JPH11174874A

JPH11174874A - 加熱定着装置

Info

Publication number: JPH11174874A
Application number: JP34776097A
Authority: JP
Inventors: Masuhiro Natsuhara; 益宏夏原; Hirohiko Nakada; 博彦仲田; Motoyuki Tanaka; 素之田中; Yasuhisa Yushio; 泰久湯塩
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 1999-07-02

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
ム系セラミックス以外のセラミックス製とし、同基板上
の少なくとも一面上に、高熱伝導性物質を含む熱バイパ
スを付与したセラミックヒーターを備えた加熱定着装置
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し、使用時の転
写材やセラミックヒーター周辺部材の熱損傷を防止でき
る同ヒーターの改良に関する。

【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、１
０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(または発熱体)、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またはその周辺の
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場合、現在のヒータ
ー構造では基板への熱負荷が大きく、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とともに
ヒーター周辺の構造の見直しが必要である。例えば単に
基板の熱伝導性を高めただけでは、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、周辺部の断熱構造の見直しも重要である。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。このような不具合
は、例えば基板材を、現用のアルミナ系セラミックスか
らより高熱伝導性の窒化アルミニウムセラミックスや窒
化珪素系セラミックスに切り換えたとしても、変わりな
く生じるものである。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。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、上記の問題点を解消しうる加熱定着装置
を提供することである。

【０００９】

【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
ーター基板を窒化アルミニウム系セラミックス以外のセ
ラミックス製とし、同基板上の発熱部周辺にに高熱伝導
性物質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、
窒化アルミニウム系セラミックス以外のセラミックスか
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、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伝導性
物質を含む熱バイパスが配設されている加熱定着装置で
ある。

【００１０】なお本発明のヒーター基板材候補として
は、特に比較的高い熱伝導率と優れた機械的強度を有す
る窒化珪素系セラミックスと、安価に得られるアルミナ
系セラミックスが代表例として挙げられる。これら以外
にもＢＮ、ＴｉＮのような窒化物やＳｉＣ、ＴｉＣのよ
うな炭化物、さらにこれらと熱伝導性粒子・繊維との複
合セラミック材料等々の高熱伝導性セラミックスが挙げ
られる。

【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
背面型と言う)のものも含まれる。ただし、このヒータ
ー構造では基板の厚み方向の熱移動が重要であり、実用
には比較的熱伝導性に優れたものに限られる。熱伝導性
に優れ、高強度で薄くても実用可能な窒化珪素系セラミ
ックスが特に好適である。

【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。

【００１３】上記した本発明の高熱伝導性物質は、その
熱伝導率が１００Ｗ/ｍ・Ｋ以上であるのが望ましい。
本発明の高熱伝導性物質の一例として、銅または銅合金
を含むものがある。またこのような本発明の高熱伝導性
物質の配設された表面には、耐酸化性の物質が被覆され
ているものがあり、被覆される耐酸化性物質の一例とし
ては、メッキによって形成されたものがある。

【００１４】

【発明の実施の形態】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、セラミックスから
なる電気絶縁性基板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
１２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。

【００１６】本発明の加熱定着装置によれば、以上の基
本構造において窒化アルミニウム系セラミックス以外の
セラミックスからなる基板の面に、熱バイパスを基板面
に接合、密着または接触させることによって基板面に配
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。

【００１７】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。

【００１８】本発明の高熱伝導性物質からなる熱バイパ
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。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。セラミックスとバイパス双方の熱膨張
係数差が大きく、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
さく、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。ここで本発明での接触
とは、基板の面に少なくともバイパスの一部が接してい
る状態、密着とは、基板の面に少なくともバイパスの一
部が容易に剥がれる程度に着いている状態、接合とは、
基板の面に少なくともバイパスの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。なおバ
イパスを構成する高熱伝導性物質は、セラミック基板よ
り高い熱伝導率を有するものとするのが望ましい。また
バイパスの配設形態は、本発明の目的とする熱の移動が
なされるならば如何なる形態であっても構わないが、通
常はバルク状(例えば箔状、編目状、板状等またはこれ
らの多重化・混在化された形態)または膜状(例えば厚膜
状、薄膜状またはこれらの多重化・混在化された形態)
で形成する。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。

【００１９】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。また非通紙不部に対応したバイ
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。

【００２０】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−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。

【００２１】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７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８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に順ずる。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８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７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８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。

【００２２】なお基板の発熱部側にバイパスを配設する
際、バイパスが導電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７ではそれ
らの間に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７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、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化硼素等々
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、窒化珪素、窒化硼素等々であれば、
以上の対策は要らない。

【００２３】図７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、バイパスが電導
性の場合のみ発熱部との電気絶縁対策を行えばよい。

【００２４】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７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。バイパス物質に導電性のものを用いる場合には、
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。

【００２５】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。

【００２６】バイパスを形成する高熱伝導性物質は、そ
の熱伝導率が１００Ｗ/ｍ・Ｋ以上のものとするのが望
ましい。このような物質としては、金属では銅またはそ
の合金、アルミニウムまたはその合金、金、銀、タング
ステン、モリブデン等々が挙げられる。またセラミック
スでは炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化硼
素等々が挙げられる。これらを主成分とする高熱伝導性
物質を含む熱バイパスを以上述べたような方法で基板面
に配設することによって、本発明の課題をより容易に克
服することができる。また前述のように、その熱伝導率
が基板であるセラミックスのそれよりも大きいのがさら
に望ましい。セラミック基板よりも高い熱伝導率とする
ことにより、熱をバイパス方向に選択的に移動させるこ
とができ、より一層効率的に本発明の目的が達成でき
る。

【００２７】以上述べた高熱伝導性物質の内、銅または
その合金を含有したものを熱バイパス中に含ませるのが
特に好ましい。例えば電気銅、ベリリウム銅等の銅合
金、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏのように、銅と合金を作らな
い他の金属と銅または銅合金とを複合した銅の複合材料
や、銅または銅合金からなるマトリックス中にセラミッ
クス・有機材料等を分散した銅の複合材料が挙げられ
る。中でもＣｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏは、その熱伝導率は１
５０〜２００Ｗ/ｍ・Ｋと、銅のそれ(約４００Ｗ/ｍ・
Ｋ)よりも低いが、その熱膨張係数が小さいためにセラ
ミック基板のそれとの差が小さく、また比較的安価であ
るためバイパス物質として好適である。

【００２８】またアルミニウムまたはその合金を含有し
たものでもよい。例えばマグネシウムや銅等を含むアル
ミニウム合金、Ａｌ−Ｓｉのようにアルミニウムと合金
を作らない他の金属をアルミニウムまたはその合金と複
合したアルミニウムの複合材料や、アルミニウムまたは
その合金からなるマトリックス中にセラミックス・有機
材料等を分散したアルミニウムの複合材料が挙げられ
る。中でもＡｌ−Ｓｉ複合材料は、その熱伝導率は１０
０〜１５０Ｗ/ｍ・Ｋとアルミニウムのそれ(約２３０Ｗ
/ｍ・Ｋ)よりも低いが、その熱膨張係数が小さいために
セラミック基板のそれとの差が小さく、また、比較的安
価であるためバイパス物質として好適である。

【００２９】バイパス用の高熱伝導性物質として、発熱
部からの熱により酸化され易い、例えば銅・アルミニウ
ム等の金属を含む物質を用いる場合には、バイパス表面
に予め耐酸化性の薄い層を被覆形成しておくのが望まし
い。酸化により通常は熱伝導性の極めて低い酸化物層が
形成され、それが進行するとバイパス機能が大幅に損な
われるからである。この層は比較的熱伝導率の良いもの
が望ましい。したがってこの層は窒化硼素、窒化チタ
ン、炭化珪素、貴金属、ダイヤモンド等で形成するのが
最も望ましいが、バイパス部分の温度は最高でも３００
℃程度であり、ニッケル等の比較的耐酸化性のある金属
をメッキすることによって形成するのが生産性・品質の
面から最も好ましい。その手段はメッキ以外にも蒸着、
印刷塗布、浸漬塗布、溶射塗布等の被覆によるものやア
ルミニウムの場合には陽極酸化や表面窒化等の手段もあ
る。

【００３０】

【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
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前者が１００Ｗ/ｍ・Ｋ、後者が２
０Ｗ/ｍ・Ｋであり、熱膨張係数は前者が３.２×１０^ー ⁶
/℃、後者が７.０×１０^ー ⁶/℃であった。これらの基板
を用いて、図６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６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。

【００３１】図５、図７、図８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
の形成形態に順じ、高熱伝導性物質として、熱伝導率４
００Ｗ/ｍ・Ｋ、熱膨張係数１７×１０^ー ⁶/℃の電気銅製
で、厚さ２ｍｍの薄板を用いて、幅が８ｍｍでその長さ
が３００ｍｍ、３８０ｍｍの二形状の熱バイパス用薄板
部材を準備した。長さ３００ｍｍのものは発熱部相当の
長さのものであり、図７または図８に対応する接続構造
の試料に用い、また長さ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。次いで支持体に同バイパス部材をそ
の一端を固定し、同部材のバネ性によって押し付け、基
板の目的とする面に部材のほぼ全面を密着させて接続し
た。また別途熱バイパスを設けない試料も用意した。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、４ｐｐｍの定着速度下、先ず通紙幅が約１０ｍｍ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３０ｍｍ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「Ａ３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。

【００３２】さらに試料８と同じ基板、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８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Ａ３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。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】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７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。

【００３６】（実施例２）実施例１の試料７(図７を
基本にした接続構造でバイパス表面に被覆無し)および
これと同じ接続構造でバイパスの表面にニッケルメッ
キ、金メッキ、薄膜法により窒化チタン(TiN)層をそれ
ぞれ３μｍ被覆した試料を準備し、主にバイパスの耐久
性を確認した。バイパスの接続方法は実施例１と同様に
し、これらのヒーターを実施例１と同じ方法で支持体に
取り付け、実施例１と同じ定着速度、同じ定着温度にて
試験を実施した。すなわちまず実施例１と同じ手順で封
筒サイズの紙を１００時間連続通紙し、次いでＡ３サイ
ズの紙を１枚送り込み、その定着状況について、実施例
１と同じ内容・手順で評価した。同様の評価を表３に記
載のように、引き続き連続で通紙し続け、連続５００時
間、１０００時間の段階で同じ評価を行った。併せバイ
パスの表面状況についても確認した。その結果を表３に
示した。

【００３７】

【表３】

【００３８】以上の結果より、バイパス表面に耐酸化性
の表面処理を施すことによって、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放熱効果
が長時間にわたって低下しないために、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
合は、長時間連続定着した後でも生じない。一方同表面
処理をしていないバイパスを付けたものでは、長時間連
続定着作業を続けると紙皺の問題が発生することが分か
る。

【００３９】（実施例３）実施例１の試料７と同じ窒
化珪素セラミック製基板、同じバイパス接続構造(すな
わち実施例１と同じ図７の基本接続構造)で、バイパス
素材を表４に記載のものに換えたセラミックヒーターを
作製し、これを実施例１と同様の支持体に固定し、同一
定着温度下、定着速度１２ｐｐｍで同様の項目を評価し
た。その結果を併せて表４に示す。なおバイパスの配設
方法は、いずれもガラス層の上に銅を含む熱硬化性接着
剤により、それぞれの０.１ｍｍ厚みの素材を接合し
て、支持体から金属バネで基板面に密着させるようにし
た。試料２０のＣｕ−ＷはＣｕ５重量％のもの、試料２
１は純アルミニウム、試料２２はベリリウム銅である。
また封筒大の紙の事前通紙条件は、実施例１の場合と同
様である。

【００４０】

【表４】

【００４１】以上の結果より、本発明のバイパス付きヒ
ーターを用いた定着装置では、バイパス素材の種類を問
わず実用上問題無く使用できることが分かった。特にバ
イパス素材の熱伝導率が、１００Ｗ/ｍ・Ｋ以上であれ
ば、ほぼ問題無く実用可能であることが分かった。なお
熱伝導率の低いアルミナ(Al₂O₃)のバイパス試料では、
通常よりも本試験の定着速度が速いことと、同バイパス
での単位時間当たりの熱移動量が少ないこともあって、
１０枚目後に着画像品質が低下した。

【００４２】

【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
高熱伝導性物質を含む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
の転写材やセラミックヒーター周辺部材の熱損傷を防止
できる、優れた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。

【図８】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、ガラス層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

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年１月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】

【表１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】

【表４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者湯塩泰久兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱ローラ上に配設され、窒化アルミニ
ウム系セラミックス以外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高熱伝導性物質
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】前記セラミックヒーターのセラミック基
板が、窒化珪素系セラミックスからなることを特徴とす
る請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項３】前記セラミックヒーターのセラミック基
板が、アルミナ系セラミックスからなることを特徴とす
る請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項４】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２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ないし４のいず
れかに記載の加熱定着装置。
【請求項７】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８】前記高熱伝導性物質の熱伝導率が１００
Ｗ/ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１ないし
７のいずれかに記載の加熱定着装置。
【請求項９】前記高熱伝導性物質が銅または銅合金を
含むことを特徴とする請求項８に記載の加熱定着装置。
【請求項１０】前記高熱伝導性物質の表面に耐酸化性
の物質が、被覆されていることを特徴とする請求項８ま
たは９のいずれかに記載の加熱定着装置。
【請求項１１】前記耐酸化性の物質が、メッキによっ
て被覆されていることを特徴とする請求項10に記載の加
熱定着装置