WO2011016169A1 - 発熱体ユニット及び加熱装置 - Google Patents

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WO2011016169A1
WO2011016169A1 PCT/JP2010/003795 JP2010003795W WO2011016169A1 WO 2011016169 A1 WO2011016169 A1 WO 2011016169A1 JP 2010003795 W JP2010003795 W JP 2010003795W WO 2011016169 A1 WO2011016169 A1 WO 2011016169A1
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WO
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heating element
element unit
heating
heat
shape
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/003795
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
小西政則
松岡広彰
毛利賢二
Original Assignee
パナソニック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic

Definitions

  • the present invention relates to a heating element unit used as a heat source and a heating device using the heating element unit, and in particular, a heating element unit including a heating element mainly composed of a carbon-based material and formed in a film sheet shape, and the heat generation thereof.
  • the present invention relates to a heating device using a body unit.
  • a conventional heating element unit used as a long heat source is configured by enclosing a coiled tungsten wire or a rod-like or plate-like carbon-based sintered body as a heating element inside a cylindrical glass tube.
  • Examples of the heating device in which such a heating element unit is used include various electronic devices such as copiers, facsimiles, and printers, and various heat sources that require heat sources such as electric heaters, cooking appliances, and dryers. Equipment is included.
  • a heating element unit is widely used as a heat source in various devices. For this reason, there are many demands on the heating element unit so as to be compatible with the specifications of the function, shape, configuration, etc. of the equipment in which the heating element unit is used.
  • high temperature as a heat source specified temperature can be maintained, temperature adjustment range is wide, input power can be converted into heating energy with high efficiency, heated object can be heated uniformly, specified It has a directivity that heats only the selected direction, has a small inrush current when the power is turned on, has a short rise time to the set temperature, and has a structure that can be easily attached and detached, allowing the heating element unit to be downsized. There is a request such as being.
  • Various heating element units have been proposed for the purpose of satisfying the above requirements.
  • a heating element unit using a heating element formed in a plate shape with a carbon-based material that generates high heat the heating value is adjusted by partially changing the cross-sectional area of the heating element, and the temperature distribution of the heating element
  • the thing which aimed at equalization is proposed (for example, refer to patent documents 1).
  • a heating element formed by impregnating carbon fiber with a resin and fixing in a tape shape has been proposed (for example, see Patent Document 2).
  • the heating element using carbon fiber as a material has been widely used as a recent heat source because it has a high temperature at a rapid rise.
  • the heating element unit using the conventional heating element configured as described above it is necessary to variably adjust the heat generation amount according to the purpose of use. For this reason, in the conventional heat generating body, length, width, or cross-sectional area was changed and the resistance adjustment of the heat generating body was performed. As described above, in the conventional heating element, the amount of heat generation is determined by the shape thereof, and it is difficult to configure the heating elements having the same heating amount and different shapes. Therefore, in response to a request from a user, it has not been easy to configure a heating element unit having different specifications using the same heating element.
  • a graphite film sheet obtained by heat-treating a polymer film or a polymer film to which a filler is added at a temperature of 2400 ° C. or higher is used as a conventional heating element.
  • a graphite film sheet is fragile, easily torn, and easily cut, so that sufficient care must be taken in handling.
  • a heating element unit in which such a graphite film sheet is stretched inside a glass tube as a heating element it is necessary to stretch both ends of the graphite film sheet, and the heating element is damaged or cut during the assembly work. There was a fear. Therefore, in manufacturing and assembling a heating element unit using such a graphite film sheet as a heating element, delicate work is required, resulting in poor yield and increased cost.
  • the conventional graphite film sheet is a carbonized material obtained by heat-treating a polymer film or a polymer film to which a filler is added at a temperature of 2400 ° C. or higher, so that it is flexible and flexible. Sex was lacking. Also in this respect, when a graphite film sheet is used as a heating element in a heating element unit, there is a problem that it cannot cope with a case where deformation processing of a heat source is required according to various specifications.
  • An object of the present invention is to provide a heating element unit that satisfies various requirements for the heating element unit and solves the problems that have been a problem in the conventional heating element unit.
  • the heating element unit that is highly safe and reliable and has a rapid rise in heat generation and its heating
  • An object is to provide a heating device using a body unit.
  • the heating element unit according to the first aspect of the present invention is a polymer film or a polymer film to which a filler is added at a temperature of 2400 ° C. or higher.
  • a heating element formed by cutting a graphite film sheet obtained by heat treatment to form a plurality of cuts in the surface direction, a pressure treatment for pressing in the thickness direction, and an expansion treatment,
  • a power supply unit for supplying power to opposite ends of the heating element;
  • a container enclosing the heating element and the power supply unit.
  • the heat generating unit configured as described above can adjust the resistance in the thickness direction and the surface direction of the heat generating element, and is excellent in flexibility and flexibility, and becomes a safe and highly reliable heat generating unit.
  • the heating element unit according to the first aspect can quickly and easily respond to various usage purposes requested by the user, and can provide a heat source with a fast rise in heat generation.
  • the heating element according to the first aspect has a shape that extends in a certain direction by the expansion process.
  • the heating element unit configured as described above is a heating element that can freely extend the length of the heating element, meet various specifications, and reduce the material.
  • the plurality of cuts in the heating element according to the second aspect oppose each other from a pair of side edges facing each other along the longitudinal direction of the heating element.
  • a first cut portion formed so as to extend toward the side edge, and a plurality of first cut portions formed with a predetermined arrangement interval on each side edge along the longitudinal direction of the heating element;
  • a second cut portion formed between the first cut portions arranged side by side in the longitudinal direction and formed to leave a predetermined length from both side edges.
  • the heating element according to the third aspect pressurizes in the thickness direction after the cutting process for forming the first cutting part and the second cutting part.
  • the first cut portion and the second cut portion having an expanded shape are provided by performing an expansion process in which pressure treatment is performed and tension is applied in a certain direction to the heating element after the pressure treatment.
  • the heating element unit configured in this way can remove so-called sag caused by the heating element during the cutting process by the pressurizing process, and uses the heating element extended to a desired length by the expansion process. In addition, the heating element unit is safer and more reliable.
  • the heating element unit according to the fifth aspect of the present invention has a portion where the extension amount per unit length in the longitudinal direction is different.
  • the heating element configured in this way has a sparse state and a dense state of a portion extending in the longitudinal direction of the heating element, can set the intensity of heat radiation, and can easily distribute heat. Become a unit.
  • the heating element according to the fourth aspect has a configuration in which the resistance value per unit area is varied by the pressure applied in the pressurizing process.
  • the heating element unit configured as described above becomes a heating element unit capable of supporting various specifications in a given shape.
  • the container according to the fourth aspect may be composed of either a heat-resistant glass tube or a ceramic tube.
  • the heating element is structurally protected by a heat-resistant container, and the heating element unit can be used at a high temperature.
  • a heating element unit has a configuration in which at least a part of an edge of the heating element is in contact with an inner wall surface of the container in the shape in which the heating element according to the fourth aspect is extended. But you can.
  • the container structurally holds the heating element due to the contact between the container and a part of the heating element, and the contact portion of the heating element with the container is small. The amount of heat released from the part is limited, and it becomes a highly efficient heat source. Further, since the high temperature heating element is a low temperature part in contact with the container, the container can be protected.
  • the heating element unit according to the ninth aspect of the present invention may be configured such that at least one end of the container according to the seventh aspect is sealed in the power supply unit, and the container is filled with an inert gas. .
  • the heat generating unit configured as described above it is possible to prevent the heat generating element from being oxidized and extend its life.
  • a heating device has a heating element unit according to the first to ninth aspects, and is provided with a reflecting means at a position facing the heating element. Since the heating device configured in this manner is provided with a reflection unit that reflects the radiant heat from the heating element unit, the heating device has a highly efficient heat radiation source.
  • the heating device of the tenth aspect can provide a device that can quickly and easily respond to various usage purposes requested by the user, has high safety and reliability, and has a rapid rise in heat generation. Can do.
  • the reflecting means according to the tenth aspect may be a reflector having a curved cross-sectional shape in the longitudinal direction.
  • the heating device configured as described above can efficiently heat the object to be heated by the radiant heat from the heating element.
  • a heating device includes the heating element unit according to the first to ninth aspects, and a cylindrical body configured to surround the outer periphery of the heating element unit is disposed. ing.
  • the heating device configured as described above can be applied to an electronic device having a toner fixing mechanism, a cooking device, and the like.
  • a heating device has a control circuit that performs electrical control of the heating element unit according to the twelfth aspect, and the control circuit performs on / off control, current ratio control, phase control, and zero crossing.
  • Each circuit of control is comprised individually or in combination of at least two.
  • the heating device configured in this way can construct a heat source having a desired temperature distribution with high accuracy.
  • a heating element unit that can respond quickly and easily according to various usage purposes requested by a user, has high safety and reliability, and has a rapid rise in heat generation, and the heating element unit thereof are used.
  • a heating device can be provided.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating pressurization processing in the first embodiment. Sectional drawing which shows the heat generating body raw material in Embodiment 1 Sectional drawing which shows the pressurized heat generating body in Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between the heating force [kgf], input power [W], and electric resistance [ ⁇ ] when energized in the first embodiment.
  • the figure explaining the expansion process in Embodiment 1 The figure which shows the extended heat generating body in Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 5 is a plan view showing another configuration example of the heating element in the first embodiment.
  • the perspective view which shows the structure of the heating apparatus of Embodiment 2 which concerns on this invention.
  • Sectional drawing which shows structures, such as a heat radiation source, in the heating apparatus of Embodiment 3 which concerns on this invention
  • FIG. 1 is a front view showing the structure of the heating element unit according to the first embodiment.
  • FIG. 1 shows an example in which the heating element unit is constituted by a long heating element.
  • FIG. 2 is a side view showing the structure of the heating element unit according to the first embodiment.
  • a heating element 2 that is a long and narrow carbon-based material is disposed inside a glass tube 1 made of transparent quartz glass.
  • the heating element 2 is made of glass. It extends along the longitudinal direction of the tube 1.
  • an inert gas such as argon gas, nitrogen gas, or a mixed gas of argon gas and nitrogen gas is sealed inside the glass tube 1, and both end portions of the glass tube 1 are welded in a flat plate shape.
  • Argon gas, nitrogen gas, or a mixed gas of argon gas and nitrogen gas which is an inert gas sealed inside the glass tube 1, prevents oxidation of the heating element 2 that is a carbon-based material when used at high temperatures. It is to do.
  • the heating element unit includes a heat-permeable glass tube 1, a heating element 2 that is a heat radiator enclosed in the glass tube, and the heating element 2. And a support member 4 for holding the heating element 2 at a predetermined position in the glass tube.
  • the power supply members 10 are provided at both ends of the heating element 2 and have the same configuration and are electrically connected to the end of the heating element 2.
  • the power supply unit 10 is electrically connected to the holding block 3 for sandwiching and holding the end portions of the heating element at both ends of the heating element 2, the internal lead wire member 5 attached to the holding block 3, and the internal lead wire member 5.
  • the molybdenum foil 6 is connected and embedded in the welded portion at both ends of the glass tube 1, and the external lead wire 7 is electrically connected to the molybdenum foil 6 and led out from both ends of the glass tube 1.
  • the power supply unit 10 having the holding block 3, the internal lead wire member 5, the molybdenum foil 6, and the external lead wire 7 is provided at both end portions of the heating element 2.
  • the holding block 3 and the internal lead wire member 5 are engaged with each other. Further, the internal lead wire member 5 is welded to the holding block 3 so that the internal lead wire member 5 does not move relative to the holding block 3.
  • the other end of the internal lead wire member 5 is electrically connected to a molybdenum foil 8 embedded in the welded portion (sealed portion) of the glass tube 1.
  • the internal lead wire member 5 is formed of a molybdenum wire.
  • an elastic metal wire round bar shape, flat plate shape
  • tungsten, nickel, stainless steel, or the like is used. May be formed.
  • the support member 4 that holds the heating element 2 at a predetermined position in the glass tube is formed of a molybdenum wire and is formed in a ring shape having a diameter smaller than the inner diameter of the glass tube 1. ing.
  • the support member 4 is wound around and fixed to the internal lead wire member 5, and the internal lead wire member 5 is disposed at a predetermined position inside the glass tube.
  • the heating element 2 to which the internal lead wire member 5 is connected via the holding block 3 has a predetermined position inside the glass tube. Arranged reliably.
  • the heating element 2 is arranged on a substantially central axis parallel to the longitudinal direction of the glass tube 1 so as to reduce contact with the glass tube 1. For this reason, the expansion and contraction change in the heating element 2 is smooth, and an unnecessary load on the heating element 2 is not applied.
  • the heating element 2 in the first embodiment is configured such that the contact area with the glass tube 1 is reduced as described later. For this reason, in the heating element unit of Embodiment 1, the load on the heating element due to the contact between the heating element 2 and the glass tube 1 is greatly reduced.
  • the heating element 2 is securely placed at a predetermined position inside the glass tube. Any configuration that can be arranged can be used.
  • the support member 4 is not an essential component in the heating element unit. For example, if the heating element 2 does not contact the glass tube 1, it is not necessary to provide the support member 4 as described above. In addition, if the heating element 2 is partly in contact with the glass tube 1 and the heating element 2 is held by the glass tube 1, it is not necessary to provide the support member 4. However, even if the heating element 2 and the glass tube 1 are in contact with each other in this way, the contact area is set to be small in the heating element unit of the first embodiment.
  • the support member 4 has been described as a ring-shaped configuration wound around the internal lead wire member 5, but any configuration that can hold the heating element 2 in a predetermined position can be used.
  • the support member 4 can be handled even if a part of the wire of the internal lead wire member is formed in a coil shape and the diameter thereof is smaller than the inner diameter of the glass tube 1, the support member 4 can be handled. When formed in a coil shape in this way, the support member 4 has an elastic force in the same direction as the longitudinal direction of the heating element, so that the expansion and contraction of the heating element 2 can be absorbed.
  • the heating element 2 used in the heating element unit according to the first embodiment of the present invention has an excellent two-dimensional structure in which a carbon-based material is a main component and a plurality of film sheet material layers are laminated with gaps in the thickness direction.
  • the film sheet is formed of a film sheet-like material having a thermal conductivity that is substantially isotropic and having a thermal conductivity of 200 W / m ⁇ k or more.
  • the film sheet material that is a material of the heating element 2 has heat resistance obtained by heat-treating a polymer film or a polymer film to which a filler is added in an atmosphere at a high temperature, for example, 2400 ° C. or more, and baking to graphitize. It is a highly oriented graphite film sheet, and has a thermal conductivity in the plane direction of 600 to 950 W / m ⁇ k. Generally, the thermal conductivity is 200 to 400 W / m ⁇ k as long as it is formed from a powder composed mainly of natural graphite, fired and formed into a film sheet by rolling.
  • the heating element 2 used in the first embodiment has excellent two-dimensional isotropic heat conduction with a thermal conductivity in the plane direction of 600 to 950 W / m ⁇ k as described above. Therefore, in the heat generating body 2, it becomes a uniform heat source without a temperature nonuniformity by heat_generation
  • the two-dimensional isotropic heat conduction indicates heat conduction in all directions on the plane set by the orthogonal X axis and Y axis.
  • the two-dimensional isotropic direction means, for example, one direction (X-axis direction) in the carbon fiber direction in a heating element formed by arranging carbon fibers side by side in the same direction, or knitting carbon fibers into a cloth. It does not indicate only the two directions (X-axis direction and Y-axis direction) in the carbon fiber direction of the heating element formed in the above manner.
  • the film sheet material which is a material of the heating element 2 used in the present invention, has a laminated structure and has various surface shapes such as a flat surface, a concavo-convex surface or a corrugated surface in the surface direction. A space is formed between the opposing layers.
  • the image of the formation state of the voids formed between the layers is folded so as to overlap a plurality of times (for example, tens of times, hundreds of times) to make a pie dough, and the pie Similar to the cross-sectional shape of the pie obtained by baking the dough. Therefore, the film sheet material which is the material of the heating element 2 in the present invention is a material having two-dimensional isotropic thermal conductivity which is excellent in the thermal conductivity in the plane direction as described above.
  • polymer film used as the film sheet material manufactured as described above examples include polyoxadiazole, polybenzothiazole, polybenzobisthiazole, polybenzoxazole, polybenzobisoxazole, polypyromellitimide (pyromellitimide) ), Polyphenylene isophthalamide (phenylene isophthalamide), polyphenylene benzimitazole (phenylene benzimitazole), polyphenylene benzobisimitazole (phenylene benzobisimitazole), polythiazole, polyparaphenylene vinylene And at least one kind of polymer film.
  • phosphate ester examples include tricresyl phosphate, phosphate (trisisopropylphenyl), tributyl phosphate, triethyl phosphate, trisdichloropropyl phosphate, trisbutoxyethyl phosphate, and the like. be able to.
  • Examples of calcium phosphate compounds include calcium dihydrogen phosphate, calcium phosphate hydrogen, tricalcium phosphate, and the like.
  • Examples of polyester compounds include polymers of adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, phthalic acid, and the like, and glycols and glycerins.
  • Examples of stearic acid compounds include dioctyl sebacate, dibutyl sebacate, and acetyl tributyl citrate.
  • Examples of the metal oxide compound include calcium oxide, magnesium oxide, lead oxide and the like.
  • Examples of trimellitic acid compounds include dibutyl fumarate and diethyl phthalate.
  • Examples of the lead compound include lead stearate and lead silicate.
  • Examples of the azo compound include azodicarbonamide and azobisisobutyronitrile.
  • Examples of the nitroso compound include nitrosopentamethylenetetramine.
  • Examples of the sulfonyl hydrazide compound include p-toluenesulfonyl hydrazide.
  • the film sheet material is laminated, processed at 2400 ° C. or higher in an inert gas, and the pressure of the gas processing atmosphere generated in the process of graphitization is adjusted to produce a film sheet-like heating element.
  • the amount of the filler added is suitably in the range of 0.2 to 20.0% by weight, more preferably in the range of 1.0 to 10.0% by weight.
  • the optimum addition amount varies depending on the thickness of the polymer film. When the thickness of the polymer film is thin, it is better that the addition amount is large, and when it is thick, the addition amount may be small.
  • the role of the filler is to make the film after heat treatment into a uniform foamed state.
  • the added filler generates a gas during heating, and the cavity after the generation of the gas becomes a passage to help the gentle passage of the decomposition gas from the inside of the film.
  • the filler thus has a function that helps to create a uniform foamed state.
  • FIG. 3A to 3C are partially enlarged views showing the heating element 2 used in the heating element unit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3A is a diagram showing a heating element material 2A in the process of manufacturing the heating element 2 in the heating element unit according to the first embodiment, and is a partially enlarged front view.
  • the heating element material 2A shown in FIG. 3A is in a state where a plurality of cuts are made in the heating element material 2A.
  • FIG. 3B shows the heating element 2 after applying tension to the heating element 2A shown in FIG. 3A in the longitudinal direction, and is a front view showing a part of the heating element 2 in an enlarged manner.
  • 3C is a cross-sectional view taken along the line III-III of the heating element of FIG. 3B.
  • the heating element 2 used in the heating element unit of Embodiment 1 performs the cutting process on the above-described film sheet-like material to form a belt-like heating element material 2A shown in FIG. 3A. Thereafter, the heating element 2A is subjected to a pressurizing process and an expansion process, which is a shape adjustment process, so that the heating element 2 serving as a heat source in the heating element unit is formed.
  • a pressurizing process and an expansion process which is a shape adjustment process
  • the first cutting process for cutting from both side edges (both side edges having a width W1 in FIG. 3A) to the side edges facing each other in the heating element material 2A has a predetermined interval (first cutting width A1) in the longitudinal direction.
  • first cutting width A1 first cutting width
  • edge cuts C1 and C1 which are two first cut parts that are cut in a direction orthogonal to the longitudinal direction from both side edges of the heating element material 2A to the inside, are formed.
  • a region between two opposing edge cuts C1, C1 is a narrow portion 2a having a width W3.
  • the second cutting process (cutting process) is also performed on the intermediate portion of the heating element material 2A.
  • the length of the intermediate cut C2 is W2.
  • region of the both sides of the direction orthogonal to a longitudinal direction used as the both sides of the intermediate notch C2 is the edge part 2b.
  • the first cutting process and the second cutting process are performed simultaneously in the cutting process.
  • the heating element material 2A has a relationship of width W1> width W2> width W3. Therefore, in the longitudinal direction of the intermediate portion of the heating element material 2A, the narrow portions 2a and the intermediate cuts C2 are alternately formed.
  • the heating element material 2A that has been cut as described above is subjected to a pressurizing process, which will be described later, and an expansion process that is a shape adjustment process.
  • the heating element material 2A subjected to pressure treatment is applied with tension from both sides to expand the heating element material 2A in the longitudinal direction, and the heating element material 2A is formed to a predetermined length. It is.
  • the edge cut C1 that is the first cut portion and the intermediate cut C2 that is the second cut portion of the heating element material 2A are expanded, and the narrow portion 2a is in a skewed state. Is formed to a desired length.
  • FIG. 3B is an enlarged view showing the heating element 2 after applying tension in the longitudinal direction to the heating element material 2A shown in FIG. 3A.
  • 3C is a cross-sectional view taken along a central axis (on line III-III) parallel to the longitudinal direction of the heating element 2 of FIG. 3B, and the narrow portion 2a and the edge 2b of the heating element 2 are in a skewed state. It is shown that
  • the heating element 2 used in the heating element unit of the first embodiment has a thickness (t) of 100 ⁇ m, the entire width (W1) of the heating element 2 is 8 mm, and the width (W3) of the narrow portion 2a.
  • the width (W2) of the intermediate cut C2 is about 6 mm.
  • the longitudinal interval between the edge cuts C1 and the intermediate cuts C2 (second cut width A2) is about 1 mm, and the interval between the adjacent edge cuts C1, C1 in the longitudinal direction (first cut width A1) is It is about 2 mm which is twice the second cut width A2 which is the distance between the edge cut C1 and the intermediate cut C2.
  • the length L of the heating element 2 after the expansion process is 320 mm (see FIG. 1).
  • the length L of the heat generating body 2 determines suitably according to the specification of a heat generating body unit.
  • the shape, such as the width, length, and cross-sectional area, of the heating element material 2A is determined by the input power, the heating temperature, etc., and is appropriately changed according to the specifications as the heat source in which the heating element unit is used. Then, by applying a pressurizing process, which will be described later, to the heating element material 2A, the characteristics of the heating element material 2A are determined and adjusted to a desired shape by the above expansion process according to the specifications of the heating element unit. The Details of the expansion process will be described later.
  • the temperature distribution of the heating element 2 is substantially equal in the uniformly expanded state where each of the edge cuts C1 and the intermediate cuts C2 expands in the same manner. It becomes uniform.
  • the temperature distribution can be changed by forming a sparse / dense state in the heating element 2 and expanding it unevenly.
  • the heating element material 2A by combining the first cut width A1 and changing the entire width W1 of the heating element material 2A, a unit area is obtained so as to obtain a desired heat distribution.
  • the heating effect can be enhanced by adjusting the amount of heat generated per area and the heat generation area.
  • the widths of the current flow paths are not formed to be the same width, a heating area that generates heat when current flows by energization, and heat from the heating area. And a heat conduction region that generates heat by conduction. If the heat conductivity of the heating element is less than 200 W / m ⁇ k, that is, if the two-dimensional isotropic thermal conductivity is poor, the temperature of the heating element in the partial heating area and the heat conduction area is low. However, temperature unevenness occurs.
  • the heating element 2 used in the heating element unit according to the first embodiment of the present invention has a carbon-based substance as a main component and a plurality of film sheet material layers in the thickness direction with a gap between each other. It is laminated and has an excellent two-dimensional isotropic thermal conductivity, and is formed of a film sheet material having a thermal conductivity of 200 W / m ⁇ k or more. Therefore, the heating element 2 in the first embodiment is a heat source that has no temperature unevenness in the heat generation region and the heat conduction region and generates heat uniformly in the current path.
  • the heating element 2 used in the heating element unit according to the first embodiment of the present invention performs the cutting process on the film sheet material to form the belt-like heating element material 2A shown in FIG. 3A. is doing.
  • the belt-shaped heating element material 2A is cut out from the film sheet material, and the edge cutting C1 that is the first cutting part and the intermediate cutting C2 that is the second cutting part in the heating element material 2A. Is forming.
  • the cutting process for the heating element material 2A of the first embodiment is performed by a cutting press process in which a cutting die is pressed against the material and cut. It is also possible to perform a cutting process on the heating element material 2A by lath processing and laser processing. Processing methods for lath processing and laser processing will be described later.
  • the heating element material 2A that has been subjected to the cutting process is subjected to a pressurizing process to adjust the characteristics of the heating element material. Thereafter, an expansion process, which is a shape adjustment process, is performed to form the heating element 2 serving as a heat source in the heating element unit.
  • a pressurizing process which is a shape adjustment process, is performed to form the heating element 2 serving as a heat source in the heating element unit.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a pressurizing process for the heating element material 2A subjected to the cutting process. As shown in FIG. 4, the heating element material 2A formed by the cutting process is inserted and pressed between the upper roller 11A and the lower roller 11B.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view schematically showing a state before the heating element material 2A is pressurized.
  • FIG. 5B is a sectional view schematically showing a sectional structure of the heating element material 2A after the pressure treatment.
  • the cross-sectional structure (thickness t1) in the thickness direction of the heating element material 2A before pressure treatment has a laminated structure as described above, and the surface layer surface is flat. , Uneven surfaces, or undulating curved surfaces. For this reason, voids are formed between the opposing layers.
  • a pressurizing process to apply pressure in the thickness direction to the heating element material 2A having such a cross-sectional structure, as shown in FIG. Becomes thinner (thickness t ⁇ thickness t1).
  • This damaged state is indicated by reference numeral 12 in FIG. 5B. Since this broken state has occurred in every part of the heating element material 2A, the heating element material 2A subjected to the pressurization process has a large electric resistance value.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the roller pressing force [kgf] during the pressurizing process, the electric resistance value [ ⁇ ] during energization, and the input power value [W].
  • the solid line is a characteristic curve showing the relationship between the applied pressure and the input power value
  • the broken line is a characteristic curve showing the applied pressure and the electric resistance value when energized.
  • the heating element material 2A when the heating element material 2A was pressurized at 50 kgf, the electric resistance value during energization was about 23.8 ⁇ , and the input power values were 100V and 420W. Therefore, it can be understood that by adjusting the pressure in the range of 0 to 50 kgf to the heating element material 2A, the input can be variably adjusted by about 7%. As described above, the inventors' experiments confirmed that there is a correlation between the roller pressing force, the electrical resistance value during energization, and the input power amount.
  • the pressurization process has the following special effects.
  • the heating element material 2A subjected to the pressure treatment a part of the interlayer is broken and the connection between the layers is broken, so that the flexibility does not break even if it is bent locally or a soft curved surface. In this respect, it was confirmed that excellent characteristics were exhibited.
  • the heating element material 2A before the pressure treatment is weak against some bending and pulling, and there is a risk of damage or cutting even with some bending, and there is a problem in terms of flexibility and flexibility.
  • it is strong against bending and pulling, and has been dramatically improved in terms of flexibility and flexibility. Therefore, in the present invention, it is possible to perform an expansion process for applying tension to the heat generating material 2A subjected to the pressure process.
  • the cutting process is performed after the first pressurizing process is performed before the cutting process to change the characteristics of the heating element material 2A. You may go.
  • the cutting process can be performed on the heating element material 2A having stable characteristics, so that the input power amount can be adjusted more stably.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an expansion process performed after the pressurizing process. As shown in FIG. 7, tension is applied in the direction of the arrow from both sides of the heating element material 2 ⁇ / b> A after the pressurizing process to extend the heating element material 2 ⁇ / b> A to a predetermined length.
  • FIG. 8 shows the heating element 2 in a state extended to a predetermined length. As shown in FIG. 8, the shape of the heating element 2 is maintained in a state where all the cuts C1 and C2 in the heating element 2 are similarly expanded.
  • the heating element material 2A that is the material of the heating element 2 shown in FIG. 7 is a heat treatment of a polymer film or a polymer film to which a filler is added in an atmosphere at a high temperature, for example, 2400 ° C. or higher. Then, the highly oriented graphite film sheet having heat resistance that has been calcined by baking is subjected to the above-described cutting treatment and pressure treatment, and the thermal conductivity in the plane direction is 600 to 950 W / m ⁇ k. In addition to the above properties, it has flexibility and softness.
  • the heating element material 2A processed in this way has a shape holding force that holds the expanded state, although it is somewhat returned by the elastic force of the heating element material 2A itself by applying tension from both sides and extending. ing. Further, when the heat generating material 2A in an expanded state is forcibly contracted, it has a restoring force to return to the initial state shown in FIG. Therefore, the heating element material 2A used in the present invention has a special characteristic that it has flexibility, flexibility, elasticity, shape retention force and restoring force by performing a cutting process and a pressure process. Have.
  • the temperature distribution of the heating element 2 is longitudinal in the uniformly expanded state where each of the edge cuts C1 and the intermediate cuts C2 spreads in substantially the same manner. Becomes substantially uniform.
  • the heating element 2 can be expanded non-uniformly to adjust the temperature distribution in the longitudinal direction. For example, in the vicinity of both ends of the heating element 2, the edge notch C1 and the intermediate notch C2 are made narrow by reducing the spread thereof, and in the central portion, the notches C1 and C2 are enlarged by being made sparse.
  • the heat generation amount per unit area of both end portions of the heating element 2 increases, and the heat generation amount per unit area of the central portion decreases.
  • the heating element unit of Example 1 has basically the same configuration as the heating element unit described in the first embodiment, the same function and configuration are denoted by the same reference numerals. To do.
  • the holding blocks 3 provided at both ends of the heating element 2 are formed by folding a molybdenum plate material in half. A through hole is formed in each central portion of the holding block 3 folded in half. Through holes are also formed at both end portions of the heating element 2 sandwiched between the holding blocks 3 folded in half, and the through holes of the holding block 3 and the end holes of the heating element 2 are aligned.
  • the end portion of the internal lead wire member 5 is inserted and engaged with the through hole of the holding block 3 and the through hole of the end portion of the heating element 2 thus aligned, and the holding block and the internal lead wire are engaged.
  • the members 5 are heat-welded and fixed to each other.
  • the heating element unit according to the first embodiment has a configuration in which both end portions of the heating element 2 are sandwiched between the holding blocks 3 and are stretched inside the glass tube 1.
  • the holding block 3 sandwiches the heating element 2 and is electrically connected to the heating element 2.
  • the holding block 3 is made of a conductive material, and has a heat dissipation effect that dissipates heat from the heating element 2 and does not transmit high heat to the internal lead wire member 5.
  • molybdenum is preferable as the material of the holding block 3, but other metal materials can be used as long as they are excellent in heat resistance and conductivity.
  • the support member 4 for positioning the heating element 2 at a predetermined position inside the glass tube 1 (on the central axis of the glass tube 1) is wound around and fixed to the internal lead wire member 5.
  • the support member 4 is formed in a ring shape from a wire, and the diameter of the ring of the support member 4 is formed to be slightly smaller than the inner diameter of the glass tube 1.
  • the gap between the outer periphery of the ring of the support member 4 and the inner wall surface of the glass tube 1 is set to 0.5 mm.
  • Example 1 in order to fix and connect the heating element 2 to the internal lead wire member 5, the holes of the holding block 3 and the holes of the heating element 2 are overlapped and penetrated by the internal lead wire member 5. 3 and the internal lead wire member 5 are welded to fix the heating element 2, but may be fixedly connected to another member having a different configuration from the holding block 3. Any other member may be used as long as the end of the belt-like heating element 2 can be stretched by the internal lead wire member.
  • the configuration is described in which the heating element 2 is held by a two-fold plate.
  • a convex portion is formed on the inner wall surface (clamping surface) of the holding block 3 plate.
  • the holding strength may be further increased.
  • the heating element unit by supplying predetermined power to the external lead wires 7 led out from both sides, a current flows through the heating element 2, and the heating element 2. Heat is generated by the resistance.
  • the heating element 2 is formed of a material mainly composed of a carbon-based substance, infrared rays are emitted from the heating element 2.
  • the heating element 2 in the heating element unit of Example 1 selects a desired heating element shape, for example, the extended state or the dense state of the heating element 2 to a desired value. Since it is a shape that can be used, it is possible to easily change the heat dissipation state according to various applications. For example, even if the heating element units are made of the same film sheet material, the radiation area can be adjusted without changing the resistance value by adjusting the length by changing the degree of expansion or by providing a dense / dense area. It is also possible to vary the amount of heat per unit area. Therefore, the heat generating unit of the first embodiment can set radiant energy according to the application.
  • the heating element 2 in the heating element unit of Example 1 has a thickness (t) of 100 ⁇ m, an overall width (W1) of the heating element of 8 mm, and a distance between two opposing edge cuts C1, C1 ( W3) is about 3 mm, the length of the intermediate cut (W2) is about 6 mm, the distance between the edge cut C1 and the intermediate cut C2 in the longitudinal direction (second cut width: A2) is about 1 mm, The interval between the adjacent edge cuts C1 in the longitudinal direction (first cut width: A1) is about 2 mm, which is twice the second cut width (A2), and the length (L) of the heating element 2 is It was 320 mm.
  • the cutting process for the heating element material 2A for forming the heating element 2 of Example 1 is performed by a cutting press process.
  • the length, width, and cut shape of the heating element 2 are determined by the input voltage, the heating temperature, and the like, and can be appropriately changed according to the specifications as the heat source in which the heating element unit is used.
  • the heating element 2 in the heating element unit of Example 1 also exhibits directivity in the longitudinal direction will be described with reference to the enlarged views of FIGS. 3B and 3C described above.
  • the heating element 2 in Example 1 can have not only the directivity in the width direction but also the directivity in the longitudinal direction, and the heating direction can be set to a desired direction according to the application and specifications. Can do.
  • the ratio of the length in the width direction to the length in the thickness direction of the belt-like heating element 2 that has been expanded and elongated in the longitudinal direction is 5/1 or more.
  • the heating element 2 composed of a carbon-based material as a main component and a film sheet-like material having two-dimensional isotropic heat conduction has high heat generation efficiency, and has a positive characteristic (PTC) in which the resistance value increases as the temperature increases. ). For this reason, the time from starting heating to reaching the rated temperature is extremely short. Therefore, an inrush current at the time of lighting is generated, but depending on the temperature after the equilibrium, the inrush current is about twice that at the time of equilibrium, and up to 10 times as in the case of a heating element formed of a tungsten wire. Inrush current does not occur. For this reason, the heating element 2 in the heating element unit of Example 1 has a characteristic in which flicker is less likely to occur. Moreover, although the lifetime of this heat generating body 2 is based also on use temperature, it is about 10,000 hours. This is about twice the life of a heating element made of tungsten wire.
  • PTC positive characteristic
  • the pressure of the processing atmosphere is controlled.
  • a heating element 2 having a thermal conductivity having a two-dimensional isotropic property and a positive characteristic (PTC) in which the resistance value increases as the temperature increases in temperature characteristics is manufactured.
  • PTC positive characteristic
  • the heating element 2 manufactured in this way ensures stable heat generation temperature, and can perform stable self-input control with respect to thermal fluctuation when the input voltage is a constant voltage. Heat source.
  • the heating element 2 in the heating element unit of Example 1 can use a container other than a glass tube. It is mainly composed of a carbon-based material, has a two-dimensional isotropic thermal conductivity, has flexibility, flexibility, and elasticity, and has a thermal conductivity of 200 W / m ⁇ K or more,
  • the belt-like heating element 2 having a thickness of 300 ⁇ m or less is not only used at a high temperature (about 1100 ° C.) but also has an oxidation amount less than other carbon-based heating element materials at around 800 ° C.
  • the film sheet-like heating element material 2A which is the material of the heating element 2
  • the material and shape of the container for the heating element 2 can be selected according to the operating temperature of the heating element 2. For example, if the heating element is used at a temperature of 180 ° C. or lower, an open container made of silicon can be used. If the heating element 2 is used at 250 ° C. or less, an open container made of a fluororesin material can be used. If it is used at 800 ° C. or less, mica material, ceramics, crystallization An open container made of an insulating material within a heat-resistant temperature allowable range such as glass, quartz tube, heat-resistant glass or the like can be selected.
  • the tube shape for protecting the heating element 2 has been described as having a substantially circular cross-sectional shape.
  • the cross section of the tube may be a polygonal shape such as a square or a hexagon, and even if it is a flat shape or an elliptical shape, the same effects as those of the heating element unit of the first embodiment can be obtained.
  • the heating element 2 expands, whereby the side edges in the longitudinal direction of the heating element become intermittent end faces. For this reason, when the extending heating element 2 is stretched in the glass tube Even if the glass tube 1 and the heating element 2 are in contact with each other, a partial end face of the side edge of the heating element is in contact with the glass tube 1 (substantially point contact), so that the thermal load on the glass tube 1 can be reduced. . Further, when a part of the side edge of the heating element 2 is in contact with the glass tube 1, since the contact part is a heat conduction region in the heating element 2, the temperature of the contact part decreases and the heat generation occurs. It will have the function of supporting the body 2. For this reason, in the heat generating body unit comprised in this way, the effect that the upper limit of the design temperature of the heat generating body 2 can be raised can be acquired.
  • the heating element unit of Example 1 since the heating element has flexibility, flexibility, elasticity, shape holding force, and restoring force, the usage form of the heating element unit, Depending on the purpose and the like, the heating element unit can be configured in a desired shape, for example, a tubular shape, a rectangular shape, a curved shape having a curved portion along the longitudinal direction, a circular shape formed in a circular shape, or the like.
  • the heating element unit of Example 2 has basically the same configuration as the heating element unit described in the first embodiment, but the shape of the heating element 2 is different. For this reason, in the description of the second embodiment, the shape of the heating element 2 will be described, and other configurations are the same as those of the heating element unit of the first embodiment shown in FIG. For this reason, in description of Example 2, what shows the same function and structure as the heat generating unit of Embodiment 1 is attached
  • FIG. 9 is a front view showing the heating element 2 used in the heating element unit of the second embodiment.
  • the heating element 2 used in the heating element unit of Example 2 is formed using the same heating element material 2A as the heating element 2 in Example 1 described above.
  • the heating element 2 shown in FIG. 9 is different from the notching process in which a plurality of notches are formed in the heating element 2 of Example 1 described above, in which a plurality of circular rings are formed in a shape connected in a line in the longitudinal direction of the heating element 2. Processing is in progress. In this cutting process, the side edge portion of the heating element material 2A and the middle portion are cut into a substantially elliptical shape.
  • the annular shape in the heating element 2 of Example 2 is a substantially elliptical shape in which the longitudinal direction is the major axis direction, and the shape is different in the portion of the heating element 2.
  • the ring at the central portion has a small diameter in the longitudinal direction
  • the circular rings at both sides of the central portion have a large diameter in the longitudinal direction.
  • the circular rings on both sides of the heating element 2 are formed with a small diameter in the longitudinal direction.
  • the heating element 2 used in Example 2 is formed by cutting the above-described heating element material 2A having flexibility, flexibility, and elasticity by press working using a cutting die as described above. Therefore, it has flexibility, softness, and elasticity, and has shape retention force and restoring force. Therefore, like the heating element 2 of the first embodiment described above, the heating element of the second embodiment can be expanded to some extent by the expansion process, and can be adapted to a design change according to the specifications of the heating element unit. It is. However, compared with the heating element 1 subjected to the cutting process in Example 1, the heating element 2 of Example 2 has a different shape due to the cutting process, and thus the heating element 2 has a short extension amount.
  • the heating element 2 of Example 2 has a structure that is strong against tension applied from both ends thereof, and is a heat source that is durable against vibration and impact. Moreover, the heat generating body 2 of Example 2 has a structure in which heat distribution is difficult to be influenced by tension, and can make finer heat distribution possible.
  • the heating element 2 of Example 2 shown in FIG. 9 has been described as having a substantially elliptical shape in which the longitudinal direction is the major axis direction of the ring, it has a substantially elliptical shape in which the longitudinal direction is the minor axis direction of the ring. It goes without saying that the same effect can be obtained even with a polygonal shape different from the elliptical shape.
  • the heating element 2 in the heating element unit of Example 2 has a shape that extends in the longitudinal direction, and uses the heating element material 2A that can be adjusted in resistance by pressure treatment. The design can be changed accordingly. Further, the heating element 2 in the heating element unit according to the second embodiment has flexibility, flexibility, and elasticity, so that the expansion process of the heating element can be executed safely and reliably.
  • Example 3 another method for manufacturing the heating element 2 in the heating element unit according to the first embodiment of the present invention will be described as Example 3.
  • a lath processing process is performed in which the cutting process and the expansion process are performed substantially simultaneously.
  • the lath processing treatment is performed by cutting the zigzag in a zigzag pattern on the film sheet-like heating element material 2A, and further expanding (pushing down) the cutting mold (expanding process) to form a lath shape (mesh Shape) of the heating element material 2A.
  • the pressure treatment is performed before the lath processing, and the flexibility, flexibility, and elasticity of the heating element material 2A are ensured. ing. Therefore, in the heating element 2 of Example 3, the pressure treatment is first applied to the heating element material 2A that is a film sheet material having a carbon-based substance as a main component and having two-dimensional isotropic heat conduction. It is executed, and then a lath processing process is performed to perform the cutting process and the expansion process substantially simultaneously. In addition, about the process which cuts out the strip
  • the heating element 2 of the third embodiment formed as described above can perform the cutting process and the expansion process in substantially the same process, it has the same effect as the above-described embodiment and has excellent workability.
  • the configuration is suitable for mass production.
  • Example 4 In the heating element 2 of Example 4, the cutting process is performed by laser processing.
  • the film sheet material manufactured as described above is formed into a desired shape by laser processing.
  • laser processing when the thermal conductivity in the surface direction of the heating element 2 is 200 W / m ⁇ k or more, laser processing mainly using a thermal processing action such as a CO 2 laser (wavelength 10600 nm) is used.
  • a thermal processing action such as a CO 2 laser (wavelength 10600 nm)
  • the material of the heating element 2 in Embodiment 1 is a film sheet material, and a polymer film or a polymer film to which a filler is added is heat-treated in an atmosphere at a high temperature, for example, 2400 ° C. or higher, and baked to graphitize.
  • the material is a highly oriented graphite film sheet having heat resistance.
  • the heating element 2 is formed of a material having a thermal conductivity in the plane direction of 600 to 950 W / m ⁇ k.
  • the heating element 2 made of such a material is processed into a complicated shape, for example, when a cutting width of about 1 mm is processed as in the first embodiment, the second harmonic laser processing of 532 nm is performed. It is desirable to use it.
  • the laser wavelength in laser processing is shortened, the effect of heat on the heating element 2 is reduced because heat processing approaches chemical processing, and high-precision processing that suppresses soot and burrs due to processing is reduced. realizable.
  • the strip-shaped cutting process is determined by the material shape, it is only necessary to process only the cutting process by laser processing, and it goes without saying that it can be appropriately selected depending on the heating element material shape and the like.
  • a preferred laser processing method is appropriately selected from processing methods having a laser processing wavelength (1064 to 380 nm) mainly composed of the above-mentioned non-thermal processing action, depending on the material of the heating element 2, that is, the thermal conductivity and shape in the surface direction. Needless to say you get.
  • the pressurizing method may be a method of pressing between rollers arranged below and below, or a method of pressing in a surface direction such as a flat press.
  • the input power can be varied by pressurization, and flexibility such as bending, flexibility, and the like by breaking a part of the interlayer and breaking the connection between the layers.
  • the heating element 2 having elasticity or the like can be formed.
  • the heating apparatus uses the heating element unit of the first embodiment described above as a heat radiation source.
  • the reflector 24 is disposed on the back side of the heating element 2 of the heating element unit 20, and the reflector 24 is fixed to the casing 21, and is opposite to the reflector 24 (front side).
  • a guard 25 is provided to protect the heating element unit 20.
  • the heating element unit 20 is designed according to the size in the longitudinal direction of the reflector 24 and the casing 24. Since it can be expanded, the size in the longitudinal direction can be selected according to the use space.
  • the heating element unit 20 when the reflecting plate 24 and the casing 21 are set to be vertical, the heating element unit 20 generates the heating plate. The generated heat is directly and directly reflected from the reflector 24 to generate radiation, and energy that rises upward as a heat flow is generated. Therefore, the heating distribution in the lower surface portion is deteriorated.
  • the heating element 2 can be heated substantially uniformly from the lower surface to the upper part by making the lower part dense and the upper part sparse. Become.
  • the position facing the inclined surface of the heating element 2 formed in the expansion process of extending the heating element material 2A as the lower side, heating with the emphasis on the lower side of the heat radiation area of the heating device is possible. It becomes.
  • the heating source which considered radiation distribution can be constructed
  • the present invention is not limited to such a shape, and the object to be heated is not limited to this shape.
  • various shapes for example, an arc shape, a curved surface shape capable of diffusive reflection that spreads radiant heat from the heating element 2, a shape obtained by collecting multiple stages of foldable reflection surfaces, a planar shape, or the like can be used.
  • the material of the reflector 24 aluminum, aluminum alloy, various stainless steels, etc. can be used. Needless to say, the reflective surface of the reflective plate 24 should be coated with a reflective material having a high reflection efficiency or surface-treated to increase the reflectance of the reflective plate 24.
  • the reflection plate 24 is provided as the heating device according to the second embodiment of the present invention and the heat radiation is performed from the housing 21 to the outside, the reflection plate is configured so as to radiate heat to an object to be heated inside the housing.
  • the same effect can be obtained by providing a heating element unit.
  • it can be applied to cooking devices such as a microwave oven, a toaster, and an oven.
  • a heating space inside a heating apparatus is made uniform by making both ends into a dense state and making a center part a sparse state. It has an excellent feature that it is easy to change the design according to the specifications, such as being able to set a proper temperature distribution. Furthermore, in the configuration of the heating device of the second embodiment, the design of the rating and size can be changed because the shape of the heating element 2 can be changed to a desired shape even when the length of the heating element unit 20 is restricted. Is easy.
  • FIG. 11 is a diagram showing the vicinity of a heating element unit 30 and the like serving as a heat radiation source, taking a copying machine as an example of the heating device of the third embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view cut in a direction orthogonal to the longitudinal direction (extending direction) of the heating element unit 30.
  • the copying machine which is the heating device of the third embodiment, uses the heating element unit (see FIG. 1) of the first embodiment as a heat radiation source, and will be described as a heating element unit 30.
  • the heating element unit 30 includes the heating element 2 extending in the longitudinal direction and is surrounded by a cylindrical body 32.
  • the copying machine that is the heating device of the third embodiment includes a power supply unit that supplies power, a copying mechanism, a control unit that controls the copying mechanism, and the appearance of the device.
  • the components which are generally used in a copying machine, such as a housing for forming an image, are included.
  • the cylinder 32 surrounding the heating element unit 30 is a toner fixing roller because it is a copying machine.
  • the cylindrical body 32 will be described as the toner fixing roller 32.
  • the toner fixing roller 32 and the pressure roller 31 are configured to rotate in contact with each other.
  • a paper 34 carrying a toner 33 having a desired shape is inserted between the toner fixing roller 32 and the pressure roller 31 and is pressed and fixed with heating. Therefore, in order to efficiently fix the toner 33 on the paper that is passed between the toner fixing roller 32 and the pressure roller 31, the width direction of the heating element 2 is the surface facing the toner fixing roller 32 and the pressure roller 31. It is arranged to face an area including (toner fixing area).
  • the direction in which the width direction of the heating element 2 faces is arranged so as to face the upstream side of the toner fixing region, that is, the region ahead of the toner fixing region of the toner fixing roller 32.
  • the cylindrical body that is the toner fixing roller 32 disposed so as to surround the heating element unit 30 radiates heat radiated from the heating element unit 30 in a desired direction.
  • the region facing the center of the heating element 2 in the width direction is the center of heat radiation.
  • the heat generating unit 30 having directivity to provide a highly efficient heat radiation source.
  • the heating element 2 of the heating element unit 30 in the heating device of the third embodiment has been described as having a uniformly elongated shape, bearings, gears, and the like are disposed at both ends of the toner fixing roller 32 and the pressure roller 31. Since the temperature at the end of the roller tends to decrease, it is preferable to make the roller surface temperature uniform by setting the end portion in a dense state and the central portion in a sparse state in the expansion process of the heating element 2. Needless to say, the inclined surface of the heating element 2 is directed in the direction of increasing the temperature.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a schematic configuration of a temperature control device in the heating device according to the third embodiment.
  • the electric power supplied from the power source 42 is controlled by the control unit 43 in accordance with an instruction from the user, and the heating element unit 30 is energized.
  • the energized heating element 2 of the heating element unit 30 generates heat to a high temperature and raises the temperature of the toner fixing roller 32 to a predetermined temperature (toner fixing temperature).
  • the toner fixing roller 32 is provided with a sensor unit 44 to detect the temperature of the toner fixing roller 32.
  • the sensor unit 44 feeds back the temperature detected by the toner fixing roller 32 to the control unit 43, and the control unit 43 controls the power to the heating element unit 30 to adjust the temperature of the toner fixing roller 32.
  • the heating device of the third embodiment when energization control of the heating element unit is performed, it is possible to consider the detected temperature as the control condition.
  • temperature control for example, on / off control using a temperature detection means such as a thermostat, phase control of an input power source using a temperature detection sensor that senses an accurate temperature, power supply rate control, zero cross control, etc. alone or By combining them, a heating device capable of highly accurate temperature management can be realized.
  • heating with excellent radiation characteristics and high accuracy can be achieved by directivity control based on the arrangement position of the heating element and energization control based on the detected temperature. Temperature control is possible.
  • the heating element unit of the first embodiment is used as the heat radiation source in the first embodiment. Any of the configurations of the described heating element units can be applied, and the same effect can be obtained.
  • the heating unit of the present invention can be used as a heat radiation source for fixing toner in electronic devices such as facsimiles and printers, and similar effects can be obtained. Play.
  • electronic devices such as copying machines, facsimile machines, and printers
  • a heating element unit used as a heat radiation source is surrounded and used by a cylinder called a roller.
  • the heating device of the present invention includes electric heating devices such as heating stoves, cooking devices such as cooking and heating, dryers for food, and the like in a short time. Includes devices that need to be heated to high temperatures.
  • the configuration of the roller which is a cylindrical body surrounding the heating element unit, is formed with a metal material on the inner side and coated with a silicon resin on the outer side. Is provided. In order to enhance the absorption of heat or the like, ceramics, far-red paint, or the like may be provided inside the roller. Furthermore, from the viewpoint of heat dissipation / heat absorption and strength, it is possible to configure a cylindrical body with a plurality of metal members such as aluminum and iron to achieve higher heating efficiency.
  • the heating element unit of the present invention When the heating element unit of the present invention is used as a heat source in a cooking appliance, the heating element unit is surrounded by a cylindrical body.
  • the cylindrical body is a cylindrical heat-resistant tube constituted by one or a plurality of members.
  • the quartz glass tube When using a heating element unit with a heating element surrounded by a quartz glass tube as a heat source for cooking equipment, the quartz glass tube is filled with alkali metal ions contained in seasonings such as salt and soy sauce used in cooking. Causes devitrification and breakage, and the heat generating unit as a heat source has a short life. For this reason, it is possible to extend the life of the heating element unit by surrounding the heating element unit with a cylindrical body that is a heat-resistant tube.
  • the usage can be expanded by using crystallized glass having excellent light transmittance, ceramics having a high far-red radiation amount, and the like for the cylindrical body.
  • the positional relationship between the heating element unit and the object to be heated can be efficiently heated by directing the heating center of the heating element toward the object to be heated.
  • the heating element is a film sheet having a so-called two-dimensional isotropic thermal conductivity in which the heating element has a carbon-based substance as a main component and the same thermal conductivity in the plane direction. Yes, it has flexibility, flexibility, elasticity, shape retention, and shape recovery. Further, the heating element has a thermal conductivity of 200 W / m ⁇ K or more and a thickness of 300 ⁇ m or less.
  • the heating element according to the present invention configured as described above can adjust the resistance value and easily adjust the shape (length) by a cutting process (including a cutting press process) and a pressing process. Is possible. Further, the heating element in the present invention has characteristics such as flexibility, flexibility, elasticity, shape retention, and shape recovery by pressure treatment, and it is easy to change the temperature distribution by expansion treatment. It becomes possible.
  • the heating element in the heating element unit of the present invention is formed into a tubular shape, a plate shape, a curved shape obtained by bending the tubular shape in the longitudinal direction, or a tubular shape according to the form of the container (heat-resistant tube) containing the heating element. It can be deformed into various shapes such as a shape that has been made, and can be deformed with high precision according to the purpose of use and incorporated into the apparatus. Furthermore, the heating element unit of the present invention can be configured such that the heating element is formed in a form suitable for the intended use, and heat radiation is performed with high efficiency by a flat portion or heat distribution in the heating element. .
  • both ends of the cylindrical heat-resistant tube (glass tube 1 shown in FIG. 1) are sealed, and the heat-resistant tube is filled with gas, so that the heating element in the heat-resistant tube is oxidized. Therefore, the design margin of the heating element is expanded. Furthermore, since the heating element used in the present invention has flexibility, flexibility, and elasticity and has high shape retention with respect to high temperature, the heating element can be formed into a desired shape. The degree of freedom in selecting a heat-resistant tube material and in the method of holding the heating element can be increased. As described in the second embodiment, in the heating apparatus shown in FIG.
  • a reflector is disposed at a position on the back side facing the width surface of the heating element in the heating element unit of the present invention, and the reflection is performed.
  • the cross-sectional shape orthogonal to the longitudinal direction of the plate is a parabolic shape, and the heat generation center of the heat generating body as a heat radiation source is arranged at the focal point of the reflecting plate.
  • the heat generation center of the heating element is located at the focal point of the reflector, the radiant heat from the heating element is reflected by the reflector in the heating device of the present invention, thereby enabling highly efficient heat radiation.
  • it is effective for products that perform radiant heating such as stoves, microwave ovens, toasters, and ovens.
  • the heating element unit of the present invention may be provided, and a cylindrical body covering the heating element unit may be provided. It is. By comprising in this way, it is prevented that the foreign material emitted from a to-be-heated object etc., for example, gravy, a seasoning, etc., are obstruct
  • the heating device of the present invention when the heating element unit is used as a heat source of an electronic device such as a copying machine, the cylinder covering the heating element unit is used as a toner fixing roller, and the paper on the toner fixing roller is The contact portion can be heated with high efficiency. Moreover, in the heating device of the present invention, by providing a configuration in which at least a part of the heating element is covered with a heat-resistant tube, it is possible to increase the heating element temperature and provide a heating device that can change the heating distribution. It becomes possible to do.
  • the heating element unit and the heating device of the present invention have a two-dimensional isotropic heat conduction mainly composed of a carbon-based material, and have flexibility, flexibility, elasticity, and the like. Furthermore, a film sheet-like heating element having a thermal conductivity of 200 W / m ⁇ K or more and a thickness of 300 ⁇ m or less is used, and the heating element has a high characteristic of an emissivity of 80% or more.
  • the heating element unit according to the present invention can easily adjust the characteristics and size of the heating element, and becomes a highly versatile heat radiation source.
  • a heating device using this heating element unit can perform heat treatment with high efficiency. It is highly versatile and useful.

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Abstract

 本発明は、フィルムシート状の発熱体素材(2A)に対して、面方向に複数の切り込み(C1,C2)を設ける切り込み処理と、厚み方向に加圧する加圧処理と、拡張処理とを実行して、発熱体の抵抗調整を行うとともに、発熱体に可撓性、柔軟性、及び弾力性を持たせて発熱体を伸長することにより、任意の配熱構成と各種仕様に対応可能な発熱体ユニット及び加熱装置を提供する。

Description

発熱体ユニット及び加熱装置
 本発明は、熱源として使用される発熱体ユニット及びその発熱体ユニットを用いた加熱装置に関し、特に、炭素系物質を主成分としフィルムシート状に形成された発熱体を有する発熱体ユニット及びその発熱体ユニットを用いた加熱装置に関する。
 長尺形状の熱源として使用される従来の発熱体ユニットは、円筒状のガラス管内部に発熱体としてコイル状のタングステン線、若しくは棒状又は板状の炭素系焼結体が封入され構成されている。このような発熱体ユニットが用いられている加熱装置としては、例えば複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子装置、及び電気暖房機器、調理機器、乾燥機等の電気機器等の熱源を必要とする各種機器が含まれる。
 上記のように、各種機器における熱源としては発熱体ユニットが広く用いられている。このため、発熱体ユニットに対しては、当該発熱体ユニットが用いられる機器の機能、形状、構成等の仕様に対応できるように多くの要求がある。例えば、熱源として高い温度になること、指定された温度を維持できること、温度調整範囲が広いこと、入力電力に対して高い効率で加熱エネルギーに変換できること、被加熱対象物を均一に加熱できること、指定された方向のみを加熱する指向性を有すること、電源投入時の突入電流が少ないこと、設定温度までの立ち上がり時間か短いこと、及び発熱体ユニットの小型化が可能であり着脱が容易な構造であること等の要求がある。
 上記のような要求を満たすことを目的として、各種の発熱体ユニットが提案されている。例えば、高熱を生じる炭素系物質により板状に形成された発熱体を用いた発熱体ユニットにおいて、発熱体の断面積を部分的に変えることにより発熱量の調整を行い、発熱体の温度分布の均一化を図ったものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、発熱体ユニットにおいて用いられる他の熱源として、炭素繊維に樹脂を含浸させてテープ状に固着して形成された発熱体が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。このように炭素繊維を材料として用いた発熱体は、早い立ち上がりで高温度になるため、最近の熱源として広く用いられてきている。
特開2001-351762号公報 特開2004-193130号公報
 上記のように構成された従来の発熱体を用いた発熱体ユニットにおいては、使用目的に応じて発熱量の可変調整を行う必要がある。このため、従来の発熱体においては、長さ、幅、又は断面積を変更して、発熱体の抵抗調整を行っていた。このように、従来の発熱体では、その形状により発熱量が決まるものであり、同じ発熱量を有して、異なる形状の発熱体を構成することは困難であった。したがって、ユーザからの要望に応えて、同じ発熱体を用いて仕様の異なる発熱体ユニットを構成することは容易なものではなかった。
 また、従来の発熱体として、高分子フィルム、又はフィラーを添加した高分子フィルムを2400℃以上の温度で熱処理することにより得られたグラファイトフィルムシートが用いられている。しかし、このようなグラファイトフィルムシートは、脆く、破れやすく、切れやすいため、取り扱いに十分な注意が必要であった。特に、このようなグラファイトフィルムシートを発熱体としてガラス管内部に張設する発熱体ユニットにおいては、グラファイトフィルムシートの両端を引っ張り架設する必要があり、その組み立て作業の際に発熱体が破損や切断の恐れがあった。したがって、このようなグラファイトフィルムシートを発熱体として用いた発熱体ユニットの製造組み立てにおいては、繊細な作業が要求され、歩留まりが悪くコストアップの要因となっていた。
 また、従来のグラファイトフィルムシートは、前記のように、高分子フィルム、又はフィラーを添加した高分子フィルムを2400℃以上の温度で熱処理して、炭素化された材質であるため、屈曲性及び柔軟性が欠けていた。この点においても、グラファイトフィルムシートを発熱体として発熱体ユニットに用いる場合には、各種仕様に応じて熱源の変形加工が求められた場合に対応できないという問題を有していた。
 本発明は、発熱体ユニットに対する各種要求を満たし、従来の発熱体ユニットにおいて課題となっていた事項を解決した発熱体ユニットを提供することを目的とするものであり、特に、ユーザが要求する各種使用目的応じて、熱源形状の設計変更を容易に、且つ迅速に行うことが可能である発熱体ユニットを提供するとともに、安全性及び信頼性が高く、発熱の立ち上がりの早い発熱体ユニット及びその発熱体ユニットを用いた加熱装置を提供することを目的とする。
 上記の課題を解決し、本発明の目的を達成するために、本発明に係る第1の観点の発熱体ユニットは、高分子フィルム、又はフィラーを添加した高分子フィルムを2400℃以上の温度で熱処理することにより得られたグラファイトフィルムシートを切断して複数の切り込みを面方向に形成する切り込み処理と、厚み方向に加圧する加圧処理と、拡張処理とにより形成された発熱体と、
 前記発熱体における対向する両端に電力を供給する電力供給部と、
 前記発熱体と前記電力供給部を内包する容器と、を具備する。このように構成された発熱体ユニットは、発熱体の厚み方向と面方向の抵抗調整が可能となると共に、可撓性、及び柔軟性に優れ、安全で信頼性の高い発熱体ユニットとなる。また、第1の観点の発熱体ユニットは、ユーザが要求する各種使用目的応じて迅速に且つ容易に対応することができるとともに、発熱の立ち上がりの早い熱源を提供することができる。
 本発明に係る第2の観点の発熱体ユニットにおいて、前記の第1の観点の前記発熱体は、前記拡張処理により一定方向に伸長する形状を有する。このように構成された発熱体ユニットは、発熱体の長さを自由に伸長することが可能で多種多用の仕様に対応できるとともに材料の削減を図ることができる発熱体となる。
 本発明に係る第3の観点の発熱体ユニットにおいて、前記の第2の観点の前記発熱体における複数の切り込みが、前記発熱体長手方向に沿って互いに対向する一対の両側縁よりそれぞれ互いに対向する側縁に向かって延設するように形成され、かつ前記発熱体の長手方向に沿って各側縁に所定の配置間隔を有して複数個配置され形成される第1の切り込み部と、前記長手方向に並設された前記第1の切り込み部の間に形成され前記両側縁から所定の長さを残して形成された第2の切り込み部と、で形成されている。このように構成された発熱体ユニットは、発熱体の長さを自由に設定して伸長することができ、伸長された発熱体を熱源として用いることにより安全性、及び信頼性に優れた発熱体ユニットとなる。なお、第1の切り込み部及び第2の切り込み部は、後述する実施の形態において縁切り込み及び中間切り込みと称して説明する。
 本発明の第4の観点の発熱体ユニットにおいて、前記の第3の観点の前記発熱体は、前記第1の切り込み部及び第2の切り込み部を形成する切り込み処理の後に、厚み方向に加圧する加圧処理を行い、加圧処理後の当該発熱体に対して一定方向に張力を加える拡張処理により、拡張した形状の前記第1の切り込み部及び第2の切り込み部を有する。このように構成された発熱体ユニットは、切り込み処理時に発熱体に生じる、いわゆる抜きダレ等を加圧処理により取り除くことができ、拡張処理により所望の長さに伸長された発熱体を用いることにより、さらに安全で信頼性の高い発熱体ユニットとなる。
 本発明の第5の観点の発熱体ユニットにおいて、前記の第4の観点の前記発熱体は、長手方向における単位長さ当たりの伸長量が異なる部位を有する。このように構成された発熱体は、発熱体長手方向に伸長した部分の疎状態、及び密状態を有する構成となり、熱輻射量に強弱を設定でき、容易な配熱配光が可能な発熱体ユニットとなる。
 本発明の第6の観点の発熱体ユニットにおいて、前記の第4の観点の前記発熱体は、前記加圧処理における加圧力によって単位面積当たりの抵抗値を可変する構成を有する。このように構成された発熱体ユニットは、与えられた形状において多種多用の仕様に対応することが可能な発熱体ユニットとなる。
 本発明の第7の観点の発熱体ユニットにおいて、前記の第4の観点の前記容器は、耐熱性を有するガラス管又はセラミックス管のいずれかにより構成してもよい。このように構成された発熱体ユニットにおいては、耐熱性の容器により発熱体を構造的に保護するとともに、発熱体を高温度で使用することが可能な発熱体ユニットとなる。
 本発明の第8の観点の発熱体ユニットは、前記の第4の観点の前記発熱体が伸長された形状において、前記発熱体の縁部の少なくとも一部が、前記容器の内壁面に接する構成でもよい。このように構成された発熱体ユニットにおいては、容器と発熱体の一部との接触により、容器が発熱体を構造的に保持するとともに、発熱体において容器との接触部位が小さいため、その接触部位からの放熱量が制限され、効率の高い熱源となる。また、高温度の発熱体において、容器との接触部位においては低温度の部位となるため、容器の保護を図ることが可能となる。
 本発明の第9の観点の発熱体ユニットは、前記の第7の観点の前記容器の少なくとも一方端を前記電力供給部において封止し、前記容器内に不活性ガスを充填した構成としてもよい。このように構成された発熱体ユニットにおいては、発熱体の酸化を防止して長寿命化を図ることができる。
 本発明の第10の観点の加熱装置は、前記の第1の観点乃至第9の観点の発熱体ユニットを有し、発熱体に対向する位置に反射手段を設けた構成である。このように構成された加熱装置は、発熱体ユニットからの輻射熱を反射する反射手段が設けているため、効率の高い熱輻射源を有する加熱装置となる。また、第10の観点の加熱装置は、ユーザが要求する各種使用目的応じて迅速に且つ容易に対応することができるとともに、安全性及び信頼性が高く、発熱の立ち上がりの早い装置を提供することができる。
 本発明の第11の観点の加熱装置において、前記の第10の観点の前記反射手段は、長手方向の断面形状が曲面形状を有する反射板であってもよい。このように構成された加熱装置は、発熱体からの輻射熱により効率高く被加熱物を加熱することができる。
 本発明の第12の観点の加熱装置は、前記の第1の観点乃至第9の観点の発熱体ユニットを有し、前記発熱体ユニットの外周を取り囲むように構成された筒体が配設されている。このように構成された加熱装置は、トナー定着機構を有する電子機器、及び調理機器等に適用することができる。
 本発明の第13の観点の加熱装置は、前記の第12の観点の発熱体ユニットの電気的制御を行う制御回路を有し、前記制御回路がオンオフ制御、通電率制御、位相制御、及びゼロクロス制御のそれぞれの回路を単独、若しくは少なくとも二つを組み合わせて構成されている。このように構成された加熱装置は、精度高く所望の温度分布を有する熱源を構築することが可能となる。
 本発明によれば、ユーザが要求する各種使用目的応じて迅速に且つ容易に対応することができると共に安全性及び信頼性が高く、発熱の立ち上がりの早い発熱体ユニット及びその発熱体ユニットを用いた加熱装置を提供することができる。
本発明に係る実施の形態1の発熱体ユニットの構成を示す平面図 実施の形態1の発熱体ユニットの構成を示す正面図 実施の形態1における発熱体素材の一部を拡大した平面図 実施の形態1における拡張した発熱体の一部を拡大した平面図 図3Bの発熱体のIII-III線による断面図 実施の形態1における加圧処理を説明する図 実施の形態1における発熱体素材を示す断面図 実施の形態1における加圧された発熱体を示す断面図 実施の形態1における発熱体の加圧力[kgf]と入力電力[W]と通電時の電気抵抗値[Ω]との関係を示す特性図 実施の形態1における拡張処理を説明する図 実施の形態1における拡張された発熱体を示す図 実施の形態1における発熱体の別の構成例を示す平面図 本発明に係る実施の形態2の加熱装置の構成を示す斜視図 本発明に係る実施の形態3の加熱装置における熱輻射源等の構成を示す断面図 本発明に係る実施の形態3の加熱装置における温度制御装置の概略構成を示す図
 以下、本発明に係る発熱体ユニット及びその発熱体ユニットを用いた加熱装置の好適な実施の形態について添付の図面を参照しつつ説明する。
 (実施の形態1)
 本発明に係る実施の形態1の発熱体ユニットについて図1乃至図2を用いて説明する。図1は実施の形態1の発熱体ユニットの構造を示す正面図である。図1においては、当該発熱体ユニットが長尺形状の発熱体で構成された一例を示している。図2は実施の形態1の発熱体ユニットの構造を示す側面図である。
 実施の形態1の発熱体ユニットにおいては、透明な石英ガラスで形成されたガラス管1の内部に細長い長尺形状の炭素系物質である発熱体2が配置されており、この発熱体2がガラス管1の長手方向に沿って延設されている。また、ガラス管1の内部にはアルゴンガス、窒素ガス又はアルゴンガスと窒素ガスの混合ガス等の不活性ガスが封入されており、ガラス管1の両端部分は平板状に溶着されている。ガラス管1の内部に封入されている不活性ガスであるアルゴンガス、窒素ガス又はアルゴンガスと窒素ガスの混合ガスは、高温度で使用した際、炭素系物質である発熱体2の酸化を防止するためである。
 図1及び図2に示すように、実施の形態1の発熱体ユニットは、熱透過性のガラス管1と、このガラス管内に封入された熱輻射体である発熱体2と、この発熱体2に電力を供給する電力供給部10と、発熱体2をガラス管内の所定位置に保持するためのサポート部材4と、を有して構成されている。電力供給部材10は発熱体2の両端に設けられており、同じ構成を有して発熱体2の端部に電気的に接続されている。電力供給部10には、発熱体2の両端において発熱体端部を挟み保持するための保持ブロック3、この保持ブロック3に取り付けられた内部リード線部材5、内部リード線部材5に電気的に接続されガラス管1の両端部分の溶着部分に埋設されたモリブデン箔6、及びモリブデン箔6に電気的に接続されガラス管1の両端から導出する外部リード線7を有して構成されている。このように、実施の形態1においては、保持ブロック3、内部リード線部材5、モリブデン箔6、及び外部リード線7を有する電力供給部10が、発熱体2の両端部分に設けられている。
 実施の形態1の発熱体ユニットにおいては、板材を二つ折りした保持ブロック3が発熱体端部を挟んでおり、その発熱体端部を挟む保持ブロック3が内部リード線部材5の一方の先端により貫通されて、保持ブロック3と内部リード線部材5が係合している。また、内部リード線部材5は保持ブロック3に溶着されて、内部リード線部材5が保持ブロック3に対して移動しないよう構成されている。内部リード線部材5の他方の端部は、ガラス管1の溶着部分(封止部分)に埋設されたモリブデン箔8に電気的に接続されている。
 実施の形態1においては、内部リード線部材5をモリブデン線により形成された例で説明するが、タングステン、ニッケル、ステンレス等を材料とした弾性を有する金属線(丸棒形状、平板形状)を用いて形成してもよい。
 実施の形態1の発熱体ユニットにおいて、発熱体2をガラス管内の所定位置に保持するサポート部材4は、モリブデン線で形成されており、ガラス管1の内径より小さい直径を有するリング状に形成されている。サポート部材4は内部リード線部材5に巻き着けて固定されており、内部リード線部材5をガラス管内部における所定位置に配置している。このように、内部リード線部材5がガラス管内部の所定位置に配置されているため、内部リード線部材5が保持ブロック3を介して接続された発熱体2は、ガラス管内部の所定位置が確実に配置されている。即ち、実施の形態1の発熱体ユニットにおいては、発熱体2がガラス管1の長手方向に平行な略中心軸上に配置されて、ガラス管1との接触が少なくなるよう配置されている。このため、発熱体2における膨張収縮の変化がスムーズとなり、発熱体2に対する不要な負荷がかからない構成となっている。但し、発熱体2はガラス管内に吊設される構成であるため、垂れ下がり一部がガラス管1に接触する可能性がある。しかし、実施の形態1における発熱体2においては、後述するように、ガラス管1との接触面積が小さくなるように構成されている。このため、実施の形態1の発熱体ユニットにおいては、発熱体2とガラス管1との接触による、発熱体に対する負荷が大幅に低減されている。サポ-ト部材4の材料及び形状としてモリブデン線をリング状に形成した例で説明したが、このような材質、形状に限定されるものではなく発熱体2をガラス管内部の所定位置に確実に配置できる構成であれば用いることができる。
 なお、サポート部材4は発熱体ユニットにおいて必須の構成要素ではなく、例えば、発熱体2がガラス管1に接触しない構成であれば、前記のようなサポート部材4を設ける必要はない。また、発熱体2の一部がガラス管1に接触して発熱体2がガラス管1により保持される構成であれば、サポート部材4を設ける必要はない。但し、このように発熱体2とガラス管1が接触する構成であっても、実施の形態1の発熱体ユニットにおいては、その接触面積が小さくなるように設定されている。
 前記のサポート部材4は内部リード線部材5に巻き着けたリング状の構成で説明したが、発熱体2を所定位置に保持できる構成であれば用いることができる。例えば、内部リード線部材の線材の一部をコイル状に形成して、その直径をガラス管1の内径より小さく形成してもサポート部材4として対応することが可能である。このようにコイル状に形成した場合には、サポート部材4が発熱体の長手方向と同じ方向に弾性力を有するため、発熱体2の膨張収縮を吸収できる構成となる。
[発熱体の構成]
 本発明に係る実施の形態1の発熱体ユニットにおいて用いた発熱体2は、炭素系物質を主成分とし厚み方向において複数のフィルムシート素材の各層が互いに空隙を介して積層され、優れた二次元的等方向性の熱伝導性を有しており、熱伝導率が200W/m・k以上を有するフィルムシート状の材料で形成されている。
 発熱体2の材料であるフィルムシート素材は、高分子フィルム又は、フィラーを添加した高分子フィルムを高温度、例えば2400℃以上の雰囲気中にて熱処理し、焼成してグラファイト化した耐熱性を有する高配向性のグラファイトフィルムシートであり、面方向の熱伝導率が600から950W/m・kの特性を有する。天然の黒鉛を主成分とした粉末を成型し、焼成して圧延加工によりフィルムシート状としたものであれば、一般的には熱伝導率が200から400W/m・kであるが、本発明の実施の形態1において用いた発熱体2は、前述のように面方向の熱伝導率が600から950W/m・kという優れた二次元的等方向性の熱伝導を有する。したがって、発熱体2においては、発熱と熱伝導により、温度ムラのない均一な熱源となる。
 ここで、二次元的等方向性の熱伝導とは、直交するX軸とY軸で設定される面における、あらゆる方向の熱伝導を示すものである。したがって、本発明において二次元的等方向性とは、例えば炭素繊維が同じ方向に並設して形成された発熱体における炭素繊維方向の1方向(X軸方向)、又は炭素繊維をクロスに編んで形成された発熱体における炭素繊維方向の2方向(X軸方向とY軸方向)だけを指すものではない。
 本発明において用いられる発熱体2の材料であるフィルムシート素材は、積層構造を有し、面方向の層表面が平坦な面、凹凸面あるいは波うつ面等の各種の面形状を有しており、対向する各層の間には空隙が形成されている。このフィルムシート素材の積層構造において、各層間に形成される空隙の形成状態のイメージは、複数回(例えば、何十回、何百回)と重ね合わせるように折り曲げてパイ生地を作り、そのパイ生地を焼いて得た、パイの断面形状と類似している。したがって、本発明における発熱体2の材料であるフィルムシート素材は、前述のように、面方向の熱伝導率においては優れた二次元的等方向性の熱伝導性を有する材料である。
 前述のように製造されたフィルムシート素材として用いられる高分子フィルムとしては、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾビスオキサゾール、ポリピロメリットイミド(ピロメリットイミド)、ポリフェニレンイソフタルアミド(フェニレンイソフタルアミド)、ポリフェニレンベンゾイミタゾール(フェニレンベンゾイミタゾール)、ポリフェニレンベンゾビスイミタゾール(フェニレンベンゾビスイミタゾール)、ポリチアゾール、ポリパラフェニレンビニレンのうちから選ばれた少なくとも一種類の高分子フィルムを挙げることができる。また、高分子フィルムに添加されるフィラーとしては、リン酸エステル系、リン酸カルシウム系、ポリエステル系、エポキシ系、ステアリン酸系、トリメリット酸系、酸化金属系、有機錫系、鉛系、アゾ系、ニトロソ系およびスルホニルヒドラジド系の各化合物を挙げることができる。より具体的には、リン酸エステル系化合物として、リン酸トリクレジル、リン酸(トリスイソプロピルフェニル)、トリブチルホスフェ-ト、トリエチルホスフェ-ト、トリスジクロロプロピルホスフェート、トリスブトキシエチルフォスフェート等を挙げることができる。リン酸カルシウム系化合物としては、リン酸二水素カルシウム、リン水素カルシウム、リン酸三カルシウム、等を挙げることができる。また、ポリエステル系化合物としては、アジピン酸、アゼライン酸、セバチン酸、フタル酸などとグリコール、グリセリン類とのポリマー等を挙げることができる。また、ステアリン酸系化合物としては、セバシン酸ジオクチル、セバシン酸ジブチル、クエン酸アセチルトリブチル等を挙げることができる。酸化金属系化合物としては、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉛等を挙げることができる。トリメリット酸系化合物としては、ジブチルフマレート、ジエチルフタレート等を挙げることができる。鉛系化合物としては、ステアリン酸鉛、ケイ酸鉛等を挙げることができる。アゾ系化合物としては、アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル等を挙げることができる。ニトロソ系化合物としては、ニトロソペンタメチレンテトラミン等を挙げることができる。スルホニルヒドラジド系化合物としては、p-トルエンスルホニルヒドラジド等を挙げることができる。
 前記フィルムシート素材を積層し、不活性ガス中において2400℃以上で処理し、グラファイト化の過程で発生するガス処理雰囲気の圧力を調整することによりフィルムシート状の発熱体が製造される。
 なお、前記フィラーの添加量は、0.2~20.0重量%の範囲が適当であり、より好ましくは1.0~10.0重量%の範囲である。その最適添加量は、高分子フィルムの厚さによって異なり、高分子フィルムの厚さが薄い場合には添加量が多い方がよく、厚い場合には添加量は少なくてよい。フィラーの役割は熱処理後のフィルムを均一発泡の状態にすることにある。すなわち、添加されたフィラーは、加熱中にガスを発生し、このガスの発生した後の空洞が通り道となってフィルム内部からの分解ガスの穏やかな通過を助ける。フィラーはこうして均一発泡状態を作り出すのに役立つ機能を有する。
[発熱体の形状]
 図3Aから図3Cは、本発明に係る実施の形態1の発熱体ユニットに用いられた発熱体2を示す部分拡大図である。図3Aは、実施の形態1の発熱体ユニットにおける発熱体2の製造途中の発熱体素材2Aを示す図であり、一部を拡大して示した正面図である。図3Aに示す発熱体素材2Aは、発熱体素材2Aに複数の切り込みが入れられた状態である。
 図3Bは、図3Aに示した発熱体2Aに対して、その長手方向に張力を加えた後の発熱体2を示しており、発熱体2の一部を拡大して示した正面図である。図3Cは図3Bの発熱体のIII-III線による断面図である。
 実施の形態1の発熱体ユニットにおいて用いた発熱体2は、前述のフィルムシート状の素材に対して切り込み処理を行って図3Aに示す帯状の発熱体素材2Aを形成している。その後、発熱体素材2Aに対して加圧処理、及び形状調整処理である拡張処理を行い、発熱体ユニットにおける熱源となる発熱体2が形成されている。以下、発熱体2の形状について説明する。
 発熱体素材2Aにおける両側縁(図3Aにおいて幅W1を有する両側縁)よりそれぞれが対向する側縁に向かって切断する第1の切り込み処理が長手方向に所定間隔(第1の切り込み幅A1)を有して行われている。この第1の切り込み処理により、発熱体素材2Aの両側縁から内側に向かって、長手方向に直交する方向に対向して切り込む2つの第1の切り込み部である縁切り込みC1,C1が形成される。対向する2つの縁切り込みC1,C1の間の領域は、幅W3を有する幅狭部2aとなっている。
 また、図3Aに示すように、発熱体素材2Aの中間部分にも、第2の切り込み処理(切断処理)が行われている。第2の切り込み処理により切り込まれた第2の切り込み部である中間切り込みC2は、第1の切り込み処理による縁切り込みC1から長手方向に所定間隔(第2の切り込み幅A2)有しており、長手方向に隣り合う2つの縁切り込みC1,C1の長手方向における中間位置に形成されている(2×(第2の切り込み幅A2)=(第1の切り込み幅A1))。この中間切り込みC2の長さはW2である。また、中間切り込みC2の両側となる、長手方向に直交する方向の両側の領域は、縁部2bとなっている。第1の切り込み処理及び第2の切り込み処理は、切り込み処理において同時に行われている。
 なお、発熱体素材2Aにおいて、幅W1>幅W2>幅W3の関係を有する。したがって、発熱体素材2Aの中間部分の長手方向においては、幅狭部2aと中間切り込みC2が交互に形成されている。
 上記のように切り込み処理された発熱体素材2Aに対して、後述する加圧処理を行い、そして形状調整処理である拡張処理が行われる。この拡張処理は、加圧処理された発熱体素材2Aに対して、その両側から張力を加えて当該発熱体素材2Aを長手方向に拡張させ、発熱体素材2Aを所定の長さに形成する処理である。この拡張処理において、発熱体素材2Aにおける第1の切り込み部である縁切り込みC1、及び第2の切り込み部である中間切り込みC2が拡張するとともに、幅狭部2aが斜行状態となり、発熱体2が所望の長さに形成される。
 図3Bは、図3Aに示した発熱体素材2Aに対して、その長手方向に張力を加えた後の発熱体2を示した拡大図である。図3Cは、図3Bの発熱体2の長手方向と平行な中心軸上(III-III線上)で切断した断面図であり、発熱体2の幅狭部2a及び縁部2bが斜行状態となっていることが示されている。
 実施の形態1の発熱体ユニットにおいて用いた発熱体2は、厚み(t)が100μmであり、発熱体2の全体の幅(W1)が8mmであり、幅狭部2aの幅(W3)が約2mmであり、中間切り込みC2の幅(W2)が約6mmである。また、縁切り込みC1と中間切り込みC2の長手方向の間隔(第2の切り込み幅A2)が約1mmであり、長手方向において隣り合う縁切り込みC1,C1の間隔(第1の切り込み幅A1)は、縁切り込みC1と中間切り込みC2の間隔である第2の切り込み幅A2の2倍の約2mmである。拡張処理後の発熱体2の長さLは、320mm(図1参照)である。なお、発熱体2の長さLについては、発熱体ユニットの仕様に応じて適宜決定される。
 なお、発熱体素材2Aの幅、長さ及び断面積等の形状は、入力電力及び発熱温度等により決定されるものであり、当該発熱体ユニットが用いられる熱源としての仕様に応じて適宜変更される。そして、発熱体素材2Aに対して後述する加圧処理を施すことにより、当該発熱体素材2Aの特性が決定され、発熱体ユニットの仕様に応じて、上記の拡張処理により所望の形状に調整される。なお、拡張処理の詳細は後述する。
 図3Bに示したように、発熱体素材2Aを長手方向に伸長する拡張処理において、縁切り込みC1及び中間切り込みC2のそれぞれが略同じように広がった均一拡張状態では発熱体2の温度分布は略均一となる。また、拡張処理においては、後述するように、発熱体2において疎密状態を形成して不均一に拡張することにより、温度分布の変更が可能である。
 また、発熱体素材2Aにおいて、第1の切り込み幅A1を変更することや、発熱体素材2Aの全体の幅W1を変更することを組み合わせることにより、所望の配熱分布となるように、単位面積当たりの発熱量と発熱面積を調整して、加熱効果を高めることができる。
 実施の形態1における発熱体2においては、前述したように、電流流路となる幅が同一幅に形成されていないため、通電により電流が流れて発熱する発熱領域と、その発熱領域からの熱伝導により発熱する熱伝導領域とを有する構成である。もし、発熱体の熱伝導率が200W/m・kに満たない場合には、即ち二次元的等方向性の熱伝導性が悪い場合には、発熱体において部分発熱領域と熱伝導領域で温度が異なり温度ムラが生じる。しかし、本発明に係る実施の形態1の発熱体ユニットにおいて用いた発熱体2は、前述のように、炭素系物質を主成分とし厚み方向において複数のフィルムシート素材の各層が互いに空隙を介して積層され、優れた二次元的等方向性の熱伝導性を有しており、熱伝導率が200W/m・k以上を有するフィルムシート状の材料で形成されている。したがって、実施の形態1における発熱体2は、発熱領域と熱伝導領域において温度ムラがなく、電流経路において均一に発熱する熱源となる。
[発熱体の製造方法]
 本発明に係る実施の形態1の発熱体ユニットに用いられる発熱体2は、前述のように、フィルムシート状の素材に対して切り込み処理を行って図3Aに示す帯状の発熱体素材2Aを形成している。この切り込み処理においては、フィルムシート状の素材から帯状の発熱体素材2Aを切り出すとともに、その発熱体素材2Aにおいて第1の切り込み部である縁切り込みC1、及び第2の切り込み部である中間切り込みC2を形成している。実施の形態1の発熱体素材2Aに対する切り込み処理は、切断金型を素材に押し付けて切断する切断プレス加工により行われている。なお、ラス加工及びレーザー加工により、発熱体素材2Aに対する切り込み処理を行うことも可能である。ラス加工及びレーザー加工の加工方法については後述する。
 切り込み処理された発熱体素材2Aに対しては、加圧処理が行われて、当該発熱体素材の特性調整が行われる。その後、形状調整処理である拡張処理を行い、発熱体ユニットにおける熱源となる発熱体2が形成されている。以下、発熱体素材2Aに対する加圧処理及び拡張処理について説明する。
[加圧処理]
 図4は切り込み処理が施された発熱体素材2Aに対する加圧処理を示す模式図である。図4に示すように、切り込み処理により形成された発熱体素材2Aを上部ローラ11Aと下部ローラ11Bの間に挿入して加圧する。図5Aは発熱体素材2Aの加圧処理する前の状態を模式的に示す断面図である。図5Bは加圧処理後の発熱体素材2Aの断面構造を模式的に示す断面図である。
 図5Aに示すように、加圧処理する前の発熱体素材2Aにおける厚み方向の断面構造(厚みt1)は、前述したように積層構造を有しており、面方向の層表面が平坦な面、凹凸面、或いは波うつ曲面等の各種の形状の面により構成されている。このため、対向する各層の間には空隙が形成されている。このような断面構造を有する発熱体素材2Aに対して、厚み方向に圧力をかける加圧処理を行うことにより、図5Bに示すように、発熱体素材2Aにおける層の一部が破損し、厚みが薄くなる(厚みt<厚みt1)。この破損状態を図5Bにおいて符号12で示す。この破損状態は発熱体素材2Aにおけるあらゆる部分において生じているため、加圧処理された発熱体素材2Aは、電気抵抗値が大きくなる。
 発明者においては、加圧処理時のローラ加圧力と、通電時の電気抵抗値と、入力電力値との関係を実験により確認した。図6は、加圧処理時のローラ加圧力[kgf]と、通電時の電気抵抗値[Ω」と、入力電力値[W]との関係を示すグラフである。図6において、実線が加圧力と入力電力値との関係を示す特性曲線であり、破線が加圧力と通電時の電気抵抗値を示す特性曲線である。
 図6に示すように、発熱体素材2Aを加圧しない場合には、通電時の電気抵抗値が約22.2Ωであり、入力電力値が100V、450Wであった。一方、発熱体素材2Aを50kgfで加圧した場合には、通電時の電気抵抗値が約23.8Ωであり、入力電力値が100V、420Wであった。したがって、発熱体素材2Aに対して0~50kgfの範囲の加圧処理を行うことにより、約7%の入力の可変調整を行うことが可能となることが理解できる。上記のように、発明者の実験により、ローラ加圧力と通電時の電気抵抗値と入力電力量との間には相関関係があることが確認された。
 以上のように、加圧処理における圧力を調整することにより、発熱体2に対する入力電力量を容易に、且つ確実に調整できることが発明者の実験により確認された。また、加圧処理においては、以下に述べる特別の効果があることを発明者は確認した。
 加圧処理を行った発熱体素材2Aにおいては、層間の一部が破損して層間における繋がりを切ることにより、局部的に屈曲しても破損しない可撓性や、滑らかな曲面となる柔軟性の点において優れた特性を示すことが確認された。加圧処理する前の発熱体素材2Aにおいては多少の屈曲や、引っ張りに対して弱く、多少の曲げでも破損や切断のおそれがあり、可撓性や柔軟性の点において問題があった。しかし、発熱体素材2Aに対して前述の加圧処理を施すことにより、屈曲や、引っ張りに対して強く、可撓性と柔軟性の点において飛躍的に向上していた。したがって、本発明においては、加圧処理した発熱体素材2Aに対して張力を加える拡張処理を行うことが可能となったものである。
 また、上記のように加圧処理を行うことにより、切り込み処理において、発熱体素材2Aの切り込み部分に生じた急な折れ曲がり部分、いわゆる抜きダレ部分が加圧されて滑らかな部分となるという効果を有する。
 なお、実施の形態1においては加圧する手段としてローラを用いた例で説明したが、平面的に圧力を加える、面方向の加圧であっても同様の効果を得ることができる。また、発熱体素材2Aの全体に対する加圧ではなく、局部的に加圧することにより、発熱体2において局部的に異なる抵抗領域を形成することが可能となり、所望の配熱分布とすることが可能となる。
 なお、実施の形態1において、加圧処理は切り込み処理後に行う例で説明したが、切り込み処理の前に1回目の加圧処理を行って、発熱体素材2Aの特性を変更した後に切り込み処理を行ってもよい。このように処理することにより、切り込み処理を安定した特性を有する発熱体素材2Aに対して行うことができるため、さらに安定した入力電力量の調整が可能となる。この場合において、切り込み処理を行った後に2回目の加圧処理を行うことが好ましい。これは、切り込み処理において、発熱体素材2Aの切り込み部分に生じた急な折れ曲がり部分、いわゆる抜きダレ部分を滑らかな部分とするためである。
[拡張処理]
 次に、加圧処理後に行われる形状調整処理である拡張処理について説明する。
 図7は加圧処理後に行われる拡張処理を説明する図である。図7に示すように、加圧処理後の発熱体素材2Aに対して、その両側から矢印の方向に張力を加えて、当該発熱体素材2Aを所定の長さに伸長する。図8は所定の長さに伸長した状態の発熱体2を示している。図8に示すように、発熱体2における全ての切り込みC1,C2が同様に拡張した状態で発熱体2の形状が保持されている。
 図7に示した発熱体2の素材である当該発熱体素材2Aは、前述のように、高分子フィルム、又はフィラーを添加した高分子フィルムを高温度、例えば2400℃以上の雰囲気中にて熱処理し、焼成してグラファイト化した耐熱性を有する高配向性のグラファイトフィルムシートを、前述の切り込み処理及び加圧処理を行ったものであり、面方向の熱伝導率が600から950W/m・kの特性を有するとともに、可撓性及び柔軟性を有するものである。また、このように処理された発熱体素材2Aは、両側から張力を加えて伸長させることにより、発熱体素材2A自身の弾性力により多少戻るが、伸長した状態を保持する形状保持力を有している。また、伸長させた状態の発熱体素材2Aを強制的に収縮させると、図7に示す初期状態に戻る復帰力も有している。したがって、本発明に用いられる発熱体素材2Aは、切り込み処理、加圧処理を施すことにより、可撓性、柔軟性、弾力性を有するとともに、形状保持力及び復帰力を有するという特殊な特性を有している。
 上記のように切り込み処理及び加圧処理された発熱体素材2Aに対して、その長手方向外側に向かって両側から張力を加えて伸長させる伸長実験を行ったところ、元の長さ(180mm)の約倍近く(約350mm)まで破損せず伸長した。一方、切り込み処理のみを行い、加圧処理を行わなかった発熱体素材2Aに対して、同様の伸長実験を行ったところ、元の長さより20mmを越えたところで破損が生じた。したがって、発熱体素材2Aに対して加圧処理を行うことにより、発熱体素材2Aを伸長する拡張処理を確実に行うことが可能となる。このように拡張処理を行うことにより、発熱体素材2Aの拡張処理前の元の長さの2倍を超えない範囲内の長さにおいて、発熱体長である熱源のサイズを自由に設計することができる。
 なお、図7に示した発熱体素材2Aを長手方向に伸長する拡張処理において、縁切り込みC1及び中間切り込みC2のそれぞれが略同じように広がった均一拡張状態では発熱体2の温度分布は長手方向において略均一となる。また、拡張処理においては、発熱体2を不均一に拡張して、長手方向の温度分布を調整することも可能である。例えば、発熱体2の両端部近傍部分においては、縁切り込みC1及び中間切り込みC2の広がりを小さくして密状態とし、中央部分においては、各切り込みC1,C2の広がりを大きくして疎状態とした場合、発熱体2の両端部分の単位面積当たりの発熱量が多くなり、中央部分の単位面積当たりの発熱量が少なくなる。このように発熱体2において密状態と疎状態の領域を形成することにより、温度分布を所望の状態とすることが可能となり、発熱体ユニットにおける設計の幅を広げることができる。
 以下、本発明に係る実施の形態1の発熱体ユニットのさらに具体的な構成について前述の図1から図3Cの図面を用いて実施例1の発熱体ユニットとして説明する。なお、実施例1の発熱体ユニットは、前述の実施の形態1において説明した発熱体ユニットと基本的には同じ構成であるため、同じ機能、構成を示すものには同じ符号を付して説明する。
 発熱体2の両端に設けられた保持ブロック3は、モリブデンの板材を二つ折りした形状で構成されている。二つ折りした保持ブロック3のそれぞれの中央部分には貫通孔が形成されている。二つ折りした保持ブロック3により挟まれる発熱体2の両端端部にも、貫通孔が形成されており、保持ブロック3の貫通孔と発熱体2の端部の貫通孔が位置合わせされている。このように位置合わせされた保持ブロック3の貫通孔と発熱体2の端部の貫通孔には、内部リード線部材5の端部が挿入されて係合しており、保持ブロックと内部リード線部材5は熱溶着されて互いに固定されている。このように実施例1の発熱体ユニットにおいては、発熱体2の両端端部が保持ブロック3によりそれぞれ挟持されて、ガラス管1の内部に張設された構成である。このように構成することにより、保持ブロック3は発熱体2を挟持するとともに、発熱体2と電気的に接続状態となる。保持ブロック3は導電性材料で形成されており、発熱体2からの熱を放熱して、内部リード線部材5に高熱を伝達しない放熱効果を有している。例えば、保持ブロック3の材料としてはモリブデンが好ましいが他の金属材料でも耐熱性と導電性に優れた材料であれば用いることが可能である。
 また、内部リード線部材5には発熱体2をガラス管1の内部の所定位置(ガラス管1の中心軸上)に位置決めするためのサポート部材4が巻き付けて固定されている。サポート部材4は、線材によりリング状に形成されており、サポート部材4のリングの直径がガラス管1の内径より多少小さく形成されている。例えば、サポート部材4のリングの外周とガラス管1の内壁面との隙間が0.5mmに設定される。
 なお、実施例1においては、発熱体2を内部リード線部材5に固定接続するために、保持ブロック3の孔と発熱体2の孔を重ねて内部リード線部材5にて貫通し、保持ブロック3と内部リード線部材5とを溶着して、発熱体2を固定接続する構成であるが、保持ブロック3とは異なる構成の別部材にて固定接続してもよい。別部材としては、帯状の発熱体2の端部を内部リード線部材により張設できる構成のものであればよい。
 実施例1の発熱体ユニットの保持ブロック3においては、二つ折りの板にて発熱体2を保持する構成で説明したが、保持ブロック3の板の内壁面(挟着面)に凸部分を形成して保持強度をさらに高める構成としてもよい。
 前記のように構成された実施例1の発熱体ユニットにおいて、その両側から導出している外部リード線7に対して所定の電力を供給することにより、発熱体2に電流が流れ、発熱体2の抵抗により熱が発生する。このとき、発熱体2は炭素系物質を主成分とした材料で形成されているため発熱体2からは赤外線が放射される。
 実施例1の発熱体ユニットにおける発熱体2は、前述の実施の形態1において説明したように、選択制のある発熱体形状、例えば発熱体2の伸長状態や粗密状態等を所望の値に選択できる形状であるため、各種用途に応じて放熱状態を容易に変更することが可能である。例えば、同一のフィルムシート素材により形成された発熱体ユニットであっても、伸長の度合いを変更して長さを調整したり、粗密領域を設けることにより、抵抗値の変更を伴わずに輻射面積や単位面積当たりの熱量を可変することが可能である。従って、実施例1の発熱体ユニットは、用途に応じた輻射エネルギーを設定することが可能となる。
 実施例1の発熱体ユニットにおける発熱体2は、厚み(t)が100μmであり、発熱体の全体の幅(W1)が8mmであり、対向する2つの縁切り込みC1,C1の間の距離(W3)が約3mmであり、中間切り込みの長さ(W2)が約6mmであり、長手方向における縁切り込みC1と中間切り込みC2との間隔(第2の切り込み幅:A2)が約1mmであり、長手方向における隣り合う縁切り込みC1の間隔(第1の切り込み幅:A1)は前記の第2の切り込み幅(A2)の2倍の約2mmであり、そして発熱体2の長さ(L)が320mmであった。
 実施例1の発熱体2を形成するための、発熱体素材2Aに対する切り込み処理は、切断プレス加工により行われている。なお、発熱体2における長さ、幅、及び切り込み形状については、入力電圧及び発熱温度等により決定されており、当該発熱体ユニットが用いられる熱源としての仕様に応じて適宜変更が可能である。
 実施例1の発熱体ユニットにおける発熱体2が長手方向にも指向性を示すことを、前述の図3B及び図3Cの拡大図を用いて説明する。
 拡張処理において、発熱体2を長手方向に伸長することにより、対向する2つの縁切り込みC1,C1に挟まれた幅狭部2a、及び長手方向に隣り合う縁切り込みC1,C1に挟まれた縁部2bは、長手方向のどちらか一方に傾斜する。この傾斜は伸長させる比率、長手方向における各切り込みC1,C2の間隔(第2の切り込み幅A2)等により異なる。このように幅狭部2a及び縁部2bが傾斜することにより、その傾斜面と対向する方向の輻射面積が最大となり、この方向への輻射エネルギーが多くなる。したがって、実施例1における発熱体2においては、幅方向の指向性だけでなく、長手方向の指向性を持たせることが可能となり、用途及び仕様に応じて加熱方向を所望の方向に設定することができる。
 拡張処理されて長手方向に伸長された帯状の発熱体2は、幅方向の長さと厚み方向の長さの比が5/1以上であるのが望ましい。幅方向の長さを厚み方向の長さより5倍以上大きくすることにより、幅方向を構成する面から放出する熱量が厚み方向を構成する面から放出する熱量より大幅に多くなり、発熱体2が指向性の高い熱源として使用することが可能となる。
 炭素系物質を主成分として、二次元的等方向性の熱伝導を有するフィルムシート状の材料で構成した発熱体2は、発熱効率が高く、温度が高くなるほど抵抗値が大きくなる正特性(PTC)である。このため、加熱を開始してから定格温度に達するまでの時間は極めて短い。したがって、点灯時の突入電流は発生するが、平衡後の温度にもよるが、突入電流は平衡時の2倍ほどであり、タングステン線で形成された発熱体の場合のような10倍までの突入電流は発生しない。このため、実施例1の発熱体ユニットにおける発熱体2は、フリッカーが発生しにくい特性を有している。また、この発熱体2の寿命は使用温度にもよるが、約10000時間である。これは、タングステン線で形成された発熱体の寿命の約2倍である。
 前述のフィルムシート素材から特に選ばれた少なくとも一種類の高分子フィルム或いは、前述のフィラーを添加した前記高分子フィルムを不活性ガス中において2400℃以上で処理し、グラファイト化の過程で発生するガス処理雰囲気の圧力を制御している。このように制御することにより、二次元的等方向性を有する熱伝導性を持ち、温度特性においては温度が上昇するとともに抵抗値が上昇する正特性(PTC)を有する発熱体2を製造することができる。このように製造された発熱体2は、発熱温度の安定を確保し、入力電圧が定電圧の場合において、熱変動に対して安定的な自己入力制御を行うことが可能な信頼性が高く安定的な熱源となる。
 実施例1の発熱体ユニットにおいては、発熱体を透明石英ガラス管内に挿入し、そのガラス管内に不活性ガスを封入して高温度での使用する場合について説明した。しかし、本発明の発熱体ユニットにおける発熱体2は、ガラス管以外の容器を用いることが可能である。炭素系物質を主成分とし、二次元的等方向性の熱伝導を有し、そして可撓性、柔軟性、及び弾力性を有し、熱伝導性が200W/m・K以上を有し、厚みが300μm以下である帯状の発熱体2は、高温度(約1100℃)での使用だけでなく800℃前後においても酸化量が他の炭素系発熱体素材に比べ少なく、十分に使用に耐える組成構造である。これは、発熱体2の素材であるフィルムシート状の発熱体素材2Aが密に成型されているためである。したがって、発熱体2の使用温度により、その発熱体2のための容器の材質及び形状を選定することができる。例えば、発熱体が180℃以下の温度で使用されるのであれば、シリコン材質の開放容器を使用することが可能となる。また、発熱体2が250℃以下で使用されるのであれば、フッ素樹脂材質の開放容器を使用することが可能であり、800℃以下で使用されるのであれば、マイカ材質、セラミックス、結晶化ガラス、石英管、耐熱ガラス等の耐熱温度許容範囲での絶縁材料で形成された開放容器を選択することができる。800℃以下の使用温度においては、容器内にガスを充填する必要がなく、上記のように開放容器を使用することが可能となり、発熱体ユニットの構成、形状を使用目的に合わせて自由に設計することが可能となる。このため、800℃以下の使用温度で使用される発熱体ユニットでは、設計の自由度を大幅に広げることができ、さらなるコストの低減を図ることが可能となる。
 なお、実施例1において、発熱体2を保護する管形状については、その断面形状が略円形状で説明したが、本発明においては必ずしも略円形状である必要はなく、発熱体ユニットの仕様目的に合わせて管断面が四角、六角等の多角形状であってよく、さらには扁平形状や楕円形状であっても実施例1の発熱体ユニットと同様の効果を奏する。
 実施例1の発熱体ユニットにおいて、発熱体2は伸長することにより発熱体の長手方向の側縁は断続的な端面となる、このため、伸長した発熱体2がガラス管内に張設された際、もしガラス管1と発熱体2が接触したとしても、発熱体の側縁の一部端面がガラス管1に接触(略点接触)するため、ガラス管1に対する熱負荷を低減することができる。また、発熱体2の側縁の一部がガラス管1に接触する構成である場合には、その接触部位が発熱体2における熱伝導領域であるため、接触部位の温度が低下して当該発熱体2を支持する機能を持つことになる。このため、このように構成された発熱体ユニットにおいては、発熱体2の設計温度の上限を高めることができるという効果を得ることができる。
 また、本発明に係る実施例1の発熱体ユニットにおいて、発熱体は可撓性、柔軟性、弾力性、形状保持力、及び復帰力を有しているため、発熱体ユニットの使用の形態、目的等に応じて、発熱体ユニットを所望の形状、例えば管状、矩形状、長手方向にそって曲部を形成した湾曲状、円形に形成した環状等に構成することが可能である。
 以下、本発明に係る実施の形態1の発熱体ユニットの別の具体的な構成について図9を用いて実施例2の発熱体ユニットとして説明する。なお、実施例2の発熱体ユニットは、前述の実施の形態1において説明した発熱体ユニットと基本的には同じ構成であるが、発熱体2の形状が異なっている。このため、実施例2の説明においては、発熱体2の形状について説明し、その他の構成は図1に示した実施の形態1の発熱体ユニットと同じである。このため、実施例2の説明において、実施の形態1の発熱体ユニットと同じ機能、構成を示すものには同じ符号を付して説明する。
 図9は、実施例2の発熱体ユニットに用いられている発熱体2を示す正面図である。実施例2の発熱体ユニットに用いられている発熱体2は、前述の実施例1における発熱体2と同じ発熱体素材2Aを用いて形成されている。
 図9に示す発熱体2は、前述の実施例1の発熱体2における複数の切り込みを形成する切り込み処理と異なり、複数の円環が発熱体2の長手方向に一列に繋がった形状となる切り込み処理を行っている。この切り込み処理においては、発熱体素材2Aの側縁部分の切り込みと、中間部分を略楕円状に切り込んでいる。
 実施例2の発熱体2における円環形状は、長手方向が長軸方向となる略楕円形状であり、発熱体2における部位において形状が異なっている。実施例2における発熱体2において、中央の部位の円環は長手方向の径が小さく、中央の部位の両側の部位の円環は長手方向の径が大きく形成されている。また、発熱体2における両側の部位の円環は長手方向の径が小さく形成されている。このように発熱体2の円環形状を構成することにより、特定の部位の発熱量を所望の値とすることが可能となる。また、複数の円環を一列に繋ぐ形状とすることにより、伸長可能な形状となる。実施例2においては、図9に示した円環形状で説明するが、これは一例であり、各円環の形状はその用途に応じて適宜設計される。
 実施例2に用いられる発熱体2は、可撓性、柔軟性、及び弾力性を有する前述の発熱体素材2Aを、切断金型を用いたプレス加工により上記のように切断して形成されているため、可撓性、柔軟性、及び弾力性を有するとともに、形状保持力及び復帰力を有している。したがって、前述の実施例1の発熱体2と同様に、実施例2の発熱体は、拡張処理によりある程度の伸長が可能であり、発熱体ユニットの仕様に応じて設計変更に対応することできる構成である。但し、実施例1において切り込み処理が施された発熱体1に較べて、実施例2の発熱体2は切り込み処理による形状が異なるため、発熱体2の伸長量が短いものである。その反面、実施例2の発熱体2は、その両端から加えられた張力に対して強い構造を有しており、振動や衝撃などに対して耐久性のある熱源となる。また、実施例2の発熱体2は、配熱が張力による影響を受けに難い構造であり、より細かな配熱分布を可能にすることができる。
 なお、図9に示す実施例2の発熱体2は、長手方向が円環の長軸方向となる略楕円形状で説明したが、長手方向が円環の短軸方向となる略楕円形状であってもよく、或いは楕円形状とは異なる多角形状であっても同様な効果を奏することは言うまでもない。
 以上のように、実施例2の発熱体ユニットにおける発熱体2は長手方向に伸長する形状であり、また、加圧処理による抵抗調整が可能な発熱体素材2Aを用いているため、各種用途に応じて設計変更が可能である。さらに、実施例2の発熱体ユニットにおける発熱体2は可撓性、柔軟性及び弾力性を有しており、発熱体の拡張処理を安全に信頼性高く実行することが可能である。
 以下、本発明に係る実施の形態1の発熱体ユニットにおいて、発熱体2の別の製造方法について実施例3として説明する。実施例3の発熱体2の製造方法においては、切り込み処理及び拡張処理を実質的に同時に行うラス加工処理が行われて形成されている。ラス加工処理は、フィルムシート状の発熱体素材2Aに対して切断金型により千鳥状に切れ目を入れるとともに、その切断金型をさらに押し広げる(押し下げる)ことにより(エキスパンド処理)、ラス形状(メッシュ形状)の発熱体素材2Aを形成するものである。
 実施例3の発熱体2の素材である発熱体素材2Aにおいては、ラス加工処理する前に加圧処理が施されており、発熱体素材2Aの可撓性、柔軟性及び弾力性が確保されている。したがって、実施例3の発熱体2は、炭素系物質を主成分として、二次元的等方向性の熱伝導を有するフィルムシート状の材料の発熱体素材2Aに対して、最初に加圧処理が実行され、その次に切り込み処理及び拡張処理を実質的に同時に行うラス加工処理が施されて形成されている。なお、フィルムシート状の発熱体素材2Aから帯状の発熱体素材2Aを切り出す処理に関しては、切断プレス加工により処理してもよい。
 上記のように形成された実施例3の発熱体2は、切り込み処理と拡張処理を実質的に同じ工程で実行できるため、前述の実施例と同様の効果を奏するとともに、優れた作業性を有し、量産化に適した構成となる。
 以下、本発明に係る実施の形態1の発熱体ユニットにおいて、発熱体2の更なる別の製造方法について実施例4として説明する。実施例4の発熱体2においては、切り込み処理がレーザー加工により行われている。
 実施例4の発熱体2の素材である発熱体素材2Aにおいて、前述のように製造されたフィルムシート素材に対してレーザー加工により所望の形状に形成されている。例えば、レーザー加工の一例として、発熱体2の面方向の熱伝導率が200W/m・k以上となるとCOレーザー(波長10600nm)等の熱加工作用を主体としたレーザー加工を用いた場合には、発熱体に熱を奪われてしまい、加工できないという問題がある。しかしながら、非熱加工作用を主体とした波長1064から380nmのレーザー加工、例えば、呼称1064nmの短波長レーザー加工を用いることにより所望の形状を精度高く加工することが可能となる。
 特に、実施の形態1における発熱体2を形成する場合には、呼称532nmの第二高調波レーザー加工を用いることにより、高精度に加工できることを発明者らは確認した。実施の形態1における発熱体2の材料は、フィルムシート素材であり、高分子フィルム又はフィラーを添加した高分子フィルムを高温度、例えば2400℃以上の雰囲気中にて熱処理し、焼成してグラファイト化した耐熱性を有する高配向性のグラファイトフィルムシートを材料としている。そして、発熱体2は、面方向の熱伝導率が600から950W/m・kの特性を有する材料で形成されている。このような材料の発熱体2を、例えば、実施の形態1のような切り込み幅として約1mmを加工する場合などの複雑な形状に加工する場合には、呼称532nmの第二高調波レーザー加工を用いることが望ましい。以上のように、レーザー加工におけるレーザー波長が短くなると熱加工からケミカル加工に近づくために、発熱体2への熱の影響は小さくなり、加工によるススやバリの発生を抑えた高精度の加工が実現できる。ただし、必ずしも発熱体2の外形形状の全てをレーザー加工する必要はなく、帯状の切り出し加工と切り込み加工のいずれか一方の加工だけであってもかまわない。例えば、帯状の切り出し加工が素材形状で決定される場合においては、切り込み加工だけをレーザー加工で加工すればよく、発熱体素材状等により適宜選択し得ることは言うまでもない。
 なお、好ましいレーザー加工方法は、発熱体2の材料すなわち面方向の熱伝導性及び形状によって、前述の非熱加工作用を主体としたレーザー加工波長(1064から380nm)を持つ加工方法から適宜選択し得ることは言うまでもない。
 また、上記加圧処理の方法としては、後述する上下に配置されたローラの間に挟み加圧する方法或いは、平面状のプレス等面方向での加圧する方法であってもかまわない。なお、いずれの加圧方法であっても、加圧することにより入力電力を可変することができるとともに、層間の一部を破壊し層間における繋がりを切ることで曲げなどの可撓性、柔軟性及び弾力性等を有する発熱体2を形成することができる。
 (実施の形態2)
 以下、本発明に係る実施の形態2の加熱装置について図10を参照しつつ説明する。
 実施の形態2の加熱装置は、前述の実施の形態1の発熱体ユニットを熱輻射源として用いたものである。
 図10に示した加熱装置においては、発熱体ユニット20の発熱体2の背面側に反射板24を配設し、反射板24は筐体21に固定され、反射板24の反対側(前面側に発熱体ユニット20の保護のためにガード25が設けられている。発熱体ユニット20は反射板24及び筐体24の長手方向のサイズに合わせて設計されるが、同一定格でも発熱体2を拡張することが可能なため長手方向のサイズが使用空間に応じて選択することが可能となる。
 なお、実施の形態2の加熱装置においては、反射板24及び筐体21を横にした例で説明したが、反射板24及び筐体21を縦にした使用においては、発熱体ユニット20から発生された熱が直接及び反射板24から反射されて輻射になるエネルギーと熱流として上部に上昇するエネルギーが発生するそのため、下面部分の加熱分布が悪くなる。反射板24及び筐体21を縦に使用した場合、発熱体2は下部の方を密状態とし、上部の方を疎状態とすることにより、下面から上部にかけて実質的に均一に加熱できる構成となる。また、発熱体素材2Aを伸長した拡張処理において形成された発熱体2の傾斜面に対向する位置を下側とすることにより、加熱装置の熱放射領域を下側に重点をおいた加熱が可能となる。
 しかしながら、ストーブの縦仕様においては床材が温度に耐えることができない材料を使用している場合には、上面に傾斜面を向けて、下面温度を下げることが好ましい。このように、本発明に係る実施の形態2の加熱装置においては輻射分布を考慮した加熱源を構築することができる。
 なお、図10に示した反射板24の反射面形状は熱反射が平行となる放物面を有する曲面形状であるが、本発明はこのような形状に限定されるものではなく、被加熱物に応じて各種の形状、例えば円弧状、発熱体2からの輻射熱を広げる拡散反射可能な曲面形状、拡散反射可能な多段の折り曲げ面を集合した形状、または平面形状等を用いることができる。
 また、反射板24の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、各種ステンレス等を用いることができる。また、反射板24の反射面には反射効率の高い反射材料のコーティングや、表面処理を行い、反射板24の反射率を高める処理を行った方がよいことは言うまでもない。
 本発明に係る実施の形態2の加熱装置として反射板24を設けて、筐体21から外部に熱輻射する構成で説明したが、筐体内部の被加熱物に熱輻射するように、反射板と発熱体ユニットを設けても同様の効果が得られる。例えばオーブンレンジ、トースター、オーブン等の調理装置に応用展開が可能である。特に、発熱体2の平面部分を被加熱物に向けて、被加熱物を効率高く加熱することが可能となる。
 また、本発明に係る実施の形態2の加熱装置においては、発熱体素材2Aに対する拡張処理において、両端部分を密状態とし、中央部分を疎状態とすることにより、加熱装置内部の加熱空間を均一な温度分布に設定することができるなど、仕様に応じて設計変更が容易であるという優れた特徴を有する。さらに、実施の形態2の加熱装置の構成において、発熱体ユニット20の長さに規制がある場合であっても、発熱体2の形状を所望の形状に変更できるため、定格及びサイズの設計変更が容易である。
 (実施の形態3)
 以下、本発明に係る実施の形態3の加熱装置について図11を参照しつつ説明する。
 図11は、実施の形態3の加熱装置として複写機を例に挙げて、その熱輻射源となる発熱体ユニット30等の近傍を示した図である。図11は発熱体ユニット30の長手方向(延設方向)に直交する方向で切断した略断面図である。
 実施の形態3の加熱装置である複写機は、前述の実施の形態1の発熱体ユニット(図1参照)を熱輻射源として用いたものであり、発熱体ユニット30として説明する。実施の形態3の複写機において、発熱体ユニット30は、その長手方向に伸長した発熱体2を有し、筒体32により取り囲まれて構成されている。なお、実施の形態3の加熱装置である複写機には、図11に示した発熱体ユニット30等の他に、電力を供給する電源部、複写機構、複写機構を制御する制御部、装置外観を形成する筐体等の一般的に複写機に用いられている構成要素が含まれる。
 実施の形態3の加熱装置において、複写機であるため発熱体ユニット30を取り囲む筒体32は、トナー定着ローラである。以下、筒体32をトナー定着ローラ32として説明する。
 トナー定着ローラ32と加圧ローラ31は互いに接して回転するよう構成されている。トナー定着ローラ32と加圧ローラ31の間には、所望形状のトナー33を担持した紙34が挿入されて、加熱とともに加圧されて定着される。したがって、トナー定着ローラ32と加圧ローラ31との間に通されて、紙上のトナー33を効率よく定着させるために、発熱体2の幅方向がトナー定着ローラ32と加圧ローラ31の対向面(トナー定着領域)を含む領域を向くよう配置されている。但し、発熱体2の幅方向が向く方向は、トナー定着領域より上流側、即ちトナー定着ローラ32のトナー定着領域より前側の領域を向くよう配設されている。このように発熱体2を配設することにより、トナー定着ローラ32におけるトナー定着領域より上流側の部分も含めて加熱して、その部分の蓄熱量を上げ、発熱体2から放射された熱量を効果的にトナー定着に用いることが可能となる。
 実施の形態3の加熱装置おいて、発熱体ユニット30を取り囲むように配設されるトナー定着ローラ32である筒体は、発熱体ユニット30から放射された熱を所望方向へ熱輻射するものであり、発熱体2の幅方向の中心に対向する領域が熱輻射中心となる。この筒体(32)は、一体物で構成した例で説明したが、複数の部材を組み合わせて構成してもよい。
 このように実施の形態3の加熱装置である複写機においては、指向性を有する発熱体ユニット30を効果的に配設して効率の高い熱輻射源とすることが可能となる。
 また、実施の形態3の加熱装置における発熱体ユニット30の発熱体2は、均一に伸長した形状で説明したが、トナー定着ローラ32や加圧ローラ31の両端部には軸受けやギヤなどが配置され、ローラ端部の温度は下がる傾向にあるため、発熱体2の拡張処理において、端部分を密状態とし、中央部分を疎状態としてローラ表面温度を均一にすることが好ましい。また、発熱体2における傾斜面を温度上げる方向に向けることは言うまでもない。
 次に、実施の形態3の加熱装置における温度制御方法について図12を参照しつつ説明する。図12は、実施の形態3の加熱装置における温度制御装置の概略構成を示す図である。
 電源42から供給された電力が制御部43において、ユーザからの指令に従い制御され、発熱体ユニット30に通電される。通電された発熱体ユニット30の発熱体2は、高温度に発熱してトナー定着ローラ32の温度を所定の温度(トナー定着温度)まで上昇させる。トナー定着ローラ32にはセンサ部44が設けられており、トナー定着ローラ32の温度検知を行っている。センサ部44はトナー定着ローラ32の検知温度を制御部43にフィードバックしており、制御部43は発熱体ユニット30への電力を制御して、トナー定着ローラ32の温度調節を行っている。
 以上にように、実施の形態3の加熱装置においては、発熱体ユニットの通電制御を行う場合、その制御条件として検知温度を加味することが可能である。また、温度制御としては、例えばサーモスタット等の温度検知手段を用いたオンオフ制御、正確な温度を感知する温度感知センサを用いた入力電源の位相制御、さらに通電率制御、ゼロクロス制御等を単独で若しくはそれらを組み合わせて行うことにより、高精度な温度管理が可能な加熱装置を実現できる。
 したがって、前記のように構成された実施の形態3の加熱装置によれば、発熱体の配設位置による指向性制御と、検知温度による通電制御とにより、輻射特性に優れた加熱と高精度な温度管理が可能となる。
 なお、実施の形態3の加熱装置においては、実施の形態1における、特に実施例1の発熱体ユニットを熱輻射源として用いた例で説明したが、熱輻射源としては前述の各実施例において説明したいずれの発熱体ユニットの構成でも適用可能であり、同様の効果を奏するものである。
 また、実施の形態3の加熱装置として複写機について説明したが、ファクシミリ、プリンタ等の電子装置においてもトナー定着のための熱輻射源として本発明の発熱体ユニットを用いることができ、同様の効果を奏する。なお、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子装置において、トナー定着に用いた機構の場合、熱輻射源として用いられる発熱体ユニットはローラと呼ばれる筒体により取り囲まれて用いられる。
 なお、本発明の加熱装置としては、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子装置の他に、暖房用ストーブ等の電気暖房機器、調理加熱等の調理機器、食品等の乾燥機、及び短時間で高温度に加熱する必要のある装置を含むものである。
 本発明の加熱装置において、発熱体ユニットを取り囲む筒体であるローラの構成は、内側が金属材料により形成され、外側がシリコン樹脂によりコーティングされており、ローラの両サイドには駆動用のギヤ等が設けられている。なお、熱等の吸収性を高めるために、ローラの内側にはセラミックスや遠赤塗料等を設けてもよい。さらに、放熱・吸熱と強度の観点からアルミニウムと鉄等の複数の金属部材により筒体を構成して、さらに高い加熱効率を図ることも可能である。
 本発明の発熱体ユニットを熱源として調理機器に用いた場合、発熱体ユニットは筒状体により取り囲まれて配設される。筒状体は一体的若しくは複数の部材で構成された筒状の耐熱管である。調理機器の熱源として、発熱体が石英ガラス管で取り囲まれている発熱体ユニットをそのまま用いた場合、調理で使用される塩、しょう油等の調味料等に含まれるアルカリ金属イオン等で石英ガラス管が失透を起こし、破損してしまい、熱源としての発熱体ユニットが短寿命となってしまう。このため、発熱体ユニットを耐熱管である筒状体により取り囲むよう構成することにより、発熱体ユニットの長寿命化を図ることができる。
 なお、筒状体には優れた光透過性を有する結晶化ガラスや遠赤放射量の高いセラミックス等を使用することにより使用用途を広げることができる。
 発熱体ユニットの被加熱対象物との位置関係は、発熱体における加熱中心を被加熱対象物側に向けることにより、被加熱対象物を効率高く加熱することができるのは言うまでもない。
 以上のように、本発明の発熱体ユニットにおいて、発熱体が炭素系物質を主成分として面方向に同等の熱伝導性を有する、いわゆる二次元的等方向性の熱伝導を有するフィルムシート状であり、可撓性、柔軟性、弾力性、形状保持性、及び形状復帰性を有している。さらに、発熱体は熱伝導率が200W/m・K以上であり、厚みが300μm以下で形成されている。このように構成された本発明における発熱体は、切り込み処理(切断プレス処理を含む)及び加圧処理により、抵抗値を調整することができるとともに、形状(長さ)を容易に調整することが可能である。また、本発明における発熱体は、加圧処理により可撓性、柔軟性、弾力性、形状保持性、及び形状復帰性を有する特性を持ち、さらに拡張処理により温度分布を可変することが容易に可能となる。
 さらに、本発明の発熱体ユニットにおける発熱体は、この発熱体を内包する容器(耐熱管)の形態に応じて、管状、板状、管状を長手方向に曲げた湾曲状、管状を円形に形成した形状等の各種形状に変形することが可能であり、使用目的に応じて高精度に変形して装置内に組み込むことができる。
 さらに、本発明の発熱体ユニットにおいては、その使用用途に合わせた形態に発熱体を形成して、発熱体における平面部分又は配熱分布により高い効率で熱輻射が行われるよう構成することができる。
 また、本発明の発熱体ユニットにおいては、筒状の耐熱管(図1に示すガラス管1)の両端部分を封止して耐熱管内にガスを充填することにより、耐熱管内の発熱体が酸化することなく発熱体の焼成温度以下で使用することができるため、発熱体の設計余裕度を広げている。さらに、本発明において用いた発熱体は可撓性、柔軟性、及び弾力性を有し、高温度に対して保形性が高いため、発熱体を所望の形状に形成することが可能であり、耐熱管材料の選定や、発熱体の保持方法における自由度を高めることができる。
 前述の実施の形態2において説明したように、図10に示した加熱装置においては、本発明の発熱体ユニットにおける発熱体の幅面に対向する背面側の位置に反射板を配設し、その反射板の長手方向に直交する断面形状が放物線形状であり、熱輻射源である発熱体における発熱中心が反射板の焦点の位置に配置されている。このように発熱体における発熱中心が反射板の焦点の位置にあるため、本発明の加熱装置は発熱体からの輻射熱が反射板により反射されて効率の高い熱輻射が可能となる。応用としてはストーブ、オーブンレンジ、トースター、オーブンなど輻射加熱を行う商品に効果的である。
 また、本発明の加熱装置においては、前述の実施の形態3において説明したように、本発明の発熱体ユニットを設け、且つその発熱体ユニットを覆う筒体を配設した構成とすることも可能である。このように構成することにより、被加熱対象物等から発する異物、例えば肉汁、調味料等が筒体に遮られて直接発熱体ユニットに接することが防止される。これにより、発熱体ユニットの表面劣化による破損、断線を防止することが可能となり、長寿命の加熱装置を提供することができる。
 さらに、本発明の加熱装置においては、発熱体ユニットを、例えば複写機等の電子機器の熱源とした場合、発熱体ユニットを覆う筒体がトナー定着ローラとして用いて、このトナー定着ローラにおける紙が接する部分を効率高く加熱することが可能な構成となる。
 また、本発明の加熱装置において、発熱体の少なくとも一部を耐熱管で覆った構成とすることにより、発熱体温度を高くすることが可能となり、加熱分布を変更することができる加熱装置を提供することが可能となる。
 また、本発明の発熱体ユニット及び加熱装置においては、炭素系物質を主成分として二次元的等方向性の熱伝導を有し、可撓性、柔軟性、及び弾力性等を有しており、さらに熱伝導性が200W/m・K以上であり、厚みが300μm以下であるフィルムシート状の発熱体を用いており、この発熱体は放射率が、80%以上の高い特性を有する。
 本発明に係る発熱体ユニットは、発熱体の特性及びサイズの調整が容易に可能であり、汎用性の高い熱輻射源となり、この発熱体ユニットを用いた加熱装置は効率の高い加熱処理が可能となり汎用性が高く有用である。
 1 ガラス管 
 2 発熱体
 3 保持ブロック
 4 サポート部材
 5 内部リード部材
 6 モリブデン箔
 7 外部リード線
 11A 上部ローラ
 11B 下部ローラ
 21 筐体
 24 反射板
 32 筒体
 31 加圧ローラ

Claims (13)

  1.  高分子フィルム、又はフィラーを添加した高分子フィルムを2400℃以上の温度で熱処理することにより得られたグラファイトフィルムシートを切断して複数の切り込みを面方向に形成する切り込み処理と、厚み方向に加圧する加圧処理と、拡張処理とにより形成された発熱体と、
     前記発熱体における対向する両端に電力を供給する電力供給部と、
     前記発熱体と前記電力供給部を内包する容器と、を具備する発熱体ユニット。
  2.  前記発熱体は、前記拡張処理により一定方向に伸長する形状を有することを特徴とする請求項1に記載の発熱体ユニット。
  3.  前記発熱体における複数の切り込みが、前記発熱体長手方向に沿って互いに対向する一対の両側縁よりそれぞれ互いに対向する側縁に向かって延設するように形成され、かつ前記発熱体の長手方向に沿って各側縁に所定の配置間隔を有して複数個配置され形成される第1の切り込み部と、前記長手方向に並設された前記第1の切り込み部の間に形成され前記両側縁から所定の長さを残して形成された第2の切り込み部と、で形成されたことを特徴とする請求項2に記載の発熱体ユニット。
  4.  前記発熱体は、前記第1の切り込み部及び第2の切り込み部を形成する切り込み処理の後に、厚み方向に加圧する加圧処理を行い、加圧処理後の当該発熱体に対して一定方向に張力を加える拡張処理により、拡張した形状の前記第1の切り込み部及び第2の切り込み部を有する請求項3に記載の発熱体ユニット。
  5.  前記発熱体は、長手方向における単位長さ当たりの伸長量が異なる部位を有することを特徴とする請求項4に記載の発熱体ユニット。
  6.  前記発熱体は、前記加圧処理における加圧力によって単位面積当たりの抵抗値を可変する構成を有することを特徴とする請求項4に記載の発熱体ユニット。
  7.  前記容器は、耐熱性を有するガラス管又はセラミックス管のいずれかにより構成された請求項4に記載の発熱体ユニット。
  8.  前記発熱体が伸長された形状において、前記発熱体の縁部の少なくとも一部が、前記容器の内壁面に接する構成としたことを特徴とする請求項4に記載の発熱体ユニット。
  9.  前記容器の少なくとも一方端を前記電力供給部において封止し、前記容器内に不活性ガスを充填した構成である請求項7に記載の発熱体ユニット。
  10.  請求項1乃至9のいずれか一項に記載の発熱体ユニットを有し、発熱体に対向する位置に反射手段を設けた構成であることを特徴とする加熱装置。
  11.  前記反射手段は、長手方向の断面形状が曲面形状を有する反射板である請求項10に記載の加熱装置。
  12.  請求項1乃至9のいずれか一項に記載の発熱体ユニットを有し、前記発熱体ユニットの外周を取り囲むように構成された筒体が配設された加熱装置。
  13.  発熱体ユニットの電気的制御を行う制御回路を有し、前記制御回路がオンオフ制御、通電率制御、位相制御、及びゼロクロス制御のそれぞれの回路を単独、若しくは少なくとも二つを組み合わせて構成された請求項12に記載の加熱装置。
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