JP4691946B2

JP4691946B2 - 定着装置およびこれを備える画像形成装置

Info

Publication number: JP4691946B2
Application number: JP2004288393A
Authority: JP
Inventors: 和利藤沢
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: DE602005015172D1; US20060067721A1; EP1643319A1; US7558498B2; EP1643319B1; JP2006106031A

Description

本発明は、定着装置およびこれを備える画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を採用するプリンタ、コピー、ファクシミリなどの画像形成装置には、トナーにより形成されたトナー像を未定着状態で担持する紙等の記録媒体に加熱することにより、前記トナー像を前記記録媒体に定着させる定着装置が備えられている(例えば、特許文献１参照。)。
かかる定着装置は、一般に、互いに圧接回転する円筒状の１対の回転体と、この１対の回転体のうち少なくとも一方を加熱するヒータとを有している。前記２つの回転体の前記圧接により形成されたニップに記録媒体を通紙することにより、前記記録媒体を加熱および加圧して、前記記録媒体上に形成されたトナー像を前記記録媒体に定着させる。

近年、印刷速度の高速化に伴い、ウォームアップ時間の短縮等の目的で、ヒータの消費電力は大きいものとなっている。消費電力の大きなヒータを使うと、そのヒータの有する抵抗が小さいため、電源との接続をオフ状態からオン状態としたときに突入電流が流れて、フリッカを生じるという問題がある。特に、ヒータの温度が低いときには、ヒータの抵抗値も小さくなるため、前記問題が顕著となる。
このような問題を解決するため、消費電力の大きなヒータ（第１のヒータ）と電源との接続をオフ状態からオン状態とするときに、前記ヒータと抵抗とを直列に前記電源に接続した状態とすることにより、前記ヒータを含む回路の抵抗値を大きくするものが知られている。

特許文献１では、前記抵抗として、ヒータ（第２のヒータ）を用いているため、フリッカの発生を防止することができるだけでなく、そのヒータにより生じた熱を前述した回転体の加熱などに有効利用することができる。
しかし、第１のヒータの抵抗値と第２のヒータの抵抗値との組み合わせによっては、第１のヒータと第２のヒータとを直列で点灯した時における第１のヒータの発熱量が小さくなりすぎたり、フリッカの発生を防止することができない場合があった。

特開２００４−２６２９７６号公報

本発明の目的は、フリッカの発生を防止しつつ、優れた定着性を発揮することができる定着装置およびこれを備える画像形成装置を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の定着装置は、互いに圧接回転する１対の回転体の間に、未定着像を担持する記録媒体を通過させて、該記録媒体を加熱・加圧することにより、前記未定着像を前記記録媒体に定着させる定着装置であって、
電源からの通電により発熱して、前記１対の回転体のうちの一方の回転体を加熱する第１のヒータと、
前記電源からの通電により発熱して、前記１対の回転体のうちの他方の回転体を加熱する第２のヒータと、
前記電源に対し前記第１のヒータと前記第２のヒータとを直列に接続して前記第１のヒータおよび前記第２のヒータに通電する第１の状態と、前記電源から前記第２のヒータへの通電を実質的に遮断するとともに、前記第１のヒータを前記電源に接続して前記第１のヒータに通電する第２の状態とを切り換える切換手段とを備え、
前記第１の状態時における前記第１のヒータの単位時間あたりの発熱量をＱ_１１とし、前記第２の状態時における前記第１のヒータの単位時間あたりの発熱量をＱ_２１とし、前記第１の状態時における前記第２のヒータの単位時間あたりの発熱量をＱ_１２としたときに、Ｑ_１１／Ｑ_２１＞１／８、かつ、Ｑ_１１＜Ｑ_１２の関係を満たすことを特徴とする。
これにより、第１のヒータおよび第２のヒータの抵抗値の最適化が図られるので、第１の状態で、電源に接続された回路の抵抗値を抑えつつ第１のヒータおよび第２のヒータの発熱を良好なものとすることができる。その結果、フリッカの発生を防止しつつ、優れた定着性を発揮することができる。
また、Ｑ_１１＜Ｑ_１２の関係を満たすことにより、第１の状態時に、第２のヒータによって加熱される一方の回転体または他の部材を、より迅速に昇温させることができる。
また、第２のヒータが１対の回転体のうちの他方の回転体を加熱するので、未定着像を担持する記録媒体を定着処理に供する際に、記録媒体がその両面から加熱されるので、第２のヒータからの熱を有効利用しつつ、より優れた定着性を発揮するとともに、定着後の記録媒体がカール状となるのを防止することができる。

本発明の定着装置では、前記切換手段は、前記第１のヒータへの通電履歴に基づき、前記第１の状態と前記第２の状態とを切り換えることが好ましい。
これにより、切換手段が不本意に第１の状態となるのを防止して、一方の回転体を第１のヒータにより効率よく加熱することができる。
本発明の定着装置では、前記切換手段は、前記第１のヒータへの通電を開始する前の設定期間内に前記第１のヒータへの通電が行われていない場合には、前記第１の状態とし、前記設定期間内に前記第１のヒータへの通電が行われた場合には、前記第２の状態とすることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、切換手段の切り換えを行うことができる。

本発明の定着装置では、前記一方の回転体の温度を検知する第１の温度検知手段と、前記他方の回転体の温度を検知する第２の温度検知手段と、前記第１の温度検知手段および前記第２の温度検知手段によって検知された温度に基づき前記電源から前記第１のヒータおよび前記第２のヒータへの単位時間あたりの通電量を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第１の状態時には、前記第２の温度検知手段によって検知された温度に基づき、前記電源から前記第１のヒータおよび前記第２のヒータへの単位時間あたりの通電量を制御し、前記第２の状態時には、前記第１の温度検知手段によって検知された温度に基づき、前記電源から前記第１のヒータへの単位時間あたりの通電量を制御することが好ましい。
これにより、第２のヒータによって加熱される他方の回転体の温度を、簡単な制御でかつ高精度に所望の温度とすることができる。

本発明の定着装置では、前記第１の状態時における前記第２のヒータの単位時間あたりの発熱量をＱ_１２とし、前記第１のヒータにより加熱される前記一方の回転体を第１の目標温度に維持するのに必要な単位時間あたりの熱量をＱ_Ｔ１とし、前記第２のヒータにより加熱される前記他方の回転体を前記第１の目標温度よりも低い第２の目標温度に維持するのに必要な単位時間あたりの熱量をＱ_Ｔ２としたときに、
Ｑ_２１＞Ｑ_Ｔ１＞Ｑ_１１、
かつ、
Ｑ_１２＞Ｑ_Ｔ２、
かつ、
Ｑ_２１×（１−Ｑ_Ｔ２／Ｑ_１２）＋Ｑ_１１×Ｑ_Ｔ２／Ｑ_１２＞Ｑ_Ｔ１
の関係を満たすことが好ましい。
これにより、第１のヒータによって加熱される一方の回転体の温度と、前記第２のヒータによって加熱される１対の回転体のうちの一方の回転体または他の部材の温度とを、簡単な制御でかつ高精度に所望の温度とすることができる。

本発明の定着装置では、前記切換手段は、前記一方の回転体を第１の目標温度に昇温させる際に主として前記第２の状態とし、前記他方の回転体を前記第１の目標温度よりも低い第２の目標温度に昇温させる際に主として前記第１の状態とすることが好ましい。
これにより、ウォームアップ時間をより短いものとすることができる。
本発明の定着装置では、前記切換手段は、前記第１のヒータと前記第２のヒータとを直列に電源に接続する第１のスイッチと、前記第２のヒータを短絡するとともに、前記第１のヒータを前記電源に接続する第２のスイッチ素子とを備え、前記第１のスイッチをオン状態とすることにより前記第１の状態とし、前記第２のスイッチをオン状態とすることにより前記第２の状態とすることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、フリッカの発生をより確実に防止しつつ、第１の状態と第２の状態とを切り換えることができる。
本発明の画像形成装置は、本発明の定着装置を備えることを特徴とする。
これにより、フリッカの発生を防止しつつ、優れた定着性を発揮することができる画像形成装置を得ることができる。

以下、本発明の定着装置およびこれを備える画像形成装置の好適な実施形態を図１ないし図７に基づいて説明する。
図１は、本発明にかかる画像形成装置の１実施形態を示す全体構成の模式的断面図、図２は、図１に示す画像形成装置に備えられた定着装置の好適な実施形態を示す模式的断面図、図３は、図２に示す定着装置のヒータ制御系のブロック図、図４は、図２に示す定着装置のヒータの駆動回路を示す図、図５および図６は、図２に示す定着装置のヒータの駆動制御を説明するためのフローチャート、図７は、図２に示す定着装置における定着ローラおよび加圧ローラの温度の変遷を示す図である。

◆◆◆画像形成装置◆◆◆
本発明の定着装置に先立ち、本発明の定着装置を備える画像形成装置を簡単に説明する。
本実施形態の画像形成装置１０は、図１に示すように、潜像を担持し図示矢印方向に回転する感光体２０を有し、その回転方向に沿って順次、帯電ユニット３０、露光ユニット４０、現像ユニット５０、一次転写ユニット６０、クリーニングユニット７５が配設されている。また、画像形成装置１０は、図１にて下部に、紙などの記録媒体Ｐを収容する給紙トレイ９２を有し、その給紙トレイ９２に対して記録媒体Ｐの搬送方向下流に、二次転写ユニット８０、定着装置９０が順次配設されている。

感光体２０は、円筒状の導電性基材（図示せず）と、その外周面に形成された感光層（図示せず）とを有し、その軸線まわりに図１中矢印方向に回転可能となっている。
帯電ユニット３０は、コロナ帯電などにより感光体２０の表面を一様に帯電するための装置である。
露光ユニット４０は、図示しないパーソナルコンピュータなどのホストコンピュータから画像情報を受けこれに応じて、一様に帯電された感光体２０上に、レーザを照射することによって、静電的な潜像を形成する装置である。

現像ユニット５０は、ブラック現像装置５１と、マゼンタ現像装置５２と、シアン現像装置５３と、イエロー現像装置５４との４つの現像装置を有し、これらの現像装置を感光体２０上の潜像に対応して選択的に用いて、前記潜像をトナー像として可視化する装置である。ブラック現像装置５１はブラック（Ｋ）トナー、マゼンタ現像装置５２はマゼンタ（Ｍ）トナー、シアン現像装置５３はシアン（Ｃ）トナー、イエロー現像装置５４はイエロー（Ｙ）トナーを用いて現像を行う。

本実施形態におけるＹＭＣＫ現像ユニット５０は、前述の４つの現像装置５１、５２、５３、５４を選択的に感光体２０に対向するように、回転可能となっている。具体的には、このＹＭＣＫ現像ユニット５０は、軸５０ａを中心として回転可能な保持体の４つの保持部５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄにそれぞれ４つの現像装置５１、５２、５３、５４が保持されており、前記保持体の回転により、４つの現像装置５１、５２、５３、５４が相対位置関係を維持したまま、感光体２０に選択的に対向するようになっている。

一次転写ユニット６０は、感光体２０に形成された単色のトナー像を中間転写体７０に転写するための装置である。
中間転写体７０は、エンドレスのベルトであり、図１に示す矢印方向に、感光体２０とほぼ同じ周速度にて回転駆動される。中間転写体７０上には、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのうちの少なくとも１色のトナー像が担持され、例えばフルカラー画像の形成時に、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの４色のトナー像が順次重ねて転写されて、フルカラーのトナー像が形成される。

二次転写ユニット８０は、中間転写体７０上に形成された単色やフルカラーなどのトナー像を、紙、フィルム、布等の記録媒体Ｐに転写するための装置である。
定着装置９０は、前記トナー像の転写を受けた記録媒体Ｐを加熱および加圧することにより、前記トナー像を記録媒体Ｐに融着させて永久像として定着させるための装置である。なお、定着装置９０については、後に詳述する。

クリーニングユニット７５は、一次転写ユニット６０と帯電ユニット３０との間で感光体２０の表面に当接するゴム製のクリーニングブレード７６を有し、一次転写ユニット６０によって中間転写体７０上にトナー像が転写された後に、感光体２０上に残存するトナーをクリーニングブレード７６により掻き落として除去するための装置である。
次に、このように構成された画像形成装置１０の動作を説明する。

まず、図示しないホストコンピュータからの指令により、感光体２０、現像ユニット５０に設けられた現像ローラ（図示せず）、および中間転写体７０が回転を開始する。そして、感光体２０は、回転しながら、帯電ユニット３０により順次帯電される。
感光体２０の帯電された領域は、感光体２０の回転に伴って露光位置に至り、露光ユニット４０によって、第１色目、例えばイエローＹの画像情報に応じた潜像が前記領域に形成される。

感光体２０上に形成された潜像は、感光体２０の回転に伴って現像位置に至り、イエロー現像装置５４によってイエロートナーで現像される。これにより、感光体２０上にイエロートナー像が形成される。このとき、ＹＭＣＫ現像ユニット５０は、イエロー現像装置５４が、前記現像位置にて感光体２０と対向している。
感光体２０上に形成されたイエロートナー像は、感光体２０の回転に伴って一次転写位置に至り、一次転写ユニット６０によって、中間転写体７０に転写される。このとき、一次転写ユニット６０には、トナーの帯電極性とは逆の極性の一次転写電圧（一次転写バイアス）が印加される。なお、この間、二次転写ユニット８０は、中間転写体７０から離間している。

前述の処理と同様の処理が、第２色目、第３色目および第４色目について繰り返して実行されることにより、各画像信号に対応した各色のトナー像が、中間転写体７０に重なり合って転写される。これにより、中間転写体７０上にはフルカラートナー像が形成される。
一方、記録媒体Ｐは、給紙トレイ９２から、給紙ローラ９４、レジローラ９６によって二次転写ユニット８０へ搬送される。
中間転写体７０上に形成されたフルカラートナー像は、中間転写体７０の回転に伴って二次転写位置に至り、二次転写ユニット８０によって記録媒体Ｐに転写される。このとき、二次転写ユニット８０は中間転写体７０に押圧されるとともに二次転写電圧（二次転写バイアス）が印加される。

記録媒体Ｐに転写されたフルカラートナー像は、定着装置９０によって加熱および加圧されて記録媒体Ｐに融着される。
一方、感光体２０は一次転写位置を経過した後に、クリーニングユニット７５のクリーニングブレード７６によって、その表面に付着しているトナーが掻き落とされ、次の潜像を形成するための帯電に備える。掻き落とされたトナーは、クリーニングユニット７５内の残存トナー回収部に回収される。

◆◆◆定着装置◆◆◆
ここで、定着装置９０を図２ないし図７に基づいて詳細に説明する。
定着装置９０は、図２に示すように、互いに圧接回転する１対の回転体である定着ローラ９１および加圧ローラ９２と、定着ローラ９１を加熱するための第１のヒータ９３と、加圧ローラ９２を加熱するための第２のヒータ９４と、定着ローラ９１の温度を検知するための第１の温度検知体９５（温度検知手段）と、加圧ローラ９２の温度を検知するための第２の温度検知体９６（他の温度検知手段）とを有している。

定着ローラ９１は、円筒状をなし、その軸線まわりに回転可能となっている。また、定着ローラ９１の内部空間には、ヒータ９３が配設され、定着ローラ９１は、ヒータ９３により加熱される。
加圧ローラ９２は、円筒状または円柱状をなし、その軸線まわりに回転可能となっているとともに、定着ローラ９１に圧接している。また、加圧ローラ９２の内部空間には、第２のヒータ９４が配設され、加圧ローラ９２は、第２のヒータ９４により加熱される。

このような定着装置９０は、定着ローラ９１および加圧ローラ９２の圧接により形成されるニップＮに対し、図２にて下方から、未定着像を担持する記録媒体がニップＮへ搬送され、前記記録媒体を加熱および加圧することにより、前記未定着像を前記記録媒体に定着させる。本実施形態では、ニップＮに搬送される記録媒体は定着ローラ９１側に未定着像を担持している。

定着ローラ９１の温度を検知するための第１の温度検知体９５は、例えばサーミスタであり、定着ローラ９１の周面に接触または近接して設けられている。このような第１の温度検知体９５によって検知された温度に基づき、後述する制御手段９９により、定着ローラ９１の外表面が第１の目標温度となるように、前述した第１のヒータ９３の駆動が制御される。

また、加圧ローラ９２の温度を検知するための第２の温度検知体９６は、例えばサーミスタであり、加圧ローラ９２の周面に接触して設けられている。このような第２の温度検知体９６によって検知された温度に基づき、後述する制御手段９９により、加圧ローラ９２の外表面が第２の目標温度となるように、前述した第２のヒータ９４の駆動が制御される。

本実施形態では、未定着像を担持する記録媒体を定着処理に供する際に、定着ローラおよび加圧ローラにより、記録媒体がその両面から加熱されるので、第２のヒータ９４からの熱を有効利用しつつ、より優れた定着性を発揮するとともに、定着後の記録媒体がカール状となるのを防止することができる。
ここで、定着装置９０の第１のヒータ９３および第２のヒータ９４の駆動について詳細に説明する。

定着装置９０は、図３に示すように、第１のヒータ９３および第２のヒータ９４への通電状態を切り換える切換手段９８と、前述した第１の温度検知体９５および第２の温度検知体９６の検知結果に基づいて、切換手段９８の切り換えを制御する制御手段９９とを備えている。
切換手段９８は、第１のヒータ９３への通電を導通状態と遮断状態とに切り換え可能な第１のスイッチ素子９８Ａと、第２のヒータ９４への通電を導通状態と遮断状態とに切り換え可能な第２のスイッチ素子９８Ｂとを有している。

第１のスイッチ素子９８Ａは、図４に示すように、その導通状態時に、第２のヒータ９４を短絡させて第２のヒータ９４への通電を実質的に遮断するとともに、交流電源である電源９７と第１のヒータ９３とを接続して電源９７から第１のヒータ９３へ電力を供給するようになっている。
第２のスイッチ素子９８Ｂは、図４に示すように、その導通状態時に、交流電源である電源９７に対し第１のヒータ９３と第２のヒータ９４とを直列に接続して、電源９７から第１のヒータ９３および第２のヒータ９４へ電力を供給するようになっている。

このような切換手段９８の切換を制御する制御手段９９は、図３に示すように、第１の温度検知体９５の出力をＡ／Ｄ変換回路９９ＢにてＡ／Ｄ変換するとともに、第２の温度検知体９６の出力をＡ／Ｄ変換回路９９ＣにてＡ／Ｄ変換した後に、これらに基づき、ＣＰＵ９９Ａが、前述した第１のスイッチ素子９８Ａおよび第２のスイッチ素子９８Ｂの駆動を制御する。

本実施形態の制御手段９９は、交流電源である電源９７からの電圧波形の数波から数十波程度に設定された期間内に第１のスイッチ素子９８Ａおよび第２のスイッチ素子９８Ｂをオン状態とオフ状態とに切り換えることにより、第１のヒータ９３および第２のヒータ９４への通電量を制御する。
より具体的には、制御手段９９は、第２の状態時において、前記期間内における第１のスイッチ素子９８Ａのオン状態の合計時間の割合（以下、メインｄｕｔｙともいう）を変化させることにより、第１のヒータ９３への通電量を制御する。また、制御手段９９は、第１の状態時において、前記期間内における第２のスイッチ素子９８Ｂのオン状態の合計時間の割合（以下、直列ｄｕｔｙともいう）を変化させることにより、第１のヒータ９３および第２のヒータ９４への通電量を制御する。

また、制御手段９９は、切換手段９８の切換パターン情報を所定期間保存するメモリ９９Ｄを有し、このメモリ９９Ｄの切換パターン情報に基づいて、第１のヒータ９３への通電を開始する前の設定期間内における第１のヒータ９３への通電が行われているか否かを判断できるようになっている。そして、制御手段９９は、前記通電が行われていない場合には、切換手段９８を前記第１の状態とし、前記通電が行われた場合には、切換手段９８を前記第１の状態または前記第２の状態とする。

第１のヒータ９３および第２のヒータ９４は、前記第１の状態時における第１のヒータ９３の単位時間あたりの発熱量をＱ_１１［Ｗ］とし、前記第２の状態時における第１のヒータ９３の単位時間あたりの発熱量をＱ_２１［Ｗ］としたときに、Ｑ_１１／Ｑ_２１＞１／８の関係を満たす。これにより、第１のヒータ９３および第２のヒータ９４の抵抗値の最適化が図られるので、第１の状態で、電源に接続された回路の抵抗値を抑えつつ第１のヒータ９３および第２のヒータ９４の発熱を良好なものとすることができる。その結果、フリッカの発生を防止しつつ、優れた定着性を発揮することができる。
また、第１のヒータ９３および第２のヒータ９４は、後述する前記第１の状態時における前記第２のヒータの単位時間あたりの発熱量をＱ_１２［Ｗ］としたときに、Ｑ_１１＜Ｑ_１２の関係を満たす。これにより、第１の状態時に、第２のヒータによって加熱される加圧ローラ９２を、より迅速に昇温させることができる。

また、前記第１の状態時における前記第２のヒータの単位時間あたりの発熱量をＱ_１２［Ｗ］とし、前記第１のヒータにより加熱される定着ローラ９１を第１の目標温度に維持するのに必要な単位時間あたりの熱量をＱ_Ｔ１［Ｗ］とし、前記第２のヒータにより加熱される加圧ローラ９２を前記第１の目標温度よりも低い第２の目標温度に維持するのに必要な単位時間あたりの熱量をＱ_Ｔ２［Ｗ］としたときに、
Ｑ_２１＞Ｑ_Ｔ１＞Ｑ_１１、
かつ、
Ｑ_１２＞Ｑ_Ｔ２、
かつ、
Ｑ_２１×（１−Ｑ_Ｔ２／Ｑ_１２）＋Ｑ_１１×Ｑ_Ｔ２／Ｑ_１２＞Ｑ_Ｔ１
の関係を満たす。これにより、第１のヒータによって加熱される定着ローラ９１の温度と、前記第２のヒータによって加熱される加圧ローラ９２の温度とを、簡単な制御でかつ高精度に所望の温度とすることができる。

ここで、第１のヒータ９３および第２のヒータ９４の駆動制御をより具体的に説明する。
まず、画像形成装置１０の電源が投入されると、定着ローラ９１の温度と加圧ローラ９２の温度の測定が開始される（Ｓ１）。
次に、定着ローラ９１の温度が第１の目標温度以上か否か、すなわち定着ローラ９１の温度が印字可能な温度以上か否かが判断される（Ｓ２）。

定着ローラ９１の温度が第１の目標温度に達していない場合には、切換手段９８の第１のスイッチ素子９８Ａをオン状態（すなわち、第２の状態）にして定着ローラ９１の昇温を優先的に行うウォームアップモードが選択され（Ｓ３）、第１のヒータ９３が定着ローラ９１の温度に応じた通電量で駆動され（Ｓ４）、定着ローラ９１の温度が第１の目標温度に達するまで、前述したＳ２〜Ｓ４が繰り返される。その間、画像形成装置１０は印字が不可能な状態となっている。
一方、定着ローラ９１の温度が第１の目標温度に達している場合には、画像形成装置１０を印字可能な状態（印字可設定）とし（Ｓ５）、加圧ローラ９２の温度が第２の目標温度以上か否かが判断される（Ｓ６）。

加圧ローラ９２の温度が第２の目標温度に達していない場合には、切換手段９８の第１のスイッチ素子９８Ａをオフ状態としたまま第２のスイッチ素子９８Ｂをオン状態（すなわち、第１の状態）にして加圧ローラ９２の昇温を優先的に行う加圧ウォームアップモードが選択され（Ｓ７）、第２のヒータ９４が加圧ローラ９２の温度に応じた通電量で駆動され（Ｓ８）、加圧ローラ９２の温度が第２の目標温度に達するまで、前述したＳ６〜Ｓ８が繰り返される。

一方、加圧ローラ９２の温度が第２の目標温度に達している場合には、切換手段９８の第１のスイッチ素子９８Ａのオン状態（すなわち、第２の状態）と、第１のスイッチ素子９８Ａのオフ状態のまま第２のスイッチ素子９８Ｂのオン状態（すなわち、第１の状態）とを交互に繰り返して定着ローラ９１および加圧ローラ９２を印字可能な温度に維持するスタンバイモードが選択され（Ｓ９）、第１のヒータ９３および第２のヒータ９４が定着ローラ９１および加圧ローラ９２の温度に応じた通電量で駆動され（Ｓ１０）、画像形成装置１０の電源が遮断されるまで、前述したＳ１０が繰り返される（Ｓ１１）。

以上のように、第１のヒータ９３および第２のヒータ９４を駆動することにより、図７に示すように、定着ローラ９１の温度と加圧ローラ９２の温度とが変遷する。図７において、ａの区間では、第２の状態が主であり、ｂの区間では、第１の状態と第２の状態とが交互に切り換えられる。
ここで、第１のヒータ９３および第２のヒータ９４の駆動を、前述したＳ４でのヒータ制御を代表して詳細に説明する。

まず、定着ローラ９１の過昇温を防止しつつできるだけ速やかに昇温させるため、定着ローラ９１の温度に基づき、第２の状態時における第１のヒータ９３へ通電されるべき通電量（メインｄｕｔｙ）を計算する（Ｓ２１）。より具体的には、定着ローラ９１の温度と第１の目標温度との差分に応じて、交流電源である電源９７の電圧波形の数波から数十波程度に設定された期間内における第１のスイッチ素子９８Ａのオン状態の合計時間の割合（すなわち、メインｄｕｔｙ）を決定する。
次いで、第１のヒータ９３に第２の状態で通電する必要があるか否かが判断される（Ｓ２２）。具体的には、決定されたメインｄｕｔｙが０％でないか否かが判断される（Ｓ２２）。

決定されたメインｄｕｔｙが０％である場合、すなわち第１のヒータ９３に第２の状態で通電する必要がない場合には、切換手段９８を第１の状態から第２の状態に切り換える必要がないので、後述するＳ２６へ進む。一方、決定されたメインｄｕｔｙが０％でない場合、すなわち第１のヒータ９３に第２の状態で通電する必要がある場合には、既に第２の状態で第１のヒータ９３に十分な通電量で通電されているか否かが判断される（Ｓ２３）。より具体的には、メモリ９９Ｄの情報に基づき、前回（現在より前の設定期間内）のメインｄｕｔｙが１００％か否かが判断される。

前回のメインｄｕｔｙが１００％である場合には、第１のヒータ９３は既に高温となっていて、切換手段９８を第１の状態から第２の状態に切り換える必要がないので、後述するＳ２６へ進む。一方、前回のメインｄｕｔｙが１００％でない場合、既に第１の状態で第１のヒータ９３に通電されているか否かが判断される（Ｓ２４）。より具体的には、メモリ９９Ｄの情報に基づき、前回（現在より前の設定期間内）の直列ｄｕｔｙが０％でないか否かが判断される。

前回の直列ｄｕｔｙが０％である場合、すなわち第１の状態で第１のヒータ９３に通電されていない場合には、第１の状態とし、第１のヒータ９３および第２のヒータ９４へ例えば４００ｍｓ通電を行った後に、後述するＳ２６へ進む。このように、制御手段９９は、第１のヒータ９３への通電履歴に基づき、切換手段９８を第１の状態と第２の状態とに切り換える。これにより、比較的簡単な構成で、切換手段９８の切り換えを行うことができる。

一方、前回の直列ｄｕｔｙが０％でない場合、すなわち既に第１の状態で第１のヒータ９３に通電されている場合には、加圧ローラ９２の温度に基づき、第１の状態時における第１のヒータ９３および第２のヒータ９４への通電量（すなわち、直列ｄｕｔｙ）を計算する（Ｓ２６）。
次に、算出された直列ｄｕｔｙと、Ｓ２１で算出されたメインｄｕｔｙとの合計が電源容量を越えてしまうか否かが判断される（Ｓ２７）。

前記合計が１００％を超える場合（図６にて計算された直列ｄｕｔｙが（１００％−メインｄｕｔｙ）よりも大きい場合）には、１００％から、Ｓ２１で算出されたメインｄｕｔｙを差し引いたものを、直列ｄｕｔｙとして決定する（Ｓ２８）。一方、前記合計が１００％以下の場合（直列ｄｕｔｙが（１００％−メインｄｕｔｙ）以下である場合）、Ｓ２６で計算された直列ｄｕｔｙがそのまま直列ｄｕｔｙとなる。

なお、前述した図５におけるＳ８におけるヒータ制御も、図６に示すフローチャートにしたがって行うことができる。具体的には、Ｓ８では一旦定着ローラ９１の温度が第１の目標温度に達しているので、Ｓ２１でメインｄｕｔｙが算出された後、Ｓ２２〜Ｓ２４でＳ２５を経ることなくＳ２６へ進んで、直列ｄｕｔｙの算出がされる。
また、前述した図５におけるＳ１０におけるヒータ制御も、図６に示すフローチャートにしたがって行うことができる。具体的には、Ｓ１０では一旦加圧ローラ９２の温度が第２の目標温度に達しているので、Ｓ２１でメインｄｕｔｙが算出された後、Ｓ２２〜Ｓ２４でＳ２５を経ることなくＳ２６へ進んで、直列ｄｕｔｙの算出がされる。
以上、本発明の画像形成装置を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

第２のヒータ９４によって加熱される部材は、第２のヒータ９４の熱を有効利用できるものであれば、前述した加圧ローラ９２に限定されない。
例えば、第２のヒータ９４によって加熱される部材は、定着前の記録媒体をニップＮへ案内する案内部材であってもよい。この場合、未定着像を担持する記録媒体がニップＮに通過するに先立ち予備加熱されるので、より優れた定着性を発揮するとともに、定着後の記録媒体の皺の発生を防止することができる。

また、第２のヒータ９４によって加熱される部材は、ニップＮを通過した後の記録媒体の通過領域の周囲に配置された部材であってもよい。この場合、定着装置９０における結露による水分が定着後の記録媒体に付着するのを防止して、より優れた定着画像を得ることができる。
また、第２のヒータ９４によって加熱される部材は、定着ローラ９１であってもよい。すなわち、定着ローラ９１を第１のヒータ９３および第２のヒータ９４の双方で加熱してもよい。この場合、定着ローラ９１をより迅速に昇温させて、電源投入から定着開始までの時間、すなわちウォームアップ時間の短縮化を図ることができる。

また、定着ローラ９１を第１のヒータ９３および第２のヒータ９４の双方で加熱する場合、定着ローラ９１の軸線方向における第１のヒータ９３の発熱温度分布と、第２のヒータ９４の発熱温度分布とが異なっているようにすることができる。この場合、定着ローラ９１をより迅速に昇温させてウォームアップ時間の短縮化を図るとともに、定着ローラ９１の軸線方向での温度分布を容易に所望のものとすることができる。

（実施例１）
図３に示すような回路構成で、第１の状態時における第１のヒータの単位時間あたりの発熱量を２００Ｗとし、第２の状態時における第１のヒータの単位時間あたりの発熱量を８００Ｗとし、図２および図４に示すような定着装置を製造した。
（実施例２〜６）
第１の状態時における第１のヒータの単位時間あたりの発熱量と、第２の状態時における第１のヒータの単位時間あたりの発熱量とを表１に示すようにした以外は、実施例１と同様にして、定着装置を製造した。

（比較例１〜３）
第１の状態時における第１のヒータの単位時間あたりの発熱量と、第２の状態時における第１のヒータの単位時間あたりの発熱量とを表１に示すようにした以外は、実施例１と同様にして、定着装置を製造した。
以上のような実施例１〜６、比較例１〜３について、各定着装置におけるフリッカの低減効果の評価を行った。その結果を表１中に示す。

フリッカの低減効果の評価は、使用者の目視により行いた。表１において、フリッカの低減効果があると感じられたものには○、感じられなかったものには×で示している。また、表１には、Ｑ_１１／Ｑ_２１、（電源投入後に第１の状態を経由してから第２の状態とした場合における突入電流）／（電源投入後に第１の状態を経由せずに第２の状態とした場合における突入電流）＝（直列接続あり）／（直列接続なし）も示している。

本発明にかかる画像形成装置の１実施形態を示す全体構成の模式的断面図である。図１に示す画像形成装置に備えられた定着装置の好適な実施形態を示す模式的断面図である。図２に示す定着装置のヒータ制御系のブロック図である。図２に示す定着装置のヒータの駆動回路を示す図である。図２に示す定着装置における定着ローラおよび加圧ローラの温度の変遷を示す図である。図２に示す定着装置のヒータの駆動制御を説明するためのフローチャートである。図２に示す定着装置のヒータの駆動制御を説明するためのフローチャートである。図２に示す定着装置における定着ローラおよび加圧ローラの温度の変遷を示す図である。

符号の説明

１０‥‥‥画像形成装置２０‥‥‥感光体３０‥‥‥帯電ユニット４０‥‥‥露光ユニット５０‥‥‥現像ユニット５０ａ‥‥‥軸５１‥‥‥ブラック現像装置５２‥‥‥マゼンタ現像装置５３‥‥‥シアン現像装置５４‥‥‥イエロー現像装置５５ａ〜５５ｄ‥‥‥保持部６０‥‥‥一次転写ユニット７０‥‥‥中間転写体７５‥‥‥クリーニングユニット７６‥‥‥クリーニングブレード８０‥‥‥二次転写ユニット８２‥‥‥給紙トレイ８４‥‥‥給紙ローラ８６‥‥‥レジローラ９０‥‥‥定着装置９１‥‥‥定着ローラ（回転体）９２‥‥‥加圧ローラ（回転体）９３‥‥‥第１のヒータ９４‥‥‥第２のヒータ９５‥‥‥第１の温度検知体９６‥‥‥第２の温度検知体９７‥‥‥電源９８‥‥‥切換手段９８Ａ‥‥‥第１のスイッチ素子９８Ｂ‥‥‥第２のスイッチ素子９９‥‥‥制御手段９９Ａ‥‥‥ＣＰＵ９９Ｂ‥‥‥Ａ／Ｄ変換回路９９Ｃ‥‥‥Ａ／Ｄ変換回路９９Ｄ‥‥‥メモリＰ‥‥‥記録媒体Ｔ‥‥‥トナー像Ｎ‥‥‥ニップ

Claims

互いに圧接回転する１対の回転体の間に、未定着像を担持する記録媒体を通過させて、該記録媒体を加熱・加圧することにより、前記未定着像を前記記録媒体に定着させる定着装置であって、
電源からの通電により発熱して、前記１対の回転体のうちの一方の回転体を加熱する第１のヒータと、
前記電源からの通電により発熱して、前記１対の回転体のうちの他方の回転体を加熱する第２のヒータと、
前記電源に対し前記第１のヒータと前記第２のヒータとを直列に接続して前記第１のヒータおよび前記第２のヒータに通電する第１の状態と、前記電源から前記第２のヒータへの通電を実質的に遮断するとともに、前記第１のヒータを前記電源に接続して前記第１のヒータに通電する第２の状態とを切り換える切換手段とを備え、
前記第１の状態時における前記第１のヒータの単位時間あたりの発熱量をＱ_１１とし、前記第２の状態時における前記第１のヒータの単位時間あたりの発熱量をＱ_２１とし、前記第１の状態時における前記第２のヒータの単位時間あたりの発熱量をＱ_１２としたときに、Ｑ_１１／Ｑ_２１＞１／８、かつ、Ｑ_１１＜Ｑ_１２の関係を満たすことを特徴とする定着装置。
前記切換手段は、前記第１のヒータへの通電履歴に基づき、前記第１の状態と前記第２の状態とを切り換える請求項１に記載の定着装置。
前記切換手段は、前記第１のヒータへの通電を開始する前の設定期間内に前記第１のヒータへの通電が行われていない場合には、前記第１の状態とし、前記設定期間内に前記第１のヒータへの通電が行われた場合には、前記第２の状態とする請求項２に記載の定着装置。
前記一方の回転体の温度を検知する第１の温度検知手段と、前記他方の回転体の温度を検知する第２の温度検知手段と、前記第１の温度検知手段および前記第２の温度検知手段によって検知された温度に基づき前記電源から前記第１のヒータおよび前記第２のヒータへの単位時間あたりの通電量を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第１の状態時には、前記第２の温度検知手段によって検知された温度に基づき、前記電源から前記第１のヒータおよび前記第２のヒータへの単位時間あたりの通電量を制御し、前記第２の状態時には、前記第１の温度検知手段によって検知された温度に基づき、前記電源から前記第１のヒータへの単位時間あたりの通電量を制御する請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置。
前記第１の状態時における前記第２のヒータの単位時間あたりの発熱量をＱ_１２とし、前記第１のヒータにより加熱される前記一方の回転体を第１の目標温度に維持するのに必要な単位時間あたりの熱量をＱ_Ｔ１とし、前記第２のヒータにより加熱される前記他方の回転体を前記第１の目標温度よりも低い第２の目標温度に維持するのに必要な単位時間あたりの熱量をＱ_Ｔ２としたときに、
Ｑ_２１＞Ｑ_Ｔ１＞Ｑ_１１、
かつ、
Ｑ_１２＞Ｑ_Ｔ２、
かつ、
Ｑ_２１×（１−Ｑ_Ｔ２／Ｑ_１２）＋Ｑ_１１×Ｑ_Ｔ２／Ｑ_１２＞Ｑ_Ｔ１
の関係を満たす請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置。
前記切換手段は、前記一方の回転体を第１の目標温度に昇温させる際に主として前記第２の状態とし、前記他方の回転体を前記第１の目標温度よりも低い第２の目標温度に昇温させる際に主として前記第１の状態とする請求項１ないし５のいずれかに記載の定着装置。
前記切換手段は、前記第１のヒータと前記第２のヒータとを直列に電源に接続する第１のスイッチと、前記第２のヒータを短絡するとともに、前記第１のヒータを前記電源に接続する第２のスイッチ素子とを備え、前記第１のスイッチをオン状態とすることにより前記第１の状態とし、前記第２のスイッチをオン状態とすることにより前記第２の状態とする請求項１ないし６のいずれかに記載の定着装置。
請求項１ないし７のいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。