定着装置用のヒータ及びそれを備える定着装置と画像形成装置
【課題】定着装置の小型化を可能としつつ、突入電流を防止しながら、速やかに最高加熱出力に到達できる定着装置用のヒータを提供する。
【解決手段】印刷媒体に熱を供給するための定着装置用のヒータは、バルブと、負の抵抗温度係数と第１定格加熱出力を持ち、前記バルブ内で第１コイルを形成する第１発熱体と、正の抵抗温度係数と前記第１定格加熱出力より低い第２定格加熱出力を持ち、前記バルブ内に配置される第２発熱体とを含む。前記第２発熱体は、前記第１発熱体と隣接して配置されることにより、前記ヒータに電力が供給される初期段階で前記第２発熱体が前記第１発熱体を加熱して前記第１発熱体の抵抗を低減する。
【解決手段】印刷媒体に熱を供給するための定着装置用のヒータは、バルブと、負の抵抗温度係数と第１定格加熱出力を持ち、前記バルブ内で第１コイルを形成する第１発熱体と、正の抵抗温度係数と前記第１定格加熱出力より低い第２定格加熱出力を持ち、前記バルブ内に配置される第２発熱体とを含む。前記第２発熱体は、前記第１発熱体と隣接して配置されることにより、前記ヒータに電力が供給される初期段階で前記第２発熱体が前記第１発熱体を加熱して前記第１発熱体の抵抗を低減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置に関し、より詳細には、画像形成装置で使用される定着装置用のヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタやファクシミリ、コピー機、複合機などのような画像形成装置は、電子写真方式を用いて印刷媒体に所定の画像を形成する。一般的に、このような画像形成装置で画像を形成するためには、帯電過程、露光過程、現像過程、転写過程、定着過程を経る。
【０００３】
定着過程において使用される定着装置は、熱と圧力を印刷媒体に加えることにより、印刷媒体上にある未定着のトナーを定着する。一般的に、このような定着装置は、加熱ユニットと加圧ユニットとで構成され、加熱ユニットと加圧ユニットとは互いに接触しており、加熱ユニットと加圧ユニットとの間に定着ニブが形成される。印刷媒体がこのような定着ニブを通過する間に、熱と圧力とが印刷媒体に伝わり、それにより、未定着のトナーを定着できる。
【０００４】
印刷媒体に熱を伝達するために、加熱ユニット内部にはヒータが配置される。現在、定着装置で主に用いられているヒータはハロゲンランプである。ハロゲンランプにはタングステンフィラメントが使われるが、タングステンフィラメントは常温で抵抗がかなり低い。従って、ハロゲンランプに電力が供給される初期段階で過度な突入電流（Ｉｎｒｕｓｈ Ｃｕｒｒｅｎｔ）が発生するようになる。このような過度な突入電流は急激な電圧変動とフリッカー（Ｆｌｉｃｋｅｒ）現象を引き起こす。
【０００５】
画像形成装置の主要品質中の一つは、早い一枚目の出紙時間（Ｆｉｒｓｔ Ｐａｐｅｒ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ：ＦＰＯＴ）である。早いＦＰＯＴのためには、加熱ユニットの内部にあるヒータが発生する熱エネルギーを増加しなければならない。そのためにハロゲンランプにより大きい電力を供給すると、突入電流が更に大きく発生するという問題が生じる。
【０００６】
このような問題を解消するために、加熱ユニットの内部に複数個のハロゲンランプを配置する方法があるが、このような解決方法は、定着装置の小型化を困難にする。消費者の要求により、画像形成装置は益々小型化が進められており、それにより、定着装置も小型化する傾向にある。それにより、定着装置に複数個のハロゲンランプを設定するだけのスペースが不足してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本特開第２００６−２９４６３１号公報
【特許文献２】日本特開第２００８−１３５２６４号公報
【特許文献３】日本特開第２００３−２１５９６４号公報
【特許文献４】日本特開第２００２−５５５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、定着装置の小型化を可能としつつ、突入電流を防止できる定着装置用のヒータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための本発明の一実施形態に係る印刷媒体に熱を供給するための定着装置用のヒータは、バルブと、負の抵抗温度係数と第１定格加熱出力を持ち、前記バルブ内で第１コイルを形成する第１発熱体と、正の抵抗温度係数と前記第１定格加熱出力より低い第２定格加熱出力を持ち、前記バルブ内に配置される第２発熱体とを含む。前記第２発熱体は、前記第１発熱体と隣接して配置されることにより、前記ヒータに電力が供給される初期段階で前記第２発熱体が前記第１発熱体を加熱して前記第１発熱体の抵抗を低減する。
【００１０】
前記第１発熱体は炭素フィラメントを含み、前記第２発熱体はタングステンフィラメントを含んでよい。
前記第２発熱体は、前記第１発熱体の前記第１コイルと接触する複数のフィラメントを含み、前記複数のフィラメントは、互いに平行して前記第１発熱体の前記第１コイルの進行方向に沿って延長してよい。
前記第２発熱体を前記第１発熱体に取り付けるための複数の結合部材を更に含み、前記複数の結合部材は前記第１発熱体の前記第１コイルの進行方向に沿って配置されてよい。
前記第２発熱体は前記第１発熱体に接着され、前記第１発熱体の前記第１コイルの進行方向に沿って延長してよい。
前記第２発熱体は、前記第１発熱体の周囲に巻きつけられてよい。
前記第２発熱体は、前記バルブ内で第２コイルを形成してよい。
【００１１】
前記第１コイルは、前記第２コイル内に配置されてよい。
前記第２コイルは、前記第１コイル内に配置されてよい。
前記第１及び第２コイルは、同一のコイル軸及び同一のコイル半径を持ち、前記第２コイルは、前記コイル軸に沿って前記第１コイルからオフセットして配置されてよい。
前記ヒータの加熱出力は、約６００Ｗ以上約３０００Ｗ以下であってよい。
【００１２】
前記第１発熱体の前記第１定格加熱出力は約８００Ｗであり、前記第２発熱体の前記第２定格加熱出力は約５００Ｗであってよい。
前記第１及び第２発熱体は、電気的に並列又は直列接続されてよい。
【００１３】
本発明の別の実施形態によると、画像形成装置と画像形成装置の定着装置は上述のような特徴を備えるヒータを含んでよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ヒータに電力が供給される初期段階で第２発熱体が第１発熱体を加熱して第１発熱体の抵抗を低減するので、第１発熱体による突入電流を防止しながら、ヒータが速やかに最高加熱出力に到達できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略図である。
【図２】第１実施形態に係るヒータの概略的斜視図である。
【図３】図２に示されたヒータの一部の拡大図である。
【図４】第１実施形態において使われる炭素フィラメントの抵抗の温度特性を示すグラフである。
【図５】第１実施形態において使われるタングステンフィラメントの抵抗の温度特性を示すグラフである。
【図６】第１実施形態において、第１及び第２発熱体の抵抗の経時変化の測定結果を示すグラフである。
【図７】第１実施形態において、ヒータの加熱出力と加熱ローラの温度との経時変化の測定結果を示すグラフである。
【図８】第１実施形態と比較するための基準実施形態において、ヒータの加熱出力と加熱ローラの温度との経時変化の測定結果を示すグラフである。
【図９】第２実施形態において、ヒータの加熱出力と加熱ローラの温度との経時変化の測定結果を示すグラフである。
【図１０】第３実施形態に係るヒータを概略図である。
【図１１】第４実施形態に係るヒータを概略図である。
【図１２】第５実施形態に係るヒータを概略図である。
【図１３】第６実施形態に係るヒータを概略図である。
【図１４】第７実施形態に係るヒータを概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。ここで説明される実施形態は、発明の理解を促すための例示であって、本発明はここで説明される実施形態から多様に変形されて実施できることを理解すべきである。なお、発明の理解を促すために、添付図面は実際の寸法で示されたものではなく、一部の構成要素のみを拡大して示す場合がある。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の概略図である。このような画像形成装置１は、プリンタ、ファクシミリ、コピー機、複合機などの多様な、印刷媒体に所定の画像を形成する装置のいずれかである。
【００１８】
給紙装置１０は、用紙のような印刷媒体を保存することができる。印刷媒体は、複数の移送ローラ１１によって進行経路２に沿って移送される。帯電装置２０は、感光体３０を所定電位に帯電させることができる。光走査装置４０は、感光体３０に光４１を走査して印刷データに対応する静電潜像を感光体３０に形成することができる。
【００１９】
現像装置５０は、静電潜像の形成された感光体３０にトナーを供給してトナー画像を形成することができる。現像装置５０は、トナー収容部５１と、トナー供給ローラ５２と、現像ローラ５３と、規制ブレード５４とを含んでよい。
【００２０】
トナー収容部５１は、内部にトナーを収容する。トナー供給ローラ５２は、トナー収容部５１に収容されたトナーを現像ローラ５３に供給し、それによって現像ローラ５３にはトナー層が形成される。規制ブレード５４は、このようなトナー層を均一にする。現像ローラ５３上にあるトナー層は、電位差によって感光体３０に形成された静電潜像に移動してトナー画像が現像される。
【００２１】
転写装置６０は、感光体３０に形成されたトナー画像を印刷媒体に転写させることができる。クリーニング装置７０は、転写過程が行なわれた後に、感光体３０に残ったトナーを除去することができる。
【００２２】
定着装置１００は、熱と圧力を印刷媒体に加えることにより、印刷媒体上にある未定着のトナーを定着させることができる。トナーの定着された印刷媒体は、複数の移送ローラ１１によって画像形成装置１の外部に排出され、それにより印刷過程が完了する。
【００２３】
定着装置１００は、加圧ユニット１１０と加熱ユニット１２０とを含んでよい。加圧ユニット１１０と加熱ユニット１２０とが接触する区間には、定着ニブ（Ｎ）が形成される。転写装置６０を通ってきた印刷媒体上には未定着のトナーが存在するが、このような印刷媒体が定着ニブ（Ｎ）を通過する過程で、熱と圧力が印刷媒体に加わることにより、印刷媒体上にある未定着のトナーが定着できる。
【００２４】
加圧ユニット１１０は、定着ニブ（Ｎ）を通過する印刷媒体に圧力を加えることができるように、弾性部材１１１によって加熱ユニット１２０側に加圧される。本発明の一実施形態においては、加圧ユニット１１０がローラタイプに構成されているが、加圧ユニット１１０はベルトタイプに構成されてよい。ベルトタイプの加圧ユニット１１０は、当業者にとって容易に理解できることであるため、詳細な説明は省略する。
【００２５】
加熱ユニット１２０は、定着ニブ（Ｎ）を通過する印刷媒体に熱を加え、加熱ローラ１２１と加熱ローラ１２１内に配置されるヒータ２００とを含んでよい。ヒータ２００は、印刷媒体に供給するための熱を生成し、ヒータ２００が生成した熱は、加熱ローラ１２１を介して印刷媒体に伝わる。加熱ローラ１２１は、高温に加熱されるので、耐熱性材質で形成されることが望ましい。本発明の一実施形態では、加熱ユニット１２０が加熱ローラ１２１を用いたローラタイプで構成されているが、加熱ユニット１２０はベルトタイプで構成されてよい。即ち、この場合には、加熱ローラ１２１の代わりに加熱ベルトが使われる。ベルトタイプの加熱ユニット１２０は当業者にとって容易に理解できることであるため、詳細な説明は省略する。
【００２６】
図２ないし図７を参照しながら、本発明の一実施形態に係るヒータ２００をより詳細に説明する。
図２は、第１実施形態に係るヒータ２００の概略的斜視図であり、図３は、図２に示されたヒータ２００の一部の拡大図である。
【００２７】
バルブ２０１は、円筒状であって、内部には不活性気体が密封されている。バルブ２１０は、耐熱性の材質で形成され、例えば、石英ガラスで形成されてよい。
【００２８】
第１及び第２発熱体２１０、２２０は、バルブ２０１の内部に配置され、外部の電源から供給される電気エネルギーを熱に変換する。第１及び第２発熱体２１０、２２０の生成した熱は、加熱ローラ１２１を介して定着ニブ（Ｎ）を通過する印刷媒体に伝達されて未定着のトナーを定着させる。
【００２９】
第１発熱体２１０は、バルブ２０１内でコイルを形成することにより、ヒータ２００の長さ方向に沿って均一に加熱ローラ１２１に熱を伝達できる。ここで、第１発熱体２１０は、負の抵抗温度係数（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を持つ。即ち、第１発熱体２１０の抵抗は、温度が上がるにつれ減少する特性がある。例えば、このような特性を有する物質は例えば炭素である。本発明の一実施形態では、炭素フィラメントが第１発熱体２１０として使われる。しかし、これは、単なる例示に過ぎず、第１発熱体２１０は負の抵抗温度係数を持つ多様な物質で形成できることを理解すべきである。
【００３０】
図４は、本発明の第１実施形態において使われる炭素フィラメントの抵抗の温度特性を示すグラフである。図４で、横軸は炭素フィラメントの温度を示し、縦軸は炭素フィラメントの抵抗を示す。図４から分かるように、炭素フィラメントの抵抗は温度が上がるにつれ減少する。特に、常温で炭素フィラメントは、大きい抵抗を持つことに注目すべきである。
【００３１】
第２発熱体２２０は、バルブ２０１内に配置され、正の抵抗温度係数を持つ。即ち、第２発熱体２２０の抵抗は温度が上がるにつれ上昇する特性を持つ。例えば、このような特性を有する物質は、タングステンである。本発明の第１実施形態では、タングステンフィラメントが第２発熱体２２０として使われる。しかし、これは単なる例示に過ぎず、第２発熱体２２０は正の抵抗温度係数を持つ多様な物質で形成できることを理解すべきである。
【００３２】
図５は、本発明の第１実施形態において使われるタングステンフィラメントの抵抗の温度特性を示すグラフである。図５で、横軸はタングステンフィラメントの温度を示し、縦軸はタングステンフィラメントの抵抗を示す。図５から分かるように、タングステンフィラメントの抵抗は温度が上がるにつれ増加する。特に、常温でタングステンフィラメントは、小さい抵抗を持つことに注目すべきである。
【００３３】
このような第１及び第２発熱体２１０、２２０は、電気的に並列接続、または直列接続される。
【００３４】
図２に戻ると、コネクタ２３０は外部電源と接続され、第１及び第２発熱体２１０、２２０に電力を供給する。図２においては、一つのコネクタ２３０のみが示されているが、ヒータ２００の図示していない反対側にも同一のコネクタ２３０が配置される。
【００３５】
図３を参照すると、第１発熱体２１０のコイルの進行方向に沿って配置された複数の結合部材２４０は、第２発熱体２２０を第１発熱体２１０に取り付けるためのものである。このような複数の結合部材２４０によって第２発熱体２２０は、第１発熱体２１０と接触する。複数の結合部材２４０は、高温にさらされるため、複数の結合部材２４０は耐熱性材質で形成されることが望ましい。
【００３６】
図３に示すように、本発明の第１実施形態で第２発熱体２２０は、第１発熱体２１０と接触する六つのタングステンフィラメントで構成される。六つのタングステンフィラメントのうち三つのフィラメントは、第１発熱体２１０のコイルの外側表面２１１に配置され、残りの三つのフィラメントは、第１発熱体２１０のコイルの内側表面２１２に配置される。このような六つのタングステンフィラメントは、互いに平行して第１発熱体２１０のコイルの進行方向に沿って延長する。
【００３７】
本発明の第１実施形態に示すように、第１発熱体２１０として使われている炭素フィラメントが、比較的に大きな幅（Ｗ）を持つ場合は、六つのタングステンフィラメントを使用する。炭素フィラメントの幅（Ｗ）が小さい場合には、六つ未満のタングステンフィラメントを使用し、炭素フィラメントの幅（Ｗ）が十分に大きい場合には、六つを超えるタングステンフィラメントを使用できる。なお、タングステンフィラメントは、第１発熱体２１０のコイルの外側表面２１１と内側表面２１２のうち、いずれか一面のみに配置してもよい。
【００３８】
本発明の第１実施形態に係るヒータ２００の定格加熱出力は例えば１３００Ｗに設計されている。ここで、第１発熱体２１０の定格加熱出力は８００Ｗに設計されて第２発熱体２２０の定格加熱出力は第１発熱体２１０の定格加熱出力より低い５００Ｗに設計されている。即ち、本発明の第１実施形態においては、第１発熱体２１０がメイン発熱体として作動し、第２発熱体２２０はサブ発熱体として作動する。負の抵抗温度係数を持つ第１発熱体２１０の定格加熱出力が、正の抵抗温度係数を持つ第２発熱体２２０の定格加熱出力より高いということに注目すべきである。
【００３９】
図４に示すように、負の抵抗温度係数を持つ第１発熱体２１０は常温で高い抵抗を持つので、突入電流の発生を抑制できる。なお、早いＦＰＯＴを得るために、ヒータ２００の加熱出力を高める場合、常温で高い抵抗を持つ第１発熱体２１０に割り当てられる加熱出力が、常温で低い抵抗を持つ第２発熱体２２０に割り当てられる加熱出力より大きいので、過度な突入電流の発生を防止できる。即ち、第１発熱体２１０が使われていない場合か、または、第１発熱体２１０に割り当てられる加熱出力が第２発熱体２２０に割り当てられる加熱出力より低い場合には、常温で低い抵抗を持つ第２発熱体２２０によって大きい突入電流が発生するという問題が生じるおそれがある。例えば、第１発熱体２１０の定格加熱出力が８００Ｗに設定され、第２発熱体２２０の定格加熱出力が５００Ｗに設定される本発明の第１実施形態に係るヒータ２００においては、過度な突入電流が生じない。
【００４０】
しかし、常温で高い抵抗を持つ第１発熱体２１０が存在するので、ヒータ２００の反応時間が遅れるという問題が生じるおそれがある。即ち、ヒータ２００に電力が供給される初期段階では、常温で高い抵抗を持つ第１発熱体２１０が生成する熱はそれほど多くないので、第１発熱体２１０が最高加熱出力に到達する時間が遅れる。これは、ヒータ２００に電力が供給される初期段階で、第１発熱体２１０が加熱ローラ１２１に伝達される熱が少ないことを意味し、それによりＦＰＯＴも遅れる。
【００４１】
これを改善するために、ヒータ２００に電力が供給される初期段階では、常温で低い抵抗を持つ第２発熱体２２０が第１発熱体２１０を加熱する。即ち、図５に示すように、第２発熱体２２０は常温で低い抵抗を持つので、ヒータ２２０に電力が供給される初期段階で第２発熱体２２０は比較的多くの熱を生成できる。図３に示すように、第２発熱体２２０は第１発熱体２１０と接触しているので、第２発熱体２２０が生成した熱は、第１発熱体２１０の加熱にも使われる。第１発熱体２１０は負の抵抗温度係数を持つので、第２発熱体２２０が第１発熱体２１０を加熱することにより、第１発熱体２１０の抵抗は速いペースで低くなる。それにより、第１発熱体２１０は速やかに最高加熱出力に到達できる。
【００４２】
図６ないし図８を参照しながら、ヒータ２００の作動過程をより詳細に説明する。図６及び図７は、本発明の第１実施形態の実験結果を示すグラフであり、図８は、第１実施形態に比較するための基準実施形態の実験結果を示すグラフである。基準実施形態においては、第２発熱体２２０が存在せず、第１発熱体２１０のみが使われている。第１実施形態との同様の比較のために、基準実施形態の定格加熱出力は、第１実施形態と同様に１３００Ｗに設定されている。
【００４３】
図６は、第１及び第２発熱体２１０、２２０の抵抗の経時変化の測定結果を示すグラフである。図６で、横軸はヒータ２００に電力が供給される時点から経過した時間を示し、縦軸は抵抗を示す。
図６で、第１発熱体２１０の抵抗は太い実線で示し、第２発熱体２２０の抵抗は細い実線で示している。図６における破線は、基準実施形態、すなわち、第２発熱体２２０が存在しない場合における第１発熱体２１０の抵抗の経時変化を示しており、図中の矢印で示すように、第１発熱体２１０の抵抗は、第２発熱体２２０の存在により、速やかに低下する。
【００４４】
図７は、ヒータ２００の加熱出力と加熱ローラ１２１の温度との経時変化の測定結果を示すグラフである。図７において、横軸はヒータ２００に電力が供給開始される時点から経過した時間を示し、左側の縦軸は加熱ローラ１２１の温度を示し、右側の縦軸はヒータ２００の加熱出力を示す。図７において、ヒータ２００の加熱出力は細い実線で示し、加熱ローラ１２１の温度は太い実線で示している。
【００４５】
図８は、基準実施形態の実験結果を図７と同様に示すグラフである。
【００４６】
図８から分かるように、基準実施形態においては、最高加熱出力に到達する時間が約４秒かかり、電力が供給された時点から加熱ローラ１２１の温度が上昇し始める遅延時間（ｄ）が約２．５秒かかる。図７から分かるように、第１実施形態では、最高加熱出力に到達する時間がかなり減り、電力が供給された時点から加熱ローラ１２１の温度が上昇し始める遅延時間（ｄ）が約０．５秒かかる。このような差は、第１実施形態では、第２発熱体２２０が負の抵抗温度係数を持つ第１発熱体２１０を加熱して第１発熱体２１０の抵抗を速やかに低減するからである。
【００４７】
図６は、このような現象を明確に示している。ヒータ２００に電力が供給される初期段階で第２発熱体２２０が第１発熱体２１０を加熱することにより、負の抵抗温度係数を持つ第１発熱体２１０の抵抗が急激に減ることが確認できる。第１発熱体２１０の抵抗の急激な抵抗降下につれ、第１発熱体２１０は迅速に最高加熱出力に到達できる。
【００４８】
図９は、第２実施形態に係るヒータの加熱出力と加熱ローラ１２１の温度との経時変化の測定結果を示すグラフである。第２実施形態に係るヒータの構造は上述の第１実施形態と同様であり、定格加熱出力が２１００Ｗに変更されている。ここで、第１発熱体２１０の定格加熱出力は１３００Ｗに設計され、第２発熱体２２０の定格加熱出力は８００Ｗに設計されている。
【００４９】
図９に示された実験結果は、図７に示された実験結果と似たようなパターンを示す。但し、第２実施形態では、ヒータの定格加熱出力が高いので、加熱ローラ１２１の昇温速度が速くなっている。なお、電力が供給された時点から加熱ローラ１２１の温度が上昇し始める遅延時間（ｄ）が約０．４５秒で、第１実施形態より約０．０５秒早まっている。
【００５０】
図１０は、第３実施形態に係るヒータ２００ａの概略図である。第１実施形態において同様の機能を備える構成要素には同様の参照符号を与えて詳細な説明は省略する。
【００５１】
第３実施形態と第１実施形態とが相違する点は、結合部材２４０が省略されていることである。その代わりに、第２発熱体２２０は第１発熱体２１０に接着されており、そのために多様な方式のボンディング工程のいずれかが実施される。第２発熱体２２０が第１発熱体２１０のコイルの進行方向に沿って延長することは、第１実施形態の場合と同様である。第１実施形態で結合部材２４０が存在しない区間では、第１及び第２発熱体２１０、２２０の間に微細な間隙が存在する場合がある。しかしながら、第３実施形態では、第２発熱体２２０が第１発熱体２１０に接着されているので、第２発熱体２２０は第１発熱体２１０に完全に密着する。従って、ヒータ２００ａに電力が供給される初期段階で第２発熱体２２０が生成した熱のうち、大量の部分が第１発熱体２１０を加熱するのに使われる。その結果、第１発熱体２１０の抵抗をより早く低減でき、第１発熱体２１０がより早く最高発熱出力に到達する。
【００５２】
図１１は、第４実施形態に係るヒータ２００ｂの概略図である。第１実施形態において同様の機能を備える構成要素には同様の参照符号を与えて詳細な説明は省略する。
【００５３】
第４実施形態では、第２発熱体２２０が第１発熱体２１０の周囲に巻きつけられる。第１及び第２発熱体２１０、２２０の間の摩擦力によって第２発熱体２２０が元の位置に固定される。従って、別途の結合部材２４０や別途の接着工程は不要となる。
【００５４】
図１２は、第５実施形態に係るヒータ２００ｃの概略図である。第１実施形態において同様の機能を備える構成要素には同様の参照符号を与えて詳細な説明は省略する。
【００５５】
第５実施形態では、第１発熱体２１０のように第２発熱体２２０もバルブ２０１内でコイルを形成する。第１発熱体２１０のコイルは、第２発熱体のコイル内に配置される。第２発熱体２２０が第１発熱体２１０と離れていることが上述の第１〜第４実施形態とは相違している。この場合、ヒータ２００ｃに電力が供給される初期段階で第２発熱体２２０が生成した輻射熱が、第１発熱体２１０を加熱して第１発熱体２１０の抵抗を低減する。第１発熱体２１０を加熱するために、第２発熱体２２０は第１発熱体２１０から遠く離れず、第１発熱体２１０と隣接して配置されることが望ましい。第２発熱体２２０が第１発熱体２１０を均一に加熱するためには、第１発熱体２１０のコイルと第２発熱体２２０のコイルとは、同一のコイル軸を持つことが望ましい。
【００５６】
図１３は、第６実施形態に係るヒータ２００ｄの概略図である。第１実施形態において同様の機能を備える構成要素には同様の参照符号を与えて詳細な説明は省略する。
【００５７】
第６実施形態は、第２発熱体２２０がバルブ２０１内でコイルを形成する点では第５実施形態と似ている。しかしながら、第６実施形態では、第２発熱体２２０のコイルは、第１発熱体２１０のコイル内に配置される。第２発熱体２２０が第１発熱体２１０を均一に加熱するためには、第１発熱体２１０のコイルと第２発熱体２２０のコイルとは、同一のコイル軸を持つことが望ましい。
【００５８】
図１４は、第７実施形態に係るヒータ２００ｅの概略図である。第１実施形態において同様の機能を備える構成要素には同様の参照符号を与えて詳細な説明は省略する。
【００５９】
第７実施形態において、第１発熱体２１０のコイルと第２発熱体２２０のコイルとは、同一の半径と同一のコイル軸を持つ。但し、第２発熱体２２０のコイルは、第１発熱体２１０のコイルからオフセットして配置される。
【００６０】
上述の実施形態では、ヒータ２００、２００ａ〜２００ｅの定格加熱出力が１３００Ｗと２１００Ｗであった。しかし、これは単なる例示的なものに過ぎず、ヒータ２００、２００ａ〜２００ｅの定格加熱出力は６００Ｗ以上３０００Ｗ以下であってよい。ヒータ２００、２００ａ〜２００ｅの定格加熱出力が変化するとしても、過度な突入電流の発生を防止するために、第１発熱体２１０の定格加熱出力は、第２発熱体２２０の定格加熱出力より高く設定される。
【００６１】
表１は、上述の第１〜第７実施形態と基準実施形態との実験結果をまとめた表である。
【表１】
【００６２】
上記の表における遅延時間は、ヒータに電力が供給される時点から加熱ローラの温度が上昇し始める時間を示す。最大出力到達時間は、ヒータの加熱出力が測定された最大加熱出力の９７．７％のレベルまでに到達するのにかかる時間を示す。
【００６３】
第１〜第７実施形態のいずれもが、基準実施形態より遅延時間と最大出力到達時間が大幅に短縮されていることが確認できる。第２発熱体２２０と第１発熱体２１０とが接触する第１〜第４実施形態がより好適な結果を示しているが、これは、第２発熱体２２０が第１発熱体２１０とが接触することにより、より多くの熱が第１発熱体２１０を加熱するのに使われ、第１発熱体２１０の抵抗をより早く低減できたからである。
【００６４】
昇温速度は、加熱ローラが単位時間当りに上昇した温度を示す。実験の結果、加熱ローラの温度が５０℃から１８０℃までの区間では、ほとんど線形に上昇したため、上述の表の昇温速度は５０℃から１８０℃までの区間で測定された結果である。第１〜第７実施形態のいずれもが、基準実施形態より昇温速度が上昇していることが確認できる。昇温速度は、第１〜第７実施形態で大きい偏差を示してはいないが、これは第２発熱体２２０が第１発熱体２１０を加熱して第１発熱体２１０の抵抗を低減する効果は、ヒータに電力が供給される初期段階で大きく作用するためである。即ち、加熱ローラの温度が５０℃から１８０℃までの区間にある場合には、いずれの実施形態でも、第１発熱体２１０がかなり加熱された状態にあって、第１発熱体２１０の抵抗は低く維持され、第１〜第７実施形態の間で、第１発熱体２１０の抵抗は大きな偏差を示さない。第２実施形態の昇温速度が大きな値を持つことは、その定格加熱出力が他の実施形態の定格加熱出力より大きいからである。
【００６５】
昇温速度の相対比は、各実施形態の昇温速度を基準実施形態の昇温速度で割った値を示す。例えば、基準実施形態の昇温速度が２０．０℃／ｓであり、第１実施形態の昇温速度が２８．０℃／ｓである場合、第１実施形態の昇温速度の相対比は１．４０（＝２８．０／２０．０）となる。
【００６６】
ＫＷ当りの昇温速度は、昇温速度を測定された加熱出力（ＫＷ）で割った値を示す。第２実施形態は、他の実施形態よりも定格加熱出力が高いので、第２実施形態と他の実施形態とを同一線上で比較するために、ＫＷ当りの昇温速度が導入されている。例えば、第１実施形態の昇温速度は、２８℃／ｓであり、実測加熱出力は１．１１５ＫＷである場合、第１実施形態のＫＷ当りの昇温速度は２４（＝２８／１．１１５）℃／ｓ・ＫＷ となる。
【００６７】
発熱性能改善比は、各実施形態のＫＷ当りの昇温速度を基準実施形態のＫＷ当りの昇温速度で割った値を示す。
【００６８】
実施形態の間で多少の差はあるが、遅延時間、最大出力到達時間、及び昇温速度が基準実施形態より改善されていることが上記の表から確認できる。従って、本発明の実施形態は、早いＦＴＯＰを達成することができる。なお、ヒータ２００、２００ａ〜２００ｅの加熱出力をさらに高める場合、常温で高い抵抗を持つ第１発熱体２１０が存在することと、常温で高い抵抗を持つ第１発熱体２１０に割り当てられる加熱出力が常温で低い抵抗を持つ第２発熱体２２０に割り当てられる加熱出力より大きいことから、過度な突入電流の発生を防止できる。その結果、加熱１２１内に一つのヒータ２００、２００ａ〜２００ｅが配置されたとしても、早いＦＴＯＰの達成と過度な突入電流の抑制が可能であるため、定着装置１００の小型化に役立つ。
【００６９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００７０】
１ 画像形成装置
２ 印刷媒体の進行経路
１０ 給紙装置
１１ 移送ローラ
２０ 帯電装置
３０ 感光体
４０ 光走査装置
４１ 光
５０ 現像装置
５１ トナー収容部
５２ トナー供給ローラ
５３ 現像ローラ
５４ 規制ブレード
６０ 転写装置
７０ クリーニング装置
１００ 定着装置
１１０ 加圧ユニット
１１０ 弾性部材
１２０ 加熱ユニット
１２１ 加熱ローラ
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｅ ヒータ
２０１ バルブ
２１０、２２０ 第１、第２発熱体
２３０ コネクタ
２４０ 結合部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置に関し、より詳細には、画像形成装置で使用される定着装置用のヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタやファクシミリ、コピー機、複合機などのような画像形成装置は、電子写真方式を用いて印刷媒体に所定の画像を形成する。一般的に、このような画像形成装置で画像を形成するためには、帯電過程、露光過程、現像過程、転写過程、定着過程を経る。
【０００３】
定着過程において使用される定着装置は、熱と圧力を印刷媒体に加えることにより、印刷媒体上にある未定着のトナーを定着する。一般的に、このような定着装置は、加熱ユニットと加圧ユニットとで構成され、加熱ユニットと加圧ユニットとは互いに接触しており、加熱ユニットと加圧ユニットとの間に定着ニブが形成される。印刷媒体がこのような定着ニブを通過する間に、熱と圧力とが印刷媒体に伝わり、それにより、未定着のトナーを定着できる。
【０００４】
印刷媒体に熱を伝達するために、加熱ユニット内部にはヒータが配置される。現在、定着装置で主に用いられているヒータはハロゲンランプである。ハロゲンランプにはタングステンフィラメントが使われるが、タングステンフィラメントは常温で抵抗がかなり低い。従って、ハロゲンランプに電力が供給される初期段階で過度な突入電流（Ｉｎｒｕｓｈ Ｃｕｒｒｅｎｔ）が発生するようになる。このような過度な突入電流は急激な電圧変動とフリッカー（Ｆｌｉｃｋｅｒ）現象を引き起こす。
【０００５】
画像形成装置の主要品質中の一つは、早い一枚目の出紙時間（Ｆｉｒｓｔ Ｐａｐｅｒ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ：ＦＰＯＴ）である。早いＦＰＯＴのためには、加熱ユニットの内部にあるヒータが発生する熱エネルギーを増加しなければならない。そのためにハロゲンランプにより大きい電力を供給すると、突入電流が更に大きく発生するという問題が生じる。
【０００６】
このような問題を解消するために、加熱ユニットの内部に複数個のハロゲンランプを配置する方法があるが、このような解決方法は、定着装置の小型化を困難にする。消費者の要求により、画像形成装置は益々小型化が進められており、それにより、定着装置も小型化する傾向にある。それにより、定着装置に複数個のハロゲンランプを設定するだけのスペースが不足してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本特開第２００６−２９４６３１号公報
【特許文献２】日本特開第２００８−１３５２６４号公報
【特許文献３】日本特開第２００３−２１５９６４号公報
【特許文献４】日本特開第２００２−５５５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、定着装置の小型化を可能としつつ、突入電流を防止できる定着装置用のヒータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための本発明の一実施形態に係る印刷媒体に熱を供給するための定着装置用のヒータは、バルブと、負の抵抗温度係数と第１定格加熱出力を持ち、前記バルブ内で第１コイルを形成する第１発熱体と、正の抵抗温度係数と前記第１定格加熱出力より低い第２定格加熱出力を持ち、前記バルブ内に配置される第２発熱体とを含む。前記第２発熱体は、前記第１発熱体と隣接して配置されることにより、前記ヒータに電力が供給される初期段階で前記第２発熱体が前記第１発熱体を加熱して前記第１発熱体の抵抗を低減する。
【００１０】
前記第１発熱体は炭素フィラメントを含み、前記第２発熱体はタングステンフィラメントを含んでよい。
前記第２発熱体は、前記第１発熱体の前記第１コイルと接触する複数のフィラメントを含み、前記複数のフィラメントは、互いに平行して前記第１発熱体の前記第１コイルの進行方向に沿って延長してよい。
前記第２発熱体を前記第１発熱体に取り付けるための複数の結合部材を更に含み、前記複数の結合部材は前記第１発熱体の前記第１コイルの進行方向に沿って配置されてよい。
前記第２発熱体は前記第１発熱体に接着され、前記第１発熱体の前記第１コイルの進行方向に沿って延長してよい。
前記第２発熱体は、前記第１発熱体の周囲に巻きつけられてよい。
前記第２発熱体は、前記バルブ内で第２コイルを形成してよい。
【００１１】
前記第１コイルは、前記第２コイル内に配置されてよい。
前記第２コイルは、前記第１コイル内に配置されてよい。
前記第１及び第２コイルは、同一のコイル軸及び同一のコイル半径を持ち、前記第２コイルは、前記コイル軸に沿って前記第１コイルからオフセットして配置されてよい。
前記ヒータの加熱出力は、約６００Ｗ以上約３０００Ｗ以下であってよい。
【００１２】
前記第１発熱体の前記第１定格加熱出力は約８００Ｗであり、前記第２発熱体の前記第２定格加熱出力は約５００Ｗであってよい。
前記第１及び第２発熱体は、電気的に並列又は直列接続されてよい。
【００１３】
本発明の別の実施形態によると、画像形成装置と画像形成装置の定着装置は上述のような特徴を備えるヒータを含んでよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ヒータに電力が供給される初期段階で第２発熱体が第１発熱体を加熱して第１発熱体の抵抗を低減するので、第１発熱体による突入電流を防止しながら、ヒータが速やかに最高加熱出力に到達できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略図である。
【図２】第１実施形態に係るヒータの概略的斜視図である。
【図３】図２に示されたヒータの一部の拡大図である。
【図４】第１実施形態において使われる炭素フィラメントの抵抗の温度特性を示すグラフである。
【図５】第１実施形態において使われるタングステンフィラメントの抵抗の温度特性を示すグラフである。
【図６】第１実施形態において、第１及び第２発熱体の抵抗の経時変化の測定結果を示すグラフである。
【図７】第１実施形態において、ヒータの加熱出力と加熱ローラの温度との経時変化の測定結果を示すグラフである。
【図８】第１実施形態と比較するための基準実施形態において、ヒータの加熱出力と加熱ローラの温度との経時変化の測定結果を示すグラフである。
【図９】第２実施形態において、ヒータの加熱出力と加熱ローラの温度との経時変化の測定結果を示すグラフである。
【図１０】第３実施形態に係るヒータを概略図である。
【図１１】第４実施形態に係るヒータを概略図である。
【図１２】第５実施形態に係るヒータを概略図である。
【図１３】第６実施形態に係るヒータを概略図である。
【図１４】第７実施形態に係るヒータを概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。ここで説明される実施形態は、発明の理解を促すための例示であって、本発明はここで説明される実施形態から多様に変形されて実施できることを理解すべきである。なお、発明の理解を促すために、添付図面は実際の寸法で示されたものではなく、一部の構成要素のみを拡大して示す場合がある。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の概略図である。このような画像形成装置１は、プリンタ、ファクシミリ、コピー機、複合機などの多様な、印刷媒体に所定の画像を形成する装置のいずれかである。
【００１８】
給紙装置１０は、用紙のような印刷媒体を保存することができる。印刷媒体は、複数の移送ローラ１１によって進行経路２に沿って移送される。帯電装置２０は、感光体３０を所定電位に帯電させることができる。光走査装置４０は、感光体３０に光４１を走査して印刷データに対応する静電潜像を感光体３０に形成することができる。
【００１９】
現像装置５０は、静電潜像の形成された感光体３０にトナーを供給してトナー画像を形成することができる。現像装置５０は、トナー収容部５１と、トナー供給ローラ５２と、現像ローラ５３と、規制ブレード５４とを含んでよい。
【００２０】
トナー収容部５１は、内部にトナーを収容する。トナー供給ローラ５２は、トナー収容部５１に収容されたトナーを現像ローラ５３に供給し、それによって現像ローラ５３にはトナー層が形成される。規制ブレード５４は、このようなトナー層を均一にする。現像ローラ５３上にあるトナー層は、電位差によって感光体３０に形成された静電潜像に移動してトナー画像が現像される。
【００２１】
転写装置６０は、感光体３０に形成されたトナー画像を印刷媒体に転写させることができる。クリーニング装置７０は、転写過程が行なわれた後に、感光体３０に残ったトナーを除去することができる。
【００２２】
定着装置１００は、熱と圧力を印刷媒体に加えることにより、印刷媒体上にある未定着のトナーを定着させることができる。トナーの定着された印刷媒体は、複数の移送ローラ１１によって画像形成装置１の外部に排出され、それにより印刷過程が完了する。
【００２３】
定着装置１００は、加圧ユニット１１０と加熱ユニット１２０とを含んでよい。加圧ユニット１１０と加熱ユニット１２０とが接触する区間には、定着ニブ（Ｎ）が形成される。転写装置６０を通ってきた印刷媒体上には未定着のトナーが存在するが、このような印刷媒体が定着ニブ（Ｎ）を通過する過程で、熱と圧力が印刷媒体に加わることにより、印刷媒体上にある未定着のトナーが定着できる。
【００２４】
加圧ユニット１１０は、定着ニブ（Ｎ）を通過する印刷媒体に圧力を加えることができるように、弾性部材１１１によって加熱ユニット１２０側に加圧される。本発明の一実施形態においては、加圧ユニット１１０がローラタイプに構成されているが、加圧ユニット１１０はベルトタイプに構成されてよい。ベルトタイプの加圧ユニット１１０は、当業者にとって容易に理解できることであるため、詳細な説明は省略する。
【００２５】
加熱ユニット１２０は、定着ニブ（Ｎ）を通過する印刷媒体に熱を加え、加熱ローラ１２１と加熱ローラ１２１内に配置されるヒータ２００とを含んでよい。ヒータ２００は、印刷媒体に供給するための熱を生成し、ヒータ２００が生成した熱は、加熱ローラ１２１を介して印刷媒体に伝わる。加熱ローラ１２１は、高温に加熱されるので、耐熱性材質で形成されることが望ましい。本発明の一実施形態では、加熱ユニット１２０が加熱ローラ１２１を用いたローラタイプで構成されているが、加熱ユニット１２０はベルトタイプで構成されてよい。即ち、この場合には、加熱ローラ１２１の代わりに加熱ベルトが使われる。ベルトタイプの加熱ユニット１２０は当業者にとって容易に理解できることであるため、詳細な説明は省略する。
【００２６】
図２ないし図７を参照しながら、本発明の一実施形態に係るヒータ２００をより詳細に説明する。
図２は、第１実施形態に係るヒータ２００の概略的斜視図であり、図３は、図２に示されたヒータ２００の一部の拡大図である。
【００２７】
バルブ２０１は、円筒状であって、内部には不活性気体が密封されている。バルブ２１０は、耐熱性の材質で形成され、例えば、石英ガラスで形成されてよい。
【００２８】
第１及び第２発熱体２１０、２２０は、バルブ２０１の内部に配置され、外部の電源から供給される電気エネルギーを熱に変換する。第１及び第２発熱体２１０、２２０の生成した熱は、加熱ローラ１２１を介して定着ニブ（Ｎ）を通過する印刷媒体に伝達されて未定着のトナーを定着させる。
【００２９】
第１発熱体２１０は、バルブ２０１内でコイルを形成することにより、ヒータ２００の長さ方向に沿って均一に加熱ローラ１２１に熱を伝達できる。ここで、第１発熱体２１０は、負の抵抗温度係数（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を持つ。即ち、第１発熱体２１０の抵抗は、温度が上がるにつれ減少する特性がある。例えば、このような特性を有する物質は例えば炭素である。本発明の一実施形態では、炭素フィラメントが第１発熱体２１０として使われる。しかし、これは、単なる例示に過ぎず、第１発熱体２１０は負の抵抗温度係数を持つ多様な物質で形成できることを理解すべきである。
【００３０】
図４は、本発明の第１実施形態において使われる炭素フィラメントの抵抗の温度特性を示すグラフである。図４で、横軸は炭素フィラメントの温度を示し、縦軸は炭素フィラメントの抵抗を示す。図４から分かるように、炭素フィラメントの抵抗は温度が上がるにつれ減少する。特に、常温で炭素フィラメントは、大きい抵抗を持つことに注目すべきである。
【００３１】
第２発熱体２２０は、バルブ２０１内に配置され、正の抵抗温度係数を持つ。即ち、第２発熱体２２０の抵抗は温度が上がるにつれ上昇する特性を持つ。例えば、このような特性を有する物質は、タングステンである。本発明の第１実施形態では、タングステンフィラメントが第２発熱体２２０として使われる。しかし、これは単なる例示に過ぎず、第２発熱体２２０は正の抵抗温度係数を持つ多様な物質で形成できることを理解すべきである。
【００３２】
図５は、本発明の第１実施形態において使われるタングステンフィラメントの抵抗の温度特性を示すグラフである。図５で、横軸はタングステンフィラメントの温度を示し、縦軸はタングステンフィラメントの抵抗を示す。図５から分かるように、タングステンフィラメントの抵抗は温度が上がるにつれ増加する。特に、常温でタングステンフィラメントは、小さい抵抗を持つことに注目すべきである。
【００３３】
このような第１及び第２発熱体２１０、２２０は、電気的に並列接続、または直列接続される。
【００３４】
図２に戻ると、コネクタ２３０は外部電源と接続され、第１及び第２発熱体２１０、２２０に電力を供給する。図２においては、一つのコネクタ２３０のみが示されているが、ヒータ２００の図示していない反対側にも同一のコネクタ２３０が配置される。
【００３５】
図３を参照すると、第１発熱体２１０のコイルの進行方向に沿って配置された複数の結合部材２４０は、第２発熱体２２０を第１発熱体２１０に取り付けるためのものである。このような複数の結合部材２４０によって第２発熱体２２０は、第１発熱体２１０と接触する。複数の結合部材２４０は、高温にさらされるため、複数の結合部材２４０は耐熱性材質で形成されることが望ましい。
【００３６】
図３に示すように、本発明の第１実施形態で第２発熱体２２０は、第１発熱体２１０と接触する六つのタングステンフィラメントで構成される。六つのタングステンフィラメントのうち三つのフィラメントは、第１発熱体２１０のコイルの外側表面２１１に配置され、残りの三つのフィラメントは、第１発熱体２１０のコイルの内側表面２１２に配置される。このような六つのタングステンフィラメントは、互いに平行して第１発熱体２１０のコイルの進行方向に沿って延長する。
【００３７】
本発明の第１実施形態に示すように、第１発熱体２１０として使われている炭素フィラメントが、比較的に大きな幅（Ｗ）を持つ場合は、六つのタングステンフィラメントを使用する。炭素フィラメントの幅（Ｗ）が小さい場合には、六つ未満のタングステンフィラメントを使用し、炭素フィラメントの幅（Ｗ）が十分に大きい場合には、六つを超えるタングステンフィラメントを使用できる。なお、タングステンフィラメントは、第１発熱体２１０のコイルの外側表面２１１と内側表面２１２のうち、いずれか一面のみに配置してもよい。
【００３８】
本発明の第１実施形態に係るヒータ２００の定格加熱出力は例えば１３００Ｗに設計されている。ここで、第１発熱体２１０の定格加熱出力は８００Ｗに設計されて第２発熱体２２０の定格加熱出力は第１発熱体２１０の定格加熱出力より低い５００Ｗに設計されている。即ち、本発明の第１実施形態においては、第１発熱体２１０がメイン発熱体として作動し、第２発熱体２２０はサブ発熱体として作動する。負の抵抗温度係数を持つ第１発熱体２１０の定格加熱出力が、正の抵抗温度係数を持つ第２発熱体２２０の定格加熱出力より高いということに注目すべきである。
【００３９】
図４に示すように、負の抵抗温度係数を持つ第１発熱体２１０は常温で高い抵抗を持つので、突入電流の発生を抑制できる。なお、早いＦＰＯＴを得るために、ヒータ２００の加熱出力を高める場合、常温で高い抵抗を持つ第１発熱体２１０に割り当てられる加熱出力が、常温で低い抵抗を持つ第２発熱体２２０に割り当てられる加熱出力より大きいので、過度な突入電流の発生を防止できる。即ち、第１発熱体２１０が使われていない場合か、または、第１発熱体２１０に割り当てられる加熱出力が第２発熱体２２０に割り当てられる加熱出力より低い場合には、常温で低い抵抗を持つ第２発熱体２２０によって大きい突入電流が発生するという問題が生じるおそれがある。例えば、第１発熱体２１０の定格加熱出力が８００Ｗに設定され、第２発熱体２２０の定格加熱出力が５００Ｗに設定される本発明の第１実施形態に係るヒータ２００においては、過度な突入電流が生じない。
【００４０】
しかし、常温で高い抵抗を持つ第１発熱体２１０が存在するので、ヒータ２００の反応時間が遅れるという問題が生じるおそれがある。即ち、ヒータ２００に電力が供給される初期段階では、常温で高い抵抗を持つ第１発熱体２１０が生成する熱はそれほど多くないので、第１発熱体２１０が最高加熱出力に到達する時間が遅れる。これは、ヒータ２００に電力が供給される初期段階で、第１発熱体２１０が加熱ローラ１２１に伝達される熱が少ないことを意味し、それによりＦＰＯＴも遅れる。
【００４１】
これを改善するために、ヒータ２００に電力が供給される初期段階では、常温で低い抵抗を持つ第２発熱体２２０が第１発熱体２１０を加熱する。即ち、図５に示すように、第２発熱体２２０は常温で低い抵抗を持つので、ヒータ２２０に電力が供給される初期段階で第２発熱体２２０は比較的多くの熱を生成できる。図３に示すように、第２発熱体２２０は第１発熱体２１０と接触しているので、第２発熱体２２０が生成した熱は、第１発熱体２１０の加熱にも使われる。第１発熱体２１０は負の抵抗温度係数を持つので、第２発熱体２２０が第１発熱体２１０を加熱することにより、第１発熱体２１０の抵抗は速いペースで低くなる。それにより、第１発熱体２１０は速やかに最高加熱出力に到達できる。
【００４２】
図６ないし図８を参照しながら、ヒータ２００の作動過程をより詳細に説明する。図６及び図７は、本発明の第１実施形態の実験結果を示すグラフであり、図８は、第１実施形態に比較するための基準実施形態の実験結果を示すグラフである。基準実施形態においては、第２発熱体２２０が存在せず、第１発熱体２１０のみが使われている。第１実施形態との同様の比較のために、基準実施形態の定格加熱出力は、第１実施形態と同様に１３００Ｗに設定されている。
【００４３】
図６は、第１及び第２発熱体２１０、２２０の抵抗の経時変化の測定結果を示すグラフである。図６で、横軸はヒータ２００に電力が供給される時点から経過した時間を示し、縦軸は抵抗を示す。
図６で、第１発熱体２１０の抵抗は太い実線で示し、第２発熱体２２０の抵抗は細い実線で示している。図６における破線は、基準実施形態、すなわち、第２発熱体２２０が存在しない場合における第１発熱体２１０の抵抗の経時変化を示しており、図中の矢印で示すように、第１発熱体２１０の抵抗は、第２発熱体２２０の存在により、速やかに低下する。
【００４４】
図７は、ヒータ２００の加熱出力と加熱ローラ１２１の温度との経時変化の測定結果を示すグラフである。図７において、横軸はヒータ２００に電力が供給開始される時点から経過した時間を示し、左側の縦軸は加熱ローラ１２１の温度を示し、右側の縦軸はヒータ２００の加熱出力を示す。図７において、ヒータ２００の加熱出力は細い実線で示し、加熱ローラ１２１の温度は太い実線で示している。
【００４５】
図８は、基準実施形態の実験結果を図７と同様に示すグラフである。
【００４６】
図８から分かるように、基準実施形態においては、最高加熱出力に到達する時間が約４秒かかり、電力が供給された時点から加熱ローラ１２１の温度が上昇し始める遅延時間（ｄ）が約２．５秒かかる。図７から分かるように、第１実施形態では、最高加熱出力に到達する時間がかなり減り、電力が供給された時点から加熱ローラ１２１の温度が上昇し始める遅延時間（ｄ）が約０．５秒かかる。このような差は、第１実施形態では、第２発熱体２２０が負の抵抗温度係数を持つ第１発熱体２１０を加熱して第１発熱体２１０の抵抗を速やかに低減するからである。
【００４７】
図６は、このような現象を明確に示している。ヒータ２００に電力が供給される初期段階で第２発熱体２２０が第１発熱体２１０を加熱することにより、負の抵抗温度係数を持つ第１発熱体２１０の抵抗が急激に減ることが確認できる。第１発熱体２１０の抵抗の急激な抵抗降下につれ、第１発熱体２１０は迅速に最高加熱出力に到達できる。
【００４８】
図９は、第２実施形態に係るヒータの加熱出力と加熱ローラ１２１の温度との経時変化の測定結果を示すグラフである。第２実施形態に係るヒータの構造は上述の第１実施形態と同様であり、定格加熱出力が２１００Ｗに変更されている。ここで、第１発熱体２１０の定格加熱出力は１３００Ｗに設計され、第２発熱体２２０の定格加熱出力は８００Ｗに設計されている。
【００４９】
図９に示された実験結果は、図７に示された実験結果と似たようなパターンを示す。但し、第２実施形態では、ヒータの定格加熱出力が高いので、加熱ローラ１２１の昇温速度が速くなっている。なお、電力が供給された時点から加熱ローラ１２１の温度が上昇し始める遅延時間（ｄ）が約０．４５秒で、第１実施形態より約０．０５秒早まっている。
【００５０】
図１０は、第３実施形態に係るヒータ２００ａの概略図である。第１実施形態において同様の機能を備える構成要素には同様の参照符号を与えて詳細な説明は省略する。
【００５１】
第３実施形態と第１実施形態とが相違する点は、結合部材２４０が省略されていることである。その代わりに、第２発熱体２２０は第１発熱体２１０に接着されており、そのために多様な方式のボンディング工程のいずれかが実施される。第２発熱体２２０が第１発熱体２１０のコイルの進行方向に沿って延長することは、第１実施形態の場合と同様である。第１実施形態で結合部材２４０が存在しない区間では、第１及び第２発熱体２１０、２２０の間に微細な間隙が存在する場合がある。しかしながら、第３実施形態では、第２発熱体２２０が第１発熱体２１０に接着されているので、第２発熱体２２０は第１発熱体２１０に完全に密着する。従って、ヒータ２００ａに電力が供給される初期段階で第２発熱体２２０が生成した熱のうち、大量の部分が第１発熱体２１０を加熱するのに使われる。その結果、第１発熱体２１０の抵抗をより早く低減でき、第１発熱体２１０がより早く最高発熱出力に到達する。
【００５２】
図１１は、第４実施形態に係るヒータ２００ｂの概略図である。第１実施形態において同様の機能を備える構成要素には同様の参照符号を与えて詳細な説明は省略する。
【００５３】
第４実施形態では、第２発熱体２２０が第１発熱体２１０の周囲に巻きつけられる。第１及び第２発熱体２１０、２２０の間の摩擦力によって第２発熱体２２０が元の位置に固定される。従って、別途の結合部材２４０や別途の接着工程は不要となる。
【００５４】
図１２は、第５実施形態に係るヒータ２００ｃの概略図である。第１実施形態において同様の機能を備える構成要素には同様の参照符号を与えて詳細な説明は省略する。
【００５５】
第５実施形態では、第１発熱体２１０のように第２発熱体２２０もバルブ２０１内でコイルを形成する。第１発熱体２１０のコイルは、第２発熱体のコイル内に配置される。第２発熱体２２０が第１発熱体２１０と離れていることが上述の第１〜第４実施形態とは相違している。この場合、ヒータ２００ｃに電力が供給される初期段階で第２発熱体２２０が生成した輻射熱が、第１発熱体２１０を加熱して第１発熱体２１０の抵抗を低減する。第１発熱体２１０を加熱するために、第２発熱体２２０は第１発熱体２１０から遠く離れず、第１発熱体２１０と隣接して配置されることが望ましい。第２発熱体２２０が第１発熱体２１０を均一に加熱するためには、第１発熱体２１０のコイルと第２発熱体２２０のコイルとは、同一のコイル軸を持つことが望ましい。
【００５６】
図１３は、第６実施形態に係るヒータ２００ｄの概略図である。第１実施形態において同様の機能を備える構成要素には同様の参照符号を与えて詳細な説明は省略する。
【００５７】
第６実施形態は、第２発熱体２２０がバルブ２０１内でコイルを形成する点では第５実施形態と似ている。しかしながら、第６実施形態では、第２発熱体２２０のコイルは、第１発熱体２１０のコイル内に配置される。第２発熱体２２０が第１発熱体２１０を均一に加熱するためには、第１発熱体２１０のコイルと第２発熱体２２０のコイルとは、同一のコイル軸を持つことが望ましい。
【００５８】
図１４は、第７実施形態に係るヒータ２００ｅの概略図である。第１実施形態において同様の機能を備える構成要素には同様の参照符号を与えて詳細な説明は省略する。
【００５９】
第７実施形態において、第１発熱体２１０のコイルと第２発熱体２２０のコイルとは、同一の半径と同一のコイル軸を持つ。但し、第２発熱体２２０のコイルは、第１発熱体２１０のコイルからオフセットして配置される。
【００６０】
上述の実施形態では、ヒータ２００、２００ａ〜２００ｅの定格加熱出力が１３００Ｗと２１００Ｗであった。しかし、これは単なる例示的なものに過ぎず、ヒータ２００、２００ａ〜２００ｅの定格加熱出力は６００Ｗ以上３０００Ｗ以下であってよい。ヒータ２００、２００ａ〜２００ｅの定格加熱出力が変化するとしても、過度な突入電流の発生を防止するために、第１発熱体２１０の定格加熱出力は、第２発熱体２２０の定格加熱出力より高く設定される。
【００６１】
表１は、上述の第１〜第７実施形態と基準実施形態との実験結果をまとめた表である。
【表１】
【００６２】
上記の表における遅延時間は、ヒータに電力が供給される時点から加熱ローラの温度が上昇し始める時間を示す。最大出力到達時間は、ヒータの加熱出力が測定された最大加熱出力の９７．７％のレベルまでに到達するのにかかる時間を示す。
【００６３】
第１〜第７実施形態のいずれもが、基準実施形態より遅延時間と最大出力到達時間が大幅に短縮されていることが確認できる。第２発熱体２２０と第１発熱体２１０とが接触する第１〜第４実施形態がより好適な結果を示しているが、これは、第２発熱体２２０が第１発熱体２１０とが接触することにより、より多くの熱が第１発熱体２１０を加熱するのに使われ、第１発熱体２１０の抵抗をより早く低減できたからである。
【００６４】
昇温速度は、加熱ローラが単位時間当りに上昇した温度を示す。実験の結果、加熱ローラの温度が５０℃から１８０℃までの区間では、ほとんど線形に上昇したため、上述の表の昇温速度は５０℃から１８０℃までの区間で測定された結果である。第１〜第７実施形態のいずれもが、基準実施形態より昇温速度が上昇していることが確認できる。昇温速度は、第１〜第７実施形態で大きい偏差を示してはいないが、これは第２発熱体２２０が第１発熱体２１０を加熱して第１発熱体２１０の抵抗を低減する効果は、ヒータに電力が供給される初期段階で大きく作用するためである。即ち、加熱ローラの温度が５０℃から１８０℃までの区間にある場合には、いずれの実施形態でも、第１発熱体２１０がかなり加熱された状態にあって、第１発熱体２１０の抵抗は低く維持され、第１〜第７実施形態の間で、第１発熱体２１０の抵抗は大きな偏差を示さない。第２実施形態の昇温速度が大きな値を持つことは、その定格加熱出力が他の実施形態の定格加熱出力より大きいからである。
【００６５】
昇温速度の相対比は、各実施形態の昇温速度を基準実施形態の昇温速度で割った値を示す。例えば、基準実施形態の昇温速度が２０．０℃／ｓであり、第１実施形態の昇温速度が２８．０℃／ｓである場合、第１実施形態の昇温速度の相対比は１．４０（＝２８．０／２０．０）となる。
【００６６】
ＫＷ当りの昇温速度は、昇温速度を測定された加熱出力（ＫＷ）で割った値を示す。第２実施形態は、他の実施形態よりも定格加熱出力が高いので、第２実施形態と他の実施形態とを同一線上で比較するために、ＫＷ当りの昇温速度が導入されている。例えば、第１実施形態の昇温速度は、２８℃／ｓであり、実測加熱出力は１．１１５ＫＷである場合、第１実施形態のＫＷ当りの昇温速度は２４（＝２８／１．１１５）℃／ｓ・ＫＷ となる。
【００６７】
発熱性能改善比は、各実施形態のＫＷ当りの昇温速度を基準実施形態のＫＷ当りの昇温速度で割った値を示す。
【００６８】
実施形態の間で多少の差はあるが、遅延時間、最大出力到達時間、及び昇温速度が基準実施形態より改善されていることが上記の表から確認できる。従って、本発明の実施形態は、早いＦＴＯＰを達成することができる。なお、ヒータ２００、２００ａ〜２００ｅの加熱出力をさらに高める場合、常温で高い抵抗を持つ第１発熱体２１０が存在することと、常温で高い抵抗を持つ第１発熱体２１０に割り当てられる加熱出力が常温で低い抵抗を持つ第２発熱体２２０に割り当てられる加熱出力より大きいことから、過度な突入電流の発生を防止できる。その結果、加熱１２１内に一つのヒータ２００、２００ａ〜２００ｅが配置されたとしても、早いＦＴＯＰの達成と過度な突入電流の抑制が可能であるため、定着装置１００の小型化に役立つ。
【００６９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００７０】
１ 画像形成装置
２ 印刷媒体の進行経路
１０ 給紙装置
１１ 移送ローラ
２０ 帯電装置
３０ 感光体
４０ 光走査装置
４１ 光
５０ 現像装置
５１ トナー収容部
５２ トナー供給ローラ
５３ 現像ローラ
５４ 規制ブレード
６０ 転写装置
７０ クリーニング装置
１００ 定着装置
１１０ 加圧ユニット
１１０ 弾性部材
１２０ 加熱ユニット
１２１ 加熱ローラ
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｅ ヒータ
２０１ バルブ
２１０、２２０ 第１、第２発熱体
２３０ コネクタ
２４０ 結合部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷媒体に熱を供給するための定着装置用のヒータにおいて、
バルブと、
負の抵抗温度係数と第１定格加熱出力を持ち、前記バルブ内で第１コイルを形成する第１発熱体と、
正の抵抗温度係数と前記第１定格加熱出力より低い第２定格加熱出力を持ち、前記バルブ内に配置される第２発熱体と、
を含み、
前記第２発熱体は、前記第１発熱体と隣接して配置されることにより、前記ヒータに電力が供給される初期段階で前記第２発熱体が前記第１発熱体を加熱して前記第１発熱体の抵抗を低減することを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記第１発熱体は炭素フィラメントを含み、
前記第２発熱体はタングステンフィラメントを含むことを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記第２発熱体は、前記第１発熱体の前記第１コイルと接触する複数のフィラメントを含み、
前記複数のフィラメントは、互いに平行して前記第１発熱体の前記第１コイルの進行方向に沿って延長することを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項４】
前記第２発熱体を前記第１発熱体に取り付けるための複数の結合部材を更に含み、
前記複数の結合部材は前記第１発熱体の前記第１コイルの進行方向に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項５】
前記第２発熱体は前記第１発熱体に接着され、前記第１発熱体の前記第１コイルの進行方向に沿って延長することを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項６】
前記第２発熱体は、前記第１発熱体の周囲に巻きつけられることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項７】
前記第２発熱体は、前記バルブ内で第２コイルを形成することを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項８】
前記第１コイルは、前記第２コイル内に配置されることを特徴とする請求項７に記載のヒータ。
【請求項９】
前記第２コイルは、前記第１コイル内に配置されることを特徴とする請求項７に記載のヒータ。
【請求項１０】
前記第１及び第２コイルは、同一のコイル軸及び同一のコイル半径を持ち、
前記第２コイルは、前記コイル軸に沿って前記第１コイルからオフセットして配置されることを特徴とする請求項９に記載のヒータ。
【請求項１１】
前記ヒータの加熱出力は、約６００Ｗ以上約３０００Ｗ以下であることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項１２】
前記第１発熱体の前記第１定格加熱出力は約８００Ｗであり、
前記第２発熱体の前記第２定格加熱出力は約５００Ｗであることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項１３】
前記第１及び第２発熱体は、電気的に並列又は直列接続されることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項１４】
請求項１に係るヒータを含むことを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項１４に係る定着装置を含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
印刷媒体に熱を供給するための定着装置用のヒータにおいて、
バルブと、
負の抵抗温度係数と第１定格加熱出力を持ち、前記バルブ内で第１コイルを形成する第１発熱体と、
正の抵抗温度係数と前記第１定格加熱出力より低い第２定格加熱出力を持ち、前記バルブ内に配置される第２発熱体と、
を含み、
前記第２発熱体は、前記第１発熱体と隣接して配置されることにより、前記ヒータに電力が供給される初期段階で前記第２発熱体が前記第１発熱体を加熱して前記第１発熱体の抵抗を低減することを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記第１発熱体は炭素フィラメントを含み、
前記第２発熱体はタングステンフィラメントを含むことを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記第２発熱体は、前記第１発熱体の前記第１コイルと接触する複数のフィラメントを含み、
前記複数のフィラメントは、互いに平行して前記第１発熱体の前記第１コイルの進行方向に沿って延長することを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項４】
前記第２発熱体を前記第１発熱体に取り付けるための複数の結合部材を更に含み、
前記複数の結合部材は前記第１発熱体の前記第１コイルの進行方向に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項５】
前記第２発熱体は前記第１発熱体に接着され、前記第１発熱体の前記第１コイルの進行方向に沿って延長することを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項６】
前記第２発熱体は、前記第１発熱体の周囲に巻きつけられることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項７】
前記第２発熱体は、前記バルブ内で第２コイルを形成することを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項８】
前記第１コイルは、前記第２コイル内に配置されることを特徴とする請求項７に記載のヒータ。
【請求項９】
前記第２コイルは、前記第１コイル内に配置されることを特徴とする請求項７に記載のヒータ。
【請求項１０】
前記第１及び第２コイルは、同一のコイル軸及び同一のコイル半径を持ち、
前記第２コイルは、前記コイル軸に沿って前記第１コイルからオフセットして配置されることを特徴とする請求項９に記載のヒータ。
【請求項１１】
前記ヒータの加熱出力は、約６００Ｗ以上約３０００Ｗ以下であることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項１２】
前記第１発熱体の前記第１定格加熱出力は約８００Ｗであり、
前記第２発熱体の前記第２定格加熱出力は約５００Ｗであることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項１３】
前記第１及び第２発熱体は、電気的に並列又は直列接続されることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項１４】
請求項１に係るヒータを含むことを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項１４に係る定着装置を含むことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１４１６１０（Ｐ２０１２−１４１６１０Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８３１２９（Ｐ２０１１−２８３１２９）
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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