JP2008040097A - 加熱ヒータ、加熱装置、画像形成装置 - Google Patents

加熱ヒータ、加熱装置、画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】異なる用紙サイズを定着させる場合でも、発熱抵抗体を切り換えることなく、用紙が通過しない発熱抵抗体部分の温度上昇を抑える。
【解決手段】正の抵抗温度係数を有する発熱抵抗体12,13の領域t2,t3の温度が高くなった場合は、領域t2,t3での発熱抵抗体12の抵抗値が高くなり、これに伴い電流量も、発熱量も小さくなる。領域t2,t3と領域t1の温度差がない場合は、発熱抵抗体12,13全体で同程度の発熱が行われる。領域t2,t3と領域t1の温度差が生じた場合は、発熱抵抗体12,13の切り換えを行うことなく、流れる電流量が自動的に変わるため、温度が高くなった領域の発熱量を小さくし、温度が低い領域の昇温を緩和することができる。
【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。
従来のヒータは、長さの異なる複数本の発熱抵抗体を長尺状の絶縁基板上に形成し、用紙サイズにより発熱抵抗体を水平移動させ、用紙サイズにあった発熱抵抗体に通電させることで、異なる用紙サイズでも必要な領域に均一な温度分布を得ることができる(例えば、特許文献1)。
特開平6−149099号公報
上記した特許文献1の技術は、用紙サイズをセンサー等により感知し、スイッチング等の手段で発熱抵抗体を切り換えることで、発熱領域を切り換えるものであるが、必要な部分だけの発熱領域を得られるため、ヒータ端部の昇温を防ぐことができるが、用紙サイズの検出や発熱抵抗体の切り換える必要がある等のシステムが複雑化する、という問題があった。
この発明の目的は、異なる用紙サイズを定着させる場合でも、定着ユニットの構造を複雑にすることなく、発熱抵抗体端部の昇温を緩和することができる加熱ヒータおよびこの加熱ヒータを用いた加熱装置、それ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と、前記絶縁基板の長手方向に沿ってそれぞれ独立して形成され、正の抵抗温度係数を有する第1および第2の発熱抵抗体と、前記第1および第2の発熱抵抗体の一端に接続された第1の電極および前記第1および第2の発熱抵抗体の他端に接続された第2の電極と、を具備し、前記第1の発熱抵抗体は、長手方向の中央部分の幅を広くした幅広部とし、長手方向の両端部分の幅を、前記幅広部よりも狭い幅狭部とし、前記第2の発熱抵抗体は、長手方向の中央部分の幅を狭くした幅狭部とし、長手方向の両端部分の幅を、前記幅狭部よりも広い幅広部とし、前記第1および第2の発熱抵抗体を略同じ抵抗値に設定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と、前記絶縁基板の長手方向に沿い中央部分に形成され、正の抵抗温度係数を有する第1の発熱抵抗体と、前記絶縁基板上の長手方向に沿い前記第1の発熱抵抗体とは異なる位置の両端部分に形成するとともに、電気的に直列接続した正の抵抗温度係数を有し、前記第1の発熱抵抗体と略同じ抵抗値を有する第2の発熱抵抗体と、前記第1および第2の発熱抵抗体のそれぞれ一端が接続された第1の電極および前記第1および第2の発熱抵抗体のそれぞれ他端が接続された第2の電極とを具備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と、前記絶縁基板上の長手方向に沿ってそれぞれ形成され、正の抵抗温度係数を有する第1および第2の発熱抵抗体と、前記第1および第2の発熱抵抗体の一端に接続された第1の電極および前記第1および第2の発熱抵抗体の他端に接続された第2の電極と、を具備し、前記第1の発熱抵抗体は、長手方向の端部から中央部にかけて漸次広く形成し、前記第2の発熱抵抗体は、長手方向の端部から中央部にかけて漸次狭く形成し、前記第1および第2の発熱抵抗体の抵抗値を、前記絶縁基板の長手方向に略同じ値に設定したことを特徴とする。
この発明によれば、異なる用紙サイズを定着させる場合でも、発熱抵抗体を切り換えることなく、用紙が通過しない発熱抵抗体部分の昇温を抑えることが可能となる。
以下、この発明を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は図1のa−a’断面図、図3は図1のb−b’断面図である。
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)や窒化アルミニウム(AlN)、窒化珪素(Si)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。
12,13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、パラジウム(Pd)と銀(Ag)を合わせて抵抗温度係数が300ppm/℃以上の高い抵抗温度係数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である。
発熱抵抗体12は、長手方向の中央部分の幅を広くした幅広部121とその両端部分に幅を狭くした幅狭部122,123から構成される。発熱抵抗体13は長手方向の中央部分の幅を狭くした幅狭部131とその両端部分に幅を広くした幅広部132,133から構成される。幅広部121は幅狭部122,123に対し約2倍広く、幅狭部131は幅広部132,133の約1/2程度狭く形成されている。発熱抵抗体12,13の長手方向の抵抗は、略同じ値に形成されている。
発熱抵抗体12の幅広部121と発熱抵抗体13の幅狭部131は、例えばA4サイズの用紙を定着するに必要な幅に相当する領域t1の長さで形成される。熱抵抗体12の幅狭部122と発熱抵抗体13の幅広部132の領域t2、それに熱抵抗体12の幅狭部123と発熱抵抗体13の幅広部133の領域t3は、領域t1とを合わせて例えばA3サイズの用紙が定着される大きさの幅に相当する領域t4(=t1+t2+t3)の長さで形成される。
14は発熱抵抗体122,132のそれぞれ一端と一部を重層させて接続するとともに共通に接続するための銀系の導体ペーストを焼成して形成させた接続部、15は発熱抵抗体123,133それぞれ他端の一部を重層させて接続するとともに共通に接続するための銀系の導体ペーストを焼成して形成させた接続部である。
16は、それぞれ絶縁基板11上の長手方向の両側に形成させた銀系の導体ペーストを焼成した良導電体膜の給電用の電極であり、電極16は接続部14の一部を重層させて接続する。17は、それぞれ絶縁基板11上の長手方向の両側に形成させた銀系の導体ペーストを焼成した良導電体膜の給電用の電極であり、電極17は接続部15の一部を重層させて接続する。電極16と接続導体14および電極17と接続導体15は同一材料で一体形成しても構わない。
18は、接続導体15,16および発熱抵抗体12,13を覆い、電気的、機械的、化学的な保護を行うために、例えばガラスペーストを厚膜印刷方法で塗布、焼成して形成されたオーバーコート層である。
ここで、電極16,17が通電され発熱抵抗体12,13が昇温開始時のような発熱抵抗体12,13の領域t2,t3と領域t1に温度差がない場合、並列接続された領域t1の発熱抵抗体12,13の抵抗R1と領域t2およびt3の発熱抵抗体12,13の抵抗R2は略等しい。このため領域t1を流れる電流量I1および領域t2,t3を流れる電流量I2は略等しく、抵抗R1の発熱量W1と抵抗R2の発熱量W2は同程度となる。つまり、R1≒R2→I1≒I2→W1≒W2である。ただし、R1は発熱抵抗体12の領域t2,t3の抵抗値、R2は発熱抵抗体13の領域t1の抵抗値、I1は発熱抵抗体12の領域t2,t3の電流量、I2は発熱抵抗体13の領域t1の電流量、W1は発熱抵抗体12の領域t2,t3の発熱量、W2は発熱抵抗体13の領域t1の発熱量である。
ところで、発熱抵抗体12,13は、正の抵抗温度係数を有する材料で形成されていることから、温度が高くなるにつれて抵抗値は高くなる。サイズの小さい用紙を定着させ、領域t2,t3の温度が領域t1よりも上昇したときは、温度が低い領域t1の抵抗値R1よりも温度の高い領域t2,t3の抵抗値R2の方が高い値となる。このため、抵抗値の低い領域t1に流れる電流量Iが増加し、領域t1の発熱量Wが増加する。つまり、T(t2,t3)>T(t1)→R1>R2→I1<I2→W1<W2となる。ただし、Tは温度である。
このように、領域t2,t3の温度が高くなった場合は、領域t2,t3付近の抵抗値R1が高くなり、領域t2,t3での電流量I1は小さくなる。従って、領域t2,t3での発熱量W1は小さくなる。領域t2,t3と領域t1の温度差がない場合は、発熱抵抗体12,13全体で同程度の発熱が行われる。領域t2,t3と領域t1の温度差が生じた場合は、発熱抵抗体12,13の切り換えを行うことなく、流れる電流量が自動的に変わるため、温度が高くなった領域の発熱量を小さくし、温度が低い領域の昇温を緩和することができる。
図4は、この実施形態と従来との領域t1と領域t2,t3における温度分布を示すものである。図に示すように、用紙サイズの外側に位置する発熱抵抗体の発熱領域の発熱量が小さくできることがわかる。
この実施形態では、発熱抵抗体を切り換えることなく用紙サイズの外側にある発熱抵抗体の発熱領域の発熱量が小さくすることが可能である。
図5〜図7は、この発明の加熱ヒータに関する第2の実施形態について説明するための、図5は構成図、図6は図5のc−c’断面図、図7は図5のd−d’断面図である。なお、この実施形態において図1〜図3と同一の構成部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
この実施形態は、図1の発熱抵抗体12の幅広部121に相当する位置の絶縁基板11上に、例えば電極16,17と同材料で同時に絶縁基板11上に導電性パターン511を形成する。導電性パターン511の一端は図1の幅狭部122に相当する位置に正の抵抗温度係数を有する発熱抵抗体512の一端を重層させて、導電性パターン511の他端は図1の幅狭部123に相当する位置に抵抗温度係数の高い発熱抵抗体513の一端を重層させて固着する。発熱抵抗体512の他端は接続導体14に、発熱抵抗体513の他端は接続導体15にそれぞれ重層させて固着する。
図1の発熱抵抗体13の幅狭部131に相当する位置の絶縁基板11上に、正の抵抗温度係数を有する発熱抵抗体521を形成する。この発熱抵抗体521の一端は導電性パターン522を介して接続導体14に接続し、発熱抵抗体521の他端は導電性パターン523を介して接続導体15に接続する。導電性パターン522,523は、接続導体14,15と一体的に形成されるものである。
なお、直列接続された発熱抵抗体512,513の抵抗値と発熱抵抗体521の抵抗値とは略同じ値になるように形成する。
ここで、領域t2,t3の温度が高くなった場合は、領域t2,t3の発熱抵抗体512,513の抵抗値R1が高くなり、発熱抵抗体512,513を流れる電流量I1は小さくなる。従って、領域t2,t3での発熱量W1は小さくなる。領域t2,t3と領域t1の温度差がない場合は、発熱抵抗体512,513,521が同程度の発熱量となる。領域t2,t3と領域t1の温度差が生じた場合は、発熱抵抗体512,513の切り換えを行うことなく、流れる電流量が自動的に変わるため、温度が高くなった領域の発熱量を小さくし、温度が低い領域の昇温を緩和することができる。
この実施の形態の場合は、領域t2,t3の昇温時(T(t2,t3)>T(t1))に、領域t1の抵抗値が高い発熱抵抗体521と領域t2,t3の抵抗値が高い発熱抵抗体512,513の抵抗値の差がより大きくなるため、領域t2,t3での不要な昇温の抑制効果がより得られやすいものとなる。
図8〜図10は、この発明の加熱ヒータに関する第3の実施形態について説明するための、図8は構成図、図9は図8のe−e’断面図、図10は図8のf−f’断面図である。なお、この実施形態において図1〜図3と同一の構成部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
この実施形態は、絶縁基板11の長手方向に非接続状態で形成された正の抵抗温度係数を有する発熱抵抗体81,82を形成させる。発熱抵抗体81は長手方向の端部から中央部にかけて漸次パターン幅を狭くし、端部に対し中央部の抵抗値を高くしている。発熱抵抗体82は長手方向の端部から中央部にかけて漸次パターン幅を広くし、端部に対し中央部の抵抗値を高くしている。
発熱抵抗体81,82の長手方向の抵抗値は略同じ値にしてある。また、発熱抵抗体81,82は、絶縁基板11の短手方向に対して合計の抵抗値が略同じにしてある。換言すれば、図8中のラインe−e’の発熱抵抗体81,82の抵抗値とラインf−f’ 発熱抵抗体81,82の抵抗値は略同じということである。
この実施形態は、図1〜図3の作用と同じ原理で発熱抵抗体81,82を切り換えることなしに幅の狭い用紙を通過させた場合に、用紙が通過しない発熱抵抗体81,82の部分で発熱量が大きくなることを抑えることができる。
この場合特に、発熱抵抗体81,82の幅を漸次広くしたり狭くしたりするようにしたために任意の大きさの用紙にも対応することができる。また、この実施形態と従来との温度分布を示した図10にからもわかるように、用紙が通過しない発熱抵抗体81,82部分での絶縁基板11の短手方向の幅も漸次広くしたり狭くしたりしているために、両端部での発熱量が上記第1および第2の実施形態よりもさらに抑えることができる。
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。図中の100の加熱ヒータについては、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12,13が形成された絶縁基板11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。
図12の加熱装置200において、加熱ヒータ100は電極16,17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電極16,17に通電され、発熱抵抗体12,13で発生させた熱が絶縁基板11、オーバーコート層18と伝わる。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To1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To2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To1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To2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、異なる用紙に対して発熱抵抗体12,13を切り換えることなく、用紙が通過しない発熱抵抗体12,13部分の温度上昇を抑えることが可能となる。このため発熱抵抗体12,13の切り換え手段が不要となる。
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12,13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との間を送られる複写用紙P上の未定着トナー像To1は、発熱抵抗体19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、複数の発熱抵抗体を切り換える必要がないとともに、発熱抵抗体の加熱部全域に渡り略同じような温度分布を得ることが異なる用紙を使用した場合に対しても可能な加熱ヒータ100よる加熱装置200を用いた複写機300を実現できる。
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。
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構成図。 図1のa−a’断面図。 図1のb−b’断面図。 この発明の加熱ヒータに関する第1の実施形態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に関する第2の実施形態について説明するための構成図。 図1のc−c’断面図。 図1のd−d’断面図。 この発明の加熱ヒータに関する第3の実施形態について説明するための構成図。 図8のe−e’断面図。 図8のf−f’断面図。 この発明の加熱ヒータに関する第3の実施形態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
12,13,512,513,521,81,82 発熱抵抗体
121,132,133 幅広部
131,122,123 幅狭部
14,15 接続導体
16,17 電極
18 オーバーコート層
511,522,523 導電性パターン
100 加熱ヒータ
200 加熱装置
300 複写機

Claims (7)

  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、
    前記絶縁基板の長手方向に沿ってそれぞれ独立して形成され、正の抵抗温度係数を有する第1および第2の発熱抵抗体と、
    前記第1および第2の発熱抵抗体の一端に接続された第1の電極および前記第1および第2の発熱抵抗体の他端に接続された第2の電極と、を具備し、
    前記第1の発熱抵抗体は、長手方向の中央部分の幅を広くした幅広部とし、長手方向の両端部分の幅を、前記幅広部よりも狭い幅狭部とし、
    前記第2の発熱抵抗体は、長手方向の中央部分の幅を狭くした幅狭部とし、長手方向の両端部分の幅を、前記幅狭部よりも広い幅広部とし、
    前記第1および第2の発熱抵抗体を略同じ抵抗値に設定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と、
    前記絶縁基板の長手方向に沿い中央部分に形成され、正の抵抗温度係数を有する第1の発熱抵抗体と、
    前記絶縁基板上の長手方向に沿い前記第1の発熱抵抗体とは異なる位置の両端部分に形成するとともに、電気的に直列接続した正の抵抗温度係数を有し、前記第1の発熱抵抗体と略同じ抵抗値を有する第2の発熱抵抗体と、
    前記第1および第2の発熱抵抗体のそれぞれ一端が接続された第1の電極および前記第1および第2の発熱抵抗体のそれぞれ他端が接続された第2の電極とを具備したことを特徴とする加熱ヒータ。
  3. 前記第1の発熱抵抗体が形成されている前記絶縁基板の短手方向の前記第2の発熱抵抗体は、該第2の発熱抵抗体を構成する発熱抵抗体同士を直列接続するための導電性パターンが対向配置され、前記第2の発熱抵抗体が形成されている前記絶縁基板の短手方向の前記第1の発熱抵抗体は、該第1の発熱抵抗体と前記第1の電極を電気的に接続するための導電性パターンおよび前記第1の発熱抵抗体と前記第2の電極を電気的に接続するための導電性パターンであることを特徴とする請求項2記載の加熱ヒータ。
  4. 耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁基板と、
    前記絶縁基板上の長手方向に沿ってそれぞれ形成され、正の抵抗温度係数を有する第1および第2の発熱抵抗体と、
    前記第1および第2の発熱抵抗体の一端に接続された第1の電極および前記第1および第2の発熱抵抗体の他端に接続された第2の電極と、を具備し、
    前記第1の発熱抵抗体は、長手方向の端部から中央部にかけて漸次広く形成し、
    前記第2の発熱抵抗体は、長手方向の端部から中央部にかけて漸次狭く形成し、
    前記第1および第2の発熱抵抗体の抵抗値を、前記絶縁基板の長手方向に略同じ値に設定したことを特徴とする加熱ヒータ。
  5. 前記第1および第2の発熱抵抗体は、前記絶縁基板の短手方向の合わせた抵抗値が略同じ値に設定したことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の加熱ヒータ。
  6. 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の何れかに記載の加熱ヒータと、
    前記加熱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。
  7. 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加熱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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