(57)【要約】【課題】動作中の最大消費電力が小さく、処理の高速化に適用することができる定着装置を実現する。【解決手段】本発明の定着装置１は、定着ローラ４および加圧ローラ５が待機時或いはウオームアップ完了直後に保持している熱量の総量をＱ０（Ｊ）、連続的に記録材を搬送し、定着ローラ４および加圧ローラ５が保持する熱量が飽和状態になったとき熱量の総量をＱ１（Ｊ）、定着ローラ４および加圧ローラ５の熱容量をＨｃ（Ｊ／℃）としたとき、（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≦１１（より好ましくは≦０）を満たすように、定着ローラ４および加圧ローラ５の熱量の移行を制御する制御回路９を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の定着部材により、記録材を挟持しながら搬送し、当該記録材上の未定着画像を加熱および加圧することによって当該記録材に定着させる定着装置において、
上記複数の定着部材が待機時或いはウオームアップ完了直後に保持している熱量の総量をＱ０（Ｊ）、連続的に記録材を搬送し、上記複数の定着部材が保持する熱量が飽和状態になったときの熱量の総量をＱ１（Ｊ）、上記複数の定着部材の熱容量をＨｃ（Ｊ／℃）としたとき、
関係式（１）を満たすように、上記複数の定着部材の熱量の移行を制御する制御手段を有することを特徴とする定着装置。
（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≦１１          （１）
【請求項２】
複数の定着部材により、記録材を挟持しながら搬送し、当該記録材上の未定着画像を加熱および加圧することによって当該記録材に定着させる定着装置において、
上記複数の定着部材が待機時或いはウオームアップ完了直後に保持している熱量の総量をＱ０（Ｊ）、連続的に記録材を搬送し、上記複数の定着部材が保持する熱量が飽和状態になったときの熱量の総量をＱ１（Ｊ）、上記複数の定着部材の熱容量をＨｃ（Ｊ／℃）としたとき、
関係式（２）を満たすように、上記複数の定着部材の熱量の移行を制御する制御手段を有することを特徴とする定着装置。
（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≦０            （２）
【請求項３】
上記複数の定着部材を加熱する複数の加熱手段を備え、
上記制御手段は、少なくとも（ａ）〜（ｃ）のいずれか１つを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
（ａ）上記各加熱手段を制御することで、上記複数の定着部材の待機時および記録材の搬送時における設定温度を制御する温度制御部
（ｂ）上記複数の定着部材の回転タイミングを制御する回転制御部
（ｃ）上記複数の定着部材を加熱する各加熱手段に対する電力配分を制御する電力分配部
【請求項４】
上記制御手段は、さらに、関係式（３）を満たすように制御することを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の定着装置。
（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≧−１３        （３）
【請求項５】
上記加熱手段の一つとして、記録材の非画像面側に接する定着部材の内部に熱源を有していることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項６】
上記制御手段は、上記記録材の非画像面側に接する定着部材の内部の上記熱源からの熱供給を、待機時或いはウオームアップ時のみ行うよう制御することを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
上記加熱手段の一つとして、上記複数の定着部材の少なくとも何れかの外部に熱源を有することを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項８】
上記外部に熱源を有する定着部材には、熱伝導率が当該定着部材の芯金を形成する金属より小さい弾性層が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
【請求項９】
上記加熱手段の一つとして、さらに、上記外部に熱源を有する定着部材の内部に熱源を有することを特徴とする請求項７または８に記載の定着装置。
【請求項１０】
上記制御手段は、上記外部に熱源を有する定着部材の内部の上記熱源は待機時に、当該定着部材の外部の上記熱源は記録材を搬送する動作時に熱を放出するよう制御することを特徴とする請求項９に記載の定着装置の制御装置。
【請求項１１】
上記記録材を搬送する動作時のプロセス速度が３００ｍｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】
複数の定着部材により、記録材を挟持しながら搬送し、当該記録材上の未定着画像を加熱および加圧することによって当該記録材に定着させる定着装置の制御方法において、
上記複数の定着部材が待機時或いはウオームアップ完了直後に保持している熱量の総量をＱ０（Ｊ）、連続的に記録材を搬送し、上記複数の定着部材が保持する熱量が飽和状態になったときの熱量の総量をＱ１（Ｊ）、上記複数の定着部材の熱容量をＨｃ（Ｊ／℃）としたとき、
関係式（１）を満たすように、上記複数の定着部材の熱量の移行を制御することを特徴とする定着装置の制御方法。
（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≦１１          （１）
【請求項１４】
定着装置の制御方法において、
複数の定着部材により、記録材を挟持しながら搬送し、当該記録材上の未定着画像を加熱および加圧することによって当該記録材に定着させる定着装置の制御方法において、
上記複数の定着部材が待機時或いはウオームアップ完了直後に保持している熱量の総量をＱ０（Ｊ）、連続的に記録材を搬送し、上記複数の定着部材が保持する熱量が飽和状態になったときの熱量の総量をＱ１（Ｊ）、上記複数の定着部材の熱容量をＨｃ（Ｊ／℃）としたとき、
関係式（２）を満たすように、上記複数の定着部材の熱量の移行を制御することを特徴とする定着装置の制御方法。
（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≦０            （２）
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の定着装置の制御方法をコンピュータにおいて実現するための制御プログラムであり、コンピュータに請求項１３または１４に記載の制御を実行させることを特徴とする定着装置の制御プログラム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の定着装置の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置および定着方法に関するものである。また、本発明は、上記の定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置としては、一般的に次のようなものが多用されている。具体的には、定着装置は、定着部材である互いに圧接されたローラ対（定着ローラ及び加圧ローラ）からなり、このローラ対の両方、或いはいずれか一方の内部に配置されたハロゲンヒータ等からなる加熱手段により、ローラ対を所定の温度（定着温度）に加熱するように構成されている。そして、加熱後、未定着トナー画像が形成された記録紙を圧接部（定着ニップ部）に通過させて、熱と圧力とによりトナー画像の定着を行う構成（熱ローラ定着方式による構成）となっている。
【０００３】
さらに具体的には、モノクロ用の定着装置においては、金属製の芯金表面にフッ素樹脂等からなるコーティングを施した定着ローラと、同じく金属製の芯金表面にシリコンゴム等からなる弾性層を設けた加圧ローラとを用いて、定着ローラ内部に配置したハロゲンヒータ等からなる熱源（加熱手段）により、定着ローラを加熱する構成が一般的である（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
カラー用の定着装置においては、定着ローラとしても表層にシリコンゴム等からなる弾性層を設けた弾性ローラを用い、また加圧ローラ内部にもハロゲンヒータ等からなる熱源（加熱手段）を設ける構成が一般的である（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
カラー用の定着装置がこのように構成される理由は、次のような利点があるからである。定着ローラを弾性ローラとすることで、定着ローラ表面が、未定着トナー画像の凹凸に対応して弾性変形し、トナー画像面を覆い包むように接触することができるようになる。そのため、モノクロに比べてトナー量が全体的に多く、また色によってトナー量にばらつきが生じるカラーの未定着トナー画像に対して、均一に加熱定着を行うことが可能となる。また、均一に加熱定着を行えると同時に、定着ニップ部での弾性層の歪み解放効果により、モノクロに比べてオフセットしやすいカラートナーに対し、離型性を向上させることができる。
【０００６】
更に定着ニップ部のニップ形状が上に凸（所謂、逆ニップ形状）となることから、記録紙の剥離性能が向上し、剥離爪等の剥離手段を用いずとも記録紙の剥離が可能となり（セルフストリップ）、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。また、モノクロに比べてカラーではトナー量が多く、また十分に発色させる必要がある。そのため、モノクロに比べて、より大きな熱量をトナー像に与える必要があることから、定着ローラ側だけではなく、加圧ローラ側にも熱源を設けているのである。
【０００７】
他方、モノクロ用の定着装置では、定着ローラ側には弾性層が不必要なため、十分な定着ニップ幅を確保しようとすると、加圧ローラ側の弾性層の厚みをカラー用の加圧ローラよりも、より厚くする必要がある。その結果、仮に加圧ローラ側に熱源を設けたくても、金属に比べて非常に熱伝導性に劣るシリコンゴムの弾性層が存在するために、加圧ローラ表面への伝熱効率が悪く、その効果は少ない。さらに、加圧ローラ側に熱源を設けてもその効果とは逆に、ウオームアップ時間が長くなったり、弾性層と芯金界面の温度が高くなりすぎて弾性層が芯金から剥離してしまう等の課題が生じてしまう。よって、これらのことから、モノクロ用の定着装置は、一般的には加圧ローラ側には熱源を設けない構成となっている。
【特許文献１】特開昭６３−１４９６８４（昭和６３年６月２２日公開）
【特許文献２】特開平３−８９３８３（平成３年４月１５日公開）
【特許文献３】特開平１１−１４３２７７（平成１１年５月１１日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、従来のモノクロ用の定着装置においては、加圧ローラ側に熱源を持たないために、加圧ローラ自体は、定着ローラから熱を貰って昇温することになる。ここで、定着装置の待機中は通常、定着ローラや加圧ローラの回転は停止しているため、加圧ローラは定着ローラと圧接している部分（定着ニップ部）しか加熱されない。更に、加圧ローラの表面側から、熱伝導率の低い弾性層を介して加熱されるために、加圧ローラの内側や、定着ニップ部から離れている部分には熱が十分伝わらず、昇温が不十分となる。
【０００９】
従来のモノクロ用の定着装置が、このような待機状態から定着動作状態に移行すると、定着ローラと加圧ローラとは互いに圧接した状態で回転駆動する。そのため、加圧ローラは、定着ローラの熱を急激に奪うことになる。この定着ローラから加圧ローラへの伝熱は、加圧ローラの温度が完全に（加圧ローラ内部も含めて）飽和するまで続くので、飽和までの期間には、加圧ローラの温度が飽和した後の期間に比べて、より多くの電力が必要となる。この余計に必要な電力は、動作開始直後が最も大きく、例えば８０枚/分以上のモノクロ用高速機では、瞬間的に２５０Ｗ以上の電力が余計に必要となる。
【００１０】
他方、上記したように、従来のカラー用の定着装置では、定着ローラ、加圧ローラ共に内部に熱源を有し、待機中は各々の内部熱源によってほぼ周方向に均一に加熱されることになる。また、待機中の熱損失は、定着ローラや加圧ローラの表面からの放熱分だけであるので、定着ローラや加圧ローラの表面に熱伝導率の低い弾性層が設けられていても、ローラの厚み方向については、大きな温度差は生じない。つまり、ローラ内側温度≒ローラ外側温度となる。しかしながら、このような待機状態から定着動作状態に移行すると、定着ローラや加圧ローラは定着ニップ部において記録紙やトナーに急激に熱を奪われる。そのため、定着ローラや加圧ローラの表面温度を一定に維持しようとすると、ローラの厚み方向に大きな温度勾配（ローラ内側温度＞ローラ外側温度）が生じることになる。このローラ内部の温度上昇は、ローラの温度が完全に飽和するまで続く。そのために、ローラ内部の温度上昇期間は、ローラの温度が飽和した後の期間に比べて、より多くの電力が必要となる。この余計に必要な電力は、動作開始直後が最も大きく、例えば７０枚/分以上のカラー用高速機では、瞬間的に１０００Ｗ以上の電力が余計に必要となる。
【００１１】
ところで、一般にオフィス用等のプリンタや複写機では、その消費電力が例えば１．５ｋＶＡ（１５００Ｗ）以下となるよう仕様設計されている。そのため、そのプリンタや複写機で用いられる定着装置で使用可能な電力が、定着動作時には、例えば９００Ｗ前後に制限されてしまう。しかしながら、従来のモノクロ用定着装置では、上記のように加圧ローラに蓄熱される熱量（最大２５０Ｗ）も想定に入れる必要がある。同様に、従来のカラー用定着装置においても、定着ローラや加圧ローラの内部に蓄熱される熱量（最大１０００Ｗ）を想定に入れる必要がある。そのため、定着動作での使用電力が最大では９００Ｗを超えてしまい、処理の高速化を図る上での大きな課題となる。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その主要な目的は、動作中の最大消費電力が小さく、処理の高速化に適用させることが可能な定着装置およびこれを備えた画像形成装置、定着装置の制御方法、定着装置の制御プログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る定着装置は、上記課題を解決するために、複数の定着部材により、記録材を挟持しながら搬送し、当該記録材上の未定着画像を加熱および加圧することによって当該記録材に定着させる定着装置において、上記複数の定着部材が待機時或いはウオームアップ完了直後に保持している熱量の総量をＱ０（Ｊ）、連続的に記録材を搬送し、上記複数の定着部材が保持する熱量が飽和状態になったときの熱量の総量をＱ１（Ｊ）、上記複数の定着部材の熱容量をＨｃ（Ｊ／℃）としたとき、関係式（１）を満たすように、上記複数の定着部材の熱量の移行を制御する制御手段を有することを特徴としている。
【００１４】
（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≦１１          （１）
また、本発明に係る定着装置は、上記課題を解決するために、より好ましくは、制御手段は、関係式（２）を満たすように、上記複数の定着部材の熱量の移行を制御することを特徴としている。
【００１５】
（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≦０            （２）
上記構成によると、関係式（１）を満たすように、複数の定着部材の熱量の移行が抑制される。さらに好ましくは、関係式（２）を満たすように、複数の定着部材の熱量の移行が抑制される。
【００１６】
従来の定着装置では、カラー用、モノクロ用共に、（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ＞０、すなわち複数の定着部材に蓄熱されるようになっていた。例えば、カラー定着装置では、定着部材として、熱伝導に劣るゴムローラを使用し、内部から加熱している。そのため、待機中に比べて通紙中の芯金温度が上昇し、Ｑ１＞Ｑ０となってしまう。またモノクロ定着装置では、記録材の非画像面側に接する定着部材側に熱源がないため、待機中は、記録材の非画像面側に接する定着部材はほとんど加熱されないが、通紙中は紙間で記録材の画像面側に接する定着部材から熱を奪い、蓄熱するので、Ｑ１＞Ｑ０となる。この蓄熱により、通紙中の消費電力の最大値が大きくなってしまう。この従来の定着装置での、消費電力の増加は、瞬間的には２５０〜１０００Ｗ以上となる場合がある。定着装置が使用されるカラー機（カラー用の画像形成装置）や高速機（高速で処理することのできる画像形成装置）等の消費電力の大きな機器で１．５ｋＷ以下の消費電力に抑えようとした場合、従来の定着装置では、上記蓄熱による消費電力増加が大きな課題となってしまう。
【００１７】
しかしながら、本発明に係る定着装置では関係式（１）を満たすように複数の定着部材の熱量の移行が制御されるので、複数の定着部材の蓄熱量が１１×Ｈｃ以下となる。より好ましくは（２）を満たすように複数の定着部材の熱量の移行が制御されるので、複数の定着部材の蓄熱量が、０、或いはマイナスとなる。
【００１８】
よって、従来の定着装置に比べて省エネ化（最大で１０００Ｗ以上）を図ることができ、定着装置が使用されるカラー高速機や超高速機等の画像形成装置において１．５ｋＷでの使用を可能とすることができる。
【００１９】
以上のように、本発明に係る定着装置の上記構成によると、動作中の最大消費電力が小さく、処理の高速化に適用させることが可能な定着装置を実現することができる。
【００２０】
また本発明に係る定着装置では、上記構成に加え、上記複数の定着部材を加熱する複数の加熱手段を備え、上記制御手段は、少なくとも（ａ）〜（ｃ）のいずれか１つを備えていてもよい。
（ａ）上記各加熱手段を制御することで、上記複数の定着部材の待機時および記録材の搬送時における設定温度を制御する温度制御部
（ｂ）上記複数の定着部材の回転タイミングを制御する回転制御部
（ｃ）上記複数の定着部材を加熱する各加熱手段に対する電力配分を制御する電力分配部
上記構成によると、各加熱手段を制御することで、複数の定着部材の待機時および記録材の搬送時における設定温度を制御することで、複数の定着部材の熱量の移行を制御することができる。あるいは、複数の定着部材の回転タイミングを制御したり、複数の定着部材を加熱する各加熱手段に対する電力配分を制御することで、複数の定着部材の熱量の移行を制御することができる。
【００２１】
このように設定温度、回転タイミング、あるいは電力配分制御することで、新たな装置を加えることなく、容易に複数の定着部材の熱量の移行を制御することができる。
【００２２】
なお、本発明に係る定着装置において外部加熱手段を定着部材と離接可能に構成した場合に、上記制御手段は、外部加熱手段の離接タイミングを制御するようになっていてもよい。この離接タイミングの制御が、上記（ａ）〜（ｃ）の制御の少なくとも１つと組み合わされて行われてもよい。
【００２３】
また本発明に係る定着装置では、上記構成に加え、上記制御手段は、さらに、関係式（３）を満たすように制御してもよい。
【００２４】
（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≧−１３        （３）
上記構成によると、関係式（３）を満たすように、複数の定着部材の熱量の移行が抑制される。このように制御されると、経時的に安定した定着性を維持することができる。
【００２５】
また本発明に係る定着装置では、上記構成に加え、上記加熱手段の一つとして、記録材の非画像面側に接する定着部材の内部に熱源を有してもよい。
【００２６】
上記構成によると、記録材の非画像面側に接する定着部材の内部に熱源があるので、待機中に加圧ローラを予熱することができ、動作に移行した際の記録材の非画像面側に接する定着部材の蓄熱による熱損失を抑制することができる。
【００２７】
また本発明に係る定着装置では、上記構成に加え、上記制御手段は、上記記録材の非画像面側に接する定着部材の内部の上記熱源からの熱供給を、待機時或いはウオームアップ時のみ行うよう制御してもよい。
【００２８】
上記構成によると、記録材の非画像面側に接する定着部材の内部の熱源からの熱供給を、待機時或いはウオームアップ時のみ行うよう制御される。よって、記録材の非画像面側に接する定着部材の熱源は待機時しか使用しないため、動作時の消費電力を抑制することができ、装置全体の最大消費電力を低減することができる。
【００２９】
また本発明に係る定着装置では、上記構成に加え、上記加熱手段の一つとして、上記複数の定着部材の少なくとも何れかの外部に熱源を有してもよい。この構成によると、外部に熱源を有する定着部材を外部から加熱することができる。この構成において、さらに、上記外部に熱源を有する定着部材には、熱伝導率が当該定着部材の芯金を形成する金属より小さい弾性層が形成されていてもよい。この構成によると、外部に熱源を有する定着部材に熱伝導率が当該定着部材の芯金を形成する金属より小さい弾性層（シリコンゴム等）が形成されている場合、外部から加熱することで、当該定着部材の内部の昇温による蓄熱を抑制することができる。
【００３０】
また本発明に係る定着装置では、上記構成に加え、上記加熱手段として、さらに、上記外部に熱源を有する定着部材の内部に熱源を有してもよい。
【００３１】
上記構成によると、上記外部に熱源を有する定着部材の内部に熱源を有するので、当該定着部材を内部から加熱することができ、予熱に好適に用いることができる。なお、外部加熱手段は、定着部材の一部分しか加熱できないため、予熱には向かない。
【００３２】
そして、本発明に係る定着装置では、上記構成に加え、上記制御手段は、上記外部に熱源を有する定着部材の内部の上記熱源は待機時に、当該定着部材の外部の上記熱源は記録材を搬送する動作時に熱を放出するよう制御すると、以下のような効果がある。
【００３３】
上記構成によると、定着部材の内部の熱源は待機時、定着部材の外部の熱源は記録材を搬送する動作時に熱を放出する。このように、待機中は定着部材全体を加熱できる内部熱源を用い、動作中は内部蓄熱の生じない外部熱源を用いるよう、使い分けることで、動作中の蓄熱を極力抑制することができる。よって、より消費電力を低下させて、効率のよい動作を行うことができる。
【００３４】
また本発明に係る定着装置では、上記構成に加え、上記記録材を搬送する動作時のプロセス速度が３００ｍｍ／ｓｅｃ以上であってもよい。
【００３５】
記録材を搬送する動作時のプロセス速度が３００ｍｍ／ｓｅｃ以上であると、消費電力が大きい高速機である場合が多い。本発明に係る定着装置が、このような消費電力が大きい高速機である場合、特に効果を発揮することができる。つまり、最大消費電力が小さくすることができ、また、処理を高速化することができる。
【００３６】
本発明に係る画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記の何れかに記載の定着装置を備えたことを特徴としている。この場合においても上述した効果と略同一の効果を奏することが可能である。
【００３７】
本発明に係る定着装置の制御方法は、上記課題を解決するために、複数の定着部材により、記録材を挟持しながら搬送し、当該記録材上の未定着画像を加熱および加圧することによって当該記録材に定着させる定着装置の制御方法において、上記複数の定着部材が待機時或いはウオームアップ完了直後に保持している熱量の総量をＱ０（Ｊ）、連続的に記録材を搬送し、上記複数の定着部材が保持する熱量が飽和状態になったときの熱量の総量をＱ１（Ｊ）、上記複数の定着部材の熱容量をＨｃ（Ｊ／℃）としたとき、関係式（１）を満たすように、上記複数の定着部材の熱量の移行を制御することを特徴としている。
【００３８】
（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≦１１          （１）
また、本発明に係る定着装置の制御方法は、上記課題を解決するために、より好ましくは、関係式（２）を満たすように、上記複数の定着部材の熱量の移行を制御することを特徴としている。
【００３９】
（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≦０            （２）
これらの場合においても上述した効果と略同一の効果を奏することが可能である。
【００４０】
なお、上記定着装置の制御方法は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、上記制御についてコンピュータに実行させる定着装置の制御プログラム、この制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係る定着装置は、以上のように、上記複数の定着部材が待機時或いはウオームアップ完了直後に保持している熱量の総量をＱ０（Ｊ）、連続的に記録材を搬送し、上記複数の定着部材が保持する熱量が飽和状態になったときの熱量の総量をＱ１（Ｊ）、上記複数の定着部材の熱容量をＨｃ（Ｊ／℃）としたとき、関係式（１）を満たすように、上記複数の定着部材の熱量の移行を制御する制御手段を有している。
【００４２】
（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≦１１          （１）
また、本発明に係る定着装置は、より好ましくは、制御手段は、関係式（２）を満たすように、上記複数の定着部材の熱量の移行を制御する。
【００４３】
（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≦０            （２）
上記構成によると、関係式（１）を満たすように複数の定着部材の熱量の移行が制御されるので、複数の定着部材の蓄熱量が１１×Ｈｃ以下となる。より好ましくは（２）を満たすように複数の定着部材の熱量の移行が制御されるので、複数の定着部材の蓄熱量が、０、或いはマイナスとなる。よって、従来の定着装置に比べて省エネ化（最大で１０００Ｗ以上）を図ることができ、定着装置が使用されるカラー高速機や超高速機等の画像形成装置において１．５ｋＷでの使用を可能とすることができる。
【００４４】
以上のように、上記構成によると、動作中の最大消費電力が小さく、処理の高速化に適用させることが可能な定着装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
〔実施の形態１  モノクロ用定着装置〕
（実施の形態１−１）
本発明の一実施の形態に係る定着装置１の構成について、図１を用いて詳細に説明する。本実施の形態に係る定着装置１は、未定着のモノクロトナー画像が表面に形成された記録紙（記録材）２に対し、熱および圧力によりトナー画像を記録紙２上に定着させるものである。未定着のトナー画像は、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナーおよびキャリア）、磁性現像剤（磁性トナー）等の現像剤３（以下、トナーとも称する）によって形成される。
【００４６】
図１は、本実施の形態に係る定着装置１の構成を示す断面図である。図１に示すように、定着装置１は、定着ローラ（定着部材）４、加圧ローラ（定着部材）５、定着ローラ４を加熱するための熱源であるヒータランプ６Ａ、加圧ローラ５を加熱するための熱源であるヒータランプ６Ｂ、定着ローラ４および加圧ローラ５の温度を検出する温度センサとして用いられるサーミスタ７Ａ・７Ｂ、定着ローラ４をクリーニングするためのウエブクリーニング装置８、定着装置１における動作を統括的に制御する制御回路（制御手段）９を備えている。本実施形態では、定着ローラ４と加圧ローラ５とが定着部材である。また、本実施形態では、各加熱手段は、ヒータランプ６Ａ、６Ｂからなる。制御回路９は、各加熱手段を制御することで、複数の定着部材（定着ローラおよび加圧ローラ）の設定温度を制御する温度制御部９１、複数の定着部材の回転タイミングを制御する回転制御部９２、複数の定着部材を加熱する各加熱手段に対する電力配分を制御する電力分配部９３を備えている。
【００４７】
定着ローラ４は、所定の温度（ここでは１７５℃とするが、この数値には限定されない）に加熱されて、定着装置１の定着ニップ部１０を通過する未定着トナー画像が形成された記録紙２を加熱するためのものである。そのため、定着ローラ４の内部には、定着ローラ４を加熱するヒータランプ６Ａが配置されている。電力分配部９３からヒータランプ６Ａに通電されることにより、ヒータランプ６Ａが発光し、赤外線が放射される。これにより、定着ローラ４の内周面が赤外線を吸収して加熱され、定着ローラ４全体が加熱される。
【００４８】
定着ローラ４は、ここでは直径７０ｍｍ（この数値には限定されない）であり、その内側から順に、芯金と離型層が形成された２層構造からなる。芯金には、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属、あるいはそれらの合金等が好適に用いられる。本実施形態では厚さ４ｍｍのアルミ製芯金を用いる。また、離型層にはＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂が適している。本実施形態では厚さ２５μｍのＰＦＡコートを施している。
【００４９】
加圧ローラ５は、以下で説明するように、定着ローラ４と共に、未定着トナー画像が形成された記録紙２を加圧するものである。また、加圧ローラ５の内部には、ヒータランプ６Ｂが配置されている。電力分配部９３からヒータランプ６Ｂに通電されることにより、ヒータランプ６Ｂが発光し、赤外線が放射される。これにより、定着ローラ４の内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ５全体が加熱される。
【００５０】
加圧ローラ５は、例えば鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属製芯金の表面にシリコンゴム等の弾性層を有し、更にその上にＰＦＡ等の離型層が形成されている。なお、本実施形態の加圧ローラ５は、厚さ２ｍｍの鉄製芯金の表面に、弾性層として厚さ３ｍｍのシリコンゴム層が形成され、更にその上に離型層として厚さ５０μｍのＰＦＡチューブが被覆された構成となっている。
【００５１】
定着ローラ４および加圧ローラ５の周面には、温度検知手段として用いられるサーミスタ７Ａおよびサーミスタ７Ｂがそれぞれ配設されており、各ローラの表面温度を検出するようになっている。ここで、定着ローラ４の温度を検知するサーミスタ７Ａは非接触式のサーミスタであり、加圧ローラ５の温度を検知するサーミスタ７Ｂは接触式のサーミスタである。そして、各サーミスタ７Ａ・７Ｂにより検出された温度データに基づいて、温度制御手段としての温度制御部９１が、各ローラの温度が所定の温度となるようヒータランプ６Ａ・６Ｂへの通電を制御する。
【００５２】
定着ローラ４および加圧ローラ５は、所定の荷重（本実施の形態では６００Ｎとするが、この数値に限定はされない）で互いに圧接されて、これらの間に定着ニップ部１０が形成されている。定着ニップ部１０は、定着ローラ４および加圧ローラ５が互いに当接する部分であり、ここでは、周方向の幅は８ｍｍであるとするが、この数値限定はされない。記録紙２は、定着ニップ部１０を通過することで、トナー画像が定着されるようになっている。記録紙２が定着ニップ部１０を通過する時には、定着ローラ４は記録紙２のトナー画像形成面に当接する一方、加圧ローラは記録紙２におけるトナー画像形成面とは反対の面に当接するようになっている。
【００５３】
そして、定着ニップ部１０に所定の定着速度および複写速度（定着速度は所謂プロセス速度のことで、ここでは４００ｍｍ／ｓｅｃ、また複写速度は１分あたりのコピー枚数のことで、ここでは８５枚／分とする）で未定着トナー像が形成された記録紙２が搬送され、熱と圧力により定着が行われる。
【００５４】
なお、定着装置１には、回転制御部９２の制御により、定着ニップ部１０を記録紙２が通過するように、定着ローラ４を回転駆動する図示しない駆動モータ（駆動手段）が設けられている。また、加圧ローラ５は、定着ローラ４の回転に従動して回転する。定着ローラ４および加圧ローラ５は、図１に示すように逆方向に回転される。
【００５５】
（実施の形態１−２）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る定着装置１１の構成について、図２を用いて詳細に説明する。図２に示すように、第２の実施の形態の定着装置１１は、加圧ローラ５に外部加熱ユニット１２並びに加圧ローラ５をクリーニングするためのクリーニングローラ１３が当接していることを除き、実施の形態１−１の定着装置１と同じ構成である。よって、図１と同じ構成部材には同じ部材番号を付し、その説明は省略する。本実施形態でも、定着ローラ４と加圧ローラ５とが定着部材である。また、本実施形態では、各加熱手段は、ヒータランプ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ（あるいは、ヒータランプ６Ａ，６Ｂ，外部加熱ユニット１２）からなる。また、制御回路１９は、温度制御部１９１、回転制御部１９２、電力分配部１９３を備えている。温度制御部１９１は、上記温度制御部９１の処理に加え、以下に説明するように、サーミスタ７Ｃにより検出された温度データに基づいてヒータランプ６Ｃ，６Ｄを制御する。
【００５６】
外部加熱ユニット１２は、外部加熱ベルト１２１、加熱ローラ１２２Ａ・１２２Ｂ、ヒータランプ６Ｃ・６Ｄ、およびサーミスタ７Ｃを備えている。外部加熱ベルト１２１は、ここでは直径３０ｍｍであり、所定の温度（ここでは１４０℃）に加熱された状態で加圧ローラ５の表面に当接して、加圧ローラ５の表面を加熱するものである。外部加熱ベルト１２１は、直径１５ｍｍの２本の加熱ローラ１２２Ａ，１２２Ｂによって懸架されている。
【００５７】
加熱ローラ１２２Ａ，１２２Ｂの内部には、加熱ローラ１２２Ａ，１２２Ｂを加熱する加熱源としてのヒータランプ６Ｃ，６Ｄがそれぞれ配置されている。電力分配部１９３からヒータランプ６Ｃ，６Ｄに通電されることにより、ヒータランプ６Ｃ，６Ｄが発光し赤外線が放射される。これにより、加熱ローラ１２２Ａ，１２２Ｂの内周面が加熱され、加熱ローラ１２２Ａ，１２２Ｂを介して間接的に外部加熱ベルト１２１が加熱されるよう構成されている。
【００５８】
外部加熱ベルト１２１は、加圧ローラ５の回転軸と垂直な断面における定着ニップ部１０と対向する側に設けられ、待機時には加圧ローラ５から離間し、動作時には所定の押圧力（ここでは４０Ｎ）をもって加圧ローラ５に圧接されるようになっている。そして、加圧ローラ５との間に加熱ニップ部１２３（ここでは周方向に２０ｍｍ）が形成されている。外部加熱ベルト１２１は、加圧ローラ５の回転時には、加圧ローラ５に従動して回転するようになっており、この外部加熱ベルト１２１の回転に従動して、加熱ローラ１２２Ａ，１２２Ｂも回転するよう構成されている。
【００５９】
外部加熱ベルト１２１の構成としては、例えば、ポリイミド等の耐熱樹脂或いはステンレスやニッケル等の金属材料からなる中空円筒状の基材の表面に、離型層として、耐熱性および離型性に優れた合成樹脂材料（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂）が形成された２層構成が挙げられる。なお、本実施の形態では、厚さ９０μｍのポリイミド製の基材表面にＰＦＡとＰＴＦＥのブレンドからなる厚さ１５μｍの離型層が設けられた構成である。また、外部加熱ベルト１２１の寄り力を低減させるために、ベルト基材の内面に、フッ素樹脂等のコーティングを施してもよい。
【００６０】
加熱ローラ１２２Ａ・１２２Ｂは、例えば、アルミニウムや鉄系材料等からなる中空円筒状の金属製芯材からなる。また、外部加熱ベルト１２１の寄り力を低減させるために、金属製芯材の表面に、フッ素樹脂等のコーティングを施してもよい。
【００６１】
定着ローラ４、加圧ローラ５および外部加熱ベルト１２１の各々の周面には、温度検知手段としてのサーミスタ７Ａ，７Ｂ，７Ｃが配設されており、それぞれの表面温度を検出するようになっている。そして、各サーミスタ７Ａ，７Ｂ，７Ｃにより検出された温度データに基づいて、温度制御手段としての温度制御部１９１が、各部の温度が所定の温度となるようヒータランプ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄへの通電を制御するようになっている。
【００６２】
なお、定着装置１１には、回転制御部１９２の制御により、定着ニップ部１０を記録紙２が通過するように、定着ローラ４を回転駆動する図示しない駆動モータ（駆動手段）が設けられている。
【００６３】
（実施例１−１）
上記実施の形態１−１で説明した構成の定着装置１について、動作時における消費電力を実際に実施例１−１として測定した。実施例１−１では、定着装置１における部材各部の温度が飽和するのに十分長い時間（本実施例では３０分）待機温度で待機させた後、坪量６０ｇのＡ４サイズ用紙を連続で１，０００枚通紙し、そのときの消費電力並びに各定着部材の表面温度を測定した。また、この測定と同条件で定着装置１についての２次元の伝熱シミュレーションを行い、実際の測定での結果とシミュレーションの解析結果とがほぼ一致することを確認した上で、実際の測定では計測できない項目については、シミュレーションにより算出した。
【００６４】
下記の表１には、実施例１−１における測定条件（定着装置１における実施条件）が示されている。実施例１−１では、加圧ローラ５のヒータランプ６Ｂは待機時のみ使用し（ＯＮ）、定着装置１の動作時は使用しない（ＯＦＦ）。なお、測定およびシミュレーションの結果については、後述する。
【００６５】
【表１】
2007256856.tif 000003
【００６６】
なお、表１においては、ヒータランプをハロゲンヒータとして、また、外部加熱ベルトを外部ベルトとして記載している。
【００６７】
（実施例１−２）
上記実施の形態１−２で説明した定着装置１１について、動作時における消費電力を実際に実施例１−２として測定した。実施例１−２においても、定着装置１１における部材各部の温度が飽和するのに十分長い時間（本実施例では３０分）待機温度で待機させた後、坪量６０ｇのＡ４サイズ用紙を連続で１，０００枚通紙し、そのときの消費電力並びに各定着部材の表面温度を測定した。また、この測定と同条件で定着装置１１についての２次元の伝熱シミュレーションを行い、実際の測定での結果とシミュレーションの解析結果とがほぼ一致することを確認した上で、実際の測定では計測できない項目については、シミュレーションにより算出した。
【００６８】
上記表１には、実施例１−２における測定条件（定着装置１１における実施条件）が示されている。実施例１−２でも、加圧ローラ５のヒータランプ６Ｂは待機時のみ使用し（ＯＮ）、定着装置１１の動作時は使用しない（ＯＦＦ）。なお、測定およびシミュレーションの結果については、後述する。
【００６９】
（比較例１）
上記実施例１−１および１−２に対する比較例として、従来のように、加圧ローラ側に内部熱源を持たないモノクロ用の定着装置についても、同様に比較例１として消費電力を測定した。比較例１においても、定着装置における部材各部の温度が飽和するのに十分長い時間（本実施例では３０分）待機温度で待機させた後、坪量６０ｇのＡ４サイズ用紙を連続で１，０００枚通紙し、そのときの消費電力並びに各定着部材の表面温度を測定した。また、比較例１での測定と同条件で比較例の定着装置についての２次元の伝熱シミュレーションを行い、本比較例での測定の結果とシミュレーションの解析結果とがほぼ一致することを確認した上で、実際の測定では計測できない項目については、シミュレーションにより算出した。
【００７０】
上記の表１には、比較例１における実験条件が示されている。なお、測定およびシミュレーションの結果については、後述する。
【００７１】
ここで、比較例１として用いた定着装置について図３を用いて説明する。図３に示すように、比較例１の定着装置２１は、加圧ローラ２５を除き、実施の形態１−１の定着装置１と全く同じ構成である。よって、加圧ローラ２５以外の説明については省略し、定着装置１と同じ構成部材には同じ部材番号を付すものとする。なお、比較例１の定着装置２１には、加圧ローラ２５にはヒータランプおよびサーミスタが装着されておらず、制御回路２９は、定着ローラ４用のサーミスタ７Ａにより検出された温度データに基づいてヒータランプ６Ａを制御する。
【００７２】
加圧ローラ２５は、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属製芯金の表面にシリコンゴム等の弾性層を有し、更にその上にＰＦＡ等の離型層が形成される構成となっている。ここで、比較例１の加圧ローラ２５は、厚さ３ｍｍの鉄製芯金の表面に、弾性層として厚さ９ｍｍのシリコンゴム層が形成され、更にその上に離型層として厚さ５０μｍのＰＦＡチューブが被覆された構成となっている。
【００７３】
定着ローラ４および加圧ローラ２５は、所定の荷重（ここでは１４００Ｎであるが、これに限定されることはない）で互いに圧接されており、これらの間に定着ニップ部２１０が形成されている。定着ニップ部２１０は、定着ローラ４および加圧ローラ２５が互いに当接する部分であり、本比較例では、周方向の幅は１１ｍｍであるとするが、この数値限定はされない。
【００７４】
定着ローラ４の周面には、温度検知手段であるサーミスタ７Ａが配設されており、定着ローラ４の表面温度を検出するようになっている。ここで、サーミスタ７Ａは非接触式のサーミスタである。そして、サーミスタ７Ａにより検出された温度データに基づいて、温度制御手段である制御回路２９が、定着ローラ４の表面温度が所定の温度となるようヒータランプ６Ａへの通電を制御する。
【００７５】
（実施例および比較例についての考察  モノクロ用定着装置）
次に、実施例１−１、実施例１−２、比較例１についての測定（実験）結果、並びにシミュレーション結果について、図４〜図８を用いて説明する。
【００７６】
図４は、実施例１−１、１−２及び比較例１における各定着装置の消費電力の推移を示したグラフ（測定結果）である。図５（ａ）〜（ｃ）は、実施例１−１、１−２及び比較例１における各定着装置の各構成部材の温度の温度推移を示したグラフ（シミュレーション結果）である。図６（ａ）〜（ｃ）は、通紙開始直前および通紙終了直後における加圧ローラ周方向の各部の温度分布を示したグラフ（シミュレーション結果）である。
【００７７】
図４より、比較例１では通紙初期に最大１１４８Ｗの電力を必要とするのに対し、実施例１−１では８９８Ｗ、実施例１−２では９４９Ｗと、約２００〜２５０Ｗの電力を削減することができることがわかる。
【００７８】
ここで、比較例１に比べて実施例１−１、１−２での最大消費電力を小さくできる理由について、図５および図６を用いて説明する。比較例１の定着装置では、加圧ローラは、待機時には定着ローラと接している部分（定着ニップ部）しか加熱されないため、加圧ローラの周方向に温度むらが生じ、定着ニップ部の反対側では、表面で約４５℃程度しか昇温しない。更に、比較例１の定着装置は加圧ローラの内部に熱源を持たないために、加圧ローラの厚み方向にも温度むらが生じ、定着ニップ部直下においても加圧ローラの芯金は４５℃程度にしか昇温しない。その結果、比較例１の定着装置は、動作時には、定着ローラから急速に熱を奪っていき、動作終了後には、待機時に比べ、加圧ローラ表面だけでなく、加圧ローラ内部にわたって大きく昇温（蓄熱）することになる。
【００７９】
一方、実施例１−１、１―２では、待機時において加圧ローラが内部熱源であるヒータランプにより、加圧ローラは全周にわたって均一に加熱される。そのため、定着装置の動作時においても、加圧ローラが定着ローラからもらう熱量と、トナーの定着や放熱等で消費する熱量とがほぼバランスを保つことになる。
【００８０】
図７は、シミュレーションにより、動作中に単位時間当たりに定着部材（定着ローラおよび加圧ローラ）に蓄積される熱量（蓄熱量）を計算した結果である。定着部材に蓄熱される場合をプラス、逆に定着部材から放熱される場合をマイナスで示している。この結果から明らかなように、比較例１では、動作時初期に定着部材に急速に蓄熱される系となっているのに対し、実施例１−１、１−２では、動作時初期に若干放熱し、その後、０付近でバランスを保ち、安定する系となっている。
【００８１】
ここで、定着ローラはそのほとんどが熱伝導性の高いアルミ芯材で構成されているため、部分的な温度むらはほとんどなく、制御温度が一定であれば、保持している熱量もほぼ一定とみなすことができる。よって、蓄熱量の変動は、全て加圧ローラに起因するものであると言える。つまり、加圧ローラが定着ローラから熱を奪うことにより、蓄熱量が変動していく。
【００８２】
表２は、定着装置の初期状態（動作開始時）における定着部材の蓄熱量をＱ０（Ｊ）、動作終了時の蓄熱量をＱ１（Ｊ）としたときのＱ１−Ｑ０、すなわち動作中の蓄熱増加量を計算した結果である。ここで、Ｑ１（Ｊ）は、蓄熱量が飽和して以降の熱量の総量のことである。すなわち、動作終了時に蓄熱量が飽和していれば、その時点の熱量の総和も、Ｑ１（Ｊ）となる。逆に動作終了時でも、飽和していなければ、その時の熱量の総和はＱ１（Ｊ）とはならない。ここでは、動作終了時に既に飽和しているため、Ｑ１（Ｊ）となっている。また、Ｑ０およびＱ１は、定着部材が有する総熱量であり、定着部材が定着ローラおよび加圧ローラからなる場合には、これらが有する熱量を足したものである。
【００８３】
【表２】
2007256856.tif 000004
【００８４】
表２より、比較例１では蓄熱量が増加しているのに対し、実施例１−１、１−２では蓄熱量はやや減少していることがわかる。この蓄熱増加量Ｑ１−Ｑ０の大小を、他の構成の定着装置と比較するために、定着装置の定着部材（ここでは定着ローラ＋加圧ローラ）の熱容量をＨｃ（J／℃）として、蓄熱増加量Ｑ１−Ｑ０を熱容量Ｈｃで除した値（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃを考えることとする。
【００８５】
ここで、熱容量Ｈｃは、定着部材を構成する部材（定着ローラ＋加圧ローラ）の熱容量の足し算で求めることができる。定着ローラが部材Ａ，Ｂ，Ｃ（熱容量が各々ＨｃＡ、ＨｃＢ、ＨｃＣ）から構成されていれば、定着ローラの熱容量Ｈｃｆは、Ｈｃｆ＝ＨｃＡ＋ＨｃＢ＋ＨｃＣ、で表すことができる。同様に、加圧ローラが部材Ｄ，Ｅ，Ｆ（熱容量が各々ＨｃＤ、ＨｃＥ、ＨｃＦ）から構成されていれば、加圧ローラの熱容量Ｈｃｐは、Ｈｃｐ＝ＨｃＤ＋ＨｃＥ＋ＨｃＦで表すことができる。従って、定着部材の熱容量Ｈｃは、Ｈｃ＝Ｈｃｆ＋Ｈｃｐで表すことができる。
【００８６】
実施例１−１、１−２、及び比較例１では、（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃは、上記表２に示す値となる。この値の示す意味は、動作中に増加した蓄熱量により定着部材が平均的に昇温する温度であるので、以後、平均昇温温度と呼ぶことにする。
【００８７】
（実施例１−３）
次に、実施例１−１で用いた構成の定着装置１（実施の形態１−１の定着装置を実現したもの）において、待機時の加圧ローラの制御温度を６０℃〜１６０℃に変えた場合の、平均昇温温度および最大消費電力の関係、並びに平均昇温温度および加圧ローラの動作時初期と終了後との温度差の関係について調べた。なお、温度差は、終了時に温度が高くなればプラス、低くなればマイナスとなる。この結果を図８に示す。図８では、比較例１の定着装置の平均昇温温度および最大消費電力の関係、並びに平均昇温温度および加圧ローラの動作時初期と終了後との温度差の関係についても、表示している。比較例１の定着装置では、加圧ローラの温度は制御されていないので、一点のみが表示されている。
【００８８】
図８より、（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ、すなわち平均昇温温度が小さい程最大消費電力を抑制することができ、（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≦１１であれば、従来（比較例１）に比べ最大消費電力を低減することができることがわかる。より好ましくは、（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≦０（あるいは、Ｑ１−Ｑ０≦０と表現することができる）で、最大消費電力を最も小さくすることができることがわかる。
【００８９】
一方、平均昇温温度（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃが０以下で小さくなる程、加圧ローラの温度差の絶対値が大きくなる、すなわち動作初期に比べ動作終了時の温度が低くなりすぎる、ことがわかる。加圧ローラの温度変化が大きいとトナーの定着性（定着強度）も変化してしまうことから、最大消費電力を抑制しつつ、安定した定着性を確保するという観点からは、（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ≧−１３であればよいことがわかる。
【００９０】
また、図５（ａ）および（ｂ）の比較からわかるように、実施例１−２のように、加圧ローラに外部加熱手段を設けた場合、加圧ローラの温度変化を抑制することができ、トナーの定着性を安定化することができる。
【００９１】
〔実施の形態２  カラー用定着装置〕
（実施の形態２−１）
次に、本発明の第３の実施の形態に係る定着装置３１の構成について、図９を用いて詳細に説明する。本実施の形態に係る定着装置３１は、未定着のカラートナー画像が表面に形成された記録紙（記録材）２に対し、熱および圧力によりカラートナー画像を記録紙上に定着させるものである。未定着のカラートナー画像は、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナーおよびキャリア）、磁性現像剤（磁性トナー）等の現像剤３’（以下、トナーとも称する）によって形成される。
【００９２】
図９は、本実施の形態に係る定着装置３１の構成を示す断面図である。図９に示すように、本実施の形態に係る定着装置３１は、定着ローラ（定着部材）３４、加圧ローラ（定着部材）３５、外部加熱ユニット３００、定着ローラ３４を加熱するための熱源であるヒータランプ３６Ｃ、加圧ローラ３５を加熱するための熱源であるヒータランプ３６Ｄ、定着ローラ３４、加圧ローラ３５および外部加熱ユニット３００の各々の温度を検出する温度センサとして用いられるサーミスタ３７Ａ・３７Ｂ・３７Ｃ、定着ローラ３４をクリーニングするためのウエブクリーニング装置３８を備えている。また、定着装置３１における動作を統括的に制御する制御回路（制御手段）３９を備えている。本実施形態では、定着ローラ３４と加圧ローラ３５とが定着部材である。また、本実施形態では、各加熱手段は、ヒータランプ３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄ（あるいは、外部加熱ユニット３００、ヒータランプ３６Ｃ，３６Ｄ）からなる。制御回路３９は、各加熱手段を制御することで、複数の定着部材（定着ローラおよび加圧ローラ）の設定温度を制御する温度制御部３９１、複数の定着部材の回転タイミングを制御する回転制御部３９２、複数の定着部材を加熱する各加熱手段に対する電力配分を制御する電力分配部３９３を備えている。
【００９３】
外部加熱ユニット３００は、外部加熱ベルト３０１、外部加熱ベルト３０１を懸架し加熱するための加熱ローラ３０２Ａ，３０２Ｂ、加熱ローラ３０２Ａ，３０２Ｂを加熱するための熱源であるヒータランプ３６Ａ，３６Ｂを備えている。
【００９４】
定着ローラ３４は、所定の温度（ここでは１８０℃とするが、この数値には限定されない）に加熱されて、定着装置３１の定着ニップ部３１０を通過する未定着トナー画像が形成された記録紙２を加熱するためのものである。定着ローラ３４は直径５０ｍｍで、その内側から順に、芯金、弾性層、離型層が形成された３層構造からなる。芯金には、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。本実施形態では厚さ３ｍｍのアルミ製芯金を用いる。また、弾性層にはシリコンゴム、離型層にはＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂が好適に用いられる。本実施形態では、弾性層として厚さ２ｍｍのシリコンゴム、離型層として厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを施している。
【００９５】
また、定着ローラ３４の内部には、定着ローラ３４を加熱するヒータランプ３６Ｃが配置されている。電力分配部３９３からヒータランプ３６Ｃに通電されることにより、ヒータランプ３６Ｃが発光し、赤外線が放射される。これにより、定着ローラ３４の内周面が赤外線を吸収して加熱され、定着ローラ３４全体が加熱される。
【００９６】
加圧ローラ３５は、以下で説明するように、定着ローラ３４と共に、未定着トナー画像が形成された記録紙２を加圧するものである。加圧ローラ３５も定着ローラ３４と同様、本実施形態では、直径５０ｍｍであり、厚さ３ｍｍのアルミニウム製芯金の外周表面に厚さ２ｍｍシリコンゴムの弾性層を有し、更にその上に厚さ３０μｍのＰＦＡチューブからなる離型層が形成されている。
【００９７】
また、加圧ローラ３５の内部にも、加圧ローラ３５を加熱するヒータランプ３６Ｄが配置されている。電力分配部３９３からヒータランプ３６Ｄに通電されることにより、ヒータランプ３６Ｄが発光し、赤外線が放射される。これにより、加圧ローラ３５の内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ３５全体が加熱される。
【００９８】
定着ローラ３４および加圧ローラ３５は、所定の荷重（本実施の形態では６００Ｎとするが、この数値に限定はされない）で互いに圧接されて、それらの間に定着ニップ部３１０が形成されている。定着ニップ部３１０は、定着ローラ３４および加圧ローラ３５が互いに当接する部分であり、ここでは、周方向の幅は９ｍｍであるとするが、この数値限定はされない。記録紙２は、定着ニップ部３１０を通過することで、カラートナー画像が定着されるようになっている。記録紙２が定着ニップ部３１０を通過する時には、定着ローラ３４は記録紙２のトナー画像形成面に当接する一方、加圧ローラ３５は記録紙２におけるトナー画像形成面とは反対の面に当接するようになっている。
【００９９】
外部加熱ベルト３０１は、ここでは直径３０ｍｍであり、所定の温度（ここでは２２０℃）に加熱された状態で定着ローラ３４表面に当接して、定着ローラ３４表面を加熱するものである。外部加熱ベルト３０１は、ここでは、直径１５ｍｍの２本の加熱ローラ３０２Ａ、３０２Ｂによって懸架されている。加熱ローラ３０２Ａ，３０２Ｂの内部には、加熱ローラ３０２Ａ，３０２Ｂを加熱する加熱源としてのヒータランプ３６Ａ，３６Ｂがそれぞれ配置されている。電力分配部３９３からヒータランプ３６Ａ，３６Ｂに通電されることにより、ヒータランプ３６Ａ，３６Ｂが発光し赤外線が放射される。これにより、加熱ローラ３０２Ａ，３０２Ｂの内周面が加熱され、加熱ローラ３０２Ａ，３０２Ｂを介して間接的に外部加熱ベルト３０１が加熱されるよう構成されている。
【０１００】
外部加熱ユニット３００は、定着ローラ３４の回転軸と垂直な断面における定着ニップ部３１０と対向する側に設けられ、待機時には定着ローラ３４から離間し、動作時には所定の押圧力（ここでは４０Ｎ）をもって定着ローラ３４に圧接されるようになっている。そして、定着ローラ３４との間に加熱ニップ部３２０（ここでは周方向に２０ｍｍ）が形成されている。外部加熱ベルト３０１は、定着ローラ３４の回転時には、定着ローラ３４に従動して回転するようになっており、この外部加熱ベルト３０１の回転に従動して、加熱ローラ３０２Ａ，３０２Ｂも回転するよう構成されている。
【０１０１】
外部加熱ベルト３０１の構成としては、ポリイミド等の耐熱樹脂或いはステンレスやニッケル等の金属材料からなる中空円筒状の基材の表面に、離型層として、耐熱性および離型性に優れた合成樹脂材料（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂）が形成された２層構成が挙げられる。なお、本実施の形態では、厚さ９０μｍのポリイミド製の基材表面にＰＦＡとＰＴＦＥのブレンドからなる厚さ１５μｍの離型層が設けられた構成である。また、外部加熱ベルトの寄り力を低減するために、ベルト基材の内面に、フッ素樹脂等のコーティングを施してもよい。
【０１０２】
加熱ローラ３０２Ａ，３０２Ｂは、アルミニウムや鉄系材料等からなる中空円筒状の金属製芯材からなる。また、外部加熱ベルト３０１の寄り力を低減するために、金属製芯材の表面に、フッ素樹脂等のコーティングを施してもよい。
【０１０３】
外部加熱ユニット３００、定着ローラ３４、および加圧ローラ３５の各々の周面には、温度検知手段として用いられるサーミスタ３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃが配設されており、各部の表面温度を検出するようになっている。そして、各サーミスタ３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃにより検出された温度データに基づいて、温度制御手段である温度制御部３９１が、各部の温度が所定の温度となるようヒータランプ３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄへの通電を制御する。
【０１０４】
そして、定着ニップ部３１０に所定の定着速度および複写速度（定着速度は所謂プロセス速度のことで、ここでは３５５ｍｍ／ｓｅｃ、また複写速度は１分あたりのコピー枚数のことで、ここでは７０枚／分とする）で未定着トナー像が形成された記録紙２が搬送され、熱と圧力により定着が行われる。
【０１０５】
なお、定着装置３１は、回転制御部３９２の制御により、定着ニップ部３１０を記録紙２が通過するように、定着ローラ３４を回転駆動する図示しない駆動モータ（駆動手段）が設けられている。また、加圧ローラ３５は、定着ローラ３４の回転に従動して回転する。定着ローラ３４および加圧ローラ３５は、図９に示すように逆方向に回転される。
【０１０６】
（実施の形態２−２）
次に、本発明の第４の実施の形態に係る定着装置４１の構成について、図１０を用いて詳細に説明する。図１０に示すように、第４の実施の形態の定着装置４１は、加圧ローラ３５側にも外部加熱ユニット４２並びに加圧ローラ３５をクリーニングするためのクリーニングローラ４３が当接していることを除き、実施の形態２−１の定着装置３１と同じ構成である。よって、図９と同じ構成部材には同じ部材番号を付し、その説明は省略する。本実施形態でも、定着ローラ３４と加圧ローラ３５とが定着部材である。また、本実施形態では、各加熱手段は、ヒータランプ３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄ，３６Ｅ，３６Ｆ（あるいは、外部加熱ユニット３００、ヒータランプ３６Ｃ，３６Ｄ、外部加熱ユニット４２）からなる。制御回路４９は、温度制御部４９１、回転制御部４９２、複数の定着部材を加熱する各加熱手段に対する電力配分を制御する電力分配部４９３を備えている。温度制御部４９１は、上記温度制御部３９１の処理に加え、サーミスタ３７Ｄにより検出された温度データに基づいてヒータランプ３６Ｅ，３６Ｆを制御する。
【０１０７】
外部加熱ユニット４２は、外部加熱ユニット３００と同様の構成であり、外部加熱ベルト４４、外部加熱ベルト４４を懸架し加熱するための加熱ローラ３０２Ｃ，３０２Ｄ、加熱ローラ３０２Ｃ，３０２Ｄを加熱するための熱源であるヒータランプ３６Ｅ，３６Ｆを備えている。これら構成部材も、外部加熱ユニット３００の構成部材と同様の材料、形状であるとする。そして、外部加熱ユニット４２は、加圧ローラ３５の回転軸と垂直な断面における定着ニップ部３１０と対向する側に設けられ、待機時には加圧ローラ３５から離間し、動作時には所定の押圧力（ここでは４０Ｎ）をもって加圧ローラ３５に圧接されるようになっている。そして、加圧ローラ３５との間に加熱ニップ部４５（ここでは周方向に２０ｍｍ）が形成されている。
【０１０８】
なお、定着装置４１は、回転制御部４９２の制御により、定着ニップ部３１０を記録紙２が通過するように、定着ローラ３４を回転駆動する図示しない駆動モータ（駆動手段）が設けられている。
【０１０９】
（実施例２−１）
上記実施の形態２−１で説明した構成の定着装置３１について、動作時における消費電力を実際に実施例２−１として測定した。実施例２−１では、定着装置３１における部材各部の温度が飽和するのに十分長い時間（本実施例では３０分）待機温度で待機させた後、坪量６０ｇのＡ４サイズ用紙を連続で１，０００枚通紙し、そのときの消費電力並びに各定着部材の表面温度を測定した。また、この測定と同条件で定着装置３１についての２次元の伝熱シミュレーションを行い、実際の測定での結果とシミュレーションの解析結果とがほぼ一致することを確認した上で、実際の測定では計測できない項目については、シミュレーションにより算出した。
【０１１０】
下記の表３には、実施例２−１における測定条件（定着装置３１における実施条件）が示されている。なお、測定およびシミュレーションの結果については、後述する。
【０１１１】
【表３】
2007256856.tif 000005
【０１１２】
なお、表３においては、ヒータランプをハロゲンヒータとして、また、外部加熱ベルトを外部ベルトとして記載している。
【０１１３】
（実施例２−２）
上記実施の形態２−２で説明した構成の定着装置４１について、動作時における消費電力を実際に実施例２−２として測定した。実施例２−２でも、定着装置４１における部材各部の温度が飽和するのに十分長い時間（本実施例では３０分）待機温度で待機させた後、坪量６０ｇのＡ４サイズ用紙を連続で１，０００枚通紙し、そのときの消費電力並びに各定着部材の表面温度を測定した。また、この測定と同条件で定着装置４１についての２次元の伝熱シミュレーションを行い、実際の測定での結果とシミュレーションの解析結果とがほぼ一致することを確認した上で、実際の測定では計測できない項目については、シミュレーションにより算出した。
【０１１４】
上記の表３には、実施例２−２における測定条件（定着装置４１における実施条件）が示されている。実施例２−２では、定着ローラ並びに加圧ローラのヒータランプは待機時のみ使用し（ＯＮ）、定着装置４１の動作時は使用しない（ＯＦＦ）。なお、測定およびシミュレーションの結果については、後述する。
【０１１５】
（比較例２）
上記実施例２−１および２−２に対する比較例として、従来のように、外部加熱手段を持たないカラー用定着装置についても、同様に比較例２として消費電力を測定した。比較例２においても、定着装置における部材各部の温度が飽和するのに十分長い時間（本実施例では３０分）待機温度で待機させた後、坪量６０ｇのＡ４サイズ用紙を連続で１，０００枚通紙した。また、比較例２での測定と同条件で比較例２の定着装置についての２次元の伝熱シミュレーションを行い、本比較例２での測定の結果とシミュレーションの解析結果とがほぼ一致することを確認した上で、実際の測定では計測できない項目については、シミュレーションにより算出した。
【０１１６】
上記の表３には、比較例２における実験条件が示されている。なお、測定およびシミュレーションの結果については、後述する。
【０１１７】
ここで、比較例２として用いた定着装置について図１１を用いて説明する。図１１に示すように、比較例２の定着装置５１は、外部加熱ユニット３００が無いことを除き、実施の形態２−１の定着装置３１と全く同じ構成である。よって、説明は省略し、定着装置３１と同じ構成部材には同じ部材番号を付すものとする。なお、比較例２の定着装置５１では、外部加熱ユニット３００が無いことから、制御回路５９は、もちろん、外部加熱ユニット３００に関する温度制御は行わない。
【０１１８】
（実施例および比較例についての考察  カラー用定着装置）
次に、実施例２−１、実施例２−２、比較例２についての測定（実験）結果、並びにシミュレーション結果について、図１２〜図１４を用いて説明する。
【０１１９】
図１２（ａ）は、実施例２−１および比較例２、図１２（ｂ）は、実施例２−２および比較例２における各定着装置の消費電力の推移を示したグラフ（測定結果）である。図１３（ａ）〜（ｃ）は、実施例２−１、２−２及び比較例２における各定着装置の各構成部材の温度の温度推移を示したグラフ（シミュレーション結果）である。
【０１２０】
図１２より、比較例２では通紙初期に最大１９２０Ｗの電力が必要とするのに対し、実施例２−１では８７９Ｗ、実施例２−２では８９２Ｗと、約１０００Ｗの電力を削減することができることがわかる。
【０１２１】
ここで、比較例２に比べて実施例２−１、２−１での最大消費電力を小さくできる理由について、図１３を用いて説明する。比較例２では、定着ローラや加圧ローラは待機時には内部熱源により予熱されているので、定着ローラや加圧ローラからの熱損失は放熱によるものだけであり、熱損失が少ない。そのため、定着ローラや加圧ローラの表面に熱伝導率の低い弾性層があっても、各ローラの厚み方向については、大きな温度差は生じない。なお、比較例２では、定着ローラ表層温度＝１７５℃に対し、定着ローラ芯金温度＝１８５℃、また加圧ローラ表層温度＝１４０℃に対し、加圧ローラ芯金温度＝１４８℃となっていた。
【０１２２】
しかしながら、そのような状態から定着動作状態に移行すると、定着ローラや加圧ローラに被覆されている弾性層の熱伝導性が非常に小さいのに加えて、定着ニップ部において記録紙やトナーに急激に熱を奪われる。そのため、定着ローラや加圧ローラの表面温度を一定に維持するためには、ローラの厚み方向に大きな温度勾配（ローラ内側温度＞ローラ外側温度）を生じさせる必要がある。比較例２では、定着ローラ表層温度＝１７５℃に対し、定着ローラ芯金温度＝２２５℃、また加圧ローラ表層温度＝１４０℃に対し、加圧ローラ芯金温度＝１５８℃となる。このように急速にローラ内部を加熱昇温させる必要があるため、その分消費電力が多く必要となる。
【０１２３】
一方、実施例２−１、２―２では、動作中は、外部加熱ユニットにより、定着ローラや加圧ローラの表面から熱が供給されるために、比較例２のように、ローラ内部に温度勾配は発生せず（実施例２−１、２−２共に１０ｄｅｇ以内の温度勾配）、その結果、最大消費電力を抑制することができる。
【０１２４】
図１４は、シミュレーションにより、動作中に単位時間当たりに定着部材（定着ローラ＋加圧ローラ）に蓄積される熱量（蓄熱量）を計算した結果である。定着部材に蓄熱される場合をプラス、逆に定着部材から放熱される場合をマイナスで示している。この結果から明らかなように、比較例２では、動作時初期に定着部材に急速に蓄熱される系となっているのに対し、実施例２−１、２−２では、動作時初期に若干放熱し、その後０付近でバランスを保ち安定する系となっている。
【０１２５】
表４は、実施例１−１、１−２、比較例１について算出した実施例１の場合と同様に、実施例２−１、２−２、比較例２についての、蓄熱増加量Ｑ１−Ｑ０、熱容量Ｈｃ、平均昇温温度（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃを計算した結果である。
【０１２６】
【表４】
2007256856.tif 000006
【０１２７】
表４より、比較例２では蓄熱量が増加しているのに対し、実施例２−１、２−２では蓄熱量はやや減少していることがわかる。また、カラーとモノクロとで異なるにもかかわらず、平均昇温温度の最適範囲としては、実施例１−１、１−２、比較例１について算出した実施例１の場合とほぼ同様の結果となることもわかる（表２参照）。
【０１２８】
（実施例２−３）
次に、実施例２−１で用いた構成の定着装置３１（実施の形態２−１の定着装置を実現したもの）において、ウオームアップ時の各ヒータへの電力配分や、回転タイミングを変えた場合の、通紙（動作）時における平均昇温温度および最大消費電力の関係、並びに平均昇温温度およびウオームアップ時間の関係について調べた。なお、比較例２の定着装置についても、同様の検討を行った。ウオームアップおよび通紙条件を表５に、結果を図１５に示す。実施例２−１で用いた構成の定着装置３１を用いて検討を行ったので、以下の説明および、表５、図１５では、実施例２−１として記す。
【０１２９】
まず表５を参照に、実施例２−１及び比較例２の各定着装置のウオームアップの条件についてそれぞれ詳細に説明する。
【０１３０】
【表５】
2007256856.tif 000007
【０１３１】
条件（１）実施例２−１（回転無）
この条件は、実施例２−１の定着装置において、定着ローラ及び加圧ローラを全く回転させないでウオームアップさせる場合である。すなわち、ウオームアップ完了時の制御温度（目標温度）を、外部加熱ユニット（外部加熱ベルト）２２０℃、定着ローラ１８０℃、加圧ローラ１４０℃とする。そして、各々がほぼ同時にウオームアップが完了するよう、ウオームアップ時のトータル電力９５０Ｗを外部加熱ユニット、定着ローラ、加圧ローラに配分している。ここでは、外部加熱ユニット：１９０Ｗ、定着ローラ：４１５Ｗ、加圧ローラ：３４５Ｗとする。なお、この場合、通紙が始まるとき回転が始まる。
【０１３２】
条件（２）実施例２−１（外部２０５℃回転）
この条件では、外部加熱ユニットが２０５℃に到達するまでは、条件（１）と同じ電力配分で、定着ローラと加圧ローラを回転させずにウオームアップさせる。そして、外部加熱ユニットが２０５℃に到達後、全ての電力（９５０Ｗ）を外部加熱ユニットに集中させると同時に、定着ローラと加圧ローラを回転させ、外部加熱ユニットの熱で、定着ローラと加圧ローラとを加熱する。
【０１３３】
条件（３）実施例２−１（外部２２０℃回転）
この条件では、最初から外部加熱ユニットに全ての電力（９５０Ｗ）を集中し、外部加熱ユニットのウオームアップが完了（すなわち２２０℃に到達）するまでは、定着ローラと加圧ローラは回転させない。そして、外部加熱ユニットが２２０℃に到達後も、外部加熱ユニットに９５０Ｗを集中しつつ、定着ローラと加圧ローラを回転することで、外部加熱ユニットの熱で、定着ローラと加圧ローラとを加熱する。
【０１３４】
条件（４）比較例２
比較例２では、外部加熱ユニットが無く、また定着ローラ、加圧ローラ共に内部熱源を有していることから、ウオームアップ時は、通常、条件（１）と同様、定着ローラ及び加圧ローラを全く回転させないでウオームアップさせる。すなわち、ウオームアップ完了時の制御温度（目標温度）を、定着ローラ１７５℃、加圧ローラ１４０℃とし、各々がほぼ同時にウオームアップが完了するよう、ウオームアップ時のトータル電力９５０Ｗを定着ローラ、加圧ローラに配分している。ここでは、定着ローラ：５５０Ｗ、加圧ローラ：４００Ｗとする。
【０１３５】
次に、ウオームアップ時の条件を上記表５のように変えて、通紙時における平均昇温温度と最大消費電力との関係、並びに平均昇温温度とウオームアップ時間との関係について測定した結果を図１５に示す。なお、ここでは、ウオームアップが完了した後、すぐに動作（通紙）モードに移行し、坪量６０ｇのＡ４サイズ用紙を連続で１，０００枚通紙した。
【０１３６】
図１５より、ウオームアップ時の電力配分や回転タイミングを変えることで、（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃ、すなわち平均昇温温度が変化し、平均昇温温度が小さい程、最大消費電力を抑制することができることができることがわかる。すなわち、条件（３）のように、定着ローラや加圧ローラを回転させながら外部加熱ユニットからの熱だけで昇温させた場合、定着ローラや加圧ローラは表面のみが加熱されて、内部は十分昇温されない状態のままウオームアップが完了してしまう。そのため、その後、通紙（動作）時に移行した場合、通紙初期における定着ローラや加圧ローラ内部への蓄熱により、最大消費電力としては、外部ベルトの作用により、比較例２の１９２０Ｗに比べると小さいものの、それでも約１５００Ｗが必要となる。一方、条件（１）や条件（２）のように、定着ローラや加圧ローラを外部からだけではなく、内部からも加熱しながらウオームアップさせた場合は、定着ローラや加圧ローラの表面温度と内部の温度がほぼ等しいか（条件（２）の場合）、或いは内部の方が高くなる（条件（１）の場合）。そのため、その後、動作（通紙）モードに移行しても、定着ローラや加圧ローラには蓄熱されず、最大消費電力としては、約９００Ｗに抑えることができる。
【０１３７】
一方、図１５より、平均昇温温度（Ｑ１−Ｑ０）／Ｈｃが小さくなる程、ウオームアップ時間が長くなることがわかる。すなわち、条件（１）のように、定着ローラや加圧ローラを回転させずに内部からの熱だけで昇温させた場合、定着ローラや加圧ローラは表面に比べて、内部の温度がかなり高い状態（表面に比べて、約２０℃高い状態）となる。よって、定着部材に余計な蓄熱がされるため、ウオームアップ時間としては、約２７０秒と長くなってしまう。一方、条件（２）や条件（３）のように、定着ローラや加圧ローラを内部からだけではなく、外部ベルトにより、外部からも加熱しながらウオームアップさせた場合は、定着ローラや加圧ローラの表面温度と内部の温度がほぼ等しいか（条件（２）の場合）、或いは内部の方が低くなる（条件（３）の場合）。そのため、定着部材に余計な蓄熱がなく、ウオームアップ時間としては、条件（２）の場合で２５０秒、条件（３）の場合では、比較例２とほぼ遜色のない２３０秒に短縮することができる。
【０１３８】
〔実施の形態３  モノクロ画像形成装置〕
本発明に係る画像形成装置の一実施形態について説明する。図１６は、実施の形態１（あるい２）で説明した定着装置１（あるいは１１）を備えた、本実施の形態の画像形成装置（複写機）１００の概略構成を示す図である。本実施の形態の画像形成装置１００は、感光体ドラムに形成した静電潜像に付着させたトナーを記録紙に転写することで印刷を行う、いわゆる電子写真方式の装置である。
【０１３９】
図１６に示すように、画像形成装置１００は、感光体ドラム１０１、感光体ドラム１０１の回りに配置された帯電装置１０２、レーザ書き込みユニット（図示せず）、現像装置１０３、転写装置１０４、クリーニング装置１０５、除電装置（図示せず）、定着装置１、画像読取ユニット（図示せず）、記録紙２を供給する給紙ユニット（図示せず）、記録紙２を搬送する搬送手段（図示せず）などを備えている。
【０１４０】
帯電装置１０２は、感光体ドラム１０１の表面を所定の電位に帯電するためのものである。本実施形態では、コロナ放電によって感光体ドラム１０１を帯電させるようになっている。
【０１４１】
レーザ書き込みユニットは、画像読取ユニットによって読み取られた画像データや外部装置から受信した画像データに基づいて、感光体ドラム１０１に対してレーザ光を照射（露光）し、均一に帯電された感光体ドラム１０１上に光像を走査して静電潜像を書き込むものである
現像装置１０３は、感光体ドラム１０１の表面に形成された静電潜像にトナー３を供給し、静電潜像を顕像化してトナー像を形成するものである。
【０１４２】
転写装置１０４は、感光体ドラム１０１と自身との間に記録紙２を挟み込むことで、感光体ドラム１０１上に顕像化されたトナー像を記録紙２に転写（静電転写）するものである。
【０１４３】
クリーニング装置１０５は、上記の転写後に感光体ドラム１０１上に残留したトナー３を除去・回収して感光体ドラム１０１上に新たな静電潜像およびトナー像を記録することを可能にするものである。なお、クリーニング装置１０５によってトナー３を除去された後、除電装置によって感光体ドラム１０１表面の電荷が除去される。
【０１４４】
定着装置１（１１）は、上記したように、記録紙２に転写されたトナー像を、熱と圧力とにより記録紙２に定着させるための装置である。
【０１４５】
上記構成において、画像形成装置１００は、次のように印刷動作を行う。まず、画像読取ユニットにより、原稿（図示せず）の画像データを読み取る。また、感光体ドラム１０１を、図１６に示した矢印の方向に所定の速度（ここでは４００ｍｍ/ｓｅｃとするが、この数値に限定されない）で回転させるとともに、帯電装置１０２によって表面を所定の電位に帯電させる。次に、画像読取ユニットによって読み取った原稿の画像データに応じてレーザ書き込みユニットが感光体ドラム１０１の表面に対して露光し、感光体ドラム１０１の表面に上記画像データに応じた静電潜像を書き込む。
【０１４６】
その後、感光体ドラム１０１に形成された静電潜像に対して、現像装置１０３によってトナー３を供給する。これにより、静電潜像にトナー３を付着させてトナー像を形成する。そして、感光体ドラム１０１と転写装置１０４を構成する転写ローラとの間で記録紙２を挟みこむことにより、記録紙２にトナー３を転写する。なお、この記録紙２は、図示しない給紙ユニットから供給される。
【０１４７】
その後、定着装置１（１１）によってトナー３を記録紙２に定着させ、記録紙２を排紙ユニット（図示せず）に排出する。なお、上記の転写後に感光体ドラム１０１上の残存したトナー３は、クリーニング装置１０５によって除去・回収される。
【０１４８】
以上の動作により、画像形成装置１００は、記録紙２に適切な印刷を行うことができる。
【０１４９】
〔実施の形態４  カラー画像形成装置〕
本発明に係る画像形成装置の他の実施形態について説明する。図１７は、実施の形態３（あるいは４）で説明した定着装置３１（あるいは４１）を備えた、本実施形態の画像形成装置２００の概略構成を示す断面図である。画像形成装置２００は、いわゆるタンデム式で、かつ、中間転写方式のプリンタであり、フルカラー画像を形成することができる装置である。
【０１５０】
図１７に示すように、画像形成装置２００は、４色（イエロー（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）・ブラック（Ｋ））分の可視像形成ユニット２２０ａ〜２２０ｄ、転写ユニット２３０、及び定着装置３１を備えている。
【０１５１】
転写ユニット２３０は、中間転写ベルト（像担持体）２３１と、中間転写ベルト２３１の周囲に配置された４つの一次転写装置２３２ａ〜２３２ｄ、二次転写前帯電装置２３３、二次転写装置２３４、及び転写用クリーニング装置２３５を備えている。
【０１５２】
中間転写ベルト２３１は、可視像形成ユニット２２０ａ〜２２０ｄによって可視化された各色のトナー像が重ね合わせて転写されるとともに、転写されたトナー像を記録紙に転写するためのものである。具体的には、中間転写ベルト２３１は無端状のベルトであり、一対の駆動ローラ及びアイドリングローラによって張架されているとともに、画像形成の際には所定の周速度（本実施形態では３５５ｍｍ／ｓｅｃとするが、これに限定されることはない）に制御されて搬送駆動される。
【０１５３】
一次転写装置２３２ａ〜２３２ｄは、可視像形成ユニット２２０ａ〜２２０ｄごとに設けられており、それぞれの一次転写装置２３２ａ〜２３２ｄは、対応する可視像形成ユニット２２０ａ〜２２０ｄと中間転写ベルト２３１を挟んで反対側に配置されている。二次転写前帯電装置２３３は、中間転写ベルト２３１に重ね合わせて転写されたトナー像を再帯電させるためのものであり、本実施形態では、コロナ放電によってトナー像を帯電させるようになっている。
【０１５４】
二次転写装置２３４は、中間転写ベルト２３１上に転写されたトナー像を、記録紙２に対して転写するためのものであり、中間転写ベルト２３１に接して設けられている。転写用クリーニング装置２３５は、トナー像の記録紙への転写が行われた後の中間転写ベルト２３１の表面に残留したトナーや紙粉をクリーニングするためのものである。
【０１５５】
なお、転写ユニット２３０の中間転写ベルト２３１の周囲には、中間転写ベルト２３１の搬送方向上流から一次転写装置２３２ａ〜２３２ｄ、二次転写前帯電装置２３３、二次転写装置２３４、転写用クリーニング装置２３５の順で配置されている。
【０１５６】
二次転写装置２３４の記録紙搬送方向下流側には、定着装置３１（４１）が設けられている。定着装置３１（４１）は、二次転写装置２３４によって記録紙２上に転写されたトナー像を、熱と圧力とにより、記録紙２に定着させるための装置である。
【０１５７】
また、中間転写ベルト２３１には、４つの可視像形成ユニット２２０ａ〜２２０ｄがベルトの搬送方向に沿って接して設けられている。４つの可視像形成ユニット２２０ａ〜２２０ｄは、用いるトナー３’の色が異なっている点以外は同一であり、それぞれ、イエロー（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）・ブラック（Ｋ）のトナー３’が用いられている。以下では、可視像形成ユニット２２０ａのみについて説明し、その他の可視像形成ユニット２２０ｂ〜２２０ｄについては説明を省略する。これに伴い、図１７では、可視像形成ユニット２２０ａにおける部材しか図示していないが、他の可視像形成ユニット２２０ｂ〜２２０ｄも可視像形成ユニット２２０ａと同様の部材を有している。
【０１５８】
可視像形成ユニット２２０ａは、感光体ドラム（像担持体）２２１と、この感光体ドラム２２１の周りに配置された潜像用帯電装置２２２、レーザ書き込みユニット（図示せず）、現像装置２２３、一次転写前帯電装置２２４、感光体用クリーニング装置２２５などを備えている。
【０１５９】
潜像用帯電装置２２２は、感光体ドラム２２１の表面を所定の電位に帯電させるためのものである。本実施形態では、コロナ放電によって感光体ドラム２２１を帯電させるようになっている。
【０１６０】
レーザ書き込みユニットは、外部装置から受信した画像データに基づいて、感光体ドラム２２１にレーザ光を照射（露光）し、均一に帯電された感光体ドラム２２１上に光像を走査して静電潜像を書き込むものである。
【０１６１】
現像装置２２３は、感光体ドラム２２１の表面に形成された静電潜像にトナー３’を供給し、静電潜像を顕像化してトナー像を形成するものである。一次転写前帯電装置２２４は、感光体ドラム２２１の表面に形成されたトナー像を転写前に再帯電させるためのものであり、本実施形態では、コロナ放電によってトナー像を帯電させるようになっている。
【０１６２】
感光体用クリーニング装置２２５は、中間転写ベルト２３１にトナー像を転写した後の感光体ドラム２２１上に残留したトナー３’を除去・回収して、感光体ドラム２２１上に新たな静電潜像およびトナー像を記録することを可能にするものである。
【０１６３】
なお、可視像形成ユニット２２０ａでは、感光体ドラム２２１の周囲に、感光体ドラム２２１の回転方向上流から、潜像用帯電装置２２２、レーザ書き込みユニット、現像装置２２３、一次転写前帯電装置２２４、一次転写装置２３２ａ、感光体用クリーニング装置２２５の順で各装置が配置されている。
【０１６４】
以下に、画像形成装置２００の画像形成動作について説明する。始めに、画像形成装置２００は、外部装置から画像データを取得する。また、画像形成装置２００の図示しない駆動ユニットが、感光体ドラム２２１を図１７に示した矢印の方向に所定の速度（ここでは３５５ｍｍ／ｓｅｃとするが、これに限定されることはない）で回転させるとともに、潜像用帯電装置２２２が感光体ドラム２２１の表面を所定の電位に帯電させる。次に、取得した画像データに応じてレーザ書き込みユニットが、感光体ドラム２２１の表面を露光し、感光体ドラム２２１の表面に上記画像データに応じた静電潜像の書き込みを行う。続いて、感光体ドラム２２１の表面に形成された静電潜像に対して、現像装置２２３がトナー３’を供給する。これにより、静電潜像にトナー３’を付着させてトナー像が形成される。そして、一次転写装置２３２ａが、感光体ドラム２２１の表面に形成されたトナー像とは逆極性のバイアス電圧が印加されることにより、トナー像を中間転写ベルト２３１へ転写する。
【０１６５】
可視像形成ユニット２２０ａ〜２２０ｄが上記動作を順に行うことにより、中間転写ベルト２３１には、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色のトナー像が順に重ね合わされていく。重ね合わされたトナー像は、中間転写ベルト２３１によって二次転写前帯電装置２３３まで搬送され、搬送されたトナー像に対して、二次転写前帯電装置２３３が再帯電を行う。そして、再帯電が行われたトナー像を担持する中間転写ベルト２３１を、二次転写装置２３４が図示しない給紙ユニットから給紙された記録紙２に対して圧接することにより、記録紙２にトナー像が転写される。
【０１６６】
その後、定着装置３１（４１）がトナー像を記録紙２に定着させ、画像の記録された記録紙２が排紙ユニット（図示せず）に排出される。なお、上記の転写後に感光体ドラム２２１上の残存したトナー３’は感光体用クリーニング装置２２５によって、また、中間転写ベルト２３１上の残存したトナー３’は転写用クリーニング装置２３５によって除去・回収される。
【０１６７】
以上の動作により、画像形成装置２００は、記録紙２に適切な印刷を行うことができる。
【０１６８】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１６９】
例えば、上記の本実施例では、定着部材として、定着ローラと加圧ローラとの２つの定着部材から構成される例を取り上げたが、加圧ローラが複数あるものや、定着部材がベルト形状のものであってもよい。同様に、外部加熱手段としてベルトを用いる例を取り上げたが、外部加熱手段がローラ形状であってもよい。
【０１７０】
最後に、上記各実施形態の定着装置１，１１，３１，４１の制御回路９，１９．３９，４９は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【０１７１】
すなわち、定着装置１，１１，３１，４１は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである定着装置１，１１，３１，４１の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記定着装置１，１１，３１，４１に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【０１７２】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【０１７３】
また、定着装置１，１１，３１，４１を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【産業上の利用可能性】
【０１７４】
本発明の定着装置、定着装置の制御方法等は、プリンタ、複写機、ファクシミリ、ＭＦＰ（Multi Function Printer）等の電子写真方式の画像形成装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【図１】本発明の一実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の一比較例に係る定着装置の概略構成を示す図である。
【図４】図１、２、３に表される各定着装置の消費電力の推移を示した図である。
【図５】（ａ）は図１、（ｂ）は図２、（ｃ）は図３、に表される各定着装置の各構成部材の温度推移を示した図である。
【図６】（ａ）は図１、（ｂ）は図２、（ｃ）は図３、に表される各定着装置の通紙開始直前および通紙終了直後における加圧ローラの周方向の各部の温度分布を示した図である。
【図７】図１、２、３に表される各定着装置の、動作中に単位時間当たりに定着部材に蓄積される熱量を示した図である。
【図８】図１に表される定着装置の、待機時の加圧ローラの制御温度を変更した場合の平均昇温温度および最大消費電力の関係、並びに上記平均昇温温度および加圧ローラの動作時初期と終了後との温度差の関係を示した図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明の他の比較例に係る定着装置の概略構成を示す図である。
【図１２】（ａ）は図９および１１、（ｂ）は図１０および１１、に表される各定着装置の消費電力の推移を示したグラフを表す図である。
【図１３】（ａ）は図９、（ｂ）は図１０、（ｃ）は図１１、に表される各定着装置の各構成部材の温度推移を示した図である。
【図１４】（ａ）は図９および１１、（ｂ）は図１０および１１、に表される各定着装置の、動作中に単位時間当たりに定着部材に蓄積される熱量を示した図である。
【図１５】図９に表される定着装置の、待機時の加圧ローラの制御温度を変更した場合の平均昇温温度および最大消費電力の関係、並びに上記平均昇温温度および加圧ローラの動作時初期と終了後との温度差の関係を示した図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図１７】本発明の他の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１７６】
１，１１，３１，４１    定着装置
４，３４    定着ローラ（定着部材）
５，３５    加圧ローラ（定着部材、記録材の非画像面側に接する定着部材）
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆ    ヒータランプ（加熱手段）
１２，３００，４２    外部加熱ユニット（加熱手段）
９，１９、３９、４９    制御回路（制御手段）
９１，１９１，３９１，４９１    温度制御部
９２，１９２，３９２，４９２    回転制御部
９３，１９３，３９３，４９３    電力分配部
１００、２００    画像形成装置
【図１】
2007256856.tif 000008
【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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