JP4972239B2

JP4972239B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4972239B2
Application number: JP2005248661A
Authority: JP
Inventors: 圭中村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2025-08-30
Also published as: JP2007065108A

Description

本発明は、定着部材を用いてトナー像を記録媒体に熱定着する定着装置を備えた画像形成装置に係り、特に、ロール紙や定型サイズを越える長尺紙をその記録媒体として使用できる複写機、デジタル複合機、プリンタ等の画像形成装置に関する。

複写機やプリンタ装置等の画像形成装置は、普通紙やＯＨＰ等の記録媒体上に画像を形成するが、この画像形成は、画像形成の高速性や画像品質、コストなどから電子写真方式が広く採用されている。かかる電子写真方式は、記録媒体上にトナー像を形成し、形成したトナー像を熱と圧力で記録媒体上に定着する方式であり、定着方式としては安全性等の面からヒートロール方式が現在最も多く採用されている。ヒートロール方式は、ハロゲンヒータなどの発熱部材により加熱される定着ローラと、定着ローラに対向配置される加圧ローラを圧接してニップ部と呼ばれる相互圧接部を形成し、このニップ部でトナー像が転写された記録媒体を通じて加熱する方式である。

近年では、ロール紙や定型サイズを越える長尺紙を使用した、より長距離の長尺通紙が可能な画像形成装置が登場してきている。長尺通紙の場合には、用紙に定着に必要な熱が長時間連続して奪われていくため、熱容量の大きな定着ローラが必要となる。しかしながら熱容量の大きな定着ローラを用いると、通紙を開始できるまでの立ち上がり時間が増大してしまうことが課題となる。そのため従来では、定着ローラの熱容量を大きくせずに、定着ローラ内に補助発熱部を配置して、充電型の補助電源を用いてこれに立ち上がり初期に比較的大容量の電力供給を行って定着ローラを加熱することで、通紙を開始できるまでの立ち上がり時間を短縮する方法が採用されている。

特許文献１には、定着ローラに複数の発熱部を設け、待機状態からの立ち上がり時にこれらを駆動して大電力を得るようにした技術が開示されている。

また特許文献２には、定着装置の補助電源として大容量のキャパシタを用い、その充電電圧を検出して効率的にキャパシタに対する充放電を行わせる技術が開示されている。

また特許文献３には、補助発熱部に供給する電力について電流、電圧を適度に設定した状態での大電力を可能としつつも、発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないように、キャパシタの充電電圧と定着ローラの温度に基づいて、補助発熱部に与える電力を制御する技術が開示されている。

また特許文献４には、コピージョブの所要時間とキャパシタの充電時間に基づいて、画像形成ジョブの所要時間が最短になるように、キャパシタの充電動作および画像形成ジョブの実行を制御し、画像形成ジョブの完了時間を最短化する技術が開示されている。

特開2002-14574号特開2004-286869号特開2005-32558号特開2005-18049号特開平6-4005号特開平8-220928号

しかしながら、このような補助電源を利用して通紙開始までの立ち上がり時間を短縮する場合においても、結局、前述のような長尺の記録媒体に対して定着を行う場合には、熱容量の小さい定着ローラを用いる限り、その過程において定着ローラの温度が定着に必要な温度以下となってしまうことがあり、定着不良が生じるといった問題があった。

この問題に対応するため特許文献５には、定形サイズ以上の長尺紙の通紙を判別する判別手段を設け、この判別手段の判別結果に基づいて、複数のヒータの点灯数を制御する技術が開示されている。

しかしながら、この方法によれば、単に長尺紙のサイズによってヒータのオンオフを決定しているため、定着温度が十分であるにも拘わらずに過剰な熱量が定着ローラに与えられるような場合があり、依然として定着工程が安定的に行われにくいという問題がある。

また、特許文献６には、紙サイズ、紙厚、表面性に応じて定着条件を変えることにより、長尺記録紙を通紙する際の定着温度の落ち込みに起因した画質の低下等を防止する技術が開示されている。

しかしながら、この方法によれば、使用する記録媒体の特性のみに基づいて定着ローラへの加熱条件を決定しているが、定着品質は、トナーの特性や使用環境に応じた定着ローラの温度などによっても左右されるために、必ずしも良好な結果が得られにくいという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、長尺の記録媒体に対して定着を行う場合において、熱容量の小さい定着ローラを用いても、安定的に高品質の定着を行える画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、
定着ローラ及び加圧ローラを用いてトナー像を記録媒体に熱定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
外部電源と、補助電源と、前記外部電源から供給される電力によって発熱し、前記定着ローラを加熱する主発熱部材と、
前記補助電源から供給される電力によって発熱し、前記定着ローラを加熱する補助発熱部材と、
前記定着部材の表面温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された前記定着ローラの表面温度に基づいて、該定着ローラの表面温度が、記録媒体に対するトナー像の定着に必要な所定の条件を満たしているかを判断する判定部と、
前記判定部により、該定着ローラの表面温度が、記録媒体に対するトナー像の定着に必要な所定の条件を満たしていないと判断された場合に、前記補助電源からの前記補助発熱部材への電力供給を開始させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記定着ローラ及び前記加圧ローラの表面温度に基づいて、前記定着ローラがトナー像に与える定着に必要な供給熱量である定着熱量、及び前記定着ローラにより前記記録媒体に与えられる定着総供給熱量を算出し、
前記定着ローラの表面温度が前記トナー像を前記記録媒体に定着させる定着温度を下回らないこと、
前記定着熱量が前記トナー像をなすトナーの特性値であるトナー定着必要熱量を下回らないこと、及び
前記定着総供給熱量が前記記録媒体の特性値である総定着必要熱量を下回らないこと、
という３つの条件について監視し、
該監視中に前記３つの条件のうちのいずれかが保持できないと判断する場合には、前記補助電源から前記補助発熱部材への電力供給を開始する、
制御を行う、
ことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、前記制御部は、前記定着ローラ及び前記加圧ローラとのニップ部で前記記録媒体に与える前記定着熱量、及び、前記ニップ部で前記定着ローラ及び前記加圧ローラが前記記録媒体に与える熱量Ｑを、それぞれ個別に（下記数式２に示すように、定着ローラがニップ部で与える定着熱量（Ｊ／ｃｍ ^２）はＱ _H 、加圧ローラがニップ部で与える定着熱量（Ｊ／ｃｍ ^２））はＱ _P とする）、
（ただし、ｃは定着ローラと加圧ローラが記録媒体をニップする時間（秒）、Ｑは定着熱量（Ｊ／ｃｍ^２）、√Ｔ_０はトナー熱取得度（Ｊ／ｃｍ^２℃√秒）、√Ｒは定着ローラまたは加圧ローラのローラ離型層の熱取得度（Ｊ／ｃｍ^２℃√秒）、Ｔ_Ｒは定着ローラまたは加圧ローラの表面温度（℃）、Ｔ_ＴＣは定着ローラの加圧ローラとの接触面温度）
により算出し、前記定着総供給熱量を
（ただし、Ｑ_Ｔは定着総供給熱量（Ｊ／ｃｍ^２）
により求めることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、前記判定部で定められる所定の条件は、使用するトナーの特性によって決定されるトナー定着温度及び記録媒体上のトナー層への定着供給熱量、並びに使用する記録媒体の特性によって決定される該記録媒体への総定着供給熱量のいずれか一つまたは全てをその条件として含んでいることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかの画像形成装置において、前記補助電源に電気二重層キャパシタを用いたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかの画像形成装置において、前記補助電源に燃料電池を用いたことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかの画像形成装置において、燃料電池で構成される補助電源の燃料の残量を検知する残量検知手段と、前記残量検知手段により検知された燃料の残量が所定値以下となった場合にこれを通知する残量通知手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、定着部材の表面温度が、記録媒体に対するトナー像の定着に必要な所定の条件を満たしていない場合には、補助電源からの補助発熱部材への電力供給が開始されるので、ロール紙や定型サイズを越える長尺紙をその記録媒体として使用する場合においても、その定着工程において定着不良が生じるような問題が回避され、良好な画像形成が可能となる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る電子写真方式の複写機やプリンタ装置等の画像形成装置、特にロール紙や定型サイズを越える長尺紙をその記録媒体として使用できる画像形成装置を概念的に示す断面図である。図において、本発明に係る画像形成装置は、給紙部１００の上部に画像形成部２００を備え、更に画像形成部２００の上部に読取部（スキャナ部）３００を備えて構成されている。

読取部３００の原稿台３０１上に置かれた原稿は、１枚ずつ読取部３００に給紙され、密着イメージセンサー（ＣＩＳ）３０２により画像読み取りされ、その後に排紙トレイ上に排紙される。詳細には、原稿台３０１上に置かれる原稿は、図示しないサイドフェンスによりその幅方向が揃えられ、給紙ローラ３０３により給紙されて、密着イメージセンサー３０２下に搬送される。原稿台３０１上には、図示しない原稿幅検知センサ及び原稿長さ検知センサが設けられている。両センサにより、原稿台３０１から送られる原稿のサイズを検知する。密着イメージセンサー３０２下の原稿は、ＬＥＤアレイや蛍光灯などの光源により露光され、その反射光がロッドレンズアレイを通り、密着イメージセンサー３０２上に結像され、これが光電変換される。原稿読み取り終了後は、原稿は搬送ローラ３０４によって本体後部側の排紙トレイ上に排紙されか、またはさらに排紙ローラ３０５によって本体上部側の排紙トレイ上に排紙される。

画像形成部２００は、作像部２０１、定着部２０２、排紙部２０３を有しており、密着イメージセンサー３０２で読み取られ、光電変換された画像信号は、ここで画像処理される。ＬＥＤ書込部２０４により、帯電器よって一様に帯電した感光体２０５上に前記画像の静電潜像を形成する。画像形成部２００は、給紙部１００から給送された記録用紙に対して原稿画像の複写を行い、その用紙は排紙部２０３を経て、画像形成部２００上面の排紙トレイ２０６、あるいは画像形成部２００後方の排紙トレイ２０７に排出される。
給紙部１００は、上下２段のロール紙トレイ１０１、１０２を有している。このロール紙トレイ１０１、１０２は、装置筐体から図の左方向に引き出し可能となっており、トレイを引き出した状態でロール紙のセットやジャム処理を行うように構成されている。ロール紙トレイ１０１、１０２には、夫々２つずつロール紙をセットすることができる。紙管の周囲に巻装された各ロール紙１０３〜１０６は、一対のペーパーホルダ１０７〜１１０を介して給紙部１００にセットされる。各ロール紙に対する給紙ローラ１１１〜１１４がロール紙近傍に配設されている。各給紙ローラ１１１〜１１４により送り出されたロール紙は、トレイ前面側（図の左側）に設けられたロールカッターユニット１１５、１１６で一定の長さに切断され、画像形成部２００へと送り込まれる。

このカットされて送り込まれたロール紙は、レジストローラ２０８にて作像タイミングとの同期を取り、感光体２０５に導かれ、感光体２０５上に形成された画像を転写部２０９により転写され、分離部２１０により感光体２０５から分離されて搬送ベルト２１１で定着部２０２へ導かれ、熱的に画像を定着される。画像を定着されたロール紙は、排紙部２０３をなす排紙ローラ２１２、２１３によって排紙される。排紙方向は分岐爪２１４により切り替えられ、画像形成部２００上面の排紙トレイ２０６側、または画像形成部２００後方の排紙トレイ２０７側となる。定着部２０２と排紙ローラ２１２の間には排紙センサ２１５が、また排紙ローラ２１２と排紙ローラ２１３の間には排紙センサ２１６が設けてあり、これら排紙センサ２１５、２１６によってロール紙が排紙部２０３にあるか否かを判別できるようになっている。また図示は省略するが、画像形成部２００には、排紙ローラ２１２、２１３を駆動する駆動制御手段を備えるとともに、読取部３００には動作のスタート指示や、搬送するロール紙の情報であるリピートコピーや長尺通紙情報を入力するための操作部を設けてある。

図２は、図１に示した定着部２０２の細部を拡大して概念的に示した断面図である。図には、定着ローラ２０と、これに対向配置された加圧ローラ２１と、定着ローラ２０内に配置される２つのヒータ（主ヒータ２２及び補助ヒータ２３）と、主ヒータ２２に電力供給を行う外部電源たるＡＣ電源２４と、補助ヒータ２３に電力供給を行う補助電源２５と、定着ローラ２０及び加圧ローラ２１の表面温度を検出する温度検出手段２６及び２７と、定着ローラに回転駆動力を与えるための好ましくはサーボモータからなる電磁モータ２８と、電磁モータ２８の回転駆動力を定着ローラ２０に伝達するための中継ギヤ２９とが示されている。

定着ローラ２０は、円筒形状の金属管に離型層を配置して構成され、その内部長手方向に沿って配置された２本のヒータ２２及び２３によって規定の温度まで加熱されるものである。定着ローラ２０は、好ましくは円筒形状のアルミ管または炭素鋼管の表層にシリコン樹脂層を設けて構成することができる。加圧ローラ２１は、金属管にゴム層と離型層を配置して構成され、定着ローラ２０に圧接されている。加圧ローラ２１は、好ましくは中実円柱のアルミ管または炭素鋼管に、シリコーンゴム層を、その表層にシリコン樹脂チューブを配置して構成することができる。定着ローラ２０と加圧ローラ２１は、電磁モータ２８からの回転駆動力を中継ギヤ２９を介して伝達されて回転駆動し、そのニップ間に、前記転写部２０９を通過してその表面にトナーの未定着画像を備えた用紙Ｐを通過させることによって、これに加熱と加圧を同時に与えて、像を定着させるものである。ヒータ２２及び２３は、温度検出手段２６及び２７で検出される定着ローラ２０及び加圧ローラ２１の表面温度に基づいて算出される制御条件に従って点灯制御され、これによって定着ローラ２０と加圧ローラ２１とのニップ部Ｎでの定着総供給熱量Ｑ _Ｔが画像定着に適した熱量に制御される。

主ヒータ２２は、ＡＣ電源２４から与えられる電力によって加熱駆動される。また補助ヒータ２３は、充放電可能な補助電源２５から与えられる電力によって加熱駆動される。好適な実施例において、これら主ヒータ２２及び補助ヒータ２３は、ハロゲンヒータ、ニクロム線ヒータ、またはＩＨヒータである。また、前記電磁モータ２８は、好ましくはサーボモータであり、前記温度検出手段２６及び２７は、好ましくはサーミスタまたは温度センサである。

図３は、定着装置の一実施例の構成を示す回路図である。図には、定着装置の主ヒータ２２及び補助ヒータ２３と、主ヒータ２２に電力供給するＡＣ電源２４と、ＡＣ電源２４から主ヒータ２２への電力供給をオンオフする制御スイッチ３０と、補助ヒータ２３に電力供給を行う補助電源２５と、ＡＣ電源２４から電力を受けて補助電源２５に充電を行う充電器３１と、充放電切替手段３２と、定着ローラ２０の表面温度を検出する温度検出手段２６と、加圧ローラ２１の表面温度を検出する温度検出手段２７と、これらの温度検出手段２６及び２７で測定した温度や他の制御情報に基づいて前記充放電切替手段３２を切替制御する制御部３３と、補助電源２５の電圧を検出する電圧センサ３４とが示されている。

ＡＣ電源２４は、主ヒータ２２に電力供給を行い、この電力供給は制御スイッチ３０のオンオフによって制御される。前述の定着ローラ２０は、主としてＡＣ電源２４で駆動される主ヒータ２２の加熱によって規定温度を維持する。

補助電源２５は、ＡＣ電源２４から電力供給を受ける充電器３１によって充電可能な電源であり、補助ヒータ２３に電力供給を行うことによって、主ヒータ２２による定着ローラ２０の加熱を補助する役割を有している。従って、この補助ヒータ２３は、画像形成装置の立ち上がり時や待機状態からの復帰時、及び主電源からの最大電力を超える電力供給が必要とされる時に駆動して、装置の起動を早めたり定着ローラ２０を安定的に温度調整できるようにする。

好適な実施例においては、補助電源２５として、電気二重層キャパシタが用いられる。電気二重層キャパシタは、その特性から、数分程度の急速な充電が可能であると共に、放電初期には高い電圧で電力供給が可能であり、立ち上がり時やオフモードからの復帰時にはこの初期放電特性が有効活用される。電気二重層キャパシタはまた、その寿命がほぼ無制限であり、繰り返しの充放電による劣化も少ないので、本発明における補助電源として用いるのに最適なものである。

補助電源２５は、充放電切替手段３２の切替えによって、充電器３１からの充電が可能となると共に、補助ヒータ２３への放電が可能となる。この回路構成において、充電器３１は、ＡＣ電源２４が主ヒータ２２に通電されていないときにこれに接続され、また、補助電源２５が補助ヒータ２３に通電されていないときにこの補助電源２５に充電を行う。

制御部３３は、温度検出手段２６及び２７で測定した温度に基づいて算出される制御条件に従って、充放電切替手段３２を切替制御する。以下に、この制御部３３で規定される制御条件について説明する。

図４は、図２におけるローラのニップ部を拡大して概念的に示した断面図である。図において、定着ローラ２０と加圧ローラ２１が圧接する部分、すなわちローラのニップ部Ｎにおいて、これらローラ２０及び２１と、用紙Ｐのトナー層Ｐ１及び用紙層Ｐ２の間で熱の授受が行われる。ここで、定着ローラ２０がトナー層Ｐ１に与える定着に必要な供給熱量、すなわち定着熱量Ｑ_Ｈは、図５の式（１）により算出される。同様に、加圧ローラ２１が与える定着熱量Ｑ_Ｐもこの式（１）により算出される。そして、用紙Ｐ２に与えられる定着総供給熱量Ｑ_Ｔは、式（２）に示されるようにこれらの総和で求められる。

制御部３３は、定着ローラ２０及び加圧ローラ２１の表面温度に基づいて、前記定着熱量Ｑ_Ｈ、Ｑ _Ｐ及び前記定着総供給熱量Ｑ_Ｔを算出する。そして、定着ローラ２０の表面温度がトナー定着温度を下回らないこと、定着熱量Ｑ_Ｈがトナー特性値であるトナー定着必要熱量を下回らないこと、及び定着総供給熱量Ｑ_Ｔが用紙特性値である総定着必要熱量を下回らないことを内部で演算を行いながら監視する。そしてこれらの条件のうちのいずれかが保持できないと判断する場合には、充放電切替手段３２を切り替えて補助電源２５を補助ヒータ２３に接続し、これを加熱する。

次に、長尺通紙を行う場合の前記制御部３３の制御タイミングについて、タイミングチャートを用いて説明する。図６は、補助電源として電気二重層キャパシタを用いたときの、（Ａ）定着ローラの表面温度推移、（Ｂ）ヒータの総消費電力推移、（Ｃ）ＡＣ電源で駆動される主ヒータの消費電力推移、（Ｄ）補助電源で駆動される補助ヒータの消費電力推移、（Ｅ）補助電源への充電のオン・オフタイミングをそれぞれ示している。

図において、t1区間は、定着ローラを設定定着温度まで立上げている区間であり、この例ではこの区間はＡＣ電源のみ駆動して主ヒータのみを加熱している。もっとも、このt1区間で補助電源である電気二重層キャパシタから電力供給を行い補助ヒータ２３を発熱させることで、設定定着温度までの到達時間を短縮することが可能である。

次いで、t2区間は、画像形成装置がコピー原稿の読み込み、プリンタのジョブ読み込みを待つ状態、またはこれらの読み込みが行われていない待機状態にある区間である。この区間は、定着設定温度を保持させるためにＡＣ電源のオン・オフが行われ主ヒータがパルス的に駆動される。ここで、電圧センサ３４により検出された電圧に基づいて補助電源に充電する余地が残っていると判断される場合、ＡＣ電源が主ヒータ２２に使用されていない間はＡＣ電源の電力は補助電源への充電のために使用される。電圧センサ３４により補助電源が規定充電量まで充電されたことが検出された場合は、次に充電する余地を電圧センサ３４が検出するまで補助電源への充電は停止される。

次にt3〜t4区間は、スキャナ部での原稿の読み込み終了後、またはプリンタジョブの読み込み終了後に、通紙を開始して定着装置による定着工程を実行する区間である。定着工程の最初の段階においては、ＡＣ電源による主ヒータのみに電力供給が行われる。t3区間において、定着部への通紙の結果、定着ローラの熱が奪われていき、その温度が徐々に低下していく様子が示されている。

この区間において、前記制御部３３は、定着ローラ２０及び加圧ローラ２１の表面温度に基づいて、前記定着熱量Ｑ_Ｈ及び前記定着総供給熱量Ｑ_Ｔを算出し、定着ローラ２０の温度がトナー定着温度を下回らないこと、定着熱量Ｑ_Ｈがトナー定着必要熱量を下回らないこと、及び定着総供給熱量Ｑ_Ｔが総定着必要熱量を下回らないことを監視している。

図において、定着ローラの表面温度が低下していくと、制御部３４は前記条件のうちのいずれかが保持できないと判断して、補助電源２５を駆動して補助ヒータ２３の加熱を開始する（t3区間の終わり）。なお、t1区間の立ち上がり時よりもt3区間のＡＣ電力が小さく示されている理由は、コピー動作時においてはＡＣ電力の一部がＤＣ電力に変換されて他の機構の動作に使用されているからである。

t4区間では、ＡＣ電源からの主ヒータへの電力供給を行いながら、補助電源である電気二重層キャパシタから補助ヒータに電力が供給されている様子が示されている。すなわちこの区間、（Ｂ）に示されるように、ヒータ総消費電力は、主ヒータ消費電力（Ｃ）と補助ヒータ消費電力（Ｄ）を合わせた電力となり、この総消費電力により定着ローラの温度が、定着必要条件以上に上昇される。補助電源として利用される電気二重層キャパシタは、放電を続けると出力が低下していくことが知られており、その放電曲線はキャパシタの容量、出力設定などによって決定されるものである。

t5区間は、用紙の通紙が終わり、ＡＣ電源から電力を主ヒータに供給して定着ローラの表面温度を再び設定定着温度まで復帰させる区間である。この区間で補助電力を補助ヒータに供給すれば、定着設定温度到達までの時間を短縮することもできる。

t6区間は、コピー原稿の読み込み、プリンタのジョブ読み込みを待つ状態、またはそれらの読み込みが行われていない待機状態であり、定着設定温度を保持させるためにＡＣ電源のオン・オフが行われる。この区間において、補助電源に充電する余地が残っていると判断される場合には、ＡＣ電源が主ヒータに使用されていない間は、その電力は補助電源の充電用に使用される。電圧センサ３４により補助電源が規定充電量まで充電されたことが検出された場合は、次に充電する余地を電圧センサ３４が検出するまで補助電源への充電は停止される。

このようにして定着工程において、定着ローラが用紙に対するトナー像の定着に必要な所定の条件を満たしていないと判断されると、補助電源による補助ヒータの発熱が開始されるので、ロール紙のような長尺の用紙を定着する場合においても、定着がその工程の全区間にわたって良好に行われることとなり、高い印字品質が得られるようになるものである。

好適な他の実施例においては、補助電源２５として、燃料交換可能な燃料電池が用いられる。燃料電池は、その出力電圧が安定しており、これを補助電源に用いる場合には、定着ローラの温度をコントロールし易いという利点があると共に、燃料を交換することによって、恒久的な使用ができるという利点がある。図７は、補助電源として燃料電池を用いたときの、（Ａ）定着ローラの温度推移、（Ｂ）ヒータの総消費電力推移、（Ｃ）ＡＣ電源で駆動される主ヒータの消費電力推移、（Ｄ）補助電源で駆動される補助ヒータの消費電力推移、（Ｅ）補助電源として用いられる燃料電池の燃料残量をそれぞれ示している。

図において、t1区間は、定着ローラの接触面温度を設定定着温度まで立上げている区間であり、この例ではこの区間はＡＣ電源のみ駆動して主ヒータのみを加熱している。もっとも、このt1区間で補助電源である燃料電池から電力供給を行い補助ヒータ２３を発熱させることで、設定定着温度までの到達時間を短縮することが可能である。

図において、定着ローラの温度が低下していくと、制御部３４は前記条件のうちのいずれかが保持できないと判断して、補助電源２５を駆動して補助ヒータ２３の加熱を開始する（t3区間の終わり）。なお、t1区間の立ち上がり時よりもt3区間のＡＣ電力が小さく示されている理由は、コピー動作時においてはＡＣ電力の一部がＤＣ電力に変換されて他の機構の動作に使用されているからである。

t4区間では、ＡＣ電源からの主ヒータへの電力供給を行いながら、補助電源である燃料電池から補助ヒータに電力が供給されている様子が示されている。すなわちこの区間、（Ｂ）に示されるように、ヒータ総消費電力は、主ヒータ消費電力（Ｃ）と補助ヒータ消費電力（Ｄ）を合わせた電力となり、この総消費電力により定着ローラの温度が、定着必要条件以上に上昇される。（Ａ）において、補助電池に燃料電池を用いた場合には、先の電気二重層キャパシタを用いた場合とは異なり、定着ローラの温度が直線的に上昇していく様子が示されている。補助電源として利用される燃料電池は、放電を行うことにより燃料が減少していくことが知られており、その燃料残量は常に監視し、操作部にて使用者に燃料残量を通知できるように構成する。燃料電池の燃料はカートリッジ式のような交換が容易な構成とすることが好ましい。

前記実施例において制御部３４は、定着ローラ２０の表面温度がトナー定着温度を下回らないこと、定着熱量Ｑ_Ｈがトナー特性値であるトナー定着必要熱量を下回らないこと、及び定着総供給熱量Ｑ_Ｔが用紙特性値である総定着必要熱量を下回らないことの条件のうちのいずれかが保持できないと判断する場合に、補助ヒータ２３を加熱するよう構成した。しかし、そのうちの２つの条件またはその全ての条件が保持できないと判断する場合に、補助ヒータの加熱を行うように構成することもできる。

図１は、本発明に係る電子写真方式の複写機やプリンタ装置等の画像形成装置を概念的に示す断面図である。図２は、図１に示した定着部の細部を拡大して概念的に示した断面図である。図３は、定着装置の一実施例の構成を示す回路図である。図４は、図２におけるローラのニップ部を拡大して概念的に示した断面図である。図５は、定着ローラがトナー層に与える定着供給熱量及び用紙に与えられる定着総供給熱量を求める算出式を示した図である。図６は、補助電源として電気二重層キャパシタを用いたときの制御のタイミングチャートである。図７は、補助電源として燃料電池を用いたときの制御のタイミングチャートである。

符号の説明

２０定着ローラ
２１加圧ローラ
２２主ヒータ
２３補助ヒータ
２４ＡＣ電源
２５補助電源
２６、２７温度検出手段
２８電磁モータ
２９中継ギヤ
３０制御スイッチ
３１充電器
３２充放電切替手段
３３制御部
３４電圧センサ
Ｎニップ部
Ｐ用紙
Ｐ１トナー層
Ｐ２用紙層
１００給紙部
１０１、１０２ロール紙トレイ
１０３〜１０６ロール紙
１０７〜１１０ペーパーホルダ
１１１〜１１４給紙ローラ
１１５、１１６ロールカッターユニット
２００画像形成部
２０１作像部
２０２定着部
２０３排紙部
２０４ＬＥＤ書込部
２０５感光体
２０６、２０７排紙トレイ
２０８レジストローラ
２０９転写部
２１０分離部
２１１搬送ベルト
２１２、２１３排紙ローラ
２１４分岐爪
２１５、２１６排紙センサ
３００読取部
３０１原稿台
３０２密着イメージセンサー
３０３給紙ローラ
３０４搬送ローラ
３０５排紙ローラ

Claims

定着ローラ及び加圧ローラを用いてトナー像を記録媒体に熱定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
外部電源と、補助電源と、前記外部電源から供給される電力によって発熱し、前記定着ローラを加熱する主発熱部材と、
前記補助電源から供給される電力によって発熱し、前記定着ローラを加熱する補助発熱部材と、
前記定着部材の表面温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された前記定着ローラの表面温度に基づいて、該定着ローラの表面温度が、記録媒体に対するトナー像の定着に必要な所定の条件を満たしているかを判断する判定部と、
前記判定部により、該定着ローラの表面温度が、記録媒体に対するトナー像の定着に必要な所定の条件を満たしていないと判断された場合に、前記補助電源からの前記補助発熱部材への電力供給を開始させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記定着ローラ及び前記加圧ローラの表面温度に基づいて、前記定着ローラがトナー像に与える定着に必要な供給熱量である定着熱量、及び前記定着ローラにより前記記録媒体に与えられる定着総供給熱量を算出し、
前記定着ローラの表面温度が前記トナー像を前記記録媒体に定着させる定着温度を下回らないこと、
前記定着熱量が前記トナー像をなすトナーの特性値であるトナー定着必要熱量を下回らないこと、及び
前記定着総供給熱量が前記記録媒体の特性値である総定着必要熱量を下回らないこと、
という３つの条件について監視し、
該監視中に前記３つの条件のうちのいずれかが保持できないと判断する場合には、前記補助電源から前記補助発熱部材への電力供給を開始する、
制御を行う、
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１の画像形成装置において、前記制御部は、前記定着ローラ及び前記加圧ローラとのニップ部で前記記録媒体に与える前記定着熱量、及び、前記ニップ部で前記定着ローラ及び前記加圧ローラが前記記録媒体に与える熱量Ｑを、それぞれ個別に（下記数式２に示すように、定着ローラがニップ部で与える定着熱量（Ｊ／ｃｍ ^２）はＱ _H 、加圧ローラがニップ部で与える定着熱量（Ｊ／ｃｍ ^２））はＱ _P とする）、
（ただし、ｃは定着ローラと加圧ローラが記録媒体をニップする時間（秒）、Ｑは定着熱量（Ｊ／ｃｍ^２）、√Ｔ_０はトナー熱取得度（Ｊ／ｃｍ^２℃√秒）、√Ｒは定着ローラまたは加圧ローラのローラ離型層の熱取得度（Ｊ／ｃｍ^２℃√秒）、Ｔ_Ｒは定着ローラまたは加圧ローラの表面温度（℃）、Ｔ_ＴＣは定着ローラの加圧ローラとの接触面温度）
により算出し、前記定着総供給熱量を
（ただし、Ｑ_Ｔは定着総供給熱量（Ｊ／ｃｍ^２）
により求めることを特徴とする画像形成装置。
前記判定部で定められる所定の条件は、使用するトナーの特性によって決定されるトナー定着温度及び記録媒体上のトナー層への定着供給熱量、並びに使用する記録媒体の特性によって決定される該記録媒体への総定着供給熱量のいずれか一つまたは全てをその条件として含んでいることを特徴とする請求項１または２の画像形成装置。
前記補助電源に電気二重層キャパシタを用いたことを特徴とする請求項１から３のいずれかの画像形成装置。
前記補助電源に燃料電池を用いたことを特徴とする請求項１から４のいずれかの画像形成装置。
燃料電池で構成される補助電源の燃料の残量を検知する残量検知手段と、前記残量検知手段により検知された燃料の残量が所定値以下となった場合にこれを通知する残量通知手段とを備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれかの画像形成装置。