JP2020042213A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗料膜に光を照射して発熱させる定着装置において、照射光の色温度と塗料膜の吸収ピーク波長とを対応させ、加熱効率の低下を防止する。【解決手段】中央照射光源２２０と、端部照射光源２３０、２４０と、塗料膜３１０と、各光源２２０、２３０、２４０をデューティ制御して発光色温度を制御する制御部とを備え、塗料膜３１０は、両端領域の塗料Ａと中央領域の塗料Ｂとで吸収ピーク波長が異なり、各吸収ピーク波長が各光源２２０、２３０、２４０の発光色温度にそれぞれ対応している。【選択図】図５

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関し、より詳しくは、光源からの発光光を塗料膜に照射して発熱させる定着装置において、光源の発光光の色温度と塗料膜の吸収ピーク波長とが使用状態において対応するようにして、加熱効率の低下が防止された定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来から、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の多数の機能を備えた電子写真方式の画像形成装置が広く知られている。この画像形成装置では、画像を用紙に転写させて形成し、その後、その画像を用紙に定着させる、という一連のプロセスを通じて用紙に画像を形成して定着させている。画像形成装置は、定着処理を行う定着装置を備えている。定着装置は、熱定着を行うための定着ヒータを有している。定着ヒータとしては、例えばハロゲンランプと、このハロゲンランプの発光光が照射されて発熱する塗料膜（発熱体）とからなるものを用いることができる。

特許文献１には、定着ロールの軸方向の位置によって塗料膜（発熱体）の熱吸収率が異なっている定着装置が記載されている。

特許文献２には、定着ロールの内周面に熱吸収率の異なる２種類以上の塗料を塗布することにより、定着ロールの軸方向の温度分布を調節した定着装置が記載されている。

近年、画像形成装置においても省エネルギー化（電力消費量の削減）が要求されている。画像形成装置の省エネルギー化を実現するためには、定着装置の電力を削減することが有効であることが分かっている。定着装置の電力削減には、定着装置の熱容量を削減することが一般的である。従来、交流電源の半波周期（交流波形の半周期）を１単位としたオン／オフパターンによりハロゲンランプの点灯制御を行うＨＣＤ（ハーフサイクルデューティ）制御により、定着装置の熱容量の削減が図られている。

特開２０１１−２０３４０５号公報 特開平８−２３４６１８号公報

ところで、ＨＣＤ制御を行う定着装置では、ハロゲンランプの発光出力が１００％未満となるので、発光光の色温度が下がる。すると、発光光の色温度が塗料膜の吸収ピーク波長に対応しなくなってしまい、加熱効率が低下してしまう。

そこで本発明の課題は、光源からの発光光を塗料膜に照射して発熱させる定着装置において、光源の発光光の色温度と塗料膜の吸収ピーク波長とが使用状態において対応するようにして、加熱効率の低下が防止された定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することにある。

さらに本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

本発明の上記課題は、以下の各発明によって解決される。

１．
搬送される用紙の中央領域に対向して配置された中央照射光源と、
前記用紙の両端領域に対向して配置された端部照射光源と、
前記各光源と前記用紙との間に配置された塗料膜と、
前記各光源に電源を接続させるオン状態と該接続を解除するオフ状態とを、前記各光源ごとに個別に切替えるスイッチ手段と、
前記用紙の中央領域及び両端領域の温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段による検出結果に応じて前記スイッチ手段を制御し、前記オン状態と前記オフ状態との切替えを連続的に行って、前記中央照射光源及び前記端部照射光源の発光光をそれぞれ所定の色温度に制御する制御手段とを備え、
前記塗料膜は、異なる２種以上の塗料からなり、前記用紙の中央領域に対応する領域と前記用紙の両端領域に対応する領域とで吸収ピーク波長が異なっており、該吸収ピーク波長が前記各光源の発光光の前記所定の色温度にそれぞれ対応していることを特徴とする定着装置。
２．
前記塗料膜の吸収ピーク波長は、前記各光源の発光出力が最大であるときの発光光の色温度以下の色温度に対応していることを特徴とする前記１記載の定着装置。
３．
軸回りに回転可能な中空のローラであって、前記用紙が外周面の所定角度範囲に巻回されて搬送される加熱ローラを備え、
前記各光源は、前記加熱ローラ内に配置され、
前記塗料膜は、前記加熱ローラの内周面に塗料が塗布されて形成されていることを特徴とする前記１又は２記載の定着装置。
４．
前記塗料膜は、
前記用紙の中央領域に対応する領域では、吸収ピーク波長が前記中央照射光源の発光光の前記所定の色温度に対応する塗料と、前記中央照射光源の発光出力が最大であるときの発光光の色温度に吸収ピーク波長が対応する塗料とが、前記加熱ローラの内周面の周方向に交互に塗布されて形成されており、
前記用紙の両端領域に対応する領域では、吸収ピーク波長が前記端部照射光源の発光光の前記所定の色温度に対応する塗料と、前記端部照射光源の発光出力が最大であるときの発光光の色温度に吸収ピーク波長が対応する塗料とが、前記加熱ローラの内周面の周方向に交互に塗布されて形成されていることを特徴とする前記３記載の定着装置。
５．
前記電源は交流電源であって、
前記交流電源の交流波形位相を検出するゼロクロス検出手段を備え、
前記制御手段は、前記オン状態と前記オフ状態との切替えを、前記ゼロクロス検出手段による検出結果に応じて、前記交流波形の半周期の整数倍である時間ごとに行うことを特徴とする前記１〜４の何れかに記載の定着装置。
６．
前記制御手段は、前記オン状態と前記オフ状態との切替えを、前記交流波形のゼロクロス時に行うことを特徴とする前記５記載の定着装置。
７．
用紙に画像を形成する画像形成部と、
前記１〜６の何れかに記載の定着装置とを備え、
前記画像形成部において画像が形成された用紙が前記定着装置に搬送されることを特徴とする画像形成装置。
８．
前記画像形成部及び前記定着装置を収容する筐体と、
前記筐体内の空気を筐体外に排出することによって該筐体内の冷却を行う送気手段とを備え、
前記塗料膜を形成している塗料は、前記送気手段により形成される空気流の下流側よりも、該空気流の上流側のほうが、吸収ピーク波長が対応する色温度が高いことを特徴とする前記７記載の画像形成装置。
９．
前記用紙の種類、坪量及び搬送速度に応じて、前記塗料膜を形成する塗料が選定されていることを特徴とする前記７又は８記載の画像形成装置。

本発明によれば、光源からの発光光を塗料膜に照射して発熱させる定着装置において、光源の発光光の色温度と塗料膜の吸収ピーク波長とが使用状態において対応するようにして、加熱効率の低下が防止された定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することができる。

第１実施形態の画像形成装置を示す縦断面図 第１実施形態の定着装置を示すブロック図 第１実施形態の定着装置の要部を示すブロック図 各光源のデューティ制御を説明する波形図 第１実施形態の定着装置の加熱ローラを示す縦断面図 第２実施形態の定着装置の加熱ローラを示す図５中のＬ−Ｌ横断面図 第２実施形態の定着装置の加熱ローラを示す図５中のＫ−Ｋ横断面図 第３実施形態の画像形成装置を示す縦断面図 第３実施形態の定着装置の加熱ローラを示す縦断面図 定着処理時における画像形成装置１００の動作の一例を示すフローチャート 図１０に示した画像形成装置１００の動作をさらに詳細に示すフローチャート

以下、本発明の実施の形態に係る定着装置及び画像形成装置について、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。以下の説明において、同一の機能及び構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略することがある。

〔第１実施形態〕
（画像形成装置の構成）
図１は、第１実施形態の画像形成装置を示す縦断面図である。

本実施形態の画像形成装置１００は、図１に示すように、タンデム型の画像形成装置と称されるものであり、自動原稿搬送部８０と装置本体１０２とを備えている。自動原稿搬送部８０は、装置本体１０２の上部に取り付けられ、搬送台上にセットされた用紙を、搬送ローラ等により装置本体１０２の画像読取部９０に送り出す。

装置本体１０２は、操作表示部７０と、画像読取部９０と、画像形成部１０と、中間転写ベルト８と、給紙部２０と、レジストローラ対３２と、定着装置２００と、自動用紙反転搬送ユニット６０（Auto Duolex Unit：以下ＡＤＵという）とを有している。

操作表示部７０は、表示部と入力部とが組み合わされたタッチパネル７１と、タッチパネル７１の周辺部に設けられたスタートキーや決定キーを含む複数の操作キー７２とを有している。操作表示部７０は、タッチパネル７１に操作画面等を表示したり、タッチパネル７１でのタッチ操作や操作キー７２への操作により入力された画像形成条件や定着条件等の情報を受け付けたりする。

画像読取部９０は、原稿台８１上に載置された原稿、または自動原稿搬送部８０により搬送された原稿を走査露光装置の光学系により走査露光し、走査した原稿の画像をＣＣＤ(Charge Coupled Devices)イメージセンサにより光電変換して画像情報信号を生成する。画像情報信号は、図示しない画像処理部によりアナログ処理、アナログ／デジタル（以下Ａ／Ｄという）変換処理、シューディング補正、画像圧縮処理等行われた後に画像形成部１０に出力される。

画像形成部１０は、電子写真方式により画像を形成するものであり、イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｙと、マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｍと、シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｃと、黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｋとを有している。

画像形成ユニット１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙと、その周囲に配置される帯電器２Ｙ、露光部（光書込み部）３Ｙ、現像器４Ｙ及びクリーニング部６Ｙを有している。画像形成ユニット１０Ｍは、感光体ドラム１Ｍと、その周囲に配置される帯電器２Ｍ、露光部３Ｍ、現像器４Ｍ及びクリーニング部６Ｍを有している。画像形成ユニット１０Ｃは、感光体ドラム１Ｃと、その周囲に配置される帯電器２Ｃ、露光部３Ｃ、現像器４Ｃ及びクリーニング部６Ｃを有している。画像形成ユニット１０Ｋは、感光体ドラム１Ｋと、その周囲に配置される帯電器２Ｋ、露光部３Ｋ、現像器４Ｋ及びクリーニング部６Ｋを有している。

画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにおけるそれぞれの感光体ドラム（像担持体）１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ、帯電器２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ、露光部３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ、現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ、クリーニング部６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋは、それぞれ共通する構成である（以下、特に、区別が必要な場合を除き、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを除いた符号で表記する）。

帯電器２は、感光体ドラム１の表面をほぼ一様に帯電する。露光部３は、例えばＬＥＤアレイと結像レンズとを有するＬＰＨ（LED Print Head）や、ポリゴンミラー方式のレーザ露光走査装置により構成され、画像情報信号に基づいて感光体ドラム１上をＬＥＤ光やレーザ光により走査して静電潜像を形成する。現像器４は、感光体ドラム１上に形成された静電潜像をトナーにより現像する。これにより、感光体ドラム１上に可視画像であるトナー像が形成される。

中間転写ベルト８は、複数のローラにより張架されると共に回動可能に支持されている。中間転写ベルト８の回動と併せて、一次転写ローラ７と感光体ドラム１とが回転し、一次転写ローラ７と感光体ドラム１との間に所定の電圧が印加されることで、感光体ドラム１に形成されたトナー像が中間転写ベルト８上に転写される（一次転写）。

給紙部２０は、Ａ３やＡ４等の用紙Ｐが収容された複数の給紙トレイ２０Ａ，２０Ｂを有している。各給紙トレイ２０Ａ，２０Ｂから搬送ローラ２２，２４，２６，２８等によって搬送された用紙Ｐは、ループローラ対３０に搬送される。なお、給紙トレイの数は２つに限定されるものではない。また、必要に応じて大容量の用紙Ｐを収容することが可能な大容量給紙装置を単数または複数連結させてもよい。

ループローラ対３０に搬送された用紙Ｐは、その先端部がレジストローラ対３２に突き当てられる。レジストローラ対３２は、突き当てられた用紙Ｐにおいてループを形成し、用紙Ｐの用紙搬送方向Ｄ１に対する曲り（例えば斜行）を補正する。用紙Ｐの曲がりが補正された用紙Ｐは、所定のタイミングで二次転写ローラ３４に搬送される。二次転写ローラ３４では、中間転写ベルト８上に転写されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナー像が、レジストローラ対３２により搬送されてくる用紙Ｐの表面に一括転写される（二次転写）。二次転写された用紙Ｐは用紙搬送方向Ｄ１の下流側の定着装置２００に搬送される。

定着装置２００は、加熱ローラ２０１及び加圧ローラ２０２を有することが好ましく、この場合には、二次転写ローラ３４でトナー像が転写された用紙Ｐに加圧、加熱処理を行うことにより用紙Ｐ表面のトナー像を用紙Ｐに定着させる。定着装置２００については後述する。定着装置２００の用紙搬送方向Ｄ１の下流側には、用紙Ｐの搬送経路を排紙経路側またはＡＤＵ６０側に切り替えるための搬送路切替部が設けられている。搬送路切替部は、選択されている印刷モード（片面印刷モード、両面印刷モード等）に基づいて搬送経路の切り替え制御を行う。

片面印刷モードで片面の印刷が終了した用紙Ｐ、または、両面印刷モードで両面の印刷が終了した用紙Ｐは、排紙ローラ４６により排紙トレイ６１上に排出される。また、両面印刷モードにおいて、用紙Ｐの裏面側に画像を形成する場合、表面側に画像が形成された用紙Ｐは、搬送ローラ６２等を介してＡＤＵ６０に搬送される。ＡＤＵ６０のスイッチバック経路６３では、ＡＤＵローラ６４の逆回転制御により用紙Ｐの後端を先頭にしてＵターン経路部６５に搬送され、Ｕターン経路部６５に設けられた搬送ローラ６６，６８等により表裏反転された状態で二次転写ローラ３４に再給紙される。

（定着装置の構成）
図２は、第１実施形態の定着装置を示すブロック図である。
図３は、第１実施形態の定着装置の要部を示すブロック図である。

画像形成装置１００は、図２及び図３に示すように、定着装置２００を備えている。定着装置２００は、制御手段となる制御部２５０と、記憶部２５２とを備え、交流電源２１０から電力供給されて動作する。交流電源２１０は、画像形成装置１００が設置されるオフィス等に設置され、定着装置２００を含む画像形成装置１００に対して所定の電力を供給する。

定着装置２００は、中央照射光源２２０と、端部照射光源２３０、２４０と、温度検出手段となる温度センサ（温度検出部）２２２、２３２と、スイッチ手段となるスイッチ２６０、２７０、２８０とを有している。中央照射光源２２０及び端部照射光源２３０は、交流電源２１０に対して電力線を介して並列に接続されている。

なお、図３に示すように、用紙Ｐの全幅に均等に照射するフラット補助光源（例えば８００Ｗ）３００を設けてもよい。フラット補助光源３００を設ける場合には、このフラット補助光源３００に対応するスイッチ２９０を設ける。

スイッチ２６０、２７０、２８０、２９０は、各光源２２０、２３０、２４０、３００に交流電源２１０を接続させるオン状態と接続を解除するオフ状態とを、各光源２２０、２３０、２４０、３００ごとに個別に切替える。すなわち、スイッチ２６０は、交流電源２１０と中央照射光源２２０との間に電力線を介して設けられ、交流電源２１０と中央照射光源２２０とを接続するオン状態と、交流電源２１０と中央照射光源２２０との接続を解除するオフ状態とを切り替え可能に構成されている。スイッチ２７０、２８０は、交流電源２１０と端部照射光源２３０、２４０との間に電力線を介して設けられ、交流電源２１０と端部照射光源２３０、２４０とを接続するオン状態と、交流電源２１０と端部照射光源２３０、２４０との接続を解除するオフ状態とを切り替え可能に構成されている。スイッチ２９０は、交流電源２１０とフラット補助光源３００との間に電力線を介して設けられ、交流電源２１０とフラット補助光源３００とを接続するオン状態と、交流電源２１０とフラット補助光源３００との接続を解除するオフ状態とを切り替え可能に構成されている。これらスイッチ２６０、２７０、２８０、２９０は、例えばトライアック等のスイッチング素子から構成されている。

温度センサ２２２、２３２は、図２に示すように、用紙Ｐの中央領域（搬送方向に直交する方向の中央部分）及び両端領域（搬送方向に直交する方向の両端部分）の温度をそれぞれ検出する。温度センサ２２２、２３２は、例えばサーミスタ等から構成され、中央照射光源２２０の近傍及び端部照射光源２３０、２４０の近傍に設けられている。温度センサ２２２、２３２は、中央照射光源２２０の近傍の用紙Ｐの温度及び端部照射光源２３０、２４０の近傍の用紙Ｐの温度を検知し、検知により得られたそれぞれの温度情報を制御部２５０に出力する。

記憶部２５２は、例えば不揮発性の半導体メモリやＨＤＤ(Hard Disk Drive)等から構成されている。記憶部２５２には、中央照射光源２２０及び端部照射光源２３０、２４０の点灯を制御するためのテーブル（デューティ比に対応された点灯パターン）が記憶されている。

制御部２５０は、温度センサ２２２，２３２による検出結果及び記憶部２５２に記憶された点灯パターンに基づいてスイッチ２６０、２７０、２８０を制御し、オン状態とオフ状態との切替えを連続的に行って、中央照射光源２２０及び端部照射光源２３０、２４０の発光光をそれぞれ所定の色温度に制御する。

具体的には、制御部２５０は、予め設定された中央照射光源２２０及び端部照射光源２３０、２４０の目標温度と温度センサ２２２，２３２により検出された測定温度との温度差を算出し、算出された温度差に基づいて中央照射光源２２０及び端部照射光源２３０、２４０の点灯、消灯制御を行う。

図４は、各光源のデューティ制御を説明する波形図である。

制御部２５０による中央照射光源２２０及び端部照射光源２３０、２４０の点灯制御は、図４に示すように、温度差に応じたデューティ比に基づいてスイッチ２６０，２７０のオン／オフ状態を切換制御するデューティ制御が好ましい。デューティ比は、交流電源２１０の半波周期を単位としたオン／オフの回数により規定される。例えば、０Ｖ（ゼロクロス）から次の０Ｖ（ゼロクロス）までの＋電圧の半波周期と、さらに次の０Ｖ（ゼロクロス）までの−電圧の半波周期との連続する１５半波周期を１つの区間として、この中で光源２２０、２３０、２４０をオン状態とする半波周期の数ｎの比率（（ｎ／１５）×１００％）がデューティ比となる。デューティ比１００％とは、連続する１５半波周期の全てで光源２２０、２３０、２４０に電圧が印加されている状態であり、デューティ比６６．７％とは、１０半波周期にて光源２２０、２３０、２４０に電圧が印加されている状態である。オン状態の半波周期とオフ状態の半波周期との配列が点灯パターンである。なお、各光源２２０、２３０、２４０は、＋電圧の半波周期及び−電圧の半波周期の何れにおいても点灯する。

このようなデューティ制御を行うには、交流電源２１０の交流波形位相を検出するゼロクロス検出手段を設け、制御部２５０は、オン状態とオフ状態との切替えを、ゼロクロス検出手段による検出結果に応じて、交流波形の半周期の整数倍である時間ごとに行うことが好ましい。このようにして正確なデューティ制御を行うことができる。また、制御部２５０は、オン状態とオフ状態との切替えを、交流波形のゼロクロス時に行うことが好ましい。オン状態とオフ状態との切替え時に交流電源２１０の出力電圧が０Ｖであるほうが、各スイッチ２６０，２７０及び各光源２２０、２３０、２４０に対する負担が少ないからである。

図５は、第１実施形態の定着装置の加熱ローラを示す縦断面図である。

各光源２２０、２３０、２４０は、図５に示すように、加熱ローラ２０１内に配置されていることが好ましい。加熱ローラ２０１は、軸回りに回転可能な中空のローラであって、用紙Ｐが外周面の所定角度範囲に巻回されて搬送される。なお、定着装置２００は、加熱ローラ２０１を用いることによって、用紙Ｐを搬送しながら効率よく加熱することができるが、加熱ローラ２０１を用いずに、固定された加熱部材に対して用紙Ｐが接触され、又は、摺動しながら搬送される構成でもよい。このような場合には、各光源２２０、２３０、２４０は、加熱部材の近傍に配置される。

中央照射光源２２０は、搬送される用紙Ｐの中央領域（搬送方向に直交する方向の中央部分）に対向して配置されている。端部照射光源２３０、２４０は、用紙Ｐの両端領域（搬送方向に直交する方向の両端部分）に対向して配置されている。中央照射光源２２０及び端部照射光源２３０、２４０は、例えばハロゲンランプ（例えば１０００Ｗ）等であって、交流電源２１０から供給される所定のデューティ比の電力に基づいて点灯及び消灯することにより、用紙Ｐを加熱するためのエネルギー源となる。

各光源２２０、２３０、２４０と用紙Ｐとの間には、塗料膜（発熱体）３１０が配置されている。塗料膜３１０は、加熱ローラ２０１の内周面に塗料が塗布されて形成されていることが好ましい。この塗料膜３１０は、各光源２２０、２３０、２４０からの発光光を吸収して発熱し、用紙Ｐを加熱する。すなわち、各光源２２０、２３０、２４０及び塗料膜３１０によってヒータが構成されている。

塗料膜３１０は、異なる２種以上の塗料（塗料Ａ、塗料Ｂ）からなり、用紙Ｐの中央領域に対応する領域（Ｋ）と用紙Ｐの両端領域に対応する領域（Ｌ）とで吸収ピーク波長が異なっている。各塗料（塗料Ａ、塗料Ｂ）の吸収ピーク波長は、各光源２２０、２３０、２４０の発光光の所定の色温度（制御部２５０により制御された色温度）にそれぞれ対応している。また、塗料膜３１０の吸収ピーク波長は、各光源２２０、２３０、２４０の発光出力が最大であるときの発光光の色温度以下の色温度に対応している。

これは、加熱ローラ２０１の中央領域と両端領域とでは放熱状態が異なり、中央領域のほうが両端領域よりも高温になる傾向があるため、これらを等しい温度に維持するためには、中央照射光源２２０のデューティ比を端部照射光源２３０、２４０のデューティ比よりも低くして、両端領域よりも高温にならないようにする必要があるためである。デューティ比を下げると発光光の色温度が下がるため、各塗料（塗料Ａ、塗料Ｂ）の吸収ピーク波長をその色温度に対応させている。

各光源２２０、２３０、２４０は、以下の〔表１〕に示すように、発光光の色温度がデューティ比によって所定の色温度になるように設定（選択）されている。

用紙Ｐの秤量が６０ｇ／ｍ^２で、サイズがＡ３である場合に、中央照射光源２２０の発光光の色温度は、デューティ比５５％〜１００％で、例えば、１４３０Ｋ〜２６００Ｋである。端部照射光源２３０、２４０の色温度は、デューティ比５５％〜１００％で、例えば、１３２０Ｋ〜２４００Ｋである。

ここで、ある一定時間以上に亘って用紙Ｐを搬送した場合には、中央照射光源２２０のデューティ比は５５％程度に、端部照射光源２３０、２４０のデューティ比は７０％程度にそれぞれ制御される。

なお、各光源２２０、２３０、２４０の発光光の色温度は、以下の〔表２〕に示すように、用紙Ｐの種類、坪量及び搬送速度に応じて選定されることが好ましい。

この例では、用紙Ｐの秤量が３５０ｇ／ｍ^２で、サイズがＡ３である場合に、中央照射光源２２０の発光光の色温度は、デューティ比７０％〜１００％で、例えば、１８２０Ｋ〜２６００Ｋである。端部照射光源２３０、２４０の色温度は、デューティ比７０％〜１００％で、例えば、１６８０Ｋ〜２４００Ｋである。

なお、〔表２〕において、例えば、中央照射光源２２０のデューティ比８０％、端部照射光源２３０、２４０のデューティ比９０％に適合した用紙Ｐにしか印字しない画像形成装置においては、吸収ピーク波長が所定の色温度（２０８０Ｋ、２１６０Ｋ）に対応した塗料（Ａ、Ｂ）を用いることが好ましい。

この定着装置においては、用紙Ｐの中央領域に対応する領域（Ｋ）と用紙Ｐの両端領域に対応する領域（Ｌ）とで吸収ピーク波長が異なる２種以上の塗料（塗料Ａ、塗料Ｂ）により塗料膜３１０を構成しており、各塗料の吸収ピーク波長が各光源２２０、２３０、２４０の発光光の所定の色温度にそれぞれ対応しているので、発熱効率が高く、用紙Ｐを全幅に亘って所定の温度に加熱するために必要なデューティ比を下げることができ、従来の定着装置よりも消費電力を削減することができる。

なお、この定着装置における中央領域から両端領域に亘る光源の数は、前述したような２種類に限定されず、３種類以上としてもよく、塗料膜３１０を構成する塗料も、光源に対応して３種以上としてもよい。

〔第２実施形態〕
図６は、第２実施形態の定着装置の加熱ローラを示す図５中のＬ−Ｌ横断面図である。
図７は、第２実施形態の定着装置の加熱ローラを示す図５中のＫ−Ｋ横断面図である。
前述の実施形態においては印字中（制御部２５０により色温度が制御されている状態）におけるデューティ比（色温度）に吸収ピーク波長が対応する塗料を選定していたが、装置の始動直後のウォームアップ時（昇温時間）には、各光源２２０、２３０、２４０のデューティ比は１００％になる。このウォームアップ時には、前述に実施形態のように塗料（Ａ、Ｂ）の吸収ピーク波長がデューティ比５５％〜７０％に対応したものであると、発熱効率が低下する。そこで、図６及び図７に示すように、吸収ピーク波長がデューティ比１００％に対応する塗料Ｘも用いることにより、印字中とウォームアップ時の両方において発熱効率の向上を図ることができる。

すなわち、塗料膜３１０は、用紙Ｐの両端領域に対応する領域（Ｌ）において、図６に示すように、吸収ピーク波長が中央照射光源２２０の発光光の所定の色温度に対応する塗料Ａと、中央照射光源２２０の発光出力が最大（デューティ比１００％）であるときの発光光の色温度に吸収ピーク波長が対応する塗料Ｘとを、加熱ローラ２０１の内周面の周方向に交互に塗布して形成してもよい。

また、塗料膜３１０は、用紙Ｐの中央領域に対応する領域（Ｋ）では、図７に示すように、吸収ピーク波長が端部照射光源２３０、２４０の発光光の所定の色温度に対応する塗料Ｂと、端部照射光源２３０、２４０の発光出力が最大（デューティ比１００％）であるときの発光光の色温度に吸収ピーク波長が対応する塗料Ｘとを、加熱ローラ２０１の内周面の周方向に交互に塗布して形成してもよい。

このように、加熱ローラ２０１の周方向について、吸収ピーク波長が各光源２２０、２３０、２４０の発光光の所定の色温度に対応する塗料（Ａ、Ｂ）と、吸収ピーク波長が各光源２２０、２３０、２４０の発光出力が最大（デューティ比１００％）であるときの発光光の色温度に対応する塗料（Ｘ）とを交互に塗布することにより、各光源２２０、２３０、２４０の発光光が所定の色温度である状態から発光出力が最大である状態に亘ってデューティ比が変化しても、発熱効率の低下を防止することができ、印字中とウォームアップ時の両方において発熱効率の向上を図ることができる。

〔第３実施形態〕
図８は、第３実施形態の画像形成装置を示す縦断面図である。

画像形成装置１００においては、図８に示すように、画像形成部１０及び定着装置２００が筐体１０１内に収容され、筐体１０１内の空気を筐体１０１外に排出することによって筐体１０１内の冷却を行う送気手段が設けられている場合がある。図８に示す例では、筐体１０１内の熱を筐体１０１の背面側に放出するために、送気手段となる排気ファン４００が、筐体１０１の背面部に複数個設置されている。また、筐体１０１内の低圧電源、高圧電源、制御基板及び各種モータなどの冷却のために、送気手段となる冷却ファン４１０も筐体１０１の背面側に設置されており、筐体１０１内の熱が筐体１０１の背面側に放出される。

この画像形成装置１００においては、筐体１０１内の空気は、筐体１０１の正面側の隙間部から筐体１０１内に入り、後方に流れて、筐体１０１の背面側の排気口から筐体１０１外に排出される。このような空気の流れにより、筐体１０１内は、正面側よりも背面側が高温となる傾向がある。

図９は、第３実施形態の定着装置の加熱ローラを示す縦断面図である。

このように筐体１０１内の正面側よりも背面側が高温となる画像形成装置１００の定着装置２００においては、図９に示すように、塗料膜３１０を形成している塗料Ａ、Ｂ、Ｃは、送気手段により形成される空気流の下流側（背面側）よりも、空気流の上流側（正面側）のほうが、吸収ピーク波長が対応する色温度が高いもの（Ａ＞Ｂ＞Ｃ）となっていることが好ましい。

以下の〔表３〕に示すように、用紙Ｐの秤量が６０ｇ／ｍ^２で、サイズがＡ３である場合に、中央照射光源２２０の発光光の色温度は、デューティ比５５％〜１００％で、例えば、１４３０Ｋ〜２６００Ｋである。前端部照射光源２３０及び後端部照射光源２４０の色温度は、デューティ比５５％〜１００％で、例えば、１３２０Ｋ〜２４００Ｋである。

この定着装置２００においては、定着ローラ２０１の軸方向について均一な温度となるように、端部照射光源２３０、２４０は、前端部照射光源２３０と後端部照射光源２４０とで、異なるデューティ制御をする必要がある。このようなデューティ制御において、後端部照射光源２４０では、筐体１０１内の背面側の温度低下が少ないので、デューティ比は低くなることが多くなる。前端部照射光源２３０では、筐体１０１内の正面側の温度低下が大きいので、デューティ比は高くなることが多くなる。

塗料膜３１０をなす３種の塗料Ａ、Ｂ、Ｃの吸収ピーク波長は、各光源２２０、２３０、２４０の発光光の所定の色温度（制御部２５０により制御された色温度）にそれぞれ対応している。この実施形態において、後端部照射光源２４０は、デューティ比５５％に制御されることが多い。前端部照射光源２３０は、後端部照射光源２４０よりも高いデューティ比に制御されることが多い。

以下の〔表４〕は、それぞれの色温度（２６００Ｋ、２３００Ｋ、２０００Ｋ）の光を照射したときの、各塗料Ａ、Ｂ、Ｃと塗料Ｘとの昇温時間（秒）の比較である。短縮率は、塗料Ｘに対して、各塗料Ａ、Ｂ、Ｃにより昇温時間が短縮された率を示す。塗料Ａ、Ｂ、Ｃの選定は、〔表４〕に示すような昇温比較データを取得し、このデータに基づいて行うことができる。

なお、端部照射光源２３０、２４０は、光源の構造上、最大出力の上限が低くなる場合が多い。定着装置２００の熱容量によっては、各光源２２０、２３０、２４０の総最大出力を大きくする必要から、中央照射光源２２０の最大出力を大きくする場合が多い。すると結果的に、中央照射光源２２０の印字中のデューティ比は低くなる。

〔画像形成装置の動作例〕
次に、定着処理時における定着装置２００を含む画像形成装置１００の動作例について説明する。

図１０は、定着処理時における画像形成装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。

図１０に示すように、制御部２５は、ステップｓｔ１で動作を開始すると、ステップｓｔ２で定着処理を開始する。次に、ステップｓｔ３で各光源２２０、２３０、２４０の発光光照射により加熱ローラ２０１を加熱し、加熱ローラ２０１上の用紙Ｐの各箇所の温度を検出する。

次のステップｓｔ４では、各光源２２０、２３０、２４０の発光光照射による用紙Ｐの目標温度と各箇所の検出温度との温度差から、各光源２２０、２３０、２４０ごとにデューティ比を算出する。各光源２２０、２３０、２４０ごとに温度差が異なっていれば、各光源２２０、２３０、２４０のデューティ比は互いに異なるものとなる。なお、デューティ比の算出には、過去の温度履歴より算出するＰＩ制御のような方法を用いてもよい。

次のステップｓｔ５では、記憶部２５２に記憶されているテーブルに基づいて、各光源２２０、２３０、２４０ごとに点灯パターンを設定する。

次のステップｓｔ６では、設定した点灯パターンに基づいて、各光源２２０、２３０、２４０ごとに点灯を制御し、ステップｓｔ７で処理を終了する。

図１１は、図１０に示した画像形成装置１００の動作をさらに詳細に示すフローチャートである。

さらに詳細な一例を説明すると、図１１に示すように、制御部２５は、ステップｓｔ１１で温度調整を開始すると、次のステップｓｔ１２で用紙Ｐの中央及び端部の温度を検出する。用紙Ｐの中央及び端部（各光源２２０、２３０、２４０）で検出温度が異なっていれば、以下のステップｓｔ１３以降の処理は中央及び端部ごと（各光源２２０、２３０、２４０ごと）に行い、中央及び端部ごと（各光源２２０、２３０、２４０ごと）に異なるステップに進む。

次のステップｓｔ１３では、目標温度から検出温度を引いた温度差が２０℃以上か（検出温度が目標温度より２０℃以上低いか）を判別し、２０℃以上であればステップｓｔ１４に進み、２０℃未満であればステップｓｔ１６に進む。

ステップｓｔ１４では、制御値として１００％を選定又は算出し、ステップｓｔ１５に進んでデューティ比１００％で点灯させ、ステップｓｔ２に戻る。

ステップｓｔ１６では、目標温度から検出温度を引いた温度差が７℃以上か（検出温度が目標温度より７℃以上低いか）を判別し、７℃以上であればステップｓｔ１７に進み、７℃未満であればステップｓｔ１９に進む。

ステップｓｔ１７では、制御値として８０％を選定又は算出し、ステップｓｔ１８に進んでデューティ比８０％で点灯させ、ステップｓｔ２に戻る。

ステップｓｔ１９では、目標温度から検出温度を引いた温度差が２℃以上か（検出温度が目標温度より２℃以上低いか）を判別し、２℃以上であればステップｓｔ２０に進み、２℃未満であればステップｓｔ２２に進む。

ステップｓｔ２０では、制御値として６６．７％を選定又は算出し、ステップｓｔ２１に進んでデューティ比６６．７％で点灯させ、ステップｓｔ２に戻る。

ステップｓｔ２２では、目標温度から検出温度を引いた温度差が０℃〜２℃未満か（検出温度が目標温度より２℃未満低いか）を判別し、０℃〜２℃未満であればステップｓｔ２３に進み、０℃〜２℃未満でなければステップｓｔ２５に進む。

ステップｓｔ２３では、制御値として４０％を選定又は算出し、ステップｓｔ２４に進んでデューティ比４０％で点灯させ、ステップｓｔ２に戻る。

ステップｓｔ２５では、目標温度から検出温度を引いた温度差が２℃未満か（検出温度が目標温度より２℃未満高いか）を判別し、２℃未満であればステップｓｔ２６に進み、２℃未満でなければステップｓｔ２８に進む。

ステップｓｔ２６では、制御値として２０％を選定又は算出し、ステップｓｔ２７に進んでデューティ比２０％で点灯させ、ステップｓｔ２に戻る。

ステップｓｔ２８では、目標温度から検出温度を引いた温度差が２℃以上（検出温度が目標温度より２℃以上高い）と判断し、ステップｓｔ２９に進む。

ステップｓｔ２９では、制御値として０％を選定又は算出し、ステップｓｔ３０に進んで消灯させ、ステップｓｔ２に戻る。

上述の各実施形態では、カラー画像を形成する画像形成装置１００に本発明を適用した例について説明したが、モノクロ画像を形成する画像形成装置についても本発明を適用することができる。その他、以上の実施形態の説明における具体的な構成、形状、材質、動作及び数値等は、本発明を説明するための例示に過ぎず、これらによって本発明が限定的に解釈されることがあってはならない。

１０ 画像形成部
２０ 給紙部
３０ ループローラ対
６０ 自動用紙反転搬送ユニット
７０ 操作表示部
８０ 自動原稿搬送部
９０ 画像読取部
１００ 画像形成装置
２００ 定着装置
２２０ 中央照射光源
２２２ 温度センサ（温度検出部）
２３０、２４０ 端部照射光源
２２２、２３２ 温度センサ（温度検出部）
２５０ 制御部
２６０，２７０、２８０ スイッチ
３１０ 塗料膜
４００ 排気ファン
４１０ 冷却ファン

Claims (9)

1. 搬送される用紙の中央領域に対向して配置された中央照射光源と、
   前記用紙の両端領域に対向して配置された端部照射光源と、
   前記各光源と前記用紙との間に配置された塗料膜と、
   前記各光源に電源を接続させるオン状態と該接続を解除するオフ状態とを、前記各光源ごとに個別に切替えるスイッチ手段と、
   前記用紙の中央領域及び両端領域の温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段による検出結果に応じて前記スイッチ手段を制御し、前記オン状態と前記オフ状態との切替えを連続的に行って、前記中央照射光源及び前記端部照射光源の発光光をそれぞれ所定の色温度に制御する制御手段とを備え、
   前記塗料膜は、異なる２種以上の塗料からなり、前記用紙の中央領域に対応する領域と前記用紙の両端領域に対応する領域とで吸収ピーク波長が異なっており、該吸収ピーク波長が前記各光源の発光光の前記所定の色温度にそれぞれ対応していることを特徴とする定着装置。
2. 前記塗料膜の吸収ピーク波長は、前記各光源の発光出力が最大であるときの発光光の色温度以下の色温度に対応していることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 軸回りに回転可能な中空のローラであって、前記用紙が外周面の所定角度範囲に巻回されて搬送される加熱ローラを備え、
   前記各光源は、前記加熱ローラ内に配置され、
   前記塗料膜は、前記加熱ローラの内周面に塗料が塗布されて形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
4. 前記塗料膜は、
   前記用紙の中央領域に対応する領域では、吸収ピーク波長が前記中央照射光源の発光光の前記所定の色温度に対応する塗料と、前記中央照射光源の発光出力が最大であるときの発光光の色温度に吸収ピーク波長が対応する塗料とが、前記加熱ローラの内周面の周方向に交互に塗布されて形成されており、
   前記用紙の両端領域に対応する領域では、吸収ピーク波長が前記端部照射光源の発光光の前記所定の色温度に対応する塗料と、前記端部照射光源の発光出力が最大であるときの発光光の色温度に吸収ピーク波長が対応する塗料とが、前記加熱ローラの内周面の周方向に交互に塗布されて形成されていることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
5. 前記電源は交流電源であって、
   前記交流電源の交流波形位相を検出するゼロクロス検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記オン状態と前記オフ状態との切替えを、前記ゼロクロス検出手段による検出結果に応じて、前記交流波形の半周期の整数倍である時間ごとに行うことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の定着装置。
6. 前記制御手段は、前記オン状態と前記オフ状態との切替えを、前記交流波形のゼロクロス時に行うことを特徴とする請求項５記載の定着装置。
7. 用紙に画像を形成する画像形成部と、
   請求項１〜６の何れかに記載の定着装置とを備え、
   前記画像形成部において画像が形成された用紙が前記定着装置に搬送されることを特徴とする画像形成装置。
8. 前記画像形成部及び前記定着装置を収容する筐体と、
   前記筐体内の空気を筐体外に排出することによって該筐体内の冷却を行う送気手段とを備え、
   前記塗料膜を形成している塗料は、前記送気手段により形成される空気流の下流側よりも、該空気流の上流側のほうが、吸収ピーク波長が対応する色温度が高いことを特徴とする請求項７記載の画像形成装置。
9. 前記用紙の種類、坪量及び搬送速度に応じて、前記塗料膜を形成する塗料が選定されていることを特徴とする請求項７又は８記載の画像形成装置。

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