説明

ヒータ、加熱装置、画像形成装置

【課題】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有するヒータを実現する。
【解決手段】セラミック製の長尺状基板11上に形成された電極12,13からそれぞれ基板11の長手方向に配線パタン14,15を形成する。配線パタン14,15にはそれぞれ基板11の長手方向に沿ってPTC抵抗発熱体16,17の一端を接続する。発熱抵抗体16の他端は配線パタン14,15同材料で同時に形成された基板11の長手方向に延びる配線パタン18に接続する。発熱抵抗体17の他端は配線パタン14,15同材料で同時に形成された基板11の長手方向に延びる配線パタン19に接続する。配線パタン18,19は電極12,13から離れた位置の結合部20で電気的に接続する。これにより、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。

【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絶縁基板を用いたヒータは、長尺状絶縁基板の長手方向両側に沿って形成された電極間に、正の温度係数(PTC:Positive Temperature Coefficient)を有する抵抗発熱体を形成し、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、絶縁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7−94260号公報(第3頁、図1)
【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、一般的にキューリ点を持つPTC材料は、プリンタ等のトナー定着用加熱体としては抵抗値が高すぎてヒータ材として用いることができない、という問題がある。
【0004】
この発明の目的は、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の抵抗発熱体の長手方向の一端と電力が供給される第1の電極に接続するとともに他端を開放し、前記基板上に形成された第1の配線パタンと、前記第2の抵抗発熱体の長手方向の一端と電力が供給される第2の電極に接続するとともに他端を開放し、前記基板上に形成された第2の配線パタンと、前記第1の抵抗発熱体の長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の抵抗発熱体の長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、を具備し、前記第3および第4の配線パタンを所望箇所で接続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、この発明のヒータに関する第1の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(Al)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絶縁性基板である。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は電極12から基板11の長手方向に沿って延びた配線パタン、15は電極13から基板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BaTiOに希土類金属酸化物を加えたPTCの発熱体ペーストを基板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に沿ってそれぞれ基板11上にそれぞれ形成されている。抵抗発熱体16の他端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18と、抵抗発熱体17の他端は配線パタン19とそれぞれ一部が多層された状態で基板11上に形成される。配線パタン18,19は、抵抗発熱体16,17の解放端付近の結合部20より基板11上で結合される。
【0010】
21は、図1のx−x’断面の図2にも示すように、電極12,13および絶縁基板11の一部を除く、発熱体パタン16,17、配線パタン151〜155を含む絶縁基板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、これらで板状のセラミックヒータ100を構成している。なお、オーバーコート層21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。
【0011】
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に対して直列接続されている。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。
【0012】
また、抵抗発熱体16,17は、正の温度係数を有していることから、被加熱体が当たらない個所では温度が上昇しようとするが、これに伴ない抵抗値も上昇することから温度の上昇を抑え温度分布の均一化を図ることができる。
【0013】
上記した構成のヒータ100は、加熱装置に組み込まれ、例えば図3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31を温度制御回路32の制御端子に接続されたソリッドステートリレー33を介してヒータ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の発熱により絶縁基板11も温度上昇する。この熱は、絶縁基板11の裏面側に取着されたサーミスタ34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34の抵抗値の変化を、図1の絶縁基板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32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33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33にオフ信号を出力する。
【0014】
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32はソリッドステートリレー33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。
【0015】
そして、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の電圧印加により4Aの電流が流れ、400Wの発熱量となる。
【0016】
通常は、上述したように絶縁基板11の裏面側に設けたサーミスタ34がヒータ100の温度を検出して温度制御回路32を通じてソリッドステートリレー33をオン・オフ制御し所定の温度に制御している。
【0017】
次に、図4を参照し、上記した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。図中ヒータ100部分は、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。
【0018】
図4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。
【0019】
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を介した絶縁基板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。
【0020】
定着装置200においてヒータ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。
【0021】
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するので、トナー像T2の凝縮力は非常に大きくなっている。
【0022】
この定着装置200では、図1に示す抵抗発熱体16,17の特定箇所に異常があっても、配線パタン151〜155のそれぞれに接続された抵抗発熱体16,17の幅が大きいことから発熱への影響を極力抑えて均一な温度分布を得ることができる。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。
【0023】
次に、図5を参照して、この発明に係るヒータ、この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。
【0024】
図5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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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、トナー像を転写後、感光ドラム304上の残留トナーはクリーナ313によって除去される。
【0029】
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を延在させてヒータ100の加圧ローラ201が設けられている。
【0030】
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、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。
【0031】
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。
【0032】
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、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。
【0033】
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】
【0034】
【図1】この発明の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5】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】
【0035】
11 絶縁基板
12,13 電極
14,15,18,19 配線パタン
16,17 抵抗発熱体
20 結合部
21 オーバーコート層
100 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の抵抗発熱体の長手方向の一端と電力が供給される第1の電極に接続するとともに他端を開放し、前記基板上に形成された第1の配線パタンと、
前記第2の抵抗発熱体の長手方向の一端と電力が供給される第2の電極に接続するとともに他端を開放し、前記基板上に形成された第2の配線パタンと、
前記第1の抵抗発熱体の長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の抵抗発熱体の長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、を具備し、
前記第3および第4の配線パタンを所望箇所で接続したことを特徴とするヒータ。
【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抵抗発熱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手段と、
画像を形成した用紙を加圧ローラにより定着フィルムを介して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】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2006−12443(P2006−12443A)
【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2004−183632(P2004−183632)
【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)】