発熱体アレイ

【構成】絶縁性基体１１上に、ブロック状発熱体１３を複数個設け、さらにこのコモン電極３１および各ブロック電極２１を設けた、画像記録装置の定着装置として好適な発熱体アレイ。コモン電極３１を大面積で、あるいはブロック状発熱体１３の下面に設けることにより、発熱体および／または蓄熱体として利用できる。
【効果】簡単な構成で発熱体をブロック制御でき、小型化、省エネ化が容易であり、定着装置の発熱体として有用である。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、定着装置などで用いられる、発熱体を所定数のブロック体に分割して構成した発熱体アレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】電子写真方式を利用した画像形成装置の定着装置においては、装置起動後の待機時（非定着時）に、所定温度に定着加熱ヘッドを維持し、定着時には、トナーの溶融や記録紙により奪われた熱を補なって、常に所定温度に定着加熱ヘッドを維持することが必要となる。
【０００３】この種の加熱装置においては、加熱ヘッドの温度を検知してコントロールするダイナミック制御が好ましく、応答性が良好で、しかも、スイッチングによる外部へのノイズの発生や内部に対する熱衝撃の弊害が少なく、省電力化が可能な発熱体アレイが望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、比較的簡単な構成でダイナミック制御でき、しかも、ブロック制御により高い応答性と省電力化が可能な発熱体を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の発熱体アレイは、絶縁性基体上に、ブロック状発熱体と、ブロック状発熱体のコモン電極と、各ブロック状発熱体の各ブロック電極とを形成したことを特徴とする。
【０００６】
【実施例】図１（Ａ）は本発明の発熱体アレイの実施例を示す平面図、図１（Ｂ）はその正面図、図１（Ｃ）はその側面図である。セラミックス等からなる絶縁性基体１１には、所定数のブロック状発熱体１３が形成され、各ブロック状発熱体１３にはブロック電極２１が形成され、絶縁性基体１１上にブロック引出し電極２３が形成されている。また、ブロック状発熱体１３にはコモン電極３１（共通電極）が設けられ、絶縁性基体１１上にコモン引出し電極３３が形成されている。所定のブロック引出し電極２３を選択してコモン引出し電極３３との間に電流を流すことにより、選択したブロック状発熱体１３を適宜発熱せしめることができ、ブロック制御が可能となる。
【０００７】電子写真法における定着装置においては、ブロック状発熱体１３の前面に適当な熱伝導体を設けてこれを加熱し、ブロック状発熱体１３の配列方向と直交する方向に記録紙を搬送し、上記熱伝導体により直接あるいは離型部材等の適当な部材を介してトナーを加熱し、定着処理することができる。このとき、定着温度をセンサーで測定し、ブロック状発熱体１３の通電パルス幅を設定することにより、定着温度をダイナミック制御でき、高い応答性が得られ、省電力化に寄与する。また、発熱体アレイが簡単な構成なので、装置の小型化が可能となる。
【０００８】図２は、本発明の発熱体アレイで用いられる温度制御回路の一例を示すブロック図である。
【０００９】待機時と定着時に応じて基準電源を切換え、サーミスタにより検出した発熱体アレイの温度とを比較し、差動アンプで増幅して必要な通電パルスを設定し、温度制御信号として発熱体アレイに供給する。連続的に定着処理を行なう場合は、発熱のパルス幅を順次小さくしていくなど、発熱体アレイの異常な高温側へのシフトを防止することも簡単にできる。
【００１０】図３は発熱体アレイのブロック制御の一例を示すブロック図であり、図４はそのタイムチャートである。サーミスタからの信号を受けて温度制御回路（図２R>２参照）のブロック切替信号によりＳＳＲ（ソリッドステートリレー）を駆動し、各ブロック状発熱体を時分割して駆動する。待機時と定着時とでｔｗの長さを変化させることにより（例えば、待機時ｔｗ＝Ｔ、定着時ｔｗ＝０）、発熱体アレイによる定着温度を制御できる。
【００１１】本発明の発熱体アレイでは、電極の引出し構造、安全機能部品等のスイッチング素子の搭載、コモン電極の発熱体・蓄熱体としての利用、蓄熱体等の機能層の積層など種々の変形が可能であり、以下これらの代表例を示すが、それらを適宜組み合わせてより多機能な発熱体アレイとして利用することもできる。
【００１２】図５は、本発明の発熱体アレイの他の実施例（電極の引出し構造）を示す図であり、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が正面図、（Ｃ）が側面図を示す。絶縁性基体１１上には、ブロック状発熱体１３が形成され、コモン電極３１および各々のブロック電極２１が設けられている。ブロック電極２１およびコモン電極３１は、一度、絶縁性基体１１中に埋設されたのち、絶縁性基体１１の両側壁から引き出されて、それぞれブロック引出し電極２３およびコモン引出し電極３３を形成している。このような引出し電極２３，３３は、セラミックマルチレイヤー基板を絶縁性基体１１として用いることにより容易に形成できる。引出し電極２３，３３を絶縁性基体１１中を経て引出すことにより、引出し電極２３，３３が強度的に優れたものとなり、安価な接続端子を利用できる。また、引出し電極２３，３３によりブロック状発熱体１３の左右からの位置決めが容易となり、ブロック状発熱体１３の固定用補助手段としても利用できる。
【００１３】図６は本発明の発熱体アレイの他の実施例（スイッチング素子および／または機能素子用の引出し電極の搭載を示す平面図であり、■コモン引出し電極３３が、絶縁性基体１１上に形成されたスイッチング素子３７および補助電極３５を介してコモン電極３１に接続されている事、および■機能素子用引出し電極１５が設けられている以外は、図１と同じである。これら両者は、必要により、いずれか一方のみを用いることができる。スイッチング素子３７として、温度ヒューズ、バイメタル、形状記憶合金を利用したサーモスイッチなどの感温スイッチング素子を用いることにより、異常により所定温度以上に発熱体アレイが昇温した場合は通電を遮断できる。また、機能素子引出し電極１５，１５を利用して感温素子を絶縁性基体１１上またはブロック状発熱体１３の近傍などに配設することにより、低電流で検知回路を構成できる。このように安全機能を装備することは好ましく、特に発熱体の近傍で直接検知・制御できるので応答性が良好である。また、スイッチング素子３７として光導電体を用いれば、発光素子などを用いて光スイッチングが可能となる。
【００１４】図７（Ａ）は本発明の他の実施例を示す平面図、図７（Ｂ）は側面図であり、ブロック状発熱体１３の形成方向のほぼ全長にわたってコモン電極２１を、絶縁性基体１１上に大面積で設けた以外は、図１の場合と同じである。この実施例では、コモン電極３１を蓄熱体として利用して発熱体アレイ全体の熱容量を大きくすることにより、外乱により急激な温度変動が生じることを防止している。コモン電極３１の一部を引出し電極として利用し、外部端子を利用すればよい。コモン電極２１として、適当な蓄熱性と電導性を有する素材を用いればよく、その体積により要求される熱容量をもたすようにする。また、ある程度電気抵抗を高めて発熱体として利用することもできる。
【００１５】図８は、本発明の他の実施例を示す図であり、(Ａ)が平面図、(Ｂ)が正面図、(Ｃ)が層構成を示す断面図である。絶縁性基体１１上にコモン電極３１が形成され、その上にブロック状発熱体１３が形成されている。コモン電極３１にはコモン引出し電極３３が設けられ、一方、ブロック状発熱体１３には、コモン電極３１との間に絶縁体２５を介してブロック引出し電極２３が設けられている。コモン電極３１は発熱体としても働き、発熱量を疎制御し、ブロック状発熱体１３への通電パルスにより発熱体を微制御することにより、発熱体としての早期立上げが可能となり、温度リップルを小さくできる。また、コモン電極３１が蓄熱体としても働くことにより、適度の熱容量をもち、急激な温度変化に対応して発熱体の発熱量を平滑化でき、環境条件の変化や記録紙の種類にも対応できる。
【００１６】図９は層構成を示す縦断面図であり、図８に示した実施例において、ブロック状発熱体１３上にさらに蓄熱層４１を設けた実施例を示す断面図であり、蓄熱層４１を設けた以外は図９と同じである。蓄熱層４１とし、適度な蓄熱性と熱伝導性を有し、かつ非導電性の層、例えば発泡セラミックス層を設けることにより、早期立上り、温度リップルの減少、環境条件や紙の種類などにより急激な熱変動に対する対応性などが改善される。
【００１７】図１０は、本発明の発熱体アレイの他の実施例を示す側面図であり、ブロック状発熱体１３の下に蓄熱体４３を設け、この蓄熱体４３を囲包するようにしてコモン電極３１を設けた以外は、図８と同じである。蓄熱体４３としては、前述の蓄熱層４１と同様に適度の蓄熱性、熱伝導性を有し非導電性の材料が用いられる。
【００１８】なお、以上の説明では、ブロック状発熱体１３を微少ギャップを設けて配列した場合を示したが、このギャップには電気絶縁体を充填することが好ましく、また、ギャップを設けずにブロック状発熱体１３を配列することもできる。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、簡単な構成で発熱体アレイをブロック制御でき、省エネルギー化、装置の小型化が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の発熱体アレイの実施例を示す平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図２】本発明に用いる温度制御回路の実施例を示すブロック図である。
【図３】ブロック状発熱体の制御部の一例を示すブロック図である。
【図４】ブロック状発熱体の温度制御方法の一例を示すタイムチャートである。
【図５】（Ａ）は本発明の発熱体アレイの実施例を示す平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図６】本発明の発熱体アレイの実施例を示す平面図である。
【図７】本発明の発熱体アレイの実施例を示す平面図である。
【図８】（Ａ）は本発明の発熱体アレイの実施例を示す平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は層構成を示す縦断面図である。
【図９】本発明の発熱体アレイの層構成を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の発熱体アレイの実施例を示す側面図である。
【符号の説明】
１１絶縁性基体
１３ブロック状発熱体
１５機能素子引出し電極
２１ブロック電極
２３ブロック引出し電極
２５絶縁体
３１コモン電極
３３コモン引出し電極
３５補助電極
３７スイッチング素子
４１蓄熱層
４３蓄熱体

【特許請求の範囲】
【請求項１】絶縁性基体上に、ブロック状発熱体と、ブロック状発熱体のコモン電極と、各ブロック状発熱体の各ブロック電極とを形成したことを特徴とする発熱体アレイ。
【請求項２】コモン電極として、蓄熱性導電体を用いた請求項１記載の発熱体アレイ。
【請求項３】コモン電極を、絶縁体基体とブロック状発熱体との間に層状に設け、疎発熱体として用いた請求項１に記載の発熱体アレイ。
【請求項４】コモン電極によって、上下面が囲包されるように、コモン電極内に蓄熱性絶縁体を配設した請求項３に記載の発熱体アレイ。
【請求項５】ブロック状発熱体上に、熱伝導性絶縁体を設けた請求項１〜４のいずれか一項に記載の発熱体アレイ。
【請求項６】コモン電極および各ブロック電極が絶縁性基体内を経て引き出されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の発熱体アレイ。
【請求項７】コモン電極が、スイッチング素子を介して引き出されている請求項１〜６のいずれ一項に記載の発熱体アレイ。
【請求項８】機能素子用の引き出し電極が絶縁性基体上に形成されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の発熱体アレイ。

【図１】