JP2007035505A - ヒータ、加熱装置、画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発熱抵抗体が固着された絶縁基板の幅方向に広い均一な発熱面を得る。
【解決手段】アルミナ等で形成された長尺平板状の絶縁基板11の長手方向に沿って銀/パラジウム合金で形成される発熱抵抗体12,13を固着する。絶縁基板11上に通電しても大きな発熱現象が起こりにくい銀等で形成された電極14,15に電力を供給する。電極14は接続導体141を介して発熱抵抗体12の一端と発熱抵抗体12の他端は接続導体16に接続する。電極15は接続導体151を介して発熱抵抗体13の一端と発熱抵抗体13の他端は接続導体16に接続する。発熱抵抗体12,13間に沿って絶縁基板11上にアルミニウム等の熱拡散体17,18を固着する。発熱抵抗体12,13、接続導体16、熱拡散体17,18は、ガラス保護層19で保護する。熱拡散体17,18は、発熱抵抗体12,13から発生する熱の保護層19上での均一化を図る。
【選択図】図1
【解決手段】アルミナ等で形成された長尺平板状の絶縁基板11の長手方向に沿って銀/パラジウム合金で形成される発熱抵抗体12,13を固着する。絶縁基板11上に通電しても大きな発熱現象が起こりにくい銀等で形成された電極14,15に電力を供給する。電極14は接続導体141を介して発熱抵抗体12の一端と発熱抵抗体12の他端は接続導体16に接続する。電極15は接続導体151を介して発熱抵抗体13の一端と発熱抵抗体13の他端は接続導体16に接続する。発熱抵抗体12,13間に沿って絶縁基板11上にアルミニウム等の熱拡散体17,18を固着する。発熱抵抗体12,13、接続導体16、熱拡散体17,18は、ガラス保護層19で保護する。熱拡散体17,18は、発熱抵抗体12,13から発生する熱の保護層19上での均一化を図る。
【選択図】図1
Description
この発明は、情報機器、家電製品や製造設備などの小型機器類に装着されて用いられる薄型のヒータおよびこのヒータを実装したプリンタ、複写機やファクシミリなどの加熱装置ならびにこの加熱装置を用いた画像処理装置に関する。
従来のヒータは、基板面上短手幅方向ほぼ中央部に長手方向に沿って細長く発熱抵抗体が形成され、その両端には給電用の電極が導体を介して配設されている。発熱抵抗体および導体はガラス等の保護層で覆われ保護されている。(例えば、特許文献1)
また、発熱抵抗体を並列接続また間引くなどして基板幅に対し広い面積を占める構成となっている。(例えば、特許文献2)
特開平10−221986号公報
特開2004−6299公報
また、発熱抵抗体を並列接続また間引くなどして基板幅に対し広い面積を占める構成となっている。(例えば、特許文献2)
上記した特許文献1の技術は、基板幅に対して、発熱抵抗体が基板幅中央部にしかないことから発熱幅が狭くなる。特許文献2の技術は、発熱幅は広く取れるもののパラジウムなど比較的高価な材料で構成させる発熱体材料を多く使うことになる。それでもガラス等で形成される絶縁保護層は熱伝導率が低いため、保護層の表面温度は下部に発熱体のある部分とない部分とでは温度差が生まれてしまう、という問題がある。
この発明の目的は、発熱抵抗体の配線に関係なく広く均一な発熱面を得ることができるヒータ、このヒータを用いた加熱装置、この加熱装置を用いた画像形成装置を提供することにある。
上記した課題を解決するために、この発明のヒータは、耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板の長手方向上に形成した発熱抵抗体と、前記絶縁基板上に形成し、前記発熱抵抗体に電力を供給するための電極と、前記絶縁基板上に形成し、前記発熱抵抗体から発生される熱を拡散させる熱拡散体と、少なくとも前記発熱抵抗体、前記導体、前記熱拡散体を覆う保護層とを具備することを特徴とする。
また、耐熱性で長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板の一面に厚膜形成された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の両端部に形成された導体と、前記導体の前記発熱抵抗体との他方に形成し電力が供給される電極と、前記発熱抵抗体と前記導体とを覆うように形成された絶縁層と、前記絶縁層内または上面に形成して前記発熱抵抗体で発生される熱を拡散させる熱拡散体とを具備したことを特徴とする。
この発明によれば、発熱抵抗体の配線の関係を抑えて幅方向に均一で広い発熱面を得ることが可能となる。
以下、この発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、この発明のヒータの一実施形態について説明するための表面図、図2は図1のa−a’線を拡大して示した断面図である。
図1において、11は、アルミナ(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)等の高剛性で耐熱性の絶縁基板で、12,13は絶縁基板11の長手方向上に平行して、導電性成分が銀/パラジウム(Ag/Pd)などを合成して構成されている抵抗体ペーストを用いて厚膜印刷し、その後850℃程度で焼成して形成された発熱抵抗体である。また、14,15は絶縁基板11上に、通電しても大きな発熱現象が起こりにくい銀(Ag)、銀/白金(Ag/Pt)、銀/パラジウム(Ag/Pd)などで構成される導体ペーストを用いて厚膜印刷し、その後焼成して形成される電力が供給される電極である。電極14は接続導体141を介して発熱抵抗体12の一端に一部が多層の状態で電気的に接続される。電極15は接続導体151を介して発熱抵抗体13の一端に一部が多層の状態で電気的に接続される。16は発熱抵抗体12,13のそれぞれの他端と一部を多層して絶縁基板11に通電しても大きな発熱現象が起こりにくい電極14,15と同様の導体ペーストを用いて厚膜印刷により形成し、発熱抵抗体12,13を電気的に接続した接続導体である。
発熱抵抗体12,13の外側に位置する絶縁基板11上には、発熱抵抗体12,13に沿って熱拡散体17,18が固着される。熱拡散体17,18の熱伝導率は、絶縁基板11をアルミナ基板とした場合の熱伝導率20W/m・Kより少なくとも3倍以上である熱伝導率120W/m・K以上の材料とする。このような熱拡散体の材料としては、アルミニウム、銀、タングステン、銅、マグネシウム等の何れかの金属か金属化合物が考えられる。
19は、発熱抵抗体12,13、接続導体16、それに熱拡散体17,18を覆い保護するためのガラスペーストを塗布、焼成して形成される厚膜印刷方法を用いて保護層である。保護層19は、鉛フリーの非晶質のSiO、B2O3を主成分とするほう珪酸ガラスとガラスより熱伝導率の高いアルミナが添加されたものである。
図3は、電極14,15に電力を供給して発熱抵抗体12,13を発熱させ、絶縁基板11の幅方向の温度分布を測定した結果を示すものである。
図3の実線で示す温度分布から明らかなように、発熱抵抗体12付近での温度が他の部分よりも若干高いものの、図中破線で示す熱拡散体17,18のない従来の温度分布に比べて全体としてはほぼ均一の分布状態を得ることができる。これは、熱拡散体17,18の拡散作用によって、絶縁基板11の幅方向に対して発熱抵抗体に近い遠いに関係なくほぼ均一な温度分布が得られることを意味しており、簡単な構成で広範囲で所望温度を得ることができる。
この実施形態では、発熱抵抗体12,13にアルミニウム等の熱拡散板17,18を沿って配置させた簡単な構成により、均一で広い発熱幅を有するヒータを実現することが可能となる。
図4、図6は、上記した一実施形態の第1および第2の変形例を示すもので、図5は図4のb−b’断面図、図7は図6のc−c’断面図であり、それぞれ図1、図2と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
図4、図5の第1の変形例は、電極14と接続導体16間に発熱抵抗体12を、電極15と接続導体16間に電極16と同様の導体ペーストを用いて形成された配線パターン41を、それぞれ絶縁基板11上に固着させたものである。発熱抵抗体12と配線パターン41の外側に位置する絶縁基板11上には、発熱抵抗体12と配線パターン41に沿ってアルミニウム等の熱拡散体17,18が固着される。
また、図6、図7の第2の変形例は、発熱抵抗体12,13との中間に沿ってアルミニウム等の熱拡散体61を形成したものである。
発熱抵抗体が第1および第2の変形例でも、熱拡散体17,18および61の作用により、絶縁基板11の幅方向に対する温度分布が図3に示すようにほぼ均一で広い発熱幅を実現することが可能となる。
図8、図9は、この発明のヒータの他の実施形態について説明するための図8は表面図、図9は図8のd−d’断面図であり、図4、図5と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
この実施形態は、図4の熱拡散体17,18に替えて少なくとも保護層19上にアルミニウム、銀、タングステン、銅、マグネシウム等の何れかの金属か金属化合物からなる熱拡散体81を形成したものである。
図10は、電極14,15に電力を供給して発熱抵抗体12を発熱させ、絶縁基板11の幅方向の温度分布を測定した結果を示すものである。
図10の実線で示す温度分布から明らかなように、熱拡散体81の全幅に渡って均一の温度分布状態を得ることができる。これは、絶縁基板11の幅方向に対して発熱抵抗体に近い遠いに関係なく均一な温度分布が得られることを意味しており、簡単な構成で広範囲に一定の温度を得ることができる。
この実施形態では、保護層19上にアルミニウム等の熱拡散板81を配置させた簡単な構成により、均一で広い発熱幅のヒータを実現することが可能となる。
図11、図12は、この発明のヒータの他の実施形態の変形例について説明するための図11は表面図、図12は図11のe−e’断面図である。図1、図2と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
この実施形態は、図1の熱拡散体17,18に替えて少なくとも保護層19上にアルミニウム、銀、タングステン、銅、マグネシウム等の何れかの金属か金属化合物からなる熱拡散体81を形成し、さらに熱拡散体81上面に表面粗さRz2μm以下のガラス保護層111を形成したものである。
この実施形態の場合、熱拡散体81で図10に示す絶縁基板11の幅方向の発熱分布が均一としながら、ガラス保護層111の表面の粗さが細やかであることから定着用のフィルムの走行をスムースなものとすることができる。
また、熱拡散体81上面に形成する保護層はガラスに限らず、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの耐熱性エンプラ保護層を形成してもよい。この耐熱性エンプラ保護層の場合、ガラス保護層に比して軟化性であることから定着用のフィルムとしては金属であってもよい。
次に、図13を参照し、上記したヒータを定着用として加熱装置200に実装した場合の、この発明の加熱装置の一実施形態について説明する。図中ヒータ100については、図1、図2と同じであり、同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
図13において、201は回転軸202で回転自在に回転される加圧ローラで、その表面に耐熱性の弾性材料たとえばシリコーンゴム層203が嵌合してある。加圧ローラ201の回転軸202と対向してヒータ100が並置して図示しない基台内に取り付けられている。
ヒータ100の周囲にはポリイミド樹脂等の耐熱性のシートからなるエンドレスのロール状の定着フィルム204が循環自在に巻装されており、発熱抵抗体12,13を介した絶縁基板11真上の保護層19の表面は、この定着フィルム204を介して加圧ローラ201のシリコーンゴム層203と弾接している。
加熱装置200において、ヒータ100は電極14,15に接触したりん青銅板等に銀メッキを施した弾性が付与された図示しないコネクタを通じて通電される。この通電により、発熱された発熱抵抗体12,13の保護層19上に設けられた定着フィルム204面とシリコーンゴム層203との間で、トナー像T1がまず定着フィルム204を介してヒータ100により加熱溶融され、少なくともその表面部は融点を大きく上回り完全に軟化溶融する。その後、加圧ローラ201の用紙排出側では複写用紙Pがヒータ100から離れ、トナー像T2は自然放熱して再び冷却固化し、定着フィルム204も複写用紙Pから離反される。
このように、トナー像T1は一旦完全に軟化溶融された後、加圧ローラ201の用紙排出側で再び冷却されることから、トナー像T2の凝縮力は非常に大きくなものとなっている。
この実施形態では、ヒータ100の温度制御により異常な温度上昇があっても、スリット18の作用によりヒータ100に破損や絶縁基板11の割れに至るまでの時間を持たせることができる。この間に加熱装置200側の温度ヒューズ等の他の安全素子が機能するまで厚膜印刷ヒータの破損を防止することで加熱装置200としての安全性の向上を図ることが可能となる。
次に、図14を参照して、この発明に係るヒータを用いた加熱装置を搭載した複写機を例とした、この発明の画像形成装置について説明する。図中、加熱装置200の部分は、上記した説明と同じであり、同一部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
図14において、301は複写機300の筐体、302は筐体301の上面に設けられたガラス等の透明部材からなる原稿載置台で、矢印Y方向に往復動作させて原稿P1を走査する。
筐体301内の上方向には光照射用のランプと反射鏡とからなる照明装置302が設けられており、この照明装置302により照射された原稿P1からの反射光源が短焦点小径結像素子アレイ303によって感光ドラム304上スリット露光される。なお、この感光ドラム304は矢印方向に回転する。
また、305は帯電器で、例えば酸化亜鉛感光層あるいは有機半導体感光層が被覆された感光ドラム304上に一様に帯電を行う。この帯電器305により帯電された感光ドラム304には、結像素子アレイ303によって画像露光が行われた静電画像が形成される。この静電画像は、現像器306による加熱で軟化溶融する樹脂等からなるトナーを用いて顕像化される。
カセット307内に収納されている複写用紙Pは、給送ローラ308と感光ドラム304上の画像と同期するタイミングをとって上下方向で圧接して回転される対の搬送ローラ309によって、感光ドラム304上に送り込まれる。そして、転写放電器310によって感光ドラム304上に形成されているトナー像は複写用紙P上に転写される。
この後、感光ドラム304上から離れた用紙Pは、搬送ガイド311によって加熱装置200に導かれて加熱定着処理された後に、トレイ312内に排出される。なお、トナー像が転写された後、感光ドラム304上の残留トナーはクリーナ313を用いて除去される。
加熱装置200は、複写用紙Pの移動方向と直交する方向に、この複写機300が複写できる最大判用紙の幅(長さ)に合わせた有効長、すなわち最大判用紙の幅(長さ)より長い発熱抵抗体12,13を延在させてヒータ100の加圧ローラ201が設けられている。
そして、ヒータ100と加圧ローラ201との間を送られる用紙P上の未定着トナー像T1は、発熱抵抗体12,13の熱を受け溶融して複写用紙P面上に文字、英数字、記号、図面等の複写像を現出させる。
この実施形態では、異常な発熱に対する安全性の向上が図られた良好なヒータ100による加熱装置200を用いた複写機300を実現できる。
なお、この発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、保護層材は相対する定着フィルムの材質やその他条件によって変える必要があるため特定はできないが、定着フィルムが樹脂の場合、保護層はガラスや定着フィルムが金属の場合、保護層は樹脂を組み合わせるのが望ましい。この樹脂としては一般的に摺動性に優れるとされる材料である、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、およびポリフェニレンサルファイド、エラストマー系、ポリオレフィン系、フッ素等が考えられる。基本的にはどれを使用しても良いが、耐熱性から弾性に富むPI(ポリイミド)、PAI(ポリアミドイミド)等のイミド系が好ましいが、硬度が低すぎると樹脂被膜の方が削れてしまうため、例えば3H以上の硬度は必要である。
また、図1〜図3で説明した実施形態でのサーミスタ23は発熱抵抗体12,13とは反対面の絶縁基板11上としたが、図6に示すように保護層19に配置してもよい。この場合、サーミスタ23が取り付けられる位置を電極14,15から離れた位置とし、他の実施形態で説明したように、スリット18による温度検出の影響を抑えるためにサーミスタ23が配置される部分は埋めてもよい。
さらに、定着ヒータの用途としては、複写機等の画像形成装置の定着用に用いたが、これに限らず、家庭用の電気製品、業務用や実験用の精密機器や化学反応用の機器等に装着して加熱や保温の熱源としても使用可能である。
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、上記した実施形態によって把握される技術思想をその効果とともに以下に説明する。
(1)耐熱性で長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板の一面に厚膜形成された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の両端部に形成された導体と、前記導体の前記発熱抵抗体との他方に形成し電力が供給される電極と、前記発熱抵抗体が形成された前記基板上に形成し、前記発熱抵抗体から発生される熱を拡散させる熱拡散体と、少なくとも前記発熱抵抗体、前記導体、前記熱拡散体を覆う保護層とを具備し、前記熱拡散体の熱伝導率は前記絶縁基板の熱伝導率より高いことを特徴とするヒータ。
(2)前記熱拡散体の熱伝導率が基板の熱伝導率の少なくとも3倍以上である技術思想(1)記載のヒータ。
上記した技術思想(1)、(2)によれば、熱拡散体の熱伝導率が絶縁基板より高いことから、熱は熱拡散体側に流れてほぼ均一の温度分布を得ることができる。
(2)前記熱拡散体の熱伝導率が基板の熱伝導率の少なくとも3倍以上である技術思想(1)記載のヒータ。
上記した技術思想(1)、(2)によれば、熱拡散体の熱伝導率が絶縁基板より高いことから、熱は熱拡散体側に流れてほぼ均一の温度分布を得ることができる。
(3)耐熱性で長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板の一面に厚膜形成された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の両端部に形成された導体と、前記導体の前記発熱抵抗体との他方に形成し電力が供給される電極と、前記発熱抵抗体と前記導体とを覆うように形成された絶縁層と、前記絶縁層上面に形成して前記発熱抵抗体で発生される熱を拡散させる熱拡散体とを具備し、前記熱拡散体の上面に、表面粗さRz2μm以下のガラス保護層を形成したものである技術思想(1)記載のヒータ。
(4)前記熱拡散体の上面に、熱拡散体の上面にポリイミド、ポリアミドイミドなどの耐熱性エンプラ層を形成したものである技術思想(1)記載のヒータ。
上記した技術思想(3)、(4)によれば、保護層上に形成された熱拡散体により発熱抵抗体から発生された熱の均一温度分布が得られる。また、技術思想(3)の場合、表面の粗さが細やかであることから定着フィルムの走行がスムースになり、技術思想(4)の場合、技術思想(3)のガラス保護層に比して軟化性であることから定着用のフィルムとしては金属の使用も可能となる。
(4)前記熱拡散体の上面に、熱拡散体の上面にポリイミド、ポリアミドイミドなどの耐熱性エンプラ層を形成したものである技術思想(1)記載のヒータ。
上記した技術思想(3)、(4)によれば、保護層上に形成された熱拡散体により発熱抵抗体から発生された熱の均一温度分布が得られる。また、技術思想(3)の場合、表面の粗さが細やかであることから定着フィルムの走行がスムースになり、技術思想(4)の場合、技術思想(3)のガラス保護層に比して軟化性であることから定着用のフィルムとしては金属の使用も可能となる。
11 絶縁基板
12,13 発熱抵抗体
14,15 電極
141,151,16 接続導体
17,18,61,81 熱拡散体
19 保護層
41 配線パターン
111 ガラス保護層
12,13 発熱抵抗体
14,15 電極
141,151,16 接続導体
17,18,61,81 熱拡散体
19 保護層
41 配線パターン
111 ガラス保護層
Claims (4)
- 耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁基板と、
前記絶縁基板の長手方向上に形成した発熱抵抗体と、
前記絶縁基板上に形成し、前記発熱抵抗体に電力を供給するための電極と、
前記絶縁基板上に形成し、前記発熱抵抗体から発生される熱を拡散させる熱拡散体と、
少なくとも前記発熱抵抗体、前記導体、前記熱拡散体を覆う保護層とを具備することを特徴とするヒータ。 - 耐熱性で長尺平板状の絶縁基板と、
前記絶縁基板の一面に厚膜形成された発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体の両端部に形成された導体と、
前記導体の前記発熱抵抗体との他方に形成し電力が供給される電極と、
前記発熱抵抗体と前記導体とを覆うように形成された絶縁層と、
前記絶縁層内または上面に形成して前記発熱抵抗体で発生される熱を拡散させる熱拡散体とを具備したことを特徴とするヒータ。 - 加熱ローラと、
前記加熱ローラに対向配置された発熱抵抗体が圧接された請求項1または2記載の定着ヒータと、
前記定着ヒータと前記加熱ローラとの間を移動可能に設けられた定着フィルムとを具備したことを特徴とする定着装置。 - 媒体に形成された静電潜像にトナーを付着させ、該トナーを用紙に転写して所定の画像を形成する形成手段と、
画像が形成された用紙を加圧ローラにより定着フィルムを介して前記定着ヒータに圧接しながら通過させることによって、トナーを定着するようにした請求項3記載の定着装置とを具備したことを特徴とする画像形成装置。
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