JPH09197861A

JPH09197861A - ヒーターおよびそれを備えた加熱定着装置

Info

Publication number: JPH09197861A
Application number: JP8284999A
Authority: JP
Inventors: Masuhiro Natsuhara; 益宏夏原; Hirohiko Nakada; 博彦仲田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1996-10-28
Publication date: 1997-07-31
Also published as: US5732318A; EP0773485A2; CA2189934A1; EP0773485A3; CA2189934C

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒーター全体を均一に加熱することができ、
昇温速度を増大させることができるとともに、トナー画
像の定着性に優れたヒーターの構造を提供する。【解決手段】セラミックヒーター１０は用紙９の表面
上に形成されたトナー画像を定着させる。セラミック基
板１は、トナー画像が形成された用紙９の一方の表面に
対向するように配置される。発熱体２は、用紙９の一方
の表面に対向するセラミック基板１の表面と反対側の表
面に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ヒーターおよび
それを備えた加熱定着装置に関し、より特定的には、複
写機、プリンタなどで用いられる、紙等の転写材の表面
上に形成されたトナー画像を定着させるためのヒーター
およびそれを備えた加熱定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、トナー画像を定着させるため
に用いられるヒーターとしては、円筒型ヒーターがあ
る。図５は、従来の加熱定着装置の構成を概略的に示す
模式図である。図５に示すように、加熱定着装置は、所
定の温度に維持されたアルミニウム製の加熱ローラ２５
と、加熱ローラ２５に対して圧接する加圧ローラ８とを
備えている。トナー画像が形成された転写材である用紙
９が、加熱ローラ２５と加圧ローラ８との間に送り込ま
れ、両ローラで加熱加圧されることにより、用紙９の上
に形成されたトナー画像が定着する。この場合、円筒型
ヒーター２０自体も加熱ローラ２５とともに矢印Ｒの方
向に回転する。加圧ローラ８も矢印Ｒで示す方向に回転
する。したがって、用紙９は加熱ローラ２５と加圧ロー
ラ８との間に挟まれて矢印Ｐで示す方向に移動する。

【０００３】上述のように、円筒型ヒーターが用いられ
る場合には、ヒーター自体が回転して加熱ローラ２５を
通じて用紙９に熱を伝えてトナー画像を定着させてい
る。このため、円筒型ヒーター２０だけでなく、アルミ
ニウム製の加熱ローラ２５の全体をトナーの定着可能な
温度まで加熱しなければならない。その結果、ヒーター
全体の熱容量を大きくする必要があり、消費電力が大き
くなる。

【０００４】これに対して、熱容量の小さい板状のヒー
ターと薄膜のフィルムとを用いた加熱定着装置が、特開
昭６３−３１３１８２号公報、特開平１−２６３６７９
号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特開平５−１
３５８４９号公報等で提案されている。図６は、板状の
ヒーターを用いた加熱定着装置の概略的な構成を示す模
式図である。図６に示すように、加熱定着装置は、耐熱
性樹脂フィルム、たとえばポリイミド樹脂から形成され
たポリイミドフィルム７と加圧ローラ８とを備えてい
る。ポリイミドフィルム７と加圧ローラ８が矢印Ｒで示
す方向に回転する。トナー画像が形成された用紙９はポ
リイミドフィルム７と加圧ローラ８との間に挟まれて矢
印Ｐで示す方向に移動する。回転するポリイミドフィル
ム７の内側には、板状のセラミックヒーター１０が固定
されている。板状のセラミックヒーター１０からポリイ
ミドフィルム７を通じて用紙９に熱が伝わる。また、こ
の加圧ローラ８の表面は弾性体（通常はゴム）から形成
されており、後述のように加熱ローラと加圧ローラとの
間に設けられたばねによって一定の荷重が加えられてい
る。この荷重によって転写材である用紙９には加熱と同
時に荷重が加えられる。また、この荷重によって加圧ロ
ーラ８の表面は加圧され、図７に示すようにヒーターに
対向する部分に一定幅Ｗ₃の接触部を形成する。この熱
と加えられる荷重とにより、用紙９の表面上に形成され
たトナー画像が定着する。このように、ヒーターを板状
にすることにより、円筒型ヒーターよりも大幅にヒータ
ーの熱容量を下げることができ、消費電力を低減させる
ことができる。

【０００５】図７は、図６に示された加熱定着装置の構
成をより詳細に示す模式図である。図６に示されたセラ
ミックヒーター１０は、セラミック基板１と発熱体２と
温度検知素子用電気回路層３と温度検知素子４と保護ガ
ラス層５とを備えている。セラミック基板１の用紙９に
対向する一方の表面上には、発熱体２が形成されてい
る。セラミックヒーター１０はヒーター搭載台６の上に
固定されている。耐熱性樹脂フィルム７は、固定された
セラミックヒーター１０の表面を覆うようにして矢印Ｒ
で示される方向に回転する。したがって、セラミックヒ
ーター１０の用紙９に対向する表面は樹脂フィルム７と
摺動することとなる。そのため、樹脂フィルム７と対向
する発熱体２の表面とセラミック基板１の表面には、保
護ガラス層５が形成されている。セラミック基板１の反
対側の表面には、温度検知素子用電気回路層３を介在し
て温度検知素子４が搭載されている。

【０００６】上記のように構成されたセラミックヒータ
ー１０を用いて用紙９の表面上に熱を伝える場合、熱は
発熱体２から保護ガラス層５に伝わり、樹脂フィルム７
を通じて用紙９に伝わる。保護ガラス層５は、平滑でか
つ均一の厚みを有する必要がある。もし、保護ガラス層
５が平滑でない場合や、その膜厚のばらつきが大きい場
合には、トナーの定着性にむらが生じるおそれがある。
また、発熱体２と樹脂フィルム７との間の絶縁抵抗を確
保するために、保護ガラス層５の厚みを数十μｍ以上に
する必要がある。

【０００７】一方、前述の定着のための加圧機構は、通
常、図８に示されるような機構である。図８の（Ａ）は
図７の加熱定着装置における加熱ローラの内部断面を示
す図である。図８の（Ｂ）は加圧機構を示す模式図であ
る。これらの図を参照して、加圧ローラ８は加圧ローラ
搭載台８１にその軸が保持されている。セラミックヒー
ター１０はヒーター搭載台６に固着されている。アルミ
ニウム製フレーム６１はヒーター搭載台６に固定され、
加熱ローラの外枠を構成している。図８の（Ａ）に示す
断面に直角の方向から見た断面が図８の（Ｂ）に示され
ている。言い換えれば、図８の（Ａ）は図８の（Ｂ）の
Ａ−Ａ線に沿った断面のうち加熱ローラ側の部分のみを
示している。図８の（Ｂ）は、図８の（Ａ）で示した加
熱ローラの内部構造、特にアルミニウム製フレーム６１
と加圧ローラ８との接続構造を示している。ヒーター搭
載台６に固定されたアルミニウム製フレーム６１の両端
は、加圧ローラ８の軸を保持した固定台８１にばね８２
によって弾性的に支持されている。このように加熱ロー
ラがばね８２によって加圧ローラ８に当接する方向に弾
性的に一定の荷重が加えられるようになっている。この
ばね８２の圧縮力とアルミニウム製フレーム６１の剛性
によって両ローラ間に一定の圧力が加わり、加圧ローラ
８の表面の弾性体（通常ゴム）の変形によって接触部が
形成されている。転写材である用紙は、図８の（Ｂ）に
示される紙投入口８３を通じて送り込まれる。なお、図
示していないが、図８の（Ｂ）において、紙投入口８３
の外側に実際にはヒーター搭載台６が存在し、ヒーター
搭載台６と加圧ローラ８との間に耐熱性樹脂フィルム
（たとえばポリイミド製フィルム）７が走行するように
なっている。転写材である用紙が投入される前には、加
圧ローラ８と耐熱性樹脂フィルム７とが接触した状態と
なっている。

【０００８】接触部の幅Ｗ₃とセラミック基板の幅Ｗ₂
との間の模式的な関係は図７に示されている。ただし、
図７においては、セラミックヒーター１０を拡大して示
しているので、接触部の幅Ｗ₃とセラミック基板の幅Ｗ
₂との間の関係が実際とは少し異なっている。

【０００９】この接触部の幅Ｗ₃の範囲内では、多少の
温度分布は存在するものの、通常、トナーの定着に必要
な最低限の温度は確保されるようになっている。現在、
ヒーター基板の材料としてはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）が
主として用いられている。アルミナを用いる場合には、
この接触部の幅Ｗ₃は、紙の送り込み速度が低速である
４ｐｐｍ（日本工業規格Ａ列４番の大きさの用紙を１分
間に４枚送る速度）では、通常２ｍｍ程度である。この
ときのアルミナ基板は、幅９ｍｍ、長さ２７０ｍｍ、厚
み０．６３５ｍｍの大きさのものが通常用いられ、その
基板上に形成される発熱体の幅は通常１．５ｍｍであ
る。なお、発熱体の両側には、絶縁性を確保するため、
２００Ｖ電源を使用する場合には少なくとも２．５ｍｍ
ずつ空間を設け、同様に１００Ｖ電源を使用する場合に
は少なくとも１．６ｍｍずつ空間を設ける。

【００１０】用紙の送り込み速度（定着速度）が大きく
なると、接触部の幅Ｗ₃も当然大きくする必要がある。
そこで、単純にセラミック基板上の発熱体の幅を大きく
し、さらに加圧ローラの直径を大きくしたり、加圧ロー
ラと加熱ローラとの間の荷重を増加させて接触部の幅を
大きくし、高速の送り込み速度においても安定にトナー
を定着できるだけの均熱部の距離を確保しているのが現
状である。

【００１１】したがって、この接触部の幅Ｗ₃は、接触
部内での温度が均一とする単純な仮定の下では、前述の
ように定着速度が４ｐｐｍのとき２ｍｍであるので、８
ｐｐｍのとき４ｍｍ、１６ｐｐｍのとき８ｍｍとする必
要がある。実際には、接触部内でも温度分布が生じてい
るので安全をみて発熱体の幅を接触部の幅Ｗ₃よりわず
かに小さい程度に広げる必要がある。発熱体の幅が大き
くなれば、その発熱体が設けられるアルミナ基板の幅Ｗ
₂も当然大きくする必要がある。その結果、定着の高速
化によってヒーターの消費電力も増加する。

【００１２】一方、両ローラ間に加えられる荷重を大き
くすることによって接触部の幅Ｗ₃を大きくし、発熱体
の幅の増加と、それに伴うセラミック基板の幅Ｗ₂の増
加を抑制するとともに、定着品質を確保することも試み
られている。

【００１３】しかしながら、図７に示されるようなセラ
ミックヒーターの構造を採用する限り、上記の荷重を増
加させることになって定着品質を確保するには限界があ
る。たとえば、セラミック基板と発熱体に加わる熱衝撃
も増加し、定着速度の増加に伴ってセラミック基板と発
熱体の寿命も短くなる。また、セラミックヒーターの表
面と摺動する耐熱性樹脂フィルムとの摩擦が大きくな
り、セラミックヒーターの表面に形成される保護ガラス
層の損傷も大きくなる。さらに、転写材である用紙への
負荷も増大し、定着の高速化によって用紙の表面に皺や
傷が発生しやすくなる。

【００１４】以上述べたように、現状のアルミナ基板を
用いたセラミックヒーターの構造で定着の高速化に対応
するとすれば、単純に設計すると、各定着速度ごとの設
計仕様は表１に示されるようになる。表１において、定
着速度が８ｐｐｍ以上での値は推計値である。

【００１５】

【表１】

【００１６】なお、上記の表１で８ｐｐｍの定着速度ま
では基板の幅Ｗ₂は、いずれも９ｍｍで計算上設計可能
であり、同じ幅とした。また、表１において荷重が６ｋ
ｇまで、すなわち定着速度が６ｐｐｍまでは、図８の
（Ａ）に示すように加熱ローラのフレームはアルミニウ
ム製であるが、荷重が８ｋｇ以上、すなわち定着速度が
８ｐｐｍ以上になると、剛性を高くするために加熱ロー
ラのフレームとしてスチール製のものを用いる必要があ
る。

【００１７】以上のように定着速度を上げようとすると
現状のアルミナ基板を用いたセラミックヒーターの構造
を採用している限り、種々の問題が考えられる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、現状のアルミ
ナ基板を用いたセラミックヒーターの構造を採用する場
合、特に定着速度の高速化を図るための最大の課題は、
保護ガラス層に関係するヒーターの熱効率の向上をいか
に達成することができるか、ということである。一般
に、ガラスの熱伝導率は数Ｗ／ｍＫ以下であり、非常に
低い。このため、発熱体２から伝えられた熱により上昇
した保護ガラス層５の温度のばらつきが大きくなる。そ
の結果、セラミックヒーター１０の全体を一定温度にす
ることが困難になる。これにより、用紙９の表面上に形
成されたトナー画像を均一に定着させることが困難とな
る。

【００１９】また、セラミックヒーターの温度を制御す
るための装置が必要となり、製造コストが高くなるとい
う問題もある。さらに、セラミックヒーターが所定の使
用温度に達するまで時間がかかるなどの問題点がある。

【００２０】一方、上記の問題点を解決するために保護
ガラス層の厚みを薄くすると、発熱体２と樹脂フィルム
７との間の絶縁抵抗が小さくなるという問題点がある。

【００２１】そこで、この発明の目的は、セラミックヒ
ーター内の温度のばらつきを小さくし、トナー画像の定
着性能を向上させるとともに、ヒーターの昇温速度を向
上させることである。

【００２２】さらに、この発明の別の目的は、以上の目
的を達成した上で今後の定着速度の高速化に追随できる
セラミックヒーターの構造を提供することである。

【００２３】この発明のさらに別の目的は、トナー画像
の定着性能を向上させ、セラミックヒーターの昇温速度
を向上させ、さらに定着速度の高速化に対応可能なヒー
ターの構造を備えた加熱定着装置を提供することであ
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この発明に従ったヒータ
ーは、移動可能に配置された耐熱性フィルムと、その耐
熱性フィルムの上に圧力を加える加圧ローラとを備え、
その加圧ローラによる加圧と耐熱性フィルムを介した加
熱とによって、耐熱性フィルムと加圧ローラとの間に挟
まれて移動する転写材の表面上に形成されたトナー画像
を定着させる加熱定着装置に、耐熱性フィルムがその上
で摺動して密着し得るように設けられるヒーターであ
る。そのヒーターは、セラミック基板と、発熱体とを備
える。セラミック基板は、トナー画像が形成された転写
材の一方の表面に対向するように配置されている。発熱
体は、転写材の一方の表面に対向するセラミック基板の
表面と反対側の表面に形成されている。

【００２５】好ましくは、発熱体は、セラミック基板の
表面上に複数本の線状の形態で形成されている。

【００２６】また、好ましくは、発熱体は、セラミック
基板の表面上に面状の形態で形成されている。

【００２７】セラミック基板の表面に形成される発熱体
は、線状の場合、面状の場合ともに、その成分としてた
とえば、銀、白金、パラジウム、ルテニウム等の貴金属
およびそれらの合金からなる群から選ばれた金属の少な
くとも１種を含む複合体か、またはＳｉの炭化物、周期
律表ＩＶａ、ＶａおよびＶＩａ族に属する各元素単体
（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ；Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ；Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｗ）、ならびにそれらの各元素の炭化物、窒化物、硼化
物および珪化物からなる群より選ばれた少なくとも１種
を含む複合体から形成されているのが好ましい。

【００２８】セラミック基板の熱伝導率は５０Ｗ／ｍＫ
以上であるのが好ましい。セラミック基板は、そのよう
な熱伝導率を有する複合材料、多層基板または単板から
構成される。

【００２９】セラミック基板の厚みは０．４ｍｍ以上
０．６ｍｍ以下であるのが好ましい。耐熱性フィルムと
加圧ローラとの間で形成される接触部の幅（Ｗ₃）に対
するセラミック基板の幅（Ｗ₂）の比（Ｗ₂／Ｗ₃）が
１．４以下であるのが好ましい。

【００３０】セラミック基板は、窒化アルミニウムを主
成分とする。好ましくは、セラミック基板は窒化アルミ
ニウム焼結体からなり、その窒化アルミニウム焼結体を
構成している粒子の平均粒径は６．０μｍ以下であり、
窒化アルミニウム焼結体の曲げ強度は４０ｋｇ／ｍｍ²
以上である。

【００３１】ヒーターの温度を制御する制御回路および
／または制御素子は、発熱体が形成されたセラミック基
板の表面と同一の表面上に形成されるのが好ましい。

【００３２】ヒーターの温度を検知する素子および／ま
たはその制御回路は、発熱体が形成されたセラミック基
板と異なる基板の上に形成され、その基板が発熱体の直
上に設けられるのが好ましい。

【００３３】さらにこの発明の別に局面に従った加熱定
着装置は、セラミックヒーターと、耐熱性フィルムと、
加圧ローラとを備えている。耐熱性フィルムは、セラミ
ックヒーターに密着して摺動するように配置されてい
る。加圧ローラは、耐熱性フィルムの上に圧力を加える
ものである。加熱定着装置は、加圧ローラによる加圧と
耐熱性フィルムを介したセラミックヒーターによる加熱
とによって、耐熱性フィルムと加圧ローラとの間に挟ま
れて移動する転写材の表面上に形成されたトナー画像を
定着させる。セラミックヒーターは、セラミック基板
と、発熱体とを含む。セラミック基板は、トナー画像が
形成された転写材の一方の表面に対向するように配置さ
れている。発熱体は、転写材の一方の表面に対向するセ
ラミック基板の表面と反対側の表面に形成されている。

【００３４】この発明においては、発熱体が形成された
表面と反対側のセラミック基板の表面が、トナー画像の
形成された転写材の一方の表面に対向している。そのた
め、発熱体が形成されていないセラミック基板の表面か
ら紙等の転写材に熱が伝わる。その熱により、転写材に
形成されたトナー画像が定着する。転写材に対向するセ
ラミック基板の表面には発熱体が形成されていないの
で、その発熱体を保護するためのガラス層も形成されて
いない。このように熱伝導率の低いガラス層が発熱体と
転写材との間に介在しないため、ヒーター全体の温度を
均一にすることが容易となる。また、ヒーターを急速に
昇温させることも容易となる。このように、発熱体で発
生した熱はセラミック基板に拡散し、セラミックヒータ
ー全体を迅速に均一な温度にすることができるので、ヒ
ーターの温度制御を容易にすることができる。

【００３５】セラミック基板の表面上に複数本の線状の
形態で発熱体を形成することにより、あるいは、セラミ
ック基板の表面上に面状の形態で発熱体を形成すること
により、ヒーター全体の温度をより均一にすることがで
きる。

【００３６】セラミック基板の表面に形成される発熱体
は、線状の場合、面状の場合ともに、その成分としてた
とえば、銀、白金、パラジウム、ルテニウム等の貴金属
およびそれらの合金からなる群から選ばれた金属の少な
くとも１種を含む複合体か、またはＳｉの炭化物、周期
律表ＩＶａ、ＶａおよびＶＩａ族に属する各元素単体、
それらの各元素の炭化物、窒化物、硼化物および珪化物
からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む複合体か
ら構成するものとし、これらをたとえば、窒化アルミニ
ウムを主成分とするセラミック基板上に配設することに
より、基板を均一に加熱することができる。この場合、
特に面状であれば、発熱体の区間ごとの抵抗値を制御す
ることが不要になる。なお、前者の場合は、発熱体の形
成が後者に比べて低温でできるという製造上の利点があ
り、後者の場合は、前者より低コストで耐熱性を有する
という利点がある。

【００３７】また、セラミック基板の材料として５０Ｗ
／ｍＫ以上の熱伝導率を有するものを用いると、ヒータ
ー全体の温度分布をより均一にすることができる。この
ような材料には、窒化アルミニウム、窒化硼素、炭化珪
素、およびこれらの複合材料が用いられる。その中で
も、経済性、ヒーターの性能を考慮すとる、窒化アルミ
ニウムが最も好ましい。

【００３８】したがって、セラミック基板の材料として
窒化アルミニウムを主成分とすることにより、セラミッ
ク基板を均一に加熱することができるとともに、急速に
昇温させることが可能になる。特に好ましくは、１００
Ｗ／ｍＫ以上、さらには２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率
を有するものを用いることによって、より迅速に昇温で
き、全体の温度分布のより一層の均一化を図ることがで
きる。したがって、同じトナー定着強度の転写体が、よ
り速く得られ（すなわち、立上がりが速く）、高速紙送
り（高いｐｐｍ値（１分間当たりに送り込まれる紙の枚
数の値）、すなわち、高い定着速度操作）での転写強度
の追随が容易となる。また、同じ定着速度であれば、よ
り高い定着強度の転写が可能になる。ここで、Ａｌ₂ Ｏ
₃ （アルミナ）とＡｌＮ（窒化アルミニウム）をセラミ
ック基板の材料に用いた場合において、ヒーターの特性
について説明する。

【００３９】ヒーターの特性は、セラミック基板に形成
された発熱体に加えられる電力量が同一の場合、セラミ
ック基板の熱伝導率と熱容量に依存する。すなわち、セ
ラミック基板の熱伝導率が高いほど、セラミック基板を
より均一に加熱することができ、熱容量が小さいほど、
セラミック基板を急速に昇温することができる。また、
昇温過程（定常状態ではなく、過渡期）におけるヒータ
ーの温度は、電気的な等価回路を想定すると、抵抗Ｒと
コンデンサＣが直列に接続された回路によって決定され
るものとなる。すなわち、ヒーター温度は以下の式で表
わされる。

【００４０】

【数１】

【００４１】ここで、ＲＣ（ｃｍ・ｓｅｃ）は、トナー
画像を定着させるために本発明のヒーターを用いた場
合、定着特性を表わす指数とすることができる。以下の
表に、アルミナと窒化アルミニウムの特性値を示す。

【００４２】

【表２】

【００４３】表２に示すように、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ
Ｋ以上の窒化アルミニウムをセラミック基板の材料とし
て用いると、比熱×密度／熱伝導率の値を５．０以下に
することができ、定着特性を表わす指数を低くすること
ができる。

【００４４】また、この発明のヒーターにおいては、発
熱体が、転写材に対向するセラミック基板の表面と反対
側の表面に形成されているので、ヒーター温度を制御す
る制御回路や制御素子も、発熱体が形成されるセラミッ
ク基板の表面と同一の表面上に形成することができる。
そのため、発熱体の電気回路パターンと制御回路パター
ンとをセラミック基板の表面上に同一の工程で製造する
ことができる。

【００４５】さらに、ヒーターの温度を検知する素子や
その制御回路を、発熱体が形成された基板と異なる基板
の上に形成し、その基板を発熱体の直上に設けることに
より、温度検知素子の応答性を向上させることができ
る。温度検知素子が発熱体と同一のセラミック基板の表
面上に存在する場合、温度検知素子用回路と発熱体回路
との絶縁を確保する必要がある。そのため、温度検知素
子用回路と発熱体回路をある一定距離隔てる必要があ
る。その結果、温度検知素子で検知した温度と実際のヒ
ーターの温度との間に温度差が生じる。この温度差は、
発熱体に流す電流を制御する装置の制御方法を変更する
ことにより是正することが可能である。しかしながら、
このような対策を行なうと、温度に対する応答性が悪く
なる。そこで、セラミック基板と異なる絶縁性基板の上
に温度検知素子および／または温度検知素子用の電気回
路を形成し、その絶縁性基板を発熱体の直上に設けるこ
とにより、温度に対する応答性を改善することが可能に
なる。

【００４６】また、セラミック基板の材料として窒化ア
ルミニウム焼結体を用い、その窒化アルミニウム焼結体
を構成する粒子の平均粒径を６．０μｍ以下、窒化アル
ミニウム焼結体の曲げ強度を４０ｋｇ／ｍｍ² 以上とす
ることにより、機械的強度に優れたセラミック基板を得
ることができる。このような窒化アルミニウム焼結体を
用いると、熱衝撃性を示す温度差が５０℃以上、上昇す
るため、使用時の過熱に強く、ローラーからの偏加圧に
も強い基板を設計することができる。また、曲げ強度が
大きくなると、後述する発熱体、電極、ガラス等の印
刷、焼成後の基板の反り、うねりがより小さく抑えら
れ、定着のより一層の均一化が図られ、好ましい。この
ような高強度の窒化アルミニウム焼結体を得るには、Ａ
ｌＮ原料の粒径、焼結助材の組合せ等を最適化し、少な
くとも１８００℃以下、好ましくは１７００℃以下の温
度で焼結する必要がある。さらに、このように曲げ強度
が高く、反り、うねりが小さく抑えられ、熱衝撃性が高
くなるので、現状の基板の厚み０．６３５ｍｍに比べて
薄い０．４〜０．６ｍｍの厚みの基板も利用することが
できる。その結果、基板の熱容量は小さくなり、ヒータ
ーの消費電力がさらに低減される。このような特徴は、
窒化硼素、炭化珪素をセラミック基板の材料として用い
た場合にも確認されている。

【００４７】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の１つの実施形
態に従ったセラミックヒーターを備えた加熱定着装置の
概略的な構成を示す模式図である。図１に示すように、
板状セラミックヒーター１０はヒーター搭載台６に固着
されている。ポリイミド等の樹脂フィルム７は板状セラ
ミックヒーター１０の表面を覆い、ヒーター搭載台６の
まわりを矢印Ｒで示す方向に回転可能である。また、ゴ
ム製の加圧ローラ８は、樹脂フィルム７との間に用紙９
を挟んで矢印Ｒで示す方向に回転可能である。

【００４８】板状のセラミックヒーター１０は、窒化ア
ルミニウム焼結体からなるセラミック基板１と発熱体２
と温度検知素子用電気回路層３と温度検知素子４と保護
ガラス層５とを備えている。セラミック基板１の用紙９
に対向する表面と反対側の表面に発熱体２と、ヒーター
温度を制御する制御回路として温度検知素子用電気回路
層３とが形成されている。発熱体２を被覆するように保
護ガラス層５が形成されている。温度検知素子４はセラ
ミック基板１の上に電気回路層３を介在して設けられて
いる。

【００４９】このようにして構成された加熱定着装置に
おいては、発熱体２で発生した熱はセラミック基板１に
均一に拡散し、回転する樹脂フィルム７を通じて用紙９
に伝わる。これにより、用紙９の表面上に形成されたト
ナー画像が定着する。用紙９は、互いに逆方向に回転す
る樹脂フィルム７と加圧ローラ８との間に挟まれて加熱
されるとともに矢印Ｐで示す方向に移動する。このよう
にして、用紙９の表面上のトナー画像を定着させる動作
が行なわれる。

【００５０】上記の実施形態において、窒化アルミニウ
ム焼結体からなるセラミック基板１の用紙９に対向する
表面は、表面粗さ、うねりおよび反りが小さい方が好ま
しい。用紙９に対向するセラミック基板１の表面が平滑
でない場合、すなわち表面粗さやうねり、反りなどが大
きい場合、樹脂フィルム７の表面と均一にセラミック基
板１の表面が接触することが困難となる。その結果、セ
ラミック基板１に伝わった熱が樹脂フィルム７を通じて
用紙９に均一に伝わらない。これにより、用紙９上での
トナー画像の定着を均一に行なうことが困難になる。具
体的には、セラミック基板１の表面粗さは、ＪＩＳ十点
平均高さ粗さＲｚで５．０μｍ以下、うねり、反りに関
しては２．０ｍｍ以下であるのが好ましい。

【００５１】セラミック基板１の熱伝導率は高ければ高
いほど効果的ではあるが、５０Ｗ／ｍＫ以上であれば、
比較的、ヒーター全体の温度分布は良好である。前述の
ように、このようなセラミック材料には、窒化アルミニ
ウム、窒化硼素、炭化珪素およびこれらの複合材料があ
る。しかしながら、窒化硼素は高価であり、炭化珪素は
それのみでは電気絶縁性が低く、利用するためには表面
に絶縁性の膜を形成する必要がある。したがって、窒化
アルミニウムがこれらの中で最も好ましい材料である。
熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫよりも低くなると、発熱体２で
発生した熱はセラミック基板１の用紙９に対向する面の
側に伝わるのに時間が長くかかる。また、熱伝導率が５
０Ｗ／ｍＫよりも低くなると、発熱体２から発生した熱
によって昇温したセラミック基板１の温度のばらつきが
大きくなるため、好ましくない。

【００５２】セラミック基板１の上に塗布することによ
って形成される発熱体２の材質は、ヒーターの使用温度
が２００℃程度であるために、前述のようにたとえば、
Ａｇ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄ、Ｒｕ系の化合物、またはＷ、
Ｍｏ等の高融点金属などのいずれかの金属材料を選択す
ることができる。セラミック基板１の上に発熱体２を焼
き付けた後、さらに発熱体の回路パターンを保護し、か
つ絶縁性を確保するために保護ガラス層５が形成され
る。このガラスの材質としては、基板に窒化アルミニウ
ムを用いる場合、窒化アルミニウムと反応するものを含
まなければ、どのようなものでも用いることは可能であ
る。セラミック基板１を構成する窒化アルミニウムとの
良好な密着性を確保するためには、周期律表ＩＩａ族元
素、ＩＩＩａ族元素、ＩＩＩｂ族元素の酸化物を保護ガ
ラス層５の材料に含ませるのが好ましい。しかしなが
ら、導電性を有する酸化物を保護ガラス層５の材料に含
ませることは、回路間の絶縁耐圧の低下を招くため、好
ましくない。

【００５３】なお、セラミック基板１の発熱体２が形成
されている表面には、Ａｇペースト等によって発熱体２
や温度検知素子用電気回路層３のための電極が形成され
る。

【００５４】このようにして構成された加熱定着装置に
おいては、発熱体２などが形成されていないセラミック
基板１の表面がポリイミド等の樹脂フィルム７の表面に
接触する。窒化アルミニウム焼結体からなるセラミック
基板１は樹脂フィルム７に直接接触するが、窒化アルミ
ニウム焼結体は熱伝導に優れているため、接触面の温度
ばらつきが非常に小さいので、均一な温度分布を有する
加熱定着装置を実現することが可能になる。

【００５５】図２は、この発明の別の実施形態に従った
セラミックヒーターを備えた加熱定着装置の構成を概略
的に示す模式図である。図２に示すように、図１の構成
と異なる点は、セラミック基板１の用紙９に対向する表
面と反対側の表面上に複数本の発熱体２が形成されてい
る点である。このように、複数本の線状の発熱体２をセ
ラミック基板１の表面に形成することにより、セラミッ
ク基板１を均一に加熱することが可能になる。このよう
にセラミック基板１の均一加熱を実現できる。

【００５６】図３の（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の板状のセ
ラミックヒーターと本発明の板状のセラミックヒーター
の構成を概略的に示す断面図である。図３（Ａ）に示す
ように、従来の板状のセラミックヒーターにおいては、
用紙に対向するセラミック基板１の表面（図において下
側の表面）上に発熱体２が形成されている。発熱体２を
被覆するように保護ガラス層５が形成されている。ま
た、図３の（Ｂ）に示すように、本発明の一つの形態に
したがったセラミックヒーターにおいては、セラミック
基板１の用紙と対向する表面と反対側の表面（図におい
て上側の表面）上に発熱体２が形成されている。発熱体
２を被覆するように保護ガラス層５が形成されている。

【００５７】図３の（Ｃ）には、本発明のさらに別の形
態に従ったセラミックヒーターの構成が示されている。
このセラミックヒーターにおいては、セラミック基板１
の全面上に発熱体２が形成されている。発熱体２の上に
は保護ガラス層５が形成されている。このようなセラミ
ックヒーターはバルクヒーターと呼ばれる。

【００５８】以上の３つの板状のセラミックヒーターに
ついて、トナー画像が形成された用紙の側に伝わる熱の
抵抗値を近似計算する。熱抵抗の近似計算法は、図３の
（Ｄ）に示される。また、その近似計算式は以下の式で
示される。

【００５９】

【数２】

【００６０】図３の（Ｄ）に示すように、熱は発熱体２
から角度α＝４５°の方向に伝わるものとする。発熱体
２から熱が伝わる材料の熱伝導率をＫとする。幅Ａｉ、
厚みｔｉの位置までの熱抵抗は上記の式Ｒｉで表わされ
る。全体の熱抵抗はＲｔｈで表わされる。

【００６１】熱抵抗の近似計算を行なうにあたって、各
セラミックヒーターの寸法を以下のとおりとする。図３
の（Ａ）で示される従来のセラミックヒーターにおいて
は、発熱体２の厚みｔ₀ は０．０１ｍｍ、幅Ｗ₁ は１．
５ｍｍ、セラミック基板１の厚みｔ₁ は０．６３５ｍ
ｍ、幅Ｗ₂ は９．０ｍｍ、保護ガラス層５の厚みｔ₂ は
０．０８０ｍｍである。図３の（Ｂ）で示される本発明
のセラミックヒーターにおいては、発熱体２の厚みｔ₀
は０．０１ｍｍ、幅Ｗ₁ は１．５ｍｍ、セラミック基板
１の厚みｔ₁ は０．６３５ｍｍ、幅Ｗ₂ は９．０ｍｍ、
保護ガラス層５の厚みｔ₂ は０．０８０ｍｍである。図
３の（Ｃ）で示される本発明のバルクヒーターにおいて
は、発熱体２の厚みｔ₀ は０．３ｍｍ、セラミック基板
１の厚みｔ ₁ は０．４ｍｍ、保護ガラス層５の厚みｔ₂
は０．０８０ｍｍ、セラミック基板１の幅Ｗ₂ は９．０
ｍｍである。

【００６２】各ヒーターの構造について近似計算された
熱抵抗の値は表３に示される。

【００６３】

【表３】

【００６４】表３から明らかなように、本発明に従って
図３（Ｂ）の構造を有するセラミックヒーターは、従来
の図３（Ａ）で示されるセラミックヒーターに比べて低
い熱抵抗値を有する。なお、図３（Ａ）で示されるセラ
ミックヒーターは、セラミック基板１の材料としてＡｌ
₂ Ｏ₃ またはＡｌＮのいずれの材料を用いても、同一の
熱抵抗値を有する。これは、発熱体から発生する熱が図
において下側の方向、すなわち用紙側の方向に伝わる熱
のみについて計算を行なっているためである。しかし、
図３（Ａ）の構造では、実際には、セラミック基板１を
構成するアルミナまたは窒化アルミニウムにも熱は伝わ
る。この際、窒化アルミニウムの方が、熱の伝わり方が
速く、昇温均熱化が速く進むため、図３（Ａ）の構造に
おいても、窒化アルミニウムを用いた方がアルミナを用
いるよりも実際の熱抵抗はかなり低くなる。また、ヒー
ターの構造を図３（Ｃ）に示すようにすると、熱抵抗値
がさらに低くなる。以上述べた伝熱特性は、窒化硼素、
炭化珪素を用いた場合においても同様である。

【００６５】以上のように、板状のセラミックヒーター
において、熱を伝える方向、すなわちトナー画像が形成
された用紙の方向にセラミック基板の材料として窒化ア
ルミニウムを用いると、その方向での熱抵抗値をより小
さくすることができる。また、発熱体を線状の形態では
なく、面状の形態でセラミック基板の表面に形成するこ
とにより、すなわちセラミックヒーターをバルクヒータ
ーの形態で構成することにより、その方向での熱抵抗値
をより小さくすることができる。

【００６６】図４は、この発明のセラミックヒーターの
さらに別の形態を示す図である。図４の（Ａ）に示すよ
うに、絶縁基板１１の表面上に温度検知素子用電気回路
層３を形成する。温度検知素子用電気回路層３の一方端
には電極層４１が接続されている。温度検知素子用電気
回路層３の他方端の上には温度検知素子４が搭載されて
いる。この場合、絶縁基板１１の材料としては、Ａｌ₂
Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ 、ガラス、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮなどを用
いることができる。また、電気回路層３に用いられる導
体は、ヒーターの近傍に形成されるので酸化しにくい金
属、すなわちＡｇ、Ａｕ、Ｐｔなどの貴金属あるいはそ
れらの合金で形成するのが好ましい。

【００６７】図４の（Ｂ）に示すように、窒化アルミニ
ウム焼結体からなるセラミック基板１の表面上に発熱体
２を形成する。発熱体２に接続し、それと平行に延びる
ように電気回路層２２がセラミック基板１の表面上に形
成される。発熱体２の一方端部と電気回路層２２の一方
端部に接続するように電極層２１が形成される。

【００６８】図４（Ａ）に示すように構成された絶縁基
板１１を図４（Ｂ）に示すように構成された発熱体２を
有するセラミック基板１の上に搭載する。このように構
成されたセラミックヒーターの平面図は図４（Ｃ）に示
されている。図４（Ｄ）は図４（Ｃ）のＤ−Ｄ線に沿う
断面図である。図４（Ｄ）に示すように、温度検知素子
４が絶縁基板１１を介して発熱体２の直上に位置するよ
うに搭載されている。これにより、温度に対する応答性
を改善することができる。

【００６９】この場合、絶縁基板１１を発熱体２の上に
搭載すればよく、セラミック基板１と絶縁基板１１の接
合はどのような方法によって行なってもよい。

【００７０】たとえば、セラミック基板１の上に所定の
発熱体２と電気回路層２２と電極層２１を厚膜スクリー
ン印刷法により形成する。次に、絶縁基板１１の表面上
にも電気回路層３と電極層４１を同様の方法で形成す
る。その後、絶縁基板１１をセラミック基板１の所定の
位置に搭載し、大気中で焼成する。これにより、発熱体
２と電気回路層２２と電極２１はセラミック基板１と絶
縁基板１１の両方に焼き付き、接合することができる。

【００７１】また、セラミック基板１と絶縁基板１１と
の別の接合方法として以下の方法を採用することができ
る。まず、セラミック基板１と絶縁基板１１の両方にそ
れぞれ、発熱体２、電気回路層２２、電極層２１、電気
回路層３、電極層４１を別々に焼き付ける。その後、セ
ラミック基板１に発熱体２を保護するためのオーバーコ
ートガラスを印刷乾燥させる。このセラミック基板１の
上に上記の絶縁基板１１を所定の位置に固定し、ガラス
を焼き付ける。ガラスは両方の基板に焼き付くため、セ
ラミック基板１と絶縁基板１１を接合することができ
る。

【００７２】

【実施例】

実施例１セラミック基板の材料としてＡｌ₂ Ｏ₃ またはＡｌＮを
用いて図１、図２および図７に示すセラミックヒーター
を作製した。セラミックヒーターの作製方法は以下のと
おりである。

【００７３】Ａｌ₂ Ｏ₃ 焼結体またはＡｌＮ焼結体か
ら、３００ｍｍ×１０ｍｍ×０．７ｍｍの大きさのセラ
ミック基板１を準備した。この表面を十点平均高さ粗さ
Ｒｚで２μｍに仕上げ、その基板の上にＡｇまたはＰｔ
の貴金属を主成分とするペーストを所定の位置にスクリ
ーン印刷法によって塗布することにより、発熱体を形成
した。Ａｇ等の金属成分を含むペーストを所定の位置に
スクリーン印刷法によって塗布することにより、発熱体
２に接続する電極を形成した。また、Ａｇ−Ｐｄを基板
１の上にスクリーン印刷法で塗布することにより、温度
検知素子用電気回路層３を形成した。その温度検知素子
用電気回路層３の上に温度検知素子４を搭載した。その
後、セラミック基板１を温度９００℃で大気中で焼成し
た。このときの発熱体２の抵抗値は２０Ωとした。焼成
処理されたセラミック基板１に対して、電気回路層と発
熱体２の保護のためにガラスをスクリーン印刷法によっ
て塗布し、温度６００℃で大気中で焼成した。これによ
り、厚み６０μｍの保護ガラス層５が形成された。な
お、この時点での基板の長手方向の反りおよびうねり
は、それぞれ１．８ｍｍ、２．０ｍｍであった。

【００７４】上記のセラミックヒーターの製造方法にお
いて用いられるＡｌＮ焼結体は以下のようにして準備さ
れた。

【００７５】ＡｌＮ粉末１００重量部に対して焼結助剤
０．８重量部添加し、さらに所定量の有機バインダ、有
機溶剤を加え、ボールミル混合法により混合した。その
後、得られたスラリーをドクターブレード法によりシー
ト成形した。得られたシートを所定の大きさに切断した
後、非酸化性雰囲気にて温度８００℃〜９００℃で脱脂
処理した。また、このときの脱脂処理方法として、大気
中などの酸化性雰囲気中で温度６００℃以下で行なって
もよい。温度６００℃以上の酸化性雰囲気中で行なう
と、ＡｌＮ粉末表面の酸化反応が進行してしまい、得ら
れる焼結体の熱伝導率が低下するため好ましくない。以
上のように脱脂処理されたシートを温度１７００℃〜１
９００℃の非酸化性雰囲気中で焼成した。これにより、
粒径が小さく、曲げ強度の大きな焼結体を得ることがで
きる。このようにして作製されたＡｌＮ焼結体の熱伝導
率は１７０Ｗ／ｍＫ程度であり、曲げ強度は３０ｋｇ／
ｍｍ ² 、平均粒径は８μｍであった。

【００７６】なお、上記のＡｌＮ焼結体の製造方法にお
いて、焼結温度が高くなればなるほど、ＡｌＮを構成し
ている粒子の粒径は大きくなる。焼結時間を長くして
も、粒径は大きくなるが、焼結温度による影響の方が大
きい。ＡｌＮ焼結体は粒子の結合によって構成されてい
る。このとき、ＡｌＮ焼結体の曲げ強度は、粒子間の結
合力と粒子の接合面積に比例する。低温で焼結を行なう
場合、粒子の成長がないため、粒子が小さく、相対的に
単位体積当りの粒子の表面積も大きくなる。その結果、
粒子間の接合（結合）面積も大きくなるので、相対的に
高い強度を有する焼結体を得ることができる。

【００７７】以上のようにして作製された図１、図２お
よび図７に示されるセラミックヒーターを用いて各図で
示されるように加熱定着装置を構成した。なお、図７と
図１に示すセラミックヒーターにおいて発熱体２の幅は
１．５ｍｍとし、図２に示すセラミックヒーターにおい
ては３本の線状の発熱体２が形成されており、個々の発
熱体２の幅はそれぞれ０．５ｍｍとした。各加熱定着装
置を用いてトナー画像の用紙に対する定着性を評価し
た。定着性の評価方法は以下のようにして行なわれた。
日本工業規格Ａ列４番（Ａ４）の用紙にトナーを一面に
塗布した。塗布方法としては、プリンタの定着装置に搬
入される前の用紙を使用した。この用紙を図１、図２お
よび図７で示された各セラミックヒーターを用いてトナ
ーを定着させた。定着速度の設定は、加圧ローラ８を回
転させるモータの速度を調節することによって行なっ
た。耐熱性樹脂フィルム７と加圧ローラ８の間に形成さ
れる接触部の幅Ｗ₃と定着の荷重は、定着速度に応じて
表１に示されるレベル程度とした。

【００７８】その評価試験における条件および結果は以
下の表４に示される。

【００７９】

【表４】

【００８０】表４において、定着速度の単位「ｐｐｍ」
は、１分間当りに送り込まれる用紙の枚数を示す。定着
荷重は、加圧ローラ８と樹脂フィルム７とによって用紙
９に加えられる絶対荷重を示す。「Ａｌ₂ Ｏ₃ 」はセラ
ミック基板１の材料としてアルミナ焼結体を用いたこと
を示しており、「ＡｌＮ」はセラミック基板１の材料と
して窒化アルミニウム焼結体を用いたことを示してい
る。「図１」、「図２」および「図７」は、各図に示さ
れるセラミックヒーターを用いて定着試験を行なったこ
とを示している。「２０Ｗ／ｍＫ」、「１７０Ｗ／ｍ
Ｋ」は、セラミック基板１の熱伝導率を示している。定
着性の評価は、加熱定着装置に送られる用紙の１枚目、
２枚目、４枚目、６枚目、８枚目、１２枚目および１６
枚目に行なわれた。１枚目の用紙は、セラミックヒータ
ー１０に電力を供給した後、１５秒後に加熱定着装置に
送られた。

【００８１】定着性の評価は、手でこすることにより用
紙の上に形成されたトナーがほとんど剥がれなかった場
合を「○」、５０％程度剥がれた場合を「△」、ほとん
ど剥がれた場合を「×」で示した。表４から明らかなよ
うに、定着速度を増加させた場合においても、本願発明
に従ったセラミックヒーター（図１および図２の構造）
を採用すると、優れた定着特性を示した。さらに、セラ
ミック基板の材料をアルミナから窒化アルミニウムと
し、高い熱伝導率を有するセラミック基板を用いること
により、さらに定着特性が向上した。

【００８２】また、アルミナ基板を用いた従来のセラミ
ックヒーターの構造（図７）の場合、表１に示されるよ
うに定着速度の増加につれ、定着荷重を増加させて接触
部の幅Ｗ₃を大きくしていく必要がある。表４に示すよ
うに、アルミナ基板を用いた図７の構造では、定着性レ
ベルの荷重に対する推移は、このような状況を反映して
いる。たとえば、定着速度を８ｐｐｍとすると、荷重は
８ｋｇとし、接触部の幅Ｗ₃を４ｍｍにしないと送り込
み当初からの定着性は「○」にならない。定着速度が１
２ｐｐｍ、１６ｐｐｍの場合でも、荷重が８ｋｇの条件
では、必要レベルの定着性を得ることができないことが
わかる。

【００８３】これに対して、窒化アルミニウム基板を用
いた場合では、従来のセラミックヒーターの構造（図
７）で、定着速度が８ｐｐｍのとき、荷重が４ｋｇ（接
触部の幅Ｗ₃が２ｍｍ）の条件でも定着性は容易に
「○」のレベルに達している。これは、同じ接触部の幅
であっても、放熱性の差によって実際の均熱部の幅が変
化することによるものと考えられる。

【００８４】また、各条件について転写材である用紙の
投入１枚目の定着が完了するまでの消費電力を積算電力
計を用いて測定した結果を表５に示す。なお、表５中に
おいて左側の数値は昇温に要した消費電力の値、右側の
数値は定着に要した消費電力の値を示している。

【００８５】

【表５】

【００８６】表５から明らかなように、同一の定着速
度、同一の定着荷重、定着特性が同一の場合、窒化アル
ミニウムの方が、基板の熱容量が小さい分、昇温時の消
費電力は小さくなる。また、同一の定着速度、同一の定
着荷重、同一の定着特性の場合、定着時の消費電力は基
板材料にかかわらず、図７＞図１＞図２の順で大きくな
る。これは、接触部の幅内におけるヒーターの温度分布
が図７＞図１＞図２の順で大きくなるため、温度分布の
より均一な図２に示すセラミックヒーターの消費電力が
若干小さくなるからである。

【００８７】また、定着速度が高速になるにつれて、セ
ラミック基板材料がアルミナの場合、温度分布が大きい
ため消費電力を上げても、定着特性は悪い。しかし、セ
ラミック基板材料が窒化アルミニウムの場合、基板内の
温度分布が均一なこと、さらに熱抵抗が小さいことによ
り、有効に熱を伝えることができ、図７＞図１＞図２の
順に消費電力も小さくなる。

【００８８】次に、熱伝導率が定着特性に及ぼす影響を
調べた。定着性の評価試験方法は上記と同様に行なっ
た。この場合、定着速度を８ｐｐｍ、定着圧力を４ｋｇ
とした。上記と同様にして、送られる用紙の１枚目と４
枚目と８枚目とにおいて定着特性を評価した。その結果
は表６に示される。

【００８９】

【表６】

【００９０】表６から明らかなように、セラミック基板
の熱伝導率としては５０Ｗ／ｍＫ以上が好ましく、熱伝
導率が高ければ高いほど、定着特性が向上した。なお、
表６において「◎」は用紙の上に形成されたトナーが全
く剥がれなかったことを示す。

【００９１】なお、別途、焼結助材を変えてシート成形
し、温度１７００℃で焼結調製した平均粒径５．５μ
ｍ、曲げ強度４２ｋｇ／ｍｍ² 、熱伝導率１７０Ｗ／ｍ
Ｋの窒化アルミニウム焼結体を用い、前記例と同様の３
００ｍｍ×１０ｍｍ×０．７ｍｍの基板を準備した。基
板表面の十点平均高さ粗さは２μｍであった。これに前
記例と同様のＡｇまたはＰｔの貴金属を含む発熱体、Ａ
ｇを含む電極およびＡｇ−Ｐｄの温度検知素子用回路の
各印刷焼付け層を形成し、さらに保護ガラス層を焼付け
した。この状態で基板の長手方向の反りおよびうねり
は、いずれも１ｍｍ以下であった。このヒーターユニッ
トを用いて前記例と同様に図１、図２および図７に示す
ような加熱定着装置を構成し、前記例と同様に、このヒ
ーターによる定着特性を確認した。その結果、表４に示
す前記例のＡｌＮのデータに比べて、特に定着速度１２
ｐｐｍ、定着圧力８ｋｇでの追随性（早い枚数での定着
強度向上の程度）に１ランクの向上（つまり、×が△
に、△が○に）が見られた。

【００９２】実施例２図３の（Ｃ）に示されるバルクヒーターを用いて実施例
１と同様にトナーの定着性の評価試験を行なった。バル
クヒーターは以下のようにして製造された。

【００９３】ＡｌＮ粉末に所定の導体成分として粉末を
加え、混合した後、ドクターブレード法によりシート成
形した。このようにして発熱体２が成形された。また、
ＡｌＮのセラミック基板１は、導体粉末を加えないで、
実施例１と同様の方法でシート成形した。得られたシー
トを積み重ねて所定の大きさに切断した後、非酸化性雰
囲気において温度６００〜９００℃で脱脂処理した。こ
のとき、脱脂処理の方法としては、大気中などの酸化性
雰囲気中で温度６００℃以下で行なってもよい。脱脂処
理されたシートを温度１７００〜１９００℃の非酸化性
雰囲気中で焼成した。得られた焼結体のうち、発熱体２
に相当する厚みは０．３ｍｍ、セラミック基板１に相当
する厚みは０．４ｍｍであった。合計の厚みは０．７ｍ
ｍであった。このような焼結体を３００ｍｍ×１０ｍｍ
の大きさに切断した。

【００９４】これに対して、１５０ｍｍ×８ｍｍ×０．
３ｍｍの大きさのＡｌ₂ Ｏ₃ 基板を準備した。その基板
の上に所定の回路を形成し、温度検知素子であるサーミ
スタを取付けた。ここで使用する基板は、発熱体との間
の絶縁を確保することができればよく、材料としてはＺ
ｒＯ₂ 、ガラス、ＡｌＮなどが用いられてもよい。ま
た、回路形成に使用される導体の材料も導電性を有する
ものであればよい。ただし、発熱体の近傍に形成される
ので、酸化しにくい金属、すなわちＡｇ、Ａｕ、Ｐｔな
どの貴金属およびそれらの合金を用いるのが好ましい。
このようにして作製されたサーミスタ基板を発熱体の上
に取付け、実施例１と同様にトナーの定着特性の試験を
行なった。その結果は以下の表７に示される。

【００９５】

【表７】

【００９６】定着特性の評価試験条件は、定着圧力を４
ｋｇ、定着速度を８ｐｐｍとした。表７から明らかなよ
うに、導体成分の配合量を増加させることにより、定着
特性が向上した。

【００９７】実施例３実施例１のシート成形法で得られた平均粒径５．５μ
ｍ、曲げ強度４２ｋｇ／ｍｍ²、熱伝導率１７０Ｗ／ｍ
Ｋの窒化アルミニウム焼結体で作られた長さ３００ｍ
ｍ、厚み０．７ｍｍで以下の表８に示す各種の幅寸法を
有する基板を準備した。基板の表面は十点平均高さ粗さ
Ｒｚで２μｍに仕上げた。これらの各種の幅のセラミッ
ク基板のそれぞれに実施例１と同様の発熱体、電極、温
度検知素子用電気回路層を焼付け、図１に示すセラミッ
クヒーターを作製した。

【００９８】これらのセラミックヒーターを用いて図１
に示すように加熱定着装置を構成した。各加熱定着装置
を用いて表８に示す定着速度と定着荷重の条件にて実施
例１と同様の手順でトナーの用紙に対する定着性を評価
した。また、実施例１と同様の手順で１枚目の定着に要
した消費電力を測定した。その結果を表８に示す。な
お、表８中の「消費電力」の欄の左側の数値は昇温に要
した消費電力の値、右側の数値は定着に要した消費電力
の値を示す。定着性の表示は表４と同様である。

【００９９】

【表８】

【０１００】なお、実施例１で作製したアルミナ基板を
用いて図１に示すセラミックヒーターを構成し、上記と
同様にして基板の幅を変化させて定着性を評価すると、
定着速度８ｐｐｍ、定着荷重４ｋｇの条件では、基板の
幅が５ｍｍ以下で定着性のレベルは「×」であり、荷重
を８ｋｇにすると、基板の幅が６ｍｍ（この場合、接触
部の幅は４ｍｍであり、基板の幅／接触部の幅の比は
１．５）まではレベル「○」の定着性が確認された。定
着速度が１２ｐｐｍの条件では、基板の幅を１０ｍｍに
してもトナーの定着を行なうことは不可能であった。

【０１０１】以上の結果より、本発明に従って窒化アル
ミニウムを基板材料として用いて図１に示すようにすセ
ラミックヒーターを構成することによって、同一の定着
速度、同一の定着荷重の条件下では、従来の標準の基板
の幅（表１）よりも小さい基板の幅でも所定の定着性を
確保することができることがわかる。

【０１０２】基板の幅／接触部の幅の比との関係で見る
と、アルミナ基板を用いたセラミックヒーターの場合
は、所定の定着性を確保するためには上記の比率をせい
ぜい１．５まで小さくするのが限度であるが、本発明の
ように窒化アルミニウム基板を用いてセラミックヒータ
ーを構成すると、上記の比率を１．４以下まで小さくし
ても所定の定着性を確保することができることがわか
る。

【０１０３】また、このようにセラミック基板の幅を小
さくすることによって、セラミックヒーターそのものの
熱容量を低減させることにより、消費電力をかなり低減
できることがわかる。

【０１０４】さらに、上記のアルミナ基板を用いて図７
に示す構造のセラミックヒーターを作製し、上記と同じ
条件下で同様に定着性を評価した。その結果、定着速度
８ｐｐｍ、定着荷重４ｋｇの場合、基板の幅２．０ｍｍ
のとき定着性のレベル「○」を確保することができる下
限値であり、基板の幅が１．６ｍｍでは定着性のレベル
は「△」または「×」であった。また、上記と同様に評
価した消費電力は、表８と同じ対応の定着条件下で対比
すると、４〜１１％程度増加した。

【０１０５】実施例４実施例３の評価で用いたものと同じ窒化アルミニウム焼
結体から、長さ３００ｍｍ、幅９ｍｍで以下の表９に示
される各種の厚み寸法を有する基板を作製した。これら
の基板から、実施例１と同様の発熱体（幅が１．５ｍ
ｍ）、電極、温度検知素子用電極回路層を焼付け、図１
と図７に示すセラミックヒーターを作製した。これらの
各セラミックヒーターを用いて図１と図７に示すように
加熱定着装置を構成した。

【０１０６】各加熱定着装置を用いてトナーの用紙に対
する定着性を評価した。定着速度が１６ｐｐｍ、定着荷
重が１３ｋｇの条件下で実施例１と同様に定着性のレベ
ル（ただし、本実施例では１，０００枚の用紙を送り込
んで実施例１と同様に定着性の評価をした）と、１枚目
の定着に要した消費電力量を測定した。その結果を表９
に示すなお、表９中のヒーター構造の欄で「図７」と表示のも
のは、図７に示すようにセラミックヒーターを作製し、
加熱定着装置を構成した場合、同欄で「図１」と表示の
ものは、本発明に従って図１に示すようにセラミックヒ
ーターを作製し、加熱定着装置を構成した場合を示して
いる。

【０１０７】

【表９】

【０１０８】表９に示される結果から、基板の厚みが
０．６３５ｍｍ（従来の標準の厚み）以下の薄い基板を
用いても、基板に損傷が生じることなく、所定の定着性
のレベルを維持できることがわかった。ただし、その基
板の厚みの下限値は０．４ｍｍであった。

【０１０９】また、図１に示される構造のセラミックヒ
ーターを用いた方が、図７に示される構造のセラミック
ヒーターを用いた場合よりも、昇温時の消費電力を約８
％程度低減させることができることもわかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１つの実施形態としてのセラミック
ヒーターが組み込まれた加熱定着装置の概略的な構成を
示す模式図である。

【図２】この発明のもう１つの実施形態としてのセラミ
ックヒーターが組み込まれた加熱定着装置の概略的な構
成を示す模式図である。

【図３】熱抵抗を近似計算するために用いられた従来の
セラミックヒーターの構成を示す断面図（Ａ）、本発明
のセラミックヒーターの構成を示す断面図（Ｂ）
（Ｃ）、さらに熱抵抗の近似計算を行なうための前提条
件を示す図（Ｄ）である。

【図４】本発明のさらに別の実施形態としてのセラミッ
クヒーターの概略的な構成を示し、（Ａ）は温度検知素
子が形成された絶縁基板の平面図、（Ｂ）は発熱体が形
成されたセラミック基板の平面図、（Ｃ）は絶縁基板が
セラミック基板の上に搭載されたときの平面図、（Ｄ）
は（Ｃ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。

【図５】従来の円筒型ヒーターが組み込まれた加熱定着
装置の概略的な構成を示す模式図である。

【図６】従来の板状セラミックヒーターが組み込まれた
加熱定着装置の概略的な構成を示す模式図である。

【図７】従来の板状セラミックヒーターが組み込まれた
加熱定着装置の概略的な構成をより詳細に示す模式図で
ある。

【図８】本発明の加熱定着装置において加熱ローラと加
圧ローラ間の加圧機構の概略的な構成を示す模式的な断
面図（Ａ）（Ｂ）である。

【符号の説明】

１セラミック基板２発熱体４温度検知素子５保護ガラス層７耐熱性樹脂フィルム８加圧ローラ１０セラミックヒーター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動可能に配置された耐熱性フィルム
と、その耐熱性フィルムの上に圧力を加える加圧ローラ
とを備え、前記加圧ローラによる加圧と前記耐熱性フィ
ルムを介した加熱とによって、前記耐熱性フィルムと前
記加圧ローラとの間に挟まれて移動する転写材の表面上
に形成されたトナー画像を定着させる加熱定着装置に、
前記耐熱性フィルムがその上で摺動して密着し得るよう
に設けられるヒーターであって、トナー画像が形成された転写材の一方の表面に対向する
ように配置されたセラミック基板と、前記転写材の一方の表面に対向する前記セラミック基板
の表面と反対側の表面に形成された発熱体とを備えた、
ヒーター。
【請求項２】前記発熱体は、前記セラミック基板の表
面上に複数本の線状の形態で形成されている、請求項１
に記載のヒーター。
【請求項３】前記発熱体は、前記セラミック基板の表
面上に面状の形態で形成されている、請求項１に記載の
ヒーター。
【請求項４】前記発熱体は、発熱体成分として銀、白
金、パラジウム、ルテニウムおよびそれらの合金からな
る群より選ばれた金属の少なくとも１種を含む複合体か
ら形成されている、請求項２または３に記載のヒータ
ー。
【請求項５】前記発熱体は、発熱体成分としてＳｉの
炭化物、周期律表ＩＶａ、ＶａおよびＶＩａ族に属する
各元素単体ならびにそれらの各元素の炭化物、窒化物、
硼化物および珪化物からなる群より選ばれた少なくとも
１種を含む複合体から形成されている、請求項２または
３に記載のヒーター。
【請求項６】前記セラミック基板の熱伝導率は５０Ｗ
／ｍＫ以上である、請求項１に記載のヒーター。
【請求項７】前記セラミック基板の厚みが０．４ｍｍ
以上０．６ｍｍ以下である、請求項６に記載のヒータ
ー。
【請求項８】前記耐熱性フィルムと前記加圧ローラと
の間に形成される接触部の幅（Ｗ₃）に対する前記セラ
ミック基板の幅（Ｗ₂）の比（Ｗ₂／Ｗ₃）が１．４以
下である、請求項６に記載のヒーター。
【請求項９】前記セラミック基板は、窒化アルミニウ
ムを主成分とする、請求項１〜８のいずれかに記載のヒ
ーター。
【請求項１０】ヒーター温度を制御する制御回路およ
び／または制御素子は、前記発熱体が形成された前記セ
ラミック基板の表面と同一の表面上に形成されている、
請求項１に記載のヒーター。
【請求項１１】ヒーターの温度を検知する素子および
／またはその制御回路は、前記セラミック基板と異なる
基板上に形成されており、その基板は前記発熱体の直上
に設けられている、請求項１に記載のヒーター。
【請求項１２】前記セラミック基板は窒化アルミニウ
ム焼結体からなり、その窒化アルミニウム焼結体を構成
している粒子の平均粒径が６．０μｍ以下であり、前記
窒化アルミニウム焼結体の曲げ強度が４０ｋｇ／ｍｍ²
以上である、請求項１〜１１のいずれかに記載のヒータ
ー。
【請求項１３】セラミックヒーターと、前記セラミックヒーターに密着して摺動する耐熱性フィ
ルムと、前記耐熱性フィルムの上に圧力を加える加圧ローラとを
備え、前記加圧ローラによる加圧と前記耐熱性フィルムを介し
た前記セラミックヒーターによる加熱とによって、前記
耐熱性フィルムと前記加圧ローラとの間に挟まれて移動
する転写材の表面上に形成されたトナー画像を定着させ
る加熱定着装置であって、前記セラミックヒーターが、トナー画像が形成された転写材の一方の表面に対向する
ように配置されたセラミック基板と、前記転写材の一方の表面に対向する前記セラミック基板
の表面と反対側の表面に形成された発熱体とを含む、加
熱定着装置。