(57)【要約】【課題】  この発明は、使用電力量が商用電源の容量を越えてしまい、温度制御不能時に想定される熱源暴走時の安全性が問題になるという課題を解決しようとするものである。【解決手段】  この発明は、第１の熱源４を内部に有する定着部材と、この定着部材と対向して配置される加圧部材と、電力の供給を受けることによって発熱する第２の熱源５を有し定着部材を外部から加熱する外部加熱部材と、第２の熱源５に電力を供給する駆動手段とを有し、この駆動手段は、急速な充放電が可能な蓄電装置１４と、商用電源１２から給電され蓄電装置１４を充電する充電器１５とを備えたものである。【選択図】  図１
2006018315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着装置において、
複数の熱源と、
前記複数の熱源の少なくとも一つの熱源に電力を供給する駆動手段とを有し、前記複数の熱源の少なくとも一つの熱源は、
ガラス管内に封入されるガスがキセノンまたはクリプトンを主成分とし、電熱線を有するヒータであって、
前記駆動手段は、
急速な充放電が可能な蓄電装置と、
商用電源から給電され前記蓄電装置を充電する充電器を備えた
ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
シート状の記録媒体に形成されているトナー画像を定着させる定着装置において、
第１の熱源を内部に有する定着部材と、
この定着部材と対向して配置される加圧部材と、
電力の供給を受けることによって発熱する第２の熱源を有し前記定着部材を外部から加熱する外部加熱部材と、
前記第２の熱源に電力を供給する駆動手段とを有し、
この駆動手段は、
急速な充放電が可能な蓄電装置と、
商用電源から給電され前記蓄電装置を充電する充電器とを備えた
ことを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の定着装置において、
前記蓄電装置として１ｋＪ以上の総エネルギー量を蓄えられる容量を有するコンデンサを備えた
ことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の定着装置において、
前記第２の熱源がガラス管内に電熱線を有するヒータである
ことを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項４記載の定着装置において、
前記ヒータの定常時の色温度が２６００Ｋ以上である
ことを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項５記載の定着装置において、
前記ヒータはガラス管内に封入しているガスがクリプトン又はキセノンを主成分としている
ことを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項２記載の定着装置において、
前記第２の熱源が面状の抵抗発熱体である
ことを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか１つに記載の定着装置において、
前記外部加熱部材が回転体である
ことを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項８記載の定着装置において、
前記回転体は無端ベルトである
ことを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項２〜９のいずれか１つに記載の定着装置において、
前記定着部材は無端ベルトである
ことを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の定着装置において、
前記定着部材である無端ベルトは加熱部材と支持部材に架け渡し、
前記加熱部材は定着ニップ部から上流側に離れた位置に配置した
ことを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
請求項２〜１１のいずれか１つに記載の定着装置において、
前記第１の熱源を面状の発熱抵抗体とした
ことを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の定着装置において、
前記加熱部材は、固定され、架け渡される前記無端ベルトとは接触部で摺動して該無端ベルトを伝熱加熱する
ことを特徴とする定着装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の定着装置において、
前記加熱部材は断面が略円弧状である曲面状の薄板からなる
ことを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
トナー画像をシート状の記録媒体上に形成し、この記録媒体上のトナー画像を定着装置で定着させる画像形成装置において、
前記定着装置が請求項１〜１４のいずれか１つに記載の定着装置である
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状記録媒体上のトナーを該記録媒体に定着させる定着装置、及び複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、定着ローラに加圧ローラを圧接した定着装置が用いられている。この定着装置は、熱源で加熱した定着ローラを回転させながら、定着ローラと加圧ローラとの間に、トナーが転写されたシート状の記録媒体を挿通し、トナーを加熱溶融して記録媒体上に定着させる。定着ローラを加熱する熱源としては、一般的にはハロゲンランプを用いたハロゲンヒータが使用されてきた。また、熱源は商用電源からの供給電力が温度制御手段により定着ローラ表面温度が設定値になるように制御される。
【０００３】
このような定着装置では、記録媒体を定着ローラと加圧ローラとの間に挿通して記録媒体上のトナーを定着させる際に、定着ローラの記録媒体への熱供給による定着部材表面の温度低下が生じるが、定着ローラが１回転する間に熱源から定着ローラへの熱供給及び定着ローラ表面への熱伝動が十分でない場合には、定着ローラ表面の温度が設定値に復帰しきれなくなる。
【０００４】
特に、定着ローラの周長が記録媒体の搬送方向の寸法よりも小さい場合には、定着ローラが１回転した後の定着ローラから記録媒体への熱供給が定着ローラの１周目に比べて小さくなる。このことにより、記録媒体の搬送方向の先端と後端とで画像の光沢、定着性が異なり定着ムラが生じてしまうと言う問題点が発生する。
【０００５】
このような問題点を解決するためには、定着ローラが定着ニップ部（定着ローラと加圧ローラとのニップ部）に進入する直前の温度が常に一定になるようにすればよい。そこで、定着ローラ表面を外部から加熱する外部加熱部材を設けることにより、定着ローラ表面の温度低下を防ぐという技術が提案されている。
【０００６】
また、特開２０００−９８７９９には、電力の供給を受けることによって発熱するヒータと、このヒータに電力を供給するヒータ駆動手段とを有する定着装置用加熱装置において、上記ヒータ駆動手段は、充電可能な電池と、商用電源から給電され前記蓄電池を充電する充電器とを備え、前記ヒータは商用電源から電力の供給を受ける主ヒータと、前記蓄電池から電力の供給を受ける補助ヒータとを有し、前記蓄電池の充電を前記主ヒータの消灯時に行うことを特徴とする定着装置用加熱装置が記載されている。
【０００７】
特許文献１には、未定着トナーが付着された記録媒体を挿通圧接する一対のローラを有し、少なくとも一方のローラ内にヒータを有する内部ヒータと、前記記録媒体の前記未定着トナーが付着された側に設けられた外部ヒータとを有し、前記内部ヒータ及び外部ヒータを駆動して前記未定着トナーを前記記録媒体に定着する外部・内部併用加熱型定着装置において、前記未定着トナーが前記記録媒体に定着する定着可能温度より低い第１の設定温度に達した段階で、前記外部ヒータのみを駆動して前記未定着トナーを前記記録媒体に定着する第２の設定温度に制御することを特徴とする外部・内部併用加熱型定着装置が記載されている。
【０００８】
特許文献２には、加熱部と主電源装置と補助電源装置とを有し、加熱部は発熱体を有し主電源装置と補助電源装置から供給される電力により発熱する加熱装置において、補助電源装置としてコンデンサを用いたことを特徴とする加熱装置が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−３１４３２３号公報
【特許文献２】特開２０００−３１５５６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記技術では、定着ローラを加熱する熱源以外に、新たに外部加熱部材を加熱するための熱源が必要となるので、使用電力量が商用電源の容量を越えてしまうという問題が生じる。また、商用電源から熱源への電力供給を温度制御手段により制御する場合、温度制御手段の故障によって定着ローラ表面の温度制御が不能になった時に想定される熱源暴走時の安全性が問題となる。
【００１１】
本発明は、商用電源の容量が足りずに定着部材表面の温度低下を防止できなくなるという問題を解決することができ、熱源暴走時の安全性の面で有利となる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、定着装置において、複数の熱源と、前記複数の熱源の少なくとも一つの熱源に電力を供給する駆動手段とを有し、前記複数の熱源の少なくとも一つの熱源は、ガラス管内に封入されるガスがキセノンまたはクリプトンを主成分とし、電熱線を有するヒータであって、前記駆動手段は、急速な充放電が可能な蓄電装置と、商用電源から給電され前記蓄電装置を充電する充電器を備えたものである。
【００１３】
請求項２に係る発明は、シート状の記録媒体に形成されているトナー画像を定着させる定着装置において、第１の熱源を内部に有する定着部材と、この定着部材と対向して配置される加圧部材と、電力の供給を受けることによって発熱する第２の熱源を有し前記定着部材を外部から加熱する外部加熱部材と、前記第２の熱源に電力を供給する駆動手段とを有し、この駆動手段は、急速な充放電が可能な蓄電装置と、商用電源から給電され前記蓄電装置を充電する充電器とを備えたものである。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の定着装置において、前記蓄電装置として１ｋＪ以上の総エネルギー量を蓄えられる容量を有するコンデンサを備えたものである。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項２または３記載の定着装置において、前記第２の熱源がガラス管内に電熱線を有するヒータであるものである。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項４記載の定着装置において、前記ヒータの定常時の色温度が２６００Ｋ以上であるものである。
【００１７】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の定着装置において、前記ヒータはガラス管内に封入しているガスがクリプトン又はキセノンを主成分としているものである。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項２記載の定着装置において、前記第２の熱源が面状の抵抗発熱体であるものである。
【００１９】
請求項８に係る発明は、請求項２〜７のいずれか１つに記載の定着装置において、前記外部加熱部材が回転体であるものである。
【００２０】
請求項９に係る発明は、請求項８記載の定着装置において、前記回転体は無端ベルトであるものである。
【００２１】
請求項１０に係る発明は、請求項２〜９のいずれか１つに記載の定着装置において、前記定着部材は無端ベルトであるものである。
【００２２】
請求項１１に係る発明は、請求項１０記載の定着装置において、前記定着部材である無端ベルトは加熱部材と支持部材に架け渡し、前記加熱部材は定着ニップ部から上流側に離れた位置に配置したものである。
【００２３】
請求項１２に係る発明は、請求項２〜１１のいずれか１つに記載の定着装置において、前記第１の熱源を面状の発熱抵抗体としたものである。
【００２４】
請求項１３に係る発明は、請求項１２記載の定着装置において、前記加熱部材は、固定され、架け渡される前記無端ベルトとは接触部で摺動して該無端ベルトを伝熱加熱するものである。
【００２５】
請求項１４に係る発明は、請求項１３記載の定着装置において、前記加熱部材は断面が略円弧状である曲面状の薄板からなるものである。
【００２６】
請求項１５に係る発明は、トナー画像をシート状の記録媒体上に形成し、この記録媒体上のトナー画像を定着装置で定着させる画像形成装置において、前記定着装置が請求項１〜１４のいずれか１つに記載の定着装置であるものである。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように請求項１に係る発明によれば、商用電源の容量が足りずに定着部材表面の温度低下を防止できなくなるという問題を解決することができ、熱源暴走時の安全性の面で有利となる。さらに、ヒータは、フィラメントの蒸発を抑えて寿命を延ばすことができ、ガラス管内のガス対流による熱損失を抑えて立ち上がり時にフィラメントがガスにより冷却されることを軽減し、外部加熱部材の立ち上がりをより高速にすることができる。
【００２８】
請求項２に係る発明によれば、商用電源の容量が足りずに定着部材表面の温度低下を防止できなくなるという問題を解決することができ、熱源暴走時の安全性の面で有利となる。  
請求項３に係る発明によれば、蓄電装置の充放電サイクルを定着装置の線速に対して十分に追従させることが可能となり、高線速の定着装置にも適用することができる。
【００２９】
請求項４に係る発明によれば、コストを抑え、信頼性を高める効果が得られる。  
請求項５に係る発明によれば、フィラメント自身の立ち上がり時間を短くでき、熱源の応答性を高めることができ、外部加熱部材を速やかに加熱することができる。  
請求項６に係る発明によれば、ヒータは、フィラメントの蒸発を抑えて寿命を延ばすことができ、ガラス管内のガス対流による熱損失を抑えて立ち上がり時にフィラメントがガスにより冷却されることを軽減し、外部加熱部材の立ち上がりをより高速にすることができる。
【００３０】
請求項７に係る発明によれば、定着部材への効率的な熱供給に有利であり、製造コストを低減できる。また、高線速の定着装置に対して十分に追従することができ、熱源の通電パターンの複雑化を避けることができる。  
請求項８に係る発明によれば、定着部材と外部加熱部材との接触部での摩擦摺動により定着部材に傷を生じさせるなどの問題を解決することができる。
【００３１】
請求項９に係る発明によれば、定着部材と外部加熱部材との接触面積を十分に確保することができ、定着部材表面の加熱をより効率的に行うことができる。  
請求項１０に係る発明によれば、熱容量をあまり大きくすることなく幅広い定着ニップ部を確保することができ、効率として有利である。  
請求項１１に係る発明によれば、無端ベルトを、定着ニップ部に到達する前に加熱部材によって加熱することが可能となる。さらに、無端ベルトを加熱部材に巻き付かせることができ、無端ベルトと加熱部材との接触面積を大きくすることができる。
【００３２】
請求項１２に係る発明によれば、抵抗発熱体から加熱部材へのより効率的な伝熱が可能となる。  
請求項１３に係る発明によれば、給電部での接触摺動がなくなり、摩耗粉や摺動面の荒れによるブラシ部の早期寿命や火花放電によるノイズの発生等がなくなる。
【００３３】
請求項１４に係る発明によれば、加熱部材から無端ベルトへ効率的に伝熱を行うことができ、省エネルギーのための低熱量化を図ることができる。  
請求項１５に係る発明によれば、記録媒体上の画像の光沢を安定させてそのムラを少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図９は本発明の第１実施形態を示す。この第１実施形態は画像形成装置の一形態である。図示しない駆動部により矢印方向に回転される像担持体としてのドラム状感光体１０１の周りには、帯電手段１０２、クリーニング手段１０３、感光体１０１上の静電潜像を顕像化する現像手段としての現像スリーブ１０５を含む現像部１０７、及び転写手段１０６が配置されている。
【００３５】
感光体１０１は、帯電手段１０２により一様に帯電された後に書き込み手段（露光手段）としてのレーザ光学系１４０からのレーザ光Ｌで露光されて静電潜像が形成され、現像部１０７により静電潜像が現像されてトナー像となる。この感光体１０１上のトナー像は転写手段１０６により後述のようにシート状記録媒体としての用紙Ｐへ転写され、感光体１０１はトナー像転写後にクリーニング手段１０３によりクリーニングされる。したがって、帯電手段１０２、レーザ光学系１４０、現像部１０７、転写手段１０６は用紙Ｐ上にトナー像を形成する画像形成手段を構成している。
【００３６】
本装置下部には矢印ａ方向に着脱可能な給紙カセット１１０を有する給紙装置が設けられている。給紙カセット１１０内に収容された用紙Ｐは、中板１１１で支えられ、図示しないスプリングの力によってアーム１１２を介して給紙ローラ１１３に押し付けられている。給紙カセット１１０内の最上紙は、図示しない制御部から指令が発せられて給紙ローラ１１３が回転することによって給紙され、分離パッド１１４で重送を防止されながら下流側のレジストローラ対１１５まで搬送される。
【００３７】
また、給紙トレイ１３２がピン１３３により回動可能に取り付けられ、給紙トレイ１３２内の最上位のシート状記録媒体としての用紙は給紙ローラにより給紙されて分離パッドで重送を防止されながら下流側のレジストローラ対１１５まで搬送される。給紙カセット１１０、１３２内の用紙はいずれか一方が選択的に給紙される。
【００３８】
レジストローラ対１１５は、搬送されてきた用紙Ｐを感光体１０１上の画像（トナー像）と同期するようにタイミングをとって転写手段１０６に向けて送り出す。転写手段１０６はレジストローラ対１１５から送られてきた用紙Ｐへ感光体１０１上の画像を転写し、この画像の転写された用紙Ｐは定着装置１１６に搬送される。定着装置１１６は、用紙Ｐ上のトナーを加熱及び加圧により用紙Ｐに定着させる。
【００３９】
定着装置１１６からの定着済みの用紙Ｐは、排紙ローラ対１２０によって画像面を下にして排紙口１２１より排紙トレイ１２２上に排出されてスタックされる。排出される用紙のサイズに対応するため、排紙補助トレイ１２５は矢印ｂ方向にスライド可能となっている。本装置右側には操作面が配置されており、操作パネル１３０が外装部１３１の上部前面（図９の本装置上右側）で突き出ている。図中左側に配置されたケース１３４内には、電源回路１３５やプリント板１３６（エンジンドライバーボード）等の電装・制御装置が収納され、コントローラボード１３７も収納されている。排紙トレイ１２２を構成しているカバー１３８は回転支点１３９を中心に解放可能である。
【００４０】
図２は第１実施形態における定着装置１１６の概略を示す。この定着装置１１６では、加熱部材兼定着部材としての定着ローラ１にシリコンゴム等の弾性部材からなる加圧部材としての加圧ローラ２が図示しない加圧手段により一定の加圧力で押し当てられている。定着部材と加圧部材は、一般的にローラであることが多いので、図２にはローラ１、２で示したが、いずれか一方又は両方がローラに限らずに無端ベルトなどを使用してもよい。
【００４１】
定着ローラ１の表面には外部加熱部材３が所定の圧力で当接され、外部加熱部材３は定着ローラ１を外部から加熱する。外部加熱部材３は、例えば回転体である外部加熱用ローラとすれば、定着ローラ１との接触面で摺動することがなく定着ローラ１との接触が安定する。
【００４２】
この定着装置１１６は電力の供給を受けることによって発熱する熱源としてのメインヒータ４及びサブヒータ５を有し、メインヒータ４は定着ローラ１の内側（内部）に配置されて定着ローラ１を内側から加熱する。サブヒータ５は外部加熱用ローラ３の内側に配置されて外部加熱用ローラ３を内側から加熱する。
【００４３】
定着ローラ１及び加圧ローラ２は図示しない駆動機構により回転駆動される。温度センサ６は、定着ローラ１（若しくは加圧ローラ２）の表面に当接され、定着ローラ１の表面温度（定着温度）（若しくは加圧ローラ２の表面温度）を検知する。トナー７を担持したシート状記録媒体としての用紙８（上記用紙Ｐ）は、定着ローラ１と加圧ローラ２との間の定着ニップ部を通過する際に、定着ローラ１と加圧ローラ２による加熱及び加圧でトナー７が定着される。
【００４４】
定着ローラ１を内部から加熱する熱源としてのメインヒータ４は、ガラス管内に電熱線を有するヒータ（一般にハロゲンヒータ）を用いている。また、本実施形態では、信頼性を考慮してサブヒータ５にも同様にガラス管内に電熱線を有するヒータ（一般にハロゲンヒータ）を用いている。また、ヒータ４、５の定常時の色温度を２６００Ｋ以上にすることにより、立ち上がりを速くすることができる。また、ヒータ４、５はガラス管内に封入しているガスがクリプトン又はキセノンを主成分としているハロゲンヒータを用いることにより、寿命を延ばすことができ、更に熱源としての応答性を高めることができる。
【００４５】
図１は第１実施形態における定着装置１１６のブロック構成を示す。温度センサ６からの検知信号は入力回路９を経て制御手段としてのＣＰＵ１０に取り込まれ、ＣＰＵ１０は温度センサ６からの検知信号に基づいて定着ローラ１の表面温度（定着温度）が設定温度（設定値）に維持されるように、スイッチ１１を制御して商用電源１２からメインヒータ４への通電を制御するとともに、スイッチ１３を制御して蓄電装置１４からサブヒータ５への通電を制御する。
【００４６】
ここに、メインヒータ４は商用電源１２からスイッチ１１を介して通電され、スイッチ１１がＣＰＵ１０により制御されることで商用電源１２からメインヒータ４への通電が制御される。スイッチ１３は蓄電装置１４を充電器１５とサブヒータ５に切替接続し、スイッチ１３が蓄電装置１４を充電器１５に切替接続することにより充電器１５が商用電源１２からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置１４に印加して蓄電装置１４を充電させる。
【００４７】
スイッチ１３が蓄電装置１４をサブヒータ５に切替接続することにより蓄電装置１４からスイッチ１３を介してサブヒータ５に放電される。ＣＰＵ１０はスイッチ１３を制御することで蓄電装置１４からサブヒータ５への通電を制御する。蓄電装置１４は、急速な充放電が可能である（充電と放電のサイクルが記録媒体８の定着ニップ部通過時間内に行える）蓄電装置、例えば１ｋＪ以上の総エネルギー量を蓄えられる容量を有するコンデンサが用いられる。
【００４８】
定着ローラ１の表面温度が設定値を下回らない時には、スイッチ１３が蓄電装置１４を充電器１５に切替接続し、充電器１５が商用電源１２からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置１４に印加することにより蓄電装置１４を充電させる。定着ローラ１の表面温度が設定値を下回ったときには、スイッチ１３が蓄電装置１４をサブヒータ５に切替接続し、蓄電装置１４からサブヒータ５に放電されてサブヒータ５が直流電流により駆動される。
【００４９】
この第１実施形態の定着装置１１６によれば、第１の熱源としてのメインヒータ４を内部に有する定着部材としての定着ローラ１と、この定着ローラ１と対向して配置される加圧部材としての加圧ローラ２と、電力の供給を受けることによって発熱する第２の熱源としてのサブヒータ５を有し定着ローラ１を外部から加熱する外部加熱部材３と、サブヒータ５に電力を供給する駆動手段とを有し、この駆動手段は、急速な充放電が可能な蓄電装置１４と、商用電源１２から給電され蓄電装置１４を充電する充電器１５とを備えたので、商用電源の容量が足りずに定着部材表面の温度低下を防止できなくなるという問題を解決することができ、熱源暴走時の安全性の面で有利となる。
【００５０】
すなわち、外部加熱部材３を加熱するサブヒータ５への電力供給源として蓄電装置１４を備えることによって、商用電源からの供給電力限界以上の電力を定着ローラ１表面の温度低下時に一時的に投入することができ、商用電源の容量が足りずに定着ローラ表面の温度低下を防止できなくなるという問題を回避することができる。また、このことによって、記録媒体８上のトナー画像の光沢を安定させてそのムラを少なくすることができる。さらに、外部加熱部材３を加熱するサブヒータ５への電力供給は蓄電装置１４から行うので、蓄電装置１４に蓄積されたエネルギーを使い切れば、万が一の故障時を想定したヒータ暴走時でも必要以上に温度上昇が加速されることはなく、安全性の面でも有利となる。
【００５１】
また、一枚の記録媒体８が定着装置１１６を通過する間に外部加熱部材３はオン／オフを繰り返すことになるので、外部加熱部材３を加熱するサブヒータ５への電力供給を行う蓄電装置１４は充放電サイクルが線速に対して十分に追従するものでなくてはならない。第１実施形態の定着装置１１６によれば、蓄電装置１４として、蓄電池に比べて充放電サイクルが早い大容量のコンデンサ、つまり、１ｋＪ以上の総エネルギー量を蓄えられる容量を有するコンデンサを用いることにより、その充放電サイクルを線速に対して十分に追従させることが可能となり、高線速の定着装置にも適用することができる。
【００５２】
また、第１実施形態の定着装置１１６によれば、熱源５として従来最もよく使われているガラカ管内に電熱線を有する輻射ヒータを用いることにより、コストを抑え、信頼性を高める効果が得られる。熱源５はハロゲンヒータを用いれば最も信頼性が高くなる。
【００５３】
輻射ヒータはフィラメントが電源オンから出力の９０％に達するまでに１〜２ｓｅｃかかっている。これはフィラメントが昇温するまでのフィラメント自身の立ち上がり時間であり、この分だけ定着部材の昇温が遅れる。ハロゲンヒータのフィラメント自身の立ち上がり時間は、フィラメントの熱容量が大きいほど長くなる。要するに、フィラメントの線径が大きいほど、フィラメントの長さが長いほど、フィラメントの熱容量は大きくなり、フィラメント自身の立ち上がり時間が長くなる。
【００５４】
輻射ヒータは、低コストであること、安全性が高いこと、高寿命であることなどからほとんどの定着装置で一般的に用いられている。しかしながら、高い応答性が求められる外部加熱部材３への電力供給電源のデバイスとして、充放電が速く、短時間に大電流を流すことができる蓄電装置（コンデンサ）１４を用いるには、立ち上がり時間が早くなければ効果を十分に発揮することができない。
【００５５】
蓄電装置１４からの電力供給は一定の放電の間の短い時間であるので、熱源５そのもの又は外部加熱部材３としての立ち上がりの応答が遅れるほど、その分エネルギーロスの占める割合が大きくなってしまう。また、一枚の記録媒体８が定着装置１１６を通過する間に外部加熱部材３が定着部材１の加熱、非加熱を繰り返すことになるので、定着部材１への熱量供給が効率的に行われるためには、このような立ち上がり時の熱損失をできるだけ低減させる必要がある。
【００５６】
第１実施形態の定着装置１１６では、サブヒータ５は、熱容量を減少させ、定常時の色温度を２６００Ｋ以上に上げることによって、フィラメント自身の立ち上がり時間を短くでき、熱源としての応答性を高めることができ、外部加熱部材３を速やかに加熱することができる。
【００５７】
また、輻射ヒータは、フィラメントの低熱容量化によって立ち上がりが速くなるが、線径が細くなるので、寿命が低下するという問題がある。一方、輻射ヒータのフィラメントから放射された光がガラス管を透過する際に、その一部がガラス管で吸収され、ガラス管の温度上昇となる。これがヒータの熱損失となる。従来は輻射ヒータのガラス部分での熱損失は放射光全体の５％程度と考えられてきたが、それは輻射ヒータの温度が安定する定常状態での損失であり、熱容量の小さい定着部材を用いた高速立ち上がりタイプの定着装置の立ち上がり時の輻射ヒータのガラス部分の損失は、その数倍であることが実験結果から新たに分かった。
【００５８】
第１実施形態の定着装置１１６では、サブヒータ５のガラス管内に封入しているガスはクリプトン又はキセノンを主成分として高分子化することによって、フィラメントの蒸発を抑え、寿命を延ばすことができる。また、ガラス管内のガスを高分子化することによりガラス管内のガス対流による熱損失を抑え、立ち上がり時にフィラメントがガスにより冷却されることを軽減し、外部加熱部材３の立ち上がりをより高速にすることができる。
【００５９】
また、外部加熱部材で定着部材を外部から加熱する方式としては、外部加熱部材を定着部材に接触させない非接触式と、外部加熱部材を定着部材に接触させる接触式が考えられるが、非接触式では定着部材と外部加熱部材との伝熱効率が低くなるという問題がある。接触式では、外部加熱部材を固定した場合、外部加熱部材と定着部材との間での摺動が生じ、定着部材に傷を生じさせるなどの問題がある。
【００６０】
第１実施形態の定着装置１１６では、外部加熱部材３を回転体とすることによって、定着部材と外部加熱部材との接触部での摩擦摺動により定着部材に傷を生じさせるなどの問題を解決することができる。
【００６１】
図３は本発明の第２実施形態の概略を示す。この第２実施形態では、上記第１実施形態において、外部加熱部材３は無端ベルト３ａが用いられ、この無端ベルト３ａはローラ１６、１７に掛け渡されて定着ローラ１にローラ１６、１７間の左側部分が当接される。ローラ１６内に配設されたサブヒータ５はローラ１６を介して無端ベルト３ａを加熱し、無端ベルト３ａは矢印方向へ回転しながら定着ローラ１を加熱する。  
この第２実施形態の定着装置では、定着ローラ１と無端ベルト３ａとの接触面積が大きくなるので、定着ローラ１と無端ベルト３ａとの接触面積を十分に確保することができ、定着ローラ１表面の加熱をより効率的に行うことができる。
【００６２】
図４は本発明の第３実施形態における定着装置の一部を示す。この第３実施形態では、上記第１実施形態において、定着ローラ１に当接されている外部加熱部材３を加熱するサブヒータ５として面状の抵抗発熱体５ａが用いられる。この抵抗発熱体５ａは定着ローラ１の内側に電気絶縁層１８を介して一体に設けられる。抵抗発熱体５ａは、図示しない給電部により蓄電装置１４からスイッチ１３を介して給電されて発熱し、定着ローラ１とは電気絶縁層１８により絶縁が保たれる。外部加熱部材３の定着ローラ１と接する側の面には接触の摩擦抵抗を下げて摩擦傷を低減させるための表面層１９が積層されている。この表面層１９はテフロン（登録商標）等の耐熱性、耐久性に優れたものが望ましい。
【００６３】
外部加熱部材３は、図４では回転体としてのローラであるが、図５に示すように板状の固定部材３ｂとしてもよい。この場合、電気絶縁層１８及び抵抗発熱体５ａも板状に形成され、抵抗発熱体５ａが外部加熱部材３ｂの外側に電気絶縁層１８を介して一体に設けられる。
【００６４】
一枚の記録媒体８が定着装置１１６を通過する間に外部加熱部材３が定着ローラ１の加熱、非加熱を繰り返すことになるので、外部加熱部材３の定着ローラ１への熱供給が効率的に行われる必要がある。そのためには、サブヒータ５の高応答性が求められ、サブヒータ５は定着ローラ１を直接に加熱する面状の抵抗発熱体を用いるのが有利である。
【００６５】
第３実施形態の定着装置では、サブヒータ５は面状の抵抗発熱体５ａを用いて抵抗発熱体５ａで電気絶縁層１８を介して外部加熱部材３ｂを加熱するので、定着ローラ１への効率的な熱供給に有利であり、製造コストを低減できる。また、サブヒータ５は、応答性の高い抵抗発熱体５ａを用いることによって、高線速の定着装置に対して十分に追従することができる。
【００６６】
発熱抵抗体の電力供給電源に商用交流電源を用いる場合、発熱抵抗体の抵抗をある程度高くする必要があり、そのためには複雑な通電パターンを設計しなければならない。しかしながら、第３実施形態では、発熱抵抗体５ａは蓄電装置１４から直流の低電圧で駆動するので、発熱抵抗体５ａの抵抗を高くする必要がなく、通電パターンの複雑化を避けることができる。
【００６７】
図６は本発明の第４実施形態における定着装置の概略を示す。この第４実施形態では、上記第１実施形態において、定着装置１１６は、駆動ローラを兼ねた定着ローラ２０と、加熱部材としての加熱ローラ２１と、加圧部材としての加圧ローラ２２と、定着部材としての無端ベルト２３と、熱源としてのメインヒータ４及びサブヒータ５と、外部加熱部材３とを有し、無端ベルト２３が定着ローラ２０及び加熱ローラ２１に掛け渡されている。メインヒータ４及びサブヒータ５は、第１実施形態と同様なものであり、図１に示す回路で第１実施形態と同様に通電が制御される。
【００６８】
加熱ローラ２１上の無端ベルト２３には外部加熱部材３が所定の圧力で当接され、外部加熱部材３は無端ベルト２３を外部から加熱する。外部加熱部材３は、例えば回転体である外部加熱用ローラとする。メインヒータ４は加熱ローラ２１の内側（内部）に配置されて加熱ローラ２１を加熱し、加熱ローラ２１が無端ベルト２３を加熱する。サブヒータ５は外部加熱用ローラ３の内側に配置されて外部加熱用ローラ３を内側から加熱する。
【００６９】
温度センサ６は、加熱ローラ２１上の無端ベルト２３に当接され、無端ベルト２３の表面温度（定着温度）を検知する。トナー７を担持したシート状記録媒体としての用紙８は、無端ベルト２３と加圧ローラ２２との間を通過する際に、定着ローラ２０と加圧ローラ２２との間の定着ニップ部で加熱及び加圧によりトナー７が定着される。
【００７０】
無端ベルト２３の基体には、耐熱性樹脂や金属から形成されたエンドレスのベルト状基体が用いられている。上記耐熱性樹脂としてはポリイミド、ポリアミドイド、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を使用し、上記金属としてはニッケル、アルミニウム、鉄等を使用する。無端ベルト２３の基体の厚さは１００μｍ以下が望ましい。
【００７１】
無端ベルト２３の表面は、シート状記録媒体８及びトナー７と加圧状態で接触するため、離型層が必要であり、また、耐熱性および耐久性に優れたものが好ましい。そのため、無端ベルト２３の表層は耐熱性離型層（フッ素系樹脂、高離型シリコンゴム等）で構成されて無端ベルト２３の基体上に形成される。上記フッ素系樹脂は、吹きつけ等により無端ベルト２３の基体表面に塗装し、加熱融着させることにより、表面離型層を形成する。上記高離型シリコンゴムは、ゴム硬度２５〜６５度（ＪＩＳ  Ａ硬度計）、厚さ１００〜３００μｍの範囲が良好な定着性及び応答性を得る条件として望ましい。
【００７２】
定着ローラ２０は、芯金を有し、その外周に定着ニップ幅を十分な広さにするために柔らかい耐熱性の材料、例えば発泡シリコンゴム等で構成された断熱性弾性部材を備えている。また、この断熱性弾性部材は、十分な厚さ、本実施形態では定着ローラ２０の直径の１５％〜２０％ほどの厚さを有する。加圧ローラ２２は、アルミニウム、ステンレスもしくは炭素鋼等の芯金の表層に、耐熱性の離型層（フッ素系樹脂、高離型シリコンゴム等）を有している。本実施形態では、シート状記録媒体８の無端ベルト２３からの離型性を良くするために、加圧ローラ２２の硬度を定着ローラ２０より硬くし、上向きに定着ニップ部を形成する。加圧ローラ２２の離型層は、厚さを加圧ローラ２２の直径の７％未満とし、硬度をＪＩＳ  Ａで４０Ｈｓ以上としている。加熱ローラ２１は、用紙８の幅よりも長い長さを有し、用紙８の幅方向に横たわるように配置される。
【００７３】
定着ローラ２０が図示しない駆動部により回転駆動されて無端ベルト２３が回転し、無端ベルト２３が定着ニップ部よりも上流側で加熱ローラ２１により加熱され、用紙８は無端ベルト２３と加圧ローラ２２との間を通過する際に定着ローラ２０と加圧ローラ２２との間の定着ニップ部で加熱及び加圧によりトナー７が定着される。
【００７４】
定着部材がローラである場合は、定着ニップ部を十分に確保するためにはローラの径を大きくしなければならないが、そうすると熱容量が大きくなってしまうので、効率としては不利である。第４実施形態では、定着部材が無端ベルト２３であるので、熱容量をあまり大きくすることなく幅広い定着ニップ部を確保することができ、効率として有利である。
【００７５】
また、第４実施形態では、無端ベルト２３は加熱部材としての加熱ローラ２１と支持部材としての定着ローラ２０に掛け渡され、加熱ローラ２１は定着ニップ部から上流側に離れた位置に配置したので、無端ベルトを定着ニップ部に到達する前に加熱ローラによって加熱することが可能となる。さらに、無端ベルトを加熱ローラに巻き付かせることができ、無端ベルトと加熱ローラとの接触面積を大きくすることができる。
【００７６】
図７は本発明の第５実施形態における定着装置の一部を示す。この第５実施形態では、上記第４実施形態において、メインヒータ４として面状の抵抗発熱体４ａが用いられる。この抵抗発熱体４ａは加熱ローラ２１の内側に電気絶縁層２４を介して一体に支持されている。抵抗発熱体４ａは、図示しない給電部により商用電源１２からスイッチ１１を介して給電されて発熱し、電気絶縁層２４を介して加熱ローラ２１を加熱する。抵抗発熱体４ａは加熱ローラ２１とは電気絶縁層２４により絶縁が保たれる。加熱ローラ２１の配温特性となる発熱分布は抵抗発熱体４ａのパターンによって所望のものにすることができる。  
この第５実施形態の定着装置では、、メインヒータ４を面状の抵抗発熱体４ａとしたので、抵抗発熱体４ａから加熱ローラ２１へのより効率的な伝熱が可能となる。
【００７７】
図８は本発明の第６実施形態における定着装置の一部を示す。この第６実施形態では、上記第５実施形態において、加熱ローラ２１を断面が略円弧状である曲面状の薄板からなる略半円筒状の加熱部材２５とするとともに抵抗発熱体４ａ及び電気絶縁層２４を断面が略円弧状である曲面状（略半円筒状）の抵抗発熱体２６及び電気絶縁層２７とする。加熱部材２５は、シート状記録媒体８の幅よりも長い長さを有し、記録媒体８の幅方向に横たわるように配置されて図示しない基部に固定されている。そのため、加熱部材２５は回転不能であり、無端ベルト２３は加熱部材２５に接触して摺動しながら加熱部材２５により加熱される。加熱部材２５の無端ベルト２３が摺動する側の面には摺動の摩擦抵抗を低くするための表面層２５ａが積層してある。表面層２５ａはテフロン（登録商標）等の耐熱性、耐久性に優れた材質のものが望ましい。
【００７８】
加熱部材２５は、軸方向に見てその外形が略半円弧状をなし、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属円筒を長手方向に割った略円弧形状の薄肉基体である。加熱部材２５は、少なくとも無端ベルト２３との接触面を曲面状に形成することで無端ベルト２３との接触抵抗を軽減することができる。加熱部材２５の円弧の長さは無端ベルト２３と接触する接触面の長さによって規定される。
【００７９】
一般的に加熱部材を、無端ベルトと連れ回るローラなどの回転体とした場合には、加熱部材を加熱する熱源への給電は端子部を金属ブラシに接触させて円周方向に摺動させることで行う方式が採用されているが、構成上、このような給電部での接触摺動は避けられない。しかしながら、金属ブラシ及び端子部の双方が摩耗するため、摩耗粉や摺動面の荒れが発生し、これがブラシ部の早期寿命や火花放電によるノイズの発生等を招いて機械の信頼性を落としている。
【００８０】
第６実施形態では、加熱部材２５は、固定され、架け渡される無端ベルト２３とは接触部で摺動して無端ベルト２３を伝熱加熱するので、給電部での接触摺動がなくなり、摩耗粉や摺動面の荒れによるブラシ部の早期寿命や火花放電によるノイズの発生等がなくなる。
【００８１】
一般的に加熱部材は円筒状の金属基体が用いられるが、加熱部材を固定とした場合には加熱部材の回転がないので、無端ベルトに接触する部分が常に一定で、無端ベルトに接触していない部分の発熱分が無端ベルトに効率的に伝熱されない。しかし、第６実施形態では、加熱部材２５は断面が略円弧状である曲面状の薄板からなるので、加熱部材から無端ベルトへ効率的に伝熱を行うことができ、省エネルギーのための低熱量化を図ることができる。
【００８２】
また、第１実施形態乃至第６実施形態では、上記定着装置を備えたものであるので、記録媒体上の画像の光沢を安定させてそのムラを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施形態における定着装置のブロック構成を示すブロック図である。
【図２】同第１実施形態における定着装置の概略を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態の概略を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態における定着装置の一部を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態における定着装置の一部を示す断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態における定着装置の概略を示す断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態における定着装置の一部を示す断面図である。
【図８】本発明の第６実施形態における定着装置の一部を示す断面図である。
【図９】上記第１実施形態の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１、２０      定着ローラ
２、２２      加圧ローラ
３      外部加熱部材
３ａ、２３      無端ベルト
４      メインヒータ
５ａ、４ａ、２６      抵抗発熱体
５      サブヒータ
６      温度センサ
１０      ＣＰＵ
１１、１３      スイッチ
１２      商用電源
１４      蓄電装置
１５      充電器
１８、２４、２７      電気絶縁層
２１      加熱ローラ
２５      加熱部材
【図１】
2006018315.tif 000003
【図２】
2006018315.tif 000004
【図３】
2006018315.tif 000005
【図４】
2006018315.tif 000006
【図５】
2006018315.tif 000007
【図６】
2006018315.tif 000008
【図７】
2006018315.tif 000009
【図８】
2006018315.tif 000010
【図９】
2006018315.tif 000011