(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱する発熱体を備えた加熱定着装置に用いるセラミックスヒーターであって、電気絶縁性で矩形板状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加熱定着装置用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８０Ｗ／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のいずれか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。
【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６３−３１３１８２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（４ｐａｐｅｒｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ；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１ａ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、通電により発熱する発熱体を備えた加熱定着装置に用いるセラミックスヒーターであって、電気絶縁性で矩形板状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／ｍＫ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１０ａ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１０ａ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１０ａ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１０ｂから発生した熱は両側面からセラミックス基板１０ａ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１１ｂ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１１ｂ’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、１１ｂ’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１１ｂ、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】
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【００２７】
この結果から分かるように、定着速度が４ｐｐｍ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】
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【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】
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【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８ｐｐｍ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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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