JP3441900B2 - Heating equipment - Google Patents
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- Control Of Resistance Heating (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被加熱体を加熱す
るための加熱体、特に電子写真装置においてトナー像を
転写材に溶融固着させるための加熱装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、複写機、レーザービームプリンタ
等の電子写真方式の画像形成装置に使用する加熱装置
（定着装置）として、熱ローラ方式のものがよく知られ
ている。
【０００３】しかし、この方法は常時高温を維持してお
かなければならず、そのための消費エネルギーが大きく
省エネルギーに反していた。また、待機中も機内に熱を
放出するため昇温の問題も発生していた。さらに、被加
熱体を加熱するのに適した温度までローラを加熱するの
に時間がかかっていた。
【０００４】そこで、セラミックの基板上に抵抗発熱体
のパターンを設けて加熱体を作り、これを発熱させて薄
いフィルムを介して被加熱体を加熱する方法が特開昭６
３−３１３１８２号公報で提案されている。
【０００５】この方法によると、短時間に加熱体の温度
が上昇するため、被加熱体をすぐに通紙しても、紙葉体
が定着部位に到達するまでに必要な温度まで加熱体を加
熱することができる。しかも待機中は加熱を行わないの
で機内の昇温もなく、またエネルギーの消費もない。
【０００６】しかし、この方法でも、年々高まる省エネ
ルギーの要請に対しては不十分であるといえる。すなわ
ち、ヒータ背面を支持しているヒータホルダを介して、
熱が逃げるために、室温からの立ち上がりに多くの電力
を必要とし、エネルギー効率が悪い。
【０００７】あるいは、１枚目のプリント時間が遅くな
るという、市場での早くプリントして画像をみたいとい
った要求に対して、十分な回答を与えるものではなかっ
た。
【０００８】そこで、ヒータホルダのヒータ取付座面に
ザグリ穴を設けて、ヒータ背面からの放熱を制御するも
のが提案されている。
【０００９】しかし、この方法では、ヒータ幅方向での
温度分布が大きく異なるために、ヒータ内部に熱的なス
トレスが生じて、ヒータが割れてしまうおそれがある。
以下これについて具体的に説明する。
【００１０】図７（ａ）は、フィルム加熱定着装置の概
略断面図である。２はエンドレスの耐熱性フィルム（以
下単に「フィルム」という）であり、加熱体を含むフィ
ルムのガイド部材でもある加熱体支持体１に外嵌させて
ある。このエンドレスの耐熱フィルム２の内周長と加熱
体を含む加熱体支持体１の外周長はフィルム２の方を例
えば３ｍｍ程度大きくしてあり、したがってフィルム２
は、ヒータホルダ１に対し周長が余裕を持ってルーズに
外嵌している。
【００１１】フィルム２は熱容量を小さくしてクイック
スタート性を向上させるために、フィルム膜厚は１００
μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱
性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの単層、あるいはポ
リイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰ
Ｓ等の外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーテ
ィングした複合層フィルタを使用できる。例えば、ポリ
イミドフィルムの外周表面にＰＴＦＥをコーティングし
たものを用いた。
【００１２】３は加熱体であり、アルミナ等でできた基
板表面に、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電気
抵抗材料を厚み約１０μｍ、幅１〜３ｍｍにスクリーン
印刷等により塗工し、その上に保護層としてガラスやフ
ッ素樹脂等をコートしてある。
【００１３】４は、加熱体３との間でフィルム２を挟ん
でニップＮを形成し、フィルム２を駆動する回転体とし
ての加圧ローラであり、芯金４ａとシリコーンゴム等の
離型性の良い耐熱ゴム４ｂからなり、芯金４ａの端部か
ら不図示の手段により駆動する。
【００１４】温度制御は、加熱体３上に設けられたサー
ミスタ５の出力をＡ／Ｄ変換し、ＣＰＵ１０に取り込
み、その情報をもとにトライアック１１により加熱体３
に通電するＡＣ電圧を位相、波数制御等により、加熱体
通電電力を制御することで行う。
【００１５】図６は、従来例のヒータホルダ１の形状を
説明するもので、ＰＰＳ、液晶ポリマー、フェノール樹
脂等の耐熱樹脂で成形により作られる。
【００１６】このヒータホルダ１には、フィルム（不図
示）をガイドするリブ８が設けられており、フィルムが
ヒータホルダ１に張り付いて摺動性が悪くなるのを防い
でいる。ヒータホルダ１には、ヒータ３を点線Ａのよう
な落とし込みで保持できるように、ヒータ３の厚みとほ
ぼ同じ分だけ凹部を形成したヒータ取付座面７が形成さ
れている。さらには、ヒータ３の中央部に対応するよう
に、ザグリ穴９が設けられており、この部分では、ヒー
タ３の熱は、ヒータホルダ１に逃げることがないため、
効率よく定着フィルムに伝わる。
【００１７】金属ステー６は、ヒータホルダ１が、加
熱、加圧された状況下ではそれ自体の材料硬度では、ヒ
ータ３の面を所定の曲率で維持できないので、強度を持
たせるために付けられている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術によると、セラミックヒータ内部に生じる熱ス
トレスによって割れが発生するおそれがあり、さらに
は、エネルギーの損失防止が不十分であるとともに、ヒ
ータの一部に集中的に加重がかかるいう問題があった。
【００１９】そこで、本発明は、熱ストレス、エネルギ
ーの損失、集中荷重を防止するようにした加熱装置を提
供することを目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明
は、板状のセラミックヒータと、該セラミックヒータを
支持するヒータホルダとを有する加熱装置において、前
記ヒータホルダは、前記セラミックヒータの裏面全面を
格子状の座面で支持する、ことを特徴とする。
【００２１】
【００２２】〔作用〕以上構成によると、セラミックヒ
ータからヒータホルダへの放熱によるエネルギーの損失
を低減することができる。
【００２３】
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図面に沿って、本発明の実
施の形態について説明する。
〈実施の形態１〉図１に、本発明に係る加熱装置の分解
斜視図を示す。
【００２５】同図に加熱装置は、ヒータ（加熱体）３を
備えている。ヒータ３は、アルミナ等でできた基板表面
に、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電気抵抗材
料を厚み約１０μｍ、幅１〜３ｍｍにスクリーン印刷等
により塗工し、その上に保護層としてガラスやフッ素樹
脂等をコートしてある。
【００２６】ヒータ３は、ヒータホルダ１によって支持
されている。ヒータホルダ１は、ＰＰＳ、液晶ポリマ
ー、フェノール樹脂等の耐熱樹脂で成形により作られ
る。ヒータホルダ１にはヒータ３とほぼ同形のヒータ取
付座面７が形成されており、ヒータ取付座面７全域に格
子状の表面が形成されている。図４は、格子を拡大した
もので、格子の壁７ａの幅Ｗは１ｍｍ、格子のザグリ９
の大きさは、縦Ｌ１、横Ｌ２ともに２ｍｍに形成した。
また、格子の高さＨは２ｍｍとした。格子の壁７ａとザ
グリ７ｂとの面積の比によって断熱性の効率が決まり、
また格子の大きさによって温度の均一性に違いが生じ
る。特に格子の大きさが大きすぎると、温度ムラがヒー
タ表面に生じるために好ましくない。
【００２７】格子とヒータ３との接触率Ｒは、格子の面
積Ｓを、Ｓ＝（Ｌ1 ＋ｗ）×（Ｌ2＋ｗ）とすると、Ｒ
＝（Ｓ−Ｌ1 ×Ｌ2 ）／Ｓで表せる。このＲが大きすぎ
るとヒータ３の熱が、ヒータホルダ１に伝わり過ぎて、
効率が悪い。反対に、Ｒが小さすぎるとヒータホルダ１
としてヒータ取付座面７の強度が低下して、加圧したと
きに、ヒータ３を支えることができなくなる。接触率Ｒ
は０．３から０．７が好ましい。
【００２８】また、格子の大きさとしては、温度ムラが
できないことで上限が決まり、下限は成形時に型で凹部
を形成し易い大きさで決まる。これから、Ｓが４ｍｍ2
から９ｍｍ2 が好ましいことがわかった。また格子の高
さＨは１ｍｍ以上が好ましく、壁７ａの強度があれば高
い程良い。また、格子の壁７ａが図１に示す被加熱体搬
送方向Ｂと平行である場合には、常時、壁７ａの部分を
通る被加熱体の部分は、加熱量が少なくなってしまう。
そこで、図１のように格子の壁７ａの方向と被加熱体の
搬送方向Ｂとは、３０〜６０°の角度を持って交差する
ことが、好ましい。
【００２９】このように、ヒータ取付座面７を格子状に
することで、ヒータ３からヒータホルダ１への放熱が防
げるとともに、図３のようにヒータ幅方向での温度差を
小さくすることができるので、熱ストレスを少なくで
き、ヒータ３が割れにくくなった。
【００３０】図２は、従来例のヒータホルダで、同様に
ヒータ幅方向の温度差を測定したものである。図３と図
２とを比較するとわかるように、従来例では、ヒータ１
の高温部と低温部で４０℃（＝１８０℃−１４０℃）の
差があったが、本実施の形態では、２０℃（＝１８０℃
−１６０℃）に減少しており、熱ストレスが減少してい
ることがわかる。
【００３１】この例では、ヒータ取付座面７を格子形状
にしたが、格子以外に図５に示した丸いボス形状でもよ
く、あるいは、ハニカム状の壁でもよく、四角いボス形
状でもよい。要は接触部と非接触部が前述の接触比Ｒ、
面積Ｓの関係が成り立つ形状であればよい。例えば、図
５（ｂ）における面積Ｓは、Ｓ＝ａｂで表わせ、Ｒは、
Ｒ＝（πｒ２／４）／Ｓで表わせる。
【００３２】この結果として、加熱装置の入口側で、急
激に被加熱体が、加熱されることがなくなり、例えば電
子写真プリンタ等で未定着の画像が紙から急に発生した
蒸気の圧力で吹き飛ばされて画像が乱れるといった問題
が、この方法で解決された。なお、金属ステー６、リブ
８については従来例と同様であるのでその説明は省略す
る。
【００３３】また、温度制御についても従来と同様、ヒ
ータ３上に設けられたサーミスタ５の出力をＡ／Ｄ変換
し、ＣＰＵ１０に取り込み、その情報をもとにトライア
ック１１により加熱体３に通電するＡＣ電圧を位相、波
数制御等により、加熱体通電電力を制御することで行う
ものである。
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【００３８】
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
セラミックヒータを使った加熱装置において、セラミッ
クヒータ内部に生じる熱ストレスを低減して割れを防止
することが可能となった。さらには、ヒータホルダのセ
ラミックヒータとの当接面を凹凸にすることで、ヒータ
表面の温度分布が均一化され、エネルギー損失を少なく
するとともに、ヒータの一部に集中的に加重がかかるこ
とも防止できるので、機械的なストレスも低減すること
が可能となった。
【００４２】また、ヒータの温度分布も対称、非対称自
在に調整可能であり、これによって画像の乱れの防止も
可能になった。これにより、さらに、サーミスタの取付
公差を大きく取れるので、生産性を向上させることがで
きた。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heating element for heating an object to be heated, and more particularly to a heating apparatus for melting and fixing a toner image to a transfer material in an electrophotographic apparatus. It is about. 2. Description of the Related Art Conventionally, as a heating device (fixing device) used in an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine and a laser beam printer, a heating roller type is well known. [0003] However, in this method, a high temperature must be maintained at all times, and the energy consumption for the method is large, which is against energy saving. In addition, even during standby, heat is released into the machine, causing a problem of temperature rise. Further, it takes time to heat the roller to a temperature suitable for heating the object to be heated. To solve this problem, a method has been proposed in which a heating element is formed by providing a pattern of resistance heating elements on a ceramic substrate, and the heating element is heated to heat an object to be heated via a thin film.
It is proposed in JP-A-3-313182. According to this method, since the temperature of the heating element rises in a short time, even if the object to be heated is immediately passed, the heating element is heated to a temperature necessary for the sheet to reach the fixing portion. Can be heated. In addition, no heating is performed during standby, so there is no temperature rise inside the machine and no energy is consumed. However, it can be said that this method is insufficient for the demand for energy saving which is increasing year by year. That is, via the heater holder supporting the back of the heater,
Since heat escapes, a large amount of power is required to rise from room temperature, resulting in poor energy efficiency. [0007] Alternatively, a sufficient answer has not been given to a request that the printing time of the first sheet is delayed or that the user wants to print quickly and view an image in the market. In view of the above, there has been proposed an apparatus in which a counterbore hole is provided in a heater mounting seat surface of a heater holder to control heat radiation from the rear surface of the heater. However, in this method, since the temperature distribution in the heater width direction is largely different, a thermal stress may be generated inside the heater, and the heater may be broken.
This will be specifically described below. [0010] FIG. 7 (a) is a schematic sectional view of a film heat fixing device. Reference numeral 2 denotes an endless heat-resistant film (hereinafter, simply referred to as a “film”), which is fitted around a heater support 1 which is also a guide member of a film including a heater. The inner peripheral length of the endless heat-resistant film 2 and the outer peripheral length of the heating element support 1 including the heating element are larger than that of the film 2 by, for example, about 3 mm.
Are loosely fitted around the heater holder 1 with a margin in the circumference. The film 2 has a film thickness of 100 to reduce the heat capacity and improve the quick start property.
μm or less, preferably 50 μm or less 20 μm or more heat-resistant single layer of PTFE, PFA, FEP, or polyimide, polyamideimide, PEEK, PES, PP
A composite layer filter in which the outer peripheral surface of S or the like is coated with PTFE, PFA, FEP, or the like can be used. For example, a polyimide film having an outer peripheral surface coated with PTFE was used. Reference numeral 3 denotes a heating element, which is formed by applying an electric resistance material such as Ag / Pd (silver palladium) to a substrate surface made of alumina or the like to a thickness of about 10 μm and a width of 1 to 3 mm by screen printing or the like. Glass or fluororesin is coated thereon as a protective layer. Reference numeral 4 denotes a pressure roller as a rotating member for driving the film 2 by forming a nip N with the heating member 3 sandwiching the film 2 therebetween. And is driven from an end of the cored bar 4a by means (not shown). In the temperature control, the output of the thermistor 5 provided on the heating element 3 is A / D-converted, taken into the CPU 10, and based on the information, the triac 11 controls the heating element 3.
The control is performed by controlling the power supplied to the heating element by controlling the AC voltage applied to the heater by controlling the phase and the wave number. FIG. 6 illustrates the shape of the heater holder 1 of the conventional example, which is formed by molding with heat-resistant resin such as PPS, liquid crystal polymer, phenol resin and the like. The heater holder 1 is provided with a rib 8 for guiding a film (not shown), which prevents the film from sticking to the heater holder 1 and deteriorating the slidability. The heater holder 1 is provided with a heater mounting seat surface 7 having a recess substantially equal to the thickness of the heater 3 so that the heater 3 can be held by dropping as indicated by a dotted line A. Furthermore, a counterbore hole 9 is provided so as to correspond to the central portion of the heater 3, and since the heat of the heater 3 does not escape to the heater holder 1 in this portion,
It is transmitted to the fixing film efficiently. The metal stay 6 is provided to provide strength because the surface of the heater 3 cannot be maintained at a predetermined curvature with its own material hardness when the heater holder 1 is heated and pressurized. I have. However, according to the above-mentioned prior art, cracks may occur due to thermal stress generated inside the ceramic heater, and furthermore, energy loss is not sufficiently prevented, and In addition, there is a problem that a weight is concentrated on a part of the heater. Accordingly, an object of the present invention is to provide a heating device which prevents thermal stress, energy loss and concentrated load. According to a first aspect of the present invention, there is provided a heating apparatus having a plate-shaped ceramic heater and a heater holder for supporting the ceramic heater, wherein the heater holder comprises a ceramic heater. The entire back
It is supported by a lattice-shaped seating surface . [Operation] According to the above configuration, the loss of energy due to heat radiation from the ceramic heater to the heater holder can be reduced. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. <Embodiment 1> FIG. 1 is an exploded perspective view of a heating device according to the present invention. In the figure, the heating device has a heater (heating body) 3. The heater 3 applies an electric resistance material such as Ag / Pd (silver palladium) to a substrate surface made of alumina or the like by screen printing or the like to a thickness of about 10 μm and a width of 1 to 3 mm, and as a protective layer thereon It is coated with glass or fluororesin. The heater 3 is supported by the heater holder 1. The heater holder 1 is formed by molding with a heat-resistant resin such as PPS, liquid crystal polymer, and phenol resin. The heater holder 1 is provided with a heater mounting seat 7 having substantially the same shape as the heater 3, and a grid-like surface is formed over the entire area of the heater mounting seat 7. FIG. 4 is an enlarged view of the grid, in which the width W of the grid wall 7a is 1 mm and the counterbore 9
Was 2 mm in length L 1 and width L 2 .
The height H of the grid was 2 mm. The heat insulation efficiency is determined by the ratio of the area of the grid wall 7a and the area of the counterbore 7b,
Further, the uniformity of the temperature varies depending on the size of the grating. In particular, if the size of the grid is too large, it is not preferable because temperature unevenness occurs on the heater surface. The contact ratio R between the grid and the heater 3 is given by R = (L 1 + w) × (L 2 + w) where S is the area of the grid.
= (S−L 1 × L 2 ) / S. If this R is too large, the heat of the heater 3 is transmitted too much to the heater holder 1 and
ineffective. Conversely, if R is too small, the heater holder 1
As a result, the strength of the heater mounting seat surface 7 decreases, and the heater 3 cannot be supported when pressurized. Contact ratio R
Is preferably from 0.3 to 0.7. The upper limit of the size of the lattice is determined by the inability to cause temperature unevenness, and the lower limit is determined by the size at which the concave portion can be easily formed in the mold during molding. From now on, S is 4mm 2
It was found that 9 mm 2 was preferable. The height H of the grid is preferably 1 mm or more, and the higher the strength of the wall 7a, the better. In addition, when the lattice wall 7a is parallel to the heated object transport direction B shown in FIG. 1, the heated amount of the heated object passing through the wall 7a always decreases.
Therefore, as shown in FIG. 1, it is preferable that the direction of the lattice wall 7a and the conveying direction B of the object to be heated intersect at an angle of 30 to 60 °. [0029] Thus, the heater mounting seat surface 7 by a grid pattern, with prevent the heat radiation from the heater 3 to the heater holder 1, it is possible to reduce the temperature difference between the heater width direction as shown in FIG. 3 Therefore, the heat stress was reduced, and the heater 3 was hardly cracked. FIG. 2 shows a conventional heater holder in which the temperature difference in the heater width direction was similarly measured. Figure 3 and Figure
As can be seen from a comparison with No. 2 , in the conventional example, the heater 1
Although there was a difference of 40 ° C. (= 180 ° C.−140 ° C.) between the high temperature part and the low temperature part, in the present embodiment, the difference was 20 ° C. (= 180 ° C.).
−160 ° C.), indicating that the thermal stress has been reduced. [0031] In this example, although the heater mounting seat surface 7 in a lattice shape may be a round boss shape shown in FIG. 5 in addition to the grid, or may be a honeycomb wall, or a square boss shape. The point is that the contact portion and the non-contact portion have the aforementioned contact ratio R,
Any shape may be used as long as the relationship of the area S is satisfied. For example, figure
5 The area S in (b) is represented by S = ab, and R is
R = can be expressed by (πr 2/4) / S . As a result, the object to be heated is not suddenly heated at the inlet side of the heating device. For example, an unfixed image is blown off by the pressure of steam suddenly generated from paper by an electrophotographic printer or the like. This problem was solved by this method. The metal stays 6 and the ribs 8 are the same as those in the conventional example, and the description is omitted. As for the temperature control, the output of the thermistor 5 provided on the heater 3 is A / D-converted and taken into the CPU 10 as in the prior art, and the heater 3 is energized by the triac 11 based on the information. The AC voltage is controlled by controlling the power supplied to the heating element by controlling the phase and the wave number. As described above, according to the present invention, according to the present invention,
In a heating device using a ceramic heater, thermal stress generated inside the ceramic heater can be reduced to prevent cracking. Furthermore, by making the contact surface of the heater holder with the ceramic heater uneven, the temperature distribution on the heater surface is made uniform, energy loss is reduced, and a load is not concentrated on a part of the heater. As a result, mechanical stress can be reduced. Further, the temperature distribution of the heater can be adjusted symmetrically and asymmetrically, thereby making it possible to prevent image disturbance. As a result, the mounting tolerance of the thermistor can be further increased, so that the productivity can be improved.
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る加熱装置の実施の形態１の分解斜
視図。
【図２】従来例の温度分布を示す図。
【図３】実施の形態１における温度分布を示す図。
【図４】実施の形態１におけるザグリ部分の拡大斜視
図。
【図５】実施の形態１における別のザグリ部分の拡大斜
視図。
【図６】従来の加熱装置の分解斜視図。
【図７】（ａ）加熱装置の縦断面図。
（ｂ）はコントロールブロック図。
【符号の説明】
１ ヒータホルダ
２ 定着フィルム
３ ヒータ
４ 加圧ローラ
５ サーミスタ
６ 金属ステー
７ ヒータ取付座面
８ リブ９
凹凸（ザグリ）BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an exploded perspective view of a heating device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a temperature distribution of a conventional example. FIG. 3 is a diagram showing a temperature distribution in the first embodiment. FIG. 4 is an enlarged perspective view of a counterbore portion according to the first embodiment. FIG. 5 is an enlarged perspective view of another counterbore portion according to the first embodiment. FIG. 6 is an exploded perspective view of a conventional heating device. FIG. 7A is a longitudinal sectional view of a heating device. (B) is a control block diagram. [Description of Signs] 1 Heater holder 2 Fixing film 3 Heater 4 Pressure roller 5 Thermistor 6 Metal stay 7 Heater mounting seat surface 8 Rib 9 Unevenness (counterbore)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05B 3/00 G03G 15/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H05B 3/00 G03G 15/20
Claims (1)
クヒータを支持するヒータホルダとを有する加熱装置に
おいて、 前記ヒータホルダは、前記セラミックヒータの裏面全面
を格子状の座面で支持する、 ことを特徴とする加熱装置。(57) [Claim 1] In a heating device having a plate-shaped ceramic heater and a heater holder for supporting the ceramic heater, the heater holder is provided on the entire back surface of the ceramic heater.
A heating device, wherein the heating device is supported by a lattice-shaped seating surface .
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