JP2008135313A - Heating element unit and heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加熱装置の熱源として使用される発熱体ユニットに関し、特に、赤外線電球を用い、その発熱体として炭素系物質を使用する発熱体ユニット及びその発熱体ユニットを用いた加熱装置に関する。 The present invention relates to a heating element unit used as a heat source of a heating device, and more particularly to a heating element unit using an infrared light bulb and using a carbon-based material as the heating element, and a heating device using the heating element unit.
加熱装置における熱源として使用される従来の赤外線電球には、円筒状のガラス管内部に発熱体としてコイル状のタングステン線や棒状の炭素系焼結体が封入されて構成されている。このような赤外線電球を発熱体ユニットに用いる加熱装置としては、例えば電気ストーブ、調理器、乾燥機等の電気機器、及び複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子機器等の熱源を必要とする各種機器が含まれる。 A conventional infrared light bulb used as a heat source in a heating device is configured by enclosing a coiled tungsten wire or a rod-shaped carbon-based sintered body as a heating element inside a cylindrical glass tube. As a heating device using such an infrared light bulb as a heating element unit, for example, electric appliances such as electric stoves, cookers, and dryers, and various devices that require a heat source such as electronic devices such as copying machines, facsimiles, and printers. Is included.
上記のような各種機器に熱源として発熱体ユニットが用いられているため、発熱体ユニットに対してはその発熱体ユニットを用いる機器仕様において各種の要求がある。例えば、熱源として高い温度であること、指定温度に確実に保持されること、温度調整範囲が広いこと、入力電力に対して高い効率で加熱エネルギーに変換できること、被加熱対象物を一様に加熱できること、指定された方向のみを加熱対象とできること、通電時に大きな過電流が発生しないこと等の各種の要求がある。これらの要求を満たすことを目的として、各種の発熱体ユニットが提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2を参照。)。
Since the heat generating unit is used as a heat source in the various devices as described above, there are various requirements for the heat generating unit in the device specifications using the heat generating unit. For example, it is a high temperature as a heat source, is reliably maintained at a specified temperature, has a wide temperature adjustment range, can be converted into heating energy with high efficiency with respect to input power, and uniformly heats an object to be heated There are various demands such as being able to be heated, being able to heat only the specified direction, and not causing a large overcurrent when energized. In order to satisfy these requirements, various heating element units have been proposed (see, for example,
被加熱対象物を高温度に加熱できる従来の発熱体ユニットとしては、炭素系物質で形成された発熱体をガラス管内部に封入した第1の発熱体ユニットと、タングステン線で形成されたコイルの発熱体をガラス管内部に封入した第2の発熱体ユニットとを有し、これら2つの発熱体ユニットを所定の距離を有して並設したものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。また、従来の発熱体ユニットとしては、2本の異なる種類の発熱体(コイル状の発熱体と板状の発熱体)を所定の距離を有して並設し、これら2本の発熱体をガラス管内部に収納したものが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、上記のように構成された従来の発熱体ユニットにおいては、高温度に加熱できるように2本の異なる種類の発熱体を並設して熱源として用いられていた。従って、熱源である発熱体ユニットの断面形状、特に発熱体ユニットの延設方向と直交する断面形状が大きくなり、さらに発熱体ユニットのために大きな配設空間が必要となるという問題があった。 However, in the conventional heating element unit configured as described above, two different types of heating elements are juxtaposed to be used as a heat source so that they can be heated to a high temperature. Accordingly, there has been a problem that the cross-sectional shape of the heat generating unit as a heat source, particularly, the cross-sectional shape orthogonal to the extending direction of the heat generating unit becomes large, and a large arrangement space is required for the heat generating unit.
特に、コイル状の発熱体と板状の発熱体をガラス管内部に収納した発熱体ユニットにおいては、コイル状の発熱体を固定することが出来ず、長期にわたる通電/遮断のオン−オフ動作で線熱膨張によるたわみが生じ、隣に配置された板状の発熱体と接触する等の問題があった。更に、片側の発熱体が断線や破損した場合には、隣の発熱体と接触して放電し危険な状態となる等、重大な問題点があった。 In particular, in a heating element unit in which a coil-shaped heating element and a plate-like heating element are housed in a glass tube, the coil-shaped heating element cannot be fixed, and it can be turned on / off for a long period of time. Deflection due to linear thermal expansion occurs, causing problems such as contact with a plate-like heating element disposed adjacently. Furthermore, when the heating element on one side is disconnected or damaged, there is a serious problem such as contact with the adjacent heating element to cause a dangerous state.
2本の発熱体ユニットが所定距離を有して並設された構成においては、発熱体ユニットを別々に配置するため、互いの発熱体ユニットに対しては熱輻射のみによる加熱となり熱伝導性が悪く突入電流を軽減するためには立ち上がりに時間が要し、立ち上がりが遅くなるという問題があった。また、このような2本の発熱体ユニットを並設して構成した発熱ユニットにおいては、その断面形状(発熱体ユニットの延設方向に直交する断面形状)が大きくなり、発熱ユニットのための配設空間が大きくなるという問題も有していた。 In a configuration in which two heating element units are arranged side by side with a predetermined distance, the heating element units are arranged separately, so that the heating element units are heated only by thermal radiation and have a thermal conductivity. In order to alleviate the inrush current, it takes time to rise and the rise is slow. In addition, in the heat generating unit configured by arranging two such heat generating units in parallel, the cross-sectional shape (the cross-sectional shape orthogonal to the extending direction of the heat generating unit) is increased, and the heat generating unit is arranged. There was also a problem that the installation space became large.
上記のように、発熱体ユニットは各種機器において熱源として用いられるため、安全性を高くするとともに、入力電力に比して高温度加熱を高効率で行うことができ、且つ配設空間が小さくなるように発熱体ユニットを細く小さく構成することが要求されている。 As described above, since the heating element unit is used as a heat source in various devices, it is possible to increase safety, to perform high-temperature heating more efficiently than input power, and to reduce the installation space. Thus, it is required to make the heating element unit thin and small.
本発明は、異なる種類の発熱体を細く小さな形状の発熱体ユニット内に収納することができ、安全性及び効率の高い発熱体ユニットを提供するとともに、通電時に大きな過電流となる突入電流の発生を防止した発熱体ユニット及びこのような発熱体ユニットを用いた加熱装置を提供することを課題とする。 The present invention provides a heating element unit that can store different types of heating elements in a thin and small heating element unit, and has high safety and efficiency, and generates an inrush current that causes a large overcurrent when energized. It is an object of the present invention to provide a heating element unit that prevents the above and a heating device using such a heating element unit.
本発明は、上記の課題を解決するものであり、発熱体を簡単な構成で安全確実に固定し、更に起動時の立が上りを早くし、突入電流を軽減して、各種用途において容易に適応することができる汎用性の高い発熱体ユニット及びその発熱体ユニットを用いた加熱装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems. The heating element is securely and securely fixed with a simple configuration, and the rise at the start-up is quickened, the inrush current is reduced, and it is easily used in various applications. It is an object of the present invention to provide a highly versatile heating element unit that can be applied and a heating device using the heating element unit.
上記の課題を解決し、本発明の目的を達成するために、本発明の第1の観点の発熱体ユニットは、温度に対する抵抗値の変化率を表す温度特性の異なる発熱材料により形成された複数の発熱体と、前記発熱体を内包する第1の容器と、前記第1の容器内に配置され、前記発熱体のうち隣り合う発熱体のいずれか一方の発熱体が挿入されて隣り合う発熱体の分離を行う第2の容器と、を具備する。このように構成された本発明の発熱体ユニットは、安全性の高い熱源として汎用性の高い装置となる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, the heating element unit according to the first aspect of the present invention includes a plurality of heating materials having different temperature characteristics representing the rate of change in resistance value with respect to temperature. Of the heat generating element, a first container containing the heat generating element, and a heat generating element that is disposed in the first container and is adjacent to one of the heat generating elements. A second container for separating the body. The heating element unit of the present invention configured as described above is a highly versatile device as a highly safe heat source.
本発明の第2の観点の発熱体ユニットは、第1の観点における前記第1の容器内に不活性ガスを一定圧封入されて、前記第1の容器を密閉した構成である。このように構成された本発明の発熱体ユニットは、第1の容器内において熱輻射とともに不活性ガスによる熱伝導が生じる。 The heating element unit according to the second aspect of the present invention has a configuration in which an inert gas is sealed at a constant pressure in the first container according to the first aspect, and the first container is sealed. In the heat generating unit of the present invention configured as described above, heat conduction by the inert gas occurs in addition to heat radiation in the first container.
本発明の第3の観点の発熱体ユニットは、第2の観点における第2の容器が、当該第2の容器に挿入される発熱体の位置規制するための手段を有し、前記第2の容器内の発熱体と前記第2の容器外の発熱体との接触を防止するよう構成されている。このように構成された本発明の発熱体ユニットは、隣り合う発熱体の接触が確実に防止され、安全性及び信頼性の高い装置となる。 The heating element unit according to the third aspect of the present invention is characterized in that the second container according to the second aspect has means for regulating the position of the heating element inserted into the second container. The heating element inside the container is configured to prevent contact with the heating element outside the second container. The heating element unit of the present invention configured as described above can reliably prevent the adjacent heating elements from coming into contact with each other, and is a highly safe and reliable device.
本発明の第4の観点の発熱体ユニットは、第1乃至3の観点における前記複数の発熱体が異なる発熱温度分布特性を有している。このように構成された本発明の発熱体ユニットは、組み込まれる装置の仕様や、被加熱対象物に応じて発熱温度分布曲線を適宜変更することが可能となり、汎用性の高い熱源となる。 In the heating element unit according to the fourth aspect of the present invention, the plurality of heating elements according to the first to third aspects have different heat generation temperature distribution characteristics. The heat generating unit of the present invention configured as described above can change the heat generation temperature distribution curve as appropriate according to the specifications of the apparatus to be incorporated and the object to be heated, and becomes a highly versatile heat source.
本発明の第5の観点の発熱体ユニットは、第1乃至4の観点において、温度に対する抵抗値の変化率を表す温度特性が異なる複数の発熱体に対して、個々への通電あるいは組み合わせ通電の選択が可能であるよう構成されている。このように構成された本発明の発熱体ユニットは、突入電流の低減、立ち上がり時間の短縮、及び高入力で高効率の熱源を構築できる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects, a plurality of heat generating elements having different temperature characteristics representing a rate of change in resistance value with respect to temperature are individually energized or combined energized. It is configured to allow selection. The heating element unit of the present invention configured as described above can reduce the inrush current, shorten the rise time, and construct a highly efficient heat source with high input.
本発明の第6の観点の発熱体ユニットは、第1乃至4の観点において、温度に対する抵抗値の変化率を表す温度特性が異なる複数の発熱体に対して、少なくとも直列通電接続が所定期間可能な構成を有する。このように構成された本発明の発熱体ユニットは、突入電流の低減、立ち上がり時間の短縮、及び高入力で高効率の熱源を構築できる。 In the heat generating unit of the sixth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects, at least a series energization connection is possible for a predetermined period with respect to a plurality of heat generating elements having different temperature characteristics representing the rate of change in resistance value with respect to temperature. It has a configuration. The heating element unit of the present invention configured as described above can reduce the inrush current, shorten the rise time, and construct a highly efficient heat source with high input.
本発明の第7の観点の発熱体ユニットは、第1乃至4の観点において、温度に対する抵抗値の変化率を表す温度特性が異なる複数の発熱体に対して個々への通電又は組み合わせ通電の選択が可能であるとともに、前記複数の発熱体各々が有する温度特性における負特性或いは正特性を比較し、通電起動時に、負特性により近い発熱体を先に通電するよう構成されている。このように構成された本発明の発熱体ユニットは、突入電流の低減、立ち上がり時間の短縮、及び高入力で高効率の熱源を構築できる。 The heating element unit according to the seventh aspect of the present invention is the first to fourth aspects, in which selection of energization or combination energization to a plurality of heating elements having different temperature characteristics representing the rate of change in resistance value with respect to temperature is performed. In addition, a negative characteristic or a positive characteristic in temperature characteristics of each of the plurality of heating elements is compared, and a heating element closer to the negative characteristic is energized first when energization is started. The heating element unit of the present invention configured as described above can reduce the inrush current, shorten the rise time, and construct a highly efficient heat source with high input.
本発明の第8の観点の発熱体ユニットは、第1乃至7の観点において、前記複数の発熱体のうち、少なくとも1本が炭素系物質を含み、かつ焼成により形成された炭素系発熱体であり、少なくとも1本がタングステン材である発熱体であるように構成されている。このように構成された本発明の発熱体ユニットは、突入電流の低減、立ち上がり時間の短縮、及び高温度の熱源を構築できる。 A heating element unit according to an eighth aspect of the present invention is the carbon heating element according to the first to seventh aspects, wherein at least one of the plurality of heating elements includes a carbonaceous material and is formed by firing. And at least one heating element is a tungsten material. The heating element unit of the present invention configured as described above can reduce inrush current, shorten rise time, and construct a high-temperature heat source.
本発明の第9の観点の発熱体ユニットは、第1乃至7の観点において、前記複数の発熱体のうち、少なくとも1本が炭素系物質と抵抗調整物質とを含み、かつ焼成により形成された固形の炭素系発熱体であり、少なくとも1本がタングステン材により形成された発熱体であるように構成されている。このように構成された本発明の発熱体ユニットは、突入電流の低減、立ち上がり時間の短縮、及び高温度の熱源を構築できる。 A heating element unit according to a ninth aspect of the present invention is the heating element unit according to the first to seventh aspects, wherein at least one of the plurality of heating elements includes a carbon-based material and a resistance adjusting material, and is formed by firing. It is a solid carbon-based heating element, and at least one heating element is configured by a tungsten material. The heating element unit of the present invention configured as described above can reduce inrush current, shorten rise time, and construct a high-temperature heat source.
本発明の第10の観点の発熱体ユニットは、第1乃至9の観点において、前記複数の発熱体のうち、少なくとも1本の発熱体はその発熱体の延設方向に直交した断面形状が多角形であり、かつ前記発熱体の外面の少なくとも一部が実質的に平面部に形成されている。このように構成された本発明の発熱体ユニットは、指向性の高い熱源となる。 According to a tenth aspect of the present invention, in the first to ninth aspects, at least one of the plurality of heat generators has a cross-sectional shape orthogonal to the extending direction of the heat generator. It is square and at least a part of the outer surface of the heating element is substantially formed in a flat portion. The heating element unit of the present invention configured as described above serves as a heat source with high directivity.
本発明の第11の観点の発熱体ユニットは、第1乃至10の観点において、前記発熱体が二ケイ化モリブデン、ランタンクロマイト、炭化珪素、ニクロム、Fe−Cr−AL合金、及びステンレスから選ばれた金属により形成されている。このように構成された本発明の発熱体ユニットは、効率の高い熱源となる。 A heating element unit according to an eleventh aspect of the present invention is the heating element unit according to the first to tenth aspects, wherein the heating element is selected from molybdenum disilicide, lanthanum chromite, silicon carbide, nichrome, Fe-Cr-AL alloy, and stainless steel. It is made of metal. The heating element unit of the present invention configured as described above is an efficient heat source.
本発明の第12の観点の発熱体ユニットは、第1乃至11の観点において、前記第1の容器及び前記第2の容器が赤外線域の光透過性を有する材料で形成されている。このように構成された本発明の発熱体ユニットは、立ち上がりの早い効率の高い熱源となる。 In the heating element unit according to the twelfth aspect of the present invention, in the first to eleventh aspects, the first container and the second container are formed of a material having light transmittance in an infrared region. The heating element unit of the present invention configured as described above is an efficient heat source that quickly rises.
本発明の第13の観点の発熱体ユニットは、第1乃至11の観点において、前記第1の容器及び前記第2の容器のいずれかの容器表面の一部が光の透過を抑えるよう構成されている。このように構成された本発明の発熱体ユニットは、均一な温度分布を容易に構築することができる。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the first to eleventh aspects, the heating element unit is configured such that a part of the surface of either the first container or the second container suppresses light transmission. ing. The heating element unit of the present invention configured as described above can easily construct a uniform temperature distribution.
本発明の第14の観点の発熱体ユニットは、第1乃至13の観点において、前記第1の容器及び前記第2の容器が耐熱性を有する石英材料で形成されている。このように構成された本発明の発熱体ユニットは、高温度の熱源を構築することができる。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in the first to thirteenth aspects, the first container and the second container are made of a quartz material having heat resistance. The heating element unit of the present invention configured as described above can construct a high-temperature heat source.
本発明の第15の観点の加熱装置は、第1乃至14の観点の発熱体ユニットと、加熱ローラとを有し、前記加熱ローラ内に前記発熱体ユニットを内包するよう構成されている。このように構成された本発明の加熱装置は、突入電流の低減、立ち上がり時間の短縮、及び高入力で高効率の加熱手段となる。 A heating device according to a fifteenth aspect of the present invention includes the heating element unit according to the first to fourteenth aspects and a heating roller, and is configured to enclose the heating element unit in the heating roller. The heating device of the present invention configured as described above serves as a heating means that reduces inrush current, shortens rise time, and has high input and high efficiency.
本発明の第16の観点の加熱装置は、第1乃至14の観点の発熱体ユニットと、反射板とを有する加熱装置において少なくとも1本の前記発熱体ユニットが反射板と対向して配置されている。このように構成された本発明の加熱装置は、被加熱対象物に対して指向性の高い加熱が可能となる。 A heating device according to a sixteenth aspect of the present invention is a heating device including the heating element unit according to the first to fourteenth aspects and a reflecting plate, wherein at least one heating element unit is arranged to face the reflecting plate. Yes. The heating device of the present invention configured as described above enables heating with high directivity to the object to be heated.
本発明の第17の観点の加熱装置は、第16の観点の前記反射板が、前記発熱体ユニットの延設方向と直交する断面の中央部分の少なくとも一部に、前記発熱体ユニットの中心側に突出する凸部が形成されている。このように構成された本発明の加熱装置は、被加熱対象物に対して効率高く加熱することが可能となる。 According to a seventeenth aspect of the present invention, in the heating device according to the sixteenth aspect, the reflecting plate of the sixteenth aspect is located at least at the central portion of the cross section perpendicular to the extending direction of the heat generating unit. A projecting portion is formed. The heating device of the present invention configured as described above can efficiently heat the object to be heated.
本発明の第18の観点の加熱装置は、第15乃至17の観点の加熱装置内に制御回路を含む電源回路を有し、前記制御回路が、複数の発熱体のそれぞれに接続された複数の外部端子と、電源に接続された複数の電源端子と、前記外部端子と前記電源端子とを選択的に接続して、前記発熱体を直列、並列又は単独に接続する切替え装置を設けている。このように構成された本発明の加熱装置は、加熱対象物に応じた温度制御が可能となるとともに、突入電流の低減、立ち上がり時間の短縮、及び高入力で高効率の加熱手段を構築できる。 A heating device according to an eighteenth aspect of the present invention includes a power supply circuit including a control circuit in the heating device according to the fifteenth to seventeenth aspects, and the control circuit is connected to each of a plurality of heating elements. A switching device is provided that selectively connects the external terminal, a plurality of power supply terminals connected to a power supply, the external terminal and the power supply terminal, and connects the heating elements in series, in parallel or independently. The heating device of the present invention configured as described above can control the temperature according to the object to be heated, and can reduce the inrush current, shorten the rise time, and can construct a heating means with high input and high efficiency.
本発明の第19の観点の加熱装置は、第18の観点の前記制御回路が、オンオフ制御、通電率制御、位相制御、もしくはゼロクロス制御の何れかの回路を単独、若しくは少なくとも二つの制御を組み合わせて構成されている。このように構成された本発明の加熱装置は、仕様に応じて高効率の加熱手段を構築できる。 In a heating device according to a nineteenth aspect of the present invention, the control circuit according to the eighteenth aspect is a single circuit of on / off control, energization rate control, phase control, or zero cross control, or a combination of at least two controls. Configured. The heating device of the present invention configured as described above can construct a highly efficient heating means according to specifications.
本発明によれば、異なる種類の発熱体を細く小さな形状の発熱体ユニット内に収納し、安全性及び効率の高い発熱体ユニットを提供するとともに、通電時に大きな過電流の発生を防止した発熱体ユニット及びこの発熱体ユニットを用いた加熱装置を提供することができる。 According to the present invention, different types of heating elements are housed in a thin and small heating element unit to provide a heating element unit with high safety and efficiency, and a heating element that prevents the occurrence of a large overcurrent when energized. A unit and a heating device using the heating element unit can be provided.
以下、本発明に係る発熱体ユニット及びその発熱体ユニットを用いた加熱装置の好適な実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a heating element unit and a heating device using the heating element unit according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明に係る実施例1の発熱体ユニットについて図1を用いて説明する。図1は実施例1の発熱体ユニットの構造を示す正面図である。図1に示す発熱体ユニットにおいて、当該発熱体ユニットは長尺形状であるため、その中間部分を破断して省略して示している。 A heating element unit according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a front view illustrating the structure of the heating element unit according to the first embodiment. In the heating element unit shown in FIG. 1, since the heating element unit has a long shape, an intermediate portion thereof is broken and omitted.
実施例1の発熱体ユニットは、第1の容器1の内部に第1の温度特性を有する第1の発熱体2を持つ第1の発熱構成体Aと、第2の温度特性を有する第2の発熱体11を持つ第2の発熱構成体Bが並行に配設されて収納されている。また、第1の容器1の内部において、第2の温度特性を有する第2の発熱体11は第2の容器12の内部に収納されている。即ち、第2の発熱体11は第1の容器1と第2の容器12との2重管の内部に収納されている。実施例1においては、第1の容器1が透明な石英ガラス管で形成されており、第2の容器12が耐熱性及び絶縁性を有する材質で形成されている。第2の容器12の材質としては、例えば、耐熱ガラス、結晶化ガラス、石英、セラミックス等が好ましく、特に、赤外線域の透過性を有する材質が好ましい。
The heating element unit according to the first embodiment includes a first heating component A having a
第1の容器1には、その両端部分が平板状に溶着されており、アルゴンガス又はアルゴンガスと窒素ガスの混合ガスなどの不活性ガスが封入されている。第1の発熱構成体Aにおける第1の発熱体2は炭素系物質で形成されており、第2の発熱構成体Bにおける第2の発熱体11はタングステン物質で形成されている。第1の発熱体2及び第2の発熱体11を収納する第1の容器1の内部に封入されている不活性ガスであるアルゴンガス又はアルゴンガスと窒素ガスの混合ガスは、炭素系物質で形成された第1の発熱体2とタングステン物質で形成された第2の発熱体11の酸化を防止するために封入されている。
Both ends of the
第1の発熱構成体Aにおける第1の発熱体2は、指向性を有する熱輻射体としての機能を有するように、細長い平板形状を有している。この第1の発熱体2の両端には、第1の発熱体2を固定する機能と第1の発熱体2からの熱を放熱する機能を有する保持ブロック3が固着されている。第1の発熱構成体Aには、保持ブロック3の外側端部に取り付けられた内部リード線部材10、ガラス管1の両端から導出する外部リード線9A、及び外部リード線9Aと内部リード線部材10とを封止部分において電気的に接続するモリブデン箔8Aを有して構成されている。内部リード線部材10は、保持ブロック3の外側端部に巻着したコイル部5と、螺旋状に形成されたスプリング部6と、モリブデン箔8Aに接続された内部リード線7Aとにより構成されている。スプリング部6は第1の発熱体2に対して張力を与えるものであり、第1の発熱体2が常に所望の位置に配置されるよう構成されている。また、このように内部リード線7Aとコイル部5との間にスプリング部6を設けることにより、第1の発熱体2における膨張収縮による変化を吸収することが可能となる。
The
実施例1における内部リード線部材10は、コイル部5とスプリング部6と内部リード線7Aをモリブデン線により一体的に形成した例で説明するが、前記機能を有する構成であれば個々に形成されたものでも良い。また、内部リード線部材10の材料についてもモリブデンで説明するが、タングステンやニッケル等を材料とした弾性を有する金属線(丸棒、平板)を用いて形成しても良い。
The internal
一方、第1の発熱体2を有する第1の発熱構成体Aに並設された第2の発熱体11を有する第2の発熱構成体Bは、熱輻射体としての螺旋状(コイル状)に形成された第2の発熱体11を内包した第2の容器(耐熱管)12を有している。実施例1においては、第2の発熱体11が高温度の場合、第2の発熱体11と第2の容器12との間に隙間を設けるため発熱体サポート具13を配設した例で説明する。しかし、第2の発熱体11における長手方向の変形等がなく、また第2の発熱体11の温度が第2の容器12の軟化温度より十分に低ければ、発熱体サポート具等の保持部材の必要はない。
On the other hand, the second heat generating structure B having the second
第2の容器12は、両端が開口した円筒状の耐熱管であり、その内部に第2の発熱体11と発熱体サポート具13を収納している。発熱体サポート具13は第2の発熱体11を所定間隔毎に第2の容器12の内壁に固定するものであり、第2の発熱体11の所定間隔毎に金属線を巻き付けてリング状に形成し第2の容器12の内壁に押し付けるよう構成されている。なお、発熱体サポート具13としては、各種形状のものを用いることが可能であり、例えば円板の中心に形成した貫通孔に第2の発熱体11を通して保持する構成や、耐熱性を有する線材を巻き付けて太くして保持する構成等が用いられる。また、第2の発熱体11がある程度剛性を有するものであれば発熱体サポート具13を用いる必要はなく、第2の容器12の内壁に対して僅かなクリアランスで第2の発熱体11を収納しても良い。
The
図1に示すように、第2の容器12の上方の端部には、内部リード線7Bがその一部を直径の大きなコイル状に形成して係合している。第2の発熱構成体Bは、第2の発熱体11と第2の容器12の他に、内部リード線7B、第1の容器1の両端から導出する外部リード線9B、及び外部リード線9Bと内部リード線7Bとを封止部分において電気的に接続するモリブデン箔8Bを有している。第2の発熱構成体Bの第2の容器12の外壁は、第1の発熱構成体Aにおける第1の発熱体2と近接しており、第2の容器12の内壁は第2の発熱体11にほとんど隙間なく配設されている。従って、実質的に第2の容器12の厚みが第1の発熱体2と第2の発熱体11との間において確実に確保される絶縁距離となる。実施例1の第2の発熱構成体Bにおける内部リード線7Bは、第2の発熱体11であるタングステン線を延設して構成した例で説明するが、第2の発熱体11の螺旋形状(コイル形状)及び線径の仕様に応じて他の金属線(丸棒、平板)を用いて形成しても良い。なお、実施例1の第2の発熱体11は弾性を有する形状で説明するが、第2の発熱体11が弾性を有しない材料で構成された場合には、内部リード線7Bが弾性を有する材料で構成されて、第2の発熱体11の熱膨張を吸収する構成とすることは言うまでもない。
As shown in FIG. 1, an internal lead wire 7B is engaged with the upper end portion of the
実施例1において用いた耐熱管である第2の容器12は、その厚みが1.0mmであり、外径が5.0mmである。なお、螺旋状の第2の発熱体11の直径は約2.0mmであるため、第2の容器12の厚みとしては0.2mmから1.5mmまでの範囲内であれば使用可能である。また、第2の容器12の長さは、第2の発熱体11の全体を確実に覆う長さであり、実施例1においては第2の発熱体11と、その両端に固着された内部リード線7Bの一部を覆う長さに設定されている。
The
実施例1においては、第2の容器12の両端外側部分が丸められており(角取り処理)、第2の容器12が第1の容器1との接触において破損することが防止されている。また、実施例1においては、第2の容器12の一端である上端部分と内部リード線7Bが係合するように、第2の容器12の上端部分は内側に曲線的に屈曲しており、内部リード線7Bのコイル状部分との係合を確実なものとしている。内部リード線7Bが第2の容器12の上端に係合しているため、第2の容器12を第1の容器1の内部に位置決めできるとともに、第2の発熱体11と発熱体サポート具13を第2の容器12の内部に確実に収納できる位置に配置でき、発熱体ユニットにおける第2の発熱構成体Bの発熱体ユニットの長手方向に対する位置規制を行える構成である。このように、第2の容器12が第2の発熱体11の発熱体ユニットの長手方向に対する位置規制の基準となっているため、第2の発熱体11の全体が第2の容器12により確実に覆われる。また、内部リード線7Bを大きな螺旋状に形成して第2の容器12の端部(上端部分)が内側に屈曲している箇所に絡めて固定する構成であるため、第2の発熱構成体Bにおける各部位の位置規制が精度よく保持される。なお、実施例1においては、発熱体ユニットがその延設方向(長手方向)が上下方向となるよう配設される構成であるため内部リード線7Bが第2の容器12の上端部分に係合する構成の例で説明したが、内部リード線7Bが第2の容器12の上下の両端で係合する構成により第2の発熱構成体Bの位置規制を行っても良い。
In the first embodiment, both end portions of the
実施例1の発熱体ユニットにおいては、円筒状の第2の容器12の内部に螺旋状の第2の発熱体11が収納される構成であり、且つ第2の容器12の両端部が開口しているため、先に通電された第1の発熱体2からの輻射熱が第2の発熱体11を加熱するとともに、第1の容器1内に封入されたアルゴンガス又はアルゴンガスと窒素ガスの混合ガスなどの不活性ガスの温度上昇により、第2の発熱体11が加熱される構成となる。すなわち、第1の発熱体2からの輻射熱により第1の容器1内においてガス拡散が発生し、第1の容器1の内圧が高くなる。このとき、円筒状の第2の容器12の両端が開口しているため、第2の容器12内の不活性ガスが素早く循環し、不活性ガスの熱伝導により第2の発熱体11自体の温度をさらに上昇させる。
In the heating element unit according to the first embodiment, the
なお、第1の発熱体2を収納する第1の容器1と第2の発熱体11を収納する第2の容器12は、同一の不活性ガスで満たされているため、一方の発熱体が通電され発熱した時、不活性ガスの熱伝導率が高い程、通電前の他方の発熱体若しくは立ち上がりの遅い他方の発熱体を温める効果が高くなることは言うまでもない。
In addition, since the
実施例1の発熱体ユニットの構成において、第2の発熱体11の材料としてタングステン材を使用した場合、第2の発熱体11の温度が約2400K(2127℃)以下であれば、第2の発熱体11のタングステンが第1の発熱体1の材料、例えば炭素系物質と反応して劣化することがないことを発明者は確認している。
In the configuration of the heating element unit of the first embodiment, when a tungsten material is used as the material of the
実施例1の発熱体ユニットにおいて、第2の容器12は、第1の発熱構成体Aと第2の発熱構成体Bに対する絶縁壁として機能しており、第1の発熱体2と第2の発熱体11とは第2の容器12を介して配置されている。このため、第1の発熱体2と第2の発熱体11とは確実に絶縁距離を有して第1の容器1内に配置される構成となる。
また、第1の容器1の内部において、第1の発熱体1と第2の容器12がほとんど隙間なく配置されているため、第1の発熱構成体Aに衝撃が加わった場合には、第2の容器12が第1の容器1の内側で大きく移動することがなく、且つ第2の容器12の端部が丸められているため、2の容器12自体の破損や、第1の容器1の破損が防止されている。
In the heat generating unit of the first embodiment, the
In addition, since the
なお、第2の発熱構成体Bにおいて、第2の容器12を固定する方法は、図1に示した方法だけに限定されるものではなく、第2の容器12に凹部を設けて内部リード線7Bの一部が嵌合する方法、第2の容器12の内部に固定具を用いる方法、例えば挿入ピンやスペイサー等を取り付けて内部リード線7Bの移動を防止する方法等があり、第2の容器12の内部を塞ぐことなく、発熱体ユニット内の不活性ガスが第2の容器12の内部を循環できる固定方法であれば用いることができる。
In the second heat generating structure B, the method of fixing the
第2の容器12の両端部の端面は、バリ取りや、加熱等により溶融曲面形成加工を施すことにより、滑らかな曲面に形成し、第2の容器12の強度とともに破損防止をさらに向上させることができる。
The end surfaces of both end portions of the
第2の容器12は不活性ガスが循環できるように両端が開放した筒状の構成であるため、第1の発熱構成体A及び第2の発熱構成体Bを第1の容器1の内部において略密着して配置して第1の容器1の両端部分を封止することにより、第1の発熱体2と第2の発熱体11との間を必要最低限の絶縁距離を有して配置し、且つ第1の発熱体2と第2の発熱体11とを循環する不活性ガス雰囲気中で確実に使用することが可能となる。
Since the
また、実施例1の発熱体ユニットにおいては、第1の容器1の内部で不活性ガスが循環するよう構成されているため、例えば第1の発熱体2のみを通電して第1の発熱体2を加熱させることにより、第1の容器1内において熱拡散が生じて、第2の発熱体11を加熱し、通電前の第2の発熱体11の温度を上昇させて、この第2の発熱体11に対する通電時の温度上昇速度を高めることが可能となる。なお、第1の発熱体2と第2の発熱体11に対する加熱順序が逆であっても、同様の効果を得られることは言うまでもない。
Further, in the heating element unit of the first embodiment, since the inert gas is circulated inside the
第2の容器12の材質は、耐熱性及び絶縁性を有する材質であれば良く、例えば、耐熱ガラス、結晶化ガラス、石英、セラミックス等が好ましい。特に、赤外線域の透過性を有する材質が第2の容器12の材質として好ましい。
The material of the
以下、実施例1における第1の発熱構成体Aの具体的な構成について説明する。
図1に示すように、第1の発熱体2の両端に固着された保持ブロック3は、段差により異なる直径を有する2つの円柱形状部により構成されている。直径の細い部分である小径部3aは内部リード線部材10のコイル部5が巻着されている。直径の太い部分である大径部3bはその内部に切れ込み(スリット)が形成されており、第1の発熱体2の端部を挿入して挟着し、互いに電気的に接続されている。保持ブロック3は、導電性と放熱性を有する材料で形成されており、例えば、セラミックス材料、特に黒鉛が好ましく、若しくは、金属材料等の導電性に優れた材料でも良い。また、保持ブロック3の形状としては円筒状に限定されるものではなく、矩形状等の製造容易な形状で良い。
Hereinafter, a specific configuration of the first heat generating component A in the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the holding
保持ブロック3における直径の細い小径部3aには、モリブデン、タングステン、又はニッケル等の材料により形成された弾性を有する金属線を螺旋状に巻き付けたコイル部5が固着されている。コイル部5は保持ブロック3の小径部3aの外周面に密着して巻き付けられており、両者は電気的に接続されている。コイル部5は弾性を有するスプリング部6を経て内部リード線7Aにつながっている。
The small diameter portion 3a having a small diameter in the holding
実施例1の第1の発熱構成体Aにおいては、内部リード線7Aとコイル部5との間にスプリング部6が形成されているため、第1の発熱体2の膨張による寸法変化を吸収できる構成である。また、コイル部5は保持ブロック3に電気的に接続される方法であれば溶接等を用いても良い。
In the first heat generating structure A of the first embodiment, since the
上記のように、第1の発熱構成体Aは、第1の発熱体2の両側に保持ブロック3,3、コイル部5,5、スプリング部6,6、内部リード線7A,7A、モリブデン箔8A,8A、そして外部リード線9A,9Aがそれぞれ接続されて構成されており、外部リード線9Aに電力を供給することにより第1の発熱体2に通電される構成である。
As described above, the first heat generating structure A includes the holding blocks 3 and 3, the
次に、実施例1における第2の発熱構成体Bの具体的な構成について説明する。
第2の発熱体11は螺旋状(コイル状)に形成されており、その螺旋状の第2の発熱体11に対して所定間隔毎に金属線を巻き付けてリング状に形成し、発熱体サポート具13を構成する。螺旋状の第2の発熱体11の両端部分を延長して内部リード線7B,7Bが形成されており、この内部リード線7B,7Bがモリブデン箔8B,8Bを介して外部リード線9A,9Aにそれぞれ接続されている。第2の容器12は、第2の発熱体11及び発熱体サポート具13を確実に覆い、内部リード線7A,7Aに係合している。
なお、第2の発熱構成体Bにおいて、第2の容器12は第2の発熱体11を覆うとともに、第2の発熱体11を不活性ガスに晒すことが可能な構成であり、第1の発熱構成体Aに対して近接して配置することができる。
Next, a specific configuration of the second heat generating component B in Example 1 will be described.
The
In the second heat generating structure B, the
上記のように構成された実施例1の発熱体ユニットにおいて、その両側から導出している外部リード線9A及び/又は9Bに電力を供給すると、第1の発熱体2及び/又は第2の発熱体11に電流が流れ、それぞれの発熱体2,11の抵抗により熱が発生する。このとき、それぞれの発熱体2,11からは赤外線が放射される。
In the heating element unit according to the first embodiment configured as described above, when power is supplied to the external lead wires 9A and / or 9B led out from both sides, the
図2は実施例1の発熱体ユニットにおける第1の発熱体2と第2の発熱体11等の温度特性を示す図である。
実施例1の発熱体ユニットにおいて、第1の発熱体2は図2の符号Cで示す温度特性曲線(第1の発熱体温度特性曲線)を有し、第2の発熱体11は図2の符号Dで示す温度特性曲線(第2の発熱体温度特性曲線)を有している。このように、実施例1の発熱体ユニットにおいては、第1の発熱体2と第2の発熱体11が異なる温度特性を有しているため、それぞれの発熱体2,11への入力方法を適宜設定することにより突入電流を防止しつつ大きい入力を瞬時に投入することが可能となる。すなわち、最初に第1の発熱体2を通電して発熱させて第2の発熱体11を加熱し、第2の発熱体11が所定温度(例えば、1000℃)に達した時に第2の発熱体11に通電して発熱させるよう構成することにより、突入電流を防止しつつ大きな入力を投入することが可能となる。
FIG. 2 is a diagram illustrating temperature characteristics of the
In the heat generating unit of the first embodiment, the first
実施例1の発熱体ユニットにおいて、第1の発熱体2は、長い板状に成形された炭素系物質で構成されており、黒鉛などの結晶化炭素の基材に窒素化合物の抵抗値調整物質、及びアモルファス炭素を加えた混合物から形成されている。実施例1における第1の発熱体2としては、例えば、板幅が3.6mm、板厚が0.3mm、長さが280mmの炭素系発熱体を用いた。第1の発熱体2は板幅/板厚との比が5倍以上であるのが望ましい。板幅を板厚より5倍以上大きくすることにより、板幅を構成する面から出る熱量が板厚を構成する面から出る熱量より大幅に多くなり、第1の発熱体2の放熱に指向性を持たすことが可能となる。
In the heating element unit of Example 1, the
なお、第1の発熱体2の第1の発熱体温度特性曲線Cは、図2に示すように、発熱体温度による発熱体抵抗値の変化がほとんどないため(抵抗変化率が±10%以内)、電力投入時の電流と平衡時の電流はほとんど変わらない値である。
炭素系物質で形成された第1の発熱体2は、発熱効率が高く、加熱を開始してから定格温度に達するまでの時間が極めて短く、点灯時の突入電流がなく、そしてフリッカーの発生しない発熱体である。また、第1の発熱体2の寿命は、約10000時間と長寿命である。
As shown in FIG. 2, the first heating element temperature characteristic curve C of the
The
一方、実施例1において用いた第2の発熱体11は、タングステン材を螺旋状(コイル状)に形成して構成されており、仕様によりその直径は異なるが、実施例1においてはコイル径が約2mmのものを用いた。第2の発熱体11は螺旋状に形成されているが、延設方向(長手方向)においてコイルの粗密部分を設けることにより、延設方向における温度分布を所望の温度分布とすること可能である。
第2の容器12は第2の発熱体11であるタングステンコイルにタングステンワイヤーをリング状に巻き付けた発熱体サポート具13を設けることにより、発熱体サポート具13が丸形状であれば丸形状の内壁を持つ第2の容器12に対して、第2の発熱体11であるタングステンコイルを確実にサポートすることができる。第2の発熱体11の発熱体温度が高い場合には、発熱体サポート具13を用いることにより第2の容器12の内壁に接触させることなく第2の容器12内に保持できる構成となる。但し、第2の発熱体11の設定温度が第2の容器12の軟化温度より低い場合には、発熱体サポート具の必要はなく、第2の発熱体11が直接第2の容器12の内壁によりサポートする構成でも良い。
On the other hand, the
The
なお、実施例1においては、第2の容器12の内径が3.0mm、外径が5.0mmであり、第1の容器1の内径が10.5mm、外径が12.5mmのものを使用した。第1の容器1の内部において、第1の発熱体2の内部には、幅3.6mm、厚み0.3mmの第1の発熱体2と、第2の発熱体11を有する第2の容器12が実質的に密接するように配設されている。
In Example 1, the
図2の第2の発熱体温度特性曲線Dに示すように、第2の発熱体11の発熱体温度による発熱体抵抗値は比例的に大きく変化するため、例えば実施例1の第2の発熱体を単独で通電した場合には突入電流は約40Aであり、平衡時は5Aにて安定した。このように、第2の発熱体11においては、電力投入時に大電流、すなわち突入電流が発生した。このような突入電流に対処する方法としては、例えば制御で言うと接点容量を大きくする、サイリスタの容量を大きくする等の方法がある。しかし、このような対処方法では、すべての危険を回避できるものではない。
As shown in the second heating element temperature characteristic curve D of FIG. 2, the heating element resistance value according to the heating element temperature of the
上記のような構成された実施例1の発熱体ユニットの点灯時においては、第1の発熱体2を先に通電して点灯し、1100℃で安定させた場合、第2の発熱体11は第1の発熱体2からの輻射熱とガス拡散による熱伝導により瞬時に温度が上昇し、図2の第2の発熱体温度特性曲線Dに示すように、第2の発熱体11の抵抗値は大きくなる。この結果、第2の発熱体11の通電時に生じる突入電流の軽減を図ることができる。実施例1においては、上記のように第1の発熱体2の発熱状態が安定した後に第2の発熱体11を通電することにより、突入電流を40Aから8Aまで低減することができた。
At the time of lighting of the heating element unit of Example 1 configured as described above, when the
第1の発熱体2と第2の発熱体11とを電気的に並列的に構成して点灯する場合、第1の発熱体温度特性曲線Cを持つ第1の発熱体2を先に通電して点灯させて第2の発熱体温度特性曲線Dを持つ第2の発熱体11を予め加熱し、その後に第2の発熱体11を通電して点灯することにより、第2の発熱体温度特性曲線Dを有する第2の発熱体11における突入電流を低減することが可能となる。すなわち、複数の発熱体を並列的に構成して点灯する場合、発熱体温度と発熱体抵抗値との関係が負特性(例えば、図2において符号Eで示す発熱体温度特性曲線)に近い傾きを持つ発熱体温度特性曲線の発熱体から点灯し、順次、正特性の傾きが大きくなる発熱体温度特性曲線(例えば、図2の第2の発熱体温度特性曲線D)の発熱体を点灯していくように構成する。このように構成することにより、それぞれの発熱体を順次加熱してそれぞれの突入電流を大幅に低減することが可能となる。また、各発熱体に対する熱伝導性は、ガスの種類及びガス圧力により選択し調節することが可能であることは言うまでもない。
When the
正特性の発熱体温度特性曲線を持つ発熱体の突入電流を低減する場合の他の方法としては、例えば負特性に近い傾きを持つ第1の発熱体温度特性曲線Cの第1の発熱体2と、正特性の傾きを持つ第2の発熱体温度特性曲線Dの第2の発熱体11とを点灯する場合、それぞれの発熱体を電気的に直列に接続して通電して点灯し、その後に並列接続に切り替えることにより、各発熱体の両端に印加される電圧を分散して、突入電流を抑制することが可能となる。このように、発熱体の通電回路を切り換えることは、正特性の第2の発熱体温度特性曲線Dを持つ第2の発熱体11における突入電流を抑制するための有効な手段である。このように構成した場合、突入電流の測定値は約12Aであり、大幅に抑制されていることが確認された。
As another method for reducing the inrush current of a heating element having a positive heating element temperature characteristic curve, for example, the
また、実施例1の発熱体ユニットの構成において、第1の発熱体2の板幅面を第2の発熱体11の方向に向けて配置し、最初に第1の発熱体2を点灯させることにより、第2の発熱体11をより早く加熱できることは言うまでもない。
実施例1の発熱体ユニットにおいて、発熱体を炭素系物質により繊維織物状又はフエルト状で実質的な平面部分を有する帯状に構成したり、断面形状が多角形で実質的な平面部分を有する長尺な棒状に構成することにより、発熱体の平面部分からの熱輻射により効率の高い指向性を有する熱源を構築することができる。
Further, in the configuration of the heating element unit of the first embodiment, by arranging the plate width surface of the
In the heating element unit according to the first embodiment, the heating element is made of a carbon-based material in the form of a fiber fabric or felt and has a substantially flat surface portion, or the cross-sectional shape is polygonal and has a substantial flat surface portion. By configuring it in the shape of a long bar, a heat source having high directivity can be constructed by heat radiation from the flat portion of the heating element.
実施例1の発熱体ユニットにおいては、図2に示したように、発熱体温度により発熱体抵抗値がほとんど変化しない第1の発熱体温度特性曲線Cを持つ第1の発熱体2と、正特性の第2の発熱体温度特性曲線Dを持つ第2の発熱体11とを用いた例について説明したが、第1の発熱体2の代わりに図2において符号Eで示す発熱体温度特性曲線を持つ発熱体を用いることにより、さらに突入電流の低減と発熱温度の立ち上がりの向上を図ることが可能となる。
In the heating element unit of the first embodiment, as shown in FIG. 2, the
図3は実施例1の発熱体ユニットの長手方向の発熱温度分布を示す図である。
図3において、符号Fで示す温度分布曲線は第1の発熱構成体Aによる温度分布曲線であり、符号Gで示す温度分布曲線は第2の発熱構成体Bによる温度分布曲線である。また、符号Hで示す温度分布曲線は、第1の発熱構成体Aと第2の発熱構成体Bとを組み合わせた実施例1の発熱体ユニットによる温度分布曲線である。
FIG. 3 is a view showing a heat generation temperature distribution in the longitudinal direction of the heat generating unit of the first embodiment.
In FIG. 3, the temperature distribution curve indicated by reference sign F is a temperature distribution curve by the first heat generating structure A, and the temperature distribution curve indicated by reference sign G is a temperature distribution curve by the second heat generating structure B. A temperature distribution curve indicated by a symbol H is a temperature distribution curve by the heating element unit of Example 1 in which the first heating component A and the second heating component B are combined.
実施例1の第1の発熱構成体Aにおいては、第1の発熱体2の両端部分に発熱量が少ない発熱体保持部21が構成されている。一方、実施例1の第2の発熱構成体Bにおいては、第2の発熱体11の両端部分において発熱量が多くなるようにコイルを密に形成したコイル密部22が構成されている。第1の発熱構成体Aの発熱体保持部21と第2の発熱構成体Bのコイル密部22は、長手方向において同じ位置に配置されている。この結果、実施例1の発熱体ユニットにおいては、発熱量が少ない発熱体保持部21と発熱量が多いコイル密部22が組み合わされているため、発熱体保持部21において低下した発熱量をコイル密部22において補うことができ、図3に示した温度分布曲線Hとなる。これにより、実施例1の発熱体ユニットにおいては、発熱体ユニットにおける発熱部分の全体を有効に使った発熱温度分布が可能となり、小型の発熱体ユニットで広い発熱温度分布が可能となるため、製品筐体の短小化を図ることが可能となる。
In the first heat generating structure A of the first embodiment, the heat generating
実施例1においては、突入電流がないというメリットはあるが、発熱温度分布の設定が難しかった第1の発熱体2と、発熱温度分布の設定は容易ではあるが、突入電流が大きかった第2の発熱体11とを第1の容器1内に収納し、さらに第2の発熱体11を第2の容器12内に挿入することにより、第1の発熱体2と確実に分離絶縁し、且つ熱伝導性の良い不活性ガスにより熱伝達することにより、突入電流がなく装置全体に比して有効長の長い発熱体ユニットを設計することができる。
In Example 1, there is a merit that there is no inrush current, but the
また、実施例1においては、第1の発熱体2の材料として炭素系物質を用いた例で説明したが、第1の発熱体2の温度特性、即ち、発熱体温度と発熱体抵抗値との関係が実質的に反比例となる負特性から発熱体温度と発熱体抵抗値との関係が実質的に変化しない(±10%以内)温度特性を持つ二ケイ化モリブデン、ランタンクロマイト、炭化珪素、ニクロム、Fe(鉄)−Cr(クロム)−AL(アルミ)合金、及びステンレスから選ばれたいずれかを主成分とする材料を用いて、発熱体を構成することにより実施例1と同様の効果を奏することが可能である。
In the first embodiment, the carbon-based substance is used as the material for the
なお、発熱材料を用いる本発明に係る実施例1の発熱体ユニットにおいては、第1の発熱体2が前記材料の場合には不活性ガス雰囲気中で使用する必要はなく、空気中でも使用が可能であるため、第2の発熱体11がタングステン材料であれば、第2の発熱体11を覆う第2の容器を封止構造として、円筒状の両端が開放された第1の容器内に第2の容器を収納するよう構成しても良い。但し、このように構成した場合には、不活性ガスによる熱伝導は生じないが、第1の発熱体2からの直接的な熱輻射により第2の発熱体11を加熱することにより、突入電流の発生を抑制した同様の効果を得ることができる。
In the heating element unit according to the first embodiment of the present invention using a heating material, when the
実施例1においては、第1の容器1の内部に2つの発熱体2,11を用いた例で説明したが、第1の容器1の内部に複数の発熱構成体を配置する構成も可能である。この場合には、隣り合う発熱体が直接接触しないように、且つ所望の絶縁距離を確実に確保できるように、1本置きの発熱体を耐熱管である容器で覆う構成となる。
実施例1において用いた第1の容器1が赤外線域の光透過性を有すると、第1の発熱体2からの赤外線域の熱が第1の容器1を透過して、第1の発熱体2に吸収されず効率よく非加熱対象物を加熱することができ、第1の発熱体2の放熱指向性を向上させることができる。また、第2の容器12においても赤外線域の光透過性を有すると、第1の発熱体2により第2の発熱体11を効率よく加熱することが可能となり、第2の発熱体11の通電を開始する切り替え時間を短くすることが可能となる。従って、第2の発熱体11の突入電流を抑えるための加熱時間が短くなり、発熱体ユニットとしての立ち上がり時間を早くすることができる。
In the first embodiment, the example in which the two
If the
以下、本発明に係る実施例2の加熱装置について添付の図4を参照しつつ説明する。図4は実施例2の加熱装置における熱源部分の構造を示す断面図である。実施例2の加熱装置の熱源部分は、複写機における熱源部分であり、前述の実施例1において説明した発熱体ユニット20と、その発熱体ユニット20から放射された熱を吸収し、紙25にトナー26を定着させる加熱ローラ23と、トナー26が載置された紙25を加熱ローラ23に押し付ける押さえローラ24とを有して構成されている。実施例2の加熱装置には、上記の熱源部分の他に、図示は省略するが、当該発熱体ユニット20への電力供給を制御する制御部や、紙を搬送するための駆動制御部などが設けられている。また、実施例2の加熱装置には、装置外観を形成する筐体等の一般的に用いられている加熱装置の構成要素が含まれる。
以下、本発明に係る実施例2の加熱装置に関しては、本発明の特徴となる熱源部分の構成について詳細に説明する。
Hereinafter, the heating apparatus of Example 2 which concerns on this invention is demonstrated, referring attached FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the heat source portion in the heating apparatus of the second embodiment. The heat source portion of the heating device of the second embodiment is a heat source portion in the copying machine, which absorbs the heat generated from the
Hereinafter, regarding the heating apparatus according to the second embodiment of the present invention, the configuration of the heat source portion which is a feature of the present invention will be described in detail.
実施例2の加熱装置における発熱体ユニット20は、前述の実施例1において図1に示した発熱体ユニットと同一であるため、平板状の第1の発熱体2と第2の容器12(耐熱管)に覆われた第2の発熱体11が第1の容器(ガラス管)1内に並設されている。実施例2における加熱装置における発熱体ユニットは、第1の容器1の外周面にセラミックスのコーティング層27が形成されている。セラミックスのコーティング層27としては、熱ストレスに耐えられる多孔質なアルミナ、コーデェライト、ムライトなどを厚く形成することにより、光透過を防ぎ、より早く温度をさらに高めて、第2の発熱体11に対する加熱を早めることができる。なお、第1の容器1が透明石英管であればブラストなどの処理で不透明にすることにより、より早く第2の発熱体11を加熱して突入電流を抑制して、通電初期の早い段階で大電流を投入することができる。
Since the
本発明に係る実施例2の構成において、通電初期において第1の発熱体2のみが通電されて点灯し、第1の容器1内の不活性ガスを加熱すると共に第2の容器12内の第2の発熱体11を熱輻射により加熱する。このため、第2の発熱体11は、熱輻射と共に第1の容器1内の不活性ガスのガス拡散により加熱される。この結果、第2の発熱体11は素早く温度が上昇する。実施例2の構成においては、図4に示すように、第1の発熱体2の平面部分は、加熱ローラ23と押さえローラ24とのトナー定着領域に向くように構成されているが、第1の容器1の外周面にセラミックスのコーティング層27が形成されているため、第1の発熱体2と第2の発熱体11からの放射熱が第1の容器1の全体を効果的に加熱する構成である。
なお、第1の発熱体2の平面部分を第2の発熱体11に向くように配置して、第2の発熱体を瞬時に所定温度に加熱して突入電流の発生を抑制しつつ立ち上がり時間の短縮を図る構成とすることが可能である。
In the configuration of the second embodiment according to the present invention, only the
In addition, the plane part of the 1st
実施例2の加熱装置においては、第1の容器1の外周面にコーティング層27等が形成されているため、加熱ローラ23において加熱むらのない定着が可能となる。第1の発熱体2は、指向性を有しており、加熱むらの要因を有しているが、加熱ローラ23の肉厚や、加熱ローラ23の素材(熱の伝導度等)にもよるが、加熱むら発生の要因をコーティング層27やブラスト処理または不透明管等により解決することができる。但し、これらの解決方法は必ずしも必要不可欠な要素ではなく、加熱ローラ23の肉厚及び素材で対応可能であることは言うまでもない。
In the heating apparatus according to the second embodiment, since the
実施例2の加熱装置において、加熱ローラ23は長手方向の表面温度を均一にして、ギヤなどの駆動部分等に熱を取られるのを考慮して、発熱体ユニット20の長手方向の温度分布において両端部を多少高く設定している(図3参照)。また、用紙サイズの切り替えにより温度分布の変化が生じるが、図3のように2つの発熱体2,11を用いて温度分布の均一化を図ることができるため、本発明に係る加熱装置においては温度分布を自由に設計することが可能となる。現在は、発熱体としてハロゲン電球が多く使用されているが、ハロゲン電球は突入電流があり、立ち上がりを早くするために大電流を投入することができない。しかしながら、実施例2の加熱装置の熱源部分の構成を用いることにより、突入電流を軽減できるだけでなく、待機時において低電力で待機することが可能な構成となる。現在用いられているハロゲン電球は、その管壁温度が250℃を下回ると寿命が短くなる欠点を有するが、本発明に係る加熱装置における発熱体ユニットにおいては、第1の発熱体2と併用することにより低温度でも長寿命とすることができる構成となる。
In the heating device of the second embodiment, the
実施例2における加熱装置として複写機を例として説明したが、熱源部分の構成は、例えば複写機の他に、暖房用ストーブ等の輻射電気暖房器、調理加熱等の調理器、食品等の乾燥機、ファクシミリ、プリンタ等の電子装置、及び短時間で高温度に加熱する必要のあるその他の装置に適用することができる。 Although the copying machine has been described as an example of the heating device in the second embodiment, the configuration of the heat source portion is, for example, a radiant electric heater such as a heating stove, a cooking device such as cooking heating, and drying of food, etc. It can be applied to electronic devices such as machines, facsimiles, printers, and other devices that need to be heated to a high temperature in a short time.
以下、本発明に係る実施例3の加熱装置について添付の図5及び図6を参照しつつ説明する。図5は実施例3の加熱装置における熱源部分の構成を示す断面図であり、反射板50の延設方向(長手方向)に直交した断面を示している。実施例3の加熱装置における熱源部分は、前述の実施例1の発熱体ユニットを熱源として用い、その発熱体ユニットの背面側に反射板50を設けた構造である(被加熱対象物は発熱体ユニットの正面側に配置されている。)。実施例3の加熱装置としては、輻射電気暖房器における熱源部分を一例として説明する。
Hereinafter, the heating apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the heat source portion in the heating device of Example 3, and shows a cross section orthogonal to the extending direction (longitudinal direction) of the
実施例3において用いた発熱体ユニット20Aは、第1の発熱体2の平面部分が発熱体ユニット20Aの正面側(図5における上側)と背面側(図5における下側)を向くよう配置されており、第1の発熱体2の背面側に第2の発熱体11が配置された構成である。
図5に示すように、実施例3においては、発熱体ユニット20Aの背面側に反射板50が設けられており、反射板50の延設方向(長手方向)に直交した断面形状は、その中央部分に正面方向(図5における上方向)に突出した略二等辺三角形状の凸部50aが形成されている。この凸部50aの頂点の向く方向が第2の発熱体11の中心(加熱源の中心)となるよう配置されている。
The
As shown in FIG. 5, in Example 3, the reflecting
反射板50は上記のように形成されているため、第2の発熱体11から背面方向に放射された熱線の中で、第2の発熱体11の真後ろに放射された熱線は、反射板50の凸部50aの傾斜面にて反射され、反射板50における幅方向の両端部50bの近傍を照射して、加熱装置の正面方向へ幅広く反射される。即ち、実施例3の加熱装置における反射板50は、第1の発熱体11の真後ろに放射された熱線が、第1の発熱体11の方向には反射されず、第1の発熱体11が配置されていない幅方向の両端部分に反射されるよう構成されている。この結果、図5に示した反射板50を用いた加熱装置は、反射板50の長手方向に直交する断面における両端部分から正面側に反射される熱線が多くなり、被加熱対象物を効率高く加熱することが可能となる。
Since the reflecting
実施例3の加熱装置において、第2の発熱体11の温度が約2500℃であり、その中心波長が約1.03μmである。また、第1の発熱体2の温度が約1100℃であり、その中心波長が約2.1μmであるため、反射板50の中央からは第1の発熱体2からの2.1μmの波長の熱線が放射され、反射板50の両側部分からは第2の発熱体11からの1.03μmの波長の熱線が放射され、反射板50の放射位置において選択的な放射が可能となる。
In the heating apparatus of Example 3, the temperature of the
また、実施例3の加熱装置は、まぶしさの観点において、温度の高い第2の発熱体11からの反射光は減衰されてまぶしくなくなり、第2の発熱体11の正面側には温度の低い第1の発熱体2が配置されているため、第2の発熱体11からの直接正面側に放射された光はカットされる。もし、反射板に凸部が形成されておらず通常の放物線断面形状であれば、第2の発熱体11の真後ろに放射された熱線は、その反射板から直接輻射されて目に入りまぶしく感じる。
In addition, in the heating device of Example 3, the reflected light from the second
図6は、実施例3の加熱装置における熱源部分の別の構成を示す断面図である。この熱源部分に用いた発熱体ユニット20Bは、第1の発熱体2と第2の発熱体11が平面側と背面側とを分ける同一平面上に各中心が配置される構成である。即ち、第1の発熱体2と第2の発熱体11のそれぞれが互いの正面側若しくは背面側に配置されておらず、それぞれが正面側から目視できる位置に配置された構成である。そして、第1の発熱体2の平面部分が発熱体ユニット20の正面側(図6における上側)と背面側(図6における下側)を向くよう配置されている。また、反射板50の中央部分で正面方向(図6における上方向)に突出した略二等辺三角形状の凸部50aの頂点が、発熱体ユニット20Bの中心(加熱源の中心)に対向する位置、即ち、並設された第1の発熱体2と第2の発熱体11との間の位置の方向に突出するよう形成されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating another configuration of the heat source portion in the heating apparatus according to the third embodiment. The heating element unit 20B used for the heat source portion has a configuration in which the
図6に示すように、反射板50の凸部50aの突出方向が第1の発熱体2と第2の発熱体11との間となるように凸部50aが設けられているため、第1の発熱体2の平面部を被加熱対象物の方向に向けて配置することにより、反射板50における第1の発熱体2と対向する半面部分(図6の右側半面部分)の方が反対側半面部分より第1の発熱体2からの熱線を多く反射する構成となる。従って、反射板50の片側半面ごとに波長をある程度区分できる構成となる。第1の発熱体2と第2の発熱体11からの各放射は、反射板50が球面放射であるため、実測により区分けすることは困難であるが、2種類の波長を持ち発熱温度の異なる発熱体を設けることにより、被加熱対象物ごとに最適な吸収域を2カ所に設定することが可能となる。このため、図6に示した構成の熱源部分を有する加熱装置は、より効果的に加熱効率を高めることが可能な構成となる。
As shown in FIG. 6, the
実施例3の加熱装置において用いられている反射板50の材料は、反射率の高いアルミニウの表面に鏡面仕上げを施した板材を用いた。なお、反射板50の材料としては、反射率の高い材料で、且つ耐熱性を有する材料であれば良く、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、又はステンレス等の金属板、若しくは耐熱性の材料の表面にアルミニウム、窒化チタン、ニッケル、クロム等の金属薄膜形成処理した板材等が用いられる。
As the material of the
反射板50は、発熱体ユニットの各発熱体の背面を覆うように、各発熱体の延設方向(長手方向)に沿って同一断面を有して形成されている。なお、実施例3における反射板50は、各発熱体の延設方向の発熱部分の全てを覆うように、各発熱体より長く形成されている。また、加熱装置の仕様に応じて発熱体の本数を3本以上とすることも可能であり、その場合にも発熱体の配置に応じて反射板の形状を変更すれば同様の効果が得られる。
The
上記のように発熱体ユニットと反射板とを熱源とした加熱装置は、広範囲な加熱、平行熱線による加熱、吸収域ごとの発熱体温度(中心波長)による効率の良い加熱方式、及び効率の高い加熱を行うことができ、被加熱対象物と使用環境に応じて設計変更を容易に行うことができる汎用性の高い加熱装置となる。 As described above, the heating device using the heating element unit and the reflector as a heat source has a wide range of heating, heating by parallel heat rays, an efficient heating method by the heating element temperature (center wavelength) for each absorption region, and high efficiency. It becomes a highly versatile heating apparatus that can perform heating and can easily change the design according to the object to be heated and the use environment.
実施例3における加熱装置として輻射電気暖房器を例として説明したが、熱源部分の構成は、例えば暖房用ストーブ等の輻射電気暖房器の他に、調理加熱等の調理器、食品等の乾燥機、複写機、ファクシミリ、プリンタ等におけるトナー定着等の電子装置、及び短時間で高温度に加熱する必要のある装置が含まれる。 Although the radiant electric heater has been described as an example of the heating device in the third embodiment, the configuration of the heat source portion is, for example, a cooking appliance for cooking and heating, a dryer for food, etc., in addition to the radiant electric heater such as a heating stove , Electronic devices such as toner fixing in copiers, facsimiles, printers, etc., and devices that need to be heated to high temperatures in a short time.
以下、本発明に係る実施例4の加熱装置について添付の図7を参照しつつ説明する。図7は実施例4の加熱装置の通電制御方法を説明するための回路図である。 Hereinafter, the heating apparatus of Example 4 which concerns on this invention is demonstrated, referring attached FIG. FIG. 7 is a circuit diagram for explaining an energization control method of the heating device according to the fourth embodiment.
実施例4の加熱装置は前述の実施例1の発熱体ユニットを熱源として用いており、その熱源の通電制御方法を特徴とするものである。以下、実施例1と同様に発熱体ユニットに設けられている2つの発熱体2,11を第1の発熱体2と第2の発熱体11として説明し、それぞれの発熱体2,11の構成は実施例1の第1の発熱体2と第2の発熱体11と同一である。
The heating device of Example 4 uses the heating element unit of Example 1 described above as a heat source, and is characterized by an energization control method for the heat source. Hereinafter, the two
図7に示す回路図は、実施例4の加熱装置における発熱体ユニットの通電制御方法を示す図であり、実施例4の加熱装置における発熱体ユニットの制御回路を示している。図6に示すように、実施例4における発熱体ユニットの第1の発熱体2の両端に接続された外部リード線9Aには第1の外部端子61と第2の外部端子62が設けられている。また、実施例4における発熱体ユニットの第2の発熱体11の両端に接続された外部リード線9Bには第3の外部端子63と第4の外部端子64が設けられている。
The circuit diagram shown in FIG. 7 is a diagram showing a method for controlling energization of the heating element unit in the heating device of the fourth embodiment, and shows a control circuit for the heating element unit in the heating device of the fourth embodiment. As shown in FIG. 6, a first external terminal 61 and a second
また、実施例4の加熱装置における制御回路には、電源Vに接続された3つの電源端子65,66,67が設けられている。第1の電源端子65は第1の外部端子61と第3の外部端子63の両方と同時に接続するか、又は第1の外部端子61のみに接続できるよう構成されている。第2の電源端子66は第2の外部端子62と第4の外部端子64の両方同時に接続できるよう構成されている。そして、第3の電源端子67は、第1の電源端子65が第1の外部端子61のみに接続しているとき、第3の外部端子63のみに接続できるよう構成されており、このとき、第1の発熱体2の第2の外部端子62と第2の発熱体11の第4の外部端子64は、互いに電気的に接続されるよう構成されている。
Further, the control circuit in the heating apparatus of the fourth embodiment is provided with three
上記のように構成された実施例4の加熱装置における制御回路において、第1の発熱体2と第2の発熱体11との通電制御は、以下のように行われる。なお、外部端子61,62,63と電源端子65,66,67の各種接続状態は、加熱装置に設けられた切替え回路(図示省略)の制御により行われる。
In the control circuit in the heating apparatus of the fourth embodiment configured as described above, the energization control of the
[並列通電]
第1の発熱体2と第2の発熱体11とを並列に通電する場合、第1の発熱体2の第1の外部端子61と第2の発熱体11の第3の外部端子63が第1の電源端子65に接続される。同時に、第1の発熱体2の第2の外部端子62と第2の発熱体11の第4の外部端子64は、第2の電源端子66に接続される。このように制御回路が接続されることにより、例えば第1の発熱体2と第2の発熱体11の仕様がともに100Vの印加で消費電力500Wであれば、電源Vにより100Vを通電すると発熱体ユニットの消費電力は1000Wとなる。また、第1の発熱体2が100Vの印加時において発熱体温度は約1100℃の熱輻射を行い、第2の発熱体11が100Vの印加時において発熱体温度は約2500℃の熱輻射が行われる。
[Parallel energization]
When the
前述の実施例1において説明したように、起動時である通電初期においては、温度特性が負特性により近い第1の発熱体2を先に通電して発熱させ、第2の発熱体11が加熱された後に両方を並列に印加することにより突入電流の軽減を図ることができる。従って、起動時においては、第1の発熱体2を通電するため、第1の電源端子65を第1の外部端子61に接続し、同時に第2の電源端子66を第2の外部端子62に接続する。そして、所定時間経過後の第2の発熱体11が所定温度に達した時、第2の発熱体11を通電するため、第1の電源端子65を第3の外部端子63に接続し、同時に第2の電源端子66を第4の外部端子64に接続して、第1の発熱体2と第2の発熱体11を並列接続して通電する。このように第1の発熱体2と第2の発熱体11を並列通電制御することにより、突入電流が抑制された起動時の動作となる。
As described in the above-described first embodiment, in the initial energization that is at the time of starting, the
第1の発熱体2のみを単独で通電する場合、第1の発熱体2の第1の外部端子61が第1の電源端子65に接続される。同時に、第1の発熱体2の第2の外部端子62が第2の電源端子66に接続される。このとき、第2の発熱体11には電圧が印加されない状態である。このように接続された制御回路を設けることにより、第1の発熱体2が前述の仕様(100V,500W)を有する場合、電源Vにより100Vを通電すると赤外線電球の消費電力は500Wとなり、第1の発熱体2は発熱体温度1100℃で熱輻射する。そして、第1の発熱体2と第2の発熱体11を並列通電制御すると、第1の発熱体2が約1100℃の熱輻射を行い、第2の発熱体11が約2500℃の熱輻射を行う。
When energizing only the
[直列通電]
第1の発熱体2と第2の発熱体11とを直列に通電する場合、第1の発熱体2の第1の外部端子61が第1の電源端子65に接続される。同時に、第1の発熱体2の第2の外部端子62と第2の発熱体11の第4の外部端子64が互いに電気的に接続される。そして、第2の発熱体2の第3の外部端子63が第3の電源端子67に接続される。このように制御回路が接続されることにより、第1の発熱体2と第2の発熱体11が前述の仕様(100V,500W)を有する場合、電源Vにより100Vを通電すると発熱体ユニットの消費電力は平衡で310Wとなる。その際、初期値の合成抵抗により突入電流4.2Aとなった。200Vの場合、発熱体ユニットの消費電力は平衡で1000Wとなる。その際初期値の合成抵抗により突入電流は6.5Aとなった。第1の発熱体2と第2の発熱体11とを並列に印加すると平衡で100V1000Wとなり、初期時から第1の発熱体2と同時に第2の発熱体11を通電すると、そのときの第2の発熱体11の突入電流は40Aであった。従って、突入電流は平衡時の電流に比べて約4倍であるのに対し、前記のように直列に接続した場合には、平衡時の電流に比べて約1.3倍の突入電流とすることができた。
また、上記のように直列通電の後に接続状態を切り替えて並列通電を行うことにより発熱体温度の高い加熱が可能となる。
[Series conduction]
When the
In addition, heating with a high heating element temperature is possible by switching the connection state after series energization and performing parallel energization as described above.
上記のように、加熱装置の制御回路に3つの電源端子65,66,67を設けて複数の発熱体の接続状態を切り替えることにより、発熱体ユニットに対しては同一入力であっても制御回路における通電方法を選択することにより、発熱体温度を変更して、所望の温度による調整加熱が可能となる。従って、実施例4の加熱装置においては、通電制御を行うことにより、中心波長の異なる発熱体を選択的に加熱することが可能であり、熱輻射の指向性の異なる発熱体を選択的に加熱することが可能であり、そして被加熱対象に対応して容易に加熱温度を制御することが可能となる。
As described above, the control circuit of the heating device is provided with the three
なお、実施例4の加熱装置は実施例1の発熱体ユニットの赤外線電球を用いて熱輻射の制御を行った例で説明したが、本発明はこのような加熱装置に限定されるものではなく、前述の実施例2の加熱装置の制御方法として用いて、その熱輻射の制御を行うことも可能である。 In addition, although the heating apparatus of Example 4 demonstrated in the example which controlled the heat radiation using the infrared lamp of the heat generating body unit of Example 1, this invention is not limited to such a heating apparatus. It is also possible to control the heat radiation by using it as a method for controlling the heating device of the above-described second embodiment.
また、実施例4の加熱装置において、通電制御を行う場合にその選択条件として温度制御を加味することも可能である。温度制御として、例えばサーモスタット等の温度検知手段を用いたオンオフ制御、正確な温度を感知する温度感知センサを用いた入力電源の位相制御、さらに通電率制御、ゼロクロス制御などをそれぞれ単独で若しくはそれらを組み合わせて行うことにより、高精度な温度管理が可能な加熱装置が実現できる。従って、このように構成された実施例4の加熱装置によれば、発熱体の平面部分の指向性制御と通電制御とにより、輻射特性に優れた加熱と高精度な温度管理が可能となる。 Moreover, in the heating apparatus of Example 4, it is also possible to consider temperature control as a selection condition when conducting energization control. As temperature control, for example, on / off control using a temperature detection means such as a thermostat, phase control of an input power source using a temperature detection sensor that senses an accurate temperature, power supply rate control, zero cross control etc. By performing in combination, a heating device capable of highly accurate temperature management can be realized. Therefore, according to the heating apparatus of the fourth embodiment configured as described above, heating with excellent radiation characteristics and high-accuracy temperature management can be performed by directivity control and energization control of the planar portion of the heating element.
以上のように、本発明の発熱体ユニットにおいては、温度に対する抵抗値の変化率を表す温度特性の異なる発熱材料の発熱体を複数本、第1の容器内に内包し、複数の発熱体のうち隣り合う発熱体を第2の容器(耐熱管)内に挿入して確実に絶縁分離した構成であるため、温度特性の異なる発熱体を選択して適宜通電することにより、立ち上がり特性の改善を行うことが可能である。さらに、このように構成された発熱体ユニットは、隣り合う発熱体の一方が第2の容器(耐熱管)により覆われているため、その第2の容器(耐熱管)により当該発熱体をサポートすることが可能な構成となり、且つ隣り合う発熱体との分離を図りつつ小型化することができる。 As described above, in the heating element unit of the present invention, a plurality of heating elements of heating materials having different temperature characteristics representing the rate of change in resistance value with respect to temperature are included in the first container, Among them, the adjacent heating element is inserted into the second container (heat-resistant tube) to ensure insulation isolation, so the rise characteristic can be improved by selecting a heating element with different temperature characteristics and energizing it appropriately. Is possible. Further, in the heating element unit configured as described above, since one of the adjacent heating elements is covered with the second container (heat-resistant tube), the heating element is supported by the second container (heat-resistant tube). It is possible to reduce the size while separating from the adjacent heating elements.
本発明の発熱体ユニットにおいては、第1の容器内に不活性ガスを一定圧封入し、第1の容器内に複数の発熱体を収納して密閉した構成としたことにより、突入電流のある発熱体(正特性発熱体)を突入電流のない発熱体により熱輻射により加熱するとともに、不活性ガスの熱拡散により瞬時に熱伝導して突入電流のある発熱体を加熱することが可能となる。この結果、本発明の発熱体ユニットにおいては、正特性の発熱体に対して加熱後の通電であるホットスタートができるため、正特性発熱体の点灯時の突入電流を大幅に抑制すること可能となる。 In the heating element unit according to the present invention, an inert gas is sealed in the first container, and a plurality of heating elements are accommodated in the first container so as to have an inrush current. A heating element (positive heating element) can be heated by heat radiation by a heating element having no inrush current, and the heating element having an inrush current can be heated by instantaneous heat conduction by heat diffusion of an inert gas. . As a result, in the heating element unit of the present invention, since the hot start that is energization after heating can be performed on the positive heating element, the inrush current when the positive heating element is turned on can be greatly suppressed. Become.
本発明の発熱体ユニットおいては、第2の容器はその内部に配置される発熱体の位置規制の機能を有し、且つ隣り合う他の発熱体との接触を防止する機能を有している。このように第2の容器を有する発熱体ユニットにおいては、一定の形状を保持する特性(保形性)を持たない発熱体に対する位置規制を確実に行うことができるとともに、第2の容器により隣り合う発熱体との絶縁分離を容易に行うことができ、且つ発熱体の材料同士の反応を防ぎ発熱体の長寿命化を図ることが可能となる。 In the heating element unit of the present invention, the second container has a function of regulating the position of the heating element disposed therein, and has a function of preventing contact with other adjacent heating elements. Yes. As described above, in the heating element unit having the second container, it is possible to reliably perform position regulation with respect to the heating element that does not have a characteristic (shape retaining property) that maintains a constant shape, and is adjacent to the second container. Insulation separation from the matching heating elements can be easily performed, and the reaction between the materials of the heating elements can be prevented to extend the life of the heating elements.
本発明の発熱体ユニットにおいては、発熱温度分布が異なる複数の発熱体を第1の容器内に配設ことにより、発熱体ユニットの長手方向における温度分布を所望の曲線に容易に設定することができるとともに、複数の発熱体の組み合わせにより加熱波長を選択して被加熱対象物を有効的に適切に加熱することが可能となる。 In the heating element unit of the present invention, by arranging a plurality of heating elements having different heating temperature distributions in the first container, the temperature distribution in the longitudinal direction of the heating element unit can be easily set to a desired curve. In addition, it is possible to effectively and appropriately heat the object to be heated by selecting a heating wavelength by combining a plurality of heating elements.
本発明の発熱体ユニットにおいては、温度特性が異なる発熱体を個々に又は組み合わせて選択的に通電可能な構成を有しており、例えば、起動時(点灯時)において複数の発熱体を一時的に直列接続できる構成とすることにより、突入電流の発生する正特性の発熱体を負特性または負特性から正特性のうちで負特性により近い発熱体と直列接続することにより、突入電流の大幅な抑制が可能となる。 The heating element unit of the present invention has a configuration in which heating elements having different temperature characteristics can be selectively energized individually or in combination. For example, a plurality of heating elements can be temporarily stored at startup (lighting). By connecting a positive heating element that generates inrush current in series with a heating element that is closer to the negative characteristic from the negative characteristic to the negative characteristic, the inrush current can be greatly increased. Suppression is possible.
本発明の発熱体ユニットにおいては、複数の発熱体を個々に又は組み合わせて選択的に通電可能な構成を有しており、温度特性が負特性又は負特性から正特性のうちで負特性により近い発熱体を起動時(点灯時)に先に通電して、その通電された発熱体により、突入電流のある正特性の発熱体を予め加熱し、突入電流の低減を図ることが可能な構成となる。 The heating element unit of the present invention has a configuration in which a plurality of heating elements can be selectively energized individually or in combination, and the temperature characteristic is closer to the negative characteristic from the negative characteristic or the negative characteristic to the positive characteristic. A configuration in which the heating element is energized first at the time of start-up (lighting), and the energized heating element preheats a positive heating element having an inrush current to reduce the inrush current. Become.
本発明の発熱体ユニットにおいては、複数の発熱体を用いてそれぞれの発熱体に対して通電制御が可能な構成であるため、例えば一方の発熱体が炭素系物質を含み、焼成により形成された負特性から正特性のうちで負特性に近い炭素系発熱体であり、他方の発熱体がタングステン材で形成された正特性の発熱体である場合に、上記のように炭素系発熱体から先に通電する通電制御を行うことにより突入電流の低減を図ることが可能となる。 In the heating element unit of the present invention, since it is possible to control energization of each heating element using a plurality of heating elements, for example, one heating element contains a carbon-based material and is formed by firing. When the carbon-based heating element is close to the negative characteristic among the negative characteristics to the positive characteristics, and the other heating element is a positive-characteristic heating element formed of a tungsten material, the carbon-based heating element as described above is used. It is possible to reduce the inrush current by performing energization control for energizing the current.
本発明の発熱体ユニットにおいては、複数の発熱体を用いてそれぞれの発熱体に対して通電制御が可能な構成であるため、例えば一方の発熱体が炭素系物質と抵抗調整物質とを含み、焼成により形成され、負特性から正特性のうちで負特性に近い抵抗変化率が±10%以内の固形の炭素系発熱体であり、他方の発熱体がタングステン材で形成された正特性の発熱体である場合に、上記のように通電制御を行うことにより突入電流の低減を図ることが可能となる。 In the heating element unit of the present invention, since it is a configuration in which energization control is possible for each heating element using a plurality of heating elements, for example, one heating element includes a carbon-based substance and a resistance adjusting substance, It is a solid carbon-based heating element that is formed by firing and has a resistance change rate close to the negative characteristic among the negative characteristics to the positive characteristics within ± 10%, and the other heating element is made of tungsten material. When the body is a body, it is possible to reduce the inrush current by performing the energization control as described above.
また、本発明の発熱体ユニットにおいては、発熱体がその長手方向における断面が多角形であり、略平面部分を有する長尺棒状で構成されたことにより、指向性を有する熱放射が可能であり、さらに隣り合う点灯前の発熱体をより早く加熱して、その発熱体の立ち上がり時間の短縮を図ることができるとともに、その発熱体が正特性である場合にはより早く加熱して突入電流が低減され、立ち上がり時間の短縮と高入力の投入が可能な発熱体ユニットの構成となる。 Moreover, in the heating element unit of the present invention, the heating element has a polygonal cross section in the longitudinal direction, and is formed in a long bar shape having a substantially flat portion, thereby enabling radiating heat radiation. In addition, the heating elements adjacent to each other before lighting can be heated more quickly to shorten the rise time of the heating elements. Thus, the heat generating unit is configured to reduce the rise time and to enable high input.
また、本発明の発熱体ユニットにおいて、発熱体が二ケイ化モリブデン、ランタンクロマイト、炭化珪素、ニクロム、Fe−Cr−AL合金、及びステンレスから選ばれた金属により形成された場合、第1の容器は封止しなくても第2の容器の介在で絶縁性と熱伝導性をより良くすることが可能となり、より優れた加熱ができる発熱体ユニットとすることができる。この場合、第1の容器は石英管だけでなく封止ができない結晶化ガラスなども使用することが可能となり、第1の容器における失透を防ぐことができる構成となる。 In the heating element unit of the present invention, when the heating element is formed of a metal selected from molybdenum disilicide, lanthanum chromite, silicon carbide, nichrome, Fe-Cr-AL alloy, and stainless steel, the first container Can be further improved in insulation and thermal conductivity by interposing the second container without being sealed, and a heating element unit capable of more excellent heating can be obtained. In this case, the first container can use not only the quartz tube but also crystallized glass that cannot be sealed, and the devitrification of the first container can be prevented.
また、本発明の発熱体ユニットにおいて、第1の容器及び第2の容器が赤外線域の光透過性を有する材料で形成されているため、赤外線域の波長が多く含まれる発熱体の輻射エネルギーを効率よく被加熱対象物の加熱に使用することができ、また隣り合う発熱体を熱伝導だけでなく熱輻射により効率高く加熱することができる。このため、本発明によれば、点灯時の立ち上がりが早くなると共に、被加熱対象物を効率高く加熱できる発熱体ユニットとすることができる。 Further, in the heating element unit of the present invention, since the first container and the second container are formed of a material having optical transparency in the infrared region, the radiation energy of the heating element including many wavelengths in the infrared region is reduced. It can be efficiently used for heating an object to be heated, and adjacent heating elements can be efficiently heated not only by heat conduction but also by heat radiation. For this reason, according to the present invention, it is possible to provide a heat generating unit that can quickly start up and can efficiently heat an object to be heated.
また、本発明の発熱体ユニットにおいて、被加熱対象物に対する加熱目的に応じて、均一加熱や、加熱方向を特定する一方向加熱などが要求された場合、第1の容器及び第2の容器の少なくともいずれか一方の容器表面に光の透過を抑える処理または材料を形成することにより、加熱制御を行うことができる。 In the heating element unit of the present invention, when uniform heating or unidirectional heating for specifying the heating direction is required according to the heating purpose of the object to be heated, the first container and the second container Heat control can be performed by forming a treatment or material for suppressing light transmission on at least one of the container surfaces.
また、本発明においては、第1の容器及び第2の容器が耐熱性を有する石英材料で形成されたことにより、熱衝撃性に優れ、加工が容易であり、封止処理が可能であり、そしてガスの気密性を保つことができるため、立ち上がりの早い発熱体ユニットを構築することができる。 In the present invention, since the first container and the second container are formed of a heat-resistant quartz material, the thermal shock resistance is excellent, the processing is easy, and the sealing process is possible. And since the gas tightness can be maintained, it is possible to construct a heating element unit that rises quickly.
また、本発明の加熱装置は、上記構成の少なくとも1組の発熱体ユニットを筒状の加熱ローラに挿入した構成とすることにより、温度特性の異なる発熱体を選択して適宜通電することにより、立ち上がり特性の改善を行うことが可能である。さらに、本発明の加熱装置においては、発熱温度分布が異なる複数の発熱体を配設することにより、発熱体ユニットの長手方向の温度分布を所望の温度分布曲線に設定することができ、例えば加熱ローラの両端における温度勾配の改善を図ることができる。 In addition, the heating device of the present invention has a configuration in which at least one set of heating element units having the above-described configuration is inserted into a cylindrical heating roller, thereby selecting and appropriately energizing heating elements having different temperature characteristics, It is possible to improve the rise characteristic. Furthermore, in the heating device of the present invention, by arranging a plurality of heating elements having different heating temperature distributions, the temperature distribution in the longitudinal direction of the heating element unit can be set to a desired temperature distribution curve. The temperature gradient at both ends of the roller can be improved.
また、本発明の加熱装置は、上記構成の少なくとも1組の発熱体ユニットの背面側に反射板を設けた構成により、発熱体の複数の組み合わせにより加熱波長を選択して、被加熱対象物を効率高く適切に加熱することができる。 Further, the heating device of the present invention has a configuration in which a reflector is provided on the back side of at least one set of heating element units having the above-described configuration, and selects a heating wavelength by a plurality of combinations of heating elements, It can be heated efficiently and appropriately.
また、本発明の加熱装置は、反射板の長手方向と直交する断面における中央部分に、複数の発熱体により構成された発熱体ユニットの中心に向かって突出した凸部が形成されているため、発熱体自身から放射された熱線が反射板により反射されることによる加熱を防止することができるとともに、波長が異なる発熱体を用いた場合には、それらの発熱体の適宜配置調整することにより波長の区分がある程度可能な構成とすることができる。発熱体からの各放射は、反射板が球面放射であるため、実測により分けることは困難であるが、例えば2種類の波長を持ち発熱温度の異なる発熱体を設けた場合には、被加熱対象物ごとに最適な吸収域を2カ所設定することが可能となり、より効果的に加熱効率を高めることが可能な加熱装置となる。 Moreover, since the heating device of the present invention has a convex portion that protrudes toward the center of the heating element unit composed of a plurality of heating elements in the central portion in the cross section orthogonal to the longitudinal direction of the reflector, Heating emitted from the heating element itself can be prevented from being reflected by the reflector, and when heating elements having different wavelengths are used, the wavelength can be adjusted by appropriately arranging the heating elements. It can be set as the structure which can be divided to some extent. Each radiation from the heating element is difficult to separate by actual measurement because the reflecting plate is a spherical radiation, but for example, when a heating element having two types of wavelengths and different heating temperatures is provided, It is possible to set two optimal absorption regions for each object, and the heating device can increase the heating efficiency more effectively.
また、本発明の加熱装置は、複数の発熱体のそれぞれに接続された複数の外部端子と、電源に接続された複数の電源端子と、前記外部端子と前記電源端子とを選択的に接続して、前記発熱体を直列、並列又は単独に接続する制御回路と、を具備するよう構成されており、前記制御回路により各発熱体を適宜組み合わせることにより突入電流を低減して、立ち上がり時間を短縮し、そして高入力の投入可能な加熱装置とすることができる。 Further, the heating device of the present invention selectively connects a plurality of external terminals connected to each of the plurality of heating elements, a plurality of power supply terminals connected to a power source, and the external terminals and the power supply terminals. And a control circuit for connecting the heating elements in series, parallel or independently, and by appropriately combining the heating elements by the control circuit, the inrush current is reduced and the rise time is shortened. In addition, it is possible to provide a heating device capable of high input power.
また、本発明の加熱装置は、制御回路がオンオフ制御、通電率制御、位相制御、及びゼロクロス制御のそれぞれの回路を単独、若しくは少なくとも二つを組み合わせて構成することにより、発熱体の平面部分の指向性制御と通電制御とにより、輻射特性に優れた加熱と高精度な温度管理ができる装置となる。 Further, in the heating device of the present invention, the control circuit is configured such that each of the on-off control, the energization rate control, the phase control, and the zero-crossing control is configured alone or in combination of at least two, so that the planar portion of the heating element is By directivity control and energization control, it becomes a device capable of heating with excellent radiation characteristics and highly accurate temperature management.
以上のように、本発明の発熱体ユニットは、温度に対する抵抗値の変化率を表す温度特性の異なる発熱材料により構成された複数の発熱体を第1の容器に内包し、複数の発熱体のうち隣り合う発熱体の一方を第2の容器に挿入して、第2の容器に挿入した発熱体を隣り合う他の発熱体と分離し、第1の容器内にガスを充填させる構成である。このため、本発明の発熱体ユニットにおいては、温度特性の異なる発熱体を選択し適宜通電することにより、第1の容器内の温度上昇とともにガス拡散及び熱伝導により正特性を示す発熱体の突入電流を抑制して、発熱体ユニットとしての立ち上がり特性の改善を行うことが可能となる。さらに、本発明の発熱体ユニットにおいては、第2の容器に挿入した発熱体の少なくとも一部が第2の容器により覆われているため、第2の容器に挿入した発熱体は、第2の容器の外側の方向に突出することがないよう規制保持され、第2の容器に挿入した発熱体と隣り合う発熱体との分離を短い距離、或いは小さい空間で図ることが可能となり、発熱体ユニットの小型化を図ることができる。また、上記のように構成された発熱体ユニットを用いた加熱装置は、温度特性の異なる複数の発熱体を適宜通電制御して、効率が高く、信頼性及び安全性が高く、そして寿命の長い加熱手段を構築することができる。 As described above, the heating element unit of the present invention includes a plurality of heating elements composed of heating materials having different temperature characteristics representing the rate of change in resistance value with respect to temperature in a first container, and includes a plurality of heating elements. One of the adjacent heating elements is inserted into the second container, the heating element inserted into the second container is separated from the other adjacent heating elements, and the first container is filled with gas. . For this reason, in the heating element unit of the present invention, by selecting a heating element having a different temperature characteristic and energizing it as appropriate, the heating element rushes into the first container and exhibits positive characteristics due to gas diffusion and heat conduction as the temperature rises. It is possible to suppress the current and improve the rising characteristics as the heating element unit. Furthermore, in the heating element unit of the present invention, since at least a part of the heating element inserted into the second container is covered with the second container, the heating element inserted into the second container The heating unit is regulated and held so as not to protrude in the direction of the outside of the container, and the heating element inserted into the second container and the adjacent heating element can be separated in a short distance or a small space. Can be miniaturized. In addition, the heating device using the heating element unit configured as described above appropriately controls energization of a plurality of heating elements having different temperature characteristics, and has high efficiency, high reliability and safety, and long life. A heating means can be constructed.
本発明に係る発熱体ユニットは小型で高効率の熱源として利用でき、この発熱体ユニットを用いた加熱装置は突入電流を低減することのできる加熱手段としては有用である。 The heating element unit according to the present invention can be used as a small and highly efficient heat source, and a heating device using the heating element unit is useful as a heating means that can reduce inrush current.
1 第1の容器
2 第1の発熱体
3 保持ブロック
5 コイル部
6 スプリング部
7A,7B 内部リード線
8A,8B モリブデン箔
9A,9B 外部リード線
10 内部リード線部材
11 第2の発熱体
12 第2の容器
13 発熱体サポート具
20 発熱体ユニット
21 発熱体保持部
22 コイル密部
23 加熱ローラ
24 押さえローラ
25 紙
26 トナー
27 コーティング層
50 反射板
61 第1の外部端子
62 第2の外部端子
63 第3の外部端子
64 第4の外部端子
65 第1の電源端子
66 第2の電源端子
67 第3の電源端子
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記発熱体を内包する第1の容器と、
前記第1の容器内に配置され、前記発熱体のうち隣り合う発熱体のいずれか一方の発熱体が挿入されて隣り合う発熱体の分離を行う第2の容器と、
を具備する発熱体ユニット。 A plurality of heating elements formed of heating materials having different temperature characteristics representing a rate of change in resistance value with respect to temperature;
A first container containing the heating element;
A second container that is disposed in the first container and in which any one of the adjacent heating elements among the heating elements is inserted to separate the adjacent heating elements;
A heating element unit comprising:
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