(57)【要約】      （修正有）【課題】所望とする発熱分布を実現することが可能なヒータおよび画像形成装置を提供する。【解決手段】基板２と；基板の一面に設けられた長尺な第１導体３と；第１導体と対向するように、基板の一面に設けられた長尺な第２導体４と；第１導体と対向するように、かつ第２導体の長手方向の延長線上において第２導体と離れるように、基板の一面に設けられた長尺な第３導体５と；第１導体および、第２導体、第３導体との間に、それらの導体と電気的に接続されるように基板の一面に設けられ、ＰＴＣ特性を有する抵抗発熱体６ａと；を具備し、抵抗発熱体の一部は、第２導体と第３導体との間に形成されており、通電時、電流は第１導体と第２導体の間、および第１導体と第３導体の間に設けられる抵抗発熱体に流れるとともに、第２導体と第３導体の間に設けられる抵抗発熱体に流れる。【選択図】図６
2017050050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と；
前記基板の一面に設けられた長尺な第１導体と；
前記第１導体と対向するように、前記基板の一面に設けられた長尺な第２導体と；
前記第１導体と対向するように、かつ前記第２導体の長手方向の延長線上において前記第２導体と離れるように、前記基板の一面に設けられた長尺な第３導体と；
前記第１導体および、前記第２導体、前記第３導体との間に、それらの導体と電気的に接続されるように前記基板の一面に設けられ、ＰＴＣ特性を有する抵抗発熱体と；
を具備し、
前記抵抗発熱体の一部は、前記第２導体と前記第３導体との間に形成されており、
通電時、電流は前記第１導体と前記第２導体の間、および前記第１導体と前記第３導体の間に設けられる前記抵抗発熱体に流れるとともに、前記第２導体と前記第３導体の間に設けられる前記抵抗発熱体に流れることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記第２導体と前記第３導体は、前記基板の長手方向において離れるように向かい合うそれぞれの端部が、その長手方向に対して垂直方向かつ前記第１導体に向かって延び出ていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
通過する記録媒体を加熱する請求項１から３のいずれか一に記載のヒータと；
前記記録媒体を加熱するローラと；
を具備し、前記記録媒体を加熱および加圧することで、前記記録媒体に付着したトナー像を定着させる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】
本発明の実施形態は、ヒータおよび画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＡ機器、家電用電気製品、精密製造設備などの電子機器類にヒータが装着されている。ヒータは、例えば、複写機やファクシミリなどの画像形成装置において用紙にトナーを定着する画像形成装置に用いられる。また、リライタブルカードリーダであれば印字消去などに用いられる。
【０００３】
抵抗発熱体の材料として一般的に、抵抗温度係数［ｐｐｍ／℃］が０あるいは正となる、ＰＴＣ（Positive  Temperature  Coefficient）特性を持つ材料を用いる方法がある。その場合、一対の導体をヒータの短手方向の両端に設け、その間に抵抗発熱体を形成することで、ヒータの長手方向において均一な温度分布を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−００６２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヒータは、基板長手方向の端部における放熱や、基板に当接されるサーミスタ等の部品による温度低下の対策を講じる場合がある。また、ヒータの用途に応じて、客先が所望とする発熱分布の設計が求められる。
【０００６】
本発明は、所望とする発熱分布を実現することが可能なヒータおよび画像形成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のヒータは、基板と；前記基板の一面に設けられた長尺な第１導体と；前記第１導体と対向するように、前記基板の一面に設けられた長尺な第２導体と；前記第１導体と対向するように、かつ前記第２導体の長手方向の延長線上において前記第２導体と離れるように、前記基板の一面に設けられた長尺な第３導体と；前記第１導体および、前記第２導体、前記第３導体との間に、それらの導体と電気的に接続されるように前記基板の一面に設けられ、ＰＴＣ特性を有する抵抗発熱体と；を具備し、前記抵抗発熱体の一部は、前記第２導体と前記第３導体との間に形成されており、通電時、電流は前記第１導体と前記第２導体の間、および前記第１導体と前記第３導体の間に設けられる前記抵抗発熱体に流れるとともに、前記第２導体と前記第３導体の間に設けられる前記抵抗発熱体に流れることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、所望とする発熱分布を実現することが可能なＰＴＣ特性のヒータ及び画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来のヒータを例示する概略図である。
【図２】従来のヒータの長手方向の発熱分布を例示する概略図である。
【図３】第１の実施形態を例示するヒータの概略図である。
【図４】第１の実施形態のヒータを部分的に拡大する概略図である。
【図５】第１の実施形態に係るヒータの長手方向の発熱分布を例示する概略図である。
【図６】第２の実施形態を例示するヒータの概略図である。
【図７】第２の実施形態のヒータを部分的に拡大する概略図である。
【図８】第２の実施形態に係るヒータの長手方向の発熱分布を例示する概略図である。
【図９】ヒータの使用例である画像形成装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して各実施形態を説明する。
【００１１】
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の寸法や比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、各図面において同じ構成および作用効果については、同一符号を用いてその説明を省略する。
【００１２】
以下、従来のヒータの構成を、図１を参照して説明する。
【００１３】
図１に例示するように、ヒータ１Ａは、基板２と、第１導体３と、第２導体４と、第３導体５と、抵抗発熱体６ａ、６ｂを具備する。第１導体は基板２の一面に、基板２の長手方向に沿って長尺に設けられている。第２導体４は第１導体３と基板２の短手方向において対向するように設けられている。第３導体５は、第１導体３と基板２の短手方向において対向するように対向するように、また基板２の長手方向の延長線上において第２導体４と離れるように、基板２の一面に設けられている。第１導体３と、第２導体４と、第３導体５は、基板２の長手方向に沿って、基板２の短手方向における幅を一定に形成されている。
【００１４】
第１導体３と第２導体４の間および、第１導体３と第３導体５の間には、それらの導体と電気的に接続されるように、ＰＴＣ特性を有する抵抗発熱体６が設けられている。第１導体３と第２導体４の間の抵抗発熱体６ａが設けられる領域と、第１導体３と第３導体５の間の抵抗発熱体６ｂが設けられる領域を第１発熱部Ｈ１と称する。
【００１５】
トナー定着用ヒータに使用する抵抗発熱体はシート抵抗値（Ω／□：ｏｈｍｓ  ｐｅｒ  ｓｑｕａｒｅ）が低い材料を用いることが望ましい。一般的に、抵抗温度係数[ｐｐｍ／℃]が０あるいは正となる、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）特性を持つ材料を用いる方法がある。その場合、ヒータ１Ａの長手方向において、抵抗発熱体を複数に分割し、かつ抵抗発熱体でヒータ１Ａの短手方向に電流が流れるように、一対の導体をヒータの短手方向の両端に設けることで、所望とする発熱量を実現している。
【００１６】
図１に例示するように、ヒータ１Ａは、２つの第１発熱部Ｈ１の間に、抵抗発熱体６が設けられていない空隙部Ｇが形成されている。第１発熱部Ｈ１には電流Ａ１０が流れて発熱するが、空隙部Ｇには抵抗発熱体６が形成されていないため発熱しない。そのため、ヒータ１Ａの発熱分布は均等ではなく、トナー定着が不均一となる現象が発生する。
【００１７】
図２は、ヒータ１Ａの基板２の長手方向における発熱分布を例示する。ヒータ１の第１発熱部Ｈ１は、電流Ａ１０が流れるため発熱する。しかし、基板２の両端部は抵抗発熱体６ａ、６ｂが形成されないため発熱せず、抵抗発熱体６ａ，６ｂから発生する熱が伝達される。そのため第１発熱部Ｈ１の電極７ａ、７ｂ側では、基板２の発熱しない両端部に熱が奪われ、温度が低下する。記録媒体のトナー定着に必要な発熱量を１００％とすると、基板２の長手方向における発熱量は図２に例示するような分布となる。空隙部Ｇは発熱しないため、隣り合う抵抗発熱体６ａ、６ｂからの熱伝導によってある程度は温度が上昇するが、トナー定着に必要な温度まで達することは困難である。
【００１８】
本発明に係るヒータ１は、空隙部Ｇに抵抗発熱体６を形成し、そこでの電流値を調整することで、基板２の長手方向において、所望とする発熱分布を実現することが可能となる。
【００１９】
以下、第１の実施形態を、図３を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態におけるヒータ１Ｂは、ヒータ１Ａに形成されている空隙部Ｇの領域に、抵抗発熱体６ｓが形成されている。第２導体４と第３導体５が基板２の長手方向において離れるように向かい合う間にも、抵抗発熱体６ｓが形成されている。抵抗発熱体６ｓが形成される領域を第２発熱部Ｈ２と称する。第１発熱部Ｈ１と第２発熱部Ｈ２は、基板２の長手方向において、電気的に接続されている。
【００２１】
図４は、ヒータ１Ｂを部分的に拡大して例示する概略図である。ヒータ１Ｂの通電時に、第１導体３と第２導体４、および第１導体３と第３導体５との間に、基板２の短手方向に沿うようにそれぞれ電流Ａ１０が流れる。また、第２導体４と第３導体５との間に、基板２の長手方向に沿うように、電流Ａ２０が流れる。第２発熱部Ｈ２には電流Ａ１０、Ａ２０が流れ、発熱する。第２発熱部Ｈ２に流れる電流Ａ１０の経路は、第１発熱部Ｈ１に流れる電流Ａ１０の経路よりも長いため、図５に例示するように、第２発熱部の発熱量は第１発熱部Ｈ１よりも少なくなり、ヒータ１Ｂは例えば図５で例示するような発熱分布となる。
【００２２】
抵抗発熱体６はＰＴＣ特性を持つため、温度上昇とともに、部分的、瞬間的に抵抗値が変動する。それに伴い、電流Ａ１０、Ａ２０は、図４で例示する経路に限定されず、第１発熱部Ｈ１、第２発熱部Ｈ２の抵抗値の低い経路を選択して流れることとなる。
【００２３】
このように、ヒータ１Ｂは、抵抗発熱体６ｓを設けて第２発熱部Ｈ２を形成することにより、基板２の長手方向における発熱しない領域を解消することが可能となる。
【００２４】
以下、第２の実施形態を、図６を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態におけるヒータ１Ｃは、第２導体４と第３導体５が、基板２の長手方向において離れるように向かいあうそれぞれの端部は、その長手方向に対して垂直方向に、かつ第１導体３に向かって延び出るように形成されている。第２導体４と第３導体５の端部が、第１導体３に向かって延び出ている寸法をＣｌと称する。
【００２６】
第２導体４と第３導体５が第１導体３に向かって延び出ている部分の電極側の側面から第１導体に向かって垂直に下した線に囲まれる、抵抗発熱体６ｓが設けられる領域を第２発熱部Ｈ２と称する。第２発熱部Ｈ２と隣り合う抵抗発熱体６ａ、６ｂを第１発熱部Ｈ１と称する。第１発熱部Ｈ１と第２発熱部Ｈ２は、基板２の長手方向において、電気的に接続されている。
【００２７】
図７は、ヒータ１Ｃを部分的に拡大して例示する概略図である。ヒータ１Ｃの通電時に、第１導体３と第２導体４、および第１導体３と第３導体５との間に、基板２の短手方向に沿うように、それぞれ電流Ａ１０が流れる。また、第２導体４と第３導体５との間に、基板２の長手方向に沿うように、電流Ａ２０が流れる。第２発熱部Ｈ２には電流Ａ２０、Ａ３０が流れ、発熱する。第２導体４と第３導体５の端部が、それぞれ第１導体３に向かって延び出ていることにより、電流Ａ３０が流れる経路が第１発熱部Ｈ１に流れる電流Ａ１０の経路より短く形成されている。これにより、第２発熱部Ｈ２での発熱量を第１発熱部Ｈ１より増加させることが可能となり、ヒータ１Ｃは例えば図８で例示するような発熱分布となる。
【００２８】
抵抗発熱体６はＰＴＣ特性を持つため、温度上昇とともに部分的、瞬間的に抵抗値が変動する。それに伴い、電流Ａ１０、Ａ２０、Ａ３０は、図７で例示する経路に限定されず、第１発熱部Ｈ１、第２発熱部Ｈ２の抵抗値の低い経路を選択して流れることとなる。
【００２９】
このようにヒータ１Ｃは、抵抗発熱体６ｓを設けて第２発熱部Ｈ２を形成することにより、ヒータ１の長手方向における発熱しない領域を解消することが可能となる。また、第１発熱部Ｈ１より第２発熱部Ｈ２の発熱量を増加させることが可能となるため、例えば基板２に当接されるサーミスタ等による基板２の部分的な温度低下を解消することができる。また、第２導体４と第３導体５の端部が、第１導体３に向かって延び出ている寸法Ｃｌの長さを調整することにより、第１発熱部Ｈ１と第２発熱部Ｈ２の発熱量を均等とすることも可能である。
【００３０】
本実施形態では、抵抗発熱体６の列を１列で例示したが、基板２の短手方向において形成される列数に制約はない。また、第２発熱部Ｈ２の基板２の短手方向における幅や、基板２の長手方向において形成される位置、形成される数も、本実施形態に限定されず、ヒータの種類や大きさ、用途に応じて適宜変更することが可能である。
【００３１】
本発明における基板２は、耐熱性および絶縁性を有し、本実施形態では矩形状に形成されている。基板２は、例えば厚みが０．５ｍｍから１．０ｍｍ程度の平板であり、アルミナ等のセラミックやガラスセラミック、または耐熱複合材料などから構成される。基板２の形状は、短手方向および短手方向と交差する長手方向を有していれば、本実施形態に限定されるものではない。
【００３２】
第１電極７ａおよび第２電極７ｂは、抵抗発熱体６に電力を供給するものであり、基板２上に形成されている。第１導体３、第２導体４および第３導体５は、抵抗発熱体６と比較して抵抗値が十分低い銀（Ａｇ）等の導体ペーストで構成されている。
【００３３】
抵抗発熱体６は、ＰＴＣ特性を有しており、ホウケイ酸などのガラスに、８族、９族のルテニウム(Ｒｕ)、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）などの酸化物のうち、少なくとも１種類、あるいはそれ以上の種類を添加した混合物からなる抵抗体ペーストで構成されている。抵抗発熱体４ａは、抵抗体ペーストを基板２上に塗布し、乾燥、焼成して形成される。「塗布」とは、基板２上に抵抗体ペーストを塗りつけることができればどのような方法でもよく、スクリーン印刷を含むものである。
【００３４】
オーバーコート層８は、基板２上に形成された第１導体３、第２導体４、第３導体５および抵抗発熱体６を覆っており、本実施形態では帯状に形成されている。オーバーコート層８は、例えば、アルミナ等の熱伝導性に優れた無機酸化物フィラーを、２５〜３５質量％加えたガラス層である。
【００３５】
オーバーコート層８は、第１導体３、第２導体４、第３導体５および抵抗発熱体６を覆うことで、第１導体３、第２導体４、第３導体５および抵抗発熱体６が直接大気に露出することを防止し、外部からの干渉（例えば、機械的、化学的、電気的な干渉）によって第１導体３、第２導体４、第３導体５および抵抗発熱体６が損傷・破損することを抑制するものである。
【００３６】
次に、ヒータ１を備えた定着装置１００の一実施形態について説明する。図９はヒータ１の使用例である定着装置１００を示す説明図である。定着装置１００は、ヒータ１と、定着フィルム２００と、加圧ローラ３００とで構成されている。なお、定着装置１００は、実際は画像形成装置に内蔵されているが、画像形成装置は省略する。
【００３７】
定着フィルム２００は、ポリイミド樹脂等の耐熱性シートからなるロール状のフィルムである。この定着フィルム２００の底部に、ヒータ１が配置されている。
【００３８】
加圧ローラ３００は、回転軸によって回転可能に構成されたローラである。そのローラの表面には、耐熱性の弾性材料として、シリコーンゴム層が形成されている。シリコーンゴム層は、定着フィルム２００を介して、ヒータ１と弾接している。
【００３９】
ヒータ１が通電され、抵抗発熱体６で熱が発生し、その熱は基板を介し、定着フィルム２００および加圧ローラ３００を加熱する。そこに、定着フィルム２００および加圧ローラ３００の回転によってトナー像５００が付着した用紙４００が送られると、トナー像５００は自然放熱して冷却固化し、画像形成装置から離れる。
【００４０】
本実施形態によれば、所望とする発熱分布を実現することが可能なヒータ１を用いることにより、用途に応じた画像形成装置１００を提供することができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、ヒータ１を画像形成装置１００のトナー定着用に使用する例を説明した。しかし、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、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使用することができる。
【００４２】
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施され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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００４３】
１  ヒータ、  ２  基板、  ３  第１導体、  ４  第２導体、  ５  第３導体、  ６  抵抗発熱体
【図１】
2017050050.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2017050050.tif 000008
【図７】
2017050050.tif 000009
【図８】
2017050050.tif 000010
【図９】
2017050050.tif 000011