JP2007127731A

JP2007127731A - 画像形成装置及び定着装置用の補助電源装置

Info

Publication number: JP2007127731A
Application number: JP2005318889A
Authority: JP
Inventors: Kei Nakamura; 圭中村; Nobuyuki Sato; 信行佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2005-11-01
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2025-11-01
Also published as: JP4745022B2

Abstract

【課題】トナー像を担持した長尺記録媒体を、加熱手段により加熱された定着ローラと加圧ローラとのニップ部に通過させて、熱と圧力の作用でトナー像を長尺記録媒体に定着する画像形成装置において、定着ローラの温度が低下して、トナー像の定着不良が発生することを防止する。
【解決手段】加熱手段３９が、主電源から供給される電力で加熱される主加熱部材３９Ａと、補助電源から供給される電力で加熱される補助加熱部材３９Ｂとを有し、主加熱部材３９Ａだけで定着ローラ３６を加熱しながらトナー像Ｔの定着動作を行っているとき、定着ローラ３６の温度が定着温度閾値以下となったとき、補助電源から補助加熱部材３９Ｂにも電力を供給して、両加熱部材３９Ａ，３９Ｂによって定着ローラ３６を加熱する。
【選択図】図２

Description

本発明は、像担持体にトナー像を形成し、そのトナー像を定形サイズよりも長尺な長尺記録媒体に転写し、該長尺記録媒体に転写したトナー像を定着装置によって長尺記録媒体に定着する画像形成装置と、定着装置用の補助電源装置に関するものである。

電子複写機、プリンタ、ファクシミリ或いはその複合機などとして構成される上記形式の画像形成装置によれば、例えば１０ｍ乃至１５ｍにも及ぶような長尺な記録媒体にも画像を形成することが可能である。かかる画像形成装置において使用される定着装置は、定着部材と、その定着部材に圧接した加圧部材と、その定着部材の温度を検知する温度検知手段と、定着部材を加熱する加熱手段を有していて、定着部材と加圧部材とのニップ部にトナー像を担持した長尺記録媒体を通過させ、その通過時に、長尺記録媒体上のトナー像のトナーに熱と圧力を加えて、該トナー像を長尺記録媒体に定着するように構成されている。かかる定着装置の定着部材と加圧部材の間に長尺記録媒体を通過させると、定着部材の熱が長尺記録媒体に長い時間に亘って奪われ続けるので、定着部材と加圧部材の間を長尺記録媒体が通過してる間に、定着部材の温度がトナー像の定着に適した温度よりも低くなり、トナー像の定着不良が発生するおそれがある。そこで、熱容量の大きな定着部材を使用し、定着部材と加圧部材の間を長尺記録媒体が通過しているときに、定着部材の温度がトナー像の定着に適した温度よりも低くなることを阻止する必要がある。ところが、このような大容量の定着部材を用いると、定着装置の立ち上げ動作時に、定着部材がトナー像の定着に適した温度に上昇するまでの立ち上げ時間が長くなる欠点を免れない。

なお、画像形成装置において使用される定着装置の一般的な構成は、例えば特許文献１乃至４に記載されている。

特開２００２−１８４５５４号公報特開２００５−３９８７３号公報特開２００５−３２５５８号公報特開２００５−１８０４９号公報

本発明の目的は、特に大きな熱容量を有する定着部材を用いずとも、長尺記録媒体上のトナー像の定着動作中に、定着部材の温度がトナー像の定着に適した温度よりも低下する不具合を阻止し、ないしは効果的に抑制することのできる画像形成装置と、定着装置用の補助電源装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、像担持体にトナー像を形成し、該トナー像を定形サイズよりも長尺な長尺記録媒体に転写し、該長尺記録媒体に転写したトナー像を定着装置によって長尺記録媒体に定着する画像形成装置であって、前記定着装置は、定着部材と、該定着部材に圧接した加圧部材と、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、定着部材を加熱する加熱手段とを具備し、前記定着部材と加圧部材とのニップ部に、トナー像を担持した長尺記録媒体を通過させ、その通過時にトナー像のトナーに熱と圧力を加えて該トナー像を長尺記録媒体に定着する画像形成装置において、前記加熱手段は、主電源から電力を供給される主加熱部材と、補助電源から電力を供給される補助加熱部材とを有していると共に、前記主電源から電力を供給された前記主加熱部材だけで前記定着部材を加熱しながら、該定着部材と加圧部材の間に長尺記録媒体を通過させてトナー像の定着を行っているとき、前記温度検知手段によって検知された定着部材の温度が、トナー像の定着に必要な温度を維持できないと判断される所定の定着温度閾値以下となった場合に、前記補助電源から前記補助加熱部材に電力を供給して該補助加熱部材によっても定着部材を加熱することを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項１）。

また、本発明は、上記目的を達成するため、像担持体にトナー像を形成し、該トナー像を定形サイズよりも長尺な長尺記録媒体に転写し、該長尺記録媒体に転写したトナー像を定着装置によって長尺記録媒体に定着する画像形成装置であって、前記定着装置は、定着部材と、該定着部材に圧接した加圧部材と、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、定着部材を加熱する加熱手段とを具備し、前記定着部材と加圧部材とのニップ部に、トナー像を担持した長尺記録媒体を通過させ、その通過時にトナー像のトナーに熱と圧力を加えて該トナー像を長尺記録媒体に定着する画像形成装置において、前記加熱手段は、主電源から電力を供給される主加熱部材と、直列接続と並列接続とに切換可能な複数の補助電源から電力を供給される補助加熱部材とを有していると共に、前記温度検知手段によって検知された定着部材の温度の変化の傾きを算出する演算手段と、前記主電源から電力を供給された前記主加熱部材だけで前記定着部材を加熱しながら、該定着部材と加圧部材の間に長尺記録媒体を通過させてトナー像の定着を行っているとき、前記温度検知手段によって検知された定着部材の温度が、トナー像の定着に必要な温度を維持できないと判断される所定の定着温度閾値以下となった場合に、該定着部材の温度変化の傾きの絶対値が所定の傾き閾値以上であるときには、前記複数の補助電源を直列に接続して、該複数の補助電源から前記補助加熱部材に電力を供給し、前記定着部材の温度変化の傾きの絶対値が前記傾き閾値よりも小さいときには、前記複数の電源を並列に接続して、該複数の補助電源から補助加熱部材に電力を供給する補助電源出力制御手段とを設けたことを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項２）。

さらに、上記請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記補助電源は、充放電可能な電気二重層キャパシタにより構成され、前記主加熱部材に前記主電源から電力が供給されていない時に、前記電気二重層キャパシタを充電するように構成されていると有利である（請求項３）。

また、上記請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記補助電源は、燃料を交換して繰り返し使用することのできる燃料電池により構成されていると有利である（請求項４）。

さらに、上記請求項４に記載の画像形成装置において、前記燃料電池は、燃料の残量を検知する手段と、燃料残量を表示する手段と、燃料残量が一定値を下回ると燃料の交換を促す手段を具備していると有利である（請求項５）。

また、本発明は、上記目的を達成するため、直列接続と並列接続とに切換可能な複数の補助電源と、定着部材の温度が、所定の定着温度閾値以下となった場合に、該定着部材の温度変化の傾きの絶対値が所定の傾き閾値以上であるときには、前記複数の補助電源を直列に接続して、該複数の補助電源から定着部材加熱用の補助加熱部材に電力を供給し、前記定着部材の温度変化の傾きの絶対値が、前記傾き閾値よりも小さいときには、前記複数の電源を並列に接続して、該複数の補助電源から定着部材加熱用の補助加熱部材に電力を供給する補助電源出力制御手段とを具備する定着装置用の補助電源装置を提案する（請求項６）。

本発明によれば、長尺記録媒体上のトナー像の定着動作中に、定着部材の温度が定着に適した温度よりも低下する不具合を阻止し、ないしは効果的に抑制することができる。

以下、本発明の実施形態例を図面に従って詳細に説明する。

図１に示した画像形成装置は、給紙部１と、その給紙部１の上に配置された作像部２と、さらにその作像部２の上に配置された画像読取部３とを有している。画像読取部３の原稿台４上に載置された図示していない原稿は、同じく図示していないサイドフェンスによって幅方向の位置を揃えられ、次いで給紙ローラ５によって矢印Ａ方向に給送され、密着型読取装置６の下を通過する。原稿台４上には、図示していない原稿幅検知センサと原稿長さ検知センサが設けられ、これらのセンサよって原稿サイズが検知される。密着型読取装置６は、図には示していないロッドレンズアレイとイメージセンサとを有していて、かかる密着型読取装置６の下を原稿が通過するとき、その原稿にＬＥＤアレイや蛍光灯などの光源からの光が照射され、その反射光がロッドレンズを通ってイメージセンサに至り、該イメージセンサに原稿画像が結像されて光電変換される。画像の読み取りを終えた原稿は、矢印Ｂ又はＣで示すように、排紙トレイ７又は８に排出される。また、画像読取部３には、プリント動作のスタート指示や、リピートコピー枚数や用紙の長さなどの情報を入力するための操作部（図示せず）が設けられている。

作像部２は、像担持体の一例であるドラム状の感光体９を有し、この感光体９は図１における反時計方向に回転駆動され、このとき帯電装置１０によって感光体９が帯電される。一方、密着型読取装置６により読み取られた画像信号は画像処理され、ＬＥＤアレイを備えた露光装置１１から画像信号に対応した光が出射し、その光が帯電後の感光体表面に照射される。これによって感光体９に静電潜像が形成され、その潜像が現像装置１２によってトナー像として可視像化される。

一方、給紙部１は、上下２段のロール紙トレイ１３，１４を有し、各ロール紙トレイ１３，１４には、紙管の周囲に巻装されたロール紙１５，１６，１７，１８が回転可能に支持されていて、その各ロール紙に対応して給紙ローラ１９，２０，２１，２２が配置されている。各ロール紙トレイ１３，１４は、装置筐体から図１の左方に引き出し可能となっていて、そのロール紙トレイを引き出した状態でロール紙をセットし、或いはジャム処理を行うことができる。選択されたいずれかのロール紙１５，１６，１７又は１８から、これに対応する給紙ローラ１９，２０，２１又は２２によって用紙が繰り出され、その用紙は作像部２に送り込まれる。用紙は、カッターユニット２３又は２４によって所定の長さに切断される。かかる用紙は、レジストローラ対２５によって所定のタイミングで感光体９に給送され、このとき転写装置２６の作用によって、感光体９に形成されたトナー像が用紙に転写される。次いで、用紙は分離装置２７の作用によって感光体９から分離され、引き続き搬送ベルト２８によって定着装置２９に搬送される。トナー像転写後の感光体９の表面に付着する転写残トナーは、クリーニング装置５0によって除去される。用紙が定着装置２９を通過するとき、転写されたトナー像が用紙に定着される。定着装置２９を通った用紙は排紙ローラ３０又は３１によって、作像部２の上面により構成された排紙部３２、又はその作像部２の後方に配置された排紙部３３に排出される。

図１に示した画像形成装置は、ロール紙１５乃至１８から繰り出されて切断される用紙に画像を形成するので、用紙の長さを実質的に自由に選択することができる。従って、用紙の長さを定形サイズの長さよりも長くすることができ、その長さを例えば１５ｍに及ぶような長尺なものにすることができる。かかる長尺な記録媒体として紙以外の記録媒体を用いることもできる。以下の説明では、ロール紙から繰り出されてカッターユニット２３又は２４によって切断されるか、又は既に切断された用紙などから成る長尺な記録媒体を長尺記録媒体Ｐ（図２参照）と称することにする。

図１に示した画像形成装置においては、感光体９より成る像担持体にトナー像を形成し、そのトナー像を定形サイズよりも長尺な長尺記録媒体に転写し、その長尺記録媒体に転写したトナー像を定着装置２９によって当該長尺記録媒体に定着するように構成されているが、感光体上のトナー像を中間転写体に一次転写し、その中間転写体上のトナー像を長尺記録媒体に二次転写するように構成することもできる。この場合には、中間転写体が像担持体を構成し、かかる像担持体に形成されたトナー像が長尺記録媒体に転写される。

図２は図１に示した定着装置２９の拡大断面図である。ここに示した定着装置２９は、定着部材の一例である定着ローラ３６と、かかる定着ローラ３６に圧接した加圧部材の一例である加圧ローラ３７と、定着ローラ３６の表面の温度を検知する温度検知手段３８と、定着ローラ３６を加熱する加熱手段３９とを有している。図２に例示した定着ローラ３６は、アルミニウム又は炭素鋼などから成る円筒状の金属管４０と、その金属管４０の外周面に積層された離型層４１により構成されている。また加圧ローラ３７は、アルミニウム又は炭素鋼などの金属より成る円筒状の芯金４２と、その芯金の外周面に固定されたシリコーンゴムなどから成る弾性層４３と、さらにその弾性層４３の外周面に積層された離型層４４により構成されている。温度検知手段３８は、例えば定着ローラ３６の周面に当接したサーミスタ、又はその他の温度センサなどから構成される。また、図２に示した加熱手段３９は、後に詳しく説明する主電源から電力を供給されて発熱する主加熱部材３９Ａと、補助電源から電力を供給されて発熱する補助加熱部材３９Ｂとから構成されていて、これらの加熱部材３９Ａ，３９Ｂは定着ローラ３６の内部に配置されている。かかる加熱部材３９Ａ，３９Ｂとしては、例えばハロゲンヒータ、ニクロム線ヒータ又はＩＨヒータなどを用いることができる。

トナー像の定着動作時に定着ローラ３６は図示していない駆動装置によって、図２における反時計方向に回転駆動され、加圧ローラ３７は定着ローラ３６の回転に従動して図２における時計方向に回転する。このとき、定着ローラ３６は加熱手段３９によって後述する態様で加熱される。かかる定着ローラ３６と加圧ローラ３７とのニップ部Ｎに、トナー像Ｔを担持した長尺記録媒体Ｐを、そのトナー像Ｔが定着ローラ３６に接する向きにして通過させ、その通過時に、トナー像Ｔのトナーに熱と圧力を加えて該トナー像を長尺記録媒体Ｐに定着する。

図２に示した定着装置２９においては、その定着ローラ３６と加圧ローラ３７の間を、長さの長い長尺記録媒体Ｐが通過するので、定着ローラ３６の熱が長尺記録媒体Ｐに長い時間に亘って奪われ続ける。このため、定着ローラ３６と加圧ローラ３７の間を長尺記録媒体Ｐが通過している間に、定着ローラ３６の温度が定着に適した温度よりも低くなるおそれがある。

そこで、本例の画像形成装置においては、前述のように、定着装置２９に設けられた加熱手段３９が、ＡＣ電源より成る主電源から電力を供給される主加熱部材３９Ａと、補助電源から電力を供給される補助加熱部材３９Ｂとから構成され、しかも、トナー像の定着に必要な温度を維持できないと判断される定着ローラの温度を定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍとしたとき、温度検知手段３８によって検知された定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍよりも高い場合には、主電源から電力を供給されて発熱する主加熱部材３９Ａだけで定着ローラ３６を加熱し、温度検知手段３８により検知された定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍ以下となった場合には、補助加熱部材３９Ｂにも、後に詳しく説明する補助電源から電力を供給して、その補助加熱部材３９Ｂを発熱させ、主加熱部材３９Ａと補助加熱部材３９Ｂの両者によって定着ローラ３６を急速に加熱するように構成されている。以下に、これらに関連する制御態様の一例を説明する。

図３及び図４は長尺記録媒体に画像を形成するプリント動作の一例を示すフロー図である。図１乃至図４において、プリント指令が入力されると、先ず温度検知手段３８によって検知された定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが、定着ローラ３６と加圧ローラ３７のニップ部Ｎに長尺記録媒体を送り込んで、その長尺記録媒体上のトナー像の定着動作を開始できる温度（以下、通紙可能温度という）Ｔ_ｔに達しているか否かが判断され（図３のＳ１）、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが通紙可能温度Ｔ_ｔに達していれば、図２に示した定着ローラ３６と加圧ローラ３７の回転を開始して、トナー像Ｔを担持した長尺記録媒体Ｐを定着ローラ３６と加圧ローラ３７の間に送り込み、トナー像の定着動作を開始する（図３のＳ３）。トナー像の定着動作は、長尺記録媒体の先端が定着ローラ３６と加圧ローラ３７の間のニップ部Ｎに入り込んだ時点から、長尺記録媒体の後端がニップ部を出た時点までの間の動作である。

一方、Ｓ１において、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが通紙可能温度Ｔ_ｔに達していなければ、主電源からの電力を主加熱部材３９Ａに供給しつづけて定着ローラ３６を加熱し（図３のＳ２）、Ｓ１→Ｓ２を繰り返す。この段階では、補助電源から補助加熱部材３９Ｂへ電力は供給されず、定着ローラ３６は主加熱部材３９Ａだけで加熱される。また、通紙可能温度は、長尺記録媒体の長さによって異なり、長尺記録媒体の長さが長いほど、通電可能温度は高くなる。通電可能温度は、例えば１６０℃乃至２００℃程度である。また、定着部材ないしは定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈは、その定着部材ないしは定着ローラ３６の表面の温度である。

定着動作が開始された後、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈがトナー像を定着できない定着不能温度Ｔ_ＮＧ（例えば１４０℃）以下となったか否かが判断され（図４のＳ４）、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈがこの定着不能温度以下となったときは、プリント動作を中断する（図３のＳ５）。この場合には、いずれかのロール紙から繰り出されている記録媒体を即座にカッターユニット２３又は２４によって切断すると共に、感光体９へのトナー像の形成動作を停止して、その記録媒体を排紙部３２又は３３に排出させる。このようにして、未定着トナー像を担持した長尺記録媒体が、そのまま排出され続けることが阻止される。プリント動作を中断した後、画像読取部３に設けられた操作部に、通紙可能温度Ｔ_ｔを大きく設定し直すことをユーザに促す表示がなされ、図３のＳ６において、ユーザにより通紙可能温度Ｔ_ｔが大きく再設定されたことが判定されたときは、Ｓ２に進み、先に述べたＳ１からの動作が再開される。ユーザによって通紙可能温度の再設定が行われなかったときは、プリント動作を終了する。

一方、図３のＳ４において、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが定着不能温度Ｔ_ＮＧを上回っていれば、図３のＳ７に進み、図示していないセンサによって、長尺記録媒体の後端が定着ローラ３６と加圧ローラ３７のニップ部を出たか否か、すなわち長尺記録媒体が定着ローラ３６と加圧ローラ３７の間を通過する通紙を終了して定着動作を完了したか否かの判断を行う。長尺記録媒体の通紙を終了して、トナー像の定着動作を完了していれば、定着ローラ３６及び加圧ローラ３７の回転を一旦、停止させ（図３のＳ８）、次いでセット枚数の到達を判断し（図３のＳ９）、到達していなければＳ１からの動作を繰り返し、到達していればプリント動作を終了する。

長尺記録媒体の後端が定着ローラ３６と加圧ローラ３７の間のニップ部Ｎを未だ出ておらず、トナー像の定着動作が終了していない場合には、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが、前述の定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍ（例えば１５０℃）以下になったか否かが判断される（図４のＳ１０）。定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈがこの定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍよりも高いと判断された場合は、補助加熱部材３９Ｂに電力を供給せずに、主加熱部材３９Ａだけで定着ローラ３６を加熱しながら、トナー像の定着動作を継続する（図４のＳ１４）。一方、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが、トナー像の定着に必要な温度を維持できないと判断される所定の定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍ以下となったときは、補助電源から補助加熱部材３９Ｂにも電力を供給し、主加熱部材３９Ａと補助加熱部材３９Ｂを共に発熱させて定着ローラ３６を加熱する。これにより、定着ローラ３６に大きな熱量を与えることができ、当該定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈをトナー像の定着に適した温度に維持することが可能である。

上述のように、本例の画像形成装置は、主電源から電力を供給された主加熱部材３９Ａだけで定着ローラ３６を加熱しながら、その定着ローラ３６と加圧ローラ３７の間に長尺記録媒体Ｐを通過させてトナー像の定着を行っているとき、温度検知手段３８によって検知された定着ローラ３６の温度Ｔ_Hが、トナー像の定着に必要な温度を維持できないと判断される所定の定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍ以下となった場合に、補助電源から補助加熱部材３９Ｂに電力を供給して、補助加熱部材３９Ｂによっても定着ローラ３６を加熱するように構成されている。

その際、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが急激に低下して、その温度Ｔ_Ｈが定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍ以下となった場合と、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが緩やかに低下して定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍ以下となった場合とがあるが、前者の場合には、後者の場合よりも、定着ローラ３６に多量の熱量を与えて該定着ローラ３６を加熱しないと、定着ローラ３６の温度がトナー像の定着に適した温度よりも低くなるおそれがある。

そこで、本例の画像形成装置においては、直列接続と並列接続とに切換可能な複数の補助電源が設けられていると共に、温度検知手段３８によって検知された定着ローラ３６の温度の変化の傾き（単位時間当りの定着ローラ温度Ｔ_Ｈの変化量）ｄＴ_Ｈ／ｄｔ＝Ｋ_Ｔを算出する演算手段が設けられている。そして、温度検知手段３８によって検知された定着ローラ温度Ｔ_Ｈの変化の傾きＫ_Ｔを一定時間刻みで算出し、図４のＳ１１において、その傾きの絶対値｜Ｋ_Ｔ｜が予め決められた傾き閾値｜Ｋ_Ｔｌｉｍ｜以上であるか否かを判断し、その傾きの絶対値｜Ｋ_Ｔ｜が傾き閾値｜Ｋ_Ｔｌｉｍ｜より小さいときは、補助電源出力制御手段により、複数の補助電源を並列に接続して、その複数の補助電源から補助加熱部材３９Ｂに電力を供給する（図４のＳ１２）と共に、主加熱部材３９Ａに主電源からの電力を供給して、主加熱部材３９Ａと補助加熱部材３９Ｂの両者で定着ローラ３６を加熱しながら、トナー像の定着動作を継続する（図４のＳ１４）。一方、傾きの絶対値｜Ｋ_Ｔ｜が傾き閾値｜Ｋ_Ｔｌｉｍ｜以上であるときは、補助電源制御手段によって、複数の補助電源を直列に接続し、その複数の補助電源から補助加熱部材３９Ｂに電力を供給する（図４のＳ１３）と共に、主加熱部材３９Ａに主電源からの電力を供給して、主加熱部材３９Ａと補助加熱部材３９Ｂの両者で定着ローラ３６を加熱しながら、トナー像の定着動作を継続する（図４のＳ１４）。複数の補助電源を直列に接続すると、その複数の補助電源を並列に接続した場合よりも多量の電力を補助加熱部材３９Ｂに供給できるので、定着ローラ３６の温度低下の傾きが大きくとも、その定着ローラ３６に多量の熱量を与えて、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈがトナー像の定着に適した温度よりも低くなることを阻止できる。

上述のように、本例の画像形成装置は、その定着装置２９の加熱手段３９が、主電源から電力を供給される主加熱部材３９Ａと、直列接続と並列接続とに切換可能な複数の補助電源から電力を供給される補助加熱部材３９Ｂを有していると共に、主電源から電力を供給された主加熱部材３９Ａだけで定着ローラ３６を加熱しながら、該定着ローラ３６と加圧ローラ３７の間に長尺記録媒体を通過させてトナー像の定着を行っているとき、温度検知手段３８によって検知された定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが、トナー像の定着に必要な温度を維持できないと判断される所定の定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍ以下となった場合に、その定着ローラ３６の温度変化の傾きの絶対値｜Ｋ_Ｔ｜が所定の傾き閾値｜Ｋ_Ｔｌｉｍ｜以上であるときには、複数の補助電源を直列に接続して、該複数の補助電源から補助加熱部材３９Ｂに電力を供給し、前記定着ローラ３６の温度変化の傾きの絶対値｜Ｋ_Ｔ｜が傾き閾値｜Ｋ_Ｔｌｉｍ｜よりも小さいときには、複数の電源を並列に接続して、該複数の補助電源から補助加熱部材３９Ｂに電力を供給する補助電源出力制御手段が設けられている。かかる補助電源出力制御手段の具体的構成は後述する。

上述した構成によれば、特に大きな熱容量を有する定着ローラ３６を用いずとも、長尺記録媒体上のトナー像の定着動作中に、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈがトナー像の定着に適した温度よりも低くなる不具合を防止することができる。

上述した補助電源としては、充放電可能な電気二重層キャパシタ、又は燃料を交換して繰り返し使用することのできる燃料電池を用いることが望ましい。

次に、図３及び図４を参照して先に説明したプリント動作のより具体的な例を明らかにする。

図５乃至図１０は、補助電源として電気二重層キャパシタを用いた場合の例を示し、そのうちの図５及び図６は、主電源から電力を供給された主加熱部材の発熱だけで定着ローラ３６を加熱する場合の動作例を示している。図５及び図６において、ｔ_０の時点で、ＡＣ電源より成る主電源から主加熱部材３９Ａに電力が供給され始める。これによって主加熱部材３９Ａが発熱して定着ローラ３６が加熱され、図５の（Ａ）に示すように、ｔ_１の時点で定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが前述の通紙可能温度Ｔ_ｔに達し、定着装置２９の立ち上げ動作を終了する。ここに示した例では、立ち上げ動作時に、補助加熱部材３９Ｂを発熱させずに定着ローラ３６を加熱しているが、補助加熱部材３９Ｂにも電気二重層キャパシタより成る補助電源から電力を供給して、その補助加熱部材３９Ｂも発熱させれば、定着装置２９の立ち上げ時間をより短縮することができる。

上述のようにして定着装置２９の立ち上げ動作を終了した後、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが通紙可能温度Ｔ_ｔに保たれるように、主加熱部材３９Ａへの電力の供給がオン、オフされる（図６の（Ｃ））。この状態が定着装置２９の待機状態であり、このとき図示していない電圧センサによって電気二重層キャパシタの充電電圧が検出され、その電気二重層キャパシタに充電する余地が残っている場合には、主電源から主加熱部材３９Ａに電力が供給されていない時に、電気二重層キャパシタを充電する（図６の（Ｃ）及び（Ｅ））。これにより、効率よく電気二重層キャパシタの充電を行い、その電気二重層キャパシタの使用時の電力を大きく確保することができる。立ち上げ動作時と待機時には、定着ローラ３６と加圧ローラ３７は回転せず、停止している。

図５及び図６におけるｔ_２の時点で定着ローラ３６と加圧ローラ３７の回転が開始されると共に、その定着ローラ３６と加圧ローラ３７の間のニップ部Ｎへの長尺記録媒体の送り込みが開始される。ニップ部Ｎへの長尺記録媒体の通紙が開始され、その長尺記録媒体上のトナー像の定着動作が開始されるのである。図６の（Ｃ）に示すように、主加熱部材３９Ａの消費電力が、立ち上げ時よりも定着動作が開始された後の方が少ない理由は、定着動作の開始に伴って、ＡＣ電源より成る主電源のＡＣ電力がＤＣ電力に変換されて定着ローラ３６の回転動作などに使用されるためである。

ｔ_２の時点で定着動作が開始されると、定着ローラ３６の熱が長尺記録媒体に奪われるため、図５の（Ａ）に示されているように、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈは漸次低下するが、図５及び図６に示した動作例では、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが、トナー像の定着に必要な温度を維持できないと判断される定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍ以下となることなく、ｔ_３の時点で定着動作を終了する。すなわち、この時点で長尺記録媒体の後端が定着ローラ３６と加圧ローラ３７のニップ部Ｎを出て、定着ローラ３６と加圧ローラ３７の回転が停止する。

定着動作を終了すると、主加熱部材３９Ａに、主電源から電力が供給され、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが上昇し、ｔ_４の時点で定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが通紙可能温度Ｔ_ｔに達する（図５の（Ａ）及び図６の（Ｃ））。それ以降の待機時には、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが通紙可能温度Ｔ_ｔに保たれるように、主電源から主加熱部材３９Ａへの電力の供給がオン、オフされ（図６の（Ｃ））、電気二重層キャパシタに充電する余地が残っていれば、主電源から主加熱部材３９Ａに電力が供給されていない時に、電気二重層キャパシタを充電する（図６の（Ｃ）及び（Ｅ））。

また、時点ｔ_３からｔ_４までの時期に、電気二重層キャパシタから補助加熱部材３９Ｂにも電力を供給して、両加熱部材３９Ａ，３９Ｂによって定着ローラ３６を加熱するように構成すれば、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが通紙可能温度Ｔ_ｔに達するまでの時間を短縮することができる。

図７及び図８に示した動作例においては、時点ｔ_０からｔ_２までと、ｔ_３以降の動作は、図５及び図６に示した動作と変りはない。異なるところは、時点Ｔ_１において、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍ以下となる点である。このとき図７の（Ｂ）から判るように、定着ローラ３６の温度変化の傾きの絶対値｜Ｋ_Ｔ｜が、傾き閾値｜Ｋ_Ｔｌｉｍ｜よりも小さいので、複数の電気二重層キャパシタが並列に接続され、主電源から主加熱部材３９ＡにＡＣ電力を供給しながら、複数の電気二重層キャパシタから補助加熱部材３９Ｂに電力を供給して該補助加熱部材３９Ｂを発熱させ、両加熱部材３９Ａ，３９Ｂによって定着ローラ３６を加熱する。このため、図７の（Ｃ）と図８の（Ｄ），（Ｅ）から判るように、主加熱部材３９Ａの消費電力と補助加熱部材３９Ｂの消費電力の和である加熱手段３９の総消費電力は、Ｔ_１の時点で不連続に増加している。電気二重層キャパシタは放電を続けると出力が低下するので、加熱手段３９の総消費電力も、Ｔ_１の時点から漸次減少する（図７の（Ｃ）及び図８の（Ｅ））。

また、図８の（Ｅ），（Ｆ）から判るように、電気二重層キャパシタから補助加熱部材３９Ｂに電力を供給しているときは、電気二重層キャパシタを充電していない。このため、主電源のＡＣ電力を全て主加熱部材３９Ａに供給できるので、定着ローラ３６を効果的に加熱して、その温度を上昇させることができる。

図９及び図１０に示した動作例においては、同図の（Ａ），（Ｂ）から判るように、時点Ｔ_１にて定着ローラ３６の温度が定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍとなり、このとき定着ローラ３６の温度変化の傾きの絶対値｜Ｋ_Ｔ｜が、傾き閾値｜Ｋ_Ｔｌｉｍ｜以上となっている。このため、複数の電気二重層キャパシタが直列に接続され、主電源から主加熱部材３９ＡへＡＣ電力を供給しながら、直列接続された複数の電気二重層キャパシタから補助加熱部材３９Ｂに大きな電力を供給し、その補助加熱部材３９Ｂを発熱させる。補助加熱部材３９Ｂには、直列に接続された電気二重層キャパシタから電力が供給されるので、図１０の（Ｅ）から判るように、補助加熱部材３９Ｂの消費電力は、図８の（Ｅ）の場合よりも大きくなり、図９の（Ｃ）から判るように、加熱手段３９の総消費電力は、図７の（Ｃ）の場合よりも大きくなる。これにより、複数の電気二重層キャパシタを並列に接続して、その電力を補助加熱部材３９Ｂに供給する場合よりも、定着ローラ３６を急速に加熱して、その温度を上昇させることができる。

図９及び図１０に示した例の他の動作は、図７及び図８に示したところと変りはない。

図１１及び図１２は、補助電源として燃料電池を用いたときの動作例を示している。この場合も、時点Ｔ_１において、定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍ以下となり、このとき図には示していないが定着ローラ３６の温度変化の傾きの絶対値｜Ｋ_Ｔ｜が傾き閾値｜Ｋ_Ｔｌｉｍ｜よりも小さいものとする。従って、この場合も、複数の燃料電池を並列に接続して、主電源から主加熱部材３９ＡへのＡＣ電力の供給を行いながら、複数の燃料電池から補助加熱部材３９Ｂへ電力を供給する。このときの加熱手段３９の総消費電力は、主加熱部材３９Ａの消費電力と補助加熱部材３９Ｂの消費電力の和となる（図１１の（Ｂ）及び図１２の（Ｃ），（Ｄ））。

図１２の（Ｅ）から判るように、燃料電池は放電を行うことにより燃料が減少するので、その燃料残量を常に監視し、操作部に燃料残量を表示して、ユーザにその残量を報せる必要がある。燃料電池の燃料は、カートリッジ式のような交換可能な構成とし、燃料残量が少なくなったことを、ユーザが認知したとき、これを交換できるように構成することが望ましい。このように、燃料電池は、燃料の残量を検知する手段と、燃料残量を表示する手段と、燃料残量が一定値を下回ると燃料の交換を促す手段を具備することが好ましい。

次に、補助電源と補助電源出力制御手段の具体的構成例を説明する。

図１３乃至図１６は、２つの電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２を並列又は直列に接続して、これらの電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２から補助加熱部材３９Ｂに電力を供給する補助電源出力制御手段の一例を示す回路図である。各電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２は、複数のキャパシタセルから構成されている。メインスイッチＳ_５は、ＡＣ電源より成る主電源４５から主加熱部材３９Ａに供給する電力をオン、オフする。充電器４６は、主電源４５から供給される電力によって２つの電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２を充電する用をなす。また、スイッチＳ_２は電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２の充電と、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２から補助加熱部材３９Ｂへの電力の供給を切り換える。定着ローラ３６の表面に当接したサーミスタなどから成る温度検知手段３８にて生じた検知信号はＣＰＵ４７に取り込まれ、そのＣＰＵ４７からの指令によって、各スイッチＳ_１乃至Ｓ_５が切り換え制御される。

図１３は、メインスイッチＳ_５を閉じて主電源４５からの電力を主加熱部材３９Ａに供給し、その主加熱部材３９Ａを加熱している状態を示している。このとき、スイッチＳ_３、Ｓ_４は両電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２を並列に接続し、スイッチＳ_２はスイッチＳ_１側に切り換えられているが、スイッチＳ_１がオフしているので、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２の電力が補助加熱部材３９Ｂに供給されることはない。

電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２の充電時には、図１４に示すように、メインスイッチＳ_５がオフされて、主電源４５から主加熱部材３９Ａへの電力の供給が遮断される。同時に、スイッチＳ_２が充電器４６の側に切り換えられ、充電器４６は、主電源４５から供給される電力で電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２を充電する。

主加熱部材３９Ａだけで定着ローラ３６を加熱しながらトナー像の定着動作を行っているとき、温度検知手段３８により検知された定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍ以下となり、しかもＣＰＵ４７にて演算された定着ローラ３６の温度変化の傾きの絶対値｜Ｋ_Ｔ｜が傾き閾値｜Ｋ_Ｔｌｉｍ｜よりも小さいときは、図１５に示すようにメインスイッチＳ_５がオンされて主電源４５からの電力が主加熱部材３９Ａに供給されると共に、両電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２が並列に接続されたまま、スイッチＳ_２がスイッチＳ_１の側に切り換えられ、スイッチＳ_１は閉じられる。これにより、主電源からの電力が主加熱部材３９Ａに供給されると共に、並列に接続された電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２からの電力が補助加熱部材３９Ｂに供給され、両加熱部材３９Ａ，３９Ｂが発熱する。

定着ローラ３６の温度Ｔ_Ｈが定着温度閾値Ｔ_ｌｉｍ以下となり、かつその定着ローラ３６の温度変化の傾きの絶対値｜Ｋ_Ｔ｜が傾き閾値｜Ｋ_Ｔｌｉｍ｜以上であるときは、スイッチＳ_３，Ｓ_４が図１６に示すように切り換えられて両電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２が直列に接続される。他の状態は図１５と変りはない。このため、主加熱部材３９Ａに主電源からの電力が供給されると共に、補助加熱部材３９Ｂには、直列接続された両電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２から電力が供給される。

図１７は、補助電源として２つの燃料電池Ｃ３，Ｃ４を用いた場合の回路図である。この場合には、図１３乃至図１６に示した充電器４６が設けられていない。図１７は、スイッチＳ１とＳ５が閉じられ、両燃料電池Ｃ３，Ｃ４が並列に接続され、その燃料電池Ｃ３，Ｃ４と主電源４５からの電力がそれぞれ補助加熱部材３９Ｂと主加熱部材３９Ａに供給されている状態を示している。主電源４５の電力を主加熱部材３９Ｂに供給し、燃料電池Ｃ３，Ｃ４からの電力を補助加熱部材３９Ｂに供給しないときは、スイッチＳ１が開き、両燃料電池Ｃ３，Ｃ４を直列に接続するときは、スイッチＳ３，Ｓ４が図１６と同じく切り換えられる。

図１３乃至図１７に示したＣＰＵ４７を含む補助電源出力制御手段と補助電源を一体的に組み付けることにより、直列接続と並列接続とに切換可能な複数の補助電源と、定着部材の温度が、所定の定着温度閾値以下となった場合に、該定着部材の温度変化の傾きの絶対値が所定の傾き閾値以上であるときには、複数の補助電源を直列に接続して、該複数の補助電源から定着部材加熱用の補助加熱部材に電力を供給し、定着部材の温度変化の傾きの絶対値が傾き閾値よりも小さいときには、複数の電源を並列に接続して、該複数の補助電源から定着部材加熱用の補助加熱部材に電力を供給する補助電源出力制御手段とを具備する定着装置用の補助電源装置４８を構成することができる。

以上、定着ローラ３６より成る定着部材と、加圧ローラ３７より成る加圧部材を有する定着装置を示したが、複数の支持ローラに巻き掛けられて走行駆動される定着ベルトより成る定着部材を有する定着装置や、加圧部材も加圧ベルトとして構成された定着装置などにも本発明を適用することができる。

画像形成装置の全体構成を示す概略図である。定着装置の拡大断面図である。画像形成装置の動作態様の一例を示すフロー図である。画像形成装置の動作態様の一例を示すフロー図である。画像形成装置のより具体的な動作例を示すタイミングチャートである。画像形成装置のより具体的な動作例を示すタイミングチャートである。画像形成装置のより具体的な動作例を示すタイミングチャートである。画像形成装置のより具体的な動作例を示すタイミングチャートである。画像形成装置のより具体的な動作例を示すタイミングチャートである。画像形成装置のより具体的な動作例を示すタイミングチャートである。画像形成装置のより具体的な動作例を示すタイミングチャートである。画像形成装置のより具体的な動作例を示すタイミングチャートである。主電源と補助電源と定着装置の回路図である。主電源と補助電源と定着装置の回路図である。主電源と補助電源と定着装置の回路図である。主電源と補助電源と定着装置の回路図である。主電源と補助電源と定着装置の回路図である。

符号の説明

２９定着装置
３８温度検知手段
３９加熱手段
３９Ａ主加熱部材
３９Ｂ補助加熱部材
４５主電源
４８補助電源装置
Ｃ１，Ｃ２電気二重層キャパシタ
Ｃ３，Ｃ４燃料電池
Ｎニップ部
Ｐ長尺記録媒体
Ｔトナー像

Claims

像担持体にトナー像を形成し、該トナー像を定形サイズよりも長尺な長尺記録媒体に転写し、該長尺記録媒体に転写したトナー像を定着装置によって長尺記録媒体に定着する画像形成装置であって、前記定着装置は、定着部材と、該定着部材に圧接した加圧部材と、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、定着部材を加熱する加熱手段とを具備し、前記定着部材と加圧部材とのニップ部に、トナー像を担持した長尺記録媒体を通過させ、その通過時にトナー像のトナーに熱と圧力を加えて該トナー像を長尺記録媒体に定着する画像形成装置において、
前記加熱手段は、主電源から電力を供給される主加熱部材と、補助電源から電力を供給される補助加熱部材とを有していると共に、前記主電源から電力を供給された前記主加熱部材だけで前記定着部材を加熱しながら、該定着部材と加圧部材の間に長尺記録媒体を通過させてトナー像の定着を行っているとき、前記温度検知手段によって検知された定着部材の温度が、トナー像の定着に必要な温度を維持できないと判断される所定の定着温度閾値以下となった場合に、前記補助電源から前記補助加熱部材に電力を供給して該補助加熱部材によっても定着部材を加熱することを特徴とする画像形成装置。
像担持体にトナー像を形成し、該トナー像を定形サイズよりも長尺な長尺記録媒体に転写し、該長尺記録媒体に転写したトナー像を定着装置によって長尺記録媒体に定着する画像形成装置であって、前記定着装置は、定着部材と、該定着部材に圧接した加圧部材と、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、定着部材を加熱する加熱手段とを具備し、前記定着部材と加圧部材とのニップ部に、トナー像を担持した長尺記録媒体を通過させ、その通過時にトナー像のトナーに熱と圧力を加えて該トナー像を長尺記録媒体に定着する画像形成装置において、
前記加熱手段は、主電源から電力を供給される主加熱部材と、直列接続と並列接続とに切換可能な複数の補助電源から電力を供給される補助加熱部材とを有していると共に、前記温度検知手段によって検知された定着部材の温度の変化の傾きを算出する演算手段と、前記主電源から電力を供給された前記主加熱部材だけで前記定着部材を加熱しながら、該定着部材と加圧部材の間に長尺記録媒体を通過させてトナー像の定着を行っているとき、前記温度検知手段によって検知された定着部材の温度が、トナー像の定着に必要な温度を維持できないと判断される所定の定着温度閾値以下となった場合に、該定着部材の温度変化の傾きの絶対値が所定の傾き閾値以上であるときには、前記複数の補助電源を直列に接続して、該複数の補助電源から前記補助加熱部材に電力を供給し、前記定着部材の温度変化の傾きの絶対値が前記傾き閾値よりも小さいときには、前記複数の電源を並列に接続して、該複数の補助電源から補助加熱部材に電力を供給する補助電源出力制御手段とを設けたことを特徴とする画像形成装置。
前記補助電源は、充放電可能な電気二重層キャパシタにより構成され、前記主加熱部材に前記主電源から電力が供給されていない時に、前記電気二重層キャパシタを充電する請求項１又は２に記載の画像形成装置。
前記補助電源は、燃料を交換して繰り返し使用することのできる燃料電池により構成されている請求項１又は２に記載の画像形成装置。
前記燃料電池は、燃料の残量を検知する手段と、燃料残量を表示する手段と、燃料残量が一定値を下回ると燃料の交換を促す手段を具備する請求項４に記載の画像形成装置。
直列接続と並列接続とに切換可能な複数の補助電源と、定着部材の温度が、所定の定着温度閾値以下となった場合に、該定着部材の温度変化の傾きの絶対値が所定の傾き閾値以上であるときには、前記複数の補助電源を直列に接続して、該複数の補助電源から定着部材加熱用の補助加熱部材に電力を供給し、前記定着部材の温度変化の傾きの絶対値が前記傾き閾値よりも小さいときには、前記複数の電源を並列に接続して、該複数の補助電源から定着部材加熱用の補助加熱部材に電力を供給する補助電源出力制御手段とを具備する定着装置用の補助電源装置。