(57)【要約】【課題】微細炭素繊維を導電材として含む発熱層を備えた面状ヒータにおいて、均一加熱性が改善され、さらには発熱層の昇温速度も改善された面状ヒータを提供する。【解決手段】少なくとも表面が絶縁性の基材１と、基材１表面に設けられた一対の電極３，３間に形成されている発熱層５を備えた面状ヒータにおいて、発熱層５は、平均繊維径が４０ｎｍ〜１００ｎｍ、及びラマン分光法により測定されるＲ値が０．１５以下、炭素成分の含有率が９９％以上である微細炭素繊維を２０〜５０質量％の量で含有しており、且つポリイミド樹脂をマトリックスとしていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が絶縁性の基材と、該基材表面に設けられた且つ一対の電極間に形成されている発熱層と、該発熱層を被覆する絶縁層とを備えた面状ヒータにおいて、
前記発熱層は、平均繊維径が４０ｎｍ〜１００ｎｍ、ラマン分光法により測定されるＲ値が０．１５以下、炭素成分の含有率が９９％以上である微細炭素繊維を２０〜５０質量％の量で含有しており、且つポリイミド樹脂をマトリックスとしていることを特徴とする面状ヒータ。
【請求項２】
前記発熱層の電極間抵抗が１００Ω／ｃｍ以下である請求項１に記載の面状ヒータ。
【請求項３】
前記電極間の印加電圧を２３０Ｖ以下としての通電により、通電開始後３０秒以内で該発熱層の面上温度が２００℃以上となる請求項１または２に記載の面状ヒータ。
【請求項４】
前記発熱層の厚みが３００μｍ以下である請求項１〜３の何れかに記載の面状ヒータ。
【請求項５】
ポリイミド前駆体と微細炭素繊維とが溶媒中に溶解乃至分散されているコーティング液であって、面状ヒータの発熱層の形成に使用されるコーティング液において、
前記微細炭素繊維は、平均繊維径が４０ｎｍ〜１００ｎｍであり、且つラマン分光法により測定されるＲ値が０．１５以下であり、炭素成分の含有率が９９％以上であり、該微細炭素繊維を固形分当り２０〜５０質量％の量で含有していることを特徴とする発熱層形成用コーティング液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面状ヒータに関するものであり、より詳細には、微細炭素繊維を導電材として含有する発熱層を備えた面状ヒータに関し、さらに面状ヒータに設けられる発熱層を形成するために用いるコーティング液にも関する。
【背景技術】
【０００２】
面状ヒータは、表面が絶縁性の基材シートの表面に設けられた一対の電極間に発熱層を形成したものであり、極めて柔軟で且つ薄く形成することができるという利点があり、例えば、ローラ状、管状、平面状等、種々の形態とすることができ、加熱装置として種々の用途に使用されている。
【０００３】
また、近年においては、繊維径がナノオーダーのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）と呼ばれる微細炭素繊維が開発されている。かかる微細炭素繊維は、著しく微細な繊維径を有し、高い導電性や伝熱性を示すことから、種々の用途に使用することが提案されており、例えば、特許文献１〜４では、ＣＮＴを導電材として含む発熱層を備えた面状ヒータが開示されている。
【０００４】
上記のようなＣＮＴが使用されている面状ヒータは、ＰＴＣ特性（自己温度制御）を有しておらず、温度上昇に伴う膨張等に由来する抵抗増大がないため、短時間で高温まで昇温するという利点を有している。また、発熱層中のＣＮＴの配向方向の全体にわたってほぼ均等に加熱することができるという利点もある。従って、これらの特性を活かして、特に、短時間での昇温と均一加熱が要求される用途、例えば複写機やプリンタ等の画像形成装置中の定着装置での加熱部材としての用途が期待されている。実際、特許文献４では、ＣＮＴ含有発熱層を備えた面状ヒータを画像形成装置の定着装置での加熱部材としての使用が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１０９６４０
【特許文献２】ＷＯ２００９／０８１９８６
【特許文献３】特開２０１０−４５０２５
【特許文献４】特開２００７−２７２２２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、カラートナーを用いた複写機やレーザプリンタなどの画像形成装置では、トナーの定着温度が高いことから、装置の待機時間を短くするために、より速く定着装置を定着温度まで昇温させることが求められていると同時に、カラートナーの像が形成されている転写紙の表面をできるだけ均一に加熱することが求められている。カラー画像は、シアン、イエロー、マゼンタ等の各色のトナーを重ね合わせて得られるため、定着温度にバラツキがあると、画像の色むらなどの原因となり、高品質のフルカラー像を得ることが困難となってしまうからである。
【０００７】
しかるに、従来公知のＣＮＴ含有発熱層を備えた面状ヒータは、上記のような要求を十分に満足させるに至っていない。例えば、カラートナー像を有するが転写紙の表面を均一に加熱するためには、上記のような面状ヒータは、ＣＮＴ含有発熱層に発熱ムラがあり、特に２００℃以上の高温に加熱するときには、発熱ムラが大きく、均一加熱性が低いという欠点があり、その改善が求められている。また、昇温速度の点でも、さらなる向上が求められているのが実情である。
【０００８】
従って、本発明の目的は、微細炭素繊維を導電材として含む発熱層を備えた面状ヒータにおいて、均一加熱性が改善され、さらには発熱層の昇温速度も改善された面状ヒータを提供することにある。
本発明の他の目的は、上記のような発熱層の形成に適したコーティング液を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、微細炭素繊維を含有する発熱層を備えた面状ヒータについて多くの実験を行い検討した結果、微細炭素繊維として、欠陥が少なく黒鉛化度が高く、しかも外径及び長さが一定の範囲にあるＣＮＴを選択し、このようなＣＮＴがバインダー樹脂（マトリックス）であるポリイミド樹脂中にある程度以上多く配合されているときには、これに通電して昇温させたとき、発熱層が全体的に均一にムラなく昇温し、この結果、優れた均一加熱性を示し、さらには、その昇温速度も向上していることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
即ち、本発明によれば、少なくとも表面が絶縁性の基材と、該基材表面に設けられた且つ一対の電極間に形成されている発熱層と、該発熱層を被覆する絶縁層とを備えた面状ヒータにおいて、
前記発熱層は、平均繊維径が４０ｎｍ〜１００ｎｍ、ラマン分光法により測定されるＲ値が０．１５以下、炭素成分の含有率が９９％以上である微細炭素繊維を２０〜５０質量％の量で含有しており、且つポリイミド樹脂をマトリックスとしていることを特徴とする面状ヒータが提供される。
【００１１】
本発明の面状ヒータにおいては、
（１）前記発熱層の電極間抵抗が１００Ω／ｃｍ以下であること、
（２）前記電極間の印加電圧を２３０Ｖ以下としての通電により、通電開始後３０秒以内で該発熱層の面上温度が２００℃以上となること、
（３）前記発熱層の厚みが３００μｍ以下であること、
が好ましい。
【００１２】
本発明によれば、また、ポリイミド前駆体と微細炭素繊維とが溶媒中に溶解乃至分散されているコーティング液であって、面状ヒータの発熱層の形成に使用されるコーティング液において、
前記微細炭素繊維は、平均繊維径が４０ｎｍ〜１００ｎｍであり、且つラマン分光法により測定されるＲ値が０．１５以下であり、炭素成分の含有率が９９％以上であり、該微細炭素繊維を固形分当り２０〜５０質量％の量で含有していることを特徴とする発熱層形成用コーティング液が提供される。
【００１３】
尚、本発明において、ラマン分光法により測定されるＲ値とは、微細炭素繊維の黒鉛化度を示すパラメータであり、下記式：
Ｒ＝ＩＤ／ＩＧ
式中、ＩＧは、ラマン分光分析において、１５８０ｃｍ−１付近に発現するＧバンド
と呼ばれるピークの強度であり、
ＩＤは、ラマン分光分析において、１３６０ｃｍ−１付近に発現するＤバンド
と呼ばれるピークの強度を示す、
で表される強度比を示す。即ち、大きな単結晶の黒鉛についてのラマン分光分析では、１５８０ｃｍ−１付近にＧバンドと呼ばれるピークのみが発現する。一方、本発明で用いる微細炭素繊維は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）と呼ばれるものであり、炭素原子で形成されたグラフェンシートがチューブ状になっているものであり、ＣＮＴについてのラマン分光分析では、Ｇバンドと共に、１３６０ｃｍ−１付近にＤバンドと呼ばれる格子欠陥（グラフェンの配列の不完全な部分）に由来するピークが発現する。このことから理解されるように、Ｒ値は、ＣＮＴの配列の不完全な存在を示し、この値が小さいことは、ＣＮＴの黒鉛化度が高いことを意味するものである。
【００１４】
また、本発明において、前記微細炭素繊維の平均繊維径（平均外径）や平均繊維長さは、ＳＥＭにより３万５千から５万倍率で且つ３視野以上で写真を撮影し、無作為で抽出した２００本以上の微細炭素繊維について、その外径や長さを、画像解析ソフトウェア（例えば、三谷商事株式会社製ＷｉｎＲｏｏｆ）を用いて測定し、算出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の面状ヒータは、通電により面状に形成されている発熱層の全体がムラなく昇温するため、均一加熱性に極めて優れている。例えば、後述する実施例の結果を示す図３〜図５には、電極間に形成されている矩形状の発熱層に通電せしめ、電極中心を結ぶ直線Ｘの中央に垂直する直線Ｙ（図２）、該直線Ｙの一方側（図２〜９では便宜上、右と記載）であって電極から３０ｍｍ離れた部分、及び該直線Ｙの他方側（図２〜９では便宜上、左と記載）であって電極から３０ｍｍ離れた部分及びＹ線がある中央部分（図２〜９では便宜上、中と記載）のそれぞれについて、一定の電圧（１０〜１００Ｖ）で通電し、５分経過後の温度（放射温度計で測定）が示されているが、何れの電圧においても、中央部、右側部分及び左側部分で１０℃以内の温度差しかなく、全体的にムラなく均一に昇温していることが判る。
【００１６】
また、上記面状ヒータの発熱層の形成に使用されるコーティング液は、平均繊維径が４０〜１００ｎｍ、ラマン分光分析によるＲ値が０．１５以下、且つ炭素成分の含有率が９９％以上の微細炭素繊維が、ポリイミド樹脂前駆体溶液中に分散されているため、微細炭素繊維の分散状態が良く、不純物も少ない。従って、このコーティング液を用いて得られる発熱層は平滑性の高いものとなる。しかも、このコーティング液では、微細炭素繊維が固形分当り２０〜５０質量％と高濃度で含まれているため、形成される発熱層の電極間抵抗値（Ω/ｃｍ）は低く、例えば電極間抵抗を１００Ω／ｃｍ以下とすることができる。さらに、所定の電圧を印加して通電して発熱層を昇温させたときの昇温速度も極めて速く、例えば、電極間に印加する電圧を２３０Ｖ以下としての通電により、通電開始後３０秒以内で該発熱層の面上温度が２００℃以上となる。
このような発熱層を備えた本発明の面状ヒータは、低電気エネルギー（即ち２３０Ｖ以下の低電圧）での通電によって１００〜５００℃という高い発熱温度を実現できるばかりか、発熱層が全体的にムラなく均一に発熱して昇温するため、均一加熱性に優れている。例えば、本発明の面状ヒータは、１００〜５００℃の領域への加熱に適用されるが、特に、２００℃以上に加熱する場合に、均一加熱性の効果が顕著となる。
【００１７】
本発明の面状ヒータは、特に、複写機やレーザプリンタなどの画像形成装置、最も好適にはカラートナーを用いた画像形成装置の定着装置での加熱源として極めて有用であり、装置を立ち上げる際の待機時間を短縮し、且つ色ムラなどの無い高品質のカラー画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の面状ヒータの一例を示す概略側断面図。
【図２】図１の面状ヒータにおける平面配置構造を説明するための平面図。
【図３】実施例１の面状ヒータについて、一定条件下で通電した時の発熱層の面上温度分布を示す線図。
【図４】実施例２の面状ヒータについて、一定条件下で通電した時の発熱層の面上温度分布を示す線図。
【図５】実施例３の面状ヒータについて、一定条件下で通電した時の発熱層の面上温度分布を示す線図。
【図６】比較例３の面状ヒータについて、一定条件下で通電した時の発熱層の面上温度分布を示す線図。
【図７】比較例４の面状ヒータについて、一定条件下で通電した時の発熱層の面上温度分布を示す線図。
【図８】比較例５の面状ヒータについて、一定条件下で通電した時の発熱層の面上温度分布を示す線図。
【図９】比較例７の面状ヒータについて、一定条件下で通電した時の発熱層の面上温度分布を示す線図。
【図１０】実施例３で作製した面状ヒータ用の発熱層の実体写真。
【図１１】実施例３の面状ヒータについて、６０Ｖ印加電圧の条件下で通電した時の発熱層の昇温特性を示す線図。
【図１２】比較例５の面状ヒータについて、６０Ｖ印加電圧の条件下で通電した時の発熱層の昇温特性を示す線図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の面状ヒータの代表的な概略構造を示す図１及び図２を参照して、この面状ヒータ（全体として１０で示す）は、基材シート１と、基材シート１の表面に設けられた一対の電極３，３間に形成された発熱層５とからなっている。また、この発熱層５は、絶縁層（絶縁性保護層）９で被覆されている。
【００２０】
＜基材シート１＞
基材シート１は、発熱層５からの電流のリークを防止するために、少なくとも発熱層５が設けられる側の表面が絶縁性となっている。また、図の例では、この基材シート１は、平板形状で示されているが、この面状ヒータ１０の用途に適した形態を有していてよく、例えば、チューブ状、ローラ状、無端ベルト状などの形態であってもよい。
勿論、基材シート１の厚みなどは、用途や基材シート１を形成する素材の種類に応じて適宜設定すればよい。
【００２１】
このような基材シート１は、発熱層５が形成される側の表面が絶縁性であり、且つ、発熱層５に通電したときの発熱や発熱層５を形成するときの熱履歴に耐え得る耐熱性を有している限りにおいて、任意の材料で形成されていてよく、例えば、紙、各種ゴム、ガラス、ガラス繊維、セラミック、石膏、各種熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などで形成されていてよい。また、各種金属箔や金属シートなどの表面に耐熱性の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂により形成された絶縁層を設けて基材シート１として使用することもできる。さらに、発熱層５との接着性を確保するために、基材シート１の表面に、適宜、接着剤層を設けることも可能である。
本発明においては、耐熱性や発熱層５との接着性の観点などから、ポリイミド樹脂製であることが最も好適である。
【００２２】
＜電極＞
電極３，３は、各種金属乃至合金などの良導体により形成されるものであり、例えば導体のペーストを塗布し、焼き付ける等の手段で容易に形成することができる。
このような電極３は、基材シート１の形態等に応じて、リード線接続のためのコネクタなどの接続が容易に行い得るような形態を有していればよい。例えば、場合によっては、電極３の一部が基材シート１の裏面側に貫通していてもよい。
尚、図２では、電極３，３は、発熱層５の中心線Ｘ上に対向して形成されているが、このような配置に限定されるものではなく、発熱層５の対角線上に対向して配置するなど、種々のパターンを採用することができる。
【００２３】
＜発熱層５＞
電極３，３の間に形成される発熱層５は、図２から理解されるように、一般にベタ状に隙間なく形成されていることが好適であり、特に、電極間方向の長さＬが１０ｃｍ以上であり、幅Ｗが０．１ｃｍ以上の大面積に形成されていることが好ましい。
この発熱層５が線状に細く形成されて、網状に形成されていたりしても、均一加熱に優れているという本発明の面状ヒータ１０の性能を十分に活かすことができるが、大面積で形成されている方が、ヒータとしての特性を十分に発揮でき、特に均一加熱性の利点が大きいからである。
【００２４】
本発明において、このような発熱層５は、後述するコーティング液を用いての塗布及び乾燥、硬化により形成されるものであり、ポリイミド樹脂をマトリックスとし、このマトリックス中に導電材として微細炭素繊維が分散された構造を有する。
【００２５】
導電材として使用される微細炭素繊維は、平均繊維径が４０ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲にあり、且つラマン分光法により測定されるＲ値が０．１５以下、特に０．１２以下であることが必要である。
微細炭素繊維が導電材として分散されている発熱層の発熱機構は、明確に解明されているわけではないが、電極間抵抗値が低いほど、低電圧で高い発熱特性を示す事が確認されている。即ち、上記のように適度に細い繊維径及び繊維長さを有し、且つＲ値が小さく、黒鉛化度の高い微細炭素繊維を選択使用することにより、微細炭素繊維の優れた導電性を十分に発揮させ、発熱層５の電極間抵抗を１００Ω／ｃｍ以下、特に１０Ω／ｃｍ以下とすることが可能となり、優れた昇温特性を確保することができるばかりか、微細炭素繊維の優れた伝熱性も十分に発揮させ、優れた均一加熱性を得ることができる。
【００２６】
例えば、平均繊維径が上記範囲よりも小さいと、この繊維の比表面積が大きくなり、均一分散状態になり難く、通電や発熱にムラが生じてしまい、均一加熱性が損なわれてしまう。さらに、平均繊維径が小さくなるほど、発熱層５の形成に用いるコーティング液の粘度が高くなり、粘度調整を行う結果、コーティング液中の樹脂分濃度が低くなり、形成される発熱層５のマトリックス（ポリイミド樹脂）の強度が低下するという不都合も生じてしまう。また、平均繊維径が上記範囲よりも大きいと、発熱層５の単位面積当たりに存在する微細炭素繊維の本数が少なくなってしまい、結局、電極間抵抗値が増大してしまい、昇温特性が損なわれてしまう。また、微細炭素繊維の本数が極めて少ないため、発熱層５中での局部加熱が生じ、均一加熱性も損なわれてしまう。
【００２７】
さらに、Ｒ値が上記範囲よりも大きいと、微細炭素繊維の黒鉛化度が低く、そのグラフェン構造に乱れを多く含んでおり、体積抵抗率（Ω・ｃｍ）が大きくなってしまう。この結果、発熱層５の電極間抵抗を小さくすることができず、昇温特性や均一加熱性が損なわれてしまう。
即ち、上記のような黒鉛化度の高い（Ｒ値が低い）微細炭素繊維の選択使用により得られた発熱層は、高い機械的な力をかけても微細炭素繊維の結晶構造に乱れを生じることなく、均一な分散状態を保持することができ、明らかな電極間抵抗値の増加もないため、結果的に良好な昇温特性及び均一加熱性を持つことが可能である。
【００２８】
また、この微細炭素繊維の平均繊維長さは３μｍ〜１０μｍ、特に３μｍ〜６μｍの範囲にあることが望ましい。例えば、平均繊維長さが３μｍよりも短い場合は、電極間抵抗値が高くなり、望ましい発熱特性（昇温特性や均熱性）が得られ難くなり、１０μｍより長い場合は、微細炭素繊維は絡み合いやすくなるため、分散しにくくなり、高い添加量で且つ均一な分散状態の発熱層を得ることが困難となる傾向がある。
【００２９】
上記のような長さ範囲の微細炭素繊維を得るためには、微細炭素繊維を生成反応するときの反応条件（例えば、反応時間や原料の供給速度など）を調整することができる。また、生成反応で得られた微細炭素繊維を解砕処理或粉砕処理などの機械的な力で微細炭素繊維を切断する後処理で微細炭素繊維の長さを調整することもできる。また、マトリクス樹脂に添加し、分散処理する時、微細炭素繊維の切断が生じる負荷条件で剪断力をかけて微細炭素繊維の長さを調整することもできる。
【００３０】
本発明においては、上記のような微細炭素繊維は、２０〜５０質量％、好ましくは２５〜４５質量％、より好ましくは３０〜４５質量％の量で発熱層５中に分散されていることも必要である。
即ち、発熱層は、通電により発熱するものであるため、一定量以上の導電材が分散されていることが必要である。しかし、導電材として使用される微細炭素繊維は極めて凝集し易く、均一に分散させて、その性能を十分に発揮させるためには２０質量％程度が上限であり、従来公知のＣＮＴ含有発熱層には、それよりも多量のＣＮＴが分散されているものは存在しない。しかるに、本発明においては、上記で述べたような範囲の平均繊維径及びＲ値を有しており、さらに好ましくは上記範囲の平均繊維長さを有している微細炭素繊維を選択することにより、従来よりも多量使用し、優れた昇温特性や均一加熱性を確保することが可能となったものである。
【００３１】
例えば、微細炭素繊維の量が上記範囲よりも少ないと、繊維径が大きすぎる場合と同様、発熱層５の単位面積当たりに存在する微細炭素繊維の本数が少なくなってしまい、電極間抵抗値が増大してしまい、十分な昇温特性が得られないばかりか、発熱層５中の微細炭素繊維密度が小さく、疎となるため、発熱ムラも生じ易く、均一加熱性も損なわれてしまう。また、微細炭素繊維の量が上記範囲よりも多い場合には、分散不良により昇温特性や均一加熱性が損なわれるばかりか、マトリックスであるポリイミド樹脂の絶対量も少なくなり、発熱層５の膜強度等の物性低下を生じてしまうこともある。
【００３２】
本発明において、発熱層５に導電材として分散される微細炭素繊維は、平均繊維径及びＲ値が前述した範囲内にあり、特に好ましくは平均繊維長さが上記範囲内であれば、それ自体公知のものであってよい。
例えば、単層、二層或いは多層のグラフェン層から繊維が形成されているものを使用することができるが、２０〜５０層のグラフェン層からなる多層カーボンナノチューブ（多層ＣＮＴ）を最も好適に使用することができる。このような多層ＣＮＴは、製造コストが安価であり、最も量産可能だからである。また、均一加熱の観点から、多層ＣＮＴの中でも、繊維を形成するグラフェン層チューブ同士が粒状部を介してネット上に連なっているものが特に好適である。特に、微細炭素繊維が外径４０ｎｍ〜１００ｎｍのカーボンナノチューブから構成されるネットワーク状のカーボンナノチューブ構造体であって、該カーボンナノチューブ構造体は、カーボンナノチューブが複数延出する態様で、当該カーボンナノチューブを互いに結合する粒状部を有しており、かつ当該粒状部は前記カーボンナノチューブの成長過程において形成されてなるものが好適である。
【００３３】
また、多層ＣＮＴ等に代表される微細炭素繊維の製造方法も特に制限されず、触媒を用いる気相成長法、アーク放電法、レーザー蒸発法及びＨｉＰｃｏ法（Ｈｉｇｈ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃａｒｂｏｎ  ｍｏｎｏｘｉｄｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）等、従来公知のいずれの製造方法でもよいが、特に好ましくは、大量製造が可能な、触媒を用いる気相成長法がよい。
【００３４】
さらに、上記の微細炭素繊維としては、高温での熱処理等によりタール分が０．５質量％以下に除去されていることが好ましい。即ち、タール分含量の少ない微細炭素繊維を用いることにより、この面状ヒータ１０の作動時における揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の放出を低減させることができ、環境への影響を有効に抑制することができる。
又、上記の微細炭素繊維としては、高温での熱処理、特に１８００℃以上の熱処理により炭素成分の含有率（純度とも言う）は９９％以上になることが好ましい。即ち、触媒や担持体など不純物とする成分が高温熱処理により蒸発されることにより、純度が９９％以上である微細炭素繊維が得られることである。このような高純度の微細炭素繊維を用いて作ったポリイミド樹脂ベースの発熱層５の表面は、極めて平滑である。
【００３５】
本発明においては、マトリックスとしてポリイミド樹脂を使用することも重要である。即ち、ポリイミド樹脂は、下記一般式（１）：
【化１】
2014096263.tif 000003
式中、Ａは、芳香族環を有する４価の有機基であり、
Ｂは、芳香族環を有する２価の有機基である、
で表される繰り返し単位を有するものであり、耐熱性の極めて高い樹脂として知られている。このようなポリイミド樹脂は、耐熱性、電気絶縁性、耐薬品性、強度等の特性に優れ、このようなポリイミド樹脂のマトリックス中に所定量の微細炭素繊維が分散されている発熱層５は、通電したときの発熱に十分な耐熱性を示し、その耐久性も良好である。
【００３６】
さらに、このような発熱層５には、上述した微細炭素繊維が均一に分散され、この結果として、微細炭素繊維の優れた導電性等が十分に発揮されるのであるが、このような微細炭素繊維の均一分散が達成されるのは、マトリックスとしてポリイミド樹脂が使用されていることも要因の一つであると考えられる。
即ち、上記のような繰り返し構造を有するポリイミド樹脂は、その前駆体であるポリアミド酸（繰り返し単位の芳香族環にアミド基とカルボキシル基とが結合しているものであり、ポリアミック酸とも呼ばれる）を閉環することで得られる。従って、このような前駆体と前述した微細炭素繊維とを含むコーティング液を塗布し、焼き付けることにより前駆体のイミド化が行われ、ポリイミド樹脂のマトリックス中に微細炭素繊維が分散された構造の発熱層５が形成されることとなるが、コーティング液中の前駆体（ポリアミド酸）が微細炭素繊維の分散剤として機能するため、従来よりも多量の微細炭素繊維が使用されているにもかかわらず、該微細炭素繊維を均一に分散することが可能となるものと考えられるのである。
【００３７】
上記のポリイミド樹脂を形成するための前駆体は、式（１）から理解されるように、一般に、上記の芳香族環を有する４価の有機基Ａに対応する芳香族テトラカルボン酸二無水物と、上記の芳香族環を有する２価の有機基Ｂに対応する芳香族ジアミンとの反応により得られる。
【００３８】
このような芳香族環を有する４価の有機基Ａに対応するテトラカルボン酸二無水物としては、以下のものを例示することができる。
ブタンテトラカルボン酸二無水物、
シクロペンタンブタンテトラカルボン酸二無水物、
ビシクロテトラカルボン酸二無水物、
ピロメリット酸無水物、
１，２，３，４−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、
２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、
１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、
１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、
３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、
２，３，６，７−アントラセンテトラカルボン酸二無水物、
１，２，７，８−フェナントレンテトラカルボン酸二無水物、
３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、
２，２’，３，３’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、
３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、
２，２’，３，３’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、
２，２−（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、
ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、
ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、
ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、
２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）−１，１，１，３，３，３−
ヘキサフルオロプロパン二無水物、
２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）−１，１，１，３，３，３−
ヘキサクロロプロパン二無水物、
１，１−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、
ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、
４，４’−（ｐ−フェニレンジオキシ）ジフタル酸二無水物、
４，４’−（ｍ−フェニレンジオキシ）ジフタル酸二無水物、
４，４’−ジフェニルスルフィドジオキシビス（４−フタル酸）二無水物、
４，４’−ジフェニルスルホンジオキシビス（４−フタル酸）二無水物、
メチレンビス−（４−フェニレンオキシ−４−フタル酸）二無水物、
エチリデンビス−４−フェニレンオキシ−４−フタル酸）二無水物、
イソプロピリデンビス−（４−フェニレンオキシ−４−フタル酸）二無水物、
ヘキサフルオロイソプロピリデンビス−（４−フェニレンオキシ−４−フタル酸）
二無水物、
１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、
１，３−ジメチル−１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、
１，２，３，４−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、
２，３，５−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、
２，３，４，５−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、
５−（２，５ジオキソテトラヒドロフラル）−３−メチル−３−シクロヘキセン−１
，２−ジカルボン酸二無水物、
ジシクロ［２，２，２］−オクト−７−エン−２，３，５，５，６−テトラカルボン
酸二無水物、
１，２，３，４−フランテトラカルボン酸二無水物、
４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルフィド二無水物
、
４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルホン二無水物、
４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルプロパン二無水物、
３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、
ビス（フタル酸）フェニルホスフィンオキサイド二無水物、
ｐ−フェニレン−ビス（トリフェニルフタル酸）二無水物、
ｍ−フェニレン−ビス（トリフェニルフタル酸）二無水物、
ビス（トリフェニルフタル酸）−４，４’−ジフェニルエーテル二無水物、
ビス（トリフェニルフタル酸）−４，４’−ジフェニルメタン二無水物、
１，３，３ａ，４，５，９ｂ−ヘキサヒドロ−２，５−（テトラヒドロ−２，５−
ジオキソ−３−フラニル）−ナフト［１，２−ｃ］フラン−１，３−ジオン、
１，３，３ａ，４，５，９ｂ−ヘキサヒドロ−５−メチル−５−（テトラヒドロ−
２，５−ジオキソ−３−フラニル）−ナフト［１，２−ｃ］フラン−１，３−ジオン、
１，３，３ａ，４，５，９ｂ−ヘキサヒドロ−８−メチル−５−（テトラヒドロ−
２，５−ジオキソ−３−フラニル）−ナフト［１，２−ｃ］フラン−１，３−ジオン等
。
【００３９】
一方、芳香族環を有する２価の有機基Ｂに対応する芳香族ジアミンの具体例としては、以下のものを例示することができる。
ｏ−フェニレンジアミン、
ｐ−フェニレンジアミン、
ｍ−フェニレンジアミン、
４，４’−ジアミノフェニルエーテル、
３，４−ジアミノジフェニルエーテル、
３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、
３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、
ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］スルフィド、
ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン、
ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］ケトン、
４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）フェニル］ビフェニル、
２，２−ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、
２，２−ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］−１，１，１，３，３，３
−ヘキサフルオロプロパン、
４，４’−ジアミノジフェニルスルフォン、
４，４’−ジアミノジフェニルメタン、
１，１−ジ（ｐ−アミノフェニル）エタン、
２，２−ジ（ｐ−アミノフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロ
パン、
１，５−ジアミノナフタレン、
３，３−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、
５−アミノ−１−（４’−アミノフェニル）−１，３，３−トリメチルインダン、
６−アミノ−１−（４’−アミノフェニル）−１，３，３−トリメチルインダン、
４，４’−ジアミノベンズアニリド、
３，５−ジアミノ−３’−トリフルオロメチルベンズアニリド、
３，５−ジアミノ−４’−トリフルオロメチルベンズアニリド、
３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、
２，７−ジアミノフルオレン、
２，２−ビス（４−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、
４，４’−メチレン−ビス（２−クロロアニリン）、
２，２’，５，５’−テトラクロロ−４，４’−ジアミノビフェニル、
２，２’−ジクロロ−４，４’−ジアミノ−５，５’−ジメトキシビフェニル、
３，３’−ジメトキシ−４，４’−ジアミノビフェニル、
４，４’−ジアミノ−２，２’−ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル、
２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、
２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパン、
１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、
４，４−ビス（４−アミノフェノキシ）−ビフェニル、
１，３’−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、
９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン、
４，４’−（ｐ−フェニレンイソプロピリデン）ビスアニリン、
４，４’−（ｍ−フェニレンイソプロピリデン）ビスアニリン、
２，２’−ビス［４−（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル
］フルオロプロパン、
４，４’−ビス［４−（４−アミノ−２−トリフルオロメチル）フェノキシ］−
オクタフルオロビフェニル、
１，１−メタキシレンジアミン等。
【００４０】
尚、上記のような芳香族テトラカルボン酸二無水物及び芳香族ジアミンが有している芳香族環には、適宜、ハロゲン原子等の置換基が結合していてもよい。
【００４１】
先にも述べたように、発熱層５を形成するためのコーティング液は、ポリイミド樹脂前駆体の溶液（このような溶液は市販されている）に微細炭素繊維を分散させたものであり、これを基材シート１の絶縁性表面に塗布し、焼き付けることにより発熱層５が形成される。
このようなコーティング液において、微細炭素繊維は、発熱層５中の微細炭素繊維の量が前述した範囲（即ち、２０〜５０質量％、特に２５〜４５質量％）となるような量で含まれていることが必要であり、具体的には、コーティング液の固形分（形成される発熱層５中の微細炭素繊維の量に相当）当り、２０〜５０質量％、特に２５〜４５質量％の量で微細炭素繊維が配合されることとなる。
【００４２】
また、上記コーティング液の溶媒としては、ポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミド酸（ポリアミック酸）を均一に溶解し得るものであれば特に制限されないが、一般には、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド等のホルムアミド系溶剤、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド等のアセトアミド系溶剤、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、Ｎ−アセチル−２−ピロリドン等のピロリドン系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン等のエーテル系溶剤、ブチルセロソルブ等のセロソルブ系溶剤、スルホラン、ジエチレングリコールエーテル、アセチルカルビトール系溶剤、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤、アルコール系溶剤等が使用され、これらの有機溶媒は、それぞれ１種単独で使用することもできるし、２種以上を混合した混合溶媒として使用することもできる。
【００４３】
さらに、該コーティング液には、塗膜形成のためのコーティング液に配合され得る公知の各種添加剤、例えば界面活性剤、増粘剤、レべリング剤、沈降防止剤、消泡剤、各種フィラー、紫外線防止剤、着色剤なども配合することができる。
また、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、スーパーＰ等球状導電材が添加される場合は、導電補助効果が高く、発熱層の電極間抵抗値を下げる働きがある。
それらの配合量は、微細炭素繊維量が前述した範囲内に維持され且つマトリックスとなるポリイミド樹脂の特性が損なわれない程度の量とすべきである。具体的には、固形分当りのポリイミド前駆体濃度が５０質量％以上に維持される程度で各種添加剤及び他の導電材の配合量を設定すべきである。
また、このようなコーティング液は、液垂れ等生じることなく、速やかに塗布できるように粘度調整されていることが好ましく、一般に、その粘度が５〜２００Ｐａ・ｓ（３０℃）の範囲にあるのがよい。
【００４４】
尚、ポリイミド樹脂前駆体溶液への微細炭素繊維等の混合、分散は、公知の分散機、ミキサー、ホモジナイザー、各種ミル、超音波分散機等を用いておこなうことができる。
さらに、コーティング液の塗布方法も特に限定されず、滴下法、ディッピング法、スクリーン印刷法、エアースプレー塗装、エアレススプレー塗装、低圧霧化スプレー塗装、バーコーダー法による塗装により行うことができるし、スピンコーター等を用いて塗布することもできる。
【００４５】
コーティング液を塗布した後の焼き付けに先立っては、５０〜１５０℃に加熱して乾燥を行い、塗布層中の溶媒を除去しておくことが好ましい。
次いで行われる焼き付けは、１５０〜４００℃に加熱することにより行われ、これにより、前駆体のポリアミド酸がポリイミド樹脂に転換し、目的とする発熱層５が形成される。尚、上記の乾燥〜焼き付けは、確実に溶媒の除去やポリイミド樹脂への転換を行うため、所定温度に所定時間保持し、次いで温度を上昇させて所定時間保持するという段階的熱処理により行うことが好適である。
【００４６】
上記のようにして形成される発熱層５は、その厚みが３００μｍ以下であることが好ましい。即ち、この厚みが厚くなりすぎると、厚みムラが生じ易くなり、発熱層５に温度ムラが発生し、均一加熱性が損なわれるおそれがあるからである。
また、成膜が可能であるならば、その厚みの下限は特に制限されるものではないが、ある程度の発熱量を確保し、ヒータとして機能させるという観点や発熱層５の耐久性や強度を確保する等の観点から、一般に１０μｍ以上の厚みを有していることが好適である。
【００４７】
＜絶縁性保護層９＞
上述した発熱層５を被覆するように設けられている絶縁性保護層９は、発熱層５を保護し、発熱層５の外力による破損や発熱層５から電流のリークなどを防止するために、適宜、設けられるものである。
従って、このような絶縁性保護層９は、電気絶縁性を有し、膜強度が高いことが必要であり、また、発熱層５での発熱に耐え得る耐熱性と発熱層５からの放熱をできるだけ阻害しないような伝熱性とを有していること、さらには、発熱層５との接着強度が高いことなどが要求される。
【００４８】
即ち、上記のような要求を満足する熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などから絶縁性保護層９は形成され、その厚みも、発熱層から放熱を阻害しないように、可及的に薄く設定される。また、発熱層５との接着性を確保するために、場合によっては間に接着剤層を介在させることも可能である。
本発明においては、発熱層５との接着性や耐熱性等の観点からポリイミド樹脂により絶縁性保護層９を形成することが好ましく、特に、発熱層５のマトリックスと同じポリイミド樹脂により絶縁性保護層９を形成することが最適である。絶縁性保護層９の形成に好適なポリイミド樹脂は、発熱層５の形成に用いるコーティング液から微細炭素繊維を除いた組成を有するものであり、適宜、粘度調整し、塗布後、発熱層５を形成する場合と同様に乾燥及び焼き付けを行うことにより、絶縁性保護層９を形成することができる。
また、ポリイミド樹脂で絶縁性保護層を形成する場合、その厚みは１〜５０μｍ程度でよい。
【００４９】
尚、図１及び図２では、絶縁性保護層９は電極３の一部を被覆しているが、電極３への通電が阻害されない限り、電極３の全体が絶縁性保護層９で被覆されていてもよい。
【００５０】
＜面状ヒータ１０＞
上述した構造の面状ヒータ１０は、発熱層５の電極間抵抗を１００Ω／ｃｍ以下、特に１０Ω／ｃｍ以下と低く設定することができ、このため、低電圧で高温に発熱層５を昇温させ、発熱層５からの放熱により加熱を行うことができる。
また、発熱層５を短時間で高温に昇温させることができ、例えば、室温において２３０Ｖ以下の電圧を電極３，３間に印加することにより発熱層５に通電したとき、通電開始後３０秒以内で発熱層５の面上温度を２００℃以上とすることができる。
さらに、発熱層５は発熱ムラがなく均一に発熱し、例えば通電によって２００℃以上の高温に発熱層５が昇温した場合においても、発熱層５の面上温度は全体として均一であり、従来公知の面状ヒータに比して極めて優れた均一加熱性を有している。
【００５１】
このような本発明の面状ヒータは、種々の用途に使用することができるが、上記のような優れた特性を活かして、１００〜５００℃の温度領域に加熱するための部材として好適であり、電源は、交流電圧（ＡＣ）及び直流電圧（ＤＣ）のどちらでもよい。
特に、複写機やレーザプリンタなどの画像形成装置に使用されている定着装置（例えば定着ローラや定着ベルト）の加熱源として好適である。
【００５２】
また、画像形成装置の中でも、カラートナーが使用されるものでは、その定着温度が２００℃以上であることから、本発明の面状ヒータは加熱源として最も有効である。即ち、電力消費を抑制し、しかも待機時間を大幅に短縮できるからである。
【００５３】
尚、画像形成装置の定着装置は、特にトナー像を有する転写紙を均一に且つ効率よく加熱できるという点で、ベルト加熱方式のものが好適である。このようなベルト加熱方式では、加熱定着ベルトと加圧ローラとの間に転写紙を通すことにより、一定の圧力を加えながら無端状の加熱定着ベルトにより転写紙表面を所定の定着温度に加熱するというものであり、加圧ローラと加圧ローラとのニップ幅（加熱領域）を大きくすることができるため、加熱面積が大きく、均一加熱に適しており、特にカラー画像を形成する際には最適である。このような定着方式に本発明の面状ヒータを用いる場合には、無端状の加熱定着ベルトのニップ域の内側（ベルトを間に挟んで加圧ローラに対向する位置）に、本発明の面状ヒータを配置してベルトを通して転写紙の加熱が行われる。
【実施例】
【００５４】
以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、これらにより本発明が限定されるものではない。
【００５５】
以下の実験で、各種測定は、以下のようにして行った。
微細炭素繊維のＲ値；
堀場ジョバン・イボン社製ラマン分光分析装置ＬａｂＲaｍＨＲ−８００を使用し、アルゴンイオンレーザー（５１４ｎｍ）、レーザースポット径２〜３μｍ、レーザーパワー２ｍＷの励起波長を用いて測定した。
発熱層の表面平滑性評価；
微細炭素繊維含有ポリイミド樹脂発熱層の表面平滑性評価は目視観察を行い、発熱層表面に突起物があれば×、無ければ○とした。これらの結果は表１に示した。尚、実施例３の発熱層の実体写真を図１０に示した。
発熱層の電極間抵抗値；
発熱層の電極間抵抗値は、ＤＩＧＩＴＡＬ  ＭＵＬＴＩＭＥＴＥＲ（ＣＵＳＴＯＭ、ＣＤＭ−１７Ｄ）を用いて測定した。
発熱層の印加電圧−発熱温度（℃）特性；
発熱層の印加電圧（Ｖ）−発熱温度（℃）特性評価は、各実施例或いは比較例で作製された発熱層を備えた基材シート（電極間距離に相当する発熱層の長さＬは２３８ｍｍ、発熱層の幅Ｗは７２ｍｍ、発熱層の厚みは７２μｍ）を恒温恒湿室（室温２３℃、湿度２７％）に保持し、可変電圧調整器（ＹＡＭＡＢＩＳＨＩ  ＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＣＯ．，ＬＴＤ．Ｓ−１３０−１０）を用いて電極間印加電圧を、１０〜１００Ｖの間で変圧させ（１０Ｖずつ上げ）、所定の電圧に変圧後５分経過した時点での発熱層温度を測定した。発熱層の表面温度を測定した箇所は、微細炭素繊維含有ポリイミド樹脂発熱層の両電極（３，３）から３０ｍｍの部分と中央部（Ｙ）の三点。放射温度計（ＴＡＳＣＯ、ＴＨＩ−４４ＮＨ）を用いて測定した。本発熱体の電源に関しては、交流電圧（ＡＣ）または直流電圧（ＤＣ）どちらでもよい。
発熱層の均一加熱性（均熱性）評価；
微細炭素繊維含有ポリイミド樹脂発熱層の均熱性試験は、各実施例或いは比較例で作製された発熱層を備えた基材シートを使用し、表１に示す印加電圧を両極間に印加して通電を行い、通電開始後２０分経過した後の微細炭素繊維含有ポリイミド樹脂発熱層の両電極から３０ｍｍの部分と中央部の三点を、放射温度計（ＴＡＳＣＯ、ＴＨＩ−４４ＮＨ）を用いて測定を行った。
尚、両極間に印加する電圧は、実施例では、上記の印加電圧−発熱温度（℃）特性試験において、面状温度が約２００℃に達したときの印加電圧に設定している。また、比較例では、１００Ｖ（比較例１，２、７）、或いは上記の印加電圧−発熱温度（℃）特性試験において、発熱層温度がほぼ２００℃に達した時の印加電圧に設定している。
測定した三点の温度と共に、測定した三点中の最高温度から最低温度を引き温度差として表１に示した。また、この温度差が５℃以下の場合は均熱性が良（○）、５〜１０℃以内は均熱性が可（△）、１０℃以上は均熱性が不可（×）とし、表１に示した。
昇温特性；
昇温特性の評価は作製した面状発熱層を使用し、可変電圧調整器(ＹＡＭＡＢＩＳＨＩ  ＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＣＯ．  ＬＴＤ．  Ｓ−１３０−１０)を用いて印加電圧６０Ｖを印加して通電を行い、発熱層中央部の表面温度の通電開始から６０秒間での経時変化を、放射温度計(ＴＡＳＣＯ,  ＴＨＩ−44ＮＨ)で測定を行った。
【００５６】
＜実施例１＞
微細炭素繊維として、平均繊維径７０ｎｍ、純度が９９．５％、Ｒ値が０．１０である微細炭素繊維（保土谷化学工業株式会社製ＮＴ−７）を用意した。
尚、上記の微細炭素繊維は、ＣＶＤ法を用い、原料となる炭化水素及び触媒の混合液を蒸発させ、水素ガス等をキャリアガスとして反応炉内に導入し、８００〜１３００℃の温度で熱分解させ、中間体を合成し、この中間体を８００〜１３００℃で加熱して未反応原料やタール分などの揮発分を除去した後、２５００℃以上でアニール処理することによって製造した。
【００５７】
微細炭素繊維含有ポリイミド樹脂前駆体溶液の調製；
微細炭素繊維含有ポリイミド樹脂前駆体ＮＭＰ（Ｎ−メチル−ピロリドン）溶液の調製は、ポリイミド前駆体ＮＭＰ溶液３７５ｇ（宇部興産製Ｕ−ワニスーＡ）に、前述した保土谷化学工業株式会社製微細炭素繊維（ＮＴ−７：平均繊維径７０ｎｍ、Ｒ値０．１０、純度９９．５％）４５ｇを入れ、ＰＤミキサー（井上製作所製）にて分散処理を行い、微細炭素繊維が単分散した微細炭素繊維含有ポリイミド樹脂前駆体ＮＭＰ溶液を調製した。ポリイミド前駆体に対する微細炭素繊維濃度は表１に示したように、コーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度は３０ｗｔ％になった。
【００５８】
微細炭素繊維含有ポリイミド樹脂発熱体の作製；
微細炭素繊維含有ポリイミド樹脂発熱層の作製方法は、上記微細炭素繊維が単分散した微細炭素繊維含有ポリイミド前駆体ＮＭＰ溶液をポリイミドフィルム上（宇部興産株式会社製、ユーピレックス−Ｓ）にバーコート法にて塗膜を作製し、１２０℃２時間、１５０℃１時間、２００℃１時間、２５０℃１時間、３００℃１時間、３５０℃１時間加熱硬化する事で、図２に示されているような平面形状を有する微細炭素繊維含有ポリイミド樹脂発熱層を作製した。得られた発熱層は幅７２ｍｍ、長さ２３８ｍｍ、厚みは７０μｍである。
さらに、この発熱層の長さ方向両端に銀ペーストを塗布し焼き付けて電極を作製した。
【００５９】
上記のように作製された発熱層について、電極間抵抗値、発熱特性、昇温特性を測定し、評価した。
また、電極間抵抗値、発熱特性、昇温特性の結果を、用いた微細炭素繊維の平均繊維径、純度、Ｒ値、及びコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度と共に、表１に示した。
尚、表１において、発熱特性については、印加電圧が５５Ｖのときの発熱層の面上温度を示した。又、発熱層表面平滑性及び均熱性の評価結果も表１に示した。
図３に、印加電圧−発熱温度特性の結果を、電極間電流値と共に示した。
【００６０】
＜実施例２＞
実施例１で用いた微細炭素繊維のコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度を３５ｗｔ％にした以外は、実施例１と同様な方法で発熱層を作製し、その評価を行った。
電極間抵抗値、発熱特性の結果を、用いた微細炭素繊維の平均繊維径、Ｒ値、純度及びコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度と共に、表１に示した。
尚、表１において、発熱特性については、印加電圧が４５Ｖのときの発熱層の面上温度を示した。又、発熱層表面平滑性及び均熱性の評価結果も表１に示した。
図４に、印加電圧−発熱温度特性の結果を、電極間電流値と共に示した。
【００６１】
＜実施例３＞
実施例１で用いた微細炭素繊維のコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度を４０ｗｔ％にした以外は、実施例１と同様な方法で発熱層を作製し、その評価を行った。図１０に発熱層の実体写真を示した。
電極間抵抗値、発熱特性の結果を、用いた微細炭素繊維の平均繊維径、Ｒ値、純度及びコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度と共に、表１に示した。
尚、表１において、発熱特性については、印加電圧が４０Ｖのときの発熱層の面上温度を示した。又、発熱層表面平滑性及び均熱性の評価結果も表１に示した。
図５に、印加電圧−発熱温度特性の結果を、電極間電流値と共に示した。
また、図１１に印加電圧が６０Ｖのときの発熱層の昇温特性（面上温度の経時変化）を示した。
【００６２】
＜実施例４＞
実施例１で用いた微細炭素繊維のコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度を２８ｗｔ％にした以外は、実施例１と同様な方法で発熱層を作製し、その評価を行った。
電極間抵抗値、発熱特性の結果を、用いた微細炭素繊維の平均繊維径、Ｒ値、純度及びコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度と共に、表１に示した。
尚、表１において、発熱特性については、印加電圧が８０Ｖのときの発熱層の面上温度を示した。又、発熱層表面平滑性及び均熱性の評価結果も表１に示した。
【００６３】
＜比較例１＞
実施例１で用いた微細炭素繊維のコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度を１８ｗｔ％にした以外は、実施例１と同様な方法で発熱層を作製し、その評価を行った。
電極間抵抗値、発熱特性の結果を、用いた微細炭素繊維の平均繊維径、Ｒ値、純度及びコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度と共に、表１に示した。
尚、表１において、発熱特性については、印加電圧が１００Ｖのときの発熱層の面上温度を示した。又、発熱層表面平滑性及び均熱性の評価結果も表１に示した。
【００６４】
＜比較例２＞
実施例１で用いた微細炭素繊維のコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度を１５ｗｔ％にした以外は、実施例１と同様な方法で発熱層を作製し、その評価を行った。
電極間抵抗値、発熱特性の結果を、用いた微細炭素繊維の平均繊維径、Ｒ値、純度及びコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度と共に、表１に示した。
尚、表１において、発熱特性については、印加電圧が１００Ｖのときの発熱層の面上温度を示した。又、発熱層表面平滑性及び均熱性の評価結果も表１に示した。
【００６５】
＜比較例３＞
実施例１で用いた微細炭素繊維を、平均繊維径１０５ｎｍ、Ｒ値０．１０、純度９９．９％以上のもの（保土谷化学工業株式会社製、ＣＴ−１２）に代えた以外は、実施例１と同様な方法で発熱層を作製し、その評価を行った。
図６に、印加電圧−発熱温度特性の結果を、電極間電流値と共に示した。
また、電極間抵抗値、発熱特性の結果を、用いた微細炭素繊維の平均繊維径、Ｒ値、純度及びコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度と共に、表１に示した。
尚、表１において、発熱特性については、印加電圧が３０Ｖのときの発熱層の面上温度を示した。又、発熱層表面平滑性及び均熱性の評価結果も表１に示した。
【００６６】
＜比較例４＞
実施例１で用いた微細炭素繊維を、平均繊維径１３５ｎｍ、Ｒ値０．１０、純度９９．９％以上のもの（保土谷化学工業株式会社製、ＣＴ−１５）に代えた以外は、実施例１と同様な方法で発熱層を作製し、その評価を行った。
図７に、印加電圧−発熱温度特性の結果を、電極間電流値と共に示した。
また、電極間抵抗値、発熱特性の結果を、用いた微細炭素繊維の平均繊維径、Ｒ値、純度及びコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度と共に、表１に示した。
尚、表１において、発熱特性については、印加電圧が３５Ｖのときの発熱層の面上温度を示した。又、発熱層表面平滑性及び均熱性の評価結果も表１に示した。
【００６７】
＜比較例５＞
実施例１で用いた微細炭素繊維を、平均繊維径７０ｎｍ、Ｒ値１．０のもの（保土谷化学工業株式会社製、ＮＴ−７Ｂ）に代えた以外は、実施例１と同様な方法で発熱層を作製し、その評価を行った。
図８に、印加電圧−発熱温度特性の結果を、電極間電流値と共に示した。
また、電極間抵抗値、発熱特性の結果を、用いた微細炭素繊維の平均繊維径、Ｒ値及びコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度と共に、表１に示した。
尚、表１において、発熱特性については、印加電圧が７０Ｖのときの発熱層の面上温度を示した。又、発熱層表面平滑性及び均熱性の評価結果も表１に示した。
また、図１２に印加電圧が６０Ｖのときの発熱層の昇温特性（面上温度の経時変化）を示した。
【００６８】
＜比較例６＞
実施例１で用いた微細炭素繊維を、平均繊維径９０ｎｍ、Ｒ値０．８９、純度９７．９％であるＧＳＩクレオス株式会社製カップスタック型微細炭素繊維（商品名：カルベール）を用いた以外は、実施例１と同様な方法で発熱層を作製し、その評価を行った。
また、電極間抵抗値、発熱特性の結果を、用いた微細炭素繊維の平均繊維径、Ｒ値、純度及びコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度と共に、表１に示した。
尚、表１において、発熱特性については、印加電圧が４５Ｖのときの発熱層の面上温度を示した。又、発熱層表面平滑性及び均熱性の評価結果も表１に示した。
【００６９】
＜比較例７＞
実施例１で用いた微細炭素繊維を、平均繊維径２０ｎｍ、Ｒ値１．０であるアルケマ株式会社製微細炭素繊維（Ｃ−１００）を用いた以外は、実施例１と同様な方法で発熱層を作製した。しかしながら、微細炭素繊維のコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度は４０ｗｔ％の微細炭素繊維含有ポリイミド前駆体溶液の粘度が高すぎて製膜できなかった。同様な方法で微細炭素繊維のコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度を２５ｗｔ％に調整し、発熱層を作り、その評価を行った。
図９に、印加電圧―発熱温度特性の結果を、電極間電流値と共に示した。
また、電極間抵抗値、発熱特性の結果を、用いた微細炭素繊維の平均繊維径、Ｒ値及びコーティング液中の固形分当りの微細炭素繊維濃度と共に、表１に示した。
尚、表１において、発熱特性については、印加電圧が１００Ｖのときの発熱層の面上温度を示した。又、発熱層表面平滑性及び均熱性の評価結果も表１に示した。
【００７０】
【表１】
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【００７１】
実施例１〜４及び比較例１〜２により、微細炭素繊維の平均繊維径が７０ｎｍ、且つＲ値が０．１５以下である微細炭素繊維が、固形分当り２０質量％以上の量で添加されている微細炭素繊維含有ポリイミド前駆体溶液を用いて作製した発熱層は、同様な微細炭素繊維が固形分当り２０質量％よりも少ない量で添加されている微細炭素繊維含有ポリイミド前駆体溶液を用いて作製された発熱層に比べ、電極間抵抗値が１８Ω／ｃｍ以上低く、その結果、低電圧で高い発熱温度の良い発熱特性が得られることは明白である。
【００７２】
実施例３及び比較例３、４により、微細炭素繊維のＲ値が０．１５以下であっても、平均繊維径が１００ｎｍ以上であると、ポリイミド前駆体溶液への微細炭素繊維の固形分当りの添加量が２０質量％以上であったとしても、作製された発熱層の均熱性を保つ事が出来ないことは明白である。
【００７３】
実施例３及び比較例５により、平均繊維径が７０ｎｍの微細炭素繊維を、固形分当り４０質量％の量でポリイミド前駆体溶液に添加しても、該微細炭素繊維のＲ値が０．１５よりも大きいと、通電後３０秒以内に面上温度が２００℃以上に到達せず、発熱均一性も悪くなることは明白である。
【００７４】
実施例１〜４及び比較例６により、微細炭素繊維の平均繊維径が７０ｎｍ、且つＲ値が０．１５以下であり、純度が９９％以上である微細炭素繊維を用いた場合と比べ、平均繊維径が１００ｎｍ以下であっても、Ｒ値が０．１５以上であり、純度が低い（９８％以下）微細炭素繊維を用いると、得られた発熱層の表面平滑性と均熱性が悪くなることが判る。
【００７５】
実施例１〜４及び比較例７により、平均繊維径が４０ｎｍよりも小さい微細炭素繊維を用いると、微細炭素繊維含有ポリイミド前駆体溶液の粘度が高くなり、該微細炭素繊維の固形部当りの添加量が３０質量％以上のポリイミド前駆体溶液を用いて製膜することが困難である。即ち、微細炭素繊維の固形分当りの添加量が３０質量％よりも低いポリイミド前駆体溶液を用いて製膜が出来ても、導電特性は低く且つ発熱層の表面平滑性は満足できないため、良い発熱特性が持つ面状ヒータを得ることができない。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の平均繊維径が４０〜１００ｎｍ、且つＲ値が０．１５以下である微細炭素繊維含有ポリイミド樹脂膜を用いる事で得られる電極間抵抗値（Ω/ｃｍ）が１００以下である発熱層は、１００〜５００℃の範囲で発熱する場合、低電圧で高い発熱温度を示し、局部過熱がない面状ヒータを容易に作製する事が出来る。特に２００℃以上の発熱温度が要求される複写機及びレーザープリンターの定着部用発熱ヒーター、発熱定着ローラー及びベルト等に利用が期待できる。
【符号の説明】
【００７７】
１：基材シート
３：電極
５：発熱層
９：絶縁性保護層
１０：面状ヒータ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１０】
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