JP2541540Y2 - セラミックヒータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、セラミック基板に電極層と抵抗発熱体層を
形成したセラミックヒータ、更に詳しくは例えば複写機
の定着用ヒータとして使用され、温度検知器によって温
度制御される長尺型セラミックヒータに関する。

（従来の技術） この種のセラミックヒータは、例えばアルミナ基板の
一面に電極層と抵抗発熱体層が形成されたものであり、
ヒータ本体の熱容量が小さく、抵抗発熱体層とセラミッ
ク基板が一体化された直接加熱であるため、表面温度の
立ち上がり時間が非常に早くなり、印加電圧の変化によ
るヒータの温度変動が大きくなる。このため、ヒータの
温度制御には正確で早い温度検知が要求されている。

一般にヒータの温度制御は雰囲気温度あるいは被加熱
物の温度を温度検知素子により検知し、それによりヒー
タの印加電圧，時間を制御するのが一般的である。その
時に使われる温度検知素子としては、例えばNTCサーミ
スタ，熱電対，白金測温体などが挙げられる。ただし、
ヒータと被加熱物が接触しているか、あるいは非常に近
接し、熱伝達が極めて良好に行われる場合には、ヒータ
自身の温度検知を行うことが有効である。セラミック基
板に電極層と抵抗発熱体層が形成されて成る複写機用セ
ラミックヒータの場合、ヒータの温度上昇が早く、高速
な温度制御が必要とするので、温度検知素子をヒータに
直接押圧するか、あるいは固定用テープによりヒータに
密着させる構造が用いられている。

従来の押圧による温度検知の一例を第５図を参照して
以下に説明する。

シリコーンゴムからなる耐熱スポンジ10の上面の中心
部にガラス封止型サーミスタ５が設置されている。耐熱
スポンジ10は、裏面に導体パターンが形成されたガラス
エポキシなどから成るプリント配線基板11に取り付けら
れている。

耐熱スポンジ10の上面から出ているサーミスタのリード
線12は、プリント配線基板11の前部と後部に設けられて
いる穴をそれぞれ通って裏面の導体パターンのランドに
ハンダ付けされている。温度検知器のリード線13は、同
様に導体パターンのランドにハンダ付けされ、サーミス
タのリード線12と電気的に接続されている。

このように構成された温度検知器は、サーミスタ５が
耐熱スポンジ10の弾性を利用して加圧状態でセラミック
ヒータ１に押し当てられ、ヒータの表面温度を検知す
る。

（本考案が解決しようとする課題） ところが、このような構造では、温度検知器の押し当
て方によってサーミスタの集熱作用にバラツキが発生
し、応答が遅くなっている。そのため表面の温度と温度
検知器による検知温度との間にズレが生じ、正確な温度
測定が行われない。また複写機の定着用ヒータ等に使わ
れる、外寸幅7mm,厚さ1mm,長さ270mmで抵抗発熱層の幅
1.5mmの細長いヒータでは、ヒータの長手方向の温度分
布においてバラツキが生じる。これは、前述した大きさ
のヒータには温度検知器の弾性体として一般に6mm×6mm
×6mmのシリコーンゴムスポンジが用いられており、こ
の温度検知器の接する箇所は温度検知器の熱容量に起因
してヒータ他部との温度差が生じてしまうからである。

また、粘着固定用テープを使った場合は、テープの接
着剤は有機物であるから、一般に200℃以上の温度では
膨張して使用できなくなる。

更に、これら両構造の場合、温度検知器を固定する角
度が不適であったり、熱で緩みが発生し、温度検知素子
とセラミックヒータの間に空隙が生ずれば、温度検知を
全く不正確なものにしてしまう問題点がある。

本考案の目的は、前述したような温度検知器の熱容量
の大きさが原因となるセラミックヒータの長手方向にお
ける温度分布のバラツキ、ヒータの表面温度と検知温度
のズレ、応答時間の遅れ、などの欠点を解消し、更に、
正確な温度制御を行う上で問題となる温度検知素子とセ
ラミックヒータ間の空隙等の発生を防止することにあ
る。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するべく本考案によるセラミックヒ
ータは、セラミック基板の一面に電極層と抵抗発熱体層
が形成されてなるセラミックヒータにおいて、前記セラ
ミック基板の抵抗発熱体層形成面の反対面上に、ガラス
封止型サーミスタが接着剤により固着されていることを
特徴とするものである。

この際、接着剤としては、セラミック基板の熱膨張係
数とサーミスタを構成するガラスの熱膨張係数とに略等
しい熱膨張係数をもつ無機系接着剤を使用することが好
ましい。

（作用） 本考案によるセラミックヒータは、セラミック基板の
抵抗発熱体層が形成された面の反対側の面上に、ガラス
封止型サーミスタを接着剤で固着した構成であるため、
従来に比べて、温度検知器の熱容量が著しく小さくな
る。従って、温度検知器の熱容量の大きさに起因したセ
ラミックヒータの長手方向における温度分布のバラツキ
や、ヒータの表面温度と検知温度のズレ、応答時間の遅
れ、などの問題が発生すること無く、優れた熱応答性を
もって正確な温度制御が可能なセラミックヒータを提供
することができる。

更に、接着剤として、セラミック基板の熱膨張係数と
サーミスタを構成するガラスの熱膨張係数とに略等しい
熱膨張係数をもつ無機系接着剤を使用した場合には、こ
の接着剤が緩衝層としての作用を呈することから、セラ
ミックヒータの発熱によってガラス封止型サーミスタと
セラミックヒータの間に空隙が発生するようなことが無
くなり、上記の特性を長期間安定して維持することが可
能になる。

（実施例） 以下、図面等を参照にして本考案を更に詳しく説明す
る。

第１図は本考案によるセラミックヒータの実施例を示
す正面図である。セラミックヒータ１は、アルミナから
なるセラミック基板2,抵抗発熱体層3,電極層4,ガラス封
止型サーミスタ5,無機系接着剤６から構成される。

まず長さ270mm,幅7mm,厚さ1mmのセラミック基板２の
片面に、抵抗発熱体用ペーストを幅1.5mm,長さ210mmに
印刷後、800℃×10分電気炉中にて焼成し、抵抗値約30
Ωの抵抗発熱体層３を形成した。

次に、抵抗発熱体層３の上部、電極取り出し部に、電
極用ペーストを印刷後、800℃×10分電気炉中にて焼成
し、電極層４を形成した。

そして、抵抗発熱体層３、電極層４が形成された面と
反対側の面上の中央部にガラス部分の直径が約1mmのガ
ラス封止型サーミスタ５（Ｂ＝3000〜5000）を、耐熱性
が高く、接着力の強い無機系接着剤６アロンセラミック
（東亜合成化学製）で接着し、風乾10時間の後、乾燥機
中で90℃×１時間,150℃×１時間という条件で固着し
た。ここで、ヒータのセラミック基板２であるアルミナ
と、サーミスタ５の封止材料であるガラスの二種類の材
料の熱膨張係数を考えたとき、接着剤６とセラミック基
板２、または接着剤６とガラス封止型サーミスタ５との
剥離が問題となる。これを防ぐため、アルミナの熱膨張
係数8.0×10^-6/Kとガラスの熱膨張係数10×10^-6/Kの中
間の値9.0×10^-6/Kを有する組成の接着剤を使用し、緩
衝層の作用を具備させた。

このようにして作製したサーミスタを固着したセラミ
ックヒータの温度制御の性能について試験した。

その試験方法を第２図に示す。まず本考案によるセラ
ミックヒータ１の電極層等が形成されている表面中央に
測定用熱電対７の先端を接触させ、前記熱電対７を温度
調節回路８に接続する。次に、前記温度調節回路８をス
タートさせ、昇温時と降温時の裏面のサーミスタ５の応
答性を測定した。ここで、温度調節回路８は、熱電対７
が200℃を検知するまではセラミックヒータ１を加熱し
続けるが、一度200℃を検知してからは加熱を停止する
ように設計された応答時間測定専用の温度調節回路であ
る。また、この温度調節回路８には熱電対７からの信号
を温度に変換する機能が含まれており、セラミックヒー
タ１の温度はこの温度測定機能によつて測定した。尚、
比較のため第５図で示した従来の温度検知器を使用して
同様の試験を行った。ここで、サーミスタの検知温度
は、サーミスタ素子の抵抗値の変化を抵抗−温度変換器
９により温度に換算して求めた。

その結果を第３図に示すが、ここでは実線は本考案に
よる実施例を示し、破線は従来例を示す。このグラフか
らわかるように従来例は熱応答性が遅く、実施例は極め
て正確な温度検知が行われていることがわかる。

またヒータの表面温度が温度検知器の接触により受け
る影響を調べるため、ヒータ表面の長手方向に均一な間
隔をもって数十ケ所にφ0.1の極めて細い熱電対の先端
を順次接触させ、表面温度の変化を本実施例と従来例に
ついて測定した。尚、温度検知器はそれぞれのセラミッ
ク基板の裏面中心部に取り付けられている。

その結果を第４図に示す。ここで実線は本考案による
実施例を示し、破線は従来例を示す。このように従来は
温度検知器の大きな熱容量によって長さ約10mmにわたり
表面温度が約５℃低下していたが、本考案によって均一
な表面温度に改善されたことがわかる。

尚、本実施例では接着剤として無機系のものを使用し
たが、中・低温用セラミックヒータの場合は、ポリイミ
ド，フッ素樹脂，フッ素ゴムまたはPPSなどのエンジニ
アリングプラスチック等の樹脂を使用して接着を行うこ
とも可能である。

（考案の効果） 前述のように本考案によれば、セラミック基板の抵抗
発熱体層が形成された面の反対側の面上に、接着剤を介
してガラス封止型サーミスタを固着したことにより、セ
ラミックヒータの長手方向における温度分布のバラツ
キ、ヒータの表面温度と検知温度のズレ、応答時間の遅
れ、空隙の発生による不正確な温度検知などを防ぎ、熱
応答性が良く、正確な温度制御が可能なセラミックヒー
タを提供することができる。特に、接着剤として、セラ
ミック基板の熱膨張係数とサーミスタを構成するガラス
の熱膨張係数とに略等しい熱膨張係数をもち、緩衝層と
しての作用を呈する無機系の接着剤を使用した場合に
は、上記の特性を長期間安定して維持することが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案によるセラミックヒータの実施例を示す
正面図、第２図は応答特性を確認するための試験方法説
明図、第３図は本考案の実施例及び従来例のセラミック
ヒータ表面温度に対する裏面温度の追従性を示したグラ
フ、第４図は本考案の実施例及び従来例のセラミックヒ
ータ内の温度分布を示したグラフ、第５図は従来の押圧
による温度検知の一例を示す正面図である。１ ……セラミックヒータ、２……セラミック基板、３…
…抵抗発熱体層、４……電極層、５……ガラス封止型サ
ーミスタ、６……無機系接着剤、７……熱電対、８……
温度調節回路、９……抵抗一温度変換器、10……耐熱ス
ポンジ、11……プリント配線基板、12……サーミスタの
リード線、13……温度検知器のリード線

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック基板の一面に電極層と抵抗発熱
   体層が形成されてなるセラミックヒータにおいて、前記
   セラミック基板の抵抗発熱体層形成面の反対面上に、ガ
   ラス封止型サーミスタが接着剤により固着されているこ
   とを特徴とするセラミックヒータ。
2. 【請求項２】前記接着剤が、セラミック基板の熱膨張係
   数とサーミスタを構成するガラスの熱膨張係数とに略等
   しい熱膨張係数をもつ無機系接着剤であることを特徴と
   する実用新案登録請求の範囲第１項記載のセラミックヒ
   ータ。