JP2007121937A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷開始時の定着ローラの温度が低下することによる定着不良を改善し、印刷初期においても良好な印刷品質を確保する。
【解決手段】記録媒体上にトナー像を定着させる定着ローラと、主電源装置と、当該主電源装置から給電されて前記定着ローラを加熱する主発熱体と、所定の電荷蓄積手段を電力源とする補助電源装置と、当該補助電源装置から電力が供給され前記主発熱体とともに前記定着ローラを加熱する補助発熱体と、前記定着ローラの周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、起動時の加熱過程における前記補助電源装置から前記補助発熱体への給電開始時点または給電停止時点からの経過時間を測定する経過時間測定手段と、印刷開始時に前記周囲温度検出手段の検出結果および前記経過時間測定手段の測定結果に応じて前記補助電源装置から前記補助発熱体への電力供給期間を設定し給電を再開する補助電力供給制御装置とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置及びそれを用いた画像形成装置に関する。

紙等の記録媒体上にトナーを定着させることによって画像を形成する装置に、プリンタ、複写機、ファクシミリあるいはこれら各機器の機能を複合化した複合機等の画像形成装置がある。例えば下記特許文献１には、このような画像形成装置で用いられる定着装置が開示されている。この定着装置は、互いの周面が密着した状態で平行対峙する一対の定着ローラと該定着ローラを加熱する加熱部を主な構成要件として備え、定着ローラ間を通過する記録媒体を加圧及び加熱することにより、感光体によって記録媒体上に転写されたトナー像を記録媒体に固着させる。

特許文献１の定着装置は、加熱部を主発熱体と補助発熱体とから構成すると共に、主発熱体に電力を供給する主電源装置、及び補助発熱体に電力（補助電力）を供給すると共にコンデンサを電源とする補助電源装置を備えたものである。この定着装置では、定着ローラの加熱開始時には、主電源装置から主発熱体に給電すると共に加熱開始から一定時間だけ補助電源装置から補助発熱体に給電を行うことにより、定着ローラを急速加熱して加熱の立ち上がり時間を従来よりも短縮している。
特開２００２−１８４５５４号公報

ところで、上述のような従来の定着装置では、立ち上げ時の定着ローラの温度上昇を早めることによって印刷可能な状態になるまでの所要時間を短縮しているが、立ち上がり後すぐに印刷する場合、印刷初期で定着が不完全になることがある。その原因としては、定着ローラは所定の温度に達していても、定着ローラの周囲はまだ十分に温まっていないので、印刷開始時の動きによって、定着ローラの温度が下がるということが考えられる。いったん温度が下がると、回復に時間を要するため、温度が回復する前に定着ローラにかかった用紙においては定着が不完全になることになる。

このことは、印刷終了から所定時間経過などのきっかけをもって省電力状態に転じる装置において、省電力状態から通常状態へ復帰する際、省電力中に下がった定着ローラの温度を上げるのに補助電力を用いることにより復帰に要する時間を短縮するようにされている場合にも同様である。

本発明は、上述した事情に鑑みたものであり、印刷開始時の定着ローラの温度が低下することによる定着不良を改善し、印刷初期においても良好な印刷品質を確保することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、定着装置に係る第１の解決手段として、記録媒体上にトナー像を定着させる定着ローラと、主電源装置と、当該主電源装置から給電されて前記定着ローラを加熱する主発熱体と、所定の電荷蓄積手段を電力源とする補助電源装置と、当該補助電源装置から電力が供給され前記主発熱体とともに前記定着ローラを加熱する補助発熱体と、前記定着ローラの周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、起動時の加熱過程における前記補助電源装置から前記補助発熱体への給電開始時点または給電停止時点からの経過時間を測定する経過時間測定手段と、印刷開始時に前記周囲温度検出手段の検出結果および前記経過時間測定手段の測定結果に応じて前記補助電源装置から前記補助発熱体への電力供給期間を設定し給電を再開する補助電力供給制御装置とを具備する、という手段を採用する。

また、定着装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記補助電力供給制御装置は、設定した電力供給期間が経過する以前であっても、印刷が終了した場合には、前記補助電源装置から前記補助発熱体への給電を停止する、という手段を採用する。

定着装置に係る第３の解決手段として、上記第１または２の解決手段において、前記定着ローラの温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記補助電力供給制御装置は、前記温度検出手段の検出温度が前記定着ローラの目標温度に到達すると、前記補助電源装置から前記補助発熱体への給電を停止させる、という手段を採用する。

画像形成装置に係る第１の解決手段として、上記第１〜３いずれかの定着装置を備え、記録媒体上に形成したトナー像を前記定着装置を用いて定着させる、という手段を採用する。

本発明によれば、印刷開始時の定着ローラの温度が低下することによる定着不良を改善し、印刷初期においても良好な印刷品質を確保することができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る定着装置Ａの機能構成を示すブロック図である。この図に示すように、本定着装置Ａは、主電源スイッチ１（主電源装置）、補助電源ユニット２（補助電源装置）、定着ローラ３Ａ，３Ｂ及び補助電力供給制御装置４を備えている。また、補助電源ユニット２は、整流回路２ａ、充電回路２ｂ、選択スイッチ２ｃ、電気二重層コンデンサ２ｄ（電荷蓄積手段）及び放電回路２ｅを備え、定着ローラ３Ａは内部に主ヒータ３ａ及び補助ヒータ３ｂを備え、さらに補助電力供給制御装置４は、開閉スイッチ４ａ、温度センサ４ｂ、周囲温度センサ４ｃ（周囲温度検出手段）及び制御部４ｄ（経過時間測定手段）を備えている。

補助電源ユニット２は、補助ヒータ３ｂに電力（補助電力）を給電するものである。主電源スイッチ１は、商用電力であるＡＣ１００Ｖの主ヒータ３ａへの供給を規制する開閉スイッチであり、制御部４ｄから入力される開閉信号に基づいてＡＣ１００Ｖの主ヒータ３ａへの供給をＯＮ／ＯＦＦする。整流回路２ａは、交流電力であるＡＣ１００Ｖを整流することにより直流電力に変換して充電回路２ｂに出力する。

充電回路２ｂは、上記直流電力に基づいて電荷を電気二重層コンデンサ２ｄに充電させるものであり、例えば一定電流を出力する定電流充電回路である。選択スイッチ２ｃは、充電回路２ｂの出力端あるいは放電回路２ｅの入力端を択一的に選択するスイッチであり、制御部４ｄから入力される選択信号に基づいて上記出力端あるいは入力端の何れかを電気二重層コンデンサ２ｄの一端に接続する。

電気二重層コンデンサ２ｄは、周知のように種々のコンデンサの中でも比較的大きな電荷を蓄えることが可能な２端子の大静電容量コンデンサであり、一端が上記選択スイッチ２ｃの共通端子に接続され、他端が基準電位（例えば接地電位）に接続されている。また、電気二重層コンデンサ２ｄの一端（つまり選択スイッチ２ｃの共通端子）は、図示するように制御部４ｄに接続されている。

放電回路２ｅは、上記電気二重層コンデンサ２ｄからの電荷の放電を制御するものであり、例えば電気二重層コンデンサ２ｄに蓄えられた電荷を一定の電流として放電させて開閉スイッチ４ａに出力する。

定着ローラ３Ａ，３Ｂは、互いの周面が密着した状態で平行対峙する一対のローラであり、互いに逆方向に回転することによって記録媒体を圧接状態で挟むことにより当該記録媒体上のトナー像を定着させる。主ヒータ３ａは、このような一対の定着ローラ３Ａ，３Ｂの一方、つまり定着ローラ３Ａ内の設けられた電気ヒータであり、主電源スイッチ１から交流電力である商用電力が供給されることによって発熱する。補助ヒータ３ｂは、上記主ヒータ３ａと同じく定着ローラ３Ａ内の設けられた電気ヒータであり、補助電源ユニット２から供給される直流電力（電気二重層コンデンサ２ｄの放電による直流電力）が供給されることによって発熱する。

開閉スイッチ４ａは、上記放電回路２ｅの出力端と補助ヒータ３ｂとの間に設けられており、制御部４ｄから入力される制御信号に基づいて放電回路２ｅの出力端から出力される直流電力の補助ヒータ３ｂへの供給をＯＮ／ＯＦＦする。温度センサ４ｂは、定着ローラ３Ａの温度を検出し、その検出温度を制御部４ｄに出力する。周囲温度センサ４ｃは、定着ローラ３Ａ・３Ｂの周囲の温度を検出し、その検出温度を制御部４ｄに出力する。

制御部４ｄは、内部メモリに記憶された制御プログラム及び各種制御用データ等に基づいて本定着装置Ａの全体動作を制御するものであり、上記制御プログラム及び各種制御用データ等に基づいて制御演算を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）及び他の各部（つまり主電源スイッチ１、選択スイッチ２ｄ、開閉スイッチ４ａ、温度センサ４ｂ、周囲温度センサ４ｃ等）と信号の授受を行う各種入出力インターフェース回路等から構成されている。また、制御部４ｄは、温度センサ４ｂの検出結果から定着ローラ３Ａの温度が所定温度に達すると判断し補助ヒータ３ｂへの給電を停止してからの経過時間を測定する経過時間測定手段としても機能する。

このような制御部４ｄは、上記制御用データの1つとして、図２の模式図に示すような補助電力制御テーブルを記憶している。この補助電力制御テーブルは、補助電源ユニット２から補助ヒータ３ｂへの電力供給時間を規定するものである。制御部４ｄは、印刷開始時にはこのテーブルを参照して、規定されている時間だけ、補助電源ユニット２から補助ヒータ３ｂへ給電する。ここで、電力供給時間は、温度センサ４ｂの検出結果から定着ローラ３Ａの温度が所定温度に達すると判断し補助ヒータ３ｂへの給電を停止してからの経過時間と、周囲温度センサ４ｃの検出結果とから、定着ローラ３Ａの温度を所定温度まで上昇させるに適当な時間が実験に基づいて規定されている。制御部４ｄは、このような補助電力制御テーブル及び温度センサ４ｂの検出温度（定着ローラ３Ａの温度）に基づいて各スイッチ（主電源スイッチ１、選択スイッチ２ｄ及び開閉スイッチ４ａ）の制御を行う。

ここで、本定着装置Ａは、中間転写方式に基づいて記録媒体上にトナー像を形成する画像形成装置の一構成要素として機能するものである。このような画像形成装置は、周知のように感光体を形成すべき画像に従って感光させることによって当該感光体の表面にトナー像を形成し、当該トナー像を記録媒体の表面に転写することによって当該記録媒体上にトナーによる画像を形成するものであり、例えばプリンタ、複写機、ファクシミリあるいはこれら各機器の機能を複合化した複合機等である。
上記制御部４ｄは、このような画像形成装置を統括的に制御する制御装置において、定着ローラ３Ａ，３Ｂを用いたトナー像の記録媒体上への定着に関する制御機能を１つの機能構成要素として示したものである。

次に、このように構成された本定着装置Ａの特徴的動作について、図３に示すタイミングチャートをも参照して詳しく説明する。

制御部４ｄは、本定着装置Ａの立ち上げ時においては、主ヒータ３ａと補助ヒータ３ｂとに電力を供給させることによって、定着ローラ３Ａの温度を急速に目標温度に上昇させる。図３は、このような本定着装置Ａの立ち上げ時における主電源スイッチ１および補助電源ユニット２による主ヒータ３ａおよび補助ヒータ３ｂへの給電タイミングを示している。

より詳細に説明すると、制御部４ｄは、本定着装置Ａの立ち上げ時において、ＯＮ状態となるように主電源スイッチ１を制御することによってＡＣ１００Ｖ（主電力）を主ヒータ３ａに給電させ、また放電回路２ｅの入力端を選択するように選択スイッチ２ｄを制御すると共にＯＮ状態となるように開閉スイッチ４ａを制御することにより、放電回路２ｅから出力された直流電力（補助電力）を補助ヒータ３ｂに給電させる。この結果、初期温度が常温よりも低い温度（例えば零度）にあった定着ローラ３Ａは、急激な温度上昇を開始する。

そして、制御部４ｄは、本定着装置Ａの立ち上げ開始後において所定の給電時間が経過すると、ＯＦＦ状態となるように開閉スイッチ４ａを制御することにより補助電源ユニット２から補助ヒータ３ｂへの補助電力の給電を停止させる。また、制御部４ｄは、定着ローラ３Ａの温度が目標温度に到達した時点で、主電源スイッチ１をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより主電力を主ヒータ３ａに間欠給電させることによって、温度センサ４ｂの検出温度（定着ローラ３Ａの温度）が目標温度を下回らないようにする。

ここで、印刷開始の際、制御部４ｄは、補助電力制御テーブルを参照し、補助ヒータ３ｂへの給電を停止してからの経過時間と、周囲温度センサ４ｃの検出結果からわかる周囲温度とに基づいて、規定された電力供給時間を取得し、その時間だけ補助電力ユニット２から補助ヒータ３ｂへ給電する。印刷終了後は、主ヒータ３ａへの給電を待機状態にする一方、補助電源ユニット２を充電状態にする。

また、本定着装置Ａでは、図示しないが、補助ヒータ３ｂへの給電中に印刷が終了した場合には、補助ヒータ３ｂへの給電を停止する。

このような本実施の形態によれば、例えば立ち上げ直後であった場合には特に、定着ローラ３Ａ・３Ｂの周囲の温度が上がりきっていないために、印刷開始時の動きによって定着ローラ３Ａ・３Ｂの熱が奪われ、従来であれば定着ローラ３Ａ・３Ｂの温度が下がることがあるが、本実施の形態では、印刷開始時にも補助ヒータ３ｂを適切な時間だけ用いることによって、定着ローラ３Ａ・３Ｂの温度が下がらないようにしている。したがって、定着ローラ３Ａ・３Ｂの温度が所定温度よりも低いために定着が不完全になる問題を取り除き、印刷初期から良好な印刷品質を得ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では立ち上げ直後の印刷開始時における定着ローラ３Ａ・３Ｂの温度低下を例として説明したが、実施にあたっては、印刷終了から所定時間経過などのきっかけをもって省電力状態に転じる定着装置Ｂにおいて、省電力状態から通常状態へ復帰する際、省電力中に下がった定着ローラ３Ａ・３Ｂの温度を上げるのに補助電力を用いることにより復帰に要する時間を短縮するようにされている場合に適用してもよい。
その場合には、経過時間測定手段としての制御部４ｄは、補助電力制御テーブルを参照し、省電力状態に転じる前の最後の補助ヒータ３ｂへの給電を停止してからの経過時間と、周囲温度センサ４ｃにより検出される周囲温度とに基づいて、規定された電力供給時間を取得する。
（２）上記実施形態では電気二重層コンデンサ２ｄを電荷蓄積手段として用いたが、電荷蓄積手段はこれに限定されない。電荷蓄積手段として、例えば二次電池を用いても良い。また、電気二重層コンデンサを並列あるいは／及び直列に複数接続したものを電荷蓄積手段としても良い。

本発明の一実施形態に係わる定着装置Ａの機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係わる定着装置Ａにおいて、制御部４ｄに記憶された補助電力制御テーブルの構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係わる定着装置Ａにおいて、主電源スイッチ１および補助電源ユニット２による主ヒータ３ａおよび補助ヒータ３ｂへの給電タイミングを示すタイミングチャートである。

符号の説明

Ａ…定着装置、１…主電源スイッチ（主電源装置）、２…補助電源ユニット（補助電源装置）、２ｄ…電気二重層コンデンサ（電荷蓄積手段）、２ｅ…放電回路、３Ａ，３Ｂ…定着ローラ、３ａ…主ヒータ、３ｂ…補助ヒータ、４…補助電力供給制御装置、４ｂ…温度センサ（温度検出手段）、４ｃ…周囲温度センサ（周囲温度検出手段）、４ｄ…制御部（経過時間測定手段）

Claims (4)

1. 記録媒体上にトナー像を定着させる定着ローラと、
   主電源装置と、
   当該主電源装置から給電されて前記定着ローラを加熱する主発熱体と、
   所定の電荷蓄積手段を電力源とする補助電源装置と、
   当該補助電源装置から電力が供給され前記主発熱体とともに前記定着ローラを加熱する補助発熱体と、
   前記定着ローラの周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、
   起動時の加熱過程における前記補助電源装置から前記補助発熱体への給電開始時点または給電停止時点からの経過時間を測定する経過時間測定手段と、
   印刷開始時に前記周囲温度検出手段の検出結果および前記経過時間測定手段の測定結果に応じて前記補助電源装置から前記補助発熱体への電力供給期間を設定し給電を再開する補助電力供給制御装置と
   を具備することを特徴とする定着装置。
2. 前記補助電力供給制御装置は、設定した電力供給期間が経過する以前であっても、印刷が終了した場合には、前記補助電源装置から前記補助発熱体への給電を停止することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着ローラの温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記補助電力供給制御装置は、前記温度検出手段の検出温度が前記定着ローラの目標温度に到達すると、前記補助電源装置から前記補助発熱体への給電を停止させることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 請求項１〜３いずれかの定着装置を備え、記録媒体上に形成したトナー像を前記定着装置を用いて定着させることを特徴とする画像形成装置。

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