JP2000223244A - 加熱体及び定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非通紙領域での発熱を減少させ、高温による
オフセットや、定着フィルムや、加圧ローラ、フィルム
ガイドといった部品の損傷を防止する。 【解決手段】 加熱体Ａのセラミック記録材１の表面側
において、発熱体パターン２Ａの両側にこれと同じ長さ
のＰＴＣパターン（正温度係数特性パターン）３Ａ、３
Ａを形成し、これらＰＴＣパターン３Ａ、３Ａを介し
て、発熱パターン２Ａに通電する。小サイズの転写材Ｐ
の通紙が連続した場合、非通紙領域が２３０℃を超えよ
うとすると、ＰＣＴパターン３Ａ、３Ａにより、この非
通紙領域での抵抗は約１０倍高くなり、発熱体パターン
２Ａ両端部での電流量が中央に比較して１／１０に減少
するため発熱体パターン２Ａのこの部分での発熱量も１
／１０に減る。その結果、非通紙領域での過剰な熱の供
給はなくなり、自然な放熱とのバランスがとれるため
に、２３０℃以上には昇温しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紙等の転写材上に
トナー像を定着させるための加熱体、及びこれを備えた
定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の加熱体Ｄを備えた、従来
の定着装置２０Ｄの縦断面図である。

【０００３】同図中の符号２５は定着フィルム、Ｄは加
熱体、２２は加熱体Ｄの支持と定着フィルムの走行ガイ
ドとを行うフィルムガイド、２６は定着フィルムを加熱
体Ｄに押し付けて、転写材Ｐを加圧搬送する加圧ローラ
である。

【０００４】定着フィルム２５は直径２４mm、厚み５０
μｍのポリイミドの上に４μｍのプライマと１０μｍの
表層（テフロン層）とを積層したものである。

【０００５】加圧ローラ２６は直径１３mmのアルミニウ
ムの芯金２６ａの周りに厚み３．５mmのシリコーンゴム
２６ｂを被覆し、その表層にＰＦＡチューブを被せた
り、又はフッ素樹脂やフッ素ラテックスを塗布したりし
たものである。加熱体Ｄはサーミスタ６の出力に応じて
ＣＰＵ２３がトライアック２４をオン／オフすることに
より温度調整される。

【０００６】図７に、上述の定着装置２０Ｄに用いられ
る加熱体Ｄを示す。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、こ
の順に、従来の加熱体Ｄをそれぞれ下方、上方、前方か
ら見た図、すなわち、下面図、上面図、正面図である。

【０００７】これらの図中の符号１はアルミナやチッ化
アルミを用いたセラミック基材で、発熱体２Ｄとして
は、銀にパラジウムを混ぜて合金化し、これをガラスペ
ーストに混ぜてスクリーン印刷したものを用いる。この
発熱体２Ｄに対する給電のために、銀や銀／白金をガラ
スペーストに混ぜてスクリーン印刷した導体パターン４
Ｄが形成されている。加熱体Ｄの表面（図６における下
面）には、摺動性の改善と絶縁耐圧を得るために、ガラ
スコート１０が施されている。

【０００８】導体パターン４Ｄの端部には電極５が形成
されている。セラミック基材１の背面には、サーミスタ
６とその抵抗を検出するための導体パターン７が形成さ
れている。導体パターン７は、スルーホール８によって
電極９に接続されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のような加熱体２
Ｄを使用した、図６の定着装置２０Ｄで、封筒やはがき
といったサイズの小さい転写材Ｐを通していると、加熱
体Ｄの長手方向両端部の非通紙領域では、転写材Ｐによ
る熱の消費がないため、熱が蓄積されて高温になるた
め、定着装置２０Ｄに用いられるシリコーンゴムや表面
のフッ素樹脂のコート層が剥がれたり、圧縮永久ひずみ
が大きくなるといった問題が発生した。コート層が剥が
れると、加圧ローラ２６表面にトナーが堆積して画像を
汚したり、紙転写材Ｐに粘着して巻き付きジャムを発生
させたりする。また、圧縮永久ひずみが大きくなると、
加圧ローラ２６の弾力性が失われて、周期的に圧力がか
からなくなるため、定着性にムラが生じる。

【００１０】本発明は、上述事情に鑑みてなされたもの
であり、サイズの小さい転写材を連続して通紙した場合
においても、加熱体の両端部の非通紙領域が不要に昇温
することを防止するようにした加熱体、及びこれを備え
た定着装置を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１に係る本発明は、板状の耐熱部材の少なく
とも一方の面に発熱体パターンと、正温度係数特性の抵
抗を有するＰＴＣパターンとを設ける、ことを特徴とす
る。

【００１２】請求項２に係る本発明は、請求項１の加熱
体において、前記発熱体パターンが、前記板状の耐熱部
材の長手方向に対して複数の導通経路を有し、前記ＰＴ
Ｃパターンがこれら導通経路の間全域をつないでいる、
ことを特徴とする。

【００１３】請求項３に係る本発明は、請求項１の加熱
体において、前記発熱体パターンの導通経路全域を挟む
ように前記ＰＴＣパターンが配置されている、ことを特
徴とする。

【００１４】請求項４に係る本発明は、板状の耐熱部材
の少なくとも一方の面に発熱体パターンと、負温度係数
特性の抵抗を有するＮＴＣパターンとを設ける、ことを
特徴とする。

【００１５】請求項５に係る本発明は、請求項４の加熱
体において、前記ＮＴＣパターンが、前記発熱体パター
ンの長手方向の両端にそれぞれ配置されている、ことを
特徴とする。

【００１６】請求項６に係る本発明は、転写材表面に担
持された未定着トナーを加熱して前記転写材上に定着さ
せる加熱体を備えた定着装置において、前記加熱体が、
請求項１、２、３、４、又は５に記載の加熱体である、
ことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面に沿って、本発明の実
施の形態について説明する。

【００１８】〈実施の形態１〉図１に、本発明に係る定
着装置の一例を示す。なお、同図は、定着フィルム２５
を使用した定着装置の縦断面図である。

【００１９】同図に示す定着装置２０は、加熱体（ヒー
タ）Ａと、フィルムガイド２５と、定着フィルム２５
と、加圧ローラ２６とを備えている。

【００２０】加熱体Ａは、転写材Ｐの幅方向に長く形成
された板状の部材であり、セラミック基材１の表面（図
１では下面）に発熱体パターン２Ａを設け、さらに発熱
パターン２Ａの表面をガラスコート１０で覆って形成さ
れている。ガラスコート１０は、摺動性の改善と絶縁耐
圧の獲得が目的である。なお、加熱体Ａについては後に
詳述する。

【００２１】定着フィルム２５は、直径２４mm、厚み５
０μｍのポリイミドの上に４μｍのプライマと１０μｍ
の表層（テフロン層）とを積層したものを無端状に形成
して、フィルムガイド２２に掛け渡したものである。定
着フィルム２５は、後述の加圧ローラ２６の矢印Ｒ２６
方向の回転に伴って矢印Ｒ２５方向に従動回転する。

【００２２】加圧ローラ２６は、直径１３mmのアルミニ
ウムの芯金２６ａの周りに厚み３．５mmのシリコーンゴ
ム２６ｂを被覆し、その表層にＰＦＡチューブを被せた
り、又はフッ素樹脂やフッ素ラテックスを塗布したりし
たものである。加圧ローラ２６は、定着フィルム２５を
加熱体Ａに下方から押し付けている。これにより、定着
フィルム２５と加圧ローラ２６との間には、ニップ幅が
ａの帯状の定着ニップ部Ｎが形成される。加圧ローラ２
６は、駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ２６方向に回
転駆動され、これにより、定着ニップ部Ｎにて転写材Ｐ
を矢印Ｋ方向に搬送する。

【００２３】上述の加熱体Ａの裏面（図１では上面）に
は、温度検知手段であるサーミスタ６が取り付けられて
おり、加熱体Ａは、このサーミスタ６の出力に応じてＣ
ＰＵ２３がトライアック２４をオン／オフすることによ
り温度調整される。

【００２４】図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に加熱体Ａの
構成を示す。なお、この順に、下面図、上面図、正面図
である。以下の説明では、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にお
ける上下方向の寸法を加熱体Ａ（又はセラミック基材
１）の「長さＬ」、（ａ）、（ｂ）における左右方向の
寸法を加熱体Ａ（又はセラミック基材１）の「幅Ｗ」、
（ｃ）における左右方向の寸法を加熱体Ａの「厚さｔ」
というものとする。また、（ａ）に図示されている下面
を「表面」、（ｂ）に図示されている上面を「裏面」と
いうものとする。

【００２５】加熱体Ａは、長板状のセラミック基材１
と、発熱体パターン２Ａと、ＰＴＣパターン３Ａと、導
体パターン４と、電極５とを有している。

【００２６】セラミック基材（耐熱部材）１は、アルミ
ナを、長さＬが２７０mm、幅Ｗが７．７８mm、厚さが
０．６３５mmの長板状に形成したものである。

【００２７】発熱体パターン（抵抗発熱体）２Ａは、セ
ラミック基材１の表面側における幅Ｗ方向の中央に、長
さＬ方向に帯状に長く延びるように形成されている。発
熱体パターン２Ａは、長さ２１５mm、幅１．５mmで総抵
抗が２５Ωとなるように形成した。抵抗パターン２Ａ
は、ペースト材を塗工することで構成されており、この
ペースト材は、５００ppm ／deg の正の温度抵抗係数を
有している。

【００２８】ＰＴＣパターン３Ａは、上述の発熱体パタ
ーン２Ａの幅方向の両側に、発熱体パターン２Ａと同じ
長さに形成されている。すなわち、ＰＴＣパターン３Ａ
は、長さ２１５mm、幅１mmで発熱体パターン２Ａの左右
両側にそれぞれ形成されている。本実施の形態で使用し
たＰＴＣパターン３Ａは、ガラスフリットと、チタン酸
バリウムのようなＰＴＣ特性（抵抗の正温度係数特性）
を有する酸化物セラミックとの混合物である。ＰＴＣパ
ターン３Ａは、３０００ppm ／deg の正温度係数特性を
有するものであった。

【００２９】導電パターン４は、上述のそれぞれのＰＴ
Ｃパターン３Ａに外側に接触するように形成されてい
る。導電パターン４、４は、図２（ａ）における上部の
長さが、ＰＴＣパターン３Ａ、３Ａよりも長く形成され
ていて、それぞれ電極４、４に接続されている。

【００３０】図２（ａ）中のセラミック基材１の表面に
おける下部にも電極９、９が設けてある。これら電極
９、９は、スルーホール８、８を介して裏面側の導体パ
ターン７、７に接続されており、これら電極７、７に
は、セラミック基材１の裏面側の長さＬ歩行のほぼ中央
に配置されたサーミスタ６が接続されている。

【００３１】上述の各パターンは、いずれも例えばスク
リーン印刷によってセラミック基材１の表面又は裏面上
に形成されるものである。

【００３２】なお、セラミック基材１の表面の定着フィ
ルム２５に接触する部分には、摺動性及び絶縁耐圧を持
たせるためにガラス（不図示）がコートされている。

【００３３】上述構成の加熱体Ａを、前述の図１の加熱
体Ａとして定着装置２０に組み込んだ。

【００３４】このような定着装置２０において、加熱体
Ａを２００℃に維持しつつ、幅１００mm、長さ２４０mm
の封筒を連続して毎分８枚の速度で中央基準で通紙し
た。従来の加熱体Ｄ（図７参照）を用いて通紙をする
と、封筒の通っていない非通紙領域では、徐々に温度が
上昇する。実験では、１０枚目で通紙領域の外で加熱体
Ｄの温度は２７０℃に達した。このため、加熱体Ｄは液
晶ポリマーで成形されているフィルムガイド２２を溶融
させ、定着ニップ部Ｎのニップ幅ａが、封筒が通過しな
い両端部で細くなってしまった。また、さらに連続して
通紙していくと、加圧ローラ２６の熱膨張の差が中央と
端部とで直径差として０．３mm（１．５％）として現れ
ることで、定着フィルム２５にねじれが生じてくる。

【００３５】また、加圧ロー２６ラの表面にＦＥＰのよ
うなコートを設けていると、溶融が始まり、剥がれて離
型性が低下してしまうことになる。

【００３６】これに対し、上述の本実施の形態の加熱体
Ａ（図２参照）を用いると、非通紙領域が２３０℃を超
えようとすると、この領域での抵抗は約１０倍高くな
り、両端部での電流量が中央に比較して１／１０に減少
するため発熱体パターン２Ａのこの部分での発熱量も１
／１０に減る。この結果として、非通紙領域での過剰な
熱の供給はなくなり、自然な放熱とのバランスがとれる
ために、２３０℃以上には昇温しない。したがって上記
のような問題は発生しなかった。

【００３７】図５は本実施の形態と従来例との、小サイ
ズ紙通紙中の加熱体（ヒータ）長手方向の温度分布を示
したもので、破線Ｘは従来例、実線Ｙは本実施の形態を
示している。

【００３８】従来例においては、小サイズ通紙領域で
は、制御温度を保っているが、その外側では、昇温して
いる。これに対し、本実施の形態では小サイズ通紙領域
外でも、制御温度が保たれていることがわかる。

【００３９】〈実施の形態２〉図３（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）に、実施の形態２の加熱体Ｂを示す。なお、この
順に、下面図、上面図、正面図である。

【００４０】本実施の形態においては、これらの図に示
すように、１本のＰＴＣパターン３Ｂの両側に２本の発
熱体パターン２Ｂ、２Ｂを形成して、そのさらに外側に
導体パターン４、４を形成したものである。他の構成に
ついては、上述の実施の形態１と同じなので説明は省略
する。

【００４１】ＰＴＣパターン３Ｂは、上述の実施の形態
１のものと同じ正温度抵抗特性のもので、幅１mm、長さ
２１５mmにわたって印刷で形成されている。

【００４２】発熱体パターン２Ｂ、２Ｂの長さは、同じ
く２１５mmで、幅はそれぞれ１．５mmにした。ここで必
ずしも、２本の発熱パターン２Ｂ、２Ｂの幅が同じであ
る必要はない。これら発熱パターン２Ｂ、２Ｂの抵抗値
は２本を幅方向で計って足したものが、２５Ωとなるよ
うにした。

【００４３】ただし、このように２本の発熱体パターン
２Ｂ、２Ｂで構成すると、発熱体パターン２Ｂ、２Ｂの
実際の加熱幅が、実施の形態１に比較して広くなる。単
純に実施の形態１の１．５mmを２mmに広げるよりも、非
加熱体である定着フィルム２５や加圧ローラ２６に対す
る加熱の効率はよくなる。これは形成される定着ニップ
部Ｎのニップ幅ａの両端に近い方で加熱を行うことにな
るので、定着ニップ部Ｎ内での温度分布が広いものにな
るためと考えられる。

【００４４】このように中央部分にＰＴＣパターン３Ｂ
を形成することで、定着ニップ部Ｎ内の最も温度が高く
なる部分にＰＴＣパターン３Ｂを配置することが可能と
なる。この結果、封筒等の小サイズ紙を通紙し始めると
早い時期に、非通紙領域での導通を減少させるので、よ
り早く非通紙領域の昇温を防止することが可能となる。

【００４５】〈実施の形態３〉図４（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）に、実施の形態３の加熱体Ｃを示す。なお、この
順に、下面図、上面図、正面図である。

【００４６】本実施の形態においては、実施の形態１、
２が正温度係数特性のＰＴＣパターン３Ａ、３Ｂを使用
したのに対し、負温度係数特性のＮＴＣパターン３Ｃを
使用している。

【００４７】図３（ａ）に示すように、セラミック基体
１の幅Ｗ方向の中央部に配置された発熱体パターン２Ｃ
の長さＬ方向における非通紙領域になる部分に沿ってＮ
ＴＣパターン３Ｃ、３Ｃを設けている。

【００４８】発熱体パターン２Ｃは、長さ２１５mm、幅
１．５mmで、それぞれの両端から６０mmの長さにわたっ
てそれぞれＮＴＣパターン３Ｃ、３Ｃと接している。Ｎ
ＴＣパターン３Ｃ、３Ｃは、導体パターン４Ｃ、４Ｃを
介して電極５、５につながっている。Ｌ１は最小の通紙
サイズの幅を中央基準で示したものである。レターサイ
ズの紙を通紙するような場合には、ＮＴＣパターン３
Ｃ、３Ｃの部分は非通紙状態にならないので、温度的に
２００℃を超えない。したがって、ＮＴＣパターン３
Ｃ、３Ｃにはほとんど電流は流れず導体パターン４Ｃ、
４Ｃから発熱体パターン２Ｃのそれぞれの端部に対して
電流が流れる。これは、発熱体パターン２Ｃの両端部
は、それぞれ導体パターン４Ｃに直接的に接続されてい
るからである。

【００４９】これに対し、前述の封筒を通紙したような
場合には、ＮＴＣパターン３Ｃ、３Ｃの抵抗が低下して
おり、この部分の方が、発熱体パターン２Ｃに比較して
抵抗が低いのでこの部分を通して、電流が中央近くまで
流れてくる。このため、発熱体パターン２Ｃの両端部で
の電流が少なくなるため、発熱が押さえられる。

【００５０】この場合、Ｂ５のような１８２mmの幅のも
のに対しても、非通紙領域の昇温を防止することが可能
である。これは、通紙領域になっている部分のＮＴＣパ
ターン３Ｃ、３Ｃは抵抗が下がらないため、通紙領域の
すぐ外まではＮＴＣパターン３Ｃ、３Ｃを導通してくる
が、通紙領域ではＮＴＣパターン３Ｃ、３Ｃを通らず
に、発熱体パターン２Ｃの方へ電流経路が移るからであ
る。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
加熱体の一部又は全部に、正温度係数特性又は負温度係
数特性のパターンを組み合わせることにより、非通紙領
域での発熱を減少させ、高温によるオフセットや、定着
フィルムや、加圧ローラ、フィルムガイドといった部品
の損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の定着装置の縦断面図。

【図２】（ａ）は実施の形態１の加熱体の下面図。
（ｂ）は実施の形態１の加熱体の上面図。（ｃ）は実施
の形態１の加熱体の正面図。

【図３】（ａ）は実施の形態２の加熱体の下面図。
（ｂ）は実施の形態２の加熱体の上面図。（ｃ）は実施
の形態２の加熱体の正面図。

【図４】（ａ）は実施の形態３の加熱体の下面図。
（ｂ）は実施の形態３の加熱体の上面図。（ｃ）は実施
の形態３の加熱体の正面図。

【図５】ヒータ長さ方向位置と、ヒータ表面温度との関
係を示す図。

【図６】従来の定着装置の縦断面図。

【図７】（ａ）は従来の加熱体の下面図。（ｂ）は従来
の加熱体の上面図。（ｃ）は従来の加熱体の正面図。

【符号の説明】

１ 耐熱部材（セラミック基材） ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 発熱体パターン ３Ａ、３Ｂ ＰＴＣパターン ３Ｃ ＮＴＣパターン ４、４Ｃ 導体パターン ６ サーミスタ ２０ 定着装置 ２５ 定着フィルム ２６ 加圧ローラ Ａ、Ｂ、Ｃ 加熱体（ヒータ） Ｐ 転写材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状の耐熱部材の少なくとも一方の面に
   発熱体パターンと、正温度係数特性の抵抗を有するＰＴ
   Ｃパターンとを設ける、 ことを特徴とする加熱体。
2. 【請求項２】 前記発熱体パターンが、前記板状の耐熱
   部材の長手方向に対して複数の導通経路を有し、前記Ｐ
   ＴＣパターンがこれら導通経路の間全域をつないでい
   る、 ことを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
3. 【請求項３】 前記発熱体パターンの導通経路全域を挟
   むように前記ＰＴＣパターンが配置されている、 ことを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
4. 【請求項４】 板状の耐熱部材の少なくとも一方の面に
   発熱体パターンと、負温度係数特性の抵抗を有するＮＴ
   Ｃパターンとを設ける、 ことを特徴とする加熱体。
5. 【請求項５】 前記ＮＴＣパターンが、前記発熱体パタ
   ーンの長手方向の両端にそれぞれ配置されている、 ことを特徴とする請求項４に記載の加熱体。
6. 【請求項６】 転写材表面に担持された未定着トナーを
   加熱して前記転写材上に定着させる加熱体を備えた定着
   装置において、 前記加熱体が、請求項１、２、３、４、又は５に記載の
   加熱体である、 ことを特徴とする定着装置。