(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着部材と、該定着部材とニップ部を形成する加圧部材とを備え、該ニップ部を通過する記録媒体にトナー画像を定着させる定着装置において、
充放電可能なコンデンサと、
商用電源から電力が供給されて前記定着部材を加熱する第１のヒータと、
前記コンデンサから電力が供給されて前記定着部材又は前記加圧部材を加熱する第２のヒータと、を備え、
前記第２のヒータは、ガラス管内に色温度が２５００Ｋ以上のフィラメントを有するとともに、該ガラス管内のガスがクリプトン若しくはキセノンを主成分とする輻射ヒータであって、前記ガラス管内に封入されるガスの全圧が１気圧より大きいことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
立ち上がり時において前記商用電源から前記第１のヒータに電力が供給されている時に、前記コンデンサから前記第２のヒータへ電力が供給され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】
請求項１または２に記載の定着装置において、前記コンデンサとして１ｋＪ以上の総エネルギー量を蓄えられる容量を有するコンデンサを備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の定着装置において、前記コンデンサが電気二重層コンデンサであることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の定着装置において、前記コンデンサは充電された総エネルギー量の９０％の放電が立ち上がり時間以内に完了するエネルギー容量及び放電特性を有することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の定着装置において、立ち上がり時間が記録媒体の到達までの時間であることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の定着装置において、当該定着装置が雰囲気温度から定着可能温度までの昇温に要する加熱時間をＴ秒、前記コンデンサのＴ秒間に放電可能なエネルギーをＥ1（Ｊ）、前記第２のヒータのＴ秒間の蓄積エネルギーをＥ2（Ｊ）とした時、Ｅ1＞Ｅ2としたことを特徴とする定着装置。
【請求項８】
像担持体上にトナー画像を形成して該トナー画像をシート状の記録媒体に転写し、この記録媒体上のトナー画像を定着装置で定着させる画像形成装置において、前記定着装置として請求項１〜７のいずれか１つ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート状の記録媒体上に形成されているトナー画像を該記録媒体に定着させる定着装置、及び複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置では、熱源により加熱される定着ローラに加圧ローラを圧接した定着装置が多く用いられている。この定着装置では、定着ローラ及び加圧ローラの少なくとも一方は熱源としての定着ヒータにより加熱される加熱ローラとし、この加熱ローラにはサーミスタ等の温度検知素子がポリイミド等の保護フィルムを介して押圧され、この温度検知素子により加熱ローラの表面温度が検知される。一般的には定着ヒータはハロゲンランプを用いたハロゲンヒータが使用されている。
【０００３】
電源回路はＣＰＵ（中央演算装置）からの制御信号に従ってトライアックで商用電源からハロゲンヒータへの通電を制御し、ＣＰＵは温度検知素子からの温度検知信号によって加熱ローラの表面温度が予め設定された温度になるように制御信号を電源回路へ出力している。また、サーモスタット等の安全装置は、電源回路に直列に挿入されて加熱ローラ表面に近接して配設され、加熱ローラ表面温度が所定の限界温度を越えた場合のみハロゲンヒータへの給電を遮断する。
画像形成装置の画像記録部でトナー画像が転写された転写紙などのシート状記録媒体は、入口ガイドで案内されて回転中の定着ローラ及び加圧ローラのニップ部で挟持搬送され、そこでトナー画像が加熱溶融されて定着される。
【０００４】
近年の環境規制、環境保護意識の高まりから、各種の画像形成装置は、不使用時には定着ヒータへの通電を遮断し、必要な時のみ定着ヒータへ通電して、消費電力を低減することが行われている。このような省エネルギー型の画像形成装置では、画像形成時に定着ローラの表面温度が即座に設定温度まて達する必要があるが、通常は１本乃至複数本の定着ヒータに同時に商用電源からの電力を供給しているので、定着装置を含む画像形成装置全体の定格電力の制限もあって定着ヒータに投入する電力に一定の制限があった。その上、ハロゲンヒータの場合、立ち上がりまでに時間がかかった。
【０００５】
このことの対策としては、従来のハロゲンヒータで定着ローラを加熱する方式では、肉厚を１ｍｍ〜０．２５ｍｍにする定着ローラ基体の薄肉化が行われている。この定着ローラ基体の薄肉化により、定着ローラの熱容量を軽減し、定着ローラを急速に定着可能温度まで立ち上げることができる。
【０００６】
しかしながら、この定着ローラ基体の薄肉化には、いくつかの問題がある。定着ローラ基体の薄肉化は、定着ローラ基体の機械的強度が著しく低下し、定着ローラのつぶれ、たわみなどの変形が生じやすくなる。また、定着ローラの肉厚を小さくするほど技術的に加工の難易度が上がり、高度な加工精度が要求されることにより、コスト高につながることにもなる。このように、定着ローラ基体の薄肉化だけで高速な立ち上がりを実現することには限界がある。
【０００７】
このような問題を解決するために、定着ローラ基体の低熱容量化による消費電力ロスの低減とは逆に、定着ヒータへの投入電力を商用電力から得られる電力以上に上乗せしたものとし、立ち上がりを高速化するという定着装置が提案されている。
【０００８】
例えば、特開平３−３６５７９号公報には、ヒータ駆動手段を介して電力の供給を受けることによって発熱するヒータを有する定着装置用の加熱装置において、上記ヒータ駆動手段は、充電可能な蓄電池と、商用電源に接続されて該蓄電池を充電する充電器とを備え、上記ヒータは、商用電源から電力の供給を受ける主ヒータと、上記蓄電池から電力の供給を受ける補助のヒータを有しており、上記蓄電池は、上記充電器と充電回路を形成するような接続形態、または、上記補助のヒータと放電回路を形成する接続形態のいずれかに切換可能に配設されていることを特徴とする定着装置用の加熱装置が記載されている。この定着装置用の加熱装置では、蓄電池の放電回路が形成されるような接続形態によって、立ち上がり時間の短縮が図られる。
【０００９】
実開昭６３−１５０９６７号公報には、電子写真プロセスによって転写紙上に転写された可視像を加熱手段により定着させる定着装置において、交流電源によって駆動される第1のヒータと、充電手段によって充電されるバッテリーにより駆動される第２のヒータとを設けたことを特徴とする定着装置が記載されている。
【００１０】
特開平３−５７７９号公報には、メインヒータ及びサブヒータを内蔵した加圧ローラを有する熱定着装置を備えた作像装置であって、前記メインヒータの加熱を行うメイン電源と、メイン電源のオン・オフを切換える第1の切換手段と、前記サブヒータの加熱を行う蓄電池と、蓄電池の充電を行う充電手段と、蓄電池とサブヒータとの接続及び蓄電池と充電手段との接続を切換える第２の切換手段と、前記加圧ローラの温度を検知する温度検出手段と、この温度検出手段の検出結果に基づき、前記第1、第２の切換手段の制御を行う制御手段とを具備し、前記メイン電源により加熱される前記加熱ローラの温度が定着性に関連付けた基準温度に迄低下すると、前記蓄電池を介して前記サブヒータの加熱を行う一方、基準温度より高くなると、サブヒータの加熱を停止するようにしたことを特徴とする作像装置が記載されている。
【００１１】
特開２０００−９８７９９号公報には、電力の供給を受けることによって発熱するヒータと、このヒータに電力を供給するヒータ駆動手段とを有する定着装置用加熱装置において、上記ヒータ駆動手段は、充電可能な蓄電池と、商用電源から給電され前記蓄電池を充電する充電器とを備え、前記ヒータは商用電源から電力の供給を受ける主ヒータと、前記蓄電池から電力の供給を受ける補助ヒータとを有し、前記蓄電池の充電を前記主ヒータの消灯時に行うことを特徴とする定着装置用加熱装置が記載されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に立ち上がり時間が著しく短縮された定着装置においては、故障によって温度制御が不能になったときに想定される定着ヒータ暴走（温度暴走）時の安全性が問題となる。商用電源のような一定の連続的なエネルギー供給を受ける従来の定着装置では、万一、温度制御が不能になった場合には、図９に示すように、そのまま温度上昇を続けてしまう。温度上昇があまりに急であれば、安全装置であるサーモスタットの追従性によっては応答が間に合わず、サーモスタットが動作する前に紙の発火等の危険が生じるおそれがある。
【００１３】
特開平３−３６５７９号公報記載の定着装置用の加熱装置では、このような問題に触れておらず、蓄電池からエネルギーが放出される時間の限定などがなされていないので、温度制御が故障によって不能になった場合、サーモスタットが動作するまでの間に定着ヒータへの過剰なエネルギー供給が定着設定温度を越えた後も続いてしまう可能性を残しており、この問題を回避することはできない。
また、急速な立ち上がりを狙った様々な定着装置が提案されているが、これらの定着装置でも、同様に問題を回避することはできない。
【００１４】
また、画像形成時には定着ローラの表面温度を即座に（約１０秒未満に）設定温度まで立ち上げる必要がある。しかしながら、一般的にハロゲンヒータが通電初期に安定輻射を行うまで定着ヒータ自体を昇温させており、通電初期の約１０秒間に約４．４ｋＪ前後のエネルギーを必要としている。また、近年実用化が見えてきた大型コンデンサでも放電エネルギーは少なく、１０秒間で３ｋＪ以上の放電エネルギーを蓄積可能なコンデンサを実用化することは設置容量又はコストの点から無理があり、実現されていない。即ち、コンデンサが定着ローラを１０秒未満で設定温度まで昇温させるための補助加熱手段として機能しない。
【００１５】
特開平３−３６５７９号公報記載の定着装置用の加熱装置では、このような問題には触れておらず、この問題を回避することはできない。加えて、従来急速な立ち上がりを狙った様々な方式の定着装置が提案されているが、上記問題を回避するための提案はなされていない。
【００１６】
本発明は、ヒータ暴走時の安全性を確保することができ、かつ、立ち上がり時間の短縮を図ることができる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、定着部材と、該定着部材とニップ部を形成する加圧部材とを備え、該ニップ部を通過する記録媒体にトナー画像を定着させる定着装置において、充放電可能なコンデンサと、商用電源から電力が供給されて前記定着部材を加熱する第１のヒータと、前記コンデンサから電力が供給されて前記定着部材又は前記加圧部材を加熱する第２のヒータと、を備え、前記第２のヒータは、ガラス管内に色温度が２５００Ｋ以上のフィラメントを有するとともに、該ガラス管内のガスがクリプトン若しくはキセノンを主成分とする輻射ヒータであって、前記ガラス管内に封入されるガスの全圧が１気圧より大きいものである。
【００１８】
請求項２に係る発明は、立ち上がり時において前記商用電源から前記第１のヒータに電力が供給されている時に、前記コンデンサから前記第２のヒータへ電力が供給されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置ものである。
【００１９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の定着装置において、前記コンデンサとして１ｋＪ以上の総エネルギー量を蓄えられる容量を有するコンデンサを備えたである。
【００２０】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の定着装置において、前記コンデンサが電気二重層コンデンサであるものである。
【００２１】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の定着装置において、前記コンデンサは充電された総エネルギー量の９０％の放電が立ち上がり時間以内に完了するエネルギー容量及び放電特性を有するものである。
【００２２】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか１つに記載の定着装置において、立ち上がり時間が記録媒体の到達までの時間であるものである。
【００２３】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか１つに記載の定着装置において、当該定着装置が雰囲気温度から定着可能温度までの昇温に要する加熱時間をＴ秒、前記コンデンサのＴ秒間に放電可能なエネルギーをＥ1（Ｊ）、前記第２のヒータのＴ秒間の蓄積エネルギーをＥ2（Ｊ）とした時、Ｅ1＞Ｅ2としたものである。
【００２４】
請求項８に係る発明は、像担持体上にトナー画像を形成して該トナー画像をシート状の記録媒体に転写し、この記録媒体上のトナー画像を定着装置で定着させる画像形成装置において、前記定着装置として請求項１〜７のいずれか１つに記載の定着装置を用いたものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の第１の実施形態における定着装置の概略を示す。この第１の実施形態における定着装置では、定着部材１にシリコンゴム等の弾性部材からなる加圧部材２が図示しない加圧手段により一定の加圧力で押し当てられている。定着部材１と加圧部材２は、一般的にローラであることが多いので、図２にはローラで示したが、いずれか一方又は両方がローラに限らずに無端ベルトなどを使用することもある。
【００４３】
この定着装置は電力の供給を受けることによって発熱する熱源としての第１ヒータ３及び第２ヒータ４を有し、この第１ヒータ３及び第２ヒータ４は例えば定着部材１の内側に配置されて定着部材１を内側から加熱する。定着ローラ１及び加圧ローラ２は図示しない駆動機構により回転駆動される。温度センサ５は、定着部材としての定着ローラ１（もしくは加圧部材としての加圧ローラ２）の表面に当接され、定着ローラ１の表面温度（定着温度）を検知する。トナー６を担持した転写紙等のシート状記録媒体７は、定着ローラ１と加圧ローラ２とのニップ部を通過する際に、定着ローラ１と加圧ローラ２による加熱及び加圧でトナー６が定着される。
【００４４】
定着部材１として無端ベルトを用いる場合には、図３に示すように、定着部材としての無端ベルト８は少なくとも２本の支持ローラ９、１０に張架され、加圧ローラ２が図示しない加圧手段により一定の加圧力で無端ベルト８に押し当てられる。第１ヒータ３及び第２ヒータ４は無端ベルト８及び加圧ローラ２を加熱する任意の位置に設けられるがこれに限定されず、例えば、図３に示すように支持ローラ９は、加熱ローラからなり、内部に配置された第１ヒータ３で加熱されることにより無端ベルト８を加熱する。また、支持ローラ１０の内部に第１ヒータ３を配置してもよい。加圧ローラ２の表面には補助加熱ローラ１１が当接され、この補助加熱ローラ１１は内側に配置された第２ヒータ４により加熱されることで加圧ローラ２を加熱する。また、第２ヒータ４は、加圧ローラ２の内部に配置してもよいし、支持ローラ９又は１０の第１ヒータ３と同じ内部に配置してもよい。
【００４５】
支持ローラ１０は、駆動ローラとし、図示しない駆動機構により回転駆動されることで無端ベルト８を回転させる。トナー６を担持した転写紙等のシート状記録媒体７は、無端ベルト８と加圧ローラ２とのニップ部を通過する際に、無端ベルト８と加圧ローラ２による加熱及び加圧でトナー６が定着される。温度センサ５は無端ベルト８の表面温度を支持ローラ１０上で検知する。
【００４６】
また、定着部材として定着ローラ１を用いた場合にも、図４に示すように加圧ローラ２の外側に補助加熱ローラ１１を当接させ、この補助加熱ローラ１１をその内側に配置された第２ヒータ４により加熱して補助加熱ローラ１１により加圧ローラ２を加熱するようにしてもよい。
【００４７】
図１は第１の実施形態における図２に示すような構成（又は図３に示すような構成）の定着装置の回路構成を示す。温度センサ５からの検知信号は入力回路１２を経て制御手段としてのＣＰＵ１３に取り込まれ、ＣＰＵ１３は温度センサ５からの検知信号に基づいて定着ローラ１の表面温度（定着温度）が設定温度に維持されるようにドライバ１４を介して第1ヒータ３への通電を制御するとともに、スイッチ１５を介して第２ヒータ４への通電を制御する。
【００４８】
第１ヒータ３はドライバ１４を介して商用電源１６に接続され、ドライバ１４はＣＰＵ１３により制御されて商用電源１６から第１ヒータ３への通電を制御する。ＣＰＵ１３は待機時であるか使用時であるかによってスイッチ１５を切り換えることにより蓄電装置１７を充電器１８側と第２ヒータ４側に切り換える。蓄電装置１７は、急速な充放電が可能な（充電と放電がそれぞれ定着装置の立ち上がり時間内に行える）蓄電装置、例えばコンデンサが用いられる。
【００４９】
待機時には、スイッチ１５が蓄電装置１７を充電器１８側に切り換え接続し、充電器１８が商用電源１６からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置１７に印加することにより蓄電装置１７を充電する。定着装置の使用時には、スイッチ１５が蓄電装置１７を第２ヒータ４側に切り換え接続し、蓄電装置１７から第２ヒータ４に放電されて第２ヒータ４が直流電流により駆動される。
【００５０】
したがって、立ち上がり時には、第１ヒータ３が商用電源１６からドライバ１４を通して流れる交流電流により駆動されて第２ヒータ４が蓄電装置１７から流れる直流電流により駆動され、定着ローラ１の表面温度が設定温度まで急速に上昇する。立ち上がり後は、ＣＰＵ１３はドライバ１４を介して第１ヒータ３への通電を定着ローラ１の表面温度が設定温度に維持されるように制御する。
【００５１】
第２ヒータ４の駆動は定着装置の立ち上がり時のみ行われ、定着ローラ１の表面温度が設定温度まで達した後の定常時には、第１ヒータ３のみが駆動されて定着ローラ１の表面温度が設定温度に維持されるように第１ヒータ３がオン／オフされる。蓄電装置１７からの直流電流で第２ヒータ４を駆動する時間は、あらかじめ一定時間内になるように設定しておく。この一定時間は、定着装置の立ち上がり時間内であることが望ましい。
【００５２】
この第１の実施形態では、定着装置の立ち上がり時間短縮を補助する第２ヒータ４への給電は充放電が可能な（充電と放電がそれぞれ定着装置の立ち上がり時間内に行える）蓄電装置（例えばコンデンサ）１７により行うので、立ち上がり後には蓄電装置１７に残っている電荷が無くなって蓄電装置１７から第２ヒータ４への電力供給が原理的に途絶え、定着装置の温度が定常状態に達した後は第２ヒータ４への過剰なエネルギー供給がなくなる。
【００５３】
従って、第１の実施形態は、温度制御が無い場合の温度上昇カーブが図９に示すように設定温度到達後には従来の定着装置に比べて緩やかになる。このため、故障などにより温度制御不能の状態に陥った場合における安全性の面で従来の立ち上がり時間が著しく短縮されたどの方式の定着装置よりも有利である。
【００５４】
省エネルギーの観点では、待機時にはヒータへの通電を停止し、使用時には室温から定着設定温度まで即座に定着装置の温度を上昇させる必要がある。この第１の実施形態における定着装置では、商用電源１６からの供給電力の限界以上の電力を立ち上がり時にだけ一時的に投入することができるため、ヒータ暴走時の安全性を確保しつつ、立ち上がり時間の短縮及び省エネルギー化を図ることができる。
【００５５】
図５は第１の実施形態の全体を示す。図示しない駆動部により矢印方向に回転される像担持体としてのドラム状感光体１０１の周りには、帯電手段１０２、クリーニング手段１０３、感光体１０１上の静電潜像を顕像化する現像手段としての現像スリーブ１０５を含む現像部１０７、及び転写手段１０６が配置されている。
【００５６】
感光体１０１は、帯電手段１０２により一様に帯電された後に書き込み手段（露光手段）としてのレーザ光学系１４０からの画像データで変調されたレーザ光Ｌにより露光されて静電潜像が形成され、現像部１０７により静電潜像が現像されてトナー画像となる。この感光体１０１上のトナー画像は後述のように用紙Ｐへ転写され、感光体１０１はトナー画像転写後にクリーニング手段１０３によりクリーニングされる。したがって、帯電手段１０２、レーザ光学系１４０、現像部１０７は感光体１０１上にトナー画像を形成する画像形成手段を構成している。
【００５７】
装置下部には矢印ａ方向に着脱可能な給紙カセット１１０を有する給紙装置が設けられている。給紙カセット１１０内に収容された用紙Ｐ（上記シート７）は、中板１１１で支えられ、図示しないスプリングの力によってアーム１１２を介して給紙ローラ１１３に押し付けられている。給紙ローラ１１３が回転することによって給紙カセット１１０内の最上紙は、図示しない制御部から指令が発せられて給紙ローラ１１３が回転することによって給紙され、分離パッド１１４で重送を防止されながら下流側のレジストローラ対１１５まで搬送される。
【００５８】
装置右側には操作面が配置されており、操作パネル１３０が外装部１３１の上部前面（図５の装置上右側）で突き出ている。また、給紙トレイ１３２がピン１３３により回動可能に取り付けられ、給紙トレイ１３２内の最上位の用紙からなる記録媒体は給紙ローラにより給紙されて分離パッドで重送を防止されながら下流側のレジストローラ対１１５まで搬送される。給紙カセット１１０、１３２内の用紙はいずれか一方が選択的に給紙される。
【００５９】
レジストローラ対１１５は、搬送されてきた用紙Ｐを感光体１０１上の画像（トナー画像）と同期するようにタイミングをとって転写手段１０６に向けて送り出す。転写手段１０６はレジストローラ対１１５から送られてきた用紙Ｐへ感光体１０１上のトナー画像を転写し、このトナー画像の転写された用紙Ｐは定着装置１１６に搬送される。定着装置１１６は、上述した定着装置が用いられ、用紙Ｐ上のトナー画像を加熱及び加圧により用紙Ｐに定着させる。
【００６０】
定着装置１１６からの定着済みの用紙Ｐは、排紙ローラ対１２０によって画像面を下にして排紙口１２１より排紙トレイ１２２上に排出されてスタックされる。排出される用紙のサイズに対応するため、排紙ストッパ１２５は矢印ｂ方向にスライド可能となっている。図中左側に配置されたケース１３４内には、電源回路１３５やプリント板１３６（エンジンドライバーボード）等の電装・制御装置が収納され、コントローラボード１３７も収納されている。排紙トレイ１２２を構成しているカバー１３８は、回動支点１３９を中心に開放可能となっている。
【００６１】
この第１の実施形態の定着装置１１６によれば、電力の供給を受けることによって発熱する熱源としての第１ヒータ３及び第２ヒータ４と、この第１ヒータ３及び第２ヒータ４によって加熱される定着部材としての定着ローラ１（及び／又は加熱部材としての加熱ローラ９）と、前記第１ヒータ３及び第２ヒータ４に電力を供給する駆動手段とを有し、この駆動手段は、急速な充放電が可能な蓄電装置１７と、商用電源１６から給電され前記蓄電装置１７を充電する充電器１８とを備え、前記熱源３、４は、商用電源１６から電力供給を受ける第1ヒータ３と、立ち上がり時のみ前記蓄電装置１７から電力供給を受ける第２ヒータ４とを含む少なくとも２本のヒータを有するので、商用電源からの供給電力の限界以上の電力を立ち上がり時だけ一時的に熱源に投入することができ、昇温時間（立ち上がり時間）を短縮することができる。しかも、第２ヒータへの電力供給は蓄電装置から行うので、蓄電装置に蓄電されたエネルギーを使い切れば、ヒータ暴走時でも必要以上に温度上昇が加速されることはなく、ヒータ暴走時の安全性を確保することができる。
【００６２】
また、第１の実施形態によれば、上記定着装置１１６を用いたので、画像形成装置全体の高速な立ち上がりを実現しつつ、ヒータ暴走時の安全性を確保することができる。
【００６３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態では、上記第１の実施形態において、図１０に示すように蓄電装置１７に１ｋＪ以上の総エネルギー量を蓄えられる大きな容量を有するコンデンサ１７ａが用いられる。
【００６４】
従来の電解コンデンサを用いた定着装置の例としてはフラッシュ定着装置の電源として電解コンデンサを利用したものが多数提案されている。しかしながら、本実施形態のように第２ヒータ４の電力源としてコンデンサを用いる場合には、上述のようにコンデンサからの直流電流で第２ヒータ４を駆動する時間があらかじめ一定時間（定着装置の立ち上がり時間内であることが望ましい）内になるように設定しておくので、１ｋＪ以上の総エネルギー量を蓄えられる大きな容量を有するコンデンサが必要となる。
【００６５】
蓄電装置１７として、蓄電池に比べて充放電時間の速い大容量のコンデンサ１７ａを用いることによって、立ち上がり時にコンデンサ１７ａの蓄電エネルギーが第２ヒータ４に放出されるまでの一定の短時間だけ第２ヒータ４が電力供給を受け、昇温時間の短縮に寄与する。よって、定着装置の急速な温度上昇が起こるのは定着装置の立ち上がりだけであり、定着装置の温度制御が不能になったヒータ暴走時の安全性が改善される。
【００６６】
このように、第２の実施形態の定着装置によれば、上記第１の実施形態の定着装置において、蓄電装置１７として１ｋＪ以上の総エネルギー量を蓄えられる容量を有するコンデンサ１７ａを備えたので、温度制御が不能になったヒータ暴走時の安全性を改善することができる。
【００６７】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。この第３の実施形態は、上記第１の実施形態、第２の実施形態のいずれかにおいて、図１１に示すように蓄電装置１７として電気二重層コンデンサ１７ｂを用いたものである。この電気二重層コンデンサ１７ｂは、物理的なイオンの吸着で電気を蓄えて供給する大容量の電気二重層コンデンサで、待機時には充電器１８によりスイッチ１５を介して充電され、使用時にはスイッチ１５が切り換えられて定着装置１１６の立ち上がり時にスイッチ１５を介して第２ヒータ４に放電する。
【００６８】
電気二重層コンデンサ１７ｂは、エネルギーを短時間で一気に大量に放出できるので、定着装置の短時間での急速な立ち上がり時の供給電源として望ましい。また、電気二重層コンデンサ１７ｂは、原理的に充放電サイクルが無制限であるので、メンテナンスが不要である。そのため、長時間の使用を想定した場合、総コストで優位性がある。
【００６９】
このように、第３の実施形態の定着装置によれば、上記第１の実施形態、第２の実施形態のいずれかの定着装置において、蓄電装置１７として電気二重層コンデンサを用いたので、短時間に急速に立ち上がることができてメンテナンスが不要であり、長時間の使用を想定した場合に総コストで有利である。
【００７０】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。この第４の実施形態は、上記第１の実施形態乃至第３の実施形態において、図１２に示すように蓄電装置１７は充電された総エネルギー量の９０％の放電が立ち上がり時間以内に完了するエネルギー容量及び放電特性を有する蓄電装置（例えばコンデンサ）１７ｃを用いたものである。
【００７１】
このように蓄電装置１７ｃのエネルギー容量及び放電特性を規定したことによって、定着装置１１６の立ち上がり時における蓄電装置１７ｃから第２ヒータ４へのエネルギー供給が概ね定着装置１１６の立ち上がり時間以内に終了し、立ち上がり時に定着装置の温度制御が不能となった場合の安全性に有利となる。さらに、定着装置の立ち上がり後は自動的に第２ヒータ４へのエネルギー供給がなくなるので、第２ヒータ４の駆動時間の制御が不要であるというメリットがある。
【００７２】
このように、第４の実施形態の定着装置によれば、上記第１の実施形態乃至第３の実施形態の定着装置において、蓄電装置１７ｃは充電された総エネルギーの９０％の放電が立ち上がり時間以内に完了するエネルギー容量及び放電特性を有するので、立ち上がり時における第２ヒータの駆動時間を概ね立ち上がり間以内とすることができ、立ち上がり時に温度制御が不能になった場合の安全性に有利となる。
【００７３】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。この第５の実施形態は、上記第１の実施形態乃至第４の実施形態のいずれかにおいて、定着装置１１６（第1ヒータ３及び第２ヒータ４に電力を供給する供給電源を除く）の立ち上がり時間を、当該画像形成装置の電源投入から記録媒体Ｐの定着装置１１６への到達までの時間（いわゆる通紙時間）以内、望ましくは６秒以内としたものである。
【００７４】
充放電時間が早くて短時間に大電流を流すことができるコンデンサを定着装置の立ち上がり時の供給電源に用いる場合には、定着装置（供給電源を除く）の立ち上がり時間が早くなければ上記コンデンサの使用による立ち上がり時間短縮効果を十分に活かすことができず、第５の実施形態のように定着装置（供給電源を除く）の立ち上がり時間を早くすれば、上記コンデンサの使用による立ち上がり時間短縮効果を十分に活かすことができる。
【００７５】
このように、第５の実施形態の定着装置によれば、上記第１の実施形態乃至第４の実施形態のいずれかの定着装置において、立ち上がり時間が記録媒体の到達までの時間であるので、立ち上がり時のみ第２ヒータに蓄電装置から電力供給を行うことにより立ち上がり時間を短縮するという効果を十分に活用することが可能となる。
【００７６】
図６は本発明の第６の実施形態における定着装置を示す。この第６の実施形態は、上記第１の実施形態〜第５の実施形態のいずれかにおいて、定着部材１の内面（もしくは外面）に電気絶縁層１９を形成し、その上に発熱抵抗体２０の通電パターンを形成し、この電気絶縁層１９及び発熱抵抗体２０からなる面状発熱抵抗体を第２ヒータ４としたものである。発熱抵抗体２０は、図示しない給電部材を備え、立ち上がり時には蓄電装置１７からスイッチ１５及び上記給電部材を介して電力供給を受ける。
【００７７】
ここに、発熱抵抗体の供給電源に商用電源を用いた場合には、発熱抵抗体の抵抗をある程度高くする必要があり、複雑な通電パターンを設計しなければならない。しかしながら、第２ヒータ４は供給電源として直流の低電圧を出力する蓄電装置１７を用いるので、発熱抵抗体２０の抵抗を高くする必要がなく、発熱抵抗体２０の通電パターンの複雑化を避けることができる。
【００７８】
なお、発熱抵抗体２０は２系統設け、これらを第1ヒータ３及び第２ヒータ４としてもよい。さらに、図３、図4に示す定着装置において、補助加熱ローラ１１の表面に電気絶縁層１９及び発熱抵抗体２０の通電パターンを形成して第２ヒータ４とする構成も可能である。
【００７９】
この第６の実施形態の定着装置によれば、上記第１の実施形態〜第５の実施形態のいずれかの定着装置において、少なくとも第２ヒータ４が面状発熱抵抗体であるので、この面状発熱抵抗体の抵抗を高くする必要がなくて面状発熱抵抗体の通電パターンの複雑化を避けることができる。
【００８０】
図７は本発明の第７の実施形態における定着装置を示す。この第７の実施形態は、上記第１の実施形態〜第５の実施形態のいずれかにおいて、定着ローラ１の代りに定着ローラ２１を用い、この定着ローラ２１自体を面状発熱抵抗体とすることで、定着ローラ２１自体を第２ヒータ４としたものである。なお、第２ヒータ４は、定着ローラ２１又は定着ベルト８を加熱するものであっても、加圧ローラ２を加熱するものであってもよく、定着ベルト８又は加圧ローラ２を面状発熱抵抗体としてもよい。
【００８１】
この定着ローラ２１は、図示しない給電部材を備え、立ち上がり時には第２ヒータ４として図１３に示すように蓄電装置１７からスイッチ１５及び上記給電部材を介して電力供給を受けて発熱する。図７では定着ローラ２１であるが、図８に示すように面状発熱抵抗体からなる導電性の無端ベルト２２でもよい。この場合、無端ベルト２２は少なくとも２本の支持ローラ９、１０に張架され、加圧ローラ２が図示しない加圧手段により一定の加圧力で無端ベルト２２に押し当てられる。支持ローラ９は、加熱ローラからなり、内部に配置された第1ヒータ３により加熱されることにより無端ベルト２２を加熱する。無端ベルト２２が張架された支持ローラ群のうちの２本の支持ローラは、無端ベルト２２へ電力供給を行う上記給電部材とする。
【００８２】
支持ローラ１０は、駆動ローラとし、図示しない駆動機構により回転駆動されることで無端ベルト２２を回転させる。トナー６を担持した転写紙等のシート状記録媒体７は、無端ベルト２２と加圧ローラ２とのニップ部を通過する際に、無端ベルト２２と加圧ローラ２による加熱及び加圧でトナー６が定着される。温度センサ５は無端ベルト２２の表面温度を支持ローラ１０上で検知する。
【００８３】
この第７の実施形態の定着装置によれば、上記第４の実施形態及び第５の実施形態のいずれかの定着装置において、少なくとも第２ヒータは定着部材２２自体であり、この定着部材２２自体が面状発熱抵抗体であるので、定着部材を基体として該基体に絶縁層、発熱抵抗層を積層する場合に比べて、絶縁層が不要になる分、層構成が単純になり、熱容量が低減するという効果がある。
【００８４】
本発明の第８の実施形態は、上記第１の実施形態〜第５の実施形態のいずれかにおいて、少なくとも第２ヒータ４として図１４に示すようにガラス管４ａ内に電熱線４ｂを有する輻射ヒータを用いたものである。
【００８５】
この第８の実施形態の定着装置によれば、上記第１の実施形態〜第５の実施形態のいずれかの定着装置において、少なくとも第２ヒータ４はガラス管４ａ内に電熱線４ｂを有する輻射ヒータであるので、熱源として従来最も良く使われているガラス管内に電熱線を有する輻射ヒータを第２ヒータに用いることによって、コストを抑え、信頼性を高めることができるという効果を得ることができる。第２ヒータはハロゲンヒータであれば、最も信頼性が高い。
【００８６】
本発明の第９の実施形態では、上記第８の実施形態において、少なくとも第２ヒータ４は、図１５に示すようにガラス管４ａ内に電熱線４ｂを有する輻射ヒータであって、ガラス管４ａ内のガス４ｃがクリプトンまたはキセノンを主成分とするものである。
【００８７】
定着装置の熱源に輻射ヒータを用いる場合、立ち上がり時に輻射ヒータに供給される電気エネルギーは、定着部材を加熱するだけでなく、輻射ヒータのフィラメントやガラス管を加熱するのに費やされる。ガラス管の加熱は完全にエネルギーのロスであるが、このロスの割合は、定着装置の立ち上がりが急速になるほど大きなものとなり、無視できなくなる。
【００８８】
そこで、このロスを抑え、ヒータ自身の通電初期の立ち上がり応答性が高いヒータを備えた定着装置は、立ち上がりが早くなる。特に、上記第２ヒータ４は供給される総エネルギー量とエネルギー供給時間が限られているので、上記ロスが小さいヒータでなければ、限られたエネルギーを無駄に消費してしまうだけで、上記実施形態の効果を十分に発揮することができない。輻射ヒータのガラス管内のガスがクリプトンまたはキセノンを主成分とするものであれば、ガラス管内の封入ガスの対流による熱ロスを低減することができ、立ち上がりが短縮されたヒータとなる。
【００８９】
このように、第９の実施形態の定着装置によれば、上記第８の実施形態の定着装置において、少なくとも第２ヒータ４はガラス管４ａ内のガス４ｃがクリプトンもしくはキセノンを主成分とする輻射ヒータであるので、第２ヒータの立ち上がりを短縮して熱ロスを低減することができる。
【００９０】
本発明の第１０の実施形態では、上記第８の実施形態、第９の実施形態のいずれかにおいて、少なくとも第２ヒータ４は、図１４又は図１５に示すようにガラス管４ａ内に電熱線４ｂを有する輻射ヒータで、フィラメントの定常時における色温度が２５００Ｋ以上であるものを用いる。
【００９１】
輻射ヒータは、フィラメントを細線化することによって色温度を上げることができ、立ち上がり時間を短縮したヒータとすることができる。
一般的に輻射ヒータはフィラメントの細線化により寿命が低下するが、特に第２ヒータは駆動が立ち上がり時のみに限定されるために総駆動時間が短くなるので、寿命には余裕が生じ、フィラメントの細線化による寿命低下の影響は少なくて済む。
【００９２】
また、輻射ヒータの通電初期の立ち上がり応答性が高くなければ、その分の熱ロスを発生させてしまう。第２ヒータは、フィラメントの定常時における色温度が従来よりも高い温度（２５００Ｋ以上）、すなわち細線化したフィラメントであれば、立ち上がりを短縮したヒータとなる。
【００９３】
このように、第１０の実施形態の定着装置によれば、上記第８の実施形態、第９の実施形態のいずれかの定着装置において、少なくとも第２ヒータ４は輻射ヒータでフィラメントの定常時における色温度が２５００Ｋ以上であるので、第２ヒータの立ち上がりを短縮することができる。
【００９４】
本発明の第１１の実施形態では、上記第８の実施形態〜第１０の実施形態のいずれかにおいて、少なくとも第２ヒータ４は、図１４又は図１５に示すようにガラス管４ａ内に電熱線４ｂを有する輻射ヒータで、ガラス管１４ａ内に封入されるガスの全圧が１気圧より大きいものを用いる。
【００９５】
輻射ヒータは、ガラス管内に封入されるガスの全圧が１気圧より大きければ、封入ガスの対流による熱ロスを低減することができ、立ち上がり時間を短縮したヒータとなる。しかも、輻射ヒータは、フィラメントの蒸発を抑える効果により、長寿命化を図ることができる。さらに、輻射ヒータは、フィラメントの細線化と組み合わせれば、立ち上がり時間短縮の効果がより大きくなるだけでなく、フィラメントの細線化による寿命の低下を軽減することができる。
【００９６】
このように、第１１の実施形態の定着装置によれば、上記第８の実施形態、第９の実施形態のいずれかの定着装置において、少なくとも第２ヒータ４は、輻射ヒータで、ガラス管内に封入されるガスの全圧が１気圧より大きいので、立ち上がり時間短縮の効果がより大きくなるだけでなく、寿命を延ばすことができる。
【００９７】
本発明の第１２の実施形態では、上記第１の実施形態〜第５の実施形態のいずれかにおいて、図１に示す蓄電装置１７と充電器１８は、図５に示す定着装置１１６以外の画像形成装置本体側に組み込み、定着装置１１６、蓄電装置１７及び充電器１８をそれぞれの寿命に応じて交換可能としたものである。これにより、定着装置１１６をヒータの寿命などで交換するときには、蓄電装置１７と充電器１８を画像形成装置本体に残したまま定着装置１１６を回収することができる。
【００９８】
蓄電装置１７に電気二重層コンデンサを用いた場合、電気二重層コンデンサの充放電サイクルは原理的に無制限であるので、電気二重層コンデンサは、画像形成装置本体の寿命に至るまで交換の必要はなく、基本的にメンテナンスフリーである。このように、蓄電装置１７を定着装置１１６ではなく画像形成装置本体に組み込み、定着装置１１６及び蓄電装置１７を各々分離可能に設けることによって、定着装置１１６の小型化だけでなく定着装置１１６及び蓄電装置１７の交換の容易化に有利となる。
【００９９】
この第１２の実施形態によれば、上記第１の実施形態〜第５の実施形態のいずれかにおいて、蓄電装置１７と充電器１８は定着装置１１６以外の画像形成装置本体に組み込み、定着装置１１６及び蓄電装置１７をそれぞれの寿命に応じて交換可能としたので、定着装置の小型化だけでなく定着装置及び蓄電装置の交換の容易化に有利となる。
【０１００】
本発明の第１３の実施形態では、上記第１の実施形態において、定着装置の回路構成が図１６に示すようになされている。電源回路２３は、制御手段としてのＣＰＵ１３からの制御信号によりＳＳＲ（ソリッドステートリレー）にて商用電源１６から熱源としての第１ヒータ３への通電を制御する。回転体である定着ローラ１の表面温度は温度検知素子である温度センサ５により検知され、ＣＰＵ１３は温度センサ５からの温度検知信号等に応じて定着ローラ１の表面温度が定着可能な設定温度になるように制御信号を電源回路２３へ出力して第１ヒータ３の通電を制御する。
【０１０１】
切換手段２４は、ＣＰＵ１３からの制御信号により制御されて第１のモードと第２のモードに切り換わり、第１のモードではＣＰＵ１３からの制御信号により立ち上がり時以外の時に充放電切換手段で商用電源１６を充電制御回路を内蔵した蓄電装置２５に切換える。蓄電装置２５は、充電制御回路と蓄電装置本体としてのコンデンサとを有し、充電制御回路が商用電源１６に接続された時に商用電源からの交流電力を直流電力に変換してコンデンサに供給することでコンデンサを充電する。また、切換手段２４は、第２のモードではＣＰＵ１３からの制御信号により立ち上がり時に充放電切換手段でコンデンサを第２ヒータ４に切換接続してコンデンサから第２ヒータ４へ放電させることで、第２ヒータ４を駆動する。
【０１０２】
熱源である第１ヒータ３及び第２ヒータ４は、ハロゲンヒータからなり、通電初期に安定輻射を行うまでヒータ自体を昇温させてしまう。しかし、第１ヒータ３及び第２ヒータ４又は第２ヒータ４のみは、通電初期に安定輻射を行うまでの一定時間、例えば１０秒間（通電開始から１０秒が経過するまでの間）にヒータで必要とする熱量を約２．７ｋＪ以下のエネルギーとしたもので、ガラス管内に封入された不活性ガスをクリプトンまたはキセノンを主成分とするガスとしたことで、ガラス管内の対流を抑制して通電初期にフィラメントから熱が奪われて立ち上がりが遅れることを改善し、かつ、フィラメント自体の熱量を少なくするためにその体積を縮小したことで、フィラメントの色温度を２５００Ｋ以上、例えば２８００Ｋとしている。
【０１０３】
蓄電装置２５のコンデンサは、１０秒間で３．３ｋＪの放電エネルギーを放電可能な７０Ｖ・１．３Ｆの電気二重層コンデンサである。このコンデンサは、容量による蓄電エネルギーが３ｋＪ以上であってもよい。
本実施形態の電源が投入された後、印字信号（画像データを含む）がコントローラボード１３７に入力されると、ＣＰＵ１３からの制御信号により切換手段２４が第２のモードで蓄電装置２５のコンデンサから第２ヒータ４へ放電させて第２ヒータ４を駆動し、略同時にＣＰＵ１３からの制御信号により電源回路２３がトライアックで商用電源１６から第１ヒータ３へ通電させて第１ヒータ３を駆動し、定着ローラ１が第１ヒータ３及び第２ヒータ４により急速に加熱される。
【０１０４】
ＣＰＵ１３は、温度センサ５からの温度検知信号により定着ローラ１の表面温度が定着可能な所定の温度に達すると、切換手段２４を第１のモードに切換えて蓄電装置２５のコンデンサから第２ヒータ４への放電を停止させて第２ヒータ４の駆動を停止させる。上述したシート状記録媒体７上に未定着トナー画像６を形成する作像プロセスは定着ローラ１の加熱状態と同期して行われ、記録媒体７は未定着トナー画像６を形成された後に定着装置１１６の入口の案内部材２６で案内される時点で定着ローラ１の表面温度が定着可能な上記所定の温度に立ち上がり、案内部材２６で案内された記録媒体７が定着ローラ１と加圧ローラ２のニップ部で挟持搬送されながら記録媒体７上の未定着トナー画像６が加熱溶融されて記録媒体７に定着される。ここに、定着ローラ１は、ＡｌもしくはＦｅの薄肉パイプを基体としていてその肉厚が０．２〜１．０ｍｍであり、その外面に表面離型層が形成されている。
【０１０５】
また、定着装置１１６が雰囲気温度から定着可能温度までの昇温に要する加熱時間をＴ秒、蓄熱装置２５のコンデンサのＴ秒間に放電可能なエネルギーをＥ1（Ｊ）、第２ヒータ４のＴ秒間の蓄積エネルギーをＥ2（Ｊ）とした時、Ｅ1＞Ｅ2としてある。これにより、低コストで省エネルギー性の高い画像形成装置を実現できる。
【０１０６】
この第１３の実施形態の定着装置によれば、商用電源１６からの入力電力により蓄電される蓄電手段としての蓄電装置２５のコンデンサを有し、熱源としてのヒータ３、４は少なくとも２つ以上有し、該２つ以上のヒータ３、４のうちの少なくとも１つのヒータ３を商用電源１６からの入力電力により駆動する第１の手段としての電源回路２３と、蓄電装置２５のコンデンサから２つ以上のヒータ３、４のうちの他のヒータ４に放電させて該ヒータ４を駆動する第２の手段としての切換手段２４とを備え、ヒータ３、４は輻射熱源であってヒータ４が不活性ガスをクリプトンまたはキセノンを主成分とするガス、フィラメントの色温度を２５００Ｋ以上とするハロゲンヒータであり、当該定着装置１１６が雰囲気温度から定着可能温度までの昇温に要する加熱時間をＴ秒、蓄熱装置２５のコンデンサのＴ秒間に放電可能なエネルギーをＥ1（Ｊ）、ヒータ４のＴ秒間の蓄積エネルギーをＥ2とした時、Ｅ1＞Ｅ2としたので、ヒータ暴走時の安全性を確保することができ、かつ、立ち上がり時間の短縮を図ることができる。
【０１０７】
つまり、商用電源からの交流電力の供給を受けるヒータ３と、立ち上がり時のみ蓄電装置２５のコンデンサから直流電力の供給を受けるヒータ４とを併用することによって、従来の商用電源からの供給電力の限界以上の電力を立ち上がり時だけ一時的にヒータに投入することができ、定着装置の昇温時間を短縮することができる。さらに、ヒータ４への電力供給は蓄電装置２５のコンデンサからであるので、蓄電装置２５のコンデンサに蓄積されたエネルギーを使い切れば、ヒータ暴走時でも必要以上に定着装置の温度上昇が加速されることはなく、安全性の面でも有利である。
【０１０８】
また、この第１３の実施形態の定着装置によれば、蓄熱手装置２５のコンデンサ段として１０秒以内の放電エネルギーが３ｋＪ以上であるコンデンサを有するので、蓄電装置として蓄電池に比べて充放電時間、特に放電時間の早い大容量（１０秒以内の放電エネルギーが３ｋＪ以上）のコンデンサを用いることで、立ち上がり時の一定の短時間だけ第２ヒータ４が電力供給を受け、昇温時間の短縮に寄与する。よって、急速な温度上昇が起こるのは定着装置の立ち上がり時までであり、温度制御が不能になったときの暴走安全性を改善することができる。
【０１０９】
図１７は本発明の第１４の実施形態における定着装置の回路構成を示す。この第１４の実施形態では、上記第１３の実施形態において、熱源としてのヒータは第１ヒータ３のみが用いられ、電源回路２７は、ＣＰＵ１３からの制御信号によって制御され、電源投入時に定着ローラ１の急速加熱を行う場合には商用電源１６からの交流電力と蓄電装置２５のコンデンサからの放電電力とを重畳して第１ヒータ３に供給するモード▲１▼と、商用電源１６からの交流電力を第１ヒータ３に供給する通常のモード▲２▼と、商用電源１６からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置２５のコンデンサに供給することで該コンデンサを充電するモード▲３▼とが切り換えられる。
【０１１０】
定着装置１１６の熱源としてのヒータ３は、ハロゲンヒータであり、通電初期から安定複写を行うまでヒータ自体を昇温してしまうが、第１ヒータ３は通電初期に安定輻射を行うまでの一定時間、例えば１０秒間にヒータ自体で必要とする熱量を約２．７ｋＪ以下のエネルギーとするハロゲンヒータであり、ガラス管内に封入される不活性ガスをキセノンとすることでガラス管内の対流を抑制し、通電初期にフィラメントから熱が奪われて立ち上がりが遅れることを改善している。また、第１ヒータ３は、フィラメント自体の熱量を少なくするために体積を縮小した結果、フィラメントの色温度を２５００Ｋ以上、例えば２８００Ｋとしている。
【０１１１】
蓄電装置２５のコンデンサは、一定時間、例えば１０秒間で３．３ｋＪの放電エネルギーを蓄電可能である７０Ｖ・１．３Ｆの電気二重層コンデンサであるが、容量による蓄電エネルギーが３．３ｋＪ以上であってもよい。画像形成時には定着ローラ１の表面温度を即座に（１０秒未満に）定着可能な設定温度まで立ち上げる必要がある。しかしながら、一般的にハロゲンヒータが通電初期に安定輻射を行うまでヒータ自体を昇温させており、通電初期に安定輻射を行うまでの一定時間、例えば１０秒秒間に約４．４ｋＪ前後のエネルギーを必要としていた。本実施形態では、商用電源１６からの交流電力と蓄電装置２５のコンデンサからの放電電力とを重畳して１本のヒータ３に供給し、ヒータ３が通電初期に安定輻射を行うまでの一定時間、例えば１０秒間にヒータ自体で必要とする熱量を約２．７ｋＪ以下のエネルギーとしたことで、ハロゲンヒータ３に蓄熱することによって供給エネルギーの損失が生じることを最小限にすることが可能になった。
【０１１２】
ところで、熱源を駆動するための補助電源として蓄電可能な電源を用いた場合、熱源自体の熱量を低減しないと、補助電源の放電エネルギーの殆どが熱源自体の温度上昇に吸収されてしまい、補助電源が機能しなくなる。また、従来は定着装置の加熱初期にハロゲンヒータに代表される熱源は熱源自体を昇温させるために時間的に遅れるロスがあった。
【０１１３】
しかしながら、第１４の実施形態の定着装置によれば、商用電源１６からの入力により蓄電される蓄電手段としての蓄電装置２５のコンデンサを有し、熱源としてのヒータ３を商用電源１６からの入力により駆動する第１の手段（電源回路２７）と、蓄電装置２５のコンデンサからヒータ３に放電させて該ヒータ３を駆動する第２の手段（電源回路２７）とを備え、ヒータ３は輻射熱源であり、当該定着装置の急速加熱が必要な場合にヒータ３を商用電源１６からの入力及び蓄電装置２５のコンデンサの放電出力を重畳した出力により駆動し、通常はヒータ３を商用電源１６からの入力により駆動するので、熱源の通電初期に熱源への投入エネルギーを増加させることで昇温を速やかに行うことができる。
【０１１４】
また、通紙（シート状記録媒体が定着装置を通る）までの時間（望ましくは５秒以内）に立ち上がる高速立ち上がりの定着装置においては、ハロゲンヒータの通電初期の立ち上がり応答性が高くなければ、その分の熱ロスを発生させてしまい、立ち上がりが遅くなる。
【０１１５】
そこで、本発明の第１５の実施形態では、上記第１３の実施形態、第１４の実施形態において、それぞれ、各ヒータ３、４はガラス管内に封入された不活性ガスがクリプトンもしくはキセノンを主成分とし、定格色温度が２５００Ｋ以上、例えば２８００Ｋである輻射ヒータから構成される。
【０１１６】
この第１５の実施形態の定着装置によれば、輻射熱源３、４は、ガラス管内に封入された不活性ガスがクリプトンもしくはキセノンを主成分とし、定格色温度が２５００Ｋ以上である輻射ヒータであるので、立ち上がり時間を短縮することができる。
また、第１３の実施形態乃至第１５の実施形態によれば、上記定着装置１１３を用いたので、ヒータ暴走時の安全性を確保することができ、かつ、立ち上がり時間の短縮を図ることができる。
【０１１７】
図１８は本発明の第１６の実施形態を示す。この第１６の実施形態では、上記第１の実施形態〜第５の実施形態において、それぞれ、第１ヒータ３は、フィラメント３１と、このフィラメント３１を封入したガラス管３２とを有するヒータが用いられる。第２ヒータ４はガラス管３２の外周面に塗られた抵抗発熱体４ａからなる。上記第１の実施形態〜第５の実施形態と同様に、立ち上がり時には、第１ヒータ３は商用電源１６からの通電により発熱し、第２ヒータ４ａは蓄電装置１７からの通電により発熱するとともに、立ち上がり後の定着時には第１ヒータ３は商用電源１６からの通電により発熱する。
【０１１８】
定着ローラ１は、内部にスペース的に２本のヒータが入らない場合があり、特に端部を絞った構成などの場合には２本のヒータが入らない。この第１６の実施形態では、第１ヒータ３は、フィラメント３１と、このフィラメント３１を封入したガラス管３２とを有し、第２ヒータはガラス管３２の外周面に設けられた抵抗発熱体４ａからなるので、定着ローラ１の内部にはほぼヒータ１本分のスペースで第１ヒータ３及び第２ヒータ４ａを設置することができ、ほぼヒータ１本分のスペースで商用電源１６及び蓄電装置１７からのエネルギーを有効に用いることができる。また、抵抗発熱体４ａの抵抗値が比較的自由に設定可能であり、低電圧である蓄電装置１７からの電気エネルギーを短時間で取り出すことができる。
【０１１９】
図１９は本発明の第１７の実施形態を示す。この第１７の実施形態では、上記第１の実施形態〜第５の実施形態において、それぞれ、第２ヒータ４は定着ローラ１の外周に接して設けられる面状発熱体４ｂからなる。この面状発熱体４ｂは図３に示すような定着ベルト８などの定着部材の外周に接して設けてもよい。
【０１２０】
図２０は本発明の第１８の実施形態を示す。この第１８の実施形態では、上記第１の実施形態〜第５の実施形態において、それぞれ、第２ヒータ４は加圧部材としての加圧ローラ２の外周に接して設けられる面状発熱体４ｂからなる。加圧ローラ２を加熱するのは、高速の画像形成装置において初期温度降下が顕著な場合に有効である。初期温度降下は、高速の画像形成装置において、スポンジを用いた加圧ローラなどの低熱容量な加圧部材が耐久性の面から用いにくいために高熱容量の加圧ローラを用いた場合に、定着部材が回転開始直後に高熱容量の加圧ローラに熱を奪われてしまい、定着部材が定着に必要な温度を維持できない現象である。
【０１２１】
第１７の実施形態及び第１８の実施形態では、上記第１の実施形態〜第５の実施形態と同様に、立ち上がり時には、第１ヒータ３は商用電源１６からの通電により発熱し、第２ヒータ４ｂは蓄電装置１７からの通電により発熱するとともに、立ち上がり後の定着時には第１ヒータ３を商用電源１６からの通電により発熱する。
【０１２２】
これらの第１７の実施形態及び第１８の実施形態によれば、第２ヒータは定着部材もしくは加圧部材の外周に接して設けられる面状発熱体４ｂからなるので、立ち上がり時に蓄電装置のエネルギーを有効に用いることができ、複数枚の記録媒体に連続して定着を行う連続定着時には面状発熱体を用いないために安全性を確保できる。また、抵抗発熱体４ｂの抵抗値が比較的自由に設定可能であり、低電圧である蓄電装置１７からの電気エネルギーを短時間で取り出すことができる。
【０１２３】
本発明の第１９の実施形態では、上記第１７の実施形態または第１８の実施形態において、面状発熱体４ｂが接触する定着ローラ１または加圧ローラ２において面状発熱体４ａが接触する部分（部材）を絶縁性材料で構成したものである。
【０１２４】
この第１９の実施形態によれば、定着部材としての定着ローラ１もしくは加圧部材としての加圧ローラ２における第２ヒータとしての面状発熱体４ｂが接する部分が絶縁性材料であるので、面状発熱体への通電時に面状発熱体が接する定着部材もしくは加圧部材以外の部位への漏電等の電気的な危険性を回避することができる。
【０１２５】
本発明の第２０の実施形態では、上記第１７の実施形態または第１８の実施形態において、面状発熱体４ｂが接触する定着ローラ１、加圧ローラ２において面状発熱体４ｂが接触する部材をシリコーンゴムなどの断熱性材料で構成することで、定着ローラ１、加圧ローラ２の加熱時間を短縮したものである。
この第２０の実施形態によれば、定着部材としての定着ローラ１もしくは加圧部材としての加圧ローラ２の第２ヒータ（面状発熱体４ｂ）が接する部分が断熱性材料であるので、面状発熱体からの熱が定着部材もしくは加圧部材から逃げにくくなり、短時間で定着部材もしくは加圧部材の表面を所定の温度に立ち上げることができる。
【０１２６】
図２１は本発明の第２１の実施形態を示す。この第２１の実施形態では、上記第１９の実施形態または第２０の実施形態において、面状発熱体４ｂは、定着ローラ１、加圧ローラ２が回転していない待機時及び立ち上がり時にはソレノイド２８がオフで図示しないバネにより定着ローラ１、加圧ローラ２の外周に接触している。定着ローラ１、加圧ローラ２は記録媒体７上のトナー画像６を記録媒体７に定着させる定着時には図示しない駆動機構により回転駆動され、この定着ローラ１、加圧ローラ２の回転時にはソレノイド２８が図示しない駆動部により駆動されて面状発熱体４ｂを引張して定着ローラ１、加圧ローラ２の外周から離反させる。このため、面状発熱体４ｂと定着ローラ１、加圧ローラ２がともに摩耗しなくなり、立ち上がりが早い特徴を備えたまま長期の使用が可能となる。
【０１２７】
このように第２１の実施形態によれば、第２ヒータとしての面状発熱体４ｂは、定着部材としての定着ローラ１もしくは加圧部材としての加圧ローラ２の停止時には定着ローラ１もしくは加圧ローラ２に接触し、定着ローラ１もしくは加圧ローラ２の回転時に定着ローラ１もしくは加圧ローラ２から離反するので、立ち上がりが熱伝導により速く、定着ローラもしくは加圧ローラの回転時には面状発熱体、定着ローラ、加圧ローラのいずれも摩耗が発生せず、長期の使用が可能となる。
【０１２８】
本発明の第２２の実施形態では、上記第２１の実施形態において、面状発熱体４ａ、４ｂは、待機時及び立ち上がり時にはソレノイド２８がオフで図示しないバネにより定着ローラ１、加圧ローラ２の外周に接触している。定着ローラ１、加圧ローラ２は立ち上がり時及び定着時に図示しない駆動機構により回転され、定着ローラ１、加圧ローラ２の定着時にソレノイド２８が図示しない駆動部により駆動されて面状発熱体４ｂを定着ローラ１、加圧ローラ２の外周から離反させる。
【０１２９】
このように第２２の実施形態によれば、第２ヒータとしての面状発熱体４ｂは定着部材としての定着ローラ１もしくは加圧部材としての加圧ローラ２の停止時及び立ち上がり時には定着ローラ１もしくは加圧ローラ２に接触し、立ち上がり時及び定着時に定着ローラ１もしくは加圧ローラ２が回転して定着時に面状発熱体４ｂが定着ローラ１もしくは加圧ローラ２から離反するので、立ち上がり時には回転する定着ローラ１、加圧ローラ２に面状発熱体４ａ、４ｂが接触することになるが、この立ち上がり時は定着時に比べて短い時間であり、面状発熱体４ａ、４ｂと定着ローラ１、加圧ローラ２の摩耗をかなり軽減させることができ、長期の使用が可能となる。
【０１３０】
図２２〜図２４は本発明の第２３の実施形態を示す。この第２３の実施形態では、上記第１の実施形態〜第５の実施形態において、それぞれ、第２ヒータ４は定着部材としての定着ローラ１の内側に設けられている芯金２９からなり、この芯金２９は通電可能な導電性材料からなる。この導電性材料は、外周面が露出していて電極３０が接触し、電極３０及びスイッチ１５を介して蓄電装置１７から通電されて発熱することで定着ローラ１における芯金２９の外側部分を加熱する。この実施形態は、蓄電装置１７が電気二重層コンデンサの場合にきわめて有効である。
【０１３１】
電極３０は、定着ローラ１が回転していない待機時及び立ち上がり時には図示しない接離手段により定着ローラ１の外周に接触している。定着ローラ１、加圧ローラ２は記録媒体７上のトナー画像６を記録媒体７に定着させる定着時には図示しない駆動機構により回転駆動され、この定着ローラ１、加圧ローラ２の回転時には電極３０が図示しない接離手段により定着ローラ１の外周から離反される。このため、電極３０と定着ローラ１との摺動による摩擦や騒音が発生せず、長期の使用が可能となる。
【０１３２】
このように第２３の実施形態によれば、第２ヒータ４は定着部材としての定着ローラ１が有する通電可能な導電性材料としての芯金２９からなり、この芯金２９は定着ローラ１に接触する電極３０を介して通電されるので、熱容量が増加することなく蓄電装置からの電気エネルギーにより定着ローラを加熱することが可能となり、立ち上がり時間を早くすることができる。また、芯金の抵抗値が比較的自由に設定可能であり、低電圧である蓄電装置からの電気エネルギーを短時間で取り出すことができる。
【０１３３】
また、第２３の実施形態によれば、電極３０は、定着ローラ１の停止時には定着ローラ１に接触し、定着ローラ１の回転時には定着ローラ１から離反するので、定着ローラの回転時には電極、定着ローラのいずれも摩耗が発生せず、長期の使用が可能となる。
【０１３４】
本発明の第２４の実施形態では、上記第１の実施形態〜第５の実施形態において、それぞれ、第２ヒータ４は加圧部材としての加圧ローラ１の内側に設けられている芯金からなり、この芯金は通電可能な導電性材料からなる。この導電性材料は、外周面が露出していて電極が接触し、この電極及びスイッチ１５を介して蓄電装置１７から通電されて発熱することで加圧ローラ２における芯金の外側部分を加熱する。この実施形態は、蓄電装置１７が電気二重層コンデンサの場合ににきわめて有効である。
【０１３５】
上記電極は、加圧ローラ２が回転していない待機時及び立ち上がり時には図示しない接離手段により加圧ローラ２の外周に接触している。定着ローラ１、加圧ローラ２は記録媒体７上のトナー画像６を記録媒体７に定着させる定着時には図示しない駆動機構により回転駆動され、この定着ローラ１、加圧ローラ２の回転時には電極３０が図示しない接離手段により加圧ローラ２の外周から離反される。このため、電極と加圧ローラ２との摺動による摩擦や騒音が発生せず、長期の使用が可能となる。
【０１３６】
このように第２４の実施形態によれば、第２ヒータ４は加圧部材としての加圧ローラ２が有する通電可能な導電性材料としての芯金からなり、この芯金は加圧ローラ２に接触する電極を介して通電されるので、熱容量が増加することなく蓄電装置からの電気エネルギーにより加圧ローラを加熱することが可能となり、立ち上がり時間を早くすることができる。また、芯金の抵抗値が比較的自由に設定可能であり、低電圧である蓄電装置からの電気エネルギーを短時間で取り出すことができる。
【０１３７】
本発明の第２５の実施形態では、上記第２３の実施形態または第２４の実施形態において、上記電極は、待機時及び立ち上がり時には図示しない接離手段により定着ローラ１、加圧ローラ２の外周に接触している。定着ローラ１、加圧ローラ２は立ち上がり時及び定着時に図示しない駆動機構により回転され、定着ローラ１、加圧ローラ２の定着時に図示しない接離手段により上記電極が定着ローラ１、加圧ローラ２の外周から離反される。
【０１３８】
このように第２５の実施形態によれば、上記第２３の実施形態または第２４の実施形態において、上記電極は定着部材としての定着ローラ１もしくは加圧部材としての加圧ローラ２の停止時及び立ち上がり時には定着ローラ１もしくは加圧ローラ２部材に接触し、立ち上がり時及び定着時に定着ローラ１もしくは加圧ローラ２が回転して定着時に上記電極が定着ローラ１もしくは加圧ローラ２から離反するので、立ち上がり時には回転する定着ローラ１、加圧ローラ２に電極が接触することになるが、この立ち上がり時は定着時に比べて短い時間であり、電極と定着ローラ１、加圧ローラ２の摩耗をかなり軽減させることができ、長期の使用が可能となる。
【０１３９】
【発明の効果】
以上のように請求項１、２、３に係る発明によれば、商用電源からの供給電力の限界以上の電力を立ち上がり時に熱源に投入することができ、昇温時間（立ち上がり時間）を短縮することができる。また、立ち上がり時間短縮の効果がより大きくなるだけでなく、寿命を延ばすことができる。さらに、蓄電装置として蓄電池に比べて充放電時間、特に放電時間の早いコンデンサを使用するとともに、このコンデンサから電力供給されるヒータをガラス管内に色温度が２５００Ｋ以上のフィラメントを有するとともに、該ガラス管内のガスがクリプトン若しくはキセノンを主成分とする輻射ヒータとすることにより、ヒータ自体の立ち上がり時間（輻射ヒータのフィラメントやガラス管を加熱する時間）を短縮して、定着部材又は加圧部材の急速な温度上昇を実現するという顕著な効果を有する。
【０１４０】
請求項４に係る発明によれば、短時間に急速に立ち上がることができてメンテナンスが不要であり、長時間の使用を想定した場合に総コストで有利である。
請求項５に係る発明によれば、立ち上がり時における第２のヒータの駆動時間を概ね立ち上がり間以内とすることができ、立ち上がり時に温度制御が不能になった場合の安全性に有利となる。
【０１４１】
請求項６に係る発明によれば、立ち上がり時のみ第２ヒータに蓄電装置から電力供給を行うことにより立ち上がり時間を短縮するという効果を十分に活用することが可能となる。
請求項７に係る発明によれば、ヒータ暴走時の安全性を確保することができ、かつ、立ち上がり時間の短縮を図ることができる。
【０１４２】
請求項８に係る発明によれば、画像形成装置全体の高速な立ち上がりを実現しつつ、ヒータ暴走時の安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における定着装置の回路構成を示すブロック図である。
【図２】同第１の実施形態における定着装置の概略を示す断面図である。
【図３】同第１の実施形態において定着部材として無端ベルトを用いる場合の定着装置を示す断面図である。
【図４】同第１の実施形態において定着ローラ及び補助加熱ローラを用いる場合の定着装置を示す断面図である。
【図５】同第１の実施形態の全体を示す断面図である。
【図６】本発明の第６の実施形態における定着装置を示す断面図である。
【図７】本発明の第７の実施形態における定着装置を示す断面図である。
【図８】同第７の実施形態において定着部材として無端ベルトを用いる場合の定着装置を示す断面図である。
【図９】上記第１の実施形態と従来の定着装置の温度上昇カーブを示す特性図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における定着装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態における定着装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態における定着装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第７の実施形態における定着装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第８の実施形態における定着装置第２ヒータを示す正面図である。
【図１５】本発明の第９の実施形態における定着装置第２ヒータを示す正面図である。
【図１６】本発明の第１３の実施形態における定着装置の回路構成を示す概略図である。
【図１７】本発明の第１４の実施形態における定着装置の回路構成を示す概略図である。
【図１８】本発明の第１６の実施形態を示す断面図である。
【図１９】本発明の第１７の実施形態を示す断面図である。
【図２０】本発明の第１８の実施形態を示す断面図である。
【図２１】本発明の第２１の実施形態を示す断面図である。
【図２２】本発明の第２３の実施形態の定着ローラ停止時を示す断面図である。
【図２３】同第２３の実施形態を示す側面図である。
【図２４】同第２３の実施形態の定着ローラ回転時を示す断面図である。
【符号の説明】
１      定着ローラ
２      加圧ローラ
３      第１ヒータ
４      第２ヒータ
４ａ、４ｂ      面状発熱体
５      温度センサ
８      無端ベルト
１２      入力回路
１３      ＣＰＵ
１４      ドライバ
１５      スイッチ
１６      商用電源
１７      コンデンサ
１８      充電装置
１９      電気絶縁層
２０      発熱抵抗体
２１      定着部材兼第２ヒータ
２２      面状発熱抵抗体からなる導電性の無端ベルト
２３      電源回路
２４、２７      切換手段
２５      蓄電装置
２８      ソレノイド
２９      芯金
３０      電極
３１      フィラメント
３２      ガラス管
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
0004593037.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
0004593037.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
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