特開 2024-92988 加熱装置およびその製造方法、定着装置、並びに画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024092988

(43)【公開日】2024-07-08

(54)【発明の名称】加熱装置およびその製造方法、定着装置、並びに画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/20 20060101AFI20240701BHJP

   G03G 15/00 20060101ALI20240701BHJP

【ＦＩ】

G03G15/20 510

G03G15/20 515

G03G15/00 552

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023216750

(22)【出願日】2023-12-22

(31)【優先権主張番号】P 2022208432

(32)【優先日】2022-12-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】391051256

【氏名又は名称】株式会社美和テック

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 寛

【テーマコード（参考）】

2H033

2H171

【Ｆターム（参考）】

2H033AA03

2H033AA32

2H033BA25

2H033BA26

2H033BB05

2H033BB06

2H033BB08

2H033BB13

2H033BB14

2H033BB15

2H033BB18

2H033BB21

2H033BB33

2H033BE03

2H033CA44

2H171FA19

2H171FA26

2H171GA18

2H171JA12

2H171MA02

2H171MA18

2H171QA03

2H171QA08

2H171QA24

2H171QB03

2H171QB15

2H171QB32

2H171QC03

2H171QC37

2H171QC40

2H171SA11

2H171SA14

2H171SA18

2H171SA22

2H171SA26

2H171TB02

2H171TB03

2H171UA03

2H171UA07

2H171UA10

2H171UA22

2H171XA03

(57)【要約】

【課題】特性を向上させることができる加熱装置を提供する。
【解決手段】加熱装置は、グラフェンまたはカーボンナノチューブを導電材料として含む導電性の薄膜１０と、前記薄膜の端面のうち前記薄膜を挟み対向する一対の端面に接触する一対の電極１２と、を備える。加熱装置の製造方法は、グラフェンまたはカーボンナノチューブを含む導電材料とバインダーとが混合された分散液を下地材上に塗布する工程と、前記分散液を加熱することで前記下地材上に薄膜を形成する工程と、前記薄膜の端面のうち前記薄膜を挟み対向する一対の端面に接触する一対の電極を形成する工程と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

グラフェンまたはカーボンナノチューブを導電材料として含む導電性の薄膜と、
前記薄膜の端面のうち前記薄膜を挟み対向する一対の端面に接触する一対の電極と、
を備える加熱装置。

【請求項2】

前記薄膜は、前記導電材料としてグラフェンを含む請求項１に記載の加熱装置。

【請求項3】

前記薄膜は、バインダーを含む請求項２に記載の加熱装置。

【請求項4】

前記薄膜の厚さは５μｍ以上かつ１６０μｍ以下であり、前記一対の電極間の間隔は１０ｍｍ以上かつ４５ｍｍ以下である請求項２または３に記載の加熱装置。

【請求項5】

前記一対の電極間に３Ｖ以上かつ２４Ｖ以下の直流電圧または交流電圧が印加される請求項４に記載の加熱装置。

【請求項6】

前記一対の電極は前記薄膜の主面には接触しない請求項１から３のいずれか一項に記載の加熱装置。

【請求項7】

前記バインダーは無機系バインダーである請求項３に記載の加熱装置。

【請求項8】

前記無機系バインダーの熱分解温度は５００℃以上である請求項７に記載の加熱装置。

【請求項9】

請求項１または２に記載の加熱装置と、
前記加熱装置の主面に設けられた絶縁フィルムと、
前記絶縁フィルムの前記加熱装置と反対の面に被定着物を押圧する押圧部と、
を備える定着装置。

【請求項10】

請求項９に記載の定着装置を含む画像形成装置。

【請求項11】

グラフェンまたはカーボンナノチューブを含む導電材料とバインダーとが混合された分散液を下地材上に塗布する工程と、
前記分散液を加熱することで前記下地材上に薄膜を形成する工程と、
前記薄膜の端面のうち前記薄膜を挟み対向する一対の端面に接触する一対の電極を形成する工程と、
を含む加熱装置の製造方法。

【請求項12】

前記バインダーは無機系バインダーである請求項１１に記載の加熱装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加熱装置およびその製造方法、定着装置、並びに画像形成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子写真方式の画像形成装置の定着装置等には、加熱装置が用いられている。定着装置の加熱装置に、グラフェンまたはカーボンナノチューブを含むヒーターを用いることが知られている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１０１７００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

加熱装置には、昇温速度の向上およびＰＣＴ（Positive Temperature Coefficient）特性に由来する飽和温度の向上が求められている。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、加熱装置の特性を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、グラフェンまたはカーボンナノチューブを導電材料として含む導電性の薄膜と、前記薄膜の端面のうち前記薄膜を挟み対向する一対の端面に接触する一対の電極と、を備える加熱装置である。

【0007】

上記構成において、前記薄膜は、前記導電材料としてグラフェンを含む構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記薄膜は、バインダーを含む構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記薄膜の厚さは５μｍ以上かつ１６０μｍ以下であり、前記一対の電極間の間隔は１０ｍｍ以上かつ４５ｍｍ以下である構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記一対の電極間に３Ｖ以上かつ２４Ｖ以下の直流電圧または交流電圧が印加される構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記一対の電極は前記薄膜の主面には接触しない構成とすることができる。上記構成において、前記バインダーは無機系バインダーである構成とすることができる。上記構成において、前記無機系バインダーの熱分解温度は５００℃以上である構成とすることができる。

【0012】

本発明は、上記加熱装置と、前記加熱装置の主面に設けられた絶縁フィルムと、前記絶縁フィルムの前記加熱装置と反対の面に被定着物を押圧する押圧部と、を備える定着装置である。

【0013】

本発明は、上記定着装置を含む画像形成装置である。

【0014】

本発明は、グラフェンまたはカーボンナノチューブを含む導電材料とバインダーとが混合された分散液を下地材上に塗布する工程と、前記分散液を加熱することで前記下地材上に薄膜を形成する工程と、前記薄膜の端面のうち前記薄膜を挟み対向する一対の端面に接触する一対の電極を形成する工程と、を含む加熱装置の製造方法である。上記構成において、前記バインダーは無機系バインダーである構成とすることができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、加熱装置の特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１（ａ）は、実施例１に係る加熱装置の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図2】図２（ａ）から図２（ｄ）は、実施例１に係る加熱装置の製造方法を説明する断面図である。

【図3】図３は、比較例１に係る加熱装置の断面図である。

【図4】図４（ａ）は、サンプルＡ１～Ｅ１における時間に対する温度を示す図、図４（ｂ）は、サンプルＡ２～Ｅ２における時間に対する温度を示す図である。

【図5】図５（ａ）は、サンプルＦ１における時間に対する温度を示す図、図５（ｂ）は、サンプルＧ１における時間に対する温度を示す図である。

【図6】図６（ａ）は、サンプルＨ１における時間に対する温度を示す図、図６（ｂ）は、サンプルＪ１における時間に対する温度を示す図である。

【図7】図７（ａ）は、サンプルＫ１における時間に対する温度を示す図、図７（ｂ）は、サンプルＫ２における時間に対する温度を示す図である。

【図8】図８（ａ）は、サンプルＬ１における時間に対する温度を示す図、図８（ｂ）は、サンプルＬ２における時間に対する温度を示す図である。

【図9】図９は、実施例３における定着装置に用いられる加熱モジュールを示す断面図である。

【図10】図１０は、実施例３における定着装置の断面図である。

【図11】図１１は、実施例３における画像形成装置の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。

【実施例0018】

図１（ａ）は、実施例１に係る加熱装置の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、フィルム１４の下面にコーティング層１５が設けられている。フィルム１４の上面に薄膜１０が設けられている。フィルム１４の上面において薄膜１０を挟むように一対の電極１２が設けられている。電極１２は、薄膜１０の端面に接触されている。

【0019】

薄膜１０は、グラフェンまたはカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含む導電材料とバインダーとを含む。グラフェンは、２次元的に電気伝導性を有し、例えば高純度黒鉛を水中において剥離することにより作製できる。グラフェンは、単層でもよく複数層でもよい。薄膜１０には、例えば１層～１００層のグラフェンを用いてもよいし、１０層～５０層のグラフェンを用いてもよい。ＣＮＴは、六員環の炭素原子がチューブ状に配列されており、１次元的に電気伝導性を有する。ＣＮＴは単層でもよいし複数層でもよい。

【0020】

バインダーは、有機絶縁体または無機絶縁体であり、例えば樹脂である。バインダーとして、例えばセルロース系バインダーを用いることができる。セルロース系バインダーとして、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ジアセチルセルロースなどを用いることができる。薄膜１０がバインダーを含む場合、グラフェンまたはＣＮＴとバインダーとの重量比は例えば１：１０～１０：１であり、例えば１：５～５：１である。

【0021】

電極１２は、銅層または金層などの金属層である。フィルム１４は、耐熱性を有する絶縁フィルムであり、例えば樹脂フィルムである。耐熱性樹脂フィルムの材料としては、例えばポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリテトラフルオロエチレンまたはポリエーテルイミドを用いることができる。フィルム１４等のシートの材料としては、ポリテトラフルオロエチレン多孔質繊維、ポリテトラフルオロエチレン含浸ガラス繊維不織布、アラミド繊維不織布、またはセラミック繊維を用いてもよい。コーティング層１５は、耐熱性を有する絶縁層であり、フィルム１４と同様の材料を用いることができる。コーティング層１５は設けられていなくてもよい。

【0022】

＜製造方法＞
図２（ａ）から図２（ｄ）は、実施例１に係る加熱装置の製造方法の工程を説明する断面図である。図２（ａ）に示すように、フィルム１４を準備する。フィルム１４の下面には、コーティング層１５が設けられていてもよい。図２（ｂ）に示すように、フィルム１４上に電極１２を形成する。電極１２の形成方法としては、例えばフィルム１４上に金属箔（例えば銅箔）を貼り付ける。電極１２の形成にはめっき法などの他の方法を用いてもよい。

【0023】

図２（ｃ）に示すように、電極１２間にグラフェンまたはＣＮＴを分散させた分散液１１を塗布する。分散液１１の溶媒は、例えば水または有機溶媒である。有機溶媒は、例えばメタノール、エタノール、アセトン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド）、Ｎ－メチルピロリドンもしくはジメチルスルホキシドまたはこれらの混合液である。分散液１１にはバインダーを含むことが好ましい。例えば分散液１１はペースト状になるまで濃縮されている。分散液１１の塗布方法としては、例えばスクリーン印刷法を用いる。分散液１１の塗布にはスプレーコート法などの他の方法を用いてもよい。図２（ｄ）に示すように、分散液１１を加熱することで、分散液１１を焼成する。これにより、薄膜１０が形成される。分散液１１の加熱温度は、例えば１００°～２５０℃である。加熱温度は、分散液１１が焼成される温度かつバインダーおよびフィルム１４が焼失しない温度に設定される。

【0024】

＜実験＞
実施例１および比較例１の加熱装置を作製し、加熱特性を測定した。図３は、比較例１に係る加熱装置の断面図である。図３に示すように、比較例１では、薄膜１０がフィルム１４の上面全体に設けられ、電極１２は薄膜１０上に設けられている。

【0025】

実施例１および比較例１の加熱装置は、以下のように作製した。図２（ａ）において、下面にコーティング層１５が形成されたフィルム１４を準備した。フィルム１４は、ポリイミド（ＰＩ）フィルムであり、厚さＴ４が１２５μｍであり、幅Ｗ４が６５ｍｍ、長さＬ４が９０ｍｍである。フィルム１４の下面にコーティング層１５（図１（ｂ）参照）が設けられている。コーティング層１５は、厚さが１μｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）層である。

【0026】

図２（ｂ）において、フィルム１４上に、厚さＴ２が７０μｍ、幅Ｗ２が１０ｍｍ、長さＬ４が９０ｍｍの銅箔を電極１２として貼り付けた。貼り付けには耐熱性接着剤を用いた。電極１２の間隔Ｄ０を所望の間隔とした。

【0027】

図２（ｃ）において、高純度の黒鉛から水中で剥離した３０層のグラフェンが溶媒として水に分散されている分散液１１を作製した。分散液１１には、バインダーとしてセルロース系材料を分散させた。分散液１１におけるグラフェンの固形分の濃度は２．５質量％～３．５質量％とし、分散液１１におけるバインダーの固形分の濃度は０．７５質量％～１．５質量％とした。分散液１１を濃縮率（すなわち、濃縮前の固形分の濃度／濃縮後の固形分の濃度）が５０％～７０％となるように濃縮した。これにより、分散液１１はペースト状となる。濃縮したペースト状の分散液１１をせん断および分散処理することで、粘度が１１０～１３０Ｐａ・ｓのペーストを作製した。作製したペーストである分散液１１を、スクリーン印刷法を用い電極１２間のフィルム１４上に塗布した。

【0028】

図２（ｄ）において、分散液１１を加熱温度が１００℃または２００℃かつ加熱時間３０分の条件で加熱した。これにより、分散液１１が焼成し薄膜１０が形成された。比較例１も同様の方法を用い作製した。

【0029】

表１は、作製した実施例１のサンプルを示す表である。

【表1】

【0030】

表２は、作製した比較例１のサンプルを示す表である。

【表2】

【0031】

表１および２において、厚さＴ０は薄膜１０の厚さを、間隔Ｄ０は、電極１２の間隔を示している。表面抵抗率は四探針法（ＪＩＳ（日本工業規格）Ｋ７１９４）を用い５点測定した平均値である。日東精工アナリテック社製ロレスタ－ＡＸを用い、直列４探針を薄膜１０の表面に当接して、定電圧として１０Ｖを印加して、表面抵抗率を測定した。電極間抵抗は、電極１２間の抵抗であり、５点の平均である。電極間抵抗の単位は、電極１２の長さＬ２として単位長さ（すなわち１ｃｍ）あたりである。日置電機社製デジタルマルチメーターＤＴ４２８１を用い、２本の電極プローブを電極１２に当接して、定電圧として６Ｖを印加して、電極間抵抗を測定した。表１および表２のサンプルは図２（ｄ）の加熱温度を１００℃とした。

【0032】

表１のＡ１～Ｅ１と表２のＡ２～Ｅ２とでは、薄膜１０の厚さＴ０の目標とする厚さを同じとし、電極１２間の間隔Ｄ０をほぼ同じとしている。サンプルＡ１とＡ２では、厚さＴ０はほぼ４０μｍであり、間隔Ｄ０はほぼ４５ｍｍである。サンプルＢ１、Ｂ２、Ｃ１およびＣ２では、厚さＴ０はほぼ５μｍである。サンプルＢ１およびＢ２では、間隔Ｄ０はほぼ１０ｍｍであり、サンプルＣ１およびＣ２では、間隔Ｄ０はほぼ２０ｍｍである。サンプルＤ１、Ｄ２、Ｅ１およびＥ２では、厚さＴ０はほぼ１０μｍである。サンプルＤ１およびＤ２では、間隔Ｄ０はほぼ１０ｍｍであり、サンプルＥ１およびＥ２では、間隔Ｄ０はほぼ２０ｍｍである。

【0033】

表面抵抗率は、厚さＴ０が大きくなると低くなる。電極間抵抗は、厚さＴ０が大きくなると低くなり、間隔Ｄ０が大きくなると高くなる。サンプルＡ１～Ｅ１は、サンプルＡ２～Ｅ２より表面抵抗率および電極間抵抗が若干高い。これは、実施例１と比較例１とでは、製造方法が異なることなどが影響していると考えられる。

【0034】

サンプルＡ１～Ｅ１およびＡ２～Ｅ２について、電極１２間に一定の電圧を印加し、電圧印加した時点からの時間に対する温度を測定した。温度の測定箇所は、電極１２間の中心のコーティング層１５の下面であり、図１（ｂ）および図３の箇所５０である。温度の測定はフリアーシステムズ社製のサーモグラフィ（ＦＬＩＲ Ｃ５）およびキーエンス社製の計測器（ＮＲ－１０００）を用いた。サンプルＡ１～Ｅ１およびＡ２～Ｅ２にＤＣ（直流）１２Ｖを印加した。サンプルＡ１およびＡ２については、電極１２間にＤＣ２４Ｖを印加する測定も行った。

【0035】

図４（ａ）は、サンプルＡ１～Ｅ１における時間に対する温度を示す図、図４（ｂ）は、サンプルＡ２～Ｅ２における時間に対する温度を示す図である。温度は時間とともに上昇し、飽和する。温度が飽和したときの温度が飽和温度であり、電圧印加直後の温度に対する時間が昇温速度である。サンプルＢ１とＣ１との比較、サンプルＤ１とＥ１との比較より、同じ厚さＴ０では、間隔Ｄ０が小さい方が飽和温度は高く、かつ昇温速度が速い。サンプルＢ１とＤ１との比較、サンプルＣ１とＥ１との比較より、同じ間隔Ｄ０では、厚さＴ０が大きい方が飽和温度は高く、かつ昇温速度が速い。これは、飽和温度が高くかつ昇温速度が速くなる傾向は、電極間抵抗が低くなる傾向と同じである。サンプルＢ２～Ｅ２においてもサンプルＢ１～Ｅ１と同様の傾向である。サンプルＡ１のＡＣ１２Ｖと２４Ｖとの比較のように、同じサンプルでは、印加電圧が高い方が飽和温度は高くかつ昇温速度が速い。サンプルＡ２においてもサンプルＡ１と同様の傾向である。

【0036】

サンプルＡ１～Ｅ１とサンプルＡ２～Ｅ２とを比較すると、同じ条件では、サンプルＡ１～Ｅ１の方がサンプルＡ２～Ｅ２より飽和温度が高くかつ昇温速度が速い。

【0037】

サンプルＡ１～Ｅ１内の比較、サンプルＡ２～Ｅ２内の比較では、電極間抵抗が低い傾向にあるサンプルは、飽和温度が高くかつ昇温速度が速い。しかし、サンプルＡ１～Ｅ１とサンプルＡ２～Ｅ２との比較では、電極間抵抗が高いサンプルＡ１～Ｅ１の方がサンプルＡ２～Ｅ２より飽和温度が高くかつ昇温速度が速い。このように、サンプルＡ１～Ｅ１内の傾向およびサンプルＡ２～Ｅ２内の傾向と、サンプルＡ１～Ｅ１とサンプルＡ２～Ｅ２との傾向と、は一致しない。

【0038】

このように、サンプルＡ１～Ｅ１とサンプルＡ２～Ｅ２との違いは、電極１２と薄膜１０との接触抵抗に起因しているのではないかと考えられる。電極１２と薄膜１０との接触面積は、サンプルＡ１～Ｅ１では、厚さＴ０×長さＬ２である。サンプルＡ２～Ｅ２では、幅Ｗ２×長さＬ２である。厚さＴ０は、５μｍ～４５μｍであり、幅Ｗ２は１０ｍｍである。よって、電極１２と薄膜１０との接触面積はサンプルＡ２～Ｅ２の方がサンプルＡ１～Ｅ１より大きい。この考察では、電極１２と薄膜１０との接触抵抗もサンプルＡ２～Ｅ２の方がサンプルＡ１～Ｅ１より低くなるとも考えられる。

【0039】

グラフェンは、２次元的に電気伝導性を有する。グラフェンを含む薄膜１０では、薄膜１０の主面（上面および下面）の面方向の導電率が厚さ方向の導電率より高いと考えられる。このため、サンプルＡ１～Ｅ１のように薄膜１０の端面に電極１２を接触させると、サンプルＡ２～Ｅ２のように薄膜１０の上面に電極１２を接触した場合より接触抵抗が低いのではないかと考えられる。これにより、サンプルＡ１～Ｅ１では、実質的に薄膜１０内を流れる電流がサンプルＡ２～Ｅ２より大きくなり、飽和温度が高くかつ昇温速度が速くなったのではないかと考えられる。

【0040】

表３は、作製した実施例１のサンプルを示す表である。図２（ｄ）の加熱温度を２００℃としている。

【表3】

【0041】

サンプルＦ１とＧ１では、厚さＴ０はほぼ３０μｍであり、間隔Ｄ０はほぼ４５ｍｍである。サンプルＨ１では、厚さＴ０はほぼ１０μｍであり、間隔Ｄ０はほぼ２０ｍｍである。サンプルＪ１では、厚さＴ０はほぼ１０μｍであり、間隔Ｄ０はほぼ１０ｍｍである。

【0042】

図５（ａ）は、サンプルＦ１における時間に対する温度を示す図、図５（ｂ）は、サンプルＧ１における時間に対する温度を示す図である。図５（ａ）に示すように、サンプルＦ１にはＡＣ（交流）電圧として１２Ｖ、１８Ｖおよび２４Ｖを印加した。なお、交流の電圧は実効値である。図５（ｂ）に示すように、サンプルＧ１にはＤＣ電圧として１２Ｖ、１８Ｖおよび２４Ｖを印加した。サンプルＦ１およびＧ１ともに、温度がバインダーの熱分解温度である約２５０℃を越えたところで、バインダーが焼失した。

【0043】

サンプルＦ１とＧ１とでは、飽和温度および昇温速度はほぼ同じである。より詳細には、サンプルＦ１はＧ１に比べ、飽和温度が若干高くかつ昇温速度が速い。これは、サンプルＦ１とＧ１との製造条件のばらつきにより、サンプルＦ１の方が表面抵抗率および電極間抵抗が若干低いためと考えられる。このように、実施例１では、交流電圧と直流電圧によらず、飽和温度を高くかつ昇温速度を速くできる。

【0044】

図６（ａ）は、サンプルＨ１における時間に対する温度を示す図、図６（ｂ）は、サンプルＪ１における時間に対する温度を示す図である。図６（ａ）に示すように、サンプルＨ１にはＤＣ電圧として８Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖおよび１４Ｖを印加した。電圧が高くなると飽和温度が高くかつ昇温速度が速くなる。図６（ｂ）に示すように、サンプルＪ１にはＤＣ電圧として８Ｖを印加した。

【0045】

図４（ａ）のサンプルＥ１と図６（ａ）のサンプルＨ１は、厚さＴ０はほぼ同じ、間隔Ｄ０はほぼ同じである。しかし、図６（ａ）のＤＣ１２Ｖは、図４（ａ）のサンプルＥ１のＡＣ１２Ｖに比べ、飽和温度が高くかつ昇温速度が速い。図５（ａ）および図５（ｂ）のように、電圧がＡＣかＤＣでは飽和温度および昇温速度にあまり影響しない。このことから、図２（ｄ）の薄膜１０の焼成温度は１００℃より２００℃の方が好ましいと考えられる。なお、薄膜１０の焼成温度は、バインダーの種類等により適宜選択できる。

【0046】

図６（ｂ）のサンプルＪ１では、ＤＣ８Ｖでも飽和温度が２００℃を越えている。このように、厚さＴ０を１０μｍおよび間隔Ｄ０を１０ｍｍとすると、電極１２の間に印加する電圧を８Ｖとしても飽和温度を２００℃以上とすることができる。

【0047】

実施例１によれば、薄膜１０は、グラフェン導電材料として含む導電性である。一対の電極１２は、薄膜１０の端面のうち薄膜１０を挟み対向する一対の端面に接触する。これにより、図４（ａ）のサンプルＡ１～Ｅ１のように、図４（ｂ）のサンプルＡ２～Ｅ２より、飽和温度を高くしかつ昇温速度を速くできる。

【0048】

薄膜１０がＣＮＴを含む場合であっても、ＣＮＴは薄膜１０の主面方向の電気伝導性が高いと考えられる。よって、薄膜１０がグラフェンを含む場合と同様に、飽和温度を高くしかつ昇温速度を速くできる。

【0049】

薄膜１０はバインダーを含むことが好ましい。これにより、グラフェンまたはＣＮＴを含む薄膜１０を成形することができる。バインダーは例えばセルロース系バインダー等の有機バインダーである。

【0050】

飽和温度を高くかつ昇温速度を速くする観点から、薄膜１０の厚さＴ０は、５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上がより好ましい。薄膜１０の厚さＴ０が大きいと薄膜１０の成膜が難しくなる。この観点から、薄膜１０の厚さＴ０は１６０μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、４５μｍ以下がさらに好ましい。

【0051】

飽和温度を高くかつ昇温速度を速くする観点から、間隔Ｄ０は、４５ｍｍ以下が好ましく、２０ｍｍ以下がより好ましい。間隔Ｄ０が小さすぎると発熱量が小さくなる。この観点から間隔Ｄ０は、５ｍｍ以上が好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましい。

【0052】

薄膜１０の厚さＴ０は、例えば、間隔Ｄ０の１／１００以下であり、１／１０００以下である。また、厚さＴ０は、例えば、間隔Ｄ０の１／１００００以上である。

【0053】

電極１２の間に印加される電圧は交流電圧でも直流電圧でもよい。飽和温度を高くかつ昇温速度を速くする観点から、電極１２の間に印加される電圧は、３Ｖ以上が好ましく、５Ｖ以上がより好ましい。消費電力を低減する観点から、電極１２の間に印加される電圧は、２４Ｖ以上が好ましく、１０Ｖ以上がより好ましい。

【0054】

電極１２が薄膜１０の主面に接触すると、電極１２間の間隔Ｄ０を制御することが難しくなる。よって、一対の電極１２は薄膜１０の主面には接触しないことが好ましい。

【0055】

実施例１の製造方法では、図２（ｃ）のように、グラフェンまたはカーボンナノチューブを含む導電材料とバインダーとが混合された分散液１１をフィルム１４（下地材）上に塗布する。図２（ｄ）のように、分散液１１を加熱することでフィルム１４上に薄膜１０を形成する。図２（ｂ）のように、薄膜１０の端面のうち薄膜１０を挟み対向する一対の端面に接触する一対の電極１２を形成する。これにより、薄膜１０内のグラフェンまたはＣＮＴは薄膜１０の主面の方向に高伝導となり、薄膜１０の端面における電極１２との接触抵抗を低くできる。

【実施例0056】

実施例２は、薄膜１０に含まれるバインダーを無機系のバインダーとした例である。無機系のバインダーとは例えばシリカ系の無機バインダーである。バインダーの溶媒は、水およびアルコールである。アルコールとは例えばメタノールおよびエタノールなどである。無機系バインダーの熱分解温度は有機系バインダーより高く、例えば６５０℃以上である。無機系バインダーとして、シリカ系バインダー以外に例えばセラミック、ガラス、セラミック繊維、金属粉、または耐火微粉末を混合したバインダーを用いてもよい。バインダー以外の構成は実施例１と同じである。

【0057】

製造方法において、分散液１１は、グラフェンまたはＣＮＴを含み、かつ無機系バインダーを含む。分散液の溶媒は水および有機溶媒である。実施例１と同様に、分散液１１をフィルム１４上に塗布する。分散液１１を加熱し、焼成することで、薄膜１０が形成される。無機系バインダーを使用する場合の焼成温度は、有機系バインダーを使用する場合の焼成温度より低くてもよい。焼成温度は例えば１００℃以下である。

【0058】

＜実験＞
実施例２の加熱装置を作成し、加熱特性を測定した。図１（ａ）および図１（ｂ）のように、電極１２が薄膜１０の端面に接触し、かつ薄膜１０が無機系バインダーを含む例は、実施例２である。図３のように電極１２が薄膜１０上に設けられ、かつ薄膜１０が無機系バインダーを含む例を、比較例２としている。

【0059】

コーティング層１５、および電極１２それぞれの材料および寸法は、実施例１における実験と同じである。フィルム１４は厚さ１００μｍのポリイミドフィルムである。

【0060】

分散液１１は、溶媒、グラフェン、非イオン系分散剤、無機系バインダーを含む。無機系バインダーはシリカ系のバインダーである。バインダーの溶媒は水およびメタノールである。バインダーの熱分解温度は６５０℃である。分散液１１におけるカーボンの濃度は約２．５ｗｔ％である。バインダーの固形分の濃度は約４．０ｗｔ％である。焼成温度は１００℃以下である。加熱時間は３０分である。

【0061】

表４は実施例２のサンプルを示す表である。

【表4】

【0062】

表５は比較例２のサンプルを示す表である。

【表5】

【0063】

表４および表５のサンプルに対する厚さ、間隔、表面抵抗率および電極間抵抗の測定方法は、表１および２のサンプルと同じである。

【0064】

表４のサンプルＫ１において、薄膜１０の厚さＴ０は１２μｍであり、電極１２間の間隔Ｄ０は４５ｍｍである。サンプルＬ１において、厚さＴ０は１４μｍであり、間隔Ｄ０は２０ｍｍである。表５のサンプルＫ２において、厚さＴ０は１２μｍであり、間隔Ｄ０は４５ｍｍである。サンプルＬ２において、厚さＴ０は１３μｍであり、間隔Ｄ０は２０ｍｍである。各サンプルにおける厚さＴ０および間隔Ｄ０は平均値である。

【0065】

サンプルＫ１の表面抵抗率は１６．０Ω／□であり、電極間抵抗は３．５Ω／ｃｍである。サンプルＬ１の表面抵抗率は１７．６Ω／□であり、電極間抵抗は３．９Ω／ｃｍである。サンプルＫ２の表面抵抗率は１９．９Ω／□であり、電極間抵抗は４．４Ω／ｃｍである。サンプルＬ１の表面抵抗率は１７．１Ω／□であり、電極間抵抗は３．８Ω／ｃｍである。

【0066】

サンプルの電極１２間に一定の電圧を印加し、時間に対する温度を測定した。温度の測定装置はサンプルＡ１などの測定で使用したものと同じである。サンプルＫ１およびＫ２に、ＤＣ３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖ、１８Ｖ、および２４Ｖを印加した。サンプルＬ１およびＬ２に、ＤＣ３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖ、および１８Ｖを印加した。

【0067】

有機系バインダーを使用した場合、温度が２００℃以上まで上昇すると、火花、煙、および突入電流が発生することがある。温度上昇によって有機系のバインダーが昇華し、薄膜１０にカーボンが残留する。バインダーの昇華により薄膜１０の電気抵抗が急激に低下し、大電流が流れることで、火花等が発生するものと考えられる。

【0068】

無機系バインダーを使用したサンプルＫ１～Ｌ２では、温度が上昇しても、火花等は発生しなかった。温度が２００℃以上に上昇してもＰＣＴ特性が得られた。無機系バインダーの熱分解温度は６５０℃以上であり、無機系バインダーは昇華しにくい。薄膜１０の電気抵抗の急激な変化が抑制されたと考えられる。

【0069】

図７（ａ）はサンプルＫ１における時間に対する温度を示す図である。図７（ｂ）はサンプルＫ２における時間に対する温度を示す図である。図８（ａ）はサンプルＬ１における時間に対する温度を示す図である。図８（ｂ）はサンプルＬ２における時間に対する温度を示す図である。

【0070】

サンプルＫ１とサンプルＫ２との間で比較すると、同一の電圧ではサンプルＫ１の方が昇温速度は大きく、かつ飽和温度が高い。サンプルＬ１とサンプルＬ２との間で比較すると、同一の電圧ではサンプルＬ１の方が昇温速度は大きく、かつ飽和温度が高い。サンプルＫ１の表面抵抗率および電極間抵抗はサンプルＫ２より低い。一方、サンプルＬ１の表面抵抗率および電極間抵抗はサンプルＬ２より高い。上記のように、サンプルＫ１およびＬ１において昇温速度および飽和温度が高くなる。こうしたサンプルＫ１およびＬ１とサンプルＫ２およびＬ２との違いは、電極１２と薄膜１０との接触抵抗に起因していると考えられる。サンプルＫ１およびＬ１における接触抵抗は、サンプルＫ２およびＬ２の接触抵抗よりも低いと考えられる。サンプルＫ１およびＬ１の薄膜１０に流れる電流が、サンプルＫ２およびＬ２より大きくなったものと考えられる。サンプルＬ１およびＬ２に１８Ｖを印加して数秒後に、温度が４００℃を越えた。温度が測定範囲外であるため、測定を中止した。

【0071】

実施例２によれば、薄膜１０のバインダーは無機系バインダーである。無機系バインダーの熱分解温度は有機系バインダーの熱分解温度より高い。したがって、薄膜１０の温度が上昇しても無機系バインダーは分解しにくく、薄膜１０の電気抵抗が変化しにくい。例えば２００℃以上の温度においても、火花等の発生は抑制され、ＰＣＴ特性が得られる。無機系バインダーは例えばシリカ系のバインダーなどである。

【0072】

無機系バインダーの熱分解温度は、例えば５００℃以上、６００℃以上、６５０℃以上、７００℃以上、８００℃以上などである。温度が上昇してもバインダーが分解しにくく、例えば４００℃程度までＰＣＴ特性を得ることができる。

【0073】

有機系バインダーの熱分解温度は無機系バインダーの熱分解温度より低い。例えば２００℃以上で有機系バインダーが分解する。使用時の有機系バインダーの昇華を抑制するため、分解液１１の焼成温度を例えば２５０℃以上とすることで、有機系バインダーをあらかじめ昇華させることができる。使用中に温度が上昇しても、電気抵抗が急激に変化しにくい。しかし、高い焼成温度にも耐えるように、フィルム１４に耐熱性の高いものを選ぶことになる。フィルム１４の選択の自由度が低くなる。実施例２によれば、無機系バインダーを用いるため、焼成温度を高めなくてよく、１００℃以下とすることができる。フィルム１４の選択の自由度が高くなる。