(57)【要約】      （修正有）【課題】発熱層の面方向における電気抵抗および加熱時の温度分布が均一であり、かつ十分な機械強度を有する面状発熱体を提供する。【解決手段】耐熱性樹脂および硬質導電性フィラーを含有する発熱層１２と、当該発熱層１２に電気を流すための電極１４とを有する。発熱層１２における硬質導電性フィラーの含有量は、耐熱性樹脂に対して１０〜４０体積％である。そして、上記面状発熱体は、（Ａ）硬質導電性フィラーのビッカース硬度が５０〜４００である、か、または、（Ｂ）硬質導電性フィラーのビッカース硬度が４００超であり、発熱層１２の表面に配置される絶縁層１６をさらに有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性樹脂および前記耐熱性樹脂に対して１０〜４０体積％の硬質導電性フィラーを含有する発熱層と、前記発熱層に電気を流すための電極と、を有し、下記（Ａ）または（Ｂ）を満足する面状発熱体。
（Ａ）
前記硬質導電性フィラーのビッカース硬度は、５０〜４００である。
（Ｂ）
前記硬質導電性フィラーのビッカース硬度は、４００超であり、
前記発熱層の表面に配置される絶縁層をさらに有する。
【請求項２】
前記（Ａ）の前記発熱層の表面に配置される絶縁層をさらに有する、請求項１に記載の面状発熱体。
【請求項３】
前記電極は、前記発熱層に導電性ペーストを焼き付けて構成されている、請求項１または２に記載の面状発熱体。
【請求項４】
前記発熱層の形状は、無端ベルト状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の面状発熱体。
【請求項５】
耐熱性樹脂および前記耐熱性樹脂に対して１０〜４０体積％の硬質導電性フィラーを含有する発熱層と、前記発熱層に電気を流すための電極と、を有する面状発熱体を製造する方法であって、
前記耐熱性樹脂または耐熱性樹脂の前駆体に前記硬質導電性フィラーを混合、分散して発熱層材料液を調製する工程と、
前記発熱層材料液を基体に塗布する工程と、
前記発熱層材料液の塗膜を加熱し、または光で照射することによって前記塗膜から析出または生成した前記耐熱性樹脂で構成された前記発熱層を形成する工程と、
前記発熱層の表面に前記電極を形成する工程と、を含み、下記（Ａ）または（Ｂ）を満足する面状発熱体の製造方法。
（Ａ）
前記硬質導電性フィラーのビッカース硬度は、５０〜４００である。
（Ｂ）
前記硬質導電性フィラーのビッカース硬度は、４００超であり、
前記発熱層の表面に絶縁層を形成する工程をさらに含む。
【請求項６】
前記（Ａ）の前記発熱層の表面に配置される絶縁層を形成する工程をさらに含む、請求項５に記載の面状発熱体の製造方法。
【請求項７】
前記電極を形成する工程は、前記発熱層に導電性ペーストを塗布する工程と、塗布された前記導電性ペーストを前記発熱層に焼き付ける工程と、を含む、請求項５または６に記載の面状発熱体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面状発熱体および当該面状発熱体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面状発熱体は、通常、可撓性を有する加熱面を含み、当該加熱面の全体が通電によって加熱する。面状発熱体は、例えば、画像形成装置の定着装置に利用されている。このような面状発熱体には、カーボン材料を含む導電性フィラーが分散しているポリイミド層で構成されている発熱層と、当該発熱層に電力を供給する電極と、を有する面状発熱体が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５５−１３４２２９号公報
【特許文献２】特開平１０−３１０６９８号公報
【特許文献３】特開２００７−１０９６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような面状発熱体は、幾つかの問題点を有する。
まず、上記発熱層を構成する樹脂のシートは、面状発熱体の使用に伴う加熱と冷却を繰り返すことによって、徐々に小さくなる傾向を有する。このため、カーボン材料を含有する発熱層を有する面状発熱体では、面状発熱体の寸法が、加熱と冷却の繰り返しによって経時的に小さくなることがある。したがって、面状発熱体の電気抵抗が経時的に設計値よりも小さくなり、面状発熱体の所期の電気抵抗が得られなくなることがある。
【０００５】
また、発熱層における導電性フィラーの含有量が少ないと、発熱層における温度ムラが生じることがある。その一方で、発熱層における導電性フィラーの含有量が多いと、耐熱性樹脂による発熱層のしなやかさが失われ、発熱層が脆くなり、その結果、面状発熱体の機械強度が不十分となることがある。
【０００６】
本発明の目的は、発熱層の面方向における電気抵抗および加熱時の温度分布が均一であり、かつ十分な機械強度を有する面状発熱体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る面状発熱体は、耐熱性樹脂および前記耐熱性樹脂に対して１０〜４０体積％の硬質導電性フィラーを含有する発熱層と、当該発熱層に電気を流すための電極と、を有し、下記（Ａ）または（Ｂ）を満足する。
（Ａ）上記硬質導電性フィラーのビッカース硬度は、５０〜４００である。
（Ｂ）上記硬質導電性フィラーのビッカース硬度は、４００超であり、上記発熱層の表面に配置される絶縁層をさらに有する。
【０００８】
また、本発明に係る面状発熱体の製造方法は、耐熱性樹脂および当該耐熱性樹脂に対して１０〜４０体積％の硬質導電性フィラーを含有する発熱層と、当該発熱層に電気を流すための電極と、を有する面状発熱体を製造する方法である。当該製造方法は、上記耐熱性樹脂または耐熱性樹脂の前駆体に上記硬質導電性フィラーを混合、分散して発熱層材料液を調製する工程と、当該発熱層材料液を基体に塗布する工程と、当該発熱層材料液の塗膜を加熱し、または光で照射することによって上記塗膜から析出または生成した上記耐熱性樹脂で構成された上記発熱層を形成する工程と、当該記発熱層の表面に上記電極を形成する工程と、を含み、下記（Ａ）または（Ｂ）を満足する。
（Ａ）上記硬質導電性フィラーのビッカース硬度は、５０〜４００である。
（Ｂ）上記硬質導電性フィラーのビッカース硬度は、４００超であり、上記発熱層の表面に絶縁層を形成する工程をさらに含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る面状発熱体は、当該面状発熱体の発熱層に、導電性フィラーとして上記硬質導電性フィラーを所定量含む。よって、加熱冷却の繰り返しに伴う樹脂の経時的な収縮が抑制され、発熱層の面方向における寸法が維持される。よって、本発明に係る面状発熱体は、可撓性と機械強度の両方を有し、かつ当該面状発熱体の発熱能力の変動が防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の面状発熱体の断面を模式的に示す図である。
【図２】図２Ａは、加熱冷却の繰り返しに伴い耐熱性樹脂の層が経時的に収縮する様子を模式的に示す図であり、図２Ｂは、加熱冷却の繰り返しに伴い、導電性フィラーを含有する発熱層が経時的に収縮する様子を模式的に示す図であり、図２Ｃは、加熱冷却の繰り返しにおいて、硬質導電性フィラーを含有する発熱層の収縮が防止される様子を模式的に示す図である。
【図３】図３Ａは、本発明の一実施形態の面状発熱体を有する定着装置の構成を概略的に示す正面図であり、図３Ｂは図３Ａの定着装置の構成を概略的に示す側面図である。
【図４】図４は、図３Ａおよび図３Ｂの定着装置を有する画像形成装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】図５は、実施例における加熱冷却サイクルを説明するための図である。
【図６】図６Ａは、耐熱性樹脂層および本発明に係る面状発熱体の一例の、加熱冷却サイクル初期の寸法変化率を示す図であり、図６Ｂは、耐熱性樹脂層および従来の面状発熱体の一例の、加熱冷却サイクル初期の寸法変化率を示す図であり、図６Ｃは、本発明に係る面状発熱体の一例および従来の面状発熱体の一例の、加熱冷却サイクル初期の抵抗変動率ΔＲを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る面状発熱体は、耐熱性樹脂および硬質導電性フィラーを含有する発熱層と、当該発熱層に電気を流すための電極と、を有する。
【００１２】
上記耐熱性樹脂は、４０〜３００℃に加熱して使用可能な樹脂である。耐熱性樹脂は、一種でもそれ以上でもよい。耐熱性樹脂の例には、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリアミド、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、これらの誘導体よりなる樹脂、および、これらの変性樹脂、が含まれる。耐熱性樹脂は、耐熱性や可撓性などの観点から、ポリイミドまたはポリアミドイミドであることが好ましい。
【００１３】
上記硬質導電性フィラーのビッカース硬度は、少なくとも５０以上である。なお、硬質導電性フィラーは、電気抵抗率が１０−６Ω・ｍ以下の粒子状の材料を言う。上記ビッカース硬度は、硬質導電性フィラーの種類や組成などによって異なる。上記硬質導電性フィラーは、一種でもそれ以上でもよい。硬質導電性フィラーの材料の例には、ステンレス鋼、クロムモリブデン鋼、銀、アルミニウム、ニッケル、チタンおよび亜鉛が含まれる。上記ビッカース硬度は、例えば、マイクロビッカース硬度計を用いて、ＪＩＳ  Ｚ２２４４に基づいて測定することが可能である。
【００１４】
上記硬質導電性フィラーのビッカース硬度は、５０〜４００であると、発熱層単独で抵抗変化が抑制され、均一な温度分布と十分な機械強度を有する面状発熱体を構成することが可能である。上記ビッカース硬度が５０未満であると、加熱冷却の繰り返しに伴う発熱層の経時的な収縮を十分に防止することができなくなることがある。発熱層の寸法安定性および抵抗安定性の観点から、上記ビッカース硬度は、５０以上であることが好ましく、８０以上であることがより好ましく、１２０以上であることがさらに好ましく、１５０以上であることがさらに一層好ましい。また、上記ビッカース硬度が４００を超えると、発熱層が脆くなり、発熱層の機械強度（可撓性）が不十分となることがある。このような機械強度の観点から、上記ビッカース硬度は、３５０以下であることが好ましく、３００以下であることがより好ましく、２５０以下であることがさらに好ましく、２００以下であることがさらに一層好ましい。
【００１５】
上記硬質導電性フィラーのビッカース硬度は、４００よりも大きくてもよい場合がある。この場合では、面状発熱体は、発熱層の表面に配置される絶縁層をさらに有する。絶縁層については後に説明する。ビッカース硬度が４００よりも大きくなると、発熱層の機械強度が不十分となることがある。しかしながら、絶縁層をさらに配置することによって、当該機械強度の不足が補われる。上記硬質導電性フィラーのビッカース硬度は、本発明の効果が得られる範囲において決められるが、絶縁層による補強効果の観点から、８００以下であることが好ましく、６００以下であることがより好ましく、５００以下であることがさらに好ましい。
【００１６】
上記発熱層における上記硬質導電性フィラーの含有量は、上記耐熱性樹脂に対して１０〜４０体積％である。上記含有量が上記の範囲内であると、抵抗変化が抑制され、温度分布が均一であり、かつ機械強度が十分な面状発熱体が構成される。上記含有量が１０体積％未満であると、発熱層の面方向における抵抗の均一性が損なわれ、温度分布におけるムラが大きくなることがある。上記含有量が４０体積％を超えると、発熱層が脆くなり、発熱層の機械強度が不十分となることがある。上記硬質導電性フィラーの上記含有量は、抵抗変化の抑制と温度分布の均一性の観点から、１２体積％以上であることが好ましく、１５体積％以上であることがより好ましく、１８体積％以上であることがさらに好ましい。また、上記硬質導電性フィラーの上記含有量は、発熱層の機械強度の観点から、３５体積％以下であることが好ましく、３０体積％以下であることがより好ましく、２５体積％以下であることがさらに好ましい。
【００１７】
また、上記硬質導電性フィラーの粒子形状は、本発明の効果が得られる範囲において、適宜に決めることができる。例えば、硬質導電性フィラーの粒子形状は、繊維状であることが、発熱層の導電性をより高め、また導電性の均一性をより高める観点から好ましい。この場合の硬質導電性フィラーの直径（Ａ）は０．５〜３０μｍであり、硬質導電性フィラーの長さ（Ｂ）は５．０〜１０００μｍであり、硬質導電性フィラーのアスペクト比は０．０２５〜０．２５であることが、発熱層の均一かつ十分な発熱を実現する観点から好ましい。
【００１８】
上記硬質導電性フィラーの直径（Ａ）および長さ（Ｂ）は、例えば、走査型電子顕微鏡写真を用いて５００倍にて硬質導電性フィラーを撮影し、スキャナーにて取り込んだ画像から最低５００個の硬質導電性フィラーの直径と長さを測定し、それぞれの測定値の平均値として算出される。また、硬質導電性フィラーのアスペクト比は、硬質導電性フィラーの直径（Ａ）を硬質導電性フィラーの長さ（Ｂ）で除算すること（Ａ／Ｂ）により求められる。
【００１９】
上記発熱層は、本発明の効果が得られる範囲において、前述した耐熱性樹脂および硬質導電性フィラー以外の他の材料をさらに含有していてもよい。このような他の材料の発熱層中における含有量は、本発明の効果が得られる範囲において、適宜に決めることができる。上記他の材料の例には、硬質導電性フィラー以外の他の導電性フィラー、および、塗膜特性向上剤が含まれる。塗膜特性向上剤は、後述する発熱層材料液の塗膜の特性を向上させる成分であり、当該塗膜特性向上剤の例には、ＦＺ−２１１０（東レ・ダウコーニング株式会社製）などのシリコーン塗料添加剤、および、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）など極微小サイズのカーボン系フィラー、が含まれる。上記塗膜特性向上剤は、上記発熱層中に微量または少量添加される。
【００２０】
上記他の導電性フィラーは、ビッカース硬度が５０未満の導電性フィラーである。その他の導電性フィラーは、一種でもそれ以上でもよい。その他の導電性フィラーの含有量は、本発明の効果が得られる範囲において、例えば発熱層の所期の発熱量に応じて適宜に決められる。他の導電性フィラーの材料の例には、グラファイト、ＣＮＦおよび繊維状黒鉛が含まれる。他の導電性フィラーは、微小サイズまたは極微小サイズであることが好ましく、上記発熱層中に少量添加されることが好ましい。
【００２１】
上記他の導電性フィラーを含有する場合では、上記硬質導電性フィラーと他の導電性フィラーの混合物の導電性は、より高いことが、発熱層の導電性または導電性の均一性をより高める観点から好ましい。たとえば、上記混合物の体積抵抗率は、３．８×１０−６Ω・ｍ以下であることが好ましく、１．５×１０−６Ω・ｍ以下であることがより好ましい。なお、上記体積抵抗率は、例えば、粉体抵抗測定システム（株式会社三菱化学アナリテック製）によって測定することが可能である。
【００２２】
また、上記の体積抵抗率を実現する観点から、上記混合物中の上記硬質導電性フィラーの含有量は、８０体積％以上であることが好ましく、９０体積％以上であることがより好ましく、９５体積％以上であることがさらに好ましく、１００体積％であることがさらに一層好ましい。
【００２３】
上記発熱層の厚さは、本発明の効果が得られる範囲において、適宜に決めることができる。たとえば、発熱層の厚さは、２０〜２５０μｍである。面状発熱体の用途が画像形成装置の定着装置における発熱ベルトである場合の発熱層の厚さは、所期の発熱量を得る観点から、３０〜２００μｍであることが好ましく、４０〜１５０μｍであることがより好ましく、５０〜１００μｍであることがさらに好ましい。
【００２４】
上記発熱層の形状は、面状発熱体の用途に応じて適宜に決めることができる。たとえば、発熱層の形状は、シート状であってもよいし、無端ベルト状であってもよい。面状発熱体の用途が上記発熱ベルトである場合の発熱層の形状は、無端ベルト状であることが好ましい。
【００２５】
上記電極は、上記発熱層の面方向において電気を流すように配置される。電極は、発熱層の表面の一方に配置されてもよいし、他方に配置されてもよい。また、電極は、発熱層の両端部に配置される一対の導電体であってもよいし、発熱層に接着されるプリント基板に形成されていてもよいし、発熱層の表面に印刷によって形成される配線であってもよい。
【００２６】
上記発熱層上の電極は、導電性ペーストの塗布または印刷および焼き付けによって形成することができる。あるいは、上記電極は、金属製の薄板の接着によって形成することができる。上記導電性ペーストの例には、銀ペーストおよびＥＣＡ−１９（セメダイン株式会社製）が含まれる。銀ペーストは、銀製の導電性フィラーと有機系のバインダーとの混合物である。
【００２７】
上記金属製の薄板の材料の例には、銅、アルミニウム、ニッケル、真鍮、リン青銅、ステンレス鋼および鉄クロムが含まれる。上記薄板の幅は、発熱層に対する上記薄板の接着面積を十分に大きくする観点から、５〜３０ｍｍであることが好ましい。また、上記薄板の厚さは、電極の剛性と柔軟性とのバランスの観点から、１０〜１００μｍであることが好ましく、３０〜６０μｍであることがより好ましい。上記薄板の形状は、上記発熱層の形状に合わせた形状であればよく、例えば、発熱層の形状が無端ベルト状であれば、上記薄板の形状は、管状である。
【００２８】
上記面状発熱体は、本発明の効果が得られる範囲において、前述した発熱層および電極以外の他の構成をさらに有していてもよい。このような他の構成の例には、絶縁層が含まれる。絶縁層は、本発明において、ビッカース硬度が４００を超える硬質導電性フィラーを発熱層が有する場合に、面状発熱体にさらに配置される。本発明において、ビッカース硬度が５０〜４００の硬質導電性フィラーを用いる場合には、絶縁層の配置は任意である。面状発熱体が絶縁層をさらに有することは、発熱層を電気的に絶縁する観点、および、面状発熱体の機械強度を向上させる観点、からより好ましい。
【００２９】
上記絶縁層は、発熱層の発熱面を覆う。絶縁層は、発熱層の一方の表面にのみ形成されてもよいし、発熱層の他方の表面にのみ形成されてもよいし、発熱層の両方の表面に形成されてもよい。さらに、絶縁層は、上記電極を覆ってもよいし、覆わなくてもよい。絶縁層は、前述した耐熱性樹脂で構成することができ、発熱層を構成する耐熱性樹脂と同じであっても異なっていてもよい。絶縁層は、発熱層を構成する耐熱性樹脂と同じ種類の耐熱性樹脂で構成されていることが、発熱層と絶縁層の接着性をより高める観点、および絶縁層をより簡略に作製する観点、から好ましい。また、絶縁層は、所期の絶縁性が発現される範囲において、耐熱性樹脂以外の他の材料を含んでいてもよい。
【００３０】
絶縁層の厚さは、面状発熱体の機械強度を高める観点から、１０μｍ以上であることが好ましく、２０μｍ以上であることがより好ましく、３０μｍ以上であることがさらに好ましい。また、絶縁層の厚さは、発熱層の熱を被加熱体に十分に伝える観点から、１００μｍ以下であることが好ましく、９０μｍ以下であることがより好ましく、８０μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３１】
上記面状発熱体は、以下の方法によって製造することができる。
当該方法は、耐熱性樹脂または耐熱性樹脂の前駆体に上記硬質導電性フィラーを混合、分散して発熱層材料液を調製する第一の工程と、上記発熱層材料液を基体に塗布する第二の工程と、上記発熱層材料液の塗膜を加熱し、または光で照射することによって上記塗膜から析出または生成した上記耐熱性樹脂で構成された上記発熱層を形成する第三の工程と、上記発熱層上に電極を形成する第四の工程と、を含む。
【００３２】
上記第一の工程において、上記耐熱性樹脂の前駆体は、後述する第三の工程の加熱または光照射によって前述した耐熱性樹脂となる材料である。上記前駆体は、例えば、耐熱性樹脂がポリイミドである場合はポリアミド酸であり、耐熱性樹脂がラジカル共重合体である場合はラジカル重合性モノマーまたはラジカル重合性オリゴマーである。ポリアミド酸は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとの等モル反応生成物の構造を有する。ポリアミド酸は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを有機極性溶媒に溶解させ、溶液状態で反応させることにより得られる。
【００３３】
耐熱性樹脂に対する前述した含有量の上記硬質導電性フィラーが、耐熱性樹脂またはその前駆体と混合され、発熱層材料液に分散する。当該混合は、「自転、公転ミキサー」などの脱泡攪拌装置によって好適に行われる。なお、発熱層材料液中の耐熱性樹脂またはその前駆体の質量は、通常、当該発熱層材料液で形成される発熱層中の耐熱性樹脂の質量と実質的に同じになるので、耐熱性樹脂に対する硬質導電性フィラーの上記含有量は、耐熱性樹脂の前駆体に対する硬質導電性フィラーの含有量に置き換え可能である。
【００３４】
上記発熱層材料液は、本発明の効果が得られる範囲において、前述した耐熱性樹脂またはその前駆体および上記硬質導電性フィラー以外の他の成分をさらに含有していてもよい。このような他の成分の例には、発熱層の前述した他の材料、および、上記耐熱性樹脂または上記前駆体を溶解する有機溶剤、が含まれる。
【００３５】
上記発熱層材料液の粘度は、上記の攪拌によって硬質導電性フィラーを発熱層材料液中に均一に分散させる観点、および、後述する第二の工程における発熱層材料液の塗布性の観点、から、５〜８０Ｐａ・ｓであることが好ましく、１０〜６０Ｐａ・ｓであることがより好ましく、１０〜４０Ｐａ・ｓであることがさらに好ましく、１０〜３０Ｐａ・ｓであることがさらに一層好ましい。
【００３６】
硬質導電性フィラーは、前述した他の導電性フィラーに比べて、一般に比重が大きい。このため、第一の工程において、前記の脱泡攪拌装置による発熱層材料液の混合に先立って、発熱層材料液をマルチ攪拌システムなどの超高速攪拌装置によって攪拌して一次分散させることが、硬質導電性フィラーの発熱層材料液中における分散性をより高める観点から好ましい。また、第一の工程において、硬質導電性フィラーを少量ずつ複数回に分けて添加し、分散させることが、硬質導電性フィラーの発熱層材料液中における分散性をより高める観点から好ましい。
【００３７】
上記第二の工程において、上記発熱層材料液は、バーコート法、浸漬塗布法、スパイラル塗布法などの公知の方法によって基体に塗布することが可能である。上記基体は、発熱層を形成するための土台であり、シート状の発熱層であれば、例えばガラス板や金属板、樹脂板などであり、無端ベルト状の発熱層であれば、例えば金属製の円筒体である。また上記基体は、前述した絶縁層やプリント基板などの、面状発熱体の上記発熱層が重ねられる面状発熱体の他の構成であってもよい。
【００３８】
上記第三の工程において、上記発熱層材料液中の耐熱性樹脂は、例えば、上記加熱によって発熱層材料液中の有機溶剤が蒸発することによって析出し、発熱層を構成する。たとえば、発熱層材料液中の有機溶剤は、適当な温度（例えば８０〜２５０℃）で蒸発する。このような加熱により、耐熱性樹脂が発熱層材料液から析出する。耐熱性樹脂の析出では、上記塗膜を減圧された環境に配置して上記の加熱を行ってもよい。
【００３９】
また、第三の工程において、上記発熱層材料液中の耐熱性樹脂の前駆体は、上記加熱または光照射によって反応して、耐熱性樹脂を生成し、生成した耐熱性樹脂が発熱層を構成する。上記反応の例には、縮合反応およびラジカル重合反応が含まれる。たとえば、ポリアミド酸は、２００℃以上の温度でイミド化し、耐熱性樹脂であるポリイミドを生成する。また、ラジカル重合性モノマーやラジカル重合性オリゴマーなどは、紫外線の照射によってラジカル共重合体を生成する。このように、第三の工程における加熱または光照射は、耐熱性樹脂または耐熱性樹脂の前駆体に上記のような変化をもたらし、その結果、発熱層が形成される。
【００４０】
上記第四の工程において、電極は、前述した導電性ペーストや金属製の薄板などによって構成される。たとえば、導電性ペーストによる電極は、発熱層に導電性ペーストを塗布する工程と、塗布された前記導電性ペーストを前記発熱層に焼き付ける工程と、によって発熱層上に形成される。導電性ペーストは、通常、導電性ペーストを１５０〜２００℃まで加熱することによって、発熱層に焼き付けられる。金属製の薄板も、通常、導電性接着剤を介して当該薄板を１２０〜２００℃まで加熱することによって、発熱層に接着する。
【００４１】
上記の方法は、ビッカース硬度が４００を超える硬質導電性フィラーを用いる場合には、上記発熱層の表面に上記絶縁層を形成する工程、をさらに含む。当該工程は、ビッカース硬度が５０〜４００の硬質導電性フィラーを用いる場合には、任意である。上記絶縁層は、上記発熱層材料液の塗膜または発熱層に絶縁層材料液を塗布し、当該絶縁性材料液の塗膜を硬化させることによって、発熱層の表面の一部または全面に形成される。絶縁層材料液は、例えば、前述した耐熱性樹脂または耐熱性樹脂の前駆体、および必要に応じて有機溶剤、によって構成される。絶縁層材料液の塗膜は、前述した発熱層材料液と同様の方法によって形成される。当該絶縁層は、前述した発熱層と同様に、加熱や光照射などによる当該塗膜の硬化によって形成される。絶縁層を形成する場合では、絶縁層の硬化（例えば、上記前駆体から耐熱性樹脂への反応）の一部または全部を、発熱層の硬化の一部または全部と同時に行ってもよい。
【００４２】
本発明の一実施の形態における面状発熱体を図１に示す。
面状発熱体１０は、図１に示されるように、発熱層１２、電極１４および絶縁層１６を有する。発熱層１２は、硬質導電性フィラーを含有するポリイミドの膜である。硬質導電性フィラーは、例えばＳＵＳ鋼製のフィラーである。当該硬質導電性フィラーのビッカース硬度は５０〜４００の範囲内（例えば２５０）である。当該硬質導電性フィラーは、ポリイミドに対して１０〜４０体積％の量（例えば２０体積％）でポリイミド中に含有され、分散している。
【００４３】
電極１４は、発熱層１２の両端のそれぞれに配置されている。電極１４は、発熱層１２の端部に塗布された導電性ペーストの焼き付けによって形成されている。絶縁層１６は、ポリイミドの層であり、発熱層１２の表面を覆うように配置されている。絶縁層１６は、電極１４の表面を覆わないように配置されている。
【００４４】
面状発熱体１０は、例えば、以下の方法で製造される。まず、不図示の基体の表面に、発熱層材料液としての、硬質導電性フィラーを含有するポリアミド酸のワニスを塗布して第一の塗膜を形成する。そして、形成された第一の塗膜を乾燥させて固化する。次いで、当該第一の塗膜の表面に、発熱層材料液としてのポリアミド酸のワニスを塗布し、第二の塗膜を形成する。そして、形成された第二の塗膜を乾燥させて固化する。次いで、第一の塗膜と第二の塗膜の積層体を３５０〜４５０℃の加熱炉内で熱硬化（イミド化）させて、発熱層１２および絶縁層１６を得る。次いで、発熱層１２の、絶縁層１６に覆われていない両端に、導電性ペースト（例えば銀ペースト）を塗布し、導電性ペーストの塗膜を２００℃、１時間の条件で発熱層１２に焼き付ける。
【００４５】
電源を電極１４、１４に接続して発熱層１２を含む電気回路を形成すると、発熱層１２に電気が流れ、発熱層１２は、発生する電気抵抗に応じて発熱する。このとき、発熱層１２の温度は、例えば、１００〜３００℃になる。当該温度は、例えば、温度センサーで検出される発熱層１２の温度に基づいて、発熱層１２を流れる電気の量を制御することによって調整される。電源からの電気の供給を止めると、発熱層１２は、常温まで冷却される。なお、発熱層１２の温度は、発熱層１２中の硬質導電性フィラーの組成や当該硬質導電性フィラーの含有量に応じて変化し、例えば１５０〜３００℃であってもよい。
【００４６】
一般に、物体は、加熱されると膨張し、冷却されると収縮する。耐熱性樹脂も、加熱されると膨張し、冷却されると収縮する。耐熱性樹脂の層が形成された直後では、上記膨張に比べて上記収縮が強い傾向にある。このため、図２Ａに示されるように、耐熱性樹脂の層２０は、製造直後では所期の寸法を有していても、加熱と冷却を繰り返すうちに徐々に収縮する。
【００４７】
耐熱性樹脂の層２０に通常使用されるカーボンブラックなどの導電性フィラー２８を分散しても、上記の収縮の傾向は変わらない。すなわち、図２Ｂに示されるように、上記導電性フィラー２８を含有する耐熱性樹脂製の発熱層２２では、加熱冷却の繰り返しによって発熱層２２が面方向において徐々に縮小し、発熱層２２中の導電性フィラー２８の間隔が徐々に狭まる。その結果、発熱層２２の電気抵抗が下がり、所期の発熱量が得られないことがある。この場合、発熱層２２の表面温度は、所期の温度とは異なってしまう。このような発熱層２２の所期の表面温度を実現するためには、面状発熱体に印加する電圧を、経時的に変化していく実際の表面温度に応じて制御する必要がある。しかしながら、経時的に変化する表面温度（発熱層の電気抵抗）に合わせて上記電圧を制御することは、実用上困難である。
【００４８】
一方、面状発熱体１０では、加熱冷却の繰り返しによる前述の経時的な収縮が生じない。これは、発熱層１２が、ビッカース硬度が５０〜４００の硬質導電性フィラー２９をポリイミドに対して１０〜４０体積％含有していることから、硬質導電性フィラー２９が発熱層１２の面方向における収縮を抑制しているため、と考えられる。このため、図２Ｃに示されるように、発熱層１２の面方向における大きさは、加熱冷却の繰り返しによっても変化せず、その結果、発熱層１２の電気抵抗（発熱量）が一定となる。
【００４９】
電極１４および絶縁層１６も、加熱冷却の繰り返しによって経時的に収縮する傾向を有することがある。このため、電極１４や絶縁層１６などが重ねて配置されている発熱層１２は、電極１４や絶縁層１６などの経時的な収縮が加わる分、経時的により強く収縮する。しかしながら、上記のような発熱層１２の寸法安定性は、電極１４や絶縁層１６などの発熱層１２に重なる構成をさらに有していても十分に発現される。よって、発熱層１２を有することによって、面状発熱体１０全体の面方向における寸法安定性がもたらされる。また、面状発熱体１０は、硬質導電性フィラー２９を十分量含有することから、加熱時の温度分布が均一であり、かつ十分な機械強度（可撓性）が発現される。
【００５０】
絶縁層１６は、耐熱性樹脂に起因する機械強度の向上効果をさらにもたらす。すなわち、発熱層１２の機械強度に絶縁層１６の機械強度が合わさって、面状発熱体１０の機械強度となる。このため、発熱層１２のみでは機械強度が不十分であっても、絶縁層１６をさらに配置することによって、良好な機械強度を有する面状発熱体１０を構成することが可能である。
【００５１】
また、発熱層１２は、面方向における寸法安定性を有することから、導電性ペースト由来の電極割れを防止する観点からより効果的である。また、電極が金属製の薄板の接着によって形成される場合では、発熱層１２が面方向における寸法安定性を有することから、当該薄板と発熱層１２との接着面のずれが抑制され、電極の接着強度を高める観点からより効果的である。さらに、電極１４を作製する場合の加熱冷却に対しても、発熱層１２の寸法安定性は発現される。このため、面状発熱体１０が焼き付けによって作製される電極１４を有する面状発熱体１０では、電極１４の焼き付けによる寸法の変動も抑制されうる。
【００５２】
［定着装置］
本発明に係る面状発熱体は、画像形成装置の定着装置における発熱ベルトに用いられうる。
【００５３】
定着装置７０は、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、定着ローラー７２、発熱ベルト７３、加圧ローラー７４および給電装置７５を有する。発熱ベルト７３は、面状発熱体１０に該当する。本実施形態では、面状発熱体１０の形状は、無端ベルト状である。
【００５４】
定着ローラー７２は、円柱状の芯金７２１と、その周面上に配置される樹脂層７２２とを有する。樹脂層７２２の外径は、発熱ベルト７３の内径よりも小さい。定着ローラー７２は、発熱ベルト７３の内側に配置される。定着ローラー７２は、発熱ベルト７３の周方向における一部分で発熱ベルト７３の内周面に接触する。
【００５５】
加圧ローラー７４は、円柱状の芯金７４１と、その周面上に配置される樹脂層７４２とを有する。加圧ローラー７４は、発熱ベルト７３を介して定着ローラー７２に対向して配置される。加圧ローラー７４は、定着ローラー７２に向けて発熱ベルト７３の外周面を押圧可能に配置されている。加圧ローラー７４は、通常は、発熱ベルト７３と離れて配置される。
【００５６】
樹脂層７２２、７４２は、例えば、公知の樹脂の層または公知の樹脂が発泡してなる層である。上記樹脂の例には、シリコーンゴムおよびフッ素ゴムが含まれる。樹脂層７２２、７４２の少なくともいずれかは、加圧ローラー７４による押圧によって変形する弾性を有する。
【００５７】
加圧ローラー７４は、普通紙などの記録媒体に対する離型性を有する離型層を、樹脂層７４２上にさらに有していてもよい。この離型層は、フッ素系チューブやフッ素系コーティングによって構成される。離型層の材料の例には、フッ素樹脂が含まれる。上記離型層の厚さは、例えば５〜１００μｍであることが好ましい。
【００５８】
給電装置７５は、交流電源７５１と、電極１４に接触する給電部材７５２と、交流電源７５１および給電部材７５２を接続する導線７５３とを有する。給電部材７５２は、電極１４に向けて、板バネやコイルバネなどの弾性部材（図示せず）で付勢されている。給電部材７５２は、電極１４に対して摺動する部材であってもよいし、回転する部材であってもよい。給電部材７５２の例には、黒鉛や銅−黒鉛複合材料などのカーボン系材料で構成されたカーボンブラシが含まれる。
【００５９】
発熱ベルト７３、定着ローラー７２および加圧ローラー７４は、いずれも回動可能である。それぞれが独立して回動可能であってもよいし、回転駆動する一つに従って他が回動してもよい。
【００６０】
加圧ローラー７４が定着ローラー７２に向けて発熱ベルト７３の外周面を押圧することによって発熱ベルト７３と加圧ローラー７４の接触部（ニップ部）が形成される。ニップ部は、定着ローラー７２が窪んで形成されてもよいし、加圧ローラー７４が窪んで形成されてもよい。
【００６１】
トナー画像の定着に際して、各ローラーおよび発熱ベルト７３の回動、発熱ベルト７３への給電およびニップ部の形成は、公知の定着装置と同様に行うことができる。定着装置７０は、公知の定着装置が有する他の構成をさらに有していてよい。
【００６２】
発熱ベルト７３は、面状発熱体１０で構成されていることから、抵抗変化が生じず、温度分布が均一で、かつ十分な機械強度（可撓性）を有する。よって、発熱ベルト７３は、長期にわたって安定して均一な加熱が可能である。このため、定着装置７０における定着ムラなどの定着不良が長期にわたって防止される。
【００６３】
［画像形成装置］
上記定着装置を有する画像形成装置を、図４に基づいて説明する。画像形成装置５０は、画像形成部、中間転写部および定着装置７０を有する。画像形成装置５０は、画像読み取り部および記録媒体搬送部をさらに有する。
【００６４】
上記画像形成部は、例えば、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの各色に対応する四つの画像形成ユニットを含む。画像形成ユニットは、図４に示されるように、感光体ドラム５１、感光体ドラム５１を帯電させる帯電装置５２、帯電した感光体ドラム５１に光を照射して静電潜像を形成する露光装置５３、静電潜像が形成された感光体ドラム５１にトナーを供給して静電潜像に応じたトナー画像を形成する現像装置５４、および、感光体ドラム５１の残留トナーを除去するクリーニング装置５５、を有する。
【００６５】
感光体ドラム５１は、例えば、光導電性を有する負帯電型の有機感光体である。帯電装置５２は、例えば、コロナ帯電器である。帯電装置５２は、帯電ローラーや帯電ブラシ、帯電ブレードなどの接触帯電部材を感光体ドラム５１に接触させて帯電させる接触帯電装置であってもよい。露光装置５３は、例えば、半導体レーザーで構成される。現像装置５４は、前述した本発明に係る現像装置に該当する。「トナー画像」とは、トナーが画像状に集合した状態を言う。
【００６６】
上記中間転写部は、一次転写ユニットと二次転写ユニットを含む。当該一次転写ユニットは、中間転写ベルト６１、一次転写ローラー６２、バックアップローラー６３、複数の支持ローラー６４およびクリーニング装置６５を有する。中間転写ベルト６１は、無端状のベルトである。中間転写ベルト６１は、バックアップローラー６３および支持ローラー６４によって、ループ状に張架される。バックアップローラー６３および支持ローラー６４の少なくとも一つのローラーが回転駆動することにより、中間転写ベルト６１は、無端軌道上を一方向に一定速度で走行する。
【００６７】
上記二次転写ユニットは、二次転写ベルト６６、二次転写ローラー６７および複数の支持ローラー６８を有する。二次転写ベルト６６も、無端状のベルトである。二次転写ベルト６６は、二次転写ローラー６７および支持ローラー６８によってループ状に張架される。
【００６８】
定着装置７０は、例えば、図３に示される定着装置７０である。用紙Ｓは、記録媒体に相当する。
【００６９】
上記画像読み取り部は、給紙装置８１、スキャナー８２、ＣＣＤセンサー８３および画像処理部８４を有する。上記記録媒体搬送部は、三つの給紙トレイユニット９１および複数のレジストローラー対９２を有する。給紙トレイユニット９１には、坪量やサイズなどに基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類ごとに収容される。レジストローラー対９２は、所期の搬送経路を形成するように配置されている。
【００７０】
画像形成装置５０による画像の形成を説明する。
スキャナー８２は、給紙装置８１から送られたコンタクトガラス上の原稿Ｄを光学的に走査して読み取る。原稿Ｄからの反射光がＣＣＤセンサー８３により読み取られ、入力画像データとなる。入力画像データは、画像処理部８４において所定の画像処理が施され、露光装置５３に送られる。
【００７１】
一方で、感光体ドラム５１は、一定の周速度で回転する。帯電装置５２は、感光体ドラム５１の表面を一様に負極性に帯電させる。露光装置５３は、各色成分の入力画像データに対応するレーザー光で感光体ドラム５１を照射する。こうして感光体ドラム５１の表面には、静電潜像が形成される。現像装置５４は、感光体ドラム５１の表面にトナーを付着させることにより静電潜像を可視化する。こうして感光体ドラム５１の表面に、静電潜像に応じたトナー画像が形成される。感光体ドラム５１の表面のトナー画像は、中間転写ベルト６１に転写される。感光体ドラム５１の転写残トナーは、クリーニング装置５５によって除去される。
【００７２】
感光体ドラム５１上のトナー画像は、一次転写ローラー６２によって中間転写ベルト６１を感光体ドラム５１に圧接させ、一次転写ローラー６２に転写電圧を印加することによって、中間転写ベルト６１に転写される。中間転写ベルト６１には、各感光体ドラム５１で形成された各色のトナー画像が順次重なるように転写される。
【００７３】
一方、二次転写ローラー６７は、二次転写ベルト６６をバックアップローラー６３に向けて押圧し、中間転写ベルト６１に圧接させる。それにより、二次転写ニップ部が形成される。他方、給紙トレイユニット９１からレジストローラー対９２を介して上記二次転写ニップ部に用紙Ｓが搬送される。レジストローラー対９２は、用紙Ｓの傾きを補正し、また搬送のタイミングを調整する。
【００７４】
二次転写ニップに用紙Ｓが搬送されると、二次転写ローラー６７に転写電圧が印加され、中間転写ベルト６１上のトナー画像が用紙Ｓに転写される。トナー画像が転写された用紙Ｓは、二次転写ベルト６６によって、定着装置７０に搬送される。中間転写ベルト６１上の転写残トナーは、クリーニング装置６５によって除去される。
【００７５】
定着装置７０では、用紙Ｓの搬送に際して加圧ローラー７４が定着ローラー７２および発熱ベルト７３に向けて圧接し、定着ニップ部を形成する。用紙Ｓは、定着ニップ部で加熱、加圧される。こうして、用紙Ｓ上のトナー画像が用紙Ｓに定着する。トナー像が形成された用紙Ｓは、機外に排出される。
【００７６】
画像形成装置５０は、定着装置７０を有する。定着装置７０では、前述したように、長期にわたって定着不良が防止される。よって、画像形成装置５０は、高品質の画像を長期にわたり安定して形成することが可能である。
【実施例】
【００７７】
［実施例１］
Ｕ−ワニスＳ（宇部興産株式会社製）にＳＭＦ３００（直径：１０μｍ、長さ：８０μｍ、ビッカース硬度：５０、ＪＦＥテクノリサーチ株式会社製）を、当該ワニス中のポリアミド酸に対して２０体積％添加して、自転、公転ミキサー  ＡＲＥ−３１０（株式会社シンキー製）にて１０分撹拌／１０分脱泡し、発熱層材料液を調製した。
【００７８】
当該発熱層材料液をガラス基板上にバーコート法で厚み４５０μｍ、幅１５０ｍｍ、長さ２００ｍｍとなるように塗布して上記発熱層材料液の塗膜（第一の塗膜）を形成した。その後、ガラス基板上の第一の塗膜を、まず１２０℃３０分間、次いで１５０℃１５分間の条件で乾燥炉によって加熱し、固化させた。その後、２００℃３０分間、次いで２５０℃１５分間、次いで４００℃６０分間、の条件で加熱し、第一の塗膜中のポリアミド酸のイミド化し、ポリイミド中にＳＵＳＥＣが分散してなる発熱層を得た。
【００７９】
次いで、発熱層の、長さ方向における両端から３０ｍｍの部分に、導電性接着材を塗布し、次いでニッケル箔を被覆し、次いで２００℃６０分間の条件で当該ニッケル箔を発熱層に焼き付け、発熱層に一対の電極を取り付けた。こうして、面状発熱体１を得た。
【００８０】
［実施例２］
ＳＭＦ３００に代えてＤＡＰ３０４Ｌ−Ｕ（直径：１０μｍ、長さ：８０μｍ、ビッカース硬度：２５０、大同特殊鋼株式会社製）を用いた以外は、実施例１と同様にして、面状発熱体２を得た。
【００８１】
［実施例３］
ＳＭＦ３００に代えてＤＡＰ６３０（直径：１０μｍ、長さ：８０μｍ、ビッカース硬度：４００、大同特殊鋼株式会社製）を用いた以外は、実施例１と同様にして、面状発熱体３を得た。
【００８２】
［実施例４］
発熱層材料液におけるＤＡＰ３０４Ｌ−Ｕのポリアミド酸に対する含有量を１０体積％に変更した以外は、実施例２と同様にして、面状発熱体４を得た。
【００８３】
［実施例５］
発熱層材料液におけるＤＡＰ３０４Ｌ−Ｕのポリアミド酸に対する含有量を４０体積％に変更した以外は、実施例２と同様にして、面状発熱体５を得た。
【００８４】
［比較例１］
ＳＭＦ３００に代えて、クロムモリブデン鋼（ＣＲＭＯ）のＤＡＰ  Ｒ６２５（直径：１０μｍ、長さ：８０μｍ、ビッカース硬度：４１０、大同特殊鋼株式会社製）を用いた以外は、実施例１と同様にして、面状発熱体Ｃ１を得た。
【００８５】
［比較例２］
ＳＭＦ３００に代えて、グラファイトのＵＰ−１０（直径：１０μｍ、長さ：１００μｍ、ビッカース硬度：４０、日本黒鉛工業株式会社製）を用いた以外は、実施例１と同様にして、面状発熱体Ｃ２を得た。
【００８６】
［比較例３］
発熱層材料液におけるＤＡＰ３０４Ｌ−Ｕのポリアミド酸に対する含有量を５体積％に変更した以外は、実施例２と同様にして、面状発熱体Ｃ３を得た。
【００８７】
［比較例４］
発熱層材料液におけるＤＡＰ３０４Ｌ−Ｕのポリアミド酸に対する含有量を４５体積％に変更した以外は、実施例２と同様にして、面状発熱体Ｃ４を得た。
【００８８】
［実施例６］
実施例２と同様にして、発熱層材料液の塗膜（第一の塗膜）をガラス基板上に形成した。その後、ガラス基板上の第一の塗膜を、まず１２０℃３０分間、次いで１５０℃１５分間の条件で乾燥炉によって加熱し、固化させた。
【００８９】
固化した第一の塗膜の長さ方向における両端から３０ｍｍの部分を除く第一の塗膜の上面の部分に、Ｕ−ワニスＳを厚み１００μｍとなるように塗布し、固化した第一の塗膜の上にさらなる塗膜（第二の塗膜）を形成した。その後、得られた積層塗膜を、まず１２０℃３０分間、次いで２００℃３０分間、次いで２５０℃１５分間、次いで４００℃６０分間、の条件で加熱し、第一の塗膜および第二の塗膜中のポリアミド酸をイミド化し、ポリイミド中にＤＡＰ３０４Ｌ−Ｕが分散してなる発熱層と、この発熱層の上面を覆うポリイミド製の絶縁層との積層体を得た。
【００９０】
次いで、上記発熱層の上記絶縁膜で被覆されていない両端部に、導電性接着材を塗布し、次いでニッケル箔を被覆し、次いで２００℃６０分間の条件で当該ニッケル箔を発熱層に焼き付け、発熱層に一対の電極を取り付けた。こうして、面状発熱体６を得た。
【００９１】
［実施例７］
比較例１と同様にして第一の塗膜を形成した以外は、実施例６と同様にして、面状発熱体７を得た。
【００９２】
［比較例５］
比較例２と同様にして第一の塗膜を形成した以外は、実施例６と同様にして、面状発熱体Ｃ５を得た。
【００９３】
［評価］
（１）抵抗変化
まず、面状発熱体１〜７およびＣ１〜Ｃ５のそれぞれの表面における距離が１２０ｍｍである二点間の電気抵抗（初期抵抗、「Ａ」とする）を測定した。４探針プローブを備えた抵抗率計ＭＣＰ−Ｔ３６０（株式会社三菱化学アナリテック製）を用いて当該電気抵抗を測定した。
【００９４】
次いで、図５に示される加熱冷却サイクルを１００００サイクル実施した。当該加熱冷却サイクルは、各面状発熱体を２００℃に加熱する電圧の１分間の印加と、当該電圧の印加の１分間の停止からなる。そして、１００００サイクル後の面状発熱体の電気抵抗（電気抵抗「Ｂ」とする）を上記と同様に測定した。
そして、下記式から抵抗変動率ΔＲ（％）を求めた。
ΔＲ（％）＝｛（Ｂ／Ａ）×１００｝−１００
【００９５】
さらに、ΔＲを下記の基準で評価した。
○：ΔＲが±１．０％以下
×：ΔＲが±１．０％超
【００９６】
（２）温度分布
サーモトレーサＴＨ１１０１（日本電気三栄株式会社製）を用いて、上記の電圧による通電開始から１０秒後の各面状発熱体の表面温度を観測した。さらに、以下の基準で評価した。
○：表面温度のばらつきが１５℃未満
×：表面温度のばらつきが１５℃以上
【００９７】
（３）機械強度
テンシロン万能試験機（株式会社池田理化製）を用いて、ＪＩＳ  Ｋ７１６１に基づき、各面状発熱体の引張試験を実施した。さらに、以下の基準で評価した。
○：引張試験による破断強度が５０ＭＰａ以上
×：引張試験による破断強度が５０ＭＰａ未満
【００９８】
各面状発熱体の導電性フィラーの性状および添加量を表１に示す。また、各面状発熱体における前述の測定結果および評価結果を表２に示す。
【００９９】
【表１】
2015011809.tif 000003
【０１００】
【表２】
2015011809.tif 000004
【０１０１】
（４）寸法変化率および抵抗変動率
発熱層材料液にＤＡＰ３０４Ｌ−Ｕを添加しなかった以外は実施例２と同様にして、耐熱樹脂層を作製した。そして、当該耐熱性樹脂層と、作製当初の面状発熱体２とのそれぞれに、１０サイクルの上記（１）の加熱冷却サイクル試験を行い、そのときの寸法安定性を測定した。当該寸法安定性は、上記耐熱性樹脂層および面状発熱体２の試験片の寸法の初期値に対する、上記各サイクルにおける当該試験片の寸法の変化率を算出することによって求めた。試験片の寸法は、各試験片の両端の距離をノギスにて３〜５点測定し、得られた測定値の平均値である。同様に、上記耐熱性樹脂層と、作製当初の面状発熱体Ｃ２のそれぞれに、１０サイクルの上記加熱冷却サイクル試験を行い、そのときの寸法安定性を測定した。さらに、作製当初の面状発熱体２と、作製当初の面状発熱体Ｃ２とのそれぞれに、１０サイクルの上記加熱冷却サイクル試験を行い、そのときの抵抗変動率ΔＲを測定した。上記寸法安定性の測定結果を図６Ａおよび図６Ｂに示す。また、面状発熱体２と面状発熱体Ｃ２の上記１０サイクルにおける上記抵抗変動率の測定結果を図６Ｃに示す。
【０１０２】
図６Ａから明らかなように、耐熱性樹脂層は、加熱冷却サイクルの繰り返しに伴って収縮するが、面状発熱体２は、実質的に収縮していない。よって、硬質導電性フィラーを含有する発熱層は、耐熱性樹脂の経時的な寸法の変化を防止することが分かる。一方で、面状発熱体Ｃ２は、図６Ｂに示されるように、耐熱性樹脂層よりもやや緩やかに収縮するが、耐熱性樹脂層と同程度の割合まで収縮する。よって、ビッカース硬度が５０未満の導電性フィラーを含有する発熱層は、耐熱性樹脂の経時的な寸法の変化を抑えきれないことが分かる。そして、図６Ｃから明らかなように、発熱層の抵抗変化は、発熱層の寸法の変化と相関している。以上より、硬質導電性フィラーを含有する発熱層を有する面状発熱体では、面状発熱体の経時的な電気抵抗の変化が防止されていることが分かる。
【０１０３】
実施例１〜５における面状発熱体１〜５は、発熱層の単層構造を有し、ビッカース硬度が５０〜４００の硬質導電性フィラーを、１０〜４０体積％含有しており、抵抗変化、温度分布および機械強度のいずれにおいても良好な結果を示した。これは、硬質導電性フィラーが発熱層に適量配合されることによって、発熱層の膨張および収縮が防止され、加熱時には発熱層が面方向において均一に発熱し、かつ、耐熱性樹脂による可撓性が十分に発現されたため、と考えられる。
【０１０４】
これに対して、比較例１〜４における面状発熱体Ｃ１〜Ｃ４は、いずれも発熱層の単層構造を有するが、抵抗変化、温度分布および機械強度の少なくともいずれかで不十分な結果を示した。面状発熱体Ｃ１は、機械強度が不十分であった。これは、硬質導電性フィラーのビッカース硬度が４１０と高すぎ、発熱層が脆くなり、発熱層の可撓性が損なわれたため、と考えられる。また、面状発熱体Ｃ２は、抵抗変化と温度分布が不十分であった。これは、導電性フィラーのビッカース硬度が４０と低すぎ、発熱層の膨張、収縮の抑制効果が不十分であり、また加熱時に発熱層を均一に発熱させるには導電性フィラーの含有量が少なかったため、と考えられる。また、面状発熱体Ｃ３は、温度分布が不十分であった。これは、硬質導電性フィラーの含有量が５体積％と、加熱時に発熱層を均一に発熱させるには少なすぎたため、と考えられる。また、面状発熱体Ｃ４は、機械強度が不十分であった。これは、硬質導電性フィラーの含有量が４５体積％と多く、発熱層の可撓性が損なわれたため、と考えられる。
【０１０５】
一方、実施例６および７における面状発熱体６および７は、発熱層と絶縁層の積層構造を有する。面状発熱体２に絶縁層をさらに有する面状発熱体６は、面状発熱体２に比べて、機械強度がより向上した。これは、絶縁層による効果と考えられる。一方、面状発熱体Ｃ１に絶縁層をさらに有する面状発熱体７は、抵抗変化、温度分布および機械強度のいずれにおいても良好な結果を示した。これは、面状発熱体Ｃ１で不足していた機械強度が絶縁層の配置によって補われたため、と考えられる。
【０１０６】
これに対して、比較例５における面状発熱体Ｃ５は、面状発熱体Ｃ２に絶縁層をさら有する積層構造を有するが、抵抗変化と温度分布が不十分であった。よって、絶縁層は、面状発熱体の機械強度の改善をもたらすが、面状発熱体の抵抗変化および温度分布の改善には実質的には寄与しない、と考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明に係る面状発熱体は、発熱能力の長期安定性に優れる。よって、画像形成装置におけるベルト加熱式の定着装置に好適に用いることができ、画像形成装置のさらなる省力化やさらなる改良が期待される。
【符号の説明】
【０１０８】
１０  面状発熱体
１２、２２  発熱層
１４  電極
１６  絶縁層
２０  耐熱性樹脂の層
２８  導電性フィラー
２９  硬質導電性フィラー
５０  画像形成装置
５１  感光体ドラム
５２  帯電装置
５３  露光装置
５４  現像装置
５５、６５  クリーニング装置
６１  中間転写ベルト
６２  一次転写ローラー
６３  バックアップローラー
６４、６８  支持ローラー
６６  二次転写ベルト
６７  二次転写ローラー
７０  定着装置
７２  定着ローラー
７３  発熱ベルト
７４  加圧ローラー
７５  給電装置
８１  給紙装置
８２  スキャナー
８３  ＣＣＤセンサー
８４  画像処理部
９１  給紙トレイユニット
９２  レジストローラー対
７２１、７４１  芯金
７２２、７４２  樹脂層
７５１  交流電源
７５２  給電部材
７５３  導線
Ｄ  原稿
Ｓ  用紙
【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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