JP2009042277A - 定着装置，画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱手段への無駄な電力の供給をなくし，定着ローラを定着処理に必要な所定温度以上に加熱することを防ぐことが可能な定着装置を提供する。
【解決手段】定着ローラ２０と，該定着ローラ２０を加熱するための電力が供給される電磁コイル２３とを備えてなる定着装置において，電磁コイル２３への電力供給が中止された後，電磁コイル２３への電力供給が再開されるまでの間に，温度センサ２４により定着ローラ２０の温度の時間変化を検出し，電磁コイル２３への電力供給が再開される際，電磁コイル２３への電力供給が中止されている間における定着ローラ２０の温度の時間変化に基づき，電磁コイル２３への供給電力を決定する。
【選択図】図３

Description

本発明は，画像形成装置に用いられる定着装置に関するものである。

プリンタ等の画像形成装置においては，定着装置が用紙上に転写された現像剤を用紙に定着させる定着処理を行うとき，定着ローラの表面温度は，ハロゲンランプ，或いは電磁コイルに供給する電力に依存しており，ハロゲンランプによる加熱，或いは電磁コイルへの電力供給により発生した磁場による誘導加熱によって，所定の温度となっている。
ハロゲンランプ，或いは電磁コイルへの供給電力を制御する制御部は，定着ローラの表面温度を定着処理に必要な所定の温度とするために，温度センサによる定着ローラの表面温度の検出結果に応じて，ハロゲンランプ，或いは電磁コイルへの電力供給のオン／オフ制御や，ハロゲンランプ，或いは電磁コイルへの供給電力量を変化させる供給電力制御を行う。
特許第３４００４０２号公報

定着装置による定着処理が一旦中止された後，定着処理が再開されるとき，定着処理の再開までの時間が比較的短い場合，前回の定着処理中に定着ローラに付与された熱が定着装置内に残留している。
特に，前回の定着処理が長時間行われていた場合においては，定着ローラの周囲に多量の熱が蓄積された状態となっており，前回の定着処理の時間が短く，定着ローラの周囲に熱が蓄積されていない状態に比べて，定着ローラから熱が放散され難い状態となっている。

例えば，定着ローラ周囲に熱が蓄積されている状態と，定着ローラ周囲に熱が蓄積されていない状態において，電磁コイルへの電力供給を再開する直前の定着ローラの温度が等しい場合であっても，電磁コイルへ供給する電力量を等しくすると，定着ローラ周囲に熱が蓄積されている状態においては，定着ローラ周囲に熱が蓄積されていない状態に比べて定着ローラの温度が急激に上昇し，定着ローラの温度が所定の温度を上回る場合，すなわちオーバーシュートする場合がある。しかし，定着ローラが定着処理に必要な所定温度以上に加熱されることは，危険であり，また電力の無駄である。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，加熱手段への無駄な電力の供給をなくし，定着ローラを定着処理に必要な所定温度以上に加熱することを防ぐことが可能な定着装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は，定着ローラと，定着ローラを加熱するための電力が供給される加熱手段とを備えてなる定着装置であって，以下（１）と（２）の構成要素を具備している。
（１）前記加熱手段への電力供給が中止された後，前記加熱手段への電力供給が再開されるまでの間に，前記定着ローラの温度の時間変化を検出する温度変化検出手段。
（２）前記加熱手段への電力供給が再開される際，前記温度変化検出手段による検出結果に基づいて，前記加熱手段への供給電力を決定する供給電力制御手段。

定着装置が現像剤を用紙に定着させる定着処理を行うとき，加熱手段への電力供給により定着ローラが加熱され，定着ローラの温度は，定着処理に適した所定温度になっている。
定着処理が中止されている間，加熱手段への電力供給も中止される。この間，定着ローラの温度は，通常，上記所定温度よりも低下する。

加熱手段への電力供給を再開するとき，定着ローラの周囲に蓄積された熱の状態によって，定着ローラの温度上昇の様子が異なるものとなる。
例えば，前回の定着処理が長時間行われ，定着ローラの周囲に熱が多量に蓄積されている場合，定着ローラの熱は定着ローラの周囲に放散され難い。一方，前回の定着処理の時間が短く，定着ローラの周囲に蓄積されている熱が少量である場合，定着ローラの熱は定着ローラの周囲に放散され易い。すなわち，加熱手段への電力供給を再開したとき，定着ローラの周囲に熱が多量に蓄積された状態においては，定着ローラの周囲に少量の熱しか蓄積されていない状態に比べて定着ローラの温度が上昇し易くなっている。

そこで，本発明の定着装置によれば，定着処理の中止に伴い加熱手段への電力供給が中止された後，加熱手段への電力供給が再開されるまでの間に定着ローラの温度の時間変化を検出することによって，定着ローラの周囲に蓄積された熱の状態を把握する。
すなわち，加熱手段への電力供給が中止された後，加熱手段への電力供給が再開されるまでの間に検出された定着ローラの温度の時間変化に応じて加熱手段への供給電力を変化させることは，定着ローラの周囲に蓄積された熱の状態，即ち定着ローラの温度の変化傾向に応じて加熱手段への電力供給を行うこととなり，加熱手段への無駄な電力の供給をなくし，定着ローラを定着処理に必要な所定温度以上に加熱することを防ぐことが可能となる。

上記のように，定着ローラの表面温度の時間的変化によって定着ローラの周囲に蓄積された熱量はおおよそ知ることが出来るので，定着ローラの現在の表面温度は，必ずしも考慮する必要がない場合もある。
しかし厳密には定着ローラの現在の表面温度を考慮することが望ましい。そこで，前記供給電力制御手段が，前記温度変化検出手段による検出結果と，加熱手段への電力供給が再開される際の定着ローラの温度とに基づいて，前記加熱手段への供給電力を決定するようにすることが考えられる。
また，前記温度変化検出手段による検出結果に関わらず，前記加熱手段への電力供給が再開されてから，該定着装置による定着処理が再開されるまでの時間を一定にする構成であってもよい。
このとき，定着装置による定着処理が再開されるまでの時間は，ユーザの利便性を損なわない範囲で定めることができる。
このようにユーザが利便性を損なわれていないと感じる時間は，例えば１０秒程度以内である。そこで，電磁コイルへの電力供給を再開する時の温度が比較的高いためなどにより，電力供給を再開してから定着ローラの表面温度が所定の上記Ｔ₀になるまでの時間が，計算上１０秒以内であれば，供給電力を下げて上記一定の１０秒後に上記Ｔ₀になるような制御を行うことで，節電効果を高めることが可能である。
具体的構成においては，前記加熱手段は，前記定着ローラを誘導加熱により加熱する。
定着ローラを誘導加熱する加熱手段としては，例えば電磁コイルが挙げられる。このような加熱手段によれば，ハロゲンランプ等，他の加熱手段に比べて供給電力の設定を細かく行うことができるので，加熱手段への供給電力を，定着装置内の熱の状態に応じて細かく変化させることが可能である。

画像形成装置としての本発明は，原稿画像を現像する現像手段と，該現像手段により現像された原稿画像をシート上に転写する転写手段と，前記シート上に転写された前記原稿画像を，熱によりシートに定着させる定着手段とを備え，前記定着手段として，上記いずれかの定着装置が用いられてなる。

本発明によれば，加熱手段への無駄な電力の供給をなくし，定着ローラを定着処理に必要な所定温度以上に加熱することを防ぐことが可能である。

以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は，本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体斜視図，図２は，現像部，感光体ドラム，及び定着装置の概略側面図，図３は，定着装置の概略断面図，図４は，定着ローラの表面温度の時間変化を模式的に示すグラフである。
図１に示すプリンタ機能と複写機機能を併せ持つ複合機は，本発明に係る画像形成装置１の一例である。該画像形成装置１においては，給紙カセット１１から供給される用紙（シートの一例）に原稿画像を印刷し，印刷後の用紙を排紙トレー１３に搬送する。

画像形成装置１の内部においては，図２に示すように，現像部４から感光体ドラム３表面にトナーが供給され，感光体ドラム３表面に形成された静電潜像上に，トナーから成る原稿画像６が現像される（現像手段の一例）。感光体ドラム３表面に現像されたトナーから成る原稿画像６は，静電気力により用紙５上に転写され（転写手段の一例），トナーから成る原稿画像６が転写された用紙５は，定着装置２へと搬送される。

図３に示すように，定着装置２は，定着ローラ２０と加圧ローラ２１を具備している。定着ローラ２０は，金属材料からなる中空の筒状であり，定着ローラ２０の中空部に，コア２２に巻回された電磁コイル２３（加熱手段の一例）が配置されている。電磁コイル２３は交流電源２６に接続されており，電磁コイル２３への交流電力供給により発生した磁場（磁束）が定着ローラ２０を通ることによって，定着ローラ２０に渦電流（誘導電流）が発生し，該渦電流により定着ローラ２０が誘導加熱されることとなる。
定着ローラ２０は，不図示の駆動手段によって回転駆動されており，定着ローラ２０の回転方向の全周が均一に加熱される。また，定着ローラ２０の熱は，定着ローラ２０の回転軸方向の中央部から両端に向けて伝導する。定着ローラ２０への加熱量は，交流電源２６から電磁コイル２３に供給される電力量に依存しており，交流電源２６から電磁コイル２３に供給される電力量は，駆動制御部２５により制御されている。
駆動制御部２５は，上記画像形成装置の全体を制御する本体制御部１０（供給電力制御手段，温度変化検出手段の一例）からの指示に基づき，電磁コイル２３へ供給する電力量をＣＰＵにより制御する。電磁コイル２３への供給電力量は，駆動制御部２５のＣＰＵにより細かく設定することが可能である。

定着装置２が，用紙５上に転写されたトナーから成る原稿画像６を用紙５に定着させる定着処理を行うとき，トナーから成る原稿画像６が転写された用紙５は，定着ローラ２０と加圧ローラ２１の間に挟まれて加圧・加熱される。
定着装置２による定着処理中，定着ローラ２０の熱は，定着ローラ２０と加圧ローラ２１の間を通る用紙５に奪われる。定着ローラ２０の回転軸方向中央部の表面温度は，温度センサ２４により検出されており，温度センサ２４による検出結果は，本体制御部１０に入力される。本体制御部１０は，温度センサ２４の検出結果に基づき，定着ローラ２０の表面温度を定着処理に適した所定の定着温度Ｔ₀（例えば，２００℃程度）とするように，駆動制御部２５に対して，交流電源２６から電磁コイル２３への電力供給のオン／オフ制御や，電磁コイル２３への供給電力量を変化させる供給電力制御の指示を行う。

定着装置２による定着処理が中止されるとき，電磁コイル２３への電力供給も中止される。定着装置２による定着処理が一旦中止された後，再び定着処理が開始されるまでの間，通常，定着ローラ２０の表面温度は定着温度Ｔ₀から徐々に低下する。そこで，駆動制御部２５は，本体制御部１０からの指示に基づき，定着処理の再開前に，交流電源２６による電磁コイル２３への電力供給を再開し，更に電磁コイル２３への供給電力量を制御することによって，定着処理が再開されるまでに定着ローラ２０の表面温度を定着温度Ｔ₀にする。

ところで，前回の定着処理が中止されてから定着処理が再開されるまでの時間が比較的短い場合においては，前回の定着処理中に定着ローラ２０へと付与された熱が，定着ローラ２０や加圧ローラ２１を含む定着装置２内に残留している。例えば，紙詰まりのために定着処理が一旦中止され，紙詰まり処理後，定着処理を再開する場合等が考えられる。
定着装置２内に残留している熱の状態は，後述のように，電磁コイル２３への電力供給を開始したときの定着ローラ２０表面の温度上昇の仕方に影響する。

図４（ａ）に示すように，前回の定着処理が長時間行われた場合，定着処理中に，定着ローラ２０の表面温度が，回転軸方向の全体に亘って均一な定着温度Ｔ₀となっており，定着処理が中止された後，定着処理中に定着ローラ２０に付与された熱が，定着ローラ２０，加圧ローラ２１，及び定着ローラ２０周囲の雰囲気を含む定着装置２内全体に多量に蓄積されている。
一方，図４（ｂ）に示すように，前回の定着処理の時間が短かく，定着処理中において，定着ローラ２０の回転軸方向両端部の表面温度が，定着処理に必要な定着温度Ｔ₀の範囲ではあるものの，回転軸方向中央部の表面温度に比べて若干低くなっているような場合，定着処理中に定着ローラ２０に付与された熱は，定着ローラ２０周囲の雰囲気や，加圧ローラ２１にほとんど伝導されておらず，定着処理が中止された後，定着ローラ２０周囲の雰囲気や，加圧ローラ２１に蓄積されている熱は少量である。

前者のように，定着装置２内の全体に多量の熱が蓄積されている場合，定着ローラ２０の熱は，定着ローラ２０から定着装置２に放散され難く，一方，後者のように，定着ローラ２０の周囲に蓄積されている熱が少量である場合，定着ローラ２０の熱は，定着ローラ２０から放散され易い。
従って，電磁コイル２３への電力供給が再開されたとき，定着装置２内の全体に熱が多量に蓄積されている場合においては，定着ローラ２０の周囲に蓄積されている熱が少量である場合に比べて，定着ローラ２０から熱が放散され難く，同じ熱量を加えた場合にも，定着ローラ２０の表面温度が上昇し易い。

従って，本体制御部１０は，電磁コイル２３への電力供給を再開する際，定着ローラ２０の周囲に蓄積されている熱の状態，即ち定着ローラ２０の表面温度の上昇し易さに応じて電磁コイル２３への電力供給を行うために，電磁コイル２３への電力供給を中止している間，温度センサ２４により検出される定着ローラ２０の表面温度の時間変化を観測し，定着ローラ２０の周囲に蓄積されている熱の状態を把握する。

定着装置２内に多量の熱が蓄積されている状態においては，定着ローラ２０の熱が定着ローラ２０から放散され難く，図４（ａ）に示すように，電磁コイル２３への電力供給が中止された後，定着ローラ２０の表面温度は緩やかに低下し，温度センサ２４により検出される定着ローラ２０の表面温度の時間変化は緩やかである。
一方，定着装置２内に少量の熱しか蓄積されていない状態においては，定着ローラ２０の熱が定着ローラ２０から放散され易く，図４（ｂ）に示すように，電磁コイル２３への電力供給が中止された後，定着ローラ２０の表面温度は速やかに低下し，温度センサ２４により検出される定着ローラ２０の表面温度の時間変化は速やかである。
尚，定着ローラ２０の表面温度の時間変化を，電磁コイル２３への電力供給が中止されてから電磁コイル２３への電力供給が再開されるまでの間の全時間に亘って観測する必要はなく，この間の一部の時間についてのみ観測するようにしてもよい。

本体制御部１０は，電磁コイル２３への電力供給を再開する際，温度センサ２４により検出された定着ローラ２０の現在の表面温度，及び電磁コイル２３への電力供給が中止されている間に温度センサ２４を用いて観測した定着ローラ２０の表面温度の時間変化に応じて，電磁コイル２３へ供給する電力量を決定する。例えば，電磁コイル２３への電力供給が中止されている間に観測した定着ローラ２０の表面温度の時間変化が緩やかであるほど，電磁コイル２３への電力供給を再開する際の供給電力量を減少させる。
この場合，厳密には定着ローラ２０の現在の表面温度を考慮することが望ましいが，定着ローラ２０の表面温度の時間的変化によって定着ローラ２０の周囲に蓄積された熱量はおおよそ知ることが出来るので，定着ローラ２０の現在の表面温度は，必ずしも考慮する必要がない場合もある。

このように，定着ローラ２０の周囲に蓄積されている熱の状態，即ち定着ローラ２０の表面温度の変化傾向に応じて，電磁コイル２３への供給電力量を決めることによって，定着ローラ２０の表面を所定の定着温度Ｔ₀にするための必要最低限の電力を電磁コイル２３に供給し，定着ローラ２０の表面温度の上昇し易さに関わらず，電磁コイル２３への電力供給再開後における定着ローラ２０の表面温度の時間変化を略一定にして，定着ローラ２０の表面温度を，所定の定着温度Ｔ₀を超えないように正確に制御することができる。
このことによって，電磁コイル２３への電力供給を開始してから，定着ローラ２０の表面温度を所定の定着温度Ｔ₀として定着処理を再開するまでの時間を一定にすることができる。尚，電磁コイル２３への電力供給を再開してから定着ローラ２０の表面温度を所定の定着温度Ｔ₀として定着処理を再開するまでの時間は，ユーザの利便性を損なわない範囲で定めることができる。
このようにユーザが利便性を損なわれていないと感じる時間は，例えば１０秒程度以内であるので，電磁コイル２３への電力供給を再開する時の温度が比較的高いためなどにより，電力供給を再開してから定着ローラ２０の表面温度が所定の上記Ｔ₀になるまでの時間が，計算上１０秒以内であれば，供給電力を下げて１０秒後に上記Ｔ₀になるような制御を行うことで，節電効果を高めることが可能である。

尚，上記実施形態においては，定着ローラ２０を加熱するために電磁コイル２３を用いたが，ハロゲンランプ等の他のヒータを用いることも可能である。また，定着ローラ２０の表面温度を検出する位置は，定着ローラ２０の回転軸方向中央部分ではなく，回転軸方向の端部分であってもよい。

本発明は，プリンタ，複写機，ファクシミリ等に利用可能である。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体斜視図。 現像部，感光体ドラム，及び定着装置の概略側面図。 定着装置の概略断面図。 定着ローラの表面温度の時間変化を模式的に示すグラフ。

符号の説明

１…画像形成装置
２…定着装置
２０…定着ローラ
２１…加圧ローラ
２３…電磁コイル
２４…温度センサ

Claims (5)

1. 定着ローラと，
   定着ローラを加熱するために電力が供給される加熱手段と，
   を備えてなる定着装置において，
   前記加熱手段への電力供給が中止された後，前記加熱手段への電力供給が再開されるまでの間に，前記定着ローラの温度の時間変化を検出する温度変化検出手段と，
   前記加熱手段への電力供給が再開される際，前記温度変化検出手段による検出結果に基づいて，前記加熱手段への供給電力を決定する供給電力制御手段と，
   を具備することを特徴とする定着装置。
2. 前記供給電力制御手段が，前記温度変化検出手段による検出結果と，加熱手段への電力供給が再開される際の定着ローラの温度とに基づいて，前記加熱手段への供給電力を決定するものである請求項１に記載の定着装置。
3. 前記温度変化検出手段による検出結果に関わらず，前記加熱手段への電力供給が再開されてから，該定着装置による定着処理が再開されるまでの時間を一定とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記加熱手段は，前記定着ローラを誘導加熱により加熱する請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置。
5. 原稿画像を現像する現像手段と，
   該現像手段により現像された原稿画像をシート上に転写する転写手段と，
   前記シート上に転写された前記原稿画像を，熱によりシートに定着させる定着手段と，
   を備える画像形成装置であって，
   前記定着手段として，上記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置が用いられてなることを特徴とする画像形成装置。

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