DE69636135T2

DE69636135T2 - Heizvorrichtung für flächenförmiges material

Info

Publication number: DE69636135T2
Application number: DE69636135T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kyoto-shi TANAKA
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1995-03-28
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: US6121589A; JPH08264269A; CA2188251C; EP0766497A4; CN1095311C; KR970703692A; CN1149955A; WO1996031089A1; EP0766497A1; DE69636135D1; EP0766497B1; CA2188251A1; KR100229007B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zum Heizen eines flächenförmigen Materials wie etwa Papier für eine Kopiermaschine, ein Materialblatt für eine Filmlaminiermaschine und dergleichen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Heizvorrichtungen, die für die vorgenannten Zwecke verwendet werden, sind beispielsweise in EP 05 46 495 , in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-59356 und in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-65086 offenbart. Eine derartige Heizvorrichtung umfasst eine streifenähnliche Wärmewiderstandsschicht, die auf einem Substrat ausgebildet ist, das aus einem wärmebeständigen Isoliermaterial gebildet ist, wie beispielsweise Keramik, und eine Schutzschicht, die auf dem Substrat ausgebildet ist, um die Wärmewiderstandsschicht zu bedecken. Üblicherweise ist die Schutzschicht aus einem Glasmaterial gebildet und angeordnet, um der an der Wärmewiderstandsschicht erzeugten Wärme zu widerstehen sowie eine elektrische Isolierung nach außen sicherzustellen, während zudem eine Abnutzung in Folge Kontaktierens mit einem flächenförmigen Material verhindert wird, das relativ zur Heizvorrichtung zugeführt wird.
In einer derartigen Heizvorrichtung ist es erforderlich, eine ausreichende elektrische Isolierung sicherzustellen, da ein erheblich hoher Strom durch die Wärmewiderstandsschicht geleitet wird, um Joule – Hitze zum Heizen des flächenförmigen Materials zu erzeugen. Allerdings hat ein übliches Glasmaterial, das für die Schutzschicht verwendet wird, eine Durchschlagfestigkeit von lediglich etwa 14–15 Volt pro Mikrometer Dicke. Es ist daher erforderlich, die Dicke der Schutz schicht erheblich groß zu machen, um eine ausreichende elektrische Isolierung sicher zu stellen. Im Ergebnis wird bei der üblichen Heizvorrichtung die Wärmekapazität der Schutzschicht groß, so dass die Wärmereaktion an der Oberfläche der Schutzschicht sich wahrscheinlich verschlechtert (die Temperatur steigt langsam). Wenn, um dies zu kompensieren, die Menge der am Wärmewiderstand erzeugten Wärme erhöht wird, entsteht ein Problem der Verschwendung von Energie in Folge der niedrigen Wärmeffizienz.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Heizvorrichtung zu schaffen, die eine schnelle Wärmereaktion und eine hohe Wärmeeffizienz aufweist.
Um diese Aufgabe zu lösen wird erfindungsgemäß eine Heizvorrichtung für ein flächenförmiges Material geschaffen, die ein Substrat, das aus einem wärmebeständigen Isoliermaterial gebildet ist, eine Wärmewiderstandschicht, die auf dem Substrat ausgebildet ist, und eine Schutzschicht, die auf dem Substrat ausgebildet ist, um die Wärmewiderstandsschicht zu bedecken, umfasst, wobei die Schutzschicht aus Glas gebildet ist, das 3–30 Gew.-% Aluminiumoxidpulver als Additiv enthält.
Mit einer derartigen Anordnung erhöht das Hinzufügen von Aluminiumoxidpulver die Durchschlagfestigkeit der Schutzschicht pro Dickeneinheit erheblich im Vergleich mit einer Glasschutzschicht, die kein zusätzliches Aluminiumoxidpulver enthält. Somit kann, da eine ausreichende Durchschlagfestigkeit selbst mit einer dünnen Schutzschicht erzielbar ist, verhindert werden, dass eine Wärmeübertragung von der Wärmewiderstandschicht zum flächenförmigen Material in Folge des Vorhandenseins der Schutzschicht unnötig behindert wird.
Um den Vorteil der verbesserten Durchschlagfestigkeit ausreichend nutzen zu können, wird das zugefügte Verhältnis des Aluminiumoxidpulvers auf 3 Gew.-% angesetzt.
Andererseits wird das zugefügte Verhältnis des Aluminiumoxidpulvers nicht größer als 30 Gew.-% angesetzt, um zu verhindern, dass die Oberfläche der Schutzschicht unnötig rau wird. Wenn die Oberfläche der Schutzschicht rau ist, treten Nachteile auf, wie etwa Beschädigungen, die an der Oberfläche des flächenförmigen Materials verursacht werden, das sich im Kontakt mit der Schutzschicht befindet, Verschlechterung der Fixierqualität von Toner auf einem Papierblatt in einer Kopiermaschine und dergleichen. Die Körnchengröße des Aluminiumoxidpulvers ist aus dem gleichen Grund vorzugsweise nicht größer als 5 Mikrometer.
Die vom Erfinder durchgeführten Experimente haben gezeigt, dass das Verhältnis von Aluminiumoxidpulver, das dem Glas hinzugefügt wird, vorzugsweise 3–22 Gew.-% und insbesondere 10–22 Gew.-% beträgt, um eine erheblich vergrößerte Durchschlagfestigkeit zu erhalten, während eine glatte Oberfläche an der Schutzschicht sichergestellt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Wärmewiderstandschicht in streifenähnlicher Form ausgebildet. Ferner ist das Substrat mit einer ersten Anschlusselektrode an einem Ende und einer zweiten Anschlusselektrode benachbart zur ersten Anschlusselektrode ausgebildet. Die streifenähnliche Wärmewiderstandschicht erstreckt sich von der ersten Anschlusselektrode in Richtung auf ein entgegengesetztes Ende des Substrats und dann zurück zur zweiten Anschlusselektrode für eine Verbindung damit.
Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgend beschriebenen detaillierten Erklärung der Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht, die eine Heizvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie II-II der 1.
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem zugefügten Verhältnis von Al₂O₃ und der Durchschlagfestigkeit für eine Glasschutzschicht zeigt.
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem zugefügten Verhältnis von Al₂O₃ und der Oberflächenrauhigkeit für die Glasschutzschicht zeigt.
BESTE FORM ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In 1 und 2 bezeichnet die Bezugsziffer 1 im allgemeinen eine Heizvorrichtung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Ganzen. Die Heizvorrichtung 1 umfasst ein lang gestrecktes streifenähnliches Substrat 2, das aus einem wärmebeständigen Isoliermaterial wie beispielsweise Keramik gebildet ist. Das Substrat 2 weist eine Oberfläche auf, die mit einer streifenähnlichen Wärmewiderstandsschicht 3 gebildet ist, die aus einem Ag-Pd-Pt-Material hergestellt ist. Ferner ist die Oberfläche des Substrats 2 mit einer ersten Anschlusselektrode 4, die aus einem leitenden Material an einem Ende davon hergestellt ist, zusammen mit einer zweiten Anschlusselektrode 5 benachbart zur ersten Anschlusselektrode 4 gebildet, die ebenfalls aus leitendem Material hergestellt ist.
Die streifenähnliche Wärmewiderstandsschicht 3 erstreckt sich von der ersten Anschlusselektrode 4 in Richtung auf das andere Ende des Substrats 2 und erstreckt sich dann zur zweiten Anschlusselektrode 5. Ferner ist die Oberfläche des Substrats 2 mit einer Glasschutzschicht 6 gebildet, um die Wärmewiderstandsschicht 3 als ganzes zu bedecken. Die erste und die zweite Anschlusselektrode 4, 5 sind jedoch für eine elektrische Verbindung mit einer externen Stromquelle (nicht dargestellt) freigelegt.
Im Betrieb liefert die nicht dargestellte externe Stromquelle eine vorgegebene Spannung zwischen den beiden Anschlusselektroden 4, 5 und ein Strom wird durch die streifenähnliche Wärmewiderstandsschicht 3 geleitet, um Wärme zu erzeugen. Ein zu erwärmendes (nicht dargestelltes) flächenförmiges Material wird mit der Glasschutzschicht 6 in Kontakt gebracht, um eine vorgegebene Wärmebehandlung am gesamten flächenförmigen Material oder an Teilen davon durchzuführen. Beispielsweise wird, wenn die Heizvorrichtung 1 als Fixierheizung für eine Kopiermaschine eingesetzt wird, ein Kopierpapierblatt in Kontakt mit der Glasschutzschicht 6 zugeführt, so dass am Blatt anhaftender Toner fixiert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Glasmaterial für die Herstellung der Schutzschicht 6 Al₂O₃ (alumina, d.h. Aluminiumoxid) Pulver, dessen Körnchengröße nicht größer als etwa 5 Mikrometer ist. Da Aluminiumoxid einen Schmelzpunkt hat, der erheblich höher ist, als der Erweichungspunkt von Glas, behält das in der Schutzschicht 6 enthaltende Aluminiumoxid seinen Pulverzustand bei.
Im allgemeinen weist ein für eine derartige Schutzschicht verwendetes Glasmaterial eine Zusammensetzung von SiO₂-PbO-Al₂O₃ Glas auf, das Additive wie beispielsweise Pigmente enthält, und weist eine Durchschlagfestigkeit von etwa 14 bis 15 Volt pro Mikrometer Dicke auf. Obwohl ein übliches Glasmaterial für eine Schutzschicht Aluminiumoxid (Al₂O₃) enthält, ist das Aluminiumoxid in einem derartigen Fall als eine Komponente enthalten, die die Glasstruktur bildet, existiert jedoch nicht in einem pulverförmigen Zustand. Daher wird das Aluminiumoxid als Glaskomponente in die Glasstruktur in einem geschmolzenen Zustand eingefügt, wenn es bei der Herstellung des Glases auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts von Aluminiumoxid erhitzt wird.
Im Gegensatz hierzu hat der Erfinder experimentell herausgefunden, dass die Durchschlagfestigkeit erheblich steigt, wenn pulverförmiges Aluminiumoxid als Füller zu einem derartigen üblichen Glasmaterial hinzugefügt wird. Insbesondere zeigt 3 ein Diagramm, das die Ergebnisse darstellt, die durch ein Experiment zum Messen der Beziehung zwischen dem Verhältnis der Aluminiumoxidhinzufügung und der dielektrischen Stärke pro Mikrometer Dicke erhalten worden sind. In diesem Fall wurde Aluminiumoxidpulver mit einer Körnchengröße, die nicht größer als etwa 5 Mikrometer ist, zu dem Glasmaterial hinzugefügt, das eine Durchschlagfestigkeit von 14–15 Volt pro Mikrometer Dicke aufweist.
Das Diagramm zeigt, dass die Durchschlagfestigkeit pro Mikrometer Dicke um etwa das Doppelte oder mehr erhöht werden kann, indem nicht weniger als 3 Gew.-% Al₂O₃ Pulver hinzugefügt wird, verglichen zu einem Glasmaterial ohne hinzugefügtes Aluminiumoxid. Selbst wenn die Dickte T der Schutzschicht 6, die aus Glas gebildet ist und das Aluminiumoxidpulver enthält, nicht größer ist als etwa ½ der Dicke einer Schutzschicht, die aus Glas gebildet ist, das kein hinzugefügtes Aluminiumoxid enthält, kann dieselbe Durchschlagfestigkeit sichergestellt werden, wodurch verhindert wird, dass die Wärmeübertragung von der Wärmewiderstandsschicht 3 auf das flächenförmige Material erheblich behindert wird in Folge des Vorhandenseins der Schutzschicht 6.
Wenn jedoch das hinzugefügte Verhältnis von Aluminiumoxidpulver größer als 30 Gew.-% ist, steigt die Durchschlagfestigkeit nicht stark. Ferner steigt, wie es in 4 dargestellt ist, die Oberflächenrauhigkeit Rz der Oberfläche der Schutzschicht 6 unnötig (auf 1,7 Mikrometer oder mehr von 0,3 Mikrometer, was dem Fall entspricht, in dem kein Aluminiumoxidpulver hinzugfügt wird), was zu einer Verschlechterung der Glätte der Schutzschicht 6 führt, wenn das hinzugefügte Verhältnis von Aluminiumoxidpulver größer als 30 Gew.-% ist. Im Ergebnis kann die Oberfläche des flächigen Materials, die in Kontakt mit der Schutzschicht 6 gehalten wird, Beschädigungen davontragen, und die Wärmeleistung kann infolge ungeeigneten Kontakts mit dem flächenförmigen Material sich verschlechtern (wodurch sich die Fixierqualität von Toner auf Kopierpapier in einer Kopiermaschine verschlechtert). Ferner dient es der Sicherstellung der Glätte der Oberfläche der Schutzschicht 6, dass Aluminiumoxidpulver mit einer Körnchengröße von nicht größer als 5 Mikrometer verwendet wird.
Das hinzugefügte Verhältnis von Aluminiumoxidpulver sollte somit in einem Bereich von 3–30 Gew.-% liegen. Ferner wird das hinzugefügte Verhältnis von Aluminiumoxidpulver wie in 3 und 4 dargestellt vorzugsweise in einem Bereich von 3–22 Gew.-% eingestellt, wodurch erreicht wird, dass die Durchschlagfestigkeit der Schutzschicht 6 auf etwa das Doppelte oder mehr steigt, wobei die Oberflächenrauhigkeit der Oberfläche der Schutzschicht 6 unterhalb etwa einem Mikrometer gehalten wird. Insbesondere wird, wenn das hinzugefügte Verhältnis von Aluminiumoxidpulver in einem Bereich von 10–22 Gew.-% sich befindet, die Durchschlagfestigkeit der Schutzschicht 6 um das vierfache oder mehr erhöht im Vergleich mit einem Glasmaterial, das kein hinzugefügtes Aluminiumoxid enthält, wobei die Oberflächenrauhigkeit der Oberfläche der Schutzschicht 6 unterhalb etwa einem Mikrometer gehalten wird.
Ferner ist das Hinzufügen von Aluminiumoxidpulver zu einem Glasmaterial zum Herstellen der Schutzschicht 6 auch wegen des nachfolgenden Grundes vorteilhaft. Da Aluminiumoxid einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, der größer ist als der von Siliziumdioxid, das die Hauptkomponente von Glas ist, erhöht das Hinzufügen von Aluminiumoxidpulver die Wärmeleitfähigkeit der Schutzschicht 6. Das Hinzufügen von Aluminiumoxidpulver dient somit nicht nur dazu, die Schutzschicht 6 in eine dünne Form zu bringen, sondern trägt auch zur Wärmeübertragung von der Wärmewiderstandsschicht 3 auf das flächenförmige Material bei, wodurch die Leistungsfähigkeit der Heizvorrichtung 1 verbessert wird.
Das für die Experimente, auf denen die in 3 und 4 dargestellten Diagramme basieren, verwendete Glas hatte eine Zusammensetzung von 23,94 Gew.-% SiO₂, 56,34 Gew.-% PbO, 15,49 Gew.-% Al₂O₃ und 4,23 Gew.-% Pigmente, bevor Aluminiumoxidpulver als Füller hinzugefügt worden ist. Nach Hin zufügen von etwa 13,9 Gew.-% Aluminiumoxidpulver als Füller (das Verhältnis fällt in den vorgenannten Optimalbereich) war die Glaszusammensetzung 20,61 Gew.-% SiO₂, 48,51 Gew.-% PbO, 13,34 Gew.-% Al₂O₃, 3,64 Gew.-% Pigment und der Rest (13,9 Gew.-%) Aluminiumoxidpulver.
Somit ist die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist.
Die Glaszusammensetzung zum Herstellen der Schutzschicht 6 ist nicht beschränkend und die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar auf Glasmaterialen, die verschiedene Zusammensetzungen aufweisen, was Siliziumdioxid (SiO₂) als Hauptkomponente umfasst.

Claims

Heizvorrichtung für flächenförmiges Material mit: einem Substrat, das aus einem wärmebeständigen Isoliermaterial gebildet ist; einer Wärmewiderstandsschicht, die auf dem Substrat ausgebildet ist; und einer Schutzschicht, die auf dem Substrat ausgebildet ist, um die Wärmewiderstandsschicht zu bedecken; dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht aus Glas gebildet ist, das 3 bis 30 Gew.-% Aluminiumoxidpulver als ein Additiv enthält.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Aluminiumoxidpulver eine Körnchengröße nicht größer als 5 Mikrometer aufweist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Verhältnis des zum Glas hinzugefügten Aluminiumoxidpulvers 3 bis 22 Gew.-% beträgt.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Verhältnis des zum Glas hinzugefügten Aluminiumoxidpulvers 10 bis 22 Gew.-% beträgt.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Wärmewiderstandsschicht in streifenähnlicher Form ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Substrat mit einer ersten Anschlusselektrode an einem Ende und mit einer zweiten Anschlusselektrode be nachbart zur ersten Anschlusselektrode ausgebildet ist, wobei die streifenähnliche Wärmewiderstandsschicht sich von der ersten Anschlusselektrode in Richtung auf ein entgegengesetztes Ende des Substrats und dann zurück zur zweiten Anschlusselektrode für eine Verbindung damit erstreckt.