JP2000030850A

JP2000030850A - 熱ローラー装置

Info

Publication number: JP2000030850A
Application number: JP10197067A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Ganji; 伸夫元治; Naoaki Ishimaru; 直昭石丸
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1998-07-13
Publication date: 2000-01-28
Anticipated expiration: 2018-07-13
Also published as: JP3900692B2

Abstract

(57)【要約】【課題】温度が均一でありながら、熱容量を小さくし
て温度の立ち上がりが早い熱ローラー装置を提供する。【解決手段】組成を調整することによって所定のキュ
リー温度とした感温磁性金属パイプ７もしくは感温磁性
金属フィルムと、前記感温磁性金属パイプ７よりも電気
抵抗率が低い非磁性材料１２を有し、前記感温磁性金属
パイプ７もしくは感温磁性金属フィルムを誘導加熱部１
０によって誘導加熱することによって自己温度制御性を
備え、かつ感温磁性金属パイプ７もしくは感温磁性金属
フィルムと、電気抵抗率が低い非磁性材料１２を空間を
あけて配置して、熱が非磁性材料１２に伝導しないよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コピー機やレーザ
ービームプリンタ等のトナーの加熱定着装置、鋼板のラ
ミネート加工装置、プラスチックフィルムのラミネート
加工装置等に使用する熱ローラー装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】コピー機やレーザービームプリンタ等の
複写装置の定着部の多くは、通常図７に示すような構成
になっている。すなわち、紙等のシート１は、静電気等
によってトナー粉末２を転写させ、高温度に加熱した熱
ローラー３と加圧ローラー４との間を通過させる。これ
によって、シート１上に転写されているトナー粉末２は
加熱されて溶融し、また加圧されてシート１上に定着す
るものである。前記熱ローラー３の加熱源としては、熱
ローラー３の中心部に配置しているハロゲンランプヒー
ター５を使用している。また熱ローラー３の表面に接触
させて配置しているサーミスタセンサ６によって、熱ロ
ーラー３の表面温度を検知し、この温度が所定の温度と
なるように前記ハロゲンランプヒーター５の出力を制御
しているものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記複写装置に代表さ
れるような従来より知られている熱ローラー装置は、熱
ローラーの温度制御が非常に難しいという課題があっ
た。つまり、使用者の便宜を図るために、複写装置は各
種の大きさのものに対応できるようになっている。例え
ば、使用する熱ローラーはＡ３サイズ紙に対応できるも
のを使用して、Ａ５サイズ紙からＡ３サイズ紙までの大
きさのものを複写できるようにしている。このときＡ５
サイズ紙を複写した場合は、紙が通る部分の温度を一定
にすると、紙の通らない部分は紙に熱が奪われないため
熱ローラーの温度が過大に上昇してしまう。従って熱ロ
ーラーの温度を均一にするには、熱ローラーを熱伝導の
良いアルミニウム等で製作し、さらに熱伝導を良くする
ために板厚も厚くする必要がある。従って、熱ローラー
の熱容量は大きくなり、温度の立ち上がりに時間がかか
るという課題をもっていた。そこで、本発明は上記する
従来の課題を解決した熱ローラー装置を提供しようとす
るものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記する課題を解決する
ために、本発明は、組成を調整することによって所定の
キュリー温度とした感温磁性金属パイプもしくは感温磁
性金属フィルムと、前記感温磁性金属パイプまたは感温
磁性金属フィルムを構成する感温磁性金属材料よりも電
気抵抗率が低い非磁性材料を有し、前記感温磁性金属パ
イプもしくは感温磁性金属フィルムを誘導加熱すること
によって自己温度制御性を備え、かつ感温磁性金属パイ
プもしくは感温磁性金属フィルムと、電気抵抗率が低い
非磁性材料を空間を有して配置することとするか、また
は、感温磁性金属板と、前記感温磁性金属板よりも電気
抵抗率が低い非磁性材料とを直接積層するか、または空
間をあけて積層し、加圧ローラーの内側に誘導加熱コイ
ルを配置して前記感温磁性金属板を誘導加熱する誘導加
熱部とし、前記感温磁性金属板によって支えられていて
回転する絶縁フィルムと前記加圧ローラーとの間に被加
熱体を挟んで加熱することとしたものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、組成
を調整することによって所定のキュリー温度とした感温
磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムと、前記
感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムを構
成する金属材料よりも電気抵抗率が低い非磁性材料とを
相互に空間をあけて配設し、前記感温磁性金属パイプも
しくは感温磁性金属フィルムを誘導加熱することによっ
て感温磁性金属パイプもしくはフィルムがキュリー温度
以上に上昇し非磁性となったときに、誘導電流が前記感
温磁性金属材料よりも電気抵抗率が低い非磁性材料中を
流れるため発熱量が減少するので自己温度制御性を備
え、かつ感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィ
ルムと、電気抵抗率が低い非磁性材料を空間を有して配
置する構成をトナーの加熱定着装置や鋼板またはプラス
チックのラミネート加工装置等に使用する熱ローラー装
置に実施することによって熱ローラー装置の熱容量を減
らし、温度の立ち上がり時間が早い熱ローラー装置とす
ることができる。

【０００６】また、請求項２に記載した発明のよう
に、感温磁性金属板と、前記感温磁性金属板よりも電気
抵抗率が低い非磁性材料とを直接積層するかまたは空間
をあけて積層し、加圧ローラーの内側に誘導加熱コイル
を配置して前記感温磁性金属板を誘導加熱する誘導加熱
部とする構成とし、前記感温磁性金属板によって支えら
れていて回転する絶縁フィルムと加圧ローラーとの間に
被加熱体を挟んで加熱することにより、絶縁フィルムを
薄くして熱容量を減らして、温度の立ち上がり時間を早
くすることができる。

【０００７】また、請求項１または２に記載した熱ロー
ラー装置において、請求項３に記載したように、空間に
断熱材を配置する構成とすることにより、電気抵抗率が
低い非磁性材料に熱が伝わらないようにして温度の立ち
上がり時間を早くすることができる。

【０００８】また、請求項４に記載した発明は、請求
項１ないし３のいずれか１項に記載した熱ローラー装置
に、感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルム
または感温磁性金属板と、誘導加熱部との間に、感温磁
性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムまたは感温
磁性金属板と誘導加熱部とが接触しないように電気絶縁
物を配置した構成の熱ローラー装置とすることによっ
て、熱容量を大きくしないで静電気、雷サージから熱ロ
ーラー装置を保護することができる。

【０００９】また、請求項５に記載した発明は、請求
項１から４のいずれかに記載した熱ローラー装置におい
て自己温度制御特性が最も良く表れるように感温磁性金
属パイプもしくは感温磁性金属フィルムまたは感温磁性
金属板の厚さを表皮深さの５０％から２００％の範囲に
限定したものである。

【００１０】また、請求項６に記載した発明は、請求項
１、３、４または５のいずれか１項に記載した熱ローラ
ー装置において感温磁性金属パイプを加熱する誘導加熱
コイルと、前記感温磁性金属パイプの端部に対向する部
分に前記誘導加熱コイルよりも緻密にコイルを捲いて構
成した端部誘導加熱コイルを配設し、温度の立ち上げ時
は、前記誘導加熱コイルと端部誘導加熱コイルの両方に
通電する構成の熱ローラー装置とすることにより、立ち
上げ時は、感温磁性金属パイプを支えるベアリングに取
られる熱を補償して温度の立ち上がり時間を早くするこ
とができる。

【００１１】

【実施例】（実施例１）図１は本発明の請求項１、５に
係わる実施例１における熱ローラー装置の要部斜視図で
ある。本実施例の熱ローラー装置は、複写機の定着器に
使用するものを示している。感温磁性金属パイプ７の材
料は、適温、すなわちトナーを溶融する温度よりやや高
い温度である約２００℃をキュリー温度とするように調
整した磁性合金を使用している。本実施例では前記磁性
合金として、鉄とニッケル、若しくは鉄とニッケルとク
ロムの合金を使用している。この組合せは、飽和磁束密
度が高く、本実施例の用途には適している。なお別の用
途に使用する場合には、当然、熱ローラー装置で得たい
温度も変わるものであり、合金の組成もこの用途に応じ
たキュリー温度となるように変更できるものである。

【００１２】前記感温磁性金属パイプ７は、感温磁性金
属パイプ７を誘導加熱する誘導加熱部によって加熱され
ている。誘導加熱部は、シリコンゴム等でできた加圧ロ
ーラー８の内側に配置したフェライト９に巻着した誘導
加熱コイル１０と、誘導加熱コイル１０に高周波電流を
供給する高周波電源１１とによって構成している。誘導
加熱コイル１０は、細い銅線を束ねた構成としたリッツ
線を使用している。前記感温磁性金属パイプ７の内側に
は、感温磁性金属パイプの材料である感温磁性金属より
も電気抵抗率が低い非磁性材料１２を感温磁性金属パイ
プ７との間に間隙をおいて配置している。

【００１３】以下本実施例の動作について説明する。図
示していないスイッチを操作すると、高周波電源１１が
動作を開始して誘導加熱コイル１０に高周波電流を供給
する。誘導加熱コイル１０からは供給された高周波電流
に応じた高周波磁界が発生する。この高周波磁界は、加
圧ローラー８を透過して感温磁性金属パイプ７と鎖交
し、感温磁性金属パイプ７を誘導加熱する。感温磁性金
属パイプ７は、キュリー温度を適温に有するように組成
を調整した合金を使用しているので、そのキュリー温度
以下である間と、キュリー温度を超えた後とでは感温磁
性金属パイプ７に流れる電流が格段に相違するものであ
る。従って、感温磁性金属パイプ７は自己温度制御特性
を備えている。

【００１４】図２ないし図４を使って自己温度制御特性
を説明する。図２は、感温磁性金属パイプ７がキュリー
温度以下の時に誘導電流が流れる様子を示す要部断面図
である。感温磁性金属パイプ７の板厚を表皮厚さと同じ
にしておくと、高周波磁界によって感温磁性金属パイプ
７に流れる誘導電流１３は、ほとんどがフェライト９と
対向した感温磁性金属パイプの中のみを流れる。また、
感温磁性金属パイプ７の板厚が表皮厚さより薄い場合
は、誘導電流が感温磁性金属パイプ７の向こうにある非
磁性材料１２を流れ、それより厚い場合はキュリー温度
以上でも感温磁性金属パイプ７の中を流れる誘導電流量
が増える。通電を開始して目標の温度に到達するまでの
時間すなわちウォームアップ時間を短縮させるには感温
磁性金属パイプの熱容量を下げると良い。よって感温磁
性金属パイプ７の板厚は、自己温度制御性を多少犠牲に
しても感温磁性金属パイプの熱容量を小さくした表皮厚
さの５０％から、感温磁性金属パイプの強度を上げるこ
とを考慮した表皮厚さの２００％の範囲にすることが望
ましい。高周波電流の周波数が２５ｋＨｚであれば表皮
厚さは０．４ｍｍである。周波数を上げると表皮厚さは
薄くなるので、感温磁性金属パイプも薄くしてフィルム
になる。感温磁性金属パイプを構成する材料の電気抵抗
率は９０μΩ−cm程度であり、この状態では、電気抵抗
によって発熱する。また図３は、感温磁性金属パイプ７
がキュリー温度以上の時に誘導電流が流れるようすを示
す要部断面図である。感温磁性金属パイプ７がキュリー
温度以上となると磁性を失って非磁性体となる。すると
磁束は感温磁性金属パイプ７を通り抜けて感温磁性金属
パイプの材料より電気抵抗率が低い非磁性材料１２、具
体的にはアルミニウムや銅に入り、この中を誘導電流１
４が流れる。アルミニウムの電気抵抗率は２．５μΩ−
cm、銅の電気抵抗率は１．５５μΩ−cmであり、しかも
通電断面積が大きいので、同じ電流値の誘導電流を流し
ても格段に発熱量は小さい。しかも発熱するのは、感温
磁性金属パイプ７に熱伝導しないように空間を介して設
置した非磁性材料１２であるので、温度は下がる。この
ようにキュリー温度の付近で温度が安定するものであ
る。

【００１５】図４は、熱ローラー装置の要部を上面から
見た図で、本実施例の熱ローラー装置を複写機として使
用した場合に、感温磁性金属パイプ７の一部分に紙１５
が通り、ａ部はキュリー温度以下であり、ｂ部はキュリ
ー温度以上であると、ａ部は感温磁性金属パイプ７の中
を点線１６のように、ｂ部は非磁性材料１２の中を一点
鎖線１７のように誘導電流が流れる。従って、部分的に
温度の不均一ができてもそれを補正するように働く。

【００１６】（実施例２）図５は請求項２、４に係わる
本発明の実施例２における熱ローラー装置の要部の断面
図である。固定された感温磁性金属板１８と、前記感温
磁性金属板１８よりも電気抵抗率が低い非磁性材料１９
を空間をあけて設け、その空間に断熱材２０を配して積
層し、回転する加圧ローラー２１の内側に固定されたフ
ェライト２２に巻着した誘導加熱コイル２３を配置し
て、高周波電源２４から高周波電流を供給する誘導加熱
部を構成し、前記感温磁性金属板１８を誘導加熱部によ
って誘導加熱する。前記感温磁性金属板１８によって支
えられていて、感温磁性金属板１８の表面を滑って回転
する絶縁フィルム２５と、加圧ローラー２１との間に被
加熱体を挟んで加熱する。この構成では、感温磁性金属
板１８は、実施例１の感温磁性金属パイプと同じく０．
４ｍｍであるが、感温磁性金属パイプ一周分より短くて
済むので熱容量が小さい。また絶縁フィルム２５は、熱
容量密度も小さく、薄くすることにより熱容量を減らし
て温度の立ち上がり時間を早くすることができる。また
断熱材２０により、感温磁性金属板１８から非磁性材料
１９に熱を奪われることもない。

【００１７】（実施例３）図６は請求項３、６に係わる
もので内側に誘導加熱コイルがある構成の熱ローラー装
置の要部断面図である。感温磁性金属パイプ２６の外に
電気抵抗率が低い材料でできた非磁性パイプ２７を積層
した構成のローラーが回転する。それを内側にフェライ
ト２８を配設したボビン２９に巻いた誘導加熱コイル３
０で加熱する。誘導加熱コイルを均一に巻くと磁束密度
は中央が大きく、端部が小さいので、端部は中央部より
密度を大きく巻いておくとよい。この誘導加熱コイル３
０は回転せず固定してある。誘導加熱コイル３０の外側
には、回転する感温磁性金属パイプ２６に接触による摩
擦を生ずることがないように、また、感温磁性金属パイ
プ２６の熱が伝導して来ないように電気絶縁物３１を配
置し、規定の絶縁耐圧を保証するとともに、静電気、雷
サージがかかって感温磁性金属パイプ２６から誘導加熱
コイル３０に放電して高周波電流発生回路３２が破壊し
ないよう保護する。

【００１８】また、感温磁性金属パイプ２６を加熱する
誘導加熱コイル３０の他に、感温磁性金属パイプ２６の
端部に相対向する部分に端部誘導加熱コイル３３を巻着
し、温度の立ち上げ時は、端部誘導加熱コイル３３にも
通電し、立ち上げ時に感温磁性金属パイプ２６を支える
ベアリング３４に取られる熱を補償して感温磁性金属パ
イプ２６全体が同時に目的の温度に達するようにして温
度の立ち上がり時間を早くするものである。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載した
発明によれば、感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金
属フィルムと、電気抵抗率が低い非磁性材料とを相互に
空間をあけて配設することによって熱容量を減らし、温
度の立ち上がり時間を早くすることができる。

【００２０】また、請求項２に記載した発明によれ
ば、加圧ローラーの内側に誘導加熱コイルを配置して感
温磁性金属板を誘導加熱し、その感温磁性金属板によっ
て支えられていて回転する絶縁フィルムと加圧ローラー
との間に被加熱体を挟んで加熱することにより、絶縁フ
ィルムを薄くして熱容量を減らして、温度の立ち上がり
時間を早くすることができる。

【００２１】また、請求項３に記載した発明によれば、
感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムまた
は感温磁性金属板と非磁性材料との空間に断熱材を配置
することにより、電気抵抗率が低い非磁性材料に熱が伝
わらないようにして温度の立ち上がり時間を早くするこ
とができる。

【００２２】また、請求項４に記載した発明によれば、
感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムまた
は感温磁性金属板と、誘導加熱部との間に、感温磁性金
属パイプもしくは感温磁性金属フィルムまたは感温磁性
金属板と接しないように電気絶縁物を配置し、熱容量を
大きくしないで静電気、雷サージから熱ローラー装置を
保護することができる。

【００２３】また、請求項５に記載した発明によれば、
感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムまた
は感温磁性金属板の厚さを表皮深さの５０％から２００
％の範囲に限定して、自己温度制御特性が最も良く表れ
るようにすることができる。

【００２４】また、請求項６に記載した発明によれば、
感温磁性金属パイプを加熱する誘導加熱コイルと、前記
感温磁性金属パイプの端部に対向する部分に前記誘導加
熱コイルよりも緻密にコイルを捲いて構成した端部誘導
加熱コイルを設け、温度の立ち上げ時は、端部誘導加熱
コイルにも通電し、立ち上げ時は、感温磁性金属パイプ
を支えるベアリングに取られる熱を補償して温度の立ち
上がり時間を早くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における熱ローラー装置の要
部斜視図

【図２】同実施例１におけるキュリー温度以下の時に誘
導電流が流れる様子を示す熱ローラー装置の要部断面図

【図３】同実施例１におけるキュリー温度以上の時に誘
導電流が流れる様子を示す熱ローラー装置の要部断面図

【図４】同熱ローラー装置の要部上面図

【図５】本発明の実施例２における熱ローラー装置の要
部断面図

【図６】本発明の実施例３における熱ローラー装置の要
部断面図

【図７】従来の熱ローラー装置の要部斜視図

【符号の説明】

７、２６感温磁性金属パイプ８、２１加圧ローラー１０、２３、３０誘導加熱コイル（誘導加熱部）１１高周波電源１２、１９非磁性材料１８感温磁性金属板２０断熱材２５絶縁フィルム２７非磁性パイプ３１電気絶縁物３３端部誘導加熱コイル３４ベアリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H033 BA25 BB18 BE03 BE06 3K059 AA08 AB20 AB23 AB28 AC10 AC34 AC37 AC54 AD02 AD04 AD05 AD22 AD28 AD39 CD52 CD66 CD72 CD75 CD77

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】組成を調整することによって所定のキュ
リー温度とした感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金
属フィルムと、前記感温磁性金属パイプもしくは感温磁
性金属フィルムを構成する感温磁性金属材料よりも電気
抵抗率が低い非磁性材料とを相互に空間をあけて配設
し、前記感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィ
ルムを誘導加熱する誘導加熱部とを備えた熱ローラー装
置。
【請求項２】感温磁性金属板と、前記感温磁性金属板
よりも電気抵抗率が低い非磁性材料とを直接積層するか
または空間をあけて積層し、加圧ローラーの内側に誘導
加熱コイルを配置して前記感温磁性金属板を誘導加熱す
る誘導加熱部とし、前記感温磁性金属板によって支えら
れていて回転する絶縁フィルムと前記加圧ローラーとの
間に被加熱体を挟んで加熱する熱ローラー装置。
【請求項３】感温磁性金属パイプもしくは感温磁性フ
ィルムと非磁性材料の間の空間または感温磁性金属板と
非磁性材料との間の空間に断熱材を配置した請求項１ま
たは２に記載した熱ローラー装置。
【請求項４】感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金
属フィルムまたは感温磁性金属板と、前記感温磁性金属
パイプもしくは感温磁性金属フィルムまたは感温磁性金
属板を誘導加熱する誘導加熱部との間に電気絶縁物を配
置した請求項１ないし３のいずれか１項に記載した熱ロ
ーラー装置。
【請求項５】感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金
属フィルムまたは感温磁性金属板の厚さは、表皮深さの
５０％から２００％の範囲とした請求項１から４のいず
れか１項に記載した熱ローラー装置。
【請求項６】感温磁性金属パイプを加熱する誘導加熱
コイルと、前記感温磁性金属パイプの端部に対向する部
分に前記誘導コイルよりも緻密にコイルを捲いて構成し
た端部誘導加熱コイルを設け、温度の立ち上げ時は、前
記誘導加熱コイルと端部誘導加熱コイルの両方に通電す
るようにした請求項１、３、４または５のいずれか１項
に記載の熱ローラー装置。