JP2008181682A - 板状ヒータ、加熱装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータ摺動面となる摺動層の摺動性と熱伝導性を向上させた板状ヒータを実現する。
【解決手段】セラミック製の絶縁基板１１の一方面上に発熱抵抗体１２を厚膜印刷で形成し、さらに発熱抵抗体１２に給電を行う電極１３，１４を形成する。発熱抵抗体１２上にオーバーコート層１５を形成する。発熱抵抗体１２が形成された絶縁基板１１の他方面上に、耐熱性のガラスパターン１６１，１６２と、このガラスパターン１６１，１６２を挟む格好で、耐熱性、摺動性の高い例えばポリイミド系の樹脂パターン１７１〜１７３とからなる摺動層１８を形成する。ガラスパターン１６１，１６２と樹脂パターン１７１〜１７３が交互に形成された摺動層１８は、熱伝導性と摺動性を合わせ持つものとなりヒータによる定着性の向上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板状ヒータおよびこの板状ヒータを実装したプリンタ、複写機、ファクシミリやリライタブルカードリーダライタ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。

従来のイミド系摺動層を有するヒータは、相手側の摺動部材である定着フィルムとが摺擦する。ヒータの摺動層にはガラスを形成し、定着フィルムには耐熱性樹脂フィルムを使用されてきた。最近では、高速化に伴いより瞬時に加熱定着させる必要から、定着フィルムを耐熱性樹脂フィルムからステンレス鋼等の金属スリーブを用いるようになってきた。相手側が金属スリーブの場合、ヒータの摺動面がガラスだと摺動時の摩擦抵抗が大きく駆動トルクが大きくなり、さらには金属スリーブ内面が削れてしまう問題があった。そこで、摺動層をポリイミド等の樹脂で形成し良好な摺動性が得られている。（例えば、特許文献１）
特開２００３−１３１５０２公報

上記した特許文献１の技術は、ガラスに比べ熱伝導率の悪いポリイミド等の樹脂を使用しているため、相手側の定着フィルムを熱伝導性の良いステンレス鋼等の金属スリーブに変えても定着性が悪くなってしまう問題点があった。

この発明の目的は、摺動性と熱伝導性を向上させた板状ヒータ、この板状ヒータを用いた加熱装置および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、この発明の板状ヒータでは、耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板の絶縁基板と、前記絶縁基板の長手方向に沿って形成された帯状の発熱抵抗体と、前記絶縁基板上に形成するとともに、前記発熱抵抗体に電気的に接続した電極と、前記発熱抵抗体が形成された前記絶縁基板の反対面に、前記発熱抵抗体に対向する位置に沿って幅方向に交互に形成した耐火性で熱伝導性と摺動性のことなる第１および第２のパターンから形成された摺動層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の絶縁基板と、前記絶縁基板の長手方向に沿って形成された帯状の発熱抵抗体と、前記絶縁基板上に形成するとともに、前記発熱抵抗体に電気的に接続した電極と、前記発熱抵抗体が形成された前記絶縁基板の反対面に、前記発熱抵抗体に対向する位置に沿って長手方向に交互に形成した耐火性で熱伝導性と摺動性のことなる第１および第２のパターンが複数平行に形成された摺動層とを具備したことを特徴とする。

この発明によれば、ヒータ摺動面となる摺動層に摺動性の優れた樹脂パターンと熱伝導性の優れたガラスパターンを交互に形成したことにより、摺動性と熱伝導性を向上させた板状ヒータを得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、この発明の板状ヒータに関する第１の実施形態の概略的な構成について説明するためのもので、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は背面図、図２は図１（ｂ）のａ−ａ’断面図である。

図１（ａ）において、１１は、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）等の電気絶縁性を有する高剛性のセラミック等の基材で作成された高い熱伝導性の短冊状絶縁基板である。

１２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。１３，１４は、絶縁基板１１上の長手方向の他端にそれぞれ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の電極であり、電極１３は発熱抵抗体１２の一端を重層させた状態で、電極１４は発熱抵抗体１２の他端を重層させた状態でそれぞれ形成される。

１５は、発熱抵抗体１２それに電極１３，１４の一部を覆い、電気的、機械的、化学的な保護を行うため、厚膜印刷方法を用いてガラスペーストを塗布、焼成して形成されるオーバーコート層である。

図１（ａ）の裏面を示す図１（ｂ）の絶縁基板１１の長手方向には、２本の耐熱性のガラスパターン１６１，１６２を介在させた格好で、耐熱性、摺動性の高い例えばポリイミド系の３本の樹脂パターン１７１〜１７３が形成される。ガラスパターン１６１，１６２と樹脂パターン１７１〜１７３の高さは同様とする。発熱抵抗体１２と中央に位置する樹脂パターン１７２は、絶縁基板１１を挟んで対向する関係にしてある。ガラスパターン１６１，１６２と樹脂パターン１７１〜１７３は、定着用フィルムの摺動層１８となる。

ここで、電極１３，１４に給電を行い発熱抵抗体１２の発熱が行われると、発熱抵抗体１２で発生した熱は、図２矢印で示すように熱伝導性の高いガラスパターン１６１，１６２から先に温度が素早く表面に伝達され、所定の表面温度となる。ガラスパターン１６１，１６２より熱伝導性の悪い分だけ遅れて樹脂パターン１７１〜１７３の表面温度がガラスパターン１６１，１６２と同じような温度となる。

発熱抵抗体１２の反対面には、ガラスパターンより熱伝導性のやや劣る樹脂パターン１７２が形成され、その両側にガラスパターン１６１，１６２が形成されている。このような配置にすることにより、発熱抵抗体１２からの熱が絶縁基板１１を介して反対側の摺動層１８に伝わる際、絶縁基板１１の幅方向へ拡散しやすくなり、摺動層１８表面全体の熱伝導性の向上を図ることができる。

ガラスパターン１６１，１６２は、樹脂パターン１７１〜１７３に比べて熱伝導性に優れ、樹脂パターン１７１〜１７３は、樹脂パターン１７１〜１７３に比べて摺動性に優れている。このことから、摺動層１８の表面全体としては、熱伝導性が高く、摺動性が優れた特性を有するものとなる。

この実施形態では、ガラスパターンによって熱の伝導性の向上を図ることができるとともに、樹脂パターンによって摺動層の摺動性の向上を図ることができ、定着性の向上に寄与する。

図３〜図５は、この発明の板状ヒータに関する第１の実施形態の概略的な構成について説明するためのもので、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は背面図、図４は図３のｂ−ｂ’断面図、図５は図３のｃ−ｃ’断面図である。図１の同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。

この実施形態は、図３（ｂ）に示すように、絶縁基板１１の長手方向にガラスパターン１６ａと樹脂パターン１７ａ、ガラスパターン１６ｂと樹脂パターン１７ｂ、ガラスパターン１６ｃと樹脂パターン１７ｃ、ガラスパターン１６ｄと樹脂パターン１７ｄ、ガラスパターン１６ｅと樹脂パターン１７ｅのそれぞれが交互に形成される複数ライン（例えば５ライン）で摺動層１８１を形成したものである。

この場合、図４、図５にも示すように、熱伝導性の高いガラスパターン１６ａ〜１６ｅが、絶縁基板１１の長手方向並びに幅方向に均一に分散される状態で配置された摺動層１８１となる。

この実施形態では、摺動層の表面が所定の温度になる時間を均一にしかも早くできる特性を実現できる。また、摺動層の摺動も均一に分散された樹脂パターンによりスムースな特性を得ることができる。

図６〜図１０は、この発明の板状ヒータに関する第３の実施形態の概略的な構成について説明するためのもので、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は背面図、図７は図６のｄ−ｄ’断面図、図８は図６のｅ−ｅ’断面図、図９は図６のｆ−ｆ’断面図、図１０は図６のｇ−ｇ’断面図である。図１の同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。

この実施形態は、図６（ｂ）に示すように、絶縁基板１１の長手方向にガラスパターン１６ａと樹脂パターン１７ａ、ガラスパターン１６ｂと樹脂パターン１７ｂ、ガラスパターン１６ｃと樹脂パターン１７ｃ、ガラスパターン１６ｄと樹脂パターン１７ｄ、ガラスパターン１６ｅと樹脂パターン１７ｅのそれぞれが交互に形成される４ラインで摺動層１８２を形成したものである。この実施形態と図３との違いは、ライン毎にガラスパターンと樹脂パターンをずらして形成された点である。

この場合も、図７〜図１０に示すように、熱伝導性の高いガラスパターン１６ａ〜１６ｅが、絶縁基板１１の長手方向並びに幅方向に均一に分散される状態で配置された摺動層１８２となる。

特に、絶縁基板１１の幅方向に対してガラスパターンと樹脂パターンが同じ条件、つまり幅方向に２ラインのガラスパターンと２ラインの樹脂パターンが来るように配置されていることから、より摺動層１８２表面温度の均一化の速度を速められる。さらに、幅方向に樹脂パターンとガラスパターンが階段状になっていることから、摺動性がやや劣るガラスパターンでの摺動性の向上にも寄与する。

この実施形態では、摺動層の表面全体が所定の温度になる時間を均一にしかも早くできる。また、摺動層の摺動も均一に分散、階段状に配置された樹脂パターンとガラスパターンによりさらにスムースなものとなる。

また、図１１、図１２は、この発明の板状ヒータに関する第４の実施形態の概略的な構成について説明するためのもので、図１１（ａ）は正面図、図１１（ｂ）は背面図、図１２は図１１のｈ−ｈ’断面図である。図１の同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図１１（ａ）において、絶縁基板１１上には長手方向に平行に発熱抵抗体１２１，１２２が形成され、それぞれの一端は接続導体１１１に接続される。発熱抵抗体１２１の他端は電極１３１に、発熱抵抗体１２２の他端は電極１４１にそれぞれ接続される。

図１１（ｂ）において、発熱抵抗体１２１，１２２が形成された反対面の対向する位置の絶縁基板１１上の長手方向には、それぞれ樹脂パターン１７４，１７５が形成される。樹脂パターン１７４と１７５間に沿ってガラスパターン１６４が形成され、樹脂パターン１７４と１７５の外側に沿ってガラスパターン１６３，１６５がそれぞれ形成される。

絶縁基板１１の一方面に形成された発熱抵抗体１２１，１２２に対し、絶縁基板１１の他方面に形成された樹脂パターン１７４と１７５は対向位置に形成されている。このため、図１２の矢印で示すように、発熱抵抗体１２１，１２２からの熱が絶縁基板１１を介して反対側の摺動層１８３に伝わる際、絶縁基板１１の幅方向へ拡散しやすくなり、摺動層１８３表面全体の熱伝導性の向上を図ることができる。

この実施形態においても、ガラスパターンによって熱の伝導性の向上を図りつつ、樹脂パターンによって摺動層の摺動性の向上を図ることができることから、定着性の向上に寄与する。

図１３は、この発明の板状ヒータをトナー定着の加熱装置２００とした場合の実施形態について説明するための断面図である。

図１３において、２０１は、支持体２０２の底部に板状ヒータ１００を固着させ、板状ヒータ１００に交流電圧を供給させ、加熱した板状ヒータ１００の摺動層１８に圧接加熱されながら移動するポリイミド樹脂等の耐熱性のシートをロール状にして循環自在に巻装された円筒の定着フィルムである。２０３はその表面に耐熱性弾性材料であるたとえばシリコーンゴム層２０４が嵌合してある加圧ローラであり、加圧ローラ２０３の回転軸２０５と対向して板状ヒータ１００が、定着フィルム２０１と並置して図示しない基台内に取り付けられている。加圧ローラ２０３は、図示しない手段に基づいて定着フィルム２０１と相互に圧接させてニップ部を形成するとともに、作動時には矢印方向に回転させる。

このとき、摺動層１８上に配置された定着フィルム２０１面とシリコーンゴム層２０４との間で、トナー像Ｔｏ１がまず定着フィルム２０１を介して板状ヒータ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して溶融する。この後、加圧ローラ２０３の用紙排出側では複写用紙Ｐが板状ヒータ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２０１も複写用紙Ｐから離反される。

この実施形態では、板状ヒータの発熱抵抗体の定着フィルムに対する熱伝導性の向上と摺動性の向上をさせることができることから定着性の向上を図ることができる。

次に、図１４を参照して、この発明の加熱装置２００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１４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を備えた板状ヒータ１００が、加圧ローラ２０３の外周に取り付けられたシリコーンゴム層２０４に加圧された状態で設けられている。

そして、板状ヒータ１００と加圧ローラ２０３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１２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、摺動性と熱伝導性の優れた板状ヒータ１００による加熱装置を用いたことにより、定着性に優れた画像形成装置を実現することができる。

板状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。

この発明の板状ヒータに関する第１の実施形態について説明するための、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図。 図１のａ−ａ’断面図。 この発明の板状ヒータに関する第２の実施形態について説明するための、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図。 図３のｂ−ｂ’断面図。 図３のｃ−ｃ’断面図。 この発明の板状ヒータに関する第３の実施形態について説明するための、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図。 図６のｄ−ｄ’断面図。 図６のｅ−ｅ’断面図。 図６のｆ−ｆ’断面図。 図６のｇ−ｇ’断面図。 この発明の板状ヒータに関する第４の実施形態について説明するための、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図。 図１１のｈ−ｈ’断面図。 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 発熱抵抗体
１３，１３１，１４，１４１ 電極
１５ オーバーコート層
１６１〜１６５ ガラスパターン
１７１〜１７５ 樹脂パターン
１８，１８１〜１８３ 摺動層
１００ 平板ヒータ
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の絶縁基板と、
   前記絶縁基板の長手方向に沿って形成された帯状の発熱抵抗体と、
   前記絶縁基板上に形成するとともに、前記発熱抵抗体に電気的に接続した電極と、
   前記発熱抵抗体が形成された前記絶縁基板の反対面に、前記発熱抵抗体に対向する位置に沿って幅方向に交互に形成した耐火性で熱伝導性と摺動性のことなる第１および第２のパターンから形成された摺動層とを具備したことを特徴とする板状ヒータ。
2. 耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板の絶縁基板と、
   前記絶縁基板の長手方向に沿って形成された帯状の発熱抵抗体と、
   前記絶縁基板上に形成するとともに、前記発熱抵抗体に電気的に接続した電極と、
   前記発熱抵抗体が形成された前記絶縁基板の反対面に、前記発熱抵抗体に対向する位置に沿って長手方向に交互に形成した耐火性で熱伝導性と摺動性のことなる第１および第２のパターンが複数平行に形成された摺動層とを具備したことを特徴とする板状ヒータ。
3. 前記第１のパターンはガラスで、前記第２のパターンはポリイミド系の樹脂で形成したことを特徴とする請求項１または２記載の板状ヒータ。
4. 前記発熱抵抗体と対向する位置には前記第２のパターンを配置したことを特徴とする請求項１または２記載の板状ヒータ。
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。
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。

Images