JP5801847B2

JP5801847B2 - 定着機用ヒータ

Info

Publication number: JP5801847B2
Application number: JP2013116633A
Authority: JP
Inventors: 平四郎不藤; 知子和宇慶; 瀬津　栄彬; 栄彬瀬津; 寺尾　博年; 博年寺尾; 一真小橋; 岡田　英二; 英二岡田; 中島　進; 進中島; 小野寺　幹夫; 幹夫小野寺
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2033-06-03
Also published as: US20140353303A1; CN104216263B; JP2014235315A; CN104216263A; US9217970B2

Description

本発明は、用紙にトナーを加熱定着させるための加熱定着機に用いられる定着機用ヒータに関するものである。

特許文献１には、基板と、基板上に形成された発熱体と、前記発熱体を覆うオーバーコートガラス（保護膜）とを有して形成されたプレートヒータに関する発明が開示されている。

特許文献１では、基板がガラス基板であり、ガラス基板は、ＳｉＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｌｉ_２Ｏよりなるガラス材料で形成されたものが記載されている。オーバーコートガラスは、低融点ガラスと低膨張フィラーよりなるガラス材料により形成されている。また、テフロンコーティング（テフロンは登録商標）がオーバーコートガラスの表面に重ねて形成されている。

特開２００５−７１８４３号公報

しかしながら、ガラス材料にアルカリ金属が含まれていると、発熱体に接続される電極パターンの配置位置によっては電極パターン間でマイグレーションが生じやすくなるという問題があった。

また、特許文献１に記載された発明では、基板の熱膨張率と、保護膜（オーバーコートガラス）の熱膨張率との違いが考慮されておらず、反りが発生しやすい課題がある。

さらに、特許文献１に記載された発明では、オーバーコートガラスに低膨張フィラーが含まれているが、この低膨張フィラーによりオーバーコートガラスの表面の平滑性が悪くなる（表面粗さが大きくなる）問題があった。そのため、オーバーコートガラスの表面に加熱ベルトが接触すると、オーバーコートガラスの表面の凹凸が大きいために加熱ベルトに損傷を与えやすくなる。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来に比べて、マイグレーション及び反りを抑制するとともに表面の平滑性を向上させることが可能な定着機用ヒータを提供することにある。

本発明における定着機用ヒータは、
ガラス基板と、
前記ガラス基板上に形成された発熱体と、
前記ガラス基板上に形成され前記発熱体に接続される複数本の電極パターンと、
前記発熱体上及び前記電極パターン上に形成された第１保護層と、
前記第１保護層上に形成された第２保護層と、を有し、
前記ガラス基板は、アルカリ金属酸化物が加えられていない無アルカリガラスからなり、
前記第１保護層は、アルカリ金属酸化物が加えられておらず軟化点を前記ガラス基板の軟化点よりも低くする材料が加えられた第１のガラス粉末と、前記ガラス基板に用いられた前記無アルカリガラスよりも熱膨張率の低い第１のフィラーを混合した混合材料を焼成して形成されており、
前記第２保護層は、前記第１保護層に用いられる前記第１のフィラーを含まない材料にて形成されることを特徴とするものである。

本発明では、電極パターンが接触するガラス基板及び第１保護層にはともに、アルカリ金属酸化物が含まれていない。したがって従来に比べてマイグレーションの発生を抑制することができる。

また第１保護層に用いられる第１のガラス粉末は、ガラス基板上で焼成させるためにガラス基板よりも軟化点が低いものを選択しているが、熱膨張率が小さいもの（熱膨張率がガラス基板の熱膨張率に近いもの）は現在のところ存在しない。しかし、第１保護層に熱膨張率の低い第１のフィラーを混合したことで、第１保護層の熱膨張率をガラス基板の熱膨張率に近づけることができ、反りの発生を抑制することができる。

さらに、第１保護層には第１のフィラーが含まれているので、第１保護層の表面の凹凸は大きくなりやすいが、第１保護層に重ねて第２保護層を形成し、第２保護層には、第１保護層に用いられた第１のフィラーを入れないことで、第２保護層の表面の平滑性を向上させることができる。

また本発明では、前記第２保護層は、軟化点を前記ガラス基板の前記軟化点よりも低くする材料が加えられた第２のガラス粉末に、前記第１のフィラーを混合せずに焼成して形成されたものであることが好ましい。例えば特許文献１では、オーバーコートガラスの表面にテフロンコーティングを施しているが、発熱体が３００℃程度にまで上昇するとテフロンコーティングでは耐熱性が十分でない。これに対して本発明では、第２保護層にガラスを用いることで、第２保護層の耐熱性を向上させることができる。

また本発明では、前記第２保護層は、アルカリ金属酸化物を含んでもよい。これにより、熱膨張率を小さくすることができる。なお、電極パターンと第２保護層との間には第１保護層が介在するので、第２保護層にアルカリ金属酸化物を含めたことによるマイグレーションの問題は生じない。

また本発明では、前記第２保護層は、アルカリ金属酸化物を含み前記第２のガラス粉末よりも熱膨張率が低く前記ガラス基板の軟化点よりも低い温度で表面が軟化する第２のフィラー（ユーククリプタイト等）が加えられていてもよい。ユーククリプタイト等のアルカリ金属酸化物を含むフィラーであれば焼成時に表面を多少溶かすことができ、それにより平滑性を損なわないようにすることができる。

また本発明では、前記第１保護層に用いられる前記第１のガラス粉末と、前記第２保護層に用いられる前記第２のガラス粉末とは同じ材質であってもよい。これにより、耐熱性等の特性を第１保護層と第２保護層とでほぼ同じにできる。また、第１保護層と第２保護層との間の密着性を適切に向上させることができる。

また本発明では、前記第２保護層の軟化点は、前記第１保護層及び前記ガラス基板の各軟化点もよりも低くされていてもよい。

また本発明では、前記第２保護層は、前記発熱体と重なる位置であって前記電極パターンと重ならない位置に形成されることが好ましい。これにより発熱体と対向する表面を凸型にでき、加熱ベルトとの密着性を向上させることができる。また第２保護層の熱膨張率は、第１保護層やガラス基板よりも高くなるが、第２保護層を電極パターンと重ならいように形成することで、第１保護層の表面に占める第２保護層の面積を小さくでき、反りの発生を効果的に抑制することが可能になる。

また本発明では、前記第２保護層の体積は、前記第１保護層の体積よりも小さいことが好ましい。第２保護層の熱膨張率は第１保護層よりも高くなるが、第２保護層の体積を第１保護層よりも小さくすることで、第２保護層の熱膨張率の影響を小さくでき、反りを抑えることができる。

また本発明では、前記第１保護層に含まれる前記第１のフィラーは、溶融シリカであることが好ましい。溶融シリカを熱膨張率が極めて小さく、少ない混合量で第１保護層の熱膨張率を下げることができる。

また本発明では、前記第１保護層に占める前記溶融シリカの体積比が１０％〜２５％の範囲内であることが好ましい。ペースト状の混合材料を、発熱体上及び電極パターン上に形成したとき、流動性を維持することができ、第１保護層の熱膨張率をガラス基板の熱膨張率に近づけることができる。

また、本発明では、前記溶融シリカの粒径は、０．４〜１μｍであることが好ましい。粒径が小さいとペーストの流動性が損なわれ、粒径が大きい平滑性が損なわれるが、このような範囲であれば流動性が損なわれず、かつ平滑性も損なわれない。

また本発明では、前記電極パターンは、前記ガラス基板上に間隔を空けて交互に配置されたプラス側電極及びマイナス側電極と、前記プラス側電極及び前記マイナス側電極のそれぞれに接続される配線層と、有して形成されており、
前記発熱体は、前記ガラス基板上から前記プラス側電極上及び前記マイナス側電極上にかけて形成され、前記配線層は、前記発熱体の両側から前記ガラス基板上に延出していることが好ましい。

さらに、第１保護層にはフィラーが含まれているので、第１保護層の表面の凹凸は大きくなりやすいが、第１保護層に重ねて第２保護層を形成し、第２保護層には、第１保護層に用いられた第１のフィラーを入れないことで、第２保護層の表面の平滑性を向上させることができる。

本実施形態における定着機用ヒータの部分縦断面図である。本実施形態における定着機用ヒータの平面図である。実施例及び比較例のマイグレーション結果を示す実施結果である。

図１は、本実施形態における定着機用ヒータ１の部分縦断面図である。図２は、本実施形態における定着機用ヒータの平面図である。

図１に示す定着機用ヒータ１は、ガラス基板２と、ガラス基板２の表面に形成された発熱体３と、ガラス基板２上に形成され発熱体３に接続された複数本の電極パターン４と、発熱体３上及び電極パターン４上に形成された第１保護層５と、第１保護層５上に形成された第２保護層６とを有して構成される。

ガラス基板２は、アルカリ金属酸化物が加えられていない無アルカリガラスからなる。無アルカリガラスの組成は、例えば、ＳｉＯ_２（約６０％）・Ａｌ_２Ｏ_３（約１５％）・Ｂ_２Ｏ_３（１０％）・ＭｇＯ（数％）・ＣａＯ（数％）である。

発熱体３は、ガラス粉末にＲｕＯ_２（２０％）を混合したペーストを焼成して形成したものである。

電極パターン４は、ガラス基板２の表面に形成された共通電極７と、個別電極８とを備えている。共通電極７と個別電極８とは間隔を空けて交互に配置される。なお、各電極７、８の上に発熱体３が形成されることで発熱体３と各電極７，８とが電気的に接続されている。

各共通電極７は発熱体３の外側にて配線パターン９に繋がっており、各個別電極８は発熱体３の外側にて配線パターン１０に繋がっている。
各配線パターン９，１０もガラス基板２上に形成されている。

共通電極７及び個別電極８の一方がプラス側電極で他方がマイナス側電極である。
共通電極７及び個別電極８はともにＡｕレジネートを焼成して形成される。また、各配線パターン９，１０はガラス粉末に銀粉末（９０v％）を混合したペーストを焼成して形成したものである。

第１保護層５は、アルカリ金属酸化物が加えられておらず軟化点が前記ガラス基板の軟化点よりも低い第１のガラス粉末に、前記ガラス基板に用いられた前記無アルカリガラスよりも熱膨張率の低い第１のフィラーを混合した混合材料を焼成して形成したものである。

第１保護層５の第１のガラス粉末の組成は、ＺｎＯ・Ｂ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２又はＢｉ₂Ｏ₃・Ｂ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２である。

また第１保護層５に含まれる第１のフィラーは、溶融シリカ（石英ガラス）である。溶融シリカは熱膨張率が極めて低く（０．５６ｐｐｍ／℃）、少ない混合量で第１保護層５の熱膨張率を下げることができる。

第１保護層５中に占める溶融シリカの体積比は１５％〜２５％であることが好適である。ペーストの流動性を維持しつつ、第１保護層５の熱膨張率をガラス基板２の熱膨張率に近づけることができる。

溶融シリカの粒径は０．４〜１μｍ程度である。粒径が小さいとペーストの流動性が損なわれ、粒径が大きいと平滑性が損なわれるが、０．４〜１μｍの範囲であれば流動性が損なわれず、かつ平滑性も損なわれない。
また第１保護層５の厚みは２０μｍ〜５０μｍ程度である。

なお、第１保護層５のガラス粉末には、アルカリ金属酸化物でなく軟化点をガラス基板２の軟化点よりも低くする材料がガラス組成の一部として含まれていることが好ましい。そのような材料としては酸化亜鉛等が考えられる。これにより第１保護層５の軟化点を適切に低くすることができる。

第２保護層６は、第１保護層５に用いられる前記第１のフィラーを含まない材料にて形成される。

具体的には、第２保護層６は、軟化点をガラス基板２の軟化点よりも低くする材料として酸化亜鉛がガラス組成の一部として加えられた第２ガラス粉末に、前記第１のフィラーを混合せずに焼成して形成されたものである。例えば特許文献１では、オーバーコートガラスの表面にテフロンコーティングを施しているが、発熱体３が３００℃程度にまで上昇するとテフロンコーティングでは耐熱性が十分でない。これに対して本実施形態では、第２保護層６にガラスを用いることで、第２保護層６の耐熱性を向上させることができる。

また、第１保護層５に用いられる第１のガラス粉末と、第２保護層６に用いられる第２のガラス粉末とは同じ材質であることが好ましい。これにより、耐熱性等の特性を第１保護層５と第２保護層６とでほぼ同じにできる。また、第１保護層５と第２保護層６との間の密着性を適切に向上させることができる。

本実施形態では、第２保護層６は、アルカリ金属酸化物を含んでもよい。たとえば、第２のガラス粉末はアルカリ金属酸化物を組成の一部とするものでもよい。これにより、熱膨張率を小さくすることができる。なお、電極パターンと第２保護層との間には第１保護層が介在するので、第２保護層にアルカリ金属酸化物を含めたことによるマイグレーションの問題は生じない。

また、本実施形態では、第２保護層６は、アルカリ金属酸化物を含み第２のガラス粉末よりも熱膨張率が低くガラス基板の軟化点よりも低い温度で表面が軟化する第２のフィラーが加えられていてもよい。例えば第２保護層６にはユークリプタイト（ＬｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２）が重量比で約２０％加えられている。これにより、第２保護層６の熱膨張率を小さくすることができる。また、ユークリプトタイトであれば焼成時に表面を多少溶かすことができ、それにより平滑性を損なわないようにすることができる。なお、電極パターン４と第２保護層６との間には第１保護層５が介在するので、第２保護層６にアルカリ金属酸化物を含めたことによるマイグレーションの問題は生じない。なお、ユークリプタイト以外の材料としては、例えばスポジュメン（ＬｉＡｌＳｉ_２Ｏ_６）等が考えられる。

また本実施形態では、第２保護層６の軟化点は、第１保護層５及びガラス基板２の各軟化点もよりも低くされていることが好ましい。

また、第２保護層６は、発熱体３と重なる位置であって、発熱体３の外側に延出する電極パターン４（配線パターン９，１０）と重ならない位置に形成されることが好ましい。これにより発熱体３と対向する表面を凸型にでき、加熱ベルトとの密着性を向上させることができる。また第２保護層６の熱膨張率は、第１保護層５やガラス基板２よりも高くなるが、第２保護層６を電極パターンと重ならいように形成することで、第１保護層５の表面に占める第２保護層６の面積を小さくでき、反りの発生を効果的に抑制することが可能になる。

また本実施形態では、第２保護層６の体積は、第１保護層５の体積よりも小さいことが好ましい。第２保護層６の熱膨張率は第１保護層５よりも高くなるが、第２保護層６の体積を第１保護層５よりも小さくすることで、第２保護層６の熱膨張率の影響を小さくでき、反りを抑えることができる。
第２保護層６の厚みは、５〜１０μｍ程度である。

本実施形態の定着機用ヒータ１によれば、電極パターン４が接触するガラス基板２及び第１保護層５にはともに、アルカリ金属酸化物が含まれていない。したがって従来に比べてマイグレーションの発生を抑制することができる。

また第１保護層５に用いられる第１のガラス粉末は、ガラス基板よりも軟化点が低いため、ガラス粉末の熱膨張率は、ガラス基板２の熱膨張率よりも高くなるが、第１保護層５に熱膨張率の低い第１のフィラーを混合したことで、第１保護層５の熱膨張率をガラス基板２の熱膨張率に近づけることができ、反りの発生を抑制することができる。

さらに、第１保護層５には第１のフィラーが含まれているので、第１保護層５の表面の凹凸は大きくなりやすいが、第１保護層５に重ねて第２保護層６を形成し、第２保護層６には、第１保護層５に用いられた第１のフィラーを入れないことで、第２保護層６の表面の平坦性を向上させることができる。

１００ｍｍ角のガラス基板に、２５μｍ程度のオーバーコートを全面形成したときの反り量及びマイグレーションを測定した。

実施例ではオーバーコートとして、第１のフィラーとして溶融シリカ（粒径０．７μｍ）を２０％混合した無アルカリガラスを用いた。

また比較例ではオーバーコートとして、第２のフィラーとしてユークリプタイト（低膨張フィラーＬｉ含有）を１５％混合したガラスを用いた。

実験では、加熱温度５００℃、Ａｕ電極とＡｇ電極との間隔を０．５ｍｍとし、ルテニウム抵抗体の抵抗値変化を測定した。
その実験結果が以下の表１及び図３に示されている。

表１に示す比較例では、実施例に比べて反りが大きくなった。
またマイグレーションを起こすと電極間でショートし抵抗値が下がるので、図３に示すように、比較例ではマイグレーションが発生していることがわかった。一方、実施例では抵抗値変化率の変化が小さく、マイグレーションを抑制できたことがわかった。

１定着機用ヒータ
２ガラス基板
３発熱体
４電極パターン
５第１保護層
６第２保護層

Claims

ガラス基板と、
前記ガラス基板上に形成された発熱体と、
前記ガラス基板上に形成され前記発熱体に接続される複数本の電極パターンと、
前記発熱体上及び前記電極パターン上に形成された第１保護層と、
前記第１保護層上に形成された第２保護層と、を有し、
前記ガラス基板は、アルカリ金属酸化物が加えられていない無アルカリガラスからなり、
前記第１保護層は、アルカリ金属酸化物が加えられておらず軟化点を前記ガラス基板の軟化点よりも低くする材料が加えられた第１のガラス粉末と、前記ガラス基板に用いられた前記無アルカリガラスよりも熱膨張率の低い第１のフィラーを混合した混合材料を焼成して形成されており、
前記第２保護層は、前記第１保護層に用いられる前記第１のフィラーを含まない材料にて形成されることを特徴とする定着機用ヒータ。
前記第２保護層は、軟化点を前記ガラス基板の前記軟化点よりも低くする材料が加えられた第２のガラス粉末に、前記第１のフィラーを混合せずに焼成して形成されたものである請求項１に記載の定着機用ヒータ。
前記第２保護層は、アルカリ金属酸化物を含むことを特徴とする請求項２に記載の定着機用ヒータ。
前記第２保護層は、アルカリ金属酸化物を含み前記第２のガラス粉末よりも熱膨張率が低く前記ガラス基板の軟化点よりも低い温度で表面が軟化する第２のフィラーが加えられたことを特徴とする請求項３に記載の定着機用ヒータ。
前記第２のフィラーは、ユークリプタイトであることを特徴とする請求項４に記載の定着機用ヒータ。
前記第１保護層に用いられる前記第１のガラス粉末と、前記第２保護層に用いられる前記第２のガラス粉末とは同じ材質である請求項２ないし５のいずれか１項に記載の定着機用ヒータ。
前記第２保護層の軟化点は、前記第１保護層及び前記ガラス基板の各軟化点もよりも低くされている請求項２ないし５のいずれか１項に記載の定着機用ヒータ。
前記第２保護層は、前記発熱体と重なる位置であって前記電極パターンと重ならない位置に形成される請求項１ないし７のいずれか１項に記載の定着機用ヒータ。
前記第２保護層の体積は、前記第１保護層の体積よりも小さい請求項１ないし８のいずれか１項に記載の定着機用ヒータ。
前記第１保護層に含まれる前記第１のフィラーは、溶融シリカである請求項１ないし９のいずれか１項に記載の定着機用ヒータ。
前記第１保護層に占める前記溶融シリカの体積比が１０％〜２５％の範囲内である請求項１０記載の定着機用ヒータ。
前記溶融シリカの粒径は、０．４〜１μｍであることを特徴とする請求項１０または１１記載の定着機用ヒータ。
前記電極パターンは、前記ガラス基板上に間隔を空けて交互に配置されたプラス側電極及びマイナス側電極と、前記プラス側電極及び前記マイナス側電極のそれぞれに接続される配線層と、有して形成されており、
前記発熱体は、前記ガラス基板上から前記プラス側電極上及び前記マイナス側電極上にかけて形成され、前記配線層は、前記発熱体の両側から前記ガラス基板上に延出している請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の定着機用ヒータ。