JPH07282956A - 加熱ヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、抵抗発熱体層の長手方向に
おける温度分布を均一化することができるとともに、複
雑で高価な電子回路を用いることなく、正確な温度制御
が可能な加熱ヒータを提供することにある。 【構成】 絶縁基板１上に抵抗発熱体層２と電極層３が
形成されてなる加熱ヒータであって、電極層３の少なく
とも一方の表面に、直接あるいは導電板４を介して正特
性磁器半導体からなる補助発熱体５を設けたことを特徴
とするものである。

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、複写機、レー
ザプリンタ、ファクシミリ等のＯＡ機器におけるトナー
定着部等で使用される加熱ヒータに係り、特に発熱体の
長手方向における温度分布を均一化することができると
ともに、複雑で高価な電子回路を用いることなく正確な
温度制御が可能になるよう工夫したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、複写機のトナー定着部に
おける加熱ヒータとして、絶縁基板上に抵抗発熱体層と
一対の電極層が形成された構成のものがある。このヒー
タは、一般にセラミックヒータと称されており、アルミ
ナセラミック等からなる長方形状の絶縁基板の上面に、
銀パラジウムペースト、酸化ルテニウムペースト等から
なる帯状の抵抗発熱体層が一直線状に形成されていると
ともに、該抵抗発熱体層の両端部に一部重なるように、
銀白金ペースト等からなる一対の電極層が形成された構
成となっている。このヒータは、厚さ約５０μｍ程度の
ポリイミドフィルム等からなる耐熱絶縁チューブの内面
に接触配置され、該フィルムを介して熱を直接的に用紙
に伝えて用紙上に転写されたトナーを定着させている。

【０００３】上記構成の加熱ヒータは、熱容量が小さ
く、抵抗発熱体層の両端部に形成された電極層間への通
電後、瞬時にトナー定着可能温度に昇温するため、消費
電力を低減でき省エネルギー効果が非常に大きいという
利点があるものの、抵抗発熱体層の両端部における発熱
温度の低下が著しく、温度分布が不均一になってしまう
という欠点があった。これは、抵抗発熱体層の両端部で
発せられた熱が、該抵抗発熱体層の両端部に形成された
電極層や、この電極層に接続される給電用の端子などを
通じて外部に逃げてしまうことが原因であった。このよ
うな発熱温度のバラツキはトナーの定着不良を引き起こ
し、定着ムラの原因となっていた。

【０００４】このような問題に対しては、従来より様々
な取り組みがなされており、例えば、特開平２−５９３
５６号公報には、電気発熱体（抵抗発熱体層）の中央部
の幅を太くするとともに、両端部の幅を細くした構成の
ヒータが開示されている。このものは、抵抗発熱体層両
端部の電流密度を上げることによって、発熱温度の低下
を防ごうとするものである。

【０００５】また、別の例として、特開平５−１８１３
７８号公報には、主発熱体（抵抗発熱体層）の形成され
ていない絶縁基板の裏面に、導電層によって電気的に接
続された副発熱体を形成し、この副発熱体のどちらか一
方と、これに対応した抵抗発熱体層の一端部とを、絶縁
基板に形成されたスルーホールによって電気的に接続す
るとともに、他方の副発熱体と、これに対応した抵抗発
熱体層の他端部とに、それぞれ電極層を設けた構成のヒ
ータが開示されている。このものは、絶縁基板の一端部
の表裏に形成された電極層に、給電用端子を介して通電
することにより主発熱体と副発熱体を同時に発熱させ、
副発熱体の発する熱により抵抗発熱体層の両端部から外
部へ逃げる熱を補填して、全体として主発熱体の温度分
布を一定化しようとするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、まず特
開平２−５９３５６号公報に示されたものは、絶縁基板
が熱伝導率に優れたアルミナセラミック等で構成されて
いるため、満足できるような結果が得られないという欠
点があった。

【０００７】また、特開平５−１８１３７８号公報に示
されたものは、給電用端子が、主発熱体が形成された絶
縁基板の左右どちらか一端（主発熱体及び副発熱体の電
極層が形成された側）のみに接続される構成となってい
るため、両端部の熱バランスを保つことが困難であると
いう欠点があった。この場合、スルーホール側（給電用
端子が接続されていない側）に通電せず、熱放散を同等
にするため給電用端子を接続することが考えられるが、
これではいたずらにコストを上昇させてしまう。

【０００８】このように、特開平２−５９３５６号公
報、特開平５−１８１３７８号公報等に示されような提
案では、抵抗発熱体層の両端部からの熱の逃げに起因し
た発熱温度のバラツキについての問題が解決できていな
い。

【０００９】さて、従来の加熱ヒータは、上述したよう
な発熱温度のバラツキ以外にも、温度制御機構が非常に
複雑であるという欠点があった。つまり、従来のヒータ
は、熱容量が小さい割に通電時の供給電力が大きいた
め、昇温時（加熱立ち上がり時）及び熱負荷変動時に、
それぞれに見合った精密な温度検知と温度制御を行わな
いと、オーバーシュートや温度リップル（表面温度の変
動）が急増してしまう。従って、オーバーシュートや温
度リップルの発生を防止するためには、高感度の温度セ
ンサと、ソフト、ハード両面において複雑で高価な電子
回路を用いた温度制御が必要不可欠であり、コストを上
昇をさせる要因になっていた。

【００１０】本発明はこのような点に基づいてなされた
ものでその目的とするところは、抵抗発熱体層の長手方
向における温度分布を均一化するとともに、複雑で高価
な電子回路を用いることなく、正確な温度検知と温度制
御が可能な加熱ヒータを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべく
本発明による加熱ヒータは、絶縁基板上に抵抗発熱体層
と、電極層が形成されてなる加熱ヒータにおいて、前記
電極層の少なくとも一方の表面に、直接あるいは導電板
を介して正特性磁器半導体からなる補助発熱体を設けた
ことを特徴とするものである。

【００１２】

【作 用】上記のように構成された本発明の加熱ヒータ
は、抵抗発熱体層の両端部を独立した補助発熱体で任意
に加熱することができるので、加熱の自由度が高くな
り、抵抗発熱体層の長手方向における温度分布を均一化
することができる。

【００１３】また、補助発熱体を構成する正特性磁器半
導体が、自己温度制御機能を有するため、従来のような
複雑で高価な電子回路を用いなくても抵抗発熱体層の温
度を均一に一定値に制御することができる。

【００１４】尚、抵抗発熱体層の両端部に形成される電
極層と、補助発熱体の電極層は、ともに金属ペースト等
で構成されるが、この金属ペーストの表面は凹凸が大き
いため、熱の影響により伸縮する際に摩耗してしまうこ
とがある。このような場合には、抵抗発熱体層の電極層
と補助発熱体の電極層との間に配置される導電板が有効
な作用を発揮して、良好な電気的接続状態を保持するこ
とができる。

【００１５】

【実施例】以下、図１乃至図３を参照して本発明の一実
施例を説明する。

【００１６】本実施例による加熱ヒータは図１及び図２
に示すような構成になっている。まず、符号１は長さ２
７０ｍｍ、幅７ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミナセラミック
からなる絶縁基板であり、この基板１の上面には、銀パ
ラジウムペーストを長さ２６０ｍｍ、幅１．５ｍｍに印
刷した後、８００℃で１０分間焼成することにより得ら
れた抵抗値１６Ωの抵抗発熱体層２が形成されている。
符号３は、銀白金ペーストを印刷、焼成することにより
得られた長さ１０ｍｍ、幅５ｍｍの電極層であり、前記
抵抗発熱体層の両端部上に重なるように形成されてい
る。尚、前記抵抗発熱体層の表面は、摩擦低減のために
低融点ガラス（図示しない）で被覆されている。

【００１７】上記電極層３上には、長さ１０ｍｍ、幅７
ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのステンレス製の導電板４を介し
て、長さ１０ｍｍ、幅７ｍｍ、厚さ１ｍｍで、両面に銀
ペーストによるオーム性接触電極（図示しない）が設け
られた正特性磁器半導体〔キュリー温度：１８５℃、常
温抵抗値：１．６Ω〕からなる補助発熱体５が載置され
ており、これら全体が耐熱絶縁性樹脂であるポリフェニ
レンサルファイド（ＰＰＳ）からなる保持ケース７に収
納されたステンレス製のバネ電極６によって、挟持固定
されている。尚、図１中の記号（Ｌ）は、抵抗発熱体層
２の有効発熱長さを示している。抵抗発熱体層２の有効
発熱長さは２４０ｍｍである。

【００１８】ここで、上記のように構成された本実施例
による加熱ヒータの電極間にＡＣ１００Ｖの電圧を印加
して発熱させ、温度分布特性及び温度制御特性を調べて
みた。温度分布特性については、絶縁基板上に形成され
た抵抗発熱体層の表面の８箇所に直径０．１ｍｍのｋ熱
電対を取り付け、抵抗発熱体層の表面温度を測定した。
また、温度制御特性については、制御温度１８０℃を目
標値とし、抵抗発熱体層表面の中央部の１箇所のみに直
径０．１ｍｍのｋ熱電対を取り付け、抵抗発熱体層の表
面温度を測定した。測定結果は、温度分布特性を図３
（ａ）に示し、温度制御特性を図３（ｂ）に示した。

【００１９】また、導電板及び補助発熱体を設けないと
ともに、絶縁基板の裏面中央部に温度制御用のｋ熱電対
を設置した他は本実施例と同様に作製したヒータ（従来
例）も用意し、上記と同様な試験を実施した。測定結果
は、図４（ａ）、（ｂ）に示した。尚、このものの試験
は、上記温度制御用ｋ熱電対を介して抵抗発熱体層と時
間比例位相制御方式の温度制御器とを接続した後に実施
した。

【００２０】図３（本実施例）及び図４（従来例）に示
された測定結果を比較してみると、まず、温度分布特性
については、従来例が、抵抗発熱体層の有効発熱長さ２
４０ｍｍの範囲内で１７０℃以上の発熱温度を示してい
る部分がわずか２０４ｍｍであるのに対し、本実施例は
２３２ｍｍであり、抵抗発熱体層の長手方向の全長にわ
たってほぼ均一な温度分布が得られていることがわか
る。

【００２１】次に、温度制御特性については、本実施例
は温度制御点が少し高めで、昇温時（加熱立ち上がり
時）のオーバーシュートと温度リップルも大きめである
が、昇温時間はわずか１０秒足らずである。一方、従来
例のものは、オーバーシュートと温度リップルが小さい
ものの、昇温時間は１８秒であり、本実施例よりも１．
８倍遅くなっている。この昇温時間の遅れは、温度制御
用ｋ熱電対の検知遅れを、温度制御器の時間比例位相制
御で調整し、温度制御性能とバランスをとった結果であ
る。

【００２２】本発明は前記実施例に限定されるものでは
ない。まず、補助発熱体の使用数は、抵抗発熱体層の温
度分布状態に応じて適宜選択できる。つまり、抵抗発熱
体層の両端部の温度低下が著しい場合には、前記実施例
に示したように、二つの補助発熱体を、それぞれ両電極
層上に設ければ良いが、例えば、抵抗発熱体層の温度分
布がある程度均一化されたものであった場合には、一方
の電極層のみに補助発熱体を設けて、温度制御用発熱体
として使用することが可能である。この場合には、補助
発熱体の使用数が抑えられるので、コストの低減を図る
ことができる。

【００２３】また、使用数に限らず、補助発熱体を構成
する正特性磁器半導体の長さ、幅、厚さ、キュリー温度
等も、抵抗発熱体層の温度分布状態や制御温度等を考慮
して自由に選択することができる。

【００２４】また、前記実施例では導電板を介して補助
発熱体を設けたが、電極層の表面が熱の影響によって伸
縮する際に摩耗しなければ、導電板を省略して、直接補
助発熱体を電極層表面に設けても良い。

【００２５】更に、前記実施例では補助発熱体として、
抵抗発熱体層の両電極層の長さと全く同様の長さ（１０
ｍｍ）を有する正特性磁器半導体を使用し、これを両電
極層の丁度真上に位置するように配置したが、抵抗発熱
体層表面の絶縁条件によっては、電極層から両方向また
はどちらか一方向に突出するような設置構成としても良
い。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、抵
抗発熱体層の両端部を、独立した補助発熱体で任意に加
熱することにより、抵抗発熱体層両端部の発熱温度の低
下を防ぐことができる。よって、抵抗発熱体層の長手方
向における温度分布の均一化を図ることが可能になる。
また、補助発熱体を自己温度制御機能を有する正特性磁
器半導体で構成しているので、従来のように複雑で高価
な回路を用いなくても正確な温度制御が可能になる。し
たがって、温度分布が均一化され、且つ正確な温度制御
特性を有する加熱ヒータを安価に提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図で、加熱ヒータの構
成を示す分解斜視図である。

【図２】本発明の一実施例を示す図で、加熱ヒータの要
部を拡大して示した断面図である。

【図３】本発明の一実施例を示す図で、（ａ）加熱ヒー
タの温度分布特性を示す図であり、（ｂ）は加熱ヒータ
の温度制御特性を示す図である。

【図４】従来例を示す図で、（ａ）加熱ヒータの温度分
布特性を示す図であり、（ｂ）は加熱ヒータの温度制御
特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 絶縁基板 ２ 抵抗発熱体層 ３ 電極層 ４ 導電板 ５ 補助発熱体 ６ バネ電極 ７ 保持ケース

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板上に抵抗発熱体層と、電極層が
   形成されてなる加熱ヒータにおいて、前記電極層の少な
   くとも一方の表面に、直接あるいは導電板を介して正特
   性磁器半導体からなる補助発熱体を設けたことを特徴と
   する加熱ヒータ。