KR20090104823A - 발열체 유닛 및 가열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 소형으로 효율이 높고, 높은 지향성과 균일한 가열 및 동작 준비가 빠른 발열체 유닛, 및 그 발열체 유닛을 이용한 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 발열체 유닛에 있어서의 발열체(2)가 탄소계 물질을 주성분으로 한 재료에 의해 필름 시트 형상으로 형성되어, 면 방향에 동등한 열 전도성을 갖고 있으며, 전력 공급부(10A, 10B)가 발열체(2)에 있어서의 대향하는 양단에 전력을 공급함으로써, 발열체 유닛에 있어서의 발열체(2)가 높은 효율로 전면적으로 발열하도록 구성되어 있다.

Description

발열체 유닛 및 가열 장치{HEAT GENERATING BODY UNIT AND HEATING APPARATUS}

본 발명은, 열원(熱源)으로서 사용되는 발열체(發熱體) 유닛 및 그 발열체 유닛을 이용한 가열 장치에 관한 것으로, 특히, 탄소계 물질을 주성분으로 해 필름 시트 형상으로 형성된 발열체를 갖는 발열체 유닛 및 그 발열체 유닛을 이용한 가열 장치에 관한 것이다.

장척(長尺) 형상의 열원으로서 사용되는 종래의 발열체 유닛은, 원통 형상의 유리관 내부에 발열체로서 코일 형상의 텅스텐 선, 혹은 막대 형상 또는 판 형상의 탄소계 소결체(燒結體)가 봉입(封入)되어서 구성되어 있다. 이러한 발열체 유닛이 이용되고 있는 가열 장치로서는, 예를 들면, 복사기, 팩시밀리, 프린터 등의 전자 장치, 및 전기 난방 기기, 조리 기기, 건조기 등의 전기 기기 등의 열원을 필요로 하는 각종 기기가 포함된다.

상기한 바와 같이 각종 기기에 있어서 열원으로서 발열체 유닛이 널리 이용되고 있다. 이것 때문에, 발열체 유닛에 대하여는, 이 발열체 유닛이 이용되는 기기의 기능, 형상, 구성 등의 규격에 대응할 수 있도록 각종의 요구가 있다. 예를 들면, 열원으로서 높은 온도가 될 것, 지정된 온도를 유지할 수 있을 것, 온도 조 정 범위가 넓을 것, 입력 전력에 대하여 높은 효율로 가열 에너지로 변환할 수 있을 것, 피가열 대상물을 균일하게 가열할 수 있을 것, 지정된 방향만을 가열하는 지향성을 가질 것, 전원 투입 시의 돌입 전류가 적을 것, 설정 온도까지의 동작 준비 시간이 짧을 것, 및 발열체 유닛의 소형화가 가능하고 착탈(着脫)이 용이한 구조일 것 등의 요구가 있다.

상기와 같은 요구를 만족하는 것을 목적으로 해서, 각종의 발열체 유닛이 제안되어 있다. 예를 들면, 고온도로 가열할 수 있는 종래의 발열체 유닛으로서는, 탄소 섬유에 수지를 함침(含浸)시켜 고착해서 형성된 테이프 형상의 발열체가, 유리관의 내부에 봉입된 것이 제안되어 있다(예를 들면, 일본국 특개2004-193130호 공보 참조).

(특허 문헌 1)

일본국 특개2004-193130호 공보

(발명이 해결하려고 하는 과제)

상기한 바와 같이 구성된 종래의 발열체 유닛에 있어서는, 발열체가 탄소 섬유를 길이 방향에 늘어 세워서 수지에 의해 테이프 형상으로 고착해서 형성되어 있다. 이렇게 형성된 종래의 발열체에 있어서, 탄소 섬유가 연결된 상태에서는 탄소 섬유와 평행한 방향(탄소 섬유 방향)의 열 전도성은 우수하지만, 저항 조정 등을 목적으로 해서 가공을 실행하였을 경우에는 탄소 섬유가 부분적으로 절단되기 때문에, 탄소 섬유 방향의 열 전도성은 급격하게 나빠진다. 또한, 탄소 섬유 방향과 직교하는 방향의 열 전도성은 낮기 때문에, 열원으로서의 각 발열체 유닛에 있어서 온도 변동이 발생하여, 신뢰성의 관점에서 문제가 있었다. 또한, 탄소 섬유의 절단 부분이 기점(起點)이 되어 균열이 생기고, 수명이 짧아진다고 하는 문제가 있었다.

또한, 종래의 발열체 유닛에 있어서의 발열체는, 탄소 섬유를 수지에 의해 고착한 구성이기 때문에 가요성(可撓性)을 갖고 있지 않고, 가열 장치에 있어서의 열원으로서 요구되는 각종 규격에 대응하는 것이 곤란하였다.

본 발명은, 전술한 종래의 발열체 유닛에 있어서의 과제를 해결하는 것이며, 소형으로 효율이 높고, 높은 지향성과 균일한 가열, 및 동작 준비가 빠른 발열체 유닛 및 그 발열체 유닛을 이용한 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기의 과제를 해결하여, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1의 관점의 발열체 유닛은, 탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 필름 시트 형상으로 형성되어, 면 방향에 동등한 열 전도성을 갖는 발열체와, 상기 발열체에 있어서의 대향하는 양단에 전력을 공급하는 전력 공급부와, 상기 발열체와 상기 전력 공급부를 내포(內包)하는 용기를 구비해서 구성되어 있다. 이렇게 구성된 발열체 유닛은, 탄소계 물질을 주성분으로 한 필름 시트 형상의 발열체가, 면 방향에 동등한 열 전도성, 소위 2차원적 등(等) 방향성의 열 전도성을 갖기 때문에, 통전(通電)에 의해 높은 효율로 전체 면이 발열하여, 동작 준비가 빠른 열원이 된다.

본 발명의 제2의 관점의 발열체 유닛에 있어서, 발열체는, 전류가 흘러서 발열해 열 복사하는 통전 발열 부분과, 상기 통전 발열 부분으로부터의 열전도에 의해 발열해서 열 복사하는 전열 발열 부분을 갖는다. 이렇게 구성된 발열체 유닛은, 발열체가, 면 방향에 동등한 열 전도성, 소위 2차원적 등 방향성의 열 전도성을 갖기 때문에, 통전 발열 부분과 함께 전열 발열 부분에 있어서도 높은 효율로 발열한다.

본 발명의 제3의 관점의 발열체 유닛은, 발열체가, 광폭(廣幅) 부분과 협폭(狹幅) 부분이 번갈아 연속적으로 길이 방향에 배치되어 있다. 이렇게 구성된 발열체 유닛은, 발열체가, 면 방향에 동등한 열 전도성, 소위 2차원적 등 방향성의 열 전도성을 갖기 때문에, 광폭 부분과 협폭 부분의 각각이 높은 효율로 발열한다.

본 발명의 제4의 관점의 발열체 유닛은, 발열체의 광폭 부분에 구멍을 뚫어 통전 발열 경로를 형성하고, 상기 발열체가 상기 통전 발열 경로에 있어서의 단위 길이의 저항치가 상이한 광폭 부분을 갖는다. 이렇게 구성된 발열체 유닛에 있어서는, 원하는 온도 분포를 용이하고, 또한 확실하게 설정하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 제5의 관점의 발열체 유닛은, 전력 공급부가, 발열체를 유지하는 유지 블록을 갖고, 상기 발열체에 있어서의 유지 부분의 적어도 한쪽에 내열성 부재를 갖는다. 이렇게 구성된 발열체 유닛에 있어서, 발열체는 전력 공급부에 의해 확실하게 유지되어 신뢰성이 높은 열원이 된다.

본 발명의 제6의 관점의 발열체 유닛은, 전력 공급부가, 발열체를 유지하는 유지 블록을 갖고, 상기 유지 블록에 있어서의 유지 부분의 일부에 볼록부가 형성되어 있다. 이렇게 구성된 발열체 유닛에 있어서, 발열체는 전력 공급부에 의해 확실하게 유지되어 신뢰성이 높은 열원이 된다.

본 발명의 제7의 관점의 발열체 유닛은, 발열체가 가요성, 유연성, 및 탄력성을 갖는 재료로 형성되어 있다. 이렇게 구성된 발열체 유닛에 있어서는, 발열체의 가공, 기기에의 조립, 및 기기의 설계가 용이하게 된다.

본 발명의 제8의 관점의 발열체 유닛은, 발열체에 있어서의 길이 방향의 적어도 일부의 영역이, 단위 길이의 저항치가 상이한 형상으로 구성되어 있다. 이렇게 구성된 발열체 유닛에 있어서는, 원하는 온도 분포를 용이하고, 또한 확실하게 설정하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 제9의 관점의 발열체 유닛은, 용기가 내열성을 갖는 유리관 또는 세라믹스 관의 어느 것에 의해서 구성되어 있다. 이렇게 구성된 발열체 유닛에 있어서는, 내열성의 용기에 의해 발열체를 구조적으로 보호하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 제10의 관점의 발열체 유닛은, 발열체의 길이 방향에 직교하는 단면 형상의 적어도 일부가, 곡면을 가지고 형성되어 있다. 이렇게 구성된 발열체 유닛에 있어서는, 발열체를 사용 목적에 따른 설계가 용이하게 된다.

본 발명의 제11의 관점의 발열체 유닛은, 용기의 길이 방향의 적어도 일부의 부위가, 곡면을 갖는 형상으로 구성되어 있다. 이렇게 구성된 발열체 유닛에 있어서는, 사용 목적에 따라서 설계의 자유도를 넓힐 수 있다.

본 발명의 제12의 관점의 발열체 유닛은, 통 형상인 용기의 적어도 한쪽 끝을 전력 공급부에서 밀봉하고, 상기 용기 내에 불활성 가스를 충전하고 있다. 이렇게 구성된 발열체 유닛에 있어서는, 발열체의 산화를 방지해서 수명 장기화를 도모할 수 있다.

본 발명의 제13의 관점의 발열체 유닛은, 발열체가, 두께 방향에 있어서 복수의 필름 시트 소재를 서로 공극(空隙)을 통해서 적층된 필름 시트 형상이며, 열전도율이 200W/m·K 이상의 재료로 형성되어 있다. 이렇게 구성된 발열체 유닛은, 탄소계 물질을 주성분으로 한 필름 시트 형상의 발열체가, 두께 방향에 있어서 복수의 필름 시트 소재가 적층되어 있으며, 각각의 면 방향에 동등한 열 전도성, 소위 2차원적 등 방향성의 열 전도성을 갖고, 통전에 의해 높은 효율로 전체 면이 발열하여, 동작 준비가 빠른 열원이 된다.

본 발명의 제14의 관점의 발열체 유닛은, 발열체가, 두께가 300㎛ 이하의 필름 시트 형상이다. 이렇게 구성된 발열체 유닛에 있어서는, 발열체를 사용 목적에 따른 설계가 용이하게 되는 동시에, 지향성이 높은 열원을 구축하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 제15의 관점의 발열체 유닛은, 발열체가, 고분자 필름 또는, 필러를 첨가한 고분자 필름을 2400℃ 이상의 온도로 열처리함으로써 얻은 그래파이트 필름으로 형성되어 있다. 이렇게 구성된 발열체 유닛은, 발열체가, 면 방향에 동등한 열 전도성, 소위 2차원적 등 방향성의 열 전도성을 갖기 때문에, 높은 효율로 발열한다.

본 발명의 제16의 관점의 발열체 유닛은, 발열체에 있어서의, 외형 형상, 구멍 형상, 및 칼집 형상의 적어도 일부가 레이저에 의해 가공되어 있다. 이렇게 형성된 발열체 유닛은 원하는 형상을 얻을 수 있는 동시에 가공 정밀도가 우수해 안정된 저항치를 얻는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 제17의 관점의 가열 장치는, 탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 필름 시트 형상으로 형성되어, 면 방향에 동등한 열 전도성을 갖는 발열체와, 상기 발열체에 있어서의 대향하는 양단에 전력을 공급하는 전력 공급부와, 상기 발열체와 상기 전력 공급부를 내포하는 용기를 갖는 발열체 유닛을 구비하고, 상기 발열체에 대향하는 위치에 반사 수단을 설치하고 있다. 이렇게 구성된 가열 장치는, 발열체 유닛과 발열체 유닛으로부터의 복사 열을 반사하는 반사 수단이 설치되어 있기 때문에, 효율이 높은 열원을 갖는 가열 장치가 된다.

본 발명의 제18의 관점의 가열 장치에 있어서, 발열체는, 전류가 흘러서 발열해 열 복사하는 통전 발열 부분과, 상기 통전 발열 부분으로부터의 열전도에 의해 발열해서 열 복사하는 전열 발열 부분을 갖는다. 이렇게 구성된 가열 장치에 있어서는, 발열체가, 면 방향에 동등한 열 전도성, 소위 2차원적 등 방향성의 열 전도성을 갖기 때문에, 통전 발열 부분과 함께 전열 발열 부분에 있어서도 발열하여, 효율이 높은 열원을 갖는 가열 장치가 된다.

본 발명의 제19의 관점의 가열 장치에 있어서, 발열체는, 광폭 부분과 협폭 부분이 번갈아 연속적으로 길이 방향에 배치되어 있다. 이렇게 구성된 가열 장치에 있어서는, 발열체가, 면 방향에 동등한 열 전도성, 소위 2차원적 등 방향성의 열 전도성을 갖기 때문에, 광폭 부분과 협폭 부분의 각각이 발열하여, 효율이 높은 열원을 갖는 가열 장치가 된다.

본 발명의 제20의 관점의 가열 장치에 있어서, 발열체의 광폭 부분에 구멍을 뚫어 통전 발열 경로를 형성하고, 상기 발열체가 상기 통전 발열 경로에 있어서의 단위 길이의 저항치가 상이한 광폭 부분을 갖는다. 이렇게 구성된 가열 장치에 있어서는, 원하는 온도 분포를 용이하고, 또한 확실하게 설정하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 제21의 관점의 가열 장치에 있어서, 반사 수단은 길이 방향의 단면 형상이 곡면 형상의 반사판이다. 이렇게 구성된 가열 장치는, 발열체로부터의 복사 열에 의해 효율 높게 피가열 대상물을 가열할 수 있다.

본 발명의 제22의 관점의 가열 장치에 있어서, 반사 수단은 길이 방향의 단면 형상이 곡면 형상을 갖는 반사판이며, 이 반사판의 일부에 발열체의 방향에 돌출한 볼록부가 형성되어 있다. 이렇게 구성된 가열 장치는, 반사판에 의해 발열체가 가열되지 않기 때문에, 설계 시의 규격 대로의 가열 상태를 실현할 수 있다.

본 발명의 제23의 관점의 가열 장치는, 반사 수단이 발열체 유닛에 형성된 반사 막(膜)이다. 이렇게 구성된 가열 장치는, 발열체로부터의 복사 열에 의해 효율 높게 피가열 대상물을 가열할 수 있다.

본 발명의 제24의 관점의 가열 장치는, 탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 필름 시트 형상으로 형성되어, 면 방향에 동등한 열 전도성을 갖는 발열체와, 상기 발열체에 있어서의 대향하는 양단에 전력을 공급하는 전력 공급부와, 상기 발열체와 상기 전력 공급부를 내포하는 용기를 갖는 발열체 유닛을 구비하고, 상기 발열체 유닛의 외주를 둘러싸도록 구성된 통 형상체가 배치되어 있다. 이렇게 구성된 가열 장치는, 토너(toner) 정착 기구를 갖는 전자 기기, 및 조리 기기 등에 적용할 수 있다.

본 발명의 제25의 관점의 가열 장치에 있어서, 발열체는, 전류가 흘러서 발열해 열 복사하는 통전 발열 부분과, 상기 통전 발열 부분으로부터의 열전도에 의해 발열해서 열 복사하는 전열 발열 부분을 갖는다. 이렇게 구성된 가열 장치에 있어서는, 발열체가, 면 방향에 동등한 열 전도성, 소위 2차원적 등 방향성의 열 전도성을 갖기 때문에, 통전 발열 부분과 함께 전열 발열 부분에 있어서도 발열하여, 효율이 높은 열원을 갖는 가열 장치가 된다.

본 발명의 제26의 관점의 가열 장치에 있어서, 발열체는, 광폭 부분과 협폭 부분이 번갈아 연속적으로 길이 방향에 배치되어 있다. 이렇게 구성된 가열 장치에 있어서는, 발열체가, 면 방향에 동등한 열 전도성, 소위 2차원적 등 방향성의 열 전도성을 갖기 때문에, 광폭 부분과 협폭 부분의 각각이 발열하여, 효율이 높은 열원을 갖는 가열 장치가 된다.

본 발명의 제27의 관점의 가열 장치에 있어서, 발열체의 광폭 부분에 구멍을 뚫어 통전 발열 경로를 형성하고, 상기 발열체가 상기 통전 발열 경로에 있어서의 단위 길이의 저항치가 상이한 광폭 부분을 갖는다. 이렇게 구성된 가열 장치에 있어서는, 원하는 온도 분포를 용이하고, 또한 확실하게 설정하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 제28의 관점의 가열 장치는, 발열체 유닛의 전기적 제어를 실행하는 제어 회로를 갖고, 상기 제어 회로가 온 오프 제어, 통전율 제어, 위상 제어, 및 제로 크로스 제어의 각각의 회로를 단독, 혹은 적어도 2개를 조합해서 구성되어 있다. 이렇게 구성된 가열 장치는, 정밀도 높게 원하는 온도 분포를 갖는 열원을 구축하는 것이 가능하게 된다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면, 소형으로 효율이 높고, 높은 지향성과 균일한 가열 및 동작 준비가 빠른 발열체 유닛, 및 그 발열체 유닛을 이용한 가열 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관련하는 제1실시형태의 발열체 유닛의 구성을 나타내는 평면도.

도 2는 본 발명에 관련하는 제1실시형태에 있어서의 발열체의 구성을 나타내는 부분 평면도.

도 3은 본 발명에 관련하는 제1실시형태에 있어서의 유지 블록의 구성을 나타내는 부분 단면도.

도 4는 본 발명에 관련하는 제1실시형태에 있어서의 다른 발열체의 각종 구성 예를 나타내는 부분 평면도.

도 5는 본 발명에 관련하는 제2실시형태에 있어서의 발열체의 각종 구성 예를 나타내는 부분 평면도.

도 6은 본 발명에 관련하는 제3실시형태에 있어서의 발열체의 각종 구성 예를 나타내는 부분 평면도.

도 7은 본 발명에 관련하는 제4실시형태의 발열체 유닛의 구성을 나타내는 사시도.

도 8은 본 발명에 관련하는 제4실시형태에 있어서의 발열체의 구성을 나타내는 사시도.

도 9는 본 발명에 관련하는 제4실시형태의 다른 발열체의 각종 구성 예를 나타내는 사시도.

도 10은 본 발명에 관련하는 제5실시형태의 가열 장치에 있어서의 열 복사원의 구성을 나타내는 단면도.

도 11은 본 발명에 관련하는 제6실시형태의 가열 장치에 있어서의 열 복사원 등의 구성을 나타내는 단면도.

도 12는 본 발명에 관련하는 제6실시형태의 가열 장치에 있어서의 온도 제어 장치의 개략 구성을 나타내는 도면.

이하에, 본 발명에 관련하는 발열체 유닛 및 그 발열체 유닛을 이용한 가열 장치의 호적(好適)한 실시형태에 대해서 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.

(제1실시형태)

본 발명에 관련하는 제1실시형태의 발열체 유닛에 대해서 도 1 내지 도 3을 이용해서 설명한다. 도 1은 제1실시형태의 발열체 유닛의 구조를 나타내는 정면도이다. 도 1에 있어서는, 이 발열체 유닛이 장척 형상이기 때문에, 그 중간 부분을 파단(破斷)해서 생략하고, 양단 부분 근방을 나타내고 있다. 도 2는 제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체의 일부를 나타내는 정면도이다. 도 3은 제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 일부를 확대해서 나타낸 확대도이다.

제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서는, 투명한 석영 유리로 형성된 유리관(1)의 내부에 가늘고 긴 발열체(2)가 배치되어 있으며, 이 발열체(2)는 유리관(1)의 길이 방향을 따라 연장되어 있다. 또한, 유리관(1)의 양단 부분은 평판 형상으로 용착되어 있으며, 아르곤 가스, 질소 가스, 또는 아르곤 가스와 질소 가스의 혼합 가스 등의 불활성 가스와 함께 발열체(2)를 유리관(1)의 내부에 봉입하고 있다. 유리관(1)의 내부에 봉입되어 있는 불활성 가스인 아르곤 가스, 질소 가스, 또는 아르곤 가스와 질소 가스의 혼합 가스는, 고온도로 사용하였을 때, 탄소계 물질인 발열체(2)의 산화를 방지하기 위한 것이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 제1실시형태의 발열체 유닛은, 열 복사체로서의 가늘고 긴 평판 형상의 발열체(2)와, 이 발열체(2)가 대향하는 양단에 발열체(2)를 끼워 유지하기 위한 유지 블록(3)을 갖고 있다. 한쪽 유지 블록(3)(도 1에 있어서는 좌측의 유지 블록(3))에는 제1내부 리드선 부재(11A)가 부착되어 있고, 다른 쪽 유지 블록(3)(도 1에 있어서는 우측의 유지 블록(3))에는 제2내부 리드선 부재(11B)가 부착되어 있다. 제1내부 리드선 부재(11A) 및 제2내부 리드선 부재(11B)의 각각은, 유리관(1)의 양단 부분의 용착 부분에 매설된 몰리브덴 박(箔)(8)을 통하여, 유리관(1)의 양단으로부터 도출하는 외부 리드선(9)과 전기적으로 접속되어 있다.

제1내부 리드선 부재(11A)는, 유지 블록(3)(도 1에 있어서는 좌측의 유지 블록(3))의 외주면에 감아 부착한 코일부(5)와, 나선상(螺旋狀)으로 형성되어 탄성을 갖는 스프링부(6)와, 몰리브덴 박(8)에 접속된 내부 리드선(7)에 의해 1개의 선재 (線材)로 구성되어 있다. 또한, 제2내부 리드선 부재(11B)는, 유지 블록(3)(도 1에 있어서는 우측의 유지 블록(3))의 외주면에 감아 부착한 코일부(5)와, 코일부(5)에 연결된 유지부(4)와, 몰리브덴 박(8)에 접속된 내부 리드선(7)에 의해 1개의 선재로 구성되어 있다. 제1실시형태에 있어서의 제1내부 리드선 부재(11A) 및 제2내부 리드선 부재(11B)는, 몰리브덴 선에 의해 형성된 예로 설명하지만, 텅스텐, 니켈, 스테인리스 등을 재료로 한 탄성을 갖는 금속 선(환봉 형상, 평판 형상)을 이용해서 형성해도 좋다.

제1실시형태에 있어서는, 유지 블록(3), 몰리브덴 박(8), 외부 리드선(9) 및 제1내부 리드선 부재(11A)에 의해 제1전력 공급부(10A)가 구성되어 있고, 유지 블록(3), 몰리브덴 박(8), 외부 리드선(9) 및 제2내부 리드선 부재(11B)에 의해 제2전력 공급부(10B)가 구성되어 있다.

또한, 제1내부 리드선 부재(11A)에 있어서의 스프링부(6)는 발열체(2)에 대하여 장력을 부여하는 것이며, 발열체(2)가 항상 원하는 위치에 배치되도록 구성되어 있다. 즉, 발열체(2)가 유리관(1)의 대략 중심축 위에 배치되어, 유리관(1)에 접촉하지 않도록 배치되어 있다. 또한, 내부 리드선(7)과 코일부(5)와의 사이에 스프링부(6)를 설치함으로써, 발열체(2)에 있어서의 팽창 수축에 의한 변화를 흡수하는 것이 가능하게 된다.

또한, 발열체(2)에 있어서의 팽창 수축에 의한 변화에 대하여, 발열체(2)의 재료 자체가 갖는 신장율 또는 발열체(2)의 형상에 의한 신장율이 클 경우에는, 발열체(2)의 양측에 있는 각각의 내부 리드선 부재에 스프링부(6)를 설치할 필요는 없다.

제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서, 유지 블록(3)의 외주면에 코일부(5)가 감겨 부착되어 있지만, 유지 블록(3)의 외주면에 있어서의 발열체(2) 측의 대략 반에는 코일부(5)는 감겨 부착되어 있지 않고, 노출된 상태이다. 따라서, 유지 블록(3)에 있어서 발열체(2)로부터 전도된 열이 방사되도록 구성되어 있다.

또한, 제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서는, 발열체(2)의 양단에 다른 구성의 내부 리드선 부재(11A 및 11B)를 설치한 예로 설명하지만, 본 발명의 발열체 유닛에서는 발열체(2)의 양단에 제1내부 리드선 부재(11A)와 동일한 구성 부재를 배치해도 좋으며, 그 발열체 유닛이 이용되는 가열 장치의 규격 등에 따라서 적당히 변경된다. 발열체(2)의 어느 일단에 스프링부(6)를 갖는 제1내부 리드선 부재(11A)를 배치하면, 발열체(2)의 위치 규제 및 팽창 수축에 의한 변화의 흡수는 가능하지만, 발열체(2)의 양측에 제1내부 리드선 부재(11A)를 배치하면 새로운 효과를 기대할 수 있다.

또한, 가열 장치에 있어서 발열체 유닛의 길이 방향이 연직 방향이 되도록 조립되었을 경우에는, 스프링부(6)가 발열체(2)보다 위쪽에 배치되면 발열체(2)의 온도로 스프링부(6)가 가열되어 탄성 한도를 초과해 열팽창을 흡수할 수 없게 될 우려가 있기 때문에, 스프링부(6)를 발열체(2)의 아래쪽에 배치한 쪽이 바람직하다.

또한, 제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서는, 제1내부 리드선 부재(11A)의 코일부(5), 스프링부(6) 및 내부 리드선(7), 및 제2내부 리드선 부재(11B)의 코일 부(5), 유지부(4) 및 내부 리드선(7)이 일체적으로 구성된 예로 설명하였지만, 각각을 별도 부재로 구성해서 각각이 전기적으로 접합되어 있으면 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

도 2는, 제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체(2)를 나타내는 정면도이다.

제1실시형태에 있어서 이용한 발열체(2)는, 필름 시트를 절단해서 형성한 것이며, 광폭부(2A)와 협폭부(2B)가 번갈아 길이 방향에 연속해서 배치되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서 이용한 발열체(2)는, 소위 피시본(fishborn)(물고기 뼈) 형상을 갖고 있다.

제1실시형태에 있어서의 발열체(2)는, 두께(t)가 100㎛이며, 최대폭(W1)이 6mm이고, 최소폭(W2)이 약 2mm이며, 길이(L)가 250mm(도 1 참조)이다. 또한, 발열체(2)의 길이나 폭에 대해서는, 입력 전압 및 발열 온도 등에 의해 결정되고 있으며, 이 발열체 유닛이 이용되는 열원으로서의 규격에 따라서 적당히 변경 가능하다.

제1실시형태에 있어서의 발열체(2)는, 통전에 의해 전류가 흘러서 발열하는 부분(이후, 통전 발열 부분(2C)이라고 칭한다), 및 통전 발열 부분(2C)으로부터의 열전도에 의해 발열하는 부분(이후, 전열 발열 부분(2D)이라고 칭한다)을 갖는 구성이다. 이렇게 구성된 발열체는, 면 방향에 동등한 열전도, 소위 2차원적 등 방향성의 열전도를 갖고 있다. 만약에 발열체의 열전도율이 200W/m·K에 차지 않을 경우, 즉 2차원적 등 방향성의 열 전도성이 나쁠 경우에는, 통전 발열 부분(2C)으로 부터 전열 발열 부분(2D)에 전도되는 열이 적어진다. 그 결과, 통전 발열 부분(2C)과 전열 발열 부분(2D)의 온도 차가 커지고, 발열체에 있어서 온도 불균일이 생긴다.

본 발명에 관련하는 제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서 이용한 발열체(2)는, 탄소계 물질을 주성분으로 해 두께 방향에 있어서 복수의 필름 시트 소재의 각층이 서로 공극을 통해서 적층되어, 우수한 2차원적 등 방향성의 열 전도성을 갖고 있고, 열전도율이 200W/m·K 이상을 갖는 필름 시트 형상의 재료로 형성되어 있다. 따라서, 발열체(2)는, 통전 발열 부분(2C)과 전열 발열 부분(2D)에 있어서, 발열과 열전도에 의해 온도 불균일이 없는 열원이 된다.

발열체(2)의 재료인 필름 시트 소재는, 고분자 필름, 또는, 필러를 첨가한 고분자 필름을 고온도, 예를 들면 2400℃ 이상의 분위기 중에서 열처리하고, 소성해서 그래파이트화한 내열성을 갖는 배향성이 높은 그래파이트 필름 시트이며, 면 방향의 열전도율이 600으로부터 950W/m·k의 특성을 갖는다. 천연의 흑연을 주성분으로 한 분말을 성형하고, 소성해서 압연 가공에 의해 필름 시트 형상으로 한 것이라면, 일반적으로는 열전도율이 200으로부터 400W/m·k이지만, 본 발명의 제1실시형태에 있어서 이용한 발열체(2)는, 전술한 바와 같이 면 방향의 열전도율이 600으로부터 950W/m·k이라고 하는 우수한 2차원적 등 방향성의 열전도를 갖는다.

여기서, 2차원적 등 방향성의 열전도라는 것은, 직교하는 Ⅹ축과 Y축으로 설정되는 면에 있어서의, 모든 방향의 열전도를 나타내는 것이다. 따라서, 본 발명에 있어서 2차원적 등 방향성이라는 것은, 예를 들면 탄소 섬유가 동일한 방향에 병설 해서 형성된 발열체에 있어서의 탄소 섬유 방향의 1방향(Ⅹ축 방향), 또는 탄소 섬유를 크로스로 짜서 형성된 발열체에 있어서의 탄소 섬유 방향의 2방향(Ⅹ축 방향과 Y축 방향)만을 향하는 것이 아니다.

본 발명에서 이용되는 발열체(2)의 재료인 필름 시트 소재는, 적층 구조를 갖고, 면 방향의 층 표면이 평탄한 면, 요철 면 혹은 물결치는 면 등의 각종의 면 형상을 이루고 있으며, 대향하는 각층의 사이에는 공극이 형성되어 있다. 이 필름 시트 소재의 적층 구조에 있어서, 각층 간에 형성되는 공극의 형성 상태의 이미지(image)는, 복수 회(예를 들면, 몇십 회, 몇백 회)로 포개도록 접어 구부려서 파이(pie) 생지를 만들고, 그 파이 생지를 구워서 얻은, 파이의 단면 형상과 유사하다. 따라서, 본 발명에 있어서의 발열체(2)의 재료인 필름 시트 소재는, 전술한 바와 같이, 면 방향의 열전도율에 있어서는 우수한 2차원적 등 방향성의 열 전도성을 갖는 재료이다.

전술한 바와 같이 제조된 필름 시트 소재로서 이용되는 고분자 필름으로서는, 폴리옥사디아졸, 폴리벤조티아졸, 폴리벤조비스티아졸, 폴리벤조옥사졸, 폴리벤조비스옥사졸, 폴리피로메리트이미드(피로메리트이미드), 폴리페닐렌이소프탈아미드(페닐렌이소프탈아미드), 폴리페닐렌벤조이미타졸(페닐렌벤조이미타졸), 폴리페닐렌벤조비스이미타졸(페닐렌벤조비스이미타졸), 폴리티아졸, 폴리파라페닐렌비닐렌 중으로부터 선택되는 적어도 1종류의 고분자 필름을 들 수 있다. 또한, 고분자 필름에 첨가되는 필러로서는, 인산 에스테르계, 인산 칼슘계, 폴리에스테르계, 에폭시계, 스테아르산계, 트리메리트산계, 산화 금속계, 유기 주석계, 납계, 아조 계, 니트로소계 및 술포닐히드라지드계의 각 화합물을 들 수 있다. 더욱 구체적으로는, 인산 에스테르계 화합물로서, 인산 트리크레질, 인산(트리스이소프로필페닐), 트리푸틸포스페이트, 트리에틸포스페이트, 트리스디클로로프로필포스페이트, 트리스부톡시에틸포스페이트 등을 들 수 있다. 인산 칼슘계 화합물로서는, 인산 2수소 칼슘, 인 수소 칼슘, 인산 3칼슘, 등을 들 수 있다. 또한, 폴리에스테르계 화합물로서는, 아지핀산, 아제라인산, 세바틴산, 프탈산 등과 글리콜, 글리세린류와의 폴리머 등을 들 수 있다. 또한, 스테아르산계 화합물로서는, 세바신산디옥틸, 세바신산디부틸, 시트르산아세틸트리부틸 등을 들 수 있다. 산화 금속계 화합물로서는, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화연 등을 들 수 있다. 트리메리트산계 화합물로서는, 디부틸후마레이트, 디에틸후타레이트 등을 들 수 있다. 납계 화합물로서는, 스테아르산납, 규산납 등을 들 수 있다. 아조계 화합물로서는, 아조디카르폰아미드, 아조비스이소푸티로니트릴 등을 들 수 있다. 니트로소계 화합물로서는, 니트로소펜타메틸렌테트라민 등을 들 수 있다. 술포닐히드라지드계 화합물로서는, p-톨루엔술포닐히드라지드 등을 들 수 있다.

상기 필름 시트 소재를 적층하고, 불활성 가스 중에서 2400℃ 이상으로 처리하고, 그래파이트화의 과정에서 발생하는 가스 처리 분위기의 압력을 조정함으로써 제어해서 필름 시트 형상의 발열체가 제조된다. 또한, 필요에 따라서, 상기와 같이 제조된 필름 시트 형상의 발열체를 압연 처리함으로써, 더욱 양질인 필름 시트 형상의 발열체를 얻을 수 있다. 이렇게 제조된 필름 시트 형상의 발열체를 본 발명의 발열체 유닛에 있어서의 발열체(2)로서 이용한다.

또한, 상기 필러의 첨가량은, 0.2∼20.0 중량％의 범위가 적당하며, 더욱 바람직하게는 1.0∼10.0 중량％의 범위이다. 그 최적 첨가량은, 고분자의 두께에 따라 상이하며, 고분자의 두께가 얇을 경우에는 첨가량이 많은 쪽이 좋고, 두터울 경우에는 첨가량은 적어야 좋다. 필러의 역할은 열처리 후의 필름을 균일한 발포 상태로 하는 것에 있다. 즉, 첨가된 필러는, 가열 중에 가스를 발생하고, 이 가스가 발생한 후의 공동이 통과 통로가 되어서 필름 내부에서의 분해 가스의 적절한 통과를 촉진한다. 필러는 이렇게 해서 균일한 발포 상태를 만들어 내는 데에 유용하다.

전술한 바와 같이 제조된 필름 시트 소재는, 일반적으로는 톰슨 금형 등의 뽑기 금형이나, 레이저 가공 등에 의해 원하는 형상으로 가공된다. 예를 들면, 레이저 가공의 일례로서, 발열체(2)의 면 방향의 열전도율이 200W/m·K 이상이 되면 CO₂ 레이저(파장 10,600nm) 등의 열 가공 작용을 주체로 한 레이저 가공을 이용한 경우에는, 발열체에 열을 빼앗겨버려, 가공을 할 수 없다고 하는 문제가 있다. 그러나, 비(非) 열 가공 작용을 주체로 한 파장 1064로부터 380nm의 레이저 가공, 예를 들면, 호칭 1064nm의 단파장 레이저 가공을 이용함으로써 원하는 형상을 정밀도 높게 가공하는 것이 가능하게 된다.

특히, 제1실시형태에 있어서의 발열체(2)를 형성할 경우에는, 호칭 532nm의 제2고조파 레이저 가공을 이용함으로써, 고정밀도로 가공할 수 있는 것을 발명자들은 확인하였다. 제1실시형태에 있어서의 발열체(2)의 재료는, 필름 시트 소재이며, 고분자 필름 또는 필러를 첨가한 고분자 필름을 고온도, 예를 들면 2400℃ 이상의 분위기 중에서 열처리하고, 소성해서 그래파이트화한 내열성을 갖는 배향성이 높은 그래파이트 필름 시트를 재료로 하고 있다. 그리고, 발열체(2)는, 면 방향의 열전도율이 600으로부터 950W/m·k의 특성을 갖는 재료로 형성되어 있다. 이러한 재료의 발열체(2)를, 예를 들면, 두께(t)가 100㎛, 최대폭(W1)이 6mm, 최소폭(W2)이 약 2mm, 길이(L)가 250mm를 갖도록 가공할 경우 등의 복잡한 형상으로 가공할 경우에는, 호칭 532nm의 제2고조파 레이저 가공을 이용하는 것이 바람직하다. 이상과 같이, 레이저 가공에 있어서의 레이저 파장이 짧아지면 열 가공으로부터 케미칼(chemical) 가공에 근접하기 때문에, 발열체(2)에의 열의 영향은 작아져, 가공에 의한 그을음이나 버(burr)의 발생을 억제해 고정밀도의 가공이 실현된다. 단, 반드시 발열체(2)의 외형 형상의 모두를 레이저 가공할 필요는 없고 광폭 부분과 협폭 부분의 어느 한쪽만이어도 상관없다. 예를 들면, 광폭 부분이 소재 형상으로 결정될 경우에 있어서는 협폭 부분만을 레이저 가공하면 좋으며, 발열체 소재 형상 등에 의해 적당히 선택할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 바람직한 레이저 가공 방법은, 발열체(2)의 재료, 즉 면 방향의 열 전도성 및 형상에 의해, 전술한 비 열 가공 작용을 주체로 한 레이저 가공 파장(1064로부터 380nm)을 갖는 가공 방법으로부터 적당히 선택할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 상기 설명한 발열체(2)를 가공하기 위한 레이저 가공 방법은 후술하는 다른 실시형태에 있어서의 발열체 유닛, 예를 들면 도 4의 (b)에 나타내는 발열체(22)의 광폭 부분 영역의 구멍, 혹은 도 4의 (e)에 나타내는 칼집 등에 채용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

이하에, 제1실시형태에 있어서의 발열체 유닛의 구체적인 구성에 대해서 설명한다.

발열체(2)의 양단에 설치된 유지 블록(3)은, 대략 원주 형상이며, 반원주 형상으로 2 분할되어 있다. 2 분할된 반원주 형상의 유지 블록(3)의 대향면이 되는 내벽면의 사이에는 발열체(2)가 배치되어서, 유지 블록(3)의 외주면에 제1내부 리드선 부재(11A) 또는 제2내부 리드선 부재(11B)의 코일부(5)를 감아서, 발열체(2)가 유지되도록 구성되어 있다. 이 구성에 의해, 유지 블록(3)은 발열체(2)의 양단 부분을 유지해서 전기적으로 접속된다. 도전성 재료의 유지 블록(3)은, 발열체(2)의 열을 방열해서 제1내부 리드선 부재(11A) 또는 제2내부 리드선 부재(11B)의 코일부(5)에 고열을 전달하지 않는 방열 효과를 갖고 있다. 예를 들면, 유지 블록(3)의 재료로서는 흑연이 바람직하다. 단지, 유지 블록(3)의 재료로서는, 금속 재료 등의 도전성이 우수한 재료이면 좋다. 또한, 유지 블록(3)의 형상으로서는, 원주 형상에 한정되는 것이 아니고, 구(矩) 형상 등의 제조 용이한 형상이면 좋다. 또한, 유지 블록(3)은, 방열 효과를 더욱 향상시킨 형상, 예를 들면 냉각 핀(fin) 등을 갖는 형상이라도 좋다.

또한, 실시예의 제1실시형태에 있어서는, 유지 블록(3)을 2 분할한 구성 예로 설명하였지만, 유지 블록으로서는 복수로 분할해서 발열체를 유지하는 구조라도 좋고, 혹은 일체품으로 형성하여, 발열체의 두께 상당의 슬릿(slit)을 설치해서 발열체(2)를 삽입하는 구성이라도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 1에 나타내는 제1실시형태의 유지 블록(3)에 있어서는, 2 분할한 유지 블록(3)의 내벽면에 의해 발열체(2)를 유지하도록 구성되어 있지만, 내벽면에 볼록 부분을 형성해서 유지 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 3은 유지 강도를 향상시킨 구성의 일례인 유지 블록(3A)의 근방을 일부 파단해서 나타내는 측면도이다. 도 3에 나타내는 필름 시트 형상의 발열체(2)는, 그 내벽면의 한쪽에 내열성 부재(12)를 끼운 구성으로 되어 있다.

발열체(2)는 두께 방향에 탄성을 갖는 재료이다. 이것 때문에, 상기한 바와 같이 구성된 발열체(2)가 유지 블록(3A)의 대향면에 의해 압압(押壓)되어서, 발열체(2)는 그 탄성 내에서 변형되어 요철부가 형성된다. 이 결과, 예로 발열체(2)가 고열에 의해 큰 수축력을 발생해도, 내열성 부재(12)가 발열체(2)에 대하여 쐐기의 역할을 하여, 발열체(2)가 유지 블록(3A)으로부터 빠지는 것이 확실하게 방지된다. 또한, 유지 블록(3A)에 있어서의 대향하는 내벽면의 적어도 일부에 발열체(2)의 두께 이하의 볼록부 혹은 요철부를 설치하는 구성으로 해도 좋다. 이렇게 구성함으로써, 발열체(2)가 유지 블록(3A)으로부터 빠지는 것이 방지된다.

상기와 같이 구성된 제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서, 그 양측에서 도출하고 있는 외부 리드선(9)에 대하여 전력을 공급하면, 발열체(2)에 전류가 흘러, 발열체(2)의 저항에 의해 열이 발생한다. 이 때, 발열체(2)는 탄소계 물질을 주성분으로 한 재료로 형성되어 있기 때문에 발열체(2)로부터는 적외선이 방사된다.

제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체(2)는, 그 표면 형상을 변경함으로써 방열 상태를 변경하는 것이 가능하다. 예를 들면, 동일한 필름 시트 소재에 의해 형성된 발열체 유닛이어도, 그 두께를 얇게 하고, 폭을 넓게 함으로써, 저항 치의 변경을 수반하지 않고 복사 면적을 넓게 해서 그 복사 에너지를 높이는 것이 가능하게 된다.

제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체(2)(도 2 참조)의 치수는, 전술한 바와 같이 두께(t)가 100㎛이며, 최대폭(W1)이 6mm이고, 최소폭(W2)이 약 2mm이며, 길이(L)가 250mm(도 1 참조)이다. 최소폭(W2)의 띠 형상의 부분은, 발열체(2)에 있어서 전류가 흘러서 발열하는 통전 발열 부분(2C)이다. 또한, 통전 발열 부분(2C)보다 외측에 있는 발열체(2)의 돌출 부분은, 통전 발열 부분(2C)으로부터의 열을 방열하는 전열 발열 부분(2D)이다.

길이 방향에 연장된 띠 형상의 발열체(2)는, 폭 방향과 두께 방향의 길이의 비(比)가 5/1 이상인 것이 바람직하다. 폭 방향의 길이를 두께 방향의 길이보다 5배 이상 크게 함으로써, 폭 방향을 구성하는 면으로부터 방출하는 열량이 두께 방향을 구성하는 면으로부터 방출하는 열량보다 대폭적으로 많아지고, 발열체(2)가 지향성이 높은 열원으로서 사용되는 것이 가능하게 된다.

탄소계 물질을 주성분으로서, 2차원적 등 방향성의 열전도를 갖는 필름 시트 형상의 재료로 구성한 발열체(2)는, 발열 효율이 높고, 온도가 높아질수록 저항치가 커지는 정특성(PTC)이다. 이것 때문에, 가열을 시작하고 나서 정격 온도에 도달할 때까지의 시간은 지극히 짧다. 따라서, 점등 시의 돌입 전류는 발생하지만, 평형 후의 온도에도 따르지만, 돌입 전류는 평형 시의 2배 정도이며, 텅스텐 선으로 형성된 발열체의 경우와 같은 10배까지의 돌입 전류는 발생하지 않는다. 이것 때문에, 제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체(2)는, 플리커(flicker)가 발생 하기 어려운 특성을 갖고 있다. 또한, 이 발열체(2)의 수명은 사용 온도에도 따르지만, 약 10000시간이다. 이것은, 텅스텐 선으로 형성된 발열체의 수명의 약 2배이다.

전술한 필름 시트 소재로부터 특히 선택된 적어도 1종류의 고분자 필름, 혹은, 전술한 필러를 첨가한 상기 고분자 필름을 불활성 가스 중에서 2400℃ 이상으로 처리하여, 그래파이트화의 과정에서 발생하는 가스 처리 분위기의 압력을 제어하고 있다. 이렇게 제어함으로써, 2차원적 등 방향성을 갖는 열 전도성을 갖고, 온도 특성에 있어서는 온도가 상승하는 동시에 저항치가 상승하는 정특성(PTC)을 갖는 발열체(2)를 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 발열체(2)는, 발열 온도의 안정을 확보하고, 입력 전압이 정전압의 경우에 있어서, 열 변동에 대하여 안정적인 자기(自己) 입력 제어를 실행하는 것이 가능한 신뢰성이 높고 안정적인 열원이 된다.

도 4는 제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체의 다른 구성 예를 나타내는 도면이다. 도 4의 (a)로부터 (i)에 있어서, 발열체는 장척이기 때문에 한쪽 유지 블록(3)에 접속된 부분을 나타내고, 다른 쪽 유지 블록(3)에 접속된 부분은 생략하고 있다.

도 4에 있어서, (a)에 정면도로 나타내는 발열체(21)는 폭 방향의 길이를 일정하게 한 직사각형의 띠 형상이며, 발열체(21)에 흐르는 전류 Ⅰ는 발열체(21)의 폭 방향에서 균일하게 흘러서, 발열체(21)의 표면이 균일하게 발열한다.

도 4의 (b)에 정면도로 나타내는 발열체(22)의 형상은, 도 2에 나타낸 발열체(2)의 광폭부(2A)의 영역에 구멍이 뚫린 형상을 갖고, 전류가 광폭부(2A)의 단부 까지 흐르도록 통전 발열 경로가 외주 상에 형성되어 있다. 즉, 도 4의 (b)에 나타내는 발열체(22)는, 전류가 흐르는 통전 발열 경로를, 한정된 발열체 유닛 길이에 있어서 더욱 길게 구성한 것이다. 이렇게 구성된 발열체(22)는, 입력 전력, 온도, 크기 등의 설계 여유도를 높일 수 있다.

도 4의 (c)에 정면도로 나타내는 발열체(23)의 형상은, 띠 형상의 장척 형상의 발열체에 복수의 구멍을 길이 방향에 일렬로 배치한 구성이다. 이렇게 구성함으로써, 발열체(23)의 길이 방향에 연통하는 부분을 2개 소유하는 형상, 즉 통전 발열 경로를 2 경로 갖는 구성이 된다. 이렇게 구성되어 있기 때문에, 발열체(23)는 형상 유지성이 우수하여, 비틀림 및 파단하는 일이 없이 취급이 용이하게 된다.

또한, 형성되는 구멍의 위치는, 일렬에 한정되는 것이 아니고, 피가열 대상물이나 조립되는 기기의 규격 등을 고려해서 복수 구멍의 위치를 설정해도 좋고, 또한 복수 열이나 랜덤(random)으로 복수 구멍을 배치하는 것도 가능하다.

또한, 구멍 형상은, 도 4의 (c)에서 나타낸 원형 형상일 필요는 없고, 이 발열체 등의 규격, 또는 로고(logo) 등을 구멍 형상에 의해 표시한 것이라도 좋으며, 본 발명의 효과에 영향을 주는 것이 아니다.

도 4의 (d)에 사시도로 나타내는 발열체(24)의 형상은, 도 2에 나타낸 발열체(2)의 전열 발열 부분(2D)의 형상을 변형시킨 것이다. 도 2의 발열체(2)의 전열 발열 부분(2D)은 설상(舌狀)(혀 모양)으로 선단 부분이 대략 원형이지만, 도 4의 (d)에 나타내는 발열체(24)는 그 광폭부에 있어서의 전열 발열 부분(24A)의 선단 부분이 구 형상인 점만이 다르다. 따라서, 도 4의 (d)의 발열체(24)는, 도 2의 발 열체(2)와 마찬가지의 효과를 나타낸다.

도 4의 (e)에 사시도로 나타내는 발열체(25)의 형상은, 도 4의 (a)에 나타낸 띠 형상의 발열체(21)의 양측에 칼집(25A)을 넣은 것이다. 이렇게 구성함으로써, 중앙 부분이 통전 발열 부분이 되고, 그 양측에서 칼집(25A)이 들어간 부분이 전열 발열 부분이 되어, 간단한 구성에 의해 적은 전류로 큰 발열 영역을 형성하는 것이 가능하게 된다.

도 4의 (f)에 사시도로 나타내는 발열체(26)의 형상은, 도 4의 (e)에 나타낸 발열체(25)에 있어서의 전열 발열 부분의 일부를 접어 구부려서 형성한 것이다. 도 4의 (f)에 나타낸 발열체(26)에 있어서는, 전열 발열 부분(26A)을 발열체(26)의 두께 방향에 하나 걸러서 전방 또는 후방(도 4의 (f)에 있어서는 위쪽 방향 또는 아래쪽 방향)에 직각으로 접어 구부린 것이다. 이렇게 구성된 발열체(26)에 의하면, 발열체(26)의 두께 방향에 대하여도 복사를 실행하는 것이 가능하게 된다.

도 4의 (g)에 사시도로 나타내는 발열체(27)는, 도 4의 (e)에 나타낸 발열체(25)에 있어서의 전도 발열부의 일부를 잘라 일으킨 절기(切起) 부분(27A)을 형성한 것이다. 이렇게 구성함으로써, 도 4의 (e)에 나타낸 발열체(25)에 비하여, 이웃이 되는 전도 발열부와의 접촉을 피하는 것이 가능한 구성이 된다. 또한, 도 4의 (e)의 발열체(25)와 마찬가지로 중앙 부분이 통전 발열 부분이 되고, 그 양측의 절기 부분(27A)이 전열 발열 부분이 된다. 이렇게 도 4의 (g)에 나타내는 간단한 구성에 의해 적은 전류로 큰 발열 영역을 형성하는 것이 가능하게 된다.

도 4의 (h)에 사시도로 나타내는 발열체(28)의 형상은, 도 4의 (a)에 나타낸 띠 형상의 발열체(21)에 있어서의 중앙 부분에 일정 간격으로 설상의 절기 부분(28A)을 설치한 것이다. 또한, 절기 부분(28A)의 형상은 설상에 한정되는 것이 아니고, 전열 발열 부분을 형성 가능한 절기 형상이면 좋다. 이렇게 구성함으로써, 양측 부분이 통전 발열 부분이 되고, 중앙 부분이 전열 발열 부분이 되어, 입력 전력, 온도, 크기 등의 설계 여유도를 높이는 것이 가능하게 된다.

또한, 도 4의 (h)의 발열체(28)는, 도 4의 (c)의 발열체(23)와 마찬가지로 형상 유지성이 우수하고, 비틀림 및 파단되는 일이 없이 취급이 용이하게 된다.

도 4의 (i)에 나타내는 발열체(29)의 형상은, 양측에서의 칼집(29A)을 번갈아서 넣은 것이다. 발열체(29)는, 통전 발열 부분의 길이를, 한정된 발열체 유닛 길이에 있어서 더욱 길게 구성한 것이며, 입력 전력, 온도, 크기 등의 설계 여유도를 높이는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 관련하는 제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서는, 발열체가 탄소계 물질을 주성분으로 하는 필름 시트 형상이며, 면 방향의 열 전도성이 실질적으로 동일한, 소위 2차원적 등 방향성의 열전도를 갖고 있다. 특히, 제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서는, 열전도율이 200W/m·K 이상을 갖고, 두께가 300㎛ 이하인 필름 시트 형상으로 형성된 발열체를 이용하고 있다. 이것 때문에, 제1실시형태의 발열체 유닛에 의하면, 균일한 발열이 가능하게 된다. 또한, 제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서는, 발열체가 가요성, 유연성, 및 탄력성을 갖는 것에 의해, 노치, 구멍, 구부림, 절기 등의 가공이 가능하게 되어, 설계 여유도가 높은 발열체를 구성할 수 있다.

이상의 제1실시형태에 있어서의 설명에 있어서는, 발열체를 투명 석영 유리관 내에 삽입하고, 그 유리관 내에 가스를 봉입해서 고온도에서 사용할 경우에 대해서 설명하였다. 그러나, 본 발명의 발열체 유닛에 있어서의 발열체는, 유리관 이외의 용기를 이용하는 것이 가능하다. 탄소계 물질을 주성분으로 해서 2차원적 등 방향성의 열전도를 갖고, 그리고 가요성, 유연성, 및 탄력성을 갖고, 열 전도성이 200W/m·K 이상을 갖고, 두께가 300㎛ 이하인 필름 시트 형상의 발열체는, 고온도(약 1100℃)에서의 사용뿐만 아니라 800℃ 전후에 있어서도 산화량이 다른 탄소계 발열체 소재에 비해 적고, 충분히 사용에 견디는 조성 구조이다. 이것은, 필름 시트 형상의 발열체가 치밀하게 성형되어 있기 때문이다. 따라서, 발열체의 사용 온도에 의해, 그 발열체를 위한 용기의 재질을 선정할 수 있다. 예를 들면, 발열체가 180℃ 이하에서 사용되는 것이라면, 실리콘 재질의 용기를 사용하고, 250℃ 이하에서 사용되는 것이라면, 플루오르 수지 재질의 용기를 사용하고, 800℃ 이하에서 사용되는 것이라면, 마이카(mica) 재질, 세라믹스, 결정화 유리, 석영관, 내열 유리 등의 내열 온도 허용 범위에서의 절연 재료를 선택할 수 있다. 또한, 800℃ 이하의 사용 온도에 있어서는, 용기 내에 가스를 충전할 필요가 없고, 발열체 유닛의 구성, 형상을 사용 목적에 맞추어서 자유롭게 설계하는 것이 가능하게 된다. 이것 때문에, 800℃ 이하의 사용 온도에서 사용되는 발열체 유닛에서는, 설계의 자유도를 대폭적으로 넓힐 수 있고, 또한 비용의 저감을 도모하는 것이 가능하게 된다.

또한, 제1실시형태에 있어서의 관 형상에 대해서는, 그 단면 형상이 대략 원형 형상으로 설명하였지만, 본 발명에 있어서는 반드시 대략 원형 형상일 필요는 없고, 발열체 유닛의 규격 목적에 맞추어 4각 또는 6각 등의 다각형 형상이면 좋고, 또한 타원 형상이어도 제1실시형태의 발열체 유닛과 마찬가지의 효과를 나타낸다.

또한, 본 발명에 관련하는 제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서, 발열체는 가요성, 유연성, 및 탄력성을 갖고 있기 때문에, 발열체 유닛의 사용의 형태, 목적 등에 따라, 발열체 유닛을 관 형상, 구 형상, 길이 방향을 따라 곡부를 형성한 만곡 형상, 원형으로 형성한 환상(環狀) 등으로 구성하는 것이 가능한 것은 말할 필요도 없다.

(제2실시형태)

이하에, 본 발명에 관련하는 제2실시형태의 발열체 유닛에 대해서 도 5를 이용해서 설명한다. 도 5는, 제2실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체의 각종 형상의 구체 예를 나타내는 정면도이다. 도 5에 있어서의 각 발열체에 있어서, 발열체는 장척이며, 동일한 패턴 형상의 반복이기 때문에, 우측 부분은 생략해서 나타내고 있다.

제2실시형태의 발열체 유닛에 있어서, 전술한 제1실시형태의 발열체 유닛과 상이한 점은 발열체의 형상이며, 기타는 제1실시형태와 동일하다. 따라서, 제2실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체의 형상에 대해서 설명하고, 그 밖의 구성 요소는 제1실시형태의 설명을 적용한다.

제2실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체는, 발열체의 길이 방향 및 폭 방향에 있어서의 온도 분포를 균일하게 하는 것이 아니고, 온도 분포에 변화를 갖 게 하는 것이다. 제2실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체에서는, 그 길이 방향의 적어도 일부에 단위 길이에 있어서 저항치가 상이한 영역이 설치되어 있다. 제2실시형태에 있어서의 발열체는, 전술한 제1실시형태에 있어서 도 2를 이용해서 설명한 발열체(2)의 변형 예이다. 도 5의 (a)로부터 (d)는, 제2실시형태에 있어서의 발열체의 각종 변형 예를 나타내고 있다.

도 5의 (a)에 나타내는 발열체(201)에 있어서, 그 중앙 부분이 통전 발열 부분(201A)이며, 그 양측(도 5의 (a)에 있어서는, 통전 발열 부분(201A)의 상하 부분)에 돌출한 복수의 설상 부분이 전열 발열 부분(201B)이다. 전열 발열 부분(201B)을 갖는 광폭부는 등간격으로 길이 방향에 병설되어 있으며, 발열체(201)의 최대폭, 즉 광폭부의 폭은 Za이다. 길이 방향에 있어서의 모든 광폭부의 폭은 동일하다.

도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 발열체(201)의 길이 방향에 있어서 동등한 거리를 갖는 영역 Ⅹa와 Ⅹb에 있어서, 통전 발열 부분(201A)의 폭인 최협폭(Y1, Y2)이 다르다. 즉, 제1의 영역 Ⅹa의 제1의 최협폭 Y1이 제2의 영역의 제2의 최협폭 Y2보다 좁게 형성되어 있다 (Y1 < Y2). 이렇게, 제1의 최협폭 Y1이 제2의 최협폭 Y2보다 좁게(Y1 < Y2) 형성되어 있기 때문에, 제1의 영역 Ⅹa의 저항치가 제2의 영역 Ⅹb의 저항치에 비해서 커지고, 제1의 영역 Ⅹa의 발열 온도가 높아진다. 이렇게, 저항치가 상이한 영역을 설치함으로써, 발열체(201)의 길이 방향에 있어서 원하는 온도 분포를 설정하는 것이 가능하게 된다.

도 5의 (b)에 나타내는 발열체(202)는, 전열 발열 부분을 갖는 광폭부(202A) 의 최대폭 Zb는 모두 동일하지만, 광폭부(202A)의 간격 및 형상이 길이 방향에 있어서 상이하다. 발열체(202)에서는, 그 길이 방향에 있어서 동일한 길이를 갖는 제3의 영역 Ⅹc와 제4의 영역 Ⅹd에 있어서, 광폭부(202A)의 형성 수가 상이하다. 즉, 제3의 영역 Ⅹc에 있어서의 광폭부(202A)의 형성 수는 제4의 영역 Ⅹd에 있어서의 광폭부(202A)의 형성 수보다 많아지고 있다. 도 5의 (b)에 나타낸 예에 있어서는, 제3의 영역 Ⅹc의 광폭부(202A)의 형성 수가 9개이며, 제4의 영역 Ⅹd의 광폭부(202A)의 형성 수가 6개이다. 또한, 제3의 영역 Ⅹc의 광폭부(202A)의 형상은, 제4의 영역 Ⅹd의 광폭부(202A)의 형상에 비하여, 그 길이 방향의 폭이 좁게 형성되어 있고, 제3의 영역 Ⅹc가 제4의 영역 Ⅹd에 비해서 광폭부(202A)를 밀도 높게 형성하고 있다. 이렇게 패턴 밀도가 상이한 제3의 영역 Ⅹc와 제4의 영역 Ⅹd가 형성되어 있기 때문에, 제3의 영역 Ⅹc의 저항치가 제4의 영역 Ⅹd의 저항치에 비해서 커져, 제3의 영역 Ⅹc의 발열 온도가 높아진다. 이렇게, 발열체(202)의 길이 방향에 있어서 저항치가 상이한 영역을 설치함으로써, 발열체(202)의 길이 방향에 있어서 원하는 온도 분포를 설정하는 것이 가능하게 된다.

또한, 도 5의 (b)에 나타내는 발열체(202)에 있어서는, 제3의 영역 Ⅹc 이외의 영역은 제4의 영역 Ⅹd와 마찬가지로 구성되어 있지만, 이것들의 배치는 설정되는 온도 분포에 의해 적당히 변경된다.

도 5의 (c)에 나타내는 발열체(203)는, 그 길이 방향에 있어서 동등한 거리를 갖는 제5의 영역 Ⅹe와 제6의 영역 Ⅹf가, 상이한 최대폭을 갖고 있다. 제5의 영역 Ⅹe의 광폭부(203A)의 최대폭 Zd는, 제6의 영역 Ⅹf의 광폭부(203B)의 최대폭 Zc보다 좁게(Zd < Zc) 형성되어 있다. 단, 제5의 영역 Ⅹe의 광폭부(203B)의 길이 방향의 간격과, 제6의 영역 Ⅹf의 광폭부(203B)의 길이 방향의 간격은 동일하다. 이렇게 제5의 영역 Ⅹe만, 그 최대폭 Zd를 다른 영역보다 좁게(Zd < Zc) 함으로써, 제6의 영역 Ⅹf의 발열량은 제5의 영역 Ⅹe의 발열량보다 많아지고, 제6의 영역 Ⅹf의 온도를 제5의 영역 Ⅹe보다 높게 할 수 있다. 이렇게, 발열체의 길이 방향에 있어서 원하는 온도 분포를 설정하는 것이 가능하게 된다.

도 5의 (d)에 나타내는 발열체(204)는, 제7의 영역 Ⅹg에 있어서의 통전 발열 부분(204A)이 다른 영역의 통전 발열 부분(204A)으로부터 어긋난 위치(도 5의 (d)에 있어서는 아래쪽으로 어긋난 위치)에 형성되어 있다. 또한, 제7의 영역 Ⅹg에 있어서는, 통전 발열 부분(204A)의 양측에 형성된 전열 발열 부분(204B)의 형상이 대상이 아니고, 위쪽에 작고, 아래쪽으로 크게 나온 형상을 갖고 있다. 이렇게, 발열체(204)의 일부의 영역을 한쪽 측으로 비켜 놓음으로써, 발열체(204)의 길이 방향의 온도 분포와 함께 폭 방향의 온도 분포도 설정 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 발열체 유닛에 있어서의 발열체는, 도 5에 나타낸 패턴 형상에 한정되는 것이 아니고, 저항치를 변경 가능한 형상으로 각종 변경 가능하다. 또한, 제2실시형태에 있어서의 발열체에 전술한 도 4에 나타낸 구성 등을 부가함으로써, 길이 방향의 온도 분포를 원하는 상태로 변경할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

특히, 본 발명의 발열체 유닛에 있어서의 발열체는, 탄소계 물질을 주성분으로 해서 2차원적 등 방향성의 열전도를 갖고, 가요성, 유연성, 및 탄력성을 갖고 있고, 열전도율이 200W/m·K 이상이며, 두께가 300㎛ 이하인 필름 시트 형상으로 형성되어 있다. 이것 때문에, 본 발명의 발열체 유닛에 있어서의 발열체는, 노치, 구멍, 구부림, 절기 등의 원하는 가공이 가능하게 되어, 발열체 유닛의 구성에 따라 적당한 변경을 용이하게 할 수 있는 구성이다.

(제3실시형태)

이하에, 본 발명에 관련하는 제3실시형태의 발열체 유닛에 대해서 도 6을 이용해서 설명한다. 도 6은, 제3실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체의 각종 형상을 갖는 구체 예를 나타내는 정면도이다. 도 6에 있어서, 각 발열체는 장척 형상이며, 동일한 패턴 형상의 반복이기 때문에, 우측 부분을 생략해서 나타내고 있다.

제3실시형태의 발열체 유닛에 있어서, 전술한 제1실시형태의 발열체 유닛과 상이한 점은 발열체의 형상이며, 기타는 제1실시형태와 동일하다. 따라서, 제3실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체의 형상에 대해서 설명하고, 그 밖의 구성 요소는 제1실시형태의 설명을 적용한다.

제3실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체는, 발열체의 길이 방향 및 폭 방향에 있어서의 온도 분포를 균일하게 하는 것이 아니고, 온도 분포에 변화를 갖게 하는 것이다. 제3실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체에서는, 그 길이 방향의 적어도 일부에 단위 길이에 있어서 저항치가 상이한 영역이 형성되어 있다. 제3실시형태에 있어서의 발열체는, 전술한 제1실시형태에 있어서 도 4의 (b)를 이용해서 설명한 발열체(22)의 변형 예이다. 도 6의 (a)로부터 (d)는, 제3실시형태에 있어서의 발열체의 각종 변형 예를 나타내고 있다.

도 6의 (a)에 나타내는 발열체(301)의 형상은, 도 2에 나타낸 발열체(2)와 같이, 광폭부(301A)와 협폭부(301B)의 각 영역이 길이 방향에 번갈아 연속적으로 배치되어 있다. 그리고, 광폭부(301A)의 영역에 구멍이 뚫어져 있어, 전류가 광폭부(301A)의 단부까지 흐르도록 통전 발열 경로가 광폭부(301A)의 외주 상에 형성되어 있다. 즉, 도 6의 (a)에 나타내는 발열체(301)는, 전류가 흐르는 통전 발열 경로를, 한정된 발열체 유닛 길이에 있어서 더욱 길게 구성한 것이다.

도 6의 (a)에 나타내는 발열체(301)는, 광폭부(301A)가 등간격으로 배치되며, 그 최대폭이 Wa이다. 도 6의 (a)에 나타내는 발열체(301)에 있어서는, 그 길이 방향에 있어서 동일한 길이를 갖는 제1의 영역 Ta와 제2의 영역 Tb가 상이한 형상의 통전 발열 경로를 갖고 있다. 제1의 영역 Ta에 있어서의 통전 발열 경로의 폭 t1은, 제2의 영역 Tb에 있어서의 통전 발열 경로 t2보다 좁게(t1 < t2) 형성되어 있다. 이것 때문에, 제1의 영역 Ta의 저항치가 제2의 영역 Tb의 저항치에 비해서 커진다. 제1의 영역 Ta와 제2의 영역 Tb에는 동일한 전류가 흐르기 때문에, 제1의 영역 Ta에 있어서의 발열 온도가 제2의 영역 Tb에 있어서의 발열 온도보다 높아져, 발열체(301)의 길이 방향에 있어서 원하는 온도 분포를 설정하는 것이 가능하게 된다.

도 6의 (b)에 나타내는 발열체(302)는, 광폭부(302A)의 최대폭 Wb는 동일하지만, 광폭부(302A)의 간격이 길이 방향에 있어서 상이하다. 발열체(302)에서는, 그 길이 방향에 있어서 동일한 길이를 갖는 제3의 영역 Tc와 제4의 영역 Td에 있어 서의 광폭부(302A)의 형성 수가 상이하다. 즉, 제3의 영역 Tc에 있어서의 광폭부(302A)의 형성 수는 제4의 영역 Td에 있어서의 광폭부(302A)의 형성 수보다 많아지고 있다. 도 6의 (b)에 나타낸 예에 있어서는, 제3의 영역 Tc의 광폭부(302A)가 6개이며, 제4의 영역 Td의 광폭부(302A)가 5개이다. 이렇게, 발열체(302)에 있어서는, 제3의 영역 Tc의 광폭부(302A)의 형성 수가 많고, 제4의 영역 Td의 광폭부(302A)의 형성 수가 적게 설정되어 있기 때문에, 발열체(302)에 있어서 패턴 밀도가 다른 제3의 영역 Tc와 제4의 영역 Td가 형성되어 있다. 이 결과, 제3의 영역 Tc의 저항치가 제4의 영역 Td의 저항치에 비해서 커지고, 제3의 영역 Tc의 발열 온도가 높아진다. 이렇게, 발열체(302)의 길이 방향에 있어서 저항치가 상이한 영역을 설치함으로써, 발열체(302)의 길이 방향에 있어서 원하는 온도 분포를 설정하는 것이 가능하게 된다.

또한, 도 6의 (b)에 나타내는 발열체(302)에 있어서는, 제3의 영역 Tc 이외의 영역은 제4의 영역 Td와 마찬가지로 구성되어 있지만, 이것들의 배치는 설정되는 온도 분포에 의해 적당히 변경 가능하다.

도 6의 (c)에 나타내는 발열체(303)는, 그 길이 방향에 있어서 동등한 거리를 갖는 제5의 영역 Te와 제6의 영역 Tf가, 상이한 최대폭을 갖고 있다. 제5의 영역 Te의 광폭부(303A)의 최대폭 Wd는, 제6의 영역 Tf의 광폭부(303B)의 최대폭 Wc보다 좁게(Wd < Wc) 형성되어 있다. 단, 제5의 영역 Te의 광폭부(303A)의 길이 방향의 간격과, 제6의 영역 Tf의 광폭부(303B)의 길이 방향의 간격은 동일하다. 이렇게 제5의 영역 Te 광폭부(303A)의 최대폭 Wc를 다른 영역의 광폭부보다 좁게(Wd < Wc) 함으로써, 제6의 영역 Tf의 발열량은 제5의 영역 Te의 발열량보다 많아지고, 제6의 영역 Tf의 온도를 높게 할 수 있다. 이렇게, 발열체(303)의 길이 방향에 있어서 저항치가 상이한 영역을 설치함으로써, 발열체(303)의 길이 방향에 있어서 원하는 온도 분포를 설정하는 것이 가능하게 된다.

도 6의 (d)에 나타내는 발열체(304)는, 제7의 영역 Tg에 있어서의 광폭부(304A)가 다른 영역의 광폭부(304B)로부터 어긋난 위치(도 6의 (d)에 있어서는 아래쪽으로 어긋난 위치)에 형성되어 있다. 또한, 제7의 영역 Tg에 있어서, 광폭부(304A)에 있어서의 협폭부(304C)로부터의 통전 발열 경로의 길이가, 협폭부(304C)의 양측 부분(도 6의 (d)에 있어서는 상하 부분)에서 상이하다. 즉, 협폭부(304C)보다 아래쪽의 광폭부(304A)의 통전 발열 경로는, 협폭부(304C)보다 위쪽의 광폭부(304A)의 통전 발열 경로보다 길게 형성되어 있다. 이렇게, 발열체(304)의 일부의 영역을 한쪽 측에 비켜 놓음으로써, 발열체(304)의 길이 방향의 온도 분포와 함께 폭 방향의 온도 분포도 설정 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 발열체 유닛에 있어서의 발열체는, 도 6에 나타낸 패턴에 한정되는 것이 아니고, 저항치를 변경할 수 있는 형상이라면 변경 가능하다. 또한, 제3실시형태에 있어서의 발열체에 전술한 도 4에 나타낸 구성을 부가함으로써, 길이 방향의 온도 분포를 원하는 상태로 변경할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

(제4실시형태)

이하에, 본 발명에 관련하는 제4실시형태의 발열체 유닛에 대해서 도 7 내지 도 9를 참조하면서 설명한다.

도 7은 본 발명에 관련하는 제4실시형태의 발열체 유닛의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 8은 제4실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체를 나타내는 사시도이다. 도 9는 제4실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체의 다른 구성 예를 나타내는 사시도이다.

제4실시형태의 발열체 유닛에 있어서, 전술한 제1실시형태의 발열체 유닛과 상이한 점은, 발열체의 형상이며, 발열체가 곡면을 갖고 있는 점이다. 제4실시형태의 발열체 유닛은, 전술한 제1실시형태에 있어서 설명한 발열체의 폭을 더욱 넓게 한 발열체를 이용한 것이다. 제4실시형태에 있어서의 발열체를, 내열 관인 석영 유리관 내에 삽입하기 위해서, 길이 방향에 대하여 직교하는 방향(폭 방향)의 발열체의 단면 형상의 적어도 일부를 곡면으로 형성하고, 폭이 넓은 발열체를 용이하게 내열 관 내에 수납할 수 있는 구성으로 한 것이다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 제4실시형태의 발열체 유닛은, 전술한 제1실시형태의 발열체 유닛과 마찬가지로, 열 복사체로서의 가늘고 긴 평판 형상의 발열체(401)와, 이 발열체(401)의 양단에 고착되는 유지 블록(3)을 갖고 있다. 한쪽 유지 블록(3)(도 7에 있어서는 좌측의 유지 블록(3))에는 제1내부 리드선 부재(11A)가 부착되어 있고, 다른 쪽 유지 블록(3)(도 7에 있어서는 우측의 유지 블록(3))에는 제2내부 리드선 부재(11B)가 부착되어 있다. 제1내부 리드선 부재(11A) 및 제2내부 리드선 부재(11B)의 각각은, 유리관(1)의 양단 부분의 용착 부분에 매설된 몰리브덴 박(8)을 통하여, 유리관(1)의 양단으로부터 도출하는 외부 리드선(9)과 전기적으로 접속되어 있다.

제4실시형태의 발열체 유닛에 있어서, 제1실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체 이외는 동일한 구성을 갖고 있기 때문에, 동일한 기능, 구성을 갖는 것에는 제1실시형태와 동일한 부호를 첨부해서 상세한 설명은 제1실시형태에 있어서의 설명을 적용한다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 제4실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체(401)는, 전술한 제3실시형태에서 설명한 도 6의 (c)의 발열체(303)를 곡면으로 형성한 것이다. 발열체(401)는, 그 길이 방향에 직교하는 방향의 단면 형상이 원호 형상으로 형성되어 있다. 발열체(401)의 양단에는 평탄한 피유지 단부(450)가 형성되어 있다. 피유지 단부(450)는, 2 분할된 유지 블록(3)에 의해 유지되어 지지되는 부위이다. 또한, 발열체(401)는, 그 길이 방향에 있어서의 대략 중앙 부분에 다른 영역보다 최대폭이 좁은 영역 Va가 형성되어 있다. 따라서, 길이 방향에 있어서의 단위 길이당 영역 Va의 발열량은, 다른 영역의 발열량에 비해서 적어져, 중앙 부분의 발열 온도가 낮게 설정되어 있다. 이렇게, 저항치가 상이한 영역을 설치하여, 발열체(401)의 길이 방향에서 원하는 온도 분포를 설정할 수 있는 구성이다. 또한, 제4실시형태에 있어서의 발열체(401)는, 그 길이 방향에 직교하는 방향의 단면 형상이 곡면에 의해 구성되어 있기 때문에, 발열체(401)로부터의 열 복사를 집중 또는 확산하는 것이 가능하다. 또한, 제4실시형태에 있어서는 유리관(1)을 이용한 내열 관의 직경이 발열체(401)에 비해서 클 경우이어도, 곡면으로 형성된 발열체(401)를 이 내열 관 내부에 설치하여, 발열체(401)로부터의 열 복사의 집중 또는 확산의 기능을 발휘시키는 것도 가능하다. 또한, 발열체(401)의 적어도 일부를 곡 면으로 형성하여, 부분적으로 집중 또는 확산의 기능을 발휘시키는 것도 가능하다.

도 9의 (a), (b) 및 (c)에 나타낸 발열체(402, 403, 404)는, 제4실시형태에 있어서의 발열체(401)의 변형 예이다. 이것들의 발열체(402, 403, 404)에 있어서도, 도 8에 나타낸 발열체(401)와 마찬가지로, 길이 방향에 직교하는 방향의 단면 형상이 원호 형상으로 형성되어 있고, 양단에는 평탄한 피유지 단부(450)가 형성되어 있다.

도 9의 (a)에 나타내는 발열체(402)는, 광폭부(402A)와 협폭부(402B)가 번갈아 연속적으로 형성되어 있으며, 발열체(402)의 길이 방향을 따른 중앙 부분에 띠 형상의 통전 발열 부분(402C)이 형성되어 있다. 이 통전 발열 부분(402C)의 양측에 형성된 광폭부(402A)에 있어서의 설상부(402D)에는 구멍이 형성되어 있으며, 각각의 설상부(402D)의 단부에 전류가 흐르도록 통전 발열 경로가 형성되어 있다.

또한, 도 9의 (a)에 나타내는 발열체(402)는, 그 길이 방향의 대략 중앙 부분에 다른 영역보다 최대폭이 좁은 영역 Vb가 형성되어 있다. 따라서, 영역 Vb의 발열량은 다른 영역의 발열량에 비해서 적어지고, 중앙 부분의 발열 온도를 다른 부위보다 낮게 설정해 발열체(402)의 길이 방향에 있어서 원하는 온도 분포를 설정하는 것이 가능하게 된다.

도 9의 (b)에 나타내는 발열체(403)는, 광폭부(403A)가 협폭부(403B)를 끼워서 등간격으로 형성되어 있으며, 발열체(403)의 길이 방향을 따른 중앙 부분에 띠 형상의 통전 발열 부분(403C)이 형성되어 있다. 또한, 도 9의 (b)에 나타내는 발열체(403)는, 그 길이 방향의 대략 중앙 부분에 다른 영역보다 최대폭이 좁은 영역 Vc가 형성되어 있다. 따라서, 발열체(403)의 길이 방향에 있어서 원하는 온도 분포를 설정하는 것이 가능하게 된다.

도 9의 (c)에 나타내는 발열체(404)는, 광폭부(404A)가 협폭부(404B)를 끼워서 등간격으로 형성되어 있다. 또한, 도 9의 (c)에 나타내는 발열체(404)는, 그 길이 방향을 따른 영역에 있어서, 광폭부(404A)의 형상이 상이한 영역을 형성하고 있다. 도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이, 영역 Vd는, 광폭부(404A)의 설상부의 길이가 다른 영역보다 짧게 형성되어 있다. 또한, 영역 Vd에 인접하는 영역 Ve는, 통전 발열 부분(404C)의 위치가 다른 부위로부터 어긋난 위치에 형성되어 있다. 또한, 영역 Ve의 광폭부(404A)에 있어서의 통전 발열 부분(404C)의 양측에 있는 설상부의 길이가 상이하다. 구체적으로는, 도 9의 (c)에 나타내는 발열체(404)에 있어서는, 영역 Ve의 광폭부(404A)의 앞 측의 설상부는 길게 형성되어 있으며, 내열 관, 예를 들면 석영 유리관의 내벽면을 따라 대략 반 원호 형상으로 형성되어 있다. 한편, 영역 Ve의 광폭부(404A)의 안 쪽 측의 설상부는 짧게 형성되어 있다. 따라서, 발열체(404)의 길이 방향 및 길이 방향에 직교하는 주변 방향에 있어서 원하는 온도 분포를 설정하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 관련하는 제4실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체는, 탄소계 물질을 주성분으로 하는 필름 시트 형상이다. 따라서, 제4실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체에 있어서는 면 방향의 열 전도성이 실질적으로 동일한, 소위 2차원적 등 방향성의 열전도를 갖고 있다. 제4실시형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체는, 가요성, 유연성, 및 탄력성을 가지고 있어 고정밀도로 가공 가능한 재료 이기 때문에, 제4실시형태에서 이용한 발열체와 같이 각종의 변형이 가능하다. 제4실시형태에 있어서의 발열체에 있어서는, 내열 관의 내경보다 최대폭이 클 경우에는 곡면을 형성해서 이 내열 관의 내벽면을 따라 발열체를 배치하는 것이 가능하다. 또한, 발열체의 최대폭이 내열 관의 내경보다 작을 경우이어도, 발열체로부터의 열 복사의 집중이나 확산을 목적으로 해서, 제4실시형태에서 설명한 곡면을 갖는 각종 형상의 발열체를 이용하는 것도 가능하다.

제4실시형태의 발열체 유닛에 있어서는, 발열체에 곡부를 설치함으로써, 발열체를 수납하는 내열 관의 형상(직경)이 발열체의 형상에 의한 속박으로부터 대폭적으로 해방된다. 이 결과, 본 발명의 발열체 유닛은 열용량을 가변할 수 있는 구성이 되고, 예를 들면 발열체를 변경하지 않고 내열 관을 작게 해서 열용량을 적게 함으로써, 온도의 상승이 빨라지는 등, 목적에 따른 설계가 가능하게 된다.

또한, 발열체를 내열 관의 내벽면에 근접해서 배치함으로써, 내열 관의 내벽 온도를 상승시키는 것이 가능하게 되어, 내열 관으로부터의 열 복사를 증가시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 곡면에 의해 구성된 발열체에 있어서, 길이 방향의 패턴 형상과 폭 방향의 패턴 형상을 조합해서 형성하고, 내열 관 내에 삽입해서 발열체 유닛을 구성함으로써, 길이 방향의 온도 분포뿐만 아니라, 원주 방향의 온도 분포의 설정이 가능하게 된다. 이 결과, 본 발명에 의하면 입체적인 온도 분포를 형성하는 것이 가능하게 되어, 본 발명의 발열체 유닛의 사용 범위를 대폭적으로 넓힐 수 있다. 종래의 발열체 유닛에 있어서 복수 개의 발열체 유닛을 이용해서 입체적인 온도 분포를 구성하고 있었지만, 본 발명에 의하면 1개의 발열체 유닛으로 동 일한 것을 구축하는 것이 가능하게 되어, 공간 절약화와 저비용화를 도모할 수 있다.

(제5실시형태)

이하에, 본 발명에 관련하는 제5실시형태의 가열 장치에 대해서 도 10을 참조하면서 설명한다.

제5실시형태의 가열 장치는, 전술한 제1실시형태 내지 제4실시형태의 발열체 유닛을 열 복사원으로서 이용한 것이다. 도 10은 본 발명의 발열체 유닛을 열 복사원으로서 이용하고, 반사판 혹은 반사 막을 설치한 구성을 나타내는 도면이다. 도 10에 있어서는, 발열체 유닛의 연장 방향에 직교하는 방향에서 절단한 단면도를 나타내고 있다.

제5실시형태의 가열 장치의 일례로서 도 10을 이용해서 설명한다. 도 10의 (a)에 나타내는 가열 장치는 전술한 제1실시형태의 발열체 유닛(도 1 참조)을 열 복사원으로서 이용한 것이다. 도 10의 (b) 및 (c)에 나타내는 가열 장치는 전술한 제4실시형태의 발열체 유닛(도 7 참조)을 열 복사원으로서 이용한 것이다.

도 10의 (a)에 나타내는 가열 장치는, 발열체 유닛(50)에 있어서의 발열체(2)의 평면 부분에 대향하는 위치에 반사판(51)을 설치한 가열 장치이다. 반사판(51)은, 길이 방향(연장 방향)에 직교하는 단면 형상이 포물선 형상을 갖고, 발열체(2)는 반사판(51)의 포물선에 있어서의 대략 초점의 위치에 배치되어 있다. 이 가열 장치에 있어서는, 발열체 유닛(50)과 반사 수단인 반사판(51)에 의해 열 복사원이 구성되어 있다.

제5실시형태의 가열 장치에는, 도 10에 나타낸 열 복사원인 발열체 유닛(50) 이외에, 발열체 유닛(50)에의 전력을 공급하는 전원부, 전력을 제어하는 제어부, 장치 외관을 형성하는 프레임 등의 가열 장치에서 일반적으로 이용되고 있는 구성 요소가 포함된다. 제5실시형태의 가열 장치에 관해서는, 본 발명의 가열 장치의 특징인 열 복사원인 발열체 유닛과 반사 수단에 대해서 상세히 설명한다.

제5실시형태의 가열 장치에 있어서, 발열체 유닛(50)에 이용되고 있는 발열체(2)는, 탄소계 물질을 주성분으로 해서 면 방향의 열 전도성이 동일한, 소위 2차원적 등 방향성의 열전도를 갖는 필름 시트 형상의 재료에 의해 띠 형상으로 형성되어 있다. 이것 때문에, 발열체(2)의 평면 부분으로부터 방사되는 열량은 폭 면 부분(두께를 구성하는 면)으로부터 방사되는 열량에 비해서 비약적으로 큰 값을 나타낸다. 즉, 발열체(2)는 지향성을 갖는 열 방사체이다. 따라서, 발열체(2)의 평면 부분에 대향하는 위치에 반사판(51)을 설치함으로써, 발열체(2)의 배면으로부터 방사된 열선이 반사판(51)에 의해 반사되어, 반사판(51)의 전방에 있는 피가열 대상물을 높은 효율로 가열하는 것이 가능하게 된다.

도 10의 (a)에 나타낸 가열 장치에 있어서는, 발열체 유닛(50)에 있어서의 발열체의 평면 부분에 대향하는 배면 측의 위치에 반사판(51)을 배치하고, 그 반사판(51)의 길이 방향에 직교하는 단면 형상이 포물선 형상이며, 열 복사원인 발열체(2)에 있어서의 발열 중심이 반사판(51)의 초점의 위치에 배치되어 있다. 이렇게 발열체(2)에 있어서의 발열 중심이 반사판(51)의 초점의 위치에 있기 때문에, 도 10의 (a)에 나타낸 가열 장치는 발열체(2)로부터의 복사 열이 반사판(51)에 의해 반사되어서 평행한 열선으로 되어 효율이 높은 열 복사가 가능하게 된다.

도 10의 (b)에 나타내는 가열 장치는, 전술한 제4실시형태의 발열체 유닛(도 7 참조)을 열 복사원으로서 이용한 것이며, 이 발열체 유닛에 있어서의 발열체(401)의 오목면 부분에 대향하는 위치에 반사판(53)을 설치한 것이다. 반사판(53)은, 길이 방향(연장 방향)에 직교하는 단면 형상이 포물면 형상을 갖고, 발열체(401)는 반사판(53)의 포물면에 있어서의 대략 초점의 위치에 배치되어 있다. 또한, 반사판(53)은, 그 길이 방향(연장 방향)에 직교하는 단면 형상에 있어서, 발열체 유닛(52)에 대향하는 중앙 부분에 볼록부(53A)가 형성되어 있다. 이 가열 장치에 있어서는, 발열체 유닛(52)과 반사 수단인 반사판(53)에 의해 열 복사원이 구성되어 있다.

도 10의 (b)와 같이 구성된 가열 장치의 열 복사원에 있어서는, 발열체(401)의 볼록면이 피가열 대상물의 방향을 향하고 있기 때문에, 열 복사원의 전방 측의 넓은 범위를 가열하는 것이 가능하게 된다. 또한, 발열체(401)의 오목면에서 반사판(53)에 방사된 열선의 일부는, 반사판(53)의 볼록부(53A)의 반사 면에 반사되어서, 반사판(53)의 단부 부분에 재반사하여, 전방 측으로 방사되고 있다. 이것 때문에, 도 10의 (b)에 나타낸 가열 장치의 열 복사원에 있어서는, 반사판(53)의 전방 측의 넓은 범위를 대략 균일하게 가열하는 것이 가능하게 된다. 또한, 반사판(53)에 볼록부(53A)가 형성되어서, 내열 관인 유리관에 근접해 배치되기 때문에, 유리관 표면으로부터의 열 복사도 반사하는 동시에, 반사판(53)이 발열체(401)에 근접하는 구성이 되기 때문에, 더욱 많은 열 복사를 실행할 수 있는 우수한 열 복사원 이 된다.

상기와 같이, 도 10의 (b)에 나타낸 가열 장치에 있어서는, 발열체 유닛(52)에 있어서의 발열체(401)의 곡면 오목 측 부분에 대향하는 위치에 반사판(53)을 배치하고, 그 곡면 오목 측 부분의 길이 방향의 중심 부분에 대향하는 반사판(53)에 있어서의 중심 위치에 발열체(401)의 방향으로 돌출하는 볼록부(53A)가 형성되어 있다. 이 반사판(53)의 볼록부(53A)에 입사된 열선은, 발열체 이외의 방향으로 반사하고, 다시 반사판(53)에 입사해서 정면 측에 재반사하도록 구성되어 있다. 이렇게 구성된 가열 장치에 있어서는, 발열체(401)로부터의 복사 열이 볼록부(53A)의 반사 면에 의해 효율 높게 정면 측으로 방사된다. 또한, 발열체(401)의 적어도 일부가 유리관(1)으로 덮어져 있기 때문에 발열체(401)의 온도가 높아져, 가열 장치에 의해 가열 영역의 온도 분포를 조정하는 것이 가능하게 된다.

또한, 도 10의 (b)에 나타낸 가열 장치에 있어서는, 발열체 유닛(52)의 발열체(401)의 배면 측에 반사판(53)을 배치하고, 그 반사판(53)에 의해 반사된 열선이 발열체(401)를 조사(照射)하지 않도록 이 반사판(53)이 구성되어 있기 때문에, 발열체(401)에 대한 반사판(53)에 의한 ２차 가열에 기인하는 온도 상승을 방지하는 것이 가능하게 되어, 변동이 없고 규격이 안정된 가열 장치를 실현할 수 있다. 발열체 유닛(52)에 이용되고 있는 발열체(401)는, 그 저항 변화율이 발열체 자체의 온도에 의해 변화되는 것이다. 또한, 발열체 유닛(52)의 정격의 설정은, 발열체 유닛(52)의 자기 방열만을 고려해서 설정될 경우가 많아지고 있다. 이렇게 설정된 발열체 유닛(52)을 가열 장치에 조립하였을 경우, 반사판(53)의 형상에 의해 반사 판(53)으로부터의 열선에 의해 발열체(401)의 온도가 상승하면 가열 장치의 정격이 바뀌게 된다. 따라서, 도 10의 (b)에 나타낸 가열 장치는, 반사판(53)에 의해 발열체(401)가 조사되지 않도록 구성되어 있기 때문에, 발열체 유닛(52)의 정격이 반사판(53)에 의한 영향을 받는 것이 없게 되어, 미리 설정한 원하는 규격을 확실하게 갖는 가열 장치의 설계가 용이하게 된다.

상기와 같이, 반사 수단인 반사판(51, 53)을 발열체 유닛(50, 52)에 설치함으로써 복사 효율이 높은 가열 장치를 구축할 수 있다.

또한, 도 10의 (a) 및 (b)에 나타낸 반사판(51, 53)의 반사 면 형상은 열 반사가 평행이 되는 포물면을 갖는 곡면 형상으로 설명하였지만, 본 발명에 있어서의 반사판으로서는 이러한 구성에 한정되는 것이 아니고, 피가열 대상물에 따라서 각종의 형상, 예를 들면, 원호 형상, 발열체로부터의 복사 열을 넓히는 확산 반사 가능한 곡면 형상, 확산 반사 가능한 다단의 절곡 면을 집합한 형상 등도 구성할 수 있다.

또한, 도 10의 (b)에 나타낸 반사판(53)의 볼록부(53A)는, 3각 형상의 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이러한 형상에 한정되는 것이 아니고, 원호 면, 확산 반사 가능한 곡면 형상, 확산 반사 가능한 다단의 절곡 면을 집합한 형상 등도 구성할 수 있다.

또한, 도 10의 (a) 및 (b)에 나타낸 발열체 유닛(50, 52)은, 반사판(51, 53)의 측면 단부보다 돌출하지 않도록, 반사판(51, 53)의 내측에 배치하였다. 이렇게 발열체 유닛을 반사판(51, 53)의 내측에 배치함으로써, 반사판(51, 53)에 의한 반 사(볼록부(53A)로부터의 확산 복사나 오목부 면으로부터의 란(亂) 복사를 포함한다)를 효율 높게 실행할 수 있다.

또한, 반사판(51, 53)의 재료로서는, 알루미늄, 알루미늄 합금, 각종 스테인리스 등을 이용할 수 있다. 또한, 반사판(51, 53)의 반사 면에는 반사 효율이 높은 반사 재료의 코팅(coating)이나, 표면 처리를 실행하여, 반사판(51, 53)의 반사율을 높이는 처리를 실행한 쪽이 좋은 것은 말할 필요도 없다.

또한, 반사판(51, 53)에 있어서의, 길이 방향(연장 방향)에 직교하는 단면 형상은, 포물선 형상에 한정되는 것이 아니고, 본 발명에 있어서는 적어도 발열체의 배면으로부터의 복사 열을 발열체의 정면 측에 배치된 피가열 대상물을 가열하는 것이 가능한 형상, 예를 들면, 곡면 형상, 다각형 형상 등의 확산 반사 가능한 형상이면 적용 가능하다.

도 10의 (c)에 나타내는 가열 장치는, 전술한 제4실시형태의 발열체 유닛(도 7 참조)을 열 복사원으로서 이용한 것이며, 이 발열체 유닛의 유리관(1)에 반사 막(55)이 형성된 것이다. 반사 막(55)은, 유리관(1)의 외주면에 있어서의 발열체(401)의 오목 면 부분에 대향하는 위치이며, 유리관(1)의 대략 반의 영역에 형성되어 있다. 이 가열 장치에 있어서는, 발열체 유닛(54)과 반사 수단인 반사 막(55)에 의해 열 복사원이 구성되어 있다. 반사 막(55)은, 예를 들면 알루미늄 증착, 금 전사 또는, 세라믹스 코팅 등에 의해 형성된다.

도 10의 (c)에 나타낸 가열 장치에 있어서는, 발열체 유닛(54)에 있어서의 발열체(401)의 배면 측에 반사 막(55)을 설치하고, 그 반사 막(55)에 의해 발열 체(401)로부터의 열 복사를 실질적으로 동일 방향에 반사하도록 구성하고 있다. 이것 때문에, 도 10의 (c)에 나타낸 가열 장치는, 피가열 대상물을 효율 높게 가열하는 것이 가능하게 된다. 이렇게, 발열체 유닛(54)에 있어서의 배면 측에 반사 막(55)을 설치함으로써, 그 반사 막(55)에 의해 배면 측에 방사된 복사 열을 발열체(401)에 되돌리게 되어, 발열체(401)를 더욱 고온도로 하는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 발열체(401)는, 그 곡면 볼록 측으로부터 고에너지의 복사 열을 동일 방향에 방사하여, 피가열 대상물을 효율 높게 가열하는 것이 가능하게 된다.

상기와 같이, 반사 수단인 반사 막(55)을 유리관(1)의 배면에 형성함으로써, 소형으로 복사 효율이 높은 가열 장치를 구축할 수 있다.

(제6실시형태)

이하에, 본 발명에 관련하는 제6실시형태의 가열 장치에 대해서 도 11을 참조하면서 설명한다.

도 11은, 제6실시형태의 가열 장치로서 복사기를 예로 들고, 그 열 복사원이 되는 발열체 유닛(60) 등의 근방을 나타낸 도면이다. 도 11은 발열체 유닛(60)의 길이 방향(연장 방향)에 직교하는 방향에서 절단한 단면도이다.

제6실시형태의 가열 장치인 복사기는, 전술한 제4실시형태의 발열체 유닛(도 7 참조)을 열 복사원으로서 이용한 것이다. 제6실시형태의 복사기에 있어서, 발열체 유닛(60)은, 그 길이 방향에 직교하는 단면이 곡면으로 형성된 발열체(401)를 갖고, 통 형상체(61)에 의해 둘러싸여서 구성되어 있다. 또한, 제6실시형태의 가열 장치인 복사기에는, 도 11에 나타낸 발열체 유닛 등의 이외에, 전력을 공급하는 전 원부, 복사 기구, 복사 기구를 제어하는 제어부, 장치 외관을 형성하는 프레임 등의 일반적으로 복사기에 이용되고 있는 구성 요소가 포함된다.

제6실시형태의 가열 장치는, 복사기이기 때문에 발열체 유닛(60)을 둘러싸는 통 형상체(61)는 토너 정착 롤러이다. 이하에, 통 형상체(61)를 토너 정착 롤러(61)로서 설명한다.

토너 정착 롤러(61)와 가압 롤러(62)는 서로 접해서 회전하도록 구성되어 있다. 토너 정착 롤러(61)와 가압 롤러(62)의 사이에는, 원하는 형상의 토너(63)를 담지(擔持)한 종이(64)가 삽입되어서, 가열과 동시에 가압되어 정착된다. 따라서, 토너 정착 롤러(61)와 가압 롤러(62)와의 사이에 통과되어서, 지상(紙上)의 토너(63)를 효율적으로 정착시키기 위해서, 발열체(401)의 곡면 볼록 측이 토너 정착 롤러(61)와 가압 롤러(62)와 대향면(토너 정착 영역)을 포함하는 영역을 향하도록 배치되어 있다. 단, 발열체(401)의 곡면 볼록 측이 적합한 방향은, 토너 정착 영역에서 상류 측, 즉 토너 정착 롤러(61)의 토너 정착 영역으로부터 앞 측의 영역을 향하도록 배치되어 있다. 이렇게 발열체(401)를 배치함으로써, 토너 정착 롤러(61)에 있어서의 토너 정착 영역에서 상류 측의 부분도 포함해서 가열하고, 그 부분의 축열량을 올려, 발열체(401)로부터 방사된 열량을 효과적으로 토너 정착에 이용하는 것이 가능하게 된다.

제6실시형태의 가열 장치에 있어서, 발열체 유닛(60)을 둘러싸도록 배치되는 토너 정착 롤러(61)인 통 형상체는, 발열체 유닛(60)으로부터 방사된 열을 원하는 방향으로 열 복사하는 것이며, 발열체(401)의 곡면 볼록 측의 중심에 대향하는 영 역이 열 복사 중심이 된다. 이 통 형상체(61)는, 일체물로 구성한 예로 설명하였지만, 복수의 부재를 조합해서 구성해도 좋다.

이렇게 제6실시형태의 가열 장치인 복사기에 있어서는, 지향성을 갖는 발열체 유닛(60)을 효과적으로 배치해서 효율이 높은 열 복사원으로 하는 것이 가능하게 된다.

이어서, 제6실시형태의 가열 장치에 있어서의 온도 제어 방법에 대해서 도 12를 참조하면서 설명한다. 도 12는, 제6실시형태의 가열 장치에 있어서의 온도 제어 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

전원(67)으로부터 공급된 전력이 제어부(66)에 있어서, 사용자로부터의 지령에 따라 제어되어, 발열체 유닛(60)에 통전된다. 통전된 발열체 유닛(60)의 발열체(401)는, 고온도로 발열해서 토너 정착 롤러(61)의 온도를 소정의 온도(토너 정착 온도)까지 상승시킨다. 토너 정착 롤러(61)에는 센서부(65)가 설치되어 있어, 토너 정착 롤러(61)의 온도 검지를 실행하고 있다. 센서부(65)는 토너 정착 롤러(61)의 검지 온도를 제어부(66)에 피드백하고 있으며, 제어부(66)는 발열체 유닛(60)에의 전력을 제어하여, 토너 정착 롤러(61)의 온도 조절을 실행하고 있다.

이상과 같이, 제6실시형태의 가열 장치에 있어서는, 발열체 유닛의 통전 제어를 실행할 경우, 그 제어 조건으로서 검지 온도를 가미하는 것이 가능하다. 또한, 온도 제어로서는, 예를 들면, 서모스탯(thermostat) 등의 온도 검지 수단을 이용한 온 오프 제어, 정확한 온도를 감지하는 온도 감지 센서를 이용한 입력 전원의 위상 제어, 또한 통전율 제어, 제로 크로스 제어 등을 단독 혹은 그것들을 조합해 서 실행함으로써, 고정밀도의 온도 관리가 가능한 가열 장치를 실현할 수 있다.

따라서, 상기와 같이 구성된 제6실시형태의 가열 장치에 의하면, 발열체의 배치 위치에 의한 지향성 제어와, 검지 온도에 의한 통전 제어에 의해, 복사 특성이 우수한 가열과 고정밀도의 온도 관리가 가능하게 된다.

또한, 제6실시형태의 가열 장치에 있어서는, 제4실시형태의 발열체 유닛(도 7 참조)을 열 복사원으로서 이용한 예로 설명하였지만, 열 복사원으로서는 전술한 각 실시형태에서 설명한 어느 발열체 유닛의 구성이라도 적용 가능하며, 마찬가지의 효과를 나타내는 것이다.

또한, 제6실시형태의 가열 장치로서 복사기에 대해서 설명하였지만, 팩시밀리, 프린터 등의 전자 장치에 있어서도 토너 정착을 위한 열 복사원으로서 본 발명의 발열체 유닛을 이용할 수 있으며, 마찬가지의 효과를 나타낸다. 또한, 복사기, 팩시밀리, 프린터 등의 전자 장치에 있어서, 토너 정착에 이용한 기구의 경우, 열 복사원으로서 이용되는 발열체 유닛은 롤러라고 불리는 통 형상체에 의해 둘러싸여서 이용된다.

또한, 본 발명의 가열 장치로서는, 복사기, 팩시밀리, 프린터 등의 전자 장치 이외에, 난방용 스토브(stove) 등의 전기 난방 기기, 조리 가열 등의 조리 기기, 식품 등의 건조기, 및 단시간에 고온도로 가열할 필요가 있는 장치를 포함하는 것이다.

본 발명의 가열 장치에 있어서, 발열체 유닛을 둘러싸는 통 형상체인 롤러의 구성은, 내측이 금속 재료에 의해 형성되고, 외측이 실리콘 수지에 의해 코팅되어 있으며, 롤러의 양쪽 사이드(side)에는 구동용의 기어 등이 설치되어 있다. 또한, 열 등의 흡수성을 높이기 위해서, 롤러의 내측에는 세라믹스나 원적(遠赤) 도료 등을 설치해도 좋다. 또한, 방열·흡열과 강도(强度)의 관점에서 알루미늄과 철 등의 복수의 금속 부재에 의해 통 형상체를 구성해서, 더욱 높은 가열 효율을 도모하는 것도 가능하다.

본 발명의 발열체 유닛을 열원으로서 조리 기기에 이용하였을 경우, 발열체 유닛은 통 형상체에 의해 둘러싸여서 배치된다. 통 형상체는 일체적 혹은 복수의 부재로 구성된 통 형상의 내열 관이다. 조리 기기의 열원으로서, 발열체가 석영 유리관으로 둘러싸여 있는 발열체 유닛을 그대로 이용하였을 경우, 조리에서 사용되는 소금, 간장 등의 조미료 등에 포함되는 알칼리 금속 이온 등으로 석영 유리관이 투명성을 잃게 되고, 파손해버려, 열원으로서의 발열체 유닛이 짧은 수명으로 되어버린다. 이것 때문에, 발열체 유닛을 내열 관인 통 형상체에 의해 둘러싸도록 구성함으로써, 발열체 유닛의 수명 장기화를 도모할 수 있다.

또한, 통 형상체에는 우수한 광 투과성을 갖는 결정화 유리나 원적외선 방사량이 높은 세라믹스 등을 사용함으로써 사용 용도를 넓힐 수 있다.

발열체 유닛의 피가열 대상물과의 위치 관계는, 발열체에 있어서의 가열 중심을 피가열 대상물 측을 향하게 함으로써, 피가열 대상물을 효율 높게 가열할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

이상과 같이, 본 발명의 발열체 유닛에 있어서, 발열체가 탄소계 물질을 주성분으로서 면 방향에 동등한 열 전도성을 갖는, 소위 2차원적 등 방향성의 열전도 를 갖는 필름 시트 형상이며, 가요성, 유연성, 및 탄력성을 갖고 있다. 또한, 발열체는 열전도율이 200W/m·K 이상이며, 두께가 300㎛ 이하로 형성되어 있다. 이렇게 구성된 발열체는, 노치, 구멍, 구부림, 절기 등의 가공이 용이해서, 발열체의 길이 방향에 수직인 단면 형상이 곡면을 갖는 형상으로 하는 것을 용이하게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 발열체 유닛에 있어서의 발열체는, 이 발열체를 내포하는 용기(내열 관)의 형태에 따라, 관 형상, 판 형상, 관 형상을 길이 방향으로 구부린 만곡 형상, 관 형상을 원형으로 형성한 형상 등의 각종 형상으로 변형하는 것이 가능해서, 사용 목적에 따라 고정밀도로 변형해서 장치 내에 조립할 수 있다.

또한, 본 발명의 발열체 유닛에 있어서는, 그 사용 용도에 맞춘 형태로 발열체를 형성하여, 발열체에 있어서의 평면 부분 또는 곡면 부분으로부터 높은 효율로 열 복사가 실행되도록 구성할 수 있다.

또한, 본 발명의 발열체 유닛에 있어서, 발열체는 2차원적 등 방향성의 열전도를 갖고, 가요성, 유연성, 및 탄력성을 갖는 필름 시트 형상이기 때문에, 전류가 흘러서 발열하는 통전 발열 부분뿐만 아니라, 통전 부분 이외의 부위에 있어서도 통전 발열 부분으로부터의 열전도에 의해 발열한다. 이것 때문에, 발열체는 복잡한 패턴(형상)을 갖도록 형성하는 것이 가능하게 되고, 가공에 있어서의 다소의 두께 차에 있어서의 발열 온도의 불균일을 없애는 것이 가능하게 되어, 가공 정밀도의 여유도를 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 발열체 유닛에 있어서는, 통 형상의 내열 관(도 1에 나타내는 유리관(1))의 양단 부분을 밀봉해서 내열 관 내에 가스를 충전함으로써, 내열 관 내의 발열체가 산화하는 일 없이 발열체의 소성 온도 이하로 사용할 수 있기 때문에, 발열체의 설계 여유도를 넓히고 있다. 또한, 본 발명에서 이용한 발열체는 가요성, 유연성, 및 탄력성을 갖고, 고온도에 대하여 형상 유지성이 높기 때문에, 발열체를 원하는 형상으로 형성하는 것이 가능해서, 내열 관 재료의 선정이나, 발열체의 유지 방법에 있어서의 자유도를 높일 수 있다.

전술한 제5실시형태에서 설명한 바와 같이, 도 10의 (a)에 나타낸 가열 장치에 있어서는, 본 발명의 발열체 유닛에 있어서의 발열체의 평면 부분에 대향하는 배면 측의 위치에 반사판을 배치하고, 그 반사판의 길이 방향에 직교하는 단면 형상이 포물선 형상이며, 열 복사원인 발열체에 있어서의 발열 중심이 반사판의 초점의 위치에 배치되어 있다. 이렇게 발열체에 있어서의 발열 중심이 반사판의 초점의 위치에 있기 때문에, 본 발명의 가열 장치는 발열체로부터의 복사 열이 반사판에 의해 반사되어서 효율이 높은 열 복사가 가능하게 된다.

전술한 제5실시형태에서 설명한 바와 같이, 도 10의 (b)에 나타낸 가열 장치에 있어서는, 본 발명의 발열체 유닛에 있어서의 발열체의 곡면 오목 측 부분에 대향하는 위치에 반사판을 배치하고, 그 곡면 오목 측 부분의 길이 방향의 중심 부분에 대향하는 반사판에 있어서의 중심 위치에 발열체의 방향으로 돌출하는 볼록부를 설치하고 있다. 이 반사판의 볼록부에 입사된 열선은, 발열체 이외의 방향으로 반사하고, 다시 반사판에 입사해서 정면 측에 재반사하도록 구성되어 있다. 이렇게 구성된 가열 장치에 있어서는, 발열체로부터의 복사 열이 볼록부의 반사 면에 의해 효율 높게 정면 측으로 방사된다. 또한, 발열체의 적어도 일부가 내열 관으로 덮어 져 있기 때문에, 발열체의 온도가 높아져, 본 발명의 가열 장치에 의해 가열 영역의 온도 분포를 조정하는 것이 가능하게 된다.

또한, 도 10의 (b)에 나타낸 가열 장치에 있어서는, 발열체 유닛의 발열체의 배면 측에 반사판을 배치하고, 그 반사판에 의해 반사된 열선이 발열체를 조사하지 않도록 이 반사판이 구성되어 있기 때문에, 발열체에 대한 반사판에 의한 ２차 가열에 기인하는 온도 상승을 방지하는 것이 가능하게 되어, 변동이 없게 규격이 안정된 가열 장치를 실현할 수 있다. 발열체 유닛에 이용되고 있는 발열체는, 그 저항 변화율이 발열체 자체의 온도에 의해 변화되는 것이다. 또한, 발열체 유닛의 정격의 설정은, 발열체 유닛의 자기 방열만을 고려해서 설정되는 경우가 많아지고 있다. 이렇게 설정한 발열체 유닛을 가열 장치에 조립하였을 경우, 반사판의 형상에 의해 반사판으로부터의 열선에 의해 발열체의 온도가 상승하면 가열 장치의 정격이 바뀌게 된다. 따라서, 본 발명의 가열 장치는, 반사판에 의해 발열체가 조사되지 않도록 구성되어 있기 때문에, 발열체 유닛의 정격이 반사판에 의한 영향을 받는 일이 없어지고, 미리 설정한 원하는 규격을 확실하게 갖는 가열 장치의 설계가 용이하게 된다.

전술한 제5실시형태에서 설명한 바와 같이, 도 10의 (c)에 나타낸 가열 장치에 있어서는, 발열체 유닛에 있어서의 발열체의 배면 측에 반사 막을 설치하고, 그 반사 막에 의해 발열체로부터의 열 복사를 실질적으로 동일 방향에 반사하도록 구성하고 있기 때문에, 피가열 대상물을 효율 높게 가열하는 것이 가능하게 된다. 상기와 같이, 발열체 유닛에 있어서의 배면 측에 반사 막을 설치함으로써, 그 반사 막에 의해 배면 측에 방사된 복사 열을 발열체에 되돌리게 되어, 발열체를 더욱 고온도로 하는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 발열체는, 그 곡면 볼록 측에서 고에너지의 복사 열을 동일 방향으로 방사하여, 피가열 대상물을 효율 높게 가열하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 가열 장치에 있어서는, 전술한 제6실시형태에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 발열체 유닛을 설치하고, 또한 그 발열체 유닛을 덮는 통 형상체를 배치한 구성으로 하는 것도 가능하다. 이렇게 구성함으로써, 피가열 대상물 등으로부터 나오는 이물질, 예를 들면, 육즙, 조미료 등이 통 형상체에 가로막혀서 직접 발열체 유닛에 접하는 것이 방지된다. 이것에 의해, 발열체 유닛의 표면 열화에 의한 파손, 단선을 방지하는 것이 가능하게 되어, 장수명의 가열 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 가열 장치에 있어서는, 발열체 유닛을, 예를 들면, 복사기 등의 전자 기기의 열원으로 하였을 경우, 발열체 유닛을 덮는 통 형상체가 토너 정착 롤러로서 이용되고, 이 토너 정착 롤러에 있어서의 종이가 접하는 부분을 효율 높게 가열하는 것이 가능한 구성이 된다.

또한, 본 발명의 가열 장치에 있어서, 발열체의 적어도 일부를 내열 관으로 덮은 구성으로 함으로써, 발열체 온도를 높게 하는 것이 가능하게 되어, 가열 분포를 변경할 수 있는 가열 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 발열체 유닛 및 가열 장치에 있어서는, 탄소계 물질을 주성분으로서 2차원적 등 방향성의 열전도를 갖고, 가요성, 유연성, 및 탄력성을 갖고 있으며, 또한 열 전도성이 200W/m·K 이상이며, 두께가 300㎛ 이하인 필름 시트 형상의 발열체를 이용하고 있으며, 이 발열체는 방사율이, 80％ 이상의 높은 특성을 갖는다.

발명을 어느 정도의 상세함을 가지고 호적한 형태에 대해서 설명하였지만, 이 호적한 형태의 현 개시 내용은 구성의 세부에 있어서 변화될 수 있는 것이며, 각 요소의 편성이나 순서의 변화는 청구된 발명의 범위 및 사상을 일탈(逸脫)하는 일 없이 실현할 수 있는 것이다.

본 발명에 관련하는 발열체 유닛은 소형으로 효율이 높기 때문에 범용성이 높은 열원이 되고, 또한 이 발열체 유닛을 이용한 가열 장치는 효율이 높은 가열이 가능하게 되어 유용하다.

Claims (28)

1. 탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 필름 시트 형상으로 형성되어, 면 방향에 동등한 열 전도성을 갖는 발열체와, 상기 발열체에 있어서의 대향하는 양단에 전력을 공급하는 전력 공급부와, 상기 발열체와 상기 전력 공급부를 내포(內包)하는 용기를 구비하는 발열체 유닛.
2. 제1항에 있어서,

   상기 발열체는, 전류가 흘러서 발열해 열 복사하는 통전(通電) 발열 부분과, 상기 통전 발열 부분으로부터의 열전도에 의해 발열해서 열 복사하는 전열 발열 부분을 구비하는 발열체 유닛.
3. 제1항에 있어서,

   상기 발열체는, 광폭(廣幅) 부분과 협폭(狹幅) 부분이 번갈아 연속적으로 길이 방향에 배치된 발열체 유닛.
4. 제3항에 있어서,

   상기 발열체의 광폭 부분에 구멍을 뚫어 통전 발열 경로를 형성하고, 상기 발열체가 상기 통전 발열 경로에 있어서의 단위 길이의 저항치가 상이한 광폭 부분을 구비하는 발열체 유닛.
5. 제1항에 있어서,

   상기 전력 공급부는, 상기 발열체를 유지하는 유지 블록을 갖추고, 상기 발열체에 있어서의 유지 부분의 적어도 한쪽 측에 내열성 부재를 구비하는 발열체 유닛.
6. 제1항에 있어서,

   상기 전력 공급부는, 상기 발열체를 유지하는 유지 블록을 갖추고, 상기 유지 블록에 있어서의 유지 부분의 일부에 볼록부를 형성한 발열체 유닛.
7. 제1항에 있어서,

   상기 발열체가 가요성(可撓性), 유연성, 및 탄력성을 갖는 재료로 형성된 발열체 유닛.
8. 제1항에 있어서,

   상기 발열체에 있어서의 길이 방향의 적어도 일부의 영역은, 길이 방향에 있어서의 단위 길이의 저항치가 상이한 형상으로 구성된 발열체 유닛.
9. 제1항에 있어서,

   상기 용기가 내열성을 갖는 유리관 또는 세라믹스 관의 어느 하나에 의해서 구성된 발열체 유닛.
10. 제1항에 있어서,

    상기 발열체의 길이 방향에 직교하는 단면 형상의 적어도 일부가, 곡면을 가지고 형성된 발열체 유닛.
11. 제1항에 있어서,

    상기 용기의 길이 방향의 적어도 일부의 부위가, 곡면을 갖는 형상으로 구성된 발열체 유닛.
12. 제1항에 있어서,

    통 형상인 상기 용기의 적어도 한쪽 끝을 상기 전력 공급부에서 밀봉하고, 상기 용기 내에 불활성 가스를 충전(充塡)한 발열체 유닛.
13. 제1항에 있어서,

    상기 발열체는, 두께 방향에 있어서 복수의 필름 시트 소재를 서로 공극(空隙)을 통해서 적층한 필름 시트 형상이며, 전도율이 200W/m·K 이상의 재료로 형성된 발열체 유닛.
14. 제1항에 있어서,

    상기 발열체는, 두께가 300㎛ 이하의 필름 시트 형상인 발열체 유닛.
15. 제1항에 있어서,

    상기 발열체는, 고분자 필름, 또는 필러를 첨가한 고분자 필름을 2400℃ 이상의 온도로 열처리함으로써 얻은 그래파이트 필름으로 형성된 발열체 유닛.
16. 제1항에 있어서,

    상기 발열체에 있어서의, 외형 형상, 구멍 형상, 및 칼집 형상의 적어도 일부는, 레이저에 의해 가공된 발열체 유닛.
17. 탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 필름 시트 형상으로 형성되어, 면 방향에 동등한 열 전도성을 갖는 발열체와, 상기 발열체에 있어서의 대향하는 양단에 전력을 공급하는 전력 공급부와, 상기 발열체와 상기 전력 공급부를 내포하는 용기를 갖는 발열체 유닛을 구비하고, 상기 발열체에 대향하는 위치에 반사 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 가열 장치.
18. 제17항에 있어서,

    상기 발열체는, 전류가 흘러서 발열해 열 복사하는 통전 발열 부분과, 상기 통전 발열 부분으로부터의 열전도에 의해 발열해서 열 복사하는 전열 발열 부분을 구비하는 가열 장치.
19. 제17항에 있어서,

    상기 발열체는, 광폭 부분과 협폭 부분이 번갈아 연속적으로 길이 방향에 배치된 가열 장치.
20. 제19항에 있어서,

    상기 발열체의 광폭 부분에 구멍을 뚫어 통전 발열 경로를 형성하고, 상기 발열체가 상기 통전 발열 경로에 있어서의 단위 길이의 저항치가 상이한 광폭 부분을 구비하는 가열 장치.
21. 제17항에 있어서,

    상기 반사 수단은 길이 방향의 단면 형상이 곡면 형상을 갖는 반사판인 가열 장치.
22. 제17항에 있어서,

    상기 반사 수단은 길이 방향의 단면 형상이 곡면 형상을 갖는 반사판이며, 상기 반사판의 일부에 발열체의 방향으로 돌출한 볼록부가 형성된 가열 장치.
23. 제17항에 있어서,

    상기 반사 수단이 상기 발열체 유닛에 형성된 반사 막(膜)인 가열 장치.
24. 탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 필름 시트 형상으로 형성되어, 면 방향에 동등한 열 전도성을 갖는 발열체와, 상기 발열체에 있어서의 대향하는 양단에 전력을 공급하는 전력 공급부와, 상기 발열체와 상기 전력 공급부를 내포하는 용기를 갖는 발열체 유닛을 구비하여, 상기 발열체 유닛의 외주를 둘러싸도록 구성된 통 형상체가 배치된 가열 장치.
25. 제24항에 있어서,

    상기 발열체는, 전류가 흘러서 발열해 열 복사하는 통전 발열 부분과, 상기 통전 발열 부분으로부터의 열전도에 의해 발열해서 열 복사하는 전열 발열 부분을 구비하는 가열 장치.
26. 제24항에 있어서,

    상기 발열체는, 광폭 부분과 협폭 부분이 번갈아 연속적으로 길이 방향에 배치된 가열 장치.
27. 제26항에 있어서,

    상기 발열체의 광폭 부분에 구멍을 뚫어 통전 발열 경로를 형성하고, 상기 발열체가 상기 통전 발열 경로에 있어서의 단위 길이의 저항치가 상이한 광폭 부분을 구비하는 가열 장치.
28. 제17항에 있어서,

    발열체 유닛의 전기적 제어를 실행하는 제어 회로를 갖추고, 상기 제어 회로가 온 오프 제어, 통전율 제어, 위상 제어, 및 제로 크로스 제어의 각각의 회로를 단독, 혹은 적어도 2개를 조합해서 구성된 가열 장치.

Images