(57)【要約】【課題】より小型で定着性が向上した加熱定着装置を提供する。【解決手段】加熱定着装置１は、電源（ＡＣ）１１から供給される電力と蓄電装置１３から供給される電力とを加算回路１４で加算してヒーター駆動制御回路１６により制御可能なヒーター駆動回路１５へ送り、当該ヒーター駆動制御回路１６の制御に応じた電力をローラー１７の内部に設けられたヒーター１８へ供給する。【選択図】図２
2006330346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体により記録媒体上のトナー像を定着する定着手段と、
直流電力を蓄える蓄電手段と、
入力交流電力を整流する整流手段と、
前記整流された電力と前記蓄電手段から放電される直流電力を重畳させて前記発熱体に供給する電力加算手段と、
を備えたことを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】
前記発熱体は前記電力加算手段から供給される電力により発熱する単一の発熱体であることを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項３】
前記発熱体は、ハロゲンヒータ、カーボンヒータ、電熱線、セラミックヒータ又は誘導加熱ヒーターのいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱定着装置。
【請求項４】
前記蓄電手段は、電気２重層コンデンサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の加熱定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体上に形成されたトナー像を当該記録媒体に定着する加熱定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置には、電源から供給される電力で発熱するヒーターを内部に備えたローラーなどの定着部で記録媒体上に形成されたトナー像を加熱して定着させる加熱定着装置が設けられている。
【０００３】
図１に従来からある定着装置の加熱に関する回路概略を示す。図１（ａ）は、電源（ＡＣ）によりヒーターを加熱する構成を示す概略図であり、図１（ｂ）は、電源（ＡＣ）と蓄電装置により複数のヒーターを加熱する構成を示す概略図であり、図１（ｃ）は、電源（ＡＣ）と蓄電装置とを切換えてヒーターを加熱する構成を示す概略図である。
【０００４】
図１（ａ）に示すように、加熱定着装置１１０は、駆動電源として商用電源である電源（ＡＣ）１１を備え、定着部であるローラー１１７に内部に設けられたヒーター１１８への電力供給をヒーター駆動制御回路１１６が駆動素子１１４（トライアック）で制御する構成である。この場合においては、ヒーター１１８へ供給する電力の上限が電源（ＡＣ）１１からの電力である。このため、より短時間でローラー１１７を動作温度に加熱するためには、電源（ＡＣ）１１からの供給電力を大きくする必要があるが、一般的には定格のある商用電源を使用するために限界がある。また、加熱時と非加熱時における消費電力の差が大きくなるため、他の装置と連携する場合などは問題であった。
【０００５】
上述した加熱定着装置１１０の欠点を補うために、商用電源の他に蓄電装置を備える構成がある。
例えば、図１（ｂ）に示すように、加熱定着装置１２０は、前述の加熱定着装置１１０に蓄電装置１２３とそれにより供給される電力で加熱するヒーター１２８ｂとその電力供給を制御する駆動素子１２４ｂ及びヒーター駆動制御回路１２６ｂとを備えた構成であり、つまり、ローラー１２７の内部に当該ヒーター１２８ｂと電源（ＡＣ）１２１から供給される電力で加熱するヒーター１２８ａとを備えた構成である（特許文献１参照）。この場合においては、電源（ＡＣ）１２１による加熱の他に蓄電装置１２３による加熱も加わる構成であるため、より短時間でローラー１２７を動作温度に加熱することができる。
【０００６】
また、図１（ｃ）に示すように、加熱定着装置１３０は、前述の加熱定着装置１２０において一つのヒーター１３８に対して電源（ＡＣ）１３１と蓄電装置１３３から供給される電力をヒーター駆動制御回路１３６からの制御により駆動する駆動素子１３４ａ、駆動素子１３４ｂ、切り替え器１３４ｃ及び切り替え器１３４ｄにより切換え可能な構成である（特許文献２参照）。この場合においては、電源（ＡＣ）１３１と蓄電装置１３３による効率的な電力供給ができるとともに、ローラー１３７内に一つのヒーター１３８を設ける構成でよいため、そのローラー１３７を小型にすることができる。
【特許文献１】特開２００４−２４０３８６号公報
【特許文献２】特開平５−２４１３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、加熱定着装置１２０では、ローラー１２７内に二つのヒーターを備えるためローラー１２７を大きくする（ローラー型の場合は大きな径にする）必要があるとともに、それぞれを制御する回路を設ける必要があり、装置の小型化が困難であった。また、加熱定着装置１３０では、ローラー１３７に供給する電力及びその上限が電源（ＡＣ）１３１若しくは蓄電装置１３３のいずれか一方であり、より短時間でローラー１３７を動作温度に加熱するには不十分であり、更なる開発が望まれていた。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、より小型で定着性が向上した加熱定着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、発熱体により記録媒体上のトナー像を定着する定着手段と、直流電力を蓄える蓄電手段と、入力交流電力を整流する整流手段と、前記整流された電力と前記蓄電手段から放電される直流電力を重畳させて前記発熱体に供給する電力加算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記発熱体は前記電力加算手段から供給される電力により発熱する単一の発熱体であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記発熱体は、ハロゲンヒータ、カーボンヒータ、電熱線、セラミックヒータ又は誘導加熱ヒーターのいずれかであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記蓄電手段は、電気２重層コンデンサであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、入力される交流電力と蓄電手段による電力とを重畳した電力で発熱させるとともに、加算した電力を制御することでその発熱を制御することができ、より小型で定着性を向上させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、定着手段における発熱体を単一にすることで、より装置を小型化することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、ハロゲンヒータ、カーボンヒータ、電熱線、セラミックヒータ又は誘導加熱ヒーターを用いた構成で、より小型で定着性を向上させることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、電気２重層コンデンサを用いて小型でファラド（Ｆ）単位の大容量の蓄電で実施することができ、より小型で定着性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図２〜図６を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図２は、本発明である加熱定着装置１の概略を示す図であり、図３は、加熱定着装置１の各部のおける電力波形を示す図であり、（ａ）は電源（ＡＣ）電力Ｗ１、（ｂ）は整流後電力Ｗ２、（ｃ）は蓄電装置電力Ｗ３及び（ｄ）はヒーター駆動電力Ｗ４の波形を示す図であり、図４（ａ）は、ヒーターに誘導加熱方式を用いた加熱定着装置１を画像形成装置１００に備えた回路構成の概略を示す図であり、図４（ｂ）は、ヒーター（ＩＨ）駆動回路１５ａの回路構成の概略を示す図であり、図５は、画像形成装置１００の概略を示す図であり、図６は、画像形成装置１００における動作と加熱定着装置１のヒーターにおける駆動電力の関係を例示する図である。
【００１８】
加熱定着装置１は、図２に示すように、トナー像を担持した記録媒体を定着するローラー１７の内部に供給される駆動電力により加熱する単一のヒーター１８を設ける加熱定着装置である。ヒーター１８は、ハロゲンヒータ、カーボンヒータ、電熱線、セラミックヒータ又は誘導加熱（ＩＨ：Induction  Heating）コイルであり、供給する電力でローラー１７の加熱の調整が可能な発熱体であれば何れであっても良い。
【００１９】
加熱定着装置１の発熱に関する回路構成は、駆動電力を供給する電源（ＡＣ）１１及び蓄電装置１３、当該電源（ＡＣ）１１から出力され整流回路１２を介して整流された電力と蓄電装置１３からの電力を加算する加算回路１４、加熱の制御を行なうヒーター駆動制御回路１６、当該ヒーター駆動制御回路１６からの制御信号に基づいて加算回路１４から入力される電力をヒーター１８へ供給するヒーター駆動回路１５からなる。
【００２０】
電源（ＡＣ）１１は、商用交流電源であり、図３（ａ）に示すような波形の電源（ＡＣ）電力Ｗ１（最大電圧値：Ｖ１）を整流回路１２へ入力する。整流回路１２は、例えばダイオードブリッジであり、入力する交流電力における交流波形を整流して出力する回路である。整流回路１２は、入力される電源（ＡＣ）電力Ｗ１を図３（ｂ）に示すような全波整流された整流後電力Ｗ２（最大電圧値：Ｖ１）へ変換して出力する。なお、整流回路１２における整流は、ヒーターが誘導加熱方式である場合に好適なように全波整流のみで脈流を残すものであるが、平滑コンデンサにより脈流を抑えるものであっても良い。
【００２１】
蓄電装置１３は、電源（ＡＣ）１１から供給される電力での充電や、放電により直流の電力供給が可能な二次電池（特に図示しない）から構成され、放電時において図３（ｃ）に示すような蓄電装置電力Ｗ３（電圧値：Ｖ２）を加算回路１４に供給する。なお、二次電池は、活性炭などの固体電極と電解液の境面に電荷が蓄積される電気２重層現象を利用した蓄電デバイスである電気２重層コンデンサ（１セルの許容電圧は１．５Ｖ程度）を直列に組み合わせてユニット化したものである。
【００２２】
加算回路１４は、入力される整流後電力Ｗ２と蓄電装置電力Ｗ３とを加算（合成）して図３（ｄ）に示すようなヒーター駆動電力Ｗ４（最大電圧値：Ｖ１＋Ｖ２）を出力する公知のパワー・コンバイナである。
【００２３】
ヒーター駆動回路１５は、特に図示しないスイッチング素子により入力する制御信号に基づいて出力する電力の調整が可能であり、ヒーター１８の駆動に好適な電力を供給する回路である。ヒーター駆動回路１５は、加算回路１４から入力されるヒーター駆動電力Ｗ４に対してヒーター駆動制御回路１６から入力される制御信号に基づいた調整を行なって調整後の駆動電力をヒーター１８に供給する。ヒーター駆動制御回路１６は、加熱定着装置１の動作を統括制御する制御部やローラー１７の温度を検出する温度センサからの信号に応じてヒーター１８の駆動を制御するＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）信号などによる制御信号をヒーター駆動回路１５へ出力する回路である。
【００２４】
次に、図４，図５に示すように、ヒーターに誘導加熱方式を用いた加熱定着装置１を画像形成装置１００に備え、特に図示しない制御部による統括制御により、記録媒体Ｐに画像を形成する構成を具体的に説明する。
【００２５】
図４（ａ）に示すように、加熱定着装置１の電源（ＡＣ）１１から供給される電源（ＡＣ）電力Ｗ１は、整流回路１２に入力される整流回路入力電力Ｗ１１と、画像形成装置１００における他の各部へ電力を供給するＤＣ電源２１へ入力するＤＣ電源入力電力Ｗ１２とに分配される。
【００２６】
蓄電装置１３は、電気２重層コンデンサ１３０１、電圧検知回路１３０２、リレースイッチ１３０３を備える。蓄電装置１３は、電圧検知回路１３０２により電気２重層コンデンサ１３０１の電圧値をヒーター駆動制御回路１６へ出力するとともに、ヒーター駆動制御回路１６からの制御によりリレースイッチ１３０３で加算回路１４への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを行なう。
【００２７】
ヒーター（ＩＨ）駆動回路１５ａは、誘導加熱方式であるＩＨコイル１８ａを駆動可能な回路であり、入出力の端子として、加算回路１４からのヒーター駆動電力Ｗ４を入力する端子Ｔ１，Ｔ２と、ヒーター駆動制御回路１６からの制御信号を入力する端子Ｔ３，ＩＨコイル１８ａへの駆動電力を供給する端子Ｔ４，Ｔ５を備える。
【００２８】
なお、ヒーター（ＩＨ）駆動回路１５ａの回路構成は、図４（ｂ）に示すように、入力される電力を測定する電圧検出回路１５１及び電流検出回路１５２、コイル１５３、コンデンサ１５４、測定された電力と入力される制御信号とに基づいてＩＧＢＴ素子１５６によりＩＨコイル１８ａへの電力供給のＯＮ／ＯＦＦ制御が可能な発振制御回路１５５及びＩＨコイル１８ａに合わせた共振コンデンサ１５７を備える。
【００２９】
ヒーター駆動制御回路１６は、ローラー１７近傍に設けられた温度センサ１６１の検出信号、電圧検知回路１３０２による電気２重層コンデンサ１３０１の電圧値、又は特に図示しない画像形成装置１００の制御部からの制御信号に基づいて、リレースイッチ１３０３による蓄電装置１３から供給される電力の制御、加算回路１４のＯＮ／ＯＦＦによるヒーター駆動電力Ｗ４の制御、又はヒーター（ＩＨ）駆動回路１５ａへ制御信号を出力することによるＩＨコイル１８ａの駆動制御を行なう。
【００３０】
図５に示すように、画像形成装置１００は、感光ドラム３０を備え、この感光ドラム３０の表面を帯電器３１により所定の電位に帯電し、潜像露光部３２により画像を露光して感光ドラム３０の表面に静電潜像を形成し、この潜像を現像器３３によりトナーとキャリアからなる現像剤を用いて現像してトナー像として可視化し、得られたトナー像を感光ドラム３０に搬送された紙などの記録媒体Ｐに転写部３４により転写する。トナー像の転写が終了した感光ドラム３０は、その表面に残留した転写の残りのトナーをクリーナ３５により除去した後、つぎの画像形成に供される。
【００３１】
一方、トナー像を担持した記録媒体Ｐは感光ドラム３０から加熱定着装置１に送られ、加熱定着装置１における加熱されたローラー１７と当該ローラー１７に圧接するローラー１９とにより、記録媒体Ｐ上の未定着トナー像が定着され、記録媒体Ｐ上に画像が形成される。
【００３２】
ここで、ヒーター駆動制御回路１６の制御により画像形成装置１００からの動作指示と温度センサ１６１の検出結果に応じてヒーター（ＩＨ）駆動回路１５ａに供給される電力について図６を参照して説明する。
【００３３】
画像形成装置１００における画像形成開始直後（コピー中（ウォーミングアップ直後））において、ヒーター駆動制御回路１６は、画像形成装置１００の制御部からの駆動指示と起動直後ローラー１７の温度状態とに基づいて、電源（ＡＣ）１１からの約１５Ａの商用電力により満充電された蓄電装置１３からの電力を重畳してヒーター（ＩＨ）駆動回路１５ａに出力する（重畳動作モード）。そして、ヒーター駆動制御回路１６は、コピー中においもローラー１７の温度状態が安定するまでは蓄電装置１３（放電により電圧は降下して電流は増加する）からの電力を重畳して出力し、ローラー１７の温度状態が安定した状態では電源（ＡＣ）１１からの電力のみをヒーター（ＩＨ）駆動回路１５ａに出力する。
【００３４】
以上のように、加熱定着装置１は、電源（ＡＣ）１１から供給される電力と蓄電装置１３から供給される電力とを加算回路１４で加算してヒーター駆動制御回路１６により制御可能なヒーター駆動回路１５へ送り、当該ヒーター駆動制御回路１６の制御に応じた電力をローラー１７の内部に設けられたＩＨコイル１８ａへ供給する。
【００３５】
このため、商用電源に蓄電装置からの電力を加算して制御する構成であるため、商用電源による電力と蓄電装置による電力とを個別に制御する構成を備える必要がなく、装置を小型化できる。また、コピー開始時などの定着ローラーの温度が低い場合でも、ヒーターの駆動に対して大きな電力を供給することができ、安定した定着性を実現できる。
また、ローラー１７の内部におけるＩＨコイル１８ａを単一にする構成であるため、ローラー１７をより小型化することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態における記述は、本発明の一例を示すものであり、これに限定しない。本発明の形態における加熱定着装置１の細部構成及び細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来からある定着装置の加熱に関する回路の概略を示す図であり、（ａ）は、電源（ＡＣ）によりヒーターを加熱する加熱定着装置１１０を示す図であり、（ｂ）は、電源（ＡＣ）と蓄電装置により複数のヒーターを加熱する加熱定着装置１２０を示す図であり、（ｃ）は、電源（ＡＣ）と蓄電装置とを切換えてヒーターを加熱する加熱定着装置１３０を示す図である。
【図２】本発明である加熱定着装置１の概略を示す概略図である。
【図３】加熱定着装置１の各部における電力波形を示す図であり、（ａ）は、電源（ＡＣ）電力Ｗ１の波形を示す図であり、（ｂ）は、整流後電力Ｗ２の波形を示す図であり、（ｃ）は、蓄電装置電力Ｗ３の波形を示す図であり、（ｄ）は、ヒーター駆動電力Ｗ４の波形を示す図である。
【図４】（ａ）は、ヒーターに誘導加熱方式を用いた加熱定着装置１を画像形成装置１００に用いた回路構成の概略を示す図であり、（ｂ）は、ヒーター（ＩＨ）駆動回路１５ａの回路構成の概略を示す図である。
【図５】画像形成装置１００の概略を示す図である。
【図６】画像形成装置１００における動作と加熱定着装置１のヒーターにおける駆動電力の関係を例示する図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  加熱定着装置
１１  電源（ＡＣ）
１２  整流回路
１３  蓄電装置
１３０１  電気２重層コンデンサ
１３０２  電圧検知回路
１３０３  リレースイッチ
１４  加算回路
１５  ヒーター駆動回路
１５ａ  ヒーター（ＩＨ）駆動回路
１６  ヒーター駆動制御回路
１６１  温度センサ
１７，１９  ローラー
１８  ヒーター
１８ａ  ＩＨコイル
２１  ＤＣ電源
３０  感光ドラム
３１  帯電器
３２  潜像露光部
３３  現像器
３４  転写部
３５  クリーナ
１００  画像形成装置
１５１  電圧検出回路
１５２  電流検出回路
１５３  コイル
１５４  コンデンサ
１５５  発振制御回路
１５６  ＩＧＢＴ素子
１５７  共振コンデンサ
Ｐ  記録媒体
Ｔ１〜Ｔ５  端子
Ｗ１  電源（ＡＣ）電力
Ｗ１１  整流回路入力電力
Ｗ１２  ＤＣ電源入力電力
Ｗ２  整流後電力
Ｗ３  蓄電装置電力
Ｗ４  ヒーター駆動電力
【図１】
2006330346.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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