JPH06289740A - ヒーター、定着装置及び定着装置組込機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ジャミング発生を低減し、安定した定着が行え
るヒーターならびにこのヒーターを使用した定着装置、
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。 【構成】薄くて長尺の板状で、長手方向に沿って一方の
面が凹むように緩い湾曲を有する電気絶縁性の基板を用
い、この基板の凹みを形成する前記一方の面に長手方向
に沿って帯状の抵抗発熱体を形成したことを特徴とす
る。 【効果】動作時に抵抗発熱体側が凸となるようにゆるく
湾曲するのでジャミング発生を低減でき、またこの湾曲
が強すぎないので紙の両端を含めて安定した定着が行え
る。

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ヒーターに関し、特に基板構造に係
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】この様なヒーターのとして、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、ア
ルミナセラミ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コピー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接するように通過するコピー紙に付
着しているトナーを溶融して定着させる。

【０００５】こ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。まずコピー紙の
搬送方向と直交する両側での定着不良が発生し易く、こ
れを改善するために定着ローラーの圧力を増やしたり、
定着ローラーの外径に変化を加えると、かえってコピー
紙が皺を形成する所謂ジャミングが発生するという問題
が生じた。

【０００６】そこで本発明の目的は、ジャミング発生を
低減し、安定した定着が行えるヒーターならびにこのヒ
ーターを使用した定着装置、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】上記目的を達成するため
に本願発明の請求項１記載のヒーターは、薄くて長尺の
板状で、長手方向に沿って一方の面が凹むように緩い湾
曲を有する電気絶縁性の基板を用い、この基板の凹みを
形成する前記一方の面に長手方向に沿って帯状の抵抗発
熱体を形成したことを特徴とする。

【０００８】請求項２記載のヒーターは請求項１におい
て前記抵抗発熱体が発熱したとき、前記基板が前記一方
の面が膨出する緩い湾曲を形成することを特徴とする。

【０００９】請求項３記載のヒーターは、電気絶縁性の
基板が薄くて長尺の板状であり、この基板の一方の面に
長手方向に沿って帯状の抵抗発熱体を形成したもので、
基板は動作していないときは、長手方向に沿って前記一
方の面が凹む緩い湾曲を形成し、動作しているときは長
手方向に沿って前記一方の面が膨出する緩い湾曲を形成
するものであることを特徴とする。

【００１０】請求項４記載のヒーターは、請求項１ない
し３において、抵抗発熱体が厚膜印刷形成されたもので
あることを特徴とする。

【００１１】請求項５記載のヒーターは、請求項１ない
し４において、基板の表面に接着剤で接着固定された部
品を有することを特徴とする。

【００１２】請求項６記載のヒーターは、請求項１ない
し５において、発熱体の上に、ガラス層を積層している
ことを特徴とする。

【００１３】請求項７記載の定着装置は、請求項１ない
し６のヒーターをトナー定着用ヒーターとして組込んだ
ことを特徴とする。

【００１４】請求項８の定着装置組込機器は請求項７記
載の定着装置を組込んだことを特徴とする。

【００１５】

【作用】本願発明の請求項１ないし６記載のヒーター
は、動作時に抵抗発熱体側が凸となるようにゆるく湾曲
するのでジャミング発生を低減でき、またこの湾曲が強
すぎないので紙の両端を含めて安定した定着が行える。

【００１６】特に本願発明の請求項５記載のヒーター
は、ジャミング発生低減と安定した定着の他、湾曲が強
すぎないので接着剤で固定した部品の剥がれが低減でき
る。

【００１７】請求項７の定着装置は請求項１ないし６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。

【００１８】請求項８の定着装置組込機器は、請求項７
記載の定着装置を組込んだものである。

【００１９】

【実施例】以下に本願発明の実施例を図１〜８を参照し
て説明する。

【００２０】図１ないし３は、本願発明を、複写機等の
トナー定着用ヒーターに応用したときの定着ヒーターの
平面図、裏面図および正面図である。このヒーターは厚
さは約１ｍｍの細長い１０ｍｍ×３００ｍｍのアルミナ
セラミックス基板１を有している。図３から判るよう
に、この基板１は、前面１ａ側に凹むように湾曲してい
る。この基板１の前面１ａ上に銀・パラジウム系の抵抗
材料により厚膜印刷技術により形成された幅約１ｍｍ、
長さ約２５ｍｍの帯状の抵抗発熱体３が形成されてい
る。抵抗発熱体のパラジウム濃度は抵抗温度係数が最も
小さくなる、したがって抵抗値の変動の小さくなる５５
％近傍である。厚膜印刷技術により抵抗体あるいは導体
を形成する場合、所定の金属または合金と硝子成分の各
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おこない、所定の抵
抗あるいは導体パターンを形成する。この抵抗発熱体３
も銀・パラジウム系合金を含有したペーストを塗布焼成
したものである。抵抗発熱体３の抵抗値は３０オームで
あり、電流は瞬間的に３〜４アンペア流れる。この結果
抵抗発熱体３の動作時の温度は３００度である。

【００２１】基板１の前面１ａならびに裏面１ｂ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１
１が厚膜印刷により形成されている。これらは第一電極
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の順に電気的に閉回路を構成して
いる。

【００２２】第一導体パターン９と第二導体パターン１
１は発熱を避けるため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の内表面または第一スルーホー
ル１３内を充填した導体（図示せず）により電気的に接
続されている。第一スルーホール１３の内表面または第
一スルーホール１３内を充填した導体は第一導体パター
ン９と第二導体パターン１１を厚膜印刷形成する際、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２の接続部９ａは抵抗発熱体２の上に第一導体
パターン９が積層された構造となっている。

【００２３】基板１の前面１ａ側の第一電極５は抵抗発
熱体２の端部に部分的に積層され、電気的にも接続され
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と同一の銀を主成分とし、第二導体パターン
１１と同時にかつ連続的に印刷形成されている。

【００２４】第一電極５は、上述の通り、抵抗発熱体２
の端部に部分的に積層されているがそれ自体、図４に示
すように積層構造を有している。すなわち第二電極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が積層されて
いる。銀・プラチナ合金ならばプラチナ濃度は０．８〜
１．０％前後であり、銀・パラジウム合金ならばパラジ
ウム濃度は２〜３％である。

【００２５】基板１の裏面１ｂには図２に示されるよう
に互いに平行な２本の第三導体パターン１７と第四導体
パターン１９が離間して厚膜印刷形成され、一方の端部
に、第三導体パターン１７と第四導体パターン１９を電
気的に橋絡するサーミスタ２１が設けられている。第三
導体パターン１７と第四導体パターン１９の材料は、銀
ペーストを塗布焼成したものであり、焼成後は銀が主成
分となっている。サーミスタ２１は抵抗発熱体３の真裏
に位置している。第三導体パターン１７と第四導体パタ
ーン１９の他端部はスーホール２３を介して、前面１ａ
側の第三電極２５、第四電極２７と電気的に接続されて
いる。スーホール２３の構成はスーホール１３と同一で
ある。

【００２６】サーミスタ２１は図５の断面図で示すよう
に導電性接着剤２９で第三導体パターン１７と第四導体
パターン１９に電気的かつ機械的に固定されている。図
５は図２のＹ−Ｙ´線に沿った断面図である。導電性接
着剤２９は第三導体パターン１７と第四導体パターン１
９の表面に複数の領域に分割して付けられた後、上から
サーミスタ２１を載せて接着固定されている。複数の領
域に分割して付けられた導電性接着剤２９の様子は、サ
ーミスタ２１を取り付ける前の基板１の裏面１ｂを表す
図６の円Ａで囲まれた部分を拡大した図７に示されてい
る。この実施例では導電性接着剤２９は第三導体パター
ン１７と第四導体パターン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ている。
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。

【００２７】サーミスタ２１と基板１との間には図５に
示す様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
が好適であり、溶剤に溶かされた状態の前記ポリイミド
系樹脂をサーミスタ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サー
ミスタ２１と基板１との間に固着させている。

【００２８】上記サーミスタ２１は抵抗発熱体３と基板
１を介して熱結合しており、抵抗発熱体３の温度変化に
基づいてその抵抗値が変化する。第三電極２５、第四電
極２７はサーミスタ２１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
熱体の温度に基づいてヒーター温度制御が行われる機構
になっている。

【００２９】なお、理解をさまたげるので図面上は示さ
ないが、基板１の前面１ａならびに裏面１ｂの各種パタ
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ならびにサーミスタ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。この理由は、互いに近
接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。電極部分は電源供給部としてオーバー
コートできず、また、サーミスタ２１近傍はオーバーコ
ートのあとサーミスタ２１を回路パターンに接続するた
めにオーバーコートされていない。

【００３０】以上のヒーターは図８に示す様に、トナー
の定着用として定着装置に組込んで使用される。すなわ
ちコピー紙が定着装置に搬送されてくると、ヒーターの
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に付着しているトナー
を溶融して定着させる。

【００３１】なお図８は複写機の全体構成を示してお
り、４１は読み取り用の原稿を上面ガラスＧ上に載せて
左右に移動する原稿台、４３は露光用光源、４５は原稿
からの反射光をドラム４７上にに結像する光学系、４９
はトナーバック、５１はコピー紙Ｐをストック台Ｓから
搬送する送り出しローラー、５３はトナー回収装置、５
５は除電装置、５７はコピー紙搬送ベルト、５９は本発
明のヒーターＨを登載した定着装置、６１はコピー完了
紙載置台である。

【００３２】上記実施例では、基板１は、前面１ａ側に
凹むように湾曲している。しかし、ヒーターが動作して
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側が膨脹して、前面１ａ側に凹む
湾曲が解消され、むしろ裏面１ｂ側に凹む湾曲が生じ
る。この方向の湾曲は、定着されるコピー紙が抵抗発熱
体３の上を通過する際、紙の寄り等いわゆるジャミング
を無くすため、定着機構として必須のものであり、ま
た、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過ぎず、ジャミング防止に
とって好ましいものとなる。さらに裏面１ｂ側に凹む湾
曲が強くなり過ぎると紙の両端での定着が不良となりや
すいが、本発明の様に裏面１ｂ側に緩く凹む湾曲は、安
定した定着が行える。

【００３３】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
易くなるので、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のはこの導電性接着剤２９の
剥がれ抑制にも役立つ。

【００３４】上記実施例では、導電性接着剤２９は複数
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２９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と第四導体パ
ターン１９の領域からはみ出す虞が少なくなる。

【００３５】また、第三導体パターン１７と第四導体パ
ターン１９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ので、第三導体パターン１
７と第四導体パターン１９の間の電界強度は、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
レーションがこの部分で大きくなる。しかしながら、本
発明のように、導電性接着剤２９のはみ出しが無けれ
ば、上記のような原因によるマイグレーションが防止で
きる。したがって、サーミスタの動作は常に安定し、ヒ
ーターとして長期間適切な発熱を行うことができる。

【００３６】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が塗布形
成されているので、接着剤塗布だけのための特別な工程
を必要としない。

【００３７】以上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、長期間に亘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やプリンター又はファ
クシミリ等のＯＡ機器に組込んで使用した場合には非常
に鮮明な印刷画像を安定して提供することができる。上
記実施例では、導電性接着剤２９は各導電パターン毎に
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。また、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
合う導電性接着剤２９同志、繋がって一つになっていて
も良い。導電性接着剤２９が塗布される際、分割塗布さ
れていれば良い。

【００３８】また、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等が当接し、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、銀電極が解けて禿げてしまい、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。

【００３９】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良い。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
も良いし、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良い。

【００４０】さらに上記実施例では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る、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当たって温度変化にとも
なう入力電力の変動が小さくて済み、電源回路の許容電
力幅を小さくできるので電源回路を簡素化することが可
能となる。パラジウム濃度が５５％のときの抵抗温度係
数は、約８０ｐｐｍであり、最低２００ｐｐｍ（パラジ
ウム濃度は４５％ないし６５％の範囲内）、好ましくは
１００ｐｐｍ以下（パラジウム濃度は５０％ないし６０
％の範囲内）である。

【００４１】さらに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
している為、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に非常に伝わり易くなる。

【００４２】またサーミスタ２１と基板１との間に耐熱
樹脂３１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固定強度はとポ
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良
い。

【００４３】以上で説明した実施例はサーミスタを使用
したヒーターであるが本発明はヒーターに搭載する回路
部品はこれに限るものではなく、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かぎらない。

【００４４】

【発明の効果】本発明のヒーターならびにこのヒーター
を使用した定着装置、この定着装置を組み込んだ定着装
置組込機器によれば安定した定着とジャミング防止が達
成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒーターの実施例の平面図である。

【図２】本発明のヒーターの実施例の裏面図である。

【図３】本発明のヒーターの実施例の正面図である。

【図４】図１におけるヒーターのＸ−Ｘ´線に沿った部
分断面図である。

【図５】図１におけるヒーターのＹ−Ｙ´線に沿った断
面図である。

【図６】図１のヒーターからサーミスタ２１を取り除い
たときの平面図である。

【図７】図６のＡ部分の拡大図である。

【図８】本発明のヒーターを組み込んだ定着装置ならび
に定着装置組込機器の一実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１……基板、 １ａ……基板表面、 １ｂ……基板裏
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

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄くて長尺の板状であり、長手方向に沿っ
   て一方の面が凹むように緩い湾曲を有する電気絶縁性の
   基板と；前記基板の凹みを形成する前記一方の面に長手
   方向に沿って形成された帯状の抵抗発熱体と；を有する
   ことを特徴とするヒーター。
2. 【請求項２】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する緩い湾曲を形成することを特
   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、動作していない
   ときは長手方向に沿って一方の面が凹む緩い湾曲を形成
   し、動作しているときは長手方向に沿って前記一方の面
   が膨出する緩い湾曲を形成する電気絶縁性の基板と；前
   記基板の前記一方の面に長手方向に沿って形成された帯
   状の抵抗発熱体と；を有することを特徴とするヒータ
   ー。
4. 【請求項４】前記抵抗発熱体は厚膜印刷形成されたもの
   であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記
   載のヒーター。
5. 【請求項５】ヒーターは前記基板の表面に接着剤で接着
   固定された部品を有することを特徴とする請求項１ない
   し４のいずれか記載のヒーター。
6. 【請求項６】ヒーターは発熱体の上に、ガラス層を積層
   していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
   記載のヒーター。
7. 【請求項７】請求項１ないし６のいずれか記載のヒータ
   ーをトナー定着用ヒーターとして組込んだことを特徴と
   する定着装置。
8. 【請求項８】請求項７記載の定着装置を組込んだことを
   特徴とする定着装置組込機器。