JP2015187706A - 定着機用加熱ヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】第１方向に沿って進行する被加熱体を加熱する定着機用加熱ヒータであって、被加熱体に対向し、第１方向に直交する第２方向に沿って延びる基板と、基板上において第２方向に沿って延びるように形成された発熱体と、基板上に形成された、発熱体へ給電するための第１導体部及び第２導体部と、第１導体部にそれぞれ接続され、発熱体へ給電する複数の第１電極と、第２導体部にそれぞれ接続され、発熱体へ給電する、第１電極とは極性の異なる複数の第２電極と、を備え、複数の第１電極と複数の第２電極は、発熱体に交差するとともに第２方向において交互に配置され、さらに、第１方向に対して傾きを有するように延びている。【解決手段】被加熱体の進行方向に直角な方向において、被加熱体に与える熱量分布のムラの発生を抑えることのできる定着機用加熱ヒータを提供する。【選択図】図２（Ａ）

Description

本発明は、記録材に対して画像を加熱定着させるための定着機用加熱ヒータに関する。

特許文献１には、加熱体により耐熱フィルムを介して被加熱体を加熱する加熱装置が開示されている。加熱体は、通電発熱体と、通電発熱体に給電する複数の電極とからなり、これらの電極は、被加熱体の進行方向と直角な方向に沿うように、かつ、交互に極性が異なるように、通電加熱体上に配置されている。この構成により、体積抵抗値の高い材料を使用した場合にも、給電及び通電距離を短くして、十分な発熱を行い、所望の加熱を行うことを可能としている。

特開平０６−２５０５３９号公報

特許文献１に記載の加熱装置では、極性の異なる電極を櫛歯状に交互に配置しており、隣り合う電極の間の通電発熱体で発熱体要素がそれぞれ形成される。各発熱体要素は、電極間領域においては、隣り合う電極の一方から他方の電極への通電による発熱のために高温となる。一方、電極に対応する位置の通電発熱体では前記電極間領域に比べて温度上昇は少ない。このため、通電発熱体全体としては、電極間領域と電極対応位置とで温度差が生じている。したがって、電極の配置方向が被加熱体の進行方向と直角方向に沿っていることから、複数の電極に対応する位置が被加熱体の進行方向に沿って筋状に低温となり、被加熱体に与える熱量分布にムラが発生するという問題がある。

そこで本発明は、被加熱体の進行方向に直角な方向において、被加熱体に与える熱量分布のムラの発生を抑えることのできる定着機用加熱ヒータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の定着機用加熱ヒータは、 第１方向に沿って進行する被加熱体を加熱する定着機用加熱ヒータであって、
前記被加熱体に対向し、基板上において前記第１方向に直交する第２方向に沿って延びるように形成された発熱体と、前記基板上に形成された、前記発熱体へ給電するための第１導体部及び第２導体部と、前記第１導体部にそれぞれ接続され、前記発熱体へ給電する複数の第１電極と、前記第２導体部にそれぞれ接続され、前記発熱体へ給電する、第１電極とは極性の異なる複数の第２電極と、を備え、
前記複数の第１電極と前記複数の第２電極は、前記発熱体と交差するとともに前記第２方向において交互に配置され、さらに、前記第１方向に対して傾きを有するように延びていることを特徴としている。

ここで、第１方向とは、被加熱体が搬送される方向である。第２方向とは、被加熱体の搬送方向に直交する方向のうち、被加熱体に対向するように配置された基板の長手方向に沿った方向である。

第１方向に対する、複数の第１電極及び複数の第２電極の傾きは、第１方向に対する角度が０度を超えている。さらに、この傾きは、複数の第１電極と複数の第２電極が、発熱体に交差するとともに第２方向において交互に配置されていることから、９０度ではない。

このような構成により、被加熱体の搬送方向（第１方向）に対して電極が傾いて配置されるために、第２方向（長板状の発熱体の長手方向）において被加熱体へ与える熱量のムラを抑制することができる。

本発明の定着機用加熱ヒータは、発熱体において、隣り合う第１電極と第２電極に挟まれた発熱体要素面の対角線の長さが、発熱体要素面の第２方向に沿った辺の長さよりも長いことが好ましい。
ここで、発熱体要素面とは、発熱体表面において隣り合う第１電極と第２電極に挟まれた領域の面であり、第２方向に沿った２辺、第１電極、及び第２電極の４辺によって囲まれる。

このような構成により、発熱体要素面における電流分布の偏りが抑制され、第２方向において被加熱体へ与える熱量のムラを抑制することができる。

本発明の定着機用加熱ヒータによると、第１電極と第２電極を、発熱体に交差するとともに第２方向において交互に配置し、さらに、第１方向に対して傾きを有して延びるように配置したことにより、被加熱体の進行方向に直角な方向において、被加熱体に与える熱量分布のムラの発生を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る定着機用加熱ヒータを備えた定着機を含む画像形成装置の一部構成を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る定着機用加熱ヒータの構成を示す平面図である。 図２（Ａ）の一部拡大図である。 隣り合う第１電極と第２電極に挟まれた発熱体要素面の対角線の長さが、発熱体要素面の第２方向Ｄ２に沿った２辺の長さより短い場合の発熱温度分布を簡略化して示した平面図である。 発熱体要素面における対角線の長さと第２方向Ｄ２に沿った２辺の長さの関係と、発熱状態との対応を簡略化して示した図である。 本発明の実施形態に係る定着機用加熱ヒータの発熱温度分布を簡略化して示した平面図である。 比較例に係る定着機用加熱ヒータの構成を示す平面図である。 比較例に係る定着機用加熱ヒータの発熱温度分布を示した平面図である。

以下、本発明の実施形態に係る定着機用加熱ヒータについて図面を参照しつつ詳しく説明する。本発明に係る定着機用加熱ヒータは、複写機・プリンタ・ファックス・複合機その他の画像形成装置に用いることができ、電子写真・静電記録・磁気記録などの画像形成プロセスによって形成されたトナー像を、被加熱体としての記録材に加熱定着するプロセスで用いる。記録材としては、例えば、印刷用紙、エレクトロファックスシート、静電記録シート、転写材シートが挙げられる。定着機用加熱ヒータを用いた加熱定着プロセスは、記録材上に形成されたトナー像を加熱するタイプや、中間転写材に形成されたトナー像を記録材上に転写する際に加熱するタイプを含む。中間転写材は、例えば、ベルト、フィルム、ドラムなどの形態をとることができる。

以下の実施形態では、定着機用加熱ヒータにより、耐熱性のベルトを介して、記録材上に形成されたトナー像を加熱し、記録材に定着する定着機を例に挙げるが、本発明に係る定着機用加熱ヒータはこれに限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係る定着機用加熱ヒータ３０を備えた定着機を含む画像形成装置の一部構成を示す側面図である。図２（Ａ）は本発明の実施形態に係る定着機用加熱ヒータの構成を示す平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の一部拡大図である。

図１に示すように、ロール２１、２２に巻回されたベルト２０を、被加熱体としての記録材１０に対して一定の圧力で接触させるように定着機が配置されている。記録材１０上には、不図示の像形成手段によってトナー像が形成されている。記録材１０は、不図示の搬送手段によって、第１方向Ｄ１（搬送方向）に沿って進行する。

定着機は、定着機用加熱ヒータ３０と、弾性を有する加圧ロール２３とからなる。定着機用加熱ヒータ３０は、その下面が記録材１０の上面に対向し、搬送方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に沿って延びるように配置されている。定着機用加熱ヒータ３０は、図２（Ａ）に示すように、基板３１、発熱体３２、第１導体部４１、第１電極４２、第２導体部５１、及び第２電極５２を備える。定着機用加熱ヒータ３０は、さらに、第１電極４２及び第２電極５２への通電及びその制御を行うための回路及び電源（不図示）を備える。図１に示すように、定着機用加熱ヒータ３０と加圧ロール２３は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に直交する第３方向Ｄ３において、記録材１０及びベルト２０を挟んで互いに対向するように配置されている。

基板３１は、被加熱体としての記録材１０に対向させた長板状部材であり、その長手方向が第２方向Ｄ２に沿って延びるように配置されている。基板３１は、耐熱絶縁材料で構成することが好ましく、例えばＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３を用いる。

発熱体３２は、基板３１上において第２方向Ｄ２に沿って延びるように形成されている。発熱体３２は、抵抗体材料で構成することが好ましく、例えば、ホウケイ酸塩等のガラスに対して、酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）を混ぜて導電性を持たせた材料を用いる。発熱体３２は、Ｄ２方向に延びる１本の材料で形成され、各電極が横断するように形成されることが望ましい。また、発熱体３２の上に電極があっても良いし、発熱体３２の下に電極があっても良い。

第１導体部４１及び第２導体部５１は、発熱体３２へ給電するために基板３１上に形成されている。第１導体部４１及び第２導体部５１は、第１方向Ｄ１において発熱体３２の外側に、例えばＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ等の導電性材料によって形成されている。

第１導体部４１には、第２方向Ｄ２において所定の間隔ごとに、複数の第１電極４２がそれぞれ接続されている。第２導体部５１には、第２方向Ｄ２において所定の間隔ごとに、第１電極４２とは極性の異なる、複数の第２電極５２がそれぞれ接続されている。複数の第１電極４２と複数の第２電極５２は、発熱体３２に交差するとともに第２方向Ｄ２において櫛歯状に交互に配置されている。さらに、複数の第１電極４２と複数の第２電極５２は、第１方向Ｄ１に対して傾きを有し、発熱体３２を横断するように延びている。複数の第１電極４２と複数の第２電極５２の第１方向Ｄ１に対する傾きは、互いに同一であることが好ましく、その角度は第１方向Ｄ１に対して０度を超えている。ここで、複数の第１電極４２と複数の第２電極５２は、第２方向Ｄ２に沿って延びる発熱体３２に交差しているため、第１方向Ｄ１に対する傾きの角度は、９０度ではない。

発熱体３２、第１導体部４１、第１電極４２、第２導体部５１、及び第２電極５２は、例えばスクリーン印刷によって、基板３１上に形成される。

このような構成により、上記回路（不図示）から、第１導体部４１及び第１電極４２を経て発熱体３２に至る経路と、第２導体部５１及び第２電極５２を経て発熱体３２に至る経路が形成され、図２（Ｂ）に示すように、発熱体３２上においては、隣り合う第１電極４２と第２電極５２に挟まれた発熱体要素面６０が第２方向Ｄ２に沿って複数形成されている。上記経路により、上記回路から各発熱体要素面６０に対して給電を行うことが可能となる。

定着機用加熱ヒータ３０と加圧ロール２３の間で、ベルト２０と記録材１０を一定の力で密着させつつそれぞれ進行させ、かつ、定着機用加熱ヒータ３０の第１電極４２及び第２電極５２に通電して発熱体３２を発熱させると、記録材１０上のトナー像は、定着機用加熱ヒータ３０による熱と、加圧ローラ２３又は定着機用加熱ヒータ３０による押圧とにより、記録材１０上に定着する。

発熱体要素面６０は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように平面視で略平行四辺形をなしており、図２（Ｂ）に示すように、隣り合う第１電極４２と第２電極５２に挟まれた発熱体要素面６０の対角線６３の長さが、発熱体要素面６０の第２方向Ｄ２に沿った２辺６１、６２の長さよりも長くなっている。この構成により、発熱体要素面６０における電流分布の偏りが抑制され、第２方向Ｄ２において記録材１０へ与える熱量のムラを抑制することができる。

図３は、隣り合う第１電極と第２電極に挟まれた発熱体要素面の対角線の長さが、発熱体要素面の第２方向Ｄ２に沿った２辺の長さより短い場合の発熱温度分布を簡略化して示した平面図である。図３に示す定着機用加熱ヒータ１３０では、発熱体要素面１６０の対角線１６３の長さと第２方向Ｄ２に沿った２辺１６１、１６２の長さの関係が図２（Ｂ）とは異なっている。

加熱ヒータの発熱体に流れる電流は電極間距離が短いところに多く流れ、この領域では発熱量も多くなる。したがって、発熱体要素面の温度は、発熱量の多い領域を中心に高くなり、その周辺部は低くなる。図３に示す場合のように、発熱体要素面１６０の第２方向Ｄ２に沿った２辺１６１、１６２の長さが対角線１６３よりも長いときは、発熱体要素面１６０のうち、領域１８０に電流密度が集中しやすくなるため、この領域１８０の外側に位置する周辺部１８１の温度が上がりにくくなる。このため、隣り合う発熱要素面１６０の境界部１８２で温度の低い領域が発生することから、領域１８０を通る矢印Ａ１（図３）上は温度が高いのに対して、周辺部１８１と境界部１８２を通る矢印Ａ２上は温度が低くなる。したがって、ベルト２０や記録材１０において、矢印Ａ１上を通過する部分は温度が上がる一方で、矢印Ａ２上を通過する部分は温度が上がらないため、幅方向（第２方向Ｄ２）の温度ムラとなる。

図４は、発熱体要素面２６０における対角線２６３の長さと第２方向Ｄ２に沿った２辺２６１、２６２の長さの関係と、電極間距離が短く発熱量の多い領域との対応を簡略化して示した図である。図４（Ａ）は、対角線２６３の長さと２辺２６１、２６２の長さが等しい場合、（Ｂ）はアスペクト比を小さくすることによって、対角線２６３を２辺２６１、２６２より長くした場合、（Ｃ）は境界部２８２（第１電極または第２電極に相当）の傾き角を小さくすることによって、対角線２６３を２辺２６１、２６２より長くした場合、（Ｄ）はアスペクト比を大きくすることによって、２辺２６１、２６２を対角線２６３より長くした場合、（Ｅ）は境界部２８２の傾き角を大きくすることによって、２辺２６１、２６２を対角線２６３より長くした場合を示している。図４の（Ａ）〜（Ｅ）を比較して分かるように、図４（Ｂ）、（Ｃ）のように対角線２６３を２辺２６１、２６２より長くすることによって、発熱体要素面２６０において発熱の大きな領域２８０が占める割合を大きくすることができる。発熱体要素面２６０を流れる電流は、発熱の大きな領域２８０以外にも流れるが、図４（Ｄ）、（Ｅ）に示すように２辺２６１、２６２を対角線２６３より長くした場合には、発熱体要素面２６０のうち、発熱の大きな領域２８０が狭くなり、かつ、その外側の周辺部の温度が上がりにくくなる。したがって、境界部２８２（図４（Ｄ）、（Ｅ））付近の第１方向Ｄ１に沿う領域は温度の上がらない領域となるため、この領域を通るベルト２０や記録材１０の部分は温度が上がらず、幅方向の温度ムラが生じる。

図５は、定着機用加熱ヒータ３０の発熱温度分布を簡略化して示した平面図であり、第１電極４２及び第２電極５２から発熱体３２に給電して発熱体３２を発熱させた状態を温度分布として示している。上述のとおり、隣り合う第１電極４２と第２電極５２に挟まれた発熱体要素面６０の対角線６３の長さが、発熱体要素面６０の第２方向Ｄ２に沿った２辺６１、６２の長さよりも長くなっているため、図５に示すように、発熱体要素面６０に対応する領域７０はほぼ全体に渡って高温となり、第１電極４２及び第２電極５２に対応する位置（櫛歯状領域）７１は前記領域７０と比較して低温となっている。したがって、このような定着機用加熱ヒータ３０を用いて記録材１０を加熱する場合、
記録材１０の進行方向Ｄ１に対して第１電極４２及び第２電極５２が傾きを持っているため、ベルト２０又は記録材１０のいずれの点においても、これらが定着機用加熱ヒータ３０と加圧ロール２３の間を通過するときに必ず高温となった領域７０を通過することとなることから、記録材１０の幅方向Ｄ２において隙間なく加熱することが可能となる。このため、第２方向Ｄ２における熱量分布のムラを抑えることが可能となることから、定着不足のトナー像が筋状に残ることを防ぐことができ、一定の品質の画像を得ることができる。

図６（Ａ）は、比較例に係る定着機用加熱ヒータ３３０の構成を示す平面図、図６（Ｂ）は、定着機用加熱ヒータ３３０の発熱温度分布を示す平面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）は、図２（Ａ）、図５にそれぞれ対応する図である。定着機用加熱ヒータ３３０は、図１に示す画像形成装置の定着機用加熱ヒータ３０に代えて使用される。

定着機用加熱ヒータ３３０は、図６（Ａ）に示すように、基板１３１、発熱体３３２、第１導体部３４１、第１電極３４２、第２導体部３５１、及び第２電極３５２を備える。基板３３１、発熱体３３２、第１導体部３４１、及び第２導体部３５１は、図２に示す基板３１、発熱体３２、第１導体部４１、及び第２導体部５１とそれぞれ同様の構成を備えるため、その詳細な説明は省略する。また、通電及びその制御を行うための回路及び電源（不図示）についても定着機用加熱ヒータ３０に用いるものと同様である。

第１導体部３４１には、第２方向Ｄ２において所定の間隔ごとに、複数の第１電極３４２がそれぞれ接続されている。第２導体部３５１には、第２方向Ｄ２において所定の間隔ごとに、第１電極３４２とは極性の異なる、複数の第２電極３５２がそれぞれ接続されている。複数の第１電極３４２と複数の第２電極３５２は、発熱体３３２に交差するとともに第２方向Ｄ２において櫛歯状に交互に配置されている。さらに、複数の第１電極３４２と複数の第２電極３５２は、第１方向Ｄ１に沿って配置され、発熱体３３２を横断するように延びている。

このような構成により、発熱体３３２上において、隣り合う第１電極３４２と第２電極３５２に挟まれた発熱体要素面３６０が第２方向Ｄ２に沿って複数形成される。この発熱体要素面３６０は、図６（Ａ）に示すように平面視で略長方形をなしている。

図６（Ｂ）に示すように、発熱体要素面３６０に対応する領域３７０は高温となり、第１電極３４２及び第２電極３５２に対応する位置（櫛歯状領域）３７１は前記領域３７０と比較して低温となっている。したがって、定着機用加熱ヒータ３３０を用いて記録材１０を加熱すると、第１電極３４２及び第２電極３５２の延びる方向と記録材１０の進行方向Ｄ１が一致しているため、記録材１０の幅方向Ｄ２において櫛歯状領域３７１に対応する領域が常に低温となる。このため、高温となる領域３７０を通過する部分と低温となる櫛歯状領域３７１を通る部分が存在することにより、第２方向Ｄ２において熱量分布のムラが生じることから、ベルト２０又は記録材１０の幅方向において受ける熱量にムラが生じ、これにより定着不足のトナー像が筋状に残ることとなる。

これに対して、上述の実施形態に係る定着機用加熱ヒータ３０では、記録材１０の進行方向Ｄ１に対して第１電極４２及び第２電極５２が傾きを持っているため、ベルト２０又は記録材１０のいずれの点においても、これらが定着機用加熱ヒータ３０と加圧ロール２３の間を通過するときに必ず高温となった領域７０を通過することとなることから、記録材１０の幅方向Ｄ２における熱量分布のムラを小さくでき、隙間なく加熱することが可能となる。さらに、定着機用加熱ヒータ３０では、発熱体要素面６０の対角線６３の長さが、発熱体要素面６０の第２方向Ｄ２に沿った２辺６１、６２の長さよりも長くなっているため、発熱体要素面６０における電流分布の偏りが抑制されて、第２方向Ｄ２において記録材１０へ与える熱量のムラをさらに小さくすることができる。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

以上のように、本発明に係る定着機用加熱ヒータは、複写機・プリンタ・ファックス・複合機その他の画像形成装置の加熱定着プロセスに有用である。

１０ 記録材（被加熱体）
３０ 定着機用加熱ヒータ
３１ 基板
３２ 発熱体
４１ 第１導体部
４２ 第１電極
５１ 第２導体部
５２ 第２電極
６０ 発熱体要素面
６１、６２ 第２方向に沿った辺
６３ 対角線
Ｄ１ 第１方向（搬送方向）
Ｄ２ 第２方向

このような構成により、上記回路（不図示）から、第１導体部４１及び第１電極４２を経て発熱体３２に至る経路と、第２導体部５１及び第２電極５２を経て発熱体３２に至る経路が形成され、図２（Ａ）に示すように、発熱体３２上においては、隣り合う第１電極４２と第２電極５２に挟まれた発熱体要素面６０が第２方向Ｄ２に沿って複数形成されている。上記経路により、上記回路から各発熱体要素面６０に対して給電を行うことが可能となる。

定着機用加熱ヒータ３３０は、図６（Ａ）に示すように、基板３３１、発熱体３３２、第１導体部３４１、第１電極３４２、第２導体部３５１、及び第２電極３５２を備える。基板３３１、発熱体３３２、第１導体部３４１、及び第２導体部３５１は、図２に示す基板３１、発熱体３２、第１導体部４１、及び第２導体部５１とそれぞれ同様の構成を備えるため、その詳細な説明は省略する。また、通電及びその制御を行うための回路及び電源（不図示）についても定着機用加熱ヒータ３０に用いるものと同様である。

Claims (2)

1. 第１方向に沿って進行する被加熱体を加熱する定着機用加熱ヒータであって、
   前記被加熱体に対向し、基板上において前記第１方向に直交する第２方向に沿って延びるように形成された発熱体と、前記基板上に形成された、前記発熱体へ給電するための第１導体部及び第２導体部と、前記第１導体部にそれぞれ接続され、前記発熱体へ給電する複数の第１電極と、前記第２導体部にそれぞれ接続され、前記発熱体へ給電する、第１電極とは極性の異なる複数の第２電極と、を備え、
   前記複数の第１電極と前記複数の第２電極は、前記発熱体と交差するとともに前記第２方向において交互に配置され、さらに、前記第１方向に対して傾きを有するように延びていることを特徴とする定着機用加熱ヒータ。
2. 前記発熱体において、隣り合う前記第１電極と前記第２電極に挟まれた発熱体要素面の対角線の長さが、前記発熱体要素面の前記第２方向に沿った辺の長さよりも長いことを特徴とする請求項１記載の定着機用加熱ヒータ。