
図４は、本実施形態に係るヒータの回路（駆動回路及び制御回路）を示している。図中、３０１は画像形成装置に接続される商用の交流電源で、画像形成装置は交流電源３０１からの入力電圧をヒータ４００へ供給することにより、ヒータ４００を発熱させる。ヒータ４００への電力供給は、トライアック３０２の通電／遮断により行われる。抵抗３０３、３０４はトライアック３０２のためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ３０５は一次・二次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。
【００２８】
そして、フォトトライアックカプラ３０５の発光ダイオード３０５ｂに通電することによりトライアック３０２をオンさせる。抵抗３０６は、フォトトライアックカプラ３０５の電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ３０７によりフォトトライアックカプラ３０５をオン／オフする。トランジスタ３０７は、抵抗３０８を介してＣＰＵ３０９からのヒータ駆動信号に従って動作する。
【００２９】
サ−ミスタ２１１によって検出される温度は、抵抗３１０と、サーミスタ２１１との分圧として検出され、ＣＰＵ３０９にＴＨ信号としてＡ／Ｄ入力される。ＣＰＵ３０９の内部処理として、サーミスタ２１１の検出温度とヒータ４００の設定温度に基づき、例えばＰＩ制御により、供給するべき電力比を算出する。更に供給する電力比に対応した位相角（位相制御）、波数（波数制御）の制御レベルに換算し、その制御条件によりＣＰＵ３０９がトランジスタ３０７にＯＮ信号を出力する。
【００３０】
電圧検知部３１１は、交流電源３０１の電圧を検知し、電源電圧の範囲が１００Ｖ系（例えば１００Ｖ〜１２７Ｖ）か、２００Ｖ系（例えば２００Ｖ〜２４０Ｖ）のどちらかを判別し、ＣＰＵ３０９に出力している。トランジスタ３１５は、抵抗３１６を介してＣＰＵ３０９からのＯＮ信号に従って動作する。
【００３１】
電圧検知部３１１が１００Ｖを検知している場合、トランジスタ３１５をＯＮ状態とし、リレー３１４の２次側コイルに電流を流すことで、リレー３１４の１次側回路をＯＮ状態にする。抵抗３１７は電流制限抵抗、ダイオード３１８は逆起電圧防止素子である。リレー３１４の１次側回路がＯＮ状態では、発熱パターン４０１及び４０２が直列接続された導電経路と、発熱パターン４０３が並列接続された導電経路が並列接続される。２つの導電経路が並列接続されるため、ヒータ４００は抵抗値の低い状態になる。
【００３２】
電圧検知部３１１が２００Ｖを検知している場合、トランジスタ３１５をＯＦＦ状態とし、リレー３１４の１次側回路をＯＦＦ状態にする。リレー３１４の１次側回路がＯＦＦ状態では、抵抗４０１及び４０２が直列接続された導電経路のみに電流が流れるため、ヒータ４００の抵抗値は高い状態になる。このように、リレー３１４の１次側回路のＯＮ／ＯＦＦによって、ヒータ４００の抵抗値を、電源電圧の電圧範囲に応じて切り替えることができる。本実施形態ではＣＰＵを介してリレーを制御する例を説明しているが、電圧検知部３１１の出力で、トランジスタ３１５を直接制御しても良い。
【００３３】
電流検知部３１３は、ヒータ４００に流れる電流をカレントトランス３１２を介して検出するために用いられる。電流検出部であり、電流検出結果ＩｉｎをＣＰＵ３０９に出力している。電流検知部３１３は、例えば電源電圧が２００Ｖにも係らずリレー３１４の１次側回路がＯＮしてしまった場合に生じる、ヒータ４００に流れる過電流を検出することができる。ヒータの駆動回路及び制御回路を有する回路基板と、画像加熱装置１１５を接続する３本のＡＣ導電経路は、回路基板上のコネクタ３２０、３２１，３２２を介して、画像加熱装置と接続されている。
【００３４】
過昇温防止手段２１２は、ヒータの過昇温状態を検出すると、第１の導電経路及び第２の導電経路の共通接点と、回路基板上のコネクタ３２２間の電流を遮断し、ＡＣＨ側から画像加熱装置に供給される全ての電流経路を遮断することができる。
【００３５】
（ヒータ）
図１（ａ）、図１（ｂ）は本実施形態に用いるヒータ４００を説明するための概略図面である。図１（ａ）は基板２０５上に形成された発熱パターン、導電パターン、及び電極を示している。また図４のヒータの駆動回路及び制御回路との接続を説明するための概略図を、図１（ａ）にも示す。ヒータ４００は、発熱パターン４０１、４０２、４０３を有している。４０５は発熱パターンと電極との間を接続する導電パターンである。第１の導電経路では、短手方向の両端側に位置する発熱パターン４０１、４０２が直列接続されており、コネクタ３２０、電極４０７、電極４０８、コネクタ３２２を介して、ＡＣ電力が供給されている。
【００３６】
第２の導電経路は、発熱パターン４０３の一本パターンで、コネクタ３２１、電極４０９、電極４０８、コネクタ３２２を介して、ＡＣ電力が供給されている。ヒータ４００では、商用電源電圧が高い第１の電源電圧（２００Ｖ）の場合に第１の導電経路のみに通電し、商用電源電圧が低い第２の電源電圧（１００Ｖ）の場合にリレー３１４をＯＮすることで、第１の導電経路と、第２の導電経路を並列接続して通電している。
【００３７】
図１（ｂ）は、ヒータ４００の発熱パターン４０１、４０２、４０３の詳細図を示している。各発熱パターンは、ヒータ４００の短手方向の基板中心から対称に配置されている。図中ａ、ｂ、ｃの寸法は、ａは１．０ｍｍ、ｂは２．０ｍｍ、ｃは１．５ｍｍである。なお、いずれの発熱パターンも幅が同じにしているものの、特にこれに限定するものではない。
【００３８】
（発熱抵抗体の抵抗値と抵抗温度係数）
１）発熱抵抗体の抵抗値
発熱抵抗体の抵抗値に関し、商用電源電圧が２００Ｖで第１の導電経路のみに通電する場合と、商用電源電圧が１００Ｖで第１の導電経路と第２の導電経路を並列接続して通電する場合において、同じ発熱量とすることが好ましい。そして、定着器の立ち上げ時間ｔ内に投入される積算電力量が同じ場合、室温から定着温度（２００℃程度）まで定着器の立ち上げ時間ｔを揃えることができる。
【００３９】
具体的には、各発熱パターンが同じ抵抗温度係数（ＴＣＲ）とすると、発熱パターン４０１、４０２の抵抗値が夫々３０Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）の場合に、発熱パターン４０３の抵抗値を、２／３程度の２０Ωとする。電極を除いた場合の長手両端間の室温の抵抗が２０Ωであれば、１００Ｖ印加時も２００Ｖ印加時も同様な電力が投入されることになる。
【００４０】
より詳細に示せば、印加電圧をＶ、抵抗値をＲとするとき、電力はＶ×Ｖ／Ｒで与えられるため、２００Ｖ印加当初の電力は２００×２００／（３０＋３０）Ｗとなる。一方、１００Ｖ印加当初の電力は［１００×１００／（３０＋３０）＋１００×１００／２０］Ｗとなり、２００Ｖ印加当初の電力と同じ値となる。
【００４１】
因みに、１００Ｖ印加時の短手方向における夫々の端部側の発熱抵抗体の発熱量をＱとすると、短手方向における中央部の発熱抵抗体の発熱量は６Ｑであり、一方２００Ｖ印加時の短手方向における夫々の端部側の発熱抵抗体の発熱量は４Ｑである。これにより、１００Ｖ印加時も２００Ｖ印加時も共に全発熱量は８Ｑと同じ値となる。
【００４２】
２）発熱抵抗体の抵抗温度係数
発熱抵抗体が正の抵抗温度特性を備える場合、加熱が開始されて所定時間経過後において、加熱開始時に比べ抵抗値が大きくなり、抵抗値の逆数に比例する発熱量は小さくなる。本実施形態では、各発熱パターンの抵抗温度係数（ＴＣＲ）を、発熱パターン４０１、４０２で４００ｐｐｍ／℃、発熱パターン４０３で７５０ｐｐｍ／℃と異ならせる。
【００４３】
そのため、２００Ｖ印加時に対し、１００Ｖ印加時の立ち上げ時間ｔで立ち上がる温度が低くなってしまう。これは、２００Ｖ印加時は、４００ｐｐｍ／℃の発熱抵抗体のみの発熱であるのに対し、１００Ｖ印加時は、４００ｐｐｍ／℃と、７５０ｐｐｍ／℃の発熱抵抗体が発熱するため、温度上昇に伴う総抵抗値の上昇が、１００Ｖ印加時の方が大きいことに起因する。従って、本実施形態では、１００Ｖ印加時に立ち上げ時間ｔで立ち上がる温度が低くならないように、発熱パターン４０３の抵抗値を本来の２０Ωより小さく設定する。
【００４４】
具体的には、発熱パターン４０１、４０２の抵抗は３０Ω（電極を省いた場合、長手両端間の室温の抵抗）のままであるが、発熱パターン４０３の抵抗を１９．４Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）とする。これにより、１００Ｖ印加時と２００Ｖ印加時それぞれにおいて、立ち上げ時間ｔまでに定着器に投入される積算電力量を揃え、室温から定着温度（約２００℃）までの定着器の立ち上げスピードを同等にした。
【００４５】
（ヒータ基板の熱応力）
図５（ａ）はヒータ４００の構成、図５（ｂ）乃至（ｆ）は、ヒータ短手方向の発熱分布及び、ヒータ基材に発生する応力を説明するための熱温度分布シミュレーション及び、熱応力シミュレーション結果を示す。本シミュレーションは、加圧ローラ２０８が非回転状態において、ヒータ４００の基板２０５の裏面温度分布を測定したものである。ヒータ基板は、線膨張係数７．２×１０−６／℃、ヤング率３４０ＧＰａ、曲げ強度４２０ＭＰａのアルミナ基板を用いている。なお、このシミュレーションを行う上で用いたシート抵抗値、投入電力、熱伝導率などの条件は、本発明に制限を与えるものではない。
【００４６】
図５（ｂ）は、電源電圧が１００Ｖ、リレー３１４がＯＮ状態において、ヒータ４００に電力を供給してから一定時間後に測定した、ヒータ４００の基板裏温度の基板短手方向の分布である。図５（ｃ）は、前記温度分布からシミュレーションされる、ヒータ４００の基板長手方向にかかる応力の基板短手方向の分布である。このときのプラス側の応力は引っ張り応力であり、マイナス側の応力は圧縮応力を表す。このうち基板の破断に寄与するのは、引張り応力であり、所定の値よりも大きくなった場合に、基板の破断が発生する。
【００４７】
図５（ｄ）は、電源電圧が２００Ｖ、リレー３１４がＯＦＦ状態において、ヒータ４００に電力を供給してから一定時間後に測定した、ヒータ４００基板裏温度の基板短手方向の分布である。図５（ｅ）は、前記温度分布からシミュレーションされる、ヒータ４００の基板長手方向にかかる応力の基板短手方向の分布である。図５（ｆ）、図５（ｇ）は、１００Ｖと２００Ｖの結果を比較するためのグラフである。１００Ｖ印加時は、中央部にある発熱パターン４０３の発熱が抑えられるため、２００Ｖ印加時に対して中央付近の温度ピークが低くなる。
【００４８】
その結果、２００Ｖ系に対して引っ張り応力は、０．３ＭＰａ（基板中央付近ＭＡＸ）に対し、１００Ｖ系の引張り応力は、０．７５ＭＰａ（基板端部付近ＭＡＸ）と高い。したがって、中央の発熱体が発熱する１００Ｖ印加時の引っ張り応力を小さくすることが、ヒータ基板の破断を良化させるに重要である。
【００４９】
（ヒータの比較例）
１）比較例１
図６（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態の効果を説明するための比較例を表しており、それぞれ比較例としてのヒータ５００の構成、ヒータ短手方向の発熱分布及び、ヒータ基材に発生する応力を説明するためのシミュレーション結果を示す。比較例１では、発熱パターン５０１、５０２、５０３の抵抗温度係数（ＴＣＲ）がいずれも４００ｐｐｍ／℃である。そして、発熱パターン５０１、５０２の抵抗値が夫々３０Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）であるのに対し、発熱パターン５０３の抵抗値が、その２／３の１９．４Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）である。なお、それぞれのパターン幅、パターン間隔、長手寸法形状は本実施形態と同じである。
【００５０】
２）比較例２
比較例２は、発熱パターン５０１、５０２、５０３のＴＣＲはいずれも７５０ｐｐｍ／℃で、発熱パターン５０１、５０２の抵抗値に対し、発熱パターン５０３の抵抗値は２／３である。比較例２のヒータは、本実施形態及び比較例１のヒータに対し、ＴＣＲが高く高温時の抵抗が上昇し立ち上げ時間ｔまでの積算電力量が減少することから、比較例１と同じ抵抗関係では、定着器の立ち上げ温度が低くなる。したがって、発熱パターン５０１、５０２、５０３のそれぞれの抵抗値を、比較例１に対し、下げることで、実施形態１及び比較例１に対する室温から定着温度（約２００℃）までの定着器の立ち上げスピードを同程度とした。
【００５１】
したがって、発熱パターン５０１、５０２、５０３の抵抗値は、それぞれ２９．１Ω、２９．１Ω、１９．４Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）としている。また、それぞれのパターン幅、パターン間隔、長手寸法形状は本実施形態と同じである。
比較例１、比較例２とも実施形態１と同様に一定時間後の発熱分布を計測し熱応力を算出した。
【００５２】
図６（ｂ）、図６（ｃ）に、１００Ｖ印加時の本実施形態、比較例１、比較例２の温度分布データと、熱応力分布データを表す。図６（ｂ）で、本実施形態の実施例１に比べ、比較例１の方がヒータの短手方向の中央部で低温となる理由は、端部側の発熱が実施例１のように中央部へ移動しないためと考えられる。また、ヒータの短手方向の端部側で比較例１の方が低温となる理由は、端部側の発熱が実施例１のように中央部へ移動せず、基板の外側へ放出されるためと考えられる。
【００５３】
図６（ｃ）に示すように、本実施形態、比較例１、比較例２共に、基板の端部での引っ張り応力が最も高く、それぞれ３８０ＭＰａ、６４０ＭＰａ、５４１ＭＰａである。本実施形態と比較例１の結果から、本実施形態では短手方向の中央部の発熱が抑えられた結果、基板全体の発熱分布が比較して一様になる。その結果、基板に発生する引っ張り応力が小さくなる。なお、比較例２のように、すべての発熱体パターンの抵抗温度係数（ＴＣＲ）が高く、ヒータの立ち上がりが遅い場合に対しても、本実施形態の方が発熱分布が比較して一様であり、基板に発生する引張り応力が小さくなることが分かる。
【００５４】
次に、実際に上記条件のヒータを作成し、最大電力を投入し、基板が破断にいたるまでの時間を測定した結果を表す。このとき使用したヒータ基板は、長手方向の寸法２７０ｍｍ、短手方向の寸法１０ｍｍ、厚み１ｍｍのアルミナ基板からなるものである。また、本実施形態において用いた過昇温防止手段２１２は、１３００Ｗ（抵抗値１５Ωに対し、電圧１４０Ｖ印加）の電力で熱暴走した際に、５秒程度で過昇温防止手段が作動し、電力投入が切れることが分かっている。１３００Ｗの電力で暴走した際に、基板が破断にいたるまでの時間は、本実施形態が６秒、比較例１が３．７秒、比較例２が４．６秒であり、実施形態１の構成だけが、基板の破断発生前に過昇温手段２１２の作動することが確認できた。
【００５５】
以上説明してきた本実施形態により、基板上で均一な発熱分布を持たせ基板に発生する引っ張り応力を小さくすることができ、その結果、信頼性の高いヒータ及び該ヒータを備えた画像加熱装置を提供することができる。
【００５６】
《第２の実施形態》
第１の実施形態では、第２の導電経路に発熱パターンが1本設けられていたが、本実施形態では第２の導電経路に発熱パターンが２本電気的に並列に設けられる。第１の本実施形態と同様の構成については説明を省略する。図７（ａ）は基板２０５上に形成された発熱パターン、導電パターン、及び電極を示している。ヒータ７００は発熱パターン７０１、７０２、７０３、７０４と、を有している。７０５は導電パターンである。
【００５７】
第１の導電経路では、発熱パターン７０１、７０２が直列接続されており、コネクタ７２０、電極７０７、電極７０８、コネクタ７２２を介して、ＡＣ電力が供給されている。第２の導電経路では、短手方向における中央位置に関して対称的に設けられる発熱パターン７０３、７０４が並列接続されており、コネクタ７２１、電極７０９、電極７０８、コネクタ７２２を介して、ＡＣ電力が供給されている。ヒータ７００では、商用電源電圧が高い範囲（２００Ｖ）の場合には第１の導電経路のみに通電し、商用電源電圧が低い範囲（１００Ｖ）の場合にはリレー３１４をＯＮすることで、第１の導電経路と、第２の導電経路を並列接続して通電することを特徴としている。
【００５８】
図７（ｂ）は、ヒータ７００の発熱パターン７０１、７０２、７０３、７０４の詳細図を示している。各発熱パターンは、ヒータ４００の短手方向の基板中心から対称に配置されている。図中ａ，ｂ，ｃ，ｄの寸法は、ａは１．０ｍｍ、ｂは２．０ｍｍ、ｃは０．５ｍｍ、ｄは１．５ｍｍである。なお、いずれの発熱パターンも幅が同じにしているものの、特にこれに限定するものではない。
【００５９】
商用電源電圧が２００Ｖで第１の導電経路のみに通電する場合と、商用電源電圧が１００Ｖで第１の導電経路と第２の導電経路を並列接続して通電する場合において、定着器の立ち上げ時間ｔ内に投入される積算電力量が同じになればよい。これにより、室温から定着温度（２００℃程度）まで定着器の立ち上げ時間ｔを揃えることができる。仮に、各発熱パターンが同じ抵抗温度係数（ＴＣＲ）であれば、発熱パターン７０３、７０４の抵抗値は発熱パターン７０１、７０２の３／４程度の４０Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）にする必要がある。なお、発熱パターン７０１、７０２のそれぞれの抵抗値は３０Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）である。
【００６０】
しかしながら、本実施形態の場合、各発熱パターンの抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、７０１、７０２が４００ｐｐｍ／℃、７０３、７０４が７５０ｐｐｍ／℃である。このため、上記「ＴＣＲが同じ場合の発熱パターンの抵抗関係」では、２００Ｖ印加時に対し、１００Ｖ印加時の立ち上げ時間ｔで立ち上がる温度が低くなってしまう。
【００６１】
この原因としては、次のような理由が挙げられる。まず、定着器を室温から立ち上げる際は、可能な限り素早く立ち上げるために、最大電力を投入する構成としている。そのため、商用電源電圧より供給される１００Ｖを、一定電圧で供給するため、発熱パターンが持つ抵抗の温度特性の影響を大きく受ける。２００Ｖのときは、４００ｐｐｍ／℃の発熱抵抗体のみの発熱であるのに対し、１００Ｖのときは、４００ｐｐｍ／℃と、７５０ｐｐｍ／℃の発熱抵抗体が発熱するため、温度上昇に伴う総抵抗値の上昇は、１００Ｖの方が大きい。
【００６２】
したがって、発熱パターン７０３、７０４の定着温度までの立ち上がりを速くするために、以下のように抵抗値を定めた。即ち、発熱パターン７０１、７０２の抵抗は、３０Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）、発熱パターン７０３、７０４の抵抗は、３８．８Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）とした。これにより、１００Ｖ印加時と２００Ｖ印加時それぞれにおいて、立ち上げ時間ｔまでに定着器に投入される積算電力量をそろえ、室温から定着温度（約２００℃）までの定着器の立ち上げスピードを同等にした。
【００６３】
図８（ａ）、図８（ｂ）は、ヒータ７００のヒータ短手方向の発熱分布及び、ヒータ基材に発生する応力を説明するためのシミュレーション結果である。本シミュレーションでは、加圧ローラ２０８が非回転状態において、ヒータ７００の基板７０５の裏面温度分布を測定したものである。また、このシミュレーションを行う上で用いた、シート抵抗値、投入電力、熱伝導率などの条件は、本発明に制限を与えるものではない。
【００６４】
図８（ａ）は、電源電圧が２００Ｖ、リレー３１４ＯＦＦ状態において、ヒータ７００に電力を供給してから一定時間後のヒータ４００の温度分布を表している。図８（ｂ）は、前記温度分布における、ヒータ７００の応力分布をシミュレーションした結果である。この結果を見ると、本実施形態は第１の実施形態よりも更に基板裏面の温度分布が一様になっており、その結果、基板内の引っ張り応力は、基板端での最大値は、第１の実施形態の３８４ＭＰａに対し、本実施形態は３００ＭＰａと小さくなっていることが分かる。
【００６５】
この理由は、発熱パターンを中央部にある発熱体の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を高く設定するだけでなく、短手方向（通紙方向）における中央部の発熱体を二つに分けて、夫々上下流側へシフトさせて、相対的に中央部の発熱ピークを低減させられたためである。
【００６６】
次に、実際に上記条件のヒータを作成し、最大電力を投入し、基板が破断にいたるまでの時間を測定した結果を表す。このとき使用したヒータ基板は、長手方向の寸法２７０ｍｍ、短手方向の寸法１０ｍｍ、厚み１ｍｍのアルミナ基板からなるものである。また、本実施形態において用いた過昇温防止手段２１２は、１３００Ｗ（抵抗値１５Ωに対し、電圧１４０Ｖ印加）の電力で熱暴走した際に、５秒程度で過昇温防止手段が作動し、電力投入が切れることが分かっている。１３００Ｗの電力で暴走した際に、基板が破断にいたるまでの時間は、本実施形態が８．０秒であり、第１の実施形態の構成よりも長く、基板の破断発生前に過昇温手段２１２の作動することが確認できた。
【００６７】
以上説明してきた本実施形態の構成により、基板上で均一な発熱分布を持たせ基板に発生する引っ張り応力を小さくすることができ、信頼性の高いヒータ及び該ヒータを備えた画像加熱装置を提供することができる。
【００６８】
《第３の実施形態》
第２の実施形態では、第１の導電経路に設けられる２本の発熱パターンが電気的に直列接続されていたが、本実施形態では電気的に並列接続される。第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。図９（ａ）、（ｂ）は本実施形態に用いるヒータ１０００を説明するための概略図面である。図９（ａ）は、基板上に形成された発熱パターン及び、導電パターンを示している。ヒータ１０００は、発熱パターン１００１、１００２、１００３、１００４を有している。１００５は、導電パターンである。第１の導電経路では、発熱パターン１００１、１００２が電気的に並列接続されており、コネクタ３２０、電極１００７及、電極１００８、コネクタ３２２を介して、ＡＣ電力が供給されている。
【００６９】
第２の導電経路では、発熱パターン１００３、１００４が並列接続されており、コネクタ３２１、電極１００９、電極１００８、コネクタ３２２を介して、ＡＣ電力が供給されている。ヒータ１０００では、商用電源電圧が高い範囲（２００Ｖ）の場合には第１の導電経路のみに通電し、商用電源電圧が低い範囲（１００Ｖ）の場合には第１の導電経路と、第２の導電経路を並列接続して通電することを特徴としている。
【００７０】
図９（ｂ）は、ヒータ１０００の発熱パターン１００１、１００２、１００３、１００４の詳細図を示している。各発熱パターンは、ヒータ４００の短手方向の基板中心から対称に配置されている。図中ａ，ｂ，ｃ，ｄの寸法は、ａは１．０ｍｍ、ｂは２．０ｍｍ、ｃは０．５ｍｍ、ｄは１．５ｍｍである。なお、いずれの発熱パターンも幅が同じにしているものの、特にこれに限定するものではない。
【００７１】
商用電源電圧が２００Ｖで第１の導電経路のみに通電する場合と、商用電源電圧が１００Ｖで第１の導電経路と第２の導電経路を並列接続して通電する場合において、室温から定着温度（２００℃程度）まで定着器の立ち上げ時間ｔを揃えることが好ましい。このためには、定着器の立ち上げ時間ｔ内に投入される積算電力量が同じになればよい。仮に、各発熱パターンが同じ抵抗温度係数（ＴＣＲ）であれば、発熱パターン１００１、１００２のそれぞれの抵抗値１２０Ωに対し、発熱パターン１００３、１００４の抵抗値は、１／３程度の４０Ωにする必要がある。
【００７２】
しかしながら、本実施形態の場合、各発熱パターンの抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、１００１、１００２が４００ｐｐｍ／℃、１００３、１００４が７５０ｐｐｍ／℃である。このため、上記「ＴＣＲが同じ場合の発熱パターンの抵抗関係」では、２００Ｖ印加時に対し、１００Ｖ印加時の立ち上げ時間ｔで立ち上がる温度が低くなってしまう。
【００７３】
この原因としては、次のような理由が挙げられる。まず、定着器を室温から立ち上げる際は、可能な限り素早く立ち上げるために、最大電力を投入する構成としている。そのため、商用電源電圧より供給される１００Ｖを、一定電圧で供給するため、発熱パターンが持つ抵抗の温度特性の影響を大きく受ける。２００Ｖのときは、４００ｐｐｍ／℃の発熱抵抗体のみの発熱であるのに対し、１００Ｖのときは、４００ｐｐｍ／℃と、７５０ｐｐｍ／℃の発熱抵抗体が発熱するため、温度上昇に伴う総抵抗値の上昇は、１００Ｖの方が大きい。
【００７４】
したがって、発熱パターン１００３、１００４の定着温度までの立ち上がりを速くするために、以下のように抵抗値を設定した。即ち、発熱パターン１００１、１００２の抵抗は、１２０Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）とし、発熱パターン１００３、１００４の抵抗は、３８．８Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）とした。これにより、１００Ｖ印加時と２００Ｖ印加時それぞれにおいて、立ち上げ時間ｔまでに定着器に投入される積算電力量を揃え、室温から定着温度（約２００℃）までの定着器の立ち上げスピードを同等にした。
【００７５】
ヒータ１０００のヒータ短手方向の発熱分布及び、ヒータ基材に発生する応力は、図８に示した第２の実施形態と同等の結果が得られる。また、基板が破断にいたるまでの時間を測定した結果も第２の実施形態と同様に、８．０秒であった。したがって、本実施形態の構成は、第１の実施形態の構成よりも、基板の破断までの時間が長いことが確認できた。
【００７６】
以上、説明してきた本実施形態により、基板上で均一な発熱分布を持たせ基板に発生する引っ張り応力を小さくすることができ、信頼性の高いヒータ及び該ヒータを備えた画像加熱装置を提供することができる。
【００７７】
（変形例）
以上、各実施形態で述べた技術的事項を本発明の範囲で適宜組み合わせることもできる。
例えば、第３の実施形態では、第２の導電経路に関し、発熱抵抗体を２本用いたが、これを第１の実施形態で述べたような１本の抵抗発熱体とすることも可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１１５・・画像加熱装置、３１４・・リレー、４００・・ヒータ、４０１・・第１の発熱パターン、４０２・・第２の発熱パターン、４０３・・第３の発熱パターン、４０７〜４０９・・電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電子写真方式を採用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等の記録材上にトナー画像形成可能な画像形成装置に搭載される画像加熱装置及びその装置に用いられるヒータに関する。より詳しくは、電源電圧１００Ｖ／２００Ｖの両方に使用できるユニバーサルなヒータ及び画像加熱装置に関する。なお、画像加熱装置としては、記録材に形成された未定着画像を定着する定着装置や、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を向上させる光沢処理加熱装置等が挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
写真複写機や電子写真プリンタに搭載される定着装置における加熱方式として、フィルム加熱方式が提案され、実用化されている。このフィルム加熱方式は、加熱体に加熱用回転体である耐熱性の薄膜フィルム（定着フィルム）を加圧部材としての加圧用回転体（弾性ローラ）で密着させて摺動搬送させる。そして、この定着フィルムを挟んで加熱体と加圧用回転体とで形成される圧接ニップ部に未定着画像を担持した記録材としての被加熱材を導入して定着フィルムと一緒に搬送させる。これにより、未定着画像は、定着フィルムを介して付与される加熱体からの熱と圧接ニップ部の加圧力によって、転写材上に加熱定着される。
【０００３】
このフィルム加熱方式の定着装置は、定着装置全体を低熱容量部材で構成することができるため、省電力化・ウェイトタイム短縮化（クイックスタート性）が可能である。加熱体としては、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等、低熱容量の板状セラミック基材をベースとし、その一面に銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）・Ｔａ２Ｎ等を用いた発熱パターンを用いる。そして、発熱パターンに通電させるためのＡｇ等の低抵抗材材料よりなる給電電極パターンをスクリーン印刷等で形成具備させ、更に発熱パターン形成面を薄肉ガラス保護層で覆う。
【０００４】
この加熱体は、給電電極パターンを介して発熱パターンに通電がなされることにより発熱し、加熱体全体が急速昇温する。そして、この加熱体の昇温を、加熱体に当接あるいは近傍に配置された温度検知手段としてのサーミスタにより検知し、通電駆動制御部へフィードバックする。通電制御部は、サーミスタで検知される加熱体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、発熱パターンに対する通電を制御する。これにより、加熱体は所定の定着温度に加熱制御される。
【０００５】
このような抵抗発熱体を用いた画像加熱装置において、商用電源の電圧が１００Ｖ系（ｅｘ．１００Ｖ（日本）〜１２７Ｖ（メキシコ））と２００Ｖ系（ｅｘ．２００Ｖ（北朝鮮）〜２４０Ｖ（インド））の地域があることに対応する必要がある。ここで、同じ抵抗値のヒータを用いると、ヒータに投入される電力は電圧の二乗に比例するため、商用電源電圧が２００Ｖの場合、１００Ｖに比べて、ヒータに供給可能な最大電力値は４倍になる。ヒータに供給可能な最大電力が大きくなると、位相制御や波数制御などのヒータの電力制御で生じる高調波電流やフリッカ等が増加してしまう。
【０００６】
また、画像加熱装置が熱暴走した際に生じる電力が４倍に増加するため、より応答性の早い電気的遮断回路が必要になる。そのため、商用電源電圧が１００Ｖの地域と２００Ｖ地域では、異なる抵抗値のヒータを有する画像加熱装置を用いる場合が多い。１００Ｖの商用電源電圧が供給されている地域と、２００Ｖの商用電源電圧が供給されている地域で共用できるユニバーサル画像加熱装置を実現する手段として、リレーなどスイッチ手段を用いて、ヒータの抵抗値を切り替える方法が考案されている。
【０００７】
特許文献１に記載の画像加熱装置では、ヒータ長手方向に伸びた第１の導電経路と第２の導電経路を有し、第１の導電経路のみに通電する場合と、第１の導電経路と第２の導電経路を並列に接続して通電する場合で、ヒータの抵抗値を切り替えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１４７９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の方法では、商用電源１００Ｖ用と２００Ｖ用にヒータ抵抗値を切り替えると、ヒータの短手方向（通紙方向）の発熱分布が異なってしまう。特に、ヒータの短手方向の発熱分布が不均一になる場合には、画像加熱装置のヒータに印加される応力が大きくなり破損が生じ易く、画像加熱装置の信頼性が低下するという課題があった。
【００１０】
本発明の目的は、このような課題に鑑み、信頼性を向上できるヒータ及び該ヒータを備えた画像加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係わるヒータの代表的な構成は、長手方向および前記長手方向に交差する短手方向を備える基板と、前記基板に設けられて、正の抵抗温度特性を備え、前記長手方向の端部に設けられる電極を介して通電により発熱する発熱抵抗体と、を有するヒータであって、前記発熱抵抗体は、前記基板における第１の導電経路および前記第１の導電経路と電気的に並列に接続される第２の導電経路に設けられ、前記第１の導電経路は、第１の電源電圧が印加される場合および前記第１の電源電圧より低い第２の電源電圧が印加される場合に共通に用いられ、且つ、前記第１の導電経路では、前記発熱抵抗体が前記長手方向に沿って前記基板の前記短手方向の両端側に位置し、前記第２の導電経路は、前記第２の電源電圧が印加される場合に用いられ、且つ、前記第２の導電経路では、前記発熱抵抗体が前記長手方向に沿って前記第１の導電経路に挟まれる前記短手方向の中間に位置し、前記第２の導電経路の前記発熱抵抗体の抵抗温度係数を、前記第１の導電経路の前記発熱抵抗体の抵抗温度係数より大きくしたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係わる画像加熱装置の代表的な構成は、回動可能であって回動方向に交差する方向に加熱可能な加熱回動部材と、前記加熱回動部材の内周側に設けられるヒータと、前記ヒータに摺動して回動する前記加熱回動部材を介してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部に画像を担持した記録材を挟持搬送して前記画像を加熱する画像加熱装置であって、前記ヒータは上述したヒータであり、かつ前記回動方向に交差する方向を前記長手方向とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ヒータ基板の短手方向における中央部での発熱を抑えることで、ヒータ基板の温度分布を均一化し、ヒータにかかる熱応力を小さくすることができ、信頼性の高いヒータ及び画像加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係るヒータの概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係るヒータおよび画像加熱装置を搭載した画像形成装置の概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る画像加熱装置の概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る回路図である。
【図５】（ａ）乃至（ｇ）は第１の実施形態の効果を説明する図である。
【図６】（ａ）乃至（ｃ）は比較例１、比較例２との比較を表す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は第２の実施形態に係るヒータの概略図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は第２の実施形態（及び第３の実施形態）の効果を説明する図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は第３の実施形態に係るヒータの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図２に本発明の実施形態に係るヒータおよび画像加熱装置を搭載した画像形成装置の構成の概容を示す。給紙カセット１０１に積載された記録紙はピックアップローラ１０２によって１枚だけ給紙カセット１０１から送出され、給紙ローラ１０３によってレジストローラ１０４に向けて搬送される。さらに記録紙はレジストローラ１０４によって所定のタイミングでプロセスカートリッジ１０５へ搬送される。
【００１６】
プロセスカートリッジ１０５は、帯電手段１０６、現像手段としての現像ローラ１０７、クリーニング手段であるクリーナ１０８、および電子写真感光体である感光体ドラム１０９で一体的に構成されている。そして、公知の電子写真プロセスの一連の処理によって未定着トナー像が記録紙上に形成される。感光体ドラム１０９は帯電手段１０６によって表面を一様に帯電された後、像露光手段であるスキャナユニット１１１により画像信号に基づいた像露光が行なわれる。
【００１７】
スキャナユニット１１１内のレーザダイオード１１２から出射されるレーザ光は、回転するポリゴンミラー１１３および反射ミラー１１４を経て主走査方向（紙面垂直方向）に走査される。そして、感光体ドラム１０９の回転により副走査方向（紙面内方向）に走査され、感光体ドラム１０９の表面上に２次元の潜像が形成される。感光体ドラム１０９の潜像は、現像ローラ１０７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１１０によって、レジストローラ１０４から搬送されてきた記録紙上に転写される。
【００１８】
続いて、トナー像が転写された記録紙は、画像加熱装置１１５に搬送されて加熱加圧処理され、記録紙上の未定着トナー像が記録紙に定着される。記録紙は、さらに中間排紙ローラ１１６、排紙ローラ１１７によって画像形成装置本体外に排出され、一連のプリント動作を終える。モータ１１８は、画像加熱装置１１９を含む各ユニットに駆動力を与えている。
【００１９】
（画像加熱装置）
図３に、本発明の実施形態に係る画像加熱装置の構成の概容を示す。画像加熱装置１１５は加圧部材駆動式・テンションレスタイプのフィルム加熱方式の加熱装置である。加熱回動部材であるエンドレスの耐熱性フィルム（定着フィルム）２０２は、回動可能であって、ヒータ４００により回動方向に交差する方向に加熱可能とされる。図３の紙面垂直方向を長手方向とする耐熱性樹脂製のフィルムガイド２０１は、エンドレス耐熱性フィルム（定着フィルム）２０２の内面ガイド部材となる。フィルム２０２は、薄い耐熱性フィルムの表面にフッ素樹脂等のコートを施してあるが、金属等で形成される素管等を用いても良い。
【００２０】
フィルム２０２の内周側に設けられるセラミック製のヒータ４００は、フィルムガイド２０２の下面に長手方向に沿って形成した溝部に嵌入してあり、エンドレスの耐熱性フィルム２０２は、ヒータ４００を含むフィルムガイド２０１に外嵌させてある。ステー２０４は、図３の紙面垂直方向を長手方向とする剛性部材であり、フィルムガイド２０１の内側に配設される。このエンドレスの耐熱性フィルム２０２の内周長は、ヒータ４００を含むフィルムガイド２０１の外周長よりも例えば約３ｍｍ程大きくしてあり、従ってフィルム２０２はヒータ４００を含むフィルムガイド２０１に対して周長が余裕をもってルーズに外嵌している。
【００２１】
加熱体としてのヒータ４００は、高熱伝導材であるアルミナ及び窒化アルミ等でできたヒータ基板２０５の表面に、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電気抵抗材料（発熱パターン４０１〜４０４）をスクリーン印刷等により塗工する。そして、同じくＡｇ等の電気導電材料（導電パターン）をスクリーン印刷等により塗工し、その上に電気的な絶縁体としての保護層２０７としてガラスやフッ素樹脂等をコートする。ヒータ基板２０５は、長手方向および長手方向に交差する短手方向を備え、長手方向をエンドレスの耐熱性フィルム２０２の回動方向に交差する方向（回動軸方向）とし、短手方向を通紙方向としている。
【００２２】
加圧ローラ２０８は、ヒータ４００との間でフィルム２０２を挟んで圧接ニップである定着部Ｎを形成する。加圧ローラ２０８は、フィルム２０２を駆動する回転体であり、アルミニウム・鉄・ステンレス等の芯軸２０９と、この軸に外装したシリコンゴム等の離型性のよい耐熱ゴム弾性体のローラ部２１０とからなる。加圧ローラ表面には、被記録材Ｐ、定着フィルム２０２の搬送性、トナーの汚れ防止の理由から、フッ素樹脂を分散させたコート層を設けている。
【００２３】
芯金２０９の一端部が、モータにより駆動されることで、反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ２０８の回動によりエンドレスの耐熱性フィルム２０２がその内面をヒータ４００の面に密着摺動されながら、時計方向に回転駆動される。エンドレスの耐熱性フィルム２０２は非駆動時においては、ヒータ４００と加圧ローラ２０８との圧接ニップ部Ｎに挟持搬送される部分を除く残余の大部分の略全周長部分に関して、テンションフリーである。加圧ローラ２０８が回転駆動されると、ニップ部Ｎにおいてフィルム２０２に回転加圧ローラ２０８との摩擦力で移動力がかかる。
【００２４】
そして、フィルム２０２が、加圧ローラ２０８の回転周速と略同速度をもって、フィルム内面がヒータ４００面（＝保護層２０７面）に摺動されつつ、時計方向に回転駆動される。このフィルム駆動時においては、ニップ部Ｎとこのニップ部Ｎよりもフィルム移動方向上流側であって、このニップ部近傍のフィルム内面ガイド部分とニップ部の間の部分のみにおいて、フィルムにテンションが加わる。
【００２５】
而して、フィルム駆動とヒータ４００の発熱体層への通電を行わせた状態において、未定着トナー像を担持した被記録材Ｐが定着部であるニップ部Ｎの回転フィルム２０２と回転加圧ローラ２０８との間に像担持面上向きで導入される。すると、被記録材Ｐはフィルム２０２と一緒にニップ部Ｎを通過していき、ニップ部Ｎにおいてフィルム内面に接しているヒータ４００の熱エネルギーがフィルム２０２を介して被記録材Ｐに付与される。また、ニップ部Ｎにおける加圧力によりトナー像の熱定着がなされる。なおヒータ４００の温度を検出するために、サーミスタ２１１が設けられている。
【００２６】
サーミスタ２１１はバネ等でセラミックヒータ４００上に所定の圧で押し当てられており、セラミックヒータ４００の温度を検出する。さらに、セラミックヒータ４００への供給電力を制御する手段が故障し、セラミックヒータ２０２が熱暴走に至った場合、過昇温を防止する装置として、ヒューズなど過昇温防止手段２１２がセラミックヒータ２０２上に配されている。過昇温防止手段２１２は、例えば温度ヒューズやサーモスイッチである。電力供給制御手段の故障により、ヒータ４００が熱暴走に至り過昇温防止手段２１２が所定の温度以上になると、過昇温防止手段２１２がオープンとなり、ヒータ４００への通電が断たれる。
【００２７】
図４は、本実施形態に係るヒータの回路（駆動回路及び制御回路）を示している。図中、３０１は画像形成装置に接続される商用の交流電源で、画像形成装置は交流電源３０１からの入力電圧をヒータ４００へ供給することにより、ヒータ４００を発熱させる。ヒータ４００への電力供給は、トライアック３０２の通電／遮断により行われる。抵抗３０３、３０４はトライアック３０２のためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ３０５は一次・二次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。
【００２８】
そして、フォトトライアックカプラ３０５の発光ダイオード３０５ｂに通電することによりトライアック３０２をオンさせる。抵抗３０６は、フォトトライアックカプラ３０５の電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ３０７によりフォトトライアックカプラ３０５をオン／オフする。トランジスタ３０７は、抵抗３０８を介してＣＰＵ３０９からのヒータ駆動信号に従って動作する。
【００２９】
サ−ミスタ２１１によって検出される温度は、抵抗３１０と、サーミスタ２１１との分圧として検出され、ＣＰＵ３０９にＴＨ信号としてＡ／Ｄ入力される。ＣＰＵ３０９の内部処理として、サーミスタ２１１の検出温度とヒータ４００の設定温度に基づき、例えばＰＩ制御により、供給するべき電力比を算出する。更に供給する電力比に対応した位相角（位相制御）、波数（波数制御）の制御レベルに換算し、その制御条件によりＣＰＵ３０９がトランジスタ３０７にＯＮ信号を出力する。
【００３０】
電圧検知部３１１は、交流電源３０１の電圧を検知し、電源電圧の範囲が１００Ｖ系（例えば１００Ｖ〜１２７Ｖ）か、２００Ｖ系（例えば２００Ｖ〜２４０Ｖ）のどちらかを判別し、ＣＰＵ３０９に出力している。トランジスタ３１５は、抵抗３１６を介してＣＰＵ３０９からのＯＮ信号に従って動作する。
【００３１】
電圧検知部３１１が１００Ｖを検知している場合、トランジスタ３１５をＯＮ状態とし、リレー３１４の２次側コイルに電流を流すことで、リレー３１４の１次側回路をＯＮ状態にする。抵抗３１７は電流制限抵抗、ダイオード３１８は逆起電圧防止素子である。リレー３１４の１次側回路がＯＮ状態では、発熱パターン４０１及び４０２が直列接続された導電経路と、発熱パターン４０３が並列接続された導電経路が並列接続される。２つの導電経路が並列接続されるため、ヒータ４００は抵抗値の低い状態になる。
【００３２】
電圧検知部３１１が２００Ｖを検知している場合、トランジスタ３１５をＯＦＦ状態とし、リレー３１４の１次側回路をＯＦＦ状態にする。リレー３１４の１次側回路がＯＦＦ状態では、抵抗４０１及び４０２が直列接続された導電経路のみに電流が流れるため、ヒータ４００の抵抗値は高い状態になる。このように、リレー３１４の１次側回路のＯＮ／ＯＦＦによって、ヒータ４００の抵抗値を、電源電圧の電圧範囲に応じて切り替えることができる。本実施形態ではＣＰＵを介してリレーを制御する例を説明しているが、電圧検知部３１１の出力で、トランジスタ３１５を直接制御しても良い。
【００３３】
電流検知部３１３は、ヒータ４００に流れる電流をカレントトランス３１２を介して検出するために用いられる。電流検出部であり、電流検出結果ＩｉｎをＣＰＵ３０９に出力している。電流検知部３１３は、例えば電源電圧が２００Ｖにも係らずリレー３１４の１次側回路がＯＮしてしまった場合に生じる、ヒータ４００に流れる過電流を検出することができる。ヒータの駆動回路及び制御回路を有する回路基板と、画像加熱装置１１５を接続する３本のＡＣ導電経路は、回路基板上のコネクタ３２０、３２１，３２２を介して、画像加熱装置と接続されている。
【００３４】
過昇温防止手段２１２は、ヒータの過昇温状態を検出すると、第１の導電経路及び第２の導電経路の共通接点と、回路基板上のコネクタ３２２間の電流を遮断し、ＡＣＨ側から画像加熱装置に供給される全ての電流経路を遮断することができる。
【００３５】
（ヒータ）
図１（ａ）、図１（ｂ）は本実施形態に用いるヒータ４００を説明するための概略図面である。図１（ａ）は基板２０５上に形成された発熱パターン、導電パターン、及び電極を示している。また図４のヒータの駆動回路及び制御回路との接続を説明するための概略図を、図１（ａ）にも示す。ヒータ４００は、発熱パターン４０１、４０２、４０３を有している。４０５は発熱パターンと電極との間を接続する導電パターンである。第１の導電経路では、短手方向の両端側に位置する発熱パターン４０１、４０２が直列接続されており、コネクタ３２０、電極４０７、電極４０８、コネクタ３２２を介して、ＡＣ電力が供給されている。
【００３６】
第２の導電経路は、発熱パターン４０３の一本パターンで、コネクタ３２１、電極４０９、電極４０８、コネクタ３２２を介して、ＡＣ電力が供給されている。ヒータ４００では、商用電源電圧が高い第１の電源電圧（２００Ｖ）の場合に第１の導電経路のみに通電し、商用電源電圧が低い第２の電源電圧（１００Ｖ）の場合にリレー３１４をＯＮすることで、第１の導電経路と、第２の導電経路を並列接続して通電している。
【００３７】
図１（ｂ）は、ヒータ４００の発熱パターン４０１、４０２、４０３の詳細図を示している。各発熱パターンは、ヒータ４００の短手方向の基板中心から対称に配置されている。図中ａ、ｂ、ｃの寸法は、ａは１．０ｍｍ、ｂは２．０ｍｍ、ｃは１．５ｍｍである。なお、いずれの発熱パターンも幅が同じにしているものの、特にこれに限定するものではない。
【００３８】
（発熱抵抗体の抵抗値と抵抗温度係数）
１）発熱抵抗体の抵抗値
発熱抵抗体の抵抗値に関し、商用電源電圧が２００Ｖで第１の導電経路のみに通電する場合と、商用電源電圧が１００Ｖで第１の導電経路と第２の導電経路を並列接続して通電する場合において、同じ発熱量とすることが好ましい。そして、定着器の立ち上げ時間ｔ内に投入される積算電力量が同じ場合、室温から定着温度（２００℃程度）まで定着器の立ち上げ時間ｔを揃えることができる。
【００３９】
具体的には、各発熱パターンが同じ抵抗温度係数（ＴＣＲ）とすると、発熱パターン４０１、４０２の抵抗値が夫々３０Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）の場合に、発熱パターン４０３の抵抗値を、２／３程度の２０Ωとする。電極を除いた場合の長手両端間の室温の抵抗が２０Ωであれば、１００Ｖ印加時も２００Ｖ印加時も同様な電力が投入されることになる。
【００４０】
より詳細に示せば、印加電圧をＶ、抵抗値をＲとするとき、電力はＶ×Ｖ／Ｒで与えられるため、２００Ｖ印加当初の電力は２００×２００／（３０＋３０）Ｗとなる。一方、１００Ｖ印加当初の電力は［１００×１００／（３０＋３０）＋１００×１００／２０］Ｗとなり、２００Ｖ印加当初の電力と同じ値となる。
【００４１】
因みに、１００Ｖ印加時の短手方向における夫々の端部側の発熱抵抗体の発熱量をＱとすると、短手方向における中央部の発熱抵抗体の発熱量は６Ｑであり、一方２００Ｖ印加時の短手方向における夫々の端部側の発熱抵抗体の発熱量は４Ｑである。これにより、１００Ｖ印加時も２００Ｖ印加時も共に全発熱量は８Ｑと同じ値となる。
【００４２】
２）発熱抵抗体の抵抗温度係数
発熱抵抗体が正の抵抗温度特性を備える場合、加熱が開始されて所定時間経過後において、加熱開始時に比べ抵抗値が大きくなり、抵抗値の逆数に比例する発熱量は小さくなる。本実施形態では、各発熱パターンの抵抗温度係数（ＴＣＲ）を、発熱パターン４０１、４０２で４００ｐｐｍ／℃、発熱パターン４０３で７５０ｐｐｍ／℃と異ならせる。
【００４３】
そのため、２００Ｖ印加時に対し、１００Ｖ印加時の立ち上げ時間ｔで立ち上がる温度が低くなってしまう。これは、２００Ｖ印加時は、４００ｐｐｍ／℃の発熱抵抗体のみの発熱であるのに対し、１００Ｖ印加時は、４００ｐｐｍ／℃と、７５０ｐｐｍ／℃の発熱抵抗体が発熱するため、温度上昇に伴う総抵抗値の上昇が、１００Ｖ印加時の方が大きいことに起因する。従って、本実施形態では、１００Ｖ印加時に立ち上げ時間ｔで立ち上がる温度が低くならないように、発熱パターン４０３の抵抗値を本来の２０Ωより小さく設定する。
【００４４】
具体的には、発熱パターン４０１、４０２の抵抗は３０Ω（電極を省いた場合、長手両端間の室温の抵抗）のままであるが、発熱パターン４０３の抵抗を１９．４Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）とする。これにより、１００Ｖ印加時と２００Ｖ印加時それぞれにおいて、立ち上げ時間ｔまでに定着器に投入される積算電力量を揃え、室温から定着温度（約２００℃）までの定着器の立ち上げスピードを同等にした。
【００４５】
（ヒータ基板の熱応力）
図５（ａ）はヒータ４００の構成、図５（ｂ）乃至（ｆ）は、ヒータ短手方向の発熱分布及び、ヒータ基材に発生する応力を説明するための熱温度分布シミュレーション及び、熱応力シミュレーション結果を示す。本シミュレーションは、加圧ローラ２０８が非回転状態において、ヒータ４００の基板２０５の裏面温度分布を測定したものである。ヒータ基板は、線膨張係数７．２×１０−６／℃、ヤング率３４０ＧＰａ、曲げ強度４２０ＭＰａのアルミナ基板を用いている。なお、このシミュレーションを行う上で用いたシート抵抗値、投入電力、熱伝導率などの条件は、本発明に制限を与えるものではない。
【００４６】
図５（ｂ）は、電源電圧が１００Ｖ、リレー３１４がＯＮ状態において、ヒータ４００に電力を供給してから一定時間後に測定した、ヒータ４００の基板裏温度の基板短手方向の分布である。図５（ｃ）は、前記温度分布からシミュレーションされる、ヒータ４００の基板長手方向にかかる応力の基板短手方向の分布である。このときのプラス側の応力は引っ張り応力であり、マイナス側の応力は圧縮応力を表す。このうち基板の破断に寄与するのは、引張り応力であり、所定の値よりも大きくなった場合に、基板の破断が発生する。
【００４７】
図５（ｄ）は、電源電圧が２００Ｖ、リレー３１４がＯＦＦ状態において、ヒータ４００に電力を供給してから一定時間後に測定した、ヒータ４００基板裏温度の基板短手方向の分布である。図５（ｅ）は、前記温度分布からシミュレーションされる、ヒータ４００の基板長手方向にかかる応力の基板短手方向の分布である。図５（ｆ）、図５（ｇ）は、１００Ｖと２００Ｖの結果を比較するためのグラフである。１００Ｖ印加時は、中央部にある発熱パターン４０３の発熱が抑えられるため、２００Ｖ印加時に対して中央付近の温度ピークが低くなる。
【００４８】
その結果、２００Ｖ系に対して引っ張り応力は、０．３ＭＰａ（基板中央付近ＭＡＸ）に対し、１００Ｖ系の引張り応力は、０．７５ＭＰａ（基板端部付近ＭＡＸ）と高い。したがって、中央の発熱体が発熱する１００Ｖ印加時の引っ張り応力を小さくすることが、ヒータ基板の破断を良化させるに重要である。
【００４９】
（ヒータの比較例）
１）比較例１
図６（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態の効果を説明するための比較例を表しており、それぞれ比較例としてのヒータ５００の構成、ヒータ短手方向の発熱分布及び、ヒータ基材に発生する応力を説明するためのシミュレーション結果を示す。比較例１では、発熱パターン５０１、５０２、５０３の抵抗温度係数（ＴＣＲ）がいずれも４００ｐｐｍ／℃である。そして、発熱パターン５０１、５０２の抵抗値が夫々３０Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）であるのに対し、発熱パターン５０３の抵抗値が、その２／３の１９．４Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）である。なお、それぞれのパターン幅、パターン間隔、長手寸法形状は本実施形態と同じである。
【００５０】
２）比較例２
比較例２は、発熱パターン５０１、５０２、５０３のＴＣＲはいずれも７５０ｐｐｍ／℃で、発熱パターン５０１、５０２の抵抗値に対し、発熱パターン５０３の抵抗値は２／３である。比較例２のヒータは、本実施形態及び比較例１のヒータに対し、ＴＣＲが高く高温時の抵抗が上昇し立ち上げ時間ｔまでの積算電力量が減少することから、比較例１と同じ抵抗関係では、定着器の立ち上げ温度が低くなる。したがって、発熱パターン５０１、５０２、５０３のそれぞれの抵抗値を、比較例１に対し、下げることで、実施形態１及び比較例１に対する室温から定着温度（約２００℃）までの定着器の立ち上げスピードを同程度とした。
【００５１】
したがって、発熱パターン５０１、５０２、５０３の抵抗値は、それぞれ２９．１Ω、２９．１Ω、１９．４Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）としている。また、それぞれのパターン幅、パターン間隔、長手寸法形状は本実施形態と同じである。
比較例１、比較例２とも実施形態１と同様に一定時間後の発熱分布を計測し熱応力を算出した。
【００５２】
図６（ｂ）、図６（ｃ）に、１００Ｖ印加時の本実施形態、比較例１、比較例２の温度分布データと、熱応力分布データを表す。図６（ｂ）で、本実施形態の実施例１に比べ、比較例１の方がヒータの短手方向の中央部で低温となる理由は、端部側の発熱が実施例１のように中央部へ移動しないためと考えられる。また、ヒータの短手方向の端部側で比較例１の方が低温となる理由は、端部側の発熱が実施例１のように中央部へ移動せず、基板の外側へ放出されるためと考えられる。
【００５３】
図６（ｃ）に示すように、本実施形態、比較例１、比較例２共に、基板の端部での引っ張り応力が最も高く、それぞれ３８０ＭＰａ、６４０ＭＰａ、５４１ＭＰａである。本実施形態と比較例１の結果から、本実施形態では短手方向の中央部の発熱が抑えられた結果、基板全体の発熱分布が比較して一様になる。その結果、基板に発生する引っ張り応力が小さくなる。なお、比較例２のように、すべての発熱体パターンの抵抗温度係数（ＴＣＲ）が高く、ヒータの立ち上がりが遅い場合に対しても、本実施形態の方が発熱分布が比較して一様であり、基板に発生する引張り応力が小さくなることが分かる。
【００５４】
次に、実際に上記条件のヒータを作成し、最大電力を投入し、基板が破断にいたるまでの時間を測定した結果を表す。このとき使用したヒータ基板は、長手方向の寸法２７０ｍｍ、短手方向の寸法１０ｍｍ、厚み１ｍｍのアルミナ基板からなるものである。また、本実施形態において用いた過昇温防止手段２１２は、１３００Ｗ（抵抗値１５Ωに対し、電圧１４０Ｖ印加）の電力で熱暴走した際に、５秒程度で過昇温防止手段が作動し、電力投入が切れることが分かっている。１３００Ｗの電力で暴走した際に、基板が破断にいたるまでの時間は、本実施形態が６秒、比較例１が３．７秒、比較例２が４．６秒であり、実施形態１の構成だけが、基板の破断発生前に過昇温手段２１２の作動することが確認できた。
【００５５】
以上説明してきた本実施形態により、基板上で均一な発熱分布を持たせ基板に発生する引っ張り応力を小さくすることができ、その結果、信頼性の高いヒータ及び該ヒータを備えた画像加熱装置を提供することができる。
【００５６】
《第２の実施形態》
第１の実施形態では、第２の導電経路に発熱パターンが1本設けられていたが、本実施形態では第２の導電経路に発熱パターンが２本電気的に並列に設けられる。第１の本実施形態と同様の構成については説明を省略する。図７（ａ）は基板２０５上に形成された発熱パターン、導電パターン、及び電極を示している。ヒータ７００は発熱パターン７０１、７０２、７０３、７０４と、を有している。７０５は導電パターンである。
【００５７】
第１の導電経路では、発熱パターン７０１、７０２が直列接続されており、コネクタ７２０、電極７０７、電極７０８、コネクタ７２２を介して、ＡＣ電力が供給されている。第２の導電経路では、短手方向における中央位置に関して対称的に設けられる発熱パターン７０３、７０４が並列接続されており、コネクタ７２１、電極７０９、電極７０８、コネクタ７２２を介して、ＡＣ電力が供給されている。ヒータ７００では、商用電源電圧が高い範囲（２００Ｖ）の場合には第１の導電経路のみに通電し、商用電源電圧が低い範囲（１００Ｖ）の場合にはリレー３１４をＯＮすることで、第１の導電経路と、第２の導電経路を並列接続して通電することを特徴としている。
【００５８】
図７（ｂ）は、ヒータ７００の発熱パターン７０１、７０２、７０３、７０４の詳細図を示している。各発熱パターンは、ヒータ４００の短手方向の基板中心から対称に配置されている。図中ａ，ｂ，ｃ，ｄの寸法は、ａは１．０ｍｍ、ｂは２．０ｍｍ、ｃは０．５ｍｍ、ｄは１．５ｍｍである。なお、いずれの発熱パターンも幅が同じにしているものの、特にこれに限定するものではない。
【００５９】
商用電源電圧が２００Ｖで第１の導電経路のみに通電する場合と、商用電源電圧が１００Ｖで第１の導電経路と第２の導電経路を並列接続して通電する場合において、定着器の立ち上げ時間ｔ内に投入される積算電力量が同じになればよい。これにより、室温から定着温度（２００℃程度）まで定着器の立ち上げ時間ｔを揃えることができる。仮に、各発熱パターンが同じ抵抗温度係数（ＴＣＲ）であれば、発熱パターン７０３、７０４の抵抗値は発熱パターン７０１、７０２の３／４程度の４０Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）にする必要がある。なお、発熱パターン７０１、７０２のそれぞれの抵抗値は３０Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）である。
【００６０】
しかしながら、本実施形態の場合、各発熱パターンの抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、７０１、７０２が４００ｐｐｍ／℃、７０３、７０４が７５０ｐｐｍ／℃である。このため、上記「ＴＣＲが同じ場合の発熱パターンの抵抗関係」では、２００Ｖ印加時に対し、１００Ｖ印加時の立ち上げ時間ｔで立ち上がる温度が低くなってしまう。
【００６１】
この原因としては、次のような理由が挙げられる。まず、定着器を室温から立ち上げる際は、可能な限り素早く立ち上げるために、最大電力を投入する構成としている。そのため、商用電源電圧より供給される１００Ｖを、一定電圧で供給するため、発熱パターンが持つ抵抗の温度特性の影響を大きく受ける。２００Ｖのときは、４００ｐｐｍ／℃の発熱抵抗体のみの発熱であるのに対し、１００Ｖのときは、４００ｐｐｍ／℃と、７５０ｐｐｍ／℃の発熱抵抗体が発熱するため、温度上昇に伴う総抵抗値の上昇は、１００Ｖの方が大きい。
【００６２】
したがって、発熱パターン７０３、７０４の定着温度までの立ち上がりを速くするために、以下のように抵抗値を定めた。即ち、発熱パターン７０１、７０２の抵抗は、３０Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）、発熱パターン７０３、７０４の抵抗は、３８．８Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）とした。これにより、１００Ｖ印加時と２００Ｖ印加時それぞれにおいて、立ち上げ時間ｔまでに定着器に投入される積算電力量をそろえ、室温から定着温度（約２００℃）までの定着器の立ち上げスピードを同等にした。
【００６３】
図８（ａ）、図８（ｂ）は、ヒータ７００のヒータ短手方向の発熱分布及び、ヒータ基材に発生する応力を説明するためのシミュレーション結果である。本シミュレーションでは、加圧ローラ２０８が非回転状態において、ヒータ７００の基板７０５の裏面温度分布を測定したものである。また、このシミュレーションを行う上で用いた、シート抵抗値、投入電力、熱伝導率などの条件は、本発明に制限を与えるものではない。
【００６４】
図８（ａ）は、電源電圧が２００Ｖ、リレー３１４ＯＦＦ状態において、ヒータ７００に電力を供給してから一定時間後のヒータ４００の温度分布を表している。図８（ｂ）は、前記温度分布における、ヒータ７００の応力分布をシミュレーションした結果である。この結果を見ると、本実施形態は第１の実施形態よりも更に基板裏面の温度分布が一様になっており、その結果、基板内の引っ張り応力は、基板端での最大値は、第１の実施形態の３８４ＭＰａに対し、本実施形態は３００ＭＰａと小さくなっていることが分かる。
【００６５】
この理由は、発熱パターンを中央部にある発熱体の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を高く設定するだけでなく、短手方向（通紙方向）における中央部の発熱体を二つに分けて、夫々上下流側へシフトさせて、相対的に中央部の発熱ピークを低減させられたためである。
【００６６】
次に、実際に上記条件のヒータを作成し、最大電力を投入し、基板が破断にいたるまでの時間を測定した結果を表す。このとき使用したヒータ基板は、長手方向の寸法２７０ｍｍ、短手方向の寸法１０ｍｍ、厚み１ｍｍのアルミナ基板からなるものである。また、本実施形態において用いた過昇温防止手段２１２は、１３００Ｗ（抵抗値１５Ωに対し、電圧１４０Ｖ印加）の電力で熱暴走した際に、５秒程度で過昇温防止手段が作動し、電力投入が切れることが分かっている。１３００Ｗの電力で暴走した際に、基板が破断にいたるまでの時間は、本実施形態が８．０秒であり、第１の実施形態の構成よりも長く、基板の破断発生前に過昇温手段２１２の作動することが確認できた。
【００６７】
以上説明してきた本実施形態の構成により、基板上で均一な発熱分布を持たせ基板に発生する引っ張り応力を小さくすることができ、信頼性の高いヒータ及び該ヒータを備えた画像加熱装置を提供することができる。
【００６８】
《第３の実施形態》
第２の実施形態では、第１の導電経路に設けられる２本の発熱パターンが電気的に直列接続されていたが、本実施形態では電気的に並列接続される。第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。図９（ａ）、（ｂ）は本実施形態に用いるヒータ１０００を説明するための概略図面である。図９（ａ）は、基板上に形成された発熱パターン及び、導電パターンを示している。ヒータ１０００は、発熱パターン１００１、１００２、１００３、１００４を有している。１００５は、導電パターンである。第１の導電経路では、発熱パターン１００１、１００２が電気的に並列接続されており、コネクタ３２０、電極１００７及、電極１００８、コネクタ３２２を介して、ＡＣ電力が供給されている。
【００６９】
第２の導電経路では、発熱パターン１００３、１００４が並列接続されており、コネクタ３２１、電極１００９、電極１００８、コネクタ３２２を介して、ＡＣ電力が供給されている。ヒータ１０００では、商用電源電圧が高い範囲（２００Ｖ）の場合には第１の導電経路のみに通電し、商用電源電圧が低い範囲（１００Ｖ）の場合には第１の導電経路と、第２の導電経路を並列接続して通電することを特徴としている。
【００７０】
図９（ｂ）は、ヒータ１０００の発熱パターン１００１、１００２、１００３、１００４の詳細図を示している。各発熱パターンは、ヒータ４００の短手方向の基板中心から対称に配置されている。図中ａ，ｂ，ｃ，ｄの寸法は、ａは１．０ｍｍ、ｂは２．０ｍｍ、ｃは０．５ｍｍ、ｄは１．５ｍｍである。なお、いずれの発熱パターンも幅が同じにしているものの、特にこれに限定するものではない。
【００７１】
商用電源電圧が２００Ｖで第１の導電経路のみに通電する場合と、商用電源電圧が１００Ｖで第１の導電経路と第２の導電経路を並列接続して通電する場合において、室温から定着温度（２００℃程度）まで定着器の立ち上げ時間ｔを揃えることが好ましい。このためには、定着器の立ち上げ時間ｔ内に投入される積算電力量が同じになればよい。仮に、各発熱パターンが同じ抵抗温度係数（ＴＣＲ）であれば、発熱パターン１００１、１００２のそれぞれの抵抗値１２０Ωに対し、発熱パターン１００３、１００４の抵抗値は、１／３程度の４０Ωにする必要がある。
【００７２】
しかしながら、本実施形態の場合、各発熱パターンの抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、１００１、１００２が４００ｐｐｍ／℃、１００３、１００４が７５０ｐｐｍ／℃である。このため、上記「ＴＣＲが同じ場合の発熱パターンの抵抗関係」では、２００Ｖ印加時に対し、１００Ｖ印加時の立ち上げ時間ｔで立ち上がる温度が低くなってしまう。
【００７３】
この原因としては、次のような理由が挙げられる。まず、定着器を室温から立ち上げる際は、可能な限り素早く立ち上げるために、最大電力を投入する構成としている。そのため、商用電源電圧より供給される１００Ｖを、一定電圧で供給するため、発熱パターンが持つ抵抗の温度特性の影響を大きく受ける。２００Ｖのときは、４００ｐｐｍ／℃の発熱抵抗体のみの発熱であるのに対し、１００Ｖのときは、４００ｐｐｍ／℃と、７５０ｐｐｍ／℃の発熱抵抗体が発熱するため、温度上昇に伴う総抵抗値の上昇は、１００Ｖの方が大きい。
【００７４】
したがって、発熱パターン１００３、１００４の定着温度までの立ち上がりを速くするために、以下のように抵抗値を設定した。即ち、発熱パターン１００１、１００２の抵抗は、１２０Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）とし、発熱パターン１００３、１００４の抵抗は、３８．８Ω（電極を除いた場合、長手両端間の室温の抵抗）とした。これにより、１００Ｖ印加時と２００Ｖ印加時それぞれにおいて、立ち上げ時間ｔまでに定着器に投入される積算電力量を揃え、室温から定着温度（約２００℃）までの定着器の立ち上げスピードを同等にした。
【００７５】
ヒータ１０００のヒータ短手方向の発熱分布及び、ヒータ基材に発生する応力は、図８に示した第２の実施形態と同等の結果が得られる。また、基板が破断にいたるまでの時間を測定した結果も第２の実施形態と同様に、８．０秒であった。したがって、本実施形態の構成は、第１の実施形態の構成よりも、基板の破断までの時間が長いことが確認できた。
【００７６】
以上、説明してきた本実施形態により、基板上で均一な発熱分布を持たせ基板に発生する引っ張り応力を小さくすることができ、信頼性の高いヒータ及び該ヒータを備えた画像加熱装置を提供することができる。
【００７７】
（変形例）
以上、各実施形態で述べた技術的事項を本発明の範囲で適宜組み合わせることもできる。
例えば、第３の実施形態では、第２の導電経路に関し、発熱抵抗体を２本用いたが、これを第１の実施形態で述べたような１本の抵抗発熱体とすることも可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１１５・・画像加熱装置、３１４・・リレー、４００・・ヒータ、４０１・・第１の発熱パターン、４０２・・第２の発熱パターン、４０３・・第３の発熱パターン、４０７〜４０９・・電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向および前記長手方向に交差する短手方向を備える基板と、
前記基板に設けられて、正の抵抗温度特性を備え、前記長手方向の端部に設けられる電極を介して通電により発熱する発熱抵抗体と、
を有するヒータであって、
前記発熱抵抗体は、前記基板における第１の導電経路および前記第１の導電経路と電気的に並列に接続される第２の導電経路に設けられ、
前記第１の導電経路は、第１の電源電圧が印加される場合および前記第１の電源電圧より低い第２の電源電圧が印加される場合に共通に用いられ、且つ、前記第１の導電経路では、前記発熱抵抗体が前記長手方向に沿って前記基板の前記短手方向の両端側に位置し、
前記第２の導電経路は、前記第２の電源電圧が印加される場合に用いられ、且つ、前記第２の導電経路では、前記発熱抵抗体が前記長手方向に沿って前記第１の導電経路に挟まれる前記短手方向の中間に位置し、
前記第２の導電経路の前記発熱抵抗体の抵抗温度係数を、前記第１の導電経路の前記発熱抵抗体の抵抗温度係数より大きくしたことを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記第１の導電経路に関し、前記基板の前記短手方向の両端側に位置する前記発熱抵抗体は電気的に直列に設けられることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記第１の導電経路に関し、前記基板の前記短手方向の両端側に位置する前記発熱抵抗体は電気的に並列に設けられることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項４】
前記第１の導電経路に関し、前記発熱抵抗体は、前記基板の前記短手方向における中央位置に関して対称的に設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒータ。
【請求項５】
前記第２の導電経路に関し、前記発熱抵抗体は、前記基板の前記短手方向における中央位置に設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒータ。
【請求項６】
前記第２の導電経路に関し、前記発熱抵抗体は、前記基板の前記短手方向における中央位置に関して対称的に設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒータ。
【請求項７】
回動可能であって回動方向に交差する方向に加熱可能な加熱回動部材と、
前記加熱回動部材の内周側に設けられるヒータと、
前記ヒータに摺動して回動する前記加熱回動部材を介してニップ部を形成する加圧部材と、
を有し、前記ニップ部に画像を担持した記録材を挟持搬送して前記画像を加熱する画像加熱装置であって、
前記ヒータは請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヒータであり、かつ前記回動方向に交差する方向を前記長手方向とすることを特徴とする画像加熱装置。
【請求項８】
前記ヒータの過昇温により作動する過昇温防止手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の画像加熱装置。
【請求項１】
長手方向および前記長手方向に交差する短手方向を備える基板と、
前記基板に設けられて、正の抵抗温度特性を備え、前記長手方向の端部に設けられる電極を介して通電により発熱する発熱抵抗体と、
を有するヒータであって、
前記発熱抵抗体は、前記基板における第１の導電経路および前記第１の導電経路と電気的に並列に接続される第２の導電経路に設けられ、
前記第１の導電経路は、第１の電源電圧が印加される場合および前記第１の電源電圧より低い第２の電源電圧が印加される場合に共通に用いられ、且つ、前記第１の導電経路では、前記発熱抵抗体が前記長手方向に沿って前記基板の前記短手方向の両端側に位置し、
前記第２の導電経路は、前記第２の電源電圧が印加される場合に用いられ、且つ、前記第２の導電経路では、前記発熱抵抗体が前記長手方向に沿って前記第１の導電経路に挟まれる前記短手方向の中間に位置し、
前記第２の導電経路の前記発熱抵抗体の抵抗温度係数を、前記第１の導電経路の前記発熱抵抗体の抵抗温度係数より大きくしたことを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記第１の導電経路に関し、前記基板の前記短手方向の両端側に位置する前記発熱抵抗体は電気的に直列に設けられることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記第１の導電経路に関し、前記基板の前記短手方向の両端側に位置する前記発熱抵抗体は電気的に並列に設けられることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項４】
前記第１の導電経路に関し、前記発熱抵抗体は、前記基板の前記短手方向における中央位置に関して対称的に設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒータ。
【請求項５】
前記第２の導電経路に関し、前記発熱抵抗体は、前記基板の前記短手方向における中央位置に設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒータ。
【請求項６】
前記第２の導電経路に関し、前記発熱抵抗体は、前記基板の前記短手方向における中央位置に関して対称的に設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒータ。
【請求項７】
回動可能であって回動方向に交差する方向に加熱可能な加熱回動部材と、
前記加熱回動部材の内周側に設けられるヒータと、
前記ヒータに摺動して回動する前記加熱回動部材を介してニップ部を形成する加圧部材と、
を有し、前記ニップ部に画像を担持した記録材を挟持搬送して前記画像を加熱する画像加熱装置であって、
前記ヒータは請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヒータであり、かつ前記回動方向に交差する方向を前記長手方向とすることを特徴とする画像加熱装置。
【請求項８】
前記ヒータの過昇温により作動する過昇温防止手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の画像加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８５１０（Ｐ２０１３−８５１０Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３９３７５（Ｐ２０１１−１３９３７５）
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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