(57)【要約】【課題】基板の割れが生じることを抑える。【解決手段】実施形態のヒータは、矩形状の基板と、基板上に設けられた第１の抵抗発熱体と、第１の抵抗発熱体を覆って基板上に設けられた第１の保護層と、第１の保護層上に設けられた第２の抵抗発熱体と、第２の抵抗発熱体を覆って第１の保護層上に設けられた第２の保護層と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の基板と；
前記基板上に設けられた第１の抵抗発熱体と；
前記第１の抵抗発熱体を覆って前記基板上に設けられた第１の保護層と；
前記第１の保護層上に設けられた第２の抵抗発熱体と；
前記第２の抵抗発熱体を覆って前記第１の保護層上に設けられた第２の保護層と；
を具備するヒータ。
【請求項２】
前記第１の抵抗発熱体と前記第２の抵抗発熱体は、前記基板の長手方向に沿って延ばされ、前記基板の長手方向に対する長さ、前記基板の短手方向に対する幅、または外形が互いに異なる、
請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
媒体を加熱する請求項１または２に記載のヒータと；
前記ヒータによって加熱される前記媒体を加圧する加圧ローラと；
を具備し、
前記ヒータ及び前記加圧ローラによって、前記媒体に付着させたトナーを定着させる、画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ヒータ及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、複写機やファクシミリ等におけるトナー定着、リライタブルカードリーダにおける印字消去等に用いられるヒータが知られている。ヒータは、給電用の電極から供給された電力により、基板の一面上に形成された抵抗発熱体を発熱させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４０６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、抵抗発熱体は、長尺状の基板の長手方向に沿って帯状に延ばされている。ヒータは、例えば、用紙サイズに合わせた長さが異なる４つの発熱抵抗体を基板の短手方向に並べて配置した場合、基板の短手方向において、基板の中央近傍に位置する発熱抵抗体のみに通電させると、中央部と両端部との間に生じる温度勾配が大きくなったときに、熱膨張の影響により基板の割れが生じる問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、基板の割れが生じることを抑えることができるヒータ及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係るヒータは、矩形状の基板と、前記基板上に設けられた第１の抵抗発熱体と、前記第１の抵抗発熱体を覆って前記基板上に設けられた第１の保護層と、前記第１の保護層上に設けられた第２の抵抗発熱体と、前記第２の抵抗発熱体を覆って前記第１の保護層上に設けられた第２の保護層と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基板の割れが生じることを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るヒータを説明するための図である。
【図２】第１の実施形態に係るヒータについて、第１の抵抗発熱体の形成工程を説明するための図である。
【図３】第１の実施形態に係るヒータについて、第１の保護層の形成工程を説明するための図である。
【図４】第１の実施形態に係るヒータについて、第２の抵抗発熱体の形成工程を説明するための図である。
【図５】第２の実施形態に係るヒータを説明するための図である。
【図６】第２の実施形態に係るヒータについて、第１の抵抗発熱体の形成工程を示す図である。
【図７】第３の実施形態に係るヒータを説明するための図である。
【図８】実施形態に係るヒータが用いられた実施形態の定着装置を示す断面図である。
【図９】実施形態に係るヒータが用いられた実施形態の画像形成装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下で説明する実施形態に係るヒータ（１、２、３、４）は、基板５と、第１の抵抗発熱体２１と、第１の保護層２３と、第２の抵抗発熱体２２と、第２の保護層２４と、を備える。基板５は、矩形状に形成されている。第１の抵抗発熱体２１は、基板５上に設けられている。第１の保護層２３は、第１の抵抗発熱体２１を覆っている。第１の保護層２３は、基板５上に設けられている。第２の抵抗発熱体２２は、第１の保護層２３上に設けられている。第２の保護層２４は、第２の抵抗発熱体２２を覆っている。第２の保護層２４は、第１の保護層２３上に設けられている。
【００１０】
また、以下で説明する実施形態に係るヒータ（１、２、３、４）が有する第１の抵抗発熱体２１及び第２の抵抗発熱体２２は、基板５の長手方向に沿って延ばされている。第１の抵抗発熱体２１と第２の抵抗発熱体２２は、基板５の長手方向に対する長さ、基板５の短手方向に対する幅、または形状が互いに異なる。
【００１１】
また、以下で説明する実施形態に係る画像形成装置（複写機１００）は、ヒータ（１、２、３、４）と、加圧ローラ２０３と、を備える。ヒータ（１、２、３、４）は、媒体（記録用紙Ｍ）を加熱する。加圧ローラ２０３は、ヒータ（１、２、３、４）によって加熱される媒体（記録用紙Ｍ）を加圧する。画像形成装置（複写機１００）は、ヒータ（１、２、３、４）及び加圧ローラ２０３によって、媒体（記録用紙Ｍ）に付着させたトナーを定着させる。
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態のヒータについて図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係るヒータを説明するための図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。以下、後述する図２〜図４も参照しながら説明する。本実施形態に係るヒータは、画像形成装置等の電子機器に搭載され、例えば、ヒータを通過する紙等を加熱するために用いられる。
【００１３】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、第１の実施形態のヒータ１は、矩形状の基板５と、基板５上に設けられた複数の第１の抵抗発熱体２１と、第１の抵抗発熱体２１を覆って基板５上に設けられた第１の保護層（オーバーコート層）２３と、第１の保護層２３上に設けられた複数の第２の抵抗発熱体２２と、第２の抵抗発熱体２２を覆って第１の保護層２３上に設けられた第２の保護層２４と、を備える。図１以降において、基板５の長手方向をＸ方向とし、基板５の短手方向をＹ方向として示す。
【００１４】
基板５は、例えば、アルミナ等のセラミックス、ガラスセラミックス、耐熱複合材料等によって厚みが０．５［ｍｍ］〜１．０［ｍｍ］程度の長尺な平板状に形成されている。
【００１５】
第１の抵抗発熱体２１は、基板５の長手方向（Ｘ方向）に沿って延びる帯状に形成されており、２つの第１の抵抗発熱体２１が基板５の短手方向に間隔をあけて並べられている（図２（ａ）参照）。同様に、第２の抵抗発熱体２２は、図１（ａ）に示すように、基板５の長手方向に沿って延びる帯状に形成されており、２つの第２の抵抗発熱体２２が基板５の短手方向に間隔をあけて並べられている。基板５の長手方向に対する第１の抵抗発熱体２１の長さは、第２の抵抗発熱体２２の長さよりも長く形成されている（図２（ａ）及び図４（ａ）参照）。また、第１の抵抗発熱体２１と第２の抵抗発熱体２２は、基板５の短手方向に対する幅が等しく形成されているが、幅を異ならせてもよい。
【００１６】
また、本実施形態では、下層に配置された第１の抵抗発熱体２１の長さが、上層に配置された第２の抵抗発熱体２２の長さよりも長く形成されたが、これとは逆に、上層に配置された第２の抵抗発熱体２２の長さが、下層に配置された第１の抵抗発熱体２１の長さよりも長く形成されてもよい。基板５の厚み方向に積層される抵抗発熱体の層数は、２層に限定されるものではなく、保護層を挟んで抵抗発熱体が３層以上に積層されてもよい。
【００１７】
第１の抵抗発熱体２１及び第２の抵抗発熱体２２は、電流を流すことで発熱するものであり、例えば、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）、銀・パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）合金を含む材料等によって形成されている。第１の抵抗発熱体２１及び第２の抵抗発熱体２２は、抵抗発熱体ペーストを基板５上に塗布して硬化させることで形成されている。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、基板５の長手方向における一端部には、電源に接続された接続端子（図示せず）と接続される第１の電極部２５、第２の電極部２６及び第３の電極部２７が設けられている。第１の抵抗発熱体２１及び第２の抵抗発熱体２２には、第１の電極部２５、第２の電極部２６及び第３の電極部２７を介して入力された電力がそれぞれ供給される。また、基板５の長手方向における他端側には、２つの第１の抵抗発熱体２１の端部同士を接続する第１の接続部２８と、２つの第２の抵抗発熱体２２の端部同士を接続する第２の接続部２９とが設けられている（図２（ａ）、図４（ａ）参照）。
【００１９】
第１の保護層２３及び第２の保護層２４は、ガラス材等の絶縁性を有する材料によって形成されている。第１の抵抗発熱体２１、第２の抵抗発熱体２２、及び後述する各導通部２５ａ、２６ａ、２７ａは、第１の保護層２３及び第２の保護層２４によって被覆されることで、機械的、化学的、電気的に保護されている。第１の保護層２３及び第２の保護層２４は、第１の抵抗発熱体２１、第１の接続部２８、第２の抵抗発熱体２２及び第２の接続部２９を覆うと共に、各第１の電極部２５、第２の電極部２６及び第３の電極部２７を被覆せずに外部へ露出させている。
【００２０】
第１の電極部２５は、基板５の長手方向に延びる導通部２５ａを介して、第１の抵抗発熱体２１の一端に接続されている。第２の電極部２６は、基板５の長手方向に延びる導通部２６ａを介して、第１の抵抗発熱体２１の一端に接続されている（図２（ａ）参照）。また、第２の電極部２６は、基板５の長手方向に延びる導通部２６ａを介して、第１の抵抗発熱体２１の一端に接続されている（図４（ａ）参照）。第３の電極部２７は、基板５の長手方向に延びる導通部２７ａを介して、第２の抵抗発熱体２２の一端に接続されている。第１の接続部２８は、２つの第１の抵抗発熱体２１の各他端に跨って接続されている。同様に、第２の接続部２９は、２つの第２の抵抗発熱体２２の各他端に跨って接続されている。第１、第２及び第３の電極部２５、２６、２７、各導通部２５ａ、２６ａ、２７ａは、銀（Ａｇ）等の低抵抗導電性ペーストを基板５上に塗布して硬化させることで形成されている。
【００２１】
また、基板５には、第１の抵抗発熱体２１及び第２の抵抗発熱体２２等が設けられた一面の反対側である他面に、図示しないが、基板５の温度を検出する複数のサーミスタ（温度検知素子）が基板５の長手方向に間隔をあけて配置されている。
【００２２】
以上のように構成された第１の実施形態のヒータ１の製造工程を説明する。図２は、第１の実施形態に係るヒータ１について、第１の抵抗発熱体２１の形成工程を説明するための図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。図３は、第１の実施形態に係るヒータ１について、第１の保護層２３の形成工程を説明するための図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。図４は、第１の実施形態に係るヒータ１について、第２の抵抗発熱体２２の形成工程を説明するための図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【００２３】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、基板５上に第１の抵抗発熱体２１が形成される。続いて、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、基板５上に設けられた第１の抵抗発熱体２１を覆うように第１の保護層２３が形成される。このとき、第１の保護層２３は、図３（ａ）に示すように、第１の電極部２５及び第２の電極部２６を露出させるように形成される。
【００２４】
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第１の保護層２３上に第２の抵抗発熱体２２が形成される。この際、第２の抵抗発熱体２２の第２の電極部２６は、第１の抵抗発熱体２１の第２の電極部２６に重ねられて形成されており、１つの第２の電極部２６として形成される。これにより、第１の抵抗発熱体２１と第２の抵抗発熱体２２は、第２の電極部２６を介して接続される。最後に、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、第２の抵抗発熱体２２を覆うように第２の保護層２４が形成されることにより、ヒータ１が構成される。
【００２５】
以上のように構成されたヒータ１と、基板上の短手方向に第１の抵抗発熱体及び第２の抵抗発熱体を並べて配置した参考形態のヒータ（図示せず）とを、熱暴走試験を行って比較した。熱暴走試験の結果、参考形態のヒータでは、２．４秒程度で基板の割れが生じた。一方、本実施形態のヒータ１は、５．０秒程度で第１の抵抗発熱体２１及び第２の抵抗発熱体２２における配線パターンが断線したが、基板５の割れが生じなかった。
【００２６】
上述した第１の実施形態のヒータ１は、基板５と、基板５上に設けられた第１の抵抗発熱体２１と、第１の抵抗発熱体２１を覆う第１の保護層２３と、第１の保護層２３上に設けられた第２の抵抗発熱体２２と、第２の抵抗発熱体２２を覆う第２の保護層２４と、を備える。このように第１の抵抗発熱体２１と第２の抵抗発熱体２２が積層して配置されることにより、ヒータ１が加熱する用紙サイズの違いに起因して第２の抵抗発熱体２２のみを加熱した場合であっても、基板５の短手方向に生じる温度勾配が抑えられるので、基板５の割れが生じることを抑えることができる。
【００２７】
加えて、第１の抵抗発熱体２１と第２の抵抗発熱体２２が積層して配置されることにより、基板５の短手方向に並べられる抵抗発熱体の個数の増加が抑えられるので、基板５を小型化し、ヒータ１全体を小型化することができる。また、長さが異なる第１の抵抗発熱体２１と第２の抵抗発熱体２２が積層して配置されることにより、ヒータ１が加熱する用紙サイズの違いに起因して第２の抵抗発熱体２２のみを加熱した場合であっても、基板５の短手方向に生じる温度勾配が抑えられるので、基板５の割れが生じることを更に抑えることができる。
【００２８】
以下、他の実施形態に係るヒータについて図面を参照して説明する。なお、他の実施形態のヒータにおいて、第１の実施形態のヒータ１と同一の構成部材には、便宜上、第１の実施形態と同一符号を付して説明する。
【００２９】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係るヒータを説明するための図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＥ−Ｅ断面図である。図６は、第２の実施形態に係るヒータについて、第１の抵抗発熱体の形成工程を示す図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＦ−Ｆ断面図である。第２の実施形態は、第１の抵抗発熱体２１の長さと第２の抵抗発熱体２２の長さの大小関係が第１の実施形態と異なる。
【００３０】
上述した第１の実施形態では、基板５の長手方向（Ｘ方向）において、下層に配置された第１の抵抗発熱体２１の長さが、上層に配置された第２の抵抗発熱体２２の長さよりも長く形成されたが、この構成に限定されるものではない。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第２の実施形態のヒータ２において、上層に配置された第２の抵抗発熱体２２の長さは、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、下層に配置された第１の抵抗発熱体２１の長さよりも長く形成されてもよい。
【００３１】
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係るヒータを説明するための図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＧ−Ｇ断面図である。第３の実施形態は、第１の抵抗発熱体２１と第２の抵抗発熱体２２の幅が互いに異なる点が、第１の実施形態と異なる。
【００３２】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、第３の実施形態のヒータ３は、基板５の短手方向（Ｙ方向）において、下層に配置された第１の抵抗発熱体２１の幅が、上層に配置された第２の抵抗発熱体２２の幅よりも大きく形成されてもよい。下層に配置された第１の抵抗発熱体２１の幅が、上層に配置された第２の抵抗発熱体２２の幅よりも大きく形成されることで、第１の抵抗発熱体２１の形成後、上層に配置される第２の抵抗発熱体２２を形成するときに、例えば、スクリーン印刷等により、第１の抵抗発熱体２１の幅方向に対して、第２の抵抗発熱体２２を容易に位置決めすることができることから、第２の抵抗発熱体２２の厚みを均一に形成することができる。また、図７（ｂ）に示す構成とは逆に、上層に配置された第２の抵抗発熱体２２の幅が、下層に配置された第１の抵抗発熱体２１の幅よりも大きく形成されてもよい。
【００３３】
上述した第２、第３の実施形態のヒータ２、３においても、第１の抵抗発熱体２１と第２の抵抗発熱体２２が積層されて配置されることにより、基板５の割れが生じることを抑えることが可能になり、第１の実施形態のヒータ１と同様の効果が得られる。すなわち、長さ、幅、形状が異なる複数種類の抵抗発熱体を基板５に形成する場合であっても、複数種類の抵抗発熱体が基板５に積層されて形成されることにより、基板５における温度分布の均一性が高められるので、基板５の割れが生じることを抑えることができる。
【００３４】
なお、第１の抵抗発熱体２１及び第２の抵抗発熱体２２は、基板５の長手方向に対する長さ、基板５の短手方向に対する幅、パターン形状等の外形がそれぞれ異なって形成されてもよい。このように基板５の割れが抑えられることにより、複数種類の抵抗発熱体の形状の自由度を高めることができる。
【００３５】
（定着装置の構成）
つぎに、一例として第１の実施形態のヒータ１を用いた実施形態の定着装置について図面を参照して説明する。図８は、実施形態に係るヒータが用いられた実施形態の定着装置を示す断面図である。図８に示すように、定着装置２００は、支持体２０２の周りに円筒状に巻き回された定着フィルムベルト２０１の底部にヒータ１が設けられている。定着フィルムベルト２０１は、例えばポリイミド等の耐熱性を有する樹脂材料によって形成されている。ヒータ１及び定着フィルムベルト２０１に対向する位置には、加圧ローラ２０３が配置されている。加圧ローラ２０３は、表面に耐熱性の弾性材料、例えばシリコーン樹脂層２０４を有しており、定着フィルムベルト２０１を圧接した状態で、回転軸２０５まわり（図８中のＰ方向）に回転することができる。
【００３６】
トナー定着工程では、定着フィルムベルト２０１とシリコーン樹脂層２０４との接触面において、媒体である記録用紙（複写用紙）Ｍ上に付着したトナー像Ｕ１が、定着フィルムベルト２０１を介してヒータ１により加熱溶融される。その結果、少なくともトナー像Ｕ１の表面部分は、融点を超え、軟化して溶融する。その後、加圧ローラ２０３の用紙排出側において、記録用紙Ｍは、ヒータ１から離間すると共に、定着フィルムベルト２０１から離間し、トナー像Ｕ２が自然に放熱して再び固化することで、トナー像Ｕ２が記録用紙Ｍに定着する。
【００３７】
（画像形成装置の構成）
最後に、一例として第１の実施形態のヒータ１を備えた実施形態の画像形成装置について図面を参照して説明する。図９は、実施形態に係るヒータが用いられた実施形態の画像形成装置を示す断面図である。なお、本実施形態の画像形成装置は、複写機１００として構成されている。図９に示すように、複写機１００には、上述した定着装置２００を含む各構成要素が筐体１０１内に設けられている。筐体１０１の上部には、ガラス等の透明材料からなる原稿載置台が取り付けられており、画像情報を読み取る対象となる原稿Ｍ１を原稿載置台上で往復移動させて（図９中のＱ方向）原稿Ｍ１をスキャンするように構成されている。
【００３８】
筐体１０１内の上部には、光照射用ランプと反射鏡とを有する照明装置１０２が設けられている。照明装置１０２から照射された光は、原稿載置台上の原稿Ｍ１の表面で反射し、短焦点小径結像素子アレイ１０３によって感光ドラム１０４上にスリット露光される。なお、感光ドラム１０４は、回転可能（図９中のＲ方向）に設けられている。また、筐体１０１内に配置された感光ドラム１０４の近傍には、帯電器１０５が設けられており、感光ドラム１０４が帯電器１０５により一様に帯電される。感光ドラム１０４は、例えば酸化亜鉛感光層または有機半導体感光層で被覆されている。帯電した感光ドラム１０４には、短焦点小径結像素子アレイ１０３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１０６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、トナー像となる。
【００３９】
カセット１０７内に収容されている記録用紙Ｍは、給送ローラ１０８と感光ドラム１０４上のトナー像と同期して上下方向に圧接して回転される一対の搬送ローラ１０９によって、感光ドラム１０４上に送り込まれる。そして、転写放電器１１０によって感光ドラム１０４上のトナー像が記録用紙Ｍ上に転写される。その後、感光ドラム１０４上から下流側に送られた記録用紙Ｍは、搬送ガイド１１１によって定着装置２００に導かれて加熱定着処理（上述のトナー定着工程）された後、トレイ１１２に排出される。なお、トナー像が転写された後、感光ドラム１０４上の残留トナーは、クリーナ１１３により除去される。
【００４０】
定着装置２００において、ヒータ１は、加圧ローラ２０３の外周に取り付けられたシリコーン樹脂層２０４に加圧された状態で設けられている。ヒータ１は、記録用紙Ｍの搬送方向と直交する記録用紙Ｍの幅方向に、複写機１００が複写可能な最大判用紙の幅（長さ）に合わせた有効長、すなわち最大判用紙の幅（長さ）よりも大きい第１の抵抗発熱体７及び第２の抵抗発熱体８を備える。そして、ヒータ１と加圧ローラ２０３との間を送られる記録用紙Ｍ上の未定着トナー像は、第１の抵抗発熱体７及び第２の抵抗発熱体８の発熱を利用して溶融され、記録用紙Ｍ上に文字、記号、画像等の複写像を現出させる。
【００４１】
なお、実施形態のヒータ１を複写機１００等の画像形成装置の定着ヒータとして適用した一例について説明したが、ヒータ１の用途を限定するものではない。実施形態のヒータ１は、家庭用電気製品、業務用や実験用の精密機械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使用されてもよい。
【００４２】
本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することを意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４３】
１  ヒータ
５  基板
２１  第１の抵抗発熱体
２２  第２の抵抗発熱体
２３  第１の保護層
２４  第２の保護層
２５  第１の電極部
２６  第２の電極部
２７  第３の電極部
１００  複写機（画像形成装置）
２０３  加圧ローラ
Ｍ  記録用紙（媒体）
Ｘ  長手方向
Ｙ  短手方向
【図１】
2019114359.tif 000003
【図２】
2019114359.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019114359.tif 000006
【図５】
2019114359.tif 000007
【図６】
2019114359.tif 000008
【図７】
2019114359.tif 000009
【図８】
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【図９】
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