JPH10247025A

JPH10247025A - セラミックスヒーター及び加熱定着装置

Info

Publication number: JPH10247025A
Application number: JP4935197A
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: 1997-03-04
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 1998-09-14
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: JP3924831B2

Abstract

(57)【要約】【課題】基板内の温度分布を均一化でき、特にニップ
幅を増大するために基板幅を大きくした場合でも温度分
布を均一にすることが可能なセラミックスヒーター、及
びそのセラミックスヒーターを用いた画像の定着性に優
れた加熱定着装置を提供する。【解決手段】セラミックスヒーター１０は、セラミッ
クス基板１０ａの長手方向の両側面に発熱体１０ｂを備
えている。両側面に加えて、更に表面にも発熱体を設け
ることにより、温度分布の一層の均一化ができる。使用
するセラミックス基板は、熱伝導率８０Ｗ／ｍＫ以上で
ある窒化アルミニウムが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリや複
写機、プリンター等におけるトナー画像の加熱定着装
置、及びその装置に使用されるセラミックスヒーターに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ファクシミリや複写機、プリンタ
ー等の画像形成装置におけるトナー画像の加熱式定着装
置では、加熱ローラと該加熱ローラに接する加圧ローラ
とによって、感光ドラムから未定着のトナー画像が転写
された記録紙を挟持して搬送しながら加熱することによ
り、未定着のトナー画像を記録紙上に定着する加熱ロー
ラ方式が一般に多用されている。この加熱ローラ方式に
おける従来の加熱ローラは、円筒状の金属ロール中にハ
ロゲンランプなどの熱源を設置し、その熱で金属ロール
を加熱することにより、トナー画像を定着させるもので
あった。

【０００３】近年、加熱ローラの加熱部に、セラミック
スヒーターを用いたものが実用化されている。即ち、こ
のセラミックスヒーターは、図１及び図２に示すよう
に、電気絶縁性のセラミックス基板１ａの表面上に線状
の発熱体１ｂを設けてガラス等の保護層１ｃで覆い、こ
の発熱体１ｂに電極１ｄからパルス通電して加熱するよ
うになっている。このセラミックスヒーターを用いる方
式の加熱定着装置は、特開平１−２６３６７９号公報、
特開平２−１５７８７８号公報、特開昭６３−３１３１
８２号公報等に記載されている。

【０００４】かかるセラミックスヒーターを用いた加熱
定着装置を具体的に説明すると、例えば図３に示すよう
に、上記のセラミックスヒーター１を樹脂製の支持体に
取り付けて加熱ローラ２を構成し、セラミックスヒータ
ー１に接して回転可能な加圧ローラ３を配置し、セラミ
ックスヒーター１と加圧ローラ３との間に加圧ローラ３
とほぼ同一の速度で耐熱性フィルム４を移動させるよう
になっている。未定着のトナー画像を有する記録紙５は
加圧ローラ３と耐熱性フィルム４との間に挟持されて搬
送され、加圧ローラ３による加圧と耐熱性フィルム４を
介したセラミックスヒーター１による加熱とによって、
画像が記録紙５に定着される。

【０００５】このようなセラミックスヒーターを用いた
加熱ローラ方式の加熱定着装置においては、セラミック
スヒーターの熱容量が従来の金属製のロールに比較して
非常に小さいために、消費電力を低減できるなどの利点
がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】かかるセラミックスヒ
ーターを用いた加熱ローラ方式の加熱定着装置において
も、処理能力の向上に対する要求は最近ますます高ま
り、定着速度をより一層高速化することが望まれてい
る。例えば、従来のアルミナのセラミックスヒーターを
用いた加熱定着装置では、定着速度が４ｐｐｍ（４ｐａ
ｐｅｒｓｐｅｒｍｉｎｕｔｅ；１分間にＡ４用紙を４
枚送り込む速度）程度であったが、更に１２ｐｐｍ以上
の高速処理が望まれている。

【０００７】しかし、従来のセラミックスヒーターは、
セラミックス基板の表面に細い線状の発熱体を設けたも
のであるため、基板内の温度分布、特にその幅方向（記
録紙の送り方向）における温度が不均一になりやすく、
定着速度を高速化するに伴って画像の定着性が低下する
という欠点があった。

【０００８】特に、高速化のためには記録紙の進行方向
でのセラミックスヒーターの均熱距離を送り速度に比例
して延長することが望ましく、そのため、図４に示すよ
うにセラミックスヒーター１と加圧ローラ３との間の圧
力（定着圧力）を高くすることにより、ゴム等の弾性体
からなる加圧ローラ３とセラミックスヒーター１の間に
形成されるニップ幅ｎを大きくすることが通常行われて
いる。

【０００９】しかしながら、ニップ幅ｎを大きくするた
めには、上記のごとく定着圧力を高くすることと同時
に、セラミックス基板１ａの幅をニップ幅ｎの増大に見
合うだけ大きくする必要があるが、セラミックス基板１
ａの幅を大きくするほど、その幅方向における温度分布
を均一にすることがますます困難となり、画像の定着性
が一層低下するという欠点があった。

【００１０】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
セラミックス基板内の温度分布を均一化することがで
き、特にニップ幅を増大するためにセラミックス基板の
幅を大きくした場合でも、その幅方向における温度分布
が均一なセラミックスヒーターを提供すること、及びそ
のセラミックスヒーターを用いた画像の定着性に優れた
加熱定着装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供するセラミックスヒーターは、電気絶
縁性のセラミックス基板と、該セラミックス基板の長手
方向の両側面にそれぞれ設けた発熱体とを備えたことを
特徴とする。

【００１２】また、上記本発明のセラミックスヒーター
においては、セラミックス基板の長手方向の両側面に設
けた発熱体と共に、セラミックス基板の表面にも発熱体
を設けることができる。

【００１３】このような本発明のセラミックスヒーター
は、セラミックス基板の熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ以上で
あること、特にセラミックス基板が熱伝導率８０Ｗ／ｍ
Ｋ以上の窒化アルミニウムからなることが好ましい。

【００１４】更に、本発明は、上記したセラミックスヒ
ーターをトナー加熱定着用ヒーターとして使用する加熱
定着装置を提供するものである。即ち、上記したセラミ
ックスヒーターを取り付けた加熱ローラと、加熱ローラ
に接して回転する加圧ローラと、加熱ローラと加圧ロー
ラの間で加圧ローラとほぼ同一速度で移動する耐熱性フ
ィルムとを備えた加熱定着装置を提供する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明のセラミックスヒーターの
具体例を図５及び図６に示す。このセラミックスヒータ
ー１０においては、電気絶縁性のセラミックス基板１０
ａの長手方向の両側面に発熱体１０ｂがそれぞれ設けて
ある。両側面に設けた各発熱体１０ｂは、一端がセラミ
ックス基板１０ａの表面上又は裏面上で互いに接続さ
れ、他端には通電のための電極１０ｄがセラミックス基
板１０ａの表面上又は裏面上に設けてある。

【００１６】また、これらの発熱体１０ｂとその接続部
分は、回路の絶縁性を確保し、信頼性を高めるために、
ガラスやグレーズ等からなる電気絶縁性の保護層１０ｃ
で被覆されていることが好ましい。尚、この具体例では
図６に示すように発熱体１０ｂをセラミックス基板１０
ａの側面に沿って設けてあるが、図７に示すようにセラ
ミックス基板１０ａの側面に段差を設け、その上に発熱
体１０ｂを形成してもよい。また、両側面の発熱体１０
ａは、図６のように直列に接続して使用するほか、並列
に接続して使用することも可能である。

【００１７】このように発熱体１０ｂをセラミックス基
板１０ａの両側面に設けることで、それぞれの発熱体１
０ｂから発生した熱は両側面からセラミックス基板１０
ａ内に広がるので、従来のごとくセラミックス基板の表
面にのみ発熱体を設けた場合と比較して、温度分布を均
一にすることができる。

【００１８】セラミックス基板に使用する材料は、熱伝
導率が８０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。セラミ
ックス基板の熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ未満では、側面か
らセラミックス基板が加熱されるために、その幅方向中
央部分の温度が側面側に比較して低くなり、記録紙上の
トナーを十分に溶触することができなって、定着不良を
生ずることがある。このような高熱伝導率の材料には、
例えばＢＮ、ＡｌＮ、ＢｅＯ、ＳｉＣ等があるが、これ
らの中でも熱伝導性、電気絶縁性ともに優れており、毒
性のないＡｌＮが好適である。

【００１９】更に、セラミックス基板内の温度分布の一
層の均一化を図るために、図８及び図９に示すように、
セラミックス基板１１ａの長手方向の両側面に発熱体１
１ｂを設けると同時に、表面上にも発熱体１１ｂ’を形
成することができる。このように表面にも発熱体１１
ｂ’を設けることにより、基板両側面からと同時に表面
中央部からも熱が広がるので、セラミックス基板１１ａ
内の温度が一層均一になり、定着性が更に向上する。こ
のようにセラミックス基板の両側面及び表面に発熱体を
設けることによる温度の均一化は、特に熱伝導率の低い
材料からなる基板ほど効果が著しい。

【００２０】尚、この場合にも、発熱体１１ｂ、１１
ｂ’とその接続部分を覆うように、例えば図９のごとく
セラミックス基板１１ａの両側面及び表面を電気絶縁性
の保護層１１ｃで被覆することが好ましい。また、セラ
ミックス基板１１ａの側面に設ける発熱体１１ｂは、図
７に示すようにセラミックス基板１１ａの側面に段差を
設け、その上に形成してもよい。更に、各発熱体１１
ｂ、１１ｂ’の接続方法も直列に限られず、他の方法で
接続することも可能である。

【００２１】発熱体の形成方法としては、薄膜法又は厚
膜法のいずれの方法も選択することができる。即ち、薄
膜法としては、蒸着法やスパッタリング法などにより、
Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔａ−Ｎ等の材料を発熱体として形成でき
る。厚膜法では、ＲｕＯ₂、Ａｇ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄ、
Ｗ、Ｍｏ等の発熱体を、スクリーン印刷、はけ塗り、タ
ンポ印刷などで形成することができる。また、ガラスや
グレーズなどからなる電気絶縁性の保護層についても、
同じく薄膜法や厚膜法を用いて形成することができる。
しかし、保護層の場合には、外部との十分な電気絶縁性
を確保するために、膜厚を厚く形成できる厚膜法が好適
である。

【００２２】

【実施例】実施例１幅が１０ｍｍ又は５ｍｍであって、長さが３００ｍｍ及
び厚みが１.０ｍｍのアルミナ基板（熱伝導率：２０Ｗ
／ｍＫ）と窒化アルミニウム基板（熱伝導率：５０Ｗ／
ｍＫ、８０Ｗ／ｍＫ、１５０Ｗ／ｍＫの３種）を用意し
た。

【００２３】これらのセラミックス基板を用いて、図５
及び図６に示すように、両側面にのみ発熱体１０ｂを有
するセラミックスヒーター１０を作製した。即ち、電極
１０ｄに銀ペースト及び発熱体１０ｂにはＡｇ−Ｐｄペ
ーストを用い、それぞれスクリーン印刷にて形成した後
乾燥し、大気中にて８８０℃で１０分間焼成した。その
後、両側面の発熱体１０ｂ上に、ホウケイ酸ガラスを主
成分とする保護層１０ｃを、スクリーン印刷にて形成
し、乾燥及び焼成して設けた。

【００２４】得られた各セラミックスヒーターを、トナ
ー加熱定着用ヒーターとしてステーに取り付けて加熱ロ
ールを作製し、図３に示すように、この加熱ロール２
に、加圧ロール３、耐熱性フィルム４を組合せて配置
し、加熱定着装置を構成した。この加熱定着装置を用い
て、定着速度を４、８、１２ｐｐｍに変化させ且つ定着
速度ごとに適切なニップ幅を選定して、その定着性を評
価した。評価結果を下記表１に示した。

【００２５】尚、定着性評価は以下の通りとした（以下
の実施例及び比較例も同じ）： ○…トナーが十分に溶融しており良好な定着状態のも
の。 △…トナーの半分程度は溶融しているが、定着面を紙で
こするとトナーが脱落するもの。 ×…トナーがほとんど溶融しておらず、トナーが簡単に
脱落するもの。

【００２６】

【表１】基板(熱伝導率) Al₂O₃(20W/mK) AlN(50W/mK) AlN(80W/mK) AlN(150W/mK) 基板幅(mm) 5 10 5 10 5 10 5 10 定着速度4ppm ○ × ○ △ ○ ○ ○ ○ 同 8ppm ○ × ○ △ ○ ○ ○ ○ 同 12ppm × × △ △ △ ○ △ ○

【００２７】この結果から分かるように、定着速度が４
ｐｐｍ又は８ｐｐｍの場合、基板幅が通常の５ｍｍであ
れば良好な定着性が得られるが、基板幅が１０ｍｍにな
ると温度分布が不均一になるため、熱伝導率が８０Ｗ／
ｍＫ以上のＡｌＮ基板を使わなければ良好な定着性が得
られなかった。しかし、定着速度が１２ｐｐｍになると
ニップ幅が５ｍｍ以上必要なため、もはや基板幅５ｍｍ
では良好な定着性は得られず、基板幅が１０ｍｍで且つ
熱伝導率８０Ｗ／ｍｋの基板材料を用いた場合に限って
良好な定着性が得られた。

【００２８】比較例上記実施例１と同様の各セラミックス基板を用いて、実
施例１と同様の手法により、図１及び図２に示すよう
に、セラミックス基板１ａの表面にのみ発熱体１ｂを設
けた従来形状のセラミックスヒーター１を作製した。得
られた各ヒーターを用いて実施例１と同様に加熱定着装
置を構成し、同様にそれぞれの定着性を評価し、評価結
果を下記表２に示した。

【００２９】

【表２】基板(熱伝導率) Al₂O₃(20W/mK) AlN(50W/mK) AlN(80W/mK) AlN(150W/mK) 基板幅(mm) 5 10 5 10 5 10 5 10 定着速度4ppm ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 同 8ppm × × △ △ ○ ○ ○ ○ 同 12ppm × × × × × △ △ △

【００３０】従来形状のセラミックスヒーターを用いた
加熱定着装置では、定着速度が通常の４ｐｐｍの場合に
は、基板幅や基板材質に拘らず、全ての定着装置で良好
な定着性が得られた。しかし、定着速度が８ｐｐｍの場
合には熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ以上のＡｌＮ基板に限り
良好な定着性が得られ、定着速度が１２ｐｐｍになると
いずれの定着装置でも良好な定着性を得ることはできな
かった。

【００３１】実施例２前記実施例１と同様の各セラミックス基板を用いて、実
施例１と同様の手法により、図８及び図９に示すよう
に、セラミックス基板１１ａの両側面及び表面に発熱体
１１ｂ、１１ｂ’を設けたセラミックスヒーター１１を
作製した。得られた各セラミックスヒーターを用いて実
施例１と同様に加熱定着装置を構成し、同様にそれぞれ
の定着特性を評価し、その評価結果を下記表３に示し
た。

【００３２】

【表３】基板(熱伝導率) Al₂O₃(20W/mK) AlN(50W/mK) AlN(80W/mK) AlN(150W/mK) 基板幅(mm) 5 10 5 10 5 10 5 10 定着速度4ppm ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 同 8ppm ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 同 12ppm △ △ △ ○ △ ○ △ ○

【００３３】上記の結果から分かるように、基板の両側
面及び表面に発熱体を有するセラミックスヒーターを用
いた加熱定着装置では、定着速度が４ｐｐｍ及び８ｐｐ
ｍの場合には全て良好な定着性が得られた。しかし、定
着速度が１２ｐｐｍになるとニップ幅との関連で５ｍｍ
以上の基板幅が必要となり、その場合に熱伝導率５０Ｗ
／ｍｋ以上のＡｌＮ基板を用いた場合に限って良好な定
着性が得られた。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、セラミックス基板の両
側面に発熱体を設けることにより、温度分布の非常に均
一なセラミックスヒーターが得られ、これにより定着性
に優れた加熱定着装置を提供することができる。

【００３５】特に、基板幅を広くしても均一な温度分布
が得られるので、ニップ幅を大きくして定着速度を速く
することが可能となり、１２ｐｐｍ以上の高速化の要望
にも十分対応することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のセラミックスヒーターを示す概略の平面
図である。

【図２】図１のセラミックスヒーターのＡ−Ａに沿った
概略の拡大断面図である。

【図３】通常の加熱定着装置を示す概略の断面図であ
る。

【図４】通常の加熱定着装置の要部を示す概略の断面図
である。

【図５】本発明のセラミックスヒーターの一具体例を示
す概略の平面図である。

【図６】図５のセラミックスヒーターのＢ−Ｂに沿った
概略の拡大断面図である。

【図７】本発明のセラミックスヒーターの別の具体例を
示す概略の拡大断面図である。

【図８】本発明のセラミックスヒーターの他の具体例を
示す概略の平面図である。

【図９】図８のセラミックスヒーターのＣ−Ｃに沿った
概略の拡大断面図である。

【符号の説明】

１、１０、１１セラミックスヒーター１ａ、１０ａ、１１ａセラミックス基板１ｂ、１０ｂ、１１ｂ、１１ｂ’ 発熱体１ｃ、１０ｃ、１１ｃ保護層１ｄ、１０ｄ、１１ｄ電極２加熱ロール３加圧ロール４耐熱性フィルム５記録紙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気絶縁性のセラミックス基板と、該セ
ラミックス基板の長手方向の両側面にそれぞれ設けた発
熱体とを備えたことを特徴とするセラミックスヒータ
ー。
【請求項２】前記セラミックス基板の長手方向の両側
面に設けた発熱体と共に、該セラミックス基板の表面に
設けた発熱体を備えることを特徴とする、請求項１に記
載のセラミックスヒーター。
【請求項３】前記全ての発熱体が電気絶縁性の保護層
で被覆されていることを特徴とする、請求項１又は２に
記載のセラミックスヒーター。
【請求項４】前記セラミックス基板の熱伝導率が８０
Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする、請求項１又は２
に記載のセラミックスヒーター。
【請求項５】前記セラミックス基板が窒化アルミニウ
ムであることを特徴とする、請求項４に記載のセラミッ
クスヒーター。
【請求項６】請求項１〜５に記載のセラミックスヒー
ターを、トナー加熱定着用ヒーターとして使用すること
を特徴とする加熱定着装置。