JP2006323413A

JP2006323413A - 定着装置

Info

Publication number: JP2006323413A
Application number: JP2006207461A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Tomita; 邦彦富田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】更なる省エネルギーの達成に加えて、定着部材あるいは紙等の被定着部材に歪み、しわを発生させず、これに伴う被定着物の蛇行等を防止し得るとともに、オフセット等も防止できる画像定着装置を提供すること。
【解決手段】複数に分割された線状発熱体と、該発熱体の各々にパルス通電する手段と、画像を有する被定着物を無端ベルトと協働して挟持する加圧体とを有し、上記発熱体により無端ベルトを介して被定着物中の画像を加熱し、その後冷却工程を経て画像を有する被定着物を無端ベルトから分離する定着装置であって、前記被定着物中の画像が、結着剤の主成分が樹脂であるトナーを用いて形成されたものであり、トナーの軟化点あるいは融点が５０〜１６０℃であり、粘度が軟化点あるいは融点以上の温度で１０〜１０^１３（センチポイズ）であることを特徴とする画像定着装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写やファクシミリ、プリンター等に用いられている電子写真を用いた画像形成技術に関するものであり、特に省エネルギーのために有用な画像定着装置に関する。

従来から地球環境の保全のために省資源及び省エネルギーの要求が高まっており、これは電子写真の分野においても例外ではない。
一方、複写やファクシミリ、プリンター等における現実の使用形態をみると、実際にプリントされる画像の面積は、被定着物１枚当たり実質２〜１０％程度のものがほとんどであり、残りの９０〜９８％は画像がないにもかかわらず、この非画像部分までも加熱されるという無駄が発生しており、省エネルギーの観点からみて、大きな問題を有していた。そこで、非画像部分は加熱せず、画像部分のみを加熱する技術が好ましいが、従来用いられていた結着剤として樹脂を使用するトナーにおいてはトナーの軟化点あるいは融点が高いために、画像定着時の発熱体の設定温度高くせざるを得ず、画像部分のみを加熱すると、定着部材や、紙等の被定着物に部分的な熱膨張がおこり、歪みが発生し、蛇行やしわの原因となるため、実用化が難しく、これらの問題を解決できる技術が不可欠であった。

これらの問題点を解決するためには、使用するトナーについて軟化点あるいは融点が低いものを選び、低温度定着を実現することが考えられるが、トナーに使用されている熱可塑性の樹脂の特性として軟化点あるいは融点が下がると必然的に溶融粘度が下がるという性質がある。この性質は、熱可塑性の樹脂の軟化点あるいは融点は樹脂の分子量、分子量分布、結晶化度、架橋度、分子間力等によって決まり、同一構造の樹脂の軟化点あるいは融点を下げるためにはこのうち分子量、架橋度を下げるか分子量分布を狭くせざるを得ない。このうち、分子量分布は樹脂の保存性の限界から下限が決まってくるので、分子量自体を下げると必然的に狭くなってしまう。一般に分子量を下げると分子鎖は短くなるために絡み合いが緩くなり溶融粘度は下がる。また、分子量分布が狭くなってもやはり分子鎖の絡み合いが緩くなり溶融粘度は下がる。更に、分子間の架橋度を下げるとそれぞれの分子が動きやすくなるために溶融粘度は下がる。このような溶融粘度が下がった状態のトナーを使用する場合オフセットを生じるという重大な問題があった。

一方、オフセットを防止する技術としては、特許文献１（特公昭５１−２９８２５号公報）に示されているような方法があり、また、これらの方法を応用したものに特許文献２（特許第２５１６８８６号公報）記載のものがある。これは、特許文献３（特公昭５１−２９８２５号公報）における発熱体を線状発熱体とし、該発熱体にパルス状の通電をすることにより、余熱を不要として待機時間短縮するとともに、機内への余分な熱の放出を抑制し機内の昇温の低減化を図るものであって、これによりある程度の省エネルギーがなされるが、その程度は未だ充分なものではない。

また、画一的なパルス状の通電加熱では、画像先端部分における温度が発熱体やその支持体が、あるいはプラテンローラが冷えているので低くなり、また、逆に画像後端部では発熱体や支持体があるいはプラテンローラが蓄熱するために高くなり、先端後端で定着温度に差が発生してしまう。
その場合の対応としては、画像先端部分の温度設定を高くして定着不良を起こさないようにし、後端部分の温度上昇に対しては、トナーの所謂ゴム域幅を広げて対応することになる。

しかし、省エネルギーのためにトナーの融点を下げるとゴム域幅を充分にとるのは非常に難しく、ホットオフセットが発生しやすくなり、あるいはホットオフセットが発生しないまでもトナーの溶融粘度が下がり過ぎるために画像に光沢が発生しやすくなってしまう。
しかも、定着不良を防止するために最初から温度を高めに設定するのではせっかくの省エネルギーの手段も効果が低下してしまい、更なる省エネルギーの技術が切望されていた。

特公昭５１−２９８２５号公報特許第２５１６８８６号公報特公昭５１−２９８２５号公報

したがって、本発明の目的は、上記従来技術に鑑みて、更なる省エネルギーの達成に加えて、定着部材あるいは紙等の被定着部材に歪み、しわを発生させず、これに伴う被定着物の蛇行等を防止し得るとともに、オフセット等も防止できる画像定着装置を提供することにある。

上記課題は、本発明の（１）「複数に分割された線状発熱体と、該発熱体の各々にパルス通電する手段と、画像を有する被定着物を無端ベルトと協働して挟持する加圧体とを有し、上記発熱体により無端ベルトを介して被定着物中の画像を加熱し、その後冷却工程を経て画像を有する被定着物を無端ベルトから分離する定着装置であって、前記被定着物中の画像が、結着剤の主成分が樹脂であるトナーを用いて形成されたものであり、トナーの軟化点あるいは融点が５０〜１６０℃であり、粘度が軟化点あるいは融点以上の温度で１０〜１０^１３（ｃｐｏｉｓｅ）であることを特徴とする画像定着装置」、（２）「線状発熱体が２分割以上であることを特徴とする（１）に記載の定着装置」、（３）「分割された各発熱体に対する通電パルス幅を１枚の被定着物中の画像内で変化させることを特徴とする（１）または（２）に記載の画像定着装置」、（４）「分割された各発熱体に対する単位時間当たりの通電パルス密度を１枚の被定着物中の画像内で変化させることを特徴とする（１）または（２）に記載の画像定着装置」、（５）「１枚の被定着物中の画像内で、分割された各発熱体に対する通電パルス幅と単位時間あたりのパルス密度を組み合わせて変化させることを特徴とする（１）または（２）に記載の画像定着装置」、（６）「１枚の被定着物中の画像内において、定着開始から定着終了にかけて分割された各発熱体に対する通電パルス幅あるいは通電パルス数が減少することを特徴とする（１）乃至（５）の何れか１に記載の画像定着装置」、（７）「分割された各発熱体への加熱開始時と加熱終了時との通電量変化の比が、前記被定着物がＭＤ（通紙方向）で４２０ｍｍの長さを有するとき（前記被定着物がJIS P 0138によるＡ３サイズの長辺方向に給排紙されたとき）の換算で、１０：９．５〜１０：１であることを特徴とする（２）乃至（５）の何れか１に記載の画像定着装置」、（８）「通電開始のタイミングにおいて、画像最先端部が分割された各発熱体部分に到達する前に１パルス以上印加することを特徴とする（１）乃至（６）の何れか１に記載の定着システム」（９）「分割された各発熱体が画像部分に対応した個所のみ発熱することを特徴とする（１）乃至（８）の何れか１に記載の定着システム」、および（１０）「分割された各発熱体が非画像部分でヘッドの通電を１０％以上カットすることを特徴とする（１）乃至（９）の何れか１に記載の定着システム」により達成される。

以下の詳細かつ具体的な説明から明らかなように、本発明により、大幅な省エネルギーの達成に加えて、定着部材あるいは紙等の被定着部材に歪み、しわを発生させず、これに伴う被定着物の蛇行等を防止し得るとともに、オフセット等も起こさない安定した定着を実現できる画像定着装置を提供されるという極めて優れた効果を奏するものである。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の定着装置は、複数に分割された線状発熱体と、該発熱体の各々にパルス通電する手段と、画像を有する被定着物を無端ベルトと協働して挟持する加圧体とを有し、上記発熱体により無端ベルトを介して被定着物中の画像を加熱し、その後冷却工程を経て画像を有する被定着物を無端ベルトから分離する定着装置であって、前記被定着物中の画像が、結着剤の主成分が樹脂であるトナーを用いて形成されたものであり、トナーの軟化点あるいは融点が５０〜１６０℃であり、粘度が軟化点あるいは融点以上の温度で１０〜１０^１３（センチポイズ）であることを特徴とする画像定着装置であり、特に線状発熱体を複数に分割したことにより、大幅な省エネルギーを達成するものであり、また、他に採用した構成と相俟って、定着部材あるいは紙等の被定着物に歪み、しわ等を発生させず、またこれに伴う被定着物の蛇行も防止し得るとともに、定着不良およびオフセット等も防止し得、安定した画像定着が可能となったものであるるものである。

トナー画像の定着は、一般的にトナー画像を加圧下にトナーの溶融成分、特にバインダ樹脂を加熱して、支持体に融着させることにより行なわれる。支持体への良好な融着のためにはトナー画像をより強く加圧することが好ましく、そのためには、支持体上にトナー画像を有する被定着物がＭＤ（通紙方向）で稜線状の極く細い加熱された加圧体により次々に連続して押されることが望ましい。本明細書における「線状発熱体」は、このような稜線状の極く細い加熱された加圧体を意味し、例えばニクロム線のような発熱体を意味するものではない。このような発熱体は、抵抗加熱、誘導加熱、高周波振動加熱、レーザ加熱等の公知の適宜手段により加熱することができるが、具体的には、例えばサーマルヘッドが好適である。
本発明の線状発熱体は、例えば、図１に示されるように、被定着物の走行方向（ＭＤ）に対し横断（ＴＤ）するように分割配置され、分割された各発熱体全体で、被定着物全体の画像定着を受け持つ。各発熱体は、被定着物中の自己が受け持つ領域において画像が検出されなければ加熱されず、画像が検出されればこの画像部分のみに対してパルス通電により加熱され画像定着がおこなわれる。例えばサーマルヘッドを使用する場合、サーマルヘッドの加熱領域を極めて多数に分割可能であるので、よりきめの細かい加熱制御による画像定着を行うことができる。
また、分割された各発熱体の配置は直線状でもよいが、本発明の各発熱体は、該各発熱体に各々対応する画像位置検出センサーの出力に基づき、加熱タイミングを個別に制御するので、上記横断方向おいてずれて配置されていてもよい。

印加する通電パルスの形状は、方形波、三角波、正弦波等どのような形状を呈していてもよく、また、パルス間は完全にオフ状態にする必要もない。本発明におけるパルス通電は、１枚の被定着物中の画像領域の定着開始から定着終了にかけて、通電パルス幅あるいは通電パルス数を減少させることで、１枚の被定着物中の画像領域において定着開始から定着終了にかけて徐々に通電エネルギーを下げることにより、更なる省エネルギーが図られるとともに、発熱体の温度があまり上昇しないようにすることで、トナーにかかる温度がほぼ一定になるようにすることにより、ホットオフセットの発生や異常な光沢の発生を防ぐことができる。

実際には、１枚の被定着物中の画像領域内における定着開始時と定着終了時の通電量の比が、ＭＤ（通紙方向）で４２０ｍｍの長さを有するとき（前記被定着物がJIS P 0138によるＡ３サイズの長辺方向に給排紙されたとき）の換算で、１０：９．５〜１０：１であれば、安定した定着が行なわれることが判明し、使用条件の変動を考えると好ましくは１０：８〜１０：２、さらに好ましくは１０：８〜１０：３、更にもっと好ましくは１０：７〜１０：４であれば良く、従来の方法に比べて遥かに省エネルギーを実現しているといえる。なお、通電量（電力量）の下げ方は連続的であっても、あるいは階段状であっても良く、除々に下がれば良い。但し、これらのような設定に関しても多少のばらつきや使用条件による変動があるので、本発明のように加熱後の冷却工程も必要となる。

一般に、トナーの定着は所謂「樹脂のゴム域状態」においてなされる。トナーにかかる温度が上昇するにつれて、トナー樹脂の軟化がはじまり、樹脂の粘度が下がって行く。但し、ここで云う「ゴム域状態」は、高分子材料変形のため力を加えた後に力を抜いた場合の弾性復元力ではなく、むしろ、材料の示す応力減少因（クリープ因）である。従来の定着ローラシステムにおけるトナーは、軟化から完全溶融状態までの所謂ゴム域の範囲内では樹脂の粘度が非常に高いので自己凝集力が高く、定着ローラにトナーの一部が付着するオフセットの発生は殆ど起こらない。しかし、完全溶融状態になると樹脂の粘度低下が著しく自己凝集力の低下が起こり、定着ローラに一部トナーが付着するという現象が起こる。

一般に熱可塑性樹脂を加熱すると軟化点までは固体であり、軟化点を超えると柔らかになり粘性を呈し、これを更に加熱し、融点を超えるともっと柔らかくなり粘稠な液体状態になるが、このときの軟化点から融点までの温度の幅や、軟化点から融点までの粘性及び融点以上の粘性は、樹脂の分子量、分子量分布、結晶化度、架橋度、分子間力等により異なる。本発明においては、実際に軟化点から融点までの間に１０〜１０^１３センチポイズの溶融粘度を呈するトナーであれば、軟化点以上の温度でも使用できるし、また、当然融点以上の温度でも上記溶融粘度のものであれば使用できる。
したがって、ここで云う「ゴム域状態」は、高分子材料変形のため力を加えた後に
力を抜いた場合の弾性復元力ではなく、むしろ、材料の示す応力減少因（クリープ因）となるものである。

トナーの溶融粘度が低いということは、当然ゴム域状態における粘度低下の傾きも著しく、このようなトナーの系において、一般的な従来の熱ローラ定着方式ではローラ表面にシリコンオイル等を塗布する以外の方法では、ホットオフセットの問題により使用できない。なお、オイル等の塗布の方法もあまり粘度が下ると効果がなく、また、オイル塗布の方法はコストが高いものになりユーザーの不利益となる。

したがって、実際の熱ローラタイプの定着においては、トナーのゴム域範囲内における粘度範囲で定着を行なうが、特公昭５１−２９８２５公報に記載のように熱の印加直後、定着部材から引き剥がさずにトナーの冷却後部材より引き剥がすという方法をとれば、トナーが冷却固化した後に引き剥がすので溶融時にトナーの粘度が下がっていても、定着部材にトナーが付着するということはないので、従来に比べ、非常に余裕度が高いものであるといえる。
本発明においては、発熱体と、これに懸架された無端ベルトと協働して挟持する加圧体とを設けるとともに、上記発熱体により無端ベルトを介して被定着物中の画像を加熱し、その後冷却工程を経て画像を有する被定着物を無端ベルトから分離する手段を採用したことにより、軟化点あるいは融点が５０〜１６０ ℃であり、粘度が、軟化点あるいは融点以上の温度で１０〜１０^１３センチポイズの溶融粘度を呈するトナーが使用でき、特に低軟化点あるいは低融点のトナーであって、低粘度を呈するトナーであってもオフセット等を生じることなく安定な画像定着を行うことができる。そして、これにより定着温度を低下させることが可能となり、複数に分割した線状発熱体の各々により、１枚の被定着物中の画像部分のみを加熱定着させても、定着部材や紙等の部分的な熱膨張が最小限に押さえられ、歪みがほとんど発生せず、しわや蛇行を防止し得ることが可能となったものである。

図１は、本発明における加熱冷却の構成を有する画像定着装置の１例を示す。図１の装置例においては、被定着物の走行方向に対して横断するように配設され、複数に分割され、各々個別に制御される線状発熱体、例えばサーマルヘッド（Ｈ１）と、ガイドローラ（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）とに懸架された無端ベルト（Ｂ）と、各発熱体（Ｈ１）にパルス通電するための通電制御手段（Ａ１）と、画像（Ｐ１）を支持体（Ｐ２）上に有する被定着物（Ｐ３）を無端ベルト（Ｂ）と共働して挟持する加圧体（Ｐ４）とを含む。この例における加圧体（Ｐ４）は、加圧ローラ（Ｇ４）とガイドローラ（Ｇ５）の間に懸架された搬送ベルト（Ｃｖ）から構成されている。

ガイドローラ（Ｇ１）とガイドローラ（Ｇ２）のうちいずれが駆動ローラで他方がローラであってもよく、また、いずれかが冷却のためのローラであってもよいが、この例においては図中矢印符号で示される無端ベルト（Ｂ）の通常の時計針回動方向即ち被定着物（Ｐ３）が左から右へ搬送される点で、ガイドローラ（Ｇ２）が被定着物（Ｐ３）中の画像（Ｐ１）冷却のためのローラとなっている。
図１の装置おいては、冷却手段を兼ねるガイドローラ（Ｇ２）は充分な冷却表面積を採るために、定着ローラを兼ねるガイドローラ（Ｇ３）及び駆動ローラを兼ねるガイドローラ（Ｇ１）よりも大径なものとなっている。本発明においては、この定着装置にガイドローラ（Ｇ２）以外の、又はガイドローラ（Ｇ２）に代わる他の冷却手段を設けてもよい。被定着物（Ｐ３）中の画像（Ｐ１）は、各発熱体（Ｈ１）により無端ベルト（Ｂ）を介して加熱され、その後、冷却手段としてのガイドローラ（Ｇ２）による冷却工程を経て画像（Ｐ２）を有する被定着物（Ｐ３）が無端ベルト（Ｂ）から分離される。

この例の定着装置における制御系は、図示されてない通電スイッチ手段を含む分割された各発熱体（Ｈ１）の加熱用の通電制御手段（Ａ１）と、駆動ローラを兼ねるガイドローラ（Ｇ１）の駆動用のパルスモータ（Ｍ）の回転制御のための制御手段（Ａ２）とを有し、これら制御手段（Ａ１）及び（Ａ２）は、被定着物（Ｐ３）中の画像（Ｐ１）の位置をモニタするための画像位置検出センサ（Ｓ）からの画像信号を受信し、また、ＲＡＭ（Ｂ２）及びＲＯＭ（Ｂ３）に接続するコントローラ（Ｂ１）により制御され、電源（Ａ３）からのパルス通電量を調節する。この場合、画像位置検出センサー等を含む上記制御系は、上記分割された各発熱体に対応して設けられ、１つの制御系は１つの発熱体に対して設けられており、これにより、各発熱体は、被定着物中の自己が受け持つ領域において、画像が検出された場合のみ、この画像部分のみに対してパルス通電により加熱され、画像定着がおこなわれる。また、コントローラ（Ｂ１）は、各発熱体に対応するよう個別に設けてもよいが、１つのコントローラのみで、各発熱体の上記制御系をコントロールしてもよい。また、各発熱体（Ｈ１）には、温度センサ、例えばサーミスタ（ＳＭ）が配置され、サーミスタ（ＳＭ）からの出力信号は、制御手段（Ａ１）に送信されて、その中の図示されてない通電スイッチ手段の切換操作のために用いられる。従来技術の場合、トナー像の定着のための通電加熱においては、必ずしもパルス通電である必要はなく、例えば被制御量としての電圧及び／又は電流量がアナログ量であってもこのようなアナログ被制御量を制御するため、制御信号としてデジタル信号を用いることは不可能ではないが、ここでは制御量のみでなく、被制御量としての通電量自体をもパルス通電量として用いる。このような制御系の利点は、饒舌を尽くすまでもなく、当業者にとって明らかである。

図２は、このような通電制御手段（Ａ１）の各発熱体（Ｈ１）に対する通電パルスと各発熱体（Ｈ１）の温度変化の１例を示す。
まず、前記画像位置検出センサ（Ｓ）の出力信号を基準にした定着のための通電タイミングに合わせて、被定着物（Ｐ３）中の画像部分（Ｐ１）が各発熱体（Ｈ１）のうちの一つに到達する前に、通電パルスの通電周期（Ｃ）又は／及びパルス当りの通電時間（Ｐ）を増大させ、高通電モードで通電されると、図中の実線グラフで示されるように、各発熱体（Ｈ１）は急速に立上り加熱される。各発熱体（Ｈ１）には１パルス以上印加される。各ヒータ（Ｈ１）は被定着物（Ｐ３）中の画像（Ｐ１）が到達したときには図中の１点鎖線グラフで示されるように、トナー画像を溶融定着し得る温度になっているので、後は連続した一定の通電パルスタイミング及び通電パルス幅で上記発熱体（Ｈ１）に通電し、その後、位置検出センサ（Ｓ）の出力信号が支持体（Ｐ２）上に画像をモニタしなくなり出力信号がローレベルになった時点を基準にした遮断通電遮断タイミングに合わせて、通電制御手段（Ａ１）はこの発熱体（Ｈ１）に対するの通電を停止する。通電が停止されても発熱体（Ｈ１）は、暫くは温度が充分高いので僅か残余の画像の定着は未だ実行される。
この例においては、高通電モードの後の低通電モードを、一定のパルス幅およびパルス密度に設定したが、後述するように、低通電モードにおいて、パルス幅および／またはパルス密度を減少するように通電してもよい。

図３は、各発熱体（Ｈ１）に通電パルスを印加する通電制御手段（Ａ１）を、コントローラ（Ｂ１）により制御するための制御系の１例を示すブロック図である。なお、図３においては、１つのコントローラで１つの発熱体を制御しているが、１つのコントローラで、複数の発熱体を制御することも可能であることは前述のとおりである。
ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）（Ｂ２）にはコントローラ（Ｂ１）に接続するセンサ（Ｓ）、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）（Ｂ３）、制御手段（Ａ１）及び（Ａ２）をシーケンス制御するためのシーケンスプログラムを呼出及び更新可能に格納し、また、インバータ回路（Ａ１２）の出力としての温度センサ（ＳＭ）のレベル信号とキュードライバ部（Ａ１１）のパルス信号との間のインターフェース用プログラムを呼出及び更新可能に格納する。

一連の通電パルスのパルス数をＮｎ、通電周期をＣｎ、通電時間をＰｎとすると、これらのデータ（Ｎｎ、Ｃｎ、Ｐｎ）は予めＲＯＭ（リードオンリーメモリ）（Ｂ３）に呼出可能に格納されており、ＲＯＭ（Ｂ３）にコントローラ（Ｂ１）からアドレス信号が与えられることによってデータ（Ｎｎ、Ｃｎ、Ｐｎ）が読み出され、レジスタ部（Ｂ４）、データラッチ部（Ｂ５）へ順次送られる。このレジスタ部（Ｂ４）、データラッチ部（Ｂ５）は、前記コントローラ（Ｂ１）により制御され、データＮｎはＮパルスカウンタ部（Ｂ６）へ送られ、データ（Ｃｎ、Ｐｎ）は通電時間作成カウンタ部（Ｂ７）へ送られる。

この通電時間作成カウンタ部（Ｂ７）は、データ（Ｃｊ、Ｐｋ）により１パルス分の通電時間を決定し、その出力データを通電制御手段（Ａ１）のキュードライバ部（Ａ１１）に入力する。このキュードライバ部（Ａ１１）は、通電時間データに応じた順序で所要の通電パルスを出力して各発熱体（Ｈ１）を駆動する。同時に、前記Ｎパルスカウンタ部（Ｂ７）は、通電パルスの出力数をカウントし、データＮｉだけカウントした時点で前記コントローラ（Ｂ１）へ信号を送る。

これにより、前記コントローラ（Ｂ１）は次のサイクルのアドレス信号を出力すると共に前記レジスタ部（Ｂ４）、データラッチ部（Ｂ５）を制御する。例えば、本発明においてはＣｎ＝１０ｍｓで一定とし、温度立上げ時にはＰ_０＝９ｍｓ、Ｎ_０＝３０とし、恒温制御時にはＰ_１＝２ｍｓ、Ｎ_１＝２１３〜２１５とすることができる。なお、各モードでの通電時間、パルス数は、予め収集されたデータに基づき設定されている。

したがって、このような通電制御手段（Ａ１）は、１枚の被定着物（Ｂ３）中の各画像（Ｂ１）の定着過程中で変化可能なものである。また、図中では、各発熱体（Ｈ１）の通電制御手段（Ａ１）は、通電パルスの通電周期（Ｃ）の密度が高くパルス当りの通電時間（Ｐ）が多い通電モードと、次の定常通電モードが表わされているが、このような１枚の被定着物（Ｂ３）中の全画像について、発熱体としてのヒータ（Ｈ１）は、熱遮断性に優れているときには、その発熱温度が経時と共に段々上昇するので、定着過程の加熱開始時から加熱終了時にかけて、各発熱体（Ｈ１）への単位時間当たりの通電パルス幅および／または通電パルス密度を減少させることが望ましい。

また、本発明における通電制御手段（Ａ１）は、被定着物（Ｐ３）中の画像（Ｐ１）部分の最先端部が各発熱体（Ｈ１）の位置に到達するまで、各発熱体（Ｈ１）に通電せず、かつまた、通電制御手段（Ａ１）は、画像（Ｐ１）を有する支持体（２）の後端が発熱体位置の通過を終了する前であっても、画像（Ｐ１）の発熱体位置の通過を終了するとともに通電を停止するように構成することも可能である。

図４には、先に説明した本発明の定着装置例に関連し、該装置における前記通電微調整手段により制御される各発熱体（Ｈ１）に対する通電開始、停止及び切換手段としての制御回路の一例が示されている。この例においては、トランジスタ（ＴＲ１１）とトランジスタ（ＴＲ１２）とで各発熱体（Ｈ１）のための自走マルチバイブレータを形成し、（ＴＲ１１）と（ＴＲ１２）とを交互に導通させ、トランスの１次側コイル（Ｌ１１）への交番入力に対応する高電圧の２次誘導出力を２次側コイル（Ｌ２１）に得、これを、負荷として抵抗（Ｒ１）と（Ｒ１１）を有する各発熱体（Ｈ１）の電源とすることにより、パルス通電加熱の際の通電開始、停止及び切換手段を行なうものであり、また、この自走マルチバイブレータ回路の制御を、トランジスタ（ＴＲ１）と抵抗（Ｒｘ）と図１における温度センサのサーミスタ（ＳＭ）とで構成され、該自走マルチバイブレータ回路の負荷変動に対して負の入出力関係が成立する帰還回路により行なう。

この自走マルチバイブレータは、１方のトランジスタ例えば（ＴＲ１１）が導通するとトランスの１次側コイル（Ｌ１１）が通電し、その結果、２次側コイル（Ｌ２１）には若干時間を置いて２次誘導出力を得てこれをヒータ源とすると同時にこの２次出力により、コイル（Ｌ１１）にはまた若干時間を経て発生する３次誘導出力を得て、この時間を置いて得られた３次出力を今度は他方のトランジスタ（ＴＲ１２）に帰還してこれを導通させることによりトランジスタ（ＴＲ１２）の場合にもトランジスタ（ＴＲ１１）の場合と同様の動作をさせ、以下交互にこの動作を繰り返させて、マルチバイブレータとするものである。コンデンサ（Ｃ１）は、回路中のコイル（Ｌ１１）と共働して両トランジスタの導通時定数（即ちパルス通電頻度）を定めるためのものであり、また、この回路の電源には無論整流器（Ｄ）からの直流成分が充てられる。

したがって、この自走マルチバイブレータは、本発明の定着装置におけるヒータ（Ｈ１）の加熱上限温度及び下限温度を決めるものであり、結果的に、前記制御手段（Ａ１）による図２中の温度制御範囲を決めるものである。プッシュプル型のスイッチ（ＳＷ）は、ヒータ（Ｈ１）を高発熱量（Ｒ１＋Ｒ２）と低発熱量（Ｒ２のみ）に切換えることができるようになっている。

さらに、回路素子をサ−ジ電圧から保護するための従来公知の手段を組み合わせることができ、例えば、整流器（Ｄ）のための抵抗（Ｒ３）部分には突然の過電圧流から整流器（Ｄ）を保護するため、ツェナー破壊電圧に達すると導通するツェナーダイオードを抵抗（Ｒ３）＋整流器（Ｄ）に並列配置することにより、過電流バイパス路を設けることができる。この回路装置の場合には、パルス出力であるという利点だけでなく、ダイオードと抵抗からなるような一般的な高時定数の逆起電力吸収回路を含まないという利点がある。

図５に示されるように、むろん、各発熱体（Ｈ１）を、例えば高温（Ｒ１１＋Ｒ２２）、中温（Ｒ１１＋Ｒ３２）、低温（Ｒ１１のみ）の３段階の温度に切り換えるようにすることができ、さらに、例えば５段階の温度に切り換えるようにすることもできる。

図６には、本発明の定着装置に関連し、各発熱体（Ｈ１）のための通電開始、停止及び切換手段としての制御回路の他の一例が示されている。この場合も、各発熱体（Ｈ１）の負荷（Ｒ１）は、低温加熱の場合は（Ｒ１１）のみで、高温加熱の場合は（Ｒ１１＋Ｒ１２）として示され、また、温度切換手段（７）は電気スイッチ（ＳＷ）として示されている。この図の例において、各発熱体（Ｈ１）のラインの通電量開閉及び切換手段は、通電回路制御器（ＣＲ）とトランジスタ（ＴＲ）とにより構成され、通電回路制御器（ＣＲ）は、継電器の電磁コイル（ＭＣ）を作動させ継電器を開閉しうる電磁開閉器（Ｘ）から成り、トランジスタ（ＴＲ）は、この電磁開閉器（Ｘ）を駆動するためにサーミスタ（ＳＭ）のような温度センサを経た出力を増幅する。出力信号が温度センサ（ＳＭ）を経てトランジスタ（ＴＲ）のベ−ス電極に入るとこのトランジスタ（ＴＲ）は導通して電磁開閉器（Ｘ）を励磁する。この例におけるダイオード（Ｄ）と抵抗（Ｒｘ２）からなる回路は、電磁開閉器（Ｘ）が遮断されたときに発生する逆起電力を吸収して回路を保護する。また、整流器（Ｄ）は、通電回路制御器（ＣＲ）とトランジスタ（ＴＲ）とにより構成される通電量調整手段の電源である。
いる。

図７は、本発明の定着装置の別の形態を示したものである。図１の装置においては、無端ベルト（Ｂ）は各ガイドローラに懸架され駆動されているが、図７に示すように、無端ベルト（Ｂ）を線状発熱体（Ｈ１）と加圧ローラ（Ｇ４）でニップし、該ローラのフリクションで駆動して被定着物（Ｐ３）を搬送してもよい。

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。
なお、以下の実施例に示す積分波形とは、図８のようにパルスの出力を積分してひとつの波形として扱ったものである。

（実施例１）
図９は、サーマルヘッドを使用した定着装置において、サーマルヘッドを４分割し、対応する画像位置検出センサの出力に基づき、分割された各サーマルヘッドに対し各々自己の受け持つ画像部分のみ加熱するようパルス通電した場合において、実際に画像を通紙してどの程度省エネルギー化ができるかを示した図である。
図９中（１）〜（５）は用紙中の画像を表わし、図中、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、用紙がサーマルヘッド（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）を通過したときのパルス積分波形の様子を表わしている。これによれば、サーマルヘッドを４分割した場合には、例えば、（１）の画像の場合、Ｄ部分に対する通電量ですむのに対し、分割しない場合は、さらに（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）部分に対応する通電量が必要となる。本発明によれば、画像のない部分のサーマルヘッドは通電を１０％以上カットしており、更なる省エネルギーが達成されていることは明らかである。

（実施例２）
図１０は、定着において、発熱体による通電パルス幅、パルス密度を減少させた場合、実際に画像を通紙してどの程度省エネルギー化ができるかを示した図である。
図１０中、（１）〜（５）は用紙中の画像を表わし、図中（Ｉ）、（II）、（III）、（IV）は、用紙がサーマルヘッドを通過したときのパルス積分値と発熱体の温度変化の様子を表わしている。
（Ｉ）、（II）はパルス幅密度共に一定の値であり、時間と共に発熱体の温度は上昇している。これに対して（III）、（IV）パルス幅、またはパルス密度を可変にした場合、パルスの積分値は時間と共に減少しているが、温度は最初オーバーシュートがあるものの、蓄熱があるためにほぼ一定温度を示している。
また、この例では最初の画像がくるまではパルスをオフにしてあり、また、画像が完全になくなったときにはパルスはオフになっているが、最初の画像ともっとも後端の画像の間はすべてのサーマルヘッドは通電し続けている。
消費エネルギーはパルスの積分値に対応するので、図中、符号Ｑの分だけ省エネルギーが達成できたことになり、本発明による省エネルギー効果は明白である。

本発明における加熱冷却の構成を有する画像定着装置の１例を示す。本発明における加熱通電制御手段の発熱体に対する通電パルスと発熱体の温度変化の１例を示す。本発明における加熱通電制御手段を、コントローラにより制御するための制御系の１例を示すブロック図である。本発明における加熱通電制御手段により制御される発熱体のための通電開始、停止及び切換手段としての制御回路の一例を示す。本発明における発熱体の高温、中温、低温の３段階の温度に切り換えを示す図である。本発明における発熱体のための通電開始、停止及び切換手段としての制御回路の他の一例を示す。本発明における画像定着装置の他の１例を示す。本発明におけるヒータ（Ｈ１）の印加されるパルス出力とガイドローラ（Ｇ１）の熱分布の関係を示す図である。ガイドローラ（Ｇ１）の積分波形の熱分布の関係を示す図である。本発明における発熱体（ヒータ）が棒状の場合の、ガイドローラ（Ｇ１）の積分波形の熱分布に与える各画像（I）、（II）、（III）、（IV）の影響を示し、本発明が、画像を通紙してどの程度省エネルギー化ができるかを示した図である。

符号の説明

Ａ１通電制御手段
Ａ１１キュードライバ部
Ａ１２インバータ回路
Ａ２モータ制御手段
Ａ３電源
Ｂ無端ベルト
Ｂ１コントローラ
Ｂ１コントローラ
Ｂ１コントローラ
Ｂ２ＲＡＭ
Ｂ３ＲＯＭ
Ｂ４レジスタ部
Ｂ５データラッチ部
Ｂ６Ｎパルスカウンタ部
Ｂ７通電時間作成カウンタ部
Ｃ通電周期
Ｃ１コンデンサ
ＣＲ通電回路制御器
Ｃｖ搬送ベルト
Ｄ全波整流器
Ｇ１ガイドローラ（駆動ローラ）
Ｇ２ガイドローラ
Ｇ３ガイドローラ（定着ローラ）
Ｇ４加圧ローラ
Ｇ５ガイドローラ
Ｈ１発熱体
Ｌ１１１次側コイル
Ｌ２１２次側コイル
Ｍ駆動モータ
ＭＣ電磁コイル
Ｎ通電パルス数
Ｐ通電時間
Ｐ１画像
Ｐ２支持体
Ｐ３被定着物
Ｐ４加圧体
Ｑ省エネルギー量
Ｒ１抵抗
Ｒ１１抵抗
Ｒ３抵抗
Ｒｘ抵抗
Ｒｘ２抵抗
Ｓ画像位置センサ
ＳＭサーミスタ
ＳＷ電源スイッチ
ＴＲトランジスタ
ＴＲ１トランジスタ
ＴＲ１１トランジスタ
ＴＲ１２トランジスタ
Ｘ電磁開閉器

Claims

複数に分割された線状発熱体と、該発熱体の各々にパルス通電する手段と、画像を有する被定着物を無端ベルトと協働して挟持する加圧体とを有し、上記発熱体により無端ベルトを介して被定着物中の画像を加熱し、その後冷却工程を経て画像を有する被定着物を無端ベルトから分離する定着装置であって、前記被定着物中の画像が、結着剤の主成分が樹脂であるトナーを用いて形成されたものであり、トナーの軟化点あるいは融点が５０〜１６０℃であり、粘度が軟化点あるいは融点以上の温度で１０〜１０^１３（センチポイズ）であることを特徴とする画像定着装置。
線状発熱体が２分割以上であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
分割された各発熱体に対する通電パルス幅を１枚の被定着物中の画像内で変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の画像定着装置。
分割された各発熱体に対する単位時間当たりの通電パルス密度を１枚の被定着物中の画像内で変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の画像定着装置。
１枚の被定着物中の画像内で、分割された各発熱体に対する通電パルス幅と単位時間あたりのパルス密度を組み合わせて変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の画像定着装置。
１枚の被定着物中の画像内において、定着開始から定着終了にかけて、分割された各発熱体に対する通電パルス幅あるいは通電パルス数が減少することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１に記載の画像定着装置。
分割された各発熱体に対する加熱開始時と加熱終了時との通電量変化の比が、前記被定着物がＭＤ（通紙方向）で４２０ｍｍの長さを有するとき（前記被定着物がJIS P 0138によるＡ３サイズの長辺方向に給排紙されたとき）の換算で、１０：９．５〜１０：１であることを特徴とする請求項２乃至５の何れか１に記載の画像定着装置。
通電開始のタイミングにおいて、画像最先端部が発熱体部分に到達する前に１パルス以上印加することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１に記載の定着装置。
分割された各発熱体が画像部分に対応した個所に対してのみ発熱することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１に記載の定着装置。
分割された各発熱体が非画像部分でヘッドの通電を１０％以上カットすることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１に記載の定着装置。