(57)【要約】【課題】画像形成装置の定着装置などに用いる加熱装置であって、蓄電装置を用いるものにおいて、蓄電装置から加熱部の発熱体への電力供給量を必要な電力量のみ行う状態あるいはそれに近い状態に調整可能とする。【解決手段】加熱部２に主発熱体２ａと補助発熱体２ｂを設け、主発熱体２ａには主電源装置３から電力を供給し、補助発熱体２ｂには電気二重層キャパシタを用いた補助電源装置４から電力を供給する。制御手段８のＣＰＵ１０が、被加熱体Ｘを設定温度にするために必要な熱量を演算し、補助電源装置４のキャパシタＣから補助発熱体２ｂへの電力供給を増加または減少させる制御を行い、電力供給量を緻密に調整する。ＣＰＵ１０が必要な熱量を演算するために、被加熱体Ｘが紙等の記録媒体であれば、その通紙枚数、光沢、カラー、温度、周囲の環境温度、表面性状を用いる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部、該加熱部に電力を供給して加熱するための蓄電装置、及び該蓄電装置の動作を制御する制御手段を有し、上記加熱部が、上記蓄電装置から供給される電力により発熱する発熱体を有し、上記蓄電装置が充放電可能なキャパシタを備える加熱装置において、上記制御手段は、上記被加熱体を設定温度にするために必要な熱量を演算する演算手段を備え、該演算手段により演算した熱量に基づき、上記蓄電装置から上記発熱体への電力供給量を調整する制御を行うものであることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
請求項１の加熱装置において、上記制御手段は、上記発熱体により加熱される被加熱体の設定温度または該被加熱体の検知温度に基づいて制御するものであることを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項２の加熱装置において、上記被加熱体の検知温度に基づいて制御する場合、上記検知温度を、電力供給開始時の温度または電力供給開始後に変化した温度のいずれかとすることを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
請求項２または３の加熱装置において、上記制御手段は、上記被加熱体の設定温度と該被加熱体の検知温度の対比結果に基づいて制御するものであることを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
請求項１の加熱装置において、上記制御手段は、上記蓄電装置の保有電力量に応じて制御するものであることを特徴とする加熱装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかの加熱装置において、上記演算手段は、上記被加熱体と摺接または近接通過して該被加熱体により加熱される物体が上記被加熱体の位置を通過する前に、該被加熱体を設定温度にするために必要な熱量を演算し、上記制御手段は、該演算手段が算出した熱量に基づき、上記物体が上記被加熱体の位置を通過する前に、上記発熱体への電力供給量を調整することを特徴とする加熱装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかの加熱装置において、上記演算手段は、上記被加熱体と摺接または近接通過して該被加熱体により加熱される物体が上記被加熱体の位置を通過した以降における該被加熱体を設定温度にするために必要な熱量を演算し、上記制御手段は、該演算手段が算出した熱量に基づき、上記物体が上記被加熱体の位置を通過した以降に、上記発熱体への電力供給量を調整することを特徴とする加熱装置。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれかの加熱装置において、上記演算手段は、上記被加熱体と摺接または近接通過して該被加熱体により加熱される物体が上記被加熱体の位置を通過した以降における該被加熱体を設定温度にするために必要な熱量を演算し、上記制御手段は、該演算手段が算出した熱量に基づき、上記物体が上記被加熱体の位置を通過する前に、上記発熱体への電力供給量を調整することを特徴とする加熱装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかの加熱装置において、上記制御手段が、動作状態の選択手段を備え、該選択手段が選択する動作状態が、
上記被加熱体を設定温度にするための加熱が必要であり、かつ設定温度に達した後の所定時間内に上記物体が上記被加熱体と摺接または近接して通過することが予想される場合と、
上記被加熱体を設定温度にするための加熱が必要であり、かつ設定温度に達した後の所定時間内に上記物体が上記被加熱体と摺接または近接して通過することが予想されない場合と、
上記被加熱体を設定温度にするための加熱が必要でなく、かつ設定温度に達した後の所定時間内に上記物体が上記被加熱体と摺接または近接して通過することが予想される場合であり、
上記選択手段が、上記動作状態から少なくとも一つを選択し、上記演算手段が、上記選択手段の選択結果に基づき熱量を演算することを特徴とする加熱装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかの加熱装置において、上記制御部は、上記物体が上記被加熱体と摺接または近接して通過する前に供給を開始して終了する場合の電力供給量と、上記物体が上記被加熱体と摺接または近接して通過する直前または通過以降に供給を開始する電力供給量の割合を設定する手段を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかの加熱装置において、上記制御部が電力の供給時間を調整する制御を行うことを特徴とする加熱装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかの加熱装置において、上記制御手段は、上記蓄電装置から上記発熱体への単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる制御を行うものであることを特徴とする加熱装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかの加熱装置において、商用電源から上記発熱体へ電力供給する手段を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項１４】
請求項１３の加熱装置において、上記制御部が、電源供給源選択手段を備え、該電源供給源選択手段が、上記商用電源から上記発熱体へ電力を供給する場合と、上記商用電源及び上記蓄電装置の双方から上記発熱体へ電力を供給する場合のいずれかを選択することを特徴とする加熱装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれかの加熱装置を備え、上記発熱体により加熱される被加熱体と摺接または近接通過する記録媒体上の画像を加熱することを特徴とする定着装置。
【請求項１６】
請求項１５の定着装置において、上記演算手段は、上記記録媒体の通紙枚数、光沢、カラーの少なくともいずれかを用いて該記録媒体を設定温度にするために必要な熱量を演算することを特徴とする定着装置。
【請求項１７】
請求項１５または１６の定着装置において、上記演算手段は、上記記録媒体の温度、環境温度、表面性状の少なくともいずれかを用いて該記録媒体を設定温度にするために必要な熱量を演算することを特徴とする定着装置。
【請求項１８】
請求項１５ないし１７のいずれかの定着装置を備え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、例えば各種材料や装置を加熱する加熱装置と、これを用いた定着装置及びこの定着装置を用いた電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、特にこれら装置の省電力の効率化を図ったものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機等の画像形成装置には、普通紙やＯＨＰ等の記録媒体上に画像を形成するが、画像形成の高速性や画像品質、コスト等から電子写真方式が多く採用されている。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る。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、ハロゲンヒータ等の発熱部材により加熱する加熱ローラと、加熱ローラに対向配置する加圧ローラを圧接してニップ部と称さ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、加圧するもので、これによりトナーを記録媒体に定着させる。
【０００３】
近年、環境問題が重要となり、複写機やプリンタ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当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。そこで、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っておき、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する方式が多く採用されている。この方式の場合、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しておかなければならず、それによって余分なエネルギを消費するようになっている。この待機時の消費エネルギは、画像形成装置を構成する機器の消費エネルギの約７割から８割に該当すると言われている。
【０００４】
したがって、待機時の消費エネルギを削減し、より省電力化を図ることが望まれるようになってきており、未使用時には電力供給をゼロにすることが求められている。しかしながら、待機時にエネルギ消費をゼロにすると、定着装置の加熱ローラは鉄やアルミ等の金属ローラを主に使用していて熱容量が大きいため、約１８０℃前後の使用可能温度にまで昇温するには数分から十数分という長い加熱時間が必要になる。このような待ち時間は、使用者の使い勝手を悪化させてしまうので、消費電力が極力小さく、その一方で待機状態からの立ち上がりが速い加熱方式が望まれている。
【０００５】
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良いことは明らかであり、実際に、プリント速度が速い高速機と称される画像形成装置には、電源電圧を２００Ｖにして対応しているものも多い。しかしながら、日本国内の一般的なオフィスでは、商用電源は１００Ｖ、１５Ａであり、２００Ｖに対応させるには設置場所の電源関連設備に特別な工事を施す必要があり、２００Ｖへの対応化はあまり一般的な解決法とはいえない。
【０００６】
すなわち、１００Ｖ、１５Ａの商用電源を使用するかぎり、加熱ローラを短時間で昇温させようとしても、最大投入エネルギーが電源により決まってしまうので、これを改善するために、定着装置が待機状態になったときに一定レベルだけ低い電圧を加熱ローラに供給して定着装置の温度が下がることを遅らせたり（例えば特許文献１参照）、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ち上がり時間を短縮するようにしたり（例えば特許文献２参照）している。
【０００７】
しかし、特許文献１に示された技術は、待機時においても定着装置に一定レベルだけ低い電圧を供給しているため、十分な省電力とはいえないものとなっている。また、立ち上げ時の最大供給電力を主電源装置から供給する電力より高めることを主にしたものではない。一方、特許文献２に示された定着装置は、立ち上げ時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おり、二次電源としては一般に鉛蓄電池、ニカド電池、ニッケル水素電池を使用している。このような二次電池は、充放電を繰り返すと容量が劣化して低下していき、大電流で放電するほど寿命が短いという性質を持つ。またメモリ効果による容量低下という現象もある。一般的に大電流で長寿命とされているものでも、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。したがって電池の交換頻度が多くなり、そのぶん手間がかかり、交換する電池代等のランニングコストもかさむ。さらに鉛蓄電池では電解液に液体の硫酸を使用する等、オフィス用機器としては好ましくない点もある。
【０００８】
また、大電力の供給を開始したり停止したりする際の急激な電流変化や突入電力等により加熱ローラが内蔵している加熱用回路への負荷が増大するとともに、周辺回路にも投入電流が流れてノイズが発生するという問題もある。このため、大容量の補助電源からの電力供給を頻繁にオン、オフさせることは好ましくない。また、大容量の電力を一度に供給すると供給過剰になり、加熱用回路の温度が上昇しすぎる可能性もある。
【０００９】
このような点を改善し、省電力効果を高めるとともに、大電力を供給する際の突入電流や急激な電流変化によるノイズを低減させ、かつ立ち上がり時間を短縮し、温度が上がりすぎることを防止することができる定着装置として、補助電源装置に充放電可能なキャパシタを使用し、充電器は主電源装置から供給される電力で補助電源装置のキャパシタを充電し、切替装置は補助電源装置の充電と補助電源装置からの補助発熱体に対する電力供給を切り替え、補助電源装置から補助発熱体に供給する電力量を調整する装置が提案されている（例えば特許文献３参照）。
【００１０】
この特許文献３に示されている装置は、商用電源から供給する電力により発熱する主ヒータと、キャパシタを用いた補助電源装置から供給する電力により発熱する補助ヒータを有し、被加熱体である定着装置の加熱ローラを加熱できるようにしたものである。補助電源装置には、２０００Ｆ程度の静電容量を有し、数秒から数１０秒の電力供給には十分な容量を備えている充放電可能な電気二重層キャパシタ（あるいはキャパシタ）等を使用するようになっており、例えば供給電力を遮断するタイミングにより補助電源装置から補助発熱体へ供給する電力をオン、オフさせて供給電力量を調整している。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−１０９１３号公報
【特許文献２】
特開平１０−２８２８２１号公報
【特許文献３】
特開２００２−１８４５５４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところでキャパシタの基本機能としては、キャパシタから供給する電力によって補助ヒータを発熱させ、この熱を用いて加熱ローラが所定温度まで立ち上る時間を短縮すること、及び通紙時の定着温度の低下を防止することであるが、蓄電装置から発熱体への電力供給は、必要な電力量のみ行うことが望ましく、特許文献３に開示されている技術のように供給電力を遮断するタイミングにより供給電力量を調整するだけでは実現できないものとなっている。
【００１３】
本発明は上記従来の諸問題点を解決できる加熱装置、これを用いた定着装置及びこの定着装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る加熱装置のうち請求項１に係るものは、上記目的を達成するために、加熱部、該加熱部に電力を供給して加熱するための蓄電装置、及び該蓄電装置の動作を制御する制御手段を有し、上記加熱部が、上記蓄電装置から供給される電力により発熱する発熱体を有し、上記蓄電装置が充放電可能なキャパシタを備える加熱装置において、上記制御手段は、上記被加熱体を設定温度にするために必要な熱量を演算する演算手段を備え、該演算手段により演算した熱量に基づき、上記蓄電装置から上記発熱体への電力供給量を調整する制御を行うものであることを特徴とする。
【００１５】
同請求項２に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１の加熱装置において、上記制御手段は、上記発熱体により加熱される被加熱体の設定温度または該被加熱体の検知温度に基づいて制御するものであることを特徴とする。
【００１６】
同請求項３に係るものは、上記目的を達成するために、請求項２の加熱装置において、上記被加熱体の検知温度に基づいて制御する場合、上記検知温度を、電力供給開始時の温度または電力供給開始後に変化した温度のいずれかとすることを特徴とする。
【００１７】
同請求項４に係るものは、上記目的を達成するために、請求項２または３の加熱装置において、上記制御手段は、上記被加熱体の設定温度と該被加熱体の検知温度の対比結果に基づいて制御するものであることを特徴とする。
【００１８】
同請求項５に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１の加熱装置において、上記制御手段は、上記蓄電装置の保有電力量に応じて制御するものであることを特徴とする。
【００１９】
同請求項６に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし５のいずれかの加熱装置において、上記演算手段は、上記被加熱体と摺接または近接通過して該被加熱体により加熱される物体が上記被加熱体の位置を通過する前に、該被加熱体を設定温度にするために必要な熱量を演算し、上記制御手段は、該演算手段が算出した熱量に基づき、上記物体が上記被加熱体の位置を通過する前に、上記発熱体への電力供給量を調整することを特徴とする。
【００２０】
同請求項７に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし５のいずれかの加熱装置において、上記演算手段は、上記被加熱体と摺接または近接通過して該被加熱体により加熱される物体が上記被加熱体の位置を通過した以降における該被加熱体を設定温度にするために必要な熱量を演算し、上記制御手段は、該演算手段が算出した熱量に基づき、上記物体が上記被加熱体の位置を通過した以降に、上記発熱体への電力供給量を調整することを特徴とする。
【００２１】
同請求項８に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし５のいずれかの加熱装置において、上記演算手段は、上記被加熱体と摺接または近接通過して該被加熱体により加熱される物体が上記被加熱体の位置を通過した以降における該被加熱体を設定温度にするために必要な熱量を演算し、上記制御手段は、該演算手段が算出した熱量に基づき、上記物体が上記被加熱体の位置を通過する前に、上記発熱体への電力供給量を調整することを特徴とする。
【００２２】
同請求項９に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし８のいずれかの加熱装置において、上記制御手段が、動作状態の選択手段を備え、該選択手段が選択する動作状態が、上記被加熱体を設定温度にするための加熱が必要であり、かつ設定温度に達した後の所定時間内に上記物体が上記被加熱体と摺接または近接して通過することが予想される場合と、上記被加熱体を設定温度にするための加熱が必要であり、かつ設定温度に達した後の所定時間内に上記物体が上記被加熱体と摺接または近接して通過することが予想されない場合と、上記被加熱体を設定温度にするための加熱が必要でなく、かつ設定温度に達した後の所定時間内に上記物体が上記被加熱体と摺接または近接して通過することが予想される場合であり、上記選択手段が、上記動作状態から少なくとも一つを選択し、上記演算手段が、上記選択手段の選択結果に基づき熱量を演算することを特徴とする。
【００２３】
同請求項１０に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし９のいずれかの加熱装置において、上記制御部は、上記物体が上記被加熱体と摺接または近接して通過する前に供給を開始して終了する場合の電力供給量と、上記物体が上記被加熱体と摺接または近接して通過する直前または通過以降に供給を開始する電力供給量の割合を設定する手段を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項１１に係る定着装置は、上記目的を達成するために、請求項１ないし１０のいずれかの加熱装置において、上記制御部が電力の供給時間を調整する制御を行うことを特徴とする。
【００２５】
同請求項１２に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし１１のいずれかの加熱装置において、上記制御手段は、上記蓄電装置から上記発熱体への単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる制御を行うものであることを特徴とする。
【００２６】
同請求項１３に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし１２のいずれかの加熱装置において、商用電源から上記発熱体へ電力供給する手段を有することを特徴とする。
【００２７】
同請求項１４に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１３の加熱装置において、上記制御部が、電源供給源選択手段を備え、該電源供給源選択手段が、上記商用電源から上記発熱体へ電力を供給する場合と、上記商用電源及び上記蓄電装置の双方から上記発熱体へ電力を供給する場合のいずれかを選択することを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項１５に係る定着装置は、上記目的を達成するために、請求項１ないし１４のいずれかの加熱装置を備え、上記発熱体により加熱される被加熱体と摺接または近接通過する記録媒体上の画像を加熱することを特徴とする。
【００２９】
同請求項１６に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１５の定着装置において、上記演算手段は、上記記録媒体の通紙枚数、光沢、カラーの少なくともいずれかを用いて該記録媒体を設定温度にするために必要な熱量を演算することを特徴とする。
【００３０】
同請求項１７に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１５または１６の定着装置において、上記演算手段は、上記記録媒体の温度、環境温度、表面性状の少なくともいずれかを用いて該記録媒体を設定温度にするために必要な熱量を演算することを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項１７に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、請求項１５ないし１７のいずれかの定着装置を備えることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る加熱装置の一実施形態の構成を示す回路図である。図に示すように、本実施形態の加熱装置１は、加熱部２、主電源装置３、補助電源装置４、メインスイッチ５、充電器６、切替装置７及び制御手段８を有する。
【００３３】
加熱部２は、主電源装置３から供給される電力により発熱する主発熱体２ａと、補助電源装置４から供給される電力により発熱する補助発熱体２ｂを有し、被加熱体Ｘを加熱するようになっている。主電源装置３は、詳細な図示は省略するが、加熱装置１の設置場所において商用電源から電源供給を受けるように、例えばコンセント等に接続する。そして、加熱部２に応じた電圧の調整及び交流と直流の整流等の機能を有するが、周知であるので詳細な図示及び説明は省略する。
【００３４】
補助電源装置４は、充放電可能なキャパシタＣを有する。キャパシタＣとしては、例えば８０Ｆ程度の静電容量を有するキャパシタを使用してもよいが、電気二重層キャパシタと称される２０００Ｆ程度以上の静電容量を有し、数秒から数１０秒の電力供給には十分な容量を備えているものが適する。すなわち電気二重層キャパシタ等のキャパシタは、二次電池とは異なり、化学反応を伴わないために優れた特徴を有するためである。
【００３５】
既に述べたように、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装置では、急速充電を行っても数時間の時間を有するが、キャパシタを用いた補助電源装置４では数分程度の急速な充電が可能であり、同一時間内で待機状態と加熱状態を繰返した場合、キャパシタを用いた補助電源装置４を使用することにより、加熱立ち上げ時に確実に補助電源装置４から電力を供給することができ、加熱部２を短時間で所定の温度に立ち上げることができる。また、ニッケル−カドミウム電池は充放電の許容繰り返し回数が５００回から１０００回程度であるため、加熱用の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が、電気二重層キャパシタを用いた補助電源装置４は充放電の許容繰り返し回数が１万回以上であるとともに、充放電の繰り返しによる劣化も少なく、さらに、鉛蓄電池のように液交換や補充なども必要ないため、メンテナンスをほとんど必要とせず、長期間安定して使用することができる。
【００３６】
なお電気二重層キャパシタは、誘電体がなく、個体電極と溶液界面にできるイオンまたは溶媒分子の電荷が集中した電気二重層のイオン吸着層の吸、脱着反応（充、放電）を利用するもので、繰返し充放電に強くて寿命が長く、メンテナンスの必要がなく、環境にやさしく、しかも充放電効率が高い等の優れた特徴を有し、最近では静電容量が数万Ｆ、エネルギー密度が十数Ｗｈ／ｌという大容量のものも開発され、一層の大容量化が図られつつある。
【００３７】
メインスイッチ５は、主電源装置３から主発熱体２ａに供給する電力をオン／オフするものであり、充電器６は、主電源装置３から供給される電力で補助電源装置４のキャパシタＣを充電する。また切替装置７は、補助電源装置４の充電と補助電源装置４からの補助発熱体２ｂに対する電力供給を切りえ替るものである。
【００３８】
制御手段８は、スイッチ９とＣＰＵ１０を有し、予め設定された後述する条件で補助電源装置４から補助発熱体２ｂに供給する電力をオン／オフ等させる制御を行う。ただし、図示の制御手段８の構成は単なる一例であって、種々の構成のものを採用できる。また補助電源装置４に対する制御のための接続形態等も図示の例に限定されない。例えば切替装置７を切り替えてオン／オフ等の制御を行う構成等々種々の形態を採用できる。
【００３９】
上記のように構成した加熱装置１の基本的な動作を説明する。まず待機時には、切替装置７を切り替て補助電源装置４に充電器６を接続し、補助電源装置４のキャパシタＣを充電しておく。この状態で加熱装置１で加熱部２を加熱するときは、メインスイッチ５をオンにして主電源装置３から主発熱体２ａに電力を供給し、同時に切替装置７を切り替て補助電源装置４から補助発熱体２ｂに電力を供給し、加熱部２に大容量の電力を供給する。このように加熱部２の加熱を開始するときに、主電源装置３と補助電源装置４の両方から大容量の電力を加熱部２に供給するから、加熱部２を短時間で所定の温度に立ち上げることができる。
【００４０】
また、補助電源装置４で加熱部２の補助発熱体２ｂに電力を供給して加熱を開始してから予め定めた所定の時間が経過したときに、制御手段８は補助電源装置４から補助発熱体２ｂに供給している電力を遮断して加熱部２の過熱を防止して所定の温度に維持する。補助電源装置４から補助発熱体２ｂに供給する電力は、供給を開始してから時間が経過するにつれて低減する。この供給電力の低減量に応じて、補助電源装置４から補助発熱体２ｂに供給している電力を遮断する時間を定め、供給電力がある程度低減したときに補助電源装置４から補助発熱体２ｂに供給している電力を遮断すると、大電力を供給している状態で遮断するときに発生する周囲回路の各部品の劣化や電磁ノイズを防止することができる。
【００４１】
このように補助電源装置４から補助発熱体２ｂに供給している電力を遮断したとき、補助電源装置４には十分に充電されていない状態となる。そこで加熱部２の温度が安定して比較的電力を消費しないときに、切替装置７を充電器６側に切り替て補助電源装置４に充電器６を接続して主電源装置３から供給される電力で補助電源装置４を充電しておく。そして加熱部２に再度多量の電力を供給する必要があるとき、主電源装置３とともに補助電源装置４から電力を供給して加熱部２に多量のエネルギを供給する。
【００４２】
ところで補助電源装置４から補助発熱体２ｂへの供給電力量を調整する場合、上述のように供給電力を遮断するタイミングによって供給電力量を調整するだけでは、既に述べたように発熱体へ必要な電力量のみ供給するようするには、本実施形態では、制御手段８が以下のように制御する。
【００４３】
基本的には、制御手段８のＣＰＵ１０が、被加熱体Ｘを設定温度にするために必要な熱量を演算する演算手段を構成し、ＣＰＵ１０により演算した熱量に基づき、補助電源装置４から補助発熱体２ｂへの電力供給量を調整する制御を行う。制御手段８は、補助発熱体２ｂにより加熱される被加熱体Ｘの設定温度または被加熱体Ｘに対して設けた温度センサＳによる検知温度に基づいて制御する構成としても良い。被加熱体Ｘの検知温度に基づいて制御する場合は、温度センサＳによる検知温度を、補助電源装置４から補助発熱体２ｂへの電力供給開始時の温度または電力供給開始後に変化した温度のいずれかとすることができる。
【００４４】
またＣＰＵ１０が被加熱体Ｘの設定温度と温度センサＳによる検知温度の対比結果に基づいて必要な熱量を演算し、制御手段８がその演算結果に基づいて制御する構成とすることもできる。ここにおいて対比結果を基準とするとは、温度差そのものを制御基準に用いる場合や、温度差をなくすように制御する等、種々の態様を挙げ得る。
【００４５】
さらにＣＰＵ１０が補助電源装置４のキャパシタＣの保有電力量に基いて必要な熱量を演算し、制御手段８がその演算結果に基づいて制御する構成とすることもできる。キャパシタＣの保有電力量を得るためには、例えば、補助電源装置４の電圧検出値を用いたり、あるいは、充電開始後の経過時間を用いたりすることが可能である。もちろん、補助電源装置４の電圧を検出する手段やタイマー等が必要となる。
【００４６】
またさらにＣＰＵ１０が被加熱体Ｘと摺接または近接通過して被加熱体Ｘにより加熱される物体が被加熱体Ｘの位置を通過する前に、被加熱体Ｘを設定温度にするために必要な熱量を演算し、制御手段８がその演算により算出された熱量に基づいて、物体が被加熱体Ｘの位置を通過する前に補助発熱体２ｂへの電力供給量を調整、制御する構成とすることができる。
【００４７】
あるいはＣＰＵ１０が、被加熱体Ｘにより加熱される物体が被加熱体Ｘの位置を通過した以降における被加熱体Ｘを設定温度にするために必要な熱量を演算し、制御手段８がその演算により算出された熱量に基づいて、物体が被加熱体Ｘの位置を通過した以降に補助発熱体２ｂへの電力供給量を調整、制御する構成とすることができる。
【００４８】
またあるいはＣＰＵ１０が、被加熱体Ｘにより加熱される物体が被加熱体Ｘの位置を通過した以降における被加熱体Ｘを設定温度にするために必要な熱量を予測的に演算し、制御手段８が、その演算により算出された熱量に基づいて、物体が被加熱体Ｘの位置を通過する前に補助発熱体２ｂへの電力供給量を調整、制御する構成とすることもできる。
【００４９】
またさらに制御手段８のＣＰＵ１０が、演算動作の状態を選択する手段を兼ねる構成とし、選択する動作状態が、
（１）被加熱体Ｘを設定温度にするための加熱が必要であり、かつ設定温度に達した後の所定時間内に、被加熱体Ｘにより加熱する対象となる物体が被加熱体Ｘと摺接または近接して通過することが予想される場合、
（２）被加熱体Ｘを設定温度にするための加熱が必要であり、かつ設定温度に達した後の所定時間内に、被加熱体Ｘにより加熱する対象となる物体が被加熱体Ｘと摺接または近接して通過することが予想されない場合、
（３）被加熱体Ｘを設定温度にするための加熱が必要ではなく、かつ設定温度に達した後の所定時間内に、被加熱体Ｘにより加熱する対象となる物体が被加熱体Ｘと摺接または近接して通過することが予想される場合
とし、選択手段としてのＣＰＵ１０が、上記動作状態から一つまたは複数を選択し、その選択結果に基づいて熱量を演算し、制御手段８が、その演算により算出された熱量に基づいて補助発熱体２ｂへの電力供給量を調整、制御する構成とすることもできる。
【００５０】
これらの例の場合、制御手段８がどの時点で補助発熱体２ｂへの電力供給量を調整、制御するかは、物体が被加熱体Ｘの位置を通過する前、以降のいずれかを適宜選択することになる。
【００５１】
また制御手段８のＣＰＵ１０が、物体が被加熱体Ｘと摺接または近接して通過する前に供給を開始して終了する場合の電力供給量と、物体が被加熱体Ｘと摺接または近接して通過する直前または通過以降に供給を開始する電力供給量の割合を設定する手段を兼ねる構成とすることもできる。この場合、電力供給量の割合は予め設定しておくことが好ましい。
【００５２】
さらに、制御手段８が電力の供給時間を調整する制御を行う構成とすることもできる。
【００５３】
また、制御手段８が補助電源装置４から補助発熱体２ｂへの単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる制御を行う構成とすることもできる。この場合、補助電源装置４から補助発熱体２ｂへの電力供給を開始した後、単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させて、その後に電力供給を停止する。補助電源装置４から補助発熱体２ｂへの電力供給をオン／オフさせるスイッチ９のオン／オフ周期を、例えば図３に示すように変更することにより、単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させてもよい。なお、ここに言う単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させるとは、例えば単位時間を１秒（制御手段８が制御できる範囲であればどのような時間間隔でも良い）とした場合、図２に示す供給電力量を理想的に変化させた場合のように、１秒毎に供給する電力の積算値を変化させることである。もちろん、図２のような変化形態でなくても良い。
【００５４】
制御手段８が単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる基準としては、既に述べた被加熱体Ｘの設定温度、検知温度を挙げ得る。被加熱体Ｘの検知温度は、これも上述のように、電力供給開始時の温度でも、電力供給開始後逐次変化する温度でもいずれでも良く、被加熱体Ｘの検知温度の変化に基づく場合、その変化を抑制するように、単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させることが装置動作の安定化を図る上で好ましい。またさらに、被加熱体Ｘの設定温度と被加熱体の検知温度の対比結果を基準とすることもできる。
【００５５】
また制御手段８が単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる異なる基準としては、上述した補助電源装置４のキャパシタＣの保有電力量も採用できる。
【００５６】
なお図示は省略するが、上述したすべての例において、主電源装置３を介して商用電源からも補助発熱体２ｂ、２ｃへ電力供給させ得る構成とし、制御手段８がこの商用電源からの電源供給をも制御できるようにしても良い。
【００５７】
次に、上述してきた本発明の加熱装置１を、例えば電子写真方式の複写機やプリンタ装置等の画像形成装置の定着装置として用い、記録媒体に転写されたトナー像を加熱、加圧して記録媒体に固着させる実施形態について説明する。
【００５８】
図４は、本発明に係る定着装置を採用した電子写真方式の画像形成装置を概念的に示す断面図である。本実施形態の画像形成装置は主に、図示のように、原稿を読み取る読み取りユニット１１、画像を形成する画像形成部１２、自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）１３、ＡＤＦ１３から送り出される原稿をスタックする原稿排紙トレイ１４、給紙カセット１５ないし１８を備える給紙部１９、記録用紙をスタックする排紙部（排紙トレイ２０）により構成してある。
【００５９】
そして、ＡＤＦ１３の原稿台２１上に原稿Ｄをセットして図示せぬ操作部での操作、例えばプリントキーの押下操作をすると、最上位の原稿Ｄがピックアップローラ２２の回転により矢印Ｂ１方向へ送り出され、原稿搬送ベルト２３の回転により、画像読み取りユニット１１に固定されたコンタクトガラス２４上へ給送され、そこで停止する。コンタクトガラス２４上に載置された原稿Ｄの画像は、画像形成部１２とコンタクトガラス２４の間に位置する読み取り装置２５によって読み取る。読み取り装置２５は、コンタクトガラス２４上の原稿Ｄを照明する光源２６、原稿画像を結像する光学系２７、原稿画像を結像させるＣＣＤ等からなる光電変換素子２８等を有している。画像読み取り終了後、原稿Ｄを搬送ベルト２３の回転により矢印Ｂ２方向へ搬送して排紙トレイ１４上へ排出する。このように、原稿Ｄを１枚ずつコンタクトガラス１４上へ給送して原稿画像を画像読み取りユニット１によって読み取る。
【００６０】
一方、画像形成部２の内部には、像担持体である感光体３０が配置してある。感光体３０は、図において時計方向に回転駆動し、帯電装置３１によって表面を所定の電位に帯電させる。また、書き込みユニット３２からは、読み取り装置２５によって読み取った画像情報に応じて光変調したレーザ光Ｌを照射し、帯電させた感光体３０の表面をこのレーザ光Ｌで露光し、これによって感光体３０の表面に静電潜像を形成する。この静電潜像は、現像装置３３を通るとき、対向する転写装置３４によって感光体３０と転写装置３４の間に給送された記録媒体Ｐに転写する。トナー像転写後の感光体３０の表面は、クリーニング装置３５によって清掃する。
【００６１】
画像形成部２の下部に配置した複数の給紙カセット１５ないし１８には、紙等の記録媒体Ｐを収容してあり、いずれかの給紙カセット１５ないし１８から記録媒体Ｐを矢印Ｂ３方向へ送り出し、その記録媒体Ｐの表面に、上述のように感光体３０の表面に形成したトナー像を転写する。次に、記録媒体Ｐを矢印Ｂ４で示すように画像形成部２内の定着装置３６を通し、熱と圧力の作用によって記録媒体Ｐの表面に転写されたトナー像を定着させる。定着装置３６を通った記録媒体Ｐを排出ローラ対３７によって搬送し、矢印Ｂ５で示すように排紙トレイ２０へ排出し、スタックする。
【００６２】
図５は、上述のような定着装置の一例を示す断面図である。図示の定着装置３６は、定着ローラ４０と加圧ローラ４１を有し、定着ローラ４０には、例えばハロゲンヒータからなる主発熱体２ａと補助発熱体２ｂからなる本発明の上述した実施形態に係る加熱部２を内蔵し、定着ローラ４０と加圧ローラ４１とで、トナーＴが載った記録媒体Ｐを通過させて加圧、加熱するニップ部Ｎを形成している。図示は省略するが、定着ローラ４０の温度を検知するセンサＳを近傍に設ける。もちろん、定着装置３６の周囲温度、記録媒体Ｐの温度等を検知するように構成しても良い。
【００６３】
この定着装置３６に送られたトナー像Ｔが転写された記録媒体Ｐは、定着ローラ４０と加圧ローラ４１の間に搬送され、一定温度に加熱された定着ローラ４０によりトナーＴを加熱溶融し、記録媒体Ｐにトナー像Ｔを定着させる。そのため定着ローラ４０の加熱部２が有する主発熱体２ａと補助発熱体２ｂには主電源装置３と補助電源装置４から電力を供給し、それにより定着ローラ４０の温度を上昇させ、かつ補助電源装置４から供給する電力をオン／オフ制御することにより、定着ローラ４０の温度が高くなりすぎることを防止して、定着温度を一定温度あるいは所望の温度に保ち、または所要の温度変化を示すように制御することにより、トナーＴを安定して加熱溶融させ、良質なトナー像Ｔを記録媒体Ｐに定着させる。また、定着ローラ４０に内蔵した加熱部２の主発熱体２ａと補助発熱体２ｂに主電源装置３と補助電源装置４から電力を供給して定着ローラ４０の温度を上昇させるので、定着ローラ４０の表面温度を所定の定着温度まで迅速に上昇させることができるようになっている。なお加熱部２として、複数の補助発熱体を含む構成とすることもできる。
【００６４】
このような構成の定着装置において、演算手段であるＣＰＵ１０が記録媒体Ｐを設定温度にするために必要な熱量を演算するために、記録媒体Ｐの通紙枚数、光沢、カラー等の記録媒体Ｐが有する特性を、少なくとも一つを用いることができる。記録媒体Ｐの特性により、必要な熱量が異なるためである。また記録媒体Ｐの温度、定着装置周りの環境温度、画像形成装置の画像形成部２内の環境温度、記録媒体Ｐの凹凸等の表面性状の少なくとも一つを用いることもできる。これらも所要熱量に影響があるためである。
【００６５】
ここで、記録媒体Ｐが定着ローラ４０と加圧ローラ４１のニップ部Ｎを通過して定着ローラ４０により加熱される前に、ＣＰＵ１０が定着ローラ４０を設定温度にするために必要な熱量を演算し、制御手段８がその演算により算出された熱量に基づいて補助発熱体２ｂへの電力供給量を調整、制御する場合は、定着装置としての立ち上げ状態を考慮して記録媒体Ｐが定着ローラ４０の位置を通過する前に定着ローラ４０の温度調整を終了できるので、補助電源装置４から補助発熱体２ｂへ供給される電力量は必要な量にとどめることができる。
【００６６】
また、通過する記録媒体Ｐによって定着ローラ４０が熱を奪われるので、記録媒体Ｐが定着ローラ４０の位置を通過した以降に設定温度にするために必要な熱量を演算し、制御手段８がその演算により算出された熱量に基づいて、記録媒体Ｐの通過以降に補助発熱体２ｂへの電力供給量を調整、制御すれば、これも補助電源装置４から補助発熱体２ｂへ供給される電力量は必要な量にとどめることができる。
【００６７】
さらに、記録媒体Ｐが定着ローラ４０の位置を通過して奪われる熱量を予め考慮しておいて定着ローラ４０を設定温度に戻すために必要な熱量を演算し、制御手段８が、その演算により算出された熱量に基づいて、記録媒体Ｐが定着ローラ４０の位置を通過する前に補助発熱体２ｂへの電力供給量を調整、制御するようにしても、補助電源装置４から補助発熱体２ｂへ供給される電力量は必要な量にとどめることができる。すなわち、記録媒体Ｐの通過後の状態を予想して補助発熱体２ｂへ余分な電力を供給しないようにコントロールできる。
【００６８】
既述のように、制御手段８のＣＰＵ１０の演算動作の状態を選択できるが、上記加熱部２におけるＣＰＵ１０が選択する動作状態（１）ないし（３）は、本例の定着装置の場合、
（１）定着ローラ４０を設定温度にするための加熱が必要であり、かつ設定温度に達した後の所定時間内に、記録媒体Ｐがニップ部Ｎを通過することが予想される場合は、加熱部２による加熱が終了して定着ローラ４０の温度が低下している状態に、
（２）定着ローラ４０を設定温度にするための加熱が必要であり、かつ設定温度に達した後の所定時間内に、記録媒体Ｐがニップ部Ｎを通過することが予想されない場合は、定着装置が立ち上がり、その後に加熱が終了し、それからすぐには定着動作を行わない状態に、
（３）定着ローラ４０を設定温度にするための加熱が必要ではなく、かつ設定温度に達した後の所定時間内に、記録媒体Ｐがニップ部Ｎを通過することが予想されない場合は、加熱部２による加熱が終了して定着ローラ４０の温度が低下してはいるが、補助発熱体２ｂを利用して再昇温する必要はなく、状況に応じて温度低下分だけ定着ローラ４０を加熱すればよいという状態に、
それぞれ、対応している。この３つの状態を想定して定着ローラ４０の温度を調整、制御すれば、ほとんどの状態を考慮に入れた制御を行えるので、余分な電力供給をなくせる。
【００６９】
このような構成の定着装置において、補助電源装置４から補助発熱体２ｂへの電力供給を開始した後、単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させて、その後に電力供給を停止するという上述のような制御手段８による制御を行う場合、上述した制御例のいずれの場合でも、ニップ部Ｎを記録媒体Ｐが通過する前に行うようにすることができる。ニップ部Ｎを記録媒体Ｐが通過する前の時点で加熱部２による定着ローラ４０の加熱が完了していること考慮したものである。
【００７０】
もちろん、ニップ部Ｎを記録媒体Ｐが通過する直前または通過が開始されてから上述のような単位時間あたりの平均供給電力の制御を行っても良い。記録媒体Ｐが定着ローラ４０と接触または近接することによって定着ローラ４０から熱を奪い、定着ローラ４０の温度が低下することが明らかであるためで、いっそう緻密な制御が可能であり、各構成要素の応答性が高ければ、よりいっそう緻密に制御できる。
【００７１】
このような定着装置において、定着温度、すなわち定着ローラ４０の温度あるいは補助電源装置４のキャパシタＣの保有電力量またはこれらを両方とも、制御手段８が単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる基準として採用することにより、上述した本発明の加熱装置の実施形態と同様に、いっそう供給電力量を緻密に調整することができる。
【００７２】
すなわち、図２に示すように補助電源装置４から補助発熱体２ｂへの単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる制御、補助電源装置４から補助発熱体２ｂへの電力供給をオン／オフさせるスイッチ９のオン／オフ周期を変更することによって単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる制御が可能であり、制御手段８が単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる基準としては、補助発熱体２ｂにより加熱する被加熱体である定着ローラ４０の設定温度や検知温度を採用できる。定着ローラ４０の検知温度は、電力供給開始時の温度でも、電力供給開始後逐次変化する温度でもいずれでも良く、定着ローラ４０の検知温度変化に基づく場合は変化を抑制するように、単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させて定着動作の安定化を図る制御を採用できる。またさらに、定着ローラ４０の設定温度と検知温度の対比結果を基準とすることもできる。対比結果を基準とする場合に、定着ローラ４０の設定温度と検知温度の温度差そのものを制御基準に用いることや、温度差をなくすように制御すること等、種々の態様を取り得る。図示は省略するが、これらの例においては、定着ローラ４０の温度を検知するセンサ等の手段を必要とし、制御手段８のＣＰＵ１０は検出した温度値を演算処理する機能が必要である。
【００７３】
また同様に、制御手段８が単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる異なる基準としては、補助電源装置４のキャパシタＣの保有電力量を採用できる。この場合、図示せぬが補助電源装置４の電圧を検出する手段やタイマー等が必要となり、補助電源装置４の電圧検出値を用いたり、充電開始後の経過時間を用いたりすることが可能である。
【００７４】
さらに、加熱部２が、第１の補助発熱体２ｂに加え、これと定格消費電力が異なる第２の補助発熱体を含み、制御手段８が複数の補助発熱体を適時に切り替えることによって、単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させるようにした構成も採用できる。補助発熱体の個数は２個に限定されず、また上述した電力供給量の制御方法を組み合わせて採用することも可能である。そして、補助電源装置４のキャパシタＣの保有電力量を基準とする場合、制御手段８が、補助電源装置４のキャパシタＣの保有電力量が基準電力量以下になった場合に定格消費電力が小さいほうまたは大きいほうの補助発熱体へ切り替える制御を採用でき、これに上述のような各種制御方法を組み合わせることにより、よりいっそう緻密に電力量を調整できる。
【００７５】
また主電源装置３を介して商用電源からも補助発熱体２ｂへ電力供給させ得る構成とし、制御手段８がこの商用電源からの電源供給をも制御できるようにしても良いことも同様である。
【００７６】
なお図示の例では、二つのローラ、すなわち定着ローラ４０と加圧ローラ４１によってニップ部Ｎを形成しているが、本発明の定着装置及びこれを用いた画像形成装置は、このような構成に限定されず、ローラとベルト、ベルトとベルトによりニップ部Ｎを形成するもの等、記録媒体Ｐが被加熱体と摺接または近接して通過するタイプのものであれば採用可能である。また、本発明が図示のタイプの画像形成装置に限定されるものではなく、例えば感光体がドラム状ではなくベルトタイプのもの、中間転写ベルトを用いるカラー画像形成装置等々の種々のタイプの装置に適用可能である。
【００７７】
【発明の効果】
本発明に係る加熱装置、これを用いた定着装置及びこの定着装置を用いた画像形成装置は以上説明してきたように、被加熱体を設定温度にするために必要な熱量を演算し、この演算した熱量に基づいて蓄電装置から発熱体への電力供給量を調整する制御を行うので、蓄電装置から発熱体への電力供給を必要な電力量のみあるいは必要な電力量に近い量だけ行えるようになるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る加熱装置の一実施形態の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態における、単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における、単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる他の例を示す図である。
【図４】本発明に係る画像形成装置の実施形態を示す概念的断面図である。
【図５】図４の画像形成装置に用いる本発明の実施形態に係る定着装置の構成を示す概念的断面図である。
【符号の説明】
１  加熱装置
２  加熱部
２ａ  主発熱体
２ｂ  補助発熱体
３  主電源装置
４  補助電源装置
５  メインスイッチ
６  充電器
７  切替装置
８  制御手段
９  スイッチ
１０  ＣＰＵ
１１  読み取りユニット
１２  画像形成部
１３  自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）
１４  原稿排紙トレイ
１５、１６、１７、１８  給紙カセット
１９  給紙部
２０  排紙トレイ
２１  原稿台
２５  読み取り装置
３０  感光体
３１  帯電装置
３２  書き込みユニット
３３  現像装置
３４  転写装置
３５  クリーニング装置
３６  定着装置
３７  排出ローラ対
４０  定着ローラ
４１  加圧ローラ
Ｃ  キャパシタ
Ｄ  原稿
Ｐ  記録媒体
Ｔ  トナー
Ｎ  ニップ部
Ｓ  センサ
【図１】
2004296166.tif 000003
【図２】
2004296166.tif 000004
【図３】
2004296166.tif 000005
【図４】
2004296166.tif 000006
【図５】
2004296166.tif 000007