JPH10208859A - 熱ローラー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の熱ローラー装置は、熱ローラーの温度
制御が非常に難しいという課題を有している。 【解決手段】 適温に調整したキュリー温度を有する金
属ローラー７によって自己温度制御性を備え、この金属
ローラー７を誘導加熱部によって誘導加熱する熱ローラ
ー装置としているものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、図９に示すような構成にな
っている。紙等のシート１に、静電気等によってトナー
粉末２を転写させ、百数十℃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ものである。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
難しいという課題を有している。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サイズに対応できるものを使用して、Ｂ５サイズか
らＡ３サイズ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Ｂ５サイズの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、複数の温度センサを取り付け、かつ加熱源であるヒ
ーターも分割してそれぞれを制御しなければならないも
のである。さらに温度制御装置が故障したときは、熱ロ
ーラーの温度が異常に上昇して、紙が焦げたり、樹脂フ
ィルムに複写している時は、樹脂フィルムが溶けたりす
るという課題を有している。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、適温に調整し
たキュリー温度を有する金属ローラーによって自己温度
制御性を備え、この金属ローラーを誘導加熱部によって
誘導加熱する熱ローラー装置としているものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、金属
ローラーがキュリー温度以下では、誘導加熱部による誘
導電流は表皮効果によって表面のみを流れ、導電断面積
が小さいため電気抵抗が大きく発熱量が多くなるもので
ある。また金属ローラーがキュリー温度以上となって非
磁性になると、誘導電流は金属ローラーの全体を流れ、
導電断面積が大きくなって電気抵抗値が小さくなって発
熱量が減少するものである。

【０００６】請求項２に記載した発明は、金属ローラー
を、適温に調整したキュリー温度を有する合金とこの合
金に積層した非磁性金属材料によって構成して、合金が
非磁性となったときに、誘導電流が合金よりも低抵抗の
非磁性金属材料中を流れるため自己温度制御特性をさら
に顕著にできるものである。

【０００７】請求項３に記載した発明は、非磁性金属材
料を合金に対して空間を有した配置として、熱容量が小
さく短時間で昇温が出来る熱ローラー装置としているも
のである。

【０００８】請求項４に記載した発明は、誘導加熱部を
構成する誘導加熱コイルを金属ローラーの内側に配置し
て、磁気シールドが容易にでき、また自己温度制御性を
より高めた熱ローラー装置としているものである。

【０００９】請求項５に記載した発明は、誘導加熱部を
構成する誘導加熱コイルを金属ローラーの外側に配置し
て、昇温速度の速い熱ローラー装置としているものであ
る。

【００１０】請求項６に記載した発明は、誘導加熱部を
構成する誘導加熱コイルを、被加熱物と金属ローラーと
が接触する位置、若しくは被加熱物に接触する直前の位
置に配置して、使用電力の少ない熱ローラー装置として
いる。

【００１１】請求項７に記載した発明は、誘導加熱部を
構成する誘導加熱コイルを、被加熱物と金属ローラーと
が離脱する位置に配置して、被加熱物に接触するまでに
時間がかかるため温度が均一となる熱ローラ装置として
いる。

【００１２】

【実施例】

（実施例１）図１は本発明の第１の実施例の構成を示す
斜視図である。本実施例の熱ローラー装置は、複写機に
使用するものを示している。金属ローラー７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、金属ローラー７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。

【００１３】前記金属ローラー７は、金属ローラー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、金属ローラーの内側に配置したボビン８に巻
き回した誘導加熱コイル９と、誘導加熱コイル９に高周
波電流を供給する高周波電源１０とによって構成してい
る。本実施例では、加熱効率を良くするためにボビン８
の芯にはフェライト１１を挿入している。また誘導加熱
コイル９としては、細い銅線を束ねた構成としたリッツ
線を使用している。

【００１４】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１０が
動作を開始して誘導加熱コイル９に高周波電流を供給す
る。誘導加熱コイル９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、金属ロ
ーラー７と鎖交し、金属ローラー７を誘導加熱する。こ
のとき金属ローラー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ものである。
つまり、キュリー温度以下である間と、キュリー温度を
超えた後とは金属ローラー７に流れる電流が格段に相違
するものである。すなわち、金属ローラー７は自己温度
制御特性を備えているものである。

【００１５】図２・図３は、前記自己温度制御特性を説
明しているものである。図２は表皮効果を説明する金属
ローラの説明図である。金属ローラー７がキュリー温度
以下である間は、高周波磁界によって金属ローラー７に
流れる誘導電流は表皮効果によって金属ローラの表面部
のみとなる。発明者らの測定によれば、高周波電流の周
波数が２５ｋＨｚであれば誘導電流が流れる範囲１２は
表面から０．４ｍｍである。つまりこの状態では、電流
の流れる通路の断面積が小さいため電気抵抗が大きくな
って、発熱量は多くなるものである。また図３は、キュ
リー温度を超えた場合に金属ローラ７に流れる電流の状
態を説明している。金属ローラー７がキュリー温度以上
となると、金属ローラー７は磁性を失って非磁性体とな
るものである。このため、高周波磁界によって金属ロー
ラー７に流れる誘導電流は、金属ローラ７の断面全体と
なるものである。つまり、この場合は電流の流れる通路
断面積が大きく電気抵抗は小さくなるため、発熱量は少
なくなるものである。

【００１６】従って、例えば本実施例の熱ローラ装置を
複写機として使用した場合に、金属ローラー７のキュリ
ー温度の設定をトナーを溶融する温度よりやや高い温度
である約２００℃とした場合には、金属ローラー７の温
度はこの２００℃付近で安定するものである。つまり、
何かの原因によって部分的に２００℃を越えようとして
も、この瞬間に金属ローラー７の発熱量が低下するもの
である。

【００１７】（実施例２）次に本発明の第２の実施例に
ついて説明する。図４・図５は、本実施例の熱ローラー
装置に使用している金属ローラー７の構成を示してい
る。つまり金属ローラー７は、適温にキュリー温度を設
定した合金１３と、合金１３の上に積層した合金１３よ
り低抵抗率とした非磁性金属材料１４とによって構成し
ている。非磁性材料１４としては、アルミまたは銅が適
当である。

【００１８】以上の構成とすることによって、金属ロー
ラー７の自己温度制御特性をさらに改善でき、また磁気
ノイズの外部の影響を低減するシールド効果を高めるこ
とが出来るものである。つまり、合金１３の温度がキュ
リー温度以下である間は、図４に示しているように表皮
効果によって表面のみを誘導電流が流れるものである。
また、合金１３の温度が上昇してキュリー温度を超えて
非磁性体となったときは、図５に示しているように、誘
導電流は抵抗率を低く設定している非磁性金属材料１４
中を流れるものである。つまり、合金１３の発熱量は激
減して、温度は急激に低下することになる。つまり本実
施例のように、誘導加熱部を構成する誘導加熱コイル９
を合金１３の内側に配置する構成とした場合には、前記
実施例１の構成のものよりも自己温度制御性が非常に高
まるものである。また、合金１３が非磁性体となると、
磁束は非磁性体となった合金１３を通過するが、合金１
３の周囲に積層している低抵抗率の非磁性金属材料１４
によって、この磁気エネルギーは反射されて内部に閉じ
こめられるものである。つまり、非磁性金属材料１４は
シールド板として作用するものである。

【００１９】以上のように本実施例の熱ローラー装置
は、鋭敏な自己温度制御特性を有しているものであり、
第１に種々のサイズの紙を使用することによって、場所
によって熱負荷が相違したとしても、温度の下がったと
ころのみを加熱することができ、均一な温度にすること
ができる。また第２に、熱ローラー装置に従来必要であ
った温度センサを使用する必要がなく、長寿命の熱ロー
ラー装置を得ることができる。第３に、温度制御装置が
故障してもキュリー温度以上には発熱しないため、安全
な熱ローラー装置を実現できる。また第４に、非磁性金
属材料１４をシールド板として作用させることが出来、
磁気ノイズの外部への影響を低減できるものである。

【００２０】（実施例３）続いて本発明の第３の実施例
について説明する。図６は本実施例の熱ローラー装置の
構成を示している。すなわち本実施例では、適温にキュ
リー温度を設定した合金１３の外側に、渦巻状に巻いた
誘導加熱コイル１５を、適切な方法で合金１３とは接触
しない形で配置している。また、合金１３の内側には、
合金１３よりも低抵抗率とした非磁性金属材料１４を、
合金１３とは空間を設けて配置している。こうして、実
施例２と同様に、合金１３と非磁性金属材料１４とは金
属ローラー７を形成しているものである。

【００２１】以上の構成として、誘導加熱コイル１５が
加熱する対象は合金１３のみとなり、熱効率の高い熱ロ
ーラー装置を実現できるものである。つまり、本実施例
によれば、合金１３と非磁性金属材料１４とは空間を設
けた配置となっているため、誘導加熱コイル１５が加熱
する対象は合金１３のみとなっており、金属ローラー７
全体を加熱する場合に比べると非常に熱容量の小さい加
熱対象となるものである。また、非磁性金属材料１４が
合金１３と接触していない状態であっても、磁気的には
全く同様に動作するものである。つまり、合金１３の温
度がキュリー温度を超えた場合には、合金１３が非磁性
となって磁束が合金１３を透過すると内側にある非磁性
金属材料１４に誘導電流が流れるものである。

【００２２】以上のように本実施例によれば、誘導加熱
コイル１５が加熱する対象を合金１３のみとでき、熱効
率の高い熱ローラー装置を実現できるものである。ま
た、従って所定温度に到達するまでの時間も短縮できる
ものである。

【００２３】（実施例４）続いて本発明の第４の実施例
について説明する。本実施例では、図７に示しているよ
うに、誘導加熱コイル１７の配置位置を、被加熱物１８
と合金１３とが接触する位置、若しくは合金１３が被加
熱物１８に接触する直前の位置に配置しているものであ
る。また、本実施例では、非磁性金属材料１４は前記合
金１３とは空間を隔てて合金１３の一部と対峙する円弧
を構成するように配置している。図中の矢印２０は合金
１３の回転方向を示している。また本実施例では、加圧
ローラー２１も低抵抗率の非磁性金属材料で構成してい
るものである。

【００２４】以上のように構成することによって、誘導
加熱コイル１７は、合金１３が被加熱物１８に接触して
いる位置または被加熱物１８に接触する直前の位置を加
熱するものである。こうして、所定温度となった合金１
３が直ちに被加熱物１８を加熱し、合金１３が高温とな
っている時間が短くなり、合金１３の表面からの放熱量
が減少して、使用電力の少ない熱ローラー装置を実現で
きるものである。なお本実施例では、合金１３の自己温
度制御性を高めるために配置している非磁性金属材料１
４を円弧とし、この非磁性金属材料１４の作用を非磁性
金属材料を使用して構成した加圧ローラー２１によって
補完するようにしているものである。

【００２５】（実施例５）次に本発明の第５の実施例に
ついて、図８に基づいて説明する。図８は本実施例の構
成を説明する断面図である。本実施例では、誘導加熱コ
イル２２を、被加熱物１８と合金１３とが離脱する位置
に配置しているものである。誘導加熱コイル２２の配置
位置をこの位置としているため、合金１３が矢印２０に
示すように回転して、次に被加熱物１８に接触するまで
には時間がかかるものである。このため、合金１３が被
加熱物と接触する部分の温度は、誘導加熱コイル２２に
よる加熱を受ける部分の温度よりは低下するが、温度分
布はより均一となるものである。

【００２６】

【発明の効果】請求項１に記載した発明は、適温に調整
したキュリー温度を有する金属ローラーと、この金属ロ
ーラーを誘導加熱する誘導加熱部とを備えた構成とし
て、金属ローラーの自己温度制御性を利用でき、構成の
簡単な熱ローラー装置を実現するものである。

【００２７】請求項２に記載した発明は、金属ローラー
を、適温に調整したキュリー温度を有する合金とこの合
金に積層した非磁性金属材料によって構成して、自己温
度制御特性をさらに顕著にでき、構成の簡単な熱ローラ
ー装置を実現するものである。

【００２８】請求項３に記載した発明は、金属ローラー
を、適温に調整したキュリー温度を有する合金とこの合
金と空間を有して配置した非磁性金属材料によって構成
して、熱容量が小さく短時間で昇温が出来る熱ローラー
装置を実現するものである。

【００２９】請求項４に記載した発明は、誘導加熱部を
構成する誘導加熱コイルを金属ローラーの内側に配置し
た構成として、磁気シールドが容易にでき、また自己温
度制御性をより高めた熱ローラー装置を実現するもので
ある。

【００３０】請求項５に記載した発明は、誘導加熱部を
構成する誘導加熱コイルを金属ローラーの外側に配置し
た構成として、昇温速度の速い熱ローラー装置を実現す
るものである。

【００３１】請求項６に記載した発明は、誘導加熱部を
構成する誘導加熱コイルを、被加熱物と金属ローラーと
が接触する位置、若しくは被加熱物に接触する直前の位
置に配置した構成として、使用電力の少ない熱ローラー
装置を実現するものである。

【００３２】請求項７に記載した発明は、誘導加熱部を
構成する誘導加熱コイルを、被加熱物と金属ローラーと
が離脱する位置に配置した構成として、温度が均一とな
る熱ローラ装置を実現するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である熱ローラー装置の
構成を示す斜視図

【図２】同、熱ローラー装置の動作を説明する説明図

【図３】同、熱ローラー装置の動作を説明する説明図

【図４】本発明の第２の実施例である熱ローラー装置の
金属ローラーの構成と動作を説明する説明図

【図５】本発明の第２の実施例である熱ローラー装置の
金属ローラーの構成と動作を説明する説明図

【図６】本発明の第３の実施例である熱ローラー装置の
構成を示す斜視図

【図７】本発明の第４の実施例である熱ローラー装置の
構成を示す斜視図

【図８】本発明の第５の実施例である熱ローラー装置の
構成を示す斜視図

【図９】従来の熱ローラー装置の構成を示す斜視図

【符号の説明】

７ 金属ローラー ８ ボビン ９ 誘導加熱コイル １０ 高周波電源 １１ フェライト １３ 合金 １４ 非磁性金属材料 １５ 誘導加熱コイル １７ 誘導加熱コイル ２２ 誘導加熱コイル

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 適温に調整したキュリー温度を有する金
   属ローラーと、この金属ローラーを誘導加熱する誘導加
   熱部とを備えた熱ローラー装置。
2. 【請求項２】 金属ローラーは、適温に調整したキュリ
   ー温度を有する合金とこの合金に積層した非磁性金属材
   料によって構成した請求項１に記載した熱ローラー装
   置。
3. 【請求項３】 金属ローラーは、適温に調整したキュリ
   ー温度を有する合金とこの合金と空間を有して配置した
   非磁性金属材料によって構成した請求項１に記載した熱
   ローラー装置。
4. 【請求項４】 誘導加熱部を構成する誘導加熱コイルを
   金属ローラーの内側に配置した請求項１から３のいずれ
   か１項に記載した熱ローラー装置。
5. 【請求項５】 誘導加熱部を構成する誘導加熱コイルを
   金属ローラーの外側に配置した請求項１から３のいずれ
   か１項に記載した熱ローラー装置。
6. 【請求項６】 誘導加熱部を構成する誘導加熱コイル
   を、被加熱物と金属ローラーとが接触する位置、若しく
   は被加熱物に接触する直前の位置に配置した請求項１か
   ら５のいずれか１項に記載した熱ローラー装置。
7. 【請求項７】 誘導加熱部を構成する誘導加熱コイル
   を、被加熱物と金属ローラーとが離脱する位置に配置し
   た請求項１から５のいずれか１項に記載した熱ローラー
   装置。