JP2011228004A - 発熱体ユニット及び加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】要求される使用環境下において長寿命である発熱体ユニット、及びその発熱体ユニットを用いた加熱装置を提供することを目的とする。
【解決手段】発熱体２と、前記発熱体２の両端に電気的に接続される金属箔６と、金属箔６の他端に電気的に接続される外部リード線７とを有する発熱構成体８と、前記発熱体２を管体１に内包し前記それぞれの金属箔６部分を封止する封止部と前記封止部の外方に空孔部１２を設けた管体１と、前記空孔部１２に装着され前記外部リード線７を保持する保持部材９とで構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱源として使用され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し、特に、炭素系物質を主成分としフィルムシート状に形成された発熱体を有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。

長尺形状の熱源として使用される従来の発熱体ユニットは、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、若しくは棒状又は板状の炭素系焼結体が封入され構成されている。このような発熱体ユニットが用いられている加熱装置としては、例えば複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子装置、及び電気暖房機器、調理機器、乾燥機等の電気機器等の熱源を必要とする各種機器が含まれる。

上記のように各種機器において熱源として発熱体ユニットが広く用いられている。このため、発熱体ユニットに対しては、当該発熱体ユニットが用いられる機器の機能、形状、構成等の仕様に対応できるように各種の要求がある。例えば、熱源として高い温度になること、指定された温度を維持できること、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、被加熱対象物を均一に加熱できること、指定された方向のみを加熱する指向性を有すること、電源投入時の突入電流が少ないこと、設定温度までの立ち上り時間か短いこと、及び発熱体ユニットの小型化が可能であり着脱が容易な構造であること又、湿度、水滴などが発生する場所において使用時の安全性及び発熱体ユニットの長寿命化等の要求がある。

上記のような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、発熱体ユニットの封止部に容易に保持部材を外装し外部リードからの封止部負担を軽減したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３１４８１号公報

上記技術文献のように構成された従来の発熱体ユニットにおいては、封止部の破損によって発熱体ユニットの短寿命という問題点を有していた。
封止部が破損する要因としてはまず、従来の発熱体ユニットは耐熱絶縁性のベース（碍子）の開口部を発熱体ユニットの封止部と嵌合させ、前記耐熱絶縁性のベース（碍子）側面が前記封止部を覆うように構成されており、このように構成された発熱体ユニットは通電することによる金属箔の熱または発熱体からの輻射熱によって封止部の温度が上昇し、封止部が耐熱絶縁性のベース（碍子）によって覆われている構成の発熱体ユニットでは、温度上昇した封止部の熱が放熱できず、封止部のガラス管の熱膨張係数と金属箔および外部リード線の熱膨張係数の差によって封止部に応力が加わることによって封止部の破損が発生し、発熱体ユニットの短寿命となる問題点を有していた。
また、別の封止部が破損要因としては、発熱体ユニットが高湿度の環境で使用されると、封止部の外部リード線あるいは金属箔の腐食による膨張が早期に進むことによって封止部の破損が発生し、発熱体ユニットの短寿命となる問題点を有していた。

本発明は、前述の従来の発熱体ユニットにおける課題を解決するものであり、要求される使用環境下において長寿命である発熱体ユニット、及びその発熱体ユニットを用いた加熱装置を提供することを目的とする。

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、発熱体と前記発熱体の両端に電気的に接続される金属箔と前記金属箔の他端に電気的に接続される外部リード線とを有する発熱構成体と、前記発熱構成体を管体に内包し前記それぞれの金属箔部分を封止する封止部と前記封止部外方に空孔部を設けた管体と、前記空孔部に装着する保持部材を有して構成される。このように構成された発熱体ユニットは、空孔部に保持部材を装着（勘合）することで外部リード線及び接合部を内包し絶縁することができることで、通電による長寿命の発熱体ユニットとなる。
本発明の第２の観点の発熱体ユニットにおいて、前記保持部材は前記封止部より外方に位置して構成される。このように構成された発熱体ユニットは、保持部材が封止部より外方にあることで、保持部材が封止部を覆うことなく封止部は放熱しやすくなるため通電による熱膨張を抑え早期のガラス破損を防ぐことができる長寿命の発熱体ユニットとなる
本発明の第３の観点の発熱体ユニットにおいて、保持部材は耐熱性と絶縁性を有する材料で形成され構成される。このように構成された発熱体ユニットは保持部材が耐熱を有することで、高温時にも保型することで着脱落下することなく発熱体ユニットを保持することができる発熱体ユニットとなる。

本発明の第４の観点の発熱体ユニットは、第１の観点乃至第３の観点のいずれか一項に記載の保持部材は、前記外部リード線及び当該外部リード線に電気的に接続される電源リード線のガイド部を有し、前記外部リード線または電源リード線と、前記ガイド部とにより前記管体に装着する構成である。このように構成された発熱体ユニットは保持部材を簡単に固定することが可能となる。
本発明の第５の観点の発熱体ユニットは、第１の観点乃至第４の観点のいずれか一項に記載の空孔部内において外部リード線部及び電源リード線に接合材が施され、前記保持部材を装着、接合し構成されている。このように構成された発熱体ユニットは湿度、水滴などおいて接続部分の絶縁がはかれるとともに保持部材を固定することが可能となる。
本発明の第６の観点の発熱体ユニットは、第１の観点乃至第５の観点のいずれか一項に記載の発熱体は輻射方向に指向性を有する板状あるいはシート状で構成される。このように構成された発熱体ユニットは熱の指向性を有し、管に直交する方向に強弱の加熱方向を得ることが可能となる。

本発明の第７の観点の発熱体ユニットは、第１の観点乃至第６の観点のいずれか一項に記載の保持部材は発熱体ユニットの固定及び方向を定める形状で構成される。このように構成された発熱体ユニットは発熱体の持つ熱の指向性及び位置を固定することができ、筐体ないにおいて加熱方向及び位置を定めることが可能となる。

本発明の第８の観点の発熱体ユニットは、第１の観点乃至第７の観点のいずれか一項に記載の管体が耐熱性を有するガラス管で構成される。このように構成された発熱体ユニットのガラス管は熱加工が可能で形状が自由となり熱衝撃に強い発熱体ユニットとなる。

本発明の第９の観点の加熱装置は、前記の第１の観点乃至第８の観点のいずれか一項に記載の筒状である前記管体内に不活性ガスを充填して構成される。このように構成された発熱体ユニットは発熱体の酸化を防止して長寿命化を図ることができる。

本発明の第１０の観点の加熱装置は、前記の第１の観点乃至第９の観点のいずれか一項に記載の発熱体ユニットを有し、発熱体に対向する位置に反射手段を設けて構成される。このように構成された加熱装置は、発熱体ユニットと発熱体ユニットからの輻射熱を反射する反射手段が設けているため、効率の高い熱源を有する加熱装置となる。

本発明の第１１の観点の加熱装置は、前記の第１の観点乃至第９の観点のいずれかの発熱体ユニットを有し、前記反射手段は長手方向の断面形状が曲面形状を有する反射板で構成される。このように構成された加熱装置は発熱体ユニットと発熱体ユニットからの輻射熱を曲面により広域に反射する反射手段が設けているため、広域にわたり効率の高い熱源を有する加熱装置となる。

本発明の第１２の観点の加熱装置は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発熱体ユニットを有し、前記発熱体ユニットを内蔵した筐体を構成される。このように構成された加熱装置は、発熱体ユニットから及び反射板からの輻射熱と対流熱にて加熱することで効率の高い加熱装置となる。またこの構成はトナー定着機構を有する電子機器、及び調理機器等に適用することができる
本発明の第１３の観点の加熱装置は、前記の第９の観点乃至第１２の観点の加熱装置において、発熱体ユニットの電気的制御を行う制御回路を有し、前記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されている。このように構成された加熱装置は、精度高く所望の温度分布を有する熱源を構築することが可能となる。

本発明によれば、要求される使用環境下において長寿命の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ができる。

本発明に係る実施の形態１の発熱体ユニットの構成を示す平面図 本発明に係る実施の形態１の発熱体ユニットの構成を示す正面図 本発明に係る実施の形態１の発熱体ユニットの構成を示す側面図 本発明に係る実施の形態２の発熱体ユニットの構成を示す平面図 本発明に係る実施の形態２の発熱体ユニットの構成を示す正面図 本発明に係る実施の形態２の発熱体ユニットの構成を示す側面図 本発明に係る実施の形態３の発熱体ユニットの構成を示す平面図 本発明に係る実施の形態３の発熱体ユニットの構成を示す正面図 本発明に係る実施の形態３の発熱体ユニットの構成を示す側面図 本発明に係る実施の形態４の加熱装置における斜視図 本発明に係る実施の形態４の加熱装置における熱輻射源等の構成を示す断面図 本発明に係る実施の形態５の加熱装置における温度制御装置の概略構成を示す図

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の形態について添付の図面を参照しつつ説明する。
（実施の形態１）
本発明に係る実施の形態１の発熱体ユニットについて図１から図３を用いて説明する。図１は実施の形態１の発熱体ユニットの構造を示す平面図である。図１においては、当該発熱体ユニットは長尺形状である一例を示している。図２は実施の形態１の発熱体ユニットの構造を示す正面図である。図３は実施の形態１の発熱体ユニットの構造を示す側面図である。

実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、透明な石英ガラスで形成されたガラス管１の内部に細長い発熱体２が配置されており、この発熱体２はガラス管１の長手方向に沿って延設されている。また、ガラス管１の両端部分は平板状に溶着して封止部を形成し、その封止部外方に空孔部１２を設け、それぞれの空孔部１２に装着された保持部材９を配設している。ガラス管１内にはアルゴンガス、窒素ガス又はアルゴンガスと窒素ガスの混合ガス等の不活性ガスとともに発熱体２をガラス管１の内部に封入している。不活性ガスであるアルゴンガス、窒素ガス又はアルゴンガスと窒素ガスの混合ガスが、ガラス管１に封入されているのは、高温度で使用した際、炭素系物質である発熱体２の酸化を防止するためである。

図１、図２、図３に示すように、実施の形態１の発熱体ユニットは、熱輻射体としての細長い平板状の発熱体２と、この発熱体２の対向する両端に発熱体２を挟み保持する為の保持ブロック３とを有している。一方の保持ブロック３には内部リード線部材５が取り付けられており、他方の保持ブロック３にも同様に第２の内部リード線部材５が取り付けられている。内部リード線部材５のそれぞれは、ガラス管１の両端部分の溶着部分に溶着されたモリブデン箔６を介して、ガラス管１の両端から導出する外部リード線７と電気的に接続されている。外部リード線７と電源リード線１１の先端部に設けた電源リード端子１０とを溶接にて接続し、保持部材９に設けた凹部に沿うように曲げることで保持部材９を空孔部１２に固定する。また、前記電源リード端子１０と保持部材９の開放側面との距離が絶縁空間となる。この絶縁空間は前記保持部材９に設けた凹部の深さにより調整することができ、発熱体ユニット及び発熱体ユニットを用いた加熱装置の仕様に応じて適宜設計することができる。

この構成において発熱体ユニットを加熱装置（図示せず）に装着された場合であっても、保持部材９の開放側面と加熱装置との絶縁距離を確保することができる。又、前記保持部材９の解放側の凹部に側面まで絶縁材料を充填することでさらに絶縁性を高めるとともに安全性に優れた構成を実現することができる。
尚、保持部材９の材質は発熱体２からの輻射熱と電流を流すことで生じるモリブデン箔６の発熱において熱変形、絶縁破壊しない耐熱性および絶縁性に優れた、たとえばセラミック碍子、シリコン成型品など温度及び使用環境に応じて選択することが望ましい。
また、封止部の外方に空孔部１２を設けることで保持部材９を封止部に重ねることなく装着することができるため封止部からの放熱を妨げることなく封止部の温度上昇を抑えることができるのでモリブデン箔６および外部リード線７の熱膨張によって封止部が破損するまでの寿命を延ばすことができるのである。

たとえば、高電流の発熱体ユニット１００Ｖ９００Ｗの電流９Ａで検証した時の封止部温度（以下封止部温度と略記する）と寿命時間は、従来の構成によると封止部温度は３００℃、寿命時間は２５００時間であったが、本発明の構成においては、封止部温度は２５０℃、寿命時間は５０００時間と２倍の寿命時間であった。

このように、本発明の実施形態１における発熱体ユニットは、封止部の温度上昇を抑えることができ、その結果として、その発熱体ユニットの長寿命化を図ることができるのである。

また、内部リード線部材５の一方の端部は、保持ブロック３に挟み保持した発熱体２の前記保持ブロック３および発熱体２を貫通し、貫通した先端を溶着し構成される。内部リード線部材５の他方の端部は、途中に発熱体の位置を決めるサポート４を有しモリブデン箔６に接続した構成である。また、他方の内部リード線部材５も同様の構成である。実施の形態１における内部リード線部材５は、モリブデン線により形成された例で説明するが、タングステン、ニッケル、ステンレス等を材料とする金属線（丸棒形状、平板形状）を用いて弾性を有する形状に形成してもよい。又、サポ−ト４についても同上の材料を使用して形成しても良いが、発熱体２の厚みあるいは長さなどの形状等によってガラス管１内で安定する構成であれば必ずしも必要ではない。

実施の形態１においては、保持ブロック３、モリブデン箔６、外部リード線７及び内部リード線部材５により電力供給部８が構成されており、他方も同様に構成されている。
なお、図１に示すように、発熱体２は発熱体２の長手方向に略直交する方向に切り欠きを設けることで発熱体長手方向に弾性ができる。その発熱体２の両端から内部リード線部材５に形成されたサポート４は発熱体２が常に所望の位置に配置されるよう構成されている。即ち、発熱体２がガラス管１の略中心軸上に配置され、ガラス管１に接触しないよう配置されていることで発熱体２の発熱時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。また、発熱体２における膨張収縮による変化に対し、発熱体２の材料自体が持つ伸び率又は発熱体２の形状による伸び率が大きい場合には、発熱体２にあらかじめ熱膨張以上の張力をかけることは言うまでもない。

実施の形態１において用いた発熱体２は、フィルムシートを切断して形成したものであり、幅広部Ｗ１と切り込みによる幅狭部と幅広の間に内面切り込みが交互に長手方向に連続して配置されている。図２に示したように、実施の形態１の発熱体ユニットにおいて用いた発熱体２は、きざみ形状を有している。

実施の形態１における発熱体２は、厚み（ｔ）が１００μｍであり、幅が８ｍｍであり、最小幅が約２ｍｍであり、内面の切り込み幅が約６ｍｍ、きざみ幅が約１ｍｍ、パターンの幅広部きざみ幅はきざみ幅の２倍の約２ｍｍ、長さが１８０ｍｍである。なお、発熱体２の長さや幅については、入力電圧及び発熱温度等により決定されており、当該発熱体ユニットが用いられる熱源としての仕様に応じて適宜変更が可能である。
本発明に係る実施の形態１の発熱体ユニットにおいて用いた発熱体２は、炭素系物質を主成分とし厚み方向においてフィルムシート素材内において複数の各層が互いに空隙を介して積層した形状を有し、優れた二次元的等方向性の熱伝導性を有しており、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・ｋ以上を有するフィルムシート状の材料で形成されている。したがって、発熱体２は、発熱と熱伝導により温度ムラのない熱源となる。

発熱体２の材料であるフィルムシート素材は、高分子フィルム又は、フィラーを添加した高分子フィルムを高温度、例えば２４００℃以上の雰囲気中にて熱処理し、焼成してグラファイト化した耐熱性を有する高配向性のグラファイトフィルムシートであり、面方向の熱伝導率が６００から９５０Ｗ／ｍ・ｋの特性を有する。天然の黒鉛を主成分とした粉末を成型し、焼成して圧延加工によりフィルムシート状としたものであれば、一般的には熱伝導率が２００から４００Ｗ／ｍ・ｋであるが、本発明の実施の形態１において用いた発熱体２は、前述のように面方向の熱伝導率が６００から９５０Ｗ／ｍ・ｋという優れた二次元的等方向性の熱伝導を有する。

ここで、二次元的等方向性の熱伝導とは、直交するＸ軸とＹ軸で設定される面における、あらゆる方向の熱伝導を示すものである。したがって、本発明において二次元的等方向性とは、例えば炭素繊維が同じ方向に並設して形成された発熱体における炭素繊維方向の１方向（Ｘ軸方向）、又は炭素繊維をクロスに編んで形成された発熱体における炭素繊維方向の２方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）だけを指すものではない。

本発明において用いられる発熱体２の材料であるフィルムシート素材は、積層構造を有し、面方向の層表面が平坦な面、凹凸面あるいは波うつ面等の各種の面形状を有しており、対向する各層の間には空隙が形成されている。このフィルムシート素材の積層構造において、各層間に形成される空隙の形成状態のイメージは、複数回（例えば、何十回、何百回）と重ね合わせるように折り曲げてパイ生地を作り、そのパイ生地を焼いて得た、パイの断面形状と類似している。したがって、本発明における発熱体２の材料であるフィルムシート素材は、前述のように、面方向の熱伝導率においては優れた二次元的等方向性の熱伝導性を有する材料である。

前述のように製造されたフィルムシート素材として用いられる高分子フィルムとしては、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾビスオキサゾール、ポリピロメリットイミド（ピロメリットイミド）、ポリフェニレンイソフタルアミド（フェニレンイソフタルアミド）、ポリフェニレンベンゾイミタゾール（フェニレンベンゾイミタゾール）、ポリフェニレンベンゾビスイミタゾール（フェニレンベンゾビスイミタゾール）、ポリチアゾール、ポリパラフェニレンビニレンのうちから選ばれた少なくとも一種類の高分子フィルムを挙げることができる。また、高分子フィルムに添加されるフィラーとしては、リン酸エステル系、リン酸カルシウム系、ポリエステル系、エポキシ系、ステアリン酸系、トリメリット酸系、酸化金属系、有機錫系、鉛系、アゾ系、ニトロソ系およびスルホニルヒドラジド系の各化合物を挙げることができる。より具体的には、リン酸エステル系化合物として、リン酸トリクレジル、リン酸（トリスイソプロピルフェニル）、トリブチルホスフェ−ト、トリエチルホスフェ−ト、トリスジクロロプロピルホスフェート、トリスブトキシエチルフォスフェート等を挙げることができる。リン酸カルシウム系化合物としては、リン酸二水素カルシウム、リン水素カルシウム、リン酸三カルシウム、等を挙げることができる。また、ポリエステル系化合物としては、アジピン酸、アゼライン酸、セバチン酸、フタル酸などとグリコール、グリセリン類とのポリマー等を挙げることができる。また、ステアリン酸系化合物としては、セバシン酸ジオクチル、セバシン酸ジブチル、クエン酸アセチルトリブチル等を挙げることができる。酸化金属系化合物としては、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉛等を挙げることができる。トリメリット酸系化合物としては、ジブチルフマレート、ジエチルフタレート等を挙げることができる。鉛系化合物としては、ステアリン酸鉛、ケイ酸鉛等を挙げることができる。アゾ系化合物としては、アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル等を挙げることができる。ニトロソ系化合物としては、ニトロソペンタメチレンテトラミン等を挙げることができる。スルホニルヒドラジド系化合物としては、ｐ−トルエンスルホニルヒドラジド等を挙げることができる。
前記フィルムシート素材を、不活性ガス中において２４００℃以上で処理し、グラファイト化の過程で発生するガス処理雰囲気の圧力を調整することにより制御してフィルムシート状の発熱体が製造される。

なお、前記フィラーの添加量は、０．２〜２０．０重量％の範囲が適当であり、より好ましくは１．０〜１０．０重量％の範囲である。その最適添加量は、高分子の厚さによって異なり、高分子の厚さが薄い場合には添加量が多い方がよく、厚い場合には添加量は少なくてよい。フィラーの役割は熱処理後のフィルムを均一発泡の状態にすることにある。すなわち、添加されたフィラーは、加熱中にガスを発生し、このガスの発生した後の空洞が通り道となってフィルム内部からの分解ガスの穏やかな通過を助ける。フィラーはこうして均一発泡状態を作り出すのに役立つ。

前述のように製造されたフィルムシート素材は、一般的にはトムソン型等の抜き型や、レーザー加工等により所望の形状に加工される。例えば、レーザー加工の一例として、発熱体２の面方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・ｋ以上となるとＣＯ２レーザー(波長１０．
６００nｍ)等の熱加工作用を主体としたレーザー加工を用いた場合には、発熱体に熱を奪われてしまい、加工できないという問題がある。しかしながら、非熱加工作用を主体とした波長１０６４から３８０ｎｍのレーザー加工、例えば、呼称１０６４ｎｍの短波長レーザー加工を用いることにより所望の形状を精度高く加工することが可能となる。

特に、実施の形態１における発熱体２を形成する場合には、呼称５３２ｎｍの第二高調波レーザー加工を用いることにより、高精度に加工できることを発明者らは確認した。実施の形態１における発熱体２の材料は、フィルムシート素材であり、高分子フィルム又はフィラーを添加した高分子フィルムを高温度、例えば２４００℃以上の雰囲気中にて熱処理し、焼成してグラファイト化した耐熱性を有する高配向性のグラファイトフィルムシートを材料としている。そして、発熱体２は、面方向の熱伝導率が６００から９５０Ｗ／ｍ・ｋの特性を有する材料で形成されている。このような材料の発熱体２を、例えば、実施の形態１の様なきざみ幅約１ｍｍを加工する場合などの複雑な形状に加工する場合には、呼称５３２ｎｍの第二高調波レーザー加工を用いることが望ましい。以上のように、レーザー加工におけるレーザー波長が短くなると熱加工からケミカル加工に近づくために、発熱体２への熱の影響は小さくなり、加工によるススやバリの発生を抑え高精度の加工が実現できる。ただし、必ずしも発熱体２の外形形状の全てをレーザー加工する必要はなく幅広部分と幅狭部分のいずれか片方だけであってもかまわない。例えば、幅広部分が素材形状で決定される場合においては幅狭部分だけをレーザー加工すればよく、発熱体素材状等により適宜選択し得ることは言うまでもない。

なお、好ましいレーザー加工方法は、発熱体２の材料すなわち面方向の熱伝導性及び形状によって、前述の非熱加工作用を主体としたレーザー加工波長（１０６４から３８０ｎｍ）を持つ加工方法から適宜選択し得ることは言うまでもない。
前記のように構成された実施の形態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７に対して電力を供給すると、発熱体２に電流が流れ、発熱体２の抵抗により熱が発生する。このとき、発熱体２は炭素系物質を主成分とした材料で形成されているため発熱体２からは赤外線が放射される。

実施の形態１の発熱体ユニットにおける発熱体２は、前記方法により選択制のある（長さや粗密など）表面形状にて放熱状態を変更することが可能である。例えば、同一のフィルムシート素材により形成された発熱体ユニットであっても、長さを変え、粗密を設けることにより、抵抗値の変更を伴わずに輻射面積を可変してその用途にあった輻射エネルギーを得ることが可能となる。

長手方向に延設された帯状の発熱体２は、幅方向と厚み方向の長さの比が５／１以上であるのが望ましい。幅方向の長さを厚み方向の長さより５倍以上大きくすることにより、幅方向を構成する面から放出する熱量が厚み方向を構成する面から放出する熱量より大幅に多くなり、発熱体２が指向性の高い熱源として使用することが可能となる。
炭素系物質を主成分として、二次元的等方向性の熱伝導を有するフィルムシート状の材料で構成した発熱体２は、発熱効率が高く、温度が高くなるほど抵抗値が大きくなる正特性（ＰＴＣ）である。このため、加熱を開始してから定格温度に達するまでの時間は極めて短い。したがって、点灯時の突入電流は発生するが、平衡後の温度にもよるが、突入電流は平衡時の２倍ほどであり、タングステン線で形成された発熱体の場合のような１０倍までの突入電流は発生しない。このため、実施の形態１の発熱体ユニットにおける発熱体２は、フリッカーが発生しにくい特性を有している。また、この発熱体２の寿命は使用温度にもよるが、約１００００時間である。これは、タングステン線で形成された発熱体の寿命の約２倍である。

前述のフィルムシート素材から特に選ばれた少なくとも一種類の高分子フィルム或いは、前述のフィラーを添加した前記高分子フィルムを不活性ガス中において２４００℃以上で処理し、グラファイト化の過程で発生するガス処理雰囲気の圧力を制御している。このように制御することにより、二次元的等方向性を有する熱伝導性を持ち、温度特性においては温度が上昇するとともに抵抗値が上昇する正特性（ＰＴＣ）を有する発熱体２を製造することができる。このように製造された発熱体２は、発熱温度の安定を確保し、入力電圧が定電圧の場合において、熱変動に対して安定的な自己入力制御を行うことが可能な信頼性が高く安定的な熱源となる。

以上の実施の形態１における説明においては、発熱体を透明石英ガラス管内に挿入し、そのガラス管内にガスを封入して高温度での使用する場合について説明した。しかし、本発明の発熱体ユニットにおける発熱体は、ガラス管以外の容器を用いることが可能である。炭素系物質を主成分とし、二次元的等方向性の熱伝導を有し、そして可撓性、柔軟性、及び弾力性を有し、熱伝導性が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上を有し、厚みが３００μｍ以下であるフィルムシート状の発熱体は、高温度（約１１００℃）での使用だけでなく、８００℃前後においても酸化量が他の炭素系発熱体素材に比べ少なく、十分に使用に耐える組成構造である。これは、フィルムシート状の発熱体が密に成型されているためである。

したがって、発熱体の使用温度により、その発熱体のための容器の材質を選定することができる。例えば、発熱体が１８０℃以下で使用されるのであれば、シリコン材質の容器を使用し、２５０℃以下で使用されるのであれば、フッ素樹脂材質の容器を使用し、８００℃以下で使用されるのであれば、マイカ材質、セラミックス、結晶化ガラス、石英管、耐熱ガラス等の耐熱温度許容範囲での絶縁材料を選択することができる。なお、８００℃以下の使用温度においては、容器内にガスを充填する必要がなく、発熱体ユニットの構成、形状を使用目的に合わせて自由に設計することが可能となる。このため、８００℃以下の使用温度で使用される発熱体ユニットでは、設計の自由度を大幅に広げることができ、さらにコストの低減を図ることが可能となる。

なお、実施の形態１における管形状については、その断面形状が略円形状で説明したが、本発明においては必ずしも略円形状である必要はなく、発熱体ユニットの仕様目的に合わせ四角など扁平又は六角等の多角形状であってよく、さらには楕円形状であっても実施の形態１の発熱体ユニットと同様の効果を奏する。

さらに、本発明に係る実施の形態１の発熱体ユニットにおいて、発熱体は伸長することで発熱体の同一幅において長手方向の端面は切れ切れの端面となりガラス管に内包された際ガラス管との内接が一部端面になるためガラスに対する負荷を低減することができるとともに発熱体の設計温度上限を高めることができるなどの効果を得ることができる。

また、本発明に係る実施の形態１の発熱体ユニットにおいて、発熱体は可撓性、柔軟性、及び弾力性を有しているため、発熱体ユニットの使用の形態、目的等に応じて、発熱体ユニットを管状、矩形状、長手方向にそって曲部を形成した湾曲状、円形に形成した環状等に構成することが可能であることは言うまでもない。
（実施の形態２）
以下、本発明に係る実施の形態２の発熱体ユニットについて図４から図６を用いて説明する。図４は実施の形態２の発熱体ユニットの構造を示す平面図である。図４においては、当該発熱体ユニットは長尺形状である一例を示している。図５は実施の形態２の発熱体ユニットの構造を示す正面図である。図６は実施の形態２の発熱体ユニットの構造を示す側面図である。

実施の形態２の発熱体ユニットにおいては、実施の形態１同様に透明な石英ガラスで形成されたガラス管１の内部に細長い発熱体２が配置されており、この発熱体２はガラス管１の長手方向に沿い延設されている。また、ガラス管１の両端部分は平板状に溶着されており、封止部外方に空孔部１２を設け、それぞれの空孔部１２に装着された保持部材９０を配設している。また、封止されたガラス管１内には、不活性ガスである、アルゴンガス、窒素ガス又はアルゴンガスと窒素ガスの混合ガス等の不活性ガスと、発熱体２を封入している。ガラス管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、窒素ガス又はアルゴンガスと窒素ガスの混合ガスは、高温度で使用した際、炭素系物質である発熱体２の酸化を防止するために導入している。

図４、図５、図６に示すように、実施の形態２の発熱体ユニットは、熱輻射体としての細長い平板状の発熱体２と、この発熱体２の対向する両端に発熱体２を挟み保持する為の保持ブロック３とを有している。一方の保持ブロック３には内部リード線部材５が取り付けられており、他方の保持ブロック３にも同様に第２の内部リード線部材５が取り付けられている。内部リード線部材５のそれぞれは、モリブデン箔６を介して、ガラス管１の両端から導出する外部リード線７と電気的に接続されている。また前記ガラス管１は、前記モリブデン箔６を溶着した封止部とその封止部の外方には空孔部１２が形成され、空孔部１２に装着される保持部材９０を介して空孔部１２から導出された外部リード線７と電源リード線１１の先端部に設けた電源リード端子１０とを直交して溶接にて接続し、封止部外方の空孔部１２に接合材としての接着剤１３を装填するとともに、前記溶接部に接着剤１３を塗布して保持部材９０を封止部外方の空孔部１２に装着接合する。また実施の形態２の構成においても実施の形態１同様に、電源リード端子１０と保持部材９０の開放側面との距離が絶縁空間となり発熱体ユニットを加熱装置（図示せず）に取り付けた場合、保持部材９０の絶縁空間によって絶縁距離を確保することができる。

また、接着剤１３を空孔部１２に装填することで高湿度環境下においても外部リード線７が酸化することを抑え封止部の寿命を延ばすことができるとともに、湿度、水滴などから絶縁をはかり、より安全性の高い発熱体ユニットとすることができる。実施例に使用した接着剤１３はシリコン系の１液型ＲＴＶゴムの絶縁性の高いシーリング、コーティング使用目的の材料を用いて構成した。

具体的な実験結果で説明すると、この構成において水没にて絶縁耐圧１０００Ｖ／１分、ＤＣ５００Ｖにて絶縁抵抗１０ＭΩ以上となり絶縁性の高さを確認した。又、耐湿６０℃／９０％、５００時間においても封止部内の外部リード線７の酸化はなかった。
このことは封止部外方に空孔部１２を設け接着剤１３を充填し接合部をコーティングし、さらに保持部材９０を勘合させることで、充填度合いが上がり隙間がなくなったと考えられる。従来の封止部の外方に空孔部１２がなく保持部材９０を接合する構造では、このような充填行う構造は複雑で煩雑な行程が必要であった。
さらに接着剤１３の粘度は充填に当たり重要な要因であり、好ましくは１４０〜２０Ｐａ・ｓｅｃが充填しやすい。また、接着剤１３自体の電気的絶縁も重要な要因であり、 試験を実施した状況では絶縁破壊強度が５ＫＶ以上であればよいが、さらに安定的には２０ＫＶ以上が好ましい。使用における耐熱については高温度の方が良いのはいうまでもない。

また、異常使用時に発熱体ユニットが高温度になった場合において、接着剤１３と保持部材９０が外れる場合が発生することがある。
この状況を回避するために、封止部の外方の空孔部１２の硝子管外側と、保持部材９０と接する部位に、少なくとも１箇所にセラミックス系接着剤１４を塗布することで、異常発熱時における保持部材９０が外れることを回避し、その結果として、外部リード線７と電源リード線１１の露出を回避することができる。
すなわち、異常使用時においても、保持部材９０が外れることを防止することにより、外部リード線７と電源リード線１１を露出することなく、より安全性の優れた発熱体ユニットとすることができる。

実施の形態２において、接合材の材料として接着剤１３にシリコン系接着剤のような装填後固形化する液状体の材料で説明してきたが、必ずしも液状体の材料に限定されるものではなく、装填時は固形状態で加熱することにより液状化させ充填し固形化する材料たとえば、パラフィン、低融点ガラス等であっても同様の効果を奏する。なお、パラフィン、低融点ガラス等を充填した後、シリコン系接着剤を更に充填することで、より耐湿効果が向上して安全性に優れた発熱体ユニットとすることができる。
また、耐湿、防滴が必要ない機器においては接着材剤１３をセラミックス系の材料で構成することで簡単に異常使用時における安全性をより高めることができる。
さらに、実施の形態１で説明したが封止部に保持部材９が覆わない、同様の構成であり封止部の温度上昇を抑えることで寿命に関して同様の効果が得られることは前述のとおりであるため、詳細は省略する。

また、保持部材９の形状において一部の平面部（図６の上平面部）を設けることで加熱装置（図示せず）組み込んだ際に、発熱体２の輻射方向を定めることができ、また、固定部分とすることによって、発熱体２の長さ方向の規制することができる、等の効果がある。

尚、前述の構成以外は実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
（実施の形態３）
以下、本発明に係る実施の形態３の発熱体ユニットについて図７から図９を用いて説明する。図７は実施の形態３の発熱体ユニットの構造を示す平面図である。図７においては、当該発熱体ユニットは長尺形状である一例を示している。図８は実施の形態３の発熱体ユニットの構造を示す正面図である。図９は実施の形態３の発熱体ユニットの構造を示す側面図である。

実施の形態３の発熱体ユニットにおいては、実施の形態１同様に透明な石英ガラスで形成されたガラス管１の内部に細長い発熱体２が配置されており、この発熱体２はガラス管１の長手方向に沿い延設されている。また、ガラス管１の両端部分は平板状に溶着されており、封止部外方に空孔部１２を設け、前記それぞれの空孔部１２に装着された保持部材９１を配設している。封止されたガラス管１内にはアルゴンガス、窒素ガス又はアルゴンガスと窒素ガスの混合ガス等の不活性ガスとともに、発熱体２をガラス管１の内部に封入している。ガラス管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、窒素ガス、又はアルゴンガスと窒素ガスの混合ガスは、高温度で使用した際、炭素系物質である発熱体２の酸化を防止するため導入している。

図７、図８、図９に示すように、実施の形態３の発熱体ユニットは、熱輻射体としての細長い平板状の発熱体２と、この発熱体２の対向する両端に発熱体２を挟み、保持する為の保持ブロック３とを有している。一方の保持ブロック３には内部リード線部材５が取り付けられており、他方の保持ブロック３にも同様に、内部リード線部材５が取り付けられている。内部リード線部材５のそれぞれは、モリブデン箔６を介して、ガラス管１の両端から導出する外部リード線７と電気的に接続されている。また前記ガラス管１は、前記モリブデン箔６を溶着した封止部とその封止部の外方には空孔部１２が形成され、空孔部１２に装着される保持部材９０を介して空孔部１２から導出された外部リード線７と電源リード線１１の先端部に設けた電源リード端子１０とを同方向に溶接にて接続し、封止部外方の空孔部１２に接着剤１３を装填するとともに、前記溶接部に接着剤１３を塗布して保持部材９１を封止部外方の空孔部１２に装着接合する。また実施の形態３の構成においても実施の形態１同様に、電源リード端子１０と保持部材９１の開放側面との距離が絶縁空間となり発熱体ユニットを加熱装置（図示せず）に取り付けた場合においても、前期絶縁空間によって加熱装置内での絶縁距離を確保することができる。

また又、接着剤１３を空孔部１２に装填することで高湿度下においても外部リード線７が酸化することを抑え封止分部の寿命を延ばすことができるとともに湿度、水滴などから絶縁をはかり、より安全性の高い発熱体ユニットとすることができる。実施例に使用した接着剤はシリコン系の１液型ＲＴＶゴムの絶縁性の高いシーリング、コーティング使用目的の材料を用いて構成した。

具体的な実験結果で説明すると、この構成において水没にて絶縁耐圧１０００Ｖ／１分、ＤＣ５００Ｖにて絶縁抵抗１０ＭΩ以上となり絶縁性の高さを確認した。又、耐湿６０℃／９０％、５００時間においても封止部内の外部リード線７の酸化はなかった。

なお、前述の構成以外は実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
また、接着材１３の効果、及び接着材１３の材料構成は実施の形態２と同様である。
また、実施の形態１と同様に、封止部を保持部材９１で覆わない構成であることで、長寿命化をはかることができる。
また、実施の形態１および２の使い分けは、使用される製品および製品の構成によって選択することができる。
例えば、発熱体ユニットが筐体の内寸一杯であるようなトースターやオーブンであれば実施の形態１が好ましい。また発熱体ユニットを穴に挿入するタイプの製品に固定する電子レンジや定着装置などは実施の形態２を利用する方が好ましい。
（実施の形態４）
以下、本発明に係る実施の形態４の加熱装置について図１０を参照しつつ説明する。
実施の形態４の加熱装置は、前述の実施の形態２の発熱体ユニットを熱輻射源として用いたものである。

図１０に示した加熱装置においては、発熱体ユニット２０の発熱体２の背面側に反射板２４を配設し、反射板２４は筐体２１に固定され、反射板２４の反対側に発熱体ユニット２０の保護のためにガード２５が構成されている。発熱体ユニット２０は反射板２４及び筐体２１の長手方向のサイズに合わせ設計されるが同一定格でも発熱体２を伸長することが可能なため長手方向のサイズが使用場面によって選択することが可能となる。

また、反射板２４及び筐体２１を横にした例で説明したが、縦にした構成（発熱体ユニット２０を鉛直方向）で使用する場合においては、発熱体ユニット２０から発生された熱は直接及び反射板２４から反射され、輻射によるエネルギーと熱流として上部に上昇するエネルギーが発生する、そのため下面部分の加熱分布が悪くなる。しかし、発熱体２の下部の発熱体パターンを密にし、上部の発熱体パターンを疎にすることで下面から上部にかけ均一に加熱することができる。又、発熱体２を伸長した際に形成される傾斜面を下部に設けることでも、下方面を加熱することができる。

また、床材（下方面）が温度に耐えることができない材料を使用している場合は、上方面に前記傾斜面を向けることによって、下方面の温度を下げることが可能となり、輻射分布を考慮した加熱装置を構築することができる。

なお、図１０に示すように、反射板２４の反射面形状、は熱反射が平行となる放物面を有する曲面形状に限定されるものではなく、被加熱対象物に応じて各種の形状、例えば円弧状、発熱体からの輻射熱を広げる拡散反射可能な曲面形状、拡散反射可能な多段の折り曲げ面を集合した形状また、平面形状等も構成することができる。

さらに、反射板２４に対し発熱体２の平面方向を正面に向けるか、もしくは端面を正面に向けるか選択することによって、輻射分布を制御することができる。尚、実施例２の保持部材９０に設けられた平面部（図６の上平面部）によって、選択的に固定することができるので、発熱体２の長さ方向の規制、および発熱体２の輻射方向を定めることができる。

また、反射板２４の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、各種ステンレス等を用いることができる。また、反射板２４の反射面には反射効率の高い反射材料のコーティングや、表面処理を行い、反射板２４の反射率を高める処理を行った方がよりよいことは言うまでもない。

本発明に係る実施の形態４の加熱装置として、開口部を有する筐体２１内に反射板２４と発熱体ユニット２０とを配設し筐体２１の開口部から外方に輻射する構成で説明したが、内部空間を有する筐体２１内に反射板２４と発熱体ユニット２０を配設し空間内部を加熱する構成であっても同様の効果が得られる。たとえばオーブンレンジ、トースター、オーブンの装置に応用展開が可能である。

特に幅面を効率よく被加熱物に照射すること、伸長した際、両端部分を密に中央部分を疎にすることで加熱装置内の輻射を均一にすることができる、等設計が容易とすることができることは言うまでもない。さらに加熱装置の仕様によって発熱体ユニット２０の長さに規制があるが、発熱体２の長さを調整することによって、定格及びサイズの最適化を図ることができる。
（実施の形態５）
以下、本発明に係る実施の形態５の加熱装置について図１１、図１２を参照しつつ説明する。

図１１は、実施の形態５の加熱装置として複写機を例に挙げて、その熱輻射源となる発熱体ユニット３０等の近傍の複写機構を示した図である。なお、図１１は加熱装置内の発熱体ユニット３０の長手方向（延設方向）に直交する方向で切断した断面図である。

また、図１２は、実施の形態５の加熱装置（前述の図１１のような複写機）における温度制御装置の概略構成を示す図である。

実施の形態５の加熱装置である複写機は、前述の実施の形態３の発熱体ユニット（図７参照）を熱輻射源として用いたものである。本実施形態の加熱装置（複写機）において、発熱体ユニット３０は、その長手方向に伸長したラス形状（図示せず）の発熱体２０１を有し、筒体１８に取り囲まれて構成されている。なお、実施の形態５の加熱装置である複写機には、発熱体ユニット等の他に、図１２に示すような、電力を供給する電源部２２、複写機構（図１１）を制御する制御部２３、装置外観を形成する筐体２１等の一般的に複写機に用いられている構成要素が含まれる。

実施の形態５の加熱装置は、複写機であるため発熱体ユニット３０を取り囲む筒体１８はトナー定着ローラである。以下、筒体１８をトナー定着ローラ１８として説明する。トナー定着ローラ１８と加圧ローラ１９は互いに接して回転するよう構成されている。トナー定着ローラ１８と加圧ローラ１９の間には、所望形状のトナー２０を担持した紙２１が挿入されて、加熱とともに加圧されて定着される。したがって、トナー定着ローラ１８と加圧ローラ１９との間に通されて、紙上のトナー２０を効率よく定着させるために、発熱体２０１の幅方向がトナー定着ローラ１８と加圧ローラ１９と対向面（トナー定着領域）を含む領域を向くよう配置されている。但し、発熱体２０１の幅方向が向く方向は、トナー定着領域より上流側、即ちトナー定着ローラ１８のトナー定着領域より前側の領域を向くよう傾斜面を設け配設されている。このように発熱体２０１を配設することにより、トナー定着ローラ１８におけるトナー定着領域より上流側の部分も含めて加熱して、その部分の蓄熱量を上げ、発熱体２０１から放射された熱量を効果的にトナー定着に用いることが可能となる。

実施の形態５の加熱装置おいて、発熱体ユニット３０を取り囲むように配設されるトナー定着ローラ１８である筒体（１８）は、発熱体ユニット３０から放射された熱を所望方向へ熱輻射するものであり、発熱体２０１の幅方向の中心に対向する領域が熱輻射中心となる。この筒体（１８）は、一体物で構成した例で説明したが、複数の部材を組み合わせて構成してもよい。

このように実施の形態５の加熱装置である複写機においては、指向性を有する発熱体ユニット３０を効果的に配設することにより、効率の高い熱輻射源とすることが可能となる。

また、トナー定着ローラ１８や加圧ローラ１９の両端部には軸受けやギヤなどが構成されており、ローラ端部は温度が下がる傾向にあることから、発熱体２０１を伸長した際、端部を密に中央部分を疎にしてローラ表面温度を均一にすることができる、また、傾斜面を温度上げる方向に向けること言うまでもない。

次に、実施の形態５の加熱装置における温度制御方法について説明する。前述のように、図１２は、実施の形態５の加熱装置における温度制御装置の概略構成を示す図である。電源部２２から供給された電力が制御部２３において、ユーザからの指令に従い制御され、発熱体ユニット３０に通電される。通電された発熱体ユニット３０の発熱体２０１は、高温度に発熱してトナー定着ローラ１８（＝筒体１８）の温度を所定の温度（トナー定着温度）まで上昇させる。トナー定着ローラ１８（＝筒体１８）にはセンサ部２６が設けられており、トナー定着ローラ１８（＝筒体１８）の温度検知を行っている。センサ部２６はトナー定着ローラ１８（＝筒体１８）の検知温度を制御部２３にフィードバックしており、制御部２３は、発熱体ユニット３０への電力を制御して、トナー定着ローラ１８（＝筒体１８）の温度調節を行っている。

以上にように、実施の形態５の加熱装置においては、発熱体ユニットの通電制御を行う場合、その制御条件として検知温度を加味することが可能である。また、温度制御としては、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、ゼロクロス制御等を単独で、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を実現できる。

したがって、前記のように構成された実施の形態５の加熱装置によれば、発熱体の配設位置による指向性制御と、検知温度による通電制御とにより、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。

なお、実施の形態５の加熱装置においては、実施の形態１の発熱体ユニット（図３参照）を熱輻射源として用いた例で説明したが、熱輻射源としては前述の各実施の形態において説明したいずれの発熱体ユニットの構成でも適用可能であり、同様の効果を奏するものである。

また、実施の形態５の加熱装置として複写機について説明したが、ファクシミリ、プリンタ等の電子装置においてもトナー定着のための熱輻射源として本発明の発熱体ユニットを用いることができ、同様の効果を奏する。なお、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子装置において、トナー定着に用いた機構の場合、熱輻射源として用いられる発熱体ユニットはローラと呼ばれる筒体により取り囲まれて用いられる。

また、本発明の加熱装置としては、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子装置の他に、暖房用ストーブ等の電気暖房機器、調理加熱等の調理機器、食品等の乾燥機、及び短時間で高温度に加熱する必要のある装置を含むものである。
本発明の加熱装置において、発熱体ユニットを取り囲む筒体であるローラの構成は、内側が金属材料により形成され、外側がシリコン樹脂によりコーティングされており、ローラの両サイドには駆動用のギヤ等が設けられている。なお、熱等の吸収性を高めるために、ローラの内側にはセラミックスや遠赤塗料等を設けてもよい。さらに、放熱・吸熱と強度の観点からアルミニウムと鉄等の複数の金属部材により筒体を構成して、さらに高い加熱効率を図ることも可能である。

本発明の発熱体ユニットを調理機器の熱源として用いた場合、発熱体ユニットは筒状体により取り囲まれて配設される。筒状体は一体的若しくは複数の部材で構成された筒状の耐熱管である。

ここで、調理機器の熱源として、発熱体が石英ガラス管で取り囲まれている発熱体ユニットをそのまま用いた場合、調理で使用される塩、しょう油等の調味料等に含まれるアルカリ金属イオン等が、石英ガラス管に付着する事により、失透を起こし、破損してしまう場合があるため、発熱体ユニットが短寿命となってしまうことがある。このため、発熱体ユニットを、耐熱管である筒状体により取り囲むよう構成することにより、発熱体ユニットの長寿命化を図ることができる。

なお、筒状体には優れた光透過性を有する結晶化ガラスや、遠赤放射量の高いセラミックス、等を使用することにより使用用途を広げることができる。

発熱体ユニットの被加熱対象物との位置関係は、発熱体における加熱中心を被加熱対象物側に向けることにより、被加熱対象物を効率高く加熱することができるのは言うまでもない。

以上のように本発明の発熱体ユニットにおいて、発熱体が炭素系物質を主成分として面方向に同等の熱伝導性を有する、いわゆる二次元的等方向性の熱伝導を有するフィルムシート状であり、可撓性、柔軟性、及び弾力性を有している。さらに、発熱体は熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、厚みが３００μｍ以下で形成されているものを用いてもよい。

このように構成された発熱体は、切り欠きと加圧により、抵抗調整、成型、可撓性、柔軟性、弾力性及び温度分布の可変することが容易に可能である。さらに、本発明の発熱体ユニットにおける発熱体は、この発熱体を内包する管体の形態に応じて、管状、板状、管状を長手方向に曲げた湾曲状、管状を円形に形成した形状等の各種形状に変形することが可能であり、使用目的に応じて高精度に変形して装置内に組み込むことができる。

さらに、本発明の発熱体ユニットにおいては、その使用用途に合わせた形態に発熱体を形成して、発熱体における平面部分又は配熱分布から高い効率で熱輻射が行われるよう構成することができる。

また、本発明の発熱体ユニットにおいては、管体（図１に示すガラス管１）の両端部分を封止して管体内にガスを充填することにより、管体内の発熱体が酸化することなく発熱体の焼成温度以下で使用することができるため、発熱体の設計余裕度を広げている。
さらに、本発明において用いた発熱体は可撓性、柔軟性、及び弾力性を有し、高温度に対して保形性が高いため、発熱体を所望の形状に形成することが可能であり、耐熱管材料の選定や、発熱体の保持方法における自由度を高めることができる。

前述の実施の形態４において説明したように、図１０に示した加熱装置においては、本発明の発熱体ユニットにおける発熱体の幅面に対向する背面側の位置に反射板を配設し、その反射板の長手方向に直交する断面形状が放物線形状であり、熱輻射源である発熱体における発熱中心が反射板の焦点の位置に配置されている。このように発熱体における発熱中心が反射板の焦点の位置にあるため、本発明の加熱装置は発熱体からの輻射熱が反射板により反射されて効率の高い熱輻射が可能となる。応用としてはストーブ、オーブンレンジ、トースター、オーブンなど輻射加熱を行う商品に効果的である。

また、本発明の加熱装置においては、前述の実施の形態５において説明したように、本発明の発熱体ユニットを設け、且つその発熱体ユニットを覆う筒体を配設した構成とすることも可能である。このように構成することにより、被加熱対象物等から発する異物、例えば肉汁、調味料等が筒体に遮られて直接発熱体ユニットに接することが防止される。これにより、発熱体ユニットの表面劣化による破損、断線を防止することが可能となり、長寿命の加熱装置を提供することができる。

さらに、本発明の加熱装置においては、発熱体ユニットを、例えば複写機等の電子機器の熱源とした場合、発熱体ユニットを覆う筒体がトナー定着ローラとして用いて、このトナー定着ローラにおける紙が接する部分を効率高く加熱することが可能な構成となる。

また、本発明の加熱装置において、発熱体の少なくとも一部を耐熱管で覆った構成とすることにより、発熱体温度を高くすることが可能となり、加熱分布を変更することができる加熱装置を提供することが可能となる。
また、本発明の発熱体ユニット及び加熱装置においては、炭素系物質を主成分として二次元的等方向性の熱伝導を有し、可撓性、柔軟性、及び弾力性を有しており、さらに熱伝導性が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、厚みが３００μｍ以下であるフィルムシート状の発熱体を用いており、この発熱体は放射率が、８０％以上の高い特性を有する。

なお、本発明の発熱体は、通電を開始した時の電流値（突入電流）の安定状態時の電流値に対する割合が、従来のハロゲン電球は１０倍程度あるのに対して、本発明の発熱体は１．８倍程度と少ない。すなわち、突入電流が少ないことにより通電開始時のモリブデン箔および外部リード線の温度上昇が少なく、封止部の破損を防ぐことができる長寿命の発熱体ユニットとなる。

さらに、発熱体方向を定める事ができる保持部材を装着しているため、発熱体の平面方向を正面にすることでさらに正面方向の輻射が高まり、発熱体の端面方向を正面にすることで正面方向に均一な輻射ができ、発熱体の方向を定めることで選択制のある高輻射加熱装置を実現することができる。その上、封止部の外方空孔部１２及び接合部に接着剤１３を充填し、保持部材を固定することで絶縁を強化するとともに封止部の温度を下げ長寿命化を図った加熱装置を提供することが可能となる。

なお、本発明の実施の形態１から５の説明で発熱体として、炭素系物質を主成分とし細長い平板状或いはフィルムシート状の発熱体を用いたが、如何なる発熱体例えば金属線を螺旋状に形成したもの、また炭素繊維を添着し形成したもの、或いは炭素繊維を撚って形成されたものなど発熱体の形態に関係なく本発明の構成とすることで同様の効果が得られることは、言うまでもない。

本発明に係る発熱体ユニットは小型で効率が高いため汎用性の高い熱源となり、さらにこの発熱体ユニットを用いた加熱装置は効率の高い加熱が可能となり有用である。

１ 管体
２ 発熱体
３ 保持ブロック
４ サポート
５ 内部リード部材
６ モリブデン箔
７ 外部リード線
８ 電源供給部
９、９０、９１ 保持部材
１０ 電源リード端子
１１ 電源リード線
１２ 空孔部
１３ 接着剤
１４ セラミックス系接着剤
１８ 筒体
１９ 加圧ローラ
２０ 発熱体ユニット
２１ 筐体
２２ 電源部
２３ 制御部
２４ 反射板
２５ ガード
２６ センサ部
２０１ 発熱体

Claims (13)

1. 発熱体と、
   前記発熱体の両端に電気的に接続される金属箔と前記金属箔の他端に電気的に接続される外部リード線とを有する発熱構成体と、
   前記発熱構成体を管体に内包し前記それぞれの金属箔部分を封止する封止部と、前記封止部外方に空孔部を設けた管体と、
   前記空孔部に装着する保持部材と、
   を有する発熱体ユニット。
2. 前記保持部材は前記封止部より外方に位置していることを特徴とする請求項１記載の発熱体ユニット。
3. 前記保持部材は耐熱性と絶縁性を有する材料で形成されることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか一項に記載の発熱体ユニット。
4. 前記保持部材は、前記外部リード線及び当該外部リード線に電気的に接続される電源リード線のガイド部を有し、前記外部リード線または電源リード線と、前記ガイド部とにより前記管体に装着することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発熱体ユニット。
5. 前記空孔部内において外部リード線部及び電源リード線に接合材が施され、前記保持部材を装着、接合したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発熱体ユニット。
6. 前記発熱体は輻射方向に指向性を有する板状あるいはシート状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発熱体ユニット。
7. 前記保持部材は発熱体ユニットの固定及び方向を定める形状としたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発熱体ユニット。
8. 前記管体が耐熱性を有するガラス管で構成された請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発熱体ユニット。
9. 前記管体内に不活性ガスを充填したことを特徴とする請求項1乃至請求項８のいずれか一項に記載の発熱体ユニット。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発熱体ユニットを有し、発熱体に対向する位置に反射手段を設けたことを特徴とする加熱装置。
11. 前記反射手段は長手方向の断面形状が曲面形状を有する反射板である請求項１０に記載の加熱装置。
12. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発熱体ユニットを有し、前記発熱体ユニットを内蔵した筐体を構成した加熱装置。
13. 発熱体ユニットの電気的制御を行う制御回路を有し、前記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された請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の加熱装置。

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