加熱体、加熱装置及び画像形成装置
【課題】非通紙部昇温を緩和し、定着性を確保できる加熱体、加熱装置、画像形成装置の提供。
【解決手段】少なくとも、基材３ｂと、炭素を導電物質として利用し、少なくとも有機物を含有する原材料を非酸化雰囲気中にて熱処理し有機物を炭化させる炭素系抵抗発熱体３ａと、該炭素系抵抗発熱体３ａに給電する電極３ｃ・３ｄからなる加熱体３において、前記基材３ｂは熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
【解決手段】少なくとも、基材３ｂと、炭素を導電物質として利用し、少なくとも有機物を含有する原材料を非酸化雰囲気中にて熱処理し有機物を炭化させる炭素系抵抗発熱体３ａと、該炭素系抵抗発熱体３ａに給電する電極３ｃ・３ｄからなる加熱体３において、前記基材３ｂは熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱材を所定に加熱する加熱装置に用いられる加熱体、及び前記加熱体を具備する加熱装置に関する。特に、電子写真複写機、電子写真プリンター等の画像形成装置において、未定着トナー画像を形成担持させた記録材を加熱して画像を永久固着像として定着させる加熱定着装置として用いて好適な加熱装置に関するものである。また前記加熱装置を搭載した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、各種の情報、映像機器等においては、その最終出力形態としても、実体の無い情報形式の画像を用紙等の記録材に具体的に実体化させる画像形成装置が用いられる。
【０００３】
このような複写機等の画像形成装置においては、作図や作画したり、対象物を走査、記録したり、通信転送等によって生成した画像を、記録材に画像パターンに応じて着色剤等を定着させることにより、適正な画像を記録材上に再現するようにしている。
【０００４】
また、この画像形成装置においては、着色剤として微粒子のトナー粉末を用いており、記録材上に画像パターン状に配置されたトナーを安定して定着させるためには、簡便性等から加熱方式が広く用いられている。
【０００５】
従来、加熱装置としての定着装置には、熱ローラ方式の定着装置が広く用いられていたが、このような定着装置は、作動開始となるまでの時間が長かったり、消費電力が比較的に多かったりするという不都合が生じていた。
【０００６】
すなわち、この定着装置は、金属製のローラ内部にハロゲンランプを配設し、このハロゲンランプを発熱させて、金属ローラ全体を加熱する構成としていることにより、金属ローラ全体が均一な温度になり動作可能になるまでに時間がかかるので、動作の立ち上げに要する時間が遅いとともに、常に比較的熱容量の大きな金属ローラ全体を加熱しているので、消費電力も多くなっていた。
【０００７】
そこで、耐熱・耐久性に優れたセラミックの基材上に、直接的に抵抗発熱体のパターンを形成して加熱体を構成し、これを発熱源とするとともに、耐熱性の薄いフィルムを介して、未定着トナー画像を形成担持させた記録材に接触させることにより、記録材を均一に加熱するフィルム加熱方式の加熱装置が提案され、特許文献１に開示されている。
【０００８】
また、フィルム加熱方式の加熱装置として、特許文献２に開示されているように、フィルムをフィルムガイドにルーズに外嵌させ、加圧手段としての加圧ローラを駆動することでフィルムを加圧ローラに対して従動駆動させるテンションフリータイプもある。このタイプの場合は、部品点数が少なくて済むためこの方式を採用することが多い。
【０００９】
このようなフィルム加熱方式の加熱装置によれば、加熱体やフィルム自体の熱容量が小さいので、所定温度までの温度立ち上げに要する時間を短縮できるとともに、消費電力も少なくすることができる。
【００１０】
特許文献３には、必要な任意の固有抵抗値と形状を有する炭素系抵抗発熱体とその製造方法が開示されている。
【００１１】
特許文献４には、そのような炭素系抵抗発熱体を用いた定着装置が開示されている。
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献３】特許第３１７３８００号公報
【特許文献４】特開２００２−３７２８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
一般的に画像形成装置において、記録材（以下、紙とも称す）として、装置に通紙使用可能な最大サイズ記録材（以下、大サイズ紙と記す）よりも小さな幅の記録材（以下、小サイズ紙と記す）を通紙する場合は、定着装置の温度制御は通紙部に設けられた温度検知素子の出力に基づいて行われる場合が多く、非通紙部では記録材に熱を奪われないため、非通紙部の温度が通紙部に比べて上昇する非通紙部昇温現象がある。
【００１３】
近年では単位時間あたりのプリント可能枚数が大幅に増え、それに伴って小サイズ紙でのスループットも増える傾向であるため更に非通紙部昇温は厳しくなる方向である。
【００１４】
特に封筒や厚紙などの小サイズ紙を通紙する場合には、通紙部では記録材に大量の熱が奪われるため、定着装置の加熱体に大量の電力が供給されて非通紙部昇温が顕著になる。その結果、加熱体・加圧ローラ等の劣化・破損に至る危険性がある。また、非通紙部昇温が大きくなると、小サイズ紙を通紙した直後に大サイズ紙を通紙した場合、端部で高温オフセットが発生する可能性がある。
【００１５】
そこでこの非通紙部昇温を防止するために、負の抵抗温度特性（以下、ＮＴＣ特性と称す）を持つ発熱体として炭素系抵抗発熱体を使用する方法があるが、熱伝導率の低い炭素系抵抗発熱体を使用した場合、長手方向での熱の逃げが少ないため、非通紙部昇温のレベルが悪い場合がある。
【００１６】
また近年ではプリントスピードが速くなる傾向が続いているが、定着性のレベルを落とさず、定着性を確保するために定着ニップ幅を広げる方法がとられることが多い。定着ニップ内では加熱領域を広げるために発熱体の幅を広くするが、この場合定着ニップからはみ出した場合、はみ出した部分で発熱体が異常発熱を起こし熱応力による加熱体割れが発生する可能性がある。つまり定着性を確保するたには発熱体の幅を広げずに定着性を確保する必要がある。
【００１７】
そこで本発明の目的は、炭素系抵抗発熱体を使用した加熱体について、非通紙部昇温を緩和し、更には炭素系抵抗発熱体の幅を広くせずに定着性を確保できる加熱体を提供することである。
【００１８】
また、非通紙部昇温を緩和し、更には炭素系抵抗発熱体の幅を広くせずに定着性を確保できる加熱体を具備する加熱装置を提供することである。
【００１９】
そして、非通紙部昇温を緩和し、更には炭素系抵抗発熱体の幅を広くせずに定着性を確保できる加熱体を具備する画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するための本発明に係る加熱体の代表的な構成は、被加熱材を加熱する加熱装置に用いられる加熱体において、少なくとも、熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である基材と、炭素を導電物質として利用し、少なくとも有機物を含有する原材料を炭素の非酸化雰囲気中にて熱処理し有機物を炭化させることで製造された炭素系抵抗発熱体と、該炭素系抵抗発熱体に給電する電極からなることを特徴とする加熱体、である。
【発明の効果】
【００２１】
すなわち、炭素系抵抗発熱体を使用した加熱体の基材を熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上にすることにより、炭素系抵抗発熱体の非通紙部昇温部の熱を基材により加熱体長手方向すなわち通紙部側にスムーズに逃がすことが可能となり、また炭素系抵抗発熱体と基材を合わせた加熱体全域への熱の伝わりが良くなり、実質的に加熱体全体が加熱領域となる。その結果、非通紙部昇温防止、定着性確保が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
【実施例１】
【００２３】
（１）画像形成装置例
図１は本発明の一実施例の画像形成装置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を用いたレーザービームプリンターである。
【００２４】
１０１は像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）である。例えばアルミニウム等の導電性ドラム基体の外周面に有機光導電体等の感光層を形成した有機感光ドラムである。この感光ドラム１０１は矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。
【００２５】
１０２は帯電手段としての帯電ローラである。この帯電ローラ１０２により感光ドラム面が所定の極性・電位に一様に帯電処理される。本例のプリンターでは負極性の所定の電位に一様に帯電処理される。
【００２６】
１０３はレーザー露光装置である。このレーザー露光装置１０３は不図示のイメージスキャナ・コンピュータ等の外部機器（ホスト機器）から入力する画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調したレーザ光Ｌを出力して、感光ドラム１０１の一様帯電処理面を走査露光する。この走査露光により感光ドラム面の露光明部の電荷が減衰または除電されて、感光ドラム面に走査露光した画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００２７】
１０４は現像装置である。感光ドラム面に形成された静電潜像はこの現像装置によりトナー像として可視像化される。レーザービームプリンターの場合、一般に、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。１０４ａは現像スリーブ、１０４ｂは現像ブレード、１０４ｃは現像バイアス印加電源、ｔは１成分磁性トナーである。
【００２８】
１０７は給紙カセットであり、記録材（転写材）Ｐを積載収納させてある。給紙スタート信号に基いて給紙ローラ１０８が駆動されて給紙カセット１０７内の記録材Ｐが一枚分離給送される。その給送された記録材Ｐはシートパス１０９→レジストローラ１１０→トップセンサ１１１を通って、感光ドラム１０１と転写ローラ１１２との当接ニップ部である転写部位Ｔに所定の制御タイミングにて導入される。すなわち、感光ドラム１０１上のトナー像の先端部位が転写位置Ｔに到達したとき、記録材Ｐの先端部位も到達するタイミングとなるように、レジストローラ１１０で記録材Ｐの搬送タイミングが制御され、またトップセンサ１１１による記録材先端通過検知信号に基いて感光ドラム１０１に対する画像書き出しタイミングが制御される。
【００２９】
転写部位Ｔに導入された記録材Ｐはこの転写部位Ｔを挟持搬送され、その間、転写ローラ１１２には転写バイアス印加電源１１２ａよりトナーの帯電極性とは逆極性の所定電位の転写バイアスが印加される。これにより転写部位Ｔにおいて感光ドラム面側のトナー像が記録材面に順次に静電的に転写されていく。
【００３０】
転写部位Ｔにおいて、トナー像の転写を受けた記録材Ｐは感光ドラム面から分離されて、シートパス１１３を通って加熱装置である定着装置１１４へ搬送導入され、トナー像の加熱定着処理を受ける。
【００３１】
一方、記録材分離後（記録材に対するトナー像転写後）の感光ドラム面はクリーニング装置１０５のクリーニングブレード１０５ａで転写残トナーや紙粉等の付着物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。
【００３２】
また、定着装置１１４を通った記録材Ｐはシートパス１１５を通って、排紙口１１６からプリンター上面の排紙トレイ１１７上に排紙される。
【００３３】
本例のプリンターは、感光ドラム１０１、帯電ローラ１０２、現像装置１０４、クリーニング装置１０５の４つのプロセス機器について、これらを一括してプリンター本体に対して着脱・交換自在のプロセスカートリッジ１０６として構成してある。
【００３４】
（２）定着装置１１４
図２は本実施例における定着装置１１４の要部の模式的横断面図である。図３は要部の斜視模型図である。この定着装置１１４は特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報、同４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に開示の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。
【００３５】
テンションレスタイプのフィルム加熱方式の加熱装置は、可撓性部材としてエンドレスベルト状もしくは円筒状の耐熱性フィルムを用い、該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、フィルムは加圧部材の回転駆動力で回転駆動するようにした装置である。
【００３６】
１は加熱体支持部材兼フィルムガイド部材としてのステーであり、記録材Ｐの搬送路面において記録材搬送方向ａに交差する方向を長手とする、横断面略半円形樋型の耐熱樹脂製の剛性部材である。本実施例では、ステー１の材質として高耐熱性の液晶ポリマーを用いた。図４の（ａ）はこのステー１の正面図、（ｂ）は下面図（底面図）である。
【００３７】
３は加熱源としての加熱体であり、上記ステー１の下面にステー長手に沿って設けた溝部１ａ内に嵌入させて固定支持させてある。この加熱体３は炭素系抵抗発熱体を使用したものである。この加熱体３の構成等については次の（３）項で詳述する。
【００３８】
２は可撓性部材としての、耐熱性に優れた円筒状のフィルムであり、上記の加熱体３を支持させたステー１に対して外嵌させてある。このフィルム２の内周長と加熱体３を含むステー１の外周長はフィルム２の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、従ってフィルム２は周長に余裕を持ってルーズに外嵌している。
【００３９】
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２の膜厚は、総厚１００μｍ以下程度とし、耐熱性、離型性、強度、耐久性等のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの単層、あるいは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の外周表面に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。本実施例では耐熱性フィルム２としてポリイミドフィルム５０μｍ、ＰＴＦＥ１０μｍ、層厚６０μｍにコートしたものを使用した。フィルム２の内周面側には、摺動性を向上させるためにグリスが塗られている。
【００４０】
４は横断面逆Ｕ字型の剛性を有する補強部材である。上記のステー１の内側に挿入して配設してある。図３においてはこの加圧部材４は省略してある。
【００４１】
上記のステー１、加熱体３、フィルム２、補強部材４等で加熱部材（加熱アセンブリ）１Ａが構成されている。
【００４２】
６は加圧部材としての弾性加圧ローラである。本例の加圧ローラ６は、外径１３ｍｍの鉄、ステンレス、アルミ等の芯金６ａ上に、耐熱性弾性層６ｂとして、長さ２４０ｍｍ、厚さ３ｍｍのシリコ−ン発泡体を被覆したものである。そして、上記加熱部材１Ａ側の加熱体３との間にフィルム２を挟んで耐熱性弾性層６ｂの弾性に抗して所定の押圧力で圧接して、所定幅の定着ニップ部Ｎを形成している。ニップ幅は定着ニップ部Ｎの記録材搬送方向ａにおける寸法である。
【００４３】
この加圧ローラ６は駆動機構Ｍの駆動力が芯金端部に設けたドライブギアＧに伝達されて矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ６の回転駆動により、定着ニップ部Ｎにおける該加圧ローラ６とフィルム外面との摩擦力でフィルム２に回転力が作用して、フィルム２はその内面側が定着ニップ部Ｎにおいて加熱体３の後述する炭素系抵抗発熱体表面に密着して摺動しながらステー１の外回りを矢印の方向に加圧ローラ６の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転状態になる。ステー１は従動回転するフィルム２のガイド部材の役目もしている。
【００４４】
そして、加熱体３の後述する炭素系抵抗発熱体の温度が所定に立ち上がり、かつ加圧ローラ６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、フィルム２を挟んで加熱体３と加圧ローラ６とで形成される定着ニップ部Ｎに被加熱材としての画像定着すべき記録材Ｐが転写部位Ｔより導入される。そして、記録材Ｐがフィルム２と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されることにより加熱体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上の未定着顕画像（トナー画像）ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通った記録材Ｐはフィルム２の面から分離されて搬送される。
【００４５】
（３）加熱体３
図５は本実施例における加熱体３の斜視模型図と分解斜視模型図である。この加熱体３は、被加熱材としての記録材Ｐの搬送方向ａに対して直角方向を長手とする細長の部材であり、基材３ｂと、炭素を導電物質として利用し、少なくとも有機物を含有する原材料を炭素の非酸化雰囲気中にて熱処理し有機物を炭化させることで製造された炭素系抵抗発熱体（以下、発熱体と略記する場合もある）３ａと、該発熱体３ａに給電する電極３ｃ・３ｄからなる。
【００４６】
本実施例の加熱体３において、発熱体３ａは、塩素化塩化ビニル樹脂、黒鉛、窒化硼素を混合、分散させて、成型後に１５００℃で熱処理し、長さ２５０ｍｍ×幅２．５ｍｍ×厚さ１ｍｍ、総抵抗値３０Ωとした。このようにして作られた炭素系抵抗発熱体３ａの熱伝導率はλ＝５０Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００４７】
次に、基材（基板）３ｂは、炭素系抵抗発熱体３ａ自体の強度アップのためフィルム２と接触する反対面側に設置する。またその時に非通紙部昇温により発生した熱を長手方向に均一にならす、更には、基材全体に熱を効率良く伝え定着ニップ内で加熱領域を広げるために熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材質が好ましい。本実施例においては熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋの窒化アルミニウムを用いた。
【００４８】
発熱体３ａと基材３ｂは、それぞれ単独で成型、焼成し、その後熱硬化性樹脂などにより接着することや、基材の材質、基材の焼成温度によっては、発熱体と基材を同時に成型、焼成し接着することが可能である。また、定着装置の構成によっては、基材上に凹型のくぼみを設けてそこに発熱体をはめ込んで接着する方法もある。
【００４９】
本実施例においては、発熱体３ａと基材３ｂをそれぞれ単独で成型し、その後基材上には炭素系抵抗発熱体が完全にはまるように凹型のくぼみ３ｂ１を設け、厚さ５μｍのエポキシ接着層を設けて接着を行っている。エポキシ接着層が５μｍであれば発熱体３ａから基材３ｂへの熱伝達は問題無いことは実験により確認されている。基材３ｂのサイズは長さ２５０ｍｍ×幅５ｍｍ×厚さ２ｍｍであり、凹型のくぼみ３ｂ１のサイズは発熱体３ａと同じであり、長さ２５０ｍｍ×幅２．５ｍｍ×厚さ１ｍｍである。
【００５０】
この結果，本実施例で使用される加熱体３（３ａ＋３ｂ）のサイズは長さ２５０ｍｍ×幅５ｍｍ×厚さ２ｍｍとなる。
【００５１】
給電用電極３ｃ、３ｄの形成方法あるいは装着方法は適宜の手段・方法を採択できる。本実施例においては発熱体３ａの長手方向両端面部に銀パラジウムのスクリーン印刷パターンを形成して給電用電極とした。
【００５２】
上記の加熱体３は発熱体３ａ側を外側に露呈させて、ステー１の下面の溝１ａ内に嵌入して固定支持させてある。図６は加熱体３を溝１ａ内に嵌入させて固定支持させたステー１の下面図である。加熱体３は記録材搬送方向ａに対して直角方向を長手とするようにステー１に配置されている。
【００５３】
５は加熱体３の炭素系抵抗発熱体３ａの温度を検出する温度検知素子（検温素子）である。本実施例では、温度検知素子５として加熱体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素子を固定し、素子を下側（発熱体裏面側）に向けて所定の加圧力により発熱体裏面に当接するような構成をとる。上記支持体として高耐熱性の液晶ポリマーを、上記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。
【００５４】
本実施例では、図７のように、ステ−１の加熱体嵌入溝部１ａの底面に設けた貫通穴１ｂ、及びこれに対応させて加熱体３の基材３ｂに設けた貫通穴３ｂ２にサーミスタ５を嵌め入れて加熱体３の発熱体３ａの裏面に直接当接させる構成にしている。
【００５５】
以上の構成をとることにより、加熱体３が発熱体３ａのみの場合と比較して、目標定着温度に達するまでの時間を短縮することが可能となり、クイックスタートが可能となる。
【００５６】
図８は加熱体３に対する給電制御手段としての給電制御回路系のブロック図である。７・８は給電用コネクタであり、ステー１に固定支持させた加熱体３における発熱体３ａの両端部側の給電用電極３ｃ・３ｄ部分に嵌着され、給電用電極３ｃ・３ｄにそれぞれコネクタ７・８側の電気接点が接触状態になる。給電用コネクタ７・８は給電用ケーブルを介して給電部につながっている。
【００５７】
発熱体３ａは、商用電源（ＡＣ電源）１３からトライアック１２を介して電極３ｃ・３ｄ間に給電されることにより長手方向の有効発熱全長領域が発熱して迅速急峻に昇温する。そしてその発熱体３ａの温度がサーミスタ５により検知され、サーミスタ５の出力をアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１０を介して給電制御部（ＣＰＵ）１１に取り込む。制御部１１はその検知温度情報に基づいてトライアック１２により加熱体３の発熱体３ａに通電する電力を位相制御あるいは波数制御等により制御して発熱体３ａを温調制御する。すなわち、サーミスタ５の検知温度が所定の設定温度（定着温度）より低い時は発熱体３ａが昇温するように、またサーミスタ５の検知温度が所定の設定温度より高い時は発熱体３ａが降温するように、発熱体３ａに通電する電力を制御することで、定着時の発熱体３ａの温度を所定の一定温度に保つ。なお、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％は発熱体に全通電したときである。
【００５８】
ここで、紙幅とは記録材Ｐの平面において記録材搬送方向ａに直交する方向の記録材寸法である。本実施例のプリンターは記録材通紙を記録材中心の中央基準としており、定着装置の加熱体３の長手方向の中心が各種サイズの記録材の搬送中心となる。図８において、Ｏはその記録材中央通紙基準線（仮想線）である。Ａはこのプリンターに通紙使用可能な最大紙幅の記録材の通紙部（最大通紙部）であり、発熱体３ａの長手方向の有効発熱全長領域にほぼ対応している。Ｂはこのプリンターに通紙使用可能な最小紙幅の記録材の通紙部（最小通紙域）である。Ｃは最大紙幅の記録材よりも紙幅が小さい記録材（小サイズ紙）を通紙した時に記録材搬送路面内に生じる非通紙部である。非通紙部Ｃの領域幅は通紙された小サイズ紙の紙幅の大小により異なる。
【００５９】
発熱体３ａの温度を検出する前記のサーミスタ５は、大小どの紙幅の記録材が通紙されても記録材通紙領域となる最小通紙部Ｂに対応する発熱体部分内に対応させて配設してある。
【００６０】
炭素系抵抗発熱体３ａについて更に詳述する。炭素系抵抗発熱体３ａについては、有機物を含有する原材料を炭素の非酸化雰囲気中にて所定温度で熱処理することで、炭素の酸化による分解、消滅を抑制し、原材料の炭化や黒鉛化を進行させることができ、熱処理物中の炭素を抵抗発熱体として適切な抵抗値、抵抗温度特性を有する構造にコントロールすることができる。このような炭素系抵抗発熱体を用いることで、加熱装置の非通紙部昇温を低減させることが出来る。装置の立ち上げ時間を短縮させることが出来る。これに伴い、画像形成装置のスループット、ＦＰＯＴなどのスペックアップ、耐熱グレードダウン部品使用によるコストダウンを実現出来る。
【００６１】
本実施例では特に炭化させる有機物としては、非酸化雰囲気中、たとえば減圧環境ないし真空中、ないし窒素ガスやアルゴンなどの不活性ガス中での焼成により５％以上の炭化収率を示す有機物質を使用するものであり、塩素化塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル−ポリ酢酸ビニル共重合体、ポリアミド等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド等の熱硬化性樹脂、リグニン、セルロース、トラガントガム、アラビアガム、糖類等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ天然高分子物質、及び前記には含有されない、ナフタレンスルホン酸のホルマリン縮合物、コプナ樹脂等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ合成高分子物質が挙げられる。
【００６２】
前記炭素の非酸化雰囲気中とは、常圧よりも減圧した雰囲気中や真空中、ないし窒素ガス中、不活性ガス中であることで、このような雰囲気中で熱処理することで、熱処理時の酸化が確実に防止でき、炭素系抵抗発熱体を安定して作ることが出来る。
【００６３】
ここでいう炭化収率とは、非酸化雰囲気中の熱処理によりのこる炭化物質（黒鉛や不定形炭素などの複合体）の重量と熱処理前の有機物質の重量比のことである。またちなみに酸化雰囲気中で熱処理した場合には、使用する有機物の種類にもよるが一般に５００℃から７００℃の温度から酸化が始まるため炭素が分解ないし、燃焼してしまい、それ以上温度を上げられず十分な炭化が進まない（炭素以外の成分が十分に分解されない、また黒鉛化が進まない）ため、炭素を抵抗発熱体として利用できる安定した炭化物質が得られない。前記使用する組成物の種類と量は発熱体の形状により適宜選択され、一種或いは数種の混合体で使用することが可能である。
【００６４】
またあらかじめ有機物中に炭素粉末を混合しておいても良い、ここでいう炭素粉末としては、カーボンブラック、黒鉛、コークス等があり、発熱体の抵抗値、形状により一種或いは数種の混合体として使用することが可能である。この場合電子は、あらかじめ混ぜておいた炭素粉末中および熱処理により炭化した有機物中を流れる。通例組成物だけを熱処理した場合には炭素を伝わって流れる電子を阻害するものが少なく、抵抗値が低くすぎ（１．０×１０−３Ω・ｃｍ以下）になってしまい、電流が流れやすくなり、通電回路設計や発熱体の通電制御が難しくなる。
【００６５】
その対策としては発熱体の断面積を減らし、抵抗値を上げなければならず、発熱体の形状が制限されてしまう。そのため前期有機物に対して、絶縁ないし半導電性の物質を混合した混合体を熱処理することが望ましい。絶縁、半導電物質としては金属炭化物、金属硼化物、金属珪化物、金属窒化物、金属酸化物、半金属窒化物、半金属酸化物、半金属炭化物が好ましく、発熱体の抵抗値、形状により選択され、１種或いは数種の混合体でも使用可能である。上記混合体においては炭素だけでなく炭素を伝わって流れる電子の導電阻害物質となる絶縁、半導電物質も持っているため、抵抗値を高くすることが容易にコントロール出来、発熱体のとりうる形状の自由度が広がる。
【００６６】
すなわち、熱処理により炭化させる有機物と、この有機物に少なくとも絶縁性或いは半導電性の物質の一種又は数種を混合し、これを成形後、炭素の非酸化雰囲気中にて熱処理する方法により炭素系抵抗発熱体３ａを作ることで、抵抗温度特性、抵抗値、および発熱体の形状などのコントロールがより容易にできるようになり、安定して非通紙部昇温の抑制が可能な加熱定着装置が提供できる。
【００６７】
このような炭素系抵抗発熱体３ａは、グラファイトの結晶子乃至多結晶体を用いており、結晶子どうしの接触面を除いて、少なくとも絶縁性或いは半導電性の導電阻害物質を用いて充填し、加熱装置の使用最高到達温度以下の温度域では、結晶子間の電子伝導は結晶子どうしの接点部ないし、結晶子間での電子のトンネル効果による導通が、結晶子どうしのその他の導通よりも支配的である。
【００６８】
また、前記絶縁性物質或いは半導電性物質は窒化ホウ素、アルミナ、炭化珪素、炭化ホウ素等が推奨される。このような物質を用いることで発熱体の抵抗値制御が容易にできる。
【００６９】
また、前記炭素系抵抗発熱体の熱処理時の熱処理温度は、８５０℃以上、１７５０℃以下であることが好ましい。上記温度にて熱処理することで、炭素系抵抗発熱体の抵抗変化率をゼロ近傍ないし、負にすることが可能となるとともに炭素系抵抗発熱体の抵抗値を実用的な抵抗値に調整することが出来、非通紙部昇温の抑制と電力の過不足がない加熱定着装置が提供できる。
【００７０】
一般的にレーザービームプリンターにおけるフィルム加熱方式の加熱定着装置の発熱体の抵抗値としては、一般の家庭用電源に接続して使われることを考えると、３Ω以上、２５０Ω以下の範囲内にあることが望ましい。２５０Ω以上であると定着に必要な電力が得られにくくなり、３Ω以下であると発熱体への通電制御機構が複雑になってしまう。
【００７１】
このように作られた炭素系抵抗発熱体は下記のような特徴がある。
【００７２】
炭素系抵抗発熱体はある温度を境にその温度以下ではＮＴＣ特性を、その温度以上では正の抵抗温度特性（以下ＰＴＣ特性と称す）を示す性質があり、その変曲点温度は７００℃程度である。
【００７３】
本実施例の炭素系抵抗発熱体３ａの抵抗変化率は約−１０００ｐｐｍ／℃である。画像形成装置の待機時は加熱体の温度は常温付近になっているので、本実施例の発熱体３ａの抵抗値は３０Ωである。画像形成装置がプリント信号を受信すると発熱体３ａに通電を開始し、定着温度付近まで温度が上昇するので、抵抗値が低くなる。定着温度を２００℃とすると、発熱体３ａの総抵抗は２４．６９Ωとなる。また仮に発熱体３ａの温度が３００℃になったとすると総抵抗は２１．６９Ωとなる。大サイズ紙を通紙しているときは、発熱体３ａの中央部と端部で温度はほぼ同じであるので、中央部と端部の抵抗も同じであるが、小サイズ紙を通紙すると、前述した非通紙部昇温により端部の温度が中央部よりも高くなる。その影響で本実施例の場合は端部の抵抗は中央部の抵抗よりも低くなる。
【００７４】
図９は抵抗発熱体のモデル図である。抵抗発熱体に流れる電流をＩとし、中央部の抵抗をＲ１、端部の抵抗をＲ２とした場合、中央部の発熱量Ｗ１はＩ２・Ｒ１であり、端部の発熱量Ｗ２はＩ２・Ｒ２である（簡単のため、抵抗がＲ１の領域と抵抗がＲ２の領域の長さは同じと考える）。
【００７５】
ＰＴＣ発熱体において小サイズ紙を通紙した場合を考えると、Ｒ２＞Ｒ１となるので、端部の発熱量Ｗ２は中央部の発熱量Ｗ１に比べて大きくなる。発熱量が大きくなると温度が上昇するので更に抵抗が高くなりまた発熱量が増えるという循環を繰り返してしまう。
【００７６】
一方、ＮＴＣ発熱体において小サイズ紙を通紙した場合を考えると、Ｒ２＜Ｒ１となるので、端部の発熱量Ｗ２は中央部の発熱量Ｗ１に比べて小さくなる。
【００７７】
いずれの場合も検温素子は中央部にあり、どちらも中央部の温度を一定にするように温度制御を行っているので、ＰＴＣ発熱体の中央部の発熱量とＮＴＣ発熱体の中央部の発熱量はほぼ同じである。
【００７８】
よって、ＮＴＣ発熱体の端部の発熱量の方がＰＴＣ発熱体の端部の発熱量よりも小さくなり、ＮＴＣ発熱体の方がＰＴＣ発熱体よりも端部の温度を低く押さえることができる。つまり炭素系抵抗発熱体は上記のような理由から端部の温度を低く抑えることが可能となるのである。
【００７９】
（４）試 験
上記加熱体３を用いた定着装置１１４を画像形成装置であるプリンターに組み込み、ｃｏｍ１０封筒を連続で２０枚連続通紙したときの封筒が通紙しない領域である非通紙部領域Ｃの加熱体３の裏面温度を測定した。プリンターのｃｏｍ１０を通紙する場合の条件は下記のようになる。
【００８０】
比較例１としては、図１０のように、熱伝導率λ＝１．０Ｗ／ｍ・Ｋ、材質ＰＰＳのステー１に、長さ２５０ｍｍ×幅２．５ｍｍ×厚さ１ｍｍの炭素系抵抗発熱体を加熱体３´として直接組み込んだ定着装置構成にした。
【００８１】
＜プリンター通紙条件＞
プロセススピード １２０ｍｍ／ｓ
ｃｏｍ１０ １分当たりの通紙枚数（スループット） １０ｐｐｍ
定着制御温度 ２００℃
【００８２】
【表１】
【００８３】
表１が加熱体裏面の温度測定結果である。比較例１に関しては、ＰＰＳ樹脂製ステー１は熱伝導率λ＝１．０Ｗ／ｍ・Ｋであるため非通紙部Ｃの熱が長手方向に伝わる速度が非常に遅いため加熱体の裏面温度は２３５℃まで上昇した。これに対し実施例１では加熱体裏面温度が２１２℃に収まっており、非通紙部昇温を抑えることが可能となる。これは基材３ｂの熱伝導率がλ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋであるため非通紙部昇温部の熱を長手方向に逃がすことが可能となるのである。
【００８４】
上記に関して、非通紙部昇温のＯＫレベルは２３０℃未満、ＮＧレベルは２３０℃以上である。これは加圧ローラの耐熱温度２３０℃が閾値となる。
【００８５】
次に定着性の確認を行った。
【００８６】
＜定着性測定条件＞
環境：１５℃、１０％Ｒ．Ｈ．
プロセススピード：１２０ｍｍ／ｓ
通紙紙：Ｆｏｘ Ｒｉｖｅｒ Ｂｏｎｄ ９０ｇ紙
定着性印字パターン：印字率５０％ハーフトーン、画像内で９点印字
定着装置が上記環境下で放置された状態から、１枚目の定着性測定
定着性測定方法：
印字した後に同条件でシルボンＣで擦る前、擦った後の濃度を測定し、擦った後の濃度の低下率を計算した値を示す。値は９点の平均値。
【００８７】
【表２】
【００８８】
表２は定着性の測定結果を表している。
【００８９】
定着性は、濃度低下率が２０％以下がＯＫレベル、２０％より大きい場合はＮＧレベルである。
【００９０】
比較例１に関してはＮＧレベルである。これは、基材としてのステー１の熱伝導率λが低いため、ステー１への熱の伝わりが悪く、実質的に定着ニップ内の加熱領域が発熱体領域のみになってしまうため定着性レベルが低下してしまう。
【００９１】
実施例１に関してはＯＫレベルである。これは基材３ｂの熱伝導率がλ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋであり高いため、基材３ｂ、発熱体３ａを合わせた加熱体全域への熱の伝わりが良く、実質的に加熱体全体が加熱領域になる。このため定着性も向上するのである。
【００９２】
このようにして炭素系発抵抗熱体３ａに熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の基材３ｂを設けることにより、加熱体３の非通紙部昇温を抑えることが可能となる。更には定着ニップ内の加熱領域を広げることが可能となり、定着性を向上させることが可能となる。
【００９３】
尚本実施例において、基材３ｂの材質を窒化アルミニウムとしたが、同様の効果が得られればこれに限定されることはない。例えば、炭化珪素などが挙げられる。また、炭素系抵抗発熱体の混合材質、材質比率も同様の効果が得られれば当然これに限定されない。
【００９４】
ここで、基材３ｂの熱伝導率λの測定法は、テストピースにて、京都電子社製熱伝導率測定器ＱＴＭ−５００にて常温２０℃で測定するものである。
【００９５】
本発明において熱伝導率λを特に７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上に特定した技術的意義は、７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の場合は実施例の測定条件にて、加熱体裏面の温度を２３０℃未満にすることが可能であるが、７０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の場合は加熱体裏面の温度が２３０℃を超えてしまうことにある。２３０℃は加圧ローラの耐熱温度に対応する。
【実施例２】
【００９６】
以下に本発明の実施例２を図５を用いて説明する。本実施例の特徴とするところは実施例１において加熱体３の基材３ｂの材質が金属であるアルミニウムになっている点であり、それ以外は実施例１と同様であるため全体構成、発熱体の説明、及び構成図は省略する。
【００９７】
本実施例の加熱体３において、炭素系抵抗発熱体３ａは、塩素化塩化ビニル樹脂、黒鉛、窒化硼素（金属化合物）を混合、分散させて、成型後に１５００℃で熱処理し、長さ２５０ｍｍ×幅２．５ｍｍ×厚さ１ｍｍ、総抵抗値３０Ωとした。
【００９８】
基材３ｂは発熱体３ａ自体の強度アップのためフィルム２と接触する反対面側に設置する。またその時に、非通紙部昇温対策、定着性向上ために基材３ｂの熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材質が好ましい。
【００９９】
本実施例においては熱伝導率λ＝２３０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウムを用いた。基材３ａのサイズは実施例１の基材３ｂのサイズと同じであり、加熱体自体は発熱体３ａが基材３ｂに収まるような構成になっており、エポキシ樹脂接着層を５μｍとして発熱体３ａと基材３ｂを接着している。エポキシ樹脂接着層が５μｍであれば発熱体３ａから基材３ｂへの熱伝達は問題無く、更には炭素系抵抗発熱体３ａと基材３ｂとの絶縁が確保できることも実験により確認されている。
【０１００】
上記構成を用いて、次に実施例１と同じ条件で非通紙部昇温を測定したところ２０３℃となり、更に温度を下げることが可能となった。またｃｏｍ１０のスループットを紙間をつめて２０ｐｐｍにしても非通紙部昇温は２１７℃に収まっており、ｃｏｍ１０のスループットを上げることも可能となる。これは基材３ｂの熱伝導率をλ＝２３０Ｗ／ｍ・Ｋとしたため、更に非通紙部で発生した熱を長手方向で上手く逃がすことが可能となったのである。
【０１０１】
最後に実施例１と同じ条件で定着性を測定したところ濃度低下率は１３％となり、ＯＫレベルとなった。これも基材３ｂの熱伝導率を上げたため実施例１と同様のメカニズムで定着性を向上させることが可能となったのである。
【０１０２】
このようにして炭素系抵抗発熱体３ａに基材３ｂとして金属である熱伝導率λ＝２３０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウムを設けることにより、加熱体３の非通紙部昇温を抑えることが可能となる。更には定着ニップ内の加熱領域を広げることが可能となり、定着性を向上させることが可能となる。
【０１０３】
尚本実施例において、基材３ｂの材質をアルミニウムとしたが、同様の効果が得られればこれに限定されることはない。例えば、銀、銅などが挙げられる。また、炭素系抵抗発熱体の混合材質、材質比率も同様の効果が得られれば当然これに限定されない。
【０１０４】
［その他］
１）加熱体３のフィルム摺動面側の炭素系抵抗発熱体面又は／及び基材面に、必要に応じて、潤滑材層などの所望の機能層を付加することができる。
【０１０５】
２）本発明に係る加熱体３は、実施例のフィルム加熱方式の定着装置における加熱源としての使用に限られるものではなく、被加熱材を加熱する加熱装置の加熱源として広く用いることができることは勿論である。
【０１０６】
３）本発明の加熱装置は、実施例の画像加熱定着装置に限られず、その他、画像を仮定着する像加熱装置、画像を担持した記録媒体を再加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置等としても使用できる。また、例えば紙幣等のシワ除去用の熱プレス装置、熱ラミネート装置、紙等の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置などの加熱装置等として用いても有効であることは勿論である。
【０１０７】
４）加熱装置がフィルム加熱方式の加熱装置である場合において、可撓性部材であるフィルム２の駆動方式は実施例の加圧部材駆動方式に限られない。エンドレスの可撓性部材の内周面に駆動ローラを設け、可撓性性部材にテンションを加えながら駆動する装置構成であってもよいし、可撓性性部材をロール巻きの有端ウエブ状にしてこれを繰り出しながら走行移動させる装置構成にすることもできる。加圧部材６はローラ体に限られず、回動ベルト体にすることもできる。温度検知素子５はサーミスタに限られない。接触型または非接触型の各種のものを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】実施例１における画像形成装置の構成説明図である。
【図２】実施例１における加熱定着装置の要部の横断面模型図である。
【図３】同じく要部の斜視模型図である。
【図４】（ａ）はステーの正面模型図、（ｂ）は底面模型図である。
【図５】（ａ）は加熱体の斜視模型図、（ｂ）は分解斜視模型図である。
【図６】加熱体を固定支持させたステーの底面模型図である。
【図７】定着装置の定着ニップ部分の拡大横断面模型図である。
【図８】加熱体に対する給電制御回路系のブロック図である。
【図９】発熱体のモデル図である。
【図１０】比較例の定着装置の定着ニップ部分の拡大横断面模型図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１・・横長ステー、２・・耐熱性フィルム、３・・加熱体、３ａ・・炭素系抵抗発熱体、３ｂ・・基材、３ｃ・・電極、３ｄ・・電極、４・・加圧部材、５・・温度検知素子（検温素子）、６・・加圧ローラ、１１・・ＣＰＵ、１２・・トライアック、１３・・ＡＣ電源、１０１・・有機感光ドラム、１０２・・帯電ローラ、１０３・・レーザー露光装置、１０４・・現像装置、１０５・・クリーニング装置、１０５ａ・・クリーニングブレード、１１１２・・転写ローラ、１１４・・定着装置、Ｐ・・記録材、ｔ・・トナー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱材を所定に加熱する加熱装置に用いられる加熱体、及び前記加熱体を具備する加熱装置に関する。特に、電子写真複写機、電子写真プリンター等の画像形成装置において、未定着トナー画像を形成担持させた記録材を加熱して画像を永久固着像として定着させる加熱定着装置として用いて好適な加熱装置に関するものである。また前記加熱装置を搭載した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、各種の情報、映像機器等においては、その最終出力形態としても、実体の無い情報形式の画像を用紙等の記録材に具体的に実体化させる画像形成装置が用いられる。
【０００３】
このような複写機等の画像形成装置においては、作図や作画したり、対象物を走査、記録したり、通信転送等によって生成した画像を、記録材に画像パターンに応じて着色剤等を定着させることにより、適正な画像を記録材上に再現するようにしている。
【０００４】
また、この画像形成装置においては、着色剤として微粒子のトナー粉末を用いており、記録材上に画像パターン状に配置されたトナーを安定して定着させるためには、簡便性等から加熱方式が広く用いられている。
【０００５】
従来、加熱装置としての定着装置には、熱ローラ方式の定着装置が広く用いられていたが、このような定着装置は、作動開始となるまでの時間が長かったり、消費電力が比較的に多かったりするという不都合が生じていた。
【０００６】
すなわち、この定着装置は、金属製のローラ内部にハロゲンランプを配設し、このハロゲンランプを発熱させて、金属ローラ全体を加熱する構成としていることにより、金属ローラ全体が均一な温度になり動作可能になるまでに時間がかかるので、動作の立ち上げに要する時間が遅いとともに、常に比較的熱容量の大きな金属ローラ全体を加熱しているので、消費電力も多くなっていた。
【０００７】
そこで、耐熱・耐久性に優れたセラミックの基材上に、直接的に抵抗発熱体のパターンを形成して加熱体を構成し、これを発熱源とするとともに、耐熱性の薄いフィルムを介して、未定着トナー画像を形成担持させた記録材に接触させることにより、記録材を均一に加熱するフィルム加熱方式の加熱装置が提案され、特許文献１に開示されている。
【０００８】
また、フィルム加熱方式の加熱装置として、特許文献２に開示されているように、フィルムをフィルムガイドにルーズに外嵌させ、加圧手段としての加圧ローラを駆動することでフィルムを加圧ローラに対して従動駆動させるテンションフリータイプもある。このタイプの場合は、部品点数が少なくて済むためこの方式を採用することが多い。
【０００９】
このようなフィルム加熱方式の加熱装置によれば、加熱体やフィルム自体の熱容量が小さいので、所定温度までの温度立ち上げに要する時間を短縮できるとともに、消費電力も少なくすることができる。
【００１０】
特許文献３には、必要な任意の固有抵抗値と形状を有する炭素系抵抗発熱体とその製造方法が開示されている。
【００１１】
特許文献４には、そのような炭素系抵抗発熱体を用いた定着装置が開示されている。
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献３】特許第３１７３８００号公報
【特許文献４】特開２００２−３７２８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
一般的に画像形成装置において、記録材（以下、紙とも称す）として、装置に通紙使用可能な最大サイズ記録材（以下、大サイズ紙と記す）よりも小さな幅の記録材（以下、小サイズ紙と記す）を通紙する場合は、定着装置の温度制御は通紙部に設けられた温度検知素子の出力に基づいて行われる場合が多く、非通紙部では記録材に熱を奪われないため、非通紙部の温度が通紙部に比べて上昇する非通紙部昇温現象がある。
【００１３】
近年では単位時間あたりのプリント可能枚数が大幅に増え、それに伴って小サイズ紙でのスループットも増える傾向であるため更に非通紙部昇温は厳しくなる方向である。
【００１４】
特に封筒や厚紙などの小サイズ紙を通紙する場合には、通紙部では記録材に大量の熱が奪われるため、定着装置の加熱体に大量の電力が供給されて非通紙部昇温が顕著になる。その結果、加熱体・加圧ローラ等の劣化・破損に至る危険性がある。また、非通紙部昇温が大きくなると、小サイズ紙を通紙した直後に大サイズ紙を通紙した場合、端部で高温オフセットが発生する可能性がある。
【００１５】
そこでこの非通紙部昇温を防止するために、負の抵抗温度特性（以下、ＮＴＣ特性と称す）を持つ発熱体として炭素系抵抗発熱体を使用する方法があるが、熱伝導率の低い炭素系抵抗発熱体を使用した場合、長手方向での熱の逃げが少ないため、非通紙部昇温のレベルが悪い場合がある。
【００１６】
また近年ではプリントスピードが速くなる傾向が続いているが、定着性のレベルを落とさず、定着性を確保するために定着ニップ幅を広げる方法がとられることが多い。定着ニップ内では加熱領域を広げるために発熱体の幅を広くするが、この場合定着ニップからはみ出した場合、はみ出した部分で発熱体が異常発熱を起こし熱応力による加熱体割れが発生する可能性がある。つまり定着性を確保するたには発熱体の幅を広げずに定着性を確保する必要がある。
【００１７】
そこで本発明の目的は、炭素系抵抗発熱体を使用した加熱体について、非通紙部昇温を緩和し、更には炭素系抵抗発熱体の幅を広くせずに定着性を確保できる加熱体を提供することである。
【００１８】
また、非通紙部昇温を緩和し、更には炭素系抵抗発熱体の幅を広くせずに定着性を確保できる加熱体を具備する加熱装置を提供することである。
【００１９】
そして、非通紙部昇温を緩和し、更には炭素系抵抗発熱体の幅を広くせずに定着性を確保できる加熱体を具備する画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するための本発明に係る加熱体の代表的な構成は、被加熱材を加熱する加熱装置に用いられる加熱体において、少なくとも、熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である基材と、炭素を導電物質として利用し、少なくとも有機物を含有する原材料を炭素の非酸化雰囲気中にて熱処理し有機物を炭化させることで製造された炭素系抵抗発熱体と、該炭素系抵抗発熱体に給電する電極からなることを特徴とする加熱体、である。
【発明の効果】
【００２１】
すなわち、炭素系抵抗発熱体を使用した加熱体の基材を熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上にすることにより、炭素系抵抗発熱体の非通紙部昇温部の熱を基材により加熱体長手方向すなわち通紙部側にスムーズに逃がすことが可能となり、また炭素系抵抗発熱体と基材を合わせた加熱体全域への熱の伝わりが良くなり、実質的に加熱体全体が加熱領域となる。その結果、非通紙部昇温防止、定着性確保が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
【実施例１】
【００２３】
（１）画像形成装置例
図１は本発明の一実施例の画像形成装置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を用いたレーザービームプリンターである。
【００２４】
１０１は像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）である。例えばアルミニウム等の導電性ドラム基体の外周面に有機光導電体等の感光層を形成した有機感光ドラムである。この感光ドラム１０１は矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。
【００２５】
１０２は帯電手段としての帯電ローラである。この帯電ローラ１０２により感光ドラム面が所定の極性・電位に一様に帯電処理される。本例のプリンターでは負極性の所定の電位に一様に帯電処理される。
【００２６】
１０３はレーザー露光装置である。このレーザー露光装置１０３は不図示のイメージスキャナ・コンピュータ等の外部機器（ホスト機器）から入力する画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調したレーザ光Ｌを出力して、感光ドラム１０１の一様帯電処理面を走査露光する。この走査露光により感光ドラム面の露光明部の電荷が減衰または除電されて、感光ドラム面に走査露光した画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００２７】
１０４は現像装置である。感光ドラム面に形成された静電潜像はこの現像装置によりトナー像として可視像化される。レーザービームプリンターの場合、一般に、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。１０４ａは現像スリーブ、１０４ｂは現像ブレード、１０４ｃは現像バイアス印加電源、ｔは１成分磁性トナーである。
【００２８】
１０７は給紙カセットであり、記録材（転写材）Ｐを積載収納させてある。給紙スタート信号に基いて給紙ローラ１０８が駆動されて給紙カセット１０７内の記録材Ｐが一枚分離給送される。その給送された記録材Ｐはシートパス１０９→レジストローラ１１０→トップセンサ１１１を通って、感光ドラム１０１と転写ローラ１１２との当接ニップ部である転写部位Ｔに所定の制御タイミングにて導入される。すなわち、感光ドラム１０１上のトナー像の先端部位が転写位置Ｔに到達したとき、記録材Ｐの先端部位も到達するタイミングとなるように、レジストローラ１１０で記録材Ｐの搬送タイミングが制御され、またトップセンサ１１１による記録材先端通過検知信号に基いて感光ドラム１０１に対する画像書き出しタイミングが制御される。
【００２９】
転写部位Ｔに導入された記録材Ｐはこの転写部位Ｔを挟持搬送され、その間、転写ローラ１１２には転写バイアス印加電源１１２ａよりトナーの帯電極性とは逆極性の所定電位の転写バイアスが印加される。これにより転写部位Ｔにおいて感光ドラム面側のトナー像が記録材面に順次に静電的に転写されていく。
【００３０】
転写部位Ｔにおいて、トナー像の転写を受けた記録材Ｐは感光ドラム面から分離されて、シートパス１１３を通って加熱装置である定着装置１１４へ搬送導入され、トナー像の加熱定着処理を受ける。
【００３１】
一方、記録材分離後（記録材に対するトナー像転写後）の感光ドラム面はクリーニング装置１０５のクリーニングブレード１０５ａで転写残トナーや紙粉等の付着物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。
【００３２】
また、定着装置１１４を通った記録材Ｐはシートパス１１５を通って、排紙口１１６からプリンター上面の排紙トレイ１１７上に排紙される。
【００３３】
本例のプリンターは、感光ドラム１０１、帯電ローラ１０２、現像装置１０４、クリーニング装置１０５の４つのプロセス機器について、これらを一括してプリンター本体に対して着脱・交換自在のプロセスカートリッジ１０６として構成してある。
【００３４】
（２）定着装置１１４
図２は本実施例における定着装置１１４の要部の模式的横断面図である。図３は要部の斜視模型図である。この定着装置１１４は特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報、同４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に開示の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。
【００３５】
テンションレスタイプのフィルム加熱方式の加熱装置は、可撓性部材としてエンドレスベルト状もしくは円筒状の耐熱性フィルムを用い、該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、フィルムは加圧部材の回転駆動力で回転駆動するようにした装置である。
【００３６】
１は加熱体支持部材兼フィルムガイド部材としてのステーであり、記録材Ｐの搬送路面において記録材搬送方向ａに交差する方向を長手とする、横断面略半円形樋型の耐熱樹脂製の剛性部材である。本実施例では、ステー１の材質として高耐熱性の液晶ポリマーを用いた。図４の（ａ）はこのステー１の正面図、（ｂ）は下面図（底面図）である。
【００３７】
３は加熱源としての加熱体であり、上記ステー１の下面にステー長手に沿って設けた溝部１ａ内に嵌入させて固定支持させてある。この加熱体３は炭素系抵抗発熱体を使用したものである。この加熱体３の構成等については次の（３）項で詳述する。
【００３８】
２は可撓性部材としての、耐熱性に優れた円筒状のフィルムであり、上記の加熱体３を支持させたステー１に対して外嵌させてある。このフィルム２の内周長と加熱体３を含むステー１の外周長はフィルム２の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、従ってフィルム２は周長に余裕を持ってルーズに外嵌している。
【００３９】
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２の膜厚は、総厚１００μｍ以下程度とし、耐熱性、離型性、強度、耐久性等のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの単層、あるいは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の外周表面に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。本実施例では耐熱性フィルム２としてポリイミドフィルム５０μｍ、ＰＴＦＥ１０μｍ、層厚６０μｍにコートしたものを使用した。フィルム２の内周面側には、摺動性を向上させるためにグリスが塗られている。
【００４０】
４は横断面逆Ｕ字型の剛性を有する補強部材である。上記のステー１の内側に挿入して配設してある。図３においてはこの加圧部材４は省略してある。
【００４１】
上記のステー１、加熱体３、フィルム２、補強部材４等で加熱部材（加熱アセンブリ）１Ａが構成されている。
【００４２】
６は加圧部材としての弾性加圧ローラである。本例の加圧ローラ６は、外径１３ｍｍの鉄、ステンレス、アルミ等の芯金６ａ上に、耐熱性弾性層６ｂとして、長さ２４０ｍｍ、厚さ３ｍｍのシリコ−ン発泡体を被覆したものである。そして、上記加熱部材１Ａ側の加熱体３との間にフィルム２を挟んで耐熱性弾性層６ｂの弾性に抗して所定の押圧力で圧接して、所定幅の定着ニップ部Ｎを形成している。ニップ幅は定着ニップ部Ｎの記録材搬送方向ａにおける寸法である。
【００４３】
この加圧ローラ６は駆動機構Ｍの駆動力が芯金端部に設けたドライブギアＧに伝達されて矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ６の回転駆動により、定着ニップ部Ｎにおける該加圧ローラ６とフィルム外面との摩擦力でフィルム２に回転力が作用して、フィルム２はその内面側が定着ニップ部Ｎにおいて加熱体３の後述する炭素系抵抗発熱体表面に密着して摺動しながらステー１の外回りを矢印の方向に加圧ローラ６の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転状態になる。ステー１は従動回転するフィルム２のガイド部材の役目もしている。
【００４４】
そして、加熱体３の後述する炭素系抵抗発熱体の温度が所定に立ち上がり、かつ加圧ローラ６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、フィルム２を挟んで加熱体３と加圧ローラ６とで形成される定着ニップ部Ｎに被加熱材としての画像定着すべき記録材Ｐが転写部位Ｔより導入される。そして、記録材Ｐがフィルム２と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されることにより加熱体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上の未定着顕画像（トナー画像）ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通った記録材Ｐはフィルム２の面から分離されて搬送される。
【００４５】
（３）加熱体３
図５は本実施例における加熱体３の斜視模型図と分解斜視模型図である。この加熱体３は、被加熱材としての記録材Ｐの搬送方向ａに対して直角方向を長手とする細長の部材であり、基材３ｂと、炭素を導電物質として利用し、少なくとも有機物を含有する原材料を炭素の非酸化雰囲気中にて熱処理し有機物を炭化させることで製造された炭素系抵抗発熱体（以下、発熱体と略記する場合もある）３ａと、該発熱体３ａに給電する電極３ｃ・３ｄからなる。
【００４６】
本実施例の加熱体３において、発熱体３ａは、塩素化塩化ビニル樹脂、黒鉛、窒化硼素を混合、分散させて、成型後に１５００℃で熱処理し、長さ２５０ｍｍ×幅２．５ｍｍ×厚さ１ｍｍ、総抵抗値３０Ωとした。このようにして作られた炭素系抵抗発熱体３ａの熱伝導率はλ＝５０Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００４７】
次に、基材（基板）３ｂは、炭素系抵抗発熱体３ａ自体の強度アップのためフィルム２と接触する反対面側に設置する。またその時に非通紙部昇温により発生した熱を長手方向に均一にならす、更には、基材全体に熱を効率良く伝え定着ニップ内で加熱領域を広げるために熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材質が好ましい。本実施例においては熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋの窒化アルミニウムを用いた。
【００４８】
発熱体３ａと基材３ｂは、それぞれ単独で成型、焼成し、その後熱硬化性樹脂などにより接着することや、基材の材質、基材の焼成温度によっては、発熱体と基材を同時に成型、焼成し接着することが可能である。また、定着装置の構成によっては、基材上に凹型のくぼみを設けてそこに発熱体をはめ込んで接着する方法もある。
【００４９】
本実施例においては、発熱体３ａと基材３ｂをそれぞれ単独で成型し、その後基材上には炭素系抵抗発熱体が完全にはまるように凹型のくぼみ３ｂ１を設け、厚さ５μｍのエポキシ接着層を設けて接着を行っている。エポキシ接着層が５μｍであれば発熱体３ａから基材３ｂへの熱伝達は問題無いことは実験により確認されている。基材３ｂのサイズは長さ２５０ｍｍ×幅５ｍｍ×厚さ２ｍｍであり、凹型のくぼみ３ｂ１のサイズは発熱体３ａと同じであり、長さ２５０ｍｍ×幅２．５ｍｍ×厚さ１ｍｍである。
【００５０】
この結果，本実施例で使用される加熱体３（３ａ＋３ｂ）のサイズは長さ２５０ｍｍ×幅５ｍｍ×厚さ２ｍｍとなる。
【００５１】
給電用電極３ｃ、３ｄの形成方法あるいは装着方法は適宜の手段・方法を採択できる。本実施例においては発熱体３ａの長手方向両端面部に銀パラジウムのスクリーン印刷パターンを形成して給電用電極とした。
【００５２】
上記の加熱体３は発熱体３ａ側を外側に露呈させて、ステー１の下面の溝１ａ内に嵌入して固定支持させてある。図６は加熱体３を溝１ａ内に嵌入させて固定支持させたステー１の下面図である。加熱体３は記録材搬送方向ａに対して直角方向を長手とするようにステー１に配置されている。
【００５３】
５は加熱体３の炭素系抵抗発熱体３ａの温度を検出する温度検知素子（検温素子）である。本実施例では、温度検知素子５として加熱体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素子を固定し、素子を下側（発熱体裏面側）に向けて所定の加圧力により発熱体裏面に当接するような構成をとる。上記支持体として高耐熱性の液晶ポリマーを、上記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。
【００５４】
本実施例では、図７のように、ステ−１の加熱体嵌入溝部１ａの底面に設けた貫通穴１ｂ、及びこれに対応させて加熱体３の基材３ｂに設けた貫通穴３ｂ２にサーミスタ５を嵌め入れて加熱体３の発熱体３ａの裏面に直接当接させる構成にしている。
【００５５】
以上の構成をとることにより、加熱体３が発熱体３ａのみの場合と比較して、目標定着温度に達するまでの時間を短縮することが可能となり、クイックスタートが可能となる。
【００５６】
図８は加熱体３に対する給電制御手段としての給電制御回路系のブロック図である。７・８は給電用コネクタであり、ステー１に固定支持させた加熱体３における発熱体３ａの両端部側の給電用電極３ｃ・３ｄ部分に嵌着され、給電用電極３ｃ・３ｄにそれぞれコネクタ７・８側の電気接点が接触状態になる。給電用コネクタ７・８は給電用ケーブルを介して給電部につながっている。
【００５７】
発熱体３ａは、商用電源（ＡＣ電源）１３からトライアック１２を介して電極３ｃ・３ｄ間に給電されることにより長手方向の有効発熱全長領域が発熱して迅速急峻に昇温する。そしてその発熱体３ａの温度がサーミスタ５により検知され、サーミスタ５の出力をアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１０を介して給電制御部（ＣＰＵ）１１に取り込む。制御部１１はその検知温度情報に基づいてトライアック１２により加熱体３の発熱体３ａに通電する電力を位相制御あるいは波数制御等により制御して発熱体３ａを温調制御する。すなわち、サーミスタ５の検知温度が所定の設定温度（定着温度）より低い時は発熱体３ａが昇温するように、またサーミスタ５の検知温度が所定の設定温度より高い時は発熱体３ａが降温するように、発熱体３ａに通電する電力を制御することで、定着時の発熱体３ａの温度を所定の一定温度に保つ。なお、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％は発熱体に全通電したときである。
【００５８】
ここで、紙幅とは記録材Ｐの平面において記録材搬送方向ａに直交する方向の記録材寸法である。本実施例のプリンターは記録材通紙を記録材中心の中央基準としており、定着装置の加熱体３の長手方向の中心が各種サイズの記録材の搬送中心となる。図８において、Ｏはその記録材中央通紙基準線（仮想線）である。Ａはこのプリンターに通紙使用可能な最大紙幅の記録材の通紙部（最大通紙部）であり、発熱体３ａの長手方向の有効発熱全長領域にほぼ対応している。Ｂはこのプリンターに通紙使用可能な最小紙幅の記録材の通紙部（最小通紙域）である。Ｃは最大紙幅の記録材よりも紙幅が小さい記録材（小サイズ紙）を通紙した時に記録材搬送路面内に生じる非通紙部である。非通紙部Ｃの領域幅は通紙された小サイズ紙の紙幅の大小により異なる。
【００５９】
発熱体３ａの温度を検出する前記のサーミスタ５は、大小どの紙幅の記録材が通紙されても記録材通紙領域となる最小通紙部Ｂに対応する発熱体部分内に対応させて配設してある。
【００６０】
炭素系抵抗発熱体３ａについて更に詳述する。炭素系抵抗発熱体３ａについては、有機物を含有する原材料を炭素の非酸化雰囲気中にて所定温度で熱処理することで、炭素の酸化による分解、消滅を抑制し、原材料の炭化や黒鉛化を進行させることができ、熱処理物中の炭素を抵抗発熱体として適切な抵抗値、抵抗温度特性を有する構造にコントロールすることができる。このような炭素系抵抗発熱体を用いることで、加熱装置の非通紙部昇温を低減させることが出来る。装置の立ち上げ時間を短縮させることが出来る。これに伴い、画像形成装置のスループット、ＦＰＯＴなどのスペックアップ、耐熱グレードダウン部品使用によるコストダウンを実現出来る。
【００６１】
本実施例では特に炭化させる有機物としては、非酸化雰囲気中、たとえば減圧環境ないし真空中、ないし窒素ガスやアルゴンなどの不活性ガス中での焼成により５％以上の炭化収率を示す有機物質を使用するものであり、塩素化塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル−ポリ酢酸ビニル共重合体、ポリアミド等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド等の熱硬化性樹脂、リグニン、セルロース、トラガントガム、アラビアガム、糖類等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ天然高分子物質、及び前記には含有されない、ナフタレンスルホン酸のホルマリン縮合物、コプナ樹脂等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ合成高分子物質が挙げられる。
【００６２】
前記炭素の非酸化雰囲気中とは、常圧よりも減圧した雰囲気中や真空中、ないし窒素ガス中、不活性ガス中であることで、このような雰囲気中で熱処理することで、熱処理時の酸化が確実に防止でき、炭素系抵抗発熱体を安定して作ることが出来る。
【００６３】
ここでいう炭化収率とは、非酸化雰囲気中の熱処理によりのこる炭化物質（黒鉛や不定形炭素などの複合体）の重量と熱処理前の有機物質の重量比のことである。またちなみに酸化雰囲気中で熱処理した場合には、使用する有機物の種類にもよるが一般に５００℃から７００℃の温度から酸化が始まるため炭素が分解ないし、燃焼してしまい、それ以上温度を上げられず十分な炭化が進まない（炭素以外の成分が十分に分解されない、また黒鉛化が進まない）ため、炭素を抵抗発熱体として利用できる安定した炭化物質が得られない。前記使用する組成物の種類と量は発熱体の形状により適宜選択され、一種或いは数種の混合体で使用することが可能である。
【００６４】
またあらかじめ有機物中に炭素粉末を混合しておいても良い、ここでいう炭素粉末としては、カーボンブラック、黒鉛、コークス等があり、発熱体の抵抗値、形状により一種或いは数種の混合体として使用することが可能である。この場合電子は、あらかじめ混ぜておいた炭素粉末中および熱処理により炭化した有機物中を流れる。通例組成物だけを熱処理した場合には炭素を伝わって流れる電子を阻害するものが少なく、抵抗値が低くすぎ（１．０×１０−３Ω・ｃｍ以下）になってしまい、電流が流れやすくなり、通電回路設計や発熱体の通電制御が難しくなる。
【００６５】
その対策としては発熱体の断面積を減らし、抵抗値を上げなければならず、発熱体の形状が制限されてしまう。そのため前期有機物に対して、絶縁ないし半導電性の物質を混合した混合体を熱処理することが望ましい。絶縁、半導電物質としては金属炭化物、金属硼化物、金属珪化物、金属窒化物、金属酸化物、半金属窒化物、半金属酸化物、半金属炭化物が好ましく、発熱体の抵抗値、形状により選択され、１種或いは数種の混合体でも使用可能である。上記混合体においては炭素だけでなく炭素を伝わって流れる電子の導電阻害物質となる絶縁、半導電物質も持っているため、抵抗値を高くすることが容易にコントロール出来、発熱体のとりうる形状の自由度が広がる。
【００６６】
すなわち、熱処理により炭化させる有機物と、この有機物に少なくとも絶縁性或いは半導電性の物質の一種又は数種を混合し、これを成形後、炭素の非酸化雰囲気中にて熱処理する方法により炭素系抵抗発熱体３ａを作ることで、抵抗温度特性、抵抗値、および発熱体の形状などのコントロールがより容易にできるようになり、安定して非通紙部昇温の抑制が可能な加熱定着装置が提供できる。
【００６７】
このような炭素系抵抗発熱体３ａは、グラファイトの結晶子乃至多結晶体を用いており、結晶子どうしの接触面を除いて、少なくとも絶縁性或いは半導電性の導電阻害物質を用いて充填し、加熱装置の使用最高到達温度以下の温度域では、結晶子間の電子伝導は結晶子どうしの接点部ないし、結晶子間での電子のトンネル効果による導通が、結晶子どうしのその他の導通よりも支配的である。
【００６８】
また、前記絶縁性物質或いは半導電性物質は窒化ホウ素、アルミナ、炭化珪素、炭化ホウ素等が推奨される。このような物質を用いることで発熱体の抵抗値制御が容易にできる。
【００６９】
また、前記炭素系抵抗発熱体の熱処理時の熱処理温度は、８５０℃以上、１７５０℃以下であることが好ましい。上記温度にて熱処理することで、炭素系抵抗発熱体の抵抗変化率をゼロ近傍ないし、負にすることが可能となるとともに炭素系抵抗発熱体の抵抗値を実用的な抵抗値に調整することが出来、非通紙部昇温の抑制と電力の過不足がない加熱定着装置が提供できる。
【００７０】
一般的にレーザービームプリンターにおけるフィルム加熱方式の加熱定着装置の発熱体の抵抗値としては、一般の家庭用電源に接続して使われることを考えると、３Ω以上、２５０Ω以下の範囲内にあることが望ましい。２５０Ω以上であると定着に必要な電力が得られにくくなり、３Ω以下であると発熱体への通電制御機構が複雑になってしまう。
【００７１】
このように作られた炭素系抵抗発熱体は下記のような特徴がある。
【００７２】
炭素系抵抗発熱体はある温度を境にその温度以下ではＮＴＣ特性を、その温度以上では正の抵抗温度特性（以下ＰＴＣ特性と称す）を示す性質があり、その変曲点温度は７００℃程度である。
【００７３】
本実施例の炭素系抵抗発熱体３ａの抵抗変化率は約−１０００ｐｐｍ／℃である。画像形成装置の待機時は加熱体の温度は常温付近になっているので、本実施例の発熱体３ａの抵抗値は３０Ωである。画像形成装置がプリント信号を受信すると発熱体３ａに通電を開始し、定着温度付近まで温度が上昇するので、抵抗値が低くなる。定着温度を２００℃とすると、発熱体３ａの総抵抗は２４．６９Ωとなる。また仮に発熱体３ａの温度が３００℃になったとすると総抵抗は２１．６９Ωとなる。大サイズ紙を通紙しているときは、発熱体３ａの中央部と端部で温度はほぼ同じであるので、中央部と端部の抵抗も同じであるが、小サイズ紙を通紙すると、前述した非通紙部昇温により端部の温度が中央部よりも高くなる。その影響で本実施例の場合は端部の抵抗は中央部の抵抗よりも低くなる。
【００７４】
図９は抵抗発熱体のモデル図である。抵抗発熱体に流れる電流をＩとし、中央部の抵抗をＲ１、端部の抵抗をＲ２とした場合、中央部の発熱量Ｗ１はＩ２・Ｒ１であり、端部の発熱量Ｗ２はＩ２・Ｒ２である（簡単のため、抵抗がＲ１の領域と抵抗がＲ２の領域の長さは同じと考える）。
【００７５】
ＰＴＣ発熱体において小サイズ紙を通紙した場合を考えると、Ｒ２＞Ｒ１となるので、端部の発熱量Ｗ２は中央部の発熱量Ｗ１に比べて大きくなる。発熱量が大きくなると温度が上昇するので更に抵抗が高くなりまた発熱量が増えるという循環を繰り返してしまう。
【００７６】
一方、ＮＴＣ発熱体において小サイズ紙を通紙した場合を考えると、Ｒ２＜Ｒ１となるので、端部の発熱量Ｗ２は中央部の発熱量Ｗ１に比べて小さくなる。
【００７７】
いずれの場合も検温素子は中央部にあり、どちらも中央部の温度を一定にするように温度制御を行っているので、ＰＴＣ発熱体の中央部の発熱量とＮＴＣ発熱体の中央部の発熱量はほぼ同じである。
【００７８】
よって、ＮＴＣ発熱体の端部の発熱量の方がＰＴＣ発熱体の端部の発熱量よりも小さくなり、ＮＴＣ発熱体の方がＰＴＣ発熱体よりも端部の温度を低く押さえることができる。つまり炭素系抵抗発熱体は上記のような理由から端部の温度を低く抑えることが可能となるのである。
【００７９】
（４）試 験
上記加熱体３を用いた定着装置１１４を画像形成装置であるプリンターに組み込み、ｃｏｍ１０封筒を連続で２０枚連続通紙したときの封筒が通紙しない領域である非通紙部領域Ｃの加熱体３の裏面温度を測定した。プリンターのｃｏｍ１０を通紙する場合の条件は下記のようになる。
【００８０】
比較例１としては、図１０のように、熱伝導率λ＝１．０Ｗ／ｍ・Ｋ、材質ＰＰＳのステー１に、長さ２５０ｍｍ×幅２．５ｍｍ×厚さ１ｍｍの炭素系抵抗発熱体を加熱体３´として直接組み込んだ定着装置構成にした。
【００８１】
＜プリンター通紙条件＞
プロセススピード １２０ｍｍ／ｓ
ｃｏｍ１０ １分当たりの通紙枚数（スループット） １０ｐｐｍ
定着制御温度 ２００℃
【００８２】
【表１】
【００８３】
表１が加熱体裏面の温度測定結果である。比較例１に関しては、ＰＰＳ樹脂製ステー１は熱伝導率λ＝１．０Ｗ／ｍ・Ｋであるため非通紙部Ｃの熱が長手方向に伝わる速度が非常に遅いため加熱体の裏面温度は２３５℃まで上昇した。これに対し実施例１では加熱体裏面温度が２１２℃に収まっており、非通紙部昇温を抑えることが可能となる。これは基材３ｂの熱伝導率がλ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋであるため非通紙部昇温部の熱を長手方向に逃がすことが可能となるのである。
【００８４】
上記に関して、非通紙部昇温のＯＫレベルは２３０℃未満、ＮＧレベルは２３０℃以上である。これは加圧ローラの耐熱温度２３０℃が閾値となる。
【００８５】
次に定着性の確認を行った。
【００８６】
＜定着性測定条件＞
環境：１５℃、１０％Ｒ．Ｈ．
プロセススピード：１２０ｍｍ／ｓ
通紙紙：Ｆｏｘ Ｒｉｖｅｒ Ｂｏｎｄ ９０ｇ紙
定着性印字パターン：印字率５０％ハーフトーン、画像内で９点印字
定着装置が上記環境下で放置された状態から、１枚目の定着性測定
定着性測定方法：
印字した後に同条件でシルボンＣで擦る前、擦った後の濃度を測定し、擦った後の濃度の低下率を計算した値を示す。値は９点の平均値。
【００８７】
【表２】
【００８８】
表２は定着性の測定結果を表している。
【００８９】
定着性は、濃度低下率が２０％以下がＯＫレベル、２０％より大きい場合はＮＧレベルである。
【００９０】
比較例１に関してはＮＧレベルである。これは、基材としてのステー１の熱伝導率λが低いため、ステー１への熱の伝わりが悪く、実質的に定着ニップ内の加熱領域が発熱体領域のみになってしまうため定着性レベルが低下してしまう。
【００９１】
実施例１に関してはＯＫレベルである。これは基材３ｂの熱伝導率がλ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋであり高いため、基材３ｂ、発熱体３ａを合わせた加熱体全域への熱の伝わりが良く、実質的に加熱体全体が加熱領域になる。このため定着性も向上するのである。
【００９２】
このようにして炭素系発抵抗熱体３ａに熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の基材３ｂを設けることにより、加熱体３の非通紙部昇温を抑えることが可能となる。更には定着ニップ内の加熱領域を広げることが可能となり、定着性を向上させることが可能となる。
【００９３】
尚本実施例において、基材３ｂの材質を窒化アルミニウムとしたが、同様の効果が得られればこれに限定されることはない。例えば、炭化珪素などが挙げられる。また、炭素系抵抗発熱体の混合材質、材質比率も同様の効果が得られれば当然これに限定されない。
【００９４】
ここで、基材３ｂの熱伝導率λの測定法は、テストピースにて、京都電子社製熱伝導率測定器ＱＴＭ−５００にて常温２０℃で測定するものである。
【００９５】
本発明において熱伝導率λを特に７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上に特定した技術的意義は、７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の場合は実施例の測定条件にて、加熱体裏面の温度を２３０℃未満にすることが可能であるが、７０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の場合は加熱体裏面の温度が２３０℃を超えてしまうことにある。２３０℃は加圧ローラの耐熱温度に対応する。
【実施例２】
【００９６】
以下に本発明の実施例２を図５を用いて説明する。本実施例の特徴とするところは実施例１において加熱体３の基材３ｂの材質が金属であるアルミニウムになっている点であり、それ以外は実施例１と同様であるため全体構成、発熱体の説明、及び構成図は省略する。
【００９７】
本実施例の加熱体３において、炭素系抵抗発熱体３ａは、塩素化塩化ビニル樹脂、黒鉛、窒化硼素（金属化合物）を混合、分散させて、成型後に１５００℃で熱処理し、長さ２５０ｍｍ×幅２．５ｍｍ×厚さ１ｍｍ、総抵抗値３０Ωとした。
【００９８】
基材３ｂは発熱体３ａ自体の強度アップのためフィルム２と接触する反対面側に設置する。またその時に、非通紙部昇温対策、定着性向上ために基材３ｂの熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材質が好ましい。
【００９９】
本実施例においては熱伝導率λ＝２３０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウムを用いた。基材３ａのサイズは実施例１の基材３ｂのサイズと同じであり、加熱体自体は発熱体３ａが基材３ｂに収まるような構成になっており、エポキシ樹脂接着層を５μｍとして発熱体３ａと基材３ｂを接着している。エポキシ樹脂接着層が５μｍであれば発熱体３ａから基材３ｂへの熱伝達は問題無く、更には炭素系抵抗発熱体３ａと基材３ｂとの絶縁が確保できることも実験により確認されている。
【０１００】
上記構成を用いて、次に実施例１と同じ条件で非通紙部昇温を測定したところ２０３℃となり、更に温度を下げることが可能となった。またｃｏｍ１０のスループットを紙間をつめて２０ｐｐｍにしても非通紙部昇温は２１７℃に収まっており、ｃｏｍ１０のスループットを上げることも可能となる。これは基材３ｂの熱伝導率をλ＝２３０Ｗ／ｍ・Ｋとしたため、更に非通紙部で発生した熱を長手方向で上手く逃がすことが可能となったのである。
【０１０１】
最後に実施例１と同じ条件で定着性を測定したところ濃度低下率は１３％となり、ＯＫレベルとなった。これも基材３ｂの熱伝導率を上げたため実施例１と同様のメカニズムで定着性を向上させることが可能となったのである。
【０１０２】
このようにして炭素系抵抗発熱体３ａに基材３ｂとして金属である熱伝導率λ＝２３０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウムを設けることにより、加熱体３の非通紙部昇温を抑えることが可能となる。更には定着ニップ内の加熱領域を広げることが可能となり、定着性を向上させることが可能となる。
【０１０３】
尚本実施例において、基材３ｂの材質をアルミニウムとしたが、同様の効果が得られればこれに限定されることはない。例えば、銀、銅などが挙げられる。また、炭素系抵抗発熱体の混合材質、材質比率も同様の効果が得られれば当然これに限定されない。
【０１０４】
［その他］
１）加熱体３のフィルム摺動面側の炭素系抵抗発熱体面又は／及び基材面に、必要に応じて、潤滑材層などの所望の機能層を付加することができる。
【０１０５】
２）本発明に係る加熱体３は、実施例のフィルム加熱方式の定着装置における加熱源としての使用に限られるものではなく、被加熱材を加熱する加熱装置の加熱源として広く用いることができることは勿論である。
【０１０６】
３）本発明の加熱装置は、実施例の画像加熱定着装置に限られず、その他、画像を仮定着する像加熱装置、画像を担持した記録媒体を再加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置等としても使用できる。また、例えば紙幣等のシワ除去用の熱プレス装置、熱ラミネート装置、紙等の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置などの加熱装置等として用いても有効であることは勿論である。
【０１０７】
４）加熱装置がフィルム加熱方式の加熱装置である場合において、可撓性部材であるフィルム２の駆動方式は実施例の加圧部材駆動方式に限られない。エンドレスの可撓性部材の内周面に駆動ローラを設け、可撓性性部材にテンションを加えながら駆動する装置構成であってもよいし、可撓性性部材をロール巻きの有端ウエブ状にしてこれを繰り出しながら走行移動させる装置構成にすることもできる。加圧部材６はローラ体に限られず、回動ベルト体にすることもできる。温度検知素子５はサーミスタに限られない。接触型または非接触型の各種のものを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】実施例１における画像形成装置の構成説明図である。
【図２】実施例１における加熱定着装置の要部の横断面模型図である。
【図３】同じく要部の斜視模型図である。
【図４】（ａ）はステーの正面模型図、（ｂ）は底面模型図である。
【図５】（ａ）は加熱体の斜視模型図、（ｂ）は分解斜視模型図である。
【図６】加熱体を固定支持させたステーの底面模型図である。
【図７】定着装置の定着ニップ部分の拡大横断面模型図である。
【図８】加熱体に対する給電制御回路系のブロック図である。
【図９】発熱体のモデル図である。
【図１０】比較例の定着装置の定着ニップ部分の拡大横断面模型図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１・・横長ステー、２・・耐熱性フィルム、３・・加熱体、３ａ・・炭素系抵抗発熱体、３ｂ・・基材、３ｃ・・電極、３ｄ・・電極、４・・加圧部材、５・・温度検知素子（検温素子）、６・・加圧ローラ、１１・・ＣＰＵ、１２・・トライアック、１３・・ＡＣ電源、１０１・・有機感光ドラム、１０２・・帯電ローラ、１０３・・レーザー露光装置、１０４・・現像装置、１０５・・クリーニング装置、１０５ａ・・クリーニングブレード、１１１２・・転写ローラ、１１４・・定着装置、Ｐ・・記録材、ｔ・・トナー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱材を加熱する加熱装置に用いられる加熱体において、
少なくとも、熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である基材と、炭素を導電物質として利用し、少なくとも有機物を含有する原材料を炭素の非酸化雰囲気中にて熱処理し有機物を炭化させることで製造された炭素系抵抗発熱体と、該炭素系抵抗発熱体に給電する電極からなることを特徴とする加熱体。
【請求項２】
前記炭素系抵抗発熱体は、熱処理により炭化させる有機物と、この有機物に少なくとも、絶縁性或いは半導電性の物質を一種又は数種を混合し、これを成形後、炭素の非酸化雰囲気中にて熱処理したもの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３】
前記炭素の非酸化雰囲気中とは室圧よりも減圧した雰囲気中や真空中、ないし窒素ガス中、不活性ガス中であることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱体。
【請求項４】
前記炭素系抵抗発熱体は負の抵抗温度特性をもつことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の加熱体。
【請求項５】
前記基材は窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の加熱体。
【請求項６】
前記基材は金属であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の加熱体。
【請求項７】
支持部材に固定支持された加熱体と、一面が加熱体と接触摺動し、他面が被加熱材と接触する可撓性部材とを有し、加熱体上を可撓性部材と被加熱材が一緒に移動することで加熱体の熱を可撓性部材を介して被加熱材へ伝達する加熱装置において、前記加熱体は請求項１〜６の何れかに記載の加熱体であることを特徴とする加熱装置。
【請求項８】
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定着する像加熱定着手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱定着手段として請求項７に記載の加熱装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
被加熱材を加熱する加熱装置に用いられる加熱体において、
少なくとも、熱伝導率λ＝７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である基材と、炭素を導電物質として利用し、少なくとも有機物を含有する原材料を炭素の非酸化雰囲気中にて熱処理し有機物を炭化させることで製造された炭素系抵抗発熱体と、該炭素系抵抗発熱体に給電する電極からなることを特徴とする加熱体。
【請求項２】
前記炭素系抵抗発熱体は、熱処理により炭化させる有機物と、この有機物に少なくとも、絶縁性或いは半導電性の物質を一種又は数種を混合し、これを成形後、炭素の非酸化雰囲気中にて熱処理したもの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３】
前記炭素の非酸化雰囲気中とは室圧よりも減圧した雰囲気中や真空中、ないし窒素ガス中、不活性ガス中であることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱体。
【請求項４】
前記炭素系抵抗発熱体は負の抵抗温度特性をもつことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の加熱体。
【請求項５】
前記基材は窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の加熱体。
【請求項６】
前記基材は金属であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の加熱体。
【請求項７】
支持部材に固定支持された加熱体と、一面が加熱体と接触摺動し、他面が被加熱材と接触する可撓性部材とを有し、加熱体上を可撓性部材と被加熱材が一緒に移動することで加熱体の熱を可撓性部材を介して被加熱材へ伝達する加熱装置において、前記加熱体は請求項１〜６の何れかに記載の加熱体であることを特徴とする加熱装置。
【請求項８】
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定着する像加熱定着手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱定着手段として請求項７に記載の加熱装置を有する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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１３４７４６（Ｐ２００６−１３４７４６Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２３６４０（Ｐ２００４−３２３６４０）
【出願日】平成１６年１１月８日（２００４．１１．８）
【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１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月８日（２００４．１１．８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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