(57)【要約】【目的】  直列に接続されたキャパシタセルの過充電を防止してセルの劣化を防ぎ、均等に充電してセル容量を最大限利用し、電力的に十分効率よく充電する。【構成】  電気二重層コンデンサセルからなる複数のキャパシタセルＣ１〜Ｃ１６を直列に接続したキャパシタバンク６０に対して、充電用電源部５２と充電制御部６４等によって、キャパシタバンク６０の充電電圧が所定値に達するまでは定電流充電し、キャパシタバンク６０の充電電圧が所定値に達してからキャパシタセルＣ１〜Ｃ１６のいずれか１つでも充電が完了するまでは定電力充電し、何れかのキャパシタセルの充電が完了すると、そのキャパシタセルに対するパイパス回路６１を作動させて充電電流をバイパスさせるとともに定電流充電する。【選択図】        図１
2006288090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ電気二重層コンデンサセルからなる複数のキャパシタセルを直列に接続したキャパシタバンクと、
該キャパシタバンクに定電流及び定電力で充電可能な充電手段と、
前記キャパシタバンクの充電電流を検出する充電電流検出手段と、
前記キャパシタバンクの充電電圧を検出するバンク充電電圧検出手段と、
前記複数のキャパシタセルのそれぞれの充電電圧を個別に検出するセル充電電圧検出手段と、
前記複数のキャパシタセルのそれぞれの充電電流を個別にバイパスさせるセルバイパス手段と、
前記充電手段と前記セルバイパス手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記バンク充電電圧検出手段の検出値が所定値に達するまでは前記充電電流検出手段の検出値を参照して前記充電手段に定電流充電を行わせ、
前記バンク充電電圧検出手段の検出値が前記所定値に達してから、前記セル充電電圧検出手段の検出値に基づいて前記複数のキャパシタセルのいずれかの充電が完了するまでは、前記充電電流検出手段と前記バンク充電電圧検出手段の各検出値を参照して前記充電手段に定電力充電を行わせ、
前記セル充電電圧検出手段の検出値に基づいて前記複数のキャパシタセルのいずれか１つでも充電が完了した後は、充電が完了したキャパシタセルに対して充電電流を前記セルバイパス手段で個別にバイパスさせるとともに、前記充電電流検出手段の検出値を参照して前記充電手段に定電流充電を行わせるように制御することを特徴とするキャパシタ装置。
【請求項２】
請求項１記載のキャパシタ装置において、前記制御手段は、全ての前記キャパシタセルの充電が完了した際には前記充電手段の充電を停止させるよう制御することを特徴とするキャパシタ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のキャパシタ装置において、前記セル充電電電圧検出手段の検出信号を選択するスイッチ手段を有し、前記制御手段は該スイッチ手段を制御することを特徴とするキャパシタ装置。
【請求項４】
それぞれ電気二重層コンデンサセルからなる複数のキャパシタセルを直列に接続したキャパシタバンクと、
平滑入力された電圧をＰＷＭ制御のスイッチング回路を有するＤＣ−ＤＣコンバータによって直流出力に変換する直流出力変換手段と、
前記直流出力を前記キャパシタバンクに供給して充電する充電手段と、
前記直流出力変換手段のＰＷＭスイッチ信号を発生するＰＷＭ信号発生手段と、
前記キャパシタバンクの充電電流を検出する充電電流検出手段と、
前記キャパシタバンクの充電電圧を検出するバンク充電電圧検出手段と、
前記複数のキャパシタセルのそれぞれの充電電圧を個別に検出するセル充電電圧検出手段と、
前記複数のキャパシタセルのそれぞれの充電電流を個別にバイパスさせるセルバイパス手段と、
前記セル充電電圧検出手段の検出値に基づいて、充電が完了したキャパシタセルに対して充電電流を個別にバイパスさせるよう前記セルバイパス手段を制御する制御手段とを有し、
前記ＰＷＭ信号発生手段は、前記セルバイパス手段の動作、または前記充電電流検出手段の検出値及び前記バンク充電電圧検出手段の検出値の少なくとも１つに基づいて、前記ＰＷＭスイッチ信号のデューティ比を制御することを特徴とするキャパシタ装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のキャパシタ装置を有し、前記キャパシタセルに蓄電された電力を定着ヒータの補助電力として用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項５記載の画像形成装置において、前記定着ヒータは、定着ベルトを駆動させる駆動ローラ、前記定着ベルトに従動される従動ローラ及び前記定着ベルトを加圧する加圧ローラの少なくとも１つを加熱する加熱ヒータであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項６記載の画像形成装置において、前記駆動ローラ、前記従動ローラ及び前記加圧ローラの少なくとも１つに対して温度を検出する温度検出手段を有し、前記温度検出手段の検出値に基づいて前記補助電力の使用を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
それぞれ電気二重層コンデンサセルからなる複数のキャパシタセルを直列に接続したキャパシタバンクと、
該キャパシタバンクに定電流または定電力で充電する充電手段と、
前記キャパシタバンクの充電電流を検出する充電電流検出手段と、
前記キャパシタバンクの充電電圧を検出するバンク充電電圧検出手段と、
前記複数のキャパシタセルのそれぞれの充電電圧を個別に検出するセル充電電圧検出手段と、
前記複数のキャパシタセルのそれぞれの充電電流を個別にバイパスさせるセルバイパス手段とを備えたキャパシタ装置の充電方法であって、
前記バンク充電電圧検出手段の検出値が所定値に達するまでは前記充電電流検出手段の検出値を参照して前記充電手段によって定電流充電を行い、
前記バンク充電電圧検出手段の検出値が前記所定値に達してから、前記セル充電電圧検出手段の検出値に基づいて前記複数のキャパシタセルのいずれかの充電が完了するまでは、前記充電電流検出手段と前記バンク充電電圧検出手段の各検出値を参照して前記充電手段によって定電力充電を行い、
前記セル充電電圧検出手段の検出値に基づいて前記複数のキャパシタセルのいずれかの充電が完了した後は、充電が完了したキャパシタセルに対して充電電流を前記セルバイパス手段で個別にバイパスさせるとともに、前記充電電流検出手段の検出値を参照して前記充電手段によって定電流充電を行うことを特徴とするキャパシタ装置の充電方法。
【請求項９】
それぞれ電気二重層コンデンサセルからなる複数のキャパシタセルを直列に接続したキャパシタバンクと、
該キャパシタバンクに定電流及び定電力で充電可能な充電手段と、
前記キャパシタバンクの充電電流を検出する充電電流検出手段と、
前記キャパシタバンクの充電電圧を検出するバンク充電電圧検出手段と、
前記複数のキャパシタセルのそれぞれの充電電圧を個別に検出するセル充電電圧検出手段と、
前記複数のキャパシタセルのそれぞれの充電電流を個別にバイパスさせるセルバイパス手段とを備えたキャパシタ装置の充電方法において、
前記セル充電電圧検出手段の検出値に基づいて前記複数のキャパシタセルのいずれかの充電が完了するまでは、前記充電電流検出手段と前記バンク充電電圧検出手段の各検出値を参照して前記充電手段によって定電力充電を行い、
前記セル充電電圧検出手段の検出値に基づいて前記複数のキャパシタセルのいずれかの充電が完了した後は、充電が完了したキャパシタセルに対して充電電流を前記セルバイパス手段で個別にバイパスさせるとともに、前記充電電流検出手段の検出値を参照して前記充電手段によって定電流充電を行うことを特徴とするキャパシタ装置の充電方法。
【請求項１０】
請求項８又は９記載のキャパシタ装置の充電方法において、全ての前記キャパシタセルの充電が完了した際には前記充電手段による充電を停止させることを特徴とするキャパシタ装置の充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のキャパシタセルを直列に接続したキャパシタ装置とその充電方法、及びそのキャパシヤ装置の電力を使用する複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらの機能を複合した複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年開発が進んでいる電気二重層コンデンサは、大容量を有し、充放電サイクル特性にも優れることから、電子機器のバックアップ電源や、画像形成装置の補助電源、自動車をはじめとした各種輸送機のバッテリとして用いられている他、エネルギーの有効利用の観点からは、夜間電力の貯蔵といった用途での使用も検討されている。
これらの用途のうち、大容量の電流を必要とする用途においては、複数の電気二重層キャパシタセルを直列に接続して使用する。この直列に接続されたモジュールによって充放電を行うと、各キャパシタセルの間に静電容量や漏れ抵抗等の特性にばらつきがあるため、各セルの端子間電圧に差が生じ、セル電圧が耐電圧以上に上昇することによって寿命劣化するセルが発生する。
【０００３】
そこで、直列に接続された電気二重層コンデンサそれぞれに対し、耐電圧以上となる過充電を防止してセルの劣化を防ぎ、全てのセルにおいて均等に充電してセル容量を最大限に利用するための技術が種々提案されている。
例えば特許文献１には、電気二重層コンデンサセル毎に充電電圧を検出し、それぞれ充電電圧が設定値に達すると直流電流をバイパスする均等化手段と、均等化手段の作動をＯＲ回路で検出し、電気二重層コンデンサセルへの充電電流を制御する手段が開示されている。
【０００４】
また特許文献２には、複数の電気二重層キャパシタを直列接続して蓄電装置を構成したキャパシタ蓄電装置において、キャパシタセル毎に、充電電圧を所定値に制限する電圧制限手段と、各キャパシタセルの充電電圧を基準電圧と比較して監視するコンパレータとを設け、キャパシタセルの充電電圧が電圧制御手段によって制限される所定値に達するまで定電流充電を行い、キャパシタセルのいずれかの充電電圧がコンパレータによって監視される基準電圧に達すると、定電圧充電に切り換えることが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２６８７８６号公報
【特許文献２】特開２０００−７８７６５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、特許文献１及び特許文献２のいずれに記載の充電方法でも、まだ全てのキャパシタセルに対して電力的に十分効率よく充電できるものではなかった。
この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、直列に接続された電気二重層コンデンサからなるキャパシタセルそれぞれに対し、耐電圧以上となる過充電を防止してセルの劣化を防ぎ、全てのセルに均等に充電してセル容量を最大限利用できるようにし、さらに電力的に十分効率よく充電できるキャパシタ装置とその充電方法を提供することを目的とする。
また、画像形成装置における定着ヒータの補助電力を効率よく供給できるようにすることも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によるキャパシタ装置は、上記の目的を達成するため、それぞれ電気二重層コンデンサセルからなる複数のキャパシタセルを直列に接続したキャパシタバンクと、そのキャパシタバンクに定電流及び定電力で充電可能な充電手段と、上記キャパシタバンクの充電電流を検出する充電電流検出手段と、上記キャパシタバンクの充電電圧を検出するバンク充電電圧検出手段と、上記複数のキャパシタセルのそれぞれの充電電圧を個別に検出するセル充電電圧検出手段と、上記複数のキャパシタセルのそれぞれの充電電流を個別にバイパスさせるセルバイパス手段と、上記充電手段と上記セルバイパス手段を制御する制御手段とを有する。
【０００７】
そして、上記制御手段は、上記バンク充電電圧検出手段の検出値が所定値に達するまでは、上記充電電流検出手段の検出値を参照して上記充電手段に定電流充電を行わせ、上記バンク充電電圧検出手段の検出値が上記所定値に達してから、上記セル充電電圧検出手段の検出値に基づいて上記複数のキャパシタセルのいずれかの充電が完了するまでは、上記充電電流検出手段と上記バンク充電電圧検出手段の各検出値を参照して上記充電手段に定電力充電を行わせ、上記セル充電電圧検出手段の検出値に基づいて上記複数のキャパシタセルのいずれかの充電が完了した後は、充電が完了したキャパシタセルに対して充電電流を上記セルバイパス手段で個別にバイパスさせるとともに、上記充電電流検出手段の検出値を参照して上記充電手段に定電流充電を行わせるように制御するものである。
【０００８】
また、上記制御手段は、全ての上記キャパシタセルの充電が完了した際には上記充電手段の充電を停止させるよう制御するとよい。
さらに、上記セル電圧検出手段の出力信号を選択するスイッチ手段を有し、上記制御手段はそのスイッチ手段を制御するようにしてもよい。
【０００９】
この発明のキャパシタ装置は、それぞれ電気二重層コンデンサセルからなる複数のキャパシタセルを直列に接続したキャパシタバンクと、平滑入力された電圧をＰＷＭ制御のスイッチング回路を有するＤＣ−ＤＣコンバータによって直流出力に変換する直流出力変換手段と、上記直流出力を上記キャパシタバンクに供給して充電する充電手段と、上記直流出力変換手段のＰＷＭスイッチ信号を発生するＰＷＭ信号発生手段と、上記キャパシタバンクの充電電流を検出する充電電流検出手段と、上記キャパシタバンクの充電電圧を検出するバンク充電電圧検出手段と、上記複数のキャパシタセルのそれぞれの充電電圧を個別に検出するセル充電電圧検出手段と、上記複数のキャパシタセルのそれぞれの充電電流を個別にバイパスさせるセルバイパス手段と、上記セル充電電圧検出手段の検出値に基づいて、充電が完了したキャパシタセルに対して充電電流を個別にバイパスさせるよう上記セルバイパス手段を制御する制御手段とを有するように構成してもよい。
【００１０】
そのＰＷＭ信号発生手段は、上記セルバイパス手段の動作、または上記充電電流検出手段の検出値及び上記バンク充電電圧検出手段の検出値の少なくとも１つに基づいて、上記ＰＷＭスイッチ信号のデューティ比を制御するものである。
【００１１】
この発明による画像形成装置は、上記いずれかのキャパシタ装置を設け、上記キャパシタセルに蓄電された電力を定着ヒータの補助電力として用いるものである。
上記定着ヒータは、定着ベルトを駆動させる駆動ローラ、上記定着ベルトに従動される従動ローラ及び上記定着ベルトを加圧する加圧ローラの少なくとも１つを加熱する加熱ヒータであるとよい。
さらに、上記駆動ローラ、上記従動ローラ及び上記加圧ローラの少なくとも１つに温度を検出する温度検出手段を有し、上記温度検出手段の検出値に基づいて上記補助電力の使用を制御するようにするとなおよい。
【００１２】
また、この発明によるキャパシタ装置の充電方法は、それぞれ電気二重層コンデンサセルからなる複数のキャパシタセルを直列に接続したキャパシタバンクと、そのキャパシタバンクに定電流または定電力で充電する充電手段と、上記キャパシタバンクの充電電流を検出する充電電流検出手段と、上記キャパシタバンクの充電電圧を検出するバンク充電電圧検出手段と、上記複数のキャパシタセルのそれぞれの充電電圧を個別に検出するセル充電電圧検出手段と、上記複数のキャパシタセルのそれぞれの充電電流を個別にバイパスさせるよう上記キャパシタバンクに設けられたセルバイパス手段とを備えたキャパシタ装置の充電方法に関するものである。
【００１３】
そして、上記バンク充電電圧検出手段の検出値が所定値に達するまで上記充電電流検出手段の検出値を参照して上記充電手段によって定電流充電を行い、上記バンク充電電圧検出手段の検出値が上記所定値に達してから、上記セル充電電圧検出手段の検出値に基づいて上記複数のキャパシタセルのいずれか１つでも充電が完了するまで、上記充電電流検出手段と上記バンク充電電圧検出手段の各検出値を参照して上記充電手段によって定電力充電を行い、上記セル充電電圧検出手段の検出値に基づいて上記複数のキャパシタセルのいずれかの充電が完了した後は、充電が完了したキャパシタセルに対して充電電流を上記セルバイパス手段で個別にバイパスさせるとともに、上記充電電流検出手段の検出値を参照して上記充電手段によって定電流充電を行う。
なお、上記の充電方法における最初の定電流充電を行わないようにしてもよい。
さらに、全ての上記キャパシタセルの充電が完了した際には上記充電手段による充電を停止させるとよい。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、電気二重層コンデンサによるキャパシタを用いたキャパシタ装置において、直列に接続されたキャパシタセルそれぞれに対し、耐電圧以上となる過充電を防止してセルの劣化を防ぎ、全てのセルを均等に充電してセル容量を最大限に利用できるようにし、さらに電力的に十分効率よく充電できる。また、画像形成装置における定着ヒータの補助電力を効率よく供給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
〔画像形成装置の実施例〕
まず、この発明による蓄電装置を備えた画像形成装置の構成例について説明する。ここで一例として示す画像形成装置は、色分解に対応した色の画像を形成可能な感光体を複数備え、各感光体上で形成されたトナー像を中間転写体に重ねて転写し、その中間転写体に転写された画像を記録用紙などの用紙に対して一括転写することによってカラー画像を形成可能なものであり、プリンタ、複写機及びファクシミリ装置の機能を備えたカラー複合機である。図２はこの実施例のカラー複合機の機構部全体の概略構成図である。
【００１６】
図２に示すカラー複合機１は、画像形成部１Ａが縦方向の中央部に位置し、その下方には給紙部１Ｂが、上方にはコンタクトガラス（原稿載置台）１Ｃ１を備えた画像読取部１Ｃ及び自動原稿給送装置（ＡＤＦ）１Ｄがそれぞれ配置されている。
画像形成部１Ａには、ローラ２Ａ、２Ｂ間に水平方向に張架面を有する中間転写ベルト２が張架されており、その中間転写ベルト２の上部には、色分解色と補色関係にある色の画像を形成するための作像部が設けられている。
【００１７】
その作像部は、それぞれ補色関係にある色（イエロー、マゼンタ、シアン）とブラックの各トナーによる画像を担持可能な４個の感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂが中間転写ベルト２の張架面に沿って順に配設されている。各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂはそれぞれ同じ方向（図２では反時計方向）に回転可能なドラムで構成されており、その周辺には、その回転過程において作像処理を実行するための帯電装置４、書き込み装置５、現像装置６、１次転写装置７、およびクリーニング装置８が配置されている。なお、図２においては、書込み装置５以外の各装置は、便宜上感光体３Ｙの周囲に設けられたものにのみ符号と引き出し線を示しているが、他の感光体３Ｍ、３Ｃ、３Ｂの周囲にも同様に各装置が設けられている。
【００１８】
中間転写ベルト２は、複数のローラ２Ａ〜２Ｃに掛け回されて、感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂとの対峙位置においては同方向に移動可能であり、ローラ２Ｃは中間転写ベルト２を挟んで２次転写装置９と対峙している。１０は中間転写ベルト２に対するクリーニング装置である。
２次転写装置９は、帯電駆動ローラ９Ａおよび従動ローラ９Ｂに掛け回され、２次転写位置において中間転写ベルト２と同方向に移動可能な転写ベルト９Ｃを備えており、転写ベルト９Ｃを帯電駆動ローラ９Ａにより帯電させることによって、中間転写ベルト２に重ねて転写された多色画像あるいは担持されている単一色の画像を用紙に転写することができる。
【００１９】
この２次転写位置には、給紙部１Ｂから用紙が給送されるようになっている。給紙部１Ｂには、複数の給紙カセット１Ｂ１と、そのいずれかの給紙カセット１Ｂ１から繰り出される用紙の搬送路と、その搬送路に配置された複数の搬送ローラ１Ｂ２と、２次転写位置の手前の位置に配設されたレジストローラ１Ｂ３とを備えている。
【００２０】
この実施例では、給紙部１Ｂには、給紙カセット１Ｂ１から繰り出される用紙の搬送路に加えて、給紙カセット１Ｂ１内に収容されていない種類の用紙も２次転写位置に向けて給送できるようにしている。そのため、画像形成部１Ａの壁面の一部に起倒可能に設けた手差しトレイ１Ａ１と、その上にセットされた用紙を繰り出す繰り出しコロ１Ａ２とを備えている。
給紙カセット１Ｂ１からレジストローラ１Ｂ３に向けた用紙の搬送路途中には、手差しトレイ１Ａ１から繰り出された用紙の搬送路が合流し、いずれの搬送路から給送される用紙もレジストローラ１Ｂ３によって、所要のレジストタイミングで２次転写位置へ搬送されるようになっている。
【００２１】
書込み装置５は、画像読取部１Ｃのコンタクトガラス１Ｃ１上にセットされた原稿を走査することにより得られる画像情報、あるいは図示しないコンピュータから出力される画像情報により書き込み光が制御されて、各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂに対して画像情報に応じた書き込み光を出射して静電潜像を形成するようになっている。
画像読取部１Ｃには、コンタクトガラス１Ｃ１上の原稿を露光走査するスキャナ１Ｃ２を備えており、さらにそのコンタクトガラス１Ｃ１の上部には、自動原稿給送装置１Ｄが配置されている。自動原稿給送装置１Ｄは、原稿台１Ｄ１上にセットされた原稿を一枚ずつコンタクトガラス１Ｃ１上の所定位置へ送り出し、さらにその原稿を表裏を反転して再度コンタクトガラス１Ｃ１上に送り出し可能な構成を備えている。したがって、画像読取部１Ｃは、各原稿の表裏両面の画像を読み取ることができる。
【００２２】
書込み装置５により形成された各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂ上の静電潜像は、それそれ現像装置６によって各色のトナーで現像それて可視像化され、中間転写ベルト２の表面に順次１次転写される。中間転写ベルト２に対して各色毎のトナー像が順次重ねて転写されると、レジストローラ１Ｂ３から所要のタイミングで搬送される用紙に対して、２次転写装置９の作用によって一括して２次転写される。カラートナー像が２次転写された用紙は、その表面に担持している未定着のトナー画像を定着装置１１によって定着される。
定着装置１１を通過した用紙は、定着装置１１の後方に配置されている搬送路切り換え爪１２によって搬送方向が切り換えられ、排紙トレイ１３に向けた搬送路と、反転搬送路ＲＰのいずれかに搬送方向が選択される。反転搬送路ＲＰが選択された場合は、そこで用紙の表裏が反転された後、再度レジストローラ１Ｂ３に向けて給送される。
【００２３】
図３は、定着装置１１の概略構成を示す縦断側面図である。この定着装置１１は、定着部材である定着ローラ２１、加圧部材である加圧ローラ２２、及び加圧ローラ２２を一定の加圧力で定着ローラ２１に押し当てるスプリング等の加圧手段（図示せず）を備えている。定着ローラ２１及び加圧ローラ２２は、図示していない駆動機構により回転駆動される。
【００２４】
また、定着ローラ２１の内部には、２本のＡＣヒータ２３，２４と、１本のＤＣヒータ２５、表面には一対の温度検出用サーミスタ２６，２７が設けられている。３本の定着ヒータ２３，２４，２５は定着ローラ２１を内部から加熱して定着ローラ２１に定着熱を供給する。また、一対のサーミスタ２６，２７は、定着ローラ２１の表面の軸方向に間隔を置いた位置に当接され、定着ローラ２１の表面温度すなわち定着温度を検出する。なお、サーミスタ２６はＡＣヒータ２３，２４に対応する測定領域に配置され、サーミスタ２７はＤＣヒータ２５に対応する測定領域に配置されている。
このような定着装置１１では、トナー画像を担持した用紙Ｐが定着ローラ２１と加圧ローラ２２とのニップ部を矢示方向に通過する際に、定着ローラ２１と加圧ローラ２２によって加圧及び加熱される。それによって、用紙Ｐにトナー画像が定着される。
【００２５】
ＡＣヒータ２３，２４は、定着ローラ２１の温度がトナー像を加熱定着させるのに必要な目標温度に達していないときに、電力が供給されて定着ローラ２１を加熱する主たるヒータである。また、ＤＣヒータ２５は、カラー複合機１の主電源投入の時や省エネモード時から加熱定着可能になるまでの立ち上げ時等、すなわち定着ローラ２１の温度を急速に上昇させる必要があるウォームアップ時、あるいは画像形成時に２本のＡＣヒータ２３，２４だけでは定着ローラ２１の温度を目標温度に達することができないときに電力が供給されて、定着ローラ２１を補助的に加熱する補助ヒータである。
【００２６】
そして、このような補助ヒータは、上述したように主な２本のＡＣヒータ２３，２４と同時に加熱作動させるものであるが、そのように３本のヒータを同時に加熱作動させるためは多大な電力の供給が必要である。しかし、通常の画像形成装置に設けられる電源装置では、３本のヒータへ同時に十分な電力を供給できる容量はなく、特に画像形成装置内の各部が一斉に立ち上がる主電源投入時には、３本のヒータへ供給する電力が不足してしまい、定着ローラの立ち上げ加熱が遅れる原因となる。
そこで、この実施例の画像形成装置では、２本のＡＣヒータ２３，２４に電力を供給する主電源とは別に、補助ヒータであるＤＣヒータ２５に電力を供給する補助電源として、後述するキャパシタ装置を設けている。
【００２７】
なお、定着装置については、上記のように一対のローラで用紙を挟持する構成のローラ定着装置の他に、一対のローラに張架したエンドレスベルトと一つのローラで用紙を挟圧する構成のベルト定着装置もある。
図４は、そのベルト定着装置の概略構成を示す縦断側面図である。このベルト定着装３１は、駆動ローラと従動ローラであるベルトローラ３２とヒートローラ３３により定着ベルト３４を張架して駆動させ、ヒートローラ３３はハロゲンヒータ３５を内蔵し、表面付近に表面温度を検出するサーミスタ３６を配設している。
【００２８】
さらに、定着ベルト３４を駆動させるベルトローラ３２とヒートローラ３３との間で定着ベルト３４を押圧する加圧ローラ３７を備えている。そして、この加圧ローラー３７もハロゲンヒータ３８を内蔵し、表面付近に表面温度を検出するサーミスタ３９を配設している。このサーミスタ３６，３９が温度検出手段に相当する。
トナー画像を担持した用紙Ｐがこの定着装置３１の定着ベルト３４と加圧ローラ３７との間を通過する際に、定着ベルト３４と加圧ローラ３７によって加熱及び加圧され、用紙Ｐにトナー画像が定着される。このようなベルト定着装置３１においては、通常は、ヒートローラ３３の内部のハロゲンヒータ３５と加圧ローラ３７の内部のハロゲンヒータ３８に主電源から同じ電力を供給する。
【００２９】
〔キャパシタ装置の第１実施例〕
以下、この発明によるキャパシタ装置の第１実施例について図１を参照て詳細に説明する。図１は、そのキャパシタ装置およびそれから電力を供給される画像形成装置の一部示す回路図である。
図１において、キャパシタ装置は、主に充電用電源部５２、電源制御部であるスイッチング・レギュレータＩＣ６３、充電制御部６４、およびキャパシタバンク６５を有している。
【００３０】
まず、充電用電源部６２について説明する。この充電用電源部６２は、交流電力を整流・平滑し、直流出力変換手段であるＤＣ−ＤＣコンバータ５３によって電圧を変換して直流電力を供給する回路部である。すなわち、交流電源（ＡＣ）７１から入力する交流電力をフィルタ７２を介して全波整流回路７３によって全波整流し、平滑コンデンサＣ２１によって平滑してリップル成分を除去する。その直流電力をＤＣ−ＤＣコンバータ５３の高周波トランス７４の一次コイル７４ａに印加する。この一次コイル７４ａには、スイッチング素子であるＦＥＴ７５を含むスイッチング回路７６が直列に接続されている。
【００３１】
そのＦＥＴ７５は、電源制御部であるスイッチング・レギュレータＩＣ６３からのＰＷＭ信号によりスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）動作して、一次コイル７４ａに流れる電流を断続させる。それによって、高周波トランス７４の二次コイル７４ｂにパルス電圧が誘起される。このＰＷＭ信号のデューティ比を変えることによって、二次出力電圧を制御することができる。
この高周波トランス７４の二次コイル７４ｂに誘起された電圧を整流回路７７を構成するダイオードＤ２１，Ｄ２２によって整流し、チュークコイル７８及び平滑コンデンサＣ２２により平滑して直流出力に変換する。この直流出力をダイオードＤ２３を介してキャパシタバンク６０に供給することによって、キャパシタバンク６０を充電する。
【００３２】
次に、このキャパシタバンク６０について説明する。
この第１実施例のキャパシタ装置におけるキャパシタバンク６０には、満充電時に２．５Ｖになる電気二重層コンデンサであるキャパシタセルＣ１〜Ｃ１６が１６個、直列に接続されて構成されている。したがって、その１６個のキャパシタセルＣ１〜Ｃ１６が全て満充電になると、キャパシタバンク６０全体が満充電状態となって、その端子間に最大４０Ｖの電圧が蓄電される。
【００３３】
また、これら１６個のキャパシタセルＣ１〜Ｃ１６が直列に接続された回路の端が接地されており、他端（正極側の端子）に外部出力端子Ｔが接続されている。そして、全てのキャパシタセルＣ１〜Ｃ１６には、それぞれ充電電流を個別にバイパスさせるためのセルバイパス手段であるバイパス回路６１が並列に接続されている。
また、各キャパシタセルＣ１〜Ｃ１６の正極側の端子と接地間に、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の直列回路からなる分圧回路６２が接続されている。この分圧回路６２は全ての各キャパシタセルＣ１〜Ｃ１６に対してそれぞれ接続されているが、図１では一部省略しており、符号はキャパシタセルＣ１に接続されている分圧回路にのみ付しているが、全て同じ分圧回路が接続されている。
【００３４】
その各分圧回路６２による分圧点の電圧は、アナログスイッチ部４１の接点ＳＷ１〜ＳＷ１６の何れかを介して充電制御部６４に入力される。アナログスイッチ部４１の各接点ＳＷ１〜ＳＷ１６は、ＳＷ１とＳＷ２、ＳＷ３とＳＷ４のように２接点ずつ組になって、図１における正極側から隣り合うキャパシタセルに接続された分圧回路６２の分圧電圧を入力し、交互に切り替えて充電制御部６４のＡ／Ｄ変換端子に接続される。
【００３５】
ここで、各分圧回路６２の分圧電圧は、接地から正極側が接続されているキャパシタセルまでの各キャパシタセルの充電電圧の加算値に比例した値になる。
例として、各分圧回路６２を構成する抵抗Ｒ１の抵抗値を１００ＫΩ、抵抗Ｒ２の抵抗値を１１．２ＫΩとすると、図１におけるキャパシタバンク６０全体の充電電圧が３５Ｖになった場合に、キャパシタセルＣ１に接続された分圧回路６２の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２による分圧電圧は、３５Ｖ×１１．２ＫΩ／（１００ＫΩ＋１１．２ＫΩ）≒３．５２Ｖの計算から約３．５２Ｖの分圧電圧が検出され、この検出電圧信号がアナログスイッチ部４１の接点ＳＷ１を介して充電制御部６４に入力される。
【００３６】
一方、このキャパシタセルＣ１と接地側に隣り合うキャパシタセルＣ２までの充電電圧が３３Ｖの場合、そのキャパシタセルＣ２に接続された分圧回路の分圧電圧は、３３Ｖ×１１．２ＫΩ／（１００ＫΩ＋１１．２ＫΩ）≒３．３２Ｖとなる。この検出電圧信号がアナログスイッチ部４１の接点ＳＷ２を介して充電制御部６４に入力される。
そこで、この検出電圧値の差、すなわち３．５２Ｖ−３．３２Ｖ＝０．２Ｖを算出することによって、キャパシタセルＣ１の充電電圧が、０．２×（１００ＫΩ＋１１．２ＫΩ）／１１．２ＫΩ≒２．０Ｖであることが判る。この上記検出電圧値の差が０．２５Ｖのとき、そのキャパシタセルＣ１の充電電圧が２．５Ｖで満充電であることを検知できる。
【００３７】
このようにして、隣り合うキャパシタセルに接続された分圧回路６２の分圧電圧の差を検出することによって、各キャパシタセルＣ１〜Ｃ１５の個別の充電電圧および満充電を検知することができる。但し、最も接地側のキャパシタセルＣ１６の充電電圧だけは、それに接続された分圧回路６２による分圧電圧だけから検知できる。
したがって、この各各キャパシタセルＣ１〜Ｃ１６に接続された分圧回路６２と、アナログスイッチ部４１、および充電制御部６４の上記演算機能によって、各キャパシタセルＣ１〜Ｃ１６の充電電圧を個別に検出するセル充電検出手段の機能を果たす。
【００３８】
また、キャパシタセルＣ１に接続された分圧回路６２による分圧電圧は、キャパシタバンク６０全体の充電電圧に比例する（上述の例では約１／１０の電圧）ので、バンク充電電圧検出手段としての機能も兼ねている。この実施例では、キャパシタバンク６０全体の満充電のときの端子間電圧が４０Ｖであるから、分圧回路６２から検出される電圧は４Ｖになる。
【００３９】
一方、セルバイパス手段であるバイパス回路６１は、それぞれ抵抗Ｒ３〜Ｒ５と、トランジスタＱ１、およびダイオードＤ１からなる回路であり、充電制御部６４のポート１〜１６からそれぞれバッファ回路６５を介して作動信号が入力されると、トランジスタＱ１に抵抗Ｒ３を通してベース電流が流れ、トランジスタＱ１のエミッタ・コレクタ間が導通状態となる。すると、抵抗Ｒ５によって決まる電流でキャパシタセルＣ１〜Ｃ１６の各充電電流が個別にバイパスされ、キャパシタセルＣ１〜Ｃ１６の過充電が回避される。
【００４０】
また、トランジスタＱ１のエミッタ・コレクタ間には、コレクタにアノードを接続するように、ダイオードＤ１をバイパス電流に対して逆方向に接続されている。これは、接地側に隣接するキャパシタセルの方の充電電圧が高くなった場合に生じる逆流電流をバイパスするためである。
このバイパス回路６１は全ての各キャパシタセルＣ１〜Ｃ１６に対してそれぞれ並列に接続されているが、図１では一部省略している。符号はキャパシタセルＣ１に接続されているバイパス回路にのみ付しているが、全て同じバイパス回路６１が接続されている。
【００４１】
こられの各バイパス回路６１が協働して作動することにより、各キャパシタセルＣ１〜Ｃ１６の過充電が回避され、また各キャパシタセルＣ１〜Ｃ１６間の充電電圧が均等化される。そして、このキャパシタバンク６０全体の充電電圧の電力を、外部出力端子Ｔと接地間から取り出して、画像形成装置の定着ヒータである図３のＤＣヒータ２５の補助電力として供給する。
【００４２】
次に、制御手段である充電制御部６４について説明する。
充電制御部６４は、主にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ、割り込み制御回路などからなるマイクロコンピュータで構成し、またＡ／Ｄコンバータ、シリアルコントローラ（ＵＡＲＴ）、Ｄ／Ａコンバーター及び入出力ポート等を備えている。
そして、この充電制御部６４は、前述のように各分圧回路６２による分圧電圧を監視することによって各キャパシタセルＣ１〜Ｃ１６の充電状態を検出し、満充電（前述の例では２．５Ｖ）になったキャパシタセルに対しては対応するバイパス回路６１を作動させて充電電流をバイパスさせるように制御する。
【００４３】
また、キャパシタバンク６０全体に対してはその充電電圧及び充電電流を検出して、それら検出状態に基づいて後述する電源制御部のスイッチング・レギュレータＩＣ６３に対して適切な定電流充電又は定電力充電及び充電停止動作を行うよう制御するものである。キャパシタバンク６０の充電電流は、充電電流検出回路８１によって検出する。
【００４４】
また、このアナログスイッチ部４１は、１６の接点ＳＷ１〜ＳＷ１６と１つのデコーダ回路４２を備えている。各接点ＳＷ１〜ＳＷ１６はそれぞれ２個ずつの接点が組になって出力端子を共通にしている。デコーダ回路４２は、充電制御部６４のポート２４，２５からの指示信号に従って、各接点ＳＷ１〜ＳＷ１６のうちの各組のいずれか一方を選択して出力端子に接続し、他方の接点を出力端子から切り離すように交互に切り換える。
【００４５】
充電制御部６４は、ポート２４，２５から出力する指示によりデコーダ回路４２を切り換え制御させることによって、１６個のキャパシタセルＣ１〜Ｃ１６に接続された各分圧回路６２による分圧電圧を８つのＡ／Ｄ変換用入力端子Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ８に入力して検出する。これにより、複雑で高価なＡ／Ｄ変換回路の設置数を削減できるため、製造コストを低減できる利点がある。
【００４６】
このようにして充電制御部６４が各キャパシタセルＣ１〜Ｃ１６の正極端子と接地間の電圧に比例する分圧電圧を検出し、隣り合う２つのキャパシタセルのそれぞれの検出電圧の差が０．２５Ｖであることを検知した際には、そのうちの正極側のキャパシタセルが満充電状態になったと判断して対応するバイパス回路６１を動作させて、そのキャパシタセルバイの充電電流をバイパスさせる。
【００４７】
例えば、充電制御部６４が全てのキャパシタセルの正極側の電圧を検出し、キャパシタセルＣ１の電圧とキャパシタセルＣ２の電圧の差が０．２５Ｖになったことを検知したら、ポート１よりバッファ６５を介してキャパシタセルＣ２に接続されているバイパス回路６１に作動信号を出力する。それによりそのバイパス回路６１のトランジスタＱ１が導通状態になり、キャパシタセルＣ１の充電電流がトランジスタＱ１にバイパスされるため、キャパシタセルＣ１はそれ以上充電されず、過充電が回避される。
【００４８】
また、キャパシタバンク６０には抵抗Ｒ６が直列に接続されており、充電電流検出手段である充電電流検出回路８１がこの抵抗Ｒ６の端子間電圧を検出し、それによって充電制御部６４がキャパシタバンク６０に流れる充電電流を検出する。キャパシタバンク６０全体の充電電圧は、前述したようにキャパシタセルＣ１に接続された分圧回路６２による分圧電圧から検出できる。
そして、充電制御部６４は、これらのキャパシタバンク６０の充電電圧および充電電流を逐次検出し、それに基づいてスイッチング・レギュレータＩＣ６３をフィードバック制御することにより、キャパシタバンク６０に対する定電流充電または定電力充電を行う。充電制御部６４からスイッチング・レギュレータＩＣ６３へのフィードバック制御は、フィードバック変換回路８２およびフィードバック検出回路８３を介して行われる。
【００４９】
ここで、この充電制御部６４からスイッチング・レギュレータＩＣ６３へのフィードバック制御について説明する。
まず、充電制御部６４が定電流充電または定電力充電を行うために充電用電源部６２に対する制御値を決定した後、それに応じたアナログ電圧のフィードバック電圧を端子Ｄ／Ａより出力する。このフィードバック電圧は、キャパシタバンク６０の充電電流と充電電圧、または充電用電源部６２に対する制御値などとの関係を予め記憶したテーブルを使用して導いてもよいし、演算により算出してもよい。
【００５０】
そして、出力されたフィードバック電圧は、フィードバック変換回路８２中のオペアンプ９２に入力し、トランジスタ９３のベース電流を変えることによってそのエミッタに接続されたフォトカプラＰＣ１の発光部（ＬＥＤ）９４の発光量を制御する。フィードバック検出回路８３には同じフォトカプラＰＣ１の受光部（フォトトランジスタ）９５が接続されており、その受光量に応じたフィードバック電圧が電源制御部であるスイッチング・レギュレータＩＣ６３に入力されてフィードバック制御が行われる。
【００５１】
次に、このスイッチング・レギュレータＩＣ６３について説明する。まずこのスイッチング・レギュレータＩＣ６３が作動を開始する際には、全波整流回路７３の直流出力から抵抗ＲＳ１とコンデンサＣ２３およびツェナダイオードＺＤ１で構成される回路より電力を得て作動を開始する。その後は、ＰＷＭ信号を出力してスイッチング回路７６のＦＥＴ７５をスイッチング駆動させることによって、高周波トランス７４の１次コイル７４ａに流れる電流をスイッチングした際に、補助巻線７４ｃに誘起される交流を、ダイオードＤ２４とコンデンサＣ２３によって整流・平滑して補助電力を得て動作を継続する。
【００５２】
また、出力するＰＷＭ信号の周波数は、周波数設定回路８４を構成する抵抗Ｒ８の抵抗値とコンデンサＣ８の容量で設定される。そして、そのＰＷＭ信号の各パルス幅（デューティ比）は、フィードバック検出回路８３のフォトカプラＰＣ１の受光部９５と抵抗Ｒ１０によって得られるフィードバック電圧により決定される。このフィードバック電圧に応じてパルス幅を変調されたＰＷＭ信号が、充電用電源部５２のＦＥＴ７５のゲートに入力され、高周波トランス７４の一次コイル７４ａに流れる電流をスイッチングすることにより、高周波トランス７４の二次コイル７４ｂに誘起される電圧及びそれを整流・平滑した出力電圧が制御される。
【００５３】
このようにして、充電制御部６４は、キャパシタバンク６０の充電電流および充電電圧の検出値に基づいて、定電流充電又は定電力充電を制御する。また、充電制御部６４は、キャパシタバンク６０の充電完了を検知した際にはポート１９からバッファ回路６６を介してスイッチング・レギュレータＩＣ６３に停止信号を出力する。またスイッチング・レギュレータＩＣ６３には、ウォッチ・ドッグ回路５１からも停止信号が入力可能に接続されている。スイッチング・レギュレータＩＣ６３は、充電制御部６４とウォッチ・ドッグ回路５１の少なくとも一方から停止信号が入力されるとＰＷＭ信号の出力を停止し、充電用電源部５２の作動を停止させる。
【００５４】
ここで、ウォッチ・ドッグ回路５１は、充電制御部６４を構成するＣＰＵが暴走した時に、充電用電源部５２を停止させるための非常用の保護手段である。ウォッチ・ドッグ回路５１は、通常は専用のＩＣで構成され、主電源投入時に充電制御部６４をリセットすなわちイニシャライズする機能も備えている。主電源投入時のリセット信号ＲＴの時間及び、ウォッチドッグタイマ監視時間は、外部に接続されたコンデンサＣ２４の容量により決定される。充電制御部６４は、ポート２３よりクロック信号（ＣＬＫ）をウォッチドッグ回路５１のＣＫ端子に出力する。このクロック信号は、充電制御部６４が正常に動作している場合は途絶えることは無い。
【００５５】
ウォッチ・ドッグタイマ監視時間内に、クロック信号をウォッチドッグ回路５１のＣＫ端子に出力すれば、ウォッチ・ドッグ回路５１のＲＴ端子からリセット信号は出力されないが、クロックが途絶えるとリセット信号ＲＴを発生する。充電制御部６４が暴走して、クロックが途絶えるとウォッチドッグ回路５１が動作し、ＲＴ端子から充電制御部６４のＲＳＴ端子にリセット信号を出力し、またバッファ回路６７を介して停止信号をスイッチング・レギュレーターＩＣ６３に出力する。これらの信号により充電制御部６４は初期設定され、スイッチング・レギュレーターＩＣ６３は充電動作を停止する。
【００５６】
上述したように、充電用電源部６２、スイッチング・レギュレーターＩＣ６３及び充電制御部６４が充電手段として作動する。そして、画像形成装置の全体を制御する装置制御部５０は、シリアル通信手段であるＵＡＲＴを介して充電制御部６４に制御指示の送信と各種情報を受信することにより、キャパシタ装置の作動を制御することができる。
【００５７】
そして、この第１実施例のキャパシタ装置で充電制御部６４が行う充電動作の制御手順は、以下の３つの段階に分けて行われる。
まず、第１段階として、充電を開始してからキャパシタバンク６０の端子間電圧が予め設定された電圧値に達するまでは、キャパシタバンク６０の充電電流を参照して、予め設定された充電電流で定電流充電するよう制御する。
【００５８】
次に、第２段階として、キャパシタバンク６０の端子間電圧が予め設定された電圧値に達してから、キャパシタセルＣ１〜Ｃ１６のいずれか１つでも満充電状態になったことが検知されるまでは、キャパシタバンク６５の充電電圧と充電電流を参照して、予め設定された充電電力で定電力充電するよう制御する。
【００５９】
最後に、第３段階として、キャパシタセルＣ１〜Ｃ１６のいずれかが満充電状態になったことを検知してからは、満充電になったキャパシタセルに対しそれに接続されているバイパス回路６１を作動させてその充電電流をバイパスさせるとともに、キャパシタバンク６０の充電電流を参照して予め設定された充電電流で定電流充電するよう制御する。
そして、全てのキャパシタセルＣ１〜Ｃ１６が満充電状態になったことを検知したときには、充電動作を停止させる。
【００６０】
この第１実施例のキャパシタ装置において、充電制御部６４が上記手順で充電動作を行うことにより、直列に接続された電気二重層コンデンサセルであるキャパシタセルＣ１〜Ｃ１６それぞれに対し、耐電圧以上となる過充電を防止してセルの劣化を防ぎ、全てのセルに均等に充電してセル容量を最大限利用できるようにし、さらに電力的に十分効率よく充電することができる。
【００６１】
次に、外部出力端子Ｔからローラ定着装置１１の定着ヒータのうちのＤＣヒータ２５へ補助電力を供給する構成について説明する。
直流電源電圧＋Ｖを図３にも示したサーミスタ２７と抵抗Ｒ１１によって分圧した電圧を、抵抗Ｒ１２とコンデンサＣ２５によって平滑化して、サーミスタ２７の温度に応じた電圧を装置制御部５０に入力する。装置制御部５０は、その電圧によって定着ローラ２１のＤＣヒータ２５に対応する測定領域の表面温度を検出し、設定温度より低く補助加熱が必要であると判断した場合には、充電制御部６４に対してＵＡＲＴ（シリアル通信手段）をによる通信（図１のＣ−Ｃ間）により、ＤＣヒータ２５への補助電力の供給を要求する。
【００６２】
それによって、充電制御部６４はキャパシタバンク６０が放電可能であるかどうかを確認し、放電可能であることを確認できた場合には、ポート２０よりバッファ回路９４を介して信号を出力し、放電回路８６のリレー９５をＯＮにして、外部出力端子Ｔと接地間にＤＣヒータ２５をＦＥＴ８８を介してに直列接続する。さらに、充電制御部６４がポート２１よりバッファ回路９６を介して信号を出力してＦＥＴ８８をＯＮ状態にして、キャパシタバンク６０の電力を外部出力端子ＴからＤＣヒータ２５に供給し、それを加熱させることができる。キャパシタバンク６０が放電によりその充電電圧が低下して放電可能でなくなったとき、あるいは定着ローラ２１の表面の温度が上昇してＤＣヒータ２５への給電が不要になったときには、ＦＥＴ８８をＯＦＦ状態にして補助電力の供給を断つ。
【００６３】
なお、装置制御部５０は、図３に示したローラ定着装置１１のサーミスタ２６と抵抗との分圧回路の電圧によって、定着ローラ２１のＡＣヒータ２３，２４に対応する測定領域の表面温度も検出しながら、商用電源７１からのＡＣ電力を２個のＡＣヒータ２３，２４に給電するための制御も行う。しかし、それは従来の定着装置の温度制御と同じであるから、そのサーミスタ２６による温度検出回路及びＡＣヒータ２３，２４への給電制御回路等は図１では図示を省略している。
【００６４】
なおこの第１実施例では、ＣＰＵなどのデジタル回路で構成された充電制御部６４がフィードバック電圧をアナログ電圧で出力するために、Ｄ／Ａコンバータで構成するＤ／Ａ端子を使用したが、その他にも通常のデジタル出力ポートよりＰＷＭ信号として出力し、抵抗およびコンデンサからなる平滑回路で平滑してアナログ電圧を出力するようにしてもよい。
【００６５】
ここで、この図１に示したキャパシタ装置の充電制御部によるキャパシタセル充電検知及びキャパシタバンク充電制御の処理手順を図５及び図６によって説明する。
図５は充電制御部６４によるキャパシタセル充電検知の処理手順を示すフローチャートであり、図６は同じくキャパシタバンク充電制御の処理手順を示すフローチャートある。
なお、これらのフローチャートに示す処理は、充電制御部６４のＣＰＵがＲＯＭなどに記載されたプログラムに従って実行する。また、これらのフローチャートでは、各処理のステップをＳと略記している。以後のフローチャートにおいても同様である。
【００６６】
充電制御部６４がキャパシタバンク６０の充電動作を開始してから、定期的な時間割り込みあるいは何らかのイベント発生時の割り込みによって、図５のフローチャートに示す処理を開始する。
まず、ステップ１０１で、アナログスイッチ部４１に、奇数番目（図１の上から数えて）に位置するキャパシタセルＣ１，Ｃ３，Ｃ５，…，Ｃ１５に接続された分圧回路６２の電圧を選択させて順次検出する。すなわち、アナログスイッチ部４１のＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，…，ＳＷ１５をＯＮにし、ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６，…，ＳＷ１６をＯＦＦにして、入力ポートＡ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ８に入力する電圧を順次検出する。
【００６７】
次いで、ステップ１０２で、アナログスイッチ部４１に、偶数番目（図１の上から数えて）に位置するキャパシタセルＣ２，Ｃ４，Ｃ６，…，Ｃ１６に接続された分圧回路６２の電圧を選択させて順次検出する。すなわち、アナログスイッチ部４１のＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６，…，ＳＷ１６をＯＮにし、ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，…，ＳＷ１５をＯＦＦにして、入力ポートＡ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ８に入力する電圧を順次検出する。
【００６８】
次に、ステップ１０３で、ｎ番目をカウントする内部カウンタのカウント値ｎを１に初期化し、ステップ１０４でｎ番目とｎ＋１番目のキャパシタセル（最初はＣ１とＣ２）それぞれに対応する検出電圧の差が０．２５Ｖ以上（通常は０．２５Ｖで満充電）か否かをチェックする。なお、このステップ１０４においてｎ＝１６の場合、つまり最後のキャパシタセルＣ１６についてチェックする場合には、ｎ＋１番目のキャパシタセルに対応する検出電圧を接地電位とする。すなわち、キャパシタセルＣ１６の端子間電圧を分圧回路６２で分圧した電圧が０．２５Ｖ以上にあるか否かをチェックする。
【００６９】
このステップ１０４のチェックで０．２５Ｖ未満であると判断した場合にはそのままステップ１０６へ進み、検出電圧の差が０．２５Ｖ以上あると判断した場合には、ステップ１０５へ進んで、ｎ番目のバイパス回路６１を作動させてｎ番目のキャパシタセルの充電電流をバイパスさせてから、次のステップ１０６へ進む。
【００７０】
ステップ１０６では、その時点でのカウンタのカウント値ｎが１６であるか否か、つまり最後のキャパシタセルＣ１６について処理したか否かをチェックする。まだ、ｎ＝１６になっていない場合は、ステップ１０７でカウント値ｎを＋１（１を加算）した後ステップ１０４へ戻り、その後は最後のキャパシタセルＣ１６について処理するまでステップ１０４〜ステップ１０７のループで処理を繰り返す。
ステップ１０６でｎ＝１６になり、最後のキャパシタセルＣ１６についての処理を終えたと判断すると、ステップ１０８に進んで全てのバイパス回路６１が作動しているか否かをチェックする。
【００７１】
そして、まだ作動していないバイパス回路がある場合は、そのままこの処理を終了して図示していないメインルーチンへリターンする。全てのバイパス回路６１が作動ししている場合には、キャパシタバンク６５を構成する全てのキャパシタセルＣ１〜Ｃ１６の充電が完了したと判断し、スイッチング・レギュレータＩＣ６３へ停止信号を出力した後、この処理を終了してメインルーチンへリターンする。
以上の処理により、充電制御部６４は全てのキャパシタセルＣ１〜Ｃ１６において過充電を回避し、均等に充電させることができる。
【００７２】
次に、充電制御について説明する。充電制御部６４が、装置制御部５０からキャパシタバンク６０の充電動作を開始するように指示を受けると、タイマによる定期的な割り込みなどによって、図６に示す充電制御の処理を開始する。
まず、ステップ２０１で全てのバイパス回路６１が作動しているが否かを判断し、作動していると判断すると何もせずにメインルーチンへリターンする。まだ作動していないバイパス回路６１がある場合は、ステップ２０２へ進む。
【００７３】
ステップ２０２では、１番目のキャパシタセルＣ１に接続された分圧回路６２の電圧をＡ／Ｄ１ポートから入力して、キャパシタバンク６０の充電電圧を検出する。
そして、ステップ２０３でそのキャパシタバンク６０の充電電圧が所定値（この例では２８．５Ｖ）以下であるか否かをチェックする。２８．５Ｖ以下の場合には、ステップ２０４へ進んで充電電流検出回路８１からキャパシタバンク６０の充電電流を検出する。
次にステップ２１５へ進み、検出した充電電流を参照して、定電流充電を行うためのフィードバック電圧を図１に示す端子Ｄ／Ａからフィードバック変換回路８２へ出力した後、メインルーチンへリターンする。
【００７４】
それによって、フィードバック変換回路８２とフィードバック検出回路８３がフォトカプラＰＣ１を介してスイッチング・レギュレータＩＣ６３にフィードバック信号を送り、スイッチング・レギュレータＩＣ６３が定電流充電を行うためのＰＷＭ信号のデューティ比を算出してＰＷＭ信号をスイッチング回路７６のＦＥＴ７５へ出力し、定電流充電を行う。このステップ２０４，２１５の処理が、前述した充電動作における第１段階の定電流充電の制御に相当する。
【００７５】
ステップ２０３で、キャパシタバンク６５の充電電圧が所定値である２８．５Ｖを超えている場合には、ステップ２０７へ進んで、いずれかのバイパス回路６１が作動しているか否かをチェックする。まだいずれのパイパス回路６１も作動していない場合には、ステップ２０８へ進んで、ステップ２０２と同様にしてキャパシタバンク６０の充電電圧を検出し、次のステップ２０９で充電電流検出回路８１からキャパシタバンク６０の充電電流を検出する。
【００７６】
そして、ステップ２２０でその充電電圧と充電電流を参照して定電力充電を行うためのフィードバック電圧を図１に示す端子Ｄ／Ａからフィードバック変換回路８２へ出力した後、メインルーチンへリターンする。
それによって、フィードバック変換回路８２とフィードバック検出回路８３がフォトカプラＰＣ１を介してスイッチング・レギュレータＩＣ６３にフィードバック信号を送り、スイッチング・レギュレータＩＣ６３が定電力充電を行うためのＰＷＭ信号のデューティ比を算出してＷＭ信号をスイッチング回路７６のＦＥＴ７５へ出力し、定電力充電を行う。このステップ２０８，２０９，及び２２０の処理が、前述した充電動作における第２段階の定電力充電の制御に相当する。
【００７７】
ステップ２０７でいずれかのバイパス回路が作動している場合には、ステップ２１２で充電電流検出回路８１からキャパシタバンク６０の充電電流を検出し、ステップ２２３に進んで、その充電電流を参照して再び定電流充電を行うためのフィードバック電圧を図１に示す端子Ｄ／Ａからフィードバック変換回路８２へ出力した後、メインルーチンへリターンする。
【００７８】
それによって、フィードバック変換回路８２とフィードバック検出回路８３がフォトカプラＰＣ１を介してスイッチング・レギュレータＩＣ６３にフィードバック信号を送り、スイッチング・レギュレータＩＣ６３が定電流充電を行うためのＰＷＭ信号のデューティ比を算出してＰＷＭ信号をスイッチング回路７６のＦＥＴ７５へ出力し、定電流充電を行う。このステップ２１２，２２３の処理が、前述した充電動作における第３段階の定電流充電の制御に相当する。
この実施例によれば、上記のように機能的な充電動作を簡易な構成で行えるため、キャパシタ装置全体の小型化と低コスト化を図ることができる。
【００７９】
また、充電制御部６４が行う充電動作の制御手順のうち、第１段階の定電流充電は、主に工場での製品出荷前に行うので、工場出荷後には通常の場合は第２段階の定電力充電からを始めるようにしてもよい。すなわち、充電開始からキャパシタバンク６０を構成する複数のキャパシタセルのいずれも充電完了していない間は定電力充電を行い、いずれかのキャパシタセルが充電完了した後は定電流充電を行なうようにしてもよい。
【００８０】
〔キャパシタ装置の第２実施例〕
次に、この発明によるキャパシタ装置の第２実施例について説明する。
図７は、この発明によるキャパシタ装置の第２実施例およびそのキャパシタ装置から電力を供給する画像形成装置の構成部分を示す回路図である。この図６において、図１と対応する部分には同一の符号を付してあり、それらの説明は省略する。
この実施例のキャパシタ装置は、第１実施例におれる充電制御部６４に代わる充電制御部１６４が、図１におけるＤＣ−ＤＣコンバータ５３のスイッチング・レギュレータＩＣ６３、およびフィードバック変換回路８２及びフィードバック検出回路８３を兼ねている。また、画像形成装置の定着装置として、図４に示したベルト定着装置３１を使用する例を示している。
【００８１】
この第２実施例の充電制御部１６４はマイクロコンピュータを備えており、第１実施例の充電制御部６４が果たす機能に加え、ＰＷＭ信号発生手段としてＰＷＭスイッチ信号であるＰＷＭ信号を内部で生成し、バッファ回路６８を介してＤＣ−ＤＶコンバータを構成するスイッチング回路７６のＦＥＴ７５に出力し、そのＯＮ／ＯＦＦを制御する。そして、内部のタイマにより一定周期で割り込み処理を行い、その定期的な割り込み処理でその時点の状況に応じたＰＷＭ信号のデューティ比を決定し、ＦＥＴ７５のＯＮ／ＯＦＦを制御し続ける。なお、充電電圧の時間的変化の精度を高くするには、タイマの割り込み周期を短くすればよい。
【００８２】
また、キャパシタバンク６５の充電完了を検知した際には、ＰＷＭ信号の生成を停止し、充電用電源部６２の作動を停止させる。これにより、図１におけるスイッチング・レギュレータＩＣ６３が不要となり、それに伴ってフィードバック手段であるフィードバック変換回路８２及びフィードバック検出回路８３も設ける必要がないため、第１実施例のキャパシタ装置６１と比較して大幅に簡素化した構成となっている。そして、この第２実施例の充電制御部１６４においても、前述した第１実施例と同様に定電流充電、定電力充電、定電流充電の３つの段階の制御手順で充電動作を行う。
【００８３】
この実施例では、定着装置として図４に示したベルト定着装置３１を使用しており、そのサーミスタ３６と抵抗Ｒ１３との直列回路によって直流電圧＋Ｖを分圧した電圧を抵抗Ｒ１４とコンデンサＣ２６によって平滑した電圧と、サーミスタ３９と抵抗Ｒ１５との直列回路によって直流電圧＋Ｖを分圧した電圧をＲ１６とコンデンサＣ２７によって平滑した電圧とを、それぞれ充電制御部１６４のポートＡ／Ｄ１１、Ａ／Ｄ１０に入力させている。
【００８４】
また、キャパシタバンク６０の正極側に接続された外部出力端子Ｔからの補助電力を、放電回路８６の制御のもとにハロゲンヒータ３５に供給するようにし、商用電源７１からの交流電力をフォトトライアック・ドライブ回路９８の制御のもとにハロゲンヒータ３８に供給するようにしている。その放電回路８６はバッファ回路９４，９６を介して、フォトトライアック・ドライブ回路９８はバッファ回路９７を介して、いずれも充電制御部１６４によってそのＯＮ／ＯＦＦ状態が制御される。
【００８５】
この充電制御部１６４による２つのハロゲンヒータ３５，３８へ電力を供給する機能について説明する。図６において、２つのサーミスタ３６，３９はそれぞれヒートローラ３３と加圧ローラ３７の温度に反応して抵抗値が変化する。充電制御部１６４は、各サーミスタ３６，３９と抵抗Ｒ１３，Ｒ１５よって分圧された電圧値からヒートローラ３３と加圧ローラ３７の温度を検出する。
【００８６】
そして、サーミスタ３９による加圧ローラ３７の検出温度が設定温度より低い場合は加熱が必要であるため、バッファ回路９７を介してフォトトライアック・ドライブ回路９８をＯＮ状態にして、ハロゲンヒータ３８に交流電力を供給する。検出温度が設定温度より高くなると、フォトトライアック・ドライブ回路９８をＯＦＦ状態にして、ハロゲンヒータ３８への交流電力の供給を断つ。
【００８７】
一方、サーミスタ３６によるヒートローラ３３の検出温度が設定温度より低い場合は補助加熱が必要であるため、バッファ回路９４を介して放電回路８６のリレー９５をＯＮにするとともに、パッファ回路９６を介してＦＥＴ８８をＯＮにして、キャパシタバンク６０の充電電圧を外部出力端子Ｔからハロゲンヒータ３５を通して放電させて直流電力を供給する。キャパシタバンク６０が満充電になって放電可能になるとリレー９５をＯＮにし、その後、ハロゲンヒータ３５に補助電力の供給が必要なときだけ、ＦＥＴ８８をＯＮにすればよい。
このようにして、充電制御部１６４は、ヒートローラ３３と加圧ローラ３７の温度がいずれも設定温度の許容範囲内になるよう制御する。
【００８８】
以下、この第２実施例における充電制御部１６４による充電制御の処理手順について、図８のフローチャートによって説明する。
図７は、装置制御部５０から充電動作を開始するよう指示がなされてから、充電制御部１６４のＣＰＵが行う割り込み処理を示すフローチャートである。この図において、前述した第１実施例における図６のフローチャートと同じ判断又は処理ステップには同じステップ番号を付してあり、それらの説明は省略する。
【００８９】
図７のフローチャートに示す処理を開始すると、図６のフローチャートのステッブ２０１〜２０４、２０７〜２０９、及び２１２と同じ判断又は処理を実行する。
しかし、ステップ２０４に進んだ場合は、次にステップ２１５の代りにステップ２０５，２０６の処理を実行する。すなわち、ステップ２０５で充電電流を参照して定電流充電を行うためのＰＷＭ信号のデューティ比を算出する。この算出方法としては、充電電流とそれに対応して設定すべきデューティ比を予め記載したテーブルを用いてもよいし、各種パラメータを考慮した演算式により算出してもよい。
【００９０】
ステップ２０６では、その算出したデューティ比で生成したＰＷＭ信号をスイッチング回路７６のＦＥＴ７５へ出力する。そして、メインルーチンへリターンするが、充電制御部１６４内のＰＷＭ信号生成部は同じデューティ比でＰＷＭ信号を生成してＦＥＴ７５へ出力し続ける。それによって、キャパシタバンク６０に対する定電流充電が行われる。なお、このステップ２０４〜２０６の処理が、前述した充電動作における第１段階の定電流充電の制御に相当する。
【００９１】
また、ステップ２０９に進んだ場合は、次にステップ２２０に代えてステップ２１０，２１１を実行する。すなわち、ステップ２１０で充電電圧と充電電流を参照して定電力充電を行うためのＰＷＭ信号のデューティ比を算出する。この算出方法としては、充電電圧と充電電流に対応して設定すべきデューティ比を予め記載したテーブルを用いてもよいし、各種パラメータを考慮した演算式により算出してもよい。
次にステップ２１１では、算出したデューティ比で生成したＰＷＭ信号をスイッチング回路７６のＦＥ７５へ出力する。そして、メインルーチンへリターンするが、充電制御部１６４内のＰＷＭ信号生成部は同じデューティ比でＰＷＭ信号を生成してＦＥＴ７５へ出力し続ける。それによって、キャパシタバンク６０に対する定電力充電が行われる。なお、このステップ２０８〜２１１の処理が、前述した充電動作における第２段階の定電力充電の制御に相当する。
【００９２】
さらに、ステップ２１２へ進んだ場合には、次にステップ２２３に代えてステップ２１３，２１４を実行する。このステップ２１３，２１４の処理は、前述したステップ２０５，２０６の処理と同じであり、定電流充電を行うためのＰＷＭ信号のデューティ比を算出して、そのデューティ比で生成したＰＷＭ信号をスイッチング回路７６のＦＥ７５へ出力する。これによって、キャパシタバンク６０に対する定電流充電が行われる。なお、このステップ２１２〜２１４の処理が、前述した充電動作における第３段階の定電流充電の制御に相当する。
【００９３】
以上のように、この第２実施例における充電制御部１６４も、定電流充電、定電力充電、定電流充電の３つの段階の制御手順で充電動作を行うことにより、第１実施例のキャパシタ装置６１と同等に機能的な充電動作を行うことができる。
また、この第２実施例の充電制御部１６４によるキャパシタセル充電検知処理は、第１実施例の図５によって説明した処理と同じである。
なお、ハロゲンヒータ３５に交流電力を供給し、ハロゲンヒータ３８にキャパシタバンク６０から直流電力を供給するようにしてもよい。
さらに、第１実施例のキャパシタ装置によって、ベルト定着装置に補助電力を供給するようにしてもよいし、第２実施例のキャパシタ装置によって、ローラ定着装置に補助電力を供給するようにしてもよい。
【００９４】
以上で各実施例の説明を終了するが、上述の各実施例に共通して、各部の仕様や構成は上述したものに限定されることはなく、この発明の主旨に沿う範囲内で種々の変更をすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
この発明は、複数の電気二重層コンデンサセル（キャパシタセル）を直列に接続したキャパシタ装置に適用でき、各キャパシタセルに対して耐電圧以上となるような過充電を防止してセルの劣化を防ぎ、全てのセルにおいて均等に充電してセル容量を最大限利用できるようにし、さらに電力的に十分効率よく充電できる。
またこの発明による画像形成装置は、モノクロ及びカラーの複写機、プリンタ、ファクシミリ装置及びそれらの機能を複合した複合機等の各種の画像形成装置に適用でき、上記キャパシタ装置から定着ヒータの補助電力を効率よく供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】この発明によるキャパシタ装置の第１実施例およびそれから電力を供給される画像形成装置の一部を示す回路図である。
【図２】この発明による画像形成装置の一実施例であるカラー複合機の機構部全体の概略構成図である。
【図３】図１に示したローラ定着装置の概略構成を示す縦断側面図である。
【図４】定着装置の他の例の概略構成を示す縦断側面図である。
【００９７】
【図５】図１における充電制御部によるキャパシタセル充電検知の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】同じくキャパシタバンクの充電制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】この発明によるキャパシタ装置の第２実施例およびそれから電力を供給される画像形成装置の一部を示す回路図である。
【図８】図７における充電制御部によるキャパシタバンクの充電制御の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９８】
１：カラー複合機（画像形成装置）
１１：ローラ定着装置    ２１：定着ローラ    ２２：加圧ローラ２２
２３，２４：ＡＣヒータ    ２５：ＤＣヒータ    ３１：ベルト定着装置
３２：ベルトローラ３２    ３３：ヒートローラ    ３４：定着ベルト
３５，３８：ハロゲンヒータ    ３６，３９：サーミスタ    ３７：加圧ローラ
４１：アナログスイッチ部      ５０：装置制御部    
５１：ウォッチ・ドッグ回路    ５２：充電用電源部
６０：キャパシタバンク    ６１：バイパス回路（セルバイパス手段）
６２：分圧回路（セル充電電圧検出手段、バンク充電電圧検出手段）
６３：スイッチング・レギュレータＩＣ（電源制御部）
６４，１６４：充電制御部（充電手段、制御手段）
７１：商用電源（ＡＣ）    ８１：充電電圧検出回路（充電電流検出手段）
８２：フィードバック変換回路    ８３：フィードバック検出回路    
８６：放電回路    ９５：リレー    ９８:フォトトライアック・ドライブ回路
Ｃ１〜Ｃ１６：キャパシタセル（電気二重層コンデンサセル）
Ｒ１，Ｒ２：分圧抵抗    Ｔ：外部出力端子
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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