JP5572488B2 - 定着用ヒータの製造方法、定着用ヒータ、定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
かかる定着用ヒータは、セラミック製の絶縁基板上に、銀・パラジウムペースト等を用いて矩形状に印刷・焼成してなる抵抗発熱体を形成する(例えば、特許文献1ないし3参照)。
なお、基板および抵抗発熱体の熱膨張係数が大きく異なる場合は、焼成時の基板および抵抗発熱体の間の熱膨張の差に起因して抵抗発熱体が基板から剥離を起こしてしまう場合がある。このような抵抗発熱体の基板からの剥離を防止するため、一般的には、基板および抵抗発熱体の熱膨張係数が同等の材質を用いることが好ましい。
このようにすれば、セラミック粒子を均一に含む固着用セラミックシートの焼成により形成される固着用セラミック層も一様な厚さを有し、定着用ヒータの発熱特性の均一性が実現できる。
このようにすれば、抵抗発熱体の単位面積あたりの発熱量が均一となり、安定した発熱特性が実現できる。また、厚さの一様な同一の金属箔のシートからエッチングなどにより所定形状に加工して抵抗発熱体を形成することにより、抵抗発熱体間の抵抗ばらつきを解消することが可能となる。
このようにすれば、焼成前に有機バインダが接着性を発現する温度で加熱しながら加圧し、空気を押し出しながら固着用セラミックシートを基板および抵抗発熱体に接着できる。これによって、固着用セラミックシートおよび基板または抵抗発熱体の接着面への空気の混入を防ぎ、ピンホールの発生を解消することが可能となる。
アクリル系の材料は、エポキシ系の材料に比べて短時間で実用強度を得られ、特に、常温(25℃)〜80℃の範囲で強い接着強度を得ることができる。
このようにすれば、抵抗発熱体と同等の熱膨張係数を有する基板を用いることで、焼成時における抵抗発熱体の基板からの剥がれや浮きを防止することができる。
このようにすれば、基板および抵抗発熱体の焼成時の熱膨張変化が固着用セラミックシートの柔軟性によって追従できないほど大きい場合でも、抵抗発熱体の基板からの剥がれや浮きを解消できる。固着用セラミック層および被覆用セラミック層で抵抗発熱体を完全に内包するため、基板および抵抗発熱体の熱膨張差に起因する金属箔の反りの力を十分に押さえつけ、良好な密着性を得ることができるためである。また、セラミック層によって絶縁性が増すため、安全な定着用ヒータが実現できる。
このようにすれば、セラミック粒子を均一に含む被覆用セラミックシートの焼成により形成される被覆用セラミック層も一様な厚さを有し、定着用ヒータの発熱特性の均一性が実現できる。
このようにすれば、抵抗発熱体の単位面積あたりの発熱量が均一となり、安定した発熱特性が実現できる。また、厚さの一様な同一の金属箔のシートからエッチングなどにより所定形状に加工して抵抗発熱体を形成することにより、抵抗発熱体間の抵抗ばらつきを解消することが可能となる。
このようにすれば、焼成前に有機バインダが接着性を発現する温度で加熱しながら加圧し、空気を押し出しながら被覆用セラミックシートを抵抗発熱体に接着できる。これによって、被覆用セラミックシートおよび抵抗発熱体の接着面への空気の混入を防ぎ、ピンホールの発生を解消することが可能となる。
アクリル系の材料は、エポキシ系の材料に比べて短時間で実用強度を得られ、特に、常温(25℃)〜80℃の範囲で強い接着強度を得ることができる。
このようにすれば、抵抗発熱体および基板が同等の熱膨張係数を有する場合だけでなく、異なる熱膨張係数を有する場合においても、焼成時における抵抗発熱体の基板からの剥がれや浮きを防止し、良好な密着性を得ることができる。
この発明による定着用ヒータによれば、同一の定着用ヒータ内または複数の定着用ヒータ間の抵抗ばらつきを解消でき、安定した発熱特性を有し、熱効率が良くかつ消費電力の小さい定着用ヒータが実現できる。
このようにすれば、異なる電気抵抗率を有する複数の抵抗発熱体の組み合わせによって抵抗発熱部を構成することにより、同じ電気抵抗率を有する抵抗発熱体のみで抵抗発熱部を構成するよりも、発熱量の調整が容易となり、複数の抵抗発熱部を有する場合でも、定着用ヒータ全体の発熱量の均一性が容易に実現できる。また、第1抵抗発熱部のみを発熱させることにより、幅の狭い用紙のトナー像を効率よく定着することができる。
この発明による定着用ヒータは、その製造過程において、同一の電気抵抗率を有する抵抗発熱体を、厚さが一様なシートからエッチングなどによって切り出し、また固着用セラミックシートを介して、抵抗発熱体を基板に仮接着することで抵抗発熱部が簡易に構成できるため、銀・パラジウムペースト等を用いて抵抗発熱体を印刷・焼成する従来の方法よりも発熱量の調整が容易である。それゆえ、定着用ヒータが複数の抵抗発熱部から構成される場合であっても、均一かつ安定した発熱特性が実現できる。
この発明の実施形態1に係る画像形成装置について図1〜図3に基づいて説明する。
図1は、この発明の画像形成装置の全体構成を示す説明図である。図1で、画像形成装置1は、カラー複合機であり、光学系ユニット50、第1〜第4可視像形成ユニット51,52,53,54、中間転写ベルト55、2次転写ユニット56、定着装置2、内部用紙給送ユニット57および手差し用紙給送ユニット58、排紙トレイ75を備える。そして、それらの第1〜第4可視像形成ユニット51,52,53,54、中間転写ベルト55および2次転写ユニット56を用いてトナー像を形成する。
続いて、画像形成装置1における画像形成の動作を説明する。
感光体59表面は、帯電ユニット60により一様に帯電される。帯電ユニット60としては、感光体59表面を一様に、またオゾンを極力発生させることなく帯電するために、帯電ローラ方式が採用されている。
現像ユニット61aは、感光体59上の静電潜像を現像し、トナー像を形成する。1次転写ユニット62aは、トナーと逆極性のバイアス電圧が印加されており形成されたトナー像を中間転写ベルト55上に転写する。
他の3組の第2〜第4可視像形成ユニット52,53,54も同様に動作し順次、中間転写ベルト55上にトナー像を転写する。
次に、画像形成装置1における定着装置2の構成を説明する。図2は、この発明の定着装置2の構成例を示す説明図である。定着装置2は、定着部71と加圧部72とで構成され、定着部71は、定着ローラ5と、定着ベルト4と、定着用ヒータ3と、コート層8で構成され、加圧部72は、加圧ローラ6とヒータランプ7とで構成される。
定着ベルト4は、内周側より順に、基材、弾性層および離型層の3層から構成される。定着ベルト4の基材としては、ポリイミド等の耐熱樹脂またはステンレス鋼やニッケル等の金属材料が用いられる。当該基材の外周面に、弾性層として耐熱性および弾性に優れたエラストマー材料(例えばシリコンゴム)が形成され、当該弾性層の外周面に、離型層として合成樹脂材料(例えばPFAやPTFE等のフッ素樹脂)が形成される。なお、基材にポリイミド等の耐熱樹脂を用いる場合、フッ素樹脂を内添することがより好ましい。こうすることで、定着用ヒータ3との摺動負荷をさらに低減することができる。
この実施形態においては、基材として厚さ50μmのポリイミドが用いられ、弾性層として厚さ150μmのシリコンゴム、離型層として厚さ30μmのPFAが用いられる。
定着用ヒータ3は、基板と抵抗発熱体および絶縁体とを含んで構成される。定着用ヒータ3は、定着ベルト4の幅方向(定着ローラ5の軸線方向)に延びて、コート層8が定着ベルト4に接触するように配置され、定着用ヒータ3が発生させる熱を、コート層8を介して、定着ベルト4に伝導させる。基板を構成する材料は、特に限定されないが、高い熱伝導性を有する金属材料であることが好ましく、その金属材料としては、鉄、アルミニウム、銅などを挙げることができるが、ステンレス鋼を用いることも可能である。
次に、この発明の実施形態1に係る定着用ヒータの詳細な構成について、図3に基づいて説明する。
図3(a)は、この発明の実施形態1に係る定着用ヒータの構成を示す説明図である。
図3(b)は、図3(a)に示す定着用ヒータの製造過程において、固着用セラミックシートの焼成前の定着用ヒータの構成を示す説明図である。
図3(c)は、図3(b)に示すA部の拡大説明図である。
図3(c)に示されるように、固着用セラミックシート31は、セラミック粒子32をアクリル系樹脂の有機バインダ33で均一に結着され、シート状に形成されている。実施形態1では、焼成前の固着用セラミックシート31の厚さTh1は、70μmとしている。固着用セラミックシート31は、シート状に加工されかつ柔軟性があるため、取り扱いが容易である。
それゆえ、基板21および金属箔23の間の熱膨張係数の差が異なる場合でも、その差が比較的小さい場合は、固着用セラミックシート31の柔軟性により基板21および金属箔23の焼成時の熱膨張の差に十分に追従し得るため、金属箔23の基板21からのはがれや浮きを有効に防止できることが判明した。
実施形態2として、定着用ヒータの変形例を図4に基づいて説明する。
図4(a)は、この発明の実施形態2に係る定着用ヒータの構成を示す説明図である。
図4(b)は、図4(a)に示す定着用ヒータの製造過程において、固着用セラミックシートおよび被覆用セラミックシートの焼成前の定着用ヒータの構成を示す説明図である。
図4(c)は、図4(b)に示すB部の拡大説明図である。
実施形態2に係る定着用ヒータ3aは、さらに金属箔23aを被覆するように第2のセラミック層(被覆用セラミック層24)を備えている。
図4(c)に示されるように、固着用セラミックシート31aは、セラミック粒子32aをアクリル系樹脂の有機バインダ33aで均一に結着することにより、シート状に形成されている。被覆用セラミックシート34も同様に、セラミック粒子32bをアクリル系樹脂の有機バインダ33bで均一に結着することにより、シート状に形成されている。
実施形態2では、焼成前の固着用セラミックシート31aの厚さTh1は、70μmとしている。固着用セラミックシート31aおよび被覆用セラミックシート34は、シート状に加工されかつ柔軟性があるため、取り扱いが容易である。
そこで、この効果を確認すべく、金属箔23aをステンレス鋼(熱膨張係数:18.6×10―6/℃)とし、基板21aの材質を金属箔23aと熱膨張係数の大きく異なるセラミック(アルミナ96%。熱膨張係数:6.4×10―6/℃)として焼成を行い、金属箔23aが基板21aから剥離せずに良好に固着されるか検証を行った。ここで、焼成前の固着用セラミックシート31aの厚さTh1は70μmとし、被覆用セラミックシート34の厚さTh2を、それぞれ250μm、300μm、500μmとした場合の焼成結果を下の表2に示す。
また、被覆用セラミックシート34の厚さTh2が500μmの場合も、金属箔23aを基板21aにうまく固着できなかった。被覆用セラミックシート34の厚さTh2が厚すぎる場合は、被覆用セラミックシート34自体の柔軟性が損なわれるために、被覆用セラミックシート34に亀裂が入りやすくなるためであると考えられる。
それゆえ、被覆用セラミックシート34は、薄すぎても厚すぎても良くなく、被覆用セラミックシート34が受ける金属箔23aの反りの力にもよるが、この実施形態の条件においては、被覆用セラミックシート34の厚さTh2は、250〜350μmの範囲が適当であると考えられる。
実施形態3として、定着用ヒータの別の変形例を、図5および図6に基づいて説明する。
図5(a)は、この発明の実施形態3に係る定着用ヒータの構成を示す上面図である。
図5(b)は、図5(a)に示す定着用ヒータのX1−X1矢視断面図である。
図5(c)は、図5(b)に示す定着用ヒータの製造過程において、固着用セラミックシートの焼成前の定着用ヒータの構成を示す説明図である。
図6(a)は、図5(a)に示す定着用ヒータのC部の側面拡大図である。
図6(b)は、図6(a)に示される部分の固着用セラミックシートの焼成前の定着用ヒータの構成を示す説明図である。
X1−X1矢視断面図において、基板21cの表面上に、固着用セラミック層22cを介して、予め所定形状に加工された厚さが一様だが電気抵抗率が異なる金属箔23d,23hの抵抗発熱体が設置される。
その後、定着ベルト4(図2)を介して熱量が伝えられ、記録紙11(図2)の用紙サイズに対応した発熱領域が実現できる。
しかし、この実施形態においては、同一の電気抵抗率を有する金属箔を、厚さが一様なシートからエッチングなどによって切り出すことができ、また固着用セラミックシート31cを介して、基板21への仮接着により主抵抗発熱部41および副抵抗発熱部42が簡易に構成できるため、発熱量の調整が従来の方法よりも容易であり、均一で安定した発熱特性が実現できる。
実施形態4として、定着用ヒータのさらに別の変形例を、図7および図8に基づいて説明する。
図7(a)は、この発明の実施形態4に係る定着用ヒータの構成を示す一部切り欠きの上面図である。
図7(b)は、図7(a)に示す定着用ヒータのX2−X2矢視断面図である。
図7(c)は、図7(b)に示す定着用ヒータの製造過程において、固着用セラミックシートおよび被覆用セラミックシートの焼成前の定着用ヒータの構成を示す説明図である。
図8(a)は、図7(a)に示す定着用ヒータのD部の側面拡大図である。
図8(b)は、図7(a)に示される部分の固着用セラミックシートおよび被覆用セラミックシートの焼成前の定着用ヒータの構成を示す説明図である。
X2−X2矢視断面図において、基板21eの表面上に、固着用セラミック層22eを介して、予め所定形状に加工された厚さが一様だが電気抵抗率が異なる金属箔23kおよび23oの抵抗発熱体が設置される。この実施形態では、さらに金属箔23kおよび23oを固着用セラミック層22eおよび被覆用セラミック層24bで上下から内包するようにして、被覆用セラミック層24bを設置する。
図7(a)に示されるように、金属箔23k〜23oの組み合わせの全体は、固着用セラミック層22eおよび被覆用セラミック層24bとで上下から包み込むように被覆される。
なお、この実施形態では、さらに固着用セラミックシート31eおよび被覆用セラミックシート34bで、金属箔23kおよび23oを上下から包み込むように被覆する。
2:定着装置
3,3a,3b,3c:定着用ヒータ
4:定着ベルト
5:定着ローラ
6:加圧ローラ
7:ヒータランプ
8:コート層
10a,10b:サーミスタ
11:記録紙
12:トナー像
21,21a,21c,21e:基板
22,22a,22c,22e:固着用セラミック層
23,23a,23d,・・・,23h,23k,・・・,23o:金属箔
24,24b:被覆用セラミック層
31,31a,31c,31e:固着用セラミックシート
32,32a,32b:セラミック粒子
33,33a,33b:有機バインダ
34,34b:被覆用セラミックシート
41,41a:主抵抗発熱部
42,42a:副抵抗発熱部
50:光学系ユニット
51:第1可視像形成ユニット
52:第2可視像形成ユニット
53:第3可視像形成ユニット
54:第4可視像形成ユニット
55:中間転写ベルト
56:2次転写ユニット
57:内部用紙給送ユニット
58:手差し用紙給送ユニット
59,65,66,67:感光体
60:帯電ユニット
61a,61b,61c,61d:現像ユニット
62a,62b,62c,62d:1次転写ユニット
63:クリーニングユニット
64:レーザー光源
68,69:テンションローラ
70:廃トナーボックス
71:定着部
72:加圧部
73,74:給送ローラ
75:排紙トレイ
F:記録紙の搬送方向
R、R1:定着ベルトの送り方向
N:定着ニップ部
W:定着ニップ幅
Th1:固着用セラミックシートの厚さ
Th2:被覆用セラミックシートの厚さ
M:基板の長手方向の中央発熱領域
S:基板の長手方向の両端発熱領域
W1:基板の長手方向の中央発熱領域に対応する幅
W2:基板の長手方向の全長に対応する幅
Claims (10)
- セラミック粒子と有機バインダを含む固着用セラミックシートを基板上に設置し、抵抗発熱体を前記固着用セラミックシートの上に設置し、セラミック粒子と有機バインダを含む被覆用セラミックシートを前記抵抗発熱体の上に設置し、前記固着用および被覆用セラミックシートを焼成して前記有機バインダを熱分解し、それによって、前記抵抗発熱体を前記基板上に固着させる固着用セラミック層と、前記抵抗発熱体を被覆する被覆用セラミック層とを形成する定着用ヒータの製造方法。
- 前記有機バインダは、熱可塑性樹脂であり、
前記固着用および被覆用セラミックシートは、前記セラミック粒子が前記有機バインダにより均一に結着され、一様な厚さを有する請求項1に記載の定着用ヒータの製造方法。 - 前記抵抗発熱体は、厚さが一様な金属箔である請求項1または2に記載の定着用ヒータの製造方法。
- 前記有機バインダは、25℃〜80℃の温度領域において塑性となる請求項2または3に記載の定着用ヒータの製造方法。
- 前記有機バインダは、アクリル樹脂である請求項1〜3のいずれか1つに記載の定着用ヒータの製造方法。
- 前記基板は、前記抵抗発熱体と熱膨張係数が異なる材質である、請求項1〜5のいずれか1つに記載の定着用ヒータの製造方法。
- 基板と、前記基板上に設置される抵抗発熱体とを備え、
請求項1〜6のいずれか1つに記載の製造方法で製造された定着用ヒータ。 - 前記抵抗発熱体が細長形状の抵抗発熱体からなる第1抵抗発熱部と、前記第1抵抗発熱部に平行な細長形状の抵抗発熱体からなる第2抵抗発熱部とを備え、
前記第1抵抗発熱部は、長手方向の単位長さ当たりの発熱量が一定の中央発熱領域と、長手方向の単位長さ当たりの発熱量が一定かつ前記中央発熱領域よりも高い両端発熱領域とを有し、
前記第2抵抗発熱部は、長手方向の単位長さ当たりの発熱量が一定の中央発熱領域と、長手方向の単位長さ当たりの発熱量が一定かつ前記中央発熱領域よりも低い両端発熱領域とを有し、
前記第1および第2抵抗発熱部の各発熱領域の境界部分では、長手方向の単位長さ当たりの電気抵抗値が徐々に変化するように電気抵抗率の異なる複数の抵抗発熱体が直列接続され、
前記第1および第2の抵抗発熱部が同時に発熱したとき、前記基板全体の長手方向の単位長さ当たりの発熱量が一定である請求項7に記載の定着用ヒータ。 - 定着用ヒータと、定着ローラと、前記定着用ヒータおよび定着ローラの間に回動可能に張架され定着用ヒータにより加熱される無端状の定着ベルトと、前記定着用ヒータの前記定着用ベルトの接触面に形成されたコート層と、前記定着ベルトを介して前記定着ローラに対向して配設された加圧ローラとを備え、
前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に未定着のトナー像を担持した記録媒体を搬送し、記録媒体上のトナー像を熱定着する定着装置において、
前記定着用ヒータは、請求項7または8に記載の定着用ヒータである定着装置。 - 記録媒体上に未定着のトナー像を形成する画像形成部と、前記トナー像を前記記録媒体上に熱定着させる定着装置を備えた画像形成装置において、
前記定着装置は、請求項9に記載の定着装置である画像形成装置。
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