JP4530770B2 - 定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。

従来、加熱部に主発熱体と補助発熱体を設け、主発熱体には主電源装置から電力を供給し、補助発熱体にはコンデンサを有する補助電源装置から電力を供給するようにし、加熱部の加熱を開始するときに、加熱部の温度に応じて、コンデンサから補助加熱体に供給する電力量を調整する定着装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

この技術は、省電力効果を高めるとともに大電力を供給する際の突入電流や急激な電流変化によるノイズを低減し、かつ立ち上がり時間を短縮し、温度が上がりすぎることを防止するために、主電源装置と補助電源装置の両方から大容量の電力を供給して加熱部を短時間で所定の温度に立ち上げ、待機時には加熱部に電力を供給しないようにする、というものである。そして、充電器と切替装置と温度検知装置及び制御部を有し、充電器は主電源装置から供給される電力で補助電源装置のコンデンサを充電し、切替装置は補助電源装置の充電と補助電源装置からの補助発熱体に対する電力供給を切替え、温度検知装置は加熱部の温度を検出し、制御部は温度検知装置で検出している加熱部の温度に応じて補助電源装置から補助発熱体に供給する電力量を調整するようにしている。

また、画像形成装置内やその周囲の環境温度に基づいて、定着ローラの表面温度を制御する定着装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
特開２００２−１８４５５４号公報 特開平５−１２７５６５号公報

本発明は、上述のような技術を発展させ、コンデンサ等の蓄電装置から加熱体への供給電力を緻密に制御し、蓄電装置からの供給電力をいっそう節約可能にし、低温環境下での画像形成時の定着品質を向上させることを目的とする。

本発明の請求項１に係る定着装置は、加熱部と、該加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材の加熱によって記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置において、
外部電源により充電されるとともに前記加熱部に電力を供給する蓄電装置と、
周囲の環境温度を検出する環境温度検出手段と、を備え、
前記環境温度検出手段により検出された環境温度が所定値未満の場合には、前記定着部材の温度立上時において前記蓄電装置から前記加熱部に電力供給せずに、前記外部電源から前記加熱部へ電力供給し、
通紙時において前記外部電源及び前記蓄電装置から前記加熱部に電力供給する、
ことを特徴とする。

同請求項２に係るものは、請求項１記載の定着装置において、
前記定着部材の温度を検出する定着温度検出部を備え、
環境温度が前記所定値未満の場合であっても、前記定着温度検出部により検出された温度が第２の所定値以上の場合には、前記定着部材の温度立上時と通紙時において前記外部電源及び前記蓄電装置から前記加熱部へ電力供給する、
ことを特徴とする。

同請求項３に係るものは、加熱部と、該加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材の加熱によって記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置において、
外部電源により充電されるとともに前記加熱部に電力を供給する蓄電装置と、
周囲の環境温度を検出する環境温度検出手段と、を備え、
前記環境温度検出手段が検出した環境温度が所定値以上の場合には、前記定着部材の温度立上時及び通紙時において前記蓄電装置から前記加熱部に電力供給し、
環境温度が前記所定値未満の場合には、前記定着部材の温度立上時において前記蓄電装置から前記加熱部へ供給する電力を、環境温度が前記所定値以上の場合に供給する電力に比べて低減して電力供給するとともに、通紙時において前記蓄電装置から前記加熱部へ供給する電力を、環境温度が前記所定値以上の場合に供給する電力に比べて低減せずに電力供給する、
ことを特徴とする。

同請求項４に係るものは、請求項３に記載の定着装置において、
前記定着部材の温度を検出する定着温度検出部を備え、
環境温度が前記所定値未満の場合であっても、前記定着温度検出部により検出された温度が第２の所定値以上の場合には、前記定着部材の温度立上時において前記蓄電装置から前記加熱部へ供給する電力を、環境温度が前記所定値以上の場合に前記蓄電装置から前記加熱部へ供給する電力に比べて低減させることなく電力供給する、
ことを特徴とする。

同請求項５に係るものは、請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置において、
前記蓄電装置が電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンの二次電池又はニッケル水素の二次電池を有する、
ことを特徴とする。

同請求項６に係る画像形成装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする。

本発明の請求項７に係るものは、請求項６に記載の画像形成装置において、
前記蓄電装置から前記加熱部へ電力を供給するモードと、前記蓄電装置から前記加熱部へ電力供給しないモードとを選択可能である、
ことを特徴とする。

本発明の請求項８に係る定着装置は、加熱部と、該加熱部により加熱される定着部材と、前記加熱部に電力を供給する主電源装置と、該主電源装置により充電される蓄電手段を有する補助電源装置と、を備え、前記定着部材の加熱によって記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置において、
周囲の環境温度を検出する環境温度検出手段を備え、
前記加熱部が、前記主電源装置により電力が供給される主発熱部材と、前記補助電源装置から電力が供給される補助発熱部材と、を有し、
環境温度が所定値未満の場合には、前記定着部材の温度立上時に前記補助電源装置から前記補助発熱部材に電力供給せずに、
前記主電源装置から前記主発熱部材に電力供給し、
通紙時において前記主電源装置及び前記補助電源装置から前記主発熱部材及び前記補助発熱部材に電力供給する、
ことを特徴とする。

同請求項９に係るものは、請求項８記載の定着装置において、
前記定着部材の温度を検出する定着温度検出部を備え、
環境温度が前記所定値未満の場合であっても、前記定着温度検出部により検出された温度が第２の所定値以上の場合には、前記定着部材の温度立上時と通紙時において前記主電源装置及び前記補助電源装置から前記主発熱部材及び前記補助発熱部材へ電力供給することを特徴とする。

同請求項１０に係るものは、加熱部と、該加熱部により加熱される定着部材と、前記加熱部に電力を供給する主電源装置と、該主電源装置により充電される蓄電手段を有する補助電源装置と、を備え、前記定着部材の加熱によって記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置において、
周囲の環境温度を検出する環境温度検出手段を備え、
前記加熱部が、前記主電源装置により電力が供給される主発熱部材と、前記補助電源装置から電力が供給される補助発熱部材と、を有し、
前記環境温度検出手段が検出した環境温度が所定値以上の場合には、前記定着部材の温度立上時及び通紙時において前記補助電源装置から前記補助発熱部材に電力供給し、
環境温度が所定値未満の場合には、前記定着部材の温度立上時において前記補助電源装置から前記補助発熱部材へ供給する電力を、環境温度が前記所定値以上の場合に供給する電力に比べて低減して電力供給するとともに、
通紙時において前記補助電源装置から前記補助発熱部材へ供給する電力を、環境温度が前記所定値以上の場合に供給する電力に比べて低減せずに電力供給する、
ことを特徴とする。

同請求項１１に係るものは、請求項１０に記載の定着装置において、
前記定着部材の温度を検出する定着温度検出部を備え、
環境温度が前記所定値未満の場合であっても、前記定着温度検出部により検出された温度が第２の所定値以上の場合には、前記定着部材の温度立上時において前記補助電源から前記補助発熱部材へ供給する電力を、環境温度が前記所定値以上の場合に前記補助電源装置から前記補助発熱部材へ供給する電力に比べて低減させることなく電力供給することを特徴とする。

同請求項１２に係るものは、請求項８乃至１１のいずれかに記載の定着装置において、
前記蓄電段が電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンの二次電池又はニッケル水素の二次電池である、
ことを特徴とする。

同請求項１３に係る画像形成装置は、請求項８乃至１２のいずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする。

本発明の請求項１４に係る画像形成装置は、請求項１３に記載の画像形成装置において、
前記蓄電装置から前記加熱部へ電力を供給するモードと、前記蓄電装置から前記加熱部へ電力供給しないモードとを選択可能である、
ことを特徴とする。

同請求項１５に係るものは、加熱部と、該加熱部により加熱される定着部材と、前記加熱部に電力を供給する主電源装置と、該主電源装置から充電される蓄電手段を有するとともに蓄電した電力を前記主電源装置の供給電力に加えて供給可能な補助電源装置と、を備える定着装置を具備する画像形成装置において、
周囲の環境温度を検出する環境温度検出手段を備え、
前記環境温度検出手段により検出された環境温度が所定値未満の場合には、前記定着部材の温度立上時において前記補助電源装置に蓄電された電力を前記主電源装置供給電力に加えて供給することなく、通紙時において前記主電源装置の電力に加えて供給するようにした、
ことを特徴とする。

本発明は、蓄電装置から加熱部への供給電力を緻密に制御することができ、蓄電装置から加熱体への供給電力を節約可能とする。また低温環境下での画像形成時の定着品質を向上させ得る。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

図１ないし図９に本発明の第１実施例を示す。図１は本発明に係る定着装置を用いる画像形成装置の全体構成の模式的断面図、図２は本発明の実施対象となり得る定着装置の横断面構成図、図３は図２の定着装置の回路構成を模式的に示すブロック図である。図中４１は回転体からなる像担持体の一例であってドラム形状の感光体を示している。この感光体４１の周りには、図中に矢印で示す向きの回転方向順に、帯電ローラからなる帯電装置４２、露光手段の一部を構成するミラー４３、現像ローラ４４ａを備えた現像装置４４、記録材Ｐとしての転写紙に現像画像を転写する転写装置４８、感光体４１の周面に摺接するブレード４６ａを備えたクリーニング装置４６等が配置してある。感光体４１上には、帯電装置４２と現像ローラ４４ａとの間でミラー４３を介して露光光Ｌｂが走査されるようになっている。この露光光Ｌｂの照射位置を露光部１５０と言う。

転写装置４８は感光体４１の下面と対向させて設けてある。この転写装置４８と対向している部位が転写部４７である。この転写部４７のさらに感光体４１の回転方向で上流側の位置には、一対のレジストローラ４９が設けてある。このレジストローラ４９に向けて、図示しない搬送ガイドにより案内して図示しない給紙トレイに収納した記録材Ｐを給紙コロ１１０から送り出すようになっている。また転写部４７の感光体４１の回転方向でさらに下流の位置には、定着装置１０が配置してある。

この画像形成装置における画像形成は次のようにして行う。感光体４１が回転を始め、この回転中に感光体４１を暗中において帯電装置４２により均一に帯電させ、露光光Ｌｂを露光部１５０に照射、走査し、作成すべき画像に対応した潜像を形成する。この潜像は、感光体４１の回転により現像装置４４に移動し、ここで現像装置４４でトナーにより可視像化し、トナー像を形成する。

一方、給紙コロ１１０により給紙トレイ上の記録材Ｐの送給を開始し、図中に破線で示す搬送経路を経て一対のレジストローラ４９の位置で記録材Ｐをいったん停止させ、感光体４１上のトナー像と転写部４７で合致するように送り出しのタイミングを図る。そして好適なタイミングでレジストローラ４９が回転し、停止していた記録材Ｐを送り出し、転写部４７に向けて搬送する。そして感光体４１上のトナー像と記録材Ｐとを転写部４７で合致させ、転写装置４８による電界印加によってトナー像を記録材Ｐ上に転写する。

こうして感光体４１周りの画像形成部でトナー像を担持させた記録材Ｐは、ついで定着装置１０に向けて送り出す。記録材Ｐ上のトナー像は定着装置１０を通過する間にその記録材Ｐ上に定着させ、トナー像の定着を受けた記録材Ｐは、図示を省略した排紙部へ排紙する。

一方、転写部４７で転写されずに感光体４１上に残った残留トナーは、感光体４１の回転と共にクリーニング装置４６に至り、クリーニング装置４６を通過する間に清掃される。感光体４１は、その状態で次の画像形成に備える。

図２に示すように、定着装置１０は、それぞれ軸線方向（図の紙面垂直方向）で回転可能に支持した回転体である定着部材１４及び加圧部材１５を有し、定着部材１４内に加熱部１を備え、定着部材１４外に定着温度検出手段８を備えている。また定着装置１０は、制御系として定着部温度検出手段８からの温度情報に応じて、補助電源装置３から定着装置１０への供給電力を制御するための制御手段６０を有している。

定着部温度検出手段８は、サーミスタ、熱電対、赤外線温度検知装置等の適宜の手段で構成し、制御手段６０へ温度情報を送る。また図中Ｓは環境温度検出手段であり、この環境温度検出手段Ｓも、サーミスタ、熱電対等からなり、制御手段６０へ環境温度についての情報を送る。制御手段６０は、定着部温度検出手段８や環境温度検出手段Ｓから得た温度情報をもとに、定着装置１０の加熱手段１への給電開始、給電停止、給電量増減等の制御を行える。さらに図示の定着装置１０は、図３の回路構成に示すように、制御部６０の指令に基づいてオンオフする接点（ＡＣ用６ａ、ＤＣ用６ｂ）を備えている。

また画像形成装置に電力を供給する主電源装置２は、商用電源から電力を得て画像形成装置各部の各種ユニットへ給電を行う。一般的な機器と同様に、商用電源のコンセントに電源線のプラグを挿入して接続することで、画像形成装置内の各ユニット等へ電力を供給することができる。

補助電源装置３は、電気二重層キャパシタ（あるいは電気二重層コンデンサ）等の蓄電手段を有し、主電源装置２からの充電で蓄電した電力を、主電源装置２の供給電力に加えて供給できる構成となっており、大電力を画像形成装置へ給電できる。なお、電気二重層キャパシタだけでなく、Ｌｉイオンやニッケル水素等の二次電池でも、酸化還元を利用する疑似容量キャパシタ等も補助電源装置３における蓄電に用いることができる。

定着部材１４内の加熱部１は、発熱体１ａ、１ｂ（ＡＣヒータ１ａ、ＤＣヒータ１ｂ：以下、主発熱部材１ａと補助発熱部材１ｂと言う）を有し、また主電源装置２、補助電源装置３に加え、充電器４、充放電切換手段５、主電源からの電力供給を制御する主電力制御手段６ａと補助電源からの電力供給を制御する補助電力制御手段６ｂを有している。主発熱部材１ａは、主電源装置２から電力を供給されて発熱する。一方、補助発熱部材１ｂは補助電源装置３からの電力供給により発熱する。

定着部材１４のローラ基体は、例えばアルミや鉄等の金属製であることが、耐久性や加圧による変形等の点から望ましい。またローラ表面にはトナーとの固着を防ぐための離型層を形成していることが望ましく、ローラ内面にはハロゲンヒータの熱を効率よく吸収するための黒化処理をしていることが望ましい。さらに、図示はしないがローラでなくベルトによってニップ部を形成したベルト定着構成であってもかまわない。

加圧部材１５は、芯金にゴム等の弾性層を形成することで、定着部材１４との間にニップ部を形成し、このニップ部に未定着画像を形成した紙等の記録材Ｐを通紙することで熱と圧力によりトナー像を記録材Ｐ上に定着する。

補助電源装置３は主電源装置２からの電力を充電して補助発熱部材１ｂへ給電するための電源である。主電源装置２からの電力を電圧調整やＡＣ／ＤＣ変換して補助電源装置３へ供給する充電器４により主電源装置２から供給される電力を蓄えることができ、充放電切換手段５により、加熱部１へ補助電力を供給することができる。

具体的には、主電源装置２はプラグ５１で外部電源である商用電源のコンセントから電力を得て、画像形成装置各部のユニットに給電を行う。日本では１００Ｖの電圧で１５Ａ程度の電流容量に制限され、主電源装置２からの電力は１５００Ｗ程度が最大電力となることが多い。なお、電圧の調整及び交流と直流の整流や電圧を安定化する等の機能を有していてもよい。

補助電源装置３は、例えば電気二重層キャパシタからなるキャパシタセルを複数個接続して構成し、主電源装置２からの充電で蓄電した電力を、立上時や連続通紙時等より多くの電力供給が望まれるとき等に供給する構成とすることで、主電源装置２の供給電力を越えた電力を画像形成装置に給電することを可能としている。

一構成例としての補助電源装置３は、２．５ｖ、８００Ｆで、内部抵抗が５ｍΩ以下の、径が３５ｍｍ、長さが１２０ｍｍ程度のキャパシタセルを、４０本直列に接続することで１００Ｖのモジュールを構成したものを用いる。直列に接続する際の各セルの電圧バランスを確保するために、図示しない電圧バランス回路を備えることで動作の長期的な安定性を確保することが可能である。また、内部抵抗が５ｍΩ以下とすると、立上時の２０Ａを越える大電流でも補助電源装置３の端子間電圧の低下がリチウム電池やニッケル水素電池等の二次電池よりも小さくて済む。また、キャパシタの中でも小さい値であるため、より少ないキャパシタセル本数で大電力を得られ、そのため装置サイズとコストの面で有利である。

そして補助電源装置３は充放電可能な電源であり、大容量コンデンサである電気二重層キャパシタを用い、電気二重層キャパシタが二次電池と異なり、化学反応を伴わないため、充電時間が短く、寿命が長いという優れた特徴を有する。

すなわち、二次電池として一般的なニッケル−カドミウム電池を用いた補助電源では、急速充電を行っても数十分〜数時間の時間を要するため、一日の大電力供給可能回数が数時間おきに数回しか実現できず、実用的ではなかった。これに対し、コンデンサを用いた補助電源では数１０秒〜数分程度の急速な充電が可能であるため、充電時間が短くて済み、例えば印刷をしておらず、主電源の供給電力に余裕のあるときに充電を行い、補助電源を用いた加熱の回数を実用的な回数にまで増やすことができる。

また、ニッケル−カドミウム電池は充放電の繰り返し回数が５００から１０００回であるため、加熱時用補助電源としては寿命が短く、交換の手間やコストが問題となる。これに対し、コンデンサを用いた補助電源は１万回以上の寿命を有し、繰り返しの充放電による劣化も少ない。また、鉛蓄電池のように液交換や補充等も必要がないため、メンテナンスがほとんどいらない。

そして近年では、コンデンサにも多量の電気エネルギーを蓄えられるものが開発されてきており、電気自動車等への採用も検討してある。例えば、日本ケミコン（株）の開発した電気二重層コンデンサ等は２．５Ｖで２０００Ｆ程度の静電容量を有しており、数秒から数１０秒の電力供給には十分な容量を備えている。また、日本電気（株）は、ハイパーキャパシタ（商品名）と称する８０Ｆ程度のコンデンサを実現している。さらに、日本電子（株）は、耐電圧を３．２〜３．５Ｖへ上げて電力量密度を５０〜７５ｗｈ／ｋｇと従来の５〜１０倍にしたナノゲートキャパシタ（商品名）という技術を発表している。

上述のように加熱部１は主発熱部材１ａ、補助発熱部材１ｂを有しているが、これにはハロゲンヒータを用いることができ、ガラス管の中に形成したフィラメントに電流を流すことで発熱させている。ただし、本発明ではハロゲンランプあるいはハロゲンヒータに限らず、誘導加熱を用いても、セラミックヒータを用いた構成としてもかまわない。この主発熱部材１ａは、既述のように主電源装置２からの電力供給により発熱するが、例えば１００Ｖ、１２００ｗのハロゲンヒータを用いる。補助発熱部材１ｂは、これも既述のように補助電源装置３からの電力供給により発熱するが、例えば１００Ｖ、１０００ｗのハロゲンヒータと、１００Ｖ、７００ｗのハロゲンヒータの２本を並列に接続して構成する。

前述のような加熱部１に供給する電力は、主電源装置２から加熱部１の主発熱部材１ａに供給する構成にしてあるとともに、補助発熱部材１ｂに対しても補助電源装置３からも電力を供給可能である。補助電源装置３では、あらかじめ充電器４によって電力を蓄えておくことができ、任意のタイミングで補助発熱部材１ｂに電力を供給することができる。

また主電源装置２に加えて補助電源装置３の電力を加熱部１に供給することで、主電源装置２による供給電力を上回る大量の電力を加熱部１に供給することができる。このため、図４（Ａ）に示すように加熱部１の温度が室温から所定の温度になるまでの温度上昇時間は、主電源装置２だけを用いるよりも、主電源装置２と補助電源装置３を同時に用いたほうが昇温時間を短くすることができる。

また図４（Ｂ）に示すように、連続通紙で紙等の記録材に奪われる熱量が多い場合、主電源装置２からの給電だけでは所定の最低温度を下回ってしまう場合でも、補助電源装置３からの給電を加えた場合には落ち込みを小さくすることが可能である。このため、単位時間当たりの通紙をより多くした機械の高速化が可能である。

図５は、薄肉ローラを使っても定着部材の温度落ち込みがなくて高速昇温が可能な高速機を実現できる例を説明するための図である。まず待機状態では、商用電源から電力を供給して、電気二重層キャパシタ等の急速充電が可能な大容量コンデンサ等を有する補助電源装置３へ充電をしておく。立上時には、定着ローラ等の定着部材の温度を、室温から短時間で昇温するときに主電源装置２に加えて補助電源装置３の電力を加熱部材へ供給することで、加熱部材１に投入されるトータルの電力を主電源装置２だけの時よりも多く供給することができ、このため短時間で加熱部材１の温度を上昇させることができる。例えば、径が４０ｍｍで厚さｔが０．７ｍｍのアルミ製薄肉ローラを定着部材に使用し、主電源からの１２００ｗ電力を主発熱部材１ａに補助電源からの１７００ｗヒータの電力を加えて、全体で約２９００ｗの電力を供給することで、主電源だけでは３０秒の立上時間であったものが、約１０秒へ短縮することが可能である。

なお、補助電源がキャパシタであるため、給電中に電圧が低下することで供給電力は１７００ｗから徐々に低減する。この特徴により、所定の時間が経つと非常に小さい供給電力となり、紙が発火するような５００℃といった温度まで昇温するような場合には昇温速度が低下する構成が可能である。これにより安全に短時間昇温を実現する構成を提供することができる。

またなお安全確保のために、システムが暴走した際を想定して温度ヒューズやサーモスタット等の安全回路で直接電源回路を遮断して電力供給を終了させる安全装置を設置することが望ましい。

また、単純に電力を増やす方法としては、商用電源を２系統にして電力を増やしたり、二次電池や燃料電池等を使うことも考えられるが、これらの方法ではほぼ継続的に大電力を供給することができるため、昇温時間が短くなるとこれら安全回路の反応時間が遅くて昇温速度に追いつかなくなる。このため、安全回路が作動する頃には加熱部の温度が高くなり過ぎ、最悪の場合は発火してしまうこともありうる。一方、キャパシタを用いた構成ではシステムが暴走して制御がきかなくなり、電力供給が続いても、所定の電力を使い果たしてしまうと発熱部材の発熱が終了し、その温度上昇が自然にストップしてくれるため、キャパシタを熱源として用いることで、安全に昇温時間の短縮を実現することができる。

通紙については、薄肉ローラであるため、単位時間あたりの通紙枚数が多いとローラ温度が低下しやすいが、通紙時に補助電力を主電力に加えて供給して温度低下を防ぐことができるため、高速層でも薄肉ローラを使用して昇温時間が短くて使い勝手の良い画像形成装置を提供することができる。

例えば、２本ある補助発熱部材１ｂの片方である７００ｗヒータだけを通紙中に使用すると、立上の放電後でも例えば主電源から供給電力に約５００ｗ程度の電力を主電源を加えて供給することが可能である。このため通常であれば６０ｃｐｍ程度が限界であった薄肉ローラでも、通紙直後の温度低下が防止できるため、７５ｃｐｍでの高速な画像形成が可能である。

なお、通紙中に補助発熱体１ｂを２本とも使っても良いし、補助発熱体１ｂが１本の構成であっても良いが、大電力を供給できて温度制御性を上げられるため上記の動作が望ましい。

充電については、主電源装置２からの給電に余裕のある待機状態で、主電源装置２から補助電源装置３へ電力を供給して充電をしておく。キャパシタを補助電源に用いると充電時間を数分程度と短くできる。そして、この充電中の数分以内であれば加熱部材が冷めないため補助電源を使わずにすむか、もしくは途中までの充電電力で間に合う。このため、次の利用者が充電を待つ必要がなく快適な機能を提供することができる。

以上のように、定着装置１０の加熱部１に補助電源としてコンデンサを用いることにより、二次電池では得られなかった効果を得ることができるが、本発明の実施例では以下の制御、動作を行う。

定着部材１４の温度（以下では定着部材温度という）Ｔを、定着可能な所定の目標温度Ｔ０まで昇温させる種々の場合について図６を参照して説明する。図６は、定着部材の温度に基づく開始条件、同終了条件を示している。

まず通常時は、図６のグラフａ（主＋副）に示すように、定着部材１４を昇温させる際に、環境温度検知手段Ｓによる検知温度Ｔ’が通常のオフィス等の室内環境温度（例えば約２３℃）であった場合、主電源装置２からの供給電力に補助電源装置３からの供給電力を加えると立上における所定の通常目標時間ｔ０（例えば約１０秒）が達成できる。

一方、低温時、環境温度検知手段Ｓによる検知温度Ｔ’が所定の温度Ｔ１’より低い低温環境下（例えば冬の朝に定着部材を昇温する際等）では、定着部材温度Ｔは所定の低温閾値温度（例えば約１５℃）より低いことがある。この場合、主電源に補助電源からの供給電力を加えて加熱をしても所定の通常目標時間ｔ０（例えば約１０秒）よりも長い時間が昇温に掛かることがある。この場合、補助電源装置３からの給電時間が長くて使用電力量が多くなるため、通紙時用の残電力量が少なくなる。さらにこのような低温環境では紙温度も低いため通常よりもより多くの電力が必要であるのに、補助電源装置３の電圧が通常よりも低いため供給電力が小さくなり、そのため定着不良が発生しやすい。

このように、定着部材温度Ｔが、所定の低温閾値温度Ｔ２よりも低い温度であった場合には、補助電源装置３からの給電をやめて主電源装置２からの電力だけで昇温を行うか、もしくは補助電力を低減する。立上時の無駄な電力使用を防止することで、低温環境でも定着不良を防止することを可能とするものである。例えば、１００Ｖ、７００ｗ定格のヒータでは、通常は立上時に給電するため１００Ｖから８５Ｖに低下して通紙時には５００ｗの給電をしているが、立上時に給電をやめると、通紙時の開始電圧が１００Ｖであるため定格の７００ｗを出力することができ、低温になっている紙に対しても充分な熱を供給することが可能であり、さらに、給電時間も長くすることができる。

図７は、立上時のＡＣ給電フロー図である。すなわち立上前に定着部材温度Ｔを検知してから立上を開始し（ステップ１、２）、定着部材温度Ｔと所定の目標温度Ｔ０との関係がＴ≦Ｔ０であるか否かを判断し（ステップ３）、Ｔ≦Ｔ０でなければ後述するステップ６へ進み、Ｔ≦Ｔ０であれば主電源装置２の加熱部１への給電をＯＮとし（ステップ４）、立上時の定着部材温度Ｔを検知し（ステップ５）、定着部材温度Ｔと所定の目標温度Ｔ０との関係がＴ≧Ｔ０であるか否かを判断し（ステップ６）、Ｔ≧Ｔ０でなければステップ４へ戻り、Ｔ≧Ｔ０であれば主電源装置２の加熱部１への給電をＯＦＦとする（ステップ７）。

図８は、立上時のＤＣ給電フロー図であり、環境温度に基づく開始条件、定着温度に基づく開始条件、定着温度に基づく終了条件を示している。この例は、環境温度検知手段Ｓによる検知温度Ｔ’が所定の温度Ｔ１’（例えば１５℃）より高い場合、定着部温度検出手段８の検知温度Ｔが所定の昇温目標温度Ｔ０（例えば約１８０℃）より低い時には補助電力を加熱部１に供給することで、短時間（例えば１５秒）での昇温が可能であり、その一方で環境温度検知手段Ｓによる検知温度Ｔ’から判断して温度Ｔ１’よりも低い低温環境である場合は、補助電源装置３からの補助電力を使用しないか供給電力を低減する。これによって、無駄な電力消費を防いで通紙時に使える電力量を確保することができる。

すなわち立上前に環境温度Ｔ’を検知してから立上を開始し（ステップ１、２）、環境温度Ｔ’と定着部材の高温閾値温度Ｔ１との関係がＴ’≦Ｔ１であるか否かを判断し（ステップ３）、Ｔ’≦Ｔ１であればステップ７へ進み、補助電源装置３の加熱部１への給電をＯＦＦとして立上を終了する。環境温度が低いので、補助電源を使っても短時間では昇温できないためである。そしてステップ３においてＴ’≦Ｔ１でなければ、高温環境にあり、補助電源を使うと通常目標時間ｔ０内で定着部材１４が所定温度まで昇温すると判断し、定着部材１４の温度Ｔを検知し（ステップ４）、検知した定着部材温度Ｔと所定の目標温度Ｔ０との関係がＴ≧Ｔ０であるか否かを判断し（ステップ５）、Ｔ≧Ｔ０でなければ立上時の補助電源装置３の加熱部１への給電をＯＮとし（ステップ８）、ステップ４へ戻り、Ｔ≧Ｔ０であれば、補助電源装置３の加熱部１への給電をＯＦＦとし（ステップ６）、立上を終了する。

図９は、他の立上時のＤＣ給電フロー図であり、これも、環境温度に基づく開始条件、定着温度に基づく開始条件、定着温度に基づく終了条件を示している。この例は、環境温度検知部材Ｓの検知温度Ｔ'が所定の温度Ｔ１'（例えば低温環境１５℃）より高い場合、もしくは、環境温度検知部材Ｓの検知温度Ｔ'が所定の温度Ｔ１'（例えば低温環境１５℃）より低くても、定着部材検知部材８の検知温度Ｔが所定の温度Ｔ１（例えば１００℃）より高い場合、定着部材検知部材８の検知温度Ｔが所定の昇温目標温度Ｔ０（例えば約１８０℃）より低い時には補助電力を加熱装置に供給することで、短時間（例えば１５秒）での昇温が可能である事を示す。その一方で、環境温度検知部材Ｓの検知温度Ｔ'が所定の温度Ｔ１'（例えば低温環境１５℃）より低く、さらに定着部材検知部材８の検知温度Ｔが所定の温度Ｔ１（例えば１００℃）より低い場合、補助電源装置３からの補助電力を使用しないか、または供給電力を低減する。これによって無駄な電力消費を防いで通紙時に使える電力量を確保することで、低温環境においても良好な定着品質を確保することができる。

基本的には図８のフロー図と同様であるので重複する部分は説明を省略するが、図８のフロー図のステップ７において、補助電源装置３の加熱部１への給電をＯＦＦとしている点を、変更している。すなわち、ステップ３においてＴ’≦Ｔ１であればステップ７ａへ進み、定着部材１４の温度Ｔを検知し、定着部材温度Ｔと定着部材の高温閾値温度Ｔ１とがＴ≦Ｔ１の関係を満たすかどうかを判断し（ステップ７ｂ）、満たさなければ定着部は高温であると判断してステップ５へ進み、満たせば定着部は低温であるとして、補助電源装置３の加熱部１への給電を減少させるかあるいはＯＦＦとし（ステップ７ｃ）、立上を終了する。

図１０は、通紙時のＡＣ、ＤＣ給電フロー図であり、通紙を開始するとＡＣ、ＤＣともに給電し、通紙を終了するとＡＣ、ＤＣともに給電停止するシンプルな例でよいことを示している。すなわち、通紙時に定着部材１４の温度Ｔを検知し（ステップ１）、定着部材温度Ｔと所定の目標温度Ｔ０との関係がＴ≦Ｔ０であるか否かを判断し（ステップ２）、Ｔ≦Ｔ０であれば主電源と補助電源の加熱部１への給電をともにＯＮとし（ステップ３）、Ｔ≦Ｔ０でなければ主電源と補助電源の加熱部１への給電をともにＯＦＦとする（ステップ４）。

上述のように本発明は、立上時の無駄な電力使用を防止して通紙時に使うようにすることで、低温環境でも定着不良を防止することが可能となる。例えば、１００Ｖ、７００ｗ定格のヒータは、通常は立上時に給電するため１００Ｖから８５Ｖに低下して通紙時には５００ｗの給電をしているが、立上時に給電をやめると、通紙時の開始電圧が１００Ｖであるため定格の７００ｗを出力することができ、低温になっている紙に対しても充分な熱を供給することが可能であり、給電時間も長くすることができるのである。

例えば、補助電源装置３から加熱部１へ電力を供給するモードと電力を供給しないモードとを選択できるようにすることが可能であるが、このようにすると、画像形成装置が寒冷地に設置された場合、補助電源装置３から加熱部１へ電力を供給するモードと供給しないモードの二つのモードのどちらを用いるかの設定をサービスマンが状況に応じて変更できる。

また、低温環境下のＬｉイオンやニッケル水素電池などは、それ自身の供給可能な電力量が少なくなるため、立上時の電力使用量を抑えて通紙時に使用する電力量を増やすことで定着品質を向上させることが可能である。

本発明に係る定着装置を用いる画像形成装置の全体構成の模式的断面図 本発明の実施対象となり得る定着装置の横断面構成図 図２の定着装置の回路構成を模式的に示すブロック図 主電源装置と補助電源装置の使用形態と昇温時間の関係図 薄肉ローラを用いた定着部材の温度落ち込みがなくて高速昇温が可能な高速機を実現できる例を説明するための図 定着部材の温度に基づく開始条件、同終了条件を示す図 本発明の第１実施例における立上時のＡＣ給電フロー図 同じく立上時のプレ回転及びＤＣ給電フロー図 他の立上時のＤＣ給電フロー図 同じく通紙時のＡＣ、ＤＣ給電フロー図

符号の説明

１ 加熱部
１ａ 主発熱部材
１ｂ 補助発熱部材
２ 主電源装置
３ 補助電源装置
４ 充電器
５ 充放電切換手段
６ａ 主電力制御手段
６ｂ 補助電力制御手段
８ 定着温度検出手段
１０ 定着装置
１４ 定着部材
１５ 加圧部材
４１ 感光体
４２ 帯電装置
４３ ミラー
４４ 現像装置
４６ クリーニング装置
４７ 転写部
４８ 転写装置
４９ レジストローラ
６０ 制御手段
１１０ 給紙コロ
１５０ 露光部
Ｌｂ 露光光
Ｐ 記録材
Ｔ 定着部材温度
Ｔ０ 定着可能な所定の目標温度
Ｔ１ 高温閾値温度
Ｔ２ 低温閾値温度

Claims (15)

1. 加熱部と、該加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材の加熱によって記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置において、
   外部電源により充電されるとともに前記加熱部に電力を供給する蓄電装置と、
   周囲の環境温度を検出する環境温度検出手段と、を備え、
   前記環境温度検出手段により検出された環境温度が所定値未満の場合には、前記定着部材の温度立上時において前記蓄電装置から前記加熱部に電力供給せずに、前記外部電源から前記加熱部へ電力供給し、
   通紙時において前記外部電源及び前記蓄電装置から前記加熱部に電力供給する、
   ことを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   前記定着部材の温度を検出する定着温度検出部を備え、
   環境温度が前記所定値未満の場合であっても、前記定着温度検出部により検出された温度が第２の所定値以上の場合には、前記定着部材の温度立上時と通紙時において前記外部電源及び前記蓄電装置から前記加熱部へ電力供給する、
   ことを特徴とする定着装置。
3. 加熱部と、該加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材の加熱によって記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置において、
   外部電源により充電されるとともに前記加熱部に電力を供給する蓄電装置と、
   周囲の環境温度を検出する環境温度検出手段と、を備え、
   前記環境温度検出手段が検出した環境温度が所定値以上の場合には、前記定着部材の温度立上時及び通紙時において前記蓄電装置から前記加熱部に電力供給し、
   環境温度が前記所定値未満の場合には、前記定着部材の温度立上時において前記蓄電装置から前記加熱部へ供給する電力を、環境温度が前記所定値以上の場合に供給する電力に比べて低減して電力供給するとともに、通紙時において前記蓄電装置から前記加熱部へ供給する電力を、環境温度が前記所定値以上の場合に供給する電力に比べて低減せずに電力供給する、
   ことを特徴とする定着装置。
4. 請求項３に記載の定着装置において、
   前記定着部材の温度を検出する定着温度検出部を備え、
   環境温度が前記所定値未満の場合であっても、前記定着温度検出部により検出された温度が第２の所定値以上の場合には、前記定着部材の温度立上時において前記蓄電装置から前記加熱部へ供給する電力を、環境温度が前記所定値以上の場合に前記蓄電装置から前記加熱部へ供給する電力に比べて低減させることなく電力供給する、
   ことを特徴とする定着装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置において、
   前記蓄電装置が電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンの二次電池又はニッケル水素の二次電池を有する、
   ことを特徴とする定着装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか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。
7. 請求項６に記載の画像形成装置において、
   前記蓄電装置から前記加熱部へ電力を供給するモードと、前記蓄電装置から前記加熱部へ電力供給しないモードとを選択可能である、
   ことを特徴とする画像形成装置。
8. 加熱部と、該加熱部により加熱される定着部材と、前記加熱部に電力を供給する主電源装置と、該主電源装置により充電される蓄電手段を有する補助電源装置と、を備え、前記定着部材の加熱によって記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置において、
   周囲の環境温度を検出する環境温度検出手段を備え、
   前記加熱部が、前記主電源装置により電力が供給される主発熱部材と、前記補助電源装置から電力が供給される補助発熱部材と、を有し、
   環境温度が所定値未満の場合には、前記定着部材の温度立上時に前記補助電源装置から前記補助発熱部材に電力供給せずに、
   前記主電源装置から前記主発熱部材に電力供給し、
   通紙時において前記主電源装置及び前記補助電源装置から前記主発熱部材及び前記補助発熱部材に電力供給する、
   ことを特徴とする定着装置。
9. 請求項８記載の定着装置において、
   前記定着部材の温度を検出する定着温度検出部を備え、
   環境温度が前記所定値未満の場合であっても、前記定着温度検出部により検出された温度が第２の所定値以上の場合には、前記定着部材の温度立上時と通紙時において前記主電源装置及び前記補助電源装置から前記主発熱部材及び前記補助発熱部材へ電力供給することを特徴とする定着装置。
10. 加熱部と、該加熱部により加熱される定着部材と、前記加熱部に電力を供給する主電源装置と、該主電源装置により充電される蓄電手段を有する補助電源装置と、を備え、前記定着部材の加熱によって記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置において、
    周囲の環境温度を検出する環境温度検出手段を備え、
    前記加熱部が、前記主電源装置により電力が供給される主発熱部材と、前記補助電源装置から電力が供給される補助発熱部材と、を有し、
    前記環境温度検出手段が検出した環境温度が所定値以上の場合には、前記定着部材の温度立上時及び通紙時において前記補助電源装置から前記補助発熱部材に電力供給し、
    環境温度が所定値未満の場合には、前記定着部材の温度立上時において前記補助電源装置から前記補助発熱部材へ供給する電力を、環境温度が前記所定値以上の場合に供給する電力に比べて低減して電力供給するとともに、
    通紙時において前記補助電源装置から前記補助発熱部材へ供給する電力を、環境温度が前記所定値以上の場合に供給する電力に比べて低減せずに電力供給する、
    ことを特徴とする定着装置。
11. 請求項１０に記載の定着装置において、
    前記定着部材の温度を検出する定着温度検出部を備え、
    環境温度が前記所定値未満の場合であっても、前記定着温度検出部により検出された温度が第２の所定値以上の場合には、前記定着部材の温度立上時において前記補助電源から前記補助発熱部材へ供給する電力を、環境温度が前記所定値以上の場合に前記補助電源装置から前記補助発熱部材へ供給する電力に比べて低減させることなく電力供給することを特徴とする定着装置。
12. 請求項８乃至１１のいずれかに記載の定着装置において、
    前記蓄電段が電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンの二次電池又はニッケル水素の二次電池である、
    ことを特徴とする定着装置。
13. 請求項８乃至１２のいずれか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。
14. 請求項１３に記載の画像形成装置において、
    前記蓄電装置から前記加熱部へ電力を供給するモードと、前記蓄電装置から前記加熱部へ電力供給しないモードとを選択可能である、
    ことを特徴とする画像形成装置。
15. 加熱部と、該加熱部により加熱される定着部材と、前記加熱部に電力を供給する主電源装置と、該主電源装置から充電される蓄電手段を有するとともに蓄電した電力を前記主電源装置の供給電力に加えて供給可能な補助電源装置と、を備える定着装置を具備する画像形成装置において、
    周囲の環境温度を検出する環境温度検出手段を備え、
    前記環境温度検出手段により検出された環境温度が所定値未満の場合には、前記定着部材の温度立上時において前記補助電源装置に蓄電された電力を前記主電源装置供給電力に加えて供給することなく、通紙時において前記主電源装置の電力に加えて供給するようにした、
    ことを特徴とする画像形成装置。