JP2005017564A - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材の温度の落ち込みを防止するので、高速機ではむずかしかった省電力、省エネルギーを達成することが可能な定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】立上り直後の連続通紙時に主電源装置５２に加えて補助電源装置５４を構成するキャパシタを使用して不足電力を補い、定着ローラ３２の温度落ち込みを防止する。検知手段６２ｂで検知した電圧が３０Ｖ以下の場合のようにキャパシタの充電量が少ない場合は、主発熱体５１ａで定着ローラ３２を加熱してその温度を上昇させた後に、定着ローラ３２の前回転を行う。これにより、補助電源装置５４のキャパシタからの電力供給がなく、補助発熱体５１ｂを発熱させなくても定着ローラ３２によって加圧ローラ３４を暖め、通紙時の定着ローラ３２の温度の落込みを防止し、残電力が少ない場合でも定着不良等の発生を防止する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着ローラや定着ベルト等の回転可能な定着部材により記録媒体を少なくとも加熱することによって記録媒体上にトナー像等の画像を定着させる定着装置と、この定着装置を用いる、複写機、プリンタ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機等の画像形成装置には、普通紙やＯＨＰ等の記録媒体上に画像を形成するが、画像形成の高速性や画像品質、コスト等から、記録媒体上にトナー像を形成し、形成したトナー像を熱と圧力で記録媒体に定着する電子写真方式が多く採用されており、ローラ方式やベルト方式等が現在最も多く採用されている。ローラ方式は、ハロゲンヒータ等の発熱部材により加熱する加熱ローラと、加熱ローラに対向配置する加圧ローラを圧接させてニップ部と称する相互圧接部を形成し、このニップ部にトナー像が転写された記録媒体を通して加熱、加圧し、それによってトナー像を記録媒体に定着させる。ベルト方式は、加圧ローラに代えて無端のベルトを用いる点が異なるが、基本的に熱と圧力によって像を定着させる点は同様である。
【０００３】
ところで近年、環境保護意識の高まりから各国で省電力、省エネルギーのための法規制が制定され、複写機等の画像形成装置においても省電力が強く求められるようになってきている。複写機等で省電力を実現するためには、待機時の消費エネルギーを削減するとその効果が大きいことが周知であり、そのため装置の不使用時には電力供給をゼロにすることが望ましいとされているが、従来の画像形成装置の構成で待機時の電力をゼロにすると、再使用時には定着ローラ等を所定の温度まで昇温させるには時間が掛かるために待ち時間が長くなり、使用者の使い勝手が悪化してしまうことになる。
【０００４】
そのため、速やかに定着部材の温度を上昇させる構成が必要とされ、定着ローラの肉厚を薄くする等が有効な技術として提案されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、定着ローラの肉厚を薄くすると、通紙時の定着ローラの温度の落ち込みが大きくなる。特に高速で画像形成を行ういわゆる高速機では、定着ローラの内部のヒータの電力が足りていない場合はすぐに定着可能下限温度にまで達してしまい、それによって画像形成速度が遅くなったり、あるいは定着ローラ温度が上昇するまでの待ち時間発生を防げなかったりしていた。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点にかんがみてなしたもので、高速機では達成がむずかしかった省電力、省エネルギーを達成することが可能な定着装置とこれを用いた画像形成装置を供給することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る定着装置は、上記目的を達成するために、回転可能な定着部材により記録媒体を少なくとも加熱することによって該記録媒体に対して画像を定着させる定着装置であって、上記定着部材の温度を上昇させるための発熱体と、該発熱体に電力を供給するための電力供給手段とを有する定着装置において、上記電力供給部が供給可能な電力を検知する手段、記録媒体が上記定着部材によって少なくとも加熱される部位を通過する前に上記電力検知手段の検知電力に基づいて上記定着部材を回転駆動するか否かを判断、制御する制御手段と、該制御手段の上記判断に基づいて上記定着部材を回転駆動する手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
同請求項２に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１の定着装置において、上記制御手段は、所定時の上記電力供給手段の残電力量が所定値以下の場合に上記定着部材を回転させる制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
同請求項３に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１または２の定着装置において、上記制御手段は、所定時の上記電力供給手段の残電力量に応じて上記定着部材を回転させる時間を可変させる制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
同請求項４に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１の定着装置において、上記電力供給手段が、商用電源からなる主電源と出力電圧値を変更可能な蓄電装置からなる補助電源とからなり、上記電力検知手段が、所定時の上記補助電源の残電力量を検知し、上記制御手段が、該検出した上記補助電源の残電力量により上記定着部材を回転駆動するか否かを判断することを特徴とする。
【００１１】
同請求項５に係るものは、上記目的を達成するために、請求項４の定着装置において、上記制御手段は、所定時の上記補助電源の残電力量が所定値以下の場合に上記定着部材を回転させる制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
同請求項６に係るものは、上記目的を達成するために、請求項４または５の定着装置において、上記制御手段は、所定時の上記補助電源の残電力量に応じて上記定着部材を回転させる時間を可変させる制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
同請求項７に係るものは、上記目的を達成するために、請求項４ないし６のいずれかの定着装置において、上記電力検知手段が、所定時の上記主電源が供給可能な電力量または上記補助電源の残電力量を検知し、上記制御手段が、該検出した上記主電源の供給可能電力量または上記補助電源の残電力量により上記定着部材を回転駆動するか否かを判断することを特徴とする。
【００１４】
同請求項８に係るものは、上記目的を達成するために、請求項４ないし７のいずれかの定着装置において、上記蓄電装置が充放電可能なキャパシタであることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項９に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、請求項１ないし７のいずれかの定着装置を用いたことを特徴とする。
【００１６】
同請求項１０に係るものは、上記目的を達成するために、請求項２ないし８のいずれかの定着装置を用いた画像形成装置において、上記所定時を画像形成装置本体の電源投入時として上記定着部材の上記制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお以下の本発明に係る実施形態装置では、定着部材としての定着ローラの温度を上昇させるための発熱体へ電力を供給する手段として商用電源と補助電源を有し、通紙時の電力不足時には商用電源と補助電源を使用して電力不足を補っているものに関するが、電源供給のための種々の手段を電力供給部として採用できる。
【００１８】
図１は、本発明に係る定着装置を用いる画像形成装置の一例としての複写機の概略構成を示す断面図である。図示の複写機１は、その略上方から順に、原稿画像を読み取る読み取り部３、画像を形成する作像部５、転写材（記録媒体、記録材）Ｐを給紙する給紙部７を有している。読み取り部３は、周囲を被うカバー９の頂面に原稿画像（コピー原稿）をセットするコンタクトガラス１１を備え、コンタクトガラス１１に対して開閉可能に設けてコンタクトガラス１１上にセットしたコピー原稿を押さえ得る原稿押さえ１３を配し、コンタクトガラス１１上にセットしたコピー原稿を読み取って作像部５の感光体１７上に静電潜像を形成する光学装置１５を有している。
【００１９】
作像部５の感光体１７は図中時計方向に回転する。この感光体１７の周囲には、感光体１７に接触して感光体１７の表面を一様に帯電する帯電装置１９、感光体１７上の静電画潜像をトナー像として可視化する現像装置２２、感光体１７上のトナー像を記録シートである転写材Ｐに転写する転写装置２４、トナー像の転写後に感光体１７に残留したトナーを除去することにより感光体１７をクリーニングする感光体クリーニング装置２８が配置してある。
【００２０】
また、感光体クリーニング装置２８の図中左下方に位置させて定着装置３０が設けてある。定着装置３０は、熱を加える定着部材としての定着ローラ３２と転写材Ｐを定着ローラ３２に圧接させる加圧ローラ３４とを有し、転写材Ｐに熱と圧力を加え、転写されたトナー像を転写材Ｐに定着させる。定着装置３２によりトナー像を定着された転写材Ｐは、その後、排紙トレイ３６に排紙してスタックする。
【００２１】
図２は定着ローラ３２に内蔵した発熱体に対して電力を供給する電力供給部５０の回路構成を示す図である。図中５２は主電源装置、５４は補助電源装置、５６はメインスイッチ、５８は充電器、６０は切替装置、６２ａ、６２ｂは検知手段、６４は制御手段である。検知手段６２ａは定着ローラ３２の表面温度を検知するサーミスタ等からなる温度センサであり、検知手段６２ｂは補助電源装置５４の充電量を検知する電圧計である。
【００２２】
定着ローラ３２に内蔵した発熱体は、主電源装置５２から供給される電力により発熱する主発熱体５１ａと、補助電源装置５４から供給される電力により発熱する補助発熱体５１ｂからなり、その発熱によって定着ローラ３２を加熱する。
【００２３】
主電源装置５２は、詳細な図示は省略するが、作像部５内の設置場所において商用電源から電源供給を受けるように、例えばコンセント等に接続する。そして、加熱部５１に応じた電圧の調整及び交流と直流の整流等の機能を有するが、周知であるので詳細な図示及び説明は省略する。
【００２４】
補助電源装置５４は、充放電可能なキャパシタを有する。キャパシタとしては、例えば８０Ｆ程度の静電容量を有するキャパシタを使用してもよいが、電気二重層キャパシタと称される２０００Ｆ程度以上の静電容量を有し、数秒から数１０秒の電力供給には十分な容量を備えているものが適する。すなわち電気二重層キャパシタ等のキャパシタは、誘電体がなく、個体電極と溶液界面にできるイオンまたは溶媒分子の電荷が集中した電気二重層のイオン吸着層の吸、脱着反応（充、放電）を利用するもので、二次電池とは異なり化学反応を伴わないために、充電時間が短いこと、繰り返し充放電に強くて寿命が長いこと、大電力を短時間で放電可能であること、充電し続けても安全性が高いこと、メンテナンスの必要がないこと、環境にやさしいこと、充放電効率が高いこと等の優れた特徴を有するためである。
【００２５】
すなわち、二次電池として一般的なニッケル−カドミウム電池を用いた補助電源では、急速充電を行っても数時間の時間を要するのに対し、キャパシタを用いた補助電源では数分程度の急速な充電が可能であり、従って、頻繁に充放電可能であるため、同一時間内で比較したときに補助電源を用いた加熱の回数を増すことができる。またニッケル−カドミウム電池は充放電の繰り返し回数が５００から１０００回であるため加熱時用補助電源としては寿命が短く、交換の手間やコストが問題となるのに対し、キャパシタを用いた補助電源は桁違いの寿命を有し、繰り返しの充放電による劣化も少ない。従って、待機時の非加熱動作と稼動時の加熱動作を繰り返す画像形成装置における定着装置の加熱装置等には、特に有利である。また、鉛蓄電池のように液交換や補充なども必要ないため、メンテナンスがほとんど要らない。さらに、二次電池は蓄えた電力を一気に放電することができないので、加熱部が低温からの立ち上げ時に大電力を供給できず、立ち上げ時間の短縮には高い効果を望むことはできないのに対し、キャパシタを用いた補助電源は、大電力を数秒で放電可能であるので、立ち上げ時間の短縮に威力を発揮する。また、二次電池は化学反応を利用しているため、最大容量まで充電した後、放電の必要が無い場合、充電回路に接続しつづけると、化学反応によるガスなどにより容器が膨張して破裂することもあり得るのに対し、キャパシタを用いた補助電源は化学反応ではなく物理現象を利用しているので、ガスの発生などは無く、充電しつづけても安全であり、従って、フロート状態のモードを設けなくて良い。近年キャパシタにも多量の電気エネルギーを蓄えることができるものが開発されてきており、電気自動車などへの採用も検討されている。最近では静電容量が数万Ｆ、エネルギー密度が十数Ｗｈ／ｌという大容量のものも開発され、一層の大容量化が図られつつある。
【００２６】
そして、このようなキャパシタは、放電につれて端子間電圧が低下していくという特性があるため、残電力の検知はキャパシタの端子間電圧を計測することで実現できる。
【００２７】
制御手段６４は、補助電源装置５４から補助発熱体５１ｂに供給する電力をオン／オフ等させる制御を行う。ただし、図示の制御手段６４は、図２の回路の制御を行う部分だけを示す単なる一例であって、複写機１全体の制御を行う装置で兼用する等の種々の構成を採用できる。また補助電源装置５４に対する制御のための接続形態等も種々の形態を採用できる。
【００２８】
本実施形態の定着装置３０の立上り直後の動作を図３を参照して説明する。本実施形態では、図３に示すように、立上り直後の連続通紙時に主電源装置５２に加えて補助電源装置５４を構成するキャパシタを使用して不足電力を補い、定着ローラ３２の温度落ち込みを防止する。
【００２９】
従来の画像形成装置の場合、主電源のみの電力供給では立上り直後の連続通紙時に定着ローラの温度が落ち込み定着下限温度に達するとＣＰＭ（コピー速度）ダウンしたり、定着ローラの温度が上昇するまでコピー動作を止めたりしていた。特に省電力を達成する機械の場合は既述のように定着ローラの肉厚を薄くする必要があるため定着ローラに蓄熱できず、そのため定着ローラ温度がすぐに落ちてＣＰＭダウン、動作ストップという状態にすぐになってしまうため、使用者の使い勝手が悪くなっていた。
【００３０】
主電源装置５２による電力を補助電源装置５４のキャパシタの出力で補うように使用することにより、不足電力が補え、定着ローラ３２の温度落ち込みを防止できるが、キャパシタは放電につれて電圧が低下して充電量が少なくなっていくため徐々に供給電力が減ってくる。そのため、コピー動作終了時には充電が必要である。通常の使用ではコピー動作終了時に充電されるようにしておけばよいが、連続通紙の枚数が多くキャパシタの放電が多く残電力がほとんど無くなった状態でコピー動作が終わり、コピー動作終了と同時に電源スイッチをＯＦＦされた場合、キャパシタへの充電がされていない状態で次の立ち上げ動作からの連続通紙を行うと、キャパシタからの電力供給が無いため定着温度が落ち込み定着不良またはＣＰＭダウンが、コピー動作停止が発生してしまう。
【００３１】
これを防止するために、本実施形態では、キャパシタの充電量（残電力量）を検知し、画像形成装置の電源がＯＮされた時の残電力量に応じて、立ち上げ直後の定着ローラ３２の前回転（本来の定着動作を行う前の回転動作を言う）を実施するようにしている。例えば電源ＯＮ時のキャパシタの残電力量がある設定された電力量より少ない場合は定着ローラ３２の前回転を実施し、定着ローラ３２の熱によって加圧ローラ３４を暖めた状態でコピー動作を開始し、定着ローラ３２の温度の落ち込みを防止する。キャパシタの残電力量が多い場合は上述のような定着ローラ３２の前回転を行わず、立ち上げ時の待ち時間を短くする。また、残電力量に応じて定着ローラ３２の前回転時間を変更すれば、例えば残電力量が少ない場合は長く、多い場合は少なくすれば適正な前回転時間が得られるため、立ち上げ時の待ち時間を適正化できる。
【００３２】
本発明の実施例として上述の動作の具体的な例を説明する。定着ローラ３２は、外径φ４０ｍｍ、厚さｔ＝０．７ｍｍのアルミ芯金に、表面の離型性を高めるために表層にＰＦＡ樹脂をコーティングしたものを用いる。加圧ローラ３４は、外径φ４０ｍｍで発泡シリコーンゴム上にＰＦＡチューブを被せたものを用いる。定着ローラ３２と加圧ローラ３４で形成するニップ幅は７．０ｍｍとし、定着ローラ３２の温度が１８５℃となるように制御する。定着ローラ３２内部のヒータ（主発熱体５１ａと補助発熱体５１ｂ）は、主電源装置５２が立ち上げ時１２００Ｗ、通紙時８５０Ｗ、補助電源装置５４が４５０Ｗ（５０Ｖ）で通電するようにし、コピースピードは７５ＣＰＭとする。
【００３３】
図３（Ａ）に示すように、複写機１の装置本体等に設けた電源スイッチＯＮから約３０秒で定着ローラ３２の温度が定着設定温度（１８５℃）まで上昇してコピー可能となる。その直後からの連続通紙と同時に補助電源装置５４のキャパシタから電力を供給し、定着ローラ３２の温度が定着下限温度を下回らないように制御している。これを図３（Ａ）では実線で示してある。
【００３４】
ところがキャパシタは充電している電力を徐々に供給するため供給電力は徐々に減っていき、図３（Ｂ）で示すように、約９０秒後には補助発熱体５１ｂを発熱させるために十分な電力を供給できなくなる。この直後に複写機１の装置本体側で電源をＯＦＦとすると、キャパシタへの通電もなくなるため、充電量が十分でない状態のままとなる。
【００３５】
この状態で再び複写機１の装置本体側で電源をＯＮとして立ち上げ、主電源装置５２から供給される電力により発熱した主発熱体５１ａだけで加熱して定着ローラ３２の温度を上昇させ、そのまま連続通紙を行うと、図３（Ａ）に点線で示すように、定着ローラ３２の温度はすぐに定着下限温度を下回るまでに落ちてしまう。
【００３６】
そこでこれを防止するために、キャパシタの充電量が少ない場合、例えば検知手段６２ｂで検知した電圧が３０Ｖ以下の場合は、図３（Ｃ）に示すように、主発熱体５１ａで定着ローラ３２を加熱してその温度を上昇させた後に、定着ローラ３２の前回転を行う。すると、補助電源装置５４のキャパシタからの電力供給がなく、補助発熱体５１ｂを発熱させなくても定着ローラ３２によって加圧ローラ３４を暖めることができ、通紙時の定着ローラ３２の温度の落ち込みを防止でき、残電力が少ない場合でも定着不良等の発生を防止できる。
【００３７】
キャパシタの残充電量に応じて定着ローラ３２の前回転時間を変更することにより、例えば検知電圧が５０Ｖ時は０秒、４０Ｖ時は３０秒、３０Ｖ時は６０秒と前回転時間を設定しておけば、定着ローラ３２の温度の落ち込みと、コピー可能になるまでの待ち時間を適正化できる。このような制御は、既述のように、制御手段６４で行っても良いし、複写機１の制御装置を利用してこの種の制御を行うようにしても良い。もちろん、補助電源装置５４の残電力量に応じて定着ローラ３２の前回転の時間を適宜に可変させる制御を行っても良い。
【００３８】
以上説明してきた実施形態は回転体である定着ローラを定着部材とした例のみについてのものであるが、本発明は定着部材として無端ベルト等のベルト材を用いた例にも適用できる。また電源供給を、主電源、補助電源の２系統により行う例のみを開示しているが、電力供給部が供給可能な電力を検知して、その検知電力に基づいて記録媒体がニップ部を通過する前に定着部材の駆動を行うものであれば、蓄電装置だけでなく、商用電源が供給可能な電力を検知することによるものであっても本発明を適用できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る定着装置及びこれを用いた画像形成装置は、以上説明してきたように、電力検知手段の検知電力に基づいて定着部材を回転駆動するか否かを判断、制御することで、定着部材の温度の落ち込みを防止するので、高速機ではむずかしかった省電力、省エネルギーを達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着装置を用いる画像形成装置の一例としての複写機の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の装置の定着ローラに内蔵した発熱体に対して電力を供給する電力供給部の回路構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例における動作の具体例を示す図である。
【符号の説明】
１ 複写機
３ 読み取り部
５ 作像部
Ｐ 転写材（記録媒体、記録材）
７ 給紙部
９ カバー
１１ コンタクトガラス
１３ 原稿押さえ
１５ 光学装置
１７ 感光体
１９ 帯電装置
２２ 現像装置
２４ 転写装置
２８ 感光体クリーニング装置
３０ 定着装置
３２ 定着ローラ
３４ 加圧ローラ
３６ 排紙トレイ
５０ 電力供給部
５１ａ 主発熱体
５１ｂ 補助発熱体
５２ 主電源装置
５４ 補助電源装置
５６ メインスイッチ
５８ 充電器
６０ 切替装置
６２ａ、６２ｂ 検知手段
６４ 制御手段

Claims (10)

1. 回転可能な定着部材により記録媒体を少なくとも加熱することによって該記録媒体に対して画像を定着させる定着装置であって、上記定着部材の温度を上昇させるための発熱体と、該発熱体に電力を供給するための電力供給手段とを有する定着装置において、上記電力供給部が供給可能な電力を検知する手段と、記録媒体が上記定着部材によって少なくとも加熱される部位を通過する前に上記電力検知手段の検知電力に基づいて上記定着部材を回転駆動するか否かを判断、制御する制御手段と、該制御手段の上記判断に基づいて上記定着部材を回転駆動する手段とを有することを特徴とする定着装置。
2. 請求項１の定着装置において、上記制御手段は、所定時の上記電力供給手段の残電力量が所定値以下の場合に上記定着部材を回転させる制御を行うことを特徴とする定着装置。
3. 請求項１または２の定着装置において、上記制御手段は、所定時の上記電力供給手段の残電力量に応じて上記定着部材を回転させる時間を可変させる制御を行うことを特徴とする定着装置。
4. 請求項１の定着装置において、上記電力供給手段が、商用電源からなる主電源と出力電圧値を変更可能な蓄電装置からなる補助電源とからなり、上記電力検知手段が、所定時の上記補助電源の残電力量を検知し、上記制御手段が、該検出した上記補助電源の残電力量により上記定着部材を回転駆動するか否かを判断することを特徴とする定着装置。
5. 請求項４の定着装置において、上記制御手段は、所定時の上記補助電源の残電力量が所定値以下の場合に上記定着部材を回転させる制御を行うことを特徴とする定着装置。
6. 請求項４または５の定着装置において、上記制御手段は、所定時の上記補助電源の残電力量に応じて上記定着部材を回転させる時間を可変させる制御を行うことを特徴とする定着装置。
7. 請求項４ないし６のいずれかの定着装置において、上記電力検知手段が、所定時の上記主電源が供給可能な電力量または上記補助電源の残電力量を検知し、上記制御手段が、該検出した上記主電源の供給可能電力量または上記補助電源の残電力量により上記定着部材を回転駆動するか否かを判断することを特徴とする定着装置。
8. 請求項４ないし７のいずれかの定着装置において、上記蓄電装置が充放電可能なキャパシタであることを特徴とする定着装置。
9. 請求項１ないし７のいずれかの定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項２ないし８のいずれかの定着装置を用いた画像形成装置において、上記所定時を画像形成装置本体の電源投入時として上記定着部材の上記制御を行うことを特徴とする画像形成装置。

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