JP2012252127A - 加熱体及び画像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】商用電源で使用できる範囲の抵抗値であって、抵抗温度係数（ＴＣＲ値）の絶対値が大きいＮＴＣ特性の発熱抵抗体を用いた加熱体及び画像加熱装置を提供する。
【解決手段】発熱抵抗体は前記基板の長手方向に３個以上、電気的に直列接続されるように形成されて発熱抵抗体列を形成し、導電パターンは発熱抵抗体の夫々に電流が基板の短手方向へ流れるように発熱抵抗体の夫々両端に形成される加熱体であって、前記発熱抵抗体列は前記基板の短手方向に２列以上配置され、電気的に並列接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱体とこれを用いた装置、特に複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置に使用される画像加熱装置に関する。画像加熱装置としては、記録材に形成された未定着画像を定着する定着装置や、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を向上させる光沢処理加熱装置等が挙げられる。

電子写真方式の複写機やプリンタには記録材上に形成したトナー像を加熱定着する定着装置が搭載されており、定着装置における加熱方式の１つとして、フィルム加熱方式がある。フィルム加熱方式では、耐熱樹脂や金属をベースにした筒状フィルム（定着フィルム）の内面にセラミックヒータを配置し、定着フィルムを挟んでセラミックヒータ対向位置に加圧ローラを配置して加圧する。そして、定着フィルムと記録材を密着させ、セラミックヒータの熱を記録材へ付与する（特許文献１）。

特開平４−４４０７５号公報

フィルム加熱方式の定着装置を搭載する画像形成装置では、通紙可能な最大サイズの紙よりもある程度小さな幅の紙（小サイズ紙）を通紙した場合、いわゆる非通紙部昇温が発生しやすい。即ち、定着装置の紙搬送方向と直交する長手方向において、紙が通過しない非通紙部領域の温度が徐々に上昇する現象が生ずる。非通紙部領域の温度が高くなり過ぎると、装置内の各パーツの劣化が促進されて、破損の恐れも生じる。また、非通紙部昇温が発生している状態で小サイズ紙より大きな幅の紙を通紙すると、紙端部領域（小サイズ紙を通紙していた際の非通紙部領域）において高温オフセットが発生しやすくなる。

非通紙部昇温を抑制する方法の１つとして、セラミックヒータ基板上の発熱抵抗体としてＮＴＣ特性（温度が上昇すると抵抗値が下がる負の抵抗温度係数（ＴＣＲ値）を備える）の材料を使用するものが知られる。ここで、セラミック基板上にＮＴＣ特性の発熱抵抗体を線帯状に形成して長手方向に給電する方法であると、商用電源で使用できる範囲の抵抗を得ることが困難である場合が多い。

そこで、基板長手方向においてＮＴＣ特性の発熱抵抗体を３つ以上に分割し、分割した発熱抵抗体を紙搬送方向に電流が流れるように給電し、分割された発熱抵抗体が電気的に直列に接続された発熱抵抗体パターンとすることが知られる。これにより、抵抗値を下げて使用することができる（特許文献１）。

しかしながら、近年、画像形成装置の高速化に伴って、非通紙部昇温の抑制に不利な状況となっており、商用電源で使用できる範囲の抵抗値であって、より非通紙部昇温を抑制できる加熱体および画像加熱装置が望まれていた。

本発明の目的は、低コストかつ簡単な構成で非通紙部昇温を抑制できる加熱体および画像加熱装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、電気的に絶縁性を有する細長い基板と、前記基板に形成され、負の抵抗温度特性を備え通電により発熱する複数個の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に給電する電極と、前記電極と前記発熱抵抗体とを電気的に接続する導電パターンと、を有し、前記発熱抵抗体は前記基板の長手方向に３個以上、電気的に直列接続されるように形成されて発熱抵抗体列を形成し、前記導電パターンは前記発熱抵抗体の夫々に電流が前記基板の短手方向へ流れるように前記発熱抵抗体の夫々両端に形成される加熱体であって、前記発熱抵抗体列は前記基板の短手方向に２列以上配置され、電気的に並列接続されることを特徴とする。

本発明によれば、低コストかつ簡単な構成で非通紙部昇温を抑制できる加熱体および画像加熱装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態のヒータの拡大平面図である。 第１の実施形態のヒータの全体平面図である。 本発明の実施形態である画像加熱装置を搭載した画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態である画像加熱装置としての定着装置の概略構成図である。 第１の実施形態のヒータの断面図である。 比較例１のヒータの全体平面図である。 比較例１のヒータの拡大平面図である。 比較例２のヒータの全体平面図である。 比較例２のヒータの拡大平面図である。 比較例１のヒータのモデル図である。 比較例２のヒータのモデル図である。 第１の実施形態のヒータのモデル図である。 第２の実施形態における比較用ヒータの全体平面図である。 第２の実施形態における比較用ヒータの拡大平面図である。 第２の実施形態のヒータの全体平面図である。 第２の実施形態のヒータの拡大平面図である。 第２の実施形態の導電パターンが共有化されたヒータのモデル図である。 第２の実施形態の導電パターンが分離されたヒータのモデル図である。 第１の実施形態のヒータのその他の構成のヒータの断面図である。 第２の実施形態のヒータのその他の構成のヒータの断面図である。 長手方向に３個の発熱抵抗体が直列に配置された場合の、（ａ）は比較例１の概念図、（ｂ）は比較例２の概念図、（ｃ）は発熱抵抗体の紙搬送方向の幅の総和が２ｄの場合の概念図、（ｄ）は発熱抵抗体の紙搬送方向の幅の総和がｄの場合の概念図である。

《第１の実施形態》
以下、図面を参照し本発明の第１の実施形態を説明する。

（１）画像形成装置
図３は、本実施形態の画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概略構成図である。本例の画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンターである。１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ａの時計方向に所定の周速度（プロセススピード）にて回転駆動される。感光ドラム１は、ＯＰＣ・アモルファスＳｅ・アモルファスＳｉ等の感光材料層を、アルミニウムやニッケルなどのシリンダ（ドラム）状の導電性基体の外周面に形成した構成から成る。

感光ドラム１はその回転過程で帯電手段としての帯電ローラ２により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。そして、感光ドラム１の一様帯電面に対してレーザービームスキャナ３から出力される、画像情報に応じて変調制御（ＯＮ／ＯＦＦ制御）されたレーザービームによる走査露光Ｌがなされることにより、感光ドラム面に目的の画像情報の静電潜像が形成される。その形成された潜像が現像装置４でトナーＴにより現像されて可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像との組み合わせで用いられることが多い。

一方、給紙ローラ８の駆動により給紙カセット９内に収容されている記録材Ｐが一枚づつ繰り出されて、ガイド１０・レジストローラ１１を有するシートパスを通る。そして、感光ドラム１と転写ローラ５の圧接部である転写ニップ部に所定の制御タイミングにて給送され、その給送記録材Ｐの面に感光ドラム１面側のトナー画像が順次に転写されていく。転写ニップ部を出た記録材は感光ドラム１の面から順次に分離されて、搬送装置１２で画像加熱装置としての定着装置６に導入されてトナー画像の熱定着処理を受ける。

定着装置６については次の（２）項で詳述する。定着装置６を出た記録材Ｐは、搬送ローラ１３・ガイド１４・排紙ローラ１５を有するシートパスを通って、排紙トレイ１６にプリントアウトされる。また、記録材分離後の感光ドラム面はクリーニング装置７により、転写残りトナー等の付着汚染物の除去処理を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。

本実施形態においては、プロセスピードが３００ｍｍ／ｓｅｃのＡ４サイズ紙対応の画像形成装置を使用した。また、トナーＴはスチレンアクリル樹脂を主成分とし、これに必要に応じて荷電制御成分、磁性体、シリカ等を内添、外添したものを使用した。

（２）定着装置（画像加熱装置）
図４は、本実施形態の画像加熱装置としての定着装置６の概略構成模型図である。定着装置６は、フィルム加熱方式で、筒状の可撓性部材であるフィルム２３と、フィルム２３の内面に接触するヒータ２２と、フィルム２３を介してヒータ２２（加熱体）と定着ニップ部を形成する加圧ローラ（加圧体）２４と、を有する。

即ち、フィルム２３が、一面を加熱体と接触摺動し他面を被加熱材である紙（記録紙）と接触し、加熱体と加圧体により形成されるニップ部で、フィルム２３と記録紙が一緒に挟持搬送されて記録紙が加熱される。加圧ローラ２４はモータＭから動力を受けて矢印ｂ方向に回転する。記録紙をフィルムに密着させるように加圧ローラ２４が回転することによって、フィルム２３が従動して回転する。

ヒータ２２は耐熱樹脂の保持部材２１に保持されている。保持部材２１はフィルム２３の回転を案内するガイドの機能も有している。保持部材２１は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）や液晶ポリマー等の耐熱性樹脂の成形品である。ヒータ２２は、電気的に絶縁性を有する細長いヒータ基板２２ａと、基板２２ａ上に形成された負の抵抗温度特性を備え通電により発熱する複数個の発熱抵抗体２２ｂを有する。更に、導電パターン２２ｆと、発熱抵抗体２２ｂ及び導電パターン２２ｆを覆う絶縁性（本実施形態ではガラス）の表面保護層２２ｃを有する。

発熱抵抗体は基板の長手方向に３個以上、電気的に直列接続される。２２ｅ（図７）は給電用のコネクタと接触する電極であり、導電パターン２２ｆと同材質である。この電極２２ｅは、基板の短手方向に隣接する発熱抵抗体に対しては共有電極となる。
ヒータ基板２２ａの裏面側には、サーミスタ等の温度検知素子２２ｄが当接している。温度検知素子２２ｄの検知温度に応じて、発熱抵抗体２２ｂへの通電が制御される。図４でフィルム２３の厚みは、良好な熱伝導性を確保するため２０μｍ以上６０μｍ以下程度が好ましい。

フィルム２３は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）・ＰＦＡ（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）・ＰＰＳ等の樹脂の単層フィルムである。

あるいは、以下の樹脂からなるベースフィルムの表面にＰＴＦＥ・ＰＦＡ・ＦＥＰ（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）等を離型層としてコーティングした複合層フィルムである。即ち、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）・ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）等である。

加圧ローラ２４は、鉄やアルミニウム等の金属の芯金２４ａと、シリコーンゴム等の弾性体の弾性層２４ｂ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂の離型層２４ｃを有する。

記録材がニップ部Ｎで挟持搬送されることにより記録材上のトナー像は記録材に加熱定着される。ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは排紙トレイ１６に搬送される。

（３）ヒータ２２
次に、ヒータ２２を構成する材料、製造方法等について説明する。図５は定着装置６におけるヒータ２２の断面図である。基板２２ａの材質は、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックスである。発熱抵抗体２２ｂを構成する材料は、ベースとなる酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）やグラファイト等の導電性付与主成分で異なる。

まず酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）について説明する。（Ａ）酸化ルテニウムを含む導電成分、（Ｂ）ガラス成分、（Ｃ）ＴＣＲ調整成分、（Ｄ）有機結着成分、を混合したペーストを基板２２ａ上に印刷した後、焼成したものである。ペーストを焼成すると（Ｄ）の有機結着成分が焼失し、（Ａ）〜（Ｃ）が残る。したがって、焼成した後のヒータ基板上には、酸化ルテニウムを含む導電成分と、抵抗温度係数調整成分と、ガラス成分と、を含有する発熱抵抗体が形成される。

（Ａ）酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）単独、或いは酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）と銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）を含む微粉末
（Ｂ）ガラス粉末（ガラス成分、無機結着成分）
（Ｃ）ＴＣＲ調整成分
（Ｄ）有機結着成分
ここで、（Ａ）で用いる酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）は粒径１μｍ以下であることが望ましく、更には０．２μｍ以下であることが好ましい。酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）は非金属系導電成分であり、固有抵抗としては金属系導電成分ほどではないものの、十分に抵抗の低い材料であり、抵抗ペースト材料として好適である。例えば金属である銀の固有抵抗が１．６２×１０^−６Ω・ｃｍであるに対して、酸化ルテニウムの固有抵抗は４×１０^−５Ω・ｃｍである。

一般に固有抵抗の低い金属系導電成分は、各種結着成分と配合、合金化されることで発熱抵抗体としての適正なシート抵抗値に調整される。しかしながら、これらの金属系導電成分を発熱抵抗体の材料として用いても、ＴＣＲを負の特性にするに至っていない。一例を示すと、銀（Ａｇ）単独でのＴＣＲは約＋３０００ｐｐｍ／℃程度であり、銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）の合金で最もＴＣＲが小さくても＋１００ｐｐｍ／℃程度が限界であった。

一方、酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）は、単独ではＴＣＲが約＋３０００ｐｐｍ／℃程度であるものの、以下に述べるＴＣＲ調整成分との組み合わせにより、厚膜抵抗ペーストのＴＣＲを負側へシフトさせ、ＮＴＣ特性を示す事も可能となる。即ち、フィルム加熱方式の画像加熱装置に搭載するヒータの発熱抵抗体として、要求されるシート抵抗を満足しつつ、ＮＴＣ特性を達成する上で酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）は非常に好適である。

（Ｃ）で示されるＴＣＲ調整成分は、酸化マンガン（ＭｎＯ_２）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化アンチモン（ＳＢ_２Ｏ_２）のうちの少なくとも一つであり、ＴＣＲを負の特性（ＮＴＣ）にするために特に重要である。ＴＣＲ調整成分の粒径は１０μｍ以下であることが望ましく、更には５μｍ以下であることが好ましい。このＴＣＲ調整成分は銀・パラジウム合金（Ａｇ・Ｐｄ）には作用せず、酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）に作用し、ＴＣＲをマイナス側へシフトさせる効果がある。

なお、酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）を主体とした導電成分からなる発熱抵抗体２２ｂは、銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）に酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）を加えた導電成分よりもシート抵抗値が高くなる傾向にある。酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）を主体とする、または酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）に銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）を加える、のどちらを選択するかは、ヒータ２２を設計する上で必要な発熱抵抗体２２ｂの総抵抗値等を考慮して適宜選択、或いは調整すれば良い。

ところで、銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）の合金においては、銀とパラジウムの混合比率によってＴＣＲが変化する。銀（Ａｇ）が９５重量％を超え、パラジウム（Ｐｄ）が５重量％未満であると、ＴＣＲが正の方向（ＰＴＣ）へ大きくなり過ぎてしまう。よって、銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）に酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）及びＴＣＲ調整成分を混合しても、銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）の合金のＴＣＲが正に大きすぎると、ＮＴＣ特性を得る事が難しくなる。

そこで、銀・パラジウム合金のＰＴＣを小さく抑えるため、パラジウムの含有量は５重量％以上かつ６０重量％の範囲が好ましい。ただし、パラジウム（Ｐｄ）は非常に高価であるため、５重量％以上４０重量％以下がより好ましい。また、上記（Ａ）〜（Ｄ）以外においても本発明の特性を損なわない程度の微量であれば他の材料が含まれる事は問題無い。

また、（Ｃ）のガラス粉末の比率及び具体的材料の選定は、本発明の特性を損なわない範囲で適宜選択されれば良い。ガラス粉末の抵抗ペースト剤に占める割合としては、５重量％以上７０重量％以下が好ましいが、ガラスの占める割合が大きいと抵抗値が大きくなってしまうため、３０重量％以下がより好適である。酸化ルテニウム以外でＮＴＣ特性を示す抵抗ペースト材料としてグラファイトも好適である。一般的にグラファイト自身がＮＴＣ特性を示す為、酸化ルテニウム系のようなＴＣＲ調整剤を用いること無くＮＴＣ特性を示す事が出来る。

給電用電極２２ｅと導電パターン２２ｆは、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）や銀・白金（Ａｇ・Ｐｔ）合金、銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）合金などを主体とする導電ペーストを用いてスクリーン印刷法にて形成している。給電用電極２２ｅと導電パターン２２ｆは発熱抵抗体２２ｂに給電する目的で設けられているので、抵抗は発熱抵抗体２２ｂに対して十分低くしている。２２ｃは、発熱抵抗体２２ｂのオーバーコート層であり、発熱抵抗体２２ｂとフィルム２３との電気的な絶縁性を確保すること、及びヒータ２２とフィルム２３との摺動性を確保することを主な目的として設けてある。

（４）製造方法
次に、ヒータ２２の製造方法を説明する。初めに、抵抗ペーストを基板２２ａ上にスクリーン印刷して塗布膜を形成する。この後、塗布膜を乾燥し、焼成炉中で焼成ピーク温度が約８５０℃で約１０分間（焼成炉経過時間は約４０分）焼成する。この焼成によりペースト中に含まれていたバインダー類は蒸発飛散する。そして、無機結着成分であるガラス成分が溶融し、酸化マンガンと酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）のみ、或いは酸化マンガンと酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）と銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）の混合物を基板２２ａ上の表面に固着させて発熱抵抗体２２ｂを形成する。

次に、基板２２ａ上に前述した導電ペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥した後、抵抗ペーストの場合と同様に焼成することにより給電用電極２２ｅと導電パターン２２ｆを形成する。ここでは発熱抵抗体２２ｂを先に形成し、後に給電用電極２２ｅと導電パターン２２ｆを形成したが、この順序は逆にしてもかまわない。発熱抵抗体２２ｂ、給電用電極２２ｅ及び導電パターン２２ｆは必要に応じて適宜重ねて塗ることは何ら問題ない。

その後、オーバーコート層２２ｃを形成する。これは例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を主成分とした酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）−酸化亜鉛（ＺｎＯ）−酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）系のガラス粉末と、エチルセルロール（有機結着成分）とともに有機溶剤で混練してなるガラスペーストを用いる。即ち、このガラスペーストを表面部分に隙間無く連続して塗膜を形成する。

そして、この塗布膜を乾燥した後、焼成炉中で焼成ピーク温度が約８５０℃で約１０分間（焼成炉経過時間は約４０分）焼成して、厚さ１５μｍから１００μｍのガラス質のオーバーコート層を得る。厚みの必要に応じて適宜重ねて塗ることは何ら問題無い。本実施形態では、オーバーコート層として厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。

次にグラファイトを導電主成分としてペースト材料を用いた場合について説明する。まず、基板２２ａ上に給電用電極２２ｅ、導電パターン２２ｆをスクリーン印刷して塗布膜を形成する。この後、塗布膜を乾燥し、焼成炉中で焼成ピーク温度が約８５０℃で約１０分間（焼成炉経過時間は約４０分）焼成する。次にグラファイトを導電性付与の主成分とした抵抗ペーストを給電用電極２２ｅと導電パターン２２ｆと同様にスクリーン印刷し、乾燥、焼成することで発熱抵抗体２２ｂを形成する。

グラファイトは７００℃程度で表面酸化が始まるので、焼成温度は約６００℃とした。その後、オーバーコート層２２ｃをスクリーン印刷により形成し、乾燥、焼成する。グラファイトの耐熱性に考慮して、オーバーコート層２２ｃの材料は４００〜５００℃で焼成可能なガラスを選択すれば良い。

（発熱抵抗体の配置比較）
次に、本実施形態の発熱抵抗体２２ｂの配置（形状・特性含む）について、比較例１、比較例２と共に更に詳細に説明する。なお、各例とも幅８．７５ｍｍ・長さ２７０ｍｍ・厚さ１ｍｍのアルミナ基板を使用した。

１）比較例１
図６、図７は比較例１におけるヒータ形状を表わしている。比較例１における発熱抵抗体２２ｂは、従来の銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）を導電成分とし、ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤と混練して調合したペーストをアルミナ基板２２ａ上にスクリーン印刷により形成した。比較例１では１つの発熱抵抗体２２ｂを使用する。発熱抵抗体２２ｂの長手方向の長さａは２２５ｍｍ、幅方向の長さｄは２．０ｍｍとした。発熱抵抗体２２ｂの厚さは約１５μｍとした。

導電パターン２２ｆの幅ｃは０．５ｍｍとした。距離ｂ、幅ｃは製造上可能な最小の値である。基板端から導電パターン２２ｆまでの距離ｅは、製造上０．７ｍｍ程度必要となるが、比較例１では２．９ｍｍ程度あり、十分である。比較例１における発熱抵抗体２２ｂのシート抵抗値は約０．２２Ω／□（ｏｈｍ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ）であり、発熱抵抗体２２ｂの常温における総抵抗（給電用電極間の抵抗）は約１６．５Ωとなった。また、２５℃〜１２５℃の温度範囲における抵抗値の平均変化率ＨＯＴ−ＴＣＲ（２５℃〜１２５℃）は＋８９５ｐｐｍ／℃となり、ＰＴＣ特性を示した。

給電用電極２２ｅに給電されると、電流Ｉは発熱抵抗体２２ｂ・導電パターン２２ｆを図７に示す矢印方向に流れる。即ち、発熱抵抗体２２ｂにおいては、電流Ｉは基板２２ａの長手方向に流れる。

２）比較例２
図８、図９は比較例２におけるヒータ形状を表わしている。比較例２では、４１個の発熱抵抗体２２ｂを長手方向へ等間隔に並べた発熱抵抗体列が１列形成されている。発熱抵抗体列を形成する４１個の各発熱抵抗体２２ｂ間の距離ｂは０．５ｍｍとした。また、各発熱抵抗体２２ｂの長手方向の長さａは５．０ｍｍ、幅方向の長さｄは２．０ｍｍとし、全て同じ形状とした。

よって、発熱抵抗体列の全長は２２５ｍｍ（隙間ｂ分含む）となり、比較例１とほぼ同一となる。発熱抵抗体２２ｂの厚さは約１５μｍとし、比較例１と同一とした。分割された各導電パターン２２ｆの幅ｃも０．５ｍｍとした。距離ｂ、幅ｃは製造上可能な最小の値である。基板端から導電パターン２２ｆまでの距離ｆは、製造上０．７ｍｍ程度必要となるが、比較例２では２．４ｍｍ程度あり、十分である。

発熱抵抗体列を構成する各発熱抵抗２２ｂは電気的に直列に接続されている。よって、給電用電極２２ｅに給電されると、電流Ｉは発熱抵抗体２２ｂ・導電パターン２２ｆを図９に示す矢印方向に流れ、発熱抵抗体列を形成する各発熱抵抗体２２ｂにおいては記録材Ｐの搬送方向に給電される（以下、搬送方向給電と記す）。即ち、各発熱抵抗体２２ｂ中を流れる電流Ｉは、基板２２ａの短手方向（幅方向）に流れる。

発熱抵抗体２２ｂは、酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）、銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）を主たる導電成分として用いた。発熱抵抗体２２ｂの常温における総抵抗（給電用電極間の抵抗）が約１６．５Ωとなるように酸化マンガン（ＭｎＯ_２）を用いてＴＣＲ及び固有抵抗の調整を行なった。その結果、２５℃〜１２５℃の温度範囲における抵抗値の平均変化率ＨＯＴ−ＴＣＲ（２５℃〜１２５℃）は約−１４５ｐｐｍ／℃となった。そして、発熱抵抗体２２ｂのシート抵抗値は約１．５Ω／□（ｏｈｍ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ）となった。

３）本実施形態
図１、図２は本実施形態におけるヒータ配置を表わしている。本実施形態では４１個の発熱抵抗体２２ｂを長手方向へ等間隔に並べた発熱抵抗体列が２列形成されている。即ち、計８２個の発熱抵抗体２２ｂが基板上に形成されている。 発熱抵抗体列を形成する４１個の各発熱抵抗体２２ｂ間の距離ｂは０．５ｍｍとした。また、各発熱抵抗体２２ｂの長手方向の長さａは５．０ｍｍ、幅方向の長さｄは１．０ｍｍとし、全て同じ形状とした。よって、発熱抵抗体列の全長は約２２５ｍｍ（隙間ｂ分含む）となり、比較例１、比較例２とほぼ同一となる。

また、熱抵抗体２２ｂの総面積は、比較例２とほぼ同一となる。発熱抵抗体２２ｂの厚さは約１５μｍとし、比較例１及び比較例２と同一とした。分割された各導電パターン２２ｆの幅ｃも０．５ｍｍとした。距離ｂ、幅ｃは製造上可能な最小の値である。基板端から導電パターン２２ｆまでの距離ｆは、製造上０．７ｍｍ程度必要となるが、本実施形態では１．６ｍｍ程度あり、十分である。

発熱抵抗体列を構成する各発熱抵抗体２２ｂは、電気的に直列に接続されている。また、２列ある発熱抵抗体列は電気的に並列に接続されている。よって、給電用電極２２ｅに給電されると、電流Ｉは発熱抵抗体２２ｂ・導電パターン２２ｆを図１の矢印方向に流れる。即ち、発熱抵抗体列を形成する各発熱抵抗体２２ｂにおいては搬送方向給電となり、基板２２ａの短手方向（幅方向）に流れる。そして、２つの発熱抵抗体列は電気的に並列接続されている為、各発熱抵抗体２２ｂに流れる電流値はＩ／２となる。

発熱抵抗体２２ｂは、酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）、銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）を主たる導電成分として用いた。発熱抵抗体２２ｂの常温における総抵抗（給電用電極間の抵抗）が約１６．５Ωとなるように酸化マンガン（ＭｎＯ_２）を用いてＴＣＲ及び固有抵抗の調整を行なった。その結果、２５℃〜１２５℃の温度範囲における抵抗値の平均変化率ＨＯＴ−ＴＣＲ（２５℃〜１２５℃）は約−５１３ｐｐｍ／℃となった。そして、発熱抵抗体２２ｂのシート抵抗値は約６Ω／□（ｏｈｍ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ）となった。

（抵抗温度係数（ＴＣＲ値）の比較）
ここで、図２１を用いて、本実施形態におけるＴＣＲ値（約−５１３ｐｐｍ／℃）が比較例２におけるＴＣＲ値（約−１４５ｐｐｍ／℃）より下っている、即ち絶対値として大きくなっている理由について述べる。本実施形態は２列の発熱抵抗体列を電気的に並列に接続している。

そのために、比較例１（図２１（ａ））と総抵抗（給電用電極間の抵抗）が同一な条件において、比較例２（図２１（ｂ））に比べて発熱抵抗体列１列分の抵抗値を２倍（図２１（ｃ））にすることが可能となる。即ち、各発熱抵抗体２２ｂの紙搬送方向の単位長さの固有抵抗を２倍の２Ｒ／Ｗとすることが可能となる。

図２１（ｃ）の配置も本発明の範囲内であるが、更に定着性をほぼ同一な条件にする為、各発熱抵抗体２２ｂの幅方向（搬送方向）の長さｄの総和をＷと等しくした。この場合、本実施形態における各発熱抵抗体２２ｂの幅方向の長さｄは比較例２に比べて１／２のＷ／２となる（図２１（ｄ））。即ち、紙搬送方向の単位長さの固有抵抗を２倍にすることで、本実施形態では比較例２に対して各発熱抵抗体２２ｂの紙搬送方向の単位長さの固有抵抗をトータルで４倍の４Ｒ／Ｗとすることが可能となる。

ここで、ＴＲＣ値とは、温度Ｔ０のときの抵抗値をＲ０、温度Ｔ１のときの抵抗値をＲ１とすると、以下の式で表される。

ＴＣＲ＝（Ｒ１−Ｒ０）／［Ｒ０×（Ｔ１−Ｔ０）］
即ち、負の抵抗温度特性を備える場合、例えば温度が２５℃から１２５℃へ上昇したときの固有抵抗Ｒ０に対する低下量ΔＲの比（ΔＲ／Ｒ０）に比例する。固有抵抗Ｒ０が大きいほど低下量ΔＲは大きくなるが、例えば酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）を包囲するガラスの量が調製されることで、固有抵抗Ｒ０が４倍になるとき、低下量ΔＲを４倍より大きくすることができる。これにより、ＴＲＣ値が大きくなる。

ここで、ＴＣＲ値を更に下げると、即ち絶対値としてＴＣＲ値を更に大きくすると、固有抵抗が大きくなって総抵抗値が大きくなってしまい、商用電源では使用できない範囲の抵抗となってしまう。本実施形態は電気的に並列接続することにより、この課題を解決している。なお、比較例１、比較例２、本実施形態では、給電用電極２２ｅは基板端部の同じ側に設けているが、基板２２ａの両端部に配置してもよい。

（非通紙部昇温の比較）
それでは次に、非通紙部昇温について詳細に説明する。比較例１のヒータを備えた加熱装置６に小サイズ紙を通紙すると、前述した非通紙部昇温が顕著に発生する。比較例１のヒータを本実施形態で説明した定着装置６に搭載した場合を考え、以下、非通紙部昇温についてモデル図を用いて説明する。図１０は比較例１における発熱抵抗体２２ｂのモデル図である。ここでは、発熱抵抗体２２ｂを長さ方向に４１分割して考え、中央部２３個の各抵抗をそれぞれｒ１、端部１７個の各抵抗をそれぞれｒ２と考える。中央部と端部の温度が同じであればｒ１＝ｒ２である。

（２３×ｒ１＋１８×ｒ２）が総抵抗になり、常温では約１６．５Ωである。ヒータへ供給される電流をＩとすると、中央部の発熱量ｑ１はＩ^２×ｒ１、端部の発熱量ｑ２はＩ^２×ｒ２となる。

判りやすく説明するため、幅が２３×Ｌ（＝１２６．２２ｍｍ）の小サイズ紙が通紙された場合を考えると、中央部の抵抗ｒ１の部分は通紙部に、端部の抵抗ｒ２の部分は非通紙部になる。定着処理中は、通紙部に設けられた検温素子２２ｄの検知温度が目標温度を維持するように発熱抵抗体への通電を制御する温度管理を行うので、小サイズ紙に熱を奪われる通紙部に比べて、小サイズ紙に熱を奪われない非通紙部の温度は上昇する。

比較例１における発熱抵抗体２２ｂのＨＯＴ−ＴＣＲ（２５℃〜１２５℃）は約＋８９５ｐｐｍ／℃となり、ＰＴＣ特性であるため、小サイズ紙通紙時はｒ１＜ｒ２となる。電流Ｉは通紙部・非通紙部で同じであるためｑ１＜ｑ２となり、非通紙部の発熱量は中央部の発熱量よりも大きくなる。

比較例２のヒータ２２についても同様のモデル図を用いて考えてみる。図１１は比較例２における発熱抵抗体２２ｂのモデル図である。発熱抵抗体列を構成する４１分個の発熱抵抗体２２ｂのうち、中央部２３個の抵抗値をｒ３、端部１８個の抵抗値をｒ４とする。中央部と端部の温度が同じであればｒ３＝ｒ４である。（２３×ｒ３＋１８×ｒ４）が総抵抗になり、常温では約１６．５Ωである。

よって、通紙を行っていない状態で第１の実施形態と比較例２の発熱抵抗体の温度が同じであればｒ１＝ｒ２＝ｒ３＝ｒ４となっている。ヒータへ供給される電流をＩとすると、中央部の発熱量ｑ３はＩ^２×ｒ３、端部の発熱量ｑ４はＩ^２×ｒ４となる。

比較例１のヒータの場合と同様に、１２６．２２ｍｍの小サイズ紙が通紙された場合を考えると、中央部の抵抗がｒ３の部分は通紙部に、端部の抵抗がｒ４の部分は非通紙部になる。比較例２のヒータでも比較例１のヒータの場合と同じく、小サイズ紙を通紙すると通紙部よりも非通紙部の温度が高くなる。比較例２における発熱抵抗体２２ｂのＨＯＴ−ＴＣＲ（２５℃〜１２５℃）は約−１４５ｐｐｍ／℃となりＮＴＣ特性であるため、小サイズ紙通紙時はｒ３＞ｒ４となる。

各発熱抵抗体２２ｂに流れる電流は通紙部・非通紙部で同じであるためｑ３＞ｑ４となり、比較例２の場合は、非通紙部の発熱量は中央部の発熱量よりも小さくなる。

次に本実施形態のヒータ２２について同様のモデル図を用いて考えてみる。図１２は本実施形態における発熱抵抗体２２ｂのモデル図である。発熱抵抗体列を構成する４１分個の発熱抵抗体２２ｂのうち、中央部２３個の抵抗値をｒ５、端部１８個の抵抗値をｒ６とする。中央部と端部の温度が同じであればｒ５＝ｒ６である。発熱抵抗体列は２列あり、電気的に並列接続されている為、（２３×ｒ５＋１８×ｒ６）／２が総抵抗になり、常温では約１６．５Ωである。

よって、通紙を行っていない状態で第１の実施形態と比較例２の発熱抵抗体の温度が同じであればｒ１＝ｒ２＝ｒ３＝ｒ４＝ｒ５／２＝ｒ６／２となっている。ヒータへ供給される電流をＩとすると、各発熱抵抗体列に流れる電流値はＩ／２となり、中央部の発熱量ｑ５は（Ｉ／２）^２×ｒ５×２、端部の発熱量ｑ６は（Ｉ／２）^２×ｒ６×２となる。

比較例１、比較例２のヒータの場合と同様に、１２６．２２ｍｍの小サイズ紙が通紙された場合を考えると、中央部の抵抗がｒ５の部分は通紙部に、端部の抵抗がｒ６の部分は非通紙部になる。本実施形態のヒータでも比較例１、比較例２のヒータの場合と同じく、小サイズ紙を通紙すると通紙部よりも非通紙部の温度が高くなる。本実施形態の発熱抵抗体２２ｂにおけるＨＯＴ−ＴＣＲ（２５℃〜１２５℃）は約−５１３ｐｐｍ／℃となりＮＴＣ特性であるため、小サイズ紙通紙時はｒ５＞ｒ６となる。

各発熱抵抗体２２ｂに流れる電流は通紙部・非通紙部で同じであるためｑ５＞ｑ６となり、本実施形態の場合も、比較例２と同様に非通紙部の発熱量は中央部の発熱量よりも小さくなる。

比較例１、比較例２、本実施形態におけるヒータの発熱抵抗体幅の総和は、ほぼ同じである為、定着性もほぼ同等である。よって、同じ小サイズ紙を通紙したときの通紙部の発熱量（＝定着性）はほぼ同等、すなわちｑ１＝ｑ３＝ｑ５となる。故に、同じ小サイズ紙を通紙したときの非通紙部の発熱量はｑ２＞ｑ４、ｑ２＞ｑ６となる。また、比較例２のＨＯＴ−ＴＣＲ（２５℃〜１２５℃）は約−１４５ｐｐｍ／℃で、本実施形態のＨＯＴ−ＴＣＲ（２５℃〜１２５℃）は約−５１３ｐｐｍ／℃であり、本実施形態の方が比較例２よりも非通紙部における抵抗値ダウン幅は大きくなる。よって、ｑ４＞ｑ６となる。

なお、本実施形態では、図１２に示したように、紙端と発熱抵抗体２２ｂの隙間（長さｂの部分）が一致している小サイズ紙を例に挙げて非通紙部昇温防止の効果を説明したが、紙端と隙間が一致していない紙幅の小サイズ紙においても、非通紙部昇温は低減できる。

（比較実験）
次に、比較例１、比較例２、本実施形態のヒータでの比較実験例を示す。比較例１、比較例２、本実施形態でヒータ以外の加熱装置・画像形成装置の構成は同じとし、加熱装置が十分室温（２３℃）になじんだ状態からハガキサイズの記録材を連続で１００枚通紙したときの、非通紙部温度（ヒータ裏面を熱電対で測定）を比較した。定着目標温度は２００℃とした。入力電圧は１００Ｖとした。画像形成装置のプロセススピードは１２０ｍｍ／ｓｅｃとした。結果を表１に示す。

表１に示すように、比較例２は比較例１より非通紙部昇温が下っている。そして、本実施形態では更に比較例２より大幅に非通紙部温度を下げることができた。

以上述べた本実施形態によれば、商用電源で使用できる範囲の抵抗値であって、抵抗温度係数（ＴＣＲ値）の絶対値が大きいＮＴＣ特性の発熱抵抗体を用いた加熱体を提供できる。また、低コストかつ簡単な構成で非通紙部昇温を抑制できる画像加熱装置を提供できる。

《第２の実施形態》
以下、図面を参照し本発明の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と異なる点は、ヒーターの発熱抵抗体及び導電パターンのみであり、それ以外の加熱体、加熱装置、画像形成装置の構成は第１の実施形態と同一である。第１の実施形態では、２列の発熱抵抗体列を電気的に並列接続することで、発熱抵抗体の固有抵抗（図２１（ｄ））を比較例２の固有抵抗（図２１（ｂ））に対して４倍大きくし、ＴＣＲを下げることを可能にしていた。よって、更に固有抵抗を大きくしてＴＣＲを下げるには、電気的に並列接続する発熱抵抗体列の本数を増やせば良い。

図１３、図１４は、発熱抵抗体列を４列にして電気的に並列接続した場合のヒータである。４２個の発熱抵抗体２２ｂを長手方向へ等間隔に並べた発熱抵抗体列が４列形成されている。すなはち、計１６８個の発熱抵抗体２２ｂが基板上に形成される。 発熱抵抗体列を形成する４１個の各発熱抵抗体２２ｂ間の距離ｂは０．５ｍｍとした。また、各発熱抵抗体２２ｂの長手方向の長さａは５．０ｍｍ、幅方向の長さｄは０．５ｍｍとし、全て同じ形状とした。発熱抵抗体２２ｂの厚さは約１５μｍとし、第１の実施形態と同一とした。分割された各導電パターン２２ｆの幅ｃも０．５ｍｍとした。

距離ｂ、幅ｃは製造上可能な最小の値である。よって、発熱抵抗体列の全長は２２５ｍｍ（隙間ｂ分含む）となり、第１の実施形態とほぼ同一となる。各発熱抵抗体２２ｂの幅方向長さｄの総和も第１の実施形態と同一となり、定着性もほぼ同一な条件となる。しかしながら、基板端から導電パターン２２ｆまでの距離ｆが０．１ｍｍ程度となり、製造上必要な０．７ｍｍ程度に満たない結果となってしまった。距離ｆの値を大きくするには、ヒータ基板幅を広くすれば良いものの、画像加熱装置及び画像形成装置の大型化、コストアップが必要となってしまう。

そこで、本実施形態では導電パターンを工夫し、狭いヒータ基板幅で、なるべく多くの発熱抵抗体列を電気的に並列接続する方法を提案する。図１５、図１６は、本実施形態における発熱抵抗体列を４本にした場合の発熱抵抗体及び導電パターンである。４２個の発熱抵抗体２２ｂを長手方向へ等間隔に並べた発熱抵抗体列が４列形成されている。即ち、計１６８個の発熱抵抗体２２ｂが基板上に形成される。発熱抵抗体列を形成する４１個の各発熱抵抗体２２ｂ間の距離ｂは０．５ｍｍとした。

また、各発熱抵抗体２２ｂの長手方向の長さａは５．０ｍｍ、幅方向の長さｄは０．５ｍｍとし、全て同じ形状とした。発熱抵抗体２２ｂの厚さは約１５μｍとし、第１の実施形態と同一とした。分割された各導電パターン２２ｆの幅ｃも０．５ｍｍとした。距離ｂ、幅ｃは製造上可能な最小の値である。よって、発熱抵抗体列の全長は２２５ｍｍ（隙間ｂ分含む）となり、第１の実施形態とほぼ同一となる。各発熱抵抗体２２ｂの幅方向長さｄの総和も第１の実施形態と同一となり、定着性もほぼ同一な条件となる。そして、基板端から導電パターン２２ｆまでの距離ｆは１．６ｍｍ程度となり、製造上必要な０．７ｍｍ程度の条件を十分満す。

図１５、図１６に示したように、本実施形態の特徴は短手方向に並んでいる発熱抵抗体２２ｂ間の導電パターンが共有化されている点にある。図１７は、このように共有化されている場合における発熱抵抗体２２ｂのモデル図である。回路の対称性から図１７中の破線部分の配線部分は、共有されずに図１８のように分離された構成としても良い。

これは、発熱抵抗体列を構成する各発熱抵抗２２ｂが電気的に直列に接続され，４列ある発熱抵抗体列は電気的に並列に接続されてことに等しい。よって、給電用電極２２ｅに給電されると、電流Ｉは発熱抵抗体２２ｂ・導電パターン２２ｆを図１６に示す矢印方向に流れ、発熱抵抗体列を形成する各発熱抵抗体２２ｂにおいては搬送方向給電となり、基板２２ａの幅方向に流れる。そして、２つの発熱抵抗体列は電気的に並列接続されている為、各発熱抵抗体２２ｂに流れる電流値はＩ／４となる。

発熱抵抗体２２ｂは、酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）、銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）を主たる導電成分として用いた。発熱抵抗体２２ｂの常温における総抵抗（給電用電極間の抵抗）が約１６．５Ωとなるように酸化マンガン（ＭｎＯ_２）を用いてＴＣＲ及び固有抵抗の調整を行なった。その結果、２５℃〜１２５℃の温度範囲における抵抗値の平均変化率ＨＯＴ−ＴＣＲ（２５℃〜１２５℃）は約−６９６ｐｐｍ／℃となり、実施形態１より更に小さい値となった。そして、発熱抵抗体２２ｂのシート抵抗値は約２４Ω／□（ｏｈｍ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ）となった。

次に本実施形態のヒータを使用した実験例を示す。本実施形態でもヒータ以外の加熱装置・画像形成装置の構成は、先に説明した第１の実施形態と同じである。このようにして、定着装置が十分室温（２３℃）になじんだ状態からハガキサイズの記録材を連続で１００枚通紙したときの、非通紙部温度（ヒータ裏面を熱電対で測定）を比較した。定着目標温度は２００℃とした。入力電圧は１００Ｖとした。画像形成装置のプロセススピードは１２０ｍｍ／ｓｅｃとした。その結果、非通紙部昇温は２４０℃となり、ヒータ基板幅を保ちつつ、実施形態１より更に非通紙部温度を下げることができた。

本実施形態では発熱抵抗体列の本数が４列の場合を説明したが、これに限るものではなく、２列以上配置されるものであれば良い。発熱抵抗体列の本数を基板上に形成できる最大の本数にすれば、最も高いシート抵抗値の材質が使用でき、非通紙部昇温抑制の観点からはより望ましい。

また、発熱抵抗体列を形成する各発熱抵抗体の隙間部分が広くなると、その部分の定着性が劣化する恐れがある。そのような場合には、発熱抵抗体列を形成する各発熱抵抗体の隙間の位置を各発熱抵抗体列で長手方向にずらすことで回避できる。図１９は第１の実施形態で説明したヒータパターンにおいて、各発熱抵抗体列で長手方向にずらした場合を示している。

そして、図２０は第２の実施形態で説明したヒータパターンにおいて、各発熱抵抗体列で長手方向にずらした場合を表わしている。図１９、図２０共に、発熱抵抗体列を形成する各発熱抵抗体の隙間部分がずれている為、長手方向全域にわたって、発熱抵抗体が存在しない領域が無く、より良好な定着性を確保することが可能となる。

６・・定着装置、２２・・ヒータ、２３・・フィルム、２４・・加圧ローラ、Ｐ・・記録材、Ｎ・・ニップ

Claims (10)

1. 電気的に絶縁性を有する細長い基板と、
   前記基板に形成され、負の抵抗温度特性を備え通電により発熱する複数個の発熱抵抗体と、
   前記発熱抵抗体に給電する電極と、
   前記電極と前記発熱抵抗体とを電気的に接続する導電パターンと、
   を有し、
   前記発熱抵抗体は前記基板の長手方向に３個以上、電気的に直列接続されるように形成されて発熱抵抗体列を形成し、
   前記導電パターンは前記発熱抵抗体の夫々に電流が前記基板の短手方向へ流れるように前記発熱抵抗体の夫々両端に形成される加熱体であって、
   前記発熱抵抗体列は前記基板の短手方向に２列以上配置され、電気的に並列接続されることを特徴とする加熱体。
2. 抵抗温度係数（ＴＣＲ値）が、前記発熱抵抗体列が１列の場合に比べ大きいことを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
3. 前記発熱抵抗体の導電性付与主成分が酸化ルテニウムもしくはグラファイト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。
4. 前記発熱抵抗体の導電性付与主成分が酸化ルテニウムであり、酸化ルテニウムに作用し抵抗温度係数（ＴＣＲ値）をマイナス側へシフトさせる調整成分として、酸化マンガン、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化アンチモンのうちの少なくとも一つを備える
   ことを特徴とする請求項３に記載の加熱体。
5. 前記電極が前記基板の短手方向に隣接する発熱抵抗体に対しては共有電極となることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加熱体。
6. 前記発熱抵抗体列の前記基板の短手方向の幅の総和が所定値であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の加熱体。
7. 前記発熱抵抗体列を形成する隣接した前記発熱抵抗体の隙間の位置が、列に拘らず前記基板の長手方向で同じ位置となることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加熱体。
8. 前記発熱抵抗体列を形成する隣接した前記発熱抵抗体の隙間の位置が、列によって前記基板の長手方向で異なる位置となることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加熱体。
9. 加熱体と、一面を加熱体と接触摺動し他面を被加熱材と接触する可撓性部材と、可撓性部材を介して被加熱材を加熱体に密着させる加圧体とを有し、加熱体と加圧体により形成されるニップ部で可撓性部材と被加熱材を一緒に挟持搬送して被加熱材を加熱する画像加熱装置において、前記加熱体が請求項１乃至８のいずれか１項に記載の加熱体であることを特徴とする画像加熱装置。
10. 前記発熱抵抗体列の前記基板の短手方向の幅の総和がニップ幅に等しいことを特徴とする請求項９に記載の画像加熱装置。