(57)【要約】【課題】  白熱電球から放射される光を効率よく加熱に利用することができ、しかも、レンズ作用により、加熱すべき領域にのみ集中して加熱することができ、本願発明を電子複写機等の定着装置の熱源に利用した場合は、短時間のうちにトナー定着に利用される部分の加熱ローラの表面温度を使用可能な温度にすることができる定着用加熱装置を提供することにある。【解決手段】  本発明の定着用加熱装置は、管状の封体２１内に管軸に沿ってフィラメント２２を有する白熱電球２ａを備えた定着用加熱装置において、白熱電球２ａを取り囲むように、白熱電球２ａの管軸に沿って樋状の反射ミラー２ｂが設けられており、反射ミラー２ｂの光出射側の開口全面にわたって集光レンズ２ｃを設けたことを特徴とする。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状の封体内に管軸に沿ってフィラメントを有する白熱電球を備えた定着用加熱装置において、
前記白熱電球を取り囲むように、白熱電球の管軸に沿って樋状の反射ミラーが設けられており、
前記反射ミラーの光出射側の開口全面にわたって集光レンズを設けたことを特徴とする定着用加熱装置。
【請求項２】
前記反射ミラーの両側に支持部材が位置しており、
前記支持部材に、前記白熱電球の両端の封止部と、前記反射ミラーの両端の係合部と、前記集光レンズの両端部が、それぞれ挿入されて、前記白熱電球と前記反射ミラーと前記集光レンズが保持されていることを特徴とする請求項１に記載の定着用加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子写真複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等におけるトナー像定着装置に利用される定着用加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真複写機等において、記録材上に形成されたトナー像を加熱定着させるための方式として、従来より、加熱ローラとこれに対接配置された加圧ローラとの間に、未定着トナー像が形成された記録材を通過させることにより、前記未定着トナー像を記録材に定着させるヒートローラ方式の定着装置が広く知られている。
【０００３】
このようなヒートローラ方式の定着装置を図８を用いて説明する。
加熱ローラは、アルミニウム製の円筒状のローラ基体を有し、このローラ基体内に熱源となる白熱電球を配置して、白熱電球から放射される光によって、ローラ基体を加熱する。
加圧ローラは、ＳＵＳ製の芯棒に、フッ素ゴム層を有するものである。
加熱ローラと加圧ローラとの間に、トナーが保持された記録材が巻き込まれ、トナーを熱と圧力で定着させるものである。
このような技術は、特開２００１−１２６８４６に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１２６８４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような定着装置によれば、白熱電球はローラ基体の内部空間に配置されており、白熱電球から放射される光によってローラ基体を加熱するものである。
白熱電球は、加熱ローラの加圧ローラと対向する部分（図中ａ部分）を集中的に加熱すればよいが、白熱電球からは放射状に光が放射され、ローラ基体全体を加熱するものであり、白熱電球から放射された光が、トナーを加熱定着するために効率よく利用されていないという問題があった。
【０００６】
また、このような定着装置によれば、装置のメインスイッチを入れた直後、短時間のうちに加熱ローラの表面温度が使用可能（加熱定着可能）な温度に到達することが要求されており、その到達時間を秒単位で短くすることが要求されている。
しかしながら、白熱電球から放射された光によって、ローラ基体全体を加熱して、加熱ローラの表面温度を昇温させる構造では、白熱電球点灯直後の数秒は加圧ローラと対向していない部分を含めローラ基体全体を暖めるためにエネルギーが利用され、極めて短時間に、加熱ローラの表面を使用可能（加熱定着可能）な温度に到達させることができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、白熱電球から放射される光を効率よく加熱に利用することができ、しかも、レンズ作用により、加熱すべき領域にのみ集中して加熱することができ、本願発明を電子複写機等の定着装置の熱源に利用した場合は、短時間のうちにトナー定着に利用される部分の加熱ローラの表面温度を使用可能な温度にすることができる定着用加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の定着用加熱装置は、管状の封体内に管軸に沿ってフィラメントを有する白熱電球を備えた定着用加熱装置において、前記白熱電球を取り囲むように、白熱電球の管軸に沿って樋状の反射ミラーが設けられており、前記反射ミラーの光出射側の開口全面にわたって集光レンズを設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の定着用加熱装置は、請求項１に記載の定着用加熱装置であって、特に、前記反射ミラーの両側に支持部材が位置しており、前記支持部材に、前記白熱電球の両端の封止部と、前記反射ミラーの両端の係合部と、前記集光レンズの両端部が、それぞれ挿入されて、前記白熱電球と前記反射ミラーと前記集光レンズが保持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の定着用加熱装置によれば、白熱電球を取り囲むように、白熱電球の管軸に沿って樋状の反射ミラーが設けられており、反射ミラーの光出射側の開口全面にわたって集光レンズが設けられているので、白熱ランプから放射された光を効率よく反射ミラーで反射して、光出射側開口に導くことができ、さらに、その光出射側の開口全面にわたって形成された集光レンズによって、所定の加熱領域を集中的に効率よく加熱することができる。
【００１１】
反射ミラーの両側に支持部材が位置しており、この支持部材に白熱電球と反射ミラーと集光レンズが保持されて、一体構造物になっているので、定着用加熱装置が取り扱いやすく、本願発明の定着用加熱装置を電子複写機等の定着装置の熱源に利用する場合は、加熱ローラ内に定着用加熱装置を容易に配置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の定着用加熱装置を用いた電子複写機の定着装置の説明図である。
加熱ローラ１は、アルミニウム製の円筒状のローラ基体１０を有し、このローラ基体１０内に本願発明の定着用加熱装置２が配置されている。
加圧ローラ３は、ＳＵＳ製の芯棒３０に、フッ素ゴム層３１を有するものである。
そして、加熱ローラと加圧ローラとの間に、トナーが保持された記録材が巻き込まれ、トナーを熱と圧力で定着させる。
【００１３】
図２は、本発明の定着用加熱装置の説明図である。
定着用加熱装置２は、管状の封体２１内に管軸に沿ってフィラメント２２を有する白熱電球２ａと、この白熱電球２ａを取り囲むように、白熱電球２ａの管軸に沿って樋状の反射ミラー２ｂが設けられており、この反射ミラー２ｂは、光を出射する開口２４が形成された略コ字状である。そして、その開口２４全面にわたって、開口２４を塞ぐように集光レンズ２ｃが設けられている。
集光レンズ２ｃは、石英ガラス製であり、白熱電球と対向する面が平面となっている断面半円状のものである。
【００１４】
それぞれの構成要素を詳細に説明する。
白熱電球２ａは、外径６ｍｍ、内径４ｍｍ、全長２７０ｍｍであって、定格１．５Ａ、１５０Ｗで点灯するハロゲン白熱電球である。
【００１５】
反射鏡２ｂは、ＳＵＳ製であって、長手方向の長さは２３１ｍｍ、開口の幅Ｘは１０．５ｍｍである。
【００１６】
図３は、本願発明の定着用加熱装置の正面図と平面図を示し、図４は、本願発明の定着用加熱装置の斜視図を示す。
反射ミラー２ｂの両側にＳＵＳ製の支持部材２ｄが位置している。
支持部材２ｄは、電球固定穴Ａ１を有し、この電球固定穴Ａ１に白熱電球２ａの両端の封止部２３が挿入されて、白熱電球２ａが支持部材２ｄに保持されている。
また、支持部材２ｄは、ミラー固定穴Ａ２を有し、このミラー固定穴Ａ２に反射ミラー２ｂの両端に形成された係合部２５が挿入され、係合部２５が支持部材２ｄの表面側に折り曲げられて反射ミラー２ｂが支持部材２ｄに保持されている。
さらに、支持部材２ｄは、レンズ固定穴Ａ３を有し、このレンズ固定穴Ａ３に集光レンズ２ｃの両端側が挿入され、集光レンズ２ｃの端面２ｃ０にバネ部材２６が当接し、集光レンズ２ｃが支持部材２ｄに保持されている。
【００１７】
このような定着用加熱装置によれば、図２の光線軌跡で示すように、白熱ランプ２ａから放射された光は、反射ミラー２ｂで反射され、或いは、直接、集光レンズ２ｃに入射し、集光レンズ２ｃの集光作用によって、反射ミラー２ｂの光出射側の開口前方に集光されるので、図１に示すように、本願発明の定着用加熱装置を複写機の定着装置に組み込むと、図１中ａで示す加圧ローラと対向する部分を集中して効率よく加熱することができる。
【００１８】
さらに、本願発明の定着用加熱装置は、支持部材２ｄに白熱電球２ａと反射ミラー２ｂと集光レンズ２ｃが保持されて、一体構造物になっているので、取り扱いしやすく、定着装置の熱源として利用する場合は、定着装置を構成している加熱ローラ内に、定着用加熱装置を設置する際、取り付け工程が簡素化できる。
【００１９】
図５は、比較用の定着用加熱装置と、図１から図４に示す本願発明の定着用加熱装置の断面方向の熱分布放射強度を示す実験データ説明図である。
この実験に用いた定着用加熱装置の構成と実験結果を、下記の表１に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
放射強度は、ハロゲン白熱電球の断面中心から垂直方向に２８．５ｍｍ離れた位置であって、管状のハロゲン白熱電球の管軸と直交する方向に光センサーを移動させながら、放射強度を測定してものであり、図中横軸０ｍｍの位置がハロゲン白熱電球の断面中心であり、縦軸は比較用の定着用加熱装置１の０ｍｍの位置での放射強度を１００％とした時の相対放射強度を示す。
【００２２】
図５に示す比較用の定着用加熱装置１は、反射ミラーも集光レンズも設けられていない、単に、ハロゲン白熱電球だけのものであり、グラフａに示す通り、ハロゲン白熱電球の断面中心位置で最大放射強度を１００％としたものであるが、そのピークは滑らかな山型であり、ハロゲン白熱電球から放射された光は集光されていないことが分かる。
【００２３】
図５に示す比較用の定着用加熱装置２は、ハロゲン白熱電球と反射ミラーからなるものであり、グラフｂに示す通り、ハロゲン白熱電球の断面中心位置０ｍｍで最大放射強度が２７０％であり、比較用の定着装置１に比べ、最大放射強度が２．７倍上昇している。また、ハロゲン白熱電球から放射された光は反射ミラーによって若干集光されており、比較用の定着装置１に比べ、集光性が向上していることが分かる。
【００２４】
図５に示す本願発明の定着用加熱装置は、ハロゲン白熱電球と反射ミラーと集光レンズからなるものであり、グラフｃに示す通り、ハロゲン白熱電球の断面中心位置０ｍｍで最大放射強度が４９０％であり、比較用の定着装置２に比べ、最大放射強度が１．８倍上昇しており、定着装置１に比べて最大放射強度が４．９倍も上昇している。また、ハロゲン白熱電球から放射された光は反射鏡と集光レンズの作用により、ハロゲン白熱電球の断面中心位置０ｍｍに集中的に集光されており、グラフｃは、グラフａ、グラフｂに比べ明らかに急峻なピークを有するものであり、ハロゲン白熱電球から放射された光が効果的に集光されており、集光性が向上していることが分かる。
【００２５】
この実験から分かるように、本願発明の定着用光源装置は、反射ミラーと集光レンズを用いているので、ハロゲン白熱電球から放射された光を効率よく反射ミラーで反射して、光出射側開口に導くことができ、さらに、その光出射側の開口全面にわたって形成された集光レンズによって、所定の加熱領域を集中的に効率よく加熱することができる。
【００２６】
次に、上記表１に記載の比較用の定着用加熱装置と本願発明の定着用加熱装置を、電子複写機の定着装置に組み込んで、加熱ローラの昇温実験を行った。実験結果を図６に示す。
加熱ローラは、図１に記載の加熱ローラと同様であって、外径２０ｍｍ、肉厚０．８ｍｍのアルミニウム製の円筒状のローラ基体を有するものである。
この実験では、比較用の定着用加熱装置１を用いた実験では、ローラ基体の内部中心軸にハロゲン白熱電球を配置したものであり、実験結果は図６中、グラフａ１で示す。
本願発明の定着用加熱装置を用いた実験では、加圧ローラと対向するローラ基体の内面から１ｍｍ離間した位置に集光レンズが位置するように定着用加熱装置を配置したものであり、実験結果は図６中、グラフｃ１で示す。
比較用の定着用加熱装置２を用いた実験では、定着用加熱装置の位置は、本願発明の定着用加熱装置と同じ位置に配置したものであり、集光レンズのみ取り付けられていない構造であり、実験結果は図６中、グラフｂ１で示す。
【００２７】
この実験では、ローラ基体の表面が１４０℃になった状態が、使用可能（加熱定着可能）な温度である。
比較用の定着用加熱装置１を用いた定着装置では、ローラ基体の表面が加熱定着可能温度になるのに、２８秒かかり、比較用の定着用加熱装置２を用いた定着装置では、ローラ基体の表面が加熱定着可能温度になるのに、１３．５秒かかり、業界の短時間立ち上がり機種の要求である１０秒を切るまでには至っていない現状である。
一方、本願発明の定着用加熱装置を用いた定着装置では、９．５秒でローラ基体の表面が加熱定着可能温度になり、業界の短時間立ち上がり機種の要求である１０秒を切るものである。
【００２８】
つまり、本願発明の定着用加熱装置によれば、白熱電球からは放射された光が、加熱ローラの加圧ローラと対向する部分に集中して、効率よく加熱に利用されるものであり、短時間のうちにトナー定着に利用される加熱ローラの表面温度を使用可能な温度にすることができるものである。
【００２９】
図７は、本願発明の定着用加熱装置の他の実施例を示す断面図であり、集光レンズ２ｃｃが、石英ガラス製であって、断面形状が円状の円柱状レンズである。この円柱状レンズを用いても図７で示すように、白熱電球から放射された光と反射ミラー内面で反射された光を確実に反射ミラーの開口前方で集光できるものである。なお、白熱電球と反射ミラーは、図２と同様な構造であり説明は省略する。
この集光レンズでは、図２の断面半円状のレンズと比べ、切削加工が省略でき、円柱状の石英ロッドをそのまま利用することができ、作業の簡素化、コストを抑制することができるものである。
なお、本発明の定着用加熱装置は、上述したアルミニウム製の円筒状のローラ基体の内部に配置される以外に、加熱体がフィルム状であるサーフ方式の定着装置のフィルム加熱用の熱源に利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の定着用加熱装置を用いた電子複写機の定着装置の説明図である。
【図２】本発明の定着用加熱装置の説明図である。
【図３】本願発明の定着用加熱装置の側面図と正面図である。
【図４】本願発明の定着用加熱装置の斜視図を示す。
【図５】比較用の定着用加熱装置と本願発明の定着用加熱装置の分光放射強度を示す実験データ説明図である。
【図６】比較用の定着用加熱装置と本願発明の定着用加熱装置を電子複写機の定着装置に組み込んだ加熱ローラの昇温実験データ説明図である。
【図７】本願発明の定着用加熱装置の他の実施例を示す断面図である。
【図８】従来のヒートローラ方式の定着装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１        加熱ローラ
２        定着用加熱装置
２ａ      白熱電球
２１      封体
２２      フィラメント
２３      封止部
２４      開口
２５      係合部
２６      バネ部材
２ｂ      反射ミラー
２ｃ      集光レンズ
２ｄ      支持部材
Ａ１      電球固定穴
Ａ２      ミラー固定穴
Ａ３      レンズ固定穴
【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】
2007057898.tif 000010
【図８】
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