(57)【要約】【課題】複数の発熱体部分が一体となって回転する回転発熱体に対して電力供給する場合に、無駄な電力消費が少なく、かつ、安定した電力供給を実現することである。【解決手段】加熱ローラ１１の内周面には、加熱ローラと一体となって回転する抵抗発熱体１４が設けられている。この抵抗発熱体は、その回転方向に分割された複数の発熱体部分１４ａ〜１４ｊから構成されている。各発熱体部分には、固定配置された電源端子１６に一端が固定された渦巻状導体１７の他端が固定されているが、少なくとも１枚の転写紙Ｐの定着処理が終了するまでの間は、抵抗発熱体が回転しても渦巻状導体に生じる変形力はその巻き数の増加により吸収される。そして、複数の発熱体部分のうちの転写紙に対向するものの発熱量が最も多くなるように、各発熱体部分への電力供給が制御されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転方向に分割された複数の発熱体部分からなる回転発熱体に電力を供給して発熱させ、該回転発熱体の回転により各発熱体部分を記録材上の未定着トナーに順次対向させることで該未定着トナーを加熱し、該未定着トナーを該記録材上に定着させる定着装置において、
一端が上記回転発熱体に固定され、該回転発熱体が所定数回転する間は上記電力の供給を確保できる許容量を超えない範囲で変形し得る電力供給部材を用いて、固定配置された電源端子からの電力を該回転発熱体に供給する構成を有し、
上記複数の発熱体部分のうち上記記録材に対向するものの発熱量が最も多くなるように、該複数の発熱体部分への電力供給を制御することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１の定着装置において、
上記記録材に対向する発熱体部分にのみ順次電力を供給することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
回転発熱体をその回転方向に複数分割して得られる各発熱体部分にそれぞれ電力を供給して発熱させ、該回転発熱体の回転により該発熱体部分を記録材上の未定着トナーに順次対向させることで該未定着トナーを加熱し、該未定着トナーを該記録材上に定着させる定着装置において、
一端が上記発熱体部分に固定され、上記回転発熱体が所定数回転する間は上記電力の供給を確保できる許容量を超えない範囲で変形し得る電力供給部材を用いて、固定配置された電源端子からの電力を上記各発熱体部分それぞれに供給可能に構成し、
該各発熱体部分に対し、上記記録材に対向する回転位置に進入する前に電力供給を開始し、該回転位置の脱出に伴って電力供給を停止することを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３の定着装置において、
上記電力供給部材が変形した後の所定のタイミングで、変形した電力供給部材を復元させる方向に上記回転発熱体を回転させる逆回転手段を設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１、２又は３の定着装置において、
上記電力供給部材を、上記回転発熱体の回転によって変形した状態を変形前の元の状態に戻そうとする復元力を有する構成とし、
該電力供給部材が変形した後の所定のタイミングで該復元力を発揮させることにより、該変形した電力供給部材を復元させることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項４又は５の定着装置において、
上記回転発熱体と一体となって回転する加熱ローラと、
該加熱ローラに対向する位置に配置される加圧ローラと、
該加熱ローラと該加圧ローラとが互いに当接した状態を解除して、該加熱ローラと該加圧ローラとの間を互いに離間させる離間手段とを設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５又は６の定着装置において、
上記電力供給部材を、該電力供給部材が固定される上記回転発熱体上の固定部と上記電源端子との間の最短距離よりも長い可撓性部材が、該回転発熱体の回転によって渦巻状又は螺旋状に変形するように構成したことを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６又は７の定着装置において、
上記電力供給部材を、上記回転発熱体からの熱を受けることで所定形状に戻ろうとする復元力が発生する材料で形成したことを特徴とする定着装置。
【請求項９】
回転方向に分割された複数の発熱体部分からなる回転発熱体に電力を供給して発熱させ、該回転発熱体の回転により各発熱体部分を記録材上の未定着トナーに順次対向させることで該未定着トナーを加熱し、該未定着トナーを該記録材上に定着させる定着装置において、
固定配置された電源端子に接続される１次側誘電素子と上記回転発熱体に接続される２次側誘電素子とを磁気結合させることで、該電源端子からの電力を該回転発熱体に供給する構成を有し、
上記複数の発熱体部分のうち上記記録材に対向するものの発熱量が最も多くなるように、該複数の発熱体部分への電力供給を制御することを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項９の定着装置において、
上記記録材に対向する発熱体部分にのみ順次電力を供給することを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
回転発熱体をその回転方向に複数分割して得られる各発熱体部分にそれぞれ電力を供給して発熱させ、該回転発熱体の回転により該発熱体部分を記録材上の未定着トナーに順次対向させることで該未定着トナーを加熱し、該未定着トナーを該記録材上に定着させる定着装置において、
固定配置された電源端子に接続される１次側誘電素子と上記回転発熱体に接続される２次側誘電素子とを磁気結合させることで、該電源端子からの電力を上記各発熱体部分それぞれに供給可能に構成し、
該各発熱体部分に対し、上記記録材に対向する回転位置に進入する前に電力供給を開始し、該回転位置の脱出に伴って電力供給を停止することを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又は１１の定着装置において、
上記複数の発熱体部分をそれぞれ回転発熱体の回転軸方向に複数分割し、
定着処理の対象となる記録材の大きさに応じて、該記録材と対向し得る部分のみ発熱させることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
記録材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
該トナー像形成手段によって記録材上に形成されたトナー像を構成する未定着トナーを加熱することで、該未定着トナーを該記録材上に定着させる定着手段とを備えた画像形成装置において、
上記定着手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録材上の未定着トナーを加熱することで、その未定着トナーを記録材に定着させる定着装置及びこれを備える複写機、プリンタ、ファクシミリ、印刷機等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の定着装置としては、例えば、管状ランプヒータを内部に備える加熱ローラと、この加熱ローラに圧接して定着ニップを形成する加圧ローラとを備えたものが知られている。この定着装置では、トナー像を担持した状態の記録材を定着ニップに送り込んで、そのトナー像を構成する未定着トナーを熱と圧力により記録材上に定着させる。この定着装置では、加熱ローラ内部のヒータによる輻射熱によって加熱ローラ表面を昇温させるので、定着処理の期間中にわたって必要な熱量を確保するために、一般には、熱容量の大きな加熱ローラが利用される。このような加熱ローラであれば、定着処理の期間にわたって必要となる熱量を予め蓄えておくことができるので、定着処理の最後まで十分な熱量で未定着トナーを加熱することができる。しかし、この場合には、加熱ローラを定着に必要な温度まで昇温させるまでの待機時間が長くなるという欠点がある。この欠点を解消するには加熱ローラを常時暖めておけばよいが、これでは待機時間中に無駄な電力を消費することになり、近年の省エネルギー化の要求に反する結果となる。
【０００３】
一方、例えば薄肉な円筒状基体に抵抗発熱体を貼り付け又は塗布した加熱ローラを利用した定着装置も提案されている（特許文献１等参照）。このような定着装置においては、抵抗発熱体で発生した熱が加熱ローラ表面に直接伝搬するので、加熱ローラ表面が失った熱量をすぐに補うことができる。よって、加熱ローラの熱容量を大きくする必要がない。したがって、この定着装置によれば、加熱ローラの熱容量を小さくできる結果、上記待機時間を短縮し、かつ、消費電力を低減させることができる。しかし、この定着装置は、加熱ローラの全周にわたって抵抗発熱体が設けられており、定着処理の間は加熱ローラの表面全体が常に加熱された状態となる。記録材上に未定着トナーを定着させる場合、その記録材と対向する加熱ローラ表面部分の熱だけが定着に寄与するので、その部分だけが加熱されてさえいれば、定着処理を行うことができる。したがって、その他の表面部分も常に加熱状態にある特許文献１に開示の定着装置は、その部分を加熱する電力すなわち定着に寄与しない分の電力を無駄に消費している。
【０００４】
このような無駄な電力消費をなくすため、特許文献２では、加熱ローラの周方向に複数分割された抵抗発熱体を用いる定着装置が提案されている。この定着装置は、加熱ローラの軸方向端面上に各抵抗発熱体に対し、外部電源からの電力を個別に供給できる構成を採用している。そして、特許文献２には、複数の抵抗発熱体のうち記録材に対向するものにだけ電力を供給する電力供給方法が開示されている。この方法によれば、定着処理に寄与していない抵抗発熱体では電力が消費されず、無駄な電力消費を抑えることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２１８６０５号公報
【特許文献２】
特開２０００−３４０３３６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特許文献２の定着装置においては、加熱ローラに設けられる複数の抵抗発熱体も回転するので、回転する複数の抵抗発熱体（発熱体部分）のうちの記録材に対向するものに対して順次電力を供給するための給電方式が必要になる。そして、特許文献２の定着装置では、加熱ローラの軸方向端面上に各抵抗発熱体に接続された電極を設け、この電極のうち記録材に対向した抵抗発熱体の電極に対し、外部電源に接続された給電部を接触させて電力供給を行う接触給電方式を採用している。このような接触給電方式の場合、電力供給経路上に、上記電極及び上記給電部という２つの部材が互いに接触する部分が存在する。そのため、この接触部分において、両者は摺擦や押圧などの負荷を受けることになる。その結果、両部材において摩耗等が生じ、この摩耗等によって接触部分で接触不良が起こるおそれがある。このような接触不良が生じると、その接触不良によるノイズが発生して、電力供給が不安定になるという問題が生じる。特に、定着装置の回転発熱体に供給される電力は、画像形成装置を構成する他の回転体に供給される電力に比べて非常に大きなものである。そのため、上述したように電力供給が不安定になるおそれがあると、このような大電力供給で必要となる高い信頼性を得ることはできない。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、複数の発熱体部分が一体となって回転する回転発熱体に対して電力供給する場合に、無駄な電力消費が少なく、かつ、安定した電力供給を実現できる定着装置及び画像形成装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、回転方向に分割された複数の発熱体部分からなる回転発熱体に電力を供給して発熱させ、該回転発熱体の回転により各発熱体部分を記録材上の未定着トナーに順次対向させることで該未定着トナーを加熱し、該未定着トナーを該記録材上に定着させる定着装置において、一端が上記回転発熱体に固定され、該回転発熱体が所定数回転する間は上記電力の供給を確保できる許容量を超えない範囲で変形し得る電力供給部材を用いて、固定配置された電源端子からの電力を該回転発熱体に供給する構成を有し、上記複数の発熱体部分のうち上記記録材に対向するものの発熱量が最も多くなるように、該複数の発熱体部分への電力供給を制御することを特徴とするものである。この定着装置においては、回転発熱体が、回転方向に分割された複数の発熱体部分から構成されている。回転発熱体としては、ローラ形状のものや無端ベルト形状のものを採用することができる。本定着装置では、その複数の発熱体部分のうち、記録材に対向するものの発熱量が最も多くなるように発熱体部分への電力供給を制御する。すなわち、記録材に対向しない発熱体部分に供給される電力量は、記録材に対向する発熱体部分に供給される電力量よりも少ない。記録材に対向しない発熱体部分が発生させる熱は定着処理に寄与しないので、この発熱体部分の発熱量を少なくすることで、記録材と対向する部分と同じ発熱量で回転発熱体全体を発熱させる定着装置に比べて無駄な電力消費を抑えることができる。なお、記録材に対向する発熱体部分の発熱量を最も多くする方法としては、その発熱体部分にのみ電力を供給する方法、その発熱体部分よりも少ない電力を他の発熱体部分の一部又は全部に供給する方法などが挙げられる。
また、本定着装置では、固定配置された電源端子に一端が固定された電力供給部材の他端を回転発熱体に固定している。本定着装置では、電力供給経路上に複数の部材が互いに接触する部分を設ける必要がない。よって、上述した接触給電方式に比べて、回転発熱体に必要な大電力を安定して供給することができる。また、外部電源からの電力は、電力供給部材を通じて直接的に回転発熱体に供給されるので、高い伝送効率を実現することができる。ここで、本定着装置では、固定配置された電源端子に一端が固定された電力供給部材の他端を回転発熱体に固定しているため、この回転発熱体が回転することにより、電力供給部材は、捻れたり、巻き付いたりして変形することになる。しかし、本定着装置では、この回転発熱体が所定数回転する間に変形する電力供給部材の変形量が電力供給を確保できる許容量を越えないように電力供給部材を構成している。これにより、回転発熱体が所定数回転するまでの間は、安定した電力供給を確保することができる。なお、一般には、少なくとも１つの記録材上の未定着トナーに対する加熱処理が終了するまでは、回転発熱体を連続回転させることが望ましいため、上記所定数は、この連続回転期間中に回転発熱体が回転する回数以上に設定するのがよい。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１の定着装置において、上記記録材に対向する発熱体部分にのみ順次電力を供給することを特徴とするものである。
この定着装置においては、記録材に対向する発熱体部分すなわち定着処理に寄与する部分だけを発熱させ、記録材に対向しない発熱体部分すなわち定着処理に寄与しない部分には電力供給を行わない。よって、無駄な電力消費を抑制する効果を高めることができる。
【００１０】
また、請求項３の発明は、回転発熱体をその回転方向に複数分割して得られる各発熱体部分にそれぞれ電力を供給して発熱させ、該回転発熱体の回転により該発熱体部分を記録材上の未定着トナーに順次対向させることで該未定着トナーを加熱し、該未定着トナーを該記録材上に定着させる定着装置において、一端が上記発熱体部分に固定され、上記回転発熱体が所定数回転する間は上記電力の供給を確保できる許容量を超えない範囲で変形し得る電力供給部材を用いて、固定配置された電源端子からの電力を上記各発熱体部分それぞれに供給可能に構成し、該各発熱体部分に対し、上記記録材に対向する回転位置に進入する前に電力供給を開始し、該回転位置の脱出に伴って電力供給を停止することを特徴とするものである。
この定着装置においては、複数の発熱体部分のそれぞれに対し、記録材に対向する回転位置に進入する前に電力供給を開始し、該回転位置の脱出に伴って電力供給を停止する構成を有する。よって、記録材に対向する位置を抜けた発熱体部分への電力供給が停止される分、記録材と対向する部分と同じ発熱量で回転発熱体全体を発熱させる定着装置に比べて、無駄な電力消費を抑えることができる。ここで、各発熱体部分を即座に定着処理に必要な温度まで昇温させることができる構成であれば、請求項２の定着装置のように、記録材に対向する発熱体部分だけに電力を供給すればよい。しかし、発熱体部分自体の構成や、発熱体部分と記録材との間に介在する加熱ローラ表面層等の材質などによっては、各発熱体部分を即座に定着処理に必要な温度まで昇温させることが困難な場合もある。そこで、本定着装置では、記録材に対向する回転位置に進入する前から電力供給を開始することとしている。これにより、各発熱体部分が記録材に対向する回転位置に到達する前に予めこれを発熱させておくことができる。なお、同時に発熱させる発熱体部分の個数は、全ての発熱体部分でなければ、１個でもよいし、２個以上でもよく、種々の条件に応じて適宜設定することができる。また、電力供給を停止させるタイミングは、記録材に対向していた発熱体部分全体が記録材対向部分を脱出した後でもよいが、その発熱体部分の一部が記録材対向部分に残っているタイミングでも定着処理を適正に行えるのであればよい。なお、本定着装置における回転発熱体への給電方式は、請求項１の定着装置と同様である。
【００１１】
また、請求項４の発明は、請求項１、２又は３の定着装置において、上記電力供給部材が変形した後の所定のタイミングで、変形した電力供給部材を復元させる方向に上記回転発熱体を回転させる逆回転手段を設けたことを特徴とするものである。
回転発熱体が上記所定数回転して電力供給部材が変形したままの状態では、電力供給部材が変形する変形方向に回転発熱体を更に回転させると、電力供給部材が変形に耐えられなくなり、電力供給が確保されないおそれがある。そこで、本請求項の定着装置では、所定のタイミングで、変形した電力供給部材を復元させる復元方向に回転発熱体を回転させる逆回転手段を設けている。この逆回転手段は、電力供給部材が変形する変形方向とは逆方向に回転発熱体を回転させることで、変形した電力供給部材を復元させる。これにより、変形した状態の電力供給部材を変形前の元の状態に戻すことができ、再度、回転発熱体を変形方向に回転させても、電力供給を確保することができる。したがって、本定着装置によれば、回転発熱体を変形方向に断続的に回転させることができるようになる。なお、復元させるタイミングは、記録材の搬送に伴って回転発熱体が回転するものである場合には、定着処理を行っていない時期とする。これに対し、記録材の搬送に伴って回転発熱体が回転しないもの、例えば回転発熱体の輻射熱で記録材上の未定着トナーを加熱するものである場合、復元させるタイミングは、定着処理を行っている時期でも定着処理を行っていない時期でもよい。
【００１２】
また、請求項５の発明は、請求項１、２又は３の定着装置において、上記電力供給部材を、上記回転発熱体の回転によって変形した状態を変形前の元の状態に戻そうとする復元力を有する構成とし、該電力供給部材が変形した後の所定のタイミングで該復元力を発揮させることにより、該変形した電力供給部材を復元させることを特徴とするものである。
この定着装置も、請求項４の定着装置と同様に、変形した電力供給部材を復元させることができる。本請求項５の定着装置では、電力供給部材自体がもつ復元力を所定のタイミングで発揮させることで、変形した電力供給部材を復元させる。これにより、変形した電力供給部材を復元させるために、例えば回転発熱体を逆回転させる駆動モータ等が不要となり、コストを低く抑えることが可能となる。また、回転発熱体を逆回転させるのに電力を消費することもないため、電力消費を抑制することも可能となる。このような復元力を有する電力供給部材としては、例えば、弾性変形する材料で形成したものを用いることができる。
【００１３】
また、請求項６の発明は、請求項４又は５の定着装置において、上記回転発熱体と一体となって回転する加熱ローラと、該加熱ローラに対向する位置に配置される加圧ローラと、該加熱ローラと該加圧ローラとが互いに当接した状態を解除して、該加熱ローラと該加圧ローラとの間を互いに離間させる離間手段とを設けたことを特徴とするものである。
電力供給部材自体の復元力によって復元させるためには、その復元力によって回転発熱体と一体になって回転する加熱ローラが回転する必要がある。しかし、この加熱ローラが加圧ローラに当接した状態にあると、その回転時に加圧ローラからの回転負荷が加わる。このような回転負荷が加わった状態では、例えば、電力供給部材自体の復元力が弱い場合や、加圧ローラが逆回転しない構成となっている場合においては、加熱ローラを回転させることができないおそれがある。そこで、本定着装置においては、加熱ローラと加圧ローラとを互いに離間させる離間手段を設けている。この離間手段によって復元時に加圧ローラとの当接状態を解除すれば、加熱ローラに加わっていた加圧ローラによる回転負荷がなくなり、電力供給部材自体の復元力によって加熱ローラが回転しやすくなる。よって、変形した電力供給部材を復元しやすくなる。
【００１４】
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６の定着装置において、上記電力供給部材を、該電力供給部材が固定される上記回転発熱体上の固定部と上記電源端子との間の最短距離よりも長い可撓性部材が、該回転発熱体の回転によって渦巻状又は螺旋状に変形するように構成したことを特徴とするものである。
回転発熱体が回転すると、電力供給部材にはこれを変形させる変形力が加わり、その変形力によって電力供給部材自体に大きなテンションが加わると、これに耐えられなくなり、電力供給を確保できなくなる。本請求項の定着装置では、電力供給部材として、この電力供給部材が固定される回転発熱体上の固定部と、電源端子との間の最短距離よりも長い可撓性部材を用いている。そして、回転発熱体の回転によって、この可撓性部材が渦巻状又は螺旋状に変形するように構成されている。これにより、回転発熱体の回転によって生じる変形力は、可撓性部材の巻き数の増加又は減少により吸収される。よって、その変形力による変形量が許容量に達するまでの間、すなわち、可撓性部材の巻き数に余裕がある間は、その可撓性部材自体に大きなテンションが加わるのを抑制することができる。しかも、可撓性部材の長さを長くすることで、巻き数の余裕度を大きくすることができるので、電力供給部材の許容量を容易に大きくすることができる。
【００１５】
また、請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６又は７の定着装置において、上記電力供給部材を、上記回転発熱体からの熱を受けることで所定形状に戻ろうとする復元力が発生する材料で形成したことを特徴とするものである。回転発熱体が回転することで電力供給部材が変形すると、その変形により電力供給部材の一部に捻れや折れが生じると、その部分が金属疲労を起こして破損するという不具合が生じるおそれがある。また、装置の異常停止等により、電力供給部材が変形した状態で放置されると、その変形状態がクセとなって、回転発熱体の回転トルクにムラが生じさせたり、電力供給部材で異常振動が発生し、これが回転発熱体に伝わって回転発熱体の回転速度にジターを発生させたりするという不具合が生じることもある。そこで、本定着装置では、電力供給部材を、回転発熱体からの熱で所定形状に戻ろうとする復元力が発生する材料で形成している。このような材料としては、形状記憶合金などを用いることができる。これにより、電力供給部材の変形によるクセが付きにくくなり、上述した不具合の発生を抑制することができる。
【００１６】
また、請求項９の発明は、回転方向に分割された複数の発熱体部分からなる回転発熱体に電力を供給して発熱させ、該回転発熱体の回転により各発熱体部分を記録材上の未定着トナーに順次対向させることで該未定着トナーを加熱し、該未定着トナーを該記録材上に定着させる定着装置において、固定配置された電源端子に接続される１次側誘電素子と上記回転発熱体に接続される２次側誘電素子とを磁気結合させることで、該電源端子からの電力を該回転発熱体に供給する構成を有し、上記複数の発熱体部分のうち上記記録材に対向するものの発熱量が最も多くなるように、該複数の発熱体部分への電力供給を制御することを特徴とするものである。
この定着装置は、電源端子側に設けた１次誘電素子と回転発熱体側に設けた２次誘電素子とを磁気結合させて電源端子からの電力を回転発熱体に供給する給電方式を採用している。その他の構成は、請求項１の定着装置と同様である。本定着装置においても、電力供給経路上に複数の部材が互いに接触する部分を設ける必要がない。よって、上記接触給電方式に比べて、回転発熱体に必要な大電力を安定して供給することができる。
【００１７】
また、請求項１０の発明は、請求項９の定着装置において、上記記録材に対向する発熱体部分にのみ順次電力を供給することを特徴とするものである。
この定着装置においては、請求項２の定着装置と同様に、無駄な電力消費を抑制する効果を高めることができる。
【００１８】
また、請求項１１の発明は、回転発熱体をその回転方向に複数分割して得られる各発熱体部分にそれぞれ電力を供給して発熱させ、該回転発熱体の回転により該発熱体部分を記録材上の未定着トナーに順次対向させることで該未定着トナーを加熱し、該未定着トナーを該記録材上に定着させる定着装置において、固定配置された電源端子に接続される１次側誘電素子と上記回転発熱体に接続される２次側誘電素子とを磁気結合させることで、該電源端子からの電力を上記各発熱体部分それぞれに供給可能に構成し、該各発熱体部分に対し、上記記録材に対向する回転位置に進入する前に電力供給を開始し、該回転位置の脱出に伴って電力供給を停止することを特徴とするものである。
この定着装置は、電源端子側に設けた１次誘電素子と回転発熱体側に設けた２次誘電素子とを磁気結合させて電源端子からの電力を回転発熱体に供給する給電方式を採用している。給電方式以外の他の構成は、請求項３の定着装置と同様である。本定着装置においても、電力供給経路上に複数の部材が互いに接触する部分を設ける必要がない。よって、上記接触給電方式に比べて、回転発熱体に必要な大電力を安定して供給することができる。
【００１９】
また、請求項１２の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又は１１の定着装置において、上記複数の発熱体部分をそれぞれ回転発熱体の回転軸方向に複数分割し、定着処理の対象となる記録材の大きさに応じて、該記録材と対向し得る部分のみ発熱させることを特徴とするものである。
回転発熱体の回転軸方向長さは、通常、定着処理の対象となり得る記録材のうちの最大サイズに対応するように形成されている。このような定着装置において、その最大サイズよりも小さいサイズの記録材に対して定着処理を行う場合、回転軸方向において定着処理に寄与しない部分が存在することになる。この部分が発熱しても、その熱は定着処理に貢献することはないので、その発熱のために消費される電力は無駄なものである。また、同一サイズの記録材であっても、形成すべき画像によってはその記録材上のごく一部にしかトナーが付着していないことがある。このように一部にしかトナーが付着していない記録材に対して記録材全体に対する定着処理を行う場合にも、回転軸方向において定着処理に寄与しない部分が存在し、無駄に電力を消費することになる。そこで、本請求項の定着装置では、上記複数の発熱体部分をそれぞれ回転発熱体の回転軸方向に複数分割し、定着処理の対象となる記録材の大きさに応じて記録材と対向し得る部分のみ発熱させることとしている。具体的には、例えば、回転軸方向に分割された各部分の電力供給のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。これにより、各発熱体部分の中で定着処理に貢献する部分には電力供給し、定着処理に貢献しない部分には電力供給しないような制御が可能となる。
【００２０】
また、請求項１３の発明は、記録材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、該トナー像形成手段によって記録材上に形成されたトナー像を構成する未定着トナーを加熱することで、該未定着トナーを該記録材上に定着させる定着手段とを備えた画像形成装置において、上記定着手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２の定着装置を用いたことを特徴とするものである。
この画像形成装置においては、定着手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２の定着装置を用いることで、これらの定着装置がもつ有用な効果をもって定着処理を行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
〔実施形態１〕
以下、本発明を、電子写真式の画像形成装置であるレーザプリンタ（以下、「プリンタ」という。）に適用した実施形態（以下、本実施形態を「実施形態１」という。）について説明する。
図２は、本実施形態１に係るプリンタ全体の概略構成図である。このプリンタは、潜像担持体としての感光体ドラム１を有している。感光体ドラム１は、図中矢印Ａ方向に回転駆動されながら、感光体ドラム１に接触する帯電手段としての帯電ローラ２により、その表面が一様に帯電される。その後、潜像形成手段としての光書込ユニット３により画像情報に基づき走査露光されて、感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。なお、帯電手段及び潜像形成手段としては、帯電ローラ２及び光書込ユニット３とは異なるものを用いることもできる。感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、現像手段としての現像装置４により現像され、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、転写ベルト５を備えた転写手段としての転写ユニットにより、給紙カセット６から給紙ローラ７ａ及びレジストローラ対７ｂを経て搬送される記録材としての転写紙Ｐ上に転写される。転写終了後の転写紙Ｐは、定着手段としての定着装置１０によりトナー像が定着され、機外に排出される。なお、転写されずに感光体ドラム１上に残留した転写残トナーは、クリーニング手段としてのクリーニングユニット８により感光体ドラム１の表面から除去される。また、感光体ドラム１上の残留電荷は、除電手段としての除電ランプ９で除去される。
【００２２】
次に、本実施形態１における定着装置１０の構成について説明する。
図１は、本実施形態１における定着装置１０の概略構成図である。この定着装置１０は、主に、加熱ローラ１１と加圧ローラ１２とから構成されている。これらのローラ１１，１２は、互いに圧力が加わる当接状態で配置されており、これらの間に定着ニップが形成されている。加熱ローラ１１及び加圧ローラ１２は、互いに同じ表面移動速度で図中矢印の方向（連れ回り方向）にそれぞれ回転駆動している。転写紙Ｐが定着ニップを通過する際、その転写紙Ｐ上の未定着トナーＴには、所定の熱量が与えられる。これにより、その未定着トナーは溶融し、定着ニップにおける圧力作用も伴うことで、転写紙Ｐ上に定着される。
【００２３】
加熱ローラ１１は、金属、ガラス、セラミック、耐熱プラスチックなどの円筒状基体１３の内周面に、回転発熱体であるシート状の抵抗発熱体１４を貼り付けたり、塗布したりしたものである。また、加熱ローラ１１の外周表面には、トナーに対する剥離性を有するテフロン（登録商標）系樹脂などの離型層１５がコーティングされている。この離型層１５は、好適な定着ニップを形成するために弾性を有するものが好ましい。抵抗発熱体１４の内周面には、加熱ローラ１１の回転中心軸上に固定配置されている電源端子である給電端子１６に一端が固定された電力供給部材としての渦巻状導線１７の他端が固定されている。図示しない外部電源からの電力は、給電端子１６から渦巻状導線１７を介して抵抗発熱体１４に供給される。この電力供給により抵抗発熱体１４が発熱すると、その発生した熱は円筒状基体１３及び離型層１５を通じて加熱ローラ１１の表面に達する。
【００２４】
本実施形態１の加熱ローラ１１は、シート状の抵抗発熱体１４を円筒状基体１３に貼り付けたものを用いている。この抵抗発熱体１４は、主にシート状基材と発熱体部分を構成する複数の発熱材料とから形成される。このシート状基材としては、例えば、シリコンゴム、ポリイミド等の絶縁体フィルムや、ポリエステル不織布などの絶縁体材料を用いることができる。また、発熱材料としては、鋼ニッケル、ニクロム線等の金属抵抗体からなる線材や、アルミ箔、ステンレス箔等の金属箔抵抗体などを用いることができる。このような抵抗発熱体１４のほか、ガラス芯、シリコンゴム芯等の基材にニクロム線等の金属抵抗線を巻きつけ、シリコンゴム、フッ素樹脂等で被覆したコード状ヒータを用いることもできる。また、セラミックヒータなども、抵抗発熱体１４として用いることができる。なお、回転する発熱体であれば、これ以外の構成を有する回転発熱体を用いることもでき、本実施形態１のように円筒状の回転発熱体に限らず、例えば無端ベルト状の回転発熱体であってもよい。
【００２５】
本実施形態１で使用する抵抗発熱体１４は、厚さが１．０ｍｍのシート状シリコーンゴム基材にニクロム線からなる複数の発熱体部分を形成したものである。本実施形態１では、図示のように１０個の発熱体部分１４ａ〜１４ｊが形成されている。各発熱体部分１４ａ〜１４ｊのワット密度は７．０Ｗ／ｃｍ２である。なお、各発熱体部分１４ａ〜１４ｊのワット密度は、使用される円筒状基体１３の厚みや径等の諸条件に応じて任意に設定、調整する。
【００２６】
加圧ローラは、加熱ローラ１１との間で転写紙Ｐを挟み込み、その転写紙Ｐと未定着のトナーとを密着させるためのものである。その表面には、シリコンゴムなどの離形性、耐熱性のよい弾性層が設けられている。未定着のトナーを載せた転写紙Ｐが加圧ローラ１２と加熱ローラ１１との間の定着ニップに進入すると、その定着ニップにおいて加熱ローラ１１による熱処理を受けてトナーが溶融し、定着される。
【００２７】
図３は、本実施形態１における加熱ローラ１１の斜視図である。
図４は、本実施形態１における加熱ローラ１１の軸方向断面図である。
加熱ローラ１１の外周面における軸方向両端部分には、回転軸受１１ｂが設けられており、その一端側の回転軸受１１ｂには図４に示すように駆動ギヤ１８が接続されている。この駆動ギヤ１８は図示しない駆動モータに接続されている。駆動モータからの駆動力が駆動ギヤ１８を介して回転軸受１１ｂに伝達されると、加熱ローラ１１が回転駆動し、これに伴って抵抗発熱体１４も回転駆動する。また、加熱ローラ１１の軸方向において駆動ギヤ１８が配置される側とは反対側には、外部電源である電力源２０が設置されており、その電力源２０は、加熱ローラ１１の給電端子１６に接続されている。
【００２８】
ここで、本実施形態１では、加熱ローラ１１の周方向に分割された複数の発熱体部分１４ａ〜１４ｊに対し、個別に電力を供給できる構成となっている。図４には、複数の発熱体部分１４ａ〜１４ｊのうち、加熱ローラの軸に対して対照位置に配置される２つの発熱体部分１４ａ，１４ｆのみが示されている。以下、これらについてのみ説明するが、他の発熱体部分１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｇ，１４ｈ，１４ｉ，１４ｊについても同様である。２つの発熱体部分１４ａ，１４ｆは、それぞれ１組の渦巻状導線１７ａ，１７ｆに接続されている。各渦巻状導体１７ａ，１７ｆは、それぞれ給電端子１６を通じてスイッチ部２１に接続され、これを介して電力源２０に接続されている。このスイッチ部２１は、スイッチ切替部２２によって制御されており、このスイッチ切替部２２によって、各発熱体部分１４ａ，１４ｆへの電力供給を個別にＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。
【００２９】
なお、本実施形態１の定着装置は、各発熱体部分１４ａ〜１４ｊに対して個別に渦巻状導線１７ａ〜１７ｊを設けた構成であるが、単一の渦巻状導線を用いる構成を採用することもできる。この場合、例えば、単一の渦巻状導線と各発熱体部分１４ａ〜１４ｊとの間に、上記スイッチ部２１を各発熱体部分１４ａ〜１４ｊと一緒に回転するように設ける。なお、この場合、スイッチ切替部２２の制御信号をスイッチ部２１に入力するための信号経路は、上述した接触給電方式のように導電ブラシを用いたものでもよいが、本実施形態１の給電方式のように渦巻状導線を用いたものでもよい。
【００３０】
また、加熱ローラ１１には、加熱ローラ１１の回転位置を検出する回転位置検出部２３が設けられている。この回転位置検出部２３としては、エンコーダ、光センサ、マイクロスイッチ、リードスイッチ等を利用したものを採用することができる。回転位置検出部２３は、スイッチ切替部２２に接続されており、検出した加熱ローラ１１の回転位置を示す回転位置情報をスイッチ切替部２２に出力する。この回転位置情報により、スイッチ切替部２２は、どの発熱体部分１４ａ〜１４ｊが定着ニップに対向しているかを認識することができる。
【００３１】
図５は、本実施形態１における各発熱体部分１４ａ〜１４ｊ及びスイッチ部２１の回路図を含む給電部分の説明図である。図中、抵抗Ｒ１〜Ｒ１０は、それぞれ発熱体部分１４ａ〜１４ｊに対応している。本実施形態１では、加熱ローラ１１が回転すると、各発熱体部分１４ａ〜１４ｊは、発熱体部分１４ａから発熱体部分１４ｊへ向かって順次定着ニップに対向することになる。すなわち、抵抗Ｒ１から抵抗Ｒ１０へ向かって順次定着ニップに対向することになる。また、スイッチ部２１は、大電力ＯＮ／ＯＦＦ用のトランジスタ、ＦＥＴ、サイリスタ、ＩＧＢＴ等で構成することができ、本実施形態１では、大電力ＯＮ／ＯＦＦ用のＦＥＴＱ１〜Ｑ１０を用いている。例えば発熱体部分１４ａが定着ニップに対向しているときには、その発熱体部分１４ａについてのみ電力を供給し、他の発熱体部分１４ｂ〜１４ｊには電力を供給しないように、電力供給の制御を行う。具体的には、下記の表１に示すように、定着ニップに対向する各発熱体部分１４ａ〜１４ｃに対してのみ順次電力供給を行う。
【表１】
2004170770.tif 000003
【００３２】
次に、本発明の特徴部分である渦巻状導線１７ａ〜１７ｊの構成について説明する。
各渦巻状導線１７ａ〜１７ｊは、転写紙Ｐの先端が定着ニップに進入してから、その後端が定着ニップから抜け出すまでの間の変形量が抵抗発熱体１４への電力供給を確保できる許容量を越えないように構成されている。そこで、本実施形態１の渦巻状導線１７ａ〜１７ｊは、可撓性部材である電気導体を加熱ローラ１１の回転軸が渦中心となる渦巻状に配置した構成を有する。加熱ローラ１１が回転すると、このような渦巻状導線１７ａ〜１７ｊにはこれを変形させる変形力が加わることになる。本実施形態１では、この変形力が渦巻状導線１７ａ〜１７ｊの巻き数が増加することで吸収されるため、その巻き数に余裕のある間は渦巻状導線１７ａ〜１７ｊ自体に大きなテンションが加わることがない。よって、巻き数に余裕のある間は、抵抗発熱体１４への電力供給を確実に確保することができる。
【００３３】
渦巻状導線１７ａ〜１７ｊを構成する電気導体には、例えば、ステンレス、鋼、鉄、チタン、ニッケル、コバルトなどの金属やこれらの金属を含む合金製バネ材などを用いることができる。また、非金属製バネ材にカーボン等の電気導電材料を塗布又は合成したものも用いることもできる。また、この渦巻状導線１７ａ〜１７ｊを、高温下において所定巻き数の渦巻形状に戻ろうとする復元力が発生する形状記憶合金で形成することもできる。この場合、加熱ローラ１１の回転によって発生する渦巻状導線１７ａ〜１７ｊのねじれや折れなどの変形を、近接配置されている抵抗発熱体１４からの熱で復元させることができる。よって、渦巻状導線１７ａ〜１７ｊの変形によって生じ得る回転機構の障害や渦巻状導線１７ａ〜１７ｊ自体の破損などが発生しにくく、変形耐性に優れた抵抗発熱体１４を形成することができる。
【００３４】
また、本プリンタで使用可能な転写紙Ｐのうち搬送方向長さが最大である転写紙Ｐの先端が定着ニップに進入してから、その後端が定着ニップから抜け出すまでの間は、渦巻状導線１７ａ〜１７ｊの変形によって加熱ローラ１１の回転動作が妨げられることがないようにすることも重要である。よって、搬送方向長さが最大となる転写紙Ｐの後端が定着ニップから抜け出したときの巻き数が、加熱ローラ１１の回転動作を妨げることがなく、かつ、抵抗発熱体１４への電力供給を確保できる許容巻き数に達することがないように、渦巻状導線１７ａ〜１７ｊの初期の巻き数、材質、弾性力などを設定する。
【００３５】
また、加熱ローラ１１が転写紙Ｐを搬送する方向に回転駆動し続けると、渦巻状導線１７ａ〜１７ｊの巻き数はいずれ許容巻き数に到達してしまう。そこで、本実施形態１では、所定枚数（１枚又は２枚以上）の転写紙Ｐが定着ニップを通過後に、加熱ローラ１１を逆回転させて渦巻状導線１７ａ〜１７ｊの巻き数を減少させて、初期の状態に復元させる。本実施形態１では、図示しない逆回転手段としての駆動モータを逆方向に回転駆動することで、加熱ローラ１１を逆回転させている。このように定期的に加熱ローラ１１を逆回転させて渦巻状導線１７ａ〜１７ｊの巻き数を戻すことで、継続的な定着処理を行うことができる。なお、この逆回転動作を、転写紙Ｐに定着処理を待たせることがないタイミングで行えば、画像形成スピードを落とすこともない。なお、所定枚数は、使用する渦巻状導線１７ａ〜１７ｊの許容巻き数を考慮して適宜設定する。
【００３６】
図６（ａ）乃至図６（ｃ）は、加熱ローラ１１の回転駆動タイミングを示す説明図である。
図６（ａ）に示すように、未定着のトナーＴが載った転写紙Ｐが定着ニップに進入する前は、加熱ローラ１１及び加圧ローラ１２の回転は停止している。このとき、渦巻状導線１７は巻き数が少ない初期の状態にある。そして、その転写紙Ｐが定着ニップに進入する直前に加熱ローラ１１及び加圧ローラ１２の回転が開始する。これにより、図６（ｂ）に示すように、定着ニップに進入した転写紙Ｐは、図中矢印の方向に回転駆動する加熱ローラ１１及び加圧ローラ１２から搬送力を受けて搬送される。この搬送中、転写紙Ｐ上の未定着のトナーは定着ニップにおいて熱及び圧力を受けて定着処理を受ける。このとき、渦巻状導線１７の巻き数は増加する。そして、転写紙Ｐの後端が定着ニップを通過したら、図６（ｃ）に示すように、加熱ローラ１１及び加圧ローラ１２を図中矢印の方向に逆回転駆動する。このとき、渦巻状導線１７の巻き数は減少していき、最終的に初期の巻き数に戻される。このような動作を繰り返すことで、多数の転写紙Ｐに対して継続的な定着処理を行うことができる。
【００３７】
〔変形例１〕
次に、上記実施形態１における復元動作の変形例（以下、本変形例を「変形例１」という。）について説明する。
本変形例１における定着装置の基本構成及び動作は上記実施形態１と同様であるが、巻き数が増加した渦巻状導線１７の復元させる方法が上記実施形態１と異なっている。すなわち、本変形例１では、加熱ローラ１１を逆回転させる力として、渦巻状導線１７がもつ巻き数を初期状態に戻そうとする復元力を利用する。このように渦巻状導線１７がもつ復元力を利用して加熱ローラ１１を復元させる構成とすれば、加熱ローラ１１の駆動モータや駆動伝達機構に逆回転機能をもたせる必要がなくなり、コストダウンを図ることができる。また、加熱ローラ１１を逆回転させるための電力が不要となるため、省電力化を図ることもできる。
【００３８】
〔変形例２〕
次に、上記実施形態１における定着装置の変形例（以下、本変形例を「変形例２」という。）について説明する。
図７は、本変形例２における定着装置の概略構成図である。この定着装置の基本構成及び動作は上記実施形態１と同様であるが、加熱ローラ１１と加圧ローラ１２との間を互いに離間させる離間手段が設けられている点で上記実施形態１と異なっている。
加熱ローラ１１に加圧ローラ１２が当接した状態では、加熱ローラ１１の回転負荷が大きく、加熱ローラ１１を逆回転させるのに大きな回転駆動力を必要とすることがある。また、このように加熱ローラ１１の回転負荷が大きい場合、上記変形例１のように渦巻状導線１７の復元力で復元させる構成では、加熱ローラ１１を逆回転させることが困難な場合もある。また、加圧ローラ１２の駆動系の構成上、加圧ローラ１２が逆回転できない場合もある。そこで、本変形例２では、加圧ローラ１２を加熱ローラ１１から離間させる離間機構３０を設けている。
【００３９】
離間機構３０は、加圧ローラ１２の回転軸の一端又は両端に取り付けられるアーム３１を備えている。このアーム３１は、支点３１ａとなる端部が装置筐体に回転自在に取り付けられおり、その中央部分に加圧ローラ１２の回転軸が回転自在に取り付けられている。また、装置筐体に取り付けられた側とは反対側のアーム３１の端部には、偏心カム３２が当接している。そして、この偏心カム３２が半回転するごとにアーム３１が支点３１ａを中心に回動し、この回動によって加圧ローラ１２の回転軸が図中上下方向に移動する。なお、離間手段は、このような離間機構３０に限らず、例えばギヤを利用して加圧ローラ１２を加熱ローラ１１から離間させるものを利用してもよい。また、本変形例２では、離間手段として加圧ローラ１２を移動させる構成を採用しているが、加熱ローラ１１を移動させる構成や、両ローラ１１，１２を移動させる構成を採用することもできる。
【００４０】
図８（ａ）乃至図８（ｃ）は、加圧ローラ１２の離間タイミングを示す説明図である。
図８（ａ）に示すように、未定着のトナーＴが載った転写紙Ｐが定着ニップに進入する前は、加熱ローラ１１と加圧ローラ１２は互いに当接した状態となっており、定着ニップが形成されている。そして、その転写紙Ｐが定着ニップに進入する直前に加熱ローラ１１及び加圧ローラ１２の回転が開始する。これにより、図８（ｂ）に示すように、定着ニップに進入した転写紙Ｐが定着ニップを通過するまでは、渦巻状導線１７の巻き数は増加する。そして、転写紙Ｐの後端が定着ニップを通過したら、図８（ｃ）に示すように、偏心カム３２を半回転させて加圧ローラ１２を加熱ローラ１１から離間させ、加熱ローラ１１を図中矢印の方向に逆回転駆動する。これにより、渦巻状導線１７の巻き数は減少していき、最終的に初期の巻き数に戻される。
【００４１】
このように加熱ローラ１１を逆回転させる際に加熱ローラ１１と加圧ローラ１２との間を離間させることで、加熱ローラ１１の逆回転に必要な駆動力を小さくできるので、省電力化を図ることができる。また、高速な逆回転駆動も可能となるため、復元動作に要する時間を短くすることもできる。更に、このような離間している間は、加熱ローラ１１の熱量が加圧ローラ１２に奪われることがないため、少ない電力で加熱ローラ１１を昇温させることができる。
【００４２】
〔変形例３〕
次に、上記実施形態１における電力供給の制御の変形例（以下、本変形例を「変形例３」という。）について説明する。
本変形例３における定着装置の基本構成及び動作は上記実施形態１と同様であるが、各発熱体部分１４ａ〜１４ｊへの電力供給の制御内容が上記実施形態１と異なっている。すなわち、本変形例３では、例えば発熱体部分１４ａが定着ニップに対向しているときには、その発熱体部分１４ａだけでなく、その加熱ローラ回転方向上流側に位置する発熱体部分１４ｂにも電力を供給し、他の発熱体部分１４ｃ〜１４ｊには電力を供給しないように、電力供給の制御を行う。具体的には、下記の表２に示すように、定着ニップに対向する発熱体部分及びその１つ上流側に位置する発熱体部分に対してのみ順次電力供給を行う。
【表２】
2004170770.tif 000004
【００４３】
以上、本変形例３では、定着ニップに対向する発熱体部分だけでなく、その加熱ローラ回転方向上流側に位置する発熱体部分にも先行して電力を供給する。よって、各発熱体部分１４ａ〜１４ｊは、定着ニップに対向する前に予め昇温される。上記実施形態１では、定着ニップに対向するときにその発熱体部分への給電が開始されるので、定着速度の高速化が困難であるとともに、供給すべき電力量を多くしたり発熱体部分１４ａ〜１４ｊの材質を厳選したりして加熱ローラ表面の昇温スピードを高める必要がある。これに対し、本変形例３によれば、加熱ローラ１１の表面を定着処理に必要な温度まで昇温するための時間を上記実施形態１１よりも長く確保できる。よって、定着速度を高速化でき、かつ、加熱ローラ表面の昇温スピードを無理に高める必要もない。
なお、本変形例３では、定着ニップに対向する発熱体部分と、その１つ上流側に位置する発熱体部分の２個だけに給電する方法を例に挙げたが、その個数は、加熱ローラ１１の熱容量の違い、定着対象となる転写紙Ｐのサイズ、定着速度、発熱体部分の材質などを考慮して適宜設定される。したがって、例えば、定着ニップに対向する発熱体部分と、その１つ上流側と２つ上流側に位置する発熱体部分の合計３個に給電する方法を採用してもよい。また、本変形例３では、同時に電力を供給する発熱体部分の個数を予め設定しているが、その個数を動的に変化させてもよい。例えば、加熱ローラ１１の表面温度を検知する温度センサを設置して、その検知結果に基づき、同時に電力を供給する発熱体部分の個数を変化させてもよい。この場合、様々な使用環境下において、安定して高い定着性能を発揮することが可能となる。
【００４４】
〔変形例４〕
次に、上記実施形態１における電力供給の制御の他の変形例（以下、本変形例を「変形例４」という。）について説明する。
本変形例４における定着装置の基本構成及び動作は上記実施形態１と同様であるが、各発熱体部分１４ａ〜１４ｊへの電力供給の制御内容が上記実施形態１と異なっている。すなわち、本変形例４では、すべての発熱体部分１４ａ〜１４ｊに対して常に電力供給を行う構成であるが、それぞれに供給される電力量が異なっている。具体的には、例えば発熱体部分１４ａが定着ニップに対向しているとき、その発熱体部分１４ａに対しては４００Ｗの電力を供給し、その加熱ローラ回転方向上流側に位置する発熱体部分１４ｂには２００Ｗの電力を供給し、他の発熱体部分１４ｃ〜１４ｊには１０Ｗの電力を供給する。本変形例４における電力供給の制御内容は、下記の表３に示すとおりである。
【表３】
2004170770.tif 000005
【００４５】
以上、本変形例４では、定着ニップに対向する発熱体部分への電力供給量は最も多い４００Ｗであり、次いでその加熱ローラ回転方向上流側に位置する発熱体部分への電力供給量は２００Ｗであり、残りの発熱体部分への電力供給量は１０Ｗである。定着ニップに対向する発熱体部分では、加圧ローラ１２や転写紙Ｐなどに熱が奪われても定着に必要な温度を維持する必要がある。そのため、本変形例では、この部分への電力供給量を最も多くしている。また、この発熱体部分の１つ上流側に位置する発熱体部分は、加圧ローラ１２や転写紙Ｐなどに熱が奪われることはない。しかし、すぐに定着ニップに対向することになるので、本変形例４では、この部分への電力供給量を２００Ｗに設定し、これを事前に昇温させることとしている。また、他の発熱体部分については、上記変形例３のようにＯＦＦにしておいてもよいが、ＯＦＦにすると温度が大きく低下してしまい、次に昇温させるときに必要な温度まで昇温させるのに時間がかかってしまう。そこで、本変形例４では、他の発熱体部分についても１０Ｗの電力を供給しておくこととした。これにより、定着ニップに対向する前の発熱体部分の温度低下を抑制することができ、これを昇温させるときの昇温時間の短縮を図ることができる。
なお、本変形例４では、定着ニップに対向する発熱体部分の加熱ローラ回転方向上流側に位置する発熱体部分への電力供給量は、定着ニップに対向する発熱体部分よりも少なくすることで電力消費量を抑えているが、その発熱体部分と同じ又はそれ以上に設定してもよい。
なお、本変形例４では、定着ニップに対向する発熱体部分の１つ上流側に位置する発熱体部分にだけ２００Ｗの電力を給電する場合を例に挙げたが、その個数は、加熱ローラ１１の熱容量の違い、定着対象となる転写紙Ｐのサイズ、定着速度、発熱体部分の材質などを考慮して適宜設定される。したがって、例えば、定着ニップに対向する発熱体部分の１つ上流側と２つ上流側に位置する２つの発熱体部分に２００Ｗの電力を給電する方法を採用してもよい。また、各発熱体部分に供給する電力量も、加熱ローラ１１の熱容量の違い、定着対象となる転写紙Ｐのサイズ、定着速度、発熱体部分の材質などを考慮して適宜設定する。
また、本変形例４では、各発熱体部分に供給される電力量を予め設定しているが、その電力量を動的に変化させてもよい。例えば、加熱ローラ１１の表面温度を検知する温度センサを設置して、その検知結果に基づき、各発熱体部分に供給される電力量を変化させてもよい。この場合、様々な使用環境下において、一定の定着温度を得ることができ、安定して高い定着性能を発揮することが可能となる。
【００４６】
〔変形例５〕
次に、上記実施形態１における加熱ローラの変形例（以下、本変形例を「変形例５」という。）について説明する。
本変形例５における定着装置の基本構成及び動作は上記実施形態１と同様であるが、円筒状基体１３の内周面に設けられる各発熱体部分１４ａ〜１４ｊが加熱ローラ軸方向に複数に分割されている点で上記実施形態１と異なっている。
【００４７】
図９は、本変形例５における加熱ローラ１１１の軸方向断面図である。図示のように、本変形例５では、各発熱体部分１４ａ〜１４ｊが加熱ローラ軸方向に複数に分割されており、発熱体部分１４ａ〜１４ｊは加熱ローラ軸方向に３つのグループに分かれている。なお、本変形例５では、上記実施形態１で説明した図示しないスイッチ部２１が各発熱体部分１４ａ〜１４ｊと一緒に回転するように設けられており、各グループについてそれぞれ１組の渦巻状導線１１７Ａ，１１７Ｂ，１１７Ｃが設けられている。なお、図９では、このスイッチ部２１並びに上記実施形態１におけるスイッチ切替部２２及び回転位置検出部２３についての図示を省略してある。また、図９には、複数の発熱体部分１１４ａ〜１１４ｊのうち、加熱ローラの軸に対して対照位置に配置される２つの発熱体部分１１４ａ，１１４ｆのみが示されている。以下、これらについてのみ説明するが、他の発熱体部分１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ，１１４ｅ，１１４ｇ，１１４ｈ，１１４ｉ，１１４ｊについても同様である。
【００４８】
本変形例５において、加熱ローラ軸方向の真ん中に位置するグループに属する発熱体部分１１４ａＢ，１１４ｆＢにおける加熱ローラ回転軸方向の長さは、Ａ４版サイズの転写紙Ｐがその長手方向に搬送される場合の転写紙Ｐの幅に対応している。また、発熱体部分１１４ａにおいて、全グループに属する発熱体部分１１４ａＡ，１１４ａＢ，１１４ａＢを合わせた加熱ローラ回転軸方向の長さは、Ａ４版サイズの転写紙Ｐがその長手方向に直交する方向に搬送される場合の転写紙Ｐの幅に対応している。発熱体部分１１４ｆについても同様である。各グループに属する全発熱体部分は、図示しないスイッチ部２１を介して１組の渦巻状導線１１７Ａ，１１７Ｂ，１１７Ｃに接続され、各渦巻状導線１１７Ａ，１１７Ｂ，１１７Ｃは、グループ切替スイッチ１２４を介して電力源２０に接続されている。このグループ切替スイッチ１２４は、スイッチ制御部１２５によって制御されており、このスイッチ制御部１２５によって、各グループへの電力供給を個別にＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。具体的には、スイッチ制御部１２５には定着処理の対象となる転写紙Ｐのサイズ情報が入力され、そのサイズ情報に応じて、真ん中のグループにだけ電力供給を行うか、すべてのグループに電力供給を行うかを決定する。そして、その決定に基づいてグループ切替スイッチ１２４を制御する。この制御の結果、例えば、真ん中のグループにだけ電力供給がなされると、この電力は、例えば発熱体部分１１４ａが定着ニップに対向しているときには、上記実施形態１と同様にスイッチ部２１によって発熱体部分１１４ａＢにのみ供給されることになる。
【００４９】
なお、上述した実施形態１では、渦巻状導線１７を復元するまでの間は渦巻状導線１７の巻き数が増加する場合について説明したが、渦巻状導線１７の巻き方向を逆にして巻き数が減少するように構成しても、同様の効果を得ることができる。この場合、初期の巻き数を許容巻き数の付近に設定しておくようにする。また、渦巻状導線１７を復元するまでの間に渦巻状導線１７の巻き方向に逆になるように構成しても、同様の効果を得ることができる。すなわち、渦巻状導線１７を復元するまでの間に、巻き数数が減少した後巻き方向が逆になって今度は巻き数が増加していくように構成してもよい。この場合、同じ構成を有する渦巻状導線１７であっても、その巻き数の余裕度を大きくすることができ、復元動作回数を少なくすることが可能となる。
また、本実施形態１では、円筒状基体の内周面に抵抗発熱体を設けた構成であるが、その外周面に設けても、同様の効果を得ることができる。この場合、加熱ローラ１１の外周面外方に渦巻状導線１７が配置されることになる。
また、本実施形態１では、電力供給部材として渦巻状導線を用い、その巻き数を増加させることで吸収する構成について説明したが、他の構成であってもよい。例えば、長手方向に高い伸張性の高い導電性部材を用い、加熱ローラ１１の回転によって生じる変形力をその伸張によって吸収する構成としてもよい。
【００５０】
〔実施形態２〕
次に、本発明を、上記実施形態１と同様にプリンタに適用した実施形態（以下、本実施形態を「実施形態２」という。）について説明する。
本実施形態２に係るプリンタの基本構成及び動作は上記実施形態１と同様であるが、定着装置の給電方式が上記実施形態１と異なっている。すなわち、本実施形態２では、電力源の電源端子に電気接続された１次側誘電素子としての１次コイルを、加熱ローラに設けられる２次側誘電素子としての２次コイルと磁気結合させて、加熱ローラの回転発熱体に電力を供給する非接触給電方式を採用する。
【００５１】
図１０は、実施形態２における定着装置に設けられる加熱ローラ２１１の一部を示す軸方向断面図である。この加熱ローラ２１１は、上記実施形態１と同じく、加熱ローラ２１１の周方向に分割された複数の発熱体部分１４ａ〜１４ｊに対し、個別に電力を供給できる構成となっている。図１０には、複数の発熱体部分１４ａ〜１４ｊのうち、加熱ローラの軸に対して対照位置に配置される２つの発熱体部分１４ａ，１４ｆのみが示されている。以下、これらについてのみ説明するが、他の発熱体部分１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｇ，１４ｈ，１４ｉ，１４ｊについても同様である。２つの発熱体部分１４ａ，１４ｆは、それぞれ上記実施形態１と同様の構成を有するのスイッチ部２２１に接続されている。このスイッチ部２２１は、加熱ローラ２１１の内部に配置されており、各発熱体部分１４ａ，１４ｆと一緒に、加熱ローラ２１１の回転に伴って回転する。スイッチ部２２１は、上記実施形態１と同様に、加熱ローラ２１１の外部に設けられた図示しないスイッチ切替部２２によって制御されている。スイッチ切替部２２の制御信号をスイッチ部２２１に入力するための信号経路は、上述した接触給電方式のように導電ブラシを用いたものでもよいが、本実施形態１の給電方式のように渦巻状導線を用いたものでもよい。
【００５２】
また、スイッチ部２２１は、加熱ローラ２１１の軸方向端部に設けられた２次コイル２１７ｂに接続されている。この２次コイル２１７ｂも、各発熱体部分１４ａ，１４ｆ及びスイッチ部２２１と一緒に、加熱ローラ２１１の回転に伴って回転する。また、本定着装置では、２次コイル２１７ｂの外周を覆う囲むように、１次コイル２１７ａが配置されている。この１次コイル２１７ａは、外部電源である交流電源からなる電力源２２０に電気的に接続されている。これにより、電力源２２０から電流が供給されると、１次コイル２２４の周囲に交番磁界が発生し、２次コイル２２５に誘導電流が発生する。このように発生した誘導電流は、スイッチ部２２１に送られる。そして、図示しないスイッチ切替部２２によって、定着ニップに対向する発熱体部分にのみ電力が供給され、他の発熱体部分には電力が供給されないように、各発熱体部分への電力供給が制御される。
【００５３】
本実施形態２では、加熱ローラ２１１の各発熱体部分１４ａ〜１４ｊへの電力供給方式として、電力源２２０、１次コイル２１７ａ及び２次コイル２１７ｂを用いた非接触給電方式を採用する。そして、電力供給経路上に２つの部材が互いに接触する部分が存在しない。よって、加熱ローラ２１１が回転している間でも、各発熱体部分１４ａ〜１４ｊに対して電力を安定して供給することができる。なお、本実施形態２では、定着ニップに対向する発熱体部分にのみ電力を供給する場合について説明したが、上記変形例３や上記変形例４で説明した電力供給の制御内容を採用してもよい。また、加熱ローラ２１１の構成として、上記変形例５で説明した加熱ローラのように、各発熱体部分が軸方向に複数分割された構成を採用してもよい。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１乃至１３の発明によれば、複数の発熱体部分が一体となって回転する回転発熱体に対して電力供給する場合に、無駄な電力消費が少なく、かつ、安定した電力供給を実現できるという優れた効果がある。
特に、請求項２及び請求項１０の発明によれば、無駄な電力消費を更に少なくすることができるという優れた効果がある。
また、請求項３及び請求項１１の発明によれば、高速な定着動作が可能となるという優れた効果がある。
また、請求項４乃至６の発明によれば、定着装置を連続稼働させることができるという優れた効果がある。特に、請求項５の発明によれば、電力消費を抑制することも可能となるという優れた効果がある。特に、請求項６の発明によれば、変形した電力供給部材を復元しやすくなり、復元に要する電力消費を抑えたり、高速に復元させたりすることが可能となるという優れた効果がある。
また、請求項７の発明によれば、回転発熱体の連続回転数を多くすることができるので、十分に長い定着処理時間を確保することができるという優れた効果がある。
また、請求項８の発明によれば、電力供給部材の変形によるクセが付きにくくなり、金属疲労による破損、回転発熱体の回転トルクのムラ、回転発熱体の回転速度のジターなどの発生を抑制することができるという優れた効果がある。
また、請求項１２の発明によれば、更に無駄な電力消費を抑えることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係るプリンタの定着装置を示す概略構成図。
【図２】同プリンタ全体の概略構成図。
【図３】同定着装置の加熱ローラを示す斜視図。
【図４】同加熱ローラの軸方向断面図。
【図５】同加熱ローラ内部に設けられた発熱体部分及びスイッチ部の回路図を含む給電部分の説明図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、同加熱ローラの回転駆動タイミングを示す説明図。
【図７】変形例２における定着装置の概略構成図。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、同定着装置における加熱ローラの回転駆動タイミングを示す説明図。
【図９】変形例５における加熱ローラの軸方向断面図。
【図１０】実施形態２における定着装置に設けられる加熱ローラの一部を示す軸方向断面図。
【符号の説明】
１  感光体ドラム
１０  定着装置
１１，２１１  加熱ローラ
１２  加圧ローラ
１３  円筒状基体
１４，１１４  抵抗発熱体
１６  給電端子
１７，１１７  渦巻状導線
１８  駆動ギヤ
２０，２２０  電力源
２１，２２１  スイッチ部
２２  スイッチ切替部
３０  離間機構
３１  アーム
３１ａ  支点
３２  偏心カム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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