(57)【要約】【課題】直接輻射熱源を用いた定着装置であっても、高温であることに由来する対流発生による熱損失を抑えて熱効率がよく、加えて発火等に対して十分な安全性を確保することのできる画像形成装置及び熱源を提供する。【解決手段】通電により発光する部材を備えた熱源１０により移動する熱伝導率の小さい有機物を含む部材である被加熱体を加熱する定着装置において、熱源１０を点灯比率可変または点灯電圧可変で点灯させるとともに、熱源１０と定着ローラ１との間に断熱空間層１４と、断熱空間層１４を形成するガラス板１５と有している。【選択図】図１
2004170692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発光する部材を備えた熱源により移動する熱伝導率の小さい有機物を含む部材である被加熱体を加熱する定着装置を有する画像形成装置において、
前記熱源を点灯比率可変または点灯電圧可変で点灯させるとともに、前記熱源と前記被加熱体との間に断熱空間層と該断熱空間層を形成する透明部材と有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記熱源の点灯を前記被加熱体の停止におおよそ同期して遮断する通電制御手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記断熱空間層が少なくともほぼ密閉された大気圧の空気層であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記断熱空間層が密閉された気体層であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像形成装置において、前記気体層がアルゴン、クリプトン、キセノンを主成分とする気体が封入されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記断熱空間層が減圧された気体層であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記断熱空間層が排気される空気層であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項８】
請求項１，３，４，６，７の何れか一項に記載の画像形成装置において、前記断熱空間層が前記熱源を内包していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項１，２，８の何れか一項に記載の画像形成装置において、前記熱源からの輻射を前記被加熱体側へ反射させる反射手段が設けられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の画像形成装置において、前記反射手段が前記熱源の外面に設けられた反射膜であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の画像形成装置において、前記反射膜が金を主成分とすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
前記熱源が、不活性ガスが封入されたガラス管と、前記通電により発光する部材としてフィラメントとを有し、前記ガラス管内には不活性ガスのみが封入され、前記フィラメントがタングステンからなることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の画像形成装置において、前記不活性ガスがキセノン、クリプトンを主成分とすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
前記熱源が、不活性ガスが封入されたガラス管と、前記通電により発光する部材としてタングステンからなるフィラメントとを有し、前記不活性ガスとしてキセノン、クリプトンを主成分に僅かなハロゲン化合物を混入した気体が封入されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項１５】
前記熱源が、カーボンを主成分とするフィラメントを備えていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項１６】
前記熱源が定着部材を加熱することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項１７】
前記熱源がベルトを加熱することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項１８】
前記熱源がトナーを直接加熱することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項１９】
前記熱源が記録媒体を加熱することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項２０】
前記熱源が前記定着部材または定着ベルトを有する定着ユニットと別々に交換可能なユニットとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項２１】
画像形成装置における定着装置に用いる熱源において、
通電による発熱するフィラメントを少なくとも不活性ガスを含む封入気体とともにガラス管内に封入し、該ガラス管が大径のガラス管内に封入され、前記ガラス管と大径ガラス管の間に低圧気体の断熱層が設けられていることを特徴とする熱源。
【請求項２２】
請求項２１に記載の熱源において、前記大径のガラス管内に封入された前記熱源が複数であり、該複数の熱源はフィラメントを封入したガラス管が一体化されていることを特徴とする熱源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置を有する画像形成装置及び熱源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像形成装置において用いられる定着装置には昇温が高速になる熱源から直接加熱で定着するものが知られている。かかる定着装置において、熱源が接触する接触加熱も考えられるが、熱源の汚れ、被加熱物への汚れなど長期の安定性を考えれば、輻射熱源による非接触加熱が有効である。
【０００３】
しかし、輻射熱源による非接触加熱には熱効率の悪さという根本的な欠点を有している。すなわち、輻射加熱は非接触であるため、熱源と被加熱物の間に空間があり、移動する被加熱物を加熱するにはその空間に移動物のための入口と出口が開放されている必要があり、輻射熱源が高温であることによる対流熱がそれら開放部分から外部に放出し、加熱効率が悪くなる。
【０００４】
また、直接加熱により加熱する被加熱物の部材・部位としては
１．紙の表面を加熱する。
２．断熱性の定着部材表面を加熱する。
３．ベルト等の可撓性定着部材を加熱する。
４．トナー、インクを加熱する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記１から４のような用途の場合、被加熱物はセルロース、フッ素樹脂、シリコーンゴム、ポリエステル樹脂等の熱伝導率が小さい有機物が主体であり、加熱にあたって、次のような留意すべき点がある。また、金属ベルトやスリーブが基材であっても、該基材にゴムや樹脂の層が形成されている場合も同様である。
【０００６】
第１の留意点は、温度ムラのない加熱である。
熱源の点灯が連続的でない場合、加熱時間（加熱幅／被加熱物の移動速度）に対して点灯間隔が充分に小さくないと移動方向に対して直角な方向の縞状の温度ムラが発生する。
【０００７】
点灯が連続的な場合、照射パワー自体が可変でないと周囲の部材の温度変化により被加熱物の温度が一定にならずに温度ムラが発生する。
第２の留意点は被加熱物の発火、発煙から回避することである。
【０００８】
被加熱体の発火等は、熱源との接触時に起る。輻射熱源からのエネルギーは絶対温度の４乗の差分で被加熱物に伝えられるため、輻射熱源は最低でも１０００℃以上と温度が非常に高い。そのため、有機物等の被加熱物あるいは周辺の部材が何かしら異常で熱源に接触すると容易に発火してしまう。
【０００９】
さらに、被加熱体の発火等は被加熱物の停止時に起る。輻射熱源の投入エネルギーが大きい場合のみ、これは被加熱物の加熱時間が短くしかできない場合であるが、移動しているに瞬時に昇温するため、何かしらの異常で被加熱物が停止すると、輻射エネルギーを長時間受けるため、高温となって発火に至る。
【００１０】
このような問題点があるため、近年の画像形成装置では発火等の危険から直接輻射熱源を用いた定着装置が採用されていないのが現状である。
本発明は、上記した従来の問題を解消し、直接輻射熱源を用いた定着装置であっても、高温であることに由来する対流発生による熱損失を抑えて熱効率がよく、加えて発火等に対して十分な安全性を確保することのできる画像形成装置及び熱源を提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、通電により発光する部材を備えた熱源により移動する熱伝導率の小さい有機物を含む部材である被加熱体を加熱する定着装置を有する画像形成装置において、前記熱源を点灯比率可変または点灯電圧可変で点灯させるとともに、前記熱源と前記被加熱体との間に断熱空間層と該断熱空間層を形成する透明部材と有することを特徴としている。
【００１２】
なお、本発明は、前記熱源の点灯を前記被加熱体の停止におおよそ同期して遮断する通電制御手段を具備すると、効果的である。
さらに、本発明は、前記断熱空間層が少なくともほぼ密閉された大気圧の空気層であると、効果的である。
【００１３】
さらにまた、本発明は、前記断熱空間層が密閉された気体層であると、効果的である。
さらにまた、本発明は、前記気体層がアルゴン、クリプトン、キセノンを主成分とする気体が封入されていると、効果的である。
【００１４】
さらにまた、本発明は、前記断熱空間層が減圧された気体層であると、効果的である。
さらにまた、本発明は、前記断熱空間層が排気される空気層であると、効果的である。
【００１５】
さらにまた、本発明は、前記断熱空間層が前記熱源を内包していると、効果的である。
さらにまた、本発明は、前記熱源からの輻射を前記被加熱体側へ反射させる反射手段が設けられていると、効果的である。
【００１６】
さらにまた、本発明は、前記反射手段が前記熱源の外面に設けられた反射膜であると、効果的である。
さらにまた、本発明は、前記反射膜が金を主成分とすると、効果的である。
さらにまた、本発明は、前記熱源が、不活性ガスが封入されたガラス管と、前記通電により発光する部材としてフィラメントとを有し、前記ガラス管内には不活性ガスのみが封入され、前記フィラメントがタングステンからなると、効果的である。
【００１７】
さらにまた、本発明は、前記不活性ガスがキセノン、クリプトンを主成分とすると、効果的である。
さらにまた、本発明は、前記熱源が、不活性ガスが封入されたガラス管と、前記通電により発光する部材としてタングステンからなるフィラメントとを有し、前記不活性ガスとしてキセノン、クリプトンを主成分に僅かなハロゲン化合物を混入した気体が封入されていると、効果的である。
【００１８】
さらにまた、本発明は、前記熱源が、カーボンを主成分とするフィラメントを備えていると、効果的である。
さらにまた、本発明は、前記熱源が定着部材を加熱すると、効果的である。
【００１９】
さらにまた、本発明は、前記熱源がベルトを加熱すると、効果的である。
さらにまた、本発明は、前記熱源がトナーを直接加熱すると、効果的である。
【００２０】
さらにまた、本発明は、前記熱源が記録媒体を加熱すると、効果的である。
さらにまた、本発明は、前記熱源が前記定着部材または定着ベルトを有する定着ユニットと別々に交換可能なユニットとして構成されていると、効果的である。
【００２１】
また、上記課題を解決するため、本発明は、画像形成装置における定着装置に用いる熱源において、通電による発熱するフィラメントを少なくとも不活性ガスを含む封入気体とともにガラス管内に封入し、該ガラス管が大径のガラス管内に封入され、前記ガラス管と大径ガラス管の間に低圧気体の断熱層が設けられていることを特徴としている。
なお、本発明は、前記大径のガラス管内に封入された前記熱源が複数であり、該複数の熱源はフィラメントを封入したガラス管が一体化されていると、効果的である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す説明図である。
【００２３】
図１において、符号１は定着部材としての定着ローラであり、２は定着ローラに圧接された加圧ローラであり、定着ローラ１は図示していない駆動手段によって矢印方向に回転駆動され、加圧ローラ２は従動回転される。定着ローラ１は、基材である芯金３の外周に断熱性ゴム層４を介して離型層５を積層してなり、他方、加圧ローラ２は芯金６の外周にゴム層７を介して離型層８が被覆されて構成されている。なお、定着ローラ１のゴム層４は、画像均一性品質の要求が低い場合は省略可能である。また、基材は芯金３に限らず、薄肉の金属スリーブや樹脂のベルトでも可能であり、そのような低熱容量の基材を用いた場合も、断熱性ゴム層４を省略することができる。さらにまた、断熱性ゴム層４は断熱層とゴム層とに分けた２層以上の積層したものであっても、その機能を発揮することができる。
【００２４】
上記定着ローラ１の外側には、熱源１０が設けられ、熱源１０によって定着ローラ１の表面が加熱される。熱源１０は、ガラス管１１内に通電により発光する部材としてフィラメント１２を配置して不活性ガスを封入して構成され、熱源１０は定着ローラ１に対向する面を開放した断面Ｕの字を傾けた形状の反射部材としての反射板１３内に配置されている。この反射板１３の開放面には断熱空間層１４を形成する透明部材としてのガラス板１５が取り付けられている。
【００２５】
このガラス板１５の装着で形成される断熱空間層１４は、熱源１０の両側を閉じられていることで密閉空間にすることにより、高温によって発生する対流が外気へ逃げることが防止され、熱効率を高めることができる。さらに、かかる構成では輻射熱源１０と本例の被加熱体である定着ローラ１の間に断熱空間層１４が存在することにより、ガラス板１５の外面側の温度上昇を抑制する断熱効果が得られる。なお、ガラス板１５は僅かな輻射熱吸収をなくす意味で、強度が許す限り薄いものが好ましい。
【００２６】
このように構成された定着装置は、未定着トナー像を担持した記録媒体としての用紙Ｐが定着ローラ１と加圧ローラ２のニップに到来と同期して熱源１０が定着ローラ１を加熱し、その熱及びローラ間の圧が作用してトナーが用紙Ｐに定着される。
【００２７】
熱源１０による被加熱体の加熱は、温度ムラがないように一定温度に制御することが要求され、本実施形態では熱源１０の通電を点灯比率可変で点灯している。具体的には、熱源１０への電力供給は定着ローラ１を回転させながら行い、室温から１６０℃までの立ち上げ時はＡＣ１００Ｖを連続通電し、１６０℃に達する直前からＡＣ１００Ｖを１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚでスイッチングし、点灯比率を５０〜１００％とすることで加熱温度を１６０℃±５℃に保つことができる。また、熱源への通電は点灯電圧可変で行っても点灯比率可変と同様に温度ムラのない良好な制御ができる。この場合、ＡＣ電圧自体を７０Ｖ〜１００Ｖで可変してもよいし、ＤＣ電圧を７０〜１００Ｖで可変してもよい。
【００２８】
また、熱源１０の通電時は被加熱体である定着ローラ１が回転時に制限するが、発火、発煙等の問題を防止するため必要不可欠である。このため、定着ローラ１の回転を検知する手段を設けて定着ローラ１の回転停止を検知して熱源１０への通電を同期遮断させている。一般的に、定着ローラ１の回転を検知する手段は、ロータリーエンコーダや光センサを使用しているが、これら検知手段は壊れる可能性がある半導体を使用するため、耐久性に十分注意する必要がある。
【００２９】
そこで、本実施形態では被加熱体を移動する駆動を利用して発電する発電手段を設け、該発電手段から熱源１０へ通電を行うように構成することで、定着ローラ１の停止におおよそ同期して通電を遮断することができる。具体的には、図２に示すように、定着ローラ１を駆動するＤＣモータ２０の起電力発生回路にはこの起電力によりオンオフされるオンオフリレー２１がＤＣモータ２０と相対向に設けられている。オンオフリレー２１のある電気回路には、電源部２２と、熱源１０と、温度センサ２３と、温度調整器２４及びサーモスタッド２５等が配設されている。ＤＣモータが回転すると、オンオフリレー２１がオンされて熱源１０への通電が可能な状態となる。一方、ＤＣモータの回転が停止されると、上記起電力発生回路に起電力が発生しないため、オンオフリレー２１がオフ状態となる。このオフ状態において、熱源１０が通電されることはない。
【００３０】
このように構成すれば、定着ローラ１が停止状態であれば、オンオフリレー２１が作動しないため、熱源１０が通電されることがない。すなわち、定着ローラ１の回転により発電を行い、その電圧によりオンオフリレー２１を作動させて始めて通電が行われるため、オンオフリレー２１以外の部品が故障しても熱源１０が通電されることはない。なお、オンオフリレー２１が故障すると、通電されるが、オンオフリレー２１としてＵＬ、ＣＳＡ等の安全規格を取得したものを使用している限り、基本的に装置の安全性が保障されており、良好な耐久性が得られる。
【００３１】
図３は、本発明の他の実施形態を示す断面説明図であり、本実施形態では定着ローラを内部から加熱する定着装置である。
図３において、本実施形態の被加熱体も定着ローラ３０であるが、定着ローラ３０は肉厚０．４ｍｍのアルミ薄肉スリーブ３１にゴム層３２とテフロン（商品名）からなる離型層３３を積層したものである。また、熱源１０は定着ローラ３０内に設けられているとともに、外側が透明部材としてのガラス管１６によって覆われ二重管の如く構成されている。なお、外側のガラス管１６は強度が許す限り薄いものが僅かな輻射熱吸収をなくす意味で好ましい。
【００３２】
このように構成された定着装置は、熱源１０が間にほぼ密閉された断熱空間層１４が形成されるようにしてガラス管１６で覆われるので、フィラメント１２が２重のガラス管で覆われことになり、熱の対流が抑制されて熱効率が高められる。なお、本例でも熱源１０と外側ガラス管１６の間に断熱空間層１４が存在することにより、ガラス管１６の外面側の温度上昇を抑制する断熱効果が得られるが、熱源１０が定着ローラ３０内にあるので、その効果は必要としない。
【００３３】
図４は、本発明のさらに他の実施形態を示す断面説明図であり、本実施形態では定着ベルトを内部から加熱する定着装置である。
図４において、被加熱体として定着ベルト４０が用いられており、定着ベルト４０はポリイミドの基材４１にゴム層４２、テフロン層４３を被覆して構成されている。加圧ローラ２と対向するベルト内部には、固定部材４４が設けられ、この固定部材４４によって定着ベルト４０と加圧ローラ２が所定圧力で接している。そして、定着ベルト４０内には、断熱空間層１４を介在させるようにしてガラス管１６で覆われた熱源１０が配設されている。
【００３４】
このように構成された定着装置は、熱源１０がほぼ密閉された断熱空間層１４を介してガラス管１６で覆われるので、あたかもフィラメント１２が２重のガラス管で覆われた構造となり、熱の対流が抑制されて熱効率が高められる。なお、定着ベルト４０が図示していない駆動手段によって回転するが、定着ベルト４０を意図的に切れ目を入れた破損させて回転すると、ベルトの一部が熱源側に接触する。この実験において、本実施形態の２重管構造の熱源では断熱空間層１４による断熱効果によって何ら問題が生じなかったが、２重管でない一般的な単管熱源を使用した場合、接触部から発煙が生じた。
【００３５】
図５は、本発明のさらに他の実施形態を示す断面説明図であり、本実施形態は熱源でトナーを加熱するシステムである。
図５において、感光体５０からトナー像が転写される中間転写体５１に対峙した転写定着ベルト５３が設けられている。転写定着ベルト５３は、ポリイミドの基材５４にゴム層５５、テフロン層５６を被覆してなり、ベルト内部には固定部材５７、輻射熱源５８及び転写部材５９が設けられている。固定部材５７は、加圧ローラ２に対向して転写定着ベルト５３と加圧ローラ２が所定の加圧力で接している。そして、転写定着ベルト５３の外側には対向する面を開放した断面Ｕの字を傾けた形状の反射部材としての反射板１３内に配置された熱源１０が設けられている。反射板１３の開放面には、断熱空間層１４を形成する透明部材としてのガラス板１５が取り付けられている。
【００３６】
このシステムは、中間転写体５１上のトナーを紙ではなく、転写定着ベルト５３上に転写されたトナーを充分加熱した後に紙に圧着するものである。このシステムにおいては、定着後の画像上面になるトナー上層部分の温度と、トナー下層・紙界面の温度の両者を制御可能である。トナー下層・紙界面温度はトナーを直接加熱するかつまたは紙を加熱することで制御可能なため、熱源１０の反射板１３の向きを調整することで、トナーのみを加熱する、紙のみを加熱する、両者を適宜な比率で同時に加熱するなどが一つの熱源１０により可能となる。この場合の熱源１０もガラス板１５を配置したことで伝熱に優れ、安全性も確保することができる。
【００３７】
図６は、本発明のさらにまた他の実施形態を示す断面説明図であり、本実施形態は熱源でトナーと紙を加熱するシステムである。
図６において、定着ベルト６０は、ポリイミドの基材６１にゴム層６２、テフロン層６３を被覆してなり、ベルト内部には固定部材６４、輻射熱源６５が設けられている。固定部材６４は、加圧ローラ２に対向して定着ベルト６０と加圧ローラ２が所定の加圧力で接している。そして、定着ベルト６０と加圧ローラ２のニップ近傍で、記録媒体としての用紙Ｐの搬送方向上流側には反射板１３内に配置された熱源１０が設けられている。反射板１３は、用紙Ｐ側の面を開放した断面Ｕの字を傾けた形状に形成され、反射板１３の開放面には断熱空間層１４を形成する透明部材としてのガラス板１５が取り付けられている。
【００３８】
このように構成された定着装置においても、反射板１３に断熱空間層１４を形成するガラス板１５を配置したことで、伝熱に優れ、安全性も十分に確保することができる。また、定着装置が小型化される。なお、熱源１０の加熱量は用紙の紙種に応じて調整可能である。
【００３９】
上記定着装置では、透明部材によって形成した断熱空間層１４が密閉空間にするため、熱源１０の両端を含めて閉じ構成としている。密閉する際には、熱源１０の両端における熱源１０と透明部材のガラスとの線膨張差を吸収するような材料選択が重要で、ガラス、セラミック、金属等の単独または組み合わせで用いることができる。また、このような密閉構造を得る場合、図７に示すように、ガラス板１５を内部に空間が形成された２重ガラス板にしたり、図８に示すように、ガラス管１６を内部に空間が形成された２重ガラス管にすると、線膨張差に対して有効である。さらに、２重構造のガラス板１５やガラス管１６は断熱効果をより高める利点もある。
【００４０】
ところで、ガラス板１５やガラス管１６で形成される断熱空間層１４は、減圧された気体層、すなわち真空にすると、熱効率及び断熱効果による安全性において有利である。この場合、断熱空間層１４を完全な真空にすることは難しいが、完全な真空に近づくほど好ましいと言える。また、断熱空間層１４はアルゴン、クリプトン、キセノンを主成分とする高分子ガスを封入することも、熱効率及び断熱効果による安全性において有効である。さらにまた、断熱空間層１４が密閉でなくなるが、閉じられた空間層に入口と出口を設け、入口から外部の空気を流入させ、出口から排気するように構成してもよい。かかる構成では、熱効率は悪くなるが、安全性は有効である。
【００４１】
本発明者は、上記断熱空間層１４が開放された空間の場合、密閉された空気層の場合、真空の場合、高分子ガス封入の場合、空気を流している場合について、熱効率及び安全性について比較する実験を行った。
【００４２】
その結果、熱効率については真空が最もよく、次に高分子ガス、密閉空間、開放空間、空気流の順であった。また、安全性については真空が最もよく、次に空気流、高分子ガス、開放空間、密閉空間の順であった。但し、長期に渡って安全性において最も断熱層が維持されやすいのは開放空間で、次に空気流、密閉空間、高分子ガス、真空の順であった。
【００４３】
ところで、熱源１０の熱効率を高めるため、反射板１３は有効であるが、ガラス管１６で断熱空間層１４を形成している場合、反射板１３を設置することが難しい。そこで、ガラス管１６で断熱空間層１４を形成する装置では図９に示すように、熱源１０のガラス管１１における外面の一部に反射膜１３ａを塗装、蒸着等により形成する。このように構成された熱源１０は熱効率がアップし、さらに反射膜１３ａを熱源１０の貼りつけ等で配置したものよりも熱効率が上昇した。
【００４４】
この反射板の効率的配置について検討したところ、熱源１０の外面に反射コートを行うことにより、熱源１０の外に配置した場合より熱効率が高いという結果が得られた。これは、反射膜１３ａがより小さく、熱源に近いため反射せずに吸収された熱量も熱源の輻射に寄与できるためと考えられる。さらに、反射膜１３ａの材質について検討した結果、熱源１０に近いことによる耐熱性、高融点の必要性と酸化等の化学変化に強く反射率が安定して得られることから金が最も優れていることが判明した。よって、反射膜１３ａは金を主成分とすることが好ましい。
【００４５】
また、高速のプリンタ等では様々な紙幅の用紙を用いるときの温度均一性を保つため、発熱幅の配向分布の異なる複数の熱源を用いることが知られている。さらに、被加熱物の性質に応じて波長の異なる熱源を同時または交互に用いることも要求されることがある。そこで、本発明では図１０（ａ），（ｂ）に示すように、１つのガラス管１６内に複数の熱源、例えば中央用の熱源１０ａと、端部用の熱源１０ｂを配置することができる。このように構成すれば、複数の熱源１０ａ，１０ｂが一つの断熱空間１４内に包含され、装置の小型化、部品点数の削減が実現できる。さらに、１つのガラス管１６内に複数の熱源１０ａ，１０ｂを配置する場合、図１１に示すように、熱源１０のガラス管１１を断面８の字状のように形成して一体化させたガラス管１１を用いれば、独立してそれぞれ設けるより、ガラス材料が少なく、強度に優れた熱源構造となる。さらに、大径のガラス管１６もより小さくすることができ、熱源部分の全体の小型化が可能となる。なお、複数の熱源は２本に限らず、３本以上であってもよい。
【００４６】
上記熱源１０は、点灯比率可変または点灯電圧可変で点灯されるため、一般的なハロゲンヒータを用いてもハロゲンサイクルが安定せず、フィラメント１２の寿命が低下する。
【００４７】
そこで、熱源１０としてタングステンのフィラメント１２を不活性ガスのみで封入したヒータを用いることで、ハロゲン化合物を含まないことで点灯比率可変または点灯電圧可変の点灯を行ってもフィラメント１２の断線が抑制される。なお、不活性ガスとしてはアルゴン、より好ましくはキセノン、クリプトンである。キセノン、クリプトンは、２０００Ｋと言った高温でもフィラメントを化学的に侵食しない不活性ガスであり、放射性元素であるラドンを除く不活性ガスで最も大きな分子であるため、気体の分子運動論でいう衝突断面積が大きくフィラメントのタングステン分子の蒸発を抑制できる。すなわち、タングステンの蒸発原子が他の原子に衝突することなく移動してしまう平均自由工程の低減が可能である。
【００４８】
また、熱源１０は微量のハロゲン化合物とキセノン、クリプトンを主成分とする不活性ガスを封入したものであってもよい。このように構成された熱源１０は、点灯比率可変または点灯電圧可変で点灯しても、キセノン、クリプトンの蒸発抑制効果と、微量のハロゲン化合物によるハロゲンサイクルとによってフィラメントの寿命を延ばすことができる。
【００４９】
さらに、上記熱源１０は蒸発しにくいカーボンを主成分とするフィラメント１２を用いることで寿命を延ばすことができる。しかも、カーボンは遠赤外線の放出が多い熱源であり、熱効率も高まる。
【００５０】
なお、不活性ガスを封入した熱源やカーボン化したフィラメントの熱源は点灯比率可変または点灯電圧可変で点灯した場合、ハロゲンヒータでは１０００時間程度であった寿命が５０００時間と大幅に延びた。また、カーボンをフィラメントとした構成では、立ち上がりがカーボンの熱容量が大きいためやや遅れたが、連続通紙時はわずかに平均電力が小さく色温度が低いことによる赤外線による熱効率向上が見られた。
【００５１】
上記したように熱源１０と被加熱体との間に断熱空間層を設ける構成は、従来のヒータによるものに比べて複雑なため、その分コストが嵩むが、熱源を有する加熱ユニットと定着部材を有する定着ユニットをそれぞれ独立したユニットで構成することで、別々に交換することができる。よって、高寿命の熱源と加熱、トナー固着等で交換が必要な加圧ローラを含む定着部材を別々に交換でき、ランニングコストを低減することができる。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１の構成によれば、熱源を点灯比率可変または点灯電圧可変で点灯させるとともに、熱源と被加熱体との間に断熱空間層と該断熱空間層を形成する透明部材と有するので、熱源の点滅間隔が長いことによる被加熱体に温度ムラの発生を抑え、熱源への接触により発火する危険を非常に小さくすることができる。
【００５３】
請求項２の構成によれば、熱源の点灯を被加熱体の移動時のみに制限する通電制御手段を具備するので、安全性が飛躍的に向上する。
請求項３の構成によれば、断熱空間層が少なくともほぼ密閉された大気圧の空気層であるので、良好な断熱性を長期に渡って維持することができる。
【００５４】
請求項４の構成によれば、断熱空間層が密閉された気体層であるので、気体層は熱を外部に流出しにくいので、熱効率が高まる。
請求項５の構成によれば、気体層がアルゴン、クリプトン、キセノンを主成分とする気体が封入されているので、安全性の高い不活性気体分子中（放射性元素ラドンを除く）で最も動粘度が高く対流が生じにくい、かつ熱伝導率が低い。また、熱伝導率から言えば、塩素、アンモニアなども断熱性が高いが高温で漏れだした場合の危険可能性を考慮すれば上記ガスが適している。したがって、外部との気圧差が小さくでき、万一衝撃が加わった場合でも破損の可能性が低く、熱を外部に流出させず、熱効率が最も高い。
【００５５】
請求項６の構成によれば、断熱空間層が減圧された気体層であるので、真空であり、最も断熱性が高い。また、熱を外部に流出させず、熱効率が最も高い。断熱空間層が気体の場合に比べ、加熱時の気体の膨張による圧力増加が発生せず、安定した断熱が得られる。断熱性に関しては、空気であれば０．１Ｐａ以下が好ましいことが魔法瓶などの事例で知られている。
【００５６】
請求項７の構成によれば、断熱空間層が排気される空気層であるので、対流熱を排出するため、断熱性は真空と同等に高い。また、熱量を外部に排出するため熱効率はやや悪くなるが、外部との気圧差がなく、万一衝撃が加わった場合でも破損の可能性が低い。
【００５７】
請求項８の構成によれば、断熱空間層が熱源を内包しているので、最も小型で断熱による安全性を達成できる。また、配光分布の異なる二本の熱源の内包も可能である。
【００５８】
請求項９の構成によれば、熱源からの輻射を被加熱体側へ反射させる反射手段が設けられているので、輻射熱の集中が可能で熱効率が高まる。
請求項１０の構成によれば、反射手段が熱源の外面に設けられた反射膜であるので、熱源に最も近い部分で反射するため、大型の反射膜が必ずしも必要でなく、小型化が可能で、熱損失も小さい。
【００５９】
請求項１１の構成によれば、熱源が、不活性ガスが封入されたガラス管と、前記通電により発光する部材としてフィラメントとを有し、前記ガラス管内には不活性ガスのみが封入され、フィラメントがタングステンからなるので、ハロゲン化合物を含まないヒータ構成のため、点灯比率可変または点灯電圧可変で点灯を行ってもフィラメントの断線が抑制される。
【００６０】
請求項１２の構成によれば、不活性ガスがキセノン、クリプトンを主成分とするので、ハロゲンサイクルへの依存度を無くし、キセノン、クリプトンのフィラメント蒸発抑制効果により高寿命化が得られる。
【００６１】
請求項１３の構成によれば、熱源が、タングステンのフィラメントと、キセノン、クリプトンの不活性ガスを主成分に僅かなハロゲン化合物を混入した気体が封入されているので、キセノン、クリプトンのフィラメント蒸発抑制効果と、微量のハロゲン化合物によるハロゲンサイクルとともにフィラメントの断線を抑制できる。
【００６２】
請求項１４の構成によれば、熱源が、カーボンを主成分とするフィラメントを備えているので、フィラメントにタングステンに比べて蒸発しにくいカーボンを用いることで、寿命が向上し、またカーボンは遠赤外線の放出率が高く、加熱効率も向上できる。
【００６３】
請求項１５の構成によれば、熱源が定着部材を加熱する定着装置であるので、定着部材が破損などにより一部が熱源側に接触しようとしても、断熱空間層により断熱された発火温度より低い透明性部材で接触が妨げられるため、発火の危険が生じない。輻射熱により定着表面を加熱するため、迅速な昇温が可能となり、画像形成時に瞬時の利用開始が可能となる。
【００６４】
請求項１６の構成によれば、熱源がベルトを加熱する定着装置であるので、定着部材が破損などにより一部が熱源側に接触しようとしても、断熱空間層により断熱された発火温度より低い透明性部材で接触が妨げられるため、発火の危険が生じない。また、輻射熱により定着部材内面を加熱し、薄い定着部材が熱伝導により昇温するため、迅速な昇温が可能となり、画像形成時に瞬時の利用開始が可能となる。
【００６５】
請求項１７の構成によれば、熱源がトナーを直接加熱する定着装置であるので、トナーが飛散などにより熱源側に接触しようとしても、断熱空間層により断熱された発火温度より低い透明性部材で接触が妨げられるため、発火の危険が生じない。輻射熱によりトナーを加熱し、迅速な昇温が可能となり、安定した画像形成が可能となる。
【００６６】
請求項１８の構成によれば、熱源が記録媒体を加熱する定着装置であるので、紙が熱源側に接触しようとしても、断熱空間層により断熱された紙発火温度より低い透明性部材で接触が妨げられるため、発火の危険が生じない。輻射熱により紙表面を加熱するため、迅速な昇温が可能となる。
【００６７】
請求項１９の構成によれば、熱源が定着部材または定着ベルトを有する定着ユニットと別々に交換可能なユニットとして構成されているので、高寿命な加熱体と、加熱とトナー固着などにより交換が必要となる二次転写定着部材（加圧部材一体も含む）を別々に交換可能なためランニングコストを低減できる。
【００６８】
請求項２０の構成によれば、通電による発熱するフィラメントを少なくとも不活性ガスを含む封入気体とともにガラス管内に封入し、該ガラス管が大径のガラス管内に封入され、前記ガラス管と大径ガラス管の間に低圧気体の断熱層が設けられているので、高寿命で熱効率のよい熱源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す定着装置の概略構成図である。
【図２】その定着装置に設けられる発電手段の回路構造図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す定着装置の概略構成図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態を示す定着装置の概略構成図である。
【図５】本発明のさらにまた他の実施形態を示す定着装置の概略構成図である。
【図６】本発明のさらにまた他の実施形態を示す定着装置の概略構成図である。
【図７】本発明の熱源の実施形態を示す説明図である。
【図８】本発明の熱源の他の実施形態を示す説明図である。
【図９】本発明の熱源のさらに他の実施形態を示す説明図である。
【図１０】（ａ），（ｂ）は本発明の熱源のさらにまた他の実施形態を示す側面及び正面説明図である。
【図１１】図１０の示す熱源の変形例を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１，３０    定着ローラ
２    加圧ローラ
１０    熱源
１３    反射板
１４    断熱空間層
１５    ガラス板
１６    ガラス管
４０    定着ベルト
【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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