(57)【要約】【課題】比較的簡単な構成で定着装置における通電開始時の突入電流を低減することが可能な加熱ローラを提供すること。【解決手段】フィラメントがタングステンにより構成されたヒータランプが具備され、ローラ体の内部に互いに平行になるよう複数のヒータランプが配設された加熱ローラであって、少なくとも１つのヒータランプについてはフィラメントが常温における固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体によって構成されていることを特徴とする。更に、通電開始時の立ち上がりを補助する補助ヒータランプを具備している場合、該補助ヒータランプのフィラメントを、常温における固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体で構成するとよい。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメントを有する複数のヒータランプがローラ体の内部に互いに平行になるよう配設された加熱ローラであって、
前記複数のヒータランプのうち少なくとも１つのヒータランプは、フィラメントがタングステンにより構成されており、
その他のヒータランプのうち少なくとも１つのヒータランプは、フィラメントが常温における固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体により構成されている
ことを特徴とする加熱ローラ。
【請求項２】
前記加熱ローラは、通電開始時の立ち上がりを補助する補助ヒータランプを具備し、当該補助ヒータランプのフィラメントが常温における固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体により構成されていることを特徴とする請求項１記載の加熱ローラ。
【請求項３】
発光部と非発光部とを有するフィラメントを具えたヒータランプを二本備え、一方のヒータランプにおけるフィラメントの発光部が他方のヒータランプにおけるフィラメントの非発光部に対向して配置され、
前記一方のヒータランプはフィラメントがタングステンより構成され、
前記他方のヒータランプはフィラメントが常温における固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体により構成されてなる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱ローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式のプリンタ、複写機などの画像形成装置に備えられる定着装置用の加熱ローラ用のヒータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プロセスを利用したプリンタ、複写機などの画像形成装置には、記録紙やＯＨＰシートなどの記録材上に保持された未定着のトナー像を定着する定着装置が備えられている。係る定着装置の定着方式としてはいわゆる熱ローラを用いた方式のものが広く利用されている。
係る熱ローラ方式の定着装置を図５を参照して説明する。同図において、定着装置は加熱ローラ１とこの加熱ローラ１に圧接されるの加圧ローラ２とを有し、これらのローラの接触領域に未定着トナー像Ｔ０を保持した転写材である記録材Ｐを通過させて熱と圧力とを加えてトナーを該記録材Ｐ上に定着させる。
【０００３】
上記加熱ローラは、例えば、図５、図６に示すように、鉄またはアルミニウム製の円筒体からなるローラ体１０の内部に、二本のヒータランプ（２１，２２）が、各々管軸方向が平行になるよう配設されてなる。これら二本のヒータランプ（２１，２２）は、例えば定着用ヒータランプ２１と補助ヒータランプ２２であり、所要の不活性ガス及びハロゲンガスが封入されたフィラメントランプよりなる。係るヒータランプでは、フィラメントの構成材料としてタングステンが使用されている。このタングステンは、具体的には５０〜９０ｐｐｍ程度のカリウムがドープされたいわゆるドープタングステンと呼ばれるものであり、９９．９％以上がタングステンで構成されている。このようなタングステンからなるフィラメントを使用したヒータランプによれば、当該ヒータランプは熱応答が良好であって、耐熱衝撃性に優れたものとなり、結果、定着装置に好適な加熱ローラを得ることができる。
【０００４】
上記ヒータランプのうち、定着用ヒータランプ２１は、専ら、未定着トナーＴ０を記録紙Ｐに定着させるときに加熱ローラ１を加熱するための熱源として動作する。
一方、補助ヒータランプ２２は、ローラ体１０が所定の温度に到達するまでの時間を短縮するため、つまり加熱ローラ１の立ち上がり時間を短くするために、専ら定着装置の駆動初期にのみ点灯される補助的な熱源である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記構成に係るヒータ装置では次のような問題があった。
ヒータランプは、フィラメントがタングステンで構成されており、ヒータランプに電源電圧を印加すると、電源電圧の印加と同時に定常状態に比べて十数倍もの突入電流が瞬時的に流入する。約１６０℃（加熱ローラを加熱するための目標温度）におけるタングステンの固有抵抗値は、常温時における固有抵抗値の約１３〜１６倍であり、このような特性から、タングステンからなるフィラメントを備えたヒータランプでは、温度による固有抵抗値の変化が発生してしまうからである。
【０００６】
このような問題に鑑み、電力をセーブして点灯すると、ヒータランプの出力が十分ではないために、加熱ローラの立ち上がり時間は格段に遅くなってしまう。また、電源装置に突入電流を低減するための制御回路を設ける必要があるので、電源装置の高コスト化や大型化を招いてしまう。
【０００７】
とりわけ、上記定着装置のヒータランプでは、通常、定格消費電力にほぼ近い、最大の入力電力でもって点灯するため、装置回路が過電流状態に陥りやすく、故障の原因となるので問題であった。
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、比較的簡単な構成で定着装置における通電開始時の突入電流を低減することが可能な加熱ローラを提供することにある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２５８６４６号公報
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明に係る加熱ローラは、フィラメントを有する複数のヒータランプがローラ体の内部に互いに平行になるよう配設された加熱ローラであって、前記複数のヒータランプのうち少なくとも１つのヒータランプは、フィラメントがタングステンにより構成されており、その他のヒータランプのうち少なくとも１つのヒータランプは、フィラメントが常温における固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体により構成されていることを特徴とする。
更に、上記加熱ローラは、通電開始時の立ち上がりを補助する補助ヒータランプを具備し、当該補助ヒータランプのフィラメントが常温における固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体により構成されていることを特徴とする。
また、上記加熱ローラは、発光部と非発光部とを有するフィラメントを具えたヒータランプを二本備え、一方のヒータランプにおけるフィラメントの発光部が他方のヒータランプにおけるフィラメントの非発光部に対向して配置され、前記一方のヒータランプはフィラメントがタングステンより構成され、前記他方のヒータランプはフィラメントが常温における固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体により構成されてなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第一の実施形態）
本発明の第一の実施形態に係る加熱ローラを図１を参照して説明する。
図１において、加熱ローラ１は、例えば、ローラ体１０と、定着装置稼動時においてローラ体１０の主要な加熱源である定着用ヒータランプ２１と、定着装置に電源が入れられた点灯初期にのみ点灯される補助ヒータランプ２２と、を具備している。
【００１２】
上述のヒータランプ２１，２２は、バルブ３１、３２が石英ガラス管からなり、各々その両端にピンチシール部が形成されている。フィラメント２１０、２２０の両端には内部リードが接続されており、ピンチシール部に埋設された金属箔４１，４２にそれぞれ接続されている。これら金属箔４１、４２に外部リード５１、５２が接続されて外部に導出され、更にこれらにリード線（図示省略）等が接続されて電源（図示省略）に接続される。
【００１３】
定着用ヒータランプ２１のフィラメント２１０は、タングステン、詳しくはカリウムが約５０〜９０ｐｐｍドープされたドープタングステンより構成されている。また、バルブ３１内部には所要の不活性ガスとハロゲンガスが封入されている。
【００１４】
一方の補助ヒータランプ２２のフィラメント２２０は、常温における固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体により構成されている。係る補助ヒータランプ２２バルブの内部は、フィラメント２２０とされる発熱体により真空或いは不活性ガス雰囲気とされたり或いは大気に曝されたりと適宜であって、更には、ピンチシール部が形成されない場合もある。
【００１５】
常温における固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体とは、常温若しくは常温近傍（２５℃±５℃）において、タングステンの固有抵抗値（５．５（Ω・ｃｍ）（２０℃））よりも大きな固有抵抗値を有する発熱体材料であり、具体的には、ニッケル−クロム系合金からなる発熱体（以下簡単に「ニクロム」という）、鉄−クロム−アルミニウム系合金からなる発熱体（以下、「カンタル」という）、タンタル発熱体、黒鉛発熱体、白金発熱体などである。なお、いわゆる純タングステンやドープタングステン（９９．９％以上がタングステン）とは異なり、タングステンを主成分としていても、モリブデンなど他の金属を数％〜５０％程度含むような合金において、係るモリブデンの割合によって、常温での固有抵抗値が前述したタングステンの固有抵抗値（５．５（Ω・ｃｍ）（２０℃））よりも格段に大きくなるものがあり、そのような合金からなる発熱体を適宜選択し、使用することも可能である。後段の表１に、発熱体の材質とその２０℃における固有抵抗値の一例を示す。無論これらの他にも、常温（若しくはその近傍）での固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体であればよい。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
以上の構成の定着用ヒータランプ２１と補助ヒータランプ２２とは、図示省略の外部電源給装置に対して並列に結線されており、図示省略の切り換え手段によって、両方のヒータランプ２１、２２に電力を供給したり、定着用ヒータランプ２２にのみ電力を供給したりといった切り換えが可能である。
【００１８】
係る切り換え操作について図２を参照して説明する。同図は（ａ）定着用ヒータランプと（ｂ）補助ヒータランプへの投入電力と時間の関係を示す概略説明図であり、定着装置の立ち上げ時においては、両方のヒータランプ２１、２２はほぼ最大電力を投入して点灯される。ローラ体１０が所定温度に達して当該加熱ローラ１０のスタンバイが完了して通常点灯動作状態に切り換えられると、補助用ヒータランプ２２は消灯されて定着用ヒータランプ２１のみ点灯されるようになる。
【００１９】
定着装置の立ち上げ時においては定着用ヒータランプ２１と補助ヒータランプ２２の両方のランプに対してほぼ定格の最大電力を投入して点灯してローラ体１０を加熱するが、係るランプ点灯初期でも、補助ヒータランプ２２のフィラメント２２０が、常温においてタングステンよりも十分に高い固有抵抗値を示すので、当該補助ヒータランプに流れる電流値を従来よりも格段に低く抑えることができるようになり、突入電流を低減させることができる。
【００２０】
加熱ローラが所定温度に到達し、いったん加熱ローラが温められたのちは、定着用ヒータランプだけに電力を供給して補助用ヒータランプへの電力供給を停止するが、このときには、定着用ヒータランプのフィラメントが十分に温められた状態とされているので、すなわちタングステンの固有抵抗値も大きくなっているため、過電流が流れるようなことはない。
【００２１】
以上のように、ローラ体の内部に配置された複数のヒータランプのうち補助ヒータランプについて、フィラメントを常温における固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体によって構成することで、ランプ点灯初期において過電流が流れることを低減することができる。そして、定着用ヒータランプについては、そのフィラメントをタングステンにより構成することで、加熱ローラ駆動時におけるヒータランプの熱応答性を良好な状態に維持することができる。
【００２２】
ローラ体内部の複数のヒータランプを、フィラメントがニクロム若しくはカンタルにより構成されたヒータランプのみで構成すると、フィラメントがタングステンよりなるものに比較して、昇温特性が緩慢であるために、ローラ体の昇温速度を著しく低下させてしまい、加熱ローラの立ち上がり時間の市場要求値を満足できない。具体的には、立ち上がり時間は望ましくは３０秒以内とされるが、係る場合はこれが６０秒以上も掛かってしまう。
【００２３】
そこで、少なくとも一つのヒータランプについて、フィラメントがタングステンによりなるもので構成することで、加熱ローラ表面の昇温速度を許容範囲内のとどめると共に、ローラ体表面の温度調整を細やかに行うことができ、かつ、フィラメント温度が低温の状態で点灯したとしても、回路内に流れる電流が過大になるようなことがない。特に定着装置使用時に点灯するヒータランプについてのフィラメントをタングステンにより構成するのが良い。
【００２４】
上述した実施形態の構成によれば、定着用ヒータランプについてはタングステン製フィラメントを使用して、補助ヒータランプについては常温における固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体からなるフィラメントが使用されているので、突入電流が過大となるような不具合が防止され、かつ、定着装置駆動時に熱応答性が良好な加熱ローラを提供できるようになる。
【００２５】
（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態について図３を参照して説明する。同図は、図１中のローラ体（１０）を省略してヒータランプのみを示す図である。なおヒータランプの構成において、図１と同様のものについては同じ符号を引用し、その説明を省略する。第二の実施形態が上述の第一の実施形態と異なる点は、この実施形態に係る補助ヒータランプが加熱ローラの立ち上げ時以外にも定着装置の駆動時に点灯される、という点で異なる。
図３において、ローラ体の内部には、定着用ヒータランプ２３と補助ヒータランプ２４とを具えている。両ヒータランプ２３、２４は管軸が加熱ローラの長さ方向と平行になるようローラ体の内部に挿入されて配設されている。
【００２６】
定着用ヒータランプ２３及び補助ヒータランプ２４は、各々のフィラメントに発光部と非発光部と有しており、定着用ヒータランプ２３のフィラメント２３０における発光部２３１が、補助ヒータランプ２４のフィラメント２４０における非発光部２４２に対向していると共に、補助ヒータランプ２４のフィラメント２４０における発光部２４１が定着用ヒータランプ２３のフィラメント２３０における非発光部２３２に対向するよう配置されている。この定着用ヒータランプ２３には、タングステン、詳しくはカリウムが１００ｐｐｍ程度ドープされたタングステンからなるフィラメントが配設されており、一方の補助ヒータランプ２４には、フィラメントが常温における固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体、例えば、ニクロムやカンタルからなるフィラメントが配設されている。
【００２７】
この定着用ヒータランプ２３は、最大サイズの転写材の通過領域（Ｌ１）よりも小さな所定サイズの転写材の通過領域Ｌ２に発光部２３１を有し、該発光部２３１が発熱することにより、所定サイズの転写材の通過領域Ｌ２が加熱し、一方の補助ヒータランプ２４は、最大サイズの転写材の通過領域Ｌ１内において前記所定サイズの転写材の通過領域（Ｌ２）外の領域Ｌ３に発光部２４１を有し、該発光部２４１が発熱することにより、最大サイズの転写材の通過領域Ｌ１内において前記所定サイズの転写材の通過領域（Ｌ２）外の領域Ｌ３を加熱するというものであり、このような構成を備えることにより、加熱ローラＲ１における転写材が通過される領域のみを加熱することができる。
【００２８】
なお、上記加熱ローラにおいても、定着装置の動作状態へ短時間に移行するのが望ましいことは、上記第一の実施形態と同様である。ランプ点灯初期においては定格消費電力と同等程度の入力電力を投入して全部のヒータータランプを点灯させてローラ体を加熱する。ここで、補助ヒータランプのフィラメントは、常温における固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体よりなるので、全部のヒータランプに対する投入電力を大きくしても該補助ヒータランプに流れる突入電流を小さく抑えることができるようになり、従って、回路全体に流れる突入電流を小さくすることができて、突入電流を低減することができるようになる。ここで、補助ヒータランプのフィラメントを構成する発熱体に関し、具体的な材質名を列挙すると、ニクロム、カンタル、タンタル、白金、黒鉛などであって、無論その他にも各種の合金などを用いることができる。このような補助ヒータランプを備えた加熱ローラは、ローラ体が十分に加熱されたのちは転写材の通過領域Ｌ１〜Ｌ３に合わせて補助ヒータランプの点灯／消灯の切り換えが行われる。ここで、所定サイズの転写材の通過領域Ｌ２に発光部が形成されたヒータランプについては、転写材のサイズによらず常に点灯してローラ体を加熱しておくものであり、係るヒータランプに関してはフィラメントがタングステンにより構成されていることによって、熱応答特性のよい加熱ローラを提供することができる。
【００２９】
〔実施例〕
図３に示した第二の実施形態で、下記仕様の加熱ローラを製作した。
ローラ体（１０）
材質：鉄、外径：３５ｍｍ、内径：３３ｍｍ、長さ：３５０ｍｍ
定着用ヒータランプ（２３）
ランプ全長：３９０ｍｍ、バルブ材質：石英ガラス、バルブ外径：６ｍｍ、バルブ肉厚：１ｍｍ、
フィラメント材質：５０〜９０ｐｐｍカリウムドープタングステン（タングステン：９９．９％以上）、フィラメント線経：φ０．２９ｍｍ、発光部長さ（Ｌ１）：１９５ｍｍ
投入電力：６００Ｗ（電圧：１００Ｖ）
補助ヒータランプ（２４）
ランプ全長：３９０ｍｍ、バルブ材質：石英ガラス、バルブ外径：６ｍｍ、バルブ肉厚：１ｍｍ、
フィラメント材質：カンタル、フィラメント線経：φ０．５ｍｍ、発光部長さ（Ｌ２）：３３５ｍｍ
投入電力：６００Ｗ（電圧：１００Ｖ）
【００３０】
〔比較例〕
上記実施例とは、補助ヒータランプ（２４）のフィラメントが、線経φ０．２９ｍｍのタングステンからなる点、を除いて、上記実施例と同様の構成にして、従来技術に係る加熱ローラを製作した。
【００３１】
〔ランプ電流特性〕
上記実施例の構成に係る本発明の加熱ローラ、及び、上記比較例の構成に係る従来型の加熱ローラについて、ランプ電流特性を調べた。フィラメントの温度が常温近傍（約２０℃）で安定状態のときに、それぞれＡＣ６００Ｗ（１００Ｖ）の電力を同時に投入してヒータランプが安定状態となるまで保持し、ランプ点灯初期における突入電流の大きさと定常状態で点灯時のランプ電流値を比較した。
【００３２】
図４は、電力投入初期のランプ電流特性を示す図である。同図において（ａ）は比較例の加熱ローラのランプ電流特性であり、（ｂ）は実施例の加熱ローラのランプ電流特性である。
図４（ａ）に示すように、比較例に係る加熱ローラにおいては点灯初期におけるランプ電流の最大値（突入電流の大きさ）は、定常状態におけるランプ電流値の約１０倍に達した。一方、実施例に係る加熱ローラにおいては、図４（ｂ）に示すように点灯初期におけるランプ電流の最大値（突入電流の大きさ）を、その定常状態におけるランプ電流値の約４倍に抑えることが可能であると判明した。
【００３３】
〔立ち上がり特性〕
上記実施例に係る加熱ローラ及び比較例に係る加熱ローラについて上記点灯条件（ＡＣ６００Ｗ、１００Ｖ）で点灯したときの加熱ローラ立ち上がり特性を調べた結果、ローラ体の外表面温度が目標温度とされる１６０℃に到達するまでに要する時間は、比較例に係るものが１９ｓであり実施例に係るものが２７ｓであった。然るに、上記実施例及び比較例に係る仕様の加熱ローラにおける立ち上がり時間の市場要求値は３０ｓ以下であるので、本実施例に係る加熱ローラも十分許容されるものであると確認された。以上のように、ランプの立ち上がり特性においては比較例に係るもののほうが立ち上がり時間は短いが、比較例に係る加熱ローラについては回路が過電流状態となり易くて装置が壊れたり、フリッカーが発生したりする可能性がある。従って、総合的に判断すると、特別な制御回路などを用いることなく突入電流を低減できて、過電流に起因した回路の故障やフリッカーの発生を低減でき、かつ、立ち上がり時間を所定時間内に短くすることが可能な、本願実施例に係る加熱ローラが優位であることは明らかである。
【００３４】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく種々変更が可能である。例えば、ヒータランプは二本である場合に限定されず、三本以上であってもよい。また、実施例ではフィラメント材質としてカンタルを用いた加熱ローラについて説明したが、その他、常温における固有抵抗値がタングステンの固有抵抗値よりも大きい発熱体であっても同様の効果が得られる。すなわち、突入電流の大きさを通常点灯時よりも低減できるとともに、昇温時間を市場要求値の範囲内に抑えることができる。
【００３５】
また、ヒータランプやローラ体の構成は適宜変更が可能であり上述の内容に限定されるものではない。例えば、ランプのバルブ構造やバルブ内に封入されるガスの種類も適宜変更可能であり、フィラメントの材質や表面の処理方法によってはピンチシール部を形成せずに大気に曝した状態で使用することも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の加熱ローラによれば比較的簡単な構成で定着装置における通電開始時の突入電流を低減することが可能な加熱ローラを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施形態に係る加熱ローラの構成を説明する図である。
【図２】オン、オフの切り換えを説明する図である。
【図３】第二の実施形態の加熱ローラにおけるヒータランプの構成を説明する図である。
【図４】（ａ）実施例の加熱ローラの立ち上がり特性、（ｂ）比較例の加熱ローラの立ち上がり特性を示す図である。
【図５】定着装置の説明図である。
【図６】加熱ローラの説明図であ。
【符号の説明】
１　　加熱ローラ
１０　ローラ体
２１、２２、２３、２４　ヒータランプ
２１０、２２０、２３０、２４０　フィラメント
２３１、２４１　発光部
２３２、２４２　非発光部
３１、３２　バルブ
４１、４２　金属箔
５１、５２　外部リード
【図１】
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【図２】
2004134317.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004134317.tif 000008
【図６】
2004134317.tif 000009