(57)【要約】【課題】本発明は、低コスト且つ均一な発熱分布を保ちながら、給電部の給電端子部等の劣化が少ない面状発熱体及び前記面状発熱体を用いた定着装置を提供することを目的とする。【解決手段】面状発熱体は、高熱伝導層、発熱層、ならびに高熱伝導層と発熱層の間に形成される絶縁層、及び発熱層に電力を供給するための給電部及び給電端子部、及び発熱体と給電部を被覆する絶縁層を有する面状発熱体において、前記高熱伝導層と発熱層の間に形成される絶縁層が高熱伝導層よりも給電部が形成される方向において長く形成され、且つ厚さ方向において給電端部が高熱伝導層と重ならないように形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高熱伝導層、発熱層、ならびに高熱伝導層と発熱層の間に形成される絶縁層、及び発熱層に電力を供給するための給電部及び給電端子部、及び発熱層と給電部を被覆する絶縁被覆層を有する面状発熱体において、
前記高熱伝導層と発熱層の間に形成される絶縁層が高熱伝導層よりも給電部が形成される方向において長く形成され、且つ厚さ方向において給電端子部が高熱伝導層と重ならないように形成されていることを特徴とする面状発熱体。
【請求項２】
前記給電部が厚さ方向において高熱伝導層と重ならないように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状発熱体。
【請求項３】
前記発熱層は厚さ方向において高熱伝導層と重なるように形成され、前記高熱伝導層は給電部が形成される方向において発熱層に対して１．００倍から１．０８倍長く形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の面状発熱体。
【請求項４】
前記高熱伝導層の熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面状発熱体。
【請求項５】
前記高熱伝導層が金属材料から形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の面状発熱体。
【請求項６】
前記金属材料はアルミニウム、ニッケル、銅、鉄、チタン及びこれらの合金類、ジュラルミン、黄銅、青銅から選ばれることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の面状発熱体。
【請求項７】
前記請求項１から６に記載の面状発熱体を用いた定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載される加熱定着装置（定着機）等に好適に用いることができる面状発熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた複写機やプリンタ等の画像形成装置では、複写紙上に形成される未定着のトナー像を熱定着するための定着方式としてポリイミド樹脂シームレスベルトや金属薄膜シームレス管を使用したベルト定着方式が用いられている。
このようなベルト定着方式が採用される画像形成装置では、例えば、厚みが２０〜８０μｍの薄膜ポリイミド樹脂シームレスベルトの内側に面状のセラミックスヒータが配置され、ポリイミド樹脂シームレスベルトの外面が駆動源と連結される加圧ロールと圧接されている。そして、このような画像形成装置において、定着ベルトと加圧ロールとの間に、トナー像が形成された複写紙が順次送り込まれると、トナーがセラミックスヒータにより加熱溶融してトナー像が複写紙上に定着される。なお、このとき、定着ベルトは、複写紙を介して伝達されてくる加圧ロールの駆動力によって回転駆動され、加圧ロールと共同して複写紙を繰り送って排紙する。
【０００３】
ところで、このようなベルト定着方式の画像形成装置に用いられるセラミックスヒータは、例えば、セラミックス等の絶縁基板上に銀・パラジウム合金等からなる抵抗発熱体をスクリーン印刷などにより形成した後にヒータ面の長手方向の両端部に抵抗発熱体に通電するための給電部やサーミスタの信号取出用給電部等を形成して製造される。より具体的には、アルミナセラミックス基板上に銀・パラジウム合金をスクリーン印刷により形成して高温で焼成した後、ガラス質保護層を設けてセラミックスヒータとしている。このようなセラミックスヒータは、通電後の立ち上がりが非常に速いため待ち時間がなく、また従来のハロゲンランプを使った定着ロール方式と比較して消費電力を著しく低減できる（オンデマンデ定着方式）。このため、最近では、このようなセラミックスヒータを用いて、Ａ４サイズの複写紙を１分間に３６〜４０枚の高速で熱定着できるレーザープリンターも市販されている。
【０００４】
しかし、主にセラミッスヒーターに用いられているアルミナセラミックスの熱伝導率はおよそ２０〜３０Ｗ／ｍＫと低く、用紙の通紙する方向に対直交する方向に温度の不均一が生じた場合、温度が平準化され均一になるのに時間がかかっていた。たとえば、Ａ４用紙対応のベルト定着方式画像形成装置で同サイズの用紙を定着機に挿入した場合、ヒータには定着ベルトを介して長手方向全部に紙面が通過するため、ヒータの均一な発熱量により、用紙全面が加熱され正常な熱定着が行われる。しかし、葉書等のように小さい用紙の場合には、葉書がヒータの長さ方向の中央部、あるいは片端部を通過することになり、葉書が通過している部分ではヒータの熱量は葉書に吸収され所定の定着が行われるが、葉書が通過していない部分では熱の消費が行われないためセラミックス基板上で局部的な温度差が生じることになる。この温度差が解消されるまで次の定着を行うことができない為、生産性を落とす結果になっていた。
【０００５】
このような問題を解決するために、セラミックス基板材料を、アルミナではなくアルミナよりも熱伝導率の高い窒化アルミニウムや窒化ケイ素等とすることが提案されており、特許文献１では、セラミックスヒータを構成する基板を、酸化ジルコニウム粉末材料を添加した酸化アルミニウム粉末材料の焼結体で形成することが提案されている。
【０００６】
また、特許文献２ではセラミックス基材に替えて、より安価で熱伝導率の高い金属基板を用いることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１４３２６５号公報
【特許文献２】特開平８−２７２２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のように熱伝導性の高い酸化ジルコニウム粉末等を用いる場合、材料コストが高すぎる問題があり、特許文献２のように安価で高熱伝導性の金属基板を用いる場合は、抵抗加熱体からの熱を均一に伝える事ができるが、高熱伝導性の金属基板上に抵抗加熱体に接続される給電部が設けられるため、給電部に熱が伝わり、給電部への給電端子部に近い発熱部位の温度が低下するため、定着性が悪くなり、更には給電端子部が高温になるため、給電部との接点部の劣化が促進され、給電部端子の寿命が短くなる問題がある。
【０００９】
本発明は、上述の問題を解決し、低コスト且つ均一な発熱分布を保ちながら、給電部の給電端子部等の劣化が少ない面状発熱体及び前記面状発熱体を用いた定着装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に関わる面状発熱体は、高熱伝導層、発熱層、ならびに高熱伝導層と発熱層の間に形成される絶縁層、及び発熱層に電力を供給するための給電部及び給電端子部、及び発熱体と給電部を被覆する絶縁被覆層を有する面状発熱体において、前記高熱伝導層と発熱層の間に形成される絶縁層が高熱伝導層よりも給電部が形成される方向において長く形成され、且つ給電端部が高熱伝導層と厚さ方向において重ならないように形成されていることを特徴とする。ここで「給電端子部」とは、給電部の一部が絶縁層で被覆されずに露出した部分であり、外部からの電力を供給するための電線を接続するための端子部という意味である。「厚さ方向」とは、面状発熱体の面に対して直行する方向のことを指しており、「厚さ方向において重ならない」とは、その方向で見た際に、それぞれの領域が重ならない状態であるという意味である。
【００１１】
また、給電端子部に熱がかからないようにするため、前記給電部が厚さ方向において高熱伝導層と重ならないように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
更に、前記高熱伝導層は給電部が形成される方向において発熱層に対して１．００倍から１．０８倍長く形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の面状発熱体を用いれば、高熱伝導層と発熱層が重なるため、早く熱を均一に伝える事ができ、且つ給電端子部が高熱伝導層と重ならないため、給電部への給電端子部に近い発熱部位の温度低下を抑えられ、更に給電部との接点部である給電端子部の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１に係る面状発熱体の断面図である。
【図２】実施例１に係る面状発熱体の表面温度分布である。
【図３】面状発熱体を用いた定着装置の縦断面図である。
【図４】実施例２に係る面状発熱体の断面図である。
【図５】実施例３に係る面状発熱体の断面図である。
【図６】比較例１に係る面状発熱体の断面図である。
【図７】比較例１に係る面状発熱体の表面温度分布である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態における面状発熱体について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
本発明に係る面状発熱体は、高熱伝導層１、高熱伝導層１上に形成され高熱伝導層１より長く設けられた絶縁層２、絶縁層２上に設けられた発熱層３、高熱伝導層１と厚さ方向において重ならないように設けられた給電端子部６及び発熱層３と給電端子部６を接続する給電部４、及び発熱層３と給電部４を被覆する絶縁被覆層５より構成される（図１参照）。
【００１７】
前記高熱伝導層１は、熱伝導率が５０Ｗ／ｍｋ以上であることが好ましく、アルミニウム、ニッケル、銅、鉄、チタン、これらの合金類、ジュラルミン、黄銅、青銅等からなる金属基板等が好ましく使用される。熱伝導率は５０Ｗ／ｍｋより高くするほど好ましく、熱伝導率を高くすることで、面状発熱体の温度を素早く均一にすることができ、その結果、省電力化、待機時間の短縮（クイックスタート性）が可能であり、また、待機時においても所定の温度まで面状発熱体の温度を素早く下げておくことができる。そのため、画像形成装置で使用する場合には、好適に使用できる。
【００１８】
次に、高熱伝導層１上に形成され高熱伝導層１より長く設けられた絶縁層２は、耐熱性と電気絶縁性に優れ、単体で自己支持性を有する材料からなることが好ましく、耐熱性樹脂、ガラス、セラミックス等が好ましく使用できる。更に好ましくは、耐熱性と柔軟性を兼ね備えた耐熱樹脂であるポリイミド樹脂が好適に用いられる。
【００１９】
前記絶縁層２に用いられるポリイミド樹脂は、少なくとも一種の芳香族ジアミンと少なくとも一種の芳香族テトラカルボン酸二無水物とを有機極性溶媒中で重合させて得られるポリイミド前駆体をイミド転化してなるポリイミドであることが好ましい。
【００２０】
芳香族ジアミンの代表例としては、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、１，５−ジアミノナフタレン、３，３′−ジクロロベンジジン、３，３′−ジアミノジフェニルメタン、４，４′−ジアミノジフェニルメタン、３，３′−ジメチル−４，４′−ビフェニルジアミン、４，４′−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３′−ジアミノジフェニルスルホン、ベンジジン、３，３′−ジメチルベンジジン、４，４′−ジアミノジフェニルスルホン、４，４′−ジアミノジフェニルプロパン、ｍ−キシリレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、４,４−ジアミノジフェニルメタン、ジアミノプロピルテトラメチレン、２,２−ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、３−メチルヘプタメチレンジアミン等を挙げることができる。
【００２１】
また、芳香族テトラカルボン酸二無水物の代表例としては、３，３′，４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、２，３，３′，４−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，２′−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、ペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物等を挙げることができる。
【００２２】
次に、絶縁層２上に設けられる発熱層３は、給電部４より通電することで、所定の熱量を発生することができる抵抗体であれば良く、前記抵抗体としては、銀・パラジウムからなる抵抗体や耐熱樹脂中にカーボンや金属粉末を配合した抵抗体等が挙げられる。また、その他にもスパッタリングや鍍金、接着などの手法によって金属薄膜等を設けたものであっても良い。
【００２３】
次に、高熱伝導層１と厚さ方向において重ならないように設けられた給電端子部６及び発熱層３と給電端子部６を接続する給電部４は、銀ペーストや、特許第５１７７５５８号公報で開示されているようなポリイミド樹脂に導電性粒子を配合した導電性ペーストが好適に用いられる。また金属箔、メッキ、溶射、スパッタリング等の金属薄膜を形成する方法が用いられる。給電部４は高熱伝導層１と厚さ方向において重なっても良いが、重なりすぎると給電部４及び給電端子部６に熱が伝わり、温度が不均一にならない程度に調整する必要がある。
【００２４】
また、給電端子部６は高熱伝導層１側に設けても良いし（図４参照）、絶縁被覆層５側のどちら側に設けられても良く、給電部４の露出部であればどの部分に設けられても良い。また、前記給電部４は、発熱層３の両端部又は発熱層３上に形成される。発熱層３の両端部に形成された場合、給電端子部６、給電部４、発熱層３の順に電気が流れるが、発熱層３のみで発熱が起こる。
【００２５】
次に、発熱層３と給電部４を被覆する絶縁被覆層５は、発熱層３及び給電部４を保護する目的から、絶縁性、耐熱性及び柔軟性を有する材料から形成されることが好ましく、絶縁層２で挙げている耐熱性樹脂、ガラス、セラミックス等が好ましく使用できる。
【００２６】
次に、本発明の面状発熱体は、ポリイミド樹脂等を用いたシームレスベルトや金属薄膜シームレス管を使用した画像形成装置の定着装置に好適に用いられる。例えば、厚みが２０〜８０μｍの薄膜ポリイミド樹脂シームレスベルトの内側に本発明の面状発熱体の高熱伝導層１又は絶縁被覆層５が、シームレスベルトの内側に接するように配置され、ポリイミド樹脂シームレスベルトの外面が駆動源と連結される加圧ロールと圧接された画像形成装置の定着装置において、定着ベルトと加圧ロールとの間に、トナー像が形成された複写紙が順次送り込まれると、トナーが本発明の面状発熱体により加熱され、溶融してトナー像が複写紙上に定着される。
【００２７】
また、前記定着装置に本発明の面状発熱体を用いる場合、ポリイミド樹脂シームレスベルトや金属薄膜シームレス管との摺動性を良好とするために、本面状発熱体の高熱伝導層１又は絶縁被覆層５に高摺動コーティングを施しても良い。高摺動コーティングとしては、ガラスコーティングやフッ素樹脂樹脂コーティング等が挙げられる。また、耐磨耗性を向上させるためのコーティングを施しても良い。耐磨耗性コーティングとしては、ガラスコーティングやハードクロムメッキ等が挙げられる。
【００２８】
以下、実施例を用いて本実施の形態に係る面状発熱体について更に詳しく説明する。また、本発明に係る面状発熱体の評価方法は下記の測定器で評価した。
（１）温度分布の測定
サーモトレーサＦＬＩＲ
Ａ６５５ｓｃ（ＦＬＩＲ社製）を用いて面状発熱体の温度分布を測定した。
【実施例１】
【００２９】
実施例１に示す面状発熱体の断面図を図１に示す。面状発熱体は、高熱伝導層１であるアルミニウム基板（Ａ１０５０、熱伝導率約２３０Ｗ／ｍＫ、幅８.５ｍｍ、長さ２１８ｍｍ、厚さ０.８ｍｍ）の上に絶縁層２としてポリイミド樹脂層が設けられる。このポリイミド樹脂層は厚み５０μｍで、アルミニウム基板の両端部より給電部４が形成される方向においてそれぞれ２０ｍｍ長く、全長が２５８ｍｍである。ポリイミド樹脂層上に、面状発熱体の厚み方向においてアルミニウム基板と重なる位置に幅６ｍｍ、長さ２１８ｍｍ、厚さ約２０μｍの発熱層３が設けられている。この発熱層３はポリイミド前駆体溶液中に、カーボン、ニッケルを均一に分散させ、イミド転化させてなる発熱体からなり、発熱層３両端に接続して給電部４が設けられている。この給電部４はポリイミド樹脂と銀粉よりなる。給電端子部６を除いて、発熱体３と給電部４を被覆するように絶縁被覆層５としてポリイミド樹脂層が設けられており、給電部４における給電端子部６は、絶縁被覆層５側に設けられている。
【００３０】
この面状発熱体に電力を投入して表面温度分布をサーモトレーサＦＬＩＲ Ａ６５５ｓｃで観測したところ、図２の通り面状発熱体の発熱領域２１８ｍｍに渉って約２００℃の均一な温度となっており、給電端子部付近では１００℃以下であった。
【００３１】
そして、この面状発熱体を図３に示す画像定着装置１０に装着して定着試験を行った。なお、定着試験では、「ポリイミド樹脂製シームレスチューブの表面にプライマー層を形成し、その後イオン導電性オフセット防止剤を混合したフッ素樹脂をコーティング一体化した複合管状物（直径１８ｍｍ、厚さ６２μｍ、長さ２３２ｍｍ）」を定着ベルト１１として用い、アルミニウム基板面を定着ベルトと接するように面状発熱体１３を設置した。定着ベルト１１と加圧ロール１４との間にトナー像を形成した複写紙１７を順次送り込みながらトナー１８を加熱溶融させ、ニップ点Ｎで複写紙上にトナー像１９を定着させた。Ａ４版用紙を毎分２０枚定着できるようにセットし定着耐久テストを行った結果、良好な画像が安定して得られた。続いて葉書を通紙させたところ、本発明の面状発熱体の温度が一時的に不均一となった為、温度が均一となる間定着を停止させた結果、一分間に７枚の定着を行うことができた。
【実施例２】
【００３２】
図４に示すように、面状発熱体の絶縁層２のアルミニウム基板の両端部より給電部４が形成される方向においてそれぞれ３ｍｍ長く、給電部４における給電端子部６を高熱伝導層側に設けるように変更した以外は、実施例１と同様にして面状発熱体を得た。
【００３３】
得られた面状発熱体は、実施例１同様に面状発熱体の発熱領域２１８ｍｍに渉って約２００℃の均一な温度となっており、給電端子部付近では１００℃以下であった。
【実施例３】
【００３４】
図５に示すように、面状発熱体の発熱層３の長さを２５６ｍｍに変更し、前記発熱層３上に給電部４を設けた以外は、実施例１と同様にして面状発熱体を得た。
【００３５】
得られた面状発熱体は、実施例１同様に面状発熱体の高熱伝導層１が設けられている発熱領域２１８ｍｍに渉って約２００℃の均一な温度となっており、給電端子部付近では１００℃以下であった。
【００３６】
（比較例１）
比較例１に示す面状発熱体の断面図を図６に示す。高熱伝導層１であるアルミニウム基板（Ａ１０５０、熱伝導率約２３０Ｗ／ｍＫ、幅８.５ｍｍ、厚さ０.８ｍｍ、全長２５８ｍｍ）の上に絶縁層２としてポリイミド樹脂層が設けられる。このポリイミド樹脂層は厚み５０μｍで長さはアルミニウム基板と同じ全長が２５８ｍｍである。ポリイミド樹脂層上に幅６ｍｍ、長さ２１８ｍｍ、厚み約２０μｍの発熱層３が設けられる。この発熱層３はポリイミド前駆体溶液中に、カーボン、ニッケルを均一に分散させ、イミド化させてなる発熱体からなり、発熱層３両端に接続して給電部４が設けられ、面状発熱体の厚さ方向において、アルミニウム基板と給電部４及び給電端子部６が重なるように設けられている。この給電部４はポリイミド樹脂と銀粉よりなる。給電端子部６を除いて、発熱体３と給電部４を被覆するように絶縁被覆部５としてポリイミド樹脂層が設けられている。
【００３７】
この面状発熱体に電力を投入して表面温度分布を実施例１同様にサーモトレーサＦＬＩＲ Ａ６５５ｓｃで観測したところ、図７の通り面状発熱体の発熱領域の中央部では２００℃であったが両端部では温度が低くなっていた。その上、給電端子部６において１００℃以上となっていた。
【００３８】
そして、この面状発熱体を用いて、実施例１と同様にＡ４版用紙を毎分２０枚定着の定着試験を行った結果、用紙両端部で定着不良となった。
【００３９】
（比較例２）
従来のアルミナセラミックスよりなるヒータを用いて実施例１と同様の装置を用いてＡ４版用紙を毎分２０枚定着できるようにセットし定着耐久テストを行った結果、良好な画像が安定して得られた。続いて葉書を通紙させたところ、ヒータ温度が不均一となり、温度が均一となる間定着を停止させた結果、一分間に３枚の定着しか行うことができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の面状発熱体は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載される加熱定着装置（定着機）等に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  高熱伝導層
２  絶縁層
３  発熱層
４  給電部
５  絶縁被覆層
６  給電端子部
１０  画像定着装置
１１  定着ベルト
１２  支持体
１３  面状発熱体
１４  加圧ロール
１５  サーミスタ
１６  加圧ローラの芯金
１７  複写機
１８  トナー
１９  トナー像
Ｎ  ニップ部
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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