JP3285246B2 - ヒーター、定着装置および定着装置組込機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えばプリンターや複写
機等のトナー定着用として好適なヒーター、これを用い
た定着装置および定着装置組込機器に関し、特にヒータ
ーの基板構造の改良に係わる。

【０００２】

【従来の技術】例えば複写機やプリンター等のＯＡ機器
においては、トナー像を形成した複写紙をヒーター表面
に熱的に接触させながら通過させることにより、トナー
像を紙面に融着させて定着している。

【０００３】このようなヒーターとして、厚膜印刷技術
を応用したものが最近開発されている。このものは、セ
ラミックスを材料とする細長い基板の一方の面に、銀・
パラジウム系の抵抗材料からなる細長い抵抗発熱体を厚
膜印刷技術により形成し、この抵抗発熱体に電圧を印加
することにより、抵抗発熱体が発熱しヒーターとして機
能する構造となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなヒーターを
組み込んだ定着装置にトナー像形成紙が搬送されてくる
と、電圧が印加され、抵抗発熱体が発熱する。この熱が
ヒーターの抵抗発熱体上を熱的に接するように通過する
トナー像形成紙に付着しているトナーを溶融して定着さ
せる。

【０００５】上記のような機構の定着装置は、従来最も
普及していたハロゲンランプを熱源とする定着装置と根
本的に異なるため、各種問題が見られた。その一つに、
トナー像形成紙の搬送方向と直交する両側での定着不良
が発生しやすく、これを改善するために定着ローラーの
圧力を増したり、定着ローラーの外径に変化を加えたり
すると、かえってコピー紙に皺が形成されてしまう所謂
ジャミングが発生するという問題がある。

【０００６】本発明は、ジャミング発生を低減できるヒ
ーター、このヒーターを用いた定着装置、およびこの定
着装置を組み込んだ定着装置組込機器を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明のヒ
ーターは、薄くて長尺の板状であり、力が加わっていな
い状態で長手方向に沿って一方の面が凹むように湾曲し
た電気絶縁性の基板と；前記基板の上記一方の面に、そ
の長手方向に沿って延在する細長い帯状の抵抗発熱体
と；を具備し、前記基板は、抵抗発熱体の発熱時に上記
湾曲状態が逆になってほぼ平坦になる；ことを特徴とし
ている。

【０００８】請求項２記載の発明のヒーターは、請求項
１記載のヒーターにおいて、前記抵抗発熱体が発熱した
とき、前記基板は、前記一方の面が膨出してわずかに凸
となるように湾曲することを特徴としている。

【０００９】請求項３記載の発明のヒーターは、薄くて
長尺の板状であり、加熱していないときは長手方向に沿
って一方の面が凹んで湾曲し、後記抵抗発熱体が発熱し
ているときは長手方向に沿って前記一方の面が膨出して
わずかに凸となるように湾曲してほぼ平坦になる電気絶
縁性の基板と；前記基板の前記一方の面に、その長手方
向に沿って延在する細長い帯状の抵抗発熱体と；を具備
していることを特徴としている。

【００１０】請求項４の発明の定着装置は、請求項１な
いし３のいずれか一記載のヒーターをトナー定着用ヒー
ターとして組込んでいることを特徴としている。

【００１１】請求項５の発明の定着装置組込機器は、請
求項４記載の定着装置を組込んでいることを特徴として
いる。

【００１２】

【作用】請求項１ないし３記載の各発明のヒーターは、
電気絶縁性の基板の抵抗発熱体が形成される一方の面が
予め凹むように湾曲して形成されているので、通電によ
り抵抗発熱体が発熱した際に、上記一方の面が熱膨張に
より膨出してわずかに凸になるように湾曲してほぼ平坦
になるので、その凸の程度が従来の平坦な基板を用いる
場合に比較して、強すぎることがなく、緩やかになる。
その結果、定着されるトナー像形成紙に対して、その両
端を含めて安定して良好な定着が行なわれるので、ジャ
ミング発生が低減する。

【００１３】請求項４の定着装置は請求項１ないし３い
ずれか一記載のヒーターをトナー定着用ヒーターとして
組込んだものである。

【００１４】請求項５の定着装置組込機器は、請求項４
記載の定着装置を組込んだものである。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の詳細を説明す
る。

【００１６】図１ないし図７は、本発明のヒーターの一
実施例としての複写機などのトナー定着用ヒーターを示
し、図１は平面図、図２は背面図、図３は正面図、図４
は図１の領域Ｘ−Ｘ´における拡大縦断面図、図５は図
２におけるＹ−Ｙ´線に沿う拡大断面図、図６はサーミ
スタ２１を除去した状態の背面図、図７は図６の楕円で
囲んだ領域Ａの部分の拡大図である。

【００１７】本実施例のヒーターは、厚さ約１ｍｍ、幅
１０ｍｍ、長さ３００ｍｍのアルミナセラミックスから
なる基板１を備えている。この基板１は、図３に示すよ
うに、前面１ａ側が長手方向に沿って凹むように湾曲し
ている。

【００１８】一方、基板１の前面１ａ上には、幅約１ｍ
ｍ、長さ約２５ｍｍの細長い帯状の抵抗発熱体３がセラ
ミックス基板１の長手方向に沿って延在して形成されて
いる。抵抗発熱体３は、銀・パラジウム系の抵抗材料を
用いた厚膜印刷技術により形成されている。抵抗発熱体
３のパラジウム濃度は、抵抗温度係数が最も小さくな
る、したがって抵抗値の変動が小さくなる５５％近傍で
ある。

【００１９】一般に、厚膜印刷技術により抵抗体または
導体を形成する場合、所定の金属または合金とガラス成
分の各粉末を混合してペースト状にし、これをスクリー
ン印刷塗布し、その後焼成して焼き付けを行ない、所定
の抵抗パターンまたは導体パターンを形成する。本実施
例の抵抗発熱体３もまた、銀・パラジウム系合金を含有
したペーストを上記のように塗布し、焼成したものであ
る。

【００２０】また、抵抗発熱体３は、その抵抗値が３０
オームであり、電流が瞬間的に３〜４アンペア流れるの
を許容する。この通電の結果、抵抗発熱体３は、その発
熱時すなわち動作時に３００度まで温度上昇する。

【００２１】さらに、基板１の前面１ａならびに裏面１
ｂ上には、前記抵抗発熱体３に電圧を印加するための第
一電極５、第二電極７、第一導体パターン９、第二導体
パターン１１が厚膜印刷技術により形成されている。そ
して、これらの部分は、第一電極５、抵抗発熱体３、第
一導体パターン９、第二導体パターン１１、第二電極７
の順に電気的に直列回路を形成している。

【００２２】第一導体パターン９と第二導体パターン１
１とは、発熱を避けるために、抵抗値の低い銀を主成分
としている。また、基板１の前面１ａの第一導体パター
ン９と裏面１ｂの第二導体パターン１１とは、基板１を
貫通する２つの第一スルーホール１３の内表面に形成し
た導体または第一スルーホール１３の内部に充填した導
体（図示しない。）により電気的に接続している。第一
スルーホール１３の内表面に形成した導体または第一ス
ルーホール１３の内部に充填した導体は、第一導体パタ
ーン９および第二導体パターン１１を厚膜印刷技術によ
り形成する際に、同時に、かつ、自動的に形成される。
第一導体パターン９と抵抗発熱体３との接続部９ａは、
抵抗発熱体３の上に第一導体パターン９が積層されるこ
とによって形成されている。

【００２３】基板１の前面１ａ側の第一電極４５は、抵
抗発熱体３の端部に部分的に積層されることによって電
気的に接続している。基板１の裏面１ｂ側の第二電極７
は、第二導体パターン１１と同様に銀を主成分とし、第
二導体パターン１１と一体的で、かつ、同時に厚膜印刷
技術により形成されている。

【００２４】第一電極５は、上述したように抵抗発熱体
３の端部に部分的に積層されているが、それ自体図４に
示すような積層構造をなしている。すなわち、第一電極
５は、第二電極７や第一導体パターン９などと同一の銀
を主成分とする材料の電極下地層５ａの上に銀・パラジ
ウム合金または銀・プラチナ合金を主成分とする電極表
面層５ｂが積層した構造となっている。なお、電極表面
層５ｂは、銀・パラジウム合金ならば、パラジウム濃度
が２〜３％であり、銀・プラチナ合金ならば、プラチナ
濃度が０．８〜１．０％である。

【００２５】一方、基板１の裏面１ｂには、図２に示す
ように、２本の第三導体パターン１７と第四導体パター
ン１９とが互いに平行に離間して厚膜印刷技術により形
成されている。そして、それらの一方の端部間を電気的
に橋絡してサーミスタ２１が設けられている。第三導体
パターン１７および第四導体パターン１９の材料は、銀
ペーストを塗布焼成したものであり、焼成後銀が主成分
となっている。サーミスタ２１は、抵抗発熱体３に正対
するように位置している。第三導体パターン１７および
第四導体パターン１９の他端部は、スルーホール２３を
介して、基板１の前面１ａ側の第三電極２５および第四
電極２７と電気的に接続している。スルーホール２３の
構成は、スルーホール１３と同一である。

【００２６】また、サーミスタ２１は、図５に示すよう
に、導電性接着剤２９で第三導体パターン１７および第
四導体パターン１９の間に電気的、かつ、機械的に固定
されている。導電性接着剤２９は、図７に示すように、
第三導体パターン１７および第四導体パターン１９のそ
れぞれに、２列に分割され、しかも、各列３つに分割さ
れて塗布される。導電性接着剤２９はたとえばエポキシ
樹脂を主成分とし、導電性を出すため銀パラジウム系合
金が添加されたものである。その後、導電性接着剤２９
の上からサーミスタ２１を載せて圧着固定している。

【００２７】さらに、サーミスタ２１と基板１との間に
は、図５に示すように、ポリイミドなどの耐熱樹脂３１
が充填されている。この耐熱樹脂３１としては、例えば
鐘紡社製のＩＰ−６００（商品名：サ−ミッド）などの
超耐熱性ポリイミド系樹脂が好適である。そうして、溶
剤に溶かされた状態のポリイミドなどの耐熱樹脂をサー
ミスタ２１と基板１との間隙付近に付着させ、毛細管現
象により前記間隙全域に行きわたらせ、その後にこのポ
リイミド系樹脂を加熱して付加重合させることによっ
て、サーミスタ２１と基板１との間を固着させている。

【００２８】上記サーミスタ２１は、基板１を介して抵
抗発熱体２と熱結合しており、したがって抵抗発熱体２
の温度変化に感応してその抵抗値が変化する。第三電極
２５および第四電極２７は、サーミスタ２１の抵抗値変
化を測定する図示しない温度検知回路に接続される。そ
して、この温度検知回路で検知した抵抗発熱体の温度に
基づいてヒーターの温度制御を行なうことができる。

【００２９】なお、理解を妨げるので図面上は示さない
が、基板１の前面１ａおよび裏面１ｂの以上説明した各
種パターンが形成された主要部分は、第一電極５ないし
第四電極２７およびサーミスタ２１近傍を除いて、ガラ
ス保護層がオーバーコートされている。これは、互いに
接近する銀を含む導体パターンのマイグレーションを防
止するためである。各電極部分は、電源供給部や温度検
知回路に接続するために、オーバーコートしていない。
また、サーミスタ２１近傍は、オーバーコートの後サー
ミスタ２１を回路パターンに接続するので、オーバ−コ
ートしていない。

【００３０】そうして、上記実施例において、基板１
は、予め前面１ａ側に凹むように湾曲している。しか
し、ヒーターが作動して抵抗発熱体３が発熱すると、抵
抗発熱体３の形成されている基板１の前面１ａ側が膨出
して、前面１ａ側に凹む湾曲が解消され、さらに前面１
ａ側がわずかに凸となるように湾曲してほぼ平坦にな
る。これに伴って裏面１ｂ側にわずかに凹む湾曲が生じ
る。このわずかな湾曲は、定着されるトナー像形成紙が
抵抗発熱体３の上を通過する際、紙の寄りなどが生じ
る、いわゆるジャミングを低減するため、定着機構とし
て好適である。すなわち、上記のように動作前の湾曲が
逆になっているので、動作時の裏面１ｂ側に凹む湾曲が
強くなりすぎるようなことがなく、ジャミング防止にと
って好ましいものとなる。なお、裏面１ｂ側に凹む湾曲
が強くなる過ぎると紙の両端での定着が不良となりやす
いが、図のように裏面１ｂ側に凹む湾曲がわずかでほぼ
平坦になると、安定した定着が行なえる。

【００３１】また、裏面１ｂ側に凹む湾曲が強すぎる
と、サーミスタ２１を固定している導電性接着剤２９が
剥がれやすくなるが、動作していないとき基板１が前面
１ａ側に凹むように湾曲していることによる上記のわず
かな湾曲は、導電性接着剤２９の剥がれ抑制にも役立
つ。

【００３２】したがって、本発明のヒーターを定着用と
して定着装置に組込んで使用した場合、長期間にわたり
トナーの定着不良や定着フィルムへの付着の発生を防ぐ
ことができる。また、この定着装置を例えば複写機、プ
リンターおよびファクシミリなどのＯＡ機器に組込んで
使用した場合、非常に鮮明な定着画像を安定して得るこ
とができる。

【００３３】なお、前述のヒーターの実施例において、
導電性接着剤２９が複数の領域に分割塗布されるので、
上からサーミスタ２１を載せることで、導電性接着剤２
９が押し拡げられても、導電性接着剤２９が第三導体パ
ターン１７および第四導体パターン１９の所定の領域か
らはみ出すことが少なくなる。これに対して、第三導体
パターン１７と第四導体パターン１９との間の絶縁距離
は、はみ出しがあった場合、はみ出した分だけ小さくな
る。その結果、第三導体パターン１７と第四導体パター
ン１９の間の電界強度がはみ出した部分で強くなり、銀
の電界による移動すなわちマイグレーションは、この部
分で大きくなる。しかしながら、前述の実施例のよう
に、導電性接着剤２９のはみ出しがなければ、上記のよ
うな原因によるマイグレーションを防止できる。したが
って、サーミスタの動作が常に安定し、ヒーターとして
長期間適切な発熱を行なうことができる。

【００３４】また、上記のように厚膜印刷技術により各
電極、各導体パターンとともに導電性接着剤２９を塗布
形成することができるので、接着剤塗布だけのための特
別な工程を必要としない。

【００３５】上記実施例では、導電性接着剤２９は各導
体パターンに２列、各列３か所に分割接着してあるが、
これに限るものではない。なお、サーミスタ２１を載せ
るまで分割されていても、サーミスタ２１を載せること
で、それぞれ分割されていた導電性接着剤２９が押し拡
げられ、隣り合う導電接着剤２９同志が一つになってい
てもよい。導電性接着剤２９が塗布される際、分割塗布
されていればよい。

【００３６】さらに、上記実施例では、銀を主成分とす
る材料の電極下地層５ａの上に銀・パラジウム合金また
は銀プラチナ合金を主成分とする電極表面層５ｂが積層
されている。このため、強度の強い電極が構成できると
ともに発熱を抑えることができる。銀・パラジウム合金
や銀プラチナ合金は銀単独の導電材料と異なり、固いた
め、図４に一点鎖線で示したようにスプリングアクショ
ン機能を有する電極端子１５などが当接し、擦れて電極
としての機能が維持できなくなるのを防止するためであ
る。また、第一電極５にリード線を半田付けする場合な
どにも、このような電極表面層５ｂは必要であり、半田
付けの際、銀電極が溶けて禿げてしまい、接続できなく
なるのを防止できる。一方、このパラジウムやプラチナ
が添加されることで抵抗値が高くなり、電極部分で発熱
することによる弊害を避けるため、添加物の濃度は極め
て低い。プラチナならば０．８〜１．０％前後であり、
パラジウムならば２〜３％の濃度である。

【００３７】第二電極７はパラジウムやプラチナが添加
されていない銀だけで構成されているが、もちろん、第
一電極５同様の積層構造を採ってもよい。さらに、第一
電極５は、抵抗発熱体３に流れる電流が小さく、電極で
の発熱の弊害が小さければ、電極下地層５ａを設けなく
てもよいし、第二導体１１、第二電極７ともにパラジウ
ムやプラチナが添加されたものであってもよい。

【００３８】さらにまた、上記実施例において、抵抗発
熱体のパラジウム濃度は、抵抗温度係数が最も小さくな
り、したがって抵抗値の変動の小さくなる５５％近傍で
ある。このため、このヒーターが動作するに際して、温
度変化に伴う入力電力の変動が小さくて済み、その結果
電源回路の許容電力幅を小さくすることができるので、
電源回路を簡素化することが可能となる。なお、パラジ
ウム濃度が５５％のときの抵抗温度係数は、約８０ｐｐ
ｍであるが、許容範囲は、２００ｐｐｍ（パラジウム濃
度は４５％ないし６５％の範囲内）以下、好ましくは１
００ｐｐｍ以下（パラジウム濃度は５０％ないし６０％
の範囲内）である。

【００３９】さらにまた、上記実施例のヒーターは基板
１上に形成されたサーミスタ２１と基板１との間隙に空
気よりも熱伝導度が高いポリイミドなどの耐熱樹脂３１
を充填しているため、抵抗発熱体３が設けられた基板１
の温度変化がサーミスタ２１に非常に伝わりやすくな
る。なお、サーミスタ２１と基板１との間に耐熱樹脂３
１を充填させれば、サーミスタ２１の固定強度を向上さ
せることもできる。耐熱樹脂３１としてポリイミドを充
填させたヒーターのサーミスタ２１固定強度は、ポリイ
ミドを使用しないものの約４倍であった。このような耐
熱樹脂３１はサーミスタ２１と基板１との間隙だけでな
く、サーミスタ２１全体を覆うように塗布してもよい。

【００４０】以上、説明した実施例において、ヒーター
の温度制御のためにサーミスタを使用したが、本発明
は、これに限定されるものではないし、また、接着剤も
電気的導通を図る必要がなければ導電性接着剤に限定さ
れない。

【００４１】図８は、本発明の定着装置およびこれを組
み込んだ定着装置組込機器の一実施例としての複写機を
示す概念的断面図である。図において、４１は原稿台、
４３は露光用光源、４５は光学系、４９はトナーバッ
ク、５１は送り出しローラー、５３はトナー回収装置、
５５は徐電装置、５７はコピー紙搬送ベルト、５９は定
着装置、６１はコピー完了紙載置台である。

【００４２】原稿台４１は、読み取り用の原稿を上面ガ
ラスＧ上に載せて左右に移動する。露光用光源４３は、
原稿台４１を介して読み取り用の原稿を照明する。光学
系４５は、原稿からの反射光をドラム４７上に結像す
る。送り出しローラー５１は、コピー紙Ｐをストック台
Ｓから搬送する。定着装置５９は、図１ないし７参照し
て説明した本発明のヒーターＨを登載している。

【００４３】そうして、コピー紙Ｐが定着装置５９に搬
送されてくると、ヒーターＨの第一電極５と第二電極７
の間に電圧が印加され、抵抗発熱体３が発熱する。この
熱がヒーターの抵抗発熱体３上を接するように通過する
コピー紙Ｐに付着しているトナーを溶融して定着させ
る。

【００４４】

【発明の効果】請求項１および２の発明は、薄くて長尺
の板状で、力が加わっていない状態で長手方向に沿って
一方の面が凹むように湾曲した電気絶縁性の基板を用い
るとともに、上記一方の面に長手方向に沿って延在する
細長い帯状の抵抗発熱体とを具備していることにより、
抵抗発熱体の発熱時に上記一方の面が膨出してその長手
方向に沿ってわずかに凸となるように湾曲してほぼ平坦
になるため、定着に用いたときにジャミング発生が低減
するヒーターを提供することができる。

【００４５】請求項３の発明によれば、薄くて長尺の板
状で、加熱していないときは長手方向に沿って一方の面
が凹んで湾曲し、後記抵抗発熱体が発熱しているときは
長手方向に沿って前記一方の面が膨出して凸となるよう
に湾曲する電気絶縁性の基板を用いるとともに、上記一
方の面に長手方向に沿って延在する細長い帯状の抵抗発
熱体とを具備していることにより、抵抗発熱体の発熱時
に上記一方の面が膨出してその長手方向に沿ってわずか
に凸となるように湾曲してほぼ平坦になるため、定着に
用いたときにジャミング発生が低減するヒーターを提供
することができる。

【００４６】請求項４の発明によれば、請求項１ないし
３の効果を有する定着装置を提供することができる。

【００４７】請求項５の発明によれば、請求項１ないし
３の効果を有する定着装置組込機器を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒーターの一実施例としての複写機な
どのトナー定着用ヒーターを示す平面図

【図２】同じく背面図

【図３】同じく正面図

【図４】図１の領域Ｘ−Ｘ´における拡大縦断面図図１
におけるヒーターのＸ−Ｘ線に沿った部分断面図

【図５】図２におけるＹ−Ｙ´線に沿う拡大断面図図１
におけるヒーターのＹ−Ｙ線に沿った断面図

【図６】図１からサーミスタ２１を除去した状態の背面
図

【図７】図６の楕円で囲んだ領域Ａの部分の拡大図

【図８】本発明の定着装置およびこれを組み込んだ定着
装置組込機器の一実施例としての複写機を示す概念的断
面図

【符号の説明】

１……基板、１ａ……前面、１ｂ……裏面、３……抵抗
発熱体、５……第一電極、７……第二電極、９……第一
導体パターン、１１……第二導体パターン、１７……第
三導体パターン、１９……第四導体パターン、２１……
サーミスタ、２９……導電性接着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 苅部 孝明 東京都港区新橋三丁目３番９号 東芝エ ー・ブイ・イー株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−104073（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−39066（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄くて長尺の板状であり、力が加わってい
   ない状態で長手方向に沿って一方の面が凹むように湾曲
   した電気絶縁性の基板と； 前記基板の上記一方の面に、その長手方向に沿って延在
   する細長い帯状の抵抗発熱体と； を具備し、 前記基板は、抵抗発熱体の発熱時に上記湾曲状態が逆に
   なってほぼ平坦になる； ことを特徴とするヒーター。
2. 【請求項２】前記基板は、前記抵抗発熱体が発熱したと
   き、前記一方の面が膨出してわずかに凸となるように湾
   曲することを特徴とする請求項１記載のヒーター。
3. 【請求項３】薄くて長尺の板状であり、加熱していない
   ときは長手方向に沿って一方の面が凹んで湾曲し、後記
   抵抗発熱体が発熱しているときは長手方向に沿って前記
   一方の面が膨出してわずかに凸となるように湾曲してほ
   ぼ平坦になる電気絶縁性の基板と； 前記基板の前記一方の面に、その長手方向に沿って延在
   する細長い帯状の抵抗発熱体と； を具備していることを特徴とするヒーター。
4. 【請求項４】請求項１ないし３のいずれか一記載のヒー
   ターをトナー定着用ヒーターとして組込んでいることを
   特徴とする定着装置。
5. 【請求項５】請求項４記載の定着装置を組込んでいるこ
   とを特徴とする定着装置組込機器。