(57)【要約】【課題】優れた耐湿性および耐グリス性を兼備するヒータを提供する。【解決手段】ヒータは、基板、導体、抵抗発熱体、第１被覆層、第２被覆層を具備する。導体は、基板上に設けられる。抵抗発熱体は、導体と電気的に接続され、基板上に設けられる。第１被覆層は、導体および抵抗発熱体を覆って基板上に設けられる。第２被覆層は、第１被覆層上に設けられ、第１被覆層よりもケイ素の含有率が高い。【選択図】図１
2020047553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と；
前記基板上に設けられた導体と；
前記導体と電気的に接続され、前記基板上に設けられた抵抗発熱体と；
前記導体および前記抵抗発熱体を覆って前記基板上に設けられた第１被覆層と；
前記第１被覆層上に設けられ、前記第１被覆層よりもケイ素の含有率が高い第２被覆層と；
を具備する、ヒータ。
【請求項２】
前記第２被覆層は、前記第１被覆層よりも亜鉛の含有率が高い、請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記第２被覆層は、前記第１被覆層よりもアルカリ土類金属の含有率が低い、請求項１または２に記載のヒータ。
【請求項４】
前記第２被覆層は、前記第１被覆層よりも（ケイ素および亜鉛の含有率）／（アルカリ土類金属の含有率）が大きい、請求項１〜３のいずれか１つに記載のヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、複写機やファクシミリ等におけるトナー定着、リライタブルカードリーダにおける印字消去等に用いられるヒータが知られている。ヒータは、給電用の電極から供給された電力により、基板の一面上に形成された抵抗発熱体を発熱させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなヒータにおいては、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備させることが困難な場合があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備するヒータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係るヒータは、基板、導体、抵抗発熱体、第１被覆層、第２被覆層を具備する。導体は、基板上に設けられる。抵抗発熱体は、導体と電気的に接続され、基板上に設けられる。第１被覆層は、導体および抵抗発熱体を覆って基板上に設けられる。第２被覆層は、第１被覆層上に設けられ、第１被覆層よりもケイ素の含有率が高い。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備するヒータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るヒータの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】実施形態の変形例に係るヒータの断面図である。
【図４】評価試験の結果を示す図である。
【図５】実施形態に係るヒータが用いられた実施形態の定着装置を示す断面図である。
【図６】実施形態に係るヒータが用いられた実施形態の画像形成装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に説明する実施形態に係るヒータ１、１Ａは、基板２、導体３、抵抗発熱体４、第１被覆層７、第２被覆層８を具備する。導体３は、基板２上に設けられる。抵抗発熱体４は、導体３と電気的に接続され、基板２上に設けられる。第１被覆層７は、導体３および抵抗発熱体４を覆って基板２上に設けられる。第２被覆層８、８Ａは、第１被覆層７上に設けられ、第１被覆層７よりもケイ素の含有率が高い。
【００１０】
また、以下に説明する実施形態に係る第２被覆層８、８Ａは、第１被覆層７よりも亜鉛の含有率が高い。
【００１１】
また、以下に説明する実施形態に係る第２被覆層８、８Ａは、第１被覆層７よりもアルカリ土類金属の含有率が低い。
【００１２】
また、以下に説明する実施形態に係る第２被覆層８、８Ａは、第１被覆層７よりも（ケイ素および亜鉛の含有率）／（アルカリ土類金属の含有率）が大きい。
【００１３】
［実施形態］
実施形態に係るヒータを図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係るヒータの平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。実施形態に係るヒータ１は、電子機器類に搭載され、主に通過する紙などの媒体を加熱するものである。ヒータ１は、図１に示すように、基板２と、導体３と、抵抗発熱体４と、給電用電極５、６と、第１被覆層７と、第２被覆層８とを含んで構成されている。
【００１４】
基板２は、耐熱性および絶縁性を有し、本実施形態では、矩形状に形成されている。基板２は、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミック、ガラスセラミックまたは耐熱複合材料などからなる平板である。基板２は、ヒータ１を装着できるスペースに応じた厚さを有しており、例えば、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。なお、基板２の形状は、短手方向（Ｙ方向）、および短手方向と交差する長手方向（Ｘ方向）を有していればこれに限定されるものではなく、外周において凹部、凸部、欠けなどが形成されていてもよい。なお、基板２の長手方向を「Ｘ方向」、短手方向を「Ｙ方向」と称する場合がある。
【００１５】
導体３は、抵抗発熱体４に電力を供給するものであり、基板２上に設けられている。導体３は、例えば銀（Ag）系等の導体ペーストで基板２上に形成された導体パターンである。本実施形態における導体３は、ヒータ１（基板２）の長手方向であるＸ方向において、抵抗発熱体４と電気的に接続されている。導体３に含まれる導体３１および導体３２と、導体３３とは、Ｘ方向において離間して設けられ、その間に抵抗発熱体４１，４２がそれぞれ配置されている。導体３１は、抵抗発熱体４１の長手方向に沿って形成されており、一方の端部が給電用電極５と、他方の端部が抵抗発熱体４１の一方の端部と電気的に接続されている。導体３２は、抵抗発熱体４２の長手方向に沿って形成されており、一方の端部が給電用電極６と、他方の端部が抵抗発熱体４２の一方の端部と電気的に接続されている。導体３３は、抵抗発熱体４１，４２の他方の端部とそれぞれ電気的に接続されている。つまり、導体３は、抵抗発熱体４の長手方向に沿って電気的に接続されている。
【００１６】
抵抗発熱体４は、導体３と電気的に接続されており、基板２上に設けられている。抵抗発熱体４は、電気を流すことで発熱する。抵抗発熱体４は、例えば銀−パラジウム系やグラファイト系、酸化ルテニウム系等の発熱体ペーストで形成された発熱体パターンである。本実施形態では、抵抗発熱体４は、Ｘ方向に沿って配置されている。抵抗発熱体４に含まれる抵抗発熱体４１と、抵抗発熱体４２とは、Ｙ方向において離間して配置されている。抵抗発熱体４１，４２は、ヒータ１の短手方向における長さが一定となるように、Ｘ方向に沿った帯状にそれぞれ配置されている。
【００１７】
一対の給電用電極５，６は、導体３にそれぞれ電気的に接続されるものであり、基板２上に設けられている。一対の給電用電極５，６は、図１に示すように、Ｘ方向において基板２の端部に設けられている。一対の給電用電極５，６は、導体３１，３２とそれぞれ電気的に接続され、導体３１，３２と通電される。なお、図１において、一対の給電用電極５，６は、基板２の一方の端部に設けられているが、両端部にそれぞれ設けられていてもよいし、他方の端部に設けられていてもよい。また、一対の給電用電極５，６は、通常、導体３１，３２とそれぞれ一体的に基板２上に形成されているが、一対の給電用電極５，６と、導体３１，３２とがそれぞれ分離して形成されてもよい。また、一対の給電用電極５，６は、基板２のうち、導体３１，３２が設けられた表面に配置されているが、導体３１，３２が設けられた面とは反対側の面に配置されていてもよい。この場合、一対の給電用電極５，６は、基板２に形成されたスルーホールを介して、導体３１，３２とそれぞれ電気的に接続される。
【００１８】
第１被覆層７は、保護層であり、基板２上に設けられた導体３および抵抗発熱体４を覆っているものであり、本実施形態では帯状に形成されている。第１被覆層７は、導体３および抵抗発熱体４を覆っていることで、導体３および抵抗発熱体４が直接大気に露出することを防止し、外部からの干渉（例えば、機械的、化学的、電気的な干渉）によって導体３および抵抗発熱体４が損傷・破損することを抑制するものである。
【００１９】
第２被覆層８は、第１被覆層７上に設けられている。本実施形態では、Ｘ方向およびＹ方向の寸法が第１被覆層７と同じとなるように配置されているが、これに限らず、例えばＸ方向またはＹ方向の寸法が第１被覆層７よりも小さくてもよい。
【００２０】
また、第１被覆層７および第２被覆層８の厚さの合計、すなわち基板２の表面から第２被覆層８の上面までの高さは、例えば３０μｍ以上８０μｍ以下とすることができ、高い熱伝導性を備える観点から、特に３０μｍ以上５０μｍとすることができる。
【００２１】
第１被覆層７、第２被覆層８はいずれも、熱伝導率が基板２よりも高く形成されており、例えば、２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以上となるガラス層である。このように第１被覆層７および第２被覆層８は、互いに類似した組成を有しているが、以下に示すように一部の成分の含有率を互いに異ならせることにより、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備することができる。
【００２２】
実施形態に係るヒータ１では、第１被覆層７と第２被覆層８との間でケイ素の含有率が相違する。具体的には、第２被覆層８は、第１被覆層７よりもケイ素の含有率が高い。ここで、ケイ素の含有率は、耐湿性および耐グリス性に大きく寄与する。ケイ素の含有率を高くすると、耐グリス性は低くなる一方で耐湿性が高くなり、ケイ素の含有率を低くすると、耐湿性は低くなる一方で耐グリス性が高くなる。このため、第１被覆層７、第２被覆層８のケイ素の含有率を規定することにより、第１被覆層７は主に耐グリス性に寄与し、第２被覆層８は主に耐湿性に寄与することができる。
【００２３】
また、実施形態に係るヒータ１では、第１被覆層７と第２被覆層８との間で亜鉛の含有率が相違する。具体的には、第２被覆層８は、第１被覆層７よりも亜鉛の含有率が高い。ここで、亜鉛の含有率は、耐湿性に大きく寄与する。すなわち、亜鉛の含有率を高くすると、耐湿性が高くなる。このため、第２被覆層８の亜鉛の含有率を第１被覆層７よりも高く規定することにより、第２被覆層８の耐湿性を高めることができる。
【００２４】
また、実施形態に係るヒータ１では、第１被覆層７と第２被覆層８との間でアルカリ土類金属の含有率が相違する。具体的には、第２被覆層８は、第１被覆層７よりもアルカリ土類金属の含有率が低い。ここで、アルカリ土類金属の含有率は、耐湿性に大きく寄与する。すなわち、アルカリ土類金属の含有率を低くすると、耐湿性が高くなる。このため、第２被覆層８のアルカリ土類金属の含有率を第１被覆層７よりも低く規定することにより、第２被覆層８の耐湿性を高めることができる。
【００２５】
第１被覆層７、第２被覆層８に含まれるアルカリ土類金属としては、例えば、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムを挙げることができる。第１被覆層７、第２被覆層８は、上記したアルカリ土類金属のうち、１または２種以上を含有することができる。
【００２６】
また、実施形態に係るヒータ１では、第１被覆層７と第２被覆層８との間で（ケイ素および亜鉛の含有率）／（アルカリ土類金属の含有率）の値が相違する。具体的には、第２被覆層８は、第１被覆層７よりも（ケイ素および亜鉛の含有率）／（アルカリ土類金属の含有率）が大きい。上述したように、ケイ素および亜鉛の含有率が高いと、耐湿性が高くなる。また、アルカリ土類金属の含有率を低くすると、耐湿性が高くなる。このため、第２被覆層８の（ケイ素および亜鉛の含有率）／（アルカリ土類金属の含有率）の値を第１被覆層７よりも大きく規定することにより、第２被覆層８の耐湿性を高めることができる。
【００２７】
［変形例］
図３は、実施形態の変形例に係るヒータの断面図である。図３に示すヒータ１Ａは、第２被覆層８ＡのＹ方向の寸法が第１被覆層７よりも大きい点でヒータ１と相違する。また、第２被覆層８ＡのＹ方向の両端は第１被覆層７のＹ方向の両端からはみ出し、基板２の表面２ａに接触するように配置されている。これにより、第１被覆層７のＹ方向の両端は第２被覆層８Ａに完全に覆われている。このような第２被覆層８Ａを配置するヒータ１Ａによれば、耐湿性をさらに高めることができる。なお、図示したヒータ１Ａでは、第２被覆層８ＡのＹ方向の両端が第１被覆層７のＹ方向の両端からはみ出すように配置されたが、これに限らず、第２被覆層８ＡのＸ方向の両端が第１被覆層７のＸ方向の両端からはみ出すように配置されてもよい。また、第２被覆層８Ａのうち、一部が第１被覆層７のＸ方向またはＹ方向の端部からはみ出し、基板２の表面２ａに接触するように配置されてもよい。
【００２８】
［評価試験］
ヒータの試作品を用いて加速試験を行い、第１被覆層７および第２被覆層８の組成の違いによる耐湿性および耐グリス性について評価した。図４に結果をそれぞれ示す。なお、ケイ素量、亜鉛量、アルカリ土類金属量の分析方法は、ヒータ１の第１被覆層７および第２被覆層８を厚み方向に切断し、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）ＪＸＡ−８２００（日本電子社製）を用いて第１被覆層７および第２被覆層８の成分含有量をそれぞれ測定した。図４中、Ａは、第２被覆層８における（ケイ素および亜鉛の含有率）／（アルカリ土類金属の含有率）の値であり、Ｂは、第１被覆層７における（ケイ素および亜鉛の含有率）／（アルカリ土類金属の含有率）の値である。なお、図４では、元素の量を、それぞれ、ケイ素比率、亜鉛比率、アルカリ土類金属比率で規定している。ケイ素比率、亜鉛比率、アルカリ土類金属比率は、当該３種類の比率を足し合わせると１００％となるように規格化した値であり、第２被覆層８における（ケイ素および亜鉛の比率）／アルカリ土類金属の比率）の値は、実質的に第２被覆層８における（ケイ素および亜鉛の含有率）／（アルカリ土類金属の含有率）の値と同義である。同様に、第１被覆層７における（ケイ素および亜鉛の比率）／アルカリ土類金属の比率）の値は、実質的に第１被覆層７における（ケイ素および亜鉛の含有率）／（アルカリ土類金属の含有率）の値と同義である。
【００２９】
また、耐湿性は、耐電圧試験をクリアしたサンプルを室温８５℃、相対湿度９５％の恒温室に入れて２０００時間放置した後、耐電圧試験を再度行うことにより評価した。耐電圧試験は、印加電圧ＡＣ１５００Ｖで３秒間通電し、カットオフ電流が１ｍＡ以下であったものを○、カットオフ電流が１ｍＡを超えたものを×とした。また、耐グリス性は、第２被覆層８の表面にグリスを適量塗布したサンプルを３８０℃の恒温室で１．５時間放置した後、第１被覆層７および第２被覆層８を顕微鏡で外観観察することにより評価した。そして、外観観察の結果、第１被覆層７または第２被覆層８の浸食が確認されないものを○、浸食が確認されたものを×とした。これらの結果より、耐湿性および耐グリス性を兼備する条件が確認された。
【００３０】
上述したように、実施形態に係るヒータ１、１Ａは、基板２、導体３、抵抗発熱体４、第１被覆層７、第２被覆層８、８Ａを具備する。導体３は、基板２上に設けられる。抵抗発熱体４は、導体３と電気的に接続され、基板２上に設けられる。第１被覆層７は、導体３および抵抗発熱体４を覆って基板２上に設けられる。第２被覆層８、８Ａは、第１被覆層７上に設けられ、第１被覆層７よりもケイ素の含有率が高い。これにより、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備するヒータを提供することができる。
【００３１】
また、実施形態に係る第２被覆層８、８Ａは、第１被覆層７よりも亜鉛の含有率が高い。これにより、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備するヒータを提供することができる。
【００３２】
また、以下に説明する実施形態に係る第２被覆層８、８Ａは、第１被覆層７よりもアルカリ土類金属の含有率が低い。これにより、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備するヒータを提供することができる。
【００３３】
また、以下に説明する実施形態に係る第２被覆層８、８Ａは、第１被覆層７よりも（ケイ素および亜鉛の含有率）／（アルカリ土類金属の含有率）が大きい。これにより、優れた耐湿性および耐グリス性を兼備するヒータを提供することができる。
【００３４】
［定着装置の構成］
つぎに、一例として実施形態のヒータ１を用いた実施形態の定着装置について図面を参照して説明する。図５は、実施形態に係るヒータが用いられた実施形態の定着装置を示す断面図である。図５に示すように、定着装置２００は、支持体２０２の周りに円筒状に巻き回された定着フィルムベルト２０１の底部にヒータ１が設けられている。定着フィルムベルト２０１は、例えばポリイミド等の耐熱性を有する樹脂材料によって形成されている。ヒータ１および定着フィルムベルト２０１に対向する位置には、加圧ローラ２０３が配置されている。加圧ローラ２０３は、表面に耐熱性の弾性材料、例えばシリコーン樹脂層２０４を有しており、定着フィルムベルト２０１を圧接した状態で、回転軸２０５まわり（図５中のＰ方向）に回転することができる。
【００３５】
トナー定着工程では、定着フィルムベルト２０１とシリコーン樹脂層２０４との接触面において、媒体である記録用紙（複写用紙）Ｍ上に付着したトナー像Ｕ１が、定着フィルムベルト２０１を介してヒータ１により加熱溶融される。その結果、少なくともトナー像Ｕ１の表面部分は、融点を超え、軟化して溶融する。その後、加圧ローラ２０３の用紙排出側において、記録用紙Ｍは、ヒータ１から離間すると共に、定着フィルムベルト２０１から離間し、トナー像Ｕ２が自然に放熱して再び固化することで、トナー像Ｕ２が記録用紙Ｍに定着する。
【００３６】
［画像形成装置の構成］
最後に、一例として実施形態のヒータ１を備えた実施形態の画像形成装置について図面を参照して説明する。図６は、実施形態に係るヒータが用いられた実施形態の画像形成装置を示す断面図である。なお、本実施形態の画像形成装置は、複写機１００として構成されている。図６に示すように、複写機１００には、上述した定着装置２００を含む各構成要素が筐体１０１内に設けられている。筐体１０１の上部には、ガラス等の透明材料からなる原稿載置台が取り付けられており、画像情報を読み取る対象となる原稿Ｍ１を原稿載置台上で往復移動させて（図６中のＱ方向）原稿Ｍ１をスキャンするように構成されている。
【００３７】
筐体１０１内の上部には、光照射用ランプと反射鏡とを有する照明装置１０２が設けられている。照明装置１０２から照射された光は、原稿載置台上の原稿Ｍ１の表面で反射し、短焦点小径結像素子アレイ１０３によって感光ドラム１０４上にスリット露光される。なお、感光ドラム１０４は、回転可能（図６中のＲ方向）に設けられている。また、筐体１０１内に配置された感光ドラム１０４の近傍には、帯電器１０５が設けられており、感光ドラム１０４が帯電器１０５により一様に帯電される。感光ドラム１０４は、例えば酸化亜鉛感光層または有機半導体感光層で被覆されている。帯電した感光ドラム１０４には、短焦点小径結像素子アレイ１０３によって画像露光が行われた静電画像が形成される。この静電画像は、現像器１０６による加熱で軟化溶融する樹脂等からなるトナーを用いて顕像化され、トナー像となる。
【００３８】
カセット１０７内に収容されている記録用紙Ｍは、給送ローラ１０８と感光ドラム１０４上のトナー像と同期して上下方向に圧接して回転される一対の搬送ローラ１０９によって、感光ドラム１０４上に送り込まれる。そして、転写放電器１１０によって感光ドラム１０４上のトナー像が記録用紙Ｍ上に転写される。その後、感光ドラム１０４上から下流側に送られた記録用紙Ｍは、搬送ガイド１１１によって定着装置２００に導かれて加熱定着処理（上述のトナー定着工程）された後、トレイ１１２に排出される。なお、トナー像が転写された後、感光ドラム１０４上の残留トナーは、クリーナ１１３により除去される。
【００３９】
定着装置２００において、ヒータ１は、加圧ローラ２０３の外周に取り付けられたシリコーン樹脂層２０４に加圧された状態で設けられている。ヒータ１は、記録用紙Ｍの搬送方向と直交する記録用紙Ｍの幅方向に、複写機１００が複写可能な最大判用紙の幅（長さ）に合わせた有効長、すなわち最大判用紙の幅（長さ）よりも大きい抵抗発熱体４１，４２を備える。そして、ヒータ１と加圧ローラ２０３との間を送られる記録用紙Ｍ上の未定着トナー像は、抵抗発熱体４１，４２の発熱を利用して溶融され、記録用紙Ｍ上に文字、記号、画像等の複写像を現出させる。
【００４０】
なお、実施形態のヒータ１を複写機１００等の画像形成装置の定着ヒータとして適用した一例について説明したが、ヒータ１の用途を限定するものではない。実施形態のヒータ１は、家庭用電気製品、業務用や実験用の精密機械や化学反応用の機器等に装着して加熱や保温の熱源として使用されてもよい。
【００４１】
本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４２】
１、１Ａ  ヒータ
２  基板
３  導体
４  抵抗発熱体
５、６  給電用電極
７  第１被覆層
８、８Ａ  第２被覆層
【図１】
2020047553.tif 000003
【図２】
2020047553.tif 000004
【図３】
2020047553.tif 000005
【図４】
2020047553.tif 000006
【図５】
2020047553.tif 000007
【図６】
2020047553.tif 000008