JP3769841B2 - 加熱定着装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加熱定着装置に関し、より特定的には、加圧ローラによる加圧と耐熱性フィルムを介したセラミックスヒーターによる加熱とによって、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紙等の転写材の表面上に形成されたトナー画像を定着させる加熱定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ファクシミリや複写機、プリンタ等の画像形成装置、特にセラミックスヒーターを備えた加熱定着装置においては、トナーの未定着画像を紙等の転写材の表面に加熱定着させるため、感光ドラムの上に形成されたトナー画像を加熱ローラと加圧ローラとによって加熱、加圧して転写材の上に定着させている。このようにトナー画像を定着させるために用いられる従来のヒーターとしては、円筒型ヒーターがある。図９は、従来の加熱定着装置の構成を概略的に示す模式図である。図９に示すように、加熱定着装置は、アルミニウム製の加熱ローラ２５と、加熱ローラ２５に対して圧接する加圧ローラ８とを備えている。円筒状の加熱ローラ２５の中にはハロゲンランプなどの熱源を有する円筒型ヒーター２０が設けられている。トナー画像が形成された用紙９が、加熱ローラ２５と加圧ローラ８との間に挟み込まれることにより、用紙９の上に形成されたトナー画像が定着する。この場合、円筒型ヒーター２０自体も加熱ローラ２５とともに矢印Ｒの方向に回転する。加圧ローラ８も矢印Ｒで示す方向に回転する。したがって、用紙９は加熱ローラ２５と加圧ローラ８との間に挟まれて矢印Ｐで示す方向に移動する。
【０００３】
上述のように、円筒型ヒーターが用いられる場合には、ヒーター自体が回転して加熱ローラ２５を通じて用紙９に熱を伝えてトナー画像を定着させている。このため、円筒型ヒーター２０だけでなく、アルミニウム製の加熱ローラ２５の全体をトナーの定着可能な温度まで加熱しなければならない。その結果、ヒーター全体の熱容量を大きくする必要があり、消費電力が大きくなる。
【０００４】
これに対して、近年、熱容量の小さい板状のヒーターと薄膜のフィルムとを用いた加熱定着装置が、特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平１−２６３６７９号公報、特開平２−１５７８７８号公報等で提案されている。図１０は、板状のヒーターを用いた加熱定着装置の概略的な構成を示す模式図である。図１０に示すように、加熱定着装置は、ポリイミド等からなる耐熱性樹脂フィルム７と加圧ローラ８とを備えている。耐熱性樹脂フィルム７は、加熱ローラに沿って配置され、回動可能である。耐熱性樹脂フィルム７と加圧ローラ８が矢印Ｒで示す方向に回転する。トナー画像が形成された用紙９は耐熱性樹脂フィルム７と加圧ローラ８との間に挟まれて矢印Ｐで示す方向に移動する。回転する耐熱性樹脂フィルム７の内側には、板状のセラミックスヒーター１０が固定されている。このセラミックスヒーター１０は、絶縁性セラミックス基板と、その上に設けられた発熱体とを備えている。セラミックスヒーター１０から耐熱性樹脂フィルム７を通じて用紙９に熱が伝わる。この熱により、用紙９の表面上に形成されたトナー画像が定着する。このように、ヒーターを板状にすることにより、円筒型ヒーターよりも大幅にヒーターの熱容量を下げることができ、消費電力を低減させることができる。
【０００５】
図１１と図１２は、図１０に示された加熱定着装置のセラミックスヒーター１０の現状の取付構造を示す図である。図１１の（Ａ）はセラミックスヒーターが取付けられた状態を示す上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＣ部の拡大断面図である。図１２の（Ａ）はセラミックスヒーターが取付けられた状態のもう１つの従来例を示す上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ部を示す拡大断面図である。
【０００６】
図１１に示すように、セラミックスヒーター１０はヒーター搭載台としての樹脂製のステー６によって支持されている。ステー６の表面には複数個の凹部６ｂが形成されている。これらの凹部６ｂには接着剤５が充填される。この接着剤５によってセラミックスヒーター１０がステー６に固着される。
【０００７】
また、セラミックスヒーターの取付方法の別の従来例が図１２に示されている。ステー６の表面にはセラミックスヒーター１０の幅よりも広い幅を有する溝６ｃが形成されている。溝６ｃには２本のレール６ａが形成されている。これらのレール６ａの上にセラミックスヒーター１０が搭載される。接着剤５は、２本のレール６ａの間で複数個の箇所に充填される。この接着剤５によってセラミックスヒーター１０がステー６に固着される。
【０００８】
図１１に示される取付方法においては、セラミックスヒーター１０が接着剤５によってステー６に接合されている部分を除いては、セラミックスヒーター１０のすべての表面がステー６の表面に密着している。また、図１２に示される取付方法においては、セラミックスヒーター１０はステー６のレール６ａの部分に密着している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成されるセラミックスヒーターと表面が弾性体（通常はゴム）の加圧ローラとの間に耐熱性樹脂フィルムを摺動させて、その耐熱性樹脂フィルムと加圧ローラとの間に、未定着トナー画像が形成された紙を一定の速度で送り込むことによって、トナー画像が加熱定着される。近年、このような加熱定着装置の処理能力を向上させることが求められている。従来、紙の送り速度が４ｐｐｍ（日本工業規格Ａ列４番（Ａ４）の大きさの用紙を１分間に４枚送り込み、加熱定着処理を行なうこと：４ paper per minute）程度であったが、近年、８ｐｐｍ、１６ｐｐｍ、さらには３２ｐｐｍの送り速度が要求されており、高速化しつつある。
【００１０】
送り速度の高速化に伴って、同じ熱量をトナー画像に付与し、同じ定着密着強度を得るためには、単純に考えれば、用紙の加熱時間を延長する必要がある。そのためには、加熱部の面積を広げ、セラミックスヒーター、すなわちセラミックス基板の面積を広げる必要がある。また、送り速度の高速化に対応するためには、セラミックスヒーターにおけるセラミックス基板内の均熱部が均一の温度になるまでのウォーミングアップ（昇温）段階での時間を短縮すること、定着段階での均熱加熱時間を従来と同程度に維持する必要がある。ウォーミングアップ段階での時間短縮を図るために、本願発明者らは、現在、セラミックスヒーターの基板材料として用いられているＡｌ₂ Ｏ₃ （アルミナ）よりも高い熱伝導性を示すＡｌＮ（窒化アルミニウム）（熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ以上）を基板材料として用いることを提案している。すなわち、ＡｌＮをセラミックスヒーターの基板材料として用いることにより、発熱体から基板への熱伝導が極めて速くなるため、基板の上で均熱帯が迅速に形成されることになる。これにより、ウォーミングアップ段階での時間短縮が図られることが期待されている。
【００１１】
しかしながら、Ａｌ₂Ｏ₃を基板材料として用いた現状のセラミックスヒーターにおいても、また、ＡｌＮを基板材料として用いた今後のセラミックスヒーターにおいても、図１１や図１２に示されるような、セラミックスヒーターのステーへの現状の取付方法では、セラミックスヒーターからの熱が用紙に十分に伝わらず、基板を介して主にセラミックスヒーターの支持体、すなわちステーに奪われるために、紙と紙の上に形成されたトナー画像とに効率的に熱を伝えているとは言えなかった。特に、図１１に示されるような取付方法では、セラミックスヒーターとステーとが接着部以外でほぼ全面にわたって密着しているので、セラミックスヒーターからの熱がステーによって相当量奪われる。また、図１２に示されるような取付方法でも、レール間に空気層が存在し、断熱層として働くため、断熱効率はその分向上するが、それでも、ステーにかなりの熱量が奪われる。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、セラミックスヒーターの熱効率を向上させることが可能な加熱定着装置の構造を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った加熱定着装置は、セラミックス基板の上に形成された発熱体を含むセラミックスヒーターと、そのセラミックスヒーターに密着して摺動する耐熱性フィルムと、その耐熱性フィルムの上に圧力を加える加圧ローラとを備え、加圧ローラによる加圧と耐熱性フィルムを介したセラミックスヒーターによる加熱とによって、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上に形成されたトナー画像を定着させるものである。このような加熱定着装置において、セラミックスヒーターを支持する支持体と、セラミックスヒーターと支持体との間に形成された断熱層とを備え、断熱層の熱伝導率が支持体の熱伝導率よりも低いことを特徴とするものである。
【００１４】
好ましくは、断熱層の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以下である。
上記のように断熱層を構成するために、セラミックス基板と支持体との間に空気層が介在し、セラミックス基板と支持体の互いに対向する表面において、セラミックス基板の表面の放射率は支持体の放射率よりも高いことが好ましい。
【００１５】
この場合、特に、セラミックス基板に対向する支持体の放射率を０．２以下に抑えることが望ましい。
【００１６】
以上のようにセラミックスヒーターと支持体との間に断熱層を形成することにより、セラミックスヒーターの熱効率を向上させることができ、支持体に奪われる熱量を低減することができる。これにより、加熱定着装置の消費電力を大幅に低減することができる。
【００１７】
なお、以上のような断熱層を設けることにより、セラミックス基板の材質に依存せず、共通の効果がもたらされるが、上述のような用紙の送り速度の高速化に対応してトナー画像の定着品質を維持しつつ、加熱定着装置全体の消費電力を低減するためには、既に本発明者らが提案したように、セラミックス基板の材料としてＡｌ₂ Ｏ₃ に代えてより高い熱伝導率を有するセラミックスを用いるのが好ましい。たとえば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）、Ｓｉ₃ Ｎ₄ （窒化ケイ素）、ＢｅＯ（酸化ベリリウム）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）等の高い熱伝導性を示すセラミックス、あるいはこれらのセラミックスをベースとした金属、炭素等との複合セラミックス材料等を基板材料として用いるのが好ましい。上記のセラミックスの中でも、ＡｌＮを主成分とするセラミックス材料が耐熱性、絶縁性、放熱性の点で最も望ましい材料である。
【００１８】
主成分がＡｌＮのセラミックス基板を用いることにより、支持体の表面に対向するセラミックス基板の表面上に発熱体が形成された構造を採用することができる。この構造により、加熱定着装置の消費電力をさらに低減することができる。
【００１９】
さらに、支持体の表面に対向するセラミックス基板の表面上に発熱体が形成される場合、セラミックス基板が耐熱性フィルムと直接接触する。このとき、セラミックス基板と直接接触する耐熱性フィルムへの放熱時の熱抵抗を低減させるため、耐熱性フィルムと直接接触するセラミックス基板の部分の表面粗さを可能な限り小さくするのが好ましい。これにより、セラミックス基板から耐熱性フィルムと用紙の表面とに円滑に熱を伝えることができるため、支持体に奪われる熱量をさらに小さくすることができる。具体的には、その表面粗さは、ＪＩＳ規格に基づくＲａで２．０μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以下である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の加熱定着装置では、セラミックスヒーターと支持体としてのステーとの間に断熱層を設けている。このようにすることにより、ステーとセラミックスヒーターとの間に存在する断熱層が熱抵抗となるため、ステーへの熱のリーク量を減らすことがでる。具体的には、トナー画像の定着時において、セラミックス基板上の発熱体は１６０〜１８０℃前後にまで温度上昇する。このとき、発熱体が配置されたセラミックス基板も温度上昇し始める。ここで、セラミックスヒーターで発生した熱は、耐熱性フィルムを通じて加熱定着装置全体を温度上昇させる。このとき、加圧ローラと耐熱性フィルムとの間には、セラミックスヒーターによって用紙上のトナー画像を定着することが可能な熱量が供給される均熱部が形成される。この均熱部によって、加圧ローラと耐熱性フィルムとの間に送り込まれる用紙の上のトナー画像が定着される。
【００２１】
この過程において、まず、用紙が投入されるまでの間のウォーミングアップの段階では、用紙に直接接する耐熱性フィルム、加圧ローラ、およびそれらを加熱するセラミックスヒーターの基板への放熱は避けられないので、セラミックスヒーターには、これらの放熱を含め、加圧ローラと耐熱性フィルムとの接触部に形成される、いわゆるニップ部（均熱部）を均熱にするだけの熱容量が必要とされる。したがって、これらの部材を加熱するの必要な電力は、加熱される物体の熱容量と、周辺部への熱放散量によって決定される。このとき、加熱される物体の熱容量が一定の場合、熱放散量をできるだけ小さくする必要がある。
【００２２】
図１の（Ａ）と（Ｂ）は、加熱定着装置においてセラミックスヒーターをステーに取付けるための２つの方法を示す概略的な断面図である。図１の（Ａ）に示すようにセラミックスヒーター１０は、ステー６の搭載面６ｄに取付けられる。この場合、セラミックスヒーター１０からの熱は、矢印Ｈで示す方向にステー６に放散される。また、図１の（Ｂ）に示すように、セラミックスヒーター１０は、ステー６の２本のレール６ａをまたぐように取付けられる。この場合、セラミックスヒーター１０からの熱は、２本のレール６ａを通じてステー６に放散する。
【００２３】
本発明によれば、図１の（Ａ）と（Ｂ）に示されるようにセラミックスヒーター１０とステー６の搭載面６ｄまたはレール６ａとの間に断熱層１１が設けられる。それによって、セラミックスヒーター１０から搭載面６ｄまたはレール６ａを通じたステー６への熱のリークを少なくすることができる。その結果、用紙が加熱定着装置に投入されるまでにセラミックスヒーターに投入されるべき電力量を低減することができる。
【００２４】
断熱層１１は、ステー６の側に熱をリークさせないために設けられるので、ステー６よりも熱伝導率が低い必要がある。しかし、断熱層１１の熱伝導率がステー６の熱伝導率よりも高い場合、セラミックスヒーターの熱は断熱層１１まで容易に伝達し、その後、ステー６にも伝わる。このとき、断熱層１１が吸収した分の熱量だけ、セラミックスヒーター１０の外に放出されたことになるので好ましくない。
【００２５】
このような観点から、本発明では、特に断熱層の熱伝導率を０．５Ｗ／ｍＫ以下とするのが好ましい。断熱層としてはセラミックスヒーター、すなわち発熱体が設けられたセラミックス基板とステーとの接触部に断熱材を介在させるとともに、セラミックスヒーターとステーとの間に空気層をできるだけ広く設けるのが好ましい。具体的な断熱材としては、耐熱性樹脂、セラミックスファイバなどがある。このような構造を採用することによって、セラミックスヒーターすなわちセラミックス基板とステーとの接触していない取付部以外の部分には、断熱材以上に熱伝導率の低い空気層が形成されるとともに、取付部には断熱材層が形成されることとなる。この場合、セラミックスヒーターのステーへの取付部の面積を可能な限り小さくしたり、取付部に介在させる断熱材の層を厚くしてセラミックスヒーターとステーとの間で形成される空間、つまり空気層の体積を大きくすることが望ましい。
【００２６】
たとえば、図１の（Ａ）で示される取付方法を採用する場合には、図２に示すように、図１１に比べて、Ｉ−Ｉ線に沿った断面方向での凹部６ｂの長さを大きくする。また、図３に示すように、Ｉ−Ｉ線に沿った断面方向での接着部面積、すなわち接着剤５の長さをセラミックスヒーター１０すなわちセラミックス基板の強度の許す限り短くするように接着部の配置パターンを変える。このようにすることにより、セラミックスヒーター１０とステー６との間の空気層の体積を増加させることができる。
【００２７】
また、図１の（Ｂ）に示される取付方法を採用する場合には、図４に示すように、図１２に比べてステー６のレール６ａの幅を小さくする。図５に示すように、レールをステーの全長にわたって形成するのではなく、セラミックス基板の強度の許す限り、断続したレール６ａを溝６ｃに配置することにより、セラミックスヒーター１０とステー６との非接触部を増加させる。このようにすることにより、セラミックスヒーター１０とステー６との間の空間の空気層体積を増やすことができる。
【００２８】
図２〜図５で示されるようなセラミックスヒーターの取付構造によれば、現状の図１１と図１２に示されるものに比べて、セラミックスヒーター１０とステー６との間の接触面積を減少させることができ、さらに断熱層として働く空気層の体積を増加させることが可能になる。これによって、主としてウォーミングアップ時の消費電力を節減することが可能になる。なお、セラミックスヒーター１０とステー６との間の取付部に介在させる断熱層１１の厚みは、大きいほど好ましいが、本発明者らの確認したところによれば、５ｍｍ程度が実用上の上限値と考えられる。
【００２９】
また、本発明によれば、セラミックスヒーター１０のステー６に対向している表面の放射率を、ステー６のセラミックスヒーター１０と対向している表面の放射率よりも高くするのが好ましい。これは、以下の理由による。セラミックスヒーターが加熱されるに従い、セラミックスヒーターから周辺の空間へ赤外線が放射される。このとき、放射された赤外線は周辺の物質に吸収されるか、反射される。セラミックスヒーターから放射される赤外線のうち、ステーに放射された赤外線に注目すると、ステーに吸収される赤外線と、ステーに反射され、再度セラミックスヒーターに戻ってくる赤外線とが存在する。このとき、ステーに吸収された赤外線は、ステーを加熱するのに使われるため、ステーの熱放射率は小さいことが望ましい。また、ステーから反射された赤外線はセラミックスヒーターを構成する基板に吸収されるか、あるいは再度ステーに対して反射される。
【００３０】
このため、セラミックスヒーターを構成するセラミックス基板のステーとの対向面は、できるだけ赤外線を吸収した方がステーへの熱リークを小さくすることができるので、セラミックス基板のステーに向い合っている面の熱放射率は大きい方が好ましい。
【００３１】
放射率を大きくするための具体的な手法としては、セラミックス基板の表面粗度を粗くする、放射率の大きな物質を基板の表面に被覆することが考えられる。基板の表面粗度を粗くする方法としては、ホーニングや、サンドブラスト等が適用され得る。放射率の大きな物質としては、黒色カーボン粉末や黒体スプレーが市販されており、これらを適用することができる。また、ステー側の放射率は小さい方が、ステーの吸収する熱エネルギが小さくなるため好ましい。具体的には、ステーのセラミックス基板に面している表面には、Ａｇ、Ａｌ等の熱放射率の非常に低い物質を被覆することが望ましい。さらに、被覆した物質に光沢があれば、放射率がさらに低下するため、より好ましい。特に放射率が０．２以下になれば、ステーに吸収される熱エネルギがほとんどなくなるのでさらに好ましい。
【００３２】
本発明の加熱定着装置において、セラミックスヒーターを構成するセラミックス基板が窒化アルミニウムから形成されるのが好ましい。窒化アルミニウムは非常に熱を伝えやすい材料である。このような高い熱伝導性を示す材料からセラミックス基板を形成すると、セラミックス基板がステーに接している部分からの熱リークの影響は非常に大きくなる。そこで、本発明によって熱リークを低減すると、それによる消費電力の低減効果は非常に大きくなる。
【００３３】
また、セラミックス基板を窒化アルミニウムから形成すれば、ステーの表面に対向するセラミックス基板の表面上に発熱体を形成した構造を採用することができる。現状のアルミナから形成されたセラミックス基板を用いたセラミックスヒーターでは、発熱体は基板の上に形成され、その上にガラス等でオーバーコートされている。基板の厚みが１ｍｍ程度以下であり、ガラス層の厚みが５０μｍ程度であれば、基板が窒化アルミニウムなどの高い熱伝導性を示す材料から形成されるとき、熱抵抗は発熱体からガラス表面に向かう方向よりも、発熱体からセラミックス基板への方向が小さくなる。セラミックス基板上の発熱体がステーと向い合っている場合、発熱体からガラス表面、そしてステーに向かう方向での熱抵抗が大きくなり、結果としてステー側への熱リークを小さくするのに好都合となる。
【００３４】
ステーの表面に対向するセラミックス基板の表面上に発熱体が形成される場合、セラミックス基板が耐熱性フィルムと直接接触することになる。この場合、セラミックス基板の耐熱性フィルムと直接接している部分の表面粗さＲａが２．０μｍ以下であるのが好ましい。これは以下の理由による。セラミックスヒーターから用紙の表面上に熱を伝える場合、セラミックス基板と耐熱性フィルムとの間の熱伝導は、接触抵抗の影響を受ける。セラミックス基板上での発熱体で発生した熱は、効率的に耐熱性フィルムと用紙の表面に伝える必要がある。したがって、耐熱性フィルムとセラミックス基板の表面との間の接触抵抗は小さければ小さいほど好ましい。この接触抵抗を小さくするためには、セラミックス基板の表面の粗さを小さくする必要がある。具体的には、セラミックス基板の表面粗さＲａが２．０μｍ以下であるのが好ましく、０．５μｍ以下であればさらに好ましい。基板の表面粗さＲａが２．０μｍを超えると、耐熱性フィルムとセラミックス基板との間の接触抵抗が徐々に大きくなり、耐熱性フィルムを介して熱を効率的に用紙の表面に伝えることが困難になる。すなわち、耐熱性フィルムと用紙の表面に熱が伝わりにくくなるために、セラミックスヒーターとステーとの間に空隙が存在していても、セラミックスヒーターをステーに取付けている接着剤の部分などから熱がリークしやすくなるからである。
【００３５】
【実施例】
（実施例１）
図８に示されるようなセラミックスヒーターを作製した。図８において示される寸法の単位はすべてｍｍである。図８に示すように、長さ３００ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み０．６３５ｍｍのセラミックス基板を準備した。具体的には、Ａｌ₂ Ｏ₃ の粉末１００重量部に対して、ＳｉＯ₂ 、ＭｇＯ、ＣａＯの粉末をそれぞれ２重量部添加し、これに所定量のバインダ、有機溶剤を加え、ボールミルを用いて混合した。混合後、ドクターブレード法によってグリーンシートを作製した。作製したグリーンシートを所定の大きさに切断し、温度９５０℃の窒素中で脱脂し、温度１６００℃の窒素中で焼成した。焼成後、基板の厚みが０．６３５ｍｍになるように研磨した。このようにしてセラミックス基板１を準備した。
【００３６】
セラミックス基板１に発熱体２と電極３を図８に示すようにスクリーン印刷法で印刷し、大気中において温度８５０℃で焼成した。このとき、発熱体材料はＡｇ−Ｐｄを主成分とするペーストを使用し、電極材料は銀を主成分とするペーストを使用した。その後、発熱体２の上にスクリーン印刷法によってグレーズペーストを印刷し、大気中で焼成した。これにより、厚み５０μｍのガラス層が図８で示されるようにセラミックス基板１の上で長さ２７０ｍｍの領域で形成された。発熱体２の幅は図８の（Ｂ）に示されるように２ｍｍであった。発熱体２の長さは図８の（Ａ）で示されるように２３０ｍｍであった。
【００３７】
以上のようにして作製されたセラミックスヒーター１０を、図４と図５で示されるように熱硬化性のフェノール樹脂からなるステー６の上に取付けた。図４と図５において示される寸法の単位はすべてｍｍである。
【００３８】
図４で示される取付方法においては、幅０．５ｍｍ、厚み２．０ｍｍの断熱材１１を介在して幅０．５ｍｍのレール６ａの上にセラミックスヒーター１０を搭載した。セラミックスヒーター１０は、図４の（Ａ）で示されるように直径４．０ｍｍの大きさの接着剤５によってステー６の上に固着された。接着剤５の材質は耐熱性のシリコン樹脂であった。
【００３９】
また、図５で示される取付方法においては、レール６ａは３５ｍｍの長さで断続してステー６の溝６ｃに形成された。幅１．５ｍｍのレール６ａの上に幅１．５ｍｍ、厚み２．０ｍｍの断熱材１１を介在させることにより、セラミックスヒーター１０がステー６の上に搭載された。セラミックスヒーター１０は、接着剤５によってステー６に固着された。接着剤５は、断続するレール６ａの間に配置され、その材質は耐熱性のシリコン樹脂であった。
【００４０】
比較のため、従来の取付方法である図１１と図１２に従って、上述のようにして作製されたセラミックスヒーター１０をステー６の上に搭載した。図１１と図１２に示される寸法はすべてｍｍ単位である。
【００４１】
図１１で示される取付方法においては、ステー６の長さ方向に断続して凹部６ｂが形成された。この凹部６ｂの長さ方向の寸法は図１１の（Ｃ）で示されている。この凹部６ｂに充填された接着剤５によってセラミックスヒーター１０がステー６に固着された。
【００４２】
また、図１２に示される取付方法においては、幅１．５ｍｍのレール６ａの上にセラミックスヒーター１０が直接接触するようにしてステー６の上に搭載された。レール６ａの間に長さ方向に断続して接着剤５を充填することにより、セラミックスヒーター１０がステー６に固着された。
【００４３】
なお、上記の実施例において用いられた断熱材の材質は以下の表１に示すとおりである。また、発熱体２の抵抗値は３０Ωであった。
【００４４】
以上のようにしてそれぞれセラミックスヒーター１０が取付けられたステー６を用いて図１に示されるように加熱定着装置を構成した。そして、セラミックスヒーターに電源を投入した後、１５秒後に、用紙の表面上にトナーを付着させた未定着用紙を耐熱性フィルム７と加圧ローラ８との間に送り込んだ。このとき使用した用紙の大きさはＡ４、ステーの熱伝導率は１．０Ｗ／ｍＫ、用紙の送り込み速度は４ｐｐｍ（１５秒／枚）であった。各加熱定着装置において用紙の表面上にトナーが十分に定着した状態までに要する消費電力量と、実際の定着（１枚の用紙）に要した消費電力量とを測定した。消費電力量の測定方法は、電源からセラミックスヒーターまでの回路中に直列に接続された積算電力計を用いて行われた。以上の諸条件と結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】

【００４６】
表１に示される結果から明らかなように、断熱層や空気層を介在させることによってセラミックスヒーターをステーに取付けると、消費電力の低減を図ることができるという効果が理解される。
【００４７】
（実施例２）
セラミックスヒーターの基板材料としてＡｌＮを用いて、実施例１と同様の評価を行なった。セラミックス基板の材料として窒化アルミニウム焼結体を用いた以外は、実施例１で示された諸条件と同一であった。
【００４８】
セラミックス基板の作製方法としては、窒化アルミニウム粉末に、焼結助剤を所定量添加し、これに所定量のバインダ、有機溶剤を加え、ボールミルを用いて混合した。混合後、ドクターブレード法によってグリーンシートを作製した。作製したグリーンシートを所定の大きさに切断し、温度９５０℃の窒素中で脱脂し、温度１８００℃の窒素中で焼成した。焼成後、基板の厚みが０．６３５ｍｍになるように、研磨し、長さ３００ｍｍ、幅１０ｍｍの大きさに切断した。作製したセラミックス基板１に図８に示すように、発熱体２と電極３をスクリーン印刷法で印刷し、温度８５０℃で大気中で焼成した。このときの電極材料は銀を主成分とするペーストを使用し、発熱体の材料はＡｇ−Ｐｄを主成分とするペーストを使用した。その後、発熱体の上にスクリーン印刷法によってグレーズペーストを印刷し、大気中で焼成した。これによってガラス層４が５０μｍの厚みでセラミックス基板１の表面上に形成された。
【００４９】
実施例１と同様にして測定された消費電力量は以下の表２に示される。
【００５０】
【表２】

【００５１】
表２に示される結果から明らかなように、セラミックス基板の材料として窒化アルミニウムを用いた場合においても、アルミナを用いた場合と同様に断熱効果を得ることができ、加熱定着装置の消費電力を低減することができることが理解される。
【００５２】
（実施例３）
実施例１で作製されたアルミナを基板材料として用いたセラミックスヒーターと、実施例２で作製された窒化アルミニウムを基板材料として用いて作製されたセラミックスヒーターをそれぞれ、図６に示されるようにステー６に取付けた。図６に示される寸法はすべてｍｍ単位である。断熱材の幅は１．５ｍｍ、厚みは２．０ｍｍであった。その他の条件は実施例１と２と同様であった。
【００５３】
本実施例では、ステーとセラミックスヒーターの放射率を変化させることにより、セラミックスヒーターの消費電力の差異を確認した。セラミックスヒーター１０は、図６に示すようにステー６の上に固着された。セラミックス基板１はレール６ａの上で支持され、レール６ａとセラミックス基板１との間にはセラミックスファイバからなる断熱層１１を介在させた。セラミックス基板１は、耐熱性のシリコン樹脂からなる接着剤５を用いてステー６の上に固着された。
【００５４】
アルミナからなるセラミックス基板１の放射率は０．８５、窒化アルミニウムからなるセラミックス基板１の放射率は０．８９であった。これらのセラミックス基板１の表面にカーボン粉末をスプレー処理することにより、いずれのセラミックス基板の放射率も０．９５にした。
【００５５】
また、通常の熱硬化性のフェノール樹脂からなるステーの放射率は０．９０であった。レール６ａの間のステー６の全表面にアルミニウム箔を敷きつめることにより、ステー６の放射率を０．１７にした。
【００５６】
以上のようにしてセラミックス基板の放射率とステーの放射率を変化させることにより、実施例１と同様にして消費電力量を測定した。なお、この場合、図６においてガラス層４の表面粗さＲａは０．１５μｍであった。
【００５７】
以上のようにしてセラミックス基板とステーの放射率を変化させることによって実施例１と同様にしてセラミックスヒーターの消費電力を測定した。その測定結果は、アルミナをセラミックス基板の材料として用いた場合と窒化アルミニウムをセラミックス基板の材料として用いた場合のそれぞれについて表３と表４に示される。
【００５８】
【表３】

【００５９】
【表４】

【００６０】
表３と表４に示される結果から明らかなように、セラミックス基板の放射率を高め、かつステーの放射率を低くすることによって定着までに要する消費電力量を低減させることができることが理解される。
【００６１】
（実施例４）
実施例１で作製したアルミナを基板材料として用いたセラミックスヒーターと実施例２で作製した窒化アルミニウムを基板材料として用いたセラミックスヒーターをそれぞれ、図７で示されるようにステー６の上に取付けた。実施例３では、図６に示すようにセラミックス基板１の表面がステー６と対向するようにセラミックスヒーター１０がステー６の上に取付けられたが、実施例４では、発熱体２がステー６の表面に対向するようにセラミックスヒーター１０がステー６の上に取付けられた。実施例３と同様にしてステーの放射率を変化させることによってセラミックスヒーターの消費電力量を測定した。
【００６２】
アルミナを基板材料として用いたセラミックスヒーターによる測定結果は以下の表５に示される。
【００６３】
【表５】

【００６４】
アルミナを基板材料として用いたセラミックスヒーターでは、発熱体２をステー６の表面に対向するように配置しても、消費電力を低減することができないことがわかった。これは、発熱体２からセラミックス基板１までの熱抵抗値と、発熱体２からガラス層４の表面までの熱抵抗値との間に差がないためである。
【００６５】
窒化アルミニウムを基板材料として用いたセラミックスヒーターによる測定結果は以下の表６に示される。
【００６６】
【表６】

【００６７】
この場合、セラミックス基板の表面粗さＲａは０．８μｍであった。窒化アルミニウムを基板材料として用いたセラミックスヒーターによれば、発熱体２をステー６の表面に対向させることによって消費電力を低減することができた。これは、発熱体２からセラミックス基板１までの熱抵抗値に対して発熱体２からガラス層４の表面までの熱抵抗値が大きいためである。
【００６８】
（実施例５）
実施例４と同様の取付方法を採用して、図７で示されるようにセラミックスヒーター１０をステー６に取付けた。本実施例では、セラミックス基板１の表面粗さを変化させることによって消費電力の差異を確認した。その結果は以下の表７に示される。なお、セラミックス基板の材料としては窒化アルミニウムを採用した。
【００６９】
【表７】

【００７０】
表７に示された結果から明らかなように、セラミックス基板が耐熱性フィルムに直接接触するように配置される場合、その接触する部分のセラミックス基板の表面粗さＲａが２．０μｍ以下になると消費電力を低減させる効果が見られ、またその表面粗さＲａが０．５μｍ以下であれば、さらに消費電力を低減させる効果があることが理解される。
【００７１】
以上に開示された種々の実施の形態や実施例はあらゆる点で例示的に示されるものであり、制限的に解釈されるものではないと考えられるべきである。本発明によって保護される範囲は、以上の種々の実施の形態や実施例ではなく、特許請求の範囲によって定められ、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと考えられるべきである。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、セラミックスヒーターを用いた加熱定着装置の消費電力を低減することができ、ひいては、ファクシミリや複写機、プリンタ等の消費電力の低減に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った加熱定着装置の１つの実施の形態として、セラミックスヒーターとステーとの取付構造の２つの例（Ａ）と（Ｂ）を示す概略的な断面図である。
【図２】図１の（Ａ）で示される取付方法を採用した場合において、さらに断熱効率を高めるための取付構造の一例を示す上面図（Ａ）と、（Ａ）においてＩ−Ｉ線に沿う断面図（Ｂ）である。
【図３】図１の（Ａ）で示される取付方法を採用した場合において、さらに断熱効率を高めた構造のもう１つの例を示す上面図（Ａ）と、その（Ａ）においてＩ−Ｉ線に沿う断面図（Ｂ）である。
【図４】図１の（Ｂ）で示される取付方法を採用した場合において、さらに断熱効率を高めた構造の一例を示す上面図（Ａ）と、その（Ａ）においてＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図（Ｂ）と、（Ｂ）のＣ部を拡大して示す拡大断面図（Ｃ）である。
【図５】図１の（Ｂ）で示される取付方法を採用した場合において、さらに断熱効率を高めた構造のもう１つの例を示す上面図（Ａ）と、その（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図（Ｂ）と、（Ｂ）におけるＣ部を拡大して示す拡大断面図（Ｃ）である。
【図６】実施例３で採用されたセラミックスヒーターとステーとの取付構造を示す上面図（Ａ）と、その（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図（Ｂ）と、（Ｂ）のＣ部を拡大して示す拡大断面図（Ｃ）である。
【図７】実施例４と５において採用されたセラミックスヒーターとステーとの取付構造を示す上面図（Ａ）と、その（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図（Ｂ）と、（Ｂ）のＣ部を拡大して示す拡大断面図（Ｃ）である。
【図８】各実施例で採用されたセラミックスヒーターの詳細な構造を示す上面図（Ａ）と、その断面図（Ｂ）である。
【図９】従来の円筒型ヒーターが組込まれた加熱定着装置の概略的な構成を示す模式図である。
【図１０】従来の板状セラミックスヒーターが組込まれた加熱定着装置の概略的な構成を示す模式図である。
【図１１】従来のセラミックスヒーターとステーとの取付構造の一例を示す上面図（Ａ）と、その（Ａ）におけるＩ−Ｉ線に沿った断面図（Ｂ）と、（Ｂ）のＣ部を拡大して示す拡大断面図（Ｃ）である。
【図１２】従来のセラミックスヒーターとステーとの取付構造のもう１つの例を示す上面図（Ａ）と、その（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図（Ｂ）と、（Ｂ）のＣ部を拡大して示す拡大断面図（Ｃ）である。
【符号の説明】
１ セラミックス基板
２ 発熱体
３ 電極
４ ガラス層
５ 接着剤
６ ステー
７ 耐熱性樹脂フィルム
８ 加圧ローラ
９ 用紙
１０ セラミックスヒーター
１１ 断熱層

Claims (8)

1. セラミックス基板の上に形成された発熱体を含むセラミックスヒーターと、
   前記セラミックスヒーターに密着して摺動する耐熱性フィルムと、
   前記耐熱性フィルムの上に圧力を加える加圧ローラとを備え、
   前記加圧ローラによる加圧と前記耐熱性フィルムを介した前記セラミックスヒーターによる加熱とによって、前記耐熱性フィルムと前記加圧ローラとの間に挟まれて移動する転写材の表面上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、
   前記セラミックスヒーターを支持する支持体と、
   前記セラミックスヒーターと前記支持体との間に形成された断熱層とを備え、
   前記断熱層の熱伝導率が前記支持体の熱伝導率よりも低くなっており、
   前記セラミックス基板と前記支持体とが互いに対向する箇所において、前記セラミックス基板の表面の放射率は前記支持体の放射率よりも高くなっていることを特徴とする、加熱定着装置。
2. 前記断熱層の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以下である、請求項１に記載の加熱定着装置。
3. 前記セラミックス基板と前記支持体との間に空気層が介在する請求項１または２に記載の加熱定着装置。
4. 前記セラミックス基板に対向する前記支持体の放射率は０．２以下である、請求項３に記載の加熱定着装置。
5. 前記セラミックス基板は、窒化アルミニウムを主成分とする、請求項１から４までのいずれかに記載の加熱定着装置。
6. 前記支持体の表面に対向する前記セラミックス基板の表面上に前記発熱体が形成されている、請求項５に記載の加熱定着装置。
7. 前記耐熱性フィルムと直接接触する前記セラミックス基板の部分の表面粗さＲａが２．０μｍ以下である、請求項６に記載の加熱定着装置。
8. 前記耐熱性フィルムと直接接触する前記セラミックス基板の部分の表面粗さＲａが０．５μｍ以下である、請求項６に記載の加熱定着装置。

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