JP2007003696A

JP2007003696A - 定着ヒータ、加熱装置、画像形成装置

Info

Publication number: JP2007003696A
Application number: JP2005182101A
Authority: JP
Inventors: Ikue Karibe; 幾恵苅部
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2005-06-22
Filing date: 2005-06-22
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】抵抗発熱体が発生する熱を長期にわたり効率よくサーミスタへ熱伝導させる定着ヒータを実現する。
【解決手段】耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の絶縁基板１１の長手方向に発熱抵抗体１２とこの発熱抵抗体１２に電力を供給するための電極１３，１４を形成する。発熱抵抗体１２上にオーバーコート層１７を施し、発熱抵抗体１２が形成された絶縁基板１１の反対側の端子部２０，２１に接続された配線導体２２，２３に温度制御用のサーミスタ２４を導電性接着剤２５，２６で電気的に接続する。サーミスタ２４は、導電粒子の含有率が７０〜９８重量％の導電性接着剤２５，２６を用いて電極１３，１４と電気的に接続する。これにより、導電性接着剤２５，２６の熱伝導率が上がり導電性接着剤の樹脂劣化が少なく、長期にわたり抵抗発熱体１２の発熱をサーミスタ２４へ効率良く熱伝導させ、迅速で正確な温度調整が可能な信頼性の高い定着ヒータを得ることができる。
【選択図】図３

Description

この発明は、情報機器、家電製品や製造設備等に用いられる薄型の定着ヒータ、このヒータを実装したプリンタ、複写機、ファクシミリ、リライタブルペーパ等の加熱装置、この加熱装置を用いた画像形成装置に関する。

従来、抵抗発熱体で発生させた熱をサーミスタへの熱伝導を向上させ、正確な発熱温度を確認する方法として、サーミスタ感温部と基板との間隔に伝熱性接着剤を充填させる。（例えば、特許文献１）
特開平１０−４８９７８号公報

上記した特許文献１の技術は、基板とサーミスタ感温部の間に基板やサーミスタ基体のセラミックスより熱膨張率が大きい樹脂を充填するため、ヒータのオンオフによる熱的ストレスにより、クラックや剥離が発生し、サーミスタの応答性が悪化してしまうことがある。

この発明の目的は、抵抗発熱体が発生する熱を長期にわたり効率よくサーミスタへ熱伝導させるが可能な定着ヒータ、これを用いた加熱装置、これを用いた画像形成装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の定着ヒータは、耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の基板の長手方向に発熱抵抗体と該発熱抵抗体に電力を供給するための電極を形成し、前記発熱抵抗体上にオーバーコート層を施し、前記発熱抵抗体が形成された反対側の前記基板に温度制御用のサーミスタを実装したものであって、前記サーミスタは、導電粒子の含有率が７０〜９８重量％の導電性接着剤を用いてサーミスタを前記電極と電気的に接続したことを特徴とする。

この発明によれば、長期にわたり抵抗発熱体が発する熱を効率よくサーミスタへ熱伝導させることで正確な温度調整が可能となる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、この発明の定着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の正面図、図２は図１の背面図、図３は図２のｘ−ｘ’断面図である。

図１において、１１は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等の耐熱、絶縁性の材料で長尺状に形成された絶縁基板である。１２は絶縁基板１１上に、導電性成分がＡｇ／Ｐｄ，ＲｕＯ_２などで構成されている抵抗体ペーストを用いて厚膜印刷により形成した発熱抵抗体である。また、１３，１４は絶縁基板１１上に、導電性成分がＡｇ、Ａｇ／Ｐｔ（プラチナ）、Ａｇ／Ｐｄなどで構成される導体ペーストを用いて厚膜印刷により形成され、電力が供給される電極である。

１３は、発熱抵抗体１２の一端に電気的に接続される電極で、１４は、絶縁基板１１上にＡｇ，Ａｇ／Ｐｔ，Ａｇ／Ｐｄ等で構成させる導体ペーストを用いて厚膜印刷により形成された導電性の配線パターン１５の一端と電気的に接続される電極である。配線パターン１５の他端は絶縁基板１１に導体ペーストを用いて厚膜印刷により形成された接続導体１６の一端と電気的に接続される。接続導体１６の他端は、発熱抵抗体１２の他端に電気的に接続される。

１７は、発熱抵抗体１２、配線パターン１５、接続導体１６を、厚膜印刷方法を用いてガラスペーストを印刷で覆い、これを焼成して形成されるオーバーコート層である。オーバーコート層１７は、例えば鉛フリーの非晶質のＳｉＯ、Ｂ_２Ｏ_３を主成分とするほう珪酸ガラスとガラスより熱伝導率の高いアルミナ等が添加されたものである。

次に、絶縁基板１１の裏面側について、図１の裏面を示した図２およびこの図２のｘ−ｘ’断面を示した図３とともに説明する。

図２において、２０，２１は端子部であり、電極１４，１５と同様の方法で形成される。端子部２０，２１にはそれぞれＡｇ／Ｐｄなどを主体とする材料からなる一対の配線導体２２，２３の一端が結合される。配線導体２２，２３のそれぞれの他端は、図３に示すように温度制御用のチップ形状サーミスタ２４の電極２４１と２４２を、７０〜９８重量％の導電粒子が含有されたエポキシまたはポリイミドまたはフェノール等の樹脂からなる導電性接着剤２５，２６を用いて電気的に接続する。

ところで、導電性接着剤２５，２６の樹脂成分が多すぎるとヒータ動作による熱ストレスにより樹脂のクラックの発生や熱による劣化が考えられ、逆に少ないと接着力の低下が考えられることから、７０〜９８重量％が望ましい。導電粒子の含有量が多いと、導電性接着剤２５，２６の熱伝導率が高くなり、発熱抵抗体１２で発生した熱をサーミスタ２４へ伝える速度が向上し、より確実な温度制御が可能となる。導電粒子としては熱伝導率の高い例えば銀が考えられる。

サーミスタ２４は、温度係数が負の大きな値を有する電気抵抗体を用いたもので、温度上昇したときに抵抗値が大きく低下し、温度を抵抗値の大小に変換する熱検出素子からなるセンサーである。

２７１，２７２は、サーミスタ２４と配線導体２２，２３の接着補強と発熱による温度変化をサーミスタに効率よく熱伝導させるための例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の有機樹脂を主成分とした絶縁性の粒子Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２等を含有した接着剤である。

ここで、導電性接着剤２５，２６の接着方法について説明する。先ず、導電粒子が７０〜９８重量％含有されたエポキシまたはポリイミドまたはフェノール等の樹脂を、印刷またはスタンピングやディピングにより塗布する。その上にサーミスタを実装、加圧し、１０μｍ以下の膜厚まで導電性接着剤を薄くした状態で熱硬化させ、導体上にサーミスタを導電性接着剤にて接着させる。その後、サーミスタの側面に接着の補強と熱伝導のために絶縁性接着剤を塗布し、硬化させることで、側面と、基板とサーミスタ間の一部に絶縁性接着剤２５，２６を形成させることができる。

また、導電粒子が７０〜９８重量％含有されたエポキシ樹脂等の導電性接着剤２５，２６の膜厚を１０μｍ以下にした場合、抵抗発熱体１２の発熱を、配線導体２２，２３と導電性接着剤２５，２６を介してサーミスタ２４へ効率良く熱伝導させることができる。また、熱膨張率の大きい樹脂分が少ないことで、ヒータのオンオフによる熱的ストレスにより、クラックや剥離が発生し、サーミスタ２４の応答性の悪化や温度調整不可能を防止することが可能となる。

この実施形態によれば、長期にわたり抵抗発熱体の発熱をサーミスタへ効率良く熱伝導させることができ、迅速で正確な温調が可能な信頼性の高い定着ヒータを得ることができる。

上記した構成の定着ヒータ１００は、定着装置に組み込まれ、例えば図４に示す回路構成により通電され発熱温度が調整される。

すなわち、商用電源４１を温度制御回路４２の制御端子に接続されたソリッドステートリレー４３を介して定着ヒータ１００の電極１３，１４に通電されると、直列接続された発熱抵抗体１２に電流が流れて発熱する。発熱抵抗体１２の発熱により絶縁基板１１も温度上昇する。この熱は、絶縁基板１１の裏面側に取着されたサーミスタ２４の感温部に伝わり、感温部の抵抗値を変化させる。サーミスタ２４の抵抗値の変化を出力させ、これを温度制御回路４２に入力して設定温度にあるか否かを判定する。温度が設定温度より低い場合はソリッドステートリレー４３にオン信号を出力し、設定温度より高い場合はソリッドステートリレー４３にオフ信号を出力する。

このように、発熱抵抗体１２に加える電力を制御することによって、発熱抵抗体１２の温度調整を行う。なお、温度制御回路４２はソリッドステートリレー４３のオンオフ制御について述べたが、他にパルス幅変調制御方式等による温度調整を行っても構わない。

そして、定着ヒータ１００は電極１３，１４に電力が供給されると、発熱抵抗体１２にそれぞれ電流が流れ、発熱抵抗体１２は長手方向にほぼ均一の発熱温度分布を呈することになる。この実施形態では、例えば発熱抵抗体１２の抵抗値を２５Ωとし、１００Ｖの電圧を印加することにより４Ａの電流が流れ、４００Ｗの発熱量を得ることが可能となる。

通常は、上述したように絶縁基板１１の裏面側に設けたサーミスタ２４が定着ヒータ１００の温度を検出して温度制御回路４２を通じてソリッドステートリレー４３をオン・オフ制御し所定の温度に制御している。

次に、図５を参照し、上記した定着ヒータの実施形態を定着装置２００に実装した場合の、この発明の定着装置の一実施形態について説明する。図中定着ヒータ１００については、図１〜図３と同じであり、同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。

図５において、２０１は回転軸２０２で回転自在に回転される加圧ローラで、その表面に耐熱性弾性材料たとえばシリコーンゴム層２０３が嵌合してある。加圧ローラ２０１の回転軸２０２と対向して定着ヒータ１００が並置して図示しない基台内に取り付けられている。

定着ヒータ１００の周囲にはポリイミド樹脂等の耐熱性のシートからなるエンドレスのロール状の定着フィルム２０４が循環自在に巻装されており、発熱抵抗体１２を介した絶縁基板１１真上のオーバーコート層１８の表面は、この定着フィルム２０４を介して加圧ローラ２０１のシリコーンゴム層２０３と弾接している。

定着装置２００において定着ヒータ１００は電極１３，１４に接触したりん青銅板等に銀メッキを施した弾性が付与された図示しないコネクタを通じて通電され、発熱した発熱抵抗体１２のオーバーコート層１７上に設けられた定着フィルム２０４面とシリコーンゴム層２０３との間で、トナー像Ｔ１がまず定着フィルム２０４を介して定着ヒータ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溶融する。この後、加圧ローラ２０１の用紙排出側では複写用紙Ｐが定着ヒータ１００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２０４も複写用紙Ｐから離反される。

このように、トナー像Ｔ１は一旦完全に軟化溶融された後、加圧ローラ２０１の用紙排出側で再び冷却されることから、トナー像Ｔ２の凝縮力は非常に大きくなものとなっている。

この実施形態では、抵抗発熱体の発熱を長期にわたり効率よくサーミスタへ熱伝導させる定着ヒータによる定着装置を実現できる。

次に、図６を参照して、この発明に係る定着ヒータ、この定着ヒータを用いた定着装置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、定着装置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。

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。

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。

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。

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。

この後、感光ドラム３０４上から離れた用紙Ｐは、搬送ガイド３１１によって定着装置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。

定着装置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１２１，１２２を延在させて定着ヒータ１００の加圧ローラ２０１が設けられている。

そして、定着ヒータ１００と加圧ローラ２０１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１２１，１２２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。

この実施形態では、抵抗発熱体の発熱を長期にわたり効率よくサーミスタへ熱伝導させる定着ヒータによる定着装置２００を用いた複写機３００を実現できる。

なお、この発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、オーバーコート層材は相対する定着フィルムの材質やその他条件によって変える必要があるため特定はできないが、定着フィルムが樹脂の場合、オーバーコート層はガラスや定着フィルムが金属の場合、オーバーコート層は樹脂を組み合わせるのが望ましい。この樹脂としては一般的に摺動性に優れるとされる材料である、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、およびポリフェニレンサルファイド、エラストマー系、ポリオレフィン系、フッ素等が考えられる。基本的にはどれを使用しても良いが、耐熱性から弾性に富むＰＩ（ポリイミド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）等のイミド系が好ましいが、硬度が低すぎると樹脂被膜の方が削れてしまうため、例えば３Ｈ以上の硬度は必要である。

また、発熱抵抗体の幅、長さの形状や複数本の組み合わせ、配列等についても上記した実施形態に限定されるものではない。サーミスタの実装配置についても同様である。

さらに、定着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可能である。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、上記した実施形態によって把握される技術思想をその効果とともに以下に説明する。

耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の基板の長手方向に発熱抵抗体と該発熱抵抗体に電力を供給するための電極を形成し、前記発熱抵抗体上にオーバーコート層を施し、前記発熱抵抗体が形成された反対側の前記基板に温度制御用のサーミスタを実装した定着ヒータにあって、前記サーミスタは、導電粒子の含有率が７０〜９８重量％の導電性接着剤を用いて前記電極と前記サーミスタを電気的に接続するとともに、前記導電性接着剤の膜厚が１０μｍ以下としたことを特徴とする定着ヒータ。

この技術思想の場合、導電性接着剤を１０μｍ以下の膜厚にすることで、抵抗発熱体の発熱を、導体と導電性接着剤を介してサーミスタへ効率良く熱伝導させることができる。また、熱膨張率の大きい樹脂分が少ないことで、ヒータのオンオフによる熱的ストレスにより、クラックや剥離の発生によるサーミスタ応答性の悪化や温度調整不良を防止することが可能となる。

この発明の定着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の正面図。図１の背面図。図２のｘ−ｘ’断面図。図１に用いる温度調整について説明するための回路構成図。この発明の定着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。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

１１絶縁基板
１２発熱抵抗体
１３，１４電極
１６接続導体
１７オーバーコート層
２０，２１端子部
２２，２３配線導体
２４サーミスタ
２５，２６導電性接着剤
１００定着ヒータ
２００定着装置
３００複写機

Claims

耐熱・絶縁性材料で形成される長尺平板状の基板の長手方向に発熱抵抗体と該発熱抵抗体に電力を供給するための電極を形成し、前記発熱抵抗体上にオーバーコート層を施し、前記発熱抵抗体が形成された反対側の前記基板に温度制御用のサーミスタを実装した定着ヒータにおいて、
前記サーミスタは、導電粒子の含有率が７０〜９８重量％の導電性接着剤を用いて前記電極と前記サーミスタを電気的に接続したことを特徴とする定着ヒータ。
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記載の定着ヒータと、
前記定着ヒータと前記加熱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定着装置。
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定着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記載の定着装置とを具備したことを特徴とする画像形成装置。