(57)【要約】【課題】  定着ローラのウオームアップ時間を短縮する。【解決手段】発熱体１ａがカーボン材よりなるカーボンヒータランプを用い、記録紙３とこの該記録紙３上の現像剤を発熱体１ａからの赤外線によって加熱する定着ローラと、この定着ローラに圧着するように位置する加圧ローラ１とを備えた定着装置において、記録紙３上の現像剤をカーボンヒータランプのランプ素管１によって直接加熱し、かつ、加圧する。その際、定着部位によって発熱量を変更し、あるいは、加圧ローラとのニップに熱量を集中させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材と該記録材上の現像剤を前記発熱体からの赤外線によって加熱する定着ローラと、該定着ローラに圧着するように位置する加圧ローラとを備えた定着装置において、
前記定着ローラがカーボン材を発熱体とするカーボンヒータランプからなり、前記記録材上の現像剤がカーボンヒータランプのランプ素管によって加熱され、当該ランプ素管によって加圧されることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記ランプ素管は、水晶を原料とした透明石英で作られていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記ランプ素管は、透光性セラミックスで作られていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項４】
前記ランプ素管の外周面は、フッ素樹脂の離型層が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記カーボンヒータランプは、待機時には消灯していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記カーボンヒータランプは、点灯している間は、前記ランプ素管が回転していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記発熱体の配光分布は、軸方向により異なることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記発熱体は、軸方向でその長さが異なる複数の発熱体で構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項９】
前記ランプ素管の前記加圧ローラと相対する側には、前記発熱体からの前記赤外線を前記加圧ローラとの圧接部方向に反射させる反射部材を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記反射部材は、前記ランプ素管の軸方向に沿ってその赤外線反射率が変化していることを特徴とする請求項９記載の定着装置。
【請求項１１】
前記ランプ素管の前記加圧ローラと相対する側には、前記発熱体からの前記赤外線を集光する集光レンズと、該集光レンズからの前記赤外線を前記加圧ローラとの圧接部方向に反射させる反射部材とを備えていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１２】
前記集光レンズは、前記ランプ素管の軸方向に沿ってその赤外線反射率が変化していることを特徴とする請求項１１記載の定着装置。
【請求項１３】
前記加圧ローラの表面は、前記ランプ素管よりも低い硬度の材料で作られていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１４】
前記現像剤は結着樹脂を主成分としていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１５】
前記ランプ素管をクリーニングするクリーニング手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１６】
前記クリーニング手段は、前記ランプ素管に接触して清掃するクリーニング部材と、該クリーニング部材を前記ランプ素管に接離するためのウェブローラとを備えていることを特徴とする請求項１５記載の定着装置。
【請求項１７】
画像信号に応じて変調された光ビームによって潜像が書き込まれる像担持体と、
該像担持体の潜像を現像して顕像化する現像手段と、
顕像化された画像を記録媒体に転写する転写手段と、
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の定着装置と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１８】
発熱体がカーボン材よりなるカーボンヒータランプを用い、該記録材上の現像剤を定着する定着方法において、前記カーボンヒータランプの素管により加熱と加圧を同時に行うことを特徴とする定着方法。
【請求項１９】
前記カーボンヒータランプからの発熱量を軸方向で変化させて定着することを特徴とする請求項１８記載の定着方法。
【請求項２０】
前記カーボンヒータランプに圧着する加圧ローラとのニップに沿って前記カーボンヒータランプから放射される赤外線を集中させて定着することを特徴とする請求項１８記載の定着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録材上に現像剤によって形成された画像を定着させる定着装置、この定着装置を備えた画像形成装置、及び前記定着装置で実行される定着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置においては、電子写真方式より像担持体である感光体から記録紙やＯＨＰシート等の記録材上に形成された加熱溶融性のトナーからなる画像を、加熱圧着して永久固着画像として記録材面上に定着する定着装置が設けられている。従来の画像形成装置の一例を、プリンタに適用した場合を例にとって示す図９により説明する。プリンタは、給紙装置１０１、レジストローラ対１０２、像担持体としての感光体ドラム１０３、転写装置１０４、定着装置１０５などを備えている。
【０００３】
給紙装置１０１は、記録紙１１０が積載状態で収容される給紙トレイ１１１と、給紙トレイ１１１に収容されている記録紙１１０を最上のものから順に給送する給紙コロ１１２及び分離部材１１３などを備えている。給紙コロ１１２によって給送された記録紙１１０は、レジストローラ対１０２で一旦停止され、斜めずれを修正した後、感光体ドラム１０３上に形成されたトナー像の先端と記録紙１１０の搬送方向先端部の予め設定された位置とが一致するタイミングでレジストローラ対１０２により転写位置Ｎへ送り出される。
【０００４】
感光体ドラム１０３の周囲には、矢印で示す回転方向順に、帯電装置としての帯電ローラ１０６、図示しない露光装置の一部を構成するミラー１０７、現像ローラ１０８ａを備えた現像装置１０８、転写装置１０４と、クリーニングブレード１０９ａを備えたクリーニング装置１０９などが配置されている。帯電ローラ１０６と現像装置１０８間においてミラー１０７を介して感光体ドラム１０３上の露光部１２０に露光光１２１が照射され、走査されるようになっている。
【０００５】
プリンタにおける画像形成動作は、従来と同様に行われる。すなわち、感光体ドラム１０３が回転を始めると、感光体ドラム１０３の表面が帯電ローラ１０６によって均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光１２１が露光部１２０に照射、走査されて作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は感光体ドラム１０３の回転により現像装置１０８へ移動し、現像ローラ１０８ａによりトナーが供給されて顕像化され、トナー像が形成される。感光体ドラム１０３上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写位置Ｎに進入してきた記録紙１１上に転写装置１０４による転写バイアスの印加により転写される。トナー像を担持した記録紙１１０は定着装置１０５へ搬送され、定着された後、図示しない排紙トレイへ排出される。転写位置Ｎで転写されずに感光体ドラム１０３上に残った残留トナーは、感光体ドラム１０３の回転に伴ってクリーニング装置１０９に至り、このクリーニング装置１０９を通過する間にクリーニングブレード１０９ａにより掻き落とされる。その後、感光体ドラム１０３上の残留電位が図示しない除電装置によって除去され、次の作像工程に備える。
【０００６】
定着装置１０５は、未定着トナー像を担持する記録紙１１０を加熱する定着ローラ１０５ａと、この定着ローラ１０５ａに圧着するように配置された加圧ローラ１０５ｂとから構成され、この２つのローラ１０５ａ，１０５ｂの圧接部分（ニップ部）に未定着トナー像を載せた記録紙１１０を通過させることにより、未定着トナーを加熱し、記録紙１１０に定着させる。定着ローラ１０５ａの内部には、ハロゲンヒータランプあるいは電気ヒータ等の熱源が、定着ローラ１０５ａの軸方向に内装されている。この加熱方法は、定着ローラ１０５ａの周方向を同時に略均一に加熱するので、定着ローラ１０５ａの周方向に温度ムラが無く、定着ローラ１０５ａを停止した状態でも加熱できる。しかしながら、定着ローラの表面温度を室温から定着可能な温度（定着温度）まで立ち上げるためのウォームアップ時間が長くなることが避けられない。
【０００７】
そこで、例えば特許文献１においては、加熱源であるハロゲンヒータランプはその立ち上がり時にはガラス管に吸収される量が多いという実験に基づいて、定着ローラ内に設けられるハロゲンヒータランプのガラス管を透明石英ガラスで構成するとともに、その厚みを薄くして透過率を上げ、立ち上がり時にフィラメントから放出される赤外線がガラス管に吸収される量を減少させてウォームアップ時間を短縮することが提案されている。また、特許文献２には、ハロゲンヒータランプよりも加熱能力の高いカーボンヒータランプを加熱源に用いてウォームアップ時間を短縮することが提案されている。すなわち、ハロゲンヒータランプとカーボンヒータランプの放射強度と波長の関係を示す図１０のグラフに示すように、同等の消費電力のハロゲンヒータランプ（曲線Ｂ）とカーボンヒータランプ（曲線Ａ）の放射強度特性を見ると、カーボンヒータランプはより長い波長域に放射強度のピークを有し、波形全体が長い波長域の方向に遷移していることから理解されるように、ハロゲンヒータランプよりも加熱能力が高いことがわかる。
【特許文献１】特開２００２−２０８４６７号公報
【特許文献２】特開２００２−３１９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１の提案は、ハロゲンヒータランプのみをとると、多少はウオームアップ時間の短縮は図られるが、ハロゲンヒータランプで鉄やアルミニューム等の金属で作られた定着ローラの基体を加熱する必要があるため、定着ローラ全体ではウオームアップ時間の短縮には限界がある。また、特許文献２では、カーボンヒータランプの使用によってハロゲンヒータランプよりもウオームアップ時間の短縮が図られるが、定着ローラとしてみると、ガラスや透光性セラミックで作られた定着ローラの基体の中心部にカーボンヒータランプを配置しており、ウオームアップ時間の短縮には限界がある。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、定着ローラのウオームアップ時間を短縮することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、第１の手段は、記録材と該記録材上の現像剤を前記発熱体からの赤外線によって加熱する定着ローラと、該定着ローラに圧着するように位置する加圧ローラとを備えた定着装置において、前記定着ローラがカーボン材を発熱体とするカーボンヒータランプからなり、前記記録材上の現像剤をカーボンヒータランプのランプ素管によって加熱し、同時に当該ランプ素管によって加圧することを特徴とする。
【００１１】
第２の手段は、第１の手段における前記ランプ素管が、水晶を原料とした透明石英で作られていることを特徴とする。
【００１２】
第３の手段は、第１の手段における前記ランプ素管が、透光性セラミックスで作られていることを特徴とする。
【００１３】
第４の手段は、第１ないし第３の手段における前記ランプ素管の外周面に、フッ素樹脂の離型層が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
第５の手段は、第１ないし第４の手段における前記カーボンヒータランプが、待機時には消灯していることを特徴とする。
【００１５】
第６の手段は、第１ないし第５の手段における前記カーボンヒータランプは、点灯している間は、前記ランプ素管が回転していることを特徴とする。
【００１６】
第７の手段は、第１ないし第６の手段における前記発熱体の配光分布が、軸方向により異なることを特徴とする。
【００１７】
第８の手段は、第１ないし第６の手段における前記発熱体が、軸方向でその長さが異なる複数の発熱体で構成されていることを特徴とする。
【００１８】
第９の手段は、第１ないし第８の手段における前記ランプ素管の前記加圧ローラと相対する側には、前記発熱体からの前記赤外線を前記加圧ローラとの圧接部方向に反射させる反射部材を更に備えていることを特徴とする。
【００１９】
第１０の手段は、第９の手段における前記反射部材が、前記ランプ素管の軸方向に沿ってその赤外線反射率が変化していることを特徴とする。
【００２０】
第１１の手段は、第１ないし第８の手段における前記ランプ素管の前記加圧ローラと相対する側に、前記発熱体からの前記赤外線を集光する集光レンズと、該集光レンズからの前記赤外線を前記加圧ローラとの圧接部方向に反射させる反射部材とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
第１２の手段は、第１１の手段における前記集光レンズが、前記ランプ素管の軸方向に沿ってその赤外線反射率が変化していることを特徴とする。
【００２２】
第１３の手段は、第１ないし第１２の手段における前記加圧ローラの表面が、前記ランプ素管よりも低い硬度の材料で作られていることを特徴とする。
【００２３】
第１４の手段は、第１ないし第１３の手段における前記現像剤が結着樹脂を主成分としていることを特徴とする。
【００２４】
第１５の手段は、第１ないし第１４の手段における前記ランプ素管をクリーニングするクリーニング手段を更に備えていることを特徴とする。
【００２５】
第１６の手段は、第１５の手段における前記クリーニング手段は、前記ランプ素管を払拭するクリーニング部材と、該クリーニング部材を前記ランプ素管に接離するためのウェブローラとを備えていることを特徴とする。
【００２６】
第１７の手段は、画像信号に応じて変調された光ビームによって潜像が書き込まれる像担持体と、該像担持体の潜像を現像して顕像化する現像手段と、顕像化された画像を記録媒体に転写する転写手段と、第１ないし第１６の手段の定着装置とを備えていることを特徴とする。
【００２７】
第１８の手段は、発熱体がカーボン材よりなるカーボンヒータランプを用い、該記録材上の現像剤を定着する定着方法において、前記カーボンヒータランプの素管により加熱と加圧を同時に行うことを特徴とする。
【００２８】
第１９の手段は、第１８の手段において、前記カーボンヒータランプからの発熱量を軸方向で変化させて定着することを特徴とする。
【００２９】
第２０の手段は、第１８の手段において、前記カーボンヒータランプに圧着する加圧ローラとのニップに沿って前記カーボンヒータランプから放射される赤外線を集中させて定着することを特徴とする。
【００３０】
なお、後述の実施形態において、ランプ素管は１，１５に、発熱体は１ａ，１０，１２，１６，１７に、加圧ローラは２に、反射部材は４０，７０に、集光レンズは５０に、クリーニング手段はウェブローラ２０とクリーニングウェブ３０に、クリーニング部材はクリーニングウェブ３０に、画像形成装置は図９のプリンタに、像担持体は感光体ドラム１０３に、現像手段は現像装置１０８に、転写手段は転写装置１０４にそれぞれ対応する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、記録材上の現像剤はカーボンヒータランプのランプ素管によって直接的に加圧されるので、定着ローラのウオームアップ時間を大幅に短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面を参照し、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００３３】
図１は本発明に係る定着装置の第１の実施形態を概略的に示す斜視図である。図１において、１は定着ローラの役目をする筒状のランプ素管、２は少なくともその表面がランプ素管１よりも低い硬度の材料で作られている加圧ローラ、１０は記録紙である。ランプ素管１内には、その管軸に沿って伸びる細長い発熱体１ａが配設され、ランプ素難１と発熱体１ａとでカーボンヒータランプを構成している。ランプ素管１は、例えば石英ガラスや透光性セラミック等で作られた直管状の封体である。発熱体１ａはカーボン材で作られ、その両端部はランプ素管１の両端部付近のそれぞれに設けられた給電部（図示せず）により保持されて給電構造が形成されている。ランプ素管１内には、例えばアルゴンガスが封入されている。本発明では、カーボンヒータランプ自体が定着ローラになっている。記録材１０はランプ素管１の回転により搬送される。
【００３４】
ランプ素管１を構成する石英ガラスには、水晶を原料とした透明石英管と、珪石を原料とした半透明石英管があるが、半透明石英管はコストが安いが透明度が低下するため、厳密な光学特性が必要とされるものには使用されない。３００〜３０００ｎｍの波長の光に対する半透明石英管の透過率は、約８０％である。放射赤外線の透過率はトナーの加熱に非常に影響するので、カーボンランプヒータのランプ素管には水晶を原料とした透明石英管が望ましい。また、透光性セラミックとしては、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒｏ３）−チタン酸鉛（ＰｂＴｉｏ３）系セラミックスがあり、通常ＰＺＴとよばれ、優れた圧電効果を示すため各種のトランスジューサー用材料として利用されている。ところが、このセラミックスに酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）を加え、ホットプレス焼結したセラミックス（ＰＬＺＴ）は、高い透光性及び優れた電気光学効果を示すことが知られている。そのようなセラミックスをランプ素管１に使用すれば、トナーの加熱効果が大きくなる。
【００３５】
上述したように、カーボンヒータランプはハロゲンヒータランプに比べ、より長い波長域に放射強度のピークを有し、波形全体が長い波長域の方向に遷移していることから理解されるように、ハロゲンヒータランプよりも樹脂に対する吸収率が高く、ランプ素管１と加圧ローラ２の圧接部分であるニップ部付近の主成分が結着樹脂であるトナーを発熱体からの放射赤外線で直接加熱溶融できる。さらにランプ素管１と加圧ローラ２のニップ部で加圧する。この方式を用いればトナーを加熱しながら加圧でき、ウォームアップを必要とせず、ウォームアップ時間がゼロとなり、省エネ効果が大きい。このようにウォームアップ時間を必要としないため、待機時にはカーボンヒータランプを消灯することができ、省エネになる。そして定着ローラの回転と同時に発熱体１ａに通電し、カーボンヒータランプを点灯するようにすれば、ランプ素管１が回転することにより、記録材１０を搬送し、記録材１０上のトナーを一定速度で加熱することができる。上述したようにハロゲンヒータランプよりカーボンヒータランプのほうが放射赤外線が長波長なので、樹脂に対する過熱能力が高い。多くの樹脂の吸収波長は３．０μｍ前後である。従って、主成分が樹脂であるトナーを使用すれば、加熱効果を一層高めることができる。
【００３６】
図２は定着装置の第２の実施形態を概略的に示す図で、この第２の実施例においては、ランプ素管１の周囲にフッ素樹脂などを薄く塗布するなどして形成された離型層３が設けられている。フッ素樹脂は放射赤外線の吸収率が比較的高いのでできるだけ薄くする。なお、離型材としてはシリコン樹脂が広く使用されているが、シリコン樹脂は放射赤外線の吸収が比較的大きいのでランプ素管１の周囲にシリコン樹脂を含んだ樹脂で剥離層を形成すると、トナーの加熱効果に影響し、ウオームアップ時間が長くなるので、好ましくない。
【００３７】
上述した実施形態では、発熱体１ａは同一形状の円筒状をしているので、発熱体１ａの軸方向に沿った配光分布は殿位置でも同じであるが、発熱体１ａは両端部の温度上昇は押えることが好ましい。図３は発熱体の形状を変えることにより、両端部の温度上昇を防いでいる。図３では、棒状の発熱体１０に軸方向に複数の溝１１を設けている。この場合、それら溝１１の溝幅を、軸方向中央部では長く、両端部では短く設定することで、発熱体１０の断面積が中心付近よりも端部付近の方が大きくなり、中心付近のほうが電気抵抗が大きく暖まりやすくなり、端部付近の温度上昇を妨げることができる。発熱体の形状は、図４に示すように、中央部１４と端部１３とでその太さを変えることによっても図３と同等の効果を奏することができる。更に、図５に示すように、ランプ素管１５内に、中央部付近にのみ延在する第１の発熱体１６と、この第１の発熱体１６より長くなるように両端部間に延在する第２の発熱体１７とを配置し、端部温度上昇が小さいうちは長い発熱体１７を使用し、端部の温度上昇が大きくなったら短い発熱体１６を使用して、端部上昇を防ぐようにしてもよい。
【００３８】
図６は定着装置の第３の実施形態を概略的に示す図である。この第３の実施形態においては、発熱体１ａからの放射赤外線６０の一部を、ランプ素管１の外周部の一部を覆うようにランプ素管１の軸方向に沿って延在するように配置された反射部材４０で反射させ、ランプ素管１と加圧ローラ２のニップ部に集中させるようにしている。この場合、反射部材４０の赤外線反射率を軸方向に変化させることにより、端部温度の上昇を防止するようにしてもよい。
【００３９】
図７は定着装置の第４の実施形態を概略的に示す図である。この第４の実施形態においては、発熱体１ａからの放射赤外線６０の一部を集光するように集光レンズ５０を配置し、集光レンズ５０によって集光された放射赤外線はミラー７０でランプ素管１と加圧ローラ２のニップ部に反射するようにしている。なお、赤外線の集光レンズ５０としては、住友電工株式会社製の焼結ＺｎＳが好ましい。この場合、集光レンズ５０の赤外線透過率を軸方向に変化さて、カーボンヒータランプの軸方向の加熱能力を変化させ、端部温度上昇などを防ぐようにしてもよい。赤外線透過率は集光レンズ５０に光学膜をコーティング等を施すことにより変えられる。
【００４０】
図８は定着装置の第５の実施形態を概略的に示す図である。この第５の実施形態では、ランプ素管１をクリーニングするための装置を付加している。すなわち、本発明においては、放射赤外線で直接トナーを加熱溶融するので、ランプ素管１が汚れる可能性があり、ランプ素管１の汚れで放射赤外線が吸収されたり反射されると、加熱能力に大きな影響がある。そこで、ランプ素管１をクリーニングするための装置を設けている。図８において、２０はウェブローラ、３０はシリコンオイルを含んだクリーニングウェブで、ウェブローラ２０によってクリーニングウェブ３０がランプ素管１に押し当てられており、ランプ素管１の回転時に汚れを拭き取ることができる。なお、ウェブローラ２０がランプ素管１に接したままの状態であると、加熱能力の高い発熱体１ａによりクリーニングウェブ３０も加熱される。この熱によってクリーニングウェブ３０に含侵されているシリコンオイルが劣化する可能性があるので、ウェブローラ２０を移動させることことにより、クリーニングウェブ３０をクリーニングが必要なときだけランプ素管１に接するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る定着装置の第１の実施形態を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明に係る定着装置の第２の実施形態を概略的に示す図である。
【図３】発熱体の変形例の半分を示す正面図である。
【図４】発熱体の別の変形例の半分を示す正面図である。
【図５】発熱体の更に別の変形例の半分を示す正面図である。
【図６】本発明に係る定着装置の第３の実施形態を概略的に示す図である。
【図７】本発明に係る定着装置の第４の実施形態を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明に係る定着装置の第５の実施形態を概略的に示す断面図である。
【図９】画像形成装置としてのプリンタの一例の概略構成を示す図である。
【図１０】ハロゲンヒータランプとカーボンヒータランプの放射強度と波長の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１，１５  ランプ素管
１ａ，１０，１２，１６，１７  発熱体
２  加圧ローラ
３  記録紙
１１  溝
１３  端部
１４  中央部
２０  ウェブローラ
３０  クリーニングウェブ
４０  反射部材
５０  集光レンズ
７０  ミラー
１０３  感光体ドラム
１０４  転写装置
１０８  現像装置
【図１】
2006003630.tif 000003
【図２】
2006003630.tif 000004
【図３】
2006003630.tif 000005
【図４】
2006003630.tif 000006
【図５】
2006003630.tif 000007
【図６】
2006003630.tif 000008
【図７】
2006003630.tif 000009
【図８】
2006003630.tif 000010
【図９】
2006003630.tif 000011
【図１０】
2006003630.tif 000012