JP2009059539A - 板状ヒータ、加熱装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータ長手方向での均一な発熱分布の得られる板状ヒータを実現する。
【解決手段】長尺平板状のセラミック基板１１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の一端には通電用の電極１４，１５を、他端には接続導体１６を接続し、発熱抵抗体１２，１３を直列的に接続する。発熱抵抗体１２上には長手方向両端を残して副発熱抵抗体１７を、発熱抵抗体１３上には長手方向両端を残して副発熱抵抗体１８をそれぞれ積層形成する。発熱抵抗体１２，１３、副発熱抵抗体１７，１８それに接続導体１６を、厚膜印刷方法を用いてガラスペーストを印刷で覆い、これを焼成してオーバーコート層１９を形成している。抵抗発熱体１２，１３と副抵抗発熱体１７，１８の抵抗値・抵抗温度係数を任意に変えることにより、長手方向で発熱量・抵抗温度係数を自由に変えることができる。
【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。

従来の定着用の板状ヒータは、抵抗温度係数の異なる抵抗体を直列接続することで、ヒータ長手方向で抵抗温度係数の異なる抵抗発熱体を形成していた。ヒータが異常発熱した場合に、抵抗温度係数の大きい小被膜部の発熱量が局部的に大きくなるため、溶断して通電回路を遮断するようにしている。（例えば、特許文献１）
特開２００２−１１０３１４公報

上記した特許文献１の技術は、異なる抵抗発熱体を直列接続する場合、それぞれの抵抗発熱体の一部を重ね合せてコンタクト部を形成する必要がある。このコンタクト部は抵抗値が低くなり、部分的に発熱量が減少する、という問題があった。

この発明の目的は、抵抗温度係数の異なる抵抗発熱体を、発熱抵抗体上に部分的に重ね合せてヒータ長手方向での均一な発熱分布の得られる板状ヒータ、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・絶縁性材料で形成した長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁性基板上の長手方向に平行して銀とパラジウムを主とする導電性成分により厚膜形成された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体上の長手方向に、該発熱抵抗体の両端を残すとともに、該発熱抵抗体と抵抗温度係数の異なる銀とパラジウムを主とする導電性成分により厚膜形成された副発熱体抵抗体と、前記発熱抵抗体の両端に電力を供給する電極と、少なくとも前記電極を残して前記絶縁基板上に施したオーバーコート層と、を具備したことを特徴とする。

また、この発明の板状ヒータは、耐熱・絶縁性材料で形成した長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁性基板上の長手方向に平行して銀とパラジウムを主とする導電性成分により厚膜形成された発熱抵抗体と、前記絶縁基板上で前記発熱抵抗体の長手方向に併設するとともに、前記発熱抵抗体の両端部分で接続し、前記発熱抵抗体と抵抗温度係数の異なる銀とパラジウムを主とする導電性成分により厚膜形成された副発熱体抵抗体と、前記発熱抵抗体の両端に電力を供給する電極と、少なくとも前記電極を残して前記絶縁基板上に施したオーバーコート層と、を具備したことを特徴とする。

この発明によれば、抵抗温度係数の異なる抵抗発熱体を部分的に抵抗発熱体上に重ね合せることで、ヒータ長手方向での均一な発熱分布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３は、この発明の板状ヒータに関する第１の実施形態の構成について説明するためもので、図１は構成図、図２は図１のａ−ａ’線の拡大断面図、図３は図１のｂ−ｂ’線の拡大断面図である。

図１において、１１は、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）等の耐熱、絶縁性の材料で長尺状に形成された絶縁基板である。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）の合金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。

１４，１５は、それぞれ絶縁基板１１上に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る。電極１４は発熱抵抗体１２の一端と、電極１５は発熱抵抗体１３の一端とそれぞれ接続導体１４１，１５１を介して接続する。発熱抵抗体１２，１３のそれぞれ他端は銀系の導体ペーストを焼成して形成した接続導体１６で共通に接続する。これにより、発熱抵抗体１２，１３は電極１４と１５間に直列的に接続される。

１７は、発熱抵抗体１２の長手方向両端を残して発熱抵抗体１２上に、図３のように積層して形成された副発熱抵抗体である。１８は、発熱抵抗体１３の長手方向両端を残して発熱抵抗体１３上に、図３のように積層して形成された副発熱抵抗体である。副発熱抵抗体１７は、発熱抵抗体１２に並列的に接続され、副発熱抵抗体１８は、発熱抵抗体１８に並列的に接続される。発熱抵抗体１２，１３と副発熱抵抗体１７，１８は、絶縁基板１１の長手方向に対して、非積層部１２３と積層部１７８から構成される。

１９は、発熱抵抗体１２，１３、副発熱抵抗体１７，１８それに接続導体１６を、厚膜印刷方法を用いてガラスペーストを印刷で覆い、これを焼成して形成されるオーバーコート層である。

ここで、発熱抵抗体１２，１３と副発熱抵抗体１７，１８の関係についてさらに説明する。

発熱抵抗体１２，１３の抵抗値をＲ１とし、副発熱抵抗体１７，１８の抵抗値をＲ２としたときに、これらの合成抵抗Ｒは、次式で求められる。
１／Ｒ＝１／Ｒ１＋１／Ｒ
Ｒ＝Ｒ１×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）

抵抗発熱体１２，１３のそれぞれのパターン幅がヒータ長手方向で一定である時、積層部１７８の抵抗値は、非積層部１２３の部分より低くなる。そのため、積層部１７８の発熱量は低くなり、非積層部１２３の発熱量が多くなる。抵抗発熱体１２，１３の積層部１７８と非積層部１２３で単位長さあたりの抵抗値を１０Ωとし、副抵抗発熱体１７，１８の単位長さあたりの抵抗値を１０Ωとする。この場合、非積層部１２３の抵抗値は１０Ωであるのに対して、積層部１７８の合成抵抗値Ｒは５Ωとなる。

ヒータ長手方向で発熱量を一定にしたい場合や積層部１７８での発熱量を大きくしたい場合には、抵抗発熱体１２，１３のパターン幅を積層部１７８で細くするなどして、抵抗値を高くすることで可能である。

抵抗発熱体１２，１３の積層部１７８の単位長さあたりの抵抗値を１０Ω、非積層部１２３の単位長さあたりの抵抗値を２０Ωとし、副抵抗発熱体１７，１８の抵抗値を２０Ωとする。この場合、非積層部１２３と積層部１７８の抵抗値は１０Ωと同じになる。

このように、抵抗発熱体１２，１３と副抵抗発熱体１７，１８のシート抵抗を任意に変えることで、積層部１７８の発熱量をコントロールすることができる。

いま、ヒータの温度が高くなった時には、抵抗温度係数により抵抗値が変わる。それぞれの抵抗値の変化量をΔＲ１，ΔＲ２とした場合、温度上昇時の合成抵抗値Ｒ’は、次式で求められる。
Ｒ’＝（Ｒ１＋ΔＲ１）×（Ｒ２＋ΔＲ２）／（Ｒ１＋ΔＲ１＋Ｒ２＋ΔＲ２）

また、ヒータ温度がΔＴ℃変化したときの積層部１７８の抵抗温度係数は、次式で求められる。
抵抗温度係数≠（Ｒ−Ｒ’）／（Ｒ×ΔＴ）×100000（ｐｐｍ／℃）

例えば、室温（２５℃）で抵抗発熱体１２，１３の抵抗値Ｒ１が１０Ω、抵抗温度係数が1000ｐｐｍ／℃とし、副抵抗発熱体１７，１８の抵抗値Ｒ２を１０Ω、抵抗温度係数を０ｐｐｍ／℃とする。積層部１７８の合成抵抗値Ｒは５Ωとなる。

また、ヒータ温度上昇時（１７５℃）の合成抵抗Ｒ’は、５．３４Ωとなり抵抗温度係数は４６５ｐｐｍ／℃となるため、抵抗発熱体１２，１３と抵抗温度係数の異なる積層部１７８を形成することができる。

次に、室温（２５℃）で抵抗発熱体１２，１３を抵抗値Ｒ１が１０Ω、抵抗温度係数が1000ｐｐｍ／℃とし、副抵抗発熱体１７，１８の抵抗値Ｒ２を５Ω、抵抗温度係数を０ｐｐｍ／℃とする。積層部１７８の合成抵抗値Ｒは３．３Ωとなる。また、ヒータ温度上昇時（１７５℃）の合成抵抗Ｒ’は３．６５Ωとなり抵抗温度係数は６３５ｐｐｍ／℃となる。

このように、抵抗発熱体１２，１３と副抵抗発熱体１７，１８の抵抗値・抵抗温度係数を任意に変えることにより、長手方向で発熱量・抵抗温度係数を自由に変えることができる。絶縁基板１１端部など温調時に放熱により温度が下がりやすい部分の抵抗温度係数を大きくすることで、温調時の発熱量を大きくし均一な温度分布を得ることができる。また、温度ヒューズ設置位置の抵抗温度係数を大きくすることで、ヒータの異常発熱に確実に温度ヒューズを作動させることができる。

図４〜図７は、この発明の板状ヒータに関する第２の実施形態の構成について説明するためもので、図４は構成図、図５は図４のｃ−ｃ’線を拡大して示した断面図、図６は図４のｄ−ｄ’線を拡大して示した断面図、図７は図４のｅ−ｅ’線を拡大して示した断面図である。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ここでは異なる部分を中心に説明する。

この実施形態は、図６、図７に示すように副発熱抵抗体１７，１８の両端以外の発熱抵抗体１２，１３との接合部分に、それぞれ絶縁シート６１，６２を介在させたものである。副発熱抵抗体１７が発熱抵抗体１２と接続される部分は、副発熱抵抗体１７の長手方向両端の接合部１７１，１７２だけとした。また、副発熱抵抗体１８が発熱抵抗体１３と接続される部分は、副発熱抵抗体１８の長手方向両端の接合部１８１，１８２だけとした。

この実施形態では、副発熱抵抗体１７，１８が発熱抵抗体１２，１３と電気的に接続される部分は、副発熱抵抗体１７，１８それぞれの両端の接合部１７１，１７２と１８１，１８２である。このため、発熱抵抗体１２，１３と副発熱抵抗体１７，１８の合成抵抗値の設計がし易いことから、抵抗値・抵抗温度係数の設定がより容易なものとなる。

図８〜図１０は、この発明の板状ヒータに関する第３の実施形態の構成について説明するためもので、図８は構成図、図９は図８のｆ−ｆ’線を拡大して示した断面図、図１０は図８のｇ−ｇ’線を拡大して示した断面図である。上記した板状ヒータの第２の実施形態と同一の機能部分には同一の符号を付してここでは異なる部分を中心に説明する。

この実施形態の副発熱抵抗体１７，１８は、発熱抵抗体１２，１３上に形成するのではなく、発熱抵抗体１２，１３に併設して絶縁基板１１上に形成したものである。副発熱抵抗体１７，１８と発熱抵抗体１２，１３は、絶縁基板１１上で副発熱抵抗体１７，１８の両端の接合部１７１，１７２と１８１，１８２でそれぞれ発熱抵抗体１２，１３とを電気的に接続している。

この実施形態においても、発熱抵抗体１２，１３と副発熱抵抗体１７，１８の合成抵抗値の設計がし易いことから、抵抗値・抵抗温度係数の設定がより容易なものとなる。さらにこの実施形態では、発熱抵抗体１２，１３と副発熱抵抗体１７，１８の焼成を同時にできるとともに、絶縁シートを必要とせずに上記第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

次に、図１１の断面で示した構成図を参照し、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に関する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１９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１９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、抵抗温度係数の異なる抵抗発熱体を部分的に抵抗発熱体上に重ね合せた板状ヒータにより長手方向での均一化された発熱分布を得て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関する一実施形態について説明する。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での均一化された発熱分布の得られる加熱装置を用いたことから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の実施形態の構成について説明するための構成図。 図１のａ−ａ’線の断面図。 図１のｂ−ｂ’線の断面図。 この発明の板状ヒータに関する第２の実施形態の構成について説明するための構成図。 図４のｃ−ｃ’線の断面図。 図４のｄ−ｄ’線の断面図。 図４のｅ−ｅ’線の断面図。 この発明の板状ヒータに関する第３の実施形態の構成について説明するための構成図。 図８のｆ−ｆ’線の断面図 図８のｇ−ｇ’線の断面図。 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構成図。 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構成図。

符号の説明

１１ 絶縁基板
１２，１３ 発熱抵抗体
１４，１５ 電極
１６ 接続導体
１７，１８ 副発熱抵抗体
１７１，１７２，１８１，１８２ 接合部
１９ オーバーコート層。

６１，６２ 絶縁シート
２０１ 定着フィルム
２０３ 加圧ローラ
１００ 板状ヒータ
２００ 加熱装置
３００ 複写機

Claims (5)

1. 耐熱・絶縁性材料で形成した長尺平板状の絶縁基板と、
   前記絶縁性基板上の長手方向に平行して銀とパラジウムを主とする導電性成分により厚膜形成された発熱抵抗体と、
   前記発熱抵抗体上の長手方向に、該発熱抵抗体の両端を残すとともに、該発熱抵抗体と抵抗温度係数の異なる銀とパラジウムを主とする導電性成分により厚膜形成された副発熱体抵抗体と、
   前記発熱抵抗体の両端に電力を供給する電極と、
   少なくとも前記電極を残して前記絶縁基板上に施したオーバーコート層と、を具備したことを特徴とする板状ヒータ。
2. 前記副発熱抵抗体は、該副発熱抵抗体の両端のみが前記発熱抵抗体と電気的に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. 耐熱・絶縁性材料で形成した長尺平板状の絶縁基板と、
   前記絶縁性基板上の長手方向に平行して銀とパラジウムを主とする導電性成分により厚膜形成された発熱抵抗体と、
   前記絶縁基板上で前記発熱抵抗体の長手方向に併設するとともに、前記発熱抵抗体の両端部分で接続し、前記発熱抵抗体と抵抗温度係数の異なる銀とパラジウムを主とする導電性成分により厚膜形成された副発熱体抵抗体と、
   前記発熱抵抗体の両端に電力を供給する電極と、
   少なくとも前記電極を残して前記絶縁基板上に施したオーバーコート層と、を具備したことを特徴とする板状ヒータ。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の板状ヒータと、
   前記板状ヒータに対向配置し、該板状ヒータを圧接するように回転可能に支持された加圧ローラと、
   前記板状ヒータと前記加圧ローラとの間を設けられ、前記加圧ローラの回転にともない前記板状ヒータ上を摺動する定着フィルムと、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。

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