JP2009009017A - 板状ヒータ、加熱装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗値のばらつきが大きくなる発熱抵抗体を形成するパターン中の絞り部をなくし、ばらつきの小さい発熱を得るようにする。
【解決手段】長尺平板状の絶縁基板１１上の長手方向に平行してＡｇとＰｄ合金を主成分とする発熱抵抗体１２，１３を形成する。発熱抵抗体１２，１３の一端には電極１４，１５を接続し、ここから電力を供給する。電極１４,１５を残した絶縁基板１１上にはオーバーコート層２４を形成する。発熱抵抗体１２，１３の他端に、絶縁基板１１を挟んで発熱抵抗体１２，１３と対向する絶縁基板１１上には配線パターン１８，１９を形成する。発熱抵抗体１２，１３の長手方向の中間に位置する配線パターン１８，１９には補助発熱抵抗体２２を接続して形成し、補助発熱抵抗体２２上にオーバーコート層２５を介してサーミスタ２３を取り付ける。
【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。

従来の板状ヒータは、温度検出センサーが取り付けられる位置に対応する部分の発熱抵抗体を形成するパターンに絞りを加えることで抵抗値を上げ、温度検出センサーに奪われてしまう熱量を稼いでいる。発熱抵抗体の絞りは、温度検出センサーに奪われる熱量を考慮して絞り量を設定することで発熱抵抗体発熱の均一化を図ることができるものである。（例えば、特許文献１）
特開２００７−４７５５８公報

上記した特許文献１の技術は、発熱抵抗体形成されたパターン絞り部の抵抗値分布はばらつき易いため発熱量がばらついたり、絶縁基板を介する温度検出では定着ヒータ面と温度検出面で温度差が生じたりしてしまい、安全素子の接着により熱が奪われてしまうため、定着用のヒータとして必要な発熱均一性が失われたり、精度の良い温度検出を行うことが困難になったりするという問題がある。

この発明では、抵抗値のばらつきが大きくなる発熱抵抗体を形成するパターン中の絞り部を取り除くことで、板状ヒータの温度分布のばらつきを小さくして均一な発熱を得ることができる板状ヒータ、この板状ヒータを用いた加熱装置、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、この発明の板状ヒータでは、高熱伝導特性を有する長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板の一面の長手方向に形成された第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、電力を供給するために形成された電極と、前記発熱抵抗体を覆うように配置されたオーバーコート層と、前記第１および第２の発熱抵抗体の他端もしくは両端に接続され、前記絶縁基板を挟んで前記第１および第２の発熱抵抗体に対向する位置に形成された第１および第２の配線パターンと、前記第１および第２の発熱抵抗体の中間位置に対向する前記第１パターンに一端を、前記第２の配線パターンに他端を接続された補助発熱抵抗体と、前記補助発熱抵抗体上に電気的に絶縁された状態で取りけられた温度センサーとを具備したことを特徴とする。

この発明によれば、抵抗値のばらつきが大きくなる発熱抵抗体を形成するパターン中の絞り部を取り除くことで、板状ヒータの温度分布のばらつきを小さくして均一な発熱を得ることができる。

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図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は（ａ）の背面図、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（ａ）において、１１は、耐熱、電気絶縁性材料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である。発熱抵抗体１２，１３は厚みが８〜１３μｍ程度で、シート抵抗値が１０〜４０ｍΩ／□程度とする。

１４は発熱抵抗体１２の一端を重層形成したＡｇ／Ｐｄ合金などを主体とする良導電体膜からなる給電用の電極、１５は発熱抵抗体１３の一端を重層形成したＡｇ／Ｐｄ合金などを主体とする良導電体膜からなる給電用の電極である。１６は発熱抵抗体１２の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パターンである。１７は発熱抵抗体１３の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パターンである。

図１（ｂ）に示すように、絶縁基板１１の裏面側上には、発熱抵抗体１２に対向する状態で配線パターン１８を、発熱抵抗体１３に対向する状態で配線パターン１９をそれぞれ形成する。配線パターン１８，１９は、例えばＡｇ／Ｐｄ合金などを主体とする厚みが５μｍ〜１０μｍ程度で、シート抵抗値が例えば３ｍΩ／□程度の良導電体膜で形成する。接続パターン１６と配線パターン１８は、スルーホール２０を介して電気的に接続する。接続パターン１７と配線パターン１９は、スルーホール２１を介して電気的に接続する。

発熱抵抗体１２，１３の長手方向のほぼ中間部の位置に相当する絶縁基板１１裏面で対向する位置には、配線パターン１８に一端の一部を、配線パターン１９に他端の一部をそれぞれ重層させた状態でＡｇ／Ｐｄあるいは酸化ルテニウム発熱体やチタン酸バリウム等の正の抵抗温度係数を有する導体ペーストを焼成して補助発熱抵抗体２２を形成する。

補助発熱抵抗体２２は、銀（Ａｇ）・パラジウム（Ｐｄ）あるいは酸化ルテニウム発熱体やチタン酸バリウム等の正の抵抗温度係数を持つ抵抗体ペーストを高温で焼成し所定の抵抗値を有するものである。補助発熱抵抗体２２の厚みは発熱抵抗体１２，１３と同程度とし、シート抵抗値は発熱抵抗体１２，１３よりもやや大きい値の１５〜６０ｍΩ／□とする。

２４は、電極１４，１５を残した発熱抵抗体１２，１３および接続パターン１６，１７上に例えば厚膜印刷でガラス層あるいはポリイミド層で形成され、電気的、機械的、化学的な保護を行うオーバーコート層である。２５は、配線パターン１８，１９、サーミスタ２３上に例えば厚膜印刷でガラス層あるいはポリイミド層で形成され、電気的、機械的、化学的な保護を行うオーバーコート層である。

オーバーコート層２５上の補助発熱抵抗体２２と対向する位置には、温度センサーの１種であるチップ形状のサーミスタ２３が取り付けられる。サーミスタ２３は、例えばオーバーコート層２５に形成される配線パターンを介して図示しない温度制御部に接続される。

ここで、動作について絶縁基板の長手方向における発熱抵抗体の温度分布を示す図４とともに説明する。

すなわち、発熱抵抗体１２，１３は、電極１４，１５に電力を印加させることにより発熱する。このとき、サーミスタ２３が取り付けられた絶縁基板１１面の反対面には、サーミスタ２３により奪われる熱を補償するための絞りが発熱抵抗体１２，１３に形成されていない。このため、図４の破線に示すような発熱抵抗体１２，１３の中間部分の温度低下を来たす。

しかし、サーミスタ２３は、配線パターン１６，１７間に接続された図４の矢印で示す一点鎖線の補助発熱抵抗体２２上にオーバーコート層２５を介して取り付けられている。補助発熱抵抗体２２は、電極１４から発熱抵抗体１２、接続パターン１６、スルーホール２０、配線パターン１８を介して補助発熱抵抗体２２の一端に、電極１５から発熱抵抗体１３、接続パターン１７、スルーホール２１、配線パターン１９を介して補助発熱抵抗体２２の他端に通電されることで発熱される。この発熱によって、図４の破線部分の温度が上昇し、補助発熱抵抗体２２のシート抵抗値が発熱抵抗体１２，１３よりもやや高いことから、この部分の発熱量がやや上昇させることができる。これにより、発熱抵抗体１２，１３の長手方向に渡って均一な温度分布を得ることができる。

この実施形態では、発熱抵抗体が形成された絶縁基板の反対面上で発熱抵抗体に沿って配線パターンを形成し、この配線パターン間に跨って補助発熱抵抗体を形成し、その補助発熱抵抗体上にオーバーコート層を介してサーミスタを取り付けたことにより、発熱抵抗体に温度検出用の絞りを設けることなく温度分布の均一性を得ることができる。発熱抵抗体に温度検出用の絞りを設けた場合に見られた発熱抵抗体の温度ムラを防止することができる。安全素子であるサーミスタが取り付けられた補助発熱抵抗体の温度は、発熱抵抗体とほぼ同じであることから、精度良く温度を感知し、その情報を安全対策として用いることができる。

また、発熱抵抗体の材料を正の抵抗温度係数の特性を持つものを使用した場合、暴走時に発熱抵抗体の抵抗値が高抵抗となり、通電をストップさせて、ヒータの破損を防ぐことも可能となる。

さらに、補助発熱抵抗体は、発熱抵抗体は反対面上に形成して、ここで温度検出させることで、定着用ヒータの発熱均一性に影響を与えず、効率良くかつ精度良く安全素子を動作させることが可能となる。

図５、図６は、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、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の背面図、図６は図５のｃ−ｃ’断面図である。上記した板状ヒータの第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。

この実施形態は、電極１４と発熱抵抗体１２間に電極１４と一体形成された導電パターン５１よりの発熱抵抗体１２と対向する配線パターン１８の位置および電極１５と発熱抵抗体１３間に電極１５と一体形成された導電パターン５２よりの発熱抵抗体１３と対向する配線パターン１９の位置との間に跨って補助発熱抵抗体５３を形成する。また、接続パターン１６よりの発熱抵抗体１２と対向する配線パターン１８の位置および接続パターン１７よりの発熱抵抗体１３と対向する配線パターン１９の位置との間に跨って補助発熱抵抗体５４を形成する。

また、導電パターン５１と配線パターン１８間にはスルーホール５５を形成し、電極１４と配線パターン１８との導通を図り、導電パターン５２と配線パターン１９間にはスルーホール５６をそれぞれ形成し、電極１５と配線パターン１９との導通を図る。

補助発熱抵抗体５３，５４の厚みは、例えば発熱抵抗体１２，１３と同程度とし、シート抵抗値は発熱抵抗体１２，１３よりもやや大きい値の例えば１５〜６０ｍΩ／□とする。

この実施形態の動作について、図７とともに説明するが、補助発熱抵抗体２２の動作については、図４に示したとおりである。

補助発熱抵抗体５３，５４は、発熱抵抗体１２，１３を発熱させたときに、発熱抵抗体１２の両端に接続される導電パターン５１、接続パターン１６、それに発熱抵抗体１３の両端に接続される導電パターン５２、接続パターン１７により、図７の破線に示すように熱が奪われてしまう。発熱抵抗体１２，１３の両側で奪われる熱は、補助発熱抵抗体５３，５４で熱を発生させ補助的に上昇させる働きをする。

これにより、発熱抵抗体１２，１３の両端付近に当たる図７の一点鎖線７ａ，７ｂ付近では、破線で示すように電極１２，１３や接続パターン１６，１７で奪われていた熱を、発熱抵抗体１２，１３よりやや大きいシート抵抗値を有する補助発熱抵抗体５３，５４により実線で示すような上昇を行わせることで、発熱抵抗体１２，１３の全域に渡りより均一な温度分布の特性を得ることができる。

図８、図９は、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、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の背面図、図９は図８のｄ−ｄ’断面図である。上記した板状ヒータの第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。

この実施形態は、配線パターン１８を１８１〜１８３に３分割し、導電パターン５１よりの発熱抵抗体１２と対向する配線パターン１８１，１８２の間に補助発熱抵抗体８１を、接続パターン１６よりの発熱抵抗体１２と対向する配線パターン１８２，１８３の間に補助発熱抵抗体８２をそれぞれ形成する。

また、配線パターン１９を、１９１〜１９３に３分割し、導電パターン５２よりの発熱抵抗体１３と対向する配線パターン１９１，１９２の間に補助発熱抵抗体８３を、接続パターン１７よりの発熱抵抗体１３と対向する配線パターン１９２，１９３の間に補助発熱抵抗体８４をそれぞれ形成する。

補助発熱抵抗体８１〜８４は、銀（Ａｇ）・パラジウム（Ｐｄ）あるいは酸化ルテニウム発熱体やチタン酸バリウム等の正の抵抗温度係数を持つ抵抗体ペーストを高温で焼成して形成される。補助発熱抵抗体８１〜８４の厚みは例えば発熱抵抗体１２，１３と同程度とし、シート抵抗値は発熱抵抗体１２，１３よりもやや大きい値の例えば１５〜６０ｍΩ／□とする。

この実施形態においても、電極１２，１３や接続パターン１６，１７で奪われていた熱を実線で示すように上昇させることができ、図７に示す発熱抵抗体１２，１３の全域に渡り、より均一な温度分布の特性を得ることができる。

図１０は、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、図１０（ａ）は正面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の背面図であり、上記した第２の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。

この実施形態は、スルーホール５５，５６を削除した構成が図５の構成と異なる部分である。

この実施形態では、スルーホール５５，５６を削除したことにより、配線パターン１８，１９に対して補助発熱抵抗体５３，５４は並列的に接続されることになる。しかし、この場合でも、サーミスタ２３によって奪われる発熱抵抗体１２，１３の中間部の温度低下や発熱抵抗体１２，１３の電極１４，１５や接続パターン１６，１７による温度低下を、図７に示すように上昇させることができる。

次に、図１１を参照し、上記した板状ヒータを加熱装置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１００については、図１〜図３で説明した板状ヒータであり、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１１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１１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のオーバーコート層２４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、オーバーコート層２４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、絶縁性基板上の長手方向に形成された発熱抵抗体の長手方向における温度分布がより均一化された板状ヒータを用いたことで定着性の向上を図ることができる。

次に、図１２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１２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１２，１３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、絶縁基板の長手方向に形成された発熱抵抗体が温度センサーや発熱抵抗体を電気的に接続させるためのパターン等で奪われることによる温度分布の不均一化を解消した板状ヒータ１００による加熱装置２００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（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の背面図。 図１のａ−ａ’断面図。 図１のｂ−ｂ’断面図。 図１の効果について説明するための説明図。 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（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の背面図。 図５のｃ−ｃ’断面図。 図５の効果について説明するための説明図。 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（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の背面図。 図８のｄ−ｄ’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（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の背面図。 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
１２，１３ 発熱抵抗体
１４，１５ 電極
１６，１７ 接続パターン
１８，１９，１８１〜１８３，１９１〜１９３ 配線パターン
２０，２１，５５，５６ スルーホール
２２，５３〜５６，８１〜８４ 補助発熱抵抗体
２３ サーミスタ
２４，２５ オーバーコート層
５１，５２ 導電パターン
１００ 板状ヒータ
２００ 加熱装置
３００ 複写機

Claims (7)

1. 高熱伝導特性を有する長尺平板状の絶縁基板と、
   前記絶縁基板の一面の長手方向に形成された第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、電力を供給するために形成された電極と、
   前記発熱抵抗体を覆うように配置されたオーバーコート層と、
   前記第１および第２の発熱抵抗体の他端もしくは両端に接続され、前記絶縁基板を挟んで前記第１および第２の発熱抵抗体に対向する位置に形成された第１および第２の配線パターンと、
   前記第１および第２の発熱抵抗体の中間位置に対向する前記第１パターンに一端を、前記第２の配線パターンに他端を接続された補助発熱抵抗体と、
   前記補助発熱抵抗体上に電気的に絶縁された状態で取りけられた温度センサーとを具備したことを特徴とする板状ヒータ。
2. 前記補助発熱抵抗体のシート抵抗値は、前記第１および第２の発熱抵抗体よりも高い値であることを特徴とする請求項１記載の板状ヒータ。
3. 前記第１および第２の発熱抵抗体の両端付近の位置に対向する前記第１および第２の配線パターンに接続した第１および第２の補助発熱抵抗体を具備してなることを特徴とする請求項１記載の板状ヒータ。
4. 前記第１および第２の発熱抵抗体の両端付近に対向するそれぞれの位置の前記第１および第２の配線パターンに形成した補助発熱抵抗体を形成したことを特徴とする請求項１記載の板状ヒータ。
5. 前記補助発熱抵抗体のシート抵抗値は、前記第１および第２の発熱抵抗体よりも高い値であることを特徴とする請求項３または４記載の板状ヒータ。
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１〜５の何れかに記載の板状ヒータと、
   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。
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６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