JP4347077B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に備えられた定着装置であって、特に、複数の発熱手段を備えた定着装置及びこの定着装置を備えたかかる画像形成装置に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置として、被定着画像としてのトナー像を形成されたシート状の記録媒体に、トナー像を定着するための定着装置を備えたものが知られている。
定着装置としては、内部に熱源を有し回転駆動される加熱ローラと、この加熱ローラに圧接され加熱ローラに従動回転する加圧ローラとを有し、両ローラによって形成されるニップ部に、両ローラの回転によってシート状の記録媒体を通過させ、加熱加圧してトナー像を定着するローラ対タイプの定着装置や、トナーを定着されるシート状媒体を搬送するための無端の定着ベルト、定着ベルトを巻き掛けられた加熱ローラ及び定着ローラ、定着ベルトを介して定着ローラに対向して配置される加圧ローラ等を構成要素とするタイプのいわゆるベルトタイプの定着装置が知られている。

かかる加熱ローラは、〔特許文献１〕ないし〔特許文献３〕に記載されているように、一般に、記録媒体を直接、あるいは定着ベルトを介して間接的に加熱するためのヒータを内部に有し、このヒータの発熱により昇温されるようになっている。かかるヒータとして、〔特許文献１〕ないし〔特許文献３〕にも記載されているように、不活性ガスとしてハロゲンガスを用いたハロゲンヒータが知られている。また、〔特許文献２〕および〔特許文献３〕に記載されているように、ヒータを複数備えた加熱ローラを用いて定着を行うことが従来より行われている。

このようなヒータは、電力の供給により発熱するものであるが、ヒータへの供給電力は、画像形成装置の最大消費電力に応じて、その配分が決定される。
ヒータを複数備えている定着装置においては、画像形成装置の電源投入時など、定着装置のウォームアップを急ぐときには、全てのヒータを点灯するなど、ヒータへの供給電力を増加させることで、発熱量を確保する一方、ウォームアップ終了後は、種々のモータの回転等に電力を供給しなければならないため、一部のヒータのみを点灯することでヒータへの供給電力を減少させ、必要最低限の発熱量で定着を行う必要がある。

特開２００１−２１０４５４号公報 特開２００２−３１８５０４号公報 特開２００３−１５１７２２号公報

しかし、ヒータを複数備えている定着装置においては、ヒータ全体に配分された供給電力が、各ヒータにさらに割り振られるため、一部のヒータのみを点灯するのみでは、発熱量が不足し定着不良が生じることがある。
たとえば、複数のヒータが、中央部が発熱する中央ヒータと、端部が発熱する端部ヒータとによって構成されている場合には、縦方向に搬送されるＡ４サイズ、Ｂ５サイズ以下の記録媒体などの小サイズの記録媒体に対する連続定着を想定し、かかる連続定着の場合にも中央ヒータのみで発熱量を確保し、定着性を維持するべく、ヒータ全体に配分された供給電力は、中央ヒータへの供給電力に優先的に割り振られ、残りが端部ヒータに割り振られる。このため、上述のように電力投入時に全てのヒータを点灯しても、電源投入時には加熱ローラの温度は低く、特に加熱ローラの両端部における放熱量が大きいため、ウォームアップ時間が長くなってしまうという問題や、端部の定着性が確保できないことがあるという問題がある。

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に備えられた、複数の発熱手段を備えた定着装置であって、各発熱手段の発熱量のバランスが良好であるとともに立ち上がりが良好である定着装置及びこの定着装置を備えたかかる画像形成装置を提供することを目的とする．

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、主成分がアルゴンである気体を用いた第１の発熱手段と、主成分がキセノンである気体を用いた第２の発熱手段とを有する定着装置にある。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、第１の発熱手段が、少なくとも中央部が発熱する中央発熱手段であり、第２の発熱手段が、少なくとも端部が発熱する端部発熱手段であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の定着装置において、上記中央発熱手段は、中央部が主に発熱し、上記端部発熱手段は、端部が主に発熱することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の定着装置において、上記端部発熱手段の、端部の発熱量に対する中央部の発熱量の比率が、上記中央発熱手段の、中央部の発熱量に対する端部の発熱量の比率よりも小さいことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の定着装置において、上記端部発熱手段の、端部の発熱量を１００％としたとき、中央部の発熱量の比率が１０〜３０％であり、上記中央発熱手段の、中央部の発熱量を１００％としたとき、端部の発熱量の比率が２０〜５０％であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項３ないし５の何れか１つに記載の定着装置において、上記端部発熱手段を、上記中央発熱手段よりも、記録媒体の通過位置に近い位置に配設したことを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の何れか１つに記載の定着装置において、記録媒体を加熱するための加熱ローラを有し、第１の発熱手段と第２の発熱手段とが、上記加熱ローラの内部に配設されていることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１ないし７の何れか１つに記載の定着装置を備えた画像形成装置にある。

本発明は、主成分がアルゴンである気体を用いた第１の発熱手段と、主成分がキセノンである気体を用いた第２の発熱手段とを有する定着装置にあるので、複数の発熱手段を備え、コストを抑制しつつ、各発熱手段の発熱量のバランスが良好であり良好な定着を行うことができるとともに、立ち上がりが良好であってユーザの使い勝手の良い定着装置を提供することができる。

第１の発熱手段が、少なくとも中央部が発熱する中央発熱手段であり、第２の発熱手段が、少なくとも端部が発熱する端部発熱手段であることとすれば、複数の発熱手段を備え、コストを抑制しつつ、中央発熱手段と端部発熱手段との発熱量のバランスが良好であり良好な定着を行うことができるとともに、立ち上がりが良好であってユーザの使い勝手の良い定着装置を提供することができる。

中央発熱手段は、中央部が主に発熱し、端部発熱手段は、端部が主に発熱することとすれば、複数の発熱手段を備え、コストを抑制しつつ、中央発熱手段により中央部を主に昇温し、端部発熱手段により端部を主に昇温することで、中央発熱手段と端部発熱手段との発熱量のバランスを良好とし良好な定着を行うことができするとともに、立ち上がりが良好であってユーザの使い勝手の良い定着装置を提供することができる。

端部発熱手段の、端部の発熱量に対する中央部の発熱量の比率が、中央発熱手段の、中央部の発熱量に対する端部の発熱量の比率よりも小さいこととすれば、複数の発熱手段を備え、コストを抑制しつつ、中央発熱手段により中央部を主に昇温し、端部発熱手段により端部を主に昇温することで、中央発熱手段と端部発熱手段との発熱量のバランスを良好とし、中央部、端部の何れにおいてもムラなく経時的にも定着に適した温度とすることができ、経時的にも良好な定着を行うことができるとともに、立ち上がりが良好であってユーザの使い勝手の良い定着装置を提供することができる。

端部発熱手段の、端部の発熱量を１００％としたとき、中央部の発熱量の比率が１０〜３０％であり、中央発熱手段の、中央部の発熱量を１００％としたとき、端部の発熱量の比率が２０〜５０％であることとすれば、複数の発熱手段を備え、コストを抑制しつつ、中央発熱手段により中央部を主に昇温し、端部発熱手段により端部を主に昇温することで、中央発熱手段と端部発熱手段との発熱量のバランスをさらに良好とし、中央部、端部の何れにおいてもさらにムラなく経時的にも定着に適した温度とすることができ、さらに経時的にも良好な定着を行うことができるとともに、立ち上がりが良好であってユーザの使い勝手の良い定着装置を提供することができる。

端部発熱手段を、中央発熱手段よりも、記録媒体の通過位置に近い位置に配設したこととすれば、複数の発熱手段を備え、コストを抑制しつつ、中央発熱手段により中央部を主に昇温し、端部発熱手段により端部を主に昇温することで、端部発熱手段により、昇温しにくい端部をより効果的に昇温することができ、中央発熱手段と端部発熱手段との発熱量のバランスをさらに良好としさらに良好な定着を行うことができするとともに、立ち上がりがさらに良好であってユーザの使い勝手の良い定着装置を提供することができる

記録媒体を加熱するための加熱ローラを有し、第１の発熱手段と第２の発熱手段とが、上記加熱ローラの内部に配設されていることとすれば、複数の発熱手段を備え、コストを抑制しつつ、各発熱手段の発熱量のバランスが良好であり加熱ローラを良好に昇温することで良好な定着を行うことができるとともに、立ち上がりが良好であってユーザの使い勝手の良い定着装置を提供することができる。

本発明は、請求項１ないし７の何れか１つに記載の定着装置を備えた画像形成装置にあるので、上述の各効果を奏する定着装置を備え、コストを抑制しつつ、良好な定着を行うことにより良好な画像形成を行うことができるとともに、立ち上がりが良好であってユーザの使い勝手の良い画像形成装置を提供することができる。

図１は、本発明を適用した実施の形態に係る定着装置及びこれを有する画像形成装置を示しており、同図に示す画像形成装置は、デジタル複写機の構成を示している。画像形成装置としては、他の複写機、ファクシミリ、レーザビームプリンタ、インクジェットプリンタ等のプリンタ等であってもよい。画像形成装置３０は単色画像を形成するものであるが、カラー画像を形成することが可能なものであっても良い。画像形成装置３０は、シート状の記録媒体としてのシート材２として、普通紙のほか、厚紙やＯＨＰシート等の特殊シートを用いることができる。画像形成装置３０はまた、種々の大きさのシート材２に対する画像形成が可能である。

画像形成装置３０は、その上方から、光学読取系としての原稿読み取り部３２と、レーザー光学系である光書込み系としての書き込み装置３３と、作像系としての画像印字部である画像形成部３４と、シート材２の両面に画像形成を行う際に画像形成部３４において片面にトナー像を形成されたシート材２を反転して再度画像形成部３４に送る両面装置４２と、シート材２の給送装置としての給紙装置である給送装置１００とを有している。

画像形成装置３０はまた、符号３７で示すシート材２の搬送路において画像形成部３４の上流側に配設され、シート材２を所定のタイミングで画像形成部３４に向けて送り出すレジストローラ６と、搬送路３７において画像形成部３４の下流側に配設された、シート材２上のトナー像をシート材２に定着するローラ対タイプの定着装置３８とを有している。

画像形成装置３０はまた、定着装置３８によってトナー像を定着されたシート材２を、画像形成装置３０の本体３１の外に排出するか、両面装置４２に送るかを選択する排紙分岐爪５１と、定着装置３８によってトナー像を定着されたシート材２を本体３１の外に排出する、排紙ローラ３９ａと排紙コロ３９ｂとを有する排紙ローラ対３９と、本体３１の外部に配設され排紙ローラ対３９によって排出されたシート材２を積載する排紙部としての排紙トレイ４０とを有している。

画像形成部３４は、ドラム状の潜像担持体である像担持体としての、矢印Ａで示す図１における時計方向である回転方向に回転する感光体ドラム３５と、感光体ドラム３５の周囲において方向Ａに沿って配設された、感光体ドラム３５を帯電するための帯電手段としての帯電装置５６と、感光体ドラム３５上の静電潜像を現像して可視像化するための現像手段としての現像装置３６とを有している。

画像形成部３４はまた、方向Ａに沿って、現像装置３６により感光体ドラム３５上の静電潜像を現像することによって得られたトナー像を感光体ドラム３５からシート材２に転写するための転写手段としての転写装置５９と、転写装置５９により感光体ドラム３５上のトナー像をシート材２に転写した後に感光体ドラム３５上に残留している残留トナーや紙粉等の異物を感光体ドラム３５から除去するためのクリーニング手段としてのクリーニング装置５０とを有している。

原稿読み取り部３２は、図示を省略するが、原稿載置台と、原稿載置台上に載置された原稿を走査するための光源および光路変換用反射鏡を有しており、原稿からの反射光が読み取り光学系を介してＣＣＤなどの光学素子に入射され、光学素子によって原稿の画像データである画像情報として図示しない制御部に出力されるようになっている。

書き込み装置３３は、ポリゴンミラー５７と、制御部に入力された原稿の画像情報等に応じて照射を行う図示しない半導体レーザと、結像光学系をなす図示しない反射鏡および結像レンズとを有しており、半導体レーザにより発せられポリゴンミラー５７によって反射された走査光Ｌを感光体ドラム３５上の帯電装置５６と現像装置３６との間の位置に照射して静電潜像を形成するようになっている。

半導体レーザは、制御部からの画像信号に基づいて発光制御されるようになっており、制御部では、原稿読み取り部３２からの画像情報だけでなく、プリンタとして用いられる場合の印字信号およびファクシミリ装置として用いられる場合の送信信号に応じた画像信号によって半導体レーザの駆動制御を行う。ここに、画像形成装置３０は複写機だけでなくプリンタおよびファクシミリとしての機能を持つデジタル複合機としての性格を持っている。

反転装置４２は、排紙分岐爪５１による分岐によってシート材２が進入する経路である反転搬送路４１と、反転搬送路４１を経て搬送されてきたシート材２を積載する両面トレイ４３と、両面トレイ４３から画像形成部３４に向けてシート材２を送り出す経路である両面搬送路４４とを有している。

給送装置１００は、シート材２を積載したカセット１１と、カセットを上方に向けて付勢する付勢手段としての図示しないばねと、カセット１１に積載されたシート材２のうち最上位のものの先端部に圧接する分離ローラとしての給送ローラ４と、給送ローラ４との間でシート材２を一枚ずつ分離して画像形成部３４に給送するための分離部材８と、分離部材８を給送ローラ４に向けて付勢する付勢手段としてのばね５と、給送ローラ４及び分離部８によって給送された一枚のシート材２を画像形成部３４に向けて搬送する搬送ローラ対７とを有している。

図２に示すように、定着装置３８は、シート材２を加熱するとともに図示しない駆動源としてのモータにより矢印Ｂ方向に回転駆動され回転によりシート材２を搬送する定着ローラとしての加熱ローラ６１と、加熱ローラ６１に圧接され加熱ローラ６１に従動して矢印Ｃ方向に回転し回転により加熱ローラ６１とともにシート材２を搬送する加圧ローラ６２と、加熱ローラ６１の内部に配設された第１の発熱手段としてのヒータ６３および第２の発熱手段としてのヒータ６４と、ヒータ６３、６４を一体に支持する支持板６０とを有している。

定着装置３８はまた、加熱ローラ６１と加圧ローラ６２とが圧接した部分であるニップ部８１にシート材を案内する案内部材としてのガイド板６５と、加熱ローラ６１を覆うとともに支持板６０を支持した上カバー６６と、加圧ローラ６２を覆うとともにガイド板６５を支持した下カバー６７とを有している。

図３に示すように、定着装置３８はまた、定着装置３８内の空気を外部に排出するための排気手段としてのファン６８と、図２に示した上カバー６６に固定支持され加熱ローラ６１を回転自在に支持する軸受け６９、７０と、加熱ローラ６１の、ファン６８側の端部の周面に固定され、モータからの駆動力を受けて加熱ローラ６１とともに回転するギア７１とを有している。図３において、矢印Ｄは、ファン６８によって定着装置３８内に生じる気流の向きを示している。

定着装置３８はまた、図示を省略するが、温度検知手段としての第１の温度検知手段及び第２の温度検知手段と、第１の温度検知手段、第２の温度検知手段によって検出した温度等に応じてヒータ６３とヒータ６４とを独立に制御する制御手段と、制御手段により出力を制御されるヒータ６３、６４のそれぞれに接続された電力供給手段とを有している。

加熱ローラ６１は、薄肉円筒状の芯金からなる薄肉ローラである。加熱ローラ６１の芯金の径は１６ｍｍ以上４０ｍｍ以下、かつ同芯金の肉厚は０．２５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である。本形態において、加熱ローラ６１の芯金は、アルミニウム合金製であり、径を３０ｍｍ、肉厚を０．５ｍｍとされている。材質は、比熱が小さく、熱伝導率が大きいものが好ましく、アルミニウム合金の他にもＳＴＫＭ１１、ＳＴＫＭ１２等の鉄、銅、ステンレス、アルミニウム等の金属を使用することができる。

加圧ローラ６２は、図示を省略するが、その外径が２５ｍｍ以上３０ｍｍ以下、肉厚が５ｍｍ以上７ｍｍ以下の弾性層と、この弾性層上に３０μｍ以上８０μｍ以下の厚さのフッ素樹脂製のチューブを被覆した層とを有している。本形態において、かかる弾性層は熱容量の小さいスポンジタイムのゴムを用いた、外径２５ｍｍ、厚さ５ｍｍのスポンジ層とし、フッ素樹脂層の厚さは５０μｍとした。
このように、加熱ローラ６１と加圧ローラ６２とは、それぞれ低熱容量化によるウォームアップタイムすなわち電源投入時の立ち上がり時間または省エネモード下の待機状態から復帰までの時間の短縮化が図られている。

シート材２は、図２において、紙面右方から左方に向けて移動する際に、ニップ部８１において、表面に担持したトナー像を定着される。このとき、図２における紙面に垂直な方向を、シート材２の幅方向という。以下、シート材２の幅方向を、単に、幅方向、という。この幅方向は、図３および図４において矢印Ｅで示す、紙面左右方向に一致する。

加熱ローラ６１及び加圧ローラ６２は、幅方向に長い形状をなしており、幅方向において、画像形成装置３０に使用可能なシート材２の幅よりも大きな幅を有している。
図３に示すように、ヒータ６３、６４は、幅方向において、加熱ローラ６１の幅より長く、加熱ローラ６１を貫く態様で配設されている。支持板６０は、幅方向において加熱ローラ６１が延在している領域の、加熱ローラ６１のそれぞれの端部の外側に配設されており、この位置でヒータ６３、６４の各端部を支持している。ヒータ６３、６４は上下方向に並んだ状態で配設され、ヒータ６３は上側、ヒータ６４は下側に位置する。したがって、ヒータ６４は、ヒータ６４よりも、シート材２の通過位置であるニップ部８１に近い位置に配設されている。

図３に示すように、ヒータ６３は、幅方向に延設された、発熱手段としてのタングステンワイヤ２１と、タングステンワイヤ２１を内部に有するとともに、主成分が不活性ガスのハロゲンガスとしてのアルゴンである気体を封入した封入部材としての透明な石英ガラス管であるガラス管７９とを有している。

図３または図４（ａ）に示すように、ヒータ６３は、発熱部として、幅方向における中央部（以下、単に「中央部」という）に配設された主発光部７３と、幅方向における主発光部７３の両側に位置する副発光部７４、７５とを有している。主発熱部７３は、タングステンワイヤ２１をコイル状に巻くことで形成し、副発熱部７４、７５は、タングステンワイヤ２１を波状にするなど、曲率を主発熱部７３における曲率よりも小さくすることで形成した。

図３に示すように、ヒータ６４は、幅方向に延設された、発熱手段としてのタングステンワイヤ２２と、タングステンワイヤ２２を内部に有するとともに、主成分が不活性ガスのハロゲンガスとしてのキセノンである気体を封入した封入部材としての透明な石英ガラス管であるガラス管８０とを有している。

図３または図４（ｂ）に示すように、ヒータ６４は、幅方向における各端部（以下、単に「端部」という）に配設された主発光部７６、７７と、幅方向における主発光部７６、７７の間に位置する副発光部７８とを有している。主発熱部７６、７７は、タングステンワイヤ２２をコイル状に巻くことで形成し、副発熱部７８は、タングステンワイヤ２２を波状にするなど、曲率を主発熱部７６、７７における曲率よりも小さくすることで形成した。

図３において、符号ａは、幅方向における加熱ローラ６１の長さ及び配設領域を示しており、符合ｂは、幅方向におけるヒータ６３の主発熱部７３の長さ及び配設領域を示しており、符合ｃ、ｄは、幅方向におけるヒータ６４の主発熱部７６、７７の長さ及び配設領域をそれぞれ示しており、符号Ｏは、発光中心、すなわち幅方向におけるヒータ６３の主発光部７３及びヒータ６４の副発光部７８の配設領域の中心を示している。

また、図３において、符合ｅ、ｆは、幅方向における、中心Ｏから、ヒータ６３の主発光部７３の各端部までの長さ、言い換えるとヒータ６３の副発光部７４、７５それぞれの中心Ｏ側の端部までの長さをそれぞれ示しており、符合ｇ、ｈは、幅方向における、中心Ｏから、ヒータ６４の副発光部７８の各端部までの長さ、言い換えるとヒータ６４の主発光部７６、７７それぞれの中心Ｏ側の端部までの長さをそれぞれ示している。

また、図３において、符号ｉ、ｊは、幅方向における、中心Ｏから、加熱ローラ６１の各端部までのそれぞれの長さを示しており、符号ｋは、幅方向における、軸受け６９から加熱ローラ６１のギア７１が配設された側の端部までの長さを示しており、符号ｌは、幅方向における、加熱ローラ６１のギア７１が配設された側のヒータ６４の端部から、一方の支持板６０までの長さを示しており、符号ｍは、幅方向における、加熱ローラ６１のギア７１が配設された側の端部から、ヒータ６４の一方の端部までの長さを示している。

また、図３において、符号ｎは、幅方向における、加熱ローラ６１のギア７１が配設された側と逆側のヒータ６４の端部から、他方の支持板６０までの長さを示しており、符号ｐは、幅方向における、加熱ローラ６１のギア７１が配設された側と逆側の端部から、ヒータ６４の他方の端部までの長さを示している。

図４において、符号ｂ、ｃ、ｄは、図３に示した各符号ｂ、ｃ、ｄに対応するものを示しており、符号ｑは、ヒータ６３の、幅方向における、主発熱部７３および副発熱部７４、７５の配設領域およびこの配設領域の長さを示しており、符号ｒは、ヒータ６４の、幅方向における、主発熱部７６、７７および副発熱部７８の配設領域およびこの配設領域の長さを示している。

符号ａ〜ｎ及びｐ〜ｒで示した長さはそれぞれ、図３および図４中に、それぞれの符号の右側に数値で示している。単位は［ｍｍ］である。このことは、後述する、図６において符号ｓ〜ｖで示した領域の長さについても同様である。
なお、長さａは、本形態では３７０ｍｍであるが、３６０ｍｍ以上４１０ｍｍ以下の範囲とすることが可能である。また、軸方向における加圧ローラ６２の長さは、本形態では３２０ｍｍであるが、３１０ｍｍ以上３２０ｍｍ以下の範囲とすることが可能である。

図３から明らかなように、幅方向において、領域ｂの各端部の一部はそれぞれ、領域ｃ、ｄの一方の端部の一部と重複している。
第１の温度検知手段は領域ｂ、第２の温度検知手段は領域ｃにそれぞれ対応した領域の加熱ローラ６１の温度を検知するよう配設されている。第１の温度検知手段、第２の温度検知手段の何れも、領域ｂと領域ｃとが重複する領域を避けて配設されている。

ここで、既述の記載と一部重複するが、一般に、ヒータへの供給電力は、画像形成装置の最大消費電力に応じて、その配分が決定される。
たとえば、一般に、画像形成装置のウォームアップタイムは、１０〜１２秒程度であることを求められているが、画像形成装置のウォームアップタイムを短縮する手段として、ヒータへの供給電力を非常に大きくすることが考えられる。

これは、画像形成装置のウォームアップタイムは定着装置のウォームアップタイム等に依存するため、画像形成装置のウォームアップタイムを短縮するには定着装置のウォームアップタイムを短縮することが有効であるが、定着装置のウォームアップタイムは、ヒータによる加熱ローラ等の昇温時間に依存することから、画像形成装置のウォームアップタイムを短縮する手段として、定着装置のウォームアップタイムを短縮するべく、ヒータへの供給電力を非常に大きくすることが考えられるためである。

しかしながら、実際には、画像形成装置の最大消費電力は決められており、かかる最大消費電力に基づいて定着装置に備えられているヒータに配分される供給電力が決定されるため、たとえば最大消費電力が１３００Ｗとされた画像形成装置においては、これに備えられた定着装置のヒータには１０００〜１２００Ｗ程度の供給電力が配分されることとなり、ヒータへの供給電力を大きくするにも限度がある。

よって、供給電力を増加させることなく、立ち上がりの早い定着装置が求められている。
一方、従来より、ヒータとしては、透明な石英のガラス管に不活性ガスであるハロゲンガスを封入したハロゲンヒータがよく用いられているが、かかるハロゲンガスの成分は、一般にアルゴンであった。アルゴンは、安価ではあるが、熱伝導性が高いため、発生した熱量がアルゴンガスを封入したガラス管を暖めることに使用されてしまい、ヒータの発熱により昇温される加熱ローラ等の温度上昇勾配、言い換えると昇温速度が低下してしまうという問題があった。

しかしながら、本発明を適用した本形態の定着装置３８では、これに備えられたヒータ６４に、ハロゲンガスとしてキセノンを用いている。
キセノンは、アルゴンよりも熱伝導性が低く、キセノンガスを封入したガラス管を暖めることに使用される熱量がアルゴンよりも少なく、ヒータの発熱により昇温される加熱ローラの温度上昇勾配、言い換えると昇温速度が、図７に示すように、アルゴンよりも大きい。
そのため、キセノンを用いたヒータ６４を備えた定着装置３８は、供給電力を増加させることなく、立ち上がりが早くなっている。

また、本形態における定着装置３８のように、ヒータを複数備えている定着装置においては、従来より、画像形成装置の電源投入時など、定着装置のウォームアップを急ぐときには、すべてのヒータを全て点灯するなど、ヒータへの供給電力を最大とすることで、発熱量を確保する一方、ウォームアップ終了後は、種々のモータの回転等に電力を供給しなければならないため、一部のヒータのみを点灯することでヒータへの供給電力を減少させ、必要最低限の発熱量で定着を行っていた。

しかし、ヒータを複数備えている定着装置においては、ヒータ全体に配分された供給電力が、各ヒータにさらに割り振られるため、一部のヒータのみを点灯するのみでは、発熱量が不足し定着不良が生じることがある。
たとえば、複数のヒータが、中央部が発熱する中央ヒータと、端部が発熱する端部ヒータとによって構成されている場合には、その短辺を幅方向に向けて搬送されるＡ４サイズ、Ｂ５サイズ以下の記録媒体などの小サイズの記録媒体に対する連続定着を想定し、かかる連続定着の場合にも中央ヒータのみで発熱量を確保し、定着性を維持するべく、ヒータ全体に配分された供給電力は、中央ヒータへの供給電力に優先的に割り振られ、残りが端部ヒータに割り振られる。ヒータ全体に配分される供給電力が１１５０Ｗである場合、上述のように連続定着を想定して中央ヒータへの供給電力を５５０Ｗとする必要がある場合には、まず中央ヒータへの供給電力が５５０Ｗとされ、その残りの６００Ｗが端部ヒータへの供給電力とされる。

このため、上述のように電力投入時に複数のヒータの全てを点灯したとしても、電源投入時には加熱ローラの温度が低く、特に加熱ローラの両端部における放熱量が大きいため、ウォームアップまでの時間が長くなってしまうことや、端部の定着性が確保できないことがある。

しかしながら、本形態における定着装置３８にあっては、複数のヒータ６３、６４を備えているが、端部に主発熱部７６、７７を有するヒータ６４には、不活性ガスとしてキセノンガスを用いているため、加熱ローラ６１の端部においても良好な加熱が行われ、ウォームアップまでの時間が短く、またかかる端部における定着性も向上している。このように、定着装置３８においては、ヒータ６３、６４の発熱量のバランスが良好であるとともにウォームアップが速やかに行われる。
さらに、ヒータ６４は、ヒータ６４よりも、ニップ部８１に近い位置に配設されているため、加熱ローラ６１の端部においてより良好な加熱が行われ、ウォームアップまでの時間が短く、またかかる端部における定着性がさらに向上している。

ヒータ６３は、その出力を５００［Ｗ］とされ、図５に示すように、中央部の発熱量すなわち主発熱部７３の発熱量を１００％としたとき、端部の発熱量すなわち副発熱部７４、７５の発熱量の比率は、４０％となっている。
このように、ヒータ６３は、中央部が主に発熱する中央発熱手段として機能する。ヒータ６３は、その短辺を幅方向に向けて搬送されるＡ４サイズ、Ｂ５サイズ以下のシート材２に対する連続定着時にも加熱ローラ６１を定着に適した温度に十分に保てる供給電力が配分されている。よって、ヒータ６３には、不活性ガスとして、キセノンに比べて熱伝導性の高いアルゴンを用いても、ヒータ６３はその機能を十分に発揮しており、またアルゴンを用いることで、コストの上昇を防止している。
なお図５に示した符合であって、図３または図４に示した符合と同じ符号は、その符号を用いて図３または図４に示したものと同じものであるので説明を省略する。

ヒータ６４は、その出力を６００［Ｗ］とされ、端部の発熱量すなわち主発熱部７６または７７の発熱量を１００％としたとき、端部の発熱量すなわち副発熱部７８の発熱量の比率は、３０％となっている。このように、ヒータ６４は、端部が主に発熱する端部発熱手段として機能する。

ヒータ６４の主発熱部７６は、図６に示すように、その配設領域ｃの中に、高出力部ｓと低出力部ｔとを含んでおり、また、ヒータ６４の主発熱部７７は、図６に示すように、その配設領域ｄの中に、高出力部ｕと低出力部ｖとを含んでいる。ヒータ６３の主発熱部７３の発熱量を１００％としたとき、高出力部ｓ、ｕの発熱量はそれぞれ１１０％、１２０％であり、低出力部ｔ、ｖの発熱量はそれぞれ１００％である。

ヒータ６４への供給電力は、定着装置３８に配分される供給電力のうちヒータ６３に割り振られる供給電力を差し引くことによって決定されているが、上述のように、不活性ガスとしてキセノンガスを用いているので、その昇温速度は確保されている。
画像形成装置３０の最大消費電力に余裕があり、ヒータ６４への供給電力を増加させられる場合には、不活性ガスとしてアルゴンガスを用いるとともに、アルゴンガスを用いることで発生する昇温速度の低下を、ヒータ６４への供給電力を増加させることで補うことも考えられるが、このようにすると、連続定着中、ヒータ６４の発熱量が多いため、温度リップルが大きくなり、ホットオフセットの懸念が生じることとなる。

供給電力が同じであるとき、不活性ガスをキセノンとした場合には、不活性ガスをアルゴンとした場合よりも、昇温速度が大きいが、連続定着を行い、その過程でガラス管の温度が上昇すると、その後の熱効率は何れの場合も同じになるため、不活性ガスとしてキセノンガスを用いれば、昇温速度を担保しつつ、熱量の過供給が防止される。

よって、画像形成装置３０の最大消費電力に余裕があり、ヒータ６４への供給電力を増加させられる場合でも、本形態のように、ヒータ６４の不活性ガスとしてキセノンガスを用い、ヒータ６４への供給電力を維持することが、温度リップルを大きくすることがなく、ホットオフセットの発生を防止するという観点から好ましい。
なお図６に示した符合であって、図３または図４に示した符合と同じ符号は、その符号を用いて図３または図４に示したものと同じものであるので説明を省略する。

上述のように、ヒータ６３は、中央部の発熱量の発熱量を１００％としたとき、端部の発熱量の比率は４０％となっており、ヒータ６４は、中央部の発熱量の発熱量を１００％としたとき、端部の発熱量の比率は３０％となっており、このように、ヒータ６４の、端部の発熱量に対する中央部の発熱量の比率が、ヒータ６３の、中央部の発熱量に対する端部の発熱量の比率よりも小さくなっている。
この構成により、加熱ローラ６１の温度が、中央部、端部ともにバランスよく維持され、温度ムラが生じることなく、良好な定着性が得られる。

この、加熱ローラ６１の温度を中央部、端部ともにバランスよく維持し、温度ムラを生じさせず、良好な定着性を得るという観点からは、ヒータ６４の、端部の発熱量に対する中央部の発熱量の比率が、ヒータ６３の、中央部の発熱量に対する端部の発熱量の比率よりも小さいという関係を保持しつつ、ヒータ６３の中央部の発熱量の発熱量を１００％としたとき、端部の発熱量の比率を２０〜５０％の範囲内で決定するとともに、ヒータ６４の中央部の発熱量の発熱量を１００％としたとき、端部の発熱量の比率を１０〜３０％の範囲内で決定することができる。

制御手段は、すでに述べたように、第１の温度検知手段、第２の温度検知手段によって検出した温度等に応じてヒータ６３とヒータ６４とを独立に制御する。具体的には、第１の温度検知手段、第２の温度検知手段による検出温度のそれぞれに対して予め設定された目標の設定温度を記憶しており、この設定温度に基づいて、電力供給手段を制御し、フィードバック制御を行う。

よって制御手段は、ウォームアップ時には、加熱ローラ６１の温度が幅方向の全体にわたって低下しているため、ヒータ６３とヒータ６４とを同時に点灯させる。その一方で、制御手段は、ウォームアップが終了した後は、種々のモータの回転等に電力を供給しなければならないため、ヒータ６３、６４への供給電力を減少させ、必要最低限の発熱量で定着を行うべく、ヒータ６３とヒータ６４との何れか一方のみを点灯させるようになっている。なお、第１の温度検知手段、第２の温度検知手段によって検出した温度それぞれが、設定温度以上である場合には、ヒータ６３、６４の両者を消灯する。

このように、ヒータ６３とヒータ６４との何れか一方のみを点灯させるようにすると、たとえば、その長辺を幅方向に向けたＡ４サイズのシート材２、または、Ａ３サイズのシート材２に定着を行う場合のように、加熱ローラ６１の中央部および端部にわたる大きさを有するシート材２に連続定着を行う場合には、加熱ローラ６１の中央部か端部の何れかの温度が低下し、定着性が低下するとも考えられる。

しかし、本形態のヒータ６３、６４は、副発熱部７３、７６、７７を有し、副発熱部７３、７６、７７によっても加熱を行うため、加熱ローラ６１の中央部か端部の何れかの温度が低下しても、その温度低下の速度が遅く、その部分の温度が著しく低下する前に、第１の温度検知手段、第２の温度検知手段の何れかがその部分の温度低下を検出し、制御手段による制御により、その部分の温度が上昇されるため、加熱ローラ６１の中央部か端部の何れかの温度が、定着性が低下するほど下がることはなく、したがって、加熱ローラ６１の幅方向の中央部および端部にわたる大きさを有するシート材２に連続定着を行う場合においても、その幅方向全体にわたって良好な定着が維持される。

制御手段は、ヒータ６３、６４の出力、言い換えると電力供給手段によって供給する電力の出力を、０％、５０％、１００％の何れかに設定することができるようになっている。制御手段は、ウォームアップ時には、ヒータ６３、６４の出力を、１００％とするが、ウォームアップ終了後は、ヒータ６３、６４の何れか一方のみを出力５０％、１００％の何れかで点灯、すなわちオンにさせ、他方を出力０％とさせ、消灯、すなわちオフにさせる。

制御手段が、出力を５０％とするときは、設定温度から近いときであり、出力を１００％とするときは、設定温度からある程度離れているときである。たとえば、ヒータ６３を点灯させたとき、第１の温度検知手段による検出温度が設定温度から遠いときには出力を１００％とし、その後第１の温度検知手段による検出温度が設定温度に近づくと、そのときに出力を５０％とする。これにより、電力の消費が節減される。

画像形成装置３０は以上のような構成であるから、原稿読み取り部により読み取った画像データ等を基にして、書き込み装置３３が、帯電装置５６によって帯電された感光体ドラム３５上に、操作光Ｌを照射して潜像を形成し、その潜像を現像装置３６がトナーにより可視像とする。

シート材２がカセット１１から給送ローラ４により給送され、分離部材８との共働によりシート材２は１枚ずつ良好に分離され、１枚のシート材２のみが搬送ローラ対７によって搬送路３７を通して画像形成部３４に搬送され、レジストローラ６によってタイミングを取られたうえで感光体ドラム３５と転写装置５９との間に送り出され、感光体ドラム３５上の可視像が転写装置５９によりそのシート材２上に転写される。転写後の感光体ドラム３５はクリーニング装置５０によりクリーニングされ、再度、帯電装置５６による帯電に供される。

感光体ドラム３５に密着した状態でトナー像を転写されたシート材２は感光体ドラム３５の曲率により感光体ドラム３５から分離され、定着装置３８に搬送されて定着が行われ、排紙分岐爪５１を経て排紙ローラ対３９に搬送されたときには排紙ローラ対３９により外部の排紙トレイ４０に排出される。

両面画像形成時であって片面にのみ画像が形成された場合には、シート材２は排紙分岐爪５１により反転搬送路４１から両面装置４２へ向けて搬送され、両面トレイ４３に一旦格納された後に進行方向を逆転し、両面搬送路４４から再び画像形成部３４に送り込まれて裏面に画像が形成され、定着装置３８、排紙分岐爪５１、排紙ローラ対３９を通って排紙トレイ４０上に排出される。

定着装置３８は、ヒータ６３、６４の発熱量のバランスが良好であるとともにウォームアップが速やかに行われることから、かかる画像形成時において、ウォームアップ時には、定着装置３８はヒータ６３、６４の点灯により速やかにウォームアップが終了し、また、定着を行う場合、ヒータ６３、６４の点灯が適宜行われることで、加熱ローラ６１の温度が定着に適した温度に常に良好に維持され、良好な定着が行われる。またこれにより画像形成装置３０による画像形成は良好に行われる。

以上、本発明を実施するための形態として、本発明を適用した定着装置及び画像形成装置について説明したが、本発明の適用は、上述の説明において特に限定を行っていない限り、上述の形態に限られるものではない。
たとえば、第１の発熱手段、第２の発熱手段は、それぞれ、１つに限らず、２つ以上備えられていても良い。
また、第１の発熱手段としての中央発熱手段は、中央部が主に発熱するに限らず、少なくとも中央部が発熱するものであっても良く、第２の発熱手段としての端部発熱手段は、端部が主に発熱するに限らず、少なくとも端部が発熱するものであっても良い。

また、定着装置は、ローラ対タイプの定着装置でなく、ベルトタイプの定着装置であっても良い。ベルトタイプの定着装置としては、図８に示すように、トナーを定着されるシート状の記録媒体を搬送するための無端の定着ベルト９１と、定着ベルト９１を巻き掛けられた加熱ローラ６１及び定着ローラ９２と、定着ベルト９１を介して定着ローラ９２に対向して配置された加圧ローラ６２と、加熱ローラ６１の内部に配設されたヒータ６３、６４と、定着装置３８における第１の温度検知手段、第２の温度検知手段、制御手段、電力供給手段、排気手段、ギア７１、軸受け６９、７０にそれぞれ相当する第１の温度検知手段、第２の温度検知手段、制御手段、電力供給手段、排気手段、ギア、軸受けと、支持部材６０と、ガイド板６５と、上カバー６６と、下カバー６７等とを有する定着装置９４が挙げられる。

この定着装置９４においては、定着ベルト９１と加圧ローラ６２とが当接するニップ部９３において、シート材２は、その表面に担持したトナー像を定着される。定着装置９４において、定着装置３８における構成に相当するものにはその構成に付した符号と同一の符号を付して図示し、または適宜図示を省略し、また説明を省略する。このようなベルトタイプの定着装置９４およびこれを備えた画像形成装置３０によっても、定着装置３８およびこれを備えた画像形成装置３０と同様に、本発明を適用し、定着装置３８およびこれを備えた画像形成装置３０と同様の作用効果が奏される。

本発明を適用した定着装置及び画像形成装置の概略正面図である。 図１に示した定着装置の拡大正面図である。 図１及び図２に示した定着装置に備えられた加熱ローラ、第１の発熱手段および第２の発熱手段等の側面図である。 図１及び図２に示した定着装置に備えられた第１の発熱手段および第２の発熱手段の一部破断拡大側面図である。 図１及び図２に示した定着装置に備えられた第１の発熱手段の発熱分布図である。 図１及び図２に示した定着装置に備えられた第２の発熱手段の発熱分布図である。 主成分がアルゴンである気体を用いた発熱手段を備えた加熱ローラの昇温速度と、主成分がキセノンである気体を用いた発熱手段を備えた加熱ローラの昇温速度とを比較した相関図である。 本発明を適用した定着装置の他の構成例の概略正面図である。

符号の説明

３０ 画像形成装置
３８ 定着装置
６１ 加熱ローラ
６３ 第１の発熱手段、中央発熱手段
６４ 第２の発熱手段、端部発熱手段
８１ 記録媒体の通過位置
９４ 定着装置

Claims (8)

1. 主成分がアルゴンである気体を用いた第１の発熱手段と、主成分がキセノンである気体を用いた第２の発熱手段とを有する定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、第１の発熱手段が、少なくとも中央部が発熱する中央発熱手段であり、第２の発熱手段が、少なくとも端部が発熱する端部発熱手段であることを特徴とする定着装置。
3. 請求項２記載の定着装置において、上記中央発熱手段は、中央部が主に発熱し、上記端部発熱手段は、端部が主に発熱することを特徴とする定着装置。
4. 請求項３記載の定着装置において、上記端部発熱手段の、端部の発熱量に対する中央部の発熱量の比率が、上記中央発熱手段の、中央部の発熱量に対する端部の発熱量の比率よりも小さいことを特徴とする定着装置。
5. 請求項４記載の定着装置において、上記端部発熱手段の、端部の発熱量を１００％としたとき、中央部の発熱量の比率が１０〜３０％であり、上記中央発熱手段の、中央部の発熱量を１００％としたとき、端部の発熱量の比率が２０〜５０％であることを特徴とする定着装置。
6. 請求項３ないし５の何れか１つに記載の定着装置において、上記端部発熱手段を、上記中央発熱手段よりも、記録媒体の通過位置に近い位置に配設したことを特徴とする定着装置。
7. 請求項１ないし６の何れか１つに記載の定着装置において、記録媒体を加熱するための加熱ローラを有し、第１の発熱手段と第２の発熱手段とが、上記加熱ローラの内部に配設されていることを特徴とする定着装置。
8. 請求項１ないし７の何れか１つに記載の定着装置を備えた画像形成装置。
   

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