(57)【要約】【課題】耐電圧性、熱伝導率、表面の平滑性に優れた定着ヒータおよび定着装置を提供する。【解決手段】実施形態の定着ヒータは、基板と；導体と；抵抗発熱体と；オーバーコート層と；を具備する。導体は、基板上に形成されている。抵抗発熱体は、基板上に形成され導体と電気的に接続されている。オーバーコート層の断面空孔率は５％以下であり、前記オーバーコート層が前記抵抗発熱体を十分に覆い、前記抵抗発熱体の短手方向の中央付近を覆う膜厚の平均値が、３０μｍないし４０μｍの範囲である。  【選択図】図３
2016038535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と；
前記基板上に形成された導体と；
前記導体と電気的に接続され、前記基板上に形成された抵抗発熱体と；
前記基板上において、前記導体と前記抵抗発熱体を覆い、断面空孔率が５％
以下で、前記オーバーコート層が前記抵抗発熱体を十分に覆い、前記抵抗発熱
体の短手方向の中央付近を覆う膜厚の平均値が、３０μｍないし４０μｍの範
囲である。オーバーコート層と；を備えることを特徴とする定着ヒータ。
【請求項２】
前記オーバーコート層は、少なくとも酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）と、酸化ケイ素
（ＳｉＯ２）と、酸化バリウム（ＢａＯ）と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる群より選ばれた少なくとも１種を含み、無機酸化物フィラーを含有し、鉛およびビスマスの含有率が０．０１質量％未満のガラスで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着ヒータ。
【請求項３】
前記オーバーコート層は、複数の層によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の定着ヒータ。
【請求項４】
前記オーバーコート層の十点平均粗さＲｚｊｉｓは０．６μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の定着ヒータ。
【請求項５】
通過する媒体を加熱する請求項１から４のいずれか１つに記載の定着ヒータ
と；
前記媒体を加熱時に加圧するローラと；
を備え、前記媒体を前記加熱および前記加圧することで、前記媒体に付着した
トナー像を定着させることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、画像形成装置のトナー定着等に使用される定着ヒータおよび定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置に使われるトナー定着用ヒータは、耐熱性、絶縁性を持つ基板上に抵抗発熱体および導体を設け、それらをガラスが主成分であるオーバーコート層で覆った、板状のヒータである。定着ヒータのオーバーコート層は、耐電圧性、熱伝導率、表面の平滑性に優れることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−２６００３９号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２５６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、耐電圧性、熱伝導率、表面の平滑性に優れた定着ヒータおよび定着装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の定着ヒータは、基板と；前記基板上に形成された導体と；前記導
体と電気的に接続されるように前記基板上に形成された抵抗発熱体と；前記導
体と前記抵抗発熱体を覆うように形成されたオーバーコート層と；を具備する。
前記導体と前記抵抗発熱体を覆った前記オーバーコート層の断面空孔率は５％
以下であり、前記オーバーコート層が前記抵抗発熱体を十分に覆い、前記抵抗
発熱体の短手方向の中央付近を覆う膜厚の平均値が、３０μｍないし４０μ
ｍの範囲である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、耐電圧性と熱伝導率と表面平滑性に優れた定着ヒータおよび定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る定着ヒータを例示するための模式図である。
【図２】実施形態に係る図１のＡ−Ａ'線方向の模式断面図である。
【図３】オーバーコート層内の空孔の状態を例示するための模式図であり図２における定着ヒータの断面模式図である。
【図４】実施形態に係るオーバーコート層の耐電圧の特性を例示するための図である。
【図５】オーバーコート層の膜厚と、オーバーコート層表面の昇温時間の関係を例示するためのグラフ図である。
【図６】定着ヒータの使用例である定着装置を例示するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本実施形態に係る発明は、基板と；導体と；抵抗発熱体と；給電用電極と；
オーバーコート層と；を具備した定着ヒータである。前記導体と前記抵抗発
熱体を覆った前記オーバーコート層の断面空孔率は５％以下であり、前記オー
バーコート層が前記抵抗発熱体を十分に覆い、前記抵抗発熱体の短手方向の中
央付近を覆う膜厚の平均値が、３０μｍないし４０μｍの範囲である。
【０００９】
この定着ヒータによれば、オーバーコート層の熱伝導率と耐電圧性を向上す
ることができる。
【００１０】
また、前記オーバーコート層は、少なくとも酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）と、酸化バリウム（ＢａＯ）と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる群より選ばれた少なくとも１種を含み、無機酸化物フィラーを含有し、鉛およびビスマスの含有率が０．０１質量％未満のガラスで形成されている。
【００１１】
このオーバーコート層によれば、環境負荷物質である鉛およびビスマスの含有率が０．０１質量％未満であるガラス材料を用い、熱伝導率とガラス表面の硬さを向上することができる。
【００１２】
また、前記オーバーコート層は、複数の層によって構成されている。
【００１３】
このオーバーコート層によれば、熱伝導率と耐電圧性を向上することができる。
【００１４】
また、前記オーバーコート層の十点平均粗さＲｚｊｉｓ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１）は０．６μｍ以下である。
【００１５】
このオーバーコート層によれば、トナー定着性において実用上望ましい表面平滑性を実現することができる。
【００１６】
また、本実施形態に係る定着装置は、定着ヒータを具備している。
【００１７】
この定着装置によれば、耐電圧性、トナー定着性を向上することができる。
【００１８】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【００１９】
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の寸法や比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、各図面において同一符号を付した構成要素は、同一の要素であるので、その説明は適宜省略あるいは簡略化する。
【００２０】
図１は、実施形態の定着ヒータ１０を例示するための模式図である。図２は、定着ヒータ１０の断面図であり、図１のＡ−Ａ’線方向の断面を例示するための模式図である。
【００２１】
本実施形態の定着ヒータ１０は、画像形成装置内の定着装置に搭載され、主に通過する紙などの媒体を加熱し、トナーを定着させるためのものである。
【００２２】
本実施形態の定着ヒータ１０は、基板１の一方の面上に形成された導体２、抵抗発熱体３、およびこの導体２と抵抗発熱体３とを覆うオーバーコート層６と、給電用電極４、給電用電極５で形成されている。
【００２３】
基板１は、耐熱性および絶縁性を有する材料で形成され、長尺平板状の形状で、厚みは０．５〜１．０ｍｍ程度である。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ガラスセラミック、または耐熱複合材料等で構成されている。なお、基板１の形状は、短手方向および短手方向と交差する長手方向とを有していれば、本実施形態に限定されるものではない。
【００２４】
基板１の一方の面上には、導体２が帯状に形成されている。導体２は、例えば、銀（Ａｇ）を含む材料等からなる低抵抗導電体により構成されている。導体２は、抵抗発熱体３と比較して、抵抗値が十分低い導電体で構成されている。上記導体２は、例えば、ペースト状の導体を基板１上に塗布し、その後、乾燥および焼成することにより形成されている。「塗布」とは、導電体を基板１上に塗りつけることであり、どのような手段でもよく、スクリーン印刷を含むものである。
【００２５】
導体２は、抵抗発熱体３に外部より電力を供給するものであり、基板１の長手方向において、抵抗発熱体３と電気的に接続されている。導体２を構成する導体２１および導体２２は、基板１の長手方向に沿って互いに所定の間隔を保って形成されている。導体２１および導体２２には、それぞれ、抵抗発熱体３１、抵抗発熱体３２が接続されている。導体２１は、抵抗発熱体３１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４と、他方の端部が抵抗発熱体３１の端部と電気的に接続されている。導体２２は、抵抗発熱体３２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３２の端部と電気的に接続されている。導体２３は、基板１の短手方向に沿って形成され、抵抗発熱体３１の他方の端部と、抵抗発熱体３２の他方の端部との間を電気的に接続している。
【００２６】
抵抗発熱体３は、例えば、図１で示すように、基板１の短手方向における幅を一定に形成され、基板１の長手方向に沿って互いに所定の間隔を保って形成された抵抗発熱体３１と抵抗発熱体３２によって構成されている。基板１の面上に、例えば、銀（Ａｇ）を含む材料等からなる低抵抗導電体により構成されている。抵抗発熱体３は、導体２と電気的に接続されており、通電されることで発熱する。抵抗発熱体３は、基板１上の長手方向に沿って形成されている。抵抗発熱体３を構成する抵抗発熱体３１と、抵抗発熱体３２とは、基板１の短手方向における幅を一定とし、基板１の長手方向に沿って互いに所定の間隔を保って形成されている。抵抗発熱体３は、紙等の媒体の両幅方向の端部までトナー画像の定着性を確保することができれば、本実施形態の形状に限定されない。例えば、基板１の長手方向において、テーパ形状になっていてもよい。また、基板１の短手方向から見て、一部の幅が絞られていてもよく、あるいは一部の幅が広げられていてもよい。また、導体２および抵抗発熱体３は、基板１上にどちらが先に形成されてもよく、形成される順序は本発明の製造方法や使用方法に影響を与えるものではない。
【００２７】
一対の給電用電極４，給電用電極５は、図１に示すように、基板１上の端部に形成されている。給電用電極４，給電用電極５は、導体２１、２２にそれぞれ電気的に接続され、導体２１，２２と通電される。なお、図１、図２において、一対の給電用電極４、給電用電極５は、基板１の一方の端部に形成されているが、基板１の他方の端部に形成されていてもよく、あるいは基板１の両端部においてそれぞれが形成されていてもよい。
【００２８】
図１に示すように、導体２１、導体２２の一部と、導体２３と、抵抗発熱体３を覆うように、オーバーコート層６が、例えば、帯状に形成されている。オーバーコート層６は、導体２および抵抗発熱体３を覆っていることで、導体２および抵抗発熱体３が直接大気に露出することを防止する。それにより、外部からの干渉（例えば、機械的、化学的あるいは電気的な干渉）によって、導体２および抵抗発熱体３が損傷を受けたり破損したりすることを抑制する。
【００２９】
従来のオーバーコート層は、鉛を含むガラスが多く使用されていた。これは、鉛の軟化点が低く、加工性がよいことや、電気絶縁性に優れている等の理由からである。しかし、鉛成分は有害物質であり、公的規制の対象となっている。そこで、鉛を含む低融点ガラスの代替品として、ビスマス系ガラスが検討されている。しかし、ビスマスは、多量の鉛を生成する際の副産物として微量にしか採取されないことから、採取に関して多大な費用がかかる。また、鉛より毒性は低いが完全に無害ではないことから、将来は公的規制の対象となる可能性がある。このような理由を考慮すると、ビスマスをオーバーコート層の材料として、将来も使用を継続することには問題がある。そこで、本発明者は鉛およびビスマスの含有率が０．０１質量％未満であるガラス材料を用いて、耐電圧性や熱伝導率、表面の平滑性に優れるオーバーコート層の実現を検討した。その結果、少なくとも酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）と、酸化バリウム（ＢａＯ）と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる群より選ばれた少なくとも１種を含み、鉛およびビスマスの含有率が０、０１質量％未満で、無機酸化物フィラーを添加したガラス材料を用いることに至った。
【００３０】
フィラーはガラスと比較して熱伝導率が高いため、フィラーを添加することにより、オーバーコート層６の熱伝導率が向上する。また、オーバーコート層６の硬度を高く形成することができるため、オーバーコート層６表面に傷が付きにくくなり、傷の発生を原因とする印刷品質の劣化も抑制することができる。
【００３１】
フィラーをガラスに添加する際に、前述したオーバーコート層６の、各特性を向上させるために、フィラーの粒径や含有量を調整した。例えば、フィラーの粒径が大きすぎる、あるいは含有量が多すぎる場合には、フィラー自体は熱によって溶解しないため、焼成時に軟化流動するガラスがフィラーを十分に巻き込むことができない。従って、ガラス中に混入する気泡の割合が大きくなり、オーバーコート層６の耐電圧性を低下させる。また、ガラスの軟化流動性の悪化によってガラス表面自体が平滑に形成されないことに加え、焼成後のオーバーコート層６の表面にフィラーが微細に露出し、オーバーコート層６の表面の平滑性が損なわれる。その結果、トナーの定着性に影響を与え、印刷品質を劣化させる。
【００３２】
オーバーコート層６の耐電圧性の良否は、前述したフィラー以外にも要因がある。例えば、スクリーン印刷によってオーバーコート層６を形成する場合、スキージからガラスペーストを押し出す際に、ガラスペーストに含まれる気泡によって、空孔７が形成される。また、ガラスペーストの焼成時に溶剤が気化することに伴い発生するガス、あるいは高温で軟化流動するガラスが、基板１や基板１上に形成された導電体等と反応を起こし、発生するガスなどによっても空孔７が形成される。空孔７がオーバーコート層６の内部に残存する場合、空孔７が存在する部分は実質的にオーバーコート層６の膜厚が薄いことと同様であるため、部分的に耐電圧性が低下する原因となる。
【００３３】
オーバーコート層６は、ペースト状のガラスを塗布し、その後乾燥させ、焼成する工程を複数回行うことにより形成される。一工程あたりのガラス層の膜厚を薄く形成することで、ガラス層の内部に含まれるガスが、焼成時に外部へ排出されやすくなる。また、焼成過程で形成された空孔７が、その上に塗布されるペースト状のガラスによって埋められる。その結果、オーバーコート層６内部を貫通するようなピンホールが形成されないため、ピンホールを通してリークする電流が防止できる。また、内部ガスの残留による部分的な空孔７の形成によって、実質的に膜厚が薄くなる現象の発生を抑制することができる。
【００３４】
図３は、図２における定着ヒータ１０の断面模式図であり、定着ヒータ１０断面の空孔７の分布状態を例示する模式図である。一般に空孔率とは、多孔質構造を有する物質中において空孔が占める割合を特徴づける値である。本発明では、オーバーコート層６断面の面積（Ａ）と、オーバーコート層６断面において観察される全ての空孔７の面積（Ｂ）を測定し、その面積比（（Ｂ／Ａ）×１００[％]）を断面空孔率と定義する。
【００３５】
測定対象である定着ヒータ１０を図１のＡ−Ａ’線方向で切断し、観察対象
部分を所定サイズに切り出す。図２で示すように、オーバーコート層６が抵抗
発熱体３を十分に覆い、抵抗発熱体３の短手方向の中央付近を覆う平均的な膜
厚部分をＴと定義する。
【００３６】
図３に示すように、切り出した断面を樹脂等の支持体に埋め込み、固定した状態でバフ研磨を施し、定着ヒータ１０の断面を平滑になるように処理する。その後、定着ヒータ１０中のオーバーコート層６の断面をレーザー顕微鏡で所定のサイズに拡大し、オーバーコート層６の断面上で観察される空孔７を計数する。また、観察するオーバーコート層６の断面の全体面積（Ａ）と、オーバーコート層６の断面上で観察される空孔７の合計面積（Ｂ）とを画像解析ソフトで測定し、空孔７の合計面積（Ｂ）をオーバーコート層６の断面の全体面積（Ａ）で割り、断面空孔率（（Ｂ／Ａ）×１００[％]）を算出する。
【００３７】
本発明者は、図４に示すように、オーバーコート層６の断面空孔率（（Ｂ／Ａ）×１００[％]）とオーバーコート層６の膜厚Ｔを変えたサンプルを作成し、耐電圧性を測定した。作成したサンプルは、オーバーコート層６の断面空孔率（（Ｂ／Ａ）×１００[％]）が、２％、５％、１０％、１５％であり、オーバーコート層６の膜厚Ｔが、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５５μｍである。
【００３８】
耐電圧性は、抵抗発熱体３とオーバーコート層６の表面全域との間に、交流電圧を３秒間印加し、３秒経過までに流れる電流を測定することで評価する。印加電圧を０．２５ｋＶ毎に上昇させ、３ｍＡ以上電流が流れた時点での電圧を、耐電圧値（絶縁破壊電圧）と定義する。耐電圧値は１．５ｋＶ以下を不良とし、不良数を測定サンプル数で割った値を不良率とし、図４に示すように不良率でレベル判定を行った。図４中の不良率は、◎が０％、○が０％より大きく５％未満、△が５％より大きく３０％未満、×が３０％より大きく１００％未満である。◎と○が定着ヒータ１０として実用可能なレベルである。図４に示すように、断面空孔率が１０％であれば、膜厚Ｔは５５μｍ以上を必要とするが、断面空孔率が５％以下であれば、膜厚Ｔを従来品の５５μｍよりも薄い３０μｍに形成しても、実用可能であることがわかった。
【００３９】
本実施形態において、オーバーコート層６内の空孔７の形成を抑制することができた結果、オーバーコート層６の耐電圧性を向上することが可能となった。従って、オーバーコート層６の膜厚Ｔを、従来品である膜厚５５μｍよりも薄い３０μｍに形成しても、実用可能な耐電圧性を保持することができる。さらに、耐電圧を確実に保持するという点からは、膜厚は４０μｍないし５５μｍの範囲が望ましい。
【００４０】
本実施形態において実現された断面空孔率５％以下のオーバーコート層６の膜厚と昇温時間の測定結果を図５に示す。例えば、オーバーコート層６の膜厚Ｔが従来品の５５μｍよりも薄い４０μｍの場合、定着温度までの到達時間を、膜厚が５５μｍの従来品と比較して、９０％に短縮することができた。
【００４１】
オーバーコート層６の膜厚Ｔを薄く形成することができると、オーバーコート
層６の熱伝導率が向上し、抵抗発熱体３の熱がオーバーコート層６の表面に到達する時間を短くすることができる。そのため定着ヒータ１０が定着温度に達する時間（昇温時間）を短縮することができ、定着ヒータ１０自体の立ち上がりが速くなるため、印刷スピードが向上する。また、この定着ヒータを内蔵する画像形成装置の電力消費量を小さくすることが可能となる。
【００４２】
図４と図５に示すように、オーバーコート層６の断面空孔率を５％以下に形
成することによって、膜厚Ｔの耐電圧性を向上することができた。それにより、
膜厚Ｔを従来品より薄い３０μｍないし４０μｍの範囲に形成することが可能
となり、オーバーコート層６の熱伝導率を向上することができた。
【００４３】
定着装置１００のトナー定着性は、オーバーコート層６の熱伝導率とともに、その表面状態も大きく影響する。オーバーコート層６は、例えば、紙等の加熱対象の摺動性および印刷品質の確保のため、表面が平滑であることが必要である。
【００４４】
オーバーコート層６は、軟化温度が６６０℃〜７００℃であるガラスを、８１０℃〜８５０℃で焼成し、形成されている。本実施形態においては、ガラスの軟化温度と比較して、通常よりも１００℃以上高い温度で焼成するため、ガラスが十分に軟化流動し、オーバーコート層６の表面が緻密に形成される。
【００４５】
本実施例においては、オーバーコート層６の表面状態を評価するパラメータとして、十点平均粗さＲｚｊｉｓ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１）を用いる。定着ヒータ１０のオーバーコート層６におけるＲｚｊｉｓは、実用上１．０μｍより小さいことが望ましい。
【００４６】
オーバーコート層６の表面状態を評価するために、接触式十点平均粗さ測定機を用い、測定距離２．５ｍｍ、測定速度０．５ｍｍ／ｓｅｃでＲｚｊｉｓを測定した。測定はオーバーコート層６の周縁に近い部分ではなく、オーバーコート層６が抵抗発熱体３を十分に覆い、異物や膨らみを含まない、通常の表面上において行った。
【００４７】
本実施形態におけるオーバーコート層６の十点平均粗さＲｚｊｉｓは０．６μｍ以下であり、実用上望ましい１．０μｍと比較して十分小さい値を実現することができた。そのため、トナー定着性が良好であるとともに、オーバーコート層６の表面が緻密に形成されていることにより、耐電圧性も向上することができる。
【００４８】
本実施形態におけるオーバーコート層６は、断面空孔率の改善によって、膜厚Ｔを薄く形成しても高い耐電圧性を実現することができた。膜厚Ｔを薄く形成することにより熱伝導率が向上し、また、実用上十分な表面平滑性を得たことから、トナーの定着性が向上した。
【００４９】
次に、定着ヒータ１０を備えた定着装置１００の一実施形態について説明する。図６は、定着ヒータ１０の使用例である定着装置１００を示す説明図である。定着装置１００は、定着ヒータ１０と、定着フィルム２００と、加圧ローラ３００とで構成されている。なお、定着装置１００は、実際は画像形成装置に内蔵されているが、画像形成装置は省略する。
【００５０】
定着フィルム２００は、ポリイミド樹脂等の耐熱性シートからなるロール状のフィルムである。この定着フィルム２００の底部に、定着ヒータ１０が配置されている。
【００５１】
加圧ローラ３００は、回転軸によって回転可能に構成されたローラである。そのローラの表面には、耐熱性の弾性材料として、シリコーンゴム層が形成されている。シリコーンゴム層は、定着フィルム２００を介して、定着ヒータ１０と弾接している。
【００５２】
定着ヒータ１０が通電され、発熱抵抗体３で熱が発生し、その熱は基板１を介し、定着フィルム２００および加圧ローラ３００を加熱する。そこに、定着フィルム２００および加圧ローラ３００の回転によってトナー像５００が付着した用紙４００が送られると、トナー像５００は加熱溶融され、軟化溶融する。この後、加圧ローラ３００の用紙排出側では用紙４００が定着ヒータ１０から離れ、トナー像５００’は自然放熱して冷却固化し、定着装置から離れる。
【００５３】
本実施形態によれば、耐電圧性、熱伝導率、表面の平滑性に優れた定着ヒータ１０を用いたことにより、装置の立ち上がりが早く、定着性に優れた定着装置１００を実現することができる。
【００５４】
なお、本実施例では、定着ヒータ１０を定着装置１００のトナー定着用に使用する例を説明した。しかし、本発明は、この実施例に限定されるものではない。例えば、家庭用の電気製品、業務用や実験用の精密機器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することができる。
【００５５】
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００５６】
１・・・基板、２・・・導体、３・・・抵抗発熱体、４，５・・・給電用電極、６・・・オーバーコート層、７・・・空孔、１０・・・定着ヒータ
【図１】
2016038535.tif 000003
【図２】
2016038535.tif 000004
【図３】
2016038535.tif 000005
【図４】
2016038535.tif 000006
【図５】
2016038535.tif 000007
【図６】
2016038535.tif 000008