(57)【要約】  【課題】  フィルム加熱方式の加熱装置に好適に用いられる、優れた温度即答性と強度を共に有する多孔質セラミックス加熱体及びその製造方法を提供すること。  【解決手段】板状多孔質セラミックス抵抗発熱層１１と、板状多孔質セラミックス補強層１２との積層構造物であり、該補強層に、該抵抗発熱層の表面が露出する温度検出素子埋設用の穴を設けた加熱体１０。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状多孔質セラミックス抵抗発熱層と、板状多孔質セラミックス補強層との積層構造物であり、該補強層に、該抵抗発熱層の表面が露出する温度検出素子埋設用の穴を設けることを特徴とする加熱体。
【請求項２】
前記温度検出素子埋設用の穴に、該抵抗発熱層の該補強層側の面の温度を検出する温度制御用の温度検出素子を配設することを特徴とする請求項１記載の加熱体。
【請求項３】
前記補強層と前記抵抗発熱層に含まれる無機バインダーは同一物であることを特徴とする請求項１又は２記載の加熱体。
【請求項４】
前記無機バインダーが、ガラスフリットであることを特徴とする請求項３記載の加熱体。
【請求項５】
前記補強層は、無機質バインダー１００質量部と、耐熱性無機質材料０〜５００質量部とを主成分として含有する焼成体であって、内部気孔率が２０〜９０％、嵩密度が０．２〜１．９５ｇ/ｃｍ３の多孔質セラミックスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の加熱体。
【請求項６】
前記抵抗発熱層は、無機質バインダー１００質量部と、耐熱性無機質材料０〜５００質量部と、導電性フィラー５〜３００質量部とを主成分として含有する焼成体であって、内部気孔率が２０〜９０％、体積抵抗率が０．０１〜１００,０００Ω・ｃｍ、嵩密度が０．２〜１．９５ｇ/ｃｍ３の多孔質セラミックスであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の加熱体。
【請求項７】
前記抵抗発熱層の該補強層とは反対側の面に絶縁性被覆層を配設したものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の加熱体。
【請求項８】
前記抵抗発熱層の抵抗温度特性はＮＴＣ特性を有し、加熱電流が該抵抗発熱層の長さ方向に通電されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の加熱体。
【請求項９】
前記抵抗発熱層の長手方向の両端面には、給電用の電極層が形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の加熱体。
【請求項１０】
無機質バインダーを含有する第１原料混合物と、無機質バインダー及び導電性フィラーを含有する第２原料混合物とを成形して２層構造の板状成形体を得る工程と、乾燥工程と、焼成工程と、温度検出素子埋設用の穴を形成する工程を有することを特徴とする加熱体の製造方法。
【請求項１１】
前記第１原料混合物及び前記第２原料混合物で用いる無機質バインダーは同一物であることを特徴とする請求項１０記載の加熱体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、電子写真式画像形成装置に用いられるトナー定着用加熱体、及び加熱体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式画像形成装置において、記録紙面に形成担持させた未定着トナー画像を永久固定画像として加熱定着させる定着用加熱装置としては、加熱ローラが広く使用されている。加熱ローラを用いた加熱装置は、ヒートローラの熱容量が大きいため、急激に温度を立ち上げること（オンデマンド）が難しく、かつ不要な部分まで加熱されるため、省エネ効果も少ないものである。
【０００３】
オンデマンド定着が可能な装置としてフィルム加熱方式の加熱装置が知られている。特開２００３−１４２２３３号公報には、通電により発熱し正の温度抵抗係数を有する多孔質材を発熱主体とする加熱体、及び固定支持された加熱体と、この加熱体に接触して摺動移動するフィルムを有し、該フィルムを介した加熱体からの熱により被加熱材を加熱する加熱装置が開示されている。また、この加熱装置で使用される発熱主体は、長さ２３０ｍｍ、幅６ｍｍ、高さ（厚さ）３ｍｍの細長角柱状部材であり、発熱主体の定着フィルム摺動面側とは反対側を加熱体裏側として、この裏面側にサーミスタを設けている。この加熱装置によれば、高速に昇温するとともに、自己温度制御可能なＰＴＣ特性を有する加熱体が得られる。
【０００４】
また、特開２００４−２２２８５号公報には、導電性を有する柱状の多孔質セラミックス加熱体が、特開２００３−１４２２３３号公報記載のようなフィルム加熱方式の加熱装置で使用される加熱体に好適であることが記載されている。この柱状の多孔質セラミックス加熱体は実施例で得られたものは、同様に、長さ２３０ｍｍ、幅６ｍｍ、高さ（厚さ）３ｍｍである。
【０００５】
特開２００３−１４２２３３号公報及び特開２００４−２２２８５号公報記載の加熱体又は発熱体（以下、加熱体と言う）は、フィルム加熱方式の加熱装置の特殊な構造上、細長角柱状部材であって、３ｍｍという所定の厚みを有し、且つ例えば１８０℃のような所望の温度に昇温する加熱体の定着フィルム摺動面（表面）とは３ｍｍ離間した反対側の加熱体表面（裏面）にサーミスタを配置し、この裏面の温度を測定している。
【特許文献１】特開２００３−１４２２３３号公報（請求項１、請求項１０）
【特許文献２】特開２００４−２２２８５号公報（請求項８、実施例７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このようなフィルム加熱方式の加熱装置の場合、加熱体の定着フィルム摺動面（表面）が設定温度に昇温されない、すなわち、温度即答性が悪いという問題がある。その理由は、加熱体表面は摺動するフィルム及びフィルムを介して紙にも熱を奪われるため、加熱体支持体（耐熱性樹脂）と固定状態で接している裏面より熱の奪われ方が大きく、その結果として表裏面に温度差が生じるのである。この場合、細長角柱状部材の加熱体の厚みを極力小さくすれば、優れた温度即答性のものが得られる。しかしながら、加熱体は定着フィルムを挟んで加圧ローラに圧接されており、この負荷により、例えば２ｍｍ以下の厚みの多孔質セラミックスでは使用中に割れる等、強度の点で問題があった。すなわち、フィルム加熱方式の加熱装置に用いられる細長角柱状の多孔質セラミックス加熱体は、従来の厚みのものでは温度即答性が悪く、薄くすれば強度が低いという問題があった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、フィルム加熱方式の加熱装置に好適に用いられる、優れた温度即答性と強度を共に有する多孔質セラミックス加熱体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、板状多孔質セラミックス抵抗発熱層と、板状多孔質セラミックス補強層との積層構造物であり、該補強層に、該抵抗発熱層の表面が露出する温度検出素子埋設用の穴を設け、該穴に温度制御用の温度検出素子を埋設したものとすれば、優れた温度即答性と強度を共に有するフィルム加熱方式の加熱装置に好適なものとなること等を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、板状多孔質セラミックス抵抗発熱層と、板状多孔質セラミックス補強層との積層構造物であり、該補強層に、該抵抗発熱層の表面が露出する温度検出素子埋設用の穴を設けることを特徴とする加熱体を提供するものである。
【００１０】
また、本発明は、無機質バインダーを含有する第１原料混合物と、無機質バインダー及び導電性フィラーを含有する第２原料混合物とを成形して２層構造の板状成形体を得る工程と、乾燥工程と、焼成工程と、温度検出素子埋設用の穴を形成する工程を有する加熱体の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の加熱体を、加熱装置に組み込めば、抵抗発熱層の厚みを薄くでき、該表面と裏面の温度差を小さくできる、すなわち温度即答性に優れるため、高速昇温ができると共に、加熱体の表面を精度良く設定温度にできる。また、補強層により優れた強度を付与することができる。また、補強層は断熱効果を奏するため、加熱体を固定する支持体等への放熱を防ぎ、一層昇温速度を高めることができる。また、抵抗発熱層と補強層は同じ無機バンダーを使用すれば、簡易な成形方法で容易に一体化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態における加熱体を図１〜図３を参照して説明する。図１は本例の加熱体の斜視図、図２は図１の加熱体のＡ−Ａ線に沿ってみた断面図、図３（Ａ）は図１の加熱体を裏側から見た図、（Ｂ）は図１の加熱体を表側から見た図である。なお、図３（Ｂ）には、加熱装置を構成した場合の温度制御系を示した。なお、本明細書において、加熱体の定着フィルム摺動面側を加熱体表側（単に「表側」とも言う）、該定着フィルム摺動面側とは反対側を加熱体裏側（単に「裏側」とも言う）と言う。すなわち、図１においては、上方が表側、下方が裏側である。
【００１３】
図中、加熱体１０は、フィルム加熱方式の加熱装置に好適に用いられるものであり、記録体搬送面内において記録体の移動方向に直交する方向（図４において図面に垂直方向）を長手とする横長部材であり、板状多孔質セラミックス抵抗発熱層（以下、単に「抵抗発熱層」とも言う）１１と、その裏面に積層される板状多孔質セラミックス補強層（以下、単に「補強層」とも言う）１２との２層構造物である。また、抵抗発熱層１１の表面には絶縁性被覆層１９の薄膜が形成されている。
【００１４】
抵抗発熱層１１の厚さ寸法としては、０．７ｍｍ以上、３ｍｍ未満、好ましくは０．８〜２ｍｍ、特に好ましくは１〜２ｍｍである。抵抗発熱層１１の厚さが３ｍｍ以上では、温度即答性が悪くなる傾向にあり、加熱体の定着フィルム摺動面（表側）が設定温度に昇温され難くなる。抵抗発熱層１１の形状は、本例では長さ２３０ｍｍ、幅６ｍｍの細長板状部材である。
【００１５】
補強層１２の厚みとしては、特に制限されないが、２〜１０ｍｍ、好ましくは３〜９ｍｍである。補強層１２の厚みが２ｍｍ未満では、加熱体の補強材としての効果が十分ではなく、また、１０ｍｍを超えると材料費が嵩むと共に、温度検出素子埋設用の穴であるざぐりが深くなりサーミスタが設置し難くなる点で好ましくない。補強層１２の形状は、本例では、長さ２３０ｍｍ、幅１２ｍｍの細長板状部材である。補強層１２の幅寸法は、後述する温度検出素子１４を埋設する穴を形成するために、抵抗発熱層１１の幅より大きくしてあるが、これに限定されず、補強層１２と抵抗発熱層１１の幅寸法は同じであってもよい。
【００１６】
また、加熱体１０は、補強層１２に、抵抗発熱層１１の表面が露出する温度検出素子埋設用の穴、具体的にはざぐり１５が形成されており、このざぐり１５には、抵抗発熱層１１の補強層側１２の面１１１の温度を検出する温度制御用の温度検出素子１４が埋設される。すなわち、加熱体１０の中央部の補強層１２に形成されたざぐり１５に温度検出素子１４を配置し、温度検出素子１４を温度検出素子１４の裏側に付設されたばね（不図示）の付勢により抵抗発熱層１１の裏面に押し当てると共に、リード線１６を取り出している。つまり、温度検出素子１４は、抵抗発熱層１１の裏側の面に接するように配設される。温度検出素子１４としては、サーミスタが挙げられる。
【００１７】
加熱体１０は、無機質バインダーを含有する第１原料混合物と、無機質バインダー及び導電性フィラーを含有する第２原料混合物とを成形して２層構造の成形体を得る工程と、乾燥工程と、焼成工程と、温度検出素子埋設用の穴を形成する工程を有する製造方法により得られる。
【００１８】
第１原料混合物は焼成後、多孔質セラミックス補強層を形成するものである。また、第１原料混合物で用いる無機質バインダーは、焼成後、セラミックス成分となり、且つ耐熱性無機質材料を相互に結合する機能を奏するものである。該無機質バインダーとしては、特に制限されないが、例えばガラスフリット、コロイダルシリカ、シリカゾル、アルミナゾル、珪酸ソーダ及び水ガラス等が挙げられ、このうち、ガラスフリットが強度も高く、２層の接着性が良い点で好ましい。また、これら無機質バインダーは、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００１９】
第１原料混合物には、強度及び耐熱性を高めるために、必要に応じて耐熱性無機質材料が含有される。耐熱性無機質材料は、混練、成形及び焼成の各工程で実質的に溶融変形しない繊維状又は粒子状の材料を言う。繊維状耐熱性無機質材料としては、特に制限されないが、例えば、アルミナシリカ繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、カーボンファイバー、シリカ繊維、ジルコニア繊維、石膏ウイスカー、スラグウール、炭化珪素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、溶融シリカファイバー、ロックウールなどが挙げられ、このうち、アルミナシリカ繊維及びガラス繊維が、強度が高く、低コストである点で好ましい。これら繊維状耐熱性無機質材料は１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。また、繊維状耐熱性無機質材料の長さ及び径としては、特に制限されないが、長さは混合物又は混練物中の分散性を考慮して、３ｍｍ以下のものが好ましく、径は１〜１５μｍ程度のものが、焼成後の多孔質セラミックス補強層の気孔率をより大きくすることができる点で好ましい。
【００２０】
粒子状耐熱性無機質材料としては、特に制限されないが、例えばクレー、タルク、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、ジルコニア、チタニア、カオリン、ゼオライト、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミノボロシリケート、アルミノシリケート等の粒子状のものが挙げられる。なお、これら粒子状耐熱性無機質材料は１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。粒子状耐熱性無機質材料の最大長さとしては、特に制限されないが、混合物又は混練物中の分散性を考慮して、３ｍｍ以下のものが好ましく、径は１〜１５μｍ程度のものが、焼成後の多孔質セラミックス補強層の気孔率をより大きくすることができる点で好ましい。
【００２１】
耐熱性無機質材料の使用量としては、特に制限されないが、無機質バインダー１００質量部に対して０〜５００質量部が好ましく、特に０〜２００質量部が好ましく、更に３０〜１００質量部が好ましい。使用量が５００質量部を超えると、焼成後の多孔質セラミックス補強層の強度が十分でなくなる。
【００２２】
第１原料混合物には、更に混練及び成形段階での混合物の可塑性の調節、強度向上等の取扱い性を改善するために、必要に応じて有機バインダーが含有される。また、内部気孔率を向上させるために、必要に応じて耐水性有機質材料が含有される。有機質バインダーは、通常増粘剤と呼ばれるものも含み、耐水性有機質材料及び有機バインダーは焼成工程において焼失する。
【００２３】
有機質バインダーとしては、特に制限されないが、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリル酸ソーダ、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂などが挙げられる。これらの有機質バインダーは１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２４】
有機質バインダーの使用量は、無機質バインダー１００質量部に対して通常０〜１００質量部が好ましく、特に１０〜５０質量部、更に１５〜２５質量部が好ましい。使用量が１００質量部を越える場合は、不必要な有機分が多くなり、強度がでなくなる。
【００２５】
耐水性有機質材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フェノール樹脂等の耐水性合成樹脂、木材、竹材及びその他の天然有機物などが挙げられる。耐水性有機質材料の形状としては、特に限定されず、繊維状又は粒子状であってもよい。これらの耐水性有機質材料は内部発泡しているものであってもよい。また、これら耐水性有機質材料は１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２６】
耐水性有機質材料の繊維状物の直径及び粒子状物の直径としては、通常１〜２０００μｍの範囲であり、好ましくは５〜１０００μｍ、さらに好ましくは１０〜５００μｍである。
【００２７】
耐水性有機質材料の使用量としては、目的とする多孔質セラミックス補強層の目標とする内部気孔率を考慮して必要に応じて適宜決定されるが、例えば無機質バインダー１００質量部に対して、通常０〜３００質量部、好ましくは０〜１５０質量部、更に好ましくは０〜１００質量部である。耐水性有機質材料の使用量が３００質量部を超える場合は、多孔質セラミックスの強度が著しく低くなる点で好ましくない。但し、耐水性有機質材料の使用量は、無機質材料の使用量との関係で決められ、耐水性有機質材料と無機質材料の合計量は無機質バインダー１００質量部に対して０〜５００質量部の範囲が好ましい。
【００２８】
第１原料混合物は、そのまま成形工程で用いることができるが、成形工程前に混練工程により混練物を得ることが好ましい。混練工程は、耐熱性無機質材料、無機質バインダー、有機質バインダー、耐水性有機質材料及びその他の添加物の所定量を水と混合し、該混合物を均一な塑性物とする工程である。混練工程において使用される水の量は、混合物が後工程である成形工程に適するように適宜調整されるが、各固形成分の全質量に対して概ね５０〜２００質量％である。混練工程で使用される混練装置としては、特に制限されず、公知のものが使用できる。具体的には例えば、加圧型ニーダー、双腕型ニーダー、高速ミキサー等が挙げられる。
【００２９】
第２原料混合物は焼成後、多孔質セラミックス抵抗発熱層を形成するものである。第２原料混合物において、第１原料混合物と異なる点は、導電性フィラーを更に含有する点にある。すなわち、第２原料混合物において使用される材料は、第１原料混合物で使用される原料と同様のものが挙げられ、このうち、無機質バインダーは、第１原料混合物で使用される無機質バインダーと同一物を使用することが、接着材を使用することなく、抵抗発熱体と補強層を一体化できる点で好ましい。
【００３０】
第２原料混合物で使用される導電性フィラーとしては、特に制限されないが、例えば黒鉛、カーボンブラック、鉄、銅、アルミニウム、ステンレス、亜鉛、金、銀、白金、窒化珪素及びそれらの合金、酸化チタン、酸化亜鉛及び酸化スズ等の金属酸化物、あるいは非導電性物質の粒子の表面に金属粒子や金属メッキ層を被覆したもの等が挙げられ、このうち、黒鉛が導電性に優れ、強度も高くできる点で好ましい。これらの導電性フィラーは、粉体、球形、繊維状であってもよい。また、これら導電性フィラーは１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００３１】
導電性フィラーの使用量としては、多孔質セラミックス抵抗発熱層の体積抵抗率を考慮して適宜決定されるが、無機質バインダー１００質量部に対して、通常５〜５００質量部が好ましく、特に１０〜１００質量部が好ましい。導電性フィラーが５質量部未満では、体積抵抗率が高くなり過ぎ、５００質量部を超えると、体積抵抗率が必要以上に低くなり且つ強度も低下するため好ましくない。体積抵抗率は、通常０．０１〜１００，０００Ω・ｃｍである。
【００３２】
第２原料混合物は、そのまま成形工程で用いることができるが、成形工程前に混練工程により混練物を得ることが好ましい。混練工程は、導電性フィラー、耐熱性無機質材料、無機質バインダー、有機質バインダー及びその他の添加物の所定量を水と混合し、該混合物を均一な塑性物とする工程である。混練工程において使用される水の量及び混練装置は、第１原料混合物の混練工程と同様である。
【００３３】
成形工程は、第１原料混合物と第２原料混合物から２層構造の板状成形体を得る工程であり、成形方法としては、例えば、押出成形法、プレス成形法及び湿式成形法などが挙げられる。このうち、第１原料混合物又はその混練物、第２原料混合物又はその混練物をそれぞれ、真空混練押出しにより板状に成形し、その後、２つの板状物を貼り合せ、所定の厚みにプレス成形する方法が好ましい。なお、成形の際、補強層となる部材に、温度検出素子が設置されるざぐりを形成してもよい。
【００３４】
成形工程後、乾燥工程に移る。乾燥工程は、通常、常温または加熱温度下に乾燥して、水分を除去するとともに成形体を硬化させてその形状を得る工程である。乾燥工程における加熱温度は、通常、２００℃以下、好ましくは水分が穏やかに且つ蒸発し易い１００℃程度で行われる。また、乾燥時間は、成形体の形状及び加熱温度等により適宜決定されるが、通常０．５〜１２時間である。
【００３５】
乾燥工程後、焼成工程に移る。焼成工程は、予備焼成工程と最終焼成工程を分けて行うことが好ましい。予備焼成工程は、高温での最終焼成工程で粒子状有機物の急激な消失による亀裂の発生などを防止するために行われ、通常、大気中、１５０〜４００℃の温度で行われる。また、予備焼成時間は、成形体の形状及び加熱温度等により適宜決定されるが、通常１２〜７２時間である。
【００３６】
最終焼成工程は、通常４００〜１０００℃の高温において行われ、残存している耐水性有機質材料、有機質バインダーを完全に消失させ、更に無機質バインダーを溶融させて全体を一体化する工程である。なお、導電性フィラーとしてカーボンブラック、金属粒子、その他４００℃以上で酸化または変質の可能性がある素材を使用する場合は、還元雰囲気下において行うのが好ましい。最終焼成工程の加熱時間は、成形体の形状、加熱温度、使用材料成分及び配合比などにより適宜決定されるが、通常０．５〜２４時間である。
【００３７】
焼成工程において、第１原料混合物と第２原料混合物の無機質バインダーを同じとした場合、焼成体は、補強層と抵抗発熱層との界面部分では熱溶融した無機質バインダーが、双方の耐熱性無機質材料と共に一体化している。このため、補強層と抵抗発熱層は、接着剤を使用することなく、強固に接合されている。また、焼成工程を経た焼成体の表面には、更に塗装、表面コーティング、およびその他の二次加工を行うことができる。また、焼成工程を経た加熱体の補強層には温度検出用素子を配置するざぐりを切削加工により形成することができる。
【００３８】
温度検出素子埋設用の穴を形成する工程は、前述の如く、板状成形体を形成した後、乾燥前、板状成形体乾燥後、あるいは板状成形体焼成後のいずれであってもよい。また、温度検出素子を設置する工程は、通常焼成工程後に行う。加熱体に温度検出素子を設置する方法としては、例えば補強層の中央部に切削加工により形成されたざぐりに、温度検出用サーミスタを温度検出用サーミスタの裏側に設けたばねで抵抗発熱層の裏側を押し付けるようにして組み込む方法が挙げられる。
【００３９】
焼成工程を経て得られた補強層及び抵抗発熱層の内部気孔率は、共に２０〜９０％、好ましくは４０〜８５％である。抵抗発熱層の内部気孔率が２０％未満では、電力効率及び昇温速度の点で十分なものが得られず、９０％を超えると十分な強度を維持することが困難となる。補強層の内部気孔率が２０％未満では、十分な断熱効果が得られず、９０％を超えると十分な強度を維持することが困難となる。
【００４０】
また、補強層及び抵抗発熱層の嵩密度は、共に０．２〜１．９５ｇ／ｃｍ３であり、好ましくは０．４〜１．５ｇ／ｃｍ３である。抵抗発熱層の嵩密度が１．９５ｇ／ｃｍ３を超えると、電力効率及び昇温速度の点で十分なものが得られず、０．２ｇ／ｃｍ３未満では強度が十分でない。また、補強層の嵩密度が１．９５ｇ／ｃｍ３を超えると、断熱効果が不十分であり、０．２ｇ／ｃｍ３未満では十分な強度を維持することが困難となる。
【００４１】
抵抗発熱層は導電性であり、その体積抵抗率は、通常０．０１〜１００，０００Ω・ｃｍ、好ましくは０．１〜１０，０００Ω・ｃｍであり、より好ましくは０．１〜１０００Ω・ｃｍである。体積抵抗率が０．０１Ω・ｃｍ未満の場合は抵抗が小さいため所定温度への温度制御が困難となり、かつ、消費電力が大きくなる。また、１００，０００Ω・ｃｍを超える場合は、抵抗が大きいため必要な発熱量が得られない。
【００４２】
抵抗発熱層１１の定着フィルム摺動面側の表面には、通常、抵抗発熱層１１を保護する絶縁性被覆層１９が形成される。この被覆層としては、摺動性ガラス層が挙げられる。摺動性ガラス層の厚みは、通常１０〜数十μｍ程度である。摺動性ガラス層は、例えば抵抗発熱層１１の定着フィルム摺動面側の表面の全面にガラスペースト層をスクリーン印刷等で施し、その後、焼成処理して得られる。
【００４３】
抵抗発熱層１１の長手方向の両端面には、給電用の電極層１３ａ、１３ｂが形成される。給電用電極層１３ａ、１３ｂは厚さ数１０μｍ程度の導電材層であり、抵抗発熱層１１の長手方向の両端側面全面に銀ペースト層をスクリーン印刷等で施し、その後焼成処理して形成される。本発明の加熱体１０において、多孔質セラミックス抵抗発熱層１１は抵抗発熱性であり、多孔質セラミックス抵抗発熱層１１に電流を通すことにより発熱させて昇温することができる。通電は多孔質セラミックス抵抗発熱層１１の長さ方向に電流を通じさせて行う。また、多孔質セラミックス抵抗発熱層１１は負の温度係数を有するＮＴＣ特性を有するため、加熱対象物と接触しない部分の昇温を抑制することができ、通紙部と非通紙部の温度差が無い加熱体とすることができる。
【００４４】
次に、本発明の加熱体を組み込んだ加熱装置を図４〜図５を参照して説明する。図４は本例の加熱装置の概略模式図であり、図５は加熱体部分の拡大断面概略模式図である。本例の加熱装置２０は、固定支持された加熱体１０と、加熱体１０に接触して摺動移動する定着フィルム２１と、を備え、定着フィルム２１を介して加熱体１０からの熱により被加熱材２５を加熱するものであり、定着装置とも称される。この加熱装置２０は、例えば特開２００３−１４２２３号公報の実施例に記載された定着装置、あるいは特開２００４−２２２８５号公報の実施例７及び図４に記載された定着装置であり、加熱体１０の構造以外は、既に公知のものである。
【００４５】
加熱装置２０において、加熱体１０は、加熱体支持体２２により、抵抗発熱層が下向きになるよう断熱支持される。定着フィルム２１は、円筒状でエンドレスの耐熱性フィルムであり、加熱体１０を固定支持させた加熱体支持体２２にルーズに外嵌されている。円筒状の定着フィルム２１は、例えば径２４ｍｍ、厚み４５μｍのシームレスポリイミドフィルムの表面に厚さ１０μｍのフッ素樹脂層を施したものである。
【００４６】
剛性加圧ステー２３は、鉄等の金属で構成したものであり、円筒状の定着フィルム２１内に挿入して加熱体支持体２２の内側に位置させて配設してある。剛性加圧ステー２３はその上面が定着フィルム内面に接触あるいは近接しており定着フィルム２１を内側から支持するフィルム内面ガイド部材を兼ねるものである。
【００４７】
加圧ローラ２４は外径２０ｍｍの弾性加圧ローラであり、芯材２６の両端部を加熱装置の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受支持させて配設される（不図示）。この加圧ローラ２４の上側に、加熱体１０、加熱体支持体２２、定着フィルム２１、加圧ステー２３等の組み立てアセンブリを、加熱体１０側を抵抗発熱層が下方になるように下向きにして加圧ローラ２４に並行に配設し、加圧ステー２３を加圧ローラ２４の弾性に抗して付勢手段（不図示）により下方に加圧付勢している。これにより、加熱体１０の下面を定着フィルム１２を挟み加圧ローラ２４に圧接させることで所定幅の定着ニップ部３０を形成させることができる。
【００４８】
加圧ローラ２４は、駆動手段により動力伝達系を介して回転駆動力が伝達されて矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ２４の回転駆動による、定着ニップ部３０における加圧ローラ２４と定着フィルム２１の外面との摩擦力で定着フィルム２１に回転力が作用し、定着フィルム２１の内面が、定着ニップ部３０において加熱体１０の下向きの表面に圧接摺動しつつ矢印の時計方向に回転駆動される。
【００４９】
加熱装置２０の加圧ローラ２４の回転駆動及び加熱体１０への通電は、例えば加圧ローラの回転駆動スイッチと加熱体の通電スイッチを別々とし、加圧ローラのスイッチをＯＮした後、加熱体の通電スイッチをＯＮすることで開始する。加熱体１０は、具体的には給電回路部１８から給電用電極層１３ａ、１３ｂ間に給電されて、加熱体１０を形成する抵抗発熱層１１が通電により発熱する。発熱体１０の通電方向は、本例の場合、定着ニップ部３０における被加熱材である定着フィルム２１及び記録体２５移動方向に直角な方向となる。
【００５０】
加熱体１０を構成する抵抗発熱層１１の裏側の面１１１の温度が、温度検出素子１４で検出される。次いでその検出温度情報が制御回路部１７に入力される。制御回路部１７は温度検出素子１４で検出される温度が所定の加熱温度に維持されるように、給電回路部１８から給電用電極層１３ａ、１３ｂ間に給電する電力をＯＮ/ＯＦＦ制御して抵抗発熱層１１を温調制御する。
【００５１】
本例の加熱体１０は、抵抗発熱層１１と補強層１２の２層構造であるため、抵抗発熱層１１の厚みを薄くでき、抵抗発熱層１１の定着フィルム摺動面側の表面と温度検出素子が接する裏面の温度差を小さくできる、すなわち温度即答性に優れる。このため、高速昇温ができると共に、加熱体の表面を精度良く設定温度にできる。また、補強層１２により優れた強度を付与することができる。また、補強層１２は断熱効果を奏するため、加熱体１０を固定する加熱体支持体２２等への放熱を防ぎ、一層昇温速度を高めることができる。また、抵抗発熱層１１と補強層１２は同じ無機バインダーを使用すれば、簡易な成形方法で容易に一体化できる。
【００５２】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
【実施例１】
【００５３】
（第１原料混合物及び混練物の製造）
耐熱性無機質材料としてアルミナシリカ繊維及びガラス繊維１００質量部、無機質バインダーとしてガラスフリット７５質量部、有機質バインダーとしてメチルセルロース１４質量部及び耐水性有機質材料としてポリエチレン４３質量部の混合物に、水９０質量部を加えた水系混合物を約２０分、双腕型ニーダで混練して可塑性混練物Ａを得た。
【００５４】
（第２原料混合物及び混練物の製造）
耐熱性無機質材料としてアルミナシリカ繊維及びガラス繊維５０質量部、無機質バインダーとしてガラスフリット１００質量部、有機質バインダーとしてメチルセルロース１８質量部、耐水性有機質材料としてポリエチレン６０質量部及び導電性フィラーとして黒鉛２８質量部の混合物に、水９０質量部を加えた水系混合物を約２０分、双腕型ニーダで混練して可塑性混練物Ｂを得た。
【００５５】
（成形、乾燥及び焼成工程）
可塑性混練物Ａを真空押出成形して、長さ２３０ｍｍ、幅１２ｍｍ、厚み１２ｍｍの補強層を構成する細長板状部材を得た。また、可塑性混練物Ｂを真空押出成形して、長さ２３０ｍｍ、幅６ｍｍ、厚み１．５ｍｍの抵抗発熱層を構成する細長板状部材を得た。この２枚の細長板状部材を貼り合せて、図１のような形状及び補強層厚みが８ｍｍ、抵抗発熱層が１ｍｍとなるようにプレス成形し、その後１００℃で３時間乾燥して硬化した成形体を得た。この成形体を６００℃で４８時間加熱して、メチルセルロースを焼失させ、無機質バインダーを融着させて、無機質成分を一体化させた板状の加熱体を得た。
【００５６】
（加熱体の評価方法）
得られた２層板状加熱体とは別に、補強層、抵抗発熱層単体で押出成形、焼成を行い、それぞれの板状部材を得た。抵抗発熱体は両端面に導電性塗料（藤倉化成（株）製  ドータイトＤ−５５０）を塗布して体積抵抗率測定用試験体を作製し、下記試験方法により２０℃での試験体の体積抵抗率を測定した。次いで、嵩密度を測定した。また、補強層部分についても同様に嵩密度を測定した。それらの結果を表１に記載した。
【００５７】
２層板状加熱体の他の一つについて、補強層１２の中央部に切削加工により抵抗発熱層の表面が露出する温度検出素子埋設用の穴である、ざぐりを形成し、当該穴に温度検出用サーミスタを温度検出用サーミスタの裏側に設けたばねで抵抗発熱層の裏側を押し付けるようにして組み込んだ。また、抵抗発熱層の表面にガラスペースト層をスクリーン印刷し、その後焼成処理して摺動性ガラス層を形成した。また、抵抗発熱層の長手方向の両側端面の銀ペーストをスクリーン印刷し、その後焼成処理して給電用電極層を形成した。
【００５８】
このようにして得られた加熱体を用いて、図４の装置と同様の構成を有する加熱装置を作製し、次いで、この加熱装置を使用して、加圧ローラ周速１２０ｍｍ/秒、加圧力１００Ｎ及び下記の試験条件により、加熱体の温度特性や強度を評価した。その結果を表１に記載した。
【００５９】
・  嵩密度（ｇ／ｃｍ３）：試験片の質量と形状寸法から算出される体積とから算出した。
・  気孔率（％）：所定寸法の試験片を切り出し、試験片の形状寸法から算出される体積と空気比較式比重計１０００型（東京サイエンス株式会社製）を使用して得られる気孔体積とから１００分率値として算出した。
・  体積抵抗率（Ω・ｃｍ、２０℃）：試験体の寸法と抵抗値からＪＩＳ  Ｈ０５０５に準じて平均断面積法により算出した。
・  抵抗値（Ω、２０℃）：試験体の電極間の抵抗値を測定した。
・  温調温度に達するまでの昇温時間；５００Ｗを印加したときの抵抗発熱体の温調面（裏面）の１８０℃に達するまでの時間。
・  表面温度：発熱層の表面（温調面と反対の面）の温度
・  非通紙部温度：Ａ４サイズに対して、ハガキサイズ（小サイズ紙）を１０枚連続通紙した場合の非通紙部温度。
・  抵抗発熱層の割れ：試験中に発熱層に割れが生じないかを確認した。
【００６０】
実施例２及び３
表１に示す第２原料混合物組成及び試験条件とした以外は、実施例１と同様にして行った。その結果を表１に示す。
【００６１】
比較例１及び２
２層の板状発熱体の代わりに、補強層を省略した１層の板状発熱体及び表１に示す試験条件とした以外は、実施例１と同様にして行った。その結果を表１に示す。
【００６２】
比較例３
２層の板状発熱体の代わりに、以下の１層の板状発熱体及び表１に示す試験条件とした以外は、実施例１と同様にして行った。その結果を表１に示す。
・１層の板状発熱体：長さ２３０ｍｍ、幅６ｍｍ、厚み０．６ｍｍのアルミナセラミックス基材の上に、銀とパラジウムの合金を厚み約３０μｍ、幅３ｍｍでスクリーン印刷により塗布し、焼成し、その上にオーバーコート層（保護層）としてガラスをコートした抵抗値１８Ωのものである。
【００６３】
【表１】
2006331704.tif 000003
【００６４】
表１から明らかなように、実施例１〜３は、抵抗発熱層の厚みが１ｍｍと薄く、昇温時間も０．６〜１．３秒と高速であると共に、加熱体の表面を設定温度の１８０℃に精度良くすることができた。また、抵抗発熱層の厚みが１ｍｍと薄いにも拘わらず、使用中割れが生じることはなかった。また、抵抗発熱層と補強層は同じ無機バインダーであるガラスフリットを使用したため、簡易な成形方法で容易に一体化できた。一方、比較例１は補強層無しの抵抗発熱層の厚みが１ｍｍであるため、使用中、割れを生じた。比較例２は補強層無しの抵抗発熱層の厚みが４ｍｍであるため、表面温度を設定温度の１８０℃にすることができなかった。比較例３は小サイズ紙を連続通紙した際、非通紙部分の温度上昇が見られた。このような場合、樹脂製部材などにダメージを与えることがあるが、実施例１〜３は抵抗発熱層がＮＴＣ特性を有するため、このような非通紙部分の温度上昇がなく温度上昇に伴うダメージをうけることがない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本実施の形態における加熱体の斜視図である。
【図２】図１の加熱体のＡ−Ａ線に沿ってみた断面図である。
【図３】（Ａ）は図１の加熱体を裏側から見た図、（Ｂ）は図１の加熱体を表側から見た図である。
【図４】本例の加熱体を組み込んだ加熱装置の概略模式図である。
【図５】図４の加熱体部分の拡大断面概略模式図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０        加熱体
１１        多孔質セラミックス抵抗発熱層
１２        多孔質セラミックス補強層
１３ａ、１３ｂ  給電用電極
１４        温度検出用素子
１７        制御回路部
１８        給電回路部
１９        絶縁性被覆層（摺動性ガラス層）
２０        加熱装置
２１        定着フィルム
２２        加熱体支持体
２３        加圧ステー
２４        加圧ローラー
【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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