(57)【要約】【課題】簡単な構成で電力効率と定着性や応答性の向上を図ったトナー定着用の管型ヒータ装置を実現する。【解決手段】両端に封止部１５１，１５２が形成されたバルブ１１内に、このバルブ１１の長手方向に局部的に発光部１３１および非発光部１３２を有するフィラメント１３および不活性ガスを封入して白熱ランプＬ１を構成する。両端に封止部２１１，２１２が形成されたガラスバルブ１２内に、このバルブ１２の長手方向に局部的に発光部１４１および非発光部１４２を有するフィラメント１４および不活性ガスを封入して白熱ランプＬ２を構成する。白熱ランプＬ１，Ｌ２の対向する外表面の長手方向にはそれぞれ反射膜２２，２３を形成する。白熱ランプＬ１，Ｌ２相互に向けて照射されていた分を、反射膜２２，２３で反射させた分を利用することで、電力効率の向上、定着性や応答性の向上を図ることが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に封止部が形成されたガラスバルブ内に、該バルブの長手方向に局部的に発光部および非発光部を有するフィラメントおよび不活性ガスを封入し、前記封止部から前記フィラメントに接続した外部導入線が導出された第１および第２の白熱ランプと、
前記第１および第２の白熱ランプが対向する外表面の長手方向に形成した反射膜と、を具備したことを特徴とする管型ヒータ装置。
【請求項２】
前記反射膜は、対向する相手方の白熱ランプに照射される範囲内で形成したことを特徴とする請求項１記載の管型ヒータ装置。
【請求項３】
前記反射膜は、前記第１および第２の白熱ランプの発光長に対応する長さで形成したことを特徴する請求項１〜３いずれかに記載の管型ヒータ装置。
【請求項４】
前記第１および第２の白熱ランプが回転自在な加熱ローラに配置された場合に、前記第１および第２の白熱ランプからの放射熱による赤外線を、前記加熱ローラから近い領域では直接的、遠い領域では間接的に照射したことを特徴とする請求項１または３記載の管型ヒータ装置。
【請求項５】
上下に配置され少なくとも一方は加熱される第１および第２のローラと、
前記第１または第２のローラ内に配置された請求項１〜４いずれかに記載の管型ヒータ装置と、
予めトナーが転写された複写紙が前記第１および第２のローラとの間を移動させて前記トナーを定着させる手段とを具備したことを特徴とするトナー定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複写機やプリンタのトナーを定着させるためのヒータとして用いられる管
型ヒータ装置およびこれを用いたトナー定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
管型ランプを定着用のヒータとして用いた従来の管型ヒータは、定着性や応答性の向上を図るために、回転駆動される加熱ローラ内に加熱ローラの回転には無関係に支持された管型ランプおよびこの管型ランプと加熱ローラとの間にリフレクタを設けたことにより、高効率化と温度ムラを抑えている。（例えば、特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６４７８５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１の技術は、リフレクタを管型ランプと加熱ローラとの間に配置していることから、リフレクタを配置するスペースが必要となり、管型ランプと加熱ローラとの距離が長くなってしまい、リフレクタによる定着性や応答性を向上させるには、管型ランプに電力を増やしてやる必要があり、電力効率の悪化を招いてしまうばかりか、リフレクタの制御機構も必要で構成が複雑になる、という問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、簡単な構成で電力効率と定着性や応答性の向上を図った管型ヒータ装置およびこの管型ヒータ装置を用いたトナー定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、この発明の管型ヒータ装置は、両端に封止部が形成されたガラスバルブ内に、該バルブの長手方向に局部的に発光部および非発光部を有するフィラメントおよび不活性ガスを封入し、前記封止部から前記フィラメントに接続した外部導入線が導出された第１および第２の白熱ランプと、前記第１および第２の白熱ランプが対向する外表面の長手方向に形成した反射膜と、を具備したことを特徴とする。
【０００７】
また、トナー定着装置は、上下に配置され少なくとも一方は加熱される第１および第２のローラと、前記第１または第２のローラ内に配置された請求項１〜４いずれかに記載の管型ヒータ装置と、予めトナーが転写された複写紙が前記第１および第２のローラとの間を移動させて前記トナーを定着させる手段とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、複数本の白熱ランプの対向する外表面部に反射膜をそれぞれ形成させたことにより、白熱ランプの発光効率を向上させ、省電力化に寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の管型ヒータ装置の第１の実施形態について説明するための一部切欠して示した正面図である。
【図２】図１の上面図である。
【図３】図１の側面図である。
【図４】図３の切断面線Ｉａ−Ｉｂから見た断面図である。
【図５】図３の切断面線IIａ−IIｂから見た断面図である。
【図６】図４を拡大して示すとともに、反射膜の形成について説明するための説明図である。
【図７】図１の動作について説明するための断面図である。
【図８】この発明の管型ヒータ装置の第２の実施形態について説明するための図７に相当する断面図である。
【図９】この発明の管型ヒータ装置の第３の実施形態について説明するための、図２に相当する上面図である。
【図１０】図９の切断面線IIIａ−IIIｂから見た断面図である。
【図１１】この発明の管型ヒータ装置の第４の実施形態について説明するための、図１０に相当する断面図である。
【図１２】この発明の加熱装置に関する一実施形態について説明するための概略的な構成図である。
【図１３】図１２の切断面線IVａ−IVｂから見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、この発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１〜図５はこの発明の管型ヒータ装置に関する一実施形態について説明するためのものであり、図１は一部切欠して示した斜視図、図２は図１の上面図、図３は図２の側面図、図４は図３の切断面線Ｉａ−Ｉｂから見た断面図、図５は図３の切断面線IIａ−IIｂから見た断面図である。
【００１２】
図１〜図３において、Ｌ１，Ｌ２はヒータの役目を果たす直管型の白熱ランプである。白熱ランプＬ１，Ｌ２は、石英ガラスよりなるバルブ１１，１２内にそれぞれコイル状の長尺フィラメント１３，１４が収容される。
【００１３】
フィラメント１３は、タングステン素線を巻回したコイル状の複数の発光部１３１、これら発光部１３１間に粗巻き状や直線状の非発光部１３２や両端にレグ部１３３，１３４を備え、複数のサポート部材１３５により支持される。これによりフィラメント１３は放射熱による赤外線を発生させる。
【００１４】
同様に、フィラメント１４は、タングステン素線を巻回したコイル状の複数の発光部１４１、これら発光部１４１間に粗巻き状や直線状の非発光部１４２や両端にレグ部１４３，１４４を備え、複数のサポート部材１４５により支持される。フィラメント１４は、局所的に放射熱による赤外線を発生させる。
【００１５】
バルブ１１の軸方向の両端は、減圧封止（シュリンクシール）による封止部１５１，１５２が形成される。バルブ１２の軸方向の両端は、減圧封止による封止部１６１，１６２が形成される。封止部は、相対する方向から金型で押し潰して成形された圧潰封止（ピンチシール）でも構わない。
【００１６】
封止部１５１，１５２には、モリブデン箔などの金属箔１７１，１７２がそれぞれ気密に封止される。金属箔１７１の一端側にはフィラメント１３の一端のレグ部１３３と接続され、他端側には白熱ランプＬ１外に導出させた図示しない外部導入線の一端と接続し、この外部導入線の他端は白熱ランプＬ１，Ｌ２を並列して配設させるステアタイトなどのセラミックスからなる直方体形状の絶縁性のベース部材１９１内で電力供給用のリード線２０１と接続される。
【００１７】
金属箔１７２の一端側にはフィラメント１３の他端のレグ部１３４と接続され、他端側には白熱ランプＬ１外に導出させた図示しない外部導入線の一端と接続し、この外部導入線の他端は白熱ランプＬ１，Ｌ２を並列して配設させるステアタイトなどのセラミックスからなる直方体形状の絶縁性のベース部材１９２内で電力供給用のリード線２０２と接続される。
【００１８】
同様にして、封止部１６１，１６２には、モリブデン箔などの金属箔２１１，２１２がそれぞれ気密に封止される。金属箔２１１の一端側にはフィラメント１４の一端のレグ部１４３と接続され、他端側には白熱ランプＬ２外に導出させた図示しない外部導入線の一端と接続し、この外部導入線の他端はベース部材１９１内で、電力供給用のリード線２０３と接続される。
【００１９】
金属箔２１２の一端側にはフィラメント１４の他端のレグ部１４４と接続され、他端側には白熱ランプＬ２外に導出させた図示しない外部導入線の一端と接続し、この外部導入線の他端はベース部材１９２内で、電力供給用のリード線２０２と接続される。
【００２０】
白熱ランプＬ１，Ｌ２の一端は、それぞれ別のリード線２０１，２０３に、白熱ランプＬ１，Ｌ２の他端は、共通のリード線２０２に接続され、リード線２０２とリード線２０１，２０３の両方同時あるいは選択して電力を供給する。これにより、白熱ランプＬ１，Ｌ２の両方あるいは何れか一方を点灯させることができる。リード線２０１，２０３のいずれか一方への切り換えは、被加熱体の状態により任意に切り換え可能である。
【００２１】
バルブ１１，１２内には、それぞれ微量のハロゲン物質たとえば臭素Ｂｒや塩素Ｃｌとの混合物とともに、アルゴンＡｒや窒素Ｎ２などの不活性ガスが、常温２５℃で約０．９×１０５Ｐａ（パスカル）の圧力封入してある。
【００２２】
ところで、バルブ１１，１２の外表面の対向する位置には、熱膨張率の小さい例えばアルミナ、シリカ等を主材とする反射膜２２，２３がそれぞれ形成されている。図４は、図３の切断面線Ｉａ−Ｉｂから見た反射膜２２，２３の状態を、図５は、図３の切断面線IIａ−IIｂから見た反射膜２２，２３の状態を、それぞれ示している。
【００２３】
ここで、図４の白熱ランプＬ１，Ｌ２からの赤外線と反射膜２２，２３との関係について図６の断面図を参照して説明する。反射膜２３は、一点鎖線の矢印ａ１，ａ２で囲まれる白熱ランプＬ１の外表面に形成される。また、反射膜２２は、二点鎖線の矢印ａ３，ａ４で囲まれる白熱ランプＬ２の外表面に形成される。これにより、相互の白熱ランプＬ１，Ｌ２が相手側のランプの照射に邪魔される方向の赤外線を、白熱ランプＬ１は反射膜２３で、白熱ランプＬ２は反射膜２２で反射させるようにしている。
【００２４】
図７を参照し、図６で説明したように形成された反射膜２２，２３による反射についてさらに説明する。図７は図４に相当する図３のＩａ−Ｉｂ断面図に、加熱ローラとの関係について説明するための断面図である。
【００２５】
まず、白熱ランプＬ１の発光部１３１から発せられた一点鎖線の矢印で示す赤外線は、四方八方に照射され、回転自在に取り付けられた太い破線で示す被照射体である加熱ローラ３０１の加熱を行う。反射膜２３に到達した赤外線は、ここで反射し、一部は再び発光部１３１側に戻るものの、破線の矢印で示す一部は加熱ローラ３０１の加熱を行う。つまり、加熱ローラ３０１の領域７１ａの部分は、白熱ランプＬ１から直接照射される赤外線と反射膜２３で反射された分の赤外線が照射されることになる。このため、領域７１ａは加熱効率が向上する。
【００２６】
同様に、白熱ランプＬ２の発光部１４１から発せられた二点鎖線の矢印で示す赤外線は、四方八方に照射され、加熱ローラ３０１の加熱を行う。反射膜２２に到達した赤外線は、ここで反射し、破線の矢印で示す一部は再び発光部１４１側に戻るものの、一部は加熱ローラ３０１の加熱を行う。つまり、加熱ローラ３０１の領域７１ｂの部分は、白熱ランプＬ２から直接照射される赤外線と反射膜２２で反射された分の赤外線が照射されることになる。このため、領域７１ｂは加熱効率が向上する。
【００２７】
このように、回転状態にある加熱ローラ３０１に対して領域７１ａ，７１ｂの位置にあるときは、より発熱効率が向上し、加熱ローラ３０１全体の効率が向上することとなる。加熱効率が向上、換言すれば電力の効率が向上するということであり、省電力化に寄与する。
【００２８】
図８は、この発明の管型ヒータ装置に関する第２の実施形態について説明するための、図７に相当する断面図である。
【００２９】
この実施形態は、白熱ランプＬ１，Ｌ２から加熱ローラ３０１までの距離のある図７に示す領域７２ａ，７２ｂについては、反射膜２２，２３で反射させるようにしたものである。
【００３０】
すなわち、図８に示すように、反射膜２２，２３を１８０°程度の角度で形成している。これにより、領域８２ａ，８２ｂについては、白熱ランプＬ１，Ｌ２から直接加熱ローラ３０１に当る赤外線を反射膜２２，２３で反射させている。領域８１ａ，８１ｂの加熱ローラ３０１には白熱ランプＬ１，Ｌ２から直接の分と、本来領域８２ａ，８２ｂを照射させる分が加算された照射量となる。照射量の増加は、加熱ローラ３０１の昇温速度をより向上させることが可能となることであり、より電力効率の向上が図れ、省電力化に寄与する。
【００３１】
ただし、実際には、全ての赤外線を反射膜２２，２３で反射させることはできないことから、領域８２ａ，８２ｂに入射される全ての照射が領域８１ａ，８１ｂに加算される訳ではない。
【００３２】
図９、図１０は、この発明の管型ヒータ装置に関する第３の実施形態について説明するための、図９は図２に相当する上面図、図１０は図９の切断面線IIIａ−IIIｂから見た断面図である。上記した実施形態と同一機能の部分には同一の符号を付してここでは異なる部分について説明する。この実施形態は、白熱ランプを３本にした場合の例である。
【００３３】
すなわち、３本目の白熱ランプＬ３は、石英ガラスよりなるバルブ８１内にそれぞれコイル状の長尺フィラメント８２が収容される。フィラメント８２は、タングステン素線を巻回したコイル状の複数の発光部８２１、これら発光部８２１間に粗巻き状や直線状の非発光部８２２や両端にレグ部８２３，８２４を備え、複数のサポート部材８２５により支持される。これによりフィラメント８２は局所的に赤外線を発生させる。
【００３４】
バルブ８１の軸方向の両端は、減圧封止による封止部８３１，８３２が形成される。バルブ８１の軸方向の両端は、減圧封止による封止部８３１，８３２が形成される。封止部は、相対する方向から金型で押し潰して成形された圧潰封止でも構わない。
【００３５】
バルブ１１，１２と同様にバルブ８１内には、それぞれ微量のハロゲン物質たとえば臭素Ｂｒや塩素Ｃｌとの混合物とともに、アルゴンＡｒや窒素Ｎ２などの不活性ガスが、常温２５℃で約０．９×１０５Ｐａ（パスカル）の圧力封入してある。
【００３６】
さらに、バルブ８１の外表面のバルブ１１，１２と対向する位置には、熱膨張率の小さい例えばアルミナ、シリカ等を主材とする反射膜８５が、反射膜２２，２３と同様に形成されている。
【００３７】
封止部８３１，８３２には、モリブデン箔などの金属箔８４１，８４２がそれぞれ気密に封止される。金属箔８４１の一端側にはフィラメント８２の一端のレグ部８２３と接続され、他端側には白熱ランプＬ３外に導出させた図示しない外部導入線の一端と接続し、この外部導入線の他端は白熱ランプＬ１〜Ｌ３を三角形状に配設させるステアタイトなどのセラミックスからなる直方体形状の絶縁性のベース部材１９１内で電力供給用のリード線２０４と接続される。
【００３８】
金属箔８４２の一端側にはフィラメント８２の他端のレグ部８２４と接続され、他端側には白熱ランプＬ３外に導出させた図示しない外部導入線の一端と接続し、この外部導入線の他端は白熱ランプＬ１〜Ｌ３を並列して配設させるステアタイトなどのセラミックスからなる直方体形状の絶縁性のベース部材１９２内で電力供給用のリード線２０２と接続される。
【００３９】
ここで、白熱ランプＬ１〜Ｌ３から赤外線と反射膜２２，２３，８５との関係について図１０を参照して説明する。反射膜２３は、一点鎖線の矢印の方向に照射されるように白熱ランプＬ１の外表面に形成する。反射膜２２は、二点鎖線の矢印の方向に照射されるように白熱ランプＬ２の外表面に形成する。さらに、反射膜８５は破線の矢印の方向に照射されるように白熱ランプＬ３の外表面に形成する。
【００４０】
このとき反射膜２２，２３，８５は、相互の白熱ランプＬ１〜Ｌ３の相対するランプの照射に邪魔される方向の赤外線を反射させるようにしている。
【００４１】
この場合の反射膜２２，２３，８５により反射された赤外線が、白熱ランプＬ１〜Ｌ３から直接発光された赤外線との相乗作用で、回転自在な加熱ローラ３０１を加熱させる発熱効率を向上させることとなる。加熱効率が向上により、電力効率の向上が図れ、結果として省電力化に寄与する。
【００４２】
図１１は、この発明の管型ヒータ装置に関する第４の実施形態について説明するための、図１０に相当する断面図である。
【００４３】
この実施形態は、３本の白熱ランプを使用した、図８で説明した第２の実施形態と同じような考えに基づいたもので、白熱ランプＬ１〜Ｌ３から加熱ローラ３０１までの距離のある領域１１１ａ〜１１１ｃについては、反射膜２２，２３，８５で反射させるようにしたものである。
【００４４】
すなわち、図１１に示すように、反射膜２２，２３，８５を１８０°の角度で形成している。これにより、加熱ローラ３０１までが遠いあるいは向かい合う白熱ランプ側に照射される白熱ランプＬ１〜Ｌ３の半分側の赤外線は、反射膜２２，２３，８５で反射させ領域１１１ａ〜１１１ｃに照射させている。
【００４５】
このため、加熱ローラ３０１に照射される赤外線量は、白熱ランプＬ１〜Ｌ３の直線の分と反射膜２２，２３，８５で反射させた分が増加することで、加熱ローラ３０１への加熱の応答性もより早くなり、加熱効率の向上、延いては電力効率の向上となって省電力化に寄与する。
【００４６】
この発明の管型ヒータ装置は、上記した実施形態に限定されるものではなく、使用する白熱ランプは４本以上であっても構わない。また、リード線２０２は、ベース部材１９２の中で複数の白熱ランプの外部導入線と接続しているが、ベース部材１９１側と同様に別々のリード線で取り出す構成でも構わない。
【００４７】
図１２、図１３は、図１〜図５で説明した白熱ランプを用いたこの発明の加熱装置の一実施形態について説明するための、図１２は概略的な構成図、図１３は図１２の切断面線IVａ−IVｂから見た断面図である。
【００４８】
図１２、図１３において、３００は加熱装置である。３０１はアルミニウムや鉄等の金属からなる円筒状の加熱ローラであり、加熱ローラ３０１の外周面には耐熱性の樹脂による被覆材３０２が被覆されている。加熱ローラ３０１の内部には、発熱源である白熱ランプＬ１，Ｌ２がベース部材１９１，１９２を介して、シャーシ等の支持された図示しない支持部材を用いてそれぞれ支持される。
【００４９】
白熱ランプＬ１，Ｌ２を加熱ローラ３０１に収容させる場合は、作業性の効率を考えベース部材１９１，１９２を予め取りけった状態でベース部材１９１，１９２の何れか一方から挿入される。ベース部材１９１，１９２が取り付けられた状態であっても、加熱ローラ３０１の内径を大きくすることなく収容させることが可能である。
【００５０】
３０３は、加熱ローラ３０１と圧接して下方に対向配置されたアルミニウムや鉄等の金属からなる円筒状の加圧ローラである。加圧ローラ３０３の外周面には、例えばシリコンゴムによる弾性体層３０４が被覆されている。この弾性体層３０４の表面には、通過する紙が定着後に加圧ローラ３０３から離れやすくなるように、表面を平滑にする樹脂コーティングを形成してもよい。
【００５１】
加圧ローラ３０３は、軸３０５を支持手段３０６を用いて回転自在に支持されている。また、加熱ローラ３０１の両端には回転ギア３０７が取り付けられ、これら回転ギア３０７とモータの回転軸に取り付けた回転ギアを噛み合わせて、モータを回転させることで、加熱ローラ３０１と加圧ローラ３０３を図１３の矢印Ａ，Ｂ方向にそれぞれ回転させることができる。
【００５２】
加熱ローラ３０１の白熱ランプＬ１，Ｌ２がリード線２０１／２０３とリード線２０２を介して通電されると、加熱ローラ３０１が発熱してヒートアップ（昇温）する。そこで、図１３の矢印Ａ，Ｂ方向に加熱ローラ３０１と加圧ローラ３０３を回転させ、図示しない転写ドラムなどからトナーＴが所定分布状態に転写された複写紙Ｐが、ヒートアップされた加熱ローラ３０１と加圧ローラ３０３間に送り込ませることで、複写紙Ｐおよび前の工程で塗布されたトナーＴ１が上下から加熱され、加熱されたトナーＴ２が溶融後複写紙Ｐ上に定着し、所定の文字や図柄などとして描かれる。
【００５３】
この実施形態では、反射膜が形成された白熱ランプにより、加熱ローラを加熱させる応答性が向上する発熱効率の向上を図ることができることから、加熱ローラの近傍に配された熱センサーの電力を供給させるシーケンスの動作回数を減らすことができる。このため、加熱効率が向上による電力効率の向上により省エネに寄与する。加熱効率の向上は、ファーストコピーの時間短縮にも寄与する。
【００５４】
上記した加熱装置では、加圧ローラ３０３も加熱ローラ３０１と同様の加熱ローラの構成にしても構わない。また、白熱ランプの数は、２本の例で説明したが、３本以上であっても構わない。
【００５５】
なお、加熱装置の用途としては、複写機等の画像形成装置の定着用に用いたが、これに限らず、家庭用の電気製品、業務用や実験用の精密機器や化学反応用の機器等に装着して加熱や保温の熱源としても使用し同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００５６】
Ｌ１〜Ｌ３  白熱ランプ
１１，１２，８１  バルブ
１３，１４，８２  フィラメント
１３１，１４１，８２１  発光部
１３２，１４２，８２２  非発光部
１５１，１５２，１６１，１６２，８３１，８３２  封止部
１７１，１７２，２１１，２１２，８４１，８４２  金属箔
１９１，１９２  ベース部材
２０１〜２０４  リード線
２２，２３，８５  反射膜
３００  加熱装置
３０１  加熱ローラ
３０３  加圧ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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