JP2006351366A

JP2006351366A - 加熱体

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Publication number: JP2006351366A
Application number: JP2005176324A
Authority: JP
Inventors: Teruhisa Sako; 照久佐古
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2025-06-16
Also published as: JP4675688B2

Abstract

【課題】ＡｌＮ基板の熱伝導の良さを最大限に生かした発熱面積のより大きな加熱体とその製造方法を提供する。
【解決手段】ＡｌＮ基板１と、上記ＡｌＮ基板１の表面もしくは裏面に、上記ＡｌＮ基板１の長手方向に沿って帯状に延びるように形成された発熱抵抗体３と、上記発熱抵抗体３を覆うように形成された保護膜とを有する加熱体であって、上記保護膜は、少なくとも発熱抵抗体をその土台の一部として覆う第１保護膜４ａと、この第１保護膜４ａを覆う第２保護膜４ｂとを有しており、上記ＡｌＮ基板１の表面および裏面に形成される酸化膜２の厚みがいずれも上記ＡｌＮ基板１の厚みの２％以内であり、上記発熱抵抗体３および上記第１保護膜４ａがいずれもポーラスな膜に形成されており、上記第２保護膜４ｂは非ポーラスな膜に形成されている。
【選択図】図１

Description

本願発明は、電子写真プロセスにおいてトナーを記録紙に熱定着させるために、記録紙を加熱する場合等に使用される加熱体に関し、特に基板にＡｌＮを用いた加熱体に関する。

一般的な電子写真プロセスにおいては、感光ドラム表面に形成されたトナー像を記録紙上に転写した後に、上記記録紙を加熱体によって加熱し、この加熱体の熱によってトナーを記録紙に定着させている。このような定着処理は、通常、この記録紙の裏面側に配置した加熱体と表面側に配置したローラとの間に上記記録紙を挟圧しつつ搬送することにより行われる。記録紙を高速搬送しつつ上記のトナー定着処理を効率的に行うためには、加熱体による加熱面積、すなわち、記録紙搬送方向についての加熱幅をできるだけ拡げることが有効である。

図２は、上記の考え方にしたがって構成された加熱体の一例を示している（特許文献１参照）。なお、図２はこの加熱体の断面を表しており、この加熱体は図２の紙面垂直方向を長手方向とする略短冊板状の形態を有する。

図２に示す加熱体Ａは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とするセラミック基板（以下、これをＡｌＮ基板という。）１０１の表面および裏面を覆う酸化膜１０２を有し、上記ＡｌＮ基板１０１の裏面、図２においては下面に、上記酸化膜１０２を隔てて厚膜印刷された帯状の発熱抵抗体１０３と、それを覆うように厚膜印刷されたたとえばガラスを主成分とする保護膜１０４とを有している。また、上記ＡｌＮ基板１０１表面、図２においては上面は、酸化膜１０２を隔てて加圧ローラＲと対向させられる。トナーＴが転写された記録紙Ｐを上記加圧ローラＲと加熱体Ａとの間で挟圧しつつ搬送することにより、上記加熱体Ａの熱により、記録紙ＰにトナーＴを定着させることができる。

上記ＡｌＮ基板１０１は熱伝導性が非常に良いので、上記のように発熱抵抗体１０３を基板裏面に設置し、上記ＡｌＮ基板の表面側を加熱面とすると、発熱抵抗体１０３の形成幅が基板の幅より狭くとも、発熱抵抗体１０３が発した熱を上記ＡｌＮ基板１０１の表面側の加熱面全域に拡げることができる。そのため、図２に示した加熱体Ａは、発熱面の面積が拡張されたものとなる。

他方、たとえば、加熱体の基板としてアルミナセラミック製の基板を用いる場合には、発熱抵抗体は加熱面となる基板表面側に形成されるが、基板の熱伝導性がそれほど良くないので、加熱体の表面側における記録紙が接触搬送される部分の熱が記録紙に奪い取られてその他の部分に比べて温度が低くなり、このような表面側とそれ以外の部分との温度差が原因で基板が割れてしまうという問題があったが、熱伝導性のよい上記ＡｌＮ基板１０１においては、接触搬送される記録紙に熱を奪い取られた部分に速やかに熱が供給されるために、上記のような基板割れの問題は発生しない。

しかしながら、ＡｌＮ基板１０１には直接ガラス等を厚膜形成するとその過程においてガラスに発泡が生じ、孔欠陥が生じやすいという欠点があり、その欠点を補うためにＡｌＮ基板１０１の表面を酸化処理して１０〜１００μｍの厚みをもつＡｌ₂Ｏ₃を主成分とする酸化膜１０２を形成していた。上記酸化処理を基板１０１の片面のみに施すと、加熱体Ａとしての使用時に基板１０１に反りが生じるため、基板１０１の両面に酸化膜１０２が形成されていた。

上記酸化膜１０２によって、上記ＡｌＮ基板１０１は保護膜１０４の形成時の発泡による問題を防止することができる。しかし、上記酸化膜１０２の主成分であるＡｌ₂Ｏ₃の層は熱伝導率が約２０Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対してＡｌＮ基板１０１の熱伝導率は９５〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであり、その差は大きい。そのため、酸化膜１０２が厚くなると、ＡｌＮ基板１０１を用いる理由である高い熱伝導性が失われるという問題があった。

例えば、上記ＡｌＮ基板１０１の厚みが０．６ｍｍ程度であるとき、その基板の表裏面に０．１ｍｍの厚みのＡｌ₂Ｏ₃層を形成した場合と形成しなかった場合における裏面において発熱した熱の表面に伝わる面積を較べると、Ａｌ₂Ｏ₃層を形成した場合は形成しなかった場合の７割程度でしかなくなる。この面積の削減量は、そのまま加熱体Ａの実質発熱面積が狭くなることを意味し、同じ定着効果を得るためには記録紙の搬送スピードを遅くする必要が生じる。これでは定着速度を高め、ひいては電子写真プロセスの処理速度を所定以上に高めることができない。

特開平１１−２７３８３６

本願発明は以上の事情のもとで考え出されたものであって、ＡｌＮ基板の熱伝導の良さを最大限に生かした発熱面積のより大きな加熱体とその製造方法を提供することを課題とする。

本願の発明者は、従来のＡｌＮ基板を用いた加熱体においては酸化膜が発熱面積を実質的に削減し、これが加熱体の熱効率を低下させていることに着目し、酸化膜を極力形成せずに保護膜形成時の発泡に起因した問題を補う方法を種々検討した結果、本願発明に到達した。

すなわち、本願発明の第１の側面により提供される加熱体は、ＡｌＮ基板と、上記ＡｌＮ基板の表面もしくは裏面に、上記ＡｌＮ基板の長手方向に沿って帯状に延びるように形成された発熱抵抗体と、上記発熱抵抗体を覆うように形成された保護膜とを有する加熱体であって、上記保護膜は、少なくとも発熱抵抗体をその土台の一部として覆う第１保護膜と、この第１保護膜を覆う第２保護膜とを有しており、上記ＡｌＮ基板の表面および裏面に形成される酸化膜の厚みがいずれも上記ＡｌＮ基板の厚みの２％以内であり、上記発熱抵抗体および上記第１保護膜がいずれもポーラスな膜に形成されており、上記第２保護膜は非ポーラスな膜に形成されていることを特徴とする。なお、上記発熱抵抗体は、上記ＡｌＮ基板に対して直接的に形成されている。

好ましい実施の形態においては、上記発熱抵抗体は、上記ＡｌＮ基板の裏面に形成されており、上記ＡｌＮ基板の表面が加熱面として機能させられる。

好ましい実施の形態においては、Ｐｄの重量比率が１５％以上のＡｇ・Ｐｄ抵抗体であり、上記第1保護層はガラス軟化点が７００℃以上であるガラス保護膜によって形成されている。上記第１保護膜がポーラスな膜になりやすい結晶化ガラスまたは半結晶化ガラスであってもよい。また、好ましくは上記ＡｌＮ基板の厚みが０．５〜０．７ｍｍであり、上記ＡｌＮ基板の上記酸化膜の厚みが１．０〜１０μｍ以内である。

本願発明の第１の側面に係る加熱体は、ＡｌＮ基板を覆う酸化膜が従来に較べて大幅に薄くなっている。この酸化膜は、ＡｌＮ基板に対して意識的に形成したものではなく、ＡｌＮ基板に対して発熱抵抗体を厚膜形成する際の熱の影響で必然的に形成されるのであるが、焼成温度を所定の範囲内とすることにより、上記のようにして必然的に形成される酸化膜であっても、その厚みを所定以下にすることができる。しかも、この加熱体においては、ＡｌＮ基板とこれに対して形成される発熱抵抗体との間には基本的に酸化膜は介在しない。したがって、発熱抵抗体をＡｌＮ基板の裏面側に形成し、ＡｌＮ基板の表面を加熱面として機能させる場合についていえば、発熱抵抗体からＡｌＮ基板への熱伝達がきわめて良好になされ、かつ、発熱面から記録紙への熱伝達もまた、良好になされる。このため、従来の加熱体では酸化膜によって十分に発揮されなかったＡｌＮ基板本来の高い熱伝導性が、本願発明による加熱体では発揮される。

本願発明の第２の側面により提供される加熱体の製造方法は、ＡｌＮ基板の表面もしくは裏面にこのＡｌＮ基板の長手方向に沿って帯状に延びる発熱抵抗体を形成するステップと、上記発熱抵抗体を覆うように第１保護膜を形成するステップと、上記第１保護膜を覆うように第２保護膜を形成するステップとを含む加熱体の製造方法であって、上記発熱抵抗体を形成するステップは、抵抗体成分に対するＰｄの重量比率が１５％以上のＡｇ・Ｐｄ抵抗体ペーストを印刷するステップ、および、上記印刷されたペーストを７００〜８５０℃で焼成するステップを含み、上記第１保護膜を形成するステップは、ガラス軟化点が７００℃以上であるガラスペーストを上記発熱抵抗体を覆うように印刷するステップ、および、上記印刷されたペーストを８００〜８５０℃で焼成するステップを含むことを特徴とする。

好ましい実施形態においては、上記第１保護膜を形成するステップにおいて、ガラスペーストとして結晶化ガラスまたは半結晶化ガラスを主成分とするペーストを使用することが考えられる。

本願発明の第２の側面に係る加熱体の製造方法は、ＡｌＮ基板に酸化膜を極力形成せずに加熱体を製造する方法である。従来、ＡｌＮ基板に酸化膜が必要であったのは、ＡｌＮ基板に発熱抵抗体およびガラス保護膜を厚膜印刷する際に、ＡｌＮ基板とガラス成分等の反応によって発泡することを防ぐためであった。この問題を本願発明の第２の側面に係る加熱体の製造方法においては、ガラス成分とＡｌＮ基板との反応をできるだけ抑えることと、発熱抵抗体および第１保護膜をポーラスな膜に形成することで、発生したガスを速やかに抜くこととで解決している。従って、酸化膜を形成する必要はない。

ただし、空気中で厚膜形成するために、ＡｌＮ基板表面は幾分酸化されてしまう。たとえば、７００〜８５０℃での焼成であれば１〜８μｍの酸化膜が形成される。しかし、この厚みは従来の酸化膜の厚みに較べれば１０分の１程度であり、ＡｌＮ基板の熱伝導性を大幅に下げることはない。

上記発熱抵抗体はＡｇとＰｄの重量比率により膜表面の状態が変化し、Ａｇが９０％以上でＰｄが１０％以下の場合、Ａｇの膜焼結が進む。この状態では、ＡｌＮ基板と発熱抵抗体中のガラス成分が反応して発生するガスが抜ける前に焼結が進むため、膜のふくれや発泡につながる。このため、ＡｇとＰｄの重量比率は少なくともＰｄの１５％以上、望ましくはＰｄ３０％以上が良い。

上記第１保護膜はＡｌＮ基板との反応を出来る限り抑制するために、流動性を極力抑える必要がある。そのため、ガラス軟化点が厚膜印刷時の焼成温度８００〜８５０℃に近い、具体的には７００℃以上であるガラスを用いる。さらに、ポーラスな膜になりやすい結晶化ガラス又は半結晶化ガラスを用いればより効果的である。

以下、本願発明の好ましい実施の形態について図１を参照して具体的に説明する。

図１に示すように、この加熱体Ａは、ＡｌＮ基板１の裏面側に形成された発熱抵抗体３と、この発熱抵抗体３を覆うように形成された第１保護膜４ａと、この第１保護膜４ａをさらに覆うように形成された第２保護膜４ｂとを有する。なお、図１に示されているように、ＡｌＮ基板１の裏面において、発熱抵抗体３が形成された領域以外の領域、および、ＡｌＮ基板１の表面には、所定厚みの酸化膜（Ａｌ₂Ｏ₃）２が形成されているが、後記するように、この酸化膜２は、意識的に形成したものではなく、発熱抵抗体３の形成時に必然的に形成されるものである。

ＡｌＮ基板１は、窒化アルミニウム・セラミック製の基板であり、たとえば厚み０．５〜０．７ｍｍであり、７〜１４ｍｍの幅を有する図１の紙面直交方向に所望長さを有する短冊板状の外形を有する。このＡｌＮ基板１は、たとえば、９５〜２００Ｗ／ｍ・Ｋといったきわめて良好な熱伝導性能をもっている。

発熱抵抗体３は、厚膜印刷法によってＡｌＮ基板１の長手方向に沿って帯状に形成されており、比較的大電流を流すことによって大きなジュール熱を発する必要から、Ａｇ・Ｐｄを主成分とする発熱抵抗体３としてある。なお、このＡｇ・Ｐｄ抵抗体は、Ｐｄの重量比率が１５％以上としてある。その理由は、製造方法の説明においても後述するが、この発熱抵抗体３の焼成時に抵抗体ペーストのガラス成分とＡｌＮ基板１の成分との反応によって発生するガスを好適に外部に逃がし、ポーラスな性状をもった発熱抵抗体３を形成するためである。なお、この発熱抵抗体３の厚みは、必要な発生熱量に応じて定めればよいが、たとえば７〜２３μｍとされる。

酸化膜２は、上記のように発熱抵抗体３を形成する際の熱によって必然的に形成されるが、その厚みは、発熱抵抗体３の焼成温度を通常の焼成温度よりも低い温度に制御することにより、１．０〜１０μｍといった、きわめて薄状のものとすることができる。なお、このような酸化膜２の厚みは、ＡｌＮ基板の厚みの２％以内とするべきである。

第１保護膜４ａは、結晶化ガラス、または半結晶化ガラスを主成分とするガラスペーストを用いて厚膜形成されたものであり、ポーラスな性状をもっているとともに、たとえば、２０〜４０μｍの厚みに形成される。

第２保護膜４ｂは、非晶質ガラスを主成分とするガラスペースト用いて厚膜形成されたものであり、なめらかな表面をもっている。この第２保護膜４ｂは、たとえば、３０〜５０μｍの厚みに形成される。

次に、上記加熱体Ａの製造方法の一例について、説明する。

第１のステップとして、ＡｌＮ基板１の裏面側に、発熱抵抗体３を形成する。このステップは、Ａｇ・Ｐｄからなる抵抗体成分を含むとともに、この抵抗体成分中、Ｐｄの重量比率を１５％以上とした抵抗体ペーストを用いて印刷し、これを７００〜８５０℃で焼成する。Ｐｄの重量比率を上記のように設定したことにより、焼成時にＡｇの膜焼結を抑制しつつ焼成が進行するため、抵抗体ペーストのガラス成分とＡｌＮ基板１の成分との反応によって生じるガスを好適に逃がし、焼成された発熱抵抗体３中に発泡に起因した孔欠陥が生じることを防止することができる。同時に、焼成後の発熱抵抗体３がポーラスな性状をもつことができるようになる。また、この発熱抵抗体３の焼成温度（７００〜８５０℃）は、通常の焼成温度（たとえば１２００℃）よりも低い温度であるため、ＡｌＮ基板１における発熱抵抗体３が形成されない領域に必然的に形成される酸化膜２の厚みを１．０〜１０μｍといったきわめて薄状に抑制することができる。

第２のステップとして、発熱抵抗体３を覆うように、第１保護膜４ａを形成する。この第１保護膜４ａは、ガラスペーストを用いて印刷をするとともに、これを焼成することによって形成するが、使用するガラスは、そのガラス軟化点が焼成温度に比較的近いものを使用する。具体的には、使用するガラスは、そのガラス軟化点が通常の焼成温度である８００〜８５０℃に近い、７００℃以上のものを使用する。そうして、より好ましくは、使用するガラスとして、結晶化ガラスまたは半結晶化ガラスが選択できる。このようにすることにより、焼成時におけるガラスの流動性が抑制され、ガラス成分とＡｌＮ基板１の成分の反応を極力抑制し、ガス発泡に起因した孔欠陥の発生を抑制することができるし、また、この第１保護膜４ａにポーラスな性状を与えることができる。

第３のステップとして、上記の第１保護膜４ａを覆うようにして、第２保護膜４ｂを形成する。この第２保護膜４ｂは、好ましくは、非晶質ガラスを主成分としたガラスペーストを用いて印刷するとともに、これを焼成することによって形成される。非晶質ガラスを用いることにより、この第２保護膜４ｂはポーラスな性状をもつことはなく、また、表面は比較的滑らかとなる。また、第１保護膜４ａがポーラスな膜としてあることから、第１保護膜４ａと第２保護膜４ｂとの間の密着性が高まり、外的な衝撃に起因して第２保護膜４ｂが剥がれるといったことは回避される。

上記の方法によって製造される加熱体Ａの作用効果について説明する。

発熱抵抗体３の成分および焼成温度を上記のように選択しているので、焼成時にＡｌＮ基板成分との反応によって生じるガスをうまく逃がすことができる。したがって、従来のように発熱抵抗体の形成前に意識的にＡｌＮ基板表面に酸化膜を形成する必要がなくなり、発熱抵抗体３は、ＡｌＮ基板１の表面に直接的に形成される。しかも、焼成時に必然的に形成される酸化膜２の厚みは、上記したように非常に薄状である。その結果、発熱抵抗体３によって発生させられる熱がまずＡｌＮ基板１に直接的に伝達され、ＡｌＮ基板１の表面全域を加熱面として機能されることに問題はなくなる。そして、ＡｌＮ基板１の表面側に形成される酸化膜２の厚みも非常に薄いので、この加熱体３を電子写真プロセスのトナー定着用熱源として用いる場合においても、発熱面から記録紙への熱伝達がきわめて良好に行われる。

ＡｌＮ基板１の裏面側に形成される発熱抵抗体３およびこれを覆う第１保護膜４ａは、いずれもポーラスな膜となる。したがって、この第１保護膜４ａが良好な断熱材として機能し、発熱抵抗体３が発する熱が無駄にＡｌＮ基板１の裏面側から逃げて熱効率が悪化するといったことも、好適に回避される。

そうして、発熱抵抗体３および第１保護膜４ａには、発泡による孔欠陥が生じるといった問題も同時に解消されている。

さらに、第２保護膜４ｂの表面性状は滑らかであるので、かりに、この加熱体Ａを裏面側を加熱面として用いる場合においても、加熱対象との円滑な摺動性を確保することができる。

もちろん、この発明の範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべて本願発明の範囲に包摂される。

本願発明に係る加熱体の一実施例を表した断面図である。従来の加熱体の一実施例を表した断面図である。

符号の説明

１ＡｌＮ基板
２酸化膜
３発熱抵抗体
４保護膜
４ａ第1保護膜
Ａ加熱体
Ｐ記録紙
Ｔトナー
Ｒ加圧用ローラ

Claims

ＡｌＮ基板と、上記ＡｌＮ基板の表面もしくは裏面に、上記ＡｌＮ基板の長手方向に沿って帯状に延びるように形成された発熱抵抗体と、上記発熱抵抗体を覆うように形成された保護膜とを有する加熱体であって、
上記保護膜は、少なくとも上記発熱抵抗体をその土台の一部として覆う第１保護膜と、この第１保護膜を覆う第２保護膜とを有しており、
上記ＡｌＮ基板の表面および裏面に形成される酸化膜の厚みがいずれも上記ＡｌＮ基板の厚みの２％以内であり、上記発熱抵抗体および上記第１保護膜がいずれもポーラスな膜に形成されており、上記第２保護膜は非ポーラスな膜に形成されていることを特徴とする、加熱体。
上記発熱抵抗体は、上記ＡｌＮ基板の裏面に直接的に形成されており、上記ＡｌＮ基板の表面が加熱面として機能させられる、請求項１に記載の加熱体。
上記発熱抵抗体は、上記Ｐｄの重量比率が１５％以上のＡｇ・Ｐｄ抵抗体である、請求項１または２に記載の加熱体。
上記第1保護層はガラス軟化点が７００℃以上であるガラス保護膜によって形成されている、請求項３に記載の加熱体。
上記第１保護膜は、結晶化ガラスまたは半結晶化ガラスによって形成されている、請求項３に記載の加熱体。
上記ＡｌＮ基板の厚みが０．５〜０．７ｍｍであり、上記ＡｌＮ基板の上記酸化膜の厚みが１．０〜１０μｍである、請求項１ないし５のいずれかに記載の加熱体。
ＡｌＮ基板の表面もしくは裏面にこのＡｌＮ基板の長手方向に沿って帯状に延びる発熱抵抗体を形成するステップと、上記発熱抵抗体を覆うように第１保護膜を形成するステップと、上記第１保護膜を覆うように第２保護膜を形成するステップとを含む加熱体の製造方法であって、
上記発熱抵抗体を形成するステップは、
抵抗体成分に対するＰｄの重量比率が１５％以上のＡｇ・Ｐｄ抵抗体ペーストを印刷するステップ、および、上記印刷されたペーストを７００〜８５０℃で焼成するステップを含み、
上記第１保護膜を形成するステップは、
ガラス軟化点が７００℃以上であるガラスペーストを上記発熱抵抗体を覆うように印刷するステップ、および、上記印刷されたペーストを８００〜８５０℃で焼成するステップを含むことを特徴とする、加熱体の製造方法。
上記第１保護膜を形成するステップにおいて、ガラスペーストとして結晶化ガラスまたは半結晶化ガラスを主成分とするペーストを使用する、請求項６に記載の加熱体の製造方法。