JP5015745B2 - 定着装置、および画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリまたはそれらの複合機などの画像形成装置に関する。および、そのような画像形成装置において、熱と圧とを加えて記録媒体上のトナーを記録媒体に定着する定着装置に関する。そのうち特に、電磁誘導加熱を用いて定着を行う定着装置に関する。

従来、高速印字を行う画像形成装置においては、装置全体の消費電力を電力許容値以下に押さえるため、定着装置に供給される電力を押さえるものがあるが、そのような画像形成装置では、通紙安定時に定着部材の温度低下を招くことから、温度低下を防止する方法が必要となる。そこで、例えば特許文献１に記載されているように、キャパシタ装置等の電力を蓄電する装置により電力を補うことも提案されている。

また、近年の省エネルギの要請から、定着装置の通紙可能状態までの高速立上げによる立上り時間の短縮が必要になっており、従来のハロゲンヒータより熱変換効率が高い電磁誘導加熱を用いたＩＨヒータを熱源とする熱ローラやベルトを用いた定着装置が使用されている。

上記のように、高速機では、通紙時の温度低下を防止するため、定着必要電力が押さえられているものの、装置全体では許容電力まで使用する。また、高速機においては、定着装置もニップ幅を大きく確保する必要上、定着装置も大型になり、熱容量が増すので、立上り時間を短縮するためには、装置内の他ユニットの動作を停止させるため、立上り時に定着使用電力が大きくなる。このとき、ＩＨヒータでは、高周波を使用する構成上、商用電源を直接取り込めないので、インバータを使用して高周波を作り出している。

特開２００５−１７５６４号公報 特許第３７１１７６４号公報 特開２００３−８４５９７号公報 特開２００５−２５８３８３号公報

ところが、定着使用最大電力に合わせてインバータを作成すると、インバータも大型化し、それ以外にもコイル部も大型化しなければならない。また、海外における許容消費電力事情の違いも重なり、仕向け地に対して、インバータ出力容量の合わせこみが難しかったし、最大の容量のものに合わせるとＩＨヒータ構成が大型化してしまった。

そこで、この発明の第１の目的は、ＩＨヒータを使用するベルト定着装置において、仕向け地等で定着使用可能電力が変化しても、ＩＨヒータ構成を大型化することなく、常に小型に保持したまま定着使用可能電力の変化に対応可能とすることにある。

この発明の第２の目的は、温度検知の安定化を図ることにより信頼性をアップすることにある。

この発明の第３の目的は、ＩＨヒータを使用するベルト定着装置において、商用電源の電圧の高低に対応して定着使用電力を安定化することにある。

この発明の第４の目的は、キャパシタ装置の電力使用条件を設けることにより、信頼性をアップすることにある。

この発明の第５の目的は、待機時等の静止状態から通紙開始の回転状態への状態変化や連続通紙による温度分布の変化に対応することにより、信頼性をアップすることにある。

この発明の第６の目的は、仕向け地等で定着使用可能電力が変化しても、ＩＨヒータ構成を大型化することなく、常に小型に保持したまま定着使用可能電力の変化に対応可能とした定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。

このため、請求項１に記載の発明は、上述した第１、３、４の目的を達成すべく、
定着ローラと、
加熱ローラと、
それらの定着ローラと加熱ローラ間に掛け回される定着ベルトと、
付勢されて前記定着ベルトに押し当てられ、その定着ベルトにテンションを付与しているテンションローラと、
前記定着ベルトを介して前記定着ローラに押し当てられて定着ニップが形成される加圧ローラと、
前記定着ベルトを介して前記加熱ローラに対向してそのローラ軸方向に設けられているＩＨヒータの誘導加熱部と、
その誘導加熱部に対向して前記加熱ローラ内に設けられているＩＨヒータのコア部とが備えられている定着装置において、
前記テンションローラ内に設けられて、主熱源である前記ＩＨヒータだけでは不足する熱量を補填する補助熱源と、
待機時に、前記補助熱源に供給する電力を蓄えるキャパシタ装置と、
が備えられ、該キャパシタ装置による前記補助熱源への電力供給を、前記ＩＨヒータ用の高周波を作り出すインバータの出力に応じてオンオフ制御していることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、上述した第２の目的を達成すべく、請求項１に記載の定着装置において、前記テンションローラが付勢されている方向に検知面を対向して、前記補助熱源をオンオフ制御するための非接触温度検知手段が配置されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、上述した第５の目的を達成すべく、請求項１または２に記載の定着装置において、前記ＩＨヒータの発熱領域を可変する遮蔽部材が、前記コア部に対する遮蔽範囲を変更可能に備えられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、上述した第５の目的を達成すべく、請求項１ないし３のいずれか１に記載の定着装置において、前記補助熱源のローラ軸方向中央部より両端部の発熱率が高くなるように形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、上述した第６の目的を達成すべく、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置が備えられていることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１に記載の発明によれば、例えば、日本国内立上り出力が１４００Ｗであり、日本国内通紙時出力が７００Ｗであるとき、差額の７００Ｗをテンションローラ内の補助熱源の出力で持ち、ＩＨヒータへの出力を７００Ｗとした構成とし、ＥＵ機においては、ＥＵ立上り出力が２３００Ｗであり、国内通紙時出力が７００Ｗであるとき、差額が１６００Ｗとなり、ＥＵ通紙時出力１６００Ｗから日本国内通紙時電力７００Ｗを引くと、９００Ｗとなるので、補助熱源を２本化して１本を９００Ｗ、２本で１６００Ｗとなるように構成する。このようにすると、ＩＨヒータを使用するベルト定着装置において、仕向け地等で定着使用可能電力が変化しても、ＩＨヒータ構成を大型化することなく、常に小型に保持したまま定着使用可能電力の変化に対応可能とすることができる。

請求項２に記載の発明によれば、テンションローラは、付勢部材の荷重方向に対して移動することになる。このとき、数ｍｍレベルの距離の変動については、非接触温度検知手段は、特に温度検知信号に大きな影響を受けることはない。しかし、定着ベルトが静止している状態で、赤外線光路のずれ等にて、テンションローラに空間がある領域の定着ベルト上の温度を検知してしまうと、検知温度が大きくずれてしまう。そのため、テンションローラの動作軌跡に対して、検知面が垂直になるように非接触温度検知手段を配置して、確実にテンションローラ上の定着ベルトの温度を検知できるようにする。このようにすると、定着ベルトが静止状態である待機状態にも加熱することができるため、通紙開始時の定着ベルトの温度落ち込みが防止でき、温度検知の安定化を図ることにより信頼性をアップすることができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、キャパシタ装置で充電された電力は、商用電源の電圧が低い場合でも、Ｗ数として常に均一化できる。また、ＩＨヒータもインバータの高周波変換時に商用電源の電圧によらず、Ｗ数を均一化している。そのため、ＩＨヒータへの出力の不足分を同じ電圧変動でＷ数変化しないキャパシタ装置の蓄電による電力でテンションローラ内の補助熱源で補填するので、ＩＨヒータを使用するベルト定着装置において、商用電源の電圧の高低に対応して定着使用電力を安定化することができる。

請求項１に記載の発明によれば、キャパシタ装置に蓄えられた電力は、商用電源の電圧が低くなると、蓄電時間が長くなるだけであり、出力時には電流等の制約を受けない。そのため、キャパシタ装置によるハロゲンヒータへの電力供給を、ＩＨヒータ用の高周波を作り出すインバータの出力に応じてオンオフ制御し、ＩＨヒータへの出力が低下する場合には、キャパシタ装置からの単位時間当たりの出力時間を増加させている。これにより、通常より多いキャパシタ補填を行い、通常のＩＨヒータへの出力とキャパシタ補填の合計と同じとすることで、通紙時の設定温度を維持し得る。よって、キャパシタ装置の電力使用条件を設けることにより、信頼性をアップすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、ＩＨヒータの発熱領域を可変する遮蔽部材が、コア部に対する遮蔽範囲を変更可能に備えられており、遮蔽部材によって遮蔽された遮蔽範囲では、誘導加熱部のコアとの間に形成されるべき磁力線が遮断される。したがって、遮蔽範囲に対応する定着ベルトは加熱され難く、その領域外のみが定着ベルトの加熱範囲となる。このとき、定着ベルト上のローラ軸方向の温度分布は、加熱範囲で均一化されるため、加熱範囲の記録媒体に対して良好な定着性が確保される。また、定着ベルト上の加熱範囲を超えた範囲では、磁力線が遮断されるために、発熱領域のみの発熱となり、単位幅における発熱量がアップする。よって、待機時等の静止状態から通紙開始の回転状態への状態変化や連続通紙による温度分布の変化に対応することにより、信頼性をアップすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、待機状態では、補助熱源のローラ軸方向中央部より両端部の温度が下がる。そのため、立上りや通紙開始時において、通紙時より中央部に比べて両端部の発熱量を増加する必要がある。そこで、テンションローラ内の補助熱源は、キャパシタ装置により電力供給される場合には、特に使用状態から端部の配光を高くする方が温度分布が安定する。ＩＨヒータの発熱遮断されない加熱範囲より両端部を高くすることにより、補助熱源の端部が温度上昇し過ぎた場合にＩＨヒータ側でのコントロールができるのでより適している。これらにより、待機時等の静止状態から通紙開始の回転状態への状態変化や連続通紙による温度分布の変化に対応することにより、信頼性をアップすることができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置が備えられているので、仕向け地等で定着使用可能電力が変化しても、ＩＨヒータ構成を大型化することなく、常に小型に保持したまま定着使用可能電力の変化に対応可能とした定着装置を備える画像形成装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の最良形態につき説明する。
図１には、画像形成装置としてのデジタル複写機の全体概略構成を示す。
まず、図１を用いて、デジタル複写機の全体構成および動作について説明する。

図１において、１はデジタル複写機の装置本体、５０は原稿の画像情報を光学読み取りするスキャナ、５９はスキャナ画像情報、外部画像情報に基づいて露光光を照射する書込み部である。露光光には、カラー画像に対応するため、それぞれ黒５１ＢＫ、マゼンダ５１Ｍ、イエロ５１Ｙ、シアン５１Ｃがある。以下、番号の後のＢＫは黒、Ｍはマゼンダ、Ｙはイエロ、Ｃはシアンを示すが、黒、マゼンダ、イエロについても同じであるので、図中シアンについてのみ符号を付して説明する。

シアンの露光光５１Ｃは、感光体ドラム５５Ｃに照射される。感光体ドラム５５Ｃは反時計まわりに回転し、帯電部５７Ｃで帯電後、書込み部５９で露光光が照射されたドラム部分に現像部５６Ｃでトナーを付着してトナー像を形成し、そのトナー像を１次転写して各色重ね合わせることにより中間転写部５３上に画像形成され、転写後の感光体ドラム５５Ｃの残留トナーはクリーニング部５８Ｃで回収される。

また、給紙部１１から給紙された記録媒体である用紙は、レジスト部６０に搬送し、そのレジスト部６０でスキュー補正を行うとともにトナー像とのタイミングを取って２次転写部５２に送り込み、該用紙にその２次転写部５２にて中間転写部５３のトナー像を転写している。１０は原稿を連続してスキャナ５０に搬送するＡＤＦ、２０は用紙上の未定着画像を定着する定着装置を示す。

そして、転写工程後の用紙は、２次転写部５２の位置を通過した後に、搬送経路を経て定着装置２０に達する。定着装置２０に達した用紙は、定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間の定着ニップに挿入されて、定着ベルト２２から受ける熱と加圧ローラ３０から受ける圧力とによってトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間から送出された後に、出力画像として装置本体１から排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。

図２には、装置本体１に設置される定着装置２０の全体概略構成を示す。
次に、この図２を用いて、定着装置２０の構成および動作について詳述する。図２に示すように、定着装置２０は、主として、定着ローラ２１、定着ベルト２２、加熱ローラ２３、ＩＨヒータの誘導加熱部２４、加圧ローラ３０、非接触温度検知手段２８、オイル塗布ローラ３４、クリーニングローラ３３、分離板３６等で構成される。

ここで、定着ローラ２１は、その表面にシリコーンゴムなどの弾性層が形成されており、外周に定着ベルト２２を介して加圧ローラ３０が押し当てられて定着ニップが形成されている。そして、不図示の駆動部によって加圧ローラ３０が図２の反時計方向に回転して、定着ローラ２１も圧接回転している。

加熱ローラ２３は、ＳＵＳ３０４等の非磁性材料からなる円筒体であって、図では時計方向に回転する。加熱ローラ２３の内部には、フェライトなどの強磁性材料からなる内部コア２３ａと、銅等の透磁性の低い材料からなる遮蔽部材２３ｂとが設置されている。内部コア２３ａは、ＩＨヒータのコア部であり、定着ベルト２２を介して誘導加熱部２４のコイル部２５に対向している。また、遮蔽部材２３ｂは、内部コア２３ａのローラ軸方向両端部を遮蔽できるように構成されている。内部コア２３ａと遮蔽部材２３ｂとは、一体的に回転するように構成されている。この内部コア２３ａおよび遮蔽部材２３ｂの回転は、加熱ローラ２３（円筒体）の回転とは別々におこなわれる。加熱ローラ２３の構成および動作については、図８を用いて詳しく後述する。

定着ベルト２２は、加熱ローラ２３と定着ローラ２１とに掛けられ、付勢して押し当てられるテンションローラ４０によりテンションが付与されている。テンションローラ４０内には補助熱源としてのハロゲンヒータ４５が設けられ、その温度は定着ベルト２２を介して、非接触温度検知手段３８により検知されており、ハロゲンヒータ４５がオンオフ制御されている。定着ベルト２２は、ポリイミド樹脂などからなるベース層や、銀やＮｉや鉄等からなる発熱層や、フッ素化合物等からなる離型層（表面層）等からなる多層構造のエンドレスである。定着ベルト２２の離型層によって、トナーに対する離型性が担保されている。テンションローラ４０は、厚さ１ｍｍ以下の薄肉の円筒金属であり、材質としては、アルミニウム、鉄等が使用されている。

誘導加熱部２４は、コイル部２５や、コア２６、サイドコア２７等からなるコア部、コイルガイド２９等で構成され、定着ベルト２２を介して加熱ローラ２３に対向している。ここで、コイル部２５は、加熱ローラ２３に掛け回される定着ベルト２２の一部を覆うように、細線を束ねたリッツ線をローラ軸方向（図２の紙面垂直方向）に延ばしたものである。コイルガイド２９は、耐熱性の高い樹脂材料等からなり、コイル部２５、コア２６、サイドコア２７を保持する。コア２６、サイドコア２７は、いずれも、フェライト等の透磁性の高い材料からなる。コア２６は、ローラ軸方向に延ばしたコイル部２５に対向するように設置されている。サイドコア２７は、コイル部２５の端部に設置されている。

なお、ＩＨヒータの「コア部」とは、電磁誘導加熱に寄与する対向する双方のコア部をいう。したがって、誘導加熱部２４のコア２６、サイドコア２７と、加熱ローラ２３内の内部コア２３ａとである。加熱ローラ２３内に内部コア２３ａを設置することで、コア２６と内部コア２３ａとの間に良好な磁界が形成されて、加熱ローラ２３および定着ベルト２２を効率よく加熱することができる。

また、加圧ローラ３０は、芯金上にフッ素ゴムやシリコーンゴム等の弾性層が形成されたものであり、定着ベルト２２を介して定着ローラ２１に圧接している。そして、定着ベルト２２と加圧ローラ３０との当接部である定着ニップに、用紙Ｐが搬送される。

定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間の定着ニップの入口側には、用紙Ｐの搬送を案内するガイド板が設けられている。定着ニップの出口側には、用紙Ｐの搬送を案内するとともに用紙Ｐを定着ベルト２２から分離する分離板３６が配設されている。

加圧ローラ３０は、内部にハロゲンヒータ３５を設け、外周に対向して配置されるサーミスタ３９により温度検知されて、オンオフ制御されている。また、表面にはオイル塗布ローラ３４が当接している。オイル塗布ローラ３４は、加圧ローラ３０のみならず定着ベルト２２上にも、シリコーンオイルなどのオイルを供給する。これにより、定着ベルト２２上におけるトナー離型性がさらに担保される。なお、オイル塗布ローラ３４には、その表面上の汚れを除去するクリーニングローラ３３が当接されている。

また、定着ベルト２２には、温度検知手段としての非接触温度検知手段２８が対向設置されており、加熱ローラ２３上の定着ベルト２２上の表面温度（定着温度）を検知してＩＨヒータ温度の制御を行っている。

以上のように構成された定着装置２０は、以下のように動作する。
加圧ローラ３０の回転駆動によって、定着ベルト２２は図２中の矢印方向に回転するとともに、加熱ローラ２３の円筒体も時計方向に回転して、定着ローラ２１も矢印方向に回転する。定着ベルト２２は、誘導加熱部２４との対向位置で加熱される。詳しくは、コイル部２５に高周波の交番電流を流すことで、コア２６と内部コア２３ａとの間に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このとき、加熱ローラ２３表面に渦電流が生じて、加熱ローラ２３自身の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、加熱ローラ２３に掛け回される定着ベルト２２が加熱される。

その後、加熱された定着ベルト２２は、定着ニップに達する。そして、搬送される用紙Ｐ上のトナー像Ｔを加熱して溶融する。詳しくは、先に説明した作像プロセスを経てトナー像Ｔを担持した用紙Ｐが、ガイド板に案内されながら定着ベルト２２と加圧ローラ３０との間の定着ニップに送入される。そして、定着ベルト２２から受ける熱と加圧ローラ３０から受ける圧力とによってトナー像Ｔが用紙に定着されて、用紙Ｐは定着ニップから送出される。

図３には、この例の回路構成を示す。
加熱ローラ２３の発熱制御回路ａは、それに備える誘導加熱部２４がインバータ３０７に接続されている。インバータ３０７は、商用電源から異常動作検出回路３０９の判断にてＡＣを遮断するリレー回路３０８を介して、ＩＨヒータ用の高周波を作り出す。また、インバータ３０７は、発熱制御回路ａにある非接触温度検知手段２８の検知温度による信号をＣＰＵ温度制御３０２で判断した作動指令により、ＰＷＭ制御回路３０６にてパルス信号により動作をできるようにしている。

インバータ３０７で作成された高周波電流を、サーモスタット等の過昇温防止回路２０８を経て、誘導加熱部２４のコイル部２５に流すことにより、加熱ローラ２３が発熱制御させている。

テンションローラ４０内のハロゲンヒータ４５の点灯制御回路ｂは、商用電源からヒータドライバ回路３１０にＡＣ入力される。ヒータドライバ回路３１０は、非接触温度検知手段３８の直接の信号とＣＰＵ温度制御３０２により判断された信号により、トライアックやリレーにて異常状態を含めてハロゲンヒータ４５の点灯を制御している。

加圧ローラ３０内のハロゲンヒータ３５の点灯制御回路ｃは、商用電源からヒータドライバ回路３１１にＡＣ入力される。ヒータドライバ回路３１１は、サーミスタ３９の直接の信号とＣＰＵ温度制御３０２により判断された信号により、トライアックやリレーにて異常状態を含めてハロゲンヒータ３５の点灯を制御している。

ところで、装置本体１は、高速の生産性を目的として作られる装置であり、各仕向けにおける最大限の許容電力を使用して、定着装置２０の各仕向けに対して最大限の生産性を維持する構成である。そのため、通紙時の電力は、例えば、日本国内で装置本体１の最大消費電力が１５００Ｗの場合、定着装置２０以外が使用する電力が８００Ｗとすると、日本国内定着装置２０は７００Ｗとなる。北米での装置本体１の最大消費電力は、１９２０Ｗの場合、１９２０Ｗ−８００Ｗで１１２０Ｗとなり、北米定着装置２０は１１２０Ｗとなる。ＥＵの装置本体１の最大消費電力は、２４００Ｗとした時、２４００Ｗ−８００Ｗで１６００Ｗとなる。

したがって、定着電力で最大であるＥＵ１６００Ｗと最小である国内７００Ｗとを比較すると、ＥＵのＷ数は、国内の約２倍の大きさであり、一般にＩＨ構成部品の大きさは出力Ｗ数と比例するので、ＥＵ向けのインバータ３０７、誘導加熱部２４が日本国内向けの約２倍の大きさとなってしまい、その分ＥＵ向けの定着装置２０が日本国内向けのものより大型化することとなる。

また、立上り時は他のユニットの動作を停止して、定着装置２０に電力を集中するので、装置制御に使用している電力を１００Ｗとすると、日本国内１４００Ｗ、北米１８２０Ｗ、ＥＵ２３００Ｗを定着装置２０にて使用することになり、ＥＵ向けのＩＨ構成部品の大きさが日本国内向けのものの約３倍となってしまう。

そこで、この発明では、例えば、日本国内立上り出力１４００Ｗ−日本国内通紙時出力７００Ｗ＝７００Ｗで、差額の７００Ｗをテンションローラ４０内のハロゲンヒータ４５の出力で持ち、ＩＨ出力を７００Ｗとした構成とする。そして、ＥＵ機においては、ＥＵ立上り出力２３００Ｗ−国内通紙時出力７００Ｗ＝１６００Ｗで、ＥＵ通紙時出力１６００Ｗ−日本国内通紙時電力７００Ｗ＝９００Ｗなので、ハロゲンヒータ４５を２本化して１本を９００Ｗ、２本で１６００Ｗとなるように構成する。なお、図では、ハロゲンヒータ４５を２本備えることは省略している。

このとき、加圧ローラ３０内のハロゲンヒータ３５も、テンションローラ４０内のハロゲンヒータ４５と同じ目的で、仕向け地に応じて増減するようにすることも可能であるが、加熱ローラ３０の表層にはシリコ−ンゴムがあることから、用紙に対しての熱伝達効率が落ちる。そこで、効率的にテンションローラ４０内のハロゲンヒータ４５で行なうと、電磁誘導加熱と同等の熱伝達効率であるため優れている。

これにより、ＩＨヒータを使用するベルト定着装置において、仕向け地等により定着使用可能電力が変化しても、ＩＨヒータ構成は変えることなく、主熱源であるＩＨヒータだけでは不足する熱量を補填する補助熱源であるハロゲンヒータ４５の本数を増減することにより対応し、ＩＨヒータ構成を大型化することなく、常に小型に保持する。

さて、図４には、テンションローラ４０部分を拡大して示す。
図から判るとおり、テンションローラ４０は、回転支持部がスプリング４１により押し上げられて、定着ベルト２２のベルトの弛みを防止している。

定着ローラ２１は、シリコーンゴムやスポンジ等で被覆されており、連続通紙等により暖められて熱膨張する。そのため、定着ベルト２２の張力が高くなり、定着ベルト２２によりテンションローラ４０がベルト内側方向に押し込まれる。したがって、テンションローラ４０は、付勢部材であるスプリング４１の荷重方向に抗して移動することになる。このとき、テンションローラ４０の数ｍｍレベルの距離の変動については、非接触温度検知手段３８は、特に温度検知信号に大きな影響を受けることはない。

しかし、定着ベルト２２が静止している状態で、赤外線光路のずれ等にて、テンションローラ４０に空間がある領域の定着ベルト２２上の温度も検知してしまうと、検知温度が大きくずれてしまう。そのため、テンションローラ４０の動作軌跡に対して検知面３８ａが垂直になるように非接触温度検知手段３８を配置して、すなわちテンションローラ４０が付勢されている方向に検知面３８ａを対向して、確実にテンションローラ４０上の定着ベルト２２の温度を検知できるようにする。このようにすると、定着ベルト２２が静止状態である待機状態にも加熱することができるため、通紙開始時の定着ベルト２２の温度落ち込みが防止でき、温度検知の安定化を図ることにより信頼性をＵＰしている。

図５には、待機時に、補助熱源であるハロゲンヒータ４５に商用電源のＡＣ電力ではなく、キャパシタ装置のＤＣ電力を供給する場合の回路構成を示す。

キャパシタ装置５４は、商用電源１００に、ヒータドライバ回路３１０の充電器１０１と、スイッチ１０４により接続される。充電器１０１は、スイッチ１０３を通じてキャパシタ装置５４と、内部負荷であるハロゲンヒータ４５に接続されている。そして、充電量の検知部１０５の情報は、ＣＰＵ温度制御３０２に伝達されている。検知部１０５の情報により、ＣＰＵ温度制御３０２は、キャパシタ装置５４の蓄電が十分な時は、充電器１０１を通じてハロゲンヒータ４５に電力供給を行い。充電が十分でない時は、商用電源１００より充電する構成である。

よって、キャパシタ装置５４で充電された電力は、商用電源１００の電圧が低い場合でもＷ数として常に均一化できる。また、ＩＨヒータもインバータ３０７の高周波変換時に商用電源１００の電圧によらず、Ｗ数を均一化している。そのため、ＩＨヒータへの出力の不足分を同じ電圧変動でＷ数変化しないキャパシタ装置５４の蓄電による電力でテンションローラ４０内のハロゲンヒータ４５で補填するので、ＩＨヒータを使用するベルト定着装置において、商用電源１００の電圧の高低に対応して定着使用電力を安定化することができる。ただし、ハロゲンヒータ４５は、少なくとも１本はキャパシタ装置５４の出力がＤＣであるので、ＤＣハロゲンヒータとする必要がある。

図６には、通常の場合のキャパシタ補填と、ＩＨヒータへの出力が低下する場合におけるキャパシタ補填との比較を示す。

ＩＨ出力は商用電源の電圧によらず、高周波出力で一定にすることができる。しかし、他のユニットも装置電源にてＤＣ出力を使用しているため、商用電源電圧によらず一定出力（Ｗ）となっている。そのため、電圧が低い場合は装置全体の電流が規格値をオーバーする可能性があり、電力使用が一番大きい定着のＩＨヒータ部の出力を下げなければならない場合がある。

しかし、キャパシタ装置５４に蓄えられた電力は、商用電源１００の電圧が低くなると、蓄電時間が長くなるだけであり、出力時には電流等の制約を受けない。そのため、キャパシタ装置５４によるハロゲンヒータ４５への電力供給を、ＩＨヒータ用の高周波を作り出すインバータ３０７の出力に応じてオンオフ制御し、ＩＨヒータへの出力が低下する場合には、キャパシタ装置５４からの単位時間当たりの出力時間を増加させている。これにより、図６に示すように、通常より多いキャパシタ補填Ｂを行い、通常のＩＨ出力Ａとキャパシタ補填Ａの合計と同じとすることで、通紙時の設定温度を維持し得る。よって、キャパシタ装置５４の電力使用条件を設けることにより、信頼性をアップさせることができる。

図７には、キャパシタ補填を示す。
キャパシタ装置５４は、定着装置２０が電力をあまり使用しない待機状態等での蓄電した電気を供給するものであり、逆を言えば、立上りや通紙開始時のように定着装置２０の構成部品等の温度を上げる必要がる場合において、一番定着電力を使用するので、この時にキャパシタ装置５４の電力を補填する必要が高い。このため、キャパシタ装置５４によるハロゲンヒータ４５への電力供給を、立上り時間および原稿制限枚数の連続読取時間内としている。

ただし、通紙開始後に、ＡＤＦ１０で原稿を連続して装置本体１のスキャナ５０に搬送し、原稿読み取り動作を行うとき、すなわちＡＤＦ１０の搬送モータ、スキャナのモータやランプ（図示せず）を駆動するためにかなりの電力を使用している。つまり、原稿読み取り動作後であれば、その分の電力を定着装置２０に供給することができる。

よって、キャパシタ装置５４の電力補填を、立ち上りと、スキャナ５０やＡＤＦ１０の原稿制限枚数の連続読み取りまでにすることにより、キャパシタ装置５４の蓄電出力が小さくなるので、蓄電する時の蓄電時間を短くでき、ジョブ間が短い場合でもキャパシタ装置５４の電力補填を十分に行うことができ、キャパシタ装置５４の電力使用条件を設けることにより信頼性をアップすることができる。

図８（Ａ）には、図２の定着装置２０に設置された加熱ローラ２３を、誘導加熱部２４側から見て示す。（Ｂ）には、（Ａ）の状態から、内部コア２３ａおよび遮蔽部材２３ｂを所定角度回転させた状態を示す。

図８（Ａ）に示すように、加熱ローラ２３の円筒体内には、幅Ｌ１の円柱状の内部コア２３ａ１、２３ａ２と、遮蔽部材２３ｂとが回転自在に設置されている。コア部としての内部コアは、ローラ軸方向中央部に設けられた小径部２３ａ１と、ローラ軸方向両端部（端面から長さＬ３の領域）に設けられた大径部２３ａ２とで構成される。大径部２３ａ２は、その直径Ｄ２が小径部２３ａ１の直径Ｄ１よりも大きくなるように形成されている。なお、内部コア２３ａの形状は、円柱状に限定されず、円筒状にすることもできる。

また、内部コア２３ａ１、２３ａ２のローラ軸方向両端部には、遮蔽部材２３ｂが一体的に設置されている。遮蔽部材２３ｂは、内部コア２３ａの周面を遮蔽する範囲を端面側から漸減（または漸増）するように形成されている。これにより、内部コア２３ａを遮蔽部材２３ｂとともに回転させることによって、誘導加熱部２４のコイル部２５に対向する内部コア２３ａのローラ軸方向の遮蔽範囲を可変することができる。なお、内部コア２３ａおよび遮蔽部材２３ｂの回転駆動は、内部コア２３ａの軸部に連結されたステッピングモータ（図示せず）によって行われる。このステッピングモータは、定着ローラ２１、定着ベルト２２、加熱ローラ２３等を駆動する駆動モータ（図示せず）とは別の駆動系となる。

具体的に、図８（Ａ）の状態の内部コア２３ａおよび遮蔽部材２３ｂを、周方向に９０度回転させると、図８（Ｂ）の状態になる。このとき、誘導加熱部２４に対向する内部コイル２３ａの最大範囲が遮蔽されることになる。そして、遮蔽部材２３ｂによって遮蔽された遮蔽範囲では、誘導加熱部２４のコア２６との間に形成されるべき磁力線が遮断される。したがって、遮蔽範囲に対応する定着ベルト２２は加熱されずらく、その領域外（中央の幅Ｌ２の領域）のみが定着ベルト２２の加熱範囲となる。

この状態は、幅Ｌ２の用紙を連続的に定着する場合に適している。具体的に、画像形成装置で扱う最小幅（例えば、１４８ｍｍ）の用紙を定着する場合には、内部コア２３ａおよび遮蔽部材２３ｂの回転方向の姿勢を図８（Ｂ）の状態に固定して、図２で説明した定着工程を行う。

このとき、定着ベルト２２上のローラ軸方向の温度分布は、幅Ｌ２の範囲で均一化されるため、幅Ｌ２の用紙Ｐに対して良好な定着性が確保される。また、定着ベルト２２上の幅Ｌ２を超えた範囲では、磁力線が遮断されるために、幅Ｌ２の領域内のみの発熱となり、単位幅における発熱量がアップする。よって、待機時等の静止状態から通紙開始の回転状態への状態変化や連続通紙による温度分布の変化に対応することにより、信頼性をアップすることができる。

図９には、ハロゲンヒータ４５の発光状態を示す。このように、ハロゲンヒータ４５は、ローラ軸方向中央部より両端部の発熱率が高くなるように形成されている。
キャパシタ装置５４は、立上りや通紙開始時のように定着装置２０の構成部品等の温度上げる必要がる場合において、一番定着電力を使用するので、このときにキャパシタ装置５４の電力にて補填する必要が高い。また、待機状態のような定着ベルト２２が静止している状態であると、構成上各発熱源はローラ内にあり、ローラ類は両端を回転自在に保持される。

したがって、待機状態では、ハロゲンヒータ４５のローラ軸方向中央部より両端部の温度が下がる。そのため、立上りや通紙開始時において、通紙時より中央部に比べて両端部の発熱量を増加する必要がある。そこで、テンションローラ４０内のハロゲンヒータ４５は、キャパシタ装置５４により電力供給される場合には、特に使用状態から端部の配光を高くする方が温度分布が安定する。ＩＨヒータの発熱遮断されない領域Ｌ２より両端部を高くすることにより、ハロゲンヒータ４５の端部が温度上昇し過ぎた場合にＩＨヒータ側でのコントロールができるのでより適している。これらにより、待機時等の静止状態から通紙開始の回転状態への状態変化や連続通紙による温度分布の変化に対応することにより、信頼性をアップしている。

ところで、定着ベルト方式において、加熱ローラ２３内に、コア部２３ａおよび遮蔽部材２３ｂを入れることにより、加熱ローラ２３が直接、加圧ローラ３０の加圧力を受けないため、通常の定着ローラ２１にＩＨヒータを搭載するものに比べ、薄肉化でき、熱容量を小さくすることができる。そのため、定着ベルト２２を早く温めることが可能となる。よって、高応答性を実現させることができ、性能をアップさせることができる。

画像形成装置としてのデジタル複写機の全体概略構成図である。 図１に示すデジタル複写機の装置本体に設置される定着装置の全体概略構成図である。 この例の回路構成を示す図である。 図２に示す定着装置で使用するテンションローラ部分の拡大図である。 待機時に、補助熱源であるハロゲンヒータにキャパシタ装置のＤＣ電力を供給する場合の回路構成図である。 通常の場合のキャパシタ補填と、ＩＨヒータへの出力が低下する場合におけるキャパシタ補填との比較図である。 キャパシタ補填を示す図である。 （Ａ）は、図２の定着装置に設置された加熱ローラを、誘導加熱部側から見て示す正面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の状態から、内部コアおよび遮蔽部材を所定角度回転させた状態図である。 ハロゲンヒータの発光状態を示す図である。

符号の説明

２０ 定着装置
２１ 定着ローラ
２２ 定着ベルト
２３ 加熱ローラ
２３ａ 内部コア（コア部）
２３ｂ 遮蔽部材
２４ ＩＨヒータの電磁誘導部
３０ 加圧ローラ
３８ 非接触温度検知手段
３８ａ 検知面
４０ テンションローラ
４５ ハロゲンヒータ（補助熱源）
５４ キャパシタ装置
３０７ インバータ

Claims (5)

1. 定着ローラと、
   加熱ローラと、
   それらの定着ローラと加熱ローラ間に掛け回される定着ベルトと、
   付勢されて前記定着ベルトに押し当てられ、その定着ベルトにテンションを付与しているテンションローラと、
   前記定着ベルトを介して前記定着ローラに押し当てられて定着ニップが形成される加圧ローラと、
   前記定着ベルトを介して前記加熱ローラに対向してそのローラ軸方向に設けられているＩＨヒータの誘導加熱部と、
   その誘導加熱部に対向して前記加熱ローラ内に設けられているＩＨヒータのコア部と、
   前記テンションローラ内に設けられて、主熱源である前記ＩＨヒータだけでは不足する熱量を補填する補助熱源と、
   待機時に、前記補助熱源に供給する電力を蓄えるキャパシタ装置と、
   が備えられ、該キャパシタ装置による前記補助熱源への電力供給を、前記ＩＨヒータ用の高周波を作り出すインバータの出力に応じてオンオフ制御していることを特徴とする定着装置。
2. 前記テンションローラが付勢されている方向に検知面を対向して、前記補助熱源をオンオフ制御するための非接触温度検知手段が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記ＩＨヒータの発熱領域を可変する遮蔽部材が、前記コア部に対する遮蔽範囲を変更可能に備えられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記補助熱源のローラ軸方向中央部より両端部の発熱率が高くなるように形成されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１に記載の定着装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１に記載の定着装置が備えられていることを特徴とする画像形成装置。

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