JPH0794260A - ヒータおよび定着装置 - Google Patents

ヒータおよび定着装置

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Publication number
JPH0794260A
JPH0794260A JP5214634A JP21463493A JPH0794260A JP H0794260 A JPH0794260 A JP H0794260A JP 5214634 A JP5214634 A JP 5214634A JP 21463493 A JP21463493 A JP 21463493A JP H0794260 A JPH0794260 A JP H0794260A
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JP
Japan
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heater
heating element
temperature
resistance heating
fixing device
Prior art date
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Application number
JP5214634A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Matsunaga
啓之 松永
Shigehiro Sato
滋洋 佐藤
Takaaki Karibe
孝明 苅部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Lighting and Technology Corp
Toshiba AVE Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Lighting and Technology Corp
Toshiba AVE Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Lighting and Technology Corp, Toshiba AVE Co Ltd filed Critical Toshiba Lighting and Technology Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 帯状の細長い抵抗発熱体のどの部位において
も温度変化を少なくすることのできるヒータおよびこの
ヒータを用いた定着装置を提供することを目的とする。 【構成】 絶縁基板1の表面に帯状厚膜のPTC発熱体
3およびこの発熱体3の長手方向両側に沿って電極2
1、26を添設したヒータHおよびこのヒータHを備え
た定着装置である。 【効果】 このヒータは温度が上昇すれば抵抗値も上が
って電流を制御する特性を有するので、外部に格別な制
御装置が不要な自己で温度制御できるとともにその長手
方向に沿ってほぼ一様な発熱温度分布が得られ、複写画
像のコントラスト不良や定着むらなどの発生を防止でき
るる品質が向上したヒータを提供できる。また、複写機
などの定着装置には複写できる最大用紙の紙幅に合わせ
た長さのPTC抵抗発熱体を有するヒータを1本装着し
ておけばよく、定着装置のコストが低減できる効果も奏
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、たとえば複写機、フ
ァクシミリやコンピュータのプリンタなどのOA機器の
トナー定着などに用いられるヒータおよびこのヒータを
用いた定着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電子機器の軽薄短小の流れの中で、回路
基板の高密度化を図るため、構成する基板や部品の小形
化や多機能化の動きが活発に進められている。
【0003】たとえば電子式複写機においては、感光ド
ラム表面に形成されたトナー像を複写用紙に転写し、つ
いでこの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。
【0004】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。
【0005】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、常時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。
【0006】そこで、このヒートローラ定着方式に代わ
って、熱効率、重量、大きさ、コストなどの点で優れて
いる板状ヒータの定着方式が開発され実用化されつつあ
る。この板状ヒータの定着方式に用いられるヒータは、
アルミナセラミクスなどからなる表面が平面状をなす細
長の耐熱・電気絶縁性基板上に、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を形成し、この抵抗発熱体
の帯状両端部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端子部を構成させ、さらにこ
の抵抗発熱体の表面をガラス質のオーバーコート層で被
覆している。
【0007】また、加圧ローラ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】このような構成の定着方式は、ヒータが予
熱していなくても始動性がよく省電力化がはかれ、ま
た、定着装置を小形化できるという利点がある。
【0009】上記板状ヒータの抵抗発熱体は所定の電流
値で長手方向の全長に亘り一様の発熱量が得られるよう
に、抵抗発熱体の材料となる銀・パラジウム合金粉末の
ペーストを絶縁性の基板上に幅や厚さが一定になるよう
厚膜印刷している。
【0010】しかし、抵抗発熱体の発熱部長に沿っての
発熱温度分布が一様にならないことがあった。この要因
としては、抵抗発熱体となるペースト材料が印刷用マス
クからはみ出たり、滲み出て不所望の部分に付着してい
たり、マスクの位置が曲がっているなどして基板上の所
定の位置にパターンが印刷できないこと、あるいは工程
途中で印刷厚膜に傷が付くなどして、焼成後に抵抗値を
測定すると部分的に高抵抗値の箇所が発生することがあ
った。
【0011】そして、このようなヒータを帯状の両端部
から通電すると、抵抗発熱体各部位における抵抗値が一
様であれば長手方向に沿っての発熱温度分布も一様で問
題ないが、たとえば中間部に部分的に高抵抗値の箇所が
存在するとこの部分の発熱温度が高くなり、また逆に低
抵抗値の箇所が存在するとこの部分の発熱温度が低くな
り、部分的に高温部と低温部ができ、このため複写機に
おいてトナーの定着が一様にできなくなるということが
希に発生することがあった。
【0012】また、複写機においては異なる紙幅の数種
判の複写用紙が使用できるようになっており、抵抗発熱
体の発熱部の長さは定着できる最大判の用紙に合せてあ
り、最大判の用紙より小判の用紙で複写させた場合、複
写用紙が対面する発熱部は用紙に熱が奪われ温度は下が
るが、複写用紙が通過しない部分の発熱部は温度が上昇
し過熱され、つぎに通る大判の複写用紙に一様な温度を
付与させることができずに、定着むらを起こさせるとい
うことがある。また、発熱部各部の温度が一様にならな
いと、定着を行うことができないようにすることも可能
であるが、これでは複写速度(枚数/時間当り)が下が
り好ましいものではなかった。
【0013】これを防ぐ手段として、複写用紙の判毎に
発熱部長の異なった専用のヒータを使う、最大判の用紙
に合せてた1本のヒータの発熱部中間部のそれぞれの紙
幅に合せた部分から引出線を導出させ切替え使用するな
どのことも考えられるが、多数本のヒータが必要である
とか、引出線を導出させるのに加工工程が増えるなど費
用が嵩むということがある。
【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、帯状の細長い抵抗発熱体のどの部位においても
温度変化を少なくすることのできるヒータおよびこのヒ
ータを用いた定着装置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、絶縁基板の表面に帯状厚膜のPTC発熱体
を形成したことを特徴としている。
【0016】本発明の請求項2に記載のヒータは、絶縁
基板の表面に帯状厚膜のPTC発熱体およびこの発熱体
の長手方向両側に沿って電極を添設したことを特徴とし
ている。
【0017】本発明の請求項3に記載のヒータは、絶縁
基板の表面に帯状厚膜のPTC発熱体を形成するととも
にこの基板の裏面に温度検知用のサーミスタを設けたこ
とを特徴としている。
【0018】本発明の請求項4に記載のヒータは、絶縁
基板の表面に帯状厚膜のPTC発熱体およびこの発熱体
の長手方向両側に沿って電極を添設するとともにこの基
板の裏面に温度検知用のサーミスタを設けたことを特徴
としている。
【0019】本発明の請求項5に記載の定着装置は、加
圧ローラと上記請求項1ないし請求項4に記載のヒータ
とが相対して配置されていることを特徴としている。
【0020】
【作用】抵抗発熱体として正温度特性を有するPTCを
使用したので、PCTの膜幅や膜厚が変化してもその部
分の抵抗値に応じて発熱し、細長の発熱体における温度
分布の不均衡を発生することがなく、所定の温度分布を
精度よく得ることができる。また、基板に温度検知用の
サーミスタを設けたものはPCT発熱体が異常発熱した
場合には、制御回路を働かせ過電流を通流させずに発火
などを防止できる。
【0021】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。図1は本発明のヒータHの中間部を切欠した平面
図、図2は図1のX−X線に沿って切断した部分の拡大
断面側面図である。図中1は耐熱・電気絶縁性材料たと
えばアルミナ(Al2 3 )セラミクスからなる基板、
21、26はこの基板1の表面に長手方向に沿い間隙を
隔てて一対形成された電極、3はこの長手方向に延在す
る両電極21、26間の基板1表面上に形成されたPC
T抵抗発熱体、4はこの抵抗発熱体3の全表面および両
電極21、26の表面を保護するよう覆われたガラス質
のオーバーコート層である。
【0022】上記電極21、26は材料例えば銀(A
g)、銀・プラチナ合金(Ag/Pt)、金(Au)、
プラチナ(Pt)などの良導電性金属を混練したペース
トをスクリーン印刷し、焼成して厚膜を形成してあり、
一方の端部には同材料で幅広な端子部22、27が形成
されている。また、PTC抵抗発熱体3は例えばタング
ステン(W)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)などの
粉末を主成分として混練したペーストを両電極21、2
6間の基板1表面上にスクリーン印刷した後に、焼成し
て形成する。
【0023】そしてこの後、帯状のPTC抵抗発熱体3
部分、この帯状部分と連接する電極21、26の形成部
および基板1の表面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%)
−B2 3 (5〜15Wt%)−SiO2 (10〜30
Wt%)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〜30μ
mのガラス層とする。
【0024】このガラスは融点が約600℃で上記のP
TC抵抗発熱体3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帯状の抵抗発熱体3
およびこの発熱体3の両側に添設した電極21、26部
分を含む基板1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。この焼成により溶融した
ガラスペーストが抵抗発熱体3上、電極21、26上部
分を流れ基板1上にも達し、これらの表面が平坦で凹凸
のない状態に達したら加熱を止める。
【0025】このようなヒータHは、両側の端子部2
2、27から通電すると端子部22、27を除いた幅狭
帯状部分のPTC抵抗発熱体3が発熱する。そして、こ
のPTC抵抗発熱体3は正温度特性を有するので、発熱
により抵抗値が増加すると電流は減少し、他より高温度
の部分が生じると電流が制限されて温度を下げ、逆に、
抵抗値が低い部分には電流が多く流れるのでこの部分の
温度が高まるようになり、すなわち、対向する電極2
1、26間のほぼ全面に亘り温度に応じて電流を自己制
御するので、格別な制御機器を不要にして発熱体3の全
長に亘り一様な温度分布が得られる。
【0026】通常の機器などでは上記のような構成のヒ
ータHで十分温度管理ができるが、化学反応など特に温
度条件が厳しく、より精細な範囲の温度管理を必要とす
る場合においては図3〜図5に示すようなヒータHの構
成であってもよい。
【0027】図3はヒータHの長尺な中間部を切欠した
平面図、図4は図3のヒータHの背面図、図5は図4の
Y−Y線に沿って切断した部分の拡大断面側面図であ
る。なお、図3〜図5中、上述した図1、図2と同一部
分については同一の符号を付してその説明は省略する。
このヒータHは抵抗発熱体3を形成した反対面、すなわ
ち基板1の裏面側には温度検出用のサーミスタ7が設け
てある。
【0028】図中81、86は基板1の裏面側に形成さ
れた二条の配線導体で上記電極21、26と同様な材料
からなり、この配線導体81、86間にサーミスタ7が
取付けられている。また、このヒータHへの電力の供給
は基板1の一端部側の上下両面から行われ、他方の端子
部27は基板1の裏面側に形成され、スルホール28を
通じ導電されるようになっている。また、上記配線導体
81、86の端子部82、87は基板1の表面側に形成
され、スルホール83、88を通じ導電されるようにな
っている。
【0029】このサーミスタ7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。
【0030】このサーミスタ7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。
また、サーミスタ7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。
【0031】図5を参照して上記サーミスタ7の構造お
よび取着について詳述する。サーミスタ7はアルミナセ
ラミクス(Al2 3 )などからなる平板状の基体71
と、この基体71中央部の突出した上面に形成されたマ
ンガン、コバルト、ニッケルなどの酸化物(MnO2
Co3 4 、NiO)の混合物からなる薄膜の感熱部7
2と、この感熱部72両側に感熱部2と連接して形成さ
れた白金(Pt)層からなる電極部73、73とで構成
されている。
【0032】そして、このサーミスタ7の取着は感熱部
72が基板1の裏面に接触ないしは近接するようにし
て、電極部73、73が配線導体81、86にそれぞれ
銀・パラジウム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9を介して
接合されている。
【0033】このようなヒータHは、図6に示すような
回路構成でもって通電される。すなわち、温度制御回路
Tを介し端子部22、27間に通電すると電極21、2
6を経てPTC抵抗発熱体3に電流が流れ抵抗発熱体3
は発熱する。また、サーミスタ7にも信号電流が流れて
いる。
【0034】そして、この抵抗発熱体3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
に取着してあるサーミスタ7中央部の感熱部72に伝わ
り、感熱部72の抵抗値を変化させる。この感熱部72
の抵抗値の変化を配線導体81、86を介し端子部8
2、87から出力させ、これを温度制御回路Tに入力し
て適性な温度範囲にあるか否かを判定して、抵抗発熱体
3に加える電力をたとえば位相制御することによって調
整し調温させる。なお、この調温は電力を位相制御する
ことに限らず、電圧や電流を制御して所定の温度範囲に
調整するようにしてもよい。
【0035】このような構成とすれば、サーミスタ7は
ヒータHの裏面の温度を正確に受熱してその抵抗値変化
を精度よく検出し、これを温度制御回路Tにフィードバ
ックさせることができ適正な温度制御が行えなる。そし
て、このPTC抵抗発熱体3はどこの部位においても発
熱温度が同じであるので、サーミスタ7をどの箇所に配
置しても正確な温度検出が行える。また、上記PTC抵
抗発熱体3は温度に応じて電流を自己制御する特性を備
えているが、一次的温度制御はサーミスタ7により精細
な管理を行い、抵抗発熱体3の暴走など二次的温度制御
はPTC抵抗発熱体3が自己の特性を活かして行うこと
ができ、ヒータHの過熱による発火などの不慮の事故を
未然に防げる効果がある。
【0036】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一であるのでそ
の説明は省略する。図中Rは加圧ローラで、両端面に回
転軸51を突設した円筒形ローラ本体52の表面に耐熱
性弾性材料たとえばシリコーンゴムローラ53が嵌合し
てある。そして、この加圧ローラRの回転軸51と対向
して定着用ヒータHが並置してあり、上記ゴムローラ5
3はヒータHのPTC抵抗発熱体3の真上のガラスコー
ト層4の表面に軽く弾接している。なお、6は燐青銅板
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の端子部22、27に当接してPTC抵抗発熱体3へ
の給電をなす。また、Pは複写用紙を示す。
【0037】この定着装置はたとえば複写機内に設けら
れ、ヒータHには所定の電圧または電流がコネクタ6を
介し通電される。そして、発熱したPTC抵抗発熱体3
のガラスコート層4表面とゴムローラ53との間に複写
紙Pが挟圧され、加圧ローラRの回転により複写紙Pは
矢印方向に搬送されてトナーの定着がなされる。
【0038】このような定着装置は、PTC抵抗発熱体
3軸に沿ってほぼ均一な熱照射分布が得られるヒーター
Hを用いているので、定着用として画像のコントラスト
不良や定着むらなどの発生を防止できる。
【0039】また、このPTC抵抗発熱体3よりだいぶ
狭い幅の複写用紙Pを通過させると、PTC抵抗発熱体
3の用紙Pが接触する部分は温度が下がるが抵抗値が低
くなったことにより直ちに電流が増えて再び温度を上
げ、また、用紙Pが接触しない部分は温度が上がると抵
抗値が高くなり電流が制御されることで、発熱体3に過
熱を要因とする不具合の発生はない。
【0040】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
たとえば耐熱・絶縁性の基板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あるいは表面をガラ
ス被覆などの絶縁処理した金属であってもよい。
【0041】また、上記実施例では基板に形成するPT
C抵抗発熱体の材料はチタン酸バリウム(BaTi
3 )に酸化イットリウム(Y2 3 )などの希土類酸
化物、酸化ネオジウム(Nd4 7 )、酸化アンチモン
(Sb2 3 )などの少なくとも一種を添加したものな
どで形成しても差支えなく、発熱温度やそれぞれ使用す
るヒータの状況に応じて適宜選べばよく、基板上に形成
した帯状の抵抗発熱体は1本に限らず複数本形成してあ
ってもよい。
【0042】また、電極をPTC抵抗発熱体の長手方向
の端縁部に沿って形成したが、電極は基板の短辺側に沿
って形成してもよく、その材料も実施例のものに限らな
い。また、上記実施例では基板上に電極を形成した後抵
抗発熱体を設けたが、これに限らず図9に示すように、
基板1の表面上にまず帯状のPTC抵抗発熱体3を形成
した後、この発熱体3の長手方向に沿い、かつ、両側縁
に重合するようにしてそれぞれ電極21、26を形成せ
しめるようにしてもよく、このヒータHも上記実施例と
同様な作用効果を奏する。
【0043】また、上述したようにこのPTC抵抗発熱
体はどこの部位においても発熱温度が同じであるので、
サーミスタの配置はどこでもよく電極や端子部あるいは
他の部品との関係において、その位置を決めればよい。
【0044】また、PTC抵抗発熱体および基板上のガ
ラス質の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。
【0045】さらに、上記実施例ではPTC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
ずソケット構造のものや端子部に直接リード線を接続し
たものであっても差支えない。
【0046】さらにまた、上記実施例ではオーバーコー
ト層表面に直接複写用紙が接触したが、定着ヒータ保護
や紙送り用にプラスチックシートを介在させた間接的な
接触であってもよく、さらにまた、本発明のヒータはO
A機器類の定着用に限らず、他の分野においても種々実
用化できるものである。
【0047】
【発明の効果】以上の構成を有する本発明は、基板上に
形成した抵抗発熱体をPTCとしたので、電圧や電流を
設定して給電すれば、抵抗発熱体内では全長に亘りほぼ
一様な、すなわち外部に格別な制御装置の不要な自己で
温度制御できるとともにその長手方向に沿ってほぼ一様
な発熱温度分布が得られので複写画像のコントラスト不
良や定着むらなどの発生を防止できるる品質が向上した
ヒータを提供できる。
【0048】また、このヒータは温度が上昇すれば抵抗
値も上がって電流を制御する特性を有するので、たとえ
ば複写機などの定着装置には各判に合わせたヒータを備
えていなくても、この複写機が複写できる最大用紙の紙
幅に合わせた長さのPTC抵抗発熱体を有するヒータを
1本装着しておけばよく、定着装置のコストが低減でき
る効果も奏する。
【0049】また、このヒータはPTC抵抗発熱体であ
り自己で電流を調整する作用を有するが、サーミスタか
らなる温度検知センサーを設けることによって、さらに
精細な温度管理が可能となるとともにPCT発熱体が異
常発熱した場合には、制御回路を働かせ過電流を通流さ
せずに発火などを防止できる電気的な安全装置としての
作用も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るヒータの中間部を切欠し
て示す平面図である。
【図2】図1のヒータのX−X線に沿って切断した部分
の拡大横断面図である。
【図3】本発明の他の実施例に係るヒータの中間部を切
欠して示す平面図である。
【図4】図3のヒータHの背面図である。
【図5】図4のヒータのY−Y線に沿って切断した部分
の拡大横断面図である。
【図6】本発明ヒータの通電制御回路の一例を示す回路
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】本発明の他の実施例に係るヒータの拡大横断面
図である。
【符号の説明】
H:ヒータ R:加圧ローラ P:複写用紙 1:基板 21、26:電極 22、27:端子部 3:PTC抵抗発熱体 4:オーバーコート層 7:サーミスタ 81、86:配線導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 苅部 孝明 東京都港区新橋3丁目3番9号 東芝エ ー・ブイ・イー株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁基板の表面に帯状厚膜のPTC発熱
    体を形成したことを特徴とするヒータ。
  2. 【請求項2】 絶縁基板の表面に帯状厚膜のPTC発熱
    体およびこの発熱体の長手方向両側に沿って電極を添設
    したことを特徴とするヒータ。
  3. 【請求項3】 絶縁基板の表面に帯状厚膜のPTC発熱
    体を形成するとともにこの基板の裏面に温度検知用のサ
    ーミスタを設けたことを特徴とするヒータ。
  4. 【請求項4】 絶縁基板の表面に帯状厚膜のPTC発熱
    体およびこの発熱体の長手方向両側に沿って電極を添設
    するとともにこの基板の裏面に温度検知用のサーミスタ
    を設けたことを特徴とするヒータ。
  5. 【請求項5】 加圧ローラと上記請求項1ないし請求項
    4に記載のヒータとが相対して配置されていることを特
    徴とする定着装置。
JP5214634A 1993-07-30 1993-08-31 ヒータおよび定着装置 Abandoned JPH0794260A (ja)

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