JP2014070123A - 熱伝導性グリース組成物及びそれを使用したヒータユニット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ベースオイルと、熱伝導性充填材とからなり、該熱伝導性充填材の平均粒子径が0.05〜2μmで、且つ、最大粒子径5μm以下であって、該熱伝導性充填材が18vol%〜60vol%含まれてなる熱伝導性グリース組成物とし、これをヒータの発熱面とガイド部材の対抗面との間に介在させてヒータユニットを構成する。
【選択図】 図2
Description
前記ヒータユニット1は、図2の拡大正面図に示すように前記凹部に収容されたヒータ1bの少なくともガイド部材1a側の面に熱伝導性グリース組成物1gが塗布され、前記背面板1c側から加圧手段にて、ヒータ1bをガイド部材1aに密着させて、極力隙間が生じないように構成してヒータ1bのガイド部材1aに対する熱伝導を良好なものとしている。そして、前記熱伝導性グリース組成物1gには、一般には、30W/mk程度の熱伝導度を有するアルミナ(酸化アルミ)等の熱伝導性充填材が用いられているが、充分な熱伝導性が得られないため、ヒータの発熱温度をより高温にするなどの対応が必要となる。ヒータの高温化は、昨今の省エネルギーという市場要求に反することから、採用が難しいものであった。特に、プリンタや複写機においては、停止状態(低温状態)から熱定着機構を印刷に適する所定温度(トナーの溶融温度)まで上昇させるのに要する時間が長くかかるという問題があった。
熱伝導性充填材としては、一般に、429W/mK程度の高い熱伝導度を有し、表面積を拡大した鱗片状銀粉が好ましいことが知られているが、鱗片状銀粉は、酸化アルミに対して、数〜数十倍、酸化亜鉛に対して、数十〜百倍の価格であり、相当に高価であるため、複写機やレーザープリンタの定着機構など広い面積に塗布する必要があるものへの使用は、コスト高となるから、比較的低コストである前記酸化アルミや酸化亜鉛などでの代用が望まれている。しかしながら、上述のとおり、30W/mK程度の熱伝導度のアルミナや25.2W/mK程度の熱伝導度の酸化亜鉛などでは、熱伝導性充填材自体の熱伝導度が低いため、下記特許文献1に示されるようにベースオイルに対し大量に充填したり、下記特許文献2に示されるように、複数の粒子径をもつ熱伝導性充填材を混合して最密充填するなどしているが、十分な熱伝導性得ることがむずかしいものであった。
各種熱伝導性充填材の熱伝導度を下記表1に例示する。
本発明の熱伝導グリース組成物は前記知見に基づきなされたもので、請求項1記載の通り、ベースオイルと、熱伝導性充填材とからなり、該熱伝導性充填材の平均粒子径が0.05〜2μmで、且つ、最大粒子径5μm以下であって、該熱伝導性充填材が18vol%〜60vol%含まれてなることを特徴とする。
また、請求項2記載の熱伝導性グリース組成物は、請求項1記載の熱伝導性グリース組成物において、前記平均粒子径が0.05〜1μmであることを特徴とする。
また、請求項3記載の熱伝導性グリース組成物は、請求項1又は2記載の熱伝導性グリース組成物において、前記熱伝導性充填材は表面を有機ケイ素化合物により表面処理したものであることを特徴とする。
また、請求項4記載の熱伝導性グリース組成物は、請求項1乃至3の何れか1項に記載の熱伝導性グリース組成物において、前記ベースオイルは、ジメチルシリコーンオイルであることを特徴とする。
また、請求項5記載の熱伝導性グリース組成物は、請求項1乃至4の何れか1項に記載の熱伝導性グリース組成物において、前記熱伝導性充填材は、酸化亜鉛、酸化アルミ、及び、亜鉛の少なくとも何れかからなる粒状体であることを特徴とする。
また、請求項6記載のヒータユニットは、ヒータ及び当該ヒータの発熱面に当接する対向面を有するガイド部材を備えたヒータユニットにおいて、請求項1乃至5の何れか1項に記載の熱伝導性グリース組成物が、前記ヒータの発熱面と前記ガイド部材の対向面との間に介在されていることを特徴とする。
また、請求項7記載のヒータユニットは、請求項6記載のヒータユニットにおいて、前記ヒータの発熱面の算術平均粗さと、前記ガイド部材の対抗面の算術平均粗さとの和が、0.1〜2μmであることを特徴とする。
前記ベースオイルとしては、耐熱温度の高いジメチルシリコーンオイル等のシリコーン系オイルが好ましいが、要求温度に応じて、鉱物系オイルを使用することもできる。
シリコーンオイルの場合、粘度50mPa・s未満では、揮発性が高くなり、装置によっては、悪影響を及ぼす場合があるため、実用的でない。また、粘度1000mPa・sを超えると、ベースオイル単体でも粘度が高くなりすぎて塗布しづらいため実用的でない。特に、画像形成装置などで用いられるヒータユニットにおいては、電熱ヒータの表面温度で200〜400℃程度になる場合があるため、このような高温時でも揮発性が低く、微細な熱伝導性充填材を混合しても室温雰囲気下での塗布が容易である、粘度100〜200mPa・sが好ましい。
また、前記熱伝導性充填材としては、表面を有機ケイ素化合物により表面処理したものが好ましい。
特に、熱伝導性充填材として微粉末酸化亜鉛を用い、有機ケイ素化合物で酸化亜鉛表面のシラノールをシリル化すれば、ジメチルシリコーンオイルに混合した場合の粘度上昇を抑制し塗布性を向上させることができる。
前記有機ケイ素化合物としては、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オリタメチルシクロテトラシロキサンのような環状オリゴシロキサン類、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシランのようなオルガノハロシラン類、トリメチルメトキシシランのようなオルガノアルコキシシラン類、ヘキサメチルジシラザンのようなシラザン化合物が例示される。
一般に、充填材の粒子径が極端に小さいとベースオイルに分散しづらく、また、流動性が低下して塗りむらが生じ易いが、特にシラザン化合物によって表面処理を行った微粉末酸化亜鉛を熱伝導性充填材として用いることにより、粒子表面にシラザン処理を行い流動性を向上させることで、熱伝導性ジメチルシリコングリース製造後、経過時間による粘度の上昇が抑えられる組成物が得られる。
熱伝導のためには、極力密着させることが好ましいが、現実的には、上述のとおり対向面には微少な面粗さが存在するため隙間が避けられないので、この隙間(面粗さ)を埋めるため熱伝導性の耐熱性グリース(シリコーングリース)を介在させるが、グリースのみでは熱伝導性が低いため、熱伝導性充填材が混合された熱伝導性グリース組成物を用いる。本発明の熱伝導性充填材の平均粒子径は、0.05〜2μmであり、且つ、最大粒子径は5μm以下であるので、当接面が有する隙間内に収まり、ほとんど接触距離を広げることがないので、良好な熱伝導性を実現することができるものである。
(実施例1)
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル81.2vol%と、粒径0.1μmの表面にシラザン処理を行った表面処理酸化亜鉛18.8vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記表面処理酸化亜鉛をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル81.2vol%と、粒径0.1μmの酸化亜鉛18.8vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記酸化亜鉛をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル53vol%と、粒径0.1μmの酸化亜鉛47vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記酸化亜鉛をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル81vol%と、粒径0.05μmの酸化亜鉛19vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記酸化亜鉛をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル50vol%と、粒径0.5μmの酸化亜鉛50vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記酸化亜鉛をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル50vol%と、粒径0.7μmの酸化アルミ(アルミナ)50vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記アルミナをベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル50vol%と、粒径1.0μmのアルミナ50vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記アルミナをベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル47vol%と、粒径2.0μmの酸化亜鉛53vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記酸化亜鉛をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル40vol%と、粒径2.0μmの酸化亜鉛60vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記酸化亜鉛をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
詳細には、本試験の基準温度170℃は、プリンタ、複写機などで使用される熱伝導性フィルムを使用した定着ユニットを想定したものである。
試験サンプルの調整は、JIS−A1050Pのアルミ板(25mm×100mm×2mm)を2枚用意し、一方のアルミ板に熱伝導性グリースを塗布し、他方のアルミ板とすりあわせて密着固定し、余分なグリースを拭き取るものとした。尚、他方のアルミ板の外側面中央位置には、温度測定用の熱電対を耐熱テープで固定するようにした。
試験装置は、200℃で維持可能で熱容量が十分大きい熱板の上面に、2mm厚のシリコーンゴムシートを載置したものを用いた。
試験方法は、上記試験サンプルを上記シリコーンゴムの上面に密着するように配置し、170℃に達するまでの時間を3回計測し、その平均を基材170℃到達時間とした。
なお、試験サンプルは、毎試験後、室温と同等となるまで風冷したものを使用した。
また、表2中の最大粒子径は、最大測定粗粒径50μmのグランドメータ(BYK社製 Grindmeter50μm)によって測定したものを示している。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル100vol%のみの熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル47vol%と、粒径2.0μmの酸化亜鉛53vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記酸化亜鉛をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル85vol%と、粒径3.0μmの酸化亜鉛15vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記酸化亜鉛をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル81.2vol%と、粒径0.5〜7.0μmの酸化亜鉛1種18.2vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記酸化亜鉛1種をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル57.8vol%と、粒径3.0μmのアルミナ42.2vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記アルミナをベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル20vol%と、φ8×50μmの炭素繊維80vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記炭素繊維をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル84vol%と、平均粒径5.0μmの銀鱗片状粉末16vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記銀鱗片状粉末をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとしてポリジメチルシロキサンオイル78.6vol%と、粒径0.1μmの表面にシラザン処理を行った表面処理酸化亜鉛18.8vol%と、粒径10μmのアルミナ2.6vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記表面処理酸化亜鉛及びアルミナをベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
ベースオイルとして鉱物油100vol%の熱伝導性グリース組成物を得た。
(実験例1)
100mPa・sのジメチルシリコーンオイル50vol%と、粒径0.1μmのシラザン酸化亜鉛50vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記シラザン処理酸化亜鉛をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
100mPa・sのジメチルシリコーンオイル50vol%と、粒径0.1μmの酸化亜鉛50vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記酸化亜鉛をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
200mPa・sのジメチルシリコーンオイル50vol%と、粒径0.1μmのシラザン処理酸化亜鉛50vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記シラザン処理酸化亜鉛をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
200mPa・sのジメチルシリコーンオイル50vol%と、粒径0.1μmの酸化亜鉛50vol%とを攪拌機に入れて混合し、次いで3本ロールを用いて前記酸化亜鉛をベースオイルに高分散させて熱伝導性グリース組成物を得た。
尚、粘度測定は、ブルックフィールド回転粘度計を用いて、ローターNo5、回転数20rpmの条件で粘度測定を行った。
1a ガイド部材
1b ヒータ
1c 背面板
1g 熱伝導性グリース組成物
2 ヒータホルダー
3 熱伝導性フィルム
4 加圧ローラ
5 用紙
Claims (7)
- ベースオイルと、熱伝導性充填材とからなり、該熱伝導性充填材の平均粒子径が0.05〜2μmで、且つ、最大粒子径5μm以下であって、該熱伝導性充填材が18vol%〜60vol%含まれてなることを特徴とする熱伝導性グリース組成物。
- 前記平均粒子径が0.05〜1μmであることを特徴とする請求項1記載の熱伝導性グリース組成物。
- 前記熱伝導性充填材は表面を有機ケイ素化合物により表面処理したものであることを特徴とする請求項1又は2記載の熱伝導性グリース組成物。
- 前記ベースオイルは、ジメチルシリコーンオイルであることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の熱伝導性グリース組成物。
- 前記熱伝導性充填材は、酸化亜鉛、酸化アルミ、及び、亜鉛の少なくとも何れかからなる粒状体であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の熱伝導性グリース組成物。
- ヒータ及び当該ヒータの発熱面に当接する対向面を有するガイド部材を備えたヒータユニットにおいて、請求項1乃至5の何れか1項に記載の熱伝導性グリース組成物が、前記ヒータの発熱面と前記ガイド部材の対向面との間に介在されていることを特徴とするヒータユニット。
- 前記ヒータの発熱面の算術平均粗さと、前記ガイド部材の対抗面の算術平均粗さとの和が0.1〜2μmであることを特徴とする請求項6記載のヒータユニット。
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| JP2012216391A JP2014070123A (ja) | 2012-09-28 | 2012-09-28 | 熱伝導性グリース組成物及びそれを使用したヒータユニット |
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