JPH0764418A

JPH0764418A - ヒータ、ヒータの通電方式、定着装置ならびに定着装置組込機器

Info

Publication number: JPH0764418A
Application number: JP5215959A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yokogawa; 哲也横川
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1993-08-31
Filing date: 1993-08-31
Publication date: 1995-03-10

Abstract

(57)【要約】【目的】導体配線にノイズが生ぜず適格な温度調整な
どができる構造のヒータを提供することを目的とする。【構成】基板１の一面側に長手方向に帯状の抵抗発熱
体２を形成するとともにこの基板１の他面側に上記発熱
体２の温度を検出する温度検出素子６と接続する二条の
配線導体５１、５２を形成してなるヒータＨにおいて、
上記二条の配線導体５１、５２は上記抵抗発熱体２の延
長方向に発熱体２を中心として両側等間隔の位置に形成
されているヒータＨ、このヒータＨへの通電方式、この
ヒータＨを用いた定着装置ならびに定着装置組込機器で
ある。【効果】検出素子の接続配線に電気的なノイズを与え
ることがなく、簡単な構成で正確な信号を制御回路にフ
ィードバックできるので、温度などの管理を所定範囲内
で適確に行え、ヒータを用いる製品では品質の向上が、
機器においては安全性が向上できるなどの効果を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、基板の一面（表面）
側に抵抗発熱体を、他面（裏面）側に温度検出のための
配線導体を施してなるヒータおよびヒータの通電方式な
らびに定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば電子式複写機においては、トナ
ー像を形成した複写用紙をヒータと加圧ローラとの間で
挟圧しながら通過させ、ヒータの熱によって複写用紙を
加熱してトナーを溶融させて定着するようにしている。

【０００３】従来の定着装置としては、中空のローラの
中心部に管形赤外線電球や棒状ヒータを配置したヒート
ローラを用い、上下一対のローラのうち少なくとも一方
をこのヒートローラとして加圧される他方のローラとの
間に、未定着の複写用紙を通すことによってトナー像を
溶融して定着するヒートローラ定着方式がある。

【０００４】このヒートローラ定着方式は、ヒータから
ローラを介し間接的に複写用紙を加熱するもので始動に
時間がかかり、予熱を必要として電力の消費量も多いな
どの問題があった。また、トナーの定着は所定の温度範
囲でないとトナーが溶着せず、温度が低いと剥離して画
像がまだらとなったり、高くなり過ぎると用紙が変色し
て不良となることなどがある。

【０００５】このため、定着装置はヒートローラの温度
を検出して電球やヒータへの電力の調整を行っている。
しかし、この方式の場合は熱源からヒートローラまでの
温度伝達が複数段階を経て行われるため、その反応も遅
く温度調整されるまでの時間が長くかかり、良質の複写
ができないということもあった。

【０００６】そこで、このヒートローラ定着方式に代わ
って、板状ヒータの定着方式が開発され実用化されてい
る。この板状ヒータの定着方式に用いられるヒータＨ
は、たとえば図１および図９に示すようにアルミナ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）セラミクスなどからなる表面が平面状や曲面
状あるいは傾斜面状をなす細長の耐熱・電気絶縁性基板
１の一面（表面）１１上に、銀・パラジウム合金（Ａｇ
／Ｐｄ）粉末などと水ガラス（無機結着剤）、水溶性有
機結着剤とを混合したペーストを印刷塗布・焼成して細
長い帯状の抵抗発熱体２を形成し、この抵抗発熱体２の
両端を幅広としこの部分に銀（Ａｇ）などの良導体から
なる膜を形成して電極部３、３を構成させ、さらにこの
抵抗発熱体２の表面をガラス質のオーバーコート層４で
被覆している。また、この基板１の他面（裏面）１２
上には電気抵抗が小さい材料たとえば銀（Ａｇ）などの
金属ペーストを厚膜状に塗布し、乾燥したのち焼成して
形成した二条の配線導体５１、５２が設けられ、この導
体５１、５２間にはサーミスタなどの温度検出素子６が
設けられている。

【０００７】また、加圧ローラ（図示しない。）はヒー
タと平行な回転軸を有するローラで、その表面は耐熱性
弾性材料で構成され、ヒータのオーバーコート層に軽く
弾接しながら回転するようになっている。そして、複写
用紙がヒータと加圧ローラとの間に供給されると、加圧
ローラの回転により、複写用紙がヒータのオーバーコー
ト層表面を滑りながら搬送され、この間にヒータの熱に
よって複写用紙上のトナーが加熱溶融し定着されるよう
になっている。

【０００８】そして、このような構成の板状ヒータＨは
たとえば図５に示す回路に接続して使用され、抵抗発熱
体２は位相制御された交流が、また、温度検出素子６に
は直流が通電されている。このヒータＨは両電極部３、
３間に通電すると抵抗発熱体２が発熱し温度が上昇す
る。そして、その温度調整は抵抗発熱体２の発熱温度を
基板１の他面（裏面）１２上に設けてあるサーミスタな
どの温度検出素子６が検出し、配線導体５１、５２を介
して制御回路Ｔにフィードバックして、所定の温度範囲
内に有るか否かのチェックを行い、もし温度が設定温度
と外れている場合には位相制御により電力の調整をさせ
て、設定した温度範囲内にあるようにする。上記のサ
ーミスタは電気抵抗の温度係数が負の大きな値を有する
半導体を用いたもので、赤外線のエネルギーを吸収して
温度上昇したときに抵抗値が大きく変化し、赤外線の熱
を導電体の抵抗値の大小に変換して赤外線の強弱を測定
する熱形検出素子からなるセンサである。

【０００９】この熱形検出素子の特長は、検出感度が入
射光の波長によらずほぼ一定であること、動作時に室温
中で使用できる、作り易く安価であることなどである。

【００１０】また、サーミスタは熱放射を受けて素子の
温度を上昇させ抵抗値を減少させねばならないので、で
きる限り膜厚が薄く、熱容量が小さい方が感度も応答も
よい。このような構成において、最近しばしば温度が
設定範囲内から外れることがあり、その原因について種
々検討したところ図１０に示すように位相制御された交
流が供給される抵抗発熱体２から生じる電気力線Ｐによ
って、基板１の裏面１２側にある配線導体５１、５２に
起電力が発生するためであることが分かった。

【００１１】これは、外部制御回路Ｔへ接続するため設
けた電極部の配置関係などから、サーミスタにつながる
配線導体が非対称となるため、抵抗発熱体２に対して配
線導体の一方５１は近くに（距離Ａ）、他方５２は遠く
に（距離Ｂ）と不等距離（Ａ≠Ｂ）で形成され、配線導
体５１、５２に誘導される電流の大きさが異なり、この
差にあたる電流が配線導体５１、５２に入り込みノイズ
となって、温度制御のための制御回路Ｔを誤動作させて
いた。

【００１２】図６（ａ）はノイズの大きさを示し、
（１）は抵抗発熱体２の両端に供給される位相制御され
た交流電流波形、（２）は抵抗発熱体２より遠方にある
配線導体５２に上記抵抗発熱体２から生じる電気力線Ｐ
によって発生した電流の交流電流波形、（３）は抵抗発
熱体２に近接した配線導体５１に上記抵抗発熱体２から
生じる電気力線Ｐによって発生した電流の交流電流波
形、（４）は上記（２）と（３）とに発生した電流が重
畳された状態の交流電流波形である。

【００１３】すなわち、交流が印加され電気力線Ｐが生
じる抵抗発熱体４を中心として配線導体５１、５２が図
１０のように一方側、あるいは抵抗発熱体４を中心とし
て左右に不等間隔で形成されていると、（４）に示され
る電流波形のように交流が印加される抵抗発熱体２に発
生する電気力線Ｐによる波形の波高が高くなり、直流が
流れている配線導体５１、５２へ交流のノイズが入り配
線導体５１、５２に接続されている制御回路が誤動作し
て所定の出力調整が行われない事態を招くことがあっ
た。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
除去し、交流が通流される帯状の抵抗発熱体を形成した
基板の裏側にサーミスタなどの温度検出用の素子を接続
する配線導体を形成したヒータにおいて、導体配線にノ
イズが生ぜず適格な温度調整などができる構造のヒータ
を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のヒータは、電気絶縁性材料からなる基板の一面側に長
手方向に帯状の抵抗発熱体を形成するとともにこの基板
の他面側に上記発熱体の温度を検出する温度検出素子に
通電する二条の配線導体を形成してなるヒータにおい
て、上記二条の配線導体は上記抵抗発熱体の延在方向に
沿いかつ発熱体を中心として両側等間隔の位置に形成さ
れていることを特徴としている。

【００１６】本発明の請求項２に記載のヒータの通電方
式は、抵抗発熱体に交流電力が供給されることを特徴と
している。

【００１７】本発明の請求項３に記載の定着装置は、上
記請求項１に記載のヒータと加圧ローラとを相対して配
置したことを特徴としている。

【００１８】本発明の請求項４に記載の定着装置組込機
器は、上記請求項３に記載の定着装置を組み込んだこと
を特徴としている。

【００１９】

【作用】帯状の抵抗発熱体に対して一対の配線導体をそ
れぞれほぼ等距離の位置に配設させたので、導体配線に
ノイズが発生することがない。

【００２０】

【実施例】以下、本発明ヒータの実施例を図１ないし図
５を参照して説明する。図１はヒータＨの中間部を切欠
した平面図、図２は図１のヒータＨの背面図、図３は図
２中の矢視Ｘ−Ｘ線に沿って切断した部分の拡大断面側
面図、図４はヒータＨの作用の説明図、図５はヒータＨ
および制御回路Ｔの説明図で、図６（ｂ）はヒータＨの
電流波形の説明図である。図中１は耐熱・電気絶縁性材
料たとえばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミクスからなる
長さ約３００ｍｍ，幅約１０ｍｍ，厚さ約１ｍｍの大き
さの細長の基板である。２は基板１の一面（表面）１１
側に長手方向に沿って形成された長さ約２３０ｍｍ，幅
約２ｍｍ、厚さ約１０μｍの銀・パラジウム合金を主体
とする抵抗発熱体、３、３はこの抵抗発熱体２の両端に
連設形成した銀（Ａｇ）などの材料からなる長さ約２５
ｍｍ、幅約７ｍｍの幅広な電極部である。

【００２１】また、４はこの抵抗発熱体２の全面および
電極部３、３の一部を被覆して保護するガラス質のオー
バーコート層である。

【００２２】また、基板１の他面（裏面）１２側には上
記電極部３と同様な銀（Ａｇ）などの材料からなる幅約
１ｍｍ、長さ約５０ｍｍの二条の配線導体５１、５２と
この導体５１、５２に連設して約３ｍｍ×約３ｍｍ角の
幅広な電極部５３、５４が形成されている。なお、この
二条の配線導体５１、５２は、上記基板１の一面（表
面）１１側に形成した抵抗発熱体２を中心として発熱体
２の延在方向に沿い、かつ両側にほぼ等距離の間隔を以
て形成されている。

【００２３】そして、この配線導体５１、５２にはサー
ミスタなどの温度検出素子６が銀・パラジウム（Ａｇ／
Ｐｄ）合金粉末などを水ガラス（無機結着剤）や水溶性
有機結着剤と混合した導電性接着剤７を介して接合され
ている。この温度検出素子６を構成するサーミスタはア
ルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミクスからなる平板状の基体
６１の中央部上にマンガン、コバルト、ニッケルなどの
酸化物（ＭｎＯ₂、Ｃｏ₃Ｏ₄、ＮｉＯ）を混合して形
成した薄膜からなる感温部６２が形成してあり、この感
温部６２両端の基体６１上には感温部６２と連接して白
金（Ｐｔ）層などからなる電極部６３、６４が形成して
ある。（なお、上記の各膜は薄膜であるが図面上は誇張
して厚く書いてある。）また、このヒータＨの製作は、
まず、銀・パラジウム合金（Ａｇ／Ｐｄ）やこれに酸化
ルテニウムを加えた金属（Ａｇ／Ｐｄ＋ＲｕＯ₂）の粉
末と水ガラス（無機結着剤）、水溶性有機結着剤などと
を水で混練した導電性のペースト状塗料を用意する。そ
して、このペースト状塗料を細長い基板１の一面（表
面）１１上に印刷塗布し、乾燥したのち約８５０℃で約
１０分間焼成することにより行う。この焼成により、塗
料中に含まれていた残存水分が飛散し、ついで有機結着
剤が分解しガス化して飛散し、最後に水ガラスが脱水し
てガラス質となり、この結果、銀・バラジウム粉末は薄
い膜となり基板１の一面（表面）１１上にガラス質とな
って強固に結着され抵抗発熱体２が形成される。

【００２４】ついで、この抵抗発熱体２の両端部分の連
設した部分および基板１の他面（裏面）１２上に鍵状に
二条とその端部に抵抗発熱体２よりも接触電気抵抗が小
さい材料たとえば銀（Ａｇ）、銀・プラチナ合金（Ａｇ
／Ｐｔ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）などの金属ペ
ーストを厚膜状に塗布し、乾燥したのち焼成して電極部
３、３、５３、５４および配線導体５１、５２を形成す
る。

【００２５】そしてこの後、帯状の抵抗発熱体２部分、
この帯状部分と連接する電極部３、３および基板１の表
面１１にガラス質のオーバーコート層４を形成する。こ
のオーバーコート層４の形成は、酸化鉛（ＰｂＯ）を主
成分としたＰｂＯ（５５〜８５Ｗｔ％）−Ｂ₂Ｏ₃（５
〜１５Ｗｔ％）−ＳｉＯ₂（１０〜３０Ｗｔ％）系ガラ
スの粉末をニトロセルローズ（有機結着剤）とともに有
機溶剤で混練りしてなる田中貴金属インターナショナル
（株）製のガラスペーストを塗布し、隙間なく連続した
塗膜を形成する。そして、乾燥した後、約７００℃で約
８分間焼成して、厚さ１５μｍ〜３０μｍのガラス層と
する。

【００２６】このガラスは融点が約６００℃で上記の抵
抗発熱体２を構成するペースト状塗料の焼成温度よりも
低く、ガラスペーストを上記抵抗発熱体２の帯状部分お
よび、を含む基板１表面１１の長手方向のコーティング
予定部分に塗布、乾燥させたのち焼成する。

【００２７】そして、このような構成の板状ヒータＨは
たとえば上述したと同様に図５に示す回路に接続して使
用され、抵抗発熱体２は位相制御された交流が、また、
温度検出素子６であるサーミスタには直流が通電されて
いる。このヒータＨは両電極部３、３間に通電すると抵
抗発熱体２が発熱し温度が上昇する。この抵抗発熱体２
の発熱により基板１も熱伝導を受け温度上昇し、この熱
は基板１の裏面１２側に取着してあるサーミスタ６中央
部の感温部６２に伝わり、感温部６２の抵抗値を変化さ
せる。この感温部６２の抵抗値の変化を配線導体５１、
５２を介し電極部５３、５４から出力させ、これを温度
制御回路Ｔにフィードバックして、所定の温度範囲内に
有るか否かのチェックを行い、もし温度が設定温度と外
れている場合には位相制御による電力の調整をさせて、
設定した温度範囲内にあるようにする。

【００２８】もちろんこのような構成においても、交流
が印加される抵抗発熱体２に磁場をきって電気力線Ｐが
生起するが、基板１表面１１側の抵抗発熱体２に対して
基板１裏面１２側に二条の配線導体５１、５２がほぼ平
行で等感化距離（Ｃ＝Ｄ）にして配設してあるので、両
配線導体５１、５２間に及ぼす磁力線の方向は図６
（ｂ）に示す（２）、（３）のように反対方向であり、
重畳されたものは互いに打ち消しあい、両配線導体５
１、５２にはノイズの発生が起こらず温度制御回路に誤
動作を与えることがなく、所定範囲の温度調整が適確に
行える。

【００２９】また、図７および図８は上記ヒータＨを組
込んだ複写機やファクシミリなどの定着装置の一例を示
し、図中ヒータＨ部分は上記実施例と同じであるので同
一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。Ｒ
は加圧ローラで、両端面に回転軸８１を突設した円筒形
ローラ本体８２の表面に耐熱性弾性材料たとえばシリコ
ーンゴム８３が嵌合してある。そして、この加圧ローラ
Ｒの回転軸８１と対向して定着用ヒータＨが並置してあ
り、上記シリコーンゴム８３はヒータＨの抵抗発熱体２
の真上のオーバーコート層４表面に軽く弾接している。
なお、９は燐青銅版などからなる弾性が付与されたコネ
クタで、上記ヒータＨの電極部３、３に当接してヒータ
Ｈへの給電をなす。また、ＰＡは複写用紙を示す。

【００３０】そして、複写機はたとえば商用１００Ｖの
電圧で使用され、上記ヒータＨは複写機内にある図５に
示す回路によって所定の電力となるよう位相制御され通
電される。ヒータＨは上記と同様に電極部３、３を通じ
通電され定格の約２００℃に発熱した抵抗発熱体２のオ
ーバーコート層４表面とシリコーンゴム８３との間に複
写用紙ＰＡが挟圧され、加圧ローラＲの回転により複写
用紙ＰＡは矢印方向に搬送されながら複写用紙ＰＡに付
着したトナーが加熱溶融して定着がなされる。このよう
な定着装置は、ヒータＨに形成した温度検出素子である
サーミスタ６からの信号にノイズが入らず、抵抗発熱体
２への電力の制御が適確に行えるので、所定温度範囲内
において複写用紙Ｐのトナー定着ができ、複写画像に定
着むらやトナーの剥離、用紙ＰＡに変色などの発生を抑
えることができる。

【００３１】なお、本発明は上記実施例に限定されな
い。たとえば抵抗発熱体を形成する基板や温度検出素子
であるサーミスタを形成する基体の材質はアルミナセラ
ミクスに限らず、他のセラミクスやガラス、ポリイミド
樹脂のような耐熱性の高い合成樹脂部材などであっても
よい。また、配線導体に取付けられる温度検出素子はサ
ーミスタに限らず、他の検出素子であってもよい。

【００３２】また、抵抗発熱体も上記の銀・パラジウム
合金（Ａｇ／Ｐｄ）系のものに限らず、ＰＴＣ（正温度
特性素子）などでもよい。また、配線導体を形成する材
質や配線パターンなども実施例のものに限らず、たとえ
ば配線導体は抵抗発熱体を中心とした直線状のパターン
でなく、抵抗発熱体を中心として左右対称的に間隔が広
くなったり狭くなったりしていても、電気的には打ち消
す形となるので差支えない。また、電極部の形成は実施
例の部分に限らず、基板の他の部分であってもよい。

【００３３】さらに、抵抗発熱体への電力の供給は位相
制御によるもののほか電流や電圧を変える制御であって
もよく、配線導体を通じ検出素子に供給する電気も直流
に限らず交流であっても適用でき、これは検出素子より
も発熱体へ供給する電力が大きいことから可能なことで
ある。

【００３４】さらに、上記実施例では銀・パラジウム合
金（Ａｇ／Ｐｄ）系の導電性接着剤について述べたが、
ヒータなど検知対象物の許容温度が低い場合などは他材
質の導電性接着剤であってもよい。

【００３５】さらに、上記実施例では抵抗発熱体および
基板上にガラス質のオーバーコート層を形成したが、オ
ーバーコート層は必須のものではなく、また、形成する
場合その材質は実施例のものに限らない。

【００３６】さらに、上記実施例では抵抗発熱体への給
電を弾性のあるコネクタで行ったが、これに限らず電極
層に直接リード線を接続したものであっても差支えな
い。

【００３７】さらにまた、本発明のヒータは複写機やフ
ァクシミリなどのＯＡ機器類の定着用に限らず、種々の
産業用製造設備や家庭用機器など他の分野の定着装置を
組込んだ機器においても実用可能なものである。

【００３８】

【発明の効果】以上の構成を有する本発明は、検出素子
を用いて抵抗発熱体を制御するに際し、検出素子の接続
配線に電気的なノイズを与えることがなく、簡単な構成
で正確な信号を制御回路にフィードバックできるので、
温度などの管理を所定範囲内で適確に行え、ヒータを用
いる製品では品質の向上が、機器においては安全性が向
上できるなどの効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すヒータの中間部を切欠し
た平面図である。

【図２】図１のヒータＨの背面図である。

【図３】図２中の矢視Ｘ−Ｘ線に沿って切断した部分の
拡大断面側面図である。

【図４】本発明によるヒータの作用の説明図である。

【図５】ヒータおよび制御回路の説明図である。

【図６】ヒータの電流波形の説明図である。

【図７】本発明の定着装置の実施例を示す一部断面正面
図である。

【図８】図７中のＶ−Ｖ線に沿って切断した部分の横断
面図である。

【図９】従来のヒータの中間部を切欠して示す背面図で
ある。

【図１０】従来のヒータの作用の説明図である。

【符号の説明】

Ｈ：ヒータＲ：加圧ローラ１：基板１１：一面（表面）１２：他面（裏面）２：抵抗発熱体３、５３、５４：電極部５１、５２：配線導体６：温度検出素子（サーミスタ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気絶縁性材料からなる基板の一面側に
長手方向に帯状の抵抗発熱体を形成するとともにこの基
板の他面側に上記発熱体の温度を検出する温度検出素子
に通電する二条の配線導体を形成してなるヒータにおい
て、上記二条の配線導体は上記抵抗発熱体の延在方向に
沿いかつ発熱体を中心として両側等間隔の位置に形成さ
れていることを特徴とするヒータ。
【請求項２】上記ヒータの抵抗発熱体には交流電力が
供給されることを特徴とするヒータの通電方式。
【請求項３】上記請求項１に記載のヒータと加圧ロー
ラとを相対して配置したことを特徴とする定着装置。
【請求項４】上記請求項３に記載の定着装置を組み込
んだことを特徴とする定着装置組込機器。