JP2005338187A - ヒータ、加熱装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータを用いて記録材に形成された未定着画像を永久画像として定着させるときの定着不良を改善しつつ、ヒータを構成する絶縁基板の割れを防止する。
【解決手段】予めトナーによる未定着画像が形成された記録材が流れて来る上流側のカバーコート層２４を、高い熱伝導率のカバーコート２４１とし、発熱体１２，１３から発生した熱がいち早く定着フィルムを介して記録材に伝える。このため、絶縁基板１１へ与える熱ストレスを軽減することができることから、絶縁基板１１の割れを防止することが可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は，ＯＡ機器、複写機やファクシミリなどのトナー定着に用いられる定着装置や画像形成装置に関する。

従来の定着装置に用いられるヒータは、定着フィルムを介してセラミックヒータと加圧ローラの間に形成される定着ニップにトナーが乗った記録材を通過させるときに、ヒータ温度を制御しながら加熱定着させている。（例えば、特許文献１）
特開平１０−１８６９１１号公報（第４〜６頁、図４）

上記した特許文献１では、伝導率の良い絶縁基板を用いて、記録材にのったトナーをはみ出し部分の加熱により、定着ニップ通過前に仮定着させることで定着不良を防止するものであるが、熱伝導率の良い絶縁基板を用いたとしても、発熱体を定着ニップ外に設置することは、定着ニップ外では熱を逃がす部分が少なく熱の集中が起こりやすいことから、絶縁基板を膨張させ割れやすい、という問題がある。

この発明の目的は、ヒータを用いて記録材に形成された未定着画像を永久画像として定着させるときの定着不良を改善しつつ、ヒータを構成する絶縁基板の割れを防止することにある。

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・絶縁性材料で形成した長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁性基板上に銀（Ａｇ）とパラジウム（Ｐｄ）を主とする導電性成分により厚膜形成された発熱体と、前記発熱体に電力を供給する電極と、少なくとも前記電極を残して前記絶縁基板上に施したオーバーコート層とを具備し、前記発熱体を用いて記録材に形成された未定着画像を永久画像として定着させる場合に、前記記録材の流れ上流側の前記オーバーコート層の熱伝導率を、下流側に比べて高い材料としたことを特徴とする。

以上説明したように、この発明によれば記録材が通過する流れ上流側と下流側において、オーバーコート層の熱伝導率を下流側に比べ上流側を大きくしたことで、定着不良と絶縁基板の割れを防止することが可能となる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１はこの発明のヒータに関する一実施例について説明するための構成図、図２は図１の背面図、図３は図１のｘ−ｘ’断面図である。
図１において、１１は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の絶縁基板で、１２，１３は絶縁基板１１上に、導電性成分が銀／パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）などで構成されている抵抗体ペーストを用いて厚膜印刷により形成した発熱体である。また、１４，１５は絶縁基板１１上に、導電性成分が銀（Ａｇ）、銀／白金（Ａｇ／Ｐｔ）、銀／パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）などで構成される導体ペーストを用いて厚膜印刷により形成され、電力が供給される電極である。電極１４は発熱体１２の一端に一部が多層の状態に形成され電気的に接続される。電極１５は発熱体１３の一端に一部が多層の状態に形成され電気的に接続される。１６は発熱体１２，１３のそれぞれの他端と一部を多層して絶縁基板１１に導体ペーストを用いて厚膜印刷により形成し、発熱体１２，１３を電気的に接続した接続導体である。

また、１７，１８は端子部であり、電極１４，１５と同じ方法で同時に形成される。端子部１７，１８にはスルーホール１９，２０が形成される。スルーホール１９，２０は、図１の背面図として示した図２に示す絶縁基板１１の背面まで形成される。スルーホール１９，２０にはそれぞれ銀・パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）などを主体とする材料からなる一対の配線導体２１，２２の一端が結合される。配線導体２１の他端は配線基板１１に固着されたサーミスタ２３の一方の電極に、配線導体２２の他端はサーミスタ２３の他方の電極にそれぞれ接続される。

２４は、発熱体１２，１３、それに接続導体１６を覆うガラスペーストを厚膜印刷方法で印刷、焼成して形成されるオーバーコート層である。図３に示すように、オーバーコート層２４は後述する記録材の流れ上流側を高い伝導率のオーバーコート２４１とし、下流側をオーバーコート２４１より低い伝導率のオーバーコート２４２とする。オーバーコート層２４は、例えば鉛フリーの非晶質のＳｉＯ、Ｂ_２Ｏ_３を主成分とするほう珪酸ガラスとガラスより熱伝導率の高いアルミナが添加されたもので、オーバーコート２４１はアルミナの添加量をペースト中に約３０％添加した熱伝導率が約１．５Ｗ／ｍ・Ｋの低熱伝導ペーストを用い、オーバーコート２４２は、約６０％添加した熱伝導率が約２．０Ｗ／ｍ・Ｋの高熱伝導ペーストを用い形成される。

以上により板状のヒータ１００を構成している。オーバーコート層２４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が、一例としては４０μｍ〜６０μｍである。

次に、オーバーコート層２４に形成例について説明する。まず、ヒータ１００の上流側だけを形成できるパターンのスクリーンを用いて高熱伝導ペーストを印刷、乾燥させる。次に、高熱伝導ペーストの上流側の形成部分から途切れたところから、ヒータ下流側に向かって形成ができるパターンのスクリーンを用いて低熱伝導ペーストを印刷、乾燥させ、高熱伝導ペースト、低熱伝導ペーストを同時に焼成を行う。

以上の工程を、例えば、ガラスの膜厚が４０μｍ〜６０μｍになるように３回繰り返し行うことで、ヒータ上流側に下流側よりも高い熱伝導率を持つオーバーコート層を形成することができる。また、ガラスペーストの印刷順番は、低熱伝導ペースト、高熱伝導ペーストのどちらが先でも構わない。

このようにしてヒータ１００は、記録材の流れ上流側と下流側において、オーバーコート層２４の熱伝導率が（下流側）＜（上流側）の関係となる、異なるガラスペーストを用いて形成する。

この実施例では、発熱体１２，１３で発生された熱が高熱伝導率のガラス製のオーバーコート２４１に素早く伝わり絶縁基板１１の温度上昇を抑えて熱ストレスを少なくでき、絶縁基板の割れ防止に寄与する。

図４は、この発明のヒータに関する他の実施例について説明するための、図３の相当する断面図である。この実施例は、オーバーコート層２４の構成を変更したものである。

すなわち、オーバーコート層２４の上流側から下流側に掛けて絶縁基板１１から徐々にオーバーコート層２４の表面に至るまでの上流側を高い伝導率のオーバーコート２４３とし、下流側をオーバーコート２４３より低い伝導率のオーバーコート２４４とする。オーバーコート２４３，２４４は、それぞれオーバーコート２４１，２４２と同様の材料を用いることができる。

この場合、上流側の絶縁基板１１面から下流側に徐々に形成されていることから、上流側で発生された熱はオーバーコート２４３を徐々に伝えることができる。このため、絶縁基板１１へ与える熱ストレスをより少なくでき、絶縁基板１１の割れ防止の強化につなぐことができる。

なお、図４におけるオーバーコート２４３は、上流側の絶縁基板１１面から下流側に階段状に徐々に形成されているが、これに限らずテ−パ状に漸次形成しても差し支えない。

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の電極１４，１５間に通電すると、直列接続された発熱体１２，１３に電流が流れて発熱する。発熱体１２，１３の発熱により絶縁基板１１も温度上昇し、この熱は、絶縁基板１１の裏面側に取着されたサーミスタ２３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２３の抵抗値の変化を、図１の絶縁基板１１の裏面側に形成された配線導体を介して出力させ、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。

このように、発熱体１２，１３に加える電力を制御することによって、発熱体１２，１３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等を用いた温度調整を行っても構わない。

そして、ヒータ１００は電極１４，１５に通電すると発熱体１２，１３に電流が流れ、発熱体１２，１３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、抵抗ペーストに含有される導電性成分である銀・パラジウム、酸化ルテニウムや無機酸化物が電気的な抵抗要素となり、銀・パラジウム、酸化ルテニウムや無機酸化物の比率によって発熱体１２，１３の抵抗値が調整される。この実施例では、例えば発熱体１２，１３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、上述したように絶縁基板１１の裏面側に設けたサーミスタ２３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、ヒータ１００を定着装置２００に実装した場合の、この発明の加熱装置に関する一実施例について説明する。図６は、図１〜図３で説明したヒータ１００が実装された状態を示している。

図６において、２０１は回転軸２０２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２０３が嵌合してある。ヒータ１００は、加圧ローラ２０１のシリコーンゴム層２０３と対向配置されるように図示しない基台内に取り付けられる。

ヒータ１００の周囲にはポリイミド樹脂等の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２０４が循環自在に巻装されており、発熱体１２，１３を介した絶縁基板１１真上のオーバーコート層２４の表面は、この定着フィルム２０４を介して加圧ローラ２０１のシリコーンゴム層２０３と弾接している。このときにできる定着ニップａは、ヒータ１００の上流側から距離ｂの分だけ下流側に有している。

定着装置２００において、ヒータ１００は電極１２，１３に接触したりん青銅板等に銀メッキを施した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る。これにより発熱体１２，１３が発熱し、オーバーコート層２４上に設けられた定着フィルム２０４面とシリコーンゴム層２０３との間で、トナー像Ｔ１がまず定着フィルム２０４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２０１の用紙排出側では複写用紙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２０４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２０１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、高い熱伝導のオーバーコート２４１が上流側に形成されているため、発熱体１２で発生した熱をいち早く定着フィルム２０４を介して記録材Ｐまで伝えることができる。このため、トナーが乗った記録材Ｐが定着ニップａの通過手前で良好な仮定着ができ、定着ニップａにおける定着不良を防止できる。

図６において、図１〜図３に構成されるヒータ１００に代えて、図４に構成されるヒータ１００とした場合、高い熱伝導率のオーバーコート２４３が上流側の絶縁基板１１から徐々に形成されていることから、トナーが乗った記録材が定着ニップａを通過する前に良好な仮定着が可能となる。また、定着ニップａを通過中でも発熱体１２，１３から発生した熱の伝わりも良好なため定着不良の改善も図ることができる。

さらに、図７を参照し、図１〜図３で説明したヒータ１００を定着装置２００に実装した場合の、この発明の加熱装置に関する他の実施例について説明する。図６と同一部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。

この定着装置２００は、図１〜図３に示すヒータ１００を定着ニップａの範囲に設置した構成の部分が図６と異なる。定着ニップａ内にヒータ１００を納める構成にした場合でも、記録材Ｐにあった水分を上流側の熱の伝わりが良好なため、記録材Ｐの水分を上流側で蒸発させることができる。このため記録材Ｐに水分が含まれることに起因する定着不良の防止が可能となる。

さらに、図７の定着装置２００のヒータとして図４に構成されるヒータ１００を用いた場合、高い熱伝導率のオーバーコート２４３が上流側の絶縁基板１１から徐々に形成されていることから、トナーが乗った記録材が定着ニップａを通過する前に良好な仮定着が可能となる。また、定着ニップａを通過中でも発熱体１２，１３から発生した熱の伝わりも良好なため定着不良の改善も図ることができる。

図８を参照して、この発明に関する図５に示す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の一実施例について説明する。
図８において、３０１は複写機３００の筐体、３０２は筐体３０１の上面に設けられたガラス等の透明部材からなる原稿載置台で、矢印Ｙ方向に往復動作させて原稿Ｐ１を走査する。

筐体３０１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３０２が設けられており、この照明装置３０２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３０３によって感光ドラム３０４上スリット露光される。なお、この感光ドラム３０４は矢印方向に回転する。

また、３０５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３０４上に一様に帯電を行う。この帯電器３０５により帯電された感光ドラム３０４には、結像素子アレイ３０３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３０６による加熱で軟化溶融する樹脂等からなるトナーを用いて顕像化される。

カセット３０７内に収納されている複写用紙Ｐは、給送ローラ３０８と感光ドラム３０４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３０９によって、感光ドラム３０４上に送り込まれる。そして、転写放電器３１０によって感光ドラム３０４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３０４上から離れた複写用紙Ｐは、搬送ガイド３１１によって加熱装置２００に導かれて加熱定着処理された後に、トレイ３１２内に排出される。なお、トナー像を転写後、感光ドラム３０４上の残留トナーは、クリーナ３１３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）より長い発熱体１２，１３を延在させてヒータ１００の加圧ローラ２０１が設けられている。

そして、ヒータ１００と加圧ローラ２０１との間を送られる用紙Ｐ上の未定着トナー像Ｔ１は、発熱体１２，１３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、図面等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、複写機等においては定着フィルム等の部品の早期劣化や複写用紙の損傷等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定着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、定着フィルムが樹脂の場合、オーバーコート層はガラス、定着フィルムが金属の場合オーバーコート層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、複写機等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等に装着して加熱や保温の熱源としても使用できる。

本発明のヒータに関する一実施例について説明するための正面図。 図１の背面図。 図１のｘ−ｘ’断面図。 本発明のヒータに関する他の実施例について説明するための正面図。 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。 本発明の加熱装置に関する一実施例について説明するための説明図。 本発明の加熱装置に関する他の実施例について説明するための説明図。 本発明の画像形成装置に関する一実施例について説明するための説明図。

符号の説明

１１ 絶縁基板
１２，１３ 発熱体
１４，１５ 電極
１６ 接続導体
２３ サーミスタ
２４ オーバーコート層
２４１〜２４４ オーバーコート
１００ ヒータ
２００ 定着装置
２０４ 定着フィルム
３００ 複写機

Claims (3)

1. 耐熱・絶縁性材料で形成した長尺平板状の絶縁基板と、
   前記絶縁性基板上に銀（Ａｇ）とパラジウム（Ｐｄ）を主とする導電性成分により厚膜形成された発熱体と、
   前記発熱体に電力を供給する電極と、
   少なくとも前記電極を残して前記絶縁基板上に施したオーバーコート層とを具備し、
   前記発熱体を用いて記録材に形成された未定着画像を永久画像として定着させる場合に、前記記録材の流れ上流側の前記オーバーコート層の熱伝導率を、下流側に比べて高い材料としたことを特徴とするヒータ。
2. 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１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。
3. 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２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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