(57)【要約】【課題】  本発明は、簡単な構成により、定着ローラー表面に対する非接触型の温度検出手段を有さず、画像形成装置の処理枚数を減少させること無く、電源電圧が変動してもトナー像の定着不良、高温オフセット、低温オフセット等を起こさない定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る定着装置は、入力される電源電圧値に基づいて定着ローラーのメインヒーターとサブヒーターの点灯デューティー比を変更することができることから、画像形成装置の処理枚数を減少させること無く、電源電圧が変動してもトナー像の定着不良、高温オフセット、低温オフセット等を起こさない定着装置とすることができる。【選択図】  図３
2012118280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着装置本体に回転自在に装着され、通紙領域の中央部を加熱するメインヒーターと、メインヒーターが加熱する通紙領域を除く通紙領域及び非通紙領域を加熱するサブヒーターとを内蔵する定着ローラーと、
前記定着装置本体に回転自在に装着され、トナー像が転写された転写紙を前記定着ローラーに加圧する加圧ローラーと、
前記メインヒーターと前記サブヒーターを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記定着装置本体に入力される電源電圧値に基づいて前記メインヒーターと前記サブヒーターの点灯デューティー比を変更することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着ローラーの前記非通紙領域の温度を検知する温度検知手段をさらに備え、
前記電源電圧を非通紙領域の温度上昇率に基づいて検知することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記温度上昇率を、所定の温度区間で非通紙領域の温度が変化する時間に基づいて検知することを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧の変動があった場合でも定着ローラー表面の温度を一定にすることができる定着装置及びこれらを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真方式による画像形成装置は、画像形成部において用紙上にトナー像を転写し、転写されたトナー像を定着装置において加熱及び加圧することにより用紙に定着させ、次いでトナー像を定着させた用紙を、用紙排出部から装置本体外に排出する。
【０００３】
このような画像形成装置の定着装置では、一般的に内部にヒーターを備える定着ローラーと定着ローラーに圧接する加圧ローラーとを備える熱ローラー方式の定着装置が用いられることが多い。熱ローラー方式の定着装置では、定着ローラーに中央部を加熱するメインヒーターと、軸方向両端部を加熱するサブヒーターとを内蔵し、定着ローラーの表面温度を部分的に上昇させることにより省エネルギー化が図られている。しかしながら、このような定着装置の場合、画像形成装置作動時に用紙が通る通紙領域では、用紙が通らない非通紙領域に比べて、温度が上がりにくいという特徴がある。
【０００４】
オフィス等で機器をフル稼働させた時や、不安定な電源電圧の海外で、上記定着装置を用いた画像形成装置を使用した場合、定着装置に入力される電源電圧が変動する。従って、定着ローラーを加熱するヒーターに影響及び、定着ローラーのローラー軸方向の温度が変動する。これにより、トナー像の定着不良、高温オフセット、低温オフセット等が発生するという問題を有していた。
【０００５】
これに対して、特許文献１では、定着ローラーの通紙領域の温度を検知する非接触型温度検知手段と、非通紙領域の温度を検知する接触型温度検出手段を設けて、定着ローラーの表面温度に基づいて温度制御を行っている。しかしながら、定着ローラーの通紙領域の温度を検知するには、非接触型の温度検出手段を利用する必要があるが、温度検出手段が非接触型のため、定着ローラーの実際の表面温度とずれが生じるという問題を有している。さらに、非接触型の温度検知手段は、高価な部品であるためコストアップにもつながるという問題を有している。
【０００６】
また、特許文献２では、定着装置に入力される電源電圧値に応じて、定着装置のパラメータである、設定温度、単位時間当たりの定着枚数、連続処理枚数、定着制限の制御を行っているが、設定温度では、特許文献１と同様な問題点を有し、単位時間当たりの定着枚数、連続処理枚数、及び定着制限では、画像形成装置の処理枚数を減少させるという問題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１０２５５号公報
【特許文献２】特開２００２−３７２８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明は、上記問題を解決するために、簡単な構成により、定着ローラー表面に対する非接触型の温度検出手段を有さず、画像形成装置の処理枚数を減少させること無く、電源電圧が変動してもトナー像の定着不良、高温オフセット、低温オフセット等を起こさない定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明は以下の構成からなる。
請求項１に係る発明は、定着装置本体に回転自在に装着され、通紙領域の中央部を加熱するメインヒーターと、メインヒーターが加熱する通紙領域を除く通紙領域及び非通紙領域を加熱するサブヒーターとを内蔵する定着ローラーと、前記定着装置本体に回転自在に装着され、トナー像が転写された転写紙を前記定着ローラーに加圧する加圧ローラーと、前記メインヒーターと前記サブヒーターを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記定着装置本体に入力される電源電圧値に基づいて前記メインヒーターと前記サブヒーターの点灯デューティー比を変更することを特徴とする定着装置に関する。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記定着ローラーの前記非通紙領域の温度を検知する温度検知手段をさらに備え、前記電源電圧を非通紙領域の温度上昇率に基づいて検知することを特徴とする請求項１記載の定着装置に関する。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記温度上昇率を、所定の温度区間で非通紙領域の温度が変化する時間に基づいて検知することを特徴とする請求項２に記載の定着装置に関する。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３いずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置に関する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、定着装置本体に回転自在に装着され、通紙領域の中央部を加熱するメインヒーターと、メインヒーターが加熱する通紙領域を除く通紙領域及び非通紙領域を加熱するサブヒーターとを内蔵する定着ローラーと、前記定着装置本体に回転自在に装着され、トナー像が転写された転写紙を前記定着ローラーに加圧する加圧ローラーと、前記メインヒーターと前記サブヒーターを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記定着装置本体に入力される電源電圧値に基づいて前記メインヒーターと前記サブヒーターの点灯デューティー比を変更することができることから、画像形成装置の処理枚数を減少させること無く、電源電圧が変動してもトナー像の定着不良、高温オフセット、低温オフセット等を起こさない定着装置とすることができる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、定着ローラーの前記非通紙領域の温度を検知する温度検知手段をさらに備え、前記電源電圧を非通紙領域の温度上昇率に基づいて検知することができる。従って、非接触型の温度検出手段を有することなく、既存の検出手段を用いることで、電源電圧を検出することができることから更に部品点数を減らすことができ、引いては製造コストを下げることができる。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、前記温度上昇率を、所定の温度区間で非通紙領域の温度が変化する時間に基づいて検知することから、正確に電源電圧の変動を検知することができる。従って、定着ローラーのメインヒーターとサブヒーターの点灯デューティー比を正確に制御することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明によれば、請求項１乃至３いずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置とすることができる。従って、簡単な構成により、定着ローラーに対する非接触型の温度検出手段を有さず、画像形成装置の処理枚数を減少させること無く、電源電圧が変動してもトナー像の定着不良、高温オフセット、低温オフセット等を起こさない画像形成装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る画像形成装置の側面断面図である。
【図２】本発明に係る定着装置の概略断面図である。
【図３】本発明に係る定着装置の定着ローラーの内部断面図である。
【図４】本発明に係る定着ローラーの表面温度上昇を示すグラフである。
【図５】本発明の制御を利用した定着ローラーと従来の定着ローラーの温度分布を比較したグラフである。
【図６】本発明の制御を利用した定着ローラーと従来の定着ローラーの温度分布を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態に係る画像形成装置について、図面に基づき詳述する。
図１は本発明に係る画像形成装置を説明する側面断面図であり、図２は本発明に係る定着装置を説明する概略断面図であり、図３は本発明に係る定着装置の定着ローラーの詳細を示す内部断面図であり、図４は本発明に係る定着ローラーの表面端部における入力電圧と温度上昇の関係を示すグラフであり、図５は本発明に係る制御を利用した場合の減電圧時の定着ローラーと従来の定着ローラーの定着ローラー表面全体の温度分布を比較したグラフである。図６は本発明に係る制御を利用した場合の過電圧時の定着ローラーと従来の定着ローラーの定着ローラー表面全体の温度分布を比較したグラフである。
【００１９】
図１に示されるように、画像形成装置（１）の正面には、装置本体（２）の下部に設けられた回動支点（３）を中心として、回動可能に取付けられた手差しトレイ（４）が設けられており、手差しトレイ（４）には給紙カセット（５）に入っていないサイズの用紙や厚紙、ＯＨＰシート等のように１枚ずつ送り込みたいものが載置される。
ここで図１の説明の便宜上、図１の矢印で示すＦ及びＲを正面及び背面とし、Ｈ及びＬを上方及び下方とする。
【００２０】
装置本体（２）の内部下方には、給紙カセット（５）が配置されている。給紙カセット（５）の背面には、第１用紙搬送部（６）が備えられている。第１用紙搬送部（６）は、給紙カセット（５）から送り出された用紙を受け取り、装置本体（２）の背面に沿って垂直上方に搬送する。
【００２１】
手差しトレイ（４）の背面方向には、第２用紙搬送部（７）が備えられている。第２用紙搬送部（７）は、給紙カセット（５）のすぐ上方にあって、手差しトレイ（４）から第１用紙搬送部（６）まで略水平に延び、第１用紙搬送部（６）に合流している。
第２用紙搬送部（７）は、手差しトレイ（４）から送り出された用紙等を受け取り、略水平に第１用紙搬送部（６）まで搬送し、次いで第１用紙搬送部（６）が二次転写ローラー（８）に用紙を搬送する。
【００２２】
画像形成装置（１）は、外部コンピュータ（図示せず）から原稿画像データを受信する。この画像データの情報は、第２用紙搬送部（７）の上方に配置された露光手段であるレーザ照射部（９）に送られる。レーザ照射部（９）により、画像データに基づいて制御されたレーザ光が、画像形成部（１０）に向かって照射される。
【００２３】
図１に示すように、レーザ照射部（９）の上方には計４台の画像形成部（１０）が、更にこれら各画像形成部（１０）の上方には中間転写体を無端ベルトの形で用いた中間転写ベルト（１１）が備えられている。中間転写ベルト（１１）は、複数のローラーに巻き掛けられて支持され、駆動装置（図示せず）により図１において反時計回りに回転する。
【００２４】
４台の画像形成部（１０）は、中間転写ベルト（１１）の回転方向に沿って、回転方向上流側から下流側に向けて一列に配置された所謂タンデム方式である。４台の画像形成部（１０）とは、上流側から順に、マゼンダ用の画像形成部（１０Ｍ）、シアン用の画像形成部（１０Ｃ）、イエロー用の画像形成部（１０Ｙ）、及びブラック用の画像形成部（１０Ｂ）である。これらの画像形成部（１０）には、各色の現像ユニット（１２）が配されており、トナーが補給される。なお、以下の説明において、特に限定する必要がある場合を除き、「Ｍ」「Ｃ」「Ｙ」「Ｂ」の識別記号は、省略するものとする。
【００２５】
各画像形成部（１０）は、露光手段であるレーザ照射部（９）によって照射されたレーザ光により原稿画像の静電潜像が形成され、この静電潜像からトナー像が現像される。トナー像は、各画像形成部（１０）の上方に備えられた中間転写ベルト（１１）表面に一次転写される。そして、中間転写ベルト（１１）の回転とともに、所定のタイミングで各画像形成部（１０）のトナー像が中間転写ベルト（１１）に転写されることにより、中間転写ベルト（１１）表面にはマゼンダ、シアン、イエロー、ブラックの４色のトナー像が重ね合わされて、カラートナー像が形成される。
【００２６】
中間転写ベルト（１１）が用紙搬送路に懸かる箇所には、二次転写ローラー（８）が配置されている。中間転写ベルト（１１）表面に一旦担持されたカラートナー像は、第１用紙搬送部（６）によって同期をとって送られてきた用紙に、中間転写ベルト（１１）と二次転写ローラー（８）とが圧接して形成される二次転写ニップ部にて転写される。
【００２７】
二次転写ローラー（８）の上方には、定着装置（１２）が備えられている。二次転写ローラー（８）にて未定着トナー像を担持した用紙は、定着装置（１２）へと送られ、定着ローラー（１３）と加圧ローラー（１４）とにより中間転写ベルト（１１）上のトナー像が加熱、加圧されて用紙上に定着される。
【００２８】
図２に示される定着装置（１２）は、定着装置本体（１５）と、定着装置本体（１５）に回転自在に装着された定着ローラー（１３）と、搬送される用紙を定着ローラー（１３）に加圧する加圧ローラー（１４）とを備えている。
【００２９】
図２及び図３に示されるように、定着ローラー（１３）は、円筒状の定着ローラー本体（１３ａ）と、定着ローラー本体（１３ａ）表面の通紙領域（Ａ）中央部（Ｃ）を主に加熱するためのメインヒーター（１３ｂ）と、定着ローラー本体（１３ａ）表面のメインヒーター（１３ｂ）が加熱する通紙領域（Ａ）を除く通紙領域端部（Ｄ）及び非通紙領域（Ｂ）を主に加熱するサブヒーター（１３ｃ）とを有しており、メインヒーター（１３ｂ）及びサブヒーター（１３ｃ）は、円筒状の定着ローラー本体（１３ａ）に内蔵されている。メインヒーター（１３ｂ）は定着ローラー（１３）の中央部（Ｃ）を、サブヒーター（１３ｃ）は定着ローラー（１３）の端部（Ｄ）を夫々個別に加熱するので、定着ローラー（１３）の表面温度を効率的に、維持することができる。定着ローラー（１３）には、その表面温度を検知するための温度検出手段（１６）が備えられ、定着ローラー（１３）の表面温度を正確に検知している。
【００３０】
加圧ローラー（１４）は、メインヒーター（１３ｂ）と、サブヒーター（１３ｃ）を内蔵した定着ローラー（１３）に圧接した状態で、定着装置本体（１５）に回転自在に装着されている。この加圧ローラー（１４）と定着ローラー（１３）との間を、トナー像が転写された用紙が通過するときに、用紙に転写されたトナーが定着ローラー（１３）により加熱されながら、加圧ローラー（１４）により圧着される。
【００３１】
図３に示されるように、定着ローラー（１３）には、メインヒーター（１３ｂ）と、サブヒーター（１３ｃ）が内蔵されている。メインヒーター（１３ｂ）は、主に定着ローラー本体（１３ａ）のローラー軸方向の中央部（Ｃ）に発光部（１７ａ）を備える。従って、メインヒーター（１３ｂ）を加熱すると図３に示される定着ローラー本体（１３ａ）の表面中央部分の温度が上昇する。
【００３２】
サブヒーター（１３ｃ）は、主に定着ローラー本体の（１３ａ）のローラー軸方向両端部（Ｄ）それぞれに発光部（１７ｂ）を備える。このサブヒーター（１３ｃ）によって、定着ローラー本体（１３ａ）の両端部（Ｄ）が加熱された時、定着ローラー本体（１３ａ）表面の通紙領域の両端部及び非通紙領域の一部の温度が上昇する。印字動作時には、メインヒーター（１３ｂ）とサブヒーター（１３ｃ）が同時に駆動し、定着ローラー（１３）の表面温度を規定温度まで上昇させる。規定温度に達した後は、ほとんどの場合、メインヒーター（１３ｂ）のみの駆動により、定着ローラー（１３）の表面温度を維持させる。
【００３３】
定着ローラー（１３）の表面温度を検知する温度検知手段（１６）は、定着ローラー（１３）の表面に隣接して配置されている。図３に示されるように、温度検知手段（１６）は、定着ローラー（１３）の非通紙領域（Ｂ）の端部表面に接触した状態で定着装置本体（１５）に装着されている。温度検知手段（１６）としては、接触型センサー例えば接触型サーミスター温度計が用いられている。この温度検知手段（１６）により定着ローラー本体（１５）のローラー軸方向の端部の表面温度が直接的に測定される。これにより、定着ローラー（１３）端部表面の正確な温度が検知することができ、正確な温度情報を制御装置（図示せず）に送ることができる。
【００３４】
一般的に、制御装置は、温度検知手段（１６）により検知された温度に基づいて、メインヒーター（１３ｂ）及びサブヒーター（１３ｃ）の通電状態を制御する。具体的には、制御装置は、温度検知手段（１６）により検知された検知温度データに基づいて、メインヒーター（１３ｂ）及びサブヒーター（１３ｃ）のオンオフ状態を制御する。実際、印字動作時にはこの制御系において、電源電圧が一定である場合、定着温度の状態に達すると、ほぼメインヒーター（１３ｂ）を駆動させるのみで定着ローラー（１３）の表面温度を維持することができる。
【００３５】
しかしながら、画像形成装置に入力される電源電圧が変動すると、定着装置本体（１５）に入力される電源電圧が変動することになる。従って、メインヒーター（１３ｂ）及びサブヒーター（１３ｃ）の加熱に影響を与える。定着ローラー（１３）は、画像形成装置駆動時に、用紙が通る定着ローラー（１３）の通紙部分では、定着ローラー（１３）表面温度は上昇しにくいが、非通紙部分では用紙が通過しないため、定着ローラー（１３）の表面温度は、すぐに上昇する。定着ローラー（１３）の表面温度を、非通紙領域の端部表面に設置した温度検知手段（１６）のみで制御する場合、定着ローラー（１３）の端部には、接触型の温度検知手段（１６）を設置しているため、その表面温度を維持するのは容易であるが、温度検知手段（１６）を有さない定着ローラー（１３）の表面中央部分の温度を、規定の定着温度に維持するのは困難である。これを解決するために、定着装置本体（１５）に入力される電源電圧に基づいて、メインヒーター（１３ｂ）と、サブヒーター（１３ｃ）の各々の点灯デューティーを変化させ、定着ローラー（１３）の表面温度を均一な状態とする。
【００３６】
ここで、定着装置本体（１５）に入力される電圧は、定着ローラー（１３）の表面温度の上昇率から入力電圧を算出してもよい。図４は、入力電圧と定着ローラー（１３）の表面温度が定着温度まで昇温する際の時間を示したグラフであり、昇温時間と入力電圧とが反比例の関係となることを示している。従って、定着ローラー（１３）の非通紙部分を接触型の温度検知手段（１６）で検出することにより、定着装置本体（１５）に入力されている電圧を容易に算出することができる。入力電圧を算出するための温度上昇率は、所定の温度区間で非通紙領域の温度が変化する時間を検知するようにしてもよい。これにより、定着ローラーのメインヒーターとサブヒーターの点灯デューティー比を正確に制御することができる。
【００３７】
制御装置からメインヒーター（１３ｂ）及びサブヒーター（１３ｃ）へとスイッチオン信号が出力される場合、温度検知手段（１６）により検知された温度に基づいて、定着装置（１５）に入力された電圧が算出され、メインヒーター（１３ｂ）の点灯デューティーに対応するサブヒーター（１３ｃ）の点灯デューティー比が、制御装置により設定される。サブヒーター（１３ｃ）の点灯デューティーは、温度検知手段（１６）により検知された温度に基づいて、メインヒーター（１３ｂ）の点灯デューティーに応じて制御装置により設定される。まず、制御装置は、温度検知手段（１６）により検知された温度から、定着装置（１５）に入力された電源電圧を算出し、その電圧が所定の範囲内の電圧であるか否かを判断する。そして、温度検知手段（１６）により検知された温度から算出された入力電圧が通常電圧の範囲内である場合、表１に示す、メインヒーター（１３ｂ）の点灯デューティーに対応するサブヒーター（１３ｃ）の点灯デューティー比（通常電圧）との関係を示す対応テーブルに基づいて、サブヒーター（１３ｃ）の点灯デューティーがメインヒーター（１３ｂ）の点灯デューティーにより設定される。また、温度検知手段（１６）により検知された温度から算出された入力電圧が通常電圧よりも減電圧となる場合、表１に示す、メインヒーター（１３ｂ）の点灯デューティーとサブヒーター（１３ｃ）の点灯デューティー比（減電圧）との関係を示す対応テーブルに基づいて、サブヒーター（１３ｃ）の点灯デューティーがメインヒーター（１３ｂ）の点灯デューティーにより設定される。さらに、温度検知手段（１６）により検知された温度から算出された入力電圧が通常電圧よりも過電圧となる場合、表１に示す、メインヒーター（１３ｂ）の点灯デューティーとサブヒーター（１３ｃ）の点灯デューティー比（過電圧）との関係を示す対応テーブルに基づいて、サブヒーター（１３ｃ）の点灯デューティーがメインヒーター（１３ｂ）の点灯デューティーにより設定される。
【００３８】
【表１】
2012118280.tif 000003
【００３９】
図５及び図６は、定着装置本体（１５）への入力電源電圧の変動時の、メインヒーター（１３ｂ）及びサブヒーター（１３ｃ）のデューティー比による制御を行った場合と、行わなかった場合の定着ローラー（１３）表面の定着温度の温度分布を比較したグラフである。縦軸は、定着ローラー（１３）表面の温度を示し、横軸は、定着ローラー（１３）のローラー軸方向の位置を示しており、定着ローラー（１３）の中央部は０で示されている。また、グラフに示されている定着ローラー（１３）の表面温度は、入力電圧の変動後、１００秒後の値を示している。
【００４０】
図５のグラフで示されるように、メインヒーター（１３ｂ）とサブヒーター（１３ｃ）のデューティー比の制御をおこなわない場合、減電圧時には、定着ローラー（１３）の端部は、規定の定着温度に維持されるが、中央部の温度は低下した。さらに、図６のグラフで示されるように、メインヒーター（１３ｂ）とサブヒーター（１３ｃ）のデューティー比の制御をおこなわない場合、過電圧時には、定着ローラー（１３）の中央部の温度が上昇した。これに対して、メインヒーター（１３ｂ）とサブヒーター（１３ｃ）のデューティー比の制御をおこなった場合、図５及び図６のグラフに示されるように、過電圧時及び減電圧時の何れでも、定着ローラー（１３）のローラー軸方向の温度分布は、略一定となった。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・・画像形成装置
１２・・・定着装置
１３・・・定着ローラー
１３ｂ・・メインヒーター
１３ｃ・・サブヒーター
１５・・・定着装置本体
１６・・・温度検知手段
【図１】
2012118280.tif 000004
【図２】
2012118280.tif 000005
【図３】
2012118280.tif 000006
【図４】
2012118280.tif 000007
【図５】
2012118280.tif 000008
【図６】
2012118280.tif 000009