JP2015004797A - 電源装置、定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着装置において、定着部材を加熱する加熱部材の温度を高速に高めることが難しく、全体として省電力性を高めることが難しいという課題があった。【解決手段】 商用電源から供給される電力を蓄電する蓄電装置と、商用電源から供給される電力と前記蓄電装置から供給される電力を加算して出力する加算部を含み、前記加算部は、前記定着装置における定着部材及び加熱部材の温度に基づいて前記加算した電力を出力する。【選択図】図２

Description

本発明は、電源装置、定着装置、及び画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、加熱溶融性の樹脂からなるトナーを用いて記録媒体の表面に形成したトナー画像を加熱、加圧して記録媒体に定着させる定着装置が用いられている。このような定着装置においては、定着処理における省電力化が望まれている。

特許文献１には、記録媒体の非画像領域に対応する定着ローラの部位の温度が画像領域に対応する定着ローラの部位の温度よりも低くなるように加熱手段を制御することによって、定着処理に係る消費電力を少なくすることが記載されている（同文献の請求項３等を参照）。これは、定着処理を必要としない非画像領域に対応した部位への電力供給を削減することによって、省電力化を図ろうとするものである。

ところで特許文献１に記載されているように、定着ローラを加熱する加熱手段が複数の加熱部材からなり、加熱する対象が画像領域か非画像領域かによって加熱温度を異ならせる場合、省電力性を向上させるためには非画像領域に対応する加熱部材の温度をできるだけ低く設定することが望まれる。例えば特許文献１に記載された定着装置においては、画像領域の加熱設定温度（以下、「第１の設定温度」という）よりも非画像領域の加熱設定温度（以下、「第２の設定温度」という）を低い温度に設定しているが、省電力性を向上させるためには第２の設定温度をより低い温度に設定することが必要となる。ここで、定着処理に用いられる定着ローラが一回転して次に記録媒体に接触する際に、定着ローラが接触する領域が非画像領域から画像領域に変わった場合、その領域に対応する定着ローラの部位の温度を第２の設定温度から第１の設定温度に上昇させることが必要となる。このときどの程度に温度を上昇させることができるかによってあらかじめ設定しておく第２の設定温度が決定され、省電力化の程度が決まることになる。

しかしながら定着ローラは高速で回転するため、一回転する時間は非常に短い。したがって一回転する間に上昇させることができる温度の程度は限られている。さらに通常の商用電源から供給できる電力の大きさは限られている。

これらの理由によって、定着部材を加熱する加熱部材の温度を高速に高めることが難しく、省電力性を高めることが難しいという課題があった。

上述した課題を解決するため本発明の電源装置は、画像形成装置の定着装置に電力を供給する電源装置であって、商用電源から供給される電力を蓄電する蓄電装置と、商用電源から供給される電力と前記蓄電装置から供給される電力を加算して出力する加算部を含み、前記加算部は、前記定着装置における定着部材及び加熱部材の温度に基づいて前記加算した電力を出力することを特徴とする。

本発明によれば、定着装置における定着部材及び加熱部材の温度に基づいて商用電源から供給される電力と蓄電装置から供給される電力を加算して出力するので、加熱部材の温度を高速に高めることが可能となり、省電力性を高めることができる。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の模式図である。 定着装置を示す模式図である。 定着装置を示す模式図である。 プリンタ１の制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。 画像形成パターンの一例を示す図である。 画像形成パターンの一例を示す図である。 定着装置を示す模式図である。 図７における定着ローラＸの表面上にある任意の参照点の温度変化を示す図である。 図７の加熱領域Ｈにおける定着ローラＸ上の参照点の温度変化を示す図である。 記録媒体の搬送方向と垂直な方向におけるサーマルヒータ５６の各部位の位置と、その位置の部位に供給する電力の電力密度との関係を示した図である。 非画像形成領域ｅに供給可能な電力を画像形成領域ｄに振り向けた場合の、記録媒体の搬送方向と垂直な方向におけるサーマルヒータ５６の各部位の位置と、その位置の部位に供給する電力の電力密度との関係を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置の模式図である。 画像形成パターンの一例を示す図である。

＜＜第１の実施形態＞＞
以下、図面を用いて本発明の第１の実施形態について説明する。

＜画像形成装置の全体構成＞
まず、図１を用いて画像形成装置の全体構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の模式図である。図１に示すように、画像形成装置の一例としてのプリンタ１は、給紙装置４と、レジストローラ対６と、作像装置８と、転写装置１０と、定着装置１２と、スキャナ部１１０とを有している。

給紙装置４は、記録媒体としての用紙Ｐが積載状態で収容される給紙トレイ１４と、給紙トレイ１４に収容された用紙Ｐを上から順に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６を有している。給紙コロ１６によって送り出された用紙Ｐはレジストローラ対６で一旦停止され、姿勢ずれを矯正された後、感光体ドラム２１の回転に同期するタイミングで、すなわち、感光体ドラム２１上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対６により転写部位Ｍへ送られる。

作像装置８には、感光体ドラム２１と、帯電手段としての帯電ローラ１８と、露光装置２０の一部を構成するミラー２０ａと、現像ローラ２２ａを備えた現像装置２２と、クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング装置２４と、が配置されている。

プリンタ１における画像形成動作を行う場合、感光体ドラム２１を図１の矢印方向に回転させ、帯電ローラ１８によって感光体ドラム２１の表面を均一に帯電する。続いて、画像情報に基づいて露光光Ｌｂを露光部２６に照射して、作成すべき画像に対応した静電潜像を形成させる。この静電潜像は感光体ドラム２１の回転により現像装置２２へ移動する。現像装置２２は静電潜像にトナーを供給してトナー像を作像する。

次に感光体ドラム２１上のトナー像は転写部位Ｍへ移動し、転写装置１０によって所定の転写バイアスが加えられる。これによりトナー像は転写部位Ｍへ進入してきた用紙Ｐ上に転写される。トナー像が転写された用紙Ｐは定着装置１２へ搬送される。定着装置１２では用紙Ｐに熱と圧力が加えられトナー像が用紙Ｐに定着する。トナー像が定着した用紙Ｐはプリンタ１から排出される。

転写部位Ｍで転写されずに感光体ドラム２１上に残った残留トナーは、感光体ドラム２１の回転に伴ってクリーニング装置２４に至り、このクリーニング装置２４を通過する間にクリーニングブレード２４ａにより掻き落とされて清掃される。その後、感光体ドラム２１上の残留電位が除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。

スキャナ部１１０は、コンタクトガラス１１０ａに載せられた原稿を光学的に読み取ることにより画像情報を生成する。具体的には、スキャナ部１１０は原稿に光を当ててその反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Devices）等の読取センサで受光することによって画像情報を読み取る。画像情報は用紙Ｐに形成される画像を表す情報であり、例えば各画素の位置情報と明度情報とを含んだものである。

＜定着装置＞
続いて、図２及び図３を用いて定着装置１２の詳細について説明する。図２及び図３は定着装置を示す模式図である。定着装置１２は外部加熱方式であり、定着ローラ２８の外側から定着ローラ２８を加熱するものである。図２及び図３に示すように、定着ローラ２８と、この定着ローラ２８との間でニップ部ＳＮを形成する加圧部材としての加圧ローラ３０と、加熱手段としてのサーマルヒータ５６を有しており、このサーマルヒータ５６と電源４０とにより加熱手段が構成されている。

電源４０は、商用電源４１から供給された電力をあらかじめ蓄電する蓄電装置４０ａと、商用電源４１から供給された電力と蓄電装置４０ａから供給された電力とを加算する加算回路４０ｂを有している。加算回路４０ｂにおいて加算された電力は、電源４０の出力としてサーマルヒータ５６に供給される。

ここで、商用電源４１から供給された電力と蓄電装置４０ａから供給された電力を加算するに際して、加算される蓄電装置４０ａからの電力は最小で０Ｗ（Watt）から最大で蓄電装置４０ａが供給できる最大電力までの間で可変である。どの程度の電力を加算するかは設定によるものであり、設定された値に応じて後述する加熱制御部４２が制御する。

蓄電装置４０ａは、一例として、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電デバイス、充電回路、及び放電回路を備えている。また加算回路４０ｂは、一例として、蓄電装置４０ａからの電流と加算することが可能となるように商用電源４０ａの電流を整流して高電圧化するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータなどで電圧調整が可能な装置が用いられる。

加熱制御部４２は、後述するサーミスタ３４、３６による温度検知状況に基づいて、電源４０からサーマルヒータ５６へ供給する電力を制御する。加熱制御部４２は、一例として、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを含むマイクロコンピュータによって実現される。

サーマルヒータ５６は、図３に示したように、用紙Ｐの幅方向に配置された複数（本実施形態では７つ）のヒータ５６ａ乃至５６ｇからなる。サーマルヒータ５６は、図示しない付勢手段によって定着ローラ２８の表面に押し当てられている。サーマルヒータ５６あるいはヒータ５６ａ乃至５６ｇは、加熱部材の一例である。ヒータ５６ａ乃至５６ｇはそれぞれ独立して定着ローラ２８の所定の領域を加熱する。定着ローラ２８のニップ部ＳＮを下流としたときに、定着ローラ２８の回転方向に対してサーマルヒータ５６の上流には、定着ローラ２８の表面温度を検知する第１の検知部としてのサーミスタ３４と、サーマルヒータ５６の温度を検知する第２の検知部としてのサーミスタ３６とを有している。

定着ローラ２８は、例えば、外径が３０ｍｍで厚みが１ｍｍのアルミニウム製の芯金２８ａと、この芯金２８ａの表面に被覆された断熱層２８ｂを有している。断熱層２８ｂは、例えば、発泡性のシリコンゴムで形成されており、厚みは４ｍｍである。

定着ローラ２８の断熱層２８ｂの上にはニッケルからなる良熱伝導層２８ｃが形成されている。この良熱伝導層２８ｃは、ニッケルに限られず、ステンレスなどの鉄系合金、アルミニウムや銅などの金属系、グラファイトシート等、少なくとも熱伝導性が断熱層２８ｂよりも高いものであればよい。定着ローラ２８に良熱伝導層２８ｃを形成することで、サーマルヒータ５６の発熱むらによる定着ローラ２８の表面温度の局部的な温度むらが低減する。また、良熱伝導層２８ｃの機能によって、サーマルヒータ５６が加熱する領域よりもやや広い領域の温度が上昇するため、定着させる画像と加熱する範囲のずれを軽減することができるという利点もある。換言すれば、サーマルヒータ５６を構成する各ヒータの大きさや間隔等の設定において設計自由度が大きくなるという利点がある。また定着ローラ２８の耐久性を高め、離型性を確保するために、良熱伝導層２８ｃの表面にＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが２０〜８０μｍの離型層２８ｄを形成してもよい。

加圧ローラ３０は、例えば、外径が５０ｍｍで厚みが４ｍｍの鉄製の芯金３０ａと、この芯金３０ａの表面に被覆された弾性層３０ｂを有している。弾性層３０ｂは例えばシリコンゴムで形成されており、厚みは５ｍｍである。弾性層３０ｂの表面には、離型性を高めるために厚みが５０μｍ程度のフッ素樹脂層を形成するのが好ましい。

本実施形態においては加熱部材としてのサーマルヒータ５６を定着ローラ２８の表面に接触させて加熱する構成としたが、加熱部材をコイルとインバータで構成し、ＩＨ（Induction Heating）方式による非接触加熱方式としてもよい。ＩＨ方式としては、加熱用のコイルを多数配置する構成でも、磁束をキャンセルする部材を多数配置することで加熱領域や加熱量を制御する構成であってもよい。この方式によっても、画像情報に基づいて定着ローラ２８の温度を制御できるため、同様に省電力化が達成される。

＜制御部＞
プリンタ１は、上記の各装置の動作を制御する制御部を有している。プリンタ１の制御部の構成について図４を用いて説明する。図４は、プリンタ１の制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。

制御部は、図４に示されるように、ＣＰＵ１０１１、メインメモリ（MEM-P）１０１２、ノースブリッジ（NB）１０１３、サウスブリッジ（SB）１０１４、ＡＧＰ（Accelerated Graphics Port）バス１０１５、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１０１６、ローカルメモリ（MEM-C）１０１７、ＨＤ（Hard Disk）１０１８、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１０１９、ＰＣＩバス１０２０、ネットワークＩ／Ｆ１０２１を有している。

ＣＰＵ１０１１は、メインメモリ１０１２に記憶されたプログラムに従って、データを加工・演算したり、上述した各部の動作を制御したりするものである。メインメモリ１０１２は制御部の記憶領域であり、ＲＯＭ１０１２ａ、ＲＡＭ１０１２ｂを有している。ＲＯＭ１０１２ａは、制御部の各機能を実現させるプログラムやデータを記憶する。

ＲＡＭ１０１２ｂは、プログラムやデータの展開、及び印刷時の描画用メモリなどとして用いられる。ノースブリッジ１０１３は、ＣＰＵ１０１１と、メインメモリ１０１２、サウスブリッジ１０１４、及びＡＧＰバス１０１５とを接続するためのブリッジである。サウスブリッジ１０１４は、ノースブリッジ１０１３と周辺デバイスとを接続するためのブリッジである。ＡＧＰバス１０１５は、グラフィック処理を高速化するためのグラフィックスアクセラレータカード用のバスインタフェースである。ＡＳＩＣ１０１６は、ローカルメモリ１０１７を制御するメモリコントローラ、ハードウェアロジックなどにより画像データの回転などを行う複数のＤＭＡＣ（Direct Memory Access Controller）からなる。ＡＳＩＣ１０１６は、ＰＣＩバス１０２０を介してＵＳＢインタフェース、ＩＥＥＥ１３９４インタフェース等のネットワークＩ／Ｆ１０２１に接続されている。

ローカルメモリ１０１７は、コピー用画像バッファ及び符号バッファとして用いられるメモリである。ＨＤ１０１８は、画像データの蓄積、印刷時に用いるフォントデータの蓄積、フォームの蓄積を行うための記憶手段である。ＨＤＤ１０１９は、ＣＰＵ１０１１の制御にしたがってＨＤ１０１８に対するデータの読み出し又は書き込みを制御する駆動手段である。ネットワークＩ／Ｆ１０２１は、通信ネットワークを介して情報処理装置等の外部機器や内部機器と情報を送受信する。

＜制御部の動作・処理＞
続いて、図５乃至図８を用いて加熱制御部４２の制御動作の一例を説明する。図５及び図６は、画像形成パターンの一例を示す図である。

図５においては、用紙Ｐ上に、用紙Ｐの搬送方向の先端側から順に、画像形成領域ａ、非画像形成領域ｂ、画像形成領域ｃが存在する画像形成パターンを示している。画像形成領域ａ、ｃでは定着処理が必要であるが、非画像形成領域ｂでは定着処理の対象となるトナーが存在しないので定着処理を行う必要がない。

プリンタ１において上記画像形成パターンの画像情報が受け付けられると、加熱制御部４２は画像形成領域ａに対応する定着ローラ２８の部位の温度が定着処理を実行可能となる第１の設定温度になるようにサーマルヒータ５６に対する加熱制御を行う。処理が進み、記録媒体が搬送され、非画像形成領域ｂが定着装置１２のニップ部ＳＮに到達すると、加熱制御部４２は非画像形成領域ｂに対応する定着ローラ２８の部位の温度が第２の設定温度になるようにサーマルヒータ５６に対する加熱制御を行う。非画像形成領域ｂにおいては定着処理を行う必要がないので、第２の設定温度は第１の設定温度よりも低い温度に設定されている。さらに記録媒体が搬送され、次に画像形成領域ｃが定着装置１２のニップ部ＳＮに到達すると、加熱制御部４２は画像形成領域ｃに対応する定着ローラ２８の部位の温度が再び定着処理が実行可能となる第１の設定温度になるようにサーマルヒータ５６に対する加熱制御を行う。

別の例として、図６においては、用紙Ｐ上に、用紙Ｐの搬送方向と垂直な方向に画像形成領域ｄ、非画像形成領域ｅが存在する画像形成パターンを示している。図５に示した例と同様に、画像形成領域ｄでは定着処理が必要であるが、非画像形成領域ｅでは定着処理の対象となるトナーが存在しないので、定着処理を行う必要がない。

したがって、加熱制御部４２は画像形成領域ｄに対応する定着ローラ２８の部位の温度が定着処理が実行可能となる第１の設定温度になるようにサーマルヒータ５６に対する加熱制御を行う。一方、非画像形成領域ｅに対応する部位では定着処理を実行しなくてよいので、第１の設定温度よりも低い第２の設定温度となるようにサーマルヒータ５６に対する加熱制御を行う。

本実施形態において、サーマルヒータ５６は図３に示したように、記録媒体の搬送方向に対して垂直な方向に複数に分割された加熱部材５６ａ乃至５６ｇを有している。したがって、図６に示した画像形成パターンを形成する場合には、例えば画像形成領域ｄに対応する加熱部材５６ａ乃至５６ｄが第１の設定温度となるように、また非画像形成領域ｅに対応する加熱部材５６ｅ乃至５６ｇが第２の設定温度となるように加熱制御すればよい。第２の設定温度に加熱するに際しては、非画像形成領域ｂ、ｅに対応するサーマルヒータ５６への電力供給を完全に停止してもよいが、サーマルヒータ５６の温度が下がりすぎると次に第１の設定温度に上昇させるときに温度の立ち上がり応答性が悪くなり時間がかかってしまう。そこで、低電力を供給するのが好ましい。すなわち、例えば第２の設定温度として１００℃に設定するとよい。

以上のようにして非画像形成領域ｂ、ｅに対応する定着ローラ２８の部位に対するサーマルヒータ５６への供給電力を削減することによって、省電力化を図ることができる。

次に図７乃至図１１を用いて、高速機において省電力効果が小さくなることについて説明する。図７は、定着装置を示す模式図である。図７においては、定着ローラＸ、加圧ローラＹ、加熱手段Ｚが描かれ、定着ローラＸと加圧ローラＹが互いに押し付けあう部分はニップ部ＳＮを構成する。また加熱手段Ｚによって加熱される領域が、加熱領域Ｈとして示されている。

図８は、図７における定着ローラＸの表面上にある任意の参照点の温度変化を示す図である。図８においては、図７におけるニップ部ＳＮで記録媒体の画像形成領域あるいは非画像形成領域と接触する参照点の温度変化を、定着ローラＸの回転によりニップ部ＳＮを離れた直後からの変化として示したものである。図８において、縦軸は参照点の温度、横軸は時間の経過を示している。

図８（ａ）の（１）（実線）は、ニップ部ＳＮで接触する記録媒体の領域が画像形成領域であるときの参照点の温度変化の様子を示している。（１）で示したように、定着ローラＸが回転し、ニップ部ＳＮから離れるに従って参照点の温度は低下していく。参照点が加熱手段Ｚによって加熱される加熱領域Ｈに入ると、参照点の温度は第１の設定温度Ｔ１にまで急速に上昇し、温度Ｔ１に維持される。さらに定着ローラＸの回転が進み、参照点がニップ部ＳＮに到達すると、参照点では記録媒体に熱を奪われて温度が低下する。参照点がニップ部ＳＮを離れると、再び加熱領域Ｈに到達するまで放熱により徐々に温度が低下する。以上のサイクルを繰り返すことによって、定着ローラＸがニップ部ＳＮに到達した時点で定着処理に必要な温度Ｔ１を確保できているようになっている。

また図８（ａ）の（２）（点線）は、ニップ部ＳＮで接触する記録媒体の領域が非画像形成領域であるときの参照点の温度変化の様子を示している。参照点の温度変化は（１）と同様であるが、加熱領域Ｈでの加熱温度が第２の設定温度Ｔ２に設定されている点が（１）とは異なっている。非画像形成領域であって定着動作が行わなれないときには、加熱領域Ｈでの加熱手段Ｚへの電力供給を少なくしておくことによって、電力の削減が可能となり、定着処理時の消費電力を低減することができる。なお記録媒体の非画像形成領域に接触した参照点が、次のサイクルで記録媒体の画像形成領域に接触する場合には、図８（ｂ）の一点鎖線で示すように、そのサイクル（図８（ｂ）に示した例では２回転目）で加熱領域Ｈで設定される加熱温度が第１の設定温度となるように加熱制御すればよい。これによって、２回転目で定着処理を行うことが可能となる。

ところで商用電源によって供給される電力は、定着装置だけではなくプリンタ１のさまざまな装置（例えば給紙装置、搬送装置、現像装置等々）で消費される。したがって、高速機になるほど給紙装置等の他の装置で消費される電力が大きくなり、定着装置で使用できる電力が小さくなってしまう。定着装置で使用できる電力が十分に大きくない場合には、前述したように非画像形成領域に対応する加熱温度（第２の設定温度）を十分に下げておくことができず、省電力の効果が低下してしまう。以下、このことを図９を用いてより詳細に説明する。

図９は、図７の加熱領域Ｈにおける定着ローラＸ上の参照点の温度変化を示す図である。図９において、縦軸は参照点の温度、横軸は時間の経過を表している。

図９において、ΔＴｍａｘは加熱領域Ｈにおいて加熱によって温度を回復できる最大回復可能温度であって、加熱領域Ｈで最大限の電力供給を行った場合に定着ローラＸの表面の温度を上昇させることができる温度である。

図９において、（１）は、参照点が加熱領域Ｈに到達したときの温度と第１の設定温度Ｔ１の温度差が最大回復可能温度ΔＴｍａｘよりも小さい場合である。この場合、サーマルヒータ５６が第１の設定温度Ｔ１に到達するように加熱制御（電力供給の制御）を行うことにより、定着処理の実行が可能となる。

図９において、（２）は、参照点が加熱領域Ｈに到達したときの温度と第１の設定温度Ｔ１の温度差が最大回復可能温度ΔＴｍａｘと等しい場合である。この場合にも、サーマルヒータ５６が第１の設定温度Ｔ１に到達するように加熱制御（電力供給の制御）を行うことにより、定着処理の実行が可能となる。

図９において、（３）は、参照点が加熱領域Ｈに到達したときの温度と第１の設定温度Ｔ１の温度差が最大回復可能温度ΔＴｍａｘよりも大きい温度である。この場合、サーマルヒータ５６への電力供給を最大にしたとしても、サーマルヒータ５６の温度は第１の設定温度に到達せず、定着処理が実行できない。

以上のとおりであるため、最大回復可能温度ΔＴｍａｘが大きいほど非画像形成領域に対応する第２の設定温度を下げることができ、省電力効果が大きくなる。

ここで、上述したように非画像形成領域に対応するサーマルヒータ５６の部位へ供給する電力を低減することによって省電力化が可能となるが、機器の高速化に伴い機器全体の消費電力が大きくなると、サーマルヒータ５６に十分な電力を供給できない場合がある。そのような場合、加熱領域Ｈでの加熱を十分に行うことができなくなり、最大回復可能温度ΔＴｍａｘを確保することができず、省電力の効果が小さくなる。

図１０は、記録媒体の搬送方向と垂直な方向におけるサーマルヒータ５６の各部位の位置と、その位置の部位に供給する電力の電力密度との関係を示した図である。図１０において、横軸は記録媒体の搬送方向と垂直な方向におけるサーマルヒータ５６の各部位の位置を示している。また縦軸は、当該位置のサーマルヒータ５６の部位に供給する電力の電力密度を示している。電力密度とは単位長さあたりの供給電力であって、単位は例えばＷ／ｍｍ（Watt per millimeter）である。

サーマルヒータ５６に供給できる最大電力密度Ｗ０は、サーマルヒータ５６における加熱部材の抵抗値と電源電圧によってあらかじめ決定される。例えば、サーマルヒータ５６の幅が３００ｍｍであって全面が画像形成領域の場合（すなわち、サーマルヒータ５６が全幅に渡って稼動する場合）の最大消費電力を１２００Ｗとすると、最大電力密度Ｗ０は１２００／３００［Ｗ／ｍｍ］となる。そして、サーマルヒータ５６における発熱体の抵抗値もこれに合わせて設定され、この値を超えた電力を供給することはできない。なおこの最大電力密度Ｗ０による電力は、画像形成装置の立ち上げ時を想定した電力であって、画像形成装置の他の装置（例えば画像形成部等）が稼動していない状態の電力である。定着処理時には定着部だけでなく画像形成部などにも電力供給が行われるため、実働状態での最大電力密度ＷａはＷ０よりも小さい値となる。さらに定着処理時にはサーマルヒータ５６の幅方向の領域ごとに供給する電力密度が異なり、例えば図６に示した画像では画像領域ｄに対応する定着ローラ２８の部位を非画像形成領域ｅに対応する定着ローラ２８の部位より大きい電力密度で加熱する。すなわち、定着処理時の画像形成領域ｄにおける最大電力密度Ｗａは、サーマルヒータ５６が使用できる電力を８００Ｗとした場合、８００／３００［Ｗ／ｍｍ］となってしまう。このとき、画像形成領域ｄほど高い電力密度を必要としない非画像形成領域ｅに対応する供給電力を、画像形成領域ｄに対応するサーマルヒータ５６に振り向けることによって、画像形成領域ｄに対応する電力密度を最大電力密度Ｗａより大きくすることは可能である。しかしながら、例えば画像形成領域ｄの幅が広く非画像形成領域ｅの幅が狭い場合には非画像形成領域ｅから振り向けることができる電力はわずかとなり、最大電力密度Ｗａを十分に高めることができない。その結果、第２の設定温度を十分に下げることは難しくなる。

本実施形態では、図２を用いて説明したように、加熱制御部４２への電力供給源として、電源４０が蓄電装置４０ａと加算回路４０ｂとを備え、商用電源４１から供給される電力を蓄電装置４０ａに蓄電し、商用電源４１と蓄電装置４０ａから供給される電力を加算回路４０ｂによって加算して出力する。これにより、商用電源４１によって供給できる電力を超える電力を定着装置１２に供給することを可能にしている。これによって、定着ローラ２８の温度を高速に高めることができ、商用電源４１のみを用いた場合と比べて第２の設定温度をより下げることが可能となる。

ところで蓄電装置４０ａを用いて電力供給を行う場合、その蓄電容量や、充電状況のような稼動状態、あるいは周囲の温度等、各種の要因によって供給できる電力が変動する。そこで、供給可能な電力が大きい場合には第２の設定温度を低い値に設定するのがよい。一方で、供給可能な電力が小さい場合には第２の設定温度を高めの値に設定しておき、定着性を確保して画像品質の維持を図るようにするのがよい。このように、供給可能な電力の大きさによって、省電力効果と定着性の確保とのバランスを考慮して第２の設定温度を設定することができる。

さらに、蓄電装置に蓄電されている電力が少なくなった場合には、サーマルヒータ５６の画像形成領域ｄに相当する部位に電力が多く供給されるように制御することによって、画像形成領域ｄに係る電力密度を高めることと非画像形成領域ｅに係る第２の設定温度を低減することを同時に達成することが可能となる。このことを図１０及び図１１を用いて説明する。図１１は、非画像形成領域ｅに供給可能な電力を画像形成領域ｄに振り向けた場合の、記録媒体の搬送方向と垂直な方向におけるサーマルヒータ５６の各部位の位置と、その位置の部位に供給する電力の電力密度との関係を示した図である。図１０において、最大電力密度がＷａであるのに対し、非画像形成領域ｅの加熱温度は第２の設定温度に設定されているので、非画像形成領域ｅに対応するサーマルヒータ５６への電力供給には余裕があることになる（最大電力密度Ｗａまでは必要としない）。そこで、この余分な電力を画像形成領域ｄに対応するサーマルヒータ５６の部位へ配分することによって、画像形成領域ｄに対応するサーマルヒータ５６へ供給する電力をＷａから例えばＷ０にまで増加することができる。図１１はこのことを示した図であって、画像形成領域ｄに対応する部位への供給電力密度をＷ０にまで高めたことを示している。

＜＜第２の実施形態＞＞
次に、図１２を用いて、本発明の第２の実施形態に係る定着装置を説明する。

図１２は、本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置の模式図である。図１２に示した第２の実施形態の定着装置１２−２において、第１の実施形態に係る定着装置１２（図２を参照）と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１２の定着装置１２−２は、定着ベルト３８、サーマルヒータ５６−２、支持体６０及び６１、ゴムローラ７０を含んで構成される。定着ベルト３８は、基体３８ａ、弾性層３８ｂ、離型層３８ｃからなっている。

図１２の定着装置１２−２においては、定着ベルト３８の内部にサーマルヒータ５６−２が配置され、定着ベルト３８の内部から支持体６０及び６１によって支持されている。定着ベルト３８は定着フィルムとして構成されたものであってもよい。支持体６０及び６１はサーマルヒータ５６−２を定着ベルト３８に押し当てて指示できるものであればよく、樹脂や金属によって形成される。サーマルヒータ５６−２は、板状の基板に抵抗発熱体を形成したサーマルヘッドやセラミックヒータなどによって構成される。サーマルヒータ５６−２は熱によって定着ベルト３８の温度を上昇させ、それによってニップ部ＳＮに搬送されてくる記録媒体上の未定着トナーを加熱して定着するものである。定着ベルト３８は、外径が３０ｍｍで厚みが５０μｍのＰＩ製の基体３８ａと、この基体３８ａの表面に被覆された弾性層３８ｂを有している。弾性層３８ｂは、例えばシリコンゴムで形成されており、厚みは５０μｍである。定着ベルト３８の表面には耐久性を高めて離型性を確保するために、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚さ１０μｍ以下程度の離型層３８ｃが形成されている。また、サーマルヒータ５６−２と定着ベルト３８の接触性を高めるため、定着ベルト３８の外側から定着ベルト３８を介してサーマルヒータ５６−２と対向する位置関係で、押圧部材の一例であるゴムローラ７０を密着させる構成を採っている。

この構成によっても、第１の実施形態で示したものと同様に、定着装置における定着部材及び加熱部材の温度に基づいた電力を定着装置に供給することができるので、加熱部材の温度を高速に高めることが可能となり、省電力性を高めることができる。

＜＜第３の実施形態＞＞
上述した第１及び第２の実施形態においては、商用電源４１から供給される電力に蓄電装置４０ａから供給される電力を加算して供給することによって、定着部材（定着ローラ２８または定着ベルト３８）の非画像形成領域に対応する部位の温度（第２の設定温度）を低く設定することを可能とし、省電力化を図るものとした。しかしながら蓄電装置４０ａに蓄電されている電力が所定の値よりも少ない場合には、第１及び第２の実施形態の定着装置では十分に大きい電力を供給することができないため、第２の設定温度を必ずしも十分に低く設定することができない。

そこで第３の実施形態では、蓄電装置４０ａから供給する電力が少なくて済むようにし、蓄電装置４０ａに蓄電されている電力が少ないときにも定着処理を実行できるようにしたものである。第３の実施形態においては、定着すべき画像に応じて変化する加熱領域の大きさを検知することによって、高い電力密度で定着ローラを急速に加熱する動作モードを増やしたものである。このことを以下に詳細に説明する。

第３の実施形態においては、蓄電装置４０ａの電力が少ない場合に、画像形成領域（加熱領域）の幅の合計値を検出し、この値が所定の値Ｌ以上である場合には第１の電力密度で加熱を行い、所定の値Ｌよりも小さい場合には第１の電力密度よりも大きい第２の電力密度で加熱を行う。これによってサーマルヒータ５６または５６−２へ供給する電力を低減することができる。

このことを、図６及び図１３に示した画像形成パターンを例に説明する。図１３は、画像形成パターンの一例を示す図である。図６に示した画像形成パターンでは、画像形成領域の幅の合計値は領域ｄの幅の値ｄとなる。一方、図１３に示した画像形成パターンでは、画像形成領域の幅の合計値は領域ｄの幅の値ｄと領域ｅの幅の値ｅとの合計値（ｄ＋ｅ）となる。ここで上述した所定の値Ｌを、ｄ＜Ｌ≦ｄ＋ｅとなるように設定すれば、図６に示した画像形成パターンに対しては第２の電力密度で加熱を行い、図１３に示した画像形成パターンに対しては第１の電力密度で加熱を行うことになる。前者においては幅ｄの狭い領域に電力を集中させることにより、非画像形成領域ｅに係る第２の設定温度を低くすることが可能となる。一方、後者においては第２の電力密度よりも小さい第１の電力密度で電力供給を行って加熱することによって、所定時間内（定着部材が１回転する時間内）に第２の設定温度から第１の設定温度に昇温させることができないといったことをなくし、定着品質が低下するのを防止することが可能となる。

＜＜第４の実施形態＞＞
第３の実施形態で説明したのとは反対に、蓄電装置４０ａに蓄電されている電力が所定の値よりも多い場合には、第３の実施形態において説明したような不具合は生じないが、次のような構成を採ることはより一層好適である。

すなわち、第４の実施形態においては、画像形成領域（加熱領域）の幅の合計値を検出し、この値が所定の値Ｌ以上である場合には、商用電源４１から供給される電力に蓄電装置４０ａから供給される電力を加算した電力に基づいて第２の電力密度を設定する。一方、画像形成領域（加熱領域）の幅の合計値が所定の値Ｌより小さい場合には、商用電源から供給される電力のみに基づいて第２の電力密度を設定する。

このように構成することによって、蓄電装置４０ａに十分な電力が蓄電されている場合であっても、加熱領域が小さい場合には蓄電装置４０ａから供給する電力を極力減らすことによって、さらなる省電力化を図ることができる。

＜＜実施形態の補足＞＞
第３及び第４の実施形態においては、画像形成領域（加熱領域）の幅の合計値を検出しているが、これを記録媒体の幅のサイズ情報を利用して検出するようにしてもよい。このようにすることによって、画像形成領域（加熱領域）の検出を高速化でき、簡単な構成で省電力性を向上させることができる。

また、第３及び第４の実施形態において、同じ画像を繰り返して出力するような場合には、１回目の出力時には商用電源から供給される電力のみを定着装置に供給し、２回目以降の出力時には商用電源から供給される電力に蓄電装置から供給される電力を加えて定着装置に供給するようにしてもよい。この場合にも、画像形成領域（加熱領域）の検出を高速化でき、簡単な構成で省電力性を向上させることができる。

さらに、蓄電装置に蓄電されている電力が所定値以下になった場合に、原稿を読み取って複写するコピー動作時に、商用電源から供給される電力を供給して第１の電力密度で動作させるようにもできる。このようにすることによって、画像形成領域（加熱領域）を検出する構成を簡単なものとし、かつ、記録媒体のサイズが所定以下である場合にはより省電力化を図ることができる。

１ プリンタ
１２，１２−２ 定着装置
２８ 定着ローラ（定着部材の一例）
２８ａ 芯金
２８ｂ 断熱層
２８ｃ 良熱伝導層
２８ｄ 離型層
３０ 加圧ローラ
３０ａ 芯金
３０ｂ 弾性層
３４ サーミスタ（第１の検知部の一例）
３６ サーミスタ（第２の検知部の一例）
３８ 定着ベルト（定着部材の一例）
３８ａ 基体
３８ｂ 弾性層
３８ｃ 離型層
４０ 電源
４０ａ 蓄電装置
４０ｂ 加算回路（加算部の一例）
４１ 商用電源
４２ 加熱制御部
５６ サーマルヒータ（加熱部材の一例）
５６ａ乃至５６ｇ ヒータ（加熱部材の一例）
６０，６１ 支持体
７０ ゴムローラ
ａ，ｃ，ｄ 画像形成領域
ｂ，ｅ 非画像形成領域
Ｐ 記録媒体
ＳＮ ニップ部
Ｈ 加熱領域
Ｘ 定着ローラ
Ｙ 加圧ローラ
Ｚ 加熱手段

特開２００１−３４３８６０号公報

Claims (10)

1. 画像形成装置の定着装置に電力を供給する電源装置であって、
   商用電源から供給される電力を蓄電する蓄電装置と、
   商用電源から供給される電力と前記蓄電装置から供給される電力を加算して出力する加算部を含み、
   前記加算部は、前記定着装置における定着部材及び加熱部材の温度に基づいて前記加算した電力を出力する
   ことを特徴とする電源装置。
2. 記録媒体に形成されたトナー画像を加熱して定着する定着部材と、
   前記定着部材を加熱する加熱部材と、
   前記定着部材の温度を検知する第１の検知部と、
   前記加熱部材の温度を検知する第２の検知部と、
   前記第１及び第２の検知部による検知結果に基づいて前記加熱部材を加熱制御する加熱制御部と、
   前記加熱制御部の制御により前記加熱部材への電力供給を行う電源装置とを含み、
   前記電源装置は、
   商用電源から供給される電力を蓄電する蓄電装置と、
   商用電源から供給される電力と前記蓄電装置から供給される電力を加算して出力する加算部を含み、
   前記加算部は、前記加熱制御部による加熱制御に基づいて前記加算した電力を出力する
   ことを特徴とする定着装置。
3. 請求項２に記載した定着装置において、
   前記加算部は、前記蓄電装置から供給される電力を加算せずに前記商用電源から供給される電力を出力可能であり、
   前記加熱制御部は、前記加算部が商用電源から供給される第１の電力密度による電力を出力するか、あるいは、前記加算部が商用電源から供給される電力と前記蓄電装置から供給される電力を加算した第２の電力密度による電力を出力するかを制御する
   ことを特徴とする定着装置。
4. 請求項３に記載した定着装置であって、前記加熱制御部によって加熱制御される前記加熱部材の設定温度が、記録媒体における画像形成領域に対応した第１の設定温度と記録媒体における非画像形成領域に対応した第２の設定温度とを含み、前記第２の設定温度は前記第２の電力密度に応じて設定されることを特徴とする定着装置。
5. 請求項２乃至４のいずれか一項に記載した定着装置において、前記加熱部材は、記録媒体の搬送方向と直行する方向に複数の加熱部に分割され、かつ、前記分割された加熱部は互いに独立して加熱制御されるものであることを特徴とする定着装置。
6. 請求項５に記載した定着装置において、前記蓄電装置に蓄電されている電力が所定値よりも少ない場合に、前記複数の加熱部のうち前記第２の電力密度の電力を供給する加熱部を特定するとともに、前記複数の加熱部のうち前記第１の電力密度の電力を供給する加熱部を前記第１の設定温度に基づいて制御することを特徴とする定着装置。
7. 請求項５に記載した定着装置において、前記蓄電装置に蓄電されている電力が第１の所定値よりも少ない場合に、前記複数の加熱部による最大加熱幅を検出し、前記最大加熱幅が第２の所定値以上である場合には前記第１の電力密度で加熱を行う一方、前記最大加熱幅が前記第２の所定値より小さい場合には前記第２の電力密度で加熱を行うことを特徴とする定着装置。
8. 請求項５に記載した定着装置において、前記蓄電装置に蓄電されている電力が第１の所定値よりも多い場合に、前記複数の加熱部による最大加熱幅を検出し、前記最大加熱幅が第２の所定値以上である場合には商用電源から供給される電力に前記蓄電装置から供給される電力を加算した電力に基づいて前記第２の電力密度を設定する一方、前記最大加熱幅が前記第２の所定値より小さい場合には商用電源から供給される電力のみに基づいて前記第２の電力密度を設定することを特徴とする定着装置。
9. 請求項２乃至８のいずれか一項に記載した定着装置において、前記蓄電装置に蓄電されている電力が所定値よりも少ない場合に、前記第２の電力密度を下げるとともに、前記第２の設定温度を上げたことを特徴とする定着装置。
10. 請求項２乃至９のいずれか一項に記載した定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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