JP2004302362A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】スイッチや発熱体の寿命を延ばしてメンテナンスフリー化を可能とする定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】スイッチ１５〜１７のオンオフの組み合せにより、定着装置１０の立上がり時にはキャパシタ１８から電力供給を受けるヒータ１１，１２が並列に接続され、定着装置１０への通紙時にはヒータ１１，１２が直列に接続される総定格電力制御システムとする。
【選択図】 図２
【解決手段】スイッチ１５〜１７のオンオフの組み合せにより、定着装置１０の立上がり時にはキャパシタ１８から電力供給を受けるヒータ１１，１２が並列に接続され、定着装置１０への通紙時にはヒータ１１，１２が直列に接続される総定格電力制御システムとする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱体へ電力を供給する蓄電装置を備えた定着装置及び画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、電子写真方式で転写紙等のシート上にトナー像を形成した後、定着装置を通過させてトナーを加熱させることによりシート上にトナー像を定着させる方式が一般的である。
【０００３】
また、このような定着装置では、電力供給を受けた発熱体の発熱によりローラや無端ベルトなどを加熱し、そのローラや無端ベルトなどの定着部材をシートと接触させることによってトナーを加熱するようにしている。ここで、発熱体への電力供給は商用交流電源からが一般的であったが、最近では蓄電装置と併用して発熱体へ電力供給する定着装置も開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
すなわち、定着装置が休止している状態から主電源が入れられるなどして立上げられる場合には、装置が使用可能となるまでの待ち時間を短縮するために、複数の発熱体へそれぞれ商用交流電源と蓄電装置とから電力供給されて定着部材が加熱され、トナーの定着が可能となる温度（リロード温度）まで急速に昇温することが可能であった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１７４９８８号公報（段落００３５〜００４１、図５）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の定着装置では蓄電装置から発熱体への電力供給を介するスイッチの寿命が短いという問題があった。また、蓄電装置から電力供給を受ける発熱体の寿命が短いという問題もあり、定着装置のユニットとしてのメンテナンスフリー化が困難であった。
【０００７】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、蓄電装置から発熱体へ電力供給するものにおいて、スイッチや発熱体の寿命を延ばしてメンテナンスフリー化を可能とする定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために提供する請求項１の発明に係る定着装置は、蓄電装置と、該蓄電装置から電力供給されて発熱する発熱手段と、該発熱手段により加熱される定着部材とを備え、シート上のトナーを前記定着部材により加熱して該シートに定着させる定着装置において、前記発熱手段の総定格電力を変更する総定格電力制御システムを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明により、定着装置への通紙時に蓄電装置から発熱手段への電力供給がオンオフ制御されることがないため、蓄電装置から発熱手段への電力供給のオンオフスイッチの寿命を延ばして定着装置のメンテナンスフリー化が可能となる。
【００１０】
前記課題を解決するために提供する請求項２の発明に係る定着装置は、請求項１の発明において、前記発熱手段は複数の発熱体からなり、前記総定格電力制御システムは、加熱されていない定着部材をトナー定着可能温度まで加熱する当該定着装置の立上がり時には前記発熱体が並列に接続され、シートが通されることにより定着部材の温度の落ち込みが発生する当該定着装置への通紙時には前記発熱体が直列に接続されるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明により、発熱体それぞれの定格電力を低減することができるため、発熱体の寿命を延ばして定着装置のメンテナンスフリー化が可能となる。また、複数の発熱体を常時使用することになるため、定着部材の温度ムラを抑制し、均一な加熱が可能となる。
【００１２】
前記課題を解決するために提供する請求項３の発明に係る画像形成装置は、請求項１または請求項２に記載の定着装置を備え、電子写真方式によりトナー像を形成したシートを前記定着装置に送ることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明により、定着装置への通紙時に蓄電装置から発熱手段への電力供給がオンオフ制御されることがないため、メンテナンスフリー化された定着装置のユニットを備えた画像形成装置を提供することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本実施の形態の前提となる構成について図面を参照して説明する。
図５に定着装置の例を示す。図５において、定着部材の一態様である定着ローラ１には加圧ローラ２が図示していない加圧手段により一定のニップ圧で押し当てられており、図示していない駆動機構により図中定着ローラ１は時計回り方向に、加圧ローラ２は反時計回り方向に回転する。また、定着ローラ１は電力の供給を受けて発熱する発熱体の一態様であるヒータ９１，９２を有しており、ヒータ９１，９２の加熱により定着ローラ１の表面はトナーの定着が可能な温度となっている。なお、定着ローラ１の表面温度は、定着ローラ１の表面に当接して温度を検出する温度検出手段などの温度検出手段３によりモニターされている。
【００１５】
画像形成装置で画像形成処理が行われる場合、電子写真方式によりトナーＴを担持したシートＰは加熱された定着ローラ１と加圧ローラ２とのニップ部を通過する際に、定着ローラ１と加圧ローラ２とにより加熱され、シートＰにトナーＴが定着される。このとき、トナーＴがシートＰに定着するためには所定の熱が必要であり、そのために定着ローラ１の表面温度がリロード温度となるようにヒータ９１，９２への電力供給が制御される。
【００１６】
図６に定着装置の回路構成例を示す。図６において、ヒータ９１は外部電源（商用電源）８７から供給される電力により発熱し、ヒータ９２は蓄電装置の一態様であるキャパシタ８８から供給される電力により発熱する構成となっている。また、温度検出手段３により検出された定着ローラ１の温度は検知信号として入力回路８２を経てＣＰＵ８３に取り込まれ、ＣＰＵ８３は温度検出手段３からの検知信号に基づいて定着ローラ１の表面温度が設定温度になるように、ドライバ８４を介してヒータ９１への通電が制御されるとともに、スイッチＳＷを介してヒータ９２への通電が制御される。なお、キャパシタ８８は、スイッチ８５の切替えにより、充電装置８９に接続されて充電可能となる。
【００１７】
上記構成において、定着装置９０が休止している状態から主電源が入れられるなどして立上げられる場合には、定着装置９０が使用可能となるまでの待ち時間を短縮するために、ヒータ９１，９２いずれにも通電されて加熱されていない低温状態の定着ローラ１が加熱され、リロード温度まで急速に昇温される。すなわち、外部電源８７からドライバ８４を介してヒータ９３へ電力が供給され、スイッチ８５がオンとなりスイッチ８５を介してキャパシタ８８からヒータ９４へ電力が供給される。これにより休止状態の予熱電力が不要となるとともに装置使用可能となるまでの待ち時間が短縮され、効率的な定着ロール１の加熱が実現されている。
【００１８】
つぎに、装置の使用が開始され、例えば定着装置９０にシートＳが連続的に通される場合には、定着ローラ１の熱がシートＳに奪われることにより定着ローラ１の温度が落ち込んでトナー定着可能温度の下限を下回るようになるため、わずかな温度幅ではあるが昇温のための電力補助が必要となり、図６においてつぎのような電力供給の制御が行われる。なお、この場合に外部電源８７からヒータ９３への電力供給は常時行われている。
【００１９】
（ｓ９１）スイッチＳＷがＯＮ側に切替えられ、キャパシタ８８からスイッチ８５を介してヒータ９２へ電力が供給される（オン制御）。
（ｓ９２）ヒータ９１，９２の発熱により定着ローラ１の温度が上昇し、リロード温度に到達する。
（ｓ９３）スイッチＳＷがＯＦＦ側に切替えられ、キャパシタ８８からヒータ９２への電力供給が停止される（オフ制御）。ヒータ９１のみによる定着ローラ１の加熱状態となる。
（ｓ９４）定着装置９０にシートＳが継続して通されているため、定着ローラ１の温度が徐々に低下し、再度トナー定着可能温度の下限まで落ち込む。
以降、シートＳの通紙が停止されるまで、ステップｓ９１〜ｓ９４が繰り返し実行され、定着ローラ１はトナー定着可能温度の範囲内に保持される。
【００２０】
このようにして、ヒータ９２への供給電力量を調整するためにスイッチＳＷのオンオフ制御が頻繁に行われるため定着装置９０を構成する他の部品よりもスイッチＳＷの寿命が早く来てしまっていた。
【００２１】
また、ヒータ９２は立上がり時の急速加熱のために大きな定格電力とされており、例えば１７００Ｗ程度に設定されている。そのため、上記のような通紙時の定着ローラ１の温度の落ち込みの際にも急速な加熱が行われ、ステップｓ９１の加熱開始からステップｓ９３の加熱停止までの間隔がごく短時間となり、通紙の間はオンオフ制御の間隔の短い繰り返しとなっていた。一般的に定格電力が１０００Ｗを超えるヒータの寿命は短いとされるが、上記のような間隔の短い加熱の開始と停止との繰り返しによりヒータ９２の消耗がより激しくなり、そのヒータがオンオフ制御が少ない状態で使用される場合よりも寿命が早く来ていた。
以上のように、スイッチＳＷ、ヒータ９２の寿命が早く到来するためにユニットとしての定着装置９０のメンテナンスフリー化が困難であった。
【００２２】
以下に、本発明に係る定着装置の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態は例示であり、これに限定されるものではない。
【００２３】
図１は、本発明に係る定着装置の構成を示す断面図である。
図１の定着装置１０は、ヒータ１１，１２からなる発熱手段とヒータ１３，１４からなる発熱手段とにより加熱される定着ローラ１と、定着ローラ１を一定のニップ圧で押える加圧ローラ２と、定着ローラ１に当接し、その表面温度を検出する温度検出手段３とを備えている。
【００２４】
定着ローラ１は、通常は中空円筒形状のローラであるが、無端ベルトの形態であってもよい。また、定着装置１０の立上がり時には静止状態であり、シートが通される通紙時には図中時計回り方向に回転する。
【００２５】
加圧ローラ２は、通常はその表面がシリコーンゴム等の弾性部材で構成された円筒形状のローラであるが、無端ベルトの形態であってもよい。また、加圧ローラ２の定着ローラ１への押し当ては、図示していない加圧手段により一定の圧力で定着ローラ１の方向へ押されることにより行われる。また、加圧ローラ２も定着装置１０の立上がり時には静止状態であり、シートが通される場合には図中反時計回り方向に回転する。なお、定着ローラ１及び加圧ーラ２の回転駆動は図示していない駆動機構により行われる。
【００２６】
温度検出手段３は、定着ローラ１の中心軸を挟んでニップ部の反対側で、定着ローラ１の外側の部分を温度検出位置として配置されている。また、定着ローラ１の表面温度が検出できる温度計であれば接触式、非接触式を問わず、放射温度計、熱電対などいずれでもよい。
【００２７】
ヒータ１１〜１４は、発熱体の一態様である棒状ヒータであり、図中断面形状が示されている。
ヒータ１１，１２は、蓄電装置の一態様であるキャパシタから電力が供給されることで発熱し、その輻射熱により定着ローラ１が加熱され、オンオフ制御などの電力制御手段により、適切な定着ローラ温度に維持している。
ヒータ１３，１４は、商用交流電源などの電力が常時供給可能な外部電源から電力が供給されることで発熱し、その輻射熱により定着ローラ１を加熱する。
【００２８】
ヒータ１１〜１４は、図中定着ローラ１の中心軸を中心としてその定着ローラ内面から所定距離だけ離れた円周上に均等に配置され、またその円周上にキャパシタから電力供給されるヒータと外部電源から電力供給されるヒータとが交互に配置されている。図中では反時計回りの方向にヒータ１１，１３，１２，１４の順番である。
【００２９】
図２に第１の実施の形態における総定格電力制御システムを示す。ヒータ１１，１２とキャパシタ１８との接続は、３つのスイッチ１５〜１７のオンオフ状態の組み合せにより決定される。
すなわち、スイッチ１５，１６がオンで、スイッチ１７がオフとなることによりヒータ１１，１２は並列接続となり、キャパシタ１８から電力供給を受ける（図２（ａ））。このとき、ヒータ１１，１２それぞれの定格電力を８５０Ｗとすると、ヒータ１１，１２からなる発熱手段の総定格電力は１７００Ｗとなる。
また、スイッチ１５，１６がオフで、スイッチ１７がオンとなることによりヒータ１１，１２は直列接続となり、キャパシタ１８から電力供給を受ける（図２（ｂ））。このとき、ヒータ１１，１２それぞれの定格電力を８５０Ｗとすると、ヒータ１１，１２からなる発熱手段の総定格電力は４２０〜４３０Ｗとなる。
なお、ヒータ１１，１２とキャパシタ１８との接続以外の定着装置１０の回路構成は、図６に示す回路と同様である。
【００３０】
定着装置１０の稼動状態には、例えば定着装置の主電源投入時や待機状態からの復帰時のことであり、加熱されていない低温状態の定着部材を加熱してリロード温度まで昇温させる必要がある立上がり時と、立上がり後にシートが定着装置１０に連続的に通され、定着ローラ１の熱がシートに奪われることにより定着ローラ１の温度が落ち込む通紙時とがある。
【００３１】
ここで、定着装置１０の立上がり時には、図２（ａ）に示すようにヒータ１１，１２を並列接続とする。そして、定着ローラ１は回転されず静止した状態で温度検出手段３による定着ローラ１の検出温度に基づいて以下のように加熱される。
【００３２】
（ｓ１１）外部電源からヒータ１３，１４への電力供給とともに、温度検出手段３により検出された定着ローラ１の温度が予め設定された所定の温度に達していないときには、キャパシタ１８からヒータ１１，１２からなる総定格電力１７００Ｗの発熱手段への電力供給が行なわれ、定着ローラ１が急速に加熱される。
（ｓ１２）温度検出手段３により検出された定着ローラ１の温度がリロード温度に達したときに、スイッチ切替などによりキャパシタ１８からヒータ１１，１２への電力供給が停止される。あるいは、定着ローラ１の温度とその昇温勾配とから所定時間後の定着ローラ１の温度を予測し、予め設定されたリロード温度を超えないようにキャパシタ１８からヒータ１１，１２への電力供給が停止される。
（ｓ１３）同時に外部電源からヒータ１３，１４への電力は継続して供給されるが、その電力量は定着ローラ１の温度がリロード温度に維持できる程度に抑制される。
【００３３】
つぎに、定着装置１０への通紙時には、図２（ｂ）に示すようにヒータ１１，１２を直列接続とする。そして、定着ローラ１は回転した状態で温度検出手段３による定着ローラ１の検出温度に基づいて以下のように加熱される。
（ｓ２１）外部電源からヒータ１３，１４への電力供給とともに、キャパシタ１８からヒータ１１，１２からなる総定格電力約４３０Ｗの発熱手段への電力供給が行なわれ、定着ローラ１が加熱される。
（ｓ２２）このときの加熱は総定格電力１７００Ｗの発熱手段の場合よりも緩やかであり、定着ローラ１に対してヒータ１１〜１４の加熱により加えられる熱量と通紙により奪われる熱量とがバランスして、定着ローラ１はトナー定着可能温度の範囲内に維持される。
したがって、定着装置１０への通紙時には、頻繁なオンオフ制御が行われることなくキャパシタ１８からヒータ１１，１２へ電力供給することが可能である。
【００３４】
以上のように、定着装置１０への通紙時にキャパシタ１８からヒータ１１，１２からなる発熱手段への電力供給がオンオフ制御されることがないため、キャパシタ１８から当該発熱手段への電力供給のオンオフスイッチの寿命を延ばして定着装置１０のメンテナンスフリー化が可能となる。
また、キャパシタ１８から電力供給を受けるヒータ１１，１２それぞれの定格電力を１０００Ｗ以下とすることが可能となり、定着装置１０に使用されるヒータ寿命を延ばして定着装置１０のメンテナンスフリー化が可能となる。さらに、ヒータ１１，１２を同じ定格電力とすることができるため、ヒータの配置設計が容易となり、ヒータの寿命を揃えることが可能となる。
また、定着装置１０の立上がり時及び通紙時に、ヒータ１１〜１４はすべてに電力供給され発熱するため、定着ローラ１はローラ円周方向に温度ムラなく均一に加熱され、安定したトナー定着を実現できる。さらに、使用されないヒータの定着ローラ１中空部内における配置を考慮する必要がなくなる。
【００３５】
なお、上記ステップｓ２２において、定着ローラ１に対してヒータ１１〜１４の加熱により加えられる熱量が通紙により奪われる熱量を上回る場合には、キャパシタ１８からヒータ１１，１２へ電力供給はオンオフ制御されて、定着ローラ１はトナー定着可能温度の範囲内に保持されるが、そのオンオフの頻度は従来よりも抑制されるため、電力供給のオンオフスイッチの寿命を従来よりも延ばすことが可能である。
【００３６】
つぎに、本発明に係る定着装置の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、第２の実施の形態における定着装置２０は、総定格電力制御システムが第１の実施の形態と異なり、それ以外は第１の実施の形態における構成と同じである。また、以下に示す実施の形態は例示であり、これに限定されるものではない。
【００３７】
図３に第２の実施の形態における総定格電力制御システムを示す。
図３において、ヒータ１１，１２からなる発熱手段とキャパシタ１８との接続はスイッチ２５のオンオフ状態により決定される。すなわち、スイッチ２５がオンとなることによりヒータ１１，１２は並列接続となり、キャパシタ１８から電力供給を受ける。また、スイッチ２５がオフとなることによりヒータ１２単独でキャパシタ１８から電力供給を受ける。したがって、例えば、ヒータ１１の定格電力を１２００Ｗとし、ヒータ１２の定格電力を５００Ｗとすると、スイッチ２５がオン状態ではヒータ１１，１２からなる発熱手段の総定格電力は１７００Ｗとなり、スイッチ２５がオフ状態ではヒータ１１，１２からなる発熱手段の総定格電力は５００Ｗとなる。
【００３８】
ここで、定着装置２０の立上がり時には、スイッチ２５がオン状態となりヒータ１１，１２を並列接続とする。そして、定着ローラ１は回転されず静止した状態で温度検出手段３による定着ローラ１の検出温度に基づいて、上記ステップｓ１１〜ｓ１３と同様の動作内容で加熱される。
【００３９】
つぎに、定着装置２０への通紙時には、スイッチ２５がオフ状態となりヒータ１２単独接続とする。そして、定着ローラ１は回転した状態で温度検出手段３による定着ローラ１の検出温度に基づいて以下のように加熱される。
（ｓ３１）外部電源からヒータ１３，１４への電力供給とともに、キャパシタ１８からヒータ１２からなる総定格電力５００Ｗの発熱手段への電力供給が行なわれ、定着ローラ１が加熱される。
（ｓ３２）このときの加熱は総定格電力１７００Ｗの発熱手段の場合よりも緩やかであり、定着ローラ１に対してヒータ１２〜１４の加熱により加えられる熱量と通紙により奪われる熱量とがバランスして、定着ローラ１はトナー定着可能温度の範囲内に維持される。
したがって、定着装置２０への通紙時には、頻繁なオンオフ制御が行われることなくキャパシタ１８からヒータ１２へ電力供給することが可能である。
【００４０】
以上のように、定着装置１０への通紙時にキャパシタ１８からヒータ１１，１２からなる発熱手段への電力供給がオンオフ制御されることがないため、キャパシタ１８から当該発熱手段への電力供給のオンオフスイッチの寿命を延ばして定着装置１０のメンテナンスフリー化が可能となる。
【００４１】
なお、上記定着装置１０，２０では、キャパシタからオンオフ制御により電力が供給される２つのヒータからなる発熱手段が、外部電源から電力が常時供給される２つのヒータからなる発熱発熱手段による定着ローラの加熱を補助的に加熱する構成であったが、キャパシタからオンオフ制御により電力が供給される２つのヒータからなる発熱手段のみで定着ローラを加熱するようにしてもよい。
【００４２】
次に、本発明の第１の実施の形態である定着装置１０を画像形成装置に組み込んだ構成例を図４に示す。
図４の画像形成装置１００では、像担持体としてもドラム状感光体１０１と、感光体１０１を一様に帯電する帯電手段１０２と、帯電後の感光体１０１上にレーザ光Ｌを露光して静電潜像を形成するレーザ光学系１４０と、感光体１０１上の静電潜像を現像してトナー像とする現像部１０７とで電子写真方式の機構が構成されている。また、感光体１０１上のトナー像は転写手段１０６により給紙カセット１１０から供給されるシートＰに転写され、トナー像が形成されたシートＰは定着装置１０に搬送され、定着ロール１と加圧ロール２とで加熱されることによりトナーがシートＰに定着される構成である。
【００４３】
画像形成装置１００において、主電源が入れられると画像形成装置１００の各部が起動され、同時に定着装置１０も立上げ動作に入り、定着装置１０のヒータに電力の供給が開始され、定着ローラ１の加熱が開始される。ここで、本発明の第１の実施の形態で示したキャパシタ１８からの電力供給を受けるヒータ１１，１２が並列に接続された状態で発熱し、ヒータ１３，１４の発熱とともに定着ローラ１を急速にかつ均一に加熱する。また、定着装置１０への通紙時にはヒータ１１，１２が直列に接続された状態で発熱することにより、ヒータ１３，１４の発熱とともに定着ローラ１を加熱する。
なお、画像形成装置１００において定着装置１０に代えて、第２の実施の形態で示した定着装置２０を組み込んでもよい。
【００４４】
【発明の効果】
上述したように、請求項１の発明によれば、発熱手段の総定格電力が変更されることにより、蓄電装置から発熱手段への電力供給のオンオフスイッチの寿命を延ばして定着装置をメンテナンスフリー化できる。
請求項２の発明によれば、複数の発熱体が定着装置の立上がり時には前記発熱体が並列に接続され、定着装置への通紙時には前記発熱体が直列に接続されることにより、発熱体の寿命を延ばして定着装置のメンテナンスフリー化できるとともに、定着部材の温度ムラを抑制し、均一な加熱ができる。
請求項３の発明によれば、メンテナンスフリー化された定着装置のユニットを備えた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る定着装置における第１の実施の形態を示す総定格電力制御システム図である。
【図３】本発明に係る定着装置における第２の実施の形態を示す総定格電力制御システム図である。
【図４】本発明に係る画像形成装置の構成例を示す断面図である。
【図５】従来の定着装置の構成例を示す断面図である。
【図６】従来の定着装置の回路構成例を示す図である。
【符号の説明】
１ 定着ローラ
２ 加圧ローラ
３ 温度検出手段
１１〜１４，９１，９２ ヒータ
１０，２０，９０ 定着装置
８２ 入力回路
８３ ＣＰＵ
８４ ドライバ
８５，ＳＷ スイッチ
８６ サーモスタット
８７ 外部電源
８８ キャパシタ
８９ 充電装置
１００ 画像形成装置
１０１ 感光体
１０２ 帯電手段
１０３ クリーニング手段
１０５ 現像スリーブ
１０６ 転写手段
１０７ 現像部
１１０ 給紙カセット
１１１ 中板
１１２ アーム
１１３ 給紙ローラ
１１４ 分離パッド
１１５ レジストローラ対
１２０ 排紙ローラ対
１２１ 排紙口
１２２ 排紙トレイ
１２５ 排紙補助トレイ
１３０ 操作パネル
１３１ 外装部
１３２ 給紙トレイ
１３３ ピン
１３４ ケース
１３５ 電源回路
１３６ プリント板
１３７ コントローラボード
１４０ レーザ光学系
Ｔ トナー
Ｐ シート
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱体へ電力を供給する蓄電装置を備えた定着装置及び画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、電子写真方式で転写紙等のシート上にトナー像を形成した後、定着装置を通過させてトナーを加熱させることによりシート上にトナー像を定着させる方式が一般的である。
【０００３】
また、このような定着装置では、電力供給を受けた発熱体の発熱によりローラや無端ベルトなどを加熱し、そのローラや無端ベルトなどの定着部材をシートと接触させることによってトナーを加熱するようにしている。ここで、発熱体への電力供給は商用交流電源からが一般的であったが、最近では蓄電装置と併用して発熱体へ電力供給する定着装置も開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
すなわち、定着装置が休止している状態から主電源が入れられるなどして立上げられる場合には、装置が使用可能となるまでの待ち時間を短縮するために、複数の発熱体へそれぞれ商用交流電源と蓄電装置とから電力供給されて定着部材が加熱され、トナーの定着が可能となる温度（リロード温度）まで急速に昇温することが可能であった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１７４９８８号公報（段落００３５〜００４１、図５）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の定着装置では蓄電装置から発熱体への電力供給を介するスイッチの寿命が短いという問題があった。また、蓄電装置から電力供給を受ける発熱体の寿命が短いという問題もあり、定着装置のユニットとしてのメンテナンスフリー化が困難であった。
【０００７】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、蓄電装置から発熱体へ電力供給するものにおいて、スイッチや発熱体の寿命を延ばしてメンテナンスフリー化を可能とする定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために提供する請求項１の発明に係る定着装置は、蓄電装置と、該蓄電装置から電力供給されて発熱する発熱手段と、該発熱手段により加熱される定着部材とを備え、シート上のトナーを前記定着部材により加熱して該シートに定着させる定着装置において、前記発熱手段の総定格電力を変更する総定格電力制御システムを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明により、定着装置への通紙時に蓄電装置から発熱手段への電力供給がオンオフ制御されることがないため、蓄電装置から発熱手段への電力供給のオンオフスイッチの寿命を延ばして定着装置のメンテナンスフリー化が可能となる。
【００１０】
前記課題を解決するために提供する請求項２の発明に係る定着装置は、請求項１の発明において、前記発熱手段は複数の発熱体からなり、前記総定格電力制御システムは、加熱されていない定着部材をトナー定着可能温度まで加熱する当該定着装置の立上がり時には前記発熱体が並列に接続され、シートが通されることにより定着部材の温度の落ち込みが発生する当該定着装置への通紙時には前記発熱体が直列に接続されるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明により、発熱体それぞれの定格電力を低減することができるため、発熱体の寿命を延ばして定着装置のメンテナンスフリー化が可能となる。また、複数の発熱体を常時使用することになるため、定着部材の温度ムラを抑制し、均一な加熱が可能となる。
【００１２】
前記課題を解決するために提供する請求項３の発明に係る画像形成装置は、請求項１または請求項２に記載の定着装置を備え、電子写真方式によりトナー像を形成したシートを前記定着装置に送ることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明により、定着装置への通紙時に蓄電装置から発熱手段への電力供給がオンオフ制御されることがないため、メンテナンスフリー化された定着装置のユニットを備えた画像形成装置を提供することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本実施の形態の前提となる構成について図面を参照して説明する。
図５に定着装置の例を示す。図５において、定着部材の一態様である定着ローラ１には加圧ローラ２が図示していない加圧手段により一定のニップ圧で押し当てられており、図示していない駆動機構により図中定着ローラ１は時計回り方向に、加圧ローラ２は反時計回り方向に回転する。また、定着ローラ１は電力の供給を受けて発熱する発熱体の一態様であるヒータ９１，９２を有しており、ヒータ９１，９２の加熱により定着ローラ１の表面はトナーの定着が可能な温度となっている。なお、定着ローラ１の表面温度は、定着ローラ１の表面に当接して温度を検出する温度検出手段などの温度検出手段３によりモニターされている。
【００１５】
画像形成装置で画像形成処理が行われる場合、電子写真方式によりトナーＴを担持したシートＰは加熱された定着ローラ１と加圧ローラ２とのニップ部を通過する際に、定着ローラ１と加圧ローラ２とにより加熱され、シートＰにトナーＴが定着される。このとき、トナーＴがシートＰに定着するためには所定の熱が必要であり、そのために定着ローラ１の表面温度がリロード温度となるようにヒータ９１，９２への電力供給が制御される。
【００１６】
図６に定着装置の回路構成例を示す。図６において、ヒータ９１は外部電源（商用電源）８７から供給される電力により発熱し、ヒータ９２は蓄電装置の一態様であるキャパシタ８８から供給される電力により発熱する構成となっている。また、温度検出手段３により検出された定着ローラ１の温度は検知信号として入力回路８２を経てＣＰＵ８３に取り込まれ、ＣＰＵ８３は温度検出手段３からの検知信号に基づいて定着ローラ１の表面温度が設定温度になるように、ドライバ８４を介してヒータ９１への通電が制御されるとともに、スイッチＳＷを介してヒータ９２への通電が制御される。なお、キャパシタ８８は、スイッチ８５の切替えにより、充電装置８９に接続されて充電可能となる。
【００１７】
上記構成において、定着装置９０が休止している状態から主電源が入れられるなどして立上げられる場合には、定着装置９０が使用可能となるまでの待ち時間を短縮するために、ヒータ９１，９２いずれにも通電されて加熱されていない低温状態の定着ローラ１が加熱され、リロード温度まで急速に昇温される。すなわち、外部電源８７からドライバ８４を介してヒータ９３へ電力が供給され、スイッチ８５がオンとなりスイッチ８５を介してキャパシタ８８からヒータ９４へ電力が供給される。これにより休止状態の予熱電力が不要となるとともに装置使用可能となるまでの待ち時間が短縮され、効率的な定着ロール１の加熱が実現されている。
【００１８】
つぎに、装置の使用が開始され、例えば定着装置９０にシートＳが連続的に通される場合には、定着ローラ１の熱がシートＳに奪われることにより定着ローラ１の温度が落ち込んでトナー定着可能温度の下限を下回るようになるため、わずかな温度幅ではあるが昇温のための電力補助が必要となり、図６においてつぎのような電力供給の制御が行われる。なお、この場合に外部電源８７からヒータ９３への電力供給は常時行われている。
【００１９】
（ｓ９１）スイッチＳＷがＯＮ側に切替えられ、キャパシタ８８からスイッチ８５を介してヒータ９２へ電力が供給される（オン制御）。
（ｓ９２）ヒータ９１，９２の発熱により定着ローラ１の温度が上昇し、リロード温度に到達する。
（ｓ９３）スイッチＳＷがＯＦＦ側に切替えられ、キャパシタ８８からヒータ９２への電力供給が停止される（オフ制御）。ヒータ９１のみによる定着ローラ１の加熱状態となる。
（ｓ９４）定着装置９０にシートＳが継続して通されているため、定着ローラ１の温度が徐々に低下し、再度トナー定着可能温度の下限まで落ち込む。
以降、シートＳの通紙が停止されるまで、ステップｓ９１〜ｓ９４が繰り返し実行され、定着ローラ１はトナー定着可能温度の範囲内に保持される。
【００２０】
このようにして、ヒータ９２への供給電力量を調整するためにスイッチＳＷのオンオフ制御が頻繁に行われるため定着装置９０を構成する他の部品よりもスイッチＳＷの寿命が早く来てしまっていた。
【００２１】
また、ヒータ９２は立上がり時の急速加熱のために大きな定格電力とされており、例えば１７００Ｗ程度に設定されている。そのため、上記のような通紙時の定着ローラ１の温度の落ち込みの際にも急速な加熱が行われ、ステップｓ９１の加熱開始からステップｓ９３の加熱停止までの間隔がごく短時間となり、通紙の間はオンオフ制御の間隔の短い繰り返しとなっていた。一般的に定格電力が１０００Ｗを超えるヒータの寿命は短いとされるが、上記のような間隔の短い加熱の開始と停止との繰り返しによりヒータ９２の消耗がより激しくなり、そのヒータがオンオフ制御が少ない状態で使用される場合よりも寿命が早く来ていた。
以上のように、スイッチＳＷ、ヒータ９２の寿命が早く到来するためにユニットとしての定着装置９０のメンテナンスフリー化が困難であった。
【００２２】
以下に、本発明に係る定着装置の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態は例示であり、これに限定されるものではない。
【００２３】
図１は、本発明に係る定着装置の構成を示す断面図である。
図１の定着装置１０は、ヒータ１１，１２からなる発熱手段とヒータ１３，１４からなる発熱手段とにより加熱される定着ローラ１と、定着ローラ１を一定のニップ圧で押える加圧ローラ２と、定着ローラ１に当接し、その表面温度を検出する温度検出手段３とを備えている。
【００２４】
定着ローラ１は、通常は中空円筒形状のローラであるが、無端ベルトの形態であってもよい。また、定着装置１０の立上がり時には静止状態であり、シートが通される通紙時には図中時計回り方向に回転する。
【００２５】
加圧ローラ２は、通常はその表面がシリコーンゴム等の弾性部材で構成された円筒形状のローラであるが、無端ベルトの形態であってもよい。また、加圧ローラ２の定着ローラ１への押し当ては、図示していない加圧手段により一定の圧力で定着ローラ１の方向へ押されることにより行われる。また、加圧ローラ２も定着装置１０の立上がり時には静止状態であり、シートが通される場合には図中反時計回り方向に回転する。なお、定着ローラ１及び加圧ーラ２の回転駆動は図示していない駆動機構により行われる。
【００２６】
温度検出手段３は、定着ローラ１の中心軸を挟んでニップ部の反対側で、定着ローラ１の外側の部分を温度検出位置として配置されている。また、定着ローラ１の表面温度が検出できる温度計であれば接触式、非接触式を問わず、放射温度計、熱電対などいずれでもよい。
【００２７】
ヒータ１１〜１４は、発熱体の一態様である棒状ヒータであり、図中断面形状が示されている。
ヒータ１１，１２は、蓄電装置の一態様であるキャパシタから電力が供給されることで発熱し、その輻射熱により定着ローラ１が加熱され、オンオフ制御などの電力制御手段により、適切な定着ローラ温度に維持している。
ヒータ１３，１４は、商用交流電源などの電力が常時供給可能な外部電源から電力が供給されることで発熱し、その輻射熱により定着ローラ１を加熱する。
【００２８】
ヒータ１１〜１４は、図中定着ローラ１の中心軸を中心としてその定着ローラ内面から所定距離だけ離れた円周上に均等に配置され、またその円周上にキャパシタから電力供給されるヒータと外部電源から電力供給されるヒータとが交互に配置されている。図中では反時計回りの方向にヒータ１１，１３，１２，１４の順番である。
【００２９】
図２に第１の実施の形態における総定格電力制御システムを示す。ヒータ１１，１２とキャパシタ１８との接続は、３つのスイッチ１５〜１７のオンオフ状態の組み合せにより決定される。
すなわち、スイッチ１５，１６がオンで、スイッチ１７がオフとなることによりヒータ１１，１２は並列接続となり、キャパシタ１８から電力供給を受ける（図２（ａ））。このとき、ヒータ１１，１２それぞれの定格電力を８５０Ｗとすると、ヒータ１１，１２からなる発熱手段の総定格電力は１７００Ｗとなる。
また、スイッチ１５，１６がオフで、スイッチ１７がオンとなることによりヒータ１１，１２は直列接続となり、キャパシタ１８から電力供給を受ける（図２（ｂ））。このとき、ヒータ１１，１２それぞれの定格電力を８５０Ｗとすると、ヒータ１１，１２からなる発熱手段の総定格電力は４２０〜４３０Ｗとなる。
なお、ヒータ１１，１２とキャパシタ１８との接続以外の定着装置１０の回路構成は、図６に示す回路と同様である。
【００３０】
定着装置１０の稼動状態には、例えば定着装置の主電源投入時や待機状態からの復帰時のことであり、加熱されていない低温状態の定着部材を加熱してリロード温度まで昇温させる必要がある立上がり時と、立上がり後にシートが定着装置１０に連続的に通され、定着ローラ１の熱がシートに奪われることにより定着ローラ１の温度が落ち込む通紙時とがある。
【００３１】
ここで、定着装置１０の立上がり時には、図２（ａ）に示すようにヒータ１１，１２を並列接続とする。そして、定着ローラ１は回転されず静止した状態で温度検出手段３による定着ローラ１の検出温度に基づいて以下のように加熱される。
【００３２】
（ｓ１１）外部電源からヒータ１３，１４への電力供給とともに、温度検出手段３により検出された定着ローラ１の温度が予め設定された所定の温度に達していないときには、キャパシタ１８からヒータ１１，１２からなる総定格電力１７００Ｗの発熱手段への電力供給が行なわれ、定着ローラ１が急速に加熱される。
（ｓ１２）温度検出手段３により検出された定着ローラ１の温度がリロード温度に達したときに、スイッチ切替などによりキャパシタ１８からヒータ１１，１２への電力供給が停止される。あるいは、定着ローラ１の温度とその昇温勾配とから所定時間後の定着ローラ１の温度を予測し、予め設定されたリロード温度を超えないようにキャパシタ１８からヒータ１１，１２への電力供給が停止される。
（ｓ１３）同時に外部電源からヒータ１３，１４への電力は継続して供給されるが、その電力量は定着ローラ１の温度がリロード温度に維持できる程度に抑制される。
【００３３】
つぎに、定着装置１０への通紙時には、図２（ｂ）に示すようにヒータ１１，１２を直列接続とする。そして、定着ローラ１は回転した状態で温度検出手段３による定着ローラ１の検出温度に基づいて以下のように加熱される。
（ｓ２１）外部電源からヒータ１３，１４への電力供給とともに、キャパシタ１８からヒータ１１，１２からなる総定格電力約４３０Ｗの発熱手段への電力供給が行なわれ、定着ローラ１が加熱される。
（ｓ２２）このときの加熱は総定格電力１７００Ｗの発熱手段の場合よりも緩やかであり、定着ローラ１に対してヒータ１１〜１４の加熱により加えられる熱量と通紙により奪われる熱量とがバランスして、定着ローラ１はトナー定着可能温度の範囲内に維持される。
したがって、定着装置１０への通紙時には、頻繁なオンオフ制御が行われることなくキャパシタ１８からヒータ１１，１２へ電力供給することが可能である。
【００３４】
以上のように、定着装置１０への通紙時にキャパシタ１８からヒータ１１，１２からなる発熱手段への電力供給がオンオフ制御されることがないため、キャパシタ１８から当該発熱手段への電力供給のオンオフスイッチの寿命を延ばして定着装置１０のメンテナンスフリー化が可能となる。
また、キャパシタ１８から電力供給を受けるヒータ１１，１２それぞれの定格電力を１０００Ｗ以下とすることが可能となり、定着装置１０に使用されるヒータ寿命を延ばして定着装置１０のメンテナンスフリー化が可能となる。さらに、ヒータ１１，１２を同じ定格電力とすることができるため、ヒータの配置設計が容易となり、ヒータの寿命を揃えることが可能となる。
また、定着装置１０の立上がり時及び通紙時に、ヒータ１１〜１４はすべてに電力供給され発熱するため、定着ローラ１はローラ円周方向に温度ムラなく均一に加熱され、安定したトナー定着を実現できる。さらに、使用されないヒータの定着ローラ１中空部内における配置を考慮する必要がなくなる。
【００３５】
なお、上記ステップｓ２２において、定着ローラ１に対してヒータ１１〜１４の加熱により加えられる熱量が通紙により奪われる熱量を上回る場合には、キャパシタ１８からヒータ１１，１２へ電力供給はオンオフ制御されて、定着ローラ１はトナー定着可能温度の範囲内に保持されるが、そのオンオフの頻度は従来よりも抑制されるため、電力供給のオンオフスイッチの寿命を従来よりも延ばすことが可能である。
【００３６】
つぎに、本発明に係る定着装置の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、第２の実施の形態における定着装置２０は、総定格電力制御システムが第１の実施の形態と異なり、それ以外は第１の実施の形態における構成と同じである。また、以下に示す実施の形態は例示であり、これに限定されるものではない。
【００３７】
図３に第２の実施の形態における総定格電力制御システムを示す。
図３において、ヒータ１１，１２からなる発熱手段とキャパシタ１８との接続はスイッチ２５のオンオフ状態により決定される。すなわち、スイッチ２５がオンとなることによりヒータ１１，１２は並列接続となり、キャパシタ１８から電力供給を受ける。また、スイッチ２５がオフとなることによりヒータ１２単独でキャパシタ１８から電力供給を受ける。したがって、例えば、ヒータ１１の定格電力を１２００Ｗとし、ヒータ１２の定格電力を５００Ｗとすると、スイッチ２５がオン状態ではヒータ１１，１２からなる発熱手段の総定格電力は１７００Ｗとなり、スイッチ２５がオフ状態ではヒータ１１，１２からなる発熱手段の総定格電力は５００Ｗとなる。
【００３８】
ここで、定着装置２０の立上がり時には、スイッチ２５がオン状態となりヒータ１１，１２を並列接続とする。そして、定着ローラ１は回転されず静止した状態で温度検出手段３による定着ローラ１の検出温度に基づいて、上記ステップｓ１１〜ｓ１３と同様の動作内容で加熱される。
【００３９】
つぎに、定着装置２０への通紙時には、スイッチ２５がオフ状態となりヒータ１２単独接続とする。そして、定着ローラ１は回転した状態で温度検出手段３による定着ローラ１の検出温度に基づいて以下のように加熱される。
（ｓ３１）外部電源からヒータ１３，１４への電力供給とともに、キャパシタ１８からヒータ１２からなる総定格電力５００Ｗの発熱手段への電力供給が行なわれ、定着ローラ１が加熱される。
（ｓ３２）このときの加熱は総定格電力１７００Ｗの発熱手段の場合よりも緩やかであり、定着ローラ１に対してヒータ１２〜１４の加熱により加えられる熱量と通紙により奪われる熱量とがバランスして、定着ローラ１はトナー定着可能温度の範囲内に維持される。
したがって、定着装置２０への通紙時には、頻繁なオンオフ制御が行われることなくキャパシタ１８からヒータ１２へ電力供給することが可能である。
【００４０】
以上のように、定着装置１０への通紙時にキャパシタ１８からヒータ１１，１２からなる発熱手段への電力供給がオンオフ制御されることがないため、キャパシタ１８から当該発熱手段への電力供給のオンオフスイッチの寿命を延ばして定着装置１０のメンテナンスフリー化が可能となる。
【００４１】
なお、上記定着装置１０，２０では、キャパシタからオンオフ制御により電力が供給される２つのヒータからなる発熱手段が、外部電源から電力が常時供給される２つのヒータからなる発熱発熱手段による定着ローラの加熱を補助的に加熱する構成であったが、キャパシタからオンオフ制御により電力が供給される２つのヒータからなる発熱手段のみで定着ローラを加熱するようにしてもよい。
【００４２】
次に、本発明の第１の実施の形態である定着装置１０を画像形成装置に組み込んだ構成例を図４に示す。
図４の画像形成装置１００では、像担持体としてもドラム状感光体１０１と、感光体１０１を一様に帯電する帯電手段１０２と、帯電後の感光体１０１上にレーザ光Ｌを露光して静電潜像を形成するレーザ光学系１４０と、感光体１０１上の静電潜像を現像してトナー像とする現像部１０７とで電子写真方式の機構が構成されている。また、感光体１０１上のトナー像は転写手段１０６により給紙カセット１１０から供給されるシートＰに転写され、トナー像が形成されたシートＰは定着装置１０に搬送され、定着ロール１と加圧ロール２とで加熱されることによりトナーがシートＰに定着される構成である。
【００４３】
画像形成装置１００において、主電源が入れられると画像形成装置１００の各部が起動され、同時に定着装置１０も立上げ動作に入り、定着装置１０のヒータに電力の供給が開始され、定着ローラ１の加熱が開始される。ここで、本発明の第１の実施の形態で示したキャパシタ１８からの電力供給を受けるヒータ１１，１２が並列に接続された状態で発熱し、ヒータ１３，１４の発熱とともに定着ローラ１を急速にかつ均一に加熱する。また、定着装置１０への通紙時にはヒータ１１，１２が直列に接続された状態で発熱することにより、ヒータ１３，１４の発熱とともに定着ローラ１を加熱する。
なお、画像形成装置１００において定着装置１０に代えて、第２の実施の形態で示した定着装置２０を組み込んでもよい。
【００４４】
【発明の効果】
上述したように、請求項１の発明によれば、発熱手段の総定格電力が変更されることにより、蓄電装置から発熱手段への電力供給のオンオフスイッチの寿命を延ばして定着装置をメンテナンスフリー化できる。
請求項２の発明によれば、複数の発熱体が定着装置の立上がり時には前記発熱体が並列に接続され、定着装置への通紙時には前記発熱体が直列に接続されることにより、発熱体の寿命を延ばして定着装置のメンテナンスフリー化できるとともに、定着部材の温度ムラを抑制し、均一な加熱ができる。
請求項３の発明によれば、メンテナンスフリー化された定着装置のユニットを備えた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る定着装置における第１の実施の形態を示す総定格電力制御システム図である。
【図３】本発明に係る定着装置における第２の実施の形態を示す総定格電力制御システム図である。
【図４】本発明に係る画像形成装置の構成例を示す断面図である。
【図５】従来の定着装置の構成例を示す断面図である。
【図６】従来の定着装置の回路構成例を示す図である。
【符号の説明】
１ 定着ローラ
２ 加圧ローラ
３ 温度検出手段
１１〜１４，９１，９２ ヒータ
１０，２０，９０ 定着装置
８２ 入力回路
８３ ＣＰＵ
８４ ドライバ
８５，ＳＷ スイッチ
８６ サーモスタット
８７ 外部電源
８８ キャパシタ
８９ 充電装置
１００ 画像形成装置
１０１ 感光体
１０２ 帯電手段
１０３ クリーニング手段
１０５ 現像スリーブ
１０６ 転写手段
１０７ 現像部
１１０ 給紙カセット
１１１ 中板
１１２ アーム
１１３ 給紙ローラ
１１４ 分離パッド
１１５ レジストローラ対
１２０ 排紙ローラ対
１２１ 排紙口
１２２ 排紙トレイ
１２５ 排紙補助トレイ
１３０ 操作パネル
１３１ 外装部
１３２ 給紙トレイ
１３３ ピン
１３４ ケース
１３５ 電源回路
１３６ プリント板
１３７ コントローラボード
１４０ レーザ光学系
Ｔ トナー
Ｐ シート
Claims (3)
- 蓄電装置と、該蓄電装置から電力供給されて発熱する発熱手段と、該発熱手段により加熱される定着部材とを備え、シート上のトナーを前記定着部材により加熱して該シートに定着させる定着装置において、
前記発熱手段の総定格電力を変更する総定格電力制御システムを備えたことを特徴とする定着装置。 - 前記発熱手段は複数の発熱体からなり、前記総定格電力制御システムは、加熱されていない定着部材をトナー定着可能温度まで加熱する当該定着装置の立上がり時には前記発熱体が並列に接続され、シートが通されることにより定着部材の温度の落ち込みが発生する当該定着装置への通紙時には前記発熱体が直列に接続されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
- 請求項１または請求項２に記載の定着装置を備え、電子写真方式によりトナー像を形成したシートを前記定着装置に送ることを特徴とする画像形成装置。
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