JP2008078064A - ヒータ、加熱装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミック基板に固着された長手方向が幅で短手方向が長さとなる幅広で短長の発熱抵抗体に対し、同一方向に給電用電極が形成された場合でも発熱抵抗体の発熱量を基板長手方向全域に均一にする。
【解決手段】絶縁基板１１は細長い短冊状の形状したセラミックス製である。この基板１１には、長手方向が幅で短手方向が長さとなる幅広で短長の発熱抵抗体１６と、基板１１の長手方向に沿い発熱抵抗体１６の両端に接続して形成された導体１４，１５と、それぞれの導体１４，１５に接続され長手方向の同一方向に形成された一対の給電用電極１２，１３をそれぞれ固着してヒータ１００を構成する。ヒータ１００の導体１４，１５の抵抗温度係数は、２０００ｐｐｍ／℃以下の特性を有するものとした。導体１４，１５に対し同一方向に電極１２，１３が形成された場合でも、基板１１の長手方向に全域に渡り発熱抵抗体１６の温度分布の均一化を図ることができる。
【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ヒータおよびこの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並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の両側に正の温度係数の発熱抵抗体を形成し、この発熱抵抗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０７−９４２６０号公報

上記した特許文献１の技術は、給電用電極側に近いほど電気が流れやすく発熱量が大きくなる傾向がある。このため電極側に近い側と遠い側とには温度差が生じることになり、これが極端な温度分布の傾きになってしまい、電極側に近い側と遠い側との定着性に差が生じるという、問題がある。これは、電極側に遠い側に定着に必要な温度を設定した場合、近い側はより必要以上に温度が高くなることを意味し、省電力化という点でも問題があった。

この発明の目的は、セラミック製基板に固着された長手方向が幅で短手方向が長さとなる幅広で短長の発熱抵抗体に対し、同一方向に給電用電極が形成された場合でも発熱抵抗体の温度分布を基板長手方向全域に均一化を図ることができるヒータ、このヒータを用いた加熱装置、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、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の配線パターンと、前記第１および第２の配線パターンの一端にそれぞれ形成し、前記第１および第２の配線パターンに電力を供給させる第１および第２の電極と、前記第1および第２の配線パターン間の形成するとともに電気的に接続され、前記絶縁基板の長手方向に幅広く形成した発熱抵抗体とを具備し、前記第１および第２の配線パターンの抵抗温度係数は、２０００ｐｐｍ／℃以下としたことを特徴とする。

この発明によれば、セラミック製の絶縁基板上に固着された長手方向が幅で短手方向が長さとなる幅広で短長の発熱抵抗体に対し、同一方向の一端に給電用の電極が形成された場合でも、発熱抵抗体の基板長手方向全域に渡って均一な温度分布を図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２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もので、図１は上面図、図２は図１のＡ−Ａ’断面図である。
図１において、１１は厚みが０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の耐熱、電気絶縁性材料で、高い熱伝導性を有する例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等の高剛性のセラミックで形成された平板短冊状の絶縁基板である。１２，１３はそれぞれ銀等を主体とする良導電性で形成された給電用の電極である。１４，１５は、電極１２，１３にそれぞれ一端を接続して非接触状態で絶縁基板１１の長手方向の両側に並行して形成された配線パターンである。配線パターン１４，１５は、抵抗温度係数が２０００ｐｐｍ／℃以下の良導電性材料で、例えば、Ｐｄ（パラジウム）やＰｔ（白金）を５％程度含有したＡｇ（銀）導体ペーストを塗布、焼成して形成する。Ａｇ（銀）にＰｄやＰｔを５％程度含有させた場合は、抵抗温度係数が２０００ｐｐｍ／℃程度となり、Ａｇ（銀）にＰｄやＰｔを４％程度含有させた場合は１５００ｐｐｍ／℃程度となる。ＰｄやＰｔの含有量調整で所望の２０００ｐｐｍ／℃以下の抵抗温度係数を選択することができる。

電極１２および配線パターン１４と電極１３および配線パターン１５は、それぞれ同じ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して絶縁基板１１に固着する。電極１２と一体形成された反対側の配線パターン１４と電極１３と一体形成された反対側の配線パターン１５は、それぞれ解放状態となっている。すなわち、電極１２，１３は、配線パターン１４，１５のそれぞれ同方向の一端とが一体的に形成されている。

１６は、配線パターン１４，１５との間の絶縁基板１１の長手方向に沿って平行に形成された比較的抵抗値の高い酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）等の抵抗体ペーストをスクリーン印刷した後、高温で焼成して所定の抵抗値を有する膜厚が１０μｍ程度の幅広の発熱抵抗体である。

１７は、配線パターン１４，１５および発熱抵抗体１６を覆うように形成され、ガラス層厚が２０μｍ〜１００μｍ程度で、熱伝導率が例えば２Ｗ／ｍ・Ｋ以上のアルミナ等熱伝導性の優れた無機酸化物フィラーを２５〜３５ｗｔ％加えることで、摺動性を向上させたガラス等のオーバーコート層である。オーバーコート層１７は、配線パターン１４，１５および発熱抵抗体１６を機械的、化学的、電気的に保護する。

図３は、図１で構成されるヒータ１００の配線パターン１４，１５を異なる抵抗温度係数を用いた場合の電極１２，１３側とその反対側の温度差について説明するための説明図である。

図３のデータは、次ぎの条件で測定した。すなわち、発熱抵抗体１６の幅Ｗを２２０ｍｍ、長さＬを２ｍｍとし、配線パターン１４，１５の幅Ｗａ，ｗｂをそれぞれ１ｍｍとする。発熱抵抗体１６の面積抵抗は２５００Ω／□とし、発熱抵抗体１６の抵抗温度係数は１００ｐｐｍ／℃とし、発熱抵抗体１６の材料はＲｕＯ_２系を使用した。また、配線パターン１４，１５の面積抵抗は、同じ３ｍΩ／□とし、抵抗温度係数が４０００ｐｐｍ／℃〜５００ｐｐｍ／℃の８サンプルを使用してヒータ１００を形成した場合の違いを比較した。配線パターン１４，１５抵抗温度係数は違うものを用いたが、室温２５℃時での導体部での抵抗値は約１．３Ω程度になるものとした。

図４は、抵抗温度係数が２０００ｐｐｍ／℃の配線パターン１４，１５を用いた場合の電極１２，１３側とその反対側の温度差について説明するための説明図である。

室温時には、それぞれ配線パターン１４，１５の抵抗は同じであるため、温度の低い状態での発熱抵抗体１６上の温度分布は導体の抵抗温度係数によらず変わらない。通電１８０℃時には、抵抗温度係数が高い配線パターン１４，１５ほど抵抗値は高くなる。配線パターン１４，１５の抵抗が高くなるに従い、非電極形成側（ｙ）への電流が流れにくくなり、非電極形成側（ｙ）の発熱抵抗体１６上の温度が、電極形成側（ｘ）低くなってしまう。

ここで用いた配線パターン１４，１５の抵抗温度係数は２０００ｐｐｍ／℃であり、図３で示すように抵抗温度係数２０００ｐｐｍ／℃における電極形成側（ｘ）と非電極形成側（ｙ）の温度差は１０℃であり、
このように、抵抗温度係数２０００ｐｐｍ／℃以下の配線パターン１４，１５を使用することで、通電状態での配線パターン１４，１５の抵抗値を低く抑えることができ、電極１２，１３から遠いｙ側の配線パターン１４，１５および発熱抵抗体１６に電流が流れやすく、幅方向の温度差１０℃以下にすることができ、ヒータ１００長手方向の発熱温度分布を改善が可能となる。

次に、図５を参照し、上記したヒータ１００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、ヒータ１００については、図１〜図４で説明した加熱ヒータを用いており、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、発熱抵抗体１６が形成された絶縁基板１１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。

図５の加熱装置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１６で発生させた熱が絶縁基板１１、オーバーコート層１７と伝わり、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。

この加熱装置２００では、を用いたことにより良好な定着性能を得ることが可能となる。

次に、図６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。

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１６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、発熱抵抗体１６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。

この実施形態の複写機３００では、絶縁基板１１の長手方向の一方側に給電用の電極を形成しながら、絶縁基板１１の長手方向で均一な発熱を得ることが可能なヒータ１００を用いた。このため、長手方向で均一な発熱を得ながら給電用電極を一方に配置したことによる配線の引き回しを少なくすることができるヒータ１００による加熱装置２００、これを用いた複写機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。

この発明のヒータの第１の実施形態について説明するための上面図。 図１のＡ−Ａ’断面図。 １８０℃通電時の配線パターンの異なる抵抗温度係数における発熱抵抗体幅方向の温度差について説明するための説明図。 この発明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 電極
１４，１５ 配線パターン
１６ 発熱抵抗体
１７ オーバーコート層
１００ ヒータ
２００ 加熱装置
３００ 複写機

Claims (3)

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の配線パターンと、
   前記第１および第２の配線パターンの同一方向の一端にそれぞれ形成し、前記第１および第２の配線パターンに電力を供給させる第１および第２の電極と、
   前記第1および第２の配線パターン間に形成するとともに電気的に接続され、前記絶縁基板の長手方向が幅で短手方向が長さとなる幅広で短長の発熱抵抗体とを具備し、
   前記第１および第２の配線パターンの抵抗温度係数は、２０００ｐｐｍ／℃以下としたことを特徴とする板状ヒータ。
2. 加熱ローラと、
   前記加熱ローラに対向配置された発熱抵抗体が圧接された請求項１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。
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２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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