(57)【要約】【課題】電気二重層コンデンサの充電を効率的に行うことが可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】電気二重層コンデンサを用いた充電可能な蓄電池（蓄電部２３２）と、前記蓄電池を充電する充電手段（充電部２３１）と、前記蓄電池からの電力供給により発熱する発熱手段（発熱部２４）と、前記発熱手段により記録媒体に形成されたトナー像を定着する定着手段（定着部２５）と、前記定着手段の温度を検知する定着温度検知手段（温度検知部２６）と、前記検知された定着手段の温度に基づいて、前記充電手段の充電電圧を制御する充電制御手段（制御部）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気二重層コンデンサを用いた充電可能な蓄電池と、
前記蓄電池を充電する充電手段と、
前記蓄電池からの電力供給により発熱する発熱手段と、
前記発熱手段により記録媒体に形成されたトナー像を定着する定着手段と、
前記定着手段の温度を検知する定着温度検知手段と、
前記検知された定着手段の温度に基づいて、前記充電手段の充電電圧を制御する充電制御手段と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記定着温度検知手段により検知された定着手段の温度に基づいて、前記蓄電池から供給される電力量を制御する電力制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記電力制御手段は、前記定着手段の温度が予め設定された基準温度から低下した場合に、所定の制限時間以内に前記基準温度となるよう前記蓄電池から供給される電力量を制御し、
前記充電制御手段は、前記制限時間に基づいて、前記充電手段の充電電圧を制御することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記電力制御手段は、省電力モード又はシャットオフモードから通常モードへの移行時に前記蓄電池から供給される電力量を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記定着手段の周辺温度を検知する周辺温度検知手段を更に備え、
前記充電制御手段は、前記検知された周辺温度に基づいて、前記充電手段の充電電圧を制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体に画像を形成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ式のプリンタ、複写機などの画像形成装置において、画像データをプリント出力するにあたり、画像データに基づいて感光体ドラム上にトナー像を現像し、そのトナー像を紙などの記録媒体上に転写して定着器により加熱及び加圧することで当該記録媒体上に画像を形成している。定着器の加熱には、ハロゲンヒータやＩＨヒータ、セラミックヒータ等の発熱手段が用いられており、この発熱手段を発熱させるための電力供給源として、コンデンサ（キャパシタ）や電気二重層コンデンサ等の充電可能な蓄電池を内蔵した加熱装置が提案されている。例えば、加熱部（発熱手段）により加熱された被加熱体（定着器）が所定温度以上の場合に、蓄電装置（蓄電池）の出力電圧を少なくても最も高い値より低く設定する制御を行うことで、キャパシタの長寿命化を図った技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特に電気二重層コンデンサは、電解コンデンサ等の通常のコンデンサと比較し、小型でファラド（Ｆ）単位の大容量の静電容量を得ることができ、特別な充放電管理回路が不要であり、短時間充電できるという優れた特徴を有しているため、定着器を短時間で所定の温度に到達させることが可能となる。
【特許文献１】特開２００４−３４５１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した電気二重層コンデンサを大容量負荷に用いる場合、一般に平準化回路と呼ばれるものが併用されているが、この回路内の抵抗により、電気二重層コンデンサから常時放電が行われてしまうため、充電完了後も常に充電し続ける必要がある。以下、電気二重層コンデンサの放電特性について説明する。
【０００４】
電気二重層コンデンサから放電される電圧Ｖは、通常のコンデンサの場合と同様、Ｖ＝Ｖ０×Ｅｘｐ（−ｔ／（Ｒ１×Ｃ））で表される。ここで、「Ｖ０」は電気二重層コンデンサに蓄電された初期電圧、「ｔ」は経過時間、「Ｒ１」は放電が行われる回路に含まれる抵抗（負荷）、「Ｃ」は電気二重層コンデンサの静電容量を意味している。
【０００５】
図６は、放電時における電気二重層コンデンサのキャパシタ電圧と放電時間との関係を示す図である。ここでは、抵抗Ｒ１＝６Ωを有した放電回路（図７参照）において、二重層コンデンサがＶ０＝４５Ｖ、Ｃ＝２０Ｆの条件で放電した際の放電特性を示しており、その放電特性は上記式から導かれるとおり、放電時間の経過に伴い電圧Ｖの値が減少することになる。なお、縦軸は電気二重層コンデンサのキャパシタ電圧（Ｖ）、横軸は経過時間（ｓｅｃ）を示している。
【０００６】
ところで、電気二重層コンデンサは、１個あたりの耐電圧が低いため（約２．５Ｖｍａｘ）、パワー系回路に使用する場合には、上述したように平準化回路が併せて使用されている。図８は、電気二重層コンデンサに併設された平準化回路（図中Ａ）の一例を示す図である。同図に示すように、この平準化回路は電気二重層コンデンサに対して電気抵抗となるため、放電回路の抵抗Ｒ１が「０」であったとしても、図８に示すように、この平準化回路の抵抗Ｒ２により蓄電された電圧は時間経過に伴い放電されることになる。なお、図９は、図６で説明した二重層コンデンサと同条件の下、平準化回路の抵抗Ｒ２＝２０Ω、放電回路の抵抗Ｒ１＝０の条件下における放電特性を示す図であって、縦軸は、電気二重層コンデンサのキャパシタ電圧（Ｖ）、横軸は経過時間（ｓｅｃ）を示している。
【０００７】
そのために、充電が完了した後も常に充電し続ける必要があるが、電気二重層コンデンサの充電特性により、充電電圧が高いほど放電による電圧低下が早くなるため、何ら考慮せず充電を行った場合には、充電時間に多くの時間を要することになるとともに、充電電力の損失が増大してしまう可能性がある。
【０００８】
以下、電気二重層コンデンサの充電特性について説明する。
電気二重層コンデンサの充電特性は、通常のコンデンサの場合と同様、Ｑ＝Ｉｔ＝ＣＶで表され、この式より、ｔ＝ＣＶ／Ｉが導出される。ここで、「Ｑ」は電気二重層コンデンサに蓄えられる電荷、「Ｉ」は充電電流、「ｔ」は充電に要した時間、「Ｃ」は電気二重層コンデンサの静電容量、「Ｖ」は充電電圧を意味している。上記式より、充電時間ｔは、充電電流Ｉの値が小さいほど、また、充電電圧Ｖの値が大きいほど、多くの時間を要することになる。
【０００９】
図１０（ａ）は、電気二重層コンデンサの充電時における、充電電流Ｉと充電時間ｔとの関係の一例を示す図である。ここでは、静電容量Ｃ＝２０Ｆ、充電電圧４５Ｖの条件で充電した際の充電特性を示しており、その充電特性は上記式から導かれるとおり、充電電流Ｉの値が小さいほど、多くの充電時間が必要となっている。なお、縦軸は充電時間（ｓｅｃ）、横軸は充電電流の大きさ（Ａ）を示している。
【００１０】
また、図１０（ｂ）は、電気二重層コンデンサの充電時における、充電電圧Ｖと充電時間ｔとの関係の一例を示す図である。ここでは、静電容量Ｃ＝２０Ｆ、充電電流４Ａの条件で充電した際の充電特性を示しており、その充電特性は上記式から導かれるとおり、充電電圧Ｖの値が大きいほど多くの充電時間が必要となっている。なお、縦軸は充電時間（ｓｅｃ）、横軸は充電電圧の大きさ（Ｖ）を示している。
【００１１】
このような、電気二重層コンデンサの充電・放電特性により、充電電圧を何ら考慮せず充電を行った場合には、充電時間が長くなるとともに、充電電力の損失が大きくなってしまう可能性があり、効率的に充電を行うことができないという問題がある。
また、特許文献１は、蓄電池から出力（放電）される出力電圧の制御に係る技術であるため、上述した課題を解決することはできない。
【００１２】
本発明の課題は、電気二重層コンデンサの充電を効率的に行うことが可能な画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
電気二重層コンデンサを用いた充電可能な蓄電池と、
前記蓄電池を充電する充電手段と、
前記蓄電池からの電力供給により発熱する発熱手段と、
前記発熱手段により記録媒体に形成されたトナー像を定着する定着手段と、
前記定着手段の温度を検知する定着温度検知手段と、
前記検知された定着手段の温度に基づいて、前記充電手段の充電電圧を制御する充電制御手段と、
を備えたことを特徴としている。
【００１４】
更に、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、
前記定着温度検知手段により検知された定着手段の温度に基づいて、前記蓄電池から供給される電力量を制御する電力制御手段を更に備えたことを特徴としている。
【００１５】
更に、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記電力制御手段は、前記定着手段の温度が予め設定された基準温度から低下した場合に、所定の制限時間以内に前記基準温度となるよう前記蓄電池から供給される電力量を制御し、
前記充電制御手段は、前記制限時間に基づいて、前記充電手段の充電電圧を制御することを特徴としている。
【００１６】
更に、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、
前記電力制御手段は、省電力モード又はシャットオフモードから通常モードへの移行時に前記蓄電池から供給される電力量を制御することを特徴としている。
【００１７】
更に、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の発明において、
前記定着手段の周辺温度を検知する周辺温度検知手段を更に備え、
前記充電制御手段は、前記検知された周辺温度に基づいて、前記充電手段の充電電圧を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、定着手段の温度に基づいて、充電手段の充電電圧を制御することが可能であるため、電気二重層コンデンサの充電・放電特性に応じた充電電圧を、蓄電池に供給することが可能であり、電気二重層コンデンサの充電を効率的に行うことができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、定着温度検知手段により検知された定着手段の温度に基づいて、蓄電池から供給される電力量を制御することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、電力制御手段により、定着手段の温度を所定時間以内に基準温度となるよう蓄電池から供給される電力量を制御できるとともに、充電制御手段により、前記所定時間に基づいて、充電手段の充電電圧を制御することができるため、電気二重層コンデンサの充電・放電特性に応じた充電電圧を、蓄電池に供給することが可能であり、電気二重層コンデンサの充電を効率的に行うことができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、電力制御手段は、省電力モード又はシャットオフモードから通常モードへの移行時に前記蓄電池から供給される電力量を制御することができる。そのため、省電力モード又はシャットオフモードから通常モードへの移行を効率的に行うことができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、定着手段の周辺温度に基づいて、充電手段の充電電圧を制御することが可能であるため、電気二重層コンデンサの充電・放電特性に応じた充電電圧を、蓄電池に供給することが可能であり、電気二重層コンデンサの充電を効率的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されないものとする。
【００２４】
まず、図１を参照して画像形成装置の構成を説明する。なお、本実施の形態において、画像形成装置は、レーザプリンタ等の画像形成装置であって、不図示の半導体レーザにより感光体の表面に静電潜像を形成し、この静電潜像を不図示の現像器によりトナー像として顕像化した後、後述する定着部２５により顕像化されたトナー像を紙等の記録媒体に定着することで、画像形成（印刷）を行うものとする。
【００２５】
図１は、画像形成装置に内蔵された温度制御系２０の構成を示している。
図１において、温度制御系２０は、ＡＣ電源２１、電力供給部２２、補助電力供給部２３、発熱部２４、定着部２５、温度検知部２６、制御部２７等により構成されている。
【００２６】
同図に示すように、ＡＣ電源２１から供給された交流電源は、電力供給部２２及び補助電力供給部２３に供給されるようになっている。また、ＡＣ電源２１から供給される交流電源は、ＡＣ／ＤＣコンバータに入力され、直流電流（ＤＣ出力）に変換され、この変換された直流電流は、画像形成装置を制御するための本体制御部や機内における各負荷部（何れも不図示）へ供給されるようになっている。
【００２７】
電力供給部２２は、ＡＣ電源２１より供給された交流電源を、制御部２７からの制御信号に基づいて、後述する発熱部２４の第１ヒータ２４１へ電力を供給する。
【００２８】
補助電力供給部２３は、充電部２３１、蓄電部２３２、放電部２３３等により構成され、制御部２７からの制御信号に基づいて、ＡＣ電源２１より供給された交流電源を蓄電した後、蓄電された電力を放電することで、後述する発熱部２４の第２ヒータ２４２へ電力を供給する。
【００２９】
ここで、充電部２３１は、制御部２７からの制御信号に基づいて、ＡＣ電源２１より供給された交流電源の電力量を調整し、蓄電部２３２に供給することで充電を行う。
【００３０】
蓄電部２３２は、充電可能な電気二重層コンデンサからなり、充電部２３１から供給される電力を蓄電する。なお、この電気二重層コンデンサには、図８で例示したように、平準化回路が併設されているものとする。
【００３１】
放電部２３３は、制御部２７からの制御信号に基づいて、蓄電部２３２に蓄電された電力を放電することで、後述する発熱部２４の第２ヒータ２４２へ電力を供給する。
【００３２】
発熱部２４は、電力供給を受けることで発熱するハロゲンヒータ、ＩＨヒータ、セラミックヒータ等の発熱手段であって、補助電力供給部２３から供給される電力により、定着部２５の定着ローラ２５１を加熱する。この発熱部２４は、第１ヒータ２４１と第２ヒータ２４２とからなり、定着ローラ２５１の内側に設けられている。なお、第１ヒータ２４１及び第２ヒータ２４２が加熱する定着ローラ２５１の領域は、特に限らないものとするが、例えば、第１ヒータ２４１は定着ローラ２５１の中央部を加熱し、第２ヒータ２４２は定着ローラ２５１の端部を加熱する態様としてもよく、定着ローラ２５１を均一に加熱することが可能な位置に設けられることが好ましい。また、発熱部２４が具備する発熱手段の数は、これに限らないものとする。
【００３３】
定着部２５は、不図示の駆動源により回転駆動される定着ローラ２５１、定着ローラ２５１に圧接して定着ニップを形成するとともに、定着ローラ２５１に従動して回転される加圧部材としての加圧ローラ（不図示）等を備える。この定着ローラ２５１と加圧ローラとは、画像が形成される紙等の記録媒体を定着ニップで挟持して搬送する間に加熱及び加圧して、記録媒体上に形成されたトナー像を溶融定着する。
【００３４】
温度検知部２６は、定着ローラ２５１の表面温度を検知するため、定着ローラ２５１からの輻射熱の温度を検知し、この温度を示す情報が制御部２７に出力する。この温度検知部としては、測温抵抗体（例えばサーミスタ等）が用いることができる。
【００３５】
制御部２７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成され、ＲＯＭ等の記憶部に格納されている各種設定値やシステムプログラムを読み出して実行することにより、温度制御系２０全体を統括的に制御する。
【００３６】
具体的には、温度検知部２６により検知された定着ローラ２５１の温度に基づいて蓄電部２３２への充電電圧を決定し、この決定結果に基づいて充電部２３１を制御することことにより、蓄電部２３２に供給される充電電圧を制御する。また、温度検知部２６により検知された定着ローラ２５１の温度に基づいて放電部２３３を制御することで、蓄電部２３２から放電される電力量を制御する。
【００３７】
また、制御部２７は、本画像形成装置が省電力モードやシャットオフモード等から通常モードへの移行時等、定着ローラ２５１の温度が予め設定された基準温度から低下しているような場合に、所定の制限時間以内に定着ローラ２５１の温度が基準温度となるよう、放電部２３３を制御することで、蓄電部２３２から発熱部２４に供給（放電）される電力量を制御する。以下、温度低下時から基準温度に復帰させるまでの制限時間を復帰制限時間という。なお、電力供給部２２から供給される電力量は、補助電力供給部２３と同様に復帰制限時間以内に定着ローラ２５１の温度が基準温度となるよう制御されるものとする。
【００３８】
さらに、制御部２７は、上述した復帰制限時間に基づいて、充電部２３１の充電電圧を制御することで、蓄電部２３２に供給する充電電圧を制御する。
【００３９】
ここで、定着ローラ２５１の基準温度とは、記録媒体上にトナー像を定着させるのに好適な温度であって、記録媒体の特性等に応じて設定されるものとする。また、復帰制限時間は、任意に設定可能であるものとするが、短時間（例えば３０秒等）であることが好ましい。
【００４０】
以下、図２〜図５を参照して、省電力モード又はシャットオフモードから画像形成可能な通常モードへの移行持において実行される充電電圧制御について説明する。なお、ここで省電力モードとは、通常モードから一定時間操作が行われなかった後に移行される低電力状態を意味し、シャットオフモードとは、通常モードから一定時間経過した後に移行される電源が切断された状態を意味する。
【００４１】
図２は、充電電圧制御処理を示すフローチャートである。なお、図２の各処理は、制御部２７により実行される処理を示している。
【００４２】
まず、温度検知部２６により検知された定着ローラ２５１の温度を示す情報が入力され（ステップＳ１１）、この入力された温度に基づいて、蓄電部２３２への充電電圧が決定される（ステップＳ１２）。
【００４３】
次いで、蓄電部２３２に充電された電力量が所定の値（例えば、フル充電の９５％以上等）以上か否かが判定され、所定の値未満であると判定された場合には（ステップＳ１３；Ｎｏ）、ステップＳ１２で決定された充電電圧を供給させる制御信号が、充電部２３１に出力され（ステップＳ１４）、この充電電圧で蓄電部２３２に充電が行われることになる。この際、低温度状態にある定着ローラ２５１を基準温度まで上昇させる復帰時間が、所定時間（例えば、３０秒）以内と定められている場合には、図３に示すように、定着ローラ２５１の温度が低いほど急速に加熱する必要があるため、温度低下の度合に応じて充電電力が増加されるよう設定される。なお、図３は定着ローラの温度低下時において、復帰制限時間Ｔで基準温度へ復帰させる際の加熱度合を示めしている。
【００４４】
一方、ステップＳ１３において、所定の値以上であると判定された場合には（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、本処理は終了する。なお、本処理は、画像形成装置が、省電力モード、シャットオフモード又は完全停止状態（電源切断等）に移行するまでの間、常時又は所定の時間毎に実行されるものとする。
【００４５】
ここで、図４を参照して、上記した充電電圧制御処理により制御された充電電圧の状態を説明する。
図４は、定着ローラ２５１の温度と充電電圧との関係の一例を示した図であって、左側縦軸は定着ローラ２５１の温度（℃）を、右側縦軸は充電電圧（Ｖ）を意味している。
【００４６】
同図に示すように、定着ローラ２５１の温度低下に伴って、充電電圧を増加させるよう制御される。なお、復帰制限時間が予め定められている場合には、この復帰制限時間に基づいた充電電圧が、ステップＳ１２で決定されることは言うまでもない。
【００４７】
このような充電電圧制御がなされることにより、充電電圧が高いほど放電による電圧低下が早くなるという、電気二重層コンデンサの充電・放電特性を考慮した充電を行うことができるため、効率的に充電を行うことができる。なお、図３に示した定着ローラ２５１の温度と充電電圧との関係を導出するための設定情報（テーブル）、計算式等の充電電圧制御情報が、不図示のＲＯＭ等の記憶手段に記憶されているものとする。制御部２７は、この充電電圧制御情報に基づいて、定着ローラ２５１の温度に対応する充電電圧を決定し、この充電電圧を供給させる制御信号を充電部２３１に出力する。
【００４８】
図５は、蓄電部２３２に蓄電された電力量（Ｖ）と、経過時間（ｓｅｃ）との関係の一例を示す図であって、上図は一定の充電電圧で充電された蓄電部２３２の状態を、下図は上述した充電電圧制御処理による充電電圧制御で充電された蓄電部２３２の状態を示している。
【００４９】
同図に示すように、復帰制限時間Ｔ１で充電された蓄電部２３２の電力量は、電気二重層コンデンサの充電・放電特性により時間経過に伴って放電されることになるが、一定の充電電圧充電時（上図）の放電時間Ｔ２よりも、充電電圧制御時（下図）の放電時間Ｔ３の方が、放電に要する時間が長くなる。そのため、時刻Ｔ内における、充電電圧制御時の充電時間（充電回数）は、一定の充電電圧充電時の３／４倍で済むことになる。即ち、本充電電圧制御処理を実行することにより、蓄電部２３２に充電される単位時間あたりの充電量が増加するため、効率的な充電を行うことができる。
【００５０】
以上のように、本実施の形態の画像形成装置によれば、定着ローラ２５１の温度に基づいて、充電部２３１の充電電圧を制御することが可能であるため、電気二重層コンデンサ（蓄電部２３２）の充電・放電特性に応じた充電電圧を、蓄電部２３２に供給することが可能であり、電気二重層コンデンサの充電を効率的に行うことができる。
【００５１】
上記実施形態における画像形成装置の細部構成および詳細動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００５２】
例えば、本実施の形態では、定着ローラ２５１の（表面）温度を検知し、この温度に基づいて充電電圧制御処理を行うこととしたが、これに限らず、定着ローラ２５１の周辺温度（例えば、不図示の加圧ローラの温度、画像形成装置内部の温度、画像形成装置外部の温度等）を検知し、この温度に基づいて充電電圧制御処理を行うこととしてもよい。
【００５３】
また本実施の形態では、蓄電部２３２に供給する充電電圧を制御することとしたが、これに限らず、充電電流を制御することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】画像形成装置の温度制御回路の一例を示す図である。
【図２】充電電圧制御処理を示すフローチャートである。
【図３】定着ローラの温度低下時において、復帰制限時間Ｔで基準温度へ復帰させる際の加熱度合を示す図である。
【図４】定着ローラの温度と充電電圧との関係の一例を示した図である。
【図５】蓄電部に蓄電された電力量と、経過時間との関係の一例を示す図である。
【図６】放電時における電気二重層コンデンサのキャパシタ電圧と放電時間との関係を示す図である。
【図７】放電回路の一例を示す図である。
【図８】（ａ）電気二重層コンデンサに併設された平準化回路の一例を示す図である。（ｂ）平準化回路の一例を示す図である。
【図９】放電時における電気二重層コンデンサのキャパシタ電圧と放電時間との関係を示す図である。
【図１０】（ａ）電気二重層コンデンサの充電時における、充電電流と充電時間との関係の一例を示す図である。（ｂ）電気二重層コンデンサの充電時における、充電電圧と充電時間との関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
２０  温度制御系
２１  ＡＣ電源
２２  電力供給部
２３  補助電力供給部
２３１  充電部
２３２  蓄電部
２３３  放電部
２４  発熱部
２４１  第１ヒータ
２４２  第２ヒータ
２５  定着部
２５１  定着ローラ
２６  温度検知部
２７  制御部
【図１】
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【図２】
2006330451.tif 000004
【図３】
2006330451.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006330451.tif 000007
【図６】
2006330451.tif 000008
【図７】
2006330451.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006330451.tif 000011
【図１０】
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