JPH10282825A

JPH10282825A - 画像形成装置及びそれに用いられる加熱方式のヒートロール

Info

Publication number: JPH10282825A
Application number: JP9347397A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Kobayashi; 智己小林; Akihiko Kato; 彰彦加藤; Keiichiro Sato; 啓一郎佐藤; Kenji Hara; 謙治原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】画像形成装置の消費電力を拡張したり、画像
形成速度を低下させることなくヒートロール６ａの温度
の低下を抑えた画像形成装置を提供することを課題とす
る。【解決手段】ヒートロール６ａの外径に対する内径の
比を５０：１３以下に形成する。ヒートロール６ａの内
径はヒータ６ｃの外径の２．２倍以下にする。画像形成
時にヒータ６ｃに供給する電力を、装置のその他の部材
の負荷に応じて可変する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリンタ
などの画像形成装置及びそれに用いられる加熱方式のヒ
ートロールに係り、詳しくは、当該ヒートロールに対し
て加圧ロール等を圧接し、未定着トナー像が転写された
用紙などの転写材をそれらの間の定着位置において加熱
加圧することで転写材に画像を形成する画像形成装置、
並びにヒートロールの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような画像形成装置には、例えば、
感光体ドラムなどの潜像担持体上に画像情報に応じた電
位分布の静電潜像を形成し、その静電潜像を帯電済のト
ナーで現像し、更にその現像により形成されたトナー像
を用紙などの転写材上に転写定着させることで画像を形
成する電子写真方式のものがある。そして、このような
方式で画像を形成する装置では一般的に、互いに圧接し
て配置された加熱ロールと加圧ロールとで未定着トナー
像が形成された転写材を加熱加圧することで、転写材上
にトナー像を定着させている。

【０００３】更に、このような電子写真方式の画像形成
装置において加熱ロールは一般的に、円筒形状のヒート
ロールと、その円筒内部に円筒軸方向全体に亘るように
配設された加熱ランプとで構成されている。そして、こ
のような構成で加熱ランプは、装置を立ち上げる際にヒ
ートロール全体を所定の定着温度まで加熱し、しかも、
画像形成時には転写材によりヒートロールの熱が奪われ
てしまうので、上記定着温度を維持するように加熱して
いる。これにより、画像形成装置の定着条件は一定の加
熱加圧条件に維持され、複数の転写材に対して連続して
画像を形成することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
画像形成装置は、一般的な商用電源から電力を供給でき
るように構成することで汎用性を確保し、その結果、事
務所や会社などに広く普及するようになった。従って、
画像形成時に上記加熱ランプに供給することが可能な電
力も自ずと、この商用電源の範囲内で画像形成装置が動
作可能となるような範囲内に制限されている。そして、
従来、この商用電源の範囲内で画像形成装置の動作を保
証するためには、各部材の最大消費電力を見積もり、そ
の積算電力値が上記商用電源に納まるように設計する手
法を取っていた。従って、画像形成装置の高速化や多機
能化を図ろうとすればする程、上記発熱ランプに供給す
ることが可能な電力も段階的に小さくなってゆき、一分
間にＡ４用紙６０枚以上の速さ（以下これを６０ｃｐｍ
と呼ぶ）で画像を形成する装置や、ソーティングやステ
ープリングなどの後処理装置及び自動原稿送り装置など
を装着できる装置などでは、一般的に６００ｗ程度の供
給電力を確保するのが精一杯であった。

【０００５】他方、このような画像形成装置では、電源
投入時から装置が使用可能状態となる時までのウオーム
アップタイムの短さも装置の性能の一つとして考えられ
ている。そのため、従来、上記供給電力の下で高速化や
多機能化を図った画像形成装置では、画像形成時に使用
する発熱ランプの他にもう一つの発熱ランプを設け、ウ
オームアップ時にはその両方のランプを点灯させると共
に、ヒートローラの外径に対する内径の比を５０：２４
程度以上に形成して、ヒートローラの熱容量を必要最小
限の薄い肉厚に形成し、これによりウオームアップタイ
ムを短縮させるようにしている（特開昭６１−５９３８
０号公報を参照）。

【０００６】それ故、従来の高速機や高性能機などで
は、連続して転写材上に画像を形成した場合、ヒートロ
ールの温度が比較的短時間のうちに低下してしまい、し
かも、画像形成中にはヒートロールを十分に加熱するこ
とができず、その結果、数百枚程度の連続複写しかでき
なかった。具体例を挙げれば、Ａ４用紙に６０ｃｐｍ以
上の速度で画像を形成することができ、且つ、ステープ
ル付き２０ビンソータや４０ビンソータなどが装着可能
な自動原稿送り方式の高速高機能機では、３００枚程度
の連続画像形成枚数しか得られなかった。

【０００７】従って、従来においてこの具体例以上の総
合性能を追求する場合には、商用電源を１．５ｋＶＡ以
上（例えば２．０ｋＶＡなど）に拡張することで対応し
なければならなかった。ちなみに、先に例示した高速高
機能機に対する供給電力を２．０ｋＶＡに拡張した場合
には、最悪条件（低温低湿など）下においても６００枚
程度の連続画像形成枚数を確保することができる。また
逆に、これ以上の連続画像形成枚数を確保させようとし
た場合には、画像形成速度を低く抑えるなどのデグレー
ドとなる対策を講じる必要があった。

【０００８】そこで、本発明は、画像形成装置の最大消
費電力を拡張したり、画像形成速度を低下させることな
く加熱ロールの温度の低下を抑制し、その結果、最大消
費電力を１．５ｋＶＡ以下に抑えても、従来の装置より
も格段に大きい連続画像形成枚数を可能とするための技
術を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本願の第一の
発明は、画像形成装置において転写材を加熱加圧するた
めに使用される加熱方式のヒートロールであって、その
外径に対する内径の比が５０：１３以下となるような円
筒形状に形成されていることを特徴とするヒートロール
である。

【００１０】このようなヒートロールであれば、転写材
などに熱を奪われたとしても、その肉厚が厚い分、温度
低下が抑制される。

【００１１】本願の第二の発明は、円筒形状のヒートロ
ールと、その内部に配設された発熱源とからなり、画像
形成装置において転写材を加熱加圧するために使用され
るヒートロールであって、ヒートロールの内径が発熱源
の外径の２．２倍以下となるように構成されていること
を特徴とするヒートロールである。

【００１２】このようなヒートロールであれば、ヒート
ロールの内周面と発熱源とが略密着した状態となり、こ
れらの隙間から発熱源からの熱が逃げてしまうのを抑制
することができ、特にＡ３以上のサイズにおいて効率良
くヒートロールに熱を吸収させることができる。

【００１３】本願の第三の発明は、円筒形状のヒートロ
ール及びその内部に配設された発熱源からなる加熱方式
のヒートロールと、この発熱源に対して電力を供給する
供給手段とを有する画像形成装置において、この供給手
段は、画像形成中は、発熱源以外により消費されている
消費電力に応じた電力を発熱源に供給することを特徴と
する画像形成装置である。

【００１４】このような画像形成装置であれば、発熱源
に対して、発熱源以外により消費されている消費電力に
応じた最適な電力を供給することができ、画像形成装置
に対する最大供給電力を一定値以下に押さえつつ、発熱
源に対する供給電力を適宜増加させることができ、発熱
源に対して平均が６００Ｗ以上の電力を供給することが
できる。

【００１５】ところで、これらの発明において発熱源
は、従来と同様に複数本の発熱ランプで構成してもよい
が、定着ロールの外径などはだいたい数ｃｍに設計され
たものが一般的であり、更に本発明の条件を考慮する
と、１本の発熱ランプで形成した方がよい。また、この
ように発熱源を１の発熱ランプで形成した場合には、供
給手段は、ウオームアップ時には当該ランプの定格電力
を供給すると共に、画像形成時には発熱源以外により消
費されている消費電力に応じて所定の電力まで制限すれ
ばよい。このような構成であれば、ウオームアップ時と
画像形成時との電力切替と、画像形成中の負荷に応じた
電力制御とを同一制御方式で制御することができ、しか
も、制御系の構造を簡易化することもできる。

【００１６】このような電力制御に好適な制御方式とし
ては、例えば、サイクルスチール制御方式、カットオフ
制御方式、電圧調整制御方式、位相調整制御方式などが
ある。先ず、サイクルスチール制御方式とは、交流電力
を出力する電源部材と、加熱ロールの温度や供給電力の
設定値に応じてこの交流電力から１サイクル毎に電力を
間引き、それを発熱源に供給する調整部材とで供給手段
を構成し、この間引き数を制御することで供給電力を制
御する方式である。また、カットオフ制御方式とは、交
流電力を出力する電源部材と、所定の時間間隔ごとに、
加熱ロールの温度や供給電力の設定値に応じた時間だけ
電力供給を停止する調整部材とで供給手段を構成し、こ
の電力供給停止期間を調整することで供給電力を制御す
る方式である。次に、電圧調整制御方式とは、交流電力
を出力する電源部材と、加熱ロールの温度や供給電力の
設定値に応じてこの交流電圧の大きさを変化させる調整
部材とで供給手段を構成し、供給電力の電圧の大きさを
調整することで供給電力を制御するものである。なお、
ヒータの実消費電力と定格電力とは下式（１）の関係に
ある。最後に、位相調整制御方式とは、交流電力を出力
する電源部材と、加熱ロールの温度や供給電力の設定値
に応じてこの交流電圧と交流電流との位相差を変化させ
る調整部材とで供給手段を構成し、供給電力の交流電圧
と交流電流との位相差を制御することで供給電力を制御
する方式である。

【００１７】

【数１】ヒータの実消費電力＝（入力電圧／定格電圧）^1.54×定格電力 …（１）

【００１８】そして、この供給手段による画像形成時の
供給電力の大きさは、発熱源以外により消費されている
消費電力と合成された際に、画像形成装置に供給するこ
とができる電力を越えない範囲内となるように設定され
ていれば如何なるものでもよい。これを実現する具体的
な構成例としては、先ず、装置の稼働条件を判別する判
別部材と、装置の稼働状態の分類と各分類における供給
手段に対する供給電力の設定値とを対応させて記憶する
記憶部材と、上記判別部材の判別結果に応じた供給電力
の設定値を記憶部材から呼び出して供給手段に設定する
設定部材とからなる設定手段を設け、この供給手段に設
定する画像形成中の供給電力の設定値を、予め設定した
供給電力の設定値に従って変更させるように構成すれば
よい。また、発熱源以外により消費されている消費電力
を検知する検知部材と、この消費電力から余剰電力を判
別し、その余剰電力を供給手段に設定する設定部材とか
らなる設定手段を設け、この供給手段に設定する画像形
成中の供給電力の設定値を、装置の消費電力に応じてリ
アルタイムに変更させるように構成してもよい。更に、
装置の稼働条件を判別する判別部材と、発熱源以外によ
り消費されている消費電力を検知する検知部材と、この
判別部材の判別結果と検知部材の検知電力とを対応させ
て記憶する記憶部材と、この記憶部材に記憶されている
装置の稼働条件と一致する稼働条件において装置が動作
する場合には、それに対応する消費電力から余剰電力を
判別し、その余剰電力を供給手段に設定する設定部材と
からなる設定手段を設け、装置の稼働条件と余剰電力と
の関係を学習し、その学習結果に応じて供給手段に設定
する供給電力の設定値を変更するものであっも構わな
い。なお、これらの設定動作は、手動により設定を変更
するものであっても、自動的に設定を変更するものであ
ってもよい。

【００１９】また、このように画像形成中の供給電力を
負荷に応じて変更する場合、実際には、その変更のタイ
ミングをリアルタイムで判断して制御するのは難しい。
そこで、以下に示すような装置の動作条件を判別して、
それに応じて電力を変更するように制御させるのが現実
的である。このような電力制御に使用することができる
動作条件としては、例えば、原稿送り装置の動作条件、
転写材供給装置の動作条件、転写材排出装置の動作条
件、後処理装置の条件などのシート搬送条件が変化した
場合がある。このようにシート搬送条件が変化すれば、
それによる消費電力も変化するからである。このシート
搬送条件において、原稿送り装置の動作条件としては例
えば、送り出しのタイミングの違い、駆動時間の違い、
用紙の厚さやサイズなどによる負荷の違いなどが、転写
材供給装置の動作条件としては例えば、標準カセットや
大容量カセットからの送り出しなのかあるいは手差トレ
イからの送り出しなのか、大容量カセットなどにおける
画像形成中の転写材補給によるリフトアップ動作中なの
か否かなどが、転写材排出装置の動作条件としては例え
ば、ソートの有無、１枚ソートなのか多数枚ソートなの
か、転写材の用紙重量に起因する負荷の違いなどが、後
処理装置の条件としては例えば、ステープルの有無、パ
ンチの有無、製本動作の有無などが挙げられ、設定手段
は例えばこれらの動作条件の変化に合わせて供給電力の
設定値を変化させればよい。

【００２０】他にも、設定手段が当該設定値を変化させ
る際に参照できる動作条件としては、例えば、連続画像
形成枚数、原稿サイズ、倍率、転写材サイズ、単位時間
当たりの画像形成枚数（転写材サイズ毎に異なるｃｐｍ
の場合）、両面／片面などの画像形成条件が変化した場
合がある。この画像形成条件が変化すれば、それによる
消費電力はやはり変化する。この画像形成条件におい
て、連続画像形成枚数としては例えば、１部ずつ画像を
形成する単モードあるいは複数部ずつ画像を形成する連
続モードのどちらなのかなどが、原稿サイズとしては例
えば、原稿が最大サイズなのか、最小サイズなのかなど
が、倍率としては例えば、等倍、拡大、縮小のいずれか
なのかなどが、転写材サイズとしては例えば、最大サイ
ズなのか最小サイズなのかなどが、単位時間当たりの画
像形成枚数としては、例えば、Ａ４横送りでは８０ｃｐ
ｍ、Ａ４縦送り／Ａ３横送りでは６０ｃｐｍ、Ａ２縦送
りでは２０ｃｐｍとなるように転写材サイズ毎に異なる
ｃｐｍが設定されているのか否かが、最後に、両面／片
面としては、例えば、連続片面、連続両面、原稿による
ミックスサイズなのか否かなどが挙げられ、設定手段は
例えばこれらの動作条件の変化に合わせて供給電力の設
定値を変化させればよい。

【００２１】なお、このように発熱源に対する供給電力
を制御するようにした画像形成装置では更に、設定手段
が、画像形成装置に供給することができる供給電力、例
えば１．５ｋＶＡと、２．０ｋＶＡとに応じても、供給
手段に設定する供給電力を変化させるようにしてもよ
い。このように構成すれば、上記本発明の対策のみでは
一般商用電源の電力の下では十分な電力を発熱源に供給
することが難しいような場合にであっても、電源部分の
交換などをすることなく、装置への供給電力を変更する
だけで十分な電力を発熱源に供給することが可能とな
り、装置の汎用性が更に向上する。

【００２２】

【実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明の実施
形態を説明する。

【００２３】実施形態１図１に、後処理装置として２０ビンステープルソータを
採用した場合の本発明の実施形態にかかる画像形成装置
を示す。

【００２４】同図において、１は光が照射されることに
より導電性が変化する導電特性を有する感光体ベルト、
２は感光体ベルト１を帯電する帯電ロール、３は感光体
ベルト１に原稿Ｐｓによる反射光を照射させる露光系部
材、４は感光体ベルト１に帯電トナーを供給する現像装
置、５は転写位置において感光体ベルト１に転写電圧を
印加する転写ロール、６は定着位置において互いに圧接
されたヒートロール６ａ及びプレッシャロール６ｂから
なる定着装置である。また、上記露光系部材３は、原稿
Ｐｓが載置されるプラテンガラス３ａ、この原稿Ｐｓに
光を照射しつつ移動する露光ランプ３ｂ、この原稿Ｐｓ
による反射光を移動しながら反射して感光体ドラム１上
の所定の位置に結像させる光学素子３ｃであり、露光ラ
ンプ３ｂを点灯した状態で露光ランプ３ｂ及び光学素子
３ｃを適当に移動させることで原稿Ｐｓを走査して感光
体ベルト１上に潜像を形成するものである。

【００２５】そして、このような画像形成装置では、先
ず、帯電ロール２により感光体ベルト１を帯電した後、
この感光体ベルト１に露光系部材３により光を照射する
ことで、感光体ベルト１上に原稿Ｐｓの画像に応じた電
位分布の静電潜像を形成する。次に、この静電潜像を現
像装置４で現像して電位分布に応じた濃度分布のトナー
像を形成する。最後に、転写ロール５がこのトナー像を
転写位置に供給された用紙Ｐｏに対して転写し、定着装
置６がこの未定着トナー像が形成された用紙Ｐｏを定着
位置において加熱加圧することで、用紙Ｐｏ上に画像を
形成する。なお、このような画像の形成方式は電子写真
方式と呼ばれている。

【００２６】なお、同図において、７は転写後の感光体
ベルト１をクリーニングするクリーニング装置、８は清
掃後の感光体ベルト１を除電する除電ランプであり、こ
れらの作用により感光体ベルト１は一定の状態に維持さ
れ、連続的に高画質の画像を形成できるようになってい
る。

【００２７】また、本実施形態の画像形成装置では、画
像形成装置の多機能化、高速化を図るために種々の工夫
がなされている。

【００２８】具体的には、第一に、本実施形態の画像形
成装置では、複数の原稿Ｐｓを載置することができる原
稿トレイ９ａを有すると共に、この原稿トレイ９ａ上に
載置された原稿Ｐｓを１枚ずつ連続的に上記プラテンガ
ラス３ａ上に供給する自動原稿送り装置９が装置本体の
上部に設けられている。また、静電潜像が書き込まれる
感光体１がベルト形状に形成されると共に、そのベルト
面の移動方向とは反対方向に上記光学系部材３による結
像位置が移動するように構成されている。従って、上記
画像形成装置では、原稿トレイ９ａ上に１乃至複数の原
稿Ｐｓを載置するだけで、原稿Ｐｓをプラテンガラス３
ａ上に１枚ずつ連続的に供給すると共に、原稿Ｐｓの画
像を高速に読み取って感光体ベルト１上に静電潜像を形
成することができる。具体的には、Ａ４サイズの原稿Ｐ
ｓを長手送り（以下、ＬＥＦとも記載する）となるよう
に原稿トレイ９ａに載置した場合には、８０枚／分で原
稿Ｐｓの画像を読み取り、感光体ベルト１上に静電潜像
を形成することができる程に高速化されている。

【００２９】第二に、この画像形成装置では、装置本体
の下部に、多数の用紙Ｐｏを収容することができる３つ
の用紙トレイ１０が配置されている。これにより、上記
画像形成装置では、用紙Ｐｏを１枚ずつ連続的にしかも
高速で転写位置に供給することが可能となっている。具
体的には、Ａ４サイズの用紙Ｐｏを長手送りとなるよう
に用紙トレイ１０に載置した場合には、８０枚／分で用
紙Ｐｏを転写位置に供給することができる程に高速化さ
れている。

【００３０】第三に、この画像形成装置では、装置本体
の一側部に、Ａ２サイズの用紙Ｐｏを載置することがで
きる手差しトレイ１１が配設されている。これにより、
通常のコピー機では画像を形成することができないＡ２
サイズの用紙Ｐｏへのコピーが可能となっている。

【００３１】第四に、この画像形成装置では、定着装置
６から排出された用紙Ｐｏを裏返しつつ再度転写位置に
供給するための反転搬送経路１２が設定されている。こ
れにより、片面に画像が形成された用紙Ｐｏの裏面にも
画像を形成することができ、両面コピーが可能となって
いる。

【００３２】最後に、この画像形成装置では、後処理装
置１３として２０ビンのソータ、４０ビンのソータある
いは２０ビンのステープルソータといった各種のソータ
を増設することができる。そして、例えば２０ビンのス
テープルソータを増設した場合には、単に画像が形成さ
れた用紙Ｐｏをトップトレイ１３ａ上に積載するだけで
なく、複数のビントレイ１３ｂを用いて用紙Ｐｏを各部
毎に仕分けしたり、ステープラ１３ｃにより各部毎に仕
分けした用紙Ｐｏをホチキス止めしたりすることができ
る。

【００３３】また、このように本実施形態の画像形成装
置では、装置の機能が多種多様に渡っているので、装置
本体の上部にユーザインターフェイス装置１４を設ける
と共に、図２に示すように、このユーザインターフェイ
ス装置１４からの設定情報に応じて制御手段１５が上記
各種の部材（１〜１３）の動作を制御するように構成さ
れている。

【００３４】ところで、本実施形態では、このような構
成を前提に、図３に示すように定着装置６を構成すると
共に、図４に示すように電力供給装置を構成した。

【００３５】定着装置６は、円筒形状に形成されたアル
ミニウム製のヒートロール６ａと、このヒートロール６
ａの円筒内部に配設された１本のヒータ６ｃと、定着位
置においてこのヒートロール６ａに圧接されたプレッシ
ャロール６ｂとで構成されている。

【００３６】そして、本実施形態では、図５に示すよう
に、ヒートロール６ａを加熱する発熱源を外径φ６ｍｍ
で定格１０００Ｗの一本のヒータ６ｃにより構成するこ
とで、図６に示すような２本のヒータ６ｃを使用してい
た従来の高速機に比べて発熱源の専有空間を縮小し、そ
の分ヒートロール６ａを外径５０ｍｍ、内径１３ｍｍと
してヒートロール６ａの熱容量を稼いでいる。これによ
り、用紙Ｐｏなどにより一時的に大きな熱を奪われるこ
とがあったとしても、それによるヒートロール６ａの温
度変化が抑制され、図６に示す従来のヒートロールより
も連続した画像形成が可能となる。なお、図７のよう
に、ヒートロール６ａの両端部の軸受け部６ｆの強度を
確保する目的などにより、ヒートロール６ａの一部の内
径（同図ではｄ₂'' ）が本発明の条件（外径に対する内
径比が５０：１３以下）を満たすように形成されていた
としても、本発明に含まれないことは言うまでもない。
逆に、ヒートロール６ａの軸方向長さの７０％以上の部
位において上記本発明の条件を満たすように形成されて
いれば本発明の効果は期待できる。また、現時点の技術
力ではＡ２幅に対応できる長さであって１０００Ｗ前後
の定格を有するヒータ６ｃは、６ｍｍ以下の外径
（ｄ₃）に形成するのは難しいので、上記ヒートロール
６ａの内径（ｄ₂）もランプ管径の公差、反り、取付誤
差などを考慮すると少なくとも９ｍｍ以上に形成した方
がよい。更に、図８に示すように、ヒータ６ｃには一般
的に内部にガスを封入するための凸部６ｇが形成されて
いるが、本実施形態では、この凸部６ｇがヒートロール
６ａの外側に位置するようにヒータ６ｃを形成すること
で、このガス封入用凸部６ｇとヒートロール６ａとが接
触しないように構成した。他にも、図９に示すように、
ヒートロール６ａの内面の当該凸部６ｇに対応する部位
に凹溝６ｈを形成したり、ヒートロール６ａの内面の当
該凸部６ｇからみた一端側全体の内径を他端側の内径よ
りも大きく形成することでも、ガス封入用凸部６ｇとヒ
ートロール６ａとの接触を防止することができる。

【００３７】また、本実施形態では、上記ヒートロール
６ａには、その軸方向と平行に３つのヒートパイプ６ｉ
を埋設し、且つ、各ヒートパイプ６ｉ内部に水又は不活
性ガス等を封入している。従って、図１０に示すよう
に、このヒートロール６ａの軸方向の長さよりも幅が狭
い用紙（例えばＡ４用紙）などに対して連続して画像を
形成した場合には、ヒートロール６ａの温度分布がロー
ル軸方向において不均一なものとなってしまうが、この
ヒートパイプ６ｉ内の液体がこの温度勾配に応じて対流
することによりその不均一の程度が抑制される。具体的
には、図１１に示すように、Ａ４用紙を８０ｃｐｍで連
続通紙した場合に発生するヒートロール６ａの両端部の
最大温度差を、有効に使える熱が増えて改善効果有りと
みなすことができる７度以下に抑えることができた。ち
なみに、ヒートパイプ６ｉを埋設しなかった場合には、
同図に示すように、上記最大温度差を７度以下に保つこ
とができるのは、Ａ４用紙を６０ｃｐｍで連続通紙する
場合までであり、更に、従来のヒートロール（ヒートパ
イプ６ｉ無し、内径（ｄ₂）が２４ｍｍ）ではＡ４用紙
を４０ｃｐｍで連続通紙する場合までである。

【００３８】更に、本実施形態では、上記ヒートパイプ
６ａの両端の軸受け部６ｆは、図１２に示すように、ア
ルミニウム製のヒートロール本体６ｅと一体に成形され
ている。このように形成しても、ヒートロール６ａの内
径（ｄ₂）が１３ｍｍと小さいため軸受け部６ｆの肉厚
を稼ぐことができ、軸受け部６ｆの強度を確保すること
ができている。ちなみに、内径（ｄ₂）が１６ｍｍ以下
であれば、軸受け部６ｆの外径（ｄ₄）を２８ｍｍに形
成すると共に、軸受け部６ｆに２００ｋｇｆ加重した状
態で３８６ｍｍ／ｓの周速度で回転させても、それに耐
えることができる。なお、従来のヒートロール６ａの軸
受け部６ｆは、図１３に示すように、アルミニウムのヒ
ートロール本体６ｅの両端部に、別体に形成したステン
レス製の軸受け部６ｆを溶接することで形成されてお
り、そのようなヒートロール６ａと比べると本実施形態
のヒートロール６ａは、作業工数、工作製、取付け精度
が格段に向上している。

【００３９】他方、電力供給装置は、商用電源に接続さ
れた４つの電力供給ユニットからなる。４つの電力供給
ユニットは、モータ、ソレノイド、制御基板などの低電
圧で作動する各種の部材に電力を供給する低電圧ユニッ
ト（ＬＶＰＳ）１６、露光ランプ３ｂに高い電力を供給
する露光ランプ用高電圧ユニット（ＦＬＰＳ）１７、除
電ランプ８に高い電力を供給する除電ランプ用高電圧ユ
ニット（ＥＬＰＳ）１８、及び上記ヒータ６ｃに電力を
供給するヒータ用電源ユニット（ＨＲＰＳ）１９とから
なる。

【００４０】特に、このヒータ用電源ユニット１９は、
ヒートロール６ａの表面温度を検出するためにヒートロ
ール６ａの表面に当接して配置された温度検知素子１９
ａと、この温度検知信号と共に、画像形成装置に供給さ
れる定格電力の情報や画像形成装置の設定情報が入力さ
れ、これらの入力情報に応じて電圧印加信号を出力する
ＣＰＵなどの処理部材１９ｂと、この処理部材１９ｂが
電圧印加信号波形を決定する際に使用する各種のテーブ
ルデータが記憶された記憶部材１９ｃと、上記電圧印加
信号が入力され、その入力に応じて商用電源の交流電圧
をヒータ６ｃに印加させるスイッチング部材（ＳＳＲ）
１９ｄとからなる。なお、本実施形態の画像形成装置に
は、通常の画像形成装置とは異なり、１．５ｋＶＡと
２．０ｋＶＡとの２種類の定格電力を供給できるように
なっている。また、この電源ユニット１９を１．５ｋＶ
Ａ用と２．０ｋＶＡ用とを用意して、交換しても構わな
い。

【００４１】更に、この電圧印加信号によりヒータ６ｃ
への電力供給を制御する処理部材１９ｂは、上記画像形
成装置に供給される定格電力の情報や画像形成装置の設
定情報に応じて、所定の単位時間当たりの電力供給時間
（つまり電圧印加信号の波形）を可変すると共に、上記
温度検知信号に応じて当該単位時間ごとの電力供給を供
給／停止するように制御を行う。具体的には、図１４に
示すように、この処理部材は、先ず、画像形成が開始さ
れたら、画像形成装置に供給される定格電力や画像形成
装置の設定に応じてヒータへの供給電力を決定し、この
供給電力に応じたカットオフ時間（＝上記単位時間当た
りの電力遮断時間）を決定する（Ｓ１）。なお、実際に
は、定格電力や画像形成装置の設定に対応させたカット
オフ時間のデータが上記記憶部材１９ｃにテーブルとし
て記憶されており、それを参照して決定している。次
に、温度検知信号からヒートロールの温度（ｔ）を判断
し（Ｓ２）、それがヒートロールの設定温度（Ｔ₀）よ
りも低い場合には、電圧印加信号を出力してヒータへ電
力を供給する（Ｓ４〜Ｓ９）。特に、このヒートロール
の温度（ｔ）が、その温度より以下に下がってしまった
ら定着不良が発生してしまう定着可能最低温度（Ｔ_L）
よりも低下していたら（Ｓ４）、画像形成を中断した上
でヒータ６ｃへ電力を供給し（Ｓ６，Ｓ７）、ヒートロ
ール６ａの温度が設定温度（Ｔ₀）以上に回復するよう
に制御する（Ｓ７，Ｓ８）。そして、このヒートロール
６ａの温度判別（Ｓ２）からヒータ６ｃへの電力供給ま
での制御（Ｓ９）を上記所定の時間毎に画像形成完了ま
で繰り返す（Ｓ１０）。

【００４２】従って、本実施形態では、図１５に示すよ
うに画像形成スタート信号が入力され（同図（ａ））、
用紙Ｐｏなどによりヒートーロール６ａの熱が奪われ、
ヒートロール６ａの温度（ｔ）が設定温度（Ｔ₀）以下
になると（同図（ｂ））、処理部材１９ｂから電圧印加
信号が出力され（同図（ｄ））、交流電圧がヒータ６ｃ
に供給されて（同図（ｅ））、ヒートロール６ａの温度
降下が抑制される。この時、ヒータ６ｃへの供給電力
は、電圧印加信号に応じて（同図（ｆ））のように変化
し、供給電力が決定される。

【００４３】ところで、本実施形態では、上記処理部材
１９ｂの電力制御における所定の単位時間を７５０ｍｓ
に設定して、処理部材１９ｂによる制御をカットオフ制
御とした。このように設定することにより、画像形成装
置の最大印字速度（Ａ４ＬＥＦで８０ｃｐｍ）に加熱サ
イクルを略一致させることができ、電源電力の力率など
を改善しつつ、ヒートロール６ａの温度が用紙Ｐｏ毎に
変動してしまうことを抑制することができる。なぜな
ら、この所定の単位時間を７５０ｍｓ以上に設定した場
合には、その切替タイミングにより狙った電力制御がで
きないため、また、電源供給を時分割で遮断する場合に
は、その時分割の間隔が短くなればなるほど、電源遮断
時間が細分化されて電源電力の力率が悪化してしまうか
らである。

【００４４】また、本実施形態では、このカットオフ制
御における電源遮断時間（カットオフ時間）を、上記画
像形成装置に供給される定格電力の情報や画像形成装置
の設定情報に応じて変化させることで、ヒータ６ｃ以外
に消費されている消費電力などに応じて、ヒータ６ｃに
供給することができる最大消費電力を変化させるように
構成した。具体的には、本実施形態では、ヒータ６ｃと
して１０００Ｗ定格のものを使用すると共に、上記定格
電力が１．５ｋＶＡの下でのヒータ６ｃへの最低供給電
力を６００Ｗに設定した。従って、画像形成装置に２．
０ｋＶＡの定格電力が供給される場合には、ヒータ６ｃ
へ供給することができる電力がその定格まて供給するこ
とができる（但し、０．５ｋＶＡ＝０．５ＫＷではない
ので、これらの力率を考慮する必要がある）。つまり、
このカットオフ制御では、カットオフ時間０ｍｓで１０
００Ｗの電力を供給するような交流電力源によりヒータ
６ｃに電力が供給されていることになる。

【００４５】他方、画像形成装置に１．５ｋＶＡの定格
電力が供給されている場合には、連続画像形成枚数、用
紙サイズや用紙供給装置（用紙トレイ１０あるいは手差
しトレイ１１）に応じた単位時間当たりの画像形成枚
数、原稿送り装置（ＡＤＦ）９の動作条件、後処理装置
１３の動作条件に応じて、カットオフ時間を変化させる
ようにした。その設定モードとカットオフ時間との対応
表を図１６に示す。同図において、ｃｐｍとは単位時間
当たりの画像形成枚数を意味し、モードとは設定情報を
所定の方法にて分類した設定モードを意味する。

【００４６】以下、この図１６のようなカットオフ時間
の分類となった理由を詳細に説明する。先ず、本実施形
態の画像形成装置では、図１７に示すように、後処理装
置を使用しない場合、後処理装置として２０ビンソータ
を増設した場合、あるいは後処理装置として２０ビンス
テープルソータを増設した場合の各場合において、異な
る大きさの余剰電力が発生する。また、各増設の場合に
おいても、設定部数に応じて余剰電力の大きさは異な
る。具体的に説明すると、後処理装置を使用しない場合
には設定部数に応じて９０〜１３０Ｗの余剰電力が発生
し、２０ビンソータを増設した場合には６０〜１３０Ｗ
の余剰電力が発生し、更に、２０ビンステープルソータ
を増設した場合にはトップトレイ排出時に６０〜１３０
Ｗの余剰電力が発生し、ビントレイ排出時に０〜９０Ｗ
の余剰電力が発生している。

【００４７】なお、この図において、設定部数を１〜９
部の場合と１０部以上の場合とで分類しているのは、本
発明の画像形成装置では部数毎に消費電力が異なるるた
めであり、更に実用上の使用状態と比べて電力の問題が
発生しないように分類した結果である。

【００４８】そして、図１６における設定モードとは、
この図１７に示される各種の設定を、供給できる余剰電
力の大きさに基づいて分類したものを意味する。従っ
て、例えば、２０ビンステープルソータを増設した装置
において１〜９部の複写部数を設定し且つビントレイに
排出させる場合には、図１７において余剰電力が０Ｗな
ので図１６に示す０Ｗモードのカットオフ時間が設定さ
れることになり、２０ビンステープルソータを増設した
装置において５１〜９９９部の複写部数を設定し且つト
ップトレイに排出させる場合には、図１７において余剰
電力が１３０Ｗなので図１６に示す１３０Ｗモードのカ
ットオフ時間が設定されることになる。

【００４９】また、図１６において、単位時間当たりの
用紙搬送枚数（ｃｐｍ）に応じてカットオフ時間を変更
しているのは、用紙Ｐｏのサイズ毎に、単位時間当たり
の用紙搬送枚数が異なったり、用紙Ｐｏを転写位置など
に供給するために必要となる消費電力が異なったりし
て、その結果余剰電力の大きさも異なるからである。ち
なみに、本実施形態の画像形成装置では、図１９に示す
ように、用紙トレイ１０からＡ４ＬＥＦ以下の用紙Ｐｏ
を送った場合には８０ｃｐｍ（ｃｏｐｙｐｅｒｍｉ
ｎｕｔｅ）、用紙トレイ１０からＢ４ＬＥＦ以上の用紙
Ｐｏを送った場合には６０ｃｐｍ、手差しトレイ１１か
らＡ３ＬＥＦ以下の用紙Ｐｏを送った場合には４０ｃｐ
ｍ、手差しトレイ１１からＡ２ＳＥＦの用紙Ｐｏを送っ
た場合には２０ｃｐｍに設定されている。そして、一般
的には、このｃｐｍが小さくなるほど余剰電力は増加す
る傾向にある。

【００５０】そして、これらの余剰電力の変動要因に基
づいて余剰電力の測定データを分類すると、本実施形態
の画像形成装置では、図２０に示すように各設定モード
でのヒータ６ｃへの供給電力が求まることになり、これ
に基づいて上記図１６の各設定モードにおけるカットオ
フ時間は算出されている。なお、本実施形態のように、
ヒータ６ｃに供給する電力を制御するために供給時間を
変化させるように制御した場合には、電力供給をｏｆｆ
からｏｎに切り換えた際に突入電流が流れ、それにより
突入電力がヒータ６ｃにより消費されることになるの
で、本実施形態では、図２１に示すように、カットオフ
時間の長さに応じて変化する突入電力の大きさを見込ん
で、ヒータ６ｃに供給する電力が上記図２０の供給電力
を越えないようにカットオフ時間を設定している。

【００５１】なお、本実施形態の画像形成装置では１０
００Ｗ定格のヒータを使用しているので、１．５ｋＶＡ
の商用電源に接続されている場合には、装置立ち上げ時
などのヒータ６ｃ以外の部分における消費電力が画像形
成時に比べて格段に少なくなる場合においても、その余
剰電力をヒータ６ｃに供給するようにし、装置の立ち上
げ時間などを短縮化させるようにした。これにより、従
来の２本ランプを使用した画像形成装置と同等のスター
トアップ時間にすることができた。

【００５２】以上のとおりに構成された画像形成装置を
用いて、１．５ｋＶＡの供給電力の下で、且つ、低温低
湿の最悪条件下で、Ａ４横送りサイズの用紙Ｐｏを用紙
トレイ１０に格納して連続して画像を形成する実験を行
った。その結果、本実施形態の画像形成装置では、６５
０枚以上の用紙に画像を形成しても装置の動作が中断す
ることはなく、従来の２．０ｋＶＡの供給電力で動作す
る装置と同等の連続複写動作が可能となった。従って、
低温低湿の最悪条件下において９９９枚の連続複写動作
を行った場合であっても、中断動作の発生回数を半減さ
せることができた。

【００５３】なお、図２２には、本発明の画像形成装置
におけるヒータ６ｃへの供給電力と連続画像形成可能枚
数との関係を示す。この図はＡ４サイズの用紙ＰｏをＬ
ＥＦとなるように用紙トレイ１０に収容し且つ８０ｃｐ
ｍで搬送させた場合のデータである。ここからも、本実
施形態のように、ヒータ６ｃに対して７００Ｗ以上の電
力を供給することができれば、９９９枚（１０００枚）
のＡ４用紙Ｐｏに対して中断することなく画像を形成す
ることができることが判る。

【００５４】また、図２３に、本実施形態の画像形成装
置において、内径（ｄ₂）が２４〜１０ｍｍのヒートロ
ール６ａに変更し、６５０Ｗの一定電力を供給した場合
の成績を示す。同表において、熱容量は内径（ｄ₂）が
２４ｍｍのヒートロール６ａを１００％とした時の相対
容量で示され、連続画像形成枚数はＡ４用紙を８０ｃｐ
ｍで搬送した場合のデータであり、温度分布はその連続
通紙時のヒートロール６ａ両端部の最大温度差を意味す
る。同図から明らかなように、ヒートロール６ａの内径
（ｄ₂）を１３ｍｍ以下にすれば、５００枚以上の連続
画像形成枚数が得られ、画像形成装置に最大部数（９９
９部）を設定した場合においての遮断回数を半減するこ
とができる。また、温度分布も７度以下に抑えることが
できる。

【００５５】更に、図２４に、本実施形態の画像形成装
置において、ヒートローラ６ａの熱容量を１２７％に固
定しつつ、ヒートローラ６ａの内径（ｄ₂）をヒータ６
ｃの外径（ｄ₃＝６ｍｍ）の４倍〜１．７倍となるよう
に変更した場合の成績を示す。連続画像形成枚数の測定
はＡ４用紙を８０ｃｐｍで搬送し、且つ、６５０Ｗの電
力をヒータに供給した場合のデータであり、ウオームア
ップタイムとは電源投入時を想定して１０００Ｗの電力
を供給した場合の定着温度に到達するまでのデータであ
る。同図から明らかなように、ヒートローラ６ａの内径
（ｄ₂）をヒータ６ｃの外径（ｄ₃）の２．２倍以下に
形成した場合には、連続画像形成枚数を６００枚以上に
することができ、しかも、ウォームアップタイムを９分
以下に短縮することができる。これらの結果から、ヒー
トロール６ａの内径（ｄ₂）をヒータ６ｃの外径
（ｄ₃）の２．２倍以下とすれば、ヒートロール６ａの
内周面とヒータ６ｃとが略密着した状態となって、これ
らの隙間からヒータ６ｃからの熱が逃げ難くなり、その
結果、効率良くヒートロール６ａに熱を吸収されること
ができることが判る。

【００５６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本願の第一
の発明のヒートロールでは、外径に対する内径の比が５
０：１３以下となるように形成されているので、画像形
成装置の最大消費電力を拡張したり、画像形成速度を低
下させることなく、ヒートロールの温度の低下を抑制す
ることができ、その結果、最大消費電力を１．５ｋＶＡ
以下に抑えても、６００枚程度の連続した画像形成が可
能となる。

【００５７】また、本願の第二の発明の加熱ロールで
は、ヒートロールの内径が発熱源の外径の２．２倍以下
となるように構成して、効率良くヒートロールに熱を吸
収させることができるので、画像形成装置の最大消費電
力を拡張したり、画像形成速度を低下させることなく、
加熱ロールの温度の低下を抑制することができ、その結
果、最大消費電力を１．５ｋＶＡ以下に抑えても、６０
０枚程度の連続した画像形成が可能となる。

【００５８】更に、本願の第三の発明の画像形成装置で
は、発熱源以外により消費されている消費電力に応じて
発熱源に対する供給電力を設定するので、画像形成装置
の最大消費電力を拡張したり、画像形成速度を低下させ
ることなく、ヒートロールの温度の低下を抑制すること
ができ、その結果、最大消費電力を１．５ｋＶＡ以下に
抑えても、６００枚程度の連続した画像形成が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１にかかる画像形成装置の
概略構成図。

【図２】図１の画像形成装置の制御系のブロック図。

【図３】図１の画像形成装置で用いた定着装置の概略
構成図。

【図４】図１の画像形成装置の電源系のブロック図。

【図５】図３の定着装置で用いた加熱ロールの拡大断
面図。

【図６】従来の加熱ロールの拡大断面図。

【図７】従来の他のヒートロールの端部拡大断面図。

【図８】図５の加熱ロールにおけるヒータの凸部とヒ
ートロールとの配設位置関係図。

【図９】ヒータの凸部とヒートロールとの他の配設位
置関係の例。

【図１０】Ａ４長手送り（ＬＥＦ）で画像を形成した
場合のヒートロールの温度分布の変化（（Ａ）は画像形
成開始直前の温度分布、（Ｂ）は画像形成終了直後の温
度分布）。

【図１１】Ａ４長手送り（ＬＥＦ）における用紙搬送
速度（ｃｐｍ）と、ヒートロールの両端部の温度差との
関係図（（ａ）は従来のヒートロールの場合、（ｂ）は
ヒートパイプが無い場合、（ｃ）は本実施形態のヒート
ロールの場合）。

【図１２】本実施形態のヒートロールの端部拡大断面
図。

【図１３】従来のヒートロールの端部拡大断面図。

【図１４】図４の処理部材の制御シーケンス。

【図１５】図４のヒータ用電源ユニットの動作説明
図。

【図１６】図４の記憶部材に記憶されたテーブルの
例。

【図１７】図１の画像形成装置においてＡ４サイズの
用紙をＬＥＦで用紙トレイから搬送した場合に生じる余
剰電力と、各種の設定との関係の一覧表。

【図１８】図１の画像形成装置における各種シートト
レイの収容容量の一覧表。

【図１９】図１の画像形成装置における用紙搬送速度
の一覧表。

【図２０】図１の画像形成装置の各種の設定モードと
ヒータへの供給電力との一覧表。

【図２１】カットオフ時間と突入電流との関係図。

【図２２】ヒータへの供給電力と連続画像形成枚数と
の関係図。

【図２３】本実施形態の画像形成装置に、異なる内径
を有する各種のヒートロールを適用した場合の実験結
果。

【図２４】本実施形態の画像形成装置に、異なる内径
を有し且つ所定の熱容量に形成された各種のヒートロー
ルを適用した場合の実験結果。

【符号の説明】

Ｐｏ：用紙（転写材）、６ａ：ヒートロール、６ｂ：プ
レッシャロール、６ｃ：ヒータ（発熱源）、６ｉ：ヒー
トパイプ、１９ａ：温度検知素子、１９ｂ：処理部材、
１９ｃ：記憶部材、１９ｄ：スイッチング部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原謙治神奈川県海老名市本郷2274番地、富士ゼロックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像形成装置において転写材を加熱加圧
するために使用される加熱方式のヒートロールであっ
て、ヒートロールは、その外径に対する内径の比が５０：１
３以下となるような円筒形状に形成されていることを特
徴とするヒートロール。
【請求項２】円筒形状のヒートロールと、ヒートロー
ルの内部に配設された発熱源とからなり、画像形成装置
において転写材を加熱加圧するために使用されるＡ３サ
イズ以上のヒートロールであって、ヒートロールの内径が発熱源の外径の２．２倍以下とな
るように構成されていることを特徴とするヒートロー
ル。
【請求項３】円筒形状のヒートロール及びその内部に
配設された発熱源からなる加熱方式のヒートロールと、
この発熱源に対して電力を供給する供給手段とを有する
画像形成装置において、供給手段は、画像形成中には、発熱源以外により消費さ
れている消費電力に応じた電力を発熱源に供給すること
を特徴とする画像形成装置。