JP2009009720A - 板状ヒータ、加熱装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長さが絶縁基板の短手方向に、幅が絶縁基板の長手方向に形成された発熱抵抗体の絶縁基板の長手方向における温度ムラを少なく抑える。
【解決手段】長尺板状の絶縁基板１１の短手方向に幅広の発熱抵抗体２０を形成し、発熱抵抗体２０の長手方向の両端に形成した配線パターン１４，１５と接続する。配線パターン１４，１５、発熱抵抗体２０上にオーバーコート層２１を形成する。配線パターン１４，１５の絶縁基板１１の長手方向の異なる用紙が通過する位置のうち小さいサイズの用紙の幅に相当する位置にスルーホール１８２，１９２をそれぞれ形成し、スルーホール１８２は接続パターン１６、スルーホール１８１を介して電極１２に、スルーホール１９２は接続パターン１７、スルーホール１９１を介して電極１３にそれぞれ接続する。
【選択図】図１

Description

この発明は、情報機器や家電製品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、長尺平板状のセラミック製の絶縁性基板上に、短手方向が長さで、長手方向が幅の発熱抵抗体が形成された板状ヒータは、絶縁基板上の長手方向に正の温度係数を有する発熱抵抗体を形成し、この発熱抵抗体の短手方向の両端に電力供給用の電極を接続させることで、絶縁基板長手方向における温度分布の均一化が図られている（例えば、特許文献１）。
特開平７−９４２６０号公報

上記した特許文献１の技術は、給電用の電極から絶縁基板の長手方向の遠い位置の配線パターンでは発熱抵抗体が接続されるまでの距離が長く、配線パターンの持つ導体抵抗の影響を受けやすい。そのため電極に近い側の配線パターンに電流が流れやすくなり、電極に近い側の温度と電極に遠い側との温度
に大きな差を生じる。そのためヒータ長手方向に温度分布の傾きが大きく定着の不具合が発生する、という問題があった。

この発明の目的は、長尺平板状の絶縁性基板上に長さが短手方向に形成された発熱抵抗体の絶縁基板の長手方向における温度ムラを少なく抑えた板状ヒータ、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される第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の電極と前記発熱抵抗体との接続点を、サイズの異なる非加熱体の小さいサイズ幅に合わせたことを特徴とする。

この発明によれば、長尺平板状の絶縁性基板上に長さが短手方向に形成された発熱抵抗体の絶縁基板の長手方向における温度ムラを使用する用紙サイズにかかわらず小さくすることで定着ムラを防止することができる。

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および図２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もので、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は背面図、図２は図１のｘ−ｘ’断面図である。
図１（ａ）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）等の高剛性のセラミック等の平板短冊状の絶縁基板である。絶縁基板１１の長手方向の両側に配置された１２，１３は、それぞれ銀系等を主体とする良導電体膜からなる給電用の電極である。１４，１５は、絶縁基板１１の長手方向の両側に非接触状態で並行させ、銀（Ａｇ）の含有率が９０ｗｔ％以上の材料で形成された配線パターンである。

電極１２，１３および配線パターン１４，１５は、絶縁基板１１の片側の面に別々の状態でそれぞれが形成される。これら電極１２，１３および配線パターン１４，１５は、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絶縁基板１１上に固着させた状態で形成することができる。

図１（ｂ）に示すように、電極１２と配線パターン１５の長手方向の一部と絶縁基板１１を挟んで対向する位置には、電極１２と配線パターン１５を跨いだ状態で接続パターン１６を形成する。同様に、電極１３と配線パターン１４の長手方向の一部と絶縁基板１１を挟んで対向する位置には、電極１３と配線パターン１４を跨いだ状態で接続パターン１７を形成する。

そして、電極１２と接続パターン１６はスルーホール１８１を介して電気的に接続され、配線パターン１５と接続パターン１６は、図２にも示すようにスルーホール１８２を介して電気的に接続される。電極１３と接続パターン１７はスルーホール１９１を介して電気的に接続され、配線パターン１４と接続パターン１７はスルーホール１９２を介して電気的に接続される。

２０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。配線パターン１４，１５の抵抗温度係数は、１０００ｐｐｍ／℃以上の値とする。

２１は、配線パターン１４，１５および発熱抵抗体２０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２１は、配線パターン１４，１５および発熱抵抗体２０を機械的、化学的、電気的に保護する。

図１中の発熱抵抗体２０におけるｔ１は、例えば葉書サイズの用紙を定着されせるために必要な幅に相当する領域を示し、領域ｔ２，ｔ３は、領域ｔ１とを合わせて例えばＡ４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）の幅を備える。そして、スルーホール１８２と１９２は、領域ｔ１の両端に相当する位置に形成されている。

ここで、上記のように構成された板状ヒータの動作について説明する。電極１２からスルーホール１８１、接続パターン１６、スルーホール１８２、配線パターン１５を介して発熱抵抗体２０の一方と、電極１３からスルーホール１９１、接続パターン１７、スルーホール１９２、配線パターン１４を介して発熱抵抗体２０の他方とが通電されると、発熱抵抗体２０は発熱される。

発熱抵抗体２０が通電された状態で、オーバーコート層２１上を葉書で摺動させる。葉書は領域ｔ１の幅であることから、給電ポイントとなるスルーホール１８２，１９２位置での発熱抵抗体２０の温度はやや高くなるが、用紙に温度を奪われ領域ｔ１の温度分布はほぼ均一となる。また、葉書では用紙非通過の領域ｔ２，ｔ３では、温度が上昇する。配線パターン１４，１５は正の抵抗温度係数を有していることから、配線パターン１４，１５の温度上昇にともない抵抗値が上昇し、電流が低下することになる。電流の低下に伴い発熱抵抗体２０の温度上昇を抑えることができる。

次に、Ａ４サイズの用紙が領域ｔ４のオーバーコート層２１上を摺動させた場合を考える。給電ポイントとなるスルーホール１８２，１９２位置での発熱抵抗体２０の温度はやや高くなるが、用紙に温度を奪われ領域ｔ１の温度分布はほぼ均一となる。また、領域ｔ２，ｔ３での配線パターン１４，１５の温度上昇は用紙により抑えられ電流低下も抑えられ、この領域における温度の低下を抑えて領域ｔ１とほぼ同様の温度分布を得ることができる。

図３は、発熱抵抗体２０の抵抗値を２．６Ω、長さを１ｍｍ、幅を２２０ｍｍとし、配線パターン長を２２０ｍｍ、幅を２．３ｍｍとした場合の、この発明と従来の絶縁基板１１の長手方向の温度ムラを測定した結果を示している。図３は横軸を発熱抵抗体２０の幅方向を示し、縦軸を最大の温度を１．０とした場合の発熱抵抗体２０の幅方向各ポイントの温度の変化を示している。

図３に示すように、従来では電極に近い部分の温度が高く遠くなるほど温度の低下が著しく、その温度ムラは３３％程度であった。この発明では、スルーホール１８２の矢印ａ１とスルーホール１９２の矢印ａ２の部分に温度のピークがあり、スルーホール１８２，１９２から離れるに従ってやや温度低下が見られるが温度ムラとしては８％程度まで低減することができた。

この実施形態では、長尺平板状の絶縁性基板上に長さが短手方向に形成された発熱抵抗体を用いても、使用する用紙サイズに拘わらず発熱抵抗体の温度ムラを少なく抑えることが可能となる。

図４および図５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もので、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は背面図、図５は図３のｙ−ｙ’断面図である。図１と機能が同一の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１２，１３を絶縁基板１１の長手方向の片側に近接して形成したものである。

すなわち、電極１２と配線パターン１５とは、スルーホール１８１，１８２を介して接続し、電極１３と配線パターン１４とは、スルーホール１９１，１９２を介して接続している。スルーホール１８２，１９２の位置を例えば葉書サイズの幅に相当する部分に形成する。

この実施形態では、電力供給用の電極を絶縁基板の片側に近接して形成した場合においても、大小の用紙サイズに関係なく発熱抵抗体の幅全域に渡る温度ムラの低減を図ることが可能となる。

図６および図７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もので、図６は上面図、図７は図６のｚ−ｚ’断面図である。なお、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ついては同一の符号を付して説明する。

この実施形態は、スルーホールを設けることなく上記した各実施形態と同様の効果を得るようにしたものである。

すなわち、配線パターン１４，１５が形成された同一の絶縁基板１１の面に、絶縁基板１１の長手方向両側に形成された電極１２，１３から配線パターン１４，１５の外側に平行に非接触状態で長手方向に延びる接続パターン６１，６２を形成する。接続パターン６１，６２と配線パターン１４，１５は、例えば葉書サイズの幅に相当する位置で連結パターン６３，６４を用いて連結する。

電極１２、接続パターン６１、連結パターン６３、配線パターン１４は一体形成で同時に形成して構わない。また、電極１３、接続パターン６２、連結パターン６４、配線パターン１５は一体形成で同時に形成して構わない。

発熱抵抗体２０が通電された状態で、オーバーコート層２１上を葉書で摺動させと、葉書が領域ｔ１の幅であり給電ポイントとなる連結パターン６３，６４位置での発熱抵抗体２０の温度はやや高くなるが、用紙に温度を奪われ領域ｔ１の温度分布はほぼ均一となる。葉書では用紙非通過の領域ｔ２，ｔ３では、温度が上昇する。しかし、配線パターン１４，１５は正の抵抗温度係数を有していることから、配線パターン１４，１５の温度上昇にともない抵抗値が上昇し、電流が低下することになる。電流の低下に伴い発熱抵抗体２０の温度上昇を抑えることができる。

Ａ４サイズの用紙が領域ｔ４のオーバーコート層２１上を摺動させた場合、給電ポイントとなる連結パターン６３，６４位置での発熱抵抗体２０の温度はやや高くなるが、用紙に温度を奪われ領域ｔ１の温度分布はほぼ均一となる。また、領域ｔ２，ｔ３での配線パターン１４，１５の温度上昇は用紙により抑えられ電流低下も抑えられ、この領域における温度の低下を抑えて領域ｔ１とほぼ同様の温度分布を得ることができる。

この実施形態は、絶縁基板の同一面で小さいサイズの用紙幅に相当する部分で給電するようにするようにして大小の用紙サイズに関係なく発熱抵抗体の幅全域に渡る温度ムラの低減を図ることが可能となる。また、スルーホールの役割に相当する連結パターンを電極や配線パターンと同時に形成することも可能であることから生産性の向上も期待することができる。

次に、図８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２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８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８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に交流電圧を供給し、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、長尺平板状の絶縁性基板上に長さが短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ムラを少ない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９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９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、長さが絶縁基板の短手方向に、幅が絶縁基板の長手方向に形成された発熱抵抗体を用いた板状ヒータ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もので、（ａ）は上面図、（ｂ）は背面図。 図１のｘ−ｘ’断面図。 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もので、（ａ）は上面図、（ｂ）は背面図。 図４のｙ−ｙ’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上面図。 図６のｚ−ｚ’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
１２，１３ 電極
１４，１５ 配線パターン
１６，１７，６３，６４ 接続パターン
１８１，１８２，１９１，１９２ スルーホール
２０ 発熱抵抗体
２１ オーバーコート層
６３，６４ 連結パターン
１００ 板状ヒータ
２００ 加熱装置
３００ 複写機

Claims (5)

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される第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の電極と前記発熱抵抗体との接続点を、サイズの異なる非加熱体の小さいサイズ幅に合わせたことを特徴とする板状ヒータ。
2. 前記第１および第２の電極と前記発熱抵抗体は、スルーホールを用いて接続したことを特徴とする請求項１記載の板状ヒータ。
3. 前記発熱抵抗体は、一端が前記第１および第２の電極に接続され、他端がサイズの異なる非加熱体の小さいサイズ幅に合わせた位置で、前記第１および第２の配線パターンの外側に形成した接続パターンにより接続したことを特徴とする請求項１記載の板状ヒータ。
4. 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１〜３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。
5. 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４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