JP2009199862A - セラミックヒータ、加熱装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷速度を早めた場合の定着フィルムによる磨耗を低減し、搬送不良や定着不良の発生を防止する。
【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１２，１３上にはオーバーコート層１７を形成する。オーバーコート層１７上には上面が平坦な多角形の複数の凸状部１８を一体的に形成する。複数の凸状部１８上の定着フィルム摺動性の向上と上面を平坦としたことにより定着性の向上を図ることができる。また、凸状部１８の間に定着フィルムを摺動させた場合に発生する屑を凸状部１８間に入り込ませることで定着不良の発生の防止にも寄与する。
【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セラミックヒータおよびこのヒータが実装されたプリンタ、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、さらにこの加熱装置を用いた画像形成装置に関する。

従来のセラミックヒータは、オーバーコート層に発生する気泡の大きさの関係を、発熱抵抗体上＜基板上とし、オーバーコート層表面にできる凹凸を小さくすることで平滑化し、定着フィルムの摩擦を抑えスムーズに搬送させている。（例えば、特許文献１）
特開２００６−９２８３１公報

上記した特許文献１の技術は、近年の印刷速度の高速化に伴い、摺動層に硬いガラスを用いると搬送シートが磨耗し、被定着物の搬送不良を起こしたり、削れたガラスの屑により定着不良を起こしたりする可能性がある。

この発明の目的は、高速で安定した定着フィルムの搬送が実現可能なセラミックヒータおよび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、この発明のセラミックヒータは、耐熱・絶縁性材料で形成した長尺平板状のセラミック基板と、前記セラミック基板上の長手方向に厚膜形成された発熱抵抗体と、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、前記オーバーコート層上に一体的に形成した上面が平坦な複数の凸状部と、を具備したことを特徴とする。

また、この発明のセラミックヒータは、耐熱・絶縁性材料で形成した長尺平板状のセラミック基板と、前記セラミック基板上の長手方向に厚膜形成された発熱抵抗体と、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、前記発熱抵抗体が形成された反対側の前記セラミック基板上の前記発熱抵抗体に少なくとも対向する位置に形成した摺動層と、前記摺動層上に、一体的に形成した上面が平坦な複数の凸状部と、を具備したことを特徴とする。

この発明によれば、オーバーコート層上もしくは摺動層上に上面が平坦で同高さの凸状部を形成することにより、摺動シートとの接触面積を少なくし、摩擦を低減するので搬送シートの磨耗を低減することができる。

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〜図３は、この発明のセラミックヒータに関する第１の実施形態について説明するための、図１（ａ）は構成図、図１（ｂ）は図１（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〜図３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基材で高い熱伝導性の短冊状のセラミック基板である。

セラミック基板１１は、例えば厚みが１ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ２８０ｍｍ程度の寸法である。１２，１３は、セラミック基板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。

発熱抵抗体１２，１３は、例えば厚みが１０μｍ、幅が２．５ｍｍ、長さが２２６ｍｍ程度の寸法である。１４，１５は、セラミック基板１１の長手方向の片側に非接触状態で隣接させて形成した給電用の電極である。電極１４は、発熱抵抗体１２の一端に一端が重層して形成されたＡｇ／Ｐｄ合金などを主体とする良導電体膜からなる接続パターン１４１の他端とを一体的に形成している。

また、電極１５は、発熱抵抗体１３の一端に一端が重層して形成されたＡｇ／Ｐｄ合金などを主体とする良導電体膜からなる接続パターン１５１の他端とを一体的に形成している。

発熱抵抗体１２，１３の他端は、接続パターン１４１，１５１と同材料で同時に形成可能な接続パターン１６を用いて接続される。この接続により発熱抵抗体１２，１３は、電極１４，１５間に直列接続される。

１７は、電極１４，１５を残した発熱抵抗体１２，１３、接続パターン１６等の上に、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。

１８は、オーバーコート層１７の表面に、オーバーコート層１７と同材料で一体形成された上面が平坦な複数の凸状部である。凸状部１８は、セラミック基板１１の長手方向に例えば二列に配置してある。凸状部１８は、少なくとも、上流から下流側にかけてテーパを有する形状をなしている。

凸状部１８の形成については、たとえば厚膜印刷による手法で形成される。さらに、二列に配置された凸状部１８は、図１に示すセラミック基板１１の上流側から下流側にかけて満遍なく配置されている。

なお、図２、図３での凸状部１８は、実際にはより数が多いが、ここではわかり易くするために、数を減らし図示してある。

凸状部１８の形成は、オーバーコート層１７上に満遍なく且つバランスよく配置されてあれば、セラミック基板１１の長手方向直線状に列にしなくても、短手方向千鳥状や直線状でなくても構わない。凸状部１８は、発熱抵抗体１２，１３からの熱を十分に伝達できる数であればよい。

このように、同高さで上面が平坦な複数の凸状部１８が形成されたオーバーコート層１７は、凸状部１８上を摺動させる図示しない被加熱体である定着フィルムとの接触面積を小さくすることができ、被加熱体との摩擦の低減を図ることができ、摺動性の向上を図ることができる。

また、摺動を繰り返すことにより発生する凸状部１８のガラス屑が生じた場合でも、凸状部１８上を摺動させる被加熱体の摺動に邪魔にならない凸状部間に溜まることから被加熱体を傷つけることを防止でき、被加熱体への熱伝導を確実に行うことができる。

図４〜図６は、この発明のセラミックヒータに関する第２の実施形態について説明する。図４（ｃ）は構成図、図４（ｄ）は図４（ｃ）の背面図、図５は図４のｃ−ｃ’断面図、図６は図４のｄ−ｄ’断面図である。上記実施形態と同一機能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について説明する。

この実施形態は、発熱抵抗体１２，１３が形成されたセラミック基板１１の裏面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摺動層１９を形成し、摺動層１９上に複数の凸状部１８１を形成したものである。凸状部１８１は、凸状部１８と同様の条件で形成する。

この実施形態においても、凸状部１８１上を摺動させる定着フィルムとの接触面積を大きくすることができ、熱伝導率を向上させ、摺動性の向上を図ることができる。摺動を繰り返すことにより発生するガラス屑についても凸状部１８１間に溜め、図示しない被加熱体への熱伝導を確実に行うことができる。

図７〜図９は、この発明のセラミックヒータに関する第３の実施形態について説明する。図７（ｅ）は構成図、図７（ｆ）は図７（ｅ）の背面図、図８は図７のｅ−ｅ’断面図、図９は図７のｆ−ｆ’断面図である。上記実施形態と同一機能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について説明する。

この実施形態は、この発明のセラミックヒータの第２の実施形態の摺動層１９を除去し、凸状部１８２をセラミック基板１１上に直接形成したものである。凸状部１８２は、セラミック基板１１の発熱抵抗体１２，１３形成面とは反対側の面に、凸状部１８１と同様の条件で形成する。すなわち、凸状部１８２は、摺動層１９に一体形成するのではなく、凸状部１８２そのものをセラミック基板１１に直接形成したものである。

この場合、摺動層１９を除去したことによる熱容量を小さくすることができ、セラミック基板１１で発生した熱が凸状部１８２上を摺動させる図示しない被加熱体である定着フィルムへより熱損失をより抑えた熱伝導が可能なことから効率性の向上を図ることができる。

図１０の（ａ）〜（ｄ）の各ステップを参照し、この発明のセラミックヒータの第１の実施形態の製造方法について説明する。

先ず、セラミック基板１１上に厚膜印刷法により、電極１４，１５、接続パターン１４１，１５１，１６を形成する（ステップａ）。

接続パターン１６と接続パターン１４１間および接続パターン１６と接続パターン１５１間にセラミック基板１１の長手方向に沿って平行に、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１２，１３をそれぞれ形成する（ステップｂ）。

次にステップｃにおいて、電極１４，１５を残した発熱抵抗体１２，１３、接続パターン１６等の上に、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１７を形成する。

最後に、オーバーコート層１７に、このオーバーコート層１７の同材料で、上面が８角形の複数の凸状部１８を形成する（ステップｄ）。凸状部１８は、８角形孔が形成されたマスクに、溶解されたガラスあるいはポリイミドを流して固化させることが形成可能である。凸状部１８の上端面を平坦するには、複数の全凸状部１８に対し型で押圧させながら固化することで全凸状部１８が同一平面となるように形成することができる。

次に、図１１の構成図を参照し、図１〜図３で説明したセラミックヒータを加熱装置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２で説明したセラミックヒータであり、同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。

２１１は、支持体２６２の底部にセラミックヒータ１００を固着させ、セラミックヒータ１００に交流電圧を供給して加熱させたオーバーコート層１７の凸状部１８に圧接加熱させ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。２１３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２１４が装着してある加圧ローラであり、加圧ローラ２１３の回転軸２１５と対向してセラミックヒータ１００が、定着フィルム２６１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２１３は、図示しない手段に基づいて定着フィルム２１１と相互に圧接させてニップ部Ｎ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１７上に配置された定着フィルム２１１面とシリコーンゴム層２１４との間で、トナー像Ｔｏ１がまず定着フィルム２１１を介してセラミックヒータ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２１３の用紙排出側では複写用紙Ｐがセラミックヒータ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２１１も複写用紙Ｐから離反される。

この実施形態では、熱伝達性を確保しながら定着フィルムとセラミックヒータとの摺動性の向上を図ることができ、定着フィルムを高速に摺動させた場合でも搬送不良の発生を防止することができる。

この発明のセラミックヒータは、上記した実施形態に限定されるものではなく、例えば電極１４，１５は、セラミック基板１１の長手方向に両側に配置されたものでもよい。また、セラミックヒータの発熱抵抗体は、接続パターン１４１，１５４をセラミック基板１１の長手方向に延ばし、発熱抵抗体の幅をセラミック基板１１の長手方向に広く、長さをセラミック基板１１の短手方向に形成し、発熱抵抗体の一端を接続パターン１４１に、他端を接続パターン１５１に接続したものであっても構わない。

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Ｚ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セラミックヒータ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、セラミックヒータ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、定着フィルムとセラミックヒータとの摺動性を向上させながら確実な定着性を得ることのできる加熱装置を用いたことから、印刷速度を早くした場合でも搬送シートによる磨耗を低減させ、搬送不良や定着不良の発生を防止することが可能となる。

セラミック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。

この発明のセラミックヒータに関する第１の実施形態の構成について説明するための（ａ）は構成図、（ｂ）は図１（ａ）の背面図。 図１のａ−ａ’断面図。 図１のｂ−ｂ’断面図。 この発明のセラミックヒータに関する第２の実施形態の構成について説明するための（ｃ）は構成図、（ｄ）は図１（ｃ）の背面図。 図４のｃ−ｃ’の断面図。 図４のｄ−ｄ’の断面図。 この発明のセラミックヒータに関する第３の実施形態の構成について説明するための（ｅ）は構成図、（ｆ）は図１（ｅ）の背面図。 図７のｅ−ｅ’の断面図。 図７のｆ−ｆ’の断面図。 この発明のセラミックヒータの製造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 セラミック基板
１２，１３ 発熱抵抗体
１４，１５ 電極
１４１，１５１，１６ 配線パターン
１７ オーバーコート層
１８，１８１ 凸状部
１８ 摺動層
１９１ 外輪
２０１ 定着フィルム
２０３ 加圧ローラ
１００ セラミックヒータ
２００ 加熱装置
３００ 複写機

Claims (6)

1. 耐熱・絶縁性材料で形成した長尺平板状のセラミック基板と、
   前記セラミック基板上の長手方向に厚膜形成された発熱抵抗体と、
   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、
   前記オーバーコート層上に一体的に形成した上面が平坦な複数の凸状部と、
   を具備したことを特徴とするセラミックヒータ。
2. 耐熱・絶縁性材料で形成した長尺平板状のセラミック基板と、
   前記セラミック基板上の長手方向に厚膜形成された発熱抵抗体と、
   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、
   前記発熱抵抗体が形成された反対側の前記セラミック基板上の前記発熱抵抗体に少なくとも対向する位置に形成した摺動層と、
   前記摺動層上に、一体的に形成した上面が平坦な複数の凸状部と、を具備したことを特徴とするセラミックヒータ。
3. 前記凸状部は、前記オーバーコート層が形成され半対面の前記セラミック基板上に直接形成したことを特徴とする請求項２記載のセラミックヒータ。
4. 前記凸上部は、多角形状をしており、該多角形状の角の部分は前記セラミック基板の幅方向にテーパ形状を成していることを特徴とする請求項１〜３何れかに記載のセラミックヒータ。
5. 請求項１〜４の何れかに記載のセラミックヒータと、
   前記セラミックヒータに対向配置し、該セラミック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、
   前記セラミック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セラミック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。
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。

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