セラミックヒータ、加熱装置、画像処理装置
【課題】摺動性を阻害させることなく良好な定着性が得られるとともに、装置の耐久性を向上させたセラミックヒータを実現する。
【解決手段】窒化アルミニウム等高熱伝導特性を有する長尺平板状の絶縁基板１１の一面に、銀・パラジウム等の通電により発熱が得られる発熱抵抗体１２１，１２２と電力を供給させるための銀、銀白金等の単位面積当たりの抵抗値が低く通電しても大きな発熱現象が起こりにくい給電用の電極部１４，１５を形成する。発熱抵抗体１２１，１２２上には、これらを覆うガラス等で、電気的、機械的、化学的な保護を行うオーバーコート層１８を形成する。発熱抵抗体１２１，１２２が形成された絶縁基板１１の反対面にはポリイミド、ポリイソイミド、ポリアミドイミド等イミド系樹脂にフィラーを含有させ、このフィラーの含有量を絶縁基板１１から表面に向かって漸次低くなり、その表面を摺動面とした樹脂皮膜層２１を形成する。
【解決手段】窒化アルミニウム等高熱伝導特性を有する長尺平板状の絶縁基板１１の一面に、銀・パラジウム等の通電により発熱が得られる発熱抵抗体１２１，１２２と電力を供給させるための銀、銀白金等の単位面積当たりの抵抗値が低く通電しても大きな発熱現象が起こりにくい給電用の電極部１４，１５を形成する。発熱抵抗体１２１，１２２上には、これらを覆うガラス等で、電気的、機械的、化学的な保護を行うオーバーコート層１８を形成する。発熱抵抗体１２１，１２２が形成された絶縁基板１１の反対面にはポリイミド、ポリイソイミド、ポリアミドイミド等イミド系樹脂にフィラーを含有させ、このフィラーの含有量を絶縁基板１１から表面に向かって漸次低くなり、その表面を摺動面とした樹脂皮膜層２１を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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面状ヒータおよびこの面状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。
【背景技術】
【０００２】
従来のセラミックヒータでは、窒化アルミニウム等の高熱伝導特性を有する長尺平板状の絶縁基板の発熱抵抗体が形成された面の反対面を摺動面とすることが知られている。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２０００−２９３３４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した特許文献１の技術は、耐久性、摺動性の面から摺動面樹脂皮膜層には２０μｍ以下のガラスかフッ素樹脂を用いるとしている。樹脂皮膜層が樹脂で薄い場合、摺動動作により樹脂皮膜層が磨耗劣化し、厚い場合、熱伝導が悪く良好なトナー定着性が得られない、という問題がある。また、熱伝導特性に効果が出る程度にフィラーを含有させた場合、樹脂皮膜層の表面が粗くなり摺動性が阻害される、という問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、摺動性を阻害させずに良好な定着性を得られるとともに、装置の耐久性を向上させたセラミックヒータおよびこれを用いた加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決するために、この発明のセラミックヒータは、窒化アルミニウム等の高熱伝導特性を有する長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板の一面に形成された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に電力を供給するために形成された給電用電極部と、前記発熱抵抗体を覆うように配置されたオーバーコート層と、前記発熱抵抗体が形成された前記絶縁基板の裏面に、フィラーを含有し、該フィラー密度を前記絶縁基板面の近傍に比べ離れるほど低くなるように異ならせて形成したイミド系の樹脂皮膜層とを具備したこと特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、フィラーを含有させた場合でも、樹脂皮膜層の表面でのフィラーの含有量が少ないことから樹脂皮膜層の表面は滑らかな状態にあり摺動性の向上を図ることができ、フィラーが含有されていることから熱伝導性も図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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はこの発明のセラミックヒータに関する一実施形態について説明するための構成図、図２は図１の背面図、図３は図１のｘ−ｘ’断面図である。
【０００８】
図１において、１１は、耐熱、電気絶縁性材料例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などの電気絶縁性を有する高剛性のセラミック等の基材で高い熱伝導性の短冊状絶縁基板である。１２１，１２２は、絶縁基板１１の表面側の長手方向に沿って平行に形成された銀パラジウムをはじめとする銀系材料や、ルテニウム系、炭素系等などの抵抗体ペーストを高温で焼成し所定の抵抗値を有する厚膜からなる帯状の発熱抵抗体、１３は発熱抵抗体１２１，１２２それぞれ一端の一部を重層した銀系の導体ペーストを焼成して形成した接続部である。１４は発熱抵抗体１２１の他端を重層形成したＡｇ／Ｐｄ合金などを主体とする良導電体膜からなる給電用の電極、１５は発熱抵抗体１２２の他端を重層形成したＡｇ／Ｐｄ合金などを主体とする良導電体膜からなる給電用の電極である。１６，１７は電極１４，１５と発熱抵抗体１２１，１２２はそれぞれ接続部１３と同材料で同様に焼成して一体形成された接続部である。電極１４，１５を残した発熱抵抗体１２１，１２２および接続部１３，１６，１７上には、されたガラス等、電気的、機械的、化学的な保護を行うオーバーコート層１８が形成される。
【０００９】
図１の絶縁基板１１の裏面状態を示す図２の２１は、樹脂皮膜層である。この樹脂皮膜層２１は、絶縁基板１１のほぼ前面に、ポリイミド、ポリイソイミド、ポリアミドイミド等イミド系樹脂にフィラーを添加して形成されるものである。フィラー材としては珪素、アルミニウム、ホウ素何れかかもしくはこれらを混合した窒化物または酸化物が考えられる。
【００１０】
図３に示すように、樹脂皮膜層２１はフィラーを絶縁基板１１面の近傍に比べて樹脂皮膜層２１の表面側の方のフィラー密度が低くなるよう形成する。つまり、絶縁基板１１側から表面側にかけて漸次フィラーの含有量を増やす、いわゆるグラデーションの状態にしている。
【００１１】
このように構成することにより、フィラーを含有させた場合でも、樹脂皮膜層の表面でのフィラーの含有量が少ないことから樹脂皮膜層２１の表面は滑らかな状態にあり摺動性の向上を図ることができ、フィラーが含有されていることから熱伝導性も図ることができる。
【００１２】
図４は、この発明のセラミックヒータの他の実施形態について説明するための、上記実施形態の図３に相当する断面図である。この実施形態は、樹脂皮膜層４１のフィラーを絶縁基板１１面側に比べて表面側にいくほどフィラー密度が段階的に低くなるように複数の樹脂被覆層４１ａ〜４１ｄを形成したものである。つまり、絶縁基板１１側から表面側にかけての被覆層４１ａ〜４１ｄのフィラー含有量は、４１ａ＞４１ｂ＞４１ｃ＞４１ｄの関係となっている。
【００１３】
このように、この実施形態でも、フィラーの含有量を樹脂皮膜層２１の表面に行くほど段階的に少なくしたことから、樹脂皮膜層２１の表面は滑らかな状態にあり摺動性の向上を図るとともに、熱伝導性も図ることができる。
【００１４】
次に、この発明のセラミックヒータのもう一つの他の実施形態について説明する。この実施形態は、樹脂皮膜層のフィラー材質とフィラー粒径を限定するものである。なすわち、フィラー材質は珪素、アルミニウム、ホウ素何れかもしくはそれら混合の窒化物または酸化物で、フィラー粒径は樹脂皮膜層の１／３以下とした。
【００１５】
例えば、樹脂皮膜層厚は５〜１５μｍとすると、フィラー粒径はその１／３以下である。樹脂皮膜層が薄すぎると厚み方向の密度分布が得られず、厚すぎると形成された樹脂皮膜層の特定箇所に膨らみなど欠陥が発生しやすくなりなる。しかしながら、フィラー粒径を樹脂皮膜層の１／３以下とすることでより均一な成膜を実現でき、樹脂皮膜層表面の摺動性の向上を図ることができる。
【００１６】
次に、図５を参照し、上記したセラミックヒータを加熱装置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３で説明したセラミックヒータであり、同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００１７】
図５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。
【００１８】
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１２１，１２２が形成された絶縁基板１１の反対面の樹脂皮膜層２１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。
【００１９】
また、シリコーンゴム層２０３には、サーミスタ２０５が摺動可能に当接された状態で配置される。サーミスタ２０５は、例えば図６に示す回路構成により通電され発熱温度が調整される。すなわち、商用電源６１を温度制御回路６２の制御端子に接続されたソリッドステートリレー６３を介してセラミックヒータ１００の電極１４，１５に通電されると、直列接続された発熱抵抗体１２１，１２２に電流が流れて発熱する。発熱抵抗体１２１，１２２の発熱により絶縁基板１１も温度上昇する。この熱は、定着フィルム２０４を介してシリコーンゴム層２０３、サーミスタ２０５の感温部に伝わり、感温部の抵抗値を変化させる。サーミスタ２０５の抵抗値の変化を、絶縁基板１１の裏面側に形成された配線導体を介して出力させ、これを温度制御回路６２に入力して設定温度にあるか否かを判定する。温度が設定温度より低い場合はソリッドステートリレー６３にオン信号を出力し、設定温度より高い場合はソリッドステートリレー６３にオフ信号を出力する。
【００２０】
このように、発熱抵抗体１２１，１２２に加える電力を制御することによって、発熱抵抗体１２１，１２２の温度調整が可能となる。なお、温度制御回路６２はソリッドステートリレー６３のオン・オフ制御について述べたが、他にパルス幅変調制御方式等による温度調整でも構わない。
【００２１】
そして、セラミックヒータ１００は電極１３，１４に電力が供給されると、発熱抵抗体１２１，１２２にそれぞれ電流が流れ、発熱抵抗体１２１，１２２は長手方向にほぼ均一の発熱温度分布を呈することになる。この実施形態では、例えば発熱抵抗体１２１，１２２抵抗値を２５Ωとし、１００Ｖの電圧を印加することにより４Ａの電流が流れ、４００Ｗの発熱量を得ることが可能となる。
【００２２】
通常は、上述したように基板１１の裏面側に設けたサーミスタ２０５がセラミックヒータ１００の温度を検出して温度制御回路６２を通じてソリッドステートリレー６３をオン・オフ制御し所定の温度に制御している。
【００２３】
再び図５の加熱装置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、発熱抵抗体１２１，１２２で発生させた熱が絶縁基板１１、樹脂皮膜層２１と伝わり、樹脂皮膜層２１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。この後、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。
【００２４】
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。
【００２５】
この加熱装置２００では、ヒータ１００の絶縁基板１１から離れるほどにフィラーの含有量が低い樹脂皮膜層２１を用いたことにより、定着フィルムとの摺動性の阻害の防止や良好な定着性が得られるとともに、耐久性を向上させることができる。
【００２６】
次に、図７を参照して、この発明に係る定着ヒータ、この定着ヒータを用いた定着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、定着装置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。
【００２７】
図７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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
その後、感光ドラム３０４上から離れた用紙Ｐは、搬送ガイド３１１によって定着装置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。
【００３２】
定着装置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１２１，１２２を延在させて定着ヒータ１００の加圧ローラ２０１が設けられている。
【００３３】
そして、定着ヒータ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１２１，１２２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。
【００３４】
この実施形態では、定着フィルムとの摺動性の阻害の防止や良好な定着性が得られるとともに、耐久性を向上させるセラミックヒータよる定着装置２００を用いた複写機３００を実現できる。
【００３５】
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、オーバーコート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、オーバーコート層はガラス、定着フィルムが金属の場合オーバーコート層は樹脂を組み合わせるのが望ましい。この樹脂は一般的に摺動性に優れるとされる材料、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、フッ素等があり、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、３Ｈ以上の硬度は必要である。
【００３６】
また、発熱抵抗体は便宜的に２本折り返す構成としているが、発熱抵抗体構成は特に限定するものではない。
【００３７】
セラミック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できる。
【００３８】
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。
【００３９】
（１） 窒化アルミニウム等の高熱伝導特性を有する長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板の一面に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給電用電極部と、前記発熱抵抗体を覆うように配置された保護層と、前記発熱抵抗体と前記絶縁基板面で相対する面に形成されたフィラーと、前記フィラー密度が前記絶縁基板面の近傍に比べて膜表面部の方が低くなるように厚み方向に前記フィラーの密度が異なるイミド系の樹脂皮膜層とを具備し、前記フィラー材質は、珪素、アルミニウム、ホウ素のいずれか１つかもしくは混合された窒化物もしくは酸化物であり、最大粒径が樹脂皮膜層厚の１／３以下であることを特徴とするセラミックヒータ。
【００４０】
このように、フィラーを最大粒径が樹脂皮膜層厚の１／３以下としたことで、隣り合うフィラー間隔が適当となり良好な熱伝導効果を得ることができる。また、樹脂皮膜層表面に凹凸の影響が抑えられ摺動性の高いヒータを実現することができる。
【００４１】
（２） 窒化アルミニウム等の高熱伝導特性を有する長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板の一面に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給電用電極部と、前記発熱抵抗体を覆うように配置された保護層と、前記発熱抵抗体と前記絶縁基板面で相対する面に形成されたフィラーと、前記フィラー密度が前記絶縁基板面の近傍に比べて膜表面部の方が低くなるように厚み方向に前記フィラーの密度が異なるイミド系の樹脂皮膜層とを具備し、前記イミド系樹脂皮膜層の膜厚は、５〜１５μｍであることを特徴とするセラミックヒータ。
【００４２】
このように、イミド系樹脂の樹脂皮膜層厚を５〜１５μｍとすることで、所望の厚み方向の密度分布が得られるとともに、厚すぎによる特定箇所の膨れなど欠陥の発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明のセラミックヒータに関する一実施形態について説明するための構成図。
【図２】図１の裏面の構成図。
【図３】図１のｘ−ｘ’断面図。
【図４】この発明のセラミックヒータに関する他の実施形態について説明するための構成図。
【図５】この発明の加熱装置に関する一実施形態について説明するための説明図。
【図６】図１に用いる温度調整について説明するための回路構成図。
【図７】この発明の画像形成装置に関する一実施形態について説明するための説明図。
【符号の説明】
【００４４】
１１ 絶縁基板
１２１，１２２ 発熱抵抗体
１３ 接続部
１４，１５ 電極
１６，１７ 接続部
１８ オーバーコート層
２１，４１，４１ａ〜４１ｄ 樹脂皮膜層
１００ セラミックヒータ
２００ 加熱装置
３００ 画像形成装置
【技術分野】
【０００１】
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面状ヒータおよびこの面状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。
【背景技術】
【０００２】
従来のセラミックヒータでは、窒化アルミニウム等の高熱伝導特性を有する長尺平板状の絶縁基板の発熱抵抗体が形成された面の反対面を摺動面とすることが知られている。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２０００−２９３３４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した特許文献１の技術は、耐久性、摺動性の面から摺動面樹脂皮膜層には２０μｍ以下のガラスかフッ素樹脂を用いるとしている。樹脂皮膜層が樹脂で薄い場合、摺動動作により樹脂皮膜層が磨耗劣化し、厚い場合、熱伝導が悪く良好なトナー定着性が得られない、という問題がある。また、熱伝導特性に効果が出る程度にフィラーを含有させた場合、樹脂皮膜層の表面が粗くなり摺動性が阻害される、という問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、摺動性を阻害させずに良好な定着性を得られるとともに、装置の耐久性を向上させたセラミックヒータおよびこれを用いた加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決するために、この発明のセラミックヒータは、窒化アルミニウム等の高熱伝導特性を有する長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板の一面に形成された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に電力を供給するために形成された給電用電極部と、前記発熱抵抗体を覆うように配置されたオーバーコート層と、前記発熱抵抗体が形成された前記絶縁基板の裏面に、フィラーを含有し、該フィラー密度を前記絶縁基板面の近傍に比べ離れるほど低くなるように異ならせて形成したイミド系の樹脂皮膜層とを具備したこと特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、フィラーを含有させた場合でも、樹脂皮膜層の表面でのフィラーの含有量が少ないことから樹脂皮膜層の表面は滑らかな状態にあり摺動性の向上を図ることができ、フィラーが含有されていることから熱伝導性も図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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はこの発明のセラミックヒータに関する一実施形態について説明するための構成図、図２は図１の背面図、図３は図１のｘ−ｘ’断面図である。
【０００８】
図１において、１１は、耐熱、電気絶縁性材料例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などの電気絶縁性を有する高剛性のセラミック等の基材で高い熱伝導性の短冊状絶縁基板である。１２１，１２２は、絶縁基板１１の表面側の長手方向に沿って平行に形成された銀パラジウムをはじめとする銀系材料や、ルテニウム系、炭素系等などの抵抗体ペーストを高温で焼成し所定の抵抗値を有する厚膜からなる帯状の発熱抵抗体、１３は発熱抵抗体１２１，１２２それぞれ一端の一部を重層した銀系の導体ペーストを焼成して形成した接続部である。１４は発熱抵抗体１２１の他端を重層形成したＡｇ／Ｐｄ合金などを主体とする良導電体膜からなる給電用の電極、１５は発熱抵抗体１２２の他端を重層形成したＡｇ／Ｐｄ合金などを主体とする良導電体膜からなる給電用の電極である。１６，１７は電極１４，１５と発熱抵抗体１２１，１２２はそれぞれ接続部１３と同材料で同様に焼成して一体形成された接続部である。電極１４，１５を残した発熱抵抗体１２１，１２２および接続部１３，１６，１７上には、されたガラス等、電気的、機械的、化学的な保護を行うオーバーコート層１８が形成される。
【０００９】
図１の絶縁基板１１の裏面状態を示す図２の２１は、樹脂皮膜層である。この樹脂皮膜層２１は、絶縁基板１１のほぼ前面に、ポリイミド、ポリイソイミド、ポリアミドイミド等イミド系樹脂にフィラーを添加して形成されるものである。フィラー材としては珪素、アルミニウム、ホウ素何れかかもしくはこれらを混合した窒化物または酸化物が考えられる。
【００１０】
図３に示すように、樹脂皮膜層２１はフィラーを絶縁基板１１面の近傍に比べて樹脂皮膜層２１の表面側の方のフィラー密度が低くなるよう形成する。つまり、絶縁基板１１側から表面側にかけて漸次フィラーの含有量を増やす、いわゆるグラデーションの状態にしている。
【００１１】
このように構成することにより、フィラーを含有させた場合でも、樹脂皮膜層の表面でのフィラーの含有量が少ないことから樹脂皮膜層２１の表面は滑らかな状態にあり摺動性の向上を図ることができ、フィラーが含有されていることから熱伝導性も図ることができる。
【００１２】
図４は、この発明のセラミックヒータの他の実施形態について説明するための、上記実施形態の図３に相当する断面図である。この実施形態は、樹脂皮膜層４１のフィラーを絶縁基板１１面側に比べて表面側にいくほどフィラー密度が段階的に低くなるように複数の樹脂被覆層４１ａ〜４１ｄを形成したものである。つまり、絶縁基板１１側から表面側にかけての被覆層４１ａ〜４１ｄのフィラー含有量は、４１ａ＞４１ｂ＞４１ｃ＞４１ｄの関係となっている。
【００１３】
このように、この実施形態でも、フィラーの含有量を樹脂皮膜層２１の表面に行くほど段階的に少なくしたことから、樹脂皮膜層２１の表面は滑らかな状態にあり摺動性の向上を図るとともに、熱伝導性も図ることができる。
【００１４】
次に、この発明のセラミックヒータのもう一つの他の実施形態について説明する。この実施形態は、樹脂皮膜層のフィラー材質とフィラー粒径を限定するものである。なすわち、フィラー材質は珪素、アルミニウム、ホウ素何れかもしくはそれら混合の窒化物または酸化物で、フィラー粒径は樹脂皮膜層の１／３以下とした。
【００１５】
例えば、樹脂皮膜層厚は５〜１５μｍとすると、フィラー粒径はその１／３以下である。樹脂皮膜層が薄すぎると厚み方向の密度分布が得られず、厚すぎると形成された樹脂皮膜層の特定箇所に膨らみなど欠陥が発生しやすくなりなる。しかしながら、フィラー粒径を樹脂皮膜層の１／３以下とすることでより均一な成膜を実現でき、樹脂皮膜層表面の摺動性の向上を図ることができる。
【００１６】
次に、図５を参照し、上記したセラミックヒータを加熱装置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３で説明したセラミックヒータであり、同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００１７】
図５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。
【００１８】
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１２１，１２２が形成された絶縁基板１１の反対面の樹脂皮膜層２１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。
【００１９】
また、シリコーンゴム層２０３には、サーミスタ２０５が摺動可能に当接された状態で配置される。サーミスタ２０５は、例えば図６に示す回路構成により通電され発熱温度が調整される。すなわち、商用電源６１を温度制御回路６２の制御端子に接続されたソリッドステートリレー６３を介してセラミックヒータ１００の電極１４，１５に通電されると、直列接続された発熱抵抗体１２１，１２２に電流が流れて発熱する。発熱抵抗体１２１，１２２の発熱により絶縁基板１１も温度上昇する。この熱は、定着フィルム２０４を介してシリコーンゴム層２０３、サーミスタ２０５の感温部に伝わり、感温部の抵抗値を変化させる。サーミスタ２０５の抵抗値の変化を、絶縁基板１１の裏面側に形成された配線導体を介して出力させ、これを温度制御回路６２に入力して設定温度にあるか否かを判定する。温度が設定温度より低い場合はソリッドステートリレー６３にオン信号を出力し、設定温度より高い場合はソリッドステートリレー６３にオフ信号を出力する。
【００２０】
このように、発熱抵抗体１２１，１２２に加える電力を制御することによって、発熱抵抗体１２１，１２２の温度調整が可能となる。なお、温度制御回路６２はソリッドステートリレー６３のオン・オフ制御について述べたが、他にパルス幅変調制御方式等による温度調整でも構わない。
【００２１】
そして、セラミックヒータ１００は電極１３，１４に電力が供給されると、発熱抵抗体１２１，１２２にそれぞれ電流が流れ、発熱抵抗体１２１，１２２は長手方向にほぼ均一の発熱温度分布を呈することになる。この実施形態では、例えば発熱抵抗体１２１，１２２抵抗値を２５Ωとし、１００Ｖの電圧を印加することにより４Ａの電流が流れ、４００Ｗの発熱量を得ることが可能となる。
【００２２】
通常は、上述したように基板１１の裏面側に設けたサーミスタ２０５がセラミックヒータ１００の温度を検出して温度制御回路６２を通じてソリッドステートリレー６３をオン・オフ制御し所定の温度に制御している。
【００２３】
再び図５の加熱装置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、発熱抵抗体１２１，１２２で発生させた熱が絶縁基板１１、樹脂皮膜層２１と伝わり、樹脂皮膜層２１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。この後、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。
【００２４】
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。
【００２５】
この加熱装置２００では、ヒータ１００の絶縁基板１１から離れるほどにフィラーの含有量が低い樹脂皮膜層２１を用いたことにより、定着フィルムとの摺動性の阻害の防止や良好な定着性が得られるとともに、耐久性を向上させることができる。
【００２６】
次に、図７を参照して、この発明に係る定着ヒータ、この定着ヒータを用いた定着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、定着装置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。
【００２７】
図７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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
その後、感光ドラム３０４上から離れた用紙Ｐは、搬送ガイド３１１によって定着装置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。
【００３２】
定着装置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１２１，１２２を延在させて定着ヒータ１００の加圧ローラ２０１が設けられている。
【００３３】
そして、定着ヒータ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１２１，１２２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。
【００３４】
この実施形態では、定着フィルムとの摺動性の阻害の防止や良好な定着性が得られるとともに、耐久性を向上させるセラミックヒータよる定着装置２００を用いた複写機３００を実現できる。
【００３５】
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、オーバーコート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、オーバーコート層はガラス、定着フィルムが金属の場合オーバーコート層は樹脂を組み合わせるのが望ましい。この樹脂は一般的に摺動性に優れるとされる材料、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、フッ素等があり、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、３Ｈ以上の硬度は必要である。
【００３６】
また、発熱抵抗体は便宜的に２本折り返す構成としているが、発熱抵抗体構成は特に限定するものではない。
【００３７】
セラミック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できる。
【００３８】
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。
【００３９】
（１） 窒化アルミニウム等の高熱伝導特性を有する長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板の一面に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給電用電極部と、前記発熱抵抗体を覆うように配置された保護層と、前記発熱抵抗体と前記絶縁基板面で相対する面に形成されたフィラーと、前記フィラー密度が前記絶縁基板面の近傍に比べて膜表面部の方が低くなるように厚み方向に前記フィラーの密度が異なるイミド系の樹脂皮膜層とを具備し、前記フィラー材質は、珪素、アルミニウム、ホウ素のいずれか１つかもしくは混合された窒化物もしくは酸化物であり、最大粒径が樹脂皮膜層厚の１／３以下であることを特徴とするセラミックヒータ。
【００４０】
このように、フィラーを最大粒径が樹脂皮膜層厚の１／３以下としたことで、隣り合うフィラー間隔が適当となり良好な熱伝導効果を得ることができる。また、樹脂皮膜層表面に凹凸の影響が抑えられ摺動性の高いヒータを実現することができる。
【００４１】
（２） 窒化アルミニウム等の高熱伝導特性を有する長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板の一面に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給電用電極部と、前記発熱抵抗体を覆うように配置された保護層と、前記発熱抵抗体と前記絶縁基板面で相対する面に形成されたフィラーと、前記フィラー密度が前記絶縁基板面の近傍に比べて膜表面部の方が低くなるように厚み方向に前記フィラーの密度が異なるイミド系の樹脂皮膜層とを具備し、前記イミド系樹脂皮膜層の膜厚は、５〜１５μｍであることを特徴とするセラミックヒータ。
【００４２】
このように、イミド系樹脂の樹脂皮膜層厚を５〜１５μｍとすることで、所望の厚み方向の密度分布が得られるとともに、厚すぎによる特定箇所の膨れなど欠陥の発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明のセラミックヒータに関する一実施形態について説明するための構成図。
【図２】図１の裏面の構成図。
【図３】図１のｘ−ｘ’断面図。
【図４】この発明のセラミックヒータに関する他の実施形態について説明するための構成図。
【図５】この発明の加熱装置に関する一実施形態について説明するための説明図。
【図６】図１に用いる温度調整について説明するための回路構成図。
【図７】この発明の画像形成装置に関する一実施形態について説明するための説明図。
【符号の説明】
【００４４】
１１ 絶縁基板
１２１，１２２ 発熱抵抗体
１３ 接続部
１４，１５ 電極
１６，１７ 接続部
１８ オーバーコート層
２１，４１，４１ａ〜４１ｄ 樹脂皮膜層
１００ セラミックヒータ
２００ 加熱装置
３００ 画像形成装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム等の高熱伝導特性を有する長尺平板状の絶縁基板と、
前記絶縁基板の一面に形成された発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体に電力を供給するために形成された給電用電極部と、
前記発熱抵抗体を覆うように配置されたオーバーコート層と、
前記発熱抵抗体が形成された前記絶縁基板の裏面に、フィラーを含有し、該フィラー密度を前記絶縁基板面の近傍に比べ離れるほど低くなるように異ならせて形成したイミド系の樹脂皮膜層とを具備したこと特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
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記載のヒータと、
前記ヒータと前記加圧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加熱装置。
【請求項３】
媒体に形成された静電潜像にトナーを付着させてこの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２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。
【請求項１】
窒化アルミニウム等の高熱伝導特性を有する長尺平板状の絶縁基板と、
前記絶縁基板の一面に形成された発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体に電力を供給するために形成された給電用電極部と、
前記発熱抵抗体を覆うように配置されたオーバーコート層と、
前記発熱抵抗体が形成された前記絶縁基板の裏面に、フィラーを含有し、該フィラー密度を前記絶縁基板面の近傍に比べ離れるほど低くなるように異ならせて形成したイミド系の樹脂皮膜層とを具備したこと特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
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記載のヒータと、
前記ヒータと前記加圧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加熱装置。
【請求項３】
媒体に形成された静電潜像にトナーを付着させてこの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２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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３３１９５０（Ｐ２００６−３３１９５０Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５６２５２（Ｐ２００５−１５６２５２）
【出願日】平成１７年５月２７日（２００５．５．２７）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２７日（２００５．５．２７）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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