加熱体、及び、その加熱体を備える加熱装置
【課題】可撓性部材が接触しつつ移動するガラスコート層を有する加熱体について熱効率の向上と摺動性の確保を両立できるようにする。
【解決手段】被加熱材Ｐを可撓性部材２を介して加熱する加熱装置１０７に用いられる加熱体であって、基板と、前記基板の基板面上に形成された発熱体と、前記基板７面上に形成され前記可撓性部材が接触しつつ移動するガラスコート層８の熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、前記ガラスコート層の表面粗さが十点平均粗さＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下である。
【解決手段】被加熱材Ｐを可撓性部材２を介して加熱する加熱装置１０７に用いられる加熱体であって、基板と、前記基板の基板面上に形成された発熱体と、前記基板７面上に形成され前記可撓性部材が接触しつつ移動するガラスコート層８の熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、前記ガラスコート層の表面粗さが十点平均粗さＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載される画像加熱定着装置の熱源として用いれば好適な加熱体、及び、その加熱体を備える加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式の複写機やレーザービームプリンタ等の画像形成装置に搭載する画像加熱定着装置（定着器）として、フィルム加熱方式のものがある。フィルム加熱方式の定着装置は、セラミックス製の基板上に抵抗発熱体を有するヒータと、このヒータに接触しつつ移動する可撓性の定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有する。特許文献１、２にはこのタイプの定着装置が記載されている。未定着トナー像を担持する記録材（被加熱材）は定着装置のニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上のトナー像は記録材に加熱定着される。この定着装置は、ヒータへの通電を開始し定着可能温度まで昇温するのに要する時間が短いというメリットを有する。したがって、この定着装置を搭載するプリンタは、プリント指令の入力後、１枚目の画像を出力するまでの時間（ＦＰＯＴ：Ｆｉｒｓｔ ｐｒｉｎｔｏｕｔ ｔｉｍｅ）を短くできる。またこの定着装置は、プリント指令を待つ待機中の消費電力が少ないというメリットもある。
【０００３】
従来のフィルム加熱方式の定着装置においては、加熱体としてのヒータの基板として酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等を主成分としたセラミックスを用いている場合が多い。酸化アルミニウムを用いる場合は、基板の表面（フィルム摺動面）に抵抗発熱体を形成し、基板の裏面（非フィルム摺動面）に加熱体の温度を検知し温度制御を行うための検温素子を設ける構成が一般的である（表面発熱タイプ）。
【０００４】
この表面発熱タイプでは、抵抗発熱体の絶縁性とヒータとフィルムとの摺動性を確保するために、抵抗発熱体を覆う高耐熱性のガラスコート層を基板表面に設ける構成がとられることが多い。
【０００５】
一方、窒化アルミニウムを用いる場合は、酸化アルミニウムより熱伝導率が高いため、基板の裏面（非フィルム摺動面）に抵抗発熱体を形成し、その上から絶縁層を介して検温素子を当接し温度制御する構成の方が熱効率が良い（裏面発熱タイプ）。
【０００６】
この裏面発熱タイプでは、ヒータとフィルムとの摺動性を確保するために、基板の表面に高耐熱性のガラスコート層を設ける場合が多い。抵抗発熱体をコートする絶縁層も高耐熱性のガラスコート層を用いる構成が一般的である。
【特許文献１】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献２】特開平４−２０４９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、複写機や、レーザービームプリンタ等の画像形成装置は高速化が進み、画像形成装置に搭載される定着装置も高速化への対応が必須となっている。前述のフィルム加熱方式の定着装置において高速化を達成するためには、抵抗発熱体で発生した熱量をいかに効率良く記録材に伝達するか、すなわち熱効率の向上が課題となっている。
【０００８】
ヒータの基板の記録材側に設けられるガラスコート層において熱効率向上を図る場合、ガラスの熱伝導率を大きくすることが考えられる。ガラス自体の熱伝導率は種類によらず１Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるので、熱伝導率を向上されるために、ガラスよりも熱伝導率の高い酸化アルミニウムやシリカ等のセラミックスフィラーをガラス中に含有させる方法が一般的に用いられる。このフィラーは、含有量が多いほど熱伝導率は高くなるが、含有量が多すぎるとガラスコート層の表面性が悪くなる傾向にある。ガラスコート層の表面性が悪いと、ニップ部内におけるヒータ表面とフィルム内面との密着性が悪化し、ヒータからフィルムへの熱伝達が阻害され、熱効率が低下する。よって、フィラーの含有量を多くして熱伝導率を向上させたとしても、ガラスコート層の表面性の悪化により熱効率の向上分が相殺され、全体的な熱効率はそれほど向上しない場合がある。
【０００９】
また、ガラスコート層の表面性は、ヒータとフィルムとの摺動性にも大きな影響を与えることが分かっている。ガラスコート層の表面が非常に平滑であると、ニップ部内でヒータ表面とフィルム内面の密着性が大きすぎ、かえって摺動性が悪化することが検討で明らかになっている。逆に、ガラスコート層の表面が非常に粗い場合も、フィルムの回転を妨げる場合があり、摺動性に対して最適な表面粗さ領域が存在することが分かっている。
【００１０】
ヒータとフィルムとの摺動性が悪化すると、定着装置の駆動トルクが大きくなるため、定着装置の駆動モータに対する負荷が増えてしまう。また、加圧ローラの搬送力が低下するような条件（加圧ローラ表面温度が高い場合に、吸湿した記録材をニップ部に導入するような場合）において定着装置が記録材を搬送できなくなることがある（この現象をスリップと呼んでいる）。
【００１１】
本発明の目的は、可撓性部材が接触しつつ移動するガラスコート層を有する加熱体について熱効率の向上と摺動性の確保を両立できるようにすることにある。
【００１２】
また、本発明の目的は、上記の加熱体を備える加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る加熱体の代表的な構成は、被加熱材を可撓性部材を介して加熱する加熱装置に用いられる加熱体であって、基板と、前記基板の基板面上に形成された発熱体と、前記基板面上に形成され前記可撓性部材が接触しつつ移動するガラスコート層と、を有する加熱体において、
前記ガラスコート層の熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、前記ガラスコート層の表面粗さが十点平均粗さＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下であることを特徴とする加熱体である。
【００１４】
本発明に係る加熱装置の代表的な構成は、基板と、前記基板の基板面上に形成された発熱体と、前記基板面上に形成されたガラスコート層と、を有する加熱体と、前記ガラスコート層と接触しつつ移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を挟んで前記加熱体とニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する加熱装置において、
前記加熱体の前記ガラスコート層の熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、前記ガラスコート層の表面粗さが十点平均粗さＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下であることを特徴とする加熱装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、可撓性部材に対し熱効率の向上と摺動性の確保を両立できる加熱体、及び、その加熱体を備える加熱装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。
【実施例１】
【００１７】
（１）画像形成装置例
図５は本発明に係る加熱体を備える加熱装置を画像加熱定着装置として搭載できる画像形成装置の一例の構成模型図である。
【００１８】
本実施例の画像形成装置は電子写真式のレーザービームプリンタである。このプリンタは、使用可能な記録材の最大サイズ幅（記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向の寸法）をＡ４サイズ（紙幅：２１０ｍｍ）とする。
【００１９】
１０１は像担持体としての電子写真感光体ドラムであり、矢示の反時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。
【００２０】
１０２は接触帯電ローラ等の帯電手段であり、この帯電手段により感光体ドラム１０１の外周面（表面）が所定の極性・電位に一様に帯電処理（一次帯電）される。
【００２１】
１０３は画像露光手段としてのレーザービームスキャナである。スキャナ１０３は、不図示のイメージスキャナ・コンピュータ等の外部機器から入力する目的の画像情報に対応してオン／オフ変調したレーザー光を出力して、感光体ドラム１０１表面の帯電処理面を走査露光（照射）する。この走査露光により感光体ドラム１０１表面の露光明部の電荷が除電されて感光体ドラム１０１表面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００２２】
１０４は現像装置であり、現像スリーブから感光体ドラム１０１表面に現像剤（トナー）が供給されて感光体ドラム１０１表面の静電潜像が可転写像であるトナー像（現像像）として順次に現像される。レーザービームプリンタの場合、一般的に、静電潜像の露光明部にトナーを付着させて現像する反転現像方式が用いられる。
【００２３】
１０９は給紙カセットであり、被加熱材としての記録材Ｐを積載収納させてある。
給紙スタート信号に基づいて給紙ローラ１０８が駆動されて給紙カセット１０９内の記録材Ｐが一枚ずつ分離給紙される。この記録材Ｐは、搬送ローラ１１０、レジストローラ１１１等を含むシートパス１１２を通って、感光体ドラム１０１と接触型・回転型の転写部材としての転写ローラ１０６との当接ニップ部である転写部位に所定のタイミングで導入される。すなわち、感光体ドラム１０１上のトナー像の先端部が転写部位に到達したとき、記録材Ｐの先端部もちょうど転写部位に到達するタイミングとなるようにレジストローラ１１１で記録材Ｐの搬送が制御される。
【００２４】
転写部位に導入された記録材Ｐはこの転写部位を挟持搬送され、その間、転写ローラ１０６には不図示の転写バイアス印加電源から所定に制御された転写電圧（転写バイアス）が印加される。転写ローラ１０６にはトナーと逆極性の転写バイアスが印加されることで転写部位において感光体ドラム１０１表面側のトナー像が記録材Ｐの表面に静電的に転写される。
【００２５】
転写部位においてトナー像の転写を受けた記録材Ｐは感光体ドラム１０１面から分離されてシートパス１１３を通って加熱装置としての画像加熱定着装置１０７へ搬送導入され、トナー像の加熱・加圧定着処理を受ける。
【００２６】
一方、記録材分離後（記録材Ｐに対するトナー像転写後）の感光体ドラム１０１表面はクリーニング装置１０５で転写残トナーや紙粉等の除去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。
【００２７】
定着装置１０７を通った記録材Ｐは、シートパス１１４を通って排紙口から排紙トレイ１１５上に排出される。
【００２８】
（２）定着装置１０７
図３はフィルム加熱方式の定着装置の一例の要部の構成模型図である。図４は同装置の要部の斜視模型図である。
【００２９】
１はステーであり、加熱体保持部材兼フィルムガイド部材としての耐熱性・剛性部材である。３は加熱体としてのセラミックヒータであり、上記のステー１の下面にステー長手に沿って配設して保持させてある。２は可撓性部材としてのエンドレス（円筒状）の耐熱性フィルム（定着フィルム）であり、加熱体３を含むフィルムガイド部材であるステー１に外嵌させてある。このエンドレスのフィルム２の内周長と加熱体３を含むステー１の外周長はフィルム２の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、従ってフィルム２は周長に余裕を持って外嵌している。
【００３０】
ステー１と、フィルム２と、加熱体３は、それぞれ、記録材Ｐの面において記録材搬送方向ａと直交する方向を長手とする細長い部材である。フィルム２は長手両端部がフランジ部材（不図示）により回転可能に保持されている。このフランジ部材は装置フレームの側板（不図示）に支持させてある。
【００３１】
ステー１はポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス等との複合材料等で構成できる。本実施例では液晶ポリマーを用いた。
【００３２】
フィルム２は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の単層フィルムを使用できる。或いはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。本実施例では膜厚約５０μｍのポリイミドフィルムの外周表面にＰＴＦＥをコーティングしたものを用いた。フィルム２の外径は１８ｍｍとした。
【００３３】
４は加圧部材（バックアップ部材）としての弾性加圧ローラである。加圧ローラ４は、芯金４ａの周囲に弾性体層４ｂを有し、さらに弾性体層４ｂの周囲に最外層として離形層４ｃを有する。この加圧ローラ４は、記録材搬送方向ａと直交する方向を長手とする細長い部材であり、芯金４ａの長手両端部が軸受部材（不図示）を介して上記の装置フレームの側板に回転可能に保持されている。そして、加圧ローラ４は、不図示の加圧バネ等の加圧手段により所定の加圧力をもってフィルム２を挟ませて加熱体３の表面に圧接されることにより、フィルム２を挟んで加熱体３の表面と所定幅のニップ部（圧接ニップ部、定着ニップ部）Ｎを形成している。本実施例では、芯金４ａはアルミ芯金を、弾性体層４ｂはシリコーンゴムを、離形層４ｃは厚さ約３０μｍのＰＦＡのチューブを用いた。加圧ローラ４の外径は２０ｍｍ、弾性体層４ｂの厚さは３ｍｍとした。
【００３４】
（３）加熱体３
次に、本実施例における加熱体３について説明する。
【００３５】
図１は本実施例に係る加熱体３を備える定着装置１０７のニップ部及びその近傍の拡大図である。図２は加熱体３の構成と温調制御系の説明図である。
【００３６】
加熱体３は、記録材搬送方向ａと直交する方向を長手とする細長い、耐熱性・絶縁性・良熱伝導性の基板７を有する。基板７の表面（フィルム摺動面）には、抵抗発熱体６と、耐熱性オーバーコート層８と、給電用電極９・１０が設けてある。
【００３７】
発熱体６は基板７の長手方向に沿って設けられている。この発熱体６は、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）・ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、基板７表面上に形成して得たものである。
【００３８】
基板７は、例えば、酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等のセラミックス材料を主成分としたものが用いられる。本実施例では幅７ｍｍ・長さ２７０ｍｍ・厚さ１ｍｍの酸化アルミニウム基板を使用している。本実施例で用いた酸化アルミニウム基板７の熱伝導率は約２０Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００３９】
オーバーコート層８は発熱体６と後述の導電パターン１４を覆うように設けられている。このオーバーコート層８は、発熱体６と加熱体３表面との電気的な絶縁性とフィルム２に対する摺動性とを確保することが主な目的である。本実施例では、オーバーコート層８として厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。このオーバーコート層としてのガラスコート層８については追って詳しく説明する。
【００４０】
電極９・１０は発熱体６の長手端部と接続して設けられている。この電極９・１０と、電極９・１０のうち一方の電極１０と接続する導電パターン１４は、銀のスクリーン印刷パターンを用いた。電極９・１０と導電パターン１４は発熱体６に給電する目的で設けられているので、抵抗は発熱体６に対して十分低くしている。
【００４１】
図２には加熱体３の裏面（非フィルム摺動面）も示している。５は加熱体３の温度を検知するために設けられた検温素子（温度検知手段）である。本実施例では、検温素子として加熱体３から分離した外部当接型のサーミスタを用いている。この外部当接型サーミスタ５は、例えば支持体（不図示）上に断熱層を設けその上にチップサーミスタの素子を固定し、素子を下側（加熱体３裏面側）に向けて所定の加圧力により加熱体３裏面に当接するような構成をとる。本実施例では、支持体として高耐熱性の液晶ポリマーを、断熱層としてセラミックスペーパーを積層したものを用いた。外部当接型サーミスタ５はニップ部において最小サイズの記録材Ｐが通過する最小通紙域内に設けられており、ＣＰＵ１１に検知情報を入力する。
【００４２】
この加熱体３をガラスコート層８を形成具備させた表面側を下向きに露呈させてステー１の下面側に保持させて固定配設してある。以上の構成をとることにより、加熱体３全体を低熱容量化でき、クイックスタートが可能になる。
【００４３】
（４）定着装置の加熱定着動作
図３、４において、加圧ローラ４は回転駆動系Ｍにより矢印方向に所定の周速度で回転される。
この加圧ローラ４の回転により、ニップ部Ｎにおける加圧ローラ４とフィルム２表面との摩擦力でフィルム２に回転力が作用する。この回転力によりフィルム２はその内面側がニップ部Ｎにおいて加熱体３の表面に密着して摺動しながらステー１の外回りを矢印方向に加圧ローラ４の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転状態になる。
【００４４】
加熱体３は、ＡＣ電源制御回路（トライアック）２１から発熱体６に通電がなされることで発熱体６が長手全長にわたって発熱し迅速に昇温する。その昇温が検温素子５で検知され、検温素子５の出力をＡ／Ｄ変換回路（不図示）によりＡ／Ｄ変換しＣＰＵ１１に取り込む。ＣＰＵ１１はその情報に基づいてトライアック１２により抵抗発熱体に通電する電力を位相、波数制御等により制御して、加熱体３の温度制御を行う。即ち、ＣＰＵ１１は、検温素子５の検知温度が所定の定着温度（目標温度）よりも低い場合には加熱体３が昇温するように、定着温度よりも高い場合には降温するように通電を制御することにより、加熱体３の定着温度を一定温度に維持する制御を行っている。本実施例では位相制御により出力を０〜１００％まで５％刻みの２１段階で変化させている。出力１００％は加熱体３に全通電したときの出力を示す。
【００４５】
加熱体３の温度が所定の定着温度に立ち上がり、かつ加圧ローラ４の回転によるフィルム２の回転周速度が定常化した状態において、ニップ部Ｎに画像定着すべき記録材Ｐが転写部位より導入される。
そして、記録材Ｐがフィルム２と一緒にニップ部Ｎを挟持搬送されることにより加熱体３の熱がフィルム２を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。ニップ部Ｎを通った記録材Ｐはフィルム２表面から分離されて搬送される。
【００４６】
（５）ガラスコート層８
本実施例では、ガラスコート層８の熱伝導率を向上させるために、ガラスに酸化アルミニウムをフィラーとして含有させている。ガラス自体の熱伝導率は約１Ｗ／ｍ・Ｋ、酸化アルミニウムフィラーの熱伝導率は約２０Ｗ／ｍ・Ｋとした。発熱体６と導電パターン１４を基板７上に形成した後に、酸化アルミニウムフィラーを含有させたガラスペーストをスクリーン印刷により、基板７上に形成し乾燥・焼成する。本実施例では、酸化アルミニウムフィラーの量を調整し、ガラスコート層８全体の熱伝導率が２．０〜２．４Ｗ／ｍ・Ｋになるようにしている。
【００４７】
ガラスコート層８の表面粗さは十点平均粗さＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下にしている。表面粗さのコントロールはスクリーン印刷の条件を最適化することで行った。
【００４８】
前述したとおり、フィラーを増量すると熱伝導率は向上するが、表面性が悪化して熱効率が向上しない場合もある。また、ガラスコート層８の表面性はフィルム２の摺動性に大きく影響し、摺動性が著しく悪いとスリップと呼ばれる記録材Ｐの搬送不良が発生する場合がある。
【００４９】
熱効率と摺動性の観点から最適なガラスコート層８の表面粗さを見出すために、ガラスの熱伝導率は本実施例の値で固定（酸化アルミニウムフィラーの含有量を固定）した。そしてスクリーン印刷の条件を変更することで表面粗さを変化させた加熱体サンプルを作成し、熱効率とスリップを比較した。
【００５０】
熱効率は、各サンプルで定着温度を変更して定着性を測定し、同等の定着性が得られたときに定着装置１０７で消費した平均電力で比較した。同等の定着性が得られた際に、消費される電力が低いほど、熱効率が良いと言える。
【００５１】
スリップは、高温高湿の環境下に長期間放置して吸湿した平滑な薄紙を高印字率な画像パターンで通紙して紙の搬送が正常に行われるかを試験した。スリップが発生しやすい条件として、記録材Ｐでは、表面が平滑・薄紙（坪量６４ｇ／ｍ２程度）・含水率が大きいの３点があり、画像パターンでは高印字率であることが検討で明らかになっているので、悪い条件での比較を行った。
【００５２】
定着装置及び画像形成装置は本実施例で説明したものを用い、加熱体３のガラスコート層８のみを変更して比較した。結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
表面粗さが小さいとガラスコート層８表面とフィルム２内面との密着性が良く、記録材Ｐへの熱伝達が良好であるので、熱効率は良くなる。本実施例のガラスコート層８の熱伝導率では、表面粗さがＲｚで１．４μｍ以下の領域では熱効率がほぼ同等であった。Ｒｚが１．４μｍを超えると熱効率が悪化し始め、１．４μｍを超える領域ではＲｚが大きいほど熱効率が悪化するという傾向がみられた。
【００５４】
一方、スリップに関しては、表面粗さがＲｚで０．７μｍよりも小さい領域では、フィルム２の摺動性という観点からは加熱体３とフィルム２の密着性が良すぎて、スリップが発生した。また、Ｒｚが３．０μｍを超えると表面が粗すぎてフィルム２の回転を妨げてしまい、やはりスリップが発生した。Ｒｚで０．７μｍ以上３．０μｍ以下の領域ではスリップは発生せず、この領域がフィルム２の摺動性に対して最適な表面粗さであった。
【００５５】
結局、ガラスコート層８の熱伝導率が２．０〜２．４Ｗ／ｍ・Ｋである場合に、熱効率向上とスリップ防止とを両立できる表面粗さは０．７μｍ以上１．４μｍ以下であることが分かった。
【００５６】
ガラスコート層８中のフィラーを本実施例よりも増量して熱伝導率を更に上げると、スクリーン印刷の条件を変えても表面性を良くすることができず、Ｒｚで１．４μｍ以下にする条件を見出すことができなかった。この場合、スリップに最適な表面粗さ領域は表１と変わらず３．０μｍ以下であったが、Ｒｚが１．４μｍより大きい領域では熱効率を本実施例と同等にすることはできなかった。すなわち、熱伝導率が高すぎると、熱効率向上とスリップ防止とを両立できる表面粗さ領域を実現することができなかった。
【００５７】
本実施例との比較のために、従来例の加熱体について説明する。
【００５８】
図６は従来例の加熱体を備える定着装置のニップ部及びその近傍の拡大図である。
【００５９】
１５は従来例の抵抗発熱体、１６は従来例のガラスコート層である。従来例では、ガラスコート層１６以外の加熱体の構成は本実施例と全く同じである。従来例のガラスコート層１６は酸化アルミニウムフィラーを本実施例も少なくしており、ガラスコート層１６全体の熱伝導率は１．６〜１．８Ｗ／ｍ・Ｋである。ベースのガラスは本実施例と同じものを用いており、ガラスコート層で異なる点はフィラー量のみである。
【００６０】
従来例においても、スクリーン印刷の条件を変更することでガラスコート層１６の表面粗さをコントロールすることが可能であった（本実施例と同じくＲｚで１．４μｍ以下にすることができた）。本実施例と同じ方法で、従来例の加熱体において表面粗さを変化させた加熱体サンプルを作成し、熱効率とスリップの比較を行った。結果を表２に示す。
【００６１】
【表２】
スリップ防止の観点で、最適な表面粗さ領域は本実施例と同じくＲｚで０．７μｍ以上３．０μｍ以下であった。摺動性に関しては、ガラスコート層１６の表面粗さが支配的な要素であり、熱伝導率は影響の小さい要素であると考えられる。
【００６２】
一方、熱効率は、Ｒｚで０．７μｍ以下の領域では熱効率がほぼ同等であったが、Ｒｚが０．７μｍを超えると熱効率が悪化し始め、０．７μｍを超える領域ではＲｚが大きいほど熱効率が悪化するという傾向がみられた。
【００６３】
従来例は本実施例よりもガラスコート層１６の熱伝導率が低いため、熱効率が悪化し始める表面粗さが本実施例よりも小さい。結局、ガラスコート層１６の熱伝導率が１．６〜１．８Ｗ／ｍ・Ｋでは、熱効率向上とスリップ防止とを両立できる表面粗さ領域は存在しなかった。
【００６４】
以上の結果より、熱効率向上とスリップ防止とを両立できるガラスコート層の熱伝導率と表面粗さの領域は以下のようになる。
・熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上
・表面粗さがＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下
上記構成のガラスコート層８を基板７表面に有する加熱体３を定着装置１０７に用いることで、フィルム２に対し熱効率の向上と摺動性の確保を両立できる。そのため、定着装置１０７において、熱効率向上による高速化対応とスリップ防止による信頼性向上とを両立することができる。
【実施例２】
【００６５】
本実施例では、加熱体３の他の例を説明する。
【００６６】
本実施例においては、加熱体３及び定着装置１０７について実施例１と同じ部材・部分には同じ符号を付している。
【００６７】
本実施例では、加熱体の基板として窒化アルミニウムを用いる。実施例１のように基板７に酸化アルミニウムを用いる場合は、基板７の表面側（フィルム摺動面側）に発熱体６を形成する表面加熱タイプの方が熱効率が良い。一方、基板に窒化アルミニウムを用いる場合は、酸化アルミニウムよりも熱伝導率が高いので、基板の裏面側（非フィルム摺動面側）に発熱体を形成する裏面加熱タイプの方が熱効率が良い。
【００６８】
図７は本実施例に係る加熱体２０を備える定着装置１０７のニップ部及びその近傍の拡大図である。図８は加熱体２０の構成と温調制御系の説明図である。
【００６９】
２０は基板であり、本実施例では幅７ｍｍ・長さ２７０ｍｍ・厚さ０．６ｍｍの窒化アルミニウム基板を使用している。本実施例で用いた窒化アルミニウム基板２０の熱伝導率は約１７０Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００７０】
１７は発熱体であり、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）・ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、基板２０の裏面上に形成して得たものである。発熱体１７の形状は実施例１と同じとした。
【００７１】
電極９・１０と導電パターン１４は実施例１と同じく銀のスクリーン印刷パターンを用いた。本実施例では、発熱体１７が基板２０裏面にあるため、電極９・１０も基板２０裏面に設けている。
【００７２】
５は加熱体３の温度を検知するために設けられた検温素子である。検温素子５は実施例１と同じ外部当接型のサーミスタを用いている。この外部当接型サーミスタ５は、実施例１と同じく素子を下側（加熱体裏面側）に向けて所定の加圧力により加熱体裏面に当接するような構成をとる。
【００７３】
１８は発熱体１７と導電パターン１４を覆うように設けられたオーバーコート層であり、発熱体１７と加熱体３裏面との電気的な絶縁性を確保することが目的である。本実施例では、オーバーコート層１８として厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。
【００７４】
１９はフィルム２に対する摺動性を確保するために設けられた厚さ約１０μｍのガラスコート層である。実施例１では、ガラスコート層８で絶縁性と摺動性の両方を確保していたが、本実施例の構成では、ガラスコート層１８が絶縁性確保、ガラスコート層１９が摺動性確保といった具合に機能分離されている。
【００７５】
本実施例では、これらガラスコート層１８・１９は同じ材料とし、熱伝導率を向上させるために実施例１と同じくガラスに酸化アルミニウムをフィラーとして含有させている。ガラス自体の熱伝導率は約１Ｗ／ｍ・Ｋ、酸化アルミニウムフィラーの熱伝導率は約２０Ｗ／ｍ・Ｋとした。発熱体１７と導電パターン１４を基板２０上に形成した後に、酸化アルミニウムフィラーを含有させたガラスペーストをスクリーン印刷により、基板２０の表面と裏面に順次形成し各々乾燥・焼成する。本実施例においても、酸化アルミニウムフィラーの量を調整し、ガラスコート層１８・１９全体の熱伝導率が２．０〜２．４Ｗ／ｍ・Ｋになるようにしている。
【００７６】
また、ガラスコート層１９の表面粗さは十点平均粗さＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下にしている。表面粗さのコントロールは、実施例１と同じくスクリーン印刷の条件を最適化することで行った。
【００７７】
本実施例においても、実施例１と同じくスクリーン印刷の条件を変更することでガラスコート層１９の表面粗さを変化させた加熱体サンプルを作成し、熱効率とスリップを比較した。その結果、実施例１の表１と同じ結果が得られ、ガラスコート層１９の熱伝導率が２．０〜２．４Ｗ／ｍ・Ｋである場合に、熱効率向上とスリップ防止とを両立できるガラスコート層１９の表面粗さは０．７μｍ以上１．４μｍ以下であることが分かった。
【００７８】
また、ガラスコート層１９中のフィラーを本実施例よりも増量して熱伝導率を更に上げると、スクリーン印刷の条件を変えても表面性を良くすることができず、Ｒｚで１．４μｍ以下にする条件を見出すことができなかった。この場合、スリップに最適な表面粗さ領域は、実施例１の表１と変わらず３．０μｍ以下であったが、Ｒｚが１．４μｍより大きい領域では熱効率を本実施例と同等にすることはできなかった。すなわち、熱伝導率が高すぎると、熱効率向上とスリップ防止とを両立できる表面粗さ領域を実現することができない、という実施例１と同じ結果が得られた。
【００７９】
更に、ガラスコート層１９中のフィラーの量を減らして、ガラスコート層１９の熱伝導率を１．６〜１．８Ｗ／ｍ・Ｋにした。その場合に、ガラスコート層１９の表面粗さと熱効率・スリップとの関係を検討した。その結果、やはり実施例１の表２と同じく、ガラスコート層１９の熱伝導率が１．６〜１．８Ｗ／ｍ・Ｋでは、熱効率向上とスリップ防止とを両立できる表面粗さ領域は存在しないという結果が得られた。
【００８０】
以上の結果より、基板２０に窒化アルミニウムを用いた裏面発熱タイプの加熱体３を定着装置１０７に用いた場合においても、熱効率向上とスリップ防止とを両立できる基板２０表面側のガラスコート層１９の熱伝導率と表面粗さの領域は以下のようになる。
・熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上
・表面粗さがＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下
したがって、上記構成のガラスコート層１９を基板２０表面に有する加熱体３を定着装置１０７に用いることで、実施例１と同じ効果を得ることができる。
【００８１】
本実施例では、基板２０表面側のガラスコート層１９は、絶縁性を確保する必要がないので１０μｍ程度に薄くできる（絶縁性を確保するには５０μｍ程度の厚さは必要）という利点がある。また、ガラスコート層１９の下層に発熱体１７が存在しないので、工程上の表面粗さのコントロールが実施例１に比べて容易であるという利点もある。
〔その他〕
本発明に係る加熱体を備える加熱装置は、実施例の画像加熱定着装置に限られず、未定着画像を記録材に仮定着する仮定着装置、定着画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の加熱装置としても有効である。またその他、例えばシート状被加熱材のシワ除去用の熱プレス装置や、熱ラミネート装置、紙等の被加熱材の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状被加熱材を加熱処理する加熱装置として用いても有効であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】実施例１に係る加熱体を備える定着装置のニップ部及びその近傍の拡大図
【図２】実施例１に係る加熱体の構成と温調制御系の説明図
【図３】実施例１に係る定着装置の一例の要部の構成模型図
【図４】実施例１に係る定着装置の要部の斜視模型図
【図５】画像形成装置の一例の構成模型図である。
【図６】従来例の加熱体を備える定着装置のニップ部及びその近傍の拡大図
【図７】実施例２に係る加熱体を備える定着装置のニップ部及びその近傍の拡大図
【図８】実施例２に係る加熱体の構成と温調制御系の説明図
【符号の説明】
【００８３】
２‥‥耐熱性フィルム、３‥‥加熱体（ヒータ）、７‥‥基板、６‥‥抵抗発熱体、
８・１９‥‥ガラスコート層、４‥‥加圧ローラ、１０７‥‥定着装置、Ｎ‥‥ニップ部
Ｐ‥‥記録材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載される画像加熱定着装置の熱源として用いれば好適な加熱体、及び、その加熱体を備える加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式の複写機やレーザービームプリンタ等の画像形成装置に搭載する画像加熱定着装置（定着器）として、フィルム加熱方式のものがある。フィルム加熱方式の定着装置は、セラミックス製の基板上に抵抗発熱体を有するヒータと、このヒータに接触しつつ移動する可撓性の定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有する。特許文献１、２にはこのタイプの定着装置が記載されている。未定着トナー像を担持する記録材（被加熱材）は定着装置のニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上のトナー像は記録材に加熱定着される。この定着装置は、ヒータへの通電を開始し定着可能温度まで昇温するのに要する時間が短いというメリットを有する。したがって、この定着装置を搭載するプリンタは、プリント指令の入力後、１枚目の画像を出力するまでの時間（ＦＰＯＴ：Ｆｉｒｓｔ ｐｒｉｎｔｏｕｔ ｔｉｍｅ）を短くできる。またこの定着装置は、プリント指令を待つ待機中の消費電力が少ないというメリットもある。
【０００３】
従来のフィルム加熱方式の定着装置においては、加熱体としてのヒータの基板として酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等を主成分としたセラミックスを用いている場合が多い。酸化アルミニウムを用いる場合は、基板の表面（フィルム摺動面）に抵抗発熱体を形成し、基板の裏面（非フィルム摺動面）に加熱体の温度を検知し温度制御を行うための検温素子を設ける構成が一般的である（表面発熱タイプ）。
【０００４】
この表面発熱タイプでは、抵抗発熱体の絶縁性とヒータとフィルムとの摺動性を確保するために、抵抗発熱体を覆う高耐熱性のガラスコート層を基板表面に設ける構成がとられることが多い。
【０００５】
一方、窒化アルミニウムを用いる場合は、酸化アルミニウムより熱伝導率が高いため、基板の裏面（非フィルム摺動面）に抵抗発熱体を形成し、その上から絶縁層を介して検温素子を当接し温度制御する構成の方が熱効率が良い（裏面発熱タイプ）。
【０００６】
この裏面発熱タイプでは、ヒータとフィルムとの摺動性を確保するために、基板の表面に高耐熱性のガラスコート層を設ける場合が多い。抵抗発熱体をコートする絶縁層も高耐熱性のガラスコート層を用いる構成が一般的である。
【特許文献１】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献２】特開平４−２０４９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、複写機や、レーザービームプリンタ等の画像形成装置は高速化が進み、画像形成装置に搭載される定着装置も高速化への対応が必須となっている。前述のフィルム加熱方式の定着装置において高速化を達成するためには、抵抗発熱体で発生した熱量をいかに効率良く記録材に伝達するか、すなわち熱効率の向上が課題となっている。
【０００８】
ヒータの基板の記録材側に設けられるガラスコート層において熱効率向上を図る場合、ガラスの熱伝導率を大きくすることが考えられる。ガラス自体の熱伝導率は種類によらず１Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるので、熱伝導率を向上されるために、ガラスよりも熱伝導率の高い酸化アルミニウムやシリカ等のセラミックスフィラーをガラス中に含有させる方法が一般的に用いられる。このフィラーは、含有量が多いほど熱伝導率は高くなるが、含有量が多すぎるとガラスコート層の表面性が悪くなる傾向にある。ガラスコート層の表面性が悪いと、ニップ部内におけるヒータ表面とフィルム内面との密着性が悪化し、ヒータからフィルムへの熱伝達が阻害され、熱効率が低下する。よって、フィラーの含有量を多くして熱伝導率を向上させたとしても、ガラスコート層の表面性の悪化により熱効率の向上分が相殺され、全体的な熱効率はそれほど向上しない場合がある。
【０００９】
また、ガラスコート層の表面性は、ヒータとフィルムとの摺動性にも大きな影響を与えることが分かっている。ガラスコート層の表面が非常に平滑であると、ニップ部内でヒータ表面とフィルム内面の密着性が大きすぎ、かえって摺動性が悪化することが検討で明らかになっている。逆に、ガラスコート層の表面が非常に粗い場合も、フィルムの回転を妨げる場合があり、摺動性に対して最適な表面粗さ領域が存在することが分かっている。
【００１０】
ヒータとフィルムとの摺動性が悪化すると、定着装置の駆動トルクが大きくなるため、定着装置の駆動モータに対する負荷が増えてしまう。また、加圧ローラの搬送力が低下するような条件（加圧ローラ表面温度が高い場合に、吸湿した記録材をニップ部に導入するような場合）において定着装置が記録材を搬送できなくなることがある（この現象をスリップと呼んでいる）。
【００１１】
本発明の目的は、可撓性部材が接触しつつ移動するガラスコート層を有する加熱体について熱効率の向上と摺動性の確保を両立できるようにすることにある。
【００１２】
また、本発明の目的は、上記の加熱体を備える加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る加熱体の代表的な構成は、被加熱材を可撓性部材を介して加熱する加熱装置に用いられる加熱体であって、基板と、前記基板の基板面上に形成された発熱体と、前記基板面上に形成され前記可撓性部材が接触しつつ移動するガラスコート層と、を有する加熱体において、
前記ガラスコート層の熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、前記ガラスコート層の表面粗さが十点平均粗さＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下であることを特徴とする加熱体である。
【００１４】
本発明に係る加熱装置の代表的な構成は、基板と、前記基板の基板面上に形成された発熱体と、前記基板面上に形成されたガラスコート層と、を有する加熱体と、前記ガラスコート層と接触しつつ移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を挟んで前記加熱体とニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する加熱装置において、
前記加熱体の前記ガラスコート層の熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、前記ガラスコート層の表面粗さが十点平均粗さＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下であることを特徴とする加熱装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、可撓性部材に対し熱効率の向上と摺動性の確保を両立できる加熱体、及び、その加熱体を備える加熱装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。
【実施例１】
【００１７】
（１）画像形成装置例
図５は本発明に係る加熱体を備える加熱装置を画像加熱定着装置として搭載できる画像形成装置の一例の構成模型図である。
【００１８】
本実施例の画像形成装置は電子写真式のレーザービームプリンタである。このプリンタは、使用可能な記録材の最大サイズ幅（記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向の寸法）をＡ４サイズ（紙幅：２１０ｍｍ）とする。
【００１９】
１０１は像担持体としての電子写真感光体ドラムであり、矢示の反時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。
【００２０】
１０２は接触帯電ローラ等の帯電手段であり、この帯電手段により感光体ドラム１０１の外周面（表面）が所定の極性・電位に一様に帯電処理（一次帯電）される。
【００２１】
１０３は画像露光手段としてのレーザービームスキャナである。スキャナ１０３は、不図示のイメージスキャナ・コンピュータ等の外部機器から入力する目的の画像情報に対応してオン／オフ変調したレーザー光を出力して、感光体ドラム１０１表面の帯電処理面を走査露光（照射）する。この走査露光により感光体ドラム１０１表面の露光明部の電荷が除電されて感光体ドラム１０１表面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００２２】
１０４は現像装置であり、現像スリーブから感光体ドラム１０１表面に現像剤（トナー）が供給されて感光体ドラム１０１表面の静電潜像が可転写像であるトナー像（現像像）として順次に現像される。レーザービームプリンタの場合、一般的に、静電潜像の露光明部にトナーを付着させて現像する反転現像方式が用いられる。
【００２３】
１０９は給紙カセットであり、被加熱材としての記録材Ｐを積載収納させてある。
給紙スタート信号に基づいて給紙ローラ１０８が駆動されて給紙カセット１０９内の記録材Ｐが一枚ずつ分離給紙される。この記録材Ｐは、搬送ローラ１１０、レジストローラ１１１等を含むシートパス１１２を通って、感光体ドラム１０１と接触型・回転型の転写部材としての転写ローラ１０６との当接ニップ部である転写部位に所定のタイミングで導入される。すなわち、感光体ドラム１０１上のトナー像の先端部が転写部位に到達したとき、記録材Ｐの先端部もちょうど転写部位に到達するタイミングとなるようにレジストローラ１１１で記録材Ｐの搬送が制御される。
【００２４】
転写部位に導入された記録材Ｐはこの転写部位を挟持搬送され、その間、転写ローラ１０６には不図示の転写バイアス印加電源から所定に制御された転写電圧（転写バイアス）が印加される。転写ローラ１０６にはトナーと逆極性の転写バイアスが印加されることで転写部位において感光体ドラム１０１表面側のトナー像が記録材Ｐの表面に静電的に転写される。
【００２５】
転写部位においてトナー像の転写を受けた記録材Ｐは感光体ドラム１０１面から分離されてシートパス１１３を通って加熱装置としての画像加熱定着装置１０７へ搬送導入され、トナー像の加熱・加圧定着処理を受ける。
【００２６】
一方、記録材分離後（記録材Ｐに対するトナー像転写後）の感光体ドラム１０１表面はクリーニング装置１０５で転写残トナーや紙粉等の除去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。
【００２７】
定着装置１０７を通った記録材Ｐは、シートパス１１４を通って排紙口から排紙トレイ１１５上に排出される。
【００２８】
（２）定着装置１０７
図３はフィルム加熱方式の定着装置の一例の要部の構成模型図である。図４は同装置の要部の斜視模型図である。
【００２９】
１はステーであり、加熱体保持部材兼フィルムガイド部材としての耐熱性・剛性部材である。３は加熱体としてのセラミックヒータであり、上記のステー１の下面にステー長手に沿って配設して保持させてある。２は可撓性部材としてのエンドレス（円筒状）の耐熱性フィルム（定着フィルム）であり、加熱体３を含むフィルムガイド部材であるステー１に外嵌させてある。このエンドレスのフィルム２の内周長と加熱体３を含むステー１の外周長はフィルム２の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、従ってフィルム２は周長に余裕を持って外嵌している。
【００３０】
ステー１と、フィルム２と、加熱体３は、それぞれ、記録材Ｐの面において記録材搬送方向ａと直交する方向を長手とする細長い部材である。フィルム２は長手両端部がフランジ部材（不図示）により回転可能に保持されている。このフランジ部材は装置フレームの側板（不図示）に支持させてある。
【００３１】
ステー１はポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス等との複合材料等で構成できる。本実施例では液晶ポリマーを用いた。
【００３２】
フィルム２は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の単層フィルムを使用できる。或いはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。本実施例では膜厚約５０μｍのポリイミドフィルムの外周表面にＰＴＦＥをコーティングしたものを用いた。フィルム２の外径は１８ｍｍとした。
【００３３】
４は加圧部材（バックアップ部材）としての弾性加圧ローラである。加圧ローラ４は、芯金４ａの周囲に弾性体層４ｂを有し、さらに弾性体層４ｂの周囲に最外層として離形層４ｃを有する。この加圧ローラ４は、記録材搬送方向ａと直交する方向を長手とする細長い部材であり、芯金４ａの長手両端部が軸受部材（不図示）を介して上記の装置フレームの側板に回転可能に保持されている。そして、加圧ローラ４は、不図示の加圧バネ等の加圧手段により所定の加圧力をもってフィルム２を挟ませて加熱体３の表面に圧接されることにより、フィルム２を挟んで加熱体３の表面と所定幅のニップ部（圧接ニップ部、定着ニップ部）Ｎを形成している。本実施例では、芯金４ａはアルミ芯金を、弾性体層４ｂはシリコーンゴムを、離形層４ｃは厚さ約３０μｍのＰＦＡのチューブを用いた。加圧ローラ４の外径は２０ｍｍ、弾性体層４ｂの厚さは３ｍｍとした。
【００３４】
（３）加熱体３
次に、本実施例における加熱体３について説明する。
【００３５】
図１は本実施例に係る加熱体３を備える定着装置１０７のニップ部及びその近傍の拡大図である。図２は加熱体３の構成と温調制御系の説明図である。
【００３６】
加熱体３は、記録材搬送方向ａと直交する方向を長手とする細長い、耐熱性・絶縁性・良熱伝導性の基板７を有する。基板７の表面（フィルム摺動面）には、抵抗発熱体６と、耐熱性オーバーコート層８と、給電用電極９・１０が設けてある。
【００３７】
発熱体６は基板７の長手方向に沿って設けられている。この発熱体６は、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）・ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、基板７表面上に形成して得たものである。
【００３８】
基板７は、例えば、酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等のセラミックス材料を主成分としたものが用いられる。本実施例では幅７ｍｍ・長さ２７０ｍｍ・厚さ１ｍｍの酸化アルミニウム基板を使用している。本実施例で用いた酸化アルミニウム基板７の熱伝導率は約２０Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００３９】
オーバーコート層８は発熱体６と後述の導電パターン１４を覆うように設けられている。このオーバーコート層８は、発熱体６と加熱体３表面との電気的な絶縁性とフィルム２に対する摺動性とを確保することが主な目的である。本実施例では、オーバーコート層８として厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。このオーバーコート層としてのガラスコート層８については追って詳しく説明する。
【００４０】
電極９・１０は発熱体６の長手端部と接続して設けられている。この電極９・１０と、電極９・１０のうち一方の電極１０と接続する導電パターン１４は、銀のスクリーン印刷パターンを用いた。電極９・１０と導電パターン１４は発熱体６に給電する目的で設けられているので、抵抗は発熱体６に対して十分低くしている。
【００４１】
図２には加熱体３の裏面（非フィルム摺動面）も示している。５は加熱体３の温度を検知するために設けられた検温素子（温度検知手段）である。本実施例では、検温素子として加熱体３から分離した外部当接型のサーミスタを用いている。この外部当接型サーミスタ５は、例えば支持体（不図示）上に断熱層を設けその上にチップサーミスタの素子を固定し、素子を下側（加熱体３裏面側）に向けて所定の加圧力により加熱体３裏面に当接するような構成をとる。本実施例では、支持体として高耐熱性の液晶ポリマーを、断熱層としてセラミックスペーパーを積層したものを用いた。外部当接型サーミスタ５はニップ部において最小サイズの記録材Ｐが通過する最小通紙域内に設けられており、ＣＰＵ１１に検知情報を入力する。
【００４２】
この加熱体３をガラスコート層８を形成具備させた表面側を下向きに露呈させてステー１の下面側に保持させて固定配設してある。以上の構成をとることにより、加熱体３全体を低熱容量化でき、クイックスタートが可能になる。
【００４３】
（４）定着装置の加熱定着動作
図３、４において、加圧ローラ４は回転駆動系Ｍにより矢印方向に所定の周速度で回転される。
この加圧ローラ４の回転により、ニップ部Ｎにおける加圧ローラ４とフィルム２表面との摩擦力でフィルム２に回転力が作用する。この回転力によりフィルム２はその内面側がニップ部Ｎにおいて加熱体３の表面に密着して摺動しながらステー１の外回りを矢印方向に加圧ローラ４の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転状態になる。
【００４４】
加熱体３は、ＡＣ電源制御回路（トライアック）２１から発熱体６に通電がなされることで発熱体６が長手全長にわたって発熱し迅速に昇温する。その昇温が検温素子５で検知され、検温素子５の出力をＡ／Ｄ変換回路（不図示）によりＡ／Ｄ変換しＣＰＵ１１に取り込む。ＣＰＵ１１はその情報に基づいてトライアック１２により抵抗発熱体に通電する電力を位相、波数制御等により制御して、加熱体３の温度制御を行う。即ち、ＣＰＵ１１は、検温素子５の検知温度が所定の定着温度（目標温度）よりも低い場合には加熱体３が昇温するように、定着温度よりも高い場合には降温するように通電を制御することにより、加熱体３の定着温度を一定温度に維持する制御を行っている。本実施例では位相制御により出力を０〜１００％まで５％刻みの２１段階で変化させている。出力１００％は加熱体３に全通電したときの出力を示す。
【００４５】
加熱体３の温度が所定の定着温度に立ち上がり、かつ加圧ローラ４の回転によるフィルム２の回転周速度が定常化した状態において、ニップ部Ｎに画像定着すべき記録材Ｐが転写部位より導入される。
そして、記録材Ｐがフィルム２と一緒にニップ部Ｎを挟持搬送されることにより加熱体３の熱がフィルム２を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。ニップ部Ｎを通った記録材Ｐはフィルム２表面から分離されて搬送される。
【００４６】
（５）ガラスコート層８
本実施例では、ガラスコート層８の熱伝導率を向上させるために、ガラスに酸化アルミニウムをフィラーとして含有させている。ガラス自体の熱伝導率は約１Ｗ／ｍ・Ｋ、酸化アルミニウムフィラーの熱伝導率は約２０Ｗ／ｍ・Ｋとした。発熱体６と導電パターン１４を基板７上に形成した後に、酸化アルミニウムフィラーを含有させたガラスペーストをスクリーン印刷により、基板７上に形成し乾燥・焼成する。本実施例では、酸化アルミニウムフィラーの量を調整し、ガラスコート層８全体の熱伝導率が２．０〜２．４Ｗ／ｍ・Ｋになるようにしている。
【００４７】
ガラスコート層８の表面粗さは十点平均粗さＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下にしている。表面粗さのコントロールはスクリーン印刷の条件を最適化することで行った。
【００４８】
前述したとおり、フィラーを増量すると熱伝導率は向上するが、表面性が悪化して熱効率が向上しない場合もある。また、ガラスコート層８の表面性はフィルム２の摺動性に大きく影響し、摺動性が著しく悪いとスリップと呼ばれる記録材Ｐの搬送不良が発生する場合がある。
【００４９】
熱効率と摺動性の観点から最適なガラスコート層８の表面粗さを見出すために、ガラスの熱伝導率は本実施例の値で固定（酸化アルミニウムフィラーの含有量を固定）した。そしてスクリーン印刷の条件を変更することで表面粗さを変化させた加熱体サンプルを作成し、熱効率とスリップを比較した。
【００５０】
熱効率は、各サンプルで定着温度を変更して定着性を測定し、同等の定着性が得られたときに定着装置１０７で消費した平均電力で比較した。同等の定着性が得られた際に、消費される電力が低いほど、熱効率が良いと言える。
【００５１】
スリップは、高温高湿の環境下に長期間放置して吸湿した平滑な薄紙を高印字率な画像パターンで通紙して紙の搬送が正常に行われるかを試験した。スリップが発生しやすい条件として、記録材Ｐでは、表面が平滑・薄紙（坪量６４ｇ／ｍ２程度）・含水率が大きいの３点があり、画像パターンでは高印字率であることが検討で明らかになっているので、悪い条件での比較を行った。
【００５２】
定着装置及び画像形成装置は本実施例で説明したものを用い、加熱体３のガラスコート層８のみを変更して比較した。結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
表面粗さが小さいとガラスコート層８表面とフィルム２内面との密着性が良く、記録材Ｐへの熱伝達が良好であるので、熱効率は良くなる。本実施例のガラスコート層８の熱伝導率では、表面粗さがＲｚで１．４μｍ以下の領域では熱効率がほぼ同等であった。Ｒｚが１．４μｍを超えると熱効率が悪化し始め、１．４μｍを超える領域ではＲｚが大きいほど熱効率が悪化するという傾向がみられた。
【００５４】
一方、スリップに関しては、表面粗さがＲｚで０．７μｍよりも小さい領域では、フィルム２の摺動性という観点からは加熱体３とフィルム２の密着性が良すぎて、スリップが発生した。また、Ｒｚが３．０μｍを超えると表面が粗すぎてフィルム２の回転を妨げてしまい、やはりスリップが発生した。Ｒｚで０．７μｍ以上３．０μｍ以下の領域ではスリップは発生せず、この領域がフィルム２の摺動性に対して最適な表面粗さであった。
【００５５】
結局、ガラスコート層８の熱伝導率が２．０〜２．４Ｗ／ｍ・Ｋである場合に、熱効率向上とスリップ防止とを両立できる表面粗さは０．７μｍ以上１．４μｍ以下であることが分かった。
【００５６】
ガラスコート層８中のフィラーを本実施例よりも増量して熱伝導率を更に上げると、スクリーン印刷の条件を変えても表面性を良くすることができず、Ｒｚで１．４μｍ以下にする条件を見出すことができなかった。この場合、スリップに最適な表面粗さ領域は表１と変わらず３．０μｍ以下であったが、Ｒｚが１．４μｍより大きい領域では熱効率を本実施例と同等にすることはできなかった。すなわち、熱伝導率が高すぎると、熱効率向上とスリップ防止とを両立できる表面粗さ領域を実現することができなかった。
【００５７】
本実施例との比較のために、従来例の加熱体について説明する。
【００５８】
図６は従来例の加熱体を備える定着装置のニップ部及びその近傍の拡大図である。
【００５９】
１５は従来例の抵抗発熱体、１６は従来例のガラスコート層である。従来例では、ガラスコート層１６以外の加熱体の構成は本実施例と全く同じである。従来例のガラスコート層１６は酸化アルミニウムフィラーを本実施例も少なくしており、ガラスコート層１６全体の熱伝導率は１．６〜１．８Ｗ／ｍ・Ｋである。ベースのガラスは本実施例と同じものを用いており、ガラスコート層で異なる点はフィラー量のみである。
【００６０】
従来例においても、スクリーン印刷の条件を変更することでガラスコート層１６の表面粗さをコントロールすることが可能であった（本実施例と同じくＲｚで１．４μｍ以下にすることができた）。本実施例と同じ方法で、従来例の加熱体において表面粗さを変化させた加熱体サンプルを作成し、熱効率とスリップの比較を行った。結果を表２に示す。
【００６１】
【表２】
スリップ防止の観点で、最適な表面粗さ領域は本実施例と同じくＲｚで０．７μｍ以上３．０μｍ以下であった。摺動性に関しては、ガラスコート層１６の表面粗さが支配的な要素であり、熱伝導率は影響の小さい要素であると考えられる。
【００６２】
一方、熱効率は、Ｒｚで０．７μｍ以下の領域では熱効率がほぼ同等であったが、Ｒｚが０．７μｍを超えると熱効率が悪化し始め、０．７μｍを超える領域ではＲｚが大きいほど熱効率が悪化するという傾向がみられた。
【００６３】
従来例は本実施例よりもガラスコート層１６の熱伝導率が低いため、熱効率が悪化し始める表面粗さが本実施例よりも小さい。結局、ガラスコート層１６の熱伝導率が１．６〜１．８Ｗ／ｍ・Ｋでは、熱効率向上とスリップ防止とを両立できる表面粗さ領域は存在しなかった。
【００６４】
以上の結果より、熱効率向上とスリップ防止とを両立できるガラスコート層の熱伝導率と表面粗さの領域は以下のようになる。
・熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上
・表面粗さがＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下
上記構成のガラスコート層８を基板７表面に有する加熱体３を定着装置１０７に用いることで、フィルム２に対し熱効率の向上と摺動性の確保を両立できる。そのため、定着装置１０７において、熱効率向上による高速化対応とスリップ防止による信頼性向上とを両立することができる。
【実施例２】
【００６５】
本実施例では、加熱体３の他の例を説明する。
【００６６】
本実施例においては、加熱体３及び定着装置１０７について実施例１と同じ部材・部分には同じ符号を付している。
【００６７】
本実施例では、加熱体の基板として窒化アルミニウムを用いる。実施例１のように基板７に酸化アルミニウムを用いる場合は、基板７の表面側（フィルム摺動面側）に発熱体６を形成する表面加熱タイプの方が熱効率が良い。一方、基板に窒化アルミニウムを用いる場合は、酸化アルミニウムよりも熱伝導率が高いので、基板の裏面側（非フィルム摺動面側）に発熱体を形成する裏面加熱タイプの方が熱効率が良い。
【００６８】
図７は本実施例に係る加熱体２０を備える定着装置１０７のニップ部及びその近傍の拡大図である。図８は加熱体２０の構成と温調制御系の説明図である。
【００６９】
２０は基板であり、本実施例では幅７ｍｍ・長さ２７０ｍｍ・厚さ０．６ｍｍの窒化アルミニウム基板を使用している。本実施例で用いた窒化アルミニウム基板２０の熱伝導率は約１７０Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００７０】
１７は発熱体であり、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）・ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、基板２０の裏面上に形成して得たものである。発熱体１７の形状は実施例１と同じとした。
【００７１】
電極９・１０と導電パターン１４は実施例１と同じく銀のスクリーン印刷パターンを用いた。本実施例では、発熱体１７が基板２０裏面にあるため、電極９・１０も基板２０裏面に設けている。
【００７２】
５は加熱体３の温度を検知するために設けられた検温素子である。検温素子５は実施例１と同じ外部当接型のサーミスタを用いている。この外部当接型サーミスタ５は、実施例１と同じく素子を下側（加熱体裏面側）に向けて所定の加圧力により加熱体裏面に当接するような構成をとる。
【００７３】
１８は発熱体１７と導電パターン１４を覆うように設けられたオーバーコート層であり、発熱体１７と加熱体３裏面との電気的な絶縁性を確保することが目的である。本実施例では、オーバーコート層１８として厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。
【００７４】
１９はフィルム２に対する摺動性を確保するために設けられた厚さ約１０μｍのガラスコート層である。実施例１では、ガラスコート層８で絶縁性と摺動性の両方を確保していたが、本実施例の構成では、ガラスコート層１８が絶縁性確保、ガラスコート層１９が摺動性確保といった具合に機能分離されている。
【００７５】
本実施例では、これらガラスコート層１８・１９は同じ材料とし、熱伝導率を向上させるために実施例１と同じくガラスに酸化アルミニウムをフィラーとして含有させている。ガラス自体の熱伝導率は約１Ｗ／ｍ・Ｋ、酸化アルミニウムフィラーの熱伝導率は約２０Ｗ／ｍ・Ｋとした。発熱体１７と導電パターン１４を基板２０上に形成した後に、酸化アルミニウムフィラーを含有させたガラスペーストをスクリーン印刷により、基板２０の表面と裏面に順次形成し各々乾燥・焼成する。本実施例においても、酸化アルミニウムフィラーの量を調整し、ガラスコート層１８・１９全体の熱伝導率が２．０〜２．４Ｗ／ｍ・Ｋになるようにしている。
【００７６】
また、ガラスコート層１９の表面粗さは十点平均粗さＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下にしている。表面粗さのコントロールは、実施例１と同じくスクリーン印刷の条件を最適化することで行った。
【００７７】
本実施例においても、実施例１と同じくスクリーン印刷の条件を変更することでガラスコート層１９の表面粗さを変化させた加熱体サンプルを作成し、熱効率とスリップを比較した。その結果、実施例１の表１と同じ結果が得られ、ガラスコート層１９の熱伝導率が２．０〜２．４Ｗ／ｍ・Ｋである場合に、熱効率向上とスリップ防止とを両立できるガラスコート層１９の表面粗さは０．７μｍ以上１．４μｍ以下であることが分かった。
【００７８】
また、ガラスコート層１９中のフィラーを本実施例よりも増量して熱伝導率を更に上げると、スクリーン印刷の条件を変えても表面性を良くすることができず、Ｒｚで１．４μｍ以下にする条件を見出すことができなかった。この場合、スリップに最適な表面粗さ領域は、実施例１の表１と変わらず３．０μｍ以下であったが、Ｒｚが１．４μｍより大きい領域では熱効率を本実施例と同等にすることはできなかった。すなわち、熱伝導率が高すぎると、熱効率向上とスリップ防止とを両立できる表面粗さ領域を実現することができない、という実施例１と同じ結果が得られた。
【００７９】
更に、ガラスコート層１９中のフィラーの量を減らして、ガラスコート層１９の熱伝導率を１．６〜１．８Ｗ／ｍ・Ｋにした。その場合に、ガラスコート層１９の表面粗さと熱効率・スリップとの関係を検討した。その結果、やはり実施例１の表２と同じく、ガラスコート層１９の熱伝導率が１．６〜１．８Ｗ／ｍ・Ｋでは、熱効率向上とスリップ防止とを両立できる表面粗さ領域は存在しないという結果が得られた。
【００８０】
以上の結果より、基板２０に窒化アルミニウムを用いた裏面発熱タイプの加熱体３を定着装置１０７に用いた場合においても、熱効率向上とスリップ防止とを両立できる基板２０表面側のガラスコート層１９の熱伝導率と表面粗さの領域は以下のようになる。
・熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上
・表面粗さがＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下
したがって、上記構成のガラスコート層１９を基板２０表面に有する加熱体３を定着装置１０７に用いることで、実施例１と同じ効果を得ることができる。
【００８１】
本実施例では、基板２０表面側のガラスコート層１９は、絶縁性を確保する必要がないので１０μｍ程度に薄くできる（絶縁性を確保するには５０μｍ程度の厚さは必要）という利点がある。また、ガラスコート層１９の下層に発熱体１７が存在しないので、工程上の表面粗さのコントロールが実施例１に比べて容易であるという利点もある。
〔その他〕
本発明に係る加熱体を備える加熱装置は、実施例の画像加熱定着装置に限られず、未定着画像を記録材に仮定着する仮定着装置、定着画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の加熱装置としても有効である。またその他、例えばシート状被加熱材のシワ除去用の熱プレス装置や、熱ラミネート装置、紙等の被加熱材の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状被加熱材を加熱処理する加熱装置として用いても有効であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】実施例１に係る加熱体を備える定着装置のニップ部及びその近傍の拡大図
【図２】実施例１に係る加熱体の構成と温調制御系の説明図
【図３】実施例１に係る定着装置の一例の要部の構成模型図
【図４】実施例１に係る定着装置の要部の斜視模型図
【図５】画像形成装置の一例の構成模型図である。
【図６】従来例の加熱体を備える定着装置のニップ部及びその近傍の拡大図
【図７】実施例２に係る加熱体を備える定着装置のニップ部及びその近傍の拡大図
【図８】実施例２に係る加熱体の構成と温調制御系の説明図
【符号の説明】
【００８３】
２‥‥耐熱性フィルム、３‥‥加熱体（ヒータ）、７‥‥基板、６‥‥抵抗発熱体、
８・１９‥‥ガラスコート層、４‥‥加圧ローラ、１０７‥‥定着装置、Ｎ‥‥ニップ部
Ｐ‥‥記録材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱材を可撓性部材を介して加熱する加熱装置に用いられる加熱体であって、基板と、前記基板の基板面上に形成された発熱体と、前記基板面上に形成され前記可撓性部材が接触しつつ移動するガラスコート層と、を有する加熱体において、
前記ガラスコート層の熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、前記ガラスコート層の表面粗さが十点平均粗さＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下であることを特徴とする加熱体。
【請求項２】
前記ガラスコート層は主成分であるガラスよりも熱伝導率が高いフィラーを含有していることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項３】
前記基板は主成分がセラミックスであることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱体。
【請求項４】
前記基板は主成分が酸化アルミニウムであり、前記発熱体は前記基板の前記ガラスコート層側の基板面上に形成されて前記ガラスコート層により覆われていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の加熱体。
【請求項５】
前記基板は主成分が窒化アルミニウムであり、前記発熱体は前記基板の前記ガラスコート層側と反対側の基板面上に形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の加熱体。
【請求項６】
基板と、前記基板の基板面上に形成された発熱体と、前記基板面上に形成されたガラスコート層と、を有する加熱体と、前記ガラスコート層と接触しつつ移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を挟んで前記加熱体とニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する加熱装置において、
前記加熱体の前記ガラスコート層の熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、前記ガラスコート層の表面粗さが十点平均粗さＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下であることを特徴とする加熱装置。
【請求項１】
被加熱材を可撓性部材を介して加熱する加熱装置に用いられる加熱体であって、基板と、前記基板の基板面上に形成された発熱体と、前記基板面上に形成され前記可撓性部材が接触しつつ移動するガラスコート層と、を有する加熱体において、
前記ガラスコート層の熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、前記ガラスコート層の表面粗さが十点平均粗さＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下であることを特徴とする加熱体。
【請求項２】
前記ガラスコート層は主成分であるガラスよりも熱伝導率が高いフィラーを含有していることを特徴とする請求項１に記載の加熱体。
【請求項３】
前記基板は主成分がセラミックスであることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱体。
【請求項４】
前記基板は主成分が酸化アルミニウムであり、前記発熱体は前記基板の前記ガラスコート層側の基板面上に形成されて前記ガラスコート層により覆われていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の加熱体。
【請求項５】
前記基板は主成分が窒化アルミニウムであり、前記発熱体は前記基板の前記ガラスコート層側と反対側の基板面上に形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の加熱体。
【請求項６】
基板と、前記基板の基板面上に形成された発熱体と、前記基板面上に形成されたガラスコート層と、を有する加熱体と、前記ガラスコート層と接触しつつ移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を挟んで前記加熱体とニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する加熱装置において、
前記加熱体の前記ガラスコート層の熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、前記ガラスコート層の表面粗さが十点平均粗さＲｚで０．７μｍ以上１．４μｍ以下であることを特徴とする加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２２０３３６（Ｐ２００７−２２０３３６Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３６４６５（Ｐ２００６−３６４６５）
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]