JP2005310494A - ヒータ、加熱装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータを構成する基板の角部に定着フィルムが当たる条件下でも、定着フィルムとの摺動性を良好にさせて耐久性の向上を図ることのできるヒータを実現する。
【解決手段】耐熱・絶縁性材料で形成される基板１１の板面上に印刷等により厚膜の抵抗発熱体１２１，１２２を形成し、端子部１４，１５から電力を供給して抵抗発熱体１２１，１２２を発熱させる。基板１１の長手方向の表裏と両側面に摺動性を向上させるためのオーバーコート層２２を施した。
【選択図】図１

Description

この発明は、情報機器、家電製品や製造設備等に用いられる薄型の面状ヒータ、この面状ヒータを実装したプリンタ、複写機、ファクシミリ等の加熱装置、この加熱装置を用いた画像処理装置に関する。

従来のセラミック等の絶縁基板を用いたヒータは、大判基板に予め厚膜印刷によってパタンを形成し、分割することで平板長尺ヒータとし、ヒータをカバーするガラス質のオーバーコート層は、端子や一部を除く抵抗発熱体を含む基板表面のほぼ前面を覆うように形成されている。（例えば、特許文献１）
特開２００１−２８４０２２公報（第４頁、図１〜３）

上記した特許文献１の技術は、ヒータをトナー定着装置に組み込んで使用する場合、シームレスの定着フィルムを介してヒータとローラが相対し、ローラの回転により定着フィルムが回転するとともにトナーの塗布された紙などの非加熱体が搬送され、ヒータとローラ間に挟まれることで、ヒータの熱でトナーが非加熱体に焼き付けられる。この際、ヒータ基板の角部に定着フィルムが当たる条件下では加熱装置を動作させるときに定着フィルムが削れてしまい、削れた定着フィルムは出力される画像に影響を与えるばかりでなく、最終的には装置が動作しなくなるため、装置耐久性に大きな影響を与える、という問題がある。

この発明の目的は、耐久性を向上させることのできるヒータ、このヒータを用いた加熱装置、この加熱装置を用いた画像処理装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明のヒータは、耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の基板と、前記基板面上に印刷等により厚膜形成された発熱体部と、前記発熱体部を発熱させるために両端に電力を供給させる電極と、前記基板の長手方向の少なくとも３面を含む長辺の２角に形成した耐熱・絶縁性のオーバーコート層とを具備したことを特徴とする。

この発明によれば、ヒータと摺動関係にある定着フィルムとの耐久性の向上を図るとともに、ヒータへの機械的衝撃に対する信頼性を向上させることが可能となる。

以下、この発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１〜図３は、この発明のヒータの第１の実施例について説明するためのものであり、図１は正面図、図２は図１の一部を取り外した状態の表面図、図３は図１の背面図、図４は図１のＡ−Ａ’断面図である。

図１、図２において、１１は、耐熱、電気絶縁性材料例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミ、窒化珪素などの電気絶縁性を有する高剛性のセラミック等の基材で高い熱伝導性の短冊状基板である。１２１，１２２は、基板１１の表面側の長手方向に沿って平行に形成された銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）合金などを主体とする所定の抵抗値を有する厚膜からなる帯状の抵抗発熱体、１３は抵抗発熱体１２１，１２２それぞれの一端の一部を重層形成した銀・パラジウム合金などを主体とする良導電体膜からなる接続部である。１４は抵抗発熱体１２１の他端を重層形成した銀・パラジウム合金などを主体とする良導電体膜からなる給電用の端子部、１５は抵抗発熱体１２２の他端を重層形成した銀・パラジウム合金などを主体とする良導電体膜からなる給電用の端子部である。

なお、基板１１を形成する材料は、酸化物などからなるセラミックスであってもよい。また、セラミック材料から薄板の原板を形成する方法は、単に押圧金型を使い成形してもよい。また、抵抗発熱体は上記した銀系材料の他に、ルテニウム系、炭素系等、通電により発熱が得られ厚膜形成できる材料であれば、特定されるものではない。

少なくとも端子部１４，１５を残した抵抗発熱体１２１，１２２および接続部１３上の基板１１には、図３に示すようにコーティング１６が形成されている。

図４は基板１１の背面図を示し、基板１１の長手方向に沿って端子部１４，１５と同質の銀・パラジウム合金などを主体とする材料からなる一対の配線導体１７，１８およびこれら一端部に端子部１９，２０を並行して形成してある。なお、この配線導体１７，１８および端子部１９，２０は、基板１１表面の端子部１９，２０の形成と同時に行うのが好ましい。

配線導体１７，１８の他端間を橋絡して基板１１側に感温部を対面させたサーミスタ２１が銀や銀・パラジウム合金粉末などを無機結着材や有機結着剤と混合した導電性接着剤を介して接合させる。また、サーミスタ２１および上記接合部を含む表面にはエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの絶縁性樹脂からなる保護コート層が形成してある。

２２は、図１のＡ−Ａ’断面を示す図３のように、端子部１４，１５および基板１１の一部を除く、抵抗発熱体１２１，１２２を含む基板１１の表裏と側面のほぼ全面を覆うように形成されたガラス粉末などからなる層厚が２０μｍ〜１００μｍ程度のガラス質のオーバーコート層で、これらで板状のセラミックヒータ１００を構成している。オーバーコート層２２の厚みに関しては、選定する材料の伝熱特性や装置内での耐久性等を考慮して決めるものであり、特に定義されるものではない。

上記した構成のヒータ１００は、加熱装置に組み込まれ、例えば図５に示す回路構成により通電され発熱温度が調整される。すなわち、商用電源５１を温度制御回路５２の制御端子に接続されたソリッドステートリレー５３を介してヒータ１００の端子部１４，１５間に通電すると、直列接続された抵抗発熱体１２１，１２２に電流が流れて発熱する。抵抗発熱体１２１，１２２の発熱にわり基板１１も温度上昇し、この熱は、基板１１の裏面側に取着してあるサーミスタ２１の感温部に伝わり、感温部の抵抗値を変化させる。サーミスタ２１の抵抗値の変化を、図４に示すように基板１１に形成した配線導体１７，１８を介して端子部１９，２０から出力させ、これを温度制御回路５２に入力して設定温度にあるか否かを判定する。温度が設定温度より低い場合はソリッドステートリレー５３にオン信号を出力し、設定温度より高い場合はソリッドステートリレー５３にオフ信号を出力する。

なお、サーミスタ２１は、ヒータ１００の基板１１裏面に取着されることはなく、抵抗発熱体１２１，１２２に対向する位置に配置しても構わない。

このように、抵抗発熱体１２１，１２２に加える電力を制御することによって、抵抗発熱体１２１，１２２を温度調整する。なお、温度制御回路５２はソリッドステートリレー５３のオン・オフ制御について述べたが、他にパルス幅変調制御方式などによる温度調整でも構わない。

そして、ヒータ１００は端子部１４，１５に通電すると抵抗体発熱体１２１，１２２に電流が流れ、抵抗発熱体１２１，１２２は長手方向にほぼ均一の発熱温度分布を呈する。ヒータ１００は、金属合金に含まれる銀・パラジウムが電気的な抵抗要素となり、抵抗ペーストに含有される銀・パラジウムの比率によって抵抗発熱体１２１，１２２の抵抗値が調整される。この実施例では、例えば抵抗発熱体１２１，１２２の抵抗値を２５Ωとし、１００Ｖの電圧印加により４Ａの電流が流れ、４００Ｗの発熱量となる。

通常は、上述したように基板１１の裏面側に設けたサーミスタ２１がヒータ１００の温度を検出して温度制御回路５２を通じてソリッドステートリレー５３をオン・オフ制御し所定の温度に制御している。

次に、図６を参照し、上記したヒータの実施例を定着装置２００に実装した場合の、この発明の加熱装置の一実施例について説明する。図中ヒータ１００部分は、図１〜図４と同じであり、同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。

図６において、６１は回転軸６２で回転自在に回転される加圧ローラで、その表面に耐熱性弾性材料たとえばシリコーンゴム層６３が嵌合してある。加圧ローラ６１の回転軸６２と対向してヒータ１００が並置して基台６４の凹部６５内に取り付けられている。

ヒータ１００を含む基台６３の周囲にはポリイミド樹脂などからなる耐熱性のシートからなるエンドレスのロール状の定着フィルム６６が循環自在に巻装されており、抵抗発熱体１２１，１２２を介した基板１１真上のオーバーコート層２２の表面は、この定着フィルム６５を介して加圧ローラ６１のシリコーンゴム層６３と弾接している。

定着装置２００においてヒータ１００は端子部１４，１５に接触したりん青銅板などのからなる弾性が付与された図示しないコネクタを通じて通電され、発熱した抵抗発熱体１２１，１２２のオーバーコート層２２上に設けられた定着フィルム６６面とシリコーンゴム層６３との間で、トナー像Ｔ１がまず定着フィルム６６を介してヒータ１００により加熱溶融され、少なくともその表面部は融点を大きく上回り完全に軟化溶融する。この後、加圧ローラ６１の用紙排出側では複写用用紙Ｐがヒータ１００から離れ、トナー像Ｔ２は自然放熱して再び冷却固化し、定着フィルム６５も複写用紙Ｐから離反される。

このように、トナー像Ｔ１は一旦完全に軟化溶融された後、加圧ローラ６１の用紙排出側で再び冷却するので、トナー像Ｔ２の凝縮力は非常に大きくなっている。

この定着装置２００では、例えば図１に示すアルミナ基板１１の長手方向に沿う上面および側面にオーバーコート層２２が施されたヒータ１００を取り付けているので耐機械的な衝撃性も向上する。また、ヒータ１００を含む基台６４の周囲を巻装しているリング状の定着フィルム６６が基板１１の長手方向に沿う周縁表面部に摺接していっても定着フィルム６６に傷を付けることを防止することができる。

図７〜図９は、図４の断面図に相当するこの発明のヒータの第２〜第４の実施例について説明するための断面図である。

すなわち、図７は、図４のヒータ１００のオーバーコート層２２を、抵抗発熱体１２１，１２２が形成された基板１１の裏面と基板１１の側面の途中まで連ねて形成し、オーバーコート層２２が施された基板１１と定着フィルム６６が摺動できるようにしている。

図８は、図４のヒータ１００の抵抗発熱体１２１，１２２側上のオーバーコート層２２と定着フィルム６６が摺動できるようにしている。

図９は、図８のヒータ１００のオーバーコート層２２を、抵抗発熱体１２１，１２２が形成された基板１１の裏面と基板１１の側面の途中まで形成し、オーバーコート層２２が施された基板１１と定着フィルム６６が摺動できるようにしている。

図７の実施例では、オーバーコート層２２が定着フィルム６６と摺動部分とこれに連続した側面部分に形成していることから材料費の削減が可能となる。図８、図９の実施例では加熱部とオーバーコート層２２との間に基板１１がない状態で定着フィルム６６に摺動していることから温度を高くする必要がある用途には有効であり、図９は図７の効果も備える。

次に、図１０を参照して、この発明に係るヒータ、このヒータを用いた加熱装置を搭載した複写機を例としたこの発明の画像形成装置について説明する。図中、加熱装置２００の部分は、上記した説明と同じであり、同一部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図１０において、１０１は複写機３００の筐体、１０２は筐体１０１の上面に設けられたガラスなどの透明部材からなる原稿載置台で、矢印Ｙ方向に往復動して原稿Ｐ１を走査する。

筐体１０１内の上方向には光照射用のランプと反射鏡とからなる照明装置１０２が設けられており、この照明装置１０２により照射された原稿Ｐ１からの反射光源が短焦点小径結像素子アレイ１０３によって感光ドラム１０４上スリット露光される。なお、この感光ドラム１０４は矢印方向に回転する。

また、１０５は帯電器で、例えば酸化亜鉛感光層あるいは有機半導体感光層が被覆された感光ドラム１０４上に一様に帯電を行う。この帯電器１０５により帯電された感光ドラム１０４には、結像素子アレイ１０３によって画像露光が行われた静電画像が形成される。この静電画像は、現像器１０６による加熱で軟化溶融する樹脂などからなるトナーを用いて顕像化される。

カセット１０７内に収納されている複写用紙Ｐは、給送ローラ１０８と感光ドラム１０４上の画像と同期するタイミングをとって上下方向で圧接して回転される対の搬送ローラ１０９によって、感光ドラム１０４上に送り込まれる。そして、転写放電器１１０によって感光ドラム１０４上に形成されているトナー像は複写用紙Ｐ上に転写される。

この後、感光ドラム１０４上から離れた用紙Ｐは、搬送ガイド１１１によって加熱装置２００に導かれ加熱定着処理された後にトレイ１１２内に排出される。なお、トナー像を転写後、感光ドラム１０４上の残留トナーはクリーナ１１３によって除去される。

定着装置２００は複写用紙Ｐの移動方向と直交する方向に、この複写機３００が複写できる最大判用紙の幅（長さ）に合わせた有効長、すなわち最大判用紙の幅（長さ）より長い抵抗発熱体１２１，１２２を延在させてヒータ１００の加圧ローラ６１が設けられている。

そして、ヒータ１００と加圧ローラ６１との間を送られる用紙Ｐ上の未定着トナー像Ｔ１は、抵抗発熱体１２１，１２２からの熱を受け溶融して複写用紙Ｐ面上に文字、英数字、記号、図面などの複写像を現出させる。

このような、複写機３００は加熱装置２００に記載した内容と同様の作用効果、すなわち、複写機などにおいては定着フィルムなどの部品の早期劣化や複写用紙の損傷などの防止を図ることが可能となる。

なお、この発明は上記した実施例に限定されるものではない。例えば、オーバーコート材は相対するフィルムの材質やその他条件によって変える必要があるため特定はできないが、フィルムが樹脂の場合、オーバーコートはガラス、フィルムが金属の場合オーバーコートは樹脂を組み合わせるのが望ましい。この樹脂は一般的に摺動性に優れるとされる材料、ポリアミド(ＰＡ)、ポリアセタール(ＰＯＭ)、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、およびポリフェニレンサルファイド、エラストマー系、ポリオレフィン系、フッ素等があり、基本的にはどれを使用しても良いが耐熱性から弾性に富むＰＩ(ポリイミド)、ＰＡＩ(ポリアミドイミド)等のイミド系が好ましいが、硬度が低すぎると樹脂被膜の方が削れてしまうため、３Ｈ以上の硬度は必要である。

ヒータの用途としては、複写機などの画像形成装置の定着用に用いたが、これに限らず、家庭用の電気製品、業務用や実験用の精密機器や化学反応用の機器などに装着して加熱や保温の熱源として使用できる。

この発明ヒータの第１の実施例について説明するための正面図。 図１の一部を取り除いた状態の正面図。 図１のＡ−Ａ’断面図。 図１の背面図。 図１に用いる温度調整について説明するための回路構成図。 この発明の加熱装置の一実施例について説明するための説明図。 この発明のヒータの第２実施例について説明するための断面図。 この発明のヒータの第３実施例について説明するための断面図。 この発明のヒータの第４実施例について説明するための断面図。 この発明の画像形成装置の一実施例について説明するための説明図。

符号の説明

１００…ヒータ
１１…基板
１２１，１２２…抵抗発熱体
１３…接続部
１４，１５…端子部
１６…コーティング
１７，１８…配線導体
１９，２０…端子部
２１…サーミスタ
２２…オーバーコート層
２００…定着装置
６６…定着フィルム
３００…複写機

Claims (4)

1. 耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の基板と、
   前記基板面上に印刷等により厚膜形成された発熱体部と、
   前記発熱体部を発熱させるために両端に電力を供給させる電極と、
   前記基板の長手方向の少なくとも３面を含む長辺の２角に形成した耐熱・絶縁性のオーバーコート層とを具備したことを特徴とするヒータ。
2. 前記オーバーコート層の材質はガラス、樹脂のいずれかもしくは両方を用いたことを特徴とする請求項１記載のヒータ。
3. 加熱ローラと、
   前記加熱ローラに対向配置された抵抗発熱体が圧接された請求項２に記載のヒータと、
   前記ヒータと前記加圧ローラとの間を移動可能に設けられた定着フィルムとを具備したことを特徴とする加熱装置。
4. 媒体に形成された静電潜像にトナーを付着させてこのトナーを用紙に転写して所定の画像を形成する手段と、
   画像を形成した用紙を加圧ローラにより定着フィルムを介して定着ヒータに圧接しながら通過させることによってトナーを定着するようにした請求項３記載の定着装置とを具備したことを特徴とする画像形成装置。

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