JP2007173007A - 加熱ヒータ、加熱装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱ヒータのオーバーコート層表面の平滑性を向上させ、定着不良の発生を抑える。
【解決手段】窒化アルミニウム等高熱伝導特性を有する長尺平板状の絶縁基板１１の一面に、銀・パラジウム等の通電により発熱が得られる発熱抵抗体１２１，１２２と電力を供給させるための銀、銀白金等の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給電用の下層の電極１４１，１５１とこの上に上層の電極１４２，１５２を絶縁基板１１に形成する。電極１４１，１５１に一端がそれぞれ一体形成された下層の接続導体１６１，１７１を形成し、電極１４２，１５２に一端がそれぞれ一体形成された上層の接続導体１６２，１７２を形成する。接続導体１６１，１７１は発熱抵抗体１２１，１２２とにギャップを置く。上層の接続導体１６２，１７２はギャップ間も埋める形で発熱抵抗体１２１，１２２上の一部にも形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、情報機器、家電製品や製造設備などの小型機器類に装着されて用いられる薄型の加熱ヒータおよびこの加熱ヒータを実装したプリンタ、複写機やファクシミリなどの加熱装置ならびにこの加熱装置を用いた画像形成装置に関する。

従来の加熱ヒータは、発熱抵抗体に電力を供給させる電極部と発熱抵抗体間を接続する導体は、電極部の昇温を抑えるために第１および第２導体を重ね合わせて２層にしている。重ね合わさった部分は、膜厚が厚く形成されることから絶縁破壊を起す要因となる。そこで、上層の第２導体と発熱抵抗体の端部は１０〜９０μｍ離すことで高い耐電圧特性を得られるようにしている。（例えば、特許文献１）
特開２００３-１４２２３２公報

上記した特許文献１の技術は、上層に形成される第２導体が下層の第１導体よりも小さいためにコンタクト部付近で段差が生じる。第１および第２導体の幅が同じ場合、パターン印刷の位置ずれやスクリーンの伸びによりパターンずれが生じることがあることから、第２導体幅を狭くする場合がある。第１と第２導体幅の差が大きいと、導体エッジ部が中央部に比べて膜厚が厚くなり、導体エッジ部の突起が生じることとなる。コンタクト部付近の段差や導体エッジ部の突起は、ヒータの平滑性を損なうために定着不良を起す原因となっていた。

この発明の目的は、ヒータ表面の平滑性を良好にするとともに、定着不良の発生を抑えることを可能とする加熱ヒータおよびこの加熱ヒータを実装したプリンタ、複写機やファクシミリなどの加熱装置ならびにこの加熱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、この発明の加熱ヒータは、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部を形成し、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て構成される加熱ヒータにおいて、前記電極部および／または接続導体を前記絶縁基板上に形成した下層部と、前記下層部の一端および前記発熱抵抗体の一端間に形成したギャップと、前記下層部上および前記ギャップ間に形成した上層部と、を具備したことを特徴とする。

また、耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁基板の長手方向に、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部を形成し、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て構成される加熱ヒータにおいて、前記電極部および／または接続導体は前記発熱抵抗体の端部と突き当たっている部分の高さよりそれ以外の部分を高く形成したことを特徴とする。

さらに、耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁基板の長手方向に、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部を形成し、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て構成される加熱ヒータにおいて、前記電極部または前記電極部および接続導体を前記絶縁基板上に形成した下層部と、前記下層部上に該下層部と同材料で形成した上層部と、前記上層部は、前記下層部よりも少なくとも前記オーバーコート層が形成された部分で幅広としたことを特徴とする。

この発明によれば、発熱抵抗体と電力が供給される電極に一端が接続された接続導体との接合箇所の突起率を抑えることで、これらを覆ったオーバーコート層表面の平滑性を向上させ、定着不良の発生を抑えることができる。

以下、この発明の実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１〜図３はこの発明の加熱ヒータに関する第１の実施形態について説明するためのもので、図１は構成図、図２はｗ−ｗ’断面図、図３は図２要部の拡大して示した構成図である。
図１〜図３において、１１は、耐熱、電気絶縁性材料の例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）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絶縁基板である。１２１，１２２は、絶縁基板１１の表面側の長手方向に沿って平行に形成された銀（Ａｇ）・パラジウム（Ｐｄ）をはじめとする銀系材料や、ルテニウム系、炭素系等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。

１４１，１５１は、それぞれ絶縁基板１１上に形成された銀系の導体ペーストを焼成した良導電体膜の給電用下層の電極であり、１６１，１７１は、電極１４１，１５１と例えば同材料で同時に焼成し、一端がそれぞれと一体形成され、発熱抵抗体１２１，１２２と絶縁基板１１からの高さが同程度の下層の接続導体である。接続導体１６１の他端は、図３のｘ−ｘ’断面を示した図４に示すように、発熱抵抗体１２１と１０〜９０μｍ程度ギャップＧ１離した状態で対向配置する。また、接続導体１６２の他端は、図３のｙ−ｙ’断面を示した図５にも示すように、発熱抵抗体１２２と１０〜９０μｍ程度ギャップＧ２離した状態で対向配置する。

１４２，１５２は、それぞれ下層の電極１４１，１５１上に形成された下層の電極１４１，１５１と同じような銀系の良導電体膜からなる給電用の上層の電極である。また、１６２，１７２は、電極１４２，１５２と例えば同材料で同時に焼成され、一端がそれぞれと一体形成され、発熱抵抗体１２１，１２２にかかる位置までとギャップＧ１，Ｇ２内に形成された上層の接続導体である。ギャップＧ１，Ｇ２内に形成される接続導体１６２，１７２部分は、導体ペーストをギャップＧ１，Ｇ２内に流し込んだ状態を焼成することで形成できる。

１８は、発熱抵抗体１２１，１２２と接続部１３、それに接続導体１６２，１７２の一部を覆い、電気的、機械的、化学的な保護を行うため、ガラスペーストを塗布、焼成して形成される厚膜印刷方法を用いてオーバーコート層である。

このように構成することで、下層の接続導体１６１，１７１と発熱抵抗体１２１，１２２はそれぞれ重ならないこととなる。上層の接続導体１６２，１７２と発熱抵抗体１２１，１２２はそれぞれ重なることになるものの、接続導体１６１，１７１の分の厚み分はオーバーコート層１８の厚みを厚くすることができることから、耐電圧性の向上を図ることができる。

また、接続導体１６１，１７１と発熱抵抗体１２１，１２２の段差を無くすためのギャップＧ１，Ｇ２部分には上層の接続導体１６２，１７２が形成されていることから発熱抵抗体１２１，１２２と電極１４２，１５２間の導電性が損なわれることはない。

ところで、それぞれ２層の接続導体１６１，１６２と接続導体１７１，１７２はなくても何ら差し支えない。つまり、電極１４１の一部と発熱抵抗体１２１にギャップＧ１を持たせて対向配置し、電極１４１と発熱抵抗体２２１の一部の上層に電極１４２を形成する。電極１４２の形成時にギャップＧ１にも電極１４２の一部が埋め込まれるように形成する。同様に、電極１５２の一部と発熱抵抗体１２２にギャップＧ２を持たせて対向配置し、電極１４２と発熱抵抗体２２２の一部の上層に電極１５２を形成する。電極１５２の形成時にギャップＧ２にも電極１５２の一部が埋め込まれるように形成する。２層にした電極と発熱抵抗体を接続する構成であっても、同じ効果を得ることができる。

図６〜図８は、この発明の発熱ヒータの第２の実施形態について説明するためのものである。図６は、図３のｚ−ｚ’断面に相当する断面を示した断面図であり、図７、図８はそれぞれ図６のオーバーコート層１８の幅ｃの範囲における、この実施形態の効果について説明するための説明図である。

この実施形態は、上層の接続導体１６２，１７２の幅ｗ１を、下層の接続導体１６１，１７１の幅ｗ２よりも０．０５ｍｍ以下に狭くしたものである。ただし、ｗ１≠ｗ２とする。

発熱ヒータの短手方向の摺動面となるオーバーコート層１８上の突起率Ｘを示した図７のように、突起率Ｘは、ｗ２−ｗ１が０．０５ｍｍより大きい従来の１９％程度あったものから１２％程度に抑えることができる。なお、突起率Ｘは、図８中の平滑な中央部分ｂとエッジ部分のａかａ’の一番突起した部分の関係を、ｂ／（ａまたはａ’）で求めたものである。

図８は、幅ｗ１とｗ２の関係を変化させた場合の突起率Ｘの変化について説明するための説明図である。この説明図から明らかなように、幅ｗ１がｗ２よりも０．０５ｍｍ以下となった付近から突起率Ｘの減少が見られる。

この実施形態では、接続導体１６２，１７２の幅ｗ２と接続導体１６２，１７２の幅ｗ１の差を０.０５ｍｍ以下幅ｗ１をそれぞれ狭い関係としたことにより、エッジ部の膜厚が厚くなることを抑え、オーバーコート層１８全体の平滑化を実現することができる。

図９〜図１１は、この発明の発熱ヒータの第２の実施形態について説明するためのもので、図９は、図６のｚ−ｚ’断面に相当する断面を示した断面図で、図１０、図１１はそれぞれ図９のオーバーコート層１８の幅ｃの範囲におけるこの実施形態の効果について説明するための説明図である。

この実施形態は、上層の接続導体１６２，１７２の幅ｗ１を、下層の接続導体１６１，１７１の幅ｗ２よりも広くオーバーラップさせたものである。従って、上層の接続導体１６２，１７２の一部は、絶縁基板１１上に形成されることになる。

この場合、下層の接続導体１６１，１７１が上層の接続導体１６２，１７２に覆われることになるため、接続導体１６２，１７２エッジ部に発生する膜厚が厚くなることを抑えることができる。

このため、発熱ヒータの短手方向の摺動面となるオーバーコート層１８上の突起率Ｘは、図１１のように、上記した第２の実施形態では１２％であった値から、さらに小さい４％程度の値に抑えることが可能となる。なお、突起率Ｘは、図１１中の平滑な中央部分ｂとエッジ部分のａかａ’の一番突起した部分の関係を、ｂ／（ａまたはａ’）で求めたものである。

上記したこの発明の加熱ヒータの各実施形態において、下層や上層の電極や接続導体の形成としては、例えばスクリーン印刷のような圧膜技術を利用した方法が挙げられる。スクリーン印刷法で下層、上層を形成する過程では、同じ材料で同じ方法で形成していく中で、これらは一体化することになる。

従って、実際の製品では下層、上層の区別がつき難くいが、少なくともスクリーン印刷により下層、上層を形成していく工程で、発熱抵抗体と同様の高さの下層の接続導体や電極と上層の電極は同時には形成することができない。

次に、図１２を参照し、上記した加熱ヒータを加熱装置２００に実装した場合の、この発明の加熱装置の一実施形態について説明する。図中加熱ヒータ１００については、図１〜図５で説明した加熱ヒータであり、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１２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と対向して加熱ヒータ１００が、並置して図示しない基台内に取り付けられている。

加熱ヒータ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が形成された絶縁基板１１の反対面の樹脂皮膜層２１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。

図１２の加熱装置２００において、加熱ヒータ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、発熱抵抗体１２１，１２２で発生させた熱が絶縁基板１１、摺動層２１と伝わり、摺動層２１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を介して加熱ヒータ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が加熱ヒータ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。

この加熱装置２００では、加熱ヒータ１００のオーバーコート層１８の平滑化の向上を図ったことから定着フィルム２０４の走行性の向上が図れ、定着フィルム２０４にキズが入ったりダメージを与えたりすることなく良好な定着性を図ることができる。

次に、図１３を参照して、この発明に係る加熱ヒータ、この加熱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１３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。

その後、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。

加熱装置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を延在させて加熱ヒータ１００の加圧ローラ２０１が設けられている。

そして、加熱ヒータ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、加熱ヒータのオーバーコート層表面の平滑性を向上させ、定着不良の発生を抑え、良好な定着性を図ることができる加熱ヒータ１００よる加熱装置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。

また、発熱抵抗体は便宜的に２本折り返す構成としているが、発熱抵抗体構成は特に限定するものではない。

加熱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。

さらに、加熱ヒータの第１の実施形態は、第２または第３の実施形態を組み合わせても構わない。この場合、それぞれの効果を合わせ持ったものが実現可能となる。

この発明の加熱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ｗ−ｗ’断面図。 図１要部分を拡大して示した構成図。 図３のｘ−ｘ’断面図。 図３のｙ−ｙ’断面図。 この発明の加熱ヒータの第２の実施形態について説明するための図３のｚ−ｚ’断面に相当する断面図。 図６の効果について説明するための説明図。 図６の効果について説明するための説明図。 この発明の加熱ヒータの第３の実施形態について説明するための図３のｚ−ｚ’断面に相当する断面図。 図９の効果について説明するための説明図。 図９の効果について説明するための説明図。 この発明の加熱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 絶縁基板
１２１，１２２ 発熱抵抗体
１３ 接続部
１４１，１４２，１５１，１５２ 電極
１６１，１６２，１７１，１７２ 接続導体
１８ オーバーコート層
１００ 加熱ヒータ
２００ 加熱装置
３００ 複写機

Claims (6)

1. 耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁基板の長手方向に、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部を形成し、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て構成される加熱ヒータにおいて、
   前記電極部および／または接続導体を前記絶縁基板上に形成した下層部と、
   前記下層部の一端および前記発熱抵抗体の一端間に形成したギャップと、
   前記下層部上および前記ギャップ間に形成した上層部と、を具備したことを特徴とする加熱ヒータ。
2. 耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁基板の長手方向に、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部を形成し、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て構成される加熱ヒータにおいて、
   前記電極部および／または接続導体は前記発熱抵抗体の端部と突き当たっている部分の高さよりそれ以外の部分を高く形成したことを特徴とする加熱ヒータ。
3. 耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁基板の長手方向に、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部を形成し、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て構成される加熱ヒータにおいて、
   前記電極部または前記電極部および接続導体を前記絶縁基板上に形成した下層部と、
   前記下層部上に該下層部と同材料で形成した上層部と、
   前記上層部は、前記下層部よりも少なくとも前記オーバーコート層が形成された部分で幅広としたことを特徴とする加熱ヒータ。
4. 前記上層部は前記下層部よりも幅狭とし、該幅狭の差が０.０５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の加熱ヒータ。
5. 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１〜４の何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。
6. 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５記載の加熱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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