JP2001210454A

JP2001210454A - 管形ヒータおよび加熱装置

Info

Publication number: JP2001210454A
Application number: JP2000020580A
Authority: JP
Inventors: Naomitsu Aoki; 直光青木
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2001-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒータに通電してから所定温度を放射するま
での時間を短縮することができる立上り時間を改善した
管形ヒータおよびこのヒータを用いた加熱装置を提供す
ることを目的とする。【解決手段】気密閉塞された耐熱電気絶縁性の管形外
囲管２と、この外囲管２内に配設されたコイル状の電熱
線３と、上記外囲管２内に封入されたキセノンおよび／
またはクリプトンを主体とする不活性ガスとを備えてい
る管形ヒータ１およびこのヒータ１を用いた加熱装置で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複写機やプリンター
などのトナー定着などに用いられる管形ヒータおよびこ
の管形ヒータを配設した加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】抵抗発熱するニクロム線（ニッケル・ク
ロム合金）やカンタル線（鉄・クロム・アルミニウム合
金）などの金属線をコイル状に巻回して電熱線とし、こ
の電熱線を耐熱性を備えた石英ガラスやアルミナ（酸化
アルミニウム）などのセラミックスあるいは電気絶縁被
覆を施した鉄などからなる外囲管内に非密封状態で収容
して構成した管形ヒータは、構造簡単で安価であるなど
のことから諸種の機器や分野でひろく使用されている。

【０００３】また、このニクロム線やカンタル線などの
金属線をコイル状に形成した電熱線は、電気的特性や表
面に金属酸化膜を生成させる必要などがあることからそ
の金属線の素線径およびコイル径が大きく、管形ヒータ
自体が大形化したものとなる。

【０００４】また、この電熱線の素線径やコイル径が大
きいことは、電気抵抗値が小さく、かつ、熱容量も大き
いことから通電後、所定温度を放射するに達するまでの
時間が長くかかるという欠点がある。

【０００５】たとえば電子複写機やプリンターなどのＯ
Ａ機器においては、連続して作業されることが少なく、
断続的な作業が多いことから作業中断時にトナー定着装
置に用いられるヒータには通電がなされていないか予熱
程度の通電しかなされていない。

【０００６】このため複写作業などで複写開始後にトナ
ー定着用の管形ヒータは、その立ち上がり（昇温）時間
が問題で、ニクロム線やカンタル線などの電熱線を用い
た管形ヒータでは昇温に時間がかかることから適さず、
石英ガラス管内にタングステン細線を巻回したコイル状
の電熱線およびこの電熱線の蒸発を抑えるアルゴンＡｒ
と窒素Ｎ₂との混合ガスを封入し密閉した管形ヒータが
用いられている。

【０００７】この密閉形の管形ヒータは、ニクロム線や
カンタル線などに比べて細径の電熱線が用いられ、か
つ、密ピッチに近い巻回がなされているので、通電後の
立上り（昇温）時間が速く複写作業が迅速にできるとい
う利点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近時、ＯＡ機
器において、書類の複写処理などを現状よりもっと高速
化することが要求されていることから、本発明者はこの
ＯＡ機器などに装着して用いられる密閉形の管形ヒータ
について、さらに立上り（昇温）時間の短縮について種
々究明した。

【０００９】本発明は、ヒータに通電してから所定温度
を放射するまでの時間を短縮することができる立上り時
間を改善した管形ヒータおよびこのヒータを用いた加熱
装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の管形ヒータは、気密閉塞された耐熱電気絶縁性の管形
外囲管と、この外囲管内に配設されたコイル状の電熱線
と、上記外囲管内に封入されたキセノンおよび／または
クリプトンを主体とする不活性ガスとを具備しているこ
とを特徴とする。

【００１１】ＭＧが１０〜１５０程度の細いタングステ
ン線をコイル状としたフィラメントを用いた可視光を得
る電球の外囲管（バルブ）内に、窒素Ｎに変えて不活性
ガスであるアルゴンＡｒを封入、あるいはアルゴンＡｒ
に変えてクリプトンＫｒを封入することによって電球の
発光効率が高められることは知られている。

【００１２】これは、不活性ガス中、最も原子量が大き
く熱伝導率の低いのがキセノンＸｅで、ついで、クリプ
トンＫｒ、アルゴンＡｒと続き、熱伝導率の低いガスを
封入した場合はタングステンの蒸発速度を抑制して、電
球の発光効率や寿命特性が向上できるもので、この場合
はあくまで発光効率を高めることを狙ったもので立上り
時間が考慮されたものではない。

【００１３】また、この可視光を得る電球の場合は、フ
ィラメントの色温度が約３２００Ｋに対して、赤外線を
得る電球（ヒータ）の場合は、フィラメント（電熱線）
の線径は可視光を得る電球に比べて太いＭＧが３０〜９
００程度のもので色温度が約２４００Ｋと低いが、不活
性ガスをアルゴンＡｒを主体とするものから変えて、熱
伝導率の低いキセノンＸｅまたはクリプトンＫｒあるい
は両者を主体とするガスを封入しているためガス損失が
小さくタングステン線製などの電熱線から熱を奪うのが
少なく温度の立上りが速くなるためと推考される。

【００１４】なお、電熱線はタングステンＷなどの高融
点の金属線材を巻回したものから構成して上記の作用を
奏する。

【００１５】本発明の請求項２に記載の管形ヒータは、
不活性ガス中のキセノンまたはクリプトンの割合が５０
〜１００容量％で、その封入圧力が４．５×１０⁴〜１
０．０×１０⁴Ｐａ（パスカル）であることを特徴とす
る。

【００１６】キセノンＸｅまたはクリプトンＫｒの混合
割合が５０容量％未満であると、立上り（昇温）時間改
善の作用がない不具合がある。

【００１７】また、その封入圧力が４．５×１０⁴Ｐａ
未満であると、電熱線の蒸発が速く早期にやせ細り溶断
して短寿命となるなどの不具合があり、また、１０．０
×１０⁴Ｐａを超えると立上り（昇温）時間改善の作用
がなくなる不具合がある。

【００１８】また、本発明はキセノンＸｅまたはクリプ
トンＫｒに添加混合して封入する不活性ガスとしてはア
ルゴンＡｒがある。

【００１９】さらに、本発明の管形ヒータは、外囲管内
に上記の不活性ガスのほか微量のヨウ素Ｉ₂ 、臭素Ｂｒ
₂ 、塩素Ｃｌ₂ などのハロゲンやハロゲン化物を封入し
て、ハロゲンサイクルを行わせるなどのことは構わな
い。

【００２０】本発明の請求項３に記載の管形ヒータは、
耐熱電気絶縁性の管形外囲管が、ガラスまたはセラミッ
クスからなることを特徴とする。

【００２１】外囲管の材質は、耐熱電気絶縁性を有する
アルミナ（酸化アルミニウム）などのセラミックスや石
英ガラス、アルミナシリケートガラスなどの硬質ガラス
であっても適用できる。

【００２２】本発明の請求項４に記載の加熱装置は、請
求項１ないし３のいずれか一に記載の管形ヒータと、こ
の管形ヒータが配設されるローラーとを具備しているこ
とを特徴とする。

【００２３】加熱装置は、管形ヒータが中空状のローラ
ー内に位置して給電を兼ねる支持部材に支持され、必要
に応じて反射板やガードなどが組合わされて、複写機や
プリンターなどのトナー定着用の加熱装置として用いる
ことができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は管形ヒータ１を示す正面図
で、図中２は直管状の透明または半透明の石英ガラス管
からなる耐熱電気絶縁性の管形外囲管、２１，２１はこ
の外囲管２の両端部に形成された圧潰封止部、３は外囲
管２内に配設されたコイル状の電熱線である。

【００２５】この電熱線３はタングステン素線を巻回し
て形成した複数のコイル状部３１，…，３２，…、これ
らコイル状部３１，…，３２，…間に粗巻き状や直線状
の飛び部３３，…および両端部にレグ部３４，３４を有
し、中間部において複数のサポート部材４，…により支
持されている。

【００２６】また、外囲管２内には、キセノンＸｅ（１
００容量％）が、常温２５℃で約８．０×１０⁴Ｐａ
（パスカル）の圧力封入してある。

【００２７】また、５，５は上記圧潰封止部２１，２１
内に気密に封止されたモリブデン箔などからなる金属箔
で、一端側には上記電熱線３端部のレグ部３４，３４を
溶接などの手段で接続しているとともに他端側には外囲
管２外に延出させた外部リード線（図示しない。）を同
様な手段で接続している。

【００２８】また、６，６は上記圧潰封止部３，３の外
面に耐熱性接着剤６１を介し接合された電気絶縁性のセ
ラミックスからなる円筒状の口金で、この口金６，６内
において上記外部リード線（図示しない。）と給電線
７，７とが接続され、これらで管形ヒータ１が構成され
ている。

【００２９】そして、この管形ヒータ１の給電線７，７
に通電すると、外部リード線および金属箔５，５を介し
電熱線３に電流が流れコイル状部３１，…，３２，…が
発熱する。このときタングステン素線をコイル状に巻回
した電熱線３は従来品より速く昇温して、所定の赤外線
を放射する。

【００３０】この速熱性が高いのは、管形外囲管２内に
従来のアルゴンＡｒを主体とする不活性ガスに変えて、
熱伝導率の低いキセノンＸｅを封入しているためガス損
失が小さくタングステン線製の電熱線３から熱を奪うの
が少ないためと考えられる。

【００３１】また、この管形ヒータ１の立上り時間は外
囲管２および電熱線３の熱容量で決まり、外囲管２が薄
肉厚で、低電流、高効率のヒータほど短縮できる。

【００３２】なお、上記タングステン線からなる電熱線
３の複数のコイル状部３１，…，３２，…のうち、両端
部側のコイル状部３１，…が中間部分のコイル状部３
２，…に対して長くしてあるのは、この端部からの発熱
を多く、中央部分からの発熱を少なく抑制することによ
って、外囲管軸に沿いほぼ均一の熱放射を得るためであ
る。また、これはコイル状部３１，…，３２，…の長さ
を変えるのではなく、端部側に対して中央部分のコイル
ピッチを粗にしたり、コイル外径を変えたりあるいは飛
び部の長さを変えるなどの手段を講じてもよい。

【００３３】図２はこの種管形ヒータ１が用いられる加
熱装置、ここではたとえば電子複写機に装着されるトナ
ー定着装置の要部の説明図で、図中８Ｕ，８Ｄは上下に
相対して配設された長尺のローラで、このローラ８Ｕ，
８Ｄはアルミニウムや鉄製の管状体８１の表面にシリコ
ーンゴム８２やテフロンを被覆したものからなる。

【００３４】また、このローラ８Ｕ，８Ｄ内のほぼ中心
軸上には上記の管形ヒータ１が支持部材（図示しな
い。）を介し配設されていて、管形ヒータ１の電熱線３
に通電することにより発熱して両ローラ８Ｕ，８Ｄが昇
温する加熱装置を構成している。

【００３５】そして、転写ドラム（図示しない。）など
からトナー９１，…が所定分布状態に転写された複写紙
９が、矢印方向に回転するローラ８Ｕ，８Ｄ間に挟圧さ
れ矢印方向に送られると複写紙９およびトナー９１，…
は上下から加熱され、加熱したトナー９１，…が溶融後
複写紙９上に固着して所定の文字や図柄９２などとして
描かれる。

【００３６】そして、複写機に装着されるトナー定着装
置は、電力消費を抑えるため常時管形ヒータに定格電圧
を印加しているものではなく、複写作業時のみ断続的に
定格電圧が通電されるもので、本発明の管形ヒータ１は
速熱性能がよいことから、ローラ８Ｕ，８Ｄのヒートア
ップ（昇温）時間も従来品に比べ短縮され、複写作業の
スピードアップができる。

【００３７】また、この実施の形態では上下のローラ８
Ｕ，８Ｄ内にそれぞれ管形ヒータ１を配設したが、管形
ヒータ１は一方のローラ８Ｕのみに配設したものであっ
てもよい。

【００３８】本発明者の実験によると、本発明の管形ヒ
ータ１と従来の管形ヒータとを製作（封入ガス以外の構
成は同じ）し、図２に示すようなローラ８Ｕ（８Ｄ）内
に配設して両者の通電後の立上り時間（昇温速度）を比
較したところ図３に示すような結果が得られた。（な
お、温度はローラ８Ｕ（８Ｄ）の表面温度を測定し
た。）この図３は両者の立上り時間（昇温速度）を対比
したグラフで、横軸は立上り時間（Ｓｅｃ）、縦軸は温
度（℃）で、図から明らかなように本発明の管形ヒータ
１（実線Ａ）は従来の管形ヒータ（点線Ｒ）に比べて約
８％の時間短縮がはかれることが分かった。

【００３９】なお、この試料とした管形ヒータの構成
は、定格１００Ｖ１２００Ｗで、外径約８ｍｍ、肉厚約
１ｍｍ、長さ約４００ｍｍの石英ガラスからなる外囲管
２内に、ＭＧ６５０（線径約０．４６ｍｍ）のタングス
テン線を外径約２．３ｍｍ、ターン／ｃｍ（１ｃｍ当た
りのターン数＝ピッチ間隔）約１４（０．２６ｍｍ）で
巻回した単コイル状の電熱線を配設した未排気管を用意
し、封入ガスとしてキセノンＸｅ１００容量％を封入し
た本発明の管形ヒータ１とアルゴンＡｒ１００容量％を
封入した従来型の管形ヒータである。

【００４０】なお、これら複写機などでは、非作業時に
管形ヒータ１や露光用ランプなどに定格電圧の数１０％
の待機電圧を印加しておいて始動性（立上り）を高める
ことが行われているが、この場合でももちろん本発明の
管形ヒータ１は従来の管形ヒータに比べ短時間のうちに
立上り、また、ローラ８Ｕ，８Ｄのヒートアップ（昇
温）時間も速い。

【００４１】また、このトナー定着装置において、ヒー
トアップ（昇温）時間を従来と同じでもよいとすれば、
管形ヒータの低電力化や省電力化がはかれるとともに小
径化も可能で、また、ヒータの小径化がはかれれば定着
装置の小形化もできる。

【００４２】なお、本発明は上記実施の形態に限らな
い。たとえば管形ヒータの電熱線を収容する管形外囲管
としてアルミナ（酸化アルミニウム）などのセラミック
スを用いる場合の端部の封鎖は、栓状体を耐熱性のガラ
スコンパウンドなどを介し接合して気密に閉塞すること
ができる。

【００４３】また、外囲管の端部に口金や給電線を設け
ることは必須のことでなく、外囲管の支持や電気的な接
続は、他の手段であっても差支えない。

【００４４】また、本発明の管形ヒータは、管形外囲管
の内径が３〜７ｍｍで、電熱線がタングステンＷ線の場
合ＭＧ（タングステン線２００ｍｍ当たりの重量）が３
０〜９００（線外径にすると０．１０〜０．５５ｍｍ）
で、コイル状部外径が０．７〜２．５ｍｍ、ターン／ｃ
ｍ（１ｃｍ当たりのターン数＝ピッチ間隔）が１０〜８
５（０．０２〜０．４５ｍｍ）で巻回した単コイル状の
ものに適用して良好な結果が得られた。

【００４５】さらに、加熱装置は、管形ヒータが給電を
兼ねる支持部材などに支持され、必要に応じて反射板や
ガードなどが組合わされて複写機やプリンターなどのＯ
Ａ機器のトナー定着用の加熱装置として用いることがで
きる。

【００４６】

【発明の効果】請求項１および２の発明によれば、立上
り（昇温）特性がよく高い速熱性を有するとともに低電
力および省電力がはかれる品質の向上した管形ヒータを
提供できる。

【００４７】また、請求項３の発明によれば、耐熱電気
絶縁性を有するガラスまたはセラミックスからなる管形
外囲管を用いることにより高温度にも耐える、上記請求
項１に記載したと同様な効果を奏する管形ヒータを提供
できる。

【００４８】さらに、請求項４の発明によれば、上記請
求項１ないし３に記載の効果を奏する管形ヒータを備え
ているので、高い速熱性を有し低電力および省電力がは
かれるとともに小形化も可能な、種々の用途に適用でき
る加熱装置を提供できる。

【００４９】さらにまた、複写機などにおいては複写作
業のスピードアップができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の管形ヒータの実施の形態を示す正面図
である。

【図２】本発明の管形ヒータと従来の管形ヒータの立上
り（昇温）時間特性を対比して示すグラフである。

【図３】本発明の加熱装置であるトナー定着装置の実施
の形態を示す説明図である。

【符号の説明】

１：管形ヒータ２：管形外囲管３：電熱線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気密閉塞された耐熱電気絶縁性の管形外
囲管と；この外囲管内に配設されたコイル状の電熱線
と；上記外囲管内に封入されたキセノンおよび／または
クリプトンを主体とする不活性ガスと；を具備している
ことを特徴とする管形ヒータ。
【請求項２】不活性ガス中のキセノンまたはクリプト
ンの割合が５０〜１００容量％で、その封入圧力が４．
５×１０⁴〜１０．０×１０⁴Ｐａ（パスカル）である
ことを特徴とする請求項１に記載の管形ヒータ。
【請求項３】耐熱電気絶縁性の管形外囲管が、ガラス
またはセラミックスからなることを特徴とする請求項１
または２に記載の管形ヒータ。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれか一に記載の
管形ヒータと；この管形ヒータを内部に配設するローラ
ーと；を具備していることを特徴とする加熱装置。