JP6070166B2 - 面状発熱体、面状発熱体の製造方法、定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
この面状発熱体としては、1)ニクロム線やステンレス線の発熱体をシリコーンラバーでカバーした構造のものが知られている。
その他、面状発熱体としては、ポリイミドフィルムに接着剤を設けたシートで発熱体を包む構造のもの(特許文献1参照)、ニクロム線やステンレス線の発熱体を熱融着性ポリイミドと熱可塑性ポリイミドの積層体でカバーした構造のもの、ガラス基板に発熱体を設けた構造のものも知られている(特許文献2、3参照)。
請求項1に係る発明は、
クロム・ニッケル合金、又はステンレスを含み、厚さが0.1μm以上50μm以下の発熱体層と、
前記発熱体層の外面を被覆し、アルミ、チタン、ニオブ、及びタンタルから選択される少なくとも1種の金属又は当該金属を含む合金の陽極酸化被膜からなる絶縁被覆層と、
を有する面状発熱体。
金属又は合金を含み、厚さが0.1μm以上50μm以下の発熱体層と、前記発熱体層の外面を被覆し、金属又は合金を含んで構成された被覆層と、を有する面状体に対し、前記被覆層の外面を陽極酸化処理して、前記被覆層の金属又は合金を酸化し、金属酸化物を含む絶縁被覆層を形成する工程を有する面状発熱体の製造方法。
第1回転体と、
前記第1回転体に接して設けられ、前記第1回転体を加熱する面状発熱体であって、金属又は合金を含み、厚さが0.1μm以上50μm以下の発熱体層と、前記発熱体層の外面を被覆し金属酸化物を含む絶縁被覆層とを有し、前記絶縁被覆層が前記第1回転体に接する面状発熱体と、
前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、
を備える定着装置。
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、
帯電された前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、
前記潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記トナー像を前記記録媒体に定着する定着手段であって、請求項3に記載の定着装置である定着手段と、
を備える画像形成装置。
請求項1に係る発明によれば、酸素含有雰囲気下での強制酸化により形成された金属酸化物を含む絶縁被覆層を有する場合に比べ、柔軟性と共に、耐熱性に優れた面状発熱体が提供される。
請求項1に係る発明によれば、アルミを含む発熱層を有する場合に比べ、発熱効率に優れた面状発熱体が提供される。
なお、実質的に同一の機能を有する部材には、全図面を通して同じ符合を付与し、重複する説明は適宜省略する場合がある。
図1は、本実施形態に係る面状発熱体の一例を示す概略平面図である。図2は、本実施形態に係る面状発熱体の一例を示す概略断面図である。なお、図2は、図1のA−A断面図である。
本実施形態に係る面状発熱体70は、例えば、図1及び図2に示すように、発熱体層72と、発熱体層72の外面を被覆する絶縁被覆層74と、を有している。
そして、発熱体層72の対向する2つの端部(例えば、長手方向端部)には、2つの給電部76が接続されている。発熱体層72は、給電部76から電力が供給されることで、発熱する。なお、図示しないが、給電部76には、例えば、ステンレス製等の接続端子が接続されていてもよい。
発熱体層72(面状発熱体70)の平面形状は、長方形状に限られず、例えば、正方形状、円形状、多角形状、帯状等、目的に応じて選択される。
また、発熱体層72(面状発熱体70)の平面形状は、線状の発熱層を屈曲又は湾曲して回路状にパターニングされた態様であってもよい。
その他、金属又は合金としては、クロム・ニッケル合金、ステンレス、鉄(鋼)、マンガン、マンガン合金、コンスタンタン、白金・ロジウム合金等が挙げ挙げられる。
これらの中でも、クロム・ニッケル合金、又はステンレスは、高い抵抗と低い抵抗温度係数を持つ発熱抵抗材料であり、発熱体層72の発熱効率が高くなる点で好適である。
その他、金属酸化物としては、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化クロム、酸化マンガン、酸化コバルト等が挙げられる。
つまり、金属酸化物は、アルミ、チタン、ニオブ、及びタンタルから選択される少なくとも1種の金属又は当該金属を含む合金を陽極酸化処理により酸化した金属酸化物であることがよい。陽極酸化処理により酸化した金属酸化物を含む絶縁被覆層74は、緻密な膜となり易い。その結果、面状発熱体70の柔軟性及び耐熱性が向上し易くなる。また、発熱体層72の絶縁性が確保され、耐久性も向上し易くなる。
このため、本実施形態に係る面状発熱体70は、柔軟性と共に、耐熱性に優れる。その結果、面状発熱体70を過度に湾曲したり、面状発熱体が過剰に発熱したり、発熱を長期間発熱させた場合であっても、絶縁被覆層74の剥がれが抑制される。また、絶縁被覆層74の劣化も抑制され、発熱体層72の絶縁及び保護が維持される。
本実施形態に係る面状発熱体70の製造方法について説明する。
図3は、第1実施形態に係る面状発熱体の製造方法の一例を示す工程図である。なお、図3に示す工程図は、図2に示す断面図に相当する工程図である。
面状体70Aを構成する金属又は合金は、陽極酸化により酸化する金属又は合金が挙げられ、具体的には、例えば、アルミ、チタン、ニオブ、及びタンタルから選択される少なくとも1種の金属、又は当該金属を含む合金が挙げられる。
面状体70Aの平面形状は、製造する面状発熱体70の平面形状と同形である。面状体70Aの厚みは、作製する面状発熱体70の厚み(発熱体層72及び絶縁被覆層74の厚みの合計値)となる厚みである。なお、目的とする厚みの面状体70Aは、金属板又は合金板を圧延加工により得られる。
マスク78としては、例えば、マスキングテープが挙げられる。また、マスク78としては、フォトリソグラフィー法を利用し、露光・現像を行ってパターニングした感光性レジスト膜を利用してもよい。
陽極酸化処理は、例えば、処理浴の電解質濃度が10質量%以上40質量%以下、処理浴温度が20℃以上50℃以下、電流密度が1.0A/dm2以上10A/dm2以下、電圧30V以上200V以下、処理時間(電解時間)2分間以上12分間の条件で行うことがよい。
これにより、第1実施形態に係る面状発熱体の製造方法では、柔軟性と共に、耐熱性に優れた面状発熱体70が得られる。
無論、本実施形態に係る面状発熱体の製造方法において、発熱体層72のパターニングを妨げるものではない。発熱体層72をパターニングする場合、陽極酸化処理の段階において、面状体70Aを平面視したとき、面状体70Aの厚み方向に対向する両面のうち目的とするパターンの発熱体層72となる領域にマスクを設け、その状態で面状体70Aのマスクが設けられた領域を除く領域の厚み方向全域が酸化(つまり金属酸化物が形成)されるように陽極酸化処理を行い、その後、マスクを除去して、再度、面状体70Aのマスクが設けられた領域の表層部が酸化(つまり金属酸化物の層が形成)されるように陽極酸化処理を行うことで、パターニングされた発熱体層72を有する面状発熱体70が得られる。なお、この場合も発熱体層72の厚みは陽極酸化処理の処理条件(例えば処理時間等)で調整すればよい。
図4は、第2実施形態に係る面状発熱体の製造方法の一例を示す工程図である。なお、図4に示す工程図は、図2に示す断面図に相当する工程図である。
面状積層体70Bは、例えば、被覆層80となる2枚の金属又は合金箔により、発熱体層72となる金属又は合金箔を挟んで拡散接合したものが挙げられる。面状積層体70Bは、被覆層80となる2枚の金属又は合金箔が発熱体層72となる金属又は合金箔を挟んで構成された構造であれば、特に制限はない。
なお、面状積層体70Bは、縁部において、被覆層80となる2枚の金属又は合金箔が直接接合され、発熱体層72となる金属又は合金箔を封止していることがよい。
被覆層80を構成する金属又は合金としては、陽極酸化により酸化する金属又は合金が挙げられ、具体的には、例えば、アルミ、チタン、ニオブ、及びタンタルから選択される少なくとも1種の金属、又は当該金属を含む合金が挙げられる。
マスク78については、第1実施形態に係る面状積層体70Bで説明したものと同様である。
陽極酸化処理については、第1実施形態に係る面状積層体70Bの説明と同様である。但し、マスク78を設けた領域を除く被覆層80の全体を陽極酸化処理により酸化させ、金属酸化物層とする。
これにより、第2実施形態に係る面状発熱体の製造方法では、柔軟性と共に、耐熱性に優れた面状発熱体70が得られる。
本実施形態に係る定着装置としては、種々の構成があり、例えば、第1回転体と、第1回転体に接して設けられ、第1回転体を加熱する面状発熱体と、第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、を備える。
そして、面状発熱体として、本実施形態に係る面状発熱体が適用される。
図5は、本実施形態に係る定着装置の一例を示す概略構成図である。
また、面状発熱体70は、不図示の支持部材により支持された状態で設けられている。
加圧ローラ64の矢印R方向への回転に伴い、加熱ベルト62が矢印S方向に従動回転し、加熱ベルト62の内周面に接触した面状発熱体70により、加熱ベルト62の外周面が加熱される。
次に、本実施形態に係る画像形成装置について説明する。
本実施形態の画像形成装置は、像保持体と、像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、帯電された像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、を備える。そして、定着手段として、本実施形態に係る定着装置が適用される。
図6は、本実施形態に係る画像形成装置の構成を示した概略構成図である。
本実施形態に係る画像形成装置では、図示しない画像読取装置や図示しないパーソナルコンピュータ(PC)等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置により所定の画像処理が施された後、画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kによって作像作業が実行される。
(金属箔(面状体)準備)
アルミ板を圧延加工して、幅150mm×長さ300mmL×厚み50μm)の単層アルミ箔(面状体)を準備した。
得られた単層アルミ箔(面状体)の長手方向両端面及び両端から幅10mmの領域をマスクで覆いマスキングした。マスキングした単層アルミ箔を陽極酸化処理槽内に浸漬した。そして、表1に従った条件により、陽極酸化処理を実施し、単層アルミ箔の外面の表層部を酸化し、絶縁被覆層となる厚み22.5μmの酸化アルミ層を形成すると共に、内部に発熱体層となる5μmのアルミ層を形成した。
陽極酸化した単層アルミ箔からマスクを除去し、300℃の大気雰囲気中で乾燥後、マスクを除去した非陽極酸化処理領域である給電部に、ステンレス製の接続端子を溶接した。
表1に従って、準備する面状体、陽極酸化処理条件を変更した以外は、実施例1と同様にして、面状発熱体を得た。
(積層金属箔(面状積層体)準備)
ニッケル・クロム合金箔の両面に、アルミ箔を拡散接合した積層体(クラッド材)を圧延加工して、幅150mm×長さ300mm×厚さ75μmの積層金属箔(面状積層体)を準備した。この積層金属箔は、発熱体層となるニッケル・クロム合金層の厚みが15μm、被覆層としてのアルミ層の厚みが30μmであった。
得られた積層金属箔(面状積層体)の長手方向両端面及び両端から幅10mmの領域をマスクで覆いマスキングした。マスキングした積層金属箔を陽極酸化処理槽内に浸漬した。そして、表1に従った条件により、陽極酸化処理を実施し、積層金属箔の外面の表層部(アルミ層)を酸化し、絶縁被覆層となる厚み30μmの酸化アルミ層を形成した。
陽極酸化した単層アルミニウム箔からマスクを除去し、300℃の大気雰囲気中で乾燥後、マスクを除去した非陽極酸化処理領域である給電部に、ステンレス製の接続端子を溶接した。
表1に示す条件に変更した以外は、実施例13と同様にして、面状発熱体を得た。
発熱体層としての厚み30μmのステンレス箔の両面を、絶縁被覆層として、厚み300μmのシリコーンゴムフィルム及び厚み100μmのポリエーテルイミドフィルムの積層フィルムを接着し、面状発熱体を得た。
発熱体層としての厚み30μmのステンレス箔の両面を、絶縁被覆層として、厚み50μmの熱可塑性ポリイミドフィルム及び厚み50μmの非熱可塑性ポリイミドフィルムの積層フィルムを加圧加熱加圧着(ラミネート)し、面状発熱体を得た。
各例で得られた面状発熱体について、加熱試験を行った。結果を表1に示す。
各例で得られた面状発熱体をステンレス製のパイプ(外径φ50mm×肉厚3mm×長さ300mm)の表面に貼り付けた。面状発熱体が貼り付けられたパイプの外周面を覆うように、他のステンレス製のパイプ(外径φ54mm×肉厚3mm×長さ300mm)を被せた。
この2つのパイプ間に配置された状態の面状発熱体へ通電(電圧=AC100V、電流=20A)し、加熱試験を実施した。
加熱試験は、(1)設定温度250℃、(2)設定温度350℃、(3)設定温度450℃の3設定で行った、そして、各々の設定温度での1.0時間経過後(初期と表記)、500時間経過後、1000時間経過後の面状発熱体の状態を観察し、下記評価基準で評価した。
評価基準は以下の通りであり
A :層間剥がれなし
B :部分的な層間剥がれが発生(部分的に温度低下が発生)
C :広範囲な層間剥がれが発生(広範囲に温度低下が発生)
D :全体的な層間剥がれが発生(全体的に温度低下が発生)
柔軟性評価は、次のようにして行った。
各例で得られた幅150mm×長さ300mmの面状発熱体をパイプ(外径φ30mm)に沿わせた状態で、平面状に戻ろうとする力Fをプッシュプルゲージ(バネ秤り)を用いて測定した。
評価基準は以下の通りであり
A :F≦10gf
B :10gf<F≦250gf
C :250gf<F<500gf
D :F≧500gf
また、本実施例の面状発熱体は、比較例の面状発熱体に比べ、加熱試験により、層間剥離の発生が抑えられ、耐熱性が高いことがわかる。
62 加熱ベルト
64 加圧ローラ
66 押圧パッド
68 支持部材
70 面状発熱体
70A、70B 面状体
72 発熱体層
74 絶縁被覆層
76 給電部
78 マスク
80 定着装置
100 画像形成装置
Claims (4)
- クロム・ニッケル合金、又はステンレスを含み、厚さが0.1μm以上50μm以下の発熱体層と、
前記発熱体層の外面を被覆し、アルミ、チタン、ニオブ、及びタンタルから選択される少なくとも1種の金属又は当該金属を含む合金の陽極酸化被膜からなる絶縁被覆層と、
を有する面状発熱体。 - 金属又は合金を含み、厚さが0.1μm以上50μm以下の発熱体層と、前記発熱体層の外面を被覆し、金属又は合金を含んで構成された被覆層と、を有する面状体に対し、前記被覆層の外面を陽極酸化処理して、前記被覆層の金属又は合金を酸化し、金属酸化物を含む絶縁被覆層を形成する工程を有する面状発熱体の製造方法。
- 第1回転体と、
前記第1回転体に接して設けられ、前記第1回転体を加熱する面状発熱体であって、金属又は合金を含み、厚さが0.1μm以上50μm以下の発熱体層と、前記発熱体層の外面を被覆し金属酸化物を含む絶縁被覆層とを有し、前記絶縁被覆層が前記第1回転体に接する面状発熱体と、
前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、
を備える定着装置。 - 像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、
帯電された前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、
前記潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記トナー像を前記記録媒体に定着する定着手段であって、請求項3に記載の定着装置である定着手段と、
を備える画像形成装置。
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