JP5102471B2 - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、画像形成装置に備えられる定着装置に係り、外部電源及び補助電源から電力供給を受けて発熱する発熱体と、この発熱体によって加熱される加熱部と、前記外部電源から前記補助電源への充電を行う充電装置とを備えた定着装置、及びこれを用いた画像形成装置に関する。

複写機等の画像形成装置は、普通紙やＯＨＰ等の記録媒体上に画像を形成するが、画像形成の高速性や画像品質、コスト等から電子写真方式が多く採用されている。電子写真方式は、記録媒体上にトナー像を形成し、形成したトナー像を熱と圧力で記録媒体に定着する方法である。定着方式としては、安全性等の面から現在ヒートローラ方式が最も多く採用されている。ヒートローラ方式は、ハロゲンヒータ等の発熱体により加熱する加熱ローラと、加熱ローラに対向配置する加圧ローラを圧接してニップ部と称される相互圧接部を形成し、このニップ部にトナー像が転写された記録媒体を通して加熱、加圧するもので、これによりトナー像を記録媒体に定着させる。

近年、環境問題に鑑み、複写機やプリンタ装置等の画像形成装置の省電力化が進んでいる。画像形成装置の省電力化のためには、画像形成装置の非通紙時（例えば待機時）において定着装置の定着ローラや定着ベルト等の加熱部温度を低下させることが有効である。

しかし、非通紙時に加熱部の温度を低下させると、その後定着装置を使用するときには加熱部を再び一定温度まで昇温させる必要があり、使用者はその間、待機しなければならない。その結果として装置が使用可能状態となるまでに時間を要するため、使い勝手が悪化することとなる。

また、画像形成装置の省電力化を図ると共に、画像形成後待機時の消費エネルギ−を効果的に削減するためには、できるだけ定着ロ−ラの待機温度を低い値に押さえ、また待機温度からの復帰の待ち時間が短くなるよう定着ロ−ラの熱容量を下げる必要がある。熱容量の小さい定着ロ−ラは画像形成時に転写材に熱を奪われると、定着ロ−ラ表面温度が比較的速く降下し、定着性を満足する下限温度以下となって定着不良が発生しやすいという問題がある。

このような事態を回避するため、補助電源からの電力供給補助による加熱部昇温時間の短縮が考えられており、このような補助電源からの電力供給補助を加熱部昇温時（立ち上げ時・オフモードからの復帰時）だけでなく通紙時にも行うことで、電力をより有効活用する方法が提案されている。

特許文献１には、この補助電源として、電気二重層コンデンサと称される大容量コンデンサを使用し、これによって画像形成装置の省電力化を実現すると共に、加熱部の温度低下を防ぐ技術が示されている。

また特許文献２には、主電源装置から主発熱体に電力を供給しているときに、補助電源装置のコンデンサの充電を停止するようにして、主発熱体に主電源装置の許容最大容量の電力を供給し、また、同時に補助電源装置から補助発熱体に電力を供給し、主電源装置だけで電力を供給する場合よりも大量の電力を加熱部に供給する技術が開示されている。

また特許文献３には、補助電源の蓄電量を検知する蓄電量検知手段と、この蓄電量検知手段からの蓄電量情報により補助電源に所定の電力量が蓄電されていない際に、主電源のみの電力で主発熱部材及び二つ以上の補助発熱部材のうちの少なくとも二つ以上の発熱部材に電力を供給する主電力モードに切り換える制御装置とを有し、これによって、補助電源の蓄電量が不十分であるときにも補助発熱部材に安定した電力を供給することができて加熱部材の温度ムラを低減する技術が開示されている。
特許第3588006号 特開2003-257590号 特開2004-200149号

しかしながら、画像形成装置が使用される環境は様々であり、特に上記のような理由から熱容量の小さい定着ローラを用いている場合には、その周囲環境の温度が低いと、画像形成時に転写材に定着ロ−ラの熱が奪われやすく、定着ロ−ラ表面の温度が速く降下してしまい、定着不良が発生しやすくなるという問題があった。
また、補助電源を用いた従来の定着装置においては、補助電源への充電は、画像形成装置の非作動時に行っていたため、画像形成が連続する場合、一つの画像形成から次の画像形成までの間に補助電源への充電が行われ、次の画像形成までの待ち時間が長く掛かるという問題があった。

そこで、本発明は、定着装置の周囲環境温度に応じて補助電源による発熱体への加熱を行うようにして安定した画像の定着を実現する定着装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、
画像形成装置に備えられる定着装置であって、
外部電源から電力供給を受けて発熱する第１の発熱体と、
補助電源から電力供給を受けて発熱する第２の発熱体と、
前記第１の発熱体によって加熱される主加熱部と、
前記第２の発熱体によって加熱される補助加熱部と、
前記外部電源から前記補助電源への充電を行う充電装置と、
を備えた定着装置において、
定着装置周囲の環境温度を感知する温度感知手段と、
前記外部電源から前記補助電源への充電を行うか、前記補助電源からの第２の発熱体への電力供給を行うかを切替制御する制御手段とを備え、
前記充電装置は、待機状態において前記補助電源を充電するものであり、
前記待機状態から復帰した直後の画像形成中において前記温度感知手段で感知した環境温度が所定値より低い場合には、当該画像形成中における前記発熱体に電力が供給されていないときに前記補助電源を充電するため、前記制御手段は、前記温度感知手段からの温度情報に関し、２つの閾値温度Ｔ1及びＴ2を設定し、それぞれこの閾値温度に対して補助電源の電圧値になる規定の充電量Ｖ1及びＶ2を与えるように前記補助電源の充電時間を制御するものであり、
前記閾値温度Ｔ1及びＴ2はＴ１＞Ｔ２であり、前記充電量Ｖ1及びＶ2はＶ１＜Ｖ２であって、前記閾値温度Ｔ１が前記充電量Ｖ１に対応し、前記閾値温度Ｔ２が前記充電量Ｖ２に対応する、
ことを特徴とする定着装置である。

請求項２の発明は、請求項１の定着装置において、前記画像形成中において前記温度感知手段で感知した環境温度が所定値より高い場合には、当該画像形成中における前記発熱体に電力が供給されていないときに前記補助電源を充電しないことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２の定着装置において、前記画像形成中であって、前記発熱体に電力が供給されていないときの前記補助電源への充電が、その許容最大充電量未満の所定の値となるように制御することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載の定着装置において、前記温度感知手段で感知した温度に応じて、前記補助電源への充電量を調整することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４に記載の定着装置において、前記温度感知手段で感知した温度に応じて、予め定めた複数の充電量のいずれかを、前記補助電源へ供給することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかの定着装置において、前記補助電源に電気二重層キャパシタを用いたことを特徴とする。

請求項７の発明の画像形成装置は、画像形成部と、請求項１から６のいずれかの定着装置を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、定着装置の周囲環境温度に応じて補助電源による発熱体に対する電力供給量を調整できるので、周囲環境温度の変化に影響を受けることなく、安定した画像の定着、画像形成を図ることができる。

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。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る定着装置を備えた電子写真方式の複写機やプリンタ装置等の画像形成装置を概念的に示す断面図である。本実施形態の画像形成装置は、例えば１００枚連続通紙（７５ＣＰＭ（ＣＰＭ：コピー速度））可能なものであり、その主な構成としては、原稿を読み取る読み取りユニット１１、画像を形成する画像形成部１２、自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）１３、ＡＤＦ１３から送り出される原稿をスタックする原稿排紙トレイ１４、給紙カセット１５ないし１８を備える給紙部１９、記録用紙をスタックする排紙部（排紙トレイ２０）により構成してある。例えばＡＤＦ１３は最大積載枚数１００枚であり、読み取りユニット１１は原稿１００枚の読み取り時間を６０秒とする。

そして、ＡＤＦ１３の原稿台２１上に原稿Ｄをセットして図示せぬ操作部での操作、例えばプリントキーの押下操作をすると、最上位の原稿Ｄがピックアップローラ２２の回転により矢印Ｂ１方向へ送り出され、原稿搬送ベルト２３の回転により、画像読み取りユニット１１に固定されたコンタクトガラス２４上へ給送され、そこで停止する。コンタクトガラス２４上に載置された原稿Ｄの画像は、画像形成部１２とコンタクトガラス２４の間に位置する読み取り装置２５によって読み取る。読み取り装置２５は、コンタクトガラス２４上の原稿Ｄを照明する光源２６、原稿画像を結像する光学系２７、原稿画像を結像させるＣＣＤ等からなる光電変換素子２８等を有している。画像読み取り終了後、原稿Ｄを原稿搬送ベルト２３の回転により矢印Ｂ２方向へ搬送して原稿排紙トレイ１４上へ排出する。このように、原稿Ｄを１枚ずつコンタクトガラス２４上へ給送して原稿画像を画像読み取りユニット１１によって読み取る。

一方、画像形成部１２の内部には、像担持体である感光体３０が配置してある。感光体３０は、図において時計方向に回転駆動し、帯電装置３１によって表面を所定の電位に帯電させる。また、書き込みユニット３２からは、読み取り装置２５によって読み取った画像情報に応じて光変調したレーザ光Ｌを照射し、帯電させた感光体３０の表面をこのレーザ光Ｌで露光し、これによって感光体３０の表面に静電潜像を形成する。この静電潜像は、現像装置３３を通るとき、対向する転写装置３４によって感光体３０と転写装置３４の間に給送された記録媒体Ｐに転写する。トナー像転写後の感光体３０の表面は、クリーニング装置３５によって清掃する。

画像形成部１２の下部に配置した複数の給紙カセット１５ないし１８には、紙等の記録媒体Ｐを収容してあり、いずれかの給紙カセット１５ないし１８から記録媒体Ｐを矢印Ｂ３方向へ送り出し、その記録媒体Ｐの表面に、上述のように感光体３０の表面に形成したトナー像を転写する。次に、記録媒体Ｐを矢印Ｂ４で示すように画像形成部１２内の定着装置３６を通し、熱と圧力の作用によって記録媒体Ｐの表面に転写されたトナー像を定着させる。定着装置３６を通った記録媒体Ｐを排出ローラ対３７によって搬送し、矢印Ｂ５で示すように排紙トレイ２０へ排出し、スタックする。

次に本発明の実施例に係る定着装置について説明する。図２は、図１に示した定着装置の細部を拡大して概念的に示した断面図である。図において定着装置２００は、定着ローラ２０１と、これに対向配置された加圧ローラ２０２と、定着ローラ２０１内に配置される２つのヒータ（主ヒータ２０３及び補助ヒータ２０４）と、定着ローラ２０１の表面温度を検知する温度検知手段２０５と、定着ローラ２０１にその先端を圧接させた分離爪２０６とを備えている。

定着ローラ２０１は、円筒形状の金属管に離型層を配置して構成され、その内部長手方向に沿って配置された２本のヒータ２０３及び２０４によって規定の温度まで加熱されるものである。加圧ローラ２０２は、金属管にゴム層と離型層を配置して構成され、定着ローラ２０１に圧接されている。定着ローラ２０１と加圧ローラ２０２は、図示しない駆動手段により回転駆動され、そのニップ間に、前記転写装置３４を通過してその表面にトナーの未定着画像を備えた記録媒体Ｐを通過させることによって、これに加熱と加圧を同時に与えて、像を定着させるものである。ヒータ２０３及び２０４は、温度検知手段２０５で検出される定着ローラの表面温度に基づいて点灯制御され、これによって定着ローラ２０１の表面温度が画像定着に適した温度に制御される。定着ローラ２０１と加圧ローラ２０２のニップ部を通過した記録媒体Ｐは、分離爪２０６によって定着ローラ２０１に付着することなく好適に排紙トレイに向けて排紙されることとなる。

前記２本のヒータのうち、主ヒータ２０３は、後述する電源回路内の外部電源（商用電源）に接続され、これによって電力供給を受け、補助ヒータ２０４は、後述する電源回路内の補助電源に接続され、これによって電力供給を受け、これらは独立して駆動される。これらのヒータ２０３及び２０４は、好ましくはハロゲンヒータ、ニクロム線ヒータまたはＩＨヒータなどで構成される。

図３は、本例に係る定着装置の一実施例の構成を示す回路図である。図には、定着装置の主ヒータ２０３及び補助２０４と、外部電源（商用電源）の形で与えられ、主ヒータ２０３に電力供給する主電源３０１と、主電源３０１から主ヒータ２０３への電力供給をオンオフする制御スイッチ３０２と、補助ヒータ２０４に電力供給を行う補助電源３０３と、補助電源３０３へ充電を行う充電器３０４と、充放電切替手段３０５と、この定着装置を備えた画像形成装置の周囲温度を測定する温度測定部３０６と、この温度測定部３０６で測定した温度や他の制御情報に基づいて前記充放電切替手段３０５を切替制御する制御部３０７とが示されている。

主電源３０１は、主ヒータ２０３に電力供給を行い、この電力供給は制御スイッチ３０２のオンオフによって制御される。前述の定着ローラ２０１は、主として主電源３０１で駆動される主ヒータ２０３の加熱によって規定温度を維持する。

補助電源３０３は、主電源３０１から電力供給を受ける充電器３０４によって充電可能な電源であり、補助ヒータ２０４に電力供給を行うことによって、主ヒータ２０３による定着ローラ２０１の加熱を補助する役割を有している。従って、この補助ヒータ２０４は、画像形成装置の立ち上がり時や待機状態からの復帰時、及び主電源からの最大電力を超える電力供給が必要とされる時に駆動して、装置の起動を早めたり定着ローラ２０１を安定的に温度調整できるようにする。

好適な実施例においては、補助電源３０３として、電気二重層キャパシタが用いられる。電気二重層キャパシタは、その特性から、数分程度の急速な充電が可能であると共に、放電初期には高い電圧で電力供給が可能であり、立ち上がり時やオフモードからの復帰時にはこの初期放電特性が有効活用される。電気二重層キャパシタはまた、その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ので、本発明における補助電源として用いるのに最適なものである。

補助電源３０３は、充放電切替手段３０５の切替えによって、充電器３０４からの充電が可能となると共に、補助ヒータ２０４への放電が可能となる。この回路構成において、充電器３０４は、主電源３０１が主ヒータ２０３に通電されていないときに充電され、また、補助電源３０３が補助ヒータ２０４に通電されていないときにこの補助電源３０３に充電を行う。

温度測定部３０６は、この定着装置を備えた画像形成装置の周囲温度を測定するものである。定着装置において熱容量の小さい定着ローラ２０１を用いている場合、画像形成装置周囲の環境温度が低いと、定着不良を起こす危険性がある。実施例において制御部３０７は、温度測定部３０６で測定された温度が、規定温度よりも低く定着不良を起こす危険性があると判断する場合、画像形成中であっても、２つのヒータ２０３及び２０４への電力供給が行われていないときに、充放電切替手段３０５を作動させて充電器３０４による補助電源３０３への充電を実行する。この補助電源３０３に対する追加的な充電動作によって、補助ヒータ２０４への次の供給電力量が多くなり、環境温度が低い場合においても好適に定着ローラ２０１の温度を維持することができるようになる。

実施例において、制御部３０７は、温度測定部３０６からの温度情報に関し、２つの閾値温度Ｔ1及びＴ2を設定し、それぞれこの閾値温度に対して規定の充電量Ｖ1及びＶ2（これが補助電源の電圧値になる）が与えられるように、補助電源３０３の充電時間を制御する。すなわち、Ｔ1＞Ｔ2としたとき、補助電源３０３には、Ｖ1＜Ｖ2の充電量が与えられる。このような制御によって、環境温度が著しく低いときには、それに応じた大きい充電量が与えられ、また、環境温度がさほど低くないときには、それに応じた小さい充電量が与えられるようになり、その結果、環境温度に拘わらず定着ローラ２０１の温度を安定的に保つことができるようになる。なお、制御部３０７は、これらの充電量Ｖ1及びＶ2が、補助電源３０３をフル充電するに必要な許容最大充電量未満の値となるよう制御を行う。これによって、補助ヒータ２０４にはその最大電力未満の電力が供給されることとなり、定着ローラ２０１に過剰な熱量が与えられることが防止され、画像形成後のトナ−と転写材のブロッキング等の不具合を回避することが可能となる。

また、実施例において、さらに複数の閾値温度を設定してきめ細かく補助電源３０３への充電量を調整することもできる。また、前記温度測定部３０６からの温度情報に関し、２つの閾値温度範囲Ｔ1a〜Ｔ1b及びＴ2a〜Ｔ2bを設定し、それぞれこの閾値温度範囲に対して規定の充電量Ｖ1及びＶ2が与えられるように構成することもできる。また、上記実施例では、補助電源として電気二重層キャパシタを例として挙げているが、補助電源としてはこれに限らず、繰り返し充放電可能な電池を使用することができる。

本発明に係る定着装置を備えた電子写真方式の複写機やプリンタ装置等の画像形成装置を概念的に示す断面図である。 本発明の実施例に係る定着装置の細部を拡大して概念的に示した断面図である。 本発明の実施例に係る定着装置の構成を示す回路図である。

符号の説明

１１ 読み取りユニット
１２ 画像形成部
１３ 自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）
１４ 原稿排紙トレイ
１５〜１８ 給紙カセット
１９ 給紙部
２０ 排紙トレイ
２１ 原稿台
２２ ピックアップローラ
２３ 原稿搬送ベルト
２４ コンタクトガラス
２５ 読み取り装置
２６ 光源
２７ 光学系
２８ 光電変換素子
３０ 感光体
３１ 帯電装置
３２ ユニット
３３ 現像装置
３４ 転写装置
３５ クリーニング装置
３６ 定着装置
３７ 排出ローラ
２００ 定着装置
２０１ 定着ローラ
２０２ 加圧ローラ
２０３ 主ヒータ
２０４ 補助ヒータ
２０５ 温度検知手段
２０６ 分離爪
３０１ 主電源
３０２ 制御スイッチ
３０３ 補助電源
３０４ 充電器
３０５ 充放電切替手段
３０６ 温度測定部
３０７ 制御部

Claims (7)

1. 画像形成装置に備えられる定着装置であって、
   外部電源から電力供給を受けて発熱する第１の発熱体と、
   補助電源から電力供給を受けて発熱する第２の発熱体と、
   前記第１の発熱体によって加熱される主加熱部と、
   前記第２の発熱体によって加熱される補助加熱部と、
   前記外部電源から前記補助電源への充電を行う充電装置と、
   を備えた定着装置において、
   定着装置周囲の環境温度を感知する温度感知手段と、
   前記外部電源から前記補助電源への充電を行うか、前記補助電源からの第２の発熱体への電力供給を行うかを切替制御する制御手段とを備え、
   前記充電装置は、待機状態において前記補助電源を充電するものであり、
   前記待機状態から復帰した直後の画像形成中において前記温度感知手段で感知した環境温度が所定値より低い場合には、当該画像形成中における前記発熱体に電力が供給されていないときに前記補助電源を充電するため、前記制御手段は、前記温度感知手段からの温度情報に関し、２つの閾値温度Ｔ1及びＴ2を設定し、それぞれこの閾値温度に対して補助電源の電圧値になる規定の充電量Ｖ1及びＶ2を与えるように前記補助電源の充電時間を制御するものであり、
   前記閾値温度Ｔ1及びＴ2はＴ１＞Ｔ２であり、前記充電量Ｖ1及びＶ2はＶ１＜Ｖ２であって、前記閾値温度Ｔ１が前記充電量Ｖ１に対応し、前記閾値温度Ｔ２が前記充電量Ｖ２に対応する、
   ことを特徴とする定着装置。
   
2. 前記画像形成中において前記温度感知手段で感知した環境温度が所定値より高い場合には、当該画像形成中における前記発熱体に電力が供給されていないときに前記補助電源を充電しないことを特徴とする請求項１の定着装置。
3. 前記画像形成中であって、前記発熱体に電力が供給されていないときの前記補助電源への充電が、その許容最大充電量未満の所定の値となるように制御することを特徴とする請求項１または２の定着装置。
4. 前記温度感知手段で感知した温度に応じて、前記補助電源への充電量を調整することを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記温度感知手段で感知した温度に応じて、予め定めた複数の充電量のいずれかを、前記補助電源へ供給することを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記補助電源に電気二重層キャパシタを用いたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の定着装置。
7. 画像形成部と、請求項１から６のいずれかに記載の定着装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。