(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に空間を備えた長尺のガラス管と、前記ガラス管の両端に封着された金属箔と、主部を備え、前記主部が前記空間に配置されるように、前記金属箔と接続されたフィラメントと、前記ガラス管内の管軸方向に沿って設けられ、前記主部を保持する複数のサポート部材と、を具備する管状ヒータであって、
ランプ電力をＰ（Ｗ）、前記主部が配置されている部分の前記空間の体積をＶ（ｍｍ３）としたとき、Ｐ／Ｖ≧０．４４Ｗ／ｍｍ３を満足するとともに、
前記主部は、第１のコイル部と第２のコイル部を備え、コイルの金属線の線径をＡ（ｍｍ）、隣接するコイル間の距離をＢ（ｍｍ）、コイルピッチ（％）を（Ｂ／Ａ）×１００としたとき、前記第１のコイル部は前記第２のコイル部よりもコイルピッチが２０％以上小さく、
前記第１のコイル部と前記第２のコイル部との境界は、隣接する前記サポート部材の間に配置されていることを特徴とする管状ヒータ。
【請求項２】
前記第１のコイル部および前記第２のコイル部はコイルピッチが１２０〜１８０％を満足するとともに、前記主部はコイルピッチが２００％以上を満足するコイル領域を備えていないことを特徴とする請求項１に記載の管状ヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、複写機やプリンターのトナー定着等に用いられる管状ヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンターのトナー定着等に用いられる管状ヒータは、ガラス管の内部にフィラメントを配置した構造である。このランプは、管軸方向で均一の配光特性を持つものが一般的であるが、装着する装置の仕様や客先の要望により、管軸方向で配光に特色を持たせる場合がある。例えば、特許文献１では、管状ヒータの中央領域よりも両端領域の方が熱出力を高くする配光設計をしている。このような配光設計では、特許文献２のように、発光部と非発光部を設け、熱出力を高くしたい領域の発光部の管軸方向長さを他の発光部よりも長くする設計を行うのが一般的であった。
【０００３】
ここで、最近では高負荷かつコンパクトな管状ヒータのニーズがある。このような管状ヒータでは、従来とは異なるコイル設計となるが、そのために設計自由度が狭くなり、従来のように配光に特色を持たせるのが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２０２９２６号公報
【特許文献２】特開２００７−２８６４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、配光に特色を持たせることが可能な高負荷かつコンパクトな管状ヒータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために、実施形態の管状ヒータは、内部に空間を備えた長尺のガラス管と、前記ガラス管の両端に封着された金属箔と、主部を備え、前記主部が前記空間に配置されるように、前記金属箔と接続されたフィラメントと、を具備する管状ヒータであって、ランプ電力をＰ（Ｗ）、前記主部が配置されている部分の前記空間の体積をＶ（ｍｍ３）としたとき、Ｐ／Ｖ≧０．４４Ｗ／ｍｍ３を満足するとともに、前記主部は、第１のコイル部と第２のコイル部を備え、前記第１のコイル部は前記第２のコイル部よりもコイルピッチが２０％以上小さく構成されてなることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の管状ヒータについて説明するための図である。
【図２】第１の実施形態の管状ヒータの端部付近について説明するための図である。
【図３】第１のコイル部と第２のコイル部のコイルピッチ差を変化させたときの管状ヒータの管軸方向における配光について説明するための図である。
【図４】第１の実施形態のフィラメントの主部について説明するための図である。
【図５】第２の実施形態の定着装置について説明するための図である。
【図６】第２の実施形態の定着装置の定着ローラについて説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の管状ヒータについて、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態の管状ヒータについて説明するための図、図２は、第１の実施形態の管状ヒータの端部付近について説明するための図である。
【００１０】
管状ヒータは、主要部として例えば石英ガラスからなるガラス管１を備えている。ガラス管１は、細長い管であり、筒状部１１とシール部１２とで構成されている。筒状部１１は、ガラス管１の大部分を占める円筒状の部分である。その一部には、ガラス管１内の排気・ガス導入を行うために用いられたチップ１１１が形成されている。シール部１２は、筒状部１１の両端にピンチシールにより形成された板状の封着部である。なお、シール部１２は、シュリンクシールにより形成された円柱状であってもよい。
【００１１】
ガラス管１の内部には空間１３が形成されている。この空間１３には、例えば、微量の窒素や臭素、ヨウ素などのハロゲン物質や、アルゴン、ネオン、窒素などのガスが封入されている。
【００１２】
シール部１２の内部には、金属箔２が封着されている。金属箔２は例えばモリブデンからなる薄板であり、シール部１２の板状面に沿うように配置されている。
【００１３】
ガラス管１の内部にはフィラメント３が設けられている。フィラメント３は、例えばタングステンからなる金属線であり、主部３１とレグ部３２とで構成されている。主部３１は、空間１３に配置された部分である。レグ部３２は、主部３１の両端に位置し、金属箔２と接続される部分である。
【００１４】
また、ガラス管１の内部にはサポート部材４が設けられている。サポート部材４は、例えばタングステンからなる金属線であり、ガラス管１の内壁面に固定され、フィラメント３がガラス管１の中央に位置するように主部３１を保持している。サポート部材４は、所定の間隔を保ち、管軸方向に沿って複数設けられている。
【００１５】
金属箔２のレグ部３２が接続されていない側には、リード線５が接続されている。リード線５は、例えばモリブデンやタングステンなどからなる金属線であり、他端側は管軸に沿うように、シール部１２から導出されている。
【００１６】
ここで、本実施形態では、図２に示すように、主部３１は第１のコイル部３１１と第２のコイル部３１２を備えている。第１のコイル部３１１および第２のコイル部３１２は金属線を巻回することで螺旋状に形成されたコイル部分であり、第１のコイル部３１１は第２のコイル部３１２よりもコイルピッチが２０％以上小さくなるような密巻きになっている。つまり、第１のコイル３１１における金属線の直径をＡ１（ｍｍ）、隣接するコイル部分との距離をＢ１（ｍｍ）、第２のコイル３１２における金属線の直径をＡ２（ｍｍ）、隣接するコイル部分との距離をＢ２（ｍｍ）としたとき、｜（Ｂ１／Ａ１）−（Ｂ２／Ａ２）｜≧０．２の関係を満たしている。
【００１７】
以下に、管状ヒータの一実施例について説明する。
（実施例）
ランプ長＝２８０ｍｍ、
ガラス管１の外径Ｒ＝５ｍｍ、内径ｒ＝３ｍｍ、
空間１３の管軸方向長さ＝２３０ｍｍ、
うち、主部３１が配置されている長さＬ１＝２００ｍｍ、
第１のコイル部３１１の金属線の直径Ａ１＝０．３１ｍｍ、隣接するコイル部分との距離Ｂ１＝０．３９ｍｍ、コイルピッチ≒１３０％、コイル巻径Ｃ＝１．３ｍｍ、管軸方向長さＬ２＝５０ｍｍ、
第２のコイル部３１２の金属線の直径Ａ２＝０．３１ｍｍ、隣接するコイル部分との距離Ｂ２＝０．５１ｍｍ、コイルピッチ≒１７０％。
【００１８】
この実施例の管状ヒータを８５０Ｗのランプ電力で点灯した。その結果、両端領域が中央領域よりも発光が強い特色のある配光を得ることができた。
【００１９】
管状ヒータにおいては、高負荷で、かつコンパクトであることが要求されている。高負荷で、かつコンパクトであるとは、単位体積あたりに投入される電力が大きいことを意味する。本発明では、ランプ電力Ｐ（Ｗ）と、主部３１が配置されている部分の空間１３の体積Ｖ（ｍｍ３）から、Ｐ／Ｖ（Ｗ／ｍｍ３）と示す。Ｖ＝Ｌ１×π（ｒ／２）２である。Ｐ／Ｖが大きくなると、フィラメント３にかかる負担が大きくなるため、直径の大きな金属線を用いる必要が生じる。一方で、管状ヒータとして十分な特性を得るには必要なターン数が存在する。直径が大きい金属線で必要なターン数、コイルを巻回しようとすると、直径が小さい金属線の場合よりも空間１３に余裕がなくなる。そのため、従来のように配光に特色を持たせるために、発光部と非発光部を設け、場所によって発光部の長さを変えるという設計が困難になる。特に、Ｐ／Ｖが０．４４Ｗ／ｍｍ３以上、さらには０．５０Ｗ／ｍｍ３以上になると、設計自由度が狭くなり、配光に特色を持たせるコイル設計が困難になる。
【００２０】
そこで、そのような設計自由度が狭い管状ヒータでも配光に特色を持たせるべく、第１のコイル部３１１を第２のコイル部３１２よりもコイルピッチを所定だけ小さくなるように密に巻きにし、管状ヒータの管軸方向における配光を測定した。その結果を図３に示す。
【００２１】
結果から、第１のコイル部３１１が１２０％、第２のコイル部３１２が１４０％、すなわちコイルピッチ差が２０％では、１０％以上強度に差が生じることがわかる。コイルピッチ差が４０％では２０％弱、コイルピッチ差が４０％では約２５％、強度に差が生じることがわかる。なお、図示していないが、第１のコイル部３１１を１２０％、第２のコイル部３１２を１３０％とした場合には、強度の差は５％程度である。第１のコイル部３１１の部分と第２のコイル部３１２の部分とで、強度に１０％程度の差、望ましくは２０％程度の差が生じていれば、配光に特色が持たせられた状態といえる。したがって、特色のある配光を得るには、第１のコイル部３１１を第２のコイル部よりもコイルピッチを２０％以上、望ましくは４０％以上小さく構成すればよい。
【００２２】
なお、第１のコイル部３１１および第２のコイル部３１２はコイルピッチが１２０〜１８０％を満足するのが望ましい。この範囲外であると、フィラメントの温度が高すぎたり、低すぎたりして管状ヒータとして実用的でないためである。また、主部３１はコイルピッチが２００％以上を満足するコイル領域を備えていないのが望ましい。つまり、図４に示すように、主部３１が金属線の直径Ａ３（ｍｍ）、隣接するコイル部分との距離Ｂ３（ｍｍ）の関係であるＢ３／Ａ３が２以上となる部分を持たないのが望ましい。ただし、製造ばらつき等により、設計者の意図に反してコイルピッチが２００％以上を満たしているような部分は除外するものとする。また、上記のようなコイルピッチは、主部３１が配置されている長さＬ１は１５０〜２５０ｍｍ、ガラス管１の内径ｒは３．５ｍｍ以下、フィラメント３を構成する金属線の直径は０．２５ｍｍ以上、ランプ電力は８００Ｗ以上の場合において適用するのが望ましい。
【００２３】
さらに、隣接するサポート部材４の間隔Ｄ１は、８ｍｍ以下であるのが望ましい。密巻きにした第１のコイル部３１１は温度が高くなり、点灯中に撓みやすくなるためである。また、第１のコイル部３１１と第２のコイル部３１２の境界は、隣接するサポート部材４の間、特には隣接するサポート部材４の間の略中央に位置するように配置して、保持しないようにするのが望ましい。第１のコイル部３１１と第２のコイル部３１２の境界は、変化領域をほとんど生じさせることなく所定のコイルピッチ差を持たせることが可能であり、当該部分をサポート部材４で保持しないことによって、比較的急峻な配光の変化を得ることができるためである。
【００２４】
第１の実施形態においては、ランプ電力をＰ（Ｗ）、主部３１が配置されている部分の空間１３の体積をＶ（ｍｍ３）としたとき、Ｐ／Ｖ≧０．４４Ｗ／ｍｍ３を満足するような高負荷でコンパクトな管状ヒータであっても、第１のコイル部３１１のコイルピッチを第２のコイル部３１２のコイルピッチよりも２０％以上小さく構成することで特色のある配光を得ることができる。
【００２５】
また、第１のコイル部３１１と第２のコイル部３１２の境界を、隣接するサポート部材４の間に配置し、サポート部材４によって保持しないようにしたことで、第１のコイル部３１１〜第２のコイル部３１２の配光の変化を急峻にすることができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の定着装置について説明するための図である。この第２の実施形態の各部について、第１の実施形態の管状ヒータの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。
【００２７】
定着装置は、管状ヒータ１００、定着ローラ２００および加圧ローラ３００で構成されている。
【００２８】
管状ヒータ１００は、第１の実施形態で説明したヒータである。
【００２９】
定着ローラ２００は、紙面上に転写されたトナーを複写紙Ｐに定着させるとともに、回転することによって複写紙Ｐを搬送させるローラである。定着ローラ２００は、例えば内側からステンレスなどからなる金属層、シリコンゴムからなる弾性層および樹脂層で構成された三層構造となっており、その両端は開口している。定着ローラ２００の中心、すなわち金属層の内部は空洞になっており、図６のようにその中に管状ヒータ１００が配置されている。
【００３０】
加圧ローラ３００は、複写紙Ｐに圧力を加えて定着ローラ２００とともに複写紙Ｐを挟み、なおかつ紙面上に転写されたトナーを複写紙Ｐに定着させるためのローラである。この加圧ローラ３００も定着ローラ２００と同様の三層構造で両端は開口しており、加圧ローラ３００の内部に形成されている空洞にも、管状ヒータ１００が配置されている。
【００３１】
この実施形態のように、両端が開口しているために点灯中にその両端部において温度が低下しやすい定着ローラ２００や加圧ローラ３００に管状ヒータ１００を配置する場合でも、その温度低下を解消し、ローラの管軸方向の表面温度を均一化することができる。また、管状ヒータ１００の筒状部１１の外表面と定着ローラ２００や加圧ローラ３００の内表面との距離Ｄ２が従来よりも短い５ｍｍ以下となり、ローラの管軸方向の表面温度が管状ヒータ１００の配光により影響されるようになっても、本実施形態の管状ヒータ１００であればその表面温度を均一化することができる。
【００３２】
本発明は上記実施態様に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１のコイル部３１１を管軸方向の中央部に形成することで、管状ヒータの中央付近の配光を他よりも強くする設計としてもよい。また、第１のコイル部３１１および第２のコイル部３１２とコイルピッチが異なる第３のコイル部を備えていても良い。つまり、ヒータの管軸方向で２以上の配光の変化のある領域があってもよい。
【００３３】
この発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１  ガラス管
２  金属箔
３  フィラメント
３１  主部
３１１  第１のコイル部
３１２  第２のコイル部
３２  レグ部
４  サポート部材
【図１】
0005857620.tif 000002
【図２】
0005857620.tif 000003
【図３】
0005857620.tif 000004
【図４】
0005857620.tif 000005
【図５】
0005857620.tif 000006
【図６】
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