JP4614086B2 - 定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。

従来、中央部ヒータと端部ヒータを備えた定着装置は公知である（例えば特許文献１参照）。この技術は、定着ムラや皺、さらにはホットオフセットの原因となる定着ローラの長手方向での温度分布をほぼ均一化しようとするもので、配光分布特性が異なる複数の加熱手段を備えた定着ローラを備え、複数の加熱手段が、配光分布領域として平坦領域とこの平坦領域に隣接する傾斜領域とを有し、これら加熱手段同士での同じ位置における配光分布に傾斜領域を設定し、同じ位置にある傾斜領域の勾配が加熱手段同士でほぼ等しくなるように設定するものである。

また従来、加熱部に主発熱体と補助発熱体を設け、主発熱体には主電源装置から電力を供給し、補助発熱体にはコンデンサを有する補助電源装置から電力を供給するようにし、加熱部の加熱を開始するときに、加熱部の温度に応じて、コンデンサから補助加熱体に供給する電力量を調整する定着装置が知られている（例えば特許文献２参照）。

この技術は、省電力効果を高めるとともに大電力を供給する際の突入電流や急激な電流変化によるノイズを低減し、かつ立ち上がり時間を短縮し、温度が上がりすぎることを防止するために、主電源装置と補助電源装置の両方から大容量の電力を供給して加熱部を短時間で所定の温度に立ち上げ、待機時には加熱部に電力を供給しないようにする、というものである。そして、充電器と切替装置と温度検知装置及び制御手段を有し、充電器は主電源装置から供給される電力で補助電源装置のコンデンサを充電し、切替装置は補助電源装置の充電と補助電源装置からの補助発熱体に対する電力供給を切替え、温度検知装置は加熱部の温度を検出し、制御手段は温度検知装置で検出している加熱部の温度に応じて補助電源装置から補助発熱体に供給する電力量を調整するようにしている。
特開２００２−２６８４２１号公報 特開２００２−１８４５５４号公報

本発明は、上述のような技術を発展させ、定着ローラ等の定着部材の軸方向における中央部の加熱部及び端部の加熱部を備えた定着装置において、連続通紙時の温度落ち込み防止、及び小サイズの記録媒体を連続通紙するときの非通紙部昇温の防止（温度均一化）を図ることを目的とする。

特に、キャパシタ等の蓄電手段を補助電源として用いた構成の定着装置における非通紙部昇温を防止する。キャパシタ等の蓄電手段を補助電源として備え、商用電源などの外部電源と接続する主電源は端部と中央部のヒータ、蓄電手段による補助電源は全域用のヒータに給電する構成とした場合、小サイズの紙等の記録媒体を連続して通紙すると、定着部材の中央部の温度は低下していくが、この中央部の温度を検知して補助電源を制御すると、補助加熱体（補助ヒータ）が点灯し続けるため、定着部材の非通紙部の温度が上昇し過ぎる傾向が出る。このため、小サイズ紙等を通紙する際には定着部材端部の温度制御が温度上昇を抑えるために重要である。

本発明は、キャパシタを用いた構成での非通紙部昇温を効果的に防止する技術を提供しようとするものである。また本発明は、低温環境下での画像形成時の定着品質を向上させ得るようにすることも目的とする。

本発明の請求項１に係る定着装置は、一対の回転体の一方を加熱する加熱部を備え、前記一対の回転体の間に記録媒体を通過させることにより、該記録媒体上に画像を定着させる定着装置であって、前記加熱部により加熱される前記一方の回転体の回転軸方向における中央部付近の温度を検出する中央部温度検出手段と、前記一方の回転体の前記回転軸方向における端部付近の温度を検出する端部温度検出手段とを備えるとともに、前記加熱部が、前記一方の回転体の前記回転軸方向における中央部付近に配置される中央部加熱部と、前記一方の回転体の前記回転軸方向における端部付近に配置される端部加熱部と、前記中央部及び前記端部にわたって配置される全幅加熱部を含み、該加熱部の動作を制御する制御手段を備える定着装置において、該制御手段が、大サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記中央部温度検出手段の出力に基づいて前記全幅加熱部を制御するとともに、小サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記端部温度検出手段の出力に基づいて前記全幅加熱部を制御することを特徴とする定着装置である。

同請求項２に係るものは、請求項１記載の定着装置において、大サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記制御手段が、前記中央部温度検出手段の出力と第１の設定温度との対比結果に基づいて前記全幅加熱部を制御するとともに、小サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記制御手段が、前記端部温度検出手段の出力と第２の設定温度との対比結果に基づいて前記全幅加熱部を制御する、ことを特徴とする定着装置である。

同請求項３に係るものは、請求項２記載の定着装置において、前記第２の設定温度が前記第１の設定温度よりも低い、ことを特徴とする定着装置である。

同請求項４に係るものは、請求項２または３記載の定着装置において、小サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記制御手段が、前記端部温度検出手段の出力と前記第２の設定温度との対比結果に基づいて前記全幅加熱部を制御する、ことを特徴とする定着装置である。

同請求項５に係るものは、請求項２から４のいずれかに記載の定着装置において、大サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記制御手段が、前記端部温度検出手段の出力と第３の設定温度との対比結果に基づいて前記端部加熱部を制御するとともに、小サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記制御手段が、前記端部温度検出手段の出力と第４の設定温度との対比結果に基づいて前記端部加熱部を制御する、ことを特徴とする定着装置である。

同請求項６に係るものは、請求項５に記載の定着装置において、前記第２の設定温度が、前記第４の設定温度よりも高い、ことを特徴とする定着装置である。

同請求項７に係るものは、請求項５に記載の定着装置において、前記第２の設定温度と前記第４の設定温度とが等しい、ことを特徴とする定着装置である。

同請求項８に係るものは、請求項１から７のいずれかに記載の定着装置において、前記制御手段が、復帰立上時の前記加熱部の昇温時に、前記端部温度検出手段の出力に基づいて前記全幅加熱部への給電を制御する、ことを特徴とする定着装置である。

同請求項９に係るものは、請求項１から８のいずれかに記載の定着装置において、定着装置は、商用電源により充電され、前記全幅加熱部に電力供給する蓄電装置を更に備え、前記中央部加熱部と前記端部加熱部は、前記商用電源から電力供給され、大サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、該制御手段は、前記中央部温度検出手段の出力に基づいて前記蓄電装置が前記全幅加熱部に電力供給するように制御するとともに、小サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、該制御手段は、前記端部温度検出手段の出力に基づいて前記蓄電装置が前記全幅加熱部に電力供給するように制御する、ことを特徴とする定着装置である。

同請求項１０に係るものは、請求項１から９のいずれかに記載の定着装置において、前記端部温度検出手段は、小サイズの幅の記録媒体を連続通紙する場合の非通紙域の温度を検出する位置に配置されている、ことを特徴とする定着装置である。

同請求項１１に係るものは、一対の回転体の一方を加熱する加熱部を備え、前記一対の回転体の間に記録媒体を通過させることにより、該記録媒体上に画像を定着させる定着装置であって、前記加熱部が、前記一方の回転体の前記回転軸方向における小サイズの記録媒体が通過する通紙域に対応する中央部付近を加熱する中央部加熱部と、前記小サイズの記録媒体が通過しない非通紙域であって、該小サイズの記録媒体よりも幅が大きい大サイズの記録媒体が通過する通紙域を加熱可能な端部加熱部と、前記中央部加熱部が加熱する領域から前記端部加熱部が加熱する領域にわたって加熱可能な全幅加熱部とを有し、該加熱部の動作を制御する制御手段を備える定着装置において、前記一方の回転体のうち前記中央部加熱部が加熱する領域の温度を検出する中央部温度検出手段と、前記一方の回転体のうち前記端部加熱部が加熱する領域の温度を検出する端部温度検出手段と、を備え、該制御手段は、小サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記端部温度検出手段の出力に基づいて前記全幅加熱部を制御する、ことを特徴とする定着装置である。

同請求項１２に係る画像形成装置は、請求項１ないし１１のいずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置である。

本発明は、補助ヒータを用いて定着装置を加熱する構成での非通紙部昇温を防止することが可能となる。

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。

図１は本発明に係る定着装置を用いる画像形成装置の全体構成の模式的断面図である。図中４１は回転体からなる像担持体の一例であってドラム形状の感光体を示している。この感光体４１の周りには、図中に矢印で示す向きの回転方向順に、帯電ローラからなる帯電装置４２、露光手段の一部を構成するミラー４３、現像ローラ４４ａを備えた現像装置４４、記録材Ｐとしての転写紙に現像画像を転写する転写装置４８、感光体４１の周面に摺接するブレード４６ａを備えたクリーニング装置４６等が配置してある。感光体４１上には、帯電装置４２と現像ローラ４４ａとの間でミラー４３を介して露光光Ｌｂが走査されるようになっている。この露光光Ｌｂの照射位置を露光部１５０と言う。

転写装置４８は感光体４１の下面と対向させて設けてある。この転写装置４８と対向している部位が転写部４７である。この転写部４７のさらに感光体４１の回転方向で上流側の位置には、一対のレジストローラ４９が設けてある。このレジストローラ４９に向けて、図示しない搬送ガイドにより案内して図示しない給紙トレイに収納した記録材Ｐを給紙コロ１１０から送り出すようになっている。また転写部４７の感光体４１の回転方向でさらに下流の位置には、定着装置１０が配置してある。

この画像形成装置における画像形成は次のようにして行う。感光体４１が回転を始め、この回転中に感光体４１を暗中において帯電装置４２により均一に帯電させ、露光光Ｌｂを露光部１５０に照射、走査し、作成すべき画像に対応した潜像を形成する。この潜像は、感光体４１の回転により現像装置４４に移動し、ここで現像装置４４でトナーにより可視像化し、トナー像を形成する。

一方、給紙コロ１１０により給紙トレイ上の記録材Ｐの送給を開始し、図中に破線で示す搬送経路を経て一対のレジストローラ４９の位置で記録材Ｐをいったん停止させ、感光体４１上のトナー像と転写部４７で合致するように送り出しのタイミングを図る。そして好適なタイミングでレジストローラ４９が回転し、停止していた記録材Ｐを送り出し、転写部４７に向けて搬送する。そして感光体４１上のトナー像と記録材Ｐとを転写部４７で合致させ、転写装置４８による電界印加によってトナー像を記録材Ｐ上に転写する。

こうして感光体４１周りの画像形成部でトナー像を担持させた記録材Ｐは、次いで定着装置１０に向けて送り出す。記録材Ｐ上のトナー像は定着装置１０を通過する間にその記録材Ｐ上に定着させ、トナー像の定着を受けた記録材Ｐは、図示を省略した排紙部へ排紙する。

一方、転写部４７で転写されずに感光体４１上に残った残留トナーは、感光体４１の回転と共にクリーニング装置４６に至り、クリーニング装置４６を通過する間に清掃される。感光体４１は、その状態で次の画像形成に備える。

図２、図３は本発明の実施対象となり得る定着装置の概念的断面図、図４は図２、図３の定着装置の回路構成を模式的に示すブロック図である。図示のように、本例の定着装置１０は、定着部材１４、加圧部材１５を含み、定着部材１４内に加熱部１を備え、定着部材１４外に定着温度検出手段８を備えている。また定着装置１０は、制御系として定着部温度検出手段８（８ａ、８ｂ、８ｃ）からの温度情報に応じて、補助電源装置３から定着装置１０への供給電力を制御するための制御手段６０を有している。

定着部温度検出手段８は、定着部長手方向（図２の紙面垂直方向、図３の紙面左右方向）で、どのサイズの記録媒体Ｐでも通過する中心近傍に中央部温度検出手段８ａを配し、小サイズ紙は通過しない定着部端部に端部温度検出手段８ｂを配してある。これら温度検出手段は、サーミスタ、熱電対、赤外線温度検知装置等の適宜の手段で構成し、制御手段６０へ温度情報を送る。制御手段６０は、定着部温度検出手段８から得た温度情報をもとに、定着装置１０の加熱手段１への給電開始、給電停止、給電量増減等の制御を行える。さらに図示の定着装置１０は、図４の回路構成に示すように、制御手段６０の指令に基づいてオンオフする接点を電力制御手段（後述）として備えている。

また画像形成装置に電力を供給する主電源装置２は、商用電源から電力を得て画像形成装置各部の各種ユニットへ給電を行う。一般的な機器と同様に、商用電源のコンセントに電源線のプラグを挿入して接続することで、画像形成装置内の各ユニット等へ電力を供給することができる。

補助電源装置３は、電気二重層キャパシタ（あるいは電気二重層コンデンサ）等の蓄電手段あるいは蓄電装置を有し、主電源装置２からの充電で蓄電した電力を、主電源装置２の供給電力に加えて供給できる構成となっており、大電力を画像形成装置へ給電できる。なお、電気二重層キャパシタだけでなく、Ｌｉイオンやニッケル水素等の二次電池でも、酸化還元を利用する疑似容量キャパシタ等も補助電源装置３における蓄電に用いることができる。

定着部材１４内の加熱部１は、発熱体１ａ、１ｂ、１ｃ（ＡＣヒータ１ａ、１ｂ、ＤＣヒータ１ｃ：以下、主発熱部材１ａ、１ｂと補助発熱部材１ｃと言う）を有し、また主電源装置２、補助電源装置３に加え、充電器４、充放電切換手段５、主電源からの電力供給を制御する主電力制御手段６ａ、６ｂと補助電源からの電力供給を制御する補助電力制御手段６ｃを有している。なおこれら電力制御手段６ａ、６ｂ、６ｃは、図ではオンオフスイッチとして描いてあるが、もちろんこれに限定されず、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、トライアックなど、種々のタイプの制御素子等を採用できる。

主発熱部材１ａは、主電源装置２から電力を供給されて発熱し、定着部材１４の軸方向で小サイズ紙でも通過する位置である中央部を加熱する。例えば、Ａ４縦サイズの記録媒体を通紙する範囲を加熱するように、幅約２００ｍｍ程度の中央部を加熱する１００Ｖ、５００ｗのハロゲンヒータを用いることができる。

主発熱体１ｂは同じく主電源からの電力供給で発熱し、小サイズの記録媒体では通紙されない定着部材１４の端部を加熱する。例えば、Ａ４横通紙の範囲を加熱するように、幅約３１０ｍｍ程度の端部を加熱するように、１００Ｖ、７００ｗ程度のハロゲンヒータを用いている。定着部材１４の軸方向中央部の幅約２００ｍｍの範囲は発熱しない構成となっている。

一方、補助発熱部材１ｃは補助電源装置３からの電力供給により発熱し、定着部材１４の軸方向のほぼ全域を加熱することができる。この補助発熱部材１ｃは、例えば１００Ｖ、１２００ｗのハロゲンヒータから構成できる。

なおこれら発熱体には、例えば、ガラス管の中に形成したフィラメントに電流を流すことで発熱するハロゲンランプあるいはハロゲンヒータを用いることができるが、本発明ではハロゲンランプ等に限らず、誘導加熱を用いた構成としても、あるいはセラミックヒータを用いた構成としてもかまわない。

定着部材１４のローラ基体は、例えばアルミや鉄等の金属製であることが、耐久性や加圧による変形等の点から望ましい。またローラ表面にはトナーとの固着を防ぐための離型層を形成していることが望ましく、ローラ内面にはハロゲンヒータの熱を効率よく吸収するための黒化処理をしていることが望ましい。さらに、図示はしないがローラでなくベルトによってニップ部を形成したベルト定着構成であってもかまわない。

加圧部材１５は、芯金にゴム等の弾性層を形成することで、定着部材１４との間にニップ部を形成し、このニップ部に未定着画像を形成した紙等の記録材Ｐを通紙することで熱と圧力によりトナー像を記録材Ｐ上に定着する。また、加圧部材１５として発泡層を有する加圧ローラで定着部材１４との間にニップ部を形成してもよい。この場合、発泡層の断熱効果により定着部材１４の熱が加圧ローラに伝わりにくくなるので、定着部材１４を早く昇温できる。

補助電源装置３は主電源装置２からの電力を充電して補助発熱部材１ｃへ給電するための電源である。主電源からの電力を電圧調整やＡＣ／ＤＣ変換して補助電源へ供給する充電器４により主電源から供給される電力を蓄えることができ、充放電切換手段５により、加熱部１へ補助電力を供給することができる。

具体的には、主電源装置２はプラグ５１で商用電源のコンセントから電力を得て、画像形成装置各部のユニットに給電を行う。日本では１００Ｖの電圧で１５Ａ程度の電流容量に制限され、主電源装置２からの電力は１５００Ｗ程度が最大電力となることが多い。なお、電圧の調整及び交流と直流の整流や電圧を安定化する等の機能を有していてもよい。

補助電源装置３は、例えば電気二重層キャパシタからなるキャパシタセルを複数個接続して構成し、主電源装置２からの充電で蓄電した電力を、立上時や連続通紙時等より多くの電力供給が望まれるとき等に供給する構成とすることで、主電源装置２の供給電力を越えた電力を画像形成装置に給電することを可能としている。

一構成例としての補助電源装置３は、２．５ｖ、８００Ｆで、内部抵抗が５ｍΩ以下の、径が３５ｍｍ、長さが１２０ｍｍ程度のキャパシタセルを、４０本直列に接続することで１００Ｖのモジュールを構成したものを用いる。直列に接続する際の各セルの電圧バランスを確保するために、図示しない電圧バランス回路を備えることで動作の長期的な安定性を確保することが可能である。また、内部抵抗が５ｍΩ以下とすると、立上時の２０Ａを越える大電流でも補助電源装置３の端子間電圧の低下がリチウム電池やニッケル水素電池等の二次電池よりも小さくて済む。また、キャパシタの中でも小さい値であるため、より少ないキャパシタセル本数で大電力を得られ、そのため装置サイズとコストの面で有利である。

そして補助電源装置３は充放電可能な電源であり、大容量コンデンサである電気二重層キャパシタを用い、電気二重層キャパシタが二次電池と異なり、化学反応を伴わないため、充電時間が短く、寿命が長いという優れた特徴を有する。

すなわち、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十分〜数時間の時間を要するため、一日の大電力供給可能回数が数時間おきに数回しか実現できず、実用的ではなかった。これに対し、コンデンサを用いた補助電源では数１０秒〜数分程度の急速な充電が可能であるため、充電時間が短くて済み、例えば印刷をしておらず、主電源の供給電力に余裕のあるときに充電を行い、補助電源を用いた加熱の回数を実用的な回数にまで増やすことができる。

また、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く、交換の手間やコストが問題となる。これに対し、コンデンサを用いた補助電源は１万回以上の寿命を有し、繰り返しの充放電による劣化も少ない。また、鉛蓄電池のように液交換や補充等も必要がないため、メンテナンスがほとんどいらない。

そして近年では、コンデンサにも多量の電気エネルギーを蓄えられるものが開発されてきており、電気自動車等への採用も検討してある。例えば、日本ケミコン（株）の開発した電気二重層コンデンサ等は２．５Ｖで２０００Ｆ程度の静電容量を有しており、数秒から数１０秒の電力供給には十分な容量を備えている。また、日本電気（株）は、ハイパーキャパシタ（商品名）と称する８０Ｆ程度のコンデンサを実現している。さらに、日本電子（株）は、耐電圧を３．２〜３．５Ｖへ上げて電力量密度を５０〜７５ｗｈ／ｋｇと従来の５〜１０倍にしたナノゲートキャパシタ（商品名）という技術を発表している。

上述のように加熱部１は主発熱部材１ａ、１ｂ、補助発熱部材１ｃを有しているが、これにはハロゲンヒータを用い
ることができ、ガラス管の中に形成したフィラメントに電流を流すことで発熱させている。ただし、本発明ではハロゲンランプあるいはハロゲンヒータに限らず、誘導加熱を用いても、セラミックヒータを用いた構成としてもかまわない。

前述のような加熱部１に供給する電力は、主電源装置２から加熱部１の主発熱部材１ａに供給する構成にしてあるとともに、補助発熱部材１ｃに対しても補助電源装置３からも電力を供給可能である。補助電源装置３では、あらかじめ充電器４によって電力を蓄えておくことができ、任意のタイミングで補助発熱部材１ｃに電力を供給することができる。

また主電源装置２に加えて補助電源装置３の電力を加熱部１に供給することで、主電源装置２による供給電力を上回る大量の電力を加熱部１に供給することができる。このため、図５（Ａ）に示すように加熱部１の温度が室温から所定の温度になるまでの温度上昇時間は、主電源装置２だけを用いるよりも、主電源装置２と補助電源装置３を同時に用いたほうが昇温時間を短くすることができる。

また図５（Ｂ）に示すように、連続通紙で紙等の記録材に奪われる熱量が多い場合、主電源装置２からの給電だけでは所定の最低温度を下回ってしまう場合でも、補助電源装置３からの給電を加えた場合には落ち込みを小さくすることが可能である。このため、単位時間当たりの通紙をより多くした機械の高速化が可能である。

図６は、薄肉ローラを使っても定着部材の温度落ち込みがなくて高速昇温が可能な高速機を実現できる例を説明するための図である。まず初期状態では、商用電源から電力を供給して、電気二重層キャパシタ等の急速充電が可能な大容量コンデンサ等を有する補助電源装置３へ充電をしておく。電気的な放電が小さいので、一晩程度では充分電力を保持できていると共に、通常はコンセントもつなぎっぱなしであるため、もし放電が所定値より低下しても商用電源から充電を行うことができるので、朝一番で主電源を入れた際の使用にも充電を待つ必要はない。

立上時には、定着ローラ等の定着部材１４の温度を、室温から短時間で昇温するときに主電源装置２に加えて補助電源装置３の電力を加熱部材へ供給することで、加熱部材１に投入されるトータルの電力を主電源装置２だけの時よりも多く供給することができ、このため短時間で加熱部材１の温度を上昇させることができる。例えば、径が４０ｍｍで厚さｔが０．７ｍｍのアルミ製薄肉ローラを定着部材に使用し、主電源からの１２００ｗ電力を主発熱部材１ａ、１ｂに補助電源からの１２００ｗヒータの電力を加えて、全体で約２４００ｗの電力を供給することで、主電源だけでは３０秒の立上時間であったものが、約１５秒へ短縮することが可能である。なお図７では、朝一番の立上に補助電源３からの電力を使わない場合、補助電力を商用電力に加える復帰時の昇温よりも時間が掛かることを示している。

またなお、補助電源がキャパシタであるため、給電中に電圧が低下することで供給電力は１２００ｗから徐々に低減する。この特徴により、所定の時間が経つと非常に小さい供給電力となり、紙が発火するような５００℃といった温度まで昇温するような場合には昇温速度が低下する構成が可能である。これにより安全に短時間昇温を実現する構成を提供することができる。

なお安全確保のために、システムが暴走した際を想定して温度ヒューズやサーモスタット等の安全回路で直接電源回路を遮断して電力供給を終了させる安全装置を設置することが望ましい。

また、単純に電力を増やす方法としては、商用電源を２系統にして電力を増やしたり、二次電池や燃料電池等を使うことも考えられるが、これらの方法ではほぼ継続的に大電力を供給することができるため、昇温時間が短くなるとこれら安全回路の反応時間が遅くて昇温速度に追いつかなくなる。このため、安全回路が作動する頃には加熱部の温度が高くなり過ぎ、最悪の場合は発火してしまうこともありうる。一方、キャパシタを用いた構成ではシステムが暴走して制御がきかなくなり、電力供給が続いても、所定の電力を使い果たしてしまうと発熱部材の発熱が終了し、その温度上昇が自然にストップしてくれるため、キャパシタを熱源として用いることで、安全に昇温時間の短縮を実現することができる。

通紙については、薄肉ローラであるため、単位時間あたりの通紙枚数が多いとローラ温度が低下しやすいが、通紙時に補助電力を主電力に加えて供給して温度低下を防ぐことができるため、高速層でも薄肉ローラを使用して昇温時間が短くて使い勝手の良い画像形成装置を提供することができる。

本画像形成装置においては、通紙直後の温度低下が防止できるため、通常であれば６０ｃｐｍ程度が限界であった薄肉ローラでも、７５ｃｐｍでの高速な画像形成が可能である。

充電については、主電源装置２からの給電に余裕のある待機状態で、主電源装置２から補助電源装置３へ電力を供給して充電をしておく。キャパシタを補助電源に用いると充電時間を数分程度と短くできる。そして、この充電中の数分以内であれば加熱部材が冷めないため補助電源を使わずにすむか、もしくは途中までの充電電力で間に合う。このため、次の利用者が充電を待つ必要がなく快適な機能を提供することができる。

図８、図９は、本発明の実施例における記録媒体通紙時のＡＣ、ＤＣ給電フローチャートであり、図８は大サイズ時の温度制御、図９は小サイズ時の温度制御を示す。なおこれらの制御フローに入る前に、通紙する記録媒体のサイズを判定するフローが存在するが、従来公知あるいは周知のフローを用いれば良いので、図示及び説明を省略する。

通紙する記録媒体Ｐのサイズが大サイズ時の温度制御は、図８（Ａ）に示すように、定着部材１４の軸方向中央部の温度Ｔｃを検出し（ステップ１）、設定温度Ｔ０（例えば１９０度）と対比し（ステップ２）、その結果に基づき、Ｔｃ＜Ｔ０であれば中央部ヒータである主発熱部材１ａをオンとし（ステップ３）、Ｔｃ＜Ｔ０でなければ主発熱部材１ａをオフとする（ステップ４）制御を行い、通紙が終了したか否かをチェックし（ステップ５：チェックは適宜公知の手段を用いればよい。以下同じ。）、通紙中であればステップ１へ戻り、通紙終了であれば処理を終了する。更に、図８（Ｂ）に示すように、定着部材１４の軸方向端部の温度Ｔｒを検出し（ステップ６）、設定温度Ｔ０と対比し（ステップ７）、その結果に基づき、Ｔｒ＜Ｔ０であれば端部ヒータである主発熱部材１ｂをオンとし（ステップ８）、Ｔｒ＜Ｔ０でなければ主発熱部材１ｂをオフとする（ステップ９）制御を行い、通紙が終了したか否かをチェックし（ステップ１０）、通紙中であればステップ６へ戻り、通紙終了であれば処理を終了する。更に、図８（Ｃ）に示すように、定着部材１４の軸方向中央部の温度Ｔｃを検出し（ステップ１１）、設定温度Ｔ１（例えば１８０度）と対比し（ステップ１２）、その結果に基づき、Ｔｃ＜Ｔ１であれば全幅ヒータである補助発熱部材１ｃをオンとし（ステップ１３）、Ｔｃ＜Ｔ１でなければ補助発熱部材１ｃをオフとする（ステップ１４）制御を行い、通紙が終了したか否かをチェックし（ステップ１５）、通紙中であればステップ１１へ戻り、通紙終了であれば処理を終了する。

上記通紙する記録媒体Ｐのサイズが大サイズ時の温度制御においては、設定温度Ｔ０と中央部温度Ｔｃの対比結果に基づき、中央部ヒータをオンオフ制御し、設定温度Ｔ０と端部温度Ｔｒの対比結果に基づき、端部ヒータをオンオフ制御し、設定温度Ｔ１と中央部温度Ｔｃの対比結果に基づき、全幅ヒータをオンオフ制御する。なお、本実施例では、補助電源を用いる全幅ヒータの設定温度を中央ヒータの設定温度よりも低くすることにより、電力ロスを低減している。

通紙する記録媒体Ｐのサイズが小サイズ時の温度制御は、図９（Ａ）に示すように、定着部材１４の軸方向中央部の温度Ｔｃを検出し（ステップ２１）、設定温度Ｔ０と対比し（ステップ２２）、その結果に基づき、Ｔｃ＜Ｔ０であれば中央部ヒータである主発熱部材１ａをオンとし（ステップ２３）、Ｔｃ＜Ｔ０でなければ主発熱部材１ａをオフとする（ステップ２４）制御を行い、通紙が終了したか否かをチェックし（ステップ２５）、通紙中であればステップ２１へ戻り、通紙終了であれば処理を終了する。更に、図９（Ｂ）に示すように、定着部材１４の軸方向端部の温度Ｔｒを検出し（ステップ２６）、設定温度Ｔ２（例えば１３０度）と対比し（ステップ２７）、その結果に基づき、Ｔｒ＜Ｔ２であれば端部ヒータである主発熱部材１ｂをオンとし（ステップ２８）、Ｔｒ＜Ｔ２でなければ主発熱部材１ｂをオフとする（ステップ２９）制御を行い、通紙が終了したか否かをチェックし（ステップ３０）、通紙中であればステップ２６へ戻り、通紙終了であれば処理を終了する。更に、図９（Ｃ）に示すように、定着部材１４の軸方向端部の温度Ｔｒを検出し（ステップ３１）、設定温度Ｔ２と対比し（ステップ３２）、その結果に基づき、Ｔｒ＜Ｔ２であれば全幅ヒータである補助発熱部材１ｃをオンとし（ステップ３３）、Ｔｒ＜Ｔ２でなければ補助発熱部材１ｃをオフとする（ステップ３４）制御を行い、通紙が終了したか否かをチェックし（ステップ３５）、通紙中であればステップ３１へ戻り、通紙終了であれば処理を終了する。

上記通紙する記録媒体Ｐのサイズが小サイズ時の温度制御においては、設定温度Ｔ０と中央部温度Ｔｃの対比結果に基づき、中央部ヒータをオンオフ制御し、設定温度Ｔ２と端部温度Ｔｒの対比結果に基づき、端部ヒータをオンオフ制御し、設定温度Ｔ２と端部温度Ｔｒの対比結果に基づき、全幅ヒータをオンオフ制御する。

次に、本発明の特徴である端部昇温防止の動作を詳しく説明する。図１０（Ａ）は、大サイズ紙の場合の動作を示す図である。各グラフの横軸が時間で、縦軸は中央部と端部の温度、給電状態として主電源から中央部、主電源から端部、補助電源から補助加熱体への給電状態を示す模式図である。図１０（Ａ）は、図８（Ａ）〜（Ｃ）のフローチャートに対応している。通紙巾の大きいサイズ、例えばＡ４用紙を横方向（幅：約３００ｍｍ）で連続的に印刷する際の動作時は、主電源装置２からは中央部温度検知手段８ａの検知温度Ｔｃに応じて主発熱部材１ａへ給電を行い、端部温度検知手段８ｂの検知温度Ｔｒに応じて主発熱部材１ｂへの給電を行う。補助電源装置３からは、中央部温度検知手段８ａの検知温度Ｔｃに応じて補助発熱部材１ｃへ給電し、中央部の温度低下が検知されると補助発熱部材１ｃへの給電により温度低下を防止する。

図１０（Ｂ）は、従来と同様の小サイズ紙の場合の動作を示す図である。通紙幅の小さいサイズ、例えばＡ４用紙を縦方向（幅：約２１０ｍｍ）で連続的に印刷する際の動作時は、主電源装置２からは中央部温度検知手段８ａの検知温度Ｔｃに応じて主発熱部材１ａへ給電を行い、端部温度検知手段８ｂの検知温度Ｔｒに応じて主発熱部材１ｂへの給電量を制御する。補助電源装置３からは、温度の低下しやすい中央部温度検知手段８ａの検知温度Ｔｃに応じて補助発熱部材１ｃへ給電する。そのため、通紙域全域を加熱する補助加熱部材１ｃへの給電が多くなり、端部の非通紙域が過度に温度上昇してしまう。

図１０（Ｃ）は、図９（Ａ）〜（Ｃ）のフローチャートに対応している。本発明の実施例では、図１０（Ｃ）に示すように、主電源装置２からは、中央部温度検知手段８ａの検知温度に応じて主発熱部材１ａへ給電を行い、端部温度検知手段８ｂの検知温度に応じて主発熱部材１ｂへの給電量を制御する。また補助電源装置３からは、温度の低下しにくい端部温度検知手段８ｂの検知温度Ｔｒに応じて補助発熱部材１ｃへ給電する。このため、通紙域全域を加熱する補助発熱部材１ｃへの給電が少なくなり、そのために定着部材１４の軸方向端部の非通紙域において、加熱による過度な温度上昇を抑えることが可能となる。

図１１は、本発明の別実施例における小サイズの記録媒体通紙時のＡＣ、ＤＣ給電フローチャートである。上記図９（Ｂ）、（Ｃ）の給電フローチャートにおいては、主発熱部材１ｂと補助発熱部材１ｃの設定温度を、同じ設定温度Ｔ２としている。本実施例においては、主発熱部材１ｂと補助発熱部材１ｃの設定温度を異なった設定温度としている。制御フローに入る前に、通紙する記録媒体のサイズを判定するフローが存在するが、従来公知あるいは周知のフローを用いれば良いので、図示及び説明を省略する。

小サイズの記録媒体Ｐが通紙される場合の温度制御は、図１１に示すように、定着部材１４の軸方向端部の温度Ｔｒを検出し（ステップ４１）、設定温度Ｔ２（例えば１３０度）と対比し（ステップ４２）、その結果に基づき、Ｔｒ＜Ｔ２であれば端部ヒータである主発熱部材１ｂをオンとし（ステップ４３）、Ｔｒ＜Ｔ２でなければ主発熱部材１ｂをオフとする（ステップ４４）制御を行う。更に、ステップ４１で検知した定着部材１４の軸方向端部の温度Ｔｒと設定温度Ｔ１（例えば１８０度）とを対比し（ステップ４５）、その結果に基づき、Ｔｒ＜Ｔ１であれば全幅ヒータである補助発熱部材１ｃをオンとし（ステップ４６）、Ｔｒ＜Ｔ１でなければ補助発熱部材１ｃをオフとする（ステップ４７）制御を行い、通紙が終了したか否かをチェックし（ステップ４８）、通紙中であればステップ４１へ戻り、通紙終了であれば処理を終了する。

上記通紙する記録媒体Ｐのサイズが小サイズ時の温度制御においては、補助発熱部材１ｃの設定温度を、通紙する記録媒体Ｐのサイズが大サイズの時の設定温度（例えば１８０度）と同じにし、主発熱部材１ｂの設定温度を低い温度（例えば１３０度）に設定することにより、定着部材１４の通紙域全域を加熱する補助発熱部材１ｃへの給電が少なくなり、そのために定着部材１４の軸方向端部の非通紙域において、加熱による過度な温度上昇を抑えることが可能となる。

また、小サイズの記録媒体Ｐが通紙される場合の温度制御の変形例として、全幅ヒータである補助発熱部材１ｃの温度制御を、中央部温度検知手段８ａの出力を基に、大サイズ制御時の制御温度よりも低い温度で制御してもよい。具体的には、定着部材１４の軸方向中央部の温度Ｔｃと、設定温度Ｔ２（例えば１３０度）とを対比し、その結果に基づき補助発熱部材１ｃへの給電をオンオフ制御する。本変形例においては、大サイズ制御時の設定温度Ｔ１（例えば１８０度）よりも低い設定温度Ｔ２（例えば１３０度）を基に、補助発熱部材１ｃへの給電を実施する為、通紙する記録媒体Ｐのサイズが大サイズの場合と比較して、定着部材１４の通紙域全域を加熱する補助発熱部材１ｃへの給電が少なくなり、そのために定着部材１４の軸方向端部の非通紙域において、加熱による過度な温度上昇を抑えることが可能となる。

ところで、上述の実施例１のような定着装置でも、通紙後しばらく不使用状態のままでいると、電源節約等のためにオフモードに移行して定着部材である定着ローラ中央部、端部温度とも降下するが、端部は画像形成装置内でギヤや側板等と接触していることが機構的に多いため、中央部よりも放熱しやすく、したがって温度降下が大きい。そのような状態で、復帰立上を開始する場合、従来と同様の動作によって本願発明者が実験を行ったところ、中央部温度は設定時間（１０秒）で立上できたが、端部温度は１０秒以上も立上に時間を要し、目標の時間内に昇温させることができなかった。

これは、補助電源装置３から給電を使うかどうかを温度低下しにくい定着部材１４の軸方向中央部で判断していたためである。すなわち、復帰立上時に補助電源装置３のキャパシタをオンするためのスレッシュ温度（約１３０℃）を、定着部材１４の軸方向中央部の温度Ｔｃと比較していたため、温度低下の大きい端部では補助給電無しの際には電力が足りず、１０秒という設定時間内では昇温しないのである。そこで本発明の実施例では、復帰立上時に、補助電源装置３のキャパシタをオンとするためのスレッシュ温度（約１３０℃）を、定着部材１４の軸方向端部温度Ｔｒと比較するのである。これらの温度変化状態を図１２に示す。従来の温度変化は図１２中に点線で示す。また本発明の実施例の動作は図１２に実線で示す。

図１３は、上述のような、通紙後不使用の状態から復帰立上を行う際のフローチャートである。まず通紙が完了したか否かをチェックし（ステップ５１）、通紙が完了していればＤＣヒータである補助発熱部材１ｃはＯＦＦ、ＡＣヒータである主発熱部材１ａ、１ｂは温度制御を継続し（ステップ５２）、所定時間の経過後（ステップ５３）、主発熱部材１ａ、１ｂをともにオフとし（ステップ５４）、不使用状態（オフモード）となり、復帰立上の指令があれば（ステップ５５）、定着部材１４の軸方向中央部の温度Ｔｃと設定温度Ｔ０（例えば１９０度）とを対比し（ステップ５６）、Ｔｃ＜Ｔ０であれば中央部ヒータである主発熱部材１ａをオンとし（ステップ５７）、またＴｃ＜Ｔ０でなければ主発熱部材１ａをオンとすることなく、定着部材１４の軸方向端部の温度Ｔｒと設定温度Ｔ０とを対比し（ステップ５８）、Ｔｒ＜Ｔ０であれば端部ヒータである主発熱部材１ｂをオンとし（ステップ５９）、Ｔｒ＜Ｔ０でなければ主発熱部材１ｂをオンとすることなく、定着部材１４の軸方向端部の温度Ｔｒと設定温度Ｔ３（例えば１２０度）とを対比し（ステップ６０）、Ｔｒ＜Ｔ３であれば全幅ヒータである補助発熱部材１ｃをオンとし（ステップ６１）、Ｔｒ＜Ｔ３でなければ次の処理へと移行する。

即ち本発明では、大サイズ通紙時には蓄電装置から給電される全幅加熱部により加熱することにより、連続通紙時の温度の落ち込みを防止する一方で、小サイズ通紙時には、被加熱負荷が小さいため、蓄電装置から給電される全幅加熱部により中央部を加熱しなくても、中央部の温度が落ち込むおそれが小さい。また、小サイズ通紙時に、高温の中央部と低温の端部とに温度差が生じた場合、蓄電装置から給電される全幅加熱部により端部を加熱することにより、中央部と端部の温度を均一にすることができ、それにより小サイズ通紙後に大サイズ通紙を開始する場合でも、中央部と端部の温度差に起因して通紙開始が遅れるおそれが少ない。なお、小サイズ通紙時における端部温度制御は、その後の大サイズ通紙に備えるためであるから、中央部ほど高温にする必要はない。上記実施例では、主電源装置２と補助電源装置３から加熱部１への給電制御を、オンオフ制御としているが別の方法、例えばＰＩＤ制御など時間あたりの供給電力量を調整する制御を利用してよい。

本発明に係る定着装置を用いる画像形成装置の全体構成の模式的断面図 本発明の実施対象となり得る定着装置の概念的断面図 本発明の実施対象となり得る定着装置の概念的断面図 図２、図３の定着装置の回路構成を模式的に示すブロック図 主電源装置と補助電源装置の使用形態と昇温時間の関係図 薄肉ローラを用いた定着部材の温度落ち込みがなくて高速昇温が可能な高速機を実現できる例を説明するための図 加熱部材温度変化と、加熱部への電源供給等の関係を示す図 本発明の実施例における記録媒体通紙時の給電フロー図（大サイズ通紙時の温度制御） 同じく記録媒体通紙時の給電フロー図（小サイズ通紙時の温度制御） 本発明の実施例における端部昇温防止の動作説明図 本発明の別実施例における記録媒体通紙時の給電フロー図（小サイズ通紙時の温度制御） 復帰立上時における定着部材の温度変化状態図 通紙後不使用の状態から復帰立上を行う際のフローチャート

符号の説明

１ 加熱部
１ａ、１ｂ 主発熱部材
１ｃ 補助発熱部材
２ 主電源装置
３ 補助電源装置
４ 充電器
５ 充放電切換手段
６ａ 主電力制御手段
６ｂ 補助電力制御手段
８、８ａ、８ｂ 定着温度検出手段
１０ 定着装置
１４ 定着部材
１５ 加圧部材
４１ 感光体
４２ 帯電装置
４３ ミラー
４４ 現像装置
４６ クリーニング装置
４７ 転写部
４８ 転写装置
４９ レジストローラ
６０ 制御手段
１１０ 給紙コロ
１５０ 露光部
Ｌｂ 露光光
Ｐ 記録材
Ｔ１ 第１の設定温
Ｔ２ 第２の設定温
Ｔｃ 定着部材の軸方向中央部の温度
Ｔｒ 定着部材の軸方向端部の温度

Claims (12)

1. 一対の回転体の一方を加熱する加熱部を備え、前記一対の回転体の間に記録媒体を通過させることにより、該記録媒体上に画像を定着させる定着装置であって、 前記加熱部により加熱される前記一方の回転体の回転軸方向における中央部付近の温度を検出する中央部温度検出手段と、前記一方の回転体の前記回転軸方向における端部付近の温度を検出する端部温度検出手段とを備えるとともに、 前記加熱部が、前記一方の回転体の前記回転軸方向における中央部付近に配置される中央部加熱部と、前記一方の回転体の前記回転軸方向における端部付近に配置される端部加熱部と、前記中央部及び前記端部にわたって配置される全幅加熱部を含み、該加熱部の動作を制御する制御手段を備える定着装置において、該制御手段が、 大サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記中央部温度検出手段の出力に基づいて前記全幅加熱部を制御するとともに、 小サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記端部温度検出手段の出力に基づいて前記全幅加熱部を制御する、ことを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、 大サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記制御手段が、前記中央部温度検出手段の出力と第１の設定温度との対比結果に基づいて前記全幅加熱部を制御するとともに、 小サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記制御手段が、前記端部温度検出手段の出力と第２の設定温度との対比結果に基づいて前記全幅加熱部を制御する、ことを特徴とする定着装置。
3. 請求項２記載の定着装置において、前記第２の設定温度が前記第１の設定温度よりも低い、ことを特徴とする定着装置。
4. 請求項２または３記載の定着装置において、 小サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記制御手段が、前記端部温度検出手段の出力と前記第２の設定温度との対比結果に基づいて前記全幅加熱部を制御する、ことを特徴とする定着装置。
5. 請求項２から４のいずれかに記載の定着装置において、 大サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記制御手段が、前記端部温度検出手段の出力と第３の設定温度との対比結果に基づいて前記端部加熱部を制御するとともに、 小サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記制御手段が、前記端部温度検出手段の出力と第４の設定温度との対比結果に基づいて前記端部加熱部を制御する、ことを特徴とする定着装置。
6. 請求項５に記載の定着装置において、 前記第２の設定温度が、前記第４の設定温度よりも高い、ことを特徴とする定着装置。
7. 請求項５に記載の定着装置において、
   前記第２の設定温度と前記第４の設定温度とが等しい、
   ことを特徴とする定着装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の定着装置において、
   前記制御手段が、復帰立上時の前記加熱部の昇温時に、前記端部温度検出手段の出力に基づいて前記全幅加熱部への給電を制御する、ことを特徴とする定着装置。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の定着装置において、 定着装置は、商用電源により充電され、前記全幅加熱部に電力供給する蓄電装置を更に備え、前記中央部加熱部と前記端部加熱部は、前記商用電源から電力供給され、 大サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、該制御手段は、前記中央部温度検出手段の出力に基づいて前記蓄電装置が前記全幅加熱部に電力供給するように制御するとともに、 小サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、該制御手段は、前記端部温度検出手段の出力に基づいて前記蓄電装置が前記全幅加熱部に電力供給するように制御する、ことを特徴とする定着装置。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の定着装置において、 前記端部温度検出手段は、小サイズの幅の記録媒体を連続通紙する場合の非通紙域の温度を検出する位置に配置されている、ことを特徴とする定着装置。
11. 一対の回転体の一方を加熱する加熱部を備え、前記一対の回転体の間に記録媒体を通過させることにより、該記録媒体上に画像を定着させる定着装置であって、
    前記加熱部が、前記一方の回転体の前記回転軸方向における小サイズの記録媒体が通過する通紙域に対応する中央部付近を加熱する中央部加熱部と、前記小サイズの記録媒体が通過しない非通紙域であって、該小サイズの記録媒体よりも幅が大きい大サイズの記録媒体が通過する通紙域を加熱可能な端部加熱部と、前記中央部加熱部が加熱する領域から前記端部加熱部が加熱する領域にわたって加熱可能な全幅加熱部とを有し、該加熱部の動作を制御する制御手段を備える定着装置において、
    前記一方の回転体のうち前記中央部加熱部が加熱する領域の温度を検出する中央部温度検出手段と、
    前記一方の回転体のうち前記端部加熱部が加熱する領域の温度を検出する端部温度検出手段と、
    を備え、
    該制御手段は、 小サイズの幅の記録媒体を前記一対の回転体の間に連続通紙する場合には、前記端部温度検出手段の出力に基づいて前記全幅加熱部を制御する、ことを特徴とする定着装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。