(57)【要約】【課題】第１、第２の各ヒータにデューティ制御又は位相制御等を施し、その実効電流を降下させ、高速定着が安定して達成できるようにし、定着以外のマージン電力を加えても規定電流を超過しない画像形成装置の定着装置の提供。【解決手段】配熱分布が中央高の第１のヒータ及び両端高の第２のヒータを設けた加熱ローラと、それに圧接する加圧ローラと、中央部の温度と端部付近の温度とをそれぞれ検知する第１，第２の温度検知手段と、それらの検知結果に応じそれぞれ第１，第２のヒータの温度を制御する加熱制御手段とを有する画像形成装置の定着装置であって、画像形成動作中に加熱手段としての前記第１，第２のヒータが両者共に点灯要求された場合のみ位相制御を実施し、かつ両ヒータが同時にＯＮ開始及びＯＦＦ開始しないことを特徴とする画像形成装置の定着装置。【選択図】        図８
2004191549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に加熱手段として配熱分布が中央高の第１のヒータ及び配熱分布が両端高の第２のヒータを設けた加熱ローラと、該加熱ローラに圧接する加圧ローラと、幅方向の中央部の温度を検知する第１の温度検知手段と、端部付近の温度を検知する第２の温度検知手段と、第１の温度検知手段の検知結果に応じ第１のヒータの温度を制御し、第２の温度検知手段の検知結果に応じ第２のヒータの温度を制御する加熱制御手段とを有する画像形成装置の定着装置であって、
画像形成動作中に加熱手段としての前記第１のヒータ及び前記第２のヒータが両者共に点灯要求された場合のみ、通電時間を所定のデューティ比の割合で微小周期で間欠的に通電してデューティ制御が行われ，かつ前記第１及び第２のヒータが同時にＯＮ開始及びＯＦＦ開始にならないように加熱制御がなされることを特徴とする画像形成装置の定着装置。
【請求項２】
内部に加熱手段として配熱分布が中央高の第１のヒータ及び配熱分布が両端高の第２のヒータを設けた加熱ローラと、該加熱ローラに圧接する加圧ローラと、幅方向の中央部の温度を検知する第１の温度検知手段と、端部付近の温度を検知する第２の温度検知手段と、第１の温度検知手段の検知結果に応じ第１のヒータの温度を制御し、第２の温度検知手段の検知結果に応じ第２のヒータの温度を制御する加熱制御手段とを有する画像形成装置の定着装置であって、
画像形成動作中に加熱手段としての前記第１のヒータ及び前記第２のヒータが両者共に点灯要求された場合のみ、両ヒータをある一定間隔で交互に点灯することを特徴とする画像形成装置の定着装置。
【請求項３】
内部に加熱手段として配熱分布が中央高の第１のヒータ及び配熱分布が両端高の第２のヒータを設けた加熱ローラと、該加熱ローラに圧接する加圧ローラと、幅方向の中央部の温度を検知する第１の温度検知手段と、端部付近の温度を検知する第２の温度検知手段と、第１の温度検知手段の検知結果に応じ第１のヒータの温度を制御し、第２の温度検知手段の検知結果に応じ第２のヒータの温度を制御する加熱制御手段とを有する画像形成装置の定着装置であって、
画像形成動作中に加熱手段としての前記第１のヒータ及び前記第２のヒータが両者共に点灯要求された場合のみ、位相制御を実施し、かつ両ヒータが同時にＯＮ開始及びＯＦＦ開始しないことを特徴とする画像形成装置の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に加熱手段を有する加熱ローラと、該加熱ローラに圧接する加圧ローラとを備え、これら加熱ローラと加圧ローラ間にトナー画像が転写された転写材を通過させ、前記トナー画像を前記転写材に熱定着する画像形成装置の定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像情報は露光手段によって露光され、帯電された感光体上に潜像が形成され、該潜像は現像手段によって現像されてトナー画像が形成され、該トナー画像は転写手段によって転写材上に転写され、転写された転写材は定着装置の加熱ローラとそれに圧接する加圧ローラとの間に挟まれて搬送されながら加熱定着されて排紙される。
【０００３】
このような画像形成装置は特許文献１及び２に示すような始動時にはウォーミングアップ時間を短縮させるために電力をフルパワーにする手段が採られている。
【０００４】
このため、コピー動作中に、加熱ローラに内蔵される２本のヒータを同時に点灯要求された場合、２本ともフル点灯すると、複写機の高速化に伴い、機械全体の消費電力が大きくなることもあって、従来制御のままでは、規定電流の１５Ａを超え電源落ちが発生してしまう場合があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−６７５６３号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開昭５２−１４９１３０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そのための対策として、定着ヒータの電力を下げることにより消費電力を抑えることができるが、消費電力を押さえるためにウォーミングアップ時間を延長することによる効率低下の問題や、電力不足による加熱ローラの温度低下がもたらす定着性劣下の問題があった。本発明はこのような従来技術の問題点を解決し、高速化した画像形成装置においても消費電力が規定電流値を超えて超過することなく、しかも高速時の定着性も良好な画像形成装置の定着装置を提供することを課題目的にする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的は次の技術手段（１）〜（３）の何れかによって達成される。
【０００９】
（１）  内部に加熱手段として配熱分布が中央高の第１のヒータ及び配熱分布が両端高の第２のヒータを設けた加熱ローラと、該加熱ローラに圧接する加圧ローラと、幅方向の中央部の温度を検知する第１の温度検知手段と、端部付近の温度を検知する第２の温度検知手段と、第１の温度検知手段の検知結果に応じ第１のヒータの温度を制御し、第２の温度検知手段の検知結果に応じ第２のヒータの温度を制御する加熱制御手段とを有する画像形成装置の定着装置であって、
画像形成動作中に加熱手段としての前記第１のヒータ及び前記第２のヒータが両者共に点灯要求された場合のみ、通電時間を所定のデューティ比の割合で微小周期で間欠的に通電してデューティ制御が行われ，かつ前記第１及び第２のヒータが同時にＯＮ開始及びＯＦＦ開始にならないように加熱制御がなされることを特徴とする画像形成装置の定着装置。
【００１０】
（２）  内部に加熱手段として配熱分布が中央高の第１のヒータ及び配熱分布が両端高の第２のヒータを設けた加熱ローラと、該加熱ローラに圧接する加圧ローラと、幅方向の中央部の温度を検知する第１の温度検知手段と、端部付近の温度を検知する第２の温度検知手段と、第１の温度検知手段の検知結果に応じ第１のヒータの温度を制御し、第２の温度検知手段の検知結果に応じ第２のヒータの温度を制御する加熱制御手段とを有する画像形成装置の定着装置であって、
画像形成動作中に加熱手段としての前記第１のヒータ及び前記第２のヒータが両者共に点灯要求された場合のみ、両ヒータをある一定間隔で交互に点灯することを特徴とする画像形成装置の定着装置。
【００１１】
（３）  内部に加熱手段として配熱分布が中央高の第１のヒータ及び配熱分布が両端高の第２のヒータを設けた加熱ローラと、該加熱ローラに圧接する加圧ローラと、幅方向の中央部の温度を検知する第１の温度検知手段と、端部付近の温度を検知する第２の温度検知手段と、第１の温度検知手段の検知結果に応じ第１のヒータの温度を制御し、第２の温度検知手段の検知結果に応じ第２のヒータの温度を制御する加熱制御手段とを有する画像形成装置の定着装置であって、
画像形成動作中に加熱手段としての前記第１のヒータ及び前記第２のヒータが両者共に点灯要求された場合のみ、位相制御を実施し、かつ両ヒータが同時にＯＮ開始及びＯＦＦ開始しないことを特徴とする画像形成装置の定着装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の実施の形態例を説明する。
【００１３】
（全体構成）
最初に、図１を用いて、本実施の形態例の定着装置が設けられた画像形成装置の全体構成を説明する。
【００１４】
図において、画像形成装置１は、自動原稿搬送装置（通称ＡＤＦ）Ａと、自動原稿搬送装置Ａにより搬送される原稿の画像を読み取るための原稿画像読取部Ｂと、読み取った原稿画像を処理する画像制御部Ｃと、画像処理後のデータに従って、感光ドラムからなる像担持体１０上に書込みを行なう書込みユニット１２を含む書込み部Ｄと、像担持体１０及びその周囲に帯電電極１４、磁気ブラシ型現像装置からなる現像手段１６、転写電極１８、分離電極２０、クリーニング手段２１等の画像形成手段を含む画像形成部Ｅと、転写材（以下、記録紙ということがある）Ｐを収容するトレイ等の複数の用紙収容手段（以下、給紙トレイ又はトレイということがある）２２，２４のための収納部Ｆ等を有している。
【００１５】
自動原稿搬送装置Ａは、原稿載置台２６と、ローラＲ１を含むローラ群及び原稿の移動通路を適宜切り替えるための切替手段を含む原稿搬送処理部２８を主要素とする。
【００１６】
原稿画像読取部Ｂは、原稿ガラスＧの下にあり、光路長を保って往復移動できる二つのミラーユニット３０，３１、固定の結像レンズ（以下、レンズということがある）３３、ライン状の撮像素子（以下、ＣＣＤということがある）３５等からなり、書込み部Ｄはレーザ光源４０、ポリゴンミラー（偏光器）４２等からなる。
自動原稿搬送装置Ａは、従来の自動原稿搬送装置と構成上の相違はあるものの原理はそのものは公知であり、又、原稿画像読取部Ｂ、書込み部Ｄ、画像処理手段（像担持体１０上にトナー画像を形成し、かつ、記録紙上にトナー画像を転写させる手段）を備えた画像形成装置及び画像形成プロセスはよく知られているので、その説明は簡略に行なう。
【００１７】
尚、転写電極１８の手前側に示すＲ１０はレジストローラであり、分離電極の下流側に示すＨは定着装置（詳細は後述する）であり、加熱ローラ９１とこの加熱ローラ９１に圧接する加圧ローラ９２とを備えており、加熱ローラ９１と、加圧ローラ９２との間にトナー画像が転写された転写材Ｐが搬送されて定着されることにより、トナー画像が転写材Ｐ上に熱定着される。
【００１８】
上記構成において、像担持体１０上にトナー画像を形成し、転写材Ｐ上に転写させた後、排紙トレイに排紙するプロセスは、以下のとおりである。
【００１９】
原稿載置台２６上に載置される原稿（図示せず）の一枚が原稿搬送処理部２８中に搬送され、ローラＲ１の下を通過中に、露光手段Ｌによるスリット露光が行なわれる。
【００２０】
原稿からの反射光は、固定位置にあるミラーユニット３０，３１及びレンズ３３を経て、ＣＣＤ上に結合され、読み取られる。
【００２１】
原稿画像読取部Ｂで読み取られた画像情報は、画像処理手段により処理され、符号化されて画像制御部Ｃにあるメモリに格納される。
【００２２】
画像データは、画像形成に応じて呼び出され、当該画像データに従って書込み部Ｄにおけるレーザ光源４０が駆動され、像担持体としての感光体１０上に露光が行なわれる。
【００２３】
この露光に先立ち、矢印方向（反時計方向）に回転する像担持体としての感光体１０は、帯電電極１４のコロナ放電により所定の表面電位が付与されているが、露光により露光部の電位が露光量に応じて減じ、結果として、画像データに応じた静電潜像が像担持体としての感光体１０上に形成される。
【００２４】
静電潜像は、現像手段１６により反転現像され、可視像（トナー像）とされる。
【００２５】
一方、像担持体としての感光体１０上のトナー像の先端部が転写領域に到達する前に、例えば、給紙トレイ２２内の一枚の転写材Ｐが給紙搬送されて、レジストローラＲ１０に到達し、先端規制されている。
【００２６】
転写材Ｐはトナー像、即ち、像担持体としての感光体１０上の画像領域と重畳するように、同期をとって回転を開始するレジストローラＲ１０により転写領域に向けて搬送される。
【００２７】
転写領域において、像担持体としての感光体１０上のトナー像は、転写電極の付勢により転写材Ｐ上に転写されて、次いで、転写材Ｐは分離電極２０の付勢により像担持体としての感光体１０から分離される。
【００２８】
その後、定着装置Ｈの加熱，加圧により、トナー像を形成するトナー粉末は転写材Ｐ上に溶融定着され、転写材Ｐは排紙通路７８及び排紙ローラ７９を介して排紙トレイＴ上に排紙される。
【００２９】
（定着装置）
定着装置Ｈの構成を図２及び図３を用いて詳細に説明する。図２は定着装置Ｈの側面図、図３は図２のＸ方向矢視図である。
【００３０】
加熱ローラ９１において、１９１は両端面が開放された円筒状の芯金（ローラ基体）である。
【００３１】
この芯金１９１の外周面には、離型性層１９４が形成されている。
本実施の形態例では、芯金１９１の材質はアルミニウム、鉄のうちのいずれか、離型性層１９４の材質としてはＰＦＡ（テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体），四フッ化エチレン等の離型性の良い樹脂とした。
【００３２】
更に、芯金１９１の肉厚を２．０ｍｍ以下、離型性層１９４の膜厚を約１５〜３０μｍとした。
【００３３】
加熱ローラ９１の内部には、所定サイズの転写材Ｐの通過領域内で、所定サイズの転写材Ｐの通過領域外の領域（Ｌ１）を主に加熱する第１の加熱ヒータ２１０としてのハロゲンヒータランプと、所定サイズの転写材Ｐの通過領域（Ｌ２）を主に加熱する第２のヒータ２２０としてのハロゲンヒータランプとが設けられている。
【００３４】
加圧ローラ９２は、発泡シリコンスポンジの円周面にＰＦＡチューブをかぶせた構造であり、表面硬度（アスカーＣ硬度）を３５〜７５とした。
【００３５】
そして、加圧ローラ９２はスプリング９０の付勢力でもって、加熱ローラ９１を総荷重４９〜２４５Ｎで押圧し、加圧ローラ９２と、加熱ローラ９１との間のニップ圧を１．９６×１０４〜１９．６×１０４Ｐａ、ニップ通過時間を２０〜４０ｍｓｅｃとした。
【００３６】
本実施の形態例の定着装置Ｈには、図３に示すように、二つの温度検知手段３３０，３４０が設けられている。一つは、領域Ｌ１の加熱ローラ９１の温度を検知する第１の温度検知手段３３０と、領域Ｌ２の加熱ローラ９１の温度を検出する第２の温度検知手段３４０である。尚、本実施の形態例では、温度検知手段は、サーミスタを用いた。
【００３７】
３５０は領域Ｌ２の端部を冷却する冷却手段としてのファンである。
クリーニング機構１００は、芳香族ポリアミドの不織布製のウエブ１０１が巻かれた元巻きローラ１０３と、ウエブ１０１を巻き取る巻き取りローラ１０５と、ウエブ１０１を加熱ローラ９１に押し付けるウエブバックアップローラ１０７とからなっている。
【００３８】
この巻き取りローラ１０５は、所定の枚数の転写材Ｐへの画像形成を行うと、所定量回転駆動され、ウエブ１０１の未使用部分が加熱ローラ９１に押接するようになっている。
【００３９】
次に、図４を用いて、本実施の形態例の定着装置の電気的構成を説明する。図４は図２に示す定着装置の電気的構成を説明するブロック図である。
【００４０】
図において、３１０は第１のヒータ２１０を駆動する回路からなる第１の加熱駆動手段、３２０は第２のヒータ２２０を駆動する回路からなる第２の駆動加熱手段である。
【００４１】
５００は制御部で、制御部５００は第１の温度検知手段３３０からの温度情報（ｔ１）と、第２の温度検知手段３４０からの温度情報（ｔ２）と、画像形成装置本体の電源スイッチがオンされたとき、画像形成装置本体から送られる起動命令と、画像形成装置本体のコピーボタンがオンされたとき、画像形成装置本体から送られるコピー命令と、転写材サイズ情報（Ｗ）と設定コピー枚数情報（Ｉ）とを取り込んで、第１及び第２の加熱駆動手段３１０，３２０を介して第１及び第２のヒータ２１０，２２０及び冷却駆動手段３６０を介してファン３５０を駆動すると共に、カウンタ５０１を有している。
【００４２】
ここで高速作動する画像形成装置１を始動させてウォーミングアップさせるときと、該画像形成装置１でトナー像を大サイズ（ここでは例えばＡ４Ｒに対するＡ４判）の転写材Ｐに転写して、定着装置９０で定着するときとの定着熱源の消費電力低減および定着性確保の３つの手段について詳述する。
【００４３】
内部に加熱手段として配熱分布が中央高の第１のヒータ２１０及び配熱分布が両端高の第２のヒータ２２０を設けた加熱ローラ９１と、該加熱ローラ９１に圧接する加圧ローラ９２と、幅方向の中央部の温度を検知する第１の温度検知手段３３０と、端部付近の温度を検知する第２の温度検知手段３４０と、第１の温度検知手段３３０の検知結果に応じ第１のヒータ２１０の温度を制御し、第２の温度検知手段３４０の検知結果に応じ第２のヒータ２２０の温度を制御する加熱制御手段５００とを有する定着装置９０であって、
画像形成動作中に加熱手段としての前記第１のヒータ２１０及び前記第２のヒータ２２０が両者共に点灯要求された場合のみ、図５（ｃ），（ｄ）のグラフに示すように通電時間を所定のデューティ比の割合で微小周期で間欠的に通電してデューティ制御が行われ，第１のヒータ２１０のＯＮ，ＯＦＦは図５（ｃ）のようになり、第２のヒータ２２０のＯＮ，ＯＦＦは図５（ｄ）のようになり、かつ前記第１及び第２のヒータが同時にＯＮ開始になったり、ＯＦＦ開始になったりしないように加熱制御がなされるように対処してある。デューティ比は８０％及び７０％のものを試みたが、８０％のものが良好であった。尚、前記第１のヒータ２１０及び前記第２のヒータ２２０がそれぞれ単独に点灯要求された場合は、第１のヒータ２１０のＯＮ，ＯＦＦは図５（ａ）のようになり、第２のヒータ２２０のＯＮ，ＯＦＦは図５（ｂ）のようになる。
【００４４】
またこの定着装置の別の手段として、画像形成動作中に加熱手段としての前記第１のヒータ２１０及び前記第２のヒータ２２０が両者共に点灯要求された場合のみ、図６（ａ），（ｂ）のグラフに示すように両ヒータをある一定間隔１ｍｓで交互に点灯するように対処することもできる。
【００４５】
更に、この定着装置の他の手段として、画像形成動作中に加熱手段としての前記第１のヒータ２１０及び前記第２のヒータ２２０が両者共に点灯要求された場合のみ、図７（ａ），（ｂ）のグラフに示すように、位相制御を実施し、かつ両ヒータが同時にＯＮ開始またはＯＦＦ開始しないように対処することもできる。
【００４６】
即ち、第１のヒータ２１０へ通常の交流電流として流れていた電流値はトライアックによって位相制御がかけられると間欠的なＯＮ，ＯＦＦ波形に変わり、
第２のヒータ２２０へ通常の交流電流として流れていた電流値はトライアックによって位相制御がかけられると間欠的なＯＮ，ＯＦＦ波形に変わり、しかも両ヒータのＯＮ，ＯＦＦ位置は時間的にずらした位置にしてある。
【００４７】
また図８のグラフに示すように電流レベルから見ると実効電流値は通常の場合の１４アンペアの状態から位相制御によって１３アンペアの状態になっている。
【００４８】
このようにすることにより、図９の本発明における各加熱制御の比較を示す表のように、制御温度の追従性や定着性を２本の両ヒータ同時点灯のものと同じように良好にしたまま、画像形成装置を高速化しても、画像形成時の他の消費電力によるマージンを入れたとしても１５アンペアを超すことが無くなり、安定して高速迅速対応が採れるようになる。
【００４９】
尚、上記の実施の形態では第１のヒータ２１０、第２のヒータ２２０はそれぞれ１本のものとして説明したが、これはそれぞれ必要に応じて２本以上の複数本のものとして構成しても良い。
【００５０】
【発明の効果】
本発明により、大サイズ転写材に対応したときにも高速画像形成が安定して達成できるようになった。即ち大サイズの画像形成に際して、特に大きな電力を要する定着装置の加熱ローラ内に設置された複数のヒータを効率的にフル活用して且つ、画像形成の高速化を実現させるために、第１（メイン）、第２（サブ）の各ヒータ群にデューティ制御、位相制御又は交互点灯制御を施し、その実効電流を１４Ａから１３Ａに降下させ、高速定着が安定して達成できるようになり、定着以外のマージン電流を加えても規定電流を超過することのない画像形成装置の定着装置を提供可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例の定着装置が設けられた画像形成装置の全体構成を説明する図である。
【図２】実施の形態例の定着装置の側面図である。
【図３】図２のＸ方向矢視図である。
【図４】本発明の定着装置の加熱制御手段を説明するブロック図である。
【図５】第１のヒータ及び第２のヒータをそれぞれデューティ制御するときの各ヒータのＯＮ，ＯＦＦ時期を示すグラフである。
【図６】第１のヒータ及び第２のヒータをそれぞれ交互点滅制御するときの各ヒータのＯＮ，ＯＦＦ時期を示すグラフである。
【図７】第１のヒータ及び第２のヒータをそれぞれ位相制御するときの各ヒータの波形及びＯＮ，ＯＦＦ時期を示すグラフである。
【図８】通常の通電時と図５〜７の制御をしたときとで実効電流を比較するグラフである。
【図９】本発明における各加熱制御の比較を示す表である。
【符号の説明】
９１  加熱ローラ
９２  加圧ローラ
１９１  芯金
２１０  第１のヒータ（ハロゲンヒータランプ）
２２０  第２のヒータ（ハロゲンヒータランプ）
３３０  第１の温度検知手段
３４０  第２の温度検知手段
５００  加熱制御手段
【図１】
2004191549.tif 000003
【図２】
2004191549.tif 000004
【図３】
2004191549.tif 000005
【図４】
2004191549.tif 000006
【図５】
2004191549.tif 000007
【図６】
2004191549.tif 000008
【図７】
2004191549.tif 000009
【図８】
2004191549.tif 000010
【図９】
2004191549.tif 000011