JP2011242454A

JP2011242454A - 加熱装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2011242454A
Application number: JP2010112264A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Kimura; 健太郎木村
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2030-05-14
Also published as: JP5573348B2

Abstract

【課題】装置の長手方向に温度のばらつきが生じにくい加熱装置、および定着効果に差が生じにくい画像形成装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る加熱装置は、絶縁性の基板上に形成された長尺の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の長手方向に沿って延在する、第１および第２の導電性パターンと、発熱抵抗体に電力を供給する、第１および第２の電極と、を有する。そして、第１の電極と第１の導電性パターンとを電気的に接続する第１の接続点、および第２の電極と第２の導電性パターンとを電気的に接続する第２の接続点は、それぞれ前記発熱抵抗体の長手方向について互いに離間して設けられ、かつ長手方向端部からそれぞれ離間して設けられており、前記第１の接続点と前記第２の接続点との間に延在する発熱抵抗体の部分が、発熱抵抗体の他の部分に比べて小さい抵抗値を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなど所望の画像情報を形成するためのＯＡ機器および家庭用電気製品その他の電気機械に好適に用いることができる加熱装置、およびその加熱装置を利用した画像形成装置に関する。

特許文献１には、異なるサイズの用紙幅に対応することができる加熱装置に関する発明が開示されている。より具体的には、長尺平板状に形成された発熱抵抗体を両側から挟むように平行に延在する一対の導電性パターンと電極との接続点を、小さいサイズの用紙幅に対応した位置に形成することによって、長手方向に発熱量のムラが生じにくい発明が提案されている。

特開２００９−９７２０号公報

しかしながら、加熱装置全長に比べて小さいサイズの用紙に対して上記発明を適用すると、用紙が通過する範囲の通紙領域では室温の用紙との接触によって冷やされるのに対し、用紙が通過しない非通紙領域では温度が上昇しやすくなる問題がある。非通紙領域の温度上昇を抑えるためには、抵抗温度係数（ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｅｉｅｎｔｏｆＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が大きい材料で導電性パターンを形成する方法がある。しかし、そうすると昇温時や大きいサイズの用紙を利用する場合に、逆に加熱装置の端部の温度が上がりにくくなって、十分な熱が得られずに部分的に定着不良を起こすといった問題があった。

本発明は、上記従来技術における課題に鑑み、次の構成を具備する。すなわち、本発明に係る加熱装置は、絶縁性の基板と、前記基板上に形成された長尺の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の長手方向に沿ってその両側にそれぞれ延在する、第１および第２の導電性パターンと、前記基板上に形成され、それぞれ前記第１および第２の導電性パターンと電気的に接続され、発熱抵抗体に電力を供給する、第１および第２の電極と、を有し、第１の電極と第１の導電性パターンとを電気的に接続する第１の接続点、および第２の電極と第２の導電性パターンとを電気的に接続する第２の接続点は、それぞれ前記発熱抵抗体の長手方向について互いに離間して設けられ、かつ長手方向端部からそれぞれ離間して設けられており、前記第１の接続点と前記第２の接続点との間に延在する発熱抵抗体の部分が、発熱抵抗体の他の部分に比べて小さい抵抗値を有することを特徴とする。

また、本発明に係る画像形成装置は、所定の画像情報に従ってトナーを対象物に付着させて画像情報を転写する手段と、上記加熱装置と、前記加熱装置に対向する位置に配設された加圧ローラと、前記加熱装置と前記加圧ローラとの間を移送可能に用意された定着フィルムと、を具備し、前記加圧ローラによって、前記画像情報が転写された対象物を、前記定着フィルムを介して前記加熱装置に対して押圧しながら通過させ、トナーを定着させることを特徴とする。

本発明の上記構成を採用すると、発熱抵抗体の全長にわたって通紙する場合でも、それよりも小さい用紙を通紙する場合でも、装置の長手方向に温度のばらつきが生じにくく、したがって定着効果に差が生じにくい、より優れた加熱装置を提供することができる。
また、本発明に係る加熱装置を採用した画像形成装置によれば、異なるサイズの用紙に対応することができる、優れた画像形成装置を提供することができる。

（ａ）本発明の第１の実施形態を示す上面図；（ｂ）本発明の第１の実施形態を示す背面図。図１のＸ−Ｘ'線に沿った断面図。本発明の第２の実施形態を示す上面図。本発明の第３の実施形態を示す上面図。本発明の実施例と比較例について、加熱装置の長手方向の温度分布を示す図。発熱抵抗体の絞り率と加熱装置端部の相対温度との関係を示す図。本発明の変形例を示す上面図。本発明に係る加熱装置の使用例を説明する図。本発明に係る画像形成装置の例を示す図。

以下、本発明の実施形態について、本明細書に添付した図面を参照して詳細に説明する。
図１および図２は、本発明に係る加熱装置の第１の実施形態を示す図である。図１（ａ）は、加熱装置１０の上面図、図１（ｂ）は、加熱装置１０を背面図、図２は図１のＸ−Ｘ'線に沿った断面図である。

加熱装置１０は、後述する各構成要素を基板１の上面または背面に形成した長尺平板の形状を有する。基板１上には、その長手方向に沿って発熱抵抗体２が形成されており、発熱抵抗体２を両側から挟むようにして導電性パターン４ａ，４ｂが形成されている。

基板１は、耐熱性および電気絶縁性を有する材料で構成される。高い熱伝導性を有する材料であることが好ましく、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック材料を用いることができる。基板１の寸法は、用途によって異なるが、例えば長手方向長さを約２００〜３００ｍｍ、短手方向長さを約５〜２０ｍｍ、厚さを約０．５〜１．５ｍｍとすることができる。

導電性パターン４ａ，４ｂは、それぞれ銀（Ａｇ）または白金（Ｐｔ）に代表される良好な導電性を呈する金属またはこれらの合金を例えば９０重量％以上含有する材料で構成され、それぞれ直接接触しないように互いに離間して並設される。

図２により明確に示すように、導電性パターン４ａおよび基板１を貫通するスルーホール７ａが形成される。そして、スルーホール７ａの内面には、導電性膜９が形成されており、導電性パターン４ａと電気的に接続されている。基板１の背面には、導電性の配線パターン８ａが、スルーホール７ａに対応する位置から基板１の端部まで長手方向に延在するように形成されている。スルーホール７ａと反対側の配線パターン８ａの端部には、スルーホール７ａと同様の構造をもつスルーホール５ａが形成されており、基板１に形成された電極６ａと電気的に接続される。

上記構造により、電極６ａに電力が供給されると、電極６ａからスルーホール５ａを通じて配線パターン８ａに電気が伝わり、さらにスルーホール７ａを通じて導電性パターン４ａに通電される構成となる。

図示したように、導電性パターン４ｂも導電性パターン４ａと同様の構造によって通電される。すなわち、電極６ｂ、スルーホール５ｂ、配線パターン８ｂ、スルーホール７ｂの順に電気が流れることになる。このようにして、導電性パターン４ａ，４ｂにそれぞれ接触している発熱抵抗体２に電気が流れ、その過程を通じて所望の発熱を得ることができる。

上述したとおり、本発明においては、導電性パターン４ａ，４ｂとその電気的接続点が、図示したスルーホール７ａ，７ｂの位置、つまり基板１の長手方向に互いに離間し、かつ基板１の両端からもそれぞれ離間した中央側に形成されている。

本実施形態では、この電気的接続点は、小さい用紙幅に対応した位置に形成することができる。例えばＡ４サイズの用紙幅に対応した大きさが発熱抵抗体２の略全長Ｌ１とすると、スルーホール７ａ，７ｂ間の距離Ｌ２をハガキの大きさに対応するように設定することができる。

再び図１を参照し、発熱抵抗体２は、中央部分２ｘの幅がその左右両側部分２ｙ，２ｙと比較して大きく形成されている。本実施形態では、図１（ａ）の上面視で段差を有する形状を有する。一方、導電性パターン４ａ，４ｂは発熱抵抗体２のかかる形状を補完するように、中央部とその左右両側との境界に上面視で段差を有している。左右の両側部分２ｙ，２ｙは、例えば中央部分２ｘに対してその６０〜９５％程度の幅とすることができる。なお、発熱抵抗体２は、導電性パターン４ａ，４ｂを構成する材料に比べて抵抗値の高い材料で構成されており、例えば酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）等の抵抗体ペーストから構成することができる。

発熱抵抗体２および導電性パターン４ａ，４ｂ、配線パターン８ａ，８ｂは、それぞれ印刷、蒸着その他の公知の手段を利用して基板１上に形成することができる。

発熱抵抗体２および導電性パターン４ａ，４ｂを覆うように保護層１２が形成される。ただし、図１では全体の構成を明確に示すため、保護層１２はその輪郭のみ破線で示してある。保護層１２は、例えばアルミナ等の熱伝導性に優れた無機酸化物フィラーを２５〜３５ｗｔ％含有したガラス材から構成される。保護層１２は、発熱抵抗体２および導電性パターン４ａ，４を機械的、化学的および電気的に保護する役割をもつ。

本実施形態によれば、次のような効果が得られる。すなわち、電気的接続点を小さい用紙サイズに合わせて基板１の中央寄りに設け、かつ抵抗発熱体を長手方向に一定の幅とした場合、導電経路が最短となる中央部分に多く電気が流れることになる。すると、端部には中央部分よりも発熱量が小さくなってしまい、温度分布が不均一になってしまう。しかし、本実施形態では中央部分２ｘと両側部分２ｙ，２ｙとで発熱抵抗体２と導電性パターン４ａ，４ｂの抵抗比を変えたことによって、両側部分２ｙ，２ｙにも電気が流れやすくなり、結果として両側部分２ｙ，２ｙの発熱量が増し、長手方向の温度分布を均一化することができる。これにより、異なるサイズの用紙に対して用いても略一様に加熱することができる優れた加熱装置が得られる。

次に、図３を参照して、本発明の別の実施形態について説明する。ただし、図１および図２に係る実施形態と同一または対応する部材の構成および作用についての重複する説明は省略し、同じ参照符号を用いるものとする。後述する他の実施形態についても特に明示しない限り、同様である。

図３に係る加熱装置２０においては、発熱抵抗体２２の短手方向長さが、発熱抵抗体２２の中央部分２２ｘから基板１の端部方向に向かって徐々に小さくなるように形成されている。すなわち、曲線の輪郭を有する左右両側部分２２ｙ，２２ｙは、上面視で中央部分２２ｘと滑らかに接続されており、そのまま両縁まで延びている。

図４は、また別の実施形態を示す。本実施形態の加熱装置３０においては、発熱抵抗体２２の中央部分３２ｘの左右両側部分３２ｙ，３２ｙが、中央部分３２ｘとの境界から両縁に向かって、上面視で直線状のテーパ形状となっている。つまり、中央部分３２ｘとの境界から両縁に向かって短手方向長さが一定の割合で小さくなるように形成されている。

図３および図４を参照して説明した実施形態によれば、図１で示した実施形態と比較して、長手方向に沿って抵抗値が連続的に変化する。したがって、発熱抵抗体２２の発熱に起因する加熱装置２０，３０の長手方向温度分布をより制御しやすいという利点がある。

次に、図５を参照して、本発明の実施例に係る加熱装置を用いて長手方向の温度分布を調べた試験結果について説明する。

本実施例に係る加熱装置は、図３に示した実施形態を基本構成として備えたものである。本実施例における一対の導電性パターンは、シート抵抗値がそれぞれ１０ｍΩ／□のものを用い、長手方向長さ２２０ｍｍ、短手方向長さ１．７ｍｍに形成した。このとき導電性パターンの抵抗値は２．６Ωある。また、発熱抵抗体としては、シート抵抗値が６０００Ω／□のものを用い、長手方向長さ２２０ｍｍ、中央部の短手方向長さを１．０ｍｍ、両縁の短手方向長さを０．７５ｍｍとした。つまり、図３の実施形態のように本実施例でも発熱抵抗体２の中央部分の短手方向長さ（＝Ｗ１）に比べて両端部の短手方向長さが徐々に短くなるように形成した。そして、ホン実施例では両縁の部分の長さ（＝Ｗ２）を０．７５ｍｍとした。したがって、この実施例の場合、発熱抵抗体２の絞り率（＝（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１）は２５％である。なお、中央部の寸法（つまり１．０ｍｍ）を基準に発熱抵抗体の抵抗値を算出すると、２７．３Ωとなる。

そして、比較例として、発熱抵抗体の全長にわたって短手方向長さ１．０ｍｍで形成したものを用意した。つまり、この比較例は、上面視で長方形の発熱抵抗体を有し、短手方向長さが一様なので、絞り率は０％である。その他の構成は、本発明の実施例と同じ条件とした。

図５のグラフにおいて、本発明の実施例（絞り率２５％）を実線で、比較例（絞り率０％）を破線でそれぞれ示した。横軸は、加熱装置の長手方向の位置に対応し、発熱抵抗体の温度の測定点を示す。縦軸は、最高温度の値を基準（１００％）として算出した相対温度である。

図５から明らかなように、本発明の実施例では端部の温度も約９０％以上の温度が維持されており、約７０％の温度まで低下する比較例と比べるとその効果の差は明確である。

また、図６は、発熱抵抗体の絞り率を変えたときの抵抗体両縁の相対温度を示した図である。同図より、絞り率５％程度であっても８０％以上程度まで温度低下を抑制する効果が得られることがわかる。そして、絞り率を２５％まで高めると約９２％まで相対温度が上昇する。

図７は、本発明の実施例の変形例を示す。本変形例の加熱装置４０は、発熱抵抗体２および導電性パターン４ａ，４ｂの構成は、図１に示した加熱装置１０と同様である。しかし、電極４６ａ，４６ｂが発熱抵抗体２を間に挟んで両側にそれぞれ設けられている。したがって、電極４６ａに給電されると、導電経路は、電極４６ａ、スルーホール４５ａ、配線パターン４８ａ、スルーホール４７ａ、導電性パターン４ａとなる。同様に、電極４６ｂ側から給電されたときの導電経路は、電極４６ｂ、スルーホール４５ｂ、配線パターン４８ｂ、スルーホール４７ｂ、導電性パターン４ｂとなる。このように、電極４６ａ，４６ｂを左右両側に配置して構成された加熱装置４０であっても同様に本発明の効果を享受することができる。

また、上述した実施形態およびその変形例は、いずれもスルーホールを利用して給電経路を確立していたが、かかるスルーホールを形成することは必須ではない。つまり、発熱抵抗体および導電性パターンの形成面と同じ側に配線パターンを形成することによって、導電性パターンとの接続点を同一面側に設けてもよい。この場合は、配線パターンを形成する必要があるため加熱装置の短手方向の長さが大きくなり装置が比較的大きくなるが、それでも長手方向の温度分布を均斉化するという効果は他の実施例と同様に奏することができる。

また、本発明の上述した実施例およびその変形例では、抵抗値を発熱抵抗体の中央部と端部とで異ならしめるために、短手方向長さを変えるという手法を採用したが、抵抗値を変えるためには材料の組成を部分的に変えるなどその他方法で抵抗値に傾斜を与えることができる。

次に、図８を参照し、上述した加熱装置を備えた定着装置の一実施形態について説明する。図中の加熱装置は、上述した実施形態およびその変形例のいずれも適用することができるが、簡単のため符号１０のみを付すものとする。

図８において、支持体２０２の周りに円筒状に巻き回された定着フィルムベルト２０１の底部に加熱装置１０が設置される。定着フィルムベルト２０１は、例えばポリイミド等の耐熱性の樹脂材料から構成することができる。加熱装置１０および定着フィルムベルト２０１に対向する位置に、加圧ローラ２０３が配設される。加圧ローラ２０４は、表面に耐熱性の弾性材料、例えばシリコーン樹脂層２０４を有し、定着フィルムベルト２０１を圧接した状態で回転軸２０５を中心に矢印の方向に回転することができる構成となっている。

トナー定着工程において、定着フィルムベルト２０１とシリコーン樹脂層２０４との接触面において、トナー像Ｔ１が定着フィルムベルト２０１を介して加熱装置１０により加熱溶融される。すると、少なくともトナー像Ｔ１の表面部は融点を超え、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が加熱装置１０から離間し、トナー像Ｔ２は自然に放熱して再び固化し、それに伴って定着フィルム２０１も用紙Ｐから離間する。この実施形態では、長手方向における温度ムラが少ない加熱装置１０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１０を搭載した画像形成装置について、複写機１００への適用を例に説明する。図中、定着装置２００の部分は、上記説明と同じであるため、その説明は省略する。

定着装置２００を含む各構成要素は、複写機１００の筐体１０１内に収められている。筐体１０１の上部には、ガラス等の透明部材からなる原稿載置台が備え付けられており、画像情報を読み取る対象となる原稿Ｐ１を矢印Ｙ方向に往復動作させてスキャンする構成となっている。

筐体１０１内の上部には光照射用のランプと反射鏡とからなる照明装置１０２が設けられており、この照明装置１０２から照射された光が原稿Ｐ１の表面で反射し、短焦点小径結像素子アレイ１０３によって感光ドラム１０４上にスリット露光される。なお、この感光ドラム１０４は矢印Ｚ方向に回転可能に設置される。

また、筐体１０１内に配設された感光ドラム１０４の近傍には帯電器１０５が設けられており、感光ドラム１０４を略一様に帯電させる。感光ドラム１０４は、例えば酸化亜鉛感光層または有機半導体感光層で被覆される。帯電した感光ドラム１０４には、結像素子アレイ１０３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１０６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１０７内に収納されている複写用紙Ｐは、給送ローラ１０８と感光ドラム１０４上の画像と同期をとって上下方向に圧接して回転される一対の搬送ローラ１０９によって、感光ドラム１０４上に送り込まれる。そして、転写放電器１１０によって感光ドラム１０４上に形成されているトナー像が写用紙Ｐ上に転写される。

その後、感光ドラム１０４上から下流側に送られた用紙Ｐは、搬送ガイド１１１によって定着装置２００に導かれて加熱定着処理された後、トレイ１１２に排出される。なお、トナー像が転写された後、感光ドラム１０４上の残留トナーはクリーナ１１３を用いて除去される。

定着装置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１００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加熱装置１０が、加圧ローラ２０３の外周に取り付けられたシリコーン樹脂層２０４に加圧された状態で設けられている。

そして、加熱装置１０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、発熱抵抗体の発熱を利用して溶融され、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とができる。

本発明に係る上記実施形態によれば、長手方向に温度ムラの小さい加熱装置１０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。

本明細書では、本発明の加熱装置を複写機等の画像形成装置の定着用に適用した例をつかって説明したが、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することができる。

１０，２０，３０，４０加熱装置
１基板
２，２２，３２発熱抵抗体
４ａ，４ｂ導電性パターン
１００複写機
２０３加圧ローラ

Claims

絶縁性の基板と、前記基板上に形成された長尺の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の長手方向に沿ってその両側にそれぞれ延在する、第１および第２の導電性パターンと、前記基板上に形成され、それぞれ前記第１および第２の導電性パターンと電気的に接続され、発熱抵抗体に電力を供給する、第１および第２の電極と、を有する、加熱装置であって、
第１の電極と第１の導電性パターンとを電気的に接続する第１の接続点、および第２の電極と第２の導電性パターンとを電気的に接続する第２の接続点は、それぞれ前記発熱抵抗体の長手方向について互いに離間して設けられ、かつ長手方向端部からそれぞれ離間して設けられており、
前記第１の接続点と前記第２の接続点との間に延在する発熱抵抗体の部分が、発熱抵抗体の他の部分に比べて小さい抵抗値を有することを特徴とする、加熱装置。
前記第１の接続点と前記第２の接続点との間に延在する発熱抵抗体の部分の短手方向長さが、発熱抵抗体の他の部分の短手方向長さに比べて大きく形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の加熱装置。
前記第１の接続点および前記第２の接続点から、それぞれ長手方向に遠ざかるに従って、発熱抵抗体の短手方向の長さが漸次小さくなることを特徴とする、請求項１または２に記載の加熱装置。
所定の画像情報に従ってトナーを対象物に付着させて画像情報を転写する手段と、
請求項１〜３のいずれかに記載の加熱装置と、
前記加熱装置に対向する位置に配設された加圧ローラと、
前記加熱装置と前記加圧ローラとの間を移送可能に用意された定着フィルムと、を具備し、
前記加圧ローラによって、前記画像情報が転写された対象物を、前記定着フィルムを介して前記加熱装置に対して押圧しながら通過させ、トナーを定着させることを特徴とする、画像形成装置。