JP2007316627A - 画像形成装置の定着装置及びその定着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成条件に応じて、定着装置の加熱手段に使用可能な供給電力の範囲で定着装置を、より高い自由度で制御して、定着性能の向上を図り又、画像生産性の向上を図る。
【解決手段】 カラーモード時にはヒーターランプ３２ａに給電して加圧ローラ３２を加熱する。モノクロモード時に、ヒーターランプ３２ａに給電していなければ、ヒーターランプ３２ａの消費電力分をヒートローラ３１側の励磁コイル５１に加算供給可能とする。励磁コイル５１への電力の加算量は、ヒートローラ３１が必要とする量を自由調整可能とする。又ウォームアップ時には、オプションの消費電力分を励磁コイル５１に加算供給可能とする。
【選択図】図８

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真プロセスを用いる画像形成装置により形成されるトナー像を、シート紙に加熱加圧定着するための画像形成装置における定着装置及びその定着方法に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真プロセスを用いる画像形成装置に組み込まれる定着装置として、シート紙上のトナー像を加熱加圧定着する定着装置がある。このような定着装置は、ヒートローラ及び加圧ローラからなる一対のローラ間、あるいはヒートベルトと加圧ローラ間等に形成されるニップ内にシート紙を挿通してトナー像を加熱加圧定着する。他方、複数色のトナー像を重ねたカラートナー像は、単色のトナー像と比べて、トナー層厚が数倍厚くなる。

このことから従来、カラー複写時には、ヒートローラの加熱手段の給電電力を減じて、ヒートローラと加圧ローラの加熱手段に給電し、単色複写時には、ヒートローラの加熱手段に全電力を給電し、加圧ローラへの給電を停止する装置がある。（例えば特許文献１参照。）
特開昭６２−１５７０７９号公報(第１頁左欄第１４行目〜第１８行目、第３頁左上欄第５行目〜左下欄第１行目、図２、図６)

しかしながら上記特許文献の定着装置では、カラー複写であるか或いは単色複写であるかによって、単に加圧ローラのヒーターランプをＯＮ／ＯＦＦ切り替えするのみであった。他方近年、特により高速化が求められる定着装置にあっては、カラー複写時には、加圧ローラ側への電力供給のためにヒートローラ側の電力が不足してしまう反面、単色複写時においても、ヒートローラ及び加圧ローラの両面からの加熱が必要とされる。このため、上記特許文献のように加熱手段を制御すると、カラー複写時にはヒートローラの温度低下によるウエイト状態によるコピーの中断を生じる一方、単色複写時には加圧ローラの温度低下によるウエイト状態によるコピーの中断を生じるという問題を有していた。

しかも画像形成装置全体では、使用可能な総電力量は１５００Ｗと決まっている。このため、実際に定着装置の熱源に使用可能な電力量は、１５００Ｗから、モータ等の駆動源に使用する電力量、更にはフィニッシャ等のオプション機能に使用する電力量を減算した残りの電力量となる。即ち定着装置の熱源は、使用可能な電力量が限定される。

そこで本発明は上記課題を解決するものであり、カラートナー像であるか単色トナー像であるかにかかわらず、画像形成条件に応じて、定着装置の加熱手段に使用可能な電力量の範囲内で、定着装置の加熱手段をより高い自由度で制御する。これにより定着性能の向上及び生産性の向上を得ることが出来る画像形成装置の定着装置及びその定着方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するための手段として、導電性の発熱層を有する画像側回転部材と、前記発熱層に誘導電流を発生させる誘導電流発生部材と、前記画像側回転部材と共にトナー像を有する被定着媒体を所定方向に挟持搬送する非画像側回転部材と、前記非画像側回転部材を加熱する加熱源と、前記加熱源の消費電力を低減して、前記低減された消費電力に相当する電力を、前記誘導電流発生部材に印加する電力に加算可能となるように制御する制御部とを有するものである。

本発明によれば、ヒートローラ及び加圧ローラの温度制御をより的確に行い、層厚の厚いカラートナー像にあっては、トナー層の上下から十分な加熱温度を得て、良好な定着性能を得ると共に、単色トナー像にあってはウォームアップ時間を短縮し且つ定着速度を高めて、定着効率向上による生産性向上を得る。

この発明は、画像形成条件によって、ヒートローラ及び加圧ローラの温度を制御する

以下、この発明の実施例１について図１乃至図９を参照して詳細に説明する。図１はこの発明の実施例１の定着装置を搭載する画像形成装置であるカラープリンタ装置１を示す概略構成図である。カラープリンタ装置１内には、プリンタ２方向に被定着媒体であるシート紙Ｐを供給する給紙装置３を備えている。給紙装置３は、給紙カセット３ａ、３ｂからシート紙Ｐを取り出して、搬送路３ｃに沿って、シート紙Ｐをレジストローラ２７方向に給紙する。カラープリンタ装置１の上面には原稿画像を読取るスキャナ４が設けられている。

プリンタ２の、像担持体である感光体ドラム１０周囲には、感光体ドラム１０に複数色のトナー像を形成する像形成部材であるトナー像形成部１１が設けられる。トナー像形成部１１は、感光体ドラム１０の矢印ｓの回転方向に従い順次感光体ドラム１０を一様に帯電する帯電装置１２、スキャナ４からの画像データに基づき帯電された感光体ドラム１０上に静電潜像を形成するレーザ露光装置１３、ブラック現像装置１４、イエロー（Ｙ）現像装置１６、マゼンタ（Ｍ）現像装置１７、シアン（Ｃ）現像装置１８を搭載するリボルバタイプのカラー現像装置２０を有している。

更に感光体ドラム１０周囲の転写位置には転写ベルト装置４０が対向配置される。転写ベルト装置４０は転写ベルト部材である転写ベルト２１を有する。転写ベルト２１は、ベルト駆動ローラ２１ａ、従動ローラ２１ｂ及びテンションローラ２１ｃにより張架される。転写ベルト２１の感光体ドラム１０と接触する位置は、一次転写バイアスを印加する一次転写ローラ２１ｄ及び補助ローラ２１ｅにより支持されている。更に転写ベルト２１の従動ローラ２１ｂに支持される二次転写位置には、二次転写バイアスが印加される二次転写ローラ２８が対向されている。二次転写位置通過後の転写ベルト２１周囲にはベルトクリーニング装置２１ｆが設けられる。又感光体ドラム１０周囲の転写ベルト２１下流にはクリーナ装置２２が配置される。二次転写ローラ２８は、転写ベルト２１に重ねられた複数色のトナー像を、シート紙Ｐに二次転写する。

更にプリンタ２は、画像側回転部材であるヒートローラ３１及び非画像側回転部材である加圧ローラ３２によりシート紙Ｐを挟持搬送してトナー像を加熱加圧定着する定着装置３０、定着終了後にシート紙Ｐを排紙部２４に排出する排紙ローラ２４ａを有している。更に、プリンタ２は、両面画像形成時にシート紙Ｐを反転する反転搬送経路２５を有している。

又カラープリンタ装置１はオプションであるフィニッシャ４６を装備可能とされる。排紙部２４上部の排紙ローラ２４ａからフィニッシャ４６に至る間には、中継ユニット４７が配置される。中継ユニット４７は、排紙ローラ２４ａにより排出されたシート紙Ｐをフィニッシャ４６に中継する。中継ユニット４７は、中継ガイド４７ａ及び中継ローラ４７ｂを有する。又、排紙ローラ２４ａから排出されるシート紙Ｐを、排紙部２４側あるいは中継ガイド４７ａ側に振り分けるゲート機構２４ｂが設けられる。

フィニッシャ４６は、ステイプルユニット４８ａ、サドルステッチャ部４８ｂ、中間紙パス部４８ｃ、上スタックトレイ４８ｄ、下スタックトレイ４８ｅ及び排紙トレイ４８ｆを有する。排紙ローラ２４ａから中継ユニット４７に中継されたシート紙Ｐは紙パス４８ｇを介しフィニッシャ４６に送られる。

次に定着装置３０について述べる。図２は定着装置３０をヒートローラ３１の軸方向から見た概略断面図、図３は定着装置３０を側面から見た概略構成図、図４は定着装置３０の制御部である制御系１００を示すブロック図である。ヒートローラ３１は導電性の発熱層である、厚さが０．５ｍｍ程度の例えば鉄製の中空円筒体の芯金３１ａにトップコート層３１ｂを形成して成っている。芯金３１ａの厚さは限定されず１ｍｍ程度であっても良い。芯金３１ａの材質は鉄に限らず、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、あるいはステンレス鋼とアルミニウムの合金等利用可能である。トップコート層３１ｂは、四フッ化エチレン樹脂等のフッ素樹脂を所定厚形成して成っている。ヒートローラ３１は、外径４０ｍｍとされる。

加圧ローラ３２は、シリコンゴム、もしくはフッ素ゴム等の弾性層３２ｂの中空内部に電力量３００Ｗのヒーターランプ３２ａを内蔵する弾性ローラである。加圧ローラ３２は、ヒートローラ３１の軸線と概ね平行で、加圧機構６によりヒートローラ３１の軸線に対して所定の圧力で接触している。これにより、加圧ローラ３２の外周面の一部が弾性変形し、両ローラ３１、３２間に所定のニップが形成される。

ヒートローラ３１は、矢印ｍ方向に回転される。加圧ローラ３２は、ヒートローラ３１との加圧接触により、ヒートローラ３１が回転される方向と逆の矢印ｎ方向に従動回転される。ヒートローラ３１の周上には、ニップを通過したシート紙Ｐをヒートローラ３１から剥離する剥離爪３３が設けられる。ヒートローラ３１周囲には、ヒートローラ３１の回転方向に沿って、剥離爪３３の下流に温度検出素子３４、クリーニング部材３６および発熱異常検知素子３７が設けられている。

温度検出素子３４はサーミスタ等からなり、ヒートローラ３１の外周面の温度を検出する。クリーニング部材３６は、トップコート層３１ｂに付着するオフセットトナーやシート紙Ｐから生じる紙粉もしくは装置内部を浮遊してヒートローラ３１に付着するゴミ等を除去する。クリーニング部材３６は、ヒートローラ３１と接触してもトップコート層３１ｂを傷付けにくい材質、例えばフェルトまたはファーブラシ等で形成されている。なお、クリーニング部材３６は、ヒートローラ３１の表面と接触して回転されるものであってもよいし、ヒートローラ３１の外周面に対して所定の圧力で接する非回転のものであってもよい。

発熱異常検知素子３７は、サーモスタット等であって、ヒートローラ３１の表面温度が異常に上昇する発熱異常を検知する。発熱異常が生じた場合に、誘導電流発生部材である励磁コイル５１に供給される電力を遮断するために利用される。

加圧ローラ３２の周上には、加圧ローラ３２の回転方向に沿って、シート紙Ｐを加圧ローラ３２から剥離するための剥離爪５６、サーミスタ等からなる温度検出素子５７、クリーニング部材５８および発熱異常検知素子５９が設けられている。

励磁コイル５１はヒートローラ３１の内側に配置され、芯金３１ａに渦電流を発生させる。励磁コイル５１は、ヒートローラ３１の長手方向の概ね中央付近に位置される第１のコイル５１ａと両端付近に設けられる第２のコイル５１ｂとから成る。第１あるいは第２のコイル５１ａ，５１ｂは、所定の電線（リッツ線等の撚り線を含む。）を所定ターン数巻いて形成されている。第１あるいは第２のコイル５１ａ，５１ｂは、それぞれ固有の共振周波数で共振して抵抗値が最大になる様設定される。第１および第２のコイル５１ａ，５１ｂは、交互に切り替えて出力され、いずれも６００〜１３００Ｗを出力可能となるように設定されている。例えば、励磁コイル５１に９００Ｗの電力が供給される場合には、コイル５１ａ、５１ｂにそれぞれ９００Ｗの電力が交互に供給されることになる。

個々のコイル５１ａ，５１ｂは、コイル保持体６２に巻き付けられている。コイル保持体６２は、耐熱性が高く且つ、高い絶縁性を示すエンジニアリングプラスチックまたはセラミックで形成されている。コイル保持体６２には、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）材、フェノール材もしくは不飽和ポリエステル等が利用可能である。更にコイル保持体６２の内側には、例えばフェライトを成型したコア６３を設ける。

コア６３は、ヒートローラ３１を発熱させるために利用可能な磁束密度を強めている。コア６３は、高周波域での損失が少ない、ダストコア（圧粉磁芯）等を主要な材料としている。なおコイル５１ａ，５１ｂは、コア材を用いない空芯コイルであってもよい。第１のコイル５１ａは、例えばＡ４サイズ（ＪＩＳ規格）の用紙の短辺幅を加熱可能な長さに形成されている。

励磁コイル５１は、図４のブロック図に示す制御系１００の温度制御ユニット６６により所定周波数の高周波出力（電流および電圧）を供給され、所定の磁界を発生する。温度制御ユニット６６は、個々のコイル５１ａ，５１ｂに供給する高周波を出力可能なスイッチング回路６７と、スイッチング回路６７に所定の制御信号を入力する駆動回路６８を有する。更に温度制御ユニット６６は、ヒートローラ３１の温度を検出する温度検出素子３４、加圧ローラ３２の温度を検出する温度検出素子５７に接続される温度検知回路７４と、温度制御回路７６を有する。スイッチング回路６７は、個々のコイル５１ａ、５１ｂの直列接続あるいは並列接続等を任意に設定可能な切換装置としても機能する。

スイッチング回路６７には、商用電源の交流電圧を整流回路７０により整流した直流電圧が、駆動回路６８を経由して供給される。駆動回路６８は、コイル５１ａに供給すべき第１の周波数ｆ１とコイル５１ｂに供給すべき第２の周波数ｆ２を、スイッチング回路６７に指示する。すなわち各コイル５１ａ、５１ｂによる、ヒートローラ３１の加熱力は、スイッチング回路６７から個々のコイルに出力される出力が変化されることで、任意の大きさに設定可能である。また加熱力は、一般に個々のコイルが消費する消費電力として数値管理される。駆動回路６８は、スイッチング回路６７を経由して、加圧ローラ３２のヒーターランプ３２ａ電力を供給する。

また整流回路７０から各コイル５１ａ、５１ｂに供給される電力は、例えば商用電源と整流回路７０の入力端との間に設けられる電力検知回路７１により常時監視される。電力検知回路７１による監視結果は、所定のタイミングで駆動回路６８にフィードバックされる。また、駆動回路６８の焼損等を検知可能とするため、電力検知回路７１の出力はプリンタ２側の主制御装置７２にも入力される。主制御装置７２は、プリンタ２のメインモータ７３、給紙装置３及びスキャナ４を制御する。更にフィニッシャ４６を装備する場合には、主制御装置７２は、フィニッシャ４６を制御する。カラープリンタ装置１のメインモータ７３、給紙装置３及びスキャナ４の消費電力は例えば２００Ｗ程度であり、フィニッシャ４６の消費電力は例えば１００Ｗ程度である。

本実施例の誘導加熱方式の定着装置３０においては、ヒートローラ３１の加熱時、個々のコイル５１ａ，５１ｂにスイッチング回路６７から所定の周波数の高周波出力（電流および電圧）が供給される。個々のコイル５１ａ、５１ｂで発生されている磁束による磁界の変化を妨げるように、ヒートローラ３１の芯金３１ａに渦電流が発生する。これによりヒートローラ３１が昇温される。

次にカラープリンタ装置１によるカラーモード時あるいは、モノクロモード時に、定着装置３０において、励磁コイル５１及びヒーターランプ３２ａに供給する電力の制御について説明する。図５の(表１）に示すように、シート紙Ｐ上の複数トナーからなるカラートナー像を定着するカラーモード時には、定着装置３０の加圧ローラ３２のヒーターランプ３２ａをＯＮする。従ってヒートローラ３１側の励磁コイル５１には、定着装置３０に供給可能な電力量から、ヒーターランプ３２ａの消費電力である３００Ｗを引いた電力が供給可能とされる。

他方、シート紙Ｐ上の単色の、例えば黒色のトナー像を定着するモノクロモード時には、通常ヒーターランプ３２ａをＯＦＦする。但し加圧ローラ３２が温度低下を来たした場合には、ヒーターランプ３２ａをＯＮする。従ってモノクロモード時にヒーターランプ３２ａがＯＦＦであれば、ヒートローラ３１側の励磁コイル５１には、ヒーターランプ３２ａの消費電力分まで加算した電力が供給可能となる。これによりモノクロモード時には、高速処理であっても、ヒートローラ３１が温度低下を来たすことがなく、高速処理可能となる。

但し各種カラー画像形成装置の構造によって、定着装置３０に供給可能な電力量は異なる。定着装置３０に供給可能な電力量は、商用電源によりカラー画像形成装置に供給可能な総電力量から、各種モータ、給紙装置及びスキャナ等に要する消費電力を減算した値となる。又カラー画像形成装置が、オプション機構を装備している場合には、定着装置３０に供給可能な電力量は、更にオプション機構に要する消費電力を減算した値となる。

例えば、商用電源によりカラー画像形成装置１に供給可能な総電力量１５００Ｗ、メインモータ７３、給紙装置３及びスキャナ４等に要する消費電力２００Ｗ、フィニッシャ４６に要する消費電力１００Ｗ、更に他のオプションとして大容量給紙装置に要する消費電力１００Ｗとする。

以下は、カラー画像形成装置１にオプションを装備した場合と、オプションを使用しない場合の、定着装置３０に供給可能な電力量の例である。

（１）カラー画像形成装置１がフルオプション（フィニッシャ４６＋大容量給紙装置）を装備している場合。

定着装置３０に供給可能な電力量は、商用電源による総電力量１５００Ｗから、メインモータ７３、給紙装置３及びスキャナ４等に要する消費電力２００Ｗ及び、フルオプション（フィニッシャ４６＋大容量給紙装置）に要する消費電力２００Ｗを減算した１１００Ｗとなる。

このとき、カラーモードであれば、加圧ローラ３２のヒーターランプ３２ａはＯＮされるので、ヒーターランプ３２ａの励磁コイル５１の供給電力は最大８００Ｗとされる。又モノクロモードであれば、加圧ローラ３２が温度低下を来たさない限りは、ヒーターランプ３２ａがＯＦＦされる。従ってモノクロモード時、励磁コイル５１には、ヒーターランプ３２ａの消費電力分まで加算した最大１１００Ｗが供給可能とされる。尚、最大１１００Ｗまでであれば、励磁コイル５１は、ヒートローラ３１が必要とするだけ、その供給電力量を自由に調整可能である。即ち、高速での連続コピー時等にあっては、励磁コイル５１に最大１１００Ｗを供給することにより、ヒートローラ３１を即座に加熱でき、又高速連続コピーに要する加熱温度を保持できる。これにより高速でのモノクロモード時に、ヒートローラ３１は温度低下による、中断を生じることなく、例えば９０ｃｐｍ程度での高速処理が可能となる。

更にウォームアップ時には、オプションは駆動されないことから、定着装置３０に供給可能な電力量は、商用電源による総電力量１５００Ｗから、メインモータ７３、給紙装置３及びスキャナ４等に要する消費電力２００Ｗを減算した１３００Ｗとなる。従って、ウォームアップ時には、励磁コイル５１には、加圧ローラ３２のヒーターランプ３２ａに供給する３００Ｗを減算した残りの１０００Ｗを供給出来る。これによりウォームアップ時間が短縮される。

（２）カラー画像形成装置１がオプションを装備しない場合。

定着装置３０に供給可能な電力量は、商用電源による総電力量１５００Ｗから、メインモータ７３、給紙装置３及びスキャナ４等に要する消費電力２００Ｗを減算した１３００Ｗとなる。

このとき、カラーモードであれば、加圧ローラ３２のヒーターランプ３２ａはＯＮされるので、ヒーターランプ３２ａの励磁コイル５１の供給電力は最大１０００Ｗとされる。又モノクロモードであれば、加圧ローラ３２が温度低下を来たさなければ、ヒーターランプ３２ａがＯＦＦされる。従って、モノクロモード時、励磁コイル５１には、ヒーターランプ３２ａの消費電力分まで加算した最大１３００Ｗまで供給可能とされる。尚、最大１３００Ｗまでであれば、励磁コイル５１は、ヒートローラ３１が必要とするだけ、その供給電力量を自由に調整可能である。これによりモノクロモード時には、ヒートローラ３１は温度低下による中断を生じることなく、例えば９０ｃｐｍでの高速処理が可能となる。

尚ウォームアップ時には、オプションを装備したカラープリンタ装置１と同様、加圧ローラ３２のヒーターランプ３２ａに３００Ｗ、励磁コイル５１に１０００Ｗを供給出来る。

即ち、上述したように、オプションの有無あるいはコピーモードに関わらず、励磁コイル５１は必要とする電力量を得ることが出来、画像形成モードに応じて定着装置３０を容易に制御可能となる。

次に定着装置の設定プロセスについて、図６に示すフローチャートを参照して説明する。カラープリンタ装置１がフィニッシャ４６を装備していない場合、定着装置３０には、最大１３００Ｗまで電力供給可能となる。又定着装置３０が、フィニッシャ４６あるいは他のオプションを装備している構造であれば、カラープリンタ装置１の定着装置３０に供給可能な電力量は、最大１３００Ｗから更にオプションに要する消費電力を引いたものとなる。この定着装置３０に供給可能な最大電力は、カラープリンタ装置１の据付時に予め設定される。

図６を用いてフィニッシャ４６を装備したカラープリンタ装置１の定着装置３０の設定プロセスについて説明する。尚、フィニッシャ４６等のオプションを装備しない場合は、装備した場合と比べて、定着装置３０に供給可能な最大電力が異なるのみであることからその説明を省略し、図９の(表３）に制御による供給電力のみを示す。

本実施例では、カラープリンタ装置１は、初期設定時にはコピーモードとしてカラーモードを選択するよう設定されるものとする。カラープリンタ装置１がカラーモードの場合に、加圧ローラ３１の温度設定は１４５℃とされる。カラーモードの場合、加圧ローラ３２のヒーターランプ３２ａはＯＮされ、ヒートローラ３１の励磁コイル５１には６００Ｗの電力が供給される。カラーモード時には、常にこの状態でコピーが実施される。

次に初期設定に対して、モノクロモードを必要とする場合には、ステップ１００にてコピーモードを設定する。次いでステップ１０１でカラープリンタ装置１のコピーモードがカラーであるかを比較してチェックする。カラーモードであれば、ステップ１０３にて、カラーコピーを開始する。

モノクロモードの場合、ステップ１０２で加圧ローラ３２の温度設定を１４５℃から８０℃に変更する。また加圧ローラ３２のヒーターランプ３２ａは、加圧ローラ３２の温度が８０℃より低下したときのみＯＮする。次いでステップ１０３でコピースタートする。この後ステップ１０４にて、カラーあるいはモノクロいずれのコピーモードであるかに応じて、モノクロコピーモードである場合には、ヒートローラ３１及び加圧ローラ３２の温度及び、ヒーターランプ３２ａのＯＮ／ＯＦＦ状態のリアルタイムセンシングを行う。

ステップ１０４では、更にヒーターランプ３２ａのＯＮ／ＯＦＦを比較する（ステップ１０６）。ヒーターランプ３２ａがＯＦＦ（モノクロ時）であれば、励磁コイル５１の供給電力を適正に加算して供給する（ステップ１０７）。励磁コイル５１に加算可能な供給電力は、最大で、ヒーターランプ３２ａの供給電力量である３００Ｗまで可能である。ヒーターランプ３２ａがＯＮであれば、ヒートローラ３１の励磁コイル５１への最大供給電力は１０００Ｗに限定される(ステップ１０８)。

このように定着装置３０を調整しながら、コピーを作成して、ステップ１１０ですべてのコピー操作を終了したら、コピープロセスを完了する。ステップ１１０でコピーが完了していなければ、ステップ１０４に戻り、所定量のコピーを得る。

次にステップ１０４のリアルタイムセンシングの一例を図７を参照して詳述する。リアルタイムセンシングでは、ヒートローラ（ＨＲと略称する。）３１及び加圧ローラ（ＰＲと略称する。）３２の検知温度に応じて、ヒーターランプ（Ｌと略称する。）３２ａのＯＮ／ＯＦＦ制御及び励磁コイル（ＩＨと略称する。）５１の供給電力が設定されている。即ちＨＲ≧１８０℃、１００℃≦ＰＲ≦１４５℃であるかを比較する（ステップ２０１）。ＹｅｓであればＩＨ＝６００Ｗ、Ｌ＝０とする（ステップ２０２）。

Ｎｏであれば、ＨＲ≧１８０℃、８０℃≦ＰＲ≦１００℃であるかを比較する（ステップ２０３）。ＹｅｓであればＩＨ＝７００Ｗ、Ｌ＝０とする（ステップ２０４）。Ｎｏであれば、ＨＲ≧１８０℃、ＰＲ＜８０℃であるかを比較する（ステップ２０６）。ＹｅｓであればＩＨ＝６００Ｗ、Ｌ＝３００Ｗとする（ステップ２０７）。Ｎｏであれば、１７０℃≦ＨＲ＜１８０℃、８０℃≦ＰＲ＜１００℃であるかを比較する（ステップ２０８）。ＹｅｓであればＩＨ＝８００Ｗ、Ｌ＝０とする（ステップ２１０）。Ｎｏであれば、１６０℃≦ＨＲ＜１７０℃、８０℃≦ＰＲ＜１００℃であるかを比較する（ステップ２１２）。ＹｅｓであればＩＨ＝９００Ｗ、Ｌ＝０とする（ステップ２１３）。Ｎｏであれば、ウエイト状態となりコピーを中断する（ステップ２１４）。この間にＩＨ＝１０００Ｗ、Ｌ＝３００Ｗとして、ウォーミングアップを行う(ステップ２１６）。

即ち図８の(表２）に示すように、カラーモード時には、常に３００Ｗのヒーターランプ３２ａをＯＮ制御してコピーを行う。従って、カラートナー像の下層も十分加熱出来、定着スピード４５ｃｐｍの高速であっても、良好な定着を得られる。又モノクロモード時には、ヒーターランプ３２ａがＯＦＦであれば、検知されたヒートローラ３１の温度に応じて、励磁コイル５１に、最大９００Ｗまで電力供給している。従って、ヒートローラ３１の温度低下を原因とする定着速度の低下を防止出来、定着スピード９０ｃｐｍの高速であっても、良好な定着を得られる。更に、ウエイト状態の間のウォーミングアップ中には、フィニッシャ４６が稼動されないことから、定着装置３０には約１３００Ｗを電力供給可能となる。従って、ヒーターランプ３２ａに３００Ｗを供給しても、励磁コイル５１には最大１０００Ｗまで電力供給可能となる。この結果ウォームアップタイムの高速化を図れ、ウエイトの待ち時間を短縮出来る。

この実施例によれば、カラーモード時には、ヒートローラ３１の芯金３１ａを励磁コイル５１により発熱すると共に、加圧ローラ３２のヒーターランプ３２ａに電力を供給して、加圧ローラ３２を加熱している。従ってトナー層の厚いカラートナー像であっても、表面からも又下側の加圧ローラ３２側からもトナー層は十分に加熱されて、良好な定着性を得られる。

一方モノクロモード時には、ウォームアップ時あるいはウエイトになった場合以外であれば、加圧ローラ３２のヒーターランプ３２ａに供給する分の電力量を、ヒートローラ３１の励磁コイル５１の電力に加算可能となる。しかも励磁コイル５１に加算する電力量は、ヒートローラ３１が必要とする量に応じて自由に設定できる。従ってモノクロモードで、高速での連続コピーを行う場合に、励磁コイル５１は十分な電力量を得られ、ヒートローラ３１を十分加熱出来ることから、定着装置３０が温度低下するのを防止出来る。この結果、高速での連続コピーであっても、コピー中に定着装置３０がウエイト状態になり、コピー操作が中断されるのを防止出来、定着生産性を向上できる。

更にウォームアップ時あるいはウエイト時には、オプションに供給する電力量を励磁コイル５１の電力に加算することが出来る。従って、ウォームアップ時間の高速化を図れ、ウエイトの待ち時間を短縮出来る。

次にこの発明の実施例２について、図１０乃至図１３を参照して説明する。この実施例２は、モノクロモードでの画像形成時において、画像形成速度のより一層の高速化を図るものである。このためには、層厚の薄いモノクロのトナー像であっても、表面側からの加熱のみではなく、下側からも加熱することにより更なる高速化を実現可能となる。このことから本実施例では、モノクロモード時における加圧ローラ温度を高めに設定するものである。

尚本実施例の定着装置は、例えばタンデム方式等の周知のカラー画像形成装置にて、横方向に搬送されるシート紙上のトナー像を定着するものであり、実施例１とはシート紙の搬送方向が異なると共に、ヒートローラの熱容量が異なるものの他は実施例１と同様である。従って、この実施例２では、前述の実施例１と同一部分についてはその説明を省略する。

図１０に示す実施例２の定着装置２５０は、画像側回転部材であるヒートローラ２５５及び非画像側回転部材である加圧ローラ２６０を加圧接触してなっている。矢印ｑ方向に回転するヒートローラ２５５及び矢印ｒ方向に回転する加圧ローラ２６０間のニップにシート紙Ｐを横方向に挿通して、トナー像を定着する。本実施例ではヒートローラ２５５の熱容量は非常に小さく設定されている。従ってヒートローラ２５５は、ウォームアップ時間が短く、必要なときに誘導電流発生部材である励磁コイル２５６に電力を供給することにより、直ちに定着可能温度まで昇温可能であり、待ち時間のほとんど無い、オンデマンドの定着装置２５０となっている。

ヒートローラ２５５は、多層で構成されている金属弾性ローラであり、鉄、ステンレス、アルミ等の金属からなる中空の芯金２５５ｃの外周に、耐熱性および断熱性の高いシリコンスポンジ等の弾性層２５５ｂ、更には表面層２５８を有している。尚ヒートローラ２５５の芯金２５５は、中実であっても良い。表面層２５８は、図１１に示すように、内層側から、鉄、ニッケル、ステンレス等の金属層からなる熱発生層２５８ａ、弾性層２５８ｂ、離型層２５８ｃで構成されている。熱発生層２５８ａは、励磁コイル２５６の磁束により発生される渦電流により発熱される。

シリコンゴムからなる弾性層２５８ｂは、加圧ローラ２６０との加圧接触により弾性変形して、両ローラ２５５、２６０間のニップを所定幅に保っている。又弾性層２５８ｂは、励磁コイル２５６の磁束が芯金２５５ｃまで影響を及ぼさないような距離を保っている。上記条件を満たすため、弾性層２５５ｂは、例えば５〜１５ｍｍ程度の厚さを有する。加圧ローラ２６０は、金属を基材とする芯金２６０ａ周囲に、シリコン製のソリッドゴムからなる弾性層２６０ｂ、およびＰＦＡからなる離型層２６０ｃを有している。

ヒートローラ２５５の周囲には、実施例１の温度検出素子３４に換えてヒートローラ２５５の表面温度を検知して温度制御するための、非接触温度センサ２５７が設けられている。同様に加圧ローラ２６０の周囲には、実施例１の温度検出素子５７に換えて加圧ローラ２６０の表面温度を検知して温度制御するための、非接触温度センサ２６３が設けられている。非接触温度センサ２５７、２６３はサーモパイル方式もしくはサーミスタ方式等任意であり、非接触であることから、両ローラ２５５、２６０表面に負荷を与えない。

次にヒートローラの表面層２５８を
熱発生層（２５８ａ） ： ニッケル（Ｎｉ） ４０μｍ
弾性層（２５８ｂ） ： シリコン製のソリッドゴム ０．２ｍｍ
離型層（２５８ｃ） ： ＰＦＡ
として、モノクロモードでコピーを行った時のローラ温度変化を測定したところ、図１２に示す結果を得られた。上記表面層２５８の層構成により、誘導加熱によるヒートローラ２５５の熱発生層２５８ａ以降の外層部の熱容量は、２．１３［Ｊ／Ｋ］程度となっていて、加熱ローラ２６０の熱容量は、５００［Ｊ／Ｋ］程度となっている。

例えばヒートローラのみを１８０℃の定着可能温度に保持して、モノクロモードで連続コピーを行った場合、徐々に温度低下を来たす加圧ローラが到達する最低温度は、一般にヒートローラの表面層の熱容量に応じて決まってくる。図１３に示すように、ヒートローラの表面層の熱容量が大きいほど加圧ローラの最低温度は高くなっている。図１３から明らかなように、モノクロモードで連続コピーを行う間に、加圧ローラの最低温度を１００℃以上に維持するには、ヒートローラの表面層の熱容量は６［Ｊ／Ｋ］以上を必要とする。

これに対して本実施例の定着装置２５０は低熱容量であることから、モノクロモード時にヒートローラ２５５の加熱のみで連続コピーを行うと、加圧ローラ２６０の維持温度は、良好な定着を得られない８０℃以下になってしまう。但し実施例１と同様に、リアルタイムセンシングにより図８に示す制御を行い、モノクロモードでの連続コピー時の、定着不良を防止する。

初期設定時、定着装置２５０はカラーモードを実施するため、加圧ローラ２６０のヒーターランプ２６２がＯＮされ、ヒートローラ２５５の励磁コイル２５６には６００Ｗの電力が供給される。これにより定着装置２５０は、トナー層の厚いカラートナー像であっても、表面からも又下側の加圧ローラ２６０側からもトナー層を十分に加熱して、良好な定着性を得ている。

次にモノクロモードでのリアルタイムセンシングによる定着装置２５の温度制御を図１２に示す。先ず、加圧ローラ２６０のヒーターランプ２６２を消灯して、ヒーターランプ２６２の電力分を必要に応じて、ヒートローラ２５５側の励磁コイル２５６の電力に増加させて、ヒートローラ２５５を加熱する。ヒートローラ２５５は実線αで示すように温度推移する一方、加圧ローラ２６０は破線βで示すように温度推移する。

即ち本実施例の定着装置２５０は低熱容量であることから、モノクロモード時にヒートローラ２５５のみを加熱して連続コピーを行うと、加圧ローラ２６０は温度低下を来たし、コピー時間の経過につれて、破線βに示すように良好な定着を得られない８０℃以下になってしまう。

但し図８に示すリアルタイムセンシングを行い、加圧ローラ２６０の温度低下を防止する。即ち、モノクロモードでの連続コピー時、ヒートローラ２５５の表面温度が１８０℃以上、加圧ローラ２６０の表面温度が１００℃以上であれば、励磁コイル２５６の供給電力を６００Ｗ、ヒーターランプ２６２をＯＦＦする。この後連続コピーを行う間に、例えば図１２のＴ１で、ヒートローラ２５５温度が１７０℃に低下し、加圧ローラ２６０の表面温度が１００℃以下になった場合には、励磁コイル２５６の供給電力を６００Ｗから８００Ｗに上げる。これにより、図１２実線αに示すように、ヒートローラ２５５温度が上昇する。

更に連続コピー時間が図１２のＴ２に達し、加圧ローラ２６０の表面温度が８０℃以下に低下したら、ヒーターランプ２６２に３００Ｗを供給する一方、定着装置２５０に供給可能な総電力量が９００Ｗであることから、励磁コイル２５６への供給電力を６００Ｗに低減する。これにより加圧ローラ２６０の表面温度は、図１２の１点鎖線γに示すように、ほぼ１００℃に復帰する。但しヒートローラ２５５は、２点鎖線δに示すように、連続コピーを行う間に多少温度低下を来たす。この後、Ｔ３で、加圧ローラ２６０の表面温度が１００℃に復帰したら、ヒーターランプ２６２をＯＦＦし、この時のヒートローラ２５５の温度に応じて、励磁コイル２５６への供給電力を必要量増加する。

この実施例２によれば、前述の実施例１と同様、トナー層の厚いカラートナー像であっても、表面からも又下側の加圧ローラ２６０側からもトナー層は十分に加熱されて、良好な定着性を得られる。

一方モノクロモード時には、定着装置２５０の熱容量が小さいにもかかわらず、必要であれば、加圧ローラ２６０のヒーターランプ２６２に電力を供給し、又ヒーターランプ２６２を使用しない場合には、ヒーターランプ３２ａに供給する分の電力量を、ヒートローラ３１の励磁コイル５１の電力に加算可能となる。しかも励磁コイル５１に加算する電力量は、ヒートローラ３１が必要とする量に応じて自由に設定できる。従ってモノクロモードで、高速での連続コピーを行う場合に、加圧ローラ２６０の温度低下を防止しながら、励磁コイル５１に十分な電力量を供給して、ヒートローラ３１を十分加熱出来る。従って、モノクロモードでの、高速連続コピー時に、定着装置３０をより適正に温度管理出来、高速コピー時であっても、コピー中に定着装置３０がウエイト状態になり、コピー操作が中断されるのを防止出来、コピーの生産性を向上できる。

尚この発明は、上記実施例に限られるものではなく、この発明の範囲内で種々変更可能であり、例えば、画像側回転部材あるいは非画像側回転部材はローラに限定されず、エンドレスベルト等であっても良い。又非画像側回転部材の加熱源の消費電力の大きさや、カラー画像形成装置の駆動機構や、スキャナ等の消費電力の大きさも各種装置の構造により任意である。又、カラー画像形成装置の定着速度等も、限定されない。又、加熱源の消費電力を低減して、誘導電流発生部材に電力を加算する場合は、単色トナーに限定されず、２色カラー画像等を定着する場合等であっても良い。

本発明の実施例１の定着装置を搭載するカラー画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明の実施例１の定着装置を示す概略断面図である。 本発明の実施例１の定着装置を示す概略構成図である。 本発明の実施例１の定着装置の制御系を示すブロック図である。 本発明の実施例１のカラーモード時及びモノクロモード時の励磁コイル及びヒーターランプのＯＮ／ＯＦＦ制御を示す（表１）である。 本発明の実施例１の定着装置の設定プロセスを示すフローチャートである。 本発明の実施例１の定着装置の設定プロセスのリアルタイムセンシングを示すフローチャートである。 本発明の実施例１のオプション装着時のモノクロモード時の励磁コイル及びヒーターランプの電力制御を示す（表２）である。 本発明の実施例１のオプションを装着しない時のモノクロモード時の励磁コイル及びヒーターランプの電力制御を示す（表３）である。 本発明の実施例２の定着装置を示す概略断面図である。 本発明の実施例２のヒートローラの表面層の構成を示す概略説明図である。 本発明の実施例２のモノクロモード時のローラ温度変化を示すグラフである。 本発明の実施例２のヒートローラの表面層の熱容量に応じた加圧ローラの維持温度を示すグラフである。

符号の説明

１…カラープリンタ装置
２…プリンタ
３…給紙装置
１０…感光体ドラム
１１…トナー像形成部
１４…ブラック現像装置
２０…カラー現像装置
３０…定着装置
３１…ヒートローラ
３１ａ…芯金
３１ｂ…トップコート層
３２…加圧ローラ
３２ａ…ヒーターランプ
３２ｂ…弾性層
３３…剥離爪
３４、５７…温度検出素子
４６…フィニッシャ
５１…励磁コイル
６６…温度制御ユニット
６７…スイッチング回路
７４…温度検知回路
７６…温度制御回路
１００…制御系

Claims (8)

1. 導電性の発熱層を有する画像側回転部材と、
   前記発熱層に誘導電流を発生させる誘導電流発生部材と、
   前記画像側回転部材と共にトナー像を有する被定着媒体を所定方向に挟持搬送する非画像側回転部材と、
   前記非画像側回転部材を加熱する加熱源と、
   前記加熱源の消費電力を低減して、前記低減された消費電力に相当する電力を、前記誘導電流発生部材に印加する電力に加算可能となるように制御する制御部とを具備することを特徴とする画像形成装置における定着装置。
2. 前記制御部は、前記加熱源をＯＦＦ制御して前記加熱源の消費電力を低減することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置における定着装置。
3. 前記制御部は、前記被定着媒体がカラートナー像を有する場合には、前記加熱源をＯＮ制御し、前記被定着媒体が単色トナー像を有する場合には、前記加熱源をＯＦＦ制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の画像形成装置における定着装置。
4. 前記制御部は、前記被定着媒体が単色トナー像を有する場合には、前記被定着媒体がカラートナー像を有する場合に比べて、前記非画像側回転部材の温度設定を低減する。ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置における定着装置。
5. 前記制御部は、画像形成装置が装備するオプションの消費電力を低減した時に、前記低減された前記オプションの消費電力に相当する電力量を、前記誘導電流発生部材に印加する電力に加算可能となるよう制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置における定着装置。
6. 前記オプションは、フィニッシャ及び／又は大容量給紙部材を含むことを特徴とする請求項５記載の画像形成装置における定着装置。
7. 非画像側回転部材の加熱源に印加する消費電力を制御するステップと、
   前記加熱源に印加する前記消費電力を低減した時に、前記加熱源の前記消費電力の低減量に相当する電力を、画像側回転部材を誘導発熱させる誘導電流発熱部材の印加電力に、加算可能に制御するステップとを具備することを特徴とする画像形成装置における定着方法。
8. 非画像側回転部材の加熱源に印加する消費電力を制御するステップと、
   画像形成装置が装備するオプションに印加する消費電力を制御するステップと、
   前記加熱源に印加する前記消費電力及び／又は前記オプションに印加する前記消費電力を低減した時に、前記加熱源の前記消費電力及び／又は前記オプションの前記消費電力の低減量に相当する電力を、画像側回転部材を誘導発熱させる誘導電流発熱部材の印加電力に、加算可能に制御するステップとを具備することを特徴とする画像形成装置における定着方法。

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