JP2003215955A - 定着ヒータ、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】定着ヒータは、セラミックスのヒータ基板
２と、ヒータ基板２の表面に配設された抵抗発熱体１
と、少なくともそれぞれの一部がヒータ基板の裏面に設
けられた一対の第１導体パターン６ａ、６ｂと、抵抗発
熱体１と熱結合して一対の第１導体パターン６ａ、６ｂ
に電気接続し、セラミックスのサーミスタ基板およびサ
ーミスタ基板に形成した感熱部１２を備えたチップサー
ミスタ７と、チップサーミスタ７をヒータ基板２に接着
するとともに抵抗発熱体１とチップサーミスタ７とを熱
結合するセラミックスの粒子を含有する耐熱樹脂１１と
を具備していることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばプリンタや複写
機など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】複写機やプリンタなどの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。

【０００２】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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】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、セラミックスのヒータ基板と；ヒータ基板の表
面に配設された抵抗発熱体と；少なくともそれぞれの一
部がヒータ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
ンに電気接続し、セラミックスのサーミスタ基板および
サーミスタ基板に形成した感熱部を備えたチップサーミ
スタと；チップサーミスタをヒータ基板に接着するとと
もに抵抗発熱体とチップサーミスタとを熱結合するセラ
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。

【０００７】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、耐熱樹脂は、さらにチップ
サーミスタの感熱部を被覆していることを特徴としてい
る。

【０００８】請求項３の発明の定着装置は、請求項１ま
たは２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；を具備してい
ることを特徴としている。

【０００９】請求項４の発明の画像形成装置は、請求項
３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
発熱によりヒータ基板、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
構成されたヒータ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。

【００１０】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。

【００１１】請求項２の発明の定着ヒータは、耐熱樹脂
は、請求項1の構成に加えてさらにチップサーミスタの
感熱部を被覆しているため、チップサーミスタの温度検
知特性が一層良好になる。

【００１２】請求項３の発明の定着装置および請求項４
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。

【００１３】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。

【００１４】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はヒータ基板、３ａ、３ｂは第２導体パター
ン、４ａ、４ｂは第１端子、５は第１スルーホール、６
ａ、６ｂ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。

【００１５】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ヒータ基板
２の一方の面に形成されている。

【００１６】ヒータ基板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、ヒータ基板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４ｂは
ヒータ基板２の他方の面に形成され、さらに第１端子４
ｂ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。

【００１７】第１スルーホール５は、ヒータ基板２に形
成され、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。

【００１８】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。

【００１９】第１導体パターン６ａ、６ｂは、ヒータ基
板２の前記抵抗発熱体１と反対側の面すなわち裏面に上
記第２導体パターン３ａ、３ｂと同様の材料で平行して
形成されている。

【００２０】チップサーミスタ７は、ヒータ基板２の裏
面の前記抵抗発熱体１に正対する位置で第１導体パター
ン６ａ、６ｂ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
ナセラミックスのサーミスタ基板上に電気抵抗膜で感熱
部１２を形成した構造であり、かつ、この感熱部１２を
ヒータ基板２の裏面に向けてヒータ基板２に装着され
る。

【００２１】第２スルーホール８ａ、８ｂは、第１導体
パターン６ａ、６ｂのそれぞれに接続している。

【００２２】第２端子９ａ、９ｂは、ヒータ基板２の抵
抗発熱体１側の面すなわち正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。

【００２３】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とヒータ基板２との間に
充填されてチップサーミスタ７をヒータ基板２に接着し
ているとともに、抵抗発熱体１とチップサーミスタ７と
を熱結合する。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５〜５０％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−６
００（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。

【００２４】また、耐熱樹脂１１は、チップサーミスタ
７のサーミスタ基板および感熱部１２に付着して感熱部
１２を被覆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とヒータ基板２との間隙附近
に付着させ、毛細管現象により当該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とヒータ基板２との間に固着さ
せている。

【００２５】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
合しているので、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。

【００２６】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の発熱によりヒータ基板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ヒータ基板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
使用してもヒータ基板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。

【００２７】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、抵抗発熱体１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。

【００２８】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
が低過ぎてヒータ基板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
ることができるとともに、含有率が高すぎて耐熱樹脂１
１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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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を定着ヒータのヒータ基板２側
と反対の方向すなわち外側へ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のサーミスタ基板と定
着ヒータのヒータ基板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。

【００３２】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６ａ、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。

【００３３】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
発熱によりヒータ基板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ヒータ基板２およびチップサ
ーミスタ７のセラミックスのサーミスタ基板と熱膨張率
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ヒータ基板２と耐熱樹脂１
１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。

【００３４】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、抵抗発熱体１の温度がヒ
ータ基板２を介してチップサーミスタ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。

【００３５】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
てヒータ基板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。

【００３６】また、耐熱樹脂１０に含まれるセラミック
スの粒子、ヒータ基板２およびチップサーミスタ７のサ
ーミスタ基板の材質は、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。

【００３７】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。

【００３８】また、チップサーミスタ７をヒータ基板２
の第１導電パターン６ａ、６ｂに接続するのに導電性接
着剤の代わりに半田などを用いてもよい。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】定着フイルム１６は、定着ヒータ１４と加
圧ローラ１５の間に移動可能に配設設されている。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】定着装置１８は、図５に示す構成のもので
ある。

【００４６】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
のヒータ基板と、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
に電気接続し、セラミックスのサーミスタ基板およびサ
ーミスタ基板に形成した感熱部を備えたチップサーミス
タと；チップサーミスタをヒータ基板に接着するととも
に抵抗発熱体とチップサーミスタとを熱結合するセラミ
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、ヒータ基板
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、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、抵抗発熱体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。

【００４７】請求項２の発明によれば、耐熱樹脂は、さ
らにチップサーミスタの感熱部を被覆していることによ
り、チップサーミスタの温度検知特性が一層良好な定着
ヒータを提供することができる。

【００４８】請求項３の発明によれば、請求項１または
２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。

【００４９】請求項４の発明によれば、請求項３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…ヒータ基板、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 Ｆターム(参考） 2H033 AA18 AA23 BA26 BA31 BA32 BE03 3K058 AA42 AA45 BA18 CA23 CA61 CE02 CE13 CE19 CE21 CE28 DA05 GA06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックスのヒータ基板と；ヒータ基板
   の表面に配設された抵抗発熱体と；少なくともそれぞれ
   の一部がヒータ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
   ターンに電気接続し、セラミックスのサーミスタ基板お
   よびサーミスタ基板に形成した感熱部を備えたチップサ
   ーミスタと；チップサーミスタをヒータ基板に接着する
   とともに抵抗発熱体とチップサーミスタとを熱結合する
   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】耐熱樹脂は、さらにチップサーミスタの感
   熱部を被覆してい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】請求項１または２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；を具備していることを特徴とする定着装置。
4. 【請求項４】請求項３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。