説明

管型ヒータ装置、トナー定着装置

【課題】簡単な構成で電力効率と定着性や応答性の向上を図ったトナー定着用の管型ヒータ装置を実現する。
【解決手段】両端に封止部151,152が形成されたバルブ11内に、このバルブ11の長手方向に局部的に発光部131および非発光部132を有するフィラメント13および不活性ガスを封入して白熱ランプL1を構成する。両端に封止部211,212が形成されたガラスバルブ12内に、このバルブ12の長手方向に局部的に発光部141および非発光部142を有するフィラメント14および不活性ガスを封入して白熱ランプL2を構成する。白熱ランプL1,L2の対向する外表面の長手方向にはそれぞれ反射膜22,23を形成する。白熱ランプL1,L2相互に向けて照射されていた分を、反射膜22,23で反射させた分を利用することで、電力効率の向上、定着性や応答性の向上を図ることが可能となる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、複写機やプリンタのトナーを定着させるためのヒータとして用いられる管
型ヒータ装置およびこれを用いたトナー定着装置に関する。
【背景技術】
【0002】
管型ランプを定着用のヒータとして用いた従来の管型ヒータは、定着性や応答性の向上を図るために、回転駆動される加熱ローラ内に加熱ローラの回転には無関係に支持された管型ランプおよびこの管型ランプと加熱ローラとの間にリフレクタを設けたことにより、高効率化と温度ムラを抑えている。(例えば、特許文献1)
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2004−264785公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記した特許文献1の技術は、リフレクタを管型ランプと加熱ローラとの間に配置していることから、リフレクタを配置するスペースが必要となり、管型ランプと加熱ローラとの距離が長くなってしまい、リフレクタによる定着性や応答性を向上させるには、管型ランプに電力を増やしてやる必要があり、電力効率の悪化を招いてしまうばかりか、リフレクタの制御機構も必要で構成が複雑になる、という問題があった。
【0005】
この発明の目的は、簡単な構成で電力効率と定着性や応答性の向上を図った管型ヒータ装置およびこの管型ヒータ装置を用いたトナー定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記した課題を解決するために、この発明の管型ヒータ装置は、両端に封止部が形成されたガラスバルブ内に、該バルブの長手方向に局部的に発光部および非発光部を有するフィラメントおよび不活性ガスを封入し、前記封止部から前記フィラメントに接続した外部導入線が導出された第1および第2の白熱ランプと、前記第1および第2の白熱ランプが対向する外表面の長手方向に形成した反射膜と、を具備したことを特徴とする。
【0007】
また、トナー定着装置は、上下に配置され少なくとも一方は加熱される第1および第2のローラと、前記第1または第2のローラ内に配置された請求項1〜4いずれかに記載の管型ヒータ装置と、予めトナーが転写された複写紙が前記第1および第2のローラとの間を移動させて前記トナーを定着させる手段とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
この発明によれば、複数本の白熱ランプの対向する外表面部に反射膜をそれぞれ形成させたことにより、白熱ランプの発光効率を向上させ、省電力化に寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】この発明の管型ヒータ装置の第1の実施形態について説明するための一部切欠して示した正面図である。
【図2】図1の上面図である。
【図3】図1の側面図である。
【図4】図3の切断面線Ia−Ibから見た断面図である。
【図5】図3の切断面線IIa−IIbから見た断面図である。
【図6】図4を拡大して示すとともに、反射膜の形成について説明するための説明図である。
【図7】図1の動作について説明するための断面図である。
【図8】この発明の管型ヒータ装置の第2の実施形態について説明するための図7に相当する断面図である。
【図9】この発明の管型ヒータ装置の第3の実施形態について説明するための、図2に相当する上面図である。
【図10】図9の切断面線IIIa−IIIbから見た断面図である。
【図11】この発明の管型ヒータ装置の第4の実施形態について説明するための、図10に相当する断面図である。
【図12】この発明の加熱装置に関する一実施形態について説明するための概略的な構成図である。
【図13】図12の切断面線IVa−IVbから見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照しながら、この発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【0011】
図1〜図5はこの発明の管型ヒータ装置に関する一実施形態について説明するためのものであり、図1は一部切欠して示した斜視図、図2は図1の上面図、図3は図2の側面図、図4は図3の切断面線Ia−Ibから見た断面図、図5は図3の切断面線IIa−IIbから見た断面図である。
【0012】
図1〜図3において、L1,L2はヒータの役目を果たす直管型の白熱ランプである。白熱ランプL1,L2は、石英ガラスよりなるバルブ11,12内にそれぞれコイル状の長尺フィラメント13,14が収容される。
【0013】
フィラメント13は、タングステン素線を巻回したコイル状の複数の発光部131、これら発光部131間に粗巻き状や直線状の非発光部132や両端にレグ部133,134を備え、複数のサポート部材135により支持される。これによりフィラメント13は放射熱による赤外線を発生させる。
【0014】
同様に、フィラメント14は、タングステン素線を巻回したコイル状の複数の発光部141、これら発光部141間に粗巻き状や直線状の非発光部142や両端にレグ部143,144を備え、複数のサポート部材145により支持される。フィラメント14は、局所的に放射熱による赤外線を発生させる。
【0015】
バルブ11の軸方向の両端は、減圧封止(シュリンクシール)による封止部151,152が形成される。バルブ12の軸方向の両端は、減圧封止による封止部161,162が形成される。封止部は、相対する方向から金型で押し潰して成形された圧潰封止(ピンチシール)でも構わない。
【0016】
封止部151,152には、モリブデン箔などの金属箔171,172がそれぞれ気密に封止される。金属箔171の一端側にはフィラメント13の一端のレグ部133と接続され、他端側には白熱ランプL1外に導出させた図示しない外部導入線の一端と接続し、この外部導入線の他端は白熱ランプL1,L2を並列して配設させるステアタイトなどのセラミックスからなる直方体形状の絶縁性のベース部材191内で電力供給用のリード線201と接続される。
【0017】
金属箔172の一端側にはフィラメント13の他端のレグ部134と接続され、他端側には白熱ランプL1外に導出させた図示しない外部導入線の一端と接続し、この外部導入線の他端は白熱ランプL1,L2を並列して配設させるステアタイトなどのセラミックスからなる直方体形状の絶縁性のベース部材192内で電力供給用のリード線202と接続される。
【0018】
同様にして、封止部161,162には、モリブデン箔などの金属箔211,212がそれぞれ気密に封止される。金属箔211の一端側にはフィラメント14の一端のレグ部143と接続され、他端側には白熱ランプL2外に導出させた図示しない外部導入線の一端と接続し、この外部導入線の他端はベース部材191内で、電力供給用のリード線203と接続される。
【0019】
金属箔212の一端側にはフィラメント14の他端のレグ部144と接続され、他端側には白熱ランプL2外に導出させた図示しない外部導入線の一端と接続し、この外部導入線の他端はベース部材192内で、電力供給用のリード線202と接続される。
【0020】
白熱ランプL1,L2の一端は、それぞれ別のリード線201,203に、白熱ランプL1,L2の他端は、共通のリード線202に接続され、リード線202とリード線201,203の両方同時あるいは選択して電力を供給する。これにより、白熱ランプL1,L2の両方あるいは何れか一方を点灯させることができる。リード線201,203のいずれか一方への切り換えは、被加熱体の状態により任意に切り換え可能である。
【0021】
バルブ11,12内には、それぞれ微量のハロゲン物質たとえば臭素Brや塩素Clとの混合物とともに、アルゴンArや窒素Nなどの不活性ガスが、常温25℃で約0.9×10Pa(パスカル)の圧力封入してある。
【0022】
ところで、バルブ11,12の外表面の対向する位置には、熱膨張率の小さい例えばアルミナ、シリカ等を主材とする反射膜22,23がそれぞれ形成されている。図4は、図3の切断面線Ia−Ibから見た反射膜22,23の状態を、図5は、図3の切断面線IIa−IIbから見た反射膜22,23の状態を、それぞれ示している。
【0023】
ここで、図4の白熱ランプL1,L2からの赤外線と反射膜22,23との関係について図6の断面図を参照して説明する。反射膜23は、一点鎖線の矢印a1,a2で囲まれる白熱ランプL1の外表面に形成される。また、反射膜22は、二点鎖線の矢印a3,a4で囲まれる白熱ランプL2の外表面に形成される。これにより、相互の白熱ランプL1,L2が相手側のランプの照射に邪魔される方向の赤外線を、白熱ランプL1は反射膜23で、白熱ランプL2は反射膜22で反射させるようにしている。
【0024】
図7を参照し、図6で説明したように形成された反射膜22,23による反射についてさらに説明する。図7は図4に相当する図3のIa−Ib断面図に、加熱ローラとの関係について説明するための断面図である。
【0025】
まず、白熱ランプL1の発光部131から発せられた一点鎖線の矢印で示す赤外線は、四方八方に照射され、回転自在に取り付けられた太い破線で示す被照射体である加熱ローラ301の加熱を行う。反射膜23に到達した赤外線は、ここで反射し、一部は再び発光部131側に戻るものの、破線の矢印で示す一部は加熱ローラ301の加熱を行う。つまり、加熱ローラ301の領域71aの部分は、白熱ランプL1から直接照射される赤外線と反射膜23で反射された分の赤外線が照射されることになる。このため、領域71aは加熱効率が向上する。
【0026】
同様に、白熱ランプL2の発光部141から発せられた二点鎖線の矢印で示す赤外線は、四方八方に照射され、加熱ローラ301の加熱を行う。反射膜22に到達した赤外線は、ここで反射し、破線の矢印で示す一部は再び発光部141側に戻るものの、一部は加熱ローラ301の加熱を行う。つまり、加熱ローラ301の領域71bの部分は、白熱ランプL2から直接照射される赤外線と反射膜22で反射された分の赤外線が照射されることになる。このため、領域71bは加熱効率が向上する。
【0027】
このように、回転状態にある加熱ローラ301に対して領域71a,71bの位置にあるときは、より発熱効率が向上し、加熱ローラ301全体の効率が向上することとなる。加熱効率が向上、換言すれば電力の効率が向上するということであり、省電力化に寄与する。
【0028】
図8は、この発明の管型ヒータ装置に関する第2の実施形態について説明するための、図7に相当する断面図である。
【0029】
この実施形態は、白熱ランプL1,L2から加熱ローラ301までの距離のある図7に示す領域72a,72bについては、反射膜22,23で反射させるようにしたものである。
【0030】
すなわち、図8に示すように、反射膜22,23を180°程度の角度で形成している。これにより、領域82a,82bについては、白熱ランプL1,L2から直接加熱ローラ301に当る赤外線を反射膜22,23で反射させている。領域81a,81bの加熱ローラ301には白熱ランプL1,L2から直接の分と、本来領域82a,82bを照射させる分が加算された照射量となる。照射量の増加は、加熱ローラ301の昇温速度をより向上させることが可能となることであり、より電力効率の向上が図れ、省電力化に寄与する。
【0031】
ただし、実際には、全ての赤外線を反射膜22,23で反射させることはできないことから、領域82a,82bに入射される全ての照射が領域81a,81bに加算される訳ではない。
【0032】
図9、図10は、この発明の管型ヒータ装置に関する第3の実施形態について説明するための、図9は図2に相当する上面図、図10は図9の切断面線IIIa−IIIbから見た断面図である。上記した実施形態と同一機能の部分には同一の符号を付してここでは異なる部分について説明する。この実施形態は、白熱ランプを3本にした場合の例である。
【0033】
すなわち、3本目の白熱ランプL3は、石英ガラスよりなるバルブ81内にそれぞれコイル状の長尺フィラメント82が収容される。フィラメント82は、タングステン素線を巻回したコイル状の複数の発光部821、これら発光部821間に粗巻き状や直線状の非発光部822や両端にレグ部823,824を備え、複数のサポート部材825により支持される。これによりフィラメント82は局所的に赤外線を発生させる。
【0034】
バルブ81の軸方向の両端は、減圧封止による封止部831,832が形成される。バルブ81の軸方向の両端は、減圧封止による封止部831,832が形成される。封止部は、相対する方向から金型で押し潰して成形された圧潰封止でも構わない。
【0035】
バルブ11,12と同様にバルブ81内には、それぞれ微量のハロゲン物質たとえば臭素Brや塩素Clとの混合物とともに、アルゴンArや窒素Nなどの不活性ガスが、常温25℃で約0.9×10Pa(パスカル)の圧力封入してある。
【0036】
さらに、バルブ81の外表面のバルブ11,12と対向する位置には、熱膨張率の小さい例えばアルミナ、シリカ等を主材とする反射膜85が、反射膜22,23と同様に形成されている。
【0037】
封止部831,832には、モリブデン箔などの金属箔841,842がそれぞれ気密に封止される。金属箔841の一端側にはフィラメント82の一端のレグ部823と接続され、他端側には白熱ランプL3外に導出させた図示しない外部導入線の一端と接続し、この外部導入線の他端は白熱ランプL1〜L3を三角形状に配設させるステアタイトなどのセラミックスからなる直方体形状の絶縁性のベース部材191内で電力供給用のリード線204と接続される。
【0038】
金属箔842の一端側にはフィラメント82の他端のレグ部824と接続され、他端側には白熱ランプL3外に導出させた図示しない外部導入線の一端と接続し、この外部導入線の他端は白熱ランプL1〜L3を並列して配設させるステアタイトなどのセラミックスからなる直方体形状の絶縁性のベース部材192内で電力供給用のリード線202と接続される。
【0039】
ここで、白熱ランプL1〜L3から赤外線と反射膜22,23,85との関係について図10を参照して説明する。反射膜23は、一点鎖線の矢印の方向に照射されるように白熱ランプL1の外表面に形成する。反射膜22は、二点鎖線の矢印の方向に照射されるように白熱ランプL2の外表面に形成する。さらに、反射膜85は破線の矢印の方向に照射されるように白熱ランプL3の外表面に形成する。
【0040】
このとき反射膜22,23,85は、相互の白熱ランプL1〜L3の相対するランプの照射に邪魔される方向の赤外線を反射させるようにしている。
【0041】
この場合の反射膜22,23,85により反射された赤外線が、白熱ランプL1〜L3から直接発光された赤外線との相乗作用で、回転自在な加熱ローラ301を加熱させる発熱効率を向上させることとなる。加熱効率が向上により、電力効率の向上が図れ、結果として省電力化に寄与する。
【0042】
図11は、この発明の管型ヒータ装置に関する第4の実施形態について説明するための、図10に相当する断面図である。
【0043】
この実施形態は、3本の白熱ランプを使用した、図8で説明した第2の実施形態と同じような考えに基づいたもので、白熱ランプL1〜L3から加熱ローラ301までの距離のある領域111a〜111cについては、反射膜22,23,85で反射させるようにしたものである。
【0044】
すなわち、図11に示すように、反射膜22,23,85を180°の角度で形成している。これにより、加熱ローラ301までが遠いあるいは向かい合う白熱ランプ側に照射される白熱ランプL1〜L3の半分側の赤外線は、反射膜22,23,85で反射させ領域111a〜111cに照射させている。
【0045】
このため、加熱ローラ301に照射される赤外線量は、白熱ランプL1〜L3の直線の分と反射膜22,23,85で反射させた分が増加することで、加熱ローラ301への加熱の応答性もより早くなり、加熱効率の向上、延いては電力効率の向上となって省電力化に寄与する。
【0046】
この発明の管型ヒータ装置は、上記した実施形態に限定されるものではなく、使用する白熱ランプは4本以上であっても構わない。また、リード線202は、ベース部材192の中で複数の白熱ランプの外部導入線と接続しているが、ベース部材191側と同様に別々のリード線で取り出す構成でも構わない。
【0047】
図12、図13は、図1〜図5で説明した白熱ランプを用いたこの発明の加熱装置の一実施形態について説明するための、図12は概略的な構成図、図13は図12の切断面線IVa−IVbから見た断面図である。
【0048】
図12、図13において、300は加熱装置である。301はアルミニウムや鉄等の金属からなる円筒状の加熱ローラであり、加熱ローラ301の外周面には耐熱性の樹脂による被覆材302が被覆されている。加熱ローラ301の内部には、発熱源である白熱ランプL1,L2がベース部材191,192を介して、シャーシ等の支持された図示しない支持部材を用いてそれぞれ支持される。
【0049】
白熱ランプL1,L2を加熱ローラ301に収容させる場合は、作業性の効率を考えベース部材191,192を予め取りけった状態でベース部材191,192の何れか一方から挿入される。ベース部材191,192が取り付けられた状態であっても、加熱ローラ301の内径を大きくすることなく収容させることが可能である。
【0050】
303は、加熱ローラ301と圧接して下方に対向配置されたアルミニウムや鉄等の金属からなる円筒状の加圧ローラである。加圧ローラ303の外周面には、例えばシリコンゴムによる弾性体層304が被覆されている。この弾性体層304の表面には、通過する紙が定着後に加圧ローラ303から離れやすくなるように、表面を平滑にする樹脂コーティングを形成してもよい。
【0051】
加圧ローラ303は、軸305を支持手段306を用いて回転自在に支持されている。また、加熱ローラ301の両端には回転ギア307が取り付けられ、これら回転ギア307とモータの回転軸に取り付けた回転ギアを噛み合わせて、モータを回転させることで、加熱ローラ301と加圧ローラ303を図13の矢印A,B方向にそれぞれ回転させることができる。
【0052】
加熱ローラ301の白熱ランプL1,L2がリード線201/203とリード線202を介して通電されると、加熱ローラ301が発熱してヒートアップ(昇温)する。そこで、図13の矢印A,B方向に加熱ローラ301と加圧ローラ303を回転させ、図示しない転写ドラムなどからトナーTが所定分布状態に転写された複写紙Pが、ヒートアップされた加熱ローラ301と加圧ローラ303間に送り込ませることで、複写紙Pおよび前の工程で塗布されたトナーT1が上下から加熱され、加熱されたトナーT2が溶融後複写紙P上に定着し、所定の文字や図柄などとして描かれる。
【0053】
この実施形態では、反射膜が形成された白熱ランプにより、加熱ローラを加熱させる応答性が向上する発熱効率の向上を図ることができることから、加熱ローラの近傍に配された熱センサーの電力を供給させるシーケンスの動作回数を減らすことができる。このため、加熱効率が向上による電力効率の向上により省エネに寄与する。加熱効率の向上は、ファーストコピーの時間短縮にも寄与する。
【0054】
上記した加熱装置では、加圧ローラ303も加熱ローラ301と同様の加熱ローラの構成にしても構わない。また、白熱ランプの数は、2本の例で説明したが、3本以上であっても構わない。
【0055】
なお、加熱装置の用途としては、複写機等の画像形成装置の定着用に用いたが、これに限らず、家庭用の電気製品、業務用や実験用の精密機器や化学反応用の機器等に装着して加熱や保温の熱源としても使用し同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【0056】
L1〜L3 白熱ランプ
11,12,81 バルブ
13,14,82 フィラメント
131,141,821 発光部
132,142,822 非発光部
151,152,161,162,831,832 封止部
171,172,211,212,841,842 金属箔
191,192 ベース部材
201〜204 リード線
22,23,85 反射膜
300 加熱装置
301 加熱ローラ
303 加圧ローラ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
両端に封止部が形成されたガラスバルブ内に、該バルブの長手方向に局部的に発光部および非発光部を有するフィラメントおよび不活性ガスを封入し、前記封止部から前記フィラメントに接続した外部導入線が導出された第1および第2の白熱ランプと、
前記第1および第2の白熱ランプが対向する外表面の長手方向に形成した反射膜と、を具備したことを特徴とする管型ヒータ装置。
【請求項2】
前記反射膜は、対向する相手方の白熱ランプに照射される範囲内で形成したことを特徴とする請求項1記載の管型ヒータ装置。
【請求項3】
前記反射膜は、前記第1および第2の白熱ランプの発光長に対応する長さで形成したことを特徴する請求項1〜3いずれかに記載の管型ヒータ装置。
【請求項4】
前記第1および第2の白熱ランプが回転自在な加熱ローラに配置された場合に、前記第1および第2の白熱ランプからの放射熱による赤外線を、前記加熱ローラから近い領域では直接的、遠い領域では間接的に照射したことを特徴とする請求項1または3記載の管型ヒータ装置。
【請求項5】
上下に配置され少なくとも一方は加熱される第1および第2のローラと、
前記第1または第2のローラ内に配置された請求項1〜4いずれかに記載の管型ヒータ装置と、
予めトナーが転写された複写紙が前記第1および第2のローラとの間を移動させて前記トナーを定着させる手段とを具備したことを特徴とするトナー定着装置。

【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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【図12】
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【図13】
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【公開番号】特開2010−177027(P2010−177027A)
【公開日】平成22年8月12日(2010.8.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−18162(P2009−18162)
【出願日】平成21年1月29日(2009.1.29)
【出願人】(000111672)ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Fターム(参考)】