(57)【要約】【課題】本発明は、補助電源の容量を小型化して充電時間の短縮を図りつつも、効率的で十分な給電性能を得られる加熱装置を提供する。【解決手段】電力の供給によって発熱する発熱部材６０に対する電力供給手段として主電源２と補助電源５を有する加熱装置１００において、補助電源５から発熱部材６０への補助給電開始時期を、加熱部材６０を備えた被加熱体１の加熱開始時期と所定のタイミングで異なる。所定のタイミングは、加熱開始時期よりも遅いタイミングとすることで、加熱装置１００から被加熱体１への供給エネルギーを適正に適宜調整する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力の供給によって発熱する発熱部材に対する電力供給手段として主電源と補助電源を有する加熱装置において、
前記補助電源から前記発熱部材への補助給電開始時期が、前記発熱部材により加熱される被加熱体への加熱開始時期と所定のタイミングで異なることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記所定のタイミングは、前記被加熱体への加熱開始時期よりも遅いタイミングであることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
前記加熱開始時期が、前記被加熱体の移動開始時期であることを特徴とする請求項１または２記載の加熱装置。
【請求項４】
前記加熱開始時期が、前記主電源から前記発熱部材に対する電力供給時期であることを特徴とする請求項１、２または３記載の加熱装置。
【請求項５】
動作環境を検知する環境検知手段と、
前記環境検知手段の検知情報に基づき前記所定タイミングを変更する制御手段とを有することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の加熱装置。
【請求項６】
前記環境検知手段が、前記補助電源の電圧を検知する電圧検知手段であることを特徴とする請求項５記載の加熱装置。
【請求項７】
前記環境検知手段が、前記発熱部材の温度を検知する温度検知手段であることを特徴とする請求項５記載の加熱装置。
【請求項８】
前記環境検知手段が、気温を検出する手段であることを特徴とする請求項５記載の加熱装置。
【請求項９】
前記被加熱体の加熱開始時期は、前記温度検知手段による検知温度が、前記主電源と前記補助電源から同時に給電を開始した際の補助電力供給停止時の、前記発熱部材の温度以上の時であることを特徴とする請求項７記載の加熱装置。
【請求項１０】
電力の供給によって発熱する発熱部材を有する加熱部材と、この加熱部材と接触する対向回転体とを有し、トナー像が転写された記録媒体を前記加熱部材と前記対向回転体との接触部を通過させることで前記記録媒体にトナー像を定着させる定着装置において、
前記発熱部材の加熱装置として、請求項１ないし９の何れかに記載の加熱装置を用いたことを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱部材に電力供給して発熱させる加熱装置と、この加熱装置を用いる定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンター、ＦＡＸやこれらの複合機等に代表される画像形成装置は、用紙やＯＨＰ等のシート状の記録媒体上に画像を形成して記録している。画像形成装置で用いる画像記録方式には、様々な形式が実現されているが、その中でも高速性、画像品質、コスト等の面から上記の機器に広く採用されているのが電子写真方式である。
【０００３】
電子写真方式では、用紙やＯＨＰ等の記録媒体上に未定着トナー像を形成し、熱と圧力でトナー像を記録媒体上に固着するのに、定着装置を用いるのが一般的である。定着装置による定着方式としては、高速性、安全性等の面からヒートローラ方式が現在最も多く採用されている。ヒートローラ方式とは、ハロゲンヒータなどの発熱部材により加熱される加熱ローラ等の加熱部材と、これに対向配置されて加熱部材と圧接してニップ部と呼ばれる相互圧接部を形成する対向回転体と間に、被加熱体となるシート状の記録媒体を通過させて加熱する方式である。加熱部材には、鉄やアルミ等の金属ローラが主に使用されていて、その熱容量が大きくされている。このため、トナーを溶融して使用可能とする温度である約１８０℃前後まで昇温するには数分から十数分の長い立上時間が必要であるという欠点がある。
【０００４】
そこで、画像形成装置では、装置使用者がプリントを行わない待機時にも、加熱部材の発熱部材に電力を供給し、温度を使用可能温度よりやや低い予熱温度に保っている。これにより、加熱ローラが直ぐに使用可能温度まで立ち上がるため、装置使用者がローラの昇温を待つ事が少なくなっている。しかし、温度の立上を重視すると、装置を使用していないときにも画像形成には直接必要のない、いわば余分な電力が待機電力として発熱部材で消費されていることになる。そして、この待機時の消費エネルギーは、画像形成装置の消費エネルギーの約７〜８割に上るという調査結果もある。
【０００５】
近年、環境保護意識の高まりから各国で省エネ規制が制定されている。国内では省エネ法が改正されて強化され、米国でもエナジースターやＺＥＳＭ（Zero Energy Star Mode）などの省エネプログラムが制定されている。これらの規制やプログラムに対応するべく省電力化を図る際には、上記待機時消費エネルギーを削減すると省エネ効果が大きい。このため、画像形成装置の未使用時の待機時電力供給をゼロにすることが望ましい。
【０００６】
しかし、従来の定着装置の構成のままで待機時の電力をゼロにすると、再立上時には加熱ローラの昇温時間に時間を要していまい、待機時間が長く装置使用者の使い勝手が悪化してしまう。このため、速やかに加熱ローラの温度を上昇させる構成が、画像形成装置において省エネを実現する上で必要とされている。例えば、前記ＺＥＳＭでは装置が一旦立ち上がり、スリープ状態などの待機状態からの再立上時間が１０秒以下という大変厳しい条件が要求されている。
【０００７】
昇温時間を短くするためには、加熱ローラの熱容量を小さくすればよい。熱容量を低くする手法としては、ローラ径を小さく、肉厚を薄くすることが挙げられる。このようにすることで、昇温時間を短くすることが可能である。しかし単位時間あたりの通紙枚数が多い高速機（６０〜８０ｃｐｍ程度）でローラ熱容量を小さくすると、連続通紙時のローラ温度の低下が課題となる。これは、高速機では単位時間あたりに用紙に奪われる熱量が多く、供給電力が不足するために発生するもので、特に定着装置が冷えている稼働直後に顕著に現れる。
【０００８】
これまでの高速対応の画像形成装置では、金属製の加熱ローラの肉厚を５〜１０ｍｍ等と比較的厚い構成とし、予め充分蓄熱してエネルギーを溜めていた。これにより、供給電力と共に加熱ローラの蓄熱エネルギーで用紙及び対向回転体等を加熱することができ、稼働直後の急激な温度低下を防いでいた。すなわち、従来は、薄肉で熱容量の小さい加熱ローラを使用することができないため、短時間の温度立上と高速化の両立が困難であった。
【０００９】
加熱ローラの温度低下を改善するためには、単位時間の投入エネルギー、すなわち定格電力を大きくすると良い。実際に、プリント速度の速い高速機には電源電圧を２００Ｖにして大電力を供給する装置もある。しかし、日本国内のオフィスで用いられる商用電源は、１００Ｖ−１５Ａが一般的で、事実上１５００Ｗが電力の上限である。このため、これを２００Ｖに対応させるには、設置場所の電源に特別な工事を施す必要があり、一般的な解決法とはいえない。また、１００Ｖ−１５Ａを２系統用いて、画像形成装置に対する全投入電力を上げる製品も実用化されているが、２系統の電源が近くにないと設置することが困難である。このため、これまでは加熱ローラの温度低下を改善するために投入エネルギーを増加することができないのが実情であった。
【００１０】
最大供給電力を増やすことで、高速機の定着装置の温度低下防止を実現する方法として、特許文献１、２では、電力供給手段として補助電源を設けて上記課題を解決する構成が提案されている。特許文献２では、主電源の他に補助電源を用いて最大電力供給量を増やす機能を提供しており、補助電源として二次電池、一次電池を用いる構成を採用している。
【００１１】
充電可能な補助電源としては、鉛蓄電池及びカドニカ電池などの二次電池が代表的なものとしてある。しかし、二次電池は充放電を繰り返すと電池が劣化して容量が低下していき、大電流で放電するほど寿命が短くなるという性質を持つ。一般的に大電流で長寿命とされているカドニカ電池でも、充放電の繰り返し回数は約５００〜１０００回程度であり、一日に２０回の充放電を繰り返すと一ヶ月程度で電池の寿命が来てしまうことになる。これでは電池交換の手間がかかるとともに、電池代などのランニングコストも非常に高くつく事になってしまう。
【００１２】
さらに、充電時間の観点からも、大容量を充電するには時間を要するため一日に何度も充放電を繰り返す用途には使用できず、実用上は実現が困難であった。なお、二次電池の容量を大きくして充放電サイクルを浅くして使用することで繰り返し数を増やすことは可能であるが、充放電に必要な時間が長いため実用化が困難である。
【００１３】
二次電池では実用的な補助電源を実現できないため、特許文献３、４では、電気二重層キャパシタなどの大容量コンデンサ（キャパシタ）を補助電源として用いることで、最大電力を大きくして短時間の昇温を可能とする技術が提案されている。大容量コンデンサは、次に示す有利な特徴を有している。
【００１４】
充放電の繰り返し回数が数万回以上と略無制限であり、充電特性の劣化が殆どなく定期的なメンテナンスが不要である。充電時間が、二次電池であるバッテリーで数時間を要するのに対し、数秒から数十秒程度にすることが可能である。また、電気二重層キャパシタでは数十から数百アンペアの大電流を流すことも可能であるため、装置に応じた短時間での電力供給が可能となっている。
【００１５】
このように大容量キャパシタを補助電源として用いると、定着装置の温度が低くてエネルギーが多く必要な、通紙直後の数十秒の短時間に一般的な商用電源の電力の限界を超える電力を画像形成装置に供給することができ、薄肉ローラを用いた定着装置の高速機対応を、信頼性と耐久性が高く実現することが可能である。
【００１６】
【特許文献１】特開昭５８−５４３６７号公報
【特許文献２】特開平１０−２８２８２１号公報
【特許文献３】特開２０００−３１５５６７公報
【特許文献４】特開２００２−１８４５５４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献３，４においては、大容量キャパシタを補助電源に用いているが、大容量のコンデンサを用いた加熱装置を開発するにあたり、より性能を向上させる上で以下のような課題が明らかにされてきた。すなわち、現在キャパシタは、電池に比べて蓄電量の密度が小さく価格も高い。このため、キャパシタをユニット化した場合のサイズを小さくすると共にコストを抑えるため、少しでも効率良く使う必要がある。また、できるだけ小さい容量にすることは、充電時間を短くすることができ、装置の使い勝手を向上することにつながる。このように、連続通紙時にキャパシタから給電する構成では、同じキャパシタを使用した際にできるだけ長い時間、定着可能な温度を維持する構成が求められている。  
本発明は、補助電源の容量を小型化して充電時間の短縮を図りつつも、効率的で十分な給電性能を得られる加熱装置を提供することを、その目的とする。  
本発明は、効率よく補助電源を用いて加熱可能な温度をできるだけ長く保て、使い勝手の良い定着装置や画像形成装置を提供することを、その目的している。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、補助電源の給電開始タイミングに着目したもので、電力の供給によって発熱する発熱部材に対する電力供給手段として主電源と補助電源を有する加熱装置において、補助電源から発熱部材への補助給電開始時期を、発熱部材により加熱される被加熱体への加熱開始時期と所定のタイミング異なるようにしたことを特徴としている。請求項２では、この所定のタイミングを、加熱開始時期よりも遅いタイミングしたことを特徴としている。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の加熱装置において、加熱開始時期を、被加熱体の移動開始時期としたことを特徴とし、請求項４の発明では、請求項１、２または３記載の加熱装置において、加熱開始時期を、主電源から発熱部材に対する電力供給時（投入時）としたことを特徴としている。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の加熱装置において、動作環境を検知する環境検知手段と、この環境検知手段の検知情報に基づき所定タイミングを変更する制御手段とを有することを特徴としている。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項５記載の加熱装置において、環境検知手段が補助電源の電圧を検知する電圧検知手段であることを、請求項７の発明は、請求項５記載の加熱装置において、環境検知手段が加熱部材の温度を検知する温度検知手段であることを、請求項８の発明は、環境検知手段が気温を検出する手段であることを特徴としている。
【００２２】
請求項９の発明は、被加熱体の加熱開始時期は、温度検知手段による検知温度が、主電源と補助電源から同時に給電を開始した際の補助電力供給停止時の、加熱部材の温度以上の時であることを特徴としている。
【００２３】
請求項１０の発明は、電力の供給によって発熱する発熱部材を有する加熱部材と、この加熱部材と接触する対向回転体とを有し、トナー像が転写された記録媒体を加熱部材と対向回転体との接触部を通過させることで非加熱体となる記録媒体にトナー像を定着させる定着装置において、発熱部材の加熱装置として、請求項１ないし９の何れかに記載の加熱装置を用いたことを特徴としている。請求項１１の発明は、画像形成装置であって、請求項１０に記載の定着装置を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、前記補助電源から発熱部材への補助給電開始と、被加熱体の加熱動作開始とが、所定のタイミングで異なるため、加熱装置から被加熱体への供給エネルギーを適正に適宜調整することが可能となり、加熱装置の加熱可能時間を長くして、補助電源装置の利用効率向上することができる。
【００２５】
本発明によれば、加熱装置から加熱部材への供給エネルギーを適正に適宜調整することが可能となり、加熱装置の加熱可能時間を長くして、補助電源装置の利用効率の高い加熱装置を用いることで、効率よく補助電源を用いて加熱可能な温度をできるだけ長く保つことができる。
【００２６】
本発明によれば、効率よく補助電源を用いて加熱可能な温度をできるだけ長く保つことが可能な定着装置を有することで、装置全体の消費電力を低減させつつも使い勝手のよい装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。  
図８は本発明が適用された装置の一例となる画像形成装置の概要図である。図８において、画像形成装置は、その本体内部に、静電潜像担持体（像担持体）としてのドラム状の感光体４１を備えている。この感光体４１は、図示しない駆動モータによって図中矢印で示す時計周り方向に回転駆動されるように構成されている。感光体４１の周囲には、感光体表面を均一に帯電させる帯電装置４２、感光体上の潜像を現像する現像装置４４、感光体上の顕画像（トナー像）を記録媒体であり、被加熱体としての用紙Ｐに転写する転写装置４８、感光体表面を清掃するクリーニング装置４６が、感光体４１の回転方向に配設されている。
【００２８】
帯電装置４２によって均一に帯電された感光体４１の表面には、帯電装置４２と現像装置４４との間に、書き込み系レーザ光Ｌｂが反射鏡４３で反射されて露光光として照射される。これにより感光体表面には潜像が形成される。これら書き込み系レーザ光Ｌｂと反射鏡４３等で書込ユニット用が構成されている。感光体表面に形成された潜像は、現像装置４４が有する現像ローラ４４ａによって顕剤（現像剤ともいう）としてのトナーの供給を受けて顕画像化される。
【００２９】
転写装置４８は感光体４１と対向配置されていて、両者の間に転写部４７を形成している。転写部４７には、給紙装置５０が有する給紙トレイ５１から紙搬送系を構成する給紙コロ１１０及びレジストローラ対４９を介して用紙Ｐが搬送される。搬送された用紙Ｐには、転写部４７において転写装置４８から印加される転写バイアスによって感光体４１上の顕画像（トナー像）が静電的に転写される。
【００３０】
顕画像が転写された用紙Ｐは、転写部４７よりも下流に配置された定着装置１０へと図示しない紙搬送系を構成する搬送ローラ等で適宜搬送される。定着装置１０は、図中破線で示す用紙搬送路上に設けられていて、後述する加熱装置１００から電力供給を受ける加熱部材である定着部材としての加熱ローラ１と、対向回転体である加圧部材としての加圧ローラ７とを備えている。加熱ローラ１と加圧ローラ７は接触してニップ部５２を形成している。定着装置１０へと搬送された用紙Ｐは、ニップ部５２を通過する際に、加熱ローラ１からの熱とニップ部５２に加わる圧力により用紙Ｐに熱定着されて図示しない排紙トレイ上に排出される。
【００３１】
転写部４７で用紙Ｐに転写されずに感光体４１上に残った残留トナーは、感光体４１の回転と共にクリーニング装置４６に至り、クリーニング装置４６が有するクリーニング部材４６ａと感光体４２との間を通過する間にクリーニング部材４６ａによって清掃されて次の画像形成に備えられる。
【００３２】
定着部材や加圧部材としてローラを用いているが、無端ベルトを用いることもできる。これら定着部材や加圧部材は、後述する発熱部材によって、その表面温度が所定の温度まで昇温される。
【００３３】
定着装置１０に設けられた加熱ローラ１は、図１（Ａ）に示すように、金属製で筒状のローラ基体６３の内部に発熱部材６０を備えている。発熱部材６２は、図１（Ｂ）にも示すように、主発熱体１ａと副発熱体１ｂとから構成されている。主発熱体１ａ及び副発熱体１ｂはハロゲンヒータからなり、その輻射熱でローラ基体６３を所定の温度まで上昇させるように構成されている。ローラ基体６３は、加熱ローラ１の基体として機能することから、アルミや鉄などの金属製であることが耐久性や加圧による変形などの点を考慮すると望ましい。本形態では、ローラ表面となるローラ基体６３の外周面にトナー等の固着を防ぐための離型層１ａを形成している。ローラ内面、すなわち、ローラ基体６３の内周面には、ハロゲンヒータの熱を効率よく吸収するための黒化処理をすることが望ましい。
【００３４】
本形態では、発熱部材６０としてハロゲンヒータを用いたが、板状のセラミックヒータや、コイルに高周波を流して被加熱体を加熱する誘導加熱などを用いる構成であっても構わない。本形態では、加熱部材を加熱ローラ１としたが、その機能としては他の物質を加熱できればよいため、定着装置１０に用いない別な形態の場合には、ローラ形状に限定されるものではない。
【００３５】
図２は、加熱装置として機能する補助電力駆動システム１００の回路を示す概念図である。補助電力駆動システム１００は、主電源２と、補助電源であり蓄電装置としてキャパシタ５と、キャパシタ５への充電器４と、充放電切替手段ｓｗ１と、主電源２からの電力供給を制御する主電力制御手段６と、充放電切替手段ｓｗ１の切替タイミングを制御する制御手段１１０とを備えている。この内、主電源２とキャパシタ５は電力供給手段を構成している。主発熱体６１は、主電源２から供給される主電力により発熱し、副発熱体６２はキャパシタ５から供給される補助電力により発熱する。
【００３６】
主電源２は商用電源などの電力源であり、画像形成装置の設置場所に配設されているコンセントに接続することで電力を装置に供給するものである。日本の通常のオフィスなどでは、１００Ｖの電圧電源が広く用いられる。一般的には、１５Ａが電流の最大値となっていることが多く、１５００Ｗが一系統の電源の最大電力である。本形態では備えていないが、発熱部材６２に応じた電圧の調整及び交流と直流の整流や電圧を安定化するなどの機能を有していても良い。ハロゲンヒータである主発熱体６１及び副発熱体６２は、ガラス管の中にある電熱線が電力の供給によって発光し、内蔵されている加熱ローラ１の温度を所定温度まで上昇させることができる出力とされている。
【００３７】
本構成では、主発熱体６１、副発熱体６２それぞれに対して、主電源２とキャパシタ５を別系統にして電力を供給できる構成としているが、主発熱体６１、副発熱体６２が別部品となっている必要はなく、主電力と補助電力を重畳した単一部材した構成としても無論かまわない。
【００３８】
キャパシタ５は、充電装置４を通して主電源から供給される電力を蓄えられるとともに、充放電切替手段ｓｗ１の切り替わりにより副発熱体６２へ補助電力を供給することができるように構成されている。
【００３９】
副発熱体６２は主発熱体６１とは定格電力が異なっている事が望ましい。これは、本構成においてキャパシタ５は、２５Ｖ電圧のセルを２０個直列にして電圧を５０Ｖとしており、商用電源（１００Ｖ）と電圧値が異なっているためである。
【００４０】
キャパシタ５は、他の電力供給源から充電可能なものであり、商用電源を用いた主電源２から充電器４を介して供給される電力を蓄電するものである。本形態では、補助電源に用いる蓄電装置として、キャパシタ５の中でも大容量コンデンサとなる電気二重層キャパシタを用いている。大容量コンデンサは電気化学キャパシタとも呼ばれてきており、電気二重層キャパシタ、シュードキャパシタなど、動作原理によりいくつかの種類に分類できるが、充放電回数の寿命などから、特に電気二重層キャパシタを使用することが望ましい。コンデンサは蓄電装置の別な形態となる二次電池と異なり、化学反応を伴わないため下記のような優れた特徴を有している。
【００４１】
二次電池として一般的なニッケル−カドミウム電池を用いた補助電源では、急速充電を行っても数時間の時間を要するため、一日の大電力供給可能回数が数時間おきに数回しか実現できず、実用的ではなかった。これに対し、コンデンサを用いた補助電源では数十秒〜数分程度の急速な充電が可能であるため、補助電源を用いた加熱の回数を実用的な回数にまで増やすことができる。
【００４２】
ニッケル−カドミウム電池は充放電の繰り返し回数が５００から１０００回であるため加熱時用補助電源としては寿命が短く、交換の手間やコストが問題となる。これに対し、コンデンサを用いた蓄電式の補助電源は１万回以上の寿命を有し、繰り返しの充放電による劣化も少ない。また、鉛蓄電池のように液交換や補充なども必要ないため、メンテナンスがほとんど必要とならない。
【００４３】
近年コンデンサにも多量の電気エネルギーを蓄えられる物が開発されてきており、電気自動車などへの採用も検討されている。日産ディーゼルなどからはトラックの蓄電装置として発表されている。本形態で用いるキャパシタ５は、２．５Ｖ５００Ｆ程度の静電容量を有しており、２０個直列にすると５０Ｖの初期電圧が得られる。これを定格６００ｗのヒータで発熱させると、９０秒後でも１２０ｗ程度の電力を得られ、数十秒程度と短時間の電力供給には十分な容量を備えている。
【００４４】
（従来の給電パターン）
前述したように、発熱部材６０に供給する電力は、主電源２から主加熱体６１に供給されるとともに、副加熱体６２に対してはキャパシタ５からも電力を供給可能とされている。主電源２及びキャパシタ５の両方からの電力を同時に発熱部材６０に供給することで、主電源２による供給電力を上回る大量の電力を発熱部材６０（加熱ローラ１）に供給可能としている。
【００４５】
従来の給電パターンを図３で説明し、その後、本発明特有の給電パターンについて説明する。図３は、画像形成装置の立上から通紙して画像形成する時の、加熱ローラ温度、加熱ローラに投入する全電力、主電源２からの投入電力、キャパシタ５からの投入電力、及びキャパシタ５の電圧の関係を示す特性図である。図中ＡＣは主電源２からの供給期間、ＡＣ＋Ｃａｐは主電源２とキャパシタ５からの供給期間をそれぞれ示す。図中縦軸は加熱ローラ温度、電力、電圧を、横軸は電力供給時間をそれぞれ示す。この例では通紙と同時に加熱ローラ１に対して給電を行っている。図３において、符号ａで示す実線は主電源２のみによる給電時の加熱ローラ１の温度変化を、同図の符号ｂで示す実線は、主電源２とキャパシタ５を併用した給電時の加熱ローラ１の温度変化をそれぞれ示す。
【００４６】
まず、主電源２のみで給電した場合、加熱ローラ１の温度は、図３に符号ａに示す実線のように、通紙初期には加圧ローラ７の温度も低く、用紙Ｐも熱を奪っていくため加熱ローラ温度が大きく低下する。その後、供給電力に応じた温度で安定したあと、加圧ローラ７が暖まるにつれて温度がやや上昇するが、供給電力が足りないため、定着下限温度Ｔｃを下回ってしまっている。
【００４７】
次に、主電源２とキャパシタ５とを組み合わせて用いた場合、符号ｂで示す実線のように、図３の全電力の変化を示すグラフのように、通紙直後の時刻ｔ１において、主電源２からの電力ｗｍ１とキャパシタ５からのｗｓ１を合わせた電力ｗ１が供給される。これは、図示しない画像形成動作時の電力を考えると１００Ｖ１５Ａの制限を越えた電力が供給されていることを示している。その後、キャパシタ５の電力が徐々に低下して使用最低電圧のＥａになると給電を停止して、全電力が補助電力を加えたｗａから主電源２のみの全電力ｗ２に低下する。
【００４８】
加熱ローラ１の温度は、主電源２だけの場合より主電源２とキャパシタ５（補助電源）を同時に用いた方が投入される供給電力が大きいため高く保てるが、キャパシタ５からの電力供給が停止する時刻Ｔａの後も通紙を続けると、全電力ｗ２では電力が十分でないため加熱ローラ温度は一段と低下して行き、ついには時間ｔ２で定着下限温度Ｔｃを割り込む。
【００４９】
このようにキャパシタ５等の補助電源を用いることで、主電源２のみでは定着下限温度Ｔｃを下回っていた条件でも、充分な温度を保つことが可能であり、高速機での画像形成が可能である。
（第１の形態例）
キャパシタ５を使った図３で説明した例では、立上が終わって通紙開始と略同時にキャパシタ５からの放電を開始しているが、本形態では、図４に示すように、通紙開始から所定の時間（ｔ１１−ｔ１）が経ってからキャパシタ５からの給電を行うようにした。すなわち、キャパシタ５から発熱部材６０への補助給電開始時期を、発熱部材６０により加熱される用紙Ｐへの加熱開始時期に対する所定のタイミングを遅くしている。つまり、充放電切替手段ｓｗ１の切替を図３の例よりも遅くした。
【００５０】
図４において、符号ａで示す実線は図３同様、主電源２のみによる給電時の加熱ローラ１の温度変化を、同図の符号ｂで示す実線は、主電源２とキャパシタ５を併用した給電時の加熱ローラ１の温度変化をそれぞれ示す。
【００５１】
この様な充放電切替手段ｓｗ１の切替タイミングを採用することにより、すなわち、キャパシタ５から発熱部材６０への補助給電開始時期を、発熱部材６０により加熱される用紙Ｐへの加熱開始時期に対するタイミングよりも遅すると、加熱ローラ１の温度が図４に示すように、図３に示す経過時間ｔ２よりも長い時刻ｔ３まで定着可能な温度を上回ることがわかっている。これは、通紙直後は加熱ローラ１の温度自体が高くて蓄熱している熱エネルギーも使えて十分過ぎる電力が供給されているため、初期の補助電力供給をせずに加熱ローラ温度が下がって蓄熱エネルギーが期待できない時間へ回しているためである。
【００５２】
図４における充放電切替手段ｓｗ１の切替タイミング、すなわち、供給開始タイミングとして、本構成例では通紙開始時として説明しているが、タイミングの基準としてはこれに限るものではない。例えば電力供給を基準として、通紙時の給電開始でも、立上時と通紙時で主発熱体６１の平均供給電力が異なる場合等の通紙時に割り当てられる電力が供給開始される時点としてもよい。また、図１に示した給紙トレイ５１からの給紙開始時期や、加熱ローラ１の回転開始時期などの所謂、紙搬送開始時期を基準にしても良い。
【００５３】
図５は、加熱部材（加熱ローラ）の温度と供給電力の時間経過に伴う変化を示す図である。図５に示すように、電気二重層キャパシタなど急速充電が可能な補助電源となるキャパシタ５では、十分に充電されていない場合には、商用電源である主電源２から一旦充電する必要があるが、通常の十分に充電されている場合には充放電切替手段ｓｗ１を切替、通紙時にキャパシタ５からも給電を行い発熱部材６０に投入されるトータルの電力を主電源２だけの時よりも多く供給することで、高速でも十分な給電を行う。そして、主電源２の給電電力に余裕がある待機状態などに主電源２からキャパシタ５へ電力を数分程度の短時間で充電して次の使用に備えることで、充電時間がかかるために夜間等の装置を使用しない時間帯に蓄電する必要がなくなる。このように、加熱装置の補助電源としてキャパシタ５を用いることにより、二次電池では得られなかった使い勝手などの効果を得ることができる。
【００５４】
例えば、従来３０秒で所定温度まで昇温可能であった加熱ローラ１について説明する。従来例として、鉄製加熱ローラを用いφ５０で肉厚０．７ｍｍの構成の場合、約１８０℃の所定の温度まで温度を上げるのに、従来の定着装置で通常用いられるハロゲンヒータは、１００Ｖの電圧で約１２００Ｗの電力を供給することが可能であり、約３０秒で加熱ローラ１を昇温させることができた。従来の画像形成装置の構成においては、通紙時に現像装置や読み取り部を駆動して電力消費が行われるため、画像形成装置全体で１５００ｗの電力のうち、定着装置１０には凡そ８００ｗ程度しか使うことができなかった。
【００５５】
これに対して、本形態のように、５０Ｆ２５Ｖのキャパシタ５を２０個直列にして補助電源に用いた場合は、発熱部材６０がハロゲンヒータの場合、６００ｗ程度の電力をさらに供給できる。キャパシタ５は放電すると電圧が低下するが、９０秒後でも１２０ｗ程度の電力供給が可能であるので、発熱部材６０に対しては合計して１４００ｗから７００ｗを上回る電力を供給できることになる。
【００５６】
この場合でも、商用電源からは上限の１５Ａ以内に抑えることができており、一般的である１００Ｖの主電源２を使用しても、従来よりも高速な画像形成装置を導入することが可能となる。
【００５７】
このように、補助電源を従来の商用電源に加えて電力供給を行うことで、これまで電力供給の上限であった１００Ｖ−１５Ａの制限を越える電力で発熱部材６０を有する加熱ローラ１を昇温させることができ、補助電力の供給開始を所定のタイミングに設定することで寄り効率的な補助電源の使用が可能になる。
【００５８】
補助給電開始を加熱開始動作よりも遅いタイミングであると、通紙初期の用紙Ｐの温度が高く、熱エネルギー供給も多い状態の時には補助電源からの電力供給を減らし、加熱ローラ１温度が低いときに給電量を増やせるので、キャパシタ５の利用効率を向上して加熱温度が高い時間を延ばすことできると共に、時間的な用紙Ｐの温度変化を小さくでき安定した加熱を行える。また、用紙Ｐの加熱開始時期を用紙Ｐの搬送開始動作とした場合や、主電源２から加熱装置への通紙時電力投入時期とすると、用紙Ｐの温度が低下するタイミングを安定して検知することができる。
（第２の形態）
この形態は、給電開始タイミング、すなわち、充放電切替手段ｓｗ１の切替タイミングを図２に示す制御手段１１０を用いて可変するようにしたものである。制御手段１１０は、周知のコンピュータでその主要部が構成されていて、環境状態を検知する環境検知手段１１１が接続されている。制御手段１１０は、環境検知手段１１０からの検知情報に基づき、給電開始タイミングとなる充放電切替手段ｓｗ１の切替タイミングを調整する機能を備えている。
【００５９】
図６において、符号ａで示す実線は主電源２のみによる給電時の加熱ローラ１の温度変化を、同図の符号ｃで示す破線は、主電源２とキャパシタ５を併用した給電時のキャパシタ５の充電が十分な状態のときの加熱ローラ１の温度変化を、符号ｄで示す実線はキャパシタ５の充電量が小さい場合の加熱ローラ１の温度変化を、符号ｅで示す実線はキャパシタ５の充電量が小さい場合の対策を講じた場合の加熱ローラ１の温度変化をそれぞれ示す。
【００６０】
符号ｃで示す充電量が十分な電圧５０Ｖで６００ｗを給電可能な場合と同じタイミングで、充電量が少ない電圧３５Ｖで３００ｗ程度を給電可能な切替タイミング（実線ｄ）で放電を開始すると、初期の供給電力がキャパシタ５の充電量が十分である場合よりも小さいため、温度低下が激しく、すぐに定着下限温度Ｔｃを下回るため、生産性を下げるなどの対策も間に合わない。
【００６１】
そこで、本形態では、予めキャパシタ５の残容量を、環境検知手段１１０として電圧検知手段を用いて電圧として検知したり、あるいはタイマーなどの充電時間検知手段を環境検知手段１１０として用いて充電時間を検知し、符号ｅで示すように放電開始タイミング（充放電切替手段ｓｗ１の切替タイミング）をずらすようにした。これにより、まだ加熱ローラ自体の温度が高いため、小さい補助電力でも初期の急激な温度低下を防ぐことができる。なお、この場合には供給可能なキャパシタ５からのエネルギー自体が小さいため、最終的には定着加減温度よりも低下して生産性を落とすなどの対策をとる事になるが、この際にも、生産性低下動作までの時間を稼ぐことが可能であり、スムーズな動作変更が可能である。
【００６２】
この急激な温度低下はキャパシタ５の残電力だけでなく、気温が低い場合や主電源２としての商用電源電圧が定格より低い場合、キャパシタ５の劣化の進行度合いなど、各種の要因が他にも考えられる。このため、これらを環境検知手段１１０として気温検知手段を設け、その検知結果に基づいて開始タイミングを所定の値にセットすることで解決するように構成しても良い。
【００６３】
また、環境検知手段１１０として気温や電圧用のセンサ等の検知手段を設けて直接検知するのではなく、立上時に加熱ローラ１の温度をサーミスタなどの温度検知手段を設けて検知しておき、その温度変化の様子から補助給電の開始タイミング、すなわち充放電切替手段ｓｗ１の切替タイミングを設定しても良い。例えば、主電源２が所定の電力を供給できていない場合には、当然昇温時の時間が長くなるため、トータルの給電電力が少なくなることを予測して、補助電力供給タイミングを調整しておく。
【００６４】
このように、環境検知手段１１を設け、その検知情報に基づき補助給電開始と加熱開始動作との所定タイミングを可変することで、稼働状況に応じて適正なタイミングを設定することができる。また、環境検知手段１１０をキャパシタ５の電圧検知手段である場合には、残電力すなわち補助電力の給電能力に応じて制御手段１１０により適正なタイミングを設定することができる。環境検知手段１１０を加熱ローラ１の表面温度を検出する温度検知手段とすると、特殊なセンサを用いずに温度低下に応じた適正なタイミングを設定することができる。
（第３の形態）
図７（ａ）はキャパシタ５からの放電と通紙動作開始時期を図３同様、同時に行った場合で、温度ＴＬは、キャパシタ５の供給が停止する時間ｔａの加熱ローラ１の温度である。本形態では、図７（ｂ）に示すように、補助電力供給開始時の加熱ローラ温度がこの温度ＴＬより高い温度であることを特徴としている。これは、温度ＴＬより低い温度まで下げてから補助電力供給を行った場合には、定着下限温度Ｔｃまでの余裕がなく、所定電圧まで使用後すぐに定着下限温度Ｔｃを割り込むため、逆に使用可能時間が短くなってしまうためである。また、定着下限温度Ｔｃまでの余裕がないため、用紙Ｐとして厚紙などを急に通紙した場合等の外乱に弱く、すぐ定着下限温度Ｔｃを割り込んでしまうことも防げる。
【００６５】
すなわち、用紙Ｐの加熱開始時期を、加熱ローラ１の温度検知手段による検知温度が、主電源２とキャパシタ５から同時に給電を開始した際の補助電力供給停止時の加熱部材温度以上とすることで、安定した加熱性能を確保することができる。
【００６６】
本形態では、画像形成装置の定着装置１０に対して本発明を適用して説明し、著しい効果を得ているが、定着装置以外に対しても蓄電装置からの電力を利用する画像形成装置に付属されている機器に用いても無論かまわない。また、本形態では、画像形成装置が備えている定着装置に対して適用したが、電気を主エネルギー源とする別な装置に関しても応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】（ａ）は本発明が適用された定着装置の一形態を示す概略構成図、（ｂ）は同装置に用いられた発熱手段の構成を示す拡大図である。
【図２】加熱装置の構成と定着装置との関係を示すブロック図である。
【図３】従来の給電パターンに関わる加熱装置の電力変化と加熱ローラの温度変化を示す図である。
【図４】第１の形態の給電パターンに関わる加熱装置の電力変化と加熱ローラの温度変化を示す図である。
【図５】電力供給手段側の電力変動と加熱ローラの温度変動との関係を示す図である。
【図６】第２の形態の給電パターンに関わる加熱装置の電力変化と加熱ローラの温度変化を示す図である。
【図７】（ａ）は従来の給電パターンに関わる加熱装置の電力変化と加熱ローラの温度変化を示す図、（ｂ）は第２の形態の給電パターンに関わる加熱装置の電力変化と加熱ローラの温度変化を示す図である。
【図８】本発明が適用された画像形成装置の一形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００６８】
１    加熱部材
２    主電源（電力供給手段）
５    補助電源（電力供給手段）
７    対向回転体
１０    定着装置において、
５２    接触部
６０    発熱部材
１００    加熱装置
１１０    制御手段
１１１    環境検知手段
Ｐ    被加熱体（記録媒体）
【図１】
2008282816.tif 000003
【図２】
2008282816.tif 000004
【図３】
2008282816.tif 000005
【図４】
2008282816.tif 000006
【図５】
2008282816.tif 000007
【図６】
2008282816.tif 000008
【図７】
2008282816.tif 000009
【図８】
2008282816.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月30日(2008.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力の供給によって発熱する発熱部材に対する電力供給手段となる主電源及び補助電源と、前記発熱部材によって所定の温度まで昇温される加熱部材とを有し、通紙時における前記補助電源から前記発熱部材への補助給電開始時期が、前記主電源から前記発熱部材に対する電力供給開始よりも遅い加熱装置において、
前記補助電源の電圧を検知する電圧検知手段と、
前記電圧検知手段の検知情報に基づき前記補助電源の電圧が所定の値より小さいとき、前記補助電源から前記発熱部材への補助給電開始時期を、前記補助電源の電圧が満充電の場合の補助供給開始時期よりも早くする制御手段と、
を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
電力の供給によって発熱する発熱部材に対する電力供給手段となる主電源及び補助電源と、前記発熱部材によって所定の温度まで昇温される加熱部材とを有し、通紙時における前記補助電源から前記発熱部材への補助給電開始時期が、前記主電源から前記発熱部材に対する電力供給開始よりも遅い加熱装置において、
前記加熱部材の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段の検知情報に基づき前記加熱部材の温度が所定の値より小さいとき、前記補助電源から前記発熱部材への補助給電開始時期を、前記加熱部材温度が通常の温度である場合の補助給電供給開始時期よりも早くする制御手段と、を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
電力の供給によって発熱する発熱部材に対する電力供給手段となる主電源及び補助電源と、前記発熱部材によって所定の温度まで昇温される加熱部材とを有し、通紙時における前記補助電源から前記発熱部材への補助給電開始時期が、前記主電源から前記発熱部材に対する電力供給開始よりも遅い加熱装置において、
気温を検知する気温検知手段と、
前記気温検知手段の検知情報に基づき、気温が所定の値より小さいとき、前記補助電源から前記発熱部材への補助給電開始時期を、気温が通常の温度である場合の補助給電供給開始時期よりも早くする制御手段と、
を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
電力の供給によって発熱する発熱部材に対する電力供給手段となる主電源及び補助電源と、前記発熱部材によって所定の温度まで昇温される加熱部材とを有し、通紙時における前記補助電源から前記発熱部材への補助給電開始時期が、前記主電源から前記発熱部材に対する電力供給開始よりも遅い加熱装置において、
前記主電源電圧を検知する主電源電圧検知手段と、
前記主電源電圧検知手段の検知情報に基づき、主電源電圧が所定の値より小さいとき、前記補助電源から前記発熱部材への補助給電開始時期を、主電源電圧が通常の電圧である場合の補助給電供給開始時期よりも早くする制御手段と、
を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れかに記載の加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、発熱部材に電力供給して発熱させる加熱装置と、この加熱装置を用いる画像形成装置に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
特許文献３，４においては、大容量キャパシタを補助電源に用いているが、大容量のコンデンサを用いた加熱装置を開発するにあたり、より性能を向上させる上で以下のような課題が明らかにされてきた。すなわち、現在キャパシタは、電池に比べて蓄電量の密度が小さく価格も高い。このため、キャパシタをユニット化した場合のサイズを小さくすると共にコストを抑えるため、少しでも効率良く使う必要がある。また、できるだけ小さい容量にすることは、充電時間を短くすることができ、装置の使い勝手を向上することにつながる。このように、連続通紙時にキャパシタから給電する構成では、同じキャパシタを使用した際にできるだけ長い時間、定着可能な温度を維持する構成が求められている。  
本発明は、補助電源の容量を小型化して充電時間の短縮を図りつつも、効率的で十分な給電性能を得られる加熱装置を提供することを、その目的とする。  
本発明は、効率よく補助電源を用いて加熱可能な温度をできるだけ長く保て、使い勝手の良い画像形成装置を提供することを、その目的している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、補助電源の給電開始タイミングに着目したもので、電力の供給によって発熱する発熱部材に対する電力供給手段となる主電源及び補助電源と、発熱部材によって所定の温度まで昇温される加熱部材とを有し、通紙時における補助電源から発熱部材への補助給電開始時期が、主電源から発熱部材に対する電力供給開始よりも遅い加熱装置において、補助電源の電圧を検知する電圧検知手段と、電圧検知手段の検知情報に基づき補助電源の電圧が所定の値より小さいとき、補助電源から発熱部材への補助給電開始時期を、補助電源の電圧が満充電の場合の補助供給開始時期よりも早くする制御手段とを有することを特徴としている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
請求項２の発明は、電力の供給によって発熱する発熱部材に対する電力供給手段となる主電源及び補助電源と、発熱部材によって所定の温度まで昇温される加熱部材とを有し、通紙時における補助電源から発熱部材への補助給電開始時期が、主電源から発熱部材に対する電力供給開始よりも遅い加熱装置において、加熱部材の温度を検知する温度検知手段と、温度検知手段の検知情報に基づき加熱部材の温度が所定の値より小さいとき、補助電源から発熱部材への補助給電開始時期を、加熱部材温度が通常の温度である場合の補助給電供給開始時期よりも早くする制御手段とを有することを特徴としている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
請求項３の発明は、電力の供給によって発熱する発熱部材に対する電力供給手段となる主電源及び補助電源と、発熱部材によって所定の温度まで昇温される加熱部材とを有し、通紙時における補助電源から発熱部材への補助給電開始時期が、主電源から発熱部材に対する電力供給開始よりも遅い加熱装置において、気温を検知する気温検知手段と、気温検知手段の検知情報に基づき、気温が所定の値より小さいとき、補助電源から発熱部材への補助給電開始時期を、気温が通常の温度である場合の補助給電供給開始時期よりも早くする制御手段とを有することを特徴としている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
請求項４の発明は、電力の供給によって発熱する発熱部材に対する電力供給手段となる主電源及び補助電源と、発熱部材によって所定の温度まで昇温される加熱部材とを有し、通紙時における補助電源から発熱部材への補助給電開始時期が、主電源から発熱部材に対する電力供給開始よりも遅い加熱装置において、主電源電圧を検知する主電源電圧検知手段と、主電源電圧検知手段の検知情報に基づき、主電源電圧が所定の値より小さいとき、補助電源から発熱部材への補助給電開始時期を、主電源電圧が通常の電圧である場合の補助給電供給開始時期よりも早くする制御手段とを有することを特徴としている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
請求項４の発明は、電力の供給によって発熱する発熱部材に対する電力供給手段となる主電源及び補助電源と、発熱部材によって所定の温度まで昇温される加熱部材とを有し、通紙時における補助電源から前記発熱部材への補助給電開始時期が、主電源から前記発熱部材に対する電力供給開始よりも遅い加熱装置において、主電源電圧を検知する主電源電圧検知手段と、主電源電圧検知手段の検知情報に基づき、主電源電圧が所定の値より小さいとき、補助電源から発熱部材への補助給電開始時期を、主電源電圧が通常の電圧である場合の補助給電供給開始時期よりも早くする制御手段とを有することを特徴としている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
請求項５の発明は、画像形成装置であって、請求項１ないし４の何れかに記載の加熱装置を備えたことを特徴としている。