JP2013242468A - 画像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータの短手方向の幅を小さくでき、非通紙部昇温の抑制とヒータの長手方向の温度ムラの軽減を両立できるようにした画像加熱装置の提供。
【解決手段】記録材Ｓ上の画像ｔに接触して加熱する画像加熱ベルト１４と、前記画像加熱ベルトを加熱するヒータ３９と、を有する画像加熱装置において、前記ヒータは、前記画像加熱ベルトの幅方向に延びた基板３９ｂと、前記基板の前記画像加熱ベルトと摺動する側に設けられ前記基板の長手方向への通電により発熱する第１の抵抗体３９ａと、前記基板の前記画像加熱ベルトと摺動する側とは反対側に設けられ前記基板の短手方向への通電により発熱する第２の抵抗体であって前記第１の抵抗体より大きい正の抵抗温度係数を備えた第２の抵抗体３９ｄと、を有することを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

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される定着装置（定着器）として用いれば好適な画像加熱装置に関する。

電子写真式の複写機やプリンタに搭載する定着装置（定着器）として、フィルム加熱方式の定着装置が知られている。特許文献１にはこのタイプの定着器が記載されている。このタイプの定着器は、セラミック製の基板上に通電発熱抵抗体を有するヒータと、ヒータに接触しつつ移動する定着フィルムと、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などを有している。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トナー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。従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、１枚目の画像を出力するまでの時間（ＦＰＯＴ：Ｆｉｒｓｔ Ｐｒｉｎｔ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ）を短くできる。またこの定着器は、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。

ところで、フィルム加熱方式の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プリント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（非通紙部昇温）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。

そこで、フィルム加熱方式の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領域の過昇温を抑えている。

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。

特許文献２では、加熱体に対し被加熱材の導入方向に通電（短手通電）し、加熱体のＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）特性により非通紙部の昇温を抑える加熱装置が提案されている。

加熱体への短手通電は長手通電（加熱体に対し被加熱材の導入方向と直交する長手方向に通電）に比べて、通電発熱抵抗体の長さと断面幅が大きくなる。そのため、短手通電と長手通電の抵抗値をそろえるには、（ｉ）短手通電の通電発熱抵抗体の抵抗率を上げる、（ｉｉ）短手通電の通電発熱抵抗体の断面高さを小さくする方法が挙げられる。高抵抗の材料は選択肢が少なく、通電発熱抵抗体の抵抗率だけで抵抗値を調整するのは難しいことから、実際は通電発熱抵抗体の抵抗率を上げることと断面高さを小さくすることの両方で抵抗の調整が行われている。

ところが、製造時に通電発熱抵抗体は数μｍ程度の厚みムラを持つことから、通電発熱抵抗体の断面高さが小さいほど抵抗ムラに及ぼす影響は大きくなり、長手通電に比べて短手通電は長手温度ムラが顕著に表れることがある。

そこで、長手通電と短手通電が可能な通電発熱抵抗体をそれぞれ１つ以上有し、紙サイズや紙種によって通電方向・通電比率を切り替えることで長手温度ムラと非通紙部昇温を両立させることが考えられる。特許文献３では、定着時のヒータへの突入電力を小さくするために、短手通電する構成において、ヒータ基板の同一面内に長手通電と短手通電が可能な通電発熱抵抗体をそれぞれ有する構成のヒータが提案されている。

しかしながら、ヒータ基板の同一面内に長手通電と短手通電が可能な通電発熱抵抗体がそれぞれ設けられている場合、ヒータ基板の幅が大きくなり、定着器が大きくなってしまう。

特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平５−１９６５２号公報 特開２００９−２６５３８７号公報

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、ヒータの短手方向の幅を小さくでき、非通紙部昇温の抑制とヒータの長手方向の温度ムラの軽減を両立できるようにした画像加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る画像加熱装置の構成は、記録材上の画像に接触して加熱する画像加熱ベルトと、前記画像加熱ベルトを加熱するヒータと、を有する画像加熱装置において、前記ヒータは、前記画像加熱ベルトの幅方向に延びた基板と、前記基板の前記画像加熱ベルトと摺動する側に設けられ前記基板の長手方向への通電により発熱する第１の抵抗体と、前記基板の前記画像加熱ベルトと摺動する側とは反対側に設けられ前記基板の短手方向への通電により発熱する第２の抵抗体であって前記第１の抵抗体より大きい正の抵抗温度係数を備えた第２の抵抗体と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、加熱体の短手方向の幅を小さくでき、非通紙部昇温の抑制と加熱体の長手方向の温度ムラの軽減を両立できるようにした画像加熱装置の提供を実現できる。

画像形成装置の一例の概略構成を表す横断面模式図である。 定着装置の概略構成を表す横断面模式図である。 定着装置におけるヒータの概略構成を模式的に表す概略平面図と縦断面図である。 ヒータの基板表面と基板裏面にそれぞれ短手通電可能に通電発熱抵抗体を配置した場合のＡ４の１０５ｇ紙連続通紙時の長手温度分布比較図である。 ヒータ温度制御系の回路を示すブロック図である。 （ａ）はＬＴＲ連続通紙時の長手通電と短手通電の通電比率による長手方向の温度分布を模式的に示した図である。（ｂ）はＡ４Ｒ連続通紙時の長手通電と短手通電の通電比率による長手方向の温度分布を模式的に示した図である。 定着装置における短手通電と長手通電の一例の切り替え制御のフローチャートである。 定着装置で加熱定着処理した際の記録材のサイズ・種類に応じた長手通電と短手通電のメリット・デメリットの一覧である。 定着装置の非通紙部昇温の説明図である。

以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。

［実施例］
（１）画像形成装置の構成
図１は本発明に係る画像加熱装置を定着装置（定着器）として搭載する画像形成装置の一例の概略構成を表す横断面模式図である。この画像形成装置は４色フルカラーの電子写真方式のレーザープリンタである。

図１に示す画像形成装置は、記録材上に未定着トナー画像を形成する画像形成部Ａと、記録材が担持する未定着トナー画像を記録材上に加熱定着する定着部（定着装置）Ｂと、に大別される。

画像形成部Ａにおいて、中間転写体としての中間転写ベルト１７の回転方向（矢印Ｒ１７方向）に沿って上流側から下流側にかけて４つの画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄが配設されている。各画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄは、この順に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像を形成するように構成されており、それぞれ像担持体としてドラム形の電子写真感光体（以下「感光体ドラム」という。）１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋを有している。

感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、それぞれ矢印Ｒ１方向に回転駆動されるようになっている。各感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの周囲には、その回転方向に沿って、帯電装置（帯電手段）２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと、露光装置（潜像形成手段）３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋがその順に配設されている。更に現像装置（現像手段）４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋと、一次転写ローラ（一次転写手段）５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋと、ドラムクリーナ（クリーニング手段）６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋなどがその順に配設されている。

また、中間転写体としての中間転写ベルト１７の下方には、転写搬送ガイド１８が配設され、この転写搬送ガイド１８による記録用紙などの記録材Ｓの搬送ガイド方向（図１中の矢印Ｒ１８方向）の下流側に定着装置Ｂが配設されている。

以下の説明では、感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ、帯電装置２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋについて、特に色を区別する必要がないので、単に、感光体ドラム１、帯電装置２のように表記するものとする。また露光装置（潜像形成手段）３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ、現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋについても、特に色を区別する必要がないので、単に、露光装置３、現像装置４のように表記するものとする。更に一次転写ローラ（一次転写手段）５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ、ドラムクリーナ（クリーニング手段）６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋについても、特に色を区別する必要がないので、単に、一次転写ローラ５、ドラムクリーナ６のように表記するものとする。

本実施例では、感光体ドラム１として、直径が３０ｍｍのものを用いている。感光体ドラム１は、接地されたアルミニウムなどの導電材製ドラム基体の外周面に所定の有機光導電体層（ＯＰＣ）からなる感光体層を形成塗布されたものである。この感光体層は、下引層（ＵＣＬ）、電荷キャリア生成層（ＣＧＬ）、電荷キャリア移動層（ＣＴＬ）が積層されている。

感光体層は所定の絶縁層であり、特定の波長の光を照射することにより、導電体になるという性質を有している。これは、光を照射することによって、電荷キャリア生成層内に正孔が生成し、それらが電荷の流れの担い手となるからである。電荷キャリア生成層は厚さ０．２μｍのフタロシニアン化合物で、電荷キャリア移動層は厚さ２５μｍ程度のヒドラゾン化合物を分散させたポリカーボネートで構成されている。

帯電装置として帯電ローラ２を使用している。帯電ローラ２は感光体ドラム１表面に接触するように配置されている。帯電ローラ２の構造は、中心に導電性の芯金を有し、この芯金の外周に導電性弾性層、中抵抗導電層、低抵抗導電層が形成されている。

帯電ローラ２は、その両端部を軸受け（不図示）によって回転自在に軸支され、感光体ドラム１の回転軸線に平行に配置されている。帯電ローラ２の両端部の軸受けは、ばねなどの弾性部材（不図示）によって、感光体ドラム１の母線方向と直交する垂直方向に所定の押圧力で加圧されている。その加圧力によって帯電ローラ２の外周面（表面）は感光体ドラム１の外周面（表面）に圧接され、これにより帯電ローラ２は感光体ドラムの回転に追従して回転する。

露光装置３として画像情報に応じてレーザー光をＯＮ／ＯＦＦするレーザースキャナを使用している。レーザースキャナ３から発生したレーザー光は、反射ミラーを介して、感光体ドラム１表面の帯電面に走査露光される。これにより感光体ドラム１表面の帯電面においてレーザー光照射部分の電荷が除去され、感光体ドラム１表面の帯電面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。

現像装置４として二成分現像剤を収容した現像装置を使用している。現像装置４の感光体ドラム１表面と対向する開口部内には現像スリーブ４Ｙａ，４Ｍａ，４Ｃａ，４Ｋａが回転自在に設置されている。

現像装置４の上方には、補給用のトナーを収容した着脱自在なトナー容器（不図示）が設けられている。現像によって消費されたトナーはトナー容器に設けられた補給口から補給搬送路（不図示）を通って、現像装置４の有する現像容器に設けられた補給口（不図示）から現像容器内に補給される。補給搬送路には、補給スクリューが設けられており、補給スクリューの回転時間を制御することによって、現像容器内に補給されるトナー量が調整されるようになっている。

２つの従動ローラ８，９、一次転写ローラ５及び二次転写対向ローラ１１には、中間転写体としての無端状の中間転写ベルト１７が掛け渡されている。中間転写ベルト１７は、中間転写ベルト１７の内周面（内面）側から一次転写ローラ５によって押圧されていて、中間転写ベルト１７の外周面（表面）を感光体ドラム１表面に当接させている。これにより感光体ドラム１表面と中間転写ベルト１７表面とで一次転写ニップ（一次転写部）Ｎｔ１を形成している。

中間転写ベルト１７表面側には、中間転写ベルト１７を挟んで二次転写対向ローラ１１と対向するように二次転写ローラ１２が配設されている。二次転写ローラ１２は中間転写ベルト１７に押圧されていて、二次転写ローラ１２の外周面（表面）を中間転写ベルト７表面に当接させている。これにより中間転写ベルト１７表面と二次転写ローラ１２表面とで二次転写ニップ（二次転写部）Ｎｔ２を形成している。

中間転写ベルト１７は、駆動ローラも兼ねる二次転写対向ローラ１１の矢印Ｒ１７方向の回転に伴って、矢印Ｒ１７方向に回転するようになっている。この中間転写ベルト１７の回転速度は、各感光体ドラム１の回転速度（プロセススピード）とほぼ同じに設定されている。

次に、上記構成の画像形成装置の画像形成動作を説明する。本実施例の画像形成装置は、プリントジョブ信号に応じて所定のモータ（不図示）が回転駆動され、各画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄの感光体ドラム１が矢印Ｒ１方向に回転する。

先ず１色目のイエローの画像形成ステーションＰａにおいて、感光体ドラム１表面を帯電ローラ２により所定の極性・電位に一様に帯電する（帯電工程）。次にレーザースキャナ３がレーザー光を感光体ドラム１表面の帯電面に走査露光して画像情報に応じた静電潜像を形成する（露光工程）。この潜像は現像装置４によりイエローのトナーによって現像される（現像工程）。これにより感光体ドラム１表面にイエローのトナー画像が形成される。

同様の帯電、露光、現像の各工程が２色目のマゼンタの画像形成ステーションＰｂ、３色目のシアンの画像形成ステーションＰｃ、４色目のブラックの画像形成ステーションＰｄにおいても行われる。そして各画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄの感光体ドラム１表面に各色のトナー画像が形成される。

これら４色のトナー画像は、一次転写ニップ部Ｎｔ１において、一次転写ローラ５に一次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト１７の外周面（表面）に順次一次転写される。こうして、４色のトナー画像が中間転写ベルト１７表面上で重ね合わされる。一次転写時に、中間転写ベルト１７に転写されないで感光体ドラム１表面に残ったトナー（残留トナー）は、ドラムクリーナ６によって除去される。残留トナーが除去された感光体ドラム１は、次の画像形成に供される。

上述のようにして中間転写ベルト１７上で重ね合わされた４色のトナー画像は、記録材Ｓに二次転写される。即ち、給紙カセット（不図示）から給紙搬送装置によって搬送された記録材Ｓは、レジストローラ１３によって中間転写ベルト１７上のトナー画像にタイミングを合わせるようにして二次転写ニップＮｔ２に供給される。供給された記録材Ｓは、二次転写ニップＮｔ２で中間転写ベルト１７表面と二次転写ローラ１２表面とで挟持されつつ搬送（挟持搬送）される。この搬送過程において、二次転写ローラ１２に二次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト１７表面上の４色の未定着トナー画像が一括して記録材Ｓ上に二次転写される。二次転写後に、転写されないで中間転写ベルト１７表面に残ったトナー（転写残トナー）は、ベルトクリーナ１０によって除去される。

未定着トナー画像が二次転写された記録材Ｓは、定着装置Ｂによって、加熱・加圧されて記録材Ｓ上にトナー画像が加熱定着される。トナー画像定着後の記録材Ｓは、排紙トレイ（不図示）上に排出される。

以上で、１枚の記録材Ｓの片面（表面）に対する４色フルカラーの画像形成が終了する。

（２）定着装置Ｂの構成
図２は定着装置Ｂの概略構成を表す横断面模式図である。この定着装置はフィルム加熱方式の定着装置である。

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（以下、幅方向とも記す）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。幅とは短手方向の寸法をいう。

本実施例に示す定着装置Ｂは、記録材上の画像に接触して加熱する筒状の画像加熱ベルト（以下、定着フィルムと記す）１４、定着フィルム１４を加熱するヒータ３９と、支持部材としてのヒータホルダ４０と、加圧部材としての加圧ローラ１５などを有している。定着フィルム１４と、ヒータ３９と、ヒータホルダ４０と、加圧ローラ１５は、何れも長手方向に長い部材である。

本実施例に示す定着装置Ｂにおいて、ヒータ３９はヒータホルダ４０に支持されており、このヒータホルダ４０には定着フィルム１４が回転可能にルーズに外嵌されている。そしてヒータ３９と定着フィルム１４を介して対向するように加圧ローラ４０が配設されており、この加圧ローラ４０に対してヒータホルダ４０が定着フィルム１４の母線方向と直交する垂直方向に加圧されている。これにより定着フィルム１４の外周面（表面）と加圧ローラ４０の外周面（表面）とで定着ニップ部（ニップ部）Ｎが形成される。

（２−１）ヒータホルダ４０
横断面略Ｕ字形状に形成されたヒータホルダ４０は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成され、短手方向下面中央でヒータ３９を支持すると共に短手方向外周面で定着フィルム１４をガイドする役割を果たしている。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。

ヒータホルダ４０の長手方向両端部は、定着装置Ｂの装置フレーム３５の前後の支持部材（不図示）に支持されている。そしてそのヒータホルダ４０の長手方向両端部は、加圧機構（不図示）により、その一端側が１５６．８Ｎ（１６ｋｇｆ）、総圧３１３．６Ｎ（３２ｋｇｆ）の力で定着フィルム１４の母線方向と直交する垂直方向に加圧されている。その結果、ヒータ３９の下面（加熱面）を、定着フィルム１４を介して加圧ローラ１５の後述する弾性層に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、未定着トナー画像の加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部Ｎを形成している。

（２−２）定着フィルム１４
定着フィルム１４は、クイックスタートを可能にするために総厚２００μｍ以下の厚みの耐熱性フィルムである。ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の耐熱性樹脂、あるいは耐熱性、高熱伝導性を有するＳＵＳ（ステンレス鋼）、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の純金属、あるいは合金を基層として形成されている。

樹脂製の基層の場合は熱伝導性を向上させるために、ＢＮ、アルミナ、Ａｌ等の高熱伝導性粉末を混入してあってもよい。また、長寿命の加熱定着装置を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れた定着フィルム１４として、総厚２０μｍ以上の厚みが必要である。よって、定着フィルム１４の総厚としては２０μｍ以上２００μｍ以下が最適である。

更に、オフセット防止や記録材の分離性の確保のために基層の外周面には、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂が混合ないし単独で被覆された離型性層（離型層）が形成される。離型性層は、ＰＴＦＥ及びＰＦＡを少なくとも含む材料で構成している。

ここで、ＰＴＦＥは、ポリテトラフルオロエチレンであり、ＰＦＡは、テトラフルオロエチレン パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体であり、ＦＥＰは、テトラフルオロエチレン ヘキサフルオロプロピレン共重合体である。また、ＥＴＦＥは、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体であり、ＣＴＦＥは、ポリクロロトリフルオロエチレンであり、ＰＶＤＦは、ポリビニリデンフルオライドである。

被覆の方法としては、基層の外周面をエッチング処理した後に離型性層をディッピングするか、粉体スプレー等の塗布であってもよい。或いは、チューブ状に形成された樹脂を基層の外周面に被せる方式であってもよい。又は、基層の外周面をブラスト処理した後に、接着剤であるプライマ層を塗布し、離型性層を被覆する方法であってもよい。

（２−３）加圧ローラ１５
加圧ローラ１５は、ＳＵＳ、ＳＵＭ（硫黄及び硫黄複合快削鋼鋼材）、Ａｌ等の金属製芯金３７の外周面上に、弾性ソリッドゴム層、弾性スポンジゴム層、あるいは弾性気泡ゴム層等の弾性層３８を設けてなる弾性ローラである。この加圧ローラ１５は金属製芯金３７の長手方向両端部が装置フレーム３５の前後の支持部材に軸受（不図示）を介して回転可能に支持されている。

ここで、弾性ソリッドゴム層は、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムで形成したものである。また、弾性スポンジゴム層は、より断熱効果を持たせるためにシリコーンゴムを発泡して形成したものである。また、弾性気泡ゴム層は、シリコーンゴム層内に中空のフィラー（マイクロバルーン等）を分散させ、硬化物内に気体部分を持たせて断熱効果を高めたものである。

この弾性層３８の外周面上に、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）等の離型性層を形成してあってもよい。

（２−４）ヒータ３９
以下に、本発明の特徴的な構成であるヒータ３９について説明する。図３において、（ａ）はヒータ３９の基板表面側の概略構成を表す正面図と基板裏面側の概略構成を表す背面図、（ｂ）はヒータ３９の長手方向中央における短手方向の縦断面図である。

ヒータ３９は、アルミナや窒化アルミ等により作製され定着フィルム１４の長手方向（幅方向）に延びた絶縁性セラミック基板（以下、基板と記す）３９ｂを有している。この基板３９ｂは、低熱容量のプレート状に形成してある。

基板３９ｂの定着フィルムと摺動する側の面（以下、基板表面と記す）３９ｂ１には、基板３９ｂの長手方向に沿って所定の抵抗温度係数を有する第１の抵抗体としての通電発熱抵抗層３９ａが、スクリーン印刷等により厚み約２０μｍ程度で形成されている。通電発熱抵抗層３９ａは、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の材料で形成され、抵抗温度係数は500ppm程度、長手方向の単位長さ当たりの抵抗値は均一である。

本実施例では、通電発熱抵抗層３９ａの抵抗温度係数が正の値の材料を使用しているが、負の値の材料を使用しても良い。本実施例における抵抗温度係数ＴＣＲの測定方法であるが、以下の計算式に基づいて行っている。
ＴＣＲ＝（Ｒ（ＨＴ）−Ｒ（ＲＴ））／Ｒ（ＲＴ）／ΔＴ
Ｒ（ＨＴ）は通紙中使用されるヒータ温度での通電発熱抵抗層の抵抗値であり、本実施例においてはヒータ温度２３０℃における抵抗値を用いた。Ｒ（ＲＴ）は室温での通電発熱抵抗層の抵抗値であり、本実施例においてはヒータ温度２３℃における抵抗値を用いた。ΔＴはＲ（ＨＴ）とＲ（ＲＴ）を測定した時のヒータ温度の差分である。

また基板表面３９ｂ１には、通電発熱抵抗層３９ａに通電するための導電パターン４０ａが、スクリーン印刷等により通電発熱抵抗層３９ａの長手方向両端部に形成されている。導電パターン４０ａは、通電発熱抵抗層３９ａと同じ材料を用いて形成され通電発熱抵抗層３９ａと電気的に接続している。

更に基板表面面３９ｂ１には、導電パターン４０ａに給電するための電極４１ａが、スクリーン印刷等により基板３９ｂの長手方向両端部の内側に形成されている。電極４１ａは導電パターン４０ａと電気的に接続している。

一方、基板３９ｂの定着フィルムと摺動する側とは反対側の面（以下、基板裏面と記す）３９ｂ２には、基板３９ｂの長手方向に沿って第２の抵抗体としての通電発熱抵抗層３９ｄが、スクリーン印刷等により厚み約１０μｍ程度で形成されている。この通電発熱抵抗層３９ｄは、通電発熱抵抗層３９ａより大きい正の抵抗温度係数を有する通電発熱抵抗層である。そしてこの通電発熱抵抗層３９ａは、ＲｕＯ₂（酸化ルテニウム）、Ｔａ₂Ｎ（窒化タンタル）等の材料で形成され、抵抗温度係数は４０００ｐｐｍ程度、長手方向の単位長さ当たりの抵抗値は均一である。

本実施例では、短手通電により非通紙部の昇温を抑えることが目的であるので、（ｉ）短手方向に通電する通電発熱抵抗層３９ｄの抵抗温度係数が正の数であり、（ｉｉ）長手方向に通電する通電発熱抵抗層３９ａより短手方向に通電する通電発熱抵抗層３９ｄの抵抗温度係数が正負の符号込みの比較で大きくなるように材料の選択を行っている。

また基板裏面３９ｂ２には、通電発熱抵抗層３９ｄに通電するための導電パターン４０ｂが、スクリーン印刷等により通電発熱抵抗層３９ｄの長手方向に沿って形成されている。導電パターン４０ｂは、通電発熱抵抗層３９ｄと同じ材料を用いて形成され基板３９ｂの短手方向で通電発熱抵抗層３９ｄと電気的に接続している。

更に基板裏面３９ｂ２には、導電パターン４０ｂに給電するための電極４１ｂが、スクリーン印刷等により基板３９ｂの長手方向両端部の内側に形成されている。電極４１ｂは導電パターン４０ｂと電気的に接続している。

基板表面３９ｂ１と基板裏面３９ｂ２には、熱効率を損なわない範囲で通電発熱抵抗層３９ａ，３９ｄ及び導電パターン４０ａ，４０ｂを保護する保護層３９ｃが設けられている。保護層３９ｃの厚みは十分薄く、ヒータ３９の表面性を良好にする程度が望ましく、ガラスコートやフッ素樹脂コート等の加工が施されている。

（２−５）定着装置Ｂの加熱定着動作
図２（ａ）を参照して本実施例の定着装置Ｂの加熱定着動作を説明する。本実施例の定着装置Ｂは、プリントジョブ信号に応じてモータ駆動制御回路（駆動制御部（不図示））が所定のモータ（不図示）を回転駆動する。このモータの出力軸の回転は加圧ローラ１５の芯金３７の端部に設けられた駆動ギア（不図示）に伝達され、これにより加圧ローラ１５は矢印方向に回転する。この加圧ローラ１５の回転は定着ニップ部Ｎにおいて加圧ローラ１５表面と定着フィルム１４表面との摩擦力により定着フィルム１４に伝達される。これにより定着フィルム１４は、定着フィルム１４の内周面（内面）がヒータ３９の保護層３９ｃ表面と摺動しつつ加圧ローラ１５の回転に追従して矢印方向に回転（移動）する。

定着フィルム１４内面とヒータ３９の保護層３９ｃ表面との間には、フッ素系やシリコーン系の耐熱性グリース等の潤滑剤を介在させるとよい。これにより定着フィルム１４内面と保護層３９ｃ表面との摩擦抵抗を低く抑え、滑らかに定着フィルム１４を回転させることができる。

またプリントジョブ信号に応じてヒータ制御回路（加熱体制御部）４０７は、第１のトライアック４０５と第２のトライアック４０６の何れか一方、又は第１のトライアック４０５と第２のトライアック４０６の両方をオン（ＯＮ）する。

第１のトライアック（第１の通電制御回路）４０５がオンされると、交流電源４０８よりヒータ３９の電極４１ａに給電され導電パターン４０ａを通じて第１の通電発熱抵抗層３９ａに基板３９ａの長手方向で通電される（長手通電）。これにより第１の通電発熱抵抗層３９ａは発熱する。第２のトライアック（第２の通電制御部）４０６がオンされると、交流電源４０８よりヒータ３９の電極４１ｂに給電され導電パターン４０ｂを通じて第２の通電発熱抵抗層３９ｄに基板３９ａの短手方向で通電される（短手通電）。これにより第２の通電発熱抵抗層３９ｄは発熱する。

第１の通電発熱抵抗層３９ａと第２の通電発熱抵抗層３９ｄの何れか一方、又は第１の通電発熱抵抗層３９ａと第２の通電発熱抵抗層３９ｄの両方が発熱することによりヒータ３９は急速に昇温して定着フィルム１４を加熱する。

ヒータ３９の温度は定着ニップ部Ｎとは反対側でヒータ３９の保護層３９ｃの長手方向中央に配設されたサーミスタ（温度検知部材）３０５により検出される。ヒータ制御回路４０７は、サーミスタ３０５からの出力信号を取り込む。そしてその出力信号に基き、トライアック４０５，４０６が対応する通電発熱抵抗層３９ａ，３９ｄに印加する電圧のデューティー比や波数等を決定し適切に制御して定着ニップ部Ｎ内の温度を所定の定着設定温度（目標温度）に保つ。

モータを回転駆動し、かつ所定の定着設定温度に維持した状態において、未定着トナー画像ｔを担持した記録材Ｐがトナー画像担持面を定着フィルム１４側にして入り口ガイド３４で定着ニップ部Ｎに導入（通紙）される。この記録材Ｐは定着ニップ部Ｎで定着フィルム１４表面と加圧ローラ１５表面とで挟持されつつ搬送（挟持搬送）され、その搬送過程で未定着トナー画像ｔはヒータ３９の熱と定着ニップ部Ｎのニップ圧を受けて記録材Ｐ上に加熱定着される。定着ニップ部Ｎを出た記録材Ｐは定着排紙ローラ３６により挟持搬送されて定着装置Ｂから排出される。

（２−６）ヒータ３９の短手通電と長手通電について
本実施例の定着装置Ｂは、上述のようにヒータ３９の定着ニップ部Ｎとは反対側で通電発熱抵抗層３９ｄに短手通電するようになっている。これにより第１の通電発熱抵抗層３９ｄで発生する熱が高熱伝導部材である基板３９ｂを介して定着フィルム１４に伝わるので、製造時の通電発熱抵抗層３９ｄの厚みムラによる長手温度ムラの影響を軽減することが出来る。これにより長手温度ムラに起因するグロスムラの発生を抑制できる。

ヒータ３９の基板表面３９ｂ１と基板裏面３９ｂ２にそれぞれ短手通電可能に通電発熱抵抗層３９ｄを配置した場合のＡ４の１０５ｇ紙連続通紙時の長手温度分布比較を図４に示す。図４では、基板表面３９ｂ１ｂに配置した通電発熱抵抗層３９ｄの温度分布を短手表面の温度分布として表し、短手裏面の温度分布は基板裏面３９ｂ２ｂに配置した通電発熱抵抗層３９ｄの温度分布を短手裏面の温度分布として表している。図４から明らかなように、基板裏面３９ｂ２で通電発熱抵抗層３９ｄに短手通電するよりも基板裏面３９ｂ２で通電発熱抵抗層３９ｄに短手通電することで、フィルム表面１６０（℃）における温度ムラが軽減していることが分かる。

また本実施例の定着装置Ｂは、上述したように基板表面３９ｂ１に長手通電可能に通電発熱抵抗層３９ａを配置し、基板裏面３９ｂ２に短手通電可能に通電発熱抵抗層３９ｄを配置してある。基板３９の同一面に、長手通電可能な通電発熱抵抗層３９ａと、短手通電可能な通電発熱抵抗層３９ｄを、基板３９の短手方向に並列に配置する場合、基板３９ｂの幅が２０ｍｍ程度必要であった。これに対して、基板表面３９ｂ１に長手通電可能に通電発熱抵抗層３９ａを配置し、基板裏面３９ｂ２に短手通電可能に通電発熱抵抗層３９ｄを配置した場合、基板３９ａの幅を１０ｍｍ程度に半減することが出来る。それ故、定着装置Ｂを幅方向で小型化することが可能となる。

（２−７）ヒータ３９の短手通電と長手通電の切り替えについて
図３（ａ）に示されるように、第１のトライアック４０５と第２のトライアック４０６をヒータ制御回路４０７で切り替えることによって、長手通電可能な通電発熱抵抗層３９ａと短手通電可能な通電発熱抵抗層３９ｄへの通電を独立に制御するようにしている。

図５はヒータ温度制御系の回路を示すブロック図を示す。第１のトライアック４０５と第二トライアック４０６は、それぞれ、ヒータ制御回路４０７からの制御信号により制御される。ヒータ制御回路４０７は、Ｉ／Ｏ制御部５０５、ＣＰＵ５０６、記憶部５０７などを有する。

Ｉ／Ｏ制御部５０５は、入出力信号を伝送、制御する。ＣＰＵ５０６は、所定のプログラムにより演算を行ったり処理部全体をコントロールしたりする中央処理演算部である。記憶部５０７は、プログラムや所定のデータを格納するＲＯＭや信号処理に応じて一時的にデータを格納するＲＡＭ、またはＩＣカードやフロッピディスク等を含み、プログラムやデータの書込みや読出しを行う。ＣＰＵ５０６には、時間をカウントするタイマ（ヒータへの通電時間を計測する計測手段）が具備され、ＣＰＵ５０６又はＩ／Ｏ制御部５０５には複数のレジスタが備えられ、データ信号を一時的に記憶読み出し処理のために用いられる。

ここで、図９を参照して定着装置Ｂの非通紙部昇温について説明する。定着装置Ｂの定着ニップ部Ｎに大サイズの記録材Ｓよりも幅の狭い小サイズの記録材Ｓを通紙すると、定着ニップ部Ｎに小サイズの記録材Ｓが通過する領域（通紙領域）と通過しない領域（非通紙領域）が発生する。通紙領域では熱が記録材Ｓに奪われるが非通紙領域で熱が記録材Ｓに奪われないため、通紙領域と非通紙領域の温度差が大きくなってくる。このため、図９に示すように、定着装置Ｂの長手方向の幅に対し、比較的小さい記録材（小サイズ紙）を通紙した際には、定着装置Ｂの長手方向において通紙領域と非通紙領域との温度差が大きくなる（非通紙部昇温）。

図６（ａ）はＬＴＲ連続通紙時の長手通電と短手通電の通電比率による長手方向の温度分布を模式的に示した図である。図６（ｂ）はＡ４Ｒ連続通紙時の長手通電と短手通電の通電比率による長手方向の温度分布を模式的に示した図である。

図６（ｂ）に示されるように、フィルム表面温度（℃）における通紙領域の長手温度ムラは、長手通電時が最も小さく、長手通電＋短手通電、短手通電の順で悪くなっていることが分かる。長手通電時、長手通電＋短手通電時は長手温度ムラ起因のグロスムラが発生することは無いが、短手通電時はコート紙通紙時にグロスムラが発生してしまう。小サイズ通紙時の非通紙部昇温は、短手通電時が最も小さく、長手通電＋短手通電、長手通電の順で悪くなっていることが分かる。ここで、ラージサイズとは紙幅がＬＴＲ以上の紙サイズであり、小サイズとは紙幅がＬＴＲ未満の紙サイズをさす。

以上より、ラージサイズ通紙時は非通紙部昇温が起こらないので長手温度分布をフラットにするために長手通電を行う。小サイズのコート紙通紙時には長手温度ムラを抑制しつつ高生産性を維持するために短手通電＋長手通電を行う。小サイズの普通紙通紙時には温度ムラがあるものの普通紙通紙ではグロスムラが発生しないので高生産性・省エネの観点から短手通電を行う。

このように記録材Ｓの種類及び幅サイズの少なくとも１つに応じて通電発熱抵抗層３９ａと通電発熱抵抗層３９ｄへの通電比率を切り替える。これにより非通紙領域における昇温を抑制し、小サイズの記録材に対してもプリントスピードを低速化させることなく、且つ、長手温度ムラ起因のグロスムラの発生を抑制することが出来る。

図７は本実施例の定着装置Ｂにおける短手通電と長手通電の一例の切り替え制御のフローチャートである。

プリントジョブ信号受信（Ｓ１０１）後、用紙幅が２７９ｍｍ以上か判定する（Ｓ１０２）。用紙幅が２７９ｍｍ以上であれば第一トライアックＯＮ、第二トライアックＯＦＦで長手通電を開始する（Ｓ１０３）。用紙幅が２７９ｍｍ未満であれば用紙種類がコート紙か判定する（Ｓ１０４）。コート紙であれば第一トライアックＯＮ、第二トライアックＯＮで長手通電と短手通電を５０：５０で通電開始する（Ｓ１０５）。コート紙でなければ第一トライアックＯＦＦ、第二トライアックＯＮで短手通電を開始する（Ｓ１０６）。

サーミスタ３０５の温度がプリントスタート温度Ｔ以上であれば（Ｓ１０７）、プリントをスタートさせる（Ｓ１０８）。サーミスタ３０５の温度がプリントスタート温Ｔ未満であれば、プリントスタート温度ＴになるまでＳ１０７を繰り返す。

図８は本実施例の定着装置Ｂで加熱定着処理した際の記録材の幅サイズ（紙サイズ）・種類（紙種）に応じた長手通電と短手通電のメリット・デメリットの一覧である。

画質はグロスムラの発生の有無で評価しており、○はグロスムラ発生無し、△はコート紙でグロスムラ発生、×は普通紙でグロスムラ発生を表している。生産性は１０５ｇ紙連続通紙時の初期ＰＰＭと最終ＰＰＭの差で、○はＰＰＭ変化無し、△はＰＰＭが半減、×はＰＰＭが１／３を表している。電力は通紙中に非通紙領域に投入される電力の大きさで、○は非通紙領域に投入されている電力が定着電力の１０％未満、△は１０％以上２０％未満、×は２０％以上を表している。

長手通電では、小サイズ通紙時に非通紙領域と通紙領域に同じように電力が入ってしまうため、生産性・電力の観点で悪い。短手通電では、非通紙領域が昇温すると電力が入りにくくなるため、生産性・電力の観点で優れているが、製造時の通電発熱抵抗層３９ｄの厚みムラに依る長手温度ムラのため画質に問題がある。長手通電と短手通電の通電比率を５０：５０にすると長手通電のみと短手通電のみの場合の間の実力となる。

［他の実施例］
実施例の定着装置Ｂは記録材Ｓが担持する未定着トナー画像ｔを記録材Ｓ上に加熱定着する装置としての使用に限られない。例えば未定着トナー画像を加熱して記録材上に仮定着する画像加熱装置、或いは記録材上に加熱定着されたトナー画像を加熱してトナー画像表面に光沢を付与する画像加熱装置としても使用できる。

Ｂ：定着装置、１４：定着フィルム、３９：ヒータ、３９ａ：第１の通電発熱抵抗層、３９ｂ：基板、３９ｂ１：基板表面、３９ｂ２：基板裏面、３９ｄ：第２の通電発熱抵抗層、Ｓ：記録材、ｔ：未定着トナー画像

Claims (2)

1. 記録材上の画像に接触して加熱する画像加熱ベルトと、
   前記画像加熱ベルトを加熱するヒータと、を有する画像加熱装置において、
   前記ヒータは、前記画像加熱ベルトの幅方向に延びた基板と、前記基板の前記画像加熱ベルトと摺動する側に設けられ前記基板の長手方向への通電により発熱する第１の抵抗体と、前記基板の前記画像加熱ベルトと摺動する側とは反対側に設けられ前記基板の短手方向への通電により発熱する第２の抵抗体であって前記第１の抵抗体より大きい正の抵抗温度係数を備えた第２の抵抗体と、を有することを特徴とする画像加熱装置。
2. 記録材の種類及び幅サイズの少なくとも１つに応じて前記第１の抵抗体と前記第２の抵抗体への通電比率を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。