JP2006252897A - ヒータ、加熱装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗値のばらつきも少なくして温度ムラを軽減させるとともに、熱伝導損失も抑えることのできるヒータを実現する。
【解決手段】長尺平板状の絶縁性基板１１の長尺方向の中央に第１の抵抗発熱体１２１を形成する。第１の抵抗発熱体１２１の両側に沿った基板１１上に第１の抵抗発熱体１２１より幅の狭い第２および第３の抵抗発熱体１２２，１２３を形成する。基板１１上に形成した第１の電極１３と第１の抵抗発熱体１２１の一端と電気的に接続する。第１の抵抗発熱体１２１の他端と第２および第３の抵抗発熱体１２２，１２３の一端を、基板１１上に形成した接続導体１４と電気的に接続する。第１の電極１３に近傍の基板上に形成した第２の電極１５と第２および第３の抵抗発熱体１２２，１２３の他端をそれぞれ電気的に接続する。ガラス製の保護層１９で少なくとも第１〜第３の抵抗発熱体１２１〜１２３を覆うようにした。
【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、リライタブルペーパ等の加熱装置、この加熱装置を用いた画像処理装置に関する。

従来のヒータとして、絶縁基板上に奇数の抵抗発熱体を固着し、これらの抵抗発熱体を直列配線した一対の電極を有するものがある。この場合、抵抗発熱体幅を細くし一往復半以上の長い配線経路を確保することで、低いシート抵抗値の材料で所望の抵抗値を出現させるとともに、絶縁基板の短手方向中央に配置する抵抗発熱体の幅に対し、両側の抵抗発熱体幅を狭くして温度を高くしている。（例えば、特許文献１）
特開平８−２６０００２号公報

上記した特許文献１の技術は、幅の狭い抵抗発熱体を直列に長い経路で配線することになるため、単位当たりの抵抗値のばらつきが大きくなる。つまり、抵抗発熱体の幅が狭いと印刷上の問題等により特定箇所での抵抗値が変化し、温度ムラが生じ易くなる。抵抗発熱体幅を広げれば抵抗値のばらつきは抑えられられる。この場合、抵抗発熱体を構成する銀・パラジウム合金のうち高価なパラジウム量を増やす必要があることから材料費が高価になる、という問題があった。

この発明の目的は、抵抗値ばらつきを少なくして温度ムラを軽減させるとともに、熱伝導損失も抑えることのできるヒータ、このヒータを実装した加熱装置、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、長尺平板状の絶縁性の基板と、
前記基板の長尺方向の中央に形成された第１の抵抗発熱体と、前記第１の抵抗発熱体の両側の長手方向に沿って前記基板上に形成され、前記第１の抵抗発熱体より幅狭の第２および第３の抵抗発熱体と、前記第１の抵抗発熱体の一端と電気的に接続するとともに、前記基板上に形成した第１の電極と、前記第１の抵抗発熱体の他端と前記第２および第３の抵抗発熱体の一端を電気的に接続し、前記基板上に形成した接続導体と、前記第２および第３の抵抗発熱体の他端をそれぞれ電気的に接続し、前記第１の電極に近傍の前記基板上に形成した第２の電極と、少なくとも前記第１〜第３の抵抗発熱体を覆うように配置された保護層と、を具備したことを特徴とする。

この発明によれば、抵抗値のばらつきも少なくして温度ムラを軽減させるとともに、熱伝導損失も抑えることのできるヒータを得ることができる。

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、この発明のヒータの一実施形態について説明するための構成図、図２は図１のｘ−ｘ’断面図である。

図１、図２において、１１は、例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などの耐熱性や電気絶縁性に優れた高剛性のセラミック等の基材で高い熱伝導性を有する短冊状絶縁基板である。１２１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第１の抵抗発熱体である。１２２，１２３は第１の抵抗発熱体１２１と同材質で両側に沿って非接触状態で配置され、第１の抵抗発熱体１２１のほぼ１／２の幅の第２および第３の抵抗発熱体である。換言すれば、第２および第３の抵抗発熱体１２２，１２３の抵抗値は、単位面積あたりの抵抗値が同じであれば、第１の抵抗発熱体１２１の略２倍であり、第２および第３の抵抗発熱体１２２，１２３は並列接続されているので、第１の抵抗発熱体１２１の抵抗値と並列接続された第２および第３の抵抗発熱体１２２，１２３の抵抗値は略等しくなる。

１３は、抵抗発熱体１２１の一端を重層して基板１１上に形成された銀系、ニッケル等、単位面積当たりの抵抗値が低く通電しても大きな発熱現象が起こりにくい良導電体膜からなる給電用の第１の電極である。１４は第１の抵抗発熱体の他端と第２および第３の抵抗発熱体の一端とをそれぞれ重層して基板１１上に形成された第１の電極１３と同様材質で発熱現象が起こりにくい接続導体である。

１５は、第１の電極１３近傍の基板１１上に形成された銀系、ニッケル等、単位面積当たりの抵抗値が低く通電しても大きな発熱現象が起こりにくい良導電体膜からなる給電用の第２の電極である。第２の電極１５は、一体的に形成されて第２の発熱抵抗体１２２、接続導体１４、第３の発熱抵抗体１２３の外側に沿って形成された配線パターン１６に接続される。配線パターン１６の第２の電極に近い側の途中に接続部１７を突出して形成し、接続部１７は第２の抵抗発熱体１２２の他端と重層して基板１１上で接続される。配線パターン１６の終端に接続部１８を形成し、接続部１８は第３の抵抗発熱体１２３の他端と重層して基板１１上で接続される。

１９は、第１〜第３の抵抗発熱体１２１〜１２３、接続導体１４、接続部１７，１８を覆って、これらを電気的、機械的、化学的に保護する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保護層である。

図３は、図１の等価回路である。図に示すように、図１のヒータは、第１および第２の電極１３，１５との間に、並列接続された第２および第３の抵抗発熱体１２２，１２３に第１の抵抗発熱体１２１が直列接続された状態にある。

ところで、抵抗発熱体は単位面積あたりの抵抗値を上げると、抵抗発熱体となる銀・パラジウム合金のうちの高価なパラジウム量を増加させる必要がある。第２および第３の抵抗発熱体１２２，１２３の幅は細くしてあるため、パラジウム量を増やすことなく単位面積あたりの抵抗値を上げることができる。

また、幅の狭い第２および第３の抵抗発熱体１２２，１２３は、並列接続となっていることから、仮に一方に温度ムラが発生した場合でも他方のヒータで温度ムラを軽減させることが可能となる。

さらに、中央に位置する第１の抵抗発熱体１２１の幅を広くしていることから、この部分に対向する保護層１９の表面に、幅広の平坦部２０（図２）が形成される。幅広の平坦部２０は、第１の抵抗発熱体１２１で発生した熱が保護層１９の表面に現れるときの温度分布ムラの減少に役立ち、熱伝導損失を抑えることが可能となる。

上記した実施形態によれば、並列接続の第２および第３の抵抗発熱体と第１の抵抗発熱体を直列接続としたことにより、幅の狭い第２および第３の抵抗発熱体側のいずれか一方が断線したとしても、もう一方の抵抗発熱体での発熱は可能となる。また、幅の狭い第２および第３の抵抗発熱体を並列接続したことで抵抗値のばらつきを少なくし、温度ムラを軽減させることができる。また、中央の第１の抵抗発熱体の幅が広いために保護層の表面に平坦部が形成できることから熱伝導性の向上を図ることもできる。

図４は、この発明のヒータの他の実施形態について説明するための構成図であり、図１と同一の構成部分には同一の符号を付してここでは異なる部分を中心に説明する。

図４において、基板１１上に形成された銀系、ニッケル等、単位面積当たりの抵抗値が低く通電しても大きな発熱現象が起こりにくい良導電体膜からなる給電用の第１の電極１３１は、第１の抵抗発熱体１２１の一端と重層して接続される。基板１１上に形成された銀系、ニッケル等、単位面積当たりの抵抗値が低く通電しても大きな発熱現象が起こりにくい良導電体膜からなる給電用の第２の電極１５１は、第２および第３の抵抗発熱体１２２，１２３のそれぞれ一端と重層して接続される。第１〜第３の抵抗発熱体１２１〜１２３のそれぞれの他端は、第１の電極１３と同様材質で発熱現象が起こりにくい接続導体１４と重層して接続される。

この実施形態の等価回路は、図３に示す図１と同等価回路となる。従って、この実施形態でも、一実施形態と同様の効果を奏する。

上記した構成のヒータ１００は、定着装置に組み込まれ、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の第１および第２の電極１３，１５に通電されると、直列接続された第１の抵抗発熱体１２１と第２および第３の抵抗発熱体１２２，１２３に電流が流れて発熱する。第１〜第３の抵抗発熱体１２１〜１２３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５４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５４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、第１の抵抗発熱体１２１と第２および第３の１２２，１２３に加える電力を制御することによって、第１〜第３の抵抗発熱体１２１〜１２３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による温度調整でも構わない。

そして、ヒータ１００は電極１３，１５に電力が供給されると、第１の抵抗発熱体１２１、第２および第３の抵抗発熱体１２２，１２３にそれぞれ電流が流れ、第１〜第３の抵抗発熱体１２１〜１２３はそれぞれ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。

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５４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、上記したヒータを定着用として定着装置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、その表面に耐熱性の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、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においてヒータ１００は第１および第２の電極１３，１５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、発熱した第１〜第３の抵抗発熱体１２１〜１２３のオーバーコート層１９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、ヒータ１００の定着フィルム２０４が熱伝導性の高い保護層１９の平坦部２０と接触することから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７を参照して、この発明に係る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７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）より長い第１〜第３の抵抗発熱体１２１〜１２３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、第１〜第３の抵抗発熱体１２１〜１２３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、熱伝導性の良好なヒータ１００による定着装置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。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、上記した実施形態によって把握される技術思想をその効果とともに以下に説明する。

（１）尺平板状の絶縁性の基板と、前記基板の長尺方向の中央に形成された第１の抵抗発熱体と、前記第１の抵抗発熱体の両側に位置して前記基板上に形成され、前記第１の抵抗発熱体より幅狭の第２および第３の抵抗発熱体と、前記第１の抵抗発熱体の一端と電気的に接続するとともに、前記基板上に形成した第１の電極と、前記第１の抵抗発熱体の他端と前記第２および第３の抵抗発熱体の一端を電気的に接続し、前記基板上に形成した接続導体と、前記第２および第３の抵抗発熱体の他端をそれぞれ電気的に接続し、前記第１の電極に近傍の前記基板上に形成した第２の電極と、少なくとも前記第１〜第３の抵抗発熱体を覆うように配置された保護層と、を具備し、前記第１の抵抗発熱体の幅は、前記第２および第３の抵抗発熱体のそれぞれの幅の２倍としたヒータである。
この技術思想によれば、前記第２および第３の抵抗発熱体の幅を、第１の抵抗発熱体の幅の１／２としたことにより、第１〜第３の抵抗発熱体の温度分布の均一化を図ることができる。

（２）前記第１の抵抗発熱体の抵抗値は、前記第２および第３の発熱抵抗体の合成抵抗値と同じに設定した技術思想（１）記載のヒータである。
この技術思想は、第１の抵抗発熱体の幅と前記第２および第３の発熱抵抗体のそれぞれの幅の２倍幅にするという技術思想（１）を換言したばかりであり、同効果を奏する。

この発明のヒータの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。 この発明のヒータの等価回路図。 この発明のヒータの他の実施形態について説明するための構成図。 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。 この発明のヒータを定着用として定着装置に用いた場合の一実施形態について説明するための説明図。 この発明の定着装置を画像形成装置に用いた場合の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 第１の抵抗発熱体
１２２ 第２の抵抗発熱体
１２３ 第３の抵抗発熱体
１３，１３１ 第１の電極
１４ 接続導体
１５，１５１ 第２の電極
１６ 配線パターン
１７，１７１，１８，１８１ 接続部
１９ 保護層
１００ ヒータ
２００ 定着装置
３００ 複写機

Claims (3)

1. 長尺平板状の絶縁性の基板と、
   前記基板の長尺方向の中央に形成された第１の抵抗発熱体と、
   前記第１の抵抗発熱体の両側の長手方向に沿って前記基板上に形成され、前記第１の抵抗発熱体より幅狭の第２および第３の抵抗発熱体と、
   前記第１の抵抗発熱体の一端と電気的に接続するとともに、前記基板上に形成した第１の電極と、
   前記第１の抵抗発熱体の他端と前記第２および第３の抵抗発熱体の一端を電気的に接続し、前記基板上に形成した接続導体と、
   前記第２および第３の抵抗発熱体の他端をそれぞれ電気的に接続し、前記第１の電極に近傍の前記基板上に形成した第２の電極と、
   少なくとも前記第１〜第３の抵抗発熱体を覆うように配置された保護層と、を具備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または２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。
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。

Images