JPS645359Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、筒状の被加熱体を加熱するのに好適
な発熱装置に関する。

〈従来の技術〉 例えばヘアカーラや複写機の熱転写ローラまた
は感光体ドラム等のように、筒状の放熱体を加熱
する場合、従来は、ニクロムヒータまたはシーズ
ヒータ等を筒状の被加熱体の内側または外側に配
置し、間接的に加熱していた。第１図及び第２図
は筒状の被加熱体を加熱するための従来例を示し
ている。まず第１図に示す従来例では、筒状の被
加熱体１の外側に、ニクロム発熱体またはシーズ
ヒータ等より成る発熱体２を配置し、この発熱体
２によつて被加熱体１を外側から加熱する構造と
なつていた。

次に、第２図に示す従来例では、被加熱体１の
内径部の中央部に、ニクロム発熱体またはシーズ
ヒータ等の発熱体２を配置した構造となつてい
る。

〈考案が解決しようとする課題〉 しかしながら、上述した従来技術には次のよう
な問題点があつた。

(イ) 第１図に示す従来例では、発熱体２に発生し
た熱のうち、被加熱体１の加熱に寄与するのは
被加熱体１と対向する一面側だけであり、他の
面側に発生する熱は無駄に捨てられ、熱の利用
効率が悪い。また、発熱体２から被加熱体１へ
の熱伝導に時間がかかる。このため、発熱体２
の電源スイツチを投入した後、所定温度となる
までの起動時間に長時間を必要とし、即応性に
欠ける欠点があつた。更に、発熱体２を対向さ
せてある被加熱体１の下側の部分と、発熱体２
のない上側との間に温度差を生じるため、被加
熱体１の加熱温度にムラを生じるという欠点も
あつた。

(ロ) 第２図に示す従来例では、発熱体２の棒状と
してあつたため、発熱体２と被加熱体１との間
の間隔が大きくなり、発熱体２から被加熱体１
への熱伝導時間が長くなり、即応性に欠ける欠
点がある。

(ハ) 第１図及び第２図に示した従来のものは、例
えば第２図に示すように、発熱体２に直列にサ
ーモスタツト等より成る温度調節器３を接続し
て温度調節を行なつていた。ところが、この種
の温度調節器３は周囲温度の変動に無関係に、
予め設定された一定温度を目標値として動作す
るため、外気温が高くなつた場合等には、加熱
温度が外気温より低くなり、必要が温度差を維
持することが困難になることもしばしばであつ
た。しかも、温度制御がサーモスタツトによる
オン、オフ制御となるため、温度変動が避けら
れないこと、部品点数が多く、小型化を図るの
に不利になること、有接点によるオン、オフ制
御であるため信頼性に欠けること等の欠点もあ
つた。

そこで、本考案の課題は、上述する従来の欠点
を一掃し、筒状の被加熱体を加熱する場合、発熱
体から被加熱体への熱伝導効率が高く、即応性に
富み、均一加熱が可能で、しかも周囲温度の変動
に追従して加熱動作を継続し得る高信頼度の発熱
装置を提供することである。

〈課題を解決するための手段〉 上述した課題解決のため、考案に係る発熱装置
は、筒状の被加熱体と、この被加熱体の内部に配
置される発熱体とを含む発熱装置であつて、 前記発熱体は、伝熱体と正特性サーミスタとを
含み、 前記伝熱体は、弧状部と平坦部とを連設した筒
状となつており、 前記弧状部は、一部に内外に連通する切欠を有
すると共に、外面の全周が前記被加熱体の内径面
に対し一定の隙間を隔てて対向しており、 前記平坦部は、前記弧状部を２分するようにそ
の中間部に設けられていて、前記平坦部の外面と
前記被加熱体の内径面との間には、前記弧状部の
外面と前記被加熱体の内径面との間に形成される
前記隙間よりも広い隙間が形成されており、 前記正特性サーミスタは、前記平坦部の内面側
に密着して設けられていること を特徴とする。

〈作用〉 本考案に係る発熱装置は、筒状の被加熱体と、
この被加熱体の内部に配置される発熱体とを含む
から、発熱体に発生した熱の殆どを、被加熱体の
加熱に利用できる。このため、熱の利用効率が向
上する。

しかも、伝熱体は、弧状部と平坦部とを連設し
た筒状となつており、弧状部は、外面の全周が被
加熱体の内径面に対し一定の隙間を隔てて対向し
ており、平坦部の外面と前記被加熱体の内径面と
の間にも、隙間が形成されているので、伝熱体ま
たは発熱体は、被加熱体の内部に、その内径面か
ら、空間的に離間した状態で配置される。このた
め、被加熱体だけを、発熱体から分離して回転で
き、複写機の熱転写ローラまたは感光体ドラム等
のように、筒状の放熱体を加熱する必要のある用
途において、発熱体に対するブラシやスリツプリ
ング等の給電機構を省略できる。

また、上述の構成により、発熱体から被加熱体
への熱伝導は、弧状部及び平坦部と被加熱体との
間に形成される隙間を通して、迅速に効率良く行
なわれる。しかも、伝熱体から被加熱体への熱伝
導は、伝熱体の外面の全面で行なわれる。このた
め、熱効率が高く、即応性に富んだ発熱装置が実
現される。

更に、弧状部は、一部に内外に連通する切欠に
よる隙間を有するので、伝熱体の内部で加熱され
た空気が、この切欠による隙間を通つて、弧状部
の外面と被加熱体の内径面との間に形成されてい
る隙間へと対流し、被加熱体の内径面に触れてこ
れを加熱することとなる。このため、被加熱体を
均一に効率よく加熱することが可能になる。ま
た、前述のような切欠があると、伝熱体が弾力性
を持つようになるので、被加熱体に対する伝熱体
の組込みが容易になる。

また、平坦部の外面と被加熱体の内径面との間
には、弧状部の外面と被加熱体の内径面との間に
形成される隙間よりも広い隙間が形成されている
ので、正特性サーミスタが密着されていて温度の
高い平坦部が、弧状部より被加熱体の内径面から
遠くなる。このため、被加熱体に対する加熱作用
が伝熱体の全面で一様になり、均一加熱が可能に
なる。

〈実施例〉 第３図は本考案に係る発熱装置の正面断面図、
第４図は第３図のB₁−B₁線上における断面図、
第５図は第３図のB₂−B₂線上における断面図で
ある。図において、４は円筒状に形成された被加
熱体であつて、ヘアカーラ、熱転写ローラまたは
感光体ドラム等を構成する。

５は前記被加熱体４の内部に設けられた発熱体
である。該発熱体５は伝熱体６、正特性サーミス
タ７及びニクロムヒータ８を備えて構成されてい
る。

前記伝熱体６はアルミニユウム等の伝熱導性の
良好な金属材料を使用して構成されている。この
実施例では、該伝熱体６は、中央部に平坦部９を
設け、この平坦部９の内面に前記正特性サーミス
タ７を取付けると共に、前記平坦部９の両側に、
前記被加熱体４の内径曲率より若干小径曲率の円
弧状の弧状部１０，１１を連設した筒状とし、弧
状部１０，１１の外面の全周と前記被加熱体４の
内径面との間に、一定の隙間G₁が形成されるよ
うに、前記被加熱体４の内部に、空間的に離間し
た状態で配置した構造となつている。前記隙間
G₁の寸法は１〜６mm、好ましくは２mm前後に設
定することが望ましい。また、前記弧状部１０，
１１の両端部間には、伝熱体６の内外を互いに連
通させる切欠による隙間G₂を設けてある。

前記正特性サーミスタ７の取付けに当つては、
平坦部９の表面と正特性サーミスタとの間にシリ
コン、ポリエステル等の耐熱性のある絶縁シート
１２を介在させ、正特性サーミスタをネジ等の連
結具１３によつて密着固定してある。また、前記
ニクロムヒータ８は弧状部１０，１１の内径面に
沿つて取付けてある。

上述のように、被加熱体４の内部に発熱体５を
設けると、該発熱体５に発生した熱の殆どを、被
加熱体４の加熱に利用することができるから、従
来のものに比較して熱の利用効率が著しく向上す
る。しかも、伝熱体６に弧状部分１０，１１を設
け、この弧状部分１０，１１の外面の全周を被加
熱体４の内径面に対向させてあるので、伝熱体６
から被加熱体４への熱伝導が被加熱体４の内径面
の略全面で行なわれることとなる。このため、被
加熱体４の加熱が速やかに行なわれるようにな
り、即応性に富んだ発熱装置が実現される。

また、伝熱体６は、被加熱体４の内径面から、
空間的に離間した状態で配置されるから、複写機
の熱転写ローラまたは感光体ドラム等の用途にお
いて、発熱体５は固定したままで、被加熱体４だ
けを回転させ、発熱体５に対するブラシやスリツ
プリング等の給電機構を省略できる。

更に、弧状部１０，１１の両端部間に隙間G₂
を設けてあるので、伝熱体６の内部で加熱された
空気が、この隙間G₂を通つて、隙間G₁へと対流
し、被加熱体４の内径面に触れてこれを加熱する
こととなる。このため、被加熱体４を均一に効率
よく加熱することが可能になる。

また、前述のような隙間G₂があると、伝熱体
６が弾力性を持つようになるので、被加熱体４に
対する伝熱体６の組込みが容易になる。

前記正特性サーミスタ７の取付け部分は、前述
のように、平坦部９となつている。平坦部９の外
面と被加熱体４の内径面との間には、弧状部１
０，１１の外面と被加熱体４の内径面との間に形
成される隙間G₁よりも広い隙間が形成されてい
る。このような構造であると、正特性サーミスタ
７があつて発熱温度の高い平坦部９が、他の部分
より被加熱体４の内径面から遠くなるので、被加
熱体４に対する加熱作用が伝熱体６の全面で一様
になり、均一加熱が可能になる。

更に、発熱体５が、正特性サーミスタ７を含ん
で構成されているので、次のような作用を得るこ
とができる。

まず、正特性サーミスタ７は正の抵抗温度係数
を有するチタン酸バリウム系半導体磁器より成る
ものであつて、キユリー温度を適当に選定するこ
とにより任意の発熱温度が得られる。キユリー温
度はチタン酸バリウムのBaの一部を鉛Pbまたは
ストロンチウム等によつて置換することにより、
約120℃を基準にして高温度側にも低温度側にも
自由に移動制御することができる。したがつて、
正特性サーミスタ７を含んで発熱体５を構成する
ことにより、被加熱体４を最適の温度で加熱する
ことが可能になる。

次に、正特性サーミスタ７は、特定温度に達す
ると電気抵抗値が急激に増大し、電流及び発熱温
度を自動的に制御する電流制御機能または自己温
度制御機能を有する。したがつて、正特性サーミ
スタ７を発熱源として用いることにより、過熱の
危険がなく、複写紙の過熱焼損等を招くことのな
い発熱装置を実現することができる。しかも、従
来のサーモスタツト温度調節器の場合と異なつ
て、温度変動のない連続的な温度制御となり、そ
の際、温度センサや温度制御回路を全く必要とし
ないから、信頼性の高い発熱体装置を実現するこ
とができる。

更に、正特性サーミスタ７は、放熱量に追従し
て入力電力が変化し、発熱温度が変化する。例え
ば、周囲温度が高くなつた場合には、それにつれ
て発熱温度が高くなり、周囲温度と発熱温度との
温度差が周囲温度の変動にもかかわらずほぼ一定
となるように動作する。このため、従来のサーモ
スタツト温度調節器と異なつて、周囲温度が変動
しても、これに追従して発熱温度が自動的に変化
する発熱装置を実現することができる。

しかも、正特性サーミスタ７は、熱平衡した定
常状態では高抵抗領域で動作するから、消費電力
が従来のニクロム発熱体に比べて著しく小さくな
り、経済性が極めて高くなる。しかも、正特性サ
ーミスタ７は温度の立上りが早いから、起動時間
が短くなり、即応性が向上する。

前記正特性サーミスタ７とニクロムヒータ８と
は、第６図に示すように、電気的に直列に接続す
る。このような直列接続構造であると、電源投入
時は正特性サーミスタ７は低抵抗として動作し、
ニクロムヒータ８がこの低抵抗の正特性サーミス
タ７を通して急速に通常の発熱状態に入り、被加
熱体４がこのニクロムヒータ８の発熱動作によつ
て急速に加熱される。このため、即応性が非常に
高くなる。一方、正特性サーミスタ７が定常状態
に入り熱平衡すると高抵抗として動作するので、
ニクロムヒータ８に流れる電流がこの高抵抗の正
特性サーミスタ７によつて制限され、定常状態で
の消費電力が非常に小さくなる。即ち、正特性サ
ーミスタ７とニクロムヒータ８とを直列に接続す
ることにより、即応性の向上と消費電力の低減効
果とを同時に得ることができる。

前記伝熱体６は、矢印ａの如く回転する被加熱
体４に対して、回転しないように組込む。被加熱
体４の内径面と伝熱体６を構成する弧状部１０，
１１との間に前記隙間G₁を設けてあるのでこれ
が可能である。このように、伝熱体６を被加熱体
４に対して回転しないように配置すると、伝熱体
６に取付けた正特性サーミスタ７及びニクロムヒ
ータ８に対して電力を供給する場合、スリツプリ
ングとブラシとの組合せ等より成る回転給電装置
が不要になるから、給電構造が簡単になり、信頼
性が向上する。

次に、第７図〜第１０図の実測データを参照し
て本考案の効果を更に具体的に説明する。第７図
は室温が10℃であるときの時間−電流特性、第８
図は室温が24℃であるときの時間−電流特性、第
９図は室温が10℃であるときの時間−温度特性、
第１０図は室温が24℃であるときの時間−温度特
性をそれぞれ示している。第９図及び第１０図の
温度は、被加熱体を構成する被加熱体４の表面温
度である。

第７図及び第８図の時間−温度特性の実測デー
タから明らかなように、本考案に係る発熱装置
は、発熱体５の発熱源として、正特性サーミスタ
７を含んでいるので、起動後ある一定時間Tiを
経過するまでは、0.8A程度の非常に大きな突入
電流が流れる。このため、第９図及び第１０図に
示すように、被加熱体の表面温度が起動後３〜４
分程度で５℃前後も上昇し、短時間で使用可能に
なる。

前記時間Tiを経過した後、正特性サーミスタ
７は自己発熱及びニクロムヒータ８からの加熱作
用を受けて、その抵抗値が急激に増大し、電流制
限作用が生じる。この結果、正特性サーミスタ７
及びニクロムヒータ８に流れる電流が約0.8Aか
ら約0.15A程度まで急激に減少し、以後この電流
値で安定する。このため、定常状態においては、
消費電力が起動時の約1/5まで低下し、経済性が
非常に高くなる。

また、電流値の安定する定常領域では、第９図
及び第１０図に示すように、被加熱体４の表面温
度がほぼ一定になり、定温加熱となる。このた
め、過熱焼損等を招くことがない。

しかも、被加熱体４の表面温度は、第９図と第
１０図との比較から明らかなように、室温が10℃
であるときこれより約10℃高い20℃で安定してい
たものが、室温が24℃に上昇するとこれよりは10
℃高い34℃で安定する。つまり、被加熱体４の表
面温度は室温の変動に追従して変化するのであ
る。このため、従来のサーモスタツト温度調節器
と異なつて、外気温が高くなつても、外気温が加
熱温度より高くなる逆転現象を生じることがな
い。このため、感光体ドラム等において問題とな
る結露の発生を確実に防止することができる。

〈考案の効果〉 以上述べたように、本考案によれば、次のよう
な効果が得られる。

(a) 筒状の被加熱体と、この被加熱体の内部に配
置される発熱体とを含むから、熱の利用効率の
高い発熱装置を提供できる。

(b) 伝熱体の弧状部は、外面の全周が被加熱体の
内径面に対し一定の隙間を隔てて対向してお
り、平坦部の外面と被加熱体の内径面との間に
も、隙間が形成されているから、複写機の熱転
写ローラまたは感光体ドラム等のように、筒状
の放熱体を加熱する必要のある用途に好適な発
熱装置を提供できる。

(c) 発熱体を構成する伝熱体は、弧状部と平坦部
とを連設した筒状となつており、弧状部は、外
面の全周が被加熱体の内径面に対し一定の隙間
を隔てて対向しているから、熱効率が良く被加
熱体を素早く加熱し得る即応性に富んだ発熱装
置を提供できる。

(d) 弧状部は、一部に内外に連通する切欠による
隙間を有するので、伝熱体の内部で加熱された
空気が、この切欠による隙間を通つて、弧状部
の外面と被加熱体の内径面との間に形成されて
いる隙間へと対流し、被加熱体を均一に効率よ
く加熱し得る発熱装置を提供できる。また、前
述のような切欠があると、伝熱体が弾力性を持
つようになるので、被加熱体に対する伝熱体の
組込みが容易になる。

(e) 平坦部の外面と被加熱体の内径面との間に
は、弧状部の外面と被加熱体の内径面との間に
形成される隙間よりも広い隙間が形成されてい
るから、被加熱体に対する加熱作用が伝熱体の
全面で一様で、均一加熱に好適な発熱装置を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は筒状の被加熱体を加熱する
ための従来例を示す図、第３図は本考案に係る加
熱装置の正面断面図、第４図は第３図のB₁−B₁
線上における断面図、第５図は第３図のB₂−B₂
線上における断面図、第６図は同じくその電気的
等価回路図、第７図は室温が10℃であるときの時
間−電流特性、第８図は室温が24℃であるときの
時間−電流特性、第９図は室温が10℃であるとき
の時間−温度特性、第１０図は室温が24℃である
ときの時間−温度特性を示す図である。 ４……被加熱体、５……発熱体、６……伝熱
体、７……正特性サーミスタ、８……ニクロムヒ
ータ、９……平坦部、１０，１１……弧状部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 筒状の被加熱体と、この被加熱体の内部に配
   置される発熱体とを含む発熱装置であつて、 前記発熱体は、伝熱体と正特性サーミスタと
   を含み、 前記伝熱体は、弧状部と平坦部とを連設した
   筒状となつており、 前記弧状部は、一部に内外に連通する切欠を
   有すると共に、外面の全周が前記被加熱体の内
   径面に対し一定の隙間を隔てて対向しており、 前記平坦部は、前記弧状部を２分するように
   その中間部に設けられていて、前記平坦部の外
   面と前記被加熱体の内径面との間に、前記弧状
   部の外面と前記被加熱体の内径面との間に形成
   される前記隙間よりも広い隙間が形成されてお
   り、 前記正特性サーミスタは、前記平坦部の内面
   側に密着して設けられていること を特徴とする発熱装置。 (2) 前記発熱体は、前記伝熱体の前記弧状部の内
   面に抵抗発熱線を有することを特徴とする実用
   新案登録請求の範囲第１項に記載の発熱装置。 (3) 前記抵抗発熱線は、前記正特性サーミスタに
   対して電気的に直列に接続したことを特徴とす
   るする実用新案登録請求の範囲第２項に記載の
   発熱装置。 (4) 前記被加熱体は、回転体であることを特徴と
   する実用新案登録請求の範囲第１項、第２項ま
   たは第３項に記載の発熱装置。 (5) 前記発熱体は、前記被加熱体と共には回転し
   ないように設けたことを特徴とする実用新案登
   録請求の範囲第４項に記載の発熱装置。