JP4948898B2

JP4948898B2 - ヒータ、加熱装置、画像形成装置

Info

Publication number: JP4948898B2
Application number: JP2006138123A
Authority: JP
Inventors: 健太郎木村
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2026-05-17
Also published as: JP2007311136A

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ヒータおよびこのヒータを実装したプリンタ、複写機やファクシミリなどの加熱装置並びにこの加熱装置を用いた画像形成装置に関する。

従来の被加熱体のサイズに応じて発熱領域を変えるヒータの場合は、１本の発熱抵抗体の有効長さを変化させている（例えば、特許文献１）。また、長さの異なる複数の発熱抵抗体を形成し、複数の発熱抵抗体を選択している（例えば、特許文献２）。
特開平３―２０７６７０号公報特開平６―１４９０９９号公報

上記した特許文献１の１本の発熱抵抗体の有効長さを変化させる技術は、発熱抵抗体全体に通電させた場合に、分岐点において抵抗値低下などで発熱量が減少するなど温度分布にムラが生じる、という問題があった。

また、特許文献２の長さの異なる複数の抵抗体を形成する技術は、長手方向の温度ムラは改善できるが、複数の抵抗体を形成するために発熱領域により短手方向の場所か変わるだけでなく、複数の抵抗値の合わせ込みの必要があることからヒータ作製が難しい。また、基板長手方向に発熱抵抗体を形成すると、パターン異常部が存在した場合、ホットスポットができてしまう、という問題があった。

この発明の目的は、長手方向で均一な温度分布を得ながら被加熱体のサイズに応じて短手方向の場所を変えることなく発熱領域を変えることのできるヒータおよびこのヒータを用いた加熱装置、それに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、本発明の一態様であるヒータは、耐熱、電気絶縁性材料で形成された、長手方向を有する長尺で平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板の面上に、該絶縁基板の前記長手方向に沿って互いに並行して形成された第１および第２の配線パターンと、前記絶縁基板の前記長手方向における前記第１の配線パターンの中間部を介して該第１の配線パターンに接続されるように前記絶縁基板上に形成された、該第１の配線パターンに給電するための第１の電極と、前記絶縁基板の前記長手方向における前記第２の配線パターンの中間部を介して該第２の配線パターンに接続されるように前記絶縁基板上に形成された、該第２の配線パターンに給電するための第２の電極と、前記第２の配線パターンの両端部のそれぞれに接続されるように前記絶縁基板上に形成された、該第２の配線パターンに給電するための第３の電極と、前記第１の配線パターンと前記第２の配線パターンとの並行間の前記絶縁基板上に、一部が該第１の配線パターンおよび該第２の配線パターンに重層をなして形成された発熱抵抗体とを具備することを特徴とする。

また、この発明の請求項２のヒータは、耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板面上の長手方向両側に沿ってそれぞれ形成した第１および第２の配線パターンと、前記第１の配線パターンの前記絶縁基板の長手方向中間部に接続した第１の電極と、前記第２の配線パターンの前記絶縁基板の長手方向両端部に接続した第２の電極と、前記第２の配線パターンの前記絶縁基板の長手方向中間部に接続した第３の電極と、前記第1および第２の配線パターン間の形成するとともに電気的に接続され、前記絶縁基板の長手方向に幅広く形成した発熱抵抗体とを具備したことを特徴とする。

この発明によれば、長手方向でほぼ均一な温度分布を得ながら被加熱体のサイズに応じて短手方向の場所を変えることなく発熱領域を変えることが可能となる。

以下、この発明の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５はこの発明のヒータに関する一実施形態について説明するためのもので、図１は上面図、図２は図１の背面図、図３は図１のａ−ａ’断面図、図４は図１のｂ−ｂ’断面図、図５は図１のｃ−ｃ’断面図である。
図１において、１１は厚み０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の耐熱、電気絶縁性材料で、高い熱伝導性を有する例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の高剛性のセラミック等の平板短冊状の絶縁基板である。１２〜１４はそれぞれ銀系の良導電体膜からなる給電用の電極である。１５，１６は、絶縁基板１１の長手方向の両側に並行し、銀の含有率が９０ｗｔ％以上の材料で形成された配線パターンである。電極１２〜１４は配線パターン１５，１６と同材料を用いてもよい。

電極１２および配線パターン１５と電極１３および配線パターン１６は、導電ペーストを絶縁基板１１上に塗り、これを焼成することにより一体形成して絶縁基板１１に固着する。１７，１８は接続パターンである。接続パターン１７の一端は電極１２と一体的に接続され、他端は配線パターン１５の絶縁基板１１の長手方向の中間部に一体的に接続される。接続パターン１８の一端は電極１３と一体的に接続され、他端は配線パターン１６の絶縁基板１１の長手方向の中間部に一体的に接続される。

１９は、配線パターン１５，１６との間の絶縁基板１１の長手方向に沿って平行に形成された比較的抵抗値の高い酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）等の抵抗体ペーストをスクリーン印刷した後、高温で焼成して所定の抵抗値を有する膜厚が１０μｍ程度の幅広の発熱抵抗体である。

なお、図示しないが、配線パターン１５と発熱抵抗体１９と、および配線パターン１６と発熱抵抗体１９とは、長手方向にそれぞれ一部が重層形成される。この場合の重層部分は、発熱抵抗体１９を配線パターン１５，１６に対して上側に配置する関係にしてある。この関係は逆でも構わない。

図２に示すように、配線パターン１６が形成された絶縁基板１１の裏面には、配線パターン１６と同じような長さの良導電性の導体パターン２０が固着形成される。また、導体パターン２０の絶縁基板１１の長手方向の中間部と一体的に一端が接続され、他端が電極１４と対向する位置まで延出した良導電性の導体パターン２１が固着形成される。

配線パターン１６の一端と導体パターン２０の一端はスルーホール２２により、配線パターン１６の他端と導体パターン２０の他端はスルーホール２３によりそれぞれ電気的に接続する。導体パターン２１の開放端と電極１４はスルーホール２４により電気的に接続する。

２５は、配線パターン１５，１６および発熱抵抗体１９を覆うように形成され、ガラス層厚が２０μｍ〜１００μｍ程度で熱伝導率が例えば２Ｗ／ｍ・Ｋ以上のアルミナ等熱伝導性の優れた無機酸化物フィラーを２５〜３５ｗｔ％加えることで、摺動性を向上させたガラス等のオーバーコート層である。オーバーコート層２５は、配線パターン１５，１６および発熱抵抗体１９を機械的、化学的、電気的に保護する。

ここで、電極１３，１４には、図１に示すように用紙のサイズにより電源２６をスイッチ２７で選択的に切り換えで供給するようになっている。従って、スイッチ２７を電極１３側に倒すと、発熱抵抗体１９には接続パターン１７，１８を介して電力が供給される。また、スイッチ２７を電極１４側に倒すと、発熱抵抗体１９には接続パターン１７，１８を介して電力が供給される。

そこで、スイッチ２７が電極１３側に接続された場合、図６（ａ）に示すように接続パターン１７，１８をそれぞれ介して発熱抵抗体１９に電力が供給される。接続パターン１７と１８は、発熱抵抗体１９の両端に接続された配線パターン１５，１６の中間部と接続されることになる。このため、発熱抵抗体１９は図中ｘ破線枠の発熱量が大きくなり、その両側に比べて高い温度を得ることができる。従って、スイッチ２７が電極１３側に接続されたときは、サイズの小さい用紙に適した加熱が可能となる。

また、スイッチ２７が電極１４側に接続された場合、図６（ｂ）に示すように接続パターン１７と導体パターン２１をそれぞれ介して発熱抵抗体１９に電力が供給される。接続パターン１７は、発熱抵抗体１９の一端に接続された配線パターン１５の中間部と接続されることになる。導体パターン２１は、発熱抵抗体１９の他端に接続された配線パターン１６の両端部と接続されることになる。従って、発熱抵抗体１９は配線パターン１５の中間部と配線パターン１６の一端間の図中ｙ一点鎖線枠の発熱量と配線パターン１５の中間部と配線パターン１６の他端間の図中ｚ二点鎖線枠の発熱量が大きくなる。

この結果、ヒータの長手方向については、スイッチ２７が電極１３側の場合、図中７ａに示すように中央部分の温度が高くなる分布を示し、スイッチ２７が電極１４側の場合、図中７ｂに示すように領域全体にほぼ均一に温度が高くなる分布を示すことがわかる。

また、ヒータの短手方向については、スイッチ２７が電極１３側の場合、図中８ａに示すように、スイッチ２７が電極１４側の場合、図中８ｂに示すようにそれぞれ同様の温度分布を示すことがわかる。

この実施形態では、サイズの異なる用紙に対して、共通の発熱抵抗体を使用しながら絶縁基板の短手方向の場所を変えることなく、長手方向の発熱領域の変更が可能となる。

次に、図９〜図１２を参照し、この発明のヒータに関する他の実施形態を説明する。図９は上面図、図１０は図９の背面図、図１１は図９のｄ−ｄ’断面図、図１２は図９のｅ−ｅ’断面図である。なお、上記したヒータ実施形態と同一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、スイッチ２７を電極１３または電極１４に切り換えた場合に、ヒータが対応するサイズを逆にするとともに、電極１４と配線パターン１６両端までの引き廻し長がほぼ等しくしたものである。

すなわち、電極１３に一端が接続された接続パターン１８の他端は、両端が配線パターン１６の両端に跨って接続された一体形成の接続パターン９１の中間部に接続する。絶縁基板１１の裏面には図１０に示すように、導体パターン９２を形成する。導体パターン９２の一端はスルーホール９３を介して電極１４と電気的に接続し、他端はスルーホール９４を介して配線パターン１６の絶縁基板１１長手方向の中間部と電気的に接続する。

なお、電極１３から接続パターン１８、接続パターン９１を通して配線パターン１６の絶縁基板１１長手方向の一端までの導体長と電極１３から接続パターン１８、接続パターン９１を通して配線パターン１６の絶縁基板１１長手方向の他端までの導体長は、ほぼ等しい長さとする。

この場合、スイッチ２７の切り換えが電極１２とスイッチ２７が電極１４に切り換えられたとき電極１４と配線パターン１６までの引き廻しされる導体長がほぼ等しくなる。すなわち、この実施形態は図１のスイッチ２７の切り換え状態と全く逆の状態となる違いがあるだけである。

上記ヒータに関する各実施形態において、電極１２〜１４は絶縁基板１１の同一面に必ずしもある必要はなく、例えば電極１４は裏面側にあってもよい。この場合、スルーホール２４や９３を省略することができる。

次に、図１３を参照し、上記したヒータを加熱装置２００に実装した場合の、この発明の加熱装置の一実施形態について説明する。図中ヒータ１００については、図１〜図５で説明したヒータであり、同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。

図１３において、２０１は回転軸２０２で回転自在に回転される加圧ローラで、その表面に耐熱性弾性材料たとえばシリコーンゴム層２０３が嵌合してある。加圧ローラ２０１の回転軸２０２と対向してヒータ１００が、並置して図示しない基台内に取り付けられている。

ヒータ１００の周囲にはポリイミド樹脂等の耐熱性のシートからなるエンドレスのロール状の定着フィルム２０４が循環自在に巻装されており、発熱抵抗体１９が形成された絶縁基板１１のオーバーコート層２５の表面は、この定着フィルム２０４を介して加圧ローラ２０１のシリコーンゴム層２０３と弾接している。

図１３の加熱装置２００において、ヒータ１００は電極１２〜１４に接触したりん青銅板等に銀メッキを施した弾性が付与された図示しないコネクタを通じて、スイッチ２７の切り換え状態により電極１２，１３または電極１２，１４に通電され（図１参照）、発熱抵抗体１９で発生させた熱が絶縁基板１１、オーバーコート層２５と伝わる。オーバーコート層２５上に設けられた定着フィルム２０４面とシリコーンゴム層２０３との間で、トナー像Ｔ１がまず定着フィルム２０４を介してヒータ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溶融する。この後、加圧ローラ２０１の用紙排出側では複写用紙Ｐがヒータ１００から離れ、トナー像Ｔ２は自然放熱して再び冷却固化し、定着フィルム２０４も複写用紙Ｐから離反される。

このように、トナー像Ｔ１は一旦完全に軟化溶融された後、加圧ローラ２０１の用紙排出側で再び冷却されることから、トナー像Ｔ２の凝縮力は非常に大きくなものとなっている。

この加熱装置２００では、長手方向でほぼ均一な温度分布を得ながら被加熱体のサイズに応じて短手方向の場所を変えることなく発熱領域を変えることが可能となるヒータ１００を用いたことから絶縁基板１１を大きくすることなく、異なる被加熱体に対し良好な定着性を図ることができる。

次に、図１４を参照して、この発明に係るヒータ、このヒータを用いた加熱装置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１４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Ｙ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１２１，１２２を延在させてヒータ１００の加圧ローラ２０１が設けられている。

そして、ヒータ１００と加圧ローラ２０１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１９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、長手方向でほぼ均一な温度分布を得ながら被加熱体のサイズに応じて短手方向の場所を変えることなく発熱領域を変えることが可能となるヒータ１００よる加熱装置２００を用いた複写機３００を実現できる。

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。

この発明のヒータに関する一実施形態について説明するための上面図。図１の背面図。図１のａ−ａ’断面図。図１のｂ−ｂ’断面図。図１のｃ−ｃ’断面図。図１の動作を説明するための説明図。図１ヒータの長手方向の温度分布について説明するための説明図。図１ヒータの短手長手方向の温度分布について説明するための説明図。この発明のヒータに関する他の実施形態について説明するための上面図。図９の背面図。図９のｄ−ｄ’断面図。図９のｅ−ｅ’断面図。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説明図。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説明図。

符号の説明

１１絶縁基板
１２〜１４電極
１５，１６配線パターン
１７，１８，９１接続パターン
１９発熱抵抗体
２０，２１，９２導体パターン
２２〜２４，９３，９４スルーホール
２５オーバーコート層
２６電源
２７スイッチ
１００ヒータ
２００加熱装置
３００複写機

Claims

耐熱、電気絶縁性材料で形成された、長手方向を有する長尺で平板状の絶縁基板と、
前記絶縁基板の面上に、該絶縁基板の前記長手方向に沿って互いに並行して形成された第１および第２の配線パターンと、
前記絶縁基板の前記長手方向における前記第１の配線パターンの中間部を介して該第１の配線パターンに接続されるように前記絶縁基板上に形成された、該第１の配線パターンに給電するための第１の電極と、
前記絶縁基板の前記長手方向における前記第２の配線パターンの中間部を介して該第２の配線パターンに接続されるように前記絶縁基板上に形成された、該第２の配線パターンに給電するための第２の電極と、
前記第２の配線パターンの両端部のそれぞれに接続されるように前記絶縁基板上に形成された、該第２の配線パターンに給電するための第３の電極と、
前記第１の配線パターンと前記第２の配線パターンとの並行間の前記絶縁基板上に、一部が該第１の配線パターンおよび該第２の配線パターンに重層をなして形成された発熱抵抗体と
を具備することを特徴とするヒータ。
前記第２の電極を介して前記第２の配線パターンに給電するか、前記第３の電極を介して前記第２の配線パターンに給電するかの選択を行うスイッチをさらに具備することを特徴とする請求項１記載のヒータ。
前記第３の電極と前記第２の配線パターンとの接続が、前記絶縁基板の、前記発熱抵抗体が形成された側の面とは反対の側の面上に設けられた導体パターンと、前記絶縁基板に設けられたスルーホールとを介してなされていることを特徴とする請求項１または２記載のヒータ。
加圧ローラと、
前記加圧ローラに前記発熱抵抗体が対向するように配置された、請求項１ないし３のいずれか１項記載のヒータと、
前記ヒータと前記加圧ローラとの間を移動可能に設けられた定着フィルムと
を具備することを特徴とする加熱装置。
媒体に形成された静電潜像にトナーを付着させさらにこのトナーを用紙に転写して画像を形成する画像形成手段と、
請求項４記載の加熱装置と、を具備し、
前記画像が形成された前記用紙を、前記加圧ローラにより前記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て、該用紙に前記トナーを定着させるようにしたこと
を特徴とする画像形成装置。