(57)【要約】【課題】本発明の目的は、電気二重層コンデンサの容量を小さくし、かつ従来と同様に加熱ヒータを加熱できるヒータ装置を提供することにある。【解決手段】ヒータ装置１０は、加熱ヒータ１２、電気二重層コンデンサ１４、加熱ヒータ１２に取り付けられたタップ１６、およびタップ１６に取り付けられたスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を備える。タップ１６に接続されたスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を切り替えることによって、加熱ヒータ１２の抵抗値を調節する。制御部２４は、電流値の低下に応じて加熱ヒータ１２の抵抗値を下げるようにスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を切り替える。【選択図】図１
2010021018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱ヒータと、
前記加熱ヒータに電流を流すための電源となる電気二重層コンデンサと、
前記加熱ヒータに取り付けられたタップと、
前記タップに接続され、加熱ヒータの抵抗値を調節するスイッチと、
を備えたヒータ装置。
【請求項２】
前記加熱ヒータに流れる電流値を計測する電流計測部と、
前記電流値に応じてスイッチの切り替えをおこなう制御部と、
を備えた請求項１のヒータ装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記電流値の低下に応じて加熱ヒータの抵抗値を下げるようにスイッチを切り替える請求項２のヒータ装置。
【請求項４】
前記電気二重層コンデンサの端子電圧を計測し、前記端子電圧に応じてスイッチの切り替えをおこなう制御部を備えた請求項１のヒータ装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記端子電圧の低下に応じて加熱ヒータの抵抗値を下げるようにスイッチを切り替える請求項４のヒータ装置。
【請求項６】
前記加熱ヒータは、複写機のドラムを加熱する請求項１乃至５のいずれかのヒータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機のドラムなどの被加熱体を加熱するヒータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機を使用する場合、加熱ヒータでドラムを加熱する必要がある。常時、加熱ヒータでドラムを加熱しているとエネルギーロスが大きい。そのため、複写機の電源がオンであっても、長時間使用されなければドラムの加熱を中止し、使用時に再び加熱をおこなう省電力機能が普及されている。
【０００３】
しかし、省電力機能によってドラムが冷えると、再び複写機を使用するときには、ドラムを早急に加熱する必要がある。例えば、緊急に書類の複写が必要になった場合、ドラムの加熱に時間をかけることはできない。したがって、複写機の省電力機能を利用せず、常時、ドラムを加熱している場合がある。
【０００４】
そこで、図４に示すように、予め電気二重層コンデンサ１４に電気エネルギーを充電しておき、ドラム２０の加熱をその電気エネルギーで補助する装置３０が下記の特許文献１に開示されている。この補助により、ドラム２０の加熱を早くすることができる。具体的には、電気二重層コンデンサ１４は、２０Ｆ／２．５Ｖ、内部抵抗５ｍΩ以下、直径３５ｍｍ、長さ１２０ｍｍであり、４０本直列接続することで１００Ｖのモジュールとなる。加熱ヒータは、主発熱部材１８と補助発熱部材１２ｂから構成される。主発熱部材は１８、電源から電力供給される１００Ｖ、１２００Ｗのハロゲンヒータである。補助発熱部材１２ｂは、電気二重層コンデンサ１４から電力供給される１００Ｖ、１０００Ｗと１００Ｖ、７００Ｗのハロゲンヒータから構成される。
【０００５】
例えば、直径４０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのドラム２０であれば、主発熱部材１８の１２００Ｗの電力であれば加熱に約３０秒かかる。主発熱部材１８と補助発熱部材１２ｂの両方から合計２９００Ｗの電力が供給されることで、約１０秒で加熱できる。
【０００６】
補助発熱部材１２ｂの仕様は、上記のように１００Ｖ、１７００Ｗである。１００Ｖ印加時の電流は１７Ａである。１７Ａの電流で１００Ｖに充電された２０Ｆの電気二重層コンデンサ１４を１秒間放電させると、０．８５Ｖの電圧降下が生じる。したがって、１秒間の消費エネルギーは１６９３Ｊとなる。この要領で電気二重層コンデンサ１４が放電することによる電圧降下を加味して１０秒間に補助発熱部材１２ｂに供給されるアシストエネルギーの総量は、約１５７００Ｊとなる。この場合の補助発熱部材１２ｂに対する補助加熱を表１に示す。表１より、時間とともに補助発熱部材１２ｂに対する電圧・電流などが低下し、アシストエネルギーも徐々に低下していくことがわかる。
【０００７】
【表１】
2010021018.tif 000003
【０００８】
ここで、１５７００Ｊのエネルギーが必要な電気二重層コンデンサ１４の容量は、０．５ＣＶ２より、３．１４Ｆである。ここで、Ｃは容量、Ｖは電圧である。実際に必要な電気二重層コンデンサ１４の容量よりも遙かに大きな容量の電気二重層コンデンサ１４を使用していることとなる。この理由としては以下のようになる。
【０００９】
上記の３．１４Ｆの容量の電気二重層コンデンサ１４を使用するとする。１０秒間で１００％の電気エネルギーを放電させるとすると、放電直後は電流が１００Ａになる。補助発熱部材１２ｂは１００Ｖで１００００Ｗとなる。このような巨大出力の補助発熱部材１２ｂをドラム２０に組み込むことは不可能である。この場合の補助加熱を表２に示す。
【００１０】
【表２】
2010021018.tif 000004
【００１１】
また、上述した２０Ｆの半分の１０Ｆの電気二重層コンデンサ１４であっても３．１４Ｆの倍以上もある。１０秒間で１４５１５Ｊのエネルギーしか補助発熱部材１２ｂに供給できず、１０秒間でドラム２０の補助加熱が完了できない（表３参照）。したがって、ドラム２０の加熱が完了するために１０秒以上かかる。
【００１２】
【表３】
2010021018.tif 000005
【００１３】
以上のことをまとめると、電気二重層コンデンサ１４は、蓄電量の低下に比例して端子電圧が低下する。ヒータのような発熱部材に電気エネルギーを供給する場合、端子電圧の低下による電力供給の低下を保証するため、必要以上に大きな容量の電気二重層コンデンサ１４を使用する必要が生じている。
【００１４】
また、電気二重層コンデンサ１４の容量を小さくすると、発熱部材１２ｂの通電電流の最大値が大きくなる。そのため、発熱部材１２ｂの大容量化が必要になり、ドラム２０への組み込みが困難になる。
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−５８７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、電気二重層コンデンサの容量を小さくし、かつ従来と同様に加熱ヒータを加熱できるヒータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のヒータ装置は、加熱ヒータと、前記加熱ヒータに電流を流すための電源となる電気二重層コンデンサと、前記加熱ヒータに取り付けられたタップと、前記タップに接続され、加熱ヒータの抵抗値を調節するスイッチとを備える。電気二重層コンデンサに充電された電気エネルギーを使用して加熱ヒータに電流を流し、加熱する。加熱ヒータにタップを接続し、タップに取り付けられたスイッチを切り替えることによって加熱ヒータに流れる電流を調節する。
【００１８】
前記加熱ヒータに流れる電流値を計測する電流計測部と、前記電流値に応じてスイッチの切り替えをおこなう制御部とを備える。スイッチの切り替えは電流計測部が計測した電流値に基づいておこなう。
【００１９】
前記制御部は、前記電流値の低下に応じて加熱ヒータの抵抗値を下げるようにスイッチを切り替える。加熱ヒータの抵抗値を下げることにより、電流値が高くなる。
【００２０】
前記電気二重層コンデンサの端子電圧を計測し、前記端子電圧に応じてスイッチの切り替えをおこなう制御部を備える。電流ではなく、電気二重層コンデンサの端子電圧を計測してスイッチの切り替えをおこなう。
【００２１】
前記制御部は、前記端子電圧の低下に応じて加熱ヒータの抵抗値を下げるようにスイッチを切り替える。加熱ヒータの抵抗値を下げることにより、電流値が高くなる。
【００２２】
前記加熱ヒータは、複写機のドラムを加熱する。複写機のスタート時にドラムの加熱を補助する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のヒータ装置は、スイッチの切り替えにより加熱ヒータに流れる電流を調節するため、電気二重層コンデンサの容量を小さくしても、従来と同じ加熱をおこなうことができる。したがって、電気エネルギーの利用効率がよい。また、複写機にヒータ装置を搭載した場合、電気二重層コンデンサの設置スペースを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明について図面を用いて説明する。ヒータ装置は、複写機のスタート時の加熱を補助するものである。
【００２５】
図１のヒータ装置１０は、加熱ヒータ１２、電気二重層コンデンサ１４、加熱ヒータ１２に取り付けられたタップ１６、およびタップ１６に取り付けられたスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を備える。
【００２６】
加熱ヒータ１２は、ハロゲンヒータやセラミックヒータなどが用いられる。加熱ヒータ１２は、複写機のスタート時に主加熱ヒータ１８を補助するためのものである。すなわち、加熱ヒータ１２は複写機のスタート時にドラム２０の加熱を補助する。
【００２７】
電気二重層コンデンサ１４は、加熱ヒータ１２に電流を流すための電源となる。主加熱ヒータ１８は、電源２６から得られる電力で電流が流れる。
【００２８】
加熱ヒータ１２には、複数のタップ１６が接続されている。タップ１６に接続されたスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を切り替えることによって、加熱ヒータ１２の抵抗値を調節することができる。図１ではタップ１６の数を３個にしているが、適宜変更可能である。
【００２９】
加熱ヒータ１２に流れる電流値によってスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の切り替えを制御する。そのための構成として、加熱ヒータ１２に流れる電流の値を計測する電流計測部２２と、電流値に応じてスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を切り替える制御部２４とを備える。
【００３０】
電流計測部２２は、ホールＣＴやシャント抵抗を使用して電流を計測するものである。図１ではホールＣＴを示している。電流を計測する箇所は、図１で示すような加熱ヒータ１２の端部に限定されず、適宜変更可能である。
【００３１】
制御部２４は、電流値に応じて切り替え信号を出力する回路である。スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、機械的な接続の切り替えをおこなうリレーまたは電気的なオン・オフが可能なＦＥＴである。制御部２４からの切り替え信号によってスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３のオン・オフが切り替えられる。
【００３２】
電気二重層コンデンサ１４の端子電圧は、充電量に比例する。加熱ヒータ１２で電気エネルギーが使用されることによって、徐々に端子電圧が低下する。したがって、制御部２４は、電流値の低下に応じて加熱ヒータ１２の抵抗値を下げるようにスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を切り替える。抵抗値が下がることにより、再び電流値を上げることができる。電流値が上がることにより、ドラム２０に与えるエネルギーを増加できる。具体的な内容については後で説明する。
【００３３】
その他、複写機に接続された電源２６から電気二重層コンデンサ１４を充電するための充電回路２８、複写機がオンになったときに加熱ヒータ１２および主加熱ヒータ１８をオンにするためのスイッチＳ４，Ｓ５を備える。
【００３４】
次に、ヒータ装置１０で補助加熱が可能であることを説明する。具体的に、電気二重層コンデンサ１４の仕様は１３Ｆ／１００Ｖである。加熱ヒータ１２の抵抗は５．８８Ω、最大電流１７Ａである。タップ１６の数を３個にし、加熱ヒータ１２は図２のように抵抗Ｒ１〜Ｒ４に分割される。この条件で１０秒間に加熱ヒータ１２に供給されるエネルギーを表４に示す。
【００３５】
【表４】
2010021018.tif 000006
【００３６】
表４に示すように、電気二重層コンデンサ１４の蓄電エネルギーは徐々に低下するが、３秒、６秒、９秒でスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の切り替えをおこなって、加熱ヒータ１２の抵抗値を下げている。抵抗値が下がることにより、再び加熱ヒータ１２に流れる電流の値を最大値（１７Ａ）まで高めている。表４より、加熱ヒータ１２に供給されたアシストエネルギーの総和は１５７０８Ｊである。２０Ｆの電気二重層コンデンサ１４を使用した従来技術（表１）よりも少し大きいエネルギーが加熱ヒータ１２に供給されている。すなわち、従来よりも小容量の電気二重層コンデンサ１４で従来と同じ補助加熱が可能である。
【００３７】
さらに、表４の条件とほぼ同じにして、加熱ヒータ１２に流れる電流を１８Ａに上げ、電気二重層コンデンサ１４の容量を１０Ｆに下げたときの加熱の状態を表５に示す。
【００３８】
【表５】
2010021018.tif 000007
【００３９】
表５の場合、加熱ヒータ１２に供給されるエネルギーの総量は１５８９０Ｊである。加熱ヒータ１２に１Ａだけ高い電流を流しても耐えられるのであれば、１０Ｆの電気二重層コンデンサ１４であっても１０秒間の補助加熱が可能である。
【００４０】
以上のように、本発明は加熱ヒータ１２にタップ１６を接続して抵抗値が切り替えられるようにすることにより、小さな容量の電気二重層コンデンサ１４で従来と同じだけの補助加熱が可能となる。電気二重層コンデンサ１４の容量および形状を小さくすることができ、複写機への搭載スペースを縮小できる。エネルギーの利用効率もよく、環境への負荷が小さくなる。
【００４１】
以上、本発明について実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。加熱ヒータ１２に流れる電流を計測するのではなく、電気二重層コンデンサ１４の端子電圧を計測してスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の切り替えをおこなってもよい（図３）。この場合、電気二重層コンデンサ１４の端子電圧を計測し、端子電圧に応じてスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の切り替えをおこなう制御部２４ｂを備える。制御部２４ｂは、電圧計と信号発信器とを備える回路である。電気二重層コンデンサ１４の端子電圧は徐々に低下するため、所定の電圧になったときにスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の切り替えをおこなう。
【００４２】
また制御部２４ｂは、端子電圧の低下に応じて加熱ヒータ１２の抵抗値を下げるようにスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を切り替える。電気二重層コンデンサ１４の放電によって加熱ヒータ１２に流れる電流値が下がるため、端子電圧が低下したときに加熱ヒータ１２の抵抗値を小さくして、加熱ヒータ１２に流れる電流を高める。スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の切り替えをおこなったときに、加熱ヒータ１２に流れる電流が最大値になるようにする。
【００４３】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のヒータ装置の構成を示す図である。
【図２】補助加熱をおこなうための等価回路を示す図である。
【図３】電気二重層コンデンサの端子電圧を計測する場合の等価回路を示す図である。
【図４】従来のヒータ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０：ヒータ装置
１２：加熱ヒータ
１４：電気二重層コンデンサ
１６：タップ
１８：主加熱ヒータ
２０：ドラム
２２：電流計測部
２４：制御部
２６：電源
２８：充電回路
【図１】
2010021018.tif 000008
【図２】
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【図３】
2010021018.tif 000010
【図４】
2010021018.tif 000011