JP2006091139A

JP2006091139A - 定着ヒータ、定着装置、画像形成装置

Info

Publication number: JP2006091139A
Application number: JP2004273763A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Kimura; 健太郎木村; Ikue Karibe; 幾恵苅部
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】保護層であるオーバーコート層の膜厚が４０μｍ〜６０μｍにおいても、高い耐電圧特性が得られるため、熱効率のよい定着ヒータを効率的に作製する。
【解決手段】耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の基板１１の長手方向に発熱抵抗体１２１，１２２、それに発熱抵抗体１２１，１２２、に電力を供給するための電極１４，１５を形成し、発熱抵抗体１２１，１２２上にオーバーコート層１８が施される。オーバーコート層１８は、発熱抵抗体１２１，１２２を直接覆う無機酸化物のフィラーを１％〜１０％添加した第１層のガラス１８１と、第１層のガラス１８１上に無機酸化物フィラーを添加しない第２層のガラス１８２とから構成したことで、高い耐電圧特性が得られ、熱効率のよい定着ヒータが実現可能となる。
【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定着ヒータ、この定着ヒータを実装したプリンタ、複写機、ファクシミリ等の定着装置、この定着装置を用いた画像形成装置に関する。

従来の定着ヒータは、反応性に富んだ窒化アルミニウムを基板とした場合、発熱抵抗体やオーバーコートガラスと反応しやすいため、オーバーコート層内に気泡が発生しやすく、この気泡が耐電圧低下の原因となる。このため、軟化点温度が７５０℃〜８４０℃のガラスを用いて、７０μｍ以上の膜厚でオーバーコートガラスを形成することで、耐電圧性能に優れたヒータを実現している。（例えば、特許文献１）
特開平７−１４６６２１号公報（第４頁、図１）

上記した特許文献１の技術は、耐電圧性能を得るために印刷などにより７０μｍ以上の厚膜を形成する必要がある。７０μｍ以上の厚膜を印刷などの手段で形成することは技術的に困難であるばかりか熱伝導が悪くなる、という問題があった。

この発明の目的は、熱効率のよいヒータを効率的に作製することができる定着ヒータ、この定着ヒータを用いた定着装置、この定着装置を用いた画像形成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、この発明の定着ヒータは、耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の基板の長手方向に発熱抵抗体と該発熱抵抗体に電力を供給するための電極を形成し、少なくとも前記発熱抵抗体上にオーバーコート層を施したものにあって、前記オーバーコート層は、前記発熱抵抗体を直接覆う無機酸化物のフィラーを１％〜１０％添加した第１層のガラスと、該第１層のガラス上に無機酸化物フィラーを添加しない第２層のガラスとから構成したことを特徴とする。

この発明によれば、保護層の膜厚が４０μｍ〜６０μｍにおいても、高い耐電圧特性が得られるため、熱効率のよい定着ヒータを効率的に作製することができる。

以下、この発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１、図２は、この発明の定着ヒータに関する一実施形態について説明するための、図１は正面図、図２は図１のｘ−ｘ’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）、窒化アルミニウム、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の基板である。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系や金属酸化物などの抵抗体ペーストを高温で焼成し所定の抵抗値を有する厚膜からなる帯状の発熱抵抗体、１３は発熱抵抗体１２１，１２２それぞれの一端の一部を重層した銀系の導体ペーストを焼成して形成した接続部である。１４は発熱抵抗体１２１の他端を重層形成したＡｇ／Ｐｄ合金などを主体とする良導電体膜からなる給電用の電極、１５は発熱抵抗体１２２の他端を重層形成したＡｇ／Ｐｄ合金などを主体とする良導電体膜からなる給電用の電極である。１６，１７は電極１４，１５と発熱抵抗体１２１，１２２はそれぞれ接続部１３と同材料で同様に焼成して形成された接続部である。電極１４，１５を残した発熱抵抗体１２１，１２２および接続部１３，１６，１７上には、膜厚４０〜６０μｍの第１層のガラス１８１が、第１層のガラス１８１上には膜厚４０〜６０μｍの第２層のガラス１８２から構成されるオーバーコート層１８が形成されている。

発熱抵抗体１２１，１２２を直接覆う第１層のガラス１８１は、この第１層のガラス１８１と接触する基板１１、接続部１３、導体１６，１７も発熱体１２１，１２２との反応を抑制するＳｉＯ₂-ＺｎＯ系などのガラスに無機酸化物フィラーを１〜１０％添加したガラスを用いる。第２層のガラス１８２は、無機酸化物フィラーを添加しないガラスである。

第１層のガラス１８１の無機酸化物フィラーは、ガラスの見かけ上の軟化点温度が高くなるためガラスが流動しにくく、第１層のガラス１８１と接触する基板１１、発熱抵抗体１２１，１２２などとの反応により生じる第１層のガラス１８１内に発生する空孔を抑制できる。このため、発熱抵抗体１２１，１２２上に均一な保護層を形成することができる。

なお、第１層のガラス１８１の膜厚Ａと第１層および第２層のガラス１８１，１８２を合わせた膜厚Ｂとの膜厚比Ａ：Ｂを、１：２．５〜１：１．７とする。第１層のガラス１８１の膜厚Ａがこれ以上薄い場合、第２層のガラス１８２を形成するガラスが流れ込みやすく、第１層のガラス１８１と接触する基板１１、発熱抵抗体１２１，１２２などと反応しやすくなるため、発泡を起こしやすい。また、これ以上膜厚が厚くなると、緻密な第２層のガラス１８２が薄くなるため耐電圧特性が低下する。

図３は、均一に形成された第１層のガラス１８１上に、無機酸化物フィラーが添加されないＳｉＯ_２-Ｂ_２Ｏ_３系などの緻密な第２層のガラス１８２を形成したときのオーバーコート層１８１と１８２の膜厚Ｂを５０μｍとし、膜厚ＡとＢの膜厚比Ａ：Ｂを１．０：２．１とした場合の高い電圧での不良品個数を測定した結果である。図３に示すように、高い電圧でも不良品個数の低減が図れ、高耐電圧特性を得ることができる。

また、第１層および第２層のガラス１８１と１８２を合わせた膜厚が４０〜６０μｍで形成されていることから、熱伝導がよくなるうえに、厚膜印刷などによる膜形成を容易に実現することができる。

上記した構成の定着ヒータ１００は、定着装置に組み込まれ、例えば図４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４１を温度制御回路４２の制御端子に接続されたソリッドステートリレー４３を介して定着ヒータ１００の電極１４，１５に通電されると、直列接続された発熱抵抗体１２１，１２２に電流が流れて発熱する。発熱抵抗体１２１，１２２の発熱により基板１１も温度上昇する。この熱は、基板１１の裏面側に取着されたサーミスタ４４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４４の抵抗値の変化を、Ｐｄ１の基板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４２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４３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４３にオフ信号を出力する。

このように、発熱抵抗体１２１，１２２に加える電力を制御することによって、発熱抵抗体１２１，１２２を温度調整する。なお、温度制御回路４２はソリッドステートリレー４３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、定着ヒータ１００は電極１２，１３に電力が供給されると、発熱抵抗体１２１，１２２にそれぞれ電流が流れ、発熱抵抗体１２１，１２２は長手方向にほぼ均一の発熱温度分布を呈することになる。この実施形態では、例えば発熱抵抗体１２１，１２２の抵抗値を２５Ωとし、１００Ｖの電圧を印加することにより４Ａの電流が流れ、４００Ｗの発熱量を得ることが可能となる。

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４４が定着ヒータ１００の温度を検出して温度制御回路４２を通じてソリッドステートリレー４３をオン・オフ制御し所定の温度に制御している。

次に、図５を参照し、上記した定着ヒータの実施形態を定着装置２００に実装した場合の、この発明の定着装置の一実施形態について説明する。図中定着ヒータ１００については、図１、図２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５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と対向して定着ヒータ１００が並置して図示しない基台内に取り付けられている。

定着ヒータ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、発熱抵抗体１２１，１２２を介した基板１１真上のオーバーコート層１８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において定着ヒータ１００は電極１４，１５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、発熱した発熱抵抗体１２１，１２２のオーバーコート層１８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を介して定着ヒータ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が定着ヒータ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されることから、トナー像Ｔ２の凝縮力は非常に大きくなものとなっている。

この実施形態では、高い耐電圧特性から得られる熱効率のよい定着ヒータよる定着装置を実現できる。

次に、図６を参照して、この発明に係る定着ヒータ、この定着ヒータを用いた定着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、定着装置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６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上から離れた用紙Ｐは、搬送ガイド３１１によって定着装置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、トナー像が転写された後、感光ドラム３０４上の残留トナーはクリーナ３１３を用いて除去される。

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）より長い発熱抵抗体１２１，１２２を延在させて定着ヒータ１００の加圧ローラ２０１が設けられている。

そして、定着ヒータ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、発熱抵抗体１２１，１２２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。

この実施形態では、高い耐電圧特性から得られる熱効率のよい定着ヒータよる定着装置２００を用いた複写機３００を実現できる。

なお、この発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、オーバーコート層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や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。この樹脂としては一般的に摺動性に優れるとされる材料である、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、フッ素等が考えられる。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、例えば３Ｈ以上の硬度は必要である。

また、定着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。

この発明の定着ヒータに関する一実施形態について説明するための構成図。図１のｘ−ｘ’断面図。この発明の効果について説明するための説明図。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。この発明の定着装置に関する一実施形態について説明するための説明図。この発明の画像形成装置に関する一実施形態について説明するための説明図。

符号の説明

１１基板
１２１，１２２発熱抵抗体
１３，１６，１７接続部
１４，１５電極
１８オーバーコート層
１８１第１のガラス層
１８２第２のガラス層
１００定着ヒータ
２００定着装置
３００複写機

Claims

耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の基板の長手方向に発熱抵抗体と該発熱抵抗体に電力を供給するための電極を形成し、少なくとも前記発熱抵抗体上にオーバーコート層を施した定着ヒータにおいて、
前記オーバーコート層は、前記発熱抵抗体を直接覆う無機酸化物のフィラーを１％〜１０％添加した第１層のガラスと、該第１層のガラス上に無機酸化物フィラーを添加しない第２層のガラスとから構成したことを特徴とする定着ヒータ。
前記オーバーコート層の膜厚は、４０μｍ〜６０μｍであることを特徴とする請求項１記載の定着ヒータ。
前記オーバーコート層を構成する前記第１層のガラスと前記第１および第２層のガラスの膜厚比は、１：２．５〜１：１．７であることを特徴とする請求項１記載の定着ヒータ。
加熱ローラと、
前記加熱ローラに対向配置された発熱抵抗体が圧接された請求項１〜３いずれかに記載の定着ヒータと、
前記定着ヒータと前記加熱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定着装置。
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形成手段と、
画像が形成された用紙を加圧ローラにより定着フィルムを介して前記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。