JPH10275671A - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 両端部での温度低下が少なく安定した定着
と、幅方向の寸法の縮小化を可能とする加熱装置を提供
すること、またこの加熱装置を備えた画像形成装置を提
供することにある。 【解決手段】 定着ヒータ１は、金属基板２上に印刷・
焼成された第１の絶縁膜４と、この第１の絶縁膜４の上
に形成された発熱抵抗体５ａ，５ｂと、該発熱抵抗体を
覆うように印刷・焼成された第２の絶縁膜８と、を備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱装置の構成に
関する技術に関し、特に電子写真プロセスを用いた画像
形成装置におけるシート材上の形成画像の加熱定着に使
用される加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子写真プロセスを用いた画
像形成装置においては、画像形成部でシート材上にトナ
ー画像を転写し、このトナー画像を転写されたシート材
を定着手段を通過させて加熱し、未定着のトナー画像を
溶融させることでシート材に定着させることが行われて
いる。

【０００３】このような定着手段は、例えば内部に加熱
装置が備えられている加熱ローラと圧着ローラを対向さ
せ、両者のニップ間をシート材が通過する時に加熱ロー
ラ側から熱をシート材表面に伝熱させる構成を採用する
ものや、加熱装置とシート材との間に薄い耐熱性膜を備
え、耐熱性膜をシート材の搬送に応じて移動させる構成
のものがある。

【０００４】そして、加熱装置１００は図７（中央部を
省略して図示）に示されるように、長尺状の非導電性の
セラミックス基板１０１の上に電極パターン１０２ａ，
１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ及び発熱抵抗体１０３
ａ，１０３ｂを印刷・焼成し、これを覆うように絶縁物
１０４ａ，１０４ｂを印刷・焼成した構成となってい
る。

【０００５】図８は、この加熱装置１００の各製造工程
毎の状態を示す図であり、図８（ａ）セラミックス基板
１０１、図８（ｂ）はセラミックス基板１０１に電極パ
ターン１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，１０
２ｅを形成した状態、図８（ｃ）は発熱抵抗体１０３
ａ，１０３ｂを印刷・焼成した状態、図８（ｄ）は絶縁
物１０４ａ，１０４ｂを印刷・焼成した状態、図８
（ｅ）はセラミックス基板１０１の裏面に形成される電
極パターン１０５ａ，１０５ｂと温度検出素子１０６の
配置状態を示している。また、加熱装置１００の断面
（図８（ｄ）のＳ１断面）は、図８（ｆ）のように構成
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のようにセラミックス基板１０１の表面に発熱抵
抗体１０３ａ，１０３ｂを印刷・焼成するものでは、発
熱抵抗体１０３ａ，１０３ｂの昇温時の熱応力の影響に
よりセラミックス基板１０１自身にストレスを与えて変
形する可能性があるため、加熱装置１００に対向圧接す
る加圧ローラの長さ以上の寸法に設定することが困難で
あり、加圧ローラの長さとほぼ同一の長さに一意的に定
められていると共に、熱伝導率が低いので、定着を行う
プリント用紙の端部の熱量が不十分となる場合があり、
定着性の向上が望まれていた。

【０００７】さらに、高速化に対応するためには、セラ
ミックス基板の熱伝導率の観点から、入力電圧に対して
発熱抵抗体１０３ａ，１０３ｂの抵抗値を下げなければ
ならなかった。

【０００８】また、発熱抵抗体１０３ａ，１０３ｂ及び
発熱抵抗体に電力を供給するための電極パターン１０２
ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，１０２ｅと、温度
検出素子１０６の出力を認識する電極パターン１０５
ａ，１０５ｂをセラミックス基板１０１の表面と裏面に
直接印刷・焼成して形成しているので、図８（ｆ）の矢
印Ａ１０１，Ａ１０２で示すように発熱抵抗体１０３
ａ，１０３ｂ（ＡＣライン）と温度検出素子１０６の出
力を認識する電極パターン１０５ａ，１０５ｂ（ＤＣラ
イン）間、及び同様に発熱抵抗体に電力を供給するため
の電極パターン（ＡＣライン）と温度検出素子の出力を
認識する電極パターン（ＤＣライン）間との必要最小限
の沿面距離を確保する必要があり、加熱装置１００の幅
方向の寸法を縮小することができなかった。

【０００９】本発明は上記従来技術の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、両端部
での温度低下が少なく安定した定着と、幅方向の寸法の
縮小化を可能とする加熱装置を提供すること、またこの
加熱装置を備えた画像形成装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、金属基板上に印刷・焼成された第
１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の上に形成された発熱
抵抗体及び該発熱抵抗体に電力を供給するための電極パ
ターンと、前記発熱抵抗体を覆うように印刷・焼成され
た第２の絶縁膜と、を備えることを特徴とする。

【００１１】また、発熱抵抗体が形成される反対側の金
属基板上に印刷・焼成された第３の絶縁膜と、前記第３
の絶縁膜の上に形成された温度検出素子及び該温度検出
素子に接続する電極パターンと、を備えることも良い。

【００１２】また、前記温度検出素子は、前記第３の絶
縁膜の上に印刷・焼成されたことも好適である。

【００１３】また、前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜は
同じ材質であり、同じ印刷・焼成工程を繰り返すことで
形成されることも好適である。

【００１４】また、前記金属基板と第１，第２または第
３の絶縁膜の膨張係数を略等しい値に設定することも好
適である。

【００１５】また、前記金属基板に、該金属基板の熱膨
張係数を低減させるメッキを施すことも好適である。

【００１６】シート材に画像を形成する画像形成手段
と、シート材に形成された画像を加熱することで定着さ
せる定着手段と、を備えた画像形成装置において、前記
定着手段に前記記載の加熱装置を備えることを特徴とす
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）図１，図２，図３は本発明の第１の実
施の形態を示すものである。図１の（ａ）から（ｅ）は
加熱装置としての定着ヒータ１の構成を製作工程に添っ
て説明する図であり、図１の（ｆ）はヒータ裏面の構成
図、図２，図３は図１（ｅ）のＳ２及びＳ３断面図を示
したものである。

【００１８】この定着ヒータ１は、例えば電子写真プロ
セスを用いた画像形成装置において、画像形成部でシー
ト材上にトナー画像を形成・転写し、このトナー画像を
転写されたシート材を通過させる時に加熱して未定着の
トナー画像を溶融させてシート材に定着させる定着手段
等に利用される。

【００１９】定着手段としては、不図示ではあるが、例
えば内部に加熱装置が備えられている加熱ローラと圧着
ローラを対向させ、両者のニップ間をシート材が通過す
る時に加熱ローラ側から熱をシート材表面に伝熱させる
構成を採用するものや、加熱装置とシート材との間に薄
い耐熱性膜を備え、耐熱性膜をシート材の搬送に応じて
移動させる構成のもの、あるいは加熱装置の表面に直接
シート材が接触しながら搬送される構成のものがあり、
それらの定着手段の加熱手段としてこの定着ヒータ１が
使用される。

【００２０】図１において、２は金属基板であり、金属
基板２の表面と裏面の導通を可能にするスルーホール３
ａ，３ｂが穿孔されている。４はガラス等の絶縁物によ
り構成される第１の絶縁膜である。

【００２１】第１の絶縁膜４の上には、発熱抵抗体５
ａ，５ｂに電力を供給するための電極パッド６ａ，６ｂ
及び接続電極６ｃと、金属基板２の裏面に配置される温
度検出素子１１の検出情報を出力する電極パッド７ａ，
７ｂが形成され、さらに発熱抵抗体５ａ，５ｂを覆うよ
うに第２の絶縁膜８が形成されている。１２は電極パッ
ド７ａ，７ｂのエレクトロマイグレーションを防止する
ための絶縁膜（第２の絶縁膜８と同じ工程で形成され
る）である。

【００２２】金属基板２の裏面には第３の絶縁膜９と、
温度検出素子１１、温度検出素子１１とスルーホール３
ａ，３ｂを介して電極パッド７ａ，７ｂを接続する電極
パターン１０ａ，１０ｂが形成されている。

【００２３】そして定着ヒータ１は以下のような工程に
より作成される。金属基板上２（図１（ａ））に直接第
１の絶縁膜（この実施の形態ではガラス）４をスクリー
ン印刷し、乾燥、焼成する（図１（ｂ））。そして電極
パッド６ａ，６ｂ，接続電極６ｃ及び電極パッド７ａ，
７ｂと発熱抵抗体５ａ，５ｂをそれぞれ別スクリーンを
使用して、印刷、乾燥、焼成する（図１（ｃ）
（ｄ））。

【００２４】また言うまでもなく、電極パッド電極パッ
ド６ａ，６ｂ，接続電極６ｃや電極パッド７ａ，７ｂが
同じ材料を使用する場合は同一工程で印刷、乾燥、焼成
を行うことができる。

【００２５】電極パッド７ａ，７ｂと電極パターン１０
ａ，１０ｂの導通がとれるようにスルーホール３ａ，３
ｂ内部にも同材料でパターンを形成する（図１（ｄ），
図３）が、金属基板２とパターンが導通しないように、
絶縁膜１２がスルーホール内壁にも印刷できるように印
刷圧、バキューム量等を調整しておく。

【００２６】また通常、発熱抵抗体５ａ，５ｂは抵抗値
を任意に定められた範囲内に入れるためにトリミングを
行っておく。最後に、発熱抵抗体５ａ，５ｂの上部に発
熱抵抗体の保護と絶縁性を向上させる（絶縁耐圧試験に
耐えられる）ように、第２の絶縁膜８（この実施の形態
ではガラス）をスクリーン印刷、乾燥、焼成する（図１
（ｅ））。

【００２７】この製造工程において、第１の絶縁膜４と
第２の絶縁膜８の材料は同一の材料を使用し、またその
印刷、乾燥、焼成条件に関しても、同一の温度、乾燥、
焼成条件により行うことが工程管理上の重要なポイント
の一つである。

【００２８】これは、発熱抵抗体５ａ，５ｂの下層の第
１の絶縁膜と上層の第２絶縁膜８を焼成工程により、絶
縁膜内の成分を融合させて一体化させるためである。こ
の焼成工程を経ることにより、発熱抵抗体５ａ，５ｂは
全面が絶縁膜に覆われる状態になり発熱抵抗体に関わる
沿面距離を考慮する必要がなくなり、金属基板２の幅を
狭くすることが可能になる。尚、通常表面、裏面の絶縁
膜形成等の工程は、別工程で印刷、乾燥、焼成を行う。

【００２９】また、この実施の形態においては、図２に
示されるようにＡＣ電力が供給される発熱抵抗体５ａ，
５ｂとＤＣラインである温度検出素子１１からの出力を
認識する電極パターン１０ａ，１０ｂとの絶縁を確保す
るために、第１の絶縁膜の膜厚ｔ１と第３の絶縁膜９の
膜厚ｔ２はｔ１＋ｔ２≧０．４（ｍｍ）に設定すること
で、絶縁特性を満足させることができた。

【００３０】金属基板２と各絶縁膜の熱膨張係数には、
それぞれほぼ等しい値のものを使用することで昇温によ
る著しい膨張変位量のずれ（反り、撓み等の変形）を防
止することができ、絶縁物にストレスを与える心配がな
くなる。本実施の形態においては、金属基板２としてニ
ッケル鋼（Ｎｉ：４３％）、絶縁膜にホウケイ酸鉛ガラ
スを使用している。

【００３１】従って、定着ヒータ１に金属基板２を使用
することで、基板長手方向及び厚さ方向の熱伝導率が向
上し、金属基板全体に熱ストレスを与えることなく、且
つ熱伝導が上がるため両端部での温度低下が少なく安定
した定着が行われ、発熱抵抗体５ａ，５ｂの抵抗値も下
げる必要がなくなり、消費電力を下げることも可能とな
る。また、発熱抵抗体５ａ，５ｂは全面が絶縁膜に覆わ
れる状態になり発熱抵抗体に関わる沿面距離を考慮する
必要がなくなるので、幅方向の寸法の縮小化を可能とす
る。

【００３２】（実施の形態２）図４，図５は本発明の第
２の実施の形態を示すものである。図４の（ａ）から
（ｆ）は定着ヒータ２１の構成を製作工程に添って説明
する図であり、図５は図４（ｆ）のＳ４断面図を示した
ものである。尚、図１から図３により説明された第１の
実施の形態と同一の構成には同一の符号を付しその説明
を省略する。

【００３３】この第２の実施の形態の特徴は、発熱抵抗
体２２が１本のみであり、発熱抵抗体２２へ電力を供給
するための電極パッド２３，２４が加熱装置２１の両面
に別れて配置されていることにある。

【００３４】発熱抵抗体２２は、一方の端部（図におい
て左端）は電極パッド２３に接続し、他方の端部（図に
おいて右端）は発熱抵抗体２２に平行に添うように形成
された電極パターン２５に接続している。そして、電極
パターン２５と裏面の第３の絶縁膜９と同じ工程で形成
される絶縁膜２６の上に形成された電極パッド２４との
導通を行うために、スルーホール２７ａ，２７ｂが穿孔
されている。スルーホール２７ａ，２７ｂの構成は、第
１の実施の形態で説明されたスルーホール３ａ，３ｂの
構成と同様である。

【００３５】その他の構成と作用・効果に関しては第１
の実施の形態と同様である。

【００３６】（実施の形態３）図６は本発明の第３の実
施の形態を示すものである。図６の（ａ）から（ｇ）は
定着ヒータ３１の構成を製作工程に添って説明する図で
ある。尚、図１から図３により説明された第１の実施の
形態と同一の構成には同一の符号を付しその説明を省略
する。

【００３７】この第３の実施の形態の特徴は、金属基板
２に直接第１の絶縁膜４や第３の絶縁膜９を形成する代
わりに、金属基板２の表面にメッキ３２を施し、そのメ
ッキ表面に絶縁膜を形成することにある。

【００３８】メッキを行うことにより、昇温による金属
基板２の熱膨張変位量と絶縁膜の熱膨張変位量の差が低
減して絶縁膜にストレスを与えにくくなり、いわゆる緩
衝材としての役目が期待できる。

【００３９】メッキの種類としては、例えばニッケルメ
ッキや硬質クロムメッキ等が代表的であるが、その他に
も金属基板２の熱膨張変位量を低減させるようなのメッ
キを行うことも可能である。

【００４０】一方、金属基板２としては熱膨張変位量に
関してはメッキによる低減効果を期待するので、熱膨張
変位量を考慮せずにより安価で熱伝導の良い材料を使用
することもできる。

【００４１】その他の構成と作用・効果に関しては第１
の実施の形態と同様である。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、加熱装置の構成に
おいて金属基板を使用することにより熱ストレスに強く
なり、熱伝導率も向上するので両端部での温度低下が少
なく、また反対に過昇温となり易い非通紙部などの特定
の箇所における温度上昇を防止することにもつながり、
安定した定着を行うことができる。従って、発熱抵抗体
の熱が効果的に記録媒体に伝熱するので、消費電力の低
減も達成される。

【００４３】また、発熱抵抗体は絶縁膜で覆われた状態
になり発熱抵抗体に関わる沿面距離を考慮する必要がな
くなり、従って、絶縁距離を満足しておれば金属基板の
幅を狭くすることが可能となる。

【００４４】積層される絶縁膜の材質及びその膜形成工
程を同じとすることで、層間の接合が強固に行われ、ま
た発熱抵抗体の絶縁性を向上する。

【００４５】金属基板と絶縁膜の膨張係数を略等しい値
に設定することで、加熱装置の変形が低減すると共に、
昇温時の絶縁膜にかかるストレスが低減して信頼性が向
上する。

【００４６】画像形成装置にあっては、シート材に形成
された画像の高品質で安定した定着を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第１の実施の形態の加熱装置の構成を説
明する図。

【図２】図２は第１の実施の形態の加熱装置の断面構成
説明図。

【図３】図３は第１の実施の形態の加熱装置の断面構成
説明図。

【図４】図４は第２の実施の形態の加熱装置の構成を説
明する図。

【図５】図５は第２の実施の形態の加熱装置の断面構成
説明図。

【図６】図６は第３の実施の形態の加熱装置の構成を説
明する図。

【図７】図７は従来の加熱装置の構成を説明する斜視
図。

【図８】図８は従来の加熱装置の構成を説明する図。

【符号の説明】

１ 定着ヒータ（加熱装置） ２ 金属基板 ３ａ，３ｂ スルーホール ４ 第１の絶縁膜 ５ａ，５ｂ 発熱抵抗体 ６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ 電極パッド ６ｃ 接続電極 ８ 第２の絶縁膜 ９ 第３の絶縁膜 １０ａ，１０ｂ 電極パターン １１ 温度検出素子 １２ 絶縁膜

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属基板上に印刷・焼成された第１の絶
   縁膜と、 前記第１の絶縁膜の上に形成された発熱抵抗体及び該発
   熱抵抗体に電力を供給するための電極パターンと、 前記発熱抵抗体を覆うように印刷・焼成された第２の絶
   縁膜と、 を備えることを特徴とする加熱装置。
2. 【請求項２】 発熱抵抗体が形成される反対側の金属基
   板上に印刷・焼成された第３の絶縁膜と、 前記第３の絶縁膜の上に形成された温度検出素子及び該
   温度検出素子に接続する電極パターンと、 を備えることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 【請求項３】 前記温度検出素子は、前記第３の絶縁膜
   の上に印刷・焼成されたことを特徴とする請求項２に記
   載の加熱装置。
4. 【請求項４】 前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜は同じ
   材質であり、同じ印刷・焼成工程を繰り返すことで形成
   されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記
   載の加熱装置。
5. 【請求項５】 前記金属基板と第１，第２または第３の
   絶縁膜の膨張係数を略等しい値に設定することを特徴と
   する請求項１乃至４のいずれかに記載の加熱装置。
6. 【請求項６】 前記金属基板に、該金属基板の熱膨張係
   数を低減させるメッキを施すことを特徴とする請求項１
   乃至５のいずれかに記載の加熱装置。
7. 【請求項７】 シート材に画像を形成する画像形成手段
   と、シート材に形成された画像を加熱することで定着さ
   せる定着手段と、を備えた画像形成装置において、 前記定着手段に請求項１乃至６のいずれかに記載の加熱
   装置を備えることを特徴とする画像形成装置。