JP3784681B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の幅を有する画像形成シートに対してトナーを定着させる定着装置、及び複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、定着ローラ、定着ベルトなどの定着部材に加圧ローラ、加圧ベルト、加圧パッドなどの加圧部材を圧接し、転写紙などのシートが定着部材と加圧部材との間を通過する時に該シート上のトナーを加熱及び加圧によりシートに定着させる加熱定着装置が用いられている。加熱定着装置でも最も一般的なものが、定着ローラが内面から輻射ヒータで加熱されることで温度及び圧力による定着に必要な伝熱とシートの搬送を兼ねる方式のものである。
【０００３】
実開昭６３−１５０９６７号公報には、電子写真プロセスによって転写紙上に転写された可視像を加熱手段により定着させる定着装置において、交流電源によって駆動される第１のヒータと、充電手段によって充電されるバッテリーにより駆動される第２のヒータとを設けたことを特徴とする定着装置が記載されている。
【０００４】
特開平３−５７７９号公報には、メインヒータ及びサブヒータを内蔵した加圧ローラを有する熱定着装置を備えた作像装置であって、前記メインヒータの加熱を行うメイン電源と、メイン電源のオン・オフを切換える第１の切換手段と、前記サブヒータの加熱を行う蓄電池と、蓄電池の充電を行う充電手段と、蓄電池とサブヒータとの接続及び蓄電池と充電手段との接続を切換える第２の切換手段と、前記加圧ローラの温度を検知する温度検出手段と、温度検出手段の検出結果に基づき、前記第１、第２の切換手段の制御を行う制御手段とを具備し、前記メイン電源により加熱される前記加熱ローラの温度が定着性に関連付けた基準温度に迄低下すると、前記蓄電池を介して前記サブヒータの加熱を行う一方、基準温度より高くなると、サブヒータの加熱を停止するようにしたことを特徴とする作像装置が記載されている。
【０００５】
特開平３−３６５７９号公報には、ヒータ駆動手段を介して電力の供給を受けることによって発熱するヒータを有する定着装置用の加熱装置において、上記ヒータ駆動手段は、充電可能な蓄電池と、商用電源に接続されて該蓄電池を充電する充電器とを備え、上記ヒータは、商用電源から電力の供給を受ける主ヒータと、上記蓄電池から電力の供給を受ける補助のヒータを有しており、上記蓄電池は、上記充電器と充電回路を形成するような接続形態、または、上記補助のヒータと放電回路を形成する接続形態のいずれかに切換可能に配設されていることを特徴とする定着装置用の加熱装置が記載されている。
【０００６】
特開２０００−９８７９９号公報には、電力の供給を受けることによって発熱するヒータと、このヒータに電力を供給するヒータ駆動手段とを有する定着装置用加熱装置において、上記ヒータ駆動手段は、充電可能な蓄電池と、商用電源から給電され前記蓄電池を充電する充電器とを備え、前記ヒータは商用電源から電力の供給を受ける主ヒータと、前記蓄電池から電力の供給を受ける補助ヒータとを有し、前記蓄電池の充電を前記主ヒータの消灯時に行うことを特徴とする定着装置用加熱装置が記載されている。
【０００７】
特開２０００−３１５５６７号公報には、加熱部と主電源装置と補助電源装置とを有し、加熱部は発熱体を有し主電源装置と補助電源装置から供給される電力により発熱する加熱装置において、補助電源装置としてコンデンサを用いることを特徴とする加熱装置が記載されている。
【０００８】
特開２０００−６６９２６号公報には、トナー像担持体上のトナー像を加熱して前記トナー像担持体に定着させる定着手段と、この定着手段にエネルギーを供給する主電源と、前記定着手段に補助的なエネルギーの供給を行う補助電源とを有する画像形成装置において、前記補助電源は画像形成装置本体に対して着脱可能であることを特徴とする画像形成装置が記載されている。
【０００９】
図１２は蓄電装置を用いていない従来の定着装置を示す。この定着装置は、発熱領域が単一であるもの、すなわち、比較的低速のもの、あるいは通紙される転写紙等の画像形成シート（トナー画像が形成されたシート）の幅がほぼ一定に限られているものである。この定着装置では、例えば定着ローラに加圧ローラが一定の圧力で押し当てられ、ヒータ１により定着ローラが内部から加熱される。
【００１０】
定着ローラの表面温度が温度センサ２により検知され、この温度センサ２からの検知信号は入力回路３を介してＣＰＵ４に取り込まれる。ヒータ１は交流電源である商用電源５からドライバ６を介して通電され、ＣＰＵ４は温度センサ２からの検知信号に基づいて定着ローラの表面温度が設定温度に維持されるようにドライバ６を制御する。
【００１１】
この定着装置では、幅の狭い画像形成シートが連続して通紙されると、定着ローラ及び加圧ローラのニップ部における画像形成シートが通らない部分はヒータ１による加熱で熱が蓄積されるために異常な高温となり、寿命が極端に短くなってしまうなどの不具合が生じることが知られている。この現象は非通紙部温度上昇と呼ぶ。
【００１２】
図１３は蓄電装置を用いた従来の定着装置を示す。この定着装置では、図１２に示す定着装置において、蓄電装置７やヒータ８、充電器９、スイッチ１０が追加されている。ＣＰＵ４は、待機時であるか使用時であるかに応じてスイッチ１０を切り換えることにより蓄電装置７を充電装置９又はヒータ８に切り換え接続する。
【００１３】
待機時には、スイッチ１０が蓄電装置７を充電器９に切り換え接続し、充電器９が商用電源５からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置７に印加することにより蓄電装置７を充電する。使用時には、スイッチ１０が蓄電装置７をヒータ８に切り換え接続し、蓄電装置７からヒータ８に放電されてヒータ８が直流電流により駆動される。したがって、立ち上がり時には、定着ローラはヒータ１、８で加熱されることにより温度が設定温度まで急速に上昇する。
【００１４】
図１４は蓄電装置を用いていない従来の定着装置を示す。この定着装置は、複数の発熱領域を有するもの、すなわち、比較的高速のもの、あるいは種々の幅の画像形成シートが通紙されるものである。この定着装置では、発光範囲が異なるヒータ１１、１２を有し、これらのヒータ１１、１２は例えば定着ローラの中央部と両端部とをそれぞれ内側から加熱する。
【００１５】
温度センサ１３、１４は定着ローラにおいてヒータ１１のみで加熱される部分、ヒータ１２のみで加熱される部分の各温度をそれぞれ検知し、これらの温度センサ１３、１４からの検知信号は入力回路１５を介してＣＰＵ１６に取り込まれる。ヒータ１１、１２は交流電源である商用電源１７からドライバ１８、１９を介して通電され、ＣＰＵ１６はウォームアップ時にはヒータ１１のみがオンするようにドライバ１８、１９を制御する。したがって、ウォームアップ時にはヒータ１１により定着ローラの中央部のみが加熱される。また、ＣＰＵ１６はウォームアップ後には温度センサ１３、１４からの各検知信号に基づいて定着ローラの中央部と両端部の各表面温度がそれぞれ設定温度に維持されるようにドライバ１８、１９を制御する。
【００１６】
また、ＣＰＵ１６は通紙される画像形成シートの幅に応じてドライバ１８、１９にヒータ１１のみをオン／オフさせて他のヒータ１２をオフさせ、又はヒータ１１、１２の両方をオン／オフさせる。従って、幅の狭い画像形成シートが連続的に通紙される場合は、それに応じたヒータ１１のみが用いられることで、上述の非通紙部温度上昇を低減できる。
【００１７】
図１５は蓄電装置を用いた従来の定着装置を示す。この定着装置では、図１４に示す定着装置において、蓄電装置２０やヒータ２１、充電器２２、スイッチ２３が追加されている。ＣＰＵ１６は、待機時であるか使用時であるかに応じてスイッチ２３を切り換えることにより蓄電装置２０を充電装置２２又はヒータ２１に切り換え接続する。
【００１８】
待機時には、スイッチ２３が蓄電装置２０を充電器２２に切り換え接続し、充電器２２が商用電源１７からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置２０に印加することにより蓄電装置２０を充電する。使用時には、スイッチ２３が蓄電装置２０をヒータ２１に切り換え接続し、蓄電装置２０からヒータ２１に放電されてヒータ２１が直流電流により駆動される。したがって、立ち上がり時には、定着ローラはヒータ１１、２１で加熱されることにより温度が設定温度まで急速に上昇する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
加熱定着装置で最も一般的なものは、定着ローラが内面から輻射ヒータで加熱されることで温度及び圧力による定着に必要な伝熱とシートの搬送を兼ねる方式のものである。
ところが、この加熱定着装置では、定着ローラの熱容量が大きく、ウォームアップ時間が長いという欠点がある。従来は４０〜３００秒といった長いウォームアップ時間のものが多く、そのため、予熱により定着ローラの温度を定着時に必要な温度近辺に維持しておく必要があり、未使用時に多くのエネルギーを消費してしまう。
【００２０】
最大でもウォームアップ時間が３０秒程度であれば、ユーザは若干の待ち時間で定着装置を有する画像形成装置を使うことができる。これは、国際エネルギースター規格でも、３０秒で使用可能な待機モードを規定していることからも言及できる。
【００２１】
さらに、ウォームアップ時間が１０秒程度であれば、予熱無しか従来に比べて極めて低温の予熱でユーザがほとんど不便なく画像形成装置を使用できる。これは、国連の下部組織ＩＥＡ（国際エネルギー機関）が主催したＤＳＭプログラム“Ｃopier of the Ｆuture”において１０秒で使用可能となる復帰時間を規定していることからも言及できる。
【００２２】
そこで、定着ローラの低熱容量化が試みられ、肉厚０．５ｍｍ以下などの定着ローラの使用により、ウォームアップ時間の短縮が可能となっている。更なるウォームアップ時間の短縮には、定着ローラを加熱するヒータへより多くの電力を投入できればよいが、一般的な商用電源は１００Ｖ、１５Ａであり、この範囲で商用電源から画像形成装置のヒータ、紙搬送系、画像形成部、制御部へ電力を供給する必要がある。これ以上の電力は大型の画像形成装置では使用されているが、この大型の画像形成装置は商用電源から大きな電力を得るための電源工事が必要になったり使用個所が限定されたりしてしまう。
【００２３】
これらの問題を解消するため、蓄電装置（主に大容量コンデンサ）を用いて商用電源の限界にとらわれずに、急速なウォームアップを行うことを狙った様々な定着装置が提案されているが、図１２、図１４に示すような従来の輻射ヒータを用いた定着装置において、図１３、図１５に示すように蓄電装置専用に輻射ヒータ８、２１などを追加した場合には以下の問題点▲１▼、▲２▼がある。
▲１▼輻射ヒータは自らのウォームアップにエネルギーを多く消費するため、短時間の使用にあたってはその分のエネルギーも蓄電装置に蓄えなくてはならず、蓄電装置が大型化する。
▲２▼蓄電装置専用に輻射ヒータを追加することは、小径の定着ローラではスペース的に困難であり、定着ローラの薄肉化とともに低熱量化に有効な定着ローラ小径化との相乗効果を発揮することができない。
【００２４】
本発明は、蓄電装置専用にヒータを増やす必要がなくて熱源の熱容量増加を招くことがなく、ウォームアップ時間をさらに短縮することができる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、複数の幅を有するシートに対してトナーを定着させる定着装置において、メインヒータと、サブヒータと、幅狭のシートが通される場合は、前記メインヒータに商用電源から電力を供給し、幅広のシートが通される場合は、前記メインヒータと前記サブヒータを直列に接続してこれらに前記商用電源から電力を供給し、ウォームアップ時には、前記メインヒータ及び前記サブヒータのいずれか一方に前記商用電源から電力を供給し、前記メインヒータ及び前記サブヒータの他方に蓄電装置から電力を供給する制御を行う制御手段と、を備えるものである。
【００２６】
請求項２に係る発明は、複数の幅を有するシートに対してトナーを定着させる定着装置において、メインヒータと、サブヒータと、幅狭のシートが通される場合は、前記メインヒータに商用電源から電力を供給し、幅広のシートが通される場合は、前記メインヒータと前記サブヒータを直列に接続してこれらに前記商用電源から電力を供給し、ウォームアップ時には、電源投入直後の所定の時間が経過するまでは前記メインヒータと前記サブヒータを直列に接続してこれらに前記商用電源から電力を供給し、前記所定の時間が経過した後、前記メインヒータ及び前記サブヒータのいずれか一方に前記商用電源から電力を供給し、前記メインヒータ及び前記サブヒータの他方に蓄電装置から電力を供給する制御を行う制御手段と、を備えるものである。
【００２７】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の定着装置において、前記メインヒータは前記複数の幅を有するシートのうち幅の狭いシートが通る部分を主な発光範囲に含む輻射ヒータであって前記サブヒータは前記複数の幅を有するシートのうち前記幅の狭いシートが通る部分を主な発光範囲に含まない輻射ヒータであるものである。
【００２８】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の定着装置において、前記蓄電装置が電気二重層コンデンサであるものである。
【００２９】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の定着装置を備えたものである。
【００３０】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の画像形成装置において、前記蓄電装置が電気二重層コンデンサであり、該電気二重層コンデンサの寿命を検知した場合には、警告表示装置により警告し、もしくは前記電気二重層コンデンサへの通電回路を遮断するものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図５は本発明の第１実施形態の概略を示す。この第１実施形態の定着装置では、定着部材としての定着ローラ２４にシリコンゴム等の弾性部材からなる加圧部材としての加圧ローラ２５が図示しない加圧手段により一定の加圧力で押し当てられている。定着部材と加圧部材は、一般的にローラであることが多いので、図５にはローラで示したが、いずれか一方又は両方がローラに限らずに無端ベルトなどを使用してもよい。
【００３４】
この定着装置は電力の供給を受けることによって発熱する発熱源としてのメインヒータ２６及びサブヒータ２７を有する。メインヒータ２６は、画像形成シートとしての用紙の搬送基準を主な発光範囲に含む輻射ヒータであり、定着ローラ２４の中央部（幅の狭い用紙２９が通る部分）を加熱するように設けられる。サブヒータ２７は、用紙の搬送基準を主な発光範囲に含まない輻射ヒータであり、定着ローラ２４の両端部を加熱するように設けられる。幅の広い用紙２９は定着ローラ２４上の中央部及び両端部を通る。メインヒータ２６及びサブヒータ２７は、幅の異なる複数の用紙上のトナー画像を定着する時にそれぞれ用いられる。
【００３５】
ここに、用紙の搬送基準は、用紙の中央を幅方向中央の基準に合わせて搬送する中央基準であるが、用紙の一端を幅方向端部基準に合わせて搬送する端部基準としてもよい。用紙の搬送基準が端部基準である場合には、メインヒータ２６は用紙の搬送基準を主な発光範囲に含む輻射ヒータとするとともに、サブヒータ２７は用紙の搬送基準を主な発光範囲に含まない輻射ヒータとし、メインヒータ２６及びサブヒータ２７が定着ローラ２４の異なる部分を加熱するように設けられる。
【００３６】
メインヒータ２６は幅狭のサイズの用紙上のトナー画像を定着する時に用いられ、サブヒータ２７は幅広のサイズの用紙上のトナー画像を定着する時に用いられる。なお、本実施形態の定着装置に通紙される用紙の幅が３つ以上の幅である場合には、サブヒータ２７が複数設けられ、メインヒータ２６及び複数のサブヒータ２７は発光範囲が定着ローラ２４の幅方向（軸方向）に互いに異なるように設けられて用紙の幅（サイズ）に応じて選択的に使用される。
【００３７】
メインヒータ２６及びサブヒータ２７は定着ローラ２４の内部に配置されて定着ローラ２４を内側から加熱する。定着ローラ２４及び加圧ローラ２５は図示しない駆動機構により回転駆動される。トナー２８を担持した用紙２９は、定着ローラ２４と加圧ローラ２５のニップ部を通過する際に、定着ローラ２４と加圧ローラ２５による加熱及び加圧でトナー２８が定着される。温度センサ３０、３１は定着ローラ２４においてメインヒータ２６のみで加熱される部分、サブヒータ２７のみで加熱される部分の各温度をそれぞれ検知する。
【００３８】
図１〜図４は本実施形態のウォームアップ時、幅狭の用紙が通紙される時、幅広の用紙が通紙される時、待機時の各回路接続状態を示す。なお、図２〜図４は温度制御に関する部分が省略されている。また、各図において、太線は電気的に大電流が流れている部分を示し、細線は電気的に大電流が流れていない部分を示す。
【００３９】
温度センサ３０、３１は定着ローラ２４においてメインヒータ２６のみで加熱される部分、サブヒータ２７のみで加熱される部分の各温度をそれぞれ検知し、これらの温度センサ３０、３１からの検知信号は入力回路３２を介して制御手段としてのＣＰＵ３３に取り込まれる。メインヒータ２６は交流電源である商用電源３４からドライバ３５を介して通電され、ＣＰＵ３３は温度センサ３０、３１からの各検知信号に基づいて定着ローラ２４の中央部（または中央部及び両端部）の表面温度が設定温度になるようにドライバ３５を制御する。また、ドライバ３６及びスイッチＳ１〜Ｓ３はＣＰＵ３３により制御され、充電器３７は商用電源３４からドライバ３６を介して入力される交流電力を直流電力に変換してスイッチＳ１を介して蓄電装置３８に印加することにより蓄電装置３８を充電する。蓄電装置３８は、例えば大容量のコンデンサが用いられ、スイッチＳ１によりサブヒータ２７に接続されると、サブヒータ２７に放電してサブヒータ２７が直流電流により駆動する。
【００４０】
待機時には、図４に示すように、スイッチＳ１により充電器３７が蓄電装置３８に接続され、ドライバ３６は商用電源３４からの交流電力を充電器３７に供給する。充電器３７は、商用電源３４からドライバ３６を介して入力される交流電力を直流電力に変換してスイッチＳ１を介して蓄電装置３８に印加することにより蓄電装置３８を充電する。
【００４１】
ウォームアップ時には、図１に示すように、メインヒータ２６は、商用電源３４からの交流電力がドライバ３５及びスイッチＳ２を介して供給され、定着ローラ２４の中央部を加熱する。また、サブヒータ２７は、蓄電装置３８からスイッチＳ１を介して直流電流が供給され、定着ローラ２４の両端部を加熱する。従って、定着ローラ２４は、商用電源３４及び蓄電装置３８からの電力によりメインヒータ２６及びサブヒータ２７で加熱されて設定温度まで急速に立ち上がる。
【００４２】
幅の狭い用紙２９が本実施形態の定着装置に通紙される時には、図２に示すように、メインヒータ２６は、商用電源３４からの交流電力がドライバ３５及びスイッチＳ２を介して供給され、幅の狭い用紙２９が通る定着ローラ２４の中央部を加熱する。したがって、幅の狭い用紙２９は、定着ローラ２４及び加圧ローラ２５のニップ部における中央部を通ることで、全面的にトナー画像が定着される。
【００４３】
幅の広い用紙２９が本実施形態の定着装置に通紙される時には、図３に示すように、メインヒータ２６及びサブヒータ２７は、商用電源３４にスイッチＳ２及びドライバ３５を介して直列に接続され、商用電源３４からの交流電力がドライバ３５及びスイッチＳ２を介して供給され、定着ローラ２４の中央部及び両端部を加熱する。したがって、幅の広い用紙２９は、定着ローラ２４及び加圧ローラ２５のニップ部における中央部及び両端部を通ることで、全面的にトナー画像が定着される。
【００４４】
図１〜図４の各状態のうち図３の状態では、メインヒータ２６及びサブヒータ２７が直列に接続されるので、商用電源３４に接続されるヒータの抵抗が最も大きくなり、ヒータに大電流が流れにくくなることが分かる。メインヒータ２６及びサブヒータ２７は輻射ヒータであるが、輻射ヒータは、フィラメントが２０００Ｋ度程度に上昇して輻射熱を発生するため、室温時（待機時）のフィラメントが２０００Ｋ時に比べてきわめて低い抵抗になるので、温度が低い時に突入電流が発生することが知られている。
【００４５】
そこで、ＣＰＵ３３は、ウォームアップ時には、電源投入から所定の時間、例えば０．５秒から１秒程度、望ましくは０．５秒以下の時間が経過するまでは図３の状態になるようにスイッチＳ１〜Ｓ３及びドライバ３５、３６を制御し、その後のウォームアップ中には図１の状態になるようにスイッチＳ１〜Ｓ３及びドライバ３５、３６を制御する。このため、ウォームアップ時には、電源投入から所定の時間が経過するまではメインヒータ２６及びサブヒータ２７が直列に接続されて突入電流が低減される。
【００４６】
この第１実施形態によれば、発光分布が異なるメインヒータ２６及びサブヒータ２７を備え、ウォームアップ時にはメインヒータ２６及びサブヒータ２７のどちらか一方には商用電源３４から通電して他方には蓄電装置３８から通電するので、蓄電装置専用にヒータを増やす必要がなくて熱源の熱容量増加を招くことがなく、ウォームアップ時間をさらに短縮することができる。
【００４７】
また、第１実施形態によれば、発光分布が異なるメインヒータ２６及びサブヒータ２７を備え、ウォームアップ時にはメインヒータ２６には商用電源３４から通電してサブヒータ２７には蓄電装置３８から通電するので、蓄電装置専用にヒータを増やす必要がなくて熱源の熱容量増加を招くことがなく、ウォームアップ時間をさらに短縮することができる。
【００４８】
また、第１実施形態によれば、ウォームアップ後にはメインヒータ２６及びサブヒータ２７に商用電源３４から通電するので、通紙時には商用電源からヒータへの通電で長時間安定したヒータの発熱が可能となる。
【００４９】
また、第１実施形態によれば、ウォームアップ後には、メインヒータ２６及びサブヒータ２７を直列に接続して商用電源３４から直列に接続したメインヒータ２６及びサブヒータ２７に通電するので、通紙時には商用電源からヒータへの通電で長時間安定したヒータの発熱が可能となる。
【００５０】
また、第１実施形態によれば、ウォームアップ時には電源投入直後の所定の時間が経過するまではメインヒータ２６及びサブヒータ２７を直列に接続して商用電源３４から直列に接続したメインヒータ２６及びサブヒータ２７に通電するので、輻射ヒータ特有の電源投入直後の突入電流を軽減することができ、突入電流による周囲の機器への電圧低下などの悪影響を低減できる。
【００５１】
また、第１実施形態によれば、メインヒータ２６は用紙の搬送基準を主な発光範囲に含む輻射ヒータであってサブヒータ２７は用紙の搬送基準を主な発光範囲に含まない輻射ヒータであり、幅狭の用紙が通される場合にはメインヒータ２６のみに通電して該通電の制御により温度制御を行い、幅広の用紙が通される場合にはメインヒータ２６及びサブヒータ２７に通電して該通電の制御により温度制御を行うので、用紙の通紙幅に合わせて発熱幅を制御することができて非通紙部温度上昇が発生せず、安全で長期の使用が可能となる。
【００５２】
図６〜図９は本発明の第２実施形態のウォームアップ時、幅狭の用紙が通紙される時、幅広の用紙が通紙される時、待機時の各回路接続状態を示す。なお、図７〜図９は温度制御に関する部分が省略されている。この第２実施形態の定着装置では、上記第１実施形態において、メインヒータ２６とサブヒータ２７は入れ替わるように接続されている。
【００５３】
待機時には、第１実施形態と同様に図９に示すように、スイッチＳ１により充電器３７が蓄電装置３８に接続され、ドライバ３６は商用電源３４からの交流電力を充電器３７に供給する。充電器３７は、商用電源３４からドライバ３６を介して入力される交流電力を直流電力に変換してスイッチＳ１を介して蓄電装置３８に印加することにより蓄電装置３８を充電する。
【００５４】
ウォームアップ時には、図６に示すように、サブヒータ２７は、商用電源３４からの交流電力がドライバ３５及びスイッチＳ２を介して供給され、定着ローラ２４の両端部を加熱する。また、メインヒータ２６は、蓄電装置３８からスイッチＳ１を介して直流電流が供給され、定着ローラ２４の中央部を加熱する。従って、定着ローラ２４は、商用電源３４及び蓄電装置３８からの電力によりメインヒータ２６及びサブヒータ２７で加熱されて設定温度まで急速に立ち上がる。
【００５５】
幅の狭い用紙２９が本実施形態の定着装置に通紙される時には、図７に示すように、充電器３７は商用電源３４からドライバ３６を介して供給される交流電力を直流電力に変換してスイッチＳ１を介してメインヒータ２６に供給し、メインヒータ２６は幅の狭い用紙２９が通る定着ローラ２４の中央部を加熱する。したがって、幅の狭い用紙２９は、定着ローラ２４及び加圧ローラ２５のニップ部における中央部を通ることで、全面的にトナー画像が定着される。
【００５６】
幅の広い用紙２９が本実施形態の定着装置に通紙される時には、図８に示すように、メインヒータ２６及びサブヒータ２７は、商用電源３４にスイッチＳ２及びドライバ３５を介して直列に接続され、商用電源３４からの交流電力がドライバ３５及びスイッチＳ２を介して供給され、定着ローラ２４の中央部及び両端部を加熱する。したがって、幅の広い用紙２９は、定着ローラ２４及び加圧ローラ２５のニップ部における中央部及び両端部を通ることで、全面的にトナー画像が定着される。
【００５７】
図６〜図９の各状態のうち図８の状態では、メインヒータ２６及びサブヒータ２７が直列に接続されるので、商用電源３４に接続されるヒータの抵抗が最も大きくなり、ヒータに大電流が流れにくくなる。メインヒータ２６及びサブヒータ２７は、輻射ヒータであり、上述のように温度が低い時に突入電流が発生する。
【００５８】
そこで、ＣＰＵ３３は、ウォームアップ時には、電源投入から所定の時間、例えば０．５秒から１秒程度（望ましくは０．５秒以下）が経過するまでは図８の状態になるようにスイッチＳ１〜Ｓ３及びドライバ３５、３６を制御し、その後のウォームアップ中には図６の状態になるようにスイッチＳ１〜Ｓ３及びドライバ３５、３６を制御する。このため、ウォームアップ時には、電源投入から所定の時間が経過するまではメインヒータ２６及びサブヒータ２７が直列に接続されて突入電流が低減される。
この第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様な効果得られる。
【００５９】
図１０は本発明の第３実施形態を示す。この第３実施形態の画像形成装置では、図示しない駆動部により矢印方向に回転される像担持体としてのドラム状感光体１０１の周りには、帯電手段１０２、クリーニング手段１０３、感光体１０１上の静電潜像を顕像化する現像手段としての現像スリーブ１０５を含む現像部１０７、及び転写手段１０６が配置されている。
【００６０】
感光体１０１は、帯電手段１０２により一様に帯電された後に書き込み手段（露光手段）としてのレーザ光学系１４０からのレーザ光Ｌで露光されて静電潜像が形成され、現像部１０７により静電潜像が現像されてトナー像となる。この感光体１０１上のトナー像は後述のように用紙Ｐへ転写され、感光体１０１はトナー像転写後にクリーニング手段１０３によりクリーニングされる。したがって、帯電手段１０２、レーザ光学系１４０、現像部１０７は感光体１０１上にトナー像を形成する画像形成手段を構成している。
【００６１】
装置下部には矢印ａ方向に着脱可能な給紙カセット１１０を有する給紙装置が設けられている。給紙カセット１１０内に収容された用紙からなるシートＰは、中板１１１で支えられ、図示しないスプリングの力によってアーム１１２を介して給紙ローラ１１３に押し付けられている。給紙ローラ１１３が回転することによって給紙カセット１１０内の最上紙は、図示しない制御部から指令が発せられて給紙ローラ１１３が回転することによって給紙され、分離パッド１１４で重送を防止されながら下流側のレジストローラ対１１５まで搬送される。
【００６２】
装置右側には操作面が配置されており、操作パネル１３０が外装部１３１の上部前面（図６の装置上右側）で突き出ている。また、給紙トレイ１３２がピン１３３により回動可能に取り付けられ、給紙トレイ１３２内の最上位の用紙からなるシートは給紙ローラにより給紙されて分離パッドで重送を防止されながら下流側のレジストローラ対１１５まで搬送される。給紙カセット１１０、１３２内の用紙はいずれか一方が選択的に給紙される。
【００６３】
レジストローラ対１１５は、搬送されてきた用紙Ｐを感光体１０１上の画像（トナー像）と同期するようにタイミングをとって転写手段１０６に向けて送り出す。転写手段１０６はレジストローラ対１１５から送られてきた用紙Ｐへ感光体１０１上の画像を転写し、この画像の転写された用紙Ｐは定着装置１１６に搬送される。定着装置１１６は、上述した第１実施形態の定着装置または第２実施形態の定着装置が用いられ、用紙Ｐ（上記用紙２９）上のトナーを加熱及び加圧により用紙Ｐに定着させる。
【００６４】
定着装置１１６からの定着済みの用紙Ｐは、排紙ローラ対１２０によって画像面を下にして排紙口１２１より排紙トレイ１２２上に排出されてスタックされる。排出される用紙のサイズに対応するため、排紙補助トレイ１２５は矢印ｂ方向にスライド可能となっている。図中左側に配置されたケース１３４内には、電源回路１３５やプリント板１３６（エンジンドライバーボード）等の電装・制御装置が収納され、コントローラボード１３７も収納されている。
この第３実施形態によれば、定着装置１１６として上述した第１実施形態の定着装置または第２実施形態の定着装置を用いたので、蓄電装置専用にヒータを増やす必要がなくて熱源の熱容量増加を招くことがなく、ウォームアップ時間をさらに短縮することができる。
【００６５】
本発明の第４実施形態では、上記第３実施形態において、図１１に示すように蓄電装置３８は電気二重層コンデンサであり、この電気二重層コンデンサ３８の両端間の電圧が電圧検出回路３９により検出されて該電圧検出回路３９の出力信号が入力回路４０を経てＣＰＵ３３に取り込まれ、かつ、電気二重層コンデンサ３８の放出電流が電流検出回路４１により検出されて該電流検出回路４１の出力信号が入力回路４２を経てＣＰＵ３３に取り込まれる。
【００６６】
ＣＰＵ３３は、所定の時間毎に電圧検出回路３９の検出電圧及び電流検出回路４１の検出電流から電気二重層コンデンサ３８の内部抵抗を求め、この電気二重層コンデンサ３８の内部抵抗が電気二重層コンデンサ３８の初期の内部抵抗の２倍になったか否かをチェックして電気二重層コンデンサ３８の内部抵抗が電気二重層コンデンサ３８の初期の内部抵抗の２倍になった時には電気二重層コンデンサ３８が寿命に達したと判断して操作パネルの図示しない表示部に警告し、もしくは電気二重層コンデンサ３８への通電回路をスイッチＳ１で遮断する。従って、寿命の長い電気二重層コンデンサ３８は画像形成装置廃棄時に寿命が来ていなければ回収して再利用することが可能となり、資源の有効利用と廃棄物の低減、コストの低減を図ることができる。
【００６７】
この第４実施形態によれば、蓄電装置３８が電気二重層コンデンサであり、該電気二重層コンデンサ３８の内部抵抗を検知する検知手段としての電圧検出回路３９、電流検出回路４１及びＣＰＵ３３を備え、この検知手段で電気二重層コンデンサ３８の内部抵抗が２倍になったことを検知した場合には、警告表示装置としての表示部により警告し、もしくは電気二重層コンデンサ３８への通電回路を遮断するので、寿命の長い電気二重層コンデンサを画像形成装置廃棄時に寿命が来ていなければ回収して再利用することが可能となり、資源の有効利用と廃棄物の低減、コストの低減を図ることができる。
【００６８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えばヒータとして面状発熱抵抗体を用いてもよく、ヒータが接する定着部材もしくは加圧部材は絶縁性材料で構成してもよい。また、ヒータが接する定着部材もしくは加圧部材は断熱性材料で構成してもよい。また、定着部材もしくは加圧部材に接する面状発熱抵抗体は、定着部材もしくは加圧部材の停止時には定着部材もしくは加圧部材に接触し、定着部材もしくは加圧部材の回転時には定着部材もしくは加圧部材から離反するようにしてもよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように請求項１、２に係る発明によれば、蓄電装置専用にヒータを増やす必要がなくて熱源の熱容量増加を招くことがなく、ウォームアップ時間をさらに短縮することができる。さらに、通紙時には商用電源からヒータへの通電で長時間安定したヒータの発熱が可能となる。
【００７０】
請求項３に係る発明によれば、用紙の通紙幅に合わせて発熱幅を制御することができて非通紙部温度上昇が発生せず、安全で長期の使用が可能となる。
請求項４に係る発明によれば、蓄電装置の寿命が長くなる。
【００７１】
請求項５に係る発明によれば、蓄電装置専用にヒータを増やす必要がなくて熱源の熱容量増加を招くことがなく、ウォームアップ時間をさらに短縮することができる。
請求項６に係る発明によれば、寿命の長いコンデンサを画像形成装置廃棄時に寿命が来ていなければ回収して再利用することが可能となり、資源の有効利用と廃棄物の低減、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のウォームアップ時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図２】同実施形態の幅狭の用紙が通紙される時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図３】同実施形態の幅広の用紙が通紙される時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図４】同実施形態の待機時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図５】同実施形態の概略を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態のウォームアップ時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図７】同実施形態の幅狭の用紙が通紙される時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図８】同実施形態の幅広の用紙が通紙される時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図９】同実施形態の待機時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３実施形態を示す断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態の一部を示すブロック図である。
【図１２】蓄電装置を用いていない従来の定着装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１３】蓄電装置装置を用いた従来の定着装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１４】蓄電装置を用いていない従来の他の定着装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１５】蓄電装置装置を用いた従来の他の定着装置の回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２４ 定着ローラ
２５ 加圧ローラ
２６ メインヒータ
２７ サブヒータ
３０、３１ 温度センサ
３３ ＣＰＵ
３４ 商用電源
３５、３６ ドライバ
Ｓ１〜Ｓ３ スイッチ
３７ 充電器
３８ 蓄電装置
３９ 電圧検出回路
４１ 電流検出回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の幅を有する画像形成シートに対してトナーを定着させる定着装置、及び複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、定着ローラ、定着ベルトなどの定着部材に加圧ローラ、加圧ベルト、加圧パッドなどの加圧部材を圧接し、転写紙などのシートが定着部材と加圧部材との間を通過する時に該シート上のトナーを加熱及び加圧によりシートに定着させる加熱定着装置が用いられている。加熱定着装置でも最も一般的なものが、定着ローラが内面から輻射ヒータで加熱されることで温度及び圧力による定着に必要な伝熱とシートの搬送を兼ねる方式のものである。
【０００３】
実開昭６３−１５０９６７号公報には、電子写真プロセスによって転写紙上に転写された可視像を加熱手段により定着させる定着装置において、交流電源によって駆動される第１のヒータと、充電手段によって充電されるバッテリーにより駆動される第２のヒータとを設けたことを特徴とする定着装置が記載されている。
【０００４】
特開平３−５７７９号公報には、メインヒータ及びサブヒータを内蔵した加圧ローラを有する熱定着装置を備えた作像装置であって、前記メインヒータの加熱を行うメイン電源と、メイン電源のオン・オフを切換える第１の切換手段と、前記サブヒータの加熱を行う蓄電池と、蓄電池の充電を行う充電手段と、蓄電池とサブヒータとの接続及び蓄電池と充電手段との接続を切換える第２の切換手段と、前記加圧ローラの温度を検知する温度検出手段と、温度検出手段の検出結果に基づき、前記第１、第２の切換手段の制御を行う制御手段とを具備し、前記メイン電源により加熱される前記加熱ローラの温度が定着性に関連付けた基準温度に迄低下すると、前記蓄電池を介して前記サブヒータの加熱を行う一方、基準温度より高くなると、サブヒータの加熱を停止するようにしたことを特徴とする作像装置が記載されている。
【０００５】
特開平３−３６５７９号公報には、ヒータ駆動手段を介して電力の供給を受けることによって発熱するヒータを有する定着装置用の加熱装置において、上記ヒータ駆動手段は、充電可能な蓄電池と、商用電源に接続されて該蓄電池を充電する充電器とを備え、上記ヒータは、商用電源から電力の供給を受ける主ヒータと、上記蓄電池から電力の供給を受ける補助のヒータを有しており、上記蓄電池は、上記充電器と充電回路を形成するような接続形態、または、上記補助のヒータと放電回路を形成する接続形態のいずれかに切換可能に配設されていることを特徴とする定着装置用の加熱装置が記載されている。
【０００６】
特開２０００−９８７９９号公報には、電力の供給を受けることによって発熱するヒータと、このヒータに電力を供給するヒータ駆動手段とを有する定着装置用加熱装置において、上記ヒータ駆動手段は、充電可能な蓄電池と、商用電源から給電され前記蓄電池を充電する充電器とを備え、前記ヒータは商用電源から電力の供給を受ける主ヒータと、前記蓄電池から電力の供給を受ける補助ヒータとを有し、前記蓄電池の充電を前記主ヒータの消灯時に行うことを特徴とする定着装置用加熱装置が記載されている。
【０００７】
特開２０００−３１５５６７号公報には、加熱部と主電源装置と補助電源装置とを有し、加熱部は発熱体を有し主電源装置と補助電源装置から供給される電力により発熱する加熱装置において、補助電源装置としてコンデンサを用いることを特徴とする加熱装置が記載されている。
【０００８】
特開２０００−６６９２６号公報には、トナー像担持体上のトナー像を加熱して前記トナー像担持体に定着させる定着手段と、この定着手段にエネルギーを供給する主電源と、前記定着手段に補助的なエネルギーの供給を行う補助電源とを有する画像形成装置において、前記補助電源は画像形成装置本体に対して着脱可能であることを特徴とする画像形成装置が記載されている。
【０００９】
図１２は蓄電装置を用いていない従来の定着装置を示す。この定着装置は、発熱領域が単一であるもの、すなわち、比較的低速のもの、あるいは通紙される転写紙等の画像形成シート（トナー画像が形成されたシート）の幅がほぼ一定に限られているものである。この定着装置では、例えば定着ローラに加圧ローラが一定の圧力で押し当てられ、ヒータ１により定着ローラが内部から加熱される。
【００１０】
定着ローラの表面温度が温度センサ２により検知され、この温度センサ２からの検知信号は入力回路３を介してＣＰＵ４に取り込まれる。ヒータ１は交流電源である商用電源５からドライバ６を介して通電され、ＣＰＵ４は温度センサ２からの検知信号に基づいて定着ローラの表面温度が設定温度に維持されるようにドライバ６を制御する。
【００１１】
この定着装置では、幅の狭い画像形成シートが連続して通紙されると、定着ローラ及び加圧ローラのニップ部における画像形成シートが通らない部分はヒータ１による加熱で熱が蓄積されるために異常な高温となり、寿命が極端に短くなってしまうなどの不具合が生じることが知られている。この現象は非通紙部温度上昇と呼ぶ。
【００１２】
図１３は蓄電装置を用いた従来の定着装置を示す。この定着装置では、図１２に示す定着装置において、蓄電装置７やヒータ８、充電器９、スイッチ１０が追加されている。ＣＰＵ４は、待機時であるか使用時であるかに応じてスイッチ１０を切り換えることにより蓄電装置７を充電装置９又はヒータ８に切り換え接続する。
【００１３】
待機時には、スイッチ１０が蓄電装置７を充電器９に切り換え接続し、充電器９が商用電源５からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置７に印加することにより蓄電装置７を充電する。使用時には、スイッチ１０が蓄電装置７をヒータ８に切り換え接続し、蓄電装置７からヒータ８に放電されてヒータ８が直流電流により駆動される。したがって、立ち上がり時には、定着ローラはヒータ１、８で加熱されることにより温度が設定温度まで急速に上昇する。
【００１４】
図１４は蓄電装置を用いていない従来の定着装置を示す。この定着装置は、複数の発熱領域を有するもの、すなわち、比較的高速のもの、あるいは種々の幅の画像形成シートが通紙されるものである。この定着装置では、発光範囲が異なるヒータ１１、１２を有し、これらのヒータ１１、１２は例えば定着ローラの中央部と両端部とをそれぞれ内側から加熱する。
【００１５】
温度センサ１３、１４は定着ローラにおいてヒータ１１のみで加熱される部分、ヒータ１２のみで加熱される部分の各温度をそれぞれ検知し、これらの温度センサ１３、１４からの検知信号は入力回路１５を介してＣＰＵ１６に取り込まれる。ヒータ１１、１２は交流電源である商用電源１７からドライバ１８、１９を介して通電され、ＣＰＵ１６はウォームアップ時にはヒータ１１のみがオンするようにドライバ１８、１９を制御する。したがって、ウォームアップ時にはヒータ１１により定着ローラの中央部のみが加熱される。また、ＣＰＵ１６はウォームアップ後には温度センサ１３、１４からの各検知信号に基づいて定着ローラの中央部と両端部の各表面温度がそれぞれ設定温度に維持されるようにドライバ１８、１９を制御する。
【００１６】
また、ＣＰＵ１６は通紙される画像形成シートの幅に応じてドライバ１８、１９にヒータ１１のみをオン／オフさせて他のヒータ１２をオフさせ、又はヒータ１１、１２の両方をオン／オフさせる。従って、幅の狭い画像形成シートが連続的に通紙される場合は、それに応じたヒータ１１のみが用いられることで、上述の非通紙部温度上昇を低減できる。
【００１７】
図１５は蓄電装置を用いた従来の定着装置を示す。この定着装置では、図１４に示す定着装置において、蓄電装置２０やヒータ２１、充電器２２、スイッチ２３が追加されている。ＣＰＵ１６は、待機時であるか使用時であるかに応じてスイッチ２３を切り換えることにより蓄電装置２０を充電装置２２又はヒータ２１に切り換え接続する。
【００１８】
待機時には、スイッチ２３が蓄電装置２０を充電器２２に切り換え接続し、充電器２２が商用電源１７からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置２０に印加することにより蓄電装置２０を充電する。使用時には、スイッチ２３が蓄電装置２０をヒータ２１に切り換え接続し、蓄電装置２０からヒータ２１に放電されてヒータ２１が直流電流により駆動される。したがって、立ち上がり時には、定着ローラはヒータ１１、２１で加熱されることにより温度が設定温度まで急速に上昇する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
加熱定着装置で最も一般的なものは、定着ローラが内面から輻射ヒータで加熱されることで温度及び圧力による定着に必要な伝熱とシートの搬送を兼ねる方式のものである。
ところが、この加熱定着装置では、定着ローラの熱容量が大きく、ウォームアップ時間が長いという欠点がある。従来は４０〜３００秒といった長いウォームアップ時間のものが多く、そのため、予熱により定着ローラの温度を定着時に必要な温度近辺に維持しておく必要があり、未使用時に多くのエネルギーを消費してしまう。
【００２０】
最大でもウォームアップ時間が３０秒程度であれば、ユーザは若干の待ち時間で定着装置を有する画像形成装置を使うことができる。これは、国際エネルギースター規格でも、３０秒で使用可能な待機モードを規定していることからも言及できる。
【００２１】
さらに、ウォームアップ時間が１０秒程度であれば、予熱無しか従来に比べて極めて低温の予熱でユーザがほとんど不便なく画像形成装置を使用できる。これは、国連の下部組織ＩＥＡ（国際エネルギー機関）が主催したＤＳＭプログラム“Ｃopier of the Ｆuture”において１０秒で使用可能となる復帰時間を規定していることからも言及できる。
【００２２】
そこで、定着ローラの低熱容量化が試みられ、肉厚０．５ｍｍ以下などの定着ローラの使用により、ウォームアップ時間の短縮が可能となっている。更なるウォームアップ時間の短縮には、定着ローラを加熱するヒータへより多くの電力を投入できればよいが、一般的な商用電源は１００Ｖ、１５Ａであり、この範囲で商用電源から画像形成装置のヒータ、紙搬送系、画像形成部、制御部へ電力を供給する必要がある。これ以上の電力は大型の画像形成装置では使用されているが、この大型の画像形成装置は商用電源から大きな電力を得るための電源工事が必要になったり使用個所が限定されたりしてしまう。
【００２３】
これらの問題を解消するため、蓄電装置（主に大容量コンデンサ）を用いて商用電源の限界にとらわれずに、急速なウォームアップを行うことを狙った様々な定着装置が提案されているが、図１２、図１４に示すような従来の輻射ヒータを用いた定着装置において、図１３、図１５に示すように蓄電装置専用に輻射ヒータ８、２１などを追加した場合には以下の問題点▲１▼、▲２▼がある。
▲１▼輻射ヒータは自らのウォームアップにエネルギーを多く消費するため、短時間の使用にあたってはその分のエネルギーも蓄電装置に蓄えなくてはならず、蓄電装置が大型化する。
▲２▼蓄電装置専用に輻射ヒータを追加することは、小径の定着ローラではスペース的に困難であり、定着ローラの薄肉化とともに低熱量化に有効な定着ローラ小径化との相乗効果を発揮することができない。
【００２４】
本発明は、蓄電装置専用にヒータを増やす必要がなくて熱源の熱容量増加を招くことがなく、ウォームアップ時間をさらに短縮することができる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、複数の幅を有するシートに対してトナーを定着させる定着装置において、メインヒータと、サブヒータと、幅狭のシートが通される場合は、前記メインヒータに商用電源から電力を供給し、幅広のシートが通される場合は、前記メインヒータと前記サブヒータを直列に接続してこれらに前記商用電源から電力を供給し、ウォームアップ時には、前記メインヒータ及び前記サブヒータのいずれか一方に前記商用電源から電力を供給し、前記メインヒータ及び前記サブヒータの他方に蓄電装置から電力を供給する制御を行う制御手段と、を備えるものである。
【００２６】
請求項２に係る発明は、複数の幅を有するシートに対してトナーを定着させる定着装置において、メインヒータと、サブヒータと、幅狭のシートが通される場合は、前記メインヒータに商用電源から電力を供給し、幅広のシートが通される場合は、前記メインヒータと前記サブヒータを直列に接続してこれらに前記商用電源から電力を供給し、ウォームアップ時には、電源投入直後の所定の時間が経過するまでは前記メインヒータと前記サブヒータを直列に接続してこれらに前記商用電源から電力を供給し、前記所定の時間が経過した後、前記メインヒータ及び前記サブヒータのいずれか一方に前記商用電源から電力を供給し、前記メインヒータ及び前記サブヒータの他方に蓄電装置から電力を供給する制御を行う制御手段と、を備えるものである。
【００２７】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の定着装置において、前記メインヒータは前記複数の幅を有するシートのうち幅の狭いシートが通る部分を主な発光範囲に含む輻射ヒータであって前記サブヒータは前記複数の幅を有するシートのうち前記幅の狭いシートが通る部分を主な発光範囲に含まない輻射ヒータであるものである。
【００２８】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の定着装置において、前記蓄電装置が電気二重層コンデンサであるものである。
【００２９】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の定着装置を備えたものである。
【００３０】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の画像形成装置において、前記蓄電装置が電気二重層コンデンサであり、該電気二重層コンデンサの寿命を検知した場合には、警告表示装置により警告し、もしくは前記電気二重層コンデンサへの通電回路を遮断するものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図５は本発明の第１実施形態の概略を示す。この第１実施形態の定着装置では、定着部材としての定着ローラ２４にシリコンゴム等の弾性部材からなる加圧部材としての加圧ローラ２５が図示しない加圧手段により一定の加圧力で押し当てられている。定着部材と加圧部材は、一般的にローラであることが多いので、図５にはローラで示したが、いずれか一方又は両方がローラに限らずに無端ベルトなどを使用してもよい。
【００３４】
この定着装置は電力の供給を受けることによって発熱する発熱源としてのメインヒータ２６及びサブヒータ２７を有する。メインヒータ２６は、画像形成シートとしての用紙の搬送基準を主な発光範囲に含む輻射ヒータであり、定着ローラ２４の中央部（幅の狭い用紙２９が通る部分）を加熱するように設けられる。サブヒータ２７は、用紙の搬送基準を主な発光範囲に含まない輻射ヒータであり、定着ローラ２４の両端部を加熱するように設けられる。幅の広い用紙２９は定着ローラ２４上の中央部及び両端部を通る。メインヒータ２６及びサブヒータ２７は、幅の異なる複数の用紙上のトナー画像を定着する時にそれぞれ用いられる。
【００３５】
ここに、用紙の搬送基準は、用紙の中央を幅方向中央の基準に合わせて搬送する中央基準であるが、用紙の一端を幅方向端部基準に合わせて搬送する端部基準としてもよい。用紙の搬送基準が端部基準である場合には、メインヒータ２６は用紙の搬送基準を主な発光範囲に含む輻射ヒータとするとともに、サブヒータ２７は用紙の搬送基準を主な発光範囲に含まない輻射ヒータとし、メインヒータ２６及びサブヒータ２７が定着ローラ２４の異なる部分を加熱するように設けられる。
【００３６】
メインヒータ２６は幅狭のサイズの用紙上のトナー画像を定着する時に用いられ、サブヒータ２７は幅広のサイズの用紙上のトナー画像を定着する時に用いられる。なお、本実施形態の定着装置に通紙される用紙の幅が３つ以上の幅である場合には、サブヒータ２７が複数設けられ、メインヒータ２６及び複数のサブヒータ２７は発光範囲が定着ローラ２４の幅方向（軸方向）に互いに異なるように設けられて用紙の幅（サイズ）に応じて選択的に使用される。
【００３７】
メインヒータ２６及びサブヒータ２７は定着ローラ２４の内部に配置されて定着ローラ２４を内側から加熱する。定着ローラ２４及び加圧ローラ２５は図示しない駆動機構により回転駆動される。トナー２８を担持した用紙２９は、定着ローラ２４と加圧ローラ２５のニップ部を通過する際に、定着ローラ２４と加圧ローラ２５による加熱及び加圧でトナー２８が定着される。温度センサ３０、３１は定着ローラ２４においてメインヒータ２６のみで加熱される部分、サブヒータ２７のみで加熱される部分の各温度をそれぞれ検知する。
【００３８】
図１〜図４は本実施形態のウォームアップ時、幅狭の用紙が通紙される時、幅広の用紙が通紙される時、待機時の各回路接続状態を示す。なお、図２〜図４は温度制御に関する部分が省略されている。また、各図において、太線は電気的に大電流が流れている部分を示し、細線は電気的に大電流が流れていない部分を示す。
【００３９】
温度センサ３０、３１は定着ローラ２４においてメインヒータ２６のみで加熱される部分、サブヒータ２７のみで加熱される部分の各温度をそれぞれ検知し、これらの温度センサ３０、３１からの検知信号は入力回路３２を介して制御手段としてのＣＰＵ３３に取り込まれる。メインヒータ２６は交流電源である商用電源３４からドライバ３５を介して通電され、ＣＰＵ３３は温度センサ３０、３１からの各検知信号に基づいて定着ローラ２４の中央部（または中央部及び両端部）の表面温度が設定温度になるようにドライバ３５を制御する。また、ドライバ３６及びスイッチＳ１〜Ｓ３はＣＰＵ３３により制御され、充電器３７は商用電源３４からドライバ３６を介して入力される交流電力を直流電力に変換してスイッチＳ１を介して蓄電装置３８に印加することにより蓄電装置３８を充電する。蓄電装置３８は、例えば大容量のコンデンサが用いられ、スイッチＳ１によりサブヒータ２７に接続されると、サブヒータ２７に放電してサブヒータ２７が直流電流により駆動する。
【００４０】
待機時には、図４に示すように、スイッチＳ１により充電器３７が蓄電装置３８に接続され、ドライバ３６は商用電源３４からの交流電力を充電器３７に供給する。充電器３７は、商用電源３４からドライバ３６を介して入力される交流電力を直流電力に変換してスイッチＳ１を介して蓄電装置３８に印加することにより蓄電装置３８を充電する。
【００４１】
ウォームアップ時には、図１に示すように、メインヒータ２６は、商用電源３４からの交流電力がドライバ３５及びスイッチＳ２を介して供給され、定着ローラ２４の中央部を加熱する。また、サブヒータ２７は、蓄電装置３８からスイッチＳ１を介して直流電流が供給され、定着ローラ２４の両端部を加熱する。従って、定着ローラ２４は、商用電源３４及び蓄電装置３８からの電力によりメインヒータ２６及びサブヒータ２７で加熱されて設定温度まで急速に立ち上がる。
【００４２】
幅の狭い用紙２９が本実施形態の定着装置に通紙される時には、図２に示すように、メインヒータ２６は、商用電源３４からの交流電力がドライバ３５及びスイッチＳ２を介して供給され、幅の狭い用紙２９が通る定着ローラ２４の中央部を加熱する。したがって、幅の狭い用紙２９は、定着ローラ２４及び加圧ローラ２５のニップ部における中央部を通ることで、全面的にトナー画像が定着される。
【００４３】
幅の広い用紙２９が本実施形態の定着装置に通紙される時には、図３に示すように、メインヒータ２６及びサブヒータ２７は、商用電源３４にスイッチＳ２及びドライバ３５を介して直列に接続され、商用電源３４からの交流電力がドライバ３５及びスイッチＳ２を介して供給され、定着ローラ２４の中央部及び両端部を加熱する。したがって、幅の広い用紙２９は、定着ローラ２４及び加圧ローラ２５のニップ部における中央部及び両端部を通ることで、全面的にトナー画像が定着される。
【００４４】
図１〜図４の各状態のうち図３の状態では、メインヒータ２６及びサブヒータ２７が直列に接続されるので、商用電源３４に接続されるヒータの抵抗が最も大きくなり、ヒータに大電流が流れにくくなることが分かる。メインヒータ２６及びサブヒータ２７は輻射ヒータであるが、輻射ヒータは、フィラメントが２０００Ｋ度程度に上昇して輻射熱を発生するため、室温時（待機時）のフィラメントが２０００Ｋ時に比べてきわめて低い抵抗になるので、温度が低い時に突入電流が発生することが知られている。
【００４５】
そこで、ＣＰＵ３３は、ウォームアップ時には、電源投入から所定の時間、例えば０．５秒から１秒程度、望ましくは０．５秒以下の時間が経過するまでは図３の状態になるようにスイッチＳ１〜Ｓ３及びドライバ３５、３６を制御し、その後のウォームアップ中には図１の状態になるようにスイッチＳ１〜Ｓ３及びドライバ３５、３６を制御する。このため、ウォームアップ時には、電源投入から所定の時間が経過するまではメインヒータ２６及びサブヒータ２７が直列に接続されて突入電流が低減される。
【００４６】
この第１実施形態によれば、発光分布が異なるメインヒータ２６及びサブヒータ２７を備え、ウォームアップ時にはメインヒータ２６及びサブヒータ２７のどちらか一方には商用電源３４から通電して他方には蓄電装置３８から通電するので、蓄電装置専用にヒータを増やす必要がなくて熱源の熱容量増加を招くことがなく、ウォームアップ時間をさらに短縮することができる。
【００４７】
また、第１実施形態によれば、発光分布が異なるメインヒータ２６及びサブヒータ２７を備え、ウォームアップ時にはメインヒータ２６には商用電源３４から通電してサブヒータ２７には蓄電装置３８から通電するので、蓄電装置専用にヒータを増やす必要がなくて熱源の熱容量増加を招くことがなく、ウォームアップ時間をさらに短縮することができる。
【００４８】
また、第１実施形態によれば、ウォームアップ後にはメインヒータ２６及びサブヒータ２７に商用電源３４から通電するので、通紙時には商用電源からヒータへの通電で長時間安定したヒータの発熱が可能となる。
【００４９】
また、第１実施形態によれば、ウォームアップ後には、メインヒータ２６及びサブヒータ２７を直列に接続して商用電源３４から直列に接続したメインヒータ２６及びサブヒータ２７に通電するので、通紙時には商用電源からヒータへの通電で長時間安定したヒータの発熱が可能となる。
【００５０】
また、第１実施形態によれば、ウォームアップ時には電源投入直後の所定の時間が経過するまではメインヒータ２６及びサブヒータ２７を直列に接続して商用電源３４から直列に接続したメインヒータ２６及びサブヒータ２７に通電するので、輻射ヒータ特有の電源投入直後の突入電流を軽減することができ、突入電流による周囲の機器への電圧低下などの悪影響を低減できる。
【００５１】
また、第１実施形態によれば、メインヒータ２６は用紙の搬送基準を主な発光範囲に含む輻射ヒータであってサブヒータ２７は用紙の搬送基準を主な発光範囲に含まない輻射ヒータであり、幅狭の用紙が通される場合にはメインヒータ２６のみに通電して該通電の制御により温度制御を行い、幅広の用紙が通される場合にはメインヒータ２６及びサブヒータ２７に通電して該通電の制御により温度制御を行うので、用紙の通紙幅に合わせて発熱幅を制御することができて非通紙部温度上昇が発生せず、安全で長期の使用が可能となる。
【００５２】
図６〜図９は本発明の第２実施形態のウォームアップ時、幅狭の用紙が通紙される時、幅広の用紙が通紙される時、待機時の各回路接続状態を示す。なお、図７〜図９は温度制御に関する部分が省略されている。この第２実施形態の定着装置では、上記第１実施形態において、メインヒータ２６とサブヒータ２７は入れ替わるように接続されている。
【００５３】
待機時には、第１実施形態と同様に図９に示すように、スイッチＳ１により充電器３７が蓄電装置３８に接続され、ドライバ３６は商用電源３４からの交流電力を充電器３７に供給する。充電器３７は、商用電源３４からドライバ３６を介して入力される交流電力を直流電力に変換してスイッチＳ１を介して蓄電装置３８に印加することにより蓄電装置３８を充電する。
【００５４】
ウォームアップ時には、図６に示すように、サブヒータ２７は、商用電源３４からの交流電力がドライバ３５及びスイッチＳ２を介して供給され、定着ローラ２４の両端部を加熱する。また、メインヒータ２６は、蓄電装置３８からスイッチＳ１を介して直流電流が供給され、定着ローラ２４の中央部を加熱する。従って、定着ローラ２４は、商用電源３４及び蓄電装置３８からの電力によりメインヒータ２６及びサブヒータ２７で加熱されて設定温度まで急速に立ち上がる。
【００５５】
幅の狭い用紙２９が本実施形態の定着装置に通紙される時には、図７に示すように、充電器３７は商用電源３４からドライバ３６を介して供給される交流電力を直流電力に変換してスイッチＳ１を介してメインヒータ２６に供給し、メインヒータ２６は幅の狭い用紙２９が通る定着ローラ２４の中央部を加熱する。したがって、幅の狭い用紙２９は、定着ローラ２４及び加圧ローラ２５のニップ部における中央部を通ることで、全面的にトナー画像が定着される。
【００５６】
幅の広い用紙２９が本実施形態の定着装置に通紙される時には、図８に示すように、メインヒータ２６及びサブヒータ２７は、商用電源３４にスイッチＳ２及びドライバ３５を介して直列に接続され、商用電源３４からの交流電力がドライバ３５及びスイッチＳ２を介して供給され、定着ローラ２４の中央部及び両端部を加熱する。したがって、幅の広い用紙２９は、定着ローラ２４及び加圧ローラ２５のニップ部における中央部及び両端部を通ることで、全面的にトナー画像が定着される。
【００５７】
図６〜図９の各状態のうち図８の状態では、メインヒータ２６及びサブヒータ２７が直列に接続されるので、商用電源３４に接続されるヒータの抵抗が最も大きくなり、ヒータに大電流が流れにくくなる。メインヒータ２６及びサブヒータ２７は、輻射ヒータであり、上述のように温度が低い時に突入電流が発生する。
【００５８】
そこで、ＣＰＵ３３は、ウォームアップ時には、電源投入から所定の時間、例えば０．５秒から１秒程度（望ましくは０．５秒以下）が経過するまでは図８の状態になるようにスイッチＳ１〜Ｓ３及びドライバ３５、３６を制御し、その後のウォームアップ中には図６の状態になるようにスイッチＳ１〜Ｓ３及びドライバ３５、３６を制御する。このため、ウォームアップ時には、電源投入から所定の時間が経過するまではメインヒータ２６及びサブヒータ２７が直列に接続されて突入電流が低減される。
この第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様な効果得られる。
【００５９】
図１０は本発明の第３実施形態を示す。この第３実施形態の画像形成装置では、図示しない駆動部により矢印方向に回転される像担持体としてのドラム状感光体１０１の周りには、帯電手段１０２、クリーニング手段１０３、感光体１０１上の静電潜像を顕像化する現像手段としての現像スリーブ１０５を含む現像部１０７、及び転写手段１０６が配置されている。
【００６０】
感光体１０１は、帯電手段１０２により一様に帯電された後に書き込み手段（露光手段）としてのレーザ光学系１４０からのレーザ光Ｌで露光されて静電潜像が形成され、現像部１０７により静電潜像が現像されてトナー像となる。この感光体１０１上のトナー像は後述のように用紙Ｐへ転写され、感光体１０１はトナー像転写後にクリーニング手段１０３によりクリーニングされる。したがって、帯電手段１０２、レーザ光学系１４０、現像部１０７は感光体１０１上にトナー像を形成する画像形成手段を構成している。
【００６１】
装置下部には矢印ａ方向に着脱可能な給紙カセット１１０を有する給紙装置が設けられている。給紙カセット１１０内に収容された用紙からなるシートＰは、中板１１１で支えられ、図示しないスプリングの力によってアーム１１２を介して給紙ローラ１１３に押し付けられている。給紙ローラ１１３が回転することによって給紙カセット１１０内の最上紙は、図示しない制御部から指令が発せられて給紙ローラ１１３が回転することによって給紙され、分離パッド１１４で重送を防止されながら下流側のレジストローラ対１１５まで搬送される。
【００６２】
装置右側には操作面が配置されており、操作パネル１３０が外装部１３１の上部前面（図６の装置上右側）で突き出ている。また、給紙トレイ１３２がピン１３３により回動可能に取り付けられ、給紙トレイ１３２内の最上位の用紙からなるシートは給紙ローラにより給紙されて分離パッドで重送を防止されながら下流側のレジストローラ対１１５まで搬送される。給紙カセット１１０、１３２内の用紙はいずれか一方が選択的に給紙される。
【００６３】
レジストローラ対１１５は、搬送されてきた用紙Ｐを感光体１０１上の画像（トナー像）と同期するようにタイミングをとって転写手段１０６に向けて送り出す。転写手段１０６はレジストローラ対１１５から送られてきた用紙Ｐへ感光体１０１上の画像を転写し、この画像の転写された用紙Ｐは定着装置１１６に搬送される。定着装置１１６は、上述した第１実施形態の定着装置または第２実施形態の定着装置が用いられ、用紙Ｐ（上記用紙２９）上のトナーを加熱及び加圧により用紙Ｐに定着させる。
【００６４】
定着装置１１６からの定着済みの用紙Ｐは、排紙ローラ対１２０によって画像面を下にして排紙口１２１より排紙トレイ１２２上に排出されてスタックされる。排出される用紙のサイズに対応するため、排紙補助トレイ１２５は矢印ｂ方向にスライド可能となっている。図中左側に配置されたケース１３４内には、電源回路１３５やプリント板１３６（エンジンドライバーボード）等の電装・制御装置が収納され、コントローラボード１３７も収納されている。
この第３実施形態によれば、定着装置１１６として上述した第１実施形態の定着装置または第２実施形態の定着装置を用いたので、蓄電装置専用にヒータを増やす必要がなくて熱源の熱容量増加を招くことがなく、ウォームアップ時間をさらに短縮することができる。
【００６５】
本発明の第４実施形態では、上記第３実施形態において、図１１に示すように蓄電装置３８は電気二重層コンデンサであり、この電気二重層コンデンサ３８の両端間の電圧が電圧検出回路３９により検出されて該電圧検出回路３９の出力信号が入力回路４０を経てＣＰＵ３３に取り込まれ、かつ、電気二重層コンデンサ３８の放出電流が電流検出回路４１により検出されて該電流検出回路４１の出力信号が入力回路４２を経てＣＰＵ３３に取り込まれる。
【００６６】
ＣＰＵ３３は、所定の時間毎に電圧検出回路３９の検出電圧及び電流検出回路４１の検出電流から電気二重層コンデンサ３８の内部抵抗を求め、この電気二重層コンデンサ３８の内部抵抗が電気二重層コンデンサ３８の初期の内部抵抗の２倍になったか否かをチェックして電気二重層コンデンサ３８の内部抵抗が電気二重層コンデンサ３８の初期の内部抵抗の２倍になった時には電気二重層コンデンサ３８が寿命に達したと判断して操作パネルの図示しない表示部に警告し、もしくは電気二重層コンデンサ３８への通電回路をスイッチＳ１で遮断する。従って、寿命の長い電気二重層コンデンサ３８は画像形成装置廃棄時に寿命が来ていなければ回収して再利用することが可能となり、資源の有効利用と廃棄物の低減、コストの低減を図ることができる。
【００６７】
この第４実施形態によれば、蓄電装置３８が電気二重層コンデンサであり、該電気二重層コンデンサ３８の内部抵抗を検知する検知手段としての電圧検出回路３９、電流検出回路４１及びＣＰＵ３３を備え、この検知手段で電気二重層コンデンサ３８の内部抵抗が２倍になったことを検知した場合には、警告表示装置としての表示部により警告し、もしくは電気二重層コンデンサ３８への通電回路を遮断するので、寿命の長い電気二重層コンデンサを画像形成装置廃棄時に寿命が来ていなければ回収して再利用することが可能となり、資源の有効利用と廃棄物の低減、コストの低減を図ることができる。
【００６８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えばヒータとして面状発熱抵抗体を用いてもよく、ヒータが接する定着部材もしくは加圧部材は絶縁性材料で構成してもよい。また、ヒータが接する定着部材もしくは加圧部材は断熱性材料で構成してもよい。また、定着部材もしくは加圧部材に接する面状発熱抵抗体は、定着部材もしくは加圧部材の停止時には定着部材もしくは加圧部材に接触し、定着部材もしくは加圧部材の回転時には定着部材もしくは加圧部材から離反するようにしてもよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように請求項１、２に係る発明によれば、蓄電装置専用にヒータを増やす必要がなくて熱源の熱容量増加を招くことがなく、ウォームアップ時間をさらに短縮することができる。さらに、通紙時には商用電源からヒータへの通電で長時間安定したヒータの発熱が可能となる。
【００７０】
請求項３に係る発明によれば、用紙の通紙幅に合わせて発熱幅を制御することができて非通紙部温度上昇が発生せず、安全で長期の使用が可能となる。
請求項４に係る発明によれば、蓄電装置の寿命が長くなる。
【００７１】
請求項５に係る発明によれば、蓄電装置専用にヒータを増やす必要がなくて熱源の熱容量増加を招くことがなく、ウォームアップ時間をさらに短縮することができる。
請求項６に係る発明によれば、寿命の長いコンデンサを画像形成装置廃棄時に寿命が来ていなければ回収して再利用することが可能となり、資源の有効利用と廃棄物の低減、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のウォームアップ時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図２】同実施形態の幅狭の用紙が通紙される時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図３】同実施形態の幅広の用紙が通紙される時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図４】同実施形態の待機時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図５】同実施形態の概略を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態のウォームアップ時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図７】同実施形態の幅狭の用紙が通紙される時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図８】同実施形態の幅広の用紙が通紙される時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図９】同実施形態の待機時の回路接続状態を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３実施形態を示す断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態の一部を示すブロック図である。
【図１２】蓄電装置を用いていない従来の定着装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１３】蓄電装置装置を用いた従来の定着装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１４】蓄電装置を用いていない従来の他の定着装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１５】蓄電装置装置を用いた従来の他の定着装置の回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２４ 定着ローラ
２５ 加圧ローラ
２６ メインヒータ
２７ サブヒータ
３０、３１ 温度センサ
３３ ＣＰＵ
３４ 商用電源
３５、３６ ドライバ
Ｓ１〜Ｓ３ スイッチ
３７ 充電器
３８ 蓄電装置
３９ 電圧検出回路
４１ 電流検出回路
Claims (6)
- 複数の幅を有するシートに対してトナーを定着させる定着装置において、
メインヒータと、
サブヒータと、
幅狭のシートが通される場合は、前記メインヒータに商用電源から電力を供給し、幅広のシートが通される場合は、前記メインヒータと前記サブヒータを直列に接続してこれらに前記商用電源から電力を供給し、ウォームアップ時には、前記メインヒータ及び前記サブヒータのいずれか一方に前記商用電源から電力を供給し、前記メインヒータ及び前記サブヒータの他方に蓄電装置から電力を供給する制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする定着装置。 - 複数の幅を有するシートに対してトナーを定着させる定着装置において、
メインヒータと、
サブヒータと、
幅狭のシートが通される場合は、前記メインヒータに商用電源から電力を供給し、幅広のシートが通される場合は、前記メインヒータと前記サブヒータを直列に接続してこれらに前記商用電源から電力を供給し、
ウォームアップ時には、電源投入直後の所定の時間が経過するまでは前記メインヒータと前記サブヒータを直列に接続してこれらに前記商用電源から電力を供給し、
前記所定の時間が経過した後、前記メインヒータ及び前記サブヒータのいずれか一方に前記商用電源から電力を供給し、前記メインヒータ及び前記サブヒータの他方に蓄電装置から電力を供給する制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする定着装置。 - 請求項１又は２に記載の定着装置において、前記メインヒータは前記複数の幅を有するシートのうち幅の狭いシートが通る部分を主な発光範囲に含む輻射ヒータであって前記サブヒータは前記複数の幅を有するシートのうち前記幅の狭いシートが通る部分を主な発光範囲に含まない輻射ヒータであることを特徴とする定着装置。
- 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の定着装置において、前記蓄電装置が電気二重層コンデンサであることを特徴とする定着装置。
- 請求項１〜４のいずれか１つに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項５記載の画像形成装置において、前記蓄電装置が電気二重層コンデンサであり、該電気二重層コンデンサの寿命を検知した場合には、警告表示装置により警告し、もしくは前記電気二重層コンデンサへの通電回路を遮断することを特徴とする画像形成装置。
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