JP2006344532A - Heating roller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は加熱ロールに係り、とくに発熱手段を備える加熱ロールに関する。 The present invention relates to a heating roll, and more particularly to a heating roll provided with a heating means.
ロールによって被加工物を加圧する際に、ロール自身の表面の温度を所定の温度とし、これによって被加工物を加熱するために、加熱ロールが用いられる。このような加熱ロールは、内部に発熱手段を備え、この発熱手段によって発熱した熱で表面の温度を所定の温度としている。 When pressurizing the workpiece by the roll, a heating roll is used in order to set the surface temperature of the roll itself to a predetermined temperature and thereby heat the workpiece. Such a heating roll has a heating means inside, and the surface temperature is set to a predetermined temperature by the heat generated by the heating means.
このような加熱ロールに要求される条件の1つとして、立上げ時間の短縮化がある。これは通電を開始した後に、どの位の時間で所定の温度に達するかによって決まる条件である。このような立上げ時間を短縮するために、例えば特開平10−48986号公報に開示されているように、ELから成る発熱体の薄膜をロールの外周面に形成したり、あるいは特開2001−313160号公報に開示されているように、芯金の表面に誘導電流によってジュール熱を発生させる磁性金属層を形成する等の対策がなされている。あるいはまた特開平9−62131号公報に開示されているように、定着ロールの円筒の外周面に間隙を介して耐熱弾性体層を設け、上記の間隙に良熱伝導性の流動体、例えばシリコンオイルとカーボングラファイトの微粉末とを封入している。 One of the conditions required for such a heating roll is to shorten the startup time. This is a condition determined by how long it takes to reach a predetermined temperature after starting energization. In order to shorten such start-up time, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-48986, a thin film of a heating element made of EL is formed on the outer peripheral surface of the roll, or Japanese Patent Laid-Open No. 2001-2001 As disclosed in Japanese Patent No. 313160, measures such as forming a magnetic metal layer that generates Joule heat by an induced current on the surface of the core metal are taken. Alternatively, as disclosed in JP-A-9-62131, a heat-resistant elastic body layer is provided on the outer peripheral surface of the fixing roll cylinder via a gap, and a fluid having good heat conductivity, such as silicon, is provided in the gap. Oil and fine powder of carbon graphite are enclosed.
しかるに上述のような各種の対策によっても、立上げ時間の短縮化が十分でなく、必ずしも所期の目的を達することができない問題がある。
本願発明の課題は、立上げ時間が短い加熱ロールを提供することである。 The subject of this invention is providing the heating roll with short start-up time.
本願発明の別の課題は、エネルギの変換効率が高く、より少い消費電力でしかも表面温度を所望の温度に維持することができる加熱ロールを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a heating roll having high energy conversion efficiency, less power consumption, and capable of maintaining the surface temperature at a desired temperature.
本願発明のさらに別の課題は、起動時の熱応答性に優れた加熱ロールを提供することである。 Still another object of the present invention is to provide a heating roll excellent in thermal responsiveness at startup.
本願発明のさらに別の課題は、ヒートアップ時間を著しく短縮することができるようにした加熱ロールを提供することである。 Yet another object of the present invention is to provide a heating roll that can significantly shorten the heat-up time.
本願発明のさらに別の課題は、軽量であってしかも立上げ時間が短い加熱ロールを提供することである。 Still another object of the present invention is to provide a heating roll that is lightweight and has a short start-up time.
本願の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想およびその実施の形態によって明らかにされよう。 The above-described problems and other problems of the present application will be made clear by the technical idea of the present invention and the embodiments thereof described below.
本願の主要な発明は、発熱手段を備える加熱ロールにおいて、
前記発熱手段がカーボングラファイトであることを特徴とする加熱ロールに関するものである。ここで、シート状のカーボングラファイトを外周部に巻装して発熱手段とし、該カーボングラファイトに通電して発熱させてよい。また両側に電極を有するカーボングラファイトシートを外周部に巻装して発熱手段とし、前記両側の電極に高周波電圧を印加して誘電加熱により前記カーボングラファイトシートを加熱させるようにしてよい。
The main invention of the present application is a heating roll provided with heating means,
The present invention relates to a heating roll characterized in that the heating means is carbon graphite. Here, sheet-like carbon graphite may be wound around the outer periphery to serve as a heating means, and the carbon graphite may be energized to generate heat. Alternatively, a carbon graphite sheet having electrodes on both sides may be wound around the outer periphery to form a heat generating means, and a high frequency voltage may be applied to the electrodes on both sides to heat the carbon graphite sheet by dielectric heating.
またカーボングラファイトの発熱手段が断熱層を介してローラ本体の外周部に設けられてよい。また断熱層がポリイミドのバルーンの結合成形体であってよい。また断熱層がセラミック層であってよい。また断熱層が発泡樹脂層であってよい。またカーボングラファイトから成る発熱手段の外周部にゴムシートを被覆してよい。またカーボングラファイトシートの所定の部位をリード線と接続し、スリップリングを介して外部の駆動回路と接続して通電してよい。また前記両側の電極の所定の部位をリード線と接続し、スリップリングを介して外部の高周波電源回路と接続してよい。 Carbon graphite heat generating means may be provided on the outer periphery of the roller body through a heat insulating layer. The heat insulating layer may be a bonded molded body of polyimide balloon. The heat insulating layer may be a ceramic layer. The heat insulating layer may be a foamed resin layer. Further, a rubber sheet may be coated on the outer peripheral portion of the heating means made of carbon graphite. Alternatively, a predetermined portion of the carbon graphite sheet may be connected to a lead wire, and connected to an external drive circuit via a slip ring to be energized. Further, predetermined portions of the electrodes on both sides may be connected to a lead wire and connected to an external high frequency power supply circuit via a slip ring.
本願の主要な発明は、発熱手段を備える加熱ロールにおいて、発熱手段がカーボングラファイトであることを特徴とする加熱ロールに関するものである。 The main invention of the present application relates to a heating roll provided with a heating means, wherein the heating means is carbon graphite.
従ってこのような加熱ロールによると、カーボングラファイトそれ自身が有する良熱伝導性を利用して、この加熱ロールの立上げ時間を短縮し、応答性を改善することが可能になる。従って通電の開始から所定の温度に達するまでの時間を大幅に短縮できるようになる。 Therefore, according to such a heating roll, it is possible to shorten the start-up time of the heating roll and improve the responsiveness by utilizing the good thermal conductivity of the carbon graphite itself. Therefore, the time from the start of energization until reaching a predetermined temperature can be greatly shortened.
とくにシート状のカーボングラファイトを外周部に巻装して発熱手段とし、該カーボングラファイトに通電して発熱させるようにした構成によると、カーボングラファイトのシートがジュール熱によって発熱し、これによって加熱ロールが効果的に加熱されるとともに、その立上げ時間の大幅な短縮が可能になる。 In particular, according to a configuration in which sheet-like carbon graphite is wound around the outer periphery to serve as a heat generating means, and the carbon graphite is heated by generating electricity, the carbon graphite sheet generates heat due to Joule heat, which causes the heating roll to While being heated effectively, the start-up time can be greatly shortened.
また両側に電極を有するカーボングラファイトシートを外周部に巻装して発熱手段とし、両側の電極に高周波電圧を印加して誘電加熱によりカーボングラファイトシートを加熱させるようにした構成によると、両側に電極を有するカーボングラファイトシートがコンデンサを構成し、このコンデンサに対して加えられる高周波電圧によって生ずる誘電体損失によって誘電加熱の原理によって発熱し、これによってロールが効果的に加熱される。しかもこのような加熱は、そのヒートアップ時間を著しく短縮させることが可能になる。 In addition, according to the configuration in which the carbon graphite sheet having electrodes on both sides is wound around the outer peripheral portion as a heating means, and the carbon graphite sheet is heated by dielectric heating by applying a high frequency voltage to the electrodes on both sides, the electrodes on both sides The carbon graphite sheet having the structure constitutes a capacitor, and heat is generated by the principle of dielectric heating due to the dielectric loss caused by the high frequency voltage applied to the capacitor, thereby effectively heating the roll. Moreover, such heating can significantly reduce the heat-up time.
以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図1および図2に示すように、本実施の形態の加熱ロールは、中空であって所定の直径のロール本体10を備えている。ロール本体10はその両端にそれぞれフランジ11、12が固着され、これらのフランジ11、12を貫通するように中空軸13が取付けられる。
The present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the heating roll of the present embodiment is hollow and includes a
このような加熱ロールの上記ロール本体10の外周面上には、断熱層17を介してカーボングラファイト層18が形成される。ここでカーボングラファイト層18間は例えばエポキシ樹脂等の絶縁樹脂19によって埋められる。そしてカーボングラファイト層18の外周側を覆うように被覆ゴム20が装着される。
A
ここで断熱層17は、ポリイミドの中空バルーンを互いに結合して円筒状に構成したものである。そしてこのようなポリイミドの中空バルーンから成る断熱層17の外周面上にはそれぞれカーボングラファイトシート18から成る発熱層が形成されるようになっている。
Here, the
ここで断熱層17を構成するポリイミドバルーン(図3参照)は、ODPA、BTDA、PMDA等のdianhydorideと、ODA、PDA、DDS等のdiamineを反応させて製造されるものであって、粒径が0.3〜0.8mmで、密度が1.5〜2.5pcsであって、ガラス転移温度が299℃で、耐熱温度が300℃以上の軽量な粒体である。このようなバルーンは、例えばユニチカ株式会社より商品名TEEKとして供給される。このような粒体を互いに耐熱性樹脂で接合し、これによってパネル10を構成する。
Here, the polyimide balloon constituting the heat insulating layer 17 (see FIG. 3) is produced by reacting dianhydride such as ODPA, BTDA, PMDA, and diamine such as ODA, PDA, DDS, etc. It is a lightweight granule having a density of 0.3 to 0.8 mm, a density of 1.5 to 2.5 pcs, a glass transition temperature of 299 ° C., and a heat resistant temperature of 300 ° C. or higher. Such a balloon is supplied as a trade name TEEK from Unitika Co., Ltd., for example. Such particles are joined to each other with a heat resistant resin, thereby forming the
ポリイミドバルーンは上述の如く、粒径が0.3〜0.8mmの中空の粒体であって、断熱に有効な微細な気泡を有し、ウレタンやスチレン等の樹脂系断熱材と同等の断熱特性を有する。すなわちその値は0.02〜0.04W/mKである。また高難燃材であって、火炎に対しても形状変化が少ない。また上述のような組成の構造であって、全芳香族ポリイミドであるために、耐薬品性と電気絶縁性に優れた性質を有している。さらには電子線や放射線に対する耐久性にも優れている。またこのような中空バルーンは、ポリイミドフォーム成形の中間過程で得られるバルーンから成形する発泡体であって、3次元形状の成形や複雑な内部空間への充填を可能にしている。 As described above, the polyimide balloon is a hollow particle having a particle size of 0.3 to 0.8 mm, has fine bubbles effective for heat insulation, and has a heat insulation equivalent to a resin heat insulating material such as urethane or styrene. Has characteristics. That is, the value is 0.02-0.04 W / mK. Moreover, it is a highly flame-retardant material, and there is little shape change with respect to a flame. Moreover, since it is a structure of the above composition and is a wholly aromatic polyimide, it has the property excellent in chemical resistance and electrical insulation. Furthermore, it has excellent durability against electron beams and radiation. Moreover, such a hollow balloon is a foam molded from a balloon obtained in an intermediate process of polyimide foam molding, and enables molding of a three-dimensional shape and filling of a complicated internal space.
これに対してその外周側に接合されるカーボングラファイトシート18は天然の炭素系の素材である。炭素はダイヤモンド、グラファイト(黒鉛)、および無定形炭素の形で安定に存在する。この内とくにグラフィトは、黒色不透明であって、六方晶系の結晶構造を有し、電気および熱の導体である。とくに天然に存在するグラファイトを圧延することによって、グラファイトシートが得られる。天然のグラフィトから圧延して製造したグラファイトシートは、低コストであることが特徴である。
On the other hand, the
なお天然グラファイトを用いる代りに、アクリロニトリルを用いたアクリル系樹脂フィルム等の有機合成フィルムを無酸素下で焼成すると、シート状のグラファイトが得られる。高分子材料から成るグラファイトシートは、柔軟性および圧縮弾性があり、しかも相手とのなじみが良好である利点を有している。従ってここで断熱層17の外周側に接合されるカーボングラファイトシート18としては、天然のグラファイトから製作されたものの他、アクリロニトリル等を焼成したグラファイトシートを用いることができる。
When an organic synthetic film such as an acrylic resin film using acrylonitrile is baked in the absence of oxygen instead of using natural graphite, a sheet-like graphite is obtained. A graphite sheet made of a polymer material has the advantages of flexibility and compression elasticity and good compatibility with the other party. Therefore, as the
このように断熱層17の外表面には、リボン状をなすカーボングラファイトシートを巻装してカーボングラファイト層18を形成している。このカーボングラファイト層18が発熱手段を構成している。通電のために、カーボングラファイト層を構成するシートの両端にはそれぞれリード線23、24が接続される。そしてこれらのリード線23、24は中空軸13の中空部分を通過し、中空軸13の端部に取付けられているスリップリング26の導体パターン27、28に接続されるようになっている。導体パターン27、28はそれぞれ固定側のブラシ29、30と摺接するようになっている。
As described above, the
なおここでは、リボン状をなすカーボングラファイトシートを巻装してカーボングラファイト層18を形成しているが、このようなカーボングラファイト層18は隣接するカーボングラファイト層18との間での絶縁のために、絶縁性に優れた材料によって絶縁される。絶縁材料として用いられるものとしては、液晶フィルム、液晶塗料、エポキシ塗料、ポリアミドフィルム、カプトンフィルム、テンフィルム、2層ポリエチレンテレフタレートフィルム、メラミンフィルム、その他各種の樹脂塗料および樹脂フィルムや、ナイロンフィルムであってよい。その他にガラスクロスによって絶縁を行なうことも可能である。さらにはカーボングラファイト層18間をセラミックコーティングによって絶縁してもよい。
Here, a
従ってこのような構成に係る加熱ロールによると、この加熱ロールを回転させながらブラシ29、30をスリップリング26の導体パターン27、28に摺接させると、ブラシ29、30および導体パターン27、28を通してリード線23、24からカーボングラファイト層18に通電が行なわれる。従ってこの通電により、カーボングラファイト18それ自身が発熱する。カーボングラファイト層18がその内側において断熱層17と接しているために、内側に熱が伝達され難く、このために被覆ゴム20を被覆した外周側の温度が急速に昇温する。とくにカーボングラファイト層18はそれ自身が高い熱伝達性を有しているために、極めて短時間で所定の温度に達するようになり、立上げ時間を著しく短縮することが可能になる。またそれ自身が熱容量が小さく、しかも断熱層17によって断熱されるために、消費電力が極めて少い特徴を有することになる。
Therefore, according to the heating roll having such a configuration, when the
なお上記実施の形態は、断熱層17としてポリイミドの発泡成形体を用いるようにしているが、このような構成に代えて、図4に示すように、断熱セラミック層33によって断熱層を構成してもよい。あるいはまた図5に示すように、発泡樹脂層34から成る断熱層を用いるようにすることも可能である。
In the above embodiment, a polyimide foam molded body is used as the
また上記実施の形態においては、図1に示すように、リボン状をなすカーボングラファイトを螺旋状にロールの外表面に巻装してカーボングラファイト層18を形成しているが、このような構成に代えて、図6に示すように、ロールの全長にほぼ等しい巾のカーボングラファイトシートを直接断熱層17の表面に巻装してもよい。この場合においても、その軸線方向の両端にそれぞれリード線23、24を接続することによって、このロールの長さ方向に通電が行なわれてジュール熱によってカーボングラファイト層18が発熱する。
Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 1, the
このような加熱ロールは、例えば複写機の加熱式の定着ロール等に利用可能であるが、それ以外にも、加圧しながら加熱を行なうロールに広く利用可能である。また目的に応じて、ロールの外径や長さは各種の寸法に変更可能である。 Such a heating roll can be used, for example, as a heating-type fixing roll of a copying machine, but can also be widely used as a roll that performs heating while applying pressure. Depending on the purpose, the outer diameter and length of the roll can be changed to various dimensions.
次に別の実施の形態を図7および図8によって説明する。この実施の形態は、シート状のカーボングラファイトから成るカーボングラファイトシート40と、両側の電極41、42とによって、誘電加熱によって発熱させるようにしたものである。
Next, another embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the
中心部を中空軸13が貫通するロール本体10上には、上記実施の形態と同様の断熱層17が形成されるとともに、この断熱層17の外周側には、同心円状の電極41、42間にカーボングラファイト層14を配した誘電加熱手段が配される。そして外側の電極42の外周側に被覆ゴム43が取付けられて加熱ロールを構成している。そして内外の電極41、42はリード線および上記の実施の形態のスリップリング26を介して、高周波電源回路45に接続される。
On the
このように両側の対向電極41、42間に、誘電体を構成するカーボングラファイト層40を挿入し、均一な高周波電界E[V/cm]を加えると誘電体中に次式で与えられる電力が消費される。
As described above, when the
Po=KE2=(5/9)・fεstanδ・E2×10−12[W/cm3]
ここで、K:等価導電率[Ω−1・cm−1]、f:周波数[Hz]、εs:比誘電 率、δ:誘電体損失角である。
Po = KE 2 = (5/9) · fε s tan δ · E 2 × 10 −12 [W / cm 3 ]
Here, K: equivalent conductivity [Ω −1 · cm −1 ], f: frequency [Hz], ε s : relative permittivity, and δ: dielectric loss angle.
このように消費電力、すなわち発熱量は、誘電体の大きさ、形状に関係なく、周波数f,電界の強さEの2乗およびεs・tanδに比例する。ここで、εs・tanδを損失係数といい、誘電体の種類、性質、状態、温度、周波数によって決まる。 Thus, the power consumption, that is, the amount of heat generation, is proportional to the frequency f, the square of the electric field strength E, and ε s · tan δ regardless of the size and shape of the dielectric. Here, ε s · tan δ is called a loss coefficient, and is determined by the type, nature, state, temperature, and frequency of the dielectric.
従ってこのようなカーボングラファイトシート40によると、高周波電源回路45によって、スリップリング26を介して両側の電極41、42に対して高周波電圧を印加し、これによって両側の電極41、42によって挟まれたカーボングラファイト層40に対して均一な高周波電界を加えると、カーボングラファイト層40それ自身の内部損失によって電力が消費されるとともに、このような電力の消費に伴ってカーボングラファイト層40それ自身が発熱する。
Therefore, according to such a
このような発熱は、被覆ゴム43のすぐ下側であってこのロールの外周部において発生する。しかも中心側には断熱層17が介在しているために、中心側に熱が逃げることなく、これによってロールの外周部を効果的に加熱させることが可能になる。またこのような加熱ロールは、誘電体を構成するカーボングラファイト層40それ自身の発熱によって加熱が行なわれるために、熱の伝達物質が介在せず、極めて短時間での昇温が可能になり、立上げ時間が短くなってヒートアップ時間を著しく短縮できるようになる。なおこのようなロールも、例えば複写機の加熱式の定着ロール等に利用可能である。
Such heat generation is generated immediately below the covering
このような加熱ロールは、例えば複写機の加熱式の定着ロール等に利用可能であるが、それ以外にも、加圧しながら加熱を行なうロールに広く利用可能である。また目的に応じて、ロールの外径や長さは各種の寸法に変更可能である。 Such a heating roll can be used, for example, as a heating-type fixing roll of a copying machine, but can also be widely used as a roll that performs heating while applying pressure. Depending on the purpose, the outer diameter and length of the roll can be changed to various dimensions.
本願発明は、複写機の定着ロール等のような被加工物を加熱する加熱ロールに利用することができる。 The present invention can be used as a heating roll for heating a workpiece such as a fixing roll of a copying machine.
10 ロール本体
11、12 フランジ
13 中空軸
17 断熱層
18 カーボングラファイト層
19 絶縁樹脂
20 被覆ゴム
23、24 リード線
26 スリップリング
27、28 導体パターン
29、30 ブラシ
33 断熱セラミック層
34 発泡樹脂層
40 カーボングラファイト層
41、42 電極
43 被覆ゴム
45 高周波電源回路
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記発熱手段がカーボングラファイトであることを特徴とする加熱ロール。 In a heating roll provided with a heating means,
A heating roll, wherein the heat generating means is carbon graphite.
The heating roll according to claim 3, wherein predetermined portions of the electrodes on both sides are connected to a lead wire and are connected to an external high-frequency power circuit through a slip ring.
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A02 | Decision of refusal |
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