(57)【要約】【課題】温度センサーの検出レベルが低下しても、確実な温度検出を行い暴走を停止させる。【解決手段】長尺平板状のセラミック基板１１の長手方向に平行してＡｇとＰｄ合金を主成分とする発熱抵抗体１２，１３を形成する。発熱抵抗体１２，１３の一端には通電用の電極１４，１５を、他端には接続パターン１８を接続し、発熱抵抗体１２，１３を直列的に接続する。発熱抵抗体１２，１３の長手方向中間部には負の抵抗温度係数を有する温度制御体２１で発熱抵抗体１２，１３間を接続する。発熱抵抗体１２，１３、温度制御体２１上にはオーバーコート層２２を形成する。セラミック基板１１を挟んで温度制御体２１と対向する位置にはサーミスタ２６を取り付ける。発熱抵抗体１２，１３が通常の発熱状態では接続パターン１８に電流を通過させ、異常な発熱状態では温度制御体２１に電流を通過させることで、サーミスタ２６の検出レベルが低下して異常な発熱状態を検知可能とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺平板状のセラミック基板と、
前記セラミック基板の一面の長手方向に形成された第１および第２の発熱抵抗体と、
前記第１および第２の発熱抵抗体の一端にそれぞれ接続され、電力を供給するために形成された第１および第２の電極と、
前記第１および第２の発熱抵抗体の他端を接続し、該第１および第２の発熱抵抗体を直列的に接続するための接続パターンと、
前記第１および第２の発熱抵抗体の長手方向の中間部に、該第１および第２の発熱抵抗体を連結する負の抵抗温度係数を有する温度制御体と、
前記第１および第２の発熱抵抗体、前記温度制御体を覆うオーバーコート層と、
前記温度制御体が形成された前記セラミック基板の反対面の位置に取り付けられた温度センサーと、を具備したことを特徴とする板状ヒータ。
【請求項２】
前記発熱抵抗体の発熱温度が異常の場合は、前記温度制御体の温度が上昇するようにしたことを特徴とする請求項１記載の板状ヒータ。
【請求項３】
前記温度センサーは、前記発熱抵抗体が発する熱よりも大きい場合に、前記第１および第２の発熱抵抗体への通電を停止させることを特徴とする請求項１または２記載の板状ヒータ。
【請求項４】
加熱ローラと、
前記加熱ローラに対向配置された前記第１および第２の発熱抵抗体が圧接された請求項１〜３記載の板状ヒータと、
前記板状ヒータと前記加圧ローラとの間を移動可能に設けられた定着フィルムとを具備したことを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
媒体に形成された静電潜像にトナーを付着させてこのトナーを用紙に転写して所定の画像を形成する形成手段と、
画像が形成された用紙を加圧ローラにより定着フィルムを介して前記ヒータに圧接しながら通過させることによって、トナーを定着するようにした請求項４記載の加熱装置とを具備したことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、情報機器、家電製品や製造設備などの小型機器類に装着されて用いられる板状ヒータおよびこの板状ヒータを実装したプリンタ、複写機、ファクシミリやリライタブルカードリーダライタなどの加熱装置ならびにこの加熱装置を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の板状ヒータは、短冊状のセラミック基板の長手方向に複数の発熱抵抗体が形成され、これらの発熱抵抗体の同じ向きの一端はそれぞれ給電電極を設け、他端は導電部を介して接続している。発熱抵抗体では、導電部により熱が奪われることを考慮し、導電部近傍の発熱抵抗体に絞り部を形成して抵抗値を高くし、絞り部の温度を上昇させている。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２００６−９１４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した特許文献１の技術は、温度センサーの検出レベルが低下した場合、温度制御が利かずに暴走してヒータ全体の温度が高くなり、ヒータの中央部に設置された温度センサーが動作する前にヒータの基板が割れたり、ヒータ回路の断線したりしてヒータが破損する、という問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、温度センサーの検出レベルが低下した場合でも、ヒータ暴走時における温度センサーを確実に作動させて破損等を防止した板状ヒータ、この板状ヒータを用いた加熱装置、この加熱装置を用いた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決するために、この発明の板状ヒータは、長尺平板状のセラミック基板と、前記セラミック基板の一面の長手方向に形成された第１および第２の発熱抵抗体と、前記第１および第２の発熱抵抗体の一端にそれぞれ接続され、電力を供給するために形成された第１および第２の電極と、前記第１および第２の発熱抵抗体の他端を接続し、該第１および第２の発熱抵抗体を直列的に接続するための接続パターンと、前記第１および第２の発熱抵抗体の長手方向の中間部に、該第１および第２の発熱抵抗体を連結する負の抵抗温度係数を有する温度制御体と、前記第１および第２の発熱抵抗体、前記温度制御体を覆うオーバーコート層と、前記温度制御体が形成された前記セラミック基板の反対面の位置に取り付けられた温度センサーと、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、温度センサーの検出レベルが低下しヒータが暴走した場合でも、温度センサーの検出を確実に行って暴走を停止させることで、板状ヒータの破損等の不具合を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００８】
図１は、この発明の板状ヒータに関する一実施形態について説明するための、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の背面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ断面図ある。
【０００９】
図１、図２において、１１は、耐熱、電気絶縁性材料例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などの電気絶縁性を有する高剛性の基材で高い熱伝導性の短冊状のセラミック基板である。セラミック基板１１は、例えば厚みが１mm、幅１０mm、長さ２８０mm程度の寸法である。
【００１０】
１２，１３は、セラミック基板１１の表面側の長手方向に沿って平行に形成された銀（Ａｇ）・パラジウム（Ｐｄ）をはじめとする銀系材料や、ルテニウム系、炭素系等の抵抗体ペーストを高温で焼成し、所定の抵抗値を有する厚膜からなる帯状の発熱抵抗体である。発熱抵抗体１２，１３は、例えば厚みが１０μｍ、幅が２．５mm、長さが２２６mm程度の寸法である。
【００１１】
１４，１５は、セラミック基板１１の長手方向の片側に非接触状態で隣接させて形成した給電用の電極である。電極１４は、発熱抵抗体１２の一端に一端が重層して形成されたＡｇ／Ｐｄ合金などを主体とする良導電体膜からなる接続パターン１６の他端とを一体的に形成している。また、電極１５は、発熱抵抗体１３の一端に一端が重層して形成されたＡｇ／Ｐｄ合金などを主体とする良導電体膜からなる接続パターン１７の他端とを一体的に形成している。
【００１２】
発熱抵抗体１２，１３の他端は、接続パターン１６，１７と同材料同手段で形成される接続パターン１８を用いて接続される。この接続により発熱抵抗体１２，１３は、電極１４，１５間に直列接続される。接続パターン１８と接続された部分の発熱抵抗体１２，１３には、長さＬの区間で幅を狭くした絞り部１９，２０が形成される。
【００１３】
また、発熱抵抗体１２，１３の長手方向の中間部には、発熱抵抗体１２に一端が、発熱抵抗体１３に他端がそれぞれ接続された導電性の温度制御体２１が形成される。温度制御体２１は、図３に示すような負の抵抗温度係数を有する。負の抵抗温度係数を有する材料としては、例えばグラファイトが考えられる。
【００１４】
２２は、電極１４，１５を残した発熱抵抗体１２，１３、接続パターン１６，１７等の上に、例えば厚膜印刷でガラス層あるいはポリイミド層で形成され、電気的、機械的、化学的な保護を行うオーバーコート層である。
【００１５】
発熱抵抗体１２，１３が形成されたセラミック基板１１の裏面側には、図１（ｂ）に示すように、セラミック基板１１を挟んで電極１４，１５で対向する位置には端子部２３，２４を非接触状態で隣接させて形成する。端子部２３，２４は、電極１４，１５と同材料で同様の手段で形成される。端子部２３は、一体形成でセラミック基板１１に固着された配線パターン２５を介して温度制御体２１が形成された裏面側の位置で温度センサーの一種であるサーミスタ２６の一端に接続する。端子部２４は、一体形成でセラミック基板１１に固着された配線パターン２７を介してサーミスタ２６の他端に接続する。サーミスタ２６と配線パターン２５，２７との接続は、例えば導電性接着剤を用いて電気的に接続する。
【００１６】
サーミスタ２６は、感温部に抵抗温度係数が負の大きな値を有する電気抵抗体を用いたもので、温度上昇したときに抵抗値が大きく低下し、温度を抵抗値の大小に変換する熱検出素子からなる温度センサーである。
【００１７】
電極１４，１５が通電されると、電極１４，１５間に直列接続された発熱抵抗体１２，１３は発熱する。接続パターン１８は、図４の矢印ａ’に示す破線部のように発熱抵抗体１２，１３の熱を奪おうとする。しかし、絞り部１９，２０の発熱抵抗体１２，１３の抵抗値が上がることから、温度検出センサーに奪われてしまう熱量分を上昇させ、奪われた熱量を稼ぎ、図４の温度分布特性ａで示すように被加熱材搬送領域での均一な温度分布を得ることが可能となる。
【００１８】
ここで、図５の回路構成を参照しながら、サーミスタ２６の温度検出に基づく温度調整について説明する。  
すなわち、商用電源５１を温度制御回路５２の制御端子に接続された制御部５３を介して、図１で示す板状ヒータ１００の電極１４，１５に通電されると、直列接続された発熱抵抗体１２，１３に通電されて発熱する。発熱抵抗体１２，１３の発熱に伴いセラミック基板１１も温度上昇する。この熱は、セラミック基板１１の裏面側に取着されたサーミスタ２６の感温部に伝わり、感温部の抵抗値を変化させる。サーミスタ２６の抵抗値の変化を出力させ、これを温度制御回路５２に入力して設定温度にあるか否かを判定する。温度が設定温度より低い場合は制御部５３にオン信号を出力し、設定温度より高い場合は制御部５３にオフ信号を出力する。
【００１９】
このように、発熱抵抗体１２，１３に印加する電力を制御することによって、発熱抵抗体１２，１３を温度調整する。なお、温度制御回路５２は制御部５３のオン・オフ制御について述べたが、他にパルス幅変調制御方式等による温度調整でも構わない。
【００２０】
そして、板状ヒータ１００は電極１４，１５に電力が供給されると、発熱抵抗体１２，１３にそれぞれ電流が流れ、発熱抵抗体１２，１３は長手方向にほぼ均一の発熱温度分布を呈することになる。この実施形態では、例えば発熱抵抗体１２，１３の抵抗値を２５Ωとし、１００Ｖの電圧を印加することにより４Ａの電流が流れ、４００Ｗの発熱量を得ることが可能となる。
【００２１】
通常は、上述したようにセラミック基板１１の裏面側に設けたサーミスタ２６が板状ヒータ１００の温度を検出して温度制御回路５２を通じて制御部５３をオン・オフ制御し所定の温度に制御している。
【００２２】
ところで、温度制御体２１の抵抗値は、発熱抵抗体１２，１３の折り返し部にある接続パターン１８の抵抗値に比べて大きいことから通常の温度制御時においては接続パターン１８を通過する。
【００２３】
しかし、サーミスタ２６の温度検出レベルが変わり、これまでよりも高い温度での制御が行われるようになった場合は、図４の温度分布特性ａの温度分布全体が上昇し暴走することになる。このとき、温度制御体２１は負の抵抗温度係数を有していることから抵抗値が低下する。接続パターン１８を流れていた電流は、温度制御体２１を流れて発熱が生じ、図４の矢印ｂ’に示すように温度制御体２１に位置する部分の温度が上昇した図４の温度分布特性ｂに示す温度分布の状態になる。
【００２４】
温度制御体２１が形成された位置にはサーミスタ２６が取り付けられている。これまでよりも検出温度が上昇したサーミスタ２６は、図４の矢印ｂ’の上昇部分を確実に検出し、図５の温度制御回路を動作させて発熱抵抗体１２，１３への通電を停止させる等の制御を行う。これにより、サーミスタ２６は、セラミック基板１１が破損したり、発熱抵抗体１２，１３を通電させる回路や温度制御を行う回路の配線が破断したりする等の弊害を防止することができる。
【００２５】
この実施形態では、発熱抵抗体の異常な温度上昇を検知するためのサーミスタの検出性能が設計値より検出レベルが低下した場合でも、サーミスタが取り付けられた部分の温度を上昇させることで、サーミスタの検出特性の劣化による暴走を停止させることが可能となる。
【００２６】
なお、オーバーコート層は、発熱抵抗体１２，１３が形成された側について設けたが、サーミスタ２６が取り付けられた側に設けても構わない。また、発熱抵抗体１２，１３に形成された絞り部１９，２０は、必要に応じて接続パターン１６，１７が接続された近傍の発熱抵抗体１２，１３にもそれぞれ絞り部を形成してもよい。
【００２７】
次に、図６の概略的な構成図を参照し、上記した板状ヒータを加熱装置２００に実装した場合の、この発明の加熱装置の一実施形態について説明する。図中１００については、図１、図２で説明した板状ヒータであり、同一部分には同一の符号を付してその説明は省略する。  
図６は、この発明の板状ヒータ１００をトナー定着の加熱装置２００とした場合の実施形態について説明するための概略的な構成図である。  
図６において、２０１は、支持体２０２の底部に板状ヒータ１００を固着させ、板状ヒータ１００に交流電圧を供給させて、加熱した板状ヒータ１００のオーバーコート層２２に圧接加熱されながら移動するポリイミド樹脂等の耐熱性のシートをロール状にして循環自在に巻装された円筒の定着フィルムである。２０３は、定着フィルム２０１の表面に耐熱性弾性材料であるたとえばシリコーンゴム層２０４が嵌合してある加圧ローラであり、加圧ローラ２０３の回転軸２０５と対向して板状ヒータ１００が、定着フィルム２０１と並置して図示しない基台内に取り付けられている。加圧ローラ２０３は、図示しない手段に基づいて定着フィルム２０１と相互に圧接させてニップ部を形成するとともに、作動時には矢印方向に回転させる。
【００２８】
このとき、オーバーコート層２２上に配置された定着フィルム２０１面とシリコーンゴム層２０４との間で、トナー像Ｔｏ１がまず定着フィルム２０１を介して板状ヒータ１００により加熱溶融され、少なくともその表面部は融点を大きく上回り完全に軟化して溶融する。この後、加圧ローラ２０３の用紙排出側では複写用紙Ｐが板状ヒータ１００から離れ、トナー像Ｔｏ２は自然放熱して再び冷却固化し、定着フィルム２０１も複写用紙Ｐから離反される。
【００２９】
この実施形態は、温度センサーであるサーミスタの検出レベルが低下した場合でも、板状ヒータの異常な温度上昇をサーミスタで検出することが可能となる。これにより、サーミスタの温度検出情報に基づき板状ヒータの発熱抵抗体への通電を停止させる温度制御機能を動作させることが可能となり、板状ヒータにおける温度暴走に伴う弊害の防止を図ることができる。
【００３０】
次に、図７の概略的な構成図を参照して、この発明の加熱装置２００を搭載した複写機を例とした、この発明の画像形成装置について説明する。図中、加熱装置２００の部分は、上記した図６で説明した構成と同じであり、同一部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。  
図７において、３０１は複写機３００の筐体、３０２は筐体３０１の上面に設けられたガラス等の透明部材からなる原稿載置台で、矢印Ｙ方向に往復動作させて原稿Ｐ１を走査する。
【００３１】
筐体３０１内の上方向には光照射用のランプと反射鏡とからなる照明装置３０２が設けられており、この照明装置３０２により照射された原稿Ｐ１からの反射光源が短焦点小径結像素子アレイ３０３によって感光ドラム３０４上スリット露光される。なお、この感光ドラム３０４は矢印方向に回転する。
【００３２】
また、３０５は帯電器で、例えば酸化亜鉛感光層あるいは有機半導体感光層が被覆された感光ドラム３０４上に一様に帯電を行う。この帯電器３０５により帯電された感光ドラム３０４には、結像素子アレイ３０３によって画像露光が行われた静電画像が形成される。この静電画像は、現像器３０６による加熱で軟化溶融する樹脂等からなるトナーを用いて顕像化される。
【００３３】
カセット３０７内に収納されている複写用紙Ｐは、給送ローラ３０８と感光ドラム３０４上の画像との同期するタイミングを図りつつ、上下方向で圧接しながら回転させる対の搬送ローラ３０９によって、感光ドラム３０４上に送り込まれる。そして、転写放電器３１０によって感光ドラム３０４上に形成されているトナー像は、複写用紙Ｐ上に転写される。
【００３４】
その後、感光ドラム３０４上から離れた用紙Ｐは、搬送ガイド３１１によって加熱装置２００に導かれて加熱定着処理された後に、トレイ３１２内に排出される。なお、トナー像が転写された後、感光ドラム３０４上の残留トナーはクリーナ３１３を用いて除去される。
【００３５】
加熱装置２００は、複写用紙Ｐの移動方向と直交する方向に、この複写機３００が複写できる最大判用紙の幅（長さ）に合わせた有効長、すなわち最大判用紙の幅（長さ）より長い発熱抵抗体を備えた板状ヒータ１００が、加圧ローラ２０３の外周に取り付けられたシリコーンゴム層２０４に加圧された状態で設けられている。
【００３６】
そして、板状ヒータ１００と加圧ローラ２０３との間を送られる用紙Ｐ上の未定着トナー像Ｔ１は、発熱抵抗体１２の熱を受け溶融して複写用紙Ｐ面上に文字、英数字、記号、図面等の複写像を現出させる。
【００３７】
この実施形態では、サーミスタの検出温度が設計値より上昇した場合でも、温度制御回路の制御を可能とした。これにより、板状ヒータの温度暴走に伴う弊害を防止した板状ヒータ１００による加熱装置を用いた、安全性の優れた画像形成装置を実現することができる。
【００３８】
板状ヒータの用途としては、複写機等の画像形成装置の定着用に用いたが、これに限らず、家庭用の電気製品、業務用や実験用の精密機器や化学反応用の機器等に装着して加熱や保温の熱源としても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の板状ヒータに関する一実施形態について説明するための、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の背面図。
【図２】図１のｘ−ｘ断面図。
【図３】図１要部の特性について説明するための説明図。
【図４】この発明の効果について説明するための説明図。
【図５】この発明に用いる温度制御回路の一例について説明するための回路構成図。
【図６】この発明の加熱装置に関する一実施形態について説明するための概略的な構成図。
【図７】この発明の画像形成装置に関する一実施形態について説明するための概略的な構成図。
【符号の説明】
【００４０】
１１  セラミック基板
１２，１３  発熱抵抗体
１４，１５  電極
１６〜１８  接続パターン
１９，２０  絞り部
２１  温度制御体
２２  オーバーコート層
２３，２４  端子部
２５，２７  配線パターン
２６  サーミスタ
１００  板状ヒータ
２００  加熱装置
３００  複写機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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