特開 2023-127711 ヒータ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023127711

(43)【公開日】2023-09-14

(54)【発明の名称】ヒータ装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/14 20060101AFI20230907BHJP

   H05B 3/06 20060101ALI20230907BHJP

【ＦＩ】

H05B3/14 A

H05B3/06 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022031567

(22)【出願日】2022-03-02

(71)【出願人】

【識別番号】000004606

【氏名又は名称】ニチコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001531

【氏名又は名称】弁理士法人タス・マイスター

(72)【発明者】

【氏名】若林 健太

(72)【発明者】

【氏名】松浦 康行

【テーマコード（参考）】

3K092

【Ｆターム（参考）】

3K092PP18

3K092QA05

3K092QB21

3K092QB32

3K092QB49

3K092QC03

3K092VV26

(57)【要約】

【課題】ＰＴＣ素子に形成された電極と接合される金属板の剥離や変形を抑制する。
【解決手段】表面に電極が設けられた絶縁基板５７と、前記絶縁基板５７上に複数個、所定の配列方向に沿って配置され、両主面に電極が形成されたＰＴＣ素子１と、前記複数のＰＴＣ素子１の電極３と導通可能に接合され、前記絶縁基板５７に固定される金属板５６とを備え、複数の前記ＰＴＣ素子１の一方主面側に形成された各々の電極２は、前記絶縁基板５７の電極５５と導通可能に接続され、前記金属板５６は、複数の前記ＰＴＣ素子１の他方主面側に形成された各々の電極３と接続される平板部５６１と、前記平板部５６１から前記絶縁基板５７に向かって折り曲げられ前記ＰＴＣ素子１の厚み方向に沿って延びる脚部５６ａ、５６ｂと、前記脚部５６ａ、５６ｂを前記絶縁基板５７に固定する固定部５６ｃ、５６ｄとを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に電極が設けられた絶縁基板と、
前記絶縁基板上に複数個、所定の配列方向に沿って配置され、両主面に電極が形成されたＰＴＣ素子と、
前記複数のＰＴＣ素子の電極と導通可能に接合され、前記絶縁基板に固定される金属板とを備え、
複数の前記ＰＴＣ素子の一方主面側に形成された各々の電極は、前記絶縁基板の電極と導通可能に接続され、
前記金属板は、複数の前記ＰＴＣ素子の他方主面側に形成された各々の電極と接続される平板部と、前記平板部から前記絶縁基板に向かって折り曲げられ前記ＰＴＣ素子の厚み方向に沿って延びる脚部と、前記脚部を前記絶縁基板に固定する固定部とを有することを特徴とするヒータ装置。

【請求項2】

前記金属板の少なくとも前記平板部は絶縁層を有し、前記絶縁層が摺動物と接触するように配置され、
前記絶縁層が前記摺動物と摺動する摺動方向と前記配列方向とが直交する
ことを特徴とする請求項１に記載のヒータ装置。

【請求項3】

前記固定部は、前記脚部において前記平板部と反対側の端部から前記絶縁基板の表面に沿って延設された接合フランジを含み、前記接合フランジと前記絶縁基板の表面とが接着されることにより、前記脚部を前記絶縁基板に固定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のヒータ装置。

【請求項4】

前記脚部が前記配列方向を中心として前記平板部の両側に形成され、両脚部の各々に対して形成された、２つの固定部により前記両脚部が前記絶縁基板に固定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のヒータ装置。

【請求項5】

前記絶縁基板上の前記電極の前記配列方向の端部に設けられた第１の端子部と、前記金属板の前記配列方向の端部に設けられた第２の端子部との間に電圧が印加されることで、複数の前記ＰＴＣ素子が通電する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のヒータ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヒータ装置に関し、発熱素子としてＰＴＣ素子を用いたヒータ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば複写機のトナー定着用ヒータ装置にＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子を用いたものがある（特許文献１参照）。

【0003】

この複写機は、トナーを用紙に転写した状態で当該用紙をＰＴＣ素子に沿って移動させることにより、トナーを加熱溶融し用紙に定着させる構成となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平０６－１７５５１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

また、従来のＰＴＣ素子を用いたヒータ装置では、複数のＰＴＣ素子を並べて使用するものがある。例えば、図８および図９に示すように、複数のＰＴＣ素子１を並べて金属板５、６により挟み込んだ構成のヒータ装置がある。各ＰＴＣ素子１の表裏面に形成された電極２、３は、金属板５、６に接着される。

【0006】

複数のPＴＣ素子１を並べた構成のヒータ装置においては、各ＰＴＣ素子１の間に僅かな間隙Ｇ１が形成されており、ヒータ装置全体としてＰＴＣ素子１の配列方向に撓みやすい問題があった。

【0007】

また、図１０に示すように、従来のＰＴＣ素子を用いたヒータ装置では、金属板５、６に絶縁層７、８を設け、一方の絶縁層８上を加熱対象である摺動物９が摺動する構成となっている。このような構成においては、ＰＴＣ素子１の発熱時に金属板５、６と電極２、３との間の接着剤１１、１２が膨張し、摺動物９の摺動に伴って横方向（矢印ｘ方向）に作用する応力により、金属板５、６が電極２、３から剥離しやすくなる問題があった。

【0008】

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、ＰＴＣ素子に形成された電極と接合される金属板の剥離や変形を抑制し得るヒータ装置を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明のヒータ装置は、表面に電極が設けられた絶縁基板と、前記絶縁基板上に複数個、所定の配列方向に沿って配置され、両主面に電極が形成されたＰＴＣ素子と、前記複数のＰＴＣ素子の電極と導通可能に接合され、前記絶縁基板に固定される金属板とを備え、複数の前記ＰＴＣ素子の一方主面側に形成された各々の電極は、前記絶縁基板の電極と導通可能に接続され、前記金属板は、複数の前記ＰＴＣ素子の他方主面側に形成された各々の電極と接続される平板部と、前記平板部から前記絶縁基板に向かって折り曲げられ前記ＰＴＣ素子の厚み方向に沿って延びる脚部と、前記脚部を前記絶縁基板に固定する固定部とを有することを特徴とする。

【0010】

この構成によれば、脚部を有する金属板を絶縁基板上に固定し、当該金属板と絶縁基板との間にＰＴＣ素子を導通可能に挟持することにより、ＰＴＣ素子に形成された電極と接合される金属板の剥離や変形を抑制することができる。

【0011】

また、本発明のヒータ装置は、前記金属板の少なくとも前記平板部は絶縁層を有し、前記絶縁層が摺動物と接触するように配置され、前記絶縁層が前記摺動物と摺動する摺動方向と前記配列方向とが直交することを特徴とする。

【0012】

この構成によれば、絶縁層が摺動物と摺動する摺動方向とＰＴＣ素子の配列方向とが直交することにより、金属板全体がＰＴＣ素子の配列方向に撓むことを抑制することができ、その結果、金属板が固定された絶縁基板が撓むことを抑制することができる。

【0013】

また、本発明のヒータ装置は、上記構成において、前記固定部は、前記脚部において前記平板部と反対側の端部から前記絶縁基板の表面に沿って延設された接合フランジを含み、前記接合フランジと前記絶縁基板の表面とが接着されることにより、前記脚部を前記絶縁基板に固定することを特徴とする。

【0014】

この構成によれば、脚部の端部に設けられた接合フランジを絶縁基板の表面に接着することにより、容易に金属板を絶縁基板上に固定することができる。

【0015】

また、本発明のヒータ装置は、上記構成において、前記脚部が前記配列方向を中心として前記平板部の両側に形成され、両脚部の各々に対して形成された、２つの固定部により前記両脚部が前記絶縁基板に固定されることを特徴とする。

【0016】

この構成によれば、両脚部の各々に対して形成された、２つの固定部により両脚部が絶縁基板に固定されることにより、摺動物との摺動によって金属板に生じる応力を分散させることができる。

【0017】

また、本発明のヒータ装置は、上記構成において、前記絶縁基板上の前記電極の前記配列方向の端部に設けられた第１の端子部と、前記金属板の前記配列方向の端部に設けられた第２の端子部との間に電圧が印加されることで、複数の前記ＰＴＣ素子が通電することを特徴とする。

【0018】

この構成によれば、絶縁基板上の電極の配列方向の端部に設けられた第１の端子部と、金属板の配列方向の端部に設けられた第２の端子部との間に電圧を印加することにより、容易に複数のＰＴＣ素子を通電させることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によると、ＰＴＣ素子に形成された電極と接合される金属板の剥離や変形を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係るヒータ装置を示す断面図である。

【図2】本発明の実施形態に係るヒータ装置を示す平面図である。

【図3】本発明の実施形態に係るヒータ装置の構成を示す分解斜視図である。

【図4】本発明の実施形態に係るヒータ装置を示す斜視図である。

【図5】本発明の他の実施形態に係るヒータ装置を示す断面図である。

【図6】本発明の他の実施形態に係るヒータ装置を示す断面図である。

【図7】本発明の他の実施形態に係るヒータ装置を示す斜視図である。

【図8】従来のヒータ装置の構成を示す分解斜視図である。

【図9】従来のヒータ装置を示す斜視図である。

【図10】従来のヒータ装置を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

［実施形態］
以下、本発明の実施形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。
図８～図１０との対応部分に同一符号を付して示す図１および図２において、複写機のトナー定着用ヒータ装置として用いられるヒータ装置５０は、発熱体であるＰＴＣ素子１がアルミナ等のセラミック基板５７（本発明の「絶縁基板」に相当）とステンレス等の断面形状がＵ字状のＵ字金属板５６とによって挟持された構成を有している。Ｕ字金属板５６の素材としては、ステンレスの他にアルミニウム等の金属を用いることもできる。

【0022】

セラミック基板５７の表面に形成された基板電極５５にＰＴＣ素子１の一方主面に形成された電極２が接着剤１１によって固定されている。ＰＴＣ素子１の他方主面に形成された電極３には、Ｕ字金属板５６の平板部５６１の底面５６ｅが接着剤１２によって固定されている。すなわち、ＰＴＣ素子１の他方主面の電極３には、接着剤１２を介してＵ字金属板５６の平板部５６１が積層される。

【0023】

Ｕ字金属板５６は、その底面５６ｅの両縁部からセラミック基板５７に向かって折り曲げられ、ＰＴＣ素子１の厚み方向に沿って延びる脚部５６ａ、５６ｂが形成されている。脚部５６ａ、５６ｂは、セラミック基板５７上のＰＴＣ素子１の配列方向（図３において矢印ｙ方向）に沿った曲折部５６gにおいてセラミック基板５７の方向に９０度の角度で曲折されている。

【0024】

これら２つの脚部５６ａ、５６ｂの平板部５６１と反対側の先端には本発明の「固定部」として機能する接合フランジ５６ｃ、５６ｄがセラミック基板５７の表面に沿って延設されており、当該接合フランジ５６ｃ、５６ｄは、接着剤５３、５４（図１）によってセラミック基板５７の表面に固定されている。

【0025】

これにより、Ｕ字金属板５６（脚部５６ａ、５６ｂ）は、接合フランジ５６ｃ、５６ｄにより接着剤５３、５４を介して、セラミック基板５７に固定される。すなわち、Ｕ字金属板５６は、その底面５６ｅがＰＴＣ素子１の電極３に接着されることに加えて、接合フランジ５６ｃ、５６ｄがセラミック基板５７に接着される。

【0026】

図３および図４に示すように、ヒータ装置５０は、複数のＰＴＣ素子１を矢印ｙ方向に配置可能な長さＬ１のセラミック基板５７および当該セラミック基板５７上に配置された複数のＰＴＣ素子１を覆うことが可能な長さＬ２（Ｌ１と略同じ長さ）のＵ字金属板５６により複数のＰＴＣ素子１を挟持する。

【0027】

セラミック基板５７の表面に形成された基板電極５５は、複数のＰＴＣ素子１の電極２を配置可能な大きさに形成されており、当該基板電極５５の矢印ｙ方向縁部には端子部５５ｆ（本発明の「第１の端子部」に相当）が設けられている。また、Ｕ字金属板５６は、セラミック基板５７に接着される接合フランジ５６ｄの矢印ｙ方向端部（端子部５５ｆが形成された側と同じ側）に端子部５６ｆ（本発明の「第２の端子部」に相当）が設けられている。これらの端子部５５ｆ、５６ｆ間に電圧を印加することで複数のＰＴＣ素子１への通電を行うことができる。本実施形態の構成では、セラミック基板５７の表面に形成された基板電極５５の高さと、セラミック基板５７の表面に接着される接合フランジ５６ｄの高さが一致することにより、端子部５５ｆ、５６ｆを同じ高さとすることができる。

【0028】

セラミック基板５７の基板電極５５の幅Ｗ１は、Ｕ字金属板５６の２つの脚部５６ａ、５６ｂの間隔Ｗ２よりも小さく形成されており、Ｕ字金属板５６をセラミック基板５７に取り付けた状態において、基板電極５５とＵ字金属板５６の脚部５６ａ、５６ｂとが接触することを回避している。なお、ＰＴＣ素子１と脚部５６ａ、５６ｂとの間に接着剤（絶縁材）を介在させてＰＴＣ素子１と脚部５６ａ、５６ｂとが接触することを回避するようにしてもよい。

【0029】

セラミック基板５７に複数のＰＴＣ素子１およびＵ字金属板５６を接着した状態でＵ字金属板５６の表面にガラスまたはセラミック（窒化ホウ素など）をスプレー塗装によりコーティングすることにより、絶縁層５８（図１）を形成する。

【0030】

端子部５５ｆ、５６ｆを介して通電することでＰＴＣ素子１を発熱させ、絶縁層５８の表面に加熱対象である摺動物９を接触させることで、摺動物９を加熱することができる。なお、本実施形態においては、摺動物９の摺動方向（図１において矢印ｘ方向）をＵ字金属板５６の脚部５６ａ、５６ｂの延伸方向（配列方向）に直交する方向とするが、これに限られず、例えば、脚部５６ａ、５６ｂの延伸方向に沿う方向（図３において矢印ｙ方向）に摺動させるようにしてもよい。

【0031】

以上の構成において、Ｕ字金属板５６上を摺動物９が矢印ｘ方向（図１）に摺動すると、Ｕ字金属板５６には矢印ｘ方向への摺動に伴い摺動物９とＵ字金属板５６（絶縁層５８）との間の摩擦によりＵ字金属板５６にｘ方向への応力が加わることになるが、Ｕ字金属板５６は、底面５６ｅとＰＴＣ素子１の電極３との間の接着部（接着剤１２）および基板電極５５とＰＴＣ素子１の電極２との間の接着部（接着剤１１）に加えて、２つの脚部５６ａ、５６ｂが接合フランジ５６ｃ、５６ｄを介して硬いセラミック基板５７に接着固定されていることにより、当該接着部全体が前記応力を受けることとなり、応力を分散させることができる。これにより、Ｕ字金属板５６は、底面５６ｅとＰＴＣ素子１の電極３との間の接着部および基板電極５５とＰＴＣ素子１の電極２との間の接着部に加わる応力を低減することができ、ＰＴＣ素子１からＵ字金属板５６が剥離することを抑制することができる。

【0032】

また、Ｕ字金属板５６において底面５６ｅと脚部５６ａ、５６ｂとの間の曲折部５６ｇは、ＰＴＣ素子１の配列方向（図３において矢印ｙ方向）に沿って形成されている。すなわち、ＰＴＣ素子１が配列される長手方向に沿って曲折部５６ｇが形成されるとともに、複数のＰＴＣ素子を連結固定している。これにより、当該長手方向に撓みが発生することを抑制することができ、ＰＴＣ素子１の電極３とＵ字金属板５６（底面５６ｅ）との間の接着部分およびＰＴＣ素子１の電極２とセラミック基板５７の基板電極５５との間の接着部分が剥離することを抑制することができる。

【実施例0033】

セラミック（アルミナ）基板上にアルミペーストを印刷することで電極を形成した。図４に示すように、ＰＴＣ素子１は、キュリー点２５０℃で素子寸法２５ｍｍ×７ｍｍ×ｔ２．０ｍｍの直方体素子を用いた。その両主表面に２４ｍｍ×６ｍｍの大きさの印刷電極２、３を形成した。また、２３５ｍｍ（Ｌ１）×１２ｍｍ×ｔ０．６３５ｍｍのセラミック（アルミナ）基板上に２３０ｍｍ×６ｍｍ（Ｗ１）の基板電極５５を形成した。また、ステンレス板（ＳＵＳ４３０）を折り曲げることによりＵ字金属板５６を作製した。Ｕ字金属板５６は、ステンレス板を加工してその長さ（Ｌ２）を２３０ｍｍ、幅を１１．５ｍｍ、底面５６ｅの幅（Ｗ２）を７．５ｍｍとした。

【0034】

ＰＴＣ素子１の電極面の両面にシリコーン接着剤を塗布し、セラミック（アルミナ）基板５７上の基板電極５５にＰＴＣ素子１を１０個並べ、上からＵ字金属板５６で挟み込んだ。加圧しながら１５０℃のオーブンで接着剤を１時間硬化させ接着を行った。その後、Ｕ字金属板５６上にガラスコーティングを施すことにより絶縁層５８（図１）を形成し、これにより摺動性を向上させるとともに絶縁を行った。

【0035】

［他の実施形態］
上述の実施形態においては、Ｕ字金属板５６の脚部５６ａ、５６ｂの先端に接合フランジ５６ｃ、５６ｄを形成し、当該接合フランジ５６ｃ、５６ｄをセラミック基板５７の表面に接着することにより、Ｕ字金属板５６をセラミック基板５７に固定する場合について述べたが、これに限られず、例えば図５に示すように、Ｕ字金属板５６の脚部５６ａ、５６ｂの先端５６ｈ、５６ｉをセラミック基板５７の裏面側に回り込ませ、接着剤１５、１６によってセラミック基板５７の裏面５７ｂに接着するようにしてもよい。

【0036】

このように、脚部５６ａ、５６ｂの先端５６ｈ、５６ｉをセラミック基板５７の裏面５７ｂ側に回り込ませることにより、一段と強固にＵ字金属板５６をセラミック基板５７に固定することができる。

【0037】

また、上述の実施形態においては、配列方向（ｙ方向）を中心として平板部５６１の両側に脚部５６ａ、５６ｂを形成し、両脚部５６ａ、５６ｂの各々に対して形成された、２つの接合フランジ（固定部）５６ｃ、５６ｄにより、Ｕ字金属板５６（両脚部５６ａ、５６ｂ）をセラミック基板（絶縁基板）５７に固定していたが、これに限定されず、固定部を平板部５６１の片側にのみ設けて１つの固定部により金属板を絶縁基板に固定してもよい。例えば、図６に示すように、Ｕ字金属板５６の平板部５６１の摺動方向の一方側に脚部５６ｂおよび固定部（接合フランジ５６ｄ）を形成し接着剤５４によって絶縁基板（セラミック基板５７）に固定する一方、摺動方向の他方側は脚部５６ａのみを形成してもよい。この場合、脚部５６ａの下端と絶縁基板（セラミック基板５７）とを接着剤５３によって接着固定してもよい。摺動物９との摺動によってＵ字金属板５６に生じる応力が比較的に弱い場合には、上記のように構成することで、より簡易な構造、方法（固定部が１つになることで接着箇所を減らすことが可能）により、ＰＴＣ素子１に形成された電極と接合される金属板の剥離や変形を抑制することができる。

【0038】

また、上述の実施形態においては、図４に示したように、Ｕ字金属板５６の端子部５６ｆを脚部５６ｂの接合フランジ５６ｄに設ける場合について述べたが、これに限られず、例えば図７に示すように、Ｕ字金属板５６の底面５６ｅに設けるようにしてもよい。

【0039】

また、上述の実施形態においては、U字金属板５６の底面５６ｅと脚部５６ａ、５６ｂとの間の曲折部５６gを９０度の角度で曲折する形状とした場合について述べたが、これに限られず、曲折部５６gとして所定の曲げ半径を有する丸みのあるＲ形状に形成してもよい。

【0040】

また、上述の実施形態においては、本発明に係るヒータ装置５０を複写機のトナー定着用ヒータ装置として用いる場合について述べたが、これに限られず、例えばフィルムラミネーターの加熱装置など、種々の加熱装置に広く適用することができる。

【0041】

以上、本発明の実施形態について実施例に基づいて説明したが、本発明の範囲は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明に限られることなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0042】

１ ＰＴＣ素子
２、３ 電極
９ 摺動物
１１、１２、５３、５４ 接着剤
５５ 基板電極
５５ｆ、端子部（第１の端子部）
５６ｆ 端子部（第２の端子部）
５６ Ｕ字金属板（金属板）
５６ａ、５６ｂ 脚部
５６ｃ、５６ｄ 接合フランジ（固定部）
５６ｅ 底面
５６ｇ 曲折部
５６１ 平板部
５７ セラミック基板（絶縁基板）
５８ 絶縁層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】