JP2008198459A - ヒータおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱抵抗体と電極とが互いに剥離することを抑制することが可能なヒータおよびその製造方法を提供すること。
【解決手段】基板１と、基板１に形成された発熱抵抗体と、発熱抵抗体２に接する電極３と、発熱抵抗体２を覆うガラスからなる保護膜４と、を備えるヒータＡ１であって、電極３のうち、少なくとも発熱抵抗体２と接する部分は、軟化点が保護膜４を形成するガラスの軟化点以上であるガラスを含むガラス含有部３１とされている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、たとえばレーザプリンタにおいて記録紙に転写されたトナーを熱定着させるために記録紙を加熱する手段として用いられるヒータおよびその製造方法に関する。

図８は、従来のヒータの一例を示している。同図に示されたヒータＸは、基板９１、発熱抵抗体９２、電極９３、および保護膜９４を備えている。基板９１は、長矩形状であり、絶縁材料によって形成されている。発熱抵抗体９２は、たとえばＡｇ−Ｐｄからなり、基板９１上に帯状に形成されている。電極９３は、発熱抵抗体９２に電力を供給するためのものであり、その一部が発熱抵抗体９２と重なっている。保護膜９４は、たとえばガラス製であり、発熱抵抗体９２と電極９３の一部とを覆っている。ヒータＸは、記録紙にトナーを熱定着させるために用いられる。発熱抵抗体９２に電源から電力供給されると、発熱抵抗体９２が発熱する。発熱状態とされたヒータＸに対して、トナーが転写された記録紙をプラテンローラによって押し付けると、トナーが記録紙に定着される。

しかしながら、ヒータＸにおいては、発熱抵抗体９２および電極９３の剥がれが問題とされている。特に、発熱抵抗体９２と電極９３とが重なっている部分において、たとえば気泡が生じるなどして剥離に至ることが多く見られた。製造過程において剥離が生じると、そのヒータＸは不良品として廃棄されることとなる。また、使用中に発熱抵抗体９２と電極９３との密着が阻害されると、発熱抵抗体９２の加熱不足により印刷が乱れたり、印刷不能となったりするといった不具合が生じていた。

特開２００４−６２８９号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、発熱抵抗体と電極とが互いに剥離することを抑制することが可能なヒータおよびその製造方法を提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供されるヒータは、基板と、上記基板に形成された発熱抵抗体と、上記発熱抵抗体に接する電極と、上記発熱抵抗体を覆うガラスからなる保護膜と、を備えるヒータであって、上記電極のうち、少なくとも上記発熱抵抗体と接する部分は、軟化点が上記保護膜を形成するガラスの軟化点以上であるガラスを含むガラス含有部とされていることを特徴としている。

このような構成によれば、上記保護膜を形成するための焼成工程において、あらかじめ形成された上記ガラス含有部は、確実に固化した状態を保たれ、流動状態となることがない。その結果、上記ガラス含有部に含まれるたとえばＡｇなどの導電性材料は、ガラスによって拘束されることとなる。これにより、上記ガラス含有部から上記発熱抵抗体へとＡｇなどが拡散することを抑制することができる。したがって、上記発熱抵抗体と上記電極とが重なり合う部分における気泡の発生を回避することが可能であり、上記発熱抵抗体および上記電極の剥離を防止することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記ガラス含有部は、Ｐｄをさらに含んでいる。このような構成によれば、上記ガラス含有部に含まれたＰｄは、たとえばＡｇなどの導電性材料をより強く拘束するとともに、上記ガラス含有部をポーラス構造化するという役割を果たす。Ａｇなどを強く拘束することにより、Ａｇなどの拡散をさらに抑制することができる。また、製造工程において仮に気泡が生じたとしても、ポーラス構造化された上記ガラス含有部を通して、気泡のもととなる気体を逃がしてやることが可能である。したがって、気泡の発生をさらに回避することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記電極は、ガラスを含まないガラス非含有部をさらに有しており、上記ガラス非含有部は、上記発熱抵抗体から離間した接続用パッドと、上記接続用パッドから上記発熱抵抗体に向かって延びる延出部とを有している。このような構成によれば、上記電極全体としての抵抗値が大きくなることを防止することができる。

本発明の第２の側面によって提供されるヒータの製造方法は、基板に導電体ペーストを塗布する工程と、上記導電体ペーストを乾燥させる工程と、上記導電体ペーストの一部に接触させるように抵抗体ペーストを塗布する工程と、上記抵抗体ペーストを乾燥させる工程と、上記導電体ペーストおよび上記抵抗体ペーストを一括して焼成することにより、発熱抵抗体および電極を形成する工程と、を有することを特徴としている。

このような構成によれば、上記保護膜を形成する工程において、上記導電体ペーストに含まれる導電性材料が上記抵抗体ペーストへと拡散したとしても、焼成が終了するまでの間に導電性材料以外の成分が導電性材料があった場所を埋めることとなる。このため、上記電極のうち上記発熱抵抗体と接する部分に微小な空洞が形成されることを抑制することが可能である。したがって、上記電極から上記発熱抵抗体が剥離することを防止することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記導電体ペーストを塗布する工程においては、上記導電体ペーストの少なくとも一部をガラスを含む部分とし、上記抵抗体ペーストを塗布する工程においては、上記導電体ペーストに対して上記ガラスを含む部分のみと接するように上記抵抗体ペーストを塗布し、上記焼成する工程の後に、軟化点が上記導電体ペーストに含まれるガラスの軟化点以下であるガラスを用いて、上記発熱抵抗体を覆う保護膜を形成する工程をさらに有する。このような構成によれば、上記保護膜を形成する工程において、上記電極から上記発熱抵抗体へとたとえばＡｇなどの導電性材料が拡散することを抑制することができる。したがって、上記発熱抵抗体と上記電極とが重なり合う部分における気泡の発生を回避することが可能であり、上記発熱抵抗体および上記電極の剥離を防止することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図２は、本発明に係るヒータの一例を示している。本実施形態のヒータＡ１は、基板１、発熱抵抗体２、電極３および保護膜４を備えている。ヒータＡ１は、たとえば、レーザプリンタにおいて記録紙に転写されたトナーを熱定着させるために用いられる。なお、図１においては理解の便宜上、保護膜４が省略されている。

基板１は、長矩形状とされており、絶縁材料からなる。絶縁材料の例としては、たとえばＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃が挙げられる。

発熱抵抗体２は、基板１上に形成されており、コの字の帯状である。発熱抵抗体２は、抵抗体材料として、たとえばＰｄの重量比率が５０〜６０ｗｔ％であるＡｇ−Ｐｄを含んでいる。

電極３は、発熱抵抗体２に対して電源（図示略）からの電力を供給するためのものである。電極３は、ガラス含有部３１とガラス非含有部３２とを有している。ガラス含有部３１は、主成分としての導電性材料であるＡｇに、たとえばＳｉＯ₂−ＢａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＺｎＯなどの結晶化ガラスが混入された材料によって形成されている。Ａｇの粒径は、たとえば１．０〜３．０μｍ程度とされる。また、本実施形態においては、ガラス含有部３１に１０ｗｔ％程度の割合でＰｄが混入されている。ガラス含有部３１と発熱抵抗体２とは、その一部ずつが重なっている。すなわち、電極３のうち発熱抵抗体２と接する部分は、ガラス含有部３１のみによって構成されている。なお、図２においては、理解の便宜上、ガラス含有部３１に含まれるガラスを小丸状に表している。

ガラス非含有部３２は、導電性材料であるＡｇからなり、本実施形態においては、ガラス含有部３１上に重ねられている。ガラス非含有部３２は、接続用パッド３２ａと延出部３２ｂとを有している。接続用パッド３２ａは、略正方形状とされており、発熱抵抗体２から離間した位置に設けられている。接続用パッド３２ａは、ヒータＡ１をたとえばレーザプリンタに組み込むときに、コネクタ（図示略）などが接続される部分である。延出部３２ｂは、接続用パッド３２ａから発熱抵抗体２に向かって延びる帯状部分であり、その幅が接続用パッド３２ａの一辺の長さよりも小とされている。ガラス非含有部３２と発熱抵抗体２とは、互いに接触しておらず、ガラス含有部３１を介して導通している。

保護膜４は、発熱抵抗体２を保護するためのものであり、電極３に混入されたガラスと同じガラスによって形成されている。保護膜４は、発熱抵抗体２と電極３の一部とを覆っており、接続用パッド３２ａを露出させている。

ヒータＡ１の製造は、たとえば次のようにして行われる。まず、基板１に抵抗体材料を含む抵抗体ペーストを塗布し、これを乾燥および焼成する。これにより、発熱抵抗体２を形成する。次に、Ａｇ、Ｐｄ、およびガラスを含む導電体ペーストと、Ａｇを含む導電体ペーストとを順次塗布し、これらを乾燥および焼成する。これにより、電極３を形成する。そして、発熱抵抗体２と電極３の一部を覆うようにガラスペーストを塗布し、これを乾燥および焼成する。これにより保護膜４が形成され、ヒータＡ１が得られる。

次に、ヒータＡ１の作用について説明する。

本発明の目的は、発熱抵抗体２および電極３の剥離を防止することにある。剥離の一因としては、発熱抵抗体２および電極３が重なった部分において、気泡が発生することが挙げられる。発明者らは、製造工程において電極３のＡｇが発熱抵抗体２に拡散すると、気泡の発生が助長されるという知見を得た。

保護膜４を焼成するための焼成温度は、保護膜４に含まれるガラスを十分に固化させるとともに、焼成によって不当に流動しない程度の温度とされる。このような焼成温度は、上記ガラスの軟化点を大きく越える温度ではない。そして、ガラス含有部３１には、保護膜４を形成するガラスと同じガラスが含まれている。このため、保護膜４を形成するための焼成工程において、あらかじめ形成されたガラス含有部３１は、確実に固化した状態を保たれ、流動状態となることがない。その結果、ガラス含有部３１の主成分であるＡｇは、ガラスによって拘束されることとなる。これにより、ガラス含有部３１から発熱抵抗体２へとＡｇが拡散することを抑制することができる。したがって、発熱抵抗体２と電極３とが重なり合う部分における気泡の発生を回避することが可能であり、発熱抵抗体２および電極３の剥離を防止することができる。

また、ガラス含有部３１に含まれたＰｄは、Ａｇをより強く拘束する。また、Ｐｄの含有量が１０ｗｔ％程度であることにより、ガラス含有部３１をポーラス構造化するという役割を果たす。Ａｇを強く拘束することにより、Ａｇの拡散をさらに抑制することができる。また、製造工程において仮に気泡が生じたとしても、ポーラス構造化されたガラス含有部３１を通して、気泡のもととなる気体を逃がしてやることが可能である。したがって、気泡の発生をさらに回避することができる。

ガラス非含有部３２は、発熱抵抗体２と接しないものとして形成されている。このようなガラス非含有部３２からは、発熱抵抗体２へとＡｇが拡散することがない。これは、気泡の発生を防止するのに好ましい。また、延出部３２ｂを設けることにより、電極３のうち発熱抵抗体２と重なり合う部分以外のほとんどは、ガラス含有部３１とガラス非含有部３２とが重なり合った構造となっている。絶縁体であるガラスが混入されることによりガラス含有部３１の抵抗値は比較的大きくなっている。これに対して、良好な導電性材料であるＡｇからなるガラス非含有部３２は、抵抗値が顕著に小さい。このため、ガラス含有部３１とガラス非含有部３２とが重なり合った部分においては、ガラス非含有部３２に選択的に電流が流れることとなる。したがって、電極３全体としての抵抗値が大きくなることを防止することができる。

図３〜図７は、本発明に係るヒータおよびその製造方法の他の例を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図３は、本発明に係るヒータの第２実施形態を示している。本実施形態のヒータＡ２は、ガラス含有部３１とガラス非含有部３２との形態が上述した実施形態と異なっている。本実施形態においては、ガラス含有部３１が互いに離間した２つの部分に分けられている。１つは、発熱抵抗体２と重なる部分であり、もう１つは、接続用パッド３２ａと重なる部分である。このため、ガラス非含有部３２の延出部３２ｂは、ガラス含有部３１と重なる部分をほとんど有していない。このような実施形態によっても、発熱抵抗体２と電極３とが重なる部分における気泡の発生を抑制することが可能であり、発熱抵抗体２および電極３の剥離を防止することができる。

図４は、本発明に係るヒータの第３実施形態を示している。本実施形態のヒータＡ３は、ガラス含有部３１の一部を覆うように発熱抵抗体２が電極３と重なっている点が、上述したいずれの実施形態とも異なっている。このようなヒータＡ３を形成するのに好ましい製造方法について、図５および図６を参照しつつ、以下に説明する。

まず、図５に示すように基板１に、導電体ペースト３２Ａ、導電体ペースト３１Ａの順でこれらを塗布する。導電体ペースト３２Ａは、バインダにＡｇが混入されたものであり、ガラス非含有部３２となるものである。導電体ペースト３１Ａは、Ａｇ、Ｐｄ、およびガラスがバインダに混入されたものであり、ガラス含有部３１となるものである。Ｐｄの含有量は、たとえば３ｗｔ％程度とする。そして、塗布した導電体ペースト３１Ａ，３２Ａを十分に乾燥させる。

次いで、図６に示すように抵抗体ペースト２Ａを塗布する。この塗布においては、抵抗体ペースト２Ａの一部を導電体ペースト３１Ａに重ならせる。抵抗体ペースト２Ａは、Ａｇ−Ｐｄおよび少量のガラスをバインダに混入させたものであり、発熱抵抗体２となるものである。そして、塗布した抵抗体ペースト２Ａを十分に乾燥させる。この後は、導電体ペースト３１Ａ，３２Ａと抵抗体ペースト２Ａとを一括して焼成する。これにより、発熱抵抗体２および電極３が形成される。最後に、保護膜４を形成することにより、ヒータＡ３が得られる。

ヒータＡ３によっても、ヒータＡ１，Ａ２と同様に、発熱抵抗体２および電極３の剥離を防止することができる。また、上述した製造方法においては、発熱抵抗体２と電極３との結合力を高めることができる。その理由を以下に述べる。

本実施形態との比較のため、焼成によって電極３を形成した後に、抵抗体ペースト２Ａを塗布するという参考例を考える。抵抗体ペースト２Ａを塗布し、乾燥および焼成させる工程においては、Ａｇの濃度が比較的高いガラス含有部３１からＡｇの濃度が比較的低い抵抗体ペースト２Ａまたは発熱抵抗体２にＡｇが拡散する。これにより、ガラス含有部３１のうち発熱抵抗体２と接する部分に微小な空洞が生じる。この微小な空洞が起点となって、発熱抵抗体２と電極３との剥離が誘発されるおそれがある。

これに対して、本実施形態においては、抵抗体ペースト２Ａが焼成されるときには、導電体ペースト３１Ａはいまだ焼成されていない。このため、Ａｇの濃度が高い導電体ペースト３１ＡからＡｇの濃度が低い抵抗体ペースト２ＡにＡｇが拡散しても、導電体ペースト３１Ａにおいては、Ａｇがあった領域をガラスが埋めることとなる。このため、ガラス含有部３１のうち発熱抵抗体２と接する部分に微小な空洞が生じることを抑制することができる。したがって、発熱抵抗体２と電極３との結合力を高めることができる。なお、ガラス非含有部３２をあらかじめ焼成によって形成した後に、ガラス含有部３１および発熱抵抗体２を上述した手順によって作成しても、発熱抵抗体２と電極３との結合力を高めるという効果を奏することができる。

図７は、本発明に係るヒータの第４実施形態を示している。本実施形態のヒータＡ４は、ガラス含有部３１とガラス非含有部３２との形態が上述したヒータＡ３と異なっている。本実施形態においては、ガラス含有部３１が分離した形態とされている。このような実施形態によっても、発熱抵抗体２および電極３の剥離を防止することができる。

本発明に係るヒータおよびその製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るヒータおよびその製造方法の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

ガラス非含有部に含まれるガラスは、上述した実施形態のように保護膜を形成するガラスと同一のものに限定されず、軟化点が保護膜を形成するガラスよりも高いガラスを用いてもよい。

本発明に係るヒータの第１実施形態を示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う要部断面図である。 本発明に係るヒータの第２実施形態を示す要部断面図である。 本発明に係るヒータの第３実施形態を示す要部断面図である。 図４に示すヒータの製造方法の一例において、導電体ペーストを塗布する工程を示す要部断面図である。 図４に示すヒータの製造方法の一例において、抵抗体ペーストを塗布する工程を示す要部断面図である。 本発明に係るヒータの第４実施形態を示す要部断面図である。 従来のヒータの一例を示す要部断面図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ ヒータ
１ 基板
２ 発熱抵抗体
２Ａ 抵抗体ペースト
３ 電極
４ 保護膜
３１ ガラス含有部
３２ ガラス非含有部
３２ａ 接続用パッド
３２ｂ 延出部
３１Ａ，３２Ａ 導電体ペースト

Claims (5)

1. 基板と、
   上記基板に形成された発熱抵抗体と、
   上記発熱抵抗体に接する電極と、
   上記発熱抵抗体を覆うガラスからなる保護膜と、
   を備えるヒータであって、
   上記電極のうち、少なくとも上記発熱抵抗体と接する部分は、軟化点が上記保護膜を形成するガラスの軟化点以上であるガラスを含むガラス含有部とされていることを特徴とする、ヒータ。
2. 上記ガラス含有部は、Ｐｄをさらに含んでいる、請求項１に記載のヒータ。
3. 上記電極は、ガラスを含まないガラス非含有部をさらに有しており、
   上記ガラス非含有部は、上記発熱抵抗体から離間した接続用パッドと、上記接続用パッドから上記発熱抵抗体に向かって延びる延出部とを有している、請求項１または２に記載のヒータ。
4. 基板に導電体ペーストを塗布する工程と、
   上記導電体ペーストを乾燥させる工程と、
   上記導電体ペーストの一部に接触させるように抵抗体ペーストを塗布する工程と、
   上記抵抗体ペーストを乾燥させる工程と、
   上記導電体ペーストおよび上記抵抗体ペーストを一括して焼成することにより、発熱抵抗体および電極を形成する工程と、
   を有することを特徴とする、ヒータの製造方法。
5. 上記導電体ペーストを塗布する工程においては、上記導電体ペーストの少なくとも一部をガラスを含む部分とし、
   上記抵抗体ペーストを塗布する工程においては、上記導電体ペーストに対して上記ガラスを含む部分のみと接するように上記抵抗体ペーストを塗布し、
   上記焼成する工程の後に、軟化点が上記導電体ペーストに含まれるガラスの軟化点以下であるガラスを用いて、上記発熱抵抗体を覆う保護膜を形成する工程をさらに有する、請求項４に記載のヒータの製造方法。

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