JP2018049203A - ヒータ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータの基板割れを抑制する。
【解決手段】ヒータ１０は、耐熱性及び絶縁性を有する材料によって形成された基板１と、基板１に設けられた発熱抵抗体２ａ，２ｂと、基板１に設けられた電極３ａ−１，３ｂ−１と、電極３ａ−１，３ｂ−１と発熱抵抗体２ａ，２ｂとの間に設けられた、電極３ａ−１，３ｂ−１と発熱抵抗体２ａ，２ｂとを電気的に接続する補助発熱抵抗体３ａ−２，３ｂ−２と、を具備し、補助発熱抵抗体３ａ−２，３ｂ−２のシート抵抗値が、４〜２０［ｍΩ／□］である。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ヒータ及び画像形成装置に関する。

例えば、複写機等の画像形成装置では、記録紙等の媒体に付着させたトナーを定着させるヒータが用いられている。この種のヒータは、セラミックス製の基板に発熱抵抗体が形成され、発熱抵抗体の発熱によりトナーを定着させる。ヒータは、例えば、温度が上昇するに伴ってヒータの電気抵抗が増大する特性を用いるＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータや、温度が低下するに伴ってヒータの電気抵抗が増大する特性を用いるＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient Thermistor）ヒータ等がある。

特開平０２−０６５０８６号公報 特開平０７−０９４２６０号公報 特開２００９−２４４８６７号公報

ところで、近年、定着速度の高速化に伴い、ヒータの熱容量を小さくすることが求められている。基板の厚みをより薄くすることによりヒータの熱容量を小さくする場合、ヒータ断面積が小さくなることから、基板の長手方向及び短手方向への熱拡散が低下し、ヒータ内で温度ムラが発生するという問題がある。このような温度ムラが大きくなると、温度ムラを解消するためにヒータへの大きな電力供給を要したり、熱応力によるヒータの基板割れが生じたりする。例えば、電極が接続される端部の発熱量が高い発熱抵抗体が用いられたヒータにおいて温度ムラが大きくなると、電極との発熱量の差が大きくなるため、基板割れを発生しやすい。

そこで、本発明は、例えば、基板割れを抑制するヒータ及び画像形成装置を提供することを目的とする。

実施形態に係るヒータは、例えば、耐熱性及び絶縁性を有する材料によって形成された基板と、基板に設けられた発熱抵抗体と、基板に設けられた電極と、電極と発熱抵抗体との間に設けられた、電極と発熱抵抗体とを電気的に接続する補助発熱抵抗体と、を具備し、補助発熱抵抗体のシート抵抗値が、４〜２０［ｍΩ／□］である。

本発明によれば、例えば、基板割れを抑制できる。

実施形態に係るヒータを示す平面図である。 実施形態に係るヒータが用いられた定着装置の一実施形態を示す断面図である。 実施形態に係るヒータが用いられた画像形成装置の一実施形態を示す断面図である。

以下で説明する実施形態に係るヒータ１０は、耐熱性及び絶縁性を有する材料によって形成された基板１と、基板１に設けられた発熱抵抗体２ａ，２ｂと、基板１に設けられた電極３ａ−１，３ｂ−１と、電極３ａ−１，３ｂ−１と発熱抵抗体２ａ，２ｂとの間に設けられた、電極３ａ−１，３ｂ−１と発熱抵抗体２ａ，２ｂとを電気的に接続する補助発熱抵抗体３ａ−２，３ｂ−２と、を具備し、補助発熱抵抗体３ａ−２，３ｂ−２のシート抵抗値が、４〜２０［ｍΩ／□］である。

また、以下で説明する実施形態に係るヒータ１０は、基板１は、厚みが０．４〜０．８［ｍｍ］のアルミナ基板である。

また、以下で説明する実施形態に係るヒータ１０は、基板１の短手方向に２本以上の発熱抵抗体が形成され、各発熱抵抗体が異なる発熱分布を有する。

また、以下で説明する実施形態に係る画像形成装置としての複写機１００は、通過する媒体を加熱するヒータ１０と、媒体を加熱時に加圧する加圧ローラ２０３と、を具備し、媒体を加圧ローラ２０３により加熱及び加圧することで、媒体に付着したトナー像を定着させる。

［実施形態］
（実施形態に係るヒータについて）
以下、実施形態に係るヒータについて、図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係るヒータを示す平面図である。図１に示すように、本実施形態に係るヒータ１０は、基板１、発熱抵抗体２ａ，２ｂ、電極３ａ−１，３ｂ−１、補助発熱抵抗体３ａ−２，３ｂ−２、接続部材４、被覆膜としての保護膜５を有する。実施形態のヒータ１０は、例えば、画像形成装置において、媒体としての記録用紙にトナーを定着させるための、いわゆる定着ヒータである。

なお、以下において、発熱抵抗体２ａ，２ｂを発熱抵抗体２と総称し、電極３ａ−１及び補助発熱抵抗体３ａ−２を導体部３ａと称し、電極３ｂ−１及び補助発熱抵抗体３ｂ−２を導体部３ｂと称し、導体部３ａ，３ｂを導体部３と総称する場合がある。

基板１は、例えば、セラミックス等の耐熱性及び絶縁性を有する材料によって、長尺な平板状に形成されている。基板１は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等のセラミックスによって形成されているとするが、セラミックスに限定されるものではない。基板１は、厚みが、例えば０．４〜０．８［ｍｍ］程度であり、一例として０．６３５［ｍｍ］である。

発熱抵抗体２ａ，２ｂ、電極３ａ−１，３ｂ−１、補助発熱抵抗体３ａ−２，３ｂ−２、接続部材４が、基板１の厚み方向における一方の主面１ａ上に形成されている。図１に例示すように、ヒータ１０において、発熱抵抗体２ａの一端及び電極３ａ−１が補助発熱抵抗体３ａ−２を介して電気的に接続され、発熱抵抗体２ｂの一端及び電極３ｂ−１が補助発熱抵抗体３ｂ−２を介して電気的に接続され、発熱抵抗体２ａの他端及び発熱抵抗体２ｂの他端が、接続部材４を介して電気的に接続されて設けられている。発熱抵抗体２ａ，２ｂには、外部電源（図示せず）より、電極３ａ−１，３ｂ−１を介して電力が給電される。

発熱抵抗体２ａ，２ｂは、例えば、Ａｇ／Ｐｄ系合金を主成分とする導電ペーストをスクリーン印刷で印刷し、導電ペーストを焼成することで形成されている。発熱抵抗体２ａ，２ｂは、供給された電力により発熱する発熱抵抗体である。発熱抵抗体２ａ，２ｂは、基板１の短手方向に並べて設けられ、異なる発熱分布を有する。例えば、発熱抵抗体２ａは、基板１の長手方向の両端付近でより高い発熱分布を示し、中央付近でより低い発熱分布を示す。また、例えば、発熱抵抗体２ｂは、基板１の長手方向の両端付近でより低い発熱分布を示し、中央付近でより高い発熱分布を示す。

補助発熱抵抗体３ａ−２，３ｂ−２は、供給された電力により発熱する発熱抵抗体である。補助発熱抵抗体３ａ−２，３ｂ−２は、例えば、導電粒子としてＡｇ粉、基板１との結着材としてガラス、抵抗値調整材としてアルミナ等の無機酸化物を添加した材料を用いられる。補助発熱抵抗体３ａ−２，３ｂ−２は、シート抵抗値が、例えば、４〜２０［ｍΩ/□］程度である。このために、補助発熱抵抗体３ａ−２，３ｂ−２は、導電粒子に対して、ガラスが１〜１０［ｗｔ％］、無機酸化物が０〜６［ｗｔ％］を添加したものが望ましい。シート抵抗値を２０［ｍΩ／□］以下とするのは、温度上昇による導体部３ａ，３ｂの接点不良を防止するためである。補助発熱抵抗体３ａ−２，３ｂ−２は、例えば、Ａｇ粉に対して、ガラス２．１［ｗｔ％］、アルミナ０．９［ｗｔ％］を添加した場合、４［ｍΩ／□］の抵抗値を得ることができる。

なお、図１では、実施形態のヒータ１０は、２つの長尺状の発熱抵抗体２ａ，２ｂ、２つの電極３ａ−１，３ｂ−１、２つの補助発熱抵抗体３ａ−２，３ｂ−２、接続部材４が接続された形態を示すが、これに限られるものではない。例えば、１つの長尺状の発熱抵抗体が基板１の主面１ａ上に長手方向に形成され、両端に補助発熱抵抗体を介して電極が接続されたものでもあってもよい。あるいは、基板１の短手方向に並べて形成される発熱抵抗体の数は、３つ以上であってもよく、複数の発熱抵抗体の各発熱分布は、それぞれ異なる。または、１つの発熱抵抗体が基板１の端部で折り返されて基板１の短手方向に蛇行するように形成されてもよい。また、発熱抵抗体２ａ，２ｂの形状も、適宜設計変更可能である。

保護膜５は、発熱抵抗体２ａ，２ｂ、補助発熱抵抗体３ａ−２、３ｂ−２及び接続部材４を覆っており、例えば、ガラス被膜が用いられている。保護膜５は、発熱抵抗体２ａ，２ｂ、補助発熱抵抗体３ａ−２、３ｂ−２及び接続部材４を覆うことで、ヒータ１０の耐電圧性及び耐摩耗性等を向上させる。なお、保護膜５が覆う領域は、ヒータ１０の耐電圧性及び耐摩耗性等を向上させるために、適宜設計変更可能であり、保護膜５自体を省略してもよい。

（一実施例のヒータと、従来技術との比較）
以下、発熱抵抗体と電極との間に補助発熱抵抗体が形成された導体部を有する一実施例に係るヒータと、発熱抵抗体と電極との間に補助発熱抵抗体が形成されていない導体部を有する従来技術に係るヒータとについて、発熱抵抗体に対する導体部の単位長当たりの抵抗値比の比較例を示す。以下の比較において、従来技術のヒータは、実施形態に係るヒータ１０において発熱抵抗体２ａ，２ｂと電極３ａ−１，３ｂ−１との間の補助発熱抵抗体３ａ−２，３ｂ−２を電極３ａ−１，３ｂ−１と同一材料の部材で置き換えた導体部を有し、その他は実施形態に係るヒータ１０と同様の構成である。

一実施例に係るヒータ１０及び従来技術に係るヒータともに、発熱抵抗体２を長さ２２０［ｍｍ］、幅１．５［ｍｍ］、シート抵抗値１００［ｍΩ／□］、ＴＣＲ（Temperature Coefficient of Resistance）０［ｐｐｍ／℃］とした場合、発熱抵抗体２の抵抗値は、室温時及び２２０［℃］温調時ともに１４．７［Ω］となった。

ここで、一実施例に係るヒータ１０において、導体部３を長さ２５［ｍｍ］、幅０．８［ｍｍ］、シート抵抗値２０［ｍΩ／□］、ＴＣＲ３５００［ｐｐｍ／℃］とした場合、抵抗値は約０．６［Ω］（室温時）、約１．１［Ω］（２２０［℃］温調時）となった。よって、単位長当たりの、発熱抵抗体２に対する導体部３の抵抗値比は、室温時約３６［％］、２２０［℃］温調時約６６［％］である。

一方、従来技術に係るヒータにおいて、導体部を長さ２５［ｍｍ］、幅０．８［ｍｍ］、シート抵抗値２［ｍΩ／□］、ＴＣＲ３５００［ｐｐｍ／℃］とした場合、抵抗値は約０．０６［Ω］（室温時）、約０．１１［Ω］（２２０［℃］温調時）となった。よって、単位長当たりの、発熱抵抗体に対する導体部の抵抗値比は、室温時約３．６［％］、２２０［℃］温調時約６．６［％］である。

すなわち、導体部のシート抵抗値に比例して、単位長当たりの、発熱抵抗体に対する導体部の抵抗値比が大きくなることから、一実施例では、従来技術と比較して、発熱抵抗体及び導体部の発熱量の差が小さくなり、ヒータ内での温度ムラが低減されていることが分かる。よって、一実施例によれば、熱応力によるヒータの基板割れ、例えば、導体部と発熱抵抗体との境界付近での基板割れを抑制することができる。

よって、以上の実施形態によれば、電極と発熱抵抗体との間に、シート抵抗値が４〜２０［ｍΩ／□］である補助発熱抵抗体を設けたので、ヒータにおける発熱分布の偏りを低減して、温度ムラによる基板割れを抑制することができる。

また、以上の実施形態によれば、基板は厚みが０．４〜０．８［ｍｍ］のアルミナ基板であるので、安価な素材を用いて熱容量が小さなヒータを形成することを可能にするとともに、ヒータにおける発熱分布の偏りを低減して、温度ムラによる基板割れを抑制することができる。

また、以上の実施形態によれば、ヒータは、基板の短手方向に２本以上の発熱抵抗体が形成され、各発熱抵抗体が異なる発熱分布を有するので、ヒータにおける発熱分布の偏りが生じやすい発熱抵抗体の配置であっても、ヒータにおける発熱分布の偏りを低減して、温度ムラによる基板割れを抑制することができる。

（実施形態に係る定着装置について）
図２は、実施形態に係るヒータが用いられた定着装置の一実施形態を示す断面図である。定着装置２００は、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の底部にヒータ１０が設けられている。定着フィルムベルト２０１は、例えばポリイミド等の耐熱性を有する樹脂材料によって形成されている。ヒータ１０及び定着フィルムベルト２０１に対向する位置には、加圧ローラ２０３が配置されている。加圧ローラ２０３は、表面に耐熱性の弾性材料、例えばシリコーン樹脂層２０４を有しており、定着フィルムベルト２０１を圧接した状態で、回転軸２０５まわり（図２中のＸ方向）に回転することができる。

トナー定着工程では、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、媒体である記録用紙（複写用紙）Ｍ上に付着したトナー像Ｕ１が、定着フィルムベルト２０１を介してヒータ１０により加熱溶融される。その結果、少なくともトナー像Ｕ１の表面部分は、融点を超え、軟化して溶融する。その後、加圧ローラ２０３の用紙排出側において、記録用紙Ｍは、ヒータ１０から離間すると共に、定着フィルムベルト２０１から離間し、トナー像Ｕ２が自然に放熱して再び固化することで、トナー像Ｕ２が記録用紙Ｍに定着する。

（実施形態に係る画像形成装置について）
図３は、実施形態に係るヒータが用いられた画像形成装置の一実施形態を示す断面図である。なお、本実施形態の画像形成装置は、複写機１００として構成されている。図３に示すように、複写機１００には、上述した定着装置２００を含む各構成要素が筐体１０１内に設けられている。筐体１０１の上部には、ガラス等の透明材料からなる原稿載置台が取り付けられており、画像情報を読み取る対象となる原稿Ｍ１を原稿載置台上で往復動させて（図３に示す矢印Ｙ）スキャンするように構成されている。

筐体１０１内の上部には、光照射用ランプと反射鏡とを有する照明装置１０２が設けられている。照明装置１０２から照射された光は、原稿載置台上の原稿Ｍ１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、感光ドラム１０４は、回転可能（図３中のＺ方向）に設けられている。また、筐体１０１内に配置された感光ドラム１０４の近傍には、帯電器１０５が設けられており、感光ドラム１０４が帯電器１０５により一様に帯電される。感光ドラム１０４は、例えば酸化亜鉛感光層又は有機半電極感光層で被覆されている。帯電した感光ドラム１０４には、短焦点小径結像素子アレイ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、トナー像となる。

カセット１０７内に収容されている記録用紙Ｍは、給送ローラ１０８と感光ドラム１０４上のトナー像と同期し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上のトナー像が記録用紙Ｍ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記録用紙Ｍ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（上記トナー定着工程）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により除去される。

定着装置２００において、ヒータ１０は、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。ヒータ１０は、記録用紙Ｍの搬送方向と直交する記録用紙Ｍの幅方向に、複写機１００が複写可能な最大判用紙の幅（長さ）に合わせた有効長、すなわち最大判用紙の幅（長さ）よりも大きい発熱抵抗体６を備えている。そして、ヒータ１０と加圧ローラ２０３との間を送られる記録用紙Ｍ上の未定着トナー像は、発熱抵抗体６の発熱を利用して溶融され、記録用紙Ｍ上に文字、記号、画像等の複写像を現出させる。

なお、実施形態のヒータ１０を複写機１００等の画像形成装置の定着ヒータとして適用した一例について説明したが、ヒータ１０の用途を限定するものではない。実施形態のヒータ１０は、オフィス用機器、家庭用機器、業務用や実験用の精密機械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使用されてもよい。

本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することを意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０ ヒータ
１ 基板
２，２ａ，２ｂ 発熱抵抗体
３ａ−１，３ｂ−１ 電極
３ａ−２，３ｂ−２ 補助発熱抵抗体
３，３ａ，３ｂ 導体部
４ 接続部材
５ 保護膜（被覆膜）
１００ 複写機（画像形成装置）
２００ 定着装置
２０３ 加圧ローラ

Claims (4)

1. 耐熱性及び絶縁性を有する材料によって形成された基板と；
   前記基板に設けられた発熱抵抗体と；
   前記基板に設けられた電極と；
   前記電極と前記発熱抵抗体との間に設けられた、前記電極と前記発熱抵抗体とを電気的に接続する補助発熱抵抗体と；
   を具備し、
   前記補助発熱抵抗体のシート抵抗値が、４〜２０［ｍΩ／□］である、ヒータ。
2. 前記基板は、厚みが０．４〜０．８［ｍｍ］のアルミナ基板である、請求項１に記載のヒータ。
3. 前記基板の短手方向に２本以上の前記発熱抵抗体が形成され、各発熱抵抗体が異なる発熱分布を有する、請求項１又は２に記載のヒータ。
4. 通過する媒体を加熱する請求項１〜３のいずれか１つに記載のヒータと；
   前記媒体を加熱時に加圧する加圧ローラと；
   を具備し、
   前記媒体を前記加圧ローラにより前記加熱及び前記加圧することで、前記媒体に付着したトナー像を定着させる、画像形成装置。

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