JP2008209538A - 定着装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着装置１の最大消費電力を小さく留めつつ、定着装置１の立ち上げ時間を短縮し、かつ、シートＳ上のトナー像の定着を的確に行うことができる定着装置１を提供する。
【解決手段】内部に発熱源５４、５５を有する定着ローラ５１と、加熱部材に圧接されニップを形成する加圧ローラ５２と、定着ローラ５１の温度を行う検知部材５３と、発熱源５４、５５への通電を制御する制御部１０とを有し、発熱源５４、５５は２本設けられ、一方の第１発熱源５４は定着ローラ５１の軸線方向中央部分の発熱が大きく、他方の第２発熱源５５は定着ローラ５１の軸線方向中央部分の発熱が大きく、制御部１０は、定着装置１の立ち上げ時、所定時間、第１発熱源５４のみ通電を行い、所定時間経過時の検知温度が基準温度以下の場合、第１発熱源５４に加え所定温度に達するまでデューティ比を制御し第２発熱源５５への通電を行う定着装置。
【選択図】図６

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ機等の画像形成装置に用いられる定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。

一般に、複写機等の電子写真方式による画像形成装置では、シート上に形成されたトナー像を加熱・加圧し、トナーを溶融させてシートに固着させる手段として、内部に発熱源を備えた定着ローラと、定着ローラに圧接してニップを形成する加圧ローラを備える定着装置が用いられることがある。このニップにトナー像が転写されたシートが進入し、トナー像がシートに定着する。

このような定着装置では、発熱源を２つ備えるものがある。そして、２つの発熱源は、両方若しくは一方を定着ローラの軸線方向における中央部と端部で配熱を異ならせ、中央部と端部で発熱量に差を設けることがある。この２本の発熱源の点灯を適宜制御し、組み合わせて用いることで、効率よく定着ローラの加熱を行い、省電力及び急速な定着ローラの加熱を達成しようとする。

例えば、一方の発熱源は、最大通紙幅で均一に配熱し、他方の発熱源は、定着ローラの軸線方向中央部において、一定の幅の配熱を１００％とし、端部の配熱を５０％程度に抑える場合がある。更に別の例としては、一方の発熱源の配熱を中央部５０％、両端部１００％とし、他方の発熱源は、配熱を端部５０％、中央部を１００％とする場合がある。そして、定着装置の立ち上げ時の急速加熱には併用し、又、定着装置を通過する用紙サイズに合わせて、２つの発熱源の切り替えや通電のタイミングをずらし、使用する発熱源を適宜選択し効率よく加熱を行う。

具体的に、２つの発熱源を有するものとして、特許文献１記載の発明が存在する。特許文献１には、中央部の発熱量が大きい第１発熱体と、端部の発熱量が大きい第２発熱体と、記録材を加熱する加熱体と、加熱体の温度を検知する温度検知体と、第１発熱体及び第２発熱体への通電を制御する通電制御手段と、設定温度に達した場合第１発熱体への通電を停止する第１の立ち上げモードと、目標温度まで第１発熱体と第２発熱体を用いる第２の立ち上げモードを有し、立ち上げ動作開始時の検知温度によりモードを選択する選択手段を有する像加熱装置が記載されている。これにより迅速な立ち上げを達成し、オーバーシュートを回避しようとする（特許文献１：請求項１、段落００７７等参照）。
特開２００４−２８７４１４

しかし、発熱源を２本備える場合、定着装置の立ち上げ時、定着可能温度まで迅速に暖めるため２本の発熱源を同時に使用すると、発熱源を１本のみ使用する場合よりも消費電力が大きくなるという問題がある。又、近年の環境意識の高まりから、消費者は、製品購入の際、最大消費電力に着目する場合があり、又、電源装置のコスト等を勘案するとスペック上の最大消費電力は小さい方が好ましい。

又、２本の発熱源の配熱を異ならせた場合、発熱源の配熱や発熱源への通電を適切に制御しなければ、的確に定着を行うには、定着ローラの一部は十分に暖まっているが一部は十分に暖まっていない状態が生じ得る。この温度ムラは、定着性や画像品質に影響を与え得るという問題がある。

ここで、特許文献１記載の発明を見ると、特許文献１記載の発明は、定着装置を目標温度まで立ち上げる際に、例えば８００Ｗと６００Ｗの２本の発熱体（特許文献１：段落０００８、００２５等参照）を同時に使用する場合がある。そうすると、定着装置だけで、最大消費電力は１４００Ｗになる。更に、画像形成装置が特許文献１記載の像加熱装置を備えた場合、像加熱装置以外に画像形成装置の動作に例えば２００Ｗ要するとすれば、最大消費電力が１６００Ｗにも達する。即ち、特許文献１記載の定着装置は、最大消費電力が大きく、最大消費電力を小さくするという問題には対応できない。

又、特許文献１記載の発明は、シートの皺対策の観点から加熱体（加熱ローラ）は逆クラウン形状とされるが（特許文献１：段落００４０等参照）、この逆クラウン形状の加熱体は、単に温度分布においてムラが生じないように加熱しても、定着が確実に行われない場合があるという問題も有する。即ち、加熱体の両端部に対し中央部では径が短いため、中央部のニップの圧力は両端部よりも若干弱くなる。そうすると、たとえ加熱体の温度分布は均一であってもニップを通過するシートへの加熱において中央部と両端部でムラが生じ、定着性に問題が生ずる可能性がある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、定着装置の最大消費電力を小さく留めつつ、定着装置の立ち上げ時間を短縮し、かつ、シート上のトナー像の定着を的確に行うことができる定着装置を提供することを課題とする。又、この定着装置を備えることにより、最大消費電力が小さく、ウォームアップ時間が短く、定着性の良好な画像形成装置を提供することを課題とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内部に発熱源が設けられ回転可能に支持される定着ローラと、前記加熱部材に圧接されニップを形成するとともに回転可能に支持される加圧ローラと、定着ローラの温度を検知するため定着ローラの軸線方向中央部に設けられる検知部材と、発熱源への通電を制御する制御部とを有する定着装置において、前記発熱源は、前記定着ローラの軸線方向に沿って２本設けられ、一方の第１発熱源は定着ローラの軸線方向中央部分よりも両端部分の発熱が大きく、他方の第２発熱源は定着ローラの軸線方向両端部分よりも中央部分の発熱が大きいものであって、前記制御部は、定着装置の立ち上げ時、所定時間、前記第１発熱源のみ通電を行い、前記所定時間経過時の前記検知部材による検知温度が基準温度以上の場合、前記第１発熱源のみに通電を続け、基準温度未満の場合、前記第１発熱源に加え所定温度に達するまでデューティ比を制御しつつ前記第２発熱源への通電を行うこととした。

又、請求項２に係る発明は、内部に発熱源が設けられ回転可能に支持される定着ローラと、前記加熱部材に圧接されニップを形成するとともに回転可能に支持される加圧ローラと、定着ローラの温度を検知するため定着ローラ軸線方向中央部に設けられる検知部材と、発熱源への通電を制御する制御部とを有する定着装置において、前記発熱源は、前記定着ローラの軸線方向に沿って２本設けられ、一方の第１発熱源は定着ローラの軸線方向中央部分よりも両端部分の発熱が大きく、他方の第２発熱源は定着ローラの軸線方向両端部分よりも中央部分の発熱が大きいものであって、前記制御部は、定着装置の立ち上げ時、所定時間、第１発熱源のみに通電を行い、前記所定時間経過時の前記検知部材による検知温度が基準温度以上の場合、前記第１発熱源のみに通電を続け、基準温度未満の場合、前記第１発熱源に加え、デューティ比を制御しつつ前記第２発熱源への通電を一定時間行うこととした。

又、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記制御部は、前記第２発熱源の通電におけるデューティ比を、定着装置において消費できる最大消費電力から第１発熱源の消費電力を差し引いた残りの消費可能な電力を超えないように定めることとした。

又、請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発明において、前記定着ローラ及び／又は加圧ローラは、前記所定時間に回転駆動を開始することとした。

又、請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発明において、前記第１発熱源は、前記第２発熱源よりも出力が大きいこととした。

又、請求項６に係る発明は、画像形成装置であって、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着装置を備えることとした。

請求項１記載の発明によれば、定着装置が備えられる画像形成装置の主電源がＯＮされた場合等、定着装置が冷えた（室温）状態からの定着装置の立ち上げ時、所定時間経過時の検知温度により、定着ローラが十分に暖まっていない場合のみ第２発熱源への通電が選択され、常に両方の発熱源の通電を行わないから、定着装置立ち上げ時の消費電力を基本的に小さくすることができる。更に、第２発熱源への通電は制御部によりデューティ比が制御されるから、最大消費電力を抑えつつ定着装置を急速に立ち上げることができる。

更に、第１発熱源は中央部分よりも両端部分の発熱量が大きく、第２発熱源は両端部分よりも中央部分の発熱量が大きいから、第１発熱源により温度が上昇し難い定着ローラの両端部を確実に暖めることができる。更に、ローラ中央部の径が短く中央部分のニップの圧力が両端部よりも若干弱くなるため中央部分の温度を上昇させる必要がある逆クラウン形状の定着ローラであっても、第２発熱源により、定着ローラの中央部分の温度を上昇させることができ、定着を確実に行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を有するが、定着装置の立ち上げ時における第２発熱源への通電を一定時間行うとすることで、検知部材が定着ローラの温度を立ち上げ完了まで監視し続ける必要がなくなる。又、検知部材を定着ローラに接触させない非接触式とすると、定着ローラの温度に対する検知の追従性が劣る場合があり、このような場合でも、第２発熱源への通電を一定時間行うことで定着ローラの温度を的確にコントロールし得る場合がある。

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加え、最大消費電力に収まるようにデューティ比の制御を行うから、スペック上の最大消費電力を超えることがなく、かつ、最も迅速に定着装置を暖めることができる。

請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至３記載の発明の効果に加え、定着ローラとこれに接する加圧ローラが回転し始めると、加圧ローラに定着ローラの熱が奪われ、定着ローラの温度上昇率が低下するが、この際に第２発熱源の通電がなされ得るから、定着ローラの温度上昇率の低下を軽減でき、迅速に定着装置を使用可能状態まで立ち上げることができる。

請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至４記載の発明の効果に加え、定着装置の立ち上げ時、放熱等により暖め難い定着ローラの端部を優先的に暖めるから、定着が確実に行うことができるように定着装置を暖めることができる。

請求項６記載の発明は画像形成装置であって、請求項１乃至５にいずれか１項に記載の定着装置を用いるから、最大消費電力が一定に抑えられ、定着装置が急速に暖められ、更に、定着が確実に行われることにより、形成される画像の品質が高い画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の第１の実施形態について図１〜７を参照しつつ説明する。但し、本実施の形態に記載されている構成、配置等の各要素は、発明の範囲を限定するものではなく単なる説明例にすぎない。

まず、図１及び２を用いて、本発明の第１の実施形態における定着装置１を備えた電子写真方式の画像形成装置２の概略を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置２の概略構成を示す模型的断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置２の画像形成部３０の部分拡大図である。

まず、画像形成装置２の各部について説明する。画像形成装置２の内部には、制御部１０、シート供給部２０、画像形成部３０、中間転写部４０及び定着装置１が設けられる。制御部１０は、定着装置１、画像形成装置２内のシート搬送動作、画像形成部３０の各動作等、画像形成装置２の動作を制御する。尚、制御部１０の詳細は後述する。

前記シート供給部２０は、カセット２１、シート供給ローラ２２、搬送ローラ対２３及びレジストローラ対２４等からなる。カセット２１は、シートＳを積載・収容するものであり、本体の下部に配設される。シートＳは、カセット２１からシート供給ローラ２２により１枚ずつシート搬送路２５へ送り出され、搬送ローラ対２３、レジストローラ対２４などによって搬送される。

前記画像形成部３０は、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各色のトナー像を形成するための画像形成ユニット３１ａ（マゼンタ）、３１ｂ（シアン）、３１ｃ（イエロー）及び３１ｄ（ブラック）からなる。尚、各画像形成ユニット３１ａ〜３１ｄの構成及び動作の詳細は後述する。

中間転写部４０は、シートＳにトナー像を転写する前に、画像形成部３０で形成された各色のトナー像を中間転写ベルト４１上に重ね、フルカラーのトナー像を形成する。そして、中間転写ベルト４１が、駆動ローラ４２と、従動ローラ４３、４４、４５、１次転写ローラ４６とによって張架支持されることで、ユニットとして中間転写部４０が形成される。又、中間転写ベルト４１の下側の外面と各画像形成ユニット３１ａ〜３１ｄの像担持体としての感光体ドラム３３が当接する。駆動ローラ４２は中間転写ベルト４１を駆動させるものであり、中間転写ベルト４１は図１において時計方向（矢印方向）に回転する。ここで、本実施形態では、従動ローラ４３、４４、４５と３本の従動ローラを用いているが、各画像形成ユニット３１ａ〜３１ｄが中間転写ベルト４１と当接するのであれば、本数は問わない。

尚、１次転写ローラ４６は、各画像形成ユニット３１ａ〜３１ｄの感光体ドラム３３と中間転写ベルト４１を介して対向する位置に１本ずつ配される。又、図１に示すように各画像形成ユニット３１ａ〜３１ｄは並列配置され、配列順序は変更可能である。

前記ベルトクリーニング装置４７は、シートＳに転写されなかった残トナー等を中間転写ベルト４１から除去するもので、中間転写ベルト４１に接するブレードを備える。

次に、画像形成部３０の構成の詳細について説明する。画像形成部３０は、画像形成ユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄ及び２次転写ローラ３２で構成される。画像形成ユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄのトナー像を形成する部分は、マゼンタ、シアン、イエローおよびブラックと形成するトナー像の色が異なるだけであり、いずれも基本的に同様の構成である。そこで、図２に、代表としてブラックのトナー像を形成する画像形成ユニット３１ｄを示す。

図２に示すように、中間転写ベルト４１の回転に合わせ回転する感光体ドラム３３の周囲に、感光体ドラム３３の下方から回転方向（矢印方向）に沿って、帯電装置３４、露光装置３５、現像装置３６、中間転写ベルト４１との当接部を挟みドラムクリーニング装置３７および除電器３８が配される。

次に、画像形成部３０を中心として画像形成動作の説明をする。使用者が、画像形成装置２に直接またはネットワークを経由して接続された外部コンピュータ（不図示）から画像形成の指示を出すと制御部１０が指示を受けて各部を動作させる。図１および図２において、中間転写ベルト４１は駆動ローラ４２によって右回り（矢印方向）に回転し、これに接触する各画像形成ユニット３１ａ〜３１ｄの感光体ドラム３３は対応して左回り（矢印方向）に回転する。アモルファスシリコン等の感光層を表面に有する感光体ドラム３３が回転すると、感光体ドラム３３の表面は、まず帯電装置３４により均一に帯電される。
尚、本実施形態における帯電装置３４はコロナ放電式のものであるが、帯電ローラや帯電ブラシを用いてもよい。

次に、外部コンピュータから送られた原稿画像の電気信号に基づいて、多数のＬＥＤからなるプリンタヘッドや、レーザーユニット等からなる露光装置３５から照射される光により、感光体ドラム３３上の電荷が一部消去され、感光体ドラム３３の表面に静電潜像が形成される。そして、現像装置３６によって感光体ドラム３３上の静電潜像にトナーが供給されトナー像として現像される。

感光体ドラム３３がさらに回転し、トナー像が中間転写ベルト４１を挟んで１次転写ローラ４６と対向する位置に来たときに、１次転写ローラ４６にトナーの帯電極性と逆極性のバイアス電圧が印加され、前記トナー像が感光体ドラム３３から中間転写ベルト４１に転写される。転写されなかった残留トナーはドラムクリーニング装置３７によって除去され、感光体ドラム３３の表面に残った電荷は除電器３８によって除去される。

中間転写ベルト４１上に画像形成ユニット３１ａから、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの順にトナー像が転写により積み重ねられ、さらに中間転写ベルト４１が回転し、積み重ねられたトナー像が駆動ローラ４２と対向して設けられる２次転写ローラ３２の位置に来たときに、それに合わせて中間転写ベルト４１と２次転写ローラ３２とのニップに、レジストローラ対２４がタイミングを調整しつつシートＳを進入させる。このとき、２次転写ローラ３２にトナーの帯電極性と逆極性のバイアス電圧が印加され、トナー像が中間転写ベルト４１からシートＳに転写される。

尚、中間転写ベルト４１上の転写されなかった残留トナーは、ベルトクリーニング装置４７によって中間転写ベルト４１上から除去される。トナー像が転写されたシートＳは、定着装置１に搬送され、トナー像が定着された後、画像形成装置２の上部に設けられた排紙トレイ２５に排出される。

次に、図３及び４を用いて、本実施形態における画像形成装置２の定着装置１の構成を説明する。図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る定着装置１の基本構成を示す模型的断面図である。図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る定着装置１の発熱源の配置を示すための上方から見た模型的断面図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係る定着装置１の発熱源５４、５５の配熱を説明するためのグラフである。

図３に示すように、本実施形態における定着装置１は、筐体５０を有し、その内部に定着ローラ５１、加圧ローラ５２、検知部材５３、２本の発熱源５４、５５が設けられる。

前記定着ローラ５１は、内部に発熱源５４、５５が設けられ、回転可能に支持される。そして、定着ローラ５１は、図３の紙面奥行き方向に伸びて形成され、その長さは、画像形成装置２で用いられるシートＳの最大通過幅よりも約３０ｍｍ程度長く形成される。又、定着ローラ５１は、例えば、ＳＴＫＭ（ＪＩＳ Ｇ３４４５）等の金属で、例えば、外径３０ｍｍ程度で薄肉（厚さ０．６ｍｍ以下）の中空円筒状に形成される。又、定着ローラ５１は逆クラウン状に形成されていてもよい。

前記加圧ローラ５２は、加熱部材に圧接されニップを形成するとともに回転可能かつ、定着ローラ５１と軸線方向が平行となるように支持される。具体的には、図３の紙面奥行き方向に伸びて形成され、ローラ軸５２ａとローラ軸５２ａ上に例えばシリコンゴム等による弾性層５２ｂを有する。又、加圧ローラ５２のローラ軸５２ａに、モータ、ギア等から構成される駆動機構（不図示）が接続され、モータが回転して加圧ローラ５２が回転することで、定着ローラ５１が従動して回転する。尚、長さは、画像形成装置２で用いられるシートＳの最大通過幅よりも長く形成される。

尚、前記定着ローラ５１及び加圧ローラ５２の周面に対しては、フッ素樹脂等で離型性を高める処理を施してもよい。これにより定着装置１内でシートＳが詰まることや、ローラにシートＳが貼り付くことを減らすことができる。

前記検知部材５３は、定着ローラ５１の温度を検知するため定着ローラ５１の軸線方向中央部に設けられる。ここで、検知部材５３としては、サーミスタのような温度センサを用いることができる。又、検知部材５３は、定着ローラ５１に対し接触式でも非接触式でもよい。尚、図３では、念のため、接触式センサ５３ａ及び非接触式センサ５３ｂの両方を図示するが、いずれか一方を備えればよい。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、前記発熱源５４、５５は、定着ローラ５１内で架け渡されるように定着ローラ５１の軸線方向に沿って、シート搬送方向に並列して２本配される。そして、発熱源５４、５５の長さは同様である。又、この２本の発熱源５４、５５の出力は、８００Ｗと６００Ｗと異なる。ここで、８００Ｗの発熱源を第１発熱源５４とし、６００Ｗの発熱源を第２発熱源５５とする。尚、発熱源５４、５５としては定着ローラ５１を暖められればよいが、例えば、ハロゲンランプを用いることができる。

そして、図３（ｂ）に示すように、第１発熱源５４は、定着ローラ５１の軸線方向中央部分（領域Ｆ１）よりも両端部分（領域Ｆ２）の発熱が大きくなるように配熱され、第２発熱源５５は、定着ローラ５１の軸線方向両端部分（領域Ｆ３）よりも中央部分（領域Ｆ４）の発熱が大きくなるように配熱される。例えば、領域Ｆ１、Ｆ３の長さは、Ａ４サイズのシートＳの横方向の長さ（約２１ｃｍ）に等しくすることができる。発熱源５４、５５の配熱例を具体的にいうと、第１発熱源５４は、定着ローラ５１の軸線方向において中央部分の配熱を１００％とした場合に両端部分の配熱は１０１％以上であり、第２発熱源５５は、前記定着ローラ５１の軸線方向において中央部分の配熱を１００％とした場合に両端部分の配熱は１００％未満とする。

更に、図４の上部のグラフを用いてより具体的に説明すると、第１発熱源５４は、中央部分の配熱を１００％とすると、第１発熱源５４の端部部分は約１１０％となり、最端部は、約６０％の配熱となる。具体的には、第１発熱源５４の中央Ｃから、端部に向けて第１発熱源５４の全幅Ｗ１の約１／４程度の地点Ｐ１までが１００％の配熱となっており（図３（ｂ）の領域Ｆ１に相当）、その地点Ｐ１から配熱が徐々に上昇し、約１１０％の配熱に達する（図３（ｂ）の領域Ｆ２に相当）。そして、定着ローラ５１の幅は画像形成装置２に用いられるシートＳの最大幅よりも若干大きく形成され、第１発熱源５４の最端部に対向する位置における定着ローラ５１部分は、定着の際に用いられないため、地点Ｐ２から第１発熱源５４の最端部に向けて、配熱は低く設定される。

一方、図４の下部のグラフを用いて、第２発熱源５５をより具体的に説明すると、中央部分の配熱を１００％とすると、第２発熱源５５の端部の配熱が約５０％以下となる。具体的には、第２発熱源５５の中央Ｃから端部に向けて、第２発熱源５５の全幅Ｗ２の約１／８程度の地点Ｐ３までが１００％の配熱となり、その地点Ｐ３から更に第２発熱源５５の端部に向けて第２発熱源５５の全幅Ｗ２の約１／８程度の地点Ｐ４にかけて緩やかに約９０％の配熱に降下する（図３（ｂ）の領域Ｆ３に相当）。そして、配熱が９０％となった地点Ｐ４から、第２発熱源５５の端部に向けて約５０％の配熱に達し（図３（ｂ）の領域Ｆ４に相当）、その後、第１発熱源５４と同様に第２発熱源５５の最端部に対向する位置における定着ローラ５１の周面部分は、定着の際に用いられないため、第２発熱源５５の最端部では配熱が０％とされる。

このように配熱することで、第１発熱源５４により熱が逃げやすく温度が上昇し難い定着ローラ５１の両端部を確実に暖めることができる。更に、ローラの中央部では径が短く中央部分のニップの圧力は両端部よりも若干弱くなるため中央部分の温度を上昇させる必要がある逆クラウン形状の定着ローラ５１であっても、第２発熱源５５により、定着ローラ５１の中央部分の温度を十分に上昇させることができ、定着性が向上する。しかも、ニップを通過するシート幅が狭い場合には（例えば、Ａ４横）、第２発熱源５５を用いるというように、ニップを通過するシートＳの幅に合わせ、第１発熱源５４と第２発熱源５５を適宜切り替えて制御することで、定着装置１の省電力を達成することができる。

次に、本発明の実施形態に係る定着装置１の発熱源５４、５５への通電を制御するための制御部１０について説明する。図５は、本発明の第１の実施形態に係る定着装置１の制御部１０を説明するためのブロック図である。

図５に示すように、本実施形態に係る定着装置１は、発熱源５４、５５への通電を制御する制御部１０を有する。ここで、本実施形態における定着装置１は、画像形成装置２に備えられるから、既述のように定着装置１の制御部１０は、画像形成装置２全体の制御を行う制御部１０でもあるが、定着装置１のみの制御を行うため別途制御基板を設けてもよい。尚、画像形成装置２の制御は多岐にわたるので、本説明においては、定着装置１の制御について説明する。

前記制御部１０は、ＣＰＵ１１、ＲＡＭ１２、ＲＯＭ１３、場合によりＨＤＤ１４等を備える。中央演算処理装置としての前記ＣＰＵ１１は、制御部１０内の各部と信号線（不図示）により接続される。読み出し・書き込み自在のＲＡＭ１２、読み出し専用のＲＯＭ１３、読み出し・書き込み速度は劣るが大容量のＨＤＤ１４は、いずれも記憶装置である。これら記憶装置は、定着装置１の温度を制御するための制御プログラムや、検知部材５３により検出された定着ローラ５１の温度情報を記憶し保存しておくために備えられる。

そして、制御部１０は、定着装置１を構成する定着ローラ５１、第１発熱源５４、第２発熱源５５、加圧ローラ５２、検知部材５３等と、インターフェイス（不図示）を介してつながり、定着装置１の動作を制御する。具体的には、定着ローラ５１、加圧ローラ５２の回転動作を制御し、検知部材５３の温度検知結果に基づき第１発熱源５４及び第２発熱源５５への通電のＯＮ／ＯＦＦやシートＳのサイズに合わせて通電する発熱源５４、５５の切替を行う。

更に、制御部１０は、定着装置１及び画像形成装置２に電力を供給する電源装置１５とつながり、制御部１０は、第１発熱源５４及び第２発熱源５５への通電のＯＮ／ＯＦＦのスイッチングについても制御し、又、電源装置１５から出力される消費電力を監視し、後述するように最大消費電力を超えないように第２発熱源のデューティ比を制御する。

次に、図６、７に基づき、具体的な本発明の実施形態に係る定着装置１の発熱源５４、５５への通電制御を説明する。図６は、本発明の第１の実施形態に係る通電制御を説明するためのフローチャートである。図７は、本発明の第１の実施形態に係る定着装置１の通電制御を行った場合の定着装置１の温度上昇を示すグラフと通電のタイミングチャートである。尚、以下の説明では、定着装置１が冷えた状態から定着装置１がトナーの定着を行える温度に達するまでの立ち上げを説明する。しかし、ある程度定着装置１が暖まった状態からの復帰にも、時間や温度の設定を適宜行うことで本発明を適用することはできる。

図６に示すように、本実施形態における画像形成装置２の主電源が投入された場合や省電力のため定着装置１への電力供給を遮断する各モード（例えばスリープモード）からの復帰時等（この時点をｔ０とする。）に、本実施形態における定着装置１の立ち上げが開始される。

まず、制御部１０は、第１発熱源５４の通電を開始する（この時点をｔ１とする。）（ステップＳ１）。そして、制御部１０は、所定時間Ｔ１が経過するまで第１発熱源５４のみ通電を行う（ステップＳ２）。

ここで、所定時間Ｔ１は、任意に定めることができる。例えば、所定時間Ｔ１は、単純に１０秒間のように一定の時間でもよい。又、ｔ１における定着ローラ５１の温度を検知部材５３で検知して、その検知温度を参照して定めることができる。即ち、第１発熱源５４による定着ローラ５１の温度上昇率は経験的に把握でき、計算でも温度上昇率のおよその値は求められるから、第１発熱源５４に通電を開始し、所定時間Ｔ１経過時に後述する基準温度ＲＴに達するまでの予測した時間を所定時間Ｔ１とすることができる。これにより気温の高低によらず、所定時間Ｔ１経過後の定着ローラ５１の温度を一定の幅の間に収めることができる。

そして、検知部材５３は、所定時間Ｔ１経過時の定着ローラ５１の温度を検知する（ステップＳ３）。その検知とほぼ同時に、制御部１０は、加圧ローラ５２を回転駆動させ（定着ローラ５１は加圧ローラ５２に従動）、定着ローラ５１の熱により加圧ローラ５２を暖める（ステップＳ４）。尚、この定着装置１の立ち上げ時の、加圧ローラ５２及び定着ローラ５１の回転駆動を安定駆動と呼ぶものとする。又、この安定駆動開始時の時点をｔ２とする。

次に、制御部１０は、この所定時間Ｔ１経過時、即ち、ｔ２の時点での定着ローラ５１の温度が基準温度ＲＴに達しているか否か判断する（ステップＳ５）。ここで、基準温度ＲＴは、ある程度任意に定めることができ、例えば、定着装置１がトナーを溶融するのに十分に暖まっている温度、即ち定着可能温度とできる。これは、既に基準温度ＲＴに達していれば、追加的に第２発熱源５５に通電して電力を消費する必要はないからである。尚、基準温度ＲＴは、検知部材５３の感度や定着装置１を構成する部材の特性（例えば熱容量や部材の厚さ）等を考慮して、定着可能温度に対し、例えば、±１０°Ｃの範囲で定めるようにして、補正を行ってもよい。

次に、制御部１０は、所定時間Ｔ１における検知部材５３による検知温度が基準温度ＲＴ以上の場合、第１発熱源５４のみに通電を続ける（ステップＳ６）。

一方、制御部１０は、所定時間Ｔ１での検知温度が、基準温度ＲＴ以下の場合、第１発熱源５４に加え所定温度ＭＴに達するまでデューティ比を制御しつつ第２発熱源５５への通電を行う（ステップＳ７）。これにより、定着装置１を急速に暖めることができ、第２発熱源５５への通電は制御部１０によりデューティ比が制御され、消費電力を少なくすることができる。ここで所定温度ＭＴは、例えば、基準温度ＲＴ、定着可能温度よりも、例えば、５°Ｃから２０°Ｃ程度上回るように、十分に定着装置１が暖まった温度とすることができる。尚、所定温度ＭＴに達した時点をｔ３とする。

そして、制御部１０は、検知部材５３による定着ローラ５１の温度が所定温度ＭＴに達したかを確認し、達していないならば第２発熱源５５への通電を継続する（ステップＳ９）。所定温度ＭＴに達したならば、まず、第２発熱源５５の通電をＯＦＦし、しばらくした後、第１発熱源５４への通電を終了する。このようにして、定着装置１の立ち上げが完了する。

次に、図７を用いて、定着装置１の立ち上げ時の第１発熱源５４と第２発熱源５５の併用を具体的な数字を挙げつつ、第２発熱源５５への通電を行う場合を詳細に説明する。

まず、上述したとおり、本説明での定着装置１は、定着ローラ５１は、外径３０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ以下という薄肉の逆クラウン形状のＳＴＫＭである。薄肉に形成することで定着ローラ５１は急速に暖められ、オーバーシュートも軽減できる。加圧ローラ５２はローラ軸５２ａにシリコンゴムが巻き付けられた円筒形状であり、外径２５ｍｍのものを用いる。そして、定着ローラ５１、加圧ローラ５２の長さは、縦方向のＡ４サイズのシートＳを加熱できるように、２９０ｍｍ＋１０〜３０ｍｍ程度で形成される。第１発熱源５４は８００Ｗのものを、第２発熱源５５は、６００Ｗのものを用い、各発熱源５４、５５の配熱は図４を用いて説明したとおりのものであり、定着ローラ５１内に定着ローラ５１の端部から端部に架け渡されるように、ほぼ定着ローラ５１の長手方向にわたり設けられる。尚、検知部材５３にはサーミスタを用いる。又、所定時間Ｔ１は１０秒間、基準温度ＲＴは１７０°Ｃ、所定温度ＭＴは１８０°Ｃと設定する。

まず、画像形成装置２の主電源が投入される等により定着装置１の立ち上げが開始され（ｔ０）、その後、制御部１０は、第１発熱源５４への通電を開始し、定着ローラ５１の加熱が始まる（ｔ１）。ここで、図７のグラフに示すように、画像形成装置２の主電源投入時の定着ローラ５１の温度を２０゜Ｃとする。

そして、検知部材５３は、第１発熱源５４への通電開始後、所定時間Ｔ１経過時（ｔ２）に定着ローラ５１の温度を検知する。所定時間Ｔ１、即ちｔ１とｔ２の間隔は、上述の通り１０秒間である。そして、１０秒後における定着ローラ５１の温度が１５０°Ｃまで暖められたとする。言い換えると、本実施例の定着ローラ５１は、第１発熱源５４に通電が開始されてから約１３°Ｃ／秒で定着ローラ５１が暖められる。

しかし、所定時間Ｔ１経過時（ｔ２）では、定着ローラ５１は基準温度ＲＴ（１７０°Ｃ）に達していないので、第２発熱源５５の通電がなされる。尚、所定時間Ｔ１経過時（ｔ２）に図７のタイミングチャートで示すように、加圧ローラ５２を暖めて、定着装置１における熱が均等となるように定着ローラ５１及び加圧ローラ５２の回転、即ち、安定駆動が開始される。この際、加圧ローラ５２に定着ローラ５１の熱が奪われるので温度上昇率が低下するが、第２発熱源５５に通電がなされるので、図７においては定着ローラ５１の温度上昇率の低下は軽減されている。

ここで、本実施例では、第２発熱源５５への通電はデューティ比が制御される。画像形成装置２により最大消費電力は異なるが、画像形成装置２の最大消費電力が１０５０Ｗとし、制御部１０の動作や画像形成装置２内のモータを回転させる等のために１５０Ｗを要するとすれば、定着装置１で消費できる電力は、１０５０−１５０＝９００Ｗ、となる。

そして、定着装置１では、８００Ｗの第１発熱源５４に通電がなされるので、第２発熱源５５が消費できる消費電力は、９００−８００＝１００Ｗ、となる。従って、最大１００Ｗまでの範囲で、６００Ｗの第２発熱源５５に通電させるから、第２発熱源５５における電源のデューティ比は、最高で１００÷６００≒１６．７％までとなる。即ち、本発明に係る定着装置１の制御部１０は、第２発熱源５５の通電におけるデューティ比を、定着装置１において消費できる最大消費電力から第１発熱源５４の消費電力を差し引いた残りの消費可能な電力を超えないように定める。

第２発熱源５５への通電のデューティ比のコントロールは、種々行うことが可能であるが、例えば、周波数５０Ｈｚの正弦波を入力電圧・電流として、１０周期を１つの単位とする（尚、発熱源５４、５５にはリアクタンスがないものとする。）。即ち、２００ｍｓが１つの単位となる。第２発熱源５５に正弦波を入力すればデューティ比は、１００％となるが、半周期分の入力をカットすることで、５％単位でデューティ比を制御できることになる。即ち、制御部１０は、電圧又は電流値が０となる時点でＯＮ／ＯＦＦのスイッチング（ゼロクロス制御）を行う。従って、この場合、制御部１０は、デューティ比を１６．７％以下とするため、２００ｍｓ当たり１．５周期分だけ第２発熱源５５への通電を行い、デューティ比を１５％とする。

尚、上記の場合では、デューティ比を１５％としたが、画像形成装置２及び定着装置１で消費される電力は、定着装置１の立ち上げ時でも時間により変化するので、その変化にあわせ、第２発熱源５５のデューティ比を制御してもよい。具体的には、制御部１０は電源装置１５における消費電力を監視しているから、制御部１０は、定格の最大消費電力から、第２発熱源以外で消費されている電力を差し引いた電力を第２発熱源５５に供給すべき電力としてデューティ比を可変させる。

その後、定着ローラ５１の温度は基準温度ＲＴを超え、定着ローラ５１が所定温度ＭＴに達した時（ｔ３）、第２発熱源５５への通電が停止される。尚、第２発熱源５５への通電が停止された後も、定着ローラ５１と加圧ローラ５２の温度を均一にし、又、定着装置１の温度が低下しないように、第１発熱源５４への通電及び定着ローラ５１・加圧ローラ５２の回転は継続する。そして、定着ローラ５１の温度が１８５°Ｃ程度に達した後、５秒間程度経過した時に（ｔ４）、第１発熱源５４への通電及び定着ローラ５１・加圧ローラ５２の回転が停止し、定着装置１の立ち上げが完了する。

このようにして、内部に発熱源５４、５５が設けられ回転可能に支持される定着ローラ５１と、加熱部材に圧接されニップを形成するとともに回転可能に支持される加圧ローラ５２と、定着ローラ５１の温度を検知するため定着ローラ５１の軸線方向中央部に設けられる検知部材５３と、発熱源５４、５５への通電を制御する制御部１０とを有する定着装置１において、発熱源５４、５５は、定着ローラ５１の軸線方向に沿って２本設けられ、一方の第１発熱源５４は定着ローラ５１の軸線方向中央部分よりも両端部分の発熱が大きく、他方の第２発熱源５５は定着ローラ５１の軸線方向両端部分よりも中央部分の発熱が大きいものであって、制御部１０は、定着装置１の立ち上げ時、所定時間Ｔ１、第１発熱源５４のみ通電を行い、所定時間Ｔ１経過時の検知部材５３による検知温度が基準温度ＲＴ以上の場合、第１発熱源５４のみに通電を継続し、基準温度ＲＴ未満の場合、第１発熱源５４に加え所定温度ＭＴに達するまでデューティ比を制御しつつ第２発熱源５５への通電を行うようにすれば、定着装置１が備えられる画像形成装置２の主電源がＯＮされた場合等、定着装置１の立ち上げ時、所定時間Ｔ１経過時の検知温度により、定着ローラ５１が十分に暖まっていない場合のみ第２発熱源５５への通電が選択され、常に両方の発熱源５４、５５の通電を行わないから、定着装置１立ち上げ時の消費電力を基本的に小さくすることができる。更に、第２発熱源５５への通電は制御部１０によりデューティ比が制御されるから、最大消費電力を抑えつつ定着装置１を急速に立ち上げることができる。

更に、第１発熱源５４は中央部分よりも両端部分の発熱量が大きく、第２発熱源５５は両端部分よりも中央部分の発熱量が大きいから、第１発熱源５４により温度が上昇し難い定着ローラ５１の両端部を確実に暖めることができる。更に、ローラ中央部の径が短く中央部分のニップの圧力が両端部よりも若干弱くなるため中央部分の温度を上昇させる必要がある逆クラウン形状の定着ローラ５１であっても、第２発熱源５５により、定着ローラ５１の中央部分の温度を上昇させることができ、定着を確実に行うことができる。

又、制御部１０は、第２発熱源５５の通電におけるデューティ比を、定着装置１において消費できる最大消費電力から第１発熱源５４の消費電力を差し引いた残りの消費可能な電力を超えないように定めるようにすれば、最大消費電力に収まるようにデューティ比の制御を行うから、スペック上の最大消費電力を超えることがなく、かつ、最も迅速に定着装置１を暖めることができる。

又、定着ローラ５１及び／又は加圧ローラ５２は、所定時間Ｔ１経過時に回転駆動を開始するようにすれば、定着ローラ５１とこれに接する加圧ローラ５２が回転し始めると、加圧ローラ５２に定着ローラ５１の熱が奪われ、定着ローラ５１の温度上昇率が低下するが、この際に第２発熱源５５の通電がなされ得るから、定着ローラ５１の温度上昇率の低下を軽減でき、迅速に定着装置１を使用可能状態まで立ち上げることができる。

又、第１発熱源５４は、第２発熱源５５よりも出力が大きいようにすれば、定着装置１の立ち上げ時、放熱等により暖まり難い定着ローラ５１の端部を優先的に暖めるから、迅速かつ定着が確実に行うことができるように定着装置１を暖めることができる。

又、画像形成装置２に本発明の実施形態に係る定着装置１を備えるようにすれば、最大消費電力が一定に抑えられ、定着装置１が急速に暖められ、更に、定着が確実に行われることにより、形成される画像の品質が高い画像形成装置２を提供することができる。

次に、図８に基づき、本発明の第２の実施形態について説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に係る通電制御を説明するためのフローチャートである。

尚、本発明の第２の実施形態は、図８に示すように、第１の実施形態と、制御部１０は、定着装置１の立ち上げ時、基準温度ＲＴ以下の場合、第１発熱源５４に加え、デューティ比を制御しつつ第２発熱源５５への通電を一定時間行うようにする点で異なる（ステップＳ１８）。尚、その他の点は、例えば、図８において、ステップＳ１１〜Ｓ１７が第１の実施形態での図６と同様であり、又、定着装置１及び画像形成装置２の構成も同様にできるから、第１の実施形態を適用できる部分の説明及び図示は省略する。

この第２の実施形態によれば、第１の実施形態に係る本発明と同様の作用、効果を有するが、定着装置１の立ち上げ時における第２発熱源５５への通電を一定時間行うことで、検知部材５３が定着ローラ５１の温度を立ち上げ完了まで監視し続ける必要がなくなる。又、検知部材５３を定着ローラ５１に接触させない非接触式とすると、定着ローラ５１の温度に対する検知の追従性が劣る場合があり、このような場合でも、第２発熱源５５への通電を一定時間行うことで定着ローラ５１の温度を的確にコントロールし得る。尚、この一定時間は、任意に定めることができるものであるが、上記の所定時間Ｔ１と同様に、定着ローラ５１の温度上昇率は経験的に把握でき、計算でも温度上昇率のおよその値は求められるから、定着装置１の機種ごとに設定すればよい。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は、画像形成装置における定着装置及びこれを用いた画像形成装置において利用可能である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置２の概略構成を示す模型的断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の画像形成部の部分拡大図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る定着装置の基本構成を示す模型的断面図である。（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る定着装置の発熱源の配置を示すための模型的断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る定着装置１の発熱源の配熱を説明するためのグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る定着装置の制御部を説明するためのブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る通電制御を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る定着装置の通電制御を行った場合の定着装置の温度上昇を示すグラフと通電のタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る通電制御を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 定着装置
２ 画像形成装置
１０ 制御部
５１ 定着ローラ
５２ 加圧ローラ
５３ 検知部材
５４ 第１発熱源（発熱源）
５５ 第２発熱源（発熱源）

Claims (6)

1. 内部に発熱源が設けられ回転可能に支持される定着ローラと、前記加熱部材に圧接されニップを形成するとともに回転可能に支持される加圧ローラと、定着ローラの温度を検知するため定着ローラの軸線方向中央部に設けられる検知部材と、発熱源への通電を制御する制御部とを有する定着装置において、
   前記発熱源は、前記定着ローラの軸線方向に沿って２本設けられ、一方の第１発熱源は定着ローラの軸線方向中央部分よりも両端部分の発熱が大きく、他方の第２発熱源は定着ローラの軸線方向両端部分よりも中央部分の発熱が大きいものであって、
   前記制御部は、定着装置の立ち上げ時、所定時間、前記第１発熱源のみ通電を行い、前記所定時間経過時の前記検知部材による検知温度が基準温度以上の場合、前記第１発熱源のみに通電を続け、基準温度未満の場合、前記第１発熱源に加え所定温度に達するまでデューティ比を制御しつつ前記第２発熱源への通電を行うことを特徴とする定着装置。
2. 内部に発熱源が設けられ回転可能に支持される定着ローラと、前記加熱部材に圧接されニップを形成するとともに回転可能に支持される加圧ローラと、定着ローラの温度を検知するため定着ローラ軸線方向中央部に設けられる検知部材と、発熱源への通電を制御する制御部とを有する定着装置において、
   前記発熱源は、前記定着ローラの軸線方向に沿って２本設けられ、一方の第１発熱源は定着ローラの軸線方向中央部分よりも両端部分の発熱が大きく、他方の第２発熱源は定着ローラの軸線方向両端部分よりも中央部分の発熱が大きいものであって、
   前記制御部は、定着装置の立ち上げ時、所定時間、第１発熱源のみに通電を行い、前記所定時間経過時の前記検知部材による検知温度が基準温度以上の場合、前記第１発熱源のみに通電を続け、基準温度未満の場合、前記第１発熱源に加え、デューティ比を制御しつつ前記第２発熱源への通電を一定時間行うことを特徴とする定着装置。
3. 前記制御部は、前記第２発熱源の通電におけるデューティ比を、定着装置において消費できる最大消費電力から第１発熱源の消費電力を差し引いた残りの消費可能な電力を超えないように定めることを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
4. 前記定着ローラ及び／又は加圧ローラは、前記所定時間経過時に、回転駆動を開始することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記第１発熱源は、前記第２発熱源よりも出力が大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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