JP5036048B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置に係り、詳しくは複数のヒータを有する構成の電力を有効活用した定着装置を用いた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式における複写機、プリンター、ＦＡＸ等において、一般的に紙上に付着させたトナーを定着させるために熱と圧力により定着させる熱ローラ方式（熱ベルト方式も含む）が使用されている。熱ローラ方式は用紙通過の一瞬に熱を加えなければならず、また、接触により紙が熱を奪うため、定着装置稼働時において装置の消費電力で高いウェイトを占める。高速機においては単位時間当たりに通過する紙が多くなるので定着するためにはより高い電力を消費する必要があるが、特に、国内や北米では電源事情により装置の最大消費電力規定により、用紙や環境スペックを含めた十分な電力は得られなくなり易い。そのような場合は通紙時に定着ローラは温度を設定温度に維持させることができず温度低下する。そのため、高速機の定着装置は許容された消費電力を最大限利用している。また、近年、省エネのため、待機時に定着装置のヒータをオフする構成の装置構成が主流になって来ているがそのためには、定着ローラを高速で設定温度まで上昇させる必要がある。

そのため、立上り時に装置の他の動作を停止し、その分の電力を含めたヒータにて立上り動作をしている。従って、この場合は立上り時のヒータ電力と通紙時のヒータ電力に大きな差が生じる。上記を解決する方法として、ヒータを一定周期の微小間隔にてオン／オフして消費電力をヒータの定格以下に押さえる方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
また、この方法を用いて複数本のヒータを同時に点灯させる時、デューティ制御で点灯させて定着の消費電力を押さえる方法（例えば、特許文献２を参照）、さらに定着ローラの温度を均一にする方法（例えば、特許文献３を参照）が提案されている。これらは、いずれも複数本のヒータを点灯したときの消費電力を低減させる方法のみであり、実使用上で各モードにおける定着装置許容電力が違う場合（例えば、特許文献４、５を参照）においては、常にヒータはデューティ制御して変化している状況において対応できない。また、左記状態では電力による定着性維持により生産性が決まってくる装置において対応しきれない。例えば、端部ヒータが設定温度を越えて、中央が設定温度以下などの場合に中央ヒータをフル点灯させても定着許容電力以下のヒータＷ（ワット）数などの場合は電力をロスするし、この場合は端部ヒータが消えた状態の時に端部から中央に定着ローラ内で伝達する熱も停止するため、中央が温度追従しない場合が発生する。逆に中央ヒータがフル点灯した時に定着装置許容電力と同じであれば、定着装置許容電力が下がるモードの時に効率を上げて点灯できなくなる。

特開２００１−２６５１６２号公報 特開２００４−１９１５４９号公報 特開２００１−３５０３５８号公報 特開２００５−２５７９４２号公報 特許第３１８６９０６号

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、通紙時にどれか１本のヒータはデューティ制御している構成において、常に最大限の電力ロスを低減するものであり、定着装置内で常にヒータ効率化を行い、電力ロスを低減し、定着性を維持して高い生産性を確保する定着装置及びこれを用いる画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明の定着装置は、定着ローラとこれに圧接して回転する加圧ローラと、前記定着ローラとベルトを掛け渡される加熱ローラとを有する定着装置において、前記加熱ローラ内に中央発熱源と端部発熱源とからなる加熱発熱源を内蔵し、前記中央発熱源は通紙領域に対して、中央部の配光が高いハロゲンヒータであり、その領域の前記加熱ローラの温度を中央温度検知にて検知し、検知した温度と中央設定温度に基づいて前記中央部の配光が高いハロゲンヒータの点灯を制御し、前記端部発熱源は通紙領域に対して、端部の配光が高いハロゲンヒータであり、その領域又は通紙領域外の前記加熱ローラの温度を端部温度検知にて検知し、検知した温度と端部設定温度に基づいて前記端部の配光が高いハロゲンヒータの点灯を制御し、前記加圧ローラ内に加圧発熱源であるハロゲンヒータを内蔵しており、通紙領域内の前記加圧ローラの温度を加圧温度検知にて検知し、検知した温度と加圧設定温度にて前記加圧発熱源であるハロゲンヒータの点灯を制御し、かつ、前記それぞれのハロゲンヒータは点灯指令時に微小周期で間欠的に点灯させる構成（以下、「デューティ制御」と記す。）で消費電力制御し、通紙時に常に前記それぞれのハロゲンヒータの内どれかはデューティ制御していて、前記中央発熱源及び前記端部発熱源の内の１つのハロゲンヒータがその設定温度以上になった時、そのヒータのＷ（ワット）数分を前記中央設定温度、前記端部設定温度及び前記加圧設定温度それぞれの設定温度以下のハロゲンヒータの微小周期内の点灯時間（以下、「デューティ」と記す。）に振り分けて加算することを特徴とする。
また、本発明の定着装置は、さらに、通紙時に、前記端部発熱源が端部設定温度以上になった時に、そのＷ（ワット）数分を前記中央発熱源のデューティを長くし、前記中央発熱源が中央設定温度以上になった時に、そのＷ（ワット）数分を前記端部発熱源のデューティを長くし、前記中央設定温度及び前記端部設定温度の両方が設定温度以上になった時に、前記加圧発熱源のデューティを長くするようにデューティを切り替えることを特徴とする。
また、本発明の定着装置は、さらに、通紙時に、前記端部発熱源が端部設定温度以上になった時に、そのＷ（ワット）数分を前記中央発熱源のデューティを長くし、前記中央発熱源が中央設定温度以上になった時に、そのＷ（ワット）数分を前記端部発熱源のデューティ又は前記加圧発熱源のデューティを長くするように振り分けてデューティを切り替えることを特徴とする。
また、本発明の定着装置は、さらに、通紙時に、前記中央温度検知が設定温度（Ａ）よりも低くなった時に、前記端部温度検知の設定温度（Ｂ）より下に設定温度（Ｄ）を定め、前記端部温度検知が設定温度（Ｄ）より低い場合は、設定されたデューティ（Ｇ）にて前記端部発熱源を点灯させ、設定温度（Ｄ）以上設定温度（Ｂ）より低い場合は、デューティ（Ｇ）より小さいデューティ（Ｈ）にて前記端部発熱源を点灯させることを特徴とする。
また、本発明の定着装置は、さらに、通紙時に、前記中央温度検知が設定温度（Ａ）よりも低くなった時に、前記端部温度検知の設定温度（Ｂ）の前記中央温度検知の設定温度の差分（Ｃ）を通紙時の前記中央温度検知の実測値（Ｘ）に加算した目標値（Ｘ＋Ｃ）とし、前記端部発熱源が設定温度（Ｂ）よりも低くなった時に、ヒータを点灯する際に、前記端部温度検知が前記実測値（Ｘ）に加算した目標値（Ｘ＋Ｃ）より低い場合は、設定されたデューティ（Ｇ）にて前記端部発熱源を点灯させ、目標値（Ｘ＋Ｃ）以上の設定温度（Ｂ）より低い場合は、デューティ（Ｇ）より小さいデューティ（Ｈ）にて前記端部発熱源を点灯させることを特徴とする。
また、本発明の定着装置は、さらに、デューティ（Ｈ）は、前記端部発熱源のヒータＷ（ワット）数（Ｍ）とデューティ（Ｇ）の積を前記中央発熱源のヒータＷ（ワット）数（Ｍ）で変換したデューティ（Ｉ）と前記中央発熱源のもともとのデューティ（Ｊ）を足した時にフル点灯１００%以上となる時にその余剰分を前記端部発熱源に再度変換して戻したデューティとすることを特徴とする。
また、本発明の定着装置は、さらに、前記中央発熱源の点灯デューティ（Ｉ）と前記端部発熱源の点灯デューティ（Ｇ）は点灯時間を同一の周期において１サイクルの最初と最後になるように配置したことを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、潜像を形成する像担持体と、前記像担持体の表面に均一に帯電を施す帯電装置と、帯電した前記像担持体の表面を露光し潜像を書き込む露光装置と、前記像担持体の表面に形成された潜像にトナーを供給し可視像化する現像装置と、前記像担持体の表面の可視像を直接又は中間転写体に転写した後に転写材に転写する転写装置と、前記転写材上のトナー像を定着させる定着装置とを備える画像形成装置において、上述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。

上記解決する手段としての定着装置及び画像形成装置によって、通常通紙でヒータ類のどれか1本はディーティ制御している状態で最大限の効率化を行い、電力消費量を低減して、かつ、定着性を維持し高い生産性を確保することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態である画像形成装置の構成を示す概略図である。図１において、画像形成装置２０は、次に挙げる各装置を備えている。原稿画像に応じた各色毎の画像を形成する作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｂｋと、各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｂｋに対向して配置された転写装置２２と、各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｂｋと転写装置２２とが対向する転写領域に各種シート状媒体を供給するシート状媒体供給手段としての手差しトレイ２３、給紙カセット２４、給紙カセット２４から搬送されてきたシート状媒体を作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｂｋによる作像のタイミングに合わせて供給するレジストローラと、転写領域において転写後のシート状媒体の定着を行う定着装置３０とが備えられている。
各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｂｋは、それぞれシアン、イエロー、マゼンタ、ブラックの各色の現像を行うものである。作像装置２１Ｃの構成を各作像像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｂｋの代表として説明する。作像装置２１Ｃは、静電潜像担持体としての感光体ドラム２５Ｃ、感光体ドラム２５Ｃの回転方向である、図中、時計方向の回転に沿って順に配置されている帯電装置２７Ｃ、現像装置２６Ｃ、クリーニング装置２８Ｃを有し、帯電装置２７Ｃと現像装置２６Ｃとの間で書き込み装置２９からの露光光を受ける周知の構成が用いられる。静電潜像担持体としては、ドラム状の他に、ベルト状とする場合もある。

図２は、本発明の一実施形態である定着装置の構成を示す概略図である。図３は、本発明の一実施形態である定着装置の平面の構成を示す断面図である。
本発明の一実施形態である定着装置３０は、以下のような構成を有している。定着ローラ５０は、表層にフッ素樹脂／ゴムを設けたゴム又はスポンジで構成された弾性層５０aで被覆されており、加熱ローラ６０はその内部に第１発熱源６５、第２発熱源６６を持つ金属パイプである。この２本のローラ間に金属フィルム例えば、Ｎｉ、ＳＵＳ等や樹脂フィルム例えばＰＩ、ＰＡＩ基材上にシリコーンゴムが有り、表層にフッ素樹脂を設けたベルト４０が掛けられる。
そして、定着ローラ５０によりベルト４０（以下、「定着ベルト」と記す。）は駆動回転されている。また、定着ベルト４０を挟んで定着ローラと圧接回転する加圧ローラ７０は加熱ローラ６０と同様に、その内部に加圧発熱源（以下、「加圧ヒータ」と記す。）７５を持ち、表層にフッ素樹脂を設けたゴムによる弾性層７０aが被覆されている。それぞれのローラ６０、７０内にあるヒータ６５、６６、７５はローラ６０、５０上にある定着ベルト４０や加圧ローラ７０の温度をセンサ６３a、６３ｂ、７３で検知して点灯制御している。画像形成されたトナーを付着させた用紙は、定着ローラ５０と加圧ローラ７０の弾性層５０a、７０aの変形による圧接する部分ニップ部で加熱ローラ６０により暖められた定着ベルト４０により熱と圧力を得て、トナーを用紙に定着させ、分離板８０により、分離を行って搬送する。

但し、加熱ローラ６０の替わりに定着ローラ５０にヒータを持ち、定着ベルト４０がない、熱ローラ方式でも良い。また、幅狭用紙連続通紙時の端部温度上昇対策のため、第１発熱源６５は通紙領域に対して、中央部の配光が高いハロゲンヒータ（以下、「中央ヒータ」と記す。）で、その領域の加熱ローラ６０の温度を第１温度検知６３a（以下、「中央温度検知」と記す。）にて、中央設定温度にてヒータ点灯を制御し、第２発熱源６６は通紙領域に対して、端部の配光が高いハロゲンヒータ（以下、「端部ヒータ」と記す。）で、その領域又は通紙領域外の加熱ローラ６０の温度を第２温度検知６３ｂ（以下、「端部温度検知」と記す。）にて、端部設定温度にてヒータ点灯を制御する構成を有し、用紙サイズによる、加熱ローラ６０の端部温度上昇を防止している。そして、加圧ヒータ７５も含めて、それぞれのハロゲンヒータ６５、６６、７５は点灯指令時に微小周期で間欠的に点灯させる構成（以下、「デューティ制御において消費電力制御して点灯できる構成」）である。ヒータは、ハロゲンランプによるヒータではなく、電熱線を用いるものでも良く、電熱線の巻き数を調整することで、ハロゲンランプと同様の制御は可能である。なお、ここでは、ハロゲンヒータで説明する。
この構成において、用紙に定着する熱を与える定着ベルト４０はその熱のほとんどが用紙に奪われる。それは、接触している物の方が伝熱し易く、かつ用紙の他に定着ベルト４０に接触している弾性層５０aは熱伝導性が低いためである。そして、シリコーンゴム７０aの熱伝導性の低さは、加圧ヒータ７５の熱を定着ベルト４０に素早く伝達できない現象ももたらす。従って、連続通紙時はシリコーンゴムの無い、熱伝導性の良い金属パイプである加熱ローラ６０内にあるヒータ６５、６６で熱供給するのが最もヒータ効率が良くなる。通常通紙時は上記ヒータ制御をとっている。

図４は、通紙時における定着装置の定着ローラの中央・端部、加圧ローラの温度推移を示すグラフである。本発明の実施形態では、通紙時では温度検知６３ａ、６３ｂ、７３により、ヒータ制御を行っているので、用紙により熱を奪われると、ヒータの点灯６５、６６によりその熱を補うようにして設定温度を保つようになる。しかし、端部は用紙による熱が奪われない部分又は、その部分に接している部分のため、連続通紙中は温度が上昇する。それを続けると、表層のフッ素樹脂の許容温度を超えたり、そこまで行かなくても直後に最大サイズの用紙を通紙すると端部のホットオフセット等が発生するので加熱ヒータ６５、６６を中央の配光分布が高い中央ヒータ６５と端部の配光分布が高い端部ヒータ６６にして、上記現象時は端部ヒータ６６の単位時間当たりの発熱量を低下させて端部の温度上昇を低減している。しかし、高速機では立上りに対して通紙時に特に単位時間当たりの通紙枚数が多いにも関わらず、電源事情により最大消費電力の縛りを受けて、定着許容電力を押さえられる。そのため、デューティ制御により点灯指令時に微小周期で間欠的に点灯させることにより、通紙時のヒータの消費電力を押さえる方法（特開２００１−２６５１６２号公報）が提案されている。そして複数のヒータ使用時の消費電力を押さえる方法（特開２００４−１９１５４９、特開２００１−３５０３５８号公報）が提案されているが、これらは、単に用紙サイズによる許容電力変化に対応するもので、さらに許容電力が厳しい状態になると通紙モード例えば白黒印字やカラー印字、スキャナー＋露光動作時などの状況により定着許容電力を変えて生産性も変化させて対応している。このときのヒータの対応方法（特開２００５−２５７９４２号公報）が提案されている。このような場合は常にデューティ制御しているヒータ６５、６６がある状態でその温度維持の性能により紙間等を変化して生産性が変わるので少ない電力で加熱ローラ６０の温度維持をすることが重要となる。

しかし、上記従来例では、例えば、端部ヒータ６６が端部設定温度を越えて、中央が設定温度以下などの場合に中央ヒータ６５をフル点灯させても定着許容電力以下のヒータにおけるＷ（ワット）数などの場合は電力をロスするし、この場合は端部ヒータ６６が消えた状態の時に端部から中央に加熱ローラ６０内で伝達する熱も停止するため、中央が温度追従しない場合が発生する。逆に、中央ヒータ６５がフル点灯した時に定着装置許容電力と以上であれば、定着装置許容電力が下がるモードの時に点灯できなくなる。
図５は、本発明における定着装置の定着ローラの中央・端部ヒータ、加圧ヒータのヒータ実動出力推移を示すグラフである。本発明では、加熱ローラ６０内のヒータ６５、６６の温度検知６３a、６３bのどちらかが設定温度を越えてヒータ６５、６６をオフする場合に、そのヒータ６５、６６が使用していた電力を加圧ヒータ７５を含めた他のヒータ類６５、６６、７５にデューティを長くするような形態で振り分け加算するものである。
例えば、連続通紙すると端部の温度が上昇するので端部温度検知６３bが設定温度以上になるので端部ヒータ６６がオフする。端部ヒータ６６は６００Ｗ定格ヒータでデューティ５０%で稼働していたとするとこの時３００Ｗが浮く。この時、中央ヒータ６５は７００Ｗ定格ヒータでデューティ５０%で稼働しているものとした時、通紙により熱を奪われるので温度低下が大きくなる。そのため、端部ヒータ６６の浮いた電力３００Ｗを中央ヒータの定格ヒータのデューティに換算すると、３００Ｗ／７００Ｗ×１００%=４２．９%となり、もともとの５０%と加算して、４２．９%＋５０%=９２．９%にて中央ヒータ６５を点灯できるので温度低下に対応できる。このように、紙が奪う熱に対して、ヒータ６５、６６の供給熱量の方が大きい状態でも、加圧ヒータ７５は定着する効率から通紙時は点灯させていないので温度低下している。使用可能な電力の最大限の状態で使用している場合は、加熱ローラ６０も設定温度を維持しているが紙間で設定温度に達している状態であり、紙がニップを通過している時は設定温度以下の状態になる。そこで、加圧ヒータ７５を加熱ヒータ６５、６６がオフしている間に浮く電力：７００Ｗ×９２．９%=６５０Ｗを加圧ヒータ７５に回すことにより、効率は加熱ローラ６０の１／６程度ではあるが熱を補えるのでニップ通過時に紙に熱を与え定着を助ける。
このように、通常通紙でヒータ類６５、６６、７５のどれか１本はデューティ制御している状態で最大限のヒータ効率化を行い、電力ロスを低減して定着性を維持させ高い生産性を確保させることができる。

また、通紙時に端部ヒータ６６が端部設定温度以上時にそのＷ（ワット）数分を中央ヒータ６５のデューティを長くし、中央ヒータ６５が中央設定温度以上時にそのＷ（ワット）数分を端部ヒータ６６のデューティを長くし、中央設定温度及び端部設定温度の両方が設定温度以上の時に加圧ヒータ７５のデューティを長くするようにデューティを切り替える構成としている。これは、通紙時において、加熱ローラ６０と加圧ローラ７０で定着ベルト４０を通じてとは言え、直接トナーに接触している側の温度が定着性により大きな影響を及ぼす。そのため、加圧ローラ７０が極端に低い状態は紙の温度を奪うので紙表層の温度低下が大きくなるが１００℃程度以上であれば影響は小さくなる。
従って、電力ロスを少なくするには、加熱ローラ６０の中央又は端部の片方が設定温度になっていてもう片方が設定温度以下の場合は両ヒータ６５、６６間でデューティの加算をした場合が効率がよく、両ヒータ６５、６６の両方が設定温度になっている場合に定着性維持は十分であったとしても通紙により熱を奪われている加圧ローラ７０の加圧ヒータ７５にデューティ加算して、その熱容量を利用して熱蓄積して置き、次回の定着必要電力が大きい通紙に備えて置く。
このように、通常通紙でヒータ類６５、６６、７５のどれか１本はデューティ制御している状態で最大限のヒータ効率化を行い、電力ロスを低減して定着性を維持させ高い生産性を確保させることができる。

また、通紙時に端部ヒータ６６が端部設定温度以上時にそのＷ（ワット）数分を中央ヒータ６５のデューティを長くし、中央ヒータ６５が中央設定温度以上時にそのＷ（ワット）数分を第２発熱源６６のデューティの長時間化と加圧ヒータ７５のデューティの長時間化に振り分ける構成になっている。
図６は、本発明における定着装置の定着ローラの中央・端部ヒータ、加圧ヒータのヒータ実動出力の推移を示すグラフである。これは、通紙時の温度分布の関係において中央ヒータ６５は定格Ｗ（ワット）数が大きく、端部ヒータ６６定格Ｗ（ワット）数が小さい構成になることが多い。理由はあまり中央ヒータ６５の有効発光長を短くすると最大−最小通紙幅の中間サイズで端部温度上昇を起こすからで、このような構成では、通紙時に端部ヒータ６６が端部設定温度になって端部ヒータ６６のＷ（ワット）数は中央ヒータ６５のフル点灯以下のデューティで中央ヒータ６５を点灯できるが、中央ヒータ６５が中央設定温度になって中央ヒータ６５のＷ（ワット）数は端部ヒータ６６をフル点灯させても余剰が出る。そのため、その余剰分を加圧ヒータ７５に加算して、その熱容量を利用して熱蓄積して置き、次回の定着必要電力が大きい通紙に備えて置く。
このように、通常通紙でヒータ類６５、６６、７５のどれか１本はデューティ制御している状態で最大限のヒータ効率化を行い、電力ロスを低減して定着性を維持させ高い生産性を確保させることができる。

また、通紙時に中央温度検知６３aが中央設定温度（Ａ）よりも低くなったとき、端部温度検知６３bの端部設定温度（Ｂ）より下に端部切替温度（Ｄ）を定め、端部温度検知６３bが端部切替温度（Ｄ）より下の場合は設定されたデューティ（Ｇ）にて端部ヒータ６６を点灯させ、端部切替温度（Ｄ）以上端部設定温度（Ｂ）より下の場合はデューティ（Ｇ）より小さいデューティ（Ｈ）にて第２発熱源６６を点灯させる構成にしている。
図７は、本発明の定着装置における通紙時における定着装置の定着ローラの中央・端部の温度推移を示すグラフである。これは、待機から通紙開始において、待機時は端部から熱が逃げて行き、中央は熱が逃げ難いので中央が高く、端部が低い温度になり易い。しかし、通紙安定時は連続通紙時の端部温度上昇により、連続通紙によって端部温度が上がって行くが中央は紙に熱を奪われて温度低下して行く。即ち、通紙安定時において、端部の検知温度が中央の検知温度より高い現象が起こり易い。端部ヒータ６６の熱は加熱ローラ６０を伝熱するため、一部は中央の温度維持に成り立っているので、端部ヒータ６６をオフすると中央の温度維持が出来なくなる。そのため、通常は端部設定温度（Ｂ）を中央設定温度（Ａ）より高くしておき定着性確保の温度維持し易くしている。但し、端部温度検知６３bが定着補償温度以上定着設定温度以下にいる場合において、中央温度検知は定着補償温度により近い温度まで低下していることになる。
図８は、本発明における定着装置の定着ローラの中央・端部ヒータのヒータ実動出力の推移を示すグラフである。従って、この場合は端部ヒータ６６が６００Ｗ定格ヒータでデフォルトデューティ（Ｇ）が５０%として、デューティ（Ｈ）を３０%に下げて点灯させることにより、１２０Ｗを中央ヒータ６５が７００Ｗ定格ヒータでデフォルトデューティ５０%点灯に加算して６７．１%で点灯させて温度上昇させることができる。これにより、通常通紙でヒータ類６５、６６、７５のどれか１本はデューティ制御している状態で最大限のヒータ効率化を行い、電力ロスを低減して定着性を維持させ高い生産性を確保させることができる。

さらに、図９は、本発明における定着装置の定着ローラの中央・端部ヒータのヒータ実動出力の推移を示すグラフである。図１０は、本発明の定着装置における通紙時における定着装置の定着ローラの中央・端部の温度推移を示すグラフである。通紙時に中央温度検知６３aが中央設定温度（Ａ）よりも低くなったとき、端部温度検知６３bの端部設定温度（Ｂ）の中央温度検知６３aの設定温度の差分（Ｃ）を通紙時の中央温度検知６３aの実測値Ｘに加算した目標値（Ｘ＋Ｃ）とし、端部ヒータ６６が端部設定温度（Ｂ）以下時にヒータ点灯する構成において、端部温度検知６３bが前記実測値Ｘに加算した目標値（Ｘ＋Ｃ）より下の場合は設定されたデューティ（Ｇ）にて端部ヒータ６６を点灯させ、目標値（Ｘ＋Ｃ）以上の設定温度（Ｂ）より下の場合はデューティ（Ｇ）より小さいデューティ（Ｈ）にて端部ヒータ６６を点灯させる構成としている。例えば、中央設定温度（Ａ）が１７０℃、端部設定温度（Ｂ）が１８０℃とした時に端部温度は中央に対して＋１０℃である。通紙中に中央の温度が定着性補償温度１４０℃以上の１６０℃が中央実測値（Ｘ）だったとすると端部ヒータ６６は１６０℃の＋１０℃で目標値Ｘ＋（Ｃ）は１７０℃以上１８０℃以下の時にデフォルトデューティ（Ｈ）より低いデューティ（Ｇ）で点灯することとなる。これは、通紙時に例え設定温度以下の状態でも常に一定の温度分布を保持することにより、加熱ヒータ６５、６６のエネルギーを最大限用紙定着に伝えて加熱ローラ６０の温度維持をするものである。これにより、通常通紙でヒータ類６５、６６、７５のどれか１本はデューティ制御している状態で最大限のヒータ効率化を行い、電力ロスを低減して定着性を維持させ高い生産性を確保させることができる。

また、デューティ（Ｈ）は端部ヒータ６６のヒータＷ（ワット）数Ｍとデューティ（Ｇ）の積を第１発熱源６５のヒータＷ（ワット）数Ｍで変換したデューティＩと第１発熱源６５のもともとのデューティＪを足した時にフル点灯１００%以上となる時にその余剰分を端部ヒータ６６に再度変換して戻したデューティとする構成としている。この場合は端部ヒータ６６が６００Ｗ定格ヒータでデフォルトデューティ（Ｇ）が８０%として、中央ヒータ６５が７００Ｗ定格ヒータでデフォルトデューティ８０%点灯にしていたとすると、端部ヒータ６６をオフすると４８０Ｗを中央ヒータ６５のデフォルトデューティ出力５６０Ｗに加算するとトータル１０４０Ｗとなり、フル点灯７００Ｗより３４０Ｗ余剰となる。従って、３４０Ｗを端部ヒータ６６に戻して点灯させるのは３４０Ｗ／６００Ｗ＝５６．７%となる。そのため、端部温度をあまり下げずに中央の温度低下を防止できる。これにより、通常通紙でヒータ類６５、６６、７５のどれか１本はデューティ制御している状態で最大限のヒータ効率化を行い、電力ロスを低減して定着性を維持させ高い生産性を確保させることができる。

また、図１１は、本発明における定着装置の定着ローラの中央・端部ヒータで１サイクルの最初と最後になるようなヒータ実動出力の推移を示すグラフである。中央ヒータ６５の点灯デューティＩと端部ヒータ６６の点灯デューティ（Ｇ）は点灯時間を同一の周期において１サイクルの最初と最後になるように配置した構成にしている。
これは、同時に点灯開始すると２本の点灯時の突入電流が重なり、見かけ状の電力が高くでる。しかし、１サイクルの始まりと終わりでオン時間の始まりをずらしているので、２本の突入電流が重ならず、突入電流による電力ロスを低減している。この方法により定着のデューティ制御をする最大定格ヒータ、例えば中央ヒータ６５が７００Ｗ、端部ヒータ６６が６００Ｗとした時に高い方の中央ヒータ６５の７００Ｗヒータの突入電流の大きさだけにできる。突入電流による電力の加算を防止し電力ロスを低減することができる。

本発明の一実施形態である画像形成装置の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態である定着装置の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態である定着装置の平面の構成を示す断面図である。 通紙時における定着装置の定着ローラの中央・端部、加圧ローラの温度推移を示すグラフである。 本発明における定着装置の定着ローラの中央・端部ヒータ、加圧ヒータのヒータ実動出力推移を示すグラフである。 本発明における定着装置の定着ローラの中央・端部ヒータ、加圧ヒータのヒータ実動出力の推移を示すグラフである。 通紙時における定着装置の定着ローラの中央・端部、加圧ローラの温度推移を示すグラフである。 本発明における定着装置の定着ローラの中央・端部ヒータのヒータ実動出力の推移を示すグラフである。 本発明における定着装置の定着ローラの中央・端部ヒータのヒータ実動出力の推移を示すグラフである。 通紙時における定着装置の定着ローラの中央・端部、加圧ローラの温度推移を示すグラフである。 本発明における定着装置の定着ローラの中央・端部ヒータで１サイクルの最初と最後になるようなヒータ実動出力の推移を示すグラフである。

符号の説明

２０ 画像形成装置
２１Ｃ〜２１Ｂｋ 作像装置
２２ 転写装置
２３ 手差しトレイ
２４ 給紙カセット
２５Ｃ〜２５Ｂｋ 感光体ドラム
２６Ｃ〜２６Ｂｋ 現像装置
２７Ｃ 帯電装置
２８Ｃ クリーニング装置
２９ 書き込み装置
３０ 定着装置
４０ 定着ベルト
５０ 定着ローラ
５０ａ 定着ローラ弾性層
６０ 加熱ローラ
６３ａ、６３ｂ 温度検知（センサ）
６５ 中央ヒータ
６６ 端部ヒータ
７０ 加圧ローラ
７０ａ 加圧ローラ弾性層
７３ 温度検知（センサ）
７５ ヒータ

Claims (8)

1. 定着ローラとこれに圧接して回転する加圧ローラと、
   前記定着ローラとベルトを掛け渡される加熱ローラとを有する定着装置において、
   前記加熱ローラ内に中央発熱源と端部発熱源とからなる加熱発熱源を内蔵し、
   前記中央発熱源は通紙領域に対して、中央部の配光が高いハロゲンヒータであり、その領域の前記加熱ローラの温度を中央温度検知にて検知し、検知した温度と中央設定温度に基づいて前記中央部の配光が高いハロゲンヒータの点灯を制御し、
   前記端部発熱源は通紙領域に対して、端部の配光が高いハロゲンヒータであり、その領域又は通紙領域外の前記加熱ローラの温度を端部温度検知にて検知し、検知した温度と端部設定温度に基づいて前記端部の配光が高いハロゲンヒータの点灯を制御し、
   前記加圧ローラ内に加圧発熱源であるハロゲンヒータを内蔵しており、通紙領域内の前記加圧ローラの温度を加圧温度検知にて検知し、検知した温度と加圧設定温度にて前記加圧発熱源であるハロゲンヒータの点灯を制御し、
   かつ、
   前記それぞれのハロゲンヒータは点灯指令時に微小周期で間欠的に点灯させる構成（以下、「デューティ制御」と記す。）で消費電力制御し、通紙時に常に前記それぞれのハロゲンヒータの内どれかはデューティ制御していて、
   前記中央発熱源及び前記端部発熱源の内の１つのハロゲンヒータがその設定温度以上になった時、そのヒータのＷ（ワット）数分を前記中央設定温度、前記端部設定温度及び前記加圧設定温度それぞれの設定温度以下のハロゲンヒータの微小周期内の点灯時間（以下、「デューティ」と記す。）に振り分けて加算する
   ことを特徴とする定着装置。
2. 通紙時に、
   前記端部発熱源が端部設定温度以上になった時に、そのＷ（ワット）数分を前記中央発熱源のデューティを長くし、
   前記中央発熱源が中央設定温度以上になった時に、そのＷ（ワット）数分を前記端部発熱源のデューティを長くし、
   前記中央設定温度及び前記端部設定温度の両方が設定温度以上になった時に、前記加圧発熱源のデューティを長くするようにデューティを切り替える
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 通紙時に、
   前記端部発熱源が端部設定温度以上になった時に、そのＷ（ワット）数分を前記中央発熱源のデューティを長くし、
   前記中央発熱源が中央設定温度以上になった時に、そのＷ（ワット）数分を前記端部発熱源のデューティ又は前記加圧発熱源のデューティを長くするように振り分けてデューティを切り替える
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 通紙時に、
   前記中央温度検知が設定温度（Ａ）よりも低くなった時に、前記端部温度検知の設定温度（Ｂ）より下に設定温度（Ｄ）を定め、
   前記端部温度検知が設定温度（Ｄ）より低い場合は、設定されたデューティ（Ｇ）にて前記端部発熱源を点灯させ、設定温度（Ｄ）以上設定温度（Ｂ）より低い場合は、デューティ（Ｇ）より小さいデューティ（Ｈ）にて前記端部発熱源を点灯させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
5. 通紙時に、
   前記中央温度検知が設定温度（Ａ）よりも低くなった時に、前記端部温度検知の設定温度（Ｂ）の前記中央温度検知の設定温度の差分（Ｃ）を通紙時の前記中央温度検知の実測値（Ｘ）に加算した目標値（Ｘ＋Ｃ）とし、
   前記端部発熱源が設定温度（Ｂ）よりも低くなった時に、ヒータを点灯する際に、前記端部温度検知が前記実測値（Ｘ）に加算した目標値（Ｘ＋Ｃ）より低い場合は、設定されたデューティ（Ｇ）にて前記端部発熱源を点灯させ、目標値（Ｘ＋Ｃ）以上の設定温度（Ｂ）より低い場合は、デューティ（Ｇ）より小さいデューティ（Ｈ）にて前記端部発熱源を点灯させる
   ことを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
6. デューティ（Ｈ）は、前記端部発熱源のヒータＷ（ワット）数（Ｍ）とデューティ（Ｇ）の積を前記中央発熱源のヒータＷ（ワット）数（Ｍ）で変換したデューティ（Ｉ）と前記中央発熱源のもともとのデューティ（Ｊ）を足した時にフル点灯１００%以上となる時にその余剰分を前記端部発熱源に再度変換して戻したデューティとする
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の定着装置。
7. 前記中央発熱源の点灯デューティ（Ｉ）と前記端部発熱源の点灯デューティ（Ｇ）は点灯時間を同一の周期において１サイクルの最初と最後になるように配置した
   ことを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
8. 潜像を形成する像担持体と、
   前記像担持体の表面に均一に帯電を施す帯電装置と、
   帯電した前記像担持体の表面を露光し潜像を書き込む露光装置と、
   前記像担持体の表面に形成された潜像にトナーを供給し可視像化する現像装置と、
   前記像担持体の表面の可視像を直接又は中間転写体に転写した後に転写材に転写する転写装置と、
   前記転写材上のトナー像を定着させる定着装置とを備える画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、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。

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