JP4022283B2 - 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、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】
複写機、プリンタまたはファクシミリなどの画像形成装置において、トナーを定着させるための発熱体として、特開平６−３２４５８６号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
図１２は、従来の発熱体の一部切欠正面図である。
【０００４】
図１３は、同じく一部切欠背面図である。
【０００５】
図１４は、同じく要部拡大断面図である。
【０００６】
図において、１２１はアルミナセラミックス製の配線基板、１２２は厚膜抵抗発熱体、１２３は第１の導体パターン、１２４ａ、１２４ｂは一対の受電端子、１２５は第１のスルーホール、１２６はサーミスタ、１２７は第２の導体パターン、１２８は一対のスルーホール、１２９は一対の接続端子である。
【０００７】
厚膜抵抗発熱体１２２は、銀・パラジウム系合金を主成分とし、配線基板１２１の表面にスクリーン印刷により形成している。
【０００８】
第１の導体パターン１２３は、銀・白金系合金を主成分とする導体からなり、その一端が厚膜抵抗発熱体１２２の一端に接続し、中間が厚膜抵抗発熱体１２２に沿って延在し、他端は一方の受電端子１２４ａに接続している。
【０００９】
受電端子１２４ａ、１２４ｂは、電源側のコネクタに接続されて受電するためのもので、銀・白金系の導電体からなる。そして、他方の受電端子１２４ｂは、厚膜抵抗発熱体１２２の他端に直接接続している。
【００１０】
図３に示すように、サーミスタ１２６は、チップ状のもので、配線基板１２１の裏面において厚膜抵抗発熱体１２２に対向する位置に接着剤１３０によって固着されている。なお、図３は、サーミスタ１２６および配線基板１２１の第２の導体パターン１２７の図示を省略している。
【００１１】
一対の第２の導電パターン１２７、１２７は、それらの一端がサーミスタ１２６に接続され、他端が一対のスルーホール１２８、１２８に接続されている。
【００１２】
一対の接続端子１２９、１２９は、銀・白金系の導電体で、配線基板１２１の表面に配設され、スルーホール１２８に接続されている。そして、接続端子１２９は抵抗発熱体１２２の制御回路に設けたコネクタに接続されることにより、サーミスタ１２６を温度制御回路に挿入する。
【００１３】
そうして、この発熱体は、厚膜抵抗発熱体１２２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いという利点がある。このため、定着動作を行うときのみ発熱体に通電して発熱させる制御が可能となり、消費電力量を大幅に低減できる。
【００１４】
また、配線基板の裏面に配設されたチップ状のサーミスタ１２６により厚膜抵抗発熱体１２２の温度を測定し、厚膜抵抗発熱体１２２の温度が一定になるよう厚膜抵抗発熱体１２２への通電量を制御する。
【００１５】
他の従来技術として、サーミスタを厚膜印刷により形成する発熱体も提案されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、いずれの従来技術においても、サーミスタを設計するうえで重要な抵抗値およびＢ定数の調整は甚だ困難であった。
【００１７】
しかも、前者の場合には、サーミスタのチップを接着剤を用いて取り付けるために、長期間にわたる信頼性は必ずしも高くない。
【００１８】
また、後者の場合には、抵抗値およびＢ定数が材料組成によって決定されるために、その選択範囲が少ない。
【００１９】
ところで、この種の発熱体を定着用に使用する場合には、発熱体が組み込まれる画像形成装置の仕様により、被定着体たとえば紙のサイズおよび搬送スピードが違うので、これらに応じて発熱体の抵抗発熱体の形状、サイズを変更したり、温度制御の仕方を変更する必要がある。このような変更を前記従来技術を用いて行うには、抵抗発熱体の設計や温度制御回路を含めて設計する必要があり、そのため非常に手間と時間がかかる。その結果、開発コストが高くなるとともに、開発期間が長くなるという問題がある。
【００２０】
本発明は、サーミスタの構成を改良することにより、所望の抵抗値およびＢ定数を有する熱センサを備えた発熱体、これを用いた定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の発熱体は、電気絶縁性の配線基板と；配線基板に形成された抵抗発熱体と；抵抗発熱体の熱を受ける位置に厚膜印刷により互いに近接して形成され、かつ接続して配列された抵抗値およびＢ定数の異なる複数のサーミスタからなる熱センサと；配線基板に形成されて一端が熱センサに接続した一対の導体パターンと；各導体パターンの他端に接続した一対の端子パターンと；を具備していることを特徴としている。
【００２２】
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。
【００２３】
配線基板は、発熱体、熱センサ、導体パターンおよび端子パターンを形成する部分が電気絶縁性を有していればよい。アルミナ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を使用することができる。
【００２４】
導体パターンは、たとえばスクリーン印刷を用いた厚膜形成法によって形成するのに好適であるが、本発明はこれに限定されない。
【００２５】
端子パターンは、導体パターンと同様に厚膜形成法によって形成するのに好適であるが、本発明はこれに限定されない。
【００２６】
導体パターンおよび端子パターンを厚膜形成法により形成する場合、銀・パラジウム系の導体を用いることができるが、本発明はこれに限定されない。
【００２７】
さらに、配線基板は、セラミックスのように耐熱性のものが好適であるが、耐熱性は必須要件ではない。もちろん、基体の形状は自由である。したがって、平板に限らないで、必要なら３次元形状であってもよい。
【００２８】
抵抗発熱体は、特に材料、形状、寸法および製法などを問わないが、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、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が得られるように設定しやすい。
【００２９】
また、抵抗発熱体を保護コートによって被覆することができる。保護コートとしては、ガラス質または有機質の被膜を用いることができる。さらに、必要に応じて耐湿性の良好な保護コートで抵抗発熱体を被覆し、さらにその上を耐摩耗性の良好な保護コートを形成することもできる。
【００３０】
熱センサは、厚膜印刷により形成されたサーミスタからなるが、その特性としては負特性サーミスタおよび正特性サーミスタのいずれでもよい。
【００３１】
また、本発明におけるサーミスタは、互いに異なる抵抗値およびＢ定数を有する複数のサーミスタを備える。互いに異なるとは、抵抗値およびＢ定数のいずれかが異なっていればよい。なお、ここでＢ定数とは、サーミスタの抵抗変化の大きさを表す数値であって、次の式により求められる。
【００３２】
Ｂ＝ｌｎ（ＲＴ／Ｒ０）／（１／Ｔ−１／Ｔ０）
ただし、ｌｎは定数、ＲＴは温度Ｔ（Ｋ）における抵抗値、Ｒ０は基準温度Ｔ０（Ｋ）における抵抗値である。
【００３３】
そして、サーミスタに所望の抵抗値およびＢ定数を付与するためには、サーミスタの材料、膜厚、長さおよび配列などを適宜設定するものとする。材料により、サーミスタの抵抗値およびＢ定数を変えるには、たとえばマンガン、コバルトおよびニッケルなどの酸化物を組み合わせた抵抗材料に酸化ルテニウムをそれぞれ異なる比率で混合することにより、実現できる。
【００３４】
上記複数のサーミスタの配列としては、任意の接続形態をとることができる。たとえば並列接続、直列接続または直並列接続にすることができる。
【００３５】
本発明の発熱体は、定着用として好適であるが、これに限定されるものではなく、あらゆる用途に適応する。
【００３６】
さらに、熱センサの配設位置は抵抗発熱体の温度を感知することができる位置であれば、任意の位置にすることができる。たとえば配線基板を挟んで抵抗発熱体と対向する位置または抵抗発熱体と同一面で抵抗発熱体に隣接する位置に配設することができる。
【００３７】
さらにまた、熱センサを温度制御回路に接続するために、熱センサは一対の導体パターンおよび端子パターンに接続するが、最初にサーミスタを印刷し、次に導体パターンおよび端子パターンを印刷してもよいし、その逆であってもよい。
【００３８】
さらにまた、サーミスタをガラス質または有機質の保護コートによって被覆することができる。
【００３９】
そうして、本発明においては、熱センサが抵抗値およびＢ定数の異なる複数のサーミスタからなるので、それらの組み合わせを適当に設定するだけで熱センサ、ひいては発熱体としての所要の特性を得ることができる。このため、画像形成装置などの発熱体を組み込む機器の要求に応じた特性を有する発熱体を容易に得ることができる。
【００４０】
したがって、たとえば発熱体を定着装置に用いる場合、用紙サイズや搬送スピードに応じた最適の発熱体を提供できる。このことは、機器側においても、温度制御回路を設計変更することなく多様な要求仕様に適合させることができることを意味する。
【００４１】
また、本発明においては、熱センサが厚膜印刷であるから、チップ状のサーミスタに比べて発熱体から熱センサへの熱伝導が敏速に行われ、温度変動量の少ない制御が可能になる。
【００４２】
請求項２の発明の発熱体は、電気絶縁性の細長い配線基板と；配線基板の長手方向に沿って厚膜印刷により形成された銀・パラジウム系合金を主成分とする細長い抵抗発熱体と；抵抗発熱体の端部に接続された端子パターンと；抵抗発熱体の熱を受ける位置に厚膜印刷により互いに近接して形成され、かつ接続して配列された抵抗値およびＢ定数の異なる複数のサーミスタからなる熱センサと；配線基板に形成されて一端が熱センサに接続した一対の導体パターンと；各導体パターンの他端に接続した一対の端子パターンと；を具備していることを特徴としている。
【００４３】
本発明は、抵抗発熱体が銀・パラジウム系合金を主成分とする厚膜印刷により形成され、抵抗発熱体の端部に端子パターンを接続している点において、請求項１と異なる。
【００４４】
したがって、主要な構成要素である抵抗発熱体およびサーミスタをともに厚膜印刷により形成し、さらに要すれば導体パターンおよび端子パターンを含めて、全てを厚膜印刷により形成することができ、製造設備を少なくできる。
【００４５】
請求項３の発明の発熱体は、請求項１または２記載の発熱体において、熱センサは、一対の導体パターンの間に並列接続された複数のサーミスタからなることを特徴としている。
【００４６】
本発明においては、複数のサーミスタが並列接続されているため、熱センサ全体の抵抗値を単体時のそれより小さくできるので、発熱体を相対的に低い温度に制御する場合に適している。
【００４７】
請求項４の発明の発熱体は、請求項１または２記載の発熱体において、熱センサは、一対の導体パターンの間に直列接続された複数のサーミスタからなることを特徴としている。
【００４８】
本発明においては、複数のサーミスタが直列接続されているため、熱センサ全体の抵抗値を相対的に単体時のそれより大きくできるので、発熱体を相対的に高い温度に制御する場合に適している。
【００４９】
また、直列接続のサーミスタに対して、他のサーミスタを並列接続することにより、抵抗値およびＢ定数を微細に調整して設定することができる。
【００５０】
なお、請求項１ないし４の発明においては、サーミスタを厚膜形成した後に適宜の手段たとえばレーザトリミング、サンドブラストトリミングによってトリミングすることによって、熱センサの抵抗値を精度高く所定値に管理することができる。トリミングすることによって、トリミング痕が形成される。トリミングを行う方向は特段限定されないが、電流の通流方向に対して直角な方向にトリミングすることにより、抵抗値を比較的大きな範囲で、しかも容易に調整することができる。
【００５１】
請求項５の発明の定着装置は、請求項１ないし４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。
【００５２】
本発明は、請求項１ないし４の発熱体を用いることにより、所望の抵抗値およびＢ定数を有する熱センサを備え、多様な要求仕様に応え得る定着装置にすることができる。
【００５３】
請求項１ないし４記載の発明の発熱体を備えた画像形成装置は、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所定の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溶融させて画像を定着させる請求項５記載の定着装置と；を具備している。
【００５４】
本態様によれば、請求項１ないし４の構成を有する発熱体を備えて多様な要求仕様に応え得る画像形成装置にすることができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
【００５６】
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。
【００５７】
図２は、同じく背面図である。
【００５８】
図３は、同じく要部拡大背面図である。
【００５９】
図において、１は配線基板、２は抵抗発熱体、３ａ、３ｂは第１の端子パターン、４は第１の導体パターン、５は第１のスルーホール、６は熱センサ、７は一対の第２の導体パターン、８は第２の端子パターン、９は一対の第２のスルーホールである。
【００６０】
配線基板１は、アルミナセラミックスからなる細長い薄板である。
【００６１】
抵抗発熱体２は、パラジウムを５５重量％含有する銀・パラジウム系合金を主成分とする導電性材料を配線基板１の表面にスクリーン印刷し、乾燥後焼成して形成した厚膜の抵抗発熱体である。
【００６２】
第１の端子パターン３ａは、配線基板１の裏面に配設され、第１のスルーホール５および第１の導体パターン４を介して抵抗発熱体２の一端に接続している。他方の端子パターン３ｂは、配線基板１の表面に配設され、直接抵抗発熱体２の他端に接続されている。
【００６３】
第１の導体パターン４は、配線基板１の表面に配設され、その一端が抵抗発熱体２の他端に接続されている。
【００６４】
熱センサ６は、図２および図３から理解できるように、互いに近接して形成された第１のサーミスタ６ａおよび第２の６ｂからなり、配線基板１の裏面において抵抗発熱体２に対向する位置に厚膜印刷により形成されている。また、第１のサーミスタ６ａおよび第２の６ｂは、一対の第２の導体パターン７、７の一端間に接続することにより、並列接続して配列されている。なお、予め一対の第２の導体パターン７、７を配線基板１に形成し、その上に第１および第２のサーミスタ６ａ、６ｂを形成してある。
【００６５】
第２の導体パターン７の他端は、第２のスルーホール８に接続されている。
【００６６】
第２のスルーホール８は、配線基板１の表面に配設された一対の第２の端子パターン９に接続している。
【００６７】
図４は、本発明の発熱体の第２の実施形態における熱センサの部分を示す拡大背面図である。
【００６８】
図において、図１ないし図３と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００６９】
本実施形態は、第１のサーミスタ６ａおよび第２のサーミスタ６ｂにレーザトリミング痕６ L が形成されている点において、第１の実施形態と異なる。すなわち、レーザトリミング痕６ L によって、第１および第２のサーミスタ６ａ、６ｂの抵抗値を所定値に調整してある。
【００７０】
なお、本実施形態においては、最初に第１および第２のサーミスタ６ａ、６ｂを配線基板１に形成し、次に第２の導体パターン７、７を形成している。
【００７１】
図５は、本発明の発熱体の第３の実施形態を示す要部拡大背面図である。
【００７２】
図において、図１ないし図３と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００７３】
本実施形態は、第１のサーミスタ６ａおよび第２の６ｂを直列接続したものである。すなわち、中継端子１０を介して第１および第２のサーミスタ６ａ、６ｂは直列接続している。
【００７４】
図６は、本発明の発熱体の第４の実施形態を示す要部拡大背面図である。
【００７５】
図において、図１ないし図３と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００７６】
本実施形態は、３個のサーミスタ６ａ、６ｂ、６ｃを直並列接続したものである。すなわち、サーミスタ６ａおよび６ｂを中継端子１０と一方の第２の導体パターン７との間に並列接続し、これに対してサーミスタ６ｃを中継端子１０と一方の第２の導体パターン７との間に直列接続したものである。
【００７７】
図７は、２種のサーミスタの接続形態の変更による差を検証したグラフである。
【００７８】
図において、横軸は温度ｔ（℃）を、縦軸は抵抗値（ＫΩ）を、それぞれ示す。
【００７９】
曲線Ａは、第１のサーミスタ単体の温度−抵抗値特性曲線で、Ｂ（３２−８５）定数は３０３２（Ｋ）、Ｂ（１８０−２３０）定数は２９０２（Ｋ）である。
【００８０】
曲線Ｂは、第２のサーミスタ単体の温度−抵抗値特性曲線で、Ｂ（３２−８５）定数は２４２８（Ｋ）、Ｂ（１８０−２３０）定数は２４０８（Ｋ）である。
【００８１】
これに対して、これらの単体サーミスタを直列接続および並列接続した場合の温度−抵抗値特性およびＢ定数は以下のとおりである。
【００８２】
曲線Ｃは、直列接続の場合の温度−抵抗値特性曲線で、Ｂ（３２−８５）定数は２６２１（Ｋ）、Ｂ（１８０−２３０）定数は２５２６（Ｋ）である。
【００８３】
曲線Ｄは、並列接続の場合の温度−抵抗値特性曲線で、Ｂ（３２−８５）定数は２８３９（Ｋ）、Ｂ（１８０−２３０）定数は２７８４（Ｋ）である。
【００８４】
以上の結果から、抵抗値およびＢ定数の異なる複数のサーミスタを用いることにより、多様な抵抗値およびＢ定数を設定することができるのを理解できるであろう。
【００８５】
図８は、本発明の第５の実施形態を示す一部切欠正面図である。
【００８６】
図において、図１ないし図３と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００８７】
本実施形態は、熱センサ６を抵抗発熱体２と同一面において抵抗発熱体２に隣接して配設したものである。その結果、抵抗発熱体２および熱センサ６を始め全ての電気配線が配線基板１の表面側において配設されている。
【００８８】
図９は、本発明の定着装置の一実施形態を示す断面図である。
【００８９】
図において、１１は発熱体で、図１ないし図３に示す構造を有している。１２は加圧ローラで、発熱体１１と圧接関係を有しており、両者の間に被定着体１３を狭圧しながら搬送することにより、被定着体１３に付着しているトナー１３ａが発熱体の熱によって溶融し、定着が行われる。なお、被定着体１３と加圧ローラ６２との間にポリイミド樹脂製などの無端であるのを可とする搬送シートを介在させてもよい。１４は発熱体１１の支持体である。１５は定着装置本体で、以上の各構成要素を収容している。
【００９０】
図１０は、本発明の発熱体を備えた画像形成装置の第１の実施形態である複写機の概念図である。
【００９１】
図において、１６は読み取り装置、１７は画像形成手段、１８は定着装置、１９は画像形成装置本体である。
【００９２】
読み取り装置１６は、原紙を光学的に読み取って画像信号を形成する。
【００９３】
画像形成手段１７は、画像信号に基づいて感光ドラム１７ａ上に静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを付着させて反転顕像を形成し、これを紙などの被定着体に転写して画像を形成する。
【００９４】
定着装置１８は、図９に示した構造を有し、被定着体に付着したトナーを加熱溶融して定着する。
【００９５】
画像形成装置本体１９は、以上の各装置および手段１６、１７および１８を収納するとともに、搬送装置、電源装置および制御装置などを備えている。
【００９６】
図１１は、本発明の発熱体を備えた画像形成装置の第２の実施形態であるプリンタの概念図である。
【００９７】
図において、２１は画像形成手段、２２は定着装置、２３はプリンタ本体である。
【００９８】
画像形成手段２１は、レーザスキャナ２１ａおよび感光ドラム２１ｂなどを含んで構成され、外部から入力された画像信号に基づいて画像を形成する。
【００９９】
定着装置２２は、図９に示す構造を備えている。
【０１００】
プリンタ本体２３は、画像形成手段２１および定着装置２２を収納するとともに、搬送装置、電源装置および制御装置などを備えている。
【０１０１】
【発明の効果】
請求項１ないし４の各発明によれば、抵抗発熱体の熱を受ける熱センサを、互いに近接して形成され、かつ接続して配列された抵抗値およびＢ定数の異なる複数のサーミスタにより構成するとともに、配線基板に形成された一対の導体パターンの一端間に接続したので、任意所望の抵抗値およびＢ定数を有する熱センサを備えることが可能となり、これにより発熱体組み込み機器の多様な要求仕様に応えることができるとともに、熱センサは厚膜により形成しているので、抵抗発熱体からの熱伝導が敏速で温度変動範囲を小さく制御する発熱体を提供することができる。
【０１０２】
請求項２の発明によれば、加えて抵抗発熱体をも厚膜形成した定着用として好適な発熱体を提供することができる。
【０１０３】
請求項３の発明によれば、加えて複数のサーミスタを並列接続したことにより、抵抗発熱体を相対的に高い温度にする場合に適した発熱体を提供することができる。
【０１０４】
請求項４の発明によれば、加えて複数のサーミスタを直列接続したことにより、抵抗発熱体を相対的に高い温度にする場合に適した発熱体を提供することができる。
【０１０５】
請求項５の発明によれば、請求項１ないし４の効果を有する定着装置を提供することができる。
【０１０６】
請求項１ないし４の発明の発熱体を用いれば、請求項１ないし４の効果を有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】 同じく要部拡大背面図
【図４】 本発明の発熱体の第２の実施形態における熱センサの部分を示す要部拡大背面図
【図５】 本発明の発熱体の第３の実施形態を示す要部拡大背面図
【図６】 本発明の発熱体の第４の実施形態を示す要部拡大背面図
【図７】 ２種のサーミスタの接続形態の変更による差を検証したグラフ
【図８】 本発明の発熱体の第５の実施形態を示す一部切欠正面図
【図９】 本発明の定着装置の一実施形態を示す概念図
【図１０】 本発明の画像形成装置の第１の実施形態である複写機の概念図
【図１１】 本発明の画像形成装置の第２の実施形態であるプリンタの概念図
【図１２】 従来の発熱体の一部切欠正面図
【図１３】 同じく一部切欠背面図
【図１４】 同じく要部拡大断面図
【符号の説明】
１…配線基板
６…熱センサ
６ａ…第１のサーミスタ
６ｂ…第２のサーミスタ
７…第２の導体パターン
９…第２のスルーホール
【発明の属する技術分野】
本発明は、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】
複写機、プリンタまたはファクシミリなどの画像形成装置において、トナーを定着させるための発熱体として、特開平６−３２４５８６号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
図１２は、従来の発熱体の一部切欠正面図である。
【０００４】
図１３は、同じく一部切欠背面図である。
【０００５】
図１４は、同じく要部拡大断面図である。
【０００６】
図において、１２１はアルミナセラミックス製の配線基板、１２２は厚膜抵抗発熱体、１２３は第１の導体パターン、１２４ａ、１２４ｂは一対の受電端子、１２５は第１のスルーホール、１２６はサーミスタ、１２７は第２の導体パターン、１２８は一対のスルーホール、１２９は一対の接続端子である。
【０００７】
厚膜抵抗発熱体１２２は、銀・パラジウム系合金を主成分とし、配線基板１２１の表面にスクリーン印刷により形成している。
【０００８】
第１の導体パターン１２３は、銀・白金系合金を主成分とする導体からなり、その一端が厚膜抵抗発熱体１２２の一端に接続し、中間が厚膜抵抗発熱体１２２に沿って延在し、他端は一方の受電端子１２４ａに接続している。
【０００９】
受電端子１２４ａ、１２４ｂは、電源側のコネクタに接続されて受電するためのもので、銀・白金系の導電体からなる。そして、他方の受電端子１２４ｂは、厚膜抵抗発熱体１２２の他端に直接接続している。
【００１０】
図３に示すように、サーミスタ１２６は、チップ状のもので、配線基板１２１の裏面において厚膜抵抗発熱体１２２に対向する位置に接着剤１３０によって固着されている。なお、図３は、サーミスタ１２６および配線基板１２１の第２の導体パターン１２７の図示を省略している。
【００１１】
一対の第２の導電パターン１２７、１２７は、それらの一端がサーミスタ１２６に接続され、他端が一対のスルーホール１２８、１２８に接続されている。
【００１２】
一対の接続端子１２９、１２９は、銀・白金系の導電体で、配線基板１２１の表面に配設され、スルーホール１２８に接続されている。そして、接続端子１２９は抵抗発熱体１２２の制御回路に設けたコネクタに接続されることにより、サーミスタ１２６を温度制御回路に挿入する。
【００１３】
そうして、この発熱体は、厚膜抵抗発熱体１２２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いという利点がある。このため、定着動作を行うときのみ発熱体に通電して発熱させる制御が可能となり、消費電力量を大幅に低減できる。
【００１４】
また、配線基板の裏面に配設されたチップ状のサーミスタ１２６により厚膜抵抗発熱体１２２の温度を測定し、厚膜抵抗発熱体１２２の温度が一定になるよう厚膜抵抗発熱体１２２への通電量を制御する。
【００１５】
他の従来技術として、サーミスタを厚膜印刷により形成する発熱体も提案されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、いずれの従来技術においても、サーミスタを設計するうえで重要な抵抗値およびＢ定数の調整は甚だ困難であった。
【００１７】
しかも、前者の場合には、サーミスタのチップを接着剤を用いて取り付けるために、長期間にわたる信頼性は必ずしも高くない。
【００１８】
また、後者の場合には、抵抗値およびＢ定数が材料組成によって決定されるために、その選択範囲が少ない。
【００１９】
ところで、この種の発熱体を定着用に使用する場合には、発熱体が組み込まれる画像形成装置の仕様により、被定着体たとえば紙のサイズおよび搬送スピードが違うので、これらに応じて発熱体の抵抗発熱体の形状、サイズを変更したり、温度制御の仕方を変更する必要がある。このような変更を前記従来技術を用いて行うには、抵抗発熱体の設計や温度制御回路を含めて設計する必要があり、そのため非常に手間と時間がかかる。その結果、開発コストが高くなるとともに、開発期間が長くなるという問題がある。
【００２０】
本発明は、サーミスタの構成を改良することにより、所望の抵抗値およびＢ定数を有する熱センサを備えた発熱体、これを用いた定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の発熱体は、電気絶縁性の配線基板と；配線基板に形成された抵抗発熱体と；抵抗発熱体の熱を受ける位置に厚膜印刷により互いに近接して形成され、かつ接続して配列された抵抗値およびＢ定数の異なる複数のサーミスタからなる熱センサと；配線基板に形成されて一端が熱センサに接続した一対の導体パターンと；各導体パターンの他端に接続した一対の端子パターンと；を具備していることを特徴としている。
【００２２】
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。
【００２３】
配線基板は、発熱体、熱センサ、導体パターンおよび端子パターンを形成する部分が電気絶縁性を有していればよい。アルミナ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を使用することができる。
【００２４】
導体パターンは、たとえばスクリーン印刷を用いた厚膜形成法によって形成するのに好適であるが、本発明はこれに限定されない。
【００２５】
端子パターンは、導体パターンと同様に厚膜形成法によって形成するのに好適であるが、本発明はこれに限定されない。
【００２６】
導体パターンおよび端子パターンを厚膜形成法により形成する場合、銀・パラジウム系の導体を用いることができるが、本発明はこれに限定されない。
【００２７】
さらに、配線基板は、セラミックスのように耐熱性のものが好適であるが、耐熱性は必須要件ではない。もちろん、基体の形状は自由である。したがって、平板に限らないで、必要なら３次元形状であってもよい。
【００２８】
抵抗発熱体は、特に材料、形状、寸法および製法などを問わないが、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、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が得られるように設定しやすい。
【００２９】
また、抵抗発熱体を保護コートによって被覆することができる。保護コートとしては、ガラス質または有機質の被膜を用いることができる。さらに、必要に応じて耐湿性の良好な保護コートで抵抗発熱体を被覆し、さらにその上を耐摩耗性の良好な保護コートを形成することもできる。
【００３０】
熱センサは、厚膜印刷により形成されたサーミスタからなるが、その特性としては負特性サーミスタおよび正特性サーミスタのいずれでもよい。
【００３１】
また、本発明におけるサーミスタは、互いに異なる抵抗値およびＢ定数を有する複数のサーミスタを備える。互いに異なるとは、抵抗値およびＢ定数のいずれかが異なっていればよい。なお、ここでＢ定数とは、サーミスタの抵抗変化の大きさを表す数値であって、次の式により求められる。
【００３２】
Ｂ＝ｌｎ（ＲＴ／Ｒ０）／（１／Ｔ−１／Ｔ０）
ただし、ｌｎは定数、ＲＴは温度Ｔ（Ｋ）における抵抗値、Ｒ０は基準温度Ｔ０（Ｋ）における抵抗値である。
【００３３】
そして、サーミスタに所望の抵抗値およびＢ定数を付与するためには、サーミスタの材料、膜厚、長さおよび配列などを適宜設定するものとする。材料により、サーミスタの抵抗値およびＢ定数を変えるには、たとえばマンガン、コバルトおよびニッケルなどの酸化物を組み合わせた抵抗材料に酸化ルテニウムをそれぞれ異なる比率で混合することにより、実現できる。
【００３４】
上記複数のサーミスタの配列としては、任意の接続形態をとることができる。たとえば並列接続、直列接続または直並列接続にすることができる。
【００３５】
本発明の発熱体は、定着用として好適であるが、これに限定されるものではなく、あらゆる用途に適応する。
【００３６】
さらに、熱センサの配設位置は抵抗発熱体の温度を感知することができる位置であれば、任意の位置にすることができる。たとえば配線基板を挟んで抵抗発熱体と対向する位置または抵抗発熱体と同一面で抵抗発熱体に隣接する位置に配設することができる。
【００３７】
さらにまた、熱センサを温度制御回路に接続するために、熱センサは一対の導体パターンおよび端子パターンに接続するが、最初にサーミスタを印刷し、次に導体パターンおよび端子パターンを印刷してもよいし、その逆であってもよい。
【００３８】
さらにまた、サーミスタをガラス質または有機質の保護コートによって被覆することができる。
【００３９】
そうして、本発明においては、熱センサが抵抗値およびＢ定数の異なる複数のサーミスタからなるので、それらの組み合わせを適当に設定するだけで熱センサ、ひいては発熱体としての所要の特性を得ることができる。このため、画像形成装置などの発熱体を組み込む機器の要求に応じた特性を有する発熱体を容易に得ることができる。
【００４０】
したがって、たとえば発熱体を定着装置に用いる場合、用紙サイズや搬送スピードに応じた最適の発熱体を提供できる。このことは、機器側においても、温度制御回路を設計変更することなく多様な要求仕様に適合させることができることを意味する。
【００４１】
また、本発明においては、熱センサが厚膜印刷であるから、チップ状のサーミスタに比べて発熱体から熱センサへの熱伝導が敏速に行われ、温度変動量の少ない制御が可能になる。
【００４２】
請求項２の発明の発熱体は、電気絶縁性の細長い配線基板と；配線基板の長手方向に沿って厚膜印刷により形成された銀・パラジウム系合金を主成分とする細長い抵抗発熱体と；抵抗発熱体の端部に接続された端子パターンと；抵抗発熱体の熱を受ける位置に厚膜印刷により互いに近接して形成され、かつ接続して配列された抵抗値およびＢ定数の異なる複数のサーミスタからなる熱センサと；配線基板に形成されて一端が熱センサに接続した一対の導体パターンと；各導体パターンの他端に接続した一対の端子パターンと；を具備していることを特徴としている。
【００４３】
本発明は、抵抗発熱体が銀・パラジウム系合金を主成分とする厚膜印刷により形成され、抵抗発熱体の端部に端子パターンを接続している点において、請求項１と異なる。
【００４４】
したがって、主要な構成要素である抵抗発熱体およびサーミスタをともに厚膜印刷により形成し、さらに要すれば導体パターンおよび端子パターンを含めて、全てを厚膜印刷により形成することができ、製造設備を少なくできる。
【００４５】
請求項３の発明の発熱体は、請求項１または２記載の発熱体において、熱センサは、一対の導体パターンの間に並列接続された複数のサーミスタからなることを特徴としている。
【００４６】
本発明においては、複数のサーミスタが並列接続されているため、熱センサ全体の抵抗値を単体時のそれより小さくできるので、発熱体を相対的に低い温度に制御する場合に適している。
【００４７】
請求項４の発明の発熱体は、請求項１または２記載の発熱体において、熱センサは、一対の導体パターンの間に直列接続された複数のサーミスタからなることを特徴としている。
【００４８】
本発明においては、複数のサーミスタが直列接続されているため、熱センサ全体の抵抗値を相対的に単体時のそれより大きくできるので、発熱体を相対的に高い温度に制御する場合に適している。
【００４９】
また、直列接続のサーミスタに対して、他のサーミスタを並列接続することにより、抵抗値およびＢ定数を微細に調整して設定することができる。
【００５０】
なお、請求項１ないし４の発明においては、サーミスタを厚膜形成した後に適宜の手段たとえばレーザトリミング、サンドブラストトリミングによってトリミングすることによって、熱センサの抵抗値を精度高く所定値に管理することができる。トリミングすることによって、トリミング痕が形成される。トリミングを行う方向は特段限定されないが、電流の通流方向に対して直角な方向にトリミングすることにより、抵抗値を比較的大きな範囲で、しかも容易に調整することができる。
【００５１】
請求項５の発明の定着装置は、請求項１ないし４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。
【００５２】
本発明は、請求項１ないし４の発熱体を用いることにより、所望の抵抗値およびＢ定数を有する熱センサを備え、多様な要求仕様に応え得る定着装置にすることができる。
【００５３】
請求項１ないし４記載の発明の発熱体を備えた画像形成装置は、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所定の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溶融させて画像を定着させる請求項５記載の定着装置と；を具備している。
【００５４】
本態様によれば、請求項１ないし４の構成を有する発熱体を備えて多様な要求仕様に応え得る画像形成装置にすることができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
【００５６】
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。
【００５７】
図２は、同じく背面図である。
【００５８】
図３は、同じく要部拡大背面図である。
【００５９】
図において、１は配線基板、２は抵抗発熱体、３ａ、３ｂは第１の端子パターン、４は第１の導体パターン、５は第１のスルーホール、６は熱センサ、７は一対の第２の導体パターン、８は第２の端子パターン、９は一対の第２のスルーホールである。
【００６０】
配線基板１は、アルミナセラミックスからなる細長い薄板である。
【００６１】
抵抗発熱体２は、パラジウムを５５重量％含有する銀・パラジウム系合金を主成分とする導電性材料を配線基板１の表面にスクリーン印刷し、乾燥後焼成して形成した厚膜の抵抗発熱体である。
【００６２】
第１の端子パターン３ａは、配線基板１の裏面に配設され、第１のスルーホール５および第１の導体パターン４を介して抵抗発熱体２の一端に接続している。他方の端子パターン３ｂは、配線基板１の表面に配設され、直接抵抗発熱体２の他端に接続されている。
【００６３】
第１の導体パターン４は、配線基板１の表面に配設され、その一端が抵抗発熱体２の他端に接続されている。
【００６４】
熱センサ６は、図２および図３から理解できるように、互いに近接して形成された第１のサーミスタ６ａおよび第２の６ｂからなり、配線基板１の裏面において抵抗発熱体２に対向する位置に厚膜印刷により形成されている。また、第１のサーミスタ６ａおよび第２の６ｂは、一対の第２の導体パターン７、７の一端間に接続することにより、並列接続して配列されている。なお、予め一対の第２の導体パターン７、７を配線基板１に形成し、その上に第１および第２のサーミスタ６ａ、６ｂを形成してある。
【００６５】
第２の導体パターン７の他端は、第２のスルーホール８に接続されている。
【００６６】
第２のスルーホール８は、配線基板１の表面に配設された一対の第２の端子パターン９に接続している。
【００６７】
図４は、本発明の発熱体の第２の実施形態における熱センサの部分を示す拡大背面図である。
【００６８】
図において、図１ないし図３と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００６９】
本実施形態は、第１のサーミスタ６ａおよび第２のサーミスタ６ｂにレーザトリミング痕６ L が形成されている点において、第１の実施形態と異なる。すなわち、レーザトリミング痕６ L によって、第１および第２のサーミスタ６ａ、６ｂの抵抗値を所定値に調整してある。
【００７０】
なお、本実施形態においては、最初に第１および第２のサーミスタ６ａ、６ｂを配線基板１に形成し、次に第２の導体パターン７、７を形成している。
【００７１】
図５は、本発明の発熱体の第３の実施形態を示す要部拡大背面図である。
【００７２】
図において、図１ないし図３と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００７３】
本実施形態は、第１のサーミスタ６ａおよび第２の６ｂを直列接続したものである。すなわち、中継端子１０を介して第１および第２のサーミスタ６ａ、６ｂは直列接続している。
【００７４】
図６は、本発明の発熱体の第４の実施形態を示す要部拡大背面図である。
【００７５】
図において、図１ないし図３と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００７６】
本実施形態は、３個のサーミスタ６ａ、６ｂ、６ｃを直並列接続したものである。すなわち、サーミスタ６ａおよび６ｂを中継端子１０と一方の第２の導体パターン７との間に並列接続し、これに対してサーミスタ６ｃを中継端子１０と一方の第２の導体パターン７との間に直列接続したものである。
【００７７】
図７は、２種のサーミスタの接続形態の変更による差を検証したグラフである。
【００７８】
図において、横軸は温度ｔ（℃）を、縦軸は抵抗値（ＫΩ）を、それぞれ示す。
【００７９】
曲線Ａは、第１のサーミスタ単体の温度−抵抗値特性曲線で、Ｂ（３２−８５）定数は３０３２（Ｋ）、Ｂ（１８０−２３０）定数は２９０２（Ｋ）である。
【００８０】
曲線Ｂは、第２のサーミスタ単体の温度−抵抗値特性曲線で、Ｂ（３２−８５）定数は２４２８（Ｋ）、Ｂ（１８０−２３０）定数は２４０８（Ｋ）である。
【００８１】
これに対して、これらの単体サーミスタを直列接続および並列接続した場合の温度−抵抗値特性およびＢ定数は以下のとおりである。
【００８２】
曲線Ｃは、直列接続の場合の温度−抵抗値特性曲線で、Ｂ（３２−８５）定数は２６２１（Ｋ）、Ｂ（１８０−２３０）定数は２５２６（Ｋ）である。
【００８３】
曲線Ｄは、並列接続の場合の温度−抵抗値特性曲線で、Ｂ（３２−８５）定数は２８３９（Ｋ）、Ｂ（１８０−２３０）定数は２７８４（Ｋ）である。
【００８４】
以上の結果から、抵抗値およびＢ定数の異なる複数のサーミスタを用いることにより、多様な抵抗値およびＢ定数を設定することができるのを理解できるであろう。
【００８５】
図８は、本発明の第５の実施形態を示す一部切欠正面図である。
【００８６】
図において、図１ないし図３と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００８７】
本実施形態は、熱センサ６を抵抗発熱体２と同一面において抵抗発熱体２に隣接して配設したものである。その結果、抵抗発熱体２および熱センサ６を始め全ての電気配線が配線基板１の表面側において配設されている。
【００８８】
図９は、本発明の定着装置の一実施形態を示す断面図である。
【００８９】
図において、１１は発熱体で、図１ないし図３に示す構造を有している。１２は加圧ローラで、発熱体１１と圧接関係を有しており、両者の間に被定着体１３を狭圧しながら搬送することにより、被定着体１３に付着しているトナー１３ａが発熱体の熱によって溶融し、定着が行われる。なお、被定着体１３と加圧ローラ６２との間にポリイミド樹脂製などの無端であるのを可とする搬送シートを介在させてもよい。１４は発熱体１１の支持体である。１５は定着装置本体で、以上の各構成要素を収容している。
【００９０】
図１０は、本発明の発熱体を備えた画像形成装置の第１の実施形態である複写機の概念図である。
【００９１】
図において、１６は読み取り装置、１７は画像形成手段、１８は定着装置、１９は画像形成装置本体である。
【００９２】
読み取り装置１６は、原紙を光学的に読み取って画像信号を形成する。
【００９３】
画像形成手段１７は、画像信号に基づいて感光ドラム１７ａ上に静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを付着させて反転顕像を形成し、これを紙などの被定着体に転写して画像を形成する。
【００９４】
定着装置１８は、図９に示した構造を有し、被定着体に付着したトナーを加熱溶融して定着する。
【００９５】
画像形成装置本体１９は、以上の各装置および手段１６、１７および１８を収納するとともに、搬送装置、電源装置および制御装置などを備えている。
【００９６】
図１１は、本発明の発熱体を備えた画像形成装置の第２の実施形態であるプリンタの概念図である。
【００９７】
図において、２１は画像形成手段、２２は定着装置、２３はプリンタ本体である。
【００９８】
画像形成手段２１は、レーザスキャナ２１ａおよび感光ドラム２１ｂなどを含んで構成され、外部から入力された画像信号に基づいて画像を形成する。
【００９９】
定着装置２２は、図９に示す構造を備えている。
【０１００】
プリンタ本体２３は、画像形成手段２１および定着装置２２を収納するとともに、搬送装置、電源装置および制御装置などを備えている。
【０１０１】
【発明の効果】
請求項１ないし４の各発明によれば、抵抗発熱体の熱を受ける熱センサを、互いに近接して形成され、かつ接続して配列された抵抗値およびＢ定数の異なる複数のサーミスタにより構成するとともに、配線基板に形成された一対の導体パターンの一端間に接続したので、任意所望の抵抗値およびＢ定数を有する熱センサを備えることが可能となり、これにより発熱体組み込み機器の多様な要求仕様に応えることができるとともに、熱センサは厚膜により形成しているので、抵抗発熱体からの熱伝導が敏速で温度変動範囲を小さく制御する発熱体を提供することができる。
【０１０２】
請求項２の発明によれば、加えて抵抗発熱体をも厚膜形成した定着用として好適な発熱体を提供することができる。
【０１０３】
請求項３の発明によれば、加えて複数のサーミスタを並列接続したことにより、抵抗発熱体を相対的に高い温度にする場合に適した発熱体を提供することができる。
【０１０４】
請求項４の発明によれば、加えて複数のサーミスタを直列接続したことにより、抵抗発熱体を相対的に高い温度にする場合に適した発熱体を提供することができる。
【０１０５】
請求項５の発明によれば、請求項１ないし４の効果を有する定着装置を提供することができる。
【０１０６】
請求項１ないし４の発明の発熱体を用いれば、請求項１ないし４の効果を有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】 同じく要部拡大背面図
【図４】 本発明の発熱体の第２の実施形態における熱センサの部分を示す要部拡大背面図
【図５】 本発明の発熱体の第３の実施形態を示す要部拡大背面図
【図６】 本発明の発熱体の第４の実施形態を示す要部拡大背面図
【図７】 ２種のサーミスタの接続形態の変更による差を検証したグラフ
【図８】 本発明の発熱体の第５の実施形態を示す一部切欠正面図
【図９】 本発明の定着装置の一実施形態を示す概念図
【図１０】 本発明の画像形成装置の第１の実施形態である複写機の概念図
【図１１】 本発明の画像形成装置の第２の実施形態であるプリンタの概念図
【図１２】 従来の発熱体の一部切欠正面図
【図１３】 同じく一部切欠背面図
【図１４】 同じく要部拡大断面図
【符号の説明】
１…配線基板
６…熱センサ
６ａ…第１のサーミスタ
６ｂ…第２のサーミスタ
７…第２の導体パターン
９…第２のスルーホール
Claims (5)
- 電気絶縁性の配線基板と；
配線基板に形成された抵抗発熱体と；
抵抗発熱体の熱を受ける位置に厚膜印刷により互いに近接して形成され、かつ接続して配列された抵抗値およびＢ定数の異なる複数のサーミスタからなる熱センサと；
配線基板に形成されて一端が熱センサに接続した一対の導体パターンと；
各導体パターンの他端に接続した一対の端子パターンと；
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配線基板と；
配線基板の長手方向に沿って厚膜印刷により形成された銀・パラジウム系合金を主成分とする細長い抵抗発熱体と；
抵抗発熱体の端部に接続された端子パターンと；抵抗発熱体の熱を受ける位置に厚膜印刷により互いに近接して形成され、かつ接続して配列された抵抗値およびＢ定数の異なる複数のサーミスタからなる熱センサと；
配線基板に形成されて一端が熱センサに接続した一対の導体パターンと；
各導体パターンの他端に接続した一対の端子パターンと；
を具備していることを特徴とする発熱体。 - 熱センサは、一対の導体パターンの間に並列接続された複数のサーミスタからなることを特徴とする請求項１または２記載の発熱体。
- 熱センサは、一対の導体パターンの間に直列接続された複数のサーミスタからなることを特徴とする請求項１または２記載の発熱体。
- 請求項１ないし４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。
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