(57)【要約】【課題】非通紙部昇温を軽減させ、通紙部を含めたヒータ部分全体の発熱の均一化を図ったセラミックヒータを実現する。【解決手段】長尺平板状のセラミック基板１１の長手方向に沿って幅狭の発熱抵抗体１２，１３で第１の発熱部を形成する。発熱抵抗体１２，１３との間にセラミック基板１１の短手方向が長さで長手方向が幅となる幅広の発熱抵抗体１９で第２の発熱部を形成する。発熱抵抗体１２，１３，１９のそれぞれ長さ方向の一端全体を電極１５に、他端全体を電極１６にそれぞれ接続する。電極１５，１６を少なくもと残した第１および第２の発熱部上にはこれらを保護するオーバーコート層２０を形成する。第１の発熱部の非通紙部の温度が上昇した場合に、第２の発熱部の非通紙部をほとんど発熱をさせないようにし、第１の発熱部の上昇した熱を第２の発熱部の発熱しない部分に移動させ、第１および第２の発熱部全体の発熱量の均一化を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱・絶縁性材料で形成した長尺平板状のセラミック基板と、
前記セラミック基板上の長手方向に沿って銀とパラジウムを主とする導電性成分により厚膜形成された発熱抵抗体による第１の発熱部と、
前記第１の発熱部と非接触状態で前記セラミック基板上の長手方向が幅で短手方向が長さの銀とパラジウムを主とする導電性成分により厚膜形成された発熱抵抗体による第２の発熱部と、
前記第１および第２の発熱部の長手方向の一端および他端に接続し電力を供給する第１および第２の電極と、
少なくとも前記第１および第２の電極を残して前記セラミック基板上に施したオーバーコート層と、を具備したことを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
前記第１および第２の発熱部は、前記セラミック基板の異なる面に形成し、前記第１および第２の電極とはスルーホールを介して接続したことを特徴とする請求項１記載のセラミックヒータ。
【請求項３】
前記第１および第２の発熱部は並列接続したことを特徴とする請求項１記載のセラミックヒータ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のセラミックヒータと、
前記セラミックヒータに対向配置し、該セラミックヒータを圧接するように回転可能に支持された加圧ローラと、
前記セラミックヒータと前記加圧ローラとの間を設けられ、前記加圧ローラの回転にともない前記セラミックヒータ上を摺動する定着フィルムと、を具備したことを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
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４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用いられる薄型のセラミックヒータおよびこのセラミックヒータが実装されたプリンタ、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】
従来のセラミックヒータは、短冊状のセラミック基板の長手方向に複数の発熱抵抗体が形成され、これらの発熱抵抗体の同じ向きの一端はそれぞれ給電電極を設け、他端は導電部を介して接続している。発熱抵抗体では、導電部により熱が奪われることを考慮し、導電部近傍の発熱抵抗体に絞り部を形成して抵抗値を高くし、絞り部の温度を上昇させている。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２００６−９１４４９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、長手方向に発熱させ高速で連続通紙を行った場合、紙に熱が奪われてしまうことで通紙部の温度が下がり、そこでヒータを搭載した実機の制御を行い通紙部の温度を上げれば、今度は非通紙部の温度が上がりすぎてしまい非通紙部昇温の問題が起こってしまう。この非通紙部昇温を避けるため、実機側で故意に印刷速度を落として通紙部と非通紙部の温度差が発生しないような対応を行っている。そのため印刷スピードの高速化に支障を来たしていた。
【０００４】
この発明の目的は、通紙部を含めた全体のヒータ部分の発熱の均一化を得るとともに、印刷速度を落とすことなくトナー定着が可能なセラミックヒータ、このセラミック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】
【０００５】
上記した課題を解決するために、この発明のセラミックヒータは、耐熱・絶縁性材料で形成した長尺平板状のセラミック基板と、前記セラミック基板上の長手方向に沿って銀とパラジウムを主とする導電性成分により厚膜形成された発熱抵抗体による第１の発熱部と、前記第１の発熱部と非接触状態で前記セラミック基板上の長手方向が幅で短手方向が長さの銀とパラジウムを主とする導電性成分により厚膜形成された発熱抵抗体による第２の発熱部と、前記第１および第２の発熱部の長手方向の一端および他端に接続し電力を供給する第１および第２の電極と、少なくとも前記第１および第２の電極を残して前記セラミック基板上に施したオーバーコート層と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、非通紙部昇温を軽減させ、通紙部を含めた全体の発熱部分の発熱の均一化を図ったセラミックヒータ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。
【０００８】
図１、図２は、この発明のセラミックヒータに関する一実施形態の構成について説明するためもので、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の背面図、図２は図１（ａ），（ｂ）のａ−ａ’線の拡大断面図である。
【０００９】
図１、図２において、１１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等の耐熱、絶縁性の材料で長尺状に形成された板状のセラミック基板である。１２，１３は、セラミック基板１１の表面側の長手方向両側に沿って平行に形成された銀（Ａｇ）・パラジウム（Ｐｄ）の合金をはじめとする銀系材料や、ルテニウム系、炭素系等などの抵抗体ペーストを高温で焼成し、所定の抵抗値を有する厚膜からなる帯状の発熱抵抗体である。発熱抵抗体１２，１３は、第１の発熱部を構成する。
【００１０】
発熱抵抗体１２の一端は、接続導体１４１を介して電力供給用の電極１５に、他端は接続導体１４２を介して電力供給用の他方の電極１６にそれぞれ接続する。同様に、発熱抵抗体１３の一端は、接続導体１７１を介して電力供給用の電極１５に、他端は接続導体１７２を介して電力供給用の他方の電極１６にそれぞれ接続する。
【００１１】
１８１は一端が電極１５に接続され、他端が発熱抵抗体１２に非接触状態に沿って形成された端部導体である。１８２は一端が電極１６に接続され、他端が発熱抵抗体１３に非接触状態に沿って形成された端部導体である。端部導体１８１，１８２の他端はそれぞれ開放された状態にしてある。
【００１２】
接続導体１４１，１７１、端部導体１８１それに電極１５は、同材料の導電ペーストをセラミック基板１１上に塗り、これを焼成することにより一体形成してセラミック基板１１に固着している。同様に、接続導体１４２，１７２、端部導体１８２それに電極１６は、同材料の導電ペーストをセラミック基板１１上に塗り、これを焼成することにより一体形成してセラミック基板１１に固着している。
【００１３】
１９は、端部導体１８１，１８２との間のセラミック基板１１の長手方向に沿って平行に形成された銀（Ａｇ）・パラジウム（Ｐｄ）の合金をはじめとする銀系材料や、ルテニウム系、炭素系等などの抵抗体ペーストを高温で焼成し、所定の抵抗値を有する厚膜からなる、セラミック基板１１の短手方向を長さ、長手方向を幅とする幅広の発熱抵抗体である。発熱抵抗体１９は第２の発熱部を構成する。
【００１４】
２０は、発熱抵抗体１２，１３，１９を覆い、電気的、機械的、化学的な保護を行うため、厚膜印刷方法を用いてガラスペーストを塗布、焼成して形成されるオーバーコート層である。
【００１５】
電極１５，１６に電力が供給されると、発熱抵抗体１２，１３が通電され発熱が行われ、同様に発熱抵抗体１９も通電され発熱が行われる。
【００１６】
ここで、図１に示したセラミックヒータを等価的に表した図３の等価回路および図３で説明したセラミックヒータの長手方向の発熱量分布の関係について模式的に示した図４を参照しながら図１の作用について説明する。
【００１７】
Ｒａは第１の発熱部である発熱抵抗体１２，１３の通紙部の抵抗値を、Ｒｂは第１の発熱部の非通紙部の抵抗値を示し、Ｒ１は第２の発熱部である発熱抵抗体１９の通紙部の抵抗値を、Ｒ２は第２の発熱部の非通紙部の抵抗値をそれぞれ示している。
【００１８】
そこで、加熱された発熱抵抗体１２，１３の第１の発熱部と発熱抵抗体１９の第２の発熱部に連続的に通紙を行った場合は、図４のＷに示すように第１の発熱部の通紙部の抵抗値Ｒａが下がることで温度が下がり、非通紙部の抵抗値Ｒｂが上昇することでこの部分の温度が上昇する。
【００１９】
第１の発熱部と並列接続された第２の発熱部の通紙部の抵抗値Ｒ１は、第１の発熱部の通紙部の温度低下に伴って高くなり、図４のＸに示すようにこの通紙部分の発熱量が増加する。また、第２の発熱部の非通紙部の抵抗値Ｒ２は、第１の発熱部の非通紙部の温度の温度上昇に伴って低くなり図４のＸに示すようにこの非通紙部分の発熱が小さくなる。
【００２０】
従って、第１の発熱部の非通紙部の発熱量の増加分は、第２の発熱部の発熱が少なくなって非通紙部に移動させることで、図４のＹに示すようにセラミック基板１１の長手方向に対する第１および第２の発熱部の発熱量の均一化を図ることができる。
【００２１】
このように、第１の発熱部の非通紙部の抵抗値Ｒｂが高くなることによる過剰な発熱は、図中の破線の矢印で示すように第２の発熱部の非通紙部の抵抗値Ｒ２の部分に移動させ、非通紙部の抵抗値Ｒｂの上昇による温度上昇を軽減できる。このためセラミックヒータの長手方向の発熱量分布がほぼ均一となる図中Ｙに示すようなものを実現することが可能となる。
【００２２】
この実施形態では、連続通紙を行った場合、長手方向が長さの発熱抵抗体１２，１３の非通紙部で発生した過剰な発熱は、ほとんど発熱をしない短手方向が長さの発熱抵抗体１９の非通紙部に熱を逃がすことができ、発熱抵抗体１２，１３の非通紙部での発熱を抑えられる。このため、非通紙部における昇温に対して有効となる。また、通紙の際に、発熱抵抗体１２，１３の熱を奪われてしまう通紙部に対し、発熱抵抗体１９の通紙部が熱を補うため、ヒータ全体としての発熱の均一を図ることができる。
【００２３】
図５〜図７は、この発明のセラミックヒータに関する他の実施形態について説明するための、図５は正面図、図６は図５の背面図、図７は図５のｂ−ｂ’線の拡大断面図である。なお、上記したセラミックヒータの一実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付してここでは異なる部分について説明する。
【００２４】
この実施形態は、第１の発熱部である発熱抵抗体１２，１３はセラミック基板１１の一方面に、第２の発熱部である発熱抵抗体１９はセラミック基板１１の他方面に、それぞれ形成したものである。発熱抵抗体１９の形成面と異なる面に形成された電極１５，１６は、スルーホール５１１，５１２を介して接続している。発熱抵抗体１９は、電気的、機械的、化学的な保護を行うため、厚膜印刷方法を用いてガラスペーストを塗布、焼成して形成されるオーバーコート層２０１で覆われている。
【００２５】
図５〜図７の構成における等価回路は図３と同様に示され、セラミックヒータの長手方向の発熱量分布は図４と同様に示される。
【００２６】
すなわち、連続して通紙を行ったときは、第１の発熱部である発熱抵抗体１２，１３の通紙部の抵抗値Ｒａが下がるが、第２の発熱部である発熱抵抗体１９の通紙部の抵抗値Ｒ１が高くなることにより、通紙部の温度を上昇させる。第１の発熱部の非通紙部では抵抗値Ｒｂが上がってこの部分の温度が上がるが、セラミック基板１１を介して、裏面に形成された発熱抵抗体１９の非通紙部の抵抗値Ｒ２が下がってこの部分での発熱がほとんどなく、発熱面よりも温度が低くなる。このため、第１の発熱部の面側では熱が拡散しやすく、第２の発熱部の面側では裏面にて距離が短いことから放熱されやすくなる。従って、第の発熱部の非通紙部の昇温に対して、更に効果的となる。
【００２７】
この実施形態では、セラミック基板の一方面に形成された第１の発熱部の非通紙部における発熱は、セラミック基板の他方面に形成された第２の発熱部の非通紙部に拡散、放熱されるため発熱面での昇温を抑制できることから、非通紙部の昇温に対し、さらに効果がある。第１の発熱部の熱が逃げてしまう通紙部に対しては、第２の発熱部の通紙部が熱を補い、第１の発熱部の非通紙部での発熱は、第２の発熱部の非通紙部に熱を逃がすため、ヒータ全体として均一な発熱が得られる。
【００２８】
この発明のセラミックヒータは、上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、第１の発熱部は、セラミック基板１１の長手方向に２本の発熱抵抗体１２，１３を形成するようにしたが、必要に応じて１本でもあるいは３本以上でも構わない。また、第１および第２の発熱部を異なるセラミック基板１１面に形成した実施形態の場合、電極１５，１６は同一のセラミック基板１１面に形成するだけでなく、必要に応じて異なる面に形成しても構わない。
【００２９】
次に、図８の構成図を参照し、図１、図２で説明したセラミックヒータを加熱装置２００に実装した場合の、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。図中１００については、図１、図２で説明したセラミックヒータであり、同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００３０】
図８において、２１１は、支持体２１２の底部にセラミックヒータ１００を固着させ、セラミックヒータ１００に交流電圧を供給させ、加熱したセラミックヒータ１００のオーバーコート層２０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。２１３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２１４が嵌合してある加圧ローラであり、加圧ローラ２１３の回転軸２１５と対向してセラミックヒータ１００が、定着フィルム２１１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２１３は、図示しない手段に基づいて定着フィルム２１１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。
【００３１】
このとき、オーバーコート層２０上に配置された定着フィルム２１１面とシリコーンゴム層２１４との間で、トナー像Ｔｏ１がまず定着フィルム２１１を介してセラミックヒータ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２１３の用紙排出側では複写用紙Ｐがセラミックヒータ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２１１も複写用紙Ｐから離反される。
【００３２】
この実施形態では、セラミックヒータの通紙部と非通紙部の発熱量の均一化を図ることができることから、印刷速度を落とすことなく連続的な加熱を実現でき定着性の向上を図ることができる。
【００３３】
次に、図９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。
【００３４】
図９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Ｚ方向に往復動作させて原稿Ｐ１を走査する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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セラミックヒータ１００が、加圧ローラ２１３の外周に取り付けられたシリコーンゴム層２１４に加圧された状態で設けられている。
【００４０】
そして、セラミックヒータ１００と加圧ローラ２１３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。
【００４１】
この実施形態では、通紙部と非通紙部の発熱量の均一化を図ったセラミックヒータによる加熱装置を用いたことにより、連続的な通紙に対しても優れた画像形成装置を実現することができる。
【００４２】
セラミック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】
【００４３】
【図１】この発明のセラミックヒータに関する一実施形態の構成について説明するためもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の背面図。
【図２】図１（ａ），（ｂ）のａ−ａ’線の拡大断面図。
【図３】図１の等価回路。
【図４】図１に示すセラミックヒータの長手方向の発熱量分布の関係について説明するための説明図。
【図５】この発明のセラミックヒータに関する他の実施形態について説明するための正面図。
【図６】図５の背面図。
【図７】図５のｂ−ｂ’線の拡大断面図。
【図８】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構成図。
【図９】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構成図。
【符号の説明】
【００４４】
１１  セラミック基板
１２，１３，１９  発熱抵抗体
１４１，１４２，１７１，１７２  接続導体
１５，１６  電極
１８１，１８２  端部導体
２０，２０１  オーバーコート層
５１１，５１２  スルーホール
１００  セラミックヒータ
２００  加熱装置
２１１  定着フィルム
２１３  加圧ローラ
３００  複写機
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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