KR20180106846A - 히터와, 그것을 구비하는 정착 장치, 화상 형성 장치 및 가열 장치 - Google Patents
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Abstract
피가열물과 대면된 상태에서 피가열물 및 본 히터(1) 중 적어도 한쪽을 소인하여 피가열물을 가열하는 히터이며, 기체(11)와, 기체(11)의 일면(11a)측에 배치된 발열층(12)과, 기체(11)와 발열층(12)의 층간 및 기체(11)의 타면(11b)측 중 적어도 한쪽에 배치되고, 기체(11)를 구성하는 재료보다도 열전도율이 큰 재료에 의하여 형성된 균열층(13)을 구비함으로써, 발열층에 기인한 열의 기복이 가열면에 반영되기 어려워 균열성이 우수한 히터와, 그것을 구비하는 정착 장치, 화상 형성 장치 및 가열 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 히터와, 그것을 구비하는 정착 장치, 화상 형성 장치 및 가열 장치에 관한 것이다. 상세하게는 균열(均熱)성이 우수한 히터와, 그것을 구비하는 정착 장치, 화상 형성 장치 및 가열 장치에 관한 것이다.
대상물의 열처리를 행하기 위한 가열 수단으로서, 얇게 형성된 기체(基體)에 이용하여, 그 일면에 통전 발열하는 발열층을 형성한 히터가 알려져 있다. 이러한 히터는 콤팩트하게 형성할 수 있기 때문에, 예를 들어 복사기나 프린터 등에 내장되어 기록 매체에 토너나 잉크 등을 정착시킬 목적으로 사용되거나, 건조기에 내장되어 패널 등의 피처리체를 균일하게 가열 건조시킬 목적으로 사용되거나 한다. 이러한 히터는 하기 특허문헌 1에 개시되어 있다.
이러한 히터에서는, 얇게 형성된 기체를 이용함으로써, 전력을 절약하면서 빠른 기동 특성을 얻을 수 있다. 한편, 얇게 형성된 기체를 사용하면, 그 일면에 형성된 발열층의, 예를 들어 패턴 형상 등에 기인한 열의 기복이, 가열면에 나타나기 쉽다는 문제가 있다. 또한 요즘, 종래에 비하여 보다 콤팩트한 히터가 요구되고 있으며, 특히 소인 방향으로 보다 폭이 좁은 히터가 요망되고 있다. 이러한 소인 방향으로의 협폭화는, 발열층의 패턴에 기인한 열의 기복을 보다 현저히 가열면에 반영하는 것으로 이어지며, 그 대책이 필요해지고 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 발열층에 기인한 열의 기복이 가열면에 반영되기 어려워 균열성이 우수한 히터와, 그것을 구비하는 정착 장치, 화상 형성 장치 및 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 이하와 같다.
청구항 1에 기재된 히터는, 피가열물과 대면된 상태에서 상기 피가열물 및 본 히터 중 적어도 한쪽을 소인하여 상기 피가열물을 가열하는 히터이며,
기체와,
상기 기체의 일면측에 배치된 발열층과,
상기 기체와 상기 발열층의 층간 및 상기 기체의 타면측 중 적어도 한쪽에 배치되고, 상기 기체를 구성하는 재료보다도 열전도율이 큰 재료에 의하여 형성된 균열층을 구비하는 것을 요지로 한다.
청구항 2에 기재된 히터는, 청구항 1에 기재된 히터에 있어서, 상기 균열층으로서, 상기 기체에 직접 적층된 직접 적층형의 균열층을 갖는 것을 요지로 한다.
청구항 3에 기재된 히터는, 청구항 1 또는 2에 기재된 히터에 있어서, 상기 균열층으로서, 상기 기체와의 사이에 유리 글레이즈층을 개재하여 적층된 간접 적층형의 균열층을 갖는 것을 요지로 한다.
청구항 4에 기재된 히터는, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 히터에 있어서, 상기 균열층이, 절결 또는 표리를 관통한 관통 구멍을 포함한 결락부를 갖고,
상기 결락부를 개재하여, 상기 균열층의 일면측에 인접한 층과 상기 균열층의 타면측에 인접한 층이 접합되어 있는 것을 요지로 한다.
청구항 5에 기재된 히터는, 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 히터에 있어서, 상기 균열층은, 복수의 금속 입자가 연결되어 형성된 금속 다공부와, 상기 금속 다공부의 간극에 배치된 비금속부를 갖는 것을 요지로 한다.
청구항 6에 기재된 히터는, 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 히터에 있어서, 상기 발열층은, 전기적으로 병렬로 접속된 복수의 저항 발열 셀을 구비하고,
각 상기 저항 발열 셀은, 상기 소인 방향에 대하여 대략 수직으로 배치된 복수의 가로 배선부와, 상기 가로 배선부 간을 접속하는 세로 배선부가 연결되어 지그재그 형상으로 형성된 저항 발열 배선을 갖고,
인접한 상기 저항 발열 셀끼리의 사이에는, 상기 저항 발열 배선이 형성되어 있지 않은 비형성부를 갖는 것을 요지로 한다.
청구항 7에 기재된 정착 장치는, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 히터를 구비하는 것을 요지로 한다.
청구항 8에 기재된 화상 형성 장치는, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 히터를 구비하는 것을 요지로 한다.
청구항 9에 기재된 가열 장치는, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 히터를 구비하는 것을 요지로 한다.
본 발명의 히터에 의하면, 발열층에 기인한 열의 기복이 가열면에 반영되기 어려워 균열성이 우수한 히터로 할 수 있다.
균열층으로서, 기체에 직접 적층된 직접 적층형의 균열층을 갖는 경우에는, 이 균열층을 갖지 않은 경우에 비하여 보다 우수한 균열성을 얻을 수 있다.
균열층으로서, 기체와의 사이에 유리 글레이즈층을 개재하여 적층된 간접 적층형의 균열층을 갖는 경우에는, 이 균열층을 갖지 않은 경우에 비하여 보다 우수한 균열성을 얻을 수 있다.
도 1은 본 히터의 형태의 일례(실시예 1)를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 2는 본 히터의 형태의 다른 예(실시예 2)를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 3은 본 히터의 형태의 다른 예(실시예 3)를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 4는 본 히터의 형태의 다른 예(실시예 4)를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 5는 본 히터의 형태의 다른 예(실시예 7)를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 6은 본 히터의 형태의 다른 예(실시예 8)를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 7은 본 히터의 형태의 다른 예를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 8은 본 히터에 있어서의 발열층과 균열층의 상관을 예시하는 모식적인 평면도이다.
도 9는 본 히터에 있어서의 균열층의 일례의 결락부를 설명하는 설명도이다.
도 10은 본 히터를 사용한 정착 장치의 일례를 도시하는 개략 사시도이다.
도 11은 본 히터를 사용한 정착 장치의 다른 예를 도시하는 개략 사시도이다.
도 12는 본 히터를 사용한 화상 형성 장치의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 13은 실시예 1 내지 4에 따른 히터에 의한 균열 효과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 실시예 5 내지 9에 따른 히터에 의한 균열 효과를 나타내는 그래프이다.
도 15는 종래의 히터(비교예 1)를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 16은 균열층에 있어서의 금속 다공부와 비금속부를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 17은 균열층의 평면 형상의 베리에이션을 도시하는 설명도이다.
도 18은 실시예 5 내지 14에 따른 히터에 의한 균열 효과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 히터의 형태의 다른 예(실시예 2)를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 3은 본 히터의 형태의 다른 예(실시예 3)를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 4는 본 히터의 형태의 다른 예(실시예 4)를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 5는 본 히터의 형태의 다른 예(실시예 7)를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 6은 본 히터의 형태의 다른 예(실시예 8)를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 7은 본 히터의 형태의 다른 예를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 8은 본 히터에 있어서의 발열층과 균열층의 상관을 예시하는 모식적인 평면도이다.
도 9는 본 히터에 있어서의 균열층의 일례의 결락부를 설명하는 설명도이다.
도 10은 본 히터를 사용한 정착 장치의 일례를 도시하는 개략 사시도이다.
도 11은 본 히터를 사용한 정착 장치의 다른 예를 도시하는 개략 사시도이다.
도 12는 본 히터를 사용한 화상 형성 장치의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 13은 실시예 1 내지 4에 따른 히터에 의한 균열 효과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 실시예 5 내지 9에 따른 히터에 의한 균열 효과를 나타내는 그래프이다.
도 15는 종래의 히터(비교예 1)를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 16은 균열층에 있어서의 금속 다공부와 비금속부를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 17은 균열층의 평면 형상의 베리에이션을 도시하는 설명도이다.
도 18은 실시예 5 내지 14에 따른 히터에 의한 균열 효과를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명한다.
[1] 히터
본 히터(1)는, 피가열물과 대면된 상태에서 피가열물 및 본 히터(1) 중 적어도 한쪽을 소인하여 피가열물을 가열하는 히터이다.
또한 본 히터(1)는, 기체(11)와, 기체(11)의 일면(11a)측에 배치된 발열층(12)과, 기체(11)와 발열층(12)의 층간 및 기체의 타면(11b)측 중 적어도 한쪽에 배치되고, 기체를 구성하는 재료보다도 열전도율이 큰 재료에 의하여 형성된 균열층(13)을 구비한다(도 1 내지 도 4 참조).
<1> 기체에 대하여
상기 「기체(11)」는 발열층을 지지하는 기판이다. 이 기체(11)는 통상, 박판 형상이며, 그 표리의 각 주면을 본 명세서에서는 일면(11a) 및 타면(11b)으로 한다. 즉, 일면(11a)과 타면(11b)은 서로 반대의 면이다.
기체(11)를 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않으며, 그 표면 상에서 발열층이 발열되면 되고, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 금속, 세라믹스, 및 이들의 복합 재료 등을 이용할 수 있다. 금속 등의 도전성 재료를 사용하는 경우, 기체는 그 도전성 재료 상에 절연층을 형성하여 구성할 수 있다.
기체를 구성하는 재료 중, 금속으로서는 스틸 등을 들 수 있다. 그 중에서도 본 발명에서는 스테인리스를 적합하게 사용할 수 있다. 스테인리스의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 페라이트계 스테인리스, 오스테나이트계 스테인리스가 바람직하다. 또한 이들 스테인리스 중에서도 특히 내열성 및 내산화성이 우수한 품종이 바람직하다. 예를 들어 SUS430, SUS436, SUS444, SUS316L 등을 들 수 있다. 이들은 1종만을 사용해도 되고 2종 이상을 병용해도 된다.
또한 기체를 구성하는 금속으로서 알루미늄, 마그네슘, 구리, 및 이들 금속의 합금을 사용할 수 있다. 이들은 1종만을 사용해도 되고 2종 이상을 병용해도 된다. 그중, 알루미늄, 마그네슘, 및 이들의 합금(알루미늄 합금, 마그네슘 합금, Al-Mg 합금 등)은 비중이 작기 때문에, 이들을 채용함으로써 본 히터의 경량화를 도모할 수 있다. 또한 구리 및 그 합금은 열전도성이 우수하기 때문에, 이들을 채용함으로써 본 히터의 균열성의 향상을 도모할 수 있다.
기체를 구성하는 재료 중, 세라믹스로서는 산화알루미늄, 질화알루미늄, 지르코니아, 실리카, 멀라이트, 스피넬, 코디에라이트, 질화규소 등을 들 수 있다. 이들은 1종만을 사용해도 되고 2종 이상을 병용해도 된다. 이들 중, 산화알루미늄 및 질화알루미늄이 바람직하다. 또한 금속과 세라믹스의 복합 재료로서는 SiC/C나 SiC/Al 등을 들 수 있다. 이들은 1종만을 사용해도 되고 2종 이상을 병용해도 된다.
기체(11)의 치수나 형상은 특별히 한정되지 않지만, 그 두께는 50㎛ 이상 700㎛ 이하로 할 수 있다. 이 범위에서는, 특히 전력을 절약하면서 빠른 기동 특성을 얻을 수 있다. 이 두께는 100㎛ 이상 600㎛ 이하가 더 바람직하고, 150㎛ 이상 500㎛ 이하가 보다 바람직하고, 180㎛ 이상 450㎛ 이하가 더욱 바람직하고, 200㎛ 이상 400㎛ 이하가 특히 바람직하다.
또한 기체의 형상은, 소인 방향(D1)의 길이보다도 폭 방향(D2)의 길이가 긴 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의하여 본 발명의 구성에 의한 효과를 얻기 쉽다. 구체적으로는, 예를 들어 기체의 소인 방향(D1)의 길이를 LD1이라 하고, 기체의 폭 방향(D2)의 길이를 LD2라 한 경우에, 길이의 비(LD1/LD2)는 0.001 이상 0.25 이하로 할 수 있다. 이 비는 0.005 이상 0.2 이하가 더 바람직하고, 0.01 이상 0.15 이하가 보다 바람직하다.
<2> 발열층에 대하여
상기 「발열층(12)」은 통전에 의하여 발열되는 층이며, 기체(11)의 일면(11a)측에 배치된다. 발열층(12)은 통상, 기체(11)의 일면(11a)측만에 배치되지만, 타면(11b)측에도 형성할 수 있다.
이 발열층(12)의 구체적인 형상 등은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 전체면이 균일한 두께의 발열 시트여도 되고, 일련으로 된 소정의 패턴 형상을 갖는 저항 발열 배선이어도 된다. 본 발명에서는, 이들의 상술한 형태의 발열층인 것보다도, 전기적으로 병렬로 접속된 복수의 저항 발열 셀을 구비한 저항 발열 배선인 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 각 저항 발열 셀은, 소인 방향(D1)에 대하여 대략 수직으로 배치된 복수의 가로 배선부(122)와, 가로 배선부(122) 사이를 접속하는 세로 배선부(123)가 연결되어 지그재그 형상으로 형성된 저항 발열 배선(121)인 것이 바람직하다(도 8 참조).
이러한 지그재그 형상으로 패터닝된 저항 발열 배선(121)인 경우, 가로 배선부(122)는 세로 배선부(123)보다 짧아도 되지만, 가로 배선부(122)가 세로 배선부(123)보다 긴 것이 바람직하다. 이것에 의하여 본 발명의 구성에 의한 효과를 얻기 쉽다. 즉, 전기적으로 병렬로 접속된 복수의 저항 발열 셀인 경우, 각 저항 발열 셀 간에 열의 하락을 발생시키는 경우가 있어, 균열화할 수 있는 것이 유용하다. 마찬가지로, 소인 방향(D1)을 따라 배치되는 세로 배선부(123)를 갖는 경우에도, 이 세로 배선부(123)에 의한 열 적산이 커지는 경향이 있어, 균열화할 수 있는 것이 유용하다.
이러한 관점에서는, 세로 배선부(123)를 갖는 경우에는, 세로 배선(123)은 소인 방향(D1)에 대하여 경사져 있는 것이 바람직하다. 경사에 의하여 하나의 세로 배선부(123)에 의한 열 적산을 확산시킬 수 있어, 균열화 작용을 얻을 수 있다. 구체적으로는, 소인 방향(D1)에 대하여 0°로 배치되어 있는 경우를 경사져 있지 않은 경우로 하면, 경사진 경우, 소인 방향(D1)에 대하여 -80° 이상 80° 이하의 범위로 할 수 있으며, -60° 이상 60° 이하가 바람직하고, -50° 이상 50° 이하가 보다 바람직하다.
상술한 각 저항 발열 셀 간에 열의 하락은, 전기적으로 병렬로 접속된 복수의 저항 발열 셀(124)을 구비한 저항 발열 배선에 있어서, 인접한 저항 발열 셀(124)끼리의 사이에 저항 발열 배선이 형성되어 있지 않은 비형성부(125)(특히 소인 방향에 대하여 교차하는 비형성부)가 존재하는 경우에 현저해진다. 이러한 비형성부(125)을 갖는 저항 발열 배선에서는, 균열층(13)을 구비하는 것에 의한 균열 작용을 보다 효과적으로 얻을 수 있다. 저항 발열 셀(124)(저항 발열 배선(121))의 형태나 비형성부(125)의 형태로서는 도 8의 (a) 내지 (d)가 예시된다.
또한 발열층을 구성하는 저항 발열 재료는, 통전에 의하여 그 저항값에 따른 발열이 가능한 재료이면 되며, 그 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 은, 구리, 금, 백금, 팔라듐, 로듐, 텅스텐, 몰리브덴, 레늄(Re) 및 루테늄(Ru) 등을 사용할 수 있다. 이들은 1종만을 사용해도 되고 2종 이상을 병용해도 된다. 2종 이상을 병용하는 경우에 있어서는 합금으로 할 수 있다. 보다 구체적으로는, 은-팔라듐 합금, 은-백금 합금, 백금-로듐 합금, 은-루테늄, 은, 구리 및 금 등을 이용할 수 있다.
또한 상술한 바와 같이, 전기적으로 병렬로 접속된 복수의 저항 발열 셀을 구비한 저항 발열 배선을 갖는 경우, 각 저항 발열 셀을 구성하는 각 저항 발열 배선은 어떠한 저항 발열 특성을 가져도 되지만, 각 저항 발열 셀 간에서 자기 온도 균형 작용(자기 온도 보완 작용)을 발휘할 수 있는 것이 바람직하다. 그 관점에서, 저항 발열 셀을 구성하는 저항 발열 배선은, 플러스의 저항 발열 계수를 갖는 저항 발열 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, -200℃ 이상 1000℃ 이하의 온도 범위에 있어서의 저항 온도 계수가 100ppm/℃ 이상 4400ppm/℃ 이하인 저항 발열 재료가 바람직하고, 나아가 300ppm/℃ 이상 3700ppm/℃ 이하인 저항 발열 재료가 보다 바람직하고, 500ppm/℃ 이상 3000ppm/℃ 이하인 저항 발열 재료가 특히 바람직하다. 이러한 저항 발열 재료로서는 은-팔라듐 합금 등의 은계 합금을 들 수 있다.
이와 같이, 플러스의 저항 온도 계수를 갖는 저항 발열 재료를 사용하여 형성된 저항 발열 배선이 저항 발열 셀을 형성하고 각각 병렬로 접속되어 있는 경우, 이들 복수의 저항 발열 셀끼리는 자기 온도 균형의 작용을 발휘한다. 즉, 예를 들어 제1 저항 발열 셀과 제3 저항 발열 셀 사이에 끼워져 제2 저항 발열 셀이 있는 경우, 제2 저항 발열 셀의 온도가 저하되면 제2 저항 발열 셀의 저항값이 낮아지게 된다. 그러면, 이 제2 저항 발열 셀에 흐르는 전류는 증가하여 와트 수가 커지게 되어, 제2 저항 발열 셀은 자율적으로 온도 저하를 보완하도록 거동할 수 있다.
각 저항 발열 셀끼리가 실질적으로 동일한 발열량으로 되도록 하는 경우, 각 저항 발열 셀이 실질적으로 동일한 저항값으로 되도록 형성하면 된다. 그 경우, 저항 발열 셀은, 동일한 선 길이, 동일한 선 폭 및 동일한 두께로, 마찬가지의 저항 발열 배선의 패턴으로서 형성할 수 있다. 저항 발열 배선의 두께는, 예를 들어 면적 고유 저항의 관점에서 3㎛ 이상 40㎛ 이하로 할 수 있다.
또한 실질적으로 동일한 발열량을 갖는다는 것은, 각 저항 발열 셀이, 동일한 측정 조건 하에 있어서 실질적으로 동일한 저항 온도 계수와 저항값을 갖는 것을 의미한다. 예를 들어 저항 발열 셀 간에서의 저항 온도 계수의 차이가 ±20% 이내이고, 또한 저항 발열 셀 간에서의 저항값의 차이가 ±10% 이내로 할 수 있다.
<3> 절연층에 대하여
또한 상술한 바와 같이 기체(11)로서 도전성 재료를 사용하는 경우, 기체(11)와 발열층(12) 사이는 절연할 필요가 있다. 즉, 절연층(14)을 구비할 수 있다. 절연층(14)은, 도전성 재료로 형성된 기체(11)와 발열층(12)을 절연할 수 있는 절연성을 발휘할 수 있으면 되며, 구체적인 재료 및 형상 등은 한정되지 않는다.
이 절연층(14)으로서는 유리 글레이즈층이나 세라믹스층을 사용할 수 있다. 이들 중에서는 유리 글레이즈층이 가공성의 관점에서 바람직하다. 유리 글레이즈층을 구성하는 유리는 비정질 유리여도 되고, 결정화 유리여도 되고, 반(半)결정화 유리여도 된다. 구체적으로는 SiO2-Al2O3-MO계 유리를 들 수 있다. 여기서, MO는 알칼리 토금속의 산화물(MgO, CaO, BaO, SrO 등)이다.
또한 절연층(14)은, 예를 들어 기체(11)와 발열층(12) 사이에 1층만을 구비해도 되고 2층 이상을 구비해도 된다. 2층 이상을 구비하는 경우로서는, 상이한 재질의 절연층(14)을 구비하는 경우를 들 수 있다.
또한 절연층(14)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 10㎛ 이상 400㎛ 이하로 할 수 있다. 특히 기체(11)가 도전성 재료(스테인리스 등)로 형성되는 경우, 절연층(14)은 기체(11)와 발열층(12)의 절연을 담당하게 된다. 이 경우, 기체(11)와 발열층(12) 사이에 배치되는 절연층(14)의 두께(상이한 재질의 절연층(14)이 2층 이상 개재되어 있는 경우에는 이들 절연층(14)의 합계 두께)는 20㎛ 이상 300㎛ 이하가 바람직하고, 30㎛ 이상 200㎛ 이하가 보다 바람직하고, 40㎛ 이상 100㎛ 이하가 특히 바람직하다.
또한, 예를 들어 도 1에 있어서, 기체(11)와 발열층(12) 사이에 배치되는 절연층(14)은 절연층(141)이다. 따라서 상술한 두께는 절연층(141)의 두께에 대하여 적용될 수 있다.
한편, 절연을 목적으로 하지 않는 유리 글레이즈층으로서의 사용에 있어서, 유리 글레이즈층의 두께(다른 층을 개재 삽입하지 않고 소성에 의하여 일체화된 유리 글레이즈층 전체의 두께)는, 예를 들어 1㎛ 이상 500㎛ 이하로 할 수 있다. 이 두께는 2㎛ 이상 400㎛ 이하가 바람직하고, 3㎛ 이상 300㎛ 이하가 보다 바람직하고, 4㎛ 이상 200㎛ 이하가 특히 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 도 1에 있어서, 발열층(12)보다도 히터의 일면(1a)측에 배치된 유리 글레이즈층(142) 및(143)은 절연을 목적으로 하지 않는 유리 글레이즈층이다. 또한 도 1에 있어서, 균열층(13)보다도 히터의 타면(1b)측에 배치된 유리 글레이즈층(141, 142 및 143)은 절연을 목적으로 하지 않는 유리 글레이즈층이다.
<4> 균열층에 대하여
상기 「균열층(13)」은, 기체(11)와 발열층(12)의 층간 및 기체의 타면(11b)측 중 적어도 한쪽에 배치된 층이며, 기체(11)를 구성하는 재료보다도 열전도율이 큰 재료에 의하여 형성된 층이다.
이 균열층(13)은 발열층(12)에 있어서 형성된 열의 기복을 고르게 하는 역할을 갖고 있다. 즉, 가열 온도의 하락이 있는 경우에는 그 주위와 동등한 온도로 승온시킬 수 있고, 가열 온도의 돌출이 있는 경우에는 그 주위와 동등한 온도로 강온시켜 열의 기복을 고르게 할 수 있다. 특히 발열층(12)이, 소정의 패턴 형상을 가진 저항 발열 배선을 사용하여 형성되어 있는 경우, 이 패턴 형상에 기인하여 발생하는 열의 기복을 고르게 하기 위하여 적합하다. 즉, 패턴 형상을 가짐으로써, 저항 발열 배선이 존재하는 부위와 존재하지 않는 부위를 발생시키고, 저항 발열 배선이 존재하는 부위는 존재하지 않는 부위에 비하여 온도가 높아진다는 열의 기복이 형성된다. 이러한 열의 기복을, 균열층(13)을 통과시킴으로써 고르게 하여, 온도 차를 작게 할 수 있다. 이러한 관점에서, 균열층(13)을 형성하는 것은, 발열층(12)으로서, 전기적으로 병렬로 접속된 복수의 저항 발열 셀(121)을 구비한 히터에 있어서 효과적이다.
따라서 균열층(13)은, 기체(11)와 발열층(12)의 층간 및 기체(11)의 타면(11b)측(피가열물과 접하게 되는 표면측) 중 적어도 한쪽에 적어도 배치된다. 즉, 발열층(12)보다도 가열면(피가열물과 접하게 되는 표면)에 가까운 측에 배치된다. 또한 당연하게도, 발열층(12)보다도 비가열면(피가열물과 접하지 않는 표면)에 가까운 측에 함께 배치할 수도 있다.
균열층(13)은 기체(11)를 구성하는 재료보다도 열전도율이 큰 재료에 의하여 형성되면 된다. 구체적으로는, 예를 들어 열전도율이 50W/mK 이하로 저열전도성인 스테인리스를 기체(11)로 하는 경우, 열전도율이 100W/mK 이상으로 되는 재료를 균열층(13)의 재료로서 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 은, 구리, 금, 알루미늄, 텅스텐, 니켈 등이나, 이들 금속 중 적어도 1종을 포함한 합금을 열전도성 금속으로서 사용할 수 있다. 이들 열전도성 금속은 1종만을 사용해도 되고 2종 이상을 병용해도 된다. 이들 중에서도 은, 구리, 알루미늄, 및 이들 중 적어도 1종을 포함한 합금이 바람직하다.
또한 예를 들어 열전도율이 50W/mK 이하로 저열전도성인 알루미나 등의 세라믹스를 기체(11)로 하는 경우에도, 열전도율이 100W/mK 이상으로 되는 재료를 균열층(13)의 재료로서 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 질화알루미늄 등의 열전도성 세라믹스를 이용할 수 있는 것 외에, 상술한 각종 열전도성 금속을 사용할 수 있다.
균열층(13)은 어떤 식으로 형성해도 된다. 구체적으로는 도금층(무전해 도금층, 전계 도금층, 이들의 복합 도금층 등)으로서 균열층(13)을 형성할 수 있다. 또한 열전도성 재료를 포함한 페이스트를 인쇄한 후, 그 인쇄 도막을 베이킹함으로써 균열층(13)을 형성할 수 있다. 예를 들어 열전도성 재료로서 금속 입자(금속 분말)를 포함한 인쇄 페이스트를 이용할 수 있다. 이 경우, 인쇄 페이스트는 금속 입자 이외에도, 페이스트화하기 위한 비히클이나, 공생지로서의 유리 성분이나 세라믹 성분을 포함할 수 있다.
이러한 인쇄 페이스트를 베이킹하여 얻어지는 균열층(13)은, 예를 들어 도 16의 (a) 및 도 16의 (b)에 도시한 바와 같은 복수의 금속 입자가 연결되어 형성된 금속 다공부(135a)와, 금속 다공부(135a)의 간극에 배치된 비금속부(135b)를 가진 균열층(13)이 얻어진다. 또한 도 16에 있어서, 도 16의 (a)는 복수의 금속 입자가 서로 접하여 연결된 금속 다공부(135a)를 도시하고 있고, 도 16의 (b)는 복수의 금속 입자끼리는 베이킹에 의하여 서로 융착하여 연결된 금속 다공부(135a)를 도시하고 있다. 본 발명의 히터(1)에 있어서 균열층(13)은, 도 16의 (a)의 형태를 나타내도 되고, 도 16의 (b)의 형태를 나타내도 되고, 이들 양쪽의 형태를 복합적으로 갖는 형태여도 되지만, 도 16의 (b)의 형태를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 균열층(13)은, 복수의 금속 입자가 서로 융착하여 연결된 금속 다공부(135a)를 갖는 것이 바람직하다. 이 형태에서는 더 높은 열전도를 얻을 수 있다.
한편, 비금속부(135b)는 유리 성분이나 세라믹 성분(세라믹 및 유리 세라믹을 포함함)에 의하여 형성된다. 즉, 본 발명의 히터(1)에 있어서의 균열층(13)이 비금속부(135b)를 갖는 경우, 비금속부(135b)는 유리만, 또는 유리 및 세라믹을 포함할 수 있다.
금속 다공부(135a)와 비금속부(135b)를 갖는 경우, 이들의 합계를 100질량%로 한 경우(특히 금속 다공부(135a)가 은이고 비금속부(135b)가 유리인 경우)에 비금속부(135b)의 비율은 특별히 한정되지 않지만 0.1질량% 이상인 것이 바람직하다. 이러한 비금속부(135b)를 가짐으로써, 균열층(13)을 개재하여 그 일면측의 인접층과 타면측의 인접층의 접합성을 향상시키면서 우수한 균열성을 얻을 수 있다. 또한 비금속부(135b)는 통상 20질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 게다가 이 비율은 0.2질량% 이상 15질량% 이하가 보다 바람직하고, 0.5질량% 이상 12질량% 이하가 더욱 바람직하다.
균열층(13)은 상술한 바와 같이, 기체(11)와 발열층(12)의 층간 및 기체의 타면(11b)측 중 적어도 한쪽에 배치되면 된다. 따라서 균열층(13)으로서는, 예를 들어 하기 (1)의 직접 적층형의 균열층(131)과 하기 (2)의 간접 적층형의 균열층(132)의 두 가지 형태를 들 수 있다.
(1) 직접 적층형의 균열층(131)은 기체(11)에 직접 적층된 균열층(13)이다. 이 직접 적층형의 균열층(131)은 기체(11)와 균열층(13)의 층간에 절연층(14) 등의 다른 층을 개재하지 않고 적층되어 있다.
(2) 간접 적층형의 균열층(132)은 기체(11)와 균열층(13) 사이에 다른 층을 개재하여 적층되어 있다. 다른 층으로서는, 구체적으로는 유리 글레이즈층(절연층(14))을 들 수 있다.
이들 직접 적층형의 균열층(131)과 간접 적층형의 균열층(132)은, 하나의 히터에 있어서 어느 한쪽만을 가져도 되고 이들 양쪽을 구비해도 된다.
직접 적층형의 균열층(131)을 구비하는 경우로서는, 기체(11)의 일면(11a)에만 구비하는 형태, 기체(11)의 타면(11b)에만 구비하는 형태, 기체(11)의 일면(11a) 및 타면(11b)의 양면에 구비하는 형태를 들 수 있다. 이들 중에서는, 기체(11)의 일면(11a)에만 구비하는 형태, 또는 기체(11)의 일면(11a) 및 타면(11b)의 양면에 구비하는 형태가 바람직하다.
이 직접 적층형의 균열층(131)의 층 두께는 특별히 한정되지 않지만, 균열층(13, 131)의 두께를 D1이라 하고 기체(11)의 두께를 D2라 한 경우에, D1과 D2의 비 D1/D2는 0.6 이하인 것이 바람직하다. 게다가 이 비는 0.001 이상 0.6 이하가 보다 바람직하고, 0.005 이상 0.57 이하가 더욱 바람직하고, 0.008 이상 0.53 이하가 보다 더 바람직하고, 0.01 이상 0.50 이하가 특히 바람직하다. 보다 구체적으로는, 직접 적층형의 균열층(131)의 층 두께는 1㎛ 이상 250㎛ 이하가 바람직하고, 1㎛ 이상 150㎛ 이하가 보다 바람직하고, 2㎛ 이상 120㎛ 이하가 더욱 바람직하고, 3㎛ 이상 60㎛ 이하가 보다 더 바람직하고, 3㎛ 이상 40㎛ 이하가 특히 바람직하고, 3㎛ 이상 30㎛ 이하가 특히 바람직하다.
또한 상기 중, 양면에 구비하는 형태에서는, 각 직접 적층형의 균열층(131)은 각각 동일한 두께여도 되고 상이한 두께여도 된다. 나아가, 동일한 형상(패턴 형상 등)이어도 되고 상이한 형상이어도 된다.
한편, 간접 적층형의 균열층(132)을 구비하는 경우로서는, 기체(11)의 일면(11a)측에만 구비하는 형태, 기체(11)의 타면(11b)측에만 구비하는 형태, 기체(11)의 일면(11a)측 및 타면(11b)측의 양면측에 구비하는 형태를 들 수 있다. 이들 중에서는 기체(11)의 일면(11a)에만 구비하는 형태가 바람직하다. 간접 적층형의 균열층(132)은 직접 적층형의 균열층(131)에 비하여 기체(11)의 타면(11b)에 설치하는 것에 의한 히터(1) 전체에 대한 균열 효과가 낮기 때문이다.
이 간접 적층형의 균열층(132)의 층 두께는 특별히 한정되지 않지만, 균열층(13, 132)의 두께를 D1이라 하고 기체(11)의 두께를 D2라 한 경우에, D1과 D2의 비 D1/D2는 0.6 이하인 것이 바람직하다. 게다가 이 비는 0.001 이상 0.6 이하가 보다 바람직하고, 0.005 이상 0.57 이하가 더욱 바람직하고, 0.008 이상 0.53 이하가 보다 더 바람직하고, 0.01 이상 0.50 이하가 특히 바람직하다. 보다 구체적으로는, 간접 적층형의 균열층(132)의 층 두께는 1㎛ 이상 250㎛ 이하가 바람직하고, 1㎛ 이상 150㎛ 이하가 보다 바람직하고, 2㎛ 이상 120㎛ 이하가 더욱 바람직하고, 3㎛ 이상 60㎛ 이하가 보다 더 바람직하고, 3㎛ 이상 40㎛ 이하가 특히 바람직하고, 3㎛ 이상 30㎛ 이하가 특히 바람직하다.
또한 간접 적층형의 균열층(132)은 하나의 히터(1)에 있어서 몇 층을 구비해도 된다. 즉, 1층만을 구비해도 되고 2층 이상을 구비해도 된다. 통상, 보다 많은 층수를 구비함으로써 더 높은 균열성이 얻어지지만, 간접 적층형의 균열층(132)의 층수의 과도한 증가는 히터(1)의 내열 충격이나 휨 방지의 관점에서 바람직하지 않다. 이 때문에 1층 이상 10층 이하가 바람직하고, 1층 이상 5층 이하가 보다 바람직하고, 1층 이상 3층 이하가 특히 바람직하다. 간접 적층형의 균열층(132)을 2층 이상 구비하는 경우, 각각의 균열층(13)은 동일한 두께여도 되고 상이한 두께여도 된다. 나아가, 동일한 형상(패턴 형상 등)이어도 되고 상이한 형상이어도 된다.
특히 기체(11)가 두께 100㎛ 이상 600㎛ 이하인 스테인리스 기체(스테인리스제의 기체)인 경우, 균열층(13)은 그 합계 두께를 60㎛ 이하(나아가 30㎛ 이하)로 억제함으로써 효과적으로 히터 전체의 휨을 방지할 수 있음과 함께, 균열 작용에 우수한 범위의 층 두께로 이용할 수 있다.
한편, 균열화의 관점에서는, 균열층(13)의 두께는 두터운 쪽이 효과는 얻어지기 쉬우며, 예를 들어 기체(11)의 타면(11b)측에 합계 두께 30㎛를 초과하는 균열층(13)을 형성하는 경우에는, 기체(11)의 일면(11a)측(특히 기체(11)와 발열층(12)의 층간이 바람직함)에 동일한 두께의 균열층(13)을 대칭의 배치가 되도록 형성하여 히터 전체의 휨을 방지할 수 있다. 또한 동일한 두께의 균열층(13)을 형성하는 것이 어려운 경우, 기체(11)의 타면(11b)측에 형성된 균열층(13)의 합계 두께에 대하여 25% 이상 95% 이하의 두께 비율로 되는 균열층(13)을 기체(11)의 일면(11a)측(특히 기체(11)와 발열층(12)의 층간이 바람직함)에 형성함으로써, 히터 전체의 휨을 충분히 억제할 수 있다. 상기 두께 비율은 30% 이상 92% 이하가 바람직하고, 35% 이상 88%가 보다 바람직하고, 40% 이상 85% 이하가 특히 바람직하다(도 7 참조).
또한 균열층(13)의 두께는 두터운 쪽이 효과는 얻어지기 쉽지만, 두께를 과도하게 크게 하더라도 두께의 증가분에 대하여 얻어지는 균열 작용이 작아지는 경향이 있다. 이 때문에, 예를 들어 기체(11)가 두께 100㎛ 이상 600㎛ 이하인 스테인리스 기체에 대해서는, 균열층(13)의 합계 층 두께는 상술한 바와 같이 250㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 히터(1)에 있어서, 직접 적층형의 균열층(131)과 간접 적층형의 균열층(132)을 비교하면, 직접 적층형의 균열층(131) 쪽이 보다 높은 균열성을 나타내는 경향이 있다. 따라서 본 발명의 히터(1)에서는, 적어도 직접 적층형의 균열층(131)을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
또한 본 히터(1)에 있어서, 직접 적층형의 균열층(131)을 구비하고 나서 간접 적층형의 균열층(132)을 구비하는 경우, 직접 적층형의 균열층(131)에 대하여 간접 적층형의 균열층(132)은 보다 가열면에 가까운 측에 배치하는 것이 바람직하다.
특히 도전성 재료를 기체 재료로 하는 히터(1)(예를 들어 스테인리스 기판)에서는, 기체(11)와 발열층(12)을 절연할 필요가 있어 절연층(14)이 형성된다. 절연층(14)은 유리 글레이즈에 의하여 형성할 수 있다. 그리고 이러한 절연층(14)을 형성하는 경우, 기체(11)에 대하여 표리에서 균등한 배치 및 두께로 되도록 형성함으로써 히터(1) 전체의 휨을 방지하기 위하여, 기체(11)와 발열층(12)의 층간 이외에도, 절연을 목적으로 하지 않더라도 휨 방지의 목적으로 절연층(14)이 형성되는 경우가 많다. 이러한 절연층(14)은 통상, 열전도성이 낮은 재료이며, 예를 들어 유리 글레이즈의 열전도율은 5W/mK 이하이다. 따라서 본 히터(1)에 있어서, 간접 적층형의 균열층(132)을 형성한다는 것은, 열전도성이 낮은 절연층(14)(절연을 목적으로 한 층이 아니어도 됨)의 층간에 균열층(13)을 형성하는 것으로 되어, 균열 효과를 얻는 관점에서 바람직하다.
또한 상술한 바와 같이, 간접 적층형의 균열층(132)에는, 균열층(13)으로서 표면 및 이면의 양면을 유리 글레이즈층(절연층(14))에 의하여 덮은 형태가 있지만, 이 경우, 간접 적층형의 균열층(132)에 결락부(133X)를 형성하고(도 8의 (a) 및 도 9 참조), 이 결락부(133X)를 개재하여, 간접 적층형의 균열층(132)의 표면을 덮는 유리 글레이즈층(절연층(14))과, 간접 적층형의 균열층(132)의 이면을 덮는 유리 글레이즈층(절연층(14))을 융착시킨 형태로 할 수 있다. 이와 같이 유리 글레이즈층을 표리에서 융착시킴으로써, 히터(1)의 간접 적층형의 균열층(132)을 구비하는 층간에 있어서의 접합성을 향상시킬 수 있음과 함께, 히터(1)의 내열충격성 및 휨 방지성을 향상시킬 수 있다.
상술한 결락부(133X)로서는, 절결(133S)이나, 표리를 관통한 관통 구멍(133H)을 들 수 있다(도 8의 (a) 및 도 9 참조). 이들은 한쪽만을 가져도 되고, 양쪽을 가져도 된다. 또한 결락부(133X)를 구비하는 경우, 이 결락부(133X)는 열 기복이 보다 작은 개소에 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 결락부(133X)를 형성함으로써 이 부위의 균열성이 다른 부에 비하여 저하되기 때문에, 이 개소는 발열층(12)에 의한 온도 차가 작은 위치에 배치하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 발열층(12)이, 전기적으로 병렬로 접속된 복수의 저항 발열 셀을 구비하는 경우에는, 각 저항 발열 셀 사이에 결락부(133X)를 배치하는 것이 바람직하다(도 8의 (a) 참조). 또한 저항 발열 셀이, 소인 방향(D1)에 대하여 대략 수직으로 배치된 복수의 가로 배선부와, 가로 배선부 간을 접속하는 세로 배선부를 갖고, 가로 배선부(122) 및 세로 배선부(123)가 연결되어 지그재그 형상으로 형성된 저항 발열 배선(121)인 경우에는, 대응하는 세로 배선부(123)를 피하여 결락부(133X)를 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 히터(1)를 평면에서 본 경우에, 세로 배선부(123)의 투영 상과 결락부(133X)의 투영 상이 중첩되지 않도록 배치하는 것이 바람직하다(도 8의 (a) 참조). 또한 달리 말하면, 세로 배선부(123)의 투영 상이 균열층(13)의 실재부와 중첩되어 있는 것이 바람직하다.
또한 당연하게도, 상술한 바와 같이 결락부(133X)(절결(133S) 및 관통 구멍(133H)를 포함함)를 가진 균열층(13)은, 직접 적층형의 균열층(131)이거나 간접 적층형의 균열층(132)이거나에 관계없이 어느 균열층(13)에 있어서도 유효하다. 즉, 균열층(13)이 결락부(133)를 갖는 경우에는, 결락부(133)를 개재하여 ,균열층의 일면측에 인접한 층과 균열층의 타면측에 인접한 층이 접합되어, 보다 내구성이 높은 히터(1)를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 간접 적층형의 균열층(132)의 경우에는, 상술한 바와 같이 균열층의 일면측에 인접한 층도 균열층의 타면측에 인접한 층도 유리 글레이즈층이며, 이들 유리 글레이즈층끼리가 접합된다. 또한 직접 적층형의 균열층(131)의 경우이자 기체(11)가 스테인리스 기판인 경우, 균열층의 일면측에 인접한 층은 스테인리스 기판이고 균열층의 타면측에 인접한 층은 유리 글레이즈층으로 할 수 있다. 이 경우에는 스테인리스 기판과 유리 글레이즈층의 견고한 접합을 얻을 수 있다.
본 히터(1)에 있어서, 균열층(13)은, 직접 적층형의 균열층(131)이거나 간접 적층형의 균열층(132)이거나에 관계없이 패터닝(즉, 결락부(133X)를 갖는 평면 형상)을 가질 수 있다. 구체적으로는, 균열층(13)은 비연속적인 층으로서 배치할 수 있다. 예를 들어 소정의 층간에 있어서, 열 기복이 큰 개소에만 패치(균열층(13)의 일부)를 배치하고 열 기복이 작은 개소는 결락부(133X)로 할 수 있다(도 8의 (a) 참조). 또한 소정의 층간에 있어서, 열 기복이 큰 개소의 균열층(13)의 두께를 두텁게 하고, 열 기복이 작은 개소의 균열층(13)의 두께를 상대적으로 얇게 형성할 수 있다.
또한 결락부(133X)를 갖는 평면 형상을 이루는 균열층(13)의 구체적인 형상은 한정되지 않지만, 도 8의 (a) 및 도 9 이외에도 도 17의 (b) 내지 (g) 등을 예시할 수 있다(도 17의 (a)는 결락부(133X)를 갖지 않는 평면 형상을 예시하고 있음).
즉, 도 17의 (b)는 물방울 모양과 같이 개편화된 균열층편의 집합체로서 균열층(13)이 형성된 형태이며, 각 균열층편의 간극으로서 연속된 결락부(133X)를 갖는다. 또한 도 17의 (c) 및 도 17의 (d)는 협폭 방향(소인 방향)으로의 면적률이 고르게 되도록 패터닝된 균열층(13)이다. 이 중, 도 17의 (c)는 결락부(133X)로서 직사각형의 관통 구멍(133H)과 직사각형의 결락부(133S)를 갖는다. 한편, 도 17의 (d)는 직사각형으로 개편화된 균열층편의 집합체로서 균열층(13)이 형성된 형태이며, 각 균열층편의 간극으로서 연속된 결락부(133X)를 갖는다.
또한 도 17의 (e) 내지 (g)는 모두, 스트라이프 형상으로 개편화된 균열층편의 집합체로서 균열층(13)이 형성된 형태이며, 각 균열층편의 간극으로서 대응한 스트라이프 형상의 결락부(133X)를 갖는다. 이 중, 도 17의 (e)는 길이 방향을 따른(소인 방향에 직교한) 스트라이프 형상의 균열층(13)이다. 또한 도 17의 (f)는 길이 방향과도 폭 방향과도 교차하도록 경사진(소인 방향에 경사진) 스트라이프 형상의 균열층(13)이다. 또한 도 17의 (g)는 폭 방향을 따른(길이 방향과 직교하고 소인 방향을 따른) 스트라이프 형상의 균열층(13)이다. 또한 이들 스트라이프 형상의 균열층(13)에서는, 필요에 따라 스트라이프 폭이나 결락부(133X)의 폭에 조밀을 형성할 수 있다.
<5> 그 외의 층에 대하여
본 발명의 히터(1)에서는, 기체(11), 발열층(12), 균열층(13) 및 절연층(14)이외에도 다른 층을 구비할 수 있다. 다른 층으로서는, 글레이즈 유리로 구성한 오버코트층, 폴리이미드 필름으로 구성한 오버코트층(폴리이미드층), 소정 이상의 고온 시에 용융되어 발열층(12)으로의 통전을 차단할 수 있는 자기 통전 차단층(일본 특허 공개 제2002-359059호 공보에 기재된 기술을 적용할 수 있음) 등을 들 수 있다. 이 중, 상술한 오버코트층은 미끄럼 이동면의 내구성(내마모성)을 향상시키거나 청정성을 높이거나 하는 목적으로 이용할 수 있다. 이들 층은 1종만을 사용해도 되고 2종 이상을 병용해도 된다.
<6> 히터의 가열면에 대하여
본 히터(1)에 있어서 가열면은, 기체(11)에 대하여 일면(11a)측에 배치되어도 되고, 타면(11b)측에 배치되어도 되고, 나아가 이들 양면의 측에 배치되어도 된다. 즉, 어느 면을 사용하여 피가열물을 가열해도 되지만, 기체(11)의 타면(11b)측의 표면을 피가열물과의 대향면으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 발열층(12)이란, 기체(11)를 사이에 두고 반대측의 면을 피가열물과의 대향면으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 가열면을 배치함으로써, 균열층(13)을 구비하는 것에 의한 균열 효과를 보다 얻기 쉽게 할 수 있다.
또한 기체(11)는 평판 형상이어도 되지만 만곡 형상으로 할 수도 있다. 즉, 히터(1)의 가열면과 피가열물이 대면된 상태에서 피가열물과 히터를 상대적으로 소인시켜 피가열물을 가열하는 경우, 기체(11)의 소인 방향(D1)의 단면 형상은, 소인 방향(D1)과 직교하는 축을 중심으로 하여 피가열물과의 대면측으로 볼록한 형상인 원호 형상(즉, 원기둥 또는 원통을, 중심축에 평행인 평면으로 잘라낸 형상)으로 할 수 있다. 이러한 형상으로 함으로써, 히터(1)를 원통형의 롤에 설치하고 롤을 회전시킴으로써, 롤 상에서 소인되는 피가열물을 효율적으로 가열할 수 있다.
<7> 용도에 대하여
본 히터(1)는, 인쇄기, 복사기, 팩시밀리 등의 화상 형성 장치나 정착 장치 등에 내장되어 기록 매체에 토너나 잉크 등을 정착시키는 정착용 히터로서 이용할 수 있다. 또한 가열기에 내장되어 패널 등의 피처리체를 균일하게 가열(건조 또는 소성 등)하는 가열 장치로서 이용할 수 있다. 그 외에 금속 제품의 열처리, 각종 형상의 기체에 형성된 도막, 피막의 열처리 등을 적합하게 행할 수 있다. 구체적으로는, 플랫 패널 디스플레이용의 도막(필터 구성 재료)의 열처리, 도장된 금속 제품, 자동차 관련 제품, 목공 제품 등의 도장 건조, 정전 식모 접착 건조, 플라스틱 가공 제품의 열처리, 프린트 기판의 땜납 리플로우, 후막 집적 회로의 인쇄 건조 등에 이용할 수 있다.
[2] 정착 장치
본 히터(1)를 구비하는 정착 장치는, 가열 대상이나 정착 수단 등에 따라 적절히 선택된 구성으로 할 수 있다. 예를 들어 압착을 수반하는 정착 수단을 구비하여 종이 등의 기록용 매체에 토너 등을 정착시키는 경우나, 복수의 부재를 접합하는 경우에는, 히터를 구비하는 가열부와, 가압부를 구비하는 정착 장치로 할 수 있다. 물론 압착을 수반하지 않는 정착 수단으로 할 수도 있다. 본 발명에 있어서는, 종이, 필름 등의 기록용 매체의 표면에 형성된 토너를 포함하는 미정착 화상을 기록용 매체에 정착시키는 정착 장치(5)인 것이 바람직하다.
도 10은, 전자 사진 방식의 화상 형성 장치에 배치되는 정착 장치(5)의 요부를 도시하고 있다. 정착 장치(5)는, 회전 가능한 정착용 롤(51)과, 회전 가능한 가압용 롤(54)을 구비하며, 히터(1)는 정착용 롤(51)의 내부에 배치되어 있다. 히터(1)는, 바람직하게는 정착용 롤(51)의 내표면에 근접하도록 배치된다.
히터(1)는, 예를 들어 도 12에 도시하는 정착 수단(5)과 같이, 히터(1)가 발생시킨 열을 전도 가능한 재료를 포함하는 히터 홀더(53)의 내부에 고정되어, 히터(1)의 발열을 정착용 롤(51)의 내측으로부터 외표면에 전달하는 구조로 할 수도 있다.
도 11도 또한 전자 사진 방식의 화상 형성 장치에 배치되는 정착 장치(5)의 요부를 도시하고 있다. 정착 장치(5)는, 회전 가능한 정착용 롤(51)과, 회전 가능한 가압용 롤(54)을 구비하고, 정착용 롤(51)에 열을 전달하는 히터(1), 및 가압용 롤(54)과 함께 기록용 매체를 압접하는 가압용 롤(52)이 정착용 롤(51)의 내부에 배치되어 있다. 히터(1)는 정착용 롤(51)의 원통면을 따르도록 배치되어 있다.
도 10 또는 도 11에 도시된 정착 장치(5)에 있어서, 도시하고 있지 않은 전원 장치로부터 전압을 가함으로써 히터(1)를 발열시키고, 그 열이 정착용 롤(51)에 전달된다. 그리고 표면에 미정착된 토너 화상을 갖는 기록용 매체가 정착용 롤(51)과 가압용 롤(54) 사이에 공급되면, 정착용 롤(51) 및 가압용 롤(54)의 압접부에 있어서 토너가 용융되어 정착 화상이 형성된다. 정착용 롤(51) 및 가압용 롤(54)의 압접부를 가지므로 동반하여 회전한다. 상기와 같이 히터(1)는, 작은 기록용 매체를 사용한 때 발생하기 쉬운 국소적인 온도 상승이 억제되므로, 정착용 롤(51)에 있어서의 온도 불균일이 발생하기 어려워 정착을 균일하게 행할 수 있다.
본 히터(1)를 구비하는 정착 장치의 다른 형태로서는, 상형 및 하형을 구비하는 금형이며, 상형 및 하형 중 적어도 한쪽의 내부에 히터를 배치한 형태로 할 수 있다.
본 히터(1)를 구비하는 정착 장치는, 전자 사진 방식의 인쇄기, 복사기 등의 화상 형성 장치를 비롯하여 가정용의 전기 제품, 업무용, 실험용의 정밀 기기 등에 장착하여 가열, 보온 등이 열원으로서 적합하다.
[3] 화상 형성 장치
본 히터(1)를 구비하는 화상 형성 장치는, 가열 대상이나 가열 목적 등에 따라 적절히 선택된 구성으로 할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 도 12에 도시된 바와 같이, 종이, 필름 등의 기록용 매체의 표면에 미정착 화상을 형성하는 상 제작 수단과, 미정착 화상을 기록용 매체에 정착시키는 정착 수단(5)을 구비하며, 정착 수단(5)이 본 히터(1)를 구비하는 화상 형성 장치(4)인 것이 바람직하다. 화상 형성 장치(4)는 상기 수단 외에, 기록용 매체 반송 수단이나, 각 수단을 제어하기 위한 제어 수단을 구비하여 구성할 수 있다.
도 12는 전자 사진 방식의 화상 형성 장치(4)의 요부를 도시하는 개략도이다. 상 제작 수단으로서는, 전사 드럼을 구비하는 방식 및 전사 드럼을 구비하지 않는 방식 중 어느 것이어도 되지만, 도 12는 전사 드럼을 구비하는 형태이다.
상 제작 수단에서는, 회전하면서 대전 장치(43)에 의하여 소정의 전위에 대전 처리된 감광 드럼(44)의 대전 처리면에, 레이저 스캐너(41)로부터 출력되는 레이저가 조사되어, 현상기(45)로부터 공급되는 토너에 의하여 정전 잠상이 형성된다. 이어서, 전위 차를 이용하여, 감광 드럼(44)과 연동되는 전사 드럼(46)의 표면에 토너 화상이 전사된다. 그 후, 전사 드럼(46) 및 전사용 롤(47) 사이에 공급되는 기록용 매체의 표면에 토너 화상이 전사되어, 미정착 화상을 갖는 기록용 매체가 얻어진다. 토너는 결착 수지와 착색제와 첨가제를 포함하는 입자이며, 결착 수지의 용융 온도는 통상 90℃ 내지 250℃이다. 또한 감광 드럼(44) 및 전사 드럼(46)의 표면에는, 용융되지 않은 토너 등을 제거하기 위한 청소 장치를 구비할 수 있다.
정착 수단(5)은 상기 정착 장치(5)과 마찬가지의 구성으로 할 수 있으며, 가압용 롤(54)과, 통지 방향 통전형의 히터(1)를 보유 지지한 히터 홀더(53)를 내부에 구비하고, 가압용 롤(54)과 연동하는 정착용 롤(51)을 구비한다. 상 제작 수단으로부터의 미정착 화상을 갖는 기록용 매체는 정착용 롤(51) 및 가압용 롤(54) 사이에 공급된다. 정착용 롤(51)의 열이 기록용 매체의 토너 화상을 용융시키고, 나아가 용융된 토너가 정착용 롤(51)과 가압용 롤(54)의 압접부에서 가압되어, 토너 화상이 기록용 매체에 정착된다. 도 12의 정착 수단(5)에 있어서는, 정착용 롤(51) 대신, 히터(1)를 근접 배치한 정착용 벨트를 구비하는 형태여도 된다.
일반적으로, 정착용 롤(51)의 온도가 불균일해져 토너에 부여되는 열량이 지나치게 작은 경우에는 토너가 기록용 매체로부터 박리되며, 한편, 열량이 지나치게 큰 경우에는 토너가 정착용 롤(51)에 부착되고, 정착용 롤(51)이 일주하여 기록용 매체에 재부착되어 버리는 경우가 있다. 본 발명의 히터를 구비하는 정착 수단(5)에 의하면, 소정의 온도로 신속히 조정되므로 문제를 억제할 수 있다.
본 발명의 화상 형성 장치는 사용 시에 종이 비통과 영역의 과승온이 억제되어, 전자 사진 방식의 인쇄기, 복사기 등으로서 적합하다.
[4] 가열 장치
본 히터를 구비하는 가열 장치는, 가열 대상의 크기나 형상 등에 따라 적절히 선택된 구성으로 할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 예를 들어 하우징부와, 피열처리물의 출납 등을 위하여 배치된 밀폐 가능한 창부와, 하우징부의 내부에 배치된 이동 가능한 히터부를 구비하여 구성할 수 있다. 필요에 따라, 하우징부의 내부에, 피열처리물을 배치하는 피열처리물 설치부, 피열처리물의 가열에 의하여 기체(氣體)가 배출된 경우에 이 기체를 배출하는 배기부, 하우징부의 내부의 압력을 조정하는 진공 펌프 등의 압력 조정부 등을 구비할 수 있다. 또한 가열은 피열처리물 및 히터부를 고정한 상태에서 행해도 되고, 어느 한쪽을 이동시키면서 행해도 된다.
본 가열 장치는, 물, 유기 용제 등을 포함하는 피열처리물의 건조를 원하는 온도에서 행하는 장치로서 적합하다. 그리고, 진공 건조기(감압 건조기), 가압 건조기, 제습 건조기, 열풍 건조기, 방폭형 건조기 등으로서 사용할 수 있다. 또한 LCD 패널, 유기 EL 패널 등의 미소성물의 소성을 원하는 온도에서 행하는 장치로서 적합하다. 그리고 감압 소성기, 가압 소성기 등으로서 사용할 수 있다.
실시예
이하에서는 본 발명을, 실시예를 이용하여 설명한다.
[1] 히터의 제작
하기 요령에 의하여 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 히터를 제작하였다.
(1) 실시예 1의 히터(도 1 참조)
두께 300㎛의 스테인리스 필름(SUS430, 열전도율 26W/mK)을 기체(11)로 하였다.
이 기체(11)의 타면(11b)측의 표면에 은 페이스트를 도포한 후, 베이킹하여 두께 8㎛의 균열층(13)(직접 적층형의 균열층(131))을 형성하였다.
이어서, 절연 유리 페이스트를 기체(11)의 일면(11a)측의 표면 및 균열층(13)의 표면에 도포한 후, 베이킹하여 두께 75㎛의 유리 글레이즈층(절연층(141))을 형성하였다.
나아가, 기체(11)의 일면(11a)측에 형성한 절연층(141)의 표면에, 스크린 인쇄에 의하여, 발열층(12)으로 되는 미소성층을 패터닝 형성한 후, 베이킹하여 발열층(12)을 형성하였다. 이 발열층(12)은, Ag-Pd를 포함하고 플러스의 저항 발열 계수를 갖는 저항 발열 배선이며, 전기적으로 병렬로 접속된 복수의 저항 발열 셀을 구비하고, 각 저항 발열 셀은, 소인 방향에 대하여 대략 수직으로 배치된 복수의 가로 배선부와, 이 가로 배선부 간을 접속하는 세로 배선부가 연결되어 지그재그 형상으로 형성된 저항 발열 배선(121)에 의하여 형성되어 있다. 또한 이 발열층(12)은 저항 발열 배선(121) 이외에, 저항 발열 배선(121)에 급전을 행하기 위한 급전 랜드 및 급전용 배선(도시되지 않음)을 갖는다. 이들 급전 랜드 및 급전용 배선은, 은 페이스트에 의하여 저항 발열 배선(121)의 형성과 전후하여 스크린 인쇄 및 베이킹에 의하여 형성하고 있다.
그 후, 절연 유리 페이스트를, 기체(11)의 타면(11b)측에 노출된 절연층(141)의 표면과, 기체(11)의 일면(11a)측에 노출된 절연층(141) 및 발열층(12)의 양 표면에 도포한 후, 베이킹하여 두께 50㎛의 유리 글레이즈층(절연층(142))을 형성하였다.
이어서, 절연 유리 페이스트를, 기체(11)의 일면(11a)측에 노출된 절연층(142)과 기체(11)의 타면(11b)측에 노출된 절연층(142)의 표면에 도포한 후, 베이킹하여 두께 20㎛의 유리 글레이즈층(절연층(143))을 형성하여, 실시예 1(도 1)의 히터(1)를 얻었다.
(2) 실시예 2의 히터(도 2 참조)
실시예 1과 동일한 두께 300㎛의 스테인리스 필름을 기체(11)로 하였다.
이 기체(11)의 일면(11a)측의 표면에 은 페이스트를 도포한 후, 베이킹하여 두께 8㎛의 균열층(13)(직접 적층형의 균열층(131))을 형성하였다.
이어서, 절연 유리 페이스트를 기체(11)의 타면(11b)측의 표면 및 균열층(13)의 표면에 도포한 후, 베이킹하여 두께 75㎛의 유리 글레이즈층(절연층(141))을 형성하였다.
나아가, 기체(11)의 일면(11a)측에 형성한 절연층(141)의 표면에, 스크린 인쇄에 의하여, 발열층(12)으로 되는 미소성층을 패터닝 형성한 후, 베이킹하여 발열층(12)을 형성하였다. 이 발열층(12)은 실시예 1과 마찬가지이다.
그 후, 절연 유리 페이스트를, 기체(11)의 타면(11b)측에 노출된 절연층(141)의 표면과, 기체(11)의 일면(11a)측에 노출된 절연층(141) 및 발열층(12)의 양 표면에 도포한 후, 베이킹하여 두께 50㎛의 유리 글레이즈층(절연층(142))을 형성하였다.
이어서, 실시예 1과 마찬가지로 하여 두께 20㎛의 유리 글레이즈층(절연층(143))을 형성하여, 실시예 2(도 2)의 히터(1)를 얻었다.
(3) 실시예 3의 히터(도 3 참조)
실시예 1과 동일한 두께 300㎛의 스테인리스 필름을 기체(11)로 하였다.
이 기체(11)의 일면(11a)측의 표면 및 타면(11b)측의 표면의 양 표면에 은 페이스트를 도포한 후, 베이킹하여 두께 8㎛의 균열층(13)(직접 적층형의 균열층(131))을 형성하였다.
이어서, 절연 유리 페이스트를, 기체(11)의 일면(11a)측 및 타면(11b)측의 각각의 균열층(13)의 표면에 도포한 후, 베이킹하여 두께 75㎛의 유리 글레이즈층(절연층(141))을 형성하였다.
또한 기체(11)의 일면(11a)측에 형성한 절연층(141)의 표면에, 스크린 인쇄에 의하여, 발열층(12)으로 되는 미소성층을 패터닝 형성한 후, 베이킹하여 발열층(12)을 형성하였다. 이 발열층(12)은 실시예 1과 마찬가지이다.
그 후, 절연 유리 페이스트를, 기체(11)의 타면(11b)측에 노출된 절연층(141)의 표면과, 기체(11)의 일면(11a)측에 노출된 절연층(141) 및 발열층(12)의 양 표면에 도포한 후, 베이킹하여 두께 50㎛의 유리 글레이즈층(절연층(142))을 형성하였다.
이어서, 실시예 1과 마찬가지로 하여 두께 20㎛의 유리 글레이즈층(절연층(143))을 형성하여, 실시예 3(도 3)의 히터(1)를 얻었다.
(4) 실시예 4의 히터(도 4 참조)
실시예 1과 동일한 두께 300㎛의 스테인리스 필름을 기체(11)로 하였다.
이 기체(11)의 타면(11b)측의 표면에 은 페이스트를 도포한 후, 베이킹하여 두께 8㎛의 균열층(13)(직접 적층형의 균열층(131))을 형성하였다.
이어서, 절연 유리 페이스트를 기체(11)의 일면(11a)측의 표면 및 균열층(13)의 표면에 도포한 후, 베이킹하여 두께 75㎛의 유리 글레이즈층(절연층(141))을 형성하였다.
또한 기체(11)의 일면(11a)측에 형성한 절연층(141)의 표면에, 스크린 인쇄에 의하여, 발열층(12)으로 되는 미소성층을 패터닝 형성한 후, 베이킹하여 발열층(12)을 형성하였다. 이 발열층(12)은 실시예 1과 마찬가지이다.
그 후, 기체(11)의 타면(11b)측에 노출된 절연층(141)의 표면에 은 페이스트를 도포한 후, 베이킹하여 두께 8㎛의 균열층(13)(간접 적층형의 균열층(132))을 형성하였다.
그 후, 절연 유리 페이스트를, 간접 적층형의 균열층(132)의 표면과, 기체(11)의 일면(11a)측에 노출된 절연층(141) 및 발열층(12)의 양 표면에 도포한 후, 베이킹하여 두께 50㎛의 유리 글레이즈층(절연층(142))을 형성하였다.
이어서, 실시예 1과 마찬가지로 하여 두께 20㎛의 유리 글레이즈층(절연층(143))을 형성하여, 실시예 4(도 4)의 히터(1)를 얻었다.
(5) 비교예 1의 히터(도 15 참조)
실시예 1과 동일한 두께 300㎛의 스테인리스 필름을 기체(11)로 하였다.
이 기체(11)의 일면(11a)측의 표면 및 타면(11b)측의 표면의 양쪽 면에 절연 유리 페이스트를 도포한 후, 베이킹하여 두께 75㎛의 유리 글레이즈층(절연층(141))을 형성하였다.
또한 기체(11)의 일면(11a)측에 형성한 절연층(141)의 표면에, 스크린 인쇄에 의하여, 발열층(12)으로 되는 미소성층을 패터닝 형성한 후, 베이킹하여 발열층(12)을 형성하였다. 이 발열층(12)은 실시예 1과 마찬가지이다.
그 후, 기체(11)의 일면(11a)측에 노출된 절연층(141) 및 발열층(12)의 양 표면과, 기체(11)의 타면(11b)측에 노출된 절연층(141)의 표면에, 절연 유리 페이스트를 도포한 후, 베이킹하여 두께 50㎛의 유리 글레이즈층(절연층(142))을 형성하였다.
이어서, 실시예 1과 마찬가지로 하여 두께 20㎛의 유리 글레이즈층(절연층(143))을 형성하여, 비교예 1(도 15)의 히터를 얻었다.
[2] 균열층의 효과의 확인
상기 [1]에서 얻어진 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 히터 각각에 교류 45V의 전압을 인가하여 각 히터(1)의 표면의 최고 온도가 260℃에 도달한 시점에서, 서모 트레이서(NEC Avio 세키가이센 테크놀로지 가부시키가이샤 제조, 형식 「TH9100MR」)를 이용하여 각 히터(1) 전체의 온도 데이터를 일괄하여 취득하였다. 그 후, 얻어진 데이터로부터 각 히터(1)의 소인 방향(D1)의 폭 중앙부에 있어서의 온도 데이터를 픽업하여 그래프화하고, 이 그래프에 있어서의 최고 온도와 최저 온도와의 온도 차를 산출하였다.
상기 측정을 각 히터마다 3회 행하여 얻어진 온도 차의 평균값을 산출하여, 그래프로서 도 13에 나타내었다. 그 결과, 비교예 1의 히터 온도 차가 18.03℃이었던 데 대하여, 실시예 1은 13.10℃, 실시예 2는 13.00℃, 실시예 3은 12.43℃, 실시예 4는 12.50℃였다. 즉, 실시예 1은 27.3%, 실시예 2는 27.9%, 실시예 3은 31.1%, 실시예 4는 30.7% 각각 온도 차를 축소할 수 있어, 모두 우수한 균열 효과가 얻어지고 있는 것을 알 수 있었다.
[3] 균열층의 두께와 형성 위치의 상관
(1) 실시예 5의 히터(도 1 참조)
기체(11)의 타면(11b)측의 표면에 두께 8㎛의 균열층(13)(직접 적층형의 균열층(131))을 형성한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 5의 히터(1)를 얻었다. 즉, 실시예 5의 히터(1)는 합계 두께 8㎛의 직접 적층형의 균열층(131)을 갖게 된다.
(2) 실시예 6의 히터(도 3 참조)
기체(11)의 일면(11a) 및 타면(11b)의 양 표면에 각각 두께 8㎛의 균열층(13)(직접 적층형의 균열층(131))을 형성한 것 이외에는 실시예 3과 마찬가지로 하여, 실시예 6의 히터(1)를 얻었다. 즉, 실시예 6의 히터(1)는 합계 두께 16㎛의 직접 적층형의 균열층(131)을 갖게 된다.
(3) 실시예 7의 히터(도 5 참조)
실시예 1과 동일한 두께 300㎛의 스테인리스 필름을 기체(11)로 하였다.
이 기체(11)의 일면(11a)측의 표면 및 타면(11b)측의 표면의 양쪽 면에 절연 유리 페이스트를 도포한 후, 베이킹하여 두께 75㎛의 유리 글레이즈층(절연층(141))을 형성하였다.
또한 기체(11)의 일면(11a)측에 형성한 절연층(141)의 표면에, 스크린 인쇄에 의하여, 발열층(12)으로 되는 미소성층을 패터닝 형성한 후, 베이킹하여 발열층(12)을 형성하였다. 이 발열층(12)은 실시예 1과 마찬가지이다.
또한 기체(11)의 타면(11b)측에 형성한 절연층(141)의 표면에 스크린 인쇄에 의하여 은 페이스트를 도포한 후, 베이킹하여 두께 8㎛의 균열층(13)(간접 적층형의 균열층(132))을 형성하였다.
그 후, 기체(11)의 일면(11a)측에 노출된 절연층(141) 및 발열층(12)의 양 표면과, 기체(11)의 타면(11b)측에 노출된 균열층(13)의 표면에, 절연 유리 페이스트를 도포한 후, 베이킹하여 두께 50㎛의 유리 글레이즈층(절연층(142))을 형성하였다.
이어서, 실시예 1과 마찬가지로 하여 두께 20㎛의 유리 글레이즈층(절연층(143))을 형성하여, 실시예 7(도 5)의 히터를 얻었다. 즉, 실시예 7의 히터(1)는 합계 두께 8㎛의 간접 적층형의 균열층(132)을 갖게 된다.
(4) 실시예 8의 히터(도 6 참조)
실시예 1과 동일한 두께 300㎛의 스테인리스 필름을 기체(11)로 하였다.
이 기체(11)의 일면(11a)측의 표면 및 타면(11b)측의 표면의 양쪽 면에 절연 유리 페이스트를 도포한 후, 베이킹하여 두께 75㎛의 유리 글레이즈층(절연층(141))을 형성하였다.
또한 기체(11)의 일면(11a)측에 형성한 절연층(141)의 표면에, 스크린 인쇄에 의하여, 발열층(12)으로 되는 미소성층을 패터닝 형성한 후, 베이킹하여 발열층(12)을 형성하였다. 이 발열층(12)은 실시예 1과 마찬가지이다.
또한 기체(11)의 타면(11b)측에 형성한 절연층(141)의 표면에 스크린 인쇄에 의하여 은 페이스트를 도포한 후, 베이킹하여 두께 8㎛의 균열층(13)(간접 적층형의 균열층(132))을 형성하였다.
그 후, 기체(11)의 일면(11a)측에 노출된 절연층(141) 및 발열층(12)의 양 표면과, 기체(11)의 타면(11b)측에 노출된 균열층(13)의 표면에, 절연 유리 페이스트를 도포한 후, 베이킹하여 두께 50㎛의 유리 글레이즈층(절연층(142))을 형성하였다.
이어서, 실시예 1과 마찬가지로 하여 두께 20㎛의 유리 글레이즈층(절연층(143))을 형성하였다.
또한 기체(11)의 타면(11b)측에 형성한 유리 글레이즈층(절연층(143))의 표면에 스크린 인쇄에 의하여 은 페이스트를 도포한 후, 베이킹하여 두께 8㎛의 균열층(13)(간접 적층형의 균열층(132))을 형성하여, 실시예 8(도 6)의 히터를 얻었다. 즉, 실시예 8의 히터(1)는 합계 두께 16㎛의 간접 적층형의 균열층(132)을 갖게 된다.
(5) 실시예 9의 히터(도 5 참조)
은 페이스트를 3회 도포한 후, 베이킹하여 두께 24㎛의 균열층(13)(간접 적층형의 균열층(132))을 형성한 것 이외에는 실시예 7과 마찬가지로 하여, 실시예 9의 히터를 얻었다. 즉, 실시예 9의 히터(1)는 합계 두께 24㎛의 간접 적층형의 균열층(132)을 갖게 된다.
(6) 실시예 10의 히터(도 1 참조)
기체(11)의 타면(11b)측의 표면에 두께 24㎛의 균열층(13)(직접 적층형의 균열층(131))을 형성한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 10의 히터(1)를 얻었다. 즉, 실시예 10의 히터(1)는 합계 두께 24㎛의 직접 적층형의 균열층(131)을 갖게 된다.
(7) 실시예 11의 히터(도 3 참조)
기체(11)의 일면(11a) 및 타면(11b)의 양 표면에 각각 두께 36㎛의 균열층(13)(직접 적층형의 균열층(131))을 형성한 것 이외에는 실시예 3과 마찬가지로 하여, 실시예 11의 히터(1)를 얻었다. 즉, 실시예 11의 히터(1)는 합계 두께 72㎛의 직접 적층형의 균열층(131)을 갖게 된다.
(8) 실시예 12의 히터(도 3 참조)
기체(11)의 일면(11a) 및 타면(11b)의 양 표면에 각각 두께 54㎛의 균열층(13)(직접 적층형의 균열층(131))을 형성한 것 이외에는 실시예 3과 마찬가지로 하여, 실시예 11의 히터(1)를 얻었다. 즉, 실시예 11의 히터(1)는 합계 두께 108㎛의 직접 적층형의 균열층(131)을 갖게 된다.
(9) 실시예 13의 히터(도 5 참조)
두께 54㎛의 균열층(13)(간접 적층형의 균열층(132))을 형성한 것 이외에는 실시예 7과 마찬가지로 하여, 실시예 13의 히터를 얻었다. 즉, 실시예 13의 히터(1)는 합계 두께 54㎛의 간접 적층형의 균열층(132)을 갖게 된다.
(10) 실시예 14의 히터(도 6 참조)
절연층(141)의 타면측의 표면에 두께 54㎛의 균열층(13)(간접 적층형의 균열층(132))을 형성하고, 유리 글레이즈층(절연층(143))의 타면측의 표면에 두께 18㎛의 균열층(13)(간접 적층형의 균열층(132))을 형성한 것 이외에는 실시예 8과 마찬가지로 하여, 실시예 14의 히터를 얻었다. 즉, 실시예 14의 히터(1)는 합계 두께 72㎛의 간접 적층형의 균열층(132)을 갖게 된다.
(11) 측정 1
상기 [3] (1) 내지 (5)에서 얻어진 실시예 5 내지 9의 히터를 사용하여 균열층의 두께와 형성 위치와의 상관에 대하여 검토를 행하였다. 상기 [2]와 마찬가지의 측정을 행하여 최고 온도와 최저 온도의 온도 차를 구하였다. 또한 그 결과를 그래프로서 도 14에 나타내었다.
도 14에 있어서, 실시예 5 내지 실시예 6을 연결하는 라인은, 직접 적층형의 균열층(131)을 사용한 경우의 균열화 효과와 균열층의 두께와의 상관을 나타내고 있다. 한편, 실시예 7 내지 실시예 9를 연결하는 라인은, 간접 적층형의 균열층(132)을 사용한 경우의 균열화 효과와 균열층의 두께와의 상관을 나타내고 있다.
이 도 14의 결과로부터, 직접 적층형의 균열층(131)의 두께와 간접 적층형의 균열층(132)의 두께를 동일한 두께로 한 경우에 온도 차를 보다 저감시키는 효과가 높은 것은 직접 적층형의 균열층(131)인 것을 알 수 있다.
(12) 측정 2
상기 [1] (5)에서 얻어진 비교예 1의 히터, 상기 [3] (1) 내지 (10)에서 얻어진 실시예 5 내지 14의 히터를 사용하여, 균열층의 두께와 형성 위치와의 상관에 대하여 검토를 행하였다. 상기 [2]와 마찬가지의 측정을 행하여 최고 온도와 최저 온도의 온도 차(각 히터마다 3회의 측정을 행하여 얻어진 각 데이터에 있어서의 온도 차의 평균값)를 구하였다. 또한 그 결과를 그래프로서 도 18에 나타내었다.
이 도 18의 결과로부터, 직접 적층형의 균열층(131)이거나 간접 적층형의 균열층(132)이거나 비교예 1에 대하여 두께 8㎛로 극히 얇은 균열층(13)을 형성함으로써 비약적인 균열 작용(온도 차의 저감 작용)이 발휘되는 것을 알 수 있다. 즉, 비교예 1에 있어서의 온도 차가 18.3℃인 것에 대하여, 실시예 5(직접 적층형 균열층 8㎛)에서는 11.2℃, 실시예 7(간접 적층형 균열층 8㎛)에서는 13.0℃로 되었다. 이는, 실시예 5에서는 38.8%의 균열 작용이 얻어지고, 실시예 7에서는 29.0%의 균열 작용이 얻어지고 있다고 할 수 있다. 그리고 이 현저한 균열 작용은 합계 두께가 30㎛ 정도까지 얻어지는 것을 도 18로부터 알 수 있다.
그러나 도 18로부터, 직접 적층형의 균열층(131)이거나 간접 적층형의 균열층(132)이거나에 관계없이 균열층 두께의 증대에 대하여 얻어지는 균열 작용이 점차 축소되는 상황을 알 수 있다. 즉, 비교예 1에 대한 실시예 7, 실시예 8 및 실시예 9의 각 균열 작용이나, 비교예 1에 대한 실시예 5, 실시예 6 및 실시예 10의 각 균열 작용은 매우 우수한 데 반해, 이들 균열 작용에 비하여 실시예 11에 대한 실시예 12의 균열 작용이나 실시예 13에 대한 실시예 14의 균열 작용은 축소되어 있다. 또한 직접 적층형의 균열층(131)과 간접 적층형의 균열층(132)의 양쪽을 사용하여 합계 두께 200㎛로 되는 균열층(13)을 형성한 예에 있어서의, 마찬가지의 온도 차는 6.7℃였다.
이러한 점에서, 직접 적층형의 균열층(131)이거나 간접 적층형의 균열층(132)이거나에 관계없이 보다 효과적인 균열 작용을 얻고자 하면, 균열층의 합계 두께를 150㎛ 이하(통상 1㎛ 이상)로 하는 것이 바람직하고, 60㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 40㎛ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 30㎛ 이하로 하는 것이 특히 바람직하다고 할 수 있다.
[4] 균열층의 평면 형상과 균열 작용의 상관
상기 실시예 1 내지 실시예 14의 히터(1)에 형성된 균열층(13)의 평면 형상은 모두, 도 17의 (a)에 도시하는 직사각형(점점이 검은색으로 찍힌 형태)이다. 이에 반해, 도 9의 균열층의 평면 형상이나 도 17의 (b) 내지 (g)의 균열층의 평면 형상은 모두, 결락부(133X)(133H 및 133S를 포함함)를 갖는 형태이다. 이와 같이 균열층의 평면 형상과 균열 작용의 상관을 이하와 같이 하여 평가하였다.
(1) 실시예 15의 히터(도 5 참조)
실시예 7과 마찬가지로 하여 두께 16㎛의 균열층(132)을 갖는 실시예 15의 히터를 얻었다. 즉, 실시예 15는, 두께 16㎛이고 평면 형상이 직사각형(점점이 검은색으로 찍힌 형태)인 간접 적층형의 균열층(132)을 갖게 된다.
(2) 실시예 16의 히터(도 5 참조)
균열층(13)(간접 적층형의 균열층(132))의 평면 형상을, 도 17의 (e)에 도시하는 스트라이프 형상으로 한 것 이외에는 실시예 7과 마찬가지로 하여 두께 16㎛의 균열층(132)을 갖는 실시예 15의 히터를 얻었다. 또한 평면 형상에 있어서의 면적률은, 실시예 15의 히터 균열층(132)을 100%로 한 경우에 실시예 16의 히터 균열층(132)은 60.0%이다.
(3) 측정 3
상기 [4] (1)에서 얻어진 실시예 15의 히터(도 5 참조)와 상기 [4] (2)에서 얻어진 실시예 16의 히터(도 5 참조)를 사용하여 상기 [2]와 마찬가지의 측정을 행하여, 최고 온도와 최저 온도의 온도 차(각 히터마다 3회의 측정을 행하여 얻어진 각 데이터에 있어서의 온도 차의 평균값)를 구하였다.
그 결과, 실시예 15의 온도 차는 10.7℃였다. 한편, 실시예 16의 온도 차는 11.5℃였다. 즉, 실시예 16의 히터 균열층(132)은, 면적률이 실시예 15에 대하여 60%임에도 불구하고 동일한 수준의 균열 작용을 발휘하고 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 실시예 15의 히터 균열층(132)은 면적률 1%당 균열 효과는 0.11℃인 것에 대하여, 실시예 16의 히터 균열층(132)은 면적률 1%당 균열 효과가 0.19℃로 되어 있어, 보다 적은 재료에 의하여 효율적으로 균열화할 수 있는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터는, 결락부(133X)를 형성하여 평면 형상을 최적화함으로써 보다 높은 균열 작용이 얻어지는 것을 알 수 있다.
또한 상술한 각 실시예 및 비교예의 히터 균열층(13)은 모두, 도포한 은 페이스트를 베이킹하여 형성하고 있는 점에서, 복수의 금속 입자가 연결되어 형성된 금속 다공부(135a)와, 금속 다공부의 간극에 배치된 비금속부(135b)를 갖는 형태(도 16의 (a) 및 (b) 참조)로 된다. 이 중, 금속 다공부(135a)는 은 입자가 연결된 형태이며, 구체적으로는 도 16의 (b)의 형태를 나타낸다. 한편, 비금속부(135b)는 유리에 의하여 형성된다.
또한 본 발명에 있어서는, 상기 구체적 실시 형태에 나타내는 것에 한정되지 않으며, 목적, 용도에 따라 본 발명의 범위 내에서 다양하게 변경한 실시 형태로 할 수 있다.
또한 본 발명에는 이하의 발명이 포함되어 있다.
(1) 기체를 구성하는 재료가 스테인리스인 것을 요지로 하는 히터.
(2) 기체의 타면측의 표면을 피가열물과의 대향면으로 하는 것을 요지로 하는 히터
(3) 균열층을 구성하는 재료는, 은, 구리, 알루미늄, 및 이들 중 적어도 1종을 포함한 합금 중으로부터 선택되는 것을 요지로 하는 히터.
(4) 균열층의 두께를 D1이라 하고 기체의 두께를 D2라 한 경우에, D1과 D2의 비 D1/D2는 0.6 이하인 것을 요지로 하는 히터.
(5) 발열층은, 전기적으로 병렬로 접속된 복수의 저항 발열 셀을 구비하고,
각 저항 발열 셀은, 소인 방향에 대하여 대략 수직으로 배치된 복수의 가로 배선부와, 가로 배선부 간을 접속하는 세로 배선부가 연결되어 지그재그 형상으로 형성된 저항 발열 배선인 것을 요지로 하는 히터.
(6) 가로 배선부는 세로 배선부보다도 긴 것을 요지로 하는 히터.
(7) 세로 배선이 소인 방향에 대하여 경사져 있는 것을 요지로 하는 히터.
(8) 각 저항 발열 셀을 구성하는 각 저항 발열 배선은 플러스의 저항 발열 계수를 갖는 히터.
1; 히터
1a; 히터의 일면
1b; 히터의 타면(가열면)
11; 기체
11a; 기체의 일면
11b; 기체의 타면
12; 발열층
121; 저항 발열 배선
122; 가로 배선부
123; 세로 배선부
124; 저항 발열 셀
125; 비형성부
13; 균열층
131; 직접 적층형의 균열층
132; 간접 적층형의 균열층
133X; 결락부
133H; 관통 구멍
133S; 절결
135a; 금속 다공부
135b; 비금속부
14, 141, 142, 143; 절연층(유리 글레이즈층)
2; 피가열물
4; 화상 형성 장치
41: 레이저 스캐너
42: 미러
43: 대전 장치
44: 감광 드럼
45: 현상기
46: 전사 드럼
47: 전사용 롤
5: 정착 장치(정착 수단)
51: 정착용 롤
52: 가압용 롤
53: 히터 홀더
54: 가압용 롤
P: 기록용 매체
D1: 소인 방향
D2: 폭 방향
1a; 히터의 일면
1b; 히터의 타면(가열면)
11; 기체
11a; 기체의 일면
11b; 기체의 타면
12; 발열층
121; 저항 발열 배선
122; 가로 배선부
123; 세로 배선부
124; 저항 발열 셀
125; 비형성부
13; 균열층
131; 직접 적층형의 균열층
132; 간접 적층형의 균열층
133X; 결락부
133H; 관통 구멍
133S; 절결
135a; 금속 다공부
135b; 비금속부
14, 141, 142, 143; 절연층(유리 글레이즈층)
2; 피가열물
4; 화상 형성 장치
41: 레이저 스캐너
42: 미러
43: 대전 장치
44: 감광 드럼
45: 현상기
46: 전사 드럼
47: 전사용 롤
5: 정착 장치(정착 수단)
51: 정착용 롤
52: 가압용 롤
53: 히터 홀더
54: 가압용 롤
P: 기록용 매체
D1: 소인 방향
D2: 폭 방향
Claims (9)
- 피가열물과 대면된 상태에서 상기 피가열물 및 본 히터 중 적어도 한쪽을 소인하여 상기 피가열물을 가열하는 히터이며,
기체와,
상기 기체의 일면측에 배치된 발열층과,
상기 기체와 상기 발열층의 층간 및 상기 기체의 타면측 중 적어도 한쪽에 배치되고, 상기 기체를 구성하는 재료보다도 열전도율이 큰 재료에 의하여 형성된 균열층을 구비하는 것을 특징으로 하는 히터. - 제1항에 있어서,
상기 균열층으로서, 상기 기체에 직접 적층된 직접 적층형의 균열층을 갖는 히터. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 균열층으로서, 상기 기체와의 사이에 유리 글레이즈층을 개재하여 적층된 간접 적층형의 균열층을 갖는 히터. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 균열층이, 절결 또는 표리를 관통한 관통 구멍을 포함한 결락부를 갖고,
상기 결락부를 개재하여, 상기 균열층의 일면측에 인접한 층과 상기 균열층의 타면측에 인접한 층이 접합되어 있는 히터. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 균열층은, 복수의 금속 입자가 연결되어 형성된 금속 다공부와, 상기 금속 다공부의 간극에 배치된 비금속부를 갖는 히터. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발열층은, 전기적으로 병렬로 접속된 복수의 저항 발열 셀을 구비하고,
각 상기 저항 발열 셀은, 상기 소인 방향에 대하여 대략 수직으로 배치된 복수의 가로 배선부와, 상기 가로 배선부 간을 접속하는 세로 배선부가 연결되어 지그재그 형상으로 형성된 저항 발열 배선을 갖고,
인접한 상기 저항 발열 셀끼리의 사이에는, 상기 저항 발열 배선이 형성되어 있지 않은 비형성부를 갖는 히터. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
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