JP2005339840A - ヒータ、加熱装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁基板の上面に形成された発熱体パタンの絶縁基板長手方向の温度分布を均一化する。
【解決手段】アルミナ等のセラミック、ガラスセラミックまたは耐熱複合材料で形成された長尺平板状の絶縁基板１１上の長手方向に配線パタン１４，１５を並行させて形成し、配線パタン１４，１５間に複数の発熱体パタン１６１〜１６６を並列して形成する。発熱体パタン１６１〜１６６の抵抗値を電力が供給される電極１２，１３から遠ざかるに従って漸次低くする。これにより発熱体パタン１６１〜１６６が発する熱の温度分布の均一化を図ることが可能となる。
【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セラミックヒータ、この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、絶縁基板上の長手方向に抵抗発熱体を形成し、発熱体の同じ側の一端に電力供給用の電極を備えている（例えば、特許文献１）。
特開平７−９４２６０号公報（第４頁、図３）

上記した特許文献１の技術は、電力が供給される電極が絶縁基板長手方向の一方向に形成されている。この場合、電極に近い側の発熱量が遠い側より高くなり絶縁基板の長手方向に均一な温度分布とならない、という問題がある。

この発明の目的は、長手方向に均一な発熱を得ることが可能なヒータ、該ヒータを用いた加熱装置、該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絶縁基板と、前記絶縁基板面上の長手方向両側に沿ってそれぞれ形成した第１および第２の配線パタンと、前記第１および第２の配線パタンの同一端側の前記絶縁基板上にそれぞれ形成し、前記第１および第２の配線パタンに電力を供給させる第１および第２の電極と、前記絶縁基板面上の長手方向に印刷等により厚膜形成し、前記絶縁基板の短手方向の一端を前記第１の配線パタンに、他端を前記第２の配線パタンにそれぞれ電気的に接続され、前記第１および第２の電極から離れに従い、漸次抵抗値をまたは単位面積あたりの抵抗値を低く形成した発熱体パタンとを具備したものである。

この発明によれば、長手方向に均一な温度分布と素早い温度立ち上がりを実現す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は、この発明のヒータに関する第１の実施例について説明するための正面図、図２は図１のｘ−ｘ’断面図、図３は図１のｙ−ｙ’である。
図１において、１１は厚み０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のアルミナ等のセラミック、ガラスセラミックまたは耐熱複合材料で形成された平板状の絶縁性基板である。１２，１３はそれぞれ銀系等を主体とする良導電体膜からなる給電用の電極であり、電極１２，１３のそれぞれから非接触状態で絶縁基板１１の長手方向の両側に並行して銀（Ａｇ）系等の配線パタン１４，１５と同一端と近接する位置に形成する。電極１２、配線パタン１４と電極１３、配線パタン１５はそれぞれ導電ペーストを絶縁基板１１上に塗り、これを焼成することにより一体形成する。電極１２が一体形成された反対側の配線パタン１４と電極１３が一体形成された配線パタン１５のそれぞれの反対側は解放状態となっている。

１６１〜１６６は、絶縁基板１１の長手方向に配置された銀・パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）等の１０Ω〜１０ＭΩ／□のシート抵抗値で±５００ｐｐｍ／℃の抵抗温度特性を有する金属酸化物等の抵抗体ペースト焼成して形成した厚膜抵抗発熱体パタンである。発熱体パタン１６１〜１６６のそれぞれ長手方向の一端は配線パタン１４に、それぞれ長手方向の他端は配線パタン１５に重層形成して電気的に接続する。発熱体パタン１６１〜１６６は、電極１２，１３から離れるに従い、漸次抵抗が小さくなる値で配置されている。つまり、配線パタン１４，１５間の発熱体パタン１６２の抵抗値は、発熱体パタン１６１より低く設定されている。以下、発熱体パタン１６３は、１６２より低く、１６４は１６３より低くという具合である。

１７は、図１のｘ−ｘ’断面の図２にも示すように、電極１２，１３および絶縁基板１１の一部を除く、発熱体パタン１６１〜１６６を含む絶縁基板１１を覆うように形成されたガラス層厚が２０μｍ〜１００μｍ程度で熱伝導率が例えば２Ｗ／ｍ・Ｋ以上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。なお、オーバーコート層１７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。

このように構成されたヒータ１００は、電極１２，１３に電力が供給された場合に、電極１２，１３から近い位置にある配線パタン１４，１５間の発熱体パタン１６１と離れた位置にある発熱体パタン１６６の電流量を同じに設定することができる。

この実施例では、絶縁基板１１上の長手方向に配置された発熱体パタン１６１〜１６６が素早く均一な温度分布となる。

図４は、この発明のヒータに関する第２の実施例について説明するための正面図であり、図１と同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。

この実施例は、近接位置にある電極１２，１３から距離が離れるに従い漸次抵抗値が低くなる発熱体パタン１６１〜１６６を、間隔を置かずに形成したものである。

この実施例の場合でも、絶縁基板１１上の長手方向に配置された発熱体パタン１６１〜１６６が均一な温度分布を得ることができる。

図５は、この発明のヒータに関する第３の実施例について説明するための正面図であり、図１と同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。

この実施例は、近接位置にある電極１２，１３から距離が離れるに従い漸次抵抗値が低くするとともに、電極１２，１３から距離が離れるに従い互いの間隔を漸次広くした発熱体パタン１６１〜１６６を形成したものである。すなわち、発熱体パタン１６１と１６２の間隔ｐ１と発熱体パタン１６２と１６３の間隔ｐ２をｐ１＜ｐ２とし、以降もｐ３からｐ５に行くほどそれぞれの間隔が広く設定されている。

この実施例は、絶縁基板１１上の長手方向に配置された発熱体パタン１６１〜１６６が均一な温度分布を得るファクターが低い抵抗値の発熱体パタンほど互いの間隔を漸次広く調整していく分増え、より均一な温度分布を実現可能となる。

図６は、この発明のヒータに関する第４の実施例について説明するための正面図であり、図１の実施例と同一の構成部分には同一の符号を付し、ここでは異なる部分を中心に説明する。

この実施例は、発熱体パタン６１を銀・パラジウム、酸化ルテニウム等の金属酸化物等の抵抗体ペーストを焼成して形成する。発熱体パタン６１は、図６のｗ−ｗ’断面を示す図７のように、電極１２，１３から離れるに従って漸次厚さを厚くしている。つまり、電極１２，１３に近い位置の厚さをｔ１、遠い位置の厚さをｔ２とすると、ｔ１＜ｔ２の関係に形成されている。

この実施例は、配線パタン１４，１５間にある発熱体パタン６１の温度分布を素早くほぼ均一にすることができる。さらに、この実施例では発熱体パタン６１が同じ抵抗体ペーストを用いることができることから、材料管理上の点での有利性もある。

図８は、この発明のヒータに関する第５の実施例について説明するための正面図であり、図１の実施例と同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。

すなわち、発熱体パタン８１〜８６は、銀・パラジウム、酸化ルテニウム等の金属酸化物等の抵抗体ペーストを焼成して形成し、電極１２，１３から離れるに従い、発熱体パタン８１〜８６の幅ｗ１〜ｗ６を、ｗ１＜ｗ２＜ｗ３＜・・・のように漸次広したものである。換言すれば、電極１２，１３から離れる程、漸次発熱体パタン８１〜８６の幅を広げて漸次抵抗値の小さい発熱体とし、全体の発熱が均一になるように設定した。

この実施例でも狭い間隔の配線パタン１４，１５間にある発熱体パタン６１の発熱をほぼ均一に設定することが可能となる。これにより、絶縁基板の長手方向に均一な温度分布と素早い温度の立ち上がりを得ることが可能となる。この場合はさらに、発熱体パタン８１〜８６まで同一の抵抗体ペーストを用いることができることから材料管理上の点での有利性もある。

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９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９１を温度制御回路９２の制御端子に接続されたソリッドステートリレー９３を介してヒータ１００の電極１２，１３間に通電すると、接続された発熱体パタン１６１〜１６６に電流が流れて発熱する。発熱体パタン１６１〜１６６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９４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９４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９２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９３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９３にオフ信号を出力する。

このように、発熱体パタン１６１〜１６６に加える電力を制御することによって、発熱体パタン１６１〜１６６を温度調整する。なお、温度制御回路９２はソリッドステートリレー９３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による温度調整でも構わない。

そして、ヒータ１００は電極１２，１３に通電すると発熱体パタン１６１〜１６６に電流が流れ、発熱体パタン１６１〜１６６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銀・パラジウム、酸化ルテニウム、無機酸化物が電気的な抵抗要素となり、銀・パラジウム、酸化ルテニウムの比率によって発熱体パタン１６１〜１６６の抵抗値が調整される。この実施例では、例えば発熱体パタン１６１〜１６６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９４がヒータ１００の温度を検出して温度制御回路９２を通じてソリッドステートリレー９３をオン・オフ制御し所定の温度に制御している。

次に、図１０を参照し、上記したヒータを定着装置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。図中ヒータ１００部分は、図１〜図３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１０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。加圧ローラ２０１の回転軸２０２と対向してヒータ１００が並置して図示しない基台内に取り付けられている。

ヒータ１００を含む基台の周囲にはポリイミド樹脂等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２０４が循環自在に巻装されており、抵抗発熱体１６１〜１６６を介した絶縁基板１１真上のオーバーコート層１７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。

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１６１〜１６６のオーバーコート層１７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の用紙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、例えば図１に示すアルミナ絶縁基板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１７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を含む基台の周囲を巻装しているリング状の定着フィルム２０４が絶縁基板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２０４に傷を付けることを防止することができる。

次に、図１１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関する一実施例について説明する。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１１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方向に往復動して原稿Ｐｏ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Ｐｏ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上から離れた用紙Ｐは、搬送ガイド３１１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）より長い抵抗発熱体１６１〜１６６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、抵抗発熱体１６１〜１６６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、オーバーコート層はガラス、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可能である。

本発明のヒータに関する第１の実施例について説明するための正面図。 図１のｘ−ｘ’断面図。 図１のｙ−ｙ’断面図。 本発明のヒータに関する第２の実施例について説明するための正面図。 本発明のヒータに関する第３の実施例について説明するための正面図。 本発明のヒータに関する第４の実施例について説明するための正面図。 図６のｗ−ｗ’断面図。 本発明のヒータに関する第５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 電極
１４，１５ 配線パタン
１６１〜１６６，６１，８１〜８６ 発熱体パタン
１７ オーバーコート層
１００ ヒータ
２００ 定着装置
２０４ 定着フィルム
３００ 複写機

Claims (5)

1. 耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁基板と、
   前記絶縁基板面上の長手方向両側に沿ってそれぞれ形成した第１および第２の配線パタンと、
   前記第１および第２の配線パタンの同一端側の前記絶縁基板上にそれぞれ形成し、前記第１および第２の配線パタンに電力を供給させる第１および第２の電極と、
   前記絶縁基板面上の長手方向に印刷等により複数を分離して厚膜形成し、前記絶縁基板の短手方向の一端を前記第１の配線パタンに、他端を前記第２の配線パタンにそれぞれ電気的に接続され、前記第１および第２の電極から離れに従い漸次抵抗値を低く形成した複数の発熱体パタンとを具備したことを特徴とするヒータ。
2. 前記複数の前記発熱体パタンは、前記第１および第２の電極から離れに従い、単位面積あたりの抵抗値を漸次低く形成したことを特徴とする請求項１記載のヒータ。
3. 耐熱・絶縁性材料で形成した長尺平板状の絶縁基板と、
   前記絶縁基板面上の長手方向両側に沿ってそれぞれ形成した第１および第２の配線パタンと、
   前記第１および第２の配線パタンの同一端側の前記絶縁基板上にそれぞれ形成し、前記第１および第２の配線パタンに電力を供給する第１および第２の電極と、
   前記絶縁基板面上の長手方向に印刷等により厚膜形成され、前記絶縁基板の短手方向の一端を前記第１の配線パタンに、他端を前記第２の配線パタンにそれぞれ電気的に接続して前記第１および第２の電極から離れに従い漸次単位面積あたりの抵抗値を低く形成した発熱体パタンとを具備したことを特徴とするヒータ。
4. 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１〜３いずれかに記載のヒータと、
   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。
5. 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４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。

Images