JP4940162B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、定着装置の省電力化の効率化に関し、例えば電子写真方式を使用した複写機やプリンタ装置,ファクシミリ装置等の画像形成装置の省電力化の効率化に関する。
複写機やプリンタ装置等の画像形成装置に使用される定着ローラは、そのローラ内にハロゲンヒータなどの発熱体を内装し、加圧ローラと圧接してニップ部を形成している。このような定着ローラは、ニップ部での圧力と発熱体からの輻射熱により上記ニップ部に送り込まれた転写紙(シート)上のトナー像を溶融定着させるものである。
近年、高速、省電力の画像形成装置では、速やかに定着装置の温度を上昇させ転写を可能にするために定着ローラの肉厚を薄くしている。また、補助電源装置(キャパシタ)から加熱部の発熱体(キャパシタヒータ)へ電力を供給することで加熱部(定着ローラ)の発熱体への電力供給を補助することにより加熱部の昇温時間を短縮することができる(例えば、特許文献1参照。)。あるいは、この補助電源装置から加熱部の発熱体への電力供給補助を通紙時に行うことで、電力をより有効活用できる(例えば、特許文献2参照。)。
また、シートへのトナーの定着時には、発光部を中央に持つ棒状の中央配光ACヒータ(中央加熱ヒータ)と、発光部を両端に持つ棒状の端部配光ACヒータ(端部加熱ヒータ)を使用し、シートのサイズにより両ヒータを使い分ける制御技術が知られている。
ここで、薄肉定着ローラにおいては、ローラの中央部と端部の温度分布が悪く、ウォームアップ時には定着ローラの端部の温度上昇が遅い。また定着ローラの熱容量が小さいため立上直後のシートへの定着時には、定着ローラ端部の温度落込みが大きくなる。そのためウォームアップ時および定着時に端部配光またはフラット配光(ヒータ全体に発熱部を持つ)を行なう補助発熱ヒータ(ACハロゲンヒータまたはキャパシタヒータ)を使用している。
しかしながら、小サイズ用紙(A5サイズなど)の連続通紙においては定着ローラの幅方向において非定着部(非通紙部)の温度上昇が大きく、定着部(通紙部)の温度落込みが大きくなり定着性能が悪くなる問題があった。また、小サイズ用紙の連続通紙の最中、または連続通紙後のつぎの印刷ジョブのときに、補助電源装置(キャパシタ)の残電量が減少して、該補助電源装置(キャパシタ)から電力供給できなくなるときがあり、このときも定着ローラの幅方向の温度バランスが悪くなり定着性能が悪くなる問題があった。
特開2000−315567号公報 特開2005−216784号公報
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、小サイズの用紙を連続通紙した場合においても、定着性能を低下させることがないように温度制御を行う定着装置及び該定着装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の通りである。
〔1〕 定着部材(定着ローラ14)と、該定着部材に対して回転自在に圧接し未定着トナーをシート上に定着させるニップ部を形成する加圧部材(加圧ローラ15)と、蓄電装置(補助電源装置4b)と、前記定着部材の幅方向中央部を加熱する発熱部をもつ中央加熱ヒータ(中央加熱ヒータ2a1)と、前記定着部材の幅方向両端部を加熱する発熱部をもつ端部加熱ヒータ(端部加熱ヒータ2a2)と、前記定着部材を加熱する補助ヒータ(補助ヒータ2b)と、を備え、前記中央加熱ヒータの発熱部よりも幅の狭いサイズ(小サイズ)のシートを通紙する定着処理のときに、前記端部加熱ヒータを常時消灯とし前記中央加熱ヒータ及び補助ヒータを点灯して定着部材を加熱する定着装置であって、前記小サイズのシートの連続通紙の定着処理の最中に前記蓄電装置の放電が停止するときは、該蓄電装置の放電停止後に前記端部加熱ヒータを点灯して前記定着部材を加熱することを特徴とする定着装置(図2,図4,図5)。
〔2〕 前記定着部材の端部の目標温度を任意の温度に設定し、該目標温度と前記定着部材の端部の実際の温度とを比較して前記端部加熱ヒータの点灯制御を行なう制御手段(第1の制御部)を備え、前記制御手段は、前記小サイズのシートの連続通紙の定着処理開始時に、前記定着部材の端部の目標温度を第1の温度(例えば150℃)に設定して、あるいは強制的に電力供給を行わずに前記端部加熱ヒータを常時消灯とし、前記小サイズのシートの連続通紙の定着処理の最中であって前記蓄電装置が放電を停止する時に、前記定着部材の端部の目標温度を前記第1の温度よりも高い第2の温度(例えば190℃)に設定して前記端部加熱ヒータを点灯し定着部材を第2の温度まで加熱することを特徴とする前記〔1〕に記載の定着装置(図4)。
〔3〕 前記制御手段は、前記小サイズのシートの連続通紙の定着処理の最中に、前記蓄電装置の放電電圧がフル充電電圧と放電停止電圧との間の所定の電圧に低下した時、前記定着部材の端部の目標温度を前記第1の温度と第2の温度との間の温度である第3の温度(例えば180℃)に設定して前記端部加熱ヒータを点灯し定着部材を第3の温度まで加熱することを特徴とする前記〔2〕に記載の定着装置(図5)。
〔4〕 定着部材(定着ローラ14)と、該定着部材に対して回転自在に圧接し未定着トナーをシート上に定着させるニップ部を形成する加圧部材(加圧ローラ15)と、蓄電装置(補助電源装置4b)と、前記定着部材の幅方向中央部を加熱する発熱部をもつ中央加熱ヒータ(中央加熱ヒータ2a1)と、前記定着部材の幅方向両端部を加熱する発熱部をもつ端部加熱ヒータ(端部加熱ヒータ2a2))と、前記定着部材を加熱する補助ヒータ(補助ヒータ2b)と、を備え、前記中央加熱ヒータの発熱部よりも幅の狭いサイズ(小サイズ)のシートを通紙する定着処理のときに、前記端部加熱ヒータを常時消灯とし前記中央加熱ヒータ及び補助ヒータを点灯して定着部材を加熱する定着装置であって、前記小サイズのシートの定着処理の開始時に、前記蓄電装置の充電電圧が放電可能電圧以下で前記補助ヒータが点灯されないときは、前記中央加熱ヒータ及び端部加熱ヒータを点灯して前記定着部材を加熱することを特徴とする定着装置(図2,図6)。
〔5〕 前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の定着装置(定着装置10)を有することを特徴とする画像形成装置(図1)。
本発明の効果として、請求項1の発明によれば、小サイズのシートを定着させる場合、補助電源装置(キャパシタ)が放電停止したときに端部加熱ヒータを点灯して定着部材の加熱を行なうので、定着部材の通紙領域の温度が大きく落込むことを防ぐことができる。
また、請求項2の発明によれば、小サイズのシートの定着処理開始時に定着部材の端部の目標温度を低めの第1の温度に設定する、あるいは強制的に電力供給を行なわないので端部加熱ヒータが常時消灯となる。また、小サイズのシートの連続通紙の定着処理の最中に補助電源装置(キャパシタ)が放電停止すると補助ヒータが消灯となり、そのままでは定着部材の通紙領域の温度が落ち込み定着性能が悪くなるが、前記目標温度を第1の温度よりも高めの第2の温度に設定するので端部加熱ヒータを点灯して定着部材を第2の温度まで加熱するようになり、定着ローラの通紙領域の温度低下を防ぐことができる。
また、請求項3の発明によれば、端部加熱ヒータにより蓄電装置の放電による電力供給の途中段階で定着部材の端部を若干加熱し(第3の温度まで加熱し)、放電停止時にさらに加熱する(第2の温度まで加熱する)ように段階的に加熱の程度を上げているので、蓄電装置の放電停止時の定着部材の通紙領域の温度が一度に大きく落ち込むことを防ぐことができる。これは、外部電源の定着装置へのAC電圧入力が定格以下となっていて、中央加熱ヒータの電力出力が定格以下となっている場合にとくに有効である。
また、請求項4の発明によれば、連続通紙の定着処理後に小サイズのシートを通紙するときなどであって、充電中の蓄電装置の充電電圧が放電可能電圧に達していないときは蓄電装置から電力供給されず補助ヒータの点灯がないため、通紙時に定着部材の通紙領域の温度の落込みが大きくなり定着性能が悪くなる。そこで前記通紙開始時に端部加熱ヒータの目標温度(制御温度)を上げるなどして、該端部加熱ヒータを点灯して定着部材を加熱するので定着部材の通紙領域の温度が大きく落込むことを防ぐことができる。
また、請求項5の発明によれば、本発明の定着装置を用いるので、小サイズのシートの連続通紙の印刷ジョブにおいても、良好な定着性能を確保することができる。
以下に、本発明に係る定着装置及び画像形成装置の構成について説明する。
図1は、本発明に係る画像形成装置の構成例を示す断面図である。
画像形成装置100は、セットされた読取対象の原稿を読取装置130に送る自動原稿送り装置(ADF)120と、ADF120から送られてきた原稿を画像として読み取る読取装置130と、読取装置130で読み取られた画像データに基づいて画像を形成する画像形成部140と、を備える。また、画像形成部140は、本発明に係る定着装置10を備える。
図1において、41は回転体からなる像担持体の一例であるドラム形状の感光体を示す。この感光体41の周りには、図中に矢印で示す向きの回転方向順に、帯電ローラからなる帯電装置42と、露光手段の一部を構成するミラー43と、現像ローラ44aを備えた現像装置44と、記録材Pとしての用紙(シート)に現像画像を転写する転写装置48と、感光体41の周面に摺接するブレード46aを備えたクリーニング装置46等が配置してある。感光体41は、帯電装置42と現像ローラ44aとの間で露光手段によりミラー43を介して露光光Lbで走査されて露光される。この感光体41上の露光光Lbが照射される位置を露光部150と言う。
転写装置48は感光体41の下面と対向させて設けてある。この感光体41上の転写装置48と対向する部位が転写部47である。この転写部47の用紙P搬送方向の上流側には、一対のレジストローラ49が設けてある。図示しない給紙トレイに収納された記録材Pは給紙コロ110により給紙されて図示しない搬送ガイドによりレジストローラ49に向けて搬送案内される。また、転写部47より用紙P搬送方向の下流側には、本発明に係る定着装置10が配置してあり、定着装置10のニップ部出側の排紙経路に排紙センサ111を備える。該排紙センサ111は、印刷ジョブの最後のシートPのニップ部の通過を検知して、検知信号を出力するようになっており、この検知信号により印刷終了を検出することができる。
この画像形成装置における画像形成は次のようにして行う。感光体41が図示しない駆動部により回転駆動されて回転を始め、この回転中に感光体41が暗中において帯電装置42により均一に帯電され、露光手段によりミラー43を介して露光光Lbで露光部150が走査されることで、作成すべき画像に対応した潜像が感光体41に形成される。この感光体41上の潜像は、感光体41の回転により現像装置44に移動し、ここで現像装置44により現像されてトナー像が形成される。
一方、給紙コロ110により給紙トレイ上の記録材(シート)としての用紙Pが給紙され、この用紙Pは図中に破線で示す搬送経路を経て一対のレジストローラ49の位置で一旦停止し、感光体41上のトナー像と転写部47で合致するような送り出しのタイミングを待つ。そして、そのタイミングでレジストローラ49が回転して用紙Pを送り出し、この用紙Pは転写部47に向けて搬送される。感光体41上のトナー像と用紙Pとが転写部47で合致し、転写装置48による電界によって感光体41上のトナー像が用紙P上に転写される。
こうしてトナー像が転写されてこれを担持する用紙Pは、ついで定着装置10に向けて送り出される。用紙P上のトナー像は定着装置10を通過する間にその用紙P上に定着され、このトナー像が定着された用紙Pは図示しない排紙部へ排紙される。
一方、転写部47で転写されずに感光体41上に残った残留トナーは、感光体41の回転と共にクリーニング装置46に至り、クリーニング装置46を通過する間に清掃されて次の画像形成に備える。
以上が1つの印刷ジョブである。なお、印刷ジョブとは1つの印刷要求に対応して行われるひとまとまりの画像形成処理(あるいは一度の印刷要求で出力される印刷作業)のことであり、1枚のシートに画像形成する場合と、複数枚のシートを連続通紙して画像形成する場合とがある。また、定着装置10では印刷ジョブに対応して定着処理が行なわれる。
定着装置10は、図2に示すように、それぞれが軸線(図2(a)の紙面に垂直な方向の軸線)で回転可能に支持された円筒形状の回転体である定着部材14及び加圧部材15を有する。定着部材14としては例えば加熱部としての定着ローラ(以下、定着ローラ14)で構成され、加圧部材15は例えば加圧部材(以下、加圧ローラ15)で構成される。定着ローラ14内には発熱して定着ローラ14を加熱する発熱体2が配置され、定着ローラ14の外には定着ローラ14の中央部の表面温度を検知する温度検知手段8aと、端部の表面温度を検知する温度検知手段8bとが配置されている。また、加圧ローラ15の外には加圧ローラ15の表面温度を検知するサーミスタなどの温度検知手段8cが配置されている。
主電源装置9は、主電源4a(図3参照)からの電力により画像形成装置100各部の各種ユニットへ給電を行う。主電源装置9は、外部電源である商用電源4aのコンセント(例えば、100V、15A)に電源線のプラグ51を挿入して接続することで、商用電源4aから電力が供給される。発熱体2は、図2に示すようにACヒータからなる発熱体(主発熱ヒータ)2a、DCヒータからなる発熱体(補助ヒータ(キャパシタヒータ))2bを有し、例えばハロゲンヒータが用いられる。
主発熱ヒータ2aは、主に定着ローラ14の幅方向における中央部を加熱する中央加熱ヒータ2a1と、定着ローラ14の端部を加熱する端部加熱ヒータ2a2とからなる。このとき、例えば中央加熱ヒータ2a1の定格電力は500W、端部加熱ヒータ2a2の定格電力は700Wである。また中央加熱ヒータ2a1の発熱部の幅は例えば、A4縦サイズ(A5サイズ)のシートの幅相当(200〜220mm幅)とされており、端部加熱ヒータ2a2の発熱部はその中央加熱ヒータ2a1の発熱部よりも外側で少なくとも通紙される最大幅シートの端部位置まで加熱するように配置される。あるいは端部加熱ヒータ2a2の発熱部の幅に余裕を持たせて中央加熱ヒータ2a1の発熱部と端部加熱ヒータ2a2の発熱部とが若干重なるように配置してもよい。また、補助ヒータ2bは定着ローラ14の全幅において発熱分布が平坦なフラットヒータである。ただし、定着ローラ14の幅方向で発熱分布が調整された(配光調整された)ものでもよい。補助ヒータ2bの定格電力は例えば50V,450Wが採用される。ここで、補助ヒータ2bの定格電圧(50V)は、主発熱ヒータ2aの定格電圧(例えば100V)と異なる電圧である場合を例に説明したが、印刷ジョブの際に、補助電源装置4bの電力を発熱体2以外の装置駆動の電力として供給し、その分だけ余剰が生じた外部電源(商用電源4a)の電力を発熱体2に供給するような間接給電(後述)を行う場合は、補助ヒータ2bの定格電圧は主発熱ヒータ2aの定格電圧と同じでもよい。また、補助ヒータ2bは定着ローラ14の幅方向で発熱分布が調整された(配光調整された)ものでもよい。例えば、定着ローラ14の中央部における発熱分布が端部より大きくなるように配光調整されたヒータや、定着ローラ14の端部における発熱分布が中央部より大きくなるように配光調整されたヒータでもよい。
なお、中央加熱ヒータ2a1の定格電力と端部加熱ヒータ2a2の定着電力と補助ヒータ2bとの定格電力の合計は、画像形成装置が消費する交流電源の最大消費電力の80%以上となるような定格電力のヒータを用いることが好ましい。外部電源(商用電源4a)の電力(日本の場合は100V15Aの1500W)の場合、画像形成装置が消費する交流電源の最大消費電力が1500Wとなるため、各ヒータの定格電力の合計は1200W以上になる。また、中央加熱ヒータ2a1の定格電力と端部加熱ヒータ2a2の定着電力と補助ヒータ2bとの定格電力の合計が、画像形成装置が消費する交流電源の最大消費電力以上となるような定格電力のヒータを用いることが好ましい。この場合、各ヒータの定格電力の合計は1500W以上になる。
定着ローラ14のローラ基体は、例えばアルミニウムや鉄等の金属製であることが、耐久性や加圧による変形等の点から望ましい。このときのローラ基体の肉厚は、装置立ち上げ時に定着ローラ14が急速に加熱され、短時間で所定の温度となるために薄肉とされており、5mm未満が好ましく、1mm以下であることがより好ましい。例えば、0.7mmにする。また、定着ローラ14の表面にはトナーとの固着を防ぐための離型層を形成していることが望ましく、定着ローラ14の内面にはハロゲンヒータである発熱体2の放射熱を効率よく吸収するための黒化処理をしていることが望ましい。
加圧ローラ15は、芯金にゴム等の弾性層が形成されてなるもので、定着ローラ14よりも熱容量が大きくなっている。この加圧ローラ15が定着ローラ14と圧接してニップ部を形成し、このニップ部に未定着画像を形成した紙等の記録材Pを通紙することで熱と圧力によりトナー像を記録材P上に定着させる。また、加圧ローラ15として発泡層を有する加圧ローラを用いて加圧ローラ15と定着ローラ14との間にニップ部を形成してもよい。
図3は、本発明の定着装置10の加熱システムに関する回路構成を示す。本実施形態では、図3に示すように、定着ローラ14を加熱するための発熱体2(中央加熱ヒータ2a1、端部加熱ヒータ2a2、補助ヒータ2b)と、商用電源4aから蓄電装置である補助電源装置4bへ給電可能な充電装置5を有する。充電装置5は、商用電源4aからの電力の電圧調整やAC/DC変換を行い、補助電源装置4bへAC/DC変換後のDC電力を供給して補助電源装置4bを充電する。また、主電源スイッチ6aは中央加熱ヒータ2a1への通電を制御する制御手段として、主電源スイッチ6bは端部加熱ヒータ2a2への通電を制御する制御手段として第1の制御部(図示せず)により制御される。この第1の制御部は、本画像形成装置の電源スイッチのオン、オフに関係なく主電源装置9から給電され、本画像形成装置の各部を制御する主制御部からのモード信号や、温度検知手段8a,8bからの温度検知信号(定着ローラ14の実際の表面温度に関する信号)などに基づいて、定着ローラ14の表面温度が所定の目標温度(制御温度)になるように主電源スイッチ6a,6bを制御する。
また、後述するように、第1の制御部は、定着ローラ14の前記目標温度(制御温度)を任意の温度に設定し、該目標温度と定着ローラ14の実際の温度(温度検知手段8a,8bの検知温度)とを比較して、中央加熱ヒータ2a1,端部加熱ヒータ2a2の点灯制御を行なうものである。詳しくは、第1の制御部は、定着ローラ14の中央部の中央目標温度(中央制御温度)を任意の温度に設定し、該中央目標温度と定着ローラ14の温度検知手段8aの検知温度とを比較して、中央加熱ヒータ2a1の点灯制御を行なう。また、第1の制御部は、定着ローラ14の端部の端部目標温度(端部制御温度)を任意の温度に設定し、該端部目標温度と定着ローラ14の温度検知手段8bの検知温度とを比較して、端部加熱ヒータ2a2の点灯制御を行なう。
第2の制御部3は、本画像形成装置の電源スイッチのオン、オフに関係なく主電源装置9から給電され、上記主制御部からのモード信号、温度検知手段8a,8bからの温度検知信号、補助電源装置4bの電力量(電圧)を検出する電力量検出手段の出力値などに基づいて、補助電源装置4bから補助ヒータ2bへの通電を制御する。充放電切替え装置7は、上記主制御部からのモード信号、温度検知手段8a,8bからの温度検知信号、上記電力量検出手段の出力値などに基づいて補助電源装置4bを充電装置5側と補助ヒータ2b側へ切換接続する。充放電切替え装置7が補助電源装置4bを充電装置5側に接続したときには、商用電源4aからの電力は充電装置5により電圧調整やAC/DC変換が行われて補助電源装置4bへ供給されることにより補助電源装置4bが充電される。
充放電切替装置7が補助電源装置4bを補助ヒータ2b側に接続したときには、補助電源装置4bから第2の制御部3を介して補助ヒータ2bへ電力が供給される。また主電源スイッチ6aがオンの時には商用電源4aから中央加熱ヒータ2a1へ電力が供給され、主電源スイッチ6bがオンの時には商用電源4aから端部加熱ヒータ2a2へ電力が供給される。補助電源装置4bとしては、充放電可能な電気二重層コンデンサ(電気二重層キャパシタ)が挙げられる。
図4(b)に、補助電源装置4bである電気二重層コンデンサを補助ヒータ2bに接続したときの放電特性を示す。図4(b)の縦軸は電気二重層コンデンサの電圧(キャパシタ電圧)を示し、図4(b)の横軸は時間Timeを示す。電気二重層コンデンサは、その特性から、放電初期には電圧が高く、放電時間とともに電圧が減少していく(図4(b)のb〜c間)。つまり、電気二重層コンデンサは、放電初期には大電力を供給できるが、放電末期には供給電力が低下するという特性を有する。なお、放電停止電圧V3とは、放電の過程で電気二重層コンデンサの残電量がほとんどなくなり、ほとんど放電しなくなる電圧(例えば、19V)であり、補助電源装置4bとしての放電を停止する電圧である。また、放電可能電圧V4とは、放電開始の段階で定着ローラ14を加熱するパワーがある電圧と定着ローラ14を加熱するまでのパワーがない電圧との境界の電圧(例えば、28V)であり、放電可能電圧V4以上であれば放電を開始し、未満であれば放電しない電圧である。
本実施形態では、中央加熱ヒータ2a2の発熱部よりも幅の狭いサイズ(小サイズ)のシートの通紙開始時(図4のb点)には、端部加熱ヒータ2a2を常時消灯とし、商用電源4aから電力を供給して中央加熱ヒータ2a1を点灯するとともに、補助電源装置4bから電力を供給して補助ヒータ2bを点灯し、定着ローラ14を加熱し、定着ローラ14の温度維持を図る(図4(a)の定着ローラ14の通紙部の温度(温度検知手段8aの検知温度)の変化参照。)。すなわち、点灯制御及び電力供給はつぎのようになっていた。
・中央加熱ヒータ2a1;点灯(電力供給オン)
・端部加熱ヒータ2a2;常時消灯(電力供給オフ)
・補助ヒータ2b;点灯(電力供給オン)
このとき、前記第1の制御部が中央目標温度を例えば190℃に設定し、定着ローラ14の中央部の温度(温度検出手段8aの検知温度)がその温度となるように主電源スイッチ6aのオンオフ制御による電力供給制御が行なわれ、中央加熱ヒータ2a1が点灯する。また、端部加熱ヒータ2a2を常時消灯とするために、前記第1の制御部が強制的に主電源スイッチ6bをオフとするか、あるいは定着ローラ14の端部目標温度を常に実際の温度(温度検知手段8bの検知温度)よりも低い温度(第1の温度)、例えば150℃に設定している。この点灯制御により、定着ローラ14の通紙部の温度(中央部の温度)は定着に必要な温度に保たれる(図4(a)のb〜c間)。
図4(b)では、1つの印刷ジョブとして複数枚の小サイズのシートを連続通紙して画像形成する場合を示しているが、該1つの印刷ジョブに伴う連続通紙の定着処理(図4(b)のb〜d点)の期間中に補助電源装置4bは放電により放電停止電圧V3までキャパシタ電圧が低下し(図4(b)のc点)、それ以降補助電源装置4bから補助ヒータ2bへの電力供給は停止して補助ヒータ2bが消灯してしまう(図4(b)のc〜d点)。
ここで、補助ヒータ2bが消灯した後も、小サイズのシートの定着処理は行なわれる(図4(b)のc〜d点)が、このとき従来の定着装置では発熱体2への点灯制御及び電力供給はつぎのようになっていた。
・中央加熱ヒータ2a1;点灯(電力供給オン)
・端部加熱ヒータ2a2;常時消灯(電力供給オフ)
・補助ヒータ2b;常時消灯(電力供給オフ)
なお、中央加熱ヒータ2a1における「点灯」とは、定着ローラ14の中央部の温度(温度検出手段8aの検知温度)が第1の制御部で設定された中央目標温度となるように主電源スイッチ6aのオンオフ制御による電力供給制御が行なわれ、点灯制御されている状態をいう(以降の実施の形態において同じ)。すなわち、実際の温度が中央目標温度より低い場合には中央加熱ヒータ2a1は連続して点灯しており、中央目標温度近傍になると点灯、消灯が繰り返され、中央目標温度に維持されるようになる。また、端部加熱ヒータ2a2の「常時消灯」は、通紙開始時と同様に、強制的に電力供給をオフとするか、あるいは定着ローラ14の端部目標温度を常に実際の温度(温度検知手段8bの検知温度)よりも低くなるように設定して常に電力供給されないように制御されている状態をいう(以降の実施の形態において同じ)。
この場合、定着ローラ14のうち、通紙部、とりわけ端部側(小サイズのシートの端部位置)の温度の落ち込みが大きくなり、定着性能が悪化する問題が発生した。
そこで、本発明では、このような状況において、以下のような点灯制御の工夫を行い、この問題の解決を図った。
本発明に係る定着装置の第1の実施の形態について説明する。本実施形態は、定着装置10において、前記小サイズのシートを通紙する定着処理のときに、端部加熱ヒータ2a2を常時消灯とし中央加熱ヒータ2a1及び補助ヒータ2bを点灯して定着ローラ14を加熱する前提であって、前記小サイズのシートの連続通紙の定着処理の最中に補助電源装置4bの放電が停止するとき(あるいは補助電源装置4bのキャパシタ電圧が放電停止電圧V3になったとき)は、補助電源装置4bの放電停止後に端部加熱ヒータ2a2を点灯して定着ローラ14を加熱するものである。すなわち、補助電源装置4bの放電停止後に定着装置10ではつぎの点灯制御を行なう。
・中央加熱ヒータ2a1;点灯(電力供給オン)
・端部加熱ヒータ2a2;点灯(電力供給オン)
・補助ヒータ2b;常時消灯(電力供給オフ)
ここで、第1の制御部は、小サイズのシートの連続通紙の定着処理の最中であって補助電源装置4bが放電を停止する時(図4(b)のc点)に、定着ローラ14の端部目標温度を前記第1の温度(図4(c)では150℃)よりも高い第2の温度(例えば、中央目標温度と同じ190℃。あるいは中央目標温度よりも高くても低くてもよい。)に設定して端部加熱ヒータ2a2を点灯し定着ローラ14を第2の温度まで加熱する制御を行なう。なお、端部加熱ヒータ2a2における「点灯」も、定着ローラ14の端部の温度(温度検出手段8bの検知温度)が第1の制御部で設定された端部目標温度となるように主電源スイッチ6bのオンオフ制御による電力供給制御が行なわれ、点灯制御されている状態をいう(以降の実施の形態において同じ)。すなわち、実際の温度が端部目標温度より低い場合には端部加熱ヒータ2a2は連続して点灯しており、端部目標温度近傍になると点灯、消灯が繰り返されるようになる。この点灯制御により、定着ローラ14の通紙部の温度(中央部の温度)は、補助ヒータ2bが消灯する前よりも若干温度が低下するが、定着に必要な温度に保たれる(図4(a)のc〜d間)。
なお、通紙終了後(図4(b)のd点以降)は、補助電源装置4bの充電が開始される。
以上の点灯制御によって、補助ヒータ2bが消灯したことによる定着ローラ14の通紙部の温度落ち込みは、端部加熱ヒータ2a2の加熱により補われ、良好な定着性能を得ることができる。
つぎに本発明に係る定着装置の第2の実施の形態について説明する。本実施形態は、定着装置10において、前記小サイズのシートを通紙する定着処理のときに、端部加熱ヒータ2a2を常時消灯とし中央加熱ヒータ2a1及び補助ヒータ2bを点灯して定着ローラ14を加熱する前提であって、前記小サイズのシートの連続通紙の定着処理の最中に、補助電源装置4bのキャパシタ電圧(放電電圧)がフル充電電圧(例えば60V)と放電停止電圧V3(例えば19V)との間の所定の電圧に低下した時、定着ローラ14の端部目標温度を前記第1の実施の形態における第1の温度(例えば150℃)と第2の温度(例えば190℃)との間の温度である第3の温度(例えば170℃)に設定して端部加熱ヒータ2a2を点灯し定着ローラ14を第3の温度まで加熱するものである。なお、前記所定の電圧とは、任意に設定可能であるが、補助電源装置4bの容量や使用目的に応じて設定すればよく、例えば放電可能電圧V4(28V)とすればよい。
ここで、補助電源装置4bのキャパシタ電圧が所定の電圧に低下した時に定着装置10ではつぎの点灯制御を行なう。
・中央加熱ヒータ2a1;点灯(電力供給オン)
・端部加熱ヒータ2a2;点灯(電力供給オン)
・補助ヒータ2b;点灯(電力供給オン)
またこのときの第1の制御部の各目標温度の設定は次のとおりである。
・中央目標温度;通紙時の通常温度(例えば、190℃)
・端部目標温度;第3の温度(例えば、170℃)
その後、前記小サイズのシートの連続通紙の定着処理の最中に補助電源装置4bの放電が停止するとき(あるいは補助電源装置4bのキャパシタ電圧が放電停止電圧V3になったとき)は、補助電源装置4bの放電停止時に定着ローラ14の端部目標温度を前記第2の温度に設定して端部加熱ヒータ2a2を点灯し定着ローラ14を第2の温度まで加熱するものである。すなわち、補助電源装置4bの放電停止後に定着装置10ではつぎの点灯制御を行なう。
・中央加熱ヒータ2a1;点灯(電力供給オン)
・端部加熱ヒータ2a2;点灯(電力供給オン)
・補助ヒータ2b;常時消灯(電力供給オフ)
このときの第1の制御部の各目標温度の設定は次のとおりである。
・中央目標温度;通紙時の通常温度(例えば、190℃)
・端部目標温度;第2の温度(例えば、190℃)
なお、本実施の形態では、端部目標温度としての第3の温度は任意に設定可能であり、状況に応じて変化させるとよい。例えば、商用電源4aからのAC電圧入力が規定より低くなることがあるが、例えば定格の90%以下として、100V定格のマシンでは90V以下となる場合、中央加熱ヒータ2a1は約430W、端部加熱ヒータ2a2は約600WとなってACヒータ電力は約85%低下するため、前記第3の温度は通常より高め(例えば、180℃)に設定するとよい。
図5(c)にその端部目標温度の設定パターンを示す。なお、図5(a)は本実施の形態における定着ローラ14の通紙部の温度(温度検知手段8aの検知温度)の変化を示しており、図5(b)は補助電源装置4bのキャパシタ電圧の変化を示している。
(区間A) 前記小サイズのシートの連続通紙の定着処理の開始時(通紙開始時)から、補助電源装置4bのキャパシタ電圧が所定の電圧(放電可能電圧V4)まで低下するまでの間(図5のb〜c´間)は、第1の制御部は、端部目標温度を第1の温度(150℃)に設定し、端部加熱ヒータ2a2を常時消灯とする。
(区間B) つぎに、補助電源装置4bのキャパシタ電圧が所定の電圧(放電可能電圧V4)から放電停止電圧V3まで低下するまでの間(図5のc´〜c間)は、第1の制御部は、端部目標温度を第3の温度(180℃)に設定し、端部加熱ヒータ2a2を点灯して定着ローラ14の端部を第3の温度まで加熱する。
(区間C) つぎに、補助電源装置4bの放電停止時から通紙終了時までの間(図5のc〜d間)は、第1の制御部は、端部目標温度を第2の温度(190℃)に設定し、端部加熱ヒータ2a2を点灯して定着ローラ14の端部を第2の温度まで加熱する。
前記小サイズのシートの連続通紙の最中に補助電源装置4bの放電が停止して補助ヒータ2bが消灯すると、定着ローラ14の通紙部の温度落ち込みが大きく、補助ヒータ2bの消灯時から端部加熱ヒータ2a2で加熱したのでは温度落ち込み解消が十分でなく間に合わない場合がある。これは、例えば商用電源4aからのAC電圧入力が規定より低くなるときである。そこで、補助電源装置4bの放電が停止して補助ヒータ2bが消灯する前に(補助電源装置4bが所定のキャパシタ電圧(例えば、放電可能電圧V4)に低下した時に)、端部加熱ヒータ2a2を点灯して定着ローラ14の端部をある程度加熱しておくことにより、定着ローラ14の通紙部の温度をかさ上げしておき補助ヒータ2bの消灯時の定着ローラ14(通紙部)の温度が一気に大きく落ち込むことを防ぐことができる(図5(a)のc´〜c間)。
なお、通紙終了後(図5(b)のd点以降)は、補助電源装置4bの充電が開始される。
つぎに本発明に係る定着装置の第3の実施の形態について説明する。本実施形態は、定着装置10において、前記小サイズのシートを通紙する定着処理のときに、端部加熱ヒータ2a2を常時消灯とし中央加熱ヒータ2a1及び補助ヒータ2bを点灯して定着ローラ14を加熱する前提であるが、前記小サイズのシートの定着処理の開始時に、補助電源装置4bの充電電圧(キャパシタ電圧)が放電可能電圧V4以下で補助ヒータ2bが点灯されないときは、中央加熱ヒータ2a1及び端部加熱ヒータ2a2を点灯して定着ローラ14を加熱するものである。すなわち、前記小サイズのシートの通紙開始時に定着装置10ではつぎの点灯制御を行なう。
・中央加熱ヒータ2a1;点灯(電力供給オン)
・端部加熱ヒータ2a2;点灯(電力供給オン)
・補助ヒータ2b;常時消灯(電力供給オフ)
このときの第1の制御部の各目標温度の設定は次のとおりである。
・中央目標温度;通紙時の通常温度(例えば、190℃)
・端部目標温度;第2の温度(例えば、190℃)
なお、「前記小サイズのシートの定着処理の開始時に、補助電源装置4bの充電電圧(キャパシタ電圧)が放電可能電圧V4以下で補助ヒータ2bが点灯されないとき」とは、例えば連続通紙の定着処理(前の印刷ジョブ)により補助電源装置4bのキャパシタ電圧が放電可能電圧V4以下となり、前の印刷ジョブ終了後に補助電源装置4bの充電が開始されるも放電可能電圧V4以上に充電される前に次の印刷ジョブが入ってきた場合をいう。
図6に、その場合の定着ローラの中央部の表面温度(温度検知手段8aの検知温度)及び補助電源装置4bのキャパシタ電圧の変化を示す。
前記小サイズのシートの定着処理の開始時(図6(b)のb点)に、補助電源装置4bの充電電圧(キャパシタ電圧)が放電可能電圧V4(28V)以下であり(図6(b)では25V)、補助電源装置4bの放電による電力供給はできない。そこで、前述のような点灯制御を行い、補助ヒータ2bが消灯されないことによる定着ローラ14の通紙部の温度落ち込みを端部加熱ヒータ2a2の加熱により補い、定着ローラ14の通紙部の温度は定着に必要な温度に保たれ(図6(a)のb〜d間)、良好な定着性能を得る。
なお、前記小サイズのシートの連続通紙の定着処理の最中(図6(b)のb〜d間)は、商用電源4aの電力は中央加熱ヒータ2a1、端部加熱ヒータ2a2等に供給され余力がないため、捕縄電源装置4bの充電を行うことはできず、キャパシタ電圧の変化はない。そして、通紙終了後(図6(b)のd点以降)に、充電が開始される。
また、これまでの本発明では、補助電源装置4bの電力を定着処理の際に補助ヒータ2bである加熱手段に供給する直接給電方式の場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、定着処理の際に、補助電源装置4bの電力を定着装置の他の装置駆動の電力(例えば、ローラ駆動系の電力)として供給し、その分だけ余剰が生じた外部電源(商用電源4a)の電力を加熱手段に供給するようにしてもよい。あるいは、画像形成装置全体としてみた場合に、印刷ジョブの際に、補助電源装置4bの電力を定着装置以外の装置駆動の電力(例えば、自動原稿送り装置(ADF)120の駆動電力や読取装置130の電力)として供給し、その分だけ余剰が生じた外部電源(商用電源4a)の電力を加熱手段に供給するようにしてもよい。
すなわち、定着ローラ14と、該定着ローラ14に対して回転自在に圧接し未定着トナーをシート上に定着させるニップ部を形成する加圧ローラ15と、前記定着ローラ14の幅方向中央部を加熱する発熱部をもつ第1の中央加熱ヒータ2a1と、前記定着ローラ14の幅方向両端部を加熱する発熱部をもつ第2の端部加熱ヒータ2a2と、前記定着ローラ14を加熱する第3のヒータと、を備える定着装置10と、補助電源装置4bと、を有し、印刷ジョブのときに補助電源装置4bの電力を前記ヒータ以外の装置の動力として使用し、外部電源(商用電源4a)における該補助電源装置4bの供給電力分の余剰電力を前記第3のヒータに供給する画像形成装置であって、前記定着ローラ14は、第1の中央加熱ヒータ2a1の発熱部よりも幅の狭いサイズ(小サイズ)のシートの印刷ジョブのときに、第2の端部加熱ヒータ2a2を常時消灯とし第1の中央加熱ヒータ2a1及び前記第3のヒータを点灯して定着ローラ14を加熱し、前記小サイズのシートの連続通紙の印刷ジョブの最中に補助電源装置4bの放電が停止するときは、該補助電源装置4bの放電停止後に第2の端部加熱ヒータ2a2を点灯して定着ローラ14を加熱するようにするとよい。ここで、前記第1の中央加熱ヒータ2a1、第2の端部加熱ヒータ2a2、第3のヒータは、ACヒータである。また、第3のヒータは、定着ローラ14の全幅において発熱分布が平坦なフラットヒータである。ただし、第3のヒータは、定着ローラ14の幅方向で発熱分布が調整された(配光調整された)ものでもよい。
また、前記小サイズのシートの印刷ジョブの開始時に、補助電源装置4bの充電電圧が放電可能電圧V4以下で電力供給されないときは、前記第1の中央加熱ヒータ2a1及び第2の端部加熱ヒータ2a2を点灯して定着ローラ14を加熱することが好ましい。
第2の端部加熱ヒータ2a2を常時消灯させる方法としては、強制的にヒータが点灯しないように制御する場合と、第2の端部加熱ヒータ2a2で加熱される定着ローラ14の制御目標温度を下げる場合とがあるが、どちらを採用してもよい。また、第1の中央加熱ヒータ2a1や第3のヒータを点灯するとの意味は、定着動作中に第1の中央加熱ヒータ2a1や第3のヒータの点灯と消灯を制御(例えば、オン・オフ制御)して定着ローラの表面温度を制御する意味である。従って、第1の中央加熱ヒータ2a1や第3のヒータを点灯するとの意味は、定着動作中に第1の中央加熱ヒータ2a1や第3のヒータを強制的に常時点灯させる意味ではなく、定着ローラ14の表面が制御目標温度になるように第1の中央加熱ヒータ2a1や第3のヒータを点灯制御するとの意味であるので、定着ローラ14の表面温度が制御目標温度を越えた場合は第1の中央加熱ヒータ2a1や第3のヒータは消灯する。なお、第1の中央加熱ヒータ2a1と第3のヒータの制御目標温度は同じでもよいし、異なる制御温度でもよい。
また、第1の中央加熱ヒータ2a1の定格電力と第2の端部加熱ヒータ2a2の定着電力と第3のヒータとの定格電力の合計は、画像形成装置が消費する交流電源の最大消費電力の80%以上となるような定格電力のヒータを用いることが好ましい。外部電源(商用電源4a)の電力(日本の場合は100V15Aの1500W)の場合、画像形成装置が消費する交流電源の最大消費電力が1500Wとなるため、各ヒータの定格電力の合計は1200W以上になる。また、第1の中央加熱ヒータ2a1の定格電力と第2の端部加熱ヒータ2a2の定着電力と第3のヒータとの定格電力の合計は、画像形成装置が消費する交流電源の最大消費電力以上となるような定格電力のヒータを用いることが好ましい。この場合、各ヒータの定格電力の合計は1500W以上になる。
なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
例えば、上記実施形態では、定着ローラ内に配置されたヒータを例に説明したが、図7に示すようにベルト定着装置の加熱ローラ内に配置されたヒータに本発明を適用することもできる。この場合、ベルト定着方式の定着装置140は、無端ベルトで構成された定着部材としての定着ベルト141と、定着ベルト141が巻き掛けられる複数のバックアップ部材としての定着ローラ142と加熱ローラ143と、定着ベルト141を間に挟んで一方のローラとしての定着ローラ142との間に圧接ニップ部Nを形成する加圧部材であり対向回転体となる加圧ローラ15を備え、圧接ニップ部Nにトナー画像Tを転写されたシートPを導入して挟持搬送させることで、トナー画像TをシートPに熱と圧力で固着するものである。ここで、加熱ローラ143は、その内部に中央加熱ヒータ2a1及び端部加熱ヒータ2a2からなる主発熱ヒータ2aと、補助ヒータ2bを備えていて、発熱体2を構成している。加熱ローラ143は、発熱体2に本発明の構成で電力が供給されて発熱することで、ローラを介して定着ベルト141の表面を加熱するものである。
本発明に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。 本発明に係る定着装置の構成を示す概略図である。 本発明に係る定着装置における加熱システムの回路図である。 本発明に係る定着装置の第1の実施形態における定着ローラ(中央部)温度、補助電源装置のキャパシタ電圧、端部目標温度の変化を示す図である。 本発明に係る定着装置の第2の実施形態における定着ローラ(中央部)温度、補助電源装置のキャパシタ電圧、端部目標温度の変化を示す図である。 本発明に係る定着装置の第3の実施形態における補定着ローラ(中央部)温度、補助電源装置のキャパシタ電圧の変化を示す図である。 本発明を適用したベルト定着装置の構成を示す概略図である。
符号の説明
2,2a 発熱体
2a1 中央加熱ヒータ
2a2 端部加熱ヒータ
2b 補助ヒータ
3 第2の制御部
4a 商用電源(主電源)
4b 補助電源装置
5 充電装置
6a,6b 主電源スイッチ
7 充放電切替え装置
8,8a,8b,8c 温度検知手段
9 主電源装置
10,140 定着装置
14 定着ローラ
15 加圧ローラ
41 感光体
42 帯電装置
43 ミラー
44 現像装置
44a 現像ローラ
46 クリーニング装置
46a ブレード
47 転写部
48 転写装置
49 レジストローラ
51 プラグ
100 画像形成装置
110 給紙コロ
111 排紙センサ
120 ADF(自動原稿送り装置)
130 読取装置
140 画像形成部
141 定着ベルト
142 定着ローラ
143 加熱ローラ
150 露光部
Lb 露光光
N ニップ部
P シート(記録材)

Claims (5)

  1. 定着部材と、該定着部材に対して回転自在に圧接し未定着トナーをシート上に定着させるニップ部を形成する加圧部材と、蓄電装置と、前記定着部材の幅方向中央部を加熱する発熱部をもつ中央加熱ヒータと、前記定着部材の幅方向両端部を加熱する発熱部をもつ端部加熱ヒータと、前記定着部材を加熱する補助ヒータと、を備え、前記中央加熱ヒータの発熱部よりも幅の狭いサイズ(小サイズ)のシートを通紙する定着処理のときに、前記端部加熱ヒータを常時消灯とし前記中央加熱ヒータ及び補助ヒータを点灯して定着部材を加熱する定着装置であって、
    前記小サイズのシートの連続通紙の定着処理の最中に前記蓄電装置の放電が停止するときは、該蓄電装置の放電停止後に前記端部加熱ヒータを点灯して前記定着部材を加熱することを特徴とする定着装置。
  2. 前記定着部材の端部の目標温度を任意の温度に設定し、該目標温度と前記定着部材の端部の実際の温度とを比較して前記端部加熱ヒータの点灯制御を行なう制御手段を備え、
    前記制御手段は、前記小サイズのシートの連続通紙の定着処理開始時に、前記定着部材の端部の目標温度を第1の温度に設定して、あるいは強制的に電力供給を行わずに前記端部加熱ヒータを常時消灯とし、
    前記小サイズのシートの連続通紙の定着処理の最中であって前記蓄電装置が放電を停止する時に、前記定着部材の端部の目標温度を前記第1の温度よりも高い第2の温度に設定して前記端部加熱ヒータを点灯し定着部材を第2の温度まで加熱することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記制御手段は、前記小サイズのシートの連続通紙の定着処理の最中に、前記蓄電装置の放電電圧がフル充電電圧と放電停止電圧との間の所定の電圧に低下した時、前記定着部材の端部の目標温度を前記第1の温度と第2の温度との間の温度である第3の温度に設定して前記端部加熱ヒータを点灯し定着部材を第3の温度まで加熱することを特徴とする請求項2に記載の定着装置。
  4. 定着部材と、該定着部材に対して回転自在に圧接し未定着トナーをシート上に定着させるニップ部を形成する加圧部材と、蓄電装置と、前記定着部材の幅方向中央部を加熱する発熱部をもつ中央加熱ヒータと、前記定着部材の幅方向両端部を加熱する発熱部をもつ端部加熱ヒータと、前記定着部材を加熱する補助ヒータと、を備え、前記中央加熱ヒータの発熱部よりも幅の狭いサイズ(小サイズ)のシートを通紙する定着処理のときに、前記端部加熱ヒータを常時消灯とし前記中央加熱ヒータ及び補助ヒータを点灯して定着部材を加熱する定着装置であって、
    前記小サイズのシートの定着処理の開始時に、前記蓄電装置の充電電圧が放電可能電圧以下で前記補助ヒータが点灯されないときは、前記中央加熱ヒータ及び端部加熱ヒータを点灯して前記定着部材を加熱することを特徴とする定着装置。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
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