発熱体ユニット及び加熱装置
【課題】本発明は、被加熱体を所望の配熱パターンで、且つ高効率で高温度に加熱することができる小型で優れた耐久性を有する発熱体ユニット及び加熱装置を提供することを目的とする。
【解決手段】発熱体ユニットにおける発熱体が、発熱体の長手方向に沿って対向する両側の縁部のそれぞれに対して斜角を有して形成された複数の第１のスリットと、複数の第１のスリットの間に所定間隔を有して平行に配置された複数の第２のスリットを有する伸長可能な形状を有し、複数の第２のスリットが、発熱体の幅方向の中央部分に形成されており、発熱体の長手方向に沿って対向する一対の両側縁部までの縁部分に電流通路が形成される。
【解決手段】発熱体ユニットにおける発熱体が、発熱体の長手方向に沿って対向する両側の縁部のそれぞれに対して斜角を有して形成された複数の第１のスリットと、複数の第１のスリットの間に所定間隔を有して平行に配置された複数の第２のスリットを有する伸長可能な形状を有し、複数の第２のスリットが、発熱体の幅方向の中央部分に形成されており、発熱体の長手方向に沿って対向する一対の両側縁部までの縁部分に電流通路が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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て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。本発明に係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。
【背景技術】
【０００２】
従来の加熱装置においては、例えば黒鉛等の結晶化炭素の基材に窒素化合物の抵抗値調整物質及びアモルファス炭素を加えた炭素系物質を棒状又は板状に成形した発熱体を用いた発熱体ユニットが広く使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、発熱体ユニットにおいては、炭素系物質により発熱体を構成した熱源の開発が進められている。例えば、炭素繊維の表面に樹脂を塗布して焼成することにより炭化層を形成し、可撓性を損なうことなく発熱特性の調整が可能な発熱体が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
このような炭素繊維を編み込んで形成した発熱体は炭素系物質を棒状又は板状に形成した発熱体に比べて抵抗値が小さく、発熱温度が低いという問題がある。また、炭素繊維を編んで発熱体が構成されているため、抵抗値が安定せず、製品間において発熱量にばらつきがあった。このような炭素繊維により構成された発熱体における問題点を解消することを目的として各種構成の発熱体ユニットが提示されている（例えば、特許文献３）。
【特許文献１】特開２００１−３５１７６２号公報
【特許文献２】特開２００１−２５７０５８号公報
【特許文献３】特開２００７−１０３２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発熱体ユニットにおいては、小型化及び高発熱化を目的として各種の対応が試みられている。特許文献３に開示された炭素繊維を用いた発熱体においては、炭素繊維自体の抵抗値が低いため、帯状の発熱体においてはその両側縁部から切り込まれた凹部を形成し、電流流路を細く形成して、抵抗値を高めて高温度の発熱が可能な熱源を提供していた。
【０００５】
しかしながら、従来の発熱体ユニットにおいては、発熱体の電流経路は細く長くなるが、その電流経路における各部位の抵抗率が異なり、発熱温度がばらつき、発熱体における配熱分布が均一にならないという問題があった。また、電流径路を細くすることを目的として発熱体に大きな切り込み領域が形成されるため、発熱体における変形、ねじれ、破損、破壊の要因となっていた。
したがって、発熱体ユニットを熱源として用いる分野においては、小型化、高発熱化、配熱分布の均一化、及び優れた耐久性を有する発熱体の開発が望まれていた。
【０００６】
本発明者らは、従来用いられていた炭素繊維を編み込んだシート状の発熱体、及び編み込んだ炭素繊維に樹脂を添着して焼成した発熱体とは、材料及び製造方法において全く異なる新たなフィルムシート状の材料を発熱材料として発熱体に適用し、新たな熱源としての発熱体ユニットの開発に取り組んできた。
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、凹凸面或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。即ち、発熱体は、炭素系物質を含む材料により形成された複数の膜体が積層されて、積層方向が一部固着された層間構造を有しており、厚み方向に柔軟性を有するフィルムシート素材である。
【０００７】
本発明は、上記の新たなフィルムシート状の発熱体を用いて、被加熱体を所望の配熱パターンで加熱することが可能であり、且つ高効率で高温度に加熱することができる小型で優れた耐久性を有する発熱体ユニット及び加熱装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記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、
炭素系物質を含む材料によりフィルムシートで形成され、２次元的等方向性の熱伝導を有する帯状の発熱体と、
前記発熱体における長手方向の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の一部を内包する容器と、を具備する発熱体ユニットであって、
前記発熱体の長手方向に平行な軸線に対して斜角を有して形成された複数のスリットを有する。このように構成された第１の観点の発熱体ユニットは、被加熱体を所望の配熱パターンで加熱することができ、且つ高効率で高温度に加熱することができる優れた耐久性を有する熱源となる。
【０００９】
本発明に係る第２の観点の発熱体ユニットは、前記第１の観点の前記発熱体の複数のスリットは、当該発熱体の長手方向に沿って対向する両側縁部から平行に延設された複数の第１のスリットを含む。このように構成された第２の観点の発熱体ユニットは、被加熱体を所望の配熱パターンで加熱することができ、且つ高効率で高温度に加熱することができる優れた耐久性を有する熱源となる。
【００１０】
本発明に係る第３の観点の発熱体ユニットは、前記第２の観点の前記発熱体の複数のスリットが、前記複数の第１のスリットを含むとともに、前記複数の第１のスリットの間で当該第１のスリットと平行に所定間隔を有して配置された複数の第２のスリットを含み、
前記複数の第２のスリットは、前記発熱体の長手方向に直交する幅方向の中央部分に形成されている。このように構成された第３の観点の発熱体ユニットは、第２のスリットの両端から発熱体の長手方向に沿って対向する両側縁部までの縁部分に電流通路が形成され、発熱体の長手方向に伸長可能な形状となる。
【００１１】
本発明に係る第４の観点の発熱体ユニットは、前記第３の観点の前記発熱体における第１のスリット及び第２のスリットが、貫通した孔又は切り込みにより形成されている。このように構成された第４の観点の発熱体ユニットは、発熱体の長手方向に伸長可能な形状を容易に製造することができる構成となる。
【００１２】
本発明に係る第５の観点の発熱体ユニットは、前記第３及び第４の観点の前記発熱体が前記電力供給部により前記容器の内部に張設されることにより、当該発熱体の長手方向に対して伸長して、前記発熱体の長手方向に直交する幅方向の断面が湾曲形状となる。このように構成された第５の観点の発熱体ユニットは、加熱領域の広狭を容易に設定することが可能となり、効率高く加熱できる耐久性を有する熱源となる。
【００１３】
本発明に係る第６の観点の発熱体ユニットは、前記第５の観点の前記容器の長手方向に直交する断面が円形状であり、前記電力供給部材により張設されていない状態の前記発熱体が、前記容器の内径より長い長手方向に直交する幅方向の寸法を有する。このように構成された第６の観点の発熱体ユニットは、小型で効率の高い加熱が可能な熱源となる。
【００１４】
本発明に係る第７の観点の発熱体ユニットは、前記第１乃至第６の観点の前記発熱体が、炭素系物質を含む材料により形成された層間構造を有する。このように構成された本発明の第７の観点の発熱体ユニットは、被加熱体を均一に、且つ高温度に加熱することができ、効率の高い熱源となる。
【００１５】
本発明に係る第８の観点の発熱体ユニットは、前記第１乃至第７の観点の前記容器が、耐熱性を有するガラス管又はセラミックス管により構成され前記電力供給部において封止し、容器内部に不活性ガスを充填している。このように構成された本発明の第８の観点の発熱体ユニットは、高温度に加熱することができる効率の高い熱源となる。
【００１６】
本発明に係る第９の観点の加熱装置は、前記第１乃至第８の観点の発熱体ユニットを熱源として装備しており、被加熱体を均一に、且つ高温度に加熱することができ、信頼性が高く、且つ効率の高い加熱装置となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被加熱体を所望の配熱分布で、且つ高効率で高温度に加熱することができる小型で耐久性を有する発熱体ユニットを提供することができる。また、本発明によれば、上記の効果を有する発熱体ユニットが熱源として加熱装置に組み込まれているため、被加熱物を所望の温度分布で加熱することが可能となり、小型で効率が高く耐久性のある加熱装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（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６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平面図である。図１においては、当該発熱体ユニットが長尺形状であるため、その中間部分を破断して省略し、両端部分近傍を示している。図２は図１に示した発熱体ユニットの正面図である。
【００２０】
実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、耐熱性を有する細長い容器１の内部にフィルムシート状で帯状の発熱体２が配置されている。帯状の発熱体２は容器１の長手方向に沿って延設されている。実施の形態１の発熱ユニットにおいては、容器１が透明な石英ガラス管により形成されており、石英ガラス管の両端部分が平板状に溶着されて容器１が構成されている。発熱体２を収容する容器内部には、不活性ガスとしてのアルゴンガスが封入されている。容器内部に封入可能な不活性ガスとしては、アルゴンガスに限定されるものではなくアルゴンガスの他に、窒素ガス又はアルゴンガスと窒素ガス、アルゴンガスとキセノンガス、アルゴンガスとクリプトンガス等の混合ガス等を用いても実施の形態１の発熱体ユニットと同様の効果を奏し、封入すべき不活性ガスとして目的に応じ適宜選択することが可能である。容器１の内部に不活性ガスを封入するのは、高温度で使用した際において、容器内部の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。なお、容器１の材料としては、耐熱性、絶縁性及び熱透過性を有する材料であれば用いることができ、例えば石英ガラスの他に、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等のガラス材、セラミック材等から適宜選択される。
【００２１】
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、容器１と、熱輻射膜体としての細長い帯状の発熱体２と、この発熱体２を容器内の所定位置に保持するために発熱体２の長手方向の両端部分に設けられ、発熱体２に電力を供給するための電力供給部８と、を備えている。
【００２２】
図１及び図２に示すように、発熱体２の両端に設けられた電力供給部８は、発熱体２の両端に取り付けられた保持具３、位置規制部４、内部リード線部５、モリブデン箔６、及び外部リード線部７を含んでいる。保持具３には内部リード線部５が固定されており、内部リード線部５は容器１の両端部分の封着部分（溶着部分）に埋設されたモリブデン箔６を介して、容器１の両端から容器外部に導出する外部リード線部７と電気的に接続されている。
【００２３】
発熱体２の端部は保持具３により平面側と裏面側が挟み付けらており、保持具３の略中央に形成された貫通孔と発熱体２の端部に形成された貫通孔が内部リード線部５の端部により貫通されている。内部リード線部５は、その発熱体側端部が屈曲されて、いわゆるＬ字状に形成されている。このＬ字に屈曲した内部リード線部５の先端が、発熱体２を挟んだ保持具３の貫通孔を貫通している。
【００２４】
保持具３の貫通孔から突出した内部リード線部５の突出端部には、抜け落ち防止手段（脱落防止手段）、例えば、プレス加工等により塑性変形して潰された状態が施されている。なお、内部リード線部５の突出端部の塑性変形の方法としては、プレス加工の他に、回転カシメ加工等の機械的な加工方法、若しくは熱、電流、プラズマ等による溶着方法等を用いることができる。また、別の抜け落ち防止手段としては、内部リード線部５の突出端部を螺刻してナットによるネジ止め方法、又は突出端部に止め輪、例えばＣ型止め輪、Ｅ型止め輪等を装着する係止方法等がある。
【００２５】
発熱体２の両端に接続されている内部リード線部５には、位置規制機能を有する位置規制部４が取り付けられている。内部リード線部５は、一本の線材、例えばモリブデン線をコイル状に形成したものである。
なお、実施の形態１における内部リード線部５は、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金属線（丸棒形状、平板形状）を用いて形成してもよい。
【００２６】
実施の形態１における位置規制部４は、内部リード線部５に巻き付けられて固定され、コイル状に形成されている。位置規制部４が巻き付けられている内部リード線部５における取り付け部位は、プレス加工により対向する方向で押し潰されており、巻着により確実に固着されるよう形成されている。
【００２７】
内部リード線部５に巻着されたコイル状の位置規制部４は、発熱体２を容器内の所定の位置に配置するための位置規制機能を有する。位置規制部４の外周部分は容器１の内周面に近接した位置にあり、位置規制部４が配設されることにより、発熱体２の長手方向の位置を容器１に対する所望の位置とすることができる、実施の形態１においては、発熱体２の長手方向に平行な中心軸が容器１の長手方向に延びる略中心軸上に配設されており、発熱体２が容器１に接触しないよう配置されている。
【００２８】
以上のように、実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、保持具３、位置規制部４、内部リード線部５、モリブデン箔６、及び外部リード線７により構成された電力供給部８により、発熱体２が容器内でその長手方向に沿った所定位置に張設されている。
【００２９】
図３は実施の形態１の発熱体ユニットにおける発熱体２を示す平面図である。なお、発熱体２において、平面図に示されている面が被加熱物の対向面となる。
【００３０】
図３に示すように、実施の形態１における発熱体２の発熱領域には、複数のスリット（第１のスリット２ａ及び第２のスリット２ｂ）が形成されている。発熱領域における複数のスリットは、発熱体２の長手方向に平行な軸線に対して斜角を有して形成されている。これらのスリットにおける複数の第１のスリット２ａは、発熱体２の長手方向に平行な対向する両側の縁部２ｃに沿って形成されている。複数の第１のスリット２ａは、両側の縁部２ｃから斜めに直線状に延設されており、縁部２ｃに対して斜角Ａ（図３参照）を有して並設されている。両側の縁部２ｃから斜めに形成された第１のスリット２ａは、発熱体２における長手方向に平行な中心軸に関して対称に配置されている。対向する縁部２ｃから斜めに形成されている第１のスリット２ａにおいて、その対向端部が所定距離（Ｌ１）を有して配設されている。上記のように、第１のスリット２ａは縁部２ｃに対して斜角Ａを有して形成されており、斜角Ａは４５度以上〜９０度未満が好ましく、特に約６０度（５５度〜６５度）が耐久性を有する好ましい形状となる。
【００３１】
図４は発熱体２におけるスリット形状により、発熱体の耐久性を有する形態となることを説明する図である。図４の（ａ）は実施の形態１の発熱体２と同じ材料により形成された発熱体２Ｘにおいて、長手方向に平行な軸線に対して直交したスリットＳｘを両側縁部から延設した形態を示す図である。図４の（ｂ）は実施の形態１の発熱体２と同じ材料により形成された発熱体２Ｙにおいて、長手方向に平行な軸線に対して斜行したスリットＳｙを両側縁部から延設した形態を示す図である。
【００３２】
図４の（ａ）に示す発熱体２Ｘに対してその両側から張力Ｆが加えられた場合、例えばスリットＳｘに対して、そのスリットＳｘの延設方向に直交して力Ｆがそのまま加えられる。したがって、発熱体２Ｘに対してその両側から張力Ｆが加えられたとき、張力ＦがスリットＳｘの両側にそのまま加えられて、張力ＦによりスリットＳｘが引き裂かれる方向に引っ張られる状態となる。
【００３３】
一方、図４の（ｂ）に示す発熱体２Ｙに対してその両側から張力Ｆを加えられた場合には、例えばスリットＳｙに対して、以下のような力が加えられる。スリットＳｙにおいて、張力Ｆは、スリットＳｙの延設方向に直交する方向の力Ｆａと、スリットＳｙの延設方向の力Ｆｂと、に分解される（Ｆ＝Ｆａ＋Ｆｂ）。したがって、発熱体２Ｙに対して、その両側から張力Ｆが加えられたとき、スリットＳｙの両側に対して、スリットＳｙの延設方向に直交する力Ｆａが加えられる。スリットＳｙの延設方向に直交して加えられる、引き裂く方向の力Ｆａは、張力Ｆより小さい力である。このように、長手方向に平行な軸線に対して斜行したスリットＳｙが形成された発熱体においては、長手方向に平行な軸線に対して直交したスリットＳｘが形成された発熱体２Ｘに比較して、張力Ｆが加えられたとき、張力Ｆより小さい力（Ｆａ）がスリットＳｙの両側に加えられることになる。したがって、スリットＳｙが形成された発熱体２Ｙは、張力Ｆに対して強度を持つ耐久性を有する形態となる。
【００３４】
実施の形態１の発熱体ユニットには、発熱体２の対向する両側の縁部２ｃから延設された複数の第１のスリット２ａとともに、複数の複数の第２のスリット２ｂが形成されている。複数の第２のスリット２ｂにおいても、第１のスリット２ａと同様に、発熱体２の長手方向に平行な軸線に対して斜角を有して形成されている。
図３に示すように、複数の第２のスリット２ｂは、発熱体２の長手方向に直交する幅方向の中央部分に形成され、発熱体２の長手方向に平行な中心軸と交差して並設されている。第２のスリット２ｂは、山型形状を有しており、その山型形状の頂点２ｄが発熱体２の長手方向に平行な中心軸上にある。また、山型形状の第２のスリット２ｂは、発熱体２の長手方向に平行な中心軸に関して対称に形成されている。したがって、山型形状の頂点２ｄは発熱体２の長手方向の一方の方向（図３における左方向）を向くよう配置されている。第２のスリット２ｂは、長手方向に沿って並設された複数の第１のスリット２ａの間に所定間隔を有して配設されている。第２のスリット２ｂにおける頂点の角度である頂角Ｂは、９０度以上〜１８０度未満が好ましく、特に約１２０度（１１５度〜１２５度）が張力を加えたときの湾曲形状が大きくなり好ましい形状となる。
なお、実施の形態１の発熱体ユニットにおける第２のスリット２ｂの頂点部分（頂点２ｄを含む部分）の形状は、曲線状に形成されている。
【００３５】
上記のように構成された発熱体２は、容器内において電力供給部８により両側から張力が加えられて配設されているため、第２のスリット２ｂにより形成された山型部分が持ち上がり、発熱体２の長手方向に直交する断面が実質的に山型形状に湾曲した形状となる。このように、発熱体２は第１のスリット２ａとともに第２のスリット２ｂが形成されているため、発熱体２を両側から引っ張られることにより、第２のスリット２ｂの頂点２ｄが持ち上がって山型部分が起き上がるとともに、発熱体２が長手方向に多少伸びる形態となる。この発熱体２において、その両側からの張力を無くすことにより元に戻る形態であり、発熱体２は伸縮性を有する構造である。
【００３６】
したがって、実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、発熱体２を保持するための電力供給部８には発熱体自体の熱伸縮を吸収するための弾性機構、例えばスプリング部材等が不要な構成となる。この結果、実施の形態１の発熱体ユニットは、発熱体２を保持するための電力供給部８の構成を小型化することが可能となり、容器内における発熱体２の発熱領域を大きく設定することが可能となる。
【００３７】
図５は、発熱体２の両側に張力を加えたときの状態（張設状態）を示す正面図である。図６の（ａ）は張設状態における発熱体２の長手方向に直交する断面図であり、図６の（ｂ）は発熱体２に対する張力を解放したときの発熱体２の長手方向に直交する断面図である。
図５及び図６に示すように、張力が加えられた発熱体２の頂点２ｄは、高さＨまで持ち上がり、発熱体２の山型部分が湾曲した断面形状となる。したがって、張力が加えられて容器内に配設された張設状態の発熱体２の実質的な幅は、張力が加えられていないときの平坦な状態の発熱体２の幅に比べて短くなる。図６において、幅Ｃは張力が加えられた張設時の発熱体２の幅を示し、幅Ｄは張力が加えられていない平坦な状態のときの発熱体２の幅を示す。したがって、実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、断面円形の筒状の容器１に対して湾曲した発熱体２が配設されるため、容器１の直径に比して、張力が加えられていないときの幅が大きな発熱体２を容器内に収納することが可能となる。
【００３８】
また、容器内で張設された発熱体２は、長手方向に直交する断面が湾曲形状であるため、発熱体２の発熱領域は曲面形状となる。このため、発熱領域の曲面形状における凸面部分を被加熱物に対向するよう配置することにより、加熱領域を広く設定することが可能となる。反対に、発熱領域の曲面形状における凹面部分を被加熱物に対向するよう配置することにより、加熱領域を狭く設定することが可能となる。
なお、上記のように凸面部分又は凹面部分が被加熱物に対向して配置された場合、その反対の凹面部分又は凸面部分から輻射された熱に対しては、反射膜又は反射板による反射により、被加熱物に対する加熱領域を規制することができる。
【００３９】
前述のように、実施の形態１の発熱体ユニットの発熱体２において、対向するそれぞれの縁部２ｃから斜めに形成された第１のスリット２ａの中央側の対向端部は、第１の所定距離（図３においてＬ１で示す距離）を有しており、発熱体２の中央部分に電流通路を形成している。また、第２のスリット２ｂの両端部である縁部側端部は、発熱体２の縁部２ｃからそれぞれ同じ第２の所定距離（図３においてＬ２で示す距離）を有しており、発熱体２の両側縁部の近傍に電流通路を形成している。
【００４０】
実施の形態１の発熱体２においては、第１の所定距離Ｌ１は第２の所定距離Ｌ２の２倍に設定している。また、第１のスリット２ａと第２のスリット２ｂとの長手方向における間隔（図３においてＬ３で示す距離）は、第１の所定距離Ｌ２と同じ距離である。このようなスリットパターンが形成された発熱体２においては、蛇行した電流径路が形成されており、電流の流れに対して直交する断面積が略同じとなり、抵抗値の計算が容易となり、均一な温度分布を形成することができる。なお、発熱体２の面方向の熱伝導率が、例えば６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の特性を有する材料であれば、第２の所定距離Ｌ２が第１の所定距離Ｌ１の１／２でなくても均一な温度分布（配熱分布）に大きな影響を与えることはない。好ましくは、第２の所定距離Ｌ２を第１の所定距離Ｌ１の１／２以上に設定することにより、発熱体ユニットに加わる衝撃に対して発熱体の機械的強度を高めることができる。
【００４１】
なお、実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、第１のスリット２ａと第２のスリット２ｂが上記のように形成されているが、このようなスリットパターンに本発明は限定されるものではなく、各スリットは少なくとも発熱体２の長手方向に平行な軸線に対して斜角を有して形成されていれば、耐久性を有する電流径路を形成することが可能となり、高効率で高温度に加熱することができる発熱体ユニットを提供することができる。
また、実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、スリットパターンが発熱体２の長手方向に平行な中心軸に関して対称である形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではなく、少なくとも発熱体２の長手方向に平行な線に関して対称であればよい。
【００４２】
また、発熱体２に形成されるスリット形状は、当該発熱体ユニットが用いられる製品仕様や用途に応じて適宜選択することにより、発熱体２の温度分布（配熱パターン）を所望のパターンとすることが可能である。
【００４３】
なお、実施の形態１の発熱体ユニットにおいて、発熱体２の第１のスリット２ａと第２のスリット２ｂの長手方向における間隔Ｌ１、Ｌ２及びＬ３を、発熱体２の長手方向の両端部分に近づくほど徐々に広くすることにより、発熱領域における電流径路の抵抗率を徐々に変化させて、発熱領域の温度分布（配熱パターン）を中央部分が高熱となるように変更することが可能となる。勿論、当該発熱体ユニットが用いられる製品仕様や用途に応じて上記間隔Ｌ３を変更することにより、所望の配熱パターンを有する熱源とすることが可能である。
【００４４】
実施の形態１における発熱体２には、発熱領域から保持具３に保持される保持領域に繋がる領域が放熱機能を有する。この放熱機能を有する領域（放熱領域）には前述のような溝は形成されておらず、広い電流径路が形成されている（図１参照）。このため、この放熱領域おいては、発熱領域から伝導した熱が放熱されて、発熱体２における熱ストレスの低減及び長寿命化が図られている。
【００４５】
また、実施の形態１における発熱体２においては、保持具３により保持される保持領域が発熱領域の幅より狭く形成されており、保持具３により保持される保持領域から発熱領域へ繋がる放熱領域の縁形状は、集中荷重が加わって破損しないように曲面で構成されている。
【００４６】
上記のように構成された発熱体２において、電流の流れを阻害する複数のスリットを有するスリットパターンが発熱体２に形成されているため、発熱体２の全体形状に規制されずに所望の電流径路を設定することが可能となる。したがって、実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、製品仕様及び用途等に応じて所望の発熱分布を設定することが可能であり、多方面の熱源として利用できる。
【００４７】
発熱体２に形成されるスリットの形状（貫通した孔又は切り込み）及び寸法により、発熱体２の特性（発熱温度、伸縮性等）が大きく変わるため、その発熱体ユニットが用いられる製品仕様及び用途等に応じて適宜決定される。また、スリットの形成方法によっても発熱体における特性（発熱温度、張設時の形状変化、伸縮性等）が変わるため、スリットの形成方法も製品仕様及び用途等に応じて選択される。
【００４８】
実施の形態１の発熱体ユニットにおける発熱体２は、プレス加工により帯状に形成し、レーザー加工により所望のスリット形状を加工した。レーザー加工を行う場合、発熱体２の面方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上となるとＣＯ２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２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。
【００４９】
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。このような材料から、例えば、厚み（ｔ）が１００μｍ、幅(Ｗ)が６．０ｍｍ、長さ（Ｌ）が３００ｍｍの発熱体２を加工する場合、又は前述のように発熱体２にスリット等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。
【００５０】
なお、好ましいレーザー加工方法は、発熱体２の材料、即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。さらに、上記説明した発熱体２を加工するためのレーザー加工方法は後述の他の実施の形態における発熱体ユニットの発熱体の加工においても採用できることは言うまでもない。
【００５１】
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各層が互いに空隙をなすように一部が固着された積層構造で、優れた二次元的等方向性の熱伝導を有しており、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、帯状の発熱体２は温度ムラがなく均一に発熱する熱源となる。
【００５２】
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２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、６００から９５０Ｗ／ｍ・Ｋの特性を有する。このように、実施の形態１において用いた発熱体２は、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。
【００５３】
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率が略同じであることを示すものである。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である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である２方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）だけを指すものではなく、フィルムシート状の発熱体２における面方向において同じ性質を持つことを言う。
【００５４】
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、凹凸面或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。即ち、発熱体２は、炭素系物質を含む材料により形成された複数の膜体が積層されて、積層方向が一部固着された層間構造を有しており、厚み方向に柔軟性を有するフィルムシート素材である。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、面方向の熱伝導率が同じである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。
【００５５】
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、グリセリン類との反応により得られる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。
【００５６】
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制御してフィルムシート状の発熱体が製造される。更に、必要に応じて、前記のように製造されたフィルムシート状の発熱体を圧延処理することにより、さらに良質のフィルムシート状の発熱体を得ることができる。このように製造されたフィルムシート状の発熱体を本発明の発熱体ユニットにおける発熱体２として用いる。
【００５７】
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、高分子の厚さによって異なり、高分子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。即ち、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ものである。フィラーはこのように均一発泡状態を作り出すのに役立つ。
【００５８】
上記のように製造されたフィルムシート素材は、レーザー加工等により所望の形状に加工されるが、その他の方法により加工することも可能である。例えば、トムソン型若しくはピナクル型の抜き型、又はロータリーダイカッタ等の鋭利な刃物等により所望の形状に加工される。
【００５９】
以上のように、実施の形態１の発熱体ユニットは、耐久性を有する熱源であると共に、被加熱体を均一若しくは所望の配熱分布で加熱することが可能であり、且つ高効率で高温度に加熱することができる。また、実施の形態１の発熱体ユニットは、早い立ち上がりを有して、加熱領域を所望の範囲とすることができ、熱源を細く小型化することができる。
【００６０】
（実施の形態２）
以下、本発明に係る実施の形態２の発熱体ユニットについて図７を用いて説明する。実施の形態２の発熱体ユニットにおいて、前述の実施の形態１の発熱体ユニットと異なる点は、発熱体のスリットパターンにおけるスリット形状であり、その他の構成は前述の実施の形態１の発熱体ユニットの構成と同じである。このため、実施の形態２の発熱体ユニットの説明においては、発熱体のスリットパターンについて説明し、実施の形態１の発熱体ユニットと同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付して、その説明は実施の形態１の説明を適用する。
【００６１】
図７は、実施の形態２の発熱体ユニットにおける発熱体１２の発熱領域の一部を示す平面図である。なお、図７に示す発熱体１２において、平面図に示されている面が被加熱物の対向面となる。
【００６２】
図７に示すように、実施の形態２における発熱体１２の発熱領域には、複数の円弧状のスリット（第１の円弧スリット１２ａ及び第２の円弧スリット１２ｂ）が形成されている。複数の第１の円弧スリット１２ａは、発熱体２の長手方向に平行な対向する両側の縁部１２ｃに沿って所定距離を有して形成されている。複数の第１の円弧スリット１２ａは、両側の縁部１２ｃから円弧状に延設されており、当該円弧の中心点が発熱体１２の長手方向に平行な中心軸上に配置されている。両側の縁部１２ｃから対向して形成された第１の円弧スリット１２ａは、その対向端部が第１の所定距離Ｌ１を有して配設されている。したがって、両側の縁部１２ｃから対向して形成された第１の円弧スリット１２ａは、同一円上に形成されている。両側の縁部１２ｃに沿って形成された複数の第１の円弧スリット１２ａは、発熱体２における長手方向に平行な中心軸に関して対称に配置されている。
【００６３】
一方、複数の第２の円弧スリット１２ｂは、発熱体１２の幅方向の中央部分において長手方向に平行な中心軸と交差しており、その中心軸に沿って一定間隔を有して並設されている。また、円弧形状の第２のスリット１２ｂは、発熱体２の長手方向に平行な中心軸に関して対称に形成されている。したがって、第２のスリット１２ｂにより形成されるお椀型形状の頂点１２ｄは、発熱体１２の長手方向の一方の方向を向くように配置されている。第２の円弧スリット１２ｂは、長手方向に沿って並設された複数の第１の円弧スリット１２ａの間に所定間隔を有して配設されている。複数の第２の円弧スリット１２ｂは、実質的に同じ円弧形状を有しており、当該円弧の中心点が発熱体１２の長手方向に平行な中心軸上に配置される。
【００６４】
上記のように、実施の形態２の発熱体ユニットの発熱体１２において、対向する縁部１２ｃに沿って形成された第１の円弧スリット１２ａの中央側の対向端部は、第１の所定距離Ｌ１を有して、発熱体１２の中央部分に電流通路を形成している。また、第２の円弧スリット１２ｂの両端部である縁部側の端部は、発熱体１２の縁部１２ｃからそれぞれ同じ第２の所定距離Ｌ２を有しており、発熱体１２の両側縁部の近傍に電流通路を形成している。
実施の形態２の発熱体ユニットの発熱体１２においても、実施の形態１における発熱体２と同様に、第１の円弧スリット１２ａ及び第２の円弧スリット１２ｂが発熱体１２の縁部１２ｃに対して（張力方向に対して）実質的に斜めに形成されている。このため、実施の形態２の発熱体ユニットにおける発熱体１２は、張力に対する強度を有して耐久性のある構成となっている。
【００６５】
実施の形態２の発熱体１２において、第１の所定距離Ｌ１は第２の所定距離Ｌ２の２倍に設定している。また、第１の円弧スリット１２ａと第２の円弧スリット１２ｂとの長手方向における間隔Ｌ３は、第１の所定距離Ｌ２と同じ距離である。このようなスリットパターンが形成された発熱体１２においては、蛇行した電流径路が形成されており、電流の流れに対して直交する断面積が略同じとなり、抵抗値の計算が容易となり、均一した温度分布を形成することができる。なお、発熱体１２の面方向の熱伝導率が、例えば６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の特性を有する材料であれば、第２の所定距離Ｌ２が第１の所定距離Ｌ１の１／２でなくても均一な温度分布（配熱分布）に大きな影響を与えることはない。好ましくは、第２の所定距離Ｌ２を第１の所定距離Ｌ１の１／２より大きく設定することにより、発熱体ユニットに加わる衝撃に対する発熱体１２の機械的強度を高めることができる。
【００６６】
上記のように構成された発熱体１２は、容器内で発熱体１２の両端を保持して電力を供給する電力供給部８により両側から張力が加えられている。このため、第２の円弧スリット１２ｂにより形成されたお椀形状の頂点１２ｄが持ち上がり、長手方向に直交する断面が実質的にお椀形状に湾曲した形状となる。
したがって、実施の形態２の発熱体ユニットにおいては、実施の形態１の発熱体ユニットと同様に、断面円形の筒状の容器１に対して湾曲した発熱体１２が配設されるため、容器１の直径に比して、張力が加えられていないときの幅が大きな発熱体１２を容器内に収納することが可能となる。
【００６７】
また、容器内の発熱体１２は長手方向に直交する断面が湾曲形状であるため、発熱体１２の発熱領域が曲面形状となる。このため、発熱領域の曲面形状における凸面部分を被加熱物に対向するよう配置することにより、加熱領域を広く設定することが可能となる。反対に、発熱領域の曲面形状における凹面部分を被加熱物に対向するよう配置することにより、加熱領域を狭く設定することが可能となる。
なお、上記のように凸面部分又は凹面部分が被加熱物に対向して配置された場合、その反対の凹面部分又は凸面部分から輻射された熱に対しては、反射膜又は反射板による反射により、被加熱物に対する加熱領域を規制することができる。
【００６８】
また、発熱体１２に形成される円弧スリットの円弧形状及び配置は、当該発熱体ユニットが用いられる製品仕様や用途に応じて適宜選択することにより、発熱体１２の温度分布（配熱パターン）を所望のパターンとすることが可能である。
【００６９】
上記のように構成された実施の形態２の発熱体ユニットの発熱体１２において、電流の流れを阻害する複数の円弧スリットを有するスリットパターンが発熱体１２に形成されているため、発熱体１２の全体形状に規制されずに所望の電流径路を設定することが可能となる。したがって、実施の形態２の発熱体ユニットにおいては、製品仕様及び用途に応じて所望の発熱分布を設定することが可能であり、多方面の熱源として利用できる。
【００７０】
以上のように、実施の形態２の発熱体ユニットは、耐久性を有する熱源であると共に、被加熱体を均一若しくは所望の配熱分布で加熱することが可能であり、且つ高効率で高温度に加熱することができる。また、実施の形態２の発熱体ユニットは、早い立ち上がりを持ち、加熱領域を所望の範囲とすることができる熱源を細く小型化することができる。
【００７１】
（実施の形態３）
以下、本発明に係る実施の形態３の発熱体ユニットについて図８を用いて説明する。実施の形態３の発熱体ユニットにおいて、前述の実施の形態１の発熱体ユニットと異なる点は、発熱体のスリットパターンの構成であり、その他の構成は前述の実施の形態１の発熱体ユニットの構成と同じである。このため、実施の形態３の発熱体ユニットの説明においては、発熱体のスリットパターンの構成について説明し、実施の形態１の発熱体ユニットと同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付して、その説明は実施の形態１の説明を適用する。
【００７２】
図８の（ａ）は、実施の形態３の発熱体ユニットにおける発熱体１３の発熱領域の一部を示す平面図である。なお、図８に示す発熱体１３において、平面図に示されている面が被加熱物の対向面である。
【００７３】
図８の（ａ）に示すように、実施の形態３における発熱体１３の発熱領域には、複数のスリット（第１のスリット１３ａ及び第２のスリット１３ｂ）が形成されている。複数の第１のスリット１３ａは、発熱体１３の長手方向に平行な対向する両側の縁部１３ｃに沿って形成されている。複数の第１のスリット１３ａは、両側の縁部１３ｃから斜めに直線状に形成されており、縁部１３ｃに対して斜角Ｅを有して並設されている。両側の縁部１３ｃから斜めに形成された第１のスリット１３ａは、発熱体１３における長手方向に平行な中心軸に関して対称に配置されている。対向する縁部１３ｃから斜めに形成されている第１のスリット１３ａにおいて、その対向端部は所定距離有して配設されている。図８の（ａ）に示すように、第１のスリット１３ａは縁部１３ｃに対して斜角Ｅを有しており、この斜角Ｅは３０度〜９０度未満が好ましく、特に斜角Ｅが約３０度（２５度〜３５度）のときが耐久性を有し、且つ電流径路を長く形成できる好ましい形状となる。
【００７４】
一方、複数の第２のスリット１３ｂは、発熱体１３の幅方向の中央部分において長手方向に平行な中心軸と交差して並設されている。発熱体１３において、第２のスリット１３ｂにより、頂点１３ｄが鋭角である山型部分が形成されており、山型部分の頂点１３ｄが発熱体１３の長手方向の一方（図８の（ａ）における左方向）を向くように配置されている。第２のスリット１３ｂは、長手方向に沿って並設された複数の第１のスリット１３ａの間に所定間隔を有して配設されている。図８の（ａ）に示すように、第２のスリット１３ｂにより形成された山型部分の頂点１３ｄは頂角Ｆを有しており、頂角Ｆは６０度〜１８０度未満が好ましく、特に頂角Ｆが約６０度（５５度〜６５度）のときが張力を加えたとき好ましい湾曲形状となり、且つ電流径路を長く形成できる好ましい形状となる。
【００７５】
図８の（ｂ）は、比較例としての発熱体１４を記載したものであり、発熱体１４に形成されたスリットパターンは発熱体１４の長手方向と平行な軸線に直交するスリットにより構成されている。図８の（ｂ）に示す発熱体１４においては、複数の第１のスリット１４ａが、両側の縁部１４ｃから長手方向に直交して直線状に延設されている。一方、複数の第２のスリット１４ｂは、発熱体１４の長手方向に直交する幅方向の中央部分において長手方向に平行な中心軸と交差している。また、第２のスリット１４ｂは、長手方向に沿って並設された複数の第１のスリット１４ａの間に配設されている。このようにスリットパターンが形成された発熱体１４に対して、その両端から張力を加えても、第１のスリット１４ａ及び第２のスリット１４ｂの孔が広がって伸びるだけであり、湾曲することはない。また、図８の（ｂ）に示した発熱体１４は、前述の図４を用いて説明したように両側に引っ張られる張力に対して強度が弱く、破壊されるおそれがある。
【００７６】
一方、図８の（ａ）に示す発熱体１３においては、スリットパターンが長手方向に平行な軸線に対して斜角を有するスリットにより構成されているため、電流通路を細く長く形成することができるとともに、容器内に張設されたとき山型部分の頂点１３ｄが持ち上がり湾曲すると共に、伸縮可能な形態となる。また、図８の（ａ）に示した発熱体１３は、両側から引っ張られる張力に対する強度が強く、耐久性を有すると共に組み立て作業が容易なものとなり、信頼性の高い熱源となる。
【００７７】
上記のように構成された実施の形態３の発熱体ユニットにおける発熱体１３においては、電流の流れを阻害する複数のスリットを有するスリットパターンが形成されているため、発熱体１３の全体形状に規制されずに所望の電流径路を設定することが可能となる。したがって、実施の形態３の発熱体ユニットにおいては、製品仕様及び用途に応じて所望の発熱分布を設定することが可能であり、多方面の熱源として利用できる。
【００７８】
以上、本発明に係る実施の形態１から実施の形態３において各種スリットについて説明したが、本発明における斜角とは発熱体の長手方向に平行な両縁側に対し平行或いは直角でない全ての角度を指しており、直線に限定されるものではない。例えば、実施の形態１においては、図３に示すように発熱体２の両側の縁部２ｃに対して直線状のスリット２ａが斜角Ａで形成されている。また、実施の形態２においては、図７に示すように発熱体１２の両側の縁部１２ｃに対して円弧状のスリット１２ａが形成されており、この場合の斜角とは縁部１２ｃに対する円弧状のスリット１２ａの接線との間の角度を斜角とする。実施の形態３においては、図８に示すように、発熱体１３の両側の縁部１３ｃに対して直線状のスリット１３ａが斜角Ｅで形成されている。このように、本発明における斜角とは、発熱体２，１２，１３の長手方向に平行な両縁側に対して平行或いは直角でない全てを指しており、直線の組み合わせ或いは直線と曲線の組み合わせであっても本発明の効果を奏することは言うまでもない。
なお、上記各実施の形態においては、発熱体がその長手方向に引っ張られることを前提として、スリットが発熱体の長手方向に延びる縁部に対して斜めになっているとして説明したが、スリットは張力の方向に対して斜めになっていれば、発熱体の耐久性が確保される構成となることは言うまでもない。
【００７９】
（実施の形態４）
本発明に係る実施の形態４の加熱装置ついて図９を用いて以下に説明する。
図９は、前述の実施の形態１から実施の形態３において説明した発熱体ユニットを装備した加熱装置の一例を示す斜視図である。
【００８０】
図９に示した加熱装置は、本発明の加熱装置の一例として暖房用の加熱機器２１を示している。この加熱機器２１の内部には、実施の形態１から実施の形態３で説明した本発明の発熱体ユニットが装備されている。なお、実施の形態４においては発熱体ユニットに符号２２を付して説明する。実施の形態４の加熱機器２１には、温度コントローラー２３、反射板２４、保護用のカバー２５等の一般的な暖房用の加熱機器に用いられる構成部材が設けられている。
【００８１】
このように構成された加熱機器２１において、発熱体ユニット２２に定格の電圧を印加することにより、所定の電流が発熱体ユニット２２内の発熱体２に流れて発熱し、早い立ち上がりで温度が上昇する。実施の形態４の加熱機器２１は、温度コントローラー２３による温度制御により、ユーザが望む所定の温度に確実に保持される。また、発熱体ユニット２２には、平面を有する帯状の発熱体２が熱源として用いられている。このため、その平面から輻射される熱は指向性を有している。実施の形態４の加熱機器２１においては、発熱体ユニット２２の発熱体２の平面部分が正面側と背面側に向くよう配設されている。このため、発熱体２の正面側から輻射された熱は、加熱機器２１の正面側にある被加熱領域を加熱し、発熱体２の背面側から輻射された熱は反射板２４により反射されて被加熱領域を加熱する。なお、発熱体２はフィルムシート素材で帯状に形成されているため、発熱体２の側面側から輻射される熱量は非常に少なく、正面側（背面側）から輻射される熱量に比べて無視できる程小さいものである。このため、実施の形態４の加熱機器２１においては、高い指向性を有して、被加熱領域を効率高く加熱することができる。
【００８２】
本発明の加熱装置に装備された発熱体ユニット２２は、前述の実施の形態１から実施の形態３において説明した発熱体２を有しており、この発熱体２は、面方向の熱伝導率が略同じである優れた二次元的等方向性の熱伝導を有するフィルムシート素材で形成されており、熱容量が小さいため立ち上がりが早く、且つ突入電流が少ない特性を有している。このため、本発明の発熱体ユニットを熱源として装備した加熱機器は、素早く加熱することが可能となる優れた応答性を有し、所定の領域を効率が高く加熱することができる優れた特徴を有する暖房機器となる。
【００８３】
なお、本発明の発熱体ユニットは、暖房機器以外でも多種多様な電子／電気機器の熱源として用いることができ、例えば高温度の発熱体を装備している複写機、ファクシミリ、プリンタ等のＯＡ機器、及び調理機器、乾燥機、加湿器等の電気機器等の熱源を必要とする各種機器に利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、安全性及び信頼性が高く、且つ効率の高い熱源となる発熱体ユニット及び加熱装置を提供することができるため、熱源を必要とする電子／電気機器分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に係る実施の形態１の発熱体ユニットの構造を示す平面図
【図２】図１に示した発熱体ユニットの正面図
【図３】実施の形態１の発熱体ユニットにおける発熱体を示す平面図
【図４】実施の形態１における発熱体２のスリット形状により、発熱体の耐久性を有する形態となることを説明する図
【図５】実施の形態１の発熱体ユニットにおける発熱体の正面図
【図６】実施の形態１の発熱体ユニットにおける発熱体が張力を加えられたときの断面図
【図７】本発明に係る実施の形態２の発熱体ユニットにおける発熱体を示す平面図
【図８】（ａ）本発明に係る実施の形態３の発熱体ユニットにおける発熱体を示す平面図（ｂ）比較例としての発熱体を示す平面図
【図９】本発明に係る実施の形態４の加熱装置の一例を示す斜視図
【符号の説明】
【００８６】
１ 容器
２，１２，１３ 発熱体
２ａ，１２ａ，１３ａ 第１のスリット
２ｂ，１２ｂ，１３ｂ 第２のスリット
２ｃ，１２ｃ，１３ｃ 縁部
２ｄ，１２ｄ，１３ｄ 頂点
３ 保持具
４ 位置規制部
５ 内部リード線部
６ モリブデン箔
７ 外部リード線部
８ 電力供給部
【技術分野】
【０００１】
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て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。本発明に係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。
【背景技術】
【０００２】
従来の加熱装置においては、例えば黒鉛等の結晶化炭素の基材に窒素化合物の抵抗値調整物質及びアモルファス炭素を加えた炭素系物質を棒状又は板状に成形した発熱体を用いた発熱体ユニットが広く使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、発熱体ユニットにおいては、炭素系物質により発熱体を構成した熱源の開発が進められている。例えば、炭素繊維の表面に樹脂を塗布して焼成することにより炭化層を形成し、可撓性を損なうことなく発熱特性の調整が可能な発熱体が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
このような炭素繊維を編み込んで形成した発熱体は炭素系物質を棒状又は板状に形成した発熱体に比べて抵抗値が小さく、発熱温度が低いという問題がある。また、炭素繊維を編んで発熱体が構成されているため、抵抗値が安定せず、製品間において発熱量にばらつきがあった。このような炭素繊維により構成された発熱体における問題点を解消することを目的として各種構成の発熱体ユニットが提示されている（例えば、特許文献３）。
【特許文献１】特開２００１−３５１７６２号公報
【特許文献２】特開２００１−２５７０５８号公報
【特許文献３】特開２００７−１０３２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発熱体ユニットにおいては、小型化及び高発熱化を目的として各種の対応が試みられている。特許文献３に開示された炭素繊維を用いた発熱体においては、炭素繊維自体の抵抗値が低いため、帯状の発熱体においてはその両側縁部から切り込まれた凹部を形成し、電流流路を細く形成して、抵抗値を高めて高温度の発熱が可能な熱源を提供していた。
【０００５】
しかしながら、従来の発熱体ユニットにおいては、発熱体の電流経路は細く長くなるが、その電流経路における各部位の抵抗率が異なり、発熱温度がばらつき、発熱体における配熱分布が均一にならないという問題があった。また、電流径路を細くすることを目的として発熱体に大きな切り込み領域が形成されるため、発熱体における変形、ねじれ、破損、破壊の要因となっていた。
したがって、発熱体ユニットを熱源として用いる分野においては、小型化、高発熱化、配熱分布の均一化、及び優れた耐久性を有する発熱体の開発が望まれていた。
【０００６】
本発明者らは、従来用いられていた炭素繊維を編み込んだシート状の発熱体、及び編み込んだ炭素繊維に樹脂を添着して焼成した発熱体とは、材料及び製造方法において全く異なる新たなフィルムシート状の材料を発熱材料として発熱体に適用し、新たな熱源としての発熱体ユニットの開発に取り組んできた。
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、凹凸面或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。即ち、発熱体は、炭素系物質を含む材料により形成された複数の膜体が積層されて、積層方向が一部固着された層間構造を有しており、厚み方向に柔軟性を有するフィルムシート素材である。
【０００７】
本発明は、上記の新たなフィルムシート状の発熱体を用いて、被加熱体を所望の配熱パターンで加熱することが可能であり、且つ高効率で高温度に加熱することができる小型で優れた耐久性を有する発熱体ユニット及び加熱装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記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、
炭素系物質を含む材料によりフィルムシートで形成され、２次元的等方向性の熱伝導を有する帯状の発熱体と、
前記発熱体における長手方向の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の一部を内包する容器と、を具備する発熱体ユニットであって、
前記発熱体の長手方向に平行な軸線に対して斜角を有して形成された複数のスリットを有する。このように構成された第１の観点の発熱体ユニットは、被加熱体を所望の配熱パターンで加熱することができ、且つ高効率で高温度に加熱することができる優れた耐久性を有する熱源となる。
【０００９】
本発明に係る第２の観点の発熱体ユニットは、前記第１の観点の前記発熱体の複数のスリットは、当該発熱体の長手方向に沿って対向する両側縁部から平行に延設された複数の第１のスリットを含む。このように構成された第２の観点の発熱体ユニットは、被加熱体を所望の配熱パターンで加熱することができ、且つ高効率で高温度に加熱することができる優れた耐久性を有する熱源となる。
【００１０】
本発明に係る第３の観点の発熱体ユニットは、前記第２の観点の前記発熱体の複数のスリットが、前記複数の第１のスリットを含むとともに、前記複数の第１のスリットの間で当該第１のスリットと平行に所定間隔を有して配置された複数の第２のスリットを含み、
前記複数の第２のスリットは、前記発熱体の長手方向に直交する幅方向の中央部分に形成されている。このように構成された第３の観点の発熱体ユニットは、第２のスリットの両端から発熱体の長手方向に沿って対向する両側縁部までの縁部分に電流通路が形成され、発熱体の長手方向に伸長可能な形状となる。
【００１１】
本発明に係る第４の観点の発熱体ユニットは、前記第３の観点の前記発熱体における第１のスリット及び第２のスリットが、貫通した孔又は切り込みにより形成されている。このように構成された第４の観点の発熱体ユニットは、発熱体の長手方向に伸長可能な形状を容易に製造することができる構成となる。
【００１２】
本発明に係る第５の観点の発熱体ユニットは、前記第３及び第４の観点の前記発熱体が前記電力供給部により前記容器の内部に張設されることにより、当該発熱体の長手方向に対して伸長して、前記発熱体の長手方向に直交する幅方向の断面が湾曲形状となる。このように構成された第５の観点の発熱体ユニットは、加熱領域の広狭を容易に設定することが可能となり、効率高く加熱できる耐久性を有する熱源となる。
【００１３】
本発明に係る第６の観点の発熱体ユニットは、前記第５の観点の前記容器の長手方向に直交する断面が円形状であり、前記電力供給部材により張設されていない状態の前記発熱体が、前記容器の内径より長い長手方向に直交する幅方向の寸法を有する。このように構成された第６の観点の発熱体ユニットは、小型で効率の高い加熱が可能な熱源となる。
【００１４】
本発明に係る第７の観点の発熱体ユニットは、前記第１乃至第６の観点の前記発熱体が、炭素系物質を含む材料により形成された層間構造を有する。このように構成された本発明の第７の観点の発熱体ユニットは、被加熱体を均一に、且つ高温度に加熱することができ、効率の高い熱源となる。
【００１５】
本発明に係る第８の観点の発熱体ユニットは、前記第１乃至第７の観点の前記容器が、耐熱性を有するガラス管又はセラミックス管により構成され前記電力供給部において封止し、容器内部に不活性ガスを充填している。このように構成された本発明の第８の観点の発熱体ユニットは、高温度に加熱することができる効率の高い熱源となる。
【００１６】
本発明に係る第９の観点の加熱装置は、前記第１乃至第８の観点の発熱体ユニットを熱源として装備しており、被加熱体を均一に、且つ高温度に加熱することができ、信頼性が高く、且つ効率の高い加熱装置となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被加熱体を所望の配熱分布で、且つ高効率で高温度に加熱することができる小型で耐久性を有する発熱体ユニットを提供することができる。また、本発明によれば、上記の効果を有する発熱体ユニットが熱源として加熱装置に組み込まれているため、被加熱物を所望の温度分布で加熱することが可能となり、小型で効率が高く耐久性のある加熱装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（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６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平面図である。図１においては、当該発熱体ユニットが長尺形状であるため、その中間部分を破断して省略し、両端部分近傍を示している。図２は図１に示した発熱体ユニットの正面図である。
【００２０】
実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、耐熱性を有する細長い容器１の内部にフィルムシート状で帯状の発熱体２が配置されている。帯状の発熱体２は容器１の長手方向に沿って延設されている。実施の形態１の発熱ユニットにおいては、容器１が透明な石英ガラス管により形成されており、石英ガラス管の両端部分が平板状に溶着されて容器１が構成されている。発熱体２を収容する容器内部には、不活性ガスとしてのアルゴンガスが封入されている。容器内部に封入可能な不活性ガスとしては、アルゴンガスに限定されるものではなくアルゴンガスの他に、窒素ガス又はアルゴンガスと窒素ガス、アルゴンガスとキセノンガス、アルゴンガスとクリプトンガス等の混合ガス等を用いても実施の形態１の発熱体ユニットと同様の効果を奏し、封入すべき不活性ガスとして目的に応じ適宜選択することが可能である。容器１の内部に不活性ガスを封入するのは、高温度で使用した際において、容器内部の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。なお、容器１の材料としては、耐熱性、絶縁性及び熱透過性を有する材料であれば用いることができ、例えば石英ガラスの他に、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等のガラス材、セラミック材等から適宜選択される。
【００２１】
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、容器１と、熱輻射膜体としての細長い帯状の発熱体２と、この発熱体２を容器内の所定位置に保持するために発熱体２の長手方向の両端部分に設けられ、発熱体２に電力を供給するための電力供給部８と、を備えている。
【００２２】
図１及び図２に示すように、発熱体２の両端に設けられた電力供給部８は、発熱体２の両端に取り付けられた保持具３、位置規制部４、内部リード線部５、モリブデン箔６、及び外部リード線部７を含んでいる。保持具３には内部リード線部５が固定されており、内部リード線部５は容器１の両端部分の封着部分（溶着部分）に埋設されたモリブデン箔６を介して、容器１の両端から容器外部に導出する外部リード線部７と電気的に接続されている。
【００２３】
発熱体２の端部は保持具３により平面側と裏面側が挟み付けらており、保持具３の略中央に形成された貫通孔と発熱体２の端部に形成された貫通孔が内部リード線部５の端部により貫通されている。内部リード線部５は、その発熱体側端部が屈曲されて、いわゆるＬ字状に形成されている。このＬ字に屈曲した内部リード線部５の先端が、発熱体２を挟んだ保持具３の貫通孔を貫通している。
【００２４】
保持具３の貫通孔から突出した内部リード線部５の突出端部には、抜け落ち防止手段（脱落防止手段）、例えば、プレス加工等により塑性変形して潰された状態が施されている。なお、内部リード線部５の突出端部の塑性変形の方法としては、プレス加工の他に、回転カシメ加工等の機械的な加工方法、若しくは熱、電流、プラズマ等による溶着方法等を用いることができる。また、別の抜け落ち防止手段としては、内部リード線部５の突出端部を螺刻してナットによるネジ止め方法、又は突出端部に止め輪、例えばＣ型止め輪、Ｅ型止め輪等を装着する係止方法等がある。
【００２５】
発熱体２の両端に接続されている内部リード線部５には、位置規制機能を有する位置規制部４が取り付けられている。内部リード線部５は、一本の線材、例えばモリブデン線をコイル状に形成したものである。
なお、実施の形態１における内部リード線部５は、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金属線（丸棒形状、平板形状）を用いて形成してもよい。
【００２６】
実施の形態１における位置規制部４は、内部リード線部５に巻き付けられて固定され、コイル状に形成されている。位置規制部４が巻き付けられている内部リード線部５における取り付け部位は、プレス加工により対向する方向で押し潰されており、巻着により確実に固着されるよう形成されている。
【００２７】
内部リード線部５に巻着されたコイル状の位置規制部４は、発熱体２を容器内の所定の位置に配置するための位置規制機能を有する。位置規制部４の外周部分は容器１の内周面に近接した位置にあり、位置規制部４が配設されることにより、発熱体２の長手方向の位置を容器１に対する所望の位置とすることができる、実施の形態１においては、発熱体２の長手方向に平行な中心軸が容器１の長手方向に延びる略中心軸上に配設されており、発熱体２が容器１に接触しないよう配置されている。
【００２８】
以上のように、実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、保持具３、位置規制部４、内部リード線部５、モリブデン箔６、及び外部リード線７により構成された電力供給部８により、発熱体２が容器内でその長手方向に沿った所定位置に張設されている。
【００２９】
図３は実施の形態１の発熱体ユニットにおける発熱体２を示す平面図である。なお、発熱体２において、平面図に示されている面が被加熱物の対向面となる。
【００３０】
図３に示すように、実施の形態１における発熱体２の発熱領域には、複数のスリット（第１のスリット２ａ及び第２のスリット２ｂ）が形成されている。発熱領域における複数のスリットは、発熱体２の長手方向に平行な軸線に対して斜角を有して形成されている。これらのスリットにおける複数の第１のスリット２ａは、発熱体２の長手方向に平行な対向する両側の縁部２ｃに沿って形成されている。複数の第１のスリット２ａは、両側の縁部２ｃから斜めに直線状に延設されており、縁部２ｃに対して斜角Ａ（図３参照）を有して並設されている。両側の縁部２ｃから斜めに形成された第１のスリット２ａは、発熱体２における長手方向に平行な中心軸に関して対称に配置されている。対向する縁部２ｃから斜めに形成されている第１のスリット２ａにおいて、その対向端部が所定距離（Ｌ１）を有して配設されている。上記のように、第１のスリット２ａは縁部２ｃに対して斜角Ａを有して形成されており、斜角Ａは４５度以上〜９０度未満が好ましく、特に約６０度（５５度〜６５度）が耐久性を有する好ましい形状となる。
【００３１】
図４は発熱体２におけるスリット形状により、発熱体の耐久性を有する形態となることを説明する図である。図４の（ａ）は実施の形態１の発熱体２と同じ材料により形成された発熱体２Ｘにおいて、長手方向に平行な軸線に対して直交したスリットＳｘを両側縁部から延設した形態を示す図である。図４の（ｂ）は実施の形態１の発熱体２と同じ材料により形成された発熱体２Ｙにおいて、長手方向に平行な軸線に対して斜行したスリットＳｙを両側縁部から延設した形態を示す図である。
【００３２】
図４の（ａ）に示す発熱体２Ｘに対してその両側から張力Ｆが加えられた場合、例えばスリットＳｘに対して、そのスリットＳｘの延設方向に直交して力Ｆがそのまま加えられる。したがって、発熱体２Ｘに対してその両側から張力Ｆが加えられたとき、張力ＦがスリットＳｘの両側にそのまま加えられて、張力ＦによりスリットＳｘが引き裂かれる方向に引っ張られる状態となる。
【００３３】
一方、図４の（ｂ）に示す発熱体２Ｙに対してその両側から張力Ｆを加えられた場合には、例えばスリットＳｙに対して、以下のような力が加えられる。スリットＳｙにおいて、張力Ｆは、スリットＳｙの延設方向に直交する方向の力Ｆａと、スリットＳｙの延設方向の力Ｆｂと、に分解される（Ｆ＝Ｆａ＋Ｆｂ）。したがって、発熱体２Ｙに対して、その両側から張力Ｆが加えられたとき、スリットＳｙの両側に対して、スリットＳｙの延設方向に直交する力Ｆａが加えられる。スリットＳｙの延設方向に直交して加えられる、引き裂く方向の力Ｆａは、張力Ｆより小さい力である。このように、長手方向に平行な軸線に対して斜行したスリットＳｙが形成された発熱体においては、長手方向に平行な軸線に対して直交したスリットＳｘが形成された発熱体２Ｘに比較して、張力Ｆが加えられたとき、張力Ｆより小さい力（Ｆａ）がスリットＳｙの両側に加えられることになる。したがって、スリットＳｙが形成された発熱体２Ｙは、張力Ｆに対して強度を持つ耐久性を有する形態となる。
【００３４】
実施の形態１の発熱体ユニットには、発熱体２の対向する両側の縁部２ｃから延設された複数の第１のスリット２ａとともに、複数の複数の第２のスリット２ｂが形成されている。複数の第２のスリット２ｂにおいても、第１のスリット２ａと同様に、発熱体２の長手方向に平行な軸線に対して斜角を有して形成されている。
図３に示すように、複数の第２のスリット２ｂは、発熱体２の長手方向に直交する幅方向の中央部分に形成され、発熱体２の長手方向に平行な中心軸と交差して並設されている。第２のスリット２ｂは、山型形状を有しており、その山型形状の頂点２ｄが発熱体２の長手方向に平行な中心軸上にある。また、山型形状の第２のスリット２ｂは、発熱体２の長手方向に平行な中心軸に関して対称に形成されている。したがって、山型形状の頂点２ｄは発熱体２の長手方向の一方の方向（図３における左方向）を向くよう配置されている。第２のスリット２ｂは、長手方向に沿って並設された複数の第１のスリット２ａの間に所定間隔を有して配設されている。第２のスリット２ｂにおける頂点の角度である頂角Ｂは、９０度以上〜１８０度未満が好ましく、特に約１２０度（１１５度〜１２５度）が張力を加えたときの湾曲形状が大きくなり好ましい形状となる。
なお、実施の形態１の発熱体ユニットにおける第２のスリット２ｂの頂点部分（頂点２ｄを含む部分）の形状は、曲線状に形成されている。
【００３５】
上記のように構成された発熱体２は、容器内において電力供給部８により両側から張力が加えられて配設されているため、第２のスリット２ｂにより形成された山型部分が持ち上がり、発熱体２の長手方向に直交する断面が実質的に山型形状に湾曲した形状となる。このように、発熱体２は第１のスリット２ａとともに第２のスリット２ｂが形成されているため、発熱体２を両側から引っ張られることにより、第２のスリット２ｂの頂点２ｄが持ち上がって山型部分が起き上がるとともに、発熱体２が長手方向に多少伸びる形態となる。この発熱体２において、その両側からの張力を無くすことにより元に戻る形態であり、発熱体２は伸縮性を有する構造である。
【００３６】
したがって、実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、発熱体２を保持するための電力供給部８には発熱体自体の熱伸縮を吸収するための弾性機構、例えばスプリング部材等が不要な構成となる。この結果、実施の形態１の発熱体ユニットは、発熱体２を保持するための電力供給部８の構成を小型化することが可能となり、容器内における発熱体２の発熱領域を大きく設定することが可能となる。
【００３７】
図５は、発熱体２の両側に張力を加えたときの状態（張設状態）を示す正面図である。図６の（ａ）は張設状態における発熱体２の長手方向に直交する断面図であり、図６の（ｂ）は発熱体２に対する張力を解放したときの発熱体２の長手方向に直交する断面図である。
図５及び図６に示すように、張力が加えられた発熱体２の頂点２ｄは、高さＨまで持ち上がり、発熱体２の山型部分が湾曲した断面形状となる。したがって、張力が加えられて容器内に配設された張設状態の発熱体２の実質的な幅は、張力が加えられていないときの平坦な状態の発熱体２の幅に比べて短くなる。図６において、幅Ｃは張力が加えられた張設時の発熱体２の幅を示し、幅Ｄは張力が加えられていない平坦な状態のときの発熱体２の幅を示す。したがって、実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、断面円形の筒状の容器１に対して湾曲した発熱体２が配設されるため、容器１の直径に比して、張力が加えられていないときの幅が大きな発熱体２を容器内に収納することが可能となる。
【００３８】
また、容器内で張設された発熱体２は、長手方向に直交する断面が湾曲形状であるため、発熱体２の発熱領域は曲面形状となる。このため、発熱領域の曲面形状における凸面部分を被加熱物に対向するよう配置することにより、加熱領域を広く設定することが可能となる。反対に、発熱領域の曲面形状における凹面部分を被加熱物に対向するよう配置することにより、加熱領域を狭く設定することが可能となる。
なお、上記のように凸面部分又は凹面部分が被加熱物に対向して配置された場合、その反対の凹面部分又は凸面部分から輻射された熱に対しては、反射膜又は反射板による反射により、被加熱物に対する加熱領域を規制することができる。
【００３９】
前述のように、実施の形態１の発熱体ユニットの発熱体２において、対向するそれぞれの縁部２ｃから斜めに形成された第１のスリット２ａの中央側の対向端部は、第１の所定距離（図３においてＬ１で示す距離）を有しており、発熱体２の中央部分に電流通路を形成している。また、第２のスリット２ｂの両端部である縁部側端部は、発熱体２の縁部２ｃからそれぞれ同じ第２の所定距離（図３においてＬ２で示す距離）を有しており、発熱体２の両側縁部の近傍に電流通路を形成している。
【００４０】
実施の形態１の発熱体２においては、第１の所定距離Ｌ１は第２の所定距離Ｌ２の２倍に設定している。また、第１のスリット２ａと第２のスリット２ｂとの長手方向における間隔（図３においてＬ３で示す距離）は、第１の所定距離Ｌ２と同じ距離である。このようなスリットパターンが形成された発熱体２においては、蛇行した電流径路が形成されており、電流の流れに対して直交する断面積が略同じとなり、抵抗値の計算が容易となり、均一な温度分布を形成することができる。なお、発熱体２の面方向の熱伝導率が、例えば６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の特性を有する材料であれば、第２の所定距離Ｌ２が第１の所定距離Ｌ１の１／２でなくても均一な温度分布（配熱分布）に大きな影響を与えることはない。好ましくは、第２の所定距離Ｌ２を第１の所定距離Ｌ１の１／２以上に設定することにより、発熱体ユニットに加わる衝撃に対して発熱体の機械的強度を高めることができる。
【００４１】
なお、実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、第１のスリット２ａと第２のスリット２ｂが上記のように形成されているが、このようなスリットパターンに本発明は限定されるものではなく、各スリットは少なくとも発熱体２の長手方向に平行な軸線に対して斜角を有して形成されていれば、耐久性を有する電流径路を形成することが可能となり、高効率で高温度に加熱することができる発熱体ユニットを提供することができる。
また、実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、スリットパターンが発熱体２の長手方向に平行な中心軸に関して対称である形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではなく、少なくとも発熱体２の長手方向に平行な線に関して対称であればよい。
【００４２】
また、発熱体２に形成されるスリット形状は、当該発熱体ユニットが用いられる製品仕様や用途に応じて適宜選択することにより、発熱体２の温度分布（配熱パターン）を所望のパターンとすることが可能である。
【００４３】
なお、実施の形態１の発熱体ユニットにおいて、発熱体２の第１のスリット２ａと第２のスリット２ｂの長手方向における間隔Ｌ１、Ｌ２及びＬ３を、発熱体２の長手方向の両端部分に近づくほど徐々に広くすることにより、発熱領域における電流径路の抵抗率を徐々に変化させて、発熱領域の温度分布（配熱パターン）を中央部分が高熱となるように変更することが可能となる。勿論、当該発熱体ユニットが用いられる製品仕様や用途に応じて上記間隔Ｌ３を変更することにより、所望の配熱パターンを有する熱源とすることが可能である。
【００４４】
実施の形態１における発熱体２には、発熱領域から保持具３に保持される保持領域に繋がる領域が放熱機能を有する。この放熱機能を有する領域（放熱領域）には前述のような溝は形成されておらず、広い電流径路が形成されている（図１参照）。このため、この放熱領域おいては、発熱領域から伝導した熱が放熱されて、発熱体２における熱ストレスの低減及び長寿命化が図られている。
【００４５】
また、実施の形態１における発熱体２においては、保持具３により保持される保持領域が発熱領域の幅より狭く形成されており、保持具３により保持される保持領域から発熱領域へ繋がる放熱領域の縁形状は、集中荷重が加わって破損しないように曲面で構成されている。
【００４６】
上記のように構成された発熱体２において、電流の流れを阻害する複数のスリットを有するスリットパターンが発熱体２に形成されているため、発熱体２の全体形状に規制されずに所望の電流径路を設定することが可能となる。したがって、実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、製品仕様及び用途等に応じて所望の発熱分布を設定することが可能であり、多方面の熱源として利用できる。
【００４７】
発熱体２に形成されるスリットの形状（貫通した孔又は切り込み）及び寸法により、発熱体２の特性（発熱温度、伸縮性等）が大きく変わるため、その発熱体ユニットが用いられる製品仕様及び用途等に応じて適宜決定される。また、スリットの形成方法によっても発熱体における特性（発熱温度、張設時の形状変化、伸縮性等）が変わるため、スリットの形成方法も製品仕様及び用途等に応じて選択される。
【００４８】
実施の形態１の発熱体ユニットにおける発熱体２は、プレス加工により帯状に形成し、レーザー加工により所望のスリット形状を加工した。レーザー加工を行う場合、発熱体２の面方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上となるとＣＯ２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２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。
【００４９】
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。このような材料から、例えば、厚み（ｔ）が１００μｍ、幅(Ｗ)が６．０ｍｍ、長さ（Ｌ）が３００ｍｍの発熱体２を加工する場合、又は前述のように発熱体２にスリット等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。
【００５０】
なお、好ましいレーザー加工方法は、発熱体２の材料、即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。さらに、上記説明した発熱体２を加工するためのレーザー加工方法は後述の他の実施の形態における発熱体ユニットの発熱体の加工においても採用できることは言うまでもない。
【００５１】
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各層が互いに空隙をなすように一部が固着された積層構造で、優れた二次元的等方向性の熱伝導を有しており、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、帯状の発熱体２は温度ムラがなく均一に発熱する熱源となる。
【００５２】
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２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、６００から９５０Ｗ／ｍ・Ｋの特性を有する。このように、実施の形態１において用いた発熱体２は、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。
【００５３】
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率が略同じであることを示すものである。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である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である２方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）だけを指すものではなく、フィルムシート状の発熱体２における面方向において同じ性質を持つことを言う。
【００５４】
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、凹凸面或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。即ち、発熱体２は、炭素系物質を含む材料により形成された複数の膜体が積層されて、積層方向が一部固着された層間構造を有しており、厚み方向に柔軟性を有するフィルムシート素材である。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、面方向の熱伝導率が同じである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。
【００５５】
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、グリセリン類との反応により得られる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。
【００５６】
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制御してフィルムシート状の発熱体が製造される。更に、必要に応じて、前記のように製造されたフィルムシート状の発熱体を圧延処理することにより、さらに良質のフィルムシート状の発熱体を得ることができる。このように製造されたフィルムシート状の発熱体を本発明の発熱体ユニットにおける発熱体２として用いる。
【００５７】
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、高分子の厚さによって異なり、高分子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。即ち、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ものである。フィラーはこのように均一発泡状態を作り出すのに役立つ。
【００５８】
上記のように製造されたフィルムシート素材は、レーザー加工等により所望の形状に加工されるが、その他の方法により加工することも可能である。例えば、トムソン型若しくはピナクル型の抜き型、又はロータリーダイカッタ等の鋭利な刃物等により所望の形状に加工される。
【００５９】
以上のように、実施の形態１の発熱体ユニットは、耐久性を有する熱源であると共に、被加熱体を均一若しくは所望の配熱分布で加熱することが可能であり、且つ高効率で高温度に加熱することができる。また、実施の形態１の発熱体ユニットは、早い立ち上がりを有して、加熱領域を所望の範囲とすることができ、熱源を細く小型化することができる。
【００６０】
（実施の形態２）
以下、本発明に係る実施の形態２の発熱体ユニットについて図７を用いて説明する。実施の形態２の発熱体ユニットにおいて、前述の実施の形態１の発熱体ユニットと異なる点は、発熱体のスリットパターンにおけるスリット形状であり、その他の構成は前述の実施の形態１の発熱体ユニットの構成と同じである。このため、実施の形態２の発熱体ユニットの説明においては、発熱体のスリットパターンについて説明し、実施の形態１の発熱体ユニットと同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付して、その説明は実施の形態１の説明を適用する。
【００６１】
図７は、実施の形態２の発熱体ユニットにおける発熱体１２の発熱領域の一部を示す平面図である。なお、図７に示す発熱体１２において、平面図に示されている面が被加熱物の対向面となる。
【００６２】
図７に示すように、実施の形態２における発熱体１２の発熱領域には、複数の円弧状のスリット（第１の円弧スリット１２ａ及び第２の円弧スリット１２ｂ）が形成されている。複数の第１の円弧スリット１２ａは、発熱体２の長手方向に平行な対向する両側の縁部１２ｃに沿って所定距離を有して形成されている。複数の第１の円弧スリット１２ａは、両側の縁部１２ｃから円弧状に延設されており、当該円弧の中心点が発熱体１２の長手方向に平行な中心軸上に配置されている。両側の縁部１２ｃから対向して形成された第１の円弧スリット１２ａは、その対向端部が第１の所定距離Ｌ１を有して配設されている。したがって、両側の縁部１２ｃから対向して形成された第１の円弧スリット１２ａは、同一円上に形成されている。両側の縁部１２ｃに沿って形成された複数の第１の円弧スリット１２ａは、発熱体２における長手方向に平行な中心軸に関して対称に配置されている。
【００６３】
一方、複数の第２の円弧スリット１２ｂは、発熱体１２の幅方向の中央部分において長手方向に平行な中心軸と交差しており、その中心軸に沿って一定間隔を有して並設されている。また、円弧形状の第２のスリット１２ｂは、発熱体２の長手方向に平行な中心軸に関して対称に形成されている。したがって、第２のスリット１２ｂにより形成されるお椀型形状の頂点１２ｄは、発熱体１２の長手方向の一方の方向を向くように配置されている。第２の円弧スリット１２ｂは、長手方向に沿って並設された複数の第１の円弧スリット１２ａの間に所定間隔を有して配設されている。複数の第２の円弧スリット１２ｂは、実質的に同じ円弧形状を有しており、当該円弧の中心点が発熱体１２の長手方向に平行な中心軸上に配置される。
【００６４】
上記のように、実施の形態２の発熱体ユニットの発熱体１２において、対向する縁部１２ｃに沿って形成された第１の円弧スリット１２ａの中央側の対向端部は、第１の所定距離Ｌ１を有して、発熱体１２の中央部分に電流通路を形成している。また、第２の円弧スリット１２ｂの両端部である縁部側の端部は、発熱体１２の縁部１２ｃからそれぞれ同じ第２の所定距離Ｌ２を有しており、発熱体１２の両側縁部の近傍に電流通路を形成している。
実施の形態２の発熱体ユニットの発熱体１２においても、実施の形態１における発熱体２と同様に、第１の円弧スリット１２ａ及び第２の円弧スリット１２ｂが発熱体１２の縁部１２ｃに対して（張力方向に対して）実質的に斜めに形成されている。このため、実施の形態２の発熱体ユニットにおける発熱体１２は、張力に対する強度を有して耐久性のある構成となっている。
【００６５】
実施の形態２の発熱体１２において、第１の所定距離Ｌ１は第２の所定距離Ｌ２の２倍に設定している。また、第１の円弧スリット１２ａと第２の円弧スリット１２ｂとの長手方向における間隔Ｌ３は、第１の所定距離Ｌ２と同じ距離である。このようなスリットパターンが形成された発熱体１２においては、蛇行した電流径路が形成されており、電流の流れに対して直交する断面積が略同じとなり、抵抗値の計算が容易となり、均一した温度分布を形成することができる。なお、発熱体１２の面方向の熱伝導率が、例えば６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の特性を有する材料であれば、第２の所定距離Ｌ２が第１の所定距離Ｌ１の１／２でなくても均一な温度分布（配熱分布）に大きな影響を与えることはない。好ましくは、第２の所定距離Ｌ２を第１の所定距離Ｌ１の１／２より大きく設定することにより、発熱体ユニットに加わる衝撃に対する発熱体１２の機械的強度を高めることができる。
【００６６】
上記のように構成された発熱体１２は、容器内で発熱体１２の両端を保持して電力を供給する電力供給部８により両側から張力が加えられている。このため、第２の円弧スリット１２ｂにより形成されたお椀形状の頂点１２ｄが持ち上がり、長手方向に直交する断面が実質的にお椀形状に湾曲した形状となる。
したがって、実施の形態２の発熱体ユニットにおいては、実施の形態１の発熱体ユニットと同様に、断面円形の筒状の容器１に対して湾曲した発熱体１２が配設されるため、容器１の直径に比して、張力が加えられていないときの幅が大きな発熱体１２を容器内に収納することが可能となる。
【００６７】
また、容器内の発熱体１２は長手方向に直交する断面が湾曲形状であるため、発熱体１２の発熱領域が曲面形状となる。このため、発熱領域の曲面形状における凸面部分を被加熱物に対向するよう配置することにより、加熱領域を広く設定することが可能となる。反対に、発熱領域の曲面形状における凹面部分を被加熱物に対向するよう配置することにより、加熱領域を狭く設定することが可能となる。
なお、上記のように凸面部分又は凹面部分が被加熱物に対向して配置された場合、その反対の凹面部分又は凸面部分から輻射された熱に対しては、反射膜又は反射板による反射により、被加熱物に対する加熱領域を規制することができる。
【００６８】
また、発熱体１２に形成される円弧スリットの円弧形状及び配置は、当該発熱体ユニットが用いられる製品仕様や用途に応じて適宜選択することにより、発熱体１２の温度分布（配熱パターン）を所望のパターンとすることが可能である。
【００６９】
上記のように構成された実施の形態２の発熱体ユニットの発熱体１２において、電流の流れを阻害する複数の円弧スリットを有するスリットパターンが発熱体１２に形成されているため、発熱体１２の全体形状に規制されずに所望の電流径路を設定することが可能となる。したがって、実施の形態２の発熱体ユニットにおいては、製品仕様及び用途に応じて所望の発熱分布を設定することが可能であり、多方面の熱源として利用できる。
【００７０】
以上のように、実施の形態２の発熱体ユニットは、耐久性を有する熱源であると共に、被加熱体を均一若しくは所望の配熱分布で加熱することが可能であり、且つ高効率で高温度に加熱することができる。また、実施の形態２の発熱体ユニットは、早い立ち上がりを持ち、加熱領域を所望の範囲とすることができる熱源を細く小型化することができる。
【００７１】
（実施の形態３）
以下、本発明に係る実施の形態３の発熱体ユニットについて図８を用いて説明する。実施の形態３の発熱体ユニットにおいて、前述の実施の形態１の発熱体ユニットと異なる点は、発熱体のスリットパターンの構成であり、その他の構成は前述の実施の形態１の発熱体ユニットの構成と同じである。このため、実施の形態３の発熱体ユニットの説明においては、発熱体のスリットパターンの構成について説明し、実施の形態１の発熱体ユニットと同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付して、その説明は実施の形態１の説明を適用する。
【００７２】
図８の（ａ）は、実施の形態３の発熱体ユニットにおける発熱体１３の発熱領域の一部を示す平面図である。なお、図８に示す発熱体１３において、平面図に示されている面が被加熱物の対向面である。
【００７３】
図８の（ａ）に示すように、実施の形態３における発熱体１３の発熱領域には、複数のスリット（第１のスリット１３ａ及び第２のスリット１３ｂ）が形成されている。複数の第１のスリット１３ａは、発熱体１３の長手方向に平行な対向する両側の縁部１３ｃに沿って形成されている。複数の第１のスリット１３ａは、両側の縁部１３ｃから斜めに直線状に形成されており、縁部１３ｃに対して斜角Ｅを有して並設されている。両側の縁部１３ｃから斜めに形成された第１のスリット１３ａは、発熱体１３における長手方向に平行な中心軸に関して対称に配置されている。対向する縁部１３ｃから斜めに形成されている第１のスリット１３ａにおいて、その対向端部は所定距離有して配設されている。図８の（ａ）に示すように、第１のスリット１３ａは縁部１３ｃに対して斜角Ｅを有しており、この斜角Ｅは３０度〜９０度未満が好ましく、特に斜角Ｅが約３０度（２５度〜３５度）のときが耐久性を有し、且つ電流径路を長く形成できる好ましい形状となる。
【００７４】
一方、複数の第２のスリット１３ｂは、発熱体１３の幅方向の中央部分において長手方向に平行な中心軸と交差して並設されている。発熱体１３において、第２のスリット１３ｂにより、頂点１３ｄが鋭角である山型部分が形成されており、山型部分の頂点１３ｄが発熱体１３の長手方向の一方（図８の（ａ）における左方向）を向くように配置されている。第２のスリット１３ｂは、長手方向に沿って並設された複数の第１のスリット１３ａの間に所定間隔を有して配設されている。図８の（ａ）に示すように、第２のスリット１３ｂにより形成された山型部分の頂点１３ｄは頂角Ｆを有しており、頂角Ｆは６０度〜１８０度未満が好ましく、特に頂角Ｆが約６０度（５５度〜６５度）のときが張力を加えたとき好ましい湾曲形状となり、且つ電流径路を長く形成できる好ましい形状となる。
【００７５】
図８の（ｂ）は、比較例としての発熱体１４を記載したものであり、発熱体１４に形成されたスリットパターンは発熱体１４の長手方向と平行な軸線に直交するスリットにより構成されている。図８の（ｂ）に示す発熱体１４においては、複数の第１のスリット１４ａが、両側の縁部１４ｃから長手方向に直交して直線状に延設されている。一方、複数の第２のスリット１４ｂは、発熱体１４の長手方向に直交する幅方向の中央部分において長手方向に平行な中心軸と交差している。また、第２のスリット１４ｂは、長手方向に沿って並設された複数の第１のスリット１４ａの間に配設されている。このようにスリットパターンが形成された発熱体１４に対して、その両端から張力を加えても、第１のスリット１４ａ及び第２のスリット１４ｂの孔が広がって伸びるだけであり、湾曲することはない。また、図８の（ｂ）に示した発熱体１４は、前述の図４を用いて説明したように両側に引っ張られる張力に対して強度が弱く、破壊されるおそれがある。
【００７６】
一方、図８の（ａ）に示す発熱体１３においては、スリットパターンが長手方向に平行な軸線に対して斜角を有するスリットにより構成されているため、電流通路を細く長く形成することができるとともに、容器内に張設されたとき山型部分の頂点１３ｄが持ち上がり湾曲すると共に、伸縮可能な形態となる。また、図８の（ａ）に示した発熱体１３は、両側から引っ張られる張力に対する強度が強く、耐久性を有すると共に組み立て作業が容易なものとなり、信頼性の高い熱源となる。
【００７７】
上記のように構成された実施の形態３の発熱体ユニットにおける発熱体１３においては、電流の流れを阻害する複数のスリットを有するスリットパターンが形成されているため、発熱体１３の全体形状に規制されずに所望の電流径路を設定することが可能となる。したがって、実施の形態３の発熱体ユニットにおいては、製品仕様及び用途に応じて所望の発熱分布を設定することが可能であり、多方面の熱源として利用できる。
【００７８】
以上、本発明に係る実施の形態１から実施の形態３において各種スリットについて説明したが、本発明における斜角とは発熱体の長手方向に平行な両縁側に対し平行或いは直角でない全ての角度を指しており、直線に限定されるものではない。例えば、実施の形態１においては、図３に示すように発熱体２の両側の縁部２ｃに対して直線状のスリット２ａが斜角Ａで形成されている。また、実施の形態２においては、図７に示すように発熱体１２の両側の縁部１２ｃに対して円弧状のスリット１２ａが形成されており、この場合の斜角とは縁部１２ｃに対する円弧状のスリット１２ａの接線との間の角度を斜角とする。実施の形態３においては、図８に示すように、発熱体１３の両側の縁部１３ｃに対して直線状のスリット１３ａが斜角Ｅで形成されている。このように、本発明における斜角とは、発熱体２，１２，１３の長手方向に平行な両縁側に対して平行或いは直角でない全てを指しており、直線の組み合わせ或いは直線と曲線の組み合わせであっても本発明の効果を奏することは言うまでもない。
なお、上記各実施の形態においては、発熱体がその長手方向に引っ張られることを前提として、スリットが発熱体の長手方向に延びる縁部に対して斜めになっているとして説明したが、スリットは張力の方向に対して斜めになっていれば、発熱体の耐久性が確保される構成となることは言うまでもない。
【００７９】
（実施の形態４）
本発明に係る実施の形態４の加熱装置ついて図９を用いて以下に説明する。
図９は、前述の実施の形態１から実施の形態３において説明した発熱体ユニットを装備した加熱装置の一例を示す斜視図である。
【００８０】
図９に示した加熱装置は、本発明の加熱装置の一例として暖房用の加熱機器２１を示している。この加熱機器２１の内部には、実施の形態１から実施の形態３で説明した本発明の発熱体ユニットが装備されている。なお、実施の形態４においては発熱体ユニットに符号２２を付して説明する。実施の形態４の加熱機器２１には、温度コントローラー２３、反射板２４、保護用のカバー２５等の一般的な暖房用の加熱機器に用いられる構成部材が設けられている。
【００８１】
このように構成された加熱機器２１において、発熱体ユニット２２に定格の電圧を印加することにより、所定の電流が発熱体ユニット２２内の発熱体２に流れて発熱し、早い立ち上がりで温度が上昇する。実施の形態４の加熱機器２１は、温度コントローラー２３による温度制御により、ユーザが望む所定の温度に確実に保持される。また、発熱体ユニット２２には、平面を有する帯状の発熱体２が熱源として用いられている。このため、その平面から輻射される熱は指向性を有している。実施の形態４の加熱機器２１においては、発熱体ユニット２２の発熱体２の平面部分が正面側と背面側に向くよう配設されている。このため、発熱体２の正面側から輻射された熱は、加熱機器２１の正面側にある被加熱領域を加熱し、発熱体２の背面側から輻射された熱は反射板２４により反射されて被加熱領域を加熱する。なお、発熱体２はフィルムシート素材で帯状に形成されているため、発熱体２の側面側から輻射される熱量は非常に少なく、正面側（背面側）から輻射される熱量に比べて無視できる程小さいものである。このため、実施の形態４の加熱機器２１においては、高い指向性を有して、被加熱領域を効率高く加熱することができる。
【００８２】
本発明の加熱装置に装備された発熱体ユニット２２は、前述の実施の形態１から実施の形態３において説明した発熱体２を有しており、この発熱体２は、面方向の熱伝導率が略同じである優れた二次元的等方向性の熱伝導を有するフィルムシート素材で形成されており、熱容量が小さいため立ち上がりが早く、且つ突入電流が少ない特性を有している。このため、本発明の発熱体ユニットを熱源として装備した加熱機器は、素早く加熱することが可能となる優れた応答性を有し、所定の領域を効率が高く加熱することができる優れた特徴を有する暖房機器となる。
【００８３】
なお、本発明の発熱体ユニットは、暖房機器以外でも多種多様な電子／電気機器の熱源として用いることができ、例えば高温度の発熱体を装備している複写機、ファクシミリ、プリンタ等のＯＡ機器、及び調理機器、乾燥機、加湿器等の電気機器等の熱源を必要とする各種機器に利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、安全性及び信頼性が高く、且つ効率の高い熱源となる発熱体ユニット及び加熱装置を提供することができるため、熱源を必要とする電子／電気機器分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に係る実施の形態１の発熱体ユニットの構造を示す平面図
【図２】図１に示した発熱体ユニットの正面図
【図３】実施の形態１の発熱体ユニットにおける発熱体を示す平面図
【図４】実施の形態１における発熱体２のスリット形状により、発熱体の耐久性を有する形態となることを説明する図
【図５】実施の形態１の発熱体ユニットにおける発熱体の正面図
【図６】実施の形態１の発熱体ユニットにおける発熱体が張力を加えられたときの断面図
【図７】本発明に係る実施の形態２の発熱体ユニットにおける発熱体を示す平面図
【図８】（ａ）本発明に係る実施の形態３の発熱体ユニットにおける発熱体を示す平面図（ｂ）比較例としての発熱体を示す平面図
【図９】本発明に係る実施の形態４の加熱装置の一例を示す斜視図
【符号の説明】
【００８６】
１ 容器
２，１２，１３ 発熱体
２ａ，１２ａ，１３ａ 第１のスリット
２ｂ，１２ｂ，１３ｂ 第２のスリット
２ｃ，１２ｃ，１３ｃ 縁部
２ｄ，１２ｄ，１３ｄ 頂点
３ 保持具
４ 位置規制部
５ 内部リード線部
６ モリブデン箔
７ 外部リード線部
８ 電力供給部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素系物質を含む材料によりフィルムシートで形成され、２次元的等方向性の熱伝導を有する帯状の発熱体と、
前記発熱体における長手方向の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の一部を内包する容器と、を具備する発熱体ユニットであって、
前記発熱体の長手方向に平行な軸線に対して斜角を有して形成された複数のスリットを有する発熱体ユニット。
【請求項２】
前記発熱体の複数のスリットは、当該発熱体の長手方向に沿って対向する両側縁部から平行に延設された複数の第１のスリットを含む請求項１に記載の発熱体ユニット。
【請求項３】
前記発熱体の複数のスリットは、前記複数の第１のスリットを含むとともに、前記複数の第１のスリットの間で当該第１のスリットと平行に所定間隔を有して配置された複数の第２のスリットを含み、
前記複数の第２のスリットは、前記発熱体の長手方向に直交する幅方向の中央部分に形成され、当該第２のスリットの両端から前記発熱体の長手方向に沿って対向する両側縁部までの縁部分に電流通路を形成し、前記発熱体の長手方向に伸長可能な形状である請求項２に記載の発熱体ユニット。
【請求項４】
前記発熱体における第１のスリット及び第２のスリットが、貫通した孔又は切り込みにより形成された請求項３に記載の発熱体ユニット。
【請求項５】
前記発熱体が前記電力供給部により前記容器の内部に張設されることにより、当該発熱体の長手方向に対して伸長して、前記発熱体の長手方向に直交する幅方向の断面が湾曲形状となる請求項３又は４に記載の発熱体ユニット。
【請求項６】
前記容器の長手方向に直交する断面が円形状であり、前記電力供給部材により張設されていない状態の前記発熱体が、前記容器の内径より長い長手方向に直交する幅方向の寸法を有する請求項５に記載の発熱体ユニット。
【請求項７】
前記発熱体は、炭素系物質を含む材料により形成された層間構造を有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発熱体ユニット。
【請求項８】
前記容器が、耐熱性を有するガラス管又はセラミックス管により構成され前記電力供給部において封止し、容器内部に不活性ガスを充填した請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発熱体ユニット。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発熱体ユニットを熱源として装備した加熱装置。
【請求項１】
炭素系物質を含む材料によりフィルムシートで形成され、２次元的等方向性の熱伝導を有する帯状の発熱体と、
前記発熱体における長手方向の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の一部を内包する容器と、を具備する発熱体ユニットであって、
前記発熱体の長手方向に平行な軸線に対して斜角を有して形成された複数のスリットを有する発熱体ユニット。
【請求項２】
前記発熱体の複数のスリットは、当該発熱体の長手方向に沿って対向する両側縁部から平行に延設された複数の第１のスリットを含む請求項１に記載の発熱体ユニット。
【請求項３】
前記発熱体の複数のスリットは、前記複数の第１のスリットを含むとともに、前記複数の第１のスリットの間で当該第１のスリットと平行に所定間隔を有して配置された複数の第２のスリットを含み、
前記複数の第２のスリットは、前記発熱体の長手方向に直交する幅方向の中央部分に形成され、当該第２のスリットの両端から前記発熱体の長手方向に沿って対向する両側縁部までの縁部分に電流通路を形成し、前記発熱体の長手方向に伸長可能な形状である請求項２に記載の発熱体ユニット。
【請求項４】
前記発熱体における第１のスリット及び第２のスリットが、貫通した孔又は切り込みにより形成された請求項３に記載の発熱体ユニット。
【請求項５】
前記発熱体が前記電力供給部により前記容器の内部に張設されることにより、当該発熱体の長手方向に対して伸長して、前記発熱体の長手方向に直交する幅方向の断面が湾曲形状となる請求項３又は４に記載の発熱体ユニット。
【請求項６】
前記容器の長手方向に直交する断面が円形状であり、前記電力供給部材により張設されていない状態の前記発熱体が、前記容器の内径より長い長手方向に直交する幅方向の寸法を有する請求項５に記載の発熱体ユニット。
【請求項７】
前記発熱体は、炭素系物質を含む材料により形成された層間構造を有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発熱体ユニット。
【請求項８】
前記容器が、耐熱性を有するガラス管又はセラミックス管により構成され前記電力供給部において封止し、容器内部に不活性ガスを充填した請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発熱体ユニット。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発熱体ユニットを熱源として装備した加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２７２２２３（Ｐ２００９−２７２２２３Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２３４０１（Ｐ２００８−１２３４０１）
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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