(57)【要約】【課題】絶縁基板の長手方向の温度差を抑えて低抵抗から高抵抗まで幅広いレンジで長手方向により均一な発熱を得ることができる板状ヒータを実現する。【解決手段】長尺板状絶縁基板１１に、短手方向が長さで、長手方向が幅の幅広の発熱抵抗体１６を形成し、発熱抵抗体１６の両端部に端部導体１４，１５を介して電力供給用の電極１２，１３を形成する。端部導体１４，１５、発熱抵抗体１６上にオーバーコート層を形成する。発熱抵抗体１６の一端と幅に相当する端部導体１４の導体長をＬｃ、導体幅をＷｃとしたときに、端部導体１４の導体長をＬｃ、導体幅をＷｃとしたときに、発熱抵抗体１６の抵抗値Ｒは、０．０８５（Ｌｃ／Ｗｃ）よりも大きくなるようにした。これにより、絶縁基板１１の長手方向の温度差を抑えて低抵抗から高抵抗まで幅広いレンジで長手方向の発熱の均一性向上を図ることが可能となる。【選択図】図１
2008210552.tif 000002
【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基板と、
前記絶縁基板面上の長手方向両側に沿ってそれぞれ形成された第１および第２の端部導体と、
前記第１および第２の端部導体一端にそれぞれ形成し、前記第１および第２の端部導体に電力を供給させる第１および第２の電極と、
前記第1および第２の端部導体間の形成するとともに電気的に接続され、前記絶縁基板の長手方向に幅広く形成した発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体および前記第１および第２の端部導体を覆い、これを保護するオーバーコート層と、を具備し、
前記発熱抵抗体の両端部と接続された前記第１の端部導体（または前記第２の端部導体）の導体長をＬｃ、前記第１の端部導体（または前記第１の端部導体）の導体幅をＷｃとしたときに、前記発熱抵抗体の抵抗値Ｒは、０．０８５（Ｌｃ／Ｗｃ）＜Ｒの関係を満足したことを特徴とする板状ヒータ。
【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の何れかに記載の板状ヒータと、
前記板状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記載の加熱装置とを具備したことを特徴とする画像形成装置。
【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板状ヒータおよびこの板状ヒータを実装したプリンタ、複写機、ファクシミリやリライタブルカードリーダライタなどの加熱装置ならびにこの加熱装置を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のセラミック等の絶縁基板を用いた板状ヒータは、絶縁基板上の長手方向に正の温度係数を有する発熱抵抗体を形成し、この発熱抵抗体の短手方向の両端に電力供給用の電極を接続させることで、絶縁基板長手方向における温度分布の均一化が図られている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−９４２６０号公報
【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、発熱抵抗体の長手方向両端部に形成した端部導体は導体幅Ｗｃに対して導体長Ｌｃが長いため、端部導体の抵抗値が高くなりやすい。そのため、発熱抵抗体の同一端部側から給電を行う場合、導電経路が短い給電用電極側に電流が流れやすく、発熱量が大きくなりやすい。
【０００４】
特に、導体幅が狭かったり、発熱抵抗体の抵抗値が低いと発熱抵抗体全体に均一に電流が流れにくく、発熱抵抗体を均一に発熱させることができないため、温度分布が傾いたり中央部の温度が低くなったりし、ヒータの長手方向で均一な温度分布が得られず定着ムラなどの定着不良を起こす、という問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、低抵抗から高抵抗まで幅広いレンジで絶縁基板の長手方向の温度差を抑えた発熱を得ることができる板状ヒータ、この板状ヒータを用いた加熱装置および画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、この発明の板状ヒータは、耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁基板と、前記絶縁基板面上の長手方向両側に沿ってそれぞれ形成された第１および第２の端部導体と、前記第１および第２の端部導体一端にそれぞれ形成し、前記第１および第２の端部導体に電力を供給させる第１および第２の電極と、前記第1および第２の端部導体間の形成するとともに電気的に接続され、前記絶縁基板の長手方向に幅広く形成した発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体および前記第１および第２の端部導体を覆い、これを保護するオーバーコート層と、を具備し、前記発熱抵抗体の両端部と接続された前記第１の端部導体（または前記第２の端部導体）の導体長をＬｃ、前記第１の端部導体（または前記第１の端部導体）の導体幅をＷｃとしたときに、前記発熱抵抗体の抵抗値Ｒは、０．０８５（Ｌｃ／Ｗｃ）＜Ｒの関係を満足したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、発熱抵抗体の抵抗値Ｒが０．０８５（Ｌｃ／Ｗｃ）よりも大きい値に設定することで、低抵抗から高抵抗まで幅広いレンジで絶縁基板の長手方向の温度差を抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図１、図２は、この発明のヒータの第１の実施形態について説明するためのもので、図１は上面図、図２は図１のＡ−Ａ’断面図である。
【００１０】
図１において、１１は厚み０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の耐熱、電気絶縁性材料で、高い熱伝導性を有する例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の高剛性のセラミック等の平板短冊状の絶縁基板である。
【００１１】
図１において、１１は厚み０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の耐熱、電気絶縁性材料で、高い熱伝導性を有する例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の高剛性のセラミック等の平板短冊状の絶縁基板である。１２，１３はそれぞれ銀系等を主体とする良導電体膜からなる給電用の電極である。
【００１２】
１４，１５は、電極１２，１３にそれぞれ一端を接続して非接触状態で絶縁基板１１の長手方向の両側に並行し、銀（Ａｇ）の含有率が例えば９０ｗｔ％以上の材料で形成された端部導体である。電極１２および端部導体１４と電極１３および端部導体１５は、導電ペーストを絶縁基板１１上に塗り、これを焼成することにより一体形成して絶縁基板１１に固着する。電極１２と一体形成された反対側の端部導体１４と電極１３と一体形成された反対側の端部導体１５は、それぞれ解放状態となっている。すなわち、電極１２，１３は、端部導体１４，１５のそれぞれ同方向の一端に一体的に形成されている。
【００１３】
１６は、端部導体１４，１５との間の絶縁基板１１の長手方向に沿って平行に形成された比較的抵抗値の高い酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）等の抵抗体ペーストをスクリーン印刷した後、高温で焼成して所定の抵抗値を有する膜厚が１０μｍ程度の幅広の発熱抵抗体である。
【００１４】
１７は、端部導体１４，１５および発熱抵抗体１６を覆うように形成され、ガラス層厚が２０μｍ〜１００μｍ程度で熱伝導率が例えば２Ｗ／ｍ・Ｋ以上のアルミナ等熱伝導性の優れた無機酸化物フィラーを２５〜３５ｗｔ％加えることで、摺動性を向上させたガラス等のオーバーコート層である。オーバーコート層１７は、端部導体１４，１５および発熱抵抗体１６を機械的、化学的、電気的に保護する。
【００１５】
ここで、発熱抵抗体１６の両端部に沿って形成されたの端部導体１４の導体長Ｌｃと、端部導体１４の導体幅Ｗｃとしたとき、発熱抵抗体１６の抵抗値Ｒは、
０．０８５（Ｌｃ／Ｗｃ）＜Ｒ      …  （１）
を満たすようにする。
【００１６】
なお、式（１）では端部導体１４の導体長Ｌｃと導体幅Ｗｃの条件について説明しているが、他方の端部導体１５の導体長と導体幅については、同条件にする必要はない。逆に言えば、端部導体１５の導体長と導体幅を式（１）の条件に設定した場合、端部導体１４は、式（１）の条件でも、この条件になくても構わない。要は、端部導体１４，１５の何れか一方が式（１）を満足する関係にあればよい。
【００１７】
式（１）から分かるように、発熱抵抗体１６の抵抗値Ｒに対して端部導体１４の抵抗値が大きいと、導電経路が短い給電用側に電流が流れやすく、導電経路の長い端部には電流が流れにくくなる。そのため、絶縁基板１１の長手方向で発熱量が変わるため、温度差が生じやすくなる。
【００１８】
ここで、端部導体１４の導体長Ｌｃを２２０ｍｍ、端部導体１４の導体幅Ｗｃを１．１ｍｍとした場合の発熱抵抗体１６の抵抗値Ｒに対する温度差は、図３に示すようになる。抵抗値が小さくなると温度差が生じやすいため、低抵抗の板状ヒータを作製することが難しい。
【００１９】
そこで、端部導体１４の抵抗値Ｒｃを低くし、温度差を小さくする必要がある。端部導体１４の抵抗値Ｒｃは、端部導体１４の厚みを厚くすることで小さくできるが、発熱抵抗体１６とのコンタクト部分において発泡を起こしたり、耐電圧特性の低下などの弊害があったりするため、厚くしないことが望ましい。そのため、端部導体１４の導体長Ｌｃ、導体幅Ｗｃ、シート抵抗値Ｓｃ（単位面積あたりの抵抗値）としたとき、端部導体１４の抵抗値Ｒｃは、
Ｒｃ＝Ｓｃ（Ｌｃ／Ｗｃ）  …  （２）
により決定する。
【００２０】
端部導体１４の導体長Ｌｃは、加熱装置の大きさで決まるため、変更することは難しい。また、一般的なＡｇ系導体のシート抵抗値Ｓｃも３ｍΩ／□であり、さらに小さくすくことは難しい。そのため、端部導体１４の導体幅Ｗｃにより導体の抵抗値を変えることが一般的である。
【００２１】
ここで、端部導体１４の導体長Ｌｃを２２０ｍｍ、ヒータ抵抗値を２０Ωした場合の端部導体１４の導体幅Ｗｃに対する長手方向の温度差は、図４に示すようになる。端部導体１４の導体幅Ｗｃが狭くなると温度差が大きくなることがわかる。ヒータ抵抗値とは、電極１２、端部導体１４、発熱抵抗体１６、端部導体１５、電極１３のそれぞれの抵抗の合計である。厳密には、電極１２および端部導体１４と電極１３および端部導体１５間の導体の抵抗値も含まれる。
【００２２】
実験結果より、端部導体１４の抵抗値Ｒｃおよび発熱抵抗体１６の抵抗値Ｒと長手方向の温度差ΔＴは、次の近似式の関係となる。  
(Ｒｃ２＋Ｒｃ×Ｒ)／（０．５×Ｒ２＋Ｒｃ×Ｒ）≒ΔＴ  …  （３）
この近似式より、温度差ΔＴを７％以下にするためには、端部導体１４のシート抵抗値Ｓｃが３ｍΩ／□のとき、式（４）を満たす必要がある。  
０．０８５（Ｌｃ／Ｗｃ）＜Ｒ  …  （４）
このように、発熱抵抗体の抵抗値Ｒを、０．０８５（Ｌｃ／Ｗｃ）で求めらる値よりも大きく設定することで、低抵抗から高抵抗まで幅広いレンジでヒータ長方向の温度差ΔＴを７％以下を実現することができ、長手方向の発熱の均一性向上を図ることが可能となる。
【００２３】
図５は、この発明の板状ヒータをトナー定着用として用いた場合の、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断面図である。
【００２４】
図５において、２０１は、支持体２０２の底部に板状ヒータ１００を固着させ、板状ヒータ１００に交流電圧を供給させ、加熱した板状ヒータ１００の摺動層であるオーバーコート層１７に圧接加熱されながら移動するポリイミド樹脂等の耐熱性のシートをロール状にして循環自在に巻装された円筒の定着フィルムである。２０３はその表面に耐熱性弾性材料であるたとえばシリコーンゴム層２０４が嵌合してある加圧ローラであり、加圧ローラ２０３の回転軸２０５と対向して板状ヒータ１００が、定着フィルム２０１と並置して図示しない基台内に取り付けられている。加圧ローラ２０３は、図示しない手段に基づいて定着フィルム２０１と相互に圧接させてニップ部を形成するとともに、作動時には矢印方向に回転させる。
【００２５】
このとき、オーバーコート層１７に配置された定着フィルム２０１面とシリコーンゴム層２０４との間で、トナー像Ｔｏ１がまず定着フィルム２０１を介して板状ヒータ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して溶融する。この後、加圧ローラ２０３の用紙排出側では複写用紙Ｐが板状ヒータ１００から離れ、トナー像Ｔｏ２は自然放熱して再び冷却固化し、定着フィルム２０１も複写用紙Ｐから離反される。
【００２６】
この実施形態では、板状ヒータ１００の長手方向の温度分布の均一性を向上させたことにより、定着性の向上を図ることができる。
【００２７】
次に、図６を参照して、この発明の加熱装置２００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。
【００２８】
図６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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
加熱装置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を備えた板状ヒータ１００が、加圧ローラ２０３の外周に取り付けられたシリコーンゴム層２０４に加圧された状態で設けられている。
【００３４】
そして、板状ヒータ１００と加圧ローラ２０３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１２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。
【００３５】
この実施形態では、板状ヒータ摺動性と熱伝導性の優れた板状ヒータ１００による加熱装置を用いたことにより、定着性に優れた画像形成装置を実現することができる。
【００３６】
板状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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の板状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Ａ−Ａ’断面図。
【図３】発熱抵抗体の抵抗値に対する温度差について説明するための説明図。
【図４】端部導体の導体幅に対する長手方向の温度差について説明するための説明図。
【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】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】
【００３８】
１１  絶縁基板
１２，１３  電極
１４，１５  端部導体
１６  発熱抵抗体
１７  オーバーコート層
１００  平板ヒータ
２００  加熱装置
３００  複写機
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008210552.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008210552.tif 000007
【図６】
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