JP3835297B2

JP3835297B2 - 定着装置

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Publication number: JP3835297B2
Application number: JP2002014802A
Authority: JP
Inventors: 龍一郎前山; 竜一稲宮
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: JP2003215964A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、レーザビームプリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置、およびこの画像形成装置に用いられる定着装置、加熱ヒータ等に係り、より詳しくは、加熱定着を行う画像形成装置、加熱定着を行う定着装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機、レーザビームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、例えば感光体ベルトなどの潜像担持体に画像情報に応じた電位分布によって静電潜像を形成し、その静電潜像をトナーで現像して未定着トナー像を転写材に形成し、この転写材に形成されたトナー像を定着装置にて加熱溶融して、転写材に定着させている。このような定着装置では、例えば加熱ヒータを内蔵する定着ロールを備え、例えば内蔵するＣＰＵによってこの加熱ヒータへの通電制御が行われ、定着ロールの温度を所定温度に維持するように構成されている。
【０００３】
一方、定着ロールには、加熱ヒータとしてハロゲンヒータが広く用いられている。このハロゲンヒータは、例えばタングステンの抵抗体からなり、例えば、電源オフの状態から通電を開始する朝一番の状態では、このタングステンが冷えた状態にあって抵抗値が非常に低い。そのために、例えば１００Ｖを印加すると、インラッシュ電流(突入電流)として８０〜９０Ａ程度が一気に流れてしまう。その結果、電圧降下が発生し、蛍光灯のちらつき、所謂フリッカが生じる。
【０００４】
このフリッカ対策として、例えば、ハロゲンヒータをそのまま用い、このハロゲンヒータに対してパワーサーミスタを直列に接続する方式が提案されている。このパワーサーミスタは、負の温度―抵抗特性、即ち、温度が上昇すると抵抗値が下がるという性質を備えており、ヒータへの通電初期時にはパワーサーミスタの温度も低く、抵抗値が大きい。この大きな抵抗値によって、ヒータに対して発生する突入電流を防止することが可能である。
また、位相制御回路を設け、ヒータに対する通電回路の開閉を行うトライアックの切り替えを位相制御する方式が提案されている。この方式では、例えば、通電初期から徐々にゲート信号の位相角を大きくし、電流を徐々に増加させることで、突入電流を防止するように制御される。
更に、例えば特開平５−３２４１０１号公報には、ヒータ内に２本の抵抗Ｒ１,Ｒ２を配置し、定着ロールの温度が低い通電初期時には抵抗Ｒ１のみに電流を流して突入電流を低く押さえ、定着ロールの温度が上昇した際には抵抗Ｒ１,Ｒ２の双方に電流を流して合成抵抗を小さくする技術について開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したパワーサーミスタを直列に接続させる方式では、パワーサーミスタ自身が低温であるときはフリッカ対策として有効に機能するものの、温まってくると抵抗値が下がってしまうことから、パワーサーミスタ自身の温度上昇時、例えば通常のコピーシーケンス時(連続通紙中)における定着ロールの温度制御に利用することができない。
また、位相制御回路を使用する方法では、位相角の制御の必要性から高周波の制御信号が出力され、この信号がノイズとなり、他の回路や機器に悪影響を及ぼしてしまう。
更に、例えば上述した特開平５−３２４１０１号公報の技術では、ヒータ構成が複雑であり、製造が非常に困難である。
【０００６】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、定着装置等に用いられる加熱ヒータにおいて、通電初期時の突入電流を抑制することにある。
また他の目的は、画像形成装置における連続通紙中であっても突入電流を抑制することにある。
更に他の目的は、複雑な温度制御を必要とせずに、安定した加熱温度を維持することにある。
また更に他の目的は、定着装置の定着ロール等を加熱するに際して、熱量分布を容易に得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明は、例えば画像形成装置に用いられる定着装置の加熱部材に対して、発熱素子として例えばハロゲンランプと共にカーボンランプを配置することで、擬似抵抗のスイッチング、トランスでの電圧調整、パワーサーミスタの介在、等の対策を施さずに突入電流を抑制することを特徴としている。即ち、本発明は、未定着像を有するシート材に対し、例えば加熱ロール等の加熱部材や加圧ロール、加圧ベルト等の所定部材を用いて加熱定着を施す定着装置であって、この所定部材を加熱する第１の発熱素子と、この第１の発熱素子の近傍に設けられ所定部材を加熱すると共に、この第１の発熱素子に比べて遠赤外線の放射量が大きい第２の発熱素子とを備えることを特徴としている。
【０００８】
ここで、この第２の発熱素子は、炭素系発熱体、カーボンランプであることを特徴とすることができる。また、この第２の発熱素子は、平角状の炭素材を鉛直方向に立てた状態に配置されることを特徴とすれば、炭素材のたわみによる悪影響を軽減することができる点で好ましい。
【０００９】
更に、この所定部材は、シート材に接触して回転する加熱ロールを含み、第１の発熱素子および第２の発熱素子は、この加熱ロールの内部に機械的に並列に設けられることを特徴とすることができる。また更に、この加熱ロールは、ロールを形成するコアの内面における所定箇所(例えば両端面)に有機物(例えばポリイミド)を塗布する等、熱量受領部が少なくとも有機物で構成される領域を設けることで、炭素系発熱体である第２の発熱素子に対する配光分布に相当する熱量分布を得ることができる。
【００１０】
また、本発明が適用される定着装置は、未定着像を有するシート材に対して加熱定着を施す定着装置であって、ピーク波長が遠赤外領域にある発熱素子と、この発熱素子によって加熱されると共に一部に有機物を有する加熱部材とを備えることを特徴としている。ここで、この加熱部材としては、この発熱素子に対向する一部に対して有機物がコーティングされた金属ロールであることを特徴とすることができる。また、金属ロールの代わりに、有機物がコーティングされたベルト部材とすることもできる。
【００１１】
一方、本発明が適用される加熱ヒータは、常温における抵抗値が高温時の抵抗値よりも低い第１の発熱素子と、この第１の発熱素子と電気的に直列または並列に設けられ、第１の発熱素子に流れる突入電流を抑制するために第１の発熱素子に比べて遠赤外線の放射量が大きい第２の発熱素子とを備えることを特徴としている。ここで「加熱ヒータ」とは、ヒータ管(ランプ)単体である場合の他、複数のランプを内蔵したロール等の形態がある。以下、同様である。また、この第２の発熱素子は、広い平面部を備える平角状の炭素材からなり、第１の発熱素子に対してこの平面部を対向させて配置されることを特徴とすれば、第２の発熱素子の有する指向性を活用し、他方の発熱素子である第１の発熱素子を積極的に加熱することができる点で優れている。
【００１２】
更に他の観点から把えると、本発明が適用される加熱ヒータは、ガラス管と、このガラス管の内部に設けられ、所定の波長の光を出力するためのフィラメントと、ガラス管の内部に、フィラメントに対して機械的に並列または直列に設けられる炭素材とを備えることを特徴としている。
【００１３】
一方、本発明が適用される画像形成装置は、シートを搬送するシート搬送手段と、このシート搬送手段により搬送されたシートに対して画像形成を施す画像形成手段と、この画像形成手段により画像形成がなされたシートに対して加熱定着を施す定着手段とを備え、この定着手段は、発光波長の異なる複数の発熱素子(例えば、炭素系発熱体であるカーボンランプ、およびハロゲンランプ)により加熱されることを特徴としている。
【００１４】
更に本発明が適用される画像形成装置は、炭素系発熱体であるカーボンランプにより加熱され、画像形成手段により画像形成がなされたシートに対して加熱定着を施す定着手段とを備え、この定着手段に対する電源投入時にカーボンランプに通電し、定着手段への突入電流を抑制することを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示した図である。図１に示す画像形成装置は、電子写真方式により画像形成を行う本体側と共に後処理装置１３が示されている。この本体側では、光が照射することにより導電性が変化する潜像担持体である感光体ベルト１、感光体ベルト１を帯電する帯電ロール２、感光体ベルト１に原稿Ｐsによる反射光を照射させる露光系部材３、感光体ベルト１に帯電トナーを供給する現像装置４、転写位置において感光体ベルト１に転写電圧を印加する転写ロール５、画像形成がなされた用紙(シート材)Ｐoに対し、即ち、用紙Ｐoに転写された未定着トナー像を加熱加圧して定着させる定着装置６、転写後の感光体ベルト１をクリーニングするクリーニング装置７、清掃後の感光体ベルト１を除電するための除電ランプ８を備えている。この露光系部材３は、原稿Ｐsが載置されるプラテンガラス３ａ、この原稿Ｐsに光を照射させながら移動する露光ランプ３ｂ、原稿Ｐsからの反射光を感光体ベルト１上における所定の位置に結像させる光学素子３ｃを備えている。
【００１６】
また、この画像形成装置は、原稿トレイ９ａに載置された複数の原稿Ｐsをプラテンガラス３ａ上に供給する自動原稿送り装置９、転写材(シート材)である用紙Ｐoを積載して収容する用紙トレイ１０を備え、この用紙トレイ１０は、異なった種類やサイズの用紙Ｐoを積載できるように複数段、配置されている。また、用紙トレイ１０とは別のサイズや種類の用紙Ｐoを積載する場合等に用いられる手差しトレイ１１、用紙トレイ１０や手差しトレイ１１から供給された用紙Ｐoを搬送する用紙搬送路１２を備えている。この用紙搬送路１２は、定着装置６から排出された用紙Ｐoを反転させて搬送させ、両面印刷を可能とする反転搬送経路を提供している。また、本体側にて印刷された用紙Ｐoに対して後処理を施す後処理装置１３では、後処理を施さずに定着後の用紙Ｐoを出力するためのトップトレイ１３ａ、帳合やソートを実行するに際して２０ビンのソータを形成するビントレイ１３ｂ、用紙Ｐoをホチキス止めするステープラ１３ｃを備えている。また、所定の大きさからなるタッチパネルとしての液晶ディスプレイを備え、例えばこの液晶ディスプレイに触れることで画像形成装置の設定等を行うユーザインタフェース装置１４を備えている。
【００１７】
図２は、本実施の形態が適用される定着装置６の構成を説明するための図である。この定着装置６では、その主要部として、まず、加熱されて用いられる定着ロール２０、この定着ロール２０に対向して用紙Ｐoを加圧するエンドレスベルト２１、エンドレスベルト２１を介して定着ロール２０に押圧される状態で配置される圧力パッド２２を備えている。また、本実施の形態では、定着ロール２０の加熱部材(発熱体)として、タングステンからなるハロゲンランプ２５、平角状(板状)の炭素(カーボン)素材により遠赤外領域の光を発光する炭素系発熱体であるカーボンランプ２６、ハロゲンランプ２５をカーボンランプ２６によって積極的に温めるための反射部材２７を備えている。図２では、このハロゲンランプ２５とカーボンランプ２６とは機械的に並列に配置され、電気的には直列または並列に接続されている。
更に、エンドレスベルト２１がスムーズに摺動回転するように用いられるベルト走行ガイド２３、定着ロール２０の表面の温度を計測する温度センサ２４、定着後の用紙Ｐoを定着ロール２０から剥離するための剥離部材２８を備えている。尚、図示しないが、ハロゲンランプ２５とカーボンランプ２６とを電気的に直列に接続する方法としては、例えば、ハロゲンランプ２５とカーボンランプ２６との両者における一方の端子を接続し、各々の他方の端子から導通を取る方法が考えられる。また、電気的に並列に接続する方法としては、ハロゲンランプ２５とカーボンランプ２６との両者における両方の端子を接続し、何れかのランプにおける両方の端子側から導通を取れば良い。
【００１８】
ハロゲンランプ２５は、ガラス管内に窒素やアルゴンなどの不活性ガスと共に微量のハロゲン化物(ヨウ素、臭素、塩素、フッ素)を封入した白熱電球であり、ピーク波長として例えば１.７μｍ程度と、近赤外線領域にて高い放射強度特性を有する。このハロゲンランプ２５と機械的に並列して設けられるカーボンランプ２６では、ピーク波長が遠赤外領域(特に２.５〜８μｍ)にあり、遠赤外線の放射量がハロゲンランプ２５に比べて例えば約３０％以上アップしている。また、このカーボンランプ２６は、スイッチオンの数秒後に最高温度に達する速熱性を備えている。尚、赤外線とは、可視光線の長波長端の０.７６〜０.８３μｍを下限とし、上限を１ｍｍくらいまでの電磁波であり、例えば波長２.５μｍ以下を近赤外線、２.５μｍ以上を遠赤外線と分類することができる。人体を含む有機物は、この遠赤外線波長領域にて熱を吸収し易い特性を備えている。
【００１９】
定着ロール２０は、円筒状の芯金である金属製のコア２０ａ、このコア２０ａの周囲に設けられる耐熱性断熱体層２０ｂ、およびこの耐熱性断熱体層２０ｂの周囲に設けられる離型層(耐熱性樹脂層)２０ｃを備えている。コア２０ａ、耐熱性断熱体層２０ｂおよび離型層２０ｃは、定着回転体として、図示しないモータによって矢印Ｂ方向に回転される。コア２０ａはこの定着回転体の基材として機能し、例えば肉厚が約３ｍｍのアルミニウムで構成されている。アルミニウムの他には、鉄やステンレス等、熱伝導率の高い金属性の円筒体を使用することができ、鉄製の場合には、例えば外径２０〜３５ｍｍ程度、肉厚０.３〜０.５ｍｍ程度のものを使用することができる。もちろん、使用する材質により強度や熱伝導率が異なることから、最適な寸法は適宜、決定することができる。尚、後述するように、このコア２０ａの内面には、カーボンランプ２６を用いた際の所定の発熱分布を確保すべく、ポリイミド等の有機物を塗付(コーティング)することができる。また、この定着ロール２０の表面温度は、温度センサ２４によって計測され、図示しない温度コントローラによって定着ロール２０の表面温度が一定となるように、ハロゲンランプ２５およびカーボンランプ２６がフィードバック制御される。
【００２０】
コア２０ａの表面に形成される耐熱性断熱体層２０ｂとしては、耐熱性の高い弾性体、例えば、ゴム強度２５〜４０°(ＪＩＳ−Ａ)程度のゴム、エラストマー等の弾性体、具体的にはシリコーンゴム、フッ素ゴム等を用いることができる。また、耐熱性断熱体層２０ｂの上に形成される離型層２０ｃとしては、離型性や磨耗性を考慮して、フッ素樹脂やシリコーン樹脂が用いられる。シワの発生を抑制し、その一方で光沢ムラ等の画質欠陥の発生を抑制する観点から、離型層２０ｃとしては、５〜３０μｍ、より好ましくは１０〜２０μｍの厚さで形成することができる。
【００２１】
エンドレスベルト２１は、定着ロール２０に対して所定の角度、巻き付けられるように接触してニップ部を形成している。このエンドレスベルト２１は、例えばベース層とその表面(定着ロール２０と接する面または両面)に被覆された離型層とから構成される。ベース層は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等から選定され、例えば５０〜１２５μｍ程度の厚さである。また離型層は、フッ素樹脂、例えばＰＦＡ(テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル共重合樹脂)等が５〜２０μｍの厚さでコーティングされる。
【００２２】
このエンドレスベルト２１の内側に配置される圧力パッド２２は、幅の広いニップ部を確保するための弾性部材２２ａ、この弾性部材２２ａにおけるエンドレスベルト２１と接触する面に設けられる低摩擦層２２ｂ、定着ロール２０に歪みを与えるためにニップ部の出口側に配置される剥離ニップ部材２２ｄを備え、例えば金属製のホルダ２２ｃによって保持されている。この弾性部材２２ａは、ほぼ定着ロール２０の外周面に倣う凹型に構成され、定着ロール２０に一定の歪みを生じさせている。エンドレスベルト２１は、定着ロール２０の回転により従動回転する。
【００２３】
図１に示す転写ロール５を経て搬送された用紙Ｐoには未定着トナー像Ｔが転写されており、この用紙Ｐoは、図２に示す矢印Ａ方向にニップ部に向けて搬送される。ニップ部に挿入され搬送された用紙Ｐoは、ニップ部に作用する圧力と、ハロゲンランプ２５およびカーボンランプ２６により定着ロール２０を通じて与えられる熱とによって、定着される。そのとき、圧力パッド２２とエンドレスベルト２１によって安定した定着性能が確保され、また、剥離ニップ部材２２ｄにより定着ロール２０の歪みが局所的に大きくなることによって、小さい歪み量で高い離型性能を得ることができ、薄膜の離型層２０ｃを設けた場合にもシワの発生を抑制することができる。
【００２４】
次に、定着ロール２０の加熱について説明する。
前述したように、定着ロール２０の内部には、ハロゲンランプ２５、およびカーボンランプ２６等の放射強度特性として対応波長領域の異なる複数種類のランプヒータが配置されている。従来から画像形成装置の加熱素材として広く用いられているハロゲンランプ２５が単体の場合には、タングステン線における電源入力時の突入電流に対する特別な対策が必要であった。本実施の形態では、カーボンランプ２６をハロゲンランプ２５と共に定着ロール２０の内部に配置し、このカーボンランプ２６とハロゲンランプ２５とを電気的に直列または並列に接続するように構成することで、突入電流に対する特別な対策を不要としている。ここで突入電流とは、例えばハロゲンランプ２５に電源を投入したときに、定格電流値の数倍〜数十倍の値で流れる電流であり、例えばハロゲンランプ２５の発熱体であるタングステン線が常温にて抵抗値が小さいこと等に起因して発生する。
【００２５】
図３(ａ),(ｂ)は、本実施の形態にて用いられるカーボンランプ２６の構成を示した図であり、図３(ａ)はカーボンランプ２６の斜視図、図３(ｂ)は定着ロール２０の内部にカーボンランプ２６を取り付けた状態を示す断面図である。カーボンランプ２６は、透明石英管３１の中に、両端をタングステンコイル３２により支持された平角状の炭素材からなる発熱体３３が設けられている。黒体である炭素(炭)は、遠赤外線の放射率が高いことが知られており、このカーボンランプ２６では、発熱体３３に炭素系材料を使用し、遠赤外線放射量を多くしている。また、このカーボンランプ２６では、前述のようにピーク波長が遠赤外領域(特に２.５〜８μｍ)にあり、有機物の吸収波長域で遠赤外線の放射強度量が高い特性を備えている。更に、電源投入後、数秒後に最高温度に達する速熱性がある。
【００２６】
本実施の形態では、このカーボンランプ２６をハロゲンランプ２５に対向して配置し、直列または並列に接続することで、電源投入直後は、パワーサーミスタと同様な機能により、カーボンランプ２６の抵抗によってハロゲンランプ２５に発生する突入電流を抑制することができる。その結果として、電源投入時に蛍光灯がちらつくフリッカを抑制することができる。また、カーボンランプ２６が温まった状態では、ハロゲンランプ２５の発熱体であるタングステンが温まっていることから、抵抗値が下がらない。即ち、通常の動作時(連続通紙中、コピーシーケンス)において、カーボンランプ２６が温度上昇しても、対向する他の加熱源を加温することから、他の加熱源の突入電流を防ぎ、フリッカ防止機能を高めることができる。尚、本実施の形態では、図２に示す反射部材２７を設けている。この反射部材２７は、カーボンランプ２６の指向性を高めるために用いられ、ハロゲンランプ２５を積極的に温めることで、ハロゲンランプ２５内のタングステンフィラメントにおける加温を促進し、抵抗値を上げることで、突入電流の防止を更に強化している。
【００２７】
ここで、図３(ｂ)に示すように、カーボンランプ２６は、定着ロール２０に取り付けられた際に平角状の発熱体３３が縦置きにされ、即ち、発熱体３３の断面長手を鉛直方向と略同方向となるように配置されている。発熱体３３の断面長手が鉛直方向と直交する方向、即ち横置きに配置すると、炭素の板状部材である発熱体３３がその自重によりたわみ(へたり)、発熱体３３における管長手方向の中央部が、透明石英管３１の内壁に接触する場合がある。図３(ｂ)に示すような位置に発熱体３３を配置することで、発熱体３３のたわみ(へたり)による透明石英管３１の内壁との接触を防止することができる。これによって、ランプ形状を小さくすることも可能となる。更には、この発熱体３３が平角状であることから指向性を備えており、即ち、広い平面を有する平角状の部材である発熱体３３の平面をハロゲンランプ２５側に向けることで、他方の発熱素子であるハロゲンランプ２５を積極的に加熱することが可能となり、例えば連続通紙中においてもフリッカ防止機能を高めることができる。図２に示すように、ハロゲンランプ２５の横にカーボンランプ２６を並行して配置した場合には、図３(ｂ)に示すように平角状の部材を立てることで、かかる指向性を確保することが可能となる。
【００２８】
また、図２では、ハロゲンランプ２５に対してカーボンランプ２６を１本備えて定着ロール２０に配置するように構成したが、カーボンランプ２６を更に増やし、複数本(例えば２〜３本)のカーボンランプ２６によってハロゲンランプ２５を囲むように配置することも可能である。また、その配置としては、各ランプを並べて配置する場合の他、例えばピラミッド型等に積み重ねて配置することもできる。即ち、対応発光波長の異なる複数のランプを自由に組み合わせて、加熱部材として用いることが可能である。
【００２９】
このように、本実施の形態が適用される技術は、通電時に発熱する複数の発熱素子(ハロゲンランプ２５とカーボンランプ２６)を内蔵し、これらの発熱素子の全てに通電可能な状態と、一部だけに通電可能な状態とで切替可能に設けられる発熱体を用いた加熱制御方法として実現することができる。このとき、一部に炭素系発熱体であるカーボンランプ２６を用いた状態にて、加熱開始時には全ての発熱素子に通電することで、パワーサーミスタを導入したときと同様に突入電流を軽減することができる。また、連続通紙中には、カーボンランプ２６が温度上昇しても、ヒータとして他の加熱源を加温することから、他の加熱源の突入電流を防ぐことが可能となる。
【００３０】
図４(ａ),(ｂ)は、本実施の形態における応用例を示した図であり、図２に示すハロゲンランプ２５およびカーボンランプ２６の代わりに、定着ロール２０の内部に、これらの機能を兼ね備えた１本の管が加熱ヒータとして設けられる。図４(ａ)は平面図であり、図４(ｂ)は図４(ａ)の断面Ｈ−Ｈを示している。ここでは、１本の楕円形状からなるガラス管４０の中に、カーボンヒータである炭素材４１とハロゲンヒータであるタングステンフィラメント４２とが平行(機械的に並列)な状態にて配置され、このガラス管４０の内部には、２気圧の窒素と、ハロゲン化物として数ＰＰＭの臭素ガスとが封入されている。炭素材４１は、図３に示すカーボンランプ２６の発熱体３３と同様の構成からなり、また、タングステンフィラメント４２は、ハロゲンランプ２５の内部に存在する発光体と同様の構成からなっている。例えば１００Ｖ,３００Ｗの炭素材４１と１００Ｖ,３５０Ｗタングステンフィラメント４２とを電気的に直列に接続して１００Ｖ,７５０Ｗの加熱ヒータを構成することができる。勿論、電気的に並列に接続することも可能である。尚、電気的に直列に接続する方法としては、図４(ａ)に示す加熱ヒータの一端にある２つの端子を接続し、他の一端にある２つの端子から電力を供給すれば良い。また、電気的に並列に接続する方法としては、両端の各々にある２つの端子を各々接続し、加熱ヒータの両端の任意の端子から電力を供給すれば良い。
【００３１】
画像形成装置の電源投入時には、炭素材４１が急速に加熱され、タングステンフィラメント４２を温める。炭素材４１は、パワーサーミスタと同様に機能して、タングステンフィラメント４２に対する突入電流の発生を防止し、フリッカを抑制することができる。また、連続通紙中に温度上昇しても、タングステンフィラメント４２を加温することにより、突入電流を抑制することが可能となる。尚、図４(ｂ)に示すように、炭素材４１は、広い平面部を有する平角状の部材であり、この平面部がタングステンフィラメント４２に向くように配置されることで、炭素材４１の有する指向性を有効に活用し、タングステンフィラメント４２を積極的に加温することができる。
【００３２】
図５(ａ),(ｂ)は、本実施の形態における他の応用例を示した図である。図５(ａ),(ｂ)では、加熱ヒータとしてガラス管５０の内部に炭素材５１とタングステンフィラメント５２とを機械的に直列に配置し、これらを電気的にも直列に接続している。また、図５(ａ)では、ガラス管５０の両端に炭素材５１を設けて中央部にタングステンフィラメント５２を設け、図５(ｂ)では、ガラス管５０の両端にタングステンフィラメント５２を設けて中央部に炭素材５１を設けている。この図５(ａ),(ｂ)に示すように炭素材５１とタングステンフィラメント５２とを直列的(機械的に直列)に配置した場合であっても、図４(ａ),(ｂ)に示すような並列的(機械的に並列)に配置した場合と同様に、熱的なロスを少なくした状態にてフリッカを抑制することが可能となる。尚、炭素材５１およびタングステンフィラメント５２の長さ(割合)は、その用い方によって任意に決定することができる。
【００３３】
図６(ａ),(ｂ)は、更に他の応用例を示した図である。ここでは、図２に示した定着ロール２０のコア２０ａにおける両端面の内面に対して、有機物であるポリイミド６０を塗布した例を示している。この例では、コア２０ａの両端面から所定の長さ(例えば約５ｃｍ)の範囲で、約３０μｍの厚さでポリイミド６０がコーティングされている。ハロゲンランプ２５は内部に設けるフィラメントの形状に細工を加えることで希望とする配光分布を確保することが可能であるが、カーボンランプ２６は、鉛筆の芯と同様な炭素の焼結体であり、簡単に形状を変形させて加工することができず、配光分布を持たせることは難しい。その一方で、カーボンランプ２６は、波長が遠赤外線側にシフトしていることから、金属よりも有機物にて吸収が高まる。そこで、この応用例では、得ようとする発熱分布に適合させて有機物であるポリイミド６０を塗付し、金属よりもポリイミド６０側が加温されるので、ランプ側に配向分布を作らない場合であっても、簡単に定着ロール２０の発熱分布を作ることができる。即ち、図６(ａ)に示すように、コア２０ａの両端にポリイミド６０を塗付することで、図６(ｂ)に示すように、コア２０ａの両端が高温となる発熱分布を生成することが可能となり、定着ロール２０を装置本体に取り付けた際、例えばコア２０ａの両端側から機構部等を介して熱が逃げた場合であっても、定着ロール２０全体として均一な温度を確保することが可能となる。
【００３４】
以上説明したように、本実施の形態では、ハロゲンランプ２５とカーボンランプ２６、ガラス管４０,５０に設けられる炭素材４１,５１とタングステンフィラメント４２,５２等、発光波長領域の異なる複数の発熱素子を、例えば定着ロール２０に内蔵し、加熱開始時には全ての発熱素子に通電するように構成した。遠赤外線の放射率が高い炭素系発熱体であるカーボンランプ２６や炭素材４１,５１は、加熱開始時において、パワーサーミスタをハロゲンランプ２５およびタングステンフィラメント４２,５２に接続させるものと同様な効果を得ることができる。例えば、ハロゲンランプ２５(タングステンフィラメント４２,５２)だけでは、加熱開始時にて、通常８０Ａの突入電流が発生するのに対して、カーボンランプ２６(炭素材４１,５１)を設けることで、ほとんど突入電流が発生しなくなり、加熱開始時におけるフリッカの発生を抑制することができる。また、通常の使用時(コピーシーケンス時)には、ハロゲンランプ２５(タングステンフィラメント４２,５２)がカーボンランプ２６(炭素材４１,５１)によって加熱され、加温できることから、ハロゲンランプ２５(タングステンフィラメント４２,５２)の抵抗値を下げることが可能となり、突入電流の発生を防止することが可能となる。更に、例えば、カーボンランプ２６の発熱体３３を鉛直方向にし、ハロゲンランプ２５を水平方向に機械的に並列に配置することで、発熱体３３の指向性により加温効果を強化することが可能となる。また、反射部材２７を設け、カーボンランプ２６によってハロゲンランプ２５を有効に加温することで、この加温効果をより強化することができる。
【００３５】
また、発光波長領域の異なる複数の発熱素子のうち、例えば、炭素系材料等の遠赤外線の放射率が高いカーボンランプ２６等の発熱素子を用いた場合には、遠赤外線に対する熱吸収特性が高い「有機物」の性質を有効に用い、熱量受領部が少なくとも有機物で構成される領域を設け、例えばカーボンランプ２６を内蔵する定着ロール２０におけるコア２０ａの内面に例えばポリイミド６０等の有機物を塗付することで、必要とする発熱分布を簡単に得ることができる。かかる場合には、例えばハロゲンランプ２５のように、ランプ側に配向分布を持たせる必要がない。
【００３６】
尚、本実施の形態では、炭素系発熱体を含む複数の発熱素子を定着ロール２０側に設けるように構成したが、エンドレスベルト２１等の加圧側に設けることも可能である。また、定着装置６としては、本実施の形態に示した構造に限られず、エンドレスベルト２１の代わりに、加圧ロールを用いても良く、かかる加圧ロールに対して本実施の形態に示すような発熱素子を内蔵するように構成することもできる。更に、電源投入時等のフリッカを抑制したい定着装置６以外の箇所に対して、本実施の形態に示した技術を適用することも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、定着装置等に用いられる加熱ヒータにおいて、通電初期時の突入電流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示した図である。
【図２】本実施の形態が適用される定着装置の構成を説明するための図である。
【図３】 (ａ),(ｂ)は、本実施の形態にて用いられるカーボンランプの構成を示した図である。
【図４】 (ａ),(ｂ)は、本実施の形態における応用例を示した図である。
【図５】 (ａ),(ｂ)は、本実施の形態における他の応用例を示した図である。
【図６】 (ａ),(ｂ)は、更に他の応用例を示した図である。
【符号の説明】
１…感光体ベルト、２…帯電ロール、３…露光系部材、４…現像装置、５…転写ロール、６…定着装置、７…クリーニング装置、８…除電ランプ、１０…用紙トレイ、１１…手差しトレイ、１２…用紙搬送路、１３…後処理装置、２０…定着ロール、２１…エンドレスベルト、２２…圧力パッド、２３…ベルト走行ガイド、２４…温度センサ、２５…ハロゲンランプ、２６…カーボンランプ、２７…反射部材、２８…剥離部材、３１…透明石英管、３２…タングステンコイル、３３…発熱体、４０…ガラス管、４１…炭素材、４２…タングステンフィラメント、５０…ガラス管、５１…炭素材、５２…タングステンフィラメント

Claims

未定着像を有するシート材に対し、所定部材を用いて加熱定着を施す定着装置であって、
前記所定部材を加熱する第１の発熱素子と、
前記第１の発熱素子の近傍に設けられ前記所定部材を加熱すると共に、当該第１の発熱素子に比べて遠赤外線の放射量が大きい第２の発熱素子とを備え、
前記第２の発熱素子は、広い平面部を備える部材からなり、前記第１の発熱素子に対して当該平面部を対向させて配置されることを特徴とする定着装置。
未定着像を有するシート材に対し、所定部材を用いて加熱定着を施す定着装置であって、
前記所定部材を加熱する第１の発熱素子と、
前記第１の発熱素子の近傍に設けられ前記所定部材を加熱すると共に、当該第１の発熱素子に比べて遠赤外線の放射量が大きい第２の発熱素子と、
前記第２の発熱素子から発生された熱の方向の指向性が、前記第１の発熱素子に向くように配設された反射部材と
を有することを特徴とする定着装置。
前記所定部材は、前記第１および第２の発熱素子により加熱され、前記シート材を加熱する加熱部材であって、
前記第２の発熱素子に対向する一部に有機物が塗布されたことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。