JP2000097228A - ヒーティングローラ - Google Patents

ヒーティングローラ

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    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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    • D21F5/022Heating the cylinders
    • D21F5/024Heating the cylinders using electrical means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 均一な表面温度を有し、軽量であるヒーティ
ングローラを安価に提供する。 【解決手段】 高い引っ張り強度および高い弾性率を有
するカーボン繊維を内在するプリプレグ材よりなる表面
層157と、表面層の内側に配設され電気供給部30に
連絡する高い電気抵抗値を有するカーボン繊維を内在す
るプリプレグ材よりなる発熱部153とを備えるヒーテ
イングローラ10の両端には、電気供給部30と発熱部
153に連絡する電極20となる金属材を配設してい
る。発熱部153の電気抵抗値はカーボン繊維を内在す
るプリプレグ材の厚さ(積層数)により調整するか、積
層するプリプレグ材間のカーボン繊維の配設角度により
調整すると共に、発熱部153のカーボン繊維はローラ
周方向に均一に配置して、表面温度の均一化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フィルム、布地、
紙等を熱処理するローラに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、カレンダローラ、ラミネータロー
ラ、定着ローラ等の熱ローラは、金属パイプの内部にヒ
ータを埋め込み間接的に外周のパイプを加熱する方法を
採用していたが、表面温度が不均一になりやすく、フィ
ルム等の熱加工には不向きであった。そこで、表面の熱
分布状態の均一化を向上させるため、パイプ内に液体等
の熱媒を循環させる方法、および熱媒循環方法に誘導加
熱方法を組み合わせた方法等がとられているが、これら
の方法は付帯装置が煩雑となり、またパイプ重量も増大
し、駆動系も含め極めて高価なものとなってしまった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、均
一な表面温度を有し、軽量であるヒーティングローラを
安価に提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明のヒーティングロ
ーラは、高い引っ張り強度および高い弾性率を有するカ
ーボン繊維を内在するプリプレグ材よりなる表面層と、
表面層の内側に配設され電気供給部に連絡する高い電気
抵抗値を有するカーボン繊維を内在するプリプレグ材よ
りなる発熱部とを基本的構成として備えている。
【0005】そして、ヒーティングローラの両端には電
気供給部と発熱部に連絡する電極となる金属材を配設し
ている。また、発熱部の電気抵抗値はカーボン繊維を内
在するプリプレグ材の厚さ(積層数)により調整する、
あるいは積層するプリプレグ材間のカーボン繊維の配設
角度により調整する構成も有する。発熱部のカーボン繊
維はローラ周方向に均一に配置して、表面温度の均一化
を図っている。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明のヒーティングローラの実
施の形態を図面により説明する。 実施の形態1 図1はヒーティングローラ10の平面図、図2は図1A
部の断面図、図3は図1B部の断面図である。ヒーティ
ングローラ10は中心軸11と、中心軸11の周縁に配
設するヒートパイプ13と、電気供給部30を有する。
ヒートパイプ13は中心軸11に対してベアリング12
を介して回転自在に配設されている。ヒートパイプ13
は筒状のパイプ本体15とパイプ本体15を中心軸11
に取り付ける取付部17とよりなる。
【0007】ヒートパイプ13のパイプ本体15は、こ
の実施例においては、内径寸法γを96φ、周長Wは3
02mmとするパイプであって、内側の第1の層に硝子
クロスプリプレグよりなる絶縁第1の層151を配設す
る。絶縁第1の層151の上面に高抵抗値を有するカー
ボンプリプレグ材よりなる発熱層153を積層する。発
熱層153を構成するカーボンプリプレグ材は、高い電
気抵抗値を有するカーボン繊維を均一に同一方向に併設
している。
【0008】発熱層153の上面には絶縁第2の層15
5を介して高強度を有するカーボンプリプレグ材を10
層積層している。
【0009】絶縁第1の層151の取付部方向両端部分
には電極層20を配設している。電極層20は金属材料
よりなりなり、絶縁第1の層151に埋設され、一面を
発熱層153に接触している。各プリプレグは耐熱性の
高いエポキシ、ポリイミド等の熱硬化性樹脂が含浸され
ており、各プリプレグをマンドレル(芯金)に積層後、
ポリエステルテープ等の熱収縮性のテープを、パイプ状
の積層体の外周に捲き付け、温度180℃で2時間加熱
硬化を実行し、パイプ本体15を構成する。
【0010】ここで、カーボン繊維の特性を表1に示
す。
【表1】
【0011】この表に示すように、(1)に示す高い電
気抵抗値を有するカーボン繊維は(2)に示す通常のカ
ーボン繊維に比較して固有抵抗値は約40倍以上の値と
なっている。(2)に示す通常のカーボン繊維は固有抵
抗値は低いけれど、高い強度(引っ張り強度、引っ張り
弾性)を有しており、高い電気抵抗値を有するカーボン
繊維に比較して引っ張り強度においては5倍以上、引っ
張り弾性は3.5倍となっている。
【0013】次に、これらの特性を有するカーボン繊維
を同方向に並設して加熱硬化させたプリプレグ材の特性
をみる。
【表2】
【0014】高強度カーボン繊維を内在するプリプレグ
材は、高抵抗値を有するカーボン繊維を内在するプリプ
レグ材に比較して、引っ張り弾性率は3倍程度強い。ま
た、高抵抗値を有するカーボン繊維よりなるプリプレグ
材は通常のカーボン繊維よりなるプリプレグ材に比較し
て4倍以上の電気抵抗値を有している。そこで、この発
明のヒーティングローラ10のパイプ本体15は、高い
電気抵抗値を有するプリプレグ材を発熱層153とし、
高弾性、高強度特性を有するプリプレグ材を表面層15
7として、補強している。
【0015】このように構成されるパイプ本体15を取
付部17に取り付ける。取付部17は、中心軸11のベ
アリング12に連結され、パイプ本体15を支持する支
持部171と、支持部171に載置され、電極20と電
気供給部30とを電気的に連絡する金属板173と、パ
イプ本体15の端縁部分を被覆するカバー175を有し
ている。電気供給部30と金属板173はベアリング3
3を介して連結されており、ヒートパイプ13は中心軸
11、電気供給部30に対してベアリング12,33に
より回転自在に構成されている。
【0016】この構成よりなるヒーティングローラ10
は、電気供給部30から電極20に電圧を掛けた場合、
高い抵抗値を有する発熱層153が発熱する。この場合
の電極20間の発熱層153の電気抵抗値は次のように
なる。16.9×1000/302=56Ω (L=
1000、W=302)ここで、電気供給部30の供給
電圧を100Vとすると、56Ωの抵抗値を有する発熱
層153の消費電力量は、発電量約180Wとなる。
【0017】また、この構成よりなるパイプ本体13の
重量は1m当たり約990gである。また、同一剛性の
パイプ(外径100φ、内径97.56φ)を鉄で製作
した場合、1m当たりの重量は2.95Kgであった。
【0018】すなわち、本発明のパイプ本体は鉄製のパ
イプに比較して、約64%の軽量化となっている。この
構成よりなるヒートパイプ13は電気供給部30から電
気が供給されたとき、金属板173を介して電極20に
通電され、電気抵抗値が高い発熱層153を発熱させ
る。発熱層153の熱は熱伝導により表面層157を加
熱する。例えば、電気供給部30の供給電圧100Vの
とき、表面層157の温度は180℃となった。このよ
うに、この実施の形態におけるヒーティングローラ10
は、高い抵抗値を有するカーボン繊維を加熱硬化させた
合成樹脂素材を発熱層153に用いることにより、確実
で均一な加熱が実行できると共に、軽量となり、操作が
しやすい。
【0019】実施の形態2 この実施の形態は発熱層の積層構造を変更している。図
5はこの実施の形態のヒーティングローラの構成断面
図、第6図は発熱層の積層状態の説明図である。ヒーテ
ィングローラ50は筒状のパイプ本体55とパイプ本体
55を中心軸11に取り付ける取付部57とよりなるヒ
ートパイプ53と、ヒートパイプ53に電気を供給する
電気供給部300を有している。
【0020】ヒートパイプ53はキー70を介して、中
心軸11に一体的に取り付けられており、モータ等によ
り駆動ローラとなっている。ヒートパイプ53のパイプ
本体55は、例えば、内径寸法γを96φ、周長Wを3
02mmとするパイプであって、発熱層は硝子クロスプ
リプレグよりなる内側第1の層551と、内側第1の層
551と同様な素材で形成される絶縁第2層557とで
挾持されている。
【0021】発熱層は高抵抗値を有するカーボンプリプ
レグ材よりなる第1の発熱層553と、高抵抗値を有す
るカーボンプリプレグ材よりなる第2の発熱層555が
積層されて形成されている。そして、第1の発熱層55
3と第2の発熱層555は、カーボン繊維の並設方向を
異ならせて積層している。すなわち、第1の発熱層55
3はカーボン繊維の並設方向を矢印αで示すように、θ
=+60°、第2の発熱層155のカーボン繊維の並設
方向は矢印βで示すように、θ=−60°となるように
積層する。……図6参照
【0022】ここで、積層するカーボンプリプレグ材の
カーボン繊維の並設角による電気抵抗値の変化をみる。
……図7参照 このグラフによると、積層するカーボン繊維プリプレグ
材の第1層と第2層のカーボン繊維の角度(θ)が大き
くなると、積層体の抵抗値は大きくなっている。そし
て、この実施の形態で実行する角度θを60度とした場
合、積層体の抵抗値は40となっている。
【0023】さらに、第2の発熱層555の上面に絶縁
第2の層557を介して高強度を有するプリプレグ材を
積層して表面層559を構成し、実施の形態1と同様に
熱収縮性のテープを積層パイプの外周に捲き付け、温度
180℃で2時間加熱硬化してパイプ本体55を形成し
ている。
【0024】このヒーティングローラ50においても、
絶縁第1の層551の両端部分には電極層60を配設し
ている。そして、電極間隔Lを1000mm、電極の長
さWを302mmとしたとき、電極60間の発熱層55
3,555の抵抗値を図7のグラフを参照して計算する
と、第1の発熱層553と第2の発熱層555の積層角
度θを60度としたとき、 40×1000/302=132Ω となる。そして、このヒーティングローラ50の電気供
給部300への供給電圧を100Vとすると、金属板5
73を介して電極60間の発熱層の消費電力量は約76
Wであった。
【0025】この実施の形態では発熱層を高抵抗カーボ
ン繊維プリプレグ材を2層構造とし、カーボン繊維の積
層角度を60度した例を示したが、電極間の発熱層の抵
抗値はカーボン繊維の積層角度を調整する、あるいは高
抵抗カーボン繊維プリプレグ材の層厚を調整する、また
は積層数を変えることにより、任意の抵抗値を得ること
ができる。さらに、ヒーテイングローラの剛性は、表面
層(表層側)の高弾性、高強度のプリプレグ材の厚さを
変えることにより、任意の強度、剛性が得られる。
【0026】
【発明の効果】本発明のヒーティングローラは、発熱体
として、高抵抗率を有するカーボン繊維を所定の厚み、
角度に積層したものを用いることにより発熱部の簡素化
及び軽量化の向上を図っている。更に高強度、高弾性率
カーボン繊維を表面補強材として配設することによりヒ
ーティングローラの強度、剛性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るヒーティングローラの平面図。
【図2】図1A部の断面図。
【図3】図1B部の構成説明図。
【図4】発熱層の説明図。
【図5】実施の形態2のヒーティングローラの要部の構
成説明図。
【図6】実施の形態2の発熱層の説明図。
【図7】発熱層の積層角による発熱層の抵抗値の変化を
表すグラフ。
【符号の説明】
10、50 ヒーティングローラ 11 中心軸 12 ベアリング 13、53 ヒートパイプ 15、55 パイプ本体 151、551 絶縁第1の層 153、553、555 発熱層 155、557 絶縁第2の層 157、559 表面層 17 取付部 171 支持部 173、573 金属板 175 カバー 20、60 電極 30、300 電気供給部 70 キー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3B154 AB19 BB12 BC24 BC42 CA33 CA34 CA41 CA43 DA06 DA21 3J103 AA02 AA15 BA03 FA01 FA15 FA19 GA02 GA33 GA35 GA52 HA03 HA19 HA52 4L055 CF46 CG06 FA30

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面層と、表面層の内側に配設され電気
    供給部に連絡する発熱部とを備えたヒーティングローラ
    において、 表面層は高い引っ張り強度および高い弾性率を有するカ
    ーボン繊維を内在するプリプレグ材よりなり、発熱部は
    高い電気抵抗値を有するカーボン繊維を内在するプリプ
    レグ材よりなるヒーティングローラ。
  2. 【請求項2】 ヒーティングローラの両端には電気供給
    部と発熱部に連絡する電極となる金属材を配設した請求
    項1記載のヒーティングローラ。
  3. 【請求項3】 発熱部の電気抵抗値はカーボン繊維を内
    在するプリプレグ材の厚さにより調整してなる請求項1
    記載のヒーティングローラ。
  4. 【請求項4】 発熱部のプリプレグ材の厚さはプリプレ
    グ材を積層して調整すると共に、発熱部の電気抵抗値は
    積層するプリプレグ材間のカーボン繊維の配設角度によ
    り調整する請求項1乃至3記載のヒーティングローラ。
  5. 【請求項5】 発熱部の高い電気抵抗率を有するカーボ
    ン繊維はローラ周方向に均一に配置されている請求項1
    乃至4記載のヒーティングローラ。
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