(57)【要約】【課題】基板がヒートショックに強く発熱体の被膜の被覆面からの剥離が発生しにくく、昇温時間が短く、エネルギー効率が高く、耐久性に優れて、かつ製作コストの低いプレートヒータを提供する。【解決手段】基板１の加熱対象物に対向する外面に発熱体２が所定のパターンで形成され、さらに外面がオーバーコートガラス３で被覆されているプレートヒータであり、基板１は、板状に成形された特殊組成のガラスを高温熱処理して熱膨張係数が極めて小さなベータ・スポジュメン型の微結晶をガラス中に析出させた耐熱性の結晶化ガラスから構成され、発熱体２は、フレーク状銀粉末を５０％以上含む金属銀粉末と特殊ガラスフリットとバインダとからなる銀ペーストが所定のパターンで基板１上にスクリーン印刷を介して配置され高温で焼き付けられて形成された銀薄膜である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の基板の加熱対象物と対向する面に発熱体が所定のパターンで形成され、発熱体が形成された面の外面が電気絶縁性を有する高熱伝導率の保護膜で被覆されているプレートヒータにおいて、
前記基板は、板状に成形された特殊組成のガラスを高温熱処理して熱膨張係数が極めて小さなベータ・スポジュメン型の微結晶をガラス中に析出させた耐熱性の結晶化ガラスから構成され、
前記発熱体は、フレーク状銀粉末を５０％以上含む金属銀粉末と特殊ガラスフリットとバインダとからなる銀ペーストが所定のパターンで前記基板上にスクリーン印刷を介して配置され、高温で焼き付けられて形成された銀薄膜である、ことを特徴とするプレートヒータ。
【請求項２】
前記発熱体のパターンが、所定の幅を持った前記銀薄膜が複数回折り返されて前記基板の長手方向に延びて加熱領域を形成し、連続する該銀薄膜の両端部が加熱領域外にあって給電可能となっている、請求項１に記載のプレートヒータ。
【請求項３】
前記保護膜の外面には更にテフロンコーティングが行われている、請求項１または請求項２に記載のプレートヒータ。
【請求項４】
回転可能な加熱用ローラと該加熱用ローラと対向する位置に配置され該加熱用ローラを押圧しながら回転する加圧駆動ローラと、加熱の対象である平面材料を両ローラ間に送り込むガイドプレートとを備え、該ガイドプレートに沿って送られてきた前記平面材料を両ローラ間で挟持して送り出すと共に該平面材料の前記加熱用ローラとの接触面を所定の温度に加熱する連続式平面材料表面加熱装置において、
前記加熱用ローラの内部の前記加圧駆動ローラに対向する位置に、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプレートヒータを内蔵し、高熱伝導率材料で形成された前記加熱用ローラを介して前記平面材料を加熱することを特徴とする連続式平面材料表面加熱装置。
【請求項５】
循環走行可能な加熱用ベルトと該加熱用ベルトと対向する位置に配置され該加熱用ベルトを押圧しながら回転する加圧駆動ローラと、加熱の対象である平面材料を両ローラ間に送り込むガイドプレートとを備え、該ガイドプレートに沿って送られてきた前記平面材料を前記加熱用ベルトと前記加圧駆動ローラの間で挟持して送り出すと共に該平面材料の前記加熱用ベルトとの接触面を所定の温度に加熱する連続式平面材料表面加熱装置において、
前記加熱用ベルトの前記加圧駆動ローラとの接触面と反対側の面には請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプレートヒータの加熱面が接触し、高熱伝導率材料で形成された前記加熱用ベルトを介して前記平面材料を加熱することを特徴とする連続式平面材料表面加熱装置。
【請求項６】
前記平面材料の加熱の目的が該平面材料の表面に配置された未定着のトナーの定着である、請求項４または請求項５に記載の連続式平面材料表面加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は面状のヒータに関し、特に低熱膨張率の基板と収縮のない薄膜金属銀膜を有するプレートヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、平面材料である加熱対象物を加熱する場合に、加熱対象物の表面と固体との接触を嫌う場合には加熱源からの輻射熱を利用する間接加熱が用いられているが、表面との接触が可能な場合、特に加熱対象物の表面の加熱を目的とする場合には、発熱体の発熱を加熱対象物の表面に接触する熱伝導体を介して熱伝導により加熱することが効率的であり、連続的な加熱を行うためには、上下に配置されたローラあるいはベルトの組み合わせの間を通して加熱対象物を通過させ、上下に配置されたローラあるいはベルトの片方あるいは両方を加熱源とし、熱源温度及び通過速度を制御して所望の加熱が行われていた。
【０００３】
図５は、第１の従来例の平面材料表面加熱装置の模式的側面図であり、板状ヒータ５１の下面を摺動するエンドレスの加熱ベルト５２（フィルム）が２個のローラ５３および５４の周囲に巻回されて自由に移動可能となっており、加熱ベルト５２を隔ててヒータ５１と対向する位置には加圧駆動ローラ５５が配設され、ガイドプレート５６に沿って送られてきたペーパー５７を背面から加熱ベルト５２に押圧するとともに進行方向に送り出し、同時に加熱ベルト５２も進行方向に送られ、ペーパー５７の表面は加熱ベルト５２を介して板状ヒータ５１で加熱されている。
【０００４】
図６は、第２の従来例の平面材料表面加熱装置の模式的側面図であり、自由な回転が可能であってその内部の下面に近接してヒータ６１を有する中空の加熱ローラ６２と、中空の加熱ローラ６２の壁面を隔ててヒータ６１と対向する位置に配設された加圧駆動ローラ６５とを有し、加圧駆動ローラ６５はガイドプレート６６に沿って送られてきたペーパー６７を背面から中空の加熱ローラ６２に押圧するとともに進行方向に送り出し、同時に中空の加熱ローラ６２も進行方向に回転して、ペーパー６７の表面は中空の加熱ローラ６２を介してヒータ６１で加熱される。
【０００５】
この場合熱源としては上述のように中空の加熱ローラ６２の内部の下面に近接してヒータ６１を設けるほかに、中空の加熱ローラ６２の中心部近傍にハロゲンランプを設けてローラ６２の全面を加熱したり、中空の加熱ローラ６２の加圧駆動ローラ６５との接触部と反対の外側から反射板を有するヒータで加熱したりすることも行われている。
【０００６】
エンドレスの加熱ベルト５２の上面に設けられる板状ヒータ５１や、中空の加熱ローラ６２の内部の下面に近接して設けられるヒータ６１としては、例えばアルミナセラミックスで形成された基板上に銀・パラジウム合金を主成分とした抵抗ペーストをスクリーン印刷法で塗布した後に焼成して形成された細長状の抵抗発熱体が用いられている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２８２２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
通常、ヒータの基板としては、ガラスまたはセラミックスが用いられ、抵抗発熱体の材質としては、ニッケル‐リン、ニッケル‐クロム、ニッケル‐クロム‐リン、ニッケルなどのニッケル系金属、コバルト系金属が用いられているが、ガラス系の基板はヒートショックに弱く強度の高いセラミックス系を用いるとコストが高くなり、発熱体の被膜は膨張率の違いから被覆面からの剥離が発生しやすく、剥離を防止するための被膜の形成方法では製作コストが高くなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のプレートヒータは、板状の基板の加熱対象物と対向する面に発熱体が所定のパターンで形成されており、ヒートショックによる破損を防ぐために、板状に成形された特殊組成のガラスを高温熱処理して熱膨張係数が極めて小さなベータ・スポジュメン型の微結晶をガラス中に析出させた耐熱性の結晶化ガラスから構成された基板を用いることと、発熱体の被膜の被覆面からの剥離を防止するために、フレーク状銀粉末を５０％以上含む金属銀粉末と特殊ガラスフリットとバインダとからなる銀ペーストを所定のパターンで基板上にスクリーン印刷を介して配置し、高温で焼き付けて形成した銀薄膜からなる発熱体を用いることを特徴とする。
【０００９】
本発明の連続式平面材料表面加熱装置は、ヒートショックによる破損を防ぎ発熱体の被膜の被覆面からの剥離を防止するために、ヒータとして上述のプレートヒータを使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、繰り返し使用や、過酷な使用条件でもプレートの破損のおそれが少ないという効果がある。これは、基板が熱膨張係数が極めて小さなベータ・スポジュメン型の微結晶をガラス中に析出した超耐熱性の結晶化ガラスで構成されており、ヒートショックに強く高温における強度も大きいからである。
【００１１】
また、発熱体が安定してクラックやちぢれを生ずることがなく、優れた電気的導通性が得られるという効果がある。これは発熱体の金属銀粉末間に空気の抱き込みが殆どないので、薄膜金属銀膜の収縮がないからである。
【００１２】
また、発熱体の被膜のローラからの剥離が発生しにくいという効果がある。これは銀ペーストの転写と焼付けによって形成された薄膜金属銀膜の接着力が強く、かつ収縮がなく、特殊ガラスフリットのオーバーコートによりさらに剥離防止が強化されているからである。
【００１３】
さらに、低い製作コストでプレートヒータを製作できるという効果がある。これはプレートに比較的コストの安い超耐熱性の結晶化ガラスを使用し、発熱体の形成をスパッタリング法やＣＶＤなどを用いずにコストの低いスクリーン印刷と焼き付けを用いたからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
基板がヒートショックに強く発熱体の被膜の被覆面からの剥離が発生しにくく、昇温時間が短く、エネルギー効率が高く、耐久性に優れて、かつ製作コストの低いプレートヒータを提供するという目的を、板状の基板の加熱対象物と対向する面に発熱体が所定のパターンで形成されているプレートヒータにおいて、板状に成形された特殊組成のガラスを高温熱処理して熱膨張係数が極めて小さなベータ・スポジュメン型の微結晶をガラス中に析出させた耐熱性の結晶化ガラスで構成された基板を用いることと、フレーク状銀粉末を５０％以上含む金属銀粉末と特殊ガラスフリットとバインダとからなる銀ペーストを所定のパターンで基板上に印刷し、高温で焼き付けて銀薄膜からなる発熱体を形成することにより、低い製作コストで実現した。
【実施例】
【００１５】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例のプレートヒータの説明図であり、（ａ）は模式的斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面の模式的断面図であり、（ｃ）は上面図である。基板１の表面に発熱体２が転写により焼き付けられ、発熱体２上にオーバーコートガラス３が転写で焼き付けられている。第１の実施例では、発熱体２は３回の折り返しパターンとなっており、両端の給電部５、６から給電される。
【００１６】
基板１は、板状に成形された特殊組成のガラスを高温熱処理して熱膨張係数が極めて小さなベータ・スポジュメン型の微結晶をガラス中に析出した超耐熱性の結晶化ガラスから構成されている。この結晶化ガラスはヒートショックに強く６００℃からの急冷にも耐えられ、かつ、高温における曲げ強度も一般のガラスの常温の強度の３倍以上なので、従来の石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラスなどのガラスやセラミックにおけるヒートショックや物理的な応力による破損の問題が解決される。
【００１７】
発熱体２は、フレーク状銀粉末を５０％以上含む金属銀粉末と特殊ガラスフリットとバインダとからなる銀ペーストを所定のパターンで基板上に直接スクリーン印刷するか、あるいは転写紙上に印刷したものを転写により貼り付け、７００〜９５０℃で焼き付けたものであり、金属銀粉末間に空気の抱き込みが殆どないので、薄膜金属銀膜の収縮がなく、従来の不均一性や断線の原因となっていたクラックやちぢれや剥離を生ずることがなく、安定して優れた電気的導通性が得られる。
【００１８】
さらに特殊なオーバーコートガラス３は発熱体２の損傷や酸化を防止して耐久性を向上させるためのものであり、耐熱性と電気絶縁性を有し、熱伝導率が高く表面平滑性のある材料、例えば低融点ガラスと低膨張フィラーとよりなる原料ガラスをスクリーン印刷された発熱体２に重ねて被覆し、発熱体と同時に焼き付けている。
【００１９】
図２は第１の実施例の応用例を示す模式的断面図であり、例えば図５に示すような駆動される加熱ベルトとヒータの発熱面とが摺動する場合に加熱対象の平面材料が通過したときの抵抗を軽減させ貼り付きを防止するためのテフロンコーティング４がオーバーコートガラス３に重ねて設けられている。
【００２０】
次に本発明の実施例のプレートヒータの製造方法の一例について図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２１】
基板１の原料となる主要ガラス原料と結晶核形成剤を混合・溶解する（Ｓ１１）。主要ガラス原料はＳｉＯ2 、Ａｌ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ 等であり、結晶核形成剤はＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｐ2Ｏ5等である。
【００２２】
次に基板１の形状に対応したロールを用いて板ガラス成形を行い（Ｓ１２）、所定の大きさに切断する（Ｓ１３）。次に結晶化熱処理を行う（Ｓ１４）。約８００℃まで加熱焼成すると素材ガラスが結晶化ガラスに変化し、約９００℃で結晶核のまわりにベータ・石英型の結晶が析出し、さらに約１２００℃で高温熱処理するとベータ・石英型が消えてベータ・スポジュメン型の結晶が析出する。これを洗浄・乾燥すると（Ｓ１６）、白磁のような光沢を備えた表面を有する白色不透明の所望の基板１（プレート）が完成する（Ｓ１６）。
【００２３】
次に発熱体２のパターンに対応したスクリーンを製版し、所定の銀ペーストを基板１上にスクリーン印刷する（Ｓ１７）。このとき、転写紙上に印刷したものを転写により貼り付けてもよい。この銀ペーストはフレーク状銀ペースト粉末を５０％以上含有した金属銀粉末と特殊ガラスフリットとバインダとから構成される。フレーク状銀粉末は、粒子状銀粉末を粉砕することにより粒子状銀粉末が押しつぶされて結合しフレーク状に大きくなったものであり、その直径は５〜３０μｍ程度である。これに対し残りの粒子状銀粉末は直径０．４〜０．８μｍ程度の微小な球形状である。特殊ガラスフリットはＰｂＯ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2 系のものが、バインダとしてはアクリル系樹脂が好ましく、その比率は金属銀粉末１００に対してそれぞれ、１５および３０程度が好ましい。銀ペーストの乾燥（Ｓ１８）後に、オーバーコートガラス３の原料であるガラス材料で発熱体２の印刷された基板１の表面を被覆し（Ｓ１９）、８００℃以上の温度で２０分以上加熱して発熱体２とオーバーコートガラス３とを焼き付ける（Ｓ２０）。必要に応じてその表面に周知の方法でテフロンコーティングが行われる。次に、発熱体２への給電端子を取り付けて（Ｓ２１）、プレートヒータが完成する（Ｓ２２）。
【００２４】
次に本発明の第２の実施例のプレートヒータについて説明する。図４は第２の実施例のプレートヒータの上面図である。第１の実施例では３回の折り返しパターンであった発熱体２が第２の実施例では７回の折り返しパターンとなっている以外は第１の実施例と同じなので説明を省略する。給電部３５，３６間の発熱体２２の電気抵抗値が大きくなるので高い電圧を付与でき温度の制御が容易となる。折返しの回数は３回、７回に限定されるものではなく、任意に設定することができる。
【００２５】
本発明のプレートヒータを、図５および図６によって従来例として説明した平面材料表面加熱装置のヒータ５１、ヒータ６１に代替して用いることにより、製作コストの大きな上昇がなく、プレートヒータのヒートショックによる破損を防ぎ発熱体の被膜の被覆面からの剥離を防止できる。
【００２６】
即ち、図５に示す、平面材料表面加熱装置では、本発明のプレートヒータで構成された板状ヒータ５１の下面を摺動するエンドレスの加熱ベルト５２が２個のローラ５３および５４の周囲に巻回されて自由に移動可能となっており、加熱ベルト５２を隔ててヒータ５１と対向する位置には加圧駆動ローラ５５が配設され、ガイドプレート５６に沿って送られてきた平面材料であるペーパー５７を背面から加熱ベルト５２に押圧するとともに進行方向に送り出し、同時に加熱ベルト５２も進行方向に送られ、ペーパー５７の表面は加熱ベルト５２を介して板状ヒータ５１で加熱される。
【００２７】
図６に示す平面材料表面加熱装置では、自由な回転が可能であってその内部の下面に近接して本発明のプレートヒータで構成されたヒータ６１を有する中空の加熱ローラ６２と、中空の加熱ローラ６２の壁面を隔ててヒータ６１と対向する位置に配設された加圧駆動ローラ６５とを有し、加圧駆動ローラ６５はガイドプレート６６に沿って送られてきた平面材料であるペーパー６７を背面から中空の加熱ローラ６２に押圧するとともに進行方向に送り出し、同時に中空の加熱ローラ６２も進行方向に回転して、ペーパー６７の表面は中空の加熱ローラ６２を介してヒータ６１で加熱される。
【００２８】
この平面材料表面加熱装置により、広く平面材料の表面の加熱が行われるが、平面材料をペーパーとして電子写真方式の複写機などのトナーの加熱定着装置として使用することができ、平面材料は布や樹脂フィルムなどであってもかまわない。
【００２９】
ここではヒータの熱を加熱ベルトあるいは加熱ローラを介して平面材料に伝達している例を示しているが、ヒータの表面を直接平面材料に接触させて加熱することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施例のプレートヒータの説明図である。（ａ）は模式的斜視図である。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面の模式的断面図である。（ｃ）は上面図である。
【図２】第１の実施例の応用例を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の実施例のプレートヒータの製造方法の一例についてのフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施例のプレートヒータの上面図である。
【図５】第１の従来例の平面材料表面加熱装置の模式的側面図である。
【図６】第２の従来例の平面材料表面加熱装置の模式的側面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１、３１    基板
２、３２    発熱体
３    オーバーコートガラス
４    テフロンコーティング
５、６、３５、３６    給電部
５１    板状ヒータ
５２    加熱ベルト
５３、５４    ローラ
５５、６５    加圧駆動ローラ
５６、６６    ガイドプレート
５７、６７    ペーパー
６１    ヒータ
６２    加熱ローラ
Ｓ１１〜Ｓ２２    ステップ
【図１】
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【図２】
2005071843.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005071843.tif 000006
【図５】
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【図６】
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