JPH05135849A

JPH05135849A - ヒーター及び定着装置

Info

Publication number: JPH05135849A
Application number: JP29436091A
Authority: JP
Inventors: Koichi Okuda; 幸一奥田; Yasumasa Otsuka; 康正大塚; Akira Hayakawa; 亮早川; Yoji Tomoyuki; 洋二友行; Daizo Fukuzawa; 大三福沢; Toshiharu Nakamura; 俊治中村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-11-11
Filing date: 1991-11-11
Publication date: 1993-06-01

Abstract

(57)【要約】【目的】温度検知素子を良熱伝導性基板に強固に接着
し、且つ、温度検知素子の応答性を速くする。【構成】温度検知素子を金属ペーストにより良熱伝導
性基板に接着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は良熱伝導性基板と、この
良熱伝導性基板上に設けられた抵抗発熱層と温度検知素
子と、を有するヒーター、及び、このヒーターを用いた
定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像加熱定着装置としては、所定
の温度に維持された加熱ローラと、弾性層を有して該加
熱ローラに圧接する加圧ローラを有し、該両ローラによ
って、未定着のトナー画像が形成された記録材を挟持搬
送しつつ加熱する熱ローラ定着方式が多用されている。

【０００３】しかしこの熱ローラ定着方式は、熱容量が
大きいため大きな電力が必要であり、所定の温度に立ち
上げるまでのウエイトタイムがかかる。

【０００４】このような問題を解決するものとして出願
人は先に、特開平１−２６３６７９号公報、特開平２−
１５７８７８号公報等で熱容量の小さいサーマルヒータ
と薄膜のフィルムを用いた加熱定着装置を先に提案し
た。

【０００５】このヒータは、通電により発熱する抵抗体
と、この抵抗体が設けられる良熱伝導性のセラミック基
板を有し、この基板の温度を検知する温度検知素子の検
知出力が一定となるように抵抗体への通電を制御してい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このヒーター
は熱容量が小さいためヒーターの昇降温が速く、温度検
知素子の応答時間が長いと温度リップルが大きくなる。

【０００７】また、基板に対する温度検知素子の接触状
態が悪いと正常な温調が行なわれないばかりか過昇温が
生じてしまう。

【０００８】更に、このようなヒーターを用いた定着装
置では、定着むらや光沢むらが生じる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決する本
発明は、良熱伝導性基板と、この良熱伝導性基板上に設
けられた抵抗発熱層と温度検知素子と、を有するヒータ
ーにおいて、上記温度検知素子は金属ペーストにより上
記良熱伝導性基板に接着されていることを特徴とするも
の、及び、良熱伝導性基板と、この良熱伝導性基板上に
設けられた抵抗発熱層と温度検知素子と、を有するヒー
ターと、このヒーターと摺動するフィルムと、を有し、
温度検知素子の検知出力が一定となるように温調された
ヒーターからの熱でフィルムを介して記録材上の未定着
画像を定着する定着装置において、上記温度検知素子は
金属ペーストにより上記良熱伝導性基板に接着されてい
ることを特徴とするものである。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の実施例のヒーターを用いた加
熱定着装置の断面図である。

【００１１】７はエンドレスベルト状の定着フィルムで
あり、左側の駆動ローラ８と、右側の従動ローラ９と、
この両ローラ８・９間の下方に固定支持させて配設した
低熱容量線状ヒーター１との、互いに並行な該３部材８
・９・１間に懸回張設してある。

【００１２】従動ローラ９はエンドレスベルト状の定着
フィルム７のテンションローラを兼ねさせてあり、定着
フィルム７は駆動ローラ８の時計方向回転駆動に伴い時
計方向に所定の周速度、をもってシワや蛇行、速度遅れ
なく回動駆動される。

【００１３】１０は加圧部材としての、シリコンゴム等
の離型性の良いゴム弾性層を有する加圧ローラであり、
前記のエンドレスベルト状定着フィルム７の下行側フィ
ルム部分を加熱体１との間に挟ませてヒーター１の下面
に対して付勢手段により例えば総圧４〜７ｋｇの当接圧
をもって対向圧接させてあり、記録材としての転写材シ
ート１２の搬送方向に順方向の反時計方向に回転する。

【００１４】回動駆動されるエンドレスベルト状の定着
フィルム７は繰り返してトナー画像の加熱定着に供され
るから、耐熱性・離型性・耐久性に優れ、一般的には１
００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下の薄肉のものを
使用する。例えばポリイミド・（ＰＩ）・ポリエーテル
イミド（ＰＥＩ）・ＰＥＳ・ＰＦＡ（４フッ化エチレン
−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）
などの耐熱樹脂の単層フィルム、或いは複合層フィルム
例えば２０μｍ厚フィルムの少なくとも画像当接面側に
ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）・ＰＡＦ等のフッ素
樹脂に導電材を添加した離型性コート層を１０μｍ厚に
施したものなどである。

【００１５】ヒーター１はフィルム移動方向に交差する
方向を長手とする低熱容量線状ヒータであり、良熱伝導
性の基板２・通電抵抗発熱体層３・温度検知素子である
サーミスタ１０２等よりなる。

【００１６】基板２は耐熱性・電気絶縁性・低熱容量
の、一例として、厚み１．０ｍｍ・幅１０ｍｍ・長さ２
４０ｍｍのアルミナ基板である。

【００１７】通電発熱体層３は基板２の一方側の面をフ
ィルム摺動側の面としてその面の略中央部に面長手に沿
ってＴａ₂Ｎ・銀パラジウム等の電気抵抗材料を幅１．
０ｍｍに塗工（スクリーン印刷等）して具備させた線状
もしくは帯状の低熱容量の層である。

【００１８】而して、このヒーター１を横長の断熱性の
ヒーターホルダー４の一方側の面に面長手に沿って具備
させた加熱体収容凹溝４ａに、通電発熱体層３を設けた
側の面を外側にして嵌め入れて接着剤１８でホルダ４に
固定保持させ、このホルダ４をヒーター１を下向きにし
て定着装置の不動部材としての支持体５の下面に接着剤
１９により固定支持させてある。

【００１９】ヒーターホルダ４は例えばＰＰＳ（ポリフ
ェニレンサルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミ
ド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエ
ーテルケトン）、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂、これ
らの樹脂とセラミックス・金属・ガラス等との複合材な
どで構成できる。

【００２０】ヒーター１は線状もしくは帯状の抵抗発熱
体層３に対してその長手両端部より通電して抵抗発熱体
層を全長にわたって発熱させる。通電はＤＣ１００Ｖの
周期２０ｍｓｅｃのパルス状波形で、温度検知素子６と
マイクロコンピューターによりコントロールされた所望
の温度、エネルギー放出量に応じたパルス（駆動パル
ス）を、そのパルス巾を変化させて与える通電制御回路
構成にしてある。概略パルス幅は０．５〜５ｍｓｅｃと
なる。

【００２１】又本例では定着装置Ａよりも転写材シート
搬送方向上流側の定着装置寄りにシートの先端・後端検
知センサー（不図示）を設けてあり、該センサーのシー
ト検知信号により発熱体層３に対する通電期間をシート
１２が定着装置Ａを通過している必要期間だけに制御し
ている。

【００２２】画像形成スタート信号により不図示の作像
機構が像形成動作して定着装置Ａへ搬送された、未定着
の粉体トナー画像１１を上面に担持した転写材シート１
２の先端が定着装置寄りに配設した前述のセンサー（不
図示）により検知されると定着フィルム７の回動が開始
され、転写材シート１２はガイド１６に案内されてヒー
ター１と加圧ローラ１０との圧接部Ｎ（定着ニップ部）
の定着フィルム７と加圧ローラ１０との間に進入して、
未定着トナー画像面が面移動状態の定着フィルム７の下
面に密着して面ズレやしわ寄りを生じることなく移動定
着フィルム７と一緒の重なり状態でヒーター１と加圧ロ
ーラ１０との定着ニップ部Ｎを挟圧力を受けつつ通過し
ていく。

【００２３】シート１２のトナー画像担持面は定着フィ
ルム面に押圧密着状態で定着ニップ部Ｎを通過していく
過程でヒーター１の発熱体層３の熱を定着フィルム７を
介して受け、トナー画像１１が高温溶融してシート１２
面に軟化接着化する。

【００２４】本例装置の場合は記録材たるシート１２と
定着フィルム７との分離はシート１２が定着ニップ部Ｎ
を通過して出た時点で行なわせている。

【００２５】この分離点でのトナーの温度はガラス転移
点（環球式）より大である。

【００２６】定着フィルム７と分離されたシート１２は
ガイド１７で案内されて排紙ローラへ至る間にガラス転
移点より高温のトナーの温度が自然降温（自然冷却）し
てガラス転移点以下の温度になって固化するに至り、画
像定着済みのシート１２が出力される。

【００２７】ヒーター１の、通電発熱体層３を具備させ
た側の基板面はフィルム７との摺動面であるので、通電
発熱体層３を含む該基板面は、例えばＴａ₂Ｏ₅等の摺動
保護層を形成して面保護することが好ましい。

【００２８】図２は良熱伝導性基板裏面のサーミスタの
装着部の部分拡大図である。

【００２９】アルミナ、ＡｌＮ等の高熱伝導性のセラミ
ックからなる基板２の抵抗発熱体３と反対側の面には、
Ａｇ，Ａｇ／Ｐｄ，Ａｇ／Ｐｔ，Ｐｔ，Ａｕ等の金属か
らなる１対の電極１００が設けられておりその間に温度
検知素子であるサーミスタチップ１０２が接着してあ
る。

【００３０】サーミスタチップ１０２は、厚さ１ｍｍ以
下のアルミナ、ＡｌＮ等の高熱伝導性のセラミック基板
１０５と、このセラミック基板１０５上にスパッタリン
グ等により厚さ１０μｍ以下に成膜されたＦｅ₃Ｏ₄，Ｍ
ｇＣｒ₂Ｏ₄，ＭｇＡｌ₂Ｏ₄，ＮｉＯ，Ｍｎ₂Ｏ₃，Ｃｏ₂
Ｏ₃等の金属酸化物膜１０６と、この金属酸化物膜の両
端に設けられた電極１０３とからなり、負の温度係数を
もつ。

【００３１】サーミスタチップ１０２の電極１０３から
はＡｕ等の金属からなるワイヤー１０４が出ておりこれ
がヒーター基板２上の電極１００につながっている。

【００３２】更に不図示ではあるが、外部からの衝撃に
よる欠線防止のためサーミスタチップ１０２とワイヤー
１０４をガラス、シリコンゴムからなる耐熱ゴム等の保
護層により保護されている。

【００３３】サーミスタチップ１０２の基板１０５はヒ
ーター基板２上に金属ペースト層１０７により接着され
ている。

【００３４】この接着に用いる金属ペーストは少なくと
も、導電性を持たせるためのＡｕ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｕ，
Ｎｉ，ＰｄＯ，Ｐｄ，Ｂｉ₂Ｒｕ₂Ｏ₇，ＲｕＯ₂，Ｗ，Ｍ
ｏ等の３２５メッシュパス（米国式）以下（約４３μｍ
以下）の金属粉、金属酸化物微粒導電粉と、セラミック
基板と接着させるためのボロンケイ酸塩、アルミケイ酸
塩等のガラスにＢｉ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，Ｃ
ａＯ，ＣｕＯ等の添加物を混ぜた無機バインダー粉と、
ペースト状の流動性を持たせるためのエチルセルロース
等の有機バインダーとターピネオール、ブチルカルビト
ール等の高沸点溶剤を、混ぜたもので通常厚膜ペースト
と呼ばれるものである。

【００３５】この金属ペーストをヒーター基板２とサー
ミスタ基板１０５間に厚さ５００μｍ以下ではさんで６
００℃以上に焼成すると、まず４００℃程度で溶剤と有
機バインダーが焼失し、６００℃以上で無機バインダー
が溶融し、ヒーター及びサーミスタ基板である、セラミ
ック基板と反応あるいは浸透し接着が完了する。

【００３６】サーミスタの出力はヒーター端Ｅ部に図示
しないコネクターを接続する事で取り出す。

【００３７】このように金属ペーストでサーミスタチッ
プ１０２を接着することにより、サーミスタチップ１０
２を非常に強固にヒーター基板に接着させる事ができ
る。さらに、金属ペースト層１０７は伝熱性が高いため
ヒーターとサーミスタチップ間の熱的接触抵抗はほとん
どなくなり、サーミスタの応答性を高めることができ
る。

【００３８】また、金属ペースト層１０７の面積をサー
ミスタチップ１０２の大きさより大きくすれば金属ペー
スト層１０７が集熱をするため、サーミスタ１０２の応
答性を更に、高める事ができる。

【００３９】図３は本発明の別の実施例のヒーターの部
分拡大図である。

【００４０】サーミスタチップ１１１は、Ｆｅ₃Ｏ₄，Ｍ
ｇＣｒ₂Ｏ₄，ＭｇＡｌ₂Ｏ₄，ＮｉＯ，Ｍｎ₂Ｏ₃，Ｃｏ₂
Ｏ₃等の金属酸化物の固溶体または混合焼成したものを
１ｍｍ四方以下の大きさに切り出したブロック１１３と
向い合う１対の前述した金属ペーストでつくられた電極
１１２ａ，１１２ｂからなる。

【００４１】電極１１０は前述した金属ペーストを焼成
しつくられた電極である。ヒーター基板２上に金属ペー
ストで電極パターンを厚さ５００μｍ以下に印刷した後
サーミスタチップ１１１をのせ、６００℃以上に焼成し
電極１１０と、サーミスタチップ電極１１２ｂと電極１
１０の接着ができあがる。その後、Ａｕ等のワイヤーに
より電極１１２ａと電極１００が接続される。

【００４２】この場合電極１１０は集熱をするためサー
ミスタの応答性も早くなる。

【００４３】図４は本発明の更に別の実施例のヒーター
の部分拡大図である。

【００４４】この実施例では図２の実施例で用いた薄膜
サーミスタの金属酸化物膜側をヒーター基板側に向けて
電極を兼ねた金属ペースト１０３により接着している。

【００４５】電極１２０は前述の金属ペーストを焼成す
る事により作られる。この電極１２０の焼成の前にサー
ミスタチップ１０２を未焼成電極１２０上にのせ、同時
に焼成する事でサーミスタ電極１０３と、電極１２０の
接着が完了する。金属ペースト間の接着は無機バインダ
ーが互いに溶融浸透する事で行なわれる。

【００４６】また、電極１２０の焼成後に再度金属ペー
ストを電極１２０のサーミスタ当接部に塗り、サーミス
タ１０２をのせ焼成を行って接着してもよい事はいうま
でもない。

【００４７】本実施例ではヒーター基板の熱はサーミス
タ基板を通ることなく電極のみで膜に伝わるためサーミ
スタ１０２の応答性を更に高めることができる。

【００４８】また、サーミスタ基板１０５の材質として
熱伝導の低い材質、例えばガラスを用いたり、基板１０
５の厚さを厚くしてサーミスタチップ強度を上げる事が
できる。

【００４９】更に本実施例では、ワイヤーボンディング
を必要とせず、非常に簡単にサーミスタをヒーターに取
りつける事ができる。

【００５０】このように、金属ペーストを用いてヒータ
ー基板とサーミスタを接着するとヒートサイクルに対し
て非常に強いものとなる。例えば図４の実施例の金属ペ
ーストの代わりにサーミスタ電極１０３とヒーター電極
１２０間を融点が３００℃以上のＳｎ／Ｐｂ共晶はんだ
等でつけた場合２５℃と２００℃間のヒートサイクル試
験で１万回以内ではがれてしまうのに対し、本実施例の
様に金属ペーストを用いれば１０万回以上でもはがれな
い。

【００５１】

【発明の効果】このように本発明によれば温度検知素子
を基板に対して浮きやはがれを生じることなく強固に接
着することができ、更に、温度検知素子の応答性を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の定着装置の断面図である。

【図２】本発明の実施例のヒーターの部分拡大図であ
る。

【図３】本発明の別の実施例のヒーターの部分拡大図で
ある。

【図４】本発明の更に別の実施例のヒーターの部分拡大
図である。

【符号の説明】

１ヒーター２ヒーター基板３抵抗発熱層４ホルダー１０２、１１１サーミスタ１０５サーミスタ基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者友行洋二東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者福沢大三東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者中村俊治東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】良熱伝導性基板と、この良熱伝導性基板
上に設けられた抵抗発熱層と温度検知素子と、を有する
ヒーターにおいて、上記温度検知素子は金属ペーストにより上記良熱伝導性
基板に接着されていることを特徴とするヒーター。
【請求項２】上記金属ペーストから上記温度検知素子
の検知出力が取り出されることを特徴とする請求項１の
ヒーター。
【請求項３】上記良熱伝導性基板はセラミックからな
ることを特徴とする請求項１もしくは２のヒーター。
【請求項４】良熱伝導性基板と、この良熱伝導性基板
上に設けられた抵抗発熱層と温度検知素子と、を有する
ヒーターと、このヒーターと摺動するフィルムと、を有
し、温度検知素子の検知出力が一定となるように温調さ
れたヒーターからの熱でフィルムを介して記録材上の未
定着画像を定着する定着装置において、上記温度検知素子は金属ペーストにより上記良熱伝導性
基板に接着されていることを特徴とする定着装置。
【請求項５】上記金属ペーストから上記温度検知素子
の検知出力が取り出されることを特徴とする請求項４の
定着装置。
【請求項６】上記良熱伝導性基板はセラミックからな
ることを特徴とする請求項４もしくは５のヒーター。