JP4208773B2 - 定着装置、及びその定着装置に用いられるヒータ - Google Patents

Description

本発明は、電子写真複写機や電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載する定着装置、及びその定着装置に用いられるヒータに関する。

電子写真複写機や電子写真プリンタ等の画像形成装置において、転写材・感光紙等の被記録材に形成担持させた未定着トナー画像を加熱定着させる画像加熱定着装置の１つとしてオンデマンドのフィルム加熱方式の装置が知られている（特許文献１）。

これは、加熱体と、一方の面がこの加熱体と摺動し他方の面が被記録材と接して共に移動するフィルムとを有し、フィルムを介した加熱体からの熱により未定着トナー画像を被記録材に熱定着させるものである。

このようなフィルム加熱方式の画像加熱定着装置においては、加熱体や、該加熱体の熱を被記録材に伝導する部材としてのフィルムを低熱容量化できるため、オンデマンドで、省電力化、ウエイトタイムの短縮化（クイックスタート性）が可能である。

即ち、装置を冷めた状態から所定温度へ昇温させる時間が短時間で済み、待機中に加熱体の通電加熱を行なう必要がなく、画像形成装置への電源投入後すぐに通紙しても被記録材が定着部位（定着ニップ部）に到達するまでに加熱体を所定温度まで十分に昇温させることができて、消費電力を低く抑えることや画像形成装置の機内昇温を低下させることが可能である。

低熱容量で昇温の速い加熱体としては具体的には所謂セラミックヒータが用いられている。これは、電気絶縁性・耐熱性・良熱伝導性のセラミック材基板（例えばアルミナ・ＡｌＮ）と、該基板に印刷・焼成等の手段でパターン形成した、電力の供給を受けて発熱する発熱抵抗体（例えば銀パラジウム）を含む１次系回路（以下、ＡＣラインと記す）を有し、発熱抵抗体に電力を供給して発熱させる、全体に低熱容量で昇温の速いものである。

また加熱体としてのヒータには温度検知素子（例えばサーミスタ）を含む２次系回路のヒータ制御系（以下、ＤＣラインと記す）を具備させ、このＤＣラインを接続した温調制御部により、ヒータが所定の設定温度（目標温度）に温調されるように発熱抵抗体に対する供給電力が制御される。

しかし、ヒータ制御系においてヒータに通電する電流を波数制御でおこなう場合に、半波毎に電流のＯＮ／ＯＦＦが生じるため、商用電源の共通ラインに接続されている他の機器に対して電圧変動が発生し、特に照明機器ではフリッカ（電流変動）と呼ばれるちらつきが生じる。このフリッカは、ヒータの消費電力が大電力となる程、照明機器に流れる電流の変動が大きくなることに基づいて顕著なものになるため、発熱抵抗体を複数に分割してフリッカを抑えるようにしている。

また、安全対策として、ＡＣラインに直列にサーモスイッチ等の安全素子を介入させ、これをヒータに当接もしくは近接させて配設することでヒータの熱暴走時には、この安全素子の作動で発熱抵抗体に対する電力供給を緊急遮断させるようにしてある。
特開昭６３−３１３１８２号公報

しかしながら近年、画像形成装置はさらなるスピードアップ化が求められており、これに対応するためヒータの発熱抵抗体の抵抗値を小さくすることで低電圧時でも発熱抵抗体に投入できる最大電力が大きくなるように設定されている。

このためヒータ制御系の温調制御部等の暴走時、ヒータが熱暴走（異常昇温・過熱）した時には、ひとつの発熱抵抗体でも多くの電力が投入されるため、基板にかかる負荷が大きく、安全素子の作動で電力を緊急遮断させる前にヒータが破壊されてしまうといった問題が生じている。

本発明は、ヒータに設けられる３本の発熱抵抗体のうち中央の発熱抵抗体への電力供給が制御不能となった場合でも、セラミック基板が折れてしまうまでの時間を長くできるようにした定着装置、及びその定着装置に用いられるヒータに関する。

本発明に係る定着装置、及びその定着装置に用いられるヒータの構成は下記のとおりである。

筒状の定着フィルムと、セラミック基板と前記セラミック基板上に設けられた発熱抵抗体とを有し前記定着フィルムの内面に接触するヒータと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共にトナー像を担持する記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、商用電源から前記発熱抵抗体へ供給する電力を制御する制御手段と、商用電源から前記発熱抵抗体への電力供給回路に設けられており前記ヒータの異常昇温により作動して前記電力供給回路を遮断する安全素子と、を有し、前記セラミック基板上には前記セラミック基板の短手方向の中央に１本、前記中央を基準にして対称な位置関係で２本、合計３本の発熱抵抗体が設けられており、前記基準に対して対称の位置関係にある２本の発熱抵抗体は両端共に前記２本の発熱抵抗体共用の共通電極に繋がっており、商用電源と前記共通電極間の電力供給回路には前記制御手段からの信号に応じて電力供給回路を導通状態と遮断状態に切り換える第１の駆動素子が設けられており、商用電源と前記セラミック基板の短手方向の中央に設けられた１本の発熱抵抗体の電極との間の電力供給回路には前記制御手段からの信号に応じて電力供給回路を導通状態と遮断状態に切り換える第２の駆動素子が設けられている定着装置において、前記基準に対して対称な位置関係にある前記２本の発熱抵抗体の両端に設けられた前記共通電極間における前記２本の発熱抵抗体の総抵抗値が、前記中央に設けられた前記発熱抵抗体の抵抗値よりも小さく設定されていることを特徴とする。

筒状の定着フィルムと、セラミック基板と前記セラミック基板上に設けられた発熱抵抗体とを有し前記定着フィルムの内面に接触するヒータと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共にトナー像を担持する記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、商用電源から前記発熱抵抗体へ供給する電力を制御する制御手段と、商用電源から前記発熱抵抗体への電力供給回路に設けられており前記ヒータの異常昇温により作動して前記電力供給回路を遮断する安全素子と、を有し、前記セラミック基板上には前記セラミック基板の短手方向の中央に１本、前記中央を基準にして対称な位置関係で２本、合計３本の発熱抵抗体が設けられており、前記基準に対して対称の位置関係にある２本の発熱抵抗体は両端共に前記２本の発熱抵抗体共用の共通電極に繋がっており、商用電源と前記共通電極間の電力供給回路には前記制御手段からの信号に応じて電力供給回路を導通状態と遮断状態に切り換える第１の駆動素子が設けられており、商用電源と前記セラミック基板の短手方向の中央に設けられた１本の発熱抵抗体の電極との間の電力供給回路には前記制御手段からの信号に応じて電力供給回路を導通状態と遮断状態に切り換える第２の駆動素子が設けられている定着装置、に用いられるヒータにおいて、前記基準に対して対称な位置関係にある前記２本の発熱抵抗体の両端に設けられた前記共通電極間における前記２本の発熱抵抗体の総抵抗値が、前記中央に設けられた前記発熱抵抗体の抵抗値よりも小さく設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、ヒータに設けられる３本の発熱抵抗体のうち中央の発熱抵抗体への電力供給が制御不能となった場合でも、セラミック基板が折れてしまうまでの時間を長くできるようにした定着装置、及びその定着装置に用いられるヒータを提供できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

（１）画像形成装置例
図１に、本発明に係る加熱装置として画像加熱定着装置（以下、定着装置と記す）を備えた画像形成装置の一例を示す。同図に示す画像形成装置は、電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。

画像形成装置は、像担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１を備えている。感光ドラム１は、装置本体Ｍによって回転自在に支持されており、駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。

感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って、帯電ローラ（帯電装置）２、露光手段３、現像装置４、転写ローラ（転写装置）５、クリーニング装置６がその順に配設されている。

また、装置本体Ｍの下部には、紙等のシート状の記録材Ｐを被加熱材として収納した給紙カセット７が配置されており、記録材Ｐの搬送経路に沿って上流側から順に、給紙ローラ１５、搬送ローラ８、トップセンサー９、搬送ガイド１０、本発明に係る加熱体を含む定着装置１１、搬送ローラ１２、排紙ローラ１３、排紙トレイ１４が配置されている。

次に、上述構成の画像形成装置の動作を説明する。

駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に回転駆動された感光ドラム１は、帯電ローラ２によって所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。

帯電後の感光ドラム１は、その表面に対しレーザー光学系等の露光手段３によって画像情報に基づいた画像露光Ｌがなされ、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。

静電潜像は、現像装置４によって現像される。現像装置４は、現像ローラ４ａを有しており、この現像ローラ４ａに現像バイアスを印加し、感光ドラム１上の静電潜像にトナーを付着させることで、トナー像としての現像（顕像化）をおこなう。

トナー像は、転写ローラ５によって紙等の記録材Ｐに転写される。記録材Ｐは、給紙カセット７に収納されており、給紙ローラ１５・搬送ローラ８によって給紙・搬送され、トップセンサー９を介して、感光ドラム１と転写ローラ５との間の転写ニップ部に搬送される。このとき記録材Ｐは、トップセンサー９によって先端が検知され、感光ドラム１上のトナー像と同期がとられる。転写ローラ５には、転写バイアスが印加され、これにより感光ドラム１上のトナー像が記録材Ｐ上の所定の位置に転写される。

転写によって表面に未定着トナー像を担持した記録材Ｐは、搬送ガイド１０に沿って定着装置１１に搬送され、ここで未定着トナー像が加熱・加圧されて記録材Ｐ表面に定着される。なお、定着装置１１については後に詳述する。

トナー像定着後の記録材Ｐは、搬送ローラ１２・排出ローラ１３によって装置本体Ｍ上面の排紙トレイ１４上に搬送・排出される。

一方、トナー像転写後の感光ドラム１は、記録材Ｐに転写されないで表面に残ったトナー（転写残トナー）がクリーニング装置６のクリーニングブレード６ａによって除去され、次の画像形成に備える。

以上の動作を繰り返すことで、次々と画像形成を行うことができる。

（２）定着装置１１
図２に定着装置１１の概略構成を示す。同図は、記録材Ｐの搬送方向（矢印Ｋ方向）に沿った縦断面図である。

本実施例に示す定着装置１１は、加熱部材として定着フィルム（定着ベルト）を用いた、加圧ローラ駆動方式、フィルム加熱方式の装置であり、トナーを加熱する加熱体としてのヒータ２０と、このヒータ２０を保持する加熱体保持部材としてのヒータホルダ２２と、このヒータ２０とヒータホルダ２２を内包する可撓性部材としての定着フィルム（定着回転体、加熱回転体）２５と、定着フィルム２５に当接された加圧部材としての加圧ローラ２６と、ヒータ２０の温度を制御する２次系回路である温度制御手段２７と、記録材Ｐの搬送を制御する回転制御手段２８とを主要構成部材としている。

本例の定着装置１１では、ヒータ２０を保持させたヒータホルダ２２に、円筒状の定着フィルム２５を介して加圧ローラ２６を所定の押圧力をもって圧接させ、加熱体２０との間に定着ニップ部Ｎを形成している。

回転制御手段２８によって加圧ローラ２６が矢印Ｒ２６方向（反時計方向）に回転駆動され、該加圧ローラの回転による定着フィルム２５外面との摺動摩擦力により、フィルム２５に回転力が作用してフィルム２５がヒータ２０を保持させたヒータホルダ２２の外回りを矢印Ｒ２５方向（時計方向）に回転(移動）し、温度制御手段２７によってヒータ２０に対して通電加熱されることによりヒータ２０が所定の設定温度（目標温度）に温調制御される。この状態において、未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐを定着ニップ部Ｎで挟持搬送することで、ヒータ２０の熱が定着フィルム２５を介して記録材Ｐに付与され、未定着トナー像ｔが記録材Ｐ面に熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着フィルム２５の面から曲率分離されて排紙される。

なお、本実施例の定着装置１１において、記録材Ｐの通紙基準は各部材の長手方向(記録材Ｐの搬送方向Ｋに直交（交差）する方向)における中央部としている。

ヒータ２０は、アルミナ等の耐熱性の基板２０ａ上に、発熱抵抗体として例えば厚膜印刷によって１次系回路である抵抗体パターン（以下、発熱抵抗体と記す）２０ｂと、該発熱抵抗体を被覆するガラスコーティング層等の表面保護層２０ｃを形成具備させたものである。ヒータ２０については次の（３）項でさらに詳しく説明する。

ヒータホルダ２２は、耐熱樹脂によって断面略半円形樋型に形成された部材であり、装置本体Ｍに取り付けられてヒータ２０を支持する他、定着フィルム２５の回転をガイドするガイド部材としても作用する。

定着フィルム２５は、ポリイミド等の耐熱樹脂を円筒状(筒状）に形成したものであり、ヒータホルダ２２に回転可能に外嵌されている。定着フィルム２５は、加圧ローラ２６によってヒータ２０に押し付けられており、これにより定着フィルム２５の裏面(内面）がヒータ２０の表面保護層２０ｃに当接(接触）されるようになっている。

加圧ローラ２６は、金属製の芯金２６ａの外周面に、シリコーンゴム等の弾性を有する耐熱性の離型層２６ｂを設けたものである。この加圧ローラ２６は、加圧バネなどの付勢部材（不図示）により定着フィルム２５側に付勢され、離型層２６ｂの外周面により定着フィルム２５をヒータ２０の表面保護層２０ｃに押し付けて、定着フィルム２５との間に定着ニップ部Ｎを形成している。この定着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ２６の回転方向Ｒ２６についての幅（ニップ幅）をａとすると、このニップ幅ａは、記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔを好適に加熱・加圧することができる程度に設定されている。

回転制御手段２８は、加圧ローラ２６を回転駆動するモータ２９と、モータ２９の回転を制御する制御部（ＣＰＵ）３０などを有する。モータ２９としては、例えばステッピングモータ等を使用することができ、加圧ローラ２６の回転を矢印Ｒ２６方向に連続的に行うほか、所定の角度ずつ断続的に行うことも可能である。つまり、加圧ローラ２６の回転と停止とを繰り返しながら、記録材Ｐをステップ送りすることもできる。

（３）ヒータ（加熱体）２０
図３を参照してヒータ２０の構成をさらに詳しく説明する。

図３は本発明に係るヒータの参考例であるヒータの説明図であって、表面保護層２０ｃを取り除いた状態のヒータ表面側の平面模型図である。

ヒータ基板２０ａはアルミナ・窒化アルミ等の耐熱性・良熱伝導性・電気絶縁性などのセラミック材からなる横長の薄板部材（セラミック基板)である。基板２０ａ上（セラミック基板上）には基板の短手方向の略中央を基準に複数本の発熱抵抗体２０ｂが略対称に配置されている。

発熱抵抗体２０ｂは、メイン発熱抵抗体対２０ｂ−１と、サブ発熱抵抗体対２０ｂ−２で構成されている。メイン発熱抵抗体対は、基板短手方向略中央Ｃを基準にして対称の位置関係にある第１の発熱抵抗体(２０ｂ−１−１)と第２の発熱抵抗体(２０ｂ−１−２)を有している。サブ発熱抵抗体対は、基板短手方向略中央Ｃを基準にして対称の位置関係にある第１の発熱抵抗体(２０ｂ−２−１)と第２の発熱抵抗体(２０ｂ−２−２)を有している。メイン・サブ発熱抵抗体対２０ｂ−１，２０ｂ−２はそれぞれ、基板２０ａの片面上に、厚膜印刷法（スクリーン印刷法）を用いて、Ａｇ／Ｐｄ等の導電厚膜ペーストにより、５μｍ程の厚みで印刷・焼成して形成されている。ここで基板幅方向(短手方向)において、基板端の発熱抵抗体をメイン発熱抵抗体、中央の発熱抵抗体をサブ発熱抵抗体としており、メイン・サブ発熱抵抗体対は複数の発熱抵抗体を並列に接続して形成されている。また、前記基板の短手方向の略中央Ｃを基準に対称の位置関係にあるメイン発熱抵抗体対の第１の発熱抵抗体(２０ｂ−１−１)と第２の発熱抵抗体(２０ｂ−１−２)は同時に発熱するように第１の発熱抵抗体(２０ｂ−１−１)と第２の発熱抵抗体(２０ｂ−１−２)の電気的端部に設けられた電極同士が両端共に共通電極(２２ａ、２２ｃ)になっている。サブ発熱抵抗体対も第１の発熱抵抗体(２０ｂ−２−１)と第２の発熱抵抗体(２０ｂ−２−２)は同時に発熱するように第１の発熱抵抗体(２０ｂ−２−１)と第２の発熱抵抗体(２０ｂ−２−２)の電気的端部に設けられた電極同士が両端共に共通電極(２２ｂ、２２ｃ)になっている。共通電極２２ｃはメイン発熱抵抗体対とサブ発熱抵抗体対の共通電極でもある。

４本の発熱抵抗体の抵抗値はそれぞれ１８Ωに設定してある。

図４にヒータ２０に対する温度制御手段２７の電気回路ブロック図の一例を示す。

温度制御手段(制御手段）２７は、温度検知素子２１、トライアック２４（２４ａ，２４ｂ）、温調制御部（ＣＰＵ）２３などを具備してなる。メイン発熱抵抗体対２０ｂ−１とサブ発熱抵抗体対２０ｂ−２のメイン給電電極２２ａとサブ給電電極２２ｂには、商用電源３４から通電する交流電流を制御するためのトライアック２４ａ，２４ｂが各別に接続されている。また商用電源３４と直列に、ヒータ２０の過昇温を防止する安全素子（本例では、温度ヒューズやサーモスイッチ）３１が接続されている。つまり安全素子３１は、図４に示されるように、商用電源３４からメイン発熱抵抗体対２０ｂ−１とサブ発熱抵抗体対２０ｂ−２へのＡＣライン（電力供給回路）に設けられている。安全素子３１はヒータ２０に当接あるいはヒータ２０の近傍に配置されている。温調制御部２３では、温度検知素子２１が検出した温度に基づいてトライアック２４ａ，２４ｂをＯＮ・ＯＦＦするタイミングを制御し、トライアック２４ａにおいてメイン給電電極２２ａから共通電極２２ｃにかけてのメイン発熱抵抗体対２０ｂ−１に対する通電を制御すると共に、トライアック２４ｂにおいてサブ給電電極２２ｂから共通電極２２ｃにかけてのサブ発熱抵抗体対２０ｂ−２に対する通電を制御することによって、ヒータ２０を所定温度（目標温度）に温調する。

次に、従来のヒータ５０における抵抗体構成を説明する。図１２は従来のヒータ５０におけるヒータ表面側の平面模型図である。

図１２に示す従来例のヒータ５０では、セラミック基板５０ａの片面上に、１つのメイン発熱抵抗体５０ｂ−１とサブ発熱抵抗体５０−２を基板短手方向の一端側と他端側で基板の長手方向に沿って形成具備させている。そして、メイン発熱抵抗体５０ｂ−１にはメイン給電電極５１ａから共通電極５１ｃにかけて通電がなされ、サブ発熱抵抗体５０ｂ−２にはサブ給電電極５１ｂから共通電極５１ｃにかけて通電がなされるようになっている。図中５２はサーモスイッチである。

上述のように、従来例では、メイン・サブ発熱抵抗体５０ｂ−１，５０ｂ−２を基板短手方向で基板５０ａの一端側と他端側に振り分けて配置している。

これに対して、本参考例では、メイン発熱抵抗体対（２０ｂ−１）およびサブ発熱抵抗体対（２０ｂ−２）について、各々の発熱抵抗体（２０ｂ−１−１，２０ｂ−１−２）と（２０ｂ−２−１，２０ｂ−２−２）を基板短手方向略中央Ｃに対して対称な基板短手方向の一端側と他端側に配置している。

図５の（ａ）にメイン抵抗体対２０ｂ−１に通電した時の熱応力を、（ｂ）にサブ抵抗体対２０ｂ−２に通電した時の熱応力を示し、（ａ）・（ｂ）それぞれに、従来例・本参考例のヒータ断面図と熱応力分布を示す。

図５（ａ）・（ｂ）において、本参考例と従来例を比較すると、従来例では特に発熱側の基板エッジ部（基板幅方向の一端側・他端側）で大きな熱応力がかかっているが、本参考例ではエッジ部の応力が軽減されていることがわかる。すなわち、基板エッジ部に生じる熱応力は本参考例の方が小さくなる。従って、熱応力によって基板エッジ部にかかる負荷を小さくすることができる。

さらに図６に各発熱抵抗体が熱暴走した時のヒータが破壊に至る時間と安全素子が作動する時間を示す。

本来は安全素子３１が作動するとメイン・サブ発熱抵抗体２０ｂ−１，２０ｂ−２への通電はストップするが、この実験ではメイン・サブ発熱抵抗体２０ｂ−１，２０ｂ−２と安全素子３１を別々に接続しているため、安全素子３１が作動してもヒータ２０が破壊されるまでメイン・サブ発熱抵抗体２０ｂ−１，２０ｂ−２へ電力供給される。

図６に示すように、従来の発熱抵抗体配置では、メイン発熱抵抗体の熱暴走時に安全素子が作動する前にヒータが３．５秒で破壊されていたが、本参考例によりヒータ破壊（１０秒）の前に安全素子が作動（５．８秒）していることがわかる。サブ発熱抵抗体の熱暴走時も同様の結果となっている。

従って、温調制御部２３の熱暴走時、ヒータ２０が熱暴走（異常昇温・過熱）しても破壊しない。よって、ヒータ２０の耐久性・信頼性を向上できる。

図３に示すヒータ２０による作用・効果は、図７の（Ａ）〜（Ｃ）に示されるヒータ２０の構成によっても達成される。

図７の（Ａ）は本実施例１のヒータの説明図であって、表面保護層を取り除いた状態のヒータ表面側の平面模型図である。図７の（Ｂ）及び（Ｃ）は参考例のヒータの説明図であって、それぞれ表面保護層を取り除いた状態のヒータ表面側の平面模型図である。なお、図３に示す部材と共通する部材には同一の符号を付して再度の説明を省略する。

（Ａ）において、発熱抵抗体２０ｂは、メイン発熱抵抗体対２０ｂ−１（２０ｂ−１−１，２０ｂ−１−２）とサブ発熱抵抗体２０ｂ−３の２つの通電発熱抵抗体で構成されている。サブ発熱抵抗体２０ｂ−３は、メイン発熱抵抗体対の各メイン発熱抵抗体（２０ｂ−１−１，２０ｂ−１−２）間において基板短手方向略中央Ｃに対して対称な基板短手方向の略中央に配置されている。つまり基板２０ａには、基板２０ａの短手方向の中央に１本（サブ発熱抵抗体２０ｂ−３）、前記中央を基準にして対称な位置関係で２本（メイン発熱抵抗体対２０ｂ−１（２０ｂ−１−１，２０ｂ−１−２）、合計３本の発熱抵抗体が設けられている。サブ発熱抵抗体２０ｂ−３は、メイン発熱抵抗体対２０ｂ−１のメイン給電電極２２ａ側の電気的端部に共通電極としてサブ給電電極２２ｄを有している。つまり前記基準に対して対称の位置関係にある２本の発熱抵抗体２０ｂ−１−１，２０ｂ−１−２は両端共に前記２本の発熱抵抗体共用の共通電極２２ａ，２２ｃに繋がっている。（Ａ）に示すヒータ２０では、二次系回路として図４の温度制御手段２７を用いることができる。従って、商用電源３４と共通電極間（共通電極２２ａ，２２ｃ間）の電力供給回路には温度制御手段２７からの信号に応じて電力供給回路を導通状態と遮断状態に切り換えるトライアック２４ａ（第１の駆動素子）が設けられている。また商用電源３４と基板２０ａの短手方向の中央に設けられた１本の発熱抵抗体２０ｂ−３の電極２２ｃ，２２ｄとの間の電力供給回路には温度制御手段２７からの信号に応じて電力供給回路を導通状態と遮断状態に切り換えるトライアック２４ｂ（第２の駆動素子）が設けられている。

（Ａ）のヒータ２０では、メイン発熱抵抗体抵抗値１４．５Ω／サブ発熱抵抗体抵抗値２３Ωに配分し、メイン発熱抵抗体／サブ発熱抵抗体の電力比率を約３：２に設定している。つまり前記基準に対して対称な位置関係にある２本の発熱抵抗体２０ｂ−１−１，２０ｂ−１−２の両端に設けられた共通電極２２ａ，２２ｃ間における２本の発熱抵抗体２０ｂ−１−１，２０ｂ−１−２の総抵抗値が、前記中央に設けられた発熱抵抗体２０ｂ−３の抵抗値よりも小さく設定されている。ここで低温環境などの電力不足を補うためにはメイン発熱抵抗体対２０ｂ−１とサブ発熱抵抗体２０ｂ−３の総電力は確保しなくてはならないため、サブ発熱抵抗体の電力を小さくした分、メイン発熱抵抗体の電力大きくする必要がある。

同条件でのヒータ破壊時間、安全素子作動時間、マージンを図８に示す。メイン／サブ発熱抵抗体の抵抗値を１：１にしていた時は、サブ発熱抵抗体が熱暴走した時に充分なマージンがなかった（０．４秒）が、メイン発熱抵抗体抵抗値／サブ発熱抵抗体抵抗値を２：３、すなわち電力比率３：２と適正化することで、メイン発熱抵抗体の熱暴走時には若干マージンが少なくなる（３．６秒）ものの、サブ発熱抵抗体の熱暴走時において充分なマージン（２．８秒）を確保することができる。もちろん適正な配分は基板幅・厚み・入力電圧などによって異なる。

さらに設計条件によっては、発熱抵抗体２０ｂを３つ以上の通電発熱抵抗体で構成することもできる。その一例を図７の（Ｂ）に示す。発熱抵抗体２０ｂは、メイン発熱抵抗体対２０ｂ−１と、第１サブ発熱抵抗体対２０ｂ−２と、第２サブ発熱抵抗体対２０ｂ−４の３つの通電発熱抵抗体で構成されている。第２サブ発熱抵抗体対２０ｂ−４を構成する第１の発熱抵抗体２０ｂ−４−１と第２の発熱抵抗体２０ｂ−４−２は、第１サブ発熱抵抗体（２０ｂ−２−１，２０ｂ−２−２）間で基板短手方向略中央Ｃに対して対称な基板短手方向の一端側と他端側に配置されている。各発熱抵抗体（２０ｂ−４−１，２０ｂ−４−２）は，第１サブ発熱抵抗体対２０ｂ−２のメイン給電電極２２ｂ側の電気的端部に共通電極としてのサブ給電電極２２ｅを有する。

（Ｂ）に示すヒータ２０では、二次系回路として、例えば図９に示される温度制御手段２７を用いることができる。なお、図４に示す部材と共通する部材には同一の符号を付して再度の説明を省略する。

メイン発熱抵抗体対２０ｂ−１および第１・第２サブ発熱抵抗体対２０ｂ−２，２０ｂ−４において、メイン給電電極２２ａとサブ給電電極２２ｂ，２２ｅには、商用電源３４から通電する交流電流を制御するためのトライアック２４ａ，２４ｂ，２４ｃが各別に接続されている。また共通電極２２ｃには、ヒータ２０の過昇温を防止する安全素子（本例では、温度ヒューズやサーモスイッチ）３１を介して商用電源３４に接続されている。安全素子３１はヒータ２０に当接あるいはヒータ２０の近傍に配置されている。温調制御部２３では、温度検知素子２１が検出した温度に基づいてトライアック２４ａ，２４ｂ，２４ｃをＯＮ・ＯＦＦするタイミングを制御する。そして、トライアック２４ａによってメイン給電電極２２ａから共通電極２２ｃにかけてのメイン発熱抵抗体対２０ｂ−１に対する通電を制御し、トライアック２４ｂによってサブ給電電極２２ｂから共通電極２２ｃにかけてのサブ発熱抵抗体対２０ｂ−２に対する通電を制御し、トライアック２４ｃによってサブ給電電極２２ｅから共通電極２２ｃにかけてのサブ発熱抵抗体対２０ｂ−４に対する通電を制御することによって、ヒータ２０を所定温度（目標温度）に温調する。

（Ｂ）に示すヒータ２０においても、メイン抵抗体対・第１・第２サブ抵抗体対の各々のメイン・サブ抵抗体２０ｂ−１，２０ｂ−２，２０ｂ−４を基板短手方向略中央Ｃに対して対称な基板短手方向の一端側と他端側に配置しているので、熱応力によって基板エッジ部にかかる負荷を小さくすることができ、温調制御部２３の熱暴走時、ヒータ２０が熱暴走しても破壊しない。

（Ａ）に示したヒータ２０では、発熱抵抗体２０ｂの通電発熱抵抗体として発熱抵抗体幅を一定にした直線型のメイン発熱抵抗体・サブ発熱抵抗体２０ｂ−３を用いたが、メイン・サブ発熱抵抗体はこれに限らずテーパー型のメイン・サブ発熱抵抗体を用いてもよい。その一例を図７の（Ｃ）に示す。

（Ｃ）では、メイン発熱抵抗体（２０ｂ−１−１，２０ｂ−１−２）各々を長手中央付近から端部にかけて多段階に発熱抵抗体幅を広げる形状とし、サブ発熱抵抗体２０ｂ−３を長手中央付近から端部にかけて多段階に発熱幅を狭める形状としている。この場合も、メイン発熱抵抗体（２０ｂ−１−１，２０ｂ−１−２）とサブ発熱抵抗体２０ｂ−３は、それぞれ、基板短手方向略中央Ｃに対して対称な基板短手方向の略中央に配置される。

本実施例によれば、定着装置１１が何らかの原因によりヒータ２０の通電制御が不能な事態が生じてＡＣライン（１次系回路）の発熱抵抗体２０ｂに電力が供給され続けることによりヒータ２０が熱暴走（異常昇温・過熱）した時でも破壊しない。

また、熱暴走でヒータ２０が破壊しないので、ＡＣラインに直列に介入させてある温度ヒューズ・サーモスイッチ等の安全素子３１が作動してＡＣラインが開路し発熱抵抗体２０ｂに対する電力供給が緊急遮断され、ヒータ２０の熱暴走が停止される。

（第２の実施例）
本実施例では、セラミック基板の表裏両面に、発熱抵抗体としてのメイン発熱抵抗体対とサブ発熱抵抗体を配置したヒータ例を示す。実施例１と同じ部材には同一符号を付して再度の説明を省略する。

図１０は参考例のヒータの説明図である。図１０の（Ａ）は表面保護層を取り除いたヒータ表面側の平面模型図、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ線拡大断面図、（Ｃ）はII−II線拡大断面図である。

実施例１では、セラミック基板（０．６ｍｍ〜２ｍｍ）２１ａの表面だけに発熱抵抗体２０ｂを配置していたため、発熱抵抗体２０ｂが急激な発熱をした時にセラミック基板２１ａの表裏で温度分布が異なり、基板２１ａが反ることで熱応力が生じ保護ガラスたる表面保護層２０ｃや基板２０ａに破壊が発生する可能性がある。

そこで、セラミック基板２１ａの表・裏面上に、メイン発熱抵抗体対２０ｂ−１とサブ発熱抵抗体２０ｂ−３を対称に配置している。（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、メイン発熱抵抗体対２０ｂ−１の各メイン発熱抵抗体２０ｂ−１−１，２０ｂ−１−２は、基板短手方向略中央Ｃに対して対称な基板短手方向の一端側と他端側に配置されている。各メイン発熱抵抗体２０ｂ−１−１，２０ｂ−１−２は、基板２０ａの表・裏面上の電気的端部にメイン給電電極２２ａと共通電極２２ｃを有している。一方、サブ発熱抵抗体２０ｂ−２は、メイン発熱抵抗体対２０ｂ−１の各メイン発熱抵抗体２０ｂ−１−１，２０ｂ−１−２間で基板短手方向略中央Ｃに対して対称な基板短手方向の略中央に配置されている。サブ発熱抵抗体２０ｂ−２は、メイン発熱抵抗体対２０ｂ−１のメイン給電電極２２ａ側の電気的端部にサブ給電電極２２ｂを有している。

上記の表・裏面上のメイン発熱抵抗体２０ｂ−１、及びサブ発熱抵抗体２０ｂ−３を並列に接続する場合、該各発熱抵抗体に対応する電極２２ａ，２２ｃ，２２ｂに基板２０ａを介してスルーホール２２ａ−１，２２ｃ−１，２２ｂ−１を設けて導通をとる（（Ｃ）参照）、あるいは基板２０ａの表・裏面から接点４０ａ，４０ｂを通じて導通がとれるコネクタ４０を採用する（（Ｄ）参照）ことができる。

本実施例により、基板２０ａの表・裏面の温度差が略等しくなることから、特に基板２０ａを厚くした時でも、常に基板短手方向略中央Ｃに対して対称な温度分布になるため、熱応力は相殺されて激減する。

図１１に、実施例１のヒータと本参考例のヒータの熱応力を比較した結果を示す。図１１において、（Ａ）は実施例１の図７（Ａ）に示されるヒータ２０の幅方向断面図、（Ｂ）は本参考例のヒータの幅方向断面図と実施例１・本参考例のヒータの熱応力分布図である。そして（Ｃ）に実施例１・本参考例のヒータにおいて発熱抵抗体が熱暴走した時の該各ヒータが破壊に至る時間と安全素子が作動する時間を示す。

同図（Ｃ）においてヒータ破壊時間は、実施例１の８．２秒に対して本参考例では９．０秒となっている。安全素子の作動時間は、実施例１の４．６秒に対して本参考例では３．４秒となっている。結果として、安全素子３１の作動マージンは、実施例１の３．６秒に対して本参考例では５．６秒となっている。

従って、本参考例のヒータによれば、基板厚み方向で生じる熱応力が少なくなる（不均一な温度分布がなくなる）ため、同じ電力でもヒータ破壊に至る時間が長くなることはもちろん、安全素子がより発熱抵抗体に近くなることにより作動時間が極端に短くなる。これにより実施例１にも増して十分なマージンを確保することができる。よって、本参考例においてもヒータ２０の耐久性・信頼性を向上できる。

本参考例により、熱暴走でヒータ２０が破壊しないので、ＡＣラインに直列に介入させてある温度ヒューズ・サーモスイッチ等の安全素子３１が作動してＡＣラインが開路し発熱抵抗体２０ｂに対する電力供給が緊急遮断され、ヒータ２０の熱暴走が停止される。

本参考例では、基板の表・裏面上に発熱抵抗体を上述の如く配置した構成のヒータ例として、実施例１の図７（Ａ）に示されるヒータ２０を説明したが、実施例１の図３、図７の（Ｂ）、（Ｃ）に示されるヒータ２０に対しても同様な構成とすることができる。

以上説明したように、熱暴走でヒータ２０が破壊しないので、安全素子３１の作動による電力の緊急遮断、ＡＣライン・ＤＣラインの電流リーク、漏電・温調制御系の破損、該電流リークに起因する通信先コンピュータの誤動作等も低減できる。

さらに最大電力投入時でもヒータ２０が破壊しないため、ヒータ発熱抵抗体総抵抗値を低く設定することができる。

これにより加熱体を含む定着装置が画像加熱定着装置である場合におけるスピードアップに対応可能な画像形成装置を提供することができる。

（その他）
ａ）第１、第２の実施例において、加圧回転体たる加圧部材は弾性部材を有するローラ体の代わりに、弾性部材を有するエンドレスベルト体にすることもできる。また、例えば、特開２００１−２２８７３１公報に開示されているエンドレスベルトと加圧部材からなる加圧フィルムユニットを用いて小熱容量化を図ってもよい。

ｂ）一方の回転体としての定着フィルムは、該フィルムを駆動ローラとテンションローラによって張架して駆動する構成にすることもできる（フィルム駆動方式）。

以上、本発明の様々な例と実施例が示され説明されたが、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲は本明細書内の特定の説明と図に限定されるのではなく、特許請求の範囲に全て述べられた様々の修正と変更に及ぶことが理解されるであろう。

画像形成装置の概略構成を示す縦断面図 定着装置の概略構成を示す縦断面図 参考例のヒータの一例の説明図 ヒータに対する温度制御手段の電気回路ブロック図 実施例１のヒータの幅方向断面図と、実施例１のヒータと従来例のヒータの熱応力比較図 各発熱抵抗体抵抗値を同一とするヒータが破壊に至る時間と安全素子が作動する時間を示す図 （Ａ）は実施例１のヒータの説明図、（Ｂ）及び（Ｃ）は参考例のヒータの他の例の説明図 各発熱抵抗体抵抗値を異にするヒータが破壊に至る時間と安全素子が作動する時間を示す図 ヒータに対する温度制御手段の他の電気回路ブロック図 参考例のヒータの他の例の説明図 図１０に示すヒータおよび実施例１のヒータの幅方向断面図と、これら各ヒータの熱応力比較図 従来のヒータの説明図

符号の説明

２０・・・・加熱体（ヒータ）
２０ａ・・・・基板
２０ｂ・・・・発熱抵抗体（抵抗体）
２０ｂ−１・・・・メイン発熱抵抗体
２０ｂ−２，２０ｂ−３，２０ｂ−４・・・・サブ発熱抵抗体
２２ａ・・・・メイン給電電極
２２ｂ・・・・サブ給電電極
２２ｃ・・・・共通電極
２１・・・・温度検知素子（サーミスタ）
２２・・・・加熱体保持部材（ヒータホルダ）
２３・・・・ＣＰＵ
２４・・・・トライアック
２５・・・・定着回転体（定着フィルム）
２６・・・・加圧部材（加圧ローラ）
２７・・・・温度制御手段
２８・・・・回転制御手段
２９・・・・モータ
３０・・・・ＣＰＵ
３１・・・・安全素子
Ｎ・・・・定着ニップ部
Ｐ・・・・記録材

Claims (2)

1. 筒状の定着フィルムと、セラミック基板と前記セラミック基板上に設けられた発熱抵抗体とを有し前記定着フィルムの内面に接触するヒータと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共にトナー像を担持する記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、商用電源から前記発熱抵抗体へ供給する電力を制御する制御手段と、商用電源から前記発熱抵抗体への電力供給回路に設けられており前記ヒータの異常昇温により作動して前記電力供給回路を遮断する安全素子と、を有し、前記セラミック基板上には前記セラミック基板の短手方向の中央に１本、前記中央を基準にして対称な位置関係で２本、合計３本の発熱抵抗体が設けられており、前記基準に対して対称の位置関係にある２本の発熱抵抗体は両端共に前記２本の発熱抵抗体共用の共通電極に繋がっており、商用電源と前記共通電極間の電力供給回路には前記制御手段からの信号に応じて電力供給回路を導通状態と遮断状態に切り換える第１の駆動素子が設けられており、商用電源と前記セラミック基板の短手方向の中央に設けられた１本の発熱抵抗体の電極との間の電力供給回路には前記制御手段からの信号に応じて電力供給回路を導通状態と遮断状態に切り換える第２の駆動素子が設けられている定着装置において、
   前記基準に対して対称な位置関係にある前記２本の発熱抵抗体の両端に設けられた前記共通電極間における前記２本の発熱抵抗体の総抵抗値が、前記中央に設けられた前記発熱抵抗体の抵抗値よりも小さく設定されていることを特徴とする定着装置。
2. 筒状の定着フィルムと、セラミック基板と前記セラミック基板上に設けられた発熱抵抗体とを有し前記定着フィルムの内面に接触するヒータと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共にトナー像を担持する記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、商用電源から前記発熱抵抗体へ供給する電力を制御する制御手段と、商用電源から前記発熱抵抗体への電力供給回路に設けられており前記ヒータの異常昇温により作動して前記電力供給回路を遮断する安全素子と、を有し、前記セラミック基板上には前記セラミック基板の短手方向の中央に１本、前記中央を基準にして対称な位置関係で２本、合計３本の発熱抵抗体が設けられており、前記基準に対して対称の位置関係にある２本の発熱抵抗体は両端共に前記２本の発熱抵抗体共用の共通電極に繋がっており、商用電源と前記共通電極間の電力供給回路には前記制御手段からの信号に応じて電力供給回路を導通状態と遮断状態に切り換える第１の駆動素子が設けられており、商用電源と前記セラミック基板の短手方向の中央に設けられた１本の発熱抵抗体の電極との間の電力供給回路には前記制御手段からの信号に応じて電力供給回路を導通状態と遮断状態に切り換える第２の駆動素子が設けられている定着装置、に用いられるヒータにおいて、
   前記基準に対して対称な位置関係にある前記２本の発熱抵抗体の両端に設けられた前記共通電極間における前記２本の発熱抵抗体の総抵抗値が、前記中央に設けられた前記発熱抵抗体の抵抗値よりも小さく設定されていることを特徴とするヒータ。

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