WO2019112058A1 - ヒータ、定着装置、画像形成装置及び加熱装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a heater, a fixing device, an image forming apparatus, and a heating device. More particularly, the present invention relates to a heater provided with a plurality of heat generating cells that generate heat by energization, a fixing device provided with such a heater, an image forming apparatus, and a heating device.
- a heating means for performing a heat treatment of an object there is known a heater in which a heat generating cell that generates electric current and heat is provided on a substrate. Since such a heater can be made thin and compact, it is used, for example, for fixing applications such as copying machines and printers, or incorporated in a dryer for heating and drying an object to be treated such as a panel.
- the following Patent Documents 1 to 3 disclose heaters capable of electrically arranging a plurality of heat generating cells in parallel to make the temperature distribution in the heat generating surface uniform.
- Patent Document 1 discloses a heater in which heating cells formed in a serpentine shape are electrically connected in parallel using a resistive heating material having a positive temperature coefficient of resistance. According to this heater, each heat generating cell can self-equalize temperature mutually. Therefore, a uniform heater can be obtained in the longitudinal direction. Furthermore, in the heater of Patent Document 1, the non-formation portion of the wiring, which is a gap between the heat generating cells, is inclined with respect to the longitudinal direction of the heater, and the influence of the heat depression due to the non-formation portion is relative to the sweep direction A heater that can be relaxed is disclosed.
- the inventors of the present application proposed a heater in which the gaps between the heat generating cells are dispersed by intermingling the patterns of the adjacent heat generating cells with each other in Patent Document 2 described above.
- interval of heat-emitting cells relieved was proposed by disperse
- it is difficult to adopt these configurations and there are also heaters that require various configurations for heat equalization that can be used in various combinations.
- the present invention is as follows.
- the heater according to claim 1 is a heater which heats the object to be heated by sweeping at least one of the object to be heated and the main heater while facing the object to be heated.
- a rectangular substrate and a plurality of heat generating cells (C) which are arranged on the base in the longitudinal direction and are separately supplied with electric power;
- the heat generating cell (C) includes a plurality of horizontal wires (L 1 ) substantially parallel to the longitudinal direction of the base and a plurality of oblique wires (L 3 ) inclined with respect to the horizontal wires (L 1 ).
- the horizontal wiring (L 1 ) and the oblique wiring (L 3 ) are connected so as to form a serpentine shape as a whole; Furthermore, the horizontal wiring (L 1 ) and the oblique wiring (L 3 ) have a first folded portion (D 1 ) that is folded back at an obtuse angle, The first folded portion (D 1 ) is connected to the lateral wire (L 1 ) and the oblique wire (L 2 ) through an anti-diagonal wire (L 2 ) having an acute angle or a right angle with the oblique wire (L 3 ).
- the gist is that L 3 ) is connected.
- the heater according to claim 2 is the heater according to claim 1, wherein the heat generating cell (C) is a folded portion arranged adjacent to the first folded portion (D 1 ), And a second folded portion (D 2 ) in which the horizontal wiring (L 1 ) and the oblique wiring (L 3 ) are folded at an acute angle, The gist that the second folded portion (D 2 ) is chamfered corresponding to the reverse oblique wiring (L 2 ).
- the heater according to claim 3 is the heater according to claim 1, wherein the heat generating cell (C) is a folded portion arranged adjacent to the first folded portion (D 1 ), A third turn-up portion (D 3 ) in which the horizontal wiring (L 1 ) and the oblique wiring (L 3 ) are folded at an obtuse angle, The oblique wiring (L 33 ) constituting the third folded portion (D 3 ) and the reverse oblique wiring (L 2 ) constituting the first folded portion (D 1 ) are substantially parallel. Make it a gist.
- the heater according to claim 4 is the heater according to claim 2, wherein the heat generating cells (C) are adjacent to the first heat generating cell (C1) and the second heat generating cell (C). C2) and The first heat generating cell (C1) and the second heat generating cell (C2) both have the first folded portion (D 1 ) and the second folded portion (D 2 ).
- the heater according to claim 5 is the heater according to claim 3, wherein the heat generating cells (C) are adjacent to the first heat generating cell (C1) and the second heat generating cell (C).
- the first heat generating cell (C1) and the second heat generating cell (C2) both have the first folded portion (D 1 ) and the third folded portion (D 3 ).
- the first folded portion (D 11 ) and the third folded portion (D 31 ) of the first heat generating cell (C1) and the first folded portion (D 12 ) of the second heat generating cell (C2) And in a virtual quadrangle formed by connecting the third fold back (D 32 ), the first fold back (D 11 ) and the first fold back (D 12 ) form a diagonal, and
- the gist is that the three-folded portion (D 31 ) and the third folded portion (D 32 ) are arranged to form a diagonal.
- the heater according to claim 6 is a heater which heats the object to be heated by sweeping at least one of the object to be heated and the main heater while facing the object to be heated.
- a rectangular substrate and a plurality of heat generating cells (C) which are arranged on the base in the longitudinal direction and are separately supplied with electric power;
- the heat generating cell (C) includes a plurality of horizontal wires (L 1 ) substantially parallel to the longitudinal direction of the base and a plurality of oblique wires (L 3 ) inclined with respect to the horizontal wires (L 1 ).
- the horizontal wiring (L 1 ) and the oblique wiring (L 3 ) are connected so as to form a serpentine shape as a whole; Furthermore, between the two heat generating cells (C) adjacent to each other among the plurality of heat generating cells (C), the two heat generating cells (C) are divided to meander and have an insulation gap (I) , The heater in which the insulating gap (I) is inclined toward one side in the longitudinal direction as a whole.
- the heater according to claim 7 is the heater according to claim 6, wherein the insulation gap (I) is adjacent to the first heat generation cell (C1) and the second heat generation cell (C1) C2) is disposed between the slanting wires (L 3 ) each having, and a first gap inclined at the same angle as the slanting wires (L 3 ); And a second gap which is inclined in a reverse direction with respect to the first gap and whose path length is shorter than the first gap,
- the insulating gap (I) is a continuous portion in which the first gap, the second gap, and the first gap are continuous, or a sequence in which the second gap, the first gap, and the second gap are continuous.
- the gist of the present invention is to have any of the following.
- the heater according to claim 8 is the heater according to claim 6 or 7, wherein the angle ( ⁇ Z1 ) formed by the first gap with respect to the sweep direction and the second gap with respect to the sweep direction The point is that the angle ( ⁇ Z2 ) that is made is different.
- a fixing device includes the heater according to any one of the first to eighth aspects.
- An image forming apparatus according to a tenth aspect of the present invention is provided with the heater according to any one of the first to eighth aspects.
- a heating apparatus according to claim 11 comprises the heater according to any one of claims 1 to 8.
- the heater of the first aspect of the present invention it is possible to obtain a heater excellent in heat uniformity even if the width is narrow in the sweep direction. That is, by having the first folded portion (D 1 ) in which the horizontal wiring (L 1 ) and the oblique wiring (L 3 ) are connected via the reverse oblique wiring (L 2 ), another horizontal wiring that is adjacent A heat generation pattern can be formed which bulges to the side of (L 1 ). For this reason, it is possible to fill the thermal gap generated by having the folded portion using the oblique wiring (L 3 ), and it is possible to realize excellent thermal uniformity even with a heater having a narrow width in the sweep direction.
- Heating cell (C) is first folded portions A (D 1) arranged adjacent to the the folded portion, a second folded portion that is chamfered to correspond to the reverse oblique line (L 2) (D 2) when having occurs by thermal replenishment is obtained by the first fold-back portion which is adjacent (D 1), lateral lines at an acute angle (L 1) and oblique lines (L 3) and is folded back heat Blank spaces can be filled. Therefore, even if the heater is narrow in the sweeping direction, it is possible to realize excellent thermal uniformity.
- a heat generation cell (C) is a turnback portion disposed adjacent to the first turnback portion (D 1 ), and has a third oblique wiring (L 33 ) substantially parallel to the reverse oblique wiring (L 2 ).
- thermal replenishment is obtained by the adjacent first turnaround portion (D 1 ), and filling in the thermal gap caused by having the oblique wiring (L 33 ) it can. Therefore, even if the heater is narrow in the sweeping direction, it is possible to realize excellent thermal uniformity.
- the first heat generating cell (C1) and the second heat generating cell (C2) are arranged such that the first turnaround portions (D 1 ) are diagonal to each other and the second turnaround portions (D 2 ) are diagonal to each other.
- the thermal blank due to the opposed second fold (D 2 ) can be effectively replenished by the opposed first fold (D 1 ). Therefore, even if the heater is narrow in the sweeping direction, it is possible to realize excellent thermal uniformity.
- the first heat generating cell (C1) and the second heat generating cell (C2) are arranged such that the first turnaround portions (D 1 ) are diagonal to each other and the third turnover portions (D 3 ) are diagonal to each other.
- the thermal gap due to the opposed third fold (D 3 ) can be effectively replenished by the opposed first fold (D 1 ). Therefore, even if the heater is narrow in the sweeping direction, it is possible to realize excellent thermal uniformity.
- the heater of the second aspect of the present invention it is possible to obtain a heater excellent in heat uniformity even if the width is narrow in the sweep direction. That is, an insulation gap (I) meandered between two heat generating cells (C) adjacent to each other is provided, and this insulation gap (I) is disposed so as to be inclined toward one side in the longitudinal direction as a whole. Thus, it is possible to make the second turn-up portions (D 2 ) in which the horizontal wiring (L 1 ) and the oblique wiring (L 3 ) included in each of the two heat generating cells (C) have an acute angle and are folded back.
- the insulation gap (I) has a first gap and a second gap whose path length is shorter than the first gap, and the first gap, the second gap, and the continuous portion continuous in the order of the first gap, or In the case of having any of the second gap, the first gap, and the continuous portion in the order of the second gap, the entire insulation gap (I) is inclined by the path length difference between the first gap and the second gap. be able to.
- the angle ( ⁇ Z1 ) formed by the first gap with respect to the sweep direction is different from the angle ( ⁇ Z2 ) formed by the second gap with respect to the sweep direction, the angle ( ⁇ Z1 ) and the angle ( ⁇ Z2 )
- the entire insulation gap (I) can be inclined by the angular difference with.
- FIG. 6 is an explanatory view for explaining the action of the base width on the insulation gap I.
- FIG. 7 is an explanatory view for explaining an effect exerted by the inclination angle of the oblique wiring on the insulation gap I. It is explanatory drawing explaining the effect
- FIG. 18 is an explanatory view for explaining the details of the heater of the embodiment shown in FIG. 16 and FIG. 17; It is a schematic plan view which shows the further another example of a heater.
- FIG. 2 is a schematic perspective view illustrating an example of a fixing device using a heater.
- FIG. 14 is a schematic perspective view illustrating another example of a fixing device using a heater.
- FIG. 1 is a schematic view illustrating an example of an image forming apparatus using a heater.
- the angle between the wires means the angle at which the wires cross each other, and in fact, it has an acute angle or an obtuse shape inside the folded portion, or outside the folded portion It does not specify that the shape has an acute angle or an obtuse angle.
- the Heater of the First Invention The main heater (1) is a heater which heats an object to be heated by sweeping at least one of the object to be heated and the heater while facing the object to be heated. Further, the heater (1) comprises a rectangular base (2) and a plurality of heating cells (C) arranged side by side in the longitudinal direction (T 2 ) on the base (2) and receiving power separately. Have.
- the heat generating cell (C) has a plurality of horizontal wires (L 1 ) substantially parallel to the longitudinal direction of the base body (2) and a plurality of oblique wires (L 3 ) inclined with respect to the horizontal wires (L 1 ) And the lateral wiring (L 1 ) and the oblique wiring (L 3 ) are connected so as to form a zigzag shape as a whole.
- first folded portion (D 1 ) in which the horizontal wiring (L 1 ) and the oblique wiring (L 3 ) are folded at an obtuse angle, and the first folded portion (D 1 ) via wiring (L 3) Gyakuhasu wiring an acute angle or perpendicular to the (L 2), the transverse wires (L 1) and oblique lines (L 3) is characterized in that it is articulated ( Figure 1 to 11)).
- the insulating gap I is affected by the shape of the connection wiring for connecting the transverse wires L 1 together. That is, when the vertical wiring along the sweep direction is selected as the connection wiring, the insulation gap is formed in parallel to the sweep direction, and when the sweep heating is performed, a thermal blank is formed.
- the connection wiring by employing the oblique line L 3 which is inclined relative to the transverse line L 1, can be realized thermal uniformity in the sweep direction. That is, the thermal gap can be dispersed by inclining the insulation gap I with respect to the sweep direction. From this point of view, while adopting a zigzag shape, by using an oblique line L 3, to form a heating pattern which is excellent in thermal uniformity (i.e., fever cells).
- the above-described method of inclining the insulation gap I to disperse the thermal gap is likely to function when the number of folds is large.
- the width W of the base 2 becomes narrower (W 1 ⁇ W 2 in FIG. 13) and the number of folds becomes smaller, the dispersion range I W gradually becomes smaller (I W1 ⁇ I W2 in FIG. 13). It becomes difficult to disperse the
- the horizontal wiring of each heat generating cell is extended in the longitudinal direction, and one heat generating cell is elongated in the longitudinal direction Needs to be changed.
- the dispersion range I ⁇ of the insulating gap I can be widened (I ⁇ 10 ⁇ I ⁇ 11 in FIG. 14).
- increasing the inclination of the swash lines L 3 and ( ⁇ 20 ⁇ ⁇ 21 in FIG. 15), it as, (I ⁇ 20 ⁇ I ⁇ 21 in Figure 15) to heat the blank S of the folded portion is increased has been found . That is, it has been found that the thermal blank S can be larger than expected at the folded back portion.
- C (the integrated portion of C ⁇ 20 and C ⁇ 20 ′ and the integrated portion of C ⁇ 21 and C ⁇ 21 ′) represents a portion actually formed of the wiring material.
- C.sub..theta.20 and “ C.sub..theta.21” schematically represent portions where direct heat generation due to energization is small.
- C ⁇ 20 ′ and “C ⁇ 21 ′” schematically represent portions that directly generate heat by energization.
- the inclination of the swash wiring L 3 is increased from theta 20 to theta 21, part C? 20 direct less heat is magnified to C .theta.21.
- the real area of the heating cell decreases the 'C .theta.21 from' C? 20.
- the size of the thermal blank S ⁇ 20 is expanded to S ⁇ 21 .
- the first fold-back portion D 1 so that the transverse wires L 1 and oblique lines L 3 is folded back via a reverse oblique lines L 2, by providing the reverse oblique lines L 2, adjacent by another heating pattern (bulged shape) swollen toward the horizontal line L 1 was able to form. Therefore, regardless of the size of the inclination angle of the swash lines L 3, the heat generated from the inverse oblique lines L 2, it becomes possible to reduce the thermal blank S, and a heater capable of exhibiting more excellent thermal uniformity be able to.
- the horizontal wiring L 1 is a wiring portion disposed substantially in parallel with the longitudinal direction of the base 2. Horizontal lines L 1 is provided with three or more which are substantially parallel each other.
- the number of horizontal wirings L1 included in one heat generating cell C is not limited, but is usually 20 or less.
- the configuration of the present invention is effective for horizontal lines L 1 in the number is small heaters that are substantially parallel to each other. Specifically, a form in which the number of horizontal wirings L1 included in one heat generating cell C is 3 or more and 10 or less is preferable, and a form in which 3 or more and 7 or less is more preferable.
- the horizontal line L 1 is may be shorter than the opposite oblique lines L 2 and the swash lines L 3, is preferably longer than the reverse oblique lines L 2 and the swash wiring L 3.
- the heater 1 has a plurality of heat generating cell C (for example, heating the cells C1 and C2), each lateral lines L 1 each having the respective heating cell together, to extend the horizontal line L 1 in the longitudinal direction case, it is preferable to overlap in the same extended range Q 1 (see FIG. 8). That, together (horizontal lines L 1 of the same stages constituting the respective heating cell) the corresponding horizontal line L 1 is, that are arranged on each of the longitudinal extension, the heater 1, sweep width Can be reduced. Furthermore, the number of stages of the horizontal lines L 1 included in adjacent heating cell together may be the same (but need not have the number of stages of the horizontal lines L 1 of all the heating cells are identical).
- oblique lines oblique lines L 3 is inclined wire portion relative to the transverse line L 1, a portion connecting the horizontal line L 1 together such that the serpentine shape.
- the number of oblique lines L 3 having one heating cell C is not limited, but is usually 2 or more. If the number of horizontal lines L 1 in which one heating cell C has is less than twenty, the number of oblique lines L 3 is usually less than 21 present. Further, when the number of horizontal lines L 1 having a single heating cell C is less than 10 or more three, the number of oblique lines L 3 can be less 11 or more two. Furthermore, if the number of horizontal lines L 1 having a single heating cell C is less than 3 or more seven, the number of oblique lines L 3 can be less 8 or more two.
- a plurality of oblique lines L 3 between the one heating cell C has the mutually different inclination angles may have an (angle theta 1 or the angle theta 2 with respect to the lateral line L 1) but has a single heating cell C among the plurality of oblique lines L 3, together, it is preferable to have substantially the same inclination angle (the angle theta 1 or the angle theta 2 with respect to the lateral line L 1).
- a plurality of heat-generating cells C having a heater 1, a plurality of oblique lines L 3 together also together preferably have substantially the same inclination angle (the angle theta 1 or the angle theta 2 with respect to the lateral line L 1) .
- the inclination angle (i.e., horizontal line L 1 and the oblique line L 3 and the angle theta 1 (see FIGS. 3-7)) of the swash wiring L 3 is not limited, to be less 179 degrees 91 degrees Although this can be done, the inclination angle is preferably 105 degrees or more and 160 degrees or less, more preferably 115 degrees or more and 155 degrees or less, still more preferably 120 degrees or more and 150 degrees or less, and particularly preferably 125 degrees or more and 145 degrees or less. Within these preferable ranges, the heat generation loss can be suppressed to a smaller value as the more preferable range.
- a range X corresponding to the insulating gap I in the longitudinal direction a range which is formed only by the transverse lines L 1 Y (having the same longitudinal width) of You can know the size by comparison.
- the total area of the actual wiring region (hatched portion) included in the range X and X 1 the total area of the actual wiring region (hatched portion) included in the scope Y and Y 1, the value of X 1 / Y 1 is larger
- the heat loss can be assumed to be small.
- the heat generation region is a range (hatched portion) within the range X, as shown in FIG. 12B. It can be compared as being an actual heat generation area. That is, the total area of the actual heating area (hatched portion) included in the range X shown in FIG. 12 (b) and X 2, the total area of the actual heating area (hatched portion) included in the scope Y and Y 2, X As the value of 2 / Y 2 is larger, it is assumed that the heat generation loss is smaller.
- the first fold-back portion D 1 is a wiring portion having a wiring portion forms an acute angle or perpendicular to the oblique line L 3.
- oblique lines L 3 is the lateral line L 1 is connected at an obtuse angle
- reverse oblique line L 2 also forms an obtuse angle relative to the transverse line L 1 It is connected.
- the inverse oblique line L 2 is a wiring portion that is interposed between the horizontal lines L 1 and oblique lines L 3. Therefore, the horizontal line L 1 and Gyakuhasu wiring L 2 and the swash wiring L 3, and thus are connected in this order.
- reverse oblique line L 2 has only one in the first fold-back portion D 1.
- oblique line L 2 is an acute angle or perpendicular to the oblique line L 3, this angle is not particularly limited, for example, may be at least 20 degrees 90 degrees or less.
- Sonouede the angle between the swash wiring L 3 and Gyakuhasu wiring L 2 is preferably an angle closer to 90 degrees. Therefore, 45 degrees or more and 90 degrees or less are more preferable, 60 degrees or more and 90 degrees or less are still more preferable, and 80 degrees or more and 90 degrees or less are particularly preferable.
- the angle formed by the oblique lines L 3 and Gyakuhasu wiring L 2 can be closer by 90 degrees, to reduce the thermal blank.
- the correlation of the length of the wiring portion of the swash lines L 3 and Gyakuhasu wiring L 2 is not limited, and may be longer than the oblique line L 3 opposite oblique lines L 2, and oblique lines L 3 Gyakuhasu it may be the same length and the wiring L 2, may be shorter than the oblique line L 3 opposite oblique line L 2.
- the swash wiring L 3 is longer than the reverse oblique line L 2.
- a serpentine shape In the case of a serpentine shape, L 11 and L 12 are connected at one end with L 11 , L 12 and L 13 in order, assuming that the three horizontal wires L 1 are L 11 , L 12 and L 13 in order. It refers to a shape in which 12 and L 13 are connected at each other end. Thus, for example, three horizontal wiring L 1, in order, when the L 11, L 12, L 13 , and connects the L 11 and L 12 in each of the other end, the L 12 and L 13 Of course, the shape connected at each end is also a serpentine shape.
- the heat generating cell C since the heat generating cell C has a serpentine shape, it can be an effective heater.
- the wiring length can be increased by the number of folds on the base 2 with the same length in the longitudinal direction. For this reason, the resistance value of the resistive heating wiring can be increased, and thereby the calorific value required for a practical heater can be obtained.
- selecting a material with high TCR properties tends to lower the resistivity. Therefore, in order to make the resistance heating wire have a high TCR and a practical resistance value, it is necessary to increase the wire length.
- adopting the serpentine shape has an advantage that the wiring length can be increased to increase the resistance value.
- the film thickness and width of the wiring can be made substantially the same in one heating cell. Furthermore, different heating cells can be made substantially identical. Also, as a matter of course, in each heat generating cell, the film thickness and the wiring width can be changed as appropriate for the purpose of providing a temperature gradient as needed. Furthermore, the wire width and the distance between wires (insulation distance) can be made appropriate. That is, the wiring width should just be able to generate heat, and the distance between the wiring should just be able to insulate between wiring. Then, for example, all can be 0.3 mm or more and 2.0 mm or less, and can further be 0.4 mm or more and 1.2 mm or less.
- the folded portion heating cell C has at least one first folded portion D 1. Sonouede, at least one of the second fold-back portion D 2, and the third folded portion D3.
- one heating cell C may have only first turning portion D 1 and the second folded portion D 2, which may have only the first folded portion D 1 and the third bent portion D 3 good to, first folded portion D 1, it may have all of the second folded portion D 2 and the third folded portion D 3.
- the first folded portion D 1 through the Gyaku hasu wiring L 2 with an acute angle or perpendicular to the oblique line L 3, the horizontal line L 1 and the oblique line L 3 is folded portion which is articulated. Furthermore, the horizontal line L 1 and the oblique line L 3 is Ori-back portion forming an obtuse angle (see FIGS. 1 to 7).
- This heater 1 while exhibiting a zigzag shape, by providing a heating cell C having a first fold-back portion D 1, can exhibit a superior thermal uniformity.
- the heating cell C exhibiting a zigzag shape, Ori-back portion of the horizontal line L 1 and the oblique line L 3 forms an obtuse angle (however, the third contains no folded portions D 3) in many more are folded back portion, preferably first a folded portion D 1, the horizontal line L 1 and the oblique line L 3 and is Ori-back portion forming an obtuse angle (however, the third folded portion D 3 a does not contain) all first turning portion D 1 of the Is particularly preferred.
- the size of the obtuse angle ⁇ 1 (see FIGS. 1 to 7) formed by the horizontal wiring L 1 and the oblique wiring L 3 constituting the first folded portion D 1 is not limited, as described above, 105 degrees or more and 160 degrees or less Is more preferably 115 degrees or more and 155 degrees or less, still more preferably 120 degrees or more and 150 degrees or less, and particularly preferably 125 degrees or more and 145 degrees or less. In these preferable ranges, the heat generation loss can be suppressed to be smaller as the more preferable range.
- the angle formed between the oblique line L 3 and Gyakuhasu wiring L 2 constituting the first fold-back portion D 1 is is not limited as long acute or right angle, it can be at least 20 degrees 90 degrees or less, 45 degrees or more and 90 degrees or less are preferable, 60 degrees or more and 90 degrees or less are more preferable, and 80 degrees or more and 90 degrees or less are still more preferable. The closer this angle is to 90 degrees, the smaller the thermal blanking can be.
- the outer circumference of the first turning portion D 1 may be chamfered. Further, it is possible to chamfer the inner circumference of the first turning portion D 1 as well.
- the form of chamfering is not limited, and it may be chamfered in an R shape (see FIGS. 6 and 7) or chamfered in a flat shape.
- the second folded portion D 2 is a folded portion disposed adjacent to the first folded portion D 1. Further, a folded portion of the horizontal line L 1 and the oblique line L 3 is folded back at an acute angle.
- a Gyaku hasu wiring L 2 in corresponding chamfered folded portion constituting the first fold-back portion D 1 (i.e., the folded portion of the outer periphery of the second fold-back portion D 2 is chamfered). The size of the acute angle ⁇ 2 (see FIGS.
- the horizontal wiring L 1 and the oblique wiring L 3 constituting the second folded portion D 2 is not limited, but is 15 degrees or more and 70 degrees or less Preferably, 25 degrees or more and 65 degrees or less are more preferable, 30 degrees or more and 60 degrees or less are more preferable, and 35 degrees or more and 55 degrees or less are particularly preferable. Further, in the above-described range, the swash wiring L 3 constituting the second turning portion D 2 is on its extension, it is preferred that the oblique lines L 3 constituting the first fold-back portion D 1 corresponds.
- Chamfering the form of the second fold-back portion D 2 is not limited, the insulation between the opposite oblique line L 2 need only be chamfered so as to ensure. Specifically, R-shaped chamfering (see FIGS. 3 and 6), flat-shaped chamfering (see FIG. 4), and the like can be used. In the case where the wiring width constituting the heat generating cell C is substantially uniform, for example, chamfering in a circle corresponding to the wiring width centering on the inner vertex of the second folded portion D 2 as chamfering of the R shape (See FIGS. 3 and 6).
- the wiring width forming the heating cell C if it is substantially homogeneous, as the chamfered flat shape, constituting for example, the outer periphery of the second folded portion D 2, the first fold-back portion D 1 Gyakuhasu it can be shaped to cut off so as to be parallel to the wiring L 2 (see FIG. 4).
- the acute angle and forming a second fold-back portion D 2 current flows, liable to flow inside the resistance heating wire (flowing shortest distance), the inner heat generation of the second folded portion D 2, from the outside Will also grow.
- resistance heating wiring contains a metal, it is highly thermally conductive compared with the material which makes the other layer comprised with insulating glass etc. Accordingly, the heat generated in the second inner turning portion D 2, can be allowed to exist in order to transmit to the outside by heat conduction.
- the resistive heating wire is present outside the second folded portion D 2 , it is insufficient for the heat generated from the inside to be conducted to the outside to obtain the effect of compensating for the heat gap. It turned out that it was.
- the second outer turning portion D 2 is chamfered, by utilizing the space obtained by the chamfering, as described above, to form a Gyakuhasu wiring L 2 constituting the first fold-back portion D 1, the 1 folded portions D 1 be to bulge to the second side of the folded portion D 2, effectively, it was possible to suppress the thermal blank. That is, better thermal uniformity can be obtained. Further, it is possible to chamfer the inner periphery of the second folded portion D 2 as well.
- Third folded portion D 3 is a folded portion disposed adjacent to the first folded portion D 1. Further, a folded portion of the horizontal line L 1 and the oblique line L 33 is folded at an obtuse angle.
- the oblique line L 33 constituting the third turn-back portion D 3 and the reverse oblique line L 2 constituting the first turn-back portion D 1 are substantially parallel.
- Oblique lines L 33 constituting the third folded portion D 3, in particular, can be used as a power supply connection wiring for connecting the feeder wire F for supplying power to each heating cell C, and the heating cell C.
- the horizontal wiring L 1 and the oblique wiring L 33 constituting the third folded portion D 3 is not limited, it is preferably 105 degrees or more and 160 degrees or less, 115 The degree is more preferably 155 degrees or less, more preferably 120 degrees or more and 150 degrees or less, and particularly preferably 125 degrees or more and 145 degrees or less. In these preferable ranges, the heat generation loss can be suppressed to be smaller as the more preferable range. Further, in the above range is preferably the same angle as obtuse theta 1 which constitutes a first turning portion D 1. Incidentally, for the third folded portion D 3, it is possible to chamfer the outer and / or inner circumference.
- each heat generating cell C constituting the present heater 1 may be arranged in any way, the first heat generating cell C1 and the second heat generating cell C2 are both the first. If a form having a turning portion D 1 and the second folded portion D 2, by a predetermined arrangement illustrated in FIGS. 9 and 10, it can be further reduced thermal blank.
- the first heating cell C1 and the second heat generating cell C2 are both first turned-back portion D 1 and the when two folded portions D 2, a first folded portion D 11 and a second fold-back portion D 21 of the first heating cell C1, the first turning portion D 12 and a second fold-back portion D 22 of the second heat generating cell C2 , the virtual rectangle S D is a linking by forming a first fold-back portion D 11 and the first turning portion D 12 forms the diagonal, the second folded portion D 21 and the second folded portions D 22 diagonal It is preferable to arrange it so that By adopting this configuration, compared to the case of using the heating cell C having a first fold-back portion D 1 and the second turning portion D 2 alone reduced significantly more heat blank. That is, it is possible to obtain a heater having particularly excellent thermal uniformity.
- the first heating cell C1 and the second heat generating cell C2 are both be in the form having a first fold-back portion D 1 and the third folded portion D 3, by a predetermined arrangement illustrated in FIG. 11, Thermal blanking can be kept smaller. That is, adjacent the longitudinal direction of the base, the first heating cell C1 and a second heat generating cell C2, the first heating cell C1 and the second heat generating cell C2 are both first turned-back portion D 1 and the 3 when having the folded portion D 3, the first turning portion D 11 and a third fold-back portion D 31 of the first heating cell C1, the first turning portion D 12 and the third folded portion D 32 of the second heat generating cell C2 , the virtual rectangle S D is a linking by forming a first fold-back portion D 11 and the first turning portion D 12 forms a diagonal, and the third folded portion D 31 and the third folded portion D 32 is a diagonal It is preferable to arrange it so that By adopting this configuration, compared to the case of using the heating cell C having a first fold-back portion D 1 and
- the wiring material that constitutes the heating cell C is a resistance heating wiring, which is a conductive material. That is, it is a conductive material capable of generating heat in accordance with the resistance value by energization.
- this conductive material is not limited, for example, silver, copper, gold, platinum, palladium, rhodium, tungsten, molybdenum, rhenium (Re), ruthenium (Ru), etc. can be used. These may use only 1 type and may use 2 or more types together. When using 2 or more types together, it can be an alloy. More specifically, silver-palladium alloy, silver-platinum alloy, platinum-rhodium alloy, silver-ruthenium, silver, copper and gold can be used.
- Each heat generating cell may have any resistance heating characteristics, but it is preferable that it can exhibit a self temperature balance action (self temperature complementing action) between each heat generating cell. From that point of view, it is preferable that the conductive material constituting the resistance heating wiring have a positive temperature coefficient of resistance.
- the temperature coefficient of resistance in a temperature range of -200 ° C. to 1000 ° C. is preferably 100 ppm / ° C. to 4400 ppm / ° C., and more preferably 300 ppm / ° C. to 3700 ppm / ° C.
- it is 500 ppm / ° C. or more and 3000 ppm / ° C. or less. Examples of such a material include silver-based alloys such as silver-palladium alloys.
- the plurality of heating cells have an effect of self-temperature balance. Play. That is, for example, when there is a second heat generation cell sandwiched between the first heat generation cell and the third heat generation cell, heat is compensated from the first heat generation cell and the third heat generation cell when the temperature of the second heat generation cell decreases. .
- the current to the first and third heat generating cells whose temperature has dropped is increased, and the function of autonomously recovering the temperature drop due to the removed heat works. That is, the heat generating cell around the second heat generating cell behaves to compensate for the temperature decrease of the second heat generating cell.
- the heater 1 can be autonomously controlled to generate heat uniformly over the plurality of heat generating cells.
- the substrate 2 is a substrate for supporting the heat generating cell C.
- the size and shape of the substrate 2 is not particularly limited, than the length of the sweep direction T 1, when the length direction (longitudinal direction) T 2 perpendicular to the sweep direction, a long shape, specially constructed present invention It is easy to get the effect of Specifically, for example, when the length in the sweep direction of the substrate 2 is L H1 and the length in the direction orthogonal to the sweep direction is L H2 , the ratio of lengths (L H1 / L H2 ) is It can be 0.001 or more and 0.25 or less. The ratio is further preferably 0.005 or more and 0.2 or less, and more preferably 0.01 or more and 0.15 or less.
- the thickness can be, for example, 0.1 to 20 mm according to the material, size, etc. of the base. More specifically, L H1 can be 3 mm or more and 20 mm or less, and can be 5 mm or more and 15 mm or less.
- the material constituting the substrate 2 is not limited as long as the heat generating cell can generate heat.
- the substrate for example, metals, ceramics, composite materials of these, and the like can be used.
- the base can be configured by providing an insulating layer on the conductive material.
- the heat generating cell is formed on the insulating layer.
- substrate 2 steel etc. can be mentioned, Especially, stainless steel can be used suitably.
- the type of stainless steel is not particularly limited, and ferritic stainless steel and / or austenitic stainless steel are preferable. Further, among these stainless steels, particularly, a type excellent in heat resistance and / or oxidation resistance is preferable.
- SUS430, SUS436, SUS444, SUS316L and the like can be mentioned. These may use only 1 type and may use 2 or more types together.
- aluminum, magnesium, copper and alloys of these metals can be used as the metal constituting the substrate. These may be used alone or in combination of two or more. Among them, aluminum, magnesium, and their alloys (aluminum alloy, magnesium alloy, Al-Mg alloy, etc.) have small specific gravities, and by adopting these, it is possible to reduce the weight of the heater. Moreover, since copper and its alloy are excellent in thermal conductivity, the adoption of these makes it possible to improve the thermal uniformity of the present heater. Specifically, a metal having excellent heat resistance and oxidation resistance can be used for the outer layer, and a multilayer substrate using a metal having excellent thermal conductivity as the inner layer can be used.
- the multi-layered substrate may be composed of only two layers, or may be composed of three or more layers.
- the method of forming a multilayer of metal is not limited, and, for example, can be realized by pressure bonding of metals. More specifically, a clad material can be used. In addition, for example, metals can be multilayered using a plating method.
- the material of the insulating layer is not particularly limited as long as it can achieve electrical insulation between the conductive material constituting the substrate and the resistance heating wiring, and particularly, glass, ceramics, glass / ceramics, etc. are preferable.
- the material of an insulating layer has a preferable glass from a viewpoint of the thermal expansion balance, and crystallized glass and semi-crystallized glass are more preferable.
- SiO 2 -Al 2 O 3 -MO-based glass is preferable.
- MO is an oxide of an alkaline earth metal (MgO, CaO, BaO, SrO, etc.).
- the thickness of the insulating layer is not particularly limited, but is preferably 30 to 200 ⁇ m.
- any material that can achieve electrical insulation between the heat generating cell provided on the substrate and the substrate at high temperature may be used.
- aluminum oxide, aluminum nitride, zirconia, silica, mullite, spinel, cordierite, silicon nitride and the like can be mentioned. These may use only 1 type and may use 2 or more types together. Among these, aluminum oxide and aluminum nitride are preferable.
- SiC / C, SiC / Al, etc. may be mentioned as a composite material of a metal and a ceramic. These may use only 1 type and may use 2 or more types together.
- each resistance heating wiring can also be arrange
- the present heater 1 can have other circuits in addition to the above-described heat generating cells.
- Other circuits include a feed wiring for supplying power to the heat generating cell, a land for connecting an external wiring for supplying power to the heater, and the like. These may be provided only with one type, or may be provided with two or more types. As a matter of course, the heat generating cell can also be provided with a power supply wiring portion itself.
- the heater is incorporated in an image forming apparatus such as a printing machine, a copying machine, a facsimile machine, or a fixing device, and can be used as a fixing heater for fixing toner, ink, and the like on a recording medium. Moreover, it integrates in a heater and it can utilize as a heating apparatus which heats (drying, baking etc.) to-be-processed objects, such as a panel, uniformly. In addition, heat treatment of a metal product, a coating film formed on a substrate of various shapes, heat treatment of a film, and the like can be suitably performed.
- heat treatment of coating film (filter component material) for flat panel display paint drying of painted metal products, automobile related products, woodworking products etc, electrostatic flocking adhesion drying, heat treatment of plastic processed products, printing It can be used for solder reflow of a substrate, printing and drying of a thick film integrated circuit, and the like.
- the Heater of the Second Invention is a heater which heats the heating target by sweeping at least one of the heating target and the heater while facing the heating target.
- the heater (1 ′) is a rectangular base (2), and a plurality of heating cells (C) arranged side by side in the longitudinal direction (T 2 ) on the base (2) and receiving power separately. Is equipped.
- the heat generating cell (C) has a plurality of horizontal wires (L 1 ) substantially parallel to the longitudinal direction of the base body (2) and a plurality of oblique wires (L 3 ) inclined with respect to the horizontal wires (L 1 ) And the lateral wiring (L 1 ) and the oblique wiring (L 3 ) are connected so as to form a zigzag shape as a whole. Furthermore, an insulating gap (I) is provided between two heat generating cells (C) adjacent to each other among the plurality of heat generating cells (C) so as to meander two heat generating cells (C).
- the insulation gap (I) is characterized in that it is inclined to one side in the longitudinal direction as a whole (see FIGS. 16 to 19).
- the “insulation gap I” is a gap which is disposed between two heat generating cells C adjacent to each other and separates the two heat generating cells C so as to meander and insulate them from each other. .
- the insulation gap I need not be divided by the wiring on both side edges, and only one side edge may be divided by the wiring.
- the width of the gap is defined by the same width as the gap width sandwiched oblique lines L 3 between (see FIGS. 18 and 19).
- the insulation gap I is inclined to one side in the longitudinal direction as a whole” means the upper end I U in the sweep direction T 1 of the insulation gap I and the lower end in the sweep direction T 1 of the insulation gap I It means that I B does not correspond to the sweep direction T 1 (see FIGS. 18 and 19). Since the upper end I U and the lower end I B do not coincide in the sweep direction T 1 as described above , the thermal gap due to the insulation gap I can be dispersed in the longitudinal direction T 2 . Especially, it is effective when the width of the sweep direction T 1 is to utilize a narrow base 2.
- the above-described dispersion can be realized by inclining in one direction as a whole while meandering.
- the heater 1 ' the insulating gap I is adjacent the longitudinal direction, the first heat generating cell C1 and the second heat generating cell C2 is, is positioned between the swash wiring L 3 each having a swash wiring L 3
- a first gap for example, I 2 and I 4 in FIG. 18
- the first gap (e.g., I 2 and I 4) path length I L1 each other may be the same length or may be of different lengths.
- the path length I L2 between the second gap (e.g., I 1 and I 3) can be the same length or may be of different lengths.
- the insulating gap I is a continuous portion in which the first gap, the second gap, and the first gap are continued in order (for example, the continuous portion of I 2 , I 3 , and I 4 ), or the second gap, the first gap
- the second gap may have one of a series of continuous portions (for example, a continuous portion of I 1 , I 2 , and I 3 ) (see FIG. 18).
- the heater 1 ′ has an angle ( ⁇ Z1 ) formed by the first gap (for example, I 2 and I 4 in FIG. 18) with respect to the sweep direction T 1 and a second gap (for example, FIG.
- the angle ( ⁇ Z2 ) formed by I 1 and I 3 ) of 18 may be the same but may be different (see FIG. 18). That is, as shown in FIGS. 18a and 18b, “ ⁇ Z1 ⁇ ⁇ Z2 ” can be obtained.
- the insulation gap I can be made as a whole in the longitudinal direction T 2 by alternately providing two gaps having different path lengths or providing two or more types of gaps having different angles with respect to the sweep direction T 1 . It can be inclined to one side.
- the heater 1 'of the second invention, the insulating gap I can be formed without using a parallel gap with respect to the horizontal line L 1 (see FIGS. 16 to 19). That can be formed without using a component parallel (gap part) an insulating gap I in the longitudinal direction T 2. And more say this, it can be said that it forms an insulating gap I only by a gap which is inclined with respect to the longitudinal direction T 2. With this configuration, it is possible to disperse the thermal blank a short distance in the longitudinal direction T 2. That is particularly suitable in narrow heater to the sweep direction T 1.
- the gap constituting the insulating gap I is preferably one having no gap perpendicular to the sweep direction T I.
- the current flowing in the acute angled folded portion is easy to flow inside the wiring, and hence the heat generation on the outer circumferential side of the folded portion is smaller than that on the inner circumferential side. It is a configuration that can solve the problem.
- the heater 1 ′ according to the second aspect of the present invention has a similar problem in that the folded back portion having an acute angle is chamfered, and the folded back portion of another heat generating cell adjacent to the space formed thereby is drawn (heater 1 ′ Solution (see FIGS. 16 and 17).
- the heater 1 ', each heating cell C, a horizontal line L 1 substantially parallel plurality of longitudinally T 2 of the base body 2, a plurality of oblique lines L 3 which is inclined with respect to the horizontal line L 1, the a horizontal line L 1 and the swash wiring L 3 so as to form a meandering shape is articulated as a whole.
- Sonouede formed by connecting a fourth bent portion D 4 and the fifth bent portion D 5 of the first heating cell C1 has a fourth bent portion D 4 and the fifth bent portion D 5 having the second heat generating cell C2, the in the virtual rectangle that is, the fourth bent portion D 4 each other without diagonal, fifth folded portions D 5 each other are arranged so as to form a diagonal.
- the insulating gap I 2 and I 4 by shorter form an insulating gap I 1 and I 3, while dispersed along the direction of the oblique line L 3, it is possible to meander. Therefore, in this heater 1 ', the region (i.e., the turn-back portion) that is more likely to generate heat than the other portions can be actively concentrated between the two heat generating cells.
- the heater 1 of the first invention described above as the inclination angle theta 1 of the swash wiring L 3 becomes large, triangular space formed inside the first folded portion D 1 (insulating gap) is larger
- the inner space (insulation gap) of the fourth folded portion D 4 and the fifth folded portion D 5 is It has the advantage of not growing.
- the horizontal line L 1 in the heater 1 'of the second invention is similar to the horizontal wiring L 1 in the heater 1 of the first invention. If the horizontal line L 1 constituting each heat generating cell C is extended longitudinally, the transverse wires L 1 each having different heat generation cell C may be in the form of overlapping with the same extension range Q 1 (see FIG. 18a) . The horizontal lines L 1 to each other can also be in the form which does not overlap with the same extension range (see FIG. 18b). These may be any.
- the oblique lines L 3 in the heater 1 'of the second invention is similar to the oblique line L 3 in the heater 1 of the first invention.
- the inclination angle i.e., oblique lines L 3, the horizontal line L 1 and the oblique line L 3 and the angle theta 1 (see FIGS. 16b and Fig. 17b) is not limited, it can be less 179 degrees 91 degrees
- the inclination angle is preferably 105 degrees or more and 160 degrees or less, more preferably 115 degrees or more and 155 degrees or less, still more preferably 120 degrees or more and 150 degrees or less, and particularly preferably 125 degrees or more and 145 degrees or less.
- each heat generating cell C is also similar to the heater 1 of the first invention. That is, each heat generating cell C has a zigzag shape, and the plurality of heat generating cells C are electrically connected in parallel to each other (that is, the plurality of heat generating cells are separately supplied with power).
- the outline of one heat generating cell C can be made approximately parallelogram, and as shown in FIG. 19, the outline of one heat generating cell C can be made approximately trapezoidal.
- the rough shape of one heating cell C substantially trapezoidal inverts the top and bottom of the heating cells of the same pattern (one end and the other end in the sweep direction T 1) as shown in FIG. 19,
- the heat generation cells in the positive state and the heat generation cells in the reverse state can be alternately arranged.
- the chamfering form in each part is the same as the heater 1 in the first invention.
- the form is not limited, and it may be chamfered so as to ensure insulation.
- the outer periphery of the wiring forming the heat generating cell C may be chamfered, the inner periphery may be chamfered, or both of them may be used.
- the fact that the magnitude of the heat generation loss can be known by comparison between the range X and the range Y is the same as in the case of the heater 1 of the first aspect of the invention. The same applies to the case of the heater 1 of the first invention.
- a fixing device including the main heater (including the heater 1 of the first invention and the heater 1 ′ of the second invention) can be appropriately selected depending on the object to be heated, the fixing unit, and the like.
- a fixing unit including a heating unit including a heater and a pressure unit can be an apparatus.
- the fixing device 5 fix an unfixed image including a toner formed on the surface of a recording medium such as paper or film on the recording medium.
- the fixing device 5 includes a rotatable fixing roller 51 and a rotatable pressing roller 54, and the heater 1 is disposed inside the fixing roller 51.
- the heater 1 is preferably disposed close to the inner surface of the fixing roll 51.
- the heater 1 is fixed, for example, inside the heater holder 53 made of a material capable of conducting the heat generated by the heater 1 like the fixing means 5 shown in FIG. Can be transmitted to the outer surface from the inside of the
- FIG. 21 also shows the main part of the fixing device 5 disposed in the electrophotographic image forming apparatus.
- the fixing device 5 includes a rotatable fixing roller 51 and a rotatable pressing roller 54, and fixes the recording medium in pressure contact with the heater 1 for transferring heat to the fixing roller 51 and the pressing roller 54.
- a pad 52 is disposed inside the fixing roll 51.
- the heater 1 is disposed along the cylindrical surface of the fixing roll 51.
- the heater 1 In the fixing device 5 shown in FIG. 20 or 21, the heater 1 generates heat by applying a voltage from a power supply device (not shown), and the heat is transmitted to the fixing roll 51. Then, when the recording medium having the unfixed toner image on the surface is supplied between the fixing roll 51 and the pressing roll 54, the toner is in the pressure contact portion between the fixing roll 51 and the pressing roll 54. It fuses to form a fixed image. Since the pressure contact portion of the fixing roll 51 and the pressure roll 54 is provided, it rotates together. As described above, the heater 1 suppresses local temperature increase that easily occurs when a small recording medium is used, so temperature unevenness in the fixing roll 51 is unlikely to occur, and fixing is performed uniformly. Can.
- the fixing device including the heater 1 may be a mold including an upper mold and a lower mold, and a heater may be disposed in at least one of the upper mold and the lower mold.
- the fixing device equipped with the heater 1 is attached to an electrophotographic printing machine, an image forming apparatus such as a copying machine, household electric appliances, business precision instruments for experiments, heating, heat retention, etc. It is suitable as a heat source of
- the image forming apparatus provided with the heater may be appropriately selected depending on the object to be heated, the purpose of heating, etc. it can.
- an imaging means for forming an unfixed image on the surface of a recording medium such as paper, film and the like
- a fixing means 5 for fixing the unfixed image on the recording medium Preferably, the fixing unit 5 is the image forming apparatus 4 including the main heater 1.
- the image forming apparatus 4 can be configured to include recording medium transport means and control means for controlling each means, in addition to the above means.
- FIG. 22 is a schematic view showing the main part of the electrophotographic image forming apparatus 4.
- the image forming means may be either a method including a transfer drum or a method not including a transfer drum, but FIG. 22 is an embodiment including a transfer drum.
- the laser processing surface of the photosensitive drum 44 charged to a predetermined potential by the charging device 43 is irradiated with the laser output from the laser scanner 41, and the toner supplied from the developing device 45 Thus, an electrostatic latent image is formed. Then, using the potential difference, the toner image is transferred to the surface of the transfer drum 46 interlocked with the photosensitive drum 44.
- the toner image is transferred onto the surface of the recording medium supplied between the transfer drum 46 and the transfer roll 47, and a recording medium having an unfixed image is obtained.
- the toner is particles containing a binder resin, a colorant and an additive, and the melting temperature of the binder resin is usually 90 ° C. to 250 ° C.
- a cleaning device for removing insoluble toner and the like can be provided on the surfaces of the photosensitive drum 44 and the transfer drum 46.
- the fixing unit 5 may have the same configuration as the fixing unit 5 and includes a pressure roller 54 and a heater holder 53 holding a heater 1 of the sheet passing direction conduction type, and interlocks with the pressure roller 54. And a fixing roll 51.
- a recording medium having an unfixed image from the imaging means is supplied between the fixing roll 51 and the pressure roll 54.
- the heat of the fixing roll 51 melts the toner image of the recording medium, and the melted toner is pressed at the pressure contact portion between the fixing roll 51 and the pressure roll 54, and the toner image is a recording medium. It is fixed in
- the fixing unit 5 of FIG. 22 may have a fixing belt in which the heater 1 is disposed in proximity to the fixing roller 51 instead of the fixing roller 51.
- the fixing unit 5 including the heater of the present invention the temperature can be quickly adjusted to a predetermined temperature, so that problems can be suppressed.
- the image forming apparatus of the present invention suppresses excessive temperature rise in the non-sheet passing area at the time of use, and is suitable as an electrophotographic printing machine, copying machine or the like.
- the heating device provided with the present heater can be appropriately selected depending on the size, shape, etc. of the object to be heated.
- a housing unit, a sealable window unit arranged for taking in and out of an object to be heat treated, and a movable heater unit arranged inside the housing unit It can be configured.
- a pressure adjustment unit such as a vacuum pump can be provided to adjust the internal pressure.
- heating may be performed in the state which fixed the to-be-processed object and the heater part, and may be performed moving any one.
- the heating apparatus is suitable as an apparatus for drying a heat-treated material containing water, an organic solvent and the like at a desired temperature. And it can be used as a vacuum drier (reduced pressure drier), a pressure drier, a dehumidifying drier, a hot air drier, an explosion-proof drier or the like.
- it is suitable as an apparatus which bakes unbaked materials, such as a LCD panel and an organic electroluminescent panel, at desired temperature. And it can be used as a reduced pressure baking machine, a pressure baking machine or the like.
- the present invention is not limited to the specific embodiment described above, and can be variously modified within the scope of the present invention according to the purpose and application.
- fixing device fixing roller 52: fixing pad 53: heater holder 54: pressure roller C: Heating cell, D 1 ; first turning point, D 2 ; second turning point, D 3 ; third turning point, F; feed wiring, I; insulation gap, L 1 ; horizontal wiring, L 2 ; reverse oblique wiring, L 3 , L 33 ; diagonal wiring, S; heat blank, S D ; virtual rectangle, T 1 ; sweep direction, T 2 : direction orthogonal to the sweep direction.
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Abstract
掃引方向T1に幅狭であっても均熱性に優れたヒータを提供する。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。そのために、被加熱物と対面された状態で、被加熱物及びヒータ1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1であって、長方形状の基体2と、基体2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、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L1と、横配線L1に対して傾斜した複数の斜配線L3と、を有し、全体としてつづら折り形状をなしており、横配線L1と斜配線L3とが鈍角をなして折り返された第1折返部D1を有し、第1折返部D1は、斜配線L3に対して鋭角又は直角をなした逆斜配線L2を介して、横配線L1と斜配線L3が連接されている。
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。
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(L1)と、前記横配線(L1)に対して傾斜した複数の斜配線(L3)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(L1)及び前記斜配線(L3)が連接されており、
更に、前記横配線(L1)と前記斜配線(L3)とが鈍角をなして折り返された第1折返部(D1)を有し、
前記第1折返部(D1)は、前記斜配線(L3)に対して鋭角又は直角をなした逆斜配線(L2)を介して、前記横配線(L1)と前記斜配線(L3)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(D1)と隣り合って配置された折返部であって、前記横配線(L1)と前記斜配線(L3)とが鋭角をなして折り返された第2折返部(D2)を有し、
前記第2折返部(D2)は、前記逆斜配線(L2)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(D1)と隣り合って配置された折返部であって、前記横配線(L1)と前記斜配線(L3)とが鈍角をなして折り返された第3折返部(D3)を有し、
前記第3折返部(D3)を構成する前記斜配線(L33)と、前記第1折返部(D1)を構成する前記逆斜配線(L2)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(D1)及び前記第2折返部(D2)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(D1)及び前記第3折返部(D3)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(L1)と、前記横配線(L1)に対して傾斜した複数の斜配線(L3)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(L1)及び前記斜配線(L3)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(L3)間に位置されて、前記斜配線(L3)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。
[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(L1)と、前記横配線(L1)に対して傾斜した複数の斜配線(L3)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(L1)及び前記斜配線(L3)が連接されており、
更に、前記横配線(L1)と前記斜配線(L3)とが鈍角をなして折り返された第1折返部(D1)を有し、
前記第1折返部(D1)は、前記斜配線(L3)に対して鋭角又は直角をなした逆斜配線(L2)を介して、前記横配線(L1)と前記斜配線(L3)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(D1)と隣り合って配置された折返部であって、前記横配線(L1)と前記斜配線(L3)とが鋭角をなして折り返された第2折返部(D2)を有し、
前記第2折返部(D2)は、前記逆斜配線(L2)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(D1)と隣り合って配置された折返部であって、前記横配線(L1)と前記斜配線(L3)とが鈍角をなして折り返された第3折返部(D3)を有し、
前記第3折返部(D3)を構成する前記斜配線(L33)と、前記第1折返部(D1)を構成する前記逆斜配線(L2)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(D1)及び前記第2折返部(D2)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(D1)及び前記第3折返部(D3)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(L1)と、前記横配線(L1)に対して傾斜した複数の斜配線(L3)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(L1)及び前記斜配線(L3)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(L3)間に位置されて、前記斜配線(L3)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(L2)を介して、横配線(L1)と斜配線(L3)が連接された第1折返部(D1)を有することで、隣接された別の横配線(L1)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(L3)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。
即ち、逆斜配線(L2)を介して、横配線(L1)と斜配線(L3)が連接された第1折返部(D1)を有することで、隣接された別の横配線(L1)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(L3)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(D1)と隣り合って配置された折返部であって、逆斜配線(L2)に対応して面取りされた第2折返部(D2)を有する場合は、隣接された第1折返部(D1)による熱的な補充が得られ、鋭角をなして横配線(L1)と斜配線(L3)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(D1)と隣り合って配置された折返部であって、逆斜配線(L2)と略平行な斜配線(L33)を有した第3折返部(D3)を有する場合は、隣接された第1折返部(D1)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(D1)同士が対角をなし、第2折返部(D2)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(D2)による熱的な空白を、対向された第1折返部(D1)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(D1)同士が対角をなし、第3折返部(D3)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(D3)による熱的な空白を、対向された第1折返部(D1)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(L1)と斜配線(L3)とが鋭角をなして折り返される第2折返部(D2)同士を近接させることができる。このため、斜配線(L3)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(D2)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。
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(L1)と斜配線(L3)とが鋭角をなして折り返される第2折返部(D2)同士を近接させることができる。このため、斜配線(L3)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(D2)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。
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(T2)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(L1)と、その横配線(L1)に対して傾斜した複数の斜配線(L3)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(L1)及び斜配線(L3)が連接されている。
更に、横配線(L1)と斜配線(L3)とが鈍角をなして折り返された第1折返部(D1)を有しており、この第1折返部(D1)は、斜配線(L3)に対して鋭角又は直角をなした逆斜配線(L2)を介して、横配線(L1)と斜配線(L3)が連接されていることを特徴とする(図1~図11参照)。
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(T2)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(L1)と、その横配線(L1)に対して傾斜した複数の斜配線(L3)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(L1)及び斜配線(L3)が連接されている。
更に、横配線(L1)と斜配線(L3)とが鈍角をなして折り返された第1折返部(D1)を有しており、この第1折返部(D1)は、斜配線(L3)に対して鋭角又は直角をなした逆斜配線(L2)を介して、横配線(L1)と斜配線(L3)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L1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L1に対して傾斜させた斜配線L3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L3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。
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L1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L1に対して傾斜させた斜配線L3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L3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W1→W2)、折り返し回数が少なくなると、次第に、分散範囲IW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W1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W2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)。
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W1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W2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L3の傾斜をより大きくする(即ち、横配線L1と斜配線L3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L3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。
しかしながら、斜配線L3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L3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。
図15では、斜配線L3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D1に、横配線L1と斜配線L3とが、逆斜配線L2を介して折り返されるよう、逆斜配線L2を設けることで、隣接された別の横配線L1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L3の傾斜角度の大小に関わらず、逆斜配線L2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L1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L1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L1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L1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L1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L1は、逆斜配線L2及び斜配線L3よりも短くてもよいが、逆斜配線L2及び斜配線L3よりも長いことが好ましい。
横配線L1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L1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L1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L1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L1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L1は、逆斜配線L2及び斜配線L3よりも短くてもよいが、逆斜配線L2及び斜配線L3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L1同士は、互いに、横配線L1を長手方向に延長した場合、同じ延長範囲Q1で重なることが好ましい(図8参照)。即ち、対応した横配線L1(各発熱セルを構成する同じ段の横配線L1)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L1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L1の段数が同一である必要はない)。
〔2〕斜配線
斜配線L3は、横配線L1に対して傾斜した配線部分であり、横配線L1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L3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L1の数が20本以下である場合、斜配線L3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L1の数が3本以上10本以下である場合、斜配線L3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L1の数が3本以上7本以下である場合、斜配線L3の数は2本以上8本以下とすることができる。
斜配線L3は、横配線L1に対して傾斜した配線部分であり、横配線L1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L3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L1の数が20本以下である場合、斜配線L3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L1の数が3本以上10本以下である場合、斜配線L3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L1の数が3本以上7本以下である場合、斜配線L3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L3同士は、互いに、異なる傾斜角度(横配線L1に対する角度θ1又は角度θ2)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L3同士は、互いに、実質的に同じ傾斜角度(横配線L1に対する角度θ1又は角度θ2)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L3同士も、互いに、実質的に同じ傾斜角度(横配線L1に対する角度θ1又は角度θ2)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L3(但し、折返部D3(θ3=鈍角)を構成するL3を除く)は、互いに、各斜配線L3を、これらの斜配線L3がなす角度で延長した場合に、同じ延長範囲Q2で重なる形態であることが好ましい(図8参照)。
更に、1つの発熱セルCが有する一端側の斜配線L3(但し、折返部D3(θ3=鈍角)を構成するL3を除く)は、互いに、各斜配線L3を、これらの斜配線L3がなす角度で延長した場合に、同じ延長範囲Q2で重なる形態であることが好ましい(図8参照)。
斜配線L3の傾斜角度(即ち、横配線L1と斜配線L3とがなす角度θ1(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L1と斜配線L3とがなす角度θ2(図3、図4及び図6参照)は、通常、θ2=180-θ1を満たす。このため、角度θ1が大きくなると、角度θ2は、それに連れて小さくなる。
尚、横配線L1と斜配線L3とがなす角度θ2(図3、図4及び図6参照)は、通常、θ2=180-θ1を満たす。このため、角度θ1が大きくなると、角度θ2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L1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X1と、範囲Yに含まれる実配線領域(斜線部)の合計面積をY1とし、X1/Y1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X2とし、範囲Yに含まれる実発熱領域(斜線部)の合計面積をY2とし、X2/Y2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L2は、第1折返部D1が、有する配線部分であり、斜配線L3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D1内において、斜配線L3は、横配線L1に対して鈍角をなして連接されるが、通常、逆斜配線L2も、横配線L1に対して鈍角をなして連接される。また、逆斜配線L2は、横配線L1と斜配線L3との間に介在される配線部分である。従って、横配線L1と逆斜配線L2と斜配線L3とは、この順に連接されることとなる。また、通常、逆斜配線L2は、第1折返部D1内に1つのみを有する。
逆斜配線L2は、第1折返部D1が、有する配線部分であり、斜配線L3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D1内において、斜配線L3は、横配線L1に対して鈍角をなして連接されるが、通常、逆斜配線L2も、横配線L1に対して鈍角をなして連接される。また、逆斜配線L2は、横配線L1と斜配線L3との間に介在される配線部分である。従って、横配線L1と逆斜配線L2と斜配線L3とは、この順に連接されることとなる。また、通常、逆斜配線L2は、第1折返部D1内に1つのみを有する。
逆斜配線L2は、斜配線L3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L3と逆斜配線L2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L3と逆斜配線L2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L3及び逆斜配線L2の配線部分の長さの相関は限定されず、斜配線L3が逆斜配線L2よりも長くてもよいし、斜配線L3と逆斜配線L2とは同じ長さであってもよいし、斜配線L3が逆斜配線L2よりも短くてもよい。これらのなかでは、斜配線L3が逆斜配線L2よりも長いことが好ましい。
また、斜配線L3及び逆斜配線L2の配線部分の長さの相関は限定されず、斜配線L3が逆斜配線L2よりも長くてもよいし、斜配線L3と逆斜配線L2とは同じ長さであってもよいし、斜配線L3が逆斜配線L2よりも短くてもよい。これらのなかでは、斜配線L3が逆斜配線L2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L1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L1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L1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。
つづら折り形状とは、3本の横配線L1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L1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L1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。
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。
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D1を少なくとも1つ有する。そのうえで、第2折返部D2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D1及び第2折返部D2のみを有してもよいし、第1折返部D1及び第3折返部D3のみを有してもよいし、第1折返部D1、第2折返部D2及び第3折返部D3の全てを有してもよい。
発熱セルCは、第1折返部D1を少なくとも1つ有する。そのうえで、第2折返部D2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D1及び第2折返部D2のみを有してもよいし、第1折返部D1及び第3折返部D3のみを有してもよいし、第1折返部D1、第2折返部D2及び第3折返部D3の全てを有してもよい。
第1折返部D1は、斜配線L3に対して鋭角又は直角をなした逆斜配線L2を介して、横配線L1と斜配線L3が連接された折返部である。更に、横配線L1と斜配線L3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D1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L1と斜配線L3とが鈍角をなす折返部(但し、第3折返部D3を含まない)において、より多くの折返部が、第1折返部D1であることが好ましく、横配線L1と斜配線L3とが鈍角をなす折返部(但し、第3折返部D3を含まない)の全てが第1折返部D1であることが特に好ましい。
本ヒータ1は、つづら折れ形状を呈しながら、第1折返部D1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L1と斜配線L3とが鈍角をなす折返部(但し、第3折返部D3を含まない)において、より多くの折返部が、第1折返部D1であることが好ましく、横配線L1と斜配線L3とが鈍角をなす折返部(但し、第3折返部D3を含まない)の全てが第1折返部D1であることが特に好ましい。
第1折返部D1を構成する横配線L1と斜配線L3とがなす鈍角θ1(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D1を構成する斜配線L3と逆斜配線L2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D1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D1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。
更に、第1折返部D1を構成する斜配線L3と逆斜配線L2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D1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D1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D2は、第1折返部D1と隣り合って配置された折返部である。更に、横配線L1と斜配線L3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D1を構成する逆斜配線L2に対応して面取りされた折返部(即ち、第2折返部D2の外周が面取りされた折返部)である。
第2折返部D2を構成する横配線L1と斜配線L3とがなす鋭角θ2(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D2を構成する斜配線L3は、その延長線上に、第1折返部D1を構成する斜配線L3が対応していることが好ましい。
第2折返部D2を構成する横配線L1と斜配線L3とがなす鋭角θ2(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D2を構成する斜配線L3は、その延長線上に、第1折返部D1を構成する斜配線L3が対応していることが好ましい。
第2折返部D2の面取り形態は限定されず、逆斜配線L2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D2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D2の外周を、第1折返部D1を構成する逆斜配線L2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D2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D2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D2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D2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D2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D1を構成する逆斜配線L2を形成し、第1折返部D1を第2折返部D2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D2の内周を面取りすることができる。
第3折返部D3は、第1折返部D1と隣り合って配置された折返部である。更に、横配線L1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D3を構成する斜配線L33と、第1折返部D1を構成する逆斜配線L2と、が略平行にされた折返部である。この第3折返部D3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D3を構成する横配線L1と斜配線L33とがなす鈍角θ3(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D1を構成する鈍角θ1と同じ角度であることが好ましい。尚、第3折返部D3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。
第3折返部D3を構成する横配線L1と斜配線L33とがなす鈍角θ3(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D1を構成する鈍角θ1と同じ角度であることが好ましい。尚、第3折返部D3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D1及び第2折返部D2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D1及び第2折返部D2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SD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D1及び第2折返部D2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。
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D1及び第2折返部D2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D1及び第2折返部D2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SD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D1及び第2折返部D2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D1及び第3折返部D3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D1及び第3折返部D3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SD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D1及び第3折返部D3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。
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D1及び第3折返部D3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SD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D1及び第3折返部D3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。
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T1の長さよりも、掃引方向に直交する方向(長手方向)T2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T1の長さよりも、掃引方向に直交する方向(長手方向)T2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。
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、SiO2-Al2O3-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。
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。
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(T2)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(L1)と、その横配線(L1)に対して傾斜した複数の斜配線(L3)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(L1)及び斜配線(L3)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)。
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(T2)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(L1)と、その横配線(L1)に対して傾斜した複数の斜配線(L3)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(L1)及び斜配線(L3)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L3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T1における上端IUと、絶縁間隙Iの掃引方向T1における下端IBと、が掃引方向T1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IUと下端IBとが掃引方向T1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T2へ分散させることができる。とりわけ、掃引方向T1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T1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T2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L3間に位置されて、斜配線L3と同角度に傾斜された第1間隙(例えば、図18のI2及びI4)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I1及びI3)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、I2及びI4)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、I1及びI3)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、I2、I3、I4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、I1、I2、I3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T1に対して第1間隙(例えば、図18のI2及びI4)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I1及びI3)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T1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T2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L1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T2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T2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T2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T1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TI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T2に略平行な複数の横配線L1と、横配線L1に対して傾斜した複数の斜配線L3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L1及び斜配線L3が連接されている。
また、横配線L1と斜配線L3とが鈍角をなして折り返された第4折返部D4と、横配線L1と斜配線L3とが鋭角をなして折り返された第5折返部D5と、有している。更に、これらの第4折返部D4及び第5折返部D5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D4及び第5折返部D5と、第2発熱セルC2が有する第4折返部D4及び第5折返部D5と、を結んで形成される仮想四角形において、第4折返部D4同士が対角をなし、第5折返部D5同士が対角をなすように配置されている。
また、横配線L1と斜配線L3とが鈍角をなして折り返された第4折返部D4と、横配線L1と斜配線L3とが鋭角をなして折り返された第5折返部D5と、有している。更に、これらの第4折返部D4及び第5折返部D5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D4及び第5折返部D5と、第2発熱セルC2が有する第4折返部D4及び第5折返部D5と、を結んで形成される仮想四角形において、第4折返部D4同士が対角をなし、第5折返部D5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L3の方向へ沿って分散させることができる。即ち、斜配線L3同士に挟まれた絶縁間隙I2及びI4は、斜配線L3と同じ傾斜角度でありながら、斜配線L3同士に挟まれていない絶縁間隙I1及びI3は、斜配線L3は逆傾斜となるように配置している。また、絶縁間隙I2及びI4に対して、絶縁間隙I1及びI3をより短く形成することで、斜配線L3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L3の傾斜角度θ1が大きくなるに連れて、第1折返部D1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L3の傾斜角度θ1が大きくなっても、第4折返部D4及び第5折返部D5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。
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L3の傾斜角度θ1が大きくなるに連れて、第1折返部D1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L3の傾斜角度θ1が大きくなっても、第4折返部D4及び第5折返部D5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L1は、第1発明のヒータ1における横配線L1と同様である。各発熱セルCを構成する横配線L1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L1同士は、同じ延長範囲Q1で重なる形態にすることができる(図18a参照)。また、横配線L1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L3は、第1発明のヒータ1における斜配線L3と同様である。斜配線L3の傾斜角度(即ち、横配線L1と斜配線L3とがなす角度θ1(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L1と斜配線L3とがなす角度θ2(図16b及び図17b参照)は、通常、θ2=180-θ1を満たす。このため、角度θ1が大きくなると、角度θ2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θ3(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T1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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、
D1;第1折返部、
D2;第2折返部、
D3;第3折返部、
F;給電配線、
I;絶縁間隙、
L1;横配線、
L2;逆斜配線、
L3、L33;斜配線、
S;熱空白、SD;仮想四角形、
T1;掃引方向、T2;掃引方向に直交する方向。
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、
D1;第1折返部、
D2;第2折返部、
D3;第3折返部、
F;給電配線、
I;絶縁間隙、
L1;横配線、
L2;逆斜配線、
L3、L33;斜配線、
S;熱空白、SD;仮想四角形、
T1;掃引方向、T2;掃引方向に直交する方向。
Claims (11)
- 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(L1)と、前記横配線(L1)に対して傾斜した複数の斜配線(L3)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(L1)及び前記斜配線(L3)が連接されており、
更に、前記横配線(L1)と前記斜配線(L3)とが鈍角をなして折り返された第1折返部(D1)を有し、
前記第1折返部(D1)は、前記斜配線(L3)に対して鋭角又は直角をなした逆斜配線(L2)を介して、前記横配線(L1)と前記斜配線(L3)が連接されていることを特徴とするヒータ。 - 前記発熱セル(C)は、前記第1折返部(D1)と隣り合って配置された折返部であって、前記横配線(L1)と前記斜配線(L3)とが鋭角をなして折り返された第2折返部(D2)を有し、
前記第2折返部(D2)は、前記逆斜配線(L2)に対応して面取りされている請求項1に記載のヒータ。 - 前記発熱セル(C)は、前記第1折返部(D1)と隣り合って配置された折返部であって、前記横配線(L1)と前記斜配線(L3)とが鈍角をなして折り返された第3折返部(D3)を有し、
前記第3折返部(D3)を構成する前記斜配線(L33)と、前記第1折返部(D1)を構成する前記逆斜配線(L2)と、が略平行にされている請求項1に記載のヒータ。 - 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(D1)及び前記第2折返部(D2)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。 - 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(D1)及び前記第3折返部(D3)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。 - 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(L1)と、前記横配線(L1)に対して傾斜した複数の斜配線(L3)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(L1)及び前記斜配線(L3)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。 - 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(L3)間に位置されて、前記斜配線(L3)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請求項6に記載のヒータ。 - 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6又は7に記載のヒータ。
- 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。
- 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。
- 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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