WO2009136431A1 - 発熱体ユニット及び加熱装置 - Google Patents

Abstract

　発熱体ユニットにおける発熱体（２）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（２ａ）と、複数の第１のスリット（２ａ）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（２ｂ）を有する伸長可能な形状を有し、複数の第２のスリット（２ｂ）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ている。

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。

　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、特開２００１－３５１７６２号公報参照。）。
　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添着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、特開２００１－２５７０５８号公報参照。）。

　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、特開２００７－１０３２９２号公報）。
特開２００１－３５１７６２号公報 特開２００１－２５７０５８号公報 特開２００７－１０３２９２号公報 特開２００５－１１６４１２号公報 特開２００５－１４９８０９号公報

　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。特開２００７－１０３２９２号公報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。

　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。

　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。

　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、被加熱対象物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。

　なお、本発明においては、熱源として発熱体ユニットを用いた加熱装置には、画像定着装置、及び画像定着装置を備えた画像形成装置を含むものである。画像形成装置としては、例えば複写機、ファクシミリ、プリンタ、及びこれらの機能を備えた複合機等の熱源を必要とする機器が含まれる。

　画像形成装置における画像形成プロセスには、未定着トナー画像を担持した被記録部材、例えば紙を加圧するとともに高温度で加熱して画像を定着する画像定着装置が用いられている。
　画像定着装置における熱源としては、発熱体ユニットが用いられている。画像定着装置に用いられている従来の発熱体ユニットとしては、タングステン材料により形成された発熱体を用いたハロゲンヒータ、或いは黒鉛等の結晶化炭素、抵抗値調整物質及びアモルファス炭素の混合物で形成された細長い板状の発熱体を用いたカーボンヒータが挙げられる。（特開２００５－１１６４１２号公報及び特開２００５－１４９８０９号公報参照。）

　本発明においては、前述の目的を達成した発熱体ユニットを用いて、定着処理において被加熱対象物を所望の配熱分布で、高温度で効率高く加熱することができるとともに、立ち上がりが早く、エネルギー消費を低減することができる熱源を有する画像定着装置及び画像形成装置を提供するものである。

　前記従来の発熱体ユニットにおける問題を解決して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、
　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、被加熱対象物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、優れた耐久性を有する熱源となる。

　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、被加熱対象物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、優れた耐久性を有する熱源となる。

　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。

　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。

　本発明に係る第５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。

　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。

　本発明に係る第７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、被加熱対象物を均一に、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。

　本発明に係る第８の観点の発熱体ユニットは、前記第１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。

　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、被加熱対象物を均一に、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。

　本発明に係る第１０の観点の画像定着装置は、
　未定着トナー画像が坦持された被記録部材を加熱する加熱体と、
　前記加熱体に対向して配設され、前記加熱体に対して前記被記録部材を介して加圧する加圧体と、を具備し、
　前記加熱体が加熱源として発熱体を有し、前記発熱体が炭素系物質を含む材料によりフィルムシートで帯状に形成され、２次元的等方向性の熱伝導を有する。このように構成された本発明に係る第１０の観点の画像定着装置は、立ち上がりが早く、エネルギー消費を低減することができる。

　本発明に係る第１１の観点の画像定着装置において、前記第１０の観点の前記発熱体は、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。このように構成された本発明に係る第１１の観点の画像定着装置は、立ち上がりが早く、被記録部材を所望の配熱分布で効率高く加熱することができ、信頼性の高い画像定着が可能となる。

　本発明に係る第１２の観点の画像定着装置において、前記第１１の観点の前記発熱体は、通電による平衡点灯時の抵抗の値を未通電時の抵抗の値で除算した抵抗変化率の値が１．２から３．５の範囲であり、発熱体温度と抵抗値が比例する正特性を有する。このように構成された本発明に係る第１２の観点の画像定着装置は、立ち上がりが早く、被記録部材を所望の配熱分布で、且つ高精度で効率高く加熱することができる。

　本発明に係る第１３の観点の画像定着装置において、前記第１２の観点の前記発熱体は、厚みが３００μｍ以下の薄膜体であってもよい。このように構成された本発明に係る第１３の観点の画像定着装置は、熱容量が少なく、立ち上がりが早い熱源を用いて、エネルギー消費を低減した定着が可能となる。

　本発明に係る第１４の観点の画像定着装置において、前記第１２の観点の前記発熱体は、密度が１．０ｇ／ｃｍ^３以下の軽膜体であってもよい。このように構成された本発明に係る第１４の観点の画像定着装置は、熱容量が少なく、立ち上がりが早い熱源を用いて、エネルギー消費を低減した定着が可能となる。

　本発明に係る第１５の観点の画像定着装置において、前記第１２の観点の前記発熱体は、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成されてもよい。このように構成された本発明に係る第１５の観点の画像定着装置は、発熱体が優れた熱伝導を有するため、均一な配熱分布の加熱が可能となる。

　本発明に係る第１６の観点の画像定着装置において、前記第１２の観点の前記加熱体は、前記発熱体とともに当該発熱体の対向する両端に電力を供給する電力供給部の一部を収納する容器を有し、前記容器が内部に不活性ガスを充填して前記電力供給部において封止された構造を有してもよい。このように構成された本発明に係る第１６の観点の画像定着装置は、信頼性の高い熱源を有する画像定着装置となり、所望の配熱分布で、高温度で効率高く加熱することが可能となる。

　本発明に係る第１７の観点の画像定着装置において、前記第１２の観点の前記加熱体には、前記発熱体による加熱領域を規定するための反射部が設けられている。このように構成された本発明に係る第１７の観点の画像定着装置は、加熱領域を所望の配熱分布で、高温度で効率高く加熱することが可能となり、信頼性の高い定着処理が可能となる。

　本発明に係る第１８の観点の画像定着装置において、前記第１２の観点の前記加熱体に前記発熱体が複数設けられており、複数の前記発熱体における長手方向の各中心軸が、前記被記録部材の搬送方向に直交して直線上に配置されてもよい。このように構成された本発明に係る第１８の観点の画像定着装置は、被記録部材に応じて加熱領域を切り替えることが可能となり、高温度で効率の高い加熱を所望の領域に特定することが可能となる。

　本発明に係る第１９の観点の画像定着装置において、前記第１２の観点の前記加熱体において、前記発熱体に対向する面に赤外線を吸収する部材により膜体を形成してもよい。このように構成された本発明に係る第１９の観点の画像定着装置は、加熱体が発熱体からの熱を効率高く吸収して、被記録部材に対する高温度で効率の高い加熱が可能となる。

　本発明に係る第２０の観点の画像定着装置において、前記第１２の観点の前記発熱体の加熱範囲は、前記加熱体と前記加圧体とによる前記被記録部材の押圧部位であるニップ部と、当該ニップ部より被記録部材の搬送方向における上流側の部位とを含むものとしてもよい。このように構成された本発明に係る第２０の観点の画像定着装置は、画像定着処理を効率高く、確実に行うことができる。

　本発明に係る第２１の観点の画像形成装置において、前記第１０乃至２０の観点のいずれかの画像定着装置を備えている。このように構成された本発明に係る第２１の観点の画像形成装置は、被加熱対象物である被記録部材を所望の配熱分布で、且つ高温度に加熱することができるとともに、立ち上がりが早く、エネルギーロスを低減して高精度な加熱制御を行うことができる。

　本発明によれば、被加熱対象物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、被加熱対象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。また、本発明によれば、被加熱対象物である被記録部材を所望の配熱分布で、且つ高温度に加熱することができる効率の高い熱源を有する画像定着装置及び画像形成装置を提供することが可能となる。特に、本発明によれば、立ち上がりが早く、エネルギー消費を低減した定着処理を行うことができる画像定着装置及び画像形成装置を提供できる。

本発明に係る実施の形態１の発熱体ユニットの構造を示す平面図 図１に示した発熱体ユニットの正面図 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 実施の形態１における発熱体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 実施の形態１における発熱体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 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正面図 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状態を説明する断面図 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 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 実施の形態３の発熱体ユニットにおける発熱体に対する比較例としての発熱体を示す平面図 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 本発明に係る実施の形態５の画像定着装置における主要な構成を示す図 実施の形態５における発熱体ユニットの発熱体における温度［℃］と抵抗［Ω］の関係を示す温度特性図 本発明に係る画像定着装置に用いた発熱体ユニット、及び従来のヒータであるカーボンヒータとハロゲンヒータの立ち上がり特性を示すグラフである。 各種ヒータにおける突入電流を比較した図であり、（ａ）は本発明に係る画像定着装置に用いた発熱体ユニットの立ち上がり時の電流波形図、（ｂ）は従来のカーボンヒータの立ち上がり時の電流波形図、（ｃ）はハロゲンヒータの立ち上がり時の電流波形図 本発明に係る画像定着装置に用いた発熱体ユニット、及び従来のヒータにより被加熱対象物を加熱したときの銅板温度の測定結果を示すグラフ

　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。

　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。

　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。

　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、サポートリングである位置規制部４、内部リード線５、モリブデン箔６、及び外部リード線７を含んでいる。保持具３には内部リード線５が固定されており、内部リード線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７と電気的に接続されている。

　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５の端部により貫通されている。内部リード線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。

　保持具３の貫通孔から突出した内部リード線５の突出端部５ａ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５の突出端部５ａ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５の突出端部５ａを螺刻してナットによるネジ止め方法、又は突出端部５ａ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。

　発熱体２の両端に接続されている内部リード線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５は、一本の線材、例えばモリブデン線で形成されている。位置規制部４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における位置規制部４及び内部リード線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。

　実施の形態１におけるコイル状の位置規制部４は、内部リード線５に巻き付けられて固定されている。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定されるよう形成されている。

　内部リード線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。

　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。

　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対象物の対向面となる。

　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設されている。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度の範囲）が耐久性を有する好ましい角度となる。

　図４Ａ及び図４Ｂ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４Ａ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平面図である。図４Ｂ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平面図である。

　図４Ａ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。

　一方、図４Ｂ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。

　図３に示すように、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度の範囲）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。

　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には第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。このように構成された発熱体２は、その両側からの張力を無くなると元に戻る形態であり、発熱体２は伸縮性を有する構造を有する。

　したがって、実施の形態１の発熱体ユニットにおいては、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。

　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において、（ａ）に示す図は発熱体２を両側から引っ張った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、（ｂ）に示す図は発熱体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。

　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対象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対象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対象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、被加熱対象物に対する加熱領域を規制制御することが可能となる。

　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。

　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、同じ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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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ＣＯ_２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。

　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。
　なお、実施の形態１の発熱体２としては、３００μｍ以下の薄膜体が用いられている。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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、被加熱対象物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。

（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。

　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対象物の対向面となる。

　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設されている。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。

　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軸心である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丘形状の頂点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。

　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。

　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、同じ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。

　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により形成された丘形状の頂点１２ｄが持ち上がり、長手方向に直交する断面が実質的に丘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。

　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対象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対象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対象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、被加熱対象物に対する加熱領域を規制制御することが可能となる。

　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。

　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。

　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、被加熱対象物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。

（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８Ａ及び図８Ｂ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。

　図８Ａ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８Ａ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対象物の対向面である。

　図８Ａ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を有して配設されている。図８Ａ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２０度～９０度未満が好ましく、特に斜角Ｅが約３０度（２５度～３５度の範囲）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。

　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８Ａ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８Ａ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５０度～１８０度未満が好ましく、特に頂角Ｆが約６０度（５５度～６５度の範囲）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。

　図８Ｂ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８Ｂ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８Ｂに示した発熱体１４は、前述の図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明したように両側から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。

　一方、図８Ａ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８Ａ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。

　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。

　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８Ａ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いる。また、本発明におけるスリット形状は、直線を組み合わせた形状、或いは直線と曲線の組み合わせた形状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。

（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。

　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。

　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。

　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。

　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。

（実施の形態５）
　次に、本発明に係る画像定着装置及びその画像定着装置を用いた画像形成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。ここで説明する画像定着装置及び画像形成装置は、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熱源として装備している。

　本発明者らは、前述したように、従来の画像定着装置において用いられてい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（フィルムシート素材）を発熱材料として発熱体に適用した。画像定着装置の新たな熱源としての発熱体ユニットに用いる発熱体に適用しようとするフィルムシート状の材料（フィルムシート素材）は、前述のように、効率が高く高温度になると共に、軽薄であるため熱容量が少なく、優れた立ち上がり特性を有している。

　本発明の発熱体ユニットを用いた実施の形態５の画像定着装置について図１０から図１４を用いて説明する。
　画像形成装置の画像形成プロセスにおいて、帯電装置により一様に帯電された感光ドラムの表面には、露光装置により指定された静電潜像が形成され、その静電潜像に応じて現像装置によりトナー画像が形成される。感光ドラム表面に形成されたトナー画像は、搬送されてきた紙等の被記録部材上に転写装置により転写される。このように転写された未定着トナー画像を担持した被記録部材、例えば紙は、画像定着を行う画像定着装置に搬送される。画像定着装置は、未定着トナー画像を担持した被記録部材を加圧及び加熱して、未定着トナー画像を被記録部材上に定着する。

　なお、実施の形態５の画像形成装置においては単色画像の画像形成プロセスについて説明するが、カラー画像の画像形成プロセスの場合には、上記の感光ドラムが４色のカラートナーに対応するよう４組並設されており、各色のトナー画像が転写ベルトに順次転写されて、カラー画像が被記録部材上に順次転写される構成である。このように被記録部材上に転写されたカラー画像は、画像定着装置において加圧及び加熱されて定着される。

　図１０は、実施の形態５の画像定着装置における主要な構成を示す図である。上記のように、画像定着装置は、画像形成プロセスにおいて、未定着トナー画像を担持した被記録部材を加圧するとともに高温度で加熱して、未定着トナー画像を溶融して、被記録部材に定着する。

　図１０において、実施の形態５の画像定着装置は、被記録部材３１上に坦持された未定着トナー画像３２を加熱して溶融する加熱体である定着ローラ３３と、未定着トナー画像３２を担持した被記録部材３１を定着ローラ３３に押し付けて加圧し、未定着トナー画像３２を被記録部材３１に圧着する加圧ベルト３４と、加圧ベルト３４を定着ローラ３３に所望の力で押し付けるように回動させる２つの加圧ローラ３５，３５と、を備えている。実施の形態５の画像定着装置においては、加圧ベルト３４及び加圧ローラ３５，３５により加圧体が構成されている。

　なお、実施の形態５の画像定着装置においては、加圧ベルト３４により被記録部材３１を定着領域であるニップ部３９に搬送して加圧定着する構成であるが、定着ローラ３３に対向して配置された加圧ローラ３５，３５により被記録部材３１を定着ローラ３３に押し付けて加圧する構成も可能である。また、実施の形態５の画像定着装置においては、加熱体を定着ローラ３３で構成した例で説明するが、ローラにより回動するベルトにより加熱体を構成することも可能である。

　図１０に示すように、定着ローラ３３の内部には発熱体２を有する発熱体ユニット２２が設けられている。発熱体ユニット２２において、発熱体２は定着ローラ３３を加熱するための熱源であり、発熱体２は容器１内部に封入されている。発熱体２を封入する長尺の容器１の周りには開口を有する筒状の反射部３６が設けられている。反射部３６はステンレス製であり、内面が鏡面仕上げになっている。反射部３６に形成されている開口３６ａは、発熱体２の長手方向と平行に延設されている。反射部３６の開口３６ａは、発熱体２から輻射された熱を反射部３６の内面において反射した熱と共に、定着ローラ３３と加圧ベルト３４による定着領域のニップ部３９に向けて放射するための放射口である。実施の形態５の画像定着装置においては、発熱体ユニット２２による加熱される領域が、ニップ部３９における被記録部材３１の搬送方向の最上流側になるよう反射部３６の開口３６ａが向けられている。また、発熱体ユニット２２の帯状の発熱体２の平面側もニップ部３９における被記録部材３１の搬送方向の最上流側に向けられている。
　なお、実施の形態５の画像定着装置においては発熱体ユニット２２の周りに反射部３６を設けた構成で説明するが、本発明に係る画像定着装置においては反射部を設けずに、発熱体ユニット２２によりその周りの定着ローラ３３を加熱する構成でもよい。

　実施の形態５の画像定着装置においては、発熱体ユニット２２から輻射された熱が定着ローラ３３において効率高く吸収され、且つ保温できるように、定着ローラ３３が複数の層から構成されている。定着ローラ３３の内面には発熱体ユニット２２からの熱（赤外線）を吸収して反射しない赤外線吸収層が設けられている。

　なお、実施の形態５の画像定着装置においては、単数の発熱体ユニット２２を設けた例で説明するが、発熱体ユニット２２は複数設けてもよい。発熱体ユニット２２を複数設ける場合には、発熱体ユニット２２における長手方向の各中心軸が、被記録部材３１の搬送方向に直交して直線上に配置される。このように複数の発熱体ユニット２２が定着ローラ３３の内部に設けられた画像定着装置は、被記録部材３１のサイズに応じて給電する発熱体ユニット２２を選択できる構成となる。本発明に係る画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２の発熱体２は、フィルムシート状の帯体であるため、その平面部分からの熱輻射量が側面部分からの熱輻射量に比べて非常に多く、高い指向性を有している。したがって、複数の発熱体ユニット２２を設けた画像定着装置においては、隣り合う発熱体ユニット２２により重複加熱される領域を小さく設定することができ、効率が高く均一にニップ部近傍を加熱することが可能となる。
　また、実施の形態５の画像定着装置においては、発熱体ユニット２２の配設数が単数、複数にかかわらず、後述するように、発熱体ユニット２２に用いたフィルムシート状の発熱体２が高い指向性を持つとともに、優れた立ち上がり特性を有するため、画像形成プロセスにおける画像定着処理を効率高く、且つ高速度で処理することが可能となる。

　実施の形態５の画像定着装置の発熱体ユニット２２の構成に関しては、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が用いられているため、ここではその詳細は省略する。

　以下、本発明に係る実施の形態５の画像定着装置において熱源として用いた発熱体ユニット２２の発熱体２の特性について従来のものと比べて説明する。

　まず、従来の画像定着装置において用いていた熱源について説明する。
　従来の画像定着装置における熱源として用いられているハロゲンヒータは、電力給電時の立ち上りが早いという利点はある。しかし、ハロゲンヒータは、突入電流が大きく、ハロゲンヒータをオンオフ制御するためには大容量の制御回路が必要となり、装置が大型化するとともにコスト的にも問題を有していた。更に、ハロゲンヒータを制御することにより、近くの照明器具である蛍光灯がちらつく（フリッカ現象）という問題を有している。
　また、カーボンヒータにおいては、突入電流はほとんど発生しないため、発熱体への電力供給時に電圧が降下するという問題や、蛍光灯がちらつく（フリッカ現象）という問題は低減されている。しかし、カーボンヒータは、立ち上がりに時間がかかり、画像形成プロセスにおける定着処理に時間がかかり、定着処理時のエネルギー消費が増えるという問題を有していた。

　一方、黒鉛等の結晶化炭素、抵抗値調整物質及びアモルファス炭素の混合物で形成された板状の発熱体を用いたカーボンヒータにおいては、炭素系物質の赤外線放射率が７８～８４％と高いため、炭素系物質を発熱体として用いることにより、カーボンヒータからの赤外線放射率が高くなり、効率の高い熱源を構築することが可能である。しかし、カーボンヒータとして用いられていた発熱体は、厚み（例えば、数ｍｍ）を有する板状の発熱体であり、ある程度大きな熱容量を有しており、電力供給時の立ち上がりに時間がかかるという問題を有していた。

　また、カーボンヒータとして用いられていた発熱体は、その発熱体温度にかかわらず抵抗値が略一定で、突入電流がほとんど発生しない温度抵抗特性を有している。このように従来のカーボンヒータとして用いられていた発熱体においては、突入電流がほとんど発生しないため、発熱体への電力供給時に電圧が降下するという問題や、蛍光灯がちらつく（フリッカ現象）という問題は低減される。しかし、この発熱体を熱源として用いた場合には、立ち上がりに時間がかかり、画像形成プロセスにおける定着処理に時間がかかり、定着処理時にエネルギー消費が増えるという問題を有していた。

　発明者らは、本発明に係る実施の形態５の画像定着装置において用いた発熱体ユニット２２の発熱体２、従来の画像定着装置において熱源として用いられていた炭素系物質を主成分とした細長い板状の発熱体を用いたヒータ（以下、カーボンヒータと略称）、及び参考例としてハロゲンランプを用いたヒータ（以下、ハロゲンヒータと略称）に関して、１００Ｖ、６００Ｗの仕様のヒータに構成して、温度［℃］と抵抗［Ω］の関係を示す温度特性の比較実験を行った。
　なお、以下の実験（図１１～図１４に実験結果を示す実験）において用いた発熱体ユニット２２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（図１及び図２参照）と同様の構成を有する発熱体ユニットである。
　図１１は発熱体ユニット２２の発熱体２、従来の熱源であるカーボンヒータ、及びハロゲンヒータにおける温度［℃］と抵抗［Ω］の関係を示す温度特性図である。図１１において、実線Ｘが本発明に係る画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２の発熱体２の温度特性である。また、図１１において、破線Ｙがカーボンヒータの温度特性であり、一点鎖線Ｚが参考例としてのハロゲンヒータの温度特性である。

　図１１に示すように、本発明に係る実施の形態５の画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２の発熱体２は温度が高くなるにしたがい抵抗が増加する正特性を有している。実験によれば、例えば発熱体２の温度が２０℃（未通電時）のとき、抵抗値は９．２Ωであり、平衡点灯時の温度が１１２０℃のとき、抵抗値は１６．７Ωであった。したがって、発熱体２の未通電時と平衡点灯時の抵抗値の変化率（抵抗変化率）は１．８１である。なお、ここで平衡点灯時とは、ヒータに電圧（例えば、１００Ｖ）を印加し電力が供給されて発熱体に電流が流れ、発熱体の発熱温度が一定となったときを言う。また、抵抗変化率とは発熱体２における通電による平衡点灯時の抵抗の値を未通電時の抵抗の値で除算した値のことをいう。

　一方、従来の発熱体である破線Ｙで示すカーボンヒータの温度特性は、温度が変わっても略一定の抵抗値を示している。発明者らの実験によれば、カーボンヒータの温度が２０℃（未通電時）のとき、抵抗値は１５．９Ωであり、平衡点灯時の温度が１０３０℃のとき、抵抗値は１６．７Ωであった。したがって、カーボンヒータの未通電時と平衡点灯時の抵抗変化率は１．０５である。また、一点鎖線Ｚで示すハロゲンヒータの場合、温度が２０℃（未通電時）のとき、抵抗値は１．８Ωであり、平衡点灯時の温度が１８３０℃のとき、抵抗値は１６．７Ωであった。したがって、ハロゲンヒータの未通電時と平衡点灯時の抵抗変化率は９．２８である。

　なお、実施の形態５の画像定着装置に用いた発熱体２を用いて、平衡点灯時の温度が５００℃になるように電力を供給した場合においても、図１１において実線Ｘで示した立ち上がり特性であり、５００℃のときの抵抗値は１１．０Ωであった。したがって、この発熱体２の未通電時と平衡点灯時の抵抗変化率は１．２（＝１１．０／９．２）である。

　また、実施の形態５の画像定着装置に用いた発熱体２を用いて、平衡点灯時の温度が２０００℃になるように電力を供給した場合には、図１１において実線Ｘに続く２点破線で示した立ち上がり特性であり、２０００℃のときの抵抗値は３２．２Ωであった。したがって、この発熱体２の未通電時と平衡点灯時の抵抗変化率は３．５（＝３２．２／９．２）である。

　上記のように、実施の形態５の画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２の発熱体２は、温度が高くなるにしたがい抵抗が増加する正特性を有している。例えば、平衡点灯時の温度設定を５００℃とした場合、平衡点灯時の抵抗値が１１．０Ωとなり抵抗変化率が１．２であった。また、平衡点灯時の温度設定を２０００℃とした場合、平衡点灯時の抵抗値が３２．２Ωとなり抵抗変化率が３．５であり、温度と抵抗値が略比例した特性を示している。

　また、実施の形態５の画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２の発熱体２は、定格の通電による平衡点灯時の抵抗値を未通電時の抵抗値で除算した抵抗変化率が１．８１であった。このように、本発明に係る画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２の発熱体２は、未通電時でもある程度の抵抗（９．２Ω）を有しており、未通電時と平衡点灯時との抵抗変化率が１．８１である。

　本発明に係る発熱体ユニット２２の発熱体２は、抵抗変化率を１．２から３．５の範囲内となるよう電力またはヒータ温度を設定することにより、所望の温度で高精度に発熱させることができるとともに、発熱体ユニット２２の点灯時において、大きな突入電流を発生させることなく、発熱時の立ち上がりを早くする効果を奏する。なお、未通電時と平衡点灯時との抵抗変化率が１．２から３．５の範囲内であるとき、発熱時の立ち上がりが早くなるとともに、後述するように当該発熱体ユニット２２を制御するための機器に大きな容量のものを必要としなくなる。抵抗変化率が１．２未満の発熱体を用いた場合には、温度が低く、突入電流が小さく、そして立ち上がりの遅い画像定着装置となる。一方、抵抗変化率が３．５を超える発熱体を用いた場合には、大きな突入電流が発生するため、信頼性を確保するため各構成要素のマージンを大きく設定する必要があり、構成要素の容量が増大して、製造コストの増大、装置の大型化という問題がある。

　一方、カーボンヒータを熱源として用いた場合には、温度に関係なく抵抗値が略一定であるため、点灯時において突入電流が発生せず、略一定の電流が流れる。したがって、カーボンヒータを熱源として用いた場合には、発熱温度の上昇速度（立ち上がり）が遅く、所定温度となるまでに時間がかかるという問題がある。このため、画像定着装置の熱源として用いた場合には、ニップ部が所望温度になるまで時間を要し、画像定着処理に時間がかかるとともに、いわゆるクイックスタートに時間がかかるという問題がある。

　発熱体ユニット２２の発熱体２の固有抵抗値が２５０μΩ・ｃｍであり、カーボンヒータのカーボンの固有抵抗値が３０００～５００００μΩ・ｃｍであり、ハロゲンヒータのタングステンの固有抵抗値が５．６μΩ・ｃｍである。上記のように、カーボンの固有抵抗値が他のヒータの材料に比べて非常に高いため、電流変化の少ない設計とともに電力供給時の突入電流が発生しにくい設計が可能となる。また、発熱体２の固有抵抗値は、カーボンの固有抵抗値より小さいが、タングステンの固有抵抗値より大きいため、発熱体２においてはタングステンの発熱体に比べ設計が容易となる。

　また、発熱体ユニット２２の発熱体２の密度が０．５～１．０ｇ／ｍ^３（厚みにより異なる）であり、カーボンヒータのカーボンの密度が１．５ｇ／ｍ^３であり、ハロゲンヒータのタングステンの密度が１９．３ｇ／ｍ^３である。このように、発熱体２の密度は他のヒータの材料に比べて軽いため、また発熱体２は帯状の薄膜体であるため、他のヒータに比べて熱容量が非常に小さく、立ち上がりが早くなることが理解できる。

　図１２は、本発明に係る画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２、及び従来のヒータであるカーボンヒータとハロゲンヒータの立ち上がり特性を調べた結果を示すグラフである。
　図１２において、実線Ｘが本発明に係る画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２の立ち上がり特性である。また、図１２において、破線Ｙが前述の炭素系物質を主成分とした細長い板状の発熱体を用いたカーボンヒータの立ち上がり特性であり、一点鎖線Ｚがハロゲンランプを用いたハロゲンヒータの立ち上がり特性である。図１２に示す特性図においては、１００Ｖ、６００Ｗの仕様の構成の各ヒータを用いて、点灯から５秒後までの立ち上がり特性を示している。

　図１２のそれぞれの立ち上がり特性から分かるように、本発明に係る画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２の立ち上がり特性（図１２の実線Ｘ）は、従来の熱源であるカーボンヒータ（図１２の破線Ｙ）の立ち上がり特性に比べて、早い立ち上がりを示している。発明者らの実験によれば、平衡点灯時の温度の９０％到達時間は、発熱体ユニット２２が０．６秒であったのに対してカーボンヒータが２．７秒であった。また、ハロゲンヒータの場合の９０％到達時間は、１．１秒であった。

　上記のように、発熱体ユニット２２、カーボンヒータ、及びハロゲンヒータの各ヒータにおける平衡点灯時までの立ち上がり時間が異なるため、その立ち上がり時間において消費される電力は大きく異なることになる。例えば、前述の実験で用いた各ヒータにおいて起動時の電流変化はあるが、６Ａを消費したと仮定した場合、平衡点灯時の温度の９０％到達時までの時間が発熱体ユニット２２では０．６秒であるため、その時間の電力消費量は約３６０Ｗ・Ｓである。一方、カーボンヒータにおいて平衡点灯時の温度の９０％到達時までの時間は、２．７秒であるため、その時間の電力消費量は約１６２０Ｗ・Ｓである。また、ハロゲンヒータにおいて平衡点灯時の温度の９０％到達時までの時間は、１．１秒であるため、その時間の電力消費量は約６００Ｗ・Ｓである。
　このように、発熱体ユニット２２における平衡点灯時までの電力消費量は、他のヒータに比べて大幅に少なく、画像定着装置においては定着処理が頻繁に行われてオンオフが繰り返されるため、その差は非常の大きなものとなり、エネルギー消費が大幅に削減される。

　なお、ハロゲンヒータにおいて到達時間が比較的に短いのは、図１１に示したように、未通電時の抵抗値が低く、電力供給初期において大きな突入電流が発生しているためである。前述のハロゲンヒータにおける電力消費量の計算で６Ａを消費すると仮定して計算したが、実際には、ハロゲンヒータの電力供給初期における０～５秒間の安定する期間では、大きな突入電流が流れるため、その期間の消費電力が更に大きな値となる。
　図１３は各ヒータにおける電力供給初期の突入電流を比較した図であり、電力供給初期から１．０秒後までの電流波形を示している。図１３において、（ａ）は本発明に係る画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２の立ち上がり時の電流波形図であり、（ｂ）は従来のカーボンヒータの立ち上がり時の電流波形図であり、（ｃ）はハロゲンヒータの立ち上がり時の電流波形図である。

　図１３の（ａ）に示すように、本発明に係る画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２は、電力供給初期の電流の実効値が１５．７５Ａであり、電力供給初期から１．０秒後の電流の実効値が９．００Ａであった。即ち、発熱体ユニット２２においては突入電流の発生は認められるが、その大きさは平衡点灯時の電流の２倍以下となっている。

　図１３の（ｂ）に示すカーボンヒータの場合は突入電流がほとんど無く、電力供給初期の電流の実効値が９．００Ａであり、電力供給初期から１．０秒後の電流の実効値が８．７５Ａであった。一方、図１３の（ｃ）に示すハロゲンヒータの場合は、大きな突入電流が発生しており、電力供給初期の電流の実効値が６４．７５Ａであり、電力供給初期から１．０秒後の電流の実効値が１０．３８Ａであった。ハロゲンヒータは前述の図１１（一点鎖線Ｚ）に示したように、未通電時と平衡点灯時の抵抗変化率が９．２７という５倍以上の大きな値を有しているため、大きな突入電流が発生する。このような大きな突入電流が発生することは、立ち上がりが早くなるという特性を有する一方で、当該ハロゲンヒータを使用する機器において大電流に耐える大容量の要素を使用しなければならず問題を有する。例えば、スイッチング素子としてのサイリスタは電流容量の大きなものが必要であり、また機械的接点においても大電流で溶着しないように遮断容量が大きな接点を使用する必要がある。また、ハロゲンヒータはその発熱原理（ハロゲンサイクル）から電圧制御を行うことが困難であり、オンオフの切替え制御のみであるため、精度の高い温度制御ができないという問題を有する。

　上記のように、本発明に係る実施の形態５の画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２は、未通電時と平衡点灯時の変化率が１．８１であり、ある程度の突入電流が発生する特性を有しているため、立ち上がりが早くなり、平衡点灯時までの時間が短くなり、優れた応答性を有する熱源となる。このため、画像定着装置の熱源として発熱体ユニット２２を用いることは、画像定着装置としての性能を高め、エネルギー消費が少ない省エネルギーを達成できる機器とすることができる。
　また、本発明に係る実施の形態５の画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２は、ハロゲンヒータのように大きな突入電流を発生させない特性を有しているため、当該発熱体ユニット２２を使用する機器に大電流に耐える大容量のものを使用する必要が無く、製造コストの低減及び小型化を図ることが可能となる。なお、ここで大きな突入電流とは、電力供給初期の電流が電力供給初期から１．０秒後の電流の５倍以上のものをいう。

　本発明に係る実施の形態５の画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２においては、電力供給初期の電流が電力供給初期から１．０秒後の電流の３．５倍以下となるよう設定される。このように、発熱体ユニット２２において、電力供給初期の電流が電力供給初期から１．０秒後の電流の３．５倍以下となるよう設定することにより、立ち上がりが早く、優れた応答性を有する熱源となるとともに、当該発熱体ユニットを使用する機器に大電流に耐える大容量のものを使用する必要が無く、製造コストの低減及び小型化を図ることが可能となる。

　図１４は、発熱体ユニット２２、カーボンヒータ、及びハロゲンヒータの各ヒータにより被加熱対称物としての銅板を加熱したときの銅板温度の測定結果を示している。図１４において、実線Ｘが発熱体ユニット２２による銅板の温度上昇曲線であり、破線Ｙがカーボンヒータによる銅板の温度上昇曲線であり、一点鎖線Ｚがハロゲンヒータによる銅板の温度上昇曲線である。

　図１４に示す銅板温度測定実験において、被加熱対称物としての銅板片は６５ｍｍ（Ｌ）ｘ６５ｍｍ（Ｗ）ｘ０．５ｍｍ（ｔ）を使用し、加熱体であるヒータと対向する加熱面には黒色塗装を施した。各ヒータの長さは３００ｍｍの長尺ヒータであり、１００Ｖ、６００Ｗの仕様のものを使用した。銅板片とヒータとの対向距離は３００ｍｍであり、銅板片の加熱面の反対側である裏面に熱電対を取り付けて銅板温度を測定した。

　図１４に示すように、本発明に係る実施の形態５の画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２は、他のヒータに比べて同じ仕様にもかかわらず、被加熱対称物である銅板を最も早く温度上昇させるとともに、高温度に加熱している。ハロゲンヒータはその発熱体であるタングステン線が高温度となるが、タングステンの放射率（約０．１８）が低いため被加熱対称物の温度上昇も遅くなる。カーボンヒータの温度上昇は、ハロゲンヒータの温度上昇より早いが、発熱体ユニット２２の温度上昇より遅くなっており、平衡温度も低くなっている。これは、カーボンの放射率０．８５に比べ発熱体ユニット２２の発熱体２の放射率が０．９と高いためである。
　したがって、本発明に係る実施の形態５の画像定着装置に用いた発熱体ユニット２２は、効率高く、且つ早く被加熱対称物を加熱することができることが理解できる。

　上記のように、実施の形態５の画像定着装置において用いた発熱体２は、軽薄で熱容量が小さく、通電による平衡点灯時までの立ち上がりが早いという優れた特性を有している。このため、実施の形態５の画像定着装置においては、優れた応答性を有して効率高く加熱する発熱体を有する発熱体ユニットを用いているため、定着領域の加熱が早くなり、省エネルギーを図ることができるとともに、クイックスタートを実現することができる。また、実施の形態５の画像定着装置においては、加熱初期の点灯時に大きな突入電流が発生しないため、電圧降下の発生、蛍光灯がちらつくフリッカの発生という問題が解消されている。

　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素材で構成された発熱体を用いている。この発熱体は放射率が、８０％以上の高い優れた特性を有しており、この発熱体を熱源として用いた発熱体ユニットによれば効率の高い加熱が可能となる。さらに、本発明の発熱体ユニットを加熱装置に用いることにより、安全性及び信頼性が高く、製造が容易な加熱装置を提供することができる。また、本発明の発熱体ユニットを用いた画像定着装置及び画像形成装置においては、定着処理において被加熱対象物を所望の配熱分布で、高温度で効率高く加熱することができるとともに、立ち上がりが早く、エネルギー消費を低減することができる、優れた効果を奏する。

　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。

Claims (21)

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。
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。
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。
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。
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に記載の発熱体ユニット。
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。
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に記載の発熱体ユニット。
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に記載の発熱体ユニット。
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。
10. 　未定着トナー画像が坦持された被記録部材を加熱する加熱体と、
    　前記加熱体に対向して配設され、前記加熱体に対して前記被記録部材を介して加圧する加圧体と、を具備する画像定着装置において、
    　前記加熱体が加熱源として発熱体を有し、前記発熱体が炭素系物質を含む材料によりフィルムシートで帯状に形成され、２次元的等方向性の熱伝導を有する画像定着装置。
11. 　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１０に記載の画像定着装置。
12. 　前記発熱体は、通電による平衡点灯時の抵抗の値を未通電時の抵抗の値で除算した抵抗変化率の値が１．２から３．５の範囲であり、発熱体温度と抵抗値が比例する正特性を有する請求項１１に記載の画像定着装置。
13. 　前記発熱体は、厚みが３００μｍ以下の薄膜体である請求項１２に記載の画像定着装置。
14. 　前記発熱体は、密度が１．０ｇ／ｃｍ^３以下の軽膜体である請求項１２に記載の画像定着装置。
15. 　前記発熱体は、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成された請求項１２に記載の画像定着装置。
16. 　前記加熱体は、前記発熱体とともに当該発熱体の対向する両端に電力を供給する電力供給部の一部を収納する容器を有し、前記容器が内部に不活性ガスを充填して前記電力供給部において封止された構造を有する請求項１２に記載の画像定着装置。
17. 　前記加熱体には、前記発熱体による加熱領域を規定するための反射部が設けられている請求項１２に記載の画像定着装置。
18. 　前記加熱体に前記発熱体が複数設けられており、複数の前記発熱体における長手方向の各中心軸が、前記被記録部材の搬送方向に直交して直線上に配置された請求項１２に記載の画像定着装置。
19. 　前記加熱体において、前記発熱体に対向する面に赤外線を吸収する部材により膜体が形成された請求項１２に記載の画像定着装置。
20. 　前記発熱体の加熱範囲は、前記加熱体と前記加圧体とによる前記被記録部材の押圧部位であるニップ部と、当該ニップ部より被記録部材の搬送方向における上流側の部位とを含む請求項１２に記載の画像定着装置。
21. 　請求項１０乃至２０のいずれか一項に記載の画像定着装置を備えた画像形成装置。

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