JP3403799B2 - 定着ヒータ、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は例えばプリンタや複写機
等のトナーを定着させるのに好適な定着ヒータ、定着装
置および画像形成装置に関する。

【従来の技術】複写機やプリンタ等のＯＡ機器において
は、トナー像を形成した印刷用紙をヒータ表面に接触さ
せながら通過させることにより、トナー像を紙面に融着
させて定着させている。従来のこの種の定着ヒータは、
例えばアルミナセラミックスを材料とする細長い基板の
表面に銀・パラジウム系の抵抗材料からなる細長い抵抗
発熱体をスクリーン印刷により形成し、基板の裏面に基
板と同様のセラミックス材料によるチップサーミスタが
ポリイミドなどの耐熱樹脂によって固定されている。そ
して、抵抗発熱体の両端に所定の電圧を印加することに
より、抵抗発熱体が発熱しヒータとして機能し、上記チ
ップサーミスタは抵抗発熱体と熱結合して抵抗発熱体の
温度変化に基づいてその抵抗値が変化する。このサーミ
スタは、温度検知回路に接続され、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の温度制御
が行われる機構になっている。このような制御機構は一
般に抵抗発熱体の温度を一定に維持する目的で使われ
る。この定着ヒータは、図５に示すような定着装置に組
み込まれる。その機構は、紙面上に所定の画像にトナー
１７を付着させた用紙を、定着フイルム１６を介して定
着ヒータ１４と加圧ローラ１５に圧接させながら搬送
し、定着ヒータ１４による加熱によりトナー１７を溶融
させて定着させるように構成されている。

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の定着
ヒータは、発熱時に基板が非常に高温に加熱され、これ
に伴ってチップサーミスタおよび耐熱樹脂も温度上昇し
て、これらが共に熱膨張するが、特に基板およびチップ
サーミスタと耐熱樹脂との熱膨張率が異なると、定着ヒ
ータの反復使用により基板と耐熱樹脂またはチップサー
ミスタと耐熱樹脂との間に亀裂が入り、やがてはチップ
サーミスタが剥離するものが生じる。そして、このよう
な定着ヒータを画像形成装置の定着装置に組み込んで使
用すると、定着ヒータの発熱特性が狂い安定したトナー
の定着が行えなくなり、やがて定着ヒータの温度制御が
行えなくなる。本発明は定着ヒータのサーミスタの取り
付け構造を改良することにより、上記問題点を解消した
定着ヒータ、定着装置および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】請求項１の発明の定着ヒ
ータは、セラミックスの基板と；基板の表面に設けられ
た抵抗発熱体と；少なくともそれぞれの一部が基板の裏
面に設けられた一対の第１導体パターンと；抵抗発熱体
と熱結合して一対の第１導体パターンを橋絡して電気接
続し、表面の少なくとも一部がセラミックスにより構成
されたチップサーミスタと；チップサーミスタのセラミ
ックスの部位と基板とに付着して固着され、セラミック
スの粒子を含有する耐熱樹脂と；を具備していることを
特徴としている。請求項２の発明の定着ヒータは、請求
項１記載の定着ヒータにおいて、基板、チップサーミス
タのセラミックスおよびセラミックスの粒子が、アルミ
ナ、窒化アルミニウム、窒化珪素および酸化珪素のいず
れかであることを特徴としている。請求項３の発明の定
着ヒータは、請求項１または２記載の定着ヒータにおい
て、基板およびチップサーミスタのセラミックスは、ア
ルミナであり；セラミックスの粒子は、窒化アルミニウ
ム、窒化珪素または酸化珪素であることを特徴としてい
る。請求項４の発明の定着ヒータは、請求項１ないし３
いずれか一記載の定着ヒータにおいて、耐熱樹脂中にお
けるセラミックスの粒子の含有率が体積比で約５〜５０
％であることを特徴としている。請求項５の発明の定着
装置は、請求項１ないし４のいずれか一記載の定着ヒー
タと；定着ヒータの抵抗発熱体側の面に対向して配置さ
れた加圧ローラと；定着ヒータと加圧ローラの間を移動
可能に設けられた定着フイルムと；を具備していること
を特徴としている。請求項６の発明の画像形成装置は、
請求項５記載の定着装置を具備していることを特徴とし
ている。

【作用】請求項１の発明の定着ヒータは、抵抗発熱体の
発熱により基板、チップサーミスタおよび耐熱樹脂が温
度上昇して膨張するが、セラミックスの粒子を含有して
いる耐熱樹脂は、その熱膨張率がセラミックスで構成さ
れた基板およびチップサーミスタの熱膨張率と近いた
め、膨張の度合いに大きな差がなく、定着ヒータを反復
使用しても基板と耐熱樹脂またはチップサーミスタと耐
熱樹脂との間に亀裂が入りにくくなる。また、耐熱樹脂
に含有されているセラミックスの粒子は、熱伝導性が高
いため、基板の温度がチップサーミスタに伝わりやすく
なり、チップサーミスタの温度検知特性が向上する。請
求項２の発明の定着ヒータは、基板、チップサーミスタ
のセラミックスおよびセラミックスの粒子が、いずれも
熱伝導性が非常に良好なアルミナ、窒化アルミニウム、
窒化珪素または酸化珪素を使用しているため、チップサ
ーミスタの温度検知特性が良好になる。請求項３の発明
の定着ヒータは、基板およびチップサーミスタのセラミ
ックスが、特に熱伝導性に優れるアルミナであるため、
チップサーミスタの温度検知特性が極めて良好になる。
請求項４の発明の定着ヒータは、耐熱樹脂中におけるセ
ラミックスの粒子の含有率が体積比で約５〜５０％であ
るので、含有率が低過ぎて基板およびチップサーミスタ
との熱膨張率と差が大きくなることもなく、熱伝導性も
高くなると同時に、含有率が高過ぎて耐熱樹脂の塗布形
成が困難になったり、耐熱樹脂中に空気が混入したりす
るのを最小限にとどめることができる。請求項５の発明
の定着装置および請求項６の発明の画像形成装置は、定
着ヒータを反復使用しても基板と耐熱樹脂またはチップ
サーミスタと耐熱樹脂との間に亀裂が入りにくいので、
定着ヒータの発熱特性が安定して、常に良好なトナーの
定着が行える。また、チップサーミスタの温度検知特性
が向上するため、定着ヒータの発熱特性が安定し画像が
鮮明になる。

【実施例】以下、図１ないし図６を参照して本発明の実
施例を説明する。図１ないし図３は、本発明の定着ヒー
タにおける第１の実施例を示し、図１（Ａ）および図１
（Ｂ）は、正面図および背面図、図２は図１（Ａ）のＸ
−Ｘ´線に沿う拡大断面図、図３は抵抗発熱体温度−時
間特性を示すグラフである。各図において、１は抵抗発
熱体、２は基板、３ａ、３ｂは第２導体パターン、４
ａ、４ｂは第１端子、５は第１スルーホール、６ａ、６
ｂは第１導体パターン、７はチップサーミスタ、８ａ、
８ｂは第２スルーホール、９ａ、９ｂは第２端子、１１
は耐熱樹脂である。抵抗発熱体１は、銀・パラジウム系
の抵抗材料によりスクリーン印刷によって後述する基板
２の一方の面に形成されている。基板２は、例えばアル
ミナセラミックスを材料として細長く形成されている。
第２導体パターン３ａ、３ｂおよび第１端子４ａ、４ｂ
は、銀・パラジウム系の導電材料からなり、基板２の両
方の面にわたりスクリーン印刷により形成されている。
すなわち、第２導体パターン３ａは抵抗発熱体１の一端
に接続し、第１端子４ａは抵抗発熱体１の他端に接続し
ている。また、第２導体パターン３ｂおよび第１端子４
ｂは基板２の他方の面に形成され、さらに第１端子４ｂ
は第２導体パターン３ｂに接続している。なお、第２導
体パターン３ａ、３ｂおよび第１端子４ａ、４ｂの導電
材料は、抵抗発熱体１のパラジウムの含有比率より低く
して抵抗値を低くしている。第１スルーホール５は、そ
の内面に銀・パラジウム系導電材料が塗布されていて、
第２導体パターン３ａと３ｂとを接続している。上記第
２導体パターン３ａ、３ｂ、第１端子４ａ、４ｂおよび
第１スルーホール５は、抵抗発熱体１に対する通電路に
なる。そして、この第１端子４ａ、４ｂ間に所定の電圧
を印加することにより、抵抗発熱体１が発熱し、ヒータ
として機能する構造となっている。なお、抵抗発熱体１
と第２導体パターン３ａは、ガラスの保護層１９で覆わ
れている。第１導体パターン６ａ、６ｂは、基板２の前
記抵抗発熱体１と反対側の面に上記第２導体パターン３
ａ、３ｂと同様の材料で平行して形成されている。チッ
プサーミスタ７は、前記抵抗発熱体１の真裏で第１導体
パターン６ａ、６ ｂを矯絡するように導電性接着剤によ
り電気接続されている。また、チップサーミスタ７は、
アルミナセラミックスの基板上に電気抵抗膜で感熱部１
２を形成した構造であり、かつ、この感熱部１２を基板
２側に向けて基板２に装着される。第２スルーホール８
ａ、８ｂは、第１導体パターン６ａ、６ｂのそれぞれに
接続している。第２端子９ａ、９ｂは、基板２の抵抗発
熱体１側の面に形成されているとともに、第２スルーホ
ール８ａ、８ｂを介して第１導体パターン６ａ、６ｂに
電気接続している。耐熱樹脂１１は、熱硬化性樹脂にア
ルミナセラミックスの粒子を混入してなり、図２の断面
図に示すように、チップサーミスタ７と基板２との間に
充填されてチップサーミスタ７を基板２に固定してい
る。また、耐熱樹脂１１中におけるアルミナの粒子の含
有率は体積比で約２５％である。なお、粒子の含有率
は、これに限定されるものではなく、体積比で約５〜５
０％の範囲内であることを許容される。また、粒子の粒
径は約０．１〜５μｍ程度が適当である。また、熱硬化
性樹脂としては、例えば鐘紡社製のＩＰ−６００（商品
名：サーミッド）等の超耐熱性ポリイミド系樹脂が好適
である。また、耐熱樹脂１１は、チップサーミスタ７の
基板および感熱部１２に付着するように塗布される。す
なわち、耐熱樹脂例えばポリイミド系樹脂を溶剤に溶か
した状態の塗布液をチップサーミスタ７と基板２との間
隙附近に付着させ、毛細管現象により前記間隙全域に行
きわたらせ、その後にポリイミド系樹脂を加熱して付加
重合させ、チップサーミスタ７と基板２との間に固着さ
せている。 そうして、以上の構成を有する定着ヒータに
おいて、チップサーミスタ７は、抵抗発熱体１と熱結合
しており、抵抗発熱体１の温度変化に基づいてその抵抗
値が変化する。第２端子９ａ、９ｂは、前記チップサー
ミスタ７の抵抗値変化を測定する温度検知回路に接続さ
れ、この温度検知回路で検知した抵抗発熱体１の温度に
基づいてヒータ温度制御が行われる機構になっている。
具体的には、抵抗発熱体１に電圧を印加し続けると温度
が所定値よりも上昇してしまうため、図３の抵抗発熱体
温度−時間特性のグラフに示すように、抵抗発熱体１の
温度が所望温度Ｔ１に到達した後に抵抗発熱体１への電
圧の印加を停止し、再び所望温度Ｔ１より低くなった後
に印加を開始する。このような動作を繰り返すことによ
り抵抗発熱体１の温度をほぼ所望温度Ｔ１に保つことが
できる。次にこの定着ヒータの作用を説明する。定着ヒ
ータは、抵抗発熱体１の発熱により基板２、チップサー
ミスタ７および耐熱樹脂１１が加熱されて温度上昇す
る。ここで耐熱樹脂１１は、セラミックスの粒子を含有
しており、セラミックスの粒子の熱膨張率が同じくセラ
ミックスで構成された基板２およびチップサーミスタ７
の熱膨張率と近いため、それぞれの熱膨張の度合に大き
な差がなく、このため定着ヒータを反復使用しても基板
２と耐熱樹脂１１またはチップサーミスタ７と耐熱樹脂
との間に亀裂が入りにくくなる。また、セラミックスの
粒子は、特に熱伝導性が高いアルミナであるため、基板
２の温度がチップサーミスタ７に伝わりやすくなり、チ
ップサーミスタ７の温度検知特性が向上する。さらに、
耐熱樹脂中におけるセラミックスの粒子の含有率が体積
比で約２５％であるので、含有率が低過ぎて基板２およ
びチップサーミスタ７との熱膨張率差が大きくなること
もなく、熱伝導性も高くすることができると同時に、含
有率が高すぎて耐熱樹脂１１の塗布形成が困難になった
り、耐熱樹脂１１中に空気が混入して熱伝導性を低下さ
せたりするようなこともない。なお、本実施例におい
て、耐熱樹脂１１は、これをチップサーミスタ７の全体
を覆うように付着させてもよい。この場合、チップサー
ミスタ７と定着ヒータとの熱伝導性がより向上するとと
もに、チップサーミスタ７の固着強度も向上する。図４
は、本発明の定着ヒータにおける第２の実施例を示す図
２と同様な位置の拡大断面図である。図において、図２
と同一部分については同一符号を付して説明を省略す
る。 本実施例の定着ヒータは、チップサーミスタ７が、
その感熱部１２を定着ヒータの基板２側と反対の方向に
向けるように装着されている。つまり、チップサーミス
タ７の基板と定着ヒータの基板２が接触した状態になっ
ている。チップサーミスタ７の端子は、感熱部１２と同
じ面に設けられているので、チップサーミスタ７の第１
導体パターン６ａ、６ｂに対する電気接続は、チップサ
ーミスタ７の端子および第１導体パターン６ａ、６ｂ上
を覆うように導電接着剤を付着させて行われる。そし
て、このチップサーミスタ７上には第１導体パターン６
ａ、６ｂとの電気接続部を覆うように、熱硬化性樹脂中
にアルミナセラミックスの粒子を混入した耐熱樹脂１１
を付着させている。次に本発明の第２の実施例における
定着ヒータの作用を説明する。定着ヒータは、抵抗発熱
体１の発熱により基板２、チップサーミスタ７および耐
熱樹脂１１が加熱されて温度上昇する。ここで、耐熱樹
脂１１は、セラミックスの粒子を含有しており、同じく
セラミックスで構成された基板２およびチップサーミス
タ７のセラミックスの基板と熱膨張率が近いため、熱膨
張の度合に大きな差がなく、このため定着ヒータを反復
使用しても基板２と耐熱樹脂１１またはチップサーミス
タ７と耐熱樹脂１１との間に亀裂が入りにくくなる。こ
れに伴って、チップサーミスタ７が剥離するようなこと
もない。また、セラミックスの粒子は、特に熱伝導性が
高いアルミナであるため、基板２の温度がチップサーミ
スタ７に伝わりやすくなり、チップサーミスタ７の温度
検知特性が向上する。さらに、耐熱樹脂１１中における
粒子の含有率は、体積比で約２５％としたので、含有率
が低過ぎて基板２およびチップサーミスタ７との熱膨張
率差が大きくなることもなく、熱伝導性も高くできると
ともに、含有率が高過ぎて耐熱樹脂１１の塗布形成が困
難になったり、耐熱樹脂１１中に空気が混入したりする
こともない。以上説明した各実施例のチップサーミスタ
７は、セラミックの基板上に感熱部１２を形成した構造
となっているが、本発明に使用されるチップサーミスタ
は、これに限定されることはなく、周面の少なくとも一
部がセラミックスで構成されていればよい。また、耐熱
樹脂１０に含まれるセラミックスの粒子、定着ヒータの
基板２およびチップサーミスタ７の材質は、アルミナの
他に窒化アルミニウム、窒化珪素または酸化珪素等の材
料によるものでもよく、またこれらの材料の組合せやこ
れらを主成分とする混合物でもよい。 さらに、耐熱樹脂
１１の材料としてはポリイミド系樹脂を使用したが、こ
の他にも例えばシリコン系の樹脂などでもよく、抵抗発
熱体１の一般的な発熱温度である２００℃前後の高温に
耐えられるものであれば適用可能である。また、チップ
サーミスタ７を基板２に固定するのに導電性接着剤の代
わりに半田などを用いてもよい。図５は、本発明の定着
装置の一実施例を示す要部断面図である。図において、
１４は定着ヒータ、１５は加圧ローラ、１６は定着フイ
ルム、１７はトナーである。定着ヒータ１４は、以上説
明した本発明の実施例の構成を備えている。加圧ローラ
１５は、定着ヒータ１４の抵抗発熱体１側の面に対向し
て配置されている。定着フイルム１６は、定着ヒータ１
４と加圧ローラ１５の間に移動可能に配設設されてい
る。 そうして、画像を形成しているトナー１７を付着さ
せた用紙を、定着フイルム１６を介して定着ヒータ１４
と加圧ローラ１５に圧接させながら搬送し、定着ヒータ
１４からの加熱によりトナー１７を溶融させて定着させ
る。定着ヒータ１４を反復使用しても基板２と耐熱樹脂
１１またはチップサーミスタ７と耐熱樹脂１１との間に
亀裂が入りにくいので、チップサーミスタ７の温度検知
特性が向上し、定着ヒータの発熱特性が安定する。よっ
て常に良好な定着が行える。図６は、本発明の画像形成
装置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、１８は定着装置である。 定着装置１８
は、図５に示す構成のものである。 そうして、本実施例
の画像形成装置は、定着ヒータの発熱特性が安定して良
好なトナーの定着が行えるので、形成画像が鮮明にな
る。なお、この定着装置を例えば複写機の他プリンタま
たはファクシミリなどのＯＡ機器に組込んで使用した場
合にも同様の効果を得ることができる。

【発明の効果】請求項１の発明によれば、セラミックス
の基板と、抵抗発熱体と、一対の第１導体パターンと、
抵抗発熱体と熱結合して一対の第１導体パターンを橋絡
して 電気接続し、表面の少なくとも一部がセラミックス
により構成されたチップサーミスタと、チップサーミス
タのセラミックスの部位と基板とに付着して固着され、
セラミックスの粒子を含有する耐熱樹脂とを具備してい
ることにより、耐熱樹脂のセラミックスの粒子、基板お
よびチップサーミスタのそれぞれの熱膨張率が近くな
り、定着ヒータを反復使用しても基板と耐熱樹脂または
チップサーミスタと耐熱樹脂との間に亀裂が入りにくく
なるとともに、耐熱樹脂のセラミックスの粒子の熱伝導
性が高いので、基板の温度がチップサーミスタに伝わり
やすくなり、チップサーミスタの温度検知特性が向上す
る定着ヒータを提供することができる。請求項２の発明
によれば、基板、チップサーミスタのセラミックスおよ
び耐熱樹脂のセラミックスの粒子が、いずれも熱伝導性
が非常に高いアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素ま
たは酸化珪素の種のセラミックスを使用しているため、
チップサーミスタの温度検知特性が良好な定着ヒータを
提供することができる。請求項３の発明によれば、基板
およびチップサーミスタのセラミックスが、特に熱伝導
性に優れるアルミナであるため、チップサーミスタの温
度検知特性が極めて良好な定着ヒータを提供することが
できる。請求項４の発明によれば、耐熱樹脂中における
粒子の含有率体積比で約５〜５０％であるので、基板お
よびチップサーミスタとの熱膨張率差が小さく、熱伝導
性が高いとともに、耐熱樹脂の塗布形成が容易で、耐熱
樹脂中に空気が混入するのが最小限になる定着ヒータを
提供することができる。請求項５の発明によれば、請求
項１ないし４記載の定着ヒータを具備していることによ
り、定着ヒータを反復使用しても基板と耐熱樹脂または
チップサーミスタと耐熱樹脂との間に亀裂が入りにくい
ので、定着ヒータの発熱特性が安定して、常に良好なト
ナーの定着が行えるとともに、チップサーミスタの温度
検知特性が向上するため、定着ヒータの発熱特性が安定
し画像が鮮明になる定着装置を提供することができる。
請求項６の発明によれば、請求項５記載の定着装置を具
備していることにより、定着ヒータを反復使用しても基
板と耐熱樹脂またはチップサーミスタと耐熱樹脂との間
に亀裂が入りにくいので、定着ヒータの発熱特性が安定
して、常に良好なトナーの定着が行えるとともに、チッ
プサーミスタの温度検知特性が向上するため、定着ヒー
タの発熱特性が安定し画像が鮮明になる画像形成装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の定着ヒータにおける第１の実施例を示
し、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は、背面図

【図２】同じく図１（Ａ）のＸ−Ｘ´線に沿う拡大断面
図

【図３】同じく抵抗発熱体温度−時間特性を示すグラフ

【図４】本発明の定着ヒータにおける第２の実施例を示
す図２と同様な位置の拡大断面図

【図５】本発明の定着装置の一実施例を示す要部断面図

【図６】本発明の画像形成装置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…抵抗発熱体、２…基板、６ａ…第２導体パターン、
６ｂ…第２導体パターン、７…チップサーミスタ、１１
…耐熱樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20 H05B 3/20 - 3/38

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックスの基板と； 基板の表面に設けられた抵抗発熱体と； 少なくともそれぞれの一部が基板の裏面に設けられた一
   対の第１導体パターンと； 抵抗発熱体と熱結合して一対の第１導体パターンを橋絡
   して電気接続し、表面の少なくとも一部がセラミックス
   により構成されたチップサーミスタと； チップサーミスタのセラミックスの部位と基板とに付着
   して固着され、セラミックスの粒子を含有する耐熱樹脂
   と； を具備していることを特徴とする定着ヒータ。
2. 【請求項２】基板、チップサーミスタのセラミックスお
   よびセラミックスの粒子は、アルミナ、窒化アルミニウ
   ム、窒化珪素および酸化珪素のいずれかであることを特
   徴とする請求項１記載の定着ヒータ。
3. 【請求項３】基板およびチップサーミスタのセラミック
   スは、アルミナからなり； セラミックスの粒子は、窒化アルミニウム、窒化珪素ま
   たは酸化珪素からなる；ことを特徴とする請求項１また
   は２記載の定着ヒータ。
4. 【請求項４】耐熱樹脂中におけるセラミックスの粒子の
   含有率は、体積比で約５〜５０％であることを特徴とす
   る請求項１ないし３のいずれか一記載の定着ヒータ。
5. 【請求項５】請求項１ないし４のいずれか一記載の定着
   ヒータと； 定着ヒータの抵抗発熱体側の面に対向して配置された加
   圧ローラと； 定着ヒータと加圧ローラの間を移動可能に設けられた定
   着フィルムと； を具備していることを特徴とする定着装置。
6. 【請求項６】請求項５記載の定着装置を具備しているこ
   とを特徴とする画像形成装置。