(57)【要約】      （修正有）【課題】長さ方向の温度バラつきを低減し、所望の温度領域に加温するために高電圧での印加が不要であり、所望の温度域で枚葉上のトナーを溶融させることにより温度が低下した際に所望の温度域まで復元するための時間を短縮化可能な発熱体の提供。【解決手段】フィルム加熱方式オンデマンド画像加熱定着器に設けられており、トナーが定着されるべき被着体とフィルムとが接触するフィルム部位を加熱するための発熱体であって、プルトルージョン法で製造された炭素繊維強化樹脂の連続した同一断面形状からなる成形体であることを特徴とする発熱体。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム加熱方式オンデマンド画像加熱定着器に設けられており、トナーが定着されるべき被着体とフィルムとが接触するフィルム部位を加熱するための発熱体であって、プルトルージョン法で製造された炭素繊維強化樹脂の連続した同一断面形状からなる成形体であることを特徴とする発熱体。
【請求項２】
上記炭素繊維強化樹脂を構成する炭素繊維は、１本の長繊維の束であって、１束のフィラメント数が１,０００〜５０,０００本であり、上記束は、上記定着器の幅方向に配列している、請求項１の発熱体。
【請求項３】
上記連続した同一断面、全面積に占める炭素繊維の断面の割合が、４５〜７５％である、請求項１もしくは２の発熱体。
【請求項４】
上記炭素繊維強化樹脂を構成するマトリクス樹脂が、エポキシ基を有するビニルエステル樹脂である、請求項１〜３のいずれか１項の発熱体。
【請求項５】
上記発熱体は、ヒータホルダに長手方向に格納され、上記ヒータホルダは、定着ベルトをガイドし、上記定着ベルトの外周面とニップ部を形成する加圧ローラが駆動接触する、請求項１〜４のいずれか１項の発熱体が組み込まれた定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式等を採用した画像形成装置に備えられた、フィルム加熱方式オンデマンド画像加熱定着器に使用される発熱体に関する。
【０００２】
電子写真技術は、周知のように、概略、帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程及び定着工程を経て、枚葉上に文字が画像を形成させる技術である。これらの内、定着工程にて使用される画像加熱装置の一般的な方式の一つが、内部にヒータを有する定着ローラに加圧ローラを圧接してニップを形成し、定着を行うローラ定着方式である。ここで、高光沢な画像を出力するためには、記録材のニップ通過時間を長くすることで、トナーを充分に溶融させる必要がある。しかしながら、ローラ定着方式を採用した場合、ニップを広げようとするとローラ径を大きくしなければならない結果、装置が大きなものになってしまう。他方、ローラ回転速度を遅くすればトナーを充分に溶融させることができるが、それでは高速化を実現することが困難となる。
【０００３】
そこで、加熱源として面状発熱体と、定着回転体としてフィルム部材と、当該フィルム部材と相互圧接してニップ部を形成するための加圧ロールと、を有するフィルム加熱方式の画像加熱定着装置が提案されている（例えば、特許文献１〜４）。ここで、面状発熱体としては、電気的抵抗体が適用されたセラミックヒータが採用されている。そして、一般的な電気的抵抗体としては、セラミック基板の表面に銀系の電極がプリントされており、当該プリントされた表層がセラミック系塗料でコーティングされたものが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平１−２６３６７９号公報
【特許文献３】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献４】特開平４−４４０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、従来のセラミックヒータは、（１）長さ方向の温度バラつきが大きい（例えば約４０℃）、（２）所望の温度領域に加温するために高電圧での印加が必要である（例えば１００Ｖ）、（３）所望の温度域で枚葉上のトナーを溶融させることにより温度が低下するが、この際に所望の温度域まで復元するために電圧印加された後の温度回復に時間がかかる、（４）所望の温度領域に加温された後、その温度域を確保するために（過昇温防止のために）、電気抵抗等の回線や部品が必要となる、という課題がある。よって、本発明は、上記（１）〜（４）を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、特に課題（１）に関しては、セラミックは粉末を焼結させるため、必ず構造的なバラつきが生じること、銀の電極をプリントする際には、極薄で塗布するため、わずかな積層量の違いによって特性が大きくバラつくこと、そしてこれらの結果、セラミックヒータでは長さ方向の温度も大きくバラつくことになると推定し、本発明を完成させた。
【０００７】
本発明は、フィルム加熱方式オンデマンド画像加熱定着器に設けられており、トナーが定着されるべき被着体とフィルムとが接触するフィルム部位を加熱するための発熱体であって、プルトルージョン法で製造された炭素繊維強化樹脂の連続した同一断面形状からなる成形体であることを特徴とする発熱体である。
【０００８】
ここで、本発明は、上記炭素繊維強化樹脂を構成する炭素繊維は、１本の長繊維の束であって、１束のフィラメント数が１,０００〜５０,０００本であり、上記束は、上記定着器の幅方向に配列している態様であってもよい。
【０００９】
ここで、本発明は、上記連続した同一断面、全面積に占める炭素繊維の断面の割合が、４５〜７５％である態様であってもよい。
【００１０】
また、本発明は、上記炭素繊維強化樹脂を構成するマトリクス樹脂が、エポキシ基を有するビニルエステル樹脂である態様であってもよい。
【００１１】
最後に、本発明において、上記発熱体は、ヒータホルダに長手方向に格納され、上記ヒータホルダは、定着ベルトをガイドし、上記定着ベルトの外周面とニップ部を形成する加圧ローラが駆動接触する態様であって、発熱体が組み込まれた定着装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る発熱体は、（１）長さ方向の温度バラつきが小さい（例えば約２０℃程度）、（２）所望の温度領域に加温するために高電圧での印加が不要である（例えば１０Ｖ程度）、（３）所望の温度領域に加温された後、その温度域を確保するために（過昇温防止のために）、電気抵抗等の回線や部品が不要である、（４）所望の温度域で枚葉上のトナーを溶融させることにより温度が低下するが、この際に所望の温度域まで復元するために電圧印加された後の温度回復に時間を要しない、という効果を奏する。特に、本発明における（１）の効果は下記理由から顕著である。まず、長さ方向の温度バラつきが大きいと最低温度部に合わせて大きな電圧印加が必要となる。しかしながら、本発明に係る発熱体では、温度バラつきが小さいため、セラミックヒータと比較して少ない電圧印加で済む。また、長さ方向の温度バラつきが大きいと、実際に用いたい温度よりも最高温度部分が相当高くなる（例えば４０℃程度）ため、樹脂の、より高い耐熱仕様が要求される。他方、本発明に係る発熱体では、温度バラつきが少ない（例えば２０℃程度）ため、耐熱仕様のマージンが広がるか又は低い耐熱温度の樹脂を選択できる。尚、本発明において温度バラつきが少ない理由は必ずしも明らかでないが、繊維が長さ方向に連続であるため、断面積辺りの繊維数は一定であり、長さ方向での構造のバラつきが少なくなる。その結果、長さ方向の温度バラつきも少ないと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本形態に係る発熱体の製造装置の構成例を示した図である。
【図２】図２は、本形態に係る発熱体の、フィルム加熱方式の画像加熱定着装置のヒータとしての使用例である。
【図３】図３は、実施例における、温度測定装置の測定地点の概要を示した図である。
【図４】図４は、実施例での定電圧印加による温度挙動試験の結果を示した図である。
【図５】図５は、実施例での定電圧印加による１本内温度バラツキ検証試験の結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一形態を説明する。尚、本発明の技術的範囲は、当該形態に何ら限定されるものではない。
【００１５】
≪本形態に係る発熱体≫
本形態に係る発熱体は、フィルム加熱方式オンデマンド画像加熱定着器に設けられており、トナーが定着されるべき被着体とフィルムとが接触するフィルム部位を加熱するための発熱体であって、プルトルージョン法で製造された炭素繊維強化樹脂の板状成形体であることを特徴とする。以下、本形態に係る発熱体の製造方法、本形態に係る発熱体の構造、本形態に係る発熱体の性質（物性）、本形態に係る発熱体の使用方法（用途）、を順に説明する。
【００１６】
≪本形態に係る発熱体の製造方法≫
本形態に係る発熱体を構成する炭素繊維強化樹脂の板状成形体は、プルトルージョン法で製造されたものである。以下、標記製造方法の原料及びプロセスを詳述する。
【００１７】
＜製造原料＞
（カーボン繊維）
カーボン繊維は、比強度・比弾性率に優れ、殆ど吸水しないので好ましい。ここで、本形態に係る炭素繊維強化樹脂を構成するカーボン繊維（炭素繊維）としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ピッチ系、レーヨン系等を例示することができる。中でも、炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物の強度と剛性とのバランスの観点から、ＰＡＮ系炭素繊維｛ポリアクリロニトリル(ＰＡＮ) を原料にした高靭性炭素繊維｝が好ましく用いられる。更に、導電性向上を目的に、炭素繊維にニッケルや銅やイッテルビウム等の金属を被覆した金属被覆炭素繊維等も本形態で使用することができる。これらのうち１種を用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００１８】
ここで、本形態に係る炭素繊維は、１本の長繊維の束である。そして、当該繊維束としては、１束中のフィラメント数が１，０００〜５０，０００本の範囲のものが好ましく、１，０００〜３０，０００本の範囲のものがより好ましい。１，０００本の炭素繊維を加工することで、より幅の狭い発熱体とすることができ、小型化が可能となる。５０，０００本を越えると、クリールの糸捌きが難しく、樹脂の含浸性も低下する。
【００１９】
さらに、繊維束は、単繊維の繊度が３３０〜２,３００テックスの範囲のものが好ましい。３３０テックス未満であると、繊維束が蛇行するなどによって、繊維の配列の平行性が損なわれることがあり、２，３００テックスを越えると、クリールの糸捌きが難しく、樹脂の含浸性も低下する。ここで、繊度の測定方法は、例えば、オートバイブロ式繊度測定器ＤｅｎｉｅｒＣｏｍｐｕｔｅｒＤＣ−７７Ａ（サーチ株式会社製）等を用いて測定することができる。
【００２０】
本形態に係る炭素繊維（繊維束）としては、耐衝撃性をさらに高めるため、引張弾性率が２００Ｇｐａ以上の炭素繊維を使用するのが好ましい。ここで、引張弾性率は、かかる高強度、高弾性率を有する炭素繊維の市販品としては、東レ（株）製、”トレカ”Ｔ７００ＳＣ、Ｔ８００Ｈ、又はＴ１０００Ｇなどを使用することができる。引張弾性率については、ＪＩＳ  Ｋ７０７３に準拠し、万能試験機で測定された値からの計算値である。
【００２１】
なお、本願発明の炭素繊維強化樹脂の連続した同一断面形状からなる成形体を中間材料として、さらに熱処理を施し、グラファイト化したカーボン・コンポジットを発熱体としても良い。本願発明の炭素繊維強化樹脂複合材料と同様、カーボン・コンポジットは、軽くて丈夫であり、化学的に安定である。
【００２２】
（マトリクス樹脂）
本形態に係る炭素繊維強化樹脂を構成するマトリクス樹脂としては、耐熱性、強度及び弾性率等の機械特性が優れる硬化物が得られ、且つ、比較的低温での成形が可能である点から熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。被加熱部材に定着温度として１４０〜２００℃を与える素材ならば、制限なく樹脂を選択できる。
【００２３】
熱硬化性樹脂の具体例としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂等が挙げられる。
【００２４】
ここで、上述した熱硬化性樹脂の内、ビニルエステル樹脂が好適である。ビニルエステル樹脂は、エポキシアクリレート樹脂とも呼ばれ、一般にグリシジル基（エポキシ基）を有する化合物と、アクリル酸などの重合性不飽和結合を有するカルボキシル化合物のカルボキシル基との開環反応により生成する重合性不飽和結合を持った化合物（ビニルエステル）を、スチレンのような重合性モノマーに溶解したものである。本形態において、ビニルエステル樹脂としてエポキシ基を含有するものが好適に使用される。とくに、引抜成形に使用されることから、取扱いが容易で、常温における硬化剤入り樹脂のポットライフが長く、それでいて、速硬化性に優れており、得られる成形品の機械的強度及び耐水性等が優れていることで、比較的低粘度のエポキシ基含有ビニルエステル樹脂が用いられる。
【００２５】
＜製造装置＞
（装置）
図１は、本形態に係る発熱体の製造装置の構成例を示した図である。ここで、図１中、１は繊維強化材（ロービング）であり、２は繊維強化材（マット、クロス）であり、３はマトリックス含浸槽であり、４はマトリックス含浸槽昇降テーブルであり、５はマトリックス含浸ガイドであり、６はフォーミングガイドであり、７は金型であり、８は硬化成形品（炭素繊維強化樹脂）であり、９は引抜き装置（プラー）であり、１０は切断機である。
【００２６】
≪本形態に係る発熱体の構造≫
本形態に係る発熱体の大きさは、特に限定されず、例えば、幅が５〜１０ｍｍ、厚さが０．５〜２．０ｍｍ、長さが２００〜３００ｍｍである。側面両縁に設けられるフランジ部の高さが、０．１〜２．０ｍｍである。
【００２７】
断面形状は、連続した同一断面形状、即ち、引抜ダイスとして成形可能な形状であれば制限なく選択できる。加圧ローラとのニップ部を必要に応じて設計しなければならないことから、ニップ部が円弧状に湾曲した形状「⌒」や、ヒータホルダーへの収納性を配慮し、断面Ｔ字形状「Ｔ」もしくは断面∇形状「∇」であってもよい。また、発熱体を保持するためのホルダーへの装着性をよくするために「  [  」形状とし、断面両縁長手方向に沿ってフランジを設けても良い。
【００２８】
マトリクス樹脂が外形を形成する、連続した同一断面の全面積に占める炭素繊維の断面の割合は、４５〜７５％である。好ましくは５０〜７０％、さらに好ましくは５５〜６５％である。この数値範囲にあると、同一断面形状で連続成形が可能であり、不良率も低い。４５％以下の場合、マトリクス樹脂の割合が高くなり、成形後の寸法安定性に劣る。また、７５％以上の場合、マトリクス樹脂がバインダーとして働かず、成形体として固化せず形状が安定しない。さらに表面が粗くなる。
【００２９】
連続した同一断面であってマトリクス樹脂が外形を形成する全断面積に占める炭素繊維の断面が占める割合は、当該成形品を切断し、断面を拡大鏡等で観察することから算出する。
【００３０】
≪本形態に係る発熱体の性質（物性）≫
本形態に係る発熱体は、引き抜き成形によって炭素繊維が一方向に配列されている。これにより、発熱体における長手方向両端部も長手方向中央部も、いずれの加熱効率にも変わりがなく、発熱体の両端部から熱が放散されて両端部の温度が低下する不具合を抑止することができる。すなわち、発熱体の長手方向の温度分布が均一化されて、定着ムラの発生を軽減させることができる。
【００３１】
≪本形態に係る発熱体の使用方法（用途）≫
本形態に係る発熱体は、プリンタの定着装置用、より詳細には、フィルム加熱方式オンデマンド画像加熱定着装置のヒータとして有用である。図２は、本形態に係る発熱体の、フィルム加熱方式オンデマンド画像加熱定着装置のヒータとしての使用例（概略図）である。ここで、フィルム加熱方式オンデマンド画像加熱定着装置１は、周知の通り、定着フィルム１Ａと、定着フィルム１Ａとの間で相互圧接してニップ部を形成する加圧ローラ１Ｂと、定着フィルム内に設けられておりニップ部に挟持された被加熱材を加熱するための長手方向に伸びた発熱体１Ｃと、フィルムガイド１Ｄと、長手方向に伸びた発熱体１Ｃを収納するためのヒータホルダ１Ｅと、を有している。ヒータの発熱により被加熱材は、定着温度（例えば１４０〜２００℃）で加熱される。尚、図示しないが、発熱体１Ｃに電圧を印加し電圧量を制御する手段も備えられている。
【００３２】
具体的には、下記の部材より構成されることが好適である。
（発熱体１Ｃ）
本形態に使用される発熱体１Ｃは、定着フィルム１Ａの内面に摺動しながら急速加熱する板状発熱体である。発熱体１Ｃの上方にはヒータホルダ１Ｅがあって、温度検知素子や温度検知手段を備えている。また、放熱を防ぐため『Ｕ』字を伏せたステーが設けられることもある。上記ヒータホルダ１Ｅは、発熱体１Ｃを保持する。
【００３３】
さらに、本形態に使用される発熱体は、フィルム加熱方式オンデマンド画像加熱定着装置以外の定着装置にも応用できる。この場合は、本発明の発熱体は加熱体として利用される。かかる定着装置は、加熱体と連動する熱源がステー内に装着されており、加熱する熱源に従って加熱体が昇温する。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明の具体例として実施例として説明する。尚、本発明の技術的範囲は本実施例により何ら限定されない。
【００３５】
≪製造例≫
＜マトリクス原料＞
［樹脂］
エポキシ基含有ビニルエステル樹脂：１００重量部／昭和高分子社製「リポキシ（登録商標）」、ノボラック系、品番：Ｈ−６００、粘度：８Ｐａ・ｓ
［硬化剤］
低温硬化剤：２．０重量部／メーカ名：日本油脂社製「パーメック」
＜炭素繊維＞
トレカ（登録商標）（炭素繊維束）、東レ製、品番：Ｔ８００ＳＣ−２４０００、フィラメント数２４０００本、引張り弾性率２９４ＧＰａ、繊度１０３０ｔｅｘ、密度
１．８ｇ／ｃｍ３
＜製造例＞
図１に示した製造装置（プルトルージョン成形装置）にて、前記マトリクス原料及び前記炭素繊維を用いて、引抜き成形法によって賦形し、下記実施例及び比較例の発熱体を形成した。口金は、『  [  』形状とした。成形装置として、メーカ名：ストロングウェル社製の引抜き成形機「Pulstar」を使用し、厚み１．０ｍｍ×幅５．７ｍｍ×長さ２７０ｍｍ、側縁フランジ部の高さ２ｍｍに成形した。具体的には、クリールを使用し炭素繊維を複数のボビンから繰出し、樹脂槽にあるエポキシ基含有ビニルエステル樹脂に浸漬し、合計２４０,０００本に束ねた。金型内（１００℃、３分）加熱硬化させた後、引き取り装置で引抜いた後、後硬化炉で固化させた。その後、裁断機で切断し、厚み１．０ｍｍ×幅５．７ｍｍ×長さ２７０ｍｍのＣＦＲＰ板状成形体を得た（平均重量５．６ｇ）。
【００３６】
上記製造法によって、試料を３品作成し、実施例１〜３とした。一方、比較例１は、市販のプリンタ、フィルム加熱方式オンデマンド画像加熱定着器を解体して取り出した発熱体である。比較例２は、市販のプリンタ、電磁誘導加熱方式であって熱源と加熱板とを備え、加熱板が当接部材として加圧ローラに接触している装置から取り出した加熱板である。比較例３は、市販のプリンタ、ハロゲン加熱方式であって熱源と加熱板とを備え、加熱板が当接部材として加圧ローラに接触している装置から取り出した加熱板である。例えば、特開２００９−２０１５８号、特開２００９−３１５６８号に開示の装置を挙げる。
【００３７】
≪評価試験≫
（温度上昇試験）
製造例で得たＣＦＲＰ板状成形体（実施例１）の両端に電極を取り付けて電圧を印加し、定着部材の温度上昇を比較した。また、現行プリンタに取り付けられている定着部材（比較例１）についても、同様の試験を実施した。表１は、実施例１及び比較例１での結果である。尚、温度は、図３に示す温度測定ポイントでの測定値の平均値である。また、温度の記録は、キーエンスＧＲ−３５００を用いた。実施例２、３も、上記と同じ条件で測定値を計測した。比較例２、３も同様に、上記市販のプリンタから取り出した加熱板２品について計測した。これら加熱板は、セラミック基材の上に銀パラジウムの抵抗体に銀白金の導電体をガラスペーストにしたものをスクリーン印刷で印刷した平板状の加熱体であった。
【００３８】
【表１】
2014026027.tif 000003
【００３９】
（定電圧印加による温度挙動試験）
実施例１〜３に係るＣＦＲＰ板状成形体については１０Ｖの電圧を印加し、比較例１〜３に係る従来の定着部材については５０Ｖの電圧を印加し、温度上昇と時間との関係をそれぞれ確認した。図４にその結果を示す。当該図から分かるように、実施例１〜３に係るＣＦＲＰ板状成形体は、１／５の印加電圧にて比較例と略同等の温度挙動を示すことが確認された。また、実施例は、いずれも１５０秒で所望の定着温度である１４０℃を超えたことを確認した。
【００４０】
（１本内温度バラツキ検証試験）
実施例１に係るＣＦＲＰ板状成形体については１０Ｖの電圧を印加し、比較例１に係る従来の定着部材については５０Ｖの電圧を印加し、図３に示す温度測定装置の測定地点間のバラツキを検証した。図５にその結果を示す。当該図から分かるように、実施例１に係るＣＦＲＰ板状成形体は、従来品と比較し、測定地点間のバラツキが低いことが確認された。すくなくとも、８００秒までは、実施例のほうが試料個体内の温度差が小さいことが確認された。なお、９００秒で電源を切ったら、実施例のほうが速やかに個体内の温度差が低下した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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