JP4919778B2 - 定着装置及びその通電制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置における定着装置及びその通電制御方法に関する。

画像形成装置は、記録用紙上の未定着トナーを溶融・固着する定着装置を備えている。この種の定着装置では、加熱ローラと加圧ローラの圧接域（ニップ域）に記録用紙を挟み込んで搬送しつつ、加熱ローラと加圧ローラにより記録用紙を加熱及び加圧して、記録用紙上のトナーを加熱溶融し定着させる熱定着ローラ方式が多く用いられている。

このような定着装置における加熱手法は、加熱ローラの内部において、加熱ローラの軸線方向に並行に加熱手段（通常、ハロゲン方式を用いたヒータが多用される）を配置し、この加熱手段（以下、「ヒータ」という。）により、加熱ローラの表面温度を未定着トナーの溶融温度より高くなるように加熱するようになっている。具体的には、トナーの溶融温度が、１５０〜１７０℃程度であるので、加熱ローラ表面温度は、１６０〜２００℃程度に加熱される。

一方、オフィス等のコンセント周りは１００Ｖ、１５Ａの１５００Ｗ仕様が一般的であり、画像形成装置の定格消費電力もこの仕様に合わせて１５００Ｗの電源を使用している。

近年、画像形成装置の多機能化（カラー化）、及び高速印字処理化に伴い、ニップ域を大量の記録用紙が短時間の間に通過するようになり、必然的に定着すべき未定着トナー量も増加している。また、印字処理モードがカラー印字である場合、各色相に色分解された画像情報の各色相トナーが記録用紙上に順次積層されるため、黒トナー１層のモノクロ印字の場合に比べて、多量のトナーを定着させる必要がある。そのため、ニップ域での加熱ローラ表面温度の低下が著しく、温度回復のために加熱ローラ内部に配置されたヒータの消費電力が増大している。具体的には、画像形成装置の最大消費電力が１５００Ｗであるにも係らず、定着機構を構成する加熱ローラ及び加圧ローラを加熱する全ヒータの総定格電力が２０００W程度となっていることがある。

このような画像形成装置での定着装置の温度制御は、画像形成装置の状態に応じて各ヒータへの供給電力を位相制御でコントロールする手法が採用されている。

通常、画像形成装置に通電が行われているときの当該装置の動作モードは、大別すると、ウォームアップ処理モード、待機モード、印字処理モード、省エネモード、節電モード、ネットワークに繋がる各端末からのデータ受信モード等である。

これら種々のモードでは、各モードに応じた制御が行われるが、画像形成装置の駆動源への通電が行われて、装置各部が回転動作を行っているのは、印字処理モードとウォームアップ処理モードにおいて、かつ、加熱ローラが所定温度（定着下限温度：未定着トナーを用紙上に溶融・固着することを保障できる下限の温度）以上になったときだけである。それ以外のときは、駆動源（モータ）の駆動がＯＦＦされている関係から、画像形成装置の定格電力に対する余裕幅が充分にあるため、定着装置に配置されている複数のヒータのうちの一部は１００％の位相制御（フルパワー）で通電され、加熱ローラの表面温度が定着下限温度を下回らないような制御が行われている。

一方、このようなモータが動作しない状態に対し、印字処理動作中、及びウォームアップの一部の期間では、モータへの通電が行われることによる画像形成装置の定格電力との関係で、定着用の複数のヒータはフルパワー制御ではなく、例えば４０％Ｄｕｔｙ等の位相制御、またはシャットダウン制御等が行われる。このとき、定着装置も駆動され、通紙によって加熱ローラの熱量が奪われるとともに、加熱ローラと加圧ローラの回転動作によってローラ周辺部に「風の流れ」が発生し、加熱ローラの表面温度が急激に低下することになる。

印字処理速度の遅い低速機の画像形成装置の場合には、加熱ローラに配置されているヒータの熱量で、当該加熱ローラの表面温度の低下は抑えられ、定着設定温度にすぐに回復することになるが、高速機やカラー機等の画像形成装置では、記録用紙の枚数や、定着すべきトナー量の増加が原因となって、加熱ローラの表面温度が低下した場合の回復が期待できないのが現状である。

このような問題を解決するため、例えば特許文献１には、加熱ローラ表面を加熱する発熱体を、突入電流の低い第１のヒータ（ニクロムヒータ）と、突入電流が多く温度の立ち上がりのすばやい第２のヒータ（ハロゲンヒータ）とで構成し、先に突入電流の低い第１のヒータから点灯し、次に突入電流が多い第２のヒータを点灯するように制御する定着ヒータ制御装置が開示されている。
特開平０９−１９７８９４号公報

しかし、上記特許文献１には、加熱ローラ内に、突入電流を利用するヒータを配置することは記載されているものの、どのようなタイミングで突入電流を発生させるかについては何も記載されていない。

通常、瞬間通電の繰り返しを行い、突入電流の「ピーク電流」を用いて省電力化を行うこの手法では、図６に示すような瞬間通電（突入電流）の繰り返しサイクルを用いるのが一般的である。図６において、定格電流値Ａと突入電流のピーク値Ｂとの比は、［Ａ：Ｂ＝１：（３〜５）］となっており、瞬間通電サイクルＣは、３〜６ｍｓｅｃとなっている。

しかし、この手法を用いると、画像形成装置本体の消費電流（定格電流）に対し、ブレーカーでは、瞬時のピーク電流に合わせた継続時間での確認も行っているため、画像形成装置の総消費電流値の平均電流値が、図６中に示すように定格電流値より上昇した値になっていると誤認識して、ブレーカーが断状態となってしまうことがある。この理由は、単位時間当たりの瞬間通電の繰り返し回数が多くなると、ブレーカーでは瞬間通電と認識できず、連続通電と認識して、図６中に示すように上昇した平均電流値を画像形成装置の消費電流値と認識してしまうからである。従って、このような誤認識を防止するためには、瞬間通電の繰り返しサイクルをどのように設定するかが重要な課題であるが、上記特許文献１ではこの課題が全く解決されていないといった問題があった。

ところで、画像形成装置の電力線が接続されているブレーカー等の過電流遮断装置は、一定の範囲内での通電の後に断現象が発生するようになっている。具体的に説明すると、このブレーカーは、２２．５Ａの連続通電を行ったとき、３０ｓｅｃ以内では断現象が発生しないが、３０ｓｅｃを経過すると、１ｍｉｎを経過する前に断現象が発生するような特性を有しており、また、５５．０Ａの連続通電を行ったとき、１ｓｅｃ以内では断現象が発生しないが、３０ｓｅｃを経過する前に断現象が発生するような特性を有している。

本発明は、上記問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、瞬間通電を利用する場合に、上記ブレーカーの特性を考慮しつつ、画像形成装置の平均電流値が定格電流値を大幅に上回らないように、すなわち、画像形成装置の定格消費電力の上昇を招かず、かつ、画像形成装置の電源がブレーカーによって断状態とならないように工夫した定着装置及びその通電制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の定着装置は、記録用紙上に転写されたトナーを、加熱ローラと加圧ローラとからなる定着機構の熱と加圧力とで溶融・固着する定着装置において、前記加熱ローラ及び加圧ローラを加熱する複数の発熱源を備えており、前記複数の発熱源のうち少なくとも１つの発熱源への通電が、予め設定された一定周期の瞬間通電の繰り返しで行われるとともに、前記一定周期の瞬間通電の繰り返しは、前記定着装置を搭載した画像形成装置の平均電流値が定格電流値を上回らず、かつ、前記画像形成装置の電源が過電流遮断装置によって断状態となる連続通電時間より短い通電時間での一定周期の繰り返しであることを特徴としている。

また、本発明の定着装置の通電制御方法は、記録用紙上に転写されたトナーを、加熱ローラと加圧ローラとからなる定着機構の熱と加圧力とで溶融・固着する定着装置の通電制御方法であって、前記加熱ローラ及び加圧ローラを加熱する複数の発熱源のうち少なくとも１つの発熱源への通電を、予め設定された一定周期の瞬間通電の繰り返しで行うとともに、前記一定周期の瞬間通電の繰り返しは、画像形成装置の平均電流値が定格電流値を上回らず、かつ、画像形成装置の電源が過電流遮断装置によって断状態となる連続通電時間より短い通電時間での一定周期の繰り返しであることを特徴としている。

ここで、前記瞬間通電を繰り返す発熱源は、加熱ローラ表面の全体を温度上昇させるために、加熱ローラの内部に配置された発熱源である。すなわち、加熱ローラ内には、その軸線方向中央部において記録用紙のセンタ基準に合わせてフィラメントを配置したメインヒータと、このメインヒータの軸線方向両側にそれぞれフィラメントを配置したサブヒータとが設けられており、本発明ではこれに加えて、加熱ローラの軸線方向の全長に渡ってフィラメントを配置した瞬間通電用ヒータを設けた構成としている。

上記構成において、前記瞬間通電を繰り返す発熱源（瞬間通電用ヒータ）への通電は、前記定着機構の駆動が駆動回転制御されているタイミングで行うものとする。

より具体的には、前記瞬間通電を繰り返す発熱源（瞬間通電用ヒータ）への通電は、画像形成装置の通電初期に実行されるウォームアップ処理モードにおいて、加熱ローラの表面温度がトナーの軟化温度以上に到達したタイミングで開始される。すなわち、ウォームアップ処理モードの開始時は、基本的に、定着ローラの表面若しくはクリーニング部に付着しているトナーが固化している。そのため、ウォームアップ処理モードでは、まず定着ローラを回転することなく加熱を開始し、定着ローラの表面温度がトナーの軟化温度以上になってトナーが軟化し始めたとき、加熱ローラの表面温度を均一化するために回転を開始している。従って、瞬間通電を繰り返す発熱源（瞬間通電用ヒータ）への通電も、このようなウォームアップ処理モードの動作に合わせ、加熱ローラの表面温度がトナーの軟化温度以上に到達したタイミングで開始する。

また、前記瞬間通電を繰り返す発熱源（瞬間通電用ヒータ）への通電は、印字処理モードにおいて、定着機構への回転駆動制御が行われているタイミングで開始される。この場合、前記瞬間通電を繰り返す発熱源（瞬間通電用ヒータ）への通電が実行されているときの他の発熱源（メインヒータ及びサブヒータ）への通電は、位相制御若しくは通電ＯＦＦ（シャットダウン）状態である。すなわち、メインヒータ及びサブヒータは、記録用紙の種類（用紙幅等）に応じてＯＮ／ＯＦＦが選択されるとともに、ＯＮ状態であっても、画像形成装置の総消費電力を考慮した位相制御が行われているので、瞬間通電用ヒータを追加しても、画像形成装置の平均電流値を定格電流値以内に抑えることが可能である。

また、本発明では、前記瞬間通電を繰り返す発熱源（瞬間通電用ヒータ）の定格消費電力は、瞬間通電時に発生するピーク電流値に対応する電力と画像形成装置の安定電力供給時の消費電力の和が、画像形成装置に電力供給する電源の過電流遮断装置（ブレーカー）を断状態としない電力とする。具体的には、瞬間通電用ヒータの定格消費電力を４００〜６００Ｗとする。この場合、瞬間通電時に発生するピーク電流は１２Ａ〜３０Ａであり、画像形成装置の定格電流値である１５Ａを加味しても、ブレーカーが断状態となる条件である５５．０Ａの範囲内に抑えることが可能である。

また、本発明では、前記瞬間通電を繰り返す発熱源への通電サイクルは、少なくとも画像形成装置の安定電力供給時の消費電力が上昇しないサイクルとする。具体的には、瞬間通電サイクルを１．５〜３．０ｓｅｃとし、通電時間を０．３〜０．７ｓｅｃ、通電ＯＦＦ時間を［（瞬間通電サイクル）−（通電時間）］ｓｅｃとすることで、画像形成装置の安定電力供給時の消費電力が上昇せず、上記ブレーカーの特性を有効利用することが可能である。

本発明は上記のように構成したので、画像形成装置の総消費電力量に影響を与えることなく、加熱ローラを加熱する熱源を増やすことができるため、加熱ローラの温度上昇が促進されることになる。これにより、ウォームアップ時間の短縮が図れるとともに、連続印字工程中の加熱ローラ表面温度の低下に起因する定着温度の低下、ひいては定着温度の低下による画像形成装置の緊急停止を回避することができ、印字処理効率の向上を図ることができる。

また、画像形成装置の電力線が接続される安全回路であるブレーカー特性の範囲内で瞬間通電の繰返しＯＮ時間とＯＦＦ時間を設定することにより、ブレーカーの断現象が発生せず、非常停止による印字処理効率の低下を防止することができる。さらに、瞬間通電の繰り返しを利用したときに画像形成装置の平均消費電力（消費電流）を上昇させることが無いため、画像形成装置内の他の部位への通電も安定化し、印字品位の安定化を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の定着装置の一実施形態を適用した画像形成装置を示す概略図である。

画像形成装置１００は、原稿用紙から読取られた画像データを取得したり、或いは、外部から受信した画像データを取得し、この画像データによって示されるモノクロ画像を記録用紙に形成するものであり、その構成を大別すると、原稿用紙搬送部（ＡＤＦ）１０１、画像読取り部１０２、印字部１０３、記録用紙搬送部１０４、及び給紙部１０５からなる。

原稿用紙搬送部１０１では、少なくとも１枚の原稿用紙が原稿セットトレイ１１にセットされると、原稿用紙を１枚ずつ原稿セットトレイ１１から引き出して搬送し、この原稿用紙を画像読取り部１０２の原稿読取り窓１０２ａに導いて通過させ、この原稿用紙を排紙トレイ１２に排出する。

原稿読取り窓１０２ａの上方には、ＣＩＳ（Contact Image Sensor）１３を配設している。このＣＩＳ１３は、原稿読取り窓１０２ａを原稿用紙が通過する際に、原稿用紙裏面の画像を主走査方向に繰り返し読取り、原稿用紙裏面の画像を示す画像データを出力する。

また、画像読取り部１０２は、原稿用紙が原稿読取り窓１０２ａを通過する際に、第１走査ユニット１５のランプによって原稿用紙表面を露光し、第１及び第２走査ユニット１５，１６のミラーによって原稿用紙表面からの反射光を結像レンズ１７へと導き、結像レンズ１７によって原稿用紙表面の画像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）１８上に結像する。ＣＣＤ１８は、原稿用紙表面の画像を主走査方向に繰り返し読取り、原稿用紙表面の画像を示す画像データを出力する。

さらに、原稿用紙が画像読取り部１０２上面のプラテンガラス上に置かれた場合は、第１及び第２走査ユニット１５，１６を相互に所定の速度関係を維持しつつ移動させ、第１走査ユニット１５によってプラテンガラス上の原稿用紙表面を露光し、第１及び第２走査ユニット１５，１６によって原稿用紙表面からの反射光を結像レンズ１７へと導き、結像レンズ１７によって原稿用紙表面の画像をＣＣＤ１８上に結像する。

ＣＩＳ１３もしくはＣＣＤ１８から出力された画像データは、マイクロコンピュータ等の制御回路により各種の画像処理を施されてから、印刷部１０３に出力される。

印刷部１０３は、画像データによって示される原稿を用紙に記録するものであって、感光体ドラム２１、帯電器２２、光書込みユニット２３、現像器２４、転写ユニット２５、クリーニングユニット２６、及び定着装置２７等を備えている。

感光体ドラム２１は、一方向に回転しており、その表面をクリーニングユニット２６によりクリーニングされてから、その表面を帯電器２２により均一に帯電される。帯電器２２は、チャージャー型のものであっても、感光体ドラム２１に接触するローラ型やブラシ型のものであっても良い。

光書込みユニット２３は、２つのレーザ照射部２８ａ，２８ｂ、及び２つのミラー群２９ａ，２９ｂを備えるレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）である。この光書込みユニット２３では、画像データを入力して、この画像データに応じたレーザ光を各レーザ照射部２８ａ，２８ｂからそれぞれ出射し、これらのレーザ光を各ミラー群２９ａ，２９ｂ介して感光体ドラム２１に照射して、均一に帯電された感光体ドラム２１表面を露光し、感光体ドラム２１表面に静電潜像を形成する。

この光書込みユニット２３は、高速印字処理に対応するために２つのレーザ照射部２８ａ，２８ｂを備えた２ビーム方式を採用して、照射タイミングの高速化に伴う負担を軽減している。

なお、光書込ユニット２３として、レーザスキャニングユニットの代わりに、発光素子をアレイ状に並べたＥＬ書き込みヘッドやＬＥＤ書き込みヘッドを用いることもできる。

現像器２４は、トナーを感光体ドラム２１表面に供給して、静電潜像を現像し、トナー像を感光体ドラム２１表面に形成する。転写ユニット２５は、感光体ドラム２１表面のトナー像を用紙搬送部１０４により搬送されてきた記録用紙に転写する。定着装置２７は、記録用紙を加熱及び加圧して、記録用紙上のトナー像を定着させる。この後、記録用紙は、用紙搬送部１０４により排紙トレイ４７へと更に搬送されて排出される。また、クリーニングユニット２６は、現像、転写後に感光体ドラム２１の表面に残留したトナーを除去して回収する。

ここで、転写ユニット２５は、転写ベルト３１、駆動ローラ３２、従動ローラ３３、及び弾性導電性ローラ３４等を備えており、転写ベルト３１を該各ローラ３２〜３４と他のローラに張架して回転させている。転写ベルト３１は、所定の抵抗値（例えば、１×１０⁹〜１×１０¹³Ω／ｃｍ）を有しており、その表面に載せられた記録用紙を搬送する。弾性導電性ローラ３４は、転写ベルト３１を介して感光体ドラム２１表面に押し付けられており、転写ベルト３１上の記録用紙を感光体ドラム２１表面に押し付ける。この弾性導電性ローラ３４には、感光体ドラム２１表面のトナー像の電荷とは逆極性の電界が印加されており、この逆極性の電界により感光体ドラム２１表面のトナー像が転写ベルト３１上の記録用紙に転写される。例えば、トナー像が（−）極性の電荷を有している場合は、弾性導電性ローラ３４に印加されている電界の極性が（＋）極性にされる。

定着装置２７は、加熱ローラ３５及び加圧ローラ３６を備えている。加熱ローラ３５に対して加圧ローラ３６が所定圧で圧接されるように、加圧ローラ３６の両端に図示しない加圧部材を配置している。加熱ローラ３５と加圧ローラ３６間の圧接域（ニップ域Ｎと称す）に記録用紙が搬送されて来ると、各ローラ３５、３６により記録用紙が搬送されつつ、記録用紙上の未定着トナー像が加熱溶融され加圧されて、トナー像が記録用紙上に定着される。

用紙搬送部１０４は、記録用紙を搬送するための複数対の搬送ローラ４１、一対のレジストローラ４２、搬送経路４３、反転搬送経路４４ａ，４４ｂ、複数の分岐爪４５、及び一対の排紙ローラ４６等を備えている。

搬送経路４３では、記録用紙を給紙部１０５から受け取り、記録用紙の先端がレジストローラ４２に達するまで該記録用紙を搬送する。このときレジストローラ４２を一時的に停止させているので、記録用紙の先端がレジストローラ４２に達して当接し、記録用紙が撓む。この撓んだ記録用紙の弾性力により該記録用紙の先端をレジストローラ４２と平行に揃える。この後、レジストローラ４２の回転を開始して、レジストローラ４２により記録用紙を印字部１０３の転写ユニット２５へと搬送し、更に排紙ローラ４６により記録用紙を排紙トレイ４７へと搬送する。

レジストローラ４２の停止及び回転は、レジストローラ４２と駆動軸間のクラッチをオンオフに切り替えたり、レジストローラ４２の駆動源であるモータをオンオフに切り替えてなされる。

また、記録用紙の裏面にも画像を記録する場合は、各分岐爪４５を選択的に切替え、記録用紙を搬送経路４３から反転搬送経路４４ｂへと導き入れて、記録用紙の搬送を一旦停止させ、更に各分岐爪４５を選択的に再度切替え、記録用紙を反転搬送経路４４ｂから反転搬送経路４４ａへと導き入れて、記録用紙の表裏を反転させてから、記録用紙を反転搬送経路４４ａを通じて搬送経路４３のレジストローラ４２へと戻す。

このような記録用紙の搬送をスイッチバック搬送と称し、このスイッチバック搬送により記録用紙の表裏を反転させることができ、同時に記録用紙の先端及び後端も入れ替わる。従って、記録用紙が反転されて戻されると、記録用紙の後端がレジストローラ４２に当接して、記録用紙の後端がレジストローラ４２と平行に揃えられ、レジストローラ４２により記録用紙がその後端から印字部１０３の転写ユニット２５へと搬送されて、記録用紙の裏面に印字がなされ、定着装置２７の各ローラ３５，３６間のニップ域により記録用紙裏面の未定着トナー像が加熱溶融され加圧されて、トナー像が記録用紙の裏面に定着され、この後に排紙ローラ４６により記録用紙が排紙トレイ４７へと搬送される。

搬送経路４３及び反転搬送経路４４ａ，４４ｂにおいては、記録用紙の位置等を検出するセンサーを各所に配置し、各センサーにより検出された記録用紙の位置に基づいて搬送ローラやレジストローラを駆動制御して、記録用紙の搬送及び位置決めを行っている。

給紙部１０５は、複数の給紙トレイ５１を備えている。各給紙トレイ５１は、記録用紙を蓄積しておくためのトレイであり、画像形成装置１００の下方に設けられている。また、各給紙トレイ５１は、記録用紙を一枚ずつ引き出すためのピックアップローラ等を備えており、引き出した記録用紙を用紙搬送部１０４の搬送経路４３へと送り出す。

画像形成装置１００は、高速印字処理を目的としているため、各給紙トレイ５１には、定型サイズの記録用紙を５００〜１５００枚収納可能な容積を確保している。

また、画像形成装置１００の側面には、複数種の記録用紙を多量に収納可能な大容量給紙カセット（ＬＣＣ）５２、及び主として不定型サイズの記録用紙を供給するための手差しトレイ５３を設けている。

排紙トレイ４７は、手差しトレイ５３とは反対側の側面に配置されている。この排紙トレイ４７に代えて、排紙用紙の後処理装置（ステープル、パンチ処理等々）や、複数段の排紙トレイをオプションとして配置することも可能な構成となっている。

このような画像形成装置１００においては、印字処理速度を高速化して、使い勝手を向上させている。例えば、Ａ４定型の記録用紙を用いる場合は、記録用紙の搬送速度を７０枚／分（プロセス速度３５０ｍｍ／ｓｅｃ）に設定している。

定着装置２７においては、記録用紙の搬送速度もしくはプロセス速度が高速になると、加熱ローラ３５及び加圧ローラ３６間のニップ域を通過する記録用紙に十分な熱量を与えることができなくなったり、各ローラ３５，３６の表面温度が低下する傾向にあり、これを放置しておくと、記録用紙上のトナー像の定着不良が発生する。

このため、定着装置２７では、各ローラ３５，３６のいずれにもヒータを内蔵して、各ローラ３５、３６を加熱している。

図２は、定着装置２７を側方から見て概略的に示す断面図である。この定着装置２７では、加熱ローラ３５、加圧ローラ３６、加熱ローラ３５表面の付着トナーを除去するクリーニングユニット２６、及び各ローラ３５，３６の表面に設けられたそれぞれの剥離爪７１，７２を備えている。

クリーニングユニット２６は、オイル（シリコンオイル）を含侵した薄い（１００μｍ厚み前後）布からなるウェブシート６１を巻き付けた送り出しローラ６２と、このウェブシート６１の先端を接続した巻き取りローラ６３と、送り出しローラ６２から巻き取りローラ６３へと到るウェブシート６１の搬送経路で該ウェブシート６１にテンションを付与する複数のテンションローラ６４と、送り出しローラ６２と巻き取りローラ６３間でウェブシート６１を加熱ローラ３５に圧接させる圧接ローラ６５とを備えており、圧接ローラ６５によりウェブシート６１を加熱ローラ３５表面に圧接して、加熱ローラ３５表面に付着している残留トナーを拭きとり除去する。

各剥離爪７１，７２は、それぞれのローラ３５，３６の回転方向におけるニップ域Ｎよりも下流側に配置されている。これらの剥離爪７１，７２の根元付近が揺動自在もしくは弾性的に支持され、各剥離爪７１，７２の先端側が弾性部材によりそれぞれのローラ３５，３６側に付勢されて、各剥離爪７１，７２の先端近傍がそれぞれのローラ３５，３６表面に軽く圧接されている。記録用紙が各ローラ３５，３６のいずれかに巻き付いたときには、記録用紙の先端が各剥離爪７１，７２のいずれかの先端により剥離されて、記録用紙がローラ表面から剥がされる。これにより、記録用紙のジャムが防止される。

各ローラ３５，３６は、所定の押圧力（例えば６００Ｎ）で互いに圧接されており、それらの間にニップ域Ｎを形成している。このニップ域Ｎの長さ（各ローラ３５，３６の回転方向に沿った長さ）は、例えば９ｍｍに設定されている。各ローラ３５，３６は、規定の定着温度（例えば１８０℃）に加熱されながら回転し、ニップ域Ｎを通過する記録用紙上のトナー像を加熱溶融する。

加熱ローラ３５は、芯金の外表面に弾性層を設け、この弾性層の外表面に離型層を形成してなる３層構造のローラである。芯金には、例えば鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属或いはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴムが用いられ、離型層にはＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂が用いられる。

加熱ローラ３５内部（芯金の内部）には、該ローラ３５を加熱する熱源のハロゲンヒータ３７が設けられている。このハロゲンヒータ３７については後程詳述する。

加圧ローラ３６も、加熱ローラ３５と同様に、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属或いはそれらの合金等よりなる芯金、この芯金表面のシリコンゴム等の弾性層、更にその上のＰＦＡやＰＴＦＥ等の離型層からなる３層構造のローラである。そして、加圧ローラ３６内部（芯金の内部）にも、該ローラ３６を加熱するハロゲンヒータ３８が設けられている。

また、加熱スーラ３５の表面近傍には、サーミスタ５６が配置されており、このサーミスタ５６により加熱ローラ３５の表面温度が検出される。

ここで、加熱ローラ３５は、その軸をモータ及び動力伝達機構等（図示せず）により回転駆動されて、矢印Ｘで示す方向に回転される。加圧ローラ３６は、加熱ローラ３５に圧接されていることから矢印Ｙで示す方向に従動回転する。

また、サーミスタ５６により検出された加熱ローラ３５の表面温度に基づいて、加熱ローラ３５及び加圧ローラ３６の各ハロゲンヒータ３７，３８を制御し、加熱ローラ３５及び加圧ローラ３６の表面温度を調節する。これにより、各ローラの表面温度が適確に制御されて、記録用紙のトナー像を確実に定着することが可能になる。

図３は、加熱ローラ３５内部に設けられたハロゲンヒータ３７の構成及びその制御回路を示す図である。

ハロゲンヒータ３７は、ローラ軸線方向中央部において記録用紙のセンタ基準に合わせてヒータを配置してなるメインヒータ３７ａと、このメインヒータ３７ａのローラ軸線方向両側にそれぞれヒータを配置してなる第１サブヒータ３７ｂと、ローラ軸線方向の全長に渡ってヒータを配置してなる第２サブヒータ（瞬間通電用ヒータ）３７ｃとを備えている。これらメインヒータ３７ａ、第１サブヒータ３７ｂ及び第２サブヒータ３７ｃは、ガラス管Ｇの内部にフィラメントＦが収容されて構成されており、このフィラメントＦは、各ヒータ３７ａ〜３７ｃによって加熱すべき範囲に対応した部分が発熱箇所として形成されている。そして、制御回路２００からフィラメントＦに通電されることによって、所定の発熱分布となるように発光して赤外線が放射され、加熱ローラ３５の内周面を加熱するようになっている。また、メインヒータ３７ａ、第１サブヒータ３７ｂ及び第２サブヒータ３７ｃは、制御回路２００によってそれぞれ独立に温度制御される。なお、第２サブヒータ３７ｃは、メインヒータ３７ａや第１サブヒータ３７ｂに比較して、巻線密度が低くなっており、瞬間通電を行ったときの突入電流の発生が大きくなるように配慮されている。

制御回路２００は、ハロゲンヒータ３７を用いた直接加熱方式によって加熱ローラ３５を定着温度に制御するように構成されている。つまり、制御回路２００は、各ヒータ３７ａ〜３７ｃへの通電を行う各ドライバ２０１ａ〜２０１ｃ、各ドライバを制御するＣＰＵ２０２、サーミスタ５６からの検出信号を受ける入力回路２０３を備えており、サーミスタ５６からの検出信号に基づいて各ヒータ３７ａ〜３７ｃへの通電状態を制御して、加熱ローラ３５の表面温度を定着温度に維持するようになっている。

上記構成の定着装置２７において、従来は、通紙される記録用紙のサイズに合わせて、メインヒータ３７ａと第１サブヒータ３７ｂの両方を通電制御（全点灯若しくは位相制御点灯）していた。すなわち、本画像形成装置１００の通紙許可最大サイズがＡ４横搬送である場合、Ａ４横搬送のときは、メインヒータ３７ａと第１サブヒータ３７ｂの両方を通電制御し、Ａ４横より用紙幅の小さいＡ４縦搬送やＢ５搬送のときは、メインヒータ３７ａのみを通電制御し、第１サブヒータ３７ｂはシャットダウン状態としていた。

しかし、画像形成装置の高速化（例えば、単位時間当たりの印字処理枚数が１００〜１２０枚／分）や、カラー印字処理になると、単位時間当たりに定着機構を通過する用紙の枚数、及び未定着トナー量が多くなる。そのため、上記従来の技術でも説明したように、加熱ローラ表面温度が不安定となるだけでなく、印字処理中に加熱ローラの表面温度が定着下限温度以下となり、印字処理の一時停止や、加熱ローラ３５の表面温度の回復処理を行う必要が生じる。

また、ウォームアップ処理モードの前半工程では、加熱ローラ表面温度がトナーの軟化温度以上になったときに、加熱ローラ３５の表面温度の均一化と、加圧ローラ３６の加熱のために、加熱ローラ３５及び加圧ローラ３６を回転駆動しているが、このときローラ周辺部に「風の流れ」が発生し、加熱ローラ３５の表面温度が急激に低下するため、ウォームアップ時間の長時間化が発生する。

このような問題を解決するため、本発明では、上記の通り第２サブヒータ３７ｃを配置し、この第２サブヒータ３７ｃへの通電条件を瞬間通電の繰返しとしたものである。

ここで、瞬間通電を繰り返す第２サブヒータ３７ｃへの通電は、定着装置２７の駆動が駆動回転制御されているタイミングで行うものとする。具体的には、画像形成装置の通電初期に実行されるウォームアップ処理モードにおいては、加熱ローラ３５の表面温度がトナーの軟化温度以上に到達したタイミングで、第２サブヒータ３７ｃへの通電を開始する。すなわち、ウォームアップ処理モードの開始時は、基本的に、定着ローラ３５の表面若しくはクリーニングユニット２６に付着しているトナーが固化している。そのため、ウォームアップ処理モードでは、まず定着ローラ３５及び加圧ローラ３６を回転することなく加熱を開始し、定着ローラ３５の表面温度がトナーの軟化温度以上になってトナーが軟化し始めたとき、加熱ローラ３５の表面温度を均一化するために回転を開始している。従って、第２サブヒータ３７ｃへの通電も、このようなウォームアップ処理モードの動作に合わせ、加熱ローラ３５の表面温度がトナーの軟化温度以上に到達したタイミングで開始する。また、印字処理モードにおいては、定着装置２７への回転駆動制御が行われているタイミングで、第２サブヒータ３７ｃへの通電を開始する。

図４は、図３に示す如く配置されたメインヒータ３７ａ、第１サブヒータ３７ｂ及び第２サブヒータ３７ｃの消費電力を、従来のメインヒータ３７ａとサブヒータ（第１サブヒータ３７ｂに相当）を配置した場合の消費電力と対比してまとめた図表である。

図４に示す通り、従来手法でも、全てのヒータ（メインヒータ３７ａ、サブヒータ（第１サブヒータ）３７ｂ、ハロゲンヒータ３８）の定格消費電力の合計（１８００Ｗ）が、本画像形成装置１００の定格電力（１００Ｖ、１５Ａの場合は１５００Ｗ）をオーバーする仕様となっている。しかし、加圧ローラ３６に設けられたハロゲンヒータ３８は、印字処理工程中及び本画像形成装置１００の駆動モータの回転中はＯＦＦ状態とし、さらに、加熱ローラ３５に設けられたメインヒータ３７ａ及び第１サブヒータ３７ｂは、通紙される用紙種類に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御するとともに、ＯＮ状態の場合であっても、本画像形成装置１００の総消費電力を考慮した位相制御を行うことによって、定格電力の１５００Ｗを超えないように制御している。

これに対し、本実施形態では、メインヒータ３７ａ、第１サブヒータ３７ｂ、及びハロゲンヒータ３８は従来手法と同様であるが、突入電流を利用し加熱ローラ３５の温度上昇を促進する第２サブヒータ３７ｃとして、本実施形態では、４００〜６００Ｗの定格消費電力のヒータを用いている。

この理由は、瞬間通電時の突入電流値は、通常の安定通電時の電流値（定格電流値）に比べて３〜５倍のピーク電流を示す。これに対し、本画像形成装置１００の電力線が接続されている図示しないブレーカー等の過電流遮断装置では、一定の範囲内での通電の後に断現象が発生するようになっている。

具体的に説明すると、このブレーカーは、２２．５Ａの連続通電を行ったとき、３０ｓｅｃ以内では断現象が発生しないが、３０ｓｅｃを経過すると、１ｍｉｎを経過する前に断現象が発生するような特性を有しており、また、５５．０Ａの連続通電を行ったとき、１ｓｅｃ以内では断現象が発生しないが、３０ｓｅｃを経過する前に断現象が発生するような特性を有している。従って、４００〜６００Ｗの第２サブヒータ４３ｃを瞬間通電したときに発生するピーク電流は、１２〜３０Ａであり、装置の定格電流値（１５A）を加味しても、ブレーカー断の条件の５５．０Ａ（上記従来技術のところで説明している。）の範囲内に瞬間通電を抑えることが可能であり、この突入電流のピーク電流を、加熱ローラ３５の表面温度の上昇に役立てることが可能である。

この場合、上記従来技術のところで説明したように、図６に示すような瞬間通電の繰り返しサイクルを用いたのでは、ブレーカー側で瞬間通電と認識できず、連続通電と誤認識して断状態となってしまうので、本実施形態ではこの点を考慮し、図５（ａ）に示すように、瞬間通電サイクルＣを１．５〜３．０ｓｅｃとし、通電時間Ｄを０．３〜０．７ｓｅｃ、通電ＯＦＦ時間を［（瞬間通電サイクルＣ）−（通電時間Ｄ）］ｓｅｃとする制御を行う構成としている。なお、定格電流値Ａと突入電流のピーク値Ｂとの比は、［Ａ：Ｂ＝１：（３〜５）］である。

すなわち、瞬間通電サイクルＣを、１．５〜３．０ｓｅｃとすることで、図５（ａ）に示すように、平均電流値が上昇することなく定格電流値に近似し、かつ、通電時間Ｄを、ブレーカーが断状態とならない条件である５５．０Ａの連続通電で１ｓｅｃ以内を満たすように、０．３〜０．７ｓｅｃとすることで、ブレーカーを断状態とすることなく、かつ、画像形成装置１００の定格電力の範囲内において、瞬間通電の繰り返しによる第２サブヒータ３７ｃの通電制御が可能である。従って、この手法を用いることで、図５（ｂ）に示すように、高速印字処理工程やカラー印字処理工程時における加熱ローラ３５の表面温度の落ち込み（すなわち、定着下限温度以下になること）を防止（図中、符号３０１により示す）できるので、温度回復のための画像形成装置１００の緊急停止を招くこともなく、印字処理効率の向上を図ることが可能となる。因みに、図５（ｂ）中に破線で示したグラフ（符号３０２により示す）は、第２サブヒータ３７ａによる瞬間通電制御を行わなかった場合の加熱ローラ表面温度の変化グラフであり、加熱ローラ表面温度が定着下限温度以下まで低下している。

また、印字処理工程中、並びにウォームアップ中に第２サブヒータ３７ｃによる瞬間通電処理を実行することで、ブレーカーには現われない電力を有効利用できるため、画像形成装置１００全体の省電力（ウォームアップ時間の短縮等）が可能となる。

さらに、本実施形態では、瞬間通電の繰り返しサイクルを規制しているが、印字処理速度と記録用紙のニップ域Ｎの通過速度とを考慮した場合、瞬間通電を行ったときの画像形成装置１００の他の部材に供給される電力のダウンから発生する「印字ムラ」の発生を最小限に抑えることが可能である。例えば、高速機で印字処理枚数が１００枚／分の装置では、連続通紙時の用紙間隔を考慮すると、定着装置や転写装置を通過する記録用紙は０．３〜０．５ｓｅｃ以内に通過を完了することとなり、瞬間通電の通電時間である０．３〜０．７ｓｅｃの範囲内にほぼ収まることから、印字ムラの発生が記録用紙上に顕著に現われることはない。

なお、上記実施形態では、瞬間通電を繰り返す発熱源として、加熱ローラ３５の内部に配置されている複数のヒータの中の一つのヒータを例示しているが、瞬間通電を繰り返す発熱源は、加熱ローラ３５の外部に配置されていてもよい。すなわち、加熱ローラ３５を外部から加熱する外部加熱ユニットを加熱ローラ３５に接触させて配置し、この外部加熱ユニットに備えられている発熱源を瞬間通電を繰り返す発熱源として本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、第２サブヒータ３７ｃに対する瞬間通電の繰り返し制御では、位相制御を行わない構成として説明しているが、例えば第２サブヒータ３７ｃとして９００Ｗの定格消費電力のヒータを用い、これを上記した瞬間通電の繰り返し制御に加え、４５％デューティの位相制御を行う構成としてもよい。これにより、加圧ローラ３６に配置されているハロゲンヒータ３８を第２サブヒータ３７ｃとしても利用することが可能となる。

本発明の定着装置の一実施形態を適用した画像形成装置を示す概略図である。 定着装置を側方から見て概略的に示す断面図である。 加熱ローラ内部に設けられたハロゲンヒータの構成及びその制御回路を示す図である。 メインヒータ、第１サブヒータ及び第２サブヒータの消費電力を、従来のメインヒータとサブヒータを配置した場合の消費電力と対比してまとめた図表である。 （ａ）は、本発明に係わる瞬間通電のタイミングチャート、（ｂ）は、加熱ローラ表面温度の変化の様子を示すグラフである。 一般的な瞬間通電のタイミングチャートを示す図である。

符号の説明

２１ 感光体ドラム
２２ 帯電器
２３ 光書込みユニット
２４ 現像器
２５ 転写ユニット
２６ クリーニングユニット
２７ 定着ユニット
３５ 加熱ローラ
３６ 加圧ローラ
３７，３８ ハロゲンヒータ
３７ａ メインヒータ
３７ｂ 第１サブヒータ
３７ｃ 第２サブヒータ
４１ 搬送ローラ
４２ レジストローラ
５６ サーミスタ
６１ ピックアップローラ
７１，７２ 剥離爪
１００ 画像形成装置
１０１ 原稿用紙搬送部
１０２ 画像読取り部
１０３ 印字部
１０４ 記録用紙搬送部
１０５ 給紙部
２００ 制御回路
２０１ａ〜２０１ｃ ドライバ
２０２ ＣＰＵ
２０３ 入力回路

Claims (10)

1. 記録用紙上に転写されたトナーを、加熱ローラと加圧ローラとからなる定着機構の熱と加圧力とで溶融・固着する定着装置において、
   前記加熱ローラ及び加圧ローラを加熱する複数の発熱源を備えており、前記複数の発熱源のうち少なくとも１つの発熱源への通電が、予め設定された一定周期の瞬間通電の繰り返しで行われるとともに、前記一定周期の瞬間通電の繰り返しは、前記定着装置を搭載した画像形成装置の平均電流値が定格電流値を上回らず、かつ、前記画像形成装置の電源が過電流遮断装置によって断状態となる連続通電時間より短い通電時間での一定周期の繰り返しであることを特徴とする定着装置。
2. 前記瞬間通電を繰り返す発熱源は、加熱ローラ表面の全体を温度上昇させるために、加熱ローラの内部もしくは外部に配置された発熱源であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 記録用紙上に転写されたトナーを、加熱ローラと加圧ローラとからなる定着機構の熱と加圧力とで溶融・固着する定着装置の通電制御方法であって、
   前記加熱ローラ及び加圧ローラを加熱する複数の発熱源のうち少なくとも１つの発熱源への通電を、予め設定された一定周期の瞬間通電の繰り返しで行うとともに、前記一定周期の瞬間通電の繰り返しは、画像形成装置の平均電流値が定格電流値を上回らず、かつ、画像形成装置の電源が過電流遮断装置によって断状態となる連続通電時間より短い通電時間での一定周期の繰り返しであることを特徴とする定着装置の通電制御方法。
4. 前記瞬間通電を繰り返す発熱源は、加熱ローラ表面の全体を温度上昇させるために、加熱ローラの内部もしくは外部に配置された発熱源であることを特徴とする請求項３に記載の定着装置の通電制御方法。
5. 前記瞬間通電を繰り返す発熱源への通電は、前記定着機構の駆動が駆動回転制御されているタイミングで行われることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の定着装置の通電制御方法。
6. 前記瞬間通電を繰り返す発熱源への通電は、画像形成装置の通電初期に実行されるウォームアップ処理モードにおいて、前記加熱ローラの表面温度が前記トナーの軟化温度以上に到達したタイミングで開始されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の定着装置の通電制御方法。
7. 前記瞬間通電を繰り返す発熱源への通電は、印字処理モードにおいて、前記定着機構への回転駆動制御が行われているタイミングで開始されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の定着装置の通電制御方法。
8. 前記瞬間通電を繰り返す発熱源への通電が実行されているときの前記他の発熱源への通電は、位相制御若しくは通電オフ状態であることを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれかに記載の定着装置の通電制御方法。
9. 前記瞬間通電を繰り返す発熱源の定格消費電力は、前記瞬間通電時に発生するピーク電流値に対応する電力と前記画像形成装置の安定電力供給時の消費電力の和が、前記画像形成装置に電力供給する供給電源の前記過電流遮断装置を断状態としない電力であることを特徴とする請求項３ないし請求項８のいずれかに記載の定着装置の通電制御方法。
10. 前記瞬間通電を繰り返す発熱源への通電サイクルは、少なくとも画像形成装置の安定電力供給時の消費電力が上昇しないサイクルであることを特徴とする請求項９に記載の定着装置の通電制御方法。

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