加熱体、及び加熱装置
【課題】過剰電力が投入された時に、ヒーターの抵抗発熱体間でリークが発生することによる熱応力割れの発生を低減する。
【解決手段】ヒーター１００の複数の抵抗発熱体１０２間に空隙Ｓを形成するように各抵抗発熱体を絶縁層１０４によって被覆する。
【解決手段】ヒーター１００の複数の抵抗発熱体１０２間に空隙Ｓを形成するように各抵抗発熱体を絶縁層１０４によって被覆する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱材を加熱する加熱体、及び前記加熱体を具備する加熱装置に関するものであり、特に複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載する加熱装置として用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に使用される定着装置として、被加熱材としての記録材に形成されたトナーを加熱溶融し、記録材上に定着させる熱定着方式が一般的に使用されている。
【０００３】
このような、熱定着方式においては、近年、フィルム状のエンドレスベルトを使用した、フィルム定着方式の定着法が提案されている。
【０００４】
こうしたフィルム定着装置の例は、特許文献１、特許文献２等において示されている。
【０００５】
このような、フィルム定着装置においては、一般的に、絶縁基板上に抵抗発熱体を設けた発熱体たる加熱部材として、セラミックヒーターが用いられている。セラミックヒーターの詳細は、例えば特許文献３において開示されている。
【０００６】
図１０を用いて、このような加熱部材の一例としての、セラミックヒーターについて説明する。ヒーター９００は、基板９０１、抵抗発熱体９０２及び電極９０３により構成される。基板９０１は、アルミナ等の絶縁性のセラミックよりなり、抵抗発熱体９０２は、任意の導電材をスクリーン印刷等、既知の方法により塗布または基板９０１上に固定している。電極９０３を介して、抵抗発熱体９０２に電流を流し、該抵抗発熱体が発熱することにより、定着装置の加熱体として作用する。
【０００７】
また、ヒーター９００には、一般的に不図示の絶縁層（絶縁保護層）が形成される。絶縁保護層の材料としては、樹脂や耐圧ガラスが用いられる。
【０００８】
図１０に示したヒーター９００では、抵抗発熱体９０２は一本で構成されるが、特許文献４に示されているように、抵抗発熱体を複数設け、基板上を往復させることで、より定着効率やコストに優れたヒーターを供することも可能である。
【０００９】
図１１に、抵抗発熱体を複数設けたヒーターの一例を示す。ヒーター１０００は、二本の抵抗発熱体１００２を導電部１００４を介して基板１００１上を長手方向に沿って往復させる形で構成している。このことにより、基板１００１の長手方向と直交（交差）する幅方向（基板の短手方向）に、広く発熱領域が分布することになり、熱効率の観点からより有利である。また、抵抗発熱体１００２が、基板１００１上を往復しているため、電極１００３は長手方向片側に集中することで、該電極に接続するためのコネクタも、端部一箇所に設けるだけでよい。このため、定着装置の小型化や、低コスト化に際して有利となる。
【００１０】
更に、抵抗発熱体は、基板の長手方向に均一な幅ではなく、部分的に幅を変化させることで、長手方向の発熱量に分布を持たせることが可能である、このような加熱体は、特許文献５に開示されている。
【００１１】
基板の長手方向と直交する短手方向において抵抗発熱体幅を部分的に狭くすることにより、その部分の単位長さあたりの抵抗を大きくし、発熱量を大きくすることが可能である。
【００１２】
図１２に、基板１１０１の長手方向において抵抗発熱体１１０２に発熱量の分布を持たせたヒーター１１００の一例を示す。基板１１０１上において導電部１１０４を介して接続された二本の抵抗発熱体１１０２は、長手端部で該長手端部以外の場所よりも幅を小さく構成している。なお１１０３は電極である。抵抗発熱体の長手端部においては、該発熱体の末端部分において熱が逃げやすい傾向があるため、中央部に比べて温度が低下する傾向がある。このため、長手端部において抵抗発熱体端部の幅を絞り、発熱量を多くすることは、長手端部の定着性能を確保するために有効である。
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報（フィルム定着装置の例）
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報（フィルム定着装置の例）
【特許文献３】特開２００３−１７２２５号公報（往復発熱体を有するセラミックヒータの例）
【特許文献４】特開平５−２４２９５８号公報（定着ヒーターの例）
【特許文献５】特登録０２６００８号（長手上の発熱量に分布を持たせた定着ヒータ）
【特許文献６】米国特許第６４６９２７９号（温度検出手段ないし安全素子上の抵抗発熱体幅を小さくした定着ヒーターの例）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
近年、画像形成装置の高速化、カラー化が求められている。これに伴い、加熱体たるヒーターにも、より大電力を投入し、発熱量を全体的に大きくする必要が生じている。
【００１４】
高速化に際しては、より短い時間でより多くの熱量を転写材に与える必要があるため、ヒーターの発熱量も大きくしなければならない。
【００１５】
また、カラー化に際しては、定着フィルム上に弾性層を設けた、定着ベルトを用いる必要がある。これは、トナー画像が定着ベルトと該定着ベルトに加圧された加圧ローラとの間の定着ニップ部を通過する際に、従来のフィルム定着装置では、カラー画像の多重に転写されたトナー像の形状に定着フィルム表面が追随することが出来ずに、部分的に定着性のムラが生じるためである。定着性のムラは、画像の光沢ムラとして現れたり、ＯＨＴ（オーバーヘッドプロジェクター用透明シート）においては、透過性のムラとなり、投影した際に透過性のムラが画像欠陥として現れる、という問題点があった。
【００１６】
定着フィルム上に弾性層を設けることにより、弾性層がトナー層に沿って変形することで、画像上不均一に載っているトナーが弾性層によって包み込まれ、均一に熱を与えることにより、均一な定着が達成されるものの、弾性層を設ける分、定着フィルムとしての熱伝導性は劣るため、その分の熱量を余計に与える必要がある。とりわけ、定着装置のオンデマンド性を確保するためには、定着装置を速やかに所定温度に立ち上げる必要があるため、通常のフィルム定着装置に比べて大きな電力が必要になる。
【００１７】
このように、画像形成装置に高速化、カラー化に伴い、ヒーターに投入される電力が大きくなると、定着装置が制御不能となり、大電力が連続して投入された状態に陥った際に、ヒーターが割れる、という問題が顕在化する。
【００１８】
ヒーター割れが発生する原因は、抵抗発熱体を保護している耐圧ガラスからなる絶縁保護層が溶融することで低抵抗化し、抵抗発熱体間でリークが生じるためである。このことを図１３を用いて説明する。
【００１９】
基板の短手方向において抵抗発熱体幅を絞った箇所においては、大電力が投入された際に、他の部分より発熱量が大きくなり、抵抗発熱体を保護している耐圧ガラス層が溶融しやすくなる。耐圧ガラス層の絶縁ガラス材料は、約７００〜７５０℃近辺で溶融が始まり、溶融した場合には低抵抗化する。図１３は、定着ヒーターのガラス表面に熱電対を接触させ、１０００Ｗの電力を投入した場合の定着ヒーター表面温度をモニタ下際の温度推移を示すグラフである。図１３によると、約７４０℃で熱電対の挙動が異常を示している。これは、絶縁ガラスが低抵抗化し、熱電対に電流がリークするために、異常値を示しているものである。
【００２０】
絶縁ガラスが溶融し、低抵抗化した場合には、抵抗発熱体間でリークが生じることとなる。抵抗発熱体間でリークが生じた場合、リーク箇所でショート状態となるために、電極間の抵抗は非常に小さくなる。このため、電極とリーク箇所の間で大電流が流れ、そのため、ショート箇所近傍ではさらに大きな発熱が生じ、ヒーターは熱応力割れに到る。特に、抵抗発熱体を長手方向に往復させ、長手片側端のみにコネクタを配置する構成においては、コネクタ側において、往復発熱体間の電位差が最も大きくなるため、耐圧ガラス層が溶融した場合の発熱体間のリークが発生しやすくなるという問題点があった。
【００２１】
また、絶縁保護層が、ポリイミド等の樹脂を用いて形成されている場合、予期しない大電力がヒーターに投入された場合には、抵抗発熱体が高温になることによって、絶縁保護層が炭化し、低抵抗化することにより、上記絶縁ガラスが溶融した場合と同様に、発熱体間でリークが生じ、電極とリーク箇所の間で大電流が流れ、ヒーターが熱応力割れに到ることとなる。
【００２２】
このように、ヒーター割れが生じた場合、ヒーターが使用不能となり、リサイクル性に劣ることに加え、ヒーターに設置されたサーミスタ等を介して、一次電圧が印加される部位と、二次側回路やＧＮＤ部位との距離を十分に取れなくなり、場合によっては二次側回路が破壊され、修理費用が余計にかかる、という問題があった。
【００２３】
本発明の目的は、過剰電力の投入により複数の抵抗発熱体間でリークが発生することによる熱応力割れの発生を低減できる加熱体を提供することにある。
【００２４】
また、本発明の他の目的は、過剰電力の投入により複数の抵抗発熱体間でリークが発生することによる熱応力割れの発生を低減できる加熱体を備える像加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明に係る加熱体の代表的な構成は、基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられた抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に接続する導体部と、を有し、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、前記基板上に、複数の前記抵抗発熱体と、前記複数の抵抗発熱体に接続する導体部と、前記複数の抵抗発熱体、および前記導体部を被覆する絶縁層と、を有し、前記絶縁層は、前記基板の長手方向において少なくとも前記複数の抵抗発熱体の間と、前記導体部の間とに空隙を形成するように該複数の抵抗発熱体と該導体部の一部を被覆していることを特徴とする加熱体、である。
【００２６】
本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、通電により発熱する発熱抵抗体を基板上に有する加熱体と、前記加熱体に接触しつつ移動する可撓性部材と、を有し、前記可撓性部材を介して前記加熱体の熱で被加熱材上の像を加熱する像加熱装置において、前記加熱体は、基板上に、前記基板の長手方向に沿って設けられた複数の前記抵抗発熱体と、前記複数の抵抗発熱体に接続する導体部と、前記複数の抵抗発熱体、および前記導体部を被覆する絶縁層と、を有し、前記絶縁層は、前記基板の長手方向において少なくとも前記複数の抵抗発熱体の間と、前記導体部の間とに空隙を形成するように該複数の抵抗発熱体と該導体部の一部を被覆していることを特徴とする像加熱装置、である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、過剰電力の投入により複数の抵抗発熱体間でリークが発生することによる熱応力割れの発生を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について詳述する。
【実施例１】
【００２９】
（１）画像形成装置例
図４は、本発明に係る像加熱装置を定着装置として搭載した画像形成装置の一例の構成模型図である。本実施例に示す画像形成装置は電子写真画像形成プロセス利用のレーザープリンタである。
【００３０】
４０１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」と記す）であり、矢印の時計方向に所定の周速度にて回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ４０２によって所定の極性・電位に一様に帯電処理される。
【００３１】
次に、その帯電面に対して露光手段としてのレーザースキャナ４０３により画像情報の書き込み露光がなされる。即ちレーザスキャナ４０３は画像情報の時系列電気デジタル画像信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御(変調制御)されたレーザビームＬで回転感光ドラム４０１の一様帯電処理面を露光する。これにより感光ドラム４０１の一様帯電面の露光部電位が減衰して感光ドラム面に画像情報の静電潜像が形成される。
【００３２】
この静電潜像は、現像装置４０４でトナー画像として現像、可視化される。可視化されたトナー像は、感光ドラム４０１とこれに圧接させた接触転写装置としての転写ローラ４０６との圧接部である転写ニップ部Ａにおいて、該転写ニップ部に不図示の給紙機構部から所定の制御タイミングにて給紙された被加熱材としての転写材Ｐの面に対して感光ドラム４０１面より転写される。
【００３３】
即ち、感光ドラム４０１上のトナー画像の画像形成位置と転写材Ｐの先端の書き出し位置が合致するようにレジストローラ４０６により挟持搬送された転写材Ｐは転写ニップ部Ａにおいて感光ドラム４０１と転写ローラ４０６とにより一定の加圧力で挟持搬送され、感光ドラム４０１面上のトナー画像が転写材Ｐ上に電気力と圧力で転写される。
【００３４】
転写ニップ部Ａを通過した転写材Ｐは回転する感光ドラム４０１から分離され、搬送系４０８により入り口ガイド４０９を介して定着装置Ｆへと搬送され、該定着装置によって未定着トナー画像が転写材面に永久画像として加熱定着される。画像定着を受けた転写材は排紙機構部（不図示）に搬送される。
【００３５】
一方、転写材分離後の感光ドラム４０１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置４０７により感光ドラム４０１表面より除去され、感光ドラム４０１は繰り返して作像に供される。
【００３６】
（２）定着装置Ｆ
図３は、定着装置Ｆの一例の構成模型図である。本実施例に示す定着装置は、可撓性部材として定着フィルムを用いた加圧ローラ駆動方式（テンションレスタイプ）の定着装置である。
【００３７】
１）定着装置Ｆの全体的構成
本実施例におけるフィルム方式の定着装置Ｆは、発熱体としての加熱部材（以下「ヒーター」と記す）１００と、ヒーターホルダ１１５と、サーミスタ１１３と、定着フィルム１１１と、加圧ローラ１１４等を備えている。
【００３８】
フィルム方式の定着装置では、薄肉の定着フィルム１１１を介し、ヒーター１００を転写材Ｐに押し当てて加熱するよう構成された定着フィルムユニットを加熱装置として採用している。
【００３９】
定着フィルム１１１は、基層、導電性プライマ層、および離型性層の三層で構成されている。フィルム基層は、絶縁性の高いポリイミド、ポリアミド、ＰＥＥＫ等が用いられ、高耐熱性を有しており、厚み１５〜６０ミクロン程度で形成され、定着フィルム１１１全体の引裂強度等の機械的強度を保っている。本実施例においては、厚み５０μｍのポリイミド製エンドレスフィルムを基層として用いている。
【００４０】
プライマ層は、本実施例においては、ポリアミド樹脂とフッ素樹脂のディスパージョンを混合したものを、ディッピングにて形成しており、厚みは２〜６μｍ程度である。プライマ層は、基層と、後述する離型性層との接着強度を確保するための層である。
【００４１】
離型性層は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂をディッピングで形成するか、フッ素チューブの形であらかじめ形成したものを基層に被覆する等の方法により設けられる。フッ素樹脂を用いるのは、トナーとの離型性を確保し、トナー等の付着による定着フィルムの汚れを防止するためである。従って、上記目的を達成することが出来るならば、フッ素樹脂以外の材料を用いても構わない。本実施例においては、ＰＴＦＥおよびＰＦＡを７：３の割合で混合した水性ディスパージョンに、酸化チタンを３０重量％分散したものをディッピング塗工により形成している。
【００４２】
ヒーターホルダ１１５は、断面が略半円弧形状で、樋型の耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂の成型品である。ヒーターホルダ１１５の下面に該ホルダの長手に沿ってヒーター１００が配設してある。定着フィルム１１１はこのヒーターホルダ１１５にルーズに外嵌させてある。本実施例のヒーターホルダ１１５はヒーター１００を保持する機能だけでなく、定着フィルム１１１をガイドする役割を果たす。本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト７７５５（商品名）を使用した。ゼナイト７７５５の最高使用可能温度(耐熱温度)は、約２７０℃である。
【００４３】
１１３は温度検知手段としてのサーミスタである。サーミスタ１１３はヒーター１００の裏面に接触させて設置してあり、ヒーター１００の温度を検知する。サーミスタ１１３は、温度制御手段としてのＣＰＵ１１７と電気的に接続されている。ＣＰＵ１１７は、サーミスタ１１３の出力に基づいてヒーター駆動手段としてのトライアック１１８をＯＮ・ＯＦＦ制御する。トライアック１１８はサーミスタ１１７の検知温度が所定の制御温度(目標温度）を維持するようにヒーター１００(正確には後述する発熱抵抗体１０２)への通電を制御している。これにより、ヒーター１００の温度が一定に保たれ、転写材Ｐ上のトナー像定着に供される。本実施例の制御温度は例えば１８０℃である。
【００４４】
１１９は安全素子としてのサーモスイッチである。サーモスイッチ１１９は、ヒーター１００の裏面に接触して設置してある。サーモスイッチ１１９は、定着装置Ｆが制御不能な状態となった際に、ヒーター１００への通電が停止されず、電力が投入されつづけることによる定着装置の破壊を防止するために設けられており、ヒーター１００の温度が一定以上になった場合、ヒーター１００への通電を遮断し、安全に定着装置を停止させることを目的としている。
【００４５】
加圧ローラ１１４は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ１１４は芯金の両端部を装置フレーム１１６の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ１１４の上側に、前記のヒーター１００・ヒーターホルダ１１５・定着フィルム１１１等から成る加熱アセンブリをヒータ４側を下向きにして加圧ローラ１１４に並行に配置し、ヒーターホルダの両端部を不図示の加圧機構により片側７４Ｎ（７．５ｋｇｆ）、総圧１４７Ｎ（１５ｋｇｆ）の力で加圧ローラ２方向に附勢してある。これにより加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させてある。加圧機構は、圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、加圧を解除し、転写材Ｐの除去が容易な構成となっている。
【００４６】
１２０は装置フレーム１１６に組付けた入り口ガイドであり、１２１は定着排紙ローラである。入り口ガイド１２０は、二次転写ニップＡを抜けた転写材Ｐが、定着ニップ部Ｎに正確に進入するよう、転写材Ｐを導く役割を果たす。
【００４７】
加圧ローラ１１４は駆動手段Ｍにより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１１４が回転すると摩擦力により定着フィルム１１１が従動回転する。定着フィル１１１の内面にはグリスが塗布され、ヒーター１１１やヒーターホルダ１１５と定着フィルム１１１内面との摺動性を確保している。
【００４８】
トナー像ｔが形成された転写材Ｐは定着ニップ部Ｎで挟持搬送されることにより加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した転写材Ｐは定着フィルム１１１の曲率により自然に定着フィルムから分離され、定着排紙ローラ１２１で排出される。
【００４９】
２）ヒーター１００の説明
図１において、（ａ）はヒーター１００を長手方向上面より見た平面図、（ｂ）はヒーター１００を長手方向に直交する短手方向において垂直な面で切断した縦断面図である。
【００５０】
ヒーター１００は、基板１０１と、抵抗発熱体１０２と、導体部としての電極１０３および導電部１０５と、絶縁層（絶縁保護層）としての絶縁コート層１０４等を有している。
【００５１】
細長い板状の基板１０１は、アルミナや窒化アルミ等の、絶縁性のセラミックや、ＳＵＳ等の金属板にガラスコートを施す等の手段により、絶縁層を設けたものを用いることが出来る。本実施例においては、基板１０１として、アルミナの厚み１．０ｍｍの板を用いた。
【００５２】
基板１０１上において該基板の長手方向に沿って設けられた抵抗発熱体１０２については、導電ペーストを基板１０１上に塗布したり、ニクロム線等を基板１０１上に接着等既知の方法で固定したものを用いても良い。また、抵抗発熱体１０２は、基板上に直接形成される必要は無く、例えば、基板１０１への熱の拡散を防止するためのグレーズ層を介しても良い。本実施例においては、基板１０１の、転写材Ｐの画像面側に、銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一に、厚み２０μｍの膜状に塗布した後に焼成を行うことにより、抵抗発熱体１０２を形成した。
【００５３】
本実施例に用いた発熱抵抗体１０２の抵抗値は、１４Ωとした。これにより、１２０Ｖの電圧が投入された際の定着ヒーター１００の消費電力は、１０２９Ｗとなる。
【００５４】
抵抗発熱体１０２は、長手中央部の幅１．５ｍｍの太さで、長手方向に二本、並行に形成されている。二本の抵抗発熱体１０２間の距離は０．７ｍｍである。二本の抵抗発熱体１０２において電極１０３の反対側の長手端部は導電部１０５を介して電気的に接続されている。導電部１０５も基板上にスクリーン印刷法によって形成されている。
【００５５】
抵抗発熱体１０２は、長手両端部及び上記のサーモスイッチ接触部となる長手中央部において、他の部分よりも幅の狭い領域（以下「絞り部」と記す）１０２ａ，１０２ｂを有する。基板１０１の短手方向において抵抗発熱体１０２の幅を狭く絞ることによって、絞り部１０２ａ，１０２ｂで抵抗発熱体１０２の抵抗が大きくなり、同じ値の電流が流れた際の発熱量が大きくなる。これにより、絞り部１０２ａを有する長手端部においては、基板１０１を通じて長手端部方向へ逃げる熱を補い、また、絞り部１０２ｂを有するサーモスイッチ接触部においては、サーモスイッチ１１９に奪われる熱を補うことで、長手に均一な温度に発熱するようにしている。本実施例においては、絞り部分の発熱体幅をその他の部分に対して７％狭くし、発熱体幅を１．３９５ｍｍとしている。
【００５６】
電極１０３は、定着装置や画像形成装置の電源より、抵抗発熱体１０２に電力を供給するための接点として機能するものである。本実施例においては、銀ペーストを、抵抗発熱体１０２と同様、スクリーン印刷法により均一に、厚み２０μｍの膜状に塗布した後に焼成を行うことにより形成した。電極１０３は、基板１０１上に二箇所形成され、それぞれ抵抗発熱体１０２に接続されることにより、電極を通してＡＣ電圧が抵抗発熱体１０２に印加される。
【００５７】
絶縁コート層１０４は、ガラスや樹脂等の絶縁物により形成され、抵抗発熱体１０２、電極１０３および導電部１０５の絶縁耐圧を確保するために設けられる。本実施例においては、絶縁ガラスによるコート層を８０μｍの厚みでスクリーン印刷を行うことにより、抵抗発熱体１０２と、電極１０３および導電部１０５の一部を被覆している。すなわち、絶縁コート層１０４は、基板１０１の長手方向において各抵抗発熱体１０２と、各抵抗発熱体と接続する電極１０３および導電部１０５の一部を個別に被覆する形状に形成され、該基板の短手方向において発熱体１０２間に０．３ｍｍの空隙Ｓを有する様形成される。
【００５８】
本実施例の画像形成装置には、ヒーター１００に電力を供給するための電源回路およびヒーター１００への電力供給を制御するための制御回路等からなる電力制御系が内蔵されている。図４は、電力制御系の一例のブロック図である。
【００５９】
このヒーター温度制御系において、一方の電源回路では、ＡＣの電源５０１と、リレー５０２と、トライアック１１８と、電源５０１からの供給電力により発熱するヒーター１００とが直列に接続されて回路が構成されている。
【００６０】
また他方の制御回路では、サーミスタ１１３と、Ａ／Ｄ変換器５０４と、ＣＰＵ１１７と、トライアック５０３が直列に接続された回路が構成されている。
【００６１】
リレー５０２は、ＣＰＵ１１７とリレー信号線５０５を介して接続されている。そして、ＣＰＵ１１７からの指令信号によりオープン状態となり、電源５０１とヒーター１００の間を遮断するものである。
【００６２】
３）定着過剰電力投入試験についての詳述
本実施例に示す定着装置Ｆを用いて、定着過剰電力投入試験を実施した。
【００６３】
過剰電力投入試験条件としては、ヒーター１００の昇温が最も急速になるモードを選択した。すなわち、制御回路のトライアック５０３を双方向導通状態となるように、故意に破壊し、さらにリレー５０２をショートさせた。
【００６４】
この状態で、ＡＣ電源からの通電を行い、最大電力が連続して入力される状態とした。電圧は、１２０Ｖ圏で最も電圧の高い地域の定格１２７Ｖに対し、１０％増しの電圧、すなわち、約１４０Ｖを印加した。
【００６５】
また、定着装置Ｆは、加圧ローラ駆動状態（回転状態）でなく、加圧ローラ停止状態とした。これは、停止状態と比較して、回転状態においては、ヒーター１００に投入されたエネルギーが、加圧ローラ１１４の回転に伴い奪われることから、停止状態よりも定着装置Ｆに対するダメージが少ないためである。
【００６６】
４）定着過剰電力投入試験結果
上記条件にて、５回の過剰電力投入試験を実施したところ、いずれの試験においても、ヒーター１００の割れは発生しなかった。このとき、サーモスイッチ１１９が切れ、ヒーター１００への通電が遮断されるまでの時間を計測したところ、最大４．０秒、最小３．２秒、平均３．５秒であった。
【００６７】
また、過剰電力投入試験時に、ヒーター１００が割れるまでの時間を計測するため、サーモスイッチ１１９をショートさせ、ヒーター１００が割れるまで電力投入を継続する試験を３回実施したところ、ヒーター１００が割れるまでの時間はそれぞれ、５．４秒、５．４秒、５．０秒であった。このことから、本実施例のヒーター１００、定着装置Ｆ、画像形成装置においては、最も厳しいモードにおいても、ヒーター１００が割れる前に、サーモスイッチ１１９が動作し、十分な安全性が確保されていると言える。
【００６８】
５）比較例１
図５に、比較例１において使用するヒーター６００の縦断面形状を示す。
【００６９】
図５に示すように、本比較例におけるヒーター６００の抵抗発熱体６０２は、ほぼ実施例１におけるヒーター１００の場合と同様に形成されるが、絶縁層としての絶縁ガラス層６０４に空隙を設けていないことが異なる。すなわち、抵抗発熱体６０２間にも絶縁ガラス層が充填された構成となっている。
【００７０】
本比較例１のヒーター６００を、実施例１と同様の定着装置および画像形成装置にセットし、実施例１と同様５回の過剰電力投入試験を実施した。
【００７１】
その結果、５回中４回の試験で、ヒーター６００の割れが生じた。割れの生じた箇所は、全て、給電側の抵抗発熱体６０２の絞り形状の部分であった。また、ヒーター６００に流れる電流値をモニターしたところ、ヒーター６００の割れが発生する直前に、４０Ａを超える大電流が流れていることが計測された。
【００７２】
このとき、過剰電力投入試験終了までの時間を計測したところ、最大４．０秒、最小３．３秒、平均３．５秒であった。
【００７３】
また、過剰電力投入試験時に、ヒーター６００が割れるまでの時間を計測するため、サーモスイッチ１１９をショートさせ、ヒーター６００が割れるまで電力投入を継続する試験を３回実施したところ、ヒーター６００が割れるまでの時間はそれぞれ、４．１秒、３．７秒、３．４秒であった。
【００７４】
本比較例１においては、抵抗発熱体６０２の絞り部分において、過剰電力投入試験時に、表面の絶縁ガラス層６０４が溶けた際、絶縁ガラス材料が低抵抗化し、抵抗発熱体６０２の間でリークが発生し、給電側発熱体間でショート状態になった。このため、見かけ上のヒーター６００抵抗値が著しく低下し、大電流が流れたことにより、給電側付近の発熱体で過剰な発熱が起こったことで、大きな熱応力が加わった。これが、ヒーター６００が割れに到った原因である。
【００７５】
これに対して、本実施例のヒーター１００では、基板１０１の長手方向において各抵抗発熱体１０２と、該各抵抗発熱体に接続する電極１０３および導電部１０５の一部を個別に絶縁コート層１０４で被覆して、該基板の短手方向において各抵抗発熱体間と、各電極間、および各導電部間に空隙Ｓを設けているため、過剰電力投入に絶縁コート層１０４が溶融し、絶縁ガラス材料が低抵抗化し、抵抗発熱体間、電極間、および導電部間でリークが発生する事態を回避することができる。これにより安全性・リサイクル性に優れた定着ヒーターを提供することが可能となる。
【００７６】
本実施例のヒーター１００においては、二本の抵抗発熱体１０２は、いずれも同じ抵抗値を持ち、同じ抵抗発熱体幅を有する系としたが、抵抗発熱体１０２の幅、ペーストの材料及び抵抗値は異なるものとしても構わない。例えば、転写材搬送方向（図１（ａ））において上流側（図の上方側）の抵抗発熱体１０２の発熱体幅を全体的に細くする、あるいは、単位面積あたりの抵抗値の大きなペースト材料を用いて、抵抗を大きくすることにより、上流側発熱量の大きな構成とすることも可能である。
【００７７】
更には、複数本の抵抗発熱体１０２のうち一本を完全に導電パターンとすることも可能である。
【００７８】
また、本実施例のヒーター１００においては、抵抗発熱体１０２の本数は二本としたが、無論、四本またはそれ以上の本数の抵抗発熱体を基板１０１上に形成したり、三本の抵抗発熱体に、更に一本の導電パターンを加えて、往復させる構成等を取っても構わない。
【００７９】
さらに、本実施例においては、絶縁保護層として、絶縁ガラス材料を用いたが、ポリイミド等の樹脂材料を用いても差し支えない。
【実施例２】
【００８０】
本実施例では、加熱体としてのヒーターの他の実施例を示す。本実施例のヒーターは、実施例１で用いたアルミナヒーターの代わりとして、基板の材質に窒化アルミを用いた、窒化アルミヒーターを使用したことが実施例１と異なる。
【００８１】
１）窒化アルミヒーターの説明
図６（ａ）に、本実施例における窒化アルミヒーター２００を長手方向上面より見た平面図を示す。
【００８２】
本実施例に用いるヒーター２００は、実施例１におけるヒーター１００とほぼ同様の構成であるが、基板２０１の材料として、窒化アルミを用い、厚みを０．６ｍｍとした。
【００８３】
窒化アルミは、熱伝導率がアルミナの約２０Ｗ／ｍ・Ｋに対して、約９５Ｗ／ｍ・Ｋと非常に大きいため、ヒーター２００の熱応力割れに対して有利である抵抗発熱体２０２から、定着フィルム１１１に対する熱伝達効率が高い、といった利点がある。
【００８４】
また、抵抗発熱体２０２の形状については、後述するように、サーモスイッチ１１９をヒーター面に接触させない構成とし、サーモスイッチ１１９相当位置の抵抗発熱体２０２も、その他の部分と同じ幅としたことが異なる。すなわち、抵抗発熱体幅を絞るのは、長手両端部２０２ａのみとなる。なお、図６（ａ）において、２０４は電極、２０５は導体部である。
【００８５】
図６（ｂ）に、本実施例における窒化アルミヒーター２００の縦断面図を示す。
【００８６】
本実施例においては、抵抗発熱体２０２は、転写材Ｐの画像面から見て裏側に形成されていることを特徴としている。これは、窒化アルミの熱伝導率が高いため、絶縁層（絶縁保護層）としての耐圧ガラス層２０４よりも基板２０１側への熱伝導の方が大きくなることから、熱効率の観点から、ヒーター２００裏面に抵抗発熱体２０２を設けた方が有利であるためである。
【００８７】
また、ヒーター２００において転写材Ｐ側の面は、定着フィルムとの摺動性を確保するための、摺動ガラスや、樹脂によるコーティングを施しても良い。本実施例においては、ポリイミド樹脂を約６μmの厚みでコーティングした摺動層２０５を設けている。
【００８８】
本実施例のヒーター２００を搭載する定着装置は、基本的に実施例１と同様の定着装置Ｆを用いる。ただし、サーモスイッチ１１９は、ヒーター２００には接触せずに、ヒーターホルダ１１５に一体化して設けられたスペーサ（不図示）により、０．５ｍｍ程度の空隙を介してヒーター面に対向して配置されている。サーモスイッチ１１９をヒーター２００に直接接触させないことにより、通常の画像形成時に、サーモスイッチ１１９が誤って動作し、画像形成装置が停止してしまうという不具合を防止することが出来る。
【００８９】
２）定着過剰電力投入試験結果
実施例１と同様の条件にて、５回の過剰電力投入試験を実施したところ、いずれの試験においても、ヒーター２００の割れは発生しなかった。このとき、サーモスイッチ１１９が切れ、ヒーター２００への通電が遮断されるまでの時間を計測したところ、最大７．１秒、最小６．５秒、平均６．８秒であった。
【００９０】
また、電力投入時にヒーター２００が割れるまでの時間を計測するため、サーモスイッチ１１９をショートさせ、ヒーターが割れるまで継続する試験を３回行ったところ、ヒーターが割れるまでの時間は、それぞれ７．７秒、７．５秒、７．６秒であった。
【００９１】
このことから、本実施例のヒーター２００、定着装置、画像形成装置においては、最も厳しいモードにおいても、ヒーターが割れる前に、サーモスイッチ１１９が動作し、十分な安全性が確保されていると言える。
【００９２】
上記に示したように、ヒーター基板２０１の材質として窒化アルミを用いることにより、定着フィルムへの熱伝達効率を向上し、定着性を確保しつつ、安全性のマージンも十分確保することが可能となる。
【実施例３】
【００９３】
本実施例では、加熱体としてのヒーターの他の実施例を示す。本実施例のヒーターは、実施例１のヒーターに対して、空隙を設ける場所を、抵抗発熱体を絞った部分のみとしたことを特徴とする。
【００９４】
１）ヒーターの説明
図７に、本実施例のヒーター３００を長手上面から見た平面図を示す。図７に示すとおり、絶縁層（絶縁保護層）としての絶縁ガラス層３０４に空隙Ｓを設ける場所は、抵抗発熱体３０２の長手両端部の絞り部３０２ａおよび、サーモスイッチ当接部（接触部）となる長手中央部の絞り部３０２ｂのみとした。
【００９５】
すなわち、絶縁ガラス層３０４に設けた空隙部Ｓは、該絶縁ガラス層に対して凹となるため、ヒーター３００から定着フィルムへの熱伝達効率が低下する傾向がある。本実施例により、全体としてはヒーター３００と定着フィルムの接触面積を十分確保することができるため、定着性を十分確保することができる。なお図７において、３０１は基板、３０３は電極、３０５は導体部である。
【００９６】
２）定着過剰電力投入試験結果
実施例１と同様の条件にて、５回の過剰電力投入試験を実施したところ、いずれの試験においても、ヒーター３００の割れは発生しなかった。このとき、サーモスイッチ１１９が切れ、ヒーター３００への通電が遮断されるまでの時間を計測したところ、最大４．３秒、最小３．０秒、平均３．２秒であった。
【００９７】
また、電力投入時にヒーター３００が割れるまでの時間を計測するため、サーモスイッチ１１９をショートさせ、ヒーターが割れるまで電力投入状態を継続する試験を３回行ったところ、ヒーターが割れるまでの時間は、それぞれ５．４秒、５．５秒、５．１秒であった。
【００９８】
このことから、本実施例のヒーター３００、定着装置、画像形成装置においては、最も厳しいモードにおいても、ヒーターが割れる前に、サーモスイッチ１１９が動作し、十分な安全性が確保されていると言える。
【００９９】
上記示したように、ヒーター３００と定着フィルムの接触面積を十分確保するため、抵抗発熱体間の大部分に空隙を設けずに、絶縁ガラス材料を充填した構成においても、抵抗発熱体３０２間の長手方向において発熱量が大きくなる箇所のみ空隙Ｓを設けることにより、定着過剰電力投入時の安全性マージンを向上することができた。
【実施例４】
【０１００】
本実施例は、実施例１の定着装置・画像形成装置とは異なり、カラー画像形成装置、及び、カラー画像定着に適した定着装置を用いることを特徴とする。
【０１０１】
１）カラー定着装置の説明
カラー化に際しては、定着フィルム上に弾性層を設けた、定着ベルトを用いた定着装置が有効である。定着フィルム上に弾性層を設けた構成については、特開平１０−１０８９３号公報、特開平１１−１５３０３号公報等に開示されている。
【０１０２】
弾性層を有する定着ベルトを用いることにより、トナー画像が定着ニップ部を通過する際に、弾性層がトナー層に沿って変形することで、画像上不均一に載っているトナーが弾性層によって包み込まれ、均一に熱を与えられることにより、均一な定着が達成される。
【０１０３】
このように均一に定着された画像は、光沢ムラがなく、特にＯＨＴ（オーバーヘッドプロジェクター用透明シート）にカラー画像を定着した際に、画像の光透過性が優れるという特徴をもつ。定着ベルトに弾性層を設ける際、弾性層の材料としては、シリコーンゴム等のゴム材料が用いられるのが一般的である。
【０１０４】
しかしながら、定着ベルトの弾性層に使用されるシリコーンゴム等の熱伝導率はあまり高くなく、また、定着ベルト表面からヒーター、及びヒーター裏面に設けられたサーミスタまでに多くの部材が入るため、応答性が悪く、温度検知手段がヒーター裏面に設置された系においては、定着ベルトの温度制御を行うことが難しい。特に、定着装置を転写材Ｐが通過して、定着ベルト表面の熱を奪い、定着ベルト表面の温度が低下したことを、ヒーター裏面に設置されたサーミスタで検出することは困難であり、応答に時間がかかりすぎてしまう。
【０１０５】
このとき、定着ベルトの基層として、金属ベルトを使用することに加えて、温度制御用サーミスタを定着ベルト裏面に配置し、より直接的に定着ベルト温度を検知する系が有効である。
【０１０６】
しかしながら、金属ベルトを用いた定着装置において、ヒーター割れが発生した場合、金属ベルトからサーミスタ等を介して二次回路に一次電流が流れ込み、二次回路の破壊につながる確立が高くなる。
【０１０７】
本実施例は、そのような場合においても、安全性のマージンを向上することを可能とする。
【０１０８】
図８に、本実施例における定着装置の構成模型図を示す。
【０１０９】
本実施例における定着装置Ｆは、実施例２で使用したものと同様のヒーター２００、ヒーターホルダ１７、サーミスタ１８、定着ベルト２０、加圧ローラ２２、入り口ガイド２３、定着排紙ローラ２５等により構成される。
【０１１０】
ヒーターホルダ１７は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成し、ヒーター２００を保持し、定着ベルト２０をガイドする役割を果たす。
【０１１１】
本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト７７５５Ｍ（商品名）を使用した。ゼナイト７７５５Ｍの最大使用可能温度は、約２７０℃である。
【０１１２】
サーミスタ１８は、定着ベルト２０内面の温度を検知し、温調制御を行うために配設されている。このサーミスタ１８は、ステンレス製のアーム１９の先端にサーミスタ素子が取り付けられ、アーム１９が揺動することにより、定着ベルト２０内面の動きが不安定になった状態においても、サーミスタ素子が定着ベルト２０内面に常に接する状態に保たれる。
【０１１３】
メインサーミスタ１８は、実施例１と同様、ＣＰＵ１１７に接続され、ＣＰＵ１１７は、メインサーミスタ１８の出力をもとに、ヒーター２００の温調制御内容を決定し、ヒーター２００への通電を制御する。
【０１１４】
定着ベルト２０は、ＳＵＳの素管を引き抜き加工により、厚さ５０μｍの厚みのシームレスベルト状に形成した、ＳＵＳベルト上に、シリコーンゴム層を、リングコート法により形成した上に、厚み３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。シリコーンゴム層には、極力熱伝導率の高い材質を用い、定着ベルト２０の熱容量を小さくすることが、温度立上げの観点からは望ましい。本実施例においては、熱伝導率が約１．０×１０−３ｃａｌ／ｓｅｃ・ｃｍ・Ｋと、シリコーンゴムとしては、熱伝導率が高い部類に属する材質を用いた。
【０１１５】
一方、ＯＨＴ透過性や、画像上の「す」（微小なグロスムラ）といった、画質の観点からは、定着ベルト２０のゴム層を極力厚くすることが望ましい。本発明者らの検討によれば、満足のいくレベルの画質を得るためには、２００μｍ以上のゴム厚みが必要であることが分かっている。本実施例におけるシリコーンゴム層は、厚み２５０μｍとした。
【０１１６】
こうして形成した定着ベルト２０の熱容量を測定したところ、２．８×１０−２ｃａｌ／ｃｍ２Ｋ（定着ベルト１ｃｍ２あたりの熱容量）であった。一般に、定着ベルト２０の熱容量が１．０ｃａｌ／ｃｍ２Ｋ以上となると、温度立ち上がりが鈍くなり、オンデマンド性が損なわれる。また、逆に１．０×１０−２ｃａｌ／ｃｍ２Ｋ以下にしようとすると、定着ベルト２０のゴム層が極端に薄くせざるを得なくなり、ＯＨＴ透過性や「す」のレベル等、画質を維持するために必要なゴム層の厚みを確保できない。このため、オンデマンド性と、画質の両方を満足する定着ベルト２０の熱容量は、１．０×１０−２ｃａｌ／ｃｍ２Ｋ以上１．０ｃａｌ・ｃｍ２Ｋ以下の範囲に含まれることが分かる。
【０１１７】
さらに、定着ベルト２０表面にフッ素樹脂層を設けることで、表面の離型性を向上し、定着ベルト２０表面にトナーが一旦付着し、再度転写材Ｐに移動することで発生するオフセット現象を防止することができる。
【０１１８】
また、定着ベルト２０表面のフッ素樹脂層を、ＰＦＡチューブとすることで、より簡便に、均一なフッ素樹脂層を形成することが可能となる。
【０１１９】
加圧ローラ２２は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μmのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。
【０１２０】
入り口ガイド２３は、二次転写ニップ（不図示）を抜けた転写材Ｐが、定着ニップ部Ｎに正確にガイドされるよう、転写材を導く役割を果たす。本実施例の入り口ガイド２３は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂により形成されている。
【０１２１】
加圧ローラ２２、入り口ガイド２３は、それぞれフレーム２４に組みつけられ、その上にヒーターホルダ１７に接着された定着ヒーター２００を内蔵した定着ベルト２０が置かれ、不図示の加圧機構により、１９６．１Ｎ（２０ｋｇｆ（片側１０ｋｇｆ））の力で加圧されている。加圧機構は、不図示の圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、加圧を解除し、転写材Pの除去が容易な構成となっている。
【０１２２】
本実施例の定着装置Ｆにおいては、加圧ローラ２２が回転することによって、定着ベルト２０が従動回転する。その際、定着ベルト２０内面とヒーターホルダ１７は摺動する構成となっている。定着ベルト２０内面にはグリスが塗布され、ヒーターホルダ１７と定着ベルト２０内面との摺動性を確保している。
【０１２３】
通常使用においては、定着装置Ｆの加圧ローラ駆動開始とともに、定着ベルト２０の従動回転が開始し、ヒーター２００の温度の上昇とともに、定着ベルト２０内面温度も上昇していく。
【０１２４】
本実施例の定着装置Ｆにおいても、実施例１の定着装置と同様、ヒーター２００の裏面に安全素子としてのサーモスイッチ１１９が設置されている。実施例２と同様、サーモスイッチ１１９はヒーター２００には直接接触せずに、ヒーターホルダ１７に一体化して設けられたスペーサ（不図示）により、０．５ｍｍ程度の空隙を介してヒーター面に対向して配置されている。
【０１２５】
２）カラー画像形成装置の説明
図９に、本実施例におけるカラー画像形成装置の構成模型図を示す。
【０１２６】
本実施例における画像形成装置は、電子写真方式を用いて、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナー像を重ね合わせることでフルカラー画像を得る、フルカラー画像形成装置に、本発明の定着装置を組み込んだものである。
【０１２７】
本実施の形態における、フルカラー画像形成装置のプロセススピードは、９０ｍｍ／ｓｅｃ、一分間の印字枚数はＵＳレターサイズ紙で１６枚である。また、一枚目プリント（First Page Out)までの時間(FPOT)は約１５秒である。
【０１２８】
Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋはそれぞれイエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの色トナー像を形成する４つのプロセスカートリッジであり、下から上に順に配列してある。各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋは、それぞれ、像担持体たる感光体ドラム１、帯電手段たる帯電ローラ２、静電潜像を顕像化するための現像手段３、感光体ドラムのクリーニング手段４等をひとつの容器にまとめた、いわゆるオールインワンカートリッジを使用している。
【０１２９】
イエローのプロセスカートリッジＹの現像手段３にはイエロトナーを、シアンのプロセスカートリッジＣの現像手段３にはシアントナーを、マゼンタのプロセスカートリッジＭの現像手段３にはマゼンタトナーを、ブラックのプロセスカートリッジＫの現像手段３にはブラックトナーを、それぞれ充填してある。
【０１３０】
感光体ドラム１に露光を行うことにより静電潜像を形成する光学系５が上記４色のプロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋに対応して設けられている。光学系としては、レーザー走査露光光学系を用いている。
【０１３１】
各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて、光学系５より、画像データに基づいた走査光が、帯電手段２により一様に帯電された感光体ドラム１上を露光することにより、感光体ドラム表面に走査露光画像に対応する静電潜像が形成される。不図示のバイアス電源より現像手段３の現像ローラに印加される現像バイアスを、帯電電位と潜像（露後部）電位の間の適切な値に設定することで、負の極性に帯電されたトナーが感光体ドラム１上の静電潜像に選択的に付着して現像が行われる。
【０１３２】
すなわち、イエローのプロセスカートリッジＹの感光体ドラム１にはイエロートナー像が、シアンのプロセスカートリッジＣの感光体ドラム１にはシアントナー像が、マゼンタのプロセスカートリッジＭの感光体ドラム１にはマゼンタトナー像が、ブラックのプロセスカートリッジＫの感光体ドラム１にはブラックトナー像が、それぞれ形成される。
【０１３３】
各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上に現像形成された上記の単色トナー画像は各感光体ドラム１の回転と同期して、略等速で回転する中間転写体６上へ所定の位置合わせ状態で順に重畳されて一次転写されることで、中間転写体６上に未定着のフルカラートナー画像が合成形成される。
【０１３４】
本実施例においては、中間転写体６として、エンドレスの中間転写ベルトを用いており、駆動ローラ７、二次転写ローラ対向ローラ１４、テンションローラ８の３本のローラに巻きかけて張架してあり、駆動ローラ７によって駆動される。
【０１３５】
各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上から中間転写ベルト６上へのトナー像の一次転写手段としては、一次転写ローラ９を用いている。一次転写ローラ９に対して、不図示のバイアス電源より、トナーと逆極性の一次転写バイアスを印加することにより、各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上から中間転写ベルト６に対して、トナー像が一次転写される。
【０１３６】
各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて感光体ドラム１上から中間転写ベルト６への一次転写後、感光体ドラム１上に転写残として残ったトナーは、クリーニング手段４により除去される。本実施例においては、クリーニング手段４として、ウレタンブレードによるブレードクリーニングを用いている。
【０１３７】
上記工程を中間転写ベルト６の回転に同調して、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対して行い、中間転写ベルト６上に、各色の一次転写トナー画像を順次重ねて形成していく。なお、単色のみの画像形成（単色モード）時には、上記工程は、目的の色についてのみ行われる。
【０１３８】
一方、転写材（被加熱材）供給部となる転写材カセット１０にセットされた転写材Ｐは、給送ローラ１１により給送され、レジストローラ１２により所定のタイミングで、二次転写ローラ対向ローラ１４に巻きかけられている中間転写ベルト６部分と二次転写手段としての二次転写ローラ１３との転写ニップ部Ａに搬送される。
【０１３９】
中間転写ベルト６上に形成された一次転写トナー像は、二次転写手段たる二次転写ローラ１３に不図示のバイアス印加手段より印加されるトナーと逆極性のバイアスにより、転写材Ｐ上に一括転写される。
【０１４０】
二次転写後に中間転写ベルト６上に残った二次転写残トナーは中間転写ベルトクリーニング手段１５により除去される。本実施例においては、感光体ドラム１のクリーニング手段と同様、ウレタンブレードによる中間転写体クリーニングを行っている。
【０１４１】
転写材Ｐ上に二次転写されたトナー画像は、定着手段たる定着装置Ｆを通過することで、転写材Ｐ上に溶融定着され、排紙パス３１を通って排紙トレイ３２に送り出されて画像形成装置の出力画像（フルカラープリント、もしくはものカラープリント）となる。
【０１４２】
また、本実施例におけるカラー画像形成装置は、実施例１と同様の電力制御系を用いて、ヒーター２００に投入される電力を制御している。
【０１４３】
３）過剰電力投入試験結果
本実施例におけるカラー画像形成装置および定着装置を用いて、実施例１と同様の過剰電力投入試験を行った。
【０１４４】
５回の過剰電力投入試験を実施したところ、いずれの試験においても、ヒーター２００の割れは発生しなかった。このとき、サーモスイッチ１１９が切れ、ヒーター７００への通電が遮断されるまでの時間を計測したところ、最大７．０秒、最小６，６秒、平均６．７秒であった。
【０１４５】
また、過剰電力投入試験時にヒーター２００が割れるまでの時間を計測するため、サーモスイッチ１１９をショートさせ、ヒーターが割れるまで電力投入状態を継続する試験を３回行ったところ、ヒーターが割れるまでの時間は、それぞれ７．５秒、７．６秒、７．９秒であった。
【０１４６】
このことから、本実施例のヒーター２００、定着装置Ｆ、カラー画像形成装置においては、最も厳しいモードにおいても、ヒーター２００が割れる前に、サーモスイッチ１１９が動作し、十分な安全性が確保されていると言える。
【０１４７】
以上の様に、金属ベルトを用いたカラー画像定着装置においても、本実施例を適用することにより、安全性マージンを向上することが可能となる。
【０１４８】
〔その他〕
１）本発明の像加熱装置は、画像加熱定着装置としてばかりでなく、たとえば，一度定着された画像を担持した被記録材を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着処理する像加熱装置、シート状物を供給して乾燥処理・ラミネート処理する等の像加熱装置、インクジェットプリンタ等に用いられる乾燥用の像加熱装置等として広く使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】第１実施例のヒーターの構成を示す説明図である。
【図２】第１実施例の定着装置の構成模型図である。
【図３】第１実施例の画像形成装置の構成模型図である。
【図４】第１実施例のヒーターに用いられる電力制御系回路を示す回路図である。
【図５】比較例のヒーターの縦断面図である。
【図６】第２実施例のヒーターの構成を示す説明図である。
【図７】第３実施例のヒーターの構成を示す説明図である。
【図８】第４実施例の定着装置の構成模型図である。
【図９】第４実施例のカラー画像定着装置の構成模型図である。
【図１０】従来のセラミックヒーター（発熱体一本タイプ）の平面図である。
【図１１】従来のセラミックヒーター（往復発熱体タイプ）の平面図である。
【図１２】ヒーター長手方向で発熱分布のあるヒーターの平面図である。
【図１３】ヒーター上の熱電対の、１０００Ｗ投入時の温度推移を示す図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１００，２００，３００：ヒーター
１０１，２０１，３０１：基板
１０２，２０２，３０２：抵抗発熱体
１０３，２０３，３０３：電極部
１０４，２０４，２０５：絶縁保護層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱材を加熱する加熱体、及び前記加熱体を具備する加熱装置に関するものであり、特に複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載する加熱装置として用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に使用される定着装置として、被加熱材としての記録材に形成されたトナーを加熱溶融し、記録材上に定着させる熱定着方式が一般的に使用されている。
【０００３】
このような、熱定着方式においては、近年、フィルム状のエンドレスベルトを使用した、フィルム定着方式の定着法が提案されている。
【０００４】
こうしたフィルム定着装置の例は、特許文献１、特許文献２等において示されている。
【０００５】
このような、フィルム定着装置においては、一般的に、絶縁基板上に抵抗発熱体を設けた発熱体たる加熱部材として、セラミックヒーターが用いられている。セラミックヒーターの詳細は、例えば特許文献３において開示されている。
【０００６】
図１０を用いて、このような加熱部材の一例としての、セラミックヒーターについて説明する。ヒーター９００は、基板９０１、抵抗発熱体９０２及び電極９０３により構成される。基板９０１は、アルミナ等の絶縁性のセラミックよりなり、抵抗発熱体９０２は、任意の導電材をスクリーン印刷等、既知の方法により塗布または基板９０１上に固定している。電極９０３を介して、抵抗発熱体９０２に電流を流し、該抵抗発熱体が発熱することにより、定着装置の加熱体として作用する。
【０００７】
また、ヒーター９００には、一般的に不図示の絶縁層（絶縁保護層）が形成される。絶縁保護層の材料としては、樹脂や耐圧ガラスが用いられる。
【０００８】
図１０に示したヒーター９００では、抵抗発熱体９０２は一本で構成されるが、特許文献４に示されているように、抵抗発熱体を複数設け、基板上を往復させることで、より定着効率やコストに優れたヒーターを供することも可能である。
【０００９】
図１１に、抵抗発熱体を複数設けたヒーターの一例を示す。ヒーター１０００は、二本の抵抗発熱体１００２を導電部１００４を介して基板１００１上を長手方向に沿って往復させる形で構成している。このことにより、基板１００１の長手方向と直交（交差）する幅方向（基板の短手方向）に、広く発熱領域が分布することになり、熱効率の観点からより有利である。また、抵抗発熱体１００２が、基板１００１上を往復しているため、電極１００３は長手方向片側に集中することで、該電極に接続するためのコネクタも、端部一箇所に設けるだけでよい。このため、定着装置の小型化や、低コスト化に際して有利となる。
【００１０】
更に、抵抗発熱体は、基板の長手方向に均一な幅ではなく、部分的に幅を変化させることで、長手方向の発熱量に分布を持たせることが可能である、このような加熱体は、特許文献５に開示されている。
【００１１】
基板の長手方向と直交する短手方向において抵抗発熱体幅を部分的に狭くすることにより、その部分の単位長さあたりの抵抗を大きくし、発熱量を大きくすることが可能である。
【００１２】
図１２に、基板１１０１の長手方向において抵抗発熱体１１０２に発熱量の分布を持たせたヒーター１１００の一例を示す。基板１１０１上において導電部１１０４を介して接続された二本の抵抗発熱体１１０２は、長手端部で該長手端部以外の場所よりも幅を小さく構成している。なお１１０３は電極である。抵抗発熱体の長手端部においては、該発熱体の末端部分において熱が逃げやすい傾向があるため、中央部に比べて温度が低下する傾向がある。このため、長手端部において抵抗発熱体端部の幅を絞り、発熱量を多くすることは、長手端部の定着性能を確保するために有効である。
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報（フィルム定着装置の例）
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報（フィルム定着装置の例）
【特許文献３】特開２００３−１７２２５号公報（往復発熱体を有するセラミックヒータの例）
【特許文献４】特開平５−２４２９５８号公報（定着ヒーターの例）
【特許文献５】特登録０２６００８号（長手上の発熱量に分布を持たせた定着ヒータ）
【特許文献６】米国特許第６４６９２７９号（温度検出手段ないし安全素子上の抵抗発熱体幅を小さくした定着ヒーターの例）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
近年、画像形成装置の高速化、カラー化が求められている。これに伴い、加熱体たるヒーターにも、より大電力を投入し、発熱量を全体的に大きくする必要が生じている。
【００１４】
高速化に際しては、より短い時間でより多くの熱量を転写材に与える必要があるため、ヒーターの発熱量も大きくしなければならない。
【００１５】
また、カラー化に際しては、定着フィルム上に弾性層を設けた、定着ベルトを用いる必要がある。これは、トナー画像が定着ベルトと該定着ベルトに加圧された加圧ローラとの間の定着ニップ部を通過する際に、従来のフィルム定着装置では、カラー画像の多重に転写されたトナー像の形状に定着フィルム表面が追随することが出来ずに、部分的に定着性のムラが生じるためである。定着性のムラは、画像の光沢ムラとして現れたり、ＯＨＴ（オーバーヘッドプロジェクター用透明シート）においては、透過性のムラとなり、投影した際に透過性のムラが画像欠陥として現れる、という問題点があった。
【００１６】
定着フィルム上に弾性層を設けることにより、弾性層がトナー層に沿って変形することで、画像上不均一に載っているトナーが弾性層によって包み込まれ、均一に熱を与えることにより、均一な定着が達成されるものの、弾性層を設ける分、定着フィルムとしての熱伝導性は劣るため、その分の熱量を余計に与える必要がある。とりわけ、定着装置のオンデマンド性を確保するためには、定着装置を速やかに所定温度に立ち上げる必要があるため、通常のフィルム定着装置に比べて大きな電力が必要になる。
【００１７】
このように、画像形成装置に高速化、カラー化に伴い、ヒーターに投入される電力が大きくなると、定着装置が制御不能となり、大電力が連続して投入された状態に陥った際に、ヒーターが割れる、という問題が顕在化する。
【００１８】
ヒーター割れが発生する原因は、抵抗発熱体を保護している耐圧ガラスからなる絶縁保護層が溶融することで低抵抗化し、抵抗発熱体間でリークが生じるためである。このことを図１３を用いて説明する。
【００１９】
基板の短手方向において抵抗発熱体幅を絞った箇所においては、大電力が投入された際に、他の部分より発熱量が大きくなり、抵抗発熱体を保護している耐圧ガラス層が溶融しやすくなる。耐圧ガラス層の絶縁ガラス材料は、約７００〜７５０℃近辺で溶融が始まり、溶融した場合には低抵抗化する。図１３は、定着ヒーターのガラス表面に熱電対を接触させ、１０００Ｗの電力を投入した場合の定着ヒーター表面温度をモニタ下際の温度推移を示すグラフである。図１３によると、約７４０℃で熱電対の挙動が異常を示している。これは、絶縁ガラスが低抵抗化し、熱電対に電流がリークするために、異常値を示しているものである。
【００２０】
絶縁ガラスが溶融し、低抵抗化した場合には、抵抗発熱体間でリークが生じることとなる。抵抗発熱体間でリークが生じた場合、リーク箇所でショート状態となるために、電極間の抵抗は非常に小さくなる。このため、電極とリーク箇所の間で大電流が流れ、そのため、ショート箇所近傍ではさらに大きな発熱が生じ、ヒーターは熱応力割れに到る。特に、抵抗発熱体を長手方向に往復させ、長手片側端のみにコネクタを配置する構成においては、コネクタ側において、往復発熱体間の電位差が最も大きくなるため、耐圧ガラス層が溶融した場合の発熱体間のリークが発生しやすくなるという問題点があった。
【００２１】
また、絶縁保護層が、ポリイミド等の樹脂を用いて形成されている場合、予期しない大電力がヒーターに投入された場合には、抵抗発熱体が高温になることによって、絶縁保護層が炭化し、低抵抗化することにより、上記絶縁ガラスが溶融した場合と同様に、発熱体間でリークが生じ、電極とリーク箇所の間で大電流が流れ、ヒーターが熱応力割れに到ることとなる。
【００２２】
このように、ヒーター割れが生じた場合、ヒーターが使用不能となり、リサイクル性に劣ることに加え、ヒーターに設置されたサーミスタ等を介して、一次電圧が印加される部位と、二次側回路やＧＮＤ部位との距離を十分に取れなくなり、場合によっては二次側回路が破壊され、修理費用が余計にかかる、という問題があった。
【００２３】
本発明の目的は、過剰電力の投入により複数の抵抗発熱体間でリークが発生することによる熱応力割れの発生を低減できる加熱体を提供することにある。
【００２４】
また、本発明の他の目的は、過剰電力の投入により複数の抵抗発熱体間でリークが発生することによる熱応力割れの発生を低減できる加熱体を備える像加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明に係る加熱体の代表的な構成は、基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられた抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に接続する導体部と、を有し、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、前記基板上に、複数の前記抵抗発熱体と、前記複数の抵抗発熱体に接続する導体部と、前記複数の抵抗発熱体、および前記導体部を被覆する絶縁層と、を有し、前記絶縁層は、前記基板の長手方向において少なくとも前記複数の抵抗発熱体の間と、前記導体部の間とに空隙を形成するように該複数の抵抗発熱体と該導体部の一部を被覆していることを特徴とする加熱体、である。
【００２６】
本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、通電により発熱する発熱抵抗体を基板上に有する加熱体と、前記加熱体に接触しつつ移動する可撓性部材と、を有し、前記可撓性部材を介して前記加熱体の熱で被加熱材上の像を加熱する像加熱装置において、前記加熱体は、基板上に、前記基板の長手方向に沿って設けられた複数の前記抵抗発熱体と、前記複数の抵抗発熱体に接続する導体部と、前記複数の抵抗発熱体、および前記導体部を被覆する絶縁層と、を有し、前記絶縁層は、前記基板の長手方向において少なくとも前記複数の抵抗発熱体の間と、前記導体部の間とに空隙を形成するように該複数の抵抗発熱体と該導体部の一部を被覆していることを特徴とする像加熱装置、である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、過剰電力の投入により複数の抵抗発熱体間でリークが発生することによる熱応力割れの発生を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について詳述する。
【実施例１】
【００２９】
（１）画像形成装置例
図４は、本発明に係る像加熱装置を定着装置として搭載した画像形成装置の一例の構成模型図である。本実施例に示す画像形成装置は電子写真画像形成プロセス利用のレーザープリンタである。
【００３０】
４０１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」と記す）であり、矢印の時計方向に所定の周速度にて回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ４０２によって所定の極性・電位に一様に帯電処理される。
【００３１】
次に、その帯電面に対して露光手段としてのレーザースキャナ４０３により画像情報の書き込み露光がなされる。即ちレーザスキャナ４０３は画像情報の時系列電気デジタル画像信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御(変調制御)されたレーザビームＬで回転感光ドラム４０１の一様帯電処理面を露光する。これにより感光ドラム４０１の一様帯電面の露光部電位が減衰して感光ドラム面に画像情報の静電潜像が形成される。
【００３２】
この静電潜像は、現像装置４０４でトナー画像として現像、可視化される。可視化されたトナー像は、感光ドラム４０１とこれに圧接させた接触転写装置としての転写ローラ４０６との圧接部である転写ニップ部Ａにおいて、該転写ニップ部に不図示の給紙機構部から所定の制御タイミングにて給紙された被加熱材としての転写材Ｐの面に対して感光ドラム４０１面より転写される。
【００３３】
即ち、感光ドラム４０１上のトナー画像の画像形成位置と転写材Ｐの先端の書き出し位置が合致するようにレジストローラ４０６により挟持搬送された転写材Ｐは転写ニップ部Ａにおいて感光ドラム４０１と転写ローラ４０６とにより一定の加圧力で挟持搬送され、感光ドラム４０１面上のトナー画像が転写材Ｐ上に電気力と圧力で転写される。
【００３４】
転写ニップ部Ａを通過した転写材Ｐは回転する感光ドラム４０１から分離され、搬送系４０８により入り口ガイド４０９を介して定着装置Ｆへと搬送され、該定着装置によって未定着トナー画像が転写材面に永久画像として加熱定着される。画像定着を受けた転写材は排紙機構部（不図示）に搬送される。
【００３５】
一方、転写材分離後の感光ドラム４０１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置４０７により感光ドラム４０１表面より除去され、感光ドラム４０１は繰り返して作像に供される。
【００３６】
（２）定着装置Ｆ
図３は、定着装置Ｆの一例の構成模型図である。本実施例に示す定着装置は、可撓性部材として定着フィルムを用いた加圧ローラ駆動方式（テンションレスタイプ）の定着装置である。
【００３７】
１）定着装置Ｆの全体的構成
本実施例におけるフィルム方式の定着装置Ｆは、発熱体としての加熱部材（以下「ヒーター」と記す）１００と、ヒーターホルダ１１５と、サーミスタ１１３と、定着フィルム１１１と、加圧ローラ１１４等を備えている。
【００３８】
フィルム方式の定着装置では、薄肉の定着フィルム１１１を介し、ヒーター１００を転写材Ｐに押し当てて加熱するよう構成された定着フィルムユニットを加熱装置として採用している。
【００３９】
定着フィルム１１１は、基層、導電性プライマ層、および離型性層の三層で構成されている。フィルム基層は、絶縁性の高いポリイミド、ポリアミド、ＰＥＥＫ等が用いられ、高耐熱性を有しており、厚み１５〜６０ミクロン程度で形成され、定着フィルム１１１全体の引裂強度等の機械的強度を保っている。本実施例においては、厚み５０μｍのポリイミド製エンドレスフィルムを基層として用いている。
【００４０】
プライマ層は、本実施例においては、ポリアミド樹脂とフッ素樹脂のディスパージョンを混合したものを、ディッピングにて形成しており、厚みは２〜６μｍ程度である。プライマ層は、基層と、後述する離型性層との接着強度を確保するための層である。
【００４１】
離型性層は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂をディッピングで形成するか、フッ素チューブの形であらかじめ形成したものを基層に被覆する等の方法により設けられる。フッ素樹脂を用いるのは、トナーとの離型性を確保し、トナー等の付着による定着フィルムの汚れを防止するためである。従って、上記目的を達成することが出来るならば、フッ素樹脂以外の材料を用いても構わない。本実施例においては、ＰＴＦＥおよびＰＦＡを７：３の割合で混合した水性ディスパージョンに、酸化チタンを３０重量％分散したものをディッピング塗工により形成している。
【００４２】
ヒーターホルダ１１５は、断面が略半円弧形状で、樋型の耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂の成型品である。ヒーターホルダ１１５の下面に該ホルダの長手に沿ってヒーター１００が配設してある。定着フィルム１１１はこのヒーターホルダ１１５にルーズに外嵌させてある。本実施例のヒーターホルダ１１５はヒーター１００を保持する機能だけでなく、定着フィルム１１１をガイドする役割を果たす。本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト７７５５（商品名）を使用した。ゼナイト７７５５の最高使用可能温度(耐熱温度)は、約２７０℃である。
【００４３】
１１３は温度検知手段としてのサーミスタである。サーミスタ１１３はヒーター１００の裏面に接触させて設置してあり、ヒーター１００の温度を検知する。サーミスタ１１３は、温度制御手段としてのＣＰＵ１１７と電気的に接続されている。ＣＰＵ１１７は、サーミスタ１１３の出力に基づいてヒーター駆動手段としてのトライアック１１８をＯＮ・ＯＦＦ制御する。トライアック１１８はサーミスタ１１７の検知温度が所定の制御温度(目標温度）を維持するようにヒーター１００(正確には後述する発熱抵抗体１０２)への通電を制御している。これにより、ヒーター１００の温度が一定に保たれ、転写材Ｐ上のトナー像定着に供される。本実施例の制御温度は例えば１８０℃である。
【００４４】
１１９は安全素子としてのサーモスイッチである。サーモスイッチ１１９は、ヒーター１００の裏面に接触して設置してある。サーモスイッチ１１９は、定着装置Ｆが制御不能な状態となった際に、ヒーター１００への通電が停止されず、電力が投入されつづけることによる定着装置の破壊を防止するために設けられており、ヒーター１００の温度が一定以上になった場合、ヒーター１００への通電を遮断し、安全に定着装置を停止させることを目的としている。
【００４５】
加圧ローラ１１４は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ１１４は芯金の両端部を装置フレーム１１６の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ１１４の上側に、前記のヒーター１００・ヒーターホルダ１１５・定着フィルム１１１等から成る加熱アセンブリをヒータ４側を下向きにして加圧ローラ１１４に並行に配置し、ヒーターホルダの両端部を不図示の加圧機構により片側７４Ｎ（７．５ｋｇｆ）、総圧１４７Ｎ（１５ｋｇｆ）の力で加圧ローラ２方向に附勢してある。これにより加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させてある。加圧機構は、圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、加圧を解除し、転写材Ｐの除去が容易な構成となっている。
【００４６】
１２０は装置フレーム１１６に組付けた入り口ガイドであり、１２１は定着排紙ローラである。入り口ガイド１２０は、二次転写ニップＡを抜けた転写材Ｐが、定着ニップ部Ｎに正確に進入するよう、転写材Ｐを導く役割を果たす。
【００４７】
加圧ローラ１１４は駆動手段Ｍにより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１１４が回転すると摩擦力により定着フィルム１１１が従動回転する。定着フィル１１１の内面にはグリスが塗布され、ヒーター１１１やヒーターホルダ１１５と定着フィルム１１１内面との摺動性を確保している。
【００４８】
トナー像ｔが形成された転写材Ｐは定着ニップ部Ｎで挟持搬送されることにより加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した転写材Ｐは定着フィルム１１１の曲率により自然に定着フィルムから分離され、定着排紙ローラ１２１で排出される。
【００４９】
２）ヒーター１００の説明
図１において、（ａ）はヒーター１００を長手方向上面より見た平面図、（ｂ）はヒーター１００を長手方向に直交する短手方向において垂直な面で切断した縦断面図である。
【００５０】
ヒーター１００は、基板１０１と、抵抗発熱体１０２と、導体部としての電極１０３および導電部１０５と、絶縁層（絶縁保護層）としての絶縁コート層１０４等を有している。
【００５１】
細長い板状の基板１０１は、アルミナや窒化アルミ等の、絶縁性のセラミックや、ＳＵＳ等の金属板にガラスコートを施す等の手段により、絶縁層を設けたものを用いることが出来る。本実施例においては、基板１０１として、アルミナの厚み１．０ｍｍの板を用いた。
【００５２】
基板１０１上において該基板の長手方向に沿って設けられた抵抗発熱体１０２については、導電ペーストを基板１０１上に塗布したり、ニクロム線等を基板１０１上に接着等既知の方法で固定したものを用いても良い。また、抵抗発熱体１０２は、基板上に直接形成される必要は無く、例えば、基板１０１への熱の拡散を防止するためのグレーズ層を介しても良い。本実施例においては、基板１０１の、転写材Ｐの画像面側に、銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一に、厚み２０μｍの膜状に塗布した後に焼成を行うことにより、抵抗発熱体１０２を形成した。
【００５３】
本実施例に用いた発熱抵抗体１０２の抵抗値は、１４Ωとした。これにより、１２０Ｖの電圧が投入された際の定着ヒーター１００の消費電力は、１０２９Ｗとなる。
【００５４】
抵抗発熱体１０２は、長手中央部の幅１．５ｍｍの太さで、長手方向に二本、並行に形成されている。二本の抵抗発熱体１０２間の距離は０．７ｍｍである。二本の抵抗発熱体１０２において電極１０３の反対側の長手端部は導電部１０５を介して電気的に接続されている。導電部１０５も基板上にスクリーン印刷法によって形成されている。
【００５５】
抵抗発熱体１０２は、長手両端部及び上記のサーモスイッチ接触部となる長手中央部において、他の部分よりも幅の狭い領域（以下「絞り部」と記す）１０２ａ，１０２ｂを有する。基板１０１の短手方向において抵抗発熱体１０２の幅を狭く絞ることによって、絞り部１０２ａ，１０２ｂで抵抗発熱体１０２の抵抗が大きくなり、同じ値の電流が流れた際の発熱量が大きくなる。これにより、絞り部１０２ａを有する長手端部においては、基板１０１を通じて長手端部方向へ逃げる熱を補い、また、絞り部１０２ｂを有するサーモスイッチ接触部においては、サーモスイッチ１１９に奪われる熱を補うことで、長手に均一な温度に発熱するようにしている。本実施例においては、絞り部分の発熱体幅をその他の部分に対して７％狭くし、発熱体幅を１．３９５ｍｍとしている。
【００５６】
電極１０３は、定着装置や画像形成装置の電源より、抵抗発熱体１０２に電力を供給するための接点として機能するものである。本実施例においては、銀ペーストを、抵抗発熱体１０２と同様、スクリーン印刷法により均一に、厚み２０μｍの膜状に塗布した後に焼成を行うことにより形成した。電極１０３は、基板１０１上に二箇所形成され、それぞれ抵抗発熱体１０２に接続されることにより、電極を通してＡＣ電圧が抵抗発熱体１０２に印加される。
【００５７】
絶縁コート層１０４は、ガラスや樹脂等の絶縁物により形成され、抵抗発熱体１０２、電極１０３および導電部１０５の絶縁耐圧を確保するために設けられる。本実施例においては、絶縁ガラスによるコート層を８０μｍの厚みでスクリーン印刷を行うことにより、抵抗発熱体１０２と、電極１０３および導電部１０５の一部を被覆している。すなわち、絶縁コート層１０４は、基板１０１の長手方向において各抵抗発熱体１０２と、各抵抗発熱体と接続する電極１０３および導電部１０５の一部を個別に被覆する形状に形成され、該基板の短手方向において発熱体１０２間に０．３ｍｍの空隙Ｓを有する様形成される。
【００５８】
本実施例の画像形成装置には、ヒーター１００に電力を供給するための電源回路およびヒーター１００への電力供給を制御するための制御回路等からなる電力制御系が内蔵されている。図４は、電力制御系の一例のブロック図である。
【００５９】
このヒーター温度制御系において、一方の電源回路では、ＡＣの電源５０１と、リレー５０２と、トライアック１１８と、電源５０１からの供給電力により発熱するヒーター１００とが直列に接続されて回路が構成されている。
【００６０】
また他方の制御回路では、サーミスタ１１３と、Ａ／Ｄ変換器５０４と、ＣＰＵ１１７と、トライアック５０３が直列に接続された回路が構成されている。
【００６１】
リレー５０２は、ＣＰＵ１１７とリレー信号線５０５を介して接続されている。そして、ＣＰＵ１１７からの指令信号によりオープン状態となり、電源５０１とヒーター１００の間を遮断するものである。
【００６２】
３）定着過剰電力投入試験についての詳述
本実施例に示す定着装置Ｆを用いて、定着過剰電力投入試験を実施した。
【００６３】
過剰電力投入試験条件としては、ヒーター１００の昇温が最も急速になるモードを選択した。すなわち、制御回路のトライアック５０３を双方向導通状態となるように、故意に破壊し、さらにリレー５０２をショートさせた。
【００６４】
この状態で、ＡＣ電源からの通電を行い、最大電力が連続して入力される状態とした。電圧は、１２０Ｖ圏で最も電圧の高い地域の定格１２７Ｖに対し、１０％増しの電圧、すなわち、約１４０Ｖを印加した。
【００６５】
また、定着装置Ｆは、加圧ローラ駆動状態（回転状態）でなく、加圧ローラ停止状態とした。これは、停止状態と比較して、回転状態においては、ヒーター１００に投入されたエネルギーが、加圧ローラ１１４の回転に伴い奪われることから、停止状態よりも定着装置Ｆに対するダメージが少ないためである。
【００６６】
４）定着過剰電力投入試験結果
上記条件にて、５回の過剰電力投入試験を実施したところ、いずれの試験においても、ヒーター１００の割れは発生しなかった。このとき、サーモスイッチ１１９が切れ、ヒーター１００への通電が遮断されるまでの時間を計測したところ、最大４．０秒、最小３．２秒、平均３．５秒であった。
【００６７】
また、過剰電力投入試験時に、ヒーター１００が割れるまでの時間を計測するため、サーモスイッチ１１９をショートさせ、ヒーター１００が割れるまで電力投入を継続する試験を３回実施したところ、ヒーター１００が割れるまでの時間はそれぞれ、５．４秒、５．４秒、５．０秒であった。このことから、本実施例のヒーター１００、定着装置Ｆ、画像形成装置においては、最も厳しいモードにおいても、ヒーター１００が割れる前に、サーモスイッチ１１９が動作し、十分な安全性が確保されていると言える。
【００６８】
５）比較例１
図５に、比較例１において使用するヒーター６００の縦断面形状を示す。
【００６９】
図５に示すように、本比較例におけるヒーター６００の抵抗発熱体６０２は、ほぼ実施例１におけるヒーター１００の場合と同様に形成されるが、絶縁層としての絶縁ガラス層６０４に空隙を設けていないことが異なる。すなわち、抵抗発熱体６０２間にも絶縁ガラス層が充填された構成となっている。
【００７０】
本比較例１のヒーター６００を、実施例１と同様の定着装置および画像形成装置にセットし、実施例１と同様５回の過剰電力投入試験を実施した。
【００７１】
その結果、５回中４回の試験で、ヒーター６００の割れが生じた。割れの生じた箇所は、全て、給電側の抵抗発熱体６０２の絞り形状の部分であった。また、ヒーター６００に流れる電流値をモニターしたところ、ヒーター６００の割れが発生する直前に、４０Ａを超える大電流が流れていることが計測された。
【００７２】
このとき、過剰電力投入試験終了までの時間を計測したところ、最大４．０秒、最小３．３秒、平均３．５秒であった。
【００７３】
また、過剰電力投入試験時に、ヒーター６００が割れるまでの時間を計測するため、サーモスイッチ１１９をショートさせ、ヒーター６００が割れるまで電力投入を継続する試験を３回実施したところ、ヒーター６００が割れるまでの時間はそれぞれ、４．１秒、３．７秒、３．４秒であった。
【００７４】
本比較例１においては、抵抗発熱体６０２の絞り部分において、過剰電力投入試験時に、表面の絶縁ガラス層６０４が溶けた際、絶縁ガラス材料が低抵抗化し、抵抗発熱体６０２の間でリークが発生し、給電側発熱体間でショート状態になった。このため、見かけ上のヒーター６００抵抗値が著しく低下し、大電流が流れたことにより、給電側付近の発熱体で過剰な発熱が起こったことで、大きな熱応力が加わった。これが、ヒーター６００が割れに到った原因である。
【００７５】
これに対して、本実施例のヒーター１００では、基板１０１の長手方向において各抵抗発熱体１０２と、該各抵抗発熱体に接続する電極１０３および導電部１０５の一部を個別に絶縁コート層１０４で被覆して、該基板の短手方向において各抵抗発熱体間と、各電極間、および各導電部間に空隙Ｓを設けているため、過剰電力投入に絶縁コート層１０４が溶融し、絶縁ガラス材料が低抵抗化し、抵抗発熱体間、電極間、および導電部間でリークが発生する事態を回避することができる。これにより安全性・リサイクル性に優れた定着ヒーターを提供することが可能となる。
【００７６】
本実施例のヒーター１００においては、二本の抵抗発熱体１０２は、いずれも同じ抵抗値を持ち、同じ抵抗発熱体幅を有する系としたが、抵抗発熱体１０２の幅、ペーストの材料及び抵抗値は異なるものとしても構わない。例えば、転写材搬送方向（図１（ａ））において上流側（図の上方側）の抵抗発熱体１０２の発熱体幅を全体的に細くする、あるいは、単位面積あたりの抵抗値の大きなペースト材料を用いて、抵抗を大きくすることにより、上流側発熱量の大きな構成とすることも可能である。
【００７７】
更には、複数本の抵抗発熱体１０２のうち一本を完全に導電パターンとすることも可能である。
【００７８】
また、本実施例のヒーター１００においては、抵抗発熱体１０２の本数は二本としたが、無論、四本またはそれ以上の本数の抵抗発熱体を基板１０１上に形成したり、三本の抵抗発熱体に、更に一本の導電パターンを加えて、往復させる構成等を取っても構わない。
【００７９】
さらに、本実施例においては、絶縁保護層として、絶縁ガラス材料を用いたが、ポリイミド等の樹脂材料を用いても差し支えない。
【実施例２】
【００８０】
本実施例では、加熱体としてのヒーターの他の実施例を示す。本実施例のヒーターは、実施例１で用いたアルミナヒーターの代わりとして、基板の材質に窒化アルミを用いた、窒化アルミヒーターを使用したことが実施例１と異なる。
【００８１】
１）窒化アルミヒーターの説明
図６（ａ）に、本実施例における窒化アルミヒーター２００を長手方向上面より見た平面図を示す。
【００８２】
本実施例に用いるヒーター２００は、実施例１におけるヒーター１００とほぼ同様の構成であるが、基板２０１の材料として、窒化アルミを用い、厚みを０．６ｍｍとした。
【００８３】
窒化アルミは、熱伝導率がアルミナの約２０Ｗ／ｍ・Ｋに対して、約９５Ｗ／ｍ・Ｋと非常に大きいため、ヒーター２００の熱応力割れに対して有利である抵抗発熱体２０２から、定着フィルム１１１に対する熱伝達効率が高い、といった利点がある。
【００８４】
また、抵抗発熱体２０２の形状については、後述するように、サーモスイッチ１１９をヒーター面に接触させない構成とし、サーモスイッチ１１９相当位置の抵抗発熱体２０２も、その他の部分と同じ幅としたことが異なる。すなわち、抵抗発熱体幅を絞るのは、長手両端部２０２ａのみとなる。なお、図６（ａ）において、２０４は電極、２０５は導体部である。
【００８５】
図６（ｂ）に、本実施例における窒化アルミヒーター２００の縦断面図を示す。
【００８６】
本実施例においては、抵抗発熱体２０２は、転写材Ｐの画像面から見て裏側に形成されていることを特徴としている。これは、窒化アルミの熱伝導率が高いため、絶縁層（絶縁保護層）としての耐圧ガラス層２０４よりも基板２０１側への熱伝導の方が大きくなることから、熱効率の観点から、ヒーター２００裏面に抵抗発熱体２０２を設けた方が有利であるためである。
【００８７】
また、ヒーター２００において転写材Ｐ側の面は、定着フィルムとの摺動性を確保するための、摺動ガラスや、樹脂によるコーティングを施しても良い。本実施例においては、ポリイミド樹脂を約６μmの厚みでコーティングした摺動層２０５を設けている。
【００８８】
本実施例のヒーター２００を搭載する定着装置は、基本的に実施例１と同様の定着装置Ｆを用いる。ただし、サーモスイッチ１１９は、ヒーター２００には接触せずに、ヒーターホルダ１１５に一体化して設けられたスペーサ（不図示）により、０．５ｍｍ程度の空隙を介してヒーター面に対向して配置されている。サーモスイッチ１１９をヒーター２００に直接接触させないことにより、通常の画像形成時に、サーモスイッチ１１９が誤って動作し、画像形成装置が停止してしまうという不具合を防止することが出来る。
【００８９】
２）定着過剰電力投入試験結果
実施例１と同様の条件にて、５回の過剰電力投入試験を実施したところ、いずれの試験においても、ヒーター２００の割れは発生しなかった。このとき、サーモスイッチ１１９が切れ、ヒーター２００への通電が遮断されるまでの時間を計測したところ、最大７．１秒、最小６．５秒、平均６．８秒であった。
【００９０】
また、電力投入時にヒーター２００が割れるまでの時間を計測するため、サーモスイッチ１１９をショートさせ、ヒーターが割れるまで継続する試験を３回行ったところ、ヒーターが割れるまでの時間は、それぞれ７．７秒、７．５秒、７．６秒であった。
【００９１】
このことから、本実施例のヒーター２００、定着装置、画像形成装置においては、最も厳しいモードにおいても、ヒーターが割れる前に、サーモスイッチ１１９が動作し、十分な安全性が確保されていると言える。
【００９２】
上記に示したように、ヒーター基板２０１の材質として窒化アルミを用いることにより、定着フィルムへの熱伝達効率を向上し、定着性を確保しつつ、安全性のマージンも十分確保することが可能となる。
【実施例３】
【００９３】
本実施例では、加熱体としてのヒーターの他の実施例を示す。本実施例のヒーターは、実施例１のヒーターに対して、空隙を設ける場所を、抵抗発熱体を絞った部分のみとしたことを特徴とする。
【００９４】
１）ヒーターの説明
図７に、本実施例のヒーター３００を長手上面から見た平面図を示す。図７に示すとおり、絶縁層（絶縁保護層）としての絶縁ガラス層３０４に空隙Ｓを設ける場所は、抵抗発熱体３０２の長手両端部の絞り部３０２ａおよび、サーモスイッチ当接部（接触部）となる長手中央部の絞り部３０２ｂのみとした。
【００９５】
すなわち、絶縁ガラス層３０４に設けた空隙部Ｓは、該絶縁ガラス層に対して凹となるため、ヒーター３００から定着フィルムへの熱伝達効率が低下する傾向がある。本実施例により、全体としてはヒーター３００と定着フィルムの接触面積を十分確保することができるため、定着性を十分確保することができる。なお図７において、３０１は基板、３０３は電極、３０５は導体部である。
【００９６】
２）定着過剰電力投入試験結果
実施例１と同様の条件にて、５回の過剰電力投入試験を実施したところ、いずれの試験においても、ヒーター３００の割れは発生しなかった。このとき、サーモスイッチ１１９が切れ、ヒーター３００への通電が遮断されるまでの時間を計測したところ、最大４．３秒、最小３．０秒、平均３．２秒であった。
【００９７】
また、電力投入時にヒーター３００が割れるまでの時間を計測するため、サーモスイッチ１１９をショートさせ、ヒーターが割れるまで電力投入状態を継続する試験を３回行ったところ、ヒーターが割れるまでの時間は、それぞれ５．４秒、５．５秒、５．１秒であった。
【００９８】
このことから、本実施例のヒーター３００、定着装置、画像形成装置においては、最も厳しいモードにおいても、ヒーターが割れる前に、サーモスイッチ１１９が動作し、十分な安全性が確保されていると言える。
【００９９】
上記示したように、ヒーター３００と定着フィルムの接触面積を十分確保するため、抵抗発熱体間の大部分に空隙を設けずに、絶縁ガラス材料を充填した構成においても、抵抗発熱体３０２間の長手方向において発熱量が大きくなる箇所のみ空隙Ｓを設けることにより、定着過剰電力投入時の安全性マージンを向上することができた。
【実施例４】
【０１００】
本実施例は、実施例１の定着装置・画像形成装置とは異なり、カラー画像形成装置、及び、カラー画像定着に適した定着装置を用いることを特徴とする。
【０１０１】
１）カラー定着装置の説明
カラー化に際しては、定着フィルム上に弾性層を設けた、定着ベルトを用いた定着装置が有効である。定着フィルム上に弾性層を設けた構成については、特開平１０−１０８９３号公報、特開平１１−１５３０３号公報等に開示されている。
【０１０２】
弾性層を有する定着ベルトを用いることにより、トナー画像が定着ニップ部を通過する際に、弾性層がトナー層に沿って変形することで、画像上不均一に載っているトナーが弾性層によって包み込まれ、均一に熱を与えられることにより、均一な定着が達成される。
【０１０３】
このように均一に定着された画像は、光沢ムラがなく、特にＯＨＴ（オーバーヘッドプロジェクター用透明シート）にカラー画像を定着した際に、画像の光透過性が優れるという特徴をもつ。定着ベルトに弾性層を設ける際、弾性層の材料としては、シリコーンゴム等のゴム材料が用いられるのが一般的である。
【０１０４】
しかしながら、定着ベルトの弾性層に使用されるシリコーンゴム等の熱伝導率はあまり高くなく、また、定着ベルト表面からヒーター、及びヒーター裏面に設けられたサーミスタまでに多くの部材が入るため、応答性が悪く、温度検知手段がヒーター裏面に設置された系においては、定着ベルトの温度制御を行うことが難しい。特に、定着装置を転写材Ｐが通過して、定着ベルト表面の熱を奪い、定着ベルト表面の温度が低下したことを、ヒーター裏面に設置されたサーミスタで検出することは困難であり、応答に時間がかかりすぎてしまう。
【０１０５】
このとき、定着ベルトの基層として、金属ベルトを使用することに加えて、温度制御用サーミスタを定着ベルト裏面に配置し、より直接的に定着ベルト温度を検知する系が有効である。
【０１０６】
しかしながら、金属ベルトを用いた定着装置において、ヒーター割れが発生した場合、金属ベルトからサーミスタ等を介して二次回路に一次電流が流れ込み、二次回路の破壊につながる確立が高くなる。
【０１０７】
本実施例は、そのような場合においても、安全性のマージンを向上することを可能とする。
【０１０８】
図８に、本実施例における定着装置の構成模型図を示す。
【０１０９】
本実施例における定着装置Ｆは、実施例２で使用したものと同様のヒーター２００、ヒーターホルダ１７、サーミスタ１８、定着ベルト２０、加圧ローラ２２、入り口ガイド２３、定着排紙ローラ２５等により構成される。
【０１１０】
ヒーターホルダ１７は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成し、ヒーター２００を保持し、定着ベルト２０をガイドする役割を果たす。
【０１１１】
本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト７７５５Ｍ（商品名）を使用した。ゼナイト７７５５Ｍの最大使用可能温度は、約２７０℃である。
【０１１２】
サーミスタ１８は、定着ベルト２０内面の温度を検知し、温調制御を行うために配設されている。このサーミスタ１８は、ステンレス製のアーム１９の先端にサーミスタ素子が取り付けられ、アーム１９が揺動することにより、定着ベルト２０内面の動きが不安定になった状態においても、サーミスタ素子が定着ベルト２０内面に常に接する状態に保たれる。
【０１１３】
メインサーミスタ１８は、実施例１と同様、ＣＰＵ１１７に接続され、ＣＰＵ１１７は、メインサーミスタ１８の出力をもとに、ヒーター２００の温調制御内容を決定し、ヒーター２００への通電を制御する。
【０１１４】
定着ベルト２０は、ＳＵＳの素管を引き抜き加工により、厚さ５０μｍの厚みのシームレスベルト状に形成した、ＳＵＳベルト上に、シリコーンゴム層を、リングコート法により形成した上に、厚み３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。シリコーンゴム層には、極力熱伝導率の高い材質を用い、定着ベルト２０の熱容量を小さくすることが、温度立上げの観点からは望ましい。本実施例においては、熱伝導率が約１．０×１０−３ｃａｌ／ｓｅｃ・ｃｍ・Ｋと、シリコーンゴムとしては、熱伝導率が高い部類に属する材質を用いた。
【０１１５】
一方、ＯＨＴ透過性や、画像上の「す」（微小なグロスムラ）といった、画質の観点からは、定着ベルト２０のゴム層を極力厚くすることが望ましい。本発明者らの検討によれば、満足のいくレベルの画質を得るためには、２００μｍ以上のゴム厚みが必要であることが分かっている。本実施例におけるシリコーンゴム層は、厚み２５０μｍとした。
【０１１６】
こうして形成した定着ベルト２０の熱容量を測定したところ、２．８×１０−２ｃａｌ／ｃｍ２Ｋ（定着ベルト１ｃｍ２あたりの熱容量）であった。一般に、定着ベルト２０の熱容量が１．０ｃａｌ／ｃｍ２Ｋ以上となると、温度立ち上がりが鈍くなり、オンデマンド性が損なわれる。また、逆に１．０×１０−２ｃａｌ／ｃｍ２Ｋ以下にしようとすると、定着ベルト２０のゴム層が極端に薄くせざるを得なくなり、ＯＨＴ透過性や「す」のレベル等、画質を維持するために必要なゴム層の厚みを確保できない。このため、オンデマンド性と、画質の両方を満足する定着ベルト２０の熱容量は、１．０×１０−２ｃａｌ／ｃｍ２Ｋ以上１．０ｃａｌ・ｃｍ２Ｋ以下の範囲に含まれることが分かる。
【０１１７】
さらに、定着ベルト２０表面にフッ素樹脂層を設けることで、表面の離型性を向上し、定着ベルト２０表面にトナーが一旦付着し、再度転写材Ｐに移動することで発生するオフセット現象を防止することができる。
【０１１８】
また、定着ベルト２０表面のフッ素樹脂層を、ＰＦＡチューブとすることで、より簡便に、均一なフッ素樹脂層を形成することが可能となる。
【０１１９】
加圧ローラ２２は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μmのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。
【０１２０】
入り口ガイド２３は、二次転写ニップ（不図示）を抜けた転写材Ｐが、定着ニップ部Ｎに正確にガイドされるよう、転写材を導く役割を果たす。本実施例の入り口ガイド２３は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂により形成されている。
【０１２１】
加圧ローラ２２、入り口ガイド２３は、それぞれフレーム２４に組みつけられ、その上にヒーターホルダ１７に接着された定着ヒーター２００を内蔵した定着ベルト２０が置かれ、不図示の加圧機構により、１９６．１Ｎ（２０ｋｇｆ（片側１０ｋｇｆ））の力で加圧されている。加圧機構は、不図示の圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、加圧を解除し、転写材Pの除去が容易な構成となっている。
【０１２２】
本実施例の定着装置Ｆにおいては、加圧ローラ２２が回転することによって、定着ベルト２０が従動回転する。その際、定着ベルト２０内面とヒーターホルダ１７は摺動する構成となっている。定着ベルト２０内面にはグリスが塗布され、ヒーターホルダ１７と定着ベルト２０内面との摺動性を確保している。
【０１２３】
通常使用においては、定着装置Ｆの加圧ローラ駆動開始とともに、定着ベルト２０の従動回転が開始し、ヒーター２００の温度の上昇とともに、定着ベルト２０内面温度も上昇していく。
【０１２４】
本実施例の定着装置Ｆにおいても、実施例１の定着装置と同様、ヒーター２００の裏面に安全素子としてのサーモスイッチ１１９が設置されている。実施例２と同様、サーモスイッチ１１９はヒーター２００には直接接触せずに、ヒーターホルダ１７に一体化して設けられたスペーサ（不図示）により、０．５ｍｍ程度の空隙を介してヒーター面に対向して配置されている。
【０１２５】
２）カラー画像形成装置の説明
図９に、本実施例におけるカラー画像形成装置の構成模型図を示す。
【０１２６】
本実施例における画像形成装置は、電子写真方式を用いて、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナー像を重ね合わせることでフルカラー画像を得る、フルカラー画像形成装置に、本発明の定着装置を組み込んだものである。
【０１２７】
本実施の形態における、フルカラー画像形成装置のプロセススピードは、９０ｍｍ／ｓｅｃ、一分間の印字枚数はＵＳレターサイズ紙で１６枚である。また、一枚目プリント（First Page Out)までの時間(FPOT)は約１５秒である。
【０１２８】
Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋはそれぞれイエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの色トナー像を形成する４つのプロセスカートリッジであり、下から上に順に配列してある。各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋは、それぞれ、像担持体たる感光体ドラム１、帯電手段たる帯電ローラ２、静電潜像を顕像化するための現像手段３、感光体ドラムのクリーニング手段４等をひとつの容器にまとめた、いわゆるオールインワンカートリッジを使用している。
【０１２９】
イエローのプロセスカートリッジＹの現像手段３にはイエロトナーを、シアンのプロセスカートリッジＣの現像手段３にはシアントナーを、マゼンタのプロセスカートリッジＭの現像手段３にはマゼンタトナーを、ブラックのプロセスカートリッジＫの現像手段３にはブラックトナーを、それぞれ充填してある。
【０１３０】
感光体ドラム１に露光を行うことにより静電潜像を形成する光学系５が上記４色のプロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋに対応して設けられている。光学系としては、レーザー走査露光光学系を用いている。
【０１３１】
各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて、光学系５より、画像データに基づいた走査光が、帯電手段２により一様に帯電された感光体ドラム１上を露光することにより、感光体ドラム表面に走査露光画像に対応する静電潜像が形成される。不図示のバイアス電源より現像手段３の現像ローラに印加される現像バイアスを、帯電電位と潜像（露後部）電位の間の適切な値に設定することで、負の極性に帯電されたトナーが感光体ドラム１上の静電潜像に選択的に付着して現像が行われる。
【０１３２】
すなわち、イエローのプロセスカートリッジＹの感光体ドラム１にはイエロートナー像が、シアンのプロセスカートリッジＣの感光体ドラム１にはシアントナー像が、マゼンタのプロセスカートリッジＭの感光体ドラム１にはマゼンタトナー像が、ブラックのプロセスカートリッジＫの感光体ドラム１にはブラックトナー像が、それぞれ形成される。
【０１３３】
各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上に現像形成された上記の単色トナー画像は各感光体ドラム１の回転と同期して、略等速で回転する中間転写体６上へ所定の位置合わせ状態で順に重畳されて一次転写されることで、中間転写体６上に未定着のフルカラートナー画像が合成形成される。
【０１３４】
本実施例においては、中間転写体６として、エンドレスの中間転写ベルトを用いており、駆動ローラ７、二次転写ローラ対向ローラ１４、テンションローラ８の３本のローラに巻きかけて張架してあり、駆動ローラ７によって駆動される。
【０１３５】
各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上から中間転写ベルト６上へのトナー像の一次転写手段としては、一次転写ローラ９を用いている。一次転写ローラ９に対して、不図示のバイアス電源より、トナーと逆極性の一次転写バイアスを印加することにより、各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上から中間転写ベルト６に対して、トナー像が一次転写される。
【０１３６】
各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて感光体ドラム１上から中間転写ベルト６への一次転写後、感光体ドラム１上に転写残として残ったトナーは、クリーニング手段４により除去される。本実施例においては、クリーニング手段４として、ウレタンブレードによるブレードクリーニングを用いている。
【０１３７】
上記工程を中間転写ベルト６の回転に同調して、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対して行い、中間転写ベルト６上に、各色の一次転写トナー画像を順次重ねて形成していく。なお、単色のみの画像形成（単色モード）時には、上記工程は、目的の色についてのみ行われる。
【０１３８】
一方、転写材（被加熱材）供給部となる転写材カセット１０にセットされた転写材Ｐは、給送ローラ１１により給送され、レジストローラ１２により所定のタイミングで、二次転写ローラ対向ローラ１４に巻きかけられている中間転写ベルト６部分と二次転写手段としての二次転写ローラ１３との転写ニップ部Ａに搬送される。
【０１３９】
中間転写ベルト６上に形成された一次転写トナー像は、二次転写手段たる二次転写ローラ１３に不図示のバイアス印加手段より印加されるトナーと逆極性のバイアスにより、転写材Ｐ上に一括転写される。
【０１４０】
二次転写後に中間転写ベルト６上に残った二次転写残トナーは中間転写ベルトクリーニング手段１５により除去される。本実施例においては、感光体ドラム１のクリーニング手段と同様、ウレタンブレードによる中間転写体クリーニングを行っている。
【０１４１】
転写材Ｐ上に二次転写されたトナー画像は、定着手段たる定着装置Ｆを通過することで、転写材Ｐ上に溶融定着され、排紙パス３１を通って排紙トレイ３２に送り出されて画像形成装置の出力画像（フルカラープリント、もしくはものカラープリント）となる。
【０１４２】
また、本実施例におけるカラー画像形成装置は、実施例１と同様の電力制御系を用いて、ヒーター２００に投入される電力を制御している。
【０１４３】
３）過剰電力投入試験結果
本実施例におけるカラー画像形成装置および定着装置を用いて、実施例１と同様の過剰電力投入試験を行った。
【０１４４】
５回の過剰電力投入試験を実施したところ、いずれの試験においても、ヒーター２００の割れは発生しなかった。このとき、サーモスイッチ１１９が切れ、ヒーター７００への通電が遮断されるまでの時間を計測したところ、最大７．０秒、最小６，６秒、平均６．７秒であった。
【０１４５】
また、過剰電力投入試験時にヒーター２００が割れるまでの時間を計測するため、サーモスイッチ１１９をショートさせ、ヒーターが割れるまで電力投入状態を継続する試験を３回行ったところ、ヒーターが割れるまでの時間は、それぞれ７．５秒、７．６秒、７．９秒であった。
【０１４６】
このことから、本実施例のヒーター２００、定着装置Ｆ、カラー画像形成装置においては、最も厳しいモードにおいても、ヒーター２００が割れる前に、サーモスイッチ１１９が動作し、十分な安全性が確保されていると言える。
【０１４７】
以上の様に、金属ベルトを用いたカラー画像定着装置においても、本実施例を適用することにより、安全性マージンを向上することが可能となる。
【０１４８】
〔その他〕
１）本発明の像加熱装置は、画像加熱定着装置としてばかりでなく、たとえば，一度定着された画像を担持した被記録材を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着処理する像加熱装置、シート状物を供給して乾燥処理・ラミネート処理する等の像加熱装置、インクジェットプリンタ等に用いられる乾燥用の像加熱装置等として広く使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】第１実施例のヒーターの構成を示す説明図である。
【図２】第１実施例の定着装置の構成模型図である。
【図３】第１実施例の画像形成装置の構成模型図である。
【図４】第１実施例のヒーターに用いられる電力制御系回路を示す回路図である。
【図５】比較例のヒーターの縦断面図である。
【図６】第２実施例のヒーターの構成を示す説明図である。
【図７】第３実施例のヒーターの構成を示す説明図である。
【図８】第４実施例の定着装置の構成模型図である。
【図９】第４実施例のカラー画像定着装置の構成模型図である。
【図１０】従来のセラミックヒーター（発熱体一本タイプ）の平面図である。
【図１１】従来のセラミックヒーター（往復発熱体タイプ）の平面図である。
【図１２】ヒーター長手方向で発熱分布のあるヒーターの平面図である。
【図１３】ヒーター上の熱電対の、１０００Ｗ投入時の温度推移を示す図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１００，２００，３００：ヒーター
１０１，２０１，３０１：基板
１０２，２０２，３０２：抵抗発熱体
１０３，２０３，３０３：電極部
１０４，２０４，２０５：絶縁保護層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられた抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に接続する導体部と、を有し、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、
前記基板上に、複数の前記抵抗発熱体と、前記複数の抵抗発熱体に接続する導体部と、前記複数の抵抗発熱体、および前記導体部を被覆する絶縁層と、を有し、前記絶縁層は、前記基板の長手方向において少なくとも前記複数の抵抗発熱体の間と、前記導体部の間とに空隙を形成するように該複数の抵抗発熱体と該導体部の一部を被覆していることを特徴とする加熱体。
【請求項２】
前記空隙は、少なくとも前記抵抗発熱体の発熱量が最大となる個所に形成されることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項３】
前記基板は電気絶縁材料よりな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】
前記電気絶縁材料として、セラミック、アルミナ、若しくは窒化アルミが用いられることを特徴とする、請求項４に記載の加熱体。
【請求項５】
前記絶縁層は、絶縁ガラス材料よりなることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の加熱体。
【請求項６】
通電により発熱する発熱抵抗体を基板上に有する加熱体と、前記加熱体に接触しつつ移動する可撓性部材と、を有し、前記可撓性部材を介して前記加熱体の熱で被加熱材上の像を加熱する像加熱装置において、
前記加熱体は、基板上に、前記基板の長手方向に沿って設けられた複数の前記抵抗発熱体と、前記複数の抵抗発熱体に接続する導体部と、前記複数の抵抗発熱体、および前記導体部を被覆する絶縁層と、を有し、前記絶縁層は、前記基板の長手方向において少なくとも前記複数の抵抗発熱体の間と、前記導体部の間とに空隙を形成するように該複数の抵抗発熱体と該導体部の一部を被覆していることを特徴とする像加熱装置。
【請求項７】
前記加熱体に安全素子が接触して配置されることを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。
【請求項８】
前記加熱体に安全素子が非接触に配置されることを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。
【請求項１】
基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられた抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に接続する導体部と、を有し、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、
前記基板上に、複数の前記抵抗発熱体と、前記複数の抵抗発熱体に接続する導体部と、前記複数の抵抗発熱体、および前記導体部を被覆する絶縁層と、を有し、前記絶縁層は、前記基板の長手方向において少なくとも前記複数の抵抗発熱体の間と、前記導体部の間とに空隙を形成するように該複数の抵抗発熱体と該導体部の一部を被覆していることを特徴とする加熱体。
【請求項２】
前記空隙は、少なくとも前記抵抗発熱体の発熱量が最大となる個所に形成されることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項３】
前記基板は電気絶縁材料よりな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】
前記電気絶縁材料として、セラミック、アルミナ、若しくは窒化アルミが用いられることを特徴とする、請求項４に記載の加熱体。
【請求項５】
前記絶縁層は、絶縁ガラス材料よりなることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の加熱体。
【請求項６】
通電により発熱する発熱抵抗体を基板上に有する加熱体と、前記加熱体に接触しつつ移動する可撓性部材と、を有し、前記可撓性部材を介して前記加熱体の熱で被加熱材上の像を加熱する像加熱装置において、
前記加熱体は、基板上に、前記基板の長手方向に沿って設けられた複数の前記抵抗発熱体と、前記複数の抵抗発熱体に接続する導体部と、前記複数の抵抗発熱体、および前記導体部を被覆する絶縁層と、を有し、前記絶縁層は、前記基板の長手方向において少なくとも前記複数の抵抗発熱体の間と、前記導体部の間とに空隙を形成するように該複数の抵抗発熱体と該導体部の一部を被覆していることを特徴とする像加熱装置。
【請求項７】
前記加熱体に安全素子が接触して配置されることを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。
【請求項８】
前記加熱体に安全素子が非接触に配置されることを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１７９３０３（Ｐ２００６−１７９３０３Ａ）
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７１３３６（Ｐ２００４−３７１３３６）
【出願日】平成１６年１２月２２日（２００４．１２．２２）
【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７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２２日（２００４．１２．２２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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