JP2020047553A - heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、ヒータに関する。 Embodiments of the present invention relate to a heater.
例えば、複写機やファクシミリ等におけるトナー定着、リライタブルカードリーダにおける印字消去等に用いられるヒータが知られている。ヒータは、給電用の電極から供給された電力により、基板の一面上に形成された抵抗発熱体を発熱させる。 For example, heaters used for fixing a toner in a copying machine, a facsimile, and the like, and for erasing a print in a rewritable card reader are known. The heater causes a resistance heating element formed on one surface of the substrate to generate heat by electric power supplied from a power supply electrode.
このようなヒータにおいては、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備させることが困難な場合があった。 In such a heater, it may be difficult to combine excellent moisture resistance and grease resistance.
本発明が解決しようとする課題は、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備するヒータを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a heater having both excellent moisture resistance and excellent grease resistance.
実施形態に係るヒータは、基板、導体、抵抗発熱体、第1被覆層、第2被覆層を具備する。導体は、基板上に設けられる。抵抗発熱体は、導体と電気的に接続され、基板上に設けられる。第1被覆層は、導体および抵抗発熱体を覆って基板上に設けられる。第2被覆層は、第1被覆層上に設けられ、第1被覆層よりもケイ素の含有率が高い。 The heater according to the embodiment includes a substrate, a conductor, a resistance heating element, a first coating layer, and a second coating layer. The conductor is provided on the substrate. The resistance heating element is electrically connected to the conductor and provided on the substrate. The first coating layer is provided on the substrate so as to cover the conductor and the resistance heating element. The second coating layer is provided on the first coating layer and has a higher silicon content than the first coating layer.
本発明によれば、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備するヒータを提供することができる。 According to the present invention, a heater having both excellent moisture resistance and grease resistance can be provided.
以下に説明する実施形態に係るヒータ1、1Aは、基板2、導体3、抵抗発熱体4、第1被覆層7、第2被覆層8を具備する。導体3は、基板2上に設けられる。抵抗発熱体4は、導体3と電気的に接続され、基板2上に設けられる。第1被覆層7は、導体3および抵抗発熱体4を覆って基板2上に設けられる。第2被覆層8、8Aは、第1被覆層7上に設けられ、第1被覆層7よりもケイ素の含有率が高い。
The
また、以下に説明する実施形態に係る第2被覆層8、8Aは、第1被覆層7よりも亜鉛の含有率が高い。
Further, the
また、以下に説明する実施形態に係る第2被覆層8、8Aは、第1被覆層7よりもアルカリ土類金属の含有率が低い。
Further, the
また、以下に説明する実施形態に係る第2被覆層8、8Aは、第1被覆層7よりも(ケイ素および亜鉛の含有率)/(アルカリ土類金属の含有率)が大きい。
Further, the
[実施形態]
実施形態に係るヒータを図面に基づいて説明する。図1は、実施形態に係るヒータの平面図である。図2は、図1のA−A断面図である。実施形態に係るヒータ1は、電子機器類に搭載され、主に通過する紙などの媒体を加熱するものである。ヒータ1は、図1に示すように、基板2と、導体3と、抵抗発熱体4と、給電用電極5、6と、第1被覆層7と、第2被覆層8とを含んで構成されている。
[Embodiment]
A heater according to an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of the heater according to the embodiment. FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. The
基板2は、耐熱性および絶縁性を有し、本実施形態では、矩形状に形成されている。基板2は、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミック、ガラスセラミックまたは耐熱複合材料などからなる平板である。基板2は、ヒータ1を装着できるスペースに応じた厚さを有しており、例えば、0.5mm〜1.0mm程度である。なお、基板2の形状は、短手方向(Y方向)、および短手方向と交差する長手方向(X方向)を有していればこれに限定されるものではなく、外周において凹部、凸部、欠けなどが形成されていてもよい。なお、基板2の長手方向を「X方向」、短手方向を「Y方向」と称する場合がある。
The
導体3は、抵抗発熱体4に電力を供給するものであり、基板2上に設けられている。導体3は、例えば銀(Ag)系等の導体ペーストで基板2上に形成された導体パターンである。本実施形態における導体3は、ヒータ1(基板2)の長手方向であるX方向において、抵抗発熱体4と電気的に接続されている。導体3に含まれる導体31および導体32と、導体33とは、X方向において離間して設けられ、その間に抵抗発熱体41,42がそれぞれ配置されている。導体31は、抵抗発熱体41の長手方向に沿って形成されており、一方の端部が給電用電極5と、他方の端部が抵抗発熱体41の一方の端部と電気的に接続されている。導体32は、抵抗発熱体42の長手方向に沿って形成されており、一方の端部が給電用電極6と、他方の端部が抵抗発熱体42の一方の端部と電気的に接続されている。導体33は、抵抗発熱体41,42の他方の端部とそれぞれ電気的に接続されている。つまり、導体3は、抵抗発熱体4の長手方向に沿って電気的に接続されている。
The
抵抗発熱体4は、導体3と電気的に接続されており、基板2上に設けられている。抵抗発熱体4は、電気を流すことで発熱する。抵抗発熱体4は、例えば銀−パラジウム系やグラファイト系、酸化ルテニウム系等の発熱体ペーストで形成された発熱体パターンである。本実施形態では、抵抗発熱体4は、X方向に沿って配置されている。抵抗発熱体4に含まれる抵抗発熱体41と、抵抗発熱体42とは、Y方向において離間して配置されている。抵抗発熱体41,42は、ヒータ1の短手方向における長さが一定となるように、X方向に沿った帯状にそれぞれ配置されている。
The
一対の給電用電極5,6は、導体3にそれぞれ電気的に接続されるものであり、基板2上に設けられている。一対の給電用電極5,6は、図1に示すように、X方向において基板2の端部に設けられている。一対の給電用電極5,6は、導体31,32とそれぞれ電気的に接続され、導体31,32と通電される。なお、図1において、一対の給電用電極5,6は、基板2の一方の端部に設けられているが、両端部にそれぞれ設けられていてもよいし、他方の端部に設けられていてもよい。また、一対の給電用電極5,6は、通常、導体31,32とそれぞれ一体的に基板2上に形成されているが、一対の給電用電極5,6と、導体31,32とがそれぞれ分離して形成されてもよい。また、一対の給電用電極5,6は、基板2のうち、導体31,32が設けられた表面に配置されているが、導体31,32が設けられた面とは反対側の面に配置されていてもよい。この場合、一対の給電用電極5,6は、基板2に形成されたスルーホールを介して、導体31,32とそれぞれ電気的に接続される。
The pair of
第1被覆層7は、保護層であり、基板2上に設けられた導体3および抵抗発熱体4を覆っているものであり、本実施形態では帯状に形成されている。第1被覆層7は、導体3および抵抗発熱体4を覆っていることで、導体3および抵抗発熱体4が直接大気に露出することを防止し、外部からの干渉(例えば、機械的、化学的、電気的な干渉)によって導体3および抵抗発熱体4が損傷・破損することを抑制するものである。
The
第2被覆層8は、第1被覆層7上に設けられている。本実施形態では、X方向およびY方向の寸法が第1被覆層7と同じとなるように配置されているが、これに限らず、例えばX方向またはY方向の寸法が第1被覆層7よりも小さくてもよい。
The
また、第1被覆層7および第2被覆層8の厚さの合計、すなわち基板2の表面から第2被覆層8の上面までの高さは、例えば30μm以上80μm以下とすることができ、高い熱伝導性を備える観点から、特に30μm以上50μmとすることができる。
Further, the total thickness of the
第1被覆層7、第2被覆層8はいずれも、熱伝導率が基板2よりも高く形成されており、例えば、2[W/(m・K)]以上となるガラス層である。このように第1被覆層7および第2被覆層8は、互いに類似した組成を有しているが、以下に示すように一部の成分の含有率を互いに異ならせることにより、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備することができる。
Each of the
実施形態に係るヒータ1では、第1被覆層7と第2被覆層8との間でケイ素の含有率が相違する。具体的には、第2被覆層8は、第1被覆層7よりもケイ素の含有率が高い。ここで、ケイ素の含有率は、耐湿性および耐グリス性に大きく寄与する。ケイ素の含有率を高くすると、耐グリス性は低くなる一方で耐湿性が高くなり、ケイ素の含有率を低くすると、耐湿性は低くなる一方で耐グリス性が高くなる。このため、第1被覆層7、第2被覆層8のケイ素の含有率を規定することにより、第1被覆層7は主に耐グリス性に寄与し、第2被覆層8は主に耐湿性に寄与することができる。
In the
また、実施形態に係るヒータ1では、第1被覆層7と第2被覆層8との間で亜鉛の含有率が相違する。具体的には、第2被覆層8は、第1被覆層7よりも亜鉛の含有率が高い。ここで、亜鉛の含有率は、耐湿性に大きく寄与する。すなわち、亜鉛の含有率を高くすると、耐湿性が高くなる。このため、第2被覆層8の亜鉛の含有率を第1被覆層7よりも高く規定することにより、第2被覆層8の耐湿性を高めることができる。
Further, in the
また、実施形態に係るヒータ1では、第1被覆層7と第2被覆層8との間でアルカリ土類金属の含有率が相違する。具体的には、第2被覆層8は、第1被覆層7よりもアルカリ土類金属の含有率が低い。ここで、アルカリ土類金属の含有率は、耐湿性に大きく寄与する。すなわち、アルカリ土類金属の含有率を低くすると、耐湿性が高くなる。このため、第2被覆層8のアルカリ土類金属の含有率を第1被覆層7よりも低く規定することにより、第2被覆層8の耐湿性を高めることができる。
In the
第1被覆層7、第2被覆層8に含まれるアルカリ土類金属としては、例えば、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムを挙げることができる。第1被覆層7、第2被覆層8は、上記したアルカリ土類金属のうち、1または2種以上を含有することができる。
Examples of the alkaline earth metal contained in the
また、実施形態に係るヒータ1では、第1被覆層7と第2被覆層8との間で(ケイ素および亜鉛の含有率)/(アルカリ土類金属の含有率)の値が相違する。具体的には、第2被覆層8は、第1被覆層7よりも(ケイ素および亜鉛の含有率)/(アルカリ土類金属の含有率)が大きい。上述したように、ケイ素および亜鉛の含有率が高いと、耐湿性が高くなる。また、アルカリ土類金属の含有率を低くすると、耐湿性が高くなる。このため、第2被覆層8の(ケイ素および亜鉛の含有率)/(アルカリ土類金属の含有率)の値を第1被覆層7よりも大きく規定することにより、第2被覆層8の耐湿性を高めることができる。
In the
[変形例]
図3は、実施形態の変形例に係るヒータの断面図である。図3に示すヒータ1Aは、第2被覆層8AのY方向の寸法が第1被覆層7よりも大きい点でヒータ1と相違する。また、第2被覆層8AのY方向の両端は第1被覆層7のY方向の両端からはみ出し、基板2の表面2aに接触するように配置されている。これにより、第1被覆層7のY方向の両端は第2被覆層8Aに完全に覆われている。このような第2被覆層8Aを配置するヒータ1Aによれば、耐湿性をさらに高めることができる。なお、図示したヒータ1Aでは、第2被覆層8AのY方向の両端が第1被覆層7のY方向の両端からはみ出すように配置されたが、これに限らず、第2被覆層8AのX方向の両端が第1被覆層7のX方向の両端からはみ出すように配置されてもよい。また、第2被覆層8Aのうち、一部が第1被覆層7のX方向またはY方向の端部からはみ出し、基板2の表面2aに接触するように配置されてもよい。
[Modification]
FIG. 3 is a cross-sectional view of a heater according to a modification of the embodiment. The
[評価試験]
ヒータの試作品を用いて加速試験を行い、第1被覆層7および第2被覆層8の組成の違いによる耐湿性および耐グリス性について評価した。図4に結果をそれぞれ示す。なお、ケイ素量、亜鉛量、アルカリ土類金属量の分析方法は、ヒータ1の第1被覆層7および第2被覆層8を厚み方向に切断し、電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)JXA−8200(日本電子社製)を用いて第1被覆層7および第2被覆層8の成分含有量をそれぞれ測定した。図4中、Aは、第2被覆層8における(ケイ素および亜鉛の含有率)/(アルカリ土類金属の含有率)の値であり、Bは、第1被覆層7における(ケイ素および亜鉛の含有率)/(アルカリ土類金属の含有率)の値である。なお、図4では、元素の量を、それぞれ、ケイ素比率、亜鉛比率、アルカリ土類金属比率で規定している。ケイ素比率、亜鉛比率、アルカリ土類金属比率は、当該3種類の比率を足し合わせると100%となるように規格化した値であり、第2被覆層8における(ケイ素および亜鉛の比率)/アルカリ土類金属の比率)の値は、実質的に第2被覆層8における(ケイ素および亜鉛の含有率)/(アルカリ土類金属の含有率)の値と同義である。同様に、第1被覆層7における(ケイ素および亜鉛の比率)/アルカリ土類金属の比率)の値は、実質的に第1被覆層7における(ケイ素および亜鉛の含有率)/(アルカリ土類金属の含有率)の値と同義である。
[Evaluation test]
An acceleration test was performed using a prototype of the heater, and the moisture resistance and the grease resistance due to the difference in the composition of the
また、耐湿性は、耐電圧試験をクリアしたサンプルを室温85℃、相対湿度95%の恒温室に入れて2000時間放置した後、耐電圧試験を再度行うことにより評価した。耐電圧試験は、印加電圧AC1500Vで3秒間通電し、カットオフ電流が1mA以下であったものを○、カットオフ電流が1mAを超えたものを×とした。また、耐グリス性は、第2被覆層8の表面にグリスを適量塗布したサンプルを380℃の恒温室で1.5時間放置した後、第1被覆層7および第2被覆層8を顕微鏡で外観観察することにより評価した。そして、外観観察の結果、第1被覆層7または第2被覆層8の浸食が確認されないものを○、浸食が確認されたものを×とした。これらの結果より、耐湿性および耐グリス性を兼備する条件が確認された。
In addition, the moisture resistance was evaluated by placing the sample that passed the withstand voltage test in a constant temperature room at room temperature of 85 ° C. and a relative humidity of 95% for 2000 hours, and performing the withstand voltage test again. In the withstand voltage test, current was applied at an applied voltage of AC 1500 V for 3 seconds, and a sample having a cutoff current of 1 mA or less was evaluated as ○, and a sample having a cutoff current exceeding 1 mA was evaluated as ×. The grease resistance is as follows. A sample in which an appropriate amount of grease is applied to the surface of the
上述したように、実施形態に係るヒータ1、1Aは、基板2、導体3、抵抗発熱体4、第1被覆層7、第2被覆層8、8Aを具備する。導体3は、基板2上に設けられる。抵抗発熱体4は、導体3と電気的に接続され、基板2上に設けられる。第1被覆層7は、導体3および抵抗発熱体4を覆って基板2上に設けられる。第2被覆層8、8Aは、第1被覆層7上に設けられ、第1被覆層7よりもケイ素の含有率が高い。これにより、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備するヒータを提供することができる。
As described above, the
また、実施形態に係る第2被覆層8、8Aは、第1被覆層7よりも亜鉛の含有率が高い。これにより、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備するヒータを提供することができる。
Further, the second coating layers 8 and 8A according to the embodiment have a higher zinc content than the
また、以下に説明する実施形態に係る第2被覆層8、8Aは、第1被覆層7よりもアルカリ土類金属の含有率が低い。これにより、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備するヒータを提供することができる。
Further, the second coating layers 8 and 8A according to the embodiment described below have a lower alkaline earth metal content than the
また、以下に説明する実施形態に係る第2被覆層8、8Aは、第1被覆層7よりも(ケイ素および亜鉛の含有率)/(アルカリ土類金属の含有率)が大きい。これにより、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備するヒータを提供することができる。
Further, the second coating layers 8 and 8A according to the embodiment described below have a larger (content of silicon and zinc) / (content of alkaline earth metal) than the
[定着装置の構成]
つぎに、一例として実施形態のヒータ1を用いた実施形態の定着装置について図面を参照して説明する。図5は、実施形態に係るヒータが用いられた実施形態の定着装置を示す断面図である。図5に示すように、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1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1およ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5中のP方向)に回転することができる。
[Configuration of fixing device]
Next, a fixing device of an embodiment using the
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1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1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。
In the toner fixing step, on the contact surface between the fixing
[画像形成装置の構成]
最後に、一例として実施形態のヒータ1を備えた実施形態の画像形成装置について図面を参照して説明する。図6は、実施形態に係るヒータが用いられた実施形態の画像形成装置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6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移動させて(図6中のQ方向)原稿M1をスキャンするように構成されている。
[Configuration of Image Forming Apparatus]
Finally, an image forming apparatus according to an embodiment including the
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6中のR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または有機半導体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。
An
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(上述のトナー定着工程)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。
The recording paper M stored in the
定着装置200において、ヒータ1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1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)よりも大きい抵抗発熱体41,42を備える。そして、ヒータ1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、抵抗発熱体41,42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。
In the
なお、実施形態のヒータ1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1の用途を限定するものではない。実施形態のヒータ1は、家庭用電気製品、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。
Although an example has been described in which the
本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施され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、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。 Although embodiments of the present invention have been described, the embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. The embodiment can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. The embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1、1A ヒータ
2 基板
3 導体
4 抵抗発熱体
5、6 給電用電極
7 第1被覆層
8、8A 第2被覆層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記基板上に設けられた導体と;
前記導体と電気的に接続され、前記基板上に設けられた抵抗発熱体と;
前記導体および前記抵抗発熱体を覆って前記基板上に設けられた第1被覆層と;
前記第1被覆層上に設けられ、前記第1被覆層よりもケイ素の含有率が高い第2被覆層と;
を具備する、ヒータ。 A substrate;
A conductor provided on the substrate;
A resistance heating element electrically connected to the conductor and provided on the substrate;
A first coating layer provided on the substrate to cover the conductor and the resistance heating element;
A second coating layer provided on the first coating layer and having a higher silicon content than the first coating layer;
A heater comprising:
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