(57)【要約】【課題】キャパシタからの供給電力で加熱する加熱装置において、より正確に温度制御を行なうことが可能な技術を提供する。【解決手段】加熱装置１は、充電時における充電時間、電流値、電圧値に基づいて蓄電装置１３の静電容量を測定し、蓄電装置１３からの放電電力をヒーター１４に供給する場合に当該測定された蓄電装置１３の静電容量に基づいた電力供給を行なう。【選択図】図１
2006339073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体に電力を供給する蓄電手段と、
前記蓄電手段における充電時間を測定する計時手段と、
前記蓄電手段の充電時における電圧値を測定する電圧測定手段と、
前記蓄電手段の充電時における電流値を測定する電流測定手段と、
前記蓄電手段の静電容量を前記計時手段により測定された充電時間、前記電圧測定手段により測定された電圧値及び前記電流測定手段により測定された電流値に基づいて算出する静電容量算出手段と、
前記容量測定手段により測定された静電容量及び前記電圧測定手段により測定された電圧値に基づいて、前記蓄電手段から前記発熱体へ供給する電力量を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加熱装置において、
前記蓄電手段は、キャパシタと、当該キャパシタの充電時に所定の電圧値以上の電圧が印加された場合の当該蓄電手段に流れる電流をバイパスするバイパス部とを有し、
前記計時手段は、前記バイパス電流の発生前における、予め設定された第１の電圧値から予め設定された第２の電圧値までの充電時間を測定することを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項１に記載の加熱装置において、
前記蓄電手段は、キャパシタと、当該キャパシタの充電時に所定の電圧値以上の電圧が印加された場合の当該蓄電手段に流れる電流をバイパスするバイパス部と、当該バイパス電流の発生に応じてバイパス開始を示す信号を出力する出力部とを有し、
前記計時手段は、充電開始から前記出力部からのバイパス開始を示す信号の受信時点までの充電時間を測定することを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の加熱装置において、
前記蓄電手段は、直列に接続された複数の電気２重層キャパシタで構成されることを特徴とする加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置に係り、より詳細には蓄電器を用いた加熱装置の加熱制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真プロセス方式の複写機、プリンタ又はファクシミリなどの画像形成装置には、記録紙等の記録媒体上に形成されたトナー像を加熱定着するための定着器が設けられている。定着器は加熱（定着）ローラーとこれに圧接する圧接ローラーを有する。加熱ローラー内には、トナーを加熱するための発熱体が設けられている。
【０００３】
この画像形成装置の定着部における加熱装置の電源は、定着の際におけるウォームアップ時間を短縮して待ち時間を減らすように、商用電源とキャパシタなどにより充放電可能な蓄電装置からの電源とを併用する構成が知られている。そして、発熱体における定着に適した温度への温度制御は、商用電源と蓄電装置の電源から供給される電力量を調整して行なわれる。
【０００４】
例えば、商用電源とキャパシタなどの補助電源とを併用する加熱装置の技術としては、補助電源の残電力量や発熱体の温度を検知して補助電源から供給する電力量を調整する技術や（特許文献１を参照）、補助電源からの電力供給を保有電力量と発熱体への必要熱量を算出してその結果とに基づいて緻密に調整可能な技術が開示されている（特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００２−１８４５５４号公報
【特許文献２】特開２００４−２９６１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来からの技術では、予め決められた値のキャパシタ容量により放電時間を制御していたため、周囲の温度などの環境や経年変化によるキャパシタ容量の変動、又は複数のキャパシタを直列に接続した場合の各キャパシタ容量のばらつきによる合成容量の変動により、発熱体の温度制御に誤差が生じるという問題があった。このため、装置構成や環境によってはエネルギーを無駄に消費したり、この加熱装置を用いた定着装置では定着性が低下する恐れがあり、更なる改善が望まれていた。
【０００６】
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、キャパシタからの供給電力で加熱する加熱装置において、より正確に温度制御を行なうことが可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、発熱体に電力を供給する蓄電手段と、前記蓄電手段における充電時間を測定する計時手段と、前記蓄電手段の充電時における電圧値を測定する電圧測定手段と、前記蓄電手段の充電時における電流値を測定する電流測定手段と、前記蓄電手段の静電容量を前記計時手段により測定された充電時間、前記電圧測定手段により測定された電圧値及び前記電流測定手段により測定された電流値に基づいて算出する静電容量算出手段と、前記容量測定手段により測定された静電容量及び前記電圧測定手段により測定された電圧値に基づいて、前記蓄電手段から前記発熱体へ供給する電力量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
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、前記蓄電手段は、キャパシタと、当該キャパシタの充電時に所定の電圧値以上の電圧が印加された場合の当該蓄電手段に流れる電流をバイパスするバイパス部とを有し、前記計時手段は、前記バイパス電流の発生前における、予め設定された第１の電圧値から予め設定された第２の電圧値までの充電時間を測定することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記蓄電手段は、キャパシタと、当該キャパシタの充電時に所定の電圧値以上の電圧が印加された場合の当該蓄電手段に流れる電流をバイパスするバイパス部と、当該バイパス電流の発生に応じてバイパス開始を示す信号を出力する出力部とを有し、前記計時手段は、充電開始から前記出力部からのバイパス開始を示す信号の受信時点までの充電時間を測定することを特徴とする。
【００１０】
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、直列に接続された複数の電気２重層キャパシタで構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、蓄電手段における静電容量を算出してその静電容量に応じた発熱体の加熱を行うことができ、蓄電手段の環境変化や個体差などに依存することが無く、より正確に温度制御を行うことができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、蓄電手段におけるキャパシタで所定の電圧値以上による過充電を防止することができるとともに、バイパス電流が流れる前の充電時間を測定するために当該蓄電手段における静電容量を正確に算出することができ、蓄電手段におけるキャパシタの環境変化や個体差などに依存することが無く、より正確に温度制御を行うことができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、バイパス電流の発生に応じた時点までの充電時間で静電容量を算出することができるため、より蓄電手段におけるキャパシタの環境変化や個体差などに応じた温度制御を行なうことができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、小型で耐久性のある蓄電装置、ひいては加熱装置を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１〜図６を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明における加熱装置１の構成の概略を示す図であり、図２は、蓄電装置１３の回路構成の概略を示す図であり、図３（ａ）は、蓄電装置１３の充電時における等価回路を説明する図であり、図３（ｂ）は、蓄電装置１３の放電時における等価回路を説明する図であり、図４は、蓄電装置１３における充電時間と電圧の関係を示すグラフであり、図５は、加熱装置１における充電処理を示すフローチャートであり、図６は、加熱装置１における放電処理を示すフローチャートである。
【００１６】
加熱装置１は、電子写真プロセス方式の画像形成装置における定着器内の加熱装置などであり、図１に示すように、電源（ＡＣ）１１、充電器１２、蓄電装置１３、ヒーター１４、電圧測定手段１５、電流測定手段１６、制御部１７、加熱装置１及びリレースイッチ１９１〜１９３を備える。
【００１７】
電源（ＡＣ）１１は、外部から加熱装置１へ供給される商用交流電源であり、充電器１２は、電源（ＡＣ）１１からの交流電力を直流電力に整流して蓄電装置１３に出力する回路である。
【００１８】
蓄電装置１３は、図２に示すように、端子Ｔ１から端子Ｔ２の間にキャパシタユニットＵ１…Ｕｎが直列に接続した構成である。各キャパシタユニットは、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重層キャパシタと、当該電気２重層キャパシタに適正な充電電圧を印加し、過充電の際には充電電流を迂回すると共に充電が完了したことを示す充電完了信号を制御部１７へ送信する回路構成である。なお、制御部１７へ送信する充電完了信号はオン／オフによるパルスであってもよいが、各キャパシタユニットを識別可能な信号であってもよい。制御部１７は上述の充電完了信号に基づいて所定のキャパシタユニットの充電完了／全てのキャパシタユニットの充電完了を確認する。
【００１９】
例えば、キャパシタユニットＵ１は、充電電圧を検出する抵抗Ｒ１０７，Ｒ１０８、その電圧に応じてオン／オフするシャントレギュレータＩＣ１、当該シャントレギュレータＩＣ１により適正な充電電圧以上の電圧が電気２重層キャパシタＣ１に印加された場合にオンされて充電電流を迂回するトランジスタＴｒ１１、同様に適正な充電電圧以上の電圧が電気２重層キャパシタＣ１に印加された場合にオンされるトランジスタＴｒ１２及び当該トランジスタＴｒ１２がオンされた場合にキャパシタユニットＵ１の充電完了信号を出力するフォトカプラＰＣ１を備える。このため、キャパシタユニットＵ１に流れる電流Ｉ１は、電気２重層キャパシタＣ１が適正に充電されるまでは電気２重層キャパシタＣ１方向へ流れ（電流Ｉ１１）、電気２重層キャパシタＣ１が適正に充電された後はバイパスされる（電流Ｉ１２）。そして、電流Ｉ１２を流すとともに充電完了信号を制御部１７へ出力する。
【００２０】
蓄電装置１３を用いた加熱装置１の充電時における等価回路は図３（ａ）に示すとおりであり、蓄電装置１３の合成容量Ｃｓは、充電時間ｔ、充電器１２により測定される電流値Ｉ、電圧測定手段１５により測定される電圧値Ｖを元にして、公知の算出式であるＩ＊ｔ＝Ｃ＊Ｖにより算出可能である。
【００２１】
また、蓄電装置１３を用いた加熱装置１の放電時における等価回路は図３（ｂ）に示すとおりであり、端子Ｔ１と端子Ｔ２に接続された負荷に対して放電開始からｔ秒間に供給される電力量は、（放電前における蓄電装置１３の充電エネルギー量）−（ｔ秒後における蓄電装置１３の残エネルギー量）−（負荷以外の抵抗でｔ秒間に消費された電力量）で算出可能である。つまり、供給される電力量は、充電時に計測されて記憶部１８に格納された蓄電装置１３の合成容量Ｃｓ、放電前に電圧測定手段１５で計測された電圧値及びｔ秒後の電圧値に基づいて算出される放電前における充電エネルギー量及び残エネルギー量、回路の設計数値であり予め記憶部１８に格納される負荷以外の抵抗値ＲS2及び放電開始からｔ秒間に電圧測定手段１５で測定された電圧値により積算して得られる負荷以外の抵抗で消費された電力値を元にして算出可能である。
【００２２】
実際には、蓄電装置１３における充電は、図４に示すように、実線で示した算出式による結果に比べて点線で示した実際の結果のようにずれが生じる。これは、各キャパシタユニットにおけるバイパス回路の影響により、満充電に近づくにつれて上述した算出式との誤差が大きくなるためである。
【００２３】
ヒーター１４は、通電により加熱する例えばハロゲンなどのヒーターであり、電源（ＡＣ）１１から供給される電力で加熱する第１ヒーター１４１及び蓄電装置１３から供給される電力で加熱する第２ヒーター１４２を備える。
【００２４】
電圧測定手段１５は蓄電装置１３における端子Ｔ１と端子Ｔ２との間の電圧値を測定して制御部１７へ送信する回路であり、電流測定手段１６は充電器１２から蓄電装置１３に供給される電力の電流値を測定して制御部１７へ送信する回路である。
【００２５】
制御部１７は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）であり、記憶部１８に格納された制御プログラムを読み込み、当該記憶部１８の作業領域に展開して順次実行することで、加熱装置１の各部を統括制御する。また、制御部１７は、常時一定周波数の水晶発振によるクロック信号を計数して現在時刻を計時することで、タイマーとしての機能も実現する。
【００２６】
具体的には、制御部１７は、後述する充電処理や放電処理を行なうプログラムを実行して、電圧測定手段１５からの電圧値、電流測定手段１６からの電流値及び計時した時刻情報を記憶部１８の作業領域に格納するとともに、その格納されたデータを元に、リレースイッチ１９２による蓄電装置１３への充電の制御やリレースイッチ１９３による第２ヒーター１４２への放電の制御を行なう。また、制御部１７は、第２ヒーター１４２への放電によりヒーター１４を加熱する際に、リレースイッチ１９１を制御して電源（ＡＣ）１１から第１ヒーター１４１への電力供給を行なう。
【００２７】
記憶部１８は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）やＲＯＭ（Read  Only  Memory）であり、制御部１７が実行する制御プログラムや各種データを格納すると共に、制御部１７の作業領域を提供する。リレースイッチ１９１〜１９３は、制御部１７からの制御信号に基づいて回路のオン／オフを切換えるスイッチである。
【００２８】
上述した構成により、加熱装置１は、制御部１７の指示によりリレースイッチ１９１〜１９３を切換えることで、商用交流電源である電源（ＡＣ）１１からヒーター１４及び蓄電装置１３へ供給する電力の制御と、当該蓄電装置１３からヒーター１４へ供給する電力の制御とを行なう。
【００２９】
次に、制御部１７が行なう蓄電装置１３の充電処理について、図５を参照して説明する。
【００３０】
制御部１７は、電源（ＡＣ）１１が外部電源に接続されたタイミングや加熱装置１の電源が投入されたタイミングなどにより充電処理を開始し、記憶部１８の作業領域における計測フラグに「０」を設定し（ステップＳ１１）、電圧測定手段１５において電圧を測定し（ステップＳ１２）、その測定された電圧値が記憶部１８に予め設定された電圧値であり、バイパス回路により充電電流がバイパスされない電圧値であるＶL（図４を参照）より低いか否かを判定する（ステップＳ１３）。
【００３１】
ステップＳ１３において、測定された電圧値がＶLよりも低い場合は計測フラグが「１」に設定され（ステップＳ１４）、逆に測定された電圧値がＶLよりも高い場合は測定フラグが「０」のままでタイマーのスタートと蓄電装置１３における充電が開始される（ステップＳ１５）。
【００３２】
次いで、電圧測定手段１５で測定される電圧値がバイパス回路の影響により算出式からずれ始める予め記憶部１８に設定された電圧値ＶU以上であると判定されるまで待機され（ステップＳ１６）、測定される電圧値がＶUを越えた時点でタイマーがストップされる（ステップＳ１７）。つまり、図４に示すように、タイマーによる時間の計測は電圧値がＶU以下で行なわれ、電圧値がＶU以上ではタイマーによる時間の計測は行なわれない。なお、同図中の計測時間は、計測フラグに「１」が設定された状態でタイマーによる計測が行なわれる時間である。
【００３３】
次いで、電圧測定手段１５で測定される電圧値が予め記憶部１８に設定された満充電近傍の電圧値であるＶｏ以上であると判定されるまで待機、つまり、満充電が検出されるまで待機され（ステップＳ１８）、その検出の後に充電が停止される（ステップＳ１９）。
【００３４】
次いで、測定フラグが「１」であるか否かが判定され（ステップＳ２０）、「１」である場合は従前に記憶部１８に格納された蓄電装置１３の合成容量値が、今回の処理により測定されて記憶部１８の作業領域に格納されたデータを元に前述した算出方法で算出される蓄電装置１３の合成容量値に置き換えられて（ステップＳ２１）終了し、「１」でない場合はそのまま終了する。
【００３５】
なお、上述したステップＳ１３，Ｓ１６における判定は、回路の設計段階で算出された値や調整の段階で測定された値に基づいて予め記憶部１８に格納された値であるＶL，ＶUを元にして行なう構成であるが、蓄電装置１３からの充電完了信号に基づいて行なう構成であっても良い。つまり、ステップＳ１３において蓄電装置１３からの充電完了信号の有無が判定され、当該充電完了信号が受信されていない場合はステップＳ１４に移行され、ステップＳ１６において一つのキャパシタユニット又は所定数のキャパシタユニットの充電完了信号が受信されるまで待機される構成である。この場合は、充電完了信号に応じた充電時間を測定することで、よりキャパシタの状態に応じた正確な静電容量を測定することが可能である。
【００３６】
次に、制御部１７が行なう放電処理について、図６を参照して説明する。
【００３７】
制御部１７は、特に図示しないヒーター１４近傍に設けられた温度センサーから測定される温度やヒーター１４の熱容量など記憶部１８に格納された各種データに基づいてヒーター１４を所定の温度に到達させるために必要な供給電力量を算出し（ステップＳ３１）、記憶部１８に格納された蓄電装置１３の合成容量値と電圧測定手段１５で測定される電圧値とに基づいた放電前における蓄電装置１３のエネルギー量を計算し（ステップＳ３２）、蓄電装置１３からヒーター１４への放電を開始する（ステップＳ３３）。
【００３８】
次いで、電圧測定手段１５において電圧値が測定され（ステップＳ３４）、その電圧値と放電開始からの時間とに基づいて蓄電装置１３の残エネルギー量と負荷以外の抵抗で放電開始から現時点までに消費された電力量とが計算され（ステップＳ３５）、その電力量とステップＳ３２で算出された電力量とにより前述した算出式で算出される負荷に対して放電開始から現時点までに供給される電力量がステップＳ３１で算出された供給電力量に一致するまで放電が行なわれ（ステップＳ３６）、一致した場合は放電が停止されて（ステップＳ３７）終了する。
【００３９】
以上のように、加熱装置１は、充電時における充電時間、電流値、電圧値に基づいて蓄電装置１３の静電容量を測定し、蓄電装置１３からの放電電力をヒーター１４に供給する場合に当該測定された蓄電装置１３の静電容量に基づいた電力供給を行なう。このため、加熱装置１は、蓄電装置１３の環境変化や個体差などに依存することなく、より正確に温度制御を行うことができる。
【００４０】
また、加熱装置１は、上述した充電処理により、キャパシタユニットでバイパス電流が発生する以前の充電時間を計測した場合に計測された値に基づいて静電容量を算出して記憶部１８に格納された値を更新する。このため、以後の静電容量に基づいた放電処理においては、蓄電装置１３の環境変化や個体差に応じたより正確な温度制御を行うことができる。
【００４１】
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。本発明における加熱装置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。例えば、蓄電装置１３は電気２重層キャパシタを用いた構成としたが、他の二次電池であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明における加熱装置１の構成の概略を示す図である。
【図２】蓄電装置１３の回路構成の概略を示す図である。
【図３】（ａ）は、蓄電装置１３の充電時における等価回路を説明する図であり、（ｂ）は、蓄電装置１３の放電時における等価回路を説明する図である。
【図４】蓄電装置１３における充電時間と電圧の関係を示すグラフである。
【図５】加熱装置１における充電処理を示すフローチャートである。
【図６】加熱装置１における放電処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１  加熱装置
１１  電源（ＡＣ）
１２  充電器
１３  蓄電装置（蓄電手段）
１４  ヒーター
１４１  第１ヒーター
１４２  第２ヒーター
１５  電圧測定手段
１６  電流測定手段
１７  制御部（計時手段、静電容量算出手段、制御手段）
１８  記憶部
１９１〜１９２  リレースイッチ
Ｃ１，Ｃｎ  電気２重層キャパシタ
Ｃ１１，Ｃｎ１  コンデンサ
Ｉ１，Ｉ１１，Ｉ１２  電流
ＩＣ１，ＩＣｎ  シャントレギュレータ
ＰＣ１，ＰＣｎ  フォトカプラ
Ｒ１０１〜Ｒ１１１，Ｒｎ０１〜Ｒｎ１１  抵抗
Ｔ１，Ｔ２  端子
Ｔｒ１１，Ｔｒ１２，Ｔｒｎ１，Ｔｒｎ２  トランジスタ
Ｕ１，Ｕｎ  キャパシタユニット
【図１】
2006339073.tif 000003
【図２】
2006339073.tif 000004
【図３】
2006339073.tif 000005
【図４】
2006339073.tif 000006
【図５】
2006339073.tif 000007
【図６】
2006339073.tif 000008