JP4727215B2 - ヒーター及び加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、炭素系発熱体を用いたヒーター、及びヒーターを用いた加熱装置に関する。

近年、炭素系物質を発熱体として使用するヒーターが開発されてきている。炭素系物質は導体であるため、電気抵抗値が小さい。そこで、炭素系物質の発熱体の抵抗値を大きくするために、発熱体の全長を長くし、発熱体の断面積を小さくし、又は発熱体自体の固有抵抗値を大きくする等の様々な方法が実用化されている。

特許３３１９９５１号公報に所定の抵抗値を得ることができる従来例の織物状の炭素繊維からなる発熱体及び炭素繊維発熱体の利用方法が開示されている。従来例の発熱体は、実質的に炭素元素のみからなる繊維状の炭素材料で形成され、各繊維にミクロ単位のボア（穴）を形成している。ボアの部分で電気抵抗値は大きくなる。更に、炭素繊維の太さ及び量を変えることにより、抵抗値を調整している。これにより、従来の炭素繊維発熱体を用いたヒーターは、加熱装置の熱源として使用することができる。
特許３３１９９５１号公報

従来の発熱体は、長手方向に延びる複数の炭素繊維の縦糸で形成されていた。従来例のヒーターは、発熱体の抵抗値を大きくするために、炭素繊維を細くしたり、又は炭素繊維の量を少なくしていた。炭素繊維を細くし、又は炭素繊維の量を少なくすると、各繊維がばらけたり、断線が起こるという問題があった。

本発明は、炭素繊維がばらけないで所定の強度を維持したまま、所定の抵抗値を得ることができる炭素系発熱体を用いたヒーターを提供することを目的とする。
本発明によれば、長手方向に対して任意の発熱量を有する加熱装置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。
本発明に係る第１の態様のヒーターは、
長手方向に延びる複数の縦糸と、幅方向に延び、少なくとも１回の折返しを有し、連続する前記縦糸の上下をクロスするよう織り合わせた少なくとも１本の横糸と、を焼成して形成された炭素系発熱体と、
前記縦糸と前記横糸の間を連結補強する炭素を含有する保持部と、
前記炭素系発熱体に電気的に接続される導電性材料で形成された放熱ブロックと、
前記放熱ブロックに電気的に接続される内部リード線と、
前記内部リード線に接続されるモリブデン箔と、
前記モリブデン箔に接続される外部リード線と、
前記炭素系発熱体と前記放熱ブロックと前記内部リード線とを内包し、前記モリブデン箔が埋設された部分にて封止され、内部に不活性ガスを封入してなるガラス管と、
を有する。
本発明に係る第２の態様のヒーターは、前記の第１の態様における前記炭素系発熱体において、前記横糸が、前記幅方向の一端で折り返し、織り合わされている。
本発明に係る第３の態様の加熱装置は、前記の第１または第２の態様におけるヒーターを用いている。
本発明に関連する炭素系発熱体の製造方法の発明は、発熱部を糸で構成するステップと、前記発熱部に樹脂を添着するステップと、樹脂を添着した前記発熱部を焼成するステップと、を包含する。
ここで「糸」とは発熱体として使用されるもので、炭素繊維あるいは焼成後炭素繊維となる材料である。「発熱部」とは焼成して発熱体となる物を意味する。
この発明によれば、糸を確実に固着することができる。この発明によれば、糸がばらけず、所定の強度を維持し、所定の抵抗値を有する炭素系発熱体の製造方法を実現できる。この発明によれば、任意の発熱量を有する炭素系発熱体の製造方法を実現できる。

本発明に関連する他の観点による炭素系発熱体の製造方法の発明は、発熱部を糸で構成するステップと、前記発熱部に樹脂を含浸するステップと、樹脂を含浸した前記発熱部を焼成するステップと、を包含する。
この発明によれば、糸を確実に固着することができる。この発明によれば、糸がばらけず、所定の強度を維持し、所定の抵抗値を有する炭素系発熱体の製造方法を実現できる。この発明によれば、任意の発熱量を有する炭素系発熱体の製造方法を実現できる。

本発明に関連する別の観点による炭素系発熱体の製造方法の発明は、予め樹脂を添着させた糸により発熱部を構成するステップと、前記発熱部を焼成するステップと、を包含する。
この発明によれば、糸を確実に固着することができる。この発明によれば、糸がばらけず、所定の強度を維持し、所定の抵抗値を有する炭素系発熱体の製造方法を実現できる。この発明によれば、任意の発熱量を有する炭素系発熱体の製造方法を実現できる。

本発明に関連する更に別の観点による上記の炭素系発熱体の製造方法の発明は、前記発熱部を構成するステップにおいて、少なくとも１つの糸（横糸）が連続する他の糸（縦糸）の上下をクロスするように織り合わせる。
この発明によれば、少なくとも１つの糸と連続する他の糸がクロスする故に、炭素系発熱体の糸がばらけたり、断線を起こしたりすることのない所定の強度を有する炭素系発熱体を製造できる。この発明で製造される炭素系発熱体は、所定の抵抗値を得ることができ、用途に応じて任意の発熱量を有する。
本明細書において、「連続する糸」とは、糸の長さが炭素系発熱体の幅と比較して相当長いことを意味する。好ましくは、連続する糸とは、炭素系発熱体の長手方向の両端に達する長さである。
１つの糸が連続する他の糸の上下をクロスするように織り合わせる」とは、例えば複数の糸が少なくとも１つの横糸と複数の縦糸で構成される場合に、１つの横糸が複数の縦糸のそれぞれの上下を交互に（一つおきに上下を）通り、それぞれの縦糸はその横糸の上下を交互に通るように織り合わした物を意味する。
また、上記発熱部を長手方向に延びる縦糸を三つ編み状、組紐状、もしくは真田紐状の紐になるように構成しても良いし、糸により織り込まれた紐の形態を筒状に編まれた紐、もしくは袋織り状の紐に形成しても良い。

本発明に関連する１つの観点による炭素系発熱体の発明は、糸で構成された発熱部と、糸と糸の間を連結補強する炭素を含有する保持部と、からなる。
ここで「保持部」とは例えば炭素を含有する樹脂である。この発明によれば、糸がばらけず、所定の強度を維持し、所定の抵抗値を有する炭素系発熱体を実現できる。この発明によれば、任意の発熱量を有する炭素系発熱体を実現できる。

本発明の１つの観点によるヒーターは、上記の炭素系発熱体をガラス管に封止した構成からなる。
この発明によれば、糸がばらけず、所定の強度を維持し、所定の抵抗値を有する炭素系発熱体を用いたヒーターを実現できる。この発明によれば、任意の発熱量を有する炭素系発熱体を用いたヒーターを実現できる。

本発明の他の観点による上記のヒーターにおいて、前記炭素系発熱体は、少なくとも１つの糸が連続する他の糸の上下をクロスするように、複数の糸を織り合わした物を焼成して形成される。
この発明によれば、少なくとも１つの糸と連続する他の糸がクロスする故に、炭素系発熱体の糸がばらけたり、断線を起こしたりすることのない所定の強度を有するヒーターを実現できる。この発明のヒーターは、所定の抵抗値を得ることができ、用途に応じて任意の発熱量を有する。

本発明の別の観点による上記のヒーターにおいて、前記複数の糸のうち、幅方向に延びる横又は斜めの糸が連続する１つの糸である。
この発明によれば、幅方向に延びる横又は斜めの糸が抜け落ちることのないヒーターを実現できる。

本発明の更に別の観点による上記のヒーターにおいて、前記炭素系発熱体は、長手方向に連続する糸と少なくとも１回の折り返しを有する幅方向に延びる横又は斜めの糸とを、少なくとも１つの糸が他の糸の上下をクロスするように、織り合わした物を焼成して形成される。
この発明によれば、長手方向に連続する糸が長手方向に所定の引張強度を確保し、幅方向に延びる横又は斜めの糸が、長手方向に連続する糸がばらけることを防止するヒーターを実現できる。幅方向に延びる横又は斜めの糸は、少なくとも1回の折り返しを有する故に抜け落ちることがない。

本発明の更に別の観点による上記のヒーターにおいて、前記炭素系発熱体は平板状に形成される。
この発明によれば、所定の加熱方向に高い集熱率を有する指向性のあるヒーターを実現できる。

本発明の更に別の観点による上記のヒーターは、前記炭素系発熱体を複数層積層して形成される。
この発明によれば、発熱量の大きいヒーターを実現できる。

本発明の更に別の観点による上記のヒーターにおいて、前記炭素系発熱体が、長手方向に延びる細い縦糸と、幅方向に延びる太い横糸とからなる。
この発明によれば、高い抵抗値の炭素系発熱体を用いた所定の強度を有し発熱量の小さいヒーターを実現できる。

本発明の更に別の観点による上記のヒーターにおいて、前記炭素系発熱体が、長手方向に延びる太い縦糸と、幅方向に延びる細い横糸とからなる。
この発明によれば、低い抵抗値の炭素系発熱体を用いた所定の強度を有し発熱量の大きいヒーターを実現できる。

本発明の更に別の観点による上記のヒーターにおいて、前記炭素系発熱体の長手方向における一部分が複数の糸でクロスして形成される。
長手方向に延びる縦糸に、幅方向に延びる横糸をクロスさせた箇所は発熱温度が低くなり、横糸がクロスしていない箇所は発熱温度が高くなる。この発明によれば、横糸を織りこむ箇所と織りこまない箇所とを設けることにより、長手方向に対して任意の輻射強度分布を有するヒーターを実現できる。
また、上記炭素系発熱体の発熱部を長手方向に延びる縦糸を三つ編み状、組紐状、もしくは真田紐状の紐になるように構成しても良いし、糸により織り込まれた紐の形態を筒状に編まれた紐、もしくは袋織り状の紐に形成しても良い。

本発明の更に別の観点による上記のヒーターにおいて、複数の糸にて薄板を形成し、複数の前記薄板を重ね合わせて構成された積層状の平板を作製し、樹脂にて形状を保持された（賦形された）前記平板を焼成して、前記炭素系発熱体を形成する。
この発明は、例えば複数の糸を同じ向きに並べて薄板を形成する。ヒーターの長手方向に並べられた糸（縦糸）で形成された薄板と、幅方向に並べられた糸（横糸）で形成された薄板を作成する。縦糸で構成された薄板と横糸で構成された薄板を交互に重ね合わせて平板を形成すると、クロスされた構成の発熱体と同等の剛生強度を有する。これにより、炭素系発熱体の糸がばらけたり、断線を起こしたりすることのないヒーターを実現できる。

本発明の更に別の観点による上記のヒーターにおいて、前記炭素系発熱体は、複数の糸に予め樹脂を添着し、前記複数の糸により構成された複数の薄板を重ね合わせて構成された積層状の平板を焼成して形成する。
これにより、炭素系発熱体の糸がばらけたり、断線を起こしたりすることのないヒーターを実現できる。

本発明の更に別の観点による上記のヒーターにおいて、前記炭素系発熱体は、複数の糸により構成された薄板を複数枚重ね合わせて構成された積層状の平板に樹脂を添着・含浸した後焼成して形成する。
これにより、炭素系発熱体の糸がばらけたり、断線を起こしたりすることのないヒーターを実現できる。

本発明の更に別の観点による上記のヒーターは、長手方向に延びる前記炭素系発熱体を保持する保持部材を、前記炭素系発熱体の両端部以外の位置に設ける。
この発明によれば、発熱体の揺れを防止し、外力による振動や衝撃に強いヒーターを実現できる。

本発明の１つの観点による加熱装置は、上記のヒーターを有する。
この発明によれば、任意の抵抗値を有する安価な炭素系発熱体を用いた加熱装置を実現できる。

本発明の他の観点による上記の加熱装置は、複数の糸が、長手方向に延びる縦糸と、幅方向又は斜めに延びる一回のみの折り返しを有する横糸とを含むヒーターを有し、前記横糸の折り返している側を上にして前記ヒーターを配置する。
この発明は、幅方向に延びる横糸が抜け落ちない加熱装置を実現できる。

本発明は、炭素繊維がばらけないで所定の強度を維持し、所定の抵抗値を有する炭素系発熱体を用いたヒーター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、長手方向に対して任意の輻射強度分布を有する加熱装置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及び図２を用いて、本発明の実施の形態１の炭素系発熱体の製造方法、炭素系発熱体、ヒーター、及び加熱装置について説明する。図１は本発明の実施の形態１のヒーターの構造を示す図である。ヒーターは、発熱体２、放熱ブロック３及び内部リード線４をガラス管１に封入して形成される。

ガラス管１は透明の石英ガラス（例えば、ＧＥ社製の＃２１４又はダウコーニング社製バイコールガラス（品番 ＃７１９０））の非晶質ガラスである。ガラス管の径は、振動しても発熱体２があたらない程度の大きさにする。実施の形態１において、ガラス管のサイズは、直径１０．５ミリである。

発熱体２は、炭素繊維である長手方向に延びる複数の縦糸２ａと幅方向に延びる一本の横糸２ｂとを平織りにして形成されている。この発熱体の製造方法について説明する。
一本の横糸２ｂを複数の縦糸２ａの上と下とを順にクロスするように織り合わせる（織り合わせステップ）。横糸２ｂは、複数の縦糸２ａの幅方向の両端で折り返す。織り合わせた縦糸と横糸とに樹脂を薄く均一に添着する（添着ステップ）。織り合わした物（発熱部）を焼成して全体を一体化する（焼成ステップ）。焼成することにより、発熱体は炭化する。実施の形態１の炭素系発熱体は、その長手方向の両端の間で切れ目無く連続する複数の糸のみで形成されている。

本発明の製造方法によると、縦糸２ａと横糸２ｂの炭素繊維を均一に編み込むことができる。複数の細い縦糸２ａと一本の太い横糸２ｂとからなる発熱体２は、高い抵抗値を有する。一本の横糸２ｂを複数の縦糸２ａの両端で折り返して、発熱体を形成することにより、長時間使用しても炭素繊維がばらけず、断線を起こしにくい発熱体を製造できる。
本願明細書で記述する糸は発熱体として使用するもので、炭素繊維あるいは焼成後炭素繊維となる材料である。

発熱体２の形状は平板状であり、例えば、幅Ｔ＝６ｍｍ、厚みｔ＝０．５ｍｍ、長さＬ＝３００ｍｍに形成されている。Ｔ≧５ｔに設定することにより、Ｔｍｍの幅部に垂直な方向に強い指向性を有する輻射強度分布特性が得られる。
樹脂を添着後焼成することにより、縦糸２ａと横糸２ｂとを確実に固着することができる。
また別の効果として、前記樹脂を添着後焼成することにより、比重が０．８から２．０となり、その結果、剛性強度が増大する。

更に、前記添着する樹脂として、焼成後炭素残査収率の高い樹脂を使用すると赤外線放射率を向上させることができる。焼成後炭素残査収率の高い樹脂としては、塩素化塩化ビニールやジアリルフタレートモノマーの他に、ポリ塩化ビニール、ポリアクリルニトリル、ポリビニールアルコール、ポリ塩化ビニールとポリ酢酸ビニールとの共重合体、ポリアミドなどの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミドなどの熱硬化性樹脂を用いることができる。これらの単体だけでなく二種以上の混合体でもよい。

放熱ブロック３は黒鉛等の導電性材料で形成されており、発熱体２の一端に電気的に接続されている。放熱ブロック３は円柱形状であり、円柱形状の一方の面（発熱体２側の面）から他方の面（内部リード線４側の面）に向かって延びるスリット（図示しない）を有する。このスリットは貫通していない。複数の細い縦糸２ａとその縦糸２ａに編み込まれた横糸２ｂで構成される発熱体２は、炭素系接着剤を塗布されて、放熱ブロック３のスリットに挿入される。発熱体２が放熱ブロック３に密着嵌合された後、乾燥され、加温（焼成）される。この結果、発熱体２と放熱ブロック３は導電性の高い接着剤の焼結体により接続される。

発熱体２と放熱ブロック３間を炭素系接着剤で接着する構成にすることで、接合部の強度が大きくなる。接着剤が発熱体２及び放熱ブロック３と同じ炭素系物質であり、それぞれの熱膨張係数がほぼ等しいため、加熱のオン・オフによる温度サイクルに強い、信頼性の高いヒーターを提供できる。一般的な炭素系接着剤は、カーボンブラックを熱硬化性樹脂（ポリエステル樹脂やポリイミド樹脂が望ましい）にブレンドし、ペースト状にしたものである。

放熱ブロック３自体の発熱は発熱体に比べて十分小さく無視できるものである。放熱ブロック３には発熱体２から熱が伝わってくるが、放熱ブロック３は表面積（輻射面積）が大きいため、その熱の一部は放熱ブロックの表面から発散する。そのため、放熱ブロック２と内部リード線４との接続部であるコイル状部４ａの温度上昇を防ぐことができる。

内部リード線４は、その一端にコイル状部４ａが形成されており、そのコイル状部４ａに続いて弾性を有するスプリング状部４ｂが形成されている。内部リード線４のコイル状部４ａが放熱ブロック３の外周面に密着して巻回され電気的に接続されている。内部リード線４のスプリング状部４ｂは、放熱ブロック３の外周面から所定の間隔を有して配置されている。スプリング状部の役割は、発熱体１に張力をかけることであり、発熱体１が発熱して熱膨張で伸びたときに、発熱体１がたわむのを防止する。スプリング状部は、発熱体２の膨張による寸法変化を吸収できるように構成されている。

内部リード線４は、モリブデン箔５を介して外部リード線６に接続される。ガラス管１の中にアルゴンガス等の不活性ガスを封入して、モリブデン箔５を含むガラス管１の端部を溶融し平板状に押しつぶして封止する。これにより、炭素系物質の発熱体２が空気中の酸素と反応して酸化し、発熱体の寿命が短くなることを防ぐ。

外部リード線６に電力を印加すると、発熱体２に電流が流れる。その電流に対する発熱体の抵抗により熱が生じ、発熱体からは赤外線が放射される。

保持部材７は、ガラス管１の中の炭素系発熱体２の両端部以外の位置に設ける。実施の形態１において、保持部材７は、発熱体の中央付近に一つ設けられる。
図２は保持部材を示す斜視図である。保持部材７は、炭素系物質で形成される。保持部材７には、発熱体２の板厚より僅かに大きい幅の切り欠き部７ａが形成されている。この切り欠き部７ａに発熱体２を差し込み、保持部材７と発熱体２とを炭素系接着剤で接合する。

円形の板状の保持部材７は、ガラス管１の内径よりわずかに小さい外形を持つ。これにより、外部から振動又は衝撃がヒーターに与えられても、保持部材の外形が石英ガラス管の内壁に当接して、発熱体２の振動の振幅が小さく抑えられる。その結果、発熱体の共振現象が発生せず、発熱体が石英ガラス管１の内壁に衝突して、発熱体が削れたり破損することのないヒーターを提供できる。

保持部材７は、発熱体２を石英ガラス管１の中央付近に保持する機能を有すればよいため、その厚みは板材の強度が許す範囲で薄い方が保持部材を経由する熱の放散が少ないので好適である。

上記のように構成される実施の形態１のヒーターは、炭素繊維がばらけないで所定の強度を維持したまま、所定の抵抗値を得ることができる。発熱体の抵抗値は、長手方向に延びる縦糸を細くすればするほど、また縦糸の本数を少なくするほど、大きくなる。本発明の炭素系発熱体の製造方法によると、縦糸を細くした場合であっても、一本の横糸を複数の縦糸の両端で折り返しながら、縦糸にクロスして編み込むことにより、発熱体は所定の強度を維持することができる。横糸が抜け落ちることはなく、発熱体がばらばらに解れることもない。

また、縦糸を太くすればするほど、また縦糸の本数を増やすほど、発熱体の抵抗値は小さくなり、発熱量の大きいヒーターを実現することができる。更に、炭素系発熱体を複数層積層して形成することにより、更に発熱量の大きいヒーターを実現できる。

本発明のヒーターを用いた加熱装置は、発熱体の縦糸の太さ及び本数を変えることにより、所定の発熱量を得ることができる。
縦糸を細くし（又は縦糸の本数を減らし）、横糸を太くする（又は横糸の本数を増やす）ことにより、炭素系発熱体の強度を所定以上に保ったまま、発熱体の発熱量を低下させることが出来る。
縦糸を太くし（又は縦糸の本数を増やし）、横糸を細くする（又は横糸の本数を減らす）ことにより、炭素系発熱体の大きさを一定以下に維持しつつ、発熱体の発熱量を大きくすることが出来る。

なお、実施の形態１においては、発熱部（織り合わせた縦糸と横糸）に樹脂を薄く均一に添着したが、これに代えて発熱部に樹脂を含浸して、焼成しても良い。又、予め樹脂を添着させた糸を用いて発熱部を形成し、焼成することにより発熱体を製造しても良い。いずれの製造方法で発熱体を製造した場合であっても、発熱部を構成する糸と糸の間を樹脂（保持部）で連結補強することができる。糸がばらけることも防止できる。

なお、実施の形態に１おいて、スプリング状部４ｂを内部リード線の一部に設けていたが、保持部材７により、発熱体の発熱時の熱膨張によるたわみを抑制することが十分にできる場合は、スプリング状部を設けなくても良い。

なお、実施の形態において保持部材７を設けたが、外部から振動や衝撃が加わったときに、発熱体２がガラス管１の内壁に衝突しなければ、保持部材を設けなくても良い。例えば、ガラス管が発熱体の大きさに対して十分大きい、又はヒーターの全長が短く発熱体が安定している場合などは、保持部材を設けなくても良い。

なお、実施の形態１においては一本の横糸２ｂを発熱体２の幅方向の両端で折り返したが、これに代えて横糸２ｂを両端で折り返さない構成としても良い。例えば発熱体２の幅と略同じ長さの少なくとも１つの横糸を、縦糸に織り合わす構成であっても良い。

なお、縦糸２ａと横糸２ｂを布状の構成のように交互に織り上げる実施の形態１の炭素系発熱体に代えて、下記の炭素系発熱体を用いても良い。
樹脂を糸に添着後、複数の糸にて薄板を形成する。例えば、複数の縦糸（長手方向に延びる糸）の薄板と、複数の横糸（幅方向に延びる糸）の薄板をそれぞれ形成する。その薄板を複数枚重ね合わせて積層状の平板を形成する。例えば、複数の縦糸で形成された薄板と、複数の横糸で形成された薄板を交互に重ね合わせる。糸に予め樹脂が添着されているため、この平板は樹脂にて形状を保持（賦形）される。この平板を焼成して炭素系発熱体を形成する。これにより、横糸と縦糸が交互に積層された構成の炭素系発熱体を有するヒーターを作成することが出来る。この方法によれば前記クロスされた構成の発熱体と同等の剛生強度を有すると共に、糸がばらけたり、断線を起こしたりすることのない発熱体を作成することができる。

また、予め糸に樹脂を添着することに代えて、横糸の薄板と縦糸の薄板を重ね合わせた平板に樹脂を含浸させることにより板状の形状を保持（賦形）し、その後焼成して板状の炭素系発熱体を作成しても良い。
更に、縦糸と横糸が直角になるように各薄板を形成し重ね合わせても良いし、縦糸と横糸が斜めの角度になるように薄板を形成して重ね合わせても良い。

《実施の形態２》
図３を用いて、本発明の実施の形態２の炭素系発熱体の製造方法、炭素系発熱体、ヒーター、及び加熱装置について説明する。図３は本発明の実施の形態２の加熱装置及びヒーターの構造を示す図である。実施の形態２のヒーターが実施の形態１のヒーターと異なるところは、発熱体である。それ以外の構成については、実施の形態１と同一であるため、説明を省略する。

実施の形態２の炭素系発熱体の製造方法について説明する。炭素繊維である一本の横糸３１ｂを複数の縦糸３１ａの上と下とを順にクロスするように織り合わせる（織り合わせステップ）。横糸３１ｂは、複数の縦糸３１ａの幅方向の両端で折り返す。織り合わせた縦糸と横糸とに樹脂を薄く均一に添着する（添着ステップ）。織り合わした物を焼成して全体を一体化する（焼成ステップ）。一体化した発熱体を長手方向に２分割する。実施の形態２の製造方法によると、織り合わせた１つの板状の織物から２つの発熱体を製造することができ、製造効率が良くなる。

実施の形態２の発熱体３１は、横糸が発熱体の幅方向の一端で１回の折り返しを有し、他端では折り返されていない。実施の形態２の加熱装置３２は、ヒーターを横糸３１ｂの折り返しを有する側を上にして配置する。これにより、発熱体を加熱しても横糸が抜け落ちず、炭素繊維がばらけないで長時間使用できる安価な加熱装置を実現できる。

《実施の形態３》
図４及び図５を用いて、本発明の実施の形態３の炭素系発熱体の製造方法、炭素系発熱体、ヒーター、及び加熱装置について説明する。図４は本発明の実施の形態３のヒーターの構造を示す図である。実施の形態３の加熱装置は、図４（ａ）と図４（ｂ）に示すヒーターを有する。実施の形態３において加熱装置は、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）複写機のトナー定着用の加熱装置である。

図５（ａ）は、図４（ａ）のヒーターの長手方向に対する温度分布を示す図である。図５（ｂ）は、図４（ｂ）のヒーターの長手方向に対する温度分布を示す図である。図５（ｃ）は、図４（ａ）及び（ｂ）の両方のヒーターを加熱した場合の長手方向に対する温度分布を示す図である。図５において、縦軸は温度を示し、横軸はヒーターの長手方向の距離を示す。原点はヒーターの左側の放熱ブロック３とコイル状部４ａの境界部に対応している。

実施の形態３のヒーターが実施の形態１のヒーターと異なるところは、発熱体である。それ以外の構成については、実施の形態１と同一であるため、説明を省略する。
図４（ａ）に示すヒーターの発熱体４１は、縦糸の両端部を除く部分に横糸を織り合わせる。図４（ｂ）に示すヒーターの発熱体４２は、縦糸の両端部に横糸を織り合わせ、中央部では横糸を織り合わせない。横糸を織り合わせた箇所は織り合わせていない箇所よりも抵抗値が小さくなるため、温度が低くなる。

例えば、実施の形態３の加熱装置は、Ａ４サイズの横長用紙を複写する場合、発熱体４２にのみ電力を供給する（図５（ｂ））。Ａ３サイズの横長用紙を複写する場合は、発熱体４１及び発熱体４２の両方に電力を供給する（図５（ｃ））。発熱体４１及び４２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。

本発明の実施の形態３は、炭素繊維である複数の縦糸に、横糸を織り合わせる箇所と織り合わせない箇所とを設けることにより、発熱体の長手方向に対する発熱温度分布を調整することができる。これにより、長手方向において任意の発熱温度分布を有する加熱装置を実現できる。

《実施の形態４》
図６を用いて、本発明の実施の形態４の炭素系発熱体の製造方法、炭素系発熱体、ヒーター、及び加熱装置について説明する。図６は本発明の実施の形態４のヒーターの構造を示す図である。実施の形態４のヒーターが実施の形態１のヒーターと異なる点は、発熱体の構造である。実施の形態４の発熱体６１は、長手方向に延びる複数の縦糸６１ａと斜め方向に延びる１つのバイアス糸６１ｂとで構成される。実施の形態４において、バイアス糸６１ｂは縦糸６１ａの長手方向に対して所定の角度（図６においては４５度）で複数の縦糸の上と下とを順にクロスするように織り合わせる。バイアス糸６１ｂは、複数の縦糸６１ａの幅方向の両端で折り返す。実施の形態４の炭素系発熱体は、その長手方向の両端の間で切れ目無く連続する複数の糸のみで形成されている。

これにより、バイアス糸が抜け落ちることはなく、炭素繊維がばらけないで所定の強度を維持したまま、所定の抵抗値を有する炭素系発熱体を用いたヒーターを実現できる。縦糸６１ａの太さ及び本数を変えて、抵抗値を変えることができる。

なお、バイアス糸は１つに限られず、２つ以上のバイアス糸を縦糸に交差させても良い。例えば、１つのバイアス糸は、縦糸６１ａに対して−４５度の角度で挿入し、もう１つのバイアス糸は縦糸６１ａに対して４５度の角度で挿入する。複数のバイアス糸は、縦糸の幅方向の両端で折り返す。

なお、長手方向に延びる縦糸を三つ編み状、組紐状、又は真田紐状にして織りこむことにより発熱体を形成しても良い。又、発熱体の紐の形態を筒状に編まれた紐や、袋織り状の紐にして形成しても良い。これにより、炭素繊維がばらけないで所定の強度を維持したまま、所定の抵抗値を得ることができる炭素系発熱体を用いたヒーターを実現できる。

なお、横糸を織り合わせた部分は強度が高くなるため、湾曲したヒーターにおいては、湾曲部分に横糸を織り合わせると良い。

本発明のヒーターは、暖房機器（例えばストーブ、コタツ、エアコン、赤外線治療器等）、乾燥機器（例えば衣類乾燥・布団乾燥・食品乾燥・生ゴミ処理機・加熱型消臭器等）、調理器（例えばオーブン・オーブンレンジ・オーブントースター・トースター・ロースター・保温器・焼き鳥器・コンロ・冷蔵庫解凍用等）、理容器（例えばドライヤー・パーマネント加熱器等）、シートに文字や画像等を定着する機器（例えばＬＢＰ、ＰＰＣ、ファックスなどトナーを媒体として表示する機器や熱を利用してフィルム原本から被転写体へ熱転写する機器等）等、熱源により被加熱物を加温することを目的とした加熱装置に適用できる。

本発明の炭素系発熱体の製造方法は炭素系発熱体を製造する方法として有用であり、本発明の炭素系発熱体はヒーターの発熱体として有用であり、本発明のヒーターは加熱装置の加熱源として有用であり、本発明の加熱装置は種々の用途に適している。

本発明の実施の形態１のヒーターの構成を示す図 本発明の実施の形態１の保持部材の構成を示す図 本発明の実施の形態２の加熱装置の構成を示す図 本発明の実施の形態３のヒーターの構成を示す図 本発明の実施の形態３のヒーターの長手方向の発熱温度分布を示す図 本発明の実施の形態４のヒーターの構成を示す図

符号の説明

１ ガラス管
２、３１、４１、４２、６１ 発熱体
３ 保持ブロック
４ 内部リード線
５ モリブデン箔
６ 外部リード線
７ 保持部材
３２ 加熱装置

Claims (3)

1. 長手方向に延びる複数の縦糸と、幅方向に延び、少なくとも１回の折返しを有し、連続する前記縦糸の上下をクロスするよう織り合わせた少なくとも１本の横糸と、を焼成して形成された炭素系発熱体と、
   前記縦糸と前記横糸の間を連結補強する炭素を含有する保持部と、
   前記炭素系発熱体に電気的に接続される導電性材料で形成された放熱ブロックと、
   前記放熱ブロックに電気的に接続される内部リード線と、
   前記内部リード線に接続されるモリブデン箔と、
   前記モリブデン箔に接続される外部リード線と、
   前記炭素系発熱体と前記放熱ブロックと前記内部リード線とを内包し、前記モリブデン箔が埋設された部分にて封止され、内部に不活性ガスを封入してなるガラス管と、
   を有するヒーター。
2. 前記炭素系発熱体において、前記横糸が、前記幅方向の一端で折り返し、織り合わされた請求項１に記載のヒーター。
3. 請求項１または２に記載のヒーターを用いた加熱装置。

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