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技術 定着装置、画像形成装置、該定着装置を実現するための制御プログラム、および該制御プログラムを記録した記録媒体、ならびに定着装置の制御方法

出願人 シャープ株式会社
発明者 香川敏章景山洋行
出願日 2009年2月18日 (11年10ヶ月経過) 出願番号 2009-035921
公開日 2010年9月2日 (10年3ヶ月経過) 公開番号 2010-191217
状態 拒絶査定
技術分野 電子写真における定着
主要キーワード シリコン系グリース 電圧可変電源 実行電力 最大投入電力 加熱基材 最小電力値 ヒートレーン 投入電力値
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題

正温度係数特性を有して発熱する発熱体を含んで構成される加熱手段によって被定着材上に担持されるトナー像定着温度に加熱して定着させる定着装置であって、発熱体における温度変動が生じるウォームアップ時にウォームアップ時間が長くなるのが防止されるとともに、安定した定着性能が確保可能な定着装置を提供する。

解決手段

定着装置15は、通電によって正温度係数特性を有して発熱するセラミック発熱体211からなる熱源を有する加熱手段20を含んで構成される。そして、加熱手段20において、セラミック発熱体211に対する電圧可変電源22による印加電圧値は、制御手段23によってセラミック発熱体211における投入電力値が略一定となるように可変制御される。

概要

背景

電子写真法に基づいて画像を形成する電子写真方式画像形成装置は、良好な画質品位を有する画像を容易に形成できることから、複写機プリンタファクシミリ装置複合機などに広く利用される。

電子写真方式の画像形成装置(以下、単に「画像形成装置」という)は、たとえば感光体と、帯電手段と、露光手段と、現像手段と、転写手段と、定着手段とを含む。画像形成装置は、感光体およびこれらの手段を用いて帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程および定着工程を行い、被定着材に画像を形成する装置である。

定着工程を行う定着手段として、たとえば熱ローラ定着方式の定着装置を用いる。熱ローラ定着方式の定着装置は、定着ローラと、加圧ローラとを含む。定着ローラおよび加圧ローラは、互いに圧接するローラ対である。定着ローラおよび加圧ローラの少なくともいずれか一方の内部には、加熱手段としてハロゲンヒータなどの熱源が配置されている。

定着工程において、熱源が定着に必要な所定の温度(以下、「定着温度」という)までローラ対を加熱した後、未定着トナー像が形成された被定着材が定着ローラと加圧ローラとの圧接部である定着ニップ部に供給される。定着ニップ部を通過する未定着トナー像は、定着ローラおよび加圧ローラの少なくともいずれか一方から伝わる熱と、定着ローラおよび加圧ローラの圧力とによって、紙などの被定着材に定着される。定着ニップ部において、被定着材が通過した部分(以下、「通紙部」という)は温度が低下するが、加熱源によって定着温度まで加熱される。

フルカラー印刷の可能な画像形成装置に備えられる定着装置では、たとえばシリコーンゴムなどからなる弾性層を表面に設けた定着ローラ(以下、「弾性ローラ」という)が用いられる。弾性ローラを用いると、定着ニップ部において弾性ローラ表面の弾性層が未定着トナー像の凹凸に対応して弾性変形し、未定着トナー像を覆い包むようにして弾性ローラと未定着トナー像とが接触するので、単色画像に比べてトナー量の多いカラーの未定着トナー像に対して、定着性を良好にすることができる。また、弾性ローラ表面の弾性層の歪み解放効果によって、単色画像に比べてオフセットしやすいカラートナー離型性を向上させることができる。具体的には、定着ニップ部で圧縮され、歪の生じた弾性層は、定着ニップ部の出口で、その歪が解放されるので、定着ニップ部の出口では、弾性層とトナー像との間にずれが生じ、その結果、弾性層のトナー像に対する付着力が低減され、離型性が向上する。また、定着ニップ部における定着ローラおよび加圧ローラの形状であるニップ形状が、定着ローラ側に凸(逆ニップ形状)となるので、定着ローラと被定着材との剥離性能を向上させることができる。したがって、定着ローラと被定着材とを剥離する剥離手段としてたとえば剥離爪を用いることなく、被定着材と定着ローラとの剥離が可能なセルフストリッピングを実現することができるので、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。

しかしながら、このような熱ローラ定着方式の定着装置では、定着ローラの熱容量が大きい上に定着ローラの弾性層における熱伝導性が非常に悪く、また、定着ローラを内部に配置される熱源によって間接的に加熱するため、ウォームアップ時間が非常に長くなるといった問題がある。

そこで、上記問題を解決するために、特許文献1には、定着ローラの代わりに熱容量が小さく且つ薄い弾性層を有する定着ベルトを用い、この定着ベルトに面状の発熱体を含んで構成される加熱部材を直接当接させて加熱を行うベルト定着方式の定着装置が開示されている。

しかしながら、特許文献1に開示される定着装置では、定着ベルトに直接当接させる加熱部材が有する面状発熱体は、熱容量が非常に小さい上に電力密度が非常に大きいので、面状発熱体に対する通電を制御する制御手段が故障して面状発熱体への通電が停止されない状態になった場合、面状発熱体が瞬時に異常昇温してしまい、充分な安全性を確保できないといった問題がある。

これに対して、特許文献2には、定着ベルトに直接当接させる加熱部材が有する面状発熱体が、正温度係数特性を有して発熱する発熱体であることを特徴とするベルト定着方式の定着装置が開示されている。

概要

正温度係数特性を有して発熱する発熱体を含んで構成される加熱手段によって被定着材上に担持されるトナー像を定着温度に加熱して定着させる定着装置であって、発熱体における温度変動が生じるウォームアップ時にウォームアップ時間が長くなるのが防止されるとともに、安定した定着性能が確保可能な定着装置を提供する。 定着装置15は、通電によって正温度係数特性を有して発熱するセラミック発熱体211からなる熱源を有する加熱手段20を含んで構成される。そして、加熱手段20において、セラミック発熱体211に対する電圧可変電源22による印加電圧値は、制御手段23によってセラミック発熱体211における投入電力値が略一定となるように可変制御される。

目的

本発明の目的は、正温度係数特性を有して発熱する発熱体を含んで構成される加熱手段によって被定着材上に担持されるトナー像を定着温度に加熱して定着させる定着装置であって、発熱体における温度変動が生じるウォームアップ時にウォームアップ時間が長くなるのが防止されるとともに、安定した定着性能が確保可能な定着装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
1件

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請求項1

被定着材上に担持されるトナー像を加熱する加熱手段を有し、該トナー像を所定の定着温度で加熱して定着させる定着装置であって、前記加熱手段は、通電によって発熱し、正温度係数特性を有するセラミック発熱体と前記セラミック発熱体から発生する熱が伝達される加熱基材とを含む加熱部材と、前記セラミック発熱体に電圧印加する電源であって、印加電圧値可変制御可能な電圧可変電源と、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を、前記セラミック発熱体における投入電力値が略一定となるように可変制御する制御手段と、を含むことを特徴とする定着装置。

請求項2

前記制御手段は、前記セラミック発熱体の電流値または電気抵抗値を検出する検出部と、前記検出部が検出した電流値または電気抵抗値に基づいて、前記セラミック発熱体に対する投入電力値が略一定となる印加電圧値を算出する算出部と、前記算出部が算出した印加電圧値に対応した電圧を、前記電圧可変電源に印加させる制御部と、を含んで構成されることを特徴とする請求項1記載の定着装置。

請求項3

被定着材のトナー像が担持されるトナー像担持面に、外周面において接触して、回転可能に設けられる無端状のベルト部材である定着ベルトを備え、前記加熱手段は、前記加熱基材が前記定着ベルトの内周面に接触するように設けられて、前記定着ベルトを介してトナー像を加熱するように構成されることを特徴とする請求項1または2記載の定着装置。

請求項4

前記定着ベルトの内周面に接触して設けられる定着部材と、前記定着ベルトを介して前記定着部材に圧接する加圧部材とを備え、前記加熱手段は、前記定着ベルトと前記加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、前記定着ベルトを介して加熱するように構成されることを特徴とする請求項3記載の定着装置。

請求項5

前記定着ベルトの内周面に接触するように設けられる前記加熱基材に対して前記定着ベルトを介して圧接する加圧部材を備え、前記加熱手段は、前記定着ベルトと前記加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、前記定着ベルトを介して加熱するように構成されることを特徴とする請求項3記載の定着装置。

請求項6

被定着材のトナー像が担持されるトナー像担持面に接触する定着部材と、前記定着部材に圧接する加圧部材と、内周面が前記加熱基材と接触し、かつ外周面が前記定着部材と接触して回転可能に設けられる無端状のベルト部材である加熱ベルトとを備え、前記加熱手段は、前記定着部材と前記加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、前記加熱ベルトおよび前記定着部材を介して加熱するように構成されることを特徴とする請求項1または2記載の定着装置。

請求項7

前記制御手段は、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を、前記セラミック発熱体における電流値の変化の方向とは反対の方向に可変制御するように構成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の定着装置。

請求項8

前記制御手段は、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を、前記セラミック発熱体における抵抗値の変化の方向と同じ方向に可変制御するように構成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の定着装置。

請求項9

前記加熱手段は、被定着材上に担持されるトナー像を所定の定着温度で加熱する加熱動作が行われる加熱動作モードと、加熱動作の前の状態であり前記セラミック発熱体の温度が常温から所定の定着温度に上昇するまでのモードであるウォームアップモードとを有し、前記制御手段は、前記セラミック発熱体における投入電力値が、ウォームアップモード時の方が加熱動作モード時よりも高い値で略一定となるように、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を可変制御するように構成されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の定着装置。

請求項10

前記制御手段は、前記検出部が前記セラミック発熱体の使用温度範囲における最低電気抵抗値Rmin(Ω)を検出したとき、前記算出部が下記式(i)を満たす範囲内において印加電圧値Vmin(V)を算出するように構成されることを特徴とする請求項2記載の定着装置。Vmin≧Vc…(i)[式中、Vcは定格電圧値を示す。]

請求項11

前記セラミック発熱体は、最大投入電力値をPmax(W)としたとき、使用温度範囲における最低電気抵抗値Rmin(Ω)が下記式(ii)を満たすように設定された部材であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の定着装置。Rmin≧Vc2/Pmax…(ii)[式中、Vcは定格電圧値を示す。]

請求項12

前記加熱手段は、前記セラミック発熱体とは異なる第2の発熱体を含み、前記第2の発熱体は、前記電圧可変電源とは異なる第2の電源から電圧が印加されることによって発熱するように構成されることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つに記載の定着装置。

請求項13

前記第2の発熱体がハロゲンヒータであることを特徴とする請求項12記載の定着装置。

請求項14

前記制御手段は、前記第2の発熱体が前記第2の電源により電圧が印加されて発熱しているか否かに応じて、前記第2の発熱体が発熱していないときの方が、前記第2の発熱体が発熱しているときよりも、前記セラミック発熱体における投入電力値が高い値で略一定となるように、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を可変制御するように構成されることを特徴とする請求項12または13記載の定着装置。

請求項15

前記第2の発熱体は、前記加圧部材を加熱するための熱源であることを特徴とする請求項12〜14のいずれか1つに記載の定着装置。

請求項16

被定着材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像形成手段によって被定着材上に形成されるトナー像を、所定の定着温度に加熱して定着させる定着手段とを含む画像形成装置であって、前記定着手段が請求項1〜15のいずれか1つに記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。

請求項17

請求項1〜16のいずれか1つに記載の定着装置を実現するための制御プログラムであって、コンピュータを前記制御手段として機能させるための制御プログラム。

請求項18

請求項17に記載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

請求項19

通電によって正温度係数特性を有して発熱するセラミック発熱体からなる熱源によって、被定着材上に担持されるトナー像を所定の定着温度で加熱して定着させる定着装置の制御方法であって、前記セラミック発熱体の電流値または電気抵抗値を検出する検出工程と、前記検出工程で検出される電流値または電気抵抗値に基づいて、前記セラミック発熱体に対する投入電力値が略一定となる印加電圧値を算出する算出工程と、前記算出工程で算出される印加電圧値に対応した電圧を、前記セラミック発熱体に印加する電圧印加工程と、を含んで構成されることを特徴とする定着装置の制御方法。

技術分野

0001

本発明は、定着装置画像形成装置、該定着装置を実現するための制御プログラム、および該制御プログラムを記録した記録媒体、ならびに定着装置の制御方法に関する。

背景技術

0002

電子写真法に基づいて画像を形成する電子写真方式の画像形成装置は、良好な画質品位を有する画像を容易に形成できることから、複写機プリンタファクシミリ装置複合機などに広く利用される。

0003

電子写真方式の画像形成装置(以下、単に「画像形成装置」という)は、たとえば感光体と、帯電手段と、露光手段と、現像手段と、転写手段と、定着手段とを含む。画像形成装置は、感光体およびこれらの手段を用いて帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程および定着工程を行い、被定着材に画像を形成する装置である。

0004

定着工程を行う定着手段として、たとえば熱ローラ定着方式の定着装置を用いる。熱ローラ定着方式の定着装置は、定着ローラと、加圧ローラとを含む。定着ローラおよび加圧ローラは、互いに圧接するローラ対である。定着ローラおよび加圧ローラの少なくともいずれか一方の内部には、加熱手段としてハロゲンヒータなどの熱源が配置されている。

0005

定着工程において、熱源が定着に必要な所定の温度(以下、「定着温度」という)までローラ対を加熱した後、未定着トナー像が形成された被定着材が定着ローラと加圧ローラとの圧接部である定着ニップ部に供給される。定着ニップ部を通過する未定着トナー像は、定着ローラおよび加圧ローラの少なくともいずれか一方から伝わる熱と、定着ローラおよび加圧ローラの圧力とによって、紙などの被定着材に定着される。定着ニップ部において、被定着材が通過した部分(以下、「通紙部」という)は温度が低下するが、加熱源によって定着温度まで加熱される。

0006

フルカラー印刷の可能な画像形成装置に備えられる定着装置では、たとえばシリコーンゴムなどからなる弾性層を表面に設けた定着ローラ(以下、「弾性ローラ」という)が用いられる。弾性ローラを用いると、定着ニップ部において弾性ローラ表面の弾性層が未定着トナー像の凹凸に対応して弾性変形し、未定着トナー像を覆い包むようにして弾性ローラと未定着トナー像とが接触するので、単色画像に比べてトナー量の多いカラーの未定着トナー像に対して、定着性を良好にすることができる。また、弾性ローラ表面の弾性層の歪み解放効果によって、単色画像に比べてオフセットしやすいカラートナー離型性を向上させることができる。具体的には、定着ニップ部で圧縮され、歪の生じた弾性層は、定着ニップ部の出口で、その歪が解放されるので、定着ニップ部の出口では、弾性層とトナー像との間にずれが生じ、その結果、弾性層のトナー像に対する付着力が低減され、離型性が向上する。また、定着ニップ部における定着ローラおよび加圧ローラの形状であるニップ形状が、定着ローラ側に凸(逆ニップ形状)となるので、定着ローラと被定着材との剥離性能を向上させることができる。したがって、定着ローラと被定着材とを剥離する剥離手段としてたとえば剥離爪を用いることなく、被定着材と定着ローラとの剥離が可能なセルフストリッピングを実現することができるので、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。

0007

しかしながら、このような熱ローラ定着方式の定着装置では、定着ローラの熱容量が大きい上に定着ローラの弾性層における熱伝導性が非常に悪く、また、定着ローラを内部に配置される熱源によって間接的に加熱するため、ウォームアップ時間が非常に長くなるといった問題がある。

0008

そこで、上記問題を解決するために、特許文献1には、定着ローラの代わりに熱容量が小さく且つ薄い弾性層を有する定着ベルトを用い、この定着ベルトに面状の発熱体を含んで構成される加熱部材を直接当接させて加熱を行うベルト定着方式の定着装置が開示されている。

0009

しかしながら、特許文献1に開示される定着装置では、定着ベルトに直接当接させる加熱部材が有する面状発熱体は、熱容量が非常に小さい上に電力密度が非常に大きいので、面状発熱体に対する通電を制御する制御手段が故障して面状発熱体への通電が停止されない状態になった場合、面状発熱体が瞬時に異常昇温してしまい、充分な安全性を確保できないといった問題がある。

0010

これに対して、特許文献2には、定着ベルトに直接当接させる加熱部材が有する面状発熱体が、正温度係数特性を有して発熱する発熱体であることを特徴とするベルト定着方式の定着装置が開示されている。

先行技術

0011

特開2002−333788号公報
特開平5−216357号公報

発明が解決しようとする課題

0012

特許文献2に開示される定着装置では、通電によって発熱する面状発熱体が、正温度係数特性を有して発熱する発熱体であるので、発熱体の自己温度制御機能により、発熱体温度キュリー点(たとえば225℃)を超えると電気抵抗値が急激に上昇して自動的に発熱が抑制される。そのため、面状発熱体に対する通電を制御する制御手段が故障して面状発熱体への通電が停止されない状態になった場合であっても、所定の温度(キュリー点)で面状発熱体の昇温が停止され、充分な安全性を確保することができる。

0013

しかしながら、正温度係数特性を有して発熱する発熱体は、発熱体温度がキュリー点以下の温度領域であっても、若干の温度依存性を有して電気抵抗値が変動する。そのため、正温度係数特性を有して発熱する面状発熱体に、定電圧電源(たとえば、日本国内では100V)を用いて電圧を印加した場合、若干の温度依存性を有して電気抵抗値が変動するのに応じて、面状発熱体における投入電力値も変動し、常に必要な一定の電力値を得ることができない。

0014

たとえば、定着装置において、発熱体温度が常温(20℃)からキュリー点以下の定着温度(200℃)まで上昇するウォームアップ時では、発熱体温度の変動に応じて面状発熱体の電気抵抗値は、最大電気抵抗値が最小電気抵抗値に対して約4.2倍となる範囲内で変動する。このように、面状発熱体における電気抵抗値が変動する場合、ウォームアップ中の面状発熱体における投入電力値は、最大電力値最小電力値に対して約4.2倍となる範囲内で変動することになり、ウォームアップ時間が長くなってしまう。

0015

また、定着装置において、被定着材の材質、定着装置が設置される環境温度に応じて定着温度の設定値を変更する場合、面状発熱体における投入電力値も変動してしまい、安定した定着性能を確保することができない。

0016

したがって本発明の目的は、正温度係数特性を有して発熱する発熱体を含んで構成される加熱手段によって被定着材上に担持されるトナー像を定着温度に加熱して定着させる定着装置であって、発熱体における温度変動が生じるウォームアップ時にウォームアップ時間が長くなるのが防止されるとともに、安定した定着性能が確保可能な定着装置を提供することであり、該定着装置を備えた画像形成装置を提供することである。また、本発明の目的は、該定着装置を実現するための制御プログラム、および該制御プログラムを記録した記録媒体、ならびに定着装置の制御方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0017

本発明の定着装置は、被定着材上に担持されるトナー像を加熱する加熱手段を有し、該トナー像を所定の定着温度で加熱して定着させる定着装置であって、
前記加熱手段は、
通電によって発熱し、正温度係数特性を有するセラミック発熱体と前記セラミック発熱体から発生する熱が伝達される加熱基材とを含む加熱部材と、
前記セラミック発熱体に電圧を印加する電源であって、印加電圧値可変制御可能な電圧可変電源と、
前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を、前記セラミック発熱体における投入電力値が略一定となるように可変制御する制御手段と、を含むことを特徴とする定着装置である。

0018

また本発明の定着装置が備える前記制御手段は、
前記セラミック発熱体の電流値または電気抵抗値を検出する検出部と、
前記検出部が検出した電流値または電気抵抗値に基づいて、前記セラミック発熱体に対する投入電力値が略一定となる印加電圧値を算出する算出部と、
前記算出部が算出した印加電圧値に対応した電圧を、前記電圧可変電源に印加させる制御部と、を含んで構成されることを特徴とする。

0019

また本発明の定着装置は、被定着材のトナー像が担持されるトナー像担持面に、外周面において接触して、回転可能に設けられる無端状のベルト部材である定着ベルトを備え、
前記加熱手段は、前記加熱基材が前記定着ベルトの内周面に接触するように設けられて、前記定着ベルトを介してトナー像を加熱するように構成されることを特徴とする。

0020

また本発明の定着装置は、前記定着ベルトの内周面に接触して設けられる定着部材と、前記定着ベルトを介して前記定着部材に圧接する加圧部材とを備え、
前記加熱手段は、前記定着ベルトと前記加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、前記定着ベルトを介して加熱するように構成されることを特徴とする。

0021

また本発明の定着装置は、前記定着ベルトの内周面に接触するように設けられる前記加熱基材に対して前記定着ベルトを介して圧接する加圧部材を備え、
前記加熱手段は、前記定着ベルトと前記加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、前記定着ベルトを介して加熱するように構成されることを特徴とする。

0022

また本発明の定着装置は、被定着材のトナー像が担持されるトナー像担持面に接触する定着部材と、前記定着部材に圧接する加圧部材と、内周面が前記加熱基材と接触し、かつ外周面が前記定着部材と接触して回転可能に設けられる無端状のベルト部材である加熱ベルトとを備え、
前記加熱手段は、前記定着部材と前記加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、前記加熱ベルトおよび前記定着部材を介して加熱するように構成されることを特徴とする。

0023

また本発明の定着装置が備える前記制御手段は、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を、前記セラミック発熱体における電流値の変化の方向とは反対の方向に可変制御するように構成されることを特徴とする。

0024

また本発明の定着装置が備える前記制御手段は、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を、前記セラミック発熱体における抵抗値の変化の方向と同じ方向に可変制御するように構成されることを特徴とする。

0025

また本発明の定着装置が備える前記加熱手段は、被定着材上に担持されるトナー像を所定の定着温度で加熱する加熱動作が行われる加熱動作モードと、加熱動作の前の状態であり前記セラミック発熱体の温度が常温から所定の定着温度に上昇するまでのモードであるウォームアップモードとを有し、
前記制御手段は、前記セラミック発熱体における投入電力値が、ウォームアップモード時の方が加熱動作モード時よりも高い値で略一定となるように、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を可変制御するように構成されることを特徴とする。

0026

また本発明の定着装置が備える前記制御手段は、前記検出部が前記セラミック発熱体の使用温度範囲における最低電気抵抗値Rmin(Ω)を検出したとき、前記算出部が下記式(i)を満たす範囲内において印加電圧値Vmin(V)を算出するように構成されることを特徴とする。
Vmin≧Vc …(i)
[式中、Vcは定格電圧値を示す。]

0027

また本発明の定着装置が備える前記セラミック発熱体は、最大投入電力値をPmax(W)としたとき、使用温度範囲における最低電気抵抗値Rmin(Ω)が下記式(ii)を満たすように設定された部材であることを特徴とする。
Rmin≧Vc2/Pmax …(ii)
[式中、Vcは定格電圧値を示す。]

0028

また本発明の定着装置が備える前記加熱手段は、前記セラミック発熱体とは異なる第2の発熱体を含み、
前記第2の発熱体は、前記電圧可変電源とは異なる第2の電源から電圧が印加されることによって発熱するように構成されることを特徴とする。

0029

また本発明の定着装置は、前記第2の発熱体がハロゲンヒータであることを特徴とする。
また本発明の定着装置が備える前記制御手段は、前記第2の発熱体が前記第2の電源により電圧が印加されて発熱しているか否かに応じて、前記第2の発熱体が発熱していないときの方が、前記第2の発熱体が発熱しているときよりも、前記セラミック発熱体における投入電力値が高い値で略一定となるように、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を可変制御するように構成されることを特徴とする。

0030

また本発明の定着装置が備える前記第2の発熱体は、前記加圧部材を加熱するための熱源であることを特徴とする。

0031

また本発明の画像形成装置は、被定着材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像形成手段によって被定着材上に形成されるトナー像を、所定の定着温度に加熱して定着させる定着手段とを含む画像形成装置であって、
前記定着手段が前記定着装置であることを特徴とする画像形成装置である。

0032

また本発明の制御プログラムは、前記定着装置を実現するための制御プログラムであって、コンピュータを前記制御手段として機能させるための制御プログラムである。

0033

また本発明の記録媒体は、前記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である。

0034

また本発明の制御方法は、通電によって正温度係数特性を有して発熱するセラミック発熱体からなる熱源によって、被定着材上に担持されるトナー像を所定の定着温度で加熱して定着させる定着装置の制御方法であって、
前記セラミック発熱体の電流値または電気抵抗値を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出される電流値または電気抵抗値に基づいて、前記セラミック発熱体に対する投入電力値が略一定となる印加電圧値を算出する算出工程と、
前記算出工程で算出される印加電圧値に対応した電圧を、前記セラミック発熱体に印加する電圧印加工程と、を含んで構成されることを特徴とする定着装置の制御方法である。

発明の効果

0035

本発明によれば、定着装置は、通電によって正温度係数PTC:Positive
Temperature Coefficient)特性を有して発熱するセラミック発熱体からなる熱源を有する加熱手段によって、被定着材上に担持されるトナー像を所定の定着温度で加熱して定着させる装置である。そして、加熱手段において、セラミック発熱体に対する電圧可変電源による印加電圧値は、制御手段によってセラミック発熱体における投入電力値が略一定となるように可変制御される。

0036

PTC特性を有して発熱するセラミック発熱体は、所定の温度(キュリー点)を超えると急激な電気抵抗値の上昇を示し、温度が上昇しようとしても電気抵抗値上昇により電流が抑制されて温度の過上昇が抑制される発熱体であるが、キュリー点以下の温度領域でも電気抵抗値の変動が生じる。

0037

本発明の定着装置においては、制御手段がセラミック発熱体に対する電圧可変電源による印加電圧値を可変制御することで、セラミック発熱体の温度が常温(たとえば20℃)から所定の温度(たとえば200℃)まで上昇するウォームアップ時であっても、セラミック発熱体における投入電力値を、電気抵抗値の変動に応じて略一定とすることができる。このように、セラミック発熱体の温度変化に応じて電気抵抗値が変動するウォームアップ時に、セラミック発熱体における投入電力値が略一定であるので、ウォームアップ時間が長くなるのが防止される。また、本発明の定着装置は、被定着材の材質、定着装置が設置される環境温度に応じて、所定の定着温度の設定値を変更する場合であっても、セラミック発熱体における投入電力値が略一定であるので、安定した定着性能が確保できる。さらに本発明の定着装置では、セラミック発熱体の温度変動に伴う電気抵抗値の変動に応じてセラミック発熱体における投入電力値が略一定であるので、定格電力値超過することなく、セラミック発熱体の発熱能力最大限に発揮させることができる。

0038

また本発明によれば、制御手段は、検出部と算出部と制御部とを含んで構成される。制御手段において、検出部で検出されたセラミック発熱体の電流値または電気抵抗値に基づいて、算出部がセラミック発熱体に対する投入電力値が略一定となる印加電圧値を算出し、制御部は算出部が算出した印加電圧値に対応した電圧を電圧可変電源に印加させる。このようにして、セラミック発熱体における投入電力値が電気抵抗値の変動に応じて略一定となるように、電圧可変電源による印加電圧値を可変制御する制御手段が実現される。

0039

また本発明によれば、定着装置は、定着ベルトをさらに備え、加熱手段が定着ベルトを介して被定着材上のトナー像を加熱するように構成される。そして、加熱手段は、加熱基材が定着ベルトの内周面に接触するように設けられている。定着ベルトは、熱容量が小さくなるように設計可能な部材である。加熱手段は、前述のような定着ベルトに直接接触して加熱するので、熱容量が大きいローラ状の定着ローラを内部に配置される熱源によって間接的に加熱する場合に比べて、ウォームアップ時間を短縮することができる。

0040

また本発明によれば、定着装置は、定着ベルトの内周面に接触して設けられる定着部材と、定着ベルトを介して定着部材に圧接する加圧部材とをさらに備える。そして、加熱手段は、定着ベルトと加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、定着ベルトを介して加熱するように構成される。このような構成の定着装置では、被定着材上のトナー像は、定着ベルトを介して互いに圧接する定着部材と加圧部材との間を通過するときに定着される。そのため、被定着材上のトナー像は、定着ベルトを介して加熱手段によって加熱されるとともに、定着部材と加圧部材との間に発生する圧接力によって加圧されるので、より安定した定着性能を確保することができる。

0041

また本発明によれば、定着装置は、定着ベルトの内周面に接触するように設けられる加熱手段の加熱基材に対して定着ベルトを介して圧接する加圧部材を備える。そして、加熱手段は、定着ベルトと加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、定着ベルトを介して加熱するように構成される。このような構成の定着装置では、被定着材上のトナー像は、定着ベルトを介して互いに圧接する加熱手段の加熱基材と加圧部材との間を通過するときに定着される。そのため、被定着材上のトナー像は、定着ベルトを介して加熱手段によって加熱されるとともに、加熱手段の加熱基材と加圧部材との間に発生する圧接力によって加圧されるので、より安定した定着性能を確保することができる。また、加熱手段の加熱基材と加圧部材とが定着ベルトを介して互いに圧接するように構成することによって、加圧部材と圧接する定着部材などの他の部材を設けなくても、被定着材上のトナー像に圧接力を付与することができ、定着装置の構成を簡略化することができる。

0042

また本発明によれば、定着装置は、被定着材のトナー像担持面に接触する定着部材と、定着部材に圧接する加圧部材と、内周面が加熱手段の加熱基材と接触し、かつ外周面が定着部材と接触して回転可能に設けられる加熱ベルトとを備える。そして、加熱手段は、定着部材と加圧部材との間を通過する被定着材上のトナー像を、加熱ベルトおよび定着部材を介して加熱するように構成される。このような構成の定着装置では、被定着材上のトナー像は、互いに圧接する定着部材と加圧部材との間を通過するときに定着される。このとき、被定着材上のトナー像は、加熱手段の加熱基材と接触し、かつ定着部材と接触する加熱ベルトを介して定着部材から加熱を受けるとともに、定着部材と加圧部材との間に発生する圧接力によって加圧されるので、より安定した定着性能を確保することができる。

0043

また本発明によれば、制御手段は、セラミック発熱体に対する電圧可変電源による印加電圧値を、セラミック発熱体における電流値の変化の方向とは反対の方向に可変制御するように構成される。これによって、セラミック発熱体における投入電力値を略一定とすることができるので、ウォームアップ時間が長くなるのが防止される。

0044

また本発明によれば、制御手段は、セラミック発熱体に対する電圧可変電源による印加電圧値を、セラミック発熱体における抵抗値の変化の方向と同じ方向に可変制御するように構成される。これによって、セラミック発熱体における投入電力値を略一定とすることができるので、ウォームアップ時間が長くなるのが防止される。

0045

また本発明によれば、加熱手段は、加熱動作モードとウォームアップモードとを有する。加熱動作モードは、被定着材上のトナー像を所定の定着温度で加熱する加熱動作が行われるモードであり、ウォームアップモードは、加熱動作の前の状態でありセラミック発熱体の温度が常温から所定の定着温度に上昇するまでのモードである。そして、制御手段は、セラミック発熱体における投入電力値が、ウォームアップモード時の方が加熱動作モード時よりも高い値で略一定となるように、セラミック発熱体に対する電圧可変電源による印加電圧値を可変制御する。制御手段は、セラミック発熱体の温度が常温から所定の定着温度まで上昇する必要があるウォームアップモード時に、セラミック発熱体における投入電力値が加熱動作モード時よりも高い値で略一定となるように、セラミック発熱体に対する印加電圧を可変制御するので、ウォームアップ時間を短縮することができる。

0046

また本発明によれば、制御手段では、検出部がセラミック発熱体の使用温度範囲における最低電気抵抗値Rmin(Ω)を検出したとき、算出部がVmin≧Vc(ただし、Vcは定格電圧値)を満たす範囲内において印加電圧値Vmin(V)を算出する。これによって、セラミック発熱体に過電流が流れるのを防止することができ、安全性を確保することができる。

0047

また本発明によれば、セラミック発熱体は、最大投入電力値をPmax(W)としたとき、使用温度範囲における最低電気抵抗値Rmin(Ω)が、Rmin≧Vc2/Pmaxを満たすように設定された部材である。このようなセラミック発熱体は、過電流が流れることが防止された発熱体となり、安全性を確保することができる。

0048

また本発明によれば、加熱手段は、セラミック発熱体とは異なる第2の発熱体を含む。そして、第2の発熱体は、電圧可変電源とは異なる第2の電源から電圧が印加されることによって発熱する。加熱手段が有するセラミック発熱体と第2の発熱体とは、異なる電源から電圧が印加されることによって区別された状態で発熱するので、加熱手段は、被定着材の材質、定着装置が設置される環境温度、モードに応じて被定着材上のトナー像に対する加熱条件制御幅を広げることが可能なものとなる。

0049

また本発明によれば、加熱手段が有する第2の発熱体は、ハロゲンヒータによって実現される。

0050

また本発明によれば、制御手段は、第2の発熱体に電圧が印加されて発熱しているか否かに応じて、セラミック発熱体に対する電圧可変電源による印加電圧値を可変制御する。つまり、制御手段は、第2の発熱体が発熱していないときの方が、第2の発熱体が発熱しているときよりも、セラミック発熱体における投入電力値が高い値で略一定となるようにする。これによって、加熱手段において無駄な電力消費されるのを防止するとともに、被定着材の材質、定着装置が設置される環境温度、モードに応じて、安定した定着性能を確保することができる。

0051

また本発明によれば、第2の発熱体は、被定着材上のトナー像に加圧力を付与する加圧部材を加熱するための熱源である。これによって、被定着材上にトナー像を定着させるとき、トナー像に対して、加圧部材が加圧力を付与するとともに、加熱手段が被定着材の厚み方向両面から加熱することができるので、定着性能を向上することができる。

0052

また本発明によれば、画像形成装置は、被定着材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像形成手段によって被定着材上に形成されるトナー像を、所定の定着温度に加熱して定着させる定着手段とを含む。そして、画像形成装置は、トナー像を定着させる定着手段として、前記定着装置を備えることによって実現される。

0053

また本発明によれば、制御プログラムは、コンピュータを前記制御手段として機能させるためのプログラムである。このような制御プログラムは、コンピュータによって前記定着装置を実現することができる。

0054

また本発明によれば、記録媒体は、前記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媒体として実現される。パーソナルコンピュータなどの汎用コンピュータに、記録媒体に記録される前記制御プログラムを読み込ませることによって、PTC特性を有するセラミック発熱体の温度が常温から所定の定着温度まで上昇するウォームアップ時であっても、セラミック発熱体における投入電力値を、電気抵抗値の変動に応じて略一定とすることができ、ウォームアップ時間が長くなるのを防止することができる。また、コンピュータに、記録媒体に記録される前記制御プログラムを読み込ませることによって、被定着材の材質、定着装置が設置される環境温度に応じて、所定の定着温度の設定値を変更する場合であっても、セラミック発熱体における投入電力値を略一定とすることができ、安定した定着性能を確保することができる。

0055

また本発明によれば、制御方法は、通電によってPTC特性を有して発熱するセラミック発熱体からなる熱源によって、被定着材上に担持されるトナー像を所定の定着温度で加熱して定着させる定着装置の制御方法である。定着装置の制御方法は、検出工程と、算出工程と、電圧印加工程とを含んで構成される。検出工程では、セラミック発熱体の電流値または電気抵抗値を検出する。次に算出工程では、検出工程における検出結果に基づいて、セラミック発熱体に対する投入電力値が略一定となる印加電圧値を算出する。そして、電圧印加工程では、算出工程で算出される印加電圧値に対応した電圧を、セラミック発熱体に印加する。電圧印加工程では、PTC特性を有するセラミック発熱体の温度が常温から所定の定着温度まで上昇するウォームアップ時であっても、投入電力値が略一定となる印加電圧値に対応した電圧をセラミック発熱体に印加するので、ウォームアップ時間が長くなるのが防止される。また、電圧印加工程では、被定着材の材質、定着装置が設置される環境温度に応じて所定の定着温度の設定値が変更される場合であっても、投入電力値が略一定となる印加電圧値に対応した電圧をセラミック発熱体に印加するので、安定した定着性能が確保できる。

図面の簡単な説明

0056

本発明の第1実施形態である定着装置15の構成を示す図である。
加熱手段20の構成を示す図である。
加熱部材21の構成を示す平面図である。
本発明の第2実施形態である定着装置40の構成を示す図である。
本発明の第3実施形態である定着装置50の構成を示す図である。
本発明の実施の一形態である画像形成装置100の構成を示す図である。
実施例1の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流および電気抵抗値との関係を示すグラフである。
実施例2の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流および電気抵抗値との関係を示すグラフである。
比較例1の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流および電気抵抗値との関係を示すグラフである。
比較例2の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流および電気抵抗値との関係を示すグラフである。
従来技術の定着装置60の構成を示す図である。

実施例

0057

(定着装置)
図1は、本発明の第1実施形態である定着装置15の構成を示す図である。定着装置15は、定着部材である定着ローラ15aと、加圧部材である加圧ローラ15bと、無端状のベルト部材である定着ベルト30と、加熱手段20とを含んで構成される。定着装置15においては、定着ベルト30が定着ローラ15aと加熱手段20の加熱部材21が有する加熱基材212との間に張架され、加圧ローラ15bが定着ベルト30を介して定着ローラ15aに対向するように配置されている。そして、定着ローラ15aと加熱部材21の加熱基材212とは、定着ローラ15aの軸線方向において略平行となるように配置されている。つまり、定着ローラ15aの軸線と、加熱部材21の加熱基材212の軸線とは、略平行である。

0058

定着装置15は、加熱部材21の加熱基材212が定着ベルト30の内周面と接触して定着ベルト30を加熱し、定着ベルト30を介して互いに圧接する定着ローラ15aと加圧ローラ15bとの間に形成される定着ニップ部15cを、所定の定着速度および複写速度で被定着材である記録紙70が通過したとき、記録紙70上に担持されている未定着のトナー像71を記録紙70上に加熱加圧して定着する装置である。なお、未定着のトナー像71は、たとえば、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)などの現像剤(トナー)によって形成される。また、定着速度とは所謂プロセス速度であり、複写速度とは1分あたりのコピー枚数のことである。定着速度および複写速度は特に限定されるものではなく、本実施形態では定着速度が173mm/secである。また、記録紙70が定着ニップ部15cを通過するときには、定着ベルト30は記録紙70のトナー像担持面に当接し、加圧ローラ15bはトナー像担持面とは反対側の面に当接するようになっており、定着ニップ部15cの記録紙搬送方向Cの幅(以下、「定着ニップ幅」という)は7mmである。

0059

[定着ローラ]
定着ローラ15aは、定着ベルト30を介して加圧ローラ15bに圧接することで定着ニップ部15cを形成するとともに、駆動モータ(駆動手段)により回転軸線まわりに回転方向A方向に回転駆動することによって、定着ベルト30を搬送する。定着ローラ15aは、直径が30mmで、その内側から順に芯金、弾性層が形成された2層構造からなり、芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼アルミニウム、銅などの金属あるいはそれらの合金などが用いられる。また、弾性層にはシリコンゴムフッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適している。なお、本実施形態では、定着ローラ15aは、芯金が直径15mmのステンレス鋼からなり、弾性層が厚さ7.5mmのシリコンスポンジゴムからなる。また本実施形態では、定着ローラ15aが定着ベルト30を介して加圧ローラ15bに圧接するときの力は、216N程度である。

0060

[加圧ローラ]
加圧ローラ15bは、定着ベルト30を介して定着ローラ15aに対向しかつ定着ローラ15aを圧接し、回転軸線まわりに回転自在に設けられている。加圧ローラ15bは、駆動モータ(駆動手段)により回転軸線まわりに定着ローラ15aの回転とは逆方向の回転方向B方向に回転する。加圧ローラ15bは、その内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された3層構造からなっている。芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅などの金属あるいはそれらの合金などが用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適しており、離型層にはPFAテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素樹脂が適している。加圧ローラ15bは、たとえば、ローラ直径が30mmで、芯金に直径28mm(肉厚1mm)の鉄(STKM)パイプ、弾性層に厚みが1mmのシリコンソリッドゴム、離型層に厚みが30μmのPFAチューブからなるローラを用いることができる。

0061

[定着ベルト]
定着ベルト30は、加熱手段20によって所定の温度に加熱され、定着ニップ部15cを通過する未定着のトナー像71が形成された記録紙70を加熱する。定着ベルト30は、無端状のベルト部材で、加熱手段20の加熱部材21が有する加熱基材212と定着ローラ15aによって懸架され、定着ローラ15aに所定の角度θ1(本実施形態では、θ1=185°である。)で巻きかかっている。定着ベルト30は、定着ローラ15aの回転時には、定着ローラ15aに従動して回転方向A方向に回転するようになっている。定着ベルト25は、ポリイミドなどの耐熱性樹脂あるいはステンレスニッケルなどの金属材料からなる中空円筒状の基材の表面に、弾性層として耐熱性および弾性に優れたエラストマー材料(たとえばシリコンゴム)が形成され、さらにそ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(たとえばPFAやPTFEなどのフッ素樹脂)が形成された3層構造となっている。また、基材のポリイミドにフッ素樹脂を内添してもよい。これによって、加熱部材21の加熱基材212との摺動負荷を低減することができる。本実施形態では、定着ベルト30は、基材が厚さ70μmのポリイミド、弾性層が厚さ150μmのシリコンゴム、離型層が厚さ30μmのPFAチューブからなる、直径45mmの無端状ベルトである。

0062

また、定着装置15においては、温度検知手段として、加熱手段20の加熱部材21が有する加熱基材212に接触する定着ベルト30の周面近傍には発熱体側サーミスタ32、加圧ローラ15bの周面近傍には加圧ローラ側サーミスタ33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。本実施形態における発熱体側サーミスタ32は、非接触式の温度検知手段であり、赤外線検知型の温度センサである。接触式の温度検知手段を定着ベルト30に接触して配置する構成では、定着ベルト30と接触する界面において、接触式温度検知手段が、定着ベルト30の表面離型層摩耗させる場合がある。このようにして定着ベルト30の表面離型層が損傷、劣化した場合には、定着性能に影響を及ぼし、記録紙70上に劣悪な定着画像が形成されてしまう。また、加圧ローラ側サーミスタ33は、接触式の温度検知手段である。

0063

[加熱手段]
定着装置15に備えられる加熱手段20は、定着ベルト30を介して記録紙70上のトナー像71を加熱する。そして、加熱手段20は、記録紙70上のトナー像71を所定の定着温度で加熱する加熱動作が行われる加熱動作モードと、加熱動作の前の状態であり後述するセラミック発熱体211の温度が常温(20℃)から所定の温度(200℃)に上昇するまでのモードであるウォームアップモードとを有する。

0064

図2は、加熱手段20の構成を示す図である。また図3は、加熱部材21の構成を示す平面図である。以下、図2および図3を用いて、加熱手段20の構成について詳細に説明する。加熱手段20は、加熱部材21、電圧可変電源22および制御手段23を含む。

0065

さらに加熱手段20は、後述する加熱部材21のセラミック発熱体211とは異なる第2の発熱体を含む。本実施形態では、第2の発熱体は、加圧ローラ15bの内部に配置されるハロゲンヒータからなるヒータランプ31(たとえば、定格電力400W)である。後述する制御手段23が電源回路からヒータランプ31に電力を供給(通電)させることによって、ヒータランプ31が発光し、ヒータランプ31から赤外線放射される。これによって、加圧ローラ15bの内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ15b全体が加熱される。

0066

本実施形態では、加熱手段20が有するセラミック発熱体211とヒータランプ31とは、異なる電源から電圧が印加されることによって区別された状態で発熱するようになっている。そのため、加熱手段20は、記録紙70の材質、定着装置15が配置される環境温度、モードに応じて記録紙70上のトナー像71に対する加熱条件の制御幅を広げることが可能なものとなる。

0067

また、加熱手段20は、記録紙70のトナー像担持面に当接する定着ベルト30をセラミック発熱体211からの熱によって加熱し、トナー像担持面とは反対側の面に当接する加圧ローラ15bをヒータランプ31からの熱によって加熱するように構成されている。これによって、加熱動作モード時に定着ベルト30表面に対して加圧ローラ15b表面の温度が低くなり過ぎるのを防止することができる。そのため、記録紙70の上方向(定着ベルト30側への方向)へのカールが大きくなるのを防止することができ、加圧ローラ15bにトナー像71が付着しても記録紙70の裏面への再転写が促進されて加圧ローラ15bにトナー汚れ堆積するのを防止することができる。また、加熱手段20は、記録紙70の厚み方向両面から加熱することができるので、定着性能を向上することができる。

0068

<加熱部材>
加熱部材21は、通電によって正温度係数(PTC:Positive Temperature
Coefficient)特性を有して所定の熱エネルギーで発熱するセラミック発熱体211と、加熱基材212と、給電電極213とを含んで構成される。本実施形態における加熱部材21では、加熱基材212は軸線方向から見た断面形状が略半円弧状となるように板状部材湾曲したものであり、セラミック発熱体211は加熱基材212の内周面の周方向中央部にシリコン系グリースを介して接触配置され、セラミック発熱体211において加熱基材212と接触する面と反対側の面にはアルミニウムからなる給電電極213がシリコン系グリースを介して押圧されて設けられている。そして、加熱部材21では、給電電極213を介して電圧可変電源22から電圧が印加されてセラミック発熱体211で発生した熱が、加熱基材212に伝導し、加熱基材212の外周面に接触する定着ベルト30を加熱する。

0069

PTC特性を有するセラミック発熱体211は、チタン酸バリウムからなるセラミック製の発熱体であり、素子温度が所定の温度(キュリー点)より上昇すると急激に電気抵抗値が変化する特性(自己温度制御特性)を有するものである。本実施形態では、セラミック発熱体211は、キュリー点220℃以上で電気抵抗値が急激に上昇する仕様のものである。

0070

また、本実施形態における加熱部材21では、1つのセラミック発熱体211は、加熱基材212の周方向に対応する幅寸法Wが12.3mm、軸線方向に対応する寸法Lが30mm、厚みHが2.1mmの素子サイズを有するものである。そして、加熱部材21においては、前記素子サイズのセラミック発熱体211が、加熱基材212の内周面の周方向中央部に、加熱基材212の軸線方向両端部間にわたって複数(10個)並んでシリコン系グリースを介して固定されている。このように、前記寸法Lが適度に小さいセラミック発熱体211が、加熱基材212の軸線方向両端部間にわたって複数配置されて構成される加熱部材21は、寸法Lが大きい1つのセラミック発熱体で構成される場合よりも、容易に作製することができ、作製コストを低減することができる。

0071

また、1つのセラミック発熱体211の電気抵抗値は常温(20℃)環境下で350Ωであり、10個のセラミック発熱体211のトータル電気抵抗値は35Ωである。そして、各セラミック発熱体211は、給電電極213を介して電圧可変電源22から電圧が印加されることによって210〜220℃まで昇温し、これによって加熱基材212の外周面に接触する定着ベルト30の表面温度が所定の定着温度(たとえば、180℃)となるようになっている。

0072

普通サイズ(ここではA4サイズ)の記録紙70が定着ニップ部15cを連続して通過する場合、セラミック発熱体211で発生した熱は、記録紙70の表面に均一に伝達される。これによって、定着ベルト30は、その幅方向に関して、ほぼ定着温度前後で均一な温度分布となる。小サイズ(ここではA5サイズ)の記録紙70が定着ニップ部15cを連続して通過する場合、セラミック発熱体211で発生した熱は、定着ベルト30の幅方向両端部の非通紙部において記録紙70に伝達されず、所定の定着温度以上の温度に上昇する。定着ベルト30の非通紙部の熱によって温度がキュリー点である220℃を超えたセラミック発熱体211は、電気抵抗値が上昇し、その結果、セラミック発熱体211に流れる電流が抑制されてセラミック発熱体211自身の発熱が停止する。これによって、定着ベルト30の非通紙部の温度上昇が抑制される。

0073

加熱部材21が有する加熱基材212は、軸線方向から見た断面形状が略半円弧状となるように板状部材が湾曲したものであり、その外周面が定着ベルト30の幅方向全体に当接するようにされている。本実施形態では、加熱基材212は、周方向に関する直径が28mmであり、厚みが1mmに設定されている。また、加熱基材212の周方向に関して、定着ベルト30と接触する幅(加熱ニップ幅)寸法は、44mmである。

0074

そして、加熱基材212では、周方向中央部において接触するセラミック発熱体211で発生した熱が、周方向両端部側に向かって(方向Dおよび方向Eに向かって)伝導および拡散し、これによって加熱基材212に接触する定着ベルト30を加熱する。このように、加熱部材21では、板状部材が湾曲した加熱基材212を介して定着ベルト30を加熱するように構成されているので、加熱基材212を介さないで定着ベルト30を加熱する構成よりも加熱ニップ幅を大きくすることができ、定着ベルト30を効率よく加熱することができる。

0075

加熱基材212を構成する材料は、熱伝導性および熱拡散性に優れるものであれば特に制限されないが、アルミニウム、銅、ヒートレーン登録商標)などの自励振動式ヒートパイプなどを挙げることができる。

0076

加熱基材212を構成する材料がアルミニウムまたは銅である場合、アルミニウムおよび銅は、金属の中でも熱伝導性に優れ、また加工性および経済性にも優れるので、加熱基材212がアルミニウム製または銅製であることによって、加工性および経済性に優れ、定着ベルト30における加熱範囲をより広くすることができ、定着ベルト30の熱供給量をより増加させることができる加熱基材212を実現することができる。したがって、PTC特性を有するセラミック発熱体211の加熱性能を一層向上させることができるので、より一層高速の定着装置15とすることができる。

0077

また、加熱基材212を構成する材料がヒートレーン(登録商標)などの自励振動式ヒートパイプである場合、自励振動式ヒートパイプは、金属の中でも熱伝導性に優れるアルミニウムおよび銅よりさらに熱抵抗が低く、熱拡散性に優れるので、加熱基材212を自励振動式ヒートパイプで構成することによって、加熱基材212の定着ベルト30における加熱範囲をより一層広くすることができ、定着ベルト30の熱供給量をより一層増加させることができる加熱基材212を実現することができる。したがって、PTC特性を有するセラミック発熱体211の加熱性能をより一層向上させることができるので、より一層高速の定着装置15とすることができる。

0078

また、加熱基材212には、定着ベルト30と接触する外周面に絶縁性コート層212aが形成されている。コート層212aは、PTFEなどのフッ素樹脂からなる層であり、本実施形態ではその厚さが20μmである。このように、加熱基材212の定着ベルト30と接触する外周面にコート層212aを形成することによって、加熱基材212と定着ベルト30との摺動負荷を低減することができ、定着ベルト30のスムーズな摺動が可能となる。

0079

<電圧可変電源>
電圧可変電源22は、給電電極213を介してセラミック発熱体211に接続されて、セラミック発熱体211に電圧を印加する電源であり、印加電圧値が可変制御可能なものである。電圧可変電源22における印加電圧可変範囲は、80〜230Vである。

0080

<制御手段>
制御手段23は、発熱体側サーミスタ32および加圧ローラ側サーミスタ33によって検出された温度データに基づいて、定着ベルト30および加圧ローラ15bの表面温度が所定の定着温度となるように、セラミック発熱体211およびヒータランプ31への通電を制御する。このとき、制御手段23は、セラミック発熱体211に対する電圧可変電源22による印加電圧値を、セラミック発熱体211における投入電力値が略一定となるように可変制御するように構成されている。ここで、「投入電力値が略一定」とは、目標投入電力値に対して±15%の範囲の電力値のことである。そして、制御手段23は、図2に示すように、検出部231と、算出部232と、制御部233とを含む。

0081

検出部231は、セラミック発熱体211における温度に応じて変動する電流値または電気抵抗値を検出して、検出工程を実現する。本実施形態では、検出部231は、セラミック発熱体211のバイアスライン上に接続される電流計23aにより計測されるセラミック発熱体211の電流値を、0.2秒周期で検出する。

0082

算出部232は、検出部231による検出結果および発熱体側サーミスタ32により検出された温度データに基づいて、セラミック発熱体211に対する投入電力値が略一定となる印加電圧値を算出して、算出工程を実現する。本実施形態では、算出部232は、検出部231が0.2秒周期で検出する電流値に応じて、0.2秒周期で印加電圧値を算出する。

0083

制御部233は、算出部232が0.2秒周期で算出する印加電圧値に対応した電圧を、電圧可変電源22によりセラミック発熱体211に印加させて、電圧印加工程を実現する。また、制御部233は、加圧ローラ側サーミスタ33により検出された温度データに基づいて、加圧ローラ15bの表面温度が所定の定着温度となるように、電圧可変電源22とは異なる電源によりヒータランプ31に電圧を印加させる。

0084

以上のような検出部231、算出部232および制御部233を含んで構成される制御手段23は、電流計23aにより計測されるセラミック発熱体211の電流値を0.2秒周期で電圧可変電源22にフィードバックし、電圧可変電源22による印加電圧値を、電流値の変化の方向とは反対の方向に可変制御して、セラミック発熱体211における投入電力値が略一定となるようにしている。

0085

なお、検出部231がセラミック発熱体211の電気抵抗値を検出するように構成される場合には、制御手段23は、電圧可変電源22による印加電圧値を、電気抵抗値の変化の方向と同じ方向に可変制御して、セラミック発熱体211における投入電力値が略一定となるようにすればよい。

0086

PTC特性を有するセラミック発熱体211は、発熱体温度がキュリー点以下の温度領域であっても、若干の温度依存性を有して電気抵抗値が変動する。そのため、PTC特性を有するセラミック発熱体211に、定電圧(たとえば100V)の電源を用いて電圧を印加した場合、温度依存性を有して電気抵抗値が変動するのに応じて、発熱体における投入電力値も変動し、常に必要な一定の電力値を得ることができない。セラミック発熱体211の温度が常温(20℃)から所定の温度(200℃)まで上昇するウォームアップ時では、セラミック発熱体211の電気抵抗値は、最大電気抵抗値が最小電気抵抗値に対して約2.5倍となる範囲内で変動する。このように、セラミック発熱体211における電気抵抗値が変動する場合において定電圧が印加されると、ウォームアップ中のセラミック発熱体211における投入電力値は、最大電力値が最小電力値に対して約2.5倍となる範囲内で変動することになり、定格電力値(商用定格値:1500W)を超えてしまうおそれがある。また、セラミック発熱体211に定電圧を印加する場合、ウォームアップ中のセラミック発熱体211における投入電力値が定格電力値を超えないようにすると、平均電力値が低下し、ウォームアップ時間が長くなってしまう。

0087

これに対して本実施形態の定着装置15においては、制御手段23がセラミック発熱体211に対する電圧可変電源22による印加電圧値を可変制御することで、セラミック発熱体211の温度が常温(20℃)から所定の温度(200℃)まで上昇するウォームアップ時であっても、セラミック発熱体211における投入電力値を、電気抵抗値の変動に応じて略一定とすることができる。このように、セラミック発熱体211の温度変化に応じて電気抵抗値が変動するウォームアップ時に、セラミック発熱体211における投入電力値が略一定であるので、ウォームアップ時間が長くなるのが防止される。また、本実施形態の定着装置15は、記録紙70の材質、定着装置15が設置される環境温度に応じて、所定の定着温度の設定値を変更する場合であっても、セラミック発熱体211における投入電力値が略一定であるので、安定した定着性能が確保できる。さらに本実施形態の定着装置15では、セラミック発熱体211の温度変動に伴う電気抵抗値の変動に応じてセラミック発熱体211における投入電力値が略一定であるので、定格電力値(1500W)を超過することなく、セラミック発熱体211の発熱能力を最大限に発揮させることができる。

0088

また、後述する画像形成装置100では、画像形成動作時には、加熱手段20が加熱動作モードで動作して定着装置15が稼動するとともに、定着装置15以外のトナー像形成手段に対応する各ユニットが動作し、ウォームアップ時には、定着装置15以外の各ユニットは動作しない。そのため、加熱手段20のセラミック発熱体211に対して、加熱動作モード時よりもウォームアップモード時の方が高い電力を供給可能である(たとえば、加熱動作モード時:900W、ウォームアップモード時:1200W)。

0089

記録紙70上のトナー像71を加熱する熱源としてハロゲンヒータを用いた場合、加熱動作モード時に位相制御によって投入電力値を900Wに制御しようとすると効率が低下し、実行電力としては700W程度しか得られず電力が不足する。このように、熱源に対する投入電力が不足すると、温度追従性が悪化する。

0090

これに対して、本実施形態の定着装置15において、制御手段23は、セラミック発熱体211における投入電力値が、ウォームアップモード時の方が加熱動作モード時よりも高い値で略一定となるように、セラミック発熱体211に対する電圧可変電源22による印加電圧値を可変制御するように構成されるのが好ましい。セラミック発熱体211は投入電力値によって効率が変化することがなく、さらに制御手段23が、セラミック発熱体211に対する投入電力値をウォームアップモード時の方が加熱動作モード時よりも高い値で略一定となるように可変制御することによって、ウォームアップ時間の短縮と加熱動作モード時における温度追従性との両立を達成することができる。

0091

また、制御手段23は、ヒータランプ31に電圧が印加されて発熱しているか否かに応じて、ヒータランプ31が発熱していないときの方が発熱しているときよりも、セラミック発熱体211における投入電力値が高い値で略一定となるように、セラミック発熱体211に対する電圧可変電源22による印加電圧値を可変制御するように構成されるのが好ましい。これによって、加熱手段20において無駄な電力が消費されるのを防止するとともに、記録紙70の材質、定着装置15が設置される環境温度、モードに応じて安定した定着性能を確保することができる。

0092

次に、セラミック発熱体211に過電流が流れないようにするための構成について説明する。セラミック発熱体211に流れる最大電流値をImax(A)、最大投入電力値をPmax(W)、定格電圧値をVc(V)としたとき、Imaxが過電流とはならない条件は下記式(1)で示される。
Imax≦Pmax/Vc …(1)

0093

また、セラミック発熱体211に流れる電流値が最大電流値Imaxとなるのは、セラミック発熱体211の電気抵抗値およびセラミック発熱体211への印加電圧値が最小となるときである。このときの電気抵抗値をRmin(Ω)、印加電圧値をVmin(V)とすると、下記式(2),(3)が成り立つ。
Vmin=Imax×Rmin …(2)
Pmax=Imax×Vmin …(3)

0094

さらに、上記式(2)から下記式(4)が導かれる。
Vmin/Rmin=Imax …(4)

0095

そして、上記式(1)および式(4)から、下記式(5)が導かれる。
Vmin/Rmin≦Pmax/Vc …(5)

0096

上記式(3)および式(5)から下記式(6)が導かれ、式(6)を変形して下記式(7)が導かれる。
Vmin/Rmin≦Imax×Vmin/Vc …(6)
1/(Imax×Rmin)≦1/Vc …(7)

0097

このようにして導かれる式(7)を変形すると、下記式(i)が導かれる。
Vmin≧Vc …(i)

0098

つまり、制御手段23における算出部232が、式(i)を満たす範囲内において印加電圧値Vmin(V)を算出するように構成されることによって、セラミック発熱体211に定格電流(15A)を超える過電流が流れるのを防止することができ、安全性を確保することができる。

0099

また、上記式(2)および式(3)から下記式(8)が導かれ、式(8)を変形して下記式(9)が導かれる。
Vmin/Rmin=Pmax/Vmin …(8)
(Vmin)2=Pmax×Rmin …(9)

0100

そして、式(i)および式(9)から下記式(10)が導かれ、式(10)を変形して下記式(ii)が導かれる。
Pmax×Rmin≧Vc2 …(10)
Rmin≧Vc2/Pmax …(ii)

0101

つまり、セラミック発熱体211を、Rmin(Ω)が式(ii)を満たすように設定された部材とすることによって、セラミック発熱体211に定格電流を超える過電流が流れるのを防止することができ、安全性を確保することができる。

0102

図4は、本発明の第2実施形態である定着装置40の構成を示す図である。定着装置40は、前述した定着装置15に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。

0103

定着装置40は、加圧ローラ15bと、フィルム状の無端ベルト部材である定着ベルト43と、加熱手段41とを含んで構成される。定着装置40においては、定着ベルト43が2つの懸架ローラ44と加熱手段41の加熱部材42が有する加熱基材422との間に張架され、加圧ローラ15bが定着ベルト43を介して加熱基材422に対向するように配置されている。そして、定着装置40は、加熱基材422が定着ベルト43の内周面に接触して定着ベルト43を加熱し、定着ベルト43を介して互いに圧接する加熱基材422と加圧ローラ15bとの間に形成される定着ニップ部422aを記録紙70が通過したとき、トナー像71を加熱加圧して記録紙70上に定着する装置である。また、記録紙70が定着ニップ部422aを通過するときには、定着ベルト43は記録紙70のトナー像担持面に当接し、加圧ローラ15bはトナー像担持面とは反対側の面に当接するようになっている。

0104

定着ベルト43は、前述した定着装置15が備える定着ベルト30と同様に、基材の表面に弾性層と離型層とが形成された3層構造となっている。そして、定着ベルト43は、加圧ローラ15bのF方向への回転に従動して回転するようになっている。

0105

加熱手段41において、加熱部材42が有する加熱基材422は、加圧ローラ15bの外周面に沿って湾曲した形状にされており、その外周面が定着ベルト43の幅方向全体に当接するようにされている。そして、PTC特性を有するセラミック発熱体421が、加熱基材422の内周面の周方向中央部に接触して配置されている。そして、加熱手段41においては、前述した定着装置15が備える加熱手段20と同様に、電圧可変電源22が給電電極を介してセラミック発熱体421に接続され、制御手段23がセラミック発熱体421に対する電圧可変電源22による印加電圧値を、セラミック発熱体421における投入電力値が略一定となるように可変制御する。

0106

以上のような構成の定着装置40では、記録紙70上のトナー像71は、定着ベルト43を介して加熱手段41によって加熱されるとともに、加熱基材422と加圧ローラ15bとの間に発生する圧接力によって加圧されるので、安定した定着性能を確保することができる。また、定着装置40は、加熱基材422と加圧ローラ15bとが定着ベルト43を介して互いに圧接するように構成されているので、加圧ローラ15bと圧接する他の部材を設けなくても、記録紙70上のトナー像71に圧接力を付与することができ、装置構成を簡略化することができる。

0107

図5は、本発明の第3実施形態である定着装置50の構成を示す図である。定着装置50は、前述した定着装置15に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。定着装置50は、加熱手段51と、回転可能な加熱ベルト53と、定着ローラ54と、加圧ローラ55とを含んで構成される。

0108

定着装置50においては、定着ローラ54と加圧ローラ55とが対向するように配置され、加熱手段51の加熱部材52が有する加熱基材522が加熱ベルト53を介して定着ローラ54に対向するように配置されている。定着装置50では、加熱基材522が加熱ベルト53の内周面に接触して加熱ベルト53を加熱する。そして、加熱ベルト53に保持される熱は、定着ローラ54が加熱ベルト53の外周面に接触して形成される加熱ニップ部51aにおいて、定着ローラ54に伝達される。そして、定着装置50は、互いに圧接する定着ローラ54と加圧ローラ55との間に形成される定着ニップ部54bを記録紙70が通過したとき、トナー像71を加熱加圧して記録紙70上に定着する装置である。また、記録紙70が定着ニップ部54bを通過するときには、定着ローラ54は記録紙70のトナー像担持面に当接し、加圧ローラ55はトナー像担持面とは反対側の面に当接するようになっている。

0109

定着ローラ54は、駆動手段により回転軸線まわりに回転方向G方向に回転駆動することによって、加熱ベルト53を搬送する。定着ローラ54は、その内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された3層構造からなっている。そして、定着ローラ54の内部には、ハロゲンヒータからなるヒータランプ54aが配置されている。また、定着ローラ54の周面近傍には、温度検知手段としての定着ローラ側サーミスタ57が配置されており、定着ローラ54の表面温度を検出するようになっている。

0110

加圧ローラ55は、定着ローラ54に対向しかつ定着ローラ54を圧接し、回転軸線まわりに回転自在に設けられ、定着ローラ54の回転に従動して回転する。加圧ローラ55は、その内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された3層構造からなっている。そして、加圧ローラ55の内部には、ハロゲンヒータからなるヒータランプ55aが配置されている。また、加圧ローラ55の周面近傍には、温度検知手段としての加圧ローラ側サーミスタ58が配置されており、加圧ローラ55の表面温度を検出するようになっている。

0111

加熱手段51において、加熱部材52が有する加熱基材522は、定着ローラ54の外周面に沿って湾曲した形状にされており、その外周面が加熱ベルト53の幅方向全体に当接するようにされている。そして、PTC特性を有するセラミック発熱体521が、加熱基材522の内周面の周方向中央部に接触して配置されている。加熱手段51においては、前述した定着装置15が備える加熱手段20と同様に、電圧可変電源22が給電電極を介してセラミック発熱体521に接続され、制御手段23がセラミック発熱体521に対する電圧可変電源22による印加電圧値を、セラミック発熱体521における投入電力値が略一定となるように可変制御する。

0112

加熱ベルト53は、湾曲して形成される加熱基材522の外周面に沿うように設けられる無端状のベルト部材であり、前述した定着装置15が備える定着ベルト30と同様に、基材の表面に弾性層と離型層とが形成された3層構造となっている。そして、加熱ベルト53は、定着ローラ54のG方向への回転に従動して回転するようになっている。また、加熱ベルト53の周面近傍には発熱体側サーミスタ56が配置されており、加熱ベルト53の表面温度を検出するようになっている。

0113

以上のような構成の定着装置50では、記録紙70上のトナー像71は、加熱ベルト53および定着ローラ54を介して加熱手段51によって加熱されるとともに、定着ローラ54と加圧ローラ55との間に発生する圧接力によって加圧されるので、安定した定着性能を確保することができる。

0114

(画像形成装置)
図6は、本発明の実施の一形態である画像形成装置100の構成を示す図である。画像形成装置100は、読み取った原稿の画像データやネットワーク等を介して送信された画像データに基づいて記録紙70に対して多色および単色の画像を形成する装置である。本実施形態では、画像形成装置100は、多色画像を形成するカラー複合機である。そして、画像形成装置100は、前述した本実施形態の定着装置15,40,50のいずれかの定着装置を備える。画像形成装置100が定着装置15を備えた場合について、以下に説明する。

0115

画像形成装置100は、光学系ユニット10、第1〜第4可視像形成ユニットPa〜Pd、中間転写ベルト11、二次転写ユニット14、定着装置15、内部給紙ユニット16、手差し給紙ユニット17および排紙ユニット18を備える。第1〜第4可視像形成ユニットPa〜Pd、中間転写ベルト11および二次転写ユニット14は、トナー像形成手段を構成する。そして、画像形成装置100は、ブラック(K)およびカラー画像色分解して得られる減法混色3原色であるシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の4色の各色相に対応した画像データを用いて、第1〜第4可視像形成ユニットPa〜Pdにおいて、各色相に対応したトナー像を形成し、該トナー像を中間転写ベルト11に転写する。

0116

第1〜第4可視像形成ユニットPa〜Pdは、それぞれ同様の構成であり、たとえば、ブラック(K)の第1可視像形成ユニットPaは、感光体101a、帯電ユニット103a、現像ユニット102a、一次転写ユニット13aおよびクリーニングユニット104a等から構成される。この第1〜第4可視像形成ユニットPa〜Pdは、中間転写ベルト11の移動方向(副走査方向)に一列に配列されている。

0117

帯電ユニット103a〜103dは、感光体101a〜101dの表面を所定の電位に均一に帯電させるユニットであり、たとえば接触方式のローラ状の帯電器である。ローラ状の帯電器に代えて、帯電ブラシを用いた接触方式の帯電器、または、帯電ワイヤを用いた非接触方式の帯電器を用いることもできる。

0118

光学系ユニット10は、光源4や反射ミラー8等を備えており、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)およびイエロー(Y)の各色相の画像データによって変調されたレーザビーム等の光ビームのそれぞれを感光体101a〜101dのそれぞれに照射する。各感光体101a〜101dは、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)およびイエロー(Y)の各色相の画像データによる静電潜像を形成する。

0119

現像ユニット102a〜102dは、静電潜像が形成された感光体101a〜101dの表面に現像剤であるトナーを供給し、静電潜像をトナー像に現像する。現像ユニット102a〜102dのそれぞれは、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)およびイエロー(Y)の各色相のトナーを収納しており、感光体101a〜101dのそれぞれに形成された各色相の静電潜像を、各色相のトナー像に顕像化する。クリーニングユニット104a〜104dは、現像・画像転写後における感光体101a〜101d上の表面に残留したトナーを除去・回収する。

0120

中間転写ベルト11は、各感光体101a〜101dの上方に配置されており、2つのテンションローラ11a,11bの間にたわむことなく張架されてループ状移動経路を形成している。中間転写ベルト11の外周面は、感光体101d、感光体101c、感光体101bおよび感光体101aにこの順に対向する。この中間転写ベルト11を挟んで各感光体101a〜101dに対向する位置に、一次転写ローラ13a〜13dが配置されている。中間転写ベルト11が感光体101a〜101dに対向する位置のそれぞれが一次転写位置である。

0121

一次転写ローラ13a〜13dには、感光体101a〜101dの表面に担持されたトナー像を中間転写ベルト11上に転写するために、トナーの帯電極性逆極性一次転写バイアス定電圧制御によって印加される。これによって、感光体101a〜101dに形成された各色相のトナー像は、中間転写ベルト11の外周面に順次重ねて転写され、中間転写ベルト11の外周面にフルカラーのトナー像が形成される。

0122

ただし、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)およびブラック(K)の色相の一部のみの画像データが入力された場合には、4つの感光体101a〜101dのうち、入力された画像データの色相に対応する一部の感光体のみにおいて静電潜像およびトナー像の形成が行われる。たとえば、モノクロ画像形成時には、ブラックの色相に対応した感光体101aのみにおいて静電潜像の形成およびトナー像の形成が行われ、中間転写ベルト11の外周面にはブラックのトナー像のみが転写される。

0123

各一次転写位置において中間転写ベルト11の外周面に転写されたトナー像は、中間転写ベルト11の回転によって、二次転写ユニット14との対向位置である二次転写位置に搬送される。二次転写ユニット14は、画像形成時において、内周面がテンションローラ11aの周面に接触する中間転写ベルト11の外周面に所定のニップ圧で圧接されている。内部給紙ユニット16または手差し給紙ユニット17から給紙された記録紙70が、二次転写ユニット14と中間転写ベルト11との間を通過する際に、二次転写ユニット14にトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が印加される。これによって、中間転写ベルト11の外周面から記録紙70の表面にトナー像が転写される。

0124

なお、感光体101a〜101dから中間転写ベルト11に付着したトナーのうち、記録紙70上に転写されずに中間転写ベルト11上に残存したトナーは、次工程での混色を防止するために、転写クリーニングユニット12によって回収される。

0125

トナー像が転写された記録紙70は、前述した本発明の定着装置15に導かれ、定着ニップ部を通過して加熱および加圧を受ける。これによって、トナー像が、記録紙70の表面に堅牢に定着する。トナー像が定着した記録紙70は、排紙ローラ18aによって排紙ユニット18上に排出される。

0126

また、画像形成装置100には、内部給紙ユニット16に収納されている記録紙70を、二次転写ユニット14と中間転写ベルト11との間および定着装置15を経由して、排紙ユニット18に送るための略垂直方向に延びる用紙搬送路P1が設けられている。用紙搬送路P1には、内部給紙ユニット16内の記録紙70を一枚ずつ用紙搬送路P1内に繰り出すピックアップローラ16a、繰り出された記録紙70を上方に向けて搬送する搬送ローラ16b、搬送されてきた記録紙70を所定のタイミングで二次転写ユニット14と中間転写ベルト11との間に導くレジストローラ19、記録紙70を排紙ユニット18に排出する排紙ローラ18aが配置されている。

0127

また、画像形成装置100の内部には、手差し給紙ユニット17からレジストローラ19に至る間に、ピックアップローラ16aおよび搬送ローラ16bを配置した用紙搬送路P2が形成されている。さらに、排紙ローラ18aから用紙搬送路P1におけるレジストローラ19の上流側に至る間には、用紙搬送路P3が形成されている。

0128

排紙ローラ18aは、正逆両方向に回転自在にされており、記録紙70の片面に画像を形成する片面画像形成時、および、記録紙70の両面に画像を形成する両面画像形成における第2面画像形成時正転方向に駆動されて記録紙70を排紙ユニット18に排出する。一方、両面画像形成における第1面画像形成時には、排紙ローラ18aは、用紙の後端が定着装置15を通過するまで正転方向に駆動された後、記録紙70の後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて記録紙70を用紙搬送路P3内に導く。これによって、両面画像形成時に片面のみに画像が形成された記録紙70は、表裏面および前後端を反転した状態で用紙搬送路P1に導かれる。

0129

レジストローラ19は、内部給紙ユニット16または手差し給紙ユニット17から給紙され、または、用紙搬送路P3を経由して搬送された記録紙70を、中間転写ベルト11の回転に同期したタイミングで二次転写ユニット14と中間転写ベルト11との間に導く。このため、レジストローラ19は、感光体101a〜101dや中間転写ベルト11の動作開始時には回転を停止しており、中間転写ベルト11の回転に先立って給紙または搬送された記録紙70は、前端をレジストローラ19に当接させた状態で用紙搬送路P1内における移動を停止する。この後、レジストローラ19は、二次転写ユニット14と中間転写ベルト11とが圧接する位置で、記録紙70の前端部と中間転写ベルト11上に形成されたトナー像の前端部とが対向するタイミングで回転を開始する。

0130

なお、第1〜第4可視像形成ユニットPa〜Pdの全てにおいて画像形成が行われるフルカラー画像形成時には、一次転写ローラ13a〜13dが中間転写ベルト11を感光体101a〜101dの全てに圧接させる。一方、第1可視像形成ユニットPaのみにおいて画像形成が行われるモノクロ画像形成時には、一次転写ローラ13aのみが中間転写ベルト11を感光体101aに圧接させる。

0131

以上のように構成される画像形成装置100は、ウォームアップ時間が長くなるのが防止され、所定の定着温度の設定値を変更する場合であっても安定した定着性能を確保可能な定着装置15を備えているので、高速下で高品位な画像を記録紙70上に形成することができる。

0132

なお、本実施形態の画像形成装置100は、1つの定着装置15を備える構成としたが、定着装置15,40,50から選ばれる少なくとも1つの定着装置を備えるように構成すればよく、複数の定着装置を備える構成としてもよい。

0133

(制御プログラム、記録媒体)
また本発明のさらに他の実施形態として、前述した定着装置15,40,50の制御手段23としてコンピュータを機能させるための制御プログラム、および該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およびソースプログラム)を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することも可能である。本実施形態によれば、画像形成装置100に備えられるコンピュータ(またはCPU(
Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit))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て制御プログラムの命令を実行する。このように、コンピュータが制御プログラムの命令を実行することによって、ウォームアップ時間が長くなるのを防止し、安定した定着性能を確保するという定着装置15,40,50の動作を実現し、高速下で高品位な画像を形成することができる。

0134

制御プログラムのプログラムコードを記録する記録媒体としては、たとえば、磁気テープカセットテープなどのテープ系、フロッピー(登録商標)ディスクハードディスクなどの磁気ディスクCD−ROM(Compact Disc−Read Only Memory)、MO(
Magneto Optical disc)、MD(Mini Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)、CD−R(Compact Disc-Recordable)、Blu−rayなどの光ディスクのディスク系、IC(IntegratedCircuit)カードメモリカードを含む)、光カードなどのカード系、あるいはマスクROMEPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、フラッシュROMなどによる半導体メモリ系などを用いることができる。

0135

また、画像形成装置100を通信ネットワーク接続可能に構成し、制御プログラムのプログラムコードを、通信ネットワークを介してコンピュータに供給するようにしてもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、たとえば、インターネットイントラネットエキストラネット、LAN(Local Area Network)、ISDN(Integrated
Service Digital Network)、VAN(Value-added Network)、CATV(Community
Antenna Television)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などが利用可能である。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、たとえば、IEEE1394(Institute of
Electrical and Electronic Engineers 1394)、USB(Universal Serial Bus)、電力線搬送ケーブルTV回線電話線、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)回線などの有線でも、IrDA(Infrared Data Association)やリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線HDR(High Data Rate)、携帯電話網衛星回線地上波デジタル網などの無線でも利用可能である。なお、本発明は、制御プログラムのプログラムコードが電子的な伝送具現化された、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。

0136

(実施例)
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

0137

<評価1>
以下に示す実施例1,2および比較例1,2の定着装置を用いて常温(20℃)状態からのウォームアップ動作を行い、ウォームアップ中のセラミック発熱体における投入電力値、印加電圧値、電流値、電気抵抗値および温度を測定し、セラミック発熱体の温度が200℃に到達するまでのウォームアップ時間を評価した。なお、セラミック発熱体の温度が200℃まで到達するとウォームアップを完了するのが本来の制御であるが、セラミック発熱体のPTC特性を確認するために、200℃を超えた温度領域においてもセラミック発熱体に対する通電を継続した。

0138

(実施例1)
実施例1において使用した定着装置は、前述した本実施形態の定着装置15である。実施例1の定着装置では、定着ベルトを加熱する加熱源として、常温(20℃)環境下におけるトータル電気抵抗値が23Ωである10個のセラミック発熱体を用いた。そして、セラミック発熱体に電圧可変電源を接続し、投入電力値が1200Wで一定となるように、セラミック発熱体に対する印加電圧を可変制御した。

0139

(実施例2)
定着ベルトを加熱する加熱源として、常温(20℃)環境下におけるトータル電気抵抗値が35Ωである10個のセラミック発熱体を用いたこと以外は、実施例1と同様にした。

0140

(比較例1)
セラミック発熱体に定電圧電源を接続し、セラミック発熱体に印加する電圧を100Vで一定としたこと以外は、実施例1と同様にした。

0141

(比較例2)
セラミック発熱体に定電圧電源を接続し、セラミック発熱体に印加する電圧を100Vで一定としたこと以外は、実施例2と同様にした。

0142

評価結果を図7図10および表1に示す。図7は、実施例1の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流値および電気抵抗値との関係を示すグラフである。図8は、実施例2の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流および電気抵抗値との関係を示すグラフである。図9は、比較例1の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流および電気抵抗値との関係を示すグラフである。そして、図10は、比較例2の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流および電気抵抗値との関係を示すグラフである。

0143

0144

図7図10に示されるように、PTC特性を有するセラミック発熱体は、キュリー点220℃以上で電気抵抗値が急激に上昇するが、キュリー点以下の温度領域であっても、若干の温度依存性を有して電気抵抗値が変動した。具体的には、キュリー点以下の温度領域においてセラミック発熱体の電気抵抗値は、最大電気抵抗値が最小電気抵抗値に対して約4.2倍(実施例1および比較例1の場合、最大電気抵抗値:23Ω、最小電気抵抗値:5.4Ω、実施例2および比較例2の場合、最大電気抵抗値:35Ω、最小電気抵抗値:8.3Ω)となる範囲内で変動していることがわかる。

0145

このような特性を有するセラミック発熱体に対して定電圧を印加するように構成される比較例1,2の定着装置では、セラミック発熱体における投入電力値が変動してしまう(図9,10参照)。このとき、電気抵抗値の低いセラミック発熱体を用いた比較例1の定着装置では、セラミック発熱体における最大投入電力値が1840Wとなり、商用定格電力値の1500Wを超えてしまう(図9、表1参照)。また、電気抵抗値の高いセラミック発熱体を用いた比較例2の定着装置では、最大投入電力値が商用定格電力値を超えることはないものの、平均電力値が低下し、ウォームアップ時間が長くなった(図10、表1参照)。

0146

これに対して、セラミック発熱体に対する投入電力値が1200Wで一定である実施例1,2の定着装置では、商用定格電力値を超えることなく、ウォームアップ時間が長くなるのが防止される結果となった(表1参照)。また、電気抵抗値の高いセラミック発熱体を用いた実施例2の定着装置では、実施例1の定着装置に比べて、発熱体に流れる最大電流値を低く抑えることができる結果となった(図7,8、表1参照)。

0147

<評価2>
以下に示す実施例3および比較例3,4の定着装置を用いて常温(20℃)状態からのウォームアップ動作を行い、ウォームアップ完了後、直ちにA4サイズの記録紙(普通紙:坪量64g/m2)を毎分50枚の速度で定着ニップ部を100枚連続通過させ(横送り)、ウォームアップ時間および加熱動作中の温度追従性について評価した。なお、加圧ローラの内部に配置されるヒータランプは、待機中に加圧ローラを予熱する熱源として使用し、ウォームアップ中および加熱動作中はランプ点灯しないようにした。

0148

また、温度追従性の評価基準は、100枚の記録紙の連続通紙中において、目標温度190℃に対して定着ベルトの表面温度の降下量が10deg以内であり、定着不良が発生しなかった場合を「○」、目標温度190℃に対して定着ベルトの表面温度の降下量が10degを超え、定着不良が発生した場合を「×」とした。

0149

(実施例3)
実施例3において使用した定着装置は、実施例2と同様である。そして、実施例3では、セラミック発熱体における投入電力値が、ウォームアップ時に1200W、加熱動作時に900Wとなるように制御した。

0150

(比較例3)
比較例3において使用した定着装置について、図11を用いて説明する。図11は、従来技術の定着装置60の構成を示す図である。従来技術の定着装置60は、加熱ローラ61と、定着ローラ62と、加圧ローラ63と、定着ベルト64とを含んで構成される。定着装置60においては、定着ベルト64が加熱ローラ61と定着ローラ62との間に張架され、加圧ローラ63が定着ベルト64を介して定着ローラ62に対向するように配置されている。そして、加熱ローラ61の内部にはハロゲンヒータからなるベルト側ヒータランプ61aが配置され、定着ベルト64を加熱するようになっている。また、加圧ローラ63の内部にもハロゲンヒータからなる加圧側ヒータランプ63aが配置されている。そして、定着装置60は、加熱ローラ61が定着ベルト64を加熱し、定着ベルト64を介して互いに圧接する定着ローラ62と加圧ローラ63との間に形成される定着ニップ部62aを記録紙が通過したとき、トナー像を加熱加圧して記録紙上に定着する。なお、ヒータランプ61a,63aは、位相制御によって投入電力値が可変可能に構成されている。

0151

以上のような定着装置60を使用した比較例3では、ベルト側ヒータランプ61aにおける投入電力値が、ウォームアップ時に1200W、加熱動作時に900Wとなるように位相制御した。

0152

(比較例4)
比較例4において使用した定着装置は、比較例3と同様、定着装置60である。そして、比較例4では、ベルト側ヒータランプにおける投入電力値が、ウォームアップ時に900W、加熱動作時に900Wとなるように位相制御した。
評価結果を表2に示す。

0153

0154

表2に示されるように、実施例3の定着装置では、ウォームアップ時間が21秒と短く、加熱動作中における温度追従性も良好であった。

0155

これに対して、比較例3の定着装置では、ウォームアップ時間が21秒と短いものの、加熱動作中における温度追従性に問題があり、定着ベルトの表面温度が目標温度190℃に対して20deg降下し、定着不良が発生した。加熱動作中に温度追従性が悪化した原因は、位相制御によってベルト側ヒータランプに対する投入電力値を900Wに制御しようとすると、効率が低下し、実行電力としては700W程度しか得られず、電力が不足したためである。また、比較例4の定着装置では、加熱動作中における温度追従性は良好であったが、ウォームアップ時のベルト側ヒータランプに対する投入電力値が900Wと低いため、ウォームアップ時間が長くなった。

0156

<評価3>
以下に示す実施例4および比較例5,6の定着装置を用いて常温(20℃)状態からのウォームアップ動作を行い、ウォームアップ完了後、直ちにA4サイズの記録紙(普通紙:坪量64g/m2)を毎分50枚の速度で定着ニップ部を100枚連続通過させ(横送り)、加熱動作中の温度追従性について評価した。なお、加圧ローラの内部に配置されるヒータランプは、待機中に加圧ローラを予熱する熱源として使用するだけでなく、加熱動作中もランプ点灯するようにした。

0157

(実施例4)
実施例4において使用した定着装置は、実施例2と同様である。実施例4では、加熱動作中において加圧ローラの表面温度が目標温度(130℃)に未到達の場合にヒータランプに対する電力供給優先させ、ヒータランプが未点灯の場合のみにセラミック発熱体に対して定格電力に相当する電力を供給するように制御した。具体的には、実施例4では、加熱動作中において、定着ベルトの表面温度が目標温度(170℃)に未到達の場合のセラミック発熱体(定格電力900W)に対する投入電力値が、加圧ローラの表面温度が目標温度(130℃)に到達している場合に900W、未到達の場合に400W(ヒータランプへの投入電力値:定格電力に相当する500W)となるように制御した。

0158

(比較例5)
比較例5において使用した定着装置は、比較例3と同様、定着装置60である。比較例5では、加熱動作中において加圧ローラの表面温度が目標温度(130℃)に未到達の場合に加圧側ヒータランプに対する電力供給を優先させ、加圧側ヒータランプが未点灯の場合のみにベルト側ヒータランプに対して定格電力に相当する電力を供給するように制御した。具体的には、比較例5では、加熱動作中において、定着ベルトの表面温度が目標温度(170℃)に未到達の場合のベルト側ヒータランプ(定格電力900W)に対する投入電力値が、加圧ローラの表面温度が目標温度(130℃)に到達している場合に900W、未到達の場合に400W(加圧側ヒータランプへの投入電力値:定格電力に相当する500W)となるように制御した。

0159

(比較例6)
比較例6において使用した定着装置は、比較例3と同様、定着装置60である。比較例6では、加熱動作中において定着ベルトの表面温度が目標温度(170℃)に未到達の場合にベルト側ヒータランプに対する電力供給を優先させ、ベルト側ヒータランプが未点灯の場合のみに加圧側ヒータランプに対して定格電力に相当する電力を供給するように制御した。具体的には、比較例6では、加熱動作中において、定着ベルトの表面温度が目標温度(170℃)に未到達の場合のベルト側ヒータランプ(定格電力900W)に対する投入電力値が、加圧ローラの表面温度が目標温度(130℃)に到達しているか否かにかかわらず、900W(加圧側ヒータランプへの投入電力値:0W)となるように制御した。
評価結果を表3に示す。

0160

0161

表3に示されるように、比較例5の定着装置では、定着ベルトでの温度追従性が悪く、定着不良が発生した。また、比較例6の定着装置では、加圧ローラでの温度追従性が悪く、定着不良が発生した。

0162

これに対して、実施例4の定着装置では、加熱動作中において、定着ベルトおよび加圧ローラでの温度追従性が良好で、定着不良が発生しなかった。これは、セラミック発熱体が投入電力値によって効率が変化することがない熱源だからである。

0163

15,40,50定着装置
15a,54定着ローラ
15b,55加圧ローラ
20,41,51 加熱手段
21,42,52加熱部材
22電圧可変電源
23 制御手段
30,43定着ベルト
31,54a,55aヒータランプ
53加熱ベルト
100画像形成装置
211,421,521セラミック発熱体
212,422,522加熱基材
231 検出部
232 算出部
233 制御部

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