(57)【要約】【課題】加熱効率を向上して立上り時間を短縮することができる加熱装置と定着装置および画像形成装置を提供すること。【解決手段】直列に接続された定着ヒータ１２とスイッチング素子を主電源回路２１の出力端に直接接続し、直列に接続された定着ヒータ１３とスイッチング素子３０は、パワーリレーの接点３１を介して主電源回路２１の出力端に接続するとともに、パワーリレーの接点３３といダイオード３４の並列回路を介して補助電源回路２２に接続し、パワーリレーの接点３１の接点とパワーリレーの接点３３の接点を切り換えることにより、定着ヒータ１３に主電源回路２１から電力を供給するか補助電源回路２２の電気二重層コンデンサ３６から電力を供給するかを切り換える。【選択図】      図３
2004184963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源回路と補助電源回路と２組の加熱部を有し、
主電源回路は商用ＡＣ電源から供給された電圧を整流して出力し、
補助電源回路は導通率を制御する制御素子と直列に接続された蓄電素子を有し、
２組の加熱部はそれぞれ導通率を制御する制御素子と直列に接続され、直列に接続された第１の加熱部と制御素子は主電源回路の出力端に直接接続され、直列に接続された第２の加熱部と制御素子は、開閉動作を行なう駆動素子を介して主電源回路の出力端に接続されるとともに、開閉動作を行なう駆動素子と整流素子の並列回路を介してに補助電源回路に接続され、
主電源回路の出力端と第２の加熱部を接続した駆動素子と、補助電源回路と第２の加熱部を接続した駆動素子を切り替えることにより、第２の加熱部に主電源回路から電力を供給するか補助電源回路から電力を供給するかを切り替えることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記補助電源回路の蓄電素子の出力電圧が商用ＡＣ電源の電圧より高いときに、第２の加熱部に補助電源回路から電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記第２の加熱部に補助電源回路から電力を供給するとき、第１の加熱部に接続された制御素子の導通率を高くすることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記補助電源回路に、主電源回路の出力端に整流素子と導通率を制御する制御素子を介して接続した第２の蓄電素子を設けたことを特徴とする請求項１、２または３に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記２組の蓄電素子を開閉動作を行なう駆動素子を介して並列に接続したことを特徴とする請求項４に記載の加熱装置。
【請求項６】
第１の加熱部と第２の加熱部を有する加熱手段と、
商用ＡＣ電源による前記加熱手段への電力供給を行なう主電源回路と、
蓄電素子により前記加熱手段の一方の加熱部への電力供給を行なう補助電源回路と、
前記商用ＡＣ電源の入力電流を検出する入力電流検出手段と、
前記蓄電素子の蓄電電流を検出する蓄電電流検出手段と、
前記入力電流検出手段により検出された入力電流値および前記蓄電電流検出手段による蓄電電流値を入力し、当該入力電流値があらかじめ設定された閾値より低い場合に前記蓄電素子への充電動作を行なう第１の制御と、電源投入時および立ち上げ時に、前記充電電流が前記入力電流値に対して高い場合に１つの加熱部に前記蓄電素子から電力供給を行ない、他方の加熱部に前記商用ＡＣ電源から電力供給を行ない、前記充電電流が前記入力電流値に対して低い場合に前記第１の加熱部と第２の加熱部に前記商用ＡＣ電源から電力供給を行なう第２の制御を実行する電力供給制御手段と、
を備えたことを特徴とする加熱装置。
【請求項７】
前記補助電源装置として、１次電池を用いることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の加熱装置。
【請求項８】
前記補助電源装置として、２次電池を用いることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の加熱装置。
【請求項９】
前記補助電源装置に、電源ＯＦＦ時に手動により操作することで放電を行なう放電スイッチを備えたことを請求項１〜８の何れか一つに記載の加熱装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一つに記載の加熱装置を有する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有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、電子写真プロセスを用いた複写機やレーザプリンタなどの定着装置などに利用され、加熱装置および定着装置並びに画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンタ装置などの画像形成装置は、普通紙やＯＨＰなどの記録媒体上に画像を形成する。この画像形成装置は、画像形成の高速性や画像品質、コストなどの有利性から電子写真方式が採用されている。電子写真方式は記録媒体上にトナー像を形成し、形成したトナー像を熱と圧力で記録媒体に定着する方法であり、定着方式としては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と、加熱ローラに対向配置される加圧ローラを圧接してニップ部と呼ばれる相互圧接部を形成し、このニップ部にトナー像が転写された記録媒体を通して加熱する方法である。すなわち、加熱ローラによる熱作用と両ローラに加圧作用により転写紙上にトナーを溶融し、定着するものである。
【０００３】
近年、環境問題が重要となり、複写機やプリンタ装置等の画像形成装置も省エネルギ化が進んでいる。この画像形成装置の省エネルギを考えるにあたたって無視できないのは、トナーを記録媒体に定着する定着装置の省電力である。画像形成装置の待機時における定着装置の消費電力の低減としては、待機時には加熱ローラの温度を定着温度よりやや低い一定の温度に保つことにより、使用時に直ちに使用可能温度まで立ち上げ、使用者が定着ローラの昇温を待つことがないようにしている。この場合、定着装置を使用していないときにもある程度の電力を供給（余熱モード）して余分なエネルギを消費していた。この待機時の消費エネルギは機器の消費エネルギの約７割から８割に上がるといわれている。
【０００４】
この加熱ローラの昇温時間を短くするためには、単位時間の投入エネルギすなわち定格電力を大きくするとよい。実際に、プリント速度の速い高速機には電源電圧を２００Ｖにして対応している装置も多い。しかし、日本国内の一般的なオフィスでは、商用電源は１００Ｖ１５Ａであり、２００Ｖに対応させるには設置場所の電源関連に特別な工事を施すなどの必要があり一般的な解決法とはいえない。また、１００Ｖ１５Ａを２系統用いて全投入電力を上げる製品も実用化されているが、２系統のコンセントが近くにあるところでないと設置することができない。このため加熱ローラを短時間で昇温させようとしても、投入エネルギの上限は上げられないのが実状であった。
【０００５】
これを改善するために例えば、特許文献１や特許文献２に示すように、定着装置の待機時に補助電源である二次電池を充電し、定着装置を立ち上げたときに主電源装置と二次電池や一次電池から電力を供給して立上り時間を短縮するようにしたり、特許文献３に示すように、主電源の他に大容量のコンデンサを使用した補助電源を使用し、待機時に主電源と加熱部の接続を遮断し、主電源と補助電源を接続して補助電源を充電し、待機状態から加熱部を立ち上げるときに主電源と補助電源から加熱部に電力を供給して加熱部の温度を短時間で所定の温度に立ち上げるようにしている。
【０００６】
ところで、現在、画像形成装置において、電源投入時や省エネモード（余熱モード）からの復帰時における起動開始（スタンバイ）までの時間は約数分必要とされている。これは定着ヒータが内蔵された定着ローラの表面温度が所定の温度になっていないため、コピー可能とするスタンバイ時の温度まで上昇するのにかかる時間である。一方、定着ヒータの発熱量は通電する電流に比例し、電流が多いほど発熱量が大きくなるため、定着表面温度を迅速に立ち上げることができる。しかし、画像形成装置全体の電源である商用ＡＣ電源はコンセントの電流定格による規制があり、この定格電流以下にて使うことが必要とされている。そのため、画像形成装置の起動時間においては数分が限界とされてきた。
【０００７】
そこで、このようなスタンバイ時間の短縮化を行なうために、交流電源によって駆動される第１の定着ヒータと、交流手段によって充電されるバッテリにより駆動される第２の定着ヒータと、を定着ローラに内蔵し、定着ヒータに大きな電力を投入した装置が知られている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
実開昭６３−１５０９６７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号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記に示されるような従来の技術にあっては、定着ヒータに供給する電力や、補助電源を充電するための電力をリレー等の有接点の駆動素子を用いてオン・オフしているため、商用ＡＣ電源から入力する電流を制御することが困難である。また、複写動作中は電池やコンデンサを充電することができないため、複写機などのメインスイッチをオンしてから複写動作が連続する場合は、補助電源である電池やコンデンサの充電量が不足し、補助電源から十分な電力を供給することができず、起動時の立上り時間を短縮することできないことが多々ある。さらに、１つの定着ヒータは補助電源による通電しか行わないため使用効率が低減するという問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加熱効率を向上して立上り時間を短縮することができる加熱装置と定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１にかかる加熱装置にあっては、主電源回路と補助電源回路と２組の加熱部を有し、主電源回路は商用ＡＣ電源から供給された電圧を整流して出力し、補助電源回路は導通率を制御する制御素子と直列に接続された蓄電素子を有し、２組の加熱部はそれぞれ導通率を制御する制御素子と直列に接続され、直列に接続された第１の加熱部と制御素子は主電源回路の出力端に直接接続され、直列に接続された第２の加熱部と制御素子は、開閉動作を行なう駆動素子を介して主電源回路の出力端に接続されるとともに、開閉動作を行なう駆動素子と整流素子の並列回路を介してに補助電源回路に接続され、主電源回路の出力端と第２の加熱部を接続した駆動素子と、補助電源回路と第２の加熱部を接続した駆動素子を切り替えることにより、第２の加熱部に主電源回路から電力を供給するか補助電源回路から電力を供給するかを切り替えるものである。
【００１２】
この発明によれば、２組の加熱部のうち直列に接続された第１の加熱部と制御素子は主電源回路の出力端に直接接続し、直列に接続された第２の加熱部と制御素子は、開閉動作を行なう駆動素子を介して主電源回路の出力端に接続するとともに、開閉動作を行なう駆動素子と整流素子の並列回路を介してに補助電源回路に接続し、主電源回路の出力端と第２の加熱部を接続した駆動素子と、補助電源回路と第２の加熱部を接続した駆動素子を切り替えることにより、第２の加熱部に主電源回路から電力を供給するか補助電源回路から電力を供給するかを容易に切り替えることが可能になる。
【００１３】
また、請求項２にかかる加熱装置にあっては、前記補助電源回路の蓄電素子の出力電圧が商用ＡＣ電源の電圧より高いときに、第２の加熱部に補助電源回路から電力を供給し、２組の加熱部に供給する熱量を多くするものである。
【００１４】
この発明によれば、補助電源回路の蓄電素子の出力電圧が商用ＡＣ電源の電圧より高いときに、第２の加熱部に補助電源回路から電力を供給することにより、２組の加熱部に供給する熱量を多くすることが可能になる。
【００１５】
また、請求項３にかかる加熱装置にあっては、第２の加熱部に補助電源回路から電力を供給するとき、第１の加熱部に接続された制御素子の導通率を高くして、第１の加熱部に供給する熱量を増やすものである。
【００１６】
この発明によれば、第２の加熱部に補助電源回路から電力を供給するとき、第１の加熱部に接続された制御素子の導通率を高くして、第１の加熱部に供給する熱量を増やすことが可能になる。
【００１７】
また、請求項４にかかる加熱装置にあっては、補助電源回路に、主電源回路の出力端に整流素子と導通率を制御する制御素子を介して接続した第２の蓄電素子を設け、第１の加熱部に供給する熱量をより増やすものである。
【００１８】
この発明によれば、補助電源回路に、主電源回路の出力端に整流素子と導通率を制御する制御素子を介して接続した第２の蓄電素子を設け、第１の加熱部に供給する熱量をより増やすことにより、所定の温度に短時間で立ち上げることが可能になる。
【００１９】
また、請求項５にかかる加熱装置にあっては、２組の蓄電素子を開閉動作を行なう駆動素子を介して並列に接続して、第２の加熱部に補助電源回路から電力を供給する時間を増やすものである。
【００２０】
この発明によれば、２組の蓄電素子を開閉動作を行なう駆動素子を介して並列に接続して、２組の蓄電素子を切り替えて第２の加熱部に電力を供給することにより、補助電源回路から電力を供給する時間を増やすことが可能になる。
【００２１】
また、請求項６にかかる加熱装置にあっては、第１の加熱部と第２の加熱部を有する加熱手段と、商用ＡＣ電源による前記加熱手段への電力供給を行なう主電源回路と、蓄電素子により前記加熱手段の一方の加熱部への電力供給を行なう補助電源回路と、前記商用ＡＣ電源の入力電流を検出する入力電流検出手段と、前記蓄電素子の蓄電電流を検出する蓄電電流検出手段と、前記入力電流検出手段により検出された入力電流値および前記蓄電電流検出手段による蓄電電流値を入力し、当該入力電流値があらかじめ設定された閾値より低い場合に前記蓄電素子への充電動作を行なう第１の制御と、電源投入時および立ち上げ時に、前記充電電流が前記入力電流値に対して高い場合に１つの加熱部に前記蓄電素子から電力供給を行ない、他方の加熱部に前記商用ＡＣ電源から電力供給を行ない、前記充電電流が前記入力電流値に対して低い場合に前記第１の加熱部と第２の加熱部に前記商用ＡＣ電源から電力供給を行なう第２の制御を実行する電力供給制御手段と、を備えたものである
【００２２】
この発明によれば、補助電源装置（電気二重層コンデンサ）に定電流充電を行ない、電源投入時、省エネモードからの復帰時に、２つの加熱部（定着ヒータ）に商用ＡＣ電源から電力を供給する方式と、１つの加熱部（定着ヒータ）に補助電源装置から電力を供給し、他方の加熱部（定着ヒータ）に商用ＡＣ電源から電力を供給する方式とを、入力電流および補助電源装置の電圧値の状況に応じて切り換えることにより、２つの加熱部（定着ヒータ）の使用効率を向上させ、立ち上がり時間の短縮化を図る。
【００２３】
また、請求項７にかかる加熱装置にあっては、前記補助電源装置として、１次電池を用いるものである。
【００２４】
この発明によれば、請求項６における補助電源装置として１次電池を用いることにより、１つの加熱部（定着ヒータ）のデューティ（導通率）をあげることが可能になる。
【００２５】
また、請求項８にかかる加熱装置にあっては、前記補助電源装置として、２次電池を用いるものである。
【００２６】
この発明によれば、請求項６における補助電源装置として２次電池を用いることにより、１つの加熱部（定着ヒータ）のデューティ（導通率）をあげることが可能になる。
【００２７】
また、請求項９にかかる加熱装置にあっては、前記補助電源装置に、電源ＯＦＦ時に手動により操作することで放電を行なう放電スイッチを備えたものである。
【００２８】
この発明によれば、補助電源装置に貯まった電荷を電源ＯＦＦ時に手動で放電スイッチを押下することにより、補助電源装置に貯まった電荷を容易に放電させることが可能になる。
【００２９】
また、請求項１０にかかる定着装置にあっては、前記加熱装置を有し、短時間で所定の温度まで昇温するものである。
【００３０】
この発明によれば、この加熱装置を定着装置に使用することにより、定着装置を短時間で所定の温度まで昇温することが可能になる。
【００３１】
また、請求項１１にかかる画像形成装置にあっては、請求項６に記載の定着装置を電子写真方式の画像形成装置に使用して、画像形成装置の立上り時間を短縮するものである。
【００３２】
この発明によれば、この定着装置を電子写真方式の画像形成装置に使用することにより、画像形成装置の立上り時間を短縮して、効率良く画像を形成することが可能になる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる加熱装置および定着装置、並びに画像形成装置の好適な実施の形態について添付図面を参照し、詳細に説明する。なお、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態にかかる画像形成装置の構成を示す説明図であり、カラータンデム複写機１を例にとっている。図に示すように、このカラータンデム複写機１（以下。複写機１という）は、原稿自動送り装置２から送られた原稿を光源により露光して原稿からの反射光をＣＣＤに集光し、これを光電変換し、信号処理を行なうスキャナ部３と、スキャナ部３からの信号によりレーザ光を出射する書込み部４と、転写ベルト５に沿って配置されたシアンＣとイエローＹとマゼンダＭおよびブラックＢｋの画像形成部６Ｃ，６Ｙ，６Ｍ，６Ｂｋと、画像形成部６の下流側に設けられた定着ユニット７および給紙部８を有する。
【００３５】
画像形成部６Ｃ，６Ｙ，６Ｍ，６Ｂｋは、それぞれ書込み部４からのレーザ光により潜像を形成する感光体９と、感光体９の表面を一様に帯電させる帯電部１０と、感光体９に形成された潜像にトナーを付着させて可視化する現像部１１とを有し、転写紙にシアンＣとイエローＹとマゼンダＭおよびブラックＢｋのトナー像を転写する。定着ユニット７は、図２の断面図に示すように、２組の定着ヒータ１２，１３を有する定着ローラ１４と加圧ローラ１５を有し、転写紙１６に転写されたトナー像を加熱しながら加圧して定着する。
【００３６】
定着ローラ１４の定着ヒータ１２，１３を加熱する加熱装置２０は図３の回路図に示すように、主電源回路２１と補助電源回路２２を有する。主電源回路２１は、商用ＡＣ電源２３から有接点の駆動素子であるパワーリレーの接点２４を介して整流回路２５にＡＣ電圧を入力する。整流回路２５の出力は、入力電流センサ２６と、リアクタンス２７とコンデンサ２８によるローパスフィルタ部を介して定着ヒータ１２，１３と、定着ヒータ１２，１３をデューティ制御するスイッチング素子２９，３０に接続している。定着ヒータ１３には有接点の駆動素子であるパワーリレーの接点３１が直列に接続されている。定着ローラ１４には表面温度を検知するたとえばサーミスタからなる表面温度センサ３２が設けられている。補助電源回路２２は、定着ヒータ１３とスイッチング素子３０とに並列に接続され、有接点の駆動素子であるパワーリレーの接点３３とダイオード３４の並列回路に直列に接続され、スイッチング素子３５によりデューティ制御される蓄電素子である電気二重層コンデンサ３６と、電気二重層コンデンサ３６の両端の出力電圧を検出する電圧検出回路３７とを有する。また、各スイッチング素子２９，３０，３５の駆動回路３８，３９，４０と入力電流センサ２６および出力電圧検出回路３７はインバータ制御回路４１に接続している。
【００３７】
この加熱装置２０の補助電源回路２２の電気二重層コンデンサ３６が十分に充電されていない状態、たとえば朝一番に複写機１の電源を投入して定着ローラ１４を昇温するとき、有接点の駆動素子であるパワーリレーの接点３１を閉にし、接点３３を開にして、主電源回路２１から定着ヒータ１２，１３に供給する電力をスイッチング素子３８，３９によりデューティ制御する。このとき同時に入力電流センサ２６により入力電流を検知し、入力電流に余裕がある際には補助電源回路２２のスイッチング素子４０をデューティ制御しながら電気二重層コンデンサ３６を充電する。定着ローラ１４が所定の温度まで温度上昇すると、画像形成動作を開始する。この画像形成動作が終了して複写機１が待機状態になると、インバータ制御回路４１はスイッチング素子３８，３９の導通率を下げ、電気二重層コンデンサ３６を充電する。この電気二重層コンデンサ３６は化学反応を伴わないため数分程度の急速な充電を行なうことができ、複写機１が待機状態のときに、消費電力をほとんどゼロにすることができる。
【００３８】
つぎにに待機状態から立ち上げて画像形成動作を開始するために定着ローラ１４の加熱を開始するとき、電圧検出回路３７で電気二重層コンデンサ３６の出力電圧を検出する。この検出した電気二重層コンデンサ３６の出力電圧が商用ＡＣ電源２３の電圧より高いとき、パワーリレーの接点３１を開にし、接点３３を閉にして、主電源回路２１から定着ヒータ１２に供給する電力をスイッチング素子３８によりデューティ制御し、補助電源回路２２の電気二重層コンデンサ３６から定着ヒータ１３に供給する電力をスイッチング素子３９によりデューティ制御する。
【００３９】
このようにしてパワーリレーの接点３１，３３を開閉制御することにより、２つの定着ヒータ１２，１３に主電源回路２１から電力を供給することと、一方の定着ヒータ１２に主電源回路２１から電力を供給し、他方の定着ヒータ１３に補助電源回路２２から電力を供給することを切り替えることができる。
【００４０】
また、このとき定着ヒータ１３には商用ＡＣ電源２３より電圧が高い電気二重層コンデンサ３６から電力を供給することにより、定着ヒータ１３に通電される電流は商用ＡＣ電源２３から電力を供給するときよりの多く流すことができ、発熱量を上げて短時間に立ち上げることができる。
【００４１】
また、このとき接点３１を開にすることにより、定着ヒータ１３には商用ＡＣ電源２３から電力が供給されないから、商用ＡＣ電源２３から定着ヒータ１２に供給する電力を高めることができる。そこで電気二重層コンデンサ３６の出力電圧が商用ＡＣ電源２３の電圧より高いことを検出して接点３１を開にし、接点３３を閉にしたとき、インバータ制御回路４１はスイッチング素子２９の導通率Ｄｕｔｙを上げ、定着ヒータ１２に大きな電流を流す。すなわちスイッチング素子２９の導通率と定着ヒータ１２の入力電流は、図４に示すようにほぼ比例しており、スイッチング素子２９の導通率（Ｄｕｔｙ）を上げることにより定着ヒータ１２の入力電流を多くすることができる。この結果、商用ＡＣ電源２３２つの定着ヒータ１２，１３に電力を供給する場合よりも大きな電流を定着ヒータ１２に流すことができ、定着ローラ１４に供給する熱量を大幅に高めることができる。
【００４２】
また、補助電源回路２２に、図５の回路図に示すように、直列に接続されたダイオード４２と電気二重層コンデンサ４３とスイッチング素子４４を、定着ヒータ１２とスイッチング素子２９と並列に設けても良い。この場合は、定着ヒータ１３に電気二重層コンデンサ３６から電力を供給し、定着ヒータ１２に主電源回路２１から電力を供給しているときに、入力電流センサ２６で検出している商用ＡＣ電源２３からの入力電流に余裕がある場合、スイッチング素子４４の導通率を上げて電気二重層コンデンサ４３に充電しておき、複写機１の電源を投入したときや待機時から立ち上げたときに、定着ヒータ１２に主電源回路２１と電気二重層コンデンサ４３から電力を供給することができ、定着ローラ１４を短時間に所定の温度まで昇温することができる。
【００４３】
さらに、図６の回路図に示すように、電気二重層コンデンサ３６と電気二重層コンデンサ４３をパワーリレーの接点４６で接続し、電気二重層コンデンサ４３の出力電圧を検出する電圧検出回路４７を設けてもよい。この場合、定着ヒータ１２に主電源回路２１から電力を供給し、定着ヒータ１３に補助電源回路２２の電気二重層コンデンサ３６から電力を供給しているときに、電気二重層コンデンサ３６の放電が進み、電気二重層コンデンサ３６の出力電圧が商用ＡＣ電源２３の電圧よりも低くなった場合、電気二重層コンデンサ４３の電圧を検出し、検出した電圧が商用ＡＣ電源２３の電圧より高いとき、接点４６を閉にして電気二重層コンデンサ４３から定着ヒータ１３に電力を供給する。また、電気二重層コンデンサ３６，４３のいずれの電圧も商用ＡＣ電源２３の電圧より低い場合は、接点４６を開にして、定着ヒータ１２，１３に主電源回路２１から電力を供給する。このようにして補助電源回路２２から定着ヒータ１３に対して電力を供給する時間を２倍に延長することができ、補助電源回路２２を有効に利用することができる。
【００４４】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２にかかる定着ヒータを加熱する加熱装置の第１の構成を示す回路図である。本構成は、前述した図３の回路構成に対し、整流回路２５の出力電流を検出する入力電流センサ２６の代わりに、商用ＡＣ電源２３の入力電流を直接検出する入力電流／電圧センサ５０を設けたものである。
【００４５】
ここでは、商用ＡＣ電源２３から入力電流／電圧センサ５０、有接点の駆動素子であるパワーリレー２４を通して整流回路（ダイオードブリッジ）２５にＡＣ電圧が入力される。整流回路（ダイオードブリッジ）２５の出力は、コイル２７とコンデンサ２８によるローパスフィルタ部を介し、それぞれのスイッチング素子２９，３０にてデューティ制御が行なわれる２つの並列に配置された定着ヒータ１２，１３に切り換え可能に入力される。
【００４６】
定着ヒータ１３には直列に有接点の駆動素子であるパワーリレーの接点３１が接続されている。定着ヒータ１２，１３は定着ローラ１４に内臓（図２参照）されており、定着ローラ１４の表面温度（定着設定温度）を検知するサーミスタ３２が接続されている。さらに、これら定着ヒータ回路と並列に、有接点の駆動素子であるパワーリレーの接点３３とダイオード３４の並列回路とスイッチング素子３５にてデューティ制御される蓄電素子である電気二重層コンデンサ３６とを直列に接続した補助電源回路が設けられている。また、電気二重層コンデンサ３６には、その電圧を検出する出力電圧検出回路３７が接続されている。さらに、定着ヒータ回路と補助電源回路のスイッチング素子２９，３０，４０の駆動回路であるスイッチング素子の駆動回路３８、３９，４０とともに、入力電流／電圧センサ５０および出力電圧検出回路３７はインバータ回路に接続されている。
【００４７】
つぎに、上記回路における電気二重層コンデンサ３６に対する充電タイミングについて説明する。一般的には、画像形成動作中の入力電流は大きく変動する。この電流値の最大値は１００Ｖ商用電源の場合、一般的に１５Ａが上限である。画像形成中には各モードやタイミングによっては１０Ａ程度あるいはそれ以下の値になる場合がある。このため、この実施の形態２では、図８に示すようなフローチャートの動作を実行する。
【００４８】
図８において、まず、画像形成動作を開始されると（ステップＳ１１）、入力電流／電圧センサ５０で商用ＡＣ電源２３による入力電流を画像形成装置（複写機１）全体の入力電流値Ｉｉｎとして検出し、これをインバータ制御回路４１にフィードバックする（ステップＳ１２）。続いて、この入力電流値Ｉｉｎをあらかじめ設定されている閾値Ｔｈと比較し、入力電流値Ｉｉｎ≧閾値Ｔｈであるか否かを判断する（ステップＳ１３）。ここで、入力電流値Ｉｉｎが閾値Ｔｈに達していないと判断した場合、その差分をスイッチング素子３５の駆動回路４０を介してスイッチング素子４０のデューティ制御を行ない、電気二重層コンデンサ３６を充電する（ステップＳ１５）。一方、入力電流値Ｉｉｎが閾値Ｔｈ以上になったと判断した場合、電気二重層コンデンサ３６を充電しない動作とする（ステップＳ１４）。この入力電流値Ｉｉｎと閾値Ｔｈの関係による電気二重層コンデンサ３６の充電／非充電の様子を図９に示す。すなわち、図９における斜線部が入力電流値Ｉｉｎが閾値Ｔｈ以下であり、閾値Ｔｈとの差分をとった充電量である。
【００４９】
続いて、電気二重層コンデンサ３６からの放電動作について説明する。まず、電源立ち上げ時または省エネモードのリカバリー時に、電気二重層コンデンサ３６の電圧値を電圧検出センサ３７で検出し、インバータ制御回路４１にフィードバックする（ステップＳ２１）。続いて、この検出された電圧値があらかじめ定められた閾値の商用ＡＣ電源１００Ｖと比較し、当該電圧値が１００Ｖ以上であるか否かを判断する（ステップＳ２２）。ここで、当該電圧値が１００Ｖ以上であれば放電を行ない（ステップＳ２３）、一方、当該電圧値が１００Ｖに達していなければ放電を行なわないものとする（ステップＳ２４）。
【００５０】
つぎに、２つの定着ヒータ１２，１３への電力供給動作について説明する。第１の動作として、２つの定着ヒータ１２，１３に商用ＡＣ電源２３から電力供給を行なう際には、有接点の駆動素子であるパワーリレーの接点３１を閉、パワーリレーの接点３３を開として２つの定着ヒータ１２，１３をそれぞれスイッチング素子２９，３０にてデューティ制御を行なう。また、このときに、入力電流／電圧センサ５０により商用ＡＣ電源２３の入力電流を検出し、入力電流に余裕がある場合にはスイッチング素子３５をデューティ制御しながら電気二重層コンデンサ３６に充電を行なう。充電タイミングは前述の通りである。
【００５１】
また、１つの定着ヒータ１３に電気二重層コンデンサ３６から電力を供給し、もう１つの定着ヒータ１２には商用ＡＣ電源２３より電力を供給する第２の動作を行なう際には、有接点の駆動素子であるパワーリレーの接点３１を開、パワーリレーの接点３３を閉としをそれぞれのスイッチング素子２９，３０にてデューティ制御する。補助電源（電気二重層コンデンサ３６）からの放電タイミングは前述の通りである。したがって、２つの定着ヒータ１２，１３はいずれの状態においても使用できる構成となる。
【００５２】
画像形成動作中においては、２つの定着ヒータ１２，１３に商用ＡＣ電源２３から給電し、かつ入力電流／電圧センサ５０による商用ＡＣ電源２３の入力電流の値から、電気二重層コンデンサ３６へ所定のタイミングにて充電を行ない、図１１に示すようなフローチャートにしたがった動作を実行する。
【００５３】
図１１において、電源投入（電源立ち上げ）時または省エネモードのリカバーが行なわれると（ステップＳ３１）、電気二重層コンデンサ３６の電圧を電圧検出センサ３７の電圧値（Ｖｃ）を検出し（ステップＳ３２）、さらに入力電流／電圧センサ５０により商用ＡＣ電源２３の入力電圧（Ｖｉｎ）を検出する（ステップＳ３３）。続いて、この両電圧値ＶｃとＶｉｎとを比較し、Ｖｃ＞Ｖｉｎであるか否かを判断する（ステップＳ３４）。ここでＶｃ＞Ｖｉｎである場合には優先的に１つの定着ヒータ１３には電気二重層コンデンサ３６からの給電を行ない、もう１つの定着ヒータ１２には商用ＡＣ電源２３からの給電を行なう（ステップＳ３５）。一方、ステップＳ３４において、Ｖｃ＜Ｖｉｎである場合には２つの定着ヒータ１２，１３に商用ＡＣ電源２３から給電する（ステップＳ３６）。
【００５４】
このようなステップＳ３６の動作を行なうことにより、定着ヒータのデューティ制御を上げることが可能になる。スイッチング素子２９の導通率と定着ヒータに通電される入力電流の関係は図４に示すとおりである。したがって、定着ローラ１４の表面温度の急速な立ち上げ、画像形成装置の立ちあがり時間を短縮することができる。
【００５５】
つぎに、補助電源装置として１次電池を用いる例について説明する。この場合における回路構成は、前述した図７の電気二重層コンデンサ３６に相当する箇所が１次電池となる。ただし、充電ができず放電のみ可能な１次電池を用いるため、画像形成中の充電は行なわない。
【００５６】
電源立ち上げ時、省エネモードのリカバー時に、１次電池に蓄電された電圧値を電圧検出センサ３７により検出し、商用ＡＣ電源２３の電圧値よりも高いと判断した場合、優先的に１つの定着ヒータ１３には、１次電池（電気二重層コンデンサ３６）から給電し、他方の定着ヒータ１２には商用ＡＣ電源２３からの給電とする。
【００５７】
また、上記の状態では、１つの定着ヒータ１３に対して１次電池である電気二重層コンデンサ３６）から給電するため、他方の定着ヒータ１２のデューティ（導通率）を上げることが可能になる。スイッチング素子２９の導通率と定着ヒータ１２に通電される入力電流の関係を図４に示す。これにより、電源投入時、省エネモードのリカバー時に１つの定着ヒータへの給電は商用ＡＣ電圧よりも高い補助電源（１次電池）からの給電、他方の定着ヒータの点灯デューティを上げることができ、定着ローラの表面温度への急速な立ち上げ、画像形成装置の立ち上がり時間を短縮させることが可能になる。
【００５８】
つぎに、補助電源装置として２次電池を用いる例について説明する。この場合における回路構成は、前述した図７の電気二重層コンデンサ３６に相当する箇所が２次電池となる。２次電池として用いることにより、充電および放電の両方を行なうことができる。
【００５９】
２次電池への充電タイミング（図８参照）および放電の方法（図１０参照）は前述と同様である。画像形成動作中においては、２つの定着ヒータ１２，１３に従来とおり商用ＡＣ電源２３から給電し、かつ電圧検出センサ３７で検出された２次電池の電圧値から、２次電池への所定のタイミングで充電を行なう。
【００６０】
電源立ち上げ時、省エネモードのリカバー時に、２次電池に蓄電された電圧値を電圧検出センサ３７により検出し、商用ＡＣ電源２３の電圧値よりも高いと判断した場合、優先的に１つの定着ヒータ１３には、２次電池（電気二重層コンデンサ３６）から給電し、他方の定着ヒータ１２には商用ＡＣ電源２３からの給電とする。
【００６１】
また、上記の状態では前述と同様に、１つの定着ヒータ１３に１次電池である電気二重層コンデンサ３６）から給電するため、他方の定着ヒータ１２のデューティ（導通率）を上げることが可能になる。スイッチング素子２９の導通率と定着ヒータ１２に通電される入力電流の関係を図４に示す。これにより、電源投入時、省エネモードのリカバー時に１つの定着ヒータへの給電は商用ＡＣ電圧よりも高い補助電源（１次電池）からの給電、他方の定着ヒータの店頭デューティを上げることができ、定着ローラの表面温度への急速な立ち上げ、画像形成装置の立ち上がり時間を短縮させることが可能になる。
【００６２】
つぎに、補助電源装置に充電された電荷をスイッチにより放電させる例について説明する。図１２は、本発明の実施の形態２にかかる定着ヒータを加熱する加熱装置の第２の構成を示す回路図であり、図７の回路構成に対し、電気二重層コンデンサ３６に蓄電されている電荷を手動で放電するための放電スイッチ５５を設けた構成とする。この放電スイッチ５５は、通常においては開状態としておく。
【００６３】
画像形成装置の電源ＯＦＦ時に手動で放電スイッチ５５を閉じると、補助電源である電気二重層コンデンサ３６に貯まっている電荷が定着ヒータ１３を介して放電される。従来、市場においては機械内部のパーツ交換などの作業をサービスマンが実施している。従来は上記スイッチ５５が備えられていないので、電源ＯＦＦ時においても補助電源に電荷が充電されている可能性が十分高い。この状態でサービスマンが何らかの保守作業や修理作業などを行なうと安全面で不充分である。このため、市場でサービスマンが作業を行なう際には、放電スイッチ５５を閉じて補助電源に充電されている電荷を放電してから作業を行なうことにより、安全性を確保することができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる加熱装置（請求項１）によれば、２組の加熱部のうち直列に接続された第１の加熱部と制御素子は主電源回路の出力端に直接接続し、直列に接続された第２の加熱部と制御素子は、開閉動作を行なう駆動素子を介して主電源回路の出力端に接続するとともに、開閉動作を行なう駆動素子と整流素子の並列回路を介してに補助電源回路に接続し、主電源回路の出力端と第２の加熱部を接続した駆動素子と、補助電源回路と第２の加熱部を接続した駆動素子を切り替えることにより、第２の加熱部に主電源回路から電力を供給するか補助電源回路から電力を供給するかを容易に切り替えることができる。
【００６５】
また、本発明にかかる加熱装置（請求項２）によれば、補助電源回路の蓄電素子の出力電圧が商用ＡＣ電源の電圧より高いときに、第２の加熱部に補助電源回路から電力を供給することにより、２組の加熱部に供給する熱量を多くすることができ、所定の温度に短時間で立ち上げることができる。
【００６６】
また、本発明にかかる加熱装置（請求項３）によれば、第２の加熱部に補助電源回路から電力を供給するとき、第１の加熱部に接続された制御素子の導通率を高くして、第１の加熱部に供給する熱量を増やして効率よく加熱することができる。
【００６７】
また、本発明にかかる加熱装置（請求項４）によれば、補助電源回路に、主電源回路の出力端に整流素子と導通率を制御する制御素子を介して接続した第２の蓄電素子を設け、第１の加熱部に供給する熱量をより増やすことにより、所定の温度に短時間で立ち上げることができる。
【００６８】
また、本発明にかかる加熱装置（請求項５）によれば、２組の蓄電素子を開閉動作を行なう駆動素子を介して並列に接続して、２組の蓄電素子を切り替えて第２の加熱部に電力を供給することにより、補助電源回路から電力を供給する時間を増やすことができる。
【００６９】
また、本発明にかかる加熱装置（請求項６）によれば、補助電源装置（電気二重層コンデンサ）に定電流充電を行ない、電源投入時、省エネモードからの復帰時に、２つの加熱部（定着ヒータ）に商用ＡＣ電源から電力を供給する第１の給電方式と、１つの加熱部（定着ヒータ）に補助電源装置から電力を供給し、他方の加熱部（定着ヒータ）に商用ＡＣ電源から電力を供給する第２の方式とを、入力電流および補助電源装置の電圧値の状況に応じて切り換えることにより、２つの加熱部（定着ヒータ）の使用効率を向上させることができるとともに、上記第２の給電方式に切り換えることにより、画像形成装置の電源投入時、省エネモードからの復帰時の立ち上がり時間の短縮化を図ることができる。
【００７０】
また、本発明にかかる加熱装置（請求項７）によれば、請求項６における補助電源装置として１次電池を用いるので、１つの加熱部（定着ヒータ）のデューティ（導通率）をあげることができる。
【００７１】
また、本発明にかかる加熱装置（請求項８）によれば、請求項６における補助電源装置として２次電池を用いるので、１つの加熱部（定着ヒータ）のデューティ（導通率）をあげることができる。
【００７２】
また、本発明にかかる加熱装置（請求項９）によれば、補助電源装置に貯まった電荷を電源ＯＦＦ時に手動で放電スイッチを押下することにより、補助電源装置に貯まった電荷を容易に放電させることが可能になるため、市場でのサービスマンによる作業の安全性を確保することができる。
【００７３】
また、本発明にかかる定着装置（請求項１０）によれば、この加熱装置を定着装置に使用することにより、定着装置を短時間で所定の温度まで昇温することができる。
【００７４】
また、本発明にかかる画像形成装置（請求項１１）によれば、この定着装置を電子写真方式の画像形成装置に使用することにより、画像形成装置の立上り時間を短縮して、効率良く画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる画像形成装置の構成を示す説明図である。
【図２】図１における着ユニットの主要構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる定着ヒータを加熱する加熱装置の第１の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる導通比率と入力電流の変化特性を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる加熱装置の第２の構成を示す回路図である。
【図６】本発明の実施の形態１にかかる加熱装置の第３の構成を示す回路図である。
【図７】本発明の実施の形態２にかかる加熱装置の第１の構成を示す回路図である。
【図８】本発明の実施の形態２にかかる充電動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２にかかる充電動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２にかかる放電動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態２にかかる２つの定着ヒータへの給電動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態２にかかる加熱装置の第２の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１  複写機
２  原稿自動送り装置
３  スキャナ部
４  書込み部
５  転写ベルト
６  画像形成部
７  定着ユニット
１２，１３  定着ヒータ
１４  定着ローラ
１５  加圧ローラ
２０  加熱装置
２１  主電源回路
２２  補助電源回路
２３  商用ＡＣ電源
２９，３０，３５  スイッチング素子
３１，３３  パワーリレーの接点
３４  ダイオード
３６，４３  電気二重層コンデンサ
３８，３９，４０  駆動回路、
４１  インバータ制御回路
５０  入力電流／電圧センサ
５５  放電スイッチ
【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】
2004184963.tif 000010
【図９】
2004184963.tif 000011
【図１０】
2004184963.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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