JP4362337B2 - 赤外線電球、加熱装置及び電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子装置の熱源として使用される赤外線電球、赤外線電球を用いた加熱装置及び電子装置に関するものである。

近年、棒状に成形した炭素系物質を発熱体として使用する赤外線電球が開発されている。従来例の赤外線電球が特開２００１−３５１７６２号公報に開示されている。図１７を用いて、従来例の赤外線電球について説明する。図１７は、従来例の赤外線電球の構造を示す正面図である。赤外線電球は、透明の石英ガラス管１７０１と発熱体１７０２とで構成され、発熱体１７０２はガラス管１７０１に封入されている。
発熱体１７０２は、長い棒状又は板状に成形された炭素系物質であり、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なる。発熱体の板幅を板厚より大きくすることにより、板幅を有する面から出る熱が板厚を有する面から出る熱より多くなり、発熱体１７０２の放熱に指向性を持たすことができる。

発熱体は、第１の発熱部１７０２ａと、第１の発熱部より板厚の薄い長円形の領域である第２の発熱部１７０２ｂとを有し、発熱体の第１の発熱部１７０２ａと第２の発熱部１７０２ｂの温度を変えて、赤外線電球の長手方向の温度分布を所望のものにすることができる。
また、第２の発熱部１７０２ｂを長円形にすることにより、第１の発熱部１７０２ａと第２の発熱部１７０２ｂの境界部では軸方向（長手方向）に垂直な断面の断面積が長手方向に沿って徐々に変わることになり、境界部の温度変化はゆるやかになる。

特開２００１−３５１７６２号公報

種々の精密な電子装置（例えば複写機）は、内部に加熱装置を有する。このような電子装置において内蔵する加熱装置を常に加熱状態にしておくと、電子装置の内部温度が必要以上に上昇し、又加熱が必要な部分より広い領域に熱が広がり、電子装置の信頼性及び寿命の低下を招く恐れがある。そのため、加熱が必要な部分を局所的に、加熱が必要な時間だけ加熱することが、電子装置の信頼性及び寿命を確保する上で重要である。又、加熱装置の発熱体が大きな突入電流を生じさせないことが重要である。
例えば複写機においては、横長のＡ４用紙を複写する時と縦長のＡ４用紙を複写する時とでは、紙に付着されたトナーを乾燥させるために内蔵する加熱装置が紙を加熱する幅を切り換える必要がある。同様に、加熱幅が異なる複数のモードを有する種々の電子装置がある（例えばプリンタ等）。これらの電子装置を小型化する上で、加熱装置の小型化が重要である。

従来の電子装置は、タングステン線の抵抗線をスパイラル状に回線成形した発熱体をガラス管内に挿入し、雰囲気中で発熱させる構造の加熱装置を有していた。従来の加熱装置は、ガラス管壁温度を所定温度（典型的には２５０℃以上）にしない状態で使用すると、ガラス管内でのハロゲンサイクルが起こらずタングステンが蒸発し、タングステンが痩せ断線を起こし短寿命になるという問題があった。それ故電子機器においてはガラス管壁を所定の温度にするために、ＯＮ−ＯＦＦ制御の方法が多く採用されている。

タングステンの温度特性は正特性である（常温度においては抵抗が小さく温度が上がれば抵抗が大きくなる。）。そのため商用交流電力を印加すると最初大きな突入電流が流れ、点灯時に電子装置の他の回路に妨害を与える恐れがあった。タングステンの発熱体においては大きい突入電流がＯＮ−ＯＦＦする度に発生するため、同一回線に使用されている機器にまで影響をあたえる。フリッカー現象を起こす原因となっていた。
そのため使用温度にもよるがタングステンの発熱体の寿命は約５０００時間しかなかった。

更に、タングステンの発熱体で加熱が必要な部分を所定の温度にまで加熱するための制御が必要であり、問題があった。例えば電子装置を使用しないときの待機時においても、立ち上がりをよくするために暖める必要がある。その時においてもガラス管を所定の温度にするため余分な電力を必要とした。

本発明は、加熱幅が異なる複数のモードを有する小型の加熱装置及びそれに適した赤外線電球を提供することを目的とする。
本発明は、上記の加熱装置を有することにより、信頼性が高い電子装置を提供することを目的とする。
本発明は、加熱効果が高く、加熱すべき部分を局所的に加熱でき、加熱を開始した後極めて短時間で定格温度に達し、点灯時の大きな突入電流及びフリッカーが少なく、寿命が長く、加熱幅が異なる複数のモードに対応可能な加熱装置、及びそれに適した赤外線電球を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は下記の構成を有する。請求項１に記載の発明は、炭素系物質を含む焼結体により形成され、一定幅で長手方向に延びる板状の形状を有し、その長手方向の一部にのみ実効的に長手方向に延びる開口部を有し、並列に配列された複数個の発熱体と、前記発熱体を封止したガラス管と、それぞれの前記発熱体に別個に通電可能な複数の接続端子と、を有し、少なくとも２個の前記発熱体において、その長手方向の単位長さ当りの抵抗が大きくなるように長手方向の一部における断面積が他の部分における断面積より実効的に小さく、それらの発熱体は断面積が小さい部分の位置が互いに異なり且つ断面積が小さい部分の長手方向の端部の位置が互いに重なるように、前記開口部が形成されることを特徴とする赤外線電球である。
発熱体は、開口部において単位長さ当たりの抵抗が大きく、それ以外の部分において単位長さ当たりの抵抗が小さい。そのため、発熱体は、開口部において単位長さ当たりの消費電力が大きくなり高温となり、それ以外の部分において単位長さ当たりの消費電力が小さくなり低温となる。開口部の位置が異なる複数の上記発熱体を有する加熱装置は、例えば加熱幅が異なる複数のモードを有する電子装置に適している。本発明は、加熱幅が異なる複数のモードで動作可能な加熱装置に適した赤外線電球を実現する。本発明の赤外線電球単体を用いて、加熱幅が異なる複数のモードを実現できる。本発明の赤外線を用いることにより、複数の赤外線電球で構成したよりも小型の加熱装置を実現できる。

請求項２に記載の発明は、前記開口部がディスク研磨（研削）により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線電球である。発熱体は、開口部のエッジ部分において欠けたり粉末のゴミを発生させる場合がある。これらの欠け又はゴミは発熱体の商品価値を落とし、甚だしい場合は不良品となる。開口部をディスク研磨により形成することにより、開口部の周囲が滑らかな斜面を形成し、エッジ部分において欠けが生じにくく、粉末のゴミも発生しにくい。

本発明により、長手方向の位置によって単位長さ当たりの発熱量が異なる複数の発熱体に同時に電力を印加することにより、全体として単位長さ当たりの発熱量が長手方向に一定である赤外線電球を実現できる。長手方向の位置によって断面積が異なる発熱体は、断面積が実効的に小さい部分において単位長さ当たりの発熱量が大きく、断面積が実効的に大きい部分において単位長さ当たりの発熱量が小さい。断面積が小さい部分において、その端部（断面積が大きな部分と接する部分）の発熱量は、その端部以外の部分の発熱量より小さい。これは、断面積が小さい部分から断面積が大きい部分へ向けて一部の熱が逃げるためである。そのため、例えば長手方向の所定部分（「Ａ部分」とする。）において断面積が小さく、それ以外の部分（「非Ａ部分」とする。）において断面積が大きい第１の発熱体と、Ａ部分において断面積が大きく、非Ａ部分において断面積が小さい第２の発熱体と、を同時に発熱させた場合、Ａ部分と非Ａ部分との境界に単位長さ当たりの発熱量が少し低い部分が発生する。本発明においては、第１の発熱体を上記の構成とした場合、第２の発熱体についての断面積が小さな部分を非Ａ部分だけでなく、Ａ部分の端を含めた部分とする。即ち、第１の発熱体と第２の発熱体との断面積が小さい部分の長手方向の端部の位置が互いに重なるようにする。これにより、第１の発熱体と第２の発熱体とを同時に発熱させた場合、Ａ部分と非Ａ部分との境界を含めて、長手方向の全ての部分において単位長さ当たりの発熱量をほぼ均一にすることが出来る。

請求項３に記載の発明は、前記発熱体の両端部の断面積が他の部分における断面積より実効的に小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の赤外線電球である。発熱体は、両端部を保持部材により保持される。両端部においては、一部の熱が保持部材に逃げるため、その単位面積当たりの発熱量が両端部以外の部分より小さくなる。本発明の構成により、発熱体の両端部の単位長さ当たりの発熱量を、保持部材に逃げる熱量を補う程度に他の部分より大きくできる。これにより、両端部も含めて、長手方向の全ての部分において単位長さ当たりの発熱量をほぼ均一にすることが出来る。

請求項４に記載の発明は、少なくとも１本の前記発熱体は、単位面積当たりの発熱量が長手方向に略一定であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の赤外線電球である。本発明の赤外線電球を用いて、長手方向の所定の部分において単位長さ当たりの発熱量が大きな発熱体に電力を印加してその部分を加熱するモードと、発熱量が長手方向に略一定である発熱体に電力を印加して加熱体のほぼ全長に渡って加熱するモードと、を有する小型の加熱装置を実現できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の赤外線電球を有することを特徴とする加熱装置である。本発明により、加熱幅が異なる複数のモードを有する加熱装置を実現できる。

複数個の赤外線電球の取り付け長さを同一にしておけば、簡単な取り付け構造で加熱幅が異なる複数のモードを有する加熱装置を実現できる。

請求項６に記載の発明は、１又は複数個の長手方向に延びる発熱体をガラス管に封止した複数個の赤外線電球を並列に配列し、少なくとも２個の前記赤外線電球の発熱体において、その発熱体の長手方向の一部における断面積が他の部分における断面積より実効的に小さく、それらの赤外線電球の発熱体は、断面積が小さい部分の位置が互いに異なり、且つ断面積が小さい部分の長手方向の一端の位置が互いに重なるように、開口部が形成されていることを特徴とする加熱装置である。本発明は、実効的に加熱幅が異なる複数のモードを有し、複数の赤外線電球を同時に発熱させた場合、例えば長手方向の全ての部分において単位長さ当たりの発熱量がほぼ均一である加熱装置を実現できる。

請求項７に記載の発明は、その単位面積当たりの実効的な発熱量が長手方向に略一定である少なくとも１本の赤外線電球を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の加熱装置である。本発明は、長手方向の所定の部分を加熱するモードと、加熱体のほぼ全長に渡って加熱するモードと、を有する加熱装置を実現できる。

請求項８に記載の発明は、その単位面積当たりの実効的な発熱量が長手方向の位置によって異なる第１の発熱体と、第２の発熱体と、を有し、第１のモードにおいて前記第１の発熱体のみが発熱し、第２のモードにおいて前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体が共に発熱し、前記第２のモードにおいて、その単位面積当たりの実効的な発熱量が長手方向に略均一となることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかの請求項に記載の加熱装置である。本発明は、長手方向の所定の部分を加熱する第１のモードと、加熱体のほぼ全長に渡って加熱する第２のモードと、を有する加熱装置を実現できる。

請求項９に記載の発明は、前記第２のモードにおける前記第１の発熱体への印加電力が、前記第１のモードにおける前記第１の発熱体への印加電力より小さいことを特徴とする請求項８に記載の加熱装置である。
例えば請求項１に記載の２つの発熱体（第１の発熱体及び第２の発熱体）で加熱装置を構成した場合、第１のモードにおいて、第１の発熱体は、開口部で単位長さ当たりＱ１カロリ発熱する。もし第２のモードにおいて第１の発熱体に第１のモードと同じ電力を印加したならば、第１の発熱体は、開口部で単位長さ当たりＱ１カロリ発熱する。しかし、第２のモードにおいて、第２の発熱体の開口部以外の部分もある程度発熱する（単位長さ当たりの発熱量をＱ２カロリとする（Ｑ１＞Ｑ２）。）。従って第２のモードにおける、単位長さ当たりの発熱量の合計は（Ｑ１＋Ｑ２）カロリになり、第１のモードより高くなる。多くの場合において第１のモードと第２のモードとで単位長さ当たりの発熱量を同一に設定することが好ましい。本発明は第１のモードと第２のモードとで単位長さ当たりの発熱量が同一である加熱装置を実現できる。

請求項１０に記載の発明は、前記第１のモードと前記第２のモードとで、交流入力電圧を基準とする位相制御により、前記第１の発熱体への印加電力を制御することを特徴とする請求項９に記載の加熱装置である。本発明は、位相制御により、各発熱体の発熱量を高精度で制御できる。本発明は、例えば第１のモードと第２のモードとで単位長さ当たりの発熱量が同一である加熱装置を実現できる。

請求項１１に記載の発明は、所定の場所の温度を検出する温度センサを有し、前記温度に応じて、交流入力電圧を基準とする位相制御により、前記第１の発熱体及び第２の発熱体への印加電力を制御することを特徴とする請求項９に記載の加熱装置である。本発明の加熱装置は、位相制御により、所定の場所の温度を高い精度で目標値に制御できる。

請求項１２に記載の発明は、前記発熱体が炭素系物質を含む焼結体により形成された炭素系発熱体であることを特徴とする請求項５から請求項９のいずれかの請求項に記載の加熱装置である。本発明は、加熱効率が高く、加熱すべき部分を局所的に加熱でき、加熱を開始した後極めて短時間で定格温度に達し、点灯時の大きな突入電流及びフリッカーが少なく、寿命が長く、加熱幅が異なる複数のモードに対応可能な、加熱装置を実現できる。

請求項１３に記載の発明は、前記発熱体の長手方向における、被加熱物の長さ又は位置に応じて、異なる組み合わせで前記発熱体を発熱させる請求項５から請求項１２のいずれかの請求項に記載の加熱装置を有することを特徴とする電子装置である。
本発明は、加熱装置が加熱する幅が異なる複数のモードを有し、信頼性が高い電子装置を実現できる。又、加熱装置を小型化できる分だけ、電子装置も小型化できる。

請求項１４に記載の発明は、前記電子装置が、複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機、定着装置、熱硬化性接着剤を用いた接着装置、券売機、自動改札機、紙容器製造装置又はフィルムの熱融着機であることを特徴とする請求項１３に記載の電子装置である。本発明は、加熱装置が加熱する幅が異なる複数のモードを有し、信頼性が高い電子装置を実現できる。
炭素系物質を含む焼結体を発熱体として用いた場合、発熱体は発熱効率が高く、又熱容量が小さいため加熱を開始した後定格温度に達するまでの時間が極めて短く、寿命が長い。炭素系物質を含む焼結体で形成された発熱体は、加熱が必要な部分を局所的に、加熱が必要な時間だけ加熱できる。さらに電子装置を使用しないときの待機時においても、立ち上がりをよくするために暖める必要があるが、その時においてもガラス管を所定の温度にする必要が無く必要最低限の電力で良い。これにより、電子装置の信頼性及び寿命を確保でき、消費電力を削減することも出来る。又、発熱体の温度による抵抗変化が小さいため突入電流がなくフリッカー現象を少なくし、点灯時においても、電子装置の他の回路に妨害を与えることがない。

請求項１５に記載の発明は、前記加熱装置が、カラーの塗料を定着させるカラーモードと、白黒の塗料を定着させる白黒モードと、を有し、前記カラーモードにおいて前記発熱体に印加する電力が、前記白黒モードにおいて同一の前記発熱体に印加する電力より大きいことを特徴とする請求項１３に記載の電子装置である。本発明は、加熱装置が加熱する幅が異なる複数のモードを有し、且つカラーモードと白黒モードとで発熱体への印加電力が異なる信頼性が高い電子装置を実現できる。カラーモードと白黒モードとで発熱体に印加する電力を切り換える方法は任意である。例えば、交流入力電圧を基準とする位相制御による。

本発明によれば、加熱幅が異なる複数のモードを有する小型の加熱装置及びそれに適した赤外線電球を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、上記の加熱装置を有することにより、信頼性が高い電子装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、加熱効率が高く、加熱すべき部分を局所的に加熱でき、加熱を開始した後極めて短時間で定格温度に達し、点灯時の大きな突入電流及びフリッカーが少なく、寿命が長く、加熱幅が異なる複数のモードに対応可能な加熱装置、及びそれに適した赤外線電球を実現できるという有利な効果が得られる。

以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。

《実施の形態１》
図１〜７を用いて、実施の形態１の赤外線電球、加熱装置及び電子装置について説明する。図１は本発明の実施の形態１の赤外線電球の構造を示す図である。図１（ａ）に示す２本の赤外線電球を複写機の加熱ローラに挿入した図が図１（ｂ）である。
赤外線電球１０１Ａは、長い板状の発熱体１１２Ａ、保持ブロック１１４Ａ及び内部リード線１１５Ａをガラス管１１１Ａに封入して形成される。同様に、赤外線電球１０１Ｂは、長い板状の発熱体１１２Ｂ、保持ブロック１１４Ｂ及び内部リード線１１５Ｂをガラス管１１１Ｂに封入して形成される。ガラス管１１１は透明の石英ガラス管であって、ガラス管の中にはアルゴンガス等の不活性ガスが封入される。ガラス管１１１の端部を溶融し平板状に押しつぶして封止する。

赤外線電球１０１Ａ及び１０１Ｂにおいて、それぞれ内部リード線１１５は、モリブデン箔１１６を経て外部リード線１１７に接続されている。両側から導出している外部リード線１１７に電力を印加すると、発熱体１１２Ａ及び／又は１１２Ｂに電流が流れ、発熱体の抵抗により熱が生じる。このとき、発熱体１１２Ａ及び／又は１１２Ｂからは赤外線が放射される。

発熱体１１２Ａ及びＢは、長い棒状又は板状に成形された炭素系物質であり、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なる。この発熱体１１２Ａ及びＢの寸法は例えば、板幅Ｗが６ｍｍ、板厚Ｔが０．５ｍｍ、長さが３００ｍｍである。発熱体１１２Ａ及びＢは、板厚と板幅との比が１：５以上であるのが望ましい。板幅Ｗを板厚Ｔより大きくすることにより、板幅Ｗを有する面から出る熱が板厚Ｔを有する面から出る熱より多くなり、発熱体１１２Ａ及びＢの放熱に指向性を持たすことができる。
炭素系物質の発熱体は発熱効率が高く、加熱を開始した後定格温度に達するまでの時間が極めて短く、点灯時の突入電流及びフリッカーがない。その寿命は、約１００００時間（使用温度にもよるがタングステンの発熱体の寿命の約２倍）である。

発熱体１１２Ａ及びＢは、それぞれ長手方向に位置の異なる開口部１１３Ａ、１１３Ｂを有する。図７は、発熱体１１２Ａ及びＢをディスク研磨（研削）する方法を示す図である。図７において、発熱体の長手方向に垂直な方向に研磨ディスク（研削ディスク）の回転中心がある。研磨ディスク（研削ディスク）の直径は、発熱体１１２Ａ及びＢの開口部１１３Ａ及びＢの長さより長い。研磨ディスク（研削ディスク）の幅は、発熱体１１２Ａ及びＢの開口部１１３Ａ及びＢの幅に等しい。開口部１１３Ａ及びＢは、図７に示すように、発熱体１１２Ａ及びＢの長手方向に対する面をディスク研磨（研削）して形成される。ディスク研磨（研削）により、発熱体の開口部始点及び終点の外周部は板厚方向に対して傾斜して形成される。これにより、開口部始点におけるストレスを緩和し、振動、衝撃に対し強い構成となる。
研磨ディスク（研削ディスク）の幅方向（図７の紙面に垂直な方向）の断面形状は、所定の丸みを帯びている。これにより、開口部の幅方向の側面についても所定の斜面が形成される。開口部側面におけるストレスを緩和し、振動、衝撃に対し強い構成となる。
図１の発熱体１１２Ａ及びＢのＸ−Ｘ’、Ｙ−Ｙ’、Ｚ−Ｚ’の断面図を図２に示す。図２（ｂ）に示すように開口部１１３Ａの長手方向の端部と、開口部１１３Ｂの長手方向の端部とは、一部重なるように形成される。開口部１１３の端面は、面取りされている。

図３（ａ）は、発熱体１１２Ａのみが発熱した場合の軸方向（長手方向）に対する温度分布図、図３（ｂ）は発熱体１１２Ｂのみが発熱した場合の軸方向に対する温度分布図、図３（ｃ）は発熱体１１２Ａと発熱体１１２Ｂとが発熱した場合の軸方向に対する温度分布図である。温度の測定は、微少域放射温度計または、サーモパイルによる輻射熱の測定ですることができる。図３の横軸は赤外線電球の軸方向の距離を示し、原点０は図１の左側の保持ブロック１１４とコイル部１１８の境界部に対応している。図３の縦軸は温度を示す。

図３（ａ）によれば、発熱体１１２Ａの開口部１１３Ａを有するＰＲ間の温度Ｋ２は、開口部を有しないＲＳ間の温度Ｋ１より高い。開口部１１３Ａを有するＰＲ間は発熱体の断面積が小さくなり、発熱体１１２Ａの単位長当たりの抵抗は、開口部１１３Ａを有しないＲＳ間より大きい。そのため発熱体１１２Ａを流れる電流によるＰＲ間の単位長当たりのジュール熱はＲＳ間のジュール熱より多く、ＰＲ間の温度はＲＳ間の温度より高くなる。図３（ｂ）においても同様で、開口部１１３Ｂを有するＱＳ間の温度Ｋ４は、開口部１１３Ｂを有しないＰＱ間の温度Ｋ３より高くなる。実施の形態１において、Ｋ４＝Ｋ２、Ｋ３＝Ｋ１である。

実施の形態１の赤外線電球１０１は、電子装置（実施の形態１において、複写機）に使用される。それぞれ長手方向に位置の異なる開口部を有する２本の発熱体を有することにより、用紙のサイズによって加熱部分を変更することができる。例えば、Ａ４サイズの横長用紙を複写する場合、発熱体Ｂのみに電力を供給する（第１のモード、図３（ｂ））。これにより、電力を無駄に消費することを防ぐ。Ａ３サイズの横長用紙（又はＡ４サイズの縦長用紙）を複写印刷する場合、発熱体Ａ及びＢの両方に電力を供給する（第２のモード、図３（ｃ））。第２のモードにおいて、その単位面積当たりの実効的な発熱量は長手方向に略均一となるようにする。実施の形態１において、後述する制御（図４）により、第２のモードにおける発熱体の温度Ｋ５はＫ２に等しい。

円柱状の保持ブロック１１４は導電性材料で形成されており、発熱体１１２Ａ及びＢの両端に電気的に接続されるように取り付けられている。内部リード線１１５は、コイル部１１８、スプリング部１１９、リード線１２０で構成される。保持ブロック１１４は発熱体１１２Ａ及びＢの熱が内部リード線１１５のコイル部１１８に伝わりにくい材料（例えば黒鉛）で作るのが好ましい。保持ブロック１１４は、モリブデンやタングステン等の弾性を有する金属線をらせん状に成形したコイル部１１８に挿入される。コイル部１１８は保持ブロック１１４の外周面に密着して巻き付き、両者は電気的に接続される。コイル部１１８は弾性を有するスプリング部１１９を経てリード線１２０につながっている。リード線１２０とコイル部１１８との間にスプリング部１１９を設けることにより、発熱体１１２Ａ及びＢの膨張による寸法変化を吸収できる。

図４は、本発明の赤外線電球を用いた複写機の構成（加熱装置に関係する部分のみ）を示すブロック図である。複写機は、被写体の幅判別部４０１、ＣＰＵ４０２、操作入力部４０３、加熱装置４０４を有する。加熱装置４０４は、制御部４１１、発熱体制御装置４１２及び４１３、加熱ローラ１２１を有する。加熱ローラ１２１の表面に温度センサ４３１を取り付ける。発熱体制御装置４１２は、パルス生成部４２１、ゼロクロス検知部４２２、発熱体駆動部４２３を有する。発熱体制御装置４１３は、発熱体制御装置４１２と同一の構成であるため、図示を省略する。
ユーザは、複写対象物を複写機に置き、カラー又は白黒のどちらで複写するかの指示を操作入力部４０３に入力する。被写体の幅判別部４０１は、複写対象物の幅を検出して、ＣＰＵ４０２に伝送する。ＣＰＵ４０２は、複写対象物の幅と、操作入力部４０３から伝送されたカラー／白黒の切換信号とを加熱装置４０４の制御部４１１に伝送する。

加熱装置４０４の制御部４１１は、ＣＰＵ４０２からの信号と、温度センサ４３１が検知した加熱ローラ１２１の表面温度とを入力する。制御部４１１は、例えば、複写対象物の幅がＡ４の横長サイズであれば発熱体制御装置４１３のみを駆動し（第１のモード）、複写対象物の幅がＡ３サイズであれば発熱体制御装置４１２及び４１３を駆動する（第２のモード）ように制御する。発熱体制御装置４１２及び４１３は、位相制御によって赤外線電球１０１Ａ及び１０１Ｂへの印加電力を制御する。第２のモードにおける赤外線電球１０１Ｂへの印加電力は、第１のモードにおける赤外線電球１０１Ｂへの印加電力より小さくなるように制御する。これにより、図３（ｃ）に示すように、単位面積当たりの実効的な発熱量が長手方向に略均一になり、且つＫ５＝Ｋ２になる。

図５は、発熱体制御装置の位相制御を示す図である。発熱体制御装置４１２及び４１３は、交流入力電圧（実施の形態１において５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの１００Ｖ）を入力し、ゼロクロス検知部４２２と発熱体駆動部４２３とに伝送する。ゼロクロス検知部４２２は、交流入力電圧のゼロクロス検知信号を出力し、パルス生成部４２１はゼロクロス検知信号と制御部４１１からの信号に基づいて、ゼロクロス検知信号の立ち上がりエッジを起点として所定の位相において立ち上がりエッジを有するトリガー信号を出力する。制御部４１１は、温度センサ４３１が検知した温度が所定の目標温度になるように、トリガー信号の位相を制御する。制御部４１１は、カラーモードの場合、白黒モードより目標温度を高い温度に設定する。発熱体駆動部４２３は、双方向サイリスタを有する。サイリスタは、トリガー信号を入力して導通し、発熱体１０１Ａ及び／又は１０１Ｂに電力を供給し、次に交流入力電圧のゼロクロスポイントで遮断状態に戻る。図５において、赤外線電球１０１Ａ及び／又は１０１Ｂは斜線の区間に電力を印加される。

図６は、赤外線電球の加熱方向及び反射板の位置を示す図である。複写機の加熱ローラ１２１は、赤外線電球１０１Ａ及び１０１Ｂを並列に並べ、赤外線電球の後方に反射板６０３を有する。複写機は、紙を抑えるためのローラ６０１と加熱ローラ１２１との間に用紙６０２を挟み込み、加熱ローラ１２１の熱により塗料（トナー）を用紙６０２に定着させる。赤外線電球１０１Ａ及び１０１Ｂの加熱方向を加熱ローラ１２１と用紙６０２との接点より手前にすることにより、塗料（トナー）を定着する時点で加熱ローラが十分に加熱されている状態となる。炭素系物質からなる発熱体１０１Ａ及びＢは、電力印加後直ぐに所定の温度に達し、しかもその温度が高い。そのため、赤外線電球１０１Ａ及び／又は１０１Ｂは、加熱ローラ１２１と用紙６０２との接点の直ぐ手前を所定の温度に局部加熱することが出来る。塗料を定着された用紙６０２が排出されると、制御部４１１は直ちに赤外線電球１０１Ａ及びＢへの電力印加を止める。

《実施の形態２》
図８を用いて、実施の形態２の赤外線電球を説明する。図８は、実施の形態２の赤外線電球の構成を示す図である。実施の形態１の赤外線電球１０１は、一本のガラス管１１１Ａ（又は１１１Ｂ）に開口部１１３Ａ（又は１１３Ｂ）を有する一本の発熱体１１２Ａ（又は１１２Ｂ）を封止した。実施の形態２の赤外線電球８０１は、１本のガラス管８１１に２本の発熱体８１２Ａ及び８１２Ｂを封止して形成される。それ以外の点において、実施の形態２は実施の形態１と同一である。
発熱体８１２Ａ及び８１２Ｂは炭素系物質を含む焼結体により形成された平板状の炭素系発熱体である。発熱体８１２Ａ及び８１２Ｂは、それぞれ長手方向に位置の異なる開口部８１３Ａ及び８１３Ｂを有する。発熱体８１２Ａ及び８１２Ｂの一端は、保持ブロック８１４Ａ及び８１４Ｂによってそれぞれ保持され、もう一端は保持ブロック８１４Ｃによって保持される。ガラス管８１１は透明の石英ガラス管であって、ガラス管の中にはアルゴンガス等の不活性ガスが封入される。ガラス管８１１の端部を溶融し平板状に押しつぶして封止する。
実施の形態２の赤外線電球８０１を用いた加熱装置は、実施の形態１の２本の赤外線電球１０１Ａ及び１０１Ｂを用いた加熱装置と同様の効果を有する。
２本の発熱体を一本のガラス管に封止することにより、加熱ローラの中に赤外線電球８０１を挿入しやすくなり、且つ加熱ローラのサイズを小さくすることができる。本発明の赤外線電球を用いることにより、小型の加熱装置及び電子装置を実現できる。

《実施の形態３》
図９及び図１０を用いて、実施の形態３の赤外線電球を説明する。図９は、実施の形態３の赤外線電球の構成を示す図である。図１０は実施の形態３の赤外線電球の軸方向に対する温度分布を示す図である。図１０において、縦軸は温度を示し、横軸は赤外線電球の軸方向の距離を示す。
実施の形態３の赤外線電球９０１は、実施の形態２の赤外線電球８０１と発熱体の開口部の位置が異なる。それ以外の点において、実施の形態３は実施の形態２と同一である。実施の形態１及び２の赤外線電球は、幅の狭い用紙（複写対象物）をテーブルの端に置く（幅の広い用紙のセット位置と、幅の狭い用紙のセット位置の１辺が同一である）複写機等に適していた。
実施の形態３の赤外線電球９０１は、幅の狭い用紙（複写対象物）をテーブルの中央にセットする（幅の広い用紙のセット位置と、幅の狭い用紙のセット位置の中心線が同一である）複写機、プリンタ等に適している。

発熱体９１２Ａ及び９１２Ｂは炭素系物質を含む焼結体により形成された平板状の炭素系発熱体である。実施の形態３の発熱体９１２Ａは両端に開口部９１３Ａを有し、発熱体９１２Ｂは中央に開口部９１３Ｂを有する。例えば、Ａ４サイズの横長用紙を使用する場合、発熱体９１２Ｂにのみ電力を供給する（図１０（ｂ））。Ａ３サイズの横長用紙を使用する場合は、発熱体９１２Ａ及び発熱体９１２Ｂの両方に電力を供給する（図１０（ｃ））。発熱体Ａ及びＢの両方に電力を印加した場合は、単位面積当たりの実効的な発熱量が長手方向に略均一になる。発熱体９１２の両端は熱が保持ブロックに逃げるため温度が低くなり易い（例えば図１０（ａ）の両端部では温度が下がっている。）。実施の形態３においては、発熱体９１２Ｂの両端に切り欠き９１４を設けている。これにより発熱体９１２Ｂの両端は、断面積が小さい故、発熱量が大きくなる（図１０（ｂ））。切り欠き９１４の大きさは、発熱体９１２Ａ及びＢの両方に電力を供給した場合、両端においても温度が下がることなく、中央部とほぼ同じ加熱温度になるように（図１０（ｃ））設定する。

《実施の形態４》
図１１を用いて、実施の形態４の赤外線電球を説明する。図１１は、実施の形態４の赤外線電球の構成を示す図である。実施の形態４の赤外線電球１１０１は、実施の形態３と発熱体の開口部の位置が異なる。それ以外の点において、実施の形態４は実施の形態３と同一であり、赤外線電球の長手方向の温度分布を所望のものとする効果は同一である。
発熱体１１１２Ａ及び１１１２Ｂは炭素系物質を含む焼結体により形成された平板状の炭素系発熱体である。実施の形態３の発熱体１１１２Ａは、中央に開口部１１１３Ａを有し、発熱体１１１２Ｂは開口部を有しない。発熱体１１１２Ｂに電力を印加した場合は、単位面積当たりの実効的な発熱量が長手方向に略均一になる。

赤外線電球１１０１は、用紙を台の中央に置くプリンタに適している。例えば、Ａ４サイズの横長用紙を使用する場合、発熱体１１１２Ａにのみ電力を供給する。Ａ３サイズの横長用紙を使用する場合は、発熱体１１１２Ｂにのみ電力を供給する。このとき、発熱体１１１２Ａに印加される電力と発熱体１１１２Ｂに印加される電力は等しい。又、Ａ４サイズの横長用紙を使用する場合において、白黒モードであれば発熱体１１１２Ａにのみ電力を供給し、カラーモードにおいては発熱体１１１２Ａ及び１１１２Ｂの両方に電力を供給しても良い。

《実施の形態５》
図１２を用いて、実施の形態５の赤外線電球を説明する。図１２は、実施の形態５の赤外線電球の構成を示す図である。実施の形態５の赤外線電球１２０１は、発熱体の開口部の形状が実施の形態２の赤外線電球８０１と異なる。発熱体１２１２Ａ及び１２１２Ｂは炭素系物質を含む焼結体により形成された平板状の炭素系発熱体である。実施の形態５の発熱体１２１２は、複数の小さい開口部１２１３を長手方向に有する。それ以外の点において、実施の形態５は実施の形態２と同一である。このような構成によっても、発熱体１２１２Ａ及び１２１２Ｂは実効的に長手方向に延びる開口部を有することになり、実施の形態５は実施の形態２と同様の効果を有する。

《実施の形態６》
図１３を用いて、実施の形態６の赤外線電球を説明する。図１３（ａ）は、実施の形態６の赤外線電球の構成を示す正面図であり、図１３（ｂ）は実施の形態６の発熱体の斜視図である。実施の形態６の赤外線電球１３０１は、実施の形態２〜５と発熱体の形状が異なる。それ以外の点において、実施の形態６は実施の形態２〜５と同一であり、赤外線電球の長手方向の温度分布を所望のものとする効果は同一である。

発熱体１３１２Ａ及び１３１２Ｂは炭素系物質を含む焼結体により形成された平板状の炭素系発熱体である。実施の形態６の発熱体１３１２は、長手方向に配向を異ならせて縦続接続し、所定の方向に対する熱の輻射強度を変えている。図１３においては、配向を９０度異ならせている。所定の方向から見て、その長手方向の位置によって発熱体１３１２Ａ及び１３１２Ｂの配向の差異により輻射幅が異なる。発熱体１３１２Ａと１３１２Ｂの輻射幅が広い部分の長手方向の位置が一部重なるような構成とし、両者を同時に加熱した場合、所定の方向に対する単位面積当たりの実効的な発熱量が長手方向に略一定になるようにした。
発熱体１３１２Ａ及び１３１２Ｂの両端部は、温度が低いため、所定の方向から見て両端部における輻射幅が他の部分における輻射幅より実効的に広くなるようにする（図示していない。）。

なお、実施の形態３〜６まで、２本の発熱体を１本のガラス管に封止したが、これに代えて２本の発熱体をそれぞれ別のガラス管に封止しても良い。

《実施の形態７》
図１４を用いて、実施の形態７の赤外線電球を説明する。図１４は、実施の形態７の赤外線電球の構成を示す図である。実施の形態７の赤外線電球１４０１は、反射膜１４１２の有無によって、所定の方向（被加熱物を配置した方向）に対する発熱体の輻射強度を変化させることが実施の形態１と異なる。それ以外の点において、実施の形態７は実施の形態１と同一であり、赤外線電球の長手方向の温度分布を所望のものとする効果は同一である。

実施の形態７の加熱装置は、２本の赤外線電球１４０１Ａ及び１４０１Ｂを有する。赤外線電球１４０１Ａ及びＢはそれぞれ開口部を有しない平板状の炭素系発熱体（図示していない。）をガラス管１４１１Ａ及びＢに封止する。反射膜１４１２は、放射率の高い物質を使用し、実施の形態７においては、ガラス管の外壁又は内壁に金箔を転写後焼成して得られる。反射膜１４１２は、発熱体から輻射された赤外線の約７０％を反射するため、反射膜１４１２の背後へはほとんど輻射されない。

２個の赤外線電球１４０１Ａ及びＢにおいて、反射膜１４１２Ａ及びＢの長手方向の位置は互いに異なる構成とし、赤外線電球の長手方向の温度分布を反射膜１４１２のある部分とない部分とで制御する。更に、反射膜１４１２Ａ及びＢは、一端の位置を互いに重なる構成とする。第１のモードにおいて、赤外線電球Ａ又はＢに電力を印加し、第２のモードにおいて、赤外線電球Ａ及びＢの両方に電力を印加する。第２のモードにおいて、赤外線電球Ａ及びＢの単位面積当たりの実効的な発熱量の合計が長手方向に略均一になる。
なお、実施の形態７の赤外線電球は、反射膜１４１２のある部分とない部分とで発熱体の輻射強度を変えた。これに代えて、反射膜１４１２の幅の広さ（広狭）によって変えても良い。

《実施の形態８》
図１５を用いて、実施の形態８の赤外線電球を説明する。図１５は、実施の形態８の赤外線電球の構成を示す図である。実施の形態７の赤外線電球１４０１Ａ及びＢは反射膜を有した。実施の形態８の赤外線電球１５０１Ａ及びＢは反射板１５１２Ａ及びＢを用いて、所定の方向（被加熱物を配置した方向）に対する発熱体の輻射強度を変化させる。それ以外の点において、実施の形態８は実施の形態７と同一であり、同一の効果を有する。
実施の形態８の加熱装置は、２本の赤外線電球１５０１Ａ及び１５０１Ｂを有する。赤外線電球１５０１Ａ及びＢはそれぞれ開口部を有しない平板状の炭素系発熱体（図示していない。）をガラス管１５１１Ａ及びＢに封止する。反射板１５１２Ａ及びＢは、ガラス管１５１１に密着して、又は所定の距離をおいて設けられる。反射板１５１２Ａ及びＢは、アルミ、ＳＵＳ等の反射率の高い材料で形成される。

２個の赤外線電球１５０１Ａ及びＢにおいて、反射板１５１２Ａ及びＢの長手方向の位置は互いに異なる構成とし、赤外線電球の長手方向の温度分布を反射板１５１２Ａ及びＢのある部分とない部分とで制御する。更に、反射板１５１２Ａ及びＢは、一端の位置を互いに重なる構成とすることにより、赤外線電球Ａ及びＢの両方に電力を印加した場合に、単位面積当たりの実効的な発熱量が長手方向に略均一になる。
なお、実施の形態８において、反射板１５１２のある部分とない部分とで発熱体の輻射強度を変えた。これに代えて、反射板１５１２の幅の広さ（広狭）によって変えても良い。

《実施の形態９》
図１６を用いて、実施の形態９の赤外線電球を説明する。図１６（ａ）は、実施の形態９の赤外線電球の構成を示す正面図であり、図１６（ｂ）はその平面図である。実施の形態９の赤外線電球１６０１は、１本のガラス管１６１１に２本の発熱体１６１２Ａ及び１６１２Ｂを封止し、反射膜１６１３をガラス管１６１１の外壁に有する。
発熱体１６１２Ａ及びＢは、炭素系物質を含む焼結体により形成された平板状の炭素系発熱体であって、開口部を有しない。反射膜１６１３は、放射率の高い物質を使用し、実施の形態９においては、ガラス管の外壁に金箔を転写後焼成して得られる。反射膜１６１３は、長手方向に形状を異ならせ、発熱体１６１２Ａ及びＢの輻射強度を変える。
それ以外の点において、実施の形態９は実施の形態１と同一であり、赤外線電球の長手方向の温度分布を所望のものとする効果は同一である。
なお、反射膜１６１３の代わりに、反射率の高い反射板をガラス管１６１１に密着して、又は所定の距離をおいて設けても良い。

なお、実施の形態１〜９の赤外線電球は、２本の発熱体を用いたが、これに限定されない。複数の発熱体を用いることにより、複数の種類の温度分布の実現が可能である。
上記の実施の形態１〜９において、加熱装置は実施の形態１に示した回路を有していたが、これに限定されるものではない。
上記の実施の形態１〜９において、加熱装置は複写機に組み込まれていたが、これに限定されるものではない。本発明の加熱装置は、複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機、定着装置、熱硬化性接着剤を用いた接着装置、券売機、自動改札機、紙容器製造装置又はフィルムの熱融着機等の電子装置に適用できる。これらの電子装置に、例えば実施の形態１と同様の構成により本発明の加熱装置を組み込むことが出来る。

本発明の赤外線電球は加熱装置に利用できる。本発明の加熱装置は例えば電子装置に利用できる。本発明の電子装置は、優れた加熱機能を有し有用である。

本発明の実施の形態１の赤外線電球の構成を示す図 本発明の実施の形態１の発熱体の断面図 本発明の実施の形態１の赤外線電球の温度分布図 本発明の実施の形態１の電子装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１の加熱装置の駆動波形図 本発明の実施の形態１の電子装置の概要図 本発明の実施の形態１の発熱体の開口部の製造方法を示す図 本発明の実施の形態２の赤外線電球の構成を示す図 本発明の実施の形態３の赤外線電球の構成を示す図 本発明の実施の形態３の赤外線電球の温度分布図 本発明の実施の形態４の赤外線電球の構成を示す図 本発明の実施の形態５の赤外線電球の構成を示す図 本発明の実施の形態６の赤外線電球の構成を示す図 本発明の実施の形態７の赤外線電球の構成を示す図 本発明の実施の形態８の赤外線電球の構成を示す図 本発明の実施の形態９の赤外線電球の構成を示す図 従来例の赤外線電球の構成を示す図

符号の説明

１０１Ａ、１０１Ｂ、８０１、９０１、１１０１、１２０１、１３０１、１４０１Ａ、１４０１Ｂ、１５０１Ａ、１５０１Ｂ、１６０１ 赤外線電球
１１１Ａ、１１１Ｂ、８１１、９１１、１１１１、１２１１、１３１１、１４１１Ａ、１４１１Ｂ、１５１１Ａ、１５１１Ｂ、１６１１、１７０１ ガラス管
１１２Ａ、１１２Ｂ、８１２Ａ、８１２Ｂ、９１２Ａ、９１２Ｂ、１１１２Ａ、１１１２Ｂ、１２１２Ａ、１２１２Ｂ、１３１２Ａ、１３１２Ｂ、１６１２Ａ、１６１２Ｂ、１７０２ 発熱体
１１３Ａ、１１３Ｂ、８１３Ａ、８１３Ｂ、９１３Ａ、９１３Ｂ、１１１３Ａ、１２１３Ａ、１２１３Ｂ 開口部
１１４Ａ、１１４Ｂ、８１４Ａ、８１４Ｂ、８１４Ｃ 保持ブロック
１１５Ａ、１１５Ｂ 内部リード線
１１６Ａ、１１６Ｂ モリブデン箔
１１７Ａ、１１７Ｂ 外部リード線
１１８ コイル
１１９ スプリング
１２１ 加熱ローラ
４０１ 被写体の幅判別部
４０２ ＣＰＵ
４０３ 操作入力部
４０４ 加熱装置
４１１ 制御部
４１２、４１３ 発熱体制御部
４２１ パルス生成部
４２２ ゼロクロス検知部
４２３ 発熱体駆動部
４３１ 温度センサ
６０３、１５１２Ａ、１５１２Ｂ 反射板
９１４ 切り欠き
１４１２Ａ、１４１２Ｂ、１６１３ 反射膜

Claims (15)

1. 炭素系物質を含む焼結体により形成され、一定幅で長手方向に延びる板状の形状を有し、その長手方向の一部にのみ実効的に長手方向に延びる開口部を有し、並列に配列された複数個の発熱体と、
   前記発熱体を封止したガラス管と、
   それぞれの前記発熱体に別個に通電可能な複数の接続端子と、
   を有し、
   少なくとも２個の前記発熱体において、その長手方向の単位長さ当りの抵抗が大きくなるように長手方向の一部における断面積が他の部分における断面積より実効的に小さく、それらの発熱体は断面積が小さい部分の位置が互いに異なり且つ断面積が小さい部分の長手方向の端部の位置が互いに重なるように、前記開口部が形成されることを特徴とする赤外線電球。
2. 前記開口部がディスク研磨により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線電球
3. 前記発熱体の両端部の断面積が他の部分における断面積より実効的に小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の赤外線電球。
4. 少なくとも１本の前記発熱体は、単位面積当たりの発熱量が長手方向に略一定であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の赤外線電球。
5. 請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の赤外線電球を有することを特徴とする加熱装置。
6. １又は複数個の長手方向に延びる発熱体をガラス管に封止した複数個の赤外線電球を並列に配列し、
   少なくとも２個の前記赤外線電球の発熱体において、その発熱体の長手方向の一部における断面積が他の部分における断面積より実効的に小さく、それらの赤外線電球の発熱体は、断面積が小さい部分の位置が互いに異なり、且つ断面積が小さい部分の長手方向の一端の位置が互いに重なるように、開口部が形成されていることを特徴とする加熱装置。
7. その単位面積当たりの実効的な発熱量が長手方向に略一定である少なくとも１本の赤外線電球を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の加熱装置。
8. その単位面積当たりの実効的な発熱量が長手方向の位置によって異なる第１の発熱体と、第２の発熱体と、を有し、
   第１のモードにおいて前記第１の発熱体のみが発熱し、第２のモードにおいて前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体が共に発熱し、
   前記第２のモードにおいて、その単位面積当たりの実効的な発熱量が長手方向に略均一となることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかの請求項に記載の加熱装置。
9. 前記第２のモードにおける前記第１の発熱体への印加電力が、前記第１のモードにおける前記第１の発熱体への印加電力より小さいことを特徴とする請求項８に記載の加熱装置。
10. 前記第１のモードと前記第２のモードとで、交流入力電圧を基準とする位相制御により、前記第１の発熱体への印加電力を制御することを特徴とする請求項９に記載の加熱装置。
11. 所定の場所の温度を検出する温度センサを有し、
    前記温度に応じて、交流入力電圧を基準とする位相制御により、前記第１の発熱体及び第２の発熱体への印加電力を制御することを特徴とする請求項９に記載の加熱装置。
12. 前記発熱体が炭素系物質を含む焼結体により形成された炭素系発熱体であることを特徴とする請求項５から請求項９のいずれかの請求項に記載の加熱装置。
13. 前記発熱体の長手方向における、被加熱物の長さ又は位置に応じて、異なる組み合わせで前記発熱体を発熱させる請求項５から請求項１２のいずれかの請求項に記載の加熱装置を有することを特徴とする電子装置。
14. 前記電子装置が、複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機、定着装置、熱硬化性接着剤を用いた接着装置、券売機、自動改札機、紙容器製造装置又はフィルムの熱融着機であることを特徴とする請求項１３に記載の電子装置。
15. 前記加熱装置が、カラーの塗料を定着させるカラーモードと、白黒の塗料を定着させる白黒モードと、を有し、前記カラーモードにおいて前記発熱体に印加する電力が、前記白黒モードにおいて同一の前記発熱体に印加する電力より大きいことを特徴とする請求項１３に記載の電子装置。

Images