JP2004326098A - 定着装置、画像形成装置及び定着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】定着不良の発生を防止する。
【解決手段】画像形成装置を立ち上げて画像形成を開始し（Ｓ１，４）、転写紙が定着ローラと加圧ローラにニップに進入すると、転写紙とトナ−に熱を奪われ定着ロ−ラの表面温度が低下する。定着下限温度はＴＢであるので、定着ロ−ラの表面温度が予め設定されたＴＡ（ＴＡ＞ＴＢ）となった時点でキャパシタから電力を供給して第２のヒ−タ５を点灯させ（Ｓ６、８）、商用電源とキャパシタからの電力供給により第１及び第２のヒ−タ４，５を同時点灯する。２枚目からは時間ｔを経過していることから、温度ＴＡよりも低い温度ＴＢを基準にキャパシタから電力を供給して第２のヒータ５の加熱制御を行う（Ｓ５，７，８）。
【選択図】図４

Description

この発明は、蓄電装置を有し、この蓄電装置から電力を加熱源に供給して記録媒体に画像を定着させる定着方法、この定着方法を使用した定着装置、及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、定着ローラ、定着ベルトなどの定着部材に加圧ローラ、加圧ベルト、加圧パッドなどの加圧部材を圧接し、転写紙などのシート（記録媒体）が定着部材と加圧部材との間を通過する時に前記シート上のトナーを加熱と加圧によりシートに定着させる加熱定着装置が知られている。

この種の定着装置として例えば特許文献１及び２に開示された発明が公知である。このうち、特許文献１には、ヒータ駆動手段を介して電力の供給を受けることによって発熱するヒータを有する定着装置用の加熱装置において、ヒータ駆動手段が、充電可能な蓄電池と、商用電源に接続されて前記蓄電池を充電する充電器とを備え、前記ヒータは、商用電源から電力の供給を受ける主ヒータと、前記蓄電池から電力の供給を受ける補助のヒータからなり、前記蓄電池は充電器と充電回路を形成するような接続形態、または、補助のヒータと放電回路を形成する接続形態のいずれかに切換可能に配設されていることを特徴とする定着装置用の加熱装置が記載されている。

また、特許文献２には、電力の供給を受けることによって発熱するヒータと、このヒータに電力を供給するヒータ駆動手段とを有する定着装置用加熱装置において、前記ヒータ駆動手段は、充電可能な蓄電池と、商用電源から給電され前記蓄電池を充電する充電器とを備え、前記ヒータは商用電源から電力の供給を受ける主ヒータと、前記蓄電池から電力の供給を受ける補助ヒータとからなり、前記蓄電池の充電を前記主ヒータの消灯時に行うことを特徴とする定着装置用加熱装置が記載されている。
特開平３−３６５７９号公報 特開２０００−９８７９９号公報

しかしながら、単に蓄電装置から加熱源へ電力供給するだけでは、定着不良を起こす虞があった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、定着不良が発生することのない定着装置、画像形成装置及び定着方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、第１の手段は、蓄電装置から供給される電力を加熱源に供給し、定着部材と加圧部材とにより記録媒体に画像を定着させる定着装置において、画像形成開始からの時間に基づいて前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させる制御手段を備えていることを特徴とする。

第２の手段は、第１の手段において、前記定着部材の温度を検出する検出手段をさらに備え、前記制御手段が前記検出手段によって検出された温度を設定温度と対比し、その対比結果に基づいて、前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させるとともに、前記画像形成開始からの時間に基づいて、前記設定温度を変化させることを特徴とする。

第３の手段は、第１の手段と同様の前提の定着装置において、画像形成開始からの画像形成枚数に基づいて前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させる制御手段を備えていることを特徴とする。

第４の手段は、第１の手段と同様の前提の定着装置において、前記定着部材近傍の雰囲気温度を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された温度に基づき、前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させる制御手段を備えていることを特徴とする。

第５の手段は、第１の手段と同様の前提の定着装置において、前記定着部材と前記加圧部材との温度差に基づき、前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させる制御手段を備えていることを特徴とする。

第６の手段は、第１の手段と同様の前提の定着装置において、前記加圧部材の温度を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された温度に基づき、前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させる制御手段を備えていることを特徴とする。

第７の手段は、第１の手段と同様の前提の定着装置において、前記加圧部材の温度を推定する推定手段と、この推定手段の出力に基づき、前記蓄電装置から加熱源へ供給する電力供給量を変化させる制御手段とを備えていることを特徴とする。

第８の手段は、第７の手段において、前記推定手段は、画像形成開始からの時間、画像形成開始からの画像形成枚数、定着部材の表面温度変化及び前記定着部材近傍の雰囲気温度の少なくとも１つから加圧部材の温度を推定することを特徴とする。

第９の手段は、第１ないし第９のいずれかの手段において、前記加熱源が前記定着部材及び加圧部材の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする。

第１０の手段は、第１ないし第１０のいずれかの手段において、前記制御手段による前記電力供給量の変化が、加熱源へ供給する電力のオンオフを含むことを特徴とする。

第１１の手段は、第１ないし第１０のいずれかの手段において、前記蓄電装置は商用電源から充電が行われる補助電源であり、前記制御手段は前記補助電源からの前記加熱源への電力供給量を変化させることを特徴とする。

第１２の手段は、記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、第１ないし第１１のいずれかの手段に係る定着装置とを画像形成装置が備えていることを特徴とする。

第１３の手段は、蓄電装置から供給される電力を加熱源に供給し、定着部材と加圧部材とにより記録媒体に画像を定着させる定着方法において、画像形成開始からの時間に基づいて前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させることを特徴とする。

第１４の手段は、第１３の手段と同様の前提の定着方法において、画像形成開始からの画像形成枚数に基づいて前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させることを特徴とする。

第１５の手段は、第１３の手段と同様の前提の定着方法において、前記定着部材近傍の雰囲気温度に基づき、前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させることを特徴とする。

第１６の手段は、第１３の手段と同様の前提の定着方法において、前記定着部材と前記加圧部材との温度差に基づき、前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させることを特徴とする。

第１７の手段は、第１３の手段と同様の前提の定着方法において、前記加圧部材の温度に基づき、前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させることを特徴とする。

第１８の手段は、第１３の手段と同様の前提の定着方法において、前記加圧部材の温度を推定し、前記蓄電装置から加熱源へ供給する電力供給量を変化させることを特徴とする。

第１９の手段は、第１３の手段と同様の前提の定着方法において、定着部材から加圧部材への熱伝達量を推定し、推定した熱伝達料に基づいて前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させることを特徴とする。

第２０の手段は、第１３ないし第１９の手段において、前記蓄電装置は商用電源から充電が行われることを特徴とする。

本発明によれば、上記のように制御するので、定着不良が発生することのない定着装置、画像形成装置及び定着方法を提供することができる。

画像形成装置の省電力化を図る上で、画像形成後待機時の消費エネルギ−を削減する必要がある。このため定着ロ−ラの待機温度を低い値に抑える必要があり、待機温度からの復帰の待ち時間を低減するために定着ロ−ラの熱容量を下げる必要がある。一方、定着ロ−ラは画像形成時、転写材に熱量を奪われると、熱容量の大きい定着ロ−ラと比較して定着ロ−ラ表面温度が速く降下し、定着性を満足できる下限の温度以下となり、定着不良が発生しやすい。このような不具合を解決するために、前述の従来例のように充電可能な補助電源を画像形成装置内に有し、画像形成時に補助電源からヒ−タに電力供給を行うことによって定着ロ−ラ表面温度の降下を防止するようにしている。このような補助電源の容量には上限があるため、通常、補助電源からヒ−タへの電力供給は定着性を満足する下限温度以下となる場合のみとしている。

しかし、画像形成開始直後は加圧ロ−ラの温度も低い状態にあるため、定着ローラの熱量が早期に奪われ、前記下限温度になった時点で電力供給を行うと、電力供給が追いつかない。そのため、定着ロ−ラ温度が下限温度以下となり定着不良が発生する。すなわち、加圧ローラの温度が低い場合には、定着（加熱）ローラから加圧ローラの熱伝達量が大きく、前記下限温度になって補助電源をオンの状態にしても定着ローラの温度が定着性を満足する温度を維持することが不可能となり、定着不良を発生することになる。そこで、以下に述べる実施形態のように制御し、定着不良が発生しないようにした。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

１．第１の実施形態
図１は本発明の実施形態に係る定着装置（加熱定着装置）の概略構成を示す図である。同図において、定着装置は、定着部材としての定着ローラ１にシリコンゴム等の弾性部材からなる加圧部材としての加圧ローラ２が図示しない加圧手段により一定の加圧力で押し当てられ、両ローラ１，２のニップに被定着材である記録媒体としての転写材７が通過するようになっている。定着部材と加圧部材は、一般的にローラであることが多いので、図１にはローラからなる定着装置を図示しているが、定着部材あるいは加圧部材の少なくとも一方を無端ベルトなどからの定着ベルトあるいは加圧ベルトなどのローラ以外の部材を使用することもできる。

この加熱定着装置は電力の供給を受けることによって発熱する加熱源としての第１及び第２のヒータ４，５を有し、この第１及び第２のヒータ４，５は定着ローラ１を加熱する任意の位置に設けられる。この実施形態は、第１及び第２のヒータ４，５ともに定着ローラ１の内部に配置されて定着ローラ１を内側から加熱するようになっている。加熱定着装置でも最も一般的なものが、このような定着ローラ１を内面から輻射ヒータで加熱し、温度と圧力による定着に必要な伝熱とシートの搬送を兼ねる方式のものである。なお、第２のヒータ５をシート状のヒータとし、定着ローラ１の上側部分に被せて定着ローラ１を外部から加熱するように構成することもできる。

定着ローラ１及び加圧ローラ２は図示しない駆動機構により回転駆動される。温度センサ３は、定着ローラ１の表面に当接し、定着ローラ１の表面温度（定着温度）を検知する。転写紙７は定着ローラ１側にトナー８像を担持し、定着ローラ１と加圧ローラ２とのニップ部を通過する際に、定着ローラ１と加圧ローラ２による加熱及び加圧によって転写紙７上にトナー８像が定着される。定着ローラ１と加圧ローラ２とのニップの下流側には、分離爪６の先端が摺接し、転写紙７が定着ローラ１に張り付いた場合には、前記分離爪６により定着ローラ１の表面から剥離させる。

図２は本実施形態における定着装置の制御回路を示すブロック図である。この制御回路は前記第１及び第２のヒータ４，５への電力供給量を変化させる制御手段として機能するもので、第１のヒータ４には商用電源１７から電力が供給され、第２のヒータ５には蓄電装置としてのキャパシタ１８から電力が供給される。キャパシタ１８は充電装置１９に接続され、充電装置１９はさらに商用電源１７に接続されている。また、キャパシタ１８の一端側には、前記充電装置１９と前記第２のヒータ５との接続状態を切り換える切り換えスイッチ１５が設けられ、通常はキャパシタ１８側と充電装置１９とを接続し、第２のヒータ５に電力を供給するときに、充電装置１９側の回路を開いて第２のヒータ５側の回路を閉じ、第２のヒータ５に電力を供給する。

第１のヒータ４は安全装置としてのサーモスタット１６及びドライバ１４を介して商用電源１７に接続され、ドライバ１４はＣＰＵ１３により制御されて商用電源１７から第１のヒータ４への通電を制御する。サーモスタット１６は、この加熱定着装置の温度を検知して該温度が上限温度以上になった時にオフして商用電源１７から第１のヒータ４への通電を停止させる。なお、サーモスタット１６の代りに温度ヒューズなどの安全装置を用いてもよい。すなわち、温度センサ３からの検知信号は入力回路１２を経てＣＰＵ１３に取り込まれ、ＣＰＵ１３は温度センサ３からの検知信号に基づいて定着ローラ１の表面温度（定着温度）が設定温度に維持されるようにドライバ１４を介してヒータ４への通電を制御するとともに、スイッチ１５を介してヒータ４への通電を制御する。

ＣＰＵ１３は待機時であるか使用時であるかに応じてスイッチ１５を切り換え、キャパシタ１８への接続回路を充電装置１９側あるいは第２のヒータ５側に切り換える。待機時には、スイッチ１５がキャパシタ１８を充電装置１９側に切り換え、充電装置１９が商用電源１７からの交流電力を直流電力に変換してキャパシタ１８に印加することによりキャパシタ１８を充電する。加熱定着装置の使用時には、スイッチ１５がキャパシタ１８を第２のヒータ５側に切り換え、加熱定着装置の立ち上がり時にキャパシタ１８から第２のヒータ５に通電（放電）され、第２のヒータ５が直流電流により駆動される。

したがって、立ち上がり時には、第１のヒータ４は商用電源１７からドライバ１４を通して流れる交流電流により駆動され、第２のヒータ５はキャパシタ１８から流れる直流電流により駆動され、定着ローラ１の表面温度が設定温度まで急速に上昇する。立ち上がり後は、ＣＰＵ１３はドライバ１４を介してヒータ４への通電を定着ローラ１の表面温度が設定温度に維持されるように制御する。

キャパシタ１８は、数百ファラッド［Ｆ］以上の大きな容量を有する所謂電気二重層キャパシタが用いられる。しかし、このキャパシタに限定されるものではなく、電解コンデンサを多数接続したものを用いてもよい。従来は容量が［μＦ］オーダ以下、あるいはファラッド［Ｆ］オーダ以上の大きな容量を有するコンデンサが開発されているが（エレクトロニクス１９９８年４月号「特集最新二次電池探検隊新型高容量パワーキャパシタの技術革新」参照）、最近では数百ファラッド以上の容量を有する電気二重層キャパシタも開発され、本実施形態では、この電気二重層キャパシタを使用している。なお、この実施形態では、商用電源１７とキャパシタ１８からの供給電力を併用しているが、大容量の蓄電装置を使用すれば、第１のヒータ４の電源もキャパシタ（蓄電装置）によって構成することも可能である。

このように構成することにより、主電源（商用電源１７）及び補助電源（キャパシタ１８）の両方からの電力を利用することで所定時間の間（最大、キャパシタ１８の放電時間）だけでも主電源による最大供給電力によって発生する以上の熱量を定着ローラ１に供給することができる。

図３は、本実施形態に係る定着装置の定着温度と時間との関係を示す特性図、図４はこの特性に基づいてＣＰＵ１３による第１及び第２のヒータ４，５の加熱制御の制御手順を示すフローチャートである。

画像形成装置のスイッチをオンして画像形成装置を立ち上げると（ステップＳ１）、図３に示すように第１のヒ−タ４の点灯により画像形成開始温度まで定着ロ−ラ１の表面温度が上昇する（ステップＳ２）。この場合、第２のヒータ５を同時点灯するように制御しても良い。このようにして定着ローラ１の表面温度が画像形成開始温度まで達すると（ステップＳ３）、画像形成を開始する（ステップＳ４）。この画像形成開始タイミングは図３ではｔ１に対応する。画像形成直後は第１のヒ−タ４のみ通電される。この状態で転写紙７が定着ローラ１と加圧ローラ２のニップに進入すると、定着ロ−ラ１は転写紙７とトナ−８に熱を奪われ、定着ロ−ラ１の表面温度が低下する。この特性では、第１の基準温度はＴＢである。そこで、定着ロ−ラ１の表面温度がＴＢよりも高い所定温度（第２の基準温度）ＴＡ（ＴＡ＞ＴＢ）となったことを検知するとＣＰＵ１３は第２のヒ−タ５を点灯させ（ステップＳ６、Ｓ８）、第１及び第２のヒ−タ４，５を同時点灯して両ヒ−タ４，５へ十分に電力供給を行う。これにより定着時に定着ローラ１の表面温度が上昇する。この状態を図３の実線で示す。ここで、前記第２の基準温度ＴＡを検知したときに第２のヒ−タ５を点灯させるのは、立ち上がって画像形成開始温度に達した（定着ローラ１と加圧ローラ２が回転を開始したタイミングｔ１）後、時間ｔ経過するまでの間であり、時間ｔを越えると第２のヒ−タ５の点灯温度は第１の基準温度ＴＢとする（ステップＳ５，Ｓ７，Ｓ８）。また、第２のヒータ５の点灯（通電）は画像形成開始温度に達するまで（ステップＳ９）、あるいはキャパシタ１８が全放電するまである。したがって、いずれかの時点で第２のヒータの通電を停止する（第２のヒータオフ−ステップＳ１０）。そして、所定枚数画像形成を行い、画像形成が終了し（ステップＳ１１）、第１のヒータ４の通電を停止して（第１のヒータオフ−ステップＳ１２）この処理を終える。その間、第１のヒータ４の加熱温度（電力供給）もＣＰＵ１３が温度センサ３の検知出力に基づいて制御していることはいうまでない。前記温度ＴＡは後述のように各部の熱容量を勘案して実験的に設定され、実機ではその設定された温度に基づいて制御される。なお、前記ステップＳ５でＮＯと判断されるのは加圧ローラ２の温度が低いときであり、ＹＥＳと判断されるのは加圧ローラ２の温度が充分高いときである。

この制御では、電源投入直後の立ち上げ時にはステップＳ４からＳ５、Ｓ６の処理手順を実行し、２枚目以降は、ステップＳ４からＳ５、Ｓ７のループで処理することになる。

なお、前記第１及び第２の基準温度ＴＢ，ＴＡ間が定着に好適な温度（適正定着温度であり、温度ＴＢより低い場合、及び温度ＴＡより高い場合には、定着不良や画像不良を生じる虞がある。通常の定着制御では、定着ローラ１の温度ＴがＴＢより低くなる（Ｔ＜ＴＢ）タイミングｔ２でキャパシタ１８から第２のヒータ５側への放電が開始され、図３で１点鎖線で示す特性Ｔ１となり、通常（気温や加圧ローラの温度が低くない）の場合には、この状態が維持される。しかし、定着ローラ１の表面温度ＴがＴＢより低くなったときに（Ｔ＜ＴＢ）、キャパシタ１８から第２のヒータ５側への放電を開始しても図３において点線で示す特性Ｔ２のように定着ローラ１の温度が第１の基準温度（定着下限温度）ＴＢよりも上昇しない場合がある。このように温度ＴＢでキャパシタ１８の第２のヒータ５側への放電を開始しても温度が上がらないのは、気温及び／又は加圧ローラ２の温度が低い場合である。そこで、本発明では、このように気温及び／又は加圧ローラ２の温度が低い場合には、第２の基準温度ＴＡの時点でキャパシタ１８の放電を行い、第２のヒータ５を加熱するようにした。これにより、図３において実線で示す特性Ｔ３とすることができる。このように制御すると、特性Ｔ１と同様に定着ローラ１の表面温度を第１及び第２の基準温度ＴＢ，ＴＡ（適正定着温度）に間に維持することが可能となる。

図３に示す特性図は、定着ローラ１の表面温度を検出する温度センサ３からの検出出力に基づいた時間に対する定着ローラ１の表面温度の特性であるが、定着ローラ１の熱容量、加圧ローラ２の熱容量、サイズや紙厚に対応した転写紙７の熱容量、トナー８の熱容量などの複数のパラメータに基づいて前記温度ＴＡあるいはＴＢを変更することもできる。

図５は画像形成開始からの時間と電力供給量に基づいてキャパシタ１８から第２のヒータ５に電力を供給するときの特性を示す図であり、前記時間から必要な電力供給量が分かる。従って、例えば図５の特性をテーブル化として持っておけば、ＣＰＵ１３は時間から必要な電力供給量を得ることができ、この電力供給量に基づいて定着ローラ１の温度制御を行うこともできる。

なお、定着ローラ１から加圧ローラ２への熱伝達量は、図３の特性図の立ち上がり後の時間軸に平行な画像形成開始温度直線とこの画像形成開始温度から低下する特性曲線との差を、時間をパラメータとして積分した積分値で見積もられる。

２．第２の実施形態
図６及び図７は第２の実施形態に係る定着装置の制御手順を示すフローチャート及び枚数と電力供給量との関係をそれぞれ示す図である。
この第２の実施形態は、定着ローラ１の加熱制御の初期制御を画像形成枚数を基準に行う例である。この実施形態では、図６のフローチャートに示すように画像形成装置を立ち上げた後（ステップＳ１）、第１の実施形態と同様にステップＳ４まで処理し、ステップＳ５ａでステップＳ１の画像形成開始から定着ローラ１及び加圧ローラ２間を予め設定された枚数Ｎ通過したかどうかを判断する。そして、前記枚数Ｎ通過していない場合にはステップＳ６以降の処理を、前記枚数Ｎ通過した場合にはステップＳ７以降の処理をそれぞれ実行し、温度ＴＡ，ＴＢ間の適正定着温度保持するように画像形成が終了し（ステップＳ１１）、第１のヒータ４をオフ（ステップＳ１２）するまで制御する。この枚数Ｎは、予め実験により用紙サイズと枚数の関係と、温度低下と枚数の関係とから設定される。なお、図６では、枚数Ｎとなっているが、この枚数も用紙の熱容量の関係から用紙サイズに応じて変更される。

なお、この実施形態では、図７に示すように定着枚数と電力供給量は反比例することから、両者の関係をテーブル化して記憶しておけば、ＣＰＵ１３は定着枚数に基づいて電力供給量を設定（変更）することができ、この設定された電力供給量に基づいてキャパシタ１８から第２のヒータ５に供給する電力供給量を制御することが可能となる。その他、特に説明しない各部は前記第１の実施形態と同等に構成され、同等に機能し、同等の効果を奏する。

３．第３の実施形態
図８ないし図１０は第３の実施形態に係る定着装置の制御構成、制御手順及び雰囲気温度と電力供給量との関係をそれぞれ示す図である。
この第３の実施形態は、定着ローラ１の加熱制御の処理制御を雰囲気温度を基準に行う例である。雰囲気温度は図８に示すように図２における定着ヒータ４の表面温度を検出する温度センサ３に代えて機内の予め設定された位置に設けられた（例えば定着ローラ１の近傍）雰囲気温度を検知する温度センサ２０の検知出力を入力回路１２を介してＣＰＵ１３に取り込んで検出される。

この第３の実施形態においては、図９のフローチャートに示すように、第１の実施形態と同様にステップＳ１からステップＳ４までの処理を実行し、ステップＳ５ｂで前記温度センサ２０によって検出された雰囲気温度が予め設定された温度ＴＣを閾値として、前記温度ＴＣ以上か、未満かを判断する。そして、温度ＴＣ未満であればステップＳ６以降の処理を、温度ＴＣ以上であればステップＳ７以降の処理をそれぞれ実行し、温度ＴＡ，ＴＢ間の適正定着温度保持するように画像形成が終了し（ステップＳ１１）、第１のヒータ４をオフする（ステップＳ１２）まで制御する。前記雰囲気温度ＴＣを測定する位置及び閾値としての温度ＴＣは実験により決定される。

なお、この実施形態では、図１０に示すように雰囲気温度と電力供給量は反比例することから、両者の関係をテーブル化して記憶しておけば、ＣＰＵ１３は雰囲気温度に基づいて電力供給量を設定（変更）することができ、この設定された電力供給量に基づいてキャパシタ１８から第２のヒータ５に供給する電力供給量を制御することが可能となる。その他、特に説明しない各部は前記第１の実施形態と同等に構成され、同等に機能し、同等の効果を奏する。

４．第４の実施形態
図１１ないし図１３は第４の実施形態に係る定着装置の構成、制御手順及び定着ローラと加圧ローラの温度差との関係をそれぞれ示す図である。
この第４の実施形態は、定着ローラ１の加熱制御の処理制御を定着ローラ１の表面温度と加圧ローラ２の表面温度との温度差を基準に行う例である。この実施形態では、第１の実施形態に対して図１１に示すように加圧ローラ２の表面温度を検出する温度センサ２１を設けたものである。この第４の実施形態においては、図１２のフローチャートに示すように、ステップＳ１からステップＳ４までの処理（第１の実施形態と同様）を実行し、ステップＳ５ｃで前記定着ローラ１表面の温度と加圧ローラ２表面の温度差を温度センサ３及び２１から取り込んだ検出温度から演算する。そして、前記温度差が予め設定した温度ΔＴを閾値として、当該温度差ΔＴ未満であればステップＳ６以降の処理を、前記温度差ΔＴ以上であればステップＳ７以降の処理をそれぞれ実行し、温度ＴＡ，ＴＢ間の適正定着温度保持するように画像形成が終了するまで制御する。前記温度差ΔＴは実験により決定される。

なお、図１３に示すように定着ローラ１と加圧ローラ２の温度差と電力供給量は反比例することから、両者の関係をテーブル化して記憶しておけば、ＣＰＵ１３は前記温度差に基づいて電力供給量を設定（変更）することができ、この設定された電力供給量に基づいてキャパシタ１８から第２のヒータ５に供給する電力供給量を制御することができる。その他、特に説明しない各部は前記第１の実施形態と同等に構成され、同等に機能し、同等の効果を奏する。

５．第５の実施形態
図１４ないし図２０はそれぞれ第５の実施形態に係る定着装置を説明するための図である。
この実施形態は、定着ローラ１の加熱制御の初期制御を加圧ローラ（加圧部材−以下、同様）２表面の温度を基準に行う例である。この実施形態では、第４の実施形態と同等に（図１１）加圧ローラ２表面の温度を検出する温度センサ２１を設け、この温度センサ２１からの検出出力をＣＰＵ１３に取り込んで制御が実行される。この第５の実施形態においては、図１４のフローチャートに示すように、ステップＳ１からステップＳ４までの処理（第１の実施形態と同様）を実行し、ステップＳ５ｄで加圧ローラ２の表面温度が予め設定した表面温度Ｔｐを閾値として、当該表面温度Ｔｐ未満であればステップＳ６以降の処理を、表面温度Ｔｐ以上であればステップＳ７以降の処理をそれぞれ実行し、温度ＴＡ，ＴＢ間の適正定着温度保持するように画像形成が終了し（ステップＳ１１）、第１のヒータ４をオフする（ステップＳ１２）まで制御する。表面温度Ｔｐは実験により決定される。なお、ステップＳ５ｄの処理のタイミングは図１６の立ち上がりからの定着ローラ１と加圧ローラ２の温度変化を示す特性図において、例えば定常状態になる立ち上げから１０秒未満のタイミングである。加圧ローラ２の表面温度は図１７に示すように画像形成開始からの時間に対して単調増加の関係にあるので、時間から加圧ローラ２の表面温度の推定も可能である。前記図１６の特性は、加圧ローラ２が定着ローラ１からの伝熱によって温度上昇する場合であり、加圧ローラ２側にもヒータや何らかの加熱手段が設けられている場合には、異なる特性となる。また、立ち上げ時に加圧ローラ２が低温のままになるのは、加圧ローラ２が加熱手段を備えていない場合はもちろんのこと、加圧ローラ２が加熱手段を備えていたとしても加熱手段の立ち上げ速度が遅い場合、あるいは加圧ローラ２の熱容量が大きい場合にも生じ、このような場合も特性は異なってくる。

また、図１５の特性図に示すように加圧ローラ２の温度と電力供給量は反比例することから、両者の関係をテーブル化して記憶しておけば、ＣＰＵ１３は加圧ローラ２の表面温度に基づいて電力供給量を設定（変更）することができ、この設定された電力供給量に基づいてキャパシタ１８から第２のヒータ５に供給する電力供給量を制御することができる。

加圧ローラ２の表面温度は、前述の温度センサ２１を設けなくとも画像形成開始ｔ１からの時間ｔ、画像形成開始からの画像形成枚数Ｎ、定着ローラ１の表面温度変化及び前記定着部材近傍の雰囲気温度ＴＣの１つから推定することができる。図１７は画像形成開始からの時間と加圧ローラの温度との関係を示す特性図、図１８は画像形成開始からの定着枚数と加圧ローラの温度との関係を示す特性図、図１９は雰囲気温度と加圧ローラ温度との関係を示す特性図、図２０は定着ローラ１の表温度変化、ここでは定着ローラ（定着部材）の表面温度の降下速度と加圧ローラの温度との関係を示す特性図である。これらの図から分かるように画像形成開始からの時間と加圧ローラの温度、画像形成開始からの定着枚数と加圧ローラの温度、雰囲気温度と加圧ローラ温度とはそれぞれ比例関係にあり、画像形成開始からの時間、定着枚数、あるいは雰囲気温度が分かれば、加圧ローラの温度は前記特性図から推定できる。

図２０に示した特性は、単調減少の特性となっており、反比例の特性とは異なっているが、これは加圧ローラ２の温度によって伝達される熱量が異なってくることから生じるものである。すなわち、定着ローラ１の表面温度の降下速度が小さな部分では加圧ローラ２の温度が高い。また、定着ローラ１の表面降下速度が大きい部分では、加圧ローラ２の温度が低い。従って、この特性図に基づいて定着ローラ１の温度変化から加圧ローラの温度を推定することができる。

なお、図１７ないし図２０に示した特性図は概念的な図であり、実際の制御にはそれぞれ実機でデータを取って作成された特性図が使用される。

その他、特に説明しない各部は前記第１の実施形態と同等に構成され、同等に機能し、同等の効果を奏する。

また、第２のヒータ５は定着ローラ１ではなく加圧ローラ２側に設けても良い。これにより、定着（画像形成）時に定着ローラ１から加熱ローラ２側に伝達される熱量を少なくし、定着ローラ１の温度低下を抑制することが可能になるとともに、同様の制御を行うことにより、定着不良が発生する虞もなくなる。

なお、加熱制御は、この実施形態では、第２のヒータ５のオンオフ制御であるが、第２のヒータ５を温度低下や熱容量を勘案したときに、ある程度（低レベル）の電力を常に供給しておき、その供給された電力をベースに、キャパシタ１８から電力を供給するようにしても良い。この場合は、前記低レベルの電力を商用電源から供給するように構成する。

さらに、この実施形態ではヒータとして第１及び第２の２つのヒータ４，５を用いているが、２つのヒータ４，５の発熱量を充分に確保できるだけのキャパシタ１８の容量が十分に大きい場合には１つのヒータで加熱することができる。

いずれにしても、定着ローラ１から加圧ローラ２への熱伝達量に応じて第２のヒータ５への電力供給タイミングや電力供給時間が設定され、前記熱伝達量は前記種々のパラメータに置換して制御に使用することができる。なお、前記特性図は、例えばパラメータに応じて予めテーブル化してＲＯＭに格納しておき、制御時にＣＰＵ１３が前記ＲＯＭに格納されたテーブルを参照して第２のヒータ５への電力供給タイミングおよび時間を設定するようにすることもできる。

なお、前記制御や推定は、ＣＰＵ１３が実行する。前記制御や推定は、図示しないＲＯＭに格納されているプログラムに基づいて、図示しないＲＡＭをワークエリアとして使用しながら実行する。したがって、この実施形態では、制御手段及び推定手段には、ＣＰＵが対応する。

図２１は、前記各実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す図である。この画像形成装置は、複写機能と、これ以外の機能、例えばプリンタ機能、ファクシミリ機能とを有する所謂ＭＦＰ（MultiFunctionPeripheral）と称される画像形成装置であり、操作部のアプリケーション切り換えキーにより複写機能、プリンタ機能、ファクシミリ機能を順次に切り換えて選択することが可能である。複写機能の選択時には複写モードとなり、プリンタ機能の選択時にはプリントモードとなり、ファクシミリ機能の選択時にはファクシミリモードとなる。

この画像形成装置は、最上部から下側に順に自動原稿送り装置（以下ＡＤＦという）１０１、画像読み取り装置１０６、書き込み装置１１８、感光体１１７や現像装置１１９などを含む作像装置、及び第１トレイ１１３、第２トレイ１１４、第３トレイ１１５や縦搬送ユニット１１６などを含む給紙装置から基本的に構成されている。このような構成要素からなる画像形成装置は、複写モードでは、次のように動作する。

自動原稿送り装置（以下ＡＤＦという）１０１においては、原稿台１０２に原稿がその画像面を上にして置かれてなる原稿束は、操作部上のスタートキーが押下されると、一番下の原稿が給送ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラスからなる原稿台１０５上の所定の位置に給送される。ＡＤＦ１０１は一枚の原稿の給送完了毎に原稿枚数をカウントアップするカウント機能を有する。コンタクトガラス１０５上の原稿は、画像入力手段としての画像読み取り装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。

原稿セットセンサ１０９によって原稿台１０２上に次の原稿があることが検知された場合には、同様に原稿台１０２上の一番下の原稿が給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラス１０５上の所定の位置に給送される。このコンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読み取り装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。ここに、給送ローラ１０３、給送ベルト１０４及び排送ローラ１０７は搬送モータによって駆動される。

画像読み取り装置１０６は、照明ランプ１２８、第１ミラー１２９、第２ミラー１３０、第３ミラー１３１、結像レンズ１３２及びＣＣＤ１３３からなり、照明ランプ１２８及び第１ミラーは第１走行体に、第２ミラー１３０及び第３ミラー１３１は第２走行体にそれぞれ搭載され、第１走行体と第２走行体をそれぞれ２：１の速度で相対的に移動させ、光路長一定にした状態で原稿からの反射光を結像レンズ１３２を介してＣＣＤ１３３の結像面に導くことにより原稿を読み取る。

読み取られた原稿の画像情報は、メモリに格納され、書き込み装置１１８の光出力ユニット１３４によって変調されたレーザ光として出射される。レーザ光は、ｆθレンズ１３５により等角速度偏向から等速度偏向に変換され、ミラー１３６で反射された後、感光体１１７の露光部に入射し、光書き込みを行う。

給紙手段としての第１給紙装置１１０、第２給紙装置１１１、第３給紙装置１１２は、選択された時に各々第１トレイ１１３、第２トレイ１１４、第３トレイ１１５に積載された転写材としての転写紙からなる用紙を給紙し、この転写紙は縦搬送ユニット１１６によって像担持体としての感光体１１７に当接する位置まで搬送される。感光体１１７は、例えば感光体ドラムが用いられてメインモータにより回転駆動される。

画像読み取り装置１０６によって原稿から読み込まれた画像データは図示しない画像処理手段を介して書き込み手段としての書き込み装置１１８によって光情報に変換され、感光体ドラム１１７は図示しない帯電器により一様に帯電された後に書き込み装置１１８からの光情報で露光されて静電潜像が形成される。この感光体ドラム１１７上の静電潜像は現像装置１１９により現像されてトナー像となる。

搬送ベルト１２０は、用紙搬送手段及び転写手段を兼ねていて電源から転写バイアスが印加され、縦搬送ユニット１１６からの転写紙を感光体ドラム１１７と等速で搬送しながら感光体ドラム１１７上のトナー像を転写紙に転写させる。この転写紙は、定着装置１２１によりトナー像が定着され、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。この定着装置１２１は前記図１に示した定着装置である。感光体ドラム１１７はトナー像転写後に図示しないクリーニング装置によりクリーニングされる。ここに、感光体ドラム１１７、帯電器、書き込み装置１１８、現像装置１１９、転写手段は画像データにより画像を転写紙上に形成する画像形成手段を構成している。

以上の動作は通常のモードで用紙の片面に画像を複写する時の動作であるが、両面モードで転写紙の両面に画像を複写する場合、各給紙トレイ１１３〜１１５のいずれかより給紙されて表面に上述のように画像が形成された転写紙は、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３側ではなく両面入紙搬送路１２４側に切り換えられ、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転され、両面搬送ユニット１２６へ搬送される。

この両面搬送ユニット１２６へ搬送された転写紙は、両面搬送ユニット１２６により縦搬送ユニット１１６へ搬送され、縦搬送ユニット１１６により感光体ドラム１１７に当接する位置まで搬送され、感光体ドラム１１７上に上述と同様に形成されたトナー像が裏面に転写され、さらに定着装置１２１でトナー像が定着されることにより両面コピーとなる。この両面コピーは排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。

また、転写紙を反転して排出する場合には、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転された転写紙は、両面搬送ユニット１２６に搬送されずに反転排紙搬送路１２７を経て排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。

プリントモードでは、上記画像処理手段からの画像データの代りに外部からの画像データが書き込み装置１１８に入力されて上述の画像形成手段により転写紙上に画像が形成される。さらに、ファクシミリモードでは、上記画像読み取り手段からの画像データが図示しないファクシミリ送受信部により相手に送信され、相手からの画像データがファクシミリ送受信部で受信されて上記画像処理手段からの画像データの代りに書き込み装置１１８に入力されることにより、上述の画像形成手段により転写紙上に画像が形成される。

使用者が本装置の前で複写機能を使用する複写モードの時には瞬間的に立ち上げる必要がある。そこで、ＣＰＵ１３は、複写機能を使用する複写モードの時のみ上述のようにスイッチ１５の切り換えによりキャパシタ１８を作動させ、このキャパシタ１８から電力を供給して第２のヒータ５に電力を供給し、プリントモードやファクシミリモードの時にはスイッチ１５が切り換えられることはなく、キャパシタ１８から電力の供給は行わない。従って、キャパシタ１８は必要以上に稼働されることはない。これにより、複写モード時に定着不良を起こすことなく、良好な品質の画像出力が可能となる。

これまでの説明で明らかなように、本実施形態によれば、定着ローラおよび／または加圧ローラの温度を検知し、あるいは推定してキャパシタ１８から第２のヒータ５への電力供給量を変化させるので、画像形成直後の定着ロ−ラ温度の落ち込みを緩和することが可能となり、これにより定着下限温度以下となって定着不良が発生することを防止することができる。

また、補助電源としてキャパシタを使用することにより、
（１）充電時間が短い。

（２）二次電池として一般的なニッケル−カドミウム電池を用いた補助電源では急速充電を行っても数時間の時間を要するが、キャパシタを用いた補助電源では数分程度の急速な充電が可能である。

（３）ニッケル−カドミウム電池は充放電の繰り返し回数が５００から１０００回であるため、加熱時用補助電源としては寿命が短いが、キャパシタを用いた補助電源は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。

などの効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態における定着装置の制御回路を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る定着装置の定着温度と時間との関係を示す特性図である。 図３に示した特性図の特性に基づいて行われる第１及び第２のヒータの加熱制御の制御手順を示すフローチャートである。 画像形成開始からの時間と電力供給量との関係を示す特性図である。 第２の実施形態における制御手順を示すフローチャートである。 画像形成開始からの定着枚数と電力供給量との関係を示す特性図である。 第３の実施形態に係る定着装置の制御回路を示すブロック図である。 第３の実施形態における制御手順を示すフローチャートである。 雰囲気温度と電力供給量との関係を示すフローチャートである。 第４の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。 第４の実施形態における制御手順を示すフローチャートである。 定着ローラと加圧ローラの温度差と電力供給量との関係を示す特性図である。 第５の実施形態における制御手順を示すフローチャートである。 加圧ローラの温度と電力供給量との関係を示す特性図である。 立ち上がりからの定着ローラと加圧ローラの温度変化を示す特性図である。 画像形成開始からの時間と加圧ローラの温度との関係を示す特性図である。 画像形成開始からの定着枚数と加圧ローラの温度との関係を示す特性図である。 雰囲気温度と加圧ローラの温度との関係を示す特性図である。 定着ローラの表面温度の降下速度と加圧ローラの温度との関係を示す特性図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 定着（加熱）ローラ
２ 加圧ローラ
３，２０，２１ 温度センサ
４ 第１のヒータ
５ 第２のヒータ
７ 転写紙
８ トナー
１２ 入力回路
１３ ＣＰＵ
１４ ドライバ
１５ 切り換えスイッチ
１７ 商用電源
１８ キャパシタ（蓄電装置）
１９ 充電装置

Claims (20)

1. 蓄電装置から供給される電力を加熱源に供給し、定着部材と加圧部材とにより記録媒体に画像を定着させる定着装置において、
   画像形成開始からの時間に基づいて前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させる制御手段を備えていることを特徴とする定着装置。
2. 前記定着部材の温度を検出する検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記検出手段によって検出された温度を設定温度と対比し、その対比結果に基づいて、前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させるとともに、
   前記画像形成開始からの時間に基づいて、前記設定温度を変化させることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 蓄電装置から供給される電力を加熱源に供給し、定着部材と加圧部材とにより記録媒体に画像を定着させる定着装置において、
   画像形成開始からの画像形成枚数に基づいて前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させる制御手段を備えていることを特徴とする定着装置。
4. 蓄電装置から供給される電力を加熱源に供給し、定着部材と加圧部材とにより記録媒体に画像を定着させる定着装置において、
   前記定着部材近傍の雰囲気温度を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された温度に基づき、前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させる制御手段を備えていることを特徴とする定着装置。
5. 蓄電装置から供給される電力を加熱源に供給し、定着部材と加圧部材とにより記録媒体に画像を定着させる定着装置において、
   前記定着部材と前記加圧部材との温度差に基づき、前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させる制御手段を備えていることを特徴とする定着装置。
6. 蓄電装置から供給される電力を加熱源に供給し、定着部材と加圧部材とにより記録媒体に画像を定着させる定着装置において、
   前記加圧部材の温度を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された温度に基づき、前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させる制御手段を備えていることを特徴とする定着装置。
7. 蓄電装置から供給される電力を加熱源に供給し、定着部材と加圧部材とにより記録媒体に画像を定着させる定着装置において、
   前記加圧部材の温度を推定する推定手段と、
   この推定手段の出力に基づき、前記蓄電装置から加熱源へ供給する電力供給量
   を変化させる制御手段と、
   を備えていることを特徴とする定着装置。
8. 前記推定手段は、画像形成開始からの時間、画像形成開始からの画像形成枚数、定着部材の表面温度変化及び前記定着部材近傍の雰囲気温度の少なくとも１つから加圧部材の温度を推定することを特徴とする請求項７記載の定着装置。
9. 前記加熱源が前記定着部材及び加圧部材の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の定着装置。
10. 前記制御手段による前記電力供給量の変化が、加熱源へ供給する電力のオンオフを含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の定着装置。
11. 前記蓄電装置は商用電源から充電が行われる補助電源であり、
    前記制御手段は前記補助電源からの前記加熱源への電力供給量を変化させることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の定着装置。
12. 記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
    請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の定着装置と、
    を備えていることを特徴とする画像形成装置。
13. 蓄電装置から供給される電力を加熱源に供給し、定着部材と加圧部材とにより記録媒体に画像を定着させる定着方法において、
    画像形成開始からの時間に基づいて前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させることを特徴とする定着方法。
14. 蓄電装置から供給される電力を加熱源に供給し、定着部材と加圧部材とにより記録媒体に画像を定着させる定着方法において、
    画像形成開始からの画像形成枚数に基づいて前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させることを特徴とする定着方法。
15. 蓄電装置から供給される電力を加熱源に供給し、定着部材と加圧部材とにより記録媒体に画像を定着させる定着方法において、
    前記定着部材近傍の雰囲気温度に基づき、前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させることを特徴とする定着方法。
16. 蓄電装置から供給される電力を加熱源に供給し、定着部材と加圧部材とにより記録媒体に画像を定着させる定着方法において、
    前記定着部材と前記加圧部材との温度差に基づき、前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させることを特徴とする定着方法。
17. 蓄電装置から供給される電力を加熱源に供給し、定着部材と加圧部材とにより記録媒体に画像を定着させる定着方法において、
    前記加圧部材の温度に基づき、前記蓄電装置から前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させることを特徴とする定着方法。
18. 蓄電装置から供給される電力を加熱源に供給し、定着部材と加圧部材とにより記録媒体に画像を定着させる定着方法において、
    前記加圧部材の温度を推定し、前記蓄電装置から加熱源へ供給する電力供給量を変化させることを特徴とする定着方法。
19. 蓄電装置から供給される電力を加熱源に供給し、定着部材と加圧部材とにより記録媒体に画像を定着させる定着方法において、
    定着部材から加圧部材への熱伝達量を推定し、推定した熱伝達料に基づいて前記加熱源へ供給する電力供給量を変化させることを特徴とする定着方法。
20. 前記蓄電装置は商用電源から充電が行われることを特徴とする請求項１３ないし１９のいずれか１項に記載の定着方法。

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