JPH06290856A - 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】ヒーターの電極層を改良し、この電極層での発
熱を避けつつ、摩擦にも耐えられるよう、強度を向上し
たものを提供する。また、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】ヒーターは、電気絶縁性の基板上に発熱体を形
成するとともに、この発熱体と電気的に接続され、かつ
銀を主体に微量の金属が含有された電極層を形成したこ
とを特徴とする。 【効果】電極層の銀に微量の金属を添加することで、電
極層での発熱が避けられるとともに、摩擦にも耐えられ
る程度に強度が向上する。したがってこのようなヒータ
ーを搭載した定着装置ならびに定着装置組込機器は、長
期間の使用に際しても確実な動作を維持できる。

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、特に発熱温度を感
知する感熱部材の感度を向上させる為の構造に係わる。

【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
を応用したものが知られている。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、この抵抗発熱体の両端に銀電極
層を形成し、この電極を介して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】しかしながら、この銀
電極はヒーターの抵抗発熱を行わせるだけの大電流を流
しても、電極部分は発熱しないようにするという機能を
十分に果たすものの、発熱により、ヒーター全体の熱膨
張による伸縮を繰り返す結果、例えば電源側端子がスプ
リング機能を持ったクリップ等の場合、これと電極層が
擦れ合って、電極層が禿げてしまい、電極としての機能
を果たさなくなるという欠点があった。

【０００５】電源側端子と電極層が擦れ合っても電極層
が禿げないようにするために、別の金属に代えることが
考えられるが、例えば銅などは酸化してしまい、他の金
属も抵抗値が高くて発熱を生じるなどの欠点があった。

【０００６】そこで本発明は、ヒーターの電極層を改良
し、この電極層での発熱を避けつつ摩擦にも耐えられる
よう、強度を向上したものを提供することを目的とす
る。また、本発明は、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。

【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、電気絶縁性の
基板上に発熱体を形成するとともに、この発熱体と電気
的に接続され、かつ銀を主体に微量の金属が含有された
電極層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、電極層に銀を主体に０．５ないし１．５％のプラ
チナ金属を含有したものを用いたことを特徴とする。

【０００９】請求項３記載のヒーターは、請求項１にお
いて、電極層に銀を主体に２ないし４％のパラジウム金
属を含有したものを用いたことを特徴とする。

【００１０】請求項４記載のヒーターは、請求項１ない
し３のいずれかにおいて、発熱体および電極層を前記基
板上に厚膜印刷により形成したことを特徴とする。

【００１１】請求項５記載のヒーターは、請求項４にお
いて、電極層を発熱体の端部に積層したことを特徴とす
る。

【００１２】請求項６記載のヒーターは、請求項４にお
いて、発熱体の端部に銀を主成分とする電極下地層を積
層し、さらにこの電極下地層の上に電極層を積層してい
ることを特徴とする。 請求項７記載のヒーターは請求
項１ないし６において、発熱体が、直線的かつ帯状に形
成されている部分を有することを特徴とする。

【００１３】請求項８の定着装置は請求項７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。

【００１４】請求項９の定着装置組込機器は請求項９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５記載のヒーター
は、微量の金属を添加することで電極層での発熱が避け
られるとともに、摩擦にも耐えられる程度に強度が向上
する。

【００１６】特に請求項４記載のヒーターは、その電極
層を厚膜印刷技術を用いて、抵抗発熱体と共に容易に形
成できる。

【００１７】請求項６記載のヒーターは、電気伝導度が
異種金属との馴染みが良い銀の下地層が抵抗発熱体との
接触抵抗値を低減するので、電極層での発熱をさらに低
減する。

【００１８】本願発明の請求項７記載のヒーターは、発
熱体が、直線的かつ帯状に形成されている部分を有して
いるので定着ヒーターに適用できる。

【００１９】請求項８の定着装置は請求項７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。

【００２０】請求項９の定着装置組込機器は、請求項８
記載の定着装置を組込んだものである。

【００２１】

【実施例】以下に本願発明の実施例を図面を参照して説
明する。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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０．５〜
１．５％好ましくは、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２〜４％、好
ましくは２．５〜３％である。電極表面層５ｂが請求範
囲の電極層に該当する。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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こと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。銀・プラチナ合金ならばプラチナ濃度は０．５〜
１．５％好ましくは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２〜４％、好ま
しくは２．５〜３％である。

【００３５】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を設けず、電
極表面層５ｂだけでも良いし、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。

【００３６】なお、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２
１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。
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１７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。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】なお、上記実施例では、基板１は、前面１
ａ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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】

【発明の効果】本発明のヒーターは微量の金属を添加す
ることで、電極層での発熱が避けられるとともに、摩擦
にも耐えられる程度に強度が向上する。したがってこの
ようなヒーターを搭載した定着装置ならびに定着装置組
込機器は、長期間の使用に際しても確実な動作を維持で
きる。

【００４３】また、本発明のヒーターによれば、電極下
地層を形成した場合には電極での発熱をより一層低減す
ることが可能となり、このヒーターを組込んだ定着装置
ならびにこの定着装置を組み込んだ定着装置組込機器
も、長期に亘って安定した定着機能を維持することがで
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、 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、１
９……第三導体パターン、 ２１……サーミスタ、 ２
９……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 (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気絶縁性の基板と；前記基板上に形成さ
   れた発熱体と；前記基板上に形成され、前期発熱体と電
   気的に接続され、かつ銀を主体に微量の金属が含有され
   た電極層と；を有することを特徴とするヒーター。
2. 【請求項２】前記電極層は銀を主体に０．５ないし１．
   ５％のプラチナ金属が含有されたことを特徴とする請求
   項１記載のヒーター。
3. 【請求項３】前記電極層は銀を主体に２ないし４％のパ
   ラジウム金属が含有されたことを特徴とする請求項１記
   載のヒーター。
4. 【請求項４】前記発熱体および電極層は、前記基板上に
   厚膜印刷により形成されてい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】電極層は発熱体の端部に積層されているこ
   とを特徴とする請求項４記載のヒーター。
6. 【請求項６】発熱体の端部には銀を主成分とする電極下
   地層が積層され、この電極下地層の上に電極層が積層さ
   れていることを特徴とする請求項４記載のヒーター。
7. 【請求項７】前記発熱体は、直線的かつ帯状に形成され
   ている部分を有することを特徴とする請求項１ないし６
   のいずれか記載のヒーター。
8. 【請求項８】請求項７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。
9. 【請求項９】請求項８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。