(57)【要約】    【課題】  立ち上げ時間を短縮しつつ待機時の消費エネルギ削減及び立ち上げ後の安定した定着性を得る。    【解決手段】  定着装置立ち上げ時に定着部材及び加圧部材等の回転部材を回転させる前（ｔ０〜ｔ１）に加熱手段に供給する平均電力が、回転部材の回転後に加熱手段に供給する平均電力よりも大きくなるように、供給電力のデューティーを制御する（Ｄ０＞Ｄ１）ことにより、定着部材の温度を迅速に上昇させ、定着装置の立ち上げ時間を短くすることができるとともに、定着部材の温度のオーバーシュートを低減し、定着装置の温度制御を安定させることができる。    【選択図】      図７
2006154487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に支持された定着部材と、該定着部材を加熱する加熱手段と、該加熱手段へ供給する電力を制御する制御手段とを有する定着装置において、
定着装置立ち上げ時に前記定着部材を回転させる前に前記加熱手段に供給する平均電力が、前記定着部材の回転後に前記加熱手段に供給する平均電力よりも大きくなるように、供給電力が制御されることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記定着部材の回転前は前記加熱手段への電力供給がオン制御であり、前記定着部材の回転後は前記加熱手段への電力供給がオン／オフ制御であることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記定着部材の温度を検知する温度検知手段を有し、
前記制御手段は、前記定着部材の回転後に、所定の定着目標温度と前記温度検知手段で検知した定着部材の温度の差に応じて前記オン／オフ制御のデューティ比を制御することを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記定着部材の温度を検知する温度検知手段を有し、前記定着目標温度よりも低い所定の立ち上げ温度が設定され、
前記制御手段は、前記定着部材の回転前は前記定着部材が前記立ち上げ温度となるように前記加熱手段への電力供給を制御し、前記定着部材の回転後は前記定着部材が前記定着目標温度となるように前記加熱手段への電力供給を制御する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記加熱手段がヒータであり、ΔＴ＝（ヒータの発熱量×温度検出手段による検出時間遅れ）／（ヒータと温度検出手段の間の熱容量）とするとき、前記立ち上げ温度≧前記定着目標温度−ΔＴ、の関係を満たすことを特徴とする、請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
前記定着部材が無端状の定着ベルトであり、該定着ベルトは、厚さ０．８ｍｍ以下の芯金を含む加熱ローラと他の支持ローラとに掛け渡されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記定着部材が厚さ０．８ｍｍ以下の芯金を含む定着ローラであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記加熱手段が誘導加熱手段であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項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。
【請求項１０】
前記加熱手段に電力を供給する電源として主電源装置と補助電源装置を有し、前記定着装置の待機状態からの立ち上げ時に、前記主電源装置と前記補助電源装置の双方から前記加熱手段に電力を供給することを特徴とする、請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
回転可能に支持された定着部材と、該定着部材を加熱する加熱手段とを有する定着装置の制御方法において、
定着装置立ち上げ時に前記定着部材を回転させる前に前記加熱手段に供給する平均電力が、前記定着部材の回転後に前記加熱手段に供給する平均電力よりも大きくなるように、供給電力を制御することを特徴とする定着装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置における熱定着装置と、該定着装置を備える画像形成装置及び定着装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００２−８２５７０号公報
【特許文献２】特開平１０−１０９１３号公報
【特許文献３】特開平１０−２８２８２１号公報
【特許文献４】特開平１０−１４２９９９号公報
【特許文献５】特開２００１−２６５１５９号公報
【特許文献６】国際公開番号ＷＯ01/48559号公報
【特許文献７】特開平６−１３０８５６号公報
【特許文献８】特開平１１−２５８９４２号公報
【０００３】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、転写紙・ＯＨＰシート等の記録媒体（以下、用紙という）上に形成された未定着トナー像を、熱源により加熱される定着部材によって用紙上に定着させる熱定着装置は周知である。熱定着装置としては、ヒートロール方式及びベルト定着方式が広く用いられている。ヒートロール方式は、ハロゲンヒータなどの発熱部材により加熱される定着ローラに加圧ローラを圧接させてニップ部を形成し、このニップ部にトナー像が転写された用紙を通して加熱・加圧するものである。
【０００４】
近年、環境問題が重要となり、画像形成装置の省エネルギ化も進められている。画像形成装置の省エネルギを考えるに当たって無視できないのは、トナーを用紙に定着する定着装置の省電力である。画像形成装置の待機時における定着装置の消費電力の低減としては、待機時には定着ローラの温度を定着温度よりやや低い一定の温度に保つことにより、使用時に速やかに定着可能温度まで立ち上げ、ユーザが定着ローラの昇温を待つことがないようにしたものがある。この場合、定着装置を使用していないときにもある程度の電力を供給して余分なエネルギを消費していた。
【０００５】
この待機時の消費エネルギを削減してより省電力化を図ることが望まれ、未使用時には定着装置への電力供給をゼロにすることが求められてきている。しかしながら待機時にエネルギ消費をゼロにすると、定着ローラは鉄やアルミなどの金属ローラを主に使用しており熱容量が大きいため、約１８０℃前後の定着可能温度まで昇温するには数分から十数分など長い加熱時間が必要であり、ユーザの使い勝手が悪化してしまう。
【０００６】
定着装置の立ち上げ時間を短縮するものとして、例えば特許文献１には、定着部材と加圧部材を回転させる前に、定着制御温度よりも高い所定の温度まで定着部材を昇温させることが提案されている。
【０００７】
また、定着装置の立ち上げ時間を短縮する方法として、単位時間の投入エネルギすなわち定格電力を大きくする方法がある。実際に、プリント速度の速い高速機には電源電圧を２００Ｖにして対応している装置も多い。しかし、日本国内の一般的なオフィスでは、商用電源は１００Ｖ１５Ａであり、２００Ｖに対応させるには設置場所の電源関連に特別な工事を施す必要があり一般的な解決法とはいえない。このため、定着ローラを短時間で昇温させようとしても、最大投入エネルギーが電源により決まってしまっていた。
【０００８】
これを改善するために例えば特許文献２に示されているように、定着装置が待機状態になったときに一定レベルだけ低い電圧を定着ローラに供給して定着装置の温度が下がることを遅らせたり、特許文献３に示すように、定着装置の待機時に補助電源である二次電池を充電し、定着装置を立ち上げたときに主電源装置と二次電池や一次電池から電力を供給して立上り時間を短縮するようにしたりするものが提案されている。
【０００９】
また、画像形成装置立ち上げ直後の定着不良を防止したり、連続定着動作時における定着不良を防止するものとして、特許文献４〜８に記載のものが提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の技術においては、立ち上げ時間短縮と待機時の消費エネルギ削減及び立ち上げ後の安定した定着性の両立がいまだ充分ではないという問題がある。
【００１１】
本発明は、従来の定着装置における上述の問題を解決し、立ち上げ時間を短縮しつつ待機時の消費エネルギ削減及び立ち上げ後の安定した定着性を得ることのできる定着装置、画像形成装置および定着装置の制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の課題は、本発明により、回転可能に支持された定着部材と、該定着部材を加熱する加熱手段と、該加熱手段へ供給する電力を制御する制御手段とを有する定着装置において、定着装置立ち上げ時に前記定着部材を回転させる前に前記加熱手段に供給する平均電力が、前記定着部材の回転後に前記加熱手段に供給する平均電力よりも大きくなるように、供給電力が制御されることにより解決される。
【００１３】
また、前記制御手段は、前記定着部材の回転前は前記加熱手段への電力供給がオン制御であり、前記定着部材の回転後は前記加熱手段への電力供給がオン／オフ制御であると好ましい。
【００１４】
また、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段を有し、前記制御手段は、前記定着部材の回転後に、所定の定着目標温度と前記温度検知手段で検知した定着部材の温度の差に応じて前記オン／オフ制御のデューティ比を制御すると好ましい。
【００１５】
また、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段を有し、前記定着目標温度よりも低い所定の立ち上げ温度が設定され、前記制御手段は、前記定着部材の回転前は前記定着部材が前記立ち上げ温度となるように前記加熱手段への電力供給を制御し、前記定着部材の回転後は前記定着部材が前記定着目標温度となるように前記加熱手段への電力供給を制御すると好ましい。
【００１６】
また、前記加熱手段がヒータであり、ΔＴ＝（ヒータの発熱量×温度検出手段による検出時間遅れ）／（ヒータと温度検出手段の間の熱容量）とするとき、前記立ち上げ温度≧前記定着目標温度−ΔＴ、の関係を満たすと好ましい。
【００１７】
また、前記定着部材が無端状の定着ベルトであり、該定着ベルトは、厚さ０．８ｍｍ以下の芯金を含む加熱ローラと他の支持ローラとに掛け渡されていると好ましい。
【００１８】
また、前記定着部材が厚さ０．８ｍｍ以下の芯金を含む定着ローラであると好ましい。
また、前記加熱手段が誘導加熱手段であると好ましい。
【００１９】
また、前記の課題は、本発明により、請求項１〜７のいずれか１項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により解決される。
また、前記加熱手段に電力を供給する電源として主電源装置と補助電源装置を有し、前記定着装置の待機状態からの立ち上げ時に、前記主電源装置と前記補助電源装置の双方から前記加熱手段に電力を供給すると好ましい。
【００２０】
また、前記の課題は、本発明により、回転可能に支持された定着部材と、該定着部材を加熱する加熱手段とを有する定着装置の制御方法において、定着装置立ち上げ時に前記定着部材を回転させる前に前記加熱手段に供給する平均電力が、前記定着部材の回転後に前記加熱手段に供給する平均電力よりも大きくなるように、供給電力を制御することを特徴とする定着装置の制御方法により解決される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の定着装置、画像形成装置及び定着装置の制御方法によれば、定着装置立ち上げ時に定着部材を回転させる前に加熱手段に供給する平均電力が、定着部材の回転後に加熱手段に供給する平均電力よりも大きくなるように、供給電力が制御されるので、定着部材の温度を迅速に上昇させ、定着装置の立ち上げ時間を短くすることができるとともに、定着部材の温度のオーバーシュートを低減し、定着装置の温度制御を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例である複写装置の概略構成を示す断面図である。この図に示す複写装置は４色分の作像ユニット１を備えるタンデム型のフルカラー装置であり、装置本体１００のほぼ中央に配設した中間転写ベルト１０の上部走行辺に沿って４つの作像ユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋを並設している。各作像ユニット１は従来周知の電子写真方式によるもので、像担持体としての感光体ドラム２の周囲に帯電手段３や現像手段４、クリーニング手段５及び一次転写手段６等を備えている。各作像ユニット１の構成は同一であるが、扱う色剤としてのトナーの色が異なっている。本例では、各作像ユニット１を図の左から順にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックとしているが、色順はこの例に限定されるものではない。
【００２３】
各作像ユニット１の上方には光書き込み装置１１が配設されている。この光書き込み装置１１は、レーザ等の光源やポリゴンミラー、あるいは光路変更用ミラー等を有しており、書込み光としてのレーザ光を各感光体ドラム２に照射する。
【００２４】
装置本体１００の下部には転写紙やＯＨＰシート等の記録媒体を収納する給紙カセット１２が配置されており、レジストローラ１３に向けて記録媒体を給送する。そのレジストローラ１３に隣接して二次転写手段としての転写ローラ１４が設けられている。この転写ローラ１４は、中間転写ベルト１０を張架している３つの支持ローラ７〜９のうちの一つのローラ９に対向し、中間転写ベルト１０を間に挟んでローラ９に圧接される。二次転写ローラ１４の側方には搬送ベルト１５が配設され、定着装置２０と二次転写部との間を連絡する。
【００２５】
装置本体１００の最上部にはスキャナ２００が配置されている。スキャナ２００は、コンタクトガラス２０１上に載置された原稿を照明するための照明手段、原稿からの反射光の光路を変更するためのミラー、それらの部材を走行可能に搭載する第１及び第２キャリッジ、原稿からの反射光を光電変換するＣＣＤ等を備えている。
【００２６】
上記のように構成された本例の複写装置における画像形成動作について簡単に説明する。
スキャナ２００においてコンタクトガラス２０１上の原稿画像が光源により照明され、走査光学系によって原稿の読み取り走査が行われ、ＣＣＤによりデジタル化される。読み取られた原稿の画像情報は所定の画像処理部において処理され、その画像処理された各色毎の画像信号に基づいて変調されたレーザ光が光書き込み装置１１より各作像ユニット１Ｙ〜Ｂｋの感光体ドラム２に照射され、感光体２上に各色に対応した静電潜像が形成される。その静電潜像に現像手段４より各色トナーが付与されて可視像である各色トナー像が形成される。そして、図中時計回りに回動する中間転写ベルト１０上に、各作像ユニット１Ｙ〜Ｂｋから各色トナー像が重ね転写（一次転写）され、中間転写ベルト１０上にフルカラー画像が担持される。
【００２７】
一方、給紙カセット１２から記録媒体が給送され、中間転写ベルト１０上に担持されたトナー像とタイミングを合わせて、レジストローラ１３により二次転写部に向けて送出される。二次転写部においてトナー像が転写された記録媒体は、搬送ベルト１５により搬送され定着装置２０に送られる。定着装置２０においてトナー像の定着が行われた記録媒体は、機外に排出されてトレイ１６上にスタックされる。ここではフルカラー画像を形成する場合について説明したが、もちろんモノクロ画像の形成も可能である。
【００２８】
ここで、本発明を適用可能な定着装置として、図２〜４に示す３例を挙げて説明する。
図２に示す第１実施例の定着装置２０Ａは、定着ベルト２１を有するベルト定着装置である。定着ベルト２１は、定着ローラ２２と加熱ローラ２３の周囲に掛け回され、テンションローラ２４で張力を与えることで加熱ローラ２３及び定着ローラ２２に密着している。定着ローラ２２に対向し、定着ベルト２１を間に挟んで加圧ローラ２５を定着ローラ２２に圧接させ、定着ニップを構成している。また、定着ローラ２２の位置で、定着ベルト２１をクリーニングするためのクリーニングローラ２８が設けられている。
【００２９】
定着ベルト２１は、耐熱樹脂の無端フィルムであるポリイミド・ベルトで構成されている。厚みはベルトのしなやかさを維持して、さらに適度な張力でベルト自身がうねらないための必要な強度が得られる５０〜９０μｍ程度が適当である。ベルトの基材の上にはシリコーンゴム、フッ素ゴムなどの弾性層があり、その厚みは１００μ〜３００μｍが適当である。弾性層は、画像のしとやかさを維持することに影響が大きく、ゴム硬度は３０Ｈｓ以下（ＪＩＳ−Ａ）の材料を用いるのが良い。さらに表層には、ＰＦＡやＰＴＦＥなどの離型層が設けられ、その厚みは２０μ〜５０μｍ程度である。
【００３０】
加熱ローラ２３の内部には、ハロゲンヒーターや赤外線ヒーター等（他の熱抵抗も可）の熱源２６が設けられ、サーミスタなどの温度検知手段２７を加熱ローラ２３の位置で定着ベルト２1に接触又は近接させることによって加熱の程度を検出し、その温度検知手段２７からの検出情報に基づいて定着制御部（図示せず）を介して熱源２６への電力供給を制御し、加熱ローラ２３及び定着ベルト２１の表面温度をコントロールしている。
【００３１】
なお、加圧ローラを熱源により加熱することも可能であり、必要に応じて加圧ローラ２５に対向する位置に温度検知手段を配置し、その検出情報に基づいて加熱ローラの熱源を制御しても良い。加圧ローラ２５の温度により定着ベルト２1の必要温度が影響れる（加圧ローラ２５の温度が高ければ定着ベルト２1の温度は通常より若干低くても同じ定着性能が得られる）こともあるため、加圧ローラ２５の温度を加熱ローラ２３の温度制御へ反映させることは有意義である。
【００３２】
加熱ローラ２３はアルミや鉄などの金属で構成する。本来加熱ローラ２３の厚みは薄いほど良いが、ベルトの張力や、加熱ローラ２３の中央部表層を滑らかにするための切削加工などによって曲げ応力を受けるので、ある程度の厚みは必要で、機械本体の大きさに制限がある小型の画像形成装置などでは、加熱ローラの外径φ２０、ローラ肉厚０．８ｍｍ弱程度が適当である。
【００３３】
温度検知手段２７は、熱源２６の発光部に対向した加熱ローラ２３（定着ベルト２１）上の温度を測定している。この測定された情報により、制御部３０はスイッチ３１を制御して熱源２６への通電を制御する。
【００３４】
図３は、定着装置の第２実施例であるヒートロール方式の定着装置２０Ｂの構成例を示す断面図である。ヒートロール方式の定着装置は従来周知であるので、ここでは定着装置の要部のみを図示して簡単に説明する。
【００３５】
図３に示すように、本第２実施例の定着装置２０Ｂは、定着部材である定着ローラ４１と加圧ローラ４５とを圧接させ、その間に定着ニップを形成している。定着ローラ４１はその内部にハロゲンヒータ等の熱源４６を内蔵している。定着ローラ４１の芯金ａは肉厚０．８ｍｍ以下とする。加圧ローラ４５は芯金上に弾性層を有する弾性ローラである。
【００３６】
図４は、定着装置の第３実施例である誘導加熱方式の定着装置の要部構成を示す断面図である。この図に示す定着装置２０Ｃは、定着ベルト５１，定着ローラ５２，加熱ローラ５３，誘導加熱装置５４，加圧ローラ５５等を有している。加熱ローラ５３と定着ローラ５２とに掛け渡して張設した定着ベルト５１は、誘導加熱装置５４により加熱される加熱ローラ５２を介して加熱される。この定着ベルト５１は、加熱ローラ５３または定着ローラ５２のどちらか一方の回転により、矢印の如く図中反時計回りに回転する無端状の耐熱性ベルトである。加圧ローラ５５は定着ベルト５１を介して定着ローラ５２に圧接され、定着ローラ５２に従動回転する。
【００３７】
加熱ローラ５３はたとえば鉄、コバルト、ニッケルまたはこれら金属の合金等の中空円筒状の磁性金属部材からなり、外径をたとえば２０〜４０ｍｍ、肉厚を０．３〜１．０ｍｍとして、低熱容量で昇温の速い構成となっている。
【００３８】
定着ローラ５２は、たとえばステンレススチール等の金属製の芯金５２ａと、耐熱性を有するシリコーンゴムをソリッド状または発泡状にして芯金５２ａを被覆した弾性部材５２ｂとからなる。そして、加圧ローラ５５からの押圧力でこの加圧ローラ５５と定着ローラ５２との間に所定幅の接触部を形成するために外径を３０ｍｍ程度として加熱ローラ５３より大きくしている。弾性部材５２ｂはその肉厚を５ｍｍ程度、硬度を３０Ｈｓ（Ａｓｋｅｒ硬度）程度としている。
【００３９】
この構成により、加熱ローラ５３の熱容量は定着ローラ５２の熱容量より小さくなるので、加熱ローラ５３が急速に加熱されてウォームアップ時間が短縮される。加熱ローラ５３と定着ローラ５２とに張り渡された定着ベルト５１は、誘導加熱手段５４により加熱される加熱ローラ５３との接触部位Ｗで加熱される。そして、ローラ５２，５３の回転によって定着ベルト５１の内面が連続的に加熱され、結果としてベルト全体に渡って加熱される。
【００４０】
前述したように、定着ベルト５１としては基体上に発熱層，中間層（弾性層），離型層（表層）を有する構成である。その離型層の厚さとしては、１０μｍから３０μｍ程度が望ましく、特に１５μｍ程度が望ましい。このようにすれば、用紙Ｐ上に形成されたトナー像Ｔを定着ベルト５１の表層部が充分に包み込むため、トナー像Ｔを均一に加熱溶融することが可能になる。表面離型層の厚さが１０μｍよりも小さい場合にはベルトの熱容量が小さくなってトナー定着工程においてベルト表面温度が急速に低下し、定着性能を充分に確保することができない。また、離型層の厚さが３０μｍよりも大きい場合にはベルトの熱容量が大きくなってウォームアップにかかる時間が長くなる。さらに加えて、トナー定着工程においてベルト表面温度が低下しにくくなって、定着部出口における融解したトナーの凝集効果が得られず、ベルトの離型性が低下してトナーがベルトに付着する、いわゆるホットオフセットが発生する。なお、定着ベルト５１の基材として、上記金属からなる発熱層の代わりに、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂などの耐熱性を有する樹脂層を用いてもよい。
【００４１】
加圧ローラ５５は、たとえば銅またはアルミ等の熱伝導性の高い金属製の円筒部材からなる芯金５５ａと、この芯金５５ａの表面に設けられた耐熱性及びトナー離型性の高い弾性部材５５ｂとから構成されている。芯金５５ａには上記金属以外にＳＵＳ（ステンレス）を使用しても良い。加圧ローラ５５は定着ベルト５１を介して定着ローラ５２を押圧して定着ニップ部Ｎを形成しているが、本実施例では、加圧ローラ５５の硬度を定着ローラ５２に比べて硬くすることによって、加圧ローラ５５が定着ローラ５２（及びベルト５１）へ食い込む形となり、この食い込みにより、用紙Ｐは加圧ローラ５５表面の円周形状に沿うため、用紙Ｐが定着ベルト５１表面から離れやすくなる効果を有している。この加圧ローラ５５の外径は定着ローラ５２と同じ３０ｍｍ程度であるが、弾性層の肉圧は１．０〜２．０ｍｍ程度で定着ローラ５２より薄く、また硬度は５０〜７０Ｈｓ（Ａｓｋｅｒ硬度）程度で前述したとおり定着ローラ５２より硬く構成されている。
【００４２】
電磁誘導により加熱ローラ５３を加熱する誘導加熱手段５４は、図４及び図５に示すように、磁界発生手段である励磁コイル５６と、この励磁コイル５６が巻き回されたコイルガイド板５７とを有している。コイルガイド板５７は加熱ローラ５３の外周面に近接配置された半円筒形状をしており、図５（ｂ）に示すように、励磁コイル５６は長い一本の励磁コイル線材をこのコイルガイド板５７に沿って加熱ローラ５３の軸方向に交互に巻き付けたものである。なお、励磁コイル５６は、発振回路が周波数可変の駆動電源（図示せず）に接続されている。励磁コイル５６の外側には、フェライト等の強磁性体よりなる半円筒形状の励磁コイルコア５８が、コア支持部材５９に固定されて励磁コイル５６に近接配置されている。なお、本実施例において、励磁コイルコア５８は比透磁率が２５００のものを使用している。
【００４３】
励磁コイル５６には駆動電源から１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交流電流、好ましくは２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの高周波交流電流が給電され、これにより交番磁界を発生する。そして、加熱ローラ５３と耐熱性ベルト５１との接触領域Ｗ及びその近傍部においてこの交番磁界が加熱ローラ５３及び定着ベルト５１の発熱層に作用し、これらの内部では交番磁界の変化を妨げる方向に渦電流［Ｉ］が流れる。この渦電流［Ｉ］が加熱ローラ５３及び定着ベルト発熱層の抵抗に応じたジュール熱を発生させ、主として加熱ローラ５３と定着ベルト５１との接触領域及びその近傍部において加熱ローラ５３及び発熱層を有する定着ベルト５１が電磁誘導加熱される。このようにして加熱された定着ベルト５１は、定着ニップ部Ｎの入口側近傍においてベルト５１の内面側に当接して配置されたサーミスタなどの熱応答性の高い感温素子からなる温度検出手段６０により、ベルト内面温度が検知される。
【００４４】
図６は、本例の複写装置における定着装置の駆動と温度を制御する機構を概念的に示した模式図である。ここでは第１実施例の定着装置２０Ａにより説明するが、第２及び第３実施例の定着装置２０Ｂ，２０Ｃでも基本的に同様である。
【００４５】
加熱ローラ２３はモータ３２よりギヤ列等を介して回転駆動され、その加熱ローラ２３内部のヒータ（熱源）２６には制御部３０により制御されるスイッチ３１を介して商用電源３３から電力が供給される。
【００４６】
さて、本実施形態における定着制御について図７を参照して説明する。
図７において、上段は熱源２６（第２実施例では熱源４６、第３実施例では誘導加熱手段５４）への通電制御を示すタイミングチャートである。また中段は加熱ローラ２３（第２実施例では定着ローラ４１、第３実施例では加熱ローラ５３）の駆動（回転）制御を示すタイミングチャートである。また下段は温度検知手段２７（第２実施例では温度検知手段４７、第３実施例では温度検知手段６０）で検知した加熱ローラ（定着ローラ）の温度を示すグラフである。なお、以後の説明では、煩雑を避けるため、第１実施例の定着装置２０Ａに即して説明する。
【００４７】
図７に示すように、電源投入により、加熱ローラを昇温させるため熱源２６へ通電され、発熱を開始する。加熱ローラ２３の温度が上昇し、温度検知手段２７が立ち上げ温度Ｔ１を示したとき（時間ｔ１）に、定着装置の駆動を開始する信号と熱源２６の点灯デューティー（電力供給のデューティー）を変更する信号を制御部より出す（Ｄ０ ＞Ｄ１ ）。実際に加熱ローラ２３の回転がスタートするまでと、点灯デューティーが変わるまでには斜線部のタイムラグがあり、加熱ローラ２３の温度は上昇を続ける（オーバーシュート）。加熱ローラ２３は、各信号が行き届き、動作を開始又は変更する時点で、目標温度Ｔ２（定着制御温度）を超えてＴ１’周辺に到達する。なお、熱源２６は加熱ローラ２３の内部にあるので、その熱が、温度検知手段２７へ到達する為のタイムラグもある。従って、この場合、立ち上げ温度Ｔ１は、目標温度のＴ２（適正な定着温度）よりも低く設定されることになる。オーバーシュートを抑えるためには、熱源２６への出力を絞るのがよいが、そうなると昇温速度は遅くなるため、ウォームアップ時間を短縮するにはフル出力（加熱ローラ２３の温度が立ち上げ温度Ｔ１に達する時間ｔ１ まで全点灯するのが）が望ましい。
【００４８】
加熱ローラ２３が回転し始めると定着ベルト２1のまだ暖められていない部分が温度検知手段２７の検知部へ移動してくるため、一旦温度は下降する。その後定着ベルトは徐々に加熱されるので、温度は次第に上昇する。回転停止時に比較すると、回転動作時はベルトが周囲に熱を落としてくるために、温度の上昇はやや緩やかになる。回転動作後は、熱源２６の点灯デューティーを下げることでオーバーシュートを抑えて定着条件をより安定させ、かつ、駆動のための電力を捻出する。
【００４９】
ローラ温度が定着条件を満たす目標温度Ｔ２へ達したところ（時間ｔ２ ）で、熱源２６（ヒーター）を一旦消灯させ、加熱ローラ２３の回転動作を停止させる。
ウォームアップが終了して装置は待機状態へ移行するが、この時本例では、定着ユニットの維持温度を目標温度Ｔ２より下の待機温度Ｔ３とすることで待機時の省エネルギーを図っている。
【００５０】
ウォームアップ時間を短縮させたい装置の場合、小熱容量の部品で構成されるため、待機温度を目標温度以上にしてしまうと、画像形成動作を開始する際にヒーターが消灯しているケースがあり得るため、その場合には一気に温度が下がってしまう（大きな容量のものは暖めるのに時間がかかり、小さい熱量のものは、冷めるのが早い）。
【００５１】
本実施形態では、待機温度Ｔ３が目標温度Ｔ２より低いことで、画像形成スタート時には常に温度を上げるところからスタートできるので、熱源２６（ヒーター）が点灯状態で安定しやすい。ここで、待機温度Ｔ３へ制御する場合、上記ウォームアップ時と同様に、ヒーターの消灯を指示する温度であるＴ３’を立ち上げ温度Ｔ１より下に設けておく。かつ、ここでの（待機時の）点滅サイクルは、ウォームアップ時に比較し、より細かく点滅させる（上段の点灯デューティを示すチャート参照）。このことで、待機温度Ｔ３がより正確に制御され、安定した目標温度を安定した時間内に作ることが可能となる。実際の場合、図の右上に示したように、ローラ温度が待機温度Ｔ３へ近づくに連れて点灯デューティを減じて行けば、さらにオーバーシュートを低減することができる。
【００５２】
そして、待機状態から印刷要求があり、時間ｔ３ で画像形成動作に入ると、まず熱源２６（ヒーター）を点灯させ、温度を待機温度Ｔ３から目標温度Ｔ２（定着制御温度）へ上昇させる。ここで実際は、ヒーター点灯直後にローラの回転動作が始まるようにしているため（時間がかかるとオーバーシュートしてしまう）、冷えた定着ベルト２１が順次回転することで一旦温度が低下し、その後徐々に温度が目標温度Ｔ２へと上昇していく。この時の熱源２６はデューティ制御で点滅している（全点灯ではない）が、待機時よりも粗い点滅とする。その理由は、ローラ及びベルトが回転しているときはユニット全体に熱収支があるため、簡易的に熱容量が大きな状況となり、温度のバラツキが減るためである。従って、待機時のような点滅の細かさは必要なく、Ｔ１やＴ３のような予備温度も不要である。
【００５３】
上記のように、本実施形態では、定着装置立ち上げ時に定着部材及び加圧部材等の回転部材を回転させる前に加熱手段に供給する平均電力が、回転部材の回転後に加熱手段に供給する平均電力よりも大きくなるように、供給電力のデューティーを制御することにより、定着部材の温度を迅速に上昇させ、定着装置の立ち上げ時間を短くすることができるとともに、定着部材の温度のオーバーシュートを低減し、定着装置の温度制御を安定させることができる。
【００５４】
定着部材回転前の熱源の全点灯（１００％の電力供給）制御をオン制御とし、回転後の制御をオン／オフ制御としてやれば、電力供給制御が容易となり、制御部の構成も簡素化できる。さらに、定着部材回転後に、目標温度と定着部材の検出温度の差に応じて供給電力のデューティ比を変更してやることにより、安定した定着制御と省エネルギーの両立を図ることができる。
【００５５】
また、温度検知手段で検出した定着部材（加熱ローラ、定着ローラ、定着ベルト）の温度が、定着部材の回転開始前に目標温度Ｔ２（定着制御温度）以下に設定した所定の立ち上げ温度Ｔ１となるように制御するとともに、定着部材の回転開始後に目標温度Ｔ２（定着制御温度）となるように制御することにより、定着部材の温度のオーバーシュートを低減させることができる。なお、定着部材の回転後は供給する平均電力が小さいため、検出温度が目標温度Ｔ２になるように加熱手段への電力供給を制御しても、定着部材の温度のオーバーシュートは小さい。
【００５６】
ところで、熱源としてヒータを用いる構成の第１及び第２実施例の定着装置２０Ａ，２０Ｂにおいては、ΔＴ＝（ヒータの発熱量×温度検出部の検出時間遅れ）／（ヒータと温度検出部の間の熱容量）とするとき、
立ち上げ温度Ｔ１≧目標温度Ｔ２−ΔＴ
の関係を満たすように設定している。
【００５７】
この関係を満たすことにより、検出温度が立上温度Ｔ１に達した時にヒータをオフしても、定着部材の温度は上昇を継続し、目標温度Ｔ２以上になる。これにより、定着部材と加圧部材を回転させる前に、定着部材の温度立上を早くすることと、定着部材のオーバーシュート抑制の両方を満たすことができる。
【００５８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、本第２実施形態においても前記第１実施形態で説明した上記第１〜第３実施例の定着装置２０Ａ〜２０Ｃを使用可能であるので、重複する説明を省略し、異なる部分について説明する。
【００５９】
本第２実施形態の特徴は、前記第１実施形態の構成に加え、定着装置の加熱手段（第１実施例におけるヒータ２６，第２実施例におけるヒータ４６，第３実施例における誘導加熱手段５４）に電力を供給するための電源として主電源装置と補助電源装置を備え、定着装置の待機状態からの復帰時に主電源装置と補助電源装置の双方から電力を供給することで大電力の供給を可能とし、短時間で定着装置を立ち上げるようにした点である。
【００６０】
主電源装置は画像形成装置の設置場所に備えられているコンセント（商用電源）などに接続されている。補助電源装置は充放電可能なコンデンサを有する。切替装置は主電源装置を加熱手段に接続し、主電源装置から所定の電力を加熱手段に供給して、加熱手段を所定の温度に加熱する。この所定の温度に加熱された加熱手段が待機状態になると切替装置は主電源装置と加熱手段の接続を遮断し、主電源装置を補助電源装置に接続して補助電源装置のコンデンサを充電する。この待機状態から加熱手段を立ち上げるときに、切替装置は主電源装置と加熱手段を接続して主電源装置から加熱手段に電力を供給するとともに補助電源装置も加熱手段に接続して補助電源装置のコンデンサからも加熱手段に電力を供給する。このように加熱手段を待機状態から立ち上げるときに主電源装置と補助電源装置の両方から電力を供給することにより、加熱手段に大量の電力を供給することができ、加熱手段を短時間で所定の温度に立ち上げることができる。
【００６１】
以下、具体的な構成と制御について説明する。
図８は、本第２実施形態を実施するための構成を示すブロック図である。この図において、主電源装置６５は画像形成装置の設置場所に備えられているコンセント（商用電源）などに接続されている。また、補助電源装置６６は充放電可能なコンデンサを有している。そして、切替装置６４は、第１〜第３の３つのスイッチ６１，６２，６３を備えている。第１スイッチ６１は、主電源装置６５と加熱手段２６（第２実施例の定着装置２０Ｂでは熱源４６，第３実施例の定着装置２０Ｃでは誘導加熱手段５４）との間に配されている。第２スイッチ６２は、補助電源装置６６と加熱手段２６（４６，５４）との間に配されている。第３スイッチ６３は、主電源装置６５と補助電源装置６６の間に配されている。
【００６２】
なお、主電源装置６５は加熱手段に応じた電圧の調整及び交流と直流の整流などの機能を有している。また、補助電源装置６６は充放電可能なコンデンサを有しており、そのコンデンサとしては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の２０００Ｆ程度の静電容量を有し、数秒から数十秒の電力供給に充分な容量を備えるものである。切替装置６４は主電源装置６５と補助電源装置６６から加熱手段２６（４６，５４）に電力を供給したり遮断するとともに主電源装置６５から補助電源装置６６に電力を供給して補助電源装置６６のコンデンサを充電する。
【００６３】
図９は、本第２実施形態における電源の動作を説明するためのタイミングチャートである。なお、熱源等の定着装置の部材については第１実施例の定着装置２０Ａに即して説明する。
【００６４】
図９の上段は主電源装置６５から加熱手段への電力供給状態を示すもので、下段は補助電源装置６６から加熱手段への電力供給と充電の状態を示すものである。下段のチャートでは、横軸の上側が加熱手段への電力供給状態を、横軸の下側が充電状態を示している。
【００６５】
加熱装置２６の加熱が開始されると、切替装置６４は主電源装置６５を加熱手段２６に接続し（スイッチ６１：閉、スイッチ６２及び６３：開）、主電源装置６５から所定の電力を加熱手段２６に供給して、加熱ローラ２３を所定の温度に加熱する。この所定の温度に加熱された定着部材でトナー像の定着を行い、待機状態になると切替装置６４は主電源装置６５と加熱手段２６の接続を遮断し、主電源装置６５を補助電源装置６６に接続して補助電源装置４のコンデンサを充電する（スイッチ６１及び６２：開、スイッチ６３：閉）。
【００６６】
ここで、補助電源装置６６が有するコンデンサは二次電池と異なり、化学反応を伴わないため次のような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装置では、急速充電を行っても数時間の時間を有するが、コンデンサを用いた補助電源装置６６では数分程度の急速な充電が可能であるため、同一時間内で待機状態と加熱状態を繰返した場合、コンデンサを用いた補助電源装置を使用することにより、立ち上げ時に確実に補助電源装置６６から電力を供給することができ、加熱手段２６を短時間で所定の温度に立ち上げることができる。
【００６７】
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の補助電源装置としては寿命が短く、交換の手間やコストがかかるが、コンデンサを用いた補助電源装置は長寿命であり、繰り返しの充放電による劣化が少なく、さらに、鉛蓄電池のように液交換や補充なども必要ないため、メンテナンスがほとんどいらなくなり、安定して使用することができる。
【００６８】
図１０は、電源の異なる動作（第２実施例）を示すタイミングチャートである。図９の第１実施例と異なる点は、定着装置の待機状態からの復帰時に、主電源装置６５と同時に補助電源装置６６からも電力を供給するのではなく、主電源装置６５から所定の時間Ｔだけ遅らせて補助電源装置６６から電力を供給する点である。
【００６９】
上記のように、本第２実施形態においては、定着装置の待機時に補助電源装置６６を充電しておき、待機状態からの立ち上げ時に主電源装置６５と補助電源装置６６の双方から電力を加熱手段２６（４６，５４）へ供給することにより、加熱手段に大量の電力を供給することができ、定着装置を短時間で所定の温度に立ち上げることができる。
【００７０】
以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、定着装置における加熱ローラや定着ローラあるいは定着ベルト等の定着部材の構造等は適宜なものを使用可能である。熱源としては上記各実施例における定着ヒータや誘導加熱手段のほか、抵抗発熱部材等も使用可能である。また、定着ベルトの張架方法や支持ローラの個数等も任意である。また、加熱手段の配置も加熱部材（加熱ローラや定着ローラ等）の内部あるいは外部に配置可能である。また、画像形成装置各部の構成も任意であり、もちろん、画像形成装置としては複写装置に限らず、プリンタやファクシミリ、あるいは複数の機能を有する複合機でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一例である複写装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】定着装置の第１実施例の構成を示す断面図である。
【図３】定着装置の第２実施例の構成を示す要部の断面図である。
【図４】定着装置の第３実施例の構成を示す要部の断面図である。
【図５】その定着装置の励磁コイルの巻装状態を示す側面図及び正面図である。
【図６】定着装置の駆動と温度を制御する機構を概念的に示した模式図である。
【図７】図１の複写装置における定着制御を説明するためのタイミングチャート及びグラフである。
【図８】本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図９】第２実施形態における電源の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】電源の異なる動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００７２】
１                作像ユニット
２                感光体ドラム
１０              中間転写ベルト
２０              定着装置
２１，５１        定着ベルト
２２，４１，５２  定着ローラ
２３，５３        加熱ローラ
２５，４５，５５  加圧ローラ
２６，４６        熱源（ヒータ）
２７，４７，６０  温度検知手段
３０              制御部
５４              誘導加熱装置
６５              主電源装置
６６              補助電源装置
６４              切替装置
【図１】
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【図２】
2006154487.tif 000004
【図３】
2006154487.tif 000005
【図４】
2006154487.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006154487.tif 000008
【図７】
2006154487.tif 000009
【図８】
2006154487.tif 000010
【図９】
2006154487.tif 000011
【図１０】
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