KR19980033231A

KR19980033231A - 가열정착장치

Info

Publication number: KR19980033231A
Application number: KR1019970055573A
Authority: KR
Inventors: 마스히로 나쯔하라; 히로히코 나카타
Original assignee: 쿠라우찌 노리타카; 스미도모덴기고오교오 가부시기가이샤
Priority date: 1996-10-28
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 1998-07-25
Also published as: US6049064A; JP3769841B2; DE69723938D1; CA2217149A1; CA2217149C; EP0838734B1; KR100309366B1; EP0838734A3; JPH10133498A; EP0838734A2

Abstract

본 발명은, 가열정착장치에 관하여, 보다 특정적으로는 가공롤러에 의한 가압과 내열성필름을 개재한 세라믹스히터에 의한 가열에 의해서, 내열성필름과 가압롤러와의 사이에 끼워져서 이동하는 종이 등의 전사재의 표면위에 형성된 토우너화상을 정착시키는 가열정착장치에 관한 것으로서, 단열효율을 개선한 세라믹스히터와 스테이와의 장착구조를 제공함으로써, 가열정착장치의 소비전력의 저감을 도모하는 것을 과제로 한 것이며, 그 해결수단으로서, 가열정착장치에 있어서 스테이(6)와 세라믹스히터(10)와의 사이에 단열층(11)을 형성하고, 단열층(11)의 열전도율이 스테이의 열전도율보다도 낮은 것을 특징으로 한 것이다.

Description

가열정착장치

본 발명은, 가열정착장치에 관한 것으로서, 보다 특징적으로는, 가압롤러에 의한 가압과 내열성필름을 개재한 세라믹스히터에 의한 가열에 의해서, 내열성필름과 가압롤러와의 사이에 끼워져서 이동하는 종이 등의 전사재의 표면위에 형성된 토우너화상을 정착시키는 가열정착장치에 관한 것이다.

종래, 팩시밀리나 복사기, 프린터 등의 화상형성장치, 특히 세라믹스히터를 구비한 가열정착장치에 있어서는, 토우너의 미정착화상을 종이 등의 전사재의 표면에 가열정착시키기 위하여, 감광드럼위에 형성된 토우너화상을 가열롤러와 가아롤러에 의해서 가열, 가압해서 전사재 위에 정착시키고 있다. 이와 같이 토우너화상을 정착시키기 위하여 사용되는 종래의 히터로서는, 원통형 히터가 있다. 도 9는, 종래의 가열정착장치의 구성을 개략적으로 표시한 모식도이다. 도 7에 표시한 바와 같이, 가열정착장치는, 알루미늄제의 가열롤러(25)와, 가열롤러(25)에 대해서 압접하는 가압롤러(8)를 구비하고 있다. 원통형상의 가열롤러(25)중에는 할로겐램프 등의 열원을 가진 원통형히터(20)가 설치되어 있다. 토우너화상이 형성된 용지(9)가, 가열롤러(25)와 가압롤러(8)와의 사이에 끼워넣어짐으로써, 용지(9)위에 형성된 토우너화상이 정착한다. 이 경우 원통형히터(20)자체도 가열롤러(25)와 함께 화살표R의 방향으로 회전한다. 가압롤러(8)도 화살표R로 표시한 방향으로 회전한다. 따라서, 용지(9)는 가열롤러(25)와 가압롤러(8)와의 사이에 끼워져서 화살표P로 표시한 방향으로 이동한다.

상기한 바와 같이, 원통형히터가 사용되는 경우에는, 히터자체가 회전하여 가열롤러(25)를 통해서 용지(9)에 열을 전달해서 토우너화상을 정착시키고 있다. 이 때문에, 원통형 히터(20)뿐만 아니라, 알루미늄제의 가열롤러(25)의 전체를 토우너가 정착가능한 온도까지 가열하지 않으면 안된다. 그 결과, 히터전체의 열용량을 크게 할 필요가 있으며, 소비전력이 크게 된다.

이에 대해서, 최근, 열용량이 작은 판형상의 히터와 박막의 필름을 사용한 가열정착장치가, 일본국 특개소 63-313182호 공보, 동 특개평 1-263679호 공보, 동 특개평 2-157878호 공보 등에 의해 제안되어 있다. 도 10은, 판형상히터를 사용한 가열정착장치의 개략적인 구성을 표시한 모식도이다. 도 10에 표시한 바와 같이, 가열정착장치는, 폴리이미드 등으로 이루이진 내열성 수지필름(7)과 가압롤러(8)를 구비하고 있다. 내열성수지필름(7)은, 가열롤러를 따라서 배치되고, 회전가능하다. 내열성수지필름(7)과 가압롤러(8)가 화살표R로 표시한 방향으로 회전한다. 토우너화상이 형성된 용지(9)는 내열성수지필름(7)과 가압롤러(8)와의 사이에 끼워져서 화살표P로 표시한 방향으로 이동한다. 회전하는 내열성수지필름(7)의 안쪽에는, 판형상의 세라믹스히터(10)가 고정되어 있다. 이 세라믹스히터(10)는, 절연성세라믹스기판과, 그 위에 설치된 발열체를 구비하고 있다. 세라믹스히터(10)로부터 내열성수지필름(7)을 통해서 용지(9)에 열이 전달된다. 이 열에 의해, 용지(9)의 표면위에 형성된 토우너화상이 정착한다. 이와 같이, 히터를 판형상으로 함으로써, 원통형히터보다도 대폭적으로 히터의 열용량을 내릴 수 있고, 소비전력을 저감시킬 수 있다.

도 11과 도 12는, 도 10에 표시된 가열정착장치의 세라믹스히터(10)의 형상의 장착구조를 표시한 도면이다. 도 11의 (a)는 세라믹스히터가 장착된 상태를 표시한 상면도, (b)는 (a)의 I-I선을 따른 단면도, (c)는 (b)에 있어서의 C부의 확대단면도이다. 도 12의 (a)는 세라믹스히터가 장착된 상태의 또하나의 종래예를 표시한 상면도, (b)는 (a)의 II-II선을 따른 단면도, (c)는 (b)의 C부를 표시한 확대단면도이다.

도 11에 표시한 바와 같이, 세라믹스히터(10)는 히터탑재대로서의 수지제의 스테이(6)에 의해서 지지되어 있다. 스테이(6)의 표면에는 복수개의 오목부(6b)가 형성되어 있다. 이들 오목부(6b)에는 접착제(5)가 충전된다. 이 접착제(5)에 의해서 세라믹스히터(10)가 스테이(6)에 고착된다.

또, 세라믹스히터의 장착방법의 다른 종래예가 도 12에 표시되어 있다. 스테이(6)의 표면에는 세라믹스히터(10)의 폭보다도 넓은 폭을 가진 홈(6c)이 형성되어 있다. 홈(6c)에는 2개의 레일(6a)이 형성되어 있다. 이들 레일(6a)위에 세라믹스히터(10)가 탑재된다. 접착제(5)는, 2개의 레일(6a)사이에서 복수개의 개소에 충전된다. 이 접착제(5)에 의해서 세라믹스히터(10)가 스테이(6)에 고착된다.

도 11에 표시된 장착방법에 있어서는, 세라믹스히터(10)가 접착제(5)에 의해서 스테이(6)에 접합되어 있는 부분을 제외하고는, 세라믹스히터(10)의 모든 표면이 스테이(6)의 표면에 밀착하고 있다. 또, 도 12에 표시된 장착방법에 있어서는, 세라믹스히터(10)는 스테이(6)의 레일(6a)의 부분에 밀착하고 있다.

상기한 바와 같이 구성되는 세라믹스히터와 표면이 탄성체(통상은 고무)의 가압롤러와의 사이에 내열성수지필름을 슬라이딩시키고, 그 내열성수지필름과 가압롤러와의 사이에, 미정착토우너화상이 형성된 종이를 일정한 속도로 보내줌으로써, 토우너화상이 가열정착된다. 최근, 이와 같은 가열정착장치의 처리능력을 향상시키는 것이 요구되고 있다. 종래, 종이의 보내기속도가 4ppm(닛뽄코오교규격 A열 4번(A4)의 크기의 용지를 1분동안에 4매 보내주고, 가열정착처리를 해하는 것 : 4paper per minute)정도였으나, 최근, 8ppm, 16ppm, 또는 32ppm의 보내기속도가 요구되고 있으며, 고속화되어 가고 있다.

보내기속도의 고속화에 따라서, 동일한 열량을 토우너화상에 부여하고, 동일한 정착밀도강도를 얻기 위해서는, 단순하게 생각하면, 용지의 가열시간을 연장할 필요가 있다. 그러기 위해서는, 가열부의 면적을 넓히고, 세라믹스히터, 즉 세라믹스기판의 면적을 넓힐 필요가 있다. 또, 보내기속도의 고속화에 대응하기 위해서는, 세라믹스히터에 있어서의 세라믹스기판내의 균열(均熱)부가 균일한 온도로 될 때까지의 워밍업(승온)단계에서의 시간을 단축할 것, 정착단계에서의 균열가열시간을 종래와 동일한 정도로 유지할 필요가 있다. 워밍업단계에서의 시간단축을 도모하기 위하여, 본원 발명자들은, 현재, 세라믹스히터의 기판재료로서 사용되고 있는 Al₂O₃(알루미나)보다도 높은 열전도성을 표시하는 AlN(질화알루미늄)(열전도율이 80W/mK이상)을 기판재료로서 사용하는 것을 제안하고 있다. 즉, AlN을 세라믹스히터의 기판재료로서 사용함으로써, 발열제로부터 기판으로의 열전도가 극히 빨라지기 때문에, 기판위에서 균열대가 신속히 형성되게 된다. 이에 의해, 워밍업 단계에서의 시간단축이 도모되는 것이 기대되고 있다.

그러나, Al₂O₃을 기판재료로서 사용한 현상의 세라믹스히터에 있어서도, 또, AlN을 기판재료로서 사용한 금후의 세라믹스히터에 있어서도, 도 11이나 도 12에 표시된 바와 같은, 세라믹스히터의 스테이에의 현상의 장착방법에서는, 세라믹스히터로부터의 열이 용지에 충분히 전달되지 않고, 기판을 개재해서 주로 세라믹스히터의 지지체, 즉 스테이에 빼앗기기 때문에, 종이와 종이위에 형성된 토우너화상에 효율적으로 열을 전달하고 있다고는 말할 수 없었다. 특히, 도 11에 표시된 바와 같은 장착방법에서는, 세라믹스히터와 스테이가 접착부이외에서 거의 전체면에 걸쳐서 밀착하고 있으므로, 세라믹스히터로부터의 열이 스테이에 의해서 상당량 빼앗긴다. 또, 도 12에 표시된 바와 같은 장착방법에서도, 레일사이에 공기층이 존재하고, 단열층으로서 작용하기 때문에, 단열효율은 그 만큼 향상되나, 그래도, 스테이에 상당한 열량을 빼앗긴다.

그래서, 본 발명의 목적은, 세라믹스히터의 열효율을 향상시키는 것이 가능한 가열정착장치의 구조를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가열정착장치의 하나의 실시형태로서, 세라믹스히터와 스테이와의 장착구조의 2개의 예(a)와 (b)를 표시한 개략적인 단면도

도 2는 도 1의 (a)에서 표시된 장착방법을 채용한 경우에 있어서, 더욱 단열효율을 높이기 위한 장착구조의 일예를 표시한 상면도(a)와, (a)에 있어서 I-I선을 따른 단면도(b)

도 3은 도 1의 (a)에서 표시된 장착방법을 채용한 경우에 있어서, 더욱 단열효율을 높인 구조의 또하나의 예를 표시한 상면도(a)와, 그 (a)에 있어서 I-I선을 따른 단면도(b)

도 4는 도 1의 (b)에서 표시된 장착방법을 채용한 경우에 있어서, 더욱 단열효율을 높인 구조의 일예를 표시한 상면도(a)와 그 (a)에 있어서 II-II선을 따른 단면도(b)와, (b)의 C부를 확대해서 표시한 확대단면도(c)

도 5는 도 1의 (b)에서 표시된 장착방법을 채용한 경우에 있어서, 더욱 단열효율을 높인 구조의 또하나의 예를 표시한 상면도(a)와, 그 (a)의 II-II선을 따른 단면도(b)와, (b)에 있어서의 C부를 확대해서 표시한 확대단면도(c)

도 6은 실시예 3에서 채용된 세라믹스히터와 스테이와의 장착구조를 표시한 상면도(a)와, 그 (a)에 있어서의 II-II선을 따른 단면도(b)와, (b)의 C부를 확대해서 표시한 확대단면도(c)

도 7은 실시예 4와 5에 있어서 채용된 세라믹스히터와 스테이와의 장착구조를 표시한 상면도(a)와, 그 (a)의 II-II선을 따른 단면도(b)와, (b)의 C부를 확대해서 표시한 확대단면도(c)

도 8은 각 실시예에서 채용된 세라믹스히터의 상세한 구조를 표시한 상면도(a)와, 그 단면도(b)

도 9는 종래의 원통형히터가 짜넣어진 가열정착장치의 개략적인 구성을 표시한 모식도

도 10은 종래의 판형상세라믹스히터가 짜넣어진 가열정착장치의 개략적인 구성을 표시한 모식도

도 11은 종래의 세라믹스히터와 스테이와의 장착구조의 일예를 표시한 상면도(a)와, 그 (a)에 있어서의 I-I선을 따른 단면도(b)와, (b)의 C부를 확대해서 표시한 확대단면도(c)

도 12는 종래의 세라믹스히터와 스테이와의 장착구조의 또하나의 예를 표시한 상면도(a)와, 그 (a)에 있어서의 II-II선을 따른 단면도(b)와, (b)의 C부를 확대해서 표시한 확대단면도(c)

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 세라믹스기판2 : 발열체

3 : 전극4 : 유리층

5 : 접착제6 : 스테이

7 : 내열성수지필름8 : 가압롤러

9 : 용지10 : 세라믹스히터

11 : 단열층

본 발명에 따른 가열정착장치는, 세라믹스기판위에 형성된 발열체를 포함한 세라믹스히터와, 그 세라믹스히터에 밀착해서 슬라이딩하는 내열성필름과, 그 내열성필름 위에 압력을 가하는 가압롤러를 구비하고, 가압롤러에 의한 가압과 내열성필름을 개재한 세라믹스히터에 의한 가열에 의해서, 내열성필름과 가압롤러와의 사이에 끼워져서 이동하는 전사재의 표면위에 형성된 토우너화상을 정착시키는 것이다. 이와 같은 가열정착장치에 있어서, 세라믹스히터를 지지하는 지지체와, 세라믹스히터와 지지체와의 사이에 형성된 단열층을 구비하고, 단열층의 열전도율이 지지체의 열전도율보다도 낮은 것을 특징으로 하는 것이다.

바람직하게는, 단열층의 열전도율이 0.5W/mK이하이다.

상기와 같이 단열층을 구성하기 위하여, 세라믹스기판과 지지체와의 사이에 공기층이 개재하여, 세라믹스기판과 지지체가 서로 대향하는 표면에 있어서, 세라믹스기판의 표면의 방사율은 지지체의 방사율보다도 높은 것이 바람직하다.

이 경우, 특히, 세라믹스기판에 대향하는 지지체의 방사율을 0.2이하로 억제하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 세라믹스히터와 지지체와의 사이에 단열층을 형성함으로써, 세라믹스히터의 열효율을 향상시킬 수 있고, 지지체에 빼앗기는 열량을 저감할 수 있다. 이에 의해, 가열정착장치의 소비전력을 대폭적으로 저감할 수 있다.

또한, 이상과 같은 단열층을 형성함으로써, 세라믹스기판의 재질에 의존하지 않고, 공통의 효과가 초래되나, 상기한 바와 같은 용지의 보내기속도의 고속화에 대응해서 토우너화상의 정착품질을 유지하면서, 가열정착장치전체의 소비전력을 저감하기 위해서는, 이미 본 발명자들이 제안한 바와 같이, 세라믹스기판의 재료로서 Al₂O₃에 대신해서 보다 높은 열전도율을 가진 세라믹스를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 AlN(질화알루미늄), BN(질화붕소), Si₃N₄(질화규소), BeO(산화베릴륨), SiC(탄화규소) 등의 높은 열전도성을 표시한 세라믹스, 또는 이들 세라믹스를 베이스로 한 금속, 탄소 등과의 복합세라믹스재료 등을 기판재료로서 사용하는 것이 바람직하다. 상기의 세라믹스중에서도, AlN을 주성분으로 하는 세라믹스재료가 내열성, 절연성, 방열성의 점에서 가장 바람직한 재료이다.

주성분이 AlN의 세라믹스기판을 사용함으로써, 지지체의 표면에 대향하는 세라믹스기판의 표면위에 발열체가 형성된 구조를 채용할 수 있다. 이 구조에 의해, 가열정착장치의 소비전력을 더욱 저감할 수 있다.

또, 지지체의 표면에 대향하는 세라믹스기판의 표면위에 발열체가 형성되는 경우, 세라믹스기판이 내열성필름과 직접 접촉한다. 이때, 세라믹스기판과 직접 접촉하는 내열성필름에의 방열시의 열저항을 저감시키기 위하여, 내열성필름과 직접 접촉하는 세라믹스기판부분의 표면조도(粗度)를 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 세라믹스기판으로부터 내열성필름과 용지의 표면에 원활하게 열을 전달할 수 있기 때문에, 지지체에 빼앗기는 열량을 더욱 작게 할 수 있다. 구체적으로는, 그 표면조도, JIS규격에 의거한 Ra로 2.0㎛이하, 더욱 바람직하게는 0.5㎛이하이다.

본 발명의 가열정착장치에서는, 세라믹스히터와 지지체로서의 스테이와의 사이에 단열층을 형성하고 있다. 이와 같이 함으로써, 스테이와 세라믹스히터와의 사이에 존재하는 단열층이 열저항으로 되기 때문에, 스테이에의 열의 누설량을 감소할 수 있다. 구체적으로는, 토우너화상의 정착시에 있어서, 세라믹스기판위의 발열체는 160~180℃ 전후까지 온도상승한다. 이때, 발열체가 배치된 세라믹스기판도 온도상승하기 시작한다. 여기서, 세라믹스히터에 의해 발생한 열은, 내열성 필름을 통해서 가열정착장치전체를 온도상승시킨다. 이때, 가압롤러와 내열성필름과의 사이에는, 세라믹스히터에 의해서 용지위의 토우너화상을 정착하는 것이 가능한 열량이 공급되는 균열부가 형성된다. 이 균열부에 의해서, 가압롤러와 내열성필름과의 사이에 보내지는 용지위의 토우너화상이 정착된다.

이 과정에 있어서, 먼저, 용지가 투입될 때까지의 동안의 워밍업의 단계에서는, 용지에 직접 접하는 내열성필름, 가압롤러, 및 그들을 가열하는 세라믹스히터의 기판에의 방열은 피할 수 없으므로, 세라믹스히터에는, 이들의 방열을 포함하여, 가압롤러와 내열성 필름과의 접촉부에 형성되는 소위 닙(nip)부(균열부)를 균열로 하는 만큼의 열용량이 필요하게 된다. 따라서, 이들 부재를 가열하기에 필요한 전력은, 가열되는 물체의 열용량과, 주변부에의 열방산량에 의해서 결정된다. 이때, 가열되는 물체의 열용량이 일정한 경우, 열방산량을 될 수 있는 대로 작게 할 필요가 있다.

도 1의 (a)와 (b)는, 가열정착장치에 있어서 세라믹스히터를 스테이에 장착하기 위한 2가지의 방법을 표시한 개략적인 단면도이다. 도 1의 (a)에 표시한 바와 같이 세라믹스히터(10)는, 스테이(6)의 탑재면(6d)에 장착된다. 이 경우, 세라믹스히터(10)로부터의 열은, 화살표H로 표시한 방향으로 스테이(6)에 방산된다. 또, 도 1의 (b)에 표시한 바와 같이, 세라믹스히터(10)는, 스테이(6)의 2개의 레일(6a)을 걸터타도록 장착된다. 이 경우, 세라믹스히터(10)로부터의 열은, 2개의 레일(6a)을 통해서 스테이(6)에 방산한다.

본 발명에 의하면, 도 1의 (a)와 (b)에 표시된 바와 같이 세라믹스히터(10)와 스테이(6)의 탑재면(6d) 또는 레일(6a)과의 사이에 단열층(11)이 형성된다. 그에 의해서, 세라믹스히터(10)로부터 탑재면(6d) 또는 레일(6a)을 통한 스테이(6)에의 열의 누설을 적게할 수 있다. 그 결과, 용지가 가열정착장치에 투입될 때까지 세라믹스히터에 투입되어야 할 전력량을 저감할 수 있다.

단열층(11)은, 스테이(6)쪽으로 열을 누설시키지 않기 위하여 형성되므로, 스테이(6)보다도 열전도율이 낮을 필요가 있다. 그러나, 단열층(11)의 열전도율이 스테이(6)의 열전도율보다도 높은 경우, 세라믹히터의 열은 단열층(11)까지 용이하게 전달하고, 그 후, 스테이(6)에도 전달된다. 이때, 단열층(11)이 흡수한 몫의 열량만큼, 세라믹스히터(10)의 밖으로 방출되게 되므로 바람직하지 않다.

이와 같은 관점에서, 본 발명에서는, 특히 단열층의 열전도율을 0.5W/mK이하로 하는 것이 바람직하다. 단열층으로서는 세라믹스히터, 즉 발열체가 설치된 세라믹스기판과 스테이와의 접촉부에 단열재를 개재시키는 동시에, 세라믹스히터와 스테이와의 사이에 공기층을 될 수 있는 대로 넓게 형성하는 것이 바람직하다. 구체적인 단열재로서는, 내열성수지, 세라믹스파이버 등이 있다. 이와 같은 구조를 채용함으로써, 세라믹스히터 즉 세라믹스기판과 스테이와의 접촉하고 있지 않은 정착부이외의 부분에는, 단열재 이상으로 열전도율이 낮은 공기층이 형성되는 동시에, 장착부에는 단열재층이 형성되게 된다. 이 경우, 세라믹스히터의 스테이에의 장착부의 면적을 가능한 한 작게하거나, 장착부에 개재시키는 단열재의 층을 두껍게해서 세라믹스히터와 스테이와의 사이에서 형성되는 공간, 즉 공기층의 체적을 크게 하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 도 1의 (a)에서 표시된 장착방법을 채용하는 경우에는, 도 2에 표시한 바와 같이, 도 11에 비해서, I-I선을 따른 단면방향에서의 오목부(6b)의 길이를 크게한다. 또, 도 3에 표시한 바와 같이, I-I선을 따른 단면방향에서의 접착부면적, 즉, 접착제(5)의 길이를 세라믹스히터(10) 즉 세라믹스기판의 강도가 허용하는 한 짧게하도록 접착부의 배치패턴을 바꾼다. 이와 같이 함으로써, 세라믹스히터(10)와스테이(6)와의 사이의 공기층의 체적을 증가시킬 수 있다.

또, 도 1의 (b)에 표시된 장착방법을 채용하는 경우에는, 도 4에 표시한 바와 같이, 도 12에 비해서 스테이(6)의 레일(6a)의 폭을 작게한다. 도 5에 표시한 바와 같이, 레일을 스테이의 전체길이에 걸쳐서 형성하는 것은 아니고, 세라믹스기판의 강도가 허용하는 한, 단속한 레일(6a)을 홈(6c)에 배치함으로써, 세라믹스히터(10)와 스테이(6)와의 비접촉부를 증가시킨다. 이와 같이 함으로써, 세라믹스히터(10)와 스테이(6)와의 사이의 공간의 공기층체적을 증대시킬 수 있다.

도 2~도 5에서 표시된 바와 같은 세라믹스히터의 장착구조에 의하면, 현상의 도 11과 도 12에 표시된 것에 비해서, 세라믹스히터(10)와 스테이(6)와의 사이의 접촉면적을 감소시킬 수 있고, 또 단열층으로서 작용하는 공기층의 체적을 증가시키는 것이 가능하게 된다. 이에 의해서, 주로 워밍업시의 소비전력을 절감하는 것이 가능하게 된다. 또한, 세라믹스히터(10)와 스테이(6)와의 사이의 장착부에 개재시키는 단열층(11)의 두께는, 클수록 바람직하나, 본 발명자들의 확인한 바에 의하면, 5mm 정도가 실용상의 상한치라고 생각할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 세라믹스히터(10)의 스테이(6)에 대향하고 있는 표면의 방사율을, 스테이(6)의 세라믹스히터(10)와 대향하고 있는 표면의 방사율보다도 높게하는 것이 바람직하다. 이것은, 이하의 이유에 의한다. 세라믹스히터가 가열됨에 따라, 세라믹스히터로부터 주위의 공기에 적외선이 방사된다. 이때, 방사된 적외선은 주변의 물질에 흡수되거나, 반사된다. 세라믹스히터로부터 방사되는 적외선중, 스테이에 방사된 적외선에 주목하면, 스테이에 흡수되는 적외선과, 스테이에 반사되어 재차 세라믹스히터에 되돌아오는 적외선이 존재한다. 이때, 스테이에 흡수된 적외선은, 스테이를 가열하는데 사용되기 때문에, 스테이의 열방사율은 작은 것이 바람직하다. 또, 스테이로부터 반사된 적외선은 세라믹스히터를 구성하는 기판에 흡수되거나, 또는 재차 스테이에 대해서 반사된다.

이 때문에, 세라믹스히터를 구성하는 세라믹스기판의 스테이와의 대향면은, 될 수 있는 대로 적외선을 흡수한 쪽이 스테이에의 열누설을 작게할 수 있으므로, 세라믹스기판의 스테이에 마주대하고 있는 면의 열방사율은 큰쪽이 바람직하다.

방사율을 크게 하기 위한 구체적인 수법으로서는, 세라믹스기판의 표면조도를 거칠게 하는, 방사율이 큰 물질을 기판의 표면에 피복하는 것을 생각할 수 있다. 기판의 표면조도를 거칠게하는 방법으로서는, 호우닝(honing)이나, 샌드블래스트(Sand blast) 등이 적용될 수 있다. 방사율이 큰 물질로서는, 흑색카본분말이나 흑체(黑體)스프레이가 시판되고 있으며, 이들을 적용할 수 있다. 또, 스테이쪽의 방사율은 작은쪽은, 스테이가 흡수하는 열에너지가 작게되기 때문에 바람직하다. 구첵적으로는, 스테이의 세라믹스기판에 면하고 있는 표면에는, Ag, Al 등의 열방사율이 매우 낮은 물질을 피복하는 것이 바람직하다. 또, 피복한 물질에 광택이 있으면, 방사율이 더욱 저하하기 때문에, 보다 바람직하다. 특히 방사율이 0.2이하로 되면, 스테이에 흡수되는 열에너지가 거의 없어지므로 더욱 바람직하다.

본 발명의 가열정착장치에 있어서, 세라믹스히터를 구성하는 세라믹스기판이 질화알루미늄으로 형성되는 것이 바람직하다. 질화알루미늄은 매우 열을 전달하기 쉬운 재료이다. 이와 같은 높은 열전도성을 표시한 재료로 세라믹스기판을 형성하면, 세라믹스기판이 스테이에 접하고 있는 부분으로부터의 열누설의 영향은 매우 크게 된다. 그래서 본 발명에 의해서 열누설을 저감하면, 그에 의한 소비전력의 저감효과는 매우 크게 된다.

또, 세라믹스기판을 질화알루미늄으로 형성하면, 스테이의 표면에 대향하는 세라믹스기판의 표면위에 발열체를 형성한 구조를 채용할 수 있다. 현상의 알루미나로 형성된 세라믹스기판을 사용한 세라믹스히터에서는, 발열체는 기판위에 형성되고, 그 위에 유리 등에 의해 오버코팅되어 있다. 기판의 두께가 1mm정도이하이고, 유리층의 두께가 50㎛정도이면, 기판이 질화알루미늄 등의 높은 열전도성을 표시한 재료로 형성될 때, 열저항은 발열체로부터 유리표면을 향하는 방향보다도, 발열체로부터 세라믹스기판으로의 방향이 작게된다. 세라믹스기판위의 발열체가 스테이와 마주대하고 있는 경우, 발열체로부터 유리표면, 그리고 스테이를 향하는 방향에서의 열저항이 크게 되어, 결과로서 스테이쪽으로의 열누설을 작게하는데 안성맞춤으로 된다.

스테이의 표면에 대향하는 세라믹스기판의 표면위에 발열체가 형성되는 경우, 세라믹스기판이 내열성필름과 직접 접촉하게 된다. 이 경우, 세라믹스기판의 내열성필름과 직접 접하고 있는 부분의 표면조도 Ra가 2.0㎛이하인 것이 바람직하다. 이것은 이하의 이유에 의한다. 세라믹스히터로부터 용지의 표면위에 열을 전달하는 경우, 세라믹스기판과 내열성필름과의 사이의 열전도는, 접촉저항의 영향을 받는다. 세라믹스기판 위에서의 발열체에서 발생한 열은, 효율적으로 내열성필름과 용지의 표면에 전달할 필요가 있다. 따라서, 내열성필름과 세라믹스기판의 표면과의 사이의 접촉저항은 작으면 작을수록 바람직하다. 이 접촉저항을 작게하기 위해서는, 세라믹스기판의 표면조도를 작게할 필요가 있다. 구체적으로는, 세라믹스기판의 표면조도Ra가 2.0㎛이하인 것이 바람직하다. 0.5㎛이하이면 더욱 바람직하다. 기판의 표면조도Ra가 2.0㎛를 넘으면, 내열성필름과 세라믹스기판과의 사이의 접촉저항이 서서히 커지고, 내열성필름을 개재해서 열을 효율적으로 용지의 표면에 전달하는 것이 곤란하게 된다. 즉, 내열성필름과 용지의 표면에 열이 전달되기 어렵게 되기 때문에, 세라믹스히터와 스테이와의 사이에 틈새가 존재하고 있어도, 세라믹스히터를 스테이에 장착하고 있는 접착제의 부분용으로부터 열이 누설하기 쉽게 되기 때문이다.

[실시예 1]

도 8에 표시된 바와 같은 세라믹스히터를 제작하였다. 도 8에 있어서 표시되는 치수의 단위는 모두 mm이다. 도 8에 표시한 바와 같이, 길이 300mm, 폭 10mm, 두꼐 0.635mm의 세라믹스기판을 준비하였다. 구체적으로는, Al₂O₃의 분말 100중량부에 대해서, SiO₂, MgO, CaO의 분말을 각각 2중량부 첨가하고, 이것에 소정량의 결합제, 유기용제를 첨가하여, 보올밀을 사용해서 혼합하였다. 혼합한 후, 독터블레이드법에 의해서 그린시트를 제작하였다. 제작한 그린시트를 소정의 크기로 절단하여, 온도 950℃의 질소속에서 탈지하고, 온도 1600℃의 질소속에서 소성하였다. 소성한 후, 기판의 두께가 0.635mm로 되도록 연마하였다. 이와 같이 해서 세라믹스기판(1)을 준비하였다.

세라믹스기판(1)에 발열체(2)와 전극(3)을 도 8에 표시한 바와 같이 스크린 인쇄법에 의해 인쇄하고, 대기중에 있어서 온도 850℃에서 소성하였다. 이때, 발열체재료는 Ag-Pd를 주성분으로하는 페이스트를 사용하고, 전극재료는, 은을 주성분으로 하는 페이스트를 사용하였다. 그 후, 발열체(2)위에 스크린인쇄법에 의해서 글레이즈페이스트를 인쇄하고, 대기중에서 소성하였다. 이에 의해, 두께 50㎛의 유리층이 도 8에서 표시된 바와 같이 세라믹스기판(1)위에서 길이 270mm의 영역에서 형성된다. 발열체(2)의 폭은 도 8의 (b)에 표시된 바와 같이 2mm였다. 발열체(2)의 길이는 도 8의 (a)에서 표시된 바와 같이 230mm였다.

이상과 같이해서 제작된 세라믹스히터(10)를, 도 4와 도 5에서 표시된 바와 같이 열경화성의 페놀수지로 이루어진 스테이(6)위에 장착하였다. 도 4와 도 5에 있어서 표시된 치수의 단위는 모두 mm이다.

도 4에서 표시된 장착방법에 있어서는, 폭 0.5mm, 두께 2.0mm의 단열체(11)를 개재해서 폭 0.5mm의 레일(6a)위에 세라믹스히터(10)를 탑재하였다. 세라믹스히터(10)는, 도 4의 (a)에서 표시된 바와 같이 직경 4.0mm의 크기의 접착제(5)에 의해서 스테이(6)위에 고착되었다. 접착제(5)의 재질은 내열성의 실리콘수지였다.

또, 도 5에서 표시된 장착방법에 있어서는, 레일(6a)은 35mm의 길이로 단속해서 스테이(6)의 홈(6c)에 형성되었다. 폭 1.5mm의 레일(6a)위에 폭 1.5mm, 두께 2.0mm의 단열재(11)를 개재시킴으로써, 세라믹스히터(10)가 스테이(6)위에 탑재되었다. 세라믹스히터(10)는, 접착제(5)에 의해서 스테이(6)에 고착되었다. 접착제(5)는, 단속하는 레일(6a)의 사이에 배치되고, 그 재질은 내열성의 실리콘수지였다.

비교하기 위하여, 종래의 장착방법은 도 11과 도 12에 따라서, 상기한 바와 같이 해서 제작된 세라믹스히터(10)를 스테이(6)위에 탑재하였다. 도 11과 도 12에 표시된 치수는 모두 mm단위이다.

도 11에서 표시된 장착방법에 있어서는, 스테이(6)의 길이방향으로 단속해서 오목부(6b)가 형성되었다. 이 오목부(6b)b의 길이방향의 치수는 도 11의 (c)에서 표시되어 있다. 이 오목부(6b)에 충전된 접착제(5)에 의해서 세라믹스히터(10)가 스테이(6)에 고착되었다.

또, 도 12에 표시된 장착방법에 있어서는, 폭 1.5mm의 레일(6a)위에 세라믹스히터(10)가 직접 접촉하도록 해서 스테이(6)위에 탑재되었다. 레일(6a)의 사이에 길이방향으로 단속해서 접착제(5)를 충전함으로써, 세라믹스히터(10)가 스테이(6)에 고착되었다.

또한, 상기의 실시예에 있어서 사용된 단열재의 재질은 이하의 표 1에 표시한 바와 같은 것이다. 또, 발열체(2)의 저항치는 30Ω였다.

이상과 같이 해서 각각 세라믹스히터(10)가 장착된 스테이(6)를 사용해서 도 1에 표시된 바와 같이 가열정착장치를 구성하였다. 그리고, 세라믹스히터에 전원을 투입한 후, 15초후에, 용지의 표면위에 토우너를 부착시킨 미정착용지를 내열성필름(7)과 가압롤러(8)와의 사이에 보내주었다. 이때 사용한 용지의 크기는 A4, 스테이의 열전도율은 1.0W/mK, 용지를 보내주는 속도는 4ppm(15초/매)였다. 각 가열정착장치에 있어서 용지의 표면위에 토우너가 충분히 정착한 상태까지 소요되는 소비전력량과, 실제의 정착(1매의 용지)에 소요된 소비전력량을 측정하였다. 소비전력량의 측정방법은, 전원으로부터 세라믹스히터까지의 회로중에 직렬로 접속된 적산(積算)전력계를 사용해서 행하여졌다. 이상의 제반조건과 결과를 표 1에 표시한다.

[표 1]

표 1에 표시된 결과로부터 명백한 바와 같이, 단열층이나 공기층을 개재시킴으로써 세라믹스히터를 스테이에 장착하면, 소비전력의 저감을 도모할 수 있다고하는 효과를 이해할 수 있다.

[실시예 2]

세라믹스히터의 기판재료로서 AlN을 사용해서, 실시예 1과 마찬가지의 평가를 행하였다. 세라믹스기판의 재료로서 질화알루미늄소결체를 사용한 이외는, 실시예 1에서 표시된 제반조건과 동일하였다.

세라믹스기판의 제작방법으로서는, 질화알루미늄분말에, 소결조제를 소정량 첨가하고, 이것에 소정량의 결합제, 유기용제를 첨가하여, 보올밀을 사용해서 혼합하였다. 혼합한 후, 독터블레이드법에 의해서 그린시트를 제작하였다. 제작한 그린시트를 소정의 크기로 절단하여, 온도 950℃의 질소속에서 탈지하고, 오도 1800℃의 질소속에서 소성하였다. 소성한 후, 기판의 두께가 0.635mm로 되도록, 연마하여, 길이 300mm, 폭 10mm의 크기로 절단하였다. 제작한 세라믹스기판(1)에 도 8에 표시한 바와 같이, 발열체(2)와 전극(3)를 스크린인쇄법에 의해 인쇄하고, 온도 850℃에서 대기중에서 소성하였다. 이때의 전극재료는 은을 주성분으로 하는 페이스트를 사용하고, 발열체의 재료는 Ag-Pd를 주성분으로 하는 페이스트를 사용하였다. 그 후, 발열체위에 스크린인쇄법에 의해서 글레이즈페이스트를 인쇄하고, 대기중에서 소성하였다. 이에 의해서 유리층(4)이 50㎛의 두께로 세라믹스기판(1)의 표면위에 형성되었다.

실시예 1과 마찬가지로해서 측정된 소비전력량은 이하의 표 2에 표시된다.

[표 2]

표 2에 표시된 결과로부터 명백한 바와 같이, 세라믹스기판의 재료로서 질화알루미늄을 사용한 경우에 있어서도, 알루미나를 사용한 경우와 마찬가지로 단열효과를 얻을 수 있고, 가열정착장치의 소비전력을 저감할 수 있는 것을 이해할 수 있다.

[실시예 3]

실시예 1에서 제작된 알루미나를 기판재료로서 사용한 세라믹스히터와, 실시예 2에서 제작된 질화알루미늄을 기판재료로서 사용해서 제작된 세라믹스히터를 각각, 도 6에 표시된 바와 같이 스테이(6)에 장착하였다. 도 6에 표시된 치수는 모두 mm단위이다. 단열재의 폭은 1.5mm, 두께는 2.0mm였다. 그외의 조건은 실시예 1과 2와 마찬가지였다.

본 실시예에서는, 스테이와 세라믹스히터의 방사율을 변화시킴으로써, 세라믹스히터의 소비전력의 차이를 확인하였다. 세라믹스히터(10)는, 도 6에 표시한 바와 같이 스테이(6)위에 고착되었다. 세라믹스기판(1)은 레일(6a)위에서 지지되고, 레일(6a)과 세라믹스기판(1)과의 사이에는 세라믹스파이버로 이루어진 단열층(11)을 개재시켰다. 세라믹스기판(1)은, 내열성의 실리콘수지로 이루어진 접착제(5)를 사용해서 스테이(6)위에 고착되었다.

알루미나로 이루어진 세라믹스기판(1)의 방사율은 0.85, 질화알루미늄으로 이루어진 세라믹스기판(1)의 반사율은 0.89였다. 이들 세라믹스기판(1)의 표면에 카본분말을 스프레이처리함으로써, 어느 세라믹스기판의 반사율도 0.95로 하였다.

또, 통상의 열경화성의 페놀수지로 이루어진 스테이의 방사율은 0.90이었다. 레일사이의 스테이(6)의 전체표면에 알루미늄박을 깔으므로써, 스테이(6)의 방사율은 0.17로 하였다.

이상과 같이 해서 세라믹스기판의 방사율과 스테이의 방사율을 변화시킴으로써, 실시예 1과 마찬가지로 해서 소비전력량을 측정하였다. 또한, 이 경우, 도 6에 있어서 유리층(4)의 표면조도Ra는 0.15㎛였다.

이상과 같이해서 세라믹스기판과 스테이의 방사율을 변화시킴으로써 실시예 1과 마찬가지로해서 세라믹스히터의 소비전력을 측정하였다. 그 측정결과는, 알루미나를 세라믹스기판의 재료로서 사용하는 경우와 질화알루미늄을 세라믹스기판의 재료로서 사용한 경우의 각각에 대해서 표 3과 표 4에 표시된다.

[표 3]

[표 4]

표 3과 표 4에 표시된 결과로부터 명백한 바와 같이 세라믹스기판의 방사율을 높이고, 또한 스테이의 방사율을 낮게 함으로써 정착까지 소요되는 소비전력량을 저감시킬 수 있는 것을 이해할 수 있다.

[실시예 4]

실시예 1에서 제작한 알루미나를 기판재료로서 사용한 세라믹스히터와 실시예 2에서 제작한 질화알루미늄을 기판재료로서 사용한 세라믹스히터를 각각, 도 7에서 표시한 바와 같이 스테이(6)위에 장착하였다. 실시예 3에서는, 도 6에 표시한 바와 같이 세라믹스기판(1)의 표면이 스테이(6)와 대향하도록 세라믹스히터(10)가 스테이(6)위에 장착되었으나, 실시예 4에서는, 발열체(2)가 스테이(6)의 표면에 대향하도록 세라믹스히터(10)가 스테이(6)위에 장착되었다. 실시예 3과 마찬가지로해서 스테이의 방사율을 변화시킴으로써 세라믹스히터의 소비전력량을 측정하였다.

알루미나를 기판재료로서 사용한 세라믹스히터에 한 측정결과는 이하의 표 5에 표시된다.

[표 5]

알루미나를 기판재료로서 사용한 세라믹스히터에서는, 발열체(2)를 스테이(6)의 표면에 대향하도록 배치해도, 소비전력을 저감할 수 없는 것을 알게 되었다. 이것은, 발열체(2)로부터 세라믹스기판(1)까지의 열저항치와, 발열체(2)로부터 유리층(4)의 표면까지의 열저항치와의 사이에 차이가 없기 때문이다.

질화알루미늄을 기판재료로서 사용한 세라믹스히터에 의한 측정결과는 이하의 표 6에 표시된다.

[표 6]

이 경우, 세라믹스기판의 표면조도Ra는 0.8㎛이었다. 질화알루미늄을 기판재료로서 사용한 세라믹스히터에 의하면, 발열체(2)를 스테이(6)의 표면에 대향시킴으로써 소비전력을 저감할 수 있다. 이것은, 발열체(2)로부터 세라믹스기판(1)까지의 열저항치에 대해서 발열체(2)로부터 유리층(4)의 표면까지의 열저항치가 크기 때문이다.

[실시예 5]

실시예 4와 마찬가지의 장착방법을 채용해서, 도 7에서 표시된 바와 같이 세라믹스히터(10)를 스테이(6)에 장착하였다. 본 실시예에서는, 세라믹스기판(1)의 표면조도를 변화시킴으로써 소비전력의 차이를 확인하였다. 그 결과는 이하의 표 7에 표시된다. 또한, 세라믹스기판의 재료로서는 질화알루미늄을 채용하였다.

[표 7]

표 7에 표시된 결과로부터 명백한 바와 같이, 세라믹스기판이 내열성필름에 직접 접촉하도록 배치되는 경우, 그 접촉하는 부분의 세라믹스기판의 표면조도Ra가 2.0㎛이하로 되면 소비전력을 저감시키는 효과가 보이고, 그 표면조도Ra가 0.5㎛이하이면, 더욱 소비전력을 저감시키는 효과가 있는 것을 이해할 수 있다.

이상으로 개시된 여러 가지의 실시형태나 실시예는 모든 점에서 예시적으로 표시되는 것이고, 제한적으로 해석되는 것은 아니라고 생각해야 할 것이다. 본 발명에 의해서 보호되는 범위는, 이상의 여러 가지의 실시형태나 실시예는 아니고, 특허청구의 범위에 의해서 정해지고, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위내에서의 모든 수정이나 변형을 포함한 것이라고 생각되어야 할 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 세라믹스히터를 사용한 가열정착장치의 소비전력을 저감할 수 있고, 나아가서는 팩시밀리나 복사기, 프린터 등의 소비전력의 저감에 기여할 수 있다.

Claims

세라믹스기판위에 형성된 발열체를 포함한 세라믹스히터와,

상기 세라믹스히터에 밀착해서 슬라이딩하는 내열성필름과,

상기 내열성필름위에 압력을 가하는 가압롤러를 구비하고,

상기 가압롤러에 의한 가압과 상기 내열성필름을 개재한 상기 세라믹스히터에 의한 가열에 의해서, 상기 내열성필름과 상기 가압롤러와의 사이에 끼워져서 이동하는 전사재의 표면위에 형성된 토우너화상을 정착시키는 가열정착장치로서,

상기 세라믹스히터를 지지하는 지지체와,

상기 세라믹스히터와 상기 지지체와의 사이에 형성된 단열층을 구비하고,

상기 단열층의 열전도율이 상기 지지체의 열전도율보다도 낮은 것을 특징으로 하는 가열정착장치.
제1항에 있어서, 상기 단열층의 열전도율이 0.5W/mK이하인 것을 특징으로 하는 가열정착장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세라믹스기판과 상기 지지체와의 사이에 공기층이 개재하고, 상기 세라믹스기판과 상기 지지체가 서로 대향하는 표면에 있어서, 상기 세라믹스기판의 표면의 방사율은 상기 지지체의 방사율보다도 높은 것을 특징으로 하는 가열정착장치.
제3항에 있어서, 상기 세라믹스기판에 대향하는 상기 지지체의 방사율은 0.2이하인 것을 특징으로 하는 가열정착장치.
제1항~제4항의 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹스기판은, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 가열정착장치.
제5항에 있어서, 상기 지지체의 표면에 대향하는 상기 세라믹스기판의 표면위에 상기 발열체가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가열정착장치.
제6항에 있어서, 상기 내열성필름과 직접 접촉하는 상기 세라믹스기판의 부분의 표면조도Ra가 2.0㎛이하인 것을 특징으로 하는 가열정착장치.
제6항에 있어서, 상기 내열성필름과 직접 접촉하는 상기 세라믹스기판의 부분의 표면조도Ra가 0.5㎛이하인 것을 특징으로 하는 가열정착장치.