JP3923644B2 - 発熱体、定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は細長い抵抗発熱体を備えた発熱体、これを用いた定着装置および画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ところで、この種の発熱体は、抵抗発熱体の熱容量が小さいために、電源電圧を印加すると、トナーの定着に寄与する発熱体の作用部が瞬時に所要温度まで昇温するので、予熱時間を必要としなという利点がある。このため、定着動作を行うときにのみ発熱体に通電して所要の温度に発熱させる制御が可能となり、消費電力を大幅に低減できる。
【０００３】
抵抗発熱体の発熱温度を制御するために、温度検出素子などの温度センサを付設し、その制御出力信号を制御装置に送出させている。
【０００４】
ところが、温度センサが抵抗発熱体の温度を正確に検出するように適切に固定されていないと、温度制御が狂い、熱暴走が発生する。同様に温度制御装置の誤動作によっても発熱体が熱暴走する。
【０００５】
熱暴走が発生すると、発熱体が温度過昇になり、熱ストレスによって抵抗発熱体クラックが生じる。クラックが発生すると、クラックの部分の抵抗値が大きくなるために、当該部分の発熱量がさらに大きくなり、温度ヒューズなどの安全装置が作用する前にクラックの部分が原因で発煙したり、発火するという問題がある。
【０００６】
そこで、熱暴走に対する発熱体側の対策として、温度センサを適切に固定する必要がある。温度センサがセラミックスなどの基材の上にマウントされたチップ状のものである場合に、これを基体の所定の位置に電気的接続関係を維持しながら固定するには、基体と温度センサとを機械的に固定するための接着剤を施与する。
【０００７】
しかし、この種の発熱体は、通電のオン・オフによるヒートサイクルが頻繁に繰り返されるとともに、高温動作を行うので、長期間にわたって適切な固定を維持するのは容易ではなく、種々の困難を伴う。
【０００８】
本件特許出願人は、特願平９−２６７１９号において、以下を要旨とする発明を出願している。すなわち、耐熱性および絶縁性を有する平板状の基板と；この基板の表面に形成された発熱抵抗パターンと；前記基板の表面に形成された前記発熱抵抗パターンのための給電電極パターンと；前記基板の裏面に形成された温度検出素子のための検出電極パターンと；前記基板または前記温度検出素子の基材に対して、同一材料、近似した熱膨張率を備えた材料、または同等以上の熱伝導性を備えた材料からなるフィラーが重量比で７０〜９０％好ましくは７４〜７８％程度のポリイミド系を選択可能であって、前記温度検出素子を補強固定する接着剤と；を備える定着ヒータである。
【０００９】
上記出願発明は、基板に対する温度検出素子の実装の耐久性を高めることを目的としている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、本発明者らのその後の研究より、先の出願の発明におけるフィラーの含有量の許容範囲の中で一部ではあるが、なお改良の余地のあることが分かった。すなわち、許容範囲の中に接着剤と基体との間の熱膨張率の差がありすぎて発熱体の繰り返し使用によって接着剤と基体との間に、わずかな発生率ではあるがクラックを生じやすい範囲が認められる。
【００１１】
また、反対に接着剤の初期接着強度が所要の程度まで十分に大きくなく、わずかな発生率ではあるが使用中に剥離するものが散見される範囲が存在する。
【００１２】
上記のように、クラックや剥離などの不具合の発生率がたとえわずかであったとしても、組み込まれる画像形成装置の性格上大変大きな問題を惹起することを理解する必要がある。
【００１３】
本発明は、フィラーの特定な含有量比率範囲を規定したことにより、接着剤の基体およびまたは温度センサの基材との馴染みが極めて良好でクラックを生じることなく、しかも初期接着強度が十分に大きくて剥離を生じないで、信頼性のすこぶる高い発熱体、これを用いた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。
【００１４】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の発熱体は、電気絶縁性の細長い基体と；基体の長手方向に沿って基体の面に被着された細長い抵抗発熱体と；少なくとも一部が基体上において抵抗発熱体の熱を感知可能な位置に形成されている互いに離間した一対の導電体パターンと；電気絶縁性の基材上にマウントされ、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置において導電体パターンに跨って導電的に接続されて配設されたチップ状の温度センサと；熱伝導率が基体およびまたは温度センサの基材と同等以上の微粉末フィラーを７６±１重量％含有し、温度センサおよび基体の間を固定するように施与されたポリイミド系の接着剤と；を具備していることを特徴としている。
【００１５】
本発明および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次による。
【００１６】
基体について
基体は、少なくとも抵抗発熱体が形成される部分の表面が電気絶縁性を有していればよい。具体的にはセラミックスをドクターブレード法などを用いて板状に形成したものや、ガラス、アルミニウムなどの金属板の表面にガラスなどの耐熱性の絶縁層を形成したものなどにより基体を得ることができる。なお、セラミックスとしては、アルミナ、窒化アルミニウムなどを用いることができる。
【００１７】
また、基体の平面的な形状は４角形に限らないで、任意形状であることを許容する。
【００１８】
さらに、当然のことではあるが、発熱体の使用温度範囲内において、所要の耐熱性を必要としている。発熱体をトナーの画像定着に用いる場合には、トナーの溶融温度である１９０℃に十分耐える耐熱性を備えていることが要求される。
【００１９】
抵抗発熱体について
抵抗発熱体は、特に材料は問わないが、最も好適なのは銀・パラジウム系合金を主成分とする導電ペーストをスクリーン印刷法によって印刷し、乾燥後焼成することによって形成した厚膜抵抗発熱体である。この厚膜抵抗発熱体によれば、通常多用されているＡ４サイズを中心とする用紙にトナーを良好に定着させ得るような長寸の発熱体において、抵抗発熱体の抵抗値を所要の昇温および熱量が得られるように設定しやすい。もちろん、Ａ４に限らなくて、Ａ３用紙に対しても有効な抵抗発熱体を得ることができる。
【００２０】
また、抵抗発熱体は、その数が１本に制限されないのであって、必要により複数本にすることができる。また、その場合に抵抗発熱体は電源に対して直列または並列に接続することができる。
【００２１】
ところで、抵抗発熱体に対する給電を行うには、抵抗発熱体に適当な給電端子を形成することができる。給電端子は、銀系の厚膜が好適である。
【００２２】
また、給電端子は、基体の抵抗発熱体を形成している側の面に形成するのが容易であるが、電源側の事情や発熱体の全体のレイアウトの都合で抵抗発熱体を形成している面とは反対の面に給電端子を形成することもできる。この場合には、導電スルーホールを介して反対面側へ配線引き回しを行うことができる。
【００２３】
したがって、給電端子は、抵抗発熱体を形成している側の面、これと反対側の面、または一方の給電端子を抵抗発熱体側の面で他方の給電端子を反対側の面に分けて形成することもできる。
【００２４】
導電体パターンについて
導電体パターンは、温度センサを発熱体の外部に位置する温度制御回路に接続するための導電路を温度センサに提供するものである。したがって、導電体パターンは、まず温度センサを発熱体に配設した端子部に接続するために機能する。
端子部は、発熱体の温度の影響を受けにくい場所に配設するのが好ましいとともに、発熱体の全体のレイアウトに整合しなければならないから、通常は温度センサから離間した位置に設置されるので、導電体パターンは、温度センサの位置と端子部との間を接続している。
【００２５】
また、導電体パターンは、どのような導電体を用いてもよいが、銀を主成分とする導電体を用いることができる。そして、抵抗発熱体と同様に厚膜形成することができる。
【００２６】
温度センサについて
温度センサは、サーミスタすなわち負特性感温抵抗体を用いることができるが、本発明はこれに限定されるものではなく、温度を感知するものであれば、たとえば正特性感温抵抗体などであってもよい。
【００２７】
また、温度センサは、セラミックスなどの絶縁体からなる基材の上にマウントされた構成である。通常は、基材の上に温度センサ膜が形成され、さらに温度センサ膜の上に離間対向して一対の端子部を厚膜などに形成してなる。
【００２８】
さらに、温度センサの配設位置は、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置であればよく、抵抗発熱体を形成している面と同一面において抵抗発熱体に隣接する位置、または基体を挟んで抵抗発熱体を形成している面と反対の面において、抵抗発熱体に対向して配設することができる。
【００２９】
そうして、温度センサを導電体パターンに接続するには、導電体パターンの上に温度センサをその端子部を対面させて乗せ、導電性接着剤で接着することにより、導電体パターンに接続することができる。
【００３０】
ところで、発熱体の温度センサと基体との間に施与されている接着剤中のフィラーの含有率を分析するには、加熱重量分析法および赤外分光光度法によるものとする。前者の分析法は、試料を加熱して有機の合成樹脂成分を焼き飛ばして、その前後の質量の差から含有率を算出するものである。
【００３１】
また、後者の分析法は、試料に赤外線を照射し、その吸光特性から成分を特定するものである。
【００３２】
接着剤について
接着剤は、温度センサの側面と基体の面との間に施与されて温度センサを基体に機械的に所要の強度で固定するために用いられる。
【００３３】
本発明における接着剤には、ポリイミド系のものを用いるとともに、フィラーを添加している。
【００３４】
フィラーには、熱伝導率が基体およびまたは温度センサの基材のそれと同等以上の主として無機質の微粉末を用いる。ポリイミド系の接着剤の熱伝導率は、一般に基体および温度センサの基材のそれより小さいから、フィラー添加により、接着剤全体の合成された熱伝導率を大きくするものである。たとえば、基体がアルミナセラミックスからなる場合に、フィラーとして窒化アルミニウムやアルミナなどの微粉末を用いることができる。窒化アルミニウムの熱伝導率は、アルミナのそれより大きいので、フィラーを上記の割合で含有する接着剤全体の熱伝導率は基体およびまたは温度センサの基材それに接近した値になる。
【００３５】
また、フィラーとしてアルミナ微粉末を用いた場合にも、含有率が前記の範囲内であると、接着剤の熱伝導率が実用的に基体およびまたは温度センサの基材の熱伝導率に近付く。
【００３６】
なお、接着剤の施与の態様について説明すると、以下のとおりである。すなわち、温度センサが１．６ｍｍ×０．８ｍｍ×０．３５ｍｍ程度のサイズである場合に、接着剤の施与量を０．００５±０．００２ｇに規制することにより、良好な接着を得ることができる。接着剤の施与量が多すぎると、クラックを生じやすくなる。
【００３７】
また、接着剤の硬化後の縦断面形状を凹形にすると、接着が良好になる。
【００３８】
さらに、接着剤の施与位置を、温度センサの高さ方向の半分以下にすると、良好な接着が得られる。
【００３９】
さらにまた、加えて基体側に施与される位置を温度センサの側面から１ｍｍ以内にすると、さらに良好な接着を得ることができる。
【００４０】
さらにまた、接着剤は、温度センサの側面の全周に施与してもよく、隅角部にのみ施与してもよいし、隅角部を除いた側面部に施与してもよい。
【００４１】
その他の構成について
抵抗発熱体を電気的に保護するために、電気絶縁性のガラス膜を抵抗発熱体およびその周辺の基体面に形成することができる。
【００４２】
また、発熱体を電子写真プロセス方式による画像形成装置における定着装置の定着用発熱体として用いる場合、抵抗発熱体を直接または搬送シートを介してトナーが付着した被定着体に摺接させるのであるが、摺接による摩耗に対する耐力を付与するために、上記ガラス膜を電気絶縁性を備えるばかりでなく、耐摩耗性をも備えたガラスを用いて形成することができる。
【００４３】
さらに、要すれば、電気絶縁性のガラス膜に加えて耐摩耗性のガラス膜を形成することもできる。さらにまた、基体を窒化アルミニウムのような熱伝導率の大きな材質にして、基体側を被定着体に摺接させることができる。
【００４４】
さらに、基体として薄いセラミックスの板状体を用いる場合、セラミックス母板に予めレーザースクライブ線を形成して多数の基体を一体に形成しておいて、抵抗発熱体などを同時に印刷、焼成などの処理を行って形成してから、最後に切断する、いわゆる多点取りを行うのが一般的である。この場合、レーザースクライブ線を起点とする微小なクラックが発生して不所望な基体の破損を生じることがある。
【００４５】
これに対しては、基体の裏面のほぼ全体にアルミナフィラーを含有するガラス補強膜を形成することにより、基体の微小なクラックがガラス補強膜によって埋められ破損を防止できる。
【００４６】
本発明の作用について
温度センサは、基体の所定の位置に接着剤によって固定されるが、接着剤が基体およびまたは温度センサの基材の熱伝導率と同等以上の熱伝導率を備えているフィラーを７６±１重量％含有しているので、接着剤の熱伝導率が基体や基材の熱伝導率に十分に接近してその差が極めて少なくなり、基体、温度センサと接着剤との間の馴染みがすこぶる良好で、初期接着強度も大きく、また長期間使用しても接着剤がクラックしたり、剥離するようなことがない。
【００４７】
したがって、温度センサの基体への接着の信頼性が向上して信頼性の高い発熱体を提供することができる。
【００４８】
なお、フィラーが７５重量％未満であると、接着剤全体としての熱伝導率が基体および温度センサの基材の熱伝導率に十分に接近しなくなるので、不可である。また、フィラーが７７重量％を超えると、十分に高い接着強度を得にくくなるので、不可である。
【００４９】
また、フィラーが微粉末であるとは、フィラーの平均粒径が１０μｍ以下であることが望ましい。平均粒径が上記の範囲であると、硬化前の接着剤に適度の流動性が付与されるために、温度センサの側面に施与された接着剤が流動して、温度センサとこれに対面する基体との間のわずかな間隙に侵入するので、温度センサを強固に基体に接着することができる。
【００５０】
ところで、本発明の発熱体は定着だけでなく、所要の長さにわたり加熱を必要とするあらゆる用途に適応することができる。
【００５１】
請求項２の発明の発熱体は、電気絶縁性の細長い基体と；基体の長手方向に沿って基体の面に被着された細長い抵抗発熱体と；少なくとも一部が基体上において抵抗発熱体の熱を感知可能な位置に形成されている互いに離間した一対の導電体パターンと；電気絶縁性の基材上にマウントされ、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置において導電体パターンに跨って導電的に接続されて配設されたチップ状の温度センサと；熱膨張率が基体およびまたは温度センサの基材のそれに近くなるように基体およびまたは温度センサの基材の熱膨張率より熱膨張率が小さい微粉末フィラーを７６±１重量％含有し、温度センサおよび基体の間を固定するように施与されたポリイミド系の接着剤と；を具備していることを特徴としている。
【００５２】
本発明は、フィラーとして熱膨張率が基体およびまたは温度センサの基材と同等以上のものたとえばシリカなどを７６±１重量％添加したことにより、接着剤全体としての熱膨張率を基体およびまたは温度センサの基材の熱膨張率に接近させることができる。たとえば、以下のとおりである。
【００５３】
アルミナセラミックス（基体、基材）の熱膨張率：６ｐｐｍ／℃
ポリイミド接着剤の熱膨張率：６０ｐｐｍ／℃
シリカ（フィラー）の熱膨張率：０．６ｐｐｍ／℃
フィラーを上記範囲含有する接着剤の熱膨張率：約６ｐｐｍ／℃
そうして、本発明の発熱体は、接着剤の熱膨張率が基体や基材の熱膨張率と同等になりその差が極めて少なくなるので、温度センサと基体間の接着剤の初期接着強度が大きいから、剥離が発生することがなく、しかも長期間使用しても、発熱体に対する通電のオン・オフによる基体（基材）および接着剤の熱膨張・収縮が同様に行われるから、接着剤と基体との間にクラックが発生しなくなる。
【００５４】
なお、含有率が７５重量％未満であると、熱膨張率の差ができて、長期間の使用により、基体と接着剤との間にクラックを生じるものがわずかながら発生する。 反対に、含有率が７７重量％を超えると、初期接着強度が小さくなる傾向にあって、長期間の使用により、わずかながら基体と接着剤との間に剥離を生じるものが発生する。
【００５５】
請求項３の発明の発熱体は、電気絶縁性の細長い基体と；基体の長手方向に沿って基体の面に被着された細長い抵抗発熱体と；少なくとも一部が基体上において抵抗発熱体の熱を感知可能な位置に形成されている互いに離間した一対の導電体パターンと；電気絶縁性の基材上にマウントされ、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置において導電体パターンに跨って導電的に接続されて配設されたチップ状の温度センサと；基体およびまたは温度センサの基材と同一の材質からなる微粉末フィラーを７６±１重量％含有し、温度センサおよび基体の間を固定するように施与されたポリイミド系の接着剤と；を具備していることを特徴としている。
【００５６】
そうして、本発明においては、接着剤がフィラーとして基体およびまたは温度感知センサの基材と同一材質からなる微粉末を７６±１重量％含有していることにより、接着剤と基体およびまたは温度センサの基材との熱膨張差が極めて少なくなるとともに、熱伝導性も同様になるので、発熱体に対する通電のオン、オフが頻繁に行われても両者の間に歪が発生しにくく、そのためクラックを生じなくなるとともに、接着剤の初期接着強度が大きいために、剥離を生じない。
【００５７】
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発熱体と；発熱体と圧接関係を有して配設された加圧用ローラと；を具備していることを特徴としている。
【００５８】
定着装置の発熱体と被定着体との間に薄いポリイミド樹脂のようなプラスチックのシートからなる搬送シートを介在させて被定着体を搬送しやすくしてもよい。また、搬送シートを無端ベルト状にこともできる。
【００５９】
本発明においても請求項１ないし３の発熱体の作用を奏する。
【００６０】
請求項５の発明の画像形成装置は、形成された静電潜像にトナーを付着させて反転画像を形成し、反転画像を被定着体に転写して画像を形成する画像形成手段と；被定着体に付着したトナーを融着させて画像を定着する請求項４記載の定着装置と；を具備していることを特徴としている。
【００６１】
本発明において、画像形成装置とは、トナーを用いて画像を形成する機能を備えた全ての機器を包含する。画像とは、文字、図形、符号、映像などを意味する。具体的にはたとえば複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置がある。
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００６３】
図１は、本発明の発熱体の第１の実施形態を示す正面図である。
【００６４】
図２は、同じく背面図である。
【００６５】
図において、１は基体、２は抵抗発熱体、３ａ、３ｂは給電端子、４は給電用導電体パターン、５は温度センサ、６は制御端子、７は制御用導電体パターン、８ａ、８ｂは導電スルーホールである。
【００６６】
基体１は、アルミナセラミックス製の薄くて細長い板状のものである。
【００６７】
抵抗発熱体２は、基体１の一方の面に中央からやや偏位した位置において、基体１の長手方向に沿って配設されており、銀・パラジウム系合金を主体とする導電性ペーストをスクリーン印刷して乾燥後焼成することによって厚膜抵抗発熱体としたものである。
【００６８】
給電端子３ａは、基体１の一端近傍において抵抗発熱体２の一端に直接接続しており、銀を主成分とする導電性ペーストを抵抗発熱体２と同様の製法により厚膜形成したものである。
【００６９】
給電用導電体パターン４は、抵抗発熱体２の他端に一端が接続し、抵抗発熱体２に沿って折り返して抵抗発熱体２の途中に他端があり、他端には導電スルーホール８ａが配設されている。基体１の裏面には導電スルーホール８ａを介して給電用導電体パターン４に接続した他方の給電端子３ｂが配設されている。
【００７０】
温度センサ５は、サーミスタからなり、抵抗発熱体２の熱を感知可能な位置すなわち基体１の裏面において抵抗発熱体２２に対向する位置に配設される。温度センサ５の構成および基体１に対する固定については後述する。
【００７１】
制御端子６は、基体１の他端近傍に一対が配設され、それぞれ導電スルーホール８ｂ、８ｂが配設されている。
【００７２】
制御用導電体パターン７は、温度センサ５および制御端子６ａ、６ｂの間を導電スルーホール８ｂを介して接続している。
【００７３】
そうして、他方の給電端子３ｂ、給電用導電体パターン４、制御端子６および制御用導電体パターン７も主端子３ａと同様の材料および製法で形成されている。
【００７４】
また、図示しないが、抵抗発熱体２の主要部は周辺の基体表面を含めてガラス保護膜で被覆される。
【００７５】
図３は、本発明の発熱体の第１の実施形態における要部拡大背面図である。
【００７６】
図４は、同じく温度センサの固定状態を示す要部拡大背面図である。
【００７７】
図５は、同じく基体を横断する方向の要部拡大断面図である。
【００７８】
図６は、同じく基体を縦断する方向の要部拡大断面図である。
【００７９】
各図において、９は接着剤である。
【００８０】
接着剤９は、温度センサ５の対向する一対の長手方向の側面と基体１との間に施与され、硬化状態で温度センサ５を基体１に機械的に強固に固定している。 温度センサ５は、以下のように構成されている。すなわち、基材５ａ、温度センサ膜５ｂ、端子部５ｃからなる。
【００８１】
基材５ａは、アルミナセラミックスからなる。
【００８２】
温度センサ膜５ｂは、基材５ａの上に厚膜印刷または蒸着などにより形成されたサーミスタの膜からなる。
【００８３】
端子部５ｃは、温度センサ膜５ｂの上に印刷または蒸着により形成された導電体膜からなる。
【００８４】
そうして、温度センサ５は１．６ｍｍ×０．８ｍｍ×０．２５ｍｍのサイズを備えたチップ状をなしている。温度センサ５は、導電性接着剤により一対の制御用導電体パターン６、６間に跨って接着されて電気的に接続している。
【００８５】
一方、接着剤９は、平均粒径１０μｍ以下のシリカからなるフィラーを７６重量％含有するポリイミド系接着剤からなる。
【００８６】
また、接着剤９の施与量は硬化状態で０．００５ｇとしている。
【００８７】
さらに、接着剤９は、図６に示すように、硬化状態で表面が凹曲している。これにより、基体１および基材５ａとの馴染みがさらに良好になり、クラックが一層発生しにくい。
【００８８】
なお、接着剤９は、フィラーの平均粒径が１０μｍ以下であるため、流動性が良好で、温度センサ５およびこれに対面している基体１の間のわずかな間隙にも侵入して強固な機械的な接着を得ることができる。
【００８９】
図７は、本発明の発熱体の第２の実施形態を示す一部切欠拡大正面図である。
【００９０】
図において、図１および図２と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。 本実施形態は、温度センサ５の配設位置が異なる。
【００９１】
すなわち、抵抗発熱体２を形成しているのと同一の基体１の面において、抵抗発熱体２に隣接して温度センサ５を配設している。
【００９２】
なお、本実施形態においては、給電端子３ａ、３ｂおよび制御端子６、６、したがって全ての端子が基板１の一面側に配設されている。
【００９３】
図８は、本発明の定着装置の一実施形態を示す断面図である。
【００９４】
図において、１０は発熱体、１１は加圧ローラ、１２は搬送シート、１３はガイドローラ、１４は機枠、１５は被定着体、１６は発熱体支持体兼搬送シート用ガイドである。
【００９５】
発熱体１０は、図１ないし図６に示す構造を備え、発熱体支持体兼搬送シート用ガイド１６の下面に支持されている。
【００９６】
加圧ローラ１１は、搬送シート１２を挟んで発熱体１０に圧接関係を有している。
【００９７】
搬送シート１２は、たとえばポリイミド樹脂製で、発熱体１０のホルダを兼ねている発熱体支持体兼搬送シート用ガイド１６の回りを緩く一周する無端ベルト状をなしている。
【００９８】
そうして、被定着体１５はガイドローラ１３により搬送シート１２と加圧ローラ１１との間に送られる。被定着体１５が送り込まれると、図示しない制御手段により発熱体１０に通電されて発熱体１０は瞬時に発熱して定着可能な温度まで昇温する。発熱体１０は搬送シート１２を介して被定着体１５を加熱する結果、被定着体１５に付着しているトナーは溶融し、加圧ローラ１１によって被定着体１５に融着され、定着が行われる。
【００９９】
図９は、本発明の画像形成装置の第１の実施形態を示すレーザビームプリンタの概念図である。
【０１００】
図において、１７は画像形成手段で、レーザスキャナ１７ａおよび感光ドラム１７ｂなどを含んで構成されている。１８は定着装置で、図５に示す構造のものである。１９はプリンタ本体で、上記構成部分以外の構成たとえば給紙トレイ、電源、ガイドローラ、操作スイッチ、制御回路、高電圧発生回路およびケースなどを含んで構成されている。
【０１０１】
そうして、レーザビームプリンタが画像信号を受信すると、レーザスキャナ１７ａにおいて、レーザ光が画像信号で変調され、かつスキャンされて感光ドラム１７ｂを部分的に感光させて反転静電潜像を形成する。次に、反転静電潜像にトナーを付着させて反転画像が形成され、普通紙などの定着用媒体がトレイからガイドローラによって送られ反転画像が定着用媒体に転写されて未定着画像が形成された被定着体が得られる。さらに、被定着体はガイドローラによって定着装置１８に送られる。定着装置１８においては、前記したように作用して定着が行われて定着画像が得られる。
【０１０２】
図１０は、本発明の画像形成装置の第２の実施形態を示す複写機の概念図である。
【０１０３】
図において、２０は画像読取手段、２１は画像形成手段、２２は定着装置、２３は複写機本体である。
【０１０４】
画像読取手段２０は、読取用光源およびスキャナなどの光学系を含んでいる。
【０１０５】
画像形成手段２１は、画像読取手段２０で原紙から読み取った画像データに基づいて感光ドラム上に反転静電潜像を形成し、次に反転静電潜像にトナーを付着させて反転画像を形成し、普通紙などの被定着媒体に反転画像を転写して画像を形成された被定着体を製作する。
【０１０６】
定着装置２２は、被定着体を加熱してトナーを融着させて定着を行う。図においては搬送シートを省略したが、必要に応じて使用するものである。
【０１０７】
複写機本体２３は、上記画像読取手段２０、画像形成手段２１および定着手段２２以外の構成たとえば本体ケース、電源、制御回路、高電圧発生回路、操作スイッチおよび給紙トレイなどを含んで構成されている。
【０１０８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、電気絶縁性の細長い基体にその長手方向に沿って細長い抵抗発熱体を被着し、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置において基材上にマウントされた温度センサを一対の導電体パターンに跨って接続するとともに、熱伝導率が基体およびまたは温度センサの基材と同等以上の微粉末フィラーを７６±１重量％含有するポリイミド系の接着剤によって温度センサを基体に固定したことにより、接着剤の熱伝導率が基体や基材の熱伝導率に接近してその差が極めて少なくなり、基体およびまたは基材と接着剤との馴染みがすこぶる良好であるとともに、初期接着強度も大きいので、長期間使用しても、接着剤がクラックしたり、剥離するようなことにないで、信頼性のすこぶる高い発熱体を提供することができる。
【０１０９】
請求項２の発明によれば、電気絶縁性の細長い基体にその長手方向に沿って細長い抵抗発熱体を被着し、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置において基材上にマウントされた温度センサを一対の導電体パターンに跨って接続するとともに、熱膨張率が基体およびまたは温度センサの基材より小さい微粉末フィラーを７６±重量％含有するポリイミド系の接着剤によって温度センサを基体に固定したことにより、接着剤の熱膨張率が基体や基材の熱膨張率と同等になりその差が極めて少なくなるので、初期接着強度が大きくて剥離を生じないとともの、長期間使用しても、通電のオン・オフによる基体や基材および接着剤の熱膨張・収縮が同様に行われるから、接着剤と基体との間にクラックが生じないで、信頼性のすこぶる高い発熱体を提供することができる。
【０１１０】
請求項３の発明によれば、電気絶縁性の細長い基体にその長手方向に沿って細長い抵抗発熱体を被着し、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置において基材上にマウントされた温度センサを一対の導電体パターンに跨って接続するとともに、基体およびまたは温度センサの基材と同一材質からなる微粉末フィラーを７６±重量％含有するポリイミド系の接着剤によって温度センサを基体に固定したことにより、接着剤と基体およびまたは温度センサの基材との熱膨張差が極めて少なくなるとともに、熱伝導性も同様になるので、初期接着強度が大きくて剥離が生じないとともに、長期間使用しても、通電のオン・オフによる基体や基材および接着剤の熱膨張・収縮が同様に行われ、熱伝導性も良好になるから、接着剤と基体との間にクラックが生じないで、信頼性のすこぶる高い発熱体を提供することができる。
【０１１１】
請求項４の発明によれば、請求項１ないし３の効果を奏する定着装置を提供することができる。
【０１１２】
請求項５の発明によれば、請求項１ないし３の効果を奏す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】本発明の発熱体の第１の実施形態を示す正面図
【図２】同じく背面図
【図３】本発明の発熱体の第１の実施形態におけるの要部拡大背面図
【図４】同じく温度センサの固定状態を示す要部拡大背面図
【図５】同じく基体を横断する方向の要部拡大断面図
【図６】同じく基体を縦断する方向の要部拡大断面図
【図７】本発明の発熱体の第２の実施形態を示す一部切欠拡大正面図
【図８】本発明の定着装置の一実施形態を示す概念的断面図
【図９】本発明の画像形成装置の第１の実施形態を示すレーザビームプリンタの概念図
【図１０】本発明の画像形成装置の第２の実施形態を示す複写機の概念図
【符号の説明】
１…基体
５…温度センサ
６…制御用導電体パターン
８ｂ…導電スルーホール
９…接着剤
【発明の属する技術分野】
本発明は細長い抵抗発熱体を備えた発熱体、これを用いた定着装置および画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ところで、この種の発熱体は、抵抗発熱体の熱容量が小さいために、電源電圧を印加すると、トナーの定着に寄与する発熱体の作用部が瞬時に所要温度まで昇温するので、予熱時間を必要としなという利点がある。このため、定着動作を行うときにのみ発熱体に通電して所要の温度に発熱させる制御が可能となり、消費電力を大幅に低減できる。
【０００３】
抵抗発熱体の発熱温度を制御するために、温度検出素子などの温度センサを付設し、その制御出力信号を制御装置に送出させている。
【０００４】
ところが、温度センサが抵抗発熱体の温度を正確に検出するように適切に固定されていないと、温度制御が狂い、熱暴走が発生する。同様に温度制御装置の誤動作によっても発熱体が熱暴走する。
【０００５】
熱暴走が発生すると、発熱体が温度過昇になり、熱ストレスによって抵抗発熱体クラックが生じる。クラックが発生すると、クラックの部分の抵抗値が大きくなるために、当該部分の発熱量がさらに大きくなり、温度ヒューズなどの安全装置が作用する前にクラックの部分が原因で発煙したり、発火するという問題がある。
【０００６】
そこで、熱暴走に対する発熱体側の対策として、温度センサを適切に固定する必要がある。温度センサがセラミックスなどの基材の上にマウントされたチップ状のものである場合に、これを基体の所定の位置に電気的接続関係を維持しながら固定するには、基体と温度センサとを機械的に固定するための接着剤を施与する。
【０００７】
しかし、この種の発熱体は、通電のオン・オフによるヒートサイクルが頻繁に繰り返されるとともに、高温動作を行うので、長期間にわたって適切な固定を維持するのは容易ではなく、種々の困難を伴う。
【０００８】
本件特許出願人は、特願平９−２６７１９号において、以下を要旨とする発明を出願している。すなわち、耐熱性および絶縁性を有する平板状の基板と；この基板の表面に形成された発熱抵抗パターンと；前記基板の表面に形成された前記発熱抵抗パターンのための給電電極パターンと；前記基板の裏面に形成された温度検出素子のための検出電極パターンと；前記基板または前記温度検出素子の基材に対して、同一材料、近似した熱膨張率を備えた材料、または同等以上の熱伝導性を備えた材料からなるフィラーが重量比で７０〜９０％好ましくは７４〜７８％程度のポリイミド系を選択可能であって、前記温度検出素子を補強固定する接着剤と；を備える定着ヒータである。
【０００９】
上記出願発明は、基板に対する温度検出素子の実装の耐久性を高めることを目的としている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、本発明者らのその後の研究より、先の出願の発明におけるフィラーの含有量の許容範囲の中で一部ではあるが、なお改良の余地のあることが分かった。すなわち、許容範囲の中に接着剤と基体との間の熱膨張率の差がありすぎて発熱体の繰り返し使用によって接着剤と基体との間に、わずかな発生率ではあるがクラックを生じやすい範囲が認められる。
【００１１】
また、反対に接着剤の初期接着強度が所要の程度まで十分に大きくなく、わずかな発生率ではあるが使用中に剥離するものが散見される範囲が存在する。
【００１２】
上記のように、クラックや剥離などの不具合の発生率がたとえわずかであったとしても、組み込まれる画像形成装置の性格上大変大きな問題を惹起することを理解する必要がある。
【００１３】
本発明は、フィラーの特定な含有量比率範囲を規定したことにより、接着剤の基体およびまたは温度センサの基材との馴染みが極めて良好でクラックを生じることなく、しかも初期接着強度が十分に大きくて剥離を生じないで、信頼性のすこぶる高い発熱体、これを用いた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。
【００１４】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の発熱体は、電気絶縁性の細長い基体と；基体の長手方向に沿って基体の面に被着された細長い抵抗発熱体と；少なくとも一部が基体上において抵抗発熱体の熱を感知可能な位置に形成されている互いに離間した一対の導電体パターンと；電気絶縁性の基材上にマウントされ、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置において導電体パターンに跨って導電的に接続されて配設されたチップ状の温度センサと；熱伝導率が基体およびまたは温度センサの基材と同等以上の微粉末フィラーを７６±１重量％含有し、温度センサおよび基体の間を固定するように施与されたポリイミド系の接着剤と；を具備していることを特徴としている。
【００１５】
本発明および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次による。
【００１６】
基体について
基体は、少なくとも抵抗発熱体が形成される部分の表面が電気絶縁性を有していればよい。具体的にはセラミックスをドクターブレード法などを用いて板状に形成したものや、ガラス、アルミニウムなどの金属板の表面にガラスなどの耐熱性の絶縁層を形成したものなどにより基体を得ることができる。なお、セラミックスとしては、アルミナ、窒化アルミニウムなどを用いることができる。
【００１７】
また、基体の平面的な形状は４角形に限らないで、任意形状であることを許容する。
【００１８】
さらに、当然のことではあるが、発熱体の使用温度範囲内において、所要の耐熱性を必要としている。発熱体をトナーの画像定着に用いる場合には、トナーの溶融温度である１９０℃に十分耐える耐熱性を備えていることが要求される。
【００１９】
抵抗発熱体について
抵抗発熱体は、特に材料は問わないが、最も好適なのは銀・パラジウム系合金を主成分とする導電ペーストをスクリーン印刷法によって印刷し、乾燥後焼成することによって形成した厚膜抵抗発熱体である。この厚膜抵抗発熱体によれば、通常多用されているＡ４サイズを中心とする用紙にトナーを良好に定着させ得るような長寸の発熱体において、抵抗発熱体の抵抗値を所要の昇温および熱量が得られるように設定しやすい。もちろん、Ａ４に限らなくて、Ａ３用紙に対しても有効な抵抗発熱体を得ることができる。
【００２０】
また、抵抗発熱体は、その数が１本に制限されないのであって、必要により複数本にすることができる。また、その場合に抵抗発熱体は電源に対して直列または並列に接続することができる。
【００２１】
ところで、抵抗発熱体に対する給電を行うには、抵抗発熱体に適当な給電端子を形成することができる。給電端子は、銀系の厚膜が好適である。
【００２２】
また、給電端子は、基体の抵抗発熱体を形成している側の面に形成するのが容易であるが、電源側の事情や発熱体の全体のレイアウトの都合で抵抗発熱体を形成している面とは反対の面に給電端子を形成することもできる。この場合には、導電スルーホールを介して反対面側へ配線引き回しを行うことができる。
【００２３】
したがって、給電端子は、抵抗発熱体を形成している側の面、これと反対側の面、または一方の給電端子を抵抗発熱体側の面で他方の給電端子を反対側の面に分けて形成することもできる。
【００２４】
導電体パターンについて
導電体パターンは、温度センサを発熱体の外部に位置する温度制御回路に接続するための導電路を温度センサに提供するものである。したがって、導電体パターンは、まず温度センサを発熱体に配設した端子部に接続するために機能する。
端子部は、発熱体の温度の影響を受けにくい場所に配設するのが好ましいとともに、発熱体の全体のレイアウトに整合しなければならないから、通常は温度センサから離間した位置に設置されるので、導電体パターンは、温度センサの位置と端子部との間を接続している。
【００２５】
また、導電体パターンは、どのような導電体を用いてもよいが、銀を主成分とする導電体を用いることができる。そして、抵抗発熱体と同様に厚膜形成することができる。
【００２６】
温度センサについて
温度センサは、サーミスタすなわち負特性感温抵抗体を用いることができるが、本発明はこれに限定されるものではなく、温度を感知するものであれば、たとえば正特性感温抵抗体などであってもよい。
【００２７】
また、温度センサは、セラミックスなどの絶縁体からなる基材の上にマウントされた構成である。通常は、基材の上に温度センサ膜が形成され、さらに温度センサ膜の上に離間対向して一対の端子部を厚膜などに形成してなる。
【００２８】
さらに、温度センサの配設位置は、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置であればよく、抵抗発熱体を形成している面と同一面において抵抗発熱体に隣接する位置、または基体を挟んで抵抗発熱体を形成している面と反対の面において、抵抗発熱体に対向して配設することができる。
【００２９】
そうして、温度センサを導電体パターンに接続するには、導電体パターンの上に温度センサをその端子部を対面させて乗せ、導電性接着剤で接着することにより、導電体パターンに接続することができる。
【００３０】
ところで、発熱体の温度センサと基体との間に施与されている接着剤中のフィラーの含有率を分析するには、加熱重量分析法および赤外分光光度法によるものとする。前者の分析法は、試料を加熱して有機の合成樹脂成分を焼き飛ばして、その前後の質量の差から含有率を算出するものである。
【００３１】
また、後者の分析法は、試料に赤外線を照射し、その吸光特性から成分を特定するものである。
【００３２】
接着剤について
接着剤は、温度センサの側面と基体の面との間に施与されて温度センサを基体に機械的に所要の強度で固定するために用いられる。
【００３３】
本発明における接着剤には、ポリイミド系のものを用いるとともに、フィラーを添加している。
【００３４】
フィラーには、熱伝導率が基体およびまたは温度センサの基材のそれと同等以上の主として無機質の微粉末を用いる。ポリイミド系の接着剤の熱伝導率は、一般に基体および温度センサの基材のそれより小さいから、フィラー添加により、接着剤全体の合成された熱伝導率を大きくするものである。たとえば、基体がアルミナセラミックスからなる場合に、フィラーとして窒化アルミニウムやアルミナなどの微粉末を用いることができる。窒化アルミニウムの熱伝導率は、アルミナのそれより大きいので、フィラーを上記の割合で含有する接着剤全体の熱伝導率は基体およびまたは温度センサの基材それに接近した値になる。
【００３５】
また、フィラーとしてアルミナ微粉末を用いた場合にも、含有率が前記の範囲内であると、接着剤の熱伝導率が実用的に基体およびまたは温度センサの基材の熱伝導率に近付く。
【００３６】
なお、接着剤の施与の態様について説明すると、以下のとおりである。すなわち、温度センサが１．６ｍｍ×０．８ｍｍ×０．３５ｍｍ程度のサイズである場合に、接着剤の施与量を０．００５±０．００２ｇに規制することにより、良好な接着を得ることができる。接着剤の施与量が多すぎると、クラックを生じやすくなる。
【００３７】
また、接着剤の硬化後の縦断面形状を凹形にすると、接着が良好になる。
【００３８】
さらに、接着剤の施与位置を、温度センサの高さ方向の半分以下にすると、良好な接着が得られる。
【００３９】
さらにまた、加えて基体側に施与される位置を温度センサの側面から１ｍｍ以内にすると、さらに良好な接着を得ることができる。
【００４０】
さらにまた、接着剤は、温度センサの側面の全周に施与してもよく、隅角部にのみ施与してもよいし、隅角部を除いた側面部に施与してもよい。
【００４１】
その他の構成について
抵抗発熱体を電気的に保護するために、電気絶縁性のガラス膜を抵抗発熱体およびその周辺の基体面に形成することができる。
【００４２】
また、発熱体を電子写真プロセス方式による画像形成装置における定着装置の定着用発熱体として用いる場合、抵抗発熱体を直接または搬送シートを介してトナーが付着した被定着体に摺接させるのであるが、摺接による摩耗に対する耐力を付与するために、上記ガラス膜を電気絶縁性を備えるばかりでなく、耐摩耗性をも備えたガラスを用いて形成することができる。
【００４３】
さらに、要すれば、電気絶縁性のガラス膜に加えて耐摩耗性のガラス膜を形成することもできる。さらにまた、基体を窒化アルミニウムのような熱伝導率の大きな材質にして、基体側を被定着体に摺接させることができる。
【００４４】
さらに、基体として薄いセラミックスの板状体を用いる場合、セラミックス母板に予めレーザースクライブ線を形成して多数の基体を一体に形成しておいて、抵抗発熱体などを同時に印刷、焼成などの処理を行って形成してから、最後に切断する、いわゆる多点取りを行うのが一般的である。この場合、レーザースクライブ線を起点とする微小なクラックが発生して不所望な基体の破損を生じることがある。
【００４５】
これに対しては、基体の裏面のほぼ全体にアルミナフィラーを含有するガラス補強膜を形成することにより、基体の微小なクラックがガラス補強膜によって埋められ破損を防止できる。
【００４６】
本発明の作用について
温度センサは、基体の所定の位置に接着剤によって固定されるが、接着剤が基体およびまたは温度センサの基材の熱伝導率と同等以上の熱伝導率を備えているフィラーを７６±１重量％含有しているので、接着剤の熱伝導率が基体や基材の熱伝導率に十分に接近してその差が極めて少なくなり、基体、温度センサと接着剤との間の馴染みがすこぶる良好で、初期接着強度も大きく、また長期間使用しても接着剤がクラックしたり、剥離するようなことがない。
【００４７】
したがって、温度センサの基体への接着の信頼性が向上して信頼性の高い発熱体を提供することができる。
【００４８】
なお、フィラーが７５重量％未満であると、接着剤全体としての熱伝導率が基体および温度センサの基材の熱伝導率に十分に接近しなくなるので、不可である。また、フィラーが７７重量％を超えると、十分に高い接着強度を得にくくなるので、不可である。
【００４９】
また、フィラーが微粉末であるとは、フィラーの平均粒径が１０μｍ以下であることが望ましい。平均粒径が上記の範囲であると、硬化前の接着剤に適度の流動性が付与されるために、温度センサの側面に施与された接着剤が流動して、温度センサとこれに対面する基体との間のわずかな間隙に侵入するので、温度センサを強固に基体に接着することができる。
【００５０】
ところで、本発明の発熱体は定着だけでなく、所要の長さにわたり加熱を必要とするあらゆる用途に適応することができる。
【００５１】
請求項２の発明の発熱体は、電気絶縁性の細長い基体と；基体の長手方向に沿って基体の面に被着された細長い抵抗発熱体と；少なくとも一部が基体上において抵抗発熱体の熱を感知可能な位置に形成されている互いに離間した一対の導電体パターンと；電気絶縁性の基材上にマウントされ、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置において導電体パターンに跨って導電的に接続されて配設されたチップ状の温度センサと；熱膨張率が基体およびまたは温度センサの基材のそれに近くなるように基体およびまたは温度センサの基材の熱膨張率より熱膨張率が小さい微粉末フィラーを７６±１重量％含有し、温度センサおよび基体の間を固定するように施与されたポリイミド系の接着剤と；を具備していることを特徴としている。
【００５２】
本発明は、フィラーとして熱膨張率が基体およびまたは温度センサの基材と同等以上のものたとえばシリカなどを７６±１重量％添加したことにより、接着剤全体としての熱膨張率を基体およびまたは温度センサの基材の熱膨張率に接近させることができる。たとえば、以下のとおりである。
【００５３】
アルミナセラミックス（基体、基材）の熱膨張率：６ｐｐｍ／℃
ポリイミド接着剤の熱膨張率：６０ｐｐｍ／℃
シリカ（フィラー）の熱膨張率：０．６ｐｐｍ／℃
フィラーを上記範囲含有する接着剤の熱膨張率：約６ｐｐｍ／℃
そうして、本発明の発熱体は、接着剤の熱膨張率が基体や基材の熱膨張率と同等になりその差が極めて少なくなるので、温度センサと基体間の接着剤の初期接着強度が大きいから、剥離が発生することがなく、しかも長期間使用しても、発熱体に対する通電のオン・オフによる基体（基材）および接着剤の熱膨張・収縮が同様に行われるから、接着剤と基体との間にクラックが発生しなくなる。
【００５４】
なお、含有率が７５重量％未満であると、熱膨張率の差ができて、長期間の使用により、基体と接着剤との間にクラックを生じるものがわずかながら発生する。 反対に、含有率が７７重量％を超えると、初期接着強度が小さくなる傾向にあって、長期間の使用により、わずかながら基体と接着剤との間に剥離を生じるものが発生する。
【００５５】
請求項３の発明の発熱体は、電気絶縁性の細長い基体と；基体の長手方向に沿って基体の面に被着された細長い抵抗発熱体と；少なくとも一部が基体上において抵抗発熱体の熱を感知可能な位置に形成されている互いに離間した一対の導電体パターンと；電気絶縁性の基材上にマウントされ、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置において導電体パターンに跨って導電的に接続されて配設されたチップ状の温度センサと；基体およびまたは温度センサの基材と同一の材質からなる微粉末フィラーを７６±１重量％含有し、温度センサおよび基体の間を固定するように施与されたポリイミド系の接着剤と；を具備していることを特徴としている。
【００５６】
そうして、本発明においては、接着剤がフィラーとして基体およびまたは温度感知センサの基材と同一材質からなる微粉末を７６±１重量％含有していることにより、接着剤と基体およびまたは温度センサの基材との熱膨張差が極めて少なくなるとともに、熱伝導性も同様になるので、発熱体に対する通電のオン、オフが頻繁に行われても両者の間に歪が発生しにくく、そのためクラックを生じなくなるとともに、接着剤の初期接着強度が大きいために、剥離を生じない。
【００５７】
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発熱体と；発熱体と圧接関係を有して配設された加圧用ローラと；を具備していることを特徴としている。
【００５８】
定着装置の発熱体と被定着体との間に薄いポリイミド樹脂のようなプラスチックのシートからなる搬送シートを介在させて被定着体を搬送しやすくしてもよい。また、搬送シートを無端ベルト状にこともできる。
【００５９】
本発明においても請求項１ないし３の発熱体の作用を奏する。
【００６０】
請求項５の発明の画像形成装置は、形成された静電潜像にトナーを付着させて反転画像を形成し、反転画像を被定着体に転写して画像を形成する画像形成手段と；被定着体に付着したトナーを融着させて画像を定着する請求項４記載の定着装置と；を具備していることを特徴としている。
【００６１】
本発明において、画像形成装置とは、トナーを用いて画像を形成する機能を備えた全ての機器を包含する。画像とは、文字、図形、符号、映像などを意味する。具体的にはたとえば複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置がある。
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００６３】
図１は、本発明の発熱体の第１の実施形態を示す正面図である。
【００６４】
図２は、同じく背面図である。
【００６５】
図において、１は基体、２は抵抗発熱体、３ａ、３ｂは給電端子、４は給電用導電体パターン、５は温度センサ、６は制御端子、７は制御用導電体パターン、８ａ、８ｂは導電スルーホールである。
【００６６】
基体１は、アルミナセラミックス製の薄くて細長い板状のものである。
【００６７】
抵抗発熱体２は、基体１の一方の面に中央からやや偏位した位置において、基体１の長手方向に沿って配設されており、銀・パラジウム系合金を主体とする導電性ペーストをスクリーン印刷して乾燥後焼成することによって厚膜抵抗発熱体としたものである。
【００６８】
給電端子３ａは、基体１の一端近傍において抵抗発熱体２の一端に直接接続しており、銀を主成分とする導電性ペーストを抵抗発熱体２と同様の製法により厚膜形成したものである。
【００６９】
給電用導電体パターン４は、抵抗発熱体２の他端に一端が接続し、抵抗発熱体２に沿って折り返して抵抗発熱体２の途中に他端があり、他端には導電スルーホール８ａが配設されている。基体１の裏面には導電スルーホール８ａを介して給電用導電体パターン４に接続した他方の給電端子３ｂが配設されている。
【００７０】
温度センサ５は、サーミスタからなり、抵抗発熱体２の熱を感知可能な位置すなわち基体１の裏面において抵抗発熱体２２に対向する位置に配設される。温度センサ５の構成および基体１に対する固定については後述する。
【００７１】
制御端子６は、基体１の他端近傍に一対が配設され、それぞれ導電スルーホール８ｂ、８ｂが配設されている。
【００７２】
制御用導電体パターン７は、温度センサ５および制御端子６ａ、６ｂの間を導電スルーホール８ｂを介して接続している。
【００７３】
そうして、他方の給電端子３ｂ、給電用導電体パターン４、制御端子６および制御用導電体パターン７も主端子３ａと同様の材料および製法で形成されている。
【００７４】
また、図示しないが、抵抗発熱体２の主要部は周辺の基体表面を含めてガラス保護膜で被覆される。
【００７５】
図３は、本発明の発熱体の第１の実施形態における要部拡大背面図である。
【００７６】
図４は、同じく温度センサの固定状態を示す要部拡大背面図である。
【００７７】
図５は、同じく基体を横断する方向の要部拡大断面図である。
【００７８】
図６は、同じく基体を縦断する方向の要部拡大断面図である。
【００７９】
各図において、９は接着剤である。
【００８０】
接着剤９は、温度センサ５の対向する一対の長手方向の側面と基体１との間に施与され、硬化状態で温度センサ５を基体１に機械的に強固に固定している。 温度センサ５は、以下のように構成されている。すなわち、基材５ａ、温度センサ膜５ｂ、端子部５ｃからなる。
【００８１】
基材５ａは、アルミナセラミックスからなる。
【００８２】
温度センサ膜５ｂは、基材５ａの上に厚膜印刷または蒸着などにより形成されたサーミスタの膜からなる。
【００８３】
端子部５ｃは、温度センサ膜５ｂの上に印刷または蒸着により形成された導電体膜からなる。
【００８４】
そうして、温度センサ５は１．６ｍｍ×０．８ｍｍ×０．２５ｍｍのサイズを備えたチップ状をなしている。温度センサ５は、導電性接着剤により一対の制御用導電体パターン６、６間に跨って接着されて電気的に接続している。
【００８５】
一方、接着剤９は、平均粒径１０μｍ以下のシリカからなるフィラーを７６重量％含有するポリイミド系接着剤からなる。
【００８６】
また、接着剤９の施与量は硬化状態で０．００５ｇとしている。
【００８７】
さらに、接着剤９は、図６に示すように、硬化状態で表面が凹曲している。これにより、基体１および基材５ａとの馴染みがさらに良好になり、クラックが一層発生しにくい。
【００８８】
なお、接着剤９は、フィラーの平均粒径が１０μｍ以下であるため、流動性が良好で、温度センサ５およびこれに対面している基体１の間のわずかな間隙にも侵入して強固な機械的な接着を得ることができる。
【００８９】
図７は、本発明の発熱体の第２の実施形態を示す一部切欠拡大正面図である。
【００９０】
図において、図１および図２と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。 本実施形態は、温度センサ５の配設位置が異なる。
【００９１】
すなわち、抵抗発熱体２を形成しているのと同一の基体１の面において、抵抗発熱体２に隣接して温度センサ５を配設している。
【００９２】
なお、本実施形態においては、給電端子３ａ、３ｂおよび制御端子６、６、したがって全ての端子が基板１の一面側に配設されている。
【００９３】
図８は、本発明の定着装置の一実施形態を示す断面図である。
【００９４】
図において、１０は発熱体、１１は加圧ローラ、１２は搬送シート、１３はガイドローラ、１４は機枠、１５は被定着体、１６は発熱体支持体兼搬送シート用ガイドである。
【００９５】
発熱体１０は、図１ないし図６に示す構造を備え、発熱体支持体兼搬送シート用ガイド１６の下面に支持されている。
【００９６】
加圧ローラ１１は、搬送シート１２を挟んで発熱体１０に圧接関係を有している。
【００９７】
搬送シート１２は、たとえばポリイミド樹脂製で、発熱体１０のホルダを兼ねている発熱体支持体兼搬送シート用ガイド１６の回りを緩く一周する無端ベルト状をなしている。
【００９８】
そうして、被定着体１５はガイドローラ１３により搬送シート１２と加圧ローラ１１との間に送られる。被定着体１５が送り込まれると、図示しない制御手段により発熱体１０に通電されて発熱体１０は瞬時に発熱して定着可能な温度まで昇温する。発熱体１０は搬送シート１２を介して被定着体１５を加熱する結果、被定着体１５に付着しているトナーは溶融し、加圧ローラ１１によって被定着体１５に融着され、定着が行われる。
【００９９】
図９は、本発明の画像形成装置の第１の実施形態を示すレーザビームプリンタの概念図である。
【０１００】
図において、１７は画像形成手段で、レーザスキャナ１７ａおよび感光ドラム１７ｂなどを含んで構成されている。１８は定着装置で、図５に示す構造のものである。１９はプリンタ本体で、上記構成部分以外の構成たとえば給紙トレイ、電源、ガイドローラ、操作スイッチ、制御回路、高電圧発生回路およびケースなどを含んで構成されている。
【０１０１】
そうして、レーザビームプリンタが画像信号を受信すると、レーザスキャナ１７ａにおいて、レーザ光が画像信号で変調され、かつスキャンされて感光ドラム１７ｂを部分的に感光させて反転静電潜像を形成する。次に、反転静電潜像にトナーを付着させて反転画像が形成され、普通紙などの定着用媒体がトレイからガイドローラによって送られ反転画像が定着用媒体に転写されて未定着画像が形成された被定着体が得られる。さらに、被定着体はガイドローラによって定着装置１８に送られる。定着装置１８においては、前記したように作用して定着が行われて定着画像が得られる。
【０１０２】
図１０は、本発明の画像形成装置の第２の実施形態を示す複写機の概念図である。
【０１０３】
図において、２０は画像読取手段、２１は画像形成手段、２２は定着装置、２３は複写機本体である。
【０１０４】
画像読取手段２０は、読取用光源およびスキャナなどの光学系を含んでいる。
【０１０５】
画像形成手段２１は、画像読取手段２０で原紙から読み取った画像データに基づいて感光ドラム上に反転静電潜像を形成し、次に反転静電潜像にトナーを付着させて反転画像を形成し、普通紙などの被定着媒体に反転画像を転写して画像を形成された被定着体を製作する。
【０１０６】
定着装置２２は、被定着体を加熱してトナーを融着させて定着を行う。図においては搬送シートを省略したが、必要に応じて使用するものである。
【０１０７】
複写機本体２３は、上記画像読取手段２０、画像形成手段２１および定着手段２２以外の構成たとえば本体ケース、電源、制御回路、高電圧発生回路、操作スイッチおよび給紙トレイなどを含んで構成されている。
【０１０８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、電気絶縁性の細長い基体にその長手方向に沿って細長い抵抗発熱体を被着し、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置において基材上にマウントされた温度センサを一対の導電体パターンに跨って接続するとともに、熱伝導率が基体およびまたは温度センサの基材と同等以上の微粉末フィラーを７６±１重量％含有するポリイミド系の接着剤によって温度センサを基体に固定したことにより、接着剤の熱伝導率が基体や基材の熱伝導率に接近してその差が極めて少なくなり、基体およびまたは基材と接着剤との馴染みがすこぶる良好であるとともに、初期接着強度も大きいので、長期間使用しても、接着剤がクラックしたり、剥離するようなことにないで、信頼性のすこぶる高い発熱体を提供することができる。
【０１０９】
請求項２の発明によれば、電気絶縁性の細長い基体にその長手方向に沿って細長い抵抗発熱体を被着し、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置において基材上にマウントされた温度センサを一対の導電体パターンに跨って接続するとともに、熱膨張率が基体およびまたは温度センサの基材より小さい微粉末フィラーを７６±重量％含有するポリイミド系の接着剤によって温度センサを基体に固定したことにより、接着剤の熱膨張率が基体や基材の熱膨張率と同等になりその差が極めて少なくなるので、初期接着強度が大きくて剥離を生じないとともの、長期間使用しても、通電のオン・オフによる基体や基材および接着剤の熱膨張・収縮が同様に行われるから、接着剤と基体との間にクラックが生じないで、信頼性のすこぶる高い発熱体を提供することができる。
【０１１０】
請求項３の発明によれば、電気絶縁性の細長い基体にその長手方向に沿って細長い抵抗発熱体を被着し、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置において基材上にマウントされた温度センサを一対の導電体パターンに跨って接続するとともに、基体およびまたは温度センサの基材と同一材質からなる微粉末フィラーを７６±重量％含有するポリイミド系の接着剤によって温度センサを基体に固定したことにより、接着剤と基体およびまたは温度センサの基材との熱膨張差が極めて少なくなるとともに、熱伝導性も同様になるので、初期接着強度が大きくて剥離が生じないとともに、長期間使用しても、通電のオン・オフによる基体や基材および接着剤の熱膨張・収縮が同様に行われ、熱伝導性も良好になるから、接着剤と基体との間にクラックが生じないで、信頼性のすこぶる高い発熱体を提供することができる。
【０１１１】
請求項４の発明によれば、請求項１ないし３の効果を奏する定着装置を提供することができる。
【０１１２】
請求項５の発明によれば、請求項１ないし３の効果を奏す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】本発明の発熱体の第１の実施形態を示す正面図
【図２】同じく背面図
【図３】本発明の発熱体の第１の実施形態におけるの要部拡大背面図
【図４】同じく温度センサの固定状態を示す要部拡大背面図
【図５】同じく基体を横断する方向の要部拡大断面図
【図６】同じく基体を縦断する方向の要部拡大断面図
【図７】本発明の発熱体の第２の実施形態を示す一部切欠拡大正面図
【図８】本発明の定着装置の一実施形態を示す概念的断面図
【図９】本発明の画像形成装置の第１の実施形態を示すレーザビームプリンタの概念図
【図１０】本発明の画像形成装置の第２の実施形態を示す複写機の概念図
【符号の説明】
１…基体
５…温度センサ
６…制御用導電体パターン
８ｂ…導電スルーホール
９…接着剤
Claims (5)
- 電気絶縁性の細長い基体と；
基体の長手方向に沿って基体の面に被着された細長い抵抗発熱体と；
少なくとも一部が基体上において抵抗発熱体の熱を感知可能な位置に形成されている互いに離間した一対の導電体パターンと；
電気絶縁性の基材上にマウントされ、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置において導電体パターンに跨って導電的に接続されて配設されたチップ状の温度センサと；
熱伝導率が基体およびまたは温度センサの基材と同等以上の微粉末フィラーを７６±１重量％含有し、温度センサおよび基体の間を固定するように施与されたポリイミド系の接着剤と；
を具備していることを特徴とする発熱体。 - 電気絶縁性の細長い基体と；
基体の長手方向に沿って基体の面に被着された細長い抵抗発熱体と；
少なくとも一部が基体上において抵抗発熱体の熱を感知可能な位置に形成されている互いに離間した一対の導電体パターンと；
電気絶縁性の基材上にマウントされ、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置において導電体パターンに跨って導電的に接続されて配設されたチップ状の温度センサと；
熱膨張率が基体およびまたは温度センサの基材のそれに近くなるように基体およびまたは温度センサの基材の熱膨張率より熱膨張率が小さい微粉末フィラーを７６±１重量％含有し、温度センサおよび基体の間を固定するように施与されたポリイミド系の接着剤と；
を具備していることを特徴とする発熱体。 - 電気絶縁性の細長い基体と；
基体の長手方向に沿って基体の面に被着された細長い抵抗発熱体と；
少なくとも一部が基体上において抵抗発熱体の熱を感知可能な位置に形成されている互いに離間した一対の導電体パターンと；
電気絶縁性の基材上にマウントされ、抵抗発熱体の熱を感知可能な位置において導電体パターンに跨って導電的に接続されて配設されたチップ状の温度センサと；
基体およびまたは温度センサの基材と同一の材質からなる微粉末フィラーを７６±１重量％含有し、温度センサおよび基体の間を固定するように施与されたポリイミド系の接着剤と；
を具備していることを特徴とする発熱体。 - 請求項１ないし３のいずれか一記載の発熱体と；
発熱体と圧接関係を有して配設された加圧用ローラと；
を具備していることを特徴とする定着装置。 - 形成された静電潜像にトナーを付着させて反転画像を形成し、反転画像を被定着体に転写して画像を形成する画像形成手段と；
被定着体に付着したトナーを融着させて画像を定着させる請求項４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。
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