JP3900692B2

JP3900692B2 - 熱ローラー装置

Info

Publication number: JP3900692B2
Application number: JP19706798A
Authority: JP
Inventors: 伸夫元治; 直昭石丸
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1998-07-13
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2018-07-13
Also published as: JP2000030850A

Description

【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、通常図７に示すような構成になっている。すなわち、紙等のシート１は、静電気等によってトナー粉末２を転写させ、高温度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。これによって、シート１上に転写されているトナー粉末２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ような従来より知られてい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があった。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サイズ紙に対応できるものを使用して、Ａ５サイズ紙からＡ３サイズ紙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Ａ５サイズ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、熱ローラーを熱伝導の良いアルミニウム等で製作し、さらに熱伝導を良くするために板厚も厚くする必要がある。従って、熱ローラーの熱容量は大きくなり、温度の立ち上がりに時間がかかるという課題をもっていた。そこで、本発明は上記する従来の課題を解決した熱ローラー装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記する課題を解決するために、本発明は、組成を調整することによって所定のキュリー温度とした感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムと、前記感温磁性金属パイプまたは感温磁性金属フィルムを構成する感温磁性金属材料よりも電気抵抗率が低い非磁性材料を有し、前記感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムを誘導加熱することによって自己温度制御性を備え、かつ感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムと、電気抵抗率が低い非磁性材料を空間を有して配置し、誘導加熱部を感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムの外側に備えたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載した発明は、組成を調整することによって所定のキュリー温度とした感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムと、前記感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムを構成する金属材料よりも電気抵抗率が低い非磁性材料とを相互に空間をあけて配設し、前記感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムを誘導加熱することによって感温磁性金属パイプもしくはフィルムがキュリー温度以上に上昇し非磁性となったときに、誘導電流が前記感温磁性金属材料よりも電気抵抗率が低い非磁性材料中を流れるため発熱量が減少するので自己温度制御性を備え、かつ感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムと、電気抵抗率が低い非磁性材料を空間を有して配置し、前記感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムを誘導加熱する誘導加熱部を前記感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムの外側に備える構成をトナーの加熱定着装置や鋼板またはプラスチックのラミネート加工装置等に使用する熱ローラー装置に実施することによって熱ローラー装置の熱容量を減らし、温度の立ち上がり時間が早い熱ローラー装置とすることができる。
【０００６】
また、請求項２に記載した発明のように、感温磁性金属板と、前記感温磁性金属板よりも電気抵抗率が低い非磁性材料とを直接積層するかまたは空間をあけて積層し、加圧ローラーの内側に誘導加熱コイルを配置して前記感温磁性金属板を誘導加熱する誘導加熱部とする構成とし、前記感温磁性金属板によって支えられていて回転する絶縁フィルムと加圧ローラーとの間に被加熱体を挟んで加熱することにより、絶縁フィルムを薄くして熱容量を減らして、温度の立ち上がり時間を早くすることができる。
【０００７】
また、請求項３に記載した発明は、請求項１から２のいずれかに記載した熱ローラー装置において自己温度制御特性が最も良く表れるように感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムまたは感温磁性金属板の厚さを表皮深さの５０％から２００％の範囲に限定したものである。
【０００８】
また、請求項４に記載した発明は、請求項１、３のいずれか１項に記載した熱ローラー装置において感温磁性金属パイプを加熱する誘導加熱コイルと、前記感温磁性金属パイプの端部に対向する部分に前記誘導加熱コイルよりも緻密にコイルを捲いて構成した端部誘導加熱コイルを配設し、温度の立ち上げ時は、前記誘導加熱コイルと端部誘導加熱コイルの両方に通電する構成の熱ローラー装置とすることにより、立ち上げ時は、感温磁性金属パイプを支えるベアリングに取られる熱を補償して温度の立ち上がり時間を早くすることができる。
【０００９】
【実施例】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における熱ローラー装置の要部斜視図である。本実施例の熱ローラー装置は、複写機の定着器に使用するものを示している。感温磁性金属パイプ７の材料は、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、熱ローラー装置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。
【００１０】
前記感温磁性金属パイプ７は、感温磁性金属パイプ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、シリコンゴム等でできた加圧ローラー８の内側に配置したフェライト９に巻着した誘導加熱コイル１０と、誘導加熱コイル１０に高周波電流を供給する高周波電源１１とによって構成している。誘導加熱コイル１０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。前記感温磁性金属パイプ７の内側には、感温磁性金属パイプの材料である感温磁性金属よりも電気抵抗率が低い非磁性材料１２を感温磁性金属パイプ７との間に間隙をおいて配置している。
【００１１】
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１１が動作を開始して誘導加熱コイル１０に高周波電流を供給する。誘導加熱コイル１０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、加圧ローラー８を透過して感温磁性金属パイプ７と鎖交し、感温磁性金属パイプ７を誘導加熱する。感温磁性金属パイプ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ので、その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では感温磁性金属パイプ７に流れる電流が格段に相違するものである。従って、感温磁性金属パイプ７は自己温度制御特性を備えている。
【００１２】
図２ないし図４を使って自己温度制御特性を説明する。図２は、感温磁性金属パイプ７がキュリー温度以下の時に誘導電流が流れる様子を示す要部断面図である。感温磁性金属パイプ７の板厚を表皮厚さと同じにしておくと、高周波磁界によって感温磁性金属パイプ７に流れる誘導電流１３は、ほとんどがフェライト９と対向した感温磁性金属パイプの中のみを流れる。また、感温磁性金属パイプ７の板厚が表皮厚さより薄い場合は、誘導電流が感温磁性金属パイプ７の向こうにある非磁性材料１２を流れ、それより厚い場合はキュリー温度以上でも感温磁性金属パイプ７の中を流れる誘導電流量が増える。通電を開始して目標の温度に到達するまでの時間すなわちウォームアップ時間を短縮させるには感温磁性金属パイプの熱容量を下げると良い。よって感温磁性金属パイプ７の板厚は、自己温度制御性を多少犠牲にしても感温磁性金属パイプの熱容量を小さくした表皮厚さの５０％から、感温磁性金属パイプの強度を上げることを考慮した表皮厚さの２００％の範囲にすることが望ましい。高周波電流の周波数が２５ｋＨｚであれば表皮厚さは０．４ｍｍである。周波数を上げると表皮厚さは薄くなるので、感温磁性金属パイプも薄くしてフィルムになる。感温磁性金属パイプを構成する材料の電気抵抗率は９０μΩ−ｃｍ程度であり、この状態では、電気抵抗によって発熱する。また図３は、感温磁性金属パイプ７がキュリー温度以上の時に誘導電流が流れるようすを示す要部断面図である。感温磁性金属パイプ７がキュリー温度以上となると磁性を失って非磁性体となる。すると磁束は感温磁性金属パイプ７を通り抜けて感温磁性金属パイプの材料より電気抵抗率が低い非磁性材料１２、具体的にはアルミニウムや銅に入り、この中を誘導電流１４が流れる。アルミニウムの電気抵抗率は２．５μΩ−ｃｍ、銅の電気抵抗率は１．５５μΩ−ｃｍであり、しかも通電断面積が大きいので、同じ電流値の誘導電流を流しても格段に発熱量は小さい。しかも発熱するのは、感温磁性金属パイプ７に熱伝導しないように空間を介して設置した非磁性材料１２であるので、温度は下がる。このようにキュリー温度の付近で温度が安定するものである。
【００１３】
図４は、熱ローラー装置の要部を上面から見た図で、本実施例の熱ローラー装置を複写機として使用した場合に、感温磁性金属パイプ７の一部分に紙１５が通り、ａ部はキュリー温度以下であり、ｂ部はキュリー温度以上であると、ａ部は感温磁性金属パイプ７の中を点線１６のように、ｂ部は非磁性材料１２の中を一点鎖線１７のように誘導電流が流れる。従って、部分的に温度の不均一ができてもそれを補正するように働く。
【００１４】
（実施例２）
図５は本発明の実施例２における熱ローラー装置の要部の断面図である。固定された感温磁性金属板１８と、前記感温磁性金属板１８よりも電気抵抗率が低い非磁性材料１９を空間をあけて設け、その空間に断熱材２０を配して積層し、回転する加圧ローラー２１の内側に固定されたフェライト２２に巻着した誘導加熱コイル２３を配置して、高周波電源２４から高周波電流を供給する誘導加熱部を構成し、前記感温磁性金属板１８を誘導加熱部によって誘導加熱する。前記感温磁性金属板１８によって支えられていて、感温磁性金属板１８の表面を滑って回転する絶縁フィルム２５と、加圧ローラー２１との間に被加熱体を挟んで加熱する。この構成では、感温磁性金属板１８は、実施例１の感温磁性金属パイプと同じく０．４ｍｍであるが、感温磁性金属パイプ一周分より短くて済むので熱容量が小さい。また絶縁フィルム２５は、熱容量密度も小さく、薄くすることにより熱容量を減らして温度の立ち上がり時間を早くすることができる。また断熱材２０により、感温磁性金属板１８から非磁性材料１９に熱を奪われることもない。
【００１５】
（実施例３）
図６は内側に誘導加熱コイルがある構成の熱ローラー装置の要部断面図である。感温磁性金属パイプ２６の外に電気抵抗率が低い材料でできた非磁性パイプ２７を積層した構成のローラーが回転する。それを内側にフェライト２８を配設したボビン２９に巻いた誘導加熱コイル３０で加熱する。誘導加熱コイルを均一に巻くと磁束密度は中央が大きく、端部が小さいので、端部は中央部より密度を大きく巻いておくとよい。この誘導加熱コイル３０は回転せず固定してある。誘導加熱コイル３０の外側には、回転する感温磁性金属パイプ２６に接触による摩擦を生ずることがないように、また、感温磁性金属パイプ２６の熱が伝導して来ないように電気絶縁物３１を配置し、規定の絶縁耐圧を保証するとともに、静電気、雷サージがかかって感温磁性金属パイプ２６から誘導加熱コイル３０に放電して高周波電流発生回路３２が破壊しないよう保護する。
【００１６】
また、感温磁性金属パイプ２６を加熱する誘導加熱コイル３０の他に、感温磁性金属パイプ２６の端部に相対向する部分に端部誘導加熱コイル３３を巻着し、温度の立ち上げ時は、端部誘導加熱コイル３３にも通電し、立ち上げ時に感温磁性金属パイプ２６を支えるベアリング３４に取られる熱を補償して感温磁性金属パイプ２６全体が同時に目的の温度に達するようにして温度の立ち上がり時間を早くするものである。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載した発明によれば、感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムと、電気抵抗率が低い非磁性材料とを相互に空間をあけて配設し、感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムを誘導加熱する誘導加熱部を感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムの外側に備えることによって熱容量を減らし、温度の立ち上がり時間を早くすることができる。
【００１８】
また、請求項２に記載した発明によれば、加圧ローラーの内側に誘導加熱コイルを配置して感温磁性金属板を誘導加熱し、その感温磁性金属板によって支えられていて回転する絶縁フィルムと加圧ローラーとの間に被加熱体を挟んで加熱することにより、絶縁フィルムを薄くして熱容量を減らして、温度の立ち上がり時間を早くすることができる。
【００１９】
また、請求項３に記載した発明によれば、感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムまたは感温磁性金属板の厚さを表皮深さの５０％から２００％の範囲に限定して、自己温度制御特性が最も良く表れるようにすることができる。
【００２０】
また、請求項４に記載した発明によれば、感温磁性金属パイプを加熱する誘導加熱コイルと、前記感温磁性金属パイプの端部に対向する部分に前記誘導加熱コイルよりも緻密にコイルを捲いて構成した端部誘導加熱コイルを設け、温度の立ち上げ時は、端部誘導加熱コイルにも通電し、立ち上げ時は、感温磁性金属パイプを支えるベアリングに取られる熱を補償して温度の立ち上がり時間を早くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における熱ローラー装置の要部斜視図
【図２】同実施例１におけるキュリー温度以下の時に誘導電流が流れる様子を示す熱ローラー装置の要部断面図
【図３】同実施例１におけるキュリー温度以上の時に誘導電流が流れる様子を示す熱ローラー装置の要部断面図
【図４】同熱ローラー装置の要部上面図
【図５】本発明の実施例２における熱ローラー装置の要部断面図
【図６】本発明の実施例３における熱ローラー装置の要部断面図
【図７】従来の熱ローラー装置の要部斜視図
【符号の説明】
７、２６感温磁性金属パイプ
８、２１加圧ローラー
１０、２３、３０誘導加熱コイル（誘導加熱部）
１１高周波電源
１２、１９非磁性材料
１８感温磁性金属板
２０断熱材
２５絶縁フィルム
２７非磁性パイプ
３１電気絶縁物
３３端部誘導加熱コイル
３４ベアリング

Claims

組成を調整することによって所定のキュリー温度とした感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムと、前記感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムを構成する感温磁性金属材料よりも内側に電気抵抗率が低い非磁性材料を相互に空間をあけて配設し、前記感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムを誘導加熱する誘導加熱部を前記感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムの外側に備えた熱ローラー装置。
感温磁性金属板と、前記感温磁性金属板よりも電気抵抗率が低い非磁性材料とを直接積層するかまたは空間をあけて積層し、加圧ローラーの内側に誘導加熱コイルを配置して前記感温磁性金属板を誘導加熱する誘導加熱部とし、前記感温磁性金属板によって支えられていて回転する絶縁フィルムと前記加圧ローラーとの間に被加熱体を挟んで加熱する熱ローラー装置。
感温磁性金属パイプもしくは感温磁性金属フィルムまたは感温磁性金属板の厚さは、表皮深さの５０％から２００％の範囲とした請求項１から２のいずれか１項に記載した熱ローラー装置。
感温磁性金属パイプを加熱する誘導加熱コイルと、前記感温磁性金属パイプの端部に対向する部分に前記誘導コイルよりも緻密にコイルを捲いて構成した端部誘導加熱コイルを設け、温度の立ち上げ時は、前記誘導加熱コイルと端部誘導加熱コイルの両方に通電するようにした請求項１、３のいずれか１項に記載の熱ローラー装置。