セラミックヒータ、加熱装置、画像形成装置
【課題】 並列接続されたＰＴＣの抵抗発熱体が発する熱を長手方向により均一な温度分布の得られるセラミックヒータを実現する。
【解決手段】 セラミック製の長尺平板状基板１１上の長手方向に所定の間隔を置いて正の温度係数を有する抵抗発熱体１６，１７を形成する。抵抗発熱体１６の短手方向の一端と配線パタン１４を電気的に接続した状態で基板１１上で接続する。抵抗発熱体１７の短手方向の一端配線パタン１５を電気的に接続した状態で基板１１上で接続する。抵抗発熱体１６の短手方向の他端と配線パタン１８を基板１１上で電気的に接続する。抵抗発熱体１７の短手方向の他端と配線パタン１９を基板１１上で電気的に接続する。一端が開放された配線パタン１４，１５の長手方向の他端と電極１２を接続する。一端が開放された配線パタン１８，１９の長手方向の他端と電極１３を電気的に接続する。
【解決手段】 セラミック製の長尺平板状基板１１上の長手方向に所定の間隔を置いて正の温度係数を有する抵抗発熱体１６，１７を形成する。抵抗発熱体１６の短手方向の一端と配線パタン１４を電気的に接続した状態で基板１１上で接続する。抵抗発熱体１７の短手方向の一端配線パタン１５を電気的に接続した状態で基板１１上で接続する。抵抗発熱体１６の短手方向の他端と配線パタン１８を基板１１上で電気的に接続する。抵抗発熱体１７の短手方向の他端と配線パタン１９を基板１１上で電気的に接続する。一端が開放された配線パタン１４，１５の長手方向の他端と電極１２を接続する。一端が開放された配線パタン１８，１９の長手方向の他端と電極１３を電気的に接続する。
【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等に用いられる薄型の面状セラミックヒータ、このセラミックヒータを実装したプリンタ、複写機、ファクシミリ等の加熱装置、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】
従来のセラミック等の基板を用いたヒータは、長尺状基板の長手方向両側に沿って形成された電極間に、複数の正の温度係数（ＰＴＣ：Positive Temperature Coefficient）を有する抵抗発熱体を並列に形成するとともに、抵抗発熱体の異なる領域による温度変化を少なくするために、基板の長手方向両側に形成された電極の異なる一端から電力を供給している。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開平５−２９０６７号公報（第３、４頁、図１〜３）
【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、抵抗発熱体にかかる電力供給を同条件とすることで、異なる場所での温度変化を少なくしている。しかし、並列接続された発熱抵抗体相互の間隙では温度がやや低く基板の長手方向では抵抗発熱体が発する熱に温度ムラが発生する、という問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、並列接続されたＰＴＣの抵抗発熱体が発する熱を長手方向により均一な温度分布が得られるセラミックヒータ、このセラミックヒータを用いた加熱装置、この加熱装置を用いた画像処理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、耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁性基板と、前記基板面上の長手方向に所定の間隔を置いて形成された正の温度係数を有する第１および第２の抵抗発熱体と、前記第１の抵抗発熱体の短手方向の一端と電気的に接続した状態で前記基板上に形成された第１の配線パタンと、前記第２の抵抗発熱体の短手方向の一端と電気的に接続した状態で前記基板上に形成された第２の配線パタンと、前記第１の抵抗発熱体の短手方向の他端に接続して前記基板上に形成した第３の配線パタンと、前記第２の抵抗発熱体の短手方向の他端に接続して前記基板上に形成した第４の配線パタンと、一端が開放された前記第１および第２の配線パタンの長手方向の他端にそれぞれ接続される第１の電極と、一端が開放された前記第３および第４の配線パタンの長手方向の他端にそれぞれ接続される第２の電極と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、ＰＴＣ抵抗発熱体を用いながら長手方向により均一な温度分布を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００８】
図１は、この発明のセラミックヒータに関する一実施例について説明するための正面図、図２は図１のｘ−ｘ’断面図である。
図１において、１１は厚み０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミック、ガラスセラミックまたは耐熱複合材料で形成された平板状のセラミック基板である。１２，１３はそれぞれ銀（Ａｇ）系等を主体とする良導電体膜を基板１１の両端に固着して形成された給電用の電極である。１４は基板１１の長手方向に沿って延びた配線パタン、１５は基板１１の長手方向に沿って配線パタン１４と間隔をおいて延びた配線パタンである。１６，１７は、主にチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）に希土類金属酸化物を加えたＰＴＣの発熱体ペーストを、配線パタン１４，１５との間に基板１１の長手方向に所定の間隔で印刷し、その後焼成して形成した抵抗発熱体である。
【０００９】
抵抗発熱体１６の短手方向の一端は、配線パタン１４と一部が多層された状態で配線パタン１４に、抵抗発熱体１７の短手方向の一端は、配線パタン１５と一部が多層された状態で配線パタン１５にそれぞれ基板１１上に電気的に接続された状態で形成する。１８，１９は、例えば配線パタン１４，１５と同材料と工程で形成された配線パタンである。配線パタン１８は抵抗発熱体１６の短手方向の他端と、配線パタン１９は抵抗発熱体１７の短手方向の他端とをそれぞれ一部が多層された状態でそれぞれ基板１１上に電気的に接続された状態で形成される。
【００１０】
配線パタン１４，１５の長手方向の一端は、基板１１上に固着形成された接続パタン２０を介して電極１２に接続し、長手方向の他端は開放する。配線パタン１８，１９の長手方向の一端は基板１１上に固着形成された接続パタン２１を介して電極１３に接続し、長手方向の他端は開放する。
【００１１】
２２は、図１のｘ−ｘ’断面の図２にも示すように、電極１２，１３および基板１１の一部を除いた、抵抗発熱体１６，１７、配線パタン１４，１５，１８，１９を含む基板１１を覆うように形成されたガラス層厚が２０μｍ〜１００μｍ程度で熱伝導率が、例えば２Ｗ／ｍ・Ｋ以上のガラス質のオーバーコート層である。
【００１２】
以上の構成により板状のセラミックヒータ１００が構成される。なお、オーバーコート層２２の厚みに関しては、選定する材料の伝熱特性や装置内での耐久性等を考慮して決めるものであり、特に定義されるものではない。
【００１３】
このように、抵抗発熱体１６，１７は基板１１の長手方向に２本形成されるとともに、電極１２，１３に対して並列接続されている。電極１２，１３に電力が供給されると、配線パタン１４，１８間の抵抗発熱体１６、配線パタン１５，１９間の抵抗発熱体１７にそれぞれ電流が流れ、抵抗発熱体１６，１７が発熱される。基板１１の長手方向に幅広の抵抗発熱体１６，１７は、間隔の狭い対応の配線パタン１４と１８および１５，１９間にそれぞれ配置されていることから、抵抗発熱体１６，１７の特定箇所に異常があっても幅が大きいことから発熱への影響を極力抑え、均一な温度分布を得ることが可能となる。また、間隔の狭い対応の配線パタン間の抵抗発熱体が配置されていることから、素早い温度の立ち上がりを得ることができる。
【００１４】
また、並列接続された抵抗発熱体１６，１７は、正の温度係数を有することから温度の上昇にともない抵抗も増加するが、並列接続されていることから、その抵抗値は小さくなり電流が流れにくくなることから、温度差による影響を抑えることができ、温度分布の均一化に寄与する。
【００１５】
図３は、この発明のセラミックヒータに関する他の実施例について説明するための正面図、図４は図３のｙ−ｙ’断面図である。この実施例は、配線パタン１８，１９を一体形成した配線パタン３１の部分の構成が図１と異なり、同一構成部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００１６】
すなわち、抵抗発熱体１６，１７は基板１１の長手方向に２本形成されるとともに、電極１２，１３に対して並列接続されている。電極１２，１３に電力が供給されると、配線パタン１４と３１間の抵抗発熱体１６、配線パタン１５と３１間の抵抗発熱体１７にそれぞれ電流が流れ、抵抗発熱体１６，１７がそれぞれ発熱される。
【００１７】
この実施例は、並列接続による発熱抵抗体１６，１７の持つ上記した効果に加え、電極１３に接続される配線パタン３１を一体化したため、基板１１の短手方向の寸法を短くすることが可能となる。
【００１８】
図５は、この発明のもう一つの他の実施例について説明するための図４に相当する断面図である。この実施例は抵抗発熱体１６，１７を一体化した抵抗発熱体１６７とするとともに配線パタン１４，１５，３１の下側に配置した点が図３の実施例と異なり同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
【００１９】
この実施例では、一体の発熱抵抗体１６７を配線パタン１４と３１および１５と３１との間に配置したことから、ほぼ同一の条件で形成できるばかりか、配線パタン１４，１５，３１のほぼ全面が発熱抵抗体１６７に接触されていることから配線パタン１４，１５，３１と抵抗発熱体１６７との接続条件も製品によるばらつきを抑えることができる。また、並列接続の関係にある配線パタン１４と３１および１５と３１との間のそれぞれの発熱抵抗体１６７の抵抗値もより同条件下にし易いものとなる。
【００２０】
上記した構成のセラミックヒータ１００は、加熱装置に組み込まれ、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５１を温度制御回路５２の制御端子に接続されたソリッドステートリレー５３を介してセラミックヒータ１００の電極１２，１３に通電されると、直列接続された抵抗発熱体１６，１７に電流が流れて発熱する。抵抗発熱体１６，１７の発熱により基板１１も温度上昇する。この熱は、基板１１の裏面側に取着されたサーミスタ５４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５４の抵抗値の変化を、図１の基板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５２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５３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５３にオフ信号を出力する。
【００２１】
このように、抵抗発熱体１６，１７に加える電力を制御することによって、抵抗発熱体１６，１７を温度調整する。なお、温度制御回路５２はソリッドステートリレー５３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。
【００２２】
そして、セラミックヒータ１００は電極１２，１３に電力が供給されると抵抗発熱体１６，１７にそれぞれ電流が流れ、抵抗発熱体１６，１７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。この実施例では、例えば抵抗発熱体１６，１７の抵抗値を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。
【００２３】
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５４がセラミックヒータ１００の温度を検出して温度制御回路５２を通じてソリッドステートリレー５３をオン・オフ制御し所定の温度に制御している。
【００２４】
次に、図７を参照し、上記したセラミックヒータの実施例を定着装置２００に実装した場合の、この発明の加熱装置の一実施例について説明する。図中セラミックヒータ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。
【００２５】
図７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と対向してセラミックヒータ１００が並置して図示しない基台内に取り付けられている。
【００２６】
セラミックヒータ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、抵抗発熱体１６，１７を介した基板１１真上のオーバーコート層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。
【００２７】
定着装置２００においてセラミックヒータ１００は電極１２，１３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、発熱した抵抗発熱体１６，１７のオーバーコート層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を介してセラミックヒータ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がセラミックヒータ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。
【００２８】
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。
【００２９】
この定着装置２００では、図１に示す並列接続された抵抗発熱体１６，１７が正の温度係数を有することから温度の上昇にともない抵抗も増加するが、抵抗発熱体１６，１７全体の抵抗値は小さくなり電流が流れにくくなることから、温度差による影響を抑えることができ、温度分布の均一化に寄与する。これにより定着ムラや不良を改善することが可能となる。
【００３０】
次に、図８を参照して、この発明に係るセラミックヒータ、このセラミック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。
【００３１】
図８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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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）より長い抵抗発熱体１６，１７を延在させてセラミックヒータ１００の加圧ローラ２０１が設けられている。
【００３７】
そして、セラミックヒータ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、抵抗発熱体１６，１７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。
【００３８】
このような、複写機３００は複写機等における定着ムラや不良を防止できることから、複写用紙の無駄の防止に寄与することが可能となる。
【００３９】
なお、この発明は上記した実施例に限定されるものではない。例えば、オーバーコート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、オーバーコート層はガラスや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。
【００４０】
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可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明のセラミックヒータに関する一実施例について説明するための正面図。
【図２】図１のｘ−ｘ’断面図。
【図３】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４】この発明のセラミックヒータに関する他の実施例について説明するための正面図。
【図５】図４のｙ−ｙ’断面図。
【図６】この発明のもう一つの他の実施例について説明するための断面図。
【図７】この発明の加熱装置に関する一実施例について説明するための説明図。
【図８】この発明の画像形成装置に関する一実施例について説明するための説明図。
【符号の説明】
【００４２】
１１ 基板
１２，１３ 電極
１４，１５，１８，１９ 配線パタン
１６，１７ 抵抗発熱体
２０，２１ 接続パタン
２２ オーバーコート層
１００ セラミックヒータ
２００ 定着装置
２０４ 定着フィルム
３００ 複写機
【技術分野】
【０００１】
この発明は、情報機器、家電製品や製造設備等に用いられる薄型の面状セラミックヒータ、このセラミックヒータを実装したプリンタ、複写機、ファクシミリ等の加熱装置、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】
従来のセラミック等の基板を用いたヒータは、長尺状基板の長手方向両側に沿って形成された電極間に、複数の正の温度係数（ＰＴＣ：Positive Temperature Coefficient）を有する抵抗発熱体を並列に形成するとともに、抵抗発熱体の異なる領域による温度変化を少なくするために、基板の長手方向両側に形成された電極の異なる一端から電力を供給している。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開平５−２９０６７号公報（第３、４頁、図１〜３）
【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、抵抗発熱体にかかる電力供給を同条件とすることで、異なる場所での温度変化を少なくしている。しかし、並列接続された発熱抵抗体相互の間隙では温度がやや低く基板の長手方向では抵抗発熱体が発する熱に温度ムラが発生する、という問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、並列接続されたＰＴＣの抵抗発熱体が発する熱を長手方向により均一な温度分布が得られるセラミックヒータ、このセラミックヒータを用いた加熱装置、この加熱装置を用いた画像処理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、耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁性基板と、前記基板面上の長手方向に所定の間隔を置いて形成された正の温度係数を有する第１および第２の抵抗発熱体と、前記第１の抵抗発熱体の短手方向の一端と電気的に接続した状態で前記基板上に形成された第１の配線パタンと、前記第２の抵抗発熱体の短手方向の一端と電気的に接続した状態で前記基板上に形成された第２の配線パタンと、前記第１の抵抗発熱体の短手方向の他端に接続して前記基板上に形成した第３の配線パタンと、前記第２の抵抗発熱体の短手方向の他端に接続して前記基板上に形成した第４の配線パタンと、一端が開放された前記第１および第２の配線パタンの長手方向の他端にそれぞれ接続される第１の電極と、一端が開放された前記第３および第４の配線パタンの長手方向の他端にそれぞれ接続される第２の電極と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、ＰＴＣ抵抗発熱体を用いながら長手方向により均一な温度分布を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００８】
図１は、この発明のセラミックヒータに関する一実施例について説明するための正面図、図２は図１のｘ−ｘ’断面図である。
図１において、１１は厚み０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミック、ガラスセラミックまたは耐熱複合材料で形成された平板状のセラミック基板である。１２，１３はそれぞれ銀（Ａｇ）系等を主体とする良導電体膜を基板１１の両端に固着して形成された給電用の電極である。１４は基板１１の長手方向に沿って延びた配線パタン、１５は基板１１の長手方向に沿って配線パタン１４と間隔をおいて延びた配線パタンである。１６，１７は、主にチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）に希土類金属酸化物を加えたＰＴＣの発熱体ペーストを、配線パタン１４，１５との間に基板１１の長手方向に所定の間隔で印刷し、その後焼成して形成した抵抗発熱体である。
【０００９】
抵抗発熱体１６の短手方向の一端は、配線パタン１４と一部が多層された状態で配線パタン１４に、抵抗発熱体１７の短手方向の一端は、配線パタン１５と一部が多層された状態で配線パタン１５にそれぞれ基板１１上に電気的に接続された状態で形成する。１８，１９は、例えば配線パタン１４，１５と同材料と工程で形成された配線パタンである。配線パタン１８は抵抗発熱体１６の短手方向の他端と、配線パタン１９は抵抗発熱体１７の短手方向の他端とをそれぞれ一部が多層された状態でそれぞれ基板１１上に電気的に接続された状態で形成される。
【００１０】
配線パタン１４，１５の長手方向の一端は、基板１１上に固着形成された接続パタン２０を介して電極１２に接続し、長手方向の他端は開放する。配線パタン１８，１９の長手方向の一端は基板１１上に固着形成された接続パタン２１を介して電極１３に接続し、長手方向の他端は開放する。
【００１１】
２２は、図１のｘ−ｘ’断面の図２にも示すように、電極１２，１３および基板１１の一部を除いた、抵抗発熱体１６，１７、配線パタン１４，１５，１８，１９を含む基板１１を覆うように形成されたガラス層厚が２０μｍ〜１００μｍ程度で熱伝導率が、例えば２Ｗ／ｍ・Ｋ以上のガラス質のオーバーコート層である。
【００１２】
以上の構成により板状のセラミックヒータ１００が構成される。なお、オーバーコート層２２の厚みに関しては、選定する材料の伝熱特性や装置内での耐久性等を考慮して決めるものであり、特に定義されるものではない。
【００１３】
このように、抵抗発熱体１６，１７は基板１１の長手方向に２本形成されるとともに、電極１２，１３に対して並列接続されている。電極１２，１３に電力が供給されると、配線パタン１４，１８間の抵抗発熱体１６、配線パタン１５，１９間の抵抗発熱体１７にそれぞれ電流が流れ、抵抗発熱体１６，１７が発熱される。基板１１の長手方向に幅広の抵抗発熱体１６，１７は、間隔の狭い対応の配線パタン１４と１８および１５，１９間にそれぞれ配置されていることから、抵抗発熱体１６，１７の特定箇所に異常があっても幅が大きいことから発熱への影響を極力抑え、均一な温度分布を得ることが可能となる。また、間隔の狭い対応の配線パタン間の抵抗発熱体が配置されていることから、素早い温度の立ち上がりを得ることができる。
【００１４】
また、並列接続された抵抗発熱体１６，１７は、正の温度係数を有することから温度の上昇にともない抵抗も増加するが、並列接続されていることから、その抵抗値は小さくなり電流が流れにくくなることから、温度差による影響を抑えることができ、温度分布の均一化に寄与する。
【００１５】
図３は、この発明のセラミックヒータに関する他の実施例について説明するための正面図、図４は図３のｙ−ｙ’断面図である。この実施例は、配線パタン１８，１９を一体形成した配線パタン３１の部分の構成が図１と異なり、同一構成部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００１６】
すなわち、抵抗発熱体１６，１７は基板１１の長手方向に２本形成されるとともに、電極１２，１３に対して並列接続されている。電極１２，１３に電力が供給されると、配線パタン１４と３１間の抵抗発熱体１６、配線パタン１５と３１間の抵抗発熱体１７にそれぞれ電流が流れ、抵抗発熱体１６，１７がそれぞれ発熱される。
【００１７】
この実施例は、並列接続による発熱抵抗体１６，１７の持つ上記した効果に加え、電極１３に接続される配線パタン３１を一体化したため、基板１１の短手方向の寸法を短くすることが可能となる。
【００１８】
図５は、この発明のもう一つの他の実施例について説明するための図４に相当する断面図である。この実施例は抵抗発熱体１６，１７を一体化した抵抗発熱体１６７とするとともに配線パタン１４，１５，３１の下側に配置した点が図３の実施例と異なり同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
【００１９】
この実施例では、一体の発熱抵抗体１６７を配線パタン１４と３１および１５と３１との間に配置したことから、ほぼ同一の条件で形成できるばかりか、配線パタン１４，１５，３１のほぼ全面が発熱抵抗体１６７に接触されていることから配線パタン１４，１５，３１と抵抗発熱体１６７との接続条件も製品によるばらつきを抑えることができる。また、並列接続の関係にある配線パタン１４と３１および１５と３１との間のそれぞれの発熱抵抗体１６７の抵抗値もより同条件下にし易いものとなる。
【００２０】
上記した構成のセラミックヒータ１００は、加熱装置に組み込まれ、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５１を温度制御回路５２の制御端子に接続されたソリッドステートリレー５３を介してセラミックヒータ１００の電極１２，１３に通電されると、直列接続された抵抗発熱体１６，１７に電流が流れて発熱する。抵抗発熱体１６，１７の発熱により基板１１も温度上昇する。この熱は、基板１１の裏面側に取着されたサーミスタ５４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５４の抵抗値の変化を、図１の基板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５２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５３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５３にオフ信号を出力する。
【００２１】
このように、抵抗発熱体１６，１７に加える電力を制御することによって、抵抗発熱体１６，１７を温度調整する。なお、温度制御回路５２はソリッドステートリレー５３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。
【００２２】
そして、セラミックヒータ１００は電極１２，１３に電力が供給されると抵抗発熱体１６，１７にそれぞれ電流が流れ、抵抗発熱体１６，１７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。この実施例では、例えば抵抗発熱体１６，１７の抵抗値を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。
【００２３】
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５４がセラミックヒータ１００の温度を検出して温度制御回路５２を通じてソリッドステートリレー５３をオン・オフ制御し所定の温度に制御している。
【００２４】
次に、図７を参照し、上記したセラミックヒータの実施例を定着装置２００に実装した場合の、この発明の加熱装置の一実施例について説明する。図中セラミックヒータ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。
【００２５】
図７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と対向してセラミックヒータ１００が並置して図示しない基台内に取り付けられている。
【００２６】
セラミックヒータ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、抵抗発熱体１６，１７を介した基板１１真上のオーバーコート層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。
【００２７】
定着装置２００においてセラミックヒータ１００は電極１２，１３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、発熱した抵抗発熱体１６，１７のオーバーコート層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を介してセラミックヒータ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がセラミックヒータ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。
【００２８】
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。
【００２９】
この定着装置２００では、図１に示す並列接続された抵抗発熱体１６，１７が正の温度係数を有することから温度の上昇にともない抵抗も増加するが、抵抗発熱体１６，１７全体の抵抗値は小さくなり電流が流れにくくなることから、温度差による影響を抑えることができ、温度分布の均一化に寄与する。これにより定着ムラや不良を改善することが可能となる。
【００３０】
次に、図８を参照して、この発明に係るセラミックヒータ、このセラミック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。
【００３１】
図８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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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）より長い抵抗発熱体１６，１７を延在させてセラミックヒータ１００の加圧ローラ２０１が設けられている。
【００３７】
そして、セラミックヒータ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、抵抗発熱体１６，１７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。
【００３８】
このような、複写機３００は複写機等における定着ムラや不良を防止できることから、複写用紙の無駄の防止に寄与することが可能となる。
【００３９】
なお、この発明は上記した実施例に限定されるものではない。例えば、オーバーコート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、オーバーコート層はガラスや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。
【００４０】
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可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明のセラミックヒータに関する一実施例について説明するための正面図。
【図２】図１のｘ−ｘ’断面図。
【図３】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４】この発明のセラミックヒータに関する他の実施例について説明するための正面図。
【図５】図４のｙ−ｙ’断面図。
【図６】この発明のもう一つの他の実施例について説明するための断面図。
【図７】この発明の加熱装置に関する一実施例について説明するための説明図。
【図８】この発明の画像形成装置に関する一実施例について説明するための説明図。
【符号の説明】
【００４２】
１１ 基板
１２，１３ 電極
１４，１５，１８，１９ 配線パタン
１６，１７ 抵抗発熱体
２０，２１ 接続パタン
２２ オーバーコート層
１００ セラミックヒータ
２００ 定着装置
２０４ 定着フィルム
３００ 複写機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁性基板と、
前記基板面上の長手方向に所定の間隔を置いて形成された正の温度係数を有する第１および第２の抵抗発熱体と、
前記第１の抵抗発熱体の短手方向の一端と電気的に接続した状態で前記基板上に形成された第１の配線パタンと、
前記第２の抵抗発熱体の短手方向の一端と電気的に接続した状態で前記基板上に形成された第２の配線パタンと、
前記第１の抵抗発熱体の短手方向の他端に接続して前記基板上に形成した第３の配線パタンと、
前記第２の抵抗発熱体の短手方向の他端に接続して前記基板上に形成した第４の配線パタンと、
一端が開放された前記第１および第２の配線パタンの長手方向の他端にそれぞれ接続される第１の電極と、
一端が開放された前記第３および第４の配線パタンの長手方向の他端にそれぞれ接続される第２の電極と、を具備したことを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
前記第３および第４の配線パタンを一体成形したことを特徴とする請求項１記載のセラミックヒータ。
【請求項３】
前記第１および第２の抵抗発熱体を一体形成し、一体形成された該第１および第２の抵抗発熱体に前記第１〜第４の配線パタンを形成したことを特徴とする請求項１または２記載のセラミックヒータ。
【請求項４】
加熱ローラと、
前記加熱ローラに対向配置された抵抗発熱体が圧接された請求項１〜３いずれかに記載のセラミックヒータと、
前記セラミック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加熱装置。
【請求項５】
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定着用の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４記載の定着装置とを具備したことを特徴とする画像処理装置。
【請求項１】
耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁性基板と、
前記基板面上の長手方向に所定の間隔を置いて形成された正の温度係数を有する第１および第２の抵抗発熱体と、
前記第１の抵抗発熱体の短手方向の一端と電気的に接続した状態で前記基板上に形成された第１の配線パタンと、
前記第２の抵抗発熱体の短手方向の一端と電気的に接続した状態で前記基板上に形成された第２の配線パタンと、
前記第１の抵抗発熱体の短手方向の他端に接続して前記基板上に形成した第３の配線パタンと、
前記第２の抵抗発熱体の短手方向の他端に接続して前記基板上に形成した第４の配線パタンと、
一端が開放された前記第１および第２の配線パタンの長手方向の他端にそれぞれ接続される第１の電極と、
一端が開放された前記第３および第４の配線パタンの長手方向の他端にそれぞれ接続される第２の電極と、を具備したことを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
前記第３および第４の配線パタンを一体成形したことを特徴とする請求項１記載のセラミックヒータ。
【請求項３】
前記第１および第２の抵抗発熱体を一体形成し、一体形成された該第１および第２の抵抗発熱体に前記第１〜第４の配線パタンを形成したことを特徴とする請求項１または２記載のセラミックヒータ。
【請求項４】
加熱ローラと、
前記加熱ローラに対向配置された抵抗発熱体が圧接された請求項１〜３いずれかに記載のセラミックヒータと、
前記セラミック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加熱装置。
【請求項５】
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定着用の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４記載の定着装置とを具備したことを特徴とする画像処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−１２４４４（Ｐ２００６−１２４４４Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８３６３３（Ｐ２００４−１８３６３３）
【出願日】平成１６年６月２２日（２００４．６．２２）
【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１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２２日（２００４．６．２２）
【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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