KR20110004421A - 발열체 유닛 및 가열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 발열체 유닛은, 탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 필름 시트 소재로 형성되고, 이차원적 등방향성의 열전도를 가지는 띠 형상의 발열체(2)를 용기(1) 내에 봉입하고, 발열체(2)의 단부의 발열체 유지부(2a)를 유지구(3)에 의해 유지하도록 형성하고, 상기 유지구(3)는, 발열체 유지부(2a)가 감기는 후크 걸림부(3a)와, 발열체 유지부(2a)를 끼워서 후크 걸림부(3a)에 장착되는 후크부(3b)와, 후크 걸림부(3a)로부터 연장 설치되어 발열 유지부(2a)를 맞물어 고정하는 잠금부(3c)를 구비해서 구성되어 있다.

Description

발열체 유닛 및 가열 장치{HEATING ELEMENT UNIT AND HEATING DEVICE}

본 발명은, 열원으로서 사용되는 발열체 유닛 및 그 발열체 유닛을 이용한 가열 장치에 관한 것이며, 특히, 탄소계 물질을 주성분으로 하여 필름 시트 형상으로 형성된 발열체를 가지는 발열체 유닛 및 그 발열체 유닛을 이용한 가열 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 가열 장치로서는, 예를 들면 복사기, 팩시밀리, 프린터 등의 전자 장치, 및 전기난방 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. 이 때문에, 발열체 유닛에 대해서는, 이 발열체 유닛이 이용되는 기기의 기능, 형상, 구성 등의 사양에 대응할 수 있도록 각종 요구가 있다. 예를 들면, 열원으로서 높은 온도가 되는 것, 지정된 온도를 유지할 수 있는 것, 온도 조정 범위가 넓은 것, 입력 전력에 대하여 높은 효율로 가열 에너지로 변환할 수 있는 것, 피(被)가열 대상물을 균일하게 가열할 수 있는 것, 지정된 방향만을 가열하는 지향성(指向性)을 가지는 것, 전원 투입 시의 돌입(突入) 전류가 적은 것, 설정 온도까지의 시동(start-up) 시간이 짧은 것, 및 발열체 유닛의 소형화가 가능하며 탈착이 용이한 구조인 것 등의 요구가 있다.

상기와 같은 요구를 만족시키는 것을 목적으로 하여, 각종의 발열체 유닛이 제안되어 있다.

길이가 긴 형상의 열원이 되는 종래의 발열체 유닛에는, 원통 형상의 유리관 내부에 가늘고 긴 코일 형상의 텅스텐 선, 또는 봉 형상 혹은 판 형상의 탄소계 소결체(燒結體)가 발열체로서 봉입되어서 구성되어 있었다. 최근, 이러한 발열체 대신에, 피가열 대상물을 더욱 균일하고, 또한 더욱 고온도로 가열할 수 있는 범용성이 높은 발열체 유닛으로서, 탄소계 물질을 주성분으로 한 섬유를 수지로 함침(含浸)하여 온도 처리를 실시한 가늘고 긴 시트 형상(띠 형상)의 발열체를 이용한 것이 제공되고 있다.

발열체 유닛에 있어서, 유리관 내부에 수용되는 발열체의 양단 부분에는, 전원을 공급하기 위한 부재(전력 공급 부재)가 부착되어 있으며, 이 전력 공급 부재는 발열체에 대하여 확실하게 장착됨과 더불어, 높은 효율로 전력을 공급할 수 있도록 구성되는 것이 필요하다. 또한, 발열체 유닛에 있어서의 발열체와 전력 공급 부재는, 가늘고 파손되기 쉬운 유리관의 내부의 소정 위치에 배치되어 봉입되는 구성이기 때문에, 발열체 유닛의 제조에 있어서는, 발열체와 전력 공급 부재를 용이하고, 또한 확실하게 유리관 내부에 장착할 수 있는, 작업성이 우수한 구조를 가지는 것이 필요하다. 또한, 열원으로서 사용되는 발열체 유닛에 있어서는, 안전성이 높고, 장기간의 사용을 견디는 신뢰성이 높은 장치인 것이 절대적인 조건이다.

JP2004-193130 A JP2006-040898 A JP2005-116412 A JP2005-149809 A

탄소계 물질을 주성분으로 한 섬유를 수지로 함침하여 온도 처리를 실시한 가늘고 긴 시트 형상(띠 형상)의 발열체를 이용한 종래의 발열체 유닛에 있어서는, 발열체의 양단 부분을 귀금속으로 피복하고, 그 피복 부분을 금속 슬리브로 덮어서, 금속 슬리브와 피복 부분을 땜납 금속에 의해 납땜한 것이 있었다(일본국 특개 2004-193130호 공보 참조.). 이러한 땜납 금속에 의해 발열체와 금속 슬리브를 용착하는 방법은, 발열체가 고온도(예를 들면, 1100℃)가 되는 발열체 유닛에 있어서, 발열체로부터의 열전도에 의해 납땜 부분이 용융되어, 경우에 따라서는 발열체가 빠진다고 하는 안전성의 면에서 큰 문제가 있었다.

또한, 종래의 발열체 유닛에 있어서는, 가늘고 긴 시트 형상의 발열체의 양단 부분에 전력 공급 부재를 압착한 구성의 것이 있었다(일본국 특개 2006-040898호 공보 참조.). 이렇게 구성된 종래의 발열체 유닛에 있어서는, 발열체로서 복수의 탄소 섬유를 수지에 의해 시트 형상으로 고착해서 형성한 것이 이용되고 있었다. 이렇게 형성된 종래의 발열체 유닛에 있어서의 시트 형상의 발열체는, 그 표면이 매끄럽기 때문에, 전력 공급 부재가 강한 협착력을 가지지 않을 경우에는, 발열체가 전력 공급 부재로부터 탈락할 우려가 있어, 신뢰성이 부족하다는 문제를 가지고 있었다.

본 발명자들은, 종래의 발열체 유닛에 이용되고 있던 탄소계 물질을 주성분으로 한 시트 형상의 발열체와는, 재료 및 제조 방법에 있어서 전혀 다른 새로운 필름 시트 형상의 재료를 발열 재료로 해서 발열체에 적용하고, 새로운 열원으로서의 발열체 유닛의 개발에 몰두해 왔다. 그러한 발열체 유닛에 이용되는 발열체에 적용하고자 하는 새로운 필름 시트 형상의 재료는, 종래의 발열체의 표면보다 더욱 매끄러운 표면을 가지고, 또한 유연성을 가지고 있다. 또한, 이 필름 시트 형상의 재료는, 강도적(强度的)으로는 강한 것이 아니어서, 큰 힘을 받으면, 찢어져서 파괴될 우려가 있었다. 이 때문에, 새로운 필름 시트 형상의 재료를 발열체로서 이용하여 전술한 바와 같은 종래의 발열체 유닛에 있어서의 전력 공급 부재의 구성을 그대로 적용해서, 발열체 유닛을 구성하는 것은 안전성 및 신뢰성의 면에서 문제가 있었다.

본 발명은, 피가열 대상물을 소망의 배열(配熱) 분포로, 또한 고온도로 가열할 수 있는 효율이 높은 열원으로서의 발열체 유닛 및 가열 장치를, 안전성 및 신뢰성이 높고, 용이하게 제조할 수 있는 구성으로 하는 것을 목적으로 한다. 그 결과로서, 본 발명에 의하면, 안전성 및 신뢰성이 높고, 용이하게 제조할 수 있는 발열체 유닛 및 가열 장치를 제공할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 있어서는, 열원으로서 발열체 유닛을 이용한 가열 장치는, 화상(畵像) 정착 장치, 및 화상 정착 장치를 구비한 화상 형성 장치를 포함하는 것이다. 화상 형성 장치로서는, 예를 들면 복사기, 팩시밀리, 프린터, 및 이들의 기능을 갖춘 복합기 등의 열원을 필요로 하는 기기가 포함된다.

화상 형성 장치에 있어서의 화상 형성 프로세스에는, 미(未)정착 토너 화상을 담지한 피기록 부재, 예를 들면 종이를 가압함과 더불어 고온도로 가열해서 화상을 정착하는 화상 정착 장치가 이용되고 있다.

화상 정착 장치에 있어서의 열원으로서는, 발열체 유닛이 이용되고 있다. 화상 정착 장치에 이용되고 있는 종래의 발열체 유닛으로서는, 텅스텐 재료에 의해 형성된 발열체를 이용한 할로겐 히터, 혹은 흑연 등의 결정화 탄소, 저항값 조정 물질 및 비정질 탄소의 혼합물로 형성된 가늘고 긴 판 형상의 발열체를 이용한 카본 히터를 들 수 있다.(일본국 특개 2005-116412호 공보 및 일본국 특개 2005-149809호 공보 참조.)

본 발명에 있어서는, 전술한 목적을 달성한 발열체 유닛을 이용해서, 정착 처리에 있어서 피가열 대상물을 소망의 배열 분포로, 고온도로 효율 높게 가열할 수 있음과 더불어, 시동이 빨라서, 에너지 소비를 저감할 수 있는 열원을 가지는 화상 정착 장치 및 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.

상기 종래 기술에 있어서의 문제를 해결해서 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 제1관점의 발열체 유닛은,

탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 필름 시트로 형성되고, 2차원적 등방향성(等方向性)의 열전도를 가지는 띠 형상의 발열체와,

상기 발열체에 있어서의 대향하는 양단에 전력을 공급하는 전력 공급부와,

상기 발열체와 상기 전력 공급부의 일부를 내포하는 용기를 구비하는 발열체 유닛으로써,

상기 용기 내부에 있어서의 상기 전력 공급부는, 상기 발열체의 양단에 있는 발열체 유지부를 유지하는 유지구와, 상기 유지구에 접속된 내부 리드선부를 가지고, 상기 유지구는, 상기 발열체 유지부가 감기는 후크 걸림부(hook-received portion)와, 상기 후크 걸림부로부터 연장 설치되어서 상기 발열체를 맞물어 고정하는 잠금부(engagement-stop portion)와, 상기 발열체 유지부를 끼워서 상기 후크 걸림부에 장착되는 후크부(hook portion)를 가지고 구성되어 있다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제1관점의 발열체 유닛은, 피가열 대상물을 소망의 배열 분포로, 또한 고온도로 가열할 수 있어, 안전성 및 신뢰성이 높고, 또한 효율이 높은 열원으로 되어, 제조가 용이한 구성이 된다.

본 발명에 의한 제2관점의 발열체 유닛에 있어서, 상기 제1관점의 상기 후크 걸림부에 있어서, 상기 발열체 유지부를 받는 부위가 상기 발열체의 길이 방향에 직교하는 폭 방향으로 연장 설치되어 있다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제2관점의 발열체 유닛에 있어서는, 발열체가 유지구에 확실하게 맞물려서 누락되지 않아, 간단한 구성으로 안전성 및 신뢰성이 높은 열원이 된다.

본 발명에 의한 제3관점의 발열체 유닛에 있어서, 상기 제2관점의 상기 발열체 유지부에 구멍 또는 노치(notch)가 형성되고, 상기 구멍 또는 노치의 내부에 상기 잠금부가 배치되어 있다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제3관점의 발열체 유닛에 있어서는, 간단한 구성을 가지고 있으며, 제조가 용이한 열원이 된다.

본 발명에 의한 제4관점의 발열체 유닛에 있어서, 상기 제3관점의 상기 구멍 또는 노치의 내부에 배치된 상기 잠금부가 상기 내부 리드선부에 접합되어 있다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제4관점의 발열체 유닛은, 간단한 구성을 가지고, 제조가 용이한 열원이 된다.

본 발명에 의한 제5관점의 발열체 유닛에 있어서, 상기 제4관점의 상기 후크 걸림부와 상기 잠금부가 선재(線材)에 의해 일체적으로 형성되며, 상기 후크 걸림부가 상기 선재를 굴곡시켜서 상기 발열체 유지부가 감기도록 구성되고, 상기 잠금부가 상기 내부 리드선부에 연결되도록 구성되어 있다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제5관점의 발열체 유닛은, 간단한 구성을 가지고, 제조가 용이한 열원이 된다.

본 발명에 의한 제6관점의 발열체 유닛에 있어서, 상기 제4관점의 상기 후크 걸림부와 상기 잠금부가 선재에 의해 일체적으로 형성되며, 상기 발열체 유지부의 폭 방향의 가장자리부에 형성된 노치의 내부에 상기 잠금부가 배치되어 있다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제6관점의 발열체 유닛은, 간단한 구성을 가지고 있으며, 제조가 용이한 열원이 된다.

본 발명에 의한 제7관점의 발열체 유닛에 있어서, 상기 제1관점의 상기 후크 걸림부와 상기 잠금부가 1개의 선재에 의해 형성되며, 상기 선재를 굴곡시켜서 상기 후크 걸림부와 상기 잠금부가 형성되어 있다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제7관점의 발열체 유닛은, 간단한 구성을 가지고 있으며, 제조가 용이한 열원이 된다.

본 발명에 의한 제8관점의 발열체 유닛에 있어서, 상기 제1관점의 상기 후크부가 탄성재로 형성되며, 상기 후크 걸림부에 대하여 탄성력에 의해 장착되도록 구성되어 있다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제8관점의 발열체 유닛은, 후크 걸림부에 발열체를 용이하고, 또한 확실하게 고정할 수 있어, 안전성 및 신뢰성이 높은 열원을 용이하게 제조할 수 있다.

본 발명에 의한 제9관점의 발열체 유닛에 있어서, 상기 제1관점의 상기 후크 걸림부가 도전성 재료로 형성되어 있다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제9관점의 발열체 유닛은, 발열체에의 전력 공급이 확실하게 되어 신뢰성이 높은 열원을 제공할 수 있다.

본 발명에 의한 제10관점의 발열체 유닛에 있어서, 상기 제1관점의 상기 유지구는, 상기 발열체를 상기 용기 내부의 소정 위치에 배치하기 위한 위치 규제 기능을 가지고, 상기 유지구에 있어서의 단부가 상기 용기의 내면에 근접해서 배치된다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제10관점의 발열체 유닛은, 발열체가 용기 내의 소망의 위치에 배치되어, 안전성 및 신뢰성이 높은 열원을 제공할 수 있다.

본 발명에 의한 제11관점의 발열체 유닛에 있어서, 상기 제1관점의 상기 발열체가 발열체 자체에 있어서의 열 수축 및 열 팽창을 흡수하는 탄성력을 가지는 구조를 구비하고, 상기 유지구에 전력을 공급하는 상기 내부 리드선부에 탄성 구조를 가지지 않는 구성이다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제11관점의 발열체 유닛은, 발열체를 간단한 구성으로 용기 내의 소망의 위치에 확실하게 배치할 수 있기 때문에, 신뢰성 및 효율이 높은 열원이 된다.

본 발명에 의한 제12관점의 발열체 유닛에 있어서, 상기 제1관점의 상기 발열체는, 탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 형성된 층간(層間) 구조를 가진다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제12관점의 발열체 유닛은, 고온도로 가열할 수 있어, 안전성 및 신뢰성이 높고, 또한 효율이 높은 열원이 된다.

본 발명에 의한 제13관점의 발열체 유닛에 있어서, 상기 제1관점의 상기 용기는, 내열성을 가지는 유리관 또는 세라믹관에 의해 형성되며, 불활성 가스가 충전되어서 상기 전력 공급부에서 밀봉되어 있다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제13관점의 발열체 유닛은, 피가열 대상물을 균일하고, 또한 고온도로 가열할 수 있어, 안전성 및 신뢰성이 높은 열원이 된다.

본 발명에 의한 제14관점의 가열 장치는, 상기 제1 내지 제13관점에 있어서의 발열체 유닛을 열원으로서 장비하고 있기 때문에, 안전성 및 신뢰성이 높고, 용이하게 제조할 수 있는 구성이 된다.

본 발명에 의한 제15관점의 화상 정착 장치는,

미정착 토너 화상이 담지된 피기록 부재를 가열하는 가열체와,

상기 가열체에 대향해서 배치되고, 상기 가열체에 대하여 상기 피기록 부재를 통해서 가압하는 가압체를 구비하고,

상기 가열체가 가열원으로서 발열체를 가지고, 상기 발열체가 탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 필름 시트로 띠 형상으로 형성되고, 2차원적 등방향성의 열전도를 가진다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제15관점의 화상 정착 장치는, 시동이 빠르고, 에너지 소비를 저감할 수 있다.

본 발명에 의한 제16관점의 화상 정착 장치에 있어서, 상기 제15관점의 상기 발열체는, 탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 형성된 층간 구조를 가진다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제16관점의 화상 정착 장치는, 시동이 빠르고, 피기록 부재를 소망의 배열 분포로 효율 높게 가열할 수 있어, 신뢰성이 높은 화상 정착이 가능해진다.

본 발명에 의한 제17관점의 화상 정착 장치에 있어서, 상기 제16관점의 상기 발열체는, 통전(通電)에 의한 평형 점등 시의 저항의 값을 미통전 시의 저항의 값으로 나눈 저항 변화율의 값이 1.2로부터 3.5의 범위이며, 발열체 온도와 저항값이 비례하는 정특성을 가진다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제17관점의 화상 정착 장치는, 시동이 빠르고, 피기록 부재를 소망의 배열 분포로, 또한 고정밀도로 효율 높게 가열할 수 있다.

본 발명에 의한 제18관점의 화상 정착 장치에 있어서, 상기 제17관점의 상기 발열체는, 두께가 300㎛ 이하의 박막체이어도 좋다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제18관점의 화상 정착 장치는, 열 용량이 적고, 시동이 빠른 열원을 이용해서, 에너지 소비를 저감한 정착이 가능해진다.

본 발명에 의한 제19관점의 화상 정착 장치에 있어서, 상기 제17관점의 상기 발열체는, 밀도가 1.0g/㎤ 이하의 경막체(輕膜體)이어도 좋다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제19관점의 화상 정착 장치는, 열 용량이 적고, 시동이 빠른 열원을 이용해서, 에너지 소비를 저감한 정착이 가능해진다.

본 발명에 의한 제20관점의 화상 정착 장치에 있어서, 상기 제17관점의 상기 발열체는, 열전도율이 200W/m·K 이상의 재료로 형성되어도 좋다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제20관점의 화상 정착 장치는, 발열체가 우수한 열전도를 가지기 때문에, 균일한 배열 분포의 가열이 가능해진다.

본 발명에 의한 제21관점의 화상 정착 장치에 있어서, 상기 제17관점의 상기 가열체는, 상기 발열체와 함께 이 발열체의 대향하는 양단에 전력을 공급하는 전력 공급부의 일부를 수용하는 용기를 가지고, 상기 용기가 내부에 불활성 가스를 충전해서 상기 전력 공급부에서 밀봉된 구조를 가져도 좋다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제21관점의 화상 정착 장치는, 신뢰성이 높은 열원을 가지는 화상 정착 장치가 되어, 소망의 배열 분포로, 고온도로 효율 높게 가열하는 것이 가능해진다.

본 발명에 의한 제22관점의 화상 정착 장치에 있어서, 상기 제17관점의 상기 가열체에는, 상기 발열체에 의한 가열 영역을 규정하기 위한 반사부가 설치되어 있다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제22관점의 화상 정착 장치는, 가열 영역을 소망의 배열 분포로, 고온도로 효율 높게 가열하는 것이 가능해져서, 신뢰성이 높은 정착 처리가 가능해진다.

본 발명에 의한 제23관점의 화상 정착 장치에 있어서, 상기 제17관점의 상기 가열체에 상기 발열체가 복수 설치되어 있고, 복수의 상기 발열체에 있어서의 길이 방향의 각 중심축이, 상기 피기록 부재의 반송 방향에 직교해서 직선 상(上)에 배치되어도 좋다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제23관점의 화상 정착 장치는, 피기록 부재에 따라서 가열 영역을 전환하는 것이 가능해져서, 고온도로 효율이 높은 가열을 소망의 영역에 특정하는 것이 가능해진다.

본 발명에 의한 제24관점의 화상 정착 장치에 있어서, 상기 제17관점의 상기 가열체에 있어서, 상기 발열체에 대향하는 면에 적외선을 흡수하는 부재에 의해 막체(膜體)를 형성해도 좋다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제24관점의 화상 정착 장치는, 가열체가 발열체로부터의 열을 효율 높게 흡수하여, 피기록 부재에 대해 고온도로 효율이 높은 가열이 가능해진다.

본 발명에 의한 제25관점의 화상 정착 장치에 있어서, 상기 제17관점의 상기 발열체의 가열 범위는, 상기 가열체와 상기 가압체에 의한 상기 피기록 부재의 압압(押壓) 부위인 닙부(nip portion)와, 이 닙부보다 피기록 부재의 반송 방향에 있어서의 상류측의 부위를 포함하는 것으로 해도 좋다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제25관점의 화상 정착 장치는, 화상 정착 처리를 높은 효율로, 확실하게 실행할 수 있다.

본 발명에 의한 제26관점의 화상 형성 장치는, 상기 제15관점 내지 제25관점에 있어서의 어느 하나의 화상 정착 장치를 구비하고 있다. 이렇게 구성된 본 발명에 의한 제26관점의 화상 형성 장치는, 피가열 대상물인 피기록 부재를 소망의 배열 분포로, 또한 고온도로 가열할 수 있음과 더불어, 시동이 빠르고, 에너지 손실을 저감해서 고정밀도의 가열 제어를 실행할 수 있다.

본 발명에 의하면, 안전성 및 신뢰성이 높고, 또한 효율이 높은 열원이 되는 발열체 유닛을 구성할 수 있음과 더불어, 작업 효율이 높고 우수한 생산성을 가지는 제조가 용이한 발열체 유닛을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 상기의 효과를 가지는 발열체 유닛이 열원으로서 가열 장치에 장착되어 있기 때문에, 안전성 및 신뢰성이 높고, 효율이 높은 가열 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 피가열 대상물인 피기록 부재를 소망의 배열 분포로, 또한 고온도로 가열할 수 있는 효율이 높은 열원을 가지는 가열 장치를 제공하는 것이 가능해진다. 특히, 본 발명에 의하면, 시동이 빠르고, 에너지 소비를 저감한 정착 처리를 실행할 수 있는 화상 정착 장치 및 화상 형성 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 제1실시 형태의 발열체 유닛의 구성을 나타내는 평면도.
도 2는 도 1에 나타낸 발열체 유닛의 정면도.
도 3은 제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체의 단부에 부착된 유지구(3) 등을 나타내는 평면도.
도 4는 제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서의 유지구 등의 정면도.
도 5는 본 발명에 의한 제2실시 형태에 있어서의 실시예 1의 유지구가 발열체에 장착된 상태를 나타내는 평면도.
도 6은 제2실시 형태에 있어서의 실시예 2의 유지구가 발열체에 장착된 상태를 나타내는 평면도.
도 7은 제2실시 형태에 있어서의 실시예 3의 유지구가 발열체에 장착된 상태를 나타내는 평면도.
도 8은 제2실시 형태에 있어서의 실시예 4의 유지구가 발열체에 장착된 상태를 나타내는 평면도.
도 9는 제2실시 형태에 있어서의 실시예 5의 유지구가 발열체에 장착된 상태를 나타내는 평면도.
도 10은 제2실시 형태에 있어서의 실시예 6의 유지구가 발열체에 장착된 상태를 나타내는 평면도.
도 11은 본 발명에 의한 제3실시 형태의 발열체 유닛의 구조를 나타내는 평면도.
도 12는 본 발명에 의한 제4실시 형태의 발열체 유닛의 구성을 나타내는 평면도.
도 13은 도 12의 발열체 유닛의 정면도.
도 14는 본 발명에 의한 제5실시 형태의 가열 장치의 일례를 나타내는 사시도.
도 15는 본 발명에 의한 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 있어서의 주요한 구성을 나타내는 도면.
도 16은 제6실시 형태에 있어서의 발열체 유닛의 발열체에 있어서의 온도[℃]와 저항[Ω]의 관계를 나타내는 온도 특성도.
도 17은 본 발명에 의한 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92), 및 종래의 히터인 카본 히터와 할로겐 히터의 시동 특성을 나타내는 그래프.
도 18은 각종 히터에 있어서의 돌입 전류를 비교한 도면이며, (a)는 본 발명에 의한 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛의 시동 시의 전류 파형, (b)는 종래의 카본 히터의 시동 시의 전류 파형, (c)는 할로겐 히터의 시동 시의 전류 파형.
도 19는 본 발명에 의한 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛, 및 종래의 히터에 의해 피가열 대상물을 가열했을 때의 동판(銅板) 온도의 측정 결과를 나타내는 그래프.

이하, 본 발명에 의한 발열체 유닛 및 그 발열체 유닛을 이용한 가열 장치의 호적한 실시 형태에 대해서 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다.

(제1실시 형태)

본 발명에 의한 제1실시 형태의 발열체 유닛에 대해서 도 1 내지 도 4를 이용해서 설명한다. 도 1은 제1실시 형태의 발열체 유닛의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 1에 있어서는, 이 발열체 유닛이 길이가 긴 형상이기 때문에, 그 중간 부분을 파단(破斷)해서 생략하고, 양단 부분 근방을 나타내고 있다. 도 2는 도 1에 나타낸 발열체 유닛의 정면도이다.

제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 내열성을 가지는 가늘고 긴 용기(1)의 내부에 필름 시트 형상으로 띠 형상의 발열체(2)가 배치되어 있다. 띠 형상의 발열체(2)는 용기(1)의 길이 방향을 따라 연장되어 배치되어 있다. 제1실시 형태의 발열 유닛에 있어서는, 용기(1)가 투명한 석영 유리관에 의해 형성되어 있고, 석영 유리관의 양단 부분이 평판(平板) 형상으로 용착되어서 용기(1)가 구성되어 있다. 발열체(2)를 수용하는 용기 내부에는, 불활성 가스로서의 아르곤 가스가 봉입되어 있다. 용기 내부에 봉입 가능한 불활성 가스로서는, 아르곤 가스에 한정되는 것은 아니며, 아르곤 가스 이외에, 질소 가스, 또는 아르곤 가스와 질소 가스, 아르곤 가스와 제논 가스, 아르곤 가스와 크립톤 가스 등의 혼합 가스를 이용해도 본원발명과 동일한 효과를 나타내고, 봉입해야 할 불활성 가스로서는 목적에 따라서 적당히 선택하는 것이 가능하다. 용기(1)의 내부에 불활성 가스를 봉입하는 것은, 고온도로 사용했을 때에, 용기 내부의 탄소계 물질인 발열체(2)의 산화를 방지하기 위해서이다. 또한, 용기(1)의 재료로서는, 내열성, 절연성 및 열투과성을 가지는 재료이면 이용할 수 있고, 예를 들면 석영 유리 외에, 소다 석회 유리, 붕규산 유리, 납 유리 등의 유리재, 세라믹재 등으로부터 적당히 선택된다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1실시 형태의 발열체 유닛은, 용기(1)와, 열복사 막체로서의 가늘고 긴 띠 형상의 발열체(2)와, 이 발열체(2)를 용기 내의 소정 위치에 유지하기 위해서 발열체(2)의 길이 방향의 양단 부분에 설치되어, 발열체(2)에 전력을 공급하기 위한 제1 및 제2전력 공급부(10a, 10b)를 구비하고 있다.

발열체(2)의 양단에 설치된 제1 및 제2전력 공급부(10a, 10b)는, 발열체(2)의 양단에 부착된 유지구(3)를 포함하고 있다. 유지구(3)에 있어서, 한쪽의 유지구(3)(도 1에 있어서는 좌측의 유지구(3))에는 제1내부 리드선부(11a)가 부착되어 있고, 다른 쪽의 유지구(3)(도 1에 있어서는 우측의 유지구(3))에는 제2내부 리드선부(11b)가 부착되어 있다. 제1내부 리드선부(11a) 및 제2내부 리드선부(11b)의 각각은, 용기(1)의 양단 부분의 밀봉 부분(용착 부분)에 매설된 몰리브덴 박(8)을 통하여, 용기(1)의 양단으로부터 용기 외부에 도출하는 외부 리드선(9)과 전기적으로 접속되어 있다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1전력 공급부(10a)는, 유지구(3), 몰리브덴 박(8), 외부 리드선(9), 및 제1내부 리드선부(11a)를 가지고 구성되어 있다. 한편, 제2전력 공급부(10b)는, 유지구(3), 몰리브덴 박(8), 외부 리드선(9), 및 제2내부 리드선부(11b)를 가지고 구성되어 있다.

제1내부 리드선부(11a)는, 발열체(2)의 일단(도 1에 있어서의 좌단)에 장착된 유지구(3)에 접합된 고정부(5)와, 나선상으로 형성되어 길이 방향으로 탄성을 가지는 스프링부(6)와, 몰리브덴 박(8)에 접합된 내부 리드선(7)에 의해 구성되고, 고정부(5)와 스프링부(6)와 내부 리드선(7)은 1개의 선재, 예를 들면 몰리브덴 선에 의해서 일체적으로 형성되어 있다.

또한, 제2내부 리드선부(11b)는, 발열체(2)의 타단(他端)(도 1에 있어서의 우단)에 장착된 유지구(3)에 접합된 고정부(5)와, 발열체(2)를 용기 내의 소정 위치에 유지하기 위한 위치 규제부(4)와, 몰리브덴 박(8)에 접속된 내부 리드선(7)에 의해 구성되고, 고정부(5)와 위치 규제부(4)와 내부 리드선(7)은 1개의 선재, 예를 들면 몰리브덴 선에 의해서 일체적으로 형성되어 있다. 제1실시 형태에 있어서의 제1내부 리드선부(11a) 및 제2내부 리드선부(11b)는, 몰리브덴 선에 의해 형성된 예로 설명하지만, 텅스텐, 니켈, 스테인리스 등을 재료로 한 탄성을 가지는 금속선(둥근 막대 형상 또는 평판 형상)을 이용해서 형성해도 좋다.

이상과 같이, 제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 유지구(3), 몰리브덴 박(8), 외부 리드선(9) 및 제1내부 리드선부(11a)에 의해 구성된 제1전력 공급부(10a)와, 유지구(3), 몰리브덴 박(8), 외부 리드선(9) 및 제2내부 리드선부(11b)에 의해 구성된 제2전력 공급부(10b)에 의해서, 발열체(2)가 용기 내에 당겨져 설치되어 있다.

또한, 제1내부 리드선부(11a)에 있어서의 스프링부(6)는, 발열체(2)에 대하여 장력을 부여하는 것이며, 발열체(2)를 항상 용기 내의 소망의 위치에 직선적으로 배치하는 것이다. 제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 스프링부(6)가 발열체(2)를 용기 내의 소정의 위치에 배치하기 위한 위치 규제 부재로서의 기능도 가진다. 스프링부(6)의 외주 부분은 용기(1)의 내주면에 근접한 위치에 있으며, 스프링부(6)가 배치됨으로써, 발열체(2)는 용기(1)에 접촉하지 않는 위치에 확실하게 배치된다. 제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 발열체(2)의 길이 방향이 용기(1)의 길이 방향으로 연장되는 대략 중심축 상이 되도록 배치되고, 발열체(2)가 용기(1)에 접촉하지 않도록 배치되어 있다. 또한, 내부 리드선(7)과 고정부(5)의 사이에 스프링부(6)를 설치함으로써, 발열체(2)에 있어서의 팽창 수축에 의한 변화를 흡수하는 것이 가능해진다.

발열체(2)에 있어서의 팽창 수축에 의한 변화에 대하여, 발열체(2)의 재료 자체가 가지는 신축률 또는 발열체(2)의 형상에 의한 신축률이 크고, 발열체(2) 자체가 탄성을 가질 경우에는, 발열체(2)의 양측에 있는 각각의 내부 리드선부(11a, 11b)에는 스프링부(6)를 설치할 필요가 없다.

또한, 제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 발열체(2)의 양단에 다른 구성의 제1내부 리드선부(11a) 및 제2내부 리드선부(11b)를 설치한 예로 설명하지만, 본 발명의 발열체 유닛에서는 발열체(2)의 양단에 제1내부 리드선부(11a)와 마찬가지로, 혹은 제2내부 리드선부(11b)와 마찬가지의 구성 부재를 배치해도 좋고, 그 발열체 유닛이 이용되는 가열 장치의 제품 사양 및 용도 등에 따라서 적당히 변경한다. 발열체(2)의 어느 일단측에 스프링부(6)를 가지는 제1내부 리드선부(11a)를 배치하는 구성으로 하면, 발열체(2)의 위치 규제 및 팽창 수축에 의한 변화의 흡수는 가능하지만, 발열체(2)의 양측에 제1내부 리드선부(11a)를 배치하는 구성으로 하면 발열체(2)의 양단측에 있어서 위치 규제 및 변화 흡수를 실행할 수 있는 구성이 되어, 새로운 효과를 기대할 수 있다.

제1실시 형태의 발열체 유닛의 길이 방향이 연직 방향이 되도록 가열 장치에 이 발열체 유닛이 장착되었을 경우, 스프링부(6)가 발열체(2)보다 위쪽에 배치되면 발열체(2)의 온도로 스프링부(6)가 신장되어서 가열되어, 탄성 한도를 초과해서 열 팽창을 흡수할 수 없게 될 우려가 있다. 이 때문에, 스프링부(6)를 발열체(2)의 아래쪽에 배치해서 압축된 상태에서 사용하는 편이 바람직하다.

제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 제1내부 리드선부(11a)의 고정부(5), 스프링부(6) 및 내부 리드선(7), 및 제2내부 리드선부(11b)의 고정부(5), 위치 규제부(4) 및 내부 리드선(7)을 일체적으로 구성한 예로 설명했지만, 각각을 다른 부재로 구성해서 각각이 전기적으로 접합되어 있으면 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

도 3 및 도 4는 제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체(2)의 양단 부분에 장착되는 유지구(3) 등을 나타내는 도면이다. 도 3은 발열체(2)가 장착된 유지구(3) 등의 평면도이며, 도 4는 발열체(2)가 장착된 유지구(3) 등의 정면도이다.

제1실시 형태의 발열체 유닛에 이용되고 있는 유지구(3)는, 도전성 및 내열성을 가지는 금속 재료, 예를 들면 몰리브덴의 선재로 형성된 봉 형상의 후크 걸림부(3a)와, 후크 걸림부(3a)가 끼워지는 후크부(3b)와, 후크 걸림부(3a)로부터 연장 설치된 잠금부(3c)로 구성되어 있다. 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 봉 형상의 후크 걸림부(3a)에는 발열체(2)의 단부인 발열체 유지부(2a)가 접혀지게 감겨 있다. 발열체 유지부(2a)가 접혀서 감긴 후크 걸림부(3a)에는, 후크부(3b)가 발열체(2)의 발열체 유지부(2a)를 협착하도록 끼워진다. 후크부(3b)는 탄성 부재로 형성되며, 후크 걸림부(3a)를 끼워 부착하도록 구성되어 있다. 후크부(3b)는, 협착하는 발열체(2)의 길이 방향에 있어서의 단면 형상이 C자 형상이며, 봉 형상의 후크 걸림부(3a)가 끼워져서, 후크 걸림부(3a)의 외면을 발열체 유지부(2a)를 통해서 끼워 부착한다.

유지구(3)의 후크 걸림부(3a)의 중앙의 위치(발열체(2)의 길이 방향과 평행한 중심축의 위치)로부터 내부 리드선부(11a, 11b)쪽으로 도출하도록 잠금부(3c)가 연장 설치되어 있다. 후크 걸림부(3a)로부터 연장 설치된 잠금부(3c)는 내부 리드선부(11a, 11b)의 고정부(5)에 연결되어 있다. 따라서, 제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 후크 걸림부(3a)와 잠금부(3c)에 의해서, 소위 T자 형상이 구성되어 있다.

또한, 제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 잠금부(3c)와 고정부(5)가 1개의 선재에 의해 일체적으로 구성된 예로 설명하지만, 각각을 다른 부재로 형성해서 접합해도 좋다.

상기한 바와 같이 구성된 유지구(3)에 의해 유지되는 발열체(2)의 발열체 유지부(2a)에는, 관통 구멍(2h)이 형성되어 있다. 발열체 유지부(2a)가 후크 걸림부(3a)에 접혀지게 감길 때, 발열체 유지부(2a)의 관통 구멍(2h)에는, 후크 걸림부(3a)의 중앙으로부터 고정부(5)에 연장 설치된 잠금부(3c)가 관통한 상태가 된다. 이 상태에서, 후크 걸림부(3a)에 후크부(3b)가 발열체 유지부(2a)를 협착하도록 끼워진다. 이때, 잠금부(3c)는, 발열체 유지부(2a)의 관통 구멍(2h)과 함께, 후크부(3b)의 중앙 위치(발열체(2)의 길이 방향에 평행한 중심축의 위치)에 형성되어 있는 관통 구멍(3d)을 관통한다. 따라서, 발열체(2)는 유지구(3)로부터 빠지지 않아, 확실하게 유지된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 발열체(2)의 단부인 발열체 유지부(2a)의 관통 구멍(2h)에는 유지구(3)의 잠금부(3c)가 삽입되고, 발열체 유지부(2a)가 후크 걸림부(3a)에 감기고, 후크부(3b)가 후크 걸림부(3a)에 끼워져서, 발열체 유지부(2a)는 확실하게 유지된다. 이렇게 발열체 유지부(2a)를 유지하는 유지구(3)에는, 제1내부 리드선부(11a) 및 제2내부 리드선부(11b)에 의해 장력이 가해져서, 발열체(2)가 용기 내의 소정 위치에서 직선 형상으로 당겨져 설치된다.

유지구(3)가 발열체(2)를 유지해서, 용기 내에서 발열체(2)가 당겨져 설치된 상태에서, 후크 걸림부(3a)에 있어서의 발열체 유지부(2a)가 접혀지게 감기는 부위는, 발열체(2)의 길이 방향에 직교하는 폭 방향에 배치된다. 즉, 발열체 유지부(2a)가 감기는 봉 형상체의 후크 걸림부(3a)의 축 방향은, 발열체(2)의 길이 방향에 직교하는 방향이다.

제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서, 유지구(3)가 발열체(2)를 용기(1)의 내면에 접촉시키지 않고 소정의 위치에 직선 형상으로 당겨서 설치하기 위해서, 후크 걸림부(3a)의 양단부는 용기(1)의 내면에 근접하는 위치에 배치된다. 따라서, 봉 형상의 후크 걸림부(3a)의 길이가 발열체(2)의 폭보다 길고, 또한 용기(1)의 내경보다 작게 설정되어 있다.

본 발명에 의한 제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서 이용한 발열체(2)는, 탄소계 물질을 주성분으로 하고 두께 방향에 있어서 각 층이 서로 공극을 이루도록 일부가 고착된 적층 구조로, 우수한 이차원적 등방향성의 열전도를 가지고 있고, 열전도율이 200W/m·K 이상을 가지는 필름 시트 형상의 재료로 형성되어 있다. 따라서, 띠 형상의 발열체(2)는 온도 변화가 없고 균일하게 발열하는 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 그라파이트화한 내열성을 가지는 고(高)배향성의 그라파이트 필름 시트이며, 면 방향의 열전도율이 200W/m·K 이상이고, 600으로부터 950W/m·K의 특성을 가진다. 이렇게, 제1실시 형태에 있어서 이용한 발열체(2)는, 면 방향의 열전도율이 600으로부터 950W/m·K라고 하는 우수한 이차원적 등방향성의 열전도를 가진다.

여기서, 이차원적 등방향성의 열전도라 함은, 직교하는 X축과 Y축으로 설정되는 면에 있어서의, 모든 방향의 열전도율이 대략 동일한 것을 나타내는 것이다. 따라서, 본 발명에 있어서 이차원적 등방향성이라 함은, 예를 들면 탄소 섬유가 동일한 방향으로 병설(竝設)되어 형성된 발열체에 있어서의 탄소 섬유 방향인 한 방향(X축 방향), 또는 탄소 섬유를 크로스로 교차해서 형성된 발열체에 있어서의 탄소 섬유 방향인 두 방향(X축 방향과 Y축 방향)만을 지칭하는 것이 아니고, 필름 시트 형상의 발열체(2)에 있어서의 면 방향에 있어서 동일한 성질을 가지는 것을 말한다.

본 발명에 있어서 이용되는 발열체(2)의 재료인 필름 시트 소재는, 적층 구조를 가지고, 면 방향의 층 표면이 평탄한 면, 요철면 혹은 웨이브가 있는 면 등의 각종의 면 형상을 가지고 있으며, 대향하는 각 층의 사이에는 공극이 형성되어 있다. 이 필름 시트 소재의 적층 구조에 있어서, 각 층간에 형성되는 공극의 형성 상태의 이미지는, 복수 회(예를 들면, 수십 회, 수백 회) 포개지도록 접어서 파이 생지를 만들어, 그 파이 생지를 구워서 얻은, 파이의 단면 형상과 유사하다. 즉, 발열체(2)는, 탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 형성된 복수의 막체가 적층되어서, 적층 방향이 일부 고착된 층간 구조를 가지고 있고, 두께 방향으로 유연성을 가지는 필름 시트 소재이다. 따라서, 본 발명에 있어서의 발열체(2)의 재료인 필름 시트 소재는, 전술한 바와 같이, 면 방향의 열전도율이 대략 동일한 우수한 이차원적 등방향성의 열전도를 가지는 재료임과 더불어, 도 4에 나타낸 바와 같이 후크 걸림부(3a)의 외면을 따라서 감는 것이 가능한 유연성을 가지는 것이다.

전술한 바와 같이 제조된 필름 시트 소재로서 이용되는 고분자 필름으로서는, 폴리옥사디아졸, 폴리벤조티아졸, 폴리벤조비스티아졸, 폴리벤조옥사졸, 폴리벤조비스옥사졸, 폴리피로멜리트이미드(피로멜리트이미드), 폴리페닐렌 이소프탈아미드(페닐렌 이소프탈아미드), 폴리페닐렌 벤조이미다졸(페닐렌 벤조이미다졸), 폴리페닐렌 벤조비스이미다졸(페닐렌 벤조비스이미다졸), 폴리티아졸, 폴리파라페닐렌 비닐렌 중에서 선택된 적어도 1종류의 고분자 필름을 들 수 있다. 또한, 고분자 필름에 첨가되는 필러(filler)로서는, 인산 에스테르계, 인산 칼슘계, 폴리에스테르계, 에폭시계, 스테아르산계, 트리멜리트산계, 산화 금속계, 유기주석계, 납계, 아조계, 니트로소(nitroso)계 및 술포닐히드라지드(sulfonylhydrazide)계의 각 화합물을 들 수 있다. 더욱 구체적으로는, 인산 에스테르계 화합물로서, 인산 트리크레실, 인산(트리스이소프로필페닐), 트리부틸 포스페이트, 트리에틸 포스페이트, 트리스디클로로프로필 포스페이트, 트리스부톡시에틸 포스페이트 등을 들 수 있다. 인산 칼슘계 화합물로서는, 인산 2수소 칼슘, 인산 수소 칼슘, 인산 3칼슘 등을 들 수 있다. 또한, 폴리에스테르계 화합물로서는, 아디프산, 아젤라인산, 세바스산, 프탈산 등과, 글리콜, 글리세린류와의 반응에 의해 얻어지는 폴리머 등을 들 수 있다. 또한, 스테아르산계 화합물로서는, 세바스산 디옥틸, 세바스산 디부틸, 시트르산 아세틸트리부틸 등을 들 수 있다. 산화 금속계 화합물로서는, 산화 칼슘, 산화 마그네슘, 산화 납 등을 들 수 있다. 트리멜리트산계 화합물로서는, 디부틸 푸마레이트, 디에틸 프탈레이트 등을 들 수 있다. 납계 화합물로서는, 스테아르산납, 규산납 등을 들 수 있다. 아조계 화합물로서는, 아조디카르본아미드, 아조비스이소부틸로니트릴 등을 들 수 있다. 니트로소계 화합물로서는, 니트로소 펜타메틸렌테트라민 등을 들 수 있다. 술포닐히드라지드계 화합물로서는, p-톨루엔술포닐히드라지드 등을 들 수 있다.

상기 필름 시트 소재를 적층하여, 불활성 가스 중에서 2400℃ 이상으로 처리하고, 그라파이트화의 과정에서 발생하는 가스 처리 분위기의 압력을 조정함으로서 제어해서 필름 시트 형상의 발열체가 제조된다. 또한, 필요에 따라서, 상기와 같이 제조된 필름 시트 형상의 발열체를 압연 처리함으로써, 더욱 양질의 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∼20.0중량％의 범위가 적당하고, 더욱 바람직하게는 1.0∼10.0중량％의 범위이다. 그 최적 첨가량은, 고분자의 두께에 따라 다르고, 고분자의 두께가 얇을 경우에는 첨가량이 많은 쪽이 좋고, 두꺼울 경우에는 첨가량은 적어야 좋다. 필러의 역할은 열처리 후의 필름을 균일 발포(發泡)의 상태로 하는 것에 있다. 즉, 첨가된 필러는, 가열 중에 가스를 발생하고, 이 가스가 발생한 후의 공동(空洞)이 통로가 되어서 필름 내부로부터의 분해 가스의 원활한 통과를 보조하는 것이다. 필러는 이렇게 균일 발포 상태를 만들어 내는데 도움이 된다.

상기한 바와 같이 제조된 필름 시트 소재는, 예를 들면 톰슨형이나 피너클(Pinnacle)형의 트리밍(trimming)형, 로터리 다이 커터(rotary die cutter) 등의 예리한 칼날, 혹은 레이저 가공 등에 의해 소망의 형상으로 가공된다.

제1실시 형태에 있어서의 발열체(2)는, 두께(t)가 100㎛이며, 폭(W)이 6.0mm이고, 발열부(2b)의 길이(L)가 300mm이다. 또한, 발열체(2)의 길이나 폭 및 두께에 대해서는, 입력 전압 및 발열 온도 등에 의해 결정되는 것이며, 이 발열체 유닛이 이용되는 열원으로서의 제품 사양 및 용도에 따라서 적당히 변경이 가능하다.

또한, 제1실시 형태의 발열체(2)로서는, 300㎛ 이하의 박막체가 이용되고 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 제1실시 형태에 있어서의 발열체(2)의 발열 부분인 발열부(2b)에는, 복수의 홈이 발열체(2)의 길이 방향에 직교하는 방향으로 연장 설치된 홈 패턴이 형성되어 있다. 발열부(2b)에 형성되어 있는 복수의 홈은, 발열부(2b)에 있어서의 전류의 흐름 방향을 규제하고, 저항값을 조정하는 것이다. 발열부(2b)에 형성되는 홈 형상으로서는, 그 발열체 유닛이 이용되는 제품 사양 및 용도 등에 따라서 관통한 홈(슬릿)이나, 밑바닥이 있는 홈(오목부 홈) 등이 있다. 또한, 오목부 홈에 있어서는, 그 두께 방향의 깊이를 변경함으로써 발열부(2b)의 저항값을 조정하는 것이 가능하다.

제1실시 형태의 발열체(2)의 발열부(2b)에는, 예를 들면 도 3에 나타내는 홈 패턴이 반복해서 형성되어 있다. 즉, 발열체(2)의 발열부(2b)에는, 그 길이 방향과 평행한 양측 가장자리 부분의 대향하는 위치로부터 길이 방향과 직교해서 중심측으로 연장되는 단부 홈(2d)과, 길이 방향과 직교해서 발열부(2b)의 중앙 부분에 형성된 중앙 홈(2e)이 길이 방향으로 번갈아 형성되어 있다. 발열부(2b)에 있어서 대향하는 단부 홈(2d, 2d)의 중앙측의 대향 단부는, 제1소정 거리(도 3에 있어서 L1로 나타내는 거리)를 가지고 있고, 발열부(2b)의 중앙 부분에 통전 경로를 형성하고 있다. 또한, 중앙 홈(2e)의 양단부인 가장자리측 단부는, 발열부(2b)의 폭 방향의 가장자리부분으로부터 각각 동일한 제2소정 거리(도 3에 있어서 L2로 나타내는 거리)를 가지고 있고, 발열부(2b)의 양측 가장자리부분 근방에 통전 경로를 형성하고 있다. 또한, 발열체(2)의 발열부(2b)에 있어서, 단부 홈(2d)과 중앙 홈(2e)의 길이 방향의 간격이 제3소정 거리(도 3에 있어서 L3으로 나타내는 거리)를 가지고 있고, 단부 홈(2d)과 중앙 홈(2e)의 사이에 발열체(2)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 흐르는 전류 경로를 형성하고 있다.

제1실시 형태의 발열체(2)에 있어서는, 단부 홈(2d)과 중앙 홈(2e)의 길이 방향의 간격인 제3소정 거리(L3)는 제2소정 거리(L2)와 동일한 거리로 설정되어 있고, 제1소정 거리(L1)는 제2소정 거리(L2) 및 제3소정 거리(L3)의 2배로 설정되어 있다. 이렇게 홈 패턴이 형성된 발열체(2)의 발열부(2b)에 있어서는, 사행(蛇行)하는 전류 경로가 형성되어 있으며, 동일한 전류의 흐름에 대하여 직교하는 단면적이 대략 동일해져서, 저항값의 계산이 용이해지고, 균일한 온도 분포를 설정할 수 있다. 또한, 발열체(2)의 면 방향의 열전도율이, 예를 들면 600W/m·K 이상의 특성을 가지는 재료이면, 제2소정 거리(L2)가 제1소정 거리(L1)의 1/2이 아니어도 균일한 온도 분포(배열 분포)에 큰 영향을 미치는 일은 없다. 바람직하게는, 제2소정 거리(L2)를 제1소정 거리(L1)의 1/2 이상으로 설정함으로써, 발열체 유닛에 가해지는 충격에 대한 발열체(2)의 기계적 강도를 높일 수 있다.

또한, 발열부(2b)에 형성되는 홈 형상의 슬릿이나 오목부 홈은, 이 발열체 유닛이 이용되는 제품 사양이나 용도에 따라서 적당히 선택함으로써, 발열부(2b)의 온도 분포(배열 패턴)를 소망의 패턴으로 하는 것이 가능하다.

또한, 발열부(2b)에 있어서, 단부 홈(2d)과 중앙 홈(2e)의 길이 방향에 있어서의 간격 L3은, 발열체(2)의 길이 방향의 단부, 즉 발열체 유지부(2a)에 근접할수록 서서히 넓어지게 함으로써, 발열부(2b)에 있어서의 전류 경로의 저항률을 서서히 변화시켜서, 발열부(2b)의 온도 분포(배열 패턴)를 중앙 부분이 고열이 되도록 변경하는 것이 가능해진다. 물론, 이 발열체 유닛이 이용되는 제품 사양이나 용도에 따라서 상기 간격 L1, L2 및 L3을 적당히 변경함으로써, 소망의 배열 패턴을 가지는 열원으로 하는 것이 가능하다.

제1실시 형태에 있어서의 발열체(2)에는, 발열체 유지부(2a)로부터 발열부(2b)에 연결되는 방열 영역(2c)이 방열 기능을 가진다. 이 방열 기능을 가지는 방열 영역(2c)에는 전술한 바와 같은 홈은 형성되어 있지 않고, 넓은 전류 경로가 형성되어 있다. 이 때문에, 이 방열 영역(2c)에 있어서는, 발열부(2b)로부터 전도한 열이 방열되어서, 발열체(2)에 있어서의 열 스트레스의 저감 및 장수명화가 도모되고 있다.

또한, 제1실시 형태에 있어서의 발열체(2)에 있어서는, 발열체 유지부(2a)의 폭과 발열부(2b)의 폭이 동일한 폭으로 형성되어 있지만, 발열체 유지부(2a)의 폭을 발열부(2b)의 폭보다 좁게 형성하는 것도 가능하다. 그 경우에는, 발열체 유지부(2a)로부터 발열부(2b)에 연결되는 방열 영역(2c)의 가장자리 형상은, 집중 하중이 가해져 파손되는 것을 방지하기 위해서 곡면 형상으로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 제품 사양에 의해 발열부(2b)의 온도가 높을 경우, 발열부(2b)로부터 발열체 유지부(2a)에의 방열 영역(2c)에 있어서의 폭을 서서히 좁아지게 함으로써, 방열 영역(2c)에 온도 구배(句配)를 설치해서 발열체 유지부(2a)에의 열 스트레스를 저감하는 것이 가능해진다.

또한, 발열체(2)에 있어서, 제1소정 거리(L1) 및 제2소정 거리(L2)의 길이를 양측의 발열체 유지부(2a)에 근접함에 따라서 서서히 길게 함으로써, 발열부(2b)에 온도 구배를 설치할 수 있음과 더불어, 높은 내충격성 및 내진동성을 가지는 기계적 강도가 강한 구조가 된다.

상기한 바와 같이 구성된 발열체(2)에 있어서, 전류의 흐름을 저해하는 복수의 홈을 가지는 홈 패턴이 발열부(2b)에 형성되어 있기 때문에, 발열부(2b)의 전체형상에 규제되지 않고 소망의 전류 경로를 설정할 수 있다. 이 결과, 제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 제품 사양 및 용도에 따라서 소망의 발열 분포를 설정하는 것이 가능해서, 다방면의 열원으로서 이용할 수 있다.

또한, 제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서의 발열체(2)는, 프레스 가공에 의해 띠 형상으로 형성하여, 홈 가공했지만, 레이저를 이용해서 소망의 형상으로 가공하는 것도 가능하다. 예를 들면, 레이저 가공의 일례로서, 발열체(2)의 면 방향의 열전도율이 200W/m·K 이상이 되면 CO₂ 레이저(파장 10600nm) 등의 열가공 작용을 주체로 한 레이저 가공을 이용했을 경우에는, 발열체(2)에 열을 빼앗겨서, 가공할 수 없다는 문제가 있다. 그러나, 비(非)열가공 작용을 주체로 한 파장 1064로부터 380nm의 레이저 가공, 예를 들면, 호칭 1064nm의 단파장 레이저 가공을 이용함으로써 소망의 형상을 고정밀도로 가공하는 것이 가능해진다.

특히, 제1실시 형태에 있어서의 발열체(2)를 형성할 경우에는, 호칭 532nm의 제2고조파 레이저 가공을 이용함으로써, 고정밀도로 가공할 수 있다는 것을 발명자들은 확인했다. 제1실시 형태에 있어서의 발열체(2)의 재료는, 필름 시트 소재이며, 고분자 필름 또는 필러를 첨가한 고분자 필름을 고온도, 예를 들면 2400℃ 이상의 분위기 중에서 열처리하고, 소성해서 그라파이트화한 내열성을 가지는 고배향성의 그라파이트 필름 시트를 재료로 하고 있다. 그리고 발열체(2)는, 면 방향의 열전도율이 600으로부터 950W/m·K의 특성을 가지는 재료로 형성되어 있다. 이러한 재료로, 예를 들면, 두께(t)가 100㎛, 폭(W)이 6.0mm, 길이(L)가 300mm의 발열체(2)를 가공할 경우, 또는 전술한 바와 같이 발열부(2b)에 홈(슬릿) 등의 복잡한 형상으로 가공할 경우에는, 호칭 532nm의 제2고조파 레이저 가공을 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 바람직한 레이저 가공 방법은, 발열체(2)의 재료, 즉 면 방향의 열전도율 및 형상에 따라, 전술한 비열가공 작용을 주체로 한 레이저 가공 파장(1064로부터 380nm)을 가지는 가공 방법으로부터 적당히 선택할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 상기 설명한 발열체(2)를 가공하기 위한 레이저 가공 방법은 후술하는 다른 실시 형태에 있어서의 발열체 유닛의 발열체의 가공에 있어서도 채용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

이상과 같이, 제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 띠 형상의 발열체(2)의 양단 부분이 간단한 구성의 유지구(3)에 의해 확실하게 유지되어서, 발열체(2)가 용기 내의 소정 위치에서 전기적 접속 상태가 유지되고 있다. 이렇게, 제1실시 형태의 발열체 유닛은, 발열체(2)가 유지구(3)에 의해 용기 내의 소정 위치에 확실하게 유지되어 있기 때문에, 안전성 및 신뢰성이 높고, 또한 효율이 높은 열원을 구성할 수 있다. 또한, 제1실시 형태의 발열체 유닛은, 간단한 구성이기 때문에, 작업 효율이 높고 우수한 생산성을 가지는 발열체 유닛을 제공할 수 있다.

(제2실시 형태)

이하, 본 발명에 의한 제2실시 형태의 발열체 유닛에 대해서 도 5 내지 도 10을 이용해서 설명한다. 제2실시 형태의 발열체 유닛에 있어서, 전술한 제1실시 형태의 발열체 유닛과 다른 점은, 발열체(2)의 양단에 부착된 유지구의 구성 및 형상이다.

제2실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 구성 및 형상이 다른 유지구에 관한 6종류의 구체적인 실시예에 대해서 설명한다. 제2실시 형태의 각 실시예에 있어서, 각 발열체 유닛에 있어서의 유지구 이외의 구성은, 제1실시 형태의 발열체 유닛과 동일하다. 이 때문에, 제2실시 형태의 각 실시예의 발열체 유닛에 있어서, 제1실시 형태의 발열체 유닛과 동일한 기능, 구성을 가지는 것에는 동일한 부호를 첨부하고, 그 설명은 제1실시 형태의 설명을 적용한다.

실시예 1

이하, 제2실시 형태의 발열체 유닛에 있어서의 실시예 1의 유지구(13)의 구성에 대해서 도 5를 이용해서 설명한다. 도 5는, 제2실시 형태의 발열체 유닛에 있어서, 실시예 1의 유지구(13)가 발열체(2)를 유지하고 있는 상태를 나타내는 평면도이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 유지구(13)는, 도전성을 가지는 금속 재료, 예를 들면 몰리브덴의 선재로 형성된 봉 형상의 후크 걸림부(13a)와, 후크 걸림부(13a)에 끼워지는 후크부(13b)와, 후크 걸림부(13a)로부터 연장 설치된 잠금부(13c)로 구성되어 있다. 봉 형상의 후크 걸림부(13a)에는, 전술한 제1실시 형태와 마찬가지로, 발열체(2)의 단부인 발열체 유지부(2a)가 접혀지게 감긴다. 또한, 제1실시 형태와 마찬가지로, 발열체 유지부(2a)에는 관통 구멍(2h)이 형성되어, 후크 걸림부(13a)의 중앙으로부터 연장 설치되어, 고정부(5)에 연결되는 잠금부(13c)가 삽입되어 있다.

발열체 유지부(2a)가 감긴 후크 걸림부(13a)에는, 후크부(13b)가 발열체(2)의 발열체 유지부(2a)를 협착하도록 끼워진다. 후크부(13b)는 탄성 부재로 형성되고, 후크 걸림부(13a)를 끼워 부착하도록 구성되어 있다. 후크부(13b)는, 협착하는 발열체(2)의 길이 방향에 있어서의 단면 형상이 C자 형상이며, 봉 형상의 후크 걸림부(13a)에 끼워져서, 후크 걸림부(13a)의 외면을 발열체 유지부(2a)를 통해서 끼워 부착한다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 후크부(13b)에는 발열체(2)의 길이 방향으로 평행한 노치(13d)가 형성되어 있다. 이 노치(13d)에는 후크 걸림부(13a)의 중앙으로부터 고정부(5)쪽으로 연장 설치된 잠금부(13c)가 배치된다. 실시예 1의 유지구(13)에 있어서는, 후크부(13b)가, 예를 들면 두께 0.2mm의 몰리브덴 판에 의해 형성되어 있다.

또한, 후크부(13b)의 재료로서 전술한 몰리브덴 이외에도 텅스텐, 니켈, 스테인리스 등의 내열성을 가지는 재료를 사용해도 좋다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 후크 걸림부(13a)의 중앙 부분은 굴곡해서 오목부가 형성되어 있고, 그 오목부의 중앙(발열체(2)의 길이 방향과 평행한 중심축의 위치)에는 내부 리드선부(11a, 11b)의 고정부(5)에 연결되는 잠금부(13c)가 접합(예를 들면, 스폿 용접)되어 있다. 또한, 실시예 1에 있어서는, 잠금부(13c)와 고정부(5)는 1개의 선재에 의해 형성한 예로 설명하지만, 각각을 다른 부재로 형성해서 접합하고, 유지구(13)를 구성해도 좋다.

상기한 바와 같이, 유지구(13)에 의해 유지되는 발열체 유지부(2a)에는, 관통 구멍(2h)이 형성되어 있고, 이 관통 구멍(2h)에 잠금부(13c)가 삽입되어, 발열체 유지부(2a)가 후크 걸림부(13a)에 감긴 상태에서, 후크부(13b)가 후크 걸림부(13a)에 끼워진다. 이때, 후크부(13b)의 노치(13d)에는 후크 걸림부(13a)의 중앙으로부터 돌출 설치된 잠금부(13c)가 배치된다. 따라서, 발열체(2)는 유지구(13)로부터 빠지지 않고, 확실한 유지 상태가 된다.

유지구(13)가 발열체(2)를 유지하여, 용기 내에서 발열체(2)가 당겨져 설치된 상태에서, 후크 걸림부(13a)에 있어서의 발열체 유지부(2a)가 접혀지게 감긴 부위는, 발열체(2)의 길이 방향에 직교하는 폭 방향으로 배치된다. 즉, 발열체 유지부(2a)가 감기는 봉 형상체의 후크 걸림부(13a)의 축 방향은, 발열체(2)의 길이 방향에 직교하는 방향이다.

상기한 바와 같이, 발열체(2)의 단부인 발열체 유지부(2a)는, 그 관통 구멍(2h)에 후크 걸림부(13a)로부터 연장 설치된 잠금부(13c)가 삽입되어서 맞물려 고정되고, 또한 발열체 유지부(2a)가 후크 걸림부(13a)에 접혀서 감긴 상태에서, 후크부(13b)가 후크 걸림부(13a)에 끼워져서, 발열체 유지부(2a)가 협착되어 있다.

이상과 같이, 제2실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 실시예 1의 유지구(13)를 이용함으로써, 띠 형상의 발열체(2)의 양단 부분이 유지구(13)에 의해 확실하게 유지되어서, 발열체(2)가 용기 내의 소정 위치에서 전기적 및 기계적 접속 상태를 신뢰성 높게 유지할 수 있다.

실시예 2

이하, 제2실시 형태에 있어서의 실시예 2의 유지구(23)의 구성에 대해서 도 6을 이용해서 설명한다. 도 6은, 제2실시 형태의 발열체 유닛에 있어서, 실시예 2의 유지구(23)가 발열체(2)를 유지하고 있는 상태를 나타내는 평면도이다.

실시예 2의 유지구(23)에 있어서도, 실시예 1의 유지구(13)와 마찬가지로, 후크 걸림부(23a)와, 후크 걸림부(23a)에 끼워지는 후크부(23b)와, 후크 걸림부(23a)로부터 연장 설치된 잠금부(23c)로 구성되며, 실시예 1의 유지구(13)에 있어서의 각각의 재료와 동일한 재료에 의해 형성되어 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 유지구(23)의 후크 걸림부(23a)는, 도전성을 가지는 선재를 굴곡시켜서 형성한 것이다. 실시예 2의 유지구(23)의 후크 걸림부(23a)와 잠금부(23c)는, 2개의 봉 형상의 선재의 단부를 대략 90도로 절곡해서, L자 형상으로 형성해서 구성되어 있다. 각각의 선단 부분이 서로 역방향(180도)으로 돌출하도록 배치하여, 후크 걸림부(23a)가 구성되어 있다. 따라서, 유지구(23)의 후크 걸림부(23a)는, 굴곡된 선단 부분이며, 서로 역방향으로 돌출 설치된 2개의 선재에 의해 직선 형상으로 배치되어서 구성되어 있다. 이 후크 걸림부(23a)에 발열체(2)의 발열체 유지부(2a)가 접혀지게 감긴다.

또한, 유지구(23)의 잠금부(23c)는, 발열체(2)의 단부인 발열체 유지부(2a)에 형성된 긴 구멍 형상의 관통 구멍(2h)에 삽입되도록 구성되어 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 후크 걸림부(23a)로부터 고정부(5)에 연결되는 2개의 선재를 병설해서 구성된 잠금부(23c)에 있어서는, 부호 X로 표시되는 2개소의 위치에서 병설된 선재가 스폿 용접되어 있다.

발열체 유지부(2a)가 감긴 후크 걸림부(23a)에는, 후크부(23b)가 발열체(2)의 발열체 유지부(2a)를 협착하도록 끼워진다. 후크부(23b)는 탄성 부재로 형성되며, 후크 걸림부(23a)를 끼워 부착하도록 구성되어 있다. 후크부(23b)는 그 중앙에 긴 구멍 형상의 관통 구멍(23d)이 형성되어 있고, 그 관통 구멍(23d)에는 후크 걸림부(23a)로부터 고정부(5)에 연결되는 2개의 선재로 구성된 잠금부(23c)가 미리 삽입되어 있다. 후크부(23b)는, 협착하는 발열체(2)의 길이 방향에 있어서의 단면 형상이 C자 형상이며, 봉 형상의 후크 걸림부(23a)에 끼워져서, 후크 걸림부(23a)의 외면을 발열체 유지부(2a)를 통해서 끼워 부착한다.

또한, 후크부(23b)의 중앙에 관통 구멍(23d)을 형성한 예로 설명했지만, 관통 구멍(23d) 대신에 노치를 형성하여, 그 노치에 후크 걸림부(23a)로부터 고정부(5)에 연결되는 잠금부(23c)가 배치되는 구성이라도 좋다.

실시예 2의 유지구(23)에 있어서는, 2개의 선재로 구성된 잠금부(23c)가 고정부(5)에 접합되는 구성이지만, 잠금부(23c)와 고정부(5)를 동일한 구성으로 일체적으로 형성해도 좋다.

상기한 바와 같이, 발열체(2)의 단부인 발열체 유지부(2a)는, 그 관통 구멍(2h)에 잠금부(23c)가 삽입되어서 맞물려 고정되고, 또한 발열체 유지부(2a)가 유지구(23)의 후크 걸림부(23a)에 감긴 상태에서, 후크부(23b)가 후크 걸림부(23a)에 끼워져서, 발열체 유지부(2a)가 협착된다.

이상과 같이, 제2실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 실시예 2의 유지부(23)을 이용함으로써, 띠 형상의 발열체(2)의 양단 부분이 유지구(23)에 의해 확실하게 유지되어서, 발열체(2)가 용기 내의 소정 위치에서 전기적 및 기계적 접속 상태를 신뢰성 높게 유지할 수 있다.

실시예 3

이하, 제2실시 형태에 있어서의 실시예 3의 유지구(33)의 구성에 대해서 도 7을 이용해서 설명한다. 도 7은, 제2실시 형태의 발열체 유닛에 있어서, 실시예 3의 유지구(33)가 발열체(2)를 유지하고 있는 상태를 나타내는 평면도이다.

실시예 3의 유지구(33)에 있어서도, 실시예 1의 유지구(13)와 마찬가지로, 후크 걸림부(33a)와, 후크 걸림부(33a)에 끼워지는 후크부(33b)와, 후크 걸림부(33a)로부터 연장 설치된 잠금부(33c)로 구성되며, 실시예 1의 유지구(13)에 있어서의 각각의 재료와 동일한 재료에 의해 형성되어 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 유지구(33)의 후크 걸림부(33a)와 잠금부(33c)는, 도전성을 가지는 1개의 선재를 굴곡시켜서 형성한 것이다. 실시예 3의 유지구(33)의 후크 걸림부(33a)는, 1개의 봉 형상의 선재를 반으로 접은 후에 양단 부분을 대략 90도로 절곡해서 형성되어 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 각각의 선단 부분이 서로 역방향(180도)으로 돌출하도록 배치해서 후크 걸림부(33a)가 구성되어 있다. 따라서, 유지구(33)의 후크 걸림부(33a)는, 1개의 선재의 양단 부분이 직선 형상으로 배치되어서 구성되어 있다. 이 후크 걸림부(33a)에는 발열체(2)의 발열체 유지부(2a)가 접혀지게 감겨 있다. 또한, 유지구(33)의 잠금부(33c)는, 발열체(2)의 단부인 발열체 유지부(2a)에 형성된 긴 구멍 형상의 관통 구멍(2h)에 삽입되도록 구성되어 있다.

도 7에 나타낸, 후크 걸림부(33a)로부터의 도출 부분인 잠금부(33c)는, 고정부(5)와 접합되어 있고, 예를 들면, 코킹이나 용접 등에 의해 전기적 및 기계적으로 접속되어 있다.

발열체 유지부(2a)가 감긴 후크 걸림부(33a)에는, 후크부(33b)가 발열체(2)의 발열체 유지부(2a)를 협착하도록 끼워진다. 후크부(33b)는 탄성 부재로 형성되며, 후크 걸림부(33a)를 끼워 부착하도록 구성되어 있다. 후크부(33b)는 그 중앙 부분에 노치(33d)가 형성되어 있어, 후크부(33b)가 후크 걸림부(33a)를 끼워 부착했을 때, 노치(33d) 내에 후크 걸림부(33a)로부터 고정부(5)에 연결되는 잠금부(33c)가 배치된다. 후크부(33b)는, 협착하는 발열체(2)의 길이 방향에 있어서의 단면 형상이 C자 형상이며, 후크 걸림부(33a)에 끼워져서, 후크 걸림부(33a)의 외면을 발열체 유지부(2a)를 통해서 끼워 부착한다.

또한, 후크부(33b)의 중앙의 위치(발열체(2)의 길이 방향과 평행한 중심축의 위치)에 노치(33d)를 형성한 예로 설명했지만, 노치(33d) 대신에 관통 구멍을 형성하여, 그 관통 구멍에 잠금부(33c)가 삽입되는 구성이라도 좋다.

상기한 바와 같이, 발열체(2)의 단부인 발열체 유지부(2a)는, 그 관통 구멍(2h)에 잠금부(33c)가 삽입되어서 맞물려 고정되고, 또한 발열체 유지부(2a)가 유지구(33)의 후크 걸림부(33a)에 감긴 상태에서, 후크부(33b)가 후크 걸림부(33a)에 끼워져서, 발열체 유지부(2a)가 협착된다.

이상과 같이, 제2실시 형태의 발열체 유닛에 있어서의 실시예 3의 유지부(33)을 이용함으로써, 띠 형상의 발열체(2)의 양단 부분이 유지구(33)에 의해 확실하게 유지되어서, 발열체(2)가 용기 내의 소정 위치에서 전기적 및 기계적 접속 상태를 신뢰성 높게 유지할 수 있다.

실시예 4

이하, 제2실시 형태에 있어서의 실시예 4의 유지구(43)의 구성에 대해서 도 8을 이용해서 설명한다. 도 8은, 제2실시 형태의 발열체 유닛에 있어서, 실시예 4의 유지구(43)가 발열체(2)를 유지하고 있는 상태를 나타내는 평면도이다.

실시예 4의 유지구(43)에 있어서도, 실시예 1의 유지구(13)와 마찬가지로, 후크 걸림부(43a)와, 후크 걸림부(43a)에 끼워지는 후크부(43b)와, 후크 걸림부(43a)로부터 연장 설치된 잠금부(43c)로 구성되며, 실시예 1의 유지구(13)에 있어서의 각각의 재료와 동일한 재료에 의해 형성되어 있다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 유지구(43)의 후크 걸림부(43a)와 잠금부(43c)는, 도전성을 가지는 선재를 굴곡시켜서 형성한 것이다. 실시예 4의 유지구(43)의 후크 걸림부(43a)와 잠금부(43c)는, 1개의 봉 형상의 선재의 단부를 대략 90도로 절곡하여, L자 형상으로 형성해서 구성되어 있다. 따라서, 유지구(43)의 후크 걸림부(43a)는, 굴곡된 선단 부분으로 구성되며, 그 선단 부분에 발열체(2)의 발열체 유지부(2a)가 감긴다. 또한, 유지구(43)의 잠금부(43c)는, 발열체(2)의 단부인 발열체 유지부(2a)에 형성된 관통 구멍(2h)에 삽입되도록 구성되어 있다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 발열체 유지부(2a)가 감긴 후크 걸림부(43a)에는, 후크부(43b)가 발열체(2)의 발열체 유지부(2a)를 협착하도록 끼워진다. 후크부(43b)는 탄성 부재로 형성되며, 후크 걸림부(43a)를 끼워 부착하도록 구성되어 있다. 후크부(43b)는 그 중앙의 위치(발열체(2)의 길이 방향과 평행한 중심축의 위치)에 관통 구멍(43d)이 형성되어 있고, 그 관통 구멍(43d)에 후크 걸림부(43a)로부터 고정부(5)에 연결되는 잠금부(43c)가 삽입된다. 후크부(43b)는, 협착하는 발열체(2)의 길이 방향에 있어서의 단면 형상이 C자 형상이며, 봉 형상의 후크 걸림부(43a)에 끼워져서, 후크 걸림부(43a)의 외면에 감긴 발열체 유지부(2a)를 통해서 끼워 부착한다.

또한, 후크부(43b)의 중앙에 관통 구멍(43d)을 형성한 예로 설명했지만, 관통 구멍(43d) 대신에 노치를 형성하여, 그 노치에 잠금부(43c)가 배치되는 구성이라도 좋다.

실시예 4의 유지구(43)에 있어서는, 유지구(43)와 고정부(5)가 선재에 의해 일체적으로 형성된 구성으로 설명했지만, 고정부(5)와 유지구(43)의 각각을 다른 부재로 형성해서 접합하는 구성이라도 좋다.

상기한 바와 같이, 발열체(2)의 단부인 발열체 유지부(2a)는, 그 관통 구멍(2h)에 잠금부(43c)가 삽입되어서 맞물려 고정되고, 또한 발열체 유지부(2a)가 유지구(43)의 후크 걸림부(43a)에 감긴 상태에서, 후크부(43b)가 후크 걸림부(43a)에 끼워져서, 발열체 유지부(2a)가 협착되어 있다.

이상과 같이, 제2실시 형태의 발열체 유닛에 있어서의 실시예 4의 유지부(43)를 이용함으로써, 띠 형상의 발열체(2)의 양단 부분이 유지구(43)에 의해 확실하게 유지되어서, 발열체(2)가 용기 내의 소정 위치에서 전기적 및 기계적 접속 상태를 신뢰성 높게 유지할 수 있다.

실시예 5

이하, 제2실시 형태에 있어서의 실시예 5의 유지구(53)의 구성에 대해서 도 9를 이용해서 설명한다. 도 9는, 제2실시 형태의 발열체 유닛에 있어서, 실시예 5의 유지구(53)가 발열체(2)를 유지하고 있는 상태를 나타내는 평면도이다.

실시예 5의 유지구(53)는, 전술한 실시예 4의 유지구(43)의 변형예이며, 발열체 유지부(2a)가 접혀서 감기는 후크 걸림부(53a)와, 후크 걸림부(53a)에 끼워지는 후크부(53b)와, 후크 걸림부(53a)로부터 연장 설치된 잠금부(53c)와, 후크 걸림부(53a)로부터 고정부(5)에 연결되는 도출부(53e)로 구성되어 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 유지구(53)의 후크 걸림부(53a)와 잠금부(53c)와 도출부(53e)는, 고정부(5)에 연결되는 도전성을 가지는 1개의 선재를 절곡해서 형성한 것이다. 후크 걸림부(53a)는, 발열체(2)의 길이 방향과 직교하는 방향에 직선 형상으로 형성되어 있고, 그 직선 형상의 부분에 발열체 유지부(2a)가 접혀서 감겨 있다.

실시예 5의 유지구(53)에 있어서는, 후크 걸림부(53a)의 일단으로부터 고정부(5)에 연결되는 도출 부분인 도출부(53e)가, 발열체 유지부(2a)의 폭 방향의 가장자리로부터 도출되는 구성이다. 한편, 후크 걸림부(53a)의 선단인 잠금부(53c)가, 발열체 유지부(2a)의 중앙의 위치(발열체(2)의 길이 방향과 평행한 중심축의 위치)에 형성된 관통 구멍(2h)으로부터 돌출하는 구성이다. 따라서, 후크 걸림부(53a)의 잠금부(53c)는, 발열체(2)의 길이 방향의 중심축 상에서 고정부(5)가 배치되어 있는 방향으로 돌출하도록 구성되어 있다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 발열체 유지부(2a)가 감긴 후크 걸림부(53a)에는, 후크부(53b)가 발열체(2)의 발열체 유지부(2a)를 협착하도록 끼워진다. 후크부(53b)는 탄성 부재로 형성되며, 후크 걸림부(53a)를 끼워 부착하도록 구성되어 있다. 후크부(53b)는 그 중앙에 관통 구멍(53d)이 형성되어 있고, 그 관통 구멍(53d)으로부터 후크 걸림부(53a)의 선단인 잠금부(53c)가 돌출하고 있다. 후크부(53b)는, 협착하는 발열체(2)의 길이 방향에 있어서의 단면 형상이 C자 형상이며, 봉 형상 부분의 후크 걸림부(53a)에 끼워져서, 후크 걸림부(53a)의 외면을 발열체 유지부(2a)를 통해서 끼워 부착한다.

또한, 실시예 5의 유지구(53)에 있어서는, 유지구(53)와 고정부(5)가 1개의 선재에 의해 일체적으로 형성된 예로 설명했지만, 유지구(53)와 고정부(5)의 각각을 다른 부재로 형성해서 접합하는 구성이라도 좋다.

상기한 바와 같이, 발열체(2)의 단부인 발열체 유지부(2a)는, 그 관통 구멍(2h)에 후크 걸림부(53a)의 선단인 잠금부(53c)가 삽입되어서 맞물려 고정되고, 또한 발열체 유지부(2a)가 유지구(53)의 후크 걸림부(53a)에 감긴 상태에서, 후크부(53b)가 후크 걸림부(53a)에 끼워져서, 발열체 유지부(2a)가 협착되어 있다.

이상과 같이, 제2실시 형태의 발열체 유닛에 있어서의 실시예 5의 유지부(53)를 이용함으로써, 띠 형상의 발열체(2)의 양단 부분이 유지구(53)에 의해 확실하게 유지되어서, 발열체(2)가 용기 내의 소정 위치에서 전기적 및 기계적 접속 상태를 신뢰성 높게 유지할 수 있다.

실시예 6

이하, 제2실시 형태에 있어서의 실시예 6의 유지구(63)의 구성에 대해서 도 10을 이용해서 설명한다. 도 10은, 제2실시 형태의 발열체 유닛에 있어서, 실시예 6의 유지구(63)가 발열체(2)를 유지하고 있는 상태를 나타내는 평면도이다.

실시예 6의 유지구(63)는, 전술한 실시예 4의 유지구(43)의 변형예이고, 발열체 유지부(2a)가 접혀서 감기는 후크 걸림부(63a)와, 후크 걸림부(63a)에 끼워지는 후크부(63b)와, 후크 걸림부(63a)로부터 연장 설치된 잠금부(63c)와, 후크 걸림부(63a)로부터 고정부(5)에 연결되는 도출부(63e)로 구성되어 있다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 유지구(63)의 후크 걸림부(63a)와 잠금부(63c)와 도출부(63e)는, 도전성을 가지는 1개의 선재를 절곡해서 형성한 것이다. 후크 걸림부(63a)는, 발열체(2)의 길이 방향과 직교하는 방향에 직선 형상으로 형성되어 있고, 그 직선 형상의 부분에 발열체 유지부(2a)가 접혀서 감겨 있다.

실시예 6의 유지구(63)에 있어서는, 후크 걸림부(63a)의 일단으로부터 고정부(5)에 연결되는 도출 부분인 도출부(63e)가, 발열체 유지부(2a)의 폭 방향의 양측의 가장자리에 형성된 노치(63d)의 한쪽으로부터 도출되는 구성이다. 한편, 후크 걸림부(63a)의 선단인 잠금부(63c)는, 발열체 유지부(2a)의 폭 방향의 가장자리에 형성된 다른 쪽의 노치(63d)로부터 돌출하도록 형성되어 있다. 따라서, 후크 걸림부(63a)에 있어서는, 발열체(2)의 폭 방향에 있어서의 양측의 가장자리에 형성된 노치(63d, 63d)의 사이의 영역이 접촉한다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 발열체 유지부(2a)가 감긴 후크 걸림부(63a)에는, 후크부(63b)가 발열체(2)의 발열체 유지부(2a)를 협착하도록 끼워진다. 후크부(63b)는 탄성 부재로 형성되며, 후크 걸림부(63a)를 끼워 부착하도록 구성되어 있다. 후크부(63b)는 그 양측에 노치(63d, 63d)가 형성되어 있다. 따라서, 노치(63d, 63d)의 한쪽에는 고정부(5)에의 도출 부분인 도출부(63e)가 배치되고, 다른 쪽에는 후크 걸림부(63a)의 선단인 잠금부(63c)가 돌출한다. 후크부(63b)는, 협착하는 발열체(2)의 길이 방향에 있어서의 단면 형상이 C자 형상이며, 봉 형상 부분의 후크 걸림부(63a)에 끼워져서, 후크 걸림부(63a)의 외면을 발열체 유지부(2a)를 통해서 끼워 부착한다.

또한, 실시예 6의 유지구(63)에 있어서는, 유지구(63)와 고정부(5)가 1개의 선재에 의해 일체적으로 형성된 예로 설명했지만, 유지구(63)와 고정부(5)의 각각을 다른 부재로 형성해서 접합하는 구성이라도 좋다.

상기한 바와 같이, 발열체(2)의 단부인 발열체 유지부(2a)는, 그 노치에 후크 걸림부(63a)의 선단인 잠금부(63c)가 삽입되어서 맞물려 고정되고, 또한 발열체 유지부(2a)가 유지구(63)의 후크 걸림부(63a)에 감긴 상태에서, 후크부(63b)가 후크 걸림부(63a)에 끼워져서, 발열체 유지부(2a)가 협착되어 있다.

이상과 같이, 제2실시 형태의 발열체 유닛에 있어서의 실시예 6의 유지부(63)를 이용함으로써, 띠 형상의 발열체(2)의 양단 부분이 유지구(63)에 의해 확실하게 유지되어서, 발열체(2)가 용기 내의 소정 위치에서 전기적 및 기계적 접속 상태를 신뢰성 높게 유지할 수 있다.

(제3실시 형태)

이하, 본 발명에 의한 제3실시 형태의 발열체 유닛에 대해서 도 11을 이용해서 설명한다. 도 11은 제3실시 형태의 발열체 유닛의 구조를 나타내는 평면도이며, 이 발열체 유닛의 좌측 부분을 나타내고 있다. 제3실시 형태의 발열체 유닛은, 길이가 긴 형상이며, 좌우의 양측은 동일한 구성을 가지고 있다.

제3실시 형태의 발열체 유닛에 있어서, 전술한 제1실시 형태의 발열체 유닛과 다른 점은, 발열체(2)의 양단에 부착되는 유지구(73)를 포함하는 전력 공급부(20)의 구성이다. 제3실시 형태의 발열체 유닛에 있어서, 전술한 제1실시 형태의 발열체 유닛과 동일한 기능, 구성을 가지는 것에는 동일한 부호를 첨부하고, 그 설명은 제1실시 형태의 설명을 적용한다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 제3실시 형태의 발열체 유닛은, 용기(1)와, 열복사 막체로서의 가늘고 긴 띠 형상의 발열체(2)와, 이 발열체(2)를 용기 내의 소정 위치에 유지하기 위해서 발열체(2)의 길이 방향의 양단 부분에 설치되어, 발열체(2)에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부(20)를 구비하고 있다.

발열체(2)의 양단에 설치된 전력 공급부(20)는, 발열체(2)의 양단에 부착된 유지구(73)와, 내부 리드선(21)과, 몰리브덴 박(8)과, 외부 리드선(9)을 포함해서 구성되어 있다. 발열체(2)의 양단을 유지하는 유지구(73)에는, 내부 리드선(21)이 접합되어 있고, 내부 리드선(21)은 용기(1)의 양단 부분의 밀봉 부분(용착 부분)에 매설된 몰리브덴 박(8)을 통하여, 용기(1)의 양단으로부터 용기 외부에 도출하는 외부 리드선(9)과 전기적으로 접속되어 있다.

제3실시 형태의 발열체 유닛에 이용되고 있는 유지구(73)는, 전술한 제1실시 형태와 마찬가지로, 도전성을 가지는 선재로 형성된 봉 형상의 후크 걸림부(73a)와, 후크 걸림부(73a)가 끼워지는 후크부(73b)와, 후크 걸림부(73a)로부터 연장 설치되어 내부 리드선(21)에 연결되는 잠금부(73c)로 구성되어 있다.

유지구(73)의 잠금부(73c)는, 후크 걸림부(73a)의 중앙의 위치(발열체(2)의 길이 방향과 평행한 중심축의 위치)로부터 내부 리드선(21)쪽에 도출하도록 연장 설치되어 있다. 잠금부(73c)는 내부 리드선(21)에 접합되어 있다. 따라서, 제3실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 후크 걸림부(73a)와 잠금부(73c)에 의해서, 소위 T자 형상이 구성되어 있다.

봉 형상의 후크 걸림부(73a)에는 발열체(2)의 단부인 발열체 유지부(2a)가 접혀서 감겨 있다. 이때, 후크 걸림부(73a)로부터 연장 설치된 잠금부(73c)는 발열체 유지부(2a)에 형성된 관통 구멍을 관통하고 있다. 발열체 유지부(2a)가 접혀서 감긴 후크 걸림부(73a)에는, 후크부(73b)가 발열체(2)의 발열체 유지부(2a)를 협착하도록 끼워진다. 후크부(73b)에도 관통 구멍이 형성되어 있고, 이 관통 구멍도 잠금부(73c)가 관통하고 있다. 후크부(73b)는 탄성 부재로 형성되며, 후크 걸림부(73a)를 끼워 부착하도록 구성되어 있다. 후크부(73b)는, 협착하는 발열체(2)의 길이 방향에 있어서의 단면 형상이 C자 형상이며, 봉 형상의 후크 걸림부(73a)가 끼워져서, 후크 걸림부(73a)의 외면을 발열체 유지부(2a)를 통해서 끼워 부착한다.

유지구(73)가 발열체(2)를 유지하여, 용기 내에서 발열체(2)가 당겨져 설치된 상태에서, 후크 걸림부(73a)에 있어서의 발열체 유지부(2a)가 접혀지게 감기는 부위는, 발열체(2)의 길이 방향에 직교하는 폭 방향으로 배치된다. 즉, 발열체 유지부(2a)가 감기는 봉 형상체의 후크 걸림부(73a)의 축 방향은, 발열체(2)의 길이 방향에 직교하는 방향이다.

이상과 같이, 제3실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 유지구(73)가 발열체 유지부(2a)를 맞물어 고정함과 더불어, 발열체 유지부(2a)를 협착하고 있기 때문에, 발열체(2)는 유지구(73)로부터 빠지지 않고, 확실하게 유지된다.

제3실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 유지구(73)의 후크 걸림부(73a)의 양단부가 용기(1)의 내면에 근접해서 배치되어 있다. 따라서, 후크 걸림부(73a)의 길이(발열체(2)의 길이 방향에 직교하는 방향의 길이)가 발열체(2)의 폭보다 길고, 용기(1)의 내경보다 조금 짧게 설정되어 있다. 이 때문에, 후크 걸림부(73a)가 발열체(2)에 대한 용기 내의 위치 규제 기능을 가지고 있다. 제3실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 유지구(73)를 이용함으로써, 발열체(2)가 용기(1)에 접촉하지 않고 용기 내의 소정 위치에 확실하게 유지되며, 위치 규제 기능으로서의 위치 규제 부재(도 1의 위치 규제부(4)를 참조)를 더 설치할 필요가 없는 구성이 된다.

또한, 제3실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 발열체(2)가 전술한 제1실시 형태에 있어서 설명한 바와 같이, 발열체(2)가 그 길이 방향에 탄성력을 가지고, 발열체(2)가 용기 내에서 당겨져 설치된 상태에서 양측으로부터의 장력을 견디는 구성으로 함으로써, 도 1의 제1실시 형태의 발열체 유닛에 있어서 이용한 스프링부(6)가 제3실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는 불필요해진다. 이 결과, 제3실시 형태의 발열체 유닛은, 전력 공급부의 구성이 간단하게 되어, 전술한 각 실시 형태에 있어서 설명한 효과에 추가하여, 제조 비용의 대폭적인 저감을 도모하는 것이 가능해진다.

(제4실시 형태)

이하, 본 발명에 의한 제4실시 형태의 발열체 유닛에 대해서 도 12 및 도 13을 이용해서 설명한다. 도 12는 제4실시 형태의 발열체 유닛의 구조를 나타내는 평면도이며, 이 발열체 유닛은 길이가 긴 형상이기 때문에 중간 부분을 생략해서 나타내고 있다. 도 13은 도 12의 발열체 유닛의 정면도이다. 제4실시 형태의 발열체 유닛은, 도 12에 나타낸 바와 같이, 좌우의 양측은 동일한 구성을 가지고 있다.

제4실시 형태의 발열체 유닛에 있어서, 전술한 제1실시 형태의 발열체 유닛과 다른 점은, 발열체(2)의 양단에 부착되는 유지구(83)를 포함하는 전력 공급부(80)의 구성이다. 제4실시 형태의 발열체 유닛에 있어서, 제1실시 형태의 발열체 유닛과 동일한 기능, 구성을 가지는 것에는 같은 부호를 첨부하고, 그 설명은 제1실시 형태의 설명을 적용한다.

도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 제4실시 형태의 발열체 유닛은, 용기(1)와, 열복사 막체로서의 가늘고 긴 띠 형상의 발열체(2)와, 이 발열체(2)를 용기 내의 소정 위치에 유지하기 위해서 발열체(2)의 길이 방향의 양단 부분에 설치되어, 발열체(2)에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부(80)를 구비하고 있다.

발열체(2)의 양단에 설치된 전력 공급부(80)는, 발열체(2)의 양단에 부착된 유지구(83), 서포트 링(84), 고정부(5)를 가지는 내부 리드선(7), 몰리브덴 박(8), 및 외부 리드선(9)을 포함하고 있다. 유지구(83)에는 내부 리드선(7)의 고정부(5)가 고정되어 있고, 내부 리드선(7)은 용기(1)의 양단 부분의 밀봉 부분(용착 부분)에 매설된 몰리브덴 박(8)을 통하여, 용기(1)의 양단으로부터 용기 외부에 도출하는 외부 리드선(9)과 전기적으로 접속되어 있다.

도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 내부 리드선(7)에는, 위치 규제 기능을 가지는 위치 규제부인 서포트 링(84)이 부착되어 있다. 고정부(5)에 연결되는 내부 리드선(7)은, 1개의 선재, 예를 들면 몰리브덴 선을 코일 형상으로 형성한 것이다.

또한, 제4실시 형태에 있어서의 내부 리드선(7)은, 몰리브덴 선에 의해 형성된 예로 설명하지만, 텅스텐, 니켈, 스테인리스 등을 재료로 한 금속선(둥근 막대 형상, 평판 형상)을 이용해서 형성해도 좋다.

이상과 같이, 제4실시 형태의 발열체 유닛에 있어서는, 유지구(83), 서포트 링(84), 내부 리드선(7), 몰리브덴 박(8), 및 외부 리드선(9)에 의해 구성된 전력 공급부(80)가, 발열체(2)의 양측에 설치되어서, 발열체(2)에 전력을 공급함과 더불어, 발열체(2)를 용기 내의 소정 위치에 당겨서 설치하고 있다.

발열체(2)의 단부는 유지구(83)에 의해 평면측과 이면측이 끼워져 부착되어 있고, 유지구(83)의 대략 중앙에 형성된 관통 구멍과 발열체(2)의 단부에 형성된 관통 구멍이 내부 리드선(7)의 고정부(5)의 단부에 의해 관통되어 있다. 고정부(5)는, 그 발열체측 단부가 굴곡되어서, 소위 L자 형상으로 형성되어 있다. 이 L자 형상으로 굴곡한 고정부(5)의 선단이, 발열체(2)를 끼운 유지구(83)의 관통 구멍을 관통해서 돌출하고 있다.

유지구(83)의 관통 구멍으로부터 돌출한 고정부(5)의 돌출 단부(5a)에는, 누락 방지 수단(탈락 방지 수단)이 설비되어 있다. 고정부(5)의 돌출 단부(5a)는, 프레스 가공, 용융 등에 의해 소성 변형해서 찌부러진 상태이다. 즉, 고정부(5)에 있어서의 돌출 단부(5a)는, 유지구(83)의 관통 구멍의 지름보다 큰 형상으로 가공되어, 누락 방지 수단이 설비되어 있다.

제4실시 형태의 발열체 유닛의 서포트 링(84)은, 내부 리드선(7)에 감겨서 고정되며, 코일 형상으로 형성되어 있다.

서포트 링(84)은, 발열체(2)에 전력을 공급하기 위한 내부 리드선(7)에 감아 부착하는 구성이며, 서포트 링(84)에는 외부 리드선(9)으로부터 발열체(2)에의 전류 경로가 지나지 않는 구성이다. 즉, 서포트 링(84)은 내부 리드선(7)에 있어서의 전류 경로에 끼어 있지 않은 구성이다. 이렇게, 서포트 링(84)은 발열체(2)로의 전류가 흐르지 않는 구성이 되기 때문에, 그 전류에 의해 발열하지 않는다. 제4실시 형태에 있어서의 서포트 링(84)은, 발열체(2)의 위치 규제 기능을 가짐과 더불어, 발열체(2)로부터 전도해온 열을 방열하는 방열 기능으로서도 기능한다.

서포트 링(84)은, 몰리브덴 선에 의해 형성된 예로 설명하지만, 발열체(2)를 위치 규제할 수 있는 강성을 가지며, 우수한 열전도(방열 기능)와 가공이 용이한 재료이면, 서포트 링(84)으로서 이용하는 것이 가능하고, 예를 들면 니켈, 스테인리스, 텅스텐 등의 금속 재료 등을 이용할 수 있다. 단, 서포트 링(84)은, 발열체(2)의 길이, 용기(1)의 내경과 발열체(2)와의 치수 차이 등, 발열체 유닛에 있어서의 구성 및 사양에 따라서는 반드시 필요한 구성 요소가 아니다.

제4실시 형태의 발열체 유닛에서는, 발열체(2)의 재료 자체가 신축성을 가지고, 또한 발열체(2)의 형상 패턴이 신축성을 가지기 때문에, 발열체(2)에 있어서의 팽창 수축에 의한 변화를 흡수하기 위한 기구(機構)가 불필요하다. 특히, 제4실시 형태에 있어서 이용한 발열체(2)는 열 팽창률이 작기 때문에, 제조 시에 장력을 가한 상태에서 배치(당겨져 설치)된 발열체(2)는, 발열 시의 팽창을 발열체 자체 및 발열체(2)의 형상 패턴에 의한 신축성에 의해 흡수할 수 있는 것이다.

본 발명에 의한 제4실시 형태의 발열체 유닛에 있어서 이용한 발열체(2)는, 탄소계 물질을 주성분으로 하고 두께 방향에 있어서 복수의 필름 시트 소재의 각 층이 서로 공극을 통해서 적층되며, 우수한 이차원적 등방향성의 열전도를 가지고 있고, 열전도율이 200W/m·K 이상을 가지는 필름 시트 형상의 재료로 형성되어 있다. 따라서, 띠 형상의 발열체(2)는 온도 변화가 없고 균일하게 발열하는 열원이 된다.

즉, 제4실시 형태의 발열체 유닛에 있어서 이용한 발열체(2)는, 전술한 제1실시 형태 등에 있어서 이용한 발열체(2)와 동일한 제법, 동일한 재료에 의해 구성된 것이다.

또한 본 발명에 있어서의 발열체의 특성을 나타내는 「이차원적 등방향성의 열전도」에 관한 정의는, 전술한 제1실시 형태에서 설명했으므로 여기서는 생략한다. 또한, 발열체(2)의 필름 시트 소재로서 이용되는 고분자 필름과, 이 고분자 필름에 첨가되는 필러에 대해서도, 전술한 제1실시 형태에서 구체적으로 설명하고 있으므로 여기서는 생략한다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 제4실시 형태에 있어서의 발열체(2)의 발열부에는, 복수의 슬릿이 발열체(2)의 길이 방향에 직교하는 방향으로 연장 설치되어 있다. 발열부에 형성되어 있는 복수의 슬릿은, 발열부에 있어서의 전류의 흐름 방향을 규제하고, 저항값을 조정하는 것이다. 발열부에 형성되는 슬릿 형상으로서는, 그 발열체 유닛이 이용되는 제품 사양 및 용도 등에 따라서 관통한 홈이나, 밑바닥이 있는 홈 등이 있다. 또한, 오목부 홈에 있어서는, 그 두께 방향의 깊이를 변경함으로써 발열부의 저항값을 조정하는 것이 가능하다.

또한, 제4실시 형태에 있어서의 발열체(2)에 슬릿을 형성함으로써, 발열체 자체의 신축성과 함께, 이 슬릿 형상에 의한 신축성에 의해, 발열체(2)가 큰 신축성을 갖는 특성을 가지는 것이 된다.

(제5실시 형태)

본 발명에 의한 제5실시 형태의 가열 장치에 대해서 도 14를 이용해서 이하에 설명한다.

도 14는, 전술한 제1실시 형태로부터 제4실시 형태에 있어서 설명한 발열체 유닛을 장비한 가열 장치의 일례를 나타내는 사시도이다.

도 14에 나타낸 가열 장치는, 본 발명의 가열 장치의 일례로서 난방용의 가열 기기(91)를 나타내고 있다. 이 가열 기기(91)의 내부에는, 제1실시 형태로부터 제4실시 형태에서 설명한 본 발명의 발열체 유닛이 장비되어 있다. 또한, 제5실시 형태에 있어서는 발열체 유닛에 부호 92를 첨부해서 설명한다. 제5실시 형태의 가열 기기(91)에는, 온도 컨트롤러(93), 반사판(94), 보호용의 커버(95) 등의 일반적인 난방용 가열 기기에 이용되는 구성 부재가 설치되어 있다.

이렇게 구성된 가열 기기(91)에 있어서, 발열체 유닛(92)에 정격(定格)의 전압을 인가함으로써, 소정의 전류가 발열체 유닛(92) 내의 발열체(2)에 흘러서 발열하고, 빠른 시동으로 온도가 상승한다. 제5실시 형태의 가열 기기(91)는, 온도 컨트롤러(93)에 의한 온도 제어에 의해, 사용자가 기대하는 소정의 온도로 확실하게 유지된다. 또한, 발열체 유닛(92)에는, 평면을 가지는 띠 형상의 발열체(2)가 열원으로서 이용되고 있다. 이 때문에, 그 평면으로부터 복사되는 열은 지향성을 가지고 있다. 제5실시 형태의 가열 기기(91)에 있어서는, 발열체 유닛(92)의 발열체(2)의 평면 부분이 정면측과 배면측을 향하도록 배치되어 있다. 이 때문에, 발열체(2)의 정면측으로부터 복사된 열은, 가열 기기(91)의 정면측에 있는 피가열 영역을 가열하고, 발열체(2)의 배면측으로부터 복사된 열은 반사판(94)에 의해 반사되어서 피가열 영역을 가열한다. 또한, 발열체(2)는 필름 시트 소재로 띠 형상으로 형성되어 있기 때문에, 발열체(2)의 측면측으로부터 복사되는 열량은 매우 적어서, 정면측(배면측)으로부터 복사되는 열량에 비해서 무시할 수 있을 정도로 적은 것이다. 이 때문에, 제5실시 형태의 가열 기기(91)에 있어서는, 높은 지향성을 가지고, 피가열 영역 및 피가열 대상물을 효율 높게 가열할 수 있다.

본 발명의 가열 장치에 장비된 발열체 유닛(92)은, 전술한 제1실시 형태로부터 제4실시 형태에 있어서 설명한 발열체(2)를 가지고 있고, 이 발열체(2)는, 면 방향의 열전도율이 동일한 우수한 이차원적 등방향성의 열전도를 가지는 필름 시트 소재로 형성되어 있어, 열 용량이 작기 때문에 시동이 빠르고, 또한 돌입 전류가 적은 특성을 가지고 있다. 이 때문에, 본 발명의 발열체 유닛을 열원으로서 장비한 가열 기기는, 신속하게 가열하는 것이 가능해지는 우수한 응답성을 가지고, 소정의 영역을 열효율이 높게 가열할 수 있는 우수한 특징을 가지는 난방 기기가 된다.

또한, 본 발명의 발열체 유닛은, 난방 기기 외에도 다종다양한 전자/전기 기기의 열원으로서 이용할 수 있고, 예를 들면 고온도의 발열체를 장비하고 있는 복사기, 팩시밀리, 프린터 등의 OA 기기, 및 조리 기기, 건조기, 가습기 등의 전기 기기 등의 열원을 필요로 하는 각종 기기에 이용할 수 있다.

(제6실시 형태)

이어서, 본 발명에 의한 화상 정착 장치 및 그 화상 정착 장치를 이용한 화상 형성 장치의 호적한 실시 형태에 대해서 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다. 여기서 설명하는 화상 정착 장치 및 화상 형성 장치는, 전술한 각 실시 형태에 있어서 설명한 발열체 유닛을 열원으로서 장비하고 있다.

본 발명자들은, 전술한 바와 같이, 종래의 화상 정착 장치에 있어서 이용되고 있던 발열체와는 재료 및 제조 방법에 있어서 전혀 다른 새로운 필름 시트 형상의 재료(필름 시트 소재)를 발열 재료로서 발열체에 적용했다. 화상 정착 장치의 새로운 열원으로서의 발열체 유닛에 이용하는 발열체에 적용하려고 하는 필름 시트 형상의 재료(필름 시트 소재)는, 전술한 바와 같이, 효율이 높고 고온도가 됨과 더불어, 얇고 가볍기 때문에 열 용량이 적고, 우수한 시동 특성을 가지고 있다.

본 발명의 발열체 유닛을 이용한 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 대해서 도 15로부터 도 19를 이용해서 설명한다.

화상 형성 장치의 화상 형성 프로세스에 있어서, 대전(帶電) 장치에 의해 균일하게 대전된 감광(感光) 드럼의 표면에는, 노광 장치에 의해 지정된 정전 잠상(潛像)이 형성되며, 그 정전 잠상에 따라서 현상 장치에 의해 토너 화상이 형성된다. 감광 드럼 표면에 형성된 토너 화상은, 반송되어 온 종이 등의 피기록 부재 상에 전사(轉寫) 장치에 의해 전사된다. 이렇게 전사된 미정착 토너 화상을 담지한 피기록 부재, 예를 들면 종이는, 화상 정착을 실행하는 화상 정착 장치에 반송된다. 화상 정착 장치는, 미정착 토너 화상을 담지한 피기록 부재를 가압 및 가열하여, 미정착 토너 화상을 피기록 부재 상에 정착한다.

또한, 제6실시 형태의 화상 형성 장치에 있어서는 단색(單色) 화상의 화상 형성 프로세스에 대해서 설명하지만, 컬러 화상의 화상 형성 프로세스의 경우에는, 상기의 감광 드럼이 4색의 컬러 토너에 대응하도록 4세트 병설되어 있어, 각 색의 토너 화상이 전사 벨트에 순차로 전사되어서, 컬러 화상이 피기록 부재 상에 순차로 전사되는 구성이다. 이렇게 피기록 부재 상에 전사된 컬러 화상은, 화상 정착 장치에서 가압 및 가열되어서 정착된다.

도 15는, 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 있어서의 주요한 구성을 나타내는 도면이다. 상기한 바와 같이, 화상 정착 장치는, 화상 형성 프로세스에 있어서, 미정착 토너 화상을 담지한 피기록 부재를 가압함과 더불어 고온도로 가열하여, 미정착 토너 화상을 용융해서, 피기록 부재에 정착한다.

도 15에 있어서, 제6실시 형태의 화상 정착 장치는, 피기록 부재(111) 상에 담지된 미정착 토너 화상(112)을 가열해서 용융하는 가열체인 정착 롤러(113)와, 미정착 토너 화상(112)을 담지한 피기록 부재(111)를 정착 롤러(113)에 눌러서 가압하고, 미정착 토너 화상(112)을 피기록 부재(111)에 압착하는 가압 벨트(114)와, 가압 벨트(114)를 정착 롤러(113)에 소망의 힘으로 누르도록 회전 운동시키는 2개의 가압 롤러(115, 115)를 구비하고 있다. 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 있어서는, 가압 벨트(114) 및 가압 롤러(115, 115)에 의해 가압체가 구성되어 있다.

또한, 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 있어서는, 가압 벨트(114)에 의해 피기록 부재(111)를 정착 영역인 닙부(109)에 반송해서 가압 정착하는 구성이지만, 정착 롤러(113)에 대향해서 배치된 가압 롤러(115, 115)에 의해 피기록 부재(111)를 정착 롤러(113)에 눌러서 가압하는 구성도 가능하다. 또한, 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 있어서는, 가열체를 정착 롤러(113)로 구성한 예로 설명하지만, 롤러에 의해 회전 운동하는 벨트에 의해 가열체를 구성하는 것도 가능하다.

도 15에 나타낸 바와 같이, 정착 롤러(113)의 내부에는 발열체(2)를 가지는 발열체 유닛(92)이 설치되어 있다. 발열체 유닛(92)에 있어서, 발열체(2)는 정착 롤러(113)를 가열하기 위한 열원이며, 발열체(2)는 용기(1) 내부에 봉입되어 있다. 발열체(2)를 봉입하는 길이가 긴 용기(1)의 주변에는 개구를 가지는 통 형상의 반사부(116)가 설치되어 있다. 반사부(116)는 스테인리스제이며, 내면이 경면(鏡面) 처리가 되어 있다. 반사부(116)에 형성되어 있는 개구(116a)는, 발열체(2)의 길이 방향과 평행하게 연장 설치되어 있다. 반사부(116)의 개구(116a)는, 발열체(2)로부터 복사된 열을 반사부(116)의 내면에서 반사한 열과 함께, 정착 롤러(113)와 가압 벨트(114)에 의한 정착 영역의 닙부(109)를 향해서 방사하기 위한 개구이다. 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 있어서는, 발열체 유닛(92)에 의해 가열되는 영역이, 닙부(109)에 있어서의 피기록 부재(111)의 반송 방향의 최상류측이 되도록 반사부(116)의 개구가 향하고 있다. 또한, 발열체 유닛(92)의 띠 형상의 발열체(2)의 평면측도 닙부(109)에 있어서의 피기록 부재(111)의 반송 방향의 최상류측을 향하고 있다.

또한, 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 있어서는 발열체 유닛(92)의 주변에 반사부(116)를 설치한 구성으로 설명하지만, 본 발명에 의한 화상 정착 장치에 있어서는 반사부를 설치하지 않고, 발열체 유닛(92)에 의해 그 주변의 정착 롤러(113)를 가열하는 구성이어도 좋다.

제6실시 형태의 화상 정착 장치에 있어서는, 발열체 유닛(92)으로부터 복사된 열이 정착 롤러(113)에서 효율 높게 흡수되고, 또한 보온할 수 있도록, 정착 롤러(113)가 복수의 층으로 구성되어 있다. 정착 롤러(113)의 내면에는 발열체 유닛(92)으로부터의 열(적외선)을 흡수해서 반사하지 않는 적외선 흡수층이 설치되어 있다.

또한, 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 있어서는, 단수의 발열체 유닛(92)을 설치한 예로 설명하지만, 발열체 유닛(92)은 복수 설치해도 좋다. 발열체 유닛(92)을 복수 설치할 경우에는, 발열체 유닛(92)에 있어서의 길이 방향의 각 중심축이, 피기록 부재(111)의 반송 방향에 직교해서 직선 상에 배치된다. 이렇게 복수의 발열체 유닛(92)이 정착 롤러(113)의 내부에 설치된 화상 정착 장치는, 피기록 부재(111)의 크기에 따라서 급전(給電)하는 발열체 유닛(92)을 선택할 수 있는 구성이 된다. 본 발명에 의한 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92)의 발열체(2)는, 필름 시트 형상의 띠체이기 때문에, 그 평면 부분으로부터의 열 복사량이 측면 부분으로부터의 열 복사량에 비해서 대단히 많아서, 높은 지향성을 가지고 있다. 따라서, 복수의 발열체 유닛(92)을 설치한 화상 정착 장치에 있어서는, 인접하는 발열체 유닛(92)에 의해 중복 가열되는 영역을 작게 설정할 수 있어, 효율이 높고 균일하게 닙부 근방을 가열하는 것이 가능해진다.

또한, 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 있어서는, 발열체 유닛(92)의 배치 수가 단수, 복수에 관계없이, 후술하는 바와 같이, 발열체 유닛(92)에 이용한 필름 시트 형상의 발열체(2)가 높은 지향성을 가짐과 더불어, 우수한 시동 특성을 가지기 때문에, 화상 형성 프로세스에 있어서의 화상 정착 처리를 효율 높게 고속도로 처리하는 것이 가능해진다.

제6실시 형태의 화상 정착 장치의 발열체 유닛(92)의 구성에 관해서는, 전술한 제1실시 형태로부터 제3실시 형태에 있어서 설명한 발열체 유닛이 이용되고 있기 때문에, 여기서는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명에 의한 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 있어서 열원으로서 이용한 발열체 유닛(92)의 발열체(2)의 특성에 대해서 종래의 것과 비교해서 설명한다.

우선, 종래의 화상 정착 장치에 있어서 이용하고 있던 열원에 대해서 설명한다.

종래의 화상 정착 장치에 있어서의 열원으로서 이용되고 있는 할로겐 히터는, 전력 급전 시의 시동이 빠르다고 하는 이점은 있다. 그러나 할로겐 히터는, 돌입 전류가 커서, 할로겐 히터를 온/오프 제어하기 위해서는 대용량의 제어회로가 필요하게 되어, 장치가 대형화함과 더불어 비용적으로도 문제를 가지고 있었다. 또한, 할로겐 히터를 제어함으로써, 가까운 조명 기구인 형광등이 깜박거린다(플리커 현상)고 하는 문제를 가지고 있다.

또한, 카본 히터에 있어서는, 돌입 전류는 거의 발생하지 않기 때문에, 발열체에의 전력 공급 시에 전압이 강하(降下)한다고 하는 문제나, 형광등이 깜박거린다(플리커 현상)고 하는 문제는 저감되어 있다. 그러나 카본 히터는, 시동에 시간이 걸리고, 화상 형성 프로세스에 있어서의 정착 처리에 시간이 걸리며, 정착 처리시의 에너지 소비가 증가한다고 하는 문제를 가지고 있었다.

한편, 흑연 등의 결정화 탄소, 저항값 조정 물질 및 비정질 탄소의 혼합물로 형성된 판 형상의 발열체를 이용한 카본 히터에 있어서는, 탄소계 물질의 적외선 방사율이 78∼84%로 높기 때문에, 탄소계 물질을 발열체로서 이용함으로써, 카본 히터로부터의 적외선 방사율이 높아져, 효율이 높은 열원을 구축하는 것이 가능하다. 그러나 카본 히터로서 이용되고 있던 발열체는, 두께(예를 들면, 수mm)를 가지는 판 형상의 발열체이고, 어느 정도 큰 열 용량을 가지고 있어, 전력 공급 시의 시동에 시간이 걸린다고 하는 문제를 가지고 있었다.

또한, 카본 히터로서 이용되고 있던 발열체는, 그 발열체 온도에 관계없이 저항값이 대략 일정하고, 돌입 전류가 거의 발생하지 않는 온도 저항 특성을 가지고 있다. 이렇게 종래의 카본 히터로서 이용되고 있던 발열체에 있어서는, 돌입 전류가 거의 발생하지 않기 때문에, 발열체에의 전력 공급 시에 전압이 강하한다고 하는 문제나, 형광등이 깜박거린다(플리커 현상)고 하는 문제는 저감된다. 그러나 이 발열체를 열원으로서 이용했을 경우에는, 시동에 시간이 걸리고, 화상 형성 프로세스에 있어서의 정착 처리에 시간이 걸리며, 정착 처리 시에 에너지 소비가 증가한다고 하는 문제를 가지고 있었다.

발명자들은, 본 발명에 의한 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 있어서 이용한 발열체 유닛(92)의 발열체(2), 종래의 화상 정착 장치에 있어서 열원으로서 이용되고 있던 탄소계 물질을 주성분으로 한 가늘고 긴 판 형상의 발열체를 이용한 히터(이하, 카본 히터라고 약칭), 및 참고예로서 할로겐 램프를 이용한 히터(이하, 할로겐 히터라고 약칭)에 관해서, 100V, 600W 사양의 히터로 구성하여, 온도[℃]와 저항[Ω]의 관계를 나타내는 온도 특성의 비교 실험을 실행했다.

또한, 이하의 실험(도 16∼도 19에 실험 결과를 나타내는 실험)에 있어서 이용한 발열체 유닛(92)은, 전술한 제4실시 형태에 있어서 설명한 발열체 유닛(도 12 및 도 13 참조)이다.

도 16은 발열체 유닛(92)의 발열체(2), 종래의 열원인 카본 히터, 및 할로겐 히터에 있어서의 온도[℃]와 저항[Ω]의 관계를 나타내는 온도 특성도이다. 도 16에 있어서, 실선 X가 본 발명에 의한 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92)의 발열체(2)의 온도 특성이다. 또한, 도 16에 있어서, 파선 Y가 카본 히터의 온도 특성이며, 일점 쇄선 Z가 참고예로서의 할로겐 히터의 온도 특성이다.

도 16에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92)의 발열체(2)는 온도가 높아짐에 따라 저항이 증가하는 정특성을 가지고 있다. 실험에 의하면, 예를 들면, 발열체(2)의 온도가 20℃(미통전 시)일 때, 저항값은 9.2Ω이며, 평형 점등 시의 온도가 1120℃일 때, 저항값은 16.7Ω이었다. 따라서, 발열체(2)의 미통전 시와 평형 점등 시의 저항값의 변화율(저항 변화율)은 1.81이다. 또한, 여기서 평형 점등 시라 함은, 히터에 전압(예를 들면, 100V)을 인가하여 전력이 공급되어서 발열체에 전류가 흘러, 발열체의 발열 온도가 일정하게 되었을 때를 말한다. 또한, 저항 변화율이라 함은 발열체(2)에 있어서의 통전에 의한 평형 점등 시의 저항의 값을 미통전 시의 저항의 값으로 나눈 값을 말한다.

한편, 종래의 발열체인 파선 Y로 나타내는 카본 히터의 온도 특성은, 온도가 바뀌어도 대략 일정한 저항값을 나타내고 있다. 발명자들의 실험에 의하면, 카본 히터의 온도가 20℃(미통전 시)일 때, 저항값은 15.9Ω이며, 평형 점등 시의 온도가 1030℃일 때, 저항값은 16.7Ω이었다. 따라서, 카본 히터의 미통전 시와 평형 점등 시의 저항 변화율은 1.05이다. 또한, 일점 쇄선 Z로 나타내는 할로겐 히터의 경우, 온도가 20℃(미통전 시)일 때, 저항값은 1.8Ω이며, 평형 점등 시의 온도가 1830℃일 때, 저항값은 16.7Ω이었다. 따라서, 할로겐 히터의 미통전 시와 평형 점등 시의 저항 변화율은 9.28이다.

또한, 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 이용한 발열체(2)를 이용해서, 평형 점등 시의 온도가 500℃가 되도록 전력을 공급했을 경우에도, 도 16에 있어서 실선 X로 나타낸 시동 특성이고, 500℃일 때의 저항값은 11.0Ω이었다. 따라서, 이 발열체(2)의 미통전 시와 평형 점등 시의 저항 변화율은 1.2(=11.0/9.2)이다.

또한, 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 이용한 발열체(2)를 이용해서, 평형 점등 시의 온도가 2000℃가 되도록 전력을 공급했을 경우에는, 도 16에 있어서 실선 X에 이어지는 2점 파선으로 나타낸 시동 특성이며, 2000℃일 때의 저항값은 32.2Ω이었다. 따라서, 이 발열체(2)의 미통전 시와 평형 점등 시의 저항 변화율은 3.5(=32.2/9.2)이다.

상기한 바와 같이, 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92)의 발열체(2)는, 온도가 높아짐에 따라 저항이 증가하는 정특성을 가지고 있다. 예를 들면, 평형 점등 시의 온도 설정을 500℃로 하였을 경우, 평형 점등 시의 저항값이 11.0Ω이 되어 저항 변화율이 1.2이었다. 또한, 평형 점등 시의 온도 설정을 2000℃로 하였을 경우, 평형 점등 시의 저항값이 32.2Ω이 되어 저항 변화율이 3.5이며, 온도와 저항값이 대략 비례한 특성을 나타내고 있다.

또한, 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92)의 발열체(2)는, 정격의 통전에 의한 평형 점등 시의 저항값을 미통전 시의 저항값으로 나눈 저항 변화율이 1.81이었다. 이렇게, 본 발명에 의한 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92)의 발열체(2)는, 미통전 시에도 어느 정도의 저항(9.2Ω)을 가지고 있으며, 미통전 시와 평형 점등 시의 저항 변화율이 1.81이다.

본 발명에 의한 발열체 유닛(92)의 발열체(2)는, 저항 변화율을 1.2로부터 3.5의 범위 내가 되도록 전력 또는 히터 온도를 설정함으로써, 소망의 온도로 고정밀도로 발열시킬 수 있음과 더불어, 발열체 유닛(92)의 점등 시에 있어서, 큰 돌입 전류를 발생시키지 않고, 발열 시의 시동를 빠르게 하는 효과를 나타낸다. 또한, 미통전 시와 평형 점등 시의 저항 변화율이 1.2로부터 3.5의 범위 내일 때, 발열 시의 시동이 빨라짐과 더불어, 후술하는 바와 같이 이 발열체 유닛(92)을 제어하기 위한 기기로 큰 용량의 것을 필요로 하지 않게 된다. 저항 변화율이 1.2 미만의 발열체를 이용했을 경우에는, 온도가 낮고, 돌입 전류가 작으며, 그리고 시동이 느린 화상 정착 장치가 된다. 한편, 저항 변화율이 3.5를 초과하는 발열체를 이용했을 경우에는, 큰 돌입 전류가 발생하기 때문에, 신뢰성을 확보하기 위해서 각 구성 요소의 마진을 크게 설정할 필요가 있어, 구성 요소의 용량이 증대하여, 제조 비용의 증대, 장치의 대형화라고 하는 문제가 있다.

한편, 카본 히터를 열원으로서 이용했을 경우에는, 온도에 관계없이 저항값이 대략 일정하기 때문에, 점등 시에 있어서 돌입 전류가 발생하지 않고, 대략 일정한 전류가 흐른다. 따라서, 카본 히터를 열원으로서 이용했을 경우에는, 발열 온도의 상승 속도(시동)가 늦고, 소정 온도가 될 때까지 시간이 걸린다고 하는 문제가 있다. 이 때문에, 화상 정착 장치의 열원으로서 이용했을 경우에는, 닙부가 소망 온도가 될 때까지 시간을 필요로 하고, 화상 정착 처리에 시간이 걸림과 더불어, 소위 퀵 스타트에 시간이 걸린다고 하는 문제가 있다.

발열체 유닛(92)의 발열체(2)의 고유 저항값이 250μΩ·㎝이고, 카본 히터의 카본의 고유 저항값이 3000∼50000μΩ·㎝이며, 할로겐 히터의 텅스텐의 고유 저항값이 5.6μΩ·㎝이다. 상기한 바와 같이, 카본의 고유 저항값이 다른 히터의 재료에 비해서 매우 높기 때문에, 전류 변화가 적은 설계와 함께 전력 공급 시의 돌입 전류가 발생하기 어려운 설계가 가능해진다. 또한, 발열체(2)의 고유 저항값은, 카본의 고유 저항값보다 작지만, 텅스텐의 고유 저항값보다 크기 때문에, 발열체(2)에 있어서는 텅스텐의 발열체에 비해 설계가 용이하게 된다.

또한, 발열체 유닛(92)의 발열체(2)의 밀도가 0.5∼1.0g/㎥(두께에 따라 상이하다)이고, 카본 히터의 카본의 밀도가 1.5g/㎥이며, 할로겐 히터의 텅스텐의 밀도가 19.3g/㎥이다. 이렇게, 발열체(2)의 밀도가 다른 히터의 재료에 비해서 가볍고, 또한 발열체(2)가 띠 형상의 박막체이기 때문에, 다른 히터에 비해서 열 용량이 매우 작고, 시동이 빨라지는 것을 이해할 수 있다.

도 17은, 본 발명에 의한 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92), 및 종래의 히터인 카본 히터와 할로겐 히터의 시동 특성을 조사한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 17에 있어서, 실선 X가 본 발명에 의한 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92)의 시동 특성이다. 또한, 도 17에 있어서, 파선 Y가 전술한 탄소계 물질을 주성분으로 한 가늘고 긴 판 형상의 발열체를 이용한 카본 히터의 시동 특성이며, 일점 쇄선 Z가 할로겐 램프를 이용한 할로겐 히터의 시동 특성이다. 도 17에 나타내는 특성도에 있어서는, 100V, 600W 사양의 구성의 각각의 히터를 이용해서, 점등으로부터 5초 후까지의 시동 특성을 나타내고 있다.

도 17의 각각의 시동 특성으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92)의 시동 특성(도 17의 실선 X)은, 종래의 열원인 카본 히터(도 17의 파선 Y)의 시동 특성에 비해서, 빠른 시동를 나타내고 있다. 발명자들의 실험에 의하면, 평형 점등 시의 온도의 90% 도달 시간은, 발열체 유닛(92)이 0.6초이었던 것에 반해서 카본 히터가 2.7초이었다. 또한, 할로겐 히터의 경우의 90% 도달 시간은, 1.1초이었다.

상기한 바와 같이, 발열체 유닛(92), 카본 히터, 및 할로겐 히터의 각 히터에 있어서의 평형 점등 시까지의 시동 시간이 다르기 때문에, 그 시동 시간에 있어서 소비되는 전력은 크게 달라진다. 예를 들면, 전술한 실험에서 이용한 각 히터에 있어서 기동 시의 전류 변화는 있지만, 6A를 소비했다고 가정했을 경우, 평형 점등 시의 온도의 90% 도달 시까지의 시간이 발열체 유닛(92)에서는 0.6초이기 때문에, 그 시간의 전력 소비량은 약 360W·S이다. 한편, 카본 히터에 있어서 평형 점등 시의 온도의 90% 도달 시까지의 시간은, 2.7초이기 때문에, 그 시간의 전력 소비량은 약 1620W·S이다. 또한, 할로겐 히터에 있어서 평형 점등 시의 온도의 90% 도달 시까지의 시간은, 1.1초이기 때문에, 그 시간의 전력 소비량은 약 600W·S이다.

이렇게, 발열체 유닛(92)에 있어서의 평형 점등 시까지의 전력 소비량은, 다른 히터에 비해서 대폭 적어서, 화상 정착 장치에 있어서는 정착 처리가 빈번하게 실행되어서 온/오프가 반복되기 때문에, 그 차이는 매우 커져서, 에너지 소비가 대폭 삭감된다.

또한, 할로겐 히터에 있어서 도달 시간이 비교적 짧은 것은, 도 16에 나타낸 바와 같이, 미통전 시의 저항값이 낮고, 전력 공급 초기에 있어서 큰 돌입 전류가 발생하고 있기 때문이다. 전술한 할로겐 히터에 있어서의 전력 소비량의 계산으로 6A를 소비한다고 가정해서 계산했지만, 실제로는, 할로겐 히터의 전력 공급 초기에 있어서의 0∼5초간의 안정되는 기간에는, 큰 돌입 전류가 흐르기 때문에, 그 기간의 소비 전력이 더욱 큰 값이 된다.

도 18은 각 히터에 있어서의 전력 공급 초기의 돌입 전류를 비교한 도면이며, 전력 공급 초기로부터 1.0초 후까지의 전류 파형을 나타내고 있다. 도 18에 있어서, (a)는 본 발명에 의한 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92)의 시동 시의 전류 파형이고, (b)는 종래의 카본 히터의 시동 시의 전류 파형이며, (c)는 할로겐 히터의 시동 시의 전류 파형이다.

도 18의 (a)에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92)은, 전력 공급 초기의 전류의 실효값이 15.75A이며, 전력 공급 초기로부터 1.0초 후의 전류의 실효값이 9.00A이었다. 즉, 발열체 유닛(92)에 있어서는 돌입 전류의 발생은 보이지만, 그 크기는 평형 점등 시의 전류의 2배 이하가 되어 있다.

도 18의 (b)에 나타내는 카본 히터의 경우는 돌입 전류가 거의 없고, 전력 공급 초기의 전류의 실효값이 9.00A이며, 전력 공급 초기로부터 1.0초 후의 전류의 실효값이 8.75A이었다. 한편, 도 18의 (c)에 나타내는 할로겐 히터의 경우는, 큰 돌입 전류가 발생하고 있으며, 전력 공급 초기의 전류의 실효값이 64.75A이고, 전력 공급 초기로부터 1.0초 후의 전류의 실효값이 10.38A이었다. 할로겐 히터는 전술한 도 16(일점 쇄선 Z)에 나타낸 바와 같이, 미통전 시와 평형 점등 시의 저항 변화율이 9.27이라는 5배 이상의 큰 값을 가지고 있기 때문에, 큰 돌입 전류가 발생한다. 이러한 큰 돌입 전류가 발생한다는 것은, 시동이 빨라진다고 하는 특성을 가지는 한편, 이 할로겐 히터를 사용하는 기기에 있어서 대용량의 전류를 견디는 대용량의 요소를 사용하지 않으면 안 되는 문제를 가진다. 예를 들면, 스위칭 소자로서의 사이리스터(thyristor)는 전류 용량이 큰 것이 필요하고, 또한 기계적 접점에 있어서도 대용량의 전류로 용착하지 않도록 차단 용량이 큰 접점을 사용할 필요가 있다. 또한, 할로겐 히터는 그 발열 원리(할로겐 사이클)로부터 전압 제어를 실행하는 것이 곤란하고, 온/오프의 전환 제어만이기 때문에, 정밀도가 높은 온도 제어를 할 수 없다는 문제를 가진다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92)은, 미통전 시와 평형 점등 시의 변화율이 1.81이며, 어느 정도의 돌입 전류가 발생하는 특성을 가지고 있기 때문에, 시동이 빨라져서, 평형 점등 시까지의 시간이 짧아져, 우수한 응답성을 가지는 열원이 된다. 이 때문에, 화상 정착 장치의 열원으로서 발열체 유닛(92)을 이용하는 것은, 화상 정착 장치로서의 성능을 높이고, 에너지 소비가 적은 에너지 절약을 달성할 수 있는 기기로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92)은, 할로겐 히터와 같이 큰 돌입 전류를 발생시키지 않는 특성을 가지고 있기 때문에, 이 발열체 유닛(92)을 사용하는 기기로 대용량의 전류를 견디는 대용량의 것을 사용할 필요가 없어, 제조 비용의 저감 및 소형화를 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 여기서 큰 돌입 전류라 함은, 전력 공급 초기의 전류가 전력 공급 초기로부터 1.0초 후의 전류의 5배 이상의 것을 말한다.

본 발명에 의한 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛에 있어서는, 전력 공급 초기의 전류가 전력 공급 초기로부터 1.0초 후의 전류의 3.5배 이하가 되도록 설정된다. 이렇게, 발열체 유닛에 있어서, 전력 공급 초기의 전류가 전력 공급 초기로부터 1.0초 후의 전류의 3.5배 이하가 되도록 설정함으로써, 시동이 빨라, 우수한 응답성을 가지는 열원이 됨과 더불어, 이 발열체 유닛을 사용하는 기기로 대용량의 전류를 견디는 대용량의 것을 사용할 필요가 없어, 제조 비용의 저감 및 소형화를 도모하는 것이 가능해진다.

도 19는, 발열체 유닛(92), 카본 히터, 및 할로겐 히터의 각 히터에 의해 피가열 대상물로서의 동판을 가열했을 때의 동판 온도의 측정 결과를 나타내고 있다. 도 19에 있어서, 실선 X가 발열체 유닛(92)에 의한 동판의 온도 상승 곡선이고, 파선 Y가 카본 히터에 의한 동판의 온도 상승 곡선이며, 일점 쇄선 Z가 할로겐 히터에 의한 동판의 온도 상승 곡선이다.

도 19에 나타내는 동판 온도 측정 실험에 있어서, 피가열 대상물로서의 동판편은 65mm(L)×65mm(W)×0.5mm(t)을 사용하고, 가열체인 히터와 대향하는 가열면에는 흑색 도장(塗裝)을 실시했다. 각 히터의 길이는 300mm의 길이가 긴 히터이며, 100V, 600W 사양의 것을 사용했다. 동판편과 히터와의 대향 거리는 300mm이며, 동판편의 가열면의 반대측인 이면(裏面)에 열전쌍을 부착해서 동판 온도를 측정했다.

도 19에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92)은, 다른 히터에 비해서 동일한 사양인데도 불구하고, 피가열 대상물인 동판을 가장 빨리 온도 상승시킴과 더불어, 고온도로 가열하고 있다. 할로겐 히터는 그 발열체인 텅스텐 선이 고온도가 되지만, 텅스텐의 방사율(약 0.18)이 낮기 때문에 피가열 대상물의 온도 상승도 늦어진다. 카본 히터의 온도 상승은, 할로겐 히터의 온도 상승보다 빠르지만, 발열체 유닛(92)의 온도 상승보다 늦어져서, 평형 온도도 낮아지고 있다. 이는, 카본의 방사율 0.85에 비하여 발열체 유닛(92)의 발열체(2)의 방사율이 0.9로 높기 때문이다.

따라서, 본 발명에 의한 화상 정착 장치에 이용한 발열체 유닛(92)은, 효율이 높고, 또한 피가열 대상물을 빨리 가열할 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

상기한 바와 같이, 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 있어서 이용한 발열체(2)는, 가볍고 얇아서 열 용량이 작고, 통전에 의한 평형 점등 시까지의 시동이 빠르다는 우수한 특성을 가지고 있다. 이 때문에, 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 있어서는, 우수한 응답성을 가지고 효율적으로 가열하는 발열체를 가지는 발열체 유닛을 이용하고 있기 때문에, 정착 영역의 가열이 빨라져, 에너지 절약을 도모할 수 있음과 더불어, 퀵 스타트를 실현할 수 있다. 또한, 제6실시 형태의 화상 정착 장치에 있어서는, 가열 초기의 점등 시에 큰 돌입 전류가 발생하지 않기 때문에, 전압 강하의 발생, 형광등이 깜박거리는 플리커의 발생이라는 문제가 해소되어 있다.

본 발명의 발열체 유닛 및 가열 장치에 있어서는, 탄소계 물질을 주성분으로 하여 이차원적 등방향성의 열전도를 가지고, 가요성, 유연성, 및 탄력성을 가지고 있고, 또한 열전도성이 200W/m·K 이상이며, 두께가 300㎛ 이하인 필름 시트 소재로 구성된 발열체를 이용하고 있다. 이 발열체는 방사율이, 80% 이상의 높은 우수한 특성을 가지고 있어, 이 발열체를 열원으로서 이용한 발열체 유닛에 의하면 효율이 높은 가열이 가능해진다. 또한, 본 발명의 발열체 유닛을 가열 장치에 이용함으로써, 안전성 및 신뢰성이 높고, 제조가 용이한 가열 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 발열체 유닛을 이용한 화상 정착 장치 및 화상 형성 장치에 있어서는, 정착 처리에 있어서 피가열 대상물을 소망의 배열 분포로, 고온도로 효율 높게 가열할 수 있음과 더불어, 시동이 빨라, 에너지 소비를 저감할 수 있는, 우수한 효과를 나타낸다.

본 발명은, 안전성 및 신뢰성이 높고, 또한 효율이 높은 열원을 구축할 수 있음과 더불어, 작업 효율이 높아 우수한 생산성을 가지는 발열체 유닛 및 가열 장치를 제공할 수 있기 때문에, 열원을 필요로 하는 전자/전기 기기분야에 있어서 유용하다.

Claims (26)

1. 탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 필름 시트로 형성되고, 2차원적 등방향성의 열전도를 가지는 띠 형상의 발열체와,
   상기 발열체에 있어서의 대향하는 양단에 전력을 공급하는 전력 공급부와,
   상기 발열체와 상기 전력 공급부의 일부를 내포하는 용기를 구비하는 발열체 유닛으로써,
   상기 용기 내부에 있어서의 상기 전력 공급부는, 상기 발열체의 양단에 있는 발열체 유지부를 유지하는 유지구와, 상기 유지구에 접속된 내부 리드선부를 포함하고, 상기 유지구는, 상기 발열체 유지부를 받는 후크 걸림부와, 상기 후크 걸림부로부터 연장 설치되어서 상기 발열체를 맞물어 고정하는 잠금부와, 상기 발열체 유지부를 끼워서 상기 후크 걸림부에 장착되는 후크부를 포함해서 구성된 발열체 유닛.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 후크 걸림부에 있어서, 상기 발열체 유지부를 받는 부위가 상기 발열체의 길이 방향에 직교하는 폭 방향으로 연장 설치된 발열체 유닛.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 발열체 유지부에 구멍 또는 노치가 형성되고, 상기 구멍 또는 노치의 내부에 상기 잠금부가 배치된 발열체 유닛.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 구멍 또는 노치의 내부에 배치된 상기 잠금부가 상기 내부 리드선부에 접합된 발열체 유닛.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 후크 걸림부와 상기 잠금부가 선재에 의해 일체적으로 형성되고, 상기 후크 걸림부가 상기 선재를 굴곡시켜서 상기 발열체 유지부가 감기도록 구성되고, 상기 잠금부가 상기 내부 리드선부에 연결되도록 구성된 발열체 유닛.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 후크 걸림부와 상기 잠금부가 선재에 의해 일체적으로 형성되고, 상기 발열체 유지부의 폭 방향의 가장자리부에 형성된 노치의 내부에 상기 잠금부가 배치된 발열체 유닛.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 후크 걸림부와 상기 잠금부가 1개의 선재에 의해 형성되고, 상기 선재를 굴곡시켜서 상기 후크 걸림부와 상기 잠금부가 형성된 발열체 유닛.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 후크부가 탄성재로 형성되고, 상기 후크 걸림부에 대하여 탄성력에 의해 장착되도록 구성된 발열체 유닛.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 후크 걸림부가 도전성 재료로 형성된 발열체 유닛.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 유지구는, 상기 발열체를 상기 용기 내부의 소정 위치에 배치하기 위한 위치 규제 기능을 가지고, 상기 유지구에 있어서의 단부가 상기 용기의 내면에 근접해서 배치되는 발열체 유닛.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 발열체가 발열체 자체에 있어서의 열 수축 및 열 팽창을 흡수하는 탄성력을 가지는 구조를 가지고, 상기 유지구에 전력을 공급하는 상기 내부 리드선부에 탄성 구조를 가지지 않는 구성으로 한 발열체 유닛.
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 발열체는, 탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 형성된 층간 구조를 가지는 발열체 유닛.
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 용기는, 내열성을 가지는 유리관 또는 세라믹관에 의해 형성되고, 불활성 가스가 충전되어서 상기 전력 공급부에서 밀봉된 발열체 유닛.
14. 청구항 1 내지 청구항 13 중의 어느 한 항에 기재한 발열체 유닛을 열원으로서 장비한 가열 장치.
15. 미정착 토너 화상이 담지된 피기록 부재를 가열하는 가열체와,
    상기 가열체에 대향해서 배치되고, 상기 가열체에 대하여 상기 피기록 부재를 통해서 가압하는 가압체를 구비하는 화상 정착 장치에 있어서,
    상기 가열체가 가열원으로서 발열체를 가지고, 상기 발열체가 탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 필름 시트로 띠 형상으로 형성되고, 2차원적 등방향성의 열전도를 가지는 화상 정착 장치.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 발열체는, 탄소계 물질을 함유하는 재료에 의해 형성된 층간 구조를 가지는 화상 정착 장치.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 발열체는, 통전에 의한 평형 점등 시의 저항의 값을 미통전 시의 저항의 값으로 나눈 저항 변화율의 값이 1.2로부터 3.5의 범위이며, 발열체 온도와 저항값이 비례하는 정특성을 가지는 화상 정착 장치.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 발열체는, 두께가 300㎛ 이하의 박막체인 화상 정착 장치.
19. 청구항 17에 있어서,
    상기 발열체는, 밀도가 1.0g/㎤ 이하의 경막체인 화상 정착 장치.
20. 청구항 17에 있어서,
    상기 발열체는, 열전도율이 200W/m·K 이상의 재료로 형성된 화상 정착 장치.
21. 청구항 17에 있어서,
    상기 가열체는, 상기 발열체와 함께 이 발열체의 대향하는 양단에 전력을 공급하는 전력 공급부의 일부를 수납하는 용기를 포함하고, 상기 용기가 내부에 불활성 가스를 충전해서 상기 전력 공급부에서 밀봉된 구조를 가지는 화상 정착 장치.
22. 청구항 17에 있어서,
    상기 가열체에는, 상기 발열체에 의한 가열 영역을 규정하기 위한 반사부가 설치되어 있는 화상 정착 장치.
23. 청구항 17에 있어서,
    상기 가열체에 상기 발열체가 복수 설치되어 있고, 복수의 상기 발열체에 있어서의 길이 방향의 각 중심축이, 상기 피기록 부재의 반송 방향에 직교해서 직선 상에 배치된 화상 정착 장치.
24. 청구항 17에 있어서,
    상기 가열체에 있어서, 상기 발열체에 대향하는 면에 적외선을 흡수하는 부재에 의해 막체가 형성된 화상 정착 장치.
25. 청구항 17에 있어서,
    상기 발열체의 가열 범위는, 상기 가열체와 상기 가압체에 의한 상기 피기록 부재의 압압 부위인 닙부와, 이 닙부보다 피기록 부재의 반송 방향에 있어서의 상류측의 부위를 포함하는 화상 정착 장치.
26. 청구항 15 내지 청구항 25의 어느 한 항에 기재한 화상 정착 장치를 구비한 화상 형성 장치.

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