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技術 板状ヒータおよび定着装置ならびに画像形成装置

出願人 ハリソン東芝ライティング株式会社東芝デベロップメントエンジニアリング株式会社
発明者 苅部孝明苅部幾恵
出願日 2000年9月29日 (20年1ヶ月経過) 出願番号 2000-301351
公開日 2002年4月12日 (18年7ヶ月経過) 公開番号 2002-110314
状態 特許登録済
技術分野 電子写真における制御・保安 電子写真における定着 電子写真における制御・管理・保安 抵抗加熱の制御 抵抗加熱
主要キーワード 主体材料 定格通電 抵抗値温度係数 接続用導電膜 円筒形ローラ 赤外線電球 焼損事故 膜状電極
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図面 (12)

課題

基板上に形成した抵抗発熱膜自体の発熱作用を利用して、異常発生時に通電回路を確実に遮断できる、安全性の向上した板状ヒータおよびこの板状ヒータを用いた定着装置ならびにこの定着装置を装着した画像形成装置を提供することを目的とする。

解決手段

耐熱電気絶縁性の材料からなる基板1と、この基板1の表面に長手方向に沿い帯状に形成され、中間に主体被膜部分2Aの抵抗値温度係数より高い小被膜部分2Bを直列して連設した抵抗発熱膜2と、この抵抗発熱膜2に連設した端子部3とを備えている板状ヒータH1およびこの板状ヒータH1を用いた定着装置7ならびにこの定着装置7を装着した画像形成装置9である。

概要

背景

電子機器の軽薄短小の流れの中で、回路基板高密度化を図るため、構成する基板部品小形化多機能化すすめられている。

たとえば電子式複写機においては、感光ドラム表面に形成されたトナー像被加熱体である複写用紙複写フィルムなどに転写し、ついでこの複写用紙をヒータ加圧ローラとの間で挟圧しながら通過させ、このヒータの熱によって複写用紙を加熱してトナー溶融させて定着するようにしている。

従来、この複写機の定着用ヒータとしては、管形赤外線電球棒状ヒータが用いられていたが、ヒータからローラを介し間接的に複写用紙を加熱することと所定温度に達するまでのヒートアップ始動)に時間がかかり、常時予熱を必要として電力消費も多いなどの問題があった。

そこで、最近はこの管形赤外線電球や棒状ヒータに変わり、熱効率、重量、大きさやコストなどの点で優れている板状のヒータが多用されている。

この板状のヒータの構成は、酸化アルミニウム(Al2 O3 )などの耐熱電気絶縁性セラミックス材料からなる、平面状をなす長尺の基板の表面に、銀・パラジウム(Ag/Pd)合金粉末などと、ガラス粉末無機結着剤)、水溶性有機結着剤とを混合したペースト印刷塗布焼成して細長帯状厚膜抵抗発熱膜が形成してある。

そして、この抵抗発熱膜の両端部分に銀(Ag)やプラチナ(Pt)などの上記抵抗発熱膜の形成材料より良導体となる被膜を形成した給電端子部を設け、さらに、この抵抗発熱膜の表面をガラス質オーバーコート層被覆して抵抗発熱膜を磨耗・衝撃などからまもり機械的強度を増加させるとともに酸化硫化などから保護したものが実用化されている。

そして、この定着用ヒータは、上記基板の抵抗発熱膜が形成された面の反対面側にはサーミスタなどの温度検知素子が取着してあって、発熱膜の温度を検知し、この検知された信号を温度制御回路装置にフィードバックして、ヒータに印加する電力が制御され、定着用ヒータが一定温度を保つようにしている。

このような板状ヒータを装着した定着装置は、ヒータの始動(昇温)性がよいとともにほぼ直接にトナーを加熱できるので熱効率も高く省電力化がはかれ、また、定着装置を小形化できるという利点がある。

一方、この定着用ヒータは、合成樹脂製などのトレイ実装され、複写機に組込まれトナーの主成分であるワックス加熱定着するため180〜200℃に昇温して使用されるが、温度検知素子の実装の不具合故障、温度制御回路装置の不調や故障などでその制御がきかなくなると、回路中のSSR(ソリッドステートリレー)などが通電状態になり、商用電源が連続印加されるため、過電流が流れて抵抗発熱膜が赤熱するような高温度になる。

この抵抗発熱膜の赤熱が続くと、ヒータが実装された合成樹脂製のステイ、定着装置の筐体やヒータに向け押圧して搬送される複写用紙などが焦げたり、炭化したり甚だしい場合には発煙発火したりする問題があった。

そこで、この問題に対処する一手段として、異常発生時はヒータへの給電を停止すればよいので、一般的には電流や温度に感応するヒューズセンサを回路中に介挿し、ヒータへの給電回路を直接あるいは間接的に遮断するようにしている。

また、他の手段としては、ヒータの基板に予めスルーホールや凹部などの傷となる部分を形成しておき、ヒータの基板が異常昇温した場合に、強度を弱くしてあるこの傷部分からクラックを生じさせて、基板をばらばらに破壊して、抵抗発熱膜を切断させるなどのことが行われている。

しかし、ヒータに過電流が流れたり熱暴走が起きたとき、上記安全手段が確実に所定の作用を奏してくれればよいが、給電回路が遮断しなかったり基板の破壊が遅れ通電が続いて、ヒータ自体や周囲の他の部品にまでも影響を及ぼし、炭化や甚だしい場合には発煙や発火するなどのことが極めて希ではあるが発生することがあった。

概要

基板上に形成した抵抗発熱膜自体の発熱作用を利用して、異常発生時に通電回路を確実に遮断できる、安全性の向上した板状ヒータおよびこの板状ヒータを用いた定着装置ならびにこの定着装置を装着した画像形成装置を提供することを目的とする。

耐熱・電気絶縁性の材料からなる基板1と、この基板1の表面に長手方向に沿い帯状に形成され、中間に主体被膜部分2Aの抵抗値温度係数より高い小被膜部分2Bを直列して連設した抵抗発熱膜2と、この抵抗発熱膜2に連設した端子部3とを備えている板状ヒータH1およびこの板状ヒータH1を用いた定着装置7ならびにこの定着装置7を装着した画像形成装置9である。

目的

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、基板上に形成した抵抗発熱膜自体の発熱作用を利用してこの発熱膜を確実に溶断することができる。もちろん従来の基板にヒューズなどを配置したり、基板に孔などを形成した安全手段とを併せ用いても差支えのない、通電回路を確実に遮断できる、さらに安全性の向上した板状ヒータおよびこの板状ヒータを用いた定着装置ならびにこの定着装置を装着した画像形成装置を提供することを目的とする。

効果

実績

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請求項1

耐熱電気絶縁性の材料からなる基板と;この基板の表面に長手方向に沿い帯状に形成され、中間に主体被膜部分の抵抗値温度係数より高い小被膜部分を直列して連設した抵抗発熱膜と;この抵抗発熱膜に連設した端子部と;を備えていることを特徴とする板状ヒータ

請求項2

抵抗発熱膜は、定格通電時の抵抗値が主体被膜部分および高抵抗値温度係数の小被膜部分において同値となるように構成されていることを特徴とする上記請求項1に記載の板状ヒータ。

請求項3

抵抗発熱膜は、定格通電時の発熱温度が主体被膜部分および高抵抗値温度係数の小被膜部分において同温度となるように構成されていることを特徴とする上記請求項1に記載の板状ヒータ。

請求項4

抵抗発熱膜は、主体被膜部分の長さに対し、高抵抗値温度係数の小被膜部分の長さが小さいことを特徴とする上記請求項1ないし請求項3のいずれか一に記載の板状ヒータ。

請求項5

加圧ローラと;この加圧ローラに抵抗発熱膜が対向して配設された上記請求項1ないし請求項4のいずれか一に記載の板状ヒータと;を具備していることを特徴とする定着装置

請求項6

媒体に形成された静電潜像トナーを付着させ、このトナーを被複写体に転写して所定の画像を形成する手段と;加圧ローラにより画像を形成した被複写体を板状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上記請求項5に記載の定着装置と;を具備していることを特徴とする画像形成装置

技術分野

0001

この発明は、たとえば複写機ファクシミリコンピュータプリンタなどのOA機器トナー定着などに用いられる板状ヒータおよびこの板状ヒータを用いた定着装置ならびにこの定着装置を装着した画像形成装置に関する。

背景技術

0002

電子機器の軽薄短小の流れの中で、回路基板高密度化を図るため、構成する基板部品小形化多機能化すすめられている。

0003

たとえば電子式複写機においては、感光ドラム表面に形成されたトナー像被加熱体である複写用紙複写フィルムなどに転写し、ついでこの複写用紙をヒータ加圧ローラとの間で挟圧しながら通過させ、このヒータの熱によって複写用紙を加熱してトナー溶融させて定着するようにしている。

0004

従来、この複写機の定着用ヒータとしては、管形赤外線電球棒状ヒータが用いられていたが、ヒータからローラを介し間接的に複写用紙を加熱することと所定温度に達するまでのヒートアップ始動)に時間がかかり、常時予熱を必要として電力消費も多いなどの問題があった。

0005

そこで、最近はこの管形赤外線電球や棒状ヒータに変わり、熱効率、重量、大きさやコストなどの点で優れている板状のヒータが多用されている。

0006

この板状のヒータの構成は、酸化アルミニウム(Al2 O3 )などの耐熱電気絶縁性セラミックス材料からなる、平面状をなす長尺の基板の表面に、銀・パラジウム(Ag/Pd)合金粉末などと、ガラス粉末無機結着剤)、水溶性有機結着剤とを混合したペースト印刷塗布焼成して細長帯状厚膜抵抗発熱膜が形成してある。

0007

そして、この抵抗発熱膜の両端部分に銀(Ag)やプラチナ(Pt)などの上記抵抗発熱膜の形成材料より良導体となる被膜を形成した給電端子部を設け、さらに、この抵抗発熱膜の表面をガラス質オーバーコート層被覆して抵抗発熱膜を磨耗・衝撃などからまもり機械的強度を増加させるとともに酸化硫化などから保護したものが実用化されている。

0008

そして、この定着用ヒータは、上記基板の抵抗発熱膜が形成された面の反対面側にはサーミスタなどの温度検知素子が取着してあって、発熱膜の温度を検知し、この検知された信号を温度制御回路装置にフィードバックして、ヒータに印加する電力が制御され、定着用ヒータが一定温度を保つようにしている。

0009

このような板状ヒータを装着した定着装置は、ヒータの始動(昇温)性がよいとともにほぼ直接にトナーを加熱できるので熱効率も高く省電力化がはかれ、また、定着装置を小形化できるという利点がある。

0010

一方、この定着用ヒータは、合成樹脂製などのトレイ実装され、複写機に組込まれトナーの主成分であるワックス加熱定着するため180〜200℃に昇温して使用されるが、温度検知素子の実装の不具合故障、温度制御回路装置の不調や故障などでその制御がきかなくなると、回路中のSSR(ソリッドステートリレー)などが通電状態になり、商用電源が連続印加されるため、過電流が流れて抵抗発熱膜が赤熱するような高温度になる。

0011

この抵抗発熱膜の赤熱が続くと、ヒータが実装された合成樹脂製のステイ、定着装置の筐体やヒータに向け押圧して搬送される複写用紙などが焦げたり、炭化したり甚だしい場合には発煙発火したりする問題があった。

0012

そこで、この問題に対処する一手段として、異常発生時はヒータへの給電を停止すればよいので、一般的には電流や温度に感応するヒューズセンサを回路中に介挿し、ヒータへの給電回路を直接あるいは間接的に遮断するようにしている。

0013

また、他の手段としては、ヒータの基板に予めスルーホールや凹部などの傷となる部分を形成しておき、ヒータの基板が異常昇温した場合に、強度を弱くしてあるこの傷部分からクラックを生じさせて、基板をばらばらに破壊して、抵抗発熱膜を切断させるなどのことが行われている。

0014

しかし、ヒータに過電流が流れたり熱暴走が起きたとき、上記安全手段が確実に所定の作用を奏してくれればよいが、給電回路が遮断しなかったり基板の破壊が遅れ通電が続いて、ヒータ自体や周囲の他の部品にまでも影響を及ぼし、炭化や甚だしい場合には発煙や発火するなどのことが極めて希ではあるが発生することがあった。

発明が解決しようとする課題

0015

そこで、本発明者等は板状ヒータが異常昇温した場合に、確実に回路を遮断できる手段について種々究明した。

0016

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、基板上に形成した抵抗発熱膜自体の発熱作用を利用してこの発熱膜を確実に溶断することができる。もちろん従来の基板にヒューズなどを配置したり、基板に孔などを形成した安全手段とを併せ用いても差支えのない、通電回路を確実に遮断できる、さらに安全性の向上した板状ヒータおよびこの板状ヒータを用いた定着装置ならびにこの定着装置を装着した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

0017

本発明の請求項1に記載の板状ヒータは、耐熱・電気絶縁性の材料からなる基板と、この基板の表面に長手方向に沿い帯状に形成され、中間に主体被膜部分の抵抗値温度係数より高い小被膜部分を直列して連設した抵抗発熱膜と、この抵抗発熱膜に連設した端子部とを備えていることを特徴とする。

0018

この板状ヒータは、定格値以上の電圧または電流が加わると、帯状の抵抗発熱膜の中間に直列して介在させた抵抗値温度係数の高い材料で形成した小被膜部分の温度が高まり、温度が高まるとさらに抵抗値上がり、ついには小被膜部分が局部的に高温となって、溶断し通電回路が遮断する。

0019

なお、本発明ならびに以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味はつぎによる。

0020

抵抗発熱膜としては、銀・パラジウム(Ag・Pd)合金、銀(Ag)、銀・プラチナ(Ag・Pt)合金やニッケル・スズ(Ni・Sn)合金などを主体とした材料から形成できる。

0021

また、上記抵抗発熱膜を構成する抵抗値温度係数の異なる材料の選定は、要求される発熱温度に応じ、発熱膜材料の成分、その成分比率などを適宜変えることにより行うことができる。

0022

また、給電用の端子部としては、銀(Ag)、銀・プラチナ(Ag・Pt)合金、金(Au)やプラチナ(Pt)などを主体とした良導電性金属材料から形成された被膜あるいは別途金属箔板材電線により形成してもよい。

0023

また、本発明の板状ヒータは、基板の抵抗発熱膜を形成した面の反対面側に、温度検知用センサを設けてもよい。基板にサーミスタ、熱電対サーモスタットなどの温度検知用のセンサを設ければ、ヒータの温度を正確に受熱してその抵抗値変化を精度よく検出し、これを温度制御回路にフィードバックさせることができ適正な温度制御が行えるほか、ヒータの過熱による発火などの不慮の事故を防止できる。

0024

また、この温度検知用センサの設置は基板に配線導体とともにサーミスタを直接に形成しても、別体のサーミスタを取着するようにしてもよく、また、センサに電気的に接続する配線導体を給電用膜状電極と同様に被膜により形成しても、別途電線などにより形成してもよい。

0025

本発明の請求項2に記載の板状ヒータは、抵抗発熱膜が、定格通電時の抵抗値が主体被膜部分および高抵抗値温度係数の小被膜部分において同値となるように構成されていることを特徴とする。

0026

主体被膜部分および小被膜部分は、定格通電時の抵抗値を合わせ形成してあり、異常発生により定格が高い方に外れた場合に小被膜部分側の抵抗値が主体被膜部分より高まり、高抵抗となった小被膜部分が溶融して飛散することにより抵抗発熱膜の導通が断たれ通電が遮断される。

0027

本発明の請求項3に記載の板状ヒータは、抵抗発熱膜が、定格通電時の発熱温度が主体被膜部分および高抵抗値温度係数の小被膜部分において同温度となるように構成されていることを特徴とする上記請求項1に記載の板状ヒータ。

0028

主体被膜部分および小被膜部分は、定格通電時の発熱温度を合わせ形成してあり、異常発生により定格が高い方に外れた場合に小被膜部分側の温度が主体被膜部分より高まり、高抵抗となった小被膜部分が溶融して飛散することにより抵抗発熱膜の導通が断たれ通電が遮断される。

0029

また、主体被膜部分と小被膜部分との所定発熱温度の温度差は、±10℃以内であれば、所定の作用効果を奏する。

0030

本発明の請求項4に記載の板状ヒータは、抵抗発熱膜が、主体被膜部分の長さに対し、高抵抗値温度係数の小被膜部分の長さが小さいことを特徴とする。

0031

高抵抗値温度係数の小被膜部分の長さが小さいほど容量が小さく反応は速いが0.1〜10mm程度あればよく、この程度であれば定着装置などに用いた場合でも温度むらは僅かであった。

0032

本発明の請求項5に記載の定着装置は、加圧ローラと、この加圧ローラに抵抗発熱膜が対向して配設された上記請求項1ないし請求項4のいずれか一に記載の板状ヒータとを具備していることを特徴とする。

0033

上記請求項1ないし請求項4に記載の作用を奏する板状ヒータを備えているので、板状ヒータに異常が発生し熱暴走などした場合に、抵抗発熱膜部において通電回路を遮断して、定着装置における他の部材への影響を防止できる。

0034

なお、この定着装置において、板状ヒータと被加熱体との間に熱線の透過を妨げない保護体を介在させてもよく、複写機などでは被加熱体である複写用紙の搬送をするためのフィルムなどが設けてあってもよい。

0035

本発明の請求項6に記載の画像形成装置は、媒体に形成された静電潜像にトナーを付着させ、このトナーを被複写体に転写して所定の画像を形成する手段と、加圧ローラにより画像を形成した被複写体を板状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上記請求項5に記載の定着装置とを具備していることを特徴とする。

0036

上記請求項5に記載の作用を奏する定着装置を備えた複写機やプリンタなどで、定着ヒータが、万一、熱暴走した場合に、これを防止することができる。

0037

なお、本発明でいう複写用紙とは、原稿現物などが複写される紙やフィルムなどを総称したものである。

発明を実施するための最良の形態

0038

以下、本発明に係わる板状ヒータの実施の形態を図面を参照して説明する。図1は板状ヒータH1の中間部を切欠して示す平面図、図2図1の板状ヒータH1の底面図、図3は、図1中の矢視A−B線間における拡大縦断面図である。(なお、各図面中に示す基板に対する抵抗発熱膜、給電用膜状電極、接続用導電膜コート層などの各被膜、層の厚さは誇張して厚く示してあり、寸法として比例しているものではない。また、基板の上側表面および下側表面は図面の説明上のものであって、実用上は反対となる場合もある。)
図中1は耐熱・電気絶縁性のセラミックス材料などからなる長尺の基板である。この基板1は、長さ約300mm(280〜320mm)、幅約6mm(5〜13mm)、厚さ約0.7mm(0.5〜1.0mm)で、酸化アルミニウム(Al2 O3 )などの酸化物系セラミックスあるいは窒化アルミニウム(AlN)や窒化ケイ素(Si3 N4 )などの窒化物系セラミックスの材料からなる。

0039

また、2はこの基板1の上側表面に長手方向に沿い形成した帯状の抵抗発熱膜で、その中間に他の部分とは抵抗値温度係数の異なる部分が直列して形成してある。

0040

すなわち、帯状の抵抗発熱膜2は、長さ約280mm、幅約2mm、厚さ約10μmあり、大部分は通常の抵抗値温度係数を有する銀・パラジウム(Ag・Pd)合金やニッケル・スズ(Ni・Sn)合金などを主体とする発熱被膜部分(以下2Aと称する。)からなるが、中間部に幅および厚さが同じで長さ約2mmに亘り上記主体被膜部分2Aより高い抵抗値温度係数を有する小被膜部分2Bを直列して備えている。

0041

また、3,3は基板1両端部付近の上側表面に上記抵抗発熱膜2の端部に重層形成した幅広な給電用の膜状電極からなる端子部で、その長さは約6mm、幅約5mmの銀(Ag)、白金(Pt)、金(Au)、銀・白金(Ag・Pt)合金や銀・パラジウム(Ag・Pd)合金などを主体材料とする良導電性の被膜である。(なお、この給電用の膜状電極3は、膜厚を厚くし抵抗値が低くなるよう形成してもよい。)
また、この給電用の膜状電極からなる端子部3は、断面形状が平面状であるか中央部が高くなるよう膜厚を厚く(15μm以上)形成しておくことにより、後述する定着装置の弾性が付与されたコネクタ摺動して装着する際、少々被膜が削れても電気的な接続が確実に行える。

0042

また、4はガラス質のオーバーコート層で、酸化鉛(PbO)、酸化ホウ素(B2 O3 )や酸化ケイ素(SiO2 )系などから選ばれ、上記抵抗発熱膜2から上記給電用の端子部3の一部および基板1の長手方向に沿う両側端部の表面上に形成してある。すなわち、上記端子部3の一部を除くほぼ全面を覆うように、層厚さが20〜100μmのガラス質のオーバーコート層4が形成してある。

0043

また、51,51は基板1の下側表面に上記端子部3と同材料で二条形成した配線導体、52,52はこの配線導体51,51の端子部で、配線導体51,51の先端部間には、温度検出用のセンサたとえばサーミスタ6が接続して取り付けられている。

0044

このサーミスタ6は電気抵抗の温度係数が負の大きな値を有するNTC素子で、温度上昇したときに抵抗値が小さくなる特性をもつセンサである。

0045

このサーミスタ6の構造および取着について説明すると、サーミスタ6は酸化アルミニウム(Al2 O3 )などからなるセラミックス製の平板状の基体と、この基体中央部の突出した上面に形成されたマンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)などの酸化物(MnO2 、Co3 O4 、NiO)の混合物からなる薄膜感熱部と、この感熱部両側に感熱部と連接して形成されたプラチナ(Pt)層からなる電極部とで構成されている。

0046

そして、このサーミスタ6の取着は感熱部が基板1の下側表面に接触ないしは近接するようにして、電極部が配線導体51,51にそれぞれ銀・パラジウム合金粉末などをガラス(無機結着剤)や水溶性有機結着剤と混合した導電性接着剤を介して接合されている。

0047

つぎに、この板状ヒータH1の製造について説明する。まず、酸化アルミニウム(Al2 O3 )からなる細長の基板1の表面に一部が欠損した発熱する主体被膜部分2Aを形成する。この主体被膜部分2の形成はたとえば銀・パラジウム(Ag・Pd)合金を材料とする粉末とガラスフリット(無機結着剤)、有機接着剤などを混練して導電ペーストを用意する。

0048

そして、この導電ペーストを基板1表面の主体被膜部分の予定形成部に長手方向に沿って一部を欠損した帯状に厚膜印刷して塗布し、乾燥する。

0049

ついで、上記と同じ銀・パラジウム(Ag・Pd)合金を材料とするが銀(Ag)の割合を増やした合金と、ガラスフリット(無機結着剤)、有機接着剤などとを混練して作った導電ペーストを、上記欠損部に上記主体被膜部分と同じ幅および厚さで厚膜印刷して塗布し、乾燥する。

0050

この後、上記塗布膜を約850℃で約10分間焼成する。この焼成により、ペースト中に含まれていた無機結着剤が溶融し、銀・パラジウム(Ag・Pd)とガラス成分を基板1面に固着させて抵抗発熱膜2(2A,2B)を形成する。

0051

ついで、この抵抗発熱膜2の端部と隣接した基板1上側表面の両端部および下側表面に、抵抗発熱膜2よりも単位面積当り電気抵抗値が小さい材料たとえば銀・プラチナ(Ag・Pt)合金を導電成分とした導電ペーストを厚膜印刷して塗布し、乾燥した後、約850℃で約10分間焼成することにより給電用の膜状の端子部3,3および配線導体51,51と端子部52,52を形成する。

0052

この後、オーバーコート層4を形成する。これは、たとえば酸化鉛(PbO)を主成分としたPbO(55〜85Wt%)−B2 O3 (5〜15Wt%)−SiO2 (10〜30Wt%)系ガラスの粉末と、ニトロセルロース有機結着剤)とともに有機溶剤混練りしてなるガラスペーストを上記抵抗発熱膜2から上記給電用の端子部3,3の一部および基板1の長手方向に沿う両側端部の表面部分に隙間なく連続して塗膜を形成する。

0053

そして、この塗布膜を乾燥した後、約850℃で約10分間焼成して、厚さ15μm〜100μmのガラス質のオーバーコート層4としてある。

0054

このガラスは融点が約600℃で上記の抵抗発熱膜2を構成するペースト状塗料焼成温度よりも低く、焼成温度を上げていくと上表面部に形成したガラスペーストは溶融して、抵抗発熱膜2および基板1上を流れ基板1の両側端部にも達し、抵抗発熱膜2および基板1上のガラスの表面部が平坦凹凸のない状態に達したら加熱を止め、冷却することにより表面が平滑なガラス質のオーバーコート層4が形成される。

0055

さらに、サーミスタ6は最終工程において、それぞれ銀・パラジウム合金粉末などをガラス(無機結着剤)や水溶性有機結着剤と混合して形成した導電性接着剤を介して配線導体51,51に接合されている。

0056

このような構成の板状ヒータH1は、図4に示すような回路構成でもって通電される。すなわち、温度制御回路Tを介し給電用端子部3,3に通電すると抵抗発熱膜2に電流が流れ抵抗発熱膜2が発熱する。また、このときサーミスタ6にも信号電流が流れている。

0057

そして、この抵抗発熱膜2の発熱により基板1も熱伝導を受け温度上昇し、この熱は基板1の裏面に取着してあるサーミスタ6中央部の感熱部に伝わり、感熱部の抵抗値を変化させる。この感熱部の抵抗値の変化を配線導体51,51を介し端子部52,52から出力させ、これを温度制御回路Tに入力して適性な温度範囲にあるか否かを判定して、抵抗発熱膜2に加える電力をたとえば位相制御することによって調整し調温させる。なお、この調温は電力を位相制御することに限らず、電圧や電流を制御して所定の温度範囲に調整するようにしてもよい。

0058

このような構成とすれば、サーミスタ6はヒータH1の裏面の温度を正確に受熱してその抵抗値変化を精度よく検出し、これを温度制御回路Tにフィードバックさせることができ適正な温度制御が行える。

0059

また、このサーミスタ6は、ヒータH1が過熱したときなどにも給電を遮断する信号を発し事故を防ぐようにしているが、万一、温度制御回路Tが動作せずその回路遮断がなされない場合は、ヒータH1の抵抗発熱膜2が作用して回路の遮断がなされる。

0060

すなわち、板状ヒータH1は、基板1の長手方向の温度分布を、通常、図5に長手方向と温度(℃)との関係を対比したグラフで示すように、たとえば200℃(C線)としている。

0061

そして、従来の抵抗発熱膜2は、単一材料を長手方向に沿ってほぼ同一の幅および厚さでもって形成したもので、長手方向のどの部分をとってもほぼ同抵抗値を呈するものであった。

0062

本発明の場合は、図6に発熱温度と抵抗値との関係を対比したグラフで示すように抵抗値温度係数の異なる材料を用い抵抗発熱膜2を形成してある。

0063

すなわち、定格通電時の発熱温度が200℃で抵抗値が40ΩとなるヒータH1において、抵抗発熱膜2の主体被膜部分2Aに用いられた銀・パラジウム(Ag・Pd)合金は、銀(Ag)の割合が45%程度の図6中にE線で示す傾斜が緩やかな特性の材料で、発熱温度に対する抵抗値変化は少ない。

0064

これに対し、主体被膜部分2Aに合わせた200℃で抵抗値が40Ωとなる、主体被膜部分2Aより高抵抗値温度係数を呈する小被膜部分2Bに用いられた銀・パラジウム(Ag・Pd)合金は、銀(Ag)の割合を80%程度と少々多くしてあることにより図6中にF線で示す傾斜が大きい特性を呈する。

0065

このように両被膜部分2A,2Bとも定格通電時の発熱温度が200℃で抵抗値が40Ωであるが、小被膜部分2Bは200℃を超えると抵抗値が急増し温度も高く、たとえば図5中にD線で示すように抵抗発熱膜2の主体被膜部分2Aの温度が300℃程度であっても、高抵抗値温度係数を呈する小被膜部分2Bは約800℃にまで高くなる。

0066

この温度上昇によって、小被膜部分2Bを形成する金属が溶融し蒸発して飛散される結果、抵抗発熱膜2部の導通が遮断され板状ヒータH1の発熱は停止し、ヒータH1自体や保持部材あるいは周辺に存在する部材が、焦げたり、炭化したり、発煙や発火するなどの不慮の事故を完全に防止できる。

0067

なお、上記の抵抗発熱膜2を構成する抵抗値温度係数の異なる材料(2A,2B用)の選定は、定格発熱温度により発熱膜材料の成分、成分比率などを変えることにより容易に得られる。

0068

因みに、従来のヒータは、抵抗発熱膜の抵抗値温度係数が50ppm/℃程度であった。本発明でも主体被膜部分2Aは従来と同程度の抵抗値温度係数を有するものであるが、小被膜部分2Bは抵抗値温度係数が500ppm/℃程度である。

0069

図7に抵抗値温度係数による昇温特性をグラフに示す。図7において横軸は通電時間(sec)を縦軸表面温度(℃)であって、線G0は抵抗値温度係数が0ppm/℃、線G5は抵抗値温度係数が500ppm/℃、線G8は抵抗値温度係数が800ppm/℃のものである。

0070

図からも明らかなように抵抗発熱膜に通電して昇温させた場合、抵抗値温度係数が大きいほど高温時に昇温速度が鈍り、基板や周辺部材に加わる熱応力を抑え破壊や溶融・炭化などの発生を防ぐか遅延させることができる。そして、この昇温速度が鈍るのを利用して、使用温度制御方法を設定できる。

0071

また、図8(a)は本発明板状ヒータH2の他の実施の形態を示す平面図、同(b)図は(a)図の底面図であって、図中、上述した図1ないし図3と同一部分については同一の符号を付してその説明は省略する。

0072

この実施の形態に示す板状ヒータH2は、基板1の一端側に給電用の膜状端子部3,3があり、この給電用端子部3,3に接続した抵抗発熱膜2はコ字状(U字状でも同じ)をなしている。なお、基板1や抵抗発熱膜2(2A,2B)の材料および被膜などの配置は、上記実施の形態と同じとしてある。

0073

したがって、この板状ヒータH2の場合も、上記実施の形態と同様な作用効果を奏することができる。

0074

なお、上記構成の板状ヒータH1,H2において、ヒータH1,H2の発熱温度管理を行う温度検出用のセンサなどの温度検知部材は必須のものではない。

0075

また、図9および図10は上記板状ヒータH1(やH2)を組込んだ定着装置7の一例を示す。この定着装置7は複写機用のもので、図9はその横断面図、図10図9中の矢視F−F線に沿った切断面の拡大縦断面図で、図中ヒータH1部分は上記実施の形態と同じであるのでその説明は省略する。

0076

図において、71は加圧ローラで、両端面に駆動部(図示しない。)に軸支された回転軸72を突設し、この回転軸72の外周に形成した円筒形ローラ本体73の表面に耐熱性弾性材料たとえばシリコーンゴム層74が嵌合してある。

0077

また、81は上記加圧ローラ71の回転軸72と対向して配設されたヒータ支持体で、この支持体81の凹部82内に板状ヒータH1が加圧ローラ71と並置した状態で取着固定されている。また、ヒータH1を含む支持体81の周囲にはポリイミド樹脂などの耐熱性シートからなるエンドレスロール状をした定着フィルム83が循環自在に巻装されている。

0078

そして、ヒータH1の上側に形成したガラス質のオーバーコート層4の円滑な表面は、この定着フィルム83を介し上記加圧ローラ71のシリコーンゴム層74と弾接している。また、図中Pは被加熱体をなす複写用紙や複写用フィルムなどの記録媒体、ここでは複写用紙で、この複写用紙P上のT1は印刷された未定着トナー像、T2は定着済みトナー像を示す。

0079

上記構成の定着装置7は、後述するように画像形成装置9の一部として用いられ、複写用紙Pなど被複写体に転写された未定着トナー像T1を定着する。

0080

この定着装置7において板状ヒータH1は、端子部3,3に接触した燐青銅板を折り曲げるなどして弾性を付与したコネクタ85,85を通じ通電され、抵抗発熱膜2が所定温度で発熱した状態で、加圧ローラ71が駆動部により回転して、これに縦動して圧接されている定着フィルム83も板状ヒータH1を覆うオーバーコート層4表面に摺接しながらヒータ支持体81の周りを循環する。

0081

そして、未定着トナー像T1を転写した複写用紙Pが定着装置7に搬送されてくると、複写用紙Pは上下面が加圧ローラ71のシリコーンゴム層74と定着フィルム83面との両者が回転している間で、上下面から挟圧した状態で図中矢印方向へ繰り出すよう通過させられる。その際に、複写用紙Pは上記の加圧と抵抗発熱膜2の加熱とにより、未定着トナー像T1が焼付けられ、複写用紙Pにトナー像T2を定着形成させることができる。

0082

つまり、加圧ローラ71の用紙入力側では、複写用紙P上の未定着トナー像T1がまず定着フィルム83を介してヒータH1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溶融する。しかる後、加圧ローラ71の用紙排出側では、複写用紙PがヒータH1から離れ、トナー像T2は自然放熱して再び冷却固化し、定着フィルム83も複写用紙Pから離反される。

0083

このとき、上記板状ヒータH1の抵抗発熱膜2を覆って最上層に形成したガラス質のオーバーコート層4の平滑な表面は、定着フィルム83に摺接しているので、定着フィルム83が円滑に回動して、加圧ローラ71との間で複写用紙Pが定着フィルム83とともに円滑に搬送され、トナーの滲みの少ない良好な定着が行える。

0084

したがって、上記板状ヒータH1(やH2)を用いた定着装置7は、ヒータH1(やH2)が、何等かの原因で過熱し、ヒューズやセンサが確実に作動しなかったり基板が破壊しなかったりしても、抵抗発熱膜2中の高抵抗値温度係数の小被膜部分2Bが溶融飛散して通電回路を遮断するので、合成樹脂材料などで形成されている他の部材に影響を及ぼすことがない。

0085

つぎに、本発明に関わる上記の板状ヒータH1および定着装置7を実装した画像形成装置として図11に示す複写機9を参照して説明する。図11はこの定着装置7を装着した画像形成装置たとえば複写機9の概略構成を示す縦断面図で、図中、定着装置7部分は上記実施の形態と同じであるので同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。

0086

図11において90は複写機9の筐体、91は筐体90の上面に設けられたガラスなどの透明部材からなる原稿載置台で矢印Y方向に往復動して原稿P1を走査する。

0087

筐体90内の上方には光照射用のランプ反射鏡とからなる照明装置9Lが設けられていて、この照明装置9Lにより照射された原稿P1からの反射光線が短焦点小径結像素子アレイ9Aによって感光ドラム9D上にスリット露光される。なお、この感光ドラム9Dは矢印方向に回転する。

0088

また、92は帯電器で、たと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9D上に一様に帯電を行う。この帯電器92により帯電されたドラム9Dには、結像素子アレイ9A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93による加熱で軟化溶融する樹脂などからなるトナーを用いて顕像化される。

0089

一方、カセット9C内に収納されている複写用紙Pは、給送ローラ94と感光ドラム9D上の画像と同期するようタイミングとって上下方向で圧接して回転される対の搬送ローラ95によって、ドラム9D上に送り込まれる。そして、転写放電器96によって感光ドラム9D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。

0090

この後、ドラム9D上から離れた用紙Pは、搬送ガイド97によって定着装置8に導かれ加熱定着処理された後にトレイ98内に排出される。なお、トナー像を転写後、ドラム9D上の残留トナークリーナ99によって除去される。

0091

上記定着装置8は複写用紙Pの移動方向と直交する方向に、この複写機9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3を延在させて板状ヒータH1を配置しているとともにこのヒータH1の延在方向に軽く弾接するよう発熱抵抗体3と相対して送り用の加圧ローラ71が設けられている。

0092

そして、ヒータH1と加圧ローラ71との間を送られる用紙P上の未定着トナー像T1は、抵抗発熱膜2からの熱を受け溶融して用紙P面上に文字英数字記号、図面などの複写像を現出させる。

0093

このような、複写機9は上記定着装置7に記載したと同様な作用効果、すなわち、複写機などにおいては定着用ヒータの過熱による不慮の事故の発生を防止できる。

0094

なお、本発明は上記実施の形態に限定されない。たとえば上記実施の形態では、板状ヒータを複写機の定着用に用いたが、プリンタやファクシミリなどの他のOA機器の定着用にも適用できる。また、OA機器に限らず、家庭用電気製品、業務用や実験用精密機器化学反応用の機器などにおいて加熱用に装着して使用できる。

0095

また、抵抗発熱膜、給電用の膜状の端子部や配線導体を形成する材料および塗布膜の焼成温度や焼成時間は実施の形態の記載に限らず、板状ヒータの仕様使用条件などに応じて適宜選ぶことができる。

発明の効果

0096

請求項1に記載の発明によれば、格別な外付け部品を用いなくても、ヒータ過熱による焼損事故などの防止がはかれる、安全性の向上した板状ヒータを提供できる利点を有する。

0097

また、従来からのヒューズを付加したり基板に傷を付したりして通電回路を遮断する手段を講じたものに対しても、本発明の手段を併用すれば、さらに安全性の向上をはかることができる。

0098

請求項2および3に記載の発明によれば、異常発生時に即応して、上記請求項1に記載と同様な効果を奏する。

0099

請求項4に記載の発明によれば、上記請求項1ないし3に記載の効果を奏する板状ヒータを備えているので、焼損事故などの防止がはかれる、安全性の向上した定着装置を提供することができる。

0100

請求項5に記載の発明によれば、上記請求項4に記載したと同様な作用効果を奏する定着装置を備えた複写機やファクシミリなどの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

0101

図1本発明の板状ヒータの実施の態様を示す、中間部を切欠した平面図である。
図2図1の板状ヒータの底面図である。
図3図1中の矢視A−B線間における拡大縦断面図である。
図4本発明に係わる板状ヒータの通電回路を示す説明図である。
図5板状ヒータの長手方向における温度分布を示すグラフである。
図6抵抗値温度係数の異なる材料の発熱温度と抵抗値との関係を対比したグラフである。
図7抵抗値温度係数による昇温特性を示すグラフである。
図8本発明の板状ヒータの他の実施の形態を示し、(a)図は平面図、(b)図は(a)図の底面図である。
図9板状ヒータを組込んだ本発明の複写機用の定着装置の実施の形態を示す、横断面図である。
図10図9中の矢視F−F線に沿った切断面の拡大縦断面図である。
図11定着装置を組込んだ本発明の画像形成装置(複写機)の概略構成を示す縦断面図である。

--

0102

H1,H2:板状ヒータ
1:基板
2:抵抗発熱膜
2A:主体被膜部分
2B:小被膜部分
3:端子部(給電用膜状電極)
4:オーバーコート層
7:定着装置
71:加圧ローラ
9:画像形成装置(複写機)

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