JP2011002598A - 加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 非接触外部化熱方式の加熱定着装置において、フリッカの低減及び消費電力を抑え効率的な構成を提供することにある。
【解決手段】 加熱部材のカーボンヒータが半円柱形状であり、かつ前記カーボンヒータの平面部が加熱用回転体と平行に対向しており、赤外線反射部材が複数の平面形状を有する部材と略半楕円型形状から成る構成において、前記カーボンヒータが前記楕円形状の焦点位置に配置され、前記赤外線反射部材が、前記カーボンヒータの曲面側に、平面形状を組み合わせた凸形状を有し前記凸形状の端部が前記赤外線反射部材の円弧形状部材の端部と当接する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置において、作像プロセス部で記録材（転写材、印字用紙、感光紙、静電記録紙等）に転写方式あるいは直接方式で形成担持させた画像情報の未定着トナー画像を固着像として熱定着処理する加熱定着装置に関するものである。

消費電力の低減、立ち上がり時間の短縮、プロセススピードの高速化、高画質化、高耐久性を同時に実現することを目的として、非接触外部加熱方式の加熱定着装置が特許文献１〜３に提案されている。図1２に非接触外部加熱方式の１例の概略構成を示す。定着ローラ50は、アルミニウムやステンレス製の芯金51の外部にシリコーンゴム等より形成した弾性層、あるいはシリコーンゴムを発泡してなるスポンジ弾性層52を形成し、さらにその外表面にはトナーのオフセットを防止するためのフッ素樹脂等の離型性層53が形成されている。加圧ローラ54は定着ローラ50と同様のものを用いている。定着ローラ50をローラ外側から非接触で加熱する加熱ユニット55の熱源56はハロゲンヒータ等を用い、この熱源56は定着ローラ50に対向させて配置させ、この熱源56の輻射熱により定着ローラ50の表面が加熱される。

ここで熱源56による定着ローラ50への輻射加熱を効率的に利用するために、熱源56を中にして定着ローラ50と反対側には反射率の高い湾曲した反射鏡57が配置されており、熱源56からの輻射熱を発散させずに定着ローラ10側へ反射させている。定着ローラ表面の温度を不図示のサーミスタ等の温度検知手段を用いて検知し、不図示の通電制御回路により温度検知手段で検知される定着ローラ表面温度が一定になるように熱源56への通電を制御している。

外部の熱源56からの輻射熱によって非接触で加熱された定着ローラ50と加圧ローラを所定の圧力により相互圧接させてことで定着ニップ部Ｎを形成させてあり、その定着ニップ部Ｎに未定着トナー画像を形成担持させた記録材Ｐを導入して挟持搬送させて通過させることにより未定着トナー画像を記録材Ｐ上に熱と圧力で固着画像として定着させるものである。

本方式では、弾性層52を有する定着ローラ50を用いているため、定着ローラ表面でトナーを包み込むことで記録材P及びトナーへの熱の伝播効率が高く、高速機やカラートナーを用いた画像形成装置でも充分な定着性を得ることができる。また定着ローラ50が駆動しているため、定着ローラ50が画像を擦り画質を低化させてしまうようなことは無く、高画質状態で加熱定着することが可能である。

また熱源56はハロゲンランプ等の輻射により外部から非接触で行われる。外部加熱によって定着ローラ表面のみを加熱するため、定着ローラ表面を迅速に所要の温度に加熱して立ち上げることが可能であり、また立ち上げ時に必要な電力も熱ローラ方式に比べ格段に削減することができる。定着ローラ表面の温度をモニターし温調制御することで、迅速な温調制御が可能であり、通紙によって奪われた熱エネルギー分のみを素早く供給することができるため、通紙中の消費電力も低減することが可能である。

定着ローラ50は非接触で加熱されており、フィルム加熱方式のように摺擦する部位が無いため高い耐久性を備えており、耐久性低化を気にすることなく加圧力を高めることも可能なため、定着に必要な熱エネルギーを低減でき、通紙中の消費エネルギーを低減できる。

以上のように、非接触外部加熱方式の加熱定着装置では、消費電力の低減、立ち上がり時間の短縮、プロセススピードの高速化、高画質化、高耐久性を同時に達成することが可能である。

特開２０００−４７５０７号公報 特開２００２−４３０２６号公報 特開２００３−１８６３２９号公報

しかしながら、上記ハロゲンヒータを用いた非接触外部加熱方式の加熱定着装置を使用した場合のような定着装置においては、ハロゲンヒータを点灯させた場合に、通電開始と同時に相当に大きな突入電流が流れ、点灯回路に大きな電圧変動が起こる結果、ハロゲンヒータと共通の電源系統に接続された照明機器等にフリッカ（人間が感じる「ちらつき感」）が生じる、という問題がある。加えて、図１３に示す、矢印Ａのように、ヒ−タ自身が楕円型反射鏡からの反射光を遮ってしまったり、一部の反射光は、矢印Ｂのように定着ローラに照射されなかったりして、効率的にハロゲンヒータからの熱を利用することができなかった。更に、楕円形状の精度を上げることで、反射光の定着ローラへの照射効率をアップすることは、可能であるが、楕円形状反射鏡の製造コストアップに繋がってしまう。また、ハロゲンヒータから定着ローラへの直接光も拡散して定着ローラに照射されるため、効率的ではなかった。

そこで、本発明は、上述の問題に鑑み成されたものであり、その目的は、非接触外部化熱方式の加熱定着装置において、発生するフリッカを抑制することができる画像形成方法およびそのような方法が実行される画像形成装置を提供すると共に消費電力を抑え効率的な構成を提供することにある。

上述の課題を解決するための本発明は、加熱用回転体と対向して配置された赤外線源で構成される加熱ユニットを配し、前記加熱用回転体と加圧部材との圧接により形成されるニップ部に、未定着トナー像が形成された記録材を通過させることで、前記未定着トナー像を記録材上に加熱定着させる加熱定着装置において、前記赤外線源が異方放射性を有するカーボンヒータであることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、カーボンヒータを用いた非接触外部加熱方式の加熱定着装置において、フリッカを低減すると共に前記カーボンヒータから照射光のロスを防止して効率的な加熱定着装置が実現できる。

実施例1における加熱定着装置の概略図。 実施例1における画像形成装置の概略図。 実施例1における赤外線反射部材の構造図。 実施例1における赤外線反射部材の斜視図。 実施例1におけるヒータの波長VS放射強度を表す図。 実施例1における定着ローラ、加圧ローラの構成図。 実施例1の加熱定着装置における作用の説明図。 実施例2に加熱定着装置の概略図。 実施例2におけるカーボンヒータの断面図。 実施例2に赤外線線反射部材の壇面図。 実施例2に加熱定着装置の変形例を表す概略図。 従来例における非接触外部加熱方式の加熱定着装置の構成図。 従来例における非接触外部加熱方式のハロゲンランプ照射を表す図。 実施例3における加熱定着装置の構成図。 実施例3における加熱定着装置の変形例。

（実施例１）
図2に、本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置を示す。なお、同図は、本発明に係る画像形成装置の一例としてのレーザービームプリンタの概略構成を示す縦断面図である。まず、同図を参照してレーザービームプリンタ（以下「画像形成装置」という）の構成を説明する。同図に示すレーザービームプリンタは、像担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という。）１を備えている。感光ドラム１は、装置本体Ｍによって回転自在に支持されており、駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿ってほぼ順に、帯電ローラ（帯電装置）２、露光手段３、現像装置４、転写ローラ（転写装置）５、クリーニング装置６が配設されている。また、装置本体Ｍの下部には、紙等のシート状の記録材Ｐを収納した給紙カセット７が配置されており、記録材Ｐの搬送経路に沿って上流側から順に、給紙ローラ８、搬送ローラ９、トップセンサ１０、搬送ガイド１１、本発明に係る定着装置１２、排紙ローラ１３、排出ローラ１４、排紙トレイ１５が配置されている。次に、上述構成の画像形成装置の動作を説明する。

駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に回転駆動された感光ドラム１は、帯電ローラ２によって所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。帯電後の感光ドラム１は、その表面に対しレーザー光学系等の露光手段３によって画像情報に基づいた画像露光Ｌがなされ、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。静電潜像は、現像装置４によって現像される。現像装置４は、トナー容器4ｂから供給された、トナーＴを現像ローラ４ａに現像バイアスを印加して感光ドラム１上の静電潜像にトナーを付着させトナー像として現像（顕像化）する。トナー像は、転写ローラ５によって紙等の記録材Ｐに転写される。記録材Ｐは、給紙カセット７に収納されており、給紙ローラ８によって給紙され、搬送ローラ９によって搬送され、トップセンサ１０を介して、感光ドラム１と転写ローラ５との間の転写ニップ部に搬送される。このとき記録材Ｐは、トップセンサ１０によって先端が検知され、感光ドラム１上のトナー像と同期がとられる。転写ローラ５には、転写バイアスが印加され、これにより、感光ドラム１上のトナー像が記録材Ｐ上の所定の位置に転写される。転写によって表面に未定着トナー像を担持した記録材Ｐは、搬送ガイド１１に沿って定着装置１２に搬送され、ここで未定着トナー像が加熱、加圧されて記録材Ｐ表面に定着される。なお、定着装置１２については後に詳述する。トナー像定着後の記録材Ｐは、搬送ローラ１３によって搬送され、排出ローラ１４によって装置本体Ｍ上面の排紙トレイ１５上に排出される。一方、トナー像転写後の感光ドラム１は、記録材Ｐに転写されないで表面に残ったトナー（以下「転写残トナー」という。）がクリーニング装置６のクリーニングブレード６ａによって除去され、次の画像形成に供される。以上の動作を繰り返すことで、次々と画像形成を行うことができる。なお本実施例では、画像形成プロセスの帯電、露光、現像、クリーングを一体化されたプロセスカートリッジCで行い、トナーがなくなるとユーザーがプロセスカートリッジを新品に交換するメンテナンスフリーの形態を示している。

次に、図1を参照して、本発明に係る定着装置１２の一例について詳述する。なお、同図は、記録材Ｐの搬送方向（矢印Ｋ方向）に沿った縦断面図である。図において、１６は、カーボンヒータ、１７は、赤外線反射部材、１８は定着ローラ、１９は、加圧ローラ、２０は、温度検知サーミスタである。ここで定着装置12の構成要素について以下に説明する。
［１］カーボンヒータ
カーボンヒータ１6は、石英ガラス等からなる、直管状の封体５８に気密に封止されており、封体内にはアルゴンガス等が封入されている。図4の斜視図が示すように、半円筒形状をしており、図示しないヒータ両端の給電部及び、フィーダー線から所望の電圧を印加することで、発熱し赤外熱源となる。図4において、円筒形状の平面部Xが、定着ローラ１８と平行に対向しており、曲面Y部が赤外線反射部材と対向している。カーボンヒータは、図5に示すように、カーボンヒータランプ（曲線Ａ）によれば、同等の消費電力のハロゲンヒータランプ（曲線Ｂ）より長い波長に放射強度のピークを有し（波形全体が長い波長域の方向に遷移している。さらに、カーボンヒータ１６は、低温時の抵抗値が大きいものであるので、前記カーボンヒータ１6の点灯に伴って大きな突入電流による電圧変動が生じることがなく、従ってフリッカを大きく増大させることはない。また、カーボンヒータにおける発熱体のX部が、高い指向性を示す熱放射面である、平板状であることにより、カーボンヒータ１6からの熱線の直接光を定着ローラ１８の加熱に有効に利用することできるため、高い効率で加熱することができる。また実施例1における、カーボンヒータ１６は、カーボンヒータの素材としては、グラファイトなど、従来コークスなどの粉砕物にピッチなどを加えた炭素材料を混練してペースト状となし、押出しまたは射出成形によって棒状構造としたものを焼成してグラファイト化を行って所望形状とするのが一般的である。またカーボンの種類や任意の導電材料との複合材料を焼成することで、任意の抵抗値を算出できる。更に、耐酸化性を向上させるために、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＢＮ、ＡｌＮなどをコーティングしても問題はない。
［２］赤外線反射部材
赤外線反射部材１７の形状は、通紙方向Kに向けて略楕円形状をしており、反射部材側の焦点α（図３参照）にカーボンヒータ１６を、もう一方の焦点β（図３参照）には定着ローラ１８の回転中心となるように配置しており、楕円の集光効果を利用し定着ローラ表面近傍に反射光及び直接光が集光するように設定している。赤外線反射部材１７の反射面は、光輝アルミや金、銀などが蒸着、メッキ処理等、表面処理３０がなされ、赤外線を90％以上反射できるようなものが好ましい。また長時間使用した場合においても反射鏡内面が酸化等によって曇らないように処理されたものがより好ましい。赤外線反射板17は、図3−aに示すように、曲面形状を含む１７−a及び１７−ｂの部分と、平面部である１７−ｃ及び１７−ｄの部分の合計４部材で構成されている。ここで、赤外線反射部材１７の構成を、図３に示す。図３−aは赤外線反射部材１７の正面図、図３−ｂは赤外線反射部材１７を上から見た図 、図３−ｃは赤外線反射部材１７を下から見た図、図３−ｄは赤外線反射部材１７の側面図である。カーボンヒータ１７からの反射光が上記反射部材から反射されて、定着ローラに集光されるが、詳細の説明は、後述する。
［３］定着ローラ
定着ローラ１８は、図６に示す、以下の部材から構成される。即ち、基本的には、アルミあるいは鉄製の芯金２１の外面をブラスト処理等の表面粗し処理を行った後、外側にシリコーンゴムより形成された弾性層（ソリッドゴム層）、あるいは断熱効果を持たせるためにシリコーンゴムを発泡して形成された弾性層（スポンジゴム層）、あるいはシリコーンゴム層内に中空のフィラーを分散させ、硬化物内に気体部分を持たせ、断熱作用を高めた弾性層（気泡ゴム層）２２からなる。加えて、赤外線吸収効率向上のため、上記材料中に、カーボンブラックなどの黒色顔料を分散せしめた赤外線吸収材料分散して、弾性層を作成しても差し支えない。また、定着ローラ１８は、熱容量が大きく、また熱伝導率が少しでも大きいと、外表面から受けるカーボンヒータ１７の熱を内部に吸収しやすく、定着ローラ表面温度が上昇しにくくなるため、弾性層２２はできるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材質の方が、定着ローラ１８の立ち上がり時間に有利である。ここで、上記シリコーンゴムのソリッドゴム層は熱伝導率が０.２５〜０.２９Ｗ／（ｍ・ｋ）、スポンジゴム、気泡ゴムは０.１１〜０.１６Ｗ／（ｍ・ｋ）であり、スポンジゴム、気泡ゴムはソリッドゴムの約半分の値を示す。また、熱容量に関係する比重はソリッドゴムが約１.０５〜１.３０、スポンジゴム、気泡ゴムが約０.７５〜０.８５である。

従って、定着ローラ１８の弾性層２２の好ましい形態としては、熱伝導率が０.１５Ｗ／（ｍ・ｋ）以下で、比重が０.８５以下の断熱効果の高いスポンジゴムや気泡ゴム層の方が好ましい。また、定着ローラ１８の外径は小さい方が熱容量を抑えられるが、小さすぎると加熱ニップ部Ｈの幅及び定着ニップ部Ｎの幅がかせぎにくくなるため適度な径が必要である。弾性層１２の肉厚に関しても、薄すぎれば金属製の芯金２１に熱が逃げるので適度な厚みが必要である。以上を考慮して本実施例では、適正な加熱ニップ部Ｈを形成でき、且つ熱容量を抑えるために、肉厚が４ｍｍの気泡ゴムを用いて弾性層２２を形成し、外径がφ２０ｍｍの定着ローラ１８を使用した。

なお、気泡ゴムによる弾性層２２を形成するにあたり使用する中空フィラーとしては、ガラスバルーン、シリカバルーン、カーボンバルーン、フェノールバルーン、アクリロニトリルバルーン、塩化ビニリデンバルーン、アルミナバルーン、ジルコニアバルーン、シラスバルーンなど、いかなるものであっても構わない。また、芯金２１は従来例に記載しているような中空芯金でもよい。また、上記に述べた弾性層２２の上にはパーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂離型性層２３を形成する。あるいは、ＧＬＳラテックスコーティングを施したものであっても良い。離型性層２３はチューブを被覆させたものでも表面を塗料でコーティングしたものであってもどちらでもよい。
［４］加圧ローラ
加圧ローラ１９は、図６に示すように、定着ローラとほぼ同等の部材から構成される。即ち、芯金２４の表面に弾性層２５が形成され、その上方に離形層２６が構成されている。弾性層２５を構成する材料としては特に限定されるものではないが、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどの各種軟質ゴムおよびスポンジゴムを挙げることができ、例えばＬＴＶ、ＲＴＶ、ＨＴＶなどの耐熱性の良好なシリコーンゴムおよびシリコーンスポンジゴムを用いることが好ましい。芯金２４を構成する材料としては特に限定されるものではないが、アルミニウム、鉄、銅などの金属またはそれらの合金を挙げることができる。また離形層２５も定着ローラと同等の材料をコーティングしたりチューブを被覆することで、同等の特性を得ている。ただし、加圧ローラの熱容量が小さすぎると、連続プリント時に加圧ローラの蓄熱効果が十分でなく、カーボンヒータからの熱量供給を初期から下げることが出来ず非効率となるため、加圧ローラ１９の熱容量は定着ローラ１８より大きいことが望ましい。
［５］温度検知サーミスタ
温度検知サーミスタ２０は、図１及び図６に示すように、定着ローラ１８と非接触状態で、定着ニップNに記録材Pが突入直前の定着ローラ表面温度を検知することで、所望の定着温度が得られるように、カーボンヒータ１６への電圧デューティー比や波数等を適切に制御することで行っている。
［定着装置動作］
以上説明した定着装置１２の構成に基づき、実施例１における定着装置の作用を説明する。図7における、定着装置１２において、未定着トナーT1が転写された記録材Pが定着ニップに搬送される前に、定着工程としてカーボンヒータ１６にサーミスタ２０からの定着ローラ１８の表面温度検知結果に基づいて、所望の給電され、カーボンヒータは温まり、図中矢印（→）の如く赤外放射を行う。ここで、カーボンヒータ１６からの直接光は、矢印H1の如く、定着ローラ１８にほぼ垂直に入射することで、効率的に定着ローラを暖めることが可能である。続いて、半円筒形状の平面との境界から赤外放射される反射光H2は、図3で説明した、赤外線反射部材１７ａの略楕円面で反射され定着ローラ回転中心が楕円焦点に配置することから、定着ローラ表面に垂直に効率的入射する。同様に、半円上から放射され、赤外反射部材１７ａと反射する反射光H3も定着ローラに垂直に入射する。次に、半円部から赤外線放射され、図3に示す外線反射部材１７ｃ、１７ｄ平板部で反射される反射光H4、H5、H6について説明する。反射光H4は、赤外線反射部材１７ｃで反射後、１７aで反射され、H2、H3と異なり垂直ではなく若干効率は落ちるが定着ローラ１８に確実に入射してロスとなることはない。H5は、赤外線反射部材１７ｃ、１７ｄの合わせ目の定着ローラ１８に対して凸形状をしている、頂点の略外側から反射する赤外線であるが、赤外線反射部材１７ｄで反射後、１７ｂで反射され、定着ローラ１８に入射する。H6は、平板部１７ｄと略楕円形状部１７ｂの境目で反射する赤外線であるが、その後、１７ｂで再び反射してH4と同様に垂直ではないが、定着ローラ１８に確実に入射する。

上記構成では、１７ｃ、１７ｄ合わせ目にカーボンヒータから垂直に入射する１点のみの反射光が、直接カーボンヒータに当たりロスとなるだけであり、赤外線反射部材１７の赤外線反射特性のスペックどおり（９０％以上）の反射光をほぼ定着ローラ１８に入射することが可能となる。

上記構成により、実施例1では、非接触外部加熱方式の定着装置で、赤外線反射部材を配する、カーボンヒータを用いる構成において、複数の平板で構成される凸形状部で、カーボンヒータに遮られる反射光を定着ローラに入射することが可能となり、照射光のロスを防止して効率的な加熱定着装置及びこれを配する画像形成装置が実現できる。

更に付け加えると、赤外線反射部材の形状は、カーボンヒータ及び定着ローラの大きさに応じて任意に設計でき、更に平板部と円弧形形状の部材を別途成型した後、溶接等で結合し、赤外線反射面のみに金、銀、光輝アルミ等を蒸着、及び表面処理等で反射面を成型することで、容易に製造できる。
［実験１］
実施例1と従来例に示すカーボンヒータを用いた外部加熱方式の加熱定着装置において、比較実験を行った。
<実験方法>
［画像径装置］
本体：図２に示す構成のモノクロ印字画像形成装置〜電源100ｖ入力
プロセススピード：３００mm/sec 〜５０ｐｐｍ（Ａ4縦印字）
プロセスカートリッジ：トナー500ｇ充填、画像サイズＡ4サイズでドット比4％印字で１００００枚印字可能。
［定着装置］
カーボンヒータ：直径１０mm、長さ２４０mm半円筒形状のカーボンヒータを焼成により作成した。

材料：カーボン、カーボンブラック等を混合調整後押し出し焼成にて作成。

抵抗：ヒータ温度、２３０℃の時に、図４中A−Ｂ間で、２５Ω。

Ａ−Ｂ間通電部材でヒータ支持。

上記部材端部に給電線取り付け後、石英ガラス管にアルゴンガス封入で、封印してカーボンヒータ作成。

赤外線反射部材：
（１）従来例：厚み1ｔのアルミ部材を使用して以下寸法の略半楕円型反射部材を絞り加工にて長さ２５０mmに作成。

楕円中心から焦点距離２０mm、長軸１００mm、短軸４０mmを短軸側で半分にカットし、両端部が１０mm幅で平板状に延長している。内面を金蒸着した半楕円型円柱部材。

（２）実施例１：従来例と同様な手法で作成し、幅 １０mm 、長さ２５０mmの平板２枚を角度１２０°で溶接結合した部材を（１）で示す、半楕円型円柱部材の長軸側頂点部を切り取り、溶接により接合。その後内面を金蒸着処理。

⇒カーボンヒータ側に凸形状を配する反射部材となる。

定着ローラ：φ４２からなる、アルミ芯金２１上に弾性層２２として厚み４ｍｍのシリコーンゴム中に中空フィラーを分散させた気泡ゴムタイプのものを使用した。定着ローラ１８の表層には３０μｍの厚さのＰＦＡチューブ２３を形成した。

加圧ローラ：定着ローラ１８と同様な材料でφ２２からなる、アルミ芯金２４上に弾性層２５として厚み４ｍｍのシリコーンゴム中に中空フィラーを分散させた気泡ゴムタイプのものを使用した。加圧ローラ１９の表層には３０μｍの厚さのＰＦＡチューブ２５を形成した。

温度検知サーミスタ：放射温度検知方式の温度検知サーミスタ２０を定着ローラ１８と２０mm離して配置。
［実験確認］
上記、画像形成装置、定着装置を使用して、温度15.0℃、湿度10％の環境で、本体電源投入後、定着装置が冷めた状態で、日本製紙製 Ａ4サイズ、坪量128［ｇ/cm²］のＮＰＩ紙を使用して、Ａ4サイズ/ドット比4％の文字パターンを温度サーミスタが２２０℃となるよう、カーボンヒータを温度制御して、51枚連続プリントした際に、定着装置の消費電力を測定した結果を表1に示す。表1において、実施例1の方が従来例に比べ、プリント初期において約10％電力が削減できていることが判る。プリント後半は、加圧ローラが若干暖まることで、プリント紙間で、加圧ローラから定着ローラに熱が伝導することで、消費電力は低下するが、従来例に比べて、実施例1では、約5％ほど電力が低下していることが判る。

以上、従来例では、直接カーボンヒータに反射する反射光を、実施例1により、平板反射部材で、楕円部材側に反射したのち、定着ローラに入射させることで、定着ローラへの集熱効果が効率的になったことが確認できた。

（実施例２）
実施例1では、直接カーボンヒータに反射する反射光を複数の平板形状の赤外線反射部材と略楕円形状の赤外線反射部材を組み合わせることで、反射効率のアップを図った。しかしながら、上記部材を加工することは、寸法精度及び加工性等を考慮した場合、楕円形状が特殊形状であることから、コストアップに繋がる場合があった。そこで以下に実施例2を示す。図8は、実施例２における定着装置２７の構成を表す断面図である。図中、実施例1と同じ番号の部材は、同じ機能であり、説明を省略する。合わせて、実施例１で示した画像形成装置で使用可能であることは言うまでもない。２８は、カーボンヒータであり、三角柱形状をしており、５９は封止用のガラス管である。カーボンヒータ２８の放射面を２８ａ、２８b、２８cとすると、図9に示すように２８aが底辺である二等辺三角形を底面とする三角柱形状のカーボンヒータ２８となっている。続いて、２９は、赤外線反射部材であり、図10に示すように２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄから成る4枚の平板で構成され内面は、実施例1と同様に赤外線反射部材２９の反射面は、光輝アルミや金、銀などが蒸着、メッキ処理等、表面処理３１がなされ、赤外線を90％以上反射できるように成形されている。上記構成において、定着装置２７作用を説明する。カーボンヒータ２８a〜ｃに通電され赤外放射が行われる行程は、実施例1と同じであるが、まず直接光は放射面２８aから放射され、定着ローラ１８に垂直に入射する。続いて、放射面２８ｂ、２８ｃからの放射光は赤外線反射部材２９a、２９bで反射した後、定着ローラ１８に斜めから入射することで、カーボンヒータからの赤外光を遮られることなく効率的に定着ローラの加熱が可能となる。

しかしながら、図8の構成では、赤外線反射部材からの反射光が、定着ローラ１８に斜めに入射することで、定着ローラ１８への赤外線熱量の吸収効率が非効率な場合があった。そこで、変形例を以下に示す。図１１に示す加熱定着装置３４において、赤外線反射部材２８の形状を３２として、３２a、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄから成る4部品とすることで、反射光が３２a、３２ｂで反射することで、定着ローラ１８に略垂直に入射することで、赤外線熱量の定着ローラへの吸収効率がアップし、カーボンヒータからのロスをほとんど無く定着ローラの加熱が可能となることはいうまでも無い。上記説明のように、底面が二等辺三角形形状から成る三角柱形状のカーボンヒータを用いた場合、二等辺三角形底辺側の直接光は、拡散することなく定着ローラに垂直に照射される。更に三角柱二等辺側の面からの照射光は、前述の二等辺三角形底辺の垂直二等分線延長上で対象な平面形状で反射され、遮られること無く定着ローラに垂直に照射する。これによりほぼカーボンヒータからの照射光のロス無く効率的に定着ローラを加熱できる。加えて、赤外線反射部材を平板の組み合わせて、作成することが可能となり、略楕円形状の反射部材を使用する場合に比べ、寸法精度、加工性がアップすることでコストダウンが可能となる加熱定着装置及びこれを配する画像形成装置が提供できる。合わせて、ハロゲンヒータを使用する場合に比べ、フリッカの発生を低減できることは言うまでもない。
［実験２］
実施例2に提示した、図8、11に示す熱定着装置２７、３４を使用して実験1と同様に実験を行った。なお実験方法の概要は、実験1と同様であり、カーボンヒータ２８、赤外線反射部材２９、３２の構成のみ下記に示すように変更している。

カーボンヒータは、底辺１５mm 、高さ２０mmである二等辺三角形を底面として長手２４０mmである三角柱形状のカーボンヒータ（図中２８a＝１５mm、２８ｂ及び２８ｃ＝１８.５mm）。上記ヒータを押し出し成型後、焼成にて作成。その後給電線接着後、アルゴンガス封入石英管ガラスで封止を行いカーボンヒータを作成。抵抗値は、ヒータ温度が２３０℃の時に25Ωである。

赤外線反射部材は、厚み１ｍｍ、長手幅２５０mmであり、アルミ部材を以下の寸法でＭＣ加工後、内面を金蒸着して作成。赤外線反射部材２９の２９a及び２９bの部分の幅は２２.５mm、２９c及び２９dの部分の幅は３０.０mm。赤外線反射部材３２の３２a及び３２bの部分の幅３３.５mm、３２c及び３２d部分の幅は３０.０mm。

上記構成に基づいて、実験１と同様な実験を行った結果を表２に示す。表において、図８を実施例2−1、図１１を実施例２−2としている。表2において、実施例２−１の構成では、表1に示す実施例1に比べ従来例との電力差が僅かであり、改善効果が十分ではないが、実施例２−２の構成では、反射光が垂直に定着ローラに入射することで、定着ローラの昇温効果が実施例1と同レベルであり、効率的に定着工程がコストダウンして可能なことが確認できた。

（実施例３）
以上、異方放射性を有するカーボンヒータを半円柱及び三角柱の形状としてやり、赤外線反射部材の形状を平面及び曲面形状等とすることで、反射光のカーボンヒータに投射してロスすることなくフリッカを防止した、外部加熱定着装置を提案した。ここで、押し出し焼成等により、カーボンヒータは任意形状が作成できるが、形状が特殊となることで、コストアップする場合や物理的強度が不足する場合があった。そこで以下に実施例３を述べる。図１４は、実施例３における加熱定着装置の構成図であり、６０はカーボンヒータ、６１は赤外線反射部材である。６０は、直方体形状しており、各ヒータ放射面から垂直方向に方熱され、直接光は当然のこと、反射光も定着ローラの反対面以外は、赤外線反射部材６１で定着ローラ１８に照射されることで、エネルギーロスなく簡易なカーボンヒータ及び赤外線反射部位形状で、実現できる。例えば、図１５に示すように、赤外線反射部材を６３に示すように、三角形状にしても問題ない。

１ 感光ドラム
２ 帯電ローラ
３ 露光手段
４ 現像装置
５ 転写ローラ
６ クリーニング装置
７ 給紙カセット
８ 給紙ローラ
９ 搬送ローラ
１０ トップセンサ
１１ 搬送ガイド
１２ 定着装置
１３、１４ 排紙ローラ
１５ 排紙トレイ
１６ カーボンヒータ
１７ 赤外線反射部材
１８ 定着ローラ
１９ 加圧ローラ
２０ 温度検知サーミスタ
２１、２４ 芯金
２２、２５ 弾性層
２３、２６ 離型性層
２７ 定着装置
２８ カーボンヒータ
２９ 赤外線反射部材
３０、３１、３３ 内面処理
３２ 赤外線反射部材
３４ 定着装置
５８、５９、６２ 封止ガラス
６０ カーボンヒータ
６１ 赤外線反射部材

Claims (4)

1. 未定着トナー像が形成された記録材を、加熱用回転体と対向して配置された赤外線源で構成される加熱ユニットを配し、前記加熱用回転体と加圧部材との圧接により形成されるニップ部に、前記記録材を通過させることで、前記未定着トナー像を記録材上に加熱定着させる加熱定着装置において、前記赤外線源が異方放射性を有するカーボンヒータであることを特徴とする加熱定着装置。
2. 前記カーボンヒータが赤外線反射部材に内包しており、前記赤外線反射部材からの反射光が前記カーボンヒータ面を通過しないことを特徴とする請求項1に記載の加熱定着装置。
3. カーボンヒータが半円柱形状であり、前記カーボンヒータが、赤外線反射部材を半楕円形状に近似した場合の楕円焦点位置に配置され、かつカーボンヒータの平面部が前記加熱用回転体と対向しており、合わせてもう1つの前記楕円焦点位置に加熱用回転体の中心が配置しており、前記赤外線反射部材が、前記カーボンヒータの曲面側に、平面形状を組み合わせた凸形状を有し前記凸形状の端部が円弧形状部材と当接することを特徴とする請求項2に記載の加熱定着装置。
4. カーボンヒータが少なくとも底面が二等辺三角形からなる三角柱形状であり、更に前記二等辺三角形底辺側の平面部が、加熱用回転体と対向しており、赤外線反射部材が前記カーボンヒータの二等辺三角形底辺の垂直二等分線延長上で対象な平面形状を有し、かつカーボンヒータ側から見た角度が鋭角であることを特徴とする請求項2に記載の加熱定着装置。

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