JPH07335370A - 電気加熱可能な層を有する発熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単純な手段によって電極と抵抗加熱層との間
の確実かつ均一な接触を保つ、電気加熱可能な層を有す
る発熱体を提供する。 【構成】 この発熱体は、電気抵抗加熱層１４を有する
支持管１６と、抵抗加熱層１４に電圧を加えるための電
極とを備えている。少なくとも１つの弾性を有する電極
は、複数の突出部が形成された接触部を有する。電極と
して作用するバネリング２２は、固定リング１８によっ
て抵抗加熱層１４を押圧して係合を保持して支持管１６
上に設けられる。突出部は均一に配置されるため、電極
と抵抗加熱層の間は均一に接触する。これにより、抵抗
加熱層への均一な電流の供給と、抵抗加熱層の均一な強
さでの加熱が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気加熱可能な層と、
電気抵抗加熱層を有する支持管と、該抵抗加熱層に電圧
を加えるための電極とを備える発熱体に関する。

【０００２】

【従来の技術】発熱体、特に熱ローラーは、非常に多様
な熱処理装置に使用される。特に、加熱可能な周囲表面
を有する熱ローラーは、トナーイメージを定着するため
に複写機の熱定着ステーション内で使用したり、また、
可視光を吸収する成分と特に色粒子とを備える色素層
を、キャリヤすなわち校正刷の上に貼り合わせるため
に、カラー校正刷システム内のラミネートローラーとし
て使用される。熱ローラーの例は、特に、米国特許明細
書第４８２０９０４号、ドイツ特許出願公告明細書第２
３３７７５１号、米国特許明細書第５１９１３８１号、
ヨーロッパ特許出願公開明細書第０４７０５５４号、日
本公開特許公報平成５年第３５１３７号、及び、日本公
開特許公報平成４年第２１３４８０号に示される。

【０００３】公知の発熱体は、電気抵抗加熱層を有する
支持管を備えている。抵抗加熱層は、伝導体を通して、
電気エネルギー供給源に接続する電極と接触する。抵抗
加熱層に均一な加熱を行うために、電極は、抵抗加熱層
との均一な電気的及び機械的接触を保つことが要求され
る。公知の発熱体は、電極を抵抗加熱層と接触させるた
めの比較的複雑なメカニズムを有し、そのため、発熱体
の製造コストを高価にしている。

【０００４】

【発明の要旨】電気加熱可能な層を有する発熱体は、電
気抵抗加熱層が備わる支持管と、抵抗加熱層に電圧を加
えるための電極とを備えている。

【０００５】この発熱体において、少なくとも１つの電
極が弾性を有する電極であり、該電極は、上記抵抗加熱
層と係合するための接触部を有し、電極の接触部が抵抗
加熱層と係合して支持管上に配置されるようになってお
り、抵抗加熱層と係合接触及び電気的接触している上記
少なくとも１つの電極の接触部を保持するための部材が
備わり、かつ、上記接触部は、抵抗加熱層と接触するた
めの接触面か、接触線又は接触点を有する複数の突出部
を備えていることを特徴とする。

【０００６】本発明は、単純な手段によって電極と抵抗
加熱層との間の確実かつ均一な接触が実現される、電気
加熱可能な層を有する発熱体を提供する。

【０００７】本発明によれば、電気抵抗加熱層が形成さ
れた支持管を備える電気加熱可能な層と、電気抵抗加熱
層に電圧を加えるための電極とを有する発熱体が提供さ
れる。少なくとも１つの電極は、弾性を有する電極であ
り、また、抵抗加熱層と接するための接触面を有する。
電極は、電極の接触面が抵抗加熱層に接し、上記少なく
とも１つの電極の接触面が、好適な部材を利用すること
によって、抵抗加熱層との電気的接触及び接触又は係合
を保持する状態で、支持管上に配置可能である。接触面
は、複数の突出部を備える自由端部を有し、突出部には
抵抗加熱層と接するための接触面か、接触線、又は接触
点が形成される。

【０００８】本発明の発熱体によれば、少なくとも１つ
の電極、好ましくは両電極が、複数の独立した突出部が
形成された平らでない接触面を有する。好ましくは、こ
れらの突出部は相互に近接して設けられる。突出部の自
由端部は、抵抗加熱層と接触するための接触面か、接触
線、又は接触点として形成される。電極が抵抗加熱層及
び／又は支持管に設けられると、突出部の自由端部に備
わる接触面か、接触線、又は接触点は、抵抗加熱層と接
する。電極が弾性を有するため、電極自体は、抵抗加熱
層の構造、例えば熱ローラーの場合における曲線構造、
に適応する。したがって、本発明によれば、電極構造全
体が支持管又は抵抗加熱層の形状に特別に適応する必要
はない。その代わりに、抵抗加熱層と全面で接触するの
ではなくて、点接触又は線接触する弾性の電極が利用さ
れる。そして、抵抗加熱層への接触面か、接触線、又は
接触点の接触を維持するための部材が提供される。この
部材は、例えば圧力手段として又は接着効果によって、
接触を維持できる。突出部は、実質的に均一に接触面上
に配置されるのが好ましく、接触領域全体で電極と抵抗
加熱層との間が実質的に均一に接触するようにする。こ
れにより、抵抗加熱層への実質的に均一な電流の供給が
可能になり、その結果、抵抗加熱層は、２次元面で見る
と、実質的に均一な強さで加熱される。

【０００９】本発明の発熱体の好適な実施例によれば、
上記少なくとも１つの電極は隆起部を備えるバンドとし
て形成される。特に、弾性を有する電極バンドは、長手
方向の断面形状がジグザグ型又は波形を有するストリッ
プ材である。このようなジグザグ型又は波形のバンドは
弾性と柔軟性を有する。したがって、このバンドは軸方
向に伸張すると共に、抵抗加熱層が備わる支持管又は類
似の支持ボデーの円周面上に配置可能である。

【００１０】上記少なくとも１つの電極が弾力性を有し
ていることは、電極が弾性方向に張力を受ける際に、電
極の突出部の接触面か、接触線、又は接触点を抵抗加熱
層に押し付ける押圧合力をもたらすので都合がよい。し
たがって、この弾力性は、接触面と抵抗加熱層との間の
接触を維持するための一手段とみなしてよい。

【００１１】本発明の発熱体の他の好適な実施例によれ
ば、上記少なくとも１つの電極は、円周方向に弾性を有
し、また、弾性的に伸長かつ抵抗加熱層に接触して支持
管の周囲に設けることが可能な、閉鎖電極リングとして
形成される。この構成の環状電極は、加熱ボデーが円周
表面に抵抗加熱層を有する加熱ローラーである場合に特
に有用である。電極リングは、通常の状態において、抵
抗加熱層を備える支持管より直径が小さい。この電極リ
ングは、抵抗加熱層上に配置され、合成された弾性復元
力によって径方向内側に抵抗加熱層を押圧する。

【００１２】特に単純な構成において、上記少なくとも
１つの電極は、螺旋形の引張バネリングとして備わるこ
とも可能である。この螺旋形引張バネは、抵抗加熱層と
接触する可能な限り多数の均一に配置された点又は線を
提供するために、可能な限り密接して巻かれる。螺旋形
引張バネの各巻回ごとに、抵抗加熱層との１つの接触点
が得られる。本明細書に記載される弾性と柔軟性を有す
る電極を実施するにあたり、例えば、好ましくはオーム
抵抗が小さい導電性材料からなる螺旋形の引張バネのよ
うな標準部材による構成が可能である。支持管の直径に
関して螺旋形の引張バネリングの直径を適切に選択する
ことにより、螺旋形の引張バネが抵抗加熱層を押圧する
力を設定することが可能である。

【００１３】好ましくは、電極の長さ全体へ電流を均一
に供給するために、電極に電気を供給する複数の導電体
（例えばワイヤ）が備えられる。

【００１４】弾性と柔軟性を有する電極を円筒形の抵抗
加熱層に軸方向に固定し、かつ、電極に摩耗防止機能を
備えるために、連続的な周囲の溝が抵抗加熱層に形成さ
れるのが好ましい。または、連続的な周囲の溝はキャリ
ヤ層に形成される。キャリヤ層にはまた、支持管の他の
周囲面と同様に抵抗加熱層が備わる。電極は、この周囲
の溝に配置可能であり、その結果、望ましくない軸方向
の変位に対して固定される。

【００１５】他の方法として、弾性と柔軟性を有する電
極の抵抗加熱層への機械的固定は、支持管の軸端部に円
錐形のテーパー部を備えることと、抵抗加熱層のこの領
域において電極を抵抗加熱層に接触させることによって
可能になる。このため、支持管の軸端部の外側からその
円錐部までを支持するための、軸方向に突出する連続的
な縁部を有する、実質的に回転対称形の保持部材が使用
されてよい。弾性を有する電極は、保持部材の連続的な
縁部と支持管との間で円錐部に当接する状態で保持され
る。

【００１６】抵抗加熱層は、発熱体としてセラミック材
料を使用することができる表面抵抗を有するセラミック
材料からなるのが好ましい。このタイプのセラミック材
料は一般的に入手可能であり、例えば、熱ローラーに関
する前述の特許公報の一部に記載されている。

【００１７】好ましくは、絶縁層は、抵抗加熱層と支持
管との間に設けられる。好ましくは、シリコンゴム材料
からなる外層が、抵抗加熱層の外側に設けられる。所望
により、さらに他の絶縁層が、抵抗加熱層とシリコンゴ
ムからなる外層との間に設けられてよい。この構成にお
いて、各絶縁層は同様に、この場合は電気を絶縁するセ
ラミック材料から形成することができる。抵抗加熱層と
外層との間に、所望により１つ又は複数のセンサ又はそ
れに類似する部材が備えられてよい。

【００１８】２つの電極間の領域の温度を均一にするた
めに、抵抗加熱層の厚さは、−好ましくは徐々に−変化
するのが好ましい。なぜなら、電極を設ける支持管の両
端部の領域において、周囲への熱の放散が、２つの電極
間の中央領域におけるより多いからである。この効果を
補償するために、電極付近の加熱層領域の加熱温度は、
中央領域におけるよりも高く設定される。また、電流密
度、すなわち抵抗加熱層の断面における単位面積あたり
の電流の強さ、が中央領域より縁部領域において大きく
なるように、抵抗加熱層の中央領域の厚さが、その縁部
（の厚さ）より厚く構成される。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明に係る実施例を図１〜４にし
たがって詳細に説明する。

【００２０】図１は、電気抵抗加熱層１４を周囲に備え
る熱ローラー１０を一部断面で示している。このタイプ
の熱ローラーは、例えば、カラー校正刷システムのラミ
ネート装置内に使用される。このような熱ローラーは、
また、コピー用紙上へトナーイメージを定着するための
複写機の熱定着ステーション内での使用に適している。
熱ローラーは、また、他の多数の熱処理の適用に有用で
ある。

【００２１】図１に示す熱ローラー１０は、中空のシリ
ンダとして形成され、また、例えば鋼鉄や他の好ましい
金属材料からなる支持管１６を備えている。支持管１６
は、その両端部に、例えばエポキシ樹脂からなる固定リ
ング１８を備える。固定リング１８は、実質的に、垂直
軸方向の縁部を有する環状キャップとして形成される。
このキャップは、直角に突出する連続的な縁部のみがキ
ャップに備わるように、内側に同心の中央開口を形成す
る。固定リング１８は、支持管１６の軸端部を同心状に
包囲して軸端部に取り付けられる。支持管１６は、支持
管１６の軸端部が支持管１６の他の部分より小さい外径
を有するように、軸端部に円錐形のテーパー部を形成す
る。抵抗加熱層１４は、セラミック材料からなり、か
つ、この材料を発熱体として使用するために好適な表面
抵抗を有する。この抵抗加熱層１４は、支持管１６の周
囲表面全体を覆う。優れた導電性を備える材料からなる
バネリング２２は、それぞれ、固定リング１８と支持管
１６の軸端部との間に設けられる。このタイプのバネリ
ング２２は、後述する図２に示される。バネリング２２
を固定リング１８の垂直縁部と支持管１６の軸端部との
間に固定するための固定リング１８は、内側に軸２６を
収納する保護キャップ２４によって保持される。２つの
キャップ２４は、中空の円筒形支持管１６を通る軸方向
に延在する引張ネジ２８によって互いに連結している。
互いに軸心が一致した２つの軸２６によって、熱ローラ
ー１０は、好適な構造、例えば、カラー校正刷システム
のラミネート装置のハウジング、に回転可能に支持され
る。２つの軸２６の一方は中空である。バネリング２２
を電気エネルギー供給手段に接続する電気導電体３０
は、この中空軸２６を貫通する。

【００２２】断熱層３２は、不導体のセラミック材料な
どから形成され、支持管１６の外側面と抵抗加熱層１４
との間に設けられる。この層３２は電気抵抗加熱層１４
を備え、抵抗加熱層１４の外周表面もまた、セラミック
材料などからなる電気絶縁層３４を備えている。絶縁層
３４上にはまた、ゴム材料のような弾性材料からなる厚
肉層３６が備えられる。この層３６は、熱ローラー１０
の外側表面を形成し、温度センサ３８と電気式安全ヒュ
ーズ４０とを内部に有する。図を明瞭にするために、こ
れらの２つの部材間の電気接続は図１に示されていな
い。

【００２３】図１に実寸法どおりではないが示されるよ
うに、電気抵抗加熱層１４の厚さは一定ではない。電気
抵抗加熱層１４の中央領域４２は、中央領域４２から支
持管１６の軸端部へと延在する熱ローラー１０の２つの
縁部領域４４より厚い。縁部領域４４における抵抗加熱
層１４が薄いために、この抵抗加熱層１４の肉薄領域
は、中央領域４２より集中的に加熱される。熱ローラー
１０の軸端部での熱の散逸は、中央領域４２よりも急速
であるので、上記形状によって表面温度の均一な分布が
達成される。

【００２４】既に記載したように、バネリング２２は、
固定リング１８によって抵抗加熱層１４に押圧されるの
で、電気抵抗加熱層１４と接触する。したがって、バネ
リング２２は電位を供給し、かつ、抵抗加熱層１４内へ
電流を加えるための電極として作用する。このようなバ
ネリング２２は図２に示されている。バネリング２２
は、優れた電気伝導性を有する金属材料からなり、実質
的に、４６で２つの端部が相互に連結する螺旋形の引張
バネ４５として提供される。図示するように、バネリン
グ２２は３つのバネ部４８に分割されるが、必ずしもそ
うである必要はない。バネリング２２はまた、連続的な
螺旋形の線であってもよい。複数の位置（図２に示す実
施例では３つの位置）において、電気供給導電体３０、
例えばワイヤは、電気エネルギーがバネリング２２の周
囲の延長部全体に実質的に均一に供給されるようにする
ために、バネリング２２に接続する。バネリング２２の
張力のかかっていない弛緩状態において、バネリング２
２の内径は、支持管１６の軸端部の外径より小さい。し
たがって、バネリング２２は、支持管１６の軸端部に位
置決めされるために張力がかからなければならない。バ
ネリング２２が引っ張られたときに生み出される復元力
のため、バネリング２２は、支持管１６とその結果とし
て抵抗加熱層１４に径方向内側への圧力を作用させ、こ
れにより、バネリング２２と抵抗加熱層１４との間の確
実な機械的接触を保持する。

【００２５】上記方法により、螺旋形のバネリング２２
の各巻回ごとに、バネリング２２と抵抗加熱層１４との
間の１つの接触点が形成される。これらの接触点は、抵
抗加熱層１４を覆って円周方向に均一に分散している。
バネリング２２の螺旋形バネに適度に近接する巻き線を
備えることによって、複数の密接する接触点が、バネリ
ング２２と抵抗加熱層１４との間に設けられる。

【００２６】上記に説明・図示するように、環状の螺旋
形バネ４５からなるバネリング２２を使用することによ
って、非常に単純な構成と操作上の信頼性を有する、熱
ローラー１０の電気抵抗加熱層のための電極が得られ
る。このタイプの電極は、電極と熱抵抗層との間に他の
化学的又は機械的接触を必要としない。この結果、単純
な方法で電極として作用する単なる標準部材（バネリン
グ４５）で充分であるので、熱ローラーの単純な構成及
び単純な組み立て作業が可能になる。

【００２７】図３は、熱ローラー５０の第２実施例を示
している。この熱ローラー５０の部材は、図１，２に係
る熱ローラー１０の部材に対応する限り、同一の参照符
号が使用される。図３の熱ローラー５０において、支持
管１６の軸端部に設けられる各固定リング５２は、径方
向外側に連続するフランジとして備わり、フランジの軸
部は、その内側で支持管１６に係止する。支持管１６の
周囲表面には、３６０度にわたって延在する周囲の溝５
４が形成される。この周囲の溝５４の領域においてもま
た、支持管１６の外側表面は、電気抵抗加熱層材料によ
って被覆されている。バネリング２２は周囲の溝５４内
に設けられる。周囲の溝５４は、外側から支持管１６全
体を包囲するゴム引きされた外層３６によって閉鎖され
ている。上記以外は、熱ローラー５０は、図１に示す熱
ローラー１０と同様の形状を有している。

【００２８】図４は、熱ローラー６０の第３実施例を示
している。ここでもまた、図１の熱ローラー１０に対応
する熱ローラー６０の部材は、図１と同一の参照符号で
示される。熱ローラー６０に使用される固定リング６２
は、熱ローラー６０の軸方向に開口する連続的な収納溝
６４を備えている。熱ローラー６０の組立状態におい
て、支持管１６の軸端部は、図４に示すように固定リン
グ６２の収納溝６４内に収納される。収納溝６４は、固
定リング６２の２つの脚部６６，６８によって形成さ
れ、外側脚部６６の軸寸法は、内側脚部６８のそれより
大きい。内側脚部６８から突出する外側脚部６６の一部
において、外側脚部６６と支持管１６は、その間にバネ
リング２２を設ける。該バネリング２２は、抵抗加熱層
１４が備わる支持管１６の外側表面に対して押圧されて
保持される。図１に係る実施例におけるように、バネリ
ング２２は、支持管１６の円錐形状のテーパー部２０の
領域で支持管１６の抵抗加熱層１４と係合する。図４に
係る実施例の進歩性を有する熱ローラーは、特に容易に
組み立てられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る熱ローラー１０の一
部断面側面図であり、例えば、カラー校正刷システムの
ラミネート装置内で使用される熱ローラーの一側面を断
面図で示している。

【図２】 本発明の一実施例に係る発熱体の長手軸に対
して垂直な断面図であり、図１の熱ローラーの加熱層と
接触するための電極として使用される接触バネリングを
示している。

【図３】 本発明の第２実施例に係る熱ローラー５０の
一部縦断面図である。

【図４】 本発明の第３実施例に係る熱ローラー６０の
一部縦断面図である。

【符号の説明】

１０ 熱ローラー １４ 抵抗加熱層 １６ 支持管 １８ 固定リング ２０ テーパー部 ２２ バネリング ２４ 保護キャップ ２６ 軸 ２８ 引張ネジ ３０ 電気導電体 ３２ 断熱層 ３４ 絶縁層 ３６ 外層 ３８ 温度センサ ４０ 電気式安全ヒューズ ４２ 中央領域 ４４ 縁部領域 ４５ 螺旋形引張バネ ４６ バネ部の連結箇所 ４８ バネ部 ５０ 熱ローラー ５２ 固定リング ５４ 溝 ６０ 熱ローラー ６２ 固定リング ６４ 収納溝 ６６ 外側脚部 ６８ 内側脚部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気抵抗加熱層（１４）が備わる支持管
   （１６）と、 抵抗加熱層（１４）に電圧を加えるための電極とを備え
   て、電気加熱可能な層を有する発熱体であって、 少なくとも１つの電極は、弾性を有する電極であり、該
   電極は、上記抵抗加熱層（１４）と係合するための接触
   部を有し、電極の接触部が抵抗加熱層（１４）と係合し
   て支持管（１６）上に配置されるようになっており、 抵抗加熱層（１４）と係合接触及び電気的接触している
   上記少なくとも１つの電極の接触部を保持するための部
   材が備わり、かつ、 上記接触部は、抵抗加熱層（１４）と接するための接触
   面か、接触線、又は接触点を有する複数の突出部を備え
   ることを特徴とする電気加熱可能な層を有する発熱体。
2. 【請求項２】 上記少なくとも１つの電極は、隆起部を
   備えるバンドとして形成されることを特徴とする請求項
   １記載の発熱体。
3. 【請求項３】 上記少なくとも１つの電極は、閉鎖リン
   グ（２２）として形成され、該閉鎖リング（２２）は、
   弾性的に伸張して上記抵抗加熱層（１４）と接触すると
   同時に、円周方向に弾性を有し、かつ、上記支持管（１
   ６）の近傍に配置可能であることを特徴とする請求項１
   又は２記載の発熱体。
4. 【請求項４】 上記少なくとも１つの電極は、電極に接
   続する複数の電気供給導電体（３０）を有することを特
   徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発熱体。
5. 【請求項５】 上記支持管（１６）は、上記抵抗加熱層
   （１４）が備わる外周表面を有するシリンダを有し、か
   つ、 抵抗加熱層（１４）は、上記弾性を有する電極を収納す
   るための、少なくとも１つの連続的な周辺凹部を形成す
   ることを特徴とする請求項３又は４記載の発熱体。
6. 【請求項６】 上記支持管（１６）は、上記抵抗加熱層
   （１４）が備わる外周表面を有するシリンダを備え、 支持管（１６）は、シリンダの軸端部に向かって円錐形
   のテーパーがつけられた部分を、その少なくとも一部分
   に有し、かつ、 シリンダの上記軸端部は、上記弾性を有する電極を収納
   するための環状凹部を有する保持部材を備え、弾性を有
   する電極が、上記シリンダの軸端部を包囲する上記保持
   部材によって、上記抵抗加熱層（１４）の上記円錐形部
   に対する当接状態を保持することを特徴とする請求項３
   又は４記載の発熱体。
7. 【請求項７】 上記電極間の上記抵抗加熱層（１４）
   は、両電極に対して実質的に均等に隔たる中央領域（４
   ２）と、該中央領域（４２）と一方の電極との間にそれ
   ぞれ設けられる２つの側部領域（４４）とに分割され、
   かつ、 抵抗加熱層（１４）の中央領域（４２）は、その側部領
   域（４４）よりも厚肉であることを特徴とする請求項１
   〜６のいずれかに記載の発熱体。
8. 【請求項８】 上記抵抗加熱層（１４）は、上記２つの
   電極間で延在する方向に沿って厚さが徐々に変化するこ
   とを特徴とする請求項５記載の発熱体。
9. 【請求項９】 上記抵抗加熱層（１４）に対する上記支
   持管（１６）の電気絶縁のための第１絶縁層（３２）
   は、支持管（１６）と抵抗加熱層（１４）との間に設け
   られ、かつ、 抵抗加熱層（１４）は、シリコンゴム材料からなる外層
   を周囲に有することを特徴とする請求項１〜８のいずれ
   かに記載の発熱体。
10. 【請求項１０】 各絶縁層（３２，３４）と上記抵抗加
    熱層（１４）は、セラミック材料を含むことを特徴とす
    る請求項９記載の発熱体。