加熱体、像加熱装置、及び画像形成装置
【課題】非通紙部昇温の低減と、加熱体制御系の故障などにより発生する熱暴走を抑止できるようにする
【解決手段】基板７と、前記基板の基板面上に前記基板の長手方向に沿って設けられた正の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体６と、前記基板の基板面上に前記基板の長手方向に沿って設けられた負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体１５と、を有する加熱体３において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体は電気的に直列に接続されており、前記基板の短手方向において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体が重なる領域を有し、かつ前記基板の長手方向において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体が、負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体よりも短いことを特徴とする。
【解決手段】基板７と、前記基板の基板面上に前記基板の長手方向に沿って設けられた正の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体６と、前記基板の基板面上に前記基板の長手方向に沿って設けられた負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体１５と、を有する加熱体３において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体は電気的に直列に接続されており、前記基板の短手方向において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体が重なる領域を有し、かつ前記基板の長手方向において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体が、負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体よりも短いことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載する加熱定着装置のヒータとして用いれば好適な加熱体、その加熱体を備える像加熱装置、その像加熱装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式のプリンタや複写機に搭載する加熱定着装置（定着器）として、セラミック製の基板上に発熱抵抗体を有するヒータ、ヒータに接触しつつ移動する定着フィルム、定着フィルムを介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有するものがある。未定着トナー画像を担持する記録材は定着器のニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上の画像は記録材に加熱定着される。この定着器は、ヒータへの通電を開始し定着可能温度まで昇温するのに要する時間が短いというメリットを有する。したがって、この定着器を搭載するプリンタは、プリント指令の入力後、一枚目の画像を出力するまでの時間（ＦＰＯＴ：Ｆｉｒｓｔ Ｐｒｉｎｔ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ）を短く出来る。またこのタイプの定着器は、プリント指令を待つ待機中の消費電力が少ないというメリットもある。
【０００３】
ところで、定着フィルムを用いた定着器を搭載するプリンタで小サイズの記録材を大サイズの記録材と同じ間隔で連続プリントすると、ヒータの記録材が通過しない領域（非通紙領域）が過度に昇温することが知られている。ヒータの非通紙領域が過昇温すると、ヒータを支持するホルダや加圧ローラが熱により損傷する場合がある。
【０００４】
そこで、定着フィルムを用いた定着器を搭載するプリンタは、小サイズの記録材に連続プリントする場合、大サイズの記録材に連続プリントする場合よりもプリント間隔を広げる制御を行いヒータの非通紙部の過昇温を抑えている。
【０００５】
しかしながら、プリント間隔を広げる制御は単位時間当りの出力枚数を減らすものであり、単位時間当りの出力枚数を大サイズの記録材の場合と同等或いは若干少ない程度に抑えることが望まれる。
【０００６】
そこで、上述した定着器に用いるヒータとして、温度が上昇するほど抵抗値が下がる負の抵抗温度特性（ＮＴＣ：Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）のものを用いることも考えられている。ヒータが負の抵抗温度特性であれば、非通紙領域が過昇温しても非通紙領域の抵抗値は下がるので非通紙領域が過度の昇温を抑えられるという発想である。
【０００７】
しかし、一般的に負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体は体積抵抗が高く、商用電源で使用できる範囲の抵抗を得ることは通常の発熱抵抗体パターンでは困難である場合が多い。
【０００８】
この負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体を用いて商用電源で使用できる範囲の抵抗を得るようにした加熱体が特許文献１に提案されている。この加熱体では、例えばグラファイト等の負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体を基板を長手方向に分割し、分割した発熱抵抗体の１区域には基板の短手方向（記録材搬送方向）に給電し、分割した発熱抵抗体の区域同士は直列に接続してある。このような構成の発熱抵抗体パターンを有する加熱体を用いることにより、簡単な構成で非通紙部昇温を低減することができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２５４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記定着器に用いるヒータ（加熱体）においては、非通紙部昇温の低減と、加熱体制御系の故障などにより発生する熱暴走を抑止することが求められている。
【００１１】
本発明の目的は、非通紙部昇温の低減と、加熱体制御系の故障などにより発生する熱暴走を抑止できるようにした加熱体、像加熱装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記目的を達成するための本発明に係る加熱体の構成は、基板と、前記基板の基板面上に前記基板の長手方向に沿って設けられた正の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体と、前記基板の基板面上に前記基板の長手方向に沿って設けられた負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体と、を有する加熱体において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体は電気的に直列に接続されており、前記基板の短手方向において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体が重なる領域を有し、かつ前記基板の長手方向において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体が、負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体よりも短いことを特徴とする。
【００１３】
（２）上記目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の構成は、加熱体と、前記加熱体と接触しながら移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を介して前記加熱体と共にニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に画像を加熱する像加熱装置において、前記加熱体が（１）の記載の加熱体であることを特徴とする。
【００１４】
（３）上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の構成は、記録材上に画像を形成する像形成手段と、前記記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段として（２）に記載の像加熱装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、非通紙部昇温の低減と、加熱体制御系の故障などにより発生する熱暴走を抑止できるようにした加熱体、像加熱装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１に係るヒータの正面図
【図２】実施例１に係るヒータの正面図及び背面図と、このヒータの通電制御系の説明図
【図３】図２に示すヒータのＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図
【図４】定着装置の横断側面模式図
【図５】画像形成装置の一例の概略構成図
【図６】比較例１のヒータの正面図
【図７】比較例２のヒータの正面図
【図８】比較例１のヒータの発熱抵抗体のモデル図
【図９】実施例１に係るヒータの発熱抵抗体のモデル図
【図１０】本実施例、比較例１、比較例２の各ヒータの総抵抗の温度変化を表す図
【図１１】本実施例、比較例１、比較例２の各ヒータに１４０Ｖの電圧を印加し全通電した場合の電力の温度変化を表す図
【図１２】実施例１に係るヒータの発熱抵抗体の中央と端部に印加される電力の温度変化を表す図
【図１３】実施例１に係るヒータの変形例の正面図
【図１４】実施例２に係るヒータの正面図
【図１５】実施例３に係るヒータの正面図及び背面図と、このヒータの給電制御系の説明図
【図１６】図１５に示すヒータのＸＶＩ−ＸＶＩ線矢視断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[実施例１]
（１）画像形成装置例
図５は本発明に係る像加熱装置を画像定着装置（定着器）として搭載する画像形成装置の一例の概略構成図である。この画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。このプリンタは、搬送可能な最大用紙幅をＡ４サイズ（２１０ｍｍ）とする。このプリンタの記録材の基準搬送は、記録材の搬送方向と直交する方向における記録材搬送路の中央とその方向における記録材の端部間の中央とを一致させて記録材の搬送を行う中央基準搬送である。
【００１８】
１０１は像担持体としての電子写真感光体ドラム（以下、感光体ドラムと記す）である。感光体ドラム１０は、矢示の反時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転される。
【００１９】
１０２は接触帯電ローラ等の帯電手段である。この帯電手段１０２により感光体ドラム１０１の外周面（表面）が所定の極性・電位に一様に帯電処理（一次帯電）される。
【００２０】
１０３は画像露光手段としてのレーザービームスキャナである。レーザービームスキャナ１０３は、不図示のイメージスキャナやコンピュータ等の外部装置から入力する目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応してオン／オフ変調したレーザー光を出力して、感光体ドラム１０１の帯電処理面を走査露光（照射）する。この走査露光により感光体ドラム１０１表面の帯電処理面の露光明部の電荷が除電され帯電処理面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００２１】
１０４は現像装置である。現像装置１０４は、現像装置１０４に設けられている現像スリーブ（不図示）から感光体ドラム１０１表面の帯電処理面にトナー（現像剤）を供給し帯電処理面の静電潜像（静電像）をトナー画像（現像像）として現像する。レーザービームプリンタの場合、一般的に、静電潜像の露光明部にトナーを付着させて現像する反転現像方式が用いられる。
【００２２】
１０６は接触型・回転型の転写部材としての転写ローラである。転写ローラ１０６にはトナーと逆極性の転写バイアスが印加されることで後述の転写部位において感光体ドラム１０１のトナー画像が記録材上に静電的に転写される。以上が像形成手段としての画像形成機構部の構成である。
【００２３】
１０９は給紙カセットである。給紙カセット１０９には記録材Ｐを積載収納させてある。給紙スタート信号に基づいて給紙ローラ１０８が駆動されて給紙カセット１０９内の記録材Ｐが一枚ずつ分離給紙される。そしてその記録材Ｐは、搬送ローラ１１０、レジストローラ１１１等を含むシートパス１１２を通って、感光体ドラム１０１表面と転写ローラ１０６の外周面（表面）との当接ニップ部である転写部位に所定のタイミングで導入される。すなわち、感光体ドラム１０１表面上のトナー画像の先端部が転写部位に到達したとき、記録材Ｐの先端部もちょうど転写部位に到達するタイミングとなるようにレジストローラ１１１で記録材Ｐの搬送が制御される。
【００２４】
転写部位に導入された記録材Ｐは、この転写部位を感光体ドラム１表面と転写ローラ１０６表面とにより挟持搬送され、その間、転写ローラ１０６には不図示の転写バイアス印加電源から転写電圧（転写バイアス）が印加される。この転写ローラ１０６及び転写電圧制御については後述する。
【００２５】
転写部位においてトナー画像の転写を受けた記録材Ｐは、感光体ドラム１０１表面から分離されてシートパス１１３を通って像加熱装置としての画像定着装置（以下、定着装置と称す）１０７へ搬送導入され、ここでトナー画像の加熱・加圧定着処理を受ける。
【００２６】
一方、記録材分離後（記録材Ｐに対するトナー画像転写後）の感光体ドラム１０１表面はクリーニング装置１０５で転写残トナーや紙粉等の除去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。
【００２７】
定着装置１０７を通った記録材Ｐは、シートパス１１４を通って排紙口から排紙トレイ１１５上に排出される。
【００２８】
転写ローラ１０６は、一般にＳＵＳ、Ｆｅ等の芯金上にカーボン、イオン導電性フィラー等で１×１０６〜１×１０１０Ω程度の抵抗に調整された半導電性のスポンジ弾性層を形成した弾性スポンジローラが用いられる。本実施例では、芯金の外回りに同心一体に、ＮＢＲゴムと界面活性剤等を反応させ、導電性を有する弾性層をローラ状に成形具備させてなるイオン導電系の転写ローラを用いた。抵抗値は１×１０８〜５×１０８Ωの範囲のものを用いた。
【００２９】
（２）定着装置１０７
次に、本実施例１における定着装置１０７について説明する。
【００３０】
以下の説明において、定着装置及びこの定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向をいう。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向をいう。長さとは長手方向の寸法をいう。幅とは短手方向の寸法をいう。記録材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向をいう。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向をいう。長さとは長手方向の寸法をいう。
【００３１】
図４は本実施例に係るフィルム加熱方式の定着装置の横断側面模式図である。この装置は特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報、同４−２０４９８０〜２０４９８４号公報などに開示のテンションレスタイプの装置である。
【００３２】
テンションレスタイプのフィルム加熱方式の定着装置は、可撓性部材として耐熱性フィルム（エンドレスフィルム）を用いている。そして耐熱性フィルムとしては、エンドレスベルト状もしくは円筒状のものを用いている。耐熱性フィルムの周長の少なくとも一部は常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）とし、耐熱性フィルムは加圧体（バックアップ部材）としての加圧ローラの回転駆動力で回転駆動するようにした装置である。
【００３３】
（２−１）ステー
１は加熱体としてのヒータ３を支持する支持部材としてのステーである。ステー１は、ヒータ支持部材兼フィルムガイド部材としての耐熱性剛性部材である。このステー１は、ステー１の長手方向両端部が装置フレーム（不図示）に支持されている。ステー１の下面には、ステーの長手方向に沿ってヒータ３を配設して支持させてある。ヒータ３の詳細については後述する。
【００３４】
ステー１は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、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、ガラス等との複合材料などで構成できる。本実施例では液晶ポリマーを用いた。
【００３５】
（２−２）耐熱性フィルム（エンドレスフィルム）
２はエンドレス（円筒状）の耐熱性フィルム（以下、フィルムと称す）である。フィルム２は、ヒータ３を支持しているステー１に外嵌させてある。フィルム２の内周長とヒータ３を支持しているステー１の外周長はフィルム２の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてある。従ってフィルム２は周長に余裕を持ってステー１に外嵌されている。Ａは記録材搬送方向である。
【００３６】
フィルム２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、フィルム膜厚は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の単層フィルム、或いは複合層フィルムを使用できる。複合層フィルムとして、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。本実施例では、膜厚５０μｍのポリイミドフィルムの外周表面にＰＴＦＥをコーティングしたものを用いた。フィルム２の外径は２４ｍｍとした。
【００３７】
（２−３）加圧ローラ（バックアップ部材）
４は加圧ローラである。加圧ローラ４は、ヒータ３との間にフィルム２を挟んでヒータ３とニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成し、かつフィルム２を回転駆動させるローラ部材である。加圧ローラ４は、丸軸状の芯金４ａと、芯金４ａの外周面上にローラ状に設けられた弾性体層４ｂと、弾性体層４ｂの外周面上に設けられた最外層の離形層４ｃと、を有する。この加圧ローラ４は、ステー１に外嵌させたフィルム２と並列に配置され、芯金４ａの長手方向両端部が装置フレームに軸受（不図示）を介して回転自在に支持されている。そしてその軸受を加圧バネ等の付勢手段（不図示）により所定の押圧力をもって付勢し加圧ローラ４の外周面（表面）をフィルム２を挟ませてヒータ３の表面（フィルム摺動面）に加圧することにより加圧ローラ４の弾性体層４ｂを弾性変形させている。その弾性体層４ｂの弾性変形によってフィルム２の外周面（表面）と加圧ローラ４表面との間に未定着トナー画像Ｔの加熱定着に必要な所定幅のニップ部Ｎを形成している（図４参照）。本実施例では、芯金４ａはアルミ芯金を用いた。弾性体層４ｂはシリコーンゴムを用いた。離形層４ｃは厚さ約３０μｍのＰＦＡのチューブを用いた。加圧ローラ４の外径は２２ｍｍ、弾性体層４ｂの厚さは約３ｍｍとした。
【００３８】
この加圧ローラ４は、芯金４ａの長手方向一端部に設けられている駆動ギア（不図示）が駆動モータなどを有する回転駆動系Ｍにより回転されることによって矢印の時計方向に所定の周速度で回転される。この加圧ローラ４の回転により、ニップ部Ｎにおける加圧ローラ４表面とフィルム２表面との摩擦力でフィルム２に回転力が作用する。これによりフィルム２は、フィルム２の内周面（内面）がニップ部でヒータのオーバーコート層８の表面（フィルム摺動面）に密接して摺動しながらステー１の外回りを矢印の反時計方向に加圧ローラの回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転（移動）する。
【００３９】
（３）ヒータ（加熱体）３
次に、ヒータ３について説明する。図２は本実施例に係るヒータ３の正面図及び背面図と、このヒータの通電制御系の説明図である。図３は図２に示すヒータ３のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【００４０】
本実施例に示すヒータ３は、細長いヒータ基板（以下、基板と称す）７を有する。そしてこの基板７のフィルム２側の表面上（基板面上）に、発熱抵抗体６，１５と、電極としての給電用電極９，１０と、導電パターン１４と、保護層としての耐熱性のオーバーコート層８などを有する全体に低熱容量の加熱体である。
【００４１】
基板７は、耐熱性、絶縁性及び良熱伝導性を有する。基板７の材料としては、例えば、酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等のセラミックス材料が用いられる。本実施例では、基板７として、幅７ｍｍ、長さ２７０ｍｍ、厚さ１ｍｍの酸化アルミニウム基板を使用している。
【００４２】
発熱抵抗体６は、基板７の短手方向において、記録材搬送方向上流側の基板端部の内側に設けられている。発熱抵抗体１５は、基板７の短手方向において、記録材搬送方向下流側の基板端部の内側に設けられている。記録材搬送方向上流側の発熱抵抗体６は、グラファイトと、ガラス粉末（無機結着剤）と、有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、基板７の表面上に形成して得たものである。発熱抵抗体６は、図２に示すように、４つの区域に分割されている。発熱抵抗体６の形状・特性の詳細については後述する。記録材搬送方向下流側の発熱抵抗体１５は、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）と、ガラス粉末（無機結着剤）と、有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、基板７の表面上に形成して得たものである。発熱抵抗体１５の形状・特性の詳細についても後述する。
【００４３】
導電パターン１４は、発熱抵抗体６と発熱抵抗体１５とを電気的に直列に接続するように配設されている。即ち、基板７の短手方向において発熱抵抗体６の両側には、導電パターン１４−１（第１の導電パターン），１４−２（第２の導電パターン）が基板７の長手方向に沿って設けられている。基板７の長手方向において発熱抵抗体１５の両側には、導電パターン１４−３（第１の導電パターン），１４−４（第２の導電パターン）が基板７の長手方向に沿って設けられている。そして発熱抵抗体６の外側（上流側）に設けられている導電パターン１４−１は発熱抵抗体１５の導電パターン１４−３と接続されている。そして、導電パターン１４−１には給電用電極９が、導電パターン１４−４には給電用電極１０が、それぞれ接続されている。以下、発熱抵抗体６とその両側の導電パターン１４−１、１４−２を第１の発熱セグメントＳ１と称し、発熱抵抗体１５とその両側の導電パターン１４−３、１４−４を第２の発熱セグメントＳ２と称する。第１の発熱セグメントＳ１と第２の発熱セグメントＳ２は上述の導電パターン１４−１と１４−３を介して電気的に直列に繋がっている。また第１の発熱セグメントＳ１は、基板７の長手方向に４つの発熱部分６を有し、この４つの発熱部分は上述の導電パターン１４−１と１４−２を介して電気的に直列に繋がっている。
【００４４】
給電用電極９，１０と導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４は，銀を材料としたペーストを基板７表面上にスクリーン印刷したものである。給電用電極９，１０と導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４は発熱抵抗体６，１５に給電する目的で設けられている。そのため、給電用電極９，１０と導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４の抵抗は発熱抵抗体６，１５に対して十分低くしている。
【００４５】
オーバーコート層８は、発熱抵抗体６，１５と導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４を保護するように基板７表面上に設けられている。このオーバーコート層８は、発熱抵抗体６，１５とヒータ３表面との電気的な絶縁性を確保することと、ヒータ３表面とフィルム２内面との摺動性を確保することが主な目的である。本実施例では、オーバーコート層８として厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。
【００４６】
基板７のステー１側の裏面（（非フィルム摺動面））には、ヒータ３の温度を検知する温度検知部材としての検温素子５が設けられている。本実施例では、検温素子としてヒータ３から分離した外部当接型のサーミスタを用いている。この外部当接型サーミスタ５は、例えば支持体上に断熱層を設けその上にチップサーミスタの素子を固定し、素子を下側（基板７裏面側）に向けて所定の加圧力により基板７裏面に当接するような構成をとる。本実施例では、支持体として高耐熱性の液晶ポリマーを用い、断熱層としてセラミックスペーパーを積層したものを用いた。外部当接型サーミスタ５は基板７の最小通紙域内即ち基板７の長手方向においてサイズの異なる記録材Ｐが必ず通過する領域内に設けられている。そしてそのサーミスタ５はヒータ制御系（加熱体制御系）ＨＣの制御手段としてのＣＰＵ１１と電気的に接続されている。ヒータ制御系ＨＣは、ＣＰＵ１１とトライアック１２などを有している。
【００４７】
また、基板７の裏面には、ヒータ制御系ＨＣの故障などによりヒータ３の温度が異常昇温した場合に、発熱抵抗体６，１５への通電を遮断するための感熱素子としてサーモスイッチや温度ヒューズなどが設けられている。本実施例では、感熱素子１７として、所定の温度でバイメタルが反転することにより電流を遮断することができる機構をもつサーモスイッチを用いた。外部当接型サーミスタ５と同じく、サーモスイッチ１７も最小通紙域内に設けられている。
【００４８】
上述のように構成されたヒータ３は、ヒータ３のオーバーコート層８を形成具備させた表面側を下向きに露呈させてステー１の下面側に支持させて固定配設してある。以上の構成をとることにより、ヒータ３全体を低熱容量にすることができ、クイックスタートが可能になる。
【００４９】
ヒータ３は、基板７の長手方向端部に設けられている給電用電極９，１０に商用電源（電源）１３から給電用コネクタ（不図示）を通じて給電される。これにより、給電用電極１０と給電用電極９間で発熱抵抗体６，１５に導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４を通じて図７にて矢印で示す通電経路を辿って通電される。発熱抵抗体６，１５は通電により長手方向全長にわたって発熱することで昇温する。その昇温がサーミスタ５で検知され、サーミスタ５の出力信号（温度検知信号）をＡ／Ｄ変換しＣＰＵ１１に取り込む。ＣＰＵ１１は、サーミスタ５からの出力信号に基づいてトライアック１２により発熱抵抗体６に通電する電力を位相制御や、波数制御などにより制御して、ヒータ３の温度制御を行う。即ちサーミスタ５の検知温度が所定の定着温度（目標温度）より低いとヒータ３が昇温するように、所定の定着温度より高いと降温するように通電を制御することで、ヒータ３は所定の定着温度に保たれる。本実施例では位相制御により出力を０〜１００％まで５％刻みの２１段階で変化させている。出力１００％はヒータ３に全通電したときの出力を示す。
【００５０】
ヒータ３の温度が所定の定着温度に立ち上がり、かつ加圧ローラ４の回転によるフィルム２の回転周速度が定常化した状態においてニップ部Ｎに未定着トナー画像Ｔを担持する記録材Ｐが転写部位より導入される。そして、記録材Ｐがフィルム２と一緒にニップ部Ｎを挟持搬送されることによりヒータ３の熱がフィルム２を介して記録材Ｐに付与され記録材Ｐ上のトナー画像Ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。ニップ部Ｎを通った記録材Ｐはフィルム２表面から分離されて搬送される。
【００５１】
以下に本実施例のヒータ３の製法を述べる。まず、酸化アルミニウム製の基板７の基板表面上に給電用電極９，１０と導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４を同時にスクリーン印刷し、乾燥後、８００℃程度の温度で焼成する。次に、前述の銀パラジウムペーストをスクリーン印刷し、乾燥後、８００℃程度の温度で焼成して発熱抵抗体１５を形成する。更に、前述のグラファイトペーストをスクリーン印刷し、乾燥・焼成し発熱抵抗体６を形成する。グラファイトは７００℃程度で表面酸化が始まるので、この時の焼成温度は約６００℃とした。その後、オーバーコート層８をスクリーン印刷により形成し、乾燥・焼成する。グラファイトの耐熱性を考慮して、オーバーコート層８の材料は４００〜５００℃で焼成可能なガラスを選択した。
【００５２】
次に、本実施例の発熱抵抗体６，１５の形状・特性について詳細に説明する。図１は本実施例に係るヒータ３の正面図である。図１においては、簡単のためオーバーコート層８を省略している。
【００５３】
本実施例では、ヒータ３の記録材搬送方向上流側の発熱抵抗体６と記録材搬送方向下流側の発熱抵抗体１５とを導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４を介して直列接続している。図１に示すように、記録材搬送方向上流側の発熱抵抗体６は、基板７の長手方向において４つの発熱部分（以下、区域と称す）に分割されている。発熱抵抗体６の４つの区域のうち、中央の２つの区域を６ａとし、端部の２つの区域を６ｂとする。分割された発熱抵抗体６の各区域には記録材搬送方向Ａの向きに給電するように導電パターン１４−１，１４−２を配設している。そして分割された隣り合う区域同士は導電パターン１４−１，１４−２のうち何れか一方の導電パターンによって直列に接続されている。よって、給電用電極９，１０に給電されると、各区域に流れる電流は図１の矢印の向き（ヒータ３の短手方向）になる。本実施例の発熱抵抗体６は、特許文献１に記載されている分割パターンと同じ構成をとっている。
【００５４】
発熱抵抗体６ａ，６ｂの１区域の長手方向の長さａ及び幅ｄは４区域で全て同じとしている。本実施例では、長さａは５５ｍｍとし、幅ｄは１ｍｍとした。また、分割された隣り合う区域間の隙間ｇの長さｃは全て０．５ｍｍとしている。よって、発熱抵抗体６の全長は隙間を含めると２２１．５ｍｍになり、本実施例の最大通紙幅Ａ４ サイズ（紙幅：２１０ｍｍ）よりも長い。そして、発熱抵抗体６の基板７の長手方向の中心位置（中央の２つの区域６ａ間の隙間ｇの中心）を、記録材Ｐの短手方向の中心位置ＣＬと一致させている。発熱抵抗体６の厚さは４つの区域とも約１０μｍとした。
【００５５】
また、本実施例では、発熱抵抗体６の中央の２つの区域６ａと端部の２つの区域６ｂとでシート抵抗を変えている。発熱抵抗体６の材料に用いているグラファイトとガラスを主成分としたペーストの常温のシート抵抗は５０〜５００Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）程度であり、グラファイトとガラスの配合比で調整することができる。本実施例では、中央の２つの区域６ａのシート抵抗は１４０Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）、端部の２つの区域６ｂのシート抵抗はその２倍の２８０Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）とした（いずれも常温の値）。よって、２つの区域６ａの１つの区域の抵抗Ｒ１（搬送方向Ａの向きの抵抗）は２．５Ω、２つの区域６ｂの１つの区域の抵抗Ｒ２はその２倍の５．０Ω、発熱抵抗体６全体の総抵抗は１５．０Ωとなる（全て常温の値）。
【００５６】
本実施例のヒータ３は、発熱抵抗体６の中央の２つの区域６ａと端部の２つの区域６ｂとで抵抗を変えているので、中央の２つの区域６ａと端部の２つの区域６ｂの発熱量も異なる。中央の２つの区域６ａの基板７の長手方向における単位長さあたりの発熱量をＸ、端部の２つの区域６ｂの基板７の長手方向における単位長さあたりの発熱量をＹとする。すると、中央の２つの区域６ａと端部の２つの区域６ｂで流れる電流は共通なので、Ｘ＜Ｙ（２Ｘ＝Ｙ）という関係になる。
【００５７】
従来の発熱抵抗体は銀パラジウム等の金属を主体としたペーストで形成されているのが一般的であり、ＰＴＣ特性（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：温度が上がると抵抗が高くなる正の抵抗温度特性）を示す。一方、本実施例で発熱抵抗体６として用いているグラファイトは、ＮＴＣ特性（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：温度が上がると抵抗が低くなる負の抵抗温度特性）を示すことが知られている。
【００５８】
本実施例の発熱抵抗体６の抵抗変化率は−７００ｐｐｍ／℃程度（２５℃から３００℃までの抵抗変化率 以下の抵抗変化率の値も同様）とした。
【００５９】
次に、記録材搬送方向下流側の発熱抵抗体１５について説明する。発熱抵抗体１５は、基板７の長手方向に給電するので、電流の流れる方向は図１の矢印の向き（ヒータ３の長手方向）になる。発熱抵抗体１５の長さｂは１１０．５ｍｍとし、幅ｄは発熱抵抗体６と同じく１ｍｍとした。図１に示す通り、発熱抵抗体１５は、発熱抵抗体６の中央の２つの区域６ａ、及びこの２つの区域６ａ間の隙間ｇと同じ位置に配置してある。よって、発熱抵抗体１５の基板７の長手方向の中心位置（破線の位置）も、記録材Ｐの短手方向の中心位置ＣＬと一致させている。発熱抵抗体１５の厚さは発熱抵抗体６と同じく約１０μｍとした。
【００６０】
本実施例では、発熱抵抗体１５の常温のシート抵抗を２７ｍΩ／ｓｑ（厚さ１０μｍ）としたので、その抵抗２ｒは常温で３．０Ωである（発熱抵抗体１５の半分の長さの抵抗をｒとしている ｒ＝１．５Ω）。よって、発熱抵抗体６と発熱抵抗体１５と合わせた発熱抵抗体全体の総抵抗（給電用電極９，１０間の抵抗）は、常温で１８．０Ωである。
【００６１】
発熱抵抗体１５はＰＴＣ特性を示す銀パラジウムペーストで形成されており、その抵抗変化率は３０００ｐｐｍ／℃程度とした。銀パラジウムペーストの抵抗変化率は銀とパラジウムの配合比によって調整することができる。本実施例のヒータ３では、記録材搬送方向上流側の発熱抵抗体６をＮＴＣ特性を有する発熱抵抗体とし、記録材搬送方向下流側の発熱抵抗体１５をＰＴＣ特性を有する発熱抵抗体とする構成をとっている。
【００６２】
従来の発熱抵抗体は、シート抵抗の低い銀パラジウム等の金属を主体としたペーストで形成されているので、発熱抵抗体１５のように長手方向に給電するパターンが一般的である。グラファイトペーストはＮＴＣ特性を示す材料の中では比較的シート抵抗が低い方であるが、銀パラジウム等の金属ペーストに比べるとシート抵抗は大きい。よって、グラファイトペーストで発熱抵抗体１５のように長手方向に給電するパターンを形成すると、抵抗が非常に大きくなりヒータとして用いることができない。これはグラファイト以外のＮＴＣ特性を示す材料にも一般的に言えることである。よって、特許文献１でも説明している通り、シート抵抗の大きいグラファイトペーストを、商用電源で使用できる範囲の総抵抗にするために、発熱抵抗体６を分割して各区域で基板７の短手方向に電流を流す構成を用いている。
【００６３】
発熱抵抗体６において、発熱抵抗体６の長手方向全域で、均一な定着性を得るためには、所定の定着温度において発熱抵抗体６の長手方向全域で単位長さあたりの発熱量を同じにする必要がある。本実施例において、発熱抵抗体６，１５の長手方向の領域を、中央（発熱抵抗体６ａと発熱抵抗体１５が存在する領域）と端部（発熱抵抗体６ｂが存在する領域）の２つに分けて考えると、中央の抵抗は２×（Ｒ１＋ｒ）、端部の抵抗は２×Ｒ２となる。本実施例では、定着温度を２００℃としており、その定着温度における各抵抗が以下の関係を満たすように設定している。
【００６４】
Ｒ１＝ｒ＝Ｒ２／２
前述した通り、常温の各抵抗の値は、Ｒ１＝２．５Ω、Ｒ２＝５．０Ω、ｒ＝１．５Ω（総抵抗１８．０Ω）である。発熱抵抗体６，１５の抵抗変化率はそれぞれ−７００ｐｐｍ／℃、３０００ｐｐｍ／℃としている。このため、定着温度２００℃における各抵抗の値は、Ｒ１＝２．２Ω、Ｒ２＝４．４Ω、ｒ＝２．２Ω（総抵抗１７．６Ω）となり上式の関係となる。つまり、定着温度２００℃で上式を満足するように、各発熱抵抗体６，１５のシート抵抗と抵抗変化率と幅と厚さを選択している。
【００６５】
上式の関係を満たすように各抵抗を設定することにより、定着温度２００℃において、中央の抵抗２×（Ｒ１＋ｒ）と端部の抵抗２×Ｒ２は同じになり、各抵抗を流れる電流は共通なので、中央と端部の発熱量も同じになる。以上の構成をとることによって、本実施例のように、上下流で発熱抵抗体の長さと抵抗変化率が異なる加熱体においても、長手全域で均一な定着性が得られるようにしている。
【００６６】
本実施例との比較のために、比較例のヒータ構成について説明する（この比較例を比較例１とも称す）。図６は比較例１のヒータの正面図である。１６は比較例１の発熱抵抗体である。発熱抵抗体１６は、銀パラジウムと、ガラス粉末（無機結着剤）と、有機結着剤を混練して調合したペーストを、酸化アルミニウム基板７上にスクリーン印刷により、幅１ｍｍ、長さ２２０ｍｍ、厚さ約１０μｍの線帯状に形成して得たものである。発熱抵抗体１６の長さは、本実施例の発熱抵抗体６の全長から隙間ｇ部分を除いた長さ（５５ｍｍ×４）と同じとした。また、比較例１においても、発熱抵抗体１６のヒータ３の長手方向の中心位置は、記録材Ｐの短手方向の中心位置ＣＬと一致させている。発熱抵抗体１６の厚さは約１０μｍとした。比較例１の発熱抵抗体１６は、常温のシート抵抗を７７Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）としており、抵抗は常温で１７．０Ωである。発熱抵抗体１６の抵抗変化率は２００ｐｐｍ／℃程度としているので、定着温度２００℃における抵抗は１７．６Ωであり、本実施例と同じにしている。
【００６７】
なお、発熱抵抗体１６の材料・形状及び導電パターン１４の形状以外のヒータ構成は本実施例と同じとした。オーバーコート層は厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いているが、図６では簡単のため省略している。比較例１の発熱抵抗体１６は長手方向に給電され、電流は図６に示すヒータの長手方向に流れる。比較例１はＰＴＣ特性を有する発熱抵抗体のみで構成されたヒータの一般的な構成である。
【００６８】
次に、本実施例との比較のために、本発明者が特許文献１で提案したヒータ構成について説明する（この比較例を比較例２とも称す）。比較例２は、ＮＴＣ特性を有する発熱抵抗体で構成されたヒータの一例である。図７は比較例２のヒータの正面図である。比較例２の発熱抵抗体１８は、本実施例と同じグラファイト・ガラスを主成分とするペーストを用いている。発熱抵抗体１８及び導電パターン１４の形状以外のヒータ構成は本実施例と同じとした。オーバーコート層は厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いているが、図７では簡単のため省略している。
【００６９】
図７に示す通り、比較例２の発熱抵抗体１８の形状は、本実施例の構成から下流側のＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５を削除したものになっており、本実施例の発熱抵抗体６と全く同じである。分割された１つの区域の長手方向の長さａ、幅ｂ、区域間の隙間ｇの距離ｃも、本実施例と同じ値としている。よって、発熱抵抗体１８の全長は隙間を含めると２２１．５ｍｍとなり、本実施例の発熱抵抗体６の全長と同じである。比較例２においても、発熱抵抗体１８のヒータ長手方向の中心位置は、記録材Ｐの短手方向の中心位置ＣＬと一致させている。発熱抵抗体１８の厚さは約１０μｍとした。
【００７０】
比較例２でも、定着温度２００℃における抵抗は、本実施例、比較例１の各ヒータと同じ１７．６Ωにしている。２００℃でこの抵抗になるように、発熱抵抗体１８の常温のシート抵抗は２８０Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）、抵抗変化率は−７００ｐｐｍ／℃程度（本実施例の発熱抵抗体６と同じ）としている。よって、発熱抵抗体１８の常温における総抵抗は２０．１Ωである。なお、本実施例では発熱抵抗体６の中央と端部でシート抵抗を変えているが、比較例２の発熱抵抗体１８では４つの区域とも同じシート抵抗としている。
【００７１】
比較例１のヒータを備えた定着装置に小サイズ紙を通紙すると、前述した非通紙部昇温が発生する。比較例１のヒータを本実施例で説明した定着装置に搭載した場合を考え、以下、非通紙部昇温についてモデル図を用いて説明する。
【００７２】
図８は比較例１のヒータの発熱抵抗体１６のモデル図である。ここでは、発熱抵抗体１６を長さａ（＝５５ｍｍ）に４分割して考え、中央の２つの区域の抵抗をそれぞれｒ１、端部の２つの区域の抵抗をそれぞれｒ２とする（中央と端部の温度が同じであればｒ１＝ｒ２）。２（ｒ１＋ｒ２）が総抵抗になり、常温では１７．０Ωである。発熱抵抗体１６に流れる電流をｉとすると、中央の１区域の発熱量ｑ１はｉ２×ｒ１であり、端部の１区域の発熱量ｑ２はｉ２×ｒ２である。
【００７３】
簡単のため、幅２ａ（＝１１０ｍｍ）の小サイズ紙が通紙された場合を考えると、中央の抵抗がｒ１の区域は通紙部に、端部の抵抗がｒ２の区域は非通紙部になる。ヒータの温度制御は通紙部に設けられたサーミスタ５で行われるので、小サイズ紙に熱を奪われる通紙部に比べて、小サイズ紙に熱を奪われない非通紙部の温度は上昇する。比較例１の発熱抵抗体１６はＰＴＣ特性を示すため、小サイズ紙通紙時はｒ１＜ｒ２となる。電流ｉは通紙部、非通紙部で同じであるためｑ１＜ｑ２となり、非通紙部の発熱量は中央の発熱量よりも大きくなる。
【００７４】
本実施例のヒータ３についても、同様にモデル図を用いて考えてみる。図９は本実施例に係るヒータ３の発熱抵抗体６，１５のモデル図である。前述の通り、発熱抵抗体６ａの１つの区域の抵抗をＲ１、発熱抵抗体６ｂの１つの区域の抵抗をＲ２、発熱抵抗体１５の半分の長さの抵抗（発熱抵抗体６の１区域分に相当）をｒとする。なお、発熱抵抗体１５の長さｂは１１０．５ｍｍであるが、ここでは、簡単のため、長さを２ａ（＝１１０ｍｍ）として説明する。本実施例の発熱抵抗体６，１５の総抵抗は、２（Ｒ１＋Ｒ２＋ｒ）であり、常温では１８．０Ωである。発熱抵抗体６，１５に流れる電流をＩとすると、中央の長さａ分（１区域相当分）の発熱量Ｑ１はＩ２×（Ｒ１＋ｒ）であり、端部の長さａ分（１区域相当分）の発熱量Ｑ２はＩ２×Ｒ２である。定着温度の２００℃では、前述の通り、Ｒ１＝ｒ＝Ｒ２／２という関係になっているので、Ｑ１＝Ｑ２であり、中央と端部の発熱量は等しい。
【００７５】
比較例１のヒータの場合と同様に、幅２ａ（＝１１０ｍｍ）の小サイズ紙が通紙された場合を考えると、中央の抵抗がＲ１とｒの区域は通紙部に、端部の抵抗がＲ２の区域は非通紙部になる。小サイズ紙の定着温度も２００℃とすると、通紙部では２００℃のままなのでＲ１＝ｒであり、Ｑ１＝２Ｉ２×Ｒ１である。一方、本実施例のヒータ３でも、小サイズ紙を通紙すると紙に熱を奪われない非通紙部は通紙部よりも温度が高くなる傾向があるので、端部の温度は２００℃よりも高くなる。発熱抵抗体６はＮＴＣ特性を有するので、小サイズ紙が通紙された場合は、Ｒ１＞Ｒ２／２という関係になり、電流Ｉは通紙部、非通紙部で同じであるためＱ１＞Ｑ２となる。よって、本実施例の構成では、小サイズ紙通紙時に非通紙部の発熱量は通紙部の発熱量よりも小さくなる。
【００７６】
比較例１と本実施例のヒータを同じ定着温度２００℃で制御し、同じ小サイズ紙を通紙した場合、両者の中央の発熱量ｑ１とＱ１の関係がどうなるかを考える。比較例１の場合、加熱体全体が２００℃になった場合の総抵抗は２（ｒ１＋ｒ２）＝４ｒ１である（２００℃ではｒ１＝ｒ２）。本実施例の場合、ヒータ全体が２００℃になった場合の総抵抗は２（Ｒ１＋Ｒ２＋ｒ）＝８Ｒ１である（２００℃では、Ｒ１＝ｒ＝Ｒ２／２）。２００℃における両者の総抵抗を同じにしているので、２００℃においては、ｒ１＝２Ｒ１（４ｒ１＝８Ｒ１）という関係が成り立つ。また、前述の通り、ｑ１＝ｉ２×ｒ１、Ｑ１＝２（Ｉ２・Ｒ１）（中央部は定着温度２００℃なので、ここでいうｒ１×Ｒ１は２００℃の抵抗）なので、ｑ１＝Ｑ１である。
【００７７】
故に、同じ小サイズ紙を通紙したときの非通紙部の発熱量はｑ２＞Ｑ２となり、本実施例の方が比較例１よりも非通紙部昇温が小さくなることが分かる。なお、ｑ１＝Ｑ１なので、同じ小サイズ紙を通紙すれば、比較例１と本実施例の定着性は同等になる。
【００７８】
本実施例の発熱抵抗体１５はＰＴＣ特性を有するため、発熱抵抗体１５が端部にも存在すると、比較例１と同じく非通紙部昇温が悪化し、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６による非通紙部昇温低減の効果が損なわれてしまう。本実施例では、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５は非通紙部昇温が問題となる端部には設けていないので、ＮＴＣ特性とＰＴＣ特性の発熱抵抗体を併用しても非通紙部昇温低減効果が損なわれることはない。
【００７９】
なお、ここでは、簡単のために、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５の存在領域と小サイズ紙の紙幅が一致している場合を例に挙げて非通紙部昇温の低減効果を説明した。以下で、それらが一致しない場合について述べる。
【００８０】
本実施例のヒータ３では、発熱抵抗体１５の存在領域ｂの長さを１１０．５ｍｍとしている。これにより、特に非通紙部昇温の厳しいハガキやＣＯＭ１０、ＭＯＮＡＲＣＨ、ＤＬサイズの封筒は紙幅が１００〜１１０ｍｍ程度であるので、それらの記録材を通紙した場合の非通紙部昇温低減効果は十分得られた。つまり、ＰＴＣの発熱抵抗体１５がわずかに非通紙部に入ることはあるが、その領域は片側で最大５ｍｍ程度であるので、非通紙部昇温低減効果を大きく損なうことはなかった。
【００８１】
また、紙幅がＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５の存在領域よりも広い、例えばＢ５、Ａ５サイズにおいては、それらのサイズの非通紙部にはＮＴＣ特性の発熱抵抗体６ｂしか存在しない。特開２０００−５８２３２号公報に開示されているように、記録材搬送方向に給電する発熱抵抗体パターンでは、一般的にＰＴＣ特性の方がＮＴＣ特性より非通紙部昇温防止に対しては有利である。よって、これらのサイズに対しては、本実施例のヒータ３のようにＮＴＣ特性の発熱抵抗体６を４分割した構成では非通紙部昇温低減効果が得られない。これらのサイズにも対応するには、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６の分割数を増やす必要がある。ただし、これらのサイズは非通紙部の領域が少ないので、ハガキや前述した封筒に比べて非通紙部昇温自体がそれほど高くない。本実施例では、説明を簡単にする目的もあって、特に非通紙部昇温の厳しいハガキや封筒に対応する４分割パターンで説明しているが、分割数を増やしてＢ５、Ａ５サイズの非通紙部昇温を低減することも可能である。
【００８２】
比較例２についても、本実施例と同じメカニズムで非通紙部昇温を低減できる（特許文献１で詳細を述べている）。非通紙部昇温低減の効果は、本実施例と比較例２でほぼ同等であった。
【００８３】
本実施例、比較例１、比較例２のヒータをそれぞれ備えた各定着装置において、ヒータの制御に用いるサーミスタ５、ＣＰＵ１１或いはトライアック１２などが故障して制御不能になり、ヒータが暴走し異常昇温した場合について述べる。
【００８４】
図１０は本実施例、比較例１、比較例２の各ヒータの総抵抗の温度変化を示す図である。図１０の横軸はヒータ温度を示し、縦軸は発熱抵抗体の総抵抗（本実施例であれば、発熱抵抗体６，１５を合わせた抵抗）を示す。ここでは、各構成の発熱抵抗体の抵抗変化率は温度によらず一定であるとし、各々の常温の総抵抗と抵抗変化率から計算した結果を図１０に示している。比較例１のヒータはＰＴＣ特性なので、温度が上昇すると抵抗が大きくなり、比較例２のヒータはＮＴＣ特性なので、温度が上昇すると抵抗が小さくなる。本実施例のヒータは、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６とＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５を直列に接続しており、全体としては、温度が上昇すると若干抵抗が下がる弱いＮＴＣ特性を示している。前述した通り、定着温度２００℃においては、各ヒータの総抵抗は同じ値（１７．６Ω）にしている。
【００８５】
ヒータ制御系ＨＣなどの故障によりヒータに全通電された場合が、最も温度上昇が速く、ヒータ破損の可能性も高くなるので、その場合について考える。図１１は本実施例、比較例１、比較例２の各ヒータに１４０Ｖの電圧を印加し全通電した場合の電力の温度変化を示す図である。比較例２は、温度上昇とともに抵抗が下がるので、印加される電力が上昇する（ヒータ暴走時の温度は５００〜７００℃に達する）。本実施例、比較例１の各ヒータは、図１０に示した抵抗の温度変化が小さく、温度が上昇しても印加される電力に大きな変化はない。よって、本実施例、比較例１の各ヒータは、比較例２のヒータよりも、ヒータ暴走時に加熱体が破損するまでの時間が長くなる。実際に、各ヒータを本実施例の構成の定着装置に搭載して、同じ条件（１４０Ｖ印加）でヒータの暴走試験を実施したところ、表１に示す結果が得られた。なお、この試験においては、感熱素子であるサーモスイッチ１７は外しており、ヒータに全通電を続けた場合、どの位の時間でヒータ破損に至るかを比較している。
【００８６】
【表１】
【００８７】
本実施例のヒータ３で用いているサーモスイッチ１７は、この試験条件であれば、３ｓｅｃ．位で動作する性能がある。よって、比較例２のヒータでも、ヒータが破損する時間とサーモスイッチ動作時間との差は１．５ｓｅｃ．あり、必ずヒータの熱暴走時にヒータが破損するわけではない。ただし、本実施例のヒータ３は、比較例２のヒータに比べてマージンが約４ｓｅｃ．アップしており、より信頼性が高い構成であると言える。図１１に示す通り、比較例１は本実施例よりも異常高温時の印加電力が小さいので、ヒータ破損時間（加熱体破損時間）も比較例１の方が若干長い結果であった。ただし、その差は０．３ｓｅｃ．であり、サーモスイッチ動作時間に対するマージンという観点では、本実施例と比較例１はほぼ同等の性能であると考えられる。
【００８８】
本実施例のヒータ３は、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６とＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５の両方を用いており、発熱抵抗体１５のＰＴＣ特性により、異常昇温時に総抵抗が比較例２のように大きく下がることを防止している。このＰＴＣ特性の効果をより強くするために、発熱抵抗体１５の抵抗変化率を３０００ｐｐｍ／℃と大きくしている。
【００８９】
比較例１のヒータでは、抵抗変化率を２００ｐｐｍ／℃としており、本実施例のヒータ３の発熱抵抗体１５の抵抗変化率よりも小さくしている。比較例１で抵抗変化率を本実施例並みに大きくすると、熱暴走時の印加電力はより下がるので、熱暴走の抑止という点では本実施例よりも優れる。しかし、比較例１の構成で単純に抵抗変化率を大きくすると、小サイズ紙通紙時に端部の抵抗上昇がより大きくなってしまうため、非通紙部昇温が更に悪化してしまう。性能のバランスを考慮すると、比較例１の構成では２００ｐｐｍ／℃程度の抵抗変化率が妥当な値である。
【００９０】
特開２００６−１１４３７８号公報で本発明者は、ＮＴＣ特性とＰＴＣ特性を有する発熱抵抗体をヒータの基板の記録材搬送方向上流側と記録材搬送方向下流側に設け、両者を直列接続する構成について述べている。この構成のＰＴＣ特性の発熱抵抗体は、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体と同じ長さであり、基板の長手方向の略全域に配置されている。この構成でも、熱暴走時の電力上昇は、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体の効果によって、本実施例と同様に防止することができる。しかし、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体が端部にも存在するために、非通紙部昇温については本実施例の方がより低減の効果が高い。
【００９１】
特開２０００−２２３２４４号公報にも、ＮＴＣ特性とＰＴＣ特性のパターンを併用する構成のヒータが開示されている。この構成は、基板の長手方向の略全域に配置されたＰＴＣ特性の発熱抵抗体の端部の給電部の一部にＮＴＣ特性のパターンを介在させるものである。大サイズ紙を通紙する場合は、非通紙部昇温がないので、ＮＴＣパターンの抵抗が高くほとんど電流が流れないためＰＴＣ特性の発熱抵抗体は長手全域で発熱する。小サイズ紙を通紙する場合は、非通紙部昇温により端部のＮＴＣパターンの抵抗が低くなり電流が流れるようになるので、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体は通紙部に選択的に電流が流れるようになり、その結果、非通紙部昇温が低減される。
【００９２】
この構成は、長手方向の略全域のＰＴＣ特性の発熱抵抗体と、端部のみに設けられたＮＴＣ特性のパターンという構成であるので、本実施例のヒータ３の構成とは異なるが、非通紙部昇温低減の効果は本実施例のヒータ３と同様にある。端部のみに設けられたＮＴＣ特性の上記パターンは発熱抵抗体として記録材を加熱する働きはなく、記録材の幅に合わせてＰＴＣ特性の発熱抵抗体の発熱領域を変えるために設けられている。
【００９３】
この構成で、ヒータが暴走して異常昇温した場合を考えてみる。ＰＴＣ特性の発熱抵抗体の異常昇温により端部のＮＴＣパターン部の温度も上昇し、ＮＴＣパターンの抵抗は、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体に給電する導電パターンと同等の抵抗に下がると考えられる。よって、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体の端部にはほとんど電流が流れなくなり中央のみ非常に高温となる。長手方向で極端に温度差が生じると、それに起因する熱応力が基板に発生するので、熱暴走時のヒータ破損という観点からは、本実施例の方が熱暴走抑止効果が高いと考えられる。
【００９４】
中央と端部で発熱抵抗体のシート抵抗と抵抗変化率を変えているので、本実施例でも、熱暴走時における中央と端部の温度の違いは生じる。図１２は本実施例のヒータの発熱抵抗体の中央と端部に印加される電力の温度変化を示した図である。ここでは、図１１と同じく１４０Ｖの電圧を印加し全通電した場合を考えている。中央の電力は発熱抵抗体６ａと発熱抵抗体１５で消費される電力を足したものであり、端部の電力は発熱抵抗体６ｂで消費される電力を示している。図１２には中央と端部の電力を足した全体の電力も示しており、これは図１１で本実施例の電力として示したものと同じである。電力は発熱量と等価であるから、図１２より本実施例のヒータ３が熱暴走したときの長手方向の温度分布の概要が分かる。
【００９５】
前述の通り、中央と端部の発熱量は定着温度２００℃のときは同じにしており、２００℃よりも温度が上がると中央の発熱量が端部よりも大きくなる。これは、中央のＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５の抵抗上昇の寄与が大きいためである。よって、熱暴走時は、中央の方が端部よりも温度が高い状態になるが、特開２０００−２２３２４４号公報の構成のように端部の発熱量がほとんどなくなることはない。つまり、特開２０００−２２３２４４号公報の構成よりも本実施例の方が、熱暴走時の中央と端部の温度差は小さく、基板に発生する熱応力も小さくなるので、より熱暴走抑止効果は高いと言える。
【００９６】
非通紙部昇温の低減、及び熱暴走の抑止という２つの観点から、これまで説明してきた本実施例、比較例１、比較例２の各ヒータを比較してみると、以下の表２のようになる。
【００９７】
【表２】
【００９８】
表２に示す通り、本実施例のヒータ構成が、非通紙部昇温の低減と、熱暴走の抑止とを両立できる構成であることが分かる。本実施例のヒータ構成は、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体とＰＴＣ特性の発熱抵抗体の両方を有し、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体がＮＴＣ特性の発熱抵抗体よりも短く、かつＰＴＣ特性の発熱抵抗体が端部に存在しないヒータ構成である。
【００９９】
本実施例では、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６とＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５の材料として、それぞれ、グラファイトと銀パラジウムを主体としたペーストを用いたが、それぞれ別の材料を用いてもよい。
【０１００】
本実施例では、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６の中央と端部の抵抗を変えるために、シート抵抗を変えたが、発熱抵抗体の厚さを変えてもよい（例えば、シート抵抗は同じにして、中央を１０μｍ、端部を５μｍ程度にする）。
【０１０１】
本実施例では、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６で所望の抵抗を得るために、分割したパターンを用いているが、所望の抵抗が得られるのであれば、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体で発熱抵抗体１５のように長手方向に給電する線帯状のパターンを用いてもよい。図１３は本実施例のヒータの変形例の正面図であって、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体２３を長手方向に給電する線帯状のパターンにした場合のヒータの正面図である。図１３中の矢印は電流の流れる方向を表しており、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体２３でも、長手方向に電流が流れる。
【０１０２】
図１３も本発明に係る加熱体（ヒータ）の一例であり、本実施例で説明したＮＴＣ特性の発熱抵抗体６を分割するパターンと同等に、非通紙部昇温の低減と、熱暴走の抑止とを両立できる。図１３の構成であれば、どのような紙幅の小サイズ紙でも非通紙部昇温低減の効果が発揮できるので、所望の抵抗が得られるＮＴＣ特性を有する材料があれば、本発明に係る加熱体の発熱抵抗体の材料として理想的な適用例であると言える。
【０１０３】
本実施例では、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６の分割数は４分割としたが、前述した通り、４分割に限定されるものではない。
【０１０４】
本実施例では、ＮＴＣ特性を有する発熱抵抗体６を基板７の上流側に、ＰＴＣ特性を有する発熱抵抗体１５を基板７の下流側に配置したが、これらの発熱抵抗体の基板７の短手方向における配置は逆でもよい。また、ＮＴＣ特性を有する発熱抵抗体６・ＰＴＣ特性を有する発熱抵抗体１５は、それぞれ１本ずつ設けているが、これらの発熱抵抗体はそれぞれ複数本設けてもよい。
【０１０５】
本実施例では記録材を中央基準で搬送する画像形成装置を例にとったが、本発明は記録材を端部基準で搬送する画像形成装置にも適用可能である。端部基準で搬送する画像形成装置の定着装置に本実施例のヒータを適用する場合にも、小サイズ紙の通紙部に合わせてＰＴＣ特性の発熱抵抗体を配置すればよい。
【０１０６】
[実施例２]
ヒータの他の例を説明する。本実施例では、実施例１で述べたＮＴＣ特性の発熱抵抗体６の中央と端部の抵抗を変えるための他の構成として、発熱抵抗体の幅を変える。実施例１のヒータ３と大きく異なる構成は、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体の構成のみであり、それ以外の構成は実施例１と同じとする。
【０１０７】
以下、本実施例のヒータ３について説明する。図１４は本実施例におけるヒータ３の正面図である。図１４においては、簡単のためヒータ３のオーバーコート層を省略している。
【０１０８】
１９は本実施例におけるＮＴＣ特性の発熱抵抗体である。発熱抵抗体１９は、実施例１の発熱抵抗体６と同じく、グラファイトと、ガラス粉末（無機結着剤）と、有機結着剤とを混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、基板７の表面上に形成して得たものである。基板７は実施例１と同じく、酸化アルミニウム基板を用いている。
【０１０９】
本実施例も、記録材搬送方向上流側にＮＴＣ特性の発熱抵抗体１９を設け、記録材搬送方向下流側にＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５を設けている。そして、発熱抵抗体１９と、発熱抵抗体１５を導電バターン１４により直列接続している。ＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５の材料・特性は実施例１と全く同じとした。図１４に示すように発熱抵抗体１９は４つの区域に分割している。この４つの区域のうち、中央の２つの区域を１９ａとし、端部の２つの区域を１９ｂとする。分割された発熱抵抗体１９の各区域には記録材搬送方向Ａの向きに給電するように導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４を配設している。そして分割された隣り合う区域同士は直列に接続されている。よって、給電用電極９，１０に給電されると、各区域には流れる電流は図１４の矢印の向き（ヒータの短手方向）になる。
【０１１０】
本実施例では、発熱抵抗体１９の中央の発熱抵抗体１９ａと端部の発熱抵抗体１９ｂのシート抵抗は同じとし、端部の発熱抵抗体１９ｂの幅を中央の発熱抵抗体１９ａの２倍とすることで抵抗を２倍にしている。すなわち、発熱抵抗体１９の常温のシート抵抗を長手全域で１４０Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）とし、中央の発熱抵抗体１９ａの幅ｄを１ｍｍ、端部の発熱抵抗体１９ｂの幅ｅを２ｍｍとしている。発熱抵抗体１９のシート抵抗は、実施例１の中央の発熱抵抗体６ａと同じである。中央の発熱抵抗体１９ａの幅ｄは、実施例１の中央の発熱抵抗体６ａの幅と同じである。また、図１４中のａ、ｂ、ｃの寸法は、実施例１と同じとしている。なお、発熱抵抗体１９，１５のヒータ長手方向の中心位置は、記録材Ｐの短手方向の中心位置ＣＬと一致させている。発熱抵抗体１９の厚さは４つの区域１９ａ，１９ｂとも約１０μｍとした。
【０１１１】
ＮＴＣ特性の発熱抵抗体１９の抵抗変化率は、実施例１と同じく−７００ｐｐｍ／℃程度とした。つまり、発熱抵抗体１９の材料はシート抵抗も含めて、実施例１の中央の発熱抵抗体６ａと全く同一である。
【０１１２】
上記構成をとることにより、発熱抵抗体１９ａ，１９ｂ，１５の各区域分の抵抗Ｒ１，Ｒ２，ｒは実施例１で述べた各抵抗と全く同じになる。本実施例でも定着温度は２００℃としており、実施例１と同じく定着温度において、Ｒ１＝ｒ＝Ｒ２／２という関係を満たすので、基板７の長手方向の略全域で均一な定着性が得られる。
【０１１３】
本実施例のヒータ３は、発熱抵抗体１９，１５の電気抵抗としての構成が実施例１と全く等価である。このため、非通紙部昇温の低減と、熱暴走の抑止との両立という観点においても、実施例１のヒータ３で説明した表１、表２に示されるように、本実施例のヒータ３は比較例１、比較例２の各ヒータよりも優れている。
【０１１４】
また、実施例１のヒータ３では、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６のシート抵抗を中央と端部で変えているので、ヒータ製造時に、スクリーン印刷を２回に分けて行う必要がある（ペーストが中央と端部で異なるため）。その点、本実施例のヒータ３では、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体１９は基板７の長手方向の略全域で同じペーストを使用して形成できるので、スクリーン印刷が１回で可能であり、ヒータの製造工程を削減できるという利点がある。
【０１１５】
［実施例３］
ヒータの他の例を説明する。本実施例では、基板として窒化アルミニウムを用いる。実施例１、実施例２のヒータ３のように、基板７の材料に酸化アルミニウムを用いる場合は、基板７の表面側に発熱抵抗体を形成し、基板７の裏面側に検温素子を設ける構成が一般的である（表面発熱タイプ）。これに対して、基板７の材料に窒化アルミニウムを用いる場合、窒化アルミニウムは酸化アルミニウムより熱伝導率が高い。このため、基板７の裏面側に発熱抵抗体を形成し、その上から絶縁層を介して検温素子を当接させ温度制御する構成の方が熱効率が良く一般的である（裏面発熱タイプ）。よって、本実施例においても裏面発熱タイプを用いた。
【０１１６】
以下、本実施例のヒータ３について説明する。図１５は本実施例のヒータ３の正面図及び背面図と、このヒータ３の通電制御系の説明図である。図１６は図１５に示すヒータ３のＸＶＩ−ＸＶＩ線矢視断面図である。本実施例では、基板２０として幅７ｍｍ、長さ２７０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの窒化アルミニウム基板を用いている。実施例１、実施例２において、ヒータ３の基板７として用いている酸化アルミニウム基板の幅、長さは本実施例のヒータ３の基板２０と同じであるが、厚さは１ｍｍであった。
【０１１７】
基板として用いる窒化アルミニウム基板と酸化アルミニウム基板とで基板厚さが異なるのは以下の理由による。ヒータが高温になると、基板内の温度差（基板短手方向において発熱抵抗体が存在する部分と、基板端など存在しない部分との温度差）より熱応力が生じる。この熱応力が基板の破断強度を超えると、基板が破損してしまう。基板を厚くすると、強度は増すが、その分、熱容量が大きくなりクイックスタートに不利になる、表面発熱タイプの場合は検温素子の応答性が悪化する、裏面発熱タイプの場合は記録材へ熱が伝わりにくくなるため熱効率が悪化する、等の問題点がある。よって、基板に発生しうる熱応力に十分耐えられる範囲でなるべく基板を薄くすることが望ましい。窒化アルミニウム基板は、酸化アルミニウム基板よりも熱伝導率が高いので、基板内の温度差が小さく基板に生じる熱応力が小さい。基板に発生する熱応力によって基板が破損しない範囲でできるだけ薄くするという観点で、酸化アルミニウム基板は１ｍｍ、窒化アルミニウム基板は０．６ｍｍという厚さを選択している。
【０１１８】
本実施例では、発熱抵抗体１９，１５を基板２０の裏面に設け、この発熱抵抗体１９，１５を絶縁層２２でオーバーコートしている。絶縁層２２は厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層である。この絶縁層２２は発熱抵抗体１９，１５を後述するサーミスタ５や、サーモスイッチ１７などの他の部材から電気的に絶縁するために設けている。この絶縁層２２の表面が本実施例のヒータ３の非フィルム摺動面となる（図１６参照）。基板２０の表面には、摺動層２１を設けている。摺動層２１はヒータ３と定着フィルム２との摺動性を確保するために設けている。本実施例では、摺動層２１として、厚さ約１０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。この摺動層２１の表面が本実施例のヒータ３のフィルム摺動面となる（図１６参照）。
【０１１９】
本実施例においても、基板２０の記録材搬送方向上流側にＮＴＣ特性の発熱抵抗体１９を設け、記録材搬送方向下流側にＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５を設けている。発熱抵抗体１９，１５の材料、形状は実施例２のヒータ３と全く同じであるが、本実施例では発熱抵抗体１９，１５は基板２０の裏面に設けられているので、図１５の発熱抵抗体パターンは、図１４の上下を反転したパターンになっている。本実施例でも、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体１９とＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５の両方の発熱抵抗体を有し、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体がＮＴＣ特性の発熱抵抗体よりも短く、かつＰＴＣ特性の発熱抵抗体が端部に存在しないという点が特徴である。
【０１２０】
５はヒータ３の温度を検知するために設けられた検温素子である。検温素子として、実施例１、実施例２と同じく、ヒータ３から分離した外部当接型のサーミスタを用いている。外部当接型サーミスタ５は、前述の最小通紙域内でヒータ３の裏面に所定の加圧力で当接させている。
【０１２１】
１７はヒータ制御系ＨＣの故障などによりヒータ３の温度が異常昇温した場合に、発熱抵抗体１９，１５への通電を遮断するための感熱素子である。感熱素子１７は所定の加圧力でヒータ３の裏面に当接されている。本実施例では、感熱素子１７として、実施例１、実施例２と同じ構成のサーモスイッチを用いた。外部当接型サーミスタ５と同じく、サーモスイッチ１７も最小通紙域内に設けられている。
【０１２２】
本実施例のヒータ３も、発熱抵抗体１９，１５の長手端部の給電用電極９，１０に対する給電により発熱抵抗体１９，１５が長手方向全長にわたって発熱することで昇温する。その昇温がサーミスタ５で検知され、サーミスタ５の出力信号（温度検知信号）をＡ／Ｄ変換しＣＰＵ１１に取り込む。ＣＰＵ１１は、サーミスタ５からの出力信号に基づいてトライアック１２により発熱抵抗体６に通電する電力を位相制御や、波数制御などにより制御して、ヒータ３の温度制御を行う。即ちサーミスタ５の検知温度が所定の定着温度（目標温度）より低いとヒータ３が昇温するように、所定の定着温度より高いと降温するように通電を制御することで、ヒータ３は所定の定着温度に保たれる。本実施例でも、位相制御により出力を０〜１００％まで５％刻みの２１段階で変化させている。
【０１２３】
本実施例のヒータ３の製法も実施例１、実施例２と同様である。まず、窒化アルミニウム基板２０の表面に摺動層２１をスクリーン印刷し、乾燥後、８００℃程度の温度で焼成する。次に、基板２０の裏面に給電用電極９，１０と導電パターン１４を同時にスクリーン印刷し、乾燥後、８００℃程度の温度で焼成する。次に、基板２０の裏面に銀パラジウムペーストをスクリーン印刷し、乾燥後、８００℃程度の温度で焼成して発熱抵抗体１５を形成する。更に、基板２０の裏面にグラファイトペーストをスクリーン印刷し、乾燥・焼成し発熱抵抗体１９を形成する。グラファイトは７００℃程度で表面酸化が始まるので、この時の焼成温度は約６００℃とした。その後、絶縁層２２を基板２０の裏面にスクリーン印刷し、乾燥・焼成する。グラファイトの耐熱性を考慮して、絶縁層２２の材料は４００〜５００℃で焼成可能なガラスを選択した。
【０１２４】
本実施例のヒータ３は、基板２０の材料と、発熱抵抗体１９，１５の基板配置面が実施例１、実施例２のヒータ３と異なるが、非通紙部昇温の低減と、熱暴走の抑止の両立という観点において、実施例１、実施例２のヒータと同等の効果が得られた。
【０１２５】
また、本実施例のヒータ３は、基板に窒化アルミニウムを用いた裏面発熱タイプであるため、実施例１、実施例２のヒータ３のように基板に酸化アルミニウムを用いた表面発熱タイプより熱効率が良いという利点がある。それは以下の理由によるものである。
【０１２６】
熱効率、すなわち発熱抵抗体で発生する熱が効率良く記録材に伝達されているかを判断するのは、発熱抵抗体からみたヒータ表面方向の熱抵抗とヒータ裏面方向の熱抵抗とを比較すると分かりやすい。熱抵抗とは熱の伝わりやすさを表す物理量であり、厚さがｄ（ｍ）で厚さ方向と直交する面の面積がＳ（ｍ２）である直方体を考えたときに、その直方体の厚さ方向の熱抵抗Ｒ（Ｋ／Ｗ）は以下の式で定義される。
Ｒ ＝ ｄ ／（λ・Ｓ）
ここで、λは直方体の厚さ方向の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。
【０１２７】
熱は、熱抵抗が小さいほど伝わりやすく、大きいほど伝わりにくいので、発熱抵抗体からみてヒータ表面方向の熱抵抗は小さく、ヒータ裏面方向の熱抵抗は大きい方が、効率良く記録材に熱を伝達することができ、熱効率が良いと言える。
【０１２８】
実施例１、実施例２のヒータ構成と本実施例のヒータ構成で、熱抵抗を計算してみると、表３のようになる。実施例１のヒータ、及び本実施例のヒータで用いている材料の熱伝導率は以下の通りである。なお、簡単のため、Ｓは１ｍ２として計算している。
・実施例１、実施例２
酸化アルミニウム基板：２０Ｗ／ｍ・Ｋ オーバーコート層：２Ｗ／ｍ・Ｋ
・本実施例
窒化アルミニウム基板：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ 絶縁層・摺動層：２Ｗ／ｍ・Ｋ
【０１２９】
【表３】
【０１３０】
表３の熱抵抗比は、表面側の熱抵抗を裏面側の熱抵抗で割った値であり、この値が小さいほど裏面側に対して表面側の熱抵抗が小さいということになるので、熱効率が良い。表３に示す通り、本実施例は実施例１、実施例２よりも熱抵抗比が小さい。すなわち、本実施例の方が、発熱抵抗体からヒータ表面に熱が伝わりやすいということになる。
【０１３１】
以上、説明したとおり、本実施例のヒータは、実施例１、実施例２のヒータよりも熱効率が良い。よって、近年、要求が高まっている画像形成装置の高速化にも、より対応しやすい構成であると言える。
【符号の説明】
【０１３２】
２‥‥耐熱性フィルム、３‥‥ヒータ、４‥‥加圧ローラ、６，１９，２３‥‥負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体（グラファイト）、７‥‥ヒータ基板（酸化アルミニウム）、１５‥‥正の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体、２０‥‥ヒータ基板（窒化アルミニウム）、２３‥‥ＮＴＣ特性の発熱抵抗体、Ｎ‥‥定着ニップ部、Ｐ‥‥記録材、Ｔ‥‥トナー画像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載する加熱定着装置のヒータとして用いれば好適な加熱体、その加熱体を備える像加熱装置、その像加熱装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式のプリンタや複写機に搭載する加熱定着装置（定着器）として、セラミック製の基板上に発熱抵抗体を有するヒータ、ヒータに接触しつつ移動する定着フィルム、定着フィルムを介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有するものがある。未定着トナー画像を担持する記録材は定着器のニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上の画像は記録材に加熱定着される。この定着器は、ヒータへの通電を開始し定着可能温度まで昇温するのに要する時間が短いというメリットを有する。したがって、この定着器を搭載するプリンタは、プリント指令の入力後、一枚目の画像を出力するまでの時間（ＦＰＯＴ：Ｆｉｒｓｔ Ｐｒｉｎｔ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ）を短く出来る。またこのタイプの定着器は、プリント指令を待つ待機中の消費電力が少ないというメリットもある。
【０００３】
ところで、定着フィルムを用いた定着器を搭載するプリンタで小サイズの記録材を大サイズの記録材と同じ間隔で連続プリントすると、ヒータの記録材が通過しない領域（非通紙領域）が過度に昇温することが知られている。ヒータの非通紙領域が過昇温すると、ヒータを支持するホルダや加圧ローラが熱により損傷する場合がある。
【０００４】
そこで、定着フィルムを用いた定着器を搭載するプリンタは、小サイズの記録材に連続プリントする場合、大サイズの記録材に連続プリントする場合よりもプリント間隔を広げる制御を行いヒータの非通紙部の過昇温を抑えている。
【０００５】
しかしながら、プリント間隔を広げる制御は単位時間当りの出力枚数を減らすものであり、単位時間当りの出力枚数を大サイズの記録材の場合と同等或いは若干少ない程度に抑えることが望まれる。
【０００６】
そこで、上述した定着器に用いるヒータとして、温度が上昇するほど抵抗値が下がる負の抵抗温度特性（ＮＴＣ：Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）のものを用いることも考えられている。ヒータが負の抵抗温度特性であれば、非通紙領域が過昇温しても非通紙領域の抵抗値は下がるので非通紙領域が過度の昇温を抑えられるという発想である。
【０００７】
しかし、一般的に負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体は体積抵抗が高く、商用電源で使用できる範囲の抵抗を得ることは通常の発熱抵抗体パターンでは困難である場合が多い。
【０００８】
この負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体を用いて商用電源で使用できる範囲の抵抗を得るようにした加熱体が特許文献１に提案されている。この加熱体では、例えばグラファイト等の負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体を基板を長手方向に分割し、分割した発熱抵抗体の１区域には基板の短手方向（記録材搬送方向）に給電し、分割した発熱抵抗体の区域同士は直列に接続してある。このような構成の発熱抵抗体パターンを有する加熱体を用いることにより、簡単な構成で非通紙部昇温を低減することができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２５４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記定着器に用いるヒータ（加熱体）においては、非通紙部昇温の低減と、加熱体制御系の故障などにより発生する熱暴走を抑止することが求められている。
【００１１】
本発明の目的は、非通紙部昇温の低減と、加熱体制御系の故障などにより発生する熱暴走を抑止できるようにした加熱体、像加熱装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記目的を達成するための本発明に係る加熱体の構成は、基板と、前記基板の基板面上に前記基板の長手方向に沿って設けられた正の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体と、前記基板の基板面上に前記基板の長手方向に沿って設けられた負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体と、を有する加熱体において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体は電気的に直列に接続されており、前記基板の短手方向において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体が重なる領域を有し、かつ前記基板の長手方向において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体が、負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体よりも短いことを特徴とする。
【００１３】
（２）上記目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の構成は、加熱体と、前記加熱体と接触しながら移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を介して前記加熱体と共にニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に画像を加熱する像加熱装置において、前記加熱体が（１）の記載の加熱体であることを特徴とする。
【００１４】
（３）上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の構成は、記録材上に画像を形成する像形成手段と、前記記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段として（２）に記載の像加熱装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、非通紙部昇温の低減と、加熱体制御系の故障などにより発生する熱暴走を抑止できるようにした加熱体、像加熱装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１に係るヒータの正面図
【図２】実施例１に係るヒータの正面図及び背面図と、このヒータの通電制御系の説明図
【図３】図２に示すヒータのＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図
【図４】定着装置の横断側面模式図
【図５】画像形成装置の一例の概略構成図
【図６】比較例１のヒータの正面図
【図７】比較例２のヒータの正面図
【図８】比較例１のヒータの発熱抵抗体のモデル図
【図９】実施例１に係るヒータの発熱抵抗体のモデル図
【図１０】本実施例、比較例１、比較例２の各ヒータの総抵抗の温度変化を表す図
【図１１】本実施例、比較例１、比較例２の各ヒータに１４０Ｖの電圧を印加し全通電した場合の電力の温度変化を表す図
【図１２】実施例１に係るヒータの発熱抵抗体の中央と端部に印加される電力の温度変化を表す図
【図１３】実施例１に係るヒータの変形例の正面図
【図１４】実施例２に係るヒータの正面図
【図１５】実施例３に係るヒータの正面図及び背面図と、このヒータの給電制御系の説明図
【図１６】図１５に示すヒータのＸＶＩ−ＸＶＩ線矢視断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[実施例１]
（１）画像形成装置例
図５は本発明に係る像加熱装置を画像定着装置（定着器）として搭載する画像形成装置の一例の概略構成図である。この画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。このプリンタは、搬送可能な最大用紙幅をＡ４サイズ（２１０ｍｍ）とする。このプリンタの記録材の基準搬送は、記録材の搬送方向と直交する方向における記録材搬送路の中央とその方向における記録材の端部間の中央とを一致させて記録材の搬送を行う中央基準搬送である。
【００１８】
１０１は像担持体としての電子写真感光体ドラム（以下、感光体ドラムと記す）である。感光体ドラム１０は、矢示の反時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転される。
【００１９】
１０２は接触帯電ローラ等の帯電手段である。この帯電手段１０２により感光体ドラム１０１の外周面（表面）が所定の極性・電位に一様に帯電処理（一次帯電）される。
【００２０】
１０３は画像露光手段としてのレーザービームスキャナである。レーザービームスキャナ１０３は、不図示のイメージスキャナやコンピュータ等の外部装置から入力する目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応してオン／オフ変調したレーザー光を出力して、感光体ドラム１０１の帯電処理面を走査露光（照射）する。この走査露光により感光体ドラム１０１表面の帯電処理面の露光明部の電荷が除電され帯電処理面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００２１】
１０４は現像装置である。現像装置１０４は、現像装置１０４に設けられている現像スリーブ（不図示）から感光体ドラム１０１表面の帯電処理面にトナー（現像剤）を供給し帯電処理面の静電潜像（静電像）をトナー画像（現像像）として現像する。レーザービームプリンタの場合、一般的に、静電潜像の露光明部にトナーを付着させて現像する反転現像方式が用いられる。
【００２２】
１０６は接触型・回転型の転写部材としての転写ローラである。転写ローラ１０６にはトナーと逆極性の転写バイアスが印加されることで後述の転写部位において感光体ドラム１０１のトナー画像が記録材上に静電的に転写される。以上が像形成手段としての画像形成機構部の構成である。
【００２３】
１０９は給紙カセットである。給紙カセット１０９には記録材Ｐを積載収納させてある。給紙スタート信号に基づいて給紙ローラ１０８が駆動されて給紙カセット１０９内の記録材Ｐが一枚ずつ分離給紙される。そしてその記録材Ｐは、搬送ローラ１１０、レジストローラ１１１等を含むシートパス１１２を通って、感光体ドラム１０１表面と転写ローラ１０６の外周面（表面）との当接ニップ部である転写部位に所定のタイミングで導入される。すなわち、感光体ドラム１０１表面上のトナー画像の先端部が転写部位に到達したとき、記録材Ｐの先端部もちょうど転写部位に到達するタイミングとなるようにレジストローラ１１１で記録材Ｐの搬送が制御される。
【００２４】
転写部位に導入された記録材Ｐは、この転写部位を感光体ドラム１表面と転写ローラ１０６表面とにより挟持搬送され、その間、転写ローラ１０６には不図示の転写バイアス印加電源から転写電圧（転写バイアス）が印加される。この転写ローラ１０６及び転写電圧制御については後述する。
【００２５】
転写部位においてトナー画像の転写を受けた記録材Ｐは、感光体ドラム１０１表面から分離されてシートパス１１３を通って像加熱装置としての画像定着装置（以下、定着装置と称す）１０７へ搬送導入され、ここでトナー画像の加熱・加圧定着処理を受ける。
【００２６】
一方、記録材分離後（記録材Ｐに対するトナー画像転写後）の感光体ドラム１０１表面はクリーニング装置１０５で転写残トナーや紙粉等の除去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。
【００２７】
定着装置１０７を通った記録材Ｐは、シートパス１１４を通って排紙口から排紙トレイ１１５上に排出される。
【００２８】
転写ローラ１０６は、一般にＳＵＳ、Ｆｅ等の芯金上にカーボン、イオン導電性フィラー等で１×１０６〜１×１０１０Ω程度の抵抗に調整された半導電性のスポンジ弾性層を形成した弾性スポンジローラが用いられる。本実施例では、芯金の外回りに同心一体に、ＮＢＲゴムと界面活性剤等を反応させ、導電性を有する弾性層をローラ状に成形具備させてなるイオン導電系の転写ローラを用いた。抵抗値は１×１０８〜５×１０８Ωの範囲のものを用いた。
【００２９】
（２）定着装置１０７
次に、本実施例１における定着装置１０７について説明する。
【００３０】
以下の説明において、定着装置及びこの定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向をいう。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向をいう。長さとは長手方向の寸法をいう。幅とは短手方向の寸法をいう。記録材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向をいう。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向をいう。長さとは長手方向の寸法をいう。
【００３１】
図４は本実施例に係るフィルム加熱方式の定着装置の横断側面模式図である。この装置は特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報、同４−２０４９８０〜２０４９８４号公報などに開示のテンションレスタイプの装置である。
【００３２】
テンションレスタイプのフィルム加熱方式の定着装置は、可撓性部材として耐熱性フィルム（エンドレスフィルム）を用いている。そして耐熱性フィルムとしては、エンドレスベルト状もしくは円筒状のものを用いている。耐熱性フィルムの周長の少なくとも一部は常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）とし、耐熱性フィルムは加圧体（バックアップ部材）としての加圧ローラの回転駆動力で回転駆動するようにした装置である。
【００３３】
（２−１）ステー
１は加熱体としてのヒータ３を支持する支持部材としてのステーである。ステー１は、ヒータ支持部材兼フィルムガイド部材としての耐熱性剛性部材である。このステー１は、ステー１の長手方向両端部が装置フレーム（不図示）に支持されている。ステー１の下面には、ステーの長手方向に沿ってヒータ３を配設して支持させてある。ヒータ３の詳細については後述する。
【００３４】
ステー１は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、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、ガラス等との複合材料などで構成できる。本実施例では液晶ポリマーを用いた。
【００３５】
（２−２）耐熱性フィルム（エンドレスフィルム）
２はエンドレス（円筒状）の耐熱性フィルム（以下、フィルムと称す）である。フィルム２は、ヒータ３を支持しているステー１に外嵌させてある。フィルム２の内周長とヒータ３を支持しているステー１の外周長はフィルム２の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてある。従ってフィルム２は周長に余裕を持ってステー１に外嵌されている。Ａは記録材搬送方向である。
【００３６】
フィルム２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、フィルム膜厚は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の単層フィルム、或いは複合層フィルムを使用できる。複合層フィルムとして、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。本実施例では、膜厚５０μｍのポリイミドフィルムの外周表面にＰＴＦＥをコーティングしたものを用いた。フィルム２の外径は２４ｍｍとした。
【００３７】
（２−３）加圧ローラ（バックアップ部材）
４は加圧ローラである。加圧ローラ４は、ヒータ３との間にフィルム２を挟んでヒータ３とニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成し、かつフィルム２を回転駆動させるローラ部材である。加圧ローラ４は、丸軸状の芯金４ａと、芯金４ａの外周面上にローラ状に設けられた弾性体層４ｂと、弾性体層４ｂの外周面上に設けられた最外層の離形層４ｃと、を有する。この加圧ローラ４は、ステー１に外嵌させたフィルム２と並列に配置され、芯金４ａの長手方向両端部が装置フレームに軸受（不図示）を介して回転自在に支持されている。そしてその軸受を加圧バネ等の付勢手段（不図示）により所定の押圧力をもって付勢し加圧ローラ４の外周面（表面）をフィルム２を挟ませてヒータ３の表面（フィルム摺動面）に加圧することにより加圧ローラ４の弾性体層４ｂを弾性変形させている。その弾性体層４ｂの弾性変形によってフィルム２の外周面（表面）と加圧ローラ４表面との間に未定着トナー画像Ｔの加熱定着に必要な所定幅のニップ部Ｎを形成している（図４参照）。本実施例では、芯金４ａはアルミ芯金を用いた。弾性体層４ｂはシリコーンゴムを用いた。離形層４ｃは厚さ約３０μｍのＰＦＡのチューブを用いた。加圧ローラ４の外径は２２ｍｍ、弾性体層４ｂの厚さは約３ｍｍとした。
【００３８】
この加圧ローラ４は、芯金４ａの長手方向一端部に設けられている駆動ギア（不図示）が駆動モータなどを有する回転駆動系Ｍにより回転されることによって矢印の時計方向に所定の周速度で回転される。この加圧ローラ４の回転により、ニップ部Ｎにおける加圧ローラ４表面とフィルム２表面との摩擦力でフィルム２に回転力が作用する。これによりフィルム２は、フィルム２の内周面（内面）がニップ部でヒータのオーバーコート層８の表面（フィルム摺動面）に密接して摺動しながらステー１の外回りを矢印の反時計方向に加圧ローラの回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転（移動）する。
【００３９】
（３）ヒータ（加熱体）３
次に、ヒータ３について説明する。図２は本実施例に係るヒータ３の正面図及び背面図と、このヒータの通電制御系の説明図である。図３は図２に示すヒータ３のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【００４０】
本実施例に示すヒータ３は、細長いヒータ基板（以下、基板と称す）７を有する。そしてこの基板７のフィルム２側の表面上（基板面上）に、発熱抵抗体６，１５と、電極としての給電用電極９，１０と、導電パターン１４と、保護層としての耐熱性のオーバーコート層８などを有する全体に低熱容量の加熱体である。
【００４１】
基板７は、耐熱性、絶縁性及び良熱伝導性を有する。基板７の材料としては、例えば、酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等のセラミックス材料が用いられる。本実施例では、基板７として、幅７ｍｍ、長さ２７０ｍｍ、厚さ１ｍｍの酸化アルミニウム基板を使用している。
【００４２】
発熱抵抗体６は、基板７の短手方向において、記録材搬送方向上流側の基板端部の内側に設けられている。発熱抵抗体１５は、基板７の短手方向において、記録材搬送方向下流側の基板端部の内側に設けられている。記録材搬送方向上流側の発熱抵抗体６は、グラファイトと、ガラス粉末（無機結着剤）と、有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、基板７の表面上に形成して得たものである。発熱抵抗体６は、図２に示すように、４つの区域に分割されている。発熱抵抗体６の形状・特性の詳細については後述する。記録材搬送方向下流側の発熱抵抗体１５は、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）と、ガラス粉末（無機結着剤）と、有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、基板７の表面上に形成して得たものである。発熱抵抗体１５の形状・特性の詳細についても後述する。
【００４３】
導電パターン１４は、発熱抵抗体６と発熱抵抗体１５とを電気的に直列に接続するように配設されている。即ち、基板７の短手方向において発熱抵抗体６の両側には、導電パターン１４−１（第１の導電パターン），１４−２（第２の導電パターン）が基板７の長手方向に沿って設けられている。基板７の長手方向において発熱抵抗体１５の両側には、導電パターン１４−３（第１の導電パターン），１４−４（第２の導電パターン）が基板７の長手方向に沿って設けられている。そして発熱抵抗体６の外側（上流側）に設けられている導電パターン１４−１は発熱抵抗体１５の導電パターン１４−３と接続されている。そして、導電パターン１４−１には給電用電極９が、導電パターン１４−４には給電用電極１０が、それぞれ接続されている。以下、発熱抵抗体６とその両側の導電パターン１４−１、１４−２を第１の発熱セグメントＳ１と称し、発熱抵抗体１５とその両側の導電パターン１４−３、１４−４を第２の発熱セグメントＳ２と称する。第１の発熱セグメントＳ１と第２の発熱セグメントＳ２は上述の導電パターン１４−１と１４−３を介して電気的に直列に繋がっている。また第１の発熱セグメントＳ１は、基板７の長手方向に４つの発熱部分６を有し、この４つの発熱部分は上述の導電パターン１４−１と１４−２を介して電気的に直列に繋がっている。
【００４４】
給電用電極９，１０と導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４は，銀を材料としたペーストを基板７表面上にスクリーン印刷したものである。給電用電極９，１０と導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４は発熱抵抗体６，１５に給電する目的で設けられている。そのため、給電用電極９，１０と導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４の抵抗は発熱抵抗体６，１５に対して十分低くしている。
【００４５】
オーバーコート層８は、発熱抵抗体６，１５と導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４を保護するように基板７表面上に設けられている。このオーバーコート層８は、発熱抵抗体６，１５とヒータ３表面との電気的な絶縁性を確保することと、ヒータ３表面とフィルム２内面との摺動性を確保することが主な目的である。本実施例では、オーバーコート層８として厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。
【００４６】
基板７のステー１側の裏面（（非フィルム摺動面））には、ヒータ３の温度を検知する温度検知部材としての検温素子５が設けられている。本実施例では、検温素子としてヒータ３から分離した外部当接型のサーミスタを用いている。この外部当接型サーミスタ５は、例えば支持体上に断熱層を設けその上にチップサーミスタの素子を固定し、素子を下側（基板７裏面側）に向けて所定の加圧力により基板７裏面に当接するような構成をとる。本実施例では、支持体として高耐熱性の液晶ポリマーを用い、断熱層としてセラミックスペーパーを積層したものを用いた。外部当接型サーミスタ５は基板７の最小通紙域内即ち基板７の長手方向においてサイズの異なる記録材Ｐが必ず通過する領域内に設けられている。そしてそのサーミスタ５はヒータ制御系（加熱体制御系）ＨＣの制御手段としてのＣＰＵ１１と電気的に接続されている。ヒータ制御系ＨＣは、ＣＰＵ１１とトライアック１２などを有している。
【００４７】
また、基板７の裏面には、ヒータ制御系ＨＣの故障などによりヒータ３の温度が異常昇温した場合に、発熱抵抗体６，１５への通電を遮断するための感熱素子としてサーモスイッチや温度ヒューズなどが設けられている。本実施例では、感熱素子１７として、所定の温度でバイメタルが反転することにより電流を遮断することができる機構をもつサーモスイッチを用いた。外部当接型サーミスタ５と同じく、サーモスイッチ１７も最小通紙域内に設けられている。
【００４８】
上述のように構成されたヒータ３は、ヒータ３のオーバーコート層８を形成具備させた表面側を下向きに露呈させてステー１の下面側に支持させて固定配設してある。以上の構成をとることにより、ヒータ３全体を低熱容量にすることができ、クイックスタートが可能になる。
【００４９】
ヒータ３は、基板７の長手方向端部に設けられている給電用電極９，１０に商用電源（電源）１３から給電用コネクタ（不図示）を通じて給電される。これにより、給電用電極１０と給電用電極９間で発熱抵抗体６，１５に導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４を通じて図７にて矢印で示す通電経路を辿って通電される。発熱抵抗体６，１５は通電により長手方向全長にわたって発熱することで昇温する。その昇温がサーミスタ５で検知され、サーミスタ５の出力信号（温度検知信号）をＡ／Ｄ変換しＣＰＵ１１に取り込む。ＣＰＵ１１は、サーミスタ５からの出力信号に基づいてトライアック１２により発熱抵抗体６に通電する電力を位相制御や、波数制御などにより制御して、ヒータ３の温度制御を行う。即ちサーミスタ５の検知温度が所定の定着温度（目標温度）より低いとヒータ３が昇温するように、所定の定着温度より高いと降温するように通電を制御することで、ヒータ３は所定の定着温度に保たれる。本実施例では位相制御により出力を０〜１００％まで５％刻みの２１段階で変化させている。出力１００％はヒータ３に全通電したときの出力を示す。
【００５０】
ヒータ３の温度が所定の定着温度に立ち上がり、かつ加圧ローラ４の回転によるフィルム２の回転周速度が定常化した状態においてニップ部Ｎに未定着トナー画像Ｔを担持する記録材Ｐが転写部位より導入される。そして、記録材Ｐがフィルム２と一緒にニップ部Ｎを挟持搬送されることによりヒータ３の熱がフィルム２を介して記録材Ｐに付与され記録材Ｐ上のトナー画像Ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。ニップ部Ｎを通った記録材Ｐはフィルム２表面から分離されて搬送される。
【００５１】
以下に本実施例のヒータ３の製法を述べる。まず、酸化アルミニウム製の基板７の基板表面上に給電用電極９，１０と導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４を同時にスクリーン印刷し、乾燥後、８００℃程度の温度で焼成する。次に、前述の銀パラジウムペーストをスクリーン印刷し、乾燥後、８００℃程度の温度で焼成して発熱抵抗体１５を形成する。更に、前述のグラファイトペーストをスクリーン印刷し、乾燥・焼成し発熱抵抗体６を形成する。グラファイトは７００℃程度で表面酸化が始まるので、この時の焼成温度は約６００℃とした。その後、オーバーコート層８をスクリーン印刷により形成し、乾燥・焼成する。グラファイトの耐熱性を考慮して、オーバーコート層８の材料は４００〜５００℃で焼成可能なガラスを選択した。
【００５２】
次に、本実施例の発熱抵抗体６，１５の形状・特性について詳細に説明する。図１は本実施例に係るヒータ３の正面図である。図１においては、簡単のためオーバーコート層８を省略している。
【００５３】
本実施例では、ヒータ３の記録材搬送方向上流側の発熱抵抗体６と記録材搬送方向下流側の発熱抵抗体１５とを導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４を介して直列接続している。図１に示すように、記録材搬送方向上流側の発熱抵抗体６は、基板７の長手方向において４つの発熱部分（以下、区域と称す）に分割されている。発熱抵抗体６の４つの区域のうち、中央の２つの区域を６ａとし、端部の２つの区域を６ｂとする。分割された発熱抵抗体６の各区域には記録材搬送方向Ａの向きに給電するように導電パターン１４−１，１４−２を配設している。そして分割された隣り合う区域同士は導電パターン１４−１，１４−２のうち何れか一方の導電パターンによって直列に接続されている。よって、給電用電極９，１０に給電されると、各区域に流れる電流は図１の矢印の向き（ヒータ３の短手方向）になる。本実施例の発熱抵抗体６は、特許文献１に記載されている分割パターンと同じ構成をとっている。
【００５４】
発熱抵抗体６ａ，６ｂの１区域の長手方向の長さａ及び幅ｄは４区域で全て同じとしている。本実施例では、長さａは５５ｍｍとし、幅ｄは１ｍｍとした。また、分割された隣り合う区域間の隙間ｇの長さｃは全て０．５ｍｍとしている。よって、発熱抵抗体６の全長は隙間を含めると２２１．５ｍｍになり、本実施例の最大通紙幅Ａ４ サイズ（紙幅：２１０ｍｍ）よりも長い。そして、発熱抵抗体６の基板７の長手方向の中心位置（中央の２つの区域６ａ間の隙間ｇの中心）を、記録材Ｐの短手方向の中心位置ＣＬと一致させている。発熱抵抗体６の厚さは４つの区域とも約１０μｍとした。
【００５５】
また、本実施例では、発熱抵抗体６の中央の２つの区域６ａと端部の２つの区域６ｂとでシート抵抗を変えている。発熱抵抗体６の材料に用いているグラファイトとガラスを主成分としたペーストの常温のシート抵抗は５０〜５００Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）程度であり、グラファイトとガラスの配合比で調整することができる。本実施例では、中央の２つの区域６ａのシート抵抗は１４０Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）、端部の２つの区域６ｂのシート抵抗はその２倍の２８０Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）とした（いずれも常温の値）。よって、２つの区域６ａの１つの区域の抵抗Ｒ１（搬送方向Ａの向きの抵抗）は２．５Ω、２つの区域６ｂの１つの区域の抵抗Ｒ２はその２倍の５．０Ω、発熱抵抗体６全体の総抵抗は１５．０Ωとなる（全て常温の値）。
【００５６】
本実施例のヒータ３は、発熱抵抗体６の中央の２つの区域６ａと端部の２つの区域６ｂとで抵抗を変えているので、中央の２つの区域６ａと端部の２つの区域６ｂの発熱量も異なる。中央の２つの区域６ａの基板７の長手方向における単位長さあたりの発熱量をＸ、端部の２つの区域６ｂの基板７の長手方向における単位長さあたりの発熱量をＹとする。すると、中央の２つの区域６ａと端部の２つの区域６ｂで流れる電流は共通なので、Ｘ＜Ｙ（２Ｘ＝Ｙ）という関係になる。
【００５７】
従来の発熱抵抗体は銀パラジウム等の金属を主体としたペーストで形成されているのが一般的であり、ＰＴＣ特性（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：温度が上がると抵抗が高くなる正の抵抗温度特性）を示す。一方、本実施例で発熱抵抗体６として用いているグラファイトは、ＮＴＣ特性（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：温度が上がると抵抗が低くなる負の抵抗温度特性）を示すことが知られている。
【００５８】
本実施例の発熱抵抗体６の抵抗変化率は−７００ｐｐｍ／℃程度（２５℃から３００℃までの抵抗変化率 以下の抵抗変化率の値も同様）とした。
【００５９】
次に、記録材搬送方向下流側の発熱抵抗体１５について説明する。発熱抵抗体１５は、基板７の長手方向に給電するので、電流の流れる方向は図１の矢印の向き（ヒータ３の長手方向）になる。発熱抵抗体１５の長さｂは１１０．５ｍｍとし、幅ｄは発熱抵抗体６と同じく１ｍｍとした。図１に示す通り、発熱抵抗体１５は、発熱抵抗体６の中央の２つの区域６ａ、及びこの２つの区域６ａ間の隙間ｇと同じ位置に配置してある。よって、発熱抵抗体１５の基板７の長手方向の中心位置（破線の位置）も、記録材Ｐの短手方向の中心位置ＣＬと一致させている。発熱抵抗体１５の厚さは発熱抵抗体６と同じく約１０μｍとした。
【００６０】
本実施例では、発熱抵抗体１５の常温のシート抵抗を２７ｍΩ／ｓｑ（厚さ１０μｍ）としたので、その抵抗２ｒは常温で３．０Ωである（発熱抵抗体１５の半分の長さの抵抗をｒとしている ｒ＝１．５Ω）。よって、発熱抵抗体６と発熱抵抗体１５と合わせた発熱抵抗体全体の総抵抗（給電用電極９，１０間の抵抗）は、常温で１８．０Ωである。
【００６１】
発熱抵抗体１５はＰＴＣ特性を示す銀パラジウムペーストで形成されており、その抵抗変化率は３０００ｐｐｍ／℃程度とした。銀パラジウムペーストの抵抗変化率は銀とパラジウムの配合比によって調整することができる。本実施例のヒータ３では、記録材搬送方向上流側の発熱抵抗体６をＮＴＣ特性を有する発熱抵抗体とし、記録材搬送方向下流側の発熱抵抗体１５をＰＴＣ特性を有する発熱抵抗体とする構成をとっている。
【００６２】
従来の発熱抵抗体は、シート抵抗の低い銀パラジウム等の金属を主体としたペーストで形成されているので、発熱抵抗体１５のように長手方向に給電するパターンが一般的である。グラファイトペーストはＮＴＣ特性を示す材料の中では比較的シート抵抗が低い方であるが、銀パラジウム等の金属ペーストに比べるとシート抵抗は大きい。よって、グラファイトペーストで発熱抵抗体１５のように長手方向に給電するパターンを形成すると、抵抗が非常に大きくなりヒータとして用いることができない。これはグラファイト以外のＮＴＣ特性を示す材料にも一般的に言えることである。よって、特許文献１でも説明している通り、シート抵抗の大きいグラファイトペーストを、商用電源で使用できる範囲の総抵抗にするために、発熱抵抗体６を分割して各区域で基板７の短手方向に電流を流す構成を用いている。
【００６３】
発熱抵抗体６において、発熱抵抗体６の長手方向全域で、均一な定着性を得るためには、所定の定着温度において発熱抵抗体６の長手方向全域で単位長さあたりの発熱量を同じにする必要がある。本実施例において、発熱抵抗体６，１５の長手方向の領域を、中央（発熱抵抗体６ａと発熱抵抗体１５が存在する領域）と端部（発熱抵抗体６ｂが存在する領域）の２つに分けて考えると、中央の抵抗は２×（Ｒ１＋ｒ）、端部の抵抗は２×Ｒ２となる。本実施例では、定着温度を２００℃としており、その定着温度における各抵抗が以下の関係を満たすように設定している。
【００６４】
Ｒ１＝ｒ＝Ｒ２／２
前述した通り、常温の各抵抗の値は、Ｒ１＝２．５Ω、Ｒ２＝５．０Ω、ｒ＝１．５Ω（総抵抗１８．０Ω）である。発熱抵抗体６，１５の抵抗変化率はそれぞれ−７００ｐｐｍ／℃、３０００ｐｐｍ／℃としている。このため、定着温度２００℃における各抵抗の値は、Ｒ１＝２．２Ω、Ｒ２＝４．４Ω、ｒ＝２．２Ω（総抵抗１７．６Ω）となり上式の関係となる。つまり、定着温度２００℃で上式を満足するように、各発熱抵抗体６，１５のシート抵抗と抵抗変化率と幅と厚さを選択している。
【００６５】
上式の関係を満たすように各抵抗を設定することにより、定着温度２００℃において、中央の抵抗２×（Ｒ１＋ｒ）と端部の抵抗２×Ｒ２は同じになり、各抵抗を流れる電流は共通なので、中央と端部の発熱量も同じになる。以上の構成をとることによって、本実施例のように、上下流で発熱抵抗体の長さと抵抗変化率が異なる加熱体においても、長手全域で均一な定着性が得られるようにしている。
【００６６】
本実施例との比較のために、比較例のヒータ構成について説明する（この比較例を比較例１とも称す）。図６は比較例１のヒータの正面図である。１６は比較例１の発熱抵抗体である。発熱抵抗体１６は、銀パラジウムと、ガラス粉末（無機結着剤）と、有機結着剤を混練して調合したペーストを、酸化アルミニウム基板７上にスクリーン印刷により、幅１ｍｍ、長さ２２０ｍｍ、厚さ約１０μｍの線帯状に形成して得たものである。発熱抵抗体１６の長さは、本実施例の発熱抵抗体６の全長から隙間ｇ部分を除いた長さ（５５ｍｍ×４）と同じとした。また、比較例１においても、発熱抵抗体１６のヒータ３の長手方向の中心位置は、記録材Ｐの短手方向の中心位置ＣＬと一致させている。発熱抵抗体１６の厚さは約１０μｍとした。比較例１の発熱抵抗体１６は、常温のシート抵抗を７７Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）としており、抵抗は常温で１７．０Ωである。発熱抵抗体１６の抵抗変化率は２００ｐｐｍ／℃程度としているので、定着温度２００℃における抵抗は１７．６Ωであり、本実施例と同じにしている。
【００６７】
なお、発熱抵抗体１６の材料・形状及び導電パターン１４の形状以外のヒータ構成は本実施例と同じとした。オーバーコート層は厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いているが、図６では簡単のため省略している。比較例１の発熱抵抗体１６は長手方向に給電され、電流は図６に示すヒータの長手方向に流れる。比較例１はＰＴＣ特性を有する発熱抵抗体のみで構成されたヒータの一般的な構成である。
【００６８】
次に、本実施例との比較のために、本発明者が特許文献１で提案したヒータ構成について説明する（この比較例を比較例２とも称す）。比較例２は、ＮＴＣ特性を有する発熱抵抗体で構成されたヒータの一例である。図７は比較例２のヒータの正面図である。比較例２の発熱抵抗体１８は、本実施例と同じグラファイト・ガラスを主成分とするペーストを用いている。発熱抵抗体１８及び導電パターン１４の形状以外のヒータ構成は本実施例と同じとした。オーバーコート層は厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いているが、図７では簡単のため省略している。
【００６９】
図７に示す通り、比較例２の発熱抵抗体１８の形状は、本実施例の構成から下流側のＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５を削除したものになっており、本実施例の発熱抵抗体６と全く同じである。分割された１つの区域の長手方向の長さａ、幅ｂ、区域間の隙間ｇの距離ｃも、本実施例と同じ値としている。よって、発熱抵抗体１８の全長は隙間を含めると２２１．５ｍｍとなり、本実施例の発熱抵抗体６の全長と同じである。比較例２においても、発熱抵抗体１８のヒータ長手方向の中心位置は、記録材Ｐの短手方向の中心位置ＣＬと一致させている。発熱抵抗体１８の厚さは約１０μｍとした。
【００７０】
比較例２でも、定着温度２００℃における抵抗は、本実施例、比較例１の各ヒータと同じ１７．６Ωにしている。２００℃でこの抵抗になるように、発熱抵抗体１８の常温のシート抵抗は２８０Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）、抵抗変化率は−７００ｐｐｍ／℃程度（本実施例の発熱抵抗体６と同じ）としている。よって、発熱抵抗体１８の常温における総抵抗は２０．１Ωである。なお、本実施例では発熱抵抗体６の中央と端部でシート抵抗を変えているが、比較例２の発熱抵抗体１８では４つの区域とも同じシート抵抗としている。
【００７１】
比較例１のヒータを備えた定着装置に小サイズ紙を通紙すると、前述した非通紙部昇温が発生する。比較例１のヒータを本実施例で説明した定着装置に搭載した場合を考え、以下、非通紙部昇温についてモデル図を用いて説明する。
【００７２】
図８は比較例１のヒータの発熱抵抗体１６のモデル図である。ここでは、発熱抵抗体１６を長さａ（＝５５ｍｍ）に４分割して考え、中央の２つの区域の抵抗をそれぞれｒ１、端部の２つの区域の抵抗をそれぞれｒ２とする（中央と端部の温度が同じであればｒ１＝ｒ２）。２（ｒ１＋ｒ２）が総抵抗になり、常温では１７．０Ωである。発熱抵抗体１６に流れる電流をｉとすると、中央の１区域の発熱量ｑ１はｉ２×ｒ１であり、端部の１区域の発熱量ｑ２はｉ２×ｒ２である。
【００７３】
簡単のため、幅２ａ（＝１１０ｍｍ）の小サイズ紙が通紙された場合を考えると、中央の抵抗がｒ１の区域は通紙部に、端部の抵抗がｒ２の区域は非通紙部になる。ヒータの温度制御は通紙部に設けられたサーミスタ５で行われるので、小サイズ紙に熱を奪われる通紙部に比べて、小サイズ紙に熱を奪われない非通紙部の温度は上昇する。比較例１の発熱抵抗体１６はＰＴＣ特性を示すため、小サイズ紙通紙時はｒ１＜ｒ２となる。電流ｉは通紙部、非通紙部で同じであるためｑ１＜ｑ２となり、非通紙部の発熱量は中央の発熱量よりも大きくなる。
【００７４】
本実施例のヒータ３についても、同様にモデル図を用いて考えてみる。図９は本実施例に係るヒータ３の発熱抵抗体６，１５のモデル図である。前述の通り、発熱抵抗体６ａの１つの区域の抵抗をＲ１、発熱抵抗体６ｂの１つの区域の抵抗をＲ２、発熱抵抗体１５の半分の長さの抵抗（発熱抵抗体６の１区域分に相当）をｒとする。なお、発熱抵抗体１５の長さｂは１１０．５ｍｍであるが、ここでは、簡単のため、長さを２ａ（＝１１０ｍｍ）として説明する。本実施例の発熱抵抗体６，１５の総抵抗は、２（Ｒ１＋Ｒ２＋ｒ）であり、常温では１８．０Ωである。発熱抵抗体６，１５に流れる電流をＩとすると、中央の長さａ分（１区域相当分）の発熱量Ｑ１はＩ２×（Ｒ１＋ｒ）であり、端部の長さａ分（１区域相当分）の発熱量Ｑ２はＩ２×Ｒ２である。定着温度の２００℃では、前述の通り、Ｒ１＝ｒ＝Ｒ２／２という関係になっているので、Ｑ１＝Ｑ２であり、中央と端部の発熱量は等しい。
【００７５】
比較例１のヒータの場合と同様に、幅２ａ（＝１１０ｍｍ）の小サイズ紙が通紙された場合を考えると、中央の抵抗がＲ１とｒの区域は通紙部に、端部の抵抗がＲ２の区域は非通紙部になる。小サイズ紙の定着温度も２００℃とすると、通紙部では２００℃のままなのでＲ１＝ｒであり、Ｑ１＝２Ｉ２×Ｒ１である。一方、本実施例のヒータ３でも、小サイズ紙を通紙すると紙に熱を奪われない非通紙部は通紙部よりも温度が高くなる傾向があるので、端部の温度は２００℃よりも高くなる。発熱抵抗体６はＮＴＣ特性を有するので、小サイズ紙が通紙された場合は、Ｒ１＞Ｒ２／２という関係になり、電流Ｉは通紙部、非通紙部で同じであるためＱ１＞Ｑ２となる。よって、本実施例の構成では、小サイズ紙通紙時に非通紙部の発熱量は通紙部の発熱量よりも小さくなる。
【００７６】
比較例１と本実施例のヒータを同じ定着温度２００℃で制御し、同じ小サイズ紙を通紙した場合、両者の中央の発熱量ｑ１とＱ１の関係がどうなるかを考える。比較例１の場合、加熱体全体が２００℃になった場合の総抵抗は２（ｒ１＋ｒ２）＝４ｒ１である（２００℃ではｒ１＝ｒ２）。本実施例の場合、ヒータ全体が２００℃になった場合の総抵抗は２（Ｒ１＋Ｒ２＋ｒ）＝８Ｒ１である（２００℃では、Ｒ１＝ｒ＝Ｒ２／２）。２００℃における両者の総抵抗を同じにしているので、２００℃においては、ｒ１＝２Ｒ１（４ｒ１＝８Ｒ１）という関係が成り立つ。また、前述の通り、ｑ１＝ｉ２×ｒ１、Ｑ１＝２（Ｉ２・Ｒ１）（中央部は定着温度２００℃なので、ここでいうｒ１×Ｒ１は２００℃の抵抗）なので、ｑ１＝Ｑ１である。
【００７７】
故に、同じ小サイズ紙を通紙したときの非通紙部の発熱量はｑ２＞Ｑ２となり、本実施例の方が比較例１よりも非通紙部昇温が小さくなることが分かる。なお、ｑ１＝Ｑ１なので、同じ小サイズ紙を通紙すれば、比較例１と本実施例の定着性は同等になる。
【００７８】
本実施例の発熱抵抗体１５はＰＴＣ特性を有するため、発熱抵抗体１５が端部にも存在すると、比較例１と同じく非通紙部昇温が悪化し、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６による非通紙部昇温低減の効果が損なわれてしまう。本実施例では、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５は非通紙部昇温が問題となる端部には設けていないので、ＮＴＣ特性とＰＴＣ特性の発熱抵抗体を併用しても非通紙部昇温低減効果が損なわれることはない。
【００７９】
なお、ここでは、簡単のために、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５の存在領域と小サイズ紙の紙幅が一致している場合を例に挙げて非通紙部昇温の低減効果を説明した。以下で、それらが一致しない場合について述べる。
【００８０】
本実施例のヒータ３では、発熱抵抗体１５の存在領域ｂの長さを１１０．５ｍｍとしている。これにより、特に非通紙部昇温の厳しいハガキやＣＯＭ１０、ＭＯＮＡＲＣＨ、ＤＬサイズの封筒は紙幅が１００〜１１０ｍｍ程度であるので、それらの記録材を通紙した場合の非通紙部昇温低減効果は十分得られた。つまり、ＰＴＣの発熱抵抗体１５がわずかに非通紙部に入ることはあるが、その領域は片側で最大５ｍｍ程度であるので、非通紙部昇温低減効果を大きく損なうことはなかった。
【００８１】
また、紙幅がＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５の存在領域よりも広い、例えばＢ５、Ａ５サイズにおいては、それらのサイズの非通紙部にはＮＴＣ特性の発熱抵抗体６ｂしか存在しない。特開２０００−５８２３２号公報に開示されているように、記録材搬送方向に給電する発熱抵抗体パターンでは、一般的にＰＴＣ特性の方がＮＴＣ特性より非通紙部昇温防止に対しては有利である。よって、これらのサイズに対しては、本実施例のヒータ３のようにＮＴＣ特性の発熱抵抗体６を４分割した構成では非通紙部昇温低減効果が得られない。これらのサイズにも対応するには、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６の分割数を増やす必要がある。ただし、これらのサイズは非通紙部の領域が少ないので、ハガキや前述した封筒に比べて非通紙部昇温自体がそれほど高くない。本実施例では、説明を簡単にする目的もあって、特に非通紙部昇温の厳しいハガキや封筒に対応する４分割パターンで説明しているが、分割数を増やしてＢ５、Ａ５サイズの非通紙部昇温を低減することも可能である。
【００８２】
比較例２についても、本実施例と同じメカニズムで非通紙部昇温を低減できる（特許文献１で詳細を述べている）。非通紙部昇温低減の効果は、本実施例と比較例２でほぼ同等であった。
【００８３】
本実施例、比較例１、比較例２のヒータをそれぞれ備えた各定着装置において、ヒータの制御に用いるサーミスタ５、ＣＰＵ１１或いはトライアック１２などが故障して制御不能になり、ヒータが暴走し異常昇温した場合について述べる。
【００８４】
図１０は本実施例、比較例１、比較例２の各ヒータの総抵抗の温度変化を示す図である。図１０の横軸はヒータ温度を示し、縦軸は発熱抵抗体の総抵抗（本実施例であれば、発熱抵抗体６，１５を合わせた抵抗）を示す。ここでは、各構成の発熱抵抗体の抵抗変化率は温度によらず一定であるとし、各々の常温の総抵抗と抵抗変化率から計算した結果を図１０に示している。比較例１のヒータはＰＴＣ特性なので、温度が上昇すると抵抗が大きくなり、比較例２のヒータはＮＴＣ特性なので、温度が上昇すると抵抗が小さくなる。本実施例のヒータは、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６とＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５を直列に接続しており、全体としては、温度が上昇すると若干抵抗が下がる弱いＮＴＣ特性を示している。前述した通り、定着温度２００℃においては、各ヒータの総抵抗は同じ値（１７．６Ω）にしている。
【００８５】
ヒータ制御系ＨＣなどの故障によりヒータに全通電された場合が、最も温度上昇が速く、ヒータ破損の可能性も高くなるので、その場合について考える。図１１は本実施例、比較例１、比較例２の各ヒータに１４０Ｖの電圧を印加し全通電した場合の電力の温度変化を示す図である。比較例２は、温度上昇とともに抵抗が下がるので、印加される電力が上昇する（ヒータ暴走時の温度は５００〜７００℃に達する）。本実施例、比較例１の各ヒータは、図１０に示した抵抗の温度変化が小さく、温度が上昇しても印加される電力に大きな変化はない。よって、本実施例、比較例１の各ヒータは、比較例２のヒータよりも、ヒータ暴走時に加熱体が破損するまでの時間が長くなる。実際に、各ヒータを本実施例の構成の定着装置に搭載して、同じ条件（１４０Ｖ印加）でヒータの暴走試験を実施したところ、表１に示す結果が得られた。なお、この試験においては、感熱素子であるサーモスイッチ１７は外しており、ヒータに全通電を続けた場合、どの位の時間でヒータ破損に至るかを比較している。
【００８６】
【表１】
【００８７】
本実施例のヒータ３で用いているサーモスイッチ１７は、この試験条件であれば、３ｓｅｃ．位で動作する性能がある。よって、比較例２のヒータでも、ヒータが破損する時間とサーモスイッチ動作時間との差は１．５ｓｅｃ．あり、必ずヒータの熱暴走時にヒータが破損するわけではない。ただし、本実施例のヒータ３は、比較例２のヒータに比べてマージンが約４ｓｅｃ．アップしており、より信頼性が高い構成であると言える。図１１に示す通り、比較例１は本実施例よりも異常高温時の印加電力が小さいので、ヒータ破損時間（加熱体破損時間）も比較例１の方が若干長い結果であった。ただし、その差は０．３ｓｅｃ．であり、サーモスイッチ動作時間に対するマージンという観点では、本実施例と比較例１はほぼ同等の性能であると考えられる。
【００８８】
本実施例のヒータ３は、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６とＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５の両方を用いており、発熱抵抗体１５のＰＴＣ特性により、異常昇温時に総抵抗が比較例２のように大きく下がることを防止している。このＰＴＣ特性の効果をより強くするために、発熱抵抗体１５の抵抗変化率を３０００ｐｐｍ／℃と大きくしている。
【００８９】
比較例１のヒータでは、抵抗変化率を２００ｐｐｍ／℃としており、本実施例のヒータ３の発熱抵抗体１５の抵抗変化率よりも小さくしている。比較例１で抵抗変化率を本実施例並みに大きくすると、熱暴走時の印加電力はより下がるので、熱暴走の抑止という点では本実施例よりも優れる。しかし、比較例１の構成で単純に抵抗変化率を大きくすると、小サイズ紙通紙時に端部の抵抗上昇がより大きくなってしまうため、非通紙部昇温が更に悪化してしまう。性能のバランスを考慮すると、比較例１の構成では２００ｐｐｍ／℃程度の抵抗変化率が妥当な値である。
【００９０】
特開２００６−１１４３７８号公報で本発明者は、ＮＴＣ特性とＰＴＣ特性を有する発熱抵抗体をヒータの基板の記録材搬送方向上流側と記録材搬送方向下流側に設け、両者を直列接続する構成について述べている。この構成のＰＴＣ特性の発熱抵抗体は、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体と同じ長さであり、基板の長手方向の略全域に配置されている。この構成でも、熱暴走時の電力上昇は、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体の効果によって、本実施例と同様に防止することができる。しかし、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体が端部にも存在するために、非通紙部昇温については本実施例の方がより低減の効果が高い。
【００９１】
特開２０００−２２３２４４号公報にも、ＮＴＣ特性とＰＴＣ特性のパターンを併用する構成のヒータが開示されている。この構成は、基板の長手方向の略全域に配置されたＰＴＣ特性の発熱抵抗体の端部の給電部の一部にＮＴＣ特性のパターンを介在させるものである。大サイズ紙を通紙する場合は、非通紙部昇温がないので、ＮＴＣパターンの抵抗が高くほとんど電流が流れないためＰＴＣ特性の発熱抵抗体は長手全域で発熱する。小サイズ紙を通紙する場合は、非通紙部昇温により端部のＮＴＣパターンの抵抗が低くなり電流が流れるようになるので、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体は通紙部に選択的に電流が流れるようになり、その結果、非通紙部昇温が低減される。
【００９２】
この構成は、長手方向の略全域のＰＴＣ特性の発熱抵抗体と、端部のみに設けられたＮＴＣ特性のパターンという構成であるので、本実施例のヒータ３の構成とは異なるが、非通紙部昇温低減の効果は本実施例のヒータ３と同様にある。端部のみに設けられたＮＴＣ特性の上記パターンは発熱抵抗体として記録材を加熱する働きはなく、記録材の幅に合わせてＰＴＣ特性の発熱抵抗体の発熱領域を変えるために設けられている。
【００９３】
この構成で、ヒータが暴走して異常昇温した場合を考えてみる。ＰＴＣ特性の発熱抵抗体の異常昇温により端部のＮＴＣパターン部の温度も上昇し、ＮＴＣパターンの抵抗は、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体に給電する導電パターンと同等の抵抗に下がると考えられる。よって、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体の端部にはほとんど電流が流れなくなり中央のみ非常に高温となる。長手方向で極端に温度差が生じると、それに起因する熱応力が基板に発生するので、熱暴走時のヒータ破損という観点からは、本実施例の方が熱暴走抑止効果が高いと考えられる。
【００９４】
中央と端部で発熱抵抗体のシート抵抗と抵抗変化率を変えているので、本実施例でも、熱暴走時における中央と端部の温度の違いは生じる。図１２は本実施例のヒータの発熱抵抗体の中央と端部に印加される電力の温度変化を示した図である。ここでは、図１１と同じく１４０Ｖの電圧を印加し全通電した場合を考えている。中央の電力は発熱抵抗体６ａと発熱抵抗体１５で消費される電力を足したものであり、端部の電力は発熱抵抗体６ｂで消費される電力を示している。図１２には中央と端部の電力を足した全体の電力も示しており、これは図１１で本実施例の電力として示したものと同じである。電力は発熱量と等価であるから、図１２より本実施例のヒータ３が熱暴走したときの長手方向の温度分布の概要が分かる。
【００９５】
前述の通り、中央と端部の発熱量は定着温度２００℃のときは同じにしており、２００℃よりも温度が上がると中央の発熱量が端部よりも大きくなる。これは、中央のＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５の抵抗上昇の寄与が大きいためである。よって、熱暴走時は、中央の方が端部よりも温度が高い状態になるが、特開２０００−２２３２４４号公報の構成のように端部の発熱量がほとんどなくなることはない。つまり、特開２０００−２２３２４４号公報の構成よりも本実施例の方が、熱暴走時の中央と端部の温度差は小さく、基板に発生する熱応力も小さくなるので、より熱暴走抑止効果は高いと言える。
【００９６】
非通紙部昇温の低減、及び熱暴走の抑止という２つの観点から、これまで説明してきた本実施例、比較例１、比較例２の各ヒータを比較してみると、以下の表２のようになる。
【００９７】
【表２】
【００９８】
表２に示す通り、本実施例のヒータ構成が、非通紙部昇温の低減と、熱暴走の抑止とを両立できる構成であることが分かる。本実施例のヒータ構成は、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体とＰＴＣ特性の発熱抵抗体の両方を有し、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体がＮＴＣ特性の発熱抵抗体よりも短く、かつＰＴＣ特性の発熱抵抗体が端部に存在しないヒータ構成である。
【００９９】
本実施例では、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６とＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５の材料として、それぞれ、グラファイトと銀パラジウムを主体としたペーストを用いたが、それぞれ別の材料を用いてもよい。
【０１００】
本実施例では、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６の中央と端部の抵抗を変えるために、シート抵抗を変えたが、発熱抵抗体の厚さを変えてもよい（例えば、シート抵抗は同じにして、中央を１０μｍ、端部を５μｍ程度にする）。
【０１０１】
本実施例では、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６で所望の抵抗を得るために、分割したパターンを用いているが、所望の抵抗が得られるのであれば、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体で発熱抵抗体１５のように長手方向に給電する線帯状のパターンを用いてもよい。図１３は本実施例のヒータの変形例の正面図であって、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体２３を長手方向に給電する線帯状のパターンにした場合のヒータの正面図である。図１３中の矢印は電流の流れる方向を表しており、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体２３でも、長手方向に電流が流れる。
【０１０２】
図１３も本発明に係る加熱体（ヒータ）の一例であり、本実施例で説明したＮＴＣ特性の発熱抵抗体６を分割するパターンと同等に、非通紙部昇温の低減と、熱暴走の抑止とを両立できる。図１３の構成であれば、どのような紙幅の小サイズ紙でも非通紙部昇温低減の効果が発揮できるので、所望の抵抗が得られるＮＴＣ特性を有する材料があれば、本発明に係る加熱体の発熱抵抗体の材料として理想的な適用例であると言える。
【０１０３】
本実施例では、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６の分割数は４分割としたが、前述した通り、４分割に限定されるものではない。
【０１０４】
本実施例では、ＮＴＣ特性を有する発熱抵抗体６を基板７の上流側に、ＰＴＣ特性を有する発熱抵抗体１５を基板７の下流側に配置したが、これらの発熱抵抗体の基板７の短手方向における配置は逆でもよい。また、ＮＴＣ特性を有する発熱抵抗体６・ＰＴＣ特性を有する発熱抵抗体１５は、それぞれ１本ずつ設けているが、これらの発熱抵抗体はそれぞれ複数本設けてもよい。
【０１０５】
本実施例では記録材を中央基準で搬送する画像形成装置を例にとったが、本発明は記録材を端部基準で搬送する画像形成装置にも適用可能である。端部基準で搬送する画像形成装置の定着装置に本実施例のヒータを適用する場合にも、小サイズ紙の通紙部に合わせてＰＴＣ特性の発熱抵抗体を配置すればよい。
【０１０６】
[実施例２]
ヒータの他の例を説明する。本実施例では、実施例１で述べたＮＴＣ特性の発熱抵抗体６の中央と端部の抵抗を変えるための他の構成として、発熱抵抗体の幅を変える。実施例１のヒータ３と大きく異なる構成は、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体の構成のみであり、それ以外の構成は実施例１と同じとする。
【０１０７】
以下、本実施例のヒータ３について説明する。図１４は本実施例におけるヒータ３の正面図である。図１４においては、簡単のためヒータ３のオーバーコート層を省略している。
【０１０８】
１９は本実施例におけるＮＴＣ特性の発熱抵抗体である。発熱抵抗体１９は、実施例１の発熱抵抗体６と同じく、グラファイトと、ガラス粉末（無機結着剤）と、有機結着剤とを混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、基板７の表面上に形成して得たものである。基板７は実施例１と同じく、酸化アルミニウム基板を用いている。
【０１０９】
本実施例も、記録材搬送方向上流側にＮＴＣ特性の発熱抵抗体１９を設け、記録材搬送方向下流側にＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５を設けている。そして、発熱抵抗体１９と、発熱抵抗体１５を導電バターン１４により直列接続している。ＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５の材料・特性は実施例１と全く同じとした。図１４に示すように発熱抵抗体１９は４つの区域に分割している。この４つの区域のうち、中央の２つの区域を１９ａとし、端部の２つの区域を１９ｂとする。分割された発熱抵抗体１９の各区域には記録材搬送方向Ａの向きに給電するように導電パターン１４−１，１４−２，１４−３，１４−４を配設している。そして分割された隣り合う区域同士は直列に接続されている。よって、給電用電極９，１０に給電されると、各区域には流れる電流は図１４の矢印の向き（ヒータの短手方向）になる。
【０１１０】
本実施例では、発熱抵抗体１９の中央の発熱抵抗体１９ａと端部の発熱抵抗体１９ｂのシート抵抗は同じとし、端部の発熱抵抗体１９ｂの幅を中央の発熱抵抗体１９ａの２倍とすることで抵抗を２倍にしている。すなわち、発熱抵抗体１９の常温のシート抵抗を長手全域で１４０Ω／ｓｑ（厚さ１０μｍ）とし、中央の発熱抵抗体１９ａの幅ｄを１ｍｍ、端部の発熱抵抗体１９ｂの幅ｅを２ｍｍとしている。発熱抵抗体１９のシート抵抗は、実施例１の中央の発熱抵抗体６ａと同じである。中央の発熱抵抗体１９ａの幅ｄは、実施例１の中央の発熱抵抗体６ａの幅と同じである。また、図１４中のａ、ｂ、ｃの寸法は、実施例１と同じとしている。なお、発熱抵抗体１９，１５のヒータ長手方向の中心位置は、記録材Ｐの短手方向の中心位置ＣＬと一致させている。発熱抵抗体１９の厚さは４つの区域１９ａ，１９ｂとも約１０μｍとした。
【０１１１】
ＮＴＣ特性の発熱抵抗体１９の抵抗変化率は、実施例１と同じく−７００ｐｐｍ／℃程度とした。つまり、発熱抵抗体１９の材料はシート抵抗も含めて、実施例１の中央の発熱抵抗体６ａと全く同一である。
【０１１２】
上記構成をとることにより、発熱抵抗体１９ａ，１９ｂ，１５の各区域分の抵抗Ｒ１，Ｒ２，ｒは実施例１で述べた各抵抗と全く同じになる。本実施例でも定着温度は２００℃としており、実施例１と同じく定着温度において、Ｒ１＝ｒ＝Ｒ２／２という関係を満たすので、基板７の長手方向の略全域で均一な定着性が得られる。
【０１１３】
本実施例のヒータ３は、発熱抵抗体１９，１５の電気抵抗としての構成が実施例１と全く等価である。このため、非通紙部昇温の低減と、熱暴走の抑止との両立という観点においても、実施例１のヒータ３で説明した表１、表２に示されるように、本実施例のヒータ３は比較例１、比較例２の各ヒータよりも優れている。
【０１１４】
また、実施例１のヒータ３では、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体６のシート抵抗を中央と端部で変えているので、ヒータ製造時に、スクリーン印刷を２回に分けて行う必要がある（ペーストが中央と端部で異なるため）。その点、本実施例のヒータ３では、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体１９は基板７の長手方向の略全域で同じペーストを使用して形成できるので、スクリーン印刷が１回で可能であり、ヒータの製造工程を削減できるという利点がある。
【０１１５】
［実施例３］
ヒータの他の例を説明する。本実施例では、基板として窒化アルミニウムを用いる。実施例１、実施例２のヒータ３のように、基板７の材料に酸化アルミニウムを用いる場合は、基板７の表面側に発熱抵抗体を形成し、基板７の裏面側に検温素子を設ける構成が一般的である（表面発熱タイプ）。これに対して、基板７の材料に窒化アルミニウムを用いる場合、窒化アルミニウムは酸化アルミニウムより熱伝導率が高い。このため、基板７の裏面側に発熱抵抗体を形成し、その上から絶縁層を介して検温素子を当接させ温度制御する構成の方が熱効率が良く一般的である（裏面発熱タイプ）。よって、本実施例においても裏面発熱タイプを用いた。
【０１１６】
以下、本実施例のヒータ３について説明する。図１５は本実施例のヒータ３の正面図及び背面図と、このヒータ３の通電制御系の説明図である。図１６は図１５に示すヒータ３のＸＶＩ−ＸＶＩ線矢視断面図である。本実施例では、基板２０として幅７ｍｍ、長さ２７０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの窒化アルミニウム基板を用いている。実施例１、実施例２において、ヒータ３の基板７として用いている酸化アルミニウム基板の幅、長さは本実施例のヒータ３の基板２０と同じであるが、厚さは１ｍｍであった。
【０１１７】
基板として用いる窒化アルミニウム基板と酸化アルミニウム基板とで基板厚さが異なるのは以下の理由による。ヒータが高温になると、基板内の温度差（基板短手方向において発熱抵抗体が存在する部分と、基板端など存在しない部分との温度差）より熱応力が生じる。この熱応力が基板の破断強度を超えると、基板が破損してしまう。基板を厚くすると、強度は増すが、その分、熱容量が大きくなりクイックスタートに不利になる、表面発熱タイプの場合は検温素子の応答性が悪化する、裏面発熱タイプの場合は記録材へ熱が伝わりにくくなるため熱効率が悪化する、等の問題点がある。よって、基板に発生しうる熱応力に十分耐えられる範囲でなるべく基板を薄くすることが望ましい。窒化アルミニウム基板は、酸化アルミニウム基板よりも熱伝導率が高いので、基板内の温度差が小さく基板に生じる熱応力が小さい。基板に発生する熱応力によって基板が破損しない範囲でできるだけ薄くするという観点で、酸化アルミニウム基板は１ｍｍ、窒化アルミニウム基板は０．６ｍｍという厚さを選択している。
【０１１８】
本実施例では、発熱抵抗体１９，１５を基板２０の裏面に設け、この発熱抵抗体１９，１５を絶縁層２２でオーバーコートしている。絶縁層２２は厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層である。この絶縁層２２は発熱抵抗体１９，１５を後述するサーミスタ５や、サーモスイッチ１７などの他の部材から電気的に絶縁するために設けている。この絶縁層２２の表面が本実施例のヒータ３の非フィルム摺動面となる（図１６参照）。基板２０の表面には、摺動層２１を設けている。摺動層２１はヒータ３と定着フィルム２との摺動性を確保するために設けている。本実施例では、摺動層２１として、厚さ約１０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。この摺動層２１の表面が本実施例のヒータ３のフィルム摺動面となる（図１６参照）。
【０１１９】
本実施例においても、基板２０の記録材搬送方向上流側にＮＴＣ特性の発熱抵抗体１９を設け、記録材搬送方向下流側にＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５を設けている。発熱抵抗体１９，１５の材料、形状は実施例２のヒータ３と全く同じであるが、本実施例では発熱抵抗体１９，１５は基板２０の裏面に設けられているので、図１５の発熱抵抗体パターンは、図１４の上下を反転したパターンになっている。本実施例でも、ＮＴＣ特性の発熱抵抗体１９とＰＴＣ特性の発熱抵抗体１５の両方の発熱抵抗体を有し、ＰＴＣ特性の発熱抵抗体がＮＴＣ特性の発熱抵抗体よりも短く、かつＰＴＣ特性の発熱抵抗体が端部に存在しないという点が特徴である。
【０１２０】
５はヒータ３の温度を検知するために設けられた検温素子である。検温素子として、実施例１、実施例２と同じく、ヒータ３から分離した外部当接型のサーミスタを用いている。外部当接型サーミスタ５は、前述の最小通紙域内でヒータ３の裏面に所定の加圧力で当接させている。
【０１２１】
１７はヒータ制御系ＨＣの故障などによりヒータ３の温度が異常昇温した場合に、発熱抵抗体１９，１５への通電を遮断するための感熱素子である。感熱素子１７は所定の加圧力でヒータ３の裏面に当接されている。本実施例では、感熱素子１７として、実施例１、実施例２と同じ構成のサーモスイッチを用いた。外部当接型サーミスタ５と同じく、サーモスイッチ１７も最小通紙域内に設けられている。
【０１２２】
本実施例のヒータ３も、発熱抵抗体１９，１５の長手端部の給電用電極９，１０に対する給電により発熱抵抗体１９，１５が長手方向全長にわたって発熱することで昇温する。その昇温がサーミスタ５で検知され、サーミスタ５の出力信号（温度検知信号）をＡ／Ｄ変換しＣＰＵ１１に取り込む。ＣＰＵ１１は、サーミスタ５からの出力信号に基づいてトライアック１２により発熱抵抗体６に通電する電力を位相制御や、波数制御などにより制御して、ヒータ３の温度制御を行う。即ちサーミスタ５の検知温度が所定の定着温度（目標温度）より低いとヒータ３が昇温するように、所定の定着温度より高いと降温するように通電を制御することで、ヒータ３は所定の定着温度に保たれる。本実施例でも、位相制御により出力を０〜１００％まで５％刻みの２１段階で変化させている。
【０１２３】
本実施例のヒータ３の製法も実施例１、実施例２と同様である。まず、窒化アルミニウム基板２０の表面に摺動層２１をスクリーン印刷し、乾燥後、８００℃程度の温度で焼成する。次に、基板２０の裏面に給電用電極９，１０と導電パターン１４を同時にスクリーン印刷し、乾燥後、８００℃程度の温度で焼成する。次に、基板２０の裏面に銀パラジウムペーストをスクリーン印刷し、乾燥後、８００℃程度の温度で焼成して発熱抵抗体１５を形成する。更に、基板２０の裏面にグラファイトペーストをスクリーン印刷し、乾燥・焼成し発熱抵抗体１９を形成する。グラファイトは７００℃程度で表面酸化が始まるので、この時の焼成温度は約６００℃とした。その後、絶縁層２２を基板２０の裏面にスクリーン印刷し、乾燥・焼成する。グラファイトの耐熱性を考慮して、絶縁層２２の材料は４００〜５００℃で焼成可能なガラスを選択した。
【０１２４】
本実施例のヒータ３は、基板２０の材料と、発熱抵抗体１９，１５の基板配置面が実施例１、実施例２のヒータ３と異なるが、非通紙部昇温の低減と、熱暴走の抑止の両立という観点において、実施例１、実施例２のヒータと同等の効果が得られた。
【０１２５】
また、本実施例のヒータ３は、基板に窒化アルミニウムを用いた裏面発熱タイプであるため、実施例１、実施例２のヒータ３のように基板に酸化アルミニウムを用いた表面発熱タイプより熱効率が良いという利点がある。それは以下の理由によるものである。
【０１２６】
熱効率、すなわち発熱抵抗体で発生する熱が効率良く記録材に伝達されているかを判断するのは、発熱抵抗体からみたヒータ表面方向の熱抵抗とヒータ裏面方向の熱抵抗とを比較すると分かりやすい。熱抵抗とは熱の伝わりやすさを表す物理量であり、厚さがｄ（ｍ）で厚さ方向と直交する面の面積がＳ（ｍ２）である直方体を考えたときに、その直方体の厚さ方向の熱抵抗Ｒ（Ｋ／Ｗ）は以下の式で定義される。
Ｒ ＝ ｄ ／（λ・Ｓ）
ここで、λは直方体の厚さ方向の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。
【０１２７】
熱は、熱抵抗が小さいほど伝わりやすく、大きいほど伝わりにくいので、発熱抵抗体からみてヒータ表面方向の熱抵抗は小さく、ヒータ裏面方向の熱抵抗は大きい方が、効率良く記録材に熱を伝達することができ、熱効率が良いと言える。
【０１２８】
実施例１、実施例２のヒータ構成と本実施例のヒータ構成で、熱抵抗を計算してみると、表３のようになる。実施例１のヒータ、及び本実施例のヒータで用いている材料の熱伝導率は以下の通りである。なお、簡単のため、Ｓは１ｍ２として計算している。
・実施例１、実施例２
酸化アルミニウム基板：２０Ｗ／ｍ・Ｋ オーバーコート層：２Ｗ／ｍ・Ｋ
・本実施例
窒化アルミニウム基板：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ 絶縁層・摺動層：２Ｗ／ｍ・Ｋ
【０１２９】
【表３】
【０１３０】
表３の熱抵抗比は、表面側の熱抵抗を裏面側の熱抵抗で割った値であり、この値が小さいほど裏面側に対して表面側の熱抵抗が小さいということになるので、熱効率が良い。表３に示す通り、本実施例は実施例１、実施例２よりも熱抵抗比が小さい。すなわち、本実施例の方が、発熱抵抗体からヒータ表面に熱が伝わりやすいということになる。
【０１３１】
以上、説明したとおり、本実施例のヒータは、実施例１、実施例２のヒータよりも熱効率が良い。よって、近年、要求が高まっている画像形成装置の高速化にも、より対応しやすい構成であると言える。
【符号の説明】
【０１３２】
２‥‥耐熱性フィルム、３‥‥ヒータ、４‥‥加圧ローラ、６，１９，２３‥‥負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体（グラファイト）、７‥‥ヒータ基板（酸化アルミニウム）、１５‥‥正の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体、２０‥‥ヒータ基板（窒化アルミニウム）、２３‥‥ＮＴＣ特性の発熱抵抗体、Ｎ‥‥定着ニップ部、Ｐ‥‥記録材、Ｔ‥‥トナー画像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の基板面上に前記基板の長手方向に沿って設けられた正の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体と、前記基板の基板面上に前記基板の長手方向に沿って設けられた負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体と、を有する加熱体において、
正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体は電気的に直列に接続されており、前記基板の短手方向において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体が重なる領域を有し、かつ前記基板の長手方向において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体が、負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体よりも短いことを特徴とする加熱体。
【請求項２】
正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と重なる領域における負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体の前記基板の長手方向における単位長さあたりの発熱量をＸ、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と重ならない領域における負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体の前記基板の長手方向における単位長さあたりの発熱量をＹとした場合、Ｘ＜Ｙという関係であることを特徴とする請求項１記載の加熱体。
【請求項３】
負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体は、前記基板の長手方向において４つ以上の区域に分割されており、分割された前記発熱抵抗体の１つの区域に対しては前記基板の短手方向に電流が流れるように導電パターンが配設されており、分割された前記発熱抵抗体の隣り合う区域同士は前記基板の長手方向で前記導電パターンにより電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項４】
負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体はグラファイトを含むことを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項５】
前記基板はセラミックスであることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項６】
前記基板は酸化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項７】
前記基板は窒化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項８】
加熱体と、前記加熱体と接触しながら移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を介して前記加熱体と共にニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に画像を加熱する像加熱装置において、前記加熱体が請求項１から請求項７の何れか１項に記載の加熱体であることを特徴とする像加熱装置。
【請求項９】
記録材上に画像を形成する像形成手段と、前記記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段として請求項８に記載の像加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
基板と、前記基板の基板面上に前記基板の長手方向に沿って設けられた正の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体と、前記基板の基板面上に前記基板の長手方向に沿って設けられた負の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体と、を有する加熱体において、
正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体は電気的に直列に接続されており、前記基板の短手方向において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体が重なる領域を有し、かつ前記基板の長手方向において、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体が、負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体よりも短いことを特徴とする加熱体。
【請求項２】
正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と重なる領域における負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体の前記基板の長手方向における単位長さあたりの発熱量をＸ、正の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体と重ならない領域における負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体の前記基板の長手方向における単位長さあたりの発熱量をＹとした場合、Ｘ＜Ｙという関係であることを特徴とする請求項１記載の加熱体。
【請求項３】
負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体は、前記基板の長手方向において４つ以上の区域に分割されており、分割された前記発熱抵抗体の１つの区域に対しては前記基板の短手方向に電流が流れるように導電パターンが配設されており、分割された前記発熱抵抗体の隣り合う区域同士は前記基板の長手方向で前記導電パターンにより電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項４】
負の抵抗温度特性を有する前記発熱抵抗体はグラファイトを含むことを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項５】
前記基板はセラミックスであることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項６】
前記基板は酸化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項７】
前記基板は窒化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項８】
加熱体と、前記加熱体と接触しながら移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を介して前記加熱体と共にニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材に画像を加熱する像加熱装置において、前記加熱体が請求項１から請求項７の何れか１項に記載の加熱体であることを特徴とする像加熱装置。
【請求項９】
記録材上に画像を形成する像形成手段と、前記記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段として請求項８に記載の像加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−８３６０６（Ｐ２０１２−８３６０６Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３０６８２（Ｐ２０１０−２３０６８２）
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【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２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]