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発明の名称 定着装置及びこれを用いる画像形成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−17807(P2007−17807A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−200905(P2005−200905)
出願日 平成17年7月8日(2005.7.8)
代理人
発明者 中藤 淳 / 越後 勝博 / 馬場 聡彦 / 藤田 貴史 / 菊地 尚志 / 国井 博之 / 黒高 重夫 / 染矢 幸通 / 上 浩二
要約 課題
短い放電時間に直流の低電圧かつ大電流を流すことができるコンデンサを低抵抗の構成の実現が容易な面状発熱ヒータの供給電源に用いることを可能にする定着装置及びこれを用いる画像形成装置を提供する。

解決手段
記録媒体Pにトナー画像を定着する定着装置において、電力の供給を受けることによって発熱する熱源3、4、この熱源3、4によって加熱される定着部材1もしくは加圧部材2、前記熱源3、4に電力を供給する電力供給手段として充電可能な蓄電装置17とこの蓄電装置17を充電する充電器18とを備えると共に、熱源3、4は外部電源16からの電力供給を受ける第1の加熱体3と蓄電装置17からの電力供給を受ける第2の加熱体4を備え、蓄電装置17は定着部材1または加圧部材2に固定して設置するようにした。
特許請求の範囲
【請求項1】
記録媒体にトナー画像を定着する定着装置において、電力の供給を受けることによって発熱する熱源と、該熱源によって加熱される定着部材または加圧部材と、前記熱源に電力を供給する電力供給手段とを有し、前記電力供給手段は充電可能な蓄電装置と、該蓄電装置を充電する充電器とを備えると共に、前記熱源は外部電源からの電力供給を受ける第1の加熱体と前記蓄電装置からの電力供給を受ける第2の加熱体の少なくとも2つの加熱体を備え、前記蓄電装置は前記定着部材または前記加圧部材に固定して設置されていることを特徴とする定着装置。
【請求項2】
前記蓄電装置は接離可能な給電部材を介して前記充電器より給電を受け、前記定着部材または前記加圧部材の駆動が停止しているときに前記充電器より充電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】
前記第2の加熱体は前記定着部材または前記加圧部材に一体的に設けられた面状発熱抵抗体であ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】
前記第2の加熱体は前記定着部材または前記加圧部材自体が発熱する抵抗体であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の定着装置。
【請求項5】
記録媒体にトナー画像を定着する定着装置において、電力の供給を受けることによって発熱する熱源と、該熱源を有する加熱部材と、該加熱部材によって加熱される定着部材または加圧部材と、前記熱源に電力を供給する電力供給手段とを有し、前記電力供給手段は充電可能な蓄電装置と、外部電源から給電され、且つ、前記蓄電装置を充電する充電器とを備えると共に、前記熱源は前記外部電源からの電力供給を受ける第1の加熱体と前記蓄電装置からの電力供給を受ける第2の加熱体の少なくとも2つの加熱体を備え、前記蓄電装置は前記加熱部材に固定して設置されていることを特徴とする定着装置。
【請求項6】
前記蓄電装置は接離可能な給電部材を介して前記充電器より給電を受け、前記加熱部材の駆動が停止しているときに、前記充電器より充電されることを特徴とする請求項5記載の定着装置。
【請求項7】
前記第2の加熱体は前記定着部材に一体的に設けられた面状発熱抵抗体であることを特徴とする請求項5または請求項6記載の定着装置。
【請求項8】
前記第2の加熱体は前記定着部材自体が発熱する抵抗体であることを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか1項記載の定着装置。
【請求項9】
前記蓄電装置として電気二重層コンデンサを備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項記載の定着装置。
【請求項10】
前記給電部材には磁石が用いられていることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項記載の定着装置。
【請求項11】
潜像担持体に静電潜像を形成し、前記静電潜像を現像して得られるトナー画像を記録媒体に定着して画像形成する画像形成装置において、トナー画像を前記記録媒体に定着する定着装置として、請求項1乃至請求項10のいずれか1項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、シート状の記録媒体上に形成されているトナー画像を記録媒体に定着させる定着装置及びこれを用いる電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来では、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、一般に、加熱定着ローラに加圧ローラを圧接した定着装置が用いられることが知られている(例えば、特許文献1乃至6参照)。
かかる定着装置は、加熱した定着ローラを回転させながら、この回転する定着ローラと加圧ローラとの間にトナーが転写された印刷用紙を挿通し、トナーを加熱溶融して印刷用紙上に融着するものである。従来、一般的には定着ローラの熱源として、ハロゲンランプを用いたハロゲンヒータが使用されてきた。
特許文献1には、サブヒータの加熱を行う蓄電池と充電手段と加圧ローラの温度検出手段を備え、加圧ローラの温度が基準温度以下にまで低下すると、蓄電池を介してサブヒータの加熱を行う一方、基準温度より高くなると、サブヒータの加熱を停止する、メインヒータとサブヒータを内蔵した加圧ローラを有する熱定着装置が開示されている。
特許文献2には、ヒータ駆動手段に商用電源と充電可能な蓄電池と充電手段を備え、蓄電池の放電回路を形成するような接続形態によってウォームアップ時間の短縮を図る、電力の供給を受けることによって発熱するヒータを有する定着装置用の加熱装置が開示されている。
特許文献3には、主電源以外に補助的なエネルギ源として二次電池や一次電池を備える画像形成装置及び画像形成方法が開示されている。また、特許文献4には、商用電源からの電力の供給を受ける主ヒータと、蓄電池からの電力の供給を受ける補助ヒータとを有し、蓄電池の充電を主ヒータの消灯時に行う定着装置用加熱装置及び画像形成装置が開示されている。
特許文献5には、定着加熱ローラ内部に、限界温度を越えた場合給電を遮断する安全装置を有し、該温度ヒューズを、外部の商用電源から電力の供給を受けるローラ両端の樹脂製キャップに設けた定着装置が開示されている。
特許文献6には、蓄電可能な電気2重層コンデンサから電力の供給を受ける第2ヒータを面状発熱体とし、第1ヒータは商用電源から電力の供給を受ける構造とし、第2ヒータは加圧部材が停止時及び立ち上げ時に定着部材に接触し、定着時には離反する定着装置が開示されている。
【0003】
近年の環境規制、環境保護意識の高まりから、各種画像形成装置は不使用時には定着ヒータへの通電を遮断し必要なときのみ通電して、消費電力を低減することが行われている。
このような省エネルギ型の画像形成装置では、印刷時に定着ローラの表面温度が即座に設定温度まで達する必要があるが、通常は1本乃至複数のヒータに同時に商用電源からの電力供給を行っているため、投入する電力に一定の制限があった。
このことの対策として、従来のハロゲンヒータで加熱する方式では、肉厚を1mm以下にする定着ローラ基体の薄肉化が行われている。これによって定着ローラの熱容量を軽減し、定着ローラを急速に設定温度までに立ち上げることができる。
しかしながら、上記のような定着ローラ基体の薄肉化には幾つかの問題がある。熱容量の低減はデメリットも有している。それは、いわゆる立ち上がり直後連続通紙時の温度落ち込みと言われるもので、特に1分間に60枚以上の通紙を行うような高速機においては、印刷用紙や加圧ローラに奪われる熱量に対する供給が間に合わなくなり、熱源が常にオンの状態でも定着ローラの温度が落ち込んでいく現象である。
適正な定着温度を下回ったまま通紙が行われると、定着不良やオフセットなどの不具合が生ずる。この温度落ち込みは定着ローラの蓄熱が小さい場合や、加圧ローラが室温でスタンバイしている状態からの高速立ち上がりの場合に顕著になり、定着ローラの熱容量が小さいほど不利になる。
【0004】
このように、定着ローラ基体の薄肉化は、高速立ち上がりに対するメリットだけでなく、温度落ち込みに対してのデメリットも有している。このことの対策としては、電源電圧を一般的な日本国内の商用電源の100Vから200Vにして対応し、電源により制限されている最大投入エネルギを引き上げるという手法がある。
しかしながら、日本国内の一般的なオフィスでは、商用電源は100Vであり、より高電圧に対応させるためには設置場所に特別な工事をする必要が生じ、設置場所の制約やコストの面からも現実的な手法とは言えない。
また、別の対策として、充電可能な蓄電池(二次電池)を備え、商用電源からヒータへの電力供給が行われない間に充電を行い、過大なエネルギが必要なときに放電を行うことによって、一時的に商用電源から得られるエネルギ以上のエネルギを投入することができる装置が種々発明されている。
特に電気二重層コンデンサはエネルギを短時間で一気に大量に放出できるので、短時間での急速な立ち上がり時の供給電源として望ましい。また、短い放電時間に直流の低電圧かつ大電流を流すことができるコンデンサをヒータの供給電源に用いるためには、ヒータが低抵抗の構成の実現が容易な面状発熱抵抗体であることが望ましい。しかしながら、従来技術においては以下のような課題が生じている。
【特許文献1】特開平3−5779号公報
【特許文献2】特開平3−36579号公報
【特許文献3】特開平10−282821号公報
【特許文献4】特開2000−98799公報
【特許文献5】特開2001−265160公報
【特許文献6】特開2002−357966公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献7には、第2ヒータ(第2の熱源)として面状発熱抵抗体を用い、第2ヒータへの電源として電気二重層コンデンサを用いた構成も示されているが、具体的な給電方法について記されていない。
しかしながら、蓄電装置が定着部材と一体化されていないと、面状発熱抵抗体への給電時には摺動給電部材を用いなければならないが、大電流の給電時に給電部材が摺動するような構成になっていると、静止時に比べ接点の安定性が劣るため、接点不良を起こした場合に火花が発生する可能性が高く、安全性の面で重大な課題が生じる。
また摺動電極を用いずに給電部を固定し、加熱部材を回転不可の構成とし、定着部材である無端ベルトに対して摺動加熱する方法も示されているが、この場合も加熱部材と無端ベルトの摺動部がかなり広い面積が必要となるので、摺動安定性や摩耗による耐久などに課題が生じる。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、短い放電時間に直流の低電圧かつ大電流を流すことができるコンデンサを低抵抗の構成の実現が容易な面状発熱ヒータの供給電源に用いることを可能にする定着装置及びこれを用いる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、記録媒体にトナー画像を定着する定着装置において、電力の供給を受けることによって発熱する熱源と、該熱源によって加熱される定着部材または加圧部材と、前記熱源に電力を供給する電力供給手段とを有し、前記電力供給手段は充電可能な蓄電装置と、該蓄電装置を充電する充電器とを備えると共に、前記熱源は外部電源からの電力供給を受ける第1の加熱体と前記蓄電装置からの電力供給を受ける第2の加熱体の少なくとも2つの加熱体を備え、前記蓄電装置は前記定着部材または前記加圧部材に固定して設置されていることを特徴とする。
また請求項2に記載の発明は、前記蓄電装置は接離可能な給電部材を介して前記充電器より給電を受け、前記定着部材または前記加圧部材の駆動が停止しているときに前記充電器より充電される請求項1記載の定着装置を特徴とする。
また請求項3に記載の発明は、前記第2の加熱体は前記定着部材または前記加圧部材に一体的に設けられた面状発熱抵抗体である請求項1または請求項2記載の定着装置を特徴とする。
また請求項4に記載の発明は、前記第2の加熱体は前記定着部材または前記加圧部材自体が発熱する抵抗体である請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の定着装置を特徴とする。
また請求項5に記載の発明は、記録媒体にトナー画像を定着する定着装置において、電力の供給を受けることによって発熱する熱源と、該熱源を有する加熱部材と、該加熱部材によって加熱される定着部材または加圧部材と、前記熱源に電力を供給する電力供給手段とを有し、前記電力供給手段は充電可能な蓄電装置と、外部電源から給電され、且つ、前記蓄電装置を充電する充電器とを備えると共に、前記熱源は前記外部電源からの電力供給を受ける第1の加熱体と前記蓄電装置からの電力供給を受ける第2の加熱体の少なくとも2つの加熱体を備え、前記蓄電装置は前記加熱部材に固定して設置されていることを特徴とする。
【0007】
また請求項6に記載の発明は、前記蓄電装置は接離可能な給電部材を介して前記充電器より給電を受け、前記加熱部材の駆動が停止しているときに、前記充電器より充電される請求項5記載の定着装置を特徴とする。
また請求項7に記載の発明は、前記第2の加熱体は前記定着部材に一体的に設けられた面状発熱抵抗体である請求項5または請求項6記載の定着装置を特徴とする。
また請求項8に記載の発明は、前記第2の加熱体は前記定着部材自体が発熱する抵抗体である請求項5乃至請求項7のいずれか1項記載の定着装置を特徴とする。
また請求項9に記載の発明は、前記蓄電装置として電気二重層コンデンサを備えた請求項1乃至請求項8のいずれか1項記載の定着装置を特徴とする。
また請求項10に記載の発明は、前記給電部材には磁石が用いられている請求項1乃至請求項9のいずれか1項記載の定着装置を特徴とする。
また請求項11に記載の発明は、潜像担持体に静電潜像を形成し、前記静電潜像を現像して得られるトナー画像を記録媒体に定着して画像形成する画像形成装置において、トナー画像を前記記録媒体に定着する定着装置として、請求項1乃至請求項10のいずれか1項記載の定着装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、蓄電装置を第2ヒータ同様に一体化したことで、定着部材または加圧部材の回転動作時においても常に安定して電力供給を行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施形態の全体を示す概略図である。図1において、図示しない駆動部により矢印方向に回転される像担持体としてのドラム状感光体31の周りには、帯電手段32、クリーニング手段33、感光体31上の静電潜像を顕像化する現像手段としての現像スリーブ34を含む現像部36、及び転写手段35が配置されている。
感光体31は、帯電手段32により一様に帯電された後に書き込み手段(露光手段)としてのレーザ光学系58からのレーザ光Lで露光されて静電潜像が形成され、現像部36により静電潜像が現像されてトナー画像となる。
この感光体31上のトナー画像は後述のように用紙Pへ転写され、感光体31はトナー画像転写後にクリーニング手段33によりクリーニングされる。したがって、帯電手段32、レーザ光学系58、現像部36は感光体31上にトナー画像を形成する画像形成手段を構成している。
装置下部には矢印a方向に着脱可能な給紙カセット37を有する給紙装置が設けられている。給紙カセット37内に収容された用紙Pは、中板38で支えられ、図示しないスプリングの力によってアーム39を介して給紙ローラ40に押し付けられている。
給紙ローラ40が回転することによって給紙カセット37内の最上紙は、図示しない制御部から指令が発せられて給紙ローラ40が回転することによって給紙され、分離パッド41で重送を防止されながら下流側のレジストローラ対42まで搬送される。
【0010】
装置右側には操作面が配置されており、操作パネル48が外装部49の上部前面(図1の装置上右側)で突き出ている。また、給紙トレイ50がピン53により回動可能に取り付けられ、給紙トレイ50内の最上位の用紙からなる用紙(記録媒体)Pは給紙ローラにより給紙されて分離パッドで重送を防止されながら下流側のレジストローラ対42まで搬送される。給紙カセット37、50内の用紙はいずれか一方が選択的に給紙される。
レジストローラ対42は、搬送されてきた用紙Pを感光体31上の画像(トナー画像)と同期するようにタイミングをとって転写手段35に向けて送り出す。転写手段35はレジストローラ対42から送られてきた用紙Pへ感光体31上のトナー画像を転写し、このトナー画像の転写された用紙Pは定着装置43に搬送される。
定着装置43は、定着部材1及び加圧部材2からなる、上述した定着装置が用いられ、用紙P上のトナー画像を加熱及び加圧により用紙Pに定着させる。定着装置43からの定着済みの用紙Pは、排紙ローラ対44によって画像面を下にして排紙口45より排紙トレイ46上に排出されてスタックされる。
排出される用紙Pのサイズに対応するため、排紙ストッパ47は矢印b方向にスライド可能となっている。図中左側に配置されたケース52内には、電源回路53やプリント板54(エンジンドライバーボード)等の電装・制御装置が収納され、コントローラボード55も収納されている。排紙トレイ46を構成しているカバー56は、回動支点57を中心に開放可能となっている。
【0011】
図2は本発明における定着装置の第1の実施形態を示す概略図である。図3は本発明の第1の実施形態における定着装置を示す側面模式図である。この第1の実施形態における定着装置では、定着部材としての定着ローラ1に加圧部材としての加圧ローラ2が図示しない加圧手段により一定の加圧力で押し当てられている。
図2及び図3を参照して、定着ローラ1及び加圧ローラ2は図示しない駆動機構により回転駆動される。加圧ローラ2の非通紙部にあたる端部には蓄電装置17が断熱材20に内包され、加圧ローラ2と一体的に固定されている。
定着ローラ1は鉄などからなるローラ芯金1aとシリコンゴムなどからなる弾性層1bなどにより形成される。加圧ローラ2は鉄などからなるローラ芯金2aとシリコンゴムなどからなる弾性層2bなどにより形成される。
加圧ローラ2の回転時に固定されている蓄電装置17が定着ローラ1に当たらないように、加圧ローラ2の端部は定着ローラ1に対して長くなっている(図3)。加圧ローラ2の端部に設置されている中継部材19は、図示のとおり移動可能であり、給電部材22を介しての充電器からの蓄電装置17への給電と、蓄電装置17からの第2ヒータ4への放電の切り換えができるようになっている(詳細は後述)。
この定着装置は電力の供給を受けることによって発熱する熱源としての第1ヒータ3及び第2ヒータ4を有し、第1ヒータ3は定着ローラ1の内側に配置されて定着ローラ1を内側から加熱し、第2ヒータ4は加圧ローラ2の内面部に設置された面状発熱抵抗体であり、加圧ローラ2を内側から加熱する。
第1ヒータ3はハロゲンヒータである。第2ヒータ4は抵抗発熱体4aと電気絶縁層4bからなる。抵抗発熱体4aに流れる電流が加圧ローラ2のローラ芯金2aに漏洩しないように、両者の間に電気絶縁層4bが設置される。図2中、符号7はニップ部への用紙Pの入口ガイドを示している。
【0012】
図4は第2ヒータを示す展開図である。抵抗発熱体4aは図4に示すようなパターンを電気絶縁層4b上に形成する。第1ヒータ3は商用交流電源により駆動され、第2ヒータ4は蓄電装置17からの放電電流により駆動される。
蓄電装置17としては、特に急速な充放電が可能かつ大容量であり、メンテナンスフリーである電気二重層コンデンサを備える。定着装置のヒータへのエネルギ供給のための蓄電装置として求められる特性は、短時間に大電流を放出できること、急速な充放電が可能であること、繰り返しの充放電に強いことなどである。
供給電源に商用交流電源を用いた場合、発熱抵抗体4aの抵抗を或る程度高くする必要があり、複雑な通電パターンを設計しなければならない。しかしながら、第2ヒータ4は供給電源に直流の低電圧を用いることができるので、発熱抵抗体4aの抵抗を高くする必要がないので、ヒータ通電パターンの複雑化を避けることができる。
電気二重層コンデンサは鉛電池やニッカド電池などの蓄電池と比較した場合、エネルギ密度では劣るが、パワー密度は3倍以上と非常に高く、そのためエネルギを短時間で一気に大量に放出できるので、短時間での急速な温度復帰のための供給電源として望ましい。
放電時間が短時間であるため、蓄電池ほどのエネルギ密度は必要とせず、逆に蓄電池はエネルギ密度では電気二重層コンデンサを上回るが、パワー密度が下回るため、短時間で温度を復帰させるための電源供給源としてはふさわしくない。
また電気二重層コンデンサは蓄電池とは異なり、物理的なイオンの吸着で電気を蓄えて供給し、充電に化学反応を伴わないことから、過充電、過放電による寿命への影響がなく、充放電サイクルによる容量劣化もなく、原理的には充放電サイクルは無制限である。
したがって、繰り返し使用する加熱用補助電源としては寿命が格段に上がり、交換やメンテナンスに掛かる手間やコストは必要なく、安定的に使用することができる。
温度センサ5は、定着ローラ1もしくは加圧ローラ2(図2においては定着ローラ1)の表面に当接され、定着ローラ1の表面温度(定着温度)を検知する。トナー6を担持した転写紙等のシート状記録媒体(用紙)Pには、定着ローラ1と加圧ローラ2とのニップ部を通過するさいに、定着ローラ1と加圧ローラ2によって熱及び圧力が加えられ、それによってトナー6が定着される。
【0013】
図5は本発明の実施の形態に係る定着装置における電気回路を示すブロック図である。図5は第1の実施形態における図2に示すような構成(または後述する図4に示すような構成)の定着装置の回路構成を示している。
温度センサ5からの検知信号は入力回路12を経て制御手段としてのCPU13に取り込まれる。CPU13は温度センサ5からの検知信号に基づいて定着ローラ1(図示せず)の表面温度(定着温度)が設定温度に維持されるようにドライバ14を介して第1ヒータ3への通電を制御するとともに、スイッチ15を介して第2ヒータ4への通電を制御する。
また、第1ヒータ3はドライバ14を介して商用電源16に接続され、ドライバ14はCPU13により制御されて商用電源16から第1ヒータ3への通電を制御する。
CPU13は待機時であるか使用時であるかによってスイッチ15を切り換えることにより蓄電装置17を充電器18側と第2ヒータ4側に切り換える。蓄電装置17は応答性が高いものが望ましいので、急速な充放電が可能な蓄電装置、例えばコンデンサが用いられる。
待機時や通常使用時には、スイッチ15が蓄電装置17を充電器18側に切り換え、充電器18が商用電源16からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置17に印加することにより蓄電装置17を充電する。
定着装置の立ち上がり時、定着装置を駆動する場合は、スイッチ15が蓄電装置17を第2ヒータ4側に切り換え、蓄電装置17から第2ヒータ4に放電されて第2ヒータ4が直流電流により駆動され一時的に使用される。
【0014】
図6は本発明の第1の実施の形態における定着装置の給電部の詳細図を示す斜視図である。図6を参照して給電部の切り換え動作を詳細に説明する。中継部材19は図5に関連して説明されたスイッチ15の役割をするものである。
中継部材19は本体が樹脂などの絶縁部材からなり、図のように金属からなる導通部19a、19bと強磁性体からなる吸着部19cが備えられている。中継部材19は加圧ローラ2の樹脂製の端部封止部分2aに対して、ばね23によって支えられている。吸着部19cの対向する位置には電磁石21が備えられており、図示してない回路によりオン/オフが切り換えられる。
電磁石21がオンになると、中継部材19が電磁石21に吸着され、加圧ローラ2から離れる。したがって、図中の接点A、Bがそれぞれ導通し、導線24a、24bを通じて、充電器18が蓄電装置17を充電する。
電磁石21がオフになると、中継部材19は、ばね23の収縮によって元の位置に戻り、加圧ローラ2の端部封止部2aと接触する。したがって、図中の接点A’、B’がそれぞれ導通し、蓄電装置17から導線24a、24bを通じて第2ヒータ4へ放電する。
したがって、加圧ローラ2の停止時は電磁石21をオンにすることによって、充電器18から蓄電装置17を充電する。また、電磁石21をオフにすることによって、加圧ローラ2と中継部材19は一体化して回転可能になり、加圧ローラ2の駆動中も安定して蓄電装置17から第2ヒータ4へ放電する。
それゆえ、定着装置の立ち上がり時には、第1ヒータ3(図5)が商用電源16からドライバ14を通して流れる交流電流により駆動され、定着ローラ1の表面温度が設定温度まで上昇する。
それと同時に、電磁石21をオフすることによって、第2ヒータ4は蓄電装置17から流れる直流電流により駆動され、加圧ローラ2の表面温度が上昇する。第2ヒータ4への放電が終了し、定着ローラ1の温度が復帰した後は、CPU13(図5)はドライバ14(図5)を介して第1ヒータ3への通電を定着ローラ1(図2)の表面温度が設定温度に維持されるように制御する。定着動作の停止後は再び電磁石21をオンすることによって、蓄電装置17の充電を開始して待機する。
第2ヒータ4が定着部材(定着ローラ)1または加圧部材(加圧ローラ)2を加熱する加熱部材と一体化されている場合(例えば、定着部材1または加圧部材2の内周面に固定された面状発熱ヒータの場合)、定着部材1または加圧部材2が回転動作をしていても蓄電装置17の放電により常に安定的に第2ヒータ4へ電力供給し、加熱することを可能にするためには、蓄電装置17の充電は定着部材1または加圧部材2の駆動が静止しているときに限り、回路を切り換え、充電器18より充電される必要がある。
【0015】
図7は本発明における定着装置の第2の実施形態を示す概略図である。図8は本発明の第2の実施形態における定着装置を示す側面模式図である。図7及び図8を参照して、この第2の実施形態における定着装置では、定着部材としての無端状の定着ベルト8が、加圧ローラ11に対向して圧接し、定着ニップを形成する支持ローラ(兼定着ローラ)9と加熱部材としての加熱ローラ10とに張架されている。
加圧ローラ11は図示しない加圧手段により一定の加圧力で押し当てられている。支持ローラ9及び加圧ローラ11は図示しない駆動機構により回転駆動され、定着ベルト8はそれらに連れて回転する。
加熱ローラ10の端部には蓄電装置17が断熱材に内包され、加熱ローラ10と一体的に固定されている。支持ローラ9は鉄などからなるローラ芯金9aとシリコンゴムなどからなる弾性層9bなどにより形成される。
加圧ローラ11は鉄などからなるローラ芯金11aと発泡セラミックなどからなる断熱層11bとシリコンゴムなどからなる弾性層11cなどにより形成される。図7中、符号7はニップ部への用紙Pの入口ガイドを示している。
加熱ローラ10の回転時に固定されている蓄電装置17が定着ベルト8に当たらないように、加熱ローラ10の端部は定着ベルト8の幅に対して長くなっている(図8)。
加圧ローラ11の端部に設置されている中継部材19は図示のとおり移動可能であり、給電部材22を介しての充電器からの蓄電装置17への給電と、蓄電装置17からの第2ヒータ4への放電の切り換えができるようになっている。
この定着装置は電力の供給を受けることによって発熱する熱源としての第1ヒータ3及び第2ヒータ4を有し、第1ヒータ3は加熱ローラ10の内側に配置されて加熱ローラ10を内側から加熱する。
【0016】
第2ヒータ4は加熱ローラ10の内面部に設置されて加熱ローラ10を内側から同様に加熱する。第1ヒータ3はハロゲンヒータである。第2ヒータ4は抵抗発熱体4aと電気絶縁層4bからなる。抵抗発熱体4aに流れる電流が加熱ローラ10のローラ芯金10aに漏洩しないように、両者の間に電気絶縁層4bが設置される。
第2ヒータ4は図4の展開図で示したように、抵抗発熱体4aは図示のパターンを電気絶縁層4b上に形成する。第1ヒータ3は商用交流電源により駆動され、第2ヒータ4は蓄電装置17からの放電電流により駆動される。蓄電装置17としては、特に急速な充放電が可能かつ大容量であり、メンテナンスフリーである電気二重層コンデンサを備える。
電気二重層コンデンサは鉛電池やニッカド電池などの蓄電池に対してパワー密度が3倍以上と非常に高く、エネルギを短時間で一気に大量に放出できるので、短時間での急速な温度復帰のための供給電源として望ましい。
また、充電時間は急速充電でも数時間単位である蓄電池に対して電気二重層コンデンサは数秒から数分単位であるので、急速充電が可能である。すなわち、一定時間内で連続通紙を繰り返し行った場合、蓄電池に対して有利であることが明白である。さらに、電気二重層コンデンサは原理的に充放電サイクルが無制限なので、メンテナンスが不要で、長期間の使用を想定した場合の総コストでも有利である。
温度センサ5は、定着ベルト8の表面に当接され、定着ベルト8の表面温度(定着温度)を検知する。トナー6を担持した転写紙等のシート状記録媒体Pには、定着ベルト8と加圧ローラ11とのニップ部を通過するさいに、定着ベルト8と加圧ローラ11による加熱及び加圧でトナー6が定着される。
第2ヒータ4が定着部材(定着ベルト)8または加圧部材11を加熱する加熱部材(加熱ローラ)10と一体化されている場合(例えば、定着部材8または加圧部材11の内周面に固定された面状発熱ヒータの場合)、定着部材8または加圧部材11が回転動作をしていても蓄電装置17の放電により常に安定的に第2ヒータ4へ電力供給し、加熱を可能にするためには、蓄電装置17の充電は定着部材8または加圧部材11の駆動が静止しているときに限り、回路を切り換え、充電器18より充電される必要があり、これを達成する。
【0017】
図9は本発明の第2の実施の形態における定着装置の給電部の詳細図を示す斜視図である。給電部の主な切り換え動作は第1の実施の形態とほぼ同様である。
よって、加圧ローラ11の停止時は電磁石21をオンにすることによって、充電器18から蓄電装置17を充電する。
図9において、特別な説明を必要とする場合を除いて図6と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。また、電磁石21をオフにすることによって、加熱ローラ10と中継部材19は一体化して回転可能になり、加熱ローラ10の駆動中も安定して蓄電装置17から第2ヒータ4へ放電する。このように、給電部材の機構に磁石を用いることによって、静止給電時の切り換え回路形成を確実に行い、給電部の安定性を高めることができる。
したがって、定着装置の立ち上がり時には、第1ヒータ3が商用電源16からドライバ14(図5)を通して流れる交流電流により駆動され、同時に電磁石21をオフすることによって、第2ヒータ4は蓄電装置17から流れる直流電流により駆動され、第1ヒータ3と第2ヒータ4により加熱ローラ10の表面温度は急速に上昇するとともに、定着ベルト8を急速に加熱する。
第2ヒータ4への放電が終了し、定着ベルト8の表面温度が設定温度まで復帰した後は、CPU13(図5)はドライバ14を介して第1ヒータ3への通電を定着ローラ1(図7)の表面温度が設定温度に維持されるように制御する。定着動作の停止後は再び電磁石21をオンすることによって、蓄電装置17の充電を開始して待機する。
第2ヒータ4が定着部材(定着ベルト)8または加圧部材11を加熱する加熱部材(加熱ローラ)10と一体化されている場合(例えば、定着部材8または加圧部材11の内周面に固定された面状発熱ヒータの場合)、通常外部から給電することを考えると、加熱部材10が回転動作することを考慮し、第2ヒータ4への給電時には摺動給電部材を用いなければならない。
しかしながら、第2ヒータ4への大電流の給電時に給電部材15(図5)が摺動するような構成になっていると、静止時に比べ接点の安定性が劣るため、接点不良を起こした場合に火花が発生する可能性が高く、安全性の面で重大な課題が生じる。したがって、蓄電装置17も第2ヒータ4同様に一体化されていれば、加熱部材10の回転動作時においても常に安定して電力供給することができる。
供給電源16に商用交流電源を用いた場合、発熱抵抗体の抵抗を或る程度高くする必要があり、複雑な通電パターンを設計しなければならない。しかしながら、第2ヒータ4は供給電源に直流の低電圧を用いることができるので、発熱抵抗体の抵抗を高くする必要がないので、ヒータ通電パターンの複雑化を避けることができる。
【0018】
図10は本発明における定着装置の第3の実施の形態を示す概略図である。この第3の実施の形態における定着装置では、加圧ローラ2のローラ芯金2aそれ自体が抵抗発熱体であり、ローラ芯金2aに電流を流すことにより加圧ローラ2は自己発熱する。そのほかの主な動作は第1の実施の形態と同様である。また、図10中、符号7はニップ部への用紙Pの入口ガイドを示している。
加熱部材(加圧ローラ)2を基体とし、基体上の面状発熱ヒータの構成として絶縁層、発熱抵抗層を積層する場合に比べて、絶縁層が不要になる分、層構成が単純になる。
図11は本発明における定着装置の第4の実施の形態を示す概略図である。この第4の実施の形態における定着装置では、加熱ローラ10のローラ芯金10aそれ自体が抵抗発熱体である。
このローラ芯金10aに電流を流すことにより加熱ローラ10は自己発熱する。そのほかの主な動作は第2の実施の形態と同様である。また、図11中、符号7はニップ部への用紙Pの入口ガイドを示している。
本発明によれば、前述した定着装置を備えた画像形成装置であれば、連続通紙時に定着部材1の温度落ち込みが発生したときに、温度復帰をアシストすることができる画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の第1の実施形態の全体を示す概略図である。
【図2】本発明における定着装置の第1の実施形態を示す概略図である。
【図3】本発明の第1の実施形態における定着装置を示す側面模式図である。
【図4】第2ヒータを示す展開図である。
【図5】本発明の実施の形態に係る定着装置における電気回路を示すブロック図である。
【図6】本発明の第1の実施形態における定着装置の給電部の詳細を示す斜視図である。
【図7】本発明における定着装置の第2の実施形態を示す概略図である。
【図8】本発明の第2の実施形態における定着装置を示す側面模式図である。
【図9】本発明の第2の実施形態における定着装置の給電部の詳細を示す斜視図である。
【図10】本発明における定着装置の第3の実施形態を示す概略図である。
【図11】本発明における定着装置の第4の実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【0020】
1 定着部材(定着ローラ)、2 加圧ローラ、3 第1の加熱体(第1ヒータ)、4 第2の加熱体(第2ヒータ)、4a 抵抗発熱体、4b 電気絶縁層、5 温度センサ、8 定着ベルト、9 支持ローラ(兼定着ローラ)、10 加熱部材(加熱ローラ)、11 加圧ローラ、12 入力回路、13 CPU、14 ドライバ、15 給電部材(スイッチ)、16 外部電源(商用電源)、17 電力供給手段(蓄電装置)、18 電力供給手段(充電装置、充電器)、19 中継部材、21 電磁石、22 給電部材、31 潜像担持体(感光体)、43 定着装置、P 記録媒体(用紙)




 

 


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