JPH11296005A

JPH11296005A - 加熱定着装置

Info

Publication number: JPH11296005A
Application number: JP10323598A
Authority: JP
Inventors: Masuhiro Natsuhara; 益宏夏原; Hirohiko Nakada; 博彦仲田; Naoharu Fujimori; 直治藤森
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-04-15
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミックヒーターを熱源とする加熱定着装
置の省エネルギー・クイックスタート性を活かしつつ、
転写材サイズのバリエーションに伴う非通紙部過熱によ
る紙皺、ヒーター周辺部の損傷を未然に防止する。【解決手段】定着部のヒーター基板を窒化アルミニウ
ム系セラミックス等の高熱伝導性セラミックスで構成
し、同基板上の少なくとも一面上に高熱伝導性のダイヤ
モンドを含む熱バイパスを配置した加熱定着装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁性セラミック
スを基板とし、その上に発熱部を付与したヒーター(以
下本発明ではこれをセラミックヒーターと言う)を具備
した加熱方式のトナー画像定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリや複写機、プリンター等の
画像定着装置の画像定着部(以下単に定着部と言う)にお
いては、感光ドラム上に形成したトナー像を転写材であ
る紙等の上に転写した後、定着部でこれを加熱・加圧し
て転写材上に焼き付けしている。この定着部は、セラミ
ックヒーターを具備した加熱ローラと、樹脂製の加圧ロ
ーラを主な構造要素とするものである。従来からの定着
装置の定着部においては、加熱ローラは円筒状の金属製
ロール中にハロゲンランプ等の熱源を設け、同ランプか
らの輻射熱で同ロール表面を加熱するようになってい
た。

【０００３】また近年この熱源にセラミックヒーターを
用いたものが実用化されている。この種の定着装置は、
例えば特開昭６３−３１３１８２号、特開平１−２６３
６７９号および特開平２−１５７８７８号の各公報に記
載されている。図１のａに横断面で見たその定着部の構
造を模式的に示す。同図で２は加熱ローラの外形を形成
する樹脂製の支持体、１は同ローラの支持体に固定され
たセラミックヒーター、３は同ヒーターおよび加熱ロー
ラの外周を回転しつつ、転写材を定着部に送り込む耐熱
樹脂製のフィルム(以下単に耐熱フィルムとも言う)、４
は加圧ローラ、５は両ローラ間に送り込まれる転写材、
１０は同転写材面に形成されたトナー画像であり、誇張
して書き加えたものである。図１のｂはａの中心部を拡
大したものである。同図で１１はセラミックヒーターの
絶縁性セラミックからなる基板、１２は同基板上に設け
られた発熱部(以下発熱体とも言う)、１４は耐熱フィル
ムと相対し、発熱部の表面を同フィルムとの直接の摺接
摩耗から保護する絶縁性ガラスの層(以下単にガラス層
とも言う)、Ｗは加圧ローラ表面が加熱ローラ側に押し
つけられ、相手に密着することによって転写材を挟み込
むニップ部分(以下単にニップ部とも言う)の幅である。

【０００４】すなわち、トナーを定着するのに十分な表
面温度に昇温されたニップ部に、転写材を送り込みつ
つ、同部でトナー画像を加熱・加圧して定着する。この
ように熱源をセラミックヒーターとし、同ヒーターを転
写材に近い位置に配置する。この方式は、熱源から空間
を経て加熱ローラ表面を昇温させる従来からのハロゲン
ランプ方式に比べ、発熱体の熱容量を極めて小さくする
ことができる。したがって消費電力が節減できる。また
ヒーターと定着部が接近しているために昇温が迅速であ
り、従来方式のように待ち時間を無くすための発熱部の
予熱が要らず、いわゆるクイックスタート性に優れてい
る。

【０００５】さらに、最近市場では定着作業のより高速
化、より高い定着品質、定着装置のより安定な稼働への
要求が日増しに強くなってきている。中でも定着作業高
速化への要求は、定着品質とも絡みセラミックヒーター
およびその周辺部への熱サイクル負担を大きくするもの
である。現状の定着装置では、そのセラミックヒーター
の基板は、アルミナ系セラミックスからなり、その通常
の定着速度は４ないし８ｐｐｍである(例えば４ｐｐｍ
とは４ＰａｐｅｒＰｅｒＭｉｎｕｔｅの略称、す
なわち１分間にＡ４サイズの転写材を４枚送り込み、定
着できる速度である)。これをさらに１２ｐｐｍ以上に
高速化する要求がある。上記したこの方式の省エネルギ
ーとクイックスタート性を活かしつつ、この要求に応え
るためには、セラミックヒーター自体およびその周辺の
定着部の構造を抜本的に見直す必要がある。例えばアル
ミナ系セラミックスを基板に用いる現在のヒーターで
は、基板の熱伝導性・耐熱衝撃性で追随できず、高速化
による急速昇温に耐えられない、安定した定着画像が得
られない等々の障害が生じる。このため基板素材の見直
しが必要である。またこのような基板の性能を見直した
としても、例えばその熱伝導性を高めると、かえってそ
の周辺への放熱量が大きくなり省エネルギーとはならな
い場合もあり、周辺部の断熱構造をも見直す必要があ
る。以上のニーズに応えるため、本発明者等は、例えば
特願平８−２８５０９６号等に記載のように、高熱伝導
性のセラミックスを基板にし、その周辺の熱のロスを低
減した定着部の構造を既に提案した。これによって高速
定着作業時の急速昇温や迅速均熱化の課題については、
ある程度克服できることが分かった。

【０００６】しかしながら、一方オフィス等での定着作
業では転写材のサイズにバリエーションがあるために、
以下に述べるような不具合が生じることがある。オフィ
スでの転写材サイズは、通常はＡ４がメインとなるが実
際には、例えばＡ３サイズの大きなものから葉書サイズ
の小さなものまであり、定着部の均熱帯の幅は通常Ａ３
サイズに合わせ、対応するセラミックヒーターの発熱部
の長さもほぼ３００ｍｍ程度に設定してある。したがっ
てこれに見合ったＡ３サイズ程度の転写材を定着する場
合には、熱が転写材によってほぼ均等に奪われるため
に、ニップ部の均熱性もほぼ一定に保たれる。しかしな
がら同じ長さの均熱帯を有する定着部に、例えば葉書サ
イズで多数枚の転写材を定着し続けると、転写材に熱を
奪われない定着部が生じ、その部分では温度がより高く
なる、いわゆる異常昇温部が生じる。この状況を説明す
る図が図２である。同図は図１の定着部を転写材を送り
込む方向から見たものである。１から４の番号で指し示
された部分は図１と同じである。５は例えば葉書や封筒
のような幅の小さな転写材である。耐熱フィルム３と加
圧ローラ４は図の左端の矢印方向に同期回転しており、
転写材５は手前から奥の方向に向かって送り込まれる。
点線で分割した６の部分は転写材の通る部分(以下通紙
部と言う)であり、７および８は加圧ローラ上の転写材
の通過しない部分(以下非通紙部とも言う)である。この
通紙部の位置で多数枚の定着を続けると、非通紙部の温
度は時間とともに上昇する。

【０００７】このような状況が続くと、非通紙部の異常
昇温により、これに対応する位置のゴム製の加圧ローラ
表面部が変形して、通紙部と非通紙部とで転写材の搬送
速度が変わったり、非通紙部に対応するヒーター基板表
面が通紙部に対応する同基板面に比べ異常昇温したりす
る。したがって、再度幅の大きな転写材の定着作業に入
ると、通紙した転写材の端寄りで皺が生じたり、高温オ
フセット現象による定着不良が生じたりする。またセラ
ミックヒーターを固定している樹脂製の支持体が軟化し
たり、一部溶融状態となることもある。そのため特開平
６−１４９０９９号公報には、ヒーター基板上に複数本
の発熱パターンを形成し、その長さを転写材の幅に対応
させて変える方法が開示されている。また特開平８−３
０５１８８号公報には、幅の小さな転写材を通紙する場
合、同材の送り込みを遅らせる方法が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開平６−１４９０９９号公報に記載の方法では、定着
対象の転写材のサイズバリエーションを拡げようとする
と、ヒーター基板の短手方向の長さ(すなわち図２の奥
行き方向の長さ)を大きくせざるを得なくなる。それ故
本方式の利点であるクイックスタート性能が損なわれる
結果となる。また基板サイズが大きくなるため、基板が
急激な昇降温による熱衝撃に耐えられなくなる恐れがあ
る。また特開平８−３０５１８８号公報に記載の方法で
は、小さいサイズの転写材の定着速度が遅くなり、定着
の作業効率が低下することが避けられない。

【０００９】そこで本発明者等は、既に特願平９−３４
７７６０号および特願平９−３４７７６１号において、
セラミック基板の表面上に高熱伝導性物質を含む熱バイ
パス(通称ヒートスプレッダーと言う。なお本発明で
は、以下これを単にバイパスとも略称する。)を設けた
セラミックヒーターを組み込んだ加熱定着装置を提案し
た。これによって上記した大きな転写材の皺の発生、高
温オフセット現象による定着不良、樹脂製支持体の軟化
等の不具合が、かなり解消されることが分かった。同出
願では熱バイパス(またはヒートスプレッダー)を構成す
る高熱伝導性物質として、銅・アルミニウム、モリブデ
ン、タングステンを主成分とする金属またはそれらの合
金や高熱伝導性のセラミックス等が例示されている。し
かしながら金属またはその合金でバイパスを形成する場
合、長時間使用すると昇温によって表面が酸化され易
く、その最表面に耐酸化性の層を被覆する必要がある。
また高熱伝導性のセラミックスでバイパスを形成する場
合、例えばヒーター基板に比較的熱伝導性の良いセラミ
ックスを用いると、上記課題を解消する大きな効果が期
待できないこともある。したがって、この様な諸々の問
題を解消するにためには、より高熱伝導性のバイパスの
配置が必要となる。本発明の課題は、本定着方式の省エ
ネルギー・クイックスタート性を活かしつつ、この点を
解決できるバイパス構造を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明が提供する加熱定着装置は、その定着部のヒ
ーター基板を電気絶縁性セラミックス製とし、同基板上
の発熱部周辺に高熱伝導性物質であるダイヤモンドを含
む熱バイパスを配設したものである。すなわち本発明の
加熱定着装置は、加熱ローラ上に配設され、電気絶縁性
セラミックスからなる基板上に発熱部を付与したセラミ
ックヒーターと、これに摺接して回転する耐熱性フィル
ムと、同フィルムに摺接し圧力を加えつつ回転する加圧
ローラとを備え、同加圧ローラによる加圧と耐熱フィル
ムを介した上記セラミックヒーターによる加熱とによっ
て、耐熱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、上記セラミックヒーターの表面上
に高熱電導性物質であるダイヤモンドを含む熱バイパス
が設けられた加熱定着装置である。

【００１１】また本発明の加熱定着装置には、上記の基
本構造であり、耐熱フィルムと基板との摺接面と反対側
の基板上に発熱部が形成されているヒーター構造(以下
背面型とも言う)のものも含まれる。

【００１２】なお本発明の熱バイパスの一配設形式によ
れば、(１)セラミック基板の少なくとも一面のほぼ全面
にわたって配設されているものがある。また(２)セラミ
ック基板の少なくとも一面に配設されており、同面内で
発熱部にほぼ対応した位置に部分配設されているものが
ある。またさらに(３)耐熱フィルムと摺接する基板の面
に配設されているものがある。また(４)電気絶縁性セラ
ミック基板の好ましい材質として窒化アルミニウム系セ
ラミックスを用いたものがある。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明で問題となる非通紙部での
異常昇温は、セラミック基板およびその周辺部の熱容量
が小さく、ヒーターから供給され非通紙部に貯まった熱
を通紙部に十分伝えることができないことによって生じ
る。すなわち基板自体の熱容量が小さいことと、ヒータ
ーを固定する支持体や加圧ローラは、ゴムや樹脂からな
るために非通紙部・通紙部間の熱移動が促進されないこ
とよる。これを解消するため、本発明では非通紙部と通
紙部との間に、それらを繋ぐダイヤモンドを含む熱バイ
パスをセラミック基板上に設ける。同バイパスの形成箇
所は、非通紙部と通紙部の双方が形成されるセラミック
基板の対応部分を熱的に繋ぐように配設する。これによ
って非通紙部から通紙部間の熱の移動量を大きくするこ
とができ、非通紙部の温度を下げることができる。

【００１４】以下本発明の加熱定着装置を詳細に説明す
る。図３は、本発明の加熱定着装置に用いられるセラミ
ックスヒーターの一つの基本構造を模式的に描いたもの
である。同図に示すように、電気絶縁性セラミックスか
らなる基板１１上に設けられた抵抗発熱部１２に、これ
と電気的に接続された通電電極１３から通電を行う。こ
の場合発熱部形成面を加圧ローラ側に向けてヒーターを
支持体に固定する(以下この固定方式を正面型とも言
う)。したがって、この場合基板の発熱部形成面上に
は、加圧ローラ側からの圧力が負荷され、耐熱フィルム
が同面に摺接しつつ移動する。したがって同フィルムの
摺接移動による発熱部の摩耗を防ぐために、発熱部の表
面には絶縁性ガラスの層１４が被覆されている。図３の
ａは発熱部上面から見たものであり、実際には発熱部１
２は、絶縁性ガラス層１４によって覆われている。図３
のｂはそのＡ−Ａ´断面である。

【００１５】また本発明の定着装置においては、支持体
へのセラミックヒーターの取り付け方向は、通常図１ａ
に記載のように正面型に設定される。しかしながら、こ
れとは表裏逆の方向にすることもできる。この場合発熱
部形成面は加圧ローラとは反対側になる(すなわち前記
の背面型)。耐熱フィルムとは摺接しない。したがって
例えば発熱部の絶縁性ガラス層による被覆は無くても良
い。図４のａは正面型であり、ｂは背面型である。なお
同図の符号は図１〜図３に準ずる。

【００１６】本発明の加熱定着装置によれば、以上の基
本構造において電気絶縁性セラミックスからなる基板の
面に、ダイヤモンドを含む熱バイパスを基板面に接合等
の手段によって熱的に接続配設し、これによって基板か
らの放熱を円滑にし、非通紙部が形成される連続定着作
業後の定着時でも、非通紙部の異常加熱による前述の不
具合を未然に防止することができる。ダイヤモンドは純
粋なもので、その熱伝導率が１０００Ｗ/ｍ・Ｋ以上で
あり、極めて優れた放熱性が期待できる。また熱膨張係
数が２.３×１０^ー ⁶/℃程度と小さいために、セラミック
基板とのその整合性に優れている。熱バイパスを構成す
るダイヤモンドを含む材料の組成ならびにその組織・構
造については、上記した非通紙部の異常過熱を回避でき
る程度に放熱効果が期待できる物であれば、如何なるも
のでも良い。バイパスの放熱性を確保するため、バイパ
ス中の純ダイヤモンドの量は少なくとも５０体積％以
上、好ましくは７０体積％以上、さらには１００体積％
すなわち単相であることが望ましい。またその熱伝導性
が享受できれば、硼素(Ｂ)、燐(Ｐ)、窒素(Ｎ)等の従成
分を１重量％までの範囲で含ませてもよい(以下本発明
では、このように従成分を含んだバイパス中のダイヤモ
ンド相をダイヤモンド組成物とも言う)。

【００１７】バイパス中のダイヤモンドまたはダイヤモ
ンド組成物の組織・構造の形態には、(１)単一物の形態
または(２)他の物質と複合化された形態のいずれかの形
態となる。(１)の場合には、通常膜状に種々のマクロパ
ターンで形成される。しかしながら、ダイヤモンドまた
はダイヤモンド組成物は高価であり、経済的には(２)の
ように、バイパス中のこれらの量を必要最低限に抑える
のが望ましい。(２)の場合には通常ダイヤモンドまたは
ダイヤモンド組成物をマトリックスとし、その隙間にこ
れと複合化する他の物質を共存させる。他の物質は熱バ
イパスの機能を十分発揮させるためには、熱伝導性のも
のであるのが好ましい。ダイヤモンドまたはダイヤモン
ド組成物をバイパス内に分布複合化させる場合、その個
々の分布単位は粒子状・繊維状等いずれの形状でも構わ
ないが、それらの個々が互いに三次元的に連結した構造
であるのが望ましい。また連結部分は他の物質で繋がっ
ていてもよいが、この場合にも他の物質は熱バイパスの
機能を十分発揮させるためには、熱伝導性のものである
のが好ましい。なお熱伝導性の物質には主成分が窒化ア
ルミニウム(ＡｌＮ、熱伝導率が１５０Ｗ/ｍ・Ｋ以上、
熱膨張係数が４.２×１０^ー ⁶/℃程度)、窒化珪素(Ｓｉ₃
Ｎ₄、熱伝導率が５０Ｗ/ｍ・Ｋ以上、熱膨張係数が３.
０×１０^ー ⁶/℃程度)、窒化硼素(ＢＮ、熱伝導率が２０
０Ｗ/ｍ・Ｋ以上、熱膨張係数が３.５×１０^ー ⁶/℃程
度)、炭化珪素(ＳｉＣ、熱伝導率が２００Ｗ/ｍ・Ｋ以
上、熱膨張係数が３.５×１０^ー ⁶/℃程度)等々の高熱電
導性セラミックス、タングステン(Ｗ、熱伝導率が１7０
Ｗ/ｍ・Ｋ程度、熱膨張係数が４.３×１０^ー ⁶/℃程度)、
モリブデン(Ｍｏ、熱伝導率が１４０Ｗ/ｍ・Ｋ程度、熱
膨張係数が４.９×１０^ー ⁶/℃程度)、ニッケル(Ｎｉ、熱
伝導率が９０Ｗ/ｍ・Ｋ程度、熱膨張係数が１３.３×１
０^ー ⁶/℃程度)、等々の高融点金属若しくは銀(Ａｇ、熱
伝導率が４２０Ｗ/ｍ・Ｋ程度、熱膨張係数が１９.７×
１０^ー ⁶/℃程度)、白金(Ｐｔ、熱伝導率が７０Ｗ/ｍ・Ｋ
程度、熱膨張係数が８.９×１０^ー ⁶/℃程度)等々の貴金
属や銅(Ｃｕ、熱伝導率が４００Ｗ/ｍ・Ｋ程度、熱膨張
係数が１７×１０^ー ⁶/℃程度)等の金属と以上述べた金属
の合金・複合物および以上のセラミックスや金属等の各
種物質を適宜複合化させた物・同各種物質を分散させた
樹脂等が考えられる。

【００１８】本発明のダイヤモンドまたはダイヤモンド
組成物を含む熱バイパスのマクロな構造としては、バイ
パス本体を熱伝導性の上記各種物質とし、その一部をダ
イヤモンドまたはダイヤモンド組成物で構成することも
できる。これによって高価なダイヤモンドまたはダイヤ
モンド組成物の量を減らすことができ、バイパスのコス
トを下げることができる。この場合同本体の特にセラミ
ック基板との接触部分には、その放熱効果を有効に利用
するため必ずダイヤモンドまたはダイヤモンド組成物か
らなる部分を配置する必要がある。またバイパス全体か
ら見た本体上でのこれらの配置パターンは種々考えられ
るが、放熱方向と放熱効率を考慮し、また周辺パーツへ
の熱的な作用も十分配慮して、最適なものとする必要が
ある。

【００１９】本発明のダイヤモンドを含む熱バイパスと
セラミック基板との接続方式は、本発明の前記目的を達
成できる方式であれば、如何なる方式でもよいが、通常
は接触・密着・接合のいずれかの方式を採る。ここで本
発明での接触とは、基板の面にバイパスの少なくとも一
部が接している状態、密着とは、基板の面にバイパスの
少なくとも一部が容易に剥がれる程度に着いている状
態、接合とは、基板の面にバイパスの少なくとも一部が
化学的または物理的に容易に剥がれない程度に固定され
ている状態を示す。接合には双方の間に介在層を配して
もよいが、その場合には同層は熱伝達を妨げないものを
用いる。

【００２０】ダイヤモンドやダイヤモンド組成物の単一
物を用いる場合には、その熱膨張係数が２.３×１０^ー ⁶/
℃と低いため、比較的熱膨張係数の低いセラミック基板
との整合性が良く、両者の同係数差で接触不良が生じ熱
伝達性が損なわれる恐れは殆ど無く、またダイヤモンド
やダイヤモンド組成物をバルクとして接触・密着させて
用いることは不経済でもあり、通常は基板上に所定の面
パターンで成膜し接合して用いる。

【００２１】しかしながら上記のように他の物質と複合
化されたものをバイパスとして利用する場合には、バイ
パス・基板双方の熱膨張係数の差によって熱的な接続に
支障を来さない方式を適宜選ぶ。ヒーターのセラミック
ス基板とバイパス双方の熱膨張係数差が大きい場合、す
なわち接合すると実用時に生じる熱応力が、双方の剥離
またはセラミック基板が損傷する程大きくなる場合(例
えばバイパス本体に上記した熱膨張係数の大きい金属や
樹脂等を複合化の相手材として選ぶ場合)には、基板面
に同バイパスを接触または密着によって接続させる。ま
た双方の熱膨張係数の差が比較的小さい場合(例えばバ
イパス本体に上記した熱膨張係数の小さい金属・セラミ
ックス等を複合化の相手材として選ぶ場合)には、同熱
応力がそれほど大きならない場合には密着または接合に
よって接続させる。

【００２２】接触によってバイパスを熱的に接続する場
合には、バイパスの一部を基板の外方スペースに延長す
ることもありうる。またダイヤモンドを含むバイパス自
体が、それを構成するダイヤモンド以外のマトリックス
成分によって柔軟性を持たせることができれば(例えば
熱伝導性物質を入れた電気絶縁性樹脂をマトリックスに
用いる、また例えば比較的ばね性のある金属マトリック
スを用いる等々)、物理的にほぼその全面を基板面に密
着させたり、接触させたりする方法が種々考えられる。
なおダイヤモンドを含み複合化されたバイパスとする
際、熱の移動量を大きくするためには、可能な限りコン
パクトなサイズでバルク状で形成するのが望ましい。

【００２３】高熱伝導性物質からなるバイパスの配設位
置としては、基板のいずれの表面であってもよく、また
一面だけでなく複数の面にも設けることができる。この
場合表面のほぼ全面にわたって配設されるのが好まし
い。選ばれた面の一部ではなくほぼ全面にわたって形成
されることによって、非通紙部に貯まった熱がセラミッ
ク基板の広い部分に伝わるため、非通紙部の温度を低下
させる効果が大きくなるからである。配設パターンは、
一つの面内での上面から見てほぼ全面をカバーすれば、
如何なるパターンとしてもよく、またバイパス形状によ
り部分的に熱伝達方向の断面積を稼ごうとするならば、
その部分のバイパスの厚みを大きめにしたり、バイパス
の断面形状を適宜変形させたものとしてもよい。例えば
上面から見て常時通紙部となる部分に対応した位置に
は、上面から見て基板面の露呈したスリット部分や厚み
の薄い部分を設けるとか、断面の厚みを全体に薄くする
とか種々の工夫をする。また非通紙部に対応したバイパ
ス部分の放熱面積を大きくするために、その表面に凹凸
を付けたりすることも有効な手段となる。

【００２４】図５にその配設例を模式的に示す。この例
では発熱部を形成した面と反対側の一面のほぼ全面にバ
イパスが設けられている。この場合、バイパスは基板の
長さ方向の側面の片方または両方のほぼ全面に形成して
もよいし、基板の長さ方向の片端または両端の側面全面
に形成してもよい。またはこれらのいくつかの位置を組
み合わせて配設してもよい。なお同図のａは発熱部の上
面から見た図、ｂはその裏面から見た図、ｃはａのＡー
Ａ´断面を示す図である。図で９は高熱伝導性物質を含
む熱伝導バイパスである。他の指示番号のものは、図１
ないし図４のそれに順ずる。このようにすることによっ
て、特に基板の発熱部から基板の厚み方向に伝わる熱を
効率的に除くことができる。

【００２５】同バイパスを基板の発熱部に対応した位置
に配設してもよい。図６にはその一例として、発熱部に
対応した位置でなおかつそれを被覆したガラス層の上に
バイパスを配設したものを模式的に示す。この場合には
バイパスが基板の耐熱性フィルムとの摺接面上に配設さ
れることになる。また図７には発熱部の裏面に発熱部と
ほぼ同じ長さでバイパスを配設したものを模式的に示
す。なお両図の小区分ａ、ｂ、ｃ並びに各部の指示番号
は図５に準ずる。これらの場合発熱部にほぼ対応する位
置にバイパスが配置されれば、バイパスは基板の長さ方
向の側面の片方または両方に形成してもよいし、基板の
長さ方向の片端または両端の側面に形成してもよい。ま
たはこれらのいくつかの位置を組み合わせて配設しても
よい。なおバイパスには通常セラミック基板よりも熱伝
導率の高いものを用いるため、図７のようにバイパスを
裏面に形成すると、ヒーターの昇温時に優先的に裏面に
熱が流れ、表側の面にバイパスを形成する図６の場合に
比べ、定着のための定着面側の昇温が遅くなる傾向にあ
る。それ故クイックスタート性の観点から見ると、後者
のバイパス配置が好ましい。しかしながら本発明者等の
確認したところでは、図７の様な配置であっても本方式
のクイックスタート性を大きく損ねることはない。

【００２６】なお基板の発熱部側にバイパスを配設する
際、特にバイパスが前記の複合化されたもので電導性で
あれば発熱部とバイパスの間を電気的に絶縁状態にしな
ければならない。図６ではそれらの間に電気絶縁性のガ
ラス層が形成されているが、基板の耐電圧レベルを考慮
して双方の間を何らかの形状で空ける、別の絶縁体を間
に挟む等々種々の方策がある。また図６の場合バイパス
が最表面に設けられると、耐熱フィルムがそれに直接摺
接することになるので、バイパス中のダイヤモンドまた
はダイヤモンド組成物部分が、同摺接面に露呈しておれ
ば、摺動による摩耗は殆ど問題にはならないが、そうで
なければ複合化する相手材に摩擦係数の低いセラミック
スを用いるか、またはバイパス全体またはその摺接表面
のみを耐熱フィルムとの摺動性に優れたものにしておく
必要がある。したがって例えば基板側から順に、発熱部
/ガラス層(または電気絶縁層)/バイパス/ガラス層(また
は良摺動性の電気絶縁層)のように積層することも考え
られる。なおこの場合電気絶縁層が同時に熱伝導性であ
れば、それに越したことはない。その候補としては、前
記した窒化アルミニウム(ＡｌＮ)、窒化珪素(Ｓｉ
₃Ｎ₄)、窒化硼素(ＢＮ)等々のセラミックス素材があ
る。しかしながらこのような場合、発熱部の上部を外し
た同じ面内、同面内から隣りの面にかけて、または図８
のように発熱部の形成されていない面内にバイパスを配
設すれば、この問題は生じない。勿論バイパスが絶縁性
かつ熱伝導性の素材、例えば窒化アルミニウム(Ａｌ
Ｎ)、窒化珪素(Ｓｉ₃Ｎ₄)、窒化硼素(ＢＮ)等々のセラ
ミックスであれば、以上の対策は要らない。

【００２７】図６の発熱部が耐熱フィルム側に無い背面
型の場合も基本的には同様の構造を適用できるが、バイ
パスを発熱部の裏面すなわち耐熱フィルムとの摺接面側
に設ける場合には、上記同様バイパス全体またはその摺
接表面のみを耐熱フィルムとの摺動性に優れたものにし
ておく必要がある。バイパスを発熱部側に設ける場合に
は、耐熱フィルムとの摺動が無いので、バイパスが導電
性の場合のみ発熱部との電気絶縁対策を行えばよい。

【００２８】なおバイパスの配設面を全面とせず、上記
のように発熱部に通電する電極部分をその配設範囲から
除くことによって、電極付近に配置され同電極と外部電
源とを接続する銅のコネクターの酸化を抑制することが
できる。電極部分に対応する部分にもバイパスを形成す
ると、通常バイパス部分の熱伝導率は基板よりも大きく
設定されるために同部分に選択的に熱が流れ、それによ
って基板端部の電極付近の温度が上がり易いため、コネ
クターが酸化し易くなるからである。特に図６のように
コネクター配置面と同じ面にバイパスを形成する場合に
は、間にガラス層が有るとは言えこの点を配慮した方が
良い。なお前述のようにバイパス物質にダイヤモンドま
たはダイヤモンド組成物以外の導電性のものを複合化の
相手材として選ぶ場合には、電極とバイパスとの間の電
気絶縁性を確保するためにもこの点を配慮するのが好ま
しい。同じ理由によりバイパスの配設端から電極部分の
発熱部寄りの端までの間は、本発明のバイパスの放熱効
果を損なわない程度に広めに設定するのが無難である。
なお前述のように、このバイパスの配設形態は、バルク
状であっても膜状であってもよく、またその配設方式
は、バイパス材質によってはその一部分が基板面に接触
するか、物理的に密着するかまたは接合するか、いずれ
の接続方式であってもよい。

【００２９】

【実施例】（実施例１）電気絶縁性セラミック基板と
して、長さ４００ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み１ｍｍの窒化
アルミニウム(ＡｌＮ)製、窒化珪素(Ｓｉ₃Ｎ₄)製、アル
ミナ(Ａｌ₂Ｏ₃)製の基板を準備した。これらの熱伝導率
は順に１５０Ｗ/ｍ・Ｋ、１００Ｗ/ｍ・Ｋ、２０Ｗ/ｍ
・Ｋであり、熱膨張係数は順に４.２×１０^ー ⁶/℃、３.
０×１０^ー ⁶/℃、７.０×１０^ー ⁶/℃であった。これらの
基板を用いて、図３に記載のセラミックヒーターを作製
した。先ずＡｇペーストをスクリーン印刷し、通電用電
極１３のパターンを、Ａｇ−Ｐｄペーストをスクリーン
印刷し、発熱部１２のパターンをそれぞれ形成し、これ
らを８８０℃大気中で焼成して基板１１上に焼き付け
た。次にガラスペーストをスクリーン印刷し、７５０℃
大気中で焼成して図３の１４で示したパターンで焼き付
け、同図の構造のセラミックヒーターを作製した。

【００３０】図５、図６、図７に示す接続構造を基本に
し、また出来上がったセラミックヒーター基板の発熱部
の形成形態に準じ、高熱伝導性物質として、熱伝導率１
０００Ｗ/ｍ・Ｋのダイヤモンド層を熱フィラメントＣ
ＶＤ法によって平均膜厚６０μｍで形成した。成膜部の
パターンは、幅が８ｍｍでその長さが３００ｍｍ、３８
０ｍｍの二形状とした。その成膜条件は、ガス組成をメ
タン２％、水素９８％とし、同圧力７０Ｔｏｒｒとし
た。パターン長さ３００ｍｍのものは発熱部相当の長さ
のものであり、図６または図７に対応する接続構造の試
料に用い、またパターン長さ３８０ｍｍのものは基板の
全長にほぼ相当する長さのものであり、図５に対応する
接続構造の試料に用いた。したがって表１には「バイパ
ス」欄に図番号で区分表示した。この後ヒーターを樹脂
製の支持体に固定した。

【００３１】また別途同じ接続構造・長さ・幅パターン
でその最表面に３μｍのニッケルメッキを施した厚み２
ｍｍの電気銅(熱伝導率が４００Ｗ/ｍ・Ｋ、熱膨張係数
が１７×１０^ー ⁶/℃)製の薄板をバイパスとして用いたも
の(表１の試料１３乃至１５)および熱バイパスを設けな
い試料(表１の試料１、５、９)も用意した。この状態で
図１の基本構造の加熱定着装置内に組み付けて、定着試
験を行った。なお電気銅をバイパスとして用いたもの
は、同薄板を上記樹脂製の支持体にその一端を固定し
て、基板上の対応面上にそのばね性によって密着させる
方式で熱的に接続した。

【００３２】これらのセット試料を４ｐｐｍの定着速度
下、先ず通紙幅が約１００ｍｍの封筒大の紙を表１に記
載の所定枚数連続定着した後、同一定着速度下で通紙幅
が約３００ｍのＡ３大の紙を１枚送り込み、その定着状
況を観察した。これを繰り返し、その結果を併せて表１
に示す。なお封筒大の紙の通紙位置は通紙面に向かって
図２に示すように全数ほぼ中央とした。なお封筒大の紙
を通紙後の通紙部分の左右に形成される非通紙部分の温
度は、通紙部分に比べ温度が高くなっており、正面から
赤外線輻射温度計で確認したところ、各通紙毎数段階で
の通紙部と非通紙部のヒーターの表面温度差は、ほぼ表
１の「定着状況」欄の下段に記載のようなレベルであっ
た。なお表中の定着状況欄の評価(1)は紙皺の有無、評
価(2)は支持体の損傷の有無、評価(3)は定着品質を示
す。なお評価(1)の×は「非通紙部で紙皺発生」、△は
「実用上支障のない紙皺発生」、○は「紙皺発生せ
ず」、評価(2)の×は「非通紙部のヒーター取り付け部
の樹脂が大きく溶損」、△は「非通紙部のヒーター取り
付け部の樹脂が一部溶損」、○は「非通紙部のヒーター
取り付け部の樹脂に変化無し」、評価(3)の×は「非通
紙部で高温オフセット発生」、△は「非通紙部で実用上
支障の無い程度若干の高温オフセット発生」、●は「Ａ
３大用紙の非通紙部の端に若干の低温オフセット発生」
の各レベルに対応する。以上の評価レベルの説明内の
「非通紙部」とは、封筒大紙の非通紙部を言う。

【００３３】さらに試料４と同じ基本バイパス構造のヒ
ーターを正面型、背面型の二つの向き支持体に固定して
上記と同じ評価を行った。まず上記試料４と同じ窒化ア
ルミニウム製基板・同じバイパス部材を準備し、試料４
と同様の手順でバイパスを基板の発熱部側の面に密着さ
せた(すなわち図７を基本にした接続構造で、上記同様
の手順でバイパスを基板面に接続させた)。この場合上
述のようにヒーターの発熱部側の配置する向きは、正面
型と背面型の二種とした。定着条件は上記と同じ速度、
同じ定着温度とし、上記同様まず封筒大の紙の事前通紙
を表２に記載の枚数行った後、Ａ３大の紙を１枚通紙す
るという手順で、表２に記載の封筒大紙の各通紙枚数段
階でのＡ３大用紙通紙後、上記同様の項目について確認
をした。表２にその結果を示す。なお表２にはＡ３大用
紙を通紙する前の封筒大用紙の各通紙枚数段階での通紙
部と非通紙部との基板表面の温度差は記載していない
が、表１の試料４とほぼ同じであった。表中の「Ａ３用
紙の定着状況」とは、「封筒大用紙の各通紙段階でのＡ
３用紙の定着状況」を、また同欄の枚数は、封筒大用紙
の各通紙段階での枚数を意味する。以下各表とも同じ表
示を行う。

【００３４】なお試料番号２、３、４のセットについ
て、同じ定着条件で１０００枚まで、さらに定着速度を
１２ｐｐｍに上げて１０００枚まで同様の試験・評価を
行ったところ、いずれの場合もほぼ表１に記載された程
度のレベルの評価結果が得られ、本発明の熱バイパスを
特に熱伝導性の高い窒化アルミニウムセラミック基板と
組み合わせることによって、長時間および高速操作状態
であっても、安定に機能することが判明した。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】以上の結果より、非通紙部の異常昇温によ
る封筒非通紙部分でのＡ３大用紙の紙皺は、封筒大用紙
の累積通紙枚数(すなわち上表記載の通紙枚数)とともに
発生し易く、また定着画像自体の品質は同累積通紙枚数
とともに低下する傾向にあるが、バイパスを設けること
によって少なくとも実用上問題の無いレベルに改善され
ることが分かる。なかでも図６のように、発熱部側にバ
イパスを設けた試料３の配設構造が最も好ましい結果を
示すことが分かる。これは発熱部の放熱面に近接してバ
イパスが設けられるため、熱の移動が早くなることによ
るものと考えられる。なお１０枚までの試験条件範囲内
では、通電電極付近のコネクターの酸化による劣化は確
認されなかった。正面型と背面型の両配置による表２の
データより、背面型の方がいくぶん長時間稼働安定性に
優れていることが分かる。これは背面型では正面型のよ
うに、耐熱フィルムとの摺接によるニップ部の断熱現象
の有無が若干影響しているものと考えられる。

【００３８】（実施例２）電気絶縁性セラミック基板
として、実施例１と同じ形状の窒化アルミニウム(Ａｌ
Ｎ)製のセラミック基板を用いた図３の基本構造のヒー
ターを作製し、図５の基本構成・幅８ｍｍ×長さ３００
ｍｍ×厚み０.５ｍｍの外寸で表３に示す内容のダイヤ
モンドまたはダイヤモンド組成物を含む熱バイパスを同
表記載の配設形態で配置し、実施例１と同じ条件で条件
で定着試験を行い、実施例１と同じ項目について評価し
た。その結果を表４に示す。

【００３９】なお表３記載の全試料セットについて、同
じ定着条件で１０００枚まで、さらに定着速度を１２ｐ
ｐｍに上げて１０００枚まで同様の試験・評価を行った
ところ、いずれの場合もほぼ表４に記載された程度のレ
ベルの評価結果が得られ、本発明の熱バイパス構造が長
時間および高速操作状態であっても、安定に機能するこ
とが判明した。

【００４０】

【表３】

【００４１】

【表４】

【００４２】以上の結果より、ダイヤモンドを含む各種
複合材料(ダイヤモンド組成物)を熱バイパスとして種々
の配設形態でセラミック基板面に設置することによっ
て、バイパス自体の熱伝導性が損なわれず、非通紙部の
昇温防止のための優れた放熱効果が得られ、紙皺、画像
定着の劣化、支持体のヒーター周辺部の過熱損傷による
不具合の生じないことが分かる。またこの安定状態は、
高速操作でもまた長時間操作でも安定に維持できるもの
であることが分かった。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、セラミックヒーターに
よって加熱する加熱定着装置のセラミックヒーター面に
高熱伝導性のダイヤモンドを含む物質からなる熱バイパ
スを配設することによって、転写材のサイズバリエーシ
ョンによる非通紙部での転写材の損傷やセラミックヒー
ター周辺部材の熱損傷を防止できる。このため高い安定
性の加熱定着装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明加熱定着装置の定着部横断面を示す模式
図である。

【図２】本発明加熱定着装置の定着部を正面から見た模
式図である。

【図３】本発明セラミックヒーターの基本構造例を示す
模式図である。

【図４】本発明加熱定着装置の定着部のヒーター配置型
式を示す模式図である。

【図５】本発明加熱定着装置のヒーターの一構造事例を
示す模式図である。

【図６】本発明加熱定着装置のヒーターの一構造事例を
示す模式図である。

【図７】本発明加熱定着装置のヒーターの一構造事例を
示す模式図である。

【符号の説明】

１、セラミックヒーター２、支持体または加熱ローラ３、耐熱フィルム４、加圧ローラ５、転写材６、通紙部７、非通紙部８、非通紙部９、熱バイパス１０、トナー画像１１、セラミック基板１２、発熱部１３、通電電極１４、ガラス層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱ローラ上に配設され、電気絶縁性の
セラミックスからなる基板上に発熱部を付与したセラミ
ックヒーターと、これに摺接して回転する耐熱性フィル
ムと、該フィルムに摺接し圧力を加えつつ回転する加圧
ローラとを備え、該加圧ローラによる加圧と前記耐熱フ
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加圧ローラとの間に挟ま
れて移動する転写材の表面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
ーの表面上にダイヤモンドを含む熱バイパスが配設され
ていることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】前記発熱部が、前記耐熱性フィルムと前
記基板との摺接面と反対側の基板上に形成されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項３】前記熱バイパスが、前記基板の少なくと
も一面の全面にわたって配設されていることを特徴とす
る請求項１または２のいずれかに記載の加熱定着装置。
【請求項４】前記熱バイパスが、前記基板の少なくと
も一面に配設され、発熱部にほぼ対応した位置に部分配
設されていることを特徴とする請求項１または２のいず
れかに記載の加熱定着装置。
【請求項５】前記熱バイパスが、前記基板の耐熱性フ
ィルムとの摺接面上に配設されてい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加熱定着装置。
【請求項６】前記電気絶縁性セラミックスが、窒化ア
ルミニウム系セラミックスであることを特徴とする請求
項１ないし５のいずれかに記載の加熱定着装置。