JPH06176850A - ヒータおよび定着方法ならびに定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 万が一ヒータに過電流が流れ過熱した場合に
は、そのヒーターを破壊し、通電を強制的に停止し過熱
による発火を強制的に防止することを目的とする。 【構成】 電気絶縁性材料からなる基板１上の長手方向
に帯状に抵抗発熱体２を形成しこの抵抗発熱体２を覆っ
てガラス質のオーバーコート層３を設けたものにおい
て、上記オーバーコート層３中には気泡４、４、…を存
在させたヒータＨおよびこのヒータＨを用いた定着方法
ならびに定着装置である。 【作用】 抵抗発熱体に過電流が流れ発熱抵抗体が過熱
すると基板にクラックが入るとともに、この抵抗発熱体
を覆っているガラス質のオーバーコート層中の気泡が膨
脹し破裂してこのオーバーコート層を破壊する。このオ
ーバーコート層の破壊により基板がばらばらになり、ヒ
ータは破壊され通電は強制的に停止し、ヒータからの発
火を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえば複写機やフ
ァクシミリなどのトナー定着などに用いられるヒータお
よびこのヒータを用いた定着方法と定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば電子式複写機においては、トナ
ー像を形成した複写紙をヒータと加圧ローラとの間で挟
圧しながら通過させ、ヒータの熱によって複写紙を加熱
してトナーを溶着させて定着するようにしている。

【０００３】このようなヒータとしては、アルミナセラ
ミクスなどからなる細長の耐熱・電気絶縁性基板の表面
に、銀・パラジウム合金（Ａｇ／Ｐｄ）粉末などを水ガ
ラス（無機結着剤）、水溶性有機結着剤と混合したペー
ストを印刷塗布・焼成して細長い帯状の抵抗発熱体を形
成し、この抵抗発熱体の両端を幅広としこの部分に銀
（Ａｇ）などの良導体からなる膜を形成して端子部を構
成させ、さらにこの発熱抵抗体の表面をガラス質のオー
バーコート層で被覆して抵抗発熱体を磨耗、衝撃、酸化
などから保護したものが実用化されている。

【０００４】また、加圧ローラはヒータと平行な回転軸
を有するローラで、その表面は耐熱性弾性材料で構成さ
れ、ヒータのオーバーコート層に軽く弾接しながら回転
するようになっている。そして、複写紙がヒータと加圧
ローラとの間に供給されると、加圧ローラの回転によ
り、複写紙がヒータのオーバーコート層表面を滑りなが
ら搬送され、この間にヒータの熱によって複写紙上のト
ナーが加熱され定着されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】電気機器においては、
スペース、価格、他の部品との共通性や安全性を考慮し
て特別のものを除き、通常、その機器への定格入力電圧
よりも低い電圧や電流制御によって動作する各種部品が
使用できるよう設計し組立てられている。これは、上記
複写機においても同様で、定着用ヒータも複写機に給電
される電圧より低電圧か電流を制限することにより使用
されている。

【０００６】しかし、最近は機器の多様化などが望ま
れ、電圧や電流制御を行うに際しても複雑な回路とな
り、電子部品が増えるなどのことがあり、それだけ故障
などの不具合なことが発生する確率も高まってきてい
る。もちろん、電気機器においては各種の故障への対応
がとられ、それら故障が発生した場合は安全装置が動作
するようなされているが、二重、三重の安全装置が働か
なかったり、故障が他の回路にまで及んだりして予期し
ない事故の発生もある。

【０００７】たとえば上記のようなヒータを用いた複写
機において、温度調整用の電流制御回路が故障しヒータ
に過電流が流れても安全装置が動作しない場合は通電が
続きヒータが過熱して発火の虞があり、この発火を未然
に防ぐ手立てが必要である。また、ヒータ自体も抵抗発
熱体が反復加熱することから、発熱体が形成されている
アルミナセラミクスなどからなる基板に繰返し熱衝撃が
加わり、この基板に傷や異物などがあるとこれらに起因
してクラックが発生することがある。このように基板に
クラックが入り抵抗発熱体に影響を及ぼし過熱した場合
にも、上記と同様なことが考えられる。

【０００８】本発明はこのようなことに鑑みなされたも
ので、万が一ヒータに過電流が流れ過熱した場合には、
そのヒーターを破壊し通電を強制的に停止し過熱による
発火を強制的に防止することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のヒータは、電気絶縁性材料からなる基板上の長手方向
に帯状に抵抗発熱体を形成しこの抵抗発熱体を覆ってオ
ーバーコート層を設けたものにおいて、上記オーバーコ
ート層中には気泡を存在させたことを特徴としている。

【００１０】本発明の請求項２に記載の定着方法は、相
対する加圧ローラと上記請求項１に記載のヒータとの間
にトナー像を形成した複写紙を通過させトナーを溶着す
るようにしたことを特徴としている。

【００１１】本発明の請求項３に記載の定着装置は、加
圧ローラと上記請求項１に記載のヒータとを相対して配
置したことを特徴としている。

【００１２】

【作用】抵抗発熱体が形成してある基板において抵抗発
熱体に過電流が流れ発熱抵抗体が過熱すると基板にクラ
ックが入るとともに、この抵抗発熱体保護ため発熱体を
覆っているガラス質のオーバーコート層中の気泡が膨脹
し破裂してこのオーバーコート層を破壊する。このオー
バーコート層の破壊により基板がばらばらになり、ヒー
タは破壊され通電は強制的に停止し、ヒータからの発火
を防止する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明ヒータの実施例を図面を参照し
て説明する。図１はヒーターＨの平面図、図２（ａ）は
ヒーターＨの中心軸に沿って切断した断面を示す要部の
拡大断面側面図、図２（ｂ）はヒーターＨの中心軸と直
交する方向に切断した断面を示す要部の拡大断面側面図
である。図中１は耐熱・電気絶縁性材料たとえばアルミ
ナセラミクスからなる長さ約３００ｍｍ，幅約１０ｍ
ｍ，厚さ約１ｍｍの大きさの細長の基板である。２は基
板１の表面に長手方向に沿って形成された長さ約２３０
ｍｍ，幅約２ｍｍ、厚さ約１０μｍの銀・パラジウム合
金を主体とする抵抗発熱体、２１はこの抵抗発熱体２の
両端に連設形成した発熱体２と同材料の長さ約２５ｍ
ｍ、幅約７ｍｍの幅広な電極形成部である。また、２２
はこの電極形成部２１上に形成した電極層、３はこの抵
抗発熱体２の全面および電極形成部２１の一部を被覆し
て保護するガラス質のオーバーコート層、４、４、…は
このオーバーコート層中に形成した多数の気泡である。

【００１４】この抵抗発熱体２および電極形成部２１を
形成するには、まず、銀・パラジウム合金（Ａｇ／Ｐ
ｄ）やこれに酸化ルテニウムを加えた金属（Ａｇ／Ｐｄ
＋ＲｕＯ₂ ）の粉末と水ガラス（無機結着剤）、水溶性
有機結着剤などとを水で混練した導電性のペースト状塗
料を用意する。そして、このペースト状塗料を細長い基
板１上に印刷塗布し、乾燥したのち約８５０℃で約１０
分間焼成することにより行う。この焼成により、塗料中
に含まれていた残存水分が飛散し、ついで有機結着剤が
分解しガス化して飛散し、最後に水ガラスが脱水してガ
ラス質となり、この結果、銀・バラジウム粉末は薄い膜
となり基板１上にガラス質となって強固に結着され抵抗
発熱体２が形成される。

【００１５】ついで、この抵抗発熱体２の両端部分の表
面および基板１の裏面に抵抗発熱体２よりも接触電気抵
抗が小さい材料たとえば銀（Ａｇ），銀・プラチナ合金
（Ａｇ／Ｐｔ），金（Ａｕ），プラチナ（Ｐｔ）などの
金属ペーストを厚膜状に塗布し、乾燥したのち焼成して
電極層２２を形成する。

【００１６】そしてこの後、帯状の抵抗発熱体２部分、
この帯状部分と連接する電極形成部２１および基板１の
表面にガラス質のオーバーコート層３を形成する。この
オーバーコート層３の形成は、酸化鉛（ＰｂＯ）を主成
分としたＰｂＯ（５５〜８５Ｗｔ％）−Ｂ₂ Ｏ₃ （５〜
１５Ｗｔ％）−ＳｉＯ₂ （１０〜３０Ｗｔ％）系ガラス
の粉末をニトロセルローズ（有機結着剤）とともに有機
溶剤で混練りしてなる田中貴金属インターナショナル
（株）製のガラスペーストを塗布し、隙間なく連続した
塗膜を形成する。そして、乾燥した後、約７００℃で約
８分間焼成して、厚さ１５μｍ〜３０μｍのガラス層と
する。

【００１７】このガラスは融点が約６００℃で上記の抵
抗発熱体２を構成するペースト状塗料の焼成温度よりも
低く、ガラスペーストを上記抵抗発熱体２の帯状部分を
含む基板１の長手方向のコーティング予定部分に塗布、
乾燥させたのち焼成する。この焼成は溶融したガラスペ
ーストが基板１上に流れ、この表面が平坦で凹凸のない
状態に達したら早期に加熱を止める。この早期に加熱を
止めることで未だ軟化状態にあるガラス質のオーバーコ
ート層３中には多数の気泡があり、固化したのちに多数
の気泡４、４、…が残存される。

【００１８】このようなヒータＨは、両端の電極層２２
から通電すると電極形成部２１を除いた幅狭帯状部分の
抵抗発熱体２が発熱する。この正常の発熱時上記オーバ
ーコート層３中に残存させた気泡４、４、…は抵抗発熱
体２の温度上昇を何等阻害するものではない。また、こ
のヒータＨは、金属合金に含まれるパラジウムが電気的
な抵抗要素となり、その比率によって発熱体２の抵抗値
が調節される。本実施例では、約３２オーム［Ω］の抵
抗値を有し、７０Ｖの電圧印加により約２．２Ａの電流
が流れ、約１５５Ｗの発熱量となる。

【００１９】また、オーバーコート層３は抵抗発熱体２
の帯状部分だけでなく電極形成部２１の部分にまで塗布
しておいた方が好ましい。これは抵抗発熱体２の帯状部
分と幅広な電極形成部２１の境界付近の温度勾配が急な
ために、この付近の抵抗発熱体２が断線する可能性が高
いが、この部分をガラス質のオーバーコート層３て覆う
ことにより、この危険性を低減している。

【００２０】また、図３および図４は上記ヒータＨを組
込んだ複写機やファクシミリなどの定着装置の一例を示
し、図中ヒータＨ部分は上記図１と同じであるので同一
部分には同一の符号を付してその説明は省略する。Ｒは
加圧ローラで、両端面に回転軸５１を突設した円筒形ロ
ーラ本体５２の表面に耐熱性弾性材料たとえばシリコー
ンゴム５３が嵌合してある。そして、この加圧ローラＲ
の回転軸５１と対向して定着用ヒータＨが並置してあ
り、上記シリコーンゴム５３はヒータＨの抵抗発熱体２
の真上のオーバーコート層３表面に軽く弾接している。
なお、６は燐青銅版などからなる弾性が付与されたコネ
クタで、上記ヒータＨの電極層２２に当接してヒータＨ
への給電をなす。

【００２１】そして、複写機はたとえば商用１００Ｖの
電圧で使用され、上記ヒータＨは複写機内にある電流制
御器によって電流が制御され通電される。ヒータＨは上
記と同様に電極層２２を通じ通電され定格の約２００℃
に発熱した抵抗発熱体２のオーバーコート層３表面とシ
リコーンゴム５３との間に複写紙Ｐが挟圧され、加圧ロ
ーラＲの回転により複写紙Ｐは矢印方向に搬送されてト
ナーの定着がなされる。 そして、たとえば温度調整用
の電流制御回路を構成する半導体などの電子部品に異常
を生じ過電流がヒータＨに流入したにも拘らず、電流制
御器などに接続した安全器が動作しない場合、抵抗発熱
体２には定格より高い電流が流れ過熱する。この高電流
の供給が続くと抵抗発熱体２は所定より高温になり、こ
の抵抗発熱体２が形成してある基板１および抵抗発熱体
２を覆っているガラス質のオーバーコート層３も伝導熱
と輻射熱によって高温となる。この定格以上の高温状態
が続くと、アルミナセラミックスからなる基板１は熱歪
みによりクラックを生じる。このクラックにより基板１
がばらばらになれば薄肉の抵抗発熱体２も分断され発熱
を続けないが、抵抗発熱体２の表面に形成してあるガラ
ス質のオーバーコート層３は軟化に近い粘性が高い状態
にあって、基板１がばらばらになるのを抑えている様相
にある。

【００２２】しかし、本発明の構成であればガラス質の
オーバーコート層３中に残存させた気泡４、４、…が高
熱により膨脹し、内圧が高まってつぎつぎと破裂してい
きその歪状況を変化させてオーバーコート層３にもクラ
ックが入り、基板１のクラックと相俟って基板１はばら
ばらになり薄肉の抵抗発熱体２も分断され電気的接続が
完全に絶たれる。

【００２３】したがって、抵抗発熱体２からの発熱は停
止され、複写機から発火するなどの不測の事態を解消で
きる。

【００２４】本発明者等は上記図１の構成のヒータＨを
複写機に実装して試験した結果は下述の通りであった。
基板１に抵抗値が約３２オーム［Ω］の抵抗発熱体２、
気泡４、４、…の含有率（オーバーコート層３の全体積
に対する気泡部の全体積の比率）を約０．０１％とした
オーバーコート層３を形成し、電極層２２、２２間に７
０Ｖの定格電圧を印加した場合、約２．２Ａの電流が流
れ、抵抗発熱体２（オーバーコート層３）の表面温度は
約２００℃であった。

【００２５】そして印加電圧を徐々に上げ８０ Ｖで、
電流が約２．５Ａとなり、抵抗発熱体２（オーバーコー
ト層３）の表面温度が約４００℃になったとき基板１に
クラックが発生したが、抵抗発熱体２の発熱は続いた。

【００２６】さらに、印加電圧を９５Ｖに上げたら、電
流は約３．０Ａとなり、抵抗発熱体２（オーバーコート
層３）の表面温度が約５００℃になったときオーバーコ
ート層３にクラックが生じるとともに基板１がばらばら
になりヒータＨは破壊した。もちろん、このように基板
１およびオーバーコート層３に熱衝撃によりクラックを
生じさせ分断させるには、予めこのヒータＨが使用され
る環境状態、安全度、基板１およびオーバーコート層３
の強度、歪量や気泡率、抵抗発熱体２の抵抗値、温度な
どを十分に検討し動作温度やタイミングを設定しなけれ
ばならないことはいうまでもない。

【００２７】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
たとえばガラス質のオーバーコート層の材質は実施例の
ものに限らない。また、気泡の製作はガラス原材料中に
発泡剤を混入させておいてもよい。また、層中の気泡は
オーバーコート層の全体部分ではなく一部分のみ加工温
度や材質などを変えるとかして部分的に集中して形成し
てもよい。

【００２８】また、基板の材質はアルミナセラミクスに
限らず、他のセラミクスやガラス、ポリイミド樹脂のよ
うな耐熱性の高い合成樹脂部材などであってもよい。ま
た、基板にはクラック時に分割しやすいよう切込みや部
分歪などを入れて低強度箇所を設けておいてもよく、こ
の部分に上記のように気泡を集中して形成してもよい。

【００２９】さらに、抵抗発熱体や電極層を形成する材
料は実施例のものに限らず、発熱温度やそれぞれ使用す
るヒータの状況に応じて適宜選べることはいうまでもな
く、基板上に形成した帯状の抵抗発熱体は１本に限らず
複数本形成してあるものであってもよい。

【００３０】さらに、上記実施例では抵抗発熱体への給
電を弾性のあるコネクタで行ったが、これに限らず電極
層に直接リード線を接続したものであっても差支えな
い。

【００３１】さらにまた、上記実施例ではオーバーコー
ト層表面に直接複写紙が接触したが、定着ヒータ保護や
紙送り用にプラスチックシートを介在させた間接的な接
触であってもよく、さらにまた、本発明のヒータはＯＡ
機器類の定着用に限らず、他の分野においても種々実用
化できるものである。

【００３２】

【発明の効果】以上の構成を有する本発明は、ヒータの
過熱時に安全装置などが作動しない場合に、ヒータの基
板を破壊して電気回路を確実に遮断してしまうので、過
熱によりＯＡ機器などが焼損することがなく、大事に至
らずに事故を未然に防ぐことが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すヒータの平面図である。

【図２】（ａ）は図１中の要部を示す縦断側面図、
（ｂ）は図１中の矢視Ｘ−Ｘ線の横断側面図である。

【図３】本発明の実施例を示す定着装置の一部断面正面
図。

【図４】図３中のＶ−Ｖ線における断面図。

【符号の説明】

Ｈ：ヒータ Ｒ：加圧ローラ Ｐ：複写紙 １：基板 ２：抵抗発熱体 ３：オーバーコート層 ４：気泡

───────────────────────────────────────────────────── 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３丁目３番９号 東芝エ ー・ブイ・イー株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気絶縁性材料からなる基板上の長手方
   向に帯状に抵抗発熱体を形成しこの抵抗発熱体を覆って
   オーバーコート層を設けたものにおいて、上記オーバー
   コート層中には気泡を存在させたことを特徴とするヒー
   タ。
2. 【請求項２】 相対する加圧ローラと上記請求項１に記
   載のヒータとの間にトナー像を形成した複写紙を通過さ
   せトナーを溶着するようにしたことを特徴とする定着方
   法。
3. 【請求項３】 加圧ローラと上記請求項１に記載のヒー
   タとを相対して配置したことを特徴とする定着装置。