KR20080091870A - 정착용 히터와 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

열용량이 작으며, 내마모성이 뛰어난 재료를 발열체로 하는 정착용 히터를 제공한다. 푸란 수지, 염소화 염화비닐 수지 등의 탄소함유 수지에 질화붕소 등의 도전 저해 물질이 될 수 있는 금속 또는 반금속 화합물을 혼합하고, 기재 상에 스크린 인쇄에 의해 발열체의 패턴을 형성하며, 1,000℃ 정도의 온도에서 소성하여 무정형탄소를 함유하는 NTC 특성의 정착용 히터를 얻는다.

Description

정착용 히터와 그 제조 방법{HEATER FOR FIXING AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 전자 사진 방식에 의한 화상 형성 장치의 정착용 히터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일본 특개평4-14759호 공보에는 복사기의 정착용 히터로서 은, 은·팔라듐 등의 금속 분말, 혹은 탄소 분말 등의 도전성 분말을 합성수지로 결착(結着)한 발열체를 기체(基體) 상에 형성한 정착용 히터가 개시되어 있다. 발열체의 표면은 피가열물과의 미끄러짐을 좋게 하고 발열체의 마모를 방지하기 위해 유리질의 보호막으로 피복되어 있다. 또, 일본 특개평7-160132호 공보에는 필름 가열 방식의 가열 장치의 발열체로서 Mn, Ni, Fe 등의 천이 금속 화합물을 소결한 음(負)의 온도 특성(NTC; Negative Temperature Coefficient)을 갖는 것을 사용하고, 그 NTC 특성을 이용하여 발열체 자신의 온도를 제어하는 것이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 전자 사진 방식에 의한 화상 형성 장치의 정착 장치를 위한 발열체로서의 특성이 뛰어난 재료로 이루어진 발열체층을 기재 상에 형성한 신규한 정착용 히터를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의하면 기재와 상기 기재 상에 설치되며 무정형(amorphous)탄소와 상기 무정형탄소 중에 균일하게 분산한 도전 저해 물질로서의 금속 또는 반금속 화합물을 포함하는 탄소계 발열층을 구비하는 정착용 히터가 제공된다.
상기 탄소계 발열층은 상기 무정형탄소 중에 균일하게 분산한 탄소 분말을 추가로 포함해도 된다.
본 발명의 정착용 히터는 탄소 함유 수지에 탄소 함유 수지의 탄소화후에 도전 저해 물질이 될 수 있는 금속 또는 반금속 화합물을 균일하게 혼합하고, 상기 혼합물층을 기재 상에 설치하며, 상기 기재 상에 설치된 상기 혼합물을 불활성 분위기중, 바람직하게는 진공중에서 소성(燒成)하여 상기 탄소 함유 수지를 탄소화하는 단계를 구비하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 이 경우에, 탄소 함유 수지와 금속 또는 반금속 화합물의 배합비를 조절하고, 소성후의 발열체 중의 전기 전도체로서의 탄소와 도전 저해물로서의 금속 또는 반금속 화합물과의 비율을 조절함으로써 원하는 고유 저항값을 갖는 발열체를 얻을 수 있다.
스크린 인쇄 등의 수법을 사용하여 발열체를 박막으로 형성하는 경우와 같이 발열체의 단면적이 작아지는 경우에는 원하는 저항값을 얻기 위해서는 낮은 고유 저항값을 갖는 것이 요구되는 경우가 있다. 이 경우에는 금속 또는 반금속 화합물을 사용하지 않고, 탄소 함유 수지와 탄소 분말의 배합비를 조절하고, 소성후의 발열체 중의 무정형탄소와 탄소 분말의 비율을 조절하는 것으로도 원하는 고유 저항값을 갖는 발열체를 얻을 수 있다. 이 경우에는 탄소 분말에 대해 무정형탄소가 상대적으로 도전 저해 물질로서 작용하게 된다.
본 발명의 정착용 히터는 발열체의 주성분이 탄소이므로 열용량이 작아서 승온 및 방냉에 필요한 시간이 짧으며, 장치의 워밍업 시간을 단축할 수 있다고 하는 정착용 히터로서 뛰어난 특성을 구비하고 있다. 또, 무정형탄소를 주체로 하고 있으므로 내마모성 높으며, 예를 들면 필름 가열 정착 방식에 있어서도 Ag/Pd계에서는 필요했었던 보호막을 설치할 필요가 없다.
일본 특개2001-15250호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 탄소 함유 수지를 소성하여 얻어진 무정형탄소와 무정형탄소 중에 균일하게 분산한 도전 저해 물질로서의 금속 또는 반금속 화합물을 포함하는 복합 탄소 재료는, 소성 온도 등의 조건에 의해 NTC로부터 PTC(Positive Temperature Coefficient)까지 그 온도 특성을 바꿀 수 있다. 따라서, 예를 들면 탄소화할 때의 소성 온도를 1,700℃ 미만으로 함으로써 NTC 특성의 정착용 히터를 얻을 수 있다.
상기 기재 상에 상기 혼합물층을 설치하기 위해서는 예를 들면 스크린 인쇄의 수법에 의해 수행한다. 기재 상에 혼합물층을 설치하여 소성하는 대신에 얇은 판 모양으로 형성한 혼합물의 판을 소성한 후, 점착재 등에 의해 기재에 붙이도록 해도 된다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 정착용 히터에 있어서, 기재 상에 설치되는 발열체층 패턴의 예를 도 1 내지 도 6에 나타낸다. 도 1의 예에서는 기재(10) 상에 발열체(12)가 직선 모양으로 설치되며, 그 양단에 전극(14)층이 설치된다. 도 2의 예에서는 발열체(12)가 U자 모양으로 형성되며 기재(10) 상을 1 왕복한다. 도 3은 복수회 왕복시키는 예를 나타낸다. 도 4는 한쪽 전극으로부터 다른 쪽 전극으로의 방향과 수직인 방향에 있어서 발열체의 폭 또는 단면적 중 적어도 어느 하나를 변경하여 온도 분포를 제어하는 예를 나타낸다. 도 5 및 도 6은 한쪽 전극으로부터 다른 쪽 전극으로의 방향에 있어서 발열체의 폭 또는 단면적 중 적어도 어느 하나를 변경하는 예를 나타낸다.
전술한 금속 혹은 반금속 화합물이란 일반적으로 입수 가능한 금속 탄화물, 금속 붕화물, 금속 규화물, 금속 질화물, 금속 산화물, 반금속 질화물, 반금속 산화물, 반금속 탄화물 등을 들 수 있다. 사용하는 금속 혹은 반금속 화합물의 종류와 양은 목적으로 하는 발열체의 저항값·형상에 의해 적절히 선택되며, 단독으로도 2종 이상의 혼합체로도 사용할 수 있으나, 저항값 제어의 간편함 때문에 특히 탄화붕소, 탄화규소, 질화붕소, 산화알루미늄을 사용하는 것이 바람직하고, 탄소가 갖는 뛰어난 특성을 견지하기 위해서도 그 사용량은 70% 이하가 바람직하다.
전술한 탄소 함유 수지로는 구체적으로는 폴리염화비닐, 폴리아크릴로니트 릴, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐-폴리아세트산비닐 공중합체, 폴리아미드 등의 열가소성 수지, 페놀 수지, 푸란 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 등의 열경화성 수지, 리그닌, 셀룰로오스, 트래거캔스 검(tragacanth gum), 아라비아 검, 당류 등의 축합다환 방향족을 분자의 기본 구조 내에 갖는 천연 고분자 물질 및 상기에는 함유되지 않은 나프탈렌술폰산의 포르말린 축합물, 코브나 수지 등의 축합다환 방향족을 분자의 기본 구조 내에 갖는 합성 고분자 물질을 들 수 있다. 특히, 폴리염화비닐 수지, 푸란 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 탄소가 갖는 뛰어난 특성을 견지하기 위해서도 그 사용량은 30% 이상이 바람직하다.
전술한 탄소 분말로서는 카본 블랙, 흑연, 코크스(cokes) 가루 등을 들 수 있지만, 특히 흑연을 사용하는 것이 바람직하다.
(실시예 1)
푸란 수지(히타치화성공업(주)제) 70부와 질화붕소(신에츠화학공업제 평균 입경 6 ㎛) 30부를 충분히 분산, 혼합하여 평판 제작용 액상 재료를 얻었다. 이것을 알루미나 기판 상에 스크린 인쇄하여 기판 상에 그린 시트를 제작하였다. 이것을 가열 경화 처리를 수행하고, 추가적으로 불활성 분위기 중에서 1,000℃에서 소성하여 알루미나 기판 상에 탄소계 발열체를 얻었다. 알루미나 기판 상에 얻어진 탄소계 발열체부는 두께 0.1 ㎜, 폭 4 ㎜, 길이 300 ㎜, 냉간(冷間)에서 4×10-3Ω ·㎝의 값을 갖는 NTC 특성을 갖는 발열체였다.
(실시예 2)
염소화 염화비닐 수지(일본카바이드사제 T-741) 33부에 천연 흑연 미분말(일본흑연제 평균 입경 5 ㎛) 1부, 질화붕소(신에츠화학공업제 평균 입경 2 ㎛) 67부에 대해, 가소제로서 디알릴프탈레이트 모노머 20부를 첨가하여 헨쉘 믹서를 사용하여 분산한 후, 표면 온도를 120℃로 유지한 믹싱용 2축 롤을 사용하여 충분히 혼련을 반복하여 조성물을 얻고, 펠렛타이저(pelletizer)에 의해 펠렛화하여 성형용 조성물을 얻었다. 이 펠렛을 스크류형 압출기로 압출 성형하고, 이것을 200℃로 가열된 에어 오픈중에서 5시간 처리하여 프리커서(탄소 전구체) 판재로 하였다. 다음으로, 이것을 불활성 분위기 중에서 1,000℃에서 소성하여 판 모양의 탄소계 발열체를 얻었다.
얻어진 탄소계 발열체는 두께 0.3 ㎜, 폭 6 ㎜, 냉간에서 4×10-3Ω·㎝의 값을 갖는 NTC 특성을 갖는 발열체였다. 얻어진 탄소계 발열체를 300 ㎜ 길이로 절단하여 알루미나 기재 상에 설치하고, 단부에 전기 공급용 전극을 설치하여 발열체 표면에 유리 절연 보호층을 설치하였다.
(실시예 3)
실시예 2의 탄소 전구체를 진공 중에서 2,000℃로 소성하여 판 모양의 탄소 계 발열체를 얻었다.
얻어진 탄소계 발열체는 두께 0.3 ㎜, 폭 3 ㎜, 냉간에서 4×10-3Ω·㎝의 PTC 특성을 갖는 발열체였다. 얻어진 탄소계 발열체를 300 ㎜ 길이로 절단하여 알루미나 기재에 설치하고, 단부에 전기 공급용의 전극을 설치하여 발열체 표면에 유리 절연 보호층을 설치하였다.
(실시예 4)
푸란 수지(히타치화성공업(주)제) 70부와 천연 흑연 미분말(상동) 30부를 충분히 분산, 혼합하여 평판 제작용 액상 재료를 얻었다. 이것을 알루미나 기판 상에 스크린 인쇄하여 기판 상에 그린 시트를 제작하였다. 이것을 가열 경화 처리를 수행하고, 추가적으로 불활성 분위기 중에서 1,000℃에서 소성하여 알루미나 기판 상에 탄소계 발열체를 얻었다. 알루미나 기판 상에 얻어진 탄소계 발열체부는 두께 0.06 ㎜, 폭 3 ㎜, 길이 300 ㎜, 냉간에서 2× 10-3Ω·㎝의 값을 갖는 NTC 특성을 갖는 발열체였다. 이 발열체의 양단부에 전극을 설치하고 발열체 표면에 유리 절연 보호층을 설치하였다.
도 1은 발열체층 패턴의 제1의 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 발열체층 패턴의 제2의 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 발열체층 패턴의 제3의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 발열체층 패턴의 제4의 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 발열체층 패턴의 제5의 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 발열체층 패턴의 제6의 예를 나타내는 도면이다.

Claims (2)

  1. 기재와,
    상기 기재 상에 설치되고, 도전 저해 물질로서의 무정형탄소와 상기 무정형탄소 중에 균일하게 분산한 탄소 분말을 포함하며, 무정형탄소와 탄소 분말의 비율을 조절하는 것에 의해 조절되는 고유 저항값을 갖는 탄소계 발열층을 구비하는 정착용 히터.
  2. 탄소 함유 수지에, 탄소 분말을 균일하게 혼합하여 혼합물을 형성하고,
    상기 혼합물의 층을 기재 상에 설치하고,
    상기 기재 상에 설치된 상기 혼합물을 불활성 분위기 중에서 소성하여 상기 탄소 함유 수지를 탄소화해 발열층을 형성하고,
    상기 탄소 함유 수지와 상기 탄소 분말의 혼합비를 조절하는 것에 의해 발열층의 고유 저항값을 조절하는 단계를 구비하는 정착용 히터의 제조 방법.
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