JP6614742B2 - ヒータ、定着装置、画像形成装置及び加熱装置 - Google Patents

ヒータ、定着装置、画像形成装置及び加熱装置 Download PDF

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Description

本発明は、ヒータ、定着装置、画像形成装置及び加熱装置に関する。詳しくは、通電により発熱する複数の発熱セルを備えるヒータ、このようなヒータを備える定着装置、画像形成装置及び加熱装置に関する。
対象物の熱処理を行うための加熱手段として、通電発熱する発熱セルを基板上に設けたヒータが知られている。このようなヒータは、薄くコンパクトにできるため、例えば、複写機やプリンター等の定着用途に利用されたり、パネル等の被処理体を加熱乾燥させる乾燥機に組み込まれて利用されたりしている。これらの用途では、複数の発熱セルを電気的に並列に配置し、発熱面内における温度分布を均一化することができるヒータが下記特許文献1〜3に開示されている。
国際公開第2013/073276号パンフレット 国際公開第2017/090692号パンフレット 国際公開第2017/131041号パンフレット
上記特許文献1には、正の抵抗温度係数を有した抵抗発熱材料を用いて、つづら折れ形状に形成された発熱セルを、電気的並列に接続したヒータが開示されている。このヒータによれば、各発熱セルは、互いに温度を自己的に均熱することができる。そのため、長手方向に均熱なヒータを得ることができる。更に、特許文献1のヒータは、発熱セル同士の間隙である配線の非形成部が、ヒータの長手方向に対して傾斜されており、非形成部による熱の落ち込みの影響が掃引方向に対して緩和できるヒータが開示されている。
しかしながら、特許文献1のヒータによる均熱は、特定の発熱セルの過昇温を防止できるものである一方、昨今、隣接された発熱セル同士の均熱性は、各段に高いレベルで求められつつある。そのうえ、掃引方向に対して、極端に幅狭なヒータが要望されている。このため、特許文献1に開示されたヒータを、単純に、掃引方向により幅狭となるように切り詰めても、非形成部による熱の落ち込みの影響を掃引方向に対して緩和することが困難な状況を生じるおそれが高まっている。
そこで、本願の発明者らは、上記特許文献2において、隣接した発熱セル同士のパターンを互いに入り組ませることで、発熱セル同士の間隙を分散させたヒータを提案した。また、上記特許文献3では、発熱セルによって生じた熱を、高熱伝導な均熱層を介して分散させることで、発熱セル同士の間隙による熱の落ち込みを緩和させたヒータを提案した。しかしながら、これらの構成を、採用し難いヒータも存在することがあり、より多様に組み合わせて利用できる様々な均熱化のための構成が必要となっている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、掃引方向に幅狭であっても均熱性に優れたヒータを提供することを目的とする。更に、このようなヒータを備える定着装置、画像形成装置及び加熱装置を提供することを目的とする。
本発明は以下のとおりである。
[1]請求項1に記載のヒータは、被加熱物と対面された状態で、前記被加熱物及び本ヒータのうちの少なくとも一方を掃引することにより前記被加熱物を加熱するヒータであって、
長方形状の基体と、
前記基体上に長手方向に複数並べて配置されて、各別に給電を受ける発熱セル(C)と、を備え、
前記発熱セル(C)は、前記基体の長手方向に略平行な複数の横配線(L)と、前記横配線(L)に対して傾斜した複数の斜配線(L)と、を有し、全体としてつづら折り形状をなすように前記横配線(L)及び前記斜配線(L)が連接されており、
更に、前記横配線(L)と前記斜配線(L)とが鈍角をなして折り返された第1折返部(D)を有し、
前記第1折返部(D)は、前記斜配線(L)に対して鋭角又は直角をなした逆斜配線(L)を介して、前記横配線(L)と前記斜配線(L)が連接されていることを要旨とする。
[2]請求項2に記載のヒータは、請求項1に記載のヒータにおいて、前記発熱セル(C)は、前記第1折返部(D)と隣り合って配置された折返部であって、前記横配線(L)と前記斜配線(L)とが鋭角をなして折り返された第2折返部(D)を有し、
前記第2折返部(D)は、前記逆斜配線(L)に対応して面取りされていることを要旨とする。
[3]請求項3に記載のヒータは、請求項1に記載のヒータにおいて、前記発熱セル(C)は、前記第1折返部(D)と隣り合って配置された折返部であって、前記横配線(L)と前記斜配線(L)とが鈍角をなして折り返された第3折返部(D)を有し、
前記第3折返部(D)を構成する前記斜配線(L33)と、前記第1折返部(D)を構成する前記逆斜配線(L)と、が略平行にされていることを要旨とする。
[4]請求項4に記載のヒータは、請求項2に記載のヒータにおいて、前記発熱セル(C)は、前記長手方向に隣り合った、第1発熱セル(C1)と第2発熱セル(C2)とを有し、
前記第1発熱セル(C1)及び前記第2発熱セル(C2)は、共に、前記第1折返部(D)及び前記第2折返部(D)を有し、
前記第1発熱セル(C1)が有する前記第1折返部(D11)及び前記第2折返部(D21)と、前記第2発熱セル(C2)が有する前記第1折返部(D12)及び前記第2折返部(D22)と、を結んで形成される仮想四角形において、前記第1折返部(D11)と前記第1折返部(D12)とが対角をなし、前記第2折返部(D21)と前記第2折返部(D22)とが対角をなすように配置されていることを要旨とする。
[5]請求項5に記載のヒータは、請求項3に記載のヒータにおいて、前記発熱セル(C)は、前記長手方向に隣り合った、第1発熱セル(C1)と第2発熱セル(C2)とを有し、
前記第1発熱セル(C1)及び前記第2発熱セル(C2)は、共に、前記第1折返部(D)及び前記第3折返部(D)を有し、
前記第1発熱セル(C1)が有する前記第1折返部(D11)及び前記第3折返部(D31)と、前記第2発熱セル(C2)が有する前記第1折返部(D12)及び前記第3折返部(D32)と、を結んで形成される仮想四角形において、前記第1折返部(D11)と前記第1折返部(D12)とが対角をなし、前記第3折返部(D31)と前記第3折返部(D32)とが対角をなすように配置されていることを要旨とする。
[6]請求項6に記載のヒータは、被加熱物と対面された状態で、前記被加熱物及び本ヒータのうちの少なくとも一方を掃引することにより前記被加熱物を加熱するヒータであって、
長方形状の基体と、
前記基体上に長手方向に複数並べて配置されて、各別に給電を受ける発熱セル(C)と、を備え、
前記発熱セル(C)は、前記基体の長手方向に略平行な複数の横配線(L)と、前記横配線(L)に対して傾斜した複数の斜配線(L)と、を有し、全体としてつづら折り形状をなすように前記横配線(L)及び前記斜配線(L)が連接されており、
更に、複数の前記発熱セル(C)のうち互いに隣り合った2つの発熱セル(C)の間には、前記2つの発熱セル(C)を蛇行するように分かつ絶縁間隙(I)を有し、
前記絶縁間隙(I)は、全体として前記長手方向の一方の側へ傾斜されていることを要旨とするヒータ。
[7]請求項7に記載のヒータは、請求項6に記載のヒータにおいて、前記絶縁間隙(I)は、前記長手方向に隣り合った、第1発熱セル(C1)及び第2発熱セル(C2)が、各々有する前記斜配線(L)間に位置されて、前記斜配線(L)と同角度に傾斜された第1間隙と、
前記第1間隙に対して、逆方向へ傾斜されるとともに、前記第1間隙より経路長が短い第2間隙と、を有しており、
前記絶縁間隙(I)は、前記第1間隙、前記第2間隙、前記第1間隙の順に連続された連続部、又は、前記第2間隙、前記第1間隙、前記第2間隙の順に連続された連続部、のいずれかを有することを要旨とする。
[8]請求項8に記載のヒータは、請求項6又は7に記載のヒータにおいて、掃引方向に対して前記第1間隙がなす角度(θZ1)と、掃引方向に対して前記第2間隙がなす角度(θZ2)と、が異なることを要旨とする。
[9]請求項9に記載の定着装置は、請求項1乃至8のいずれかに記載のヒータを備えることを要旨とする。
[10]請求項10に記載の画像形成装置は、請求項1乃至8のいずれかに記載のヒータを備えることを要旨とする。
[11]請求項11に記載の加熱装置は、請求項1乃至8のいずれかに記載のヒータを備えることを要旨とする。
本第1発明のヒータによれば、掃引方向に幅狭であっても均熱性に優れたヒータとすることができる。
即ち、逆斜配線(L)を介して、横配線(L)と斜配線(L)が連接された第1折返部(D)を有することで、隣接された別の横配線(L)の側へ膨らんだ発熱パターンを形成できる。このため、斜配線(L)を用いた折返部を有することによって生じる熱的な空白を埋めることができ、掃引方向に幅狭なヒータであっても優れた均熱性を実現できる。
発熱セル(C)が、第1折返部(D)と隣り合って配置された折返部であって、逆斜配線(L)に対応して面取りされた第2折返部(D)を有する場合は、隣接された第1折返部(D)による熱的な補充が得られ、鋭角をなして横配線(L)と斜配線(L)とが折り返されることによって生じる熱的な空白を埋めることができる。従って、掃引方向に幅狭なヒータであっても優れた均熱性を実現できる。
発熱セル(C)が、第1折返部(D)と隣り合って配置された折返部であって、逆斜配線(L)と略平行な斜配線(L33)を有した第3折返部(D)を有する場合は、隣接された第1折返部(D)による熱的な補充が得られ、斜配線(L33)を有することによって生じる熱的な空白を埋めることができる。従って、掃引方向に幅狭なヒータであっても優れた均熱性を実現できる。
第1折返部(D)同士が対角をなし、第2折返部(D)同士が対角をなすように、第1発熱セル(C1)及び第2発熱セル(C2)が配置される場合は、対向された第2折返部(D)による熱的な空白を、対向された第1折返部(D)によって効果的に補充することができる。従って、掃引方向に幅狭なヒータであっても優れた均熱性を実現できる。
第1折返部(D)同士が対角をなし、第3折返部(D)同士が対角をなすように、第1発熱セル(C1)及び第2発熱セル(C2)が配置される場合は、対向された第3折返部(D)による熱的な空白を、対向された第1折返部(D)によって効果的に補充することができる。従って、掃引方向に幅狭なヒータであっても優れた均熱性を実現できる。
本第2発明のヒータによれば、掃引方向に幅狭であっても均熱性に優れたヒータとすることができる。
即ち、互いに隣り合った2つの発熱セル(C)の間に蛇行された絶縁間隙(I)を設け、この絶縁間隙(I)が全体として長手方向の一方の側へ傾斜するように配置することで、2つの発熱セル(C)が各々有する、横配線(L)と斜配線(L)とが鋭角をなして折り返される第2折返部(D)同士を近接させることができる。このため、斜配線(L)を用いた折返部を有することによって生じる熱的な空白を、第2折返部(D)の近接によって埋めることができ、掃引方向に幅狭なヒータであっても優れた均熱性を実現できる。
絶縁間隙(I)が、第1間隙と、第1間隙より経路長が短い第2間隙と、を有し、第1間隙、第2間隙、第1間隙の順に連続された連続部、又は、第2間隙、第1間隙、第2間隙の順に連続された連続部、のいずれかを有する場合には、第1間隙と第2間隙との経路長差によって絶縁間隙(I)全体を傾斜させることができる。
掃引方向に対して第1間隙がなす角度(θZ1)と、掃引方向に対して第2間隙がなす角度(θZ2)と、が異なる場合には、角度(θZ1)と角度(θZ2)との角度差によって絶縁間隙(I)全体を傾斜させることができる。
ヒータの一例を示す模式的な平面図である。 ヒータの他例を示す模式的な平面図である。 発熱セルの一例を示す模式的な平面図である。 発熱セルの他例を示す模式的な平面図である。 発熱セルの他例を示す模式的な平面図である。 発熱セルの他例を示す模式的な平面図である。 発熱セルの他例を示す模式的な平面図である。 発熱セルの斜配線について説明する説明図である。 2つの発熱セルの対向形態の一例を示す模式的な平面図である。 2つの発熱セルの対向形態の他例を示す模式的な平面図である。 2つの発熱セルの対向形態の他例を示す模式的な平面図である。 実配線領域と実発熱領域とについて説明する説明図である。 基体幅が絶縁間隙Iに対して及ぼす作用を説明する説明図である。 斜配線の傾斜角度が絶縁間隙Iに対して及ぼす作用を説明する説明図である。 斜配線の傾斜角度が実発熱領域に対して及ぼす作用を説明する説明図である。 ヒータの更に他例を示す模式的な平面図である。 ヒータの更に他例を示す模式的な平面図である。 図16及び図17に示す形態のヒータの詳細を説明する説明図である。 ヒータの更に他例を示す模式的な平面図である。 ヒータを使用した定着装置の一例を表す概略斜視図である。 ヒータを使用した定着装置の他例を表す概略斜視図である。 ヒータを使用した画像形成装置の一例を表す概略図である。
以下、図を参照しながら、本発明を詳しく説明する。
尚、本明細書において、配線同士の角度は、各配線同士が交わる角度を意味しており、実際に、折返部の内側に鋭角や鈍角となった形状を有することや、折返部の外側に鋭角や鈍角となった形状を有することを特定するものではない。
[1]第1発明のヒータ
本ヒータ(1)は、被加熱物と対面された状態で、被加熱物及びヒータのうちの少なくとも一方を掃引することにより被加熱物を加熱するヒータである。
更に、本ヒータ(1)は、長方形状の基体(2)と、基体(2)上に長手方向(T)に複数並べて配置されて、各別に給電を受ける発熱セル(C)と、を備えている。
そして、発熱セル(C)は、基体(2)の長手方向に略平行な複数の横配線(L)と、その横配線(L)に対して傾斜した複数の斜配線(L)と、を有して、全体としてつづら折り形状をなすように横配線(L)及び斜配線(L)が連接されている。
更に、横配線(L)と斜配線(L)とが鈍角をなして折り返された第1折返部(D)を有しており、この第1折返部(D)は、斜配線(L)に対して鋭角又は直角をなした逆斜配線(L)を介して、横配線(L)と斜配線(L)が連接されていることを特徴とする(図1〜図11参照)。
前述のように、発熱セルの配線材料として高TCR材料(抵抗温度係数が高い材料)を選択すると、材料単独で得られる抵抗率が低くなるため、配線幅を細く且つ配線長を長くすることでヒータとして実用的な抵抗値を得ることになる。配線幅を細く配線長さを長くする形状には、様々あるが、そのうちの1つの形状として、つづら折れ形状を選択することができる。
そして、つづら折れ形状を選択して、電気的に並列な複数の発熱セル(即ち、各別に給電を受ける複数の発熱セル)を形成するには、発熱セル間に絶縁間隙Iを形成する必要がある(図12〜図14参照)。この絶縁間隙Iは、横配線L同士を接続する接続配線の形状に影響を受ける。即ち、接続配線として、掃引方向に沿った縦配線を選択すると、絶縁間隙は、掃引方向に平行に形成されて、掃引して加熱を行った場合に、熱空白が形成されてしまう。
この点、接続配線を、横配線Lに対して傾斜させた斜配線Lを採用することで、掃引方向への均熱性を実現できる。即ち、絶縁間隙Iを、掃引方向に対して傾斜させることで、熱空白を分散させることができる。このような観点から、つづら折れ形状を採用しながらも、斜配線Lを用いることで、均熱性に優れた発熱パターン(即ち、発熱セル)を形成できる。
しかしながら、つづら折れ形状を採用しても、基体2の幅を狭くしていくと、次第に、十分な均熱性が得られ難くなることが分かって来た。即ち、単に発熱セルのパターンをつづら折れ形状にし、傾斜した絶縁間隙Iを設けただけでは、十分に精密な均熱性が得られ難くなるという課題を生じることが分かった。この課題について、検討を重ねた結果、つづら折れ形状を採用した場合に生じる折返部の数が少なくなると、折返部の形状による影響が大きくなること、そして、折返部の形状を変更することで、傾斜した絶縁間隙Iを維持しながら、より高い均熱性が得られることを知見し、本発明を完成させた。
具体的には、上述の絶縁間隙Iを傾斜させて熱空白を分散させる方法は、折り返し回数が多い場合には、機能され易い。しかしながら、基体2の幅Wが狭くなり(図13におけるW→W)、折り返し回数が少なくなると、次第に、分散範囲Iが狭くなり(図13におけるIW1→IW2)、絶縁間隙Iを分散させ難くなる。
更に、各発熱セルCにおいて同程度の抵抗値を得るために、同程度の配線長を得ようとすると、各発熱セルの横配線を長手方向へ伸ばし、1つの発熱セルを長手方向に長い形状へ変更する必要がある。そうすると、基体幅Wの場合には、絶縁間隙Iの分散幅IW1に対し、発熱セル幅CW1を小さく抑えることができるが、基体幅Wとなると、絶縁間隙Iの分散幅IW2に対し、発熱セル幅CW2を小さく抑えることが難しくなる。その結果、発熱セル幅CW2よりも分散幅IW2が小さくなり、絶縁間隙Iによる熱空白の分散を、発熱セルの両端部のみでしか行えないこととなり、絶縁間隙Iを十分に分散させ難くなる(図13参照)。
一方で、斜配線Lの傾斜をより大きくする(即ち、横配線Lと斜配線Lとで形成される角度θ10を角度θ11へと大きくする、図14におけるθ10→θ11)ことで、絶縁間隙Iの分散範囲Iθを広くできるようになる(図14におけるIθ10→Iθ11)。
しかしながら、斜配線Lの傾斜を大きくする(図15におけるθ20→θ21)と、それにつれて、折返部の熱空白Sが大きくなること(図15におけるIθ20→Iθ21)が分かってきた。即ち、つづら折れ形状の折返部では、想定以上に熱空白Sが大きくなり得ることが分かった。
この現象は、とりわけ、鋭角となる折返部において発生し易く、その原因は、折返部を流れる電流が、配線の内側(最短距離を流れる)を流れ易く、折返部の外周側における発熱が、折返部の内周側よりも小さくなることに起因するものと考えられた。このため、傾斜角度が大きくすると、絶縁間隙Iを分散させる観点では有利であるものの、折返部の外周側における発熱低下が大きくなり、結果的に、折返部の外周側における発熱低下の影響がまさることで、十分な均熱性が得られ難くなるものと考えられた。
即ち、図15において、「C」(Cθ20とCθ20’との統合部分、Cθ21とCθ21’との統合部分)は、実際に配線材料によって形成された部分を表わしている。そして、「Cθ20」及び「Cθ21」は、通電による直接的な発熱が少ない部位を模式的に表わしている。更に、「Cθ20’」及び「Cθ21’」は、通電によって直接的に発熱している部位を模式的に表わしている。
図15では、斜配線Lの傾斜がθ20からθ21へ大きくなると、直接的な発熱が少ない部位Cθ20はCθ21へ拡大される。その結果、発熱セルの実面積に対して、通電によって直接的に発熱している部分の面積が、Cθ20’からCθ21’と減少する。また、2つの発熱セルが、対向された箇所では、熱空白Sθ20の大きさが、Sθ21へと拡大されてしまう。
そこで、前述のように、第1折返部Dに、横配線Lと斜配線Lとが、逆斜配線Lを介して折り返されるよう、逆斜配線Lを設けることで、隣接された別の横配線Lの側へ膨らんだ発熱パターン(膨出形状)を形成できる。このため、斜配線Lの傾斜角度の大小に関わらず、逆斜配線Lからの発熱によって、熱空白Sを小さく抑えることができるようになり、より優れた均熱性を発揮できるヒータとすることができる。
〔1〕横配線
横配線Lは、基体2の長手方向に略平行に配置された配線部分である。横配線Lは、互いに略平行に配置された3本以上を備えている。1つの発熱セルCが有する横配線Lの数は限定されないが、通常、20本以下である。また、本発明の構成は、互いに略平行に配置された横配線Lの本数が少ないヒータに対して効果的である。具体的には、1つの発熱セルCが有する横配線Lの数が、3本以上10本以下である形態が好ましく、3本以上7本以下である形態がより好ましい。
また、横配線Lは、逆斜配線L及び斜配線Lよりも短くてもよいが、逆斜配線L及び斜配線Lよりも長いことが好ましい。
更に、本ヒータ1は、複数の発熱セルC(例えば、発熱セルC1及びC2)を有するが、各発熱セルが有する各横配線L同士は、互いに、横配線Lを長手方向に延長した場合、同じ延長範囲Qで重なることが好ましい(図8参照)。即ち、対応した横配線L(各発熱セルを構成する同じ段の横配線L)同士が、各々の長手方向の延長上に配置されていることで、本ヒータ1は、掃引方向の幅を抑えることができる。更に、隣接した発熱セル同士が有する横配線Lの段数は同じにすることができる(但し、全ての発熱セルの横配線Lの段数が同一である必要はない)。
〔2〕斜配線
斜配線Lは、横配線Lに対して傾斜した配線部分であり、横配線L同士をつづら折れ形状となるように接続する部分である。1つの発熱セルCが有する斜配線Lの数は限定されないが、通常、2本以上である。1つの発熱セルCが有する横配線Lの数が20本以下である場合、斜配線Lの数は、通常、21本以下である。また、1つの発熱セルCが有する横配線Lの数が3本以上10本以下である場合、斜配線Lの数は2本以上11本以下とすることができる。更に、1つの発熱セルCが有する横配線Lの数が3本以上7本以下である場合、斜配線Lの数は2本以上8本以下とすることができる。
1つの発熱セルCが有する複数の斜配線L同士は、互いに、異なる傾斜角度(横配線Lに対する角度θ又は角度θ)を有してもよいが、1つの発熱セルCが有する複数の斜配線L同士は、互いに、実質的に同じ傾斜角度(横配線Lに対する角度θ又は角度θ)を有することが好ましい。更に、ヒータ1が有する複数の発熱セルCが有する、複数の斜配線L同士も、互いに、実質的に同じ傾斜角度(横配線Lに対する角度θ又は角度θ)を有することが好ましい。
更に、1つの発熱セルCが有する一端側の斜配線L(但し、折返部D(θ=鈍角)を構成するLを除く)は、互いに、各斜配線Lを、これらの斜配線Lがなす角度で延長した場合に、同じ延長範囲Qで重なる形態であることが好ましい(図8参照)。
斜配線Lの傾斜角度(即ち、横配線Lと斜配線Lとがなす角度θ(図3〜図7参照))は、限定されず、91度以上179度以下とすることができるが、この傾斜角度は、105度以上160度以下とすることが好ましく、115度以上155度以下がより好ましく、120度以上150度以下が更に好ましく、125度以上145度以下が特に好ましい。これらの好ましい各範囲では、より好ましい範囲であるほど発熱ロスを小さく抑えることができる。
尚、横配線Lと斜配線Lとがなす角度θ(図3、図4及び図6参照)は、通常、θ=180−θを満たす。このため、角度θが大きくなると、角度θは、それに連れて小さくなる。
発熱ロスは、図12(a)に示すように、長手方向において絶縁間隙Iに対応した範囲Xと、横配線Lのみで形成された範囲Y(同じ長手方向の幅を有する)と、の比較により大小を知ることができる。範囲Xに含まれる実配線領域(斜線部)の合計面積をXと、範囲Yに含まれる実配線領域(斜線部)の合計面積をYとし、X/Yの値が、大きい程、発熱ロスは小さいことが想定され得る。しかしながら、前述のように、実際には、折返部を流れる電流が、配線の内側(最短距離を流れる)を流れ易く、折返部の外周側における発熱が、折返部の内周側よりも小さくなると考えられる。従って、このことを考慮するには、図12(b)に示すように、発熱領域は、範囲X内のなかでも、図12(b)に示すように面取りされた領域(斜線部)が、実発熱領域であるとして比較することができる。即ち、図12(b)に示す範囲Xに含まれる実発熱領域(斜線部)の合計面積をXとし、範囲Yに含まれる実発熱領域(斜線部)の合計面積をYとし、X/Yの値が、大きい程、発熱ロスは小さいことが想定される。
〔3〕逆斜配線
逆斜配線Lは、第1折返部Dが、有する配線部分であり、斜配線Lに対して鋭角又は直角をなした配線部分である。第1折返部D内において、斜配線Lは、横配線Lに対して鈍角をなして連接されるが、通常、逆斜配線Lも、横配線Lに対して鈍角をなして連接される。また、逆斜配線Lは、横配線Lと斜配線Lとの間に介在される配線部分である。従って、横配線Lと逆斜配線Lと斜配線Lとは、この順に連接されることとなる。また、通常、逆斜配線Lは、第1折返部D内に1つのみを有する。
逆斜配線Lは、斜配線Lに対して鋭角又は直角をなすが、この角度は特に限定されず、例えば、20度以上90度以下とすることができる。そのうえで、斜配線Lと逆斜配線Lとがなす角度は、より90度に近い角度であることが好ましい。従って、45度以上90度以下がより好ましく、60度以上90度以下が更に好ましく、80度以上90度以下が特に好ましい。通常、斜配線Lと逆斜配線Lとがなす角度は、90度により近い程、熱空白を小さくすることができる。
また、斜配線L及び逆斜配線Lの配線部分の長さの相関は限定されず、斜配線Lが逆斜配線Lよりも長くてもよいし、斜配線Lと逆斜配線Lとは同じ長さであってもよいし、斜配線Lが逆斜配線Lよりも短くてもよい。これらのなかでは、斜配線Lが逆斜配線Lよりも長いことが好ましい。
〔4〕つづら折れ形状
つづら折り形状とは、3本の横配線Lを、順に、L11、L12、L13とした場合に、L11とL12とを各々の一端で接続し、L12とL13とを各々の他端で接続した形状をいう。従って、例えば、3本の横配線Lを、順に、L11、L12、L13とした場合に、L11とL12とを各々の他端で接続し、L12とL13とを各々の一端で接続した形状も、当然ながら、つづら折れ形状である。更に、例えば、4本の横配線Lを、順に、L11、L12、L13、L14とした場合に、L11とL12とを各々の一端で接続し、L12とL13とを各々の他端で接続し、L13とL14とを各々の一端で接続した形状も、つづら折れ形状である。
本ヒータ1では、前述のように、発熱セルCが、つづら折れ形状を有することにより、実効性のあるヒータとすることができている。つづら折れ形状を採用することで、長手方向に同じ長さの基体2上において、配線長さを、折り返し回数倍に長くすることができる。このため、抵抗発熱配線の抵抗値を大きくすることができ、それによって実用的なヒータに要求される発熱量を得ることができる。
一般に、ヒータの抵抗発熱配線に利用される金属材料をみると、例えば、銀(20℃において、抵抗率ρ=1.62×10−8Ωm、温度係数α=4.1×10−3/℃)を用いる場合、温度係数αは大きいものの、抵抗率ρが小さいため高抵抗値とすることが困難となる。そこで、銀よりも抵抗率ρが大きいパラジウム(ρ=10.8×10−8Ωm、α=3.7×10−3/℃)を添加できるが、抵抗率ρは増加しても、温度係数αが低下してしまう。このように、高TCR特性を有する材料を選択すると、抵抗率が低くなる傾向にある。このため、抵抗発熱配線を、高TCR且つ実用的抵抗値にするには、配線長を長くする必要がある。この点、つづら折れ形状を採用することで、配線長を長くして高抵抗値化することができるという利点がある。
発熱セルCがなす上述のつづら折れ形状の配線(抵抗発熱配線)において、配線の膜厚及び幅は、1つの発熱セル内で略同一にすることができる。更に、異なる発熱セル同士でも略同一にすることができる。また、当然ながら、各発熱セルでは、必要に応じ、適宜、温度勾配を設けたりする目的で、膜厚や配線幅を変化させることもできる。
更に、配線幅と配線間距離(絶縁距離)は、適宜のものとすることができる。即ち、配線幅は、発熱させることができればよく、配線間距離は、配線同士を絶縁できればよい。そのうえで、例えば、いずれも、0.3mm以上2.0mm以下とすることができ、更には、0.4mm以上1.2mm以下とすることができる。
〔5〕折返部
発熱セルCは、第1折返部Dを少なくとも1つ有する。そのうえで、第2折返部D及び第3折返部D3のうちの少なくとも一方を有する。従って、1つの発熱セルCは、第1折返部D及び第2折返部Dのみを有してもよいし、第1折返部D及び第3折返部Dのみを有してもよいし、第1折返部D、第2折返部D及び第3折返部Dの全てを有してもよい。
第1折返部Dは、斜配線Lに対して鋭角又は直角をなした逆斜配線Lを介して、横配線Lと斜配線Lが連接された折返部である。更に、横配線Lと斜配線Lとが鈍角をなす折返部である(図1〜図7参照)。
本ヒータ1は、つづら折れ形状を呈しながら、第1折返部Dを有した発熱セルCを備えることにより、優れた均熱性を発揮できる。従って、つづら折れ形状を呈する発熱セルCは、横配線Lと斜配線Lとが鈍角をなす折返部(但し、第3折返部Dを含まない)において、より多くの折返部が、第1折返部Dであることが好ましく、横配線Lと斜配線Lとが鈍角をなす折返部(但し、第3折返部Dを含まない)の全てが第1折返部Dであることが特に好ましい。
第1折返部Dを構成する横配線Lと斜配線Lとがなす鈍角θ(図1〜図7参照)の大きさは限定されないが、前述の通り、105度以上160度以下が好ましく、115度以上155度以下がより好ましく、120度以上150度以下が更に好ましく、125度以上145度以下が特に好ましい。これらの好ましい範囲では、より好ましい範囲であるほど、発熱ロスを小さく抑えることができる。
更に、第1折返部Dを構成する斜配線Lと逆斜配線Lとがなす角度は、鋭角又は直角であればよく限定されないが、20度以上90度以下とすることができ、45度以上90度以下が好ましく、60度以上90度以下がより好ましく、80度以上90度以下が更に好ましい。この角度は、90度により近い程、熱空白を小さく抑えることができる。
尚、図6及び図7に例示するように、第1折返部Dの外周は、面取りすることができる。また、同様に第1折返部Dの内周を面取りすることができる。面取り形態は限定されず、R形状の面取り(図6及び図7参照)や平坦形状の面取りとすることができる。
第2折返部Dは、第1折返部Dと隣り合って配置された折返部である。更に、横配線Lと斜配線Lとが鋭角をなして折り返された折返部である。加えて、第1折返部Dを構成する逆斜配線Lに対応して面取りされた折返部(即ち、第2折返部Dの外周が面取りされた折返部)である。
第2折返部Dを構成する横配線Lと斜配線Lとがなす鋭角θ(図3、図4及び図6参照)の大きさは限定されないが、15度以上70度以下が好ましく、25度以上65度以下がより好ましく、30度以上60度以下が更に好ましく、35度以上55度以下が特に好ましい。また、上述の範囲において、第2折返部Dを構成する斜配線Lは、その延長線上に、第1折返部Dを構成する斜配線Lが対応していることが好ましい。
第2折返部Dの面取り形態は限定されず、逆斜配線Lとの絶縁を確保できるように面取りされていればよい。具体的には、R形状の面取り(図3及び図6参照)、平坦形状の面取り(図4参照)等を用いることができる。発熱セルCを構成する配線幅が、実質的に均一である場合、R形状の面取りとしては、例えば、第2折返部Dの内頂点を中心とし、配線幅に相当する円形に面取りすることができる(図3及び図6参照)。また、発熱セルCを構成する配線幅が、実質的に均一である場合、平坦形状の面取りとしては、例えば、第2折返部Dの外周を、第1折返部Dを構成する逆斜配線Lと平行になるように切り落とした形状にすることができる(図4参照)。
前述のように、鋭角となす第2折返部Dでは、流れる電流が、抵抗発熱配線の内側(最短距離を流れる)を流れ易いため、第2折返部Dの内側の発熱が、外側よりも大きくなる。そして、抵抗発熱配線は、金属を含むため、絶縁ガラス等により構成された他層をなす材料に比べて高熱伝導である。従って、第2折返部Dの内側で発せられた熱を、熱伝導により外側へ伝達させるために存在させておくことができる。しかしながら、実際には、第2折返部Dの外側に抵抗発熱配線を存在させていても、内側から発生られた熱を外側へ熱伝導させて、熱空白を補う作用を得るには不十分であることが分かった。そこで、第2折返部Dの外側を面取りし、その面取りにより得られた空間を活用して、前述のように、第1折返部Dを構成する逆斜配線Lを形成し、第1折返部Dを第2折返部Dの側へ膨出させることで、効果的に、熱空白を抑えることができた。即ち、より優れた均熱性を得ることができる。また、同様に第2折返部Dの内周を面取りすることができる。
第3折返部Dは、第1折返部Dと隣り合って配置された折返部である。更に、横配線Lと斜配線L33とが鈍角をなして折り返された折返部である。加えて、第3折返部Dを構成する斜配線L33と、第1折返部Dを構成する逆斜配線Lと、が略平行にされた折返部である。この第3折返部Dを構成する斜配線L33は、特に、各発熱セルCへ給電を行う給電配線Fと、発熱セルCとを接続するための給電接続配線として利用できる。
第3折返部Dを構成する横配線Lと斜配線L33とがなす鈍角θ(図5及び図7参照)の大きさは限定されないが、105度以上160度以下が好ましく、115度以上155度以下がより好ましく、120度以上150度以下が更に好ましく、125度以上145度以下が特に好ましい。これらの好ましい範囲では、より好ましい範囲であるほど、発熱ロスを小さく抑えることができる。また、上述の範囲において、第1折返部Dを構成する鈍角θと同じ角度であることが好ましい。尚、第3折返部Dについても、その外周及び/又は内周を面取りすることができる。
〔6〕折返部の配置
本ヒータ1を構成する各発熱セルCの折返部は、互いにどのように配置してもよいが、第1発熱セルC1及び第2発熱セルC2が、共に、第1折返部D及び第2折返部Dを有する形態である場合、図9及び図10に例示する所定の配置とすることで、熱空白をより小さく抑えることができる。
即ち、基体の長手方向に隣り合った、第1発熱セルC1と第2発熱セルC2とを有し、第1発熱セルC1及び第2発熱セルC2が、共に、第1折返部D及び第2折返部Dを有する場合、第1発熱セルC1の第1折返部D11及び第2折返部D21と、第2発熱セルC2の第1折返部D12及び第2折返部D22と、を結んで形成される仮想四角形Sにおいて、第1折返部D11と第1折返部D12とが対角をなし、第2折返部D21と第2折返部D22とが対角をなすように配置することが好ましい。この形態の採用により、第1折返部D及び第2折返部Dを有した発熱セルCを単独で利用する場合に比べて、より顕著に熱空白を小さくすることができる。即ち、とりわけ優れた均熱性を有するヒータを得ることができる。
一方、第1発熱セルC1及び第2発熱セルC2が、共に、第1折返部D及び第3折返部Dを有する形態である場合、図11に例示する所定の配置とすることで、熱空白をより小さく抑えることができる。
即ち、基体の長手方向に隣り合った、第1発熱セルC1と第2発熱セルC2とを有し、第1発熱セルC1及び第2発熱セルC2が、共に、第1折返部D及び第3折返部Dを有する場合、第1発熱セルC1の第1折返部D11及び第3折返部D31と、第2発熱セルC2の第1折返部D12及び第3折返部D32と、を結んで形成される仮想四角形Sにおいて、第1折返部D11と第1折返部D12とが対角をなし、第3折返部D31と第3折返部D32とが対角をなすように配置することが好ましい。この形態の採用により、第1折返部D及び第3折返部Dを有した発熱セルCを単独で利用する場合に比べて、より顕著に熱空白を小さくすることができる。即ち、とりわけ優れた均熱性を有するヒータを得ることができる。
〔7〕抵抗発熱配線
発熱セルCを構成する配線材料は、抵抗発熱配線であり、導電材料である。即ち、通電により抵抗値に応じた発熱をすることができる導電材料である。この導電材料は限定されないが、例えば、銀、銅、金、白金、パラジウム、ロジウム、タングステン、モリブデン、レニウム(Re)及びルテニウム(Ru)等を用いることができる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合においては合金とすることができる。より具体的には、銀−パラジウム合金、銀−白金合金、白金−ロジウム合金、銀−ルテニウム、銀、銅及び金等を利用できる。
各発熱セルは、どのような抵抗発熱特性を有してもよいが、各発熱セル間で、自己温度均衡作用(自己温度補完作用)を発揮できることが好ましい。その観点から、抵抗発熱配線を構成する導電材料は、正の抵抗温度係数を有することが好ましい。具体的には、−200℃以上1000℃以下の温度範囲における抵抗温度係数が100ppm/℃以上4400ppm/℃以下であることが好ましく、更には、300ppm/℃以上3700ppm/℃以下であることがより好ましく、500ppm/℃以上3000ppm/℃以下であることが特に好ましい。このような材料としては、銀−パラジウム合金等の銀系合金が挙げられる。
正の抵抗温度係数を有する導電材料を用いて形成された抵抗発熱配線(即ち、発熱セル)が、電気的に並列に接続されている場合、これらの複数の発熱セル同士は自己温度均衡の作用を奏する。即ち、例えば、第1発熱セル及び第3発熱セルに挟まれて、第2発熱セルがある場合、第2発熱セルの温度が低下すると、第1発熱セル及び第3発熱セルから熱が補われる。この熱の補充により結果的に、温度低下した第1発熱セル及び第3発熱セルへの電流が増加し、奪われた熱による温度低下を自律的に回復しようとする作用が働くこととなる。つまり、第2発熱セルの周囲の発熱セルが、第2発熱セルの温度低下を補完するように振る舞うこととなる。このように、本ヒータ1は、複数の発熱セルにわたって均一に発熱するように自律的に制御できる。
〔8〕基体
基体2は、発熱セルCを支持する基板である。
基体2の寸法や形状は特に限定されないが、掃引方向Tの長さよりも、掃引方向に直交する方向(長手方向)Tの長さが、長い形状である場合に、特に本発明に構成による効果を得易い。具体的には、例えば、基体2の掃引方向の長さをLH1とし、掃引方向に直交する方向の長さをLH2とした場合に、長さの比(LH1/LH2)は、0.001以上0.25以下とすることができる。この比は、更に、0.005以上0.2以下が好ましく、0.01以上0.15以下がより好ましい。また、その厚さは、例えば、基体の材質や寸法等に応じて0.1〜20mmとすることができる。より具体的には、LH1は、3mm以上20mm以下とすることができ、更に、5mm以上15mm以下とすることができる。
基体2を構成する材料は、発熱セルを発熱させられればよく限定されない。基体として、例えば、金属、セラミックス及びこれらの複合材料等を利用できる。金属等の導電材を用いる場合には、基体はその導電材上に絶縁層を設けて構成することができる。この場合、発熱セルは、絶縁層上に形成されることとなる。
基体2を構成する金属としては、スチール等を挙げることができ、なかでもステンレスを好適に用いることができる。ステンレスの種類は特に限定されず、フェライト系ステンレス及び/又はオーステナイト系ステンレスが好ましい。更にこれらのステンレスのなかでも、特に耐熱性及び/又は耐酸化性に優れた品種が好ましい。例えば、SUS430、SUS436、SUS444、SUS316L等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
更に、基体を構成する金属として、アルミニウム、マグネシウム、銅及びこれらの金属の合金を用いることができる。これらは1種のみで用いてもよく2種以上を併用してもよい。そのうち、アルミニウム、マグネシウム、及び、これらの合金(アルミニウム合金、マグネシウム合金、Al−Mg合金等)は比重が小さいため、これらを採用することによって本ヒータの軽量化を図ることができる。また、銅及びその合金は、熱伝導性に優れているため、これらを採用することによって本ヒータの均熱性の向上を図ることができる。具体的には、耐熱性及び耐酸化性に優れた金属を外層に利用し、内層として熱伝導性に優れた金属を採用した複層の基体を用いることができる。複層化された基体は2層のみからなってもよいし、3層又は3層以上の構成とすることができる。金属の複層化方法は限定されず、例えば、金属同士の圧着に実現できる。より具体的にはクラッド材を利用できる。その他、例えば、めっき法を用いて金属同士を複層化することができる。
前述のとおり、基体を構成する材料として導電材を用いる場合には、その導電材上に絶縁層を設けることが好ましい。絶縁層の材料は、基体を構成する導電材と抵抗発熱配線との間の電気的絶縁を達することができればよく、特に限定されないが、特にガラス、セラミックス、ガラス・セラミックス等が好ましい。これらのなかでも、基体を構成する材料として金属(ステンレス等)を用いる場合、絶縁層の材料は、その熱膨張バランスの観点から、ガラスが好ましく、結晶化ガラス及び半結晶化ガラスがより好ましい。具体的には、SiO−Al−MO系ガラスが好ましい。ここで、MOは、アルカリ土類金属の酸化物(MgO、CaO、BaO、SrO等)である。絶縁層の厚さは特に限定されないが、30〜200μmであることが好ましい。
また、セラミックスを用いて基体を構成する場合には、高温において、基体上に設けられる発熱セルとの間の電気的絶縁を達することができるものであればよい。例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ジルコニア、シリカ、ムライト、スピネル、コージェライト、窒化ケイ素等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。これらのうち、酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムが好ましい。また、金属とセラミックスとの複合材料としては、SiC/Cや、SiC/Al等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
尚、前述のように、ヒータの発熱面と被加熱物とを対面された状態で、被加熱物とヒータとを相対的に掃引方向に掃引させて被加熱物を加熱する場合、基体の掃引方向の断面形状は、掃引方向と直交する軸を中心として被加熱物との対面側に凸状な円弧形状(即ち、円柱又は円筒を、中心軸に平行な平面で切り取った形状)とすることができる。そして、各抵抗発熱配線は、凸状の面上に配設することもできるし、反対側の面(凹状の面)上に配設することもできる。このような形状とすることにより、ヒータを円筒状のロールに取り付け、ロールを回転させることによって、ロール上を掃引される被加熱物を効率的に加熱することができる。
〔9〕その他の回路
本ヒータ1は、前述の発熱セル以外にも、他の回路を備えることができる。他の回路としては、発熱セルへ給電を行うための給電配線、本ヒータへ給電を行うための外部配線を接続するランド等が挙げられる。これらは1種のみを備えてもよく2種以上を備えてもよい。尚、当然ながら、発熱セルは、それ自体が、給電配線部を備えることもできる。
〔10〕用途
本ヒータは、印刷機、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置や定着装置等に組み込まれて、記録媒体にトナーやインク等を定着する定着用ヒータとして利用できる。また、加熱機に組み込まれて、パネル等の被処理体を均一に加熱(乾燥又は焼成など)する加熱装置として利用できる。その他、金属製品の熱処理、各種形状の基体に形成された塗膜、被膜の熱処理等を好適に行うことができる。具体的には、フラットパネルディスプレイ用の塗膜(フィルター構成材料)の熱処理、塗装された金属製品、自動車関連製品、木工製品等の塗装乾燥、静電植毛接着乾燥、プラスチック加工製品の熱処理、プリント基板のはんだリフロー、厚膜集積回路の印刷乾燥等に利用することができる。
[2]第2発明のヒータ
本ヒータ(1’)は、被加熱物と対面された状態で、被加熱物及びヒータのうちの少なくとも一方を掃引することにより被加熱物を加熱するヒータである。
更に、本ヒータ(1’)は、長方形状の基体(2)と、基体(2)上に長手方向(T)に複数並べて配置されて、各別に給電を受ける発熱セル(C)と、を備えている。
そして、発熱セル(C)は、基体(2)の長手方向に略平行な複数の横配線(L)と、その横配線(L)に対して傾斜した複数の斜配線(L)と、を有して、全体としてつづら折り形状をなすように横配線(L)及び斜配線(L)が連接されている。
更に、複数の発熱セル(C)のうち互いに隣り合った2つの発熱セル(C)の間には、2つの発熱セル(C)を蛇行するように分かつ絶縁間隙(I)を有しており、この絶縁間隙(I)は、全体として長手方向の一方の側へ傾斜されていることを特徴とする(図16〜図19参照)。
ここで、「絶縁間隙I」は、互いに隣り合った2つの発熱セルCの間に配置されており、2つの発熱セルCを蛇行するように離間させて、両者を絶縁させている間隙である。この絶縁間隙Iは、その両側縁が配線によって区画されている必要はなく、一方の側縁のみが配線によって区画されていればよい。通常、この間隙の幅は、斜配線L同士に挟まれた間隙幅と同じ幅で規定される(図18及び図19参照)。
また、「絶縁間隙Iが、全体として長手方向の一方の側へ傾斜される」とは、絶縁間隙Iのうちの掃引方向Tにおける上端Iと、絶縁間隙Iの掃引方向Tにおける下端Iと、が掃引方向Tに一致しないことを意味する(図18及び図19参照)。このように上端Iと下端Iとが掃引方向Tで一致しないことにより、絶縁間隙Iによる熱的な空白を長手方向Tへ分散させることができる。とりわけ、掃引方向Tの幅が狭い基体2を利用する場合に効果的である。即ち、掃引方向Tの幅が狭い基体2(基体2の幅については第1発明のヒータ1において説明した通りである)では、絶縁間隙Iを蛇行させることなく、長手方向Tの一方のみへ傾斜させ続けることが困難となる場合がある。この場合には、蛇行させつつも、全体として一方向へ傾斜させることで上述の分散を実現できる。
また、このヒータ1’は、絶縁間隙Iは、長手方向に隣り合った、第1発熱セルC1及び第2発熱セルC2が、各々有する斜配線L間に位置されて、斜配線Lと同角度に傾斜された第1間隙(例えば、図18のI及びI)と、第1間隙に対して、逆方向へ傾斜されるとともに、第1間隙より経路長が短い第2間隙(例えば、図18のI及びI)と、を有することができる。即ち、図18a及び図18bに示すように、第2間隙の経路長をIL2、第1間隙の経路長をIL1とした場合に「IL1>IL2」とすることができる。この際、第1間隙(例えば、I及びI)の経路長IL1同士は、同じ長さであってもよいし、異なる長さであってもよい。同様に、第2間隙(例えば、I及びI)の経路長IL2同士は、同じ長さであってもよいし、異なる長さであってもよい。そして、絶縁間隙Iは、第1間隙、第2間隙、第1間隙の順に連続された連続部(例えば、I、I、Iの連続部)、又は、第2間隙、第1間隙、第2間隙の順に連続された連続部(例えば、I、I、Iの連続部)、のいずれかを有することができる(図18参照)。
更に、ヒータ1’は、掃引方向Tに対して第1間隙(例えば、図18のI及びI)がなす角度(θZ1)と、掃引方向に対して第2間隙(例えば、図18のI及びI)がなす角度(θZ2)と、は同じであってもよいが、異なる形態とすることができる(図18参照)。即ち、図18a及び図18bに示すように、「θZ1≠θZ2」とすることができる。このように、経路長の長さが異なる2つの間隙を交互に備えることや、掃引方向Tに対する角度が異なる2種類以上の間隙を備えることによって、絶縁間隙Iを全体として長手方向Tの一方の側へ傾斜させることができる。
尚、第2発明のヒータ1’は、絶縁間隙Iを、横配線Lに対して平行な間隙を用いることなく形成できる(図16〜図19参照)。即ち、絶縁間隙Iを長手方向Tに平行な成分(間隙パート)を用いることなく形成できる。このことを更に換言すれば、長手方向Tに対して傾斜された間隙のみによって絶縁間隙Iを形成できるといえる。この構成により、長手方向Tへ短い距離で熱的な空白を分散させることができる。即ち、掃引方向Tへ幅狭なヒータにおいて特に好適である。特に絶縁間隙Iを構成する間隙は、掃引方向Tに対して直交する間隙を有さないものであることが好ましい。
前述の通り、第1発明のヒータ1は、鋭角となった折返部を流れる電流が、配線の内側を流れ易いため、折返部の外周側における発熱が内周側よりも小さくなることに起因した課題を解決できる構成である。本第2発明のヒータ1’は、同様の課題を、鋭角となった折返部を面取りし、それにより形成された空間に、隣接した他の発熱セルの折返部を引き寄せた形態(ヒータ1’)として解決している(図16及び図17参照)。
即ち、ヒータ1’では、各発熱セルCが、基体2の長手方向Tに略平行な複数の横配線Lと、横配線Lに対して傾斜した複数の斜配線Lと、を有し、全体としてつづら折り形状をなすように横配線L及び斜配線Lが連接されている。
また、横配線Lと斜配線Lとが鈍角をなして折り返された第4折返部Dと、横配線Lと斜配線Lとが鋭角をなして折り返された第5折返部Dと、有している。更に、これらの第4折返部D及び第5折返部Dは、各々、その外周が面取りされている。そのうえで、第1発熱セルC1が有する第4折返部D及び第5折返部Dと、第2発熱セルC2が有する第4折返部D及び第5折返部Dと、を結んで形成される仮想四角形において、第4折返部D同士が対角をなし、第5折返部D同士が対角をなすように配置されている。
このヒータ1’では、図16内及び図17内の各々部分拡大図(図16a及び図17a)に太点線で示しているように、絶縁間隙を、蛇行させながら、斜配線Lの方向へ沿って分散させることができる。即ち、斜配線L同士に挟まれた絶縁間隙I及びIは、斜配線Lと同じ傾斜角度でありながら、斜配線L同士に挟まれていない絶縁間隙I及びIは、斜配線Lは逆傾斜となるように配置している。また、絶縁間隙I及びIに対して、絶縁間隙I及びIをより短く形成することで、斜配線Lの方向へ沿って分散させながらも、蛇行させることができる。
従って、このヒータ1’では、他部よりも発熱し易い領域(即ち、折返部)を、2つの発熱セルの間に積極的に集中させることができる。
また、前述の第1発明のヒータ1では、斜配線Lの傾斜角度θが大きくなるに連れて、第1折返部Dの内側に形成される三角形状の空白(絶縁間隙)が大きくなるが、この第2発明のヒータ1’では、斜配線Lの傾斜角度θが大きくなっても、第4折返部D及び第5折返部Dの内側の空白(絶縁間隙)が大きくならないという利点がある。
尚、第2発明のヒータ1’における横配線Lは、第1発明のヒータ1における横配線Lと同様である。各発熱セルCを構成する横配線Lを長手方向に延長した場合、異なる発熱セルCが有する横配線L同士は、同じ延長範囲Qで重なる形態にすることができる(図18a参照)。また、横配線L同士は、同じ延長範囲で重ならない形態にすることもできる(図18b参照)。これらはいずれであってもよい。
また、第2発明のヒータ1’における斜配線Lは、第1発明のヒータ1における斜配線Lと同様である。斜配線Lの傾斜角度(即ち、横配線Lと斜配線Lとがなす角度θ(図16b及び図17b参照)は、限定されず、91度以上179度以下とすることができるが、この傾斜角度は、105度以上160度以下とすることが好ましく、115度以上155度以下がより好ましく、120度以上150度以下が更に好ましく、125度以上145度以下が特に好ましい。これらの好ましい各範囲では、より好ましい範囲であるほど発熱ロスを小さく抑えることができる。また、横配線Lと斜配線Lとがなす角度θ(図16b及び図17b参照)は、通常、θ=180−θを満たす。このため、角度θが大きくなると、角度θは、それに連れて小さくなる。尚、図16b及び図17bにおける角度θ(即ち、発熱セルCを構成する配線が給電配線へ接続する角度)は、いずれも第2発明のヒータ1’の構成を満たす範囲で適宜の角度にすることができる。
更に、発熱セルCに関しても、第1発明のヒータ1と同様である。即ち、各発熱セルCは、つづら折り形状をなし、複数の発熱セルCは、互いに電気的に並列に接続されている(即ち、複数の発熱セルは各別に給電を受けている)。例えば、図18a及び図18bに示すように、1つの発熱セルCの概形を略平行四辺形にすることができる他、図19に示すように、1つの発熱セルCの概形を略台形にすることができる。そして、1つの発熱セルCの概形を略台形にした場合には、図19に示すように同じパターン形状の発熱セルの上下(掃引方向Tにおける一端側と他端側)を反転し、正状態の発熱セルと反転状態の発熱セルとを交互に配列することができる。
各部における面取り形態についても第1発明におけるヒータ1と同様である。その形態は限定されず、絶縁を確保できるように面取りされればよい。また、発熱セルCを構成する配線の外周が面取りされてもよく、内周が面取りされてもよく、これらの両方であってもよい。その他、抵抗発熱配線、基体、その他の回路、用途等についても、第1発明のヒータ1と同様である。
また、発熱ロスの大小を範囲Xと範囲Yとの比較により知ることができることは第1発明のヒータ1の場合と同様であり、更に、面取りされた領域を実発熱領域とすることでより正確になることも第1発明のヒータ1の場合と同様である。
[3]定着装置
本ヒータ(第1発明のヒータ1及び第2発明のヒータ1’を含む)を備える定着装置は、加熱対象や定着手段等により、適宜選択された構成とすることができる。例えば、圧着を伴う定着手段を備えて、紙等の記録用媒体にトナー等を定着させる場合や、複数の部材を貼り合わせる場合には、ヒータを備える加熱部と、加圧部とを備える定着装置とすることができる。勿論、圧着を伴わない定着手段とすることもできる。本発明においては、紙、フィルム等の記録用媒体の表面に形成されたトナーを含む未定着画像を記録用媒体に定着させる定着装置5であることが好ましい。
図20は、電子写真方式の画像形成装置に配設される定着装置5の要部を示している。定着装置5は、回転可能な定着用ロール51と、回転可能な加圧用ロール54とを備え、ヒータ1は定着用ロール51の内部に配設されている。ヒータ1は、好ましくは、定着用ロール51の内表面に近接するように配設される。
ヒータ1は、例えば、図20に示される定着手段5のように、ヒータ1の発した熱を伝導可能な材料からなるヒータホルダ53の内部に固定されて、ヒータ1の発熱を、定着用ロール51の内側から外表面に伝える構造とすることもできる。
図21もまた、電子写真方式の画像形成装置に配設される定着装置5の要部を示している。定着装置5は、回転可能な定着用ロール51と、回転可能な加圧用ロール54とを備え、定着用ロール51に熱を伝えるヒータ1、及び、加圧用ロール54と共に記録用媒体を圧接する固定パッド52、が定着用ロール51の内部に配設されている。ヒータ1は、定着用ロール51の円筒面に沿うように配設されている。
図20又は図21に示された定着装置5において、図示していない電源装置から電圧を加えることによりヒータ1を発熱させ、その熱が定着用ロール51に伝えられる。そして、表面に未定着のトナー画像を有する記録用媒体が、定着用ロール51と加圧用ロール54との間に供給されると、定着用ロール51及び加圧用ロール54の圧接部において、トナーが溶融して定着画像が形成される。定着用ロール51及び加圧用ロール54の圧接部を有するので、連れだって回転する。前記のように、ヒータ1は、小さい記録用媒体を用いた際に発生しやすい局所的な温度上昇が抑制されるので、定着用ロール51における温度むらが発生しにくく、定着を均一に行うことができる。
本ヒータ1を備える定着装置の他の態様としては、上型及び下型を備える金型であって、上型及び下型の少なくとも一方の内部にヒータを配設した態様とすることができる。
本ヒータ1を備える定着装置は、電子写真方式の印刷機、複写機等の画像形成装置をはじめ、家庭用の電気製品、業務用、実験用の精密機器等に装着して、加熱、保温等の熱源として好適である。
[4]画像形成装置
本ヒータ(第1発明のヒータ1及び第2発明のヒータ1’を含む)を備える画像形成装置は、加熱対象や加熱目的等により、適宜選択された構成とすることができる。本発明においては、図22に示されるように、紙、フィルム等の記録用媒体の表面に未定着画像を形成する作像手段と、未定着画像を記録用媒体に定着させる定着手段5とを備え、定着手段5が本ヒータ1を備える画像形成装置4であることが好ましい。画像形成装置4は、上記手段の他、記録用媒体搬送手段や、各手段を制御するための制御手段を備えて構成することができる。
図22は、電子写真方式の画像形成装置4の要部を示す概略図である。作像手段としては、転写ドラムを備える方式及び転写ドラムを備えない方式のいずれでもよいが、図22は、転写ドラムを備える態様である。
作像手段では、回転しながら、帯電装置43により所定の電位に帯電処理された感光ドラム44の帯電処理面に、レーザースキャナー41から出力されるレーザーが照射され、現像器45から供給されるトナーにより静電潜像が形成される。次いで、電位差を利用して、感光ドラム44と連動する転写ドラム46の表面に、トナー画像が転写される。その後、転写ドラム46及び転写用ロール47の間に供給される記録用媒体の表面に、トナー画像が転写され、未定着画像を有する記録用媒体が得られる。トナーは、結着樹脂と着色剤と添加剤とを含む粒子であり、結着樹脂の溶融温度は、通常、90℃〜250℃である。尚、感光ドラム44及び転写ドラム46の表面には、不溶なトナー等を除去するための清掃装置を備えることができる。
定着手段5は、前記定着装置5と同様の構成とすることができ、加圧用ロール54と、通紙方向通電型のヒータ1を保持したヒータホルダ53を内部に備え、加圧用ロール54と連動する定着用ロール51と、を備える。作像手段からの未定着画像を有する記録用媒体は、定着用ロール51及び加圧用ロール54の間に供給される。定着用ロール51の熱が、記録用媒体のトナー画像を溶融し、更に、溶融したトナーが、定着用ロール51と加圧用ロール54との圧接部で加圧されて、トナー画像が記録用媒体に定着される。図22の定着手段5においては、定着用ロール51に代えて、ヒータ1を近接配置した定着用ベルトを備える態様であってもよい。
一般に、定着用ロール51の温度が不均一となって、トナーに与えられる熱量が小さすぎる場合にはトナーが記録用媒体から剥がれ、一方、熱量が大きすぎる場合にはトナーが定着用ロール51に付着し、定着用ロール51が一周して記録用媒体に再付着してしまうことがある。本発明のヒータを備える定着手段5によれば、所定の温度へ迅速に調整されるので、不具合を抑制することができる。
本発明の画像形成装置は、使用時に非通紙領域の過昇温が抑制され、電子写真方式の印刷機、複写機等として好適である。
[5]加熱装置
本ヒータ(第1発明のヒータ1及び第2発明のヒータ1’を含む)を備える加熱装置は、加熱対象の大きさや形状等により、適宜選択された構成とすることができる。本発明においては、例えば、筐体部と、被熱処理物の出し入れ等のために配された密閉可能な窓部と、筐体部の内部に配された移動可能なヒータ部と、を備えて構成することができる。必要に応じて、筐体部の内部に、被熱処理物を配置する被熱処理物設置部、被熱処理物の加熱により気体が排出された場合に、この気体を排出する排気部、筐体部の内部の圧力を調整する、真空ポンプ等の圧力調整部等を備えることができる。また、加熱は、被熱処理物及びヒータ部を固定した状態で行ってよいし、いずれか一方を移動させながら行ってもよい。
本加熱装置は、水、有機溶剤等を含む被熱処理物の乾燥を、所望の温度で行う装置として好適である。そして、真空乾燥機(減圧乾燥機)、加圧乾燥機、除湿乾燥機、熱風乾燥機、防爆型乾燥機等として用いることができる。また、LCDパネル、有機ELパネル等の未焼成物の焼成を、所望の温度で行う装置として好適である。そして、減圧焼成機、加圧焼成機等として用いることができる。
尚、本発明においては、上記の具体的実施形態に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施形態とすることができる。
1、1’;ヒータ、
2;基体、
4;画像形成装置、41:レーザースキャナー、42:ミラー、43:帯電装置、44:感光ドラム、45:現像器、46:転写ドラム、47:転写用ロール、
5:定着装置(定着手段)、51:定着用ロール、52:固定パッド、53:ヒータホルダ、54:加圧用ロール、
C;発熱セル、
;第1折返部、
;第2折返部、
;第3折返部、
F;給電配線、
I;絶縁間隙、
;横配線、
;逆斜配線、
、L33;斜配線、
S;熱空白、S;仮想四角形、
;掃引方向、T;掃引方向に直交する方向。

Claims (11)

  1. 被加熱物と対面された状態で、前記被加熱物及び本ヒータのうちの少なくとも一方を掃引することにより前記被加熱物を加熱するヒータであって、
    長方形状の基体と、
    前記基体上に長手方向に複数並べて配置されて、各別に給電を受ける発熱セル(C)と、を備え、
    前記発熱セル(C)は、前記基体の長手方向に略平行な複数の横配線(L)と、前記横配線(L)に対して傾斜した複数の斜配線(L)と、を有し、全体としてつづら折り形状をなすように前記横配線(L)及び前記斜配線(L)が連接されており、
    更に、前記横配線(L)と前記斜配線(L)とが鈍角をなして折り返された第1折返部(D)を有し、
    前記第1折返部(D)は、前記斜配線(L)に対して鋭角又は直角をなした逆斜配線(L)を介して、前記横配線(L)と前記斜配線(L)が連接されていることを特徴とするヒータ。
  2. 前記発熱セル(C)は、前記第1折返部(D)と隣り合って配置された折返部であって、前記横配線(L)と前記斜配線(L)とが鋭角をなして折り返された第2折返部(D)を有し、
    前記第2折返部(D)は、前記逆斜配線(L)に対応して面取りされている請求項1に記載のヒータ。
  3. 前記発熱セル(C)は、前記第1折返部(D)と隣り合って配置された折返部であって、前記横配線(L)と前記斜配線(L)とが鈍角をなして折り返された第3折返部(D)を有し、
    前記第3折返部(D)を構成する前記斜配線(L33)と、前記第1折返部(D)を構成する前記逆斜配線(L)と、が略平行にされている請求項1に記載のヒータ。
  4. 前記発熱セル(C)は、前記長手方向に隣り合った、第1発熱セル(C1)と第2発熱セル(C2)とを有し、
    前記第1発熱セル(C1)及び前記第2発熱セル(C2)は、共に、前記第1折返部(D)及び前記第2折返部(D)を有し、
    前記第1発熱セル(C1)が有する前記第1折返部(D11)及び前記第2折返部(D21)と、前記第2発熱セル(C2)が有する前記第1折返部(D12)及び前記第2折返部(D22)と、を結んで形成される仮想四角形において、前記第1折返部(D11)と前記第1折返部(D12)とが対角をなし、前記第2折返部(D21)と前記第2折返部(D22)とが対角をなすように配置されている請求項2に記載のヒータ。
  5. 前記発熱セル(C)は、前記長手方向に隣り合った、第1発熱セル(C1)と第2発熱セル(C2)とを有し、
    前記第1発熱セル(C1)及び前記第2発熱セル(C2)は、共に、前記第1折返部(D)及び前記第3折返部(D)を有し、
    前記第1発熱セル(C1)が有する前記第1折返部(D11)及び前記第3折返部(D31)と、前記第2発熱セル(C2)が有する前記第1折返部(D12)及び前記第3折返部(D32)と、を結んで形成される仮想四角形において、前記第1折返部(D11)と前記第1折返部(D12)とが対角をなし、前記第3折返部(D31)と前記第3折返部(D32)とが対角をなすように配置されている請求項3に記載のヒータ。
  6. 被加熱物と対面された状態で、前記被加熱物及び本ヒータのうちの少なくとも一方を掃引することにより前記被加熱物を加熱するヒータであって、
    長方形状の基体と、
    前記基体上に長手方向に複数並べて配置されて、各別に給電を受ける発熱セル(C)と、を備え、
    前記発熱セル(C)は、前記基体の長手方向に略平行な複数の横配線(L)と、前記横配線(L)に対して傾斜した複数の斜配線(L)と、を有し、全体としてつづら折り形状をなすように前記横配線(L)及び前記斜配線(L)が連接されており、
    更に、複数の前記発熱セル(C)のうち互いに隣り合った2つの発熱セル(C)の間には、前記2つの発熱セル(C)を蛇行するように分かつ絶縁間隙(I)を有し、
    前記絶縁間隙(I)は、全体として前記長手方向の一方の側へ傾斜されていることを特徴とするヒータ。
  7. 前記絶縁間隙(I)は、前記長手方向に隣り合った、第1発熱セル(C1)及び第2発熱セル(C2)の間に、経路長が異なる第1間隙と第2間隙とを交互に備え、
    前記第1間隙は、前記第1発熱セル(C1)及び前記第2発熱セル(C2)が、各々有する前記斜配線(L)間に位置されて、前記斜配線(L)と同角度に傾斜された間隙であり、
    前記第2間隙は、前記第1間隙に対して、逆方向へ傾斜されるとともに、前記第1間隙より経路長が短い間隙であり、
    前記絶縁間隙(I)は、前記第1間隙、前記第2間隙、前記第1間隙の順に連続された連続部、又は、前記第2間隙、前記第1間隙、前記第2間隙の順に連続された連続部、のいずれかを有する請求項6に記載のヒータ。
  8. 前記被加熱物及び本ヒータのうちの少なくとも一方を掃引する掃引方向に対して前記第1間隙がなす角度(θZ1)と、掃引方向に対して前記第2間隙がなす角度(θZ2)と、が異なる請求項7に記載のヒータ。
  9. 請求項1乃至8のいずれかに記載のヒータを備えることを特徴とする定着装置。
  10. 請求項1乃至8のいずれかに記載のヒータを備えることを特徴とする画像形成装置。
  11. 請求項1乃至8のいずれかに記載のヒータを備えることを特徴とする加熱装置。
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