(57)【要約】【課題】定着立ち上がり時間の短縮と省エネルギーを実現することのできる画像形成装置を提供する。【解決手段】プリント開始初期には、切替装置１５のスイッチＳ５、Ｓ６を開放し、Ｓ１〜４を閉じることにより、主電源１１と補助電源１２の双方からヒータ９に電力を供給し、定着ベルト６を加熱し、立ち上がり時間を短縮する。待機時は、Ｓ１〜３を開放し、Ｓ４，５を閉じ、Ｓ６を開放して、補助電源からヒータ７に電力を供給して定着ローラ１を予熱する。待機時は主電源１１（商用電源から電力を受ける）からの電力供給を行わないことにより、効果的な省エネが実現できる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着装置と、該定着装置に電力を供給可能な主電源及び補助電源を有する画像形成装置において、
当該画像形成装置の回転体に連結されて発電を行う発電機を設け、
前記補助電源が単数又は複数の電気化学キャパシタであり、該電気化学キャパシタの充電が前記発電機により行われることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
画像形成動作の開始時に、前記主電源からの電力に加えて前記電気化学キャパシタからの電力を前記定着装置に供給することを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
待機時に前記電気化学キャパシタからの電力を前記定着装置に供給し、定着装置の予熱を行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記発電機による前記電気化学キャパシタの充電が、定着装置の温度状態が安定した通常画像形成動作時に行われることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、補助電源を備える画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１      特開２０００−９８７９９号公報
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、転写紙・ＯＨＰシート等の記録媒体（以下、用紙という）上に形成された未定着トナー像を、熱源により加熱される定着ローラ等の定着部材によって用紙上に定着させる熱定着装置は周知である。熱定着装置としては、ヒートロール方式及びベルト定着方式が広く用いられている。
【０００３】
近年の環境規制・環境保護意識の高まりから、各種画像形成装置の省エネルギー化が進められており、待機時における定着装置の消費電力の削減、未使用時の電力供給をゼロにすることが求められてきている。しかし、待機時の消費電力をゼロにした場合、熱容量の大きな定着ローラや加圧ローラでは立ち上がり時間が長くなってしまう。立ち上がり時間を短縮するには装置の定格電力を大きくすれば良いが、日本国内の一般的なオフィスでは商用電源は１００Ｖ１５Ａであり、限界がある。
【０００４】
そこで、ヒータにより加熱する定着ローラの肉厚を１ｍｍ以下にする定着ローラの薄肉化が行われている。これにより、定着部材の熱容量を軽減し、立ち上がりの迅速化を図ることができる。しかし、定着ローラの薄肉化はデメリットも有している。それはいわゆる立ち上がり直後の連続通紙時の温度落ち込みと言われるもので、特に高速機においては用紙や加圧ローラに奪われる熱量に対する供給が間に合わなくなり、熱源が常にオンの状態でも定着ローラの温度が落ち込んでいく現象が発生する。
【０００５】
省エネルギーの別な対策としては、充電可能な蓄電池（二次電池）を備え、商用電源からヒータへの電力供給が行われない間に充電を行い、過大なエネルギーが必要なときに放電を行うことによって、一時的に商用電源から得られるエネルギー以上のエネルギーを投入することができる装置が種々提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、電力の供給を受けることによって発熱するヒータと、このヒータに電力を供給するヒータ駆動手段とを有する定着装置用加熱装置において、上記ヒータ駆動手段は、充電可能な蓄電池と、商用電源から給電され前記蓄電池を充電する充電器とを備え、前記ヒータは商用電源から電力の供給を受ける主ヒータと、前記蓄電池から電力の供給を受ける補助ヒータとを有し、前記蓄電池の充電を前記主ヒータの消灯時に行うことを特徴とする定着装置用加熱装置が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献に記載のものにおいては、主電源より補助電源に電力を供給する方式であるため、主電源から定着装置へ電力を供給していない時間に補助電源の充電を行う必要があり、充電タイミングと充電時間に制限があるという問題があった。また、画像形成装置においては定着装置への電力供給を行なっていないときでも主電源から電力を消費するため、消費エネルギーの大幅な節約にはならないという問題がある。
【０００８】
本発明は、従来の画像形成装置における上述の問題を解決し、定着立ち上がり時間の短縮と省エネルギー及びランニングコスト低減を実現することのできる画像形成装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、本発明により、定着装置と、該定着装置に電力を供給可能な主電源及び補助電源を有する画像形成装置において、当該画像形成装置の回転体に連結されて発電を行う発電機を設け、前記補助電源が単数又は複数の電気化学キャパシタであり、該電気化学キャパシタの充電が前記発電機により行われることにより解決される。
【００１０】
また、前記の課題を解決するため、本発明は、画像形成動作の開始時に、前記主電源からの電力に加えて前記電気化学キャパシタからの電力を前記定着装置に供給することを提案する。
【００１１】
また、前記の課題を解決するため、本発明は、待機時に前記電気化学キャパシタからの電力を前記定着装置に供給し、定着装置の予熱を行うことを提案する。また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記発電機による前記電気化学キャパシタの充電が、定着装置の温度状態が安定した通常画像形成動作時に行われることを提案する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例における定着装置と電源部を中心とする構成を示す模式図である。画像形成装置の全体的な構成は、従来周知の電子写真方式によるものと同様であるため、定着装置と電源部を主に説明する。
【００１３】
図１に示す定着装置１０は、定着ベルト方式の定着装置であって、定着ローラ１，加圧ローラ２，分離爪３，加熱ローラ４，テンションローラ５，定着ベルト６及びヒータ７〜９等により構成されている。定着ベルト６は定着ローラ１と加熱ローラ４とに掛け渡され、テンションローラ５がベルトループの外側から圧接されて定着ベルト６に所定の張力を付与している。加圧ローラ２は定着ローラ１に対向して配置され、図示しない加圧手段により定着ベルト６を挟んで所定の圧力で定着ローラ１に圧接されている。ヒータ７〜９は例えばハロゲンヒータであり、それぞれ定着ローラ１，加圧ローラ２，加熱ローラ４に内蔵される。
【００１４】
本例の定着装置１０では、図示しない駆動機構により定着ローラ１が図中時計回りに回転駆動されることで、定着ベルト６も同方向に回転される。また、加圧ローラ２は定着ローラ１に従動回転し、図中反時計回りに回転する。図示しない用紙は、定着ローラ１と加圧ローラ２とが定着ベルト６を挟んで圧接される定着ニップを図の右から左方向に通過するときに、熱と圧力とにより用紙上の未定着トナー像が用紙上に定着される。
【００１５】
本実施形態の画像形成装置では、定着装置１０に電力を供給する電源部は、主電源装置１１の他に、補助電源装置１２、第１及び第２発電機１３，１４、切替装置１５を備えている。
【００１６】
主電源装置１１は、当該画像形成装置が設置される場所のコンセント等から商用電源の供給を受ける。
補助電源装置１２は、図示しない電気化学キャパシタを有している。その電気化学キャパシタとしては、例えば電気二重層キャパシタあるいはレドックスキャパシタを用いることができる。電気化学キャパシタは単数でも複数個でも良い。
【００１７】
第１及び第２発電機１３，１４は、それぞれ当該画像形成装置の任意の回転体、例えば定着ローラや感光体ドラムあるいは中間転写ベルトなどの駆動軸に連結されている。本例では、第１発電機１３を定着ローラ１の駆動軸に連結している（図中、機械的な連結を破線により模式的に示す）。なお、画像形成装置の回転体に連結される発電機は必ずしも２つである必要はなく、単数又は複数（３つ以上でも良い）の発電機を備えるように構成しても構わない。
【００１８】
切替装置１５は、主電源装置１１、補助電源装置１２及び第１，第２発電機１３，１４から定着ローラ１及び加熱ローラ４（のヒータ）に供給される電力の切り替えを行う。なお、本例では、図示していないが、加圧ローラに内蔵されるヒータ８には主電源装置１１からの電力が供給される（待機時には電力の供給が遮断される）。
【００１９】
切替装置１５は、Ｓ１〜Ｓ６の６つのスイッチを有しており、図示しない制御手段（例えば当該画像形成装置の制御部）により各スイッチの開閉が制御される。Ｓ１，Ｓ２は、主電源装置１１と加熱ローラ４のヒータ９を結ぶライン上に直列に配置される。補助電源装置１２と定着ローラ１のヒータ７を結ぶライン上には、Ｓ４とＳ５の２つのスイッチが直列に配置される。Ｓ１とＳ２の中間及びＳ４とＳ５の中間とを結ぶライン上に、Ｓ３が配置される。Ｓ６は、第１，第２発電機１３，１４を、補助電源装置１２とＳ４間に連絡するライン上に配置される。この図では、各スイッチのオン／オフ状態を視覚的に分かりやすくするため、機械的なスイッチ手段として示してあるが、切替装置１５をＩＣ等の電子的な構成とすることが可能である。
【００２０】
画像形成装置の動作状況による切替装置１５の制御態様とその作用について図２〜５を参照して説明する。
図２に示すように、通常の画像形成動作時はＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ５が閉じられ、Ｓ４が開かれて、定着ローラのヒータ７と加熱ローラのヒータ９とに主電源装置１１から電力が供給される。このとき、Ｓ６は閉じられており、定着ローラ１及び図示しない回転体（例えば感光体ドラム）の回転により第１及び第２発電機１３，１４で発電された電力が補助電源装置１２に供給され、補助電源装置１２内の電気化学キャパシタを充電する。
【００２１】
図３は、待機状態からのプリント動作開始初期の状態を示すもので、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が閉じられ、Ｓ５及びＳ６が開放される。これにより、主電源装置１１及び補助電源装置１２の双方からヒータ７に電力が供給される。待機状態からのプリント動作開始時は、加熱ローラ９の温度を短時間で上昇させ、定着ベルト６の温度を迅速に設定温度まで上げる必要がある。本例の場合、プリント動作開始時に、主電源装置１１による通常の電力に追加して、補助電源装置１２に蓄えておいた電力をヒータ７に供給することにより、定着ベルト温度を急速に昇温させることができる。また、プリント開始初期における用紙通過による定着ベルト温度の初期落ち込みを防止することができる。
【００２２】
プリント動作開始後、定着ベルト６及び定着ローラ１あるいは加圧ローラ２の表面温度が安定すると、図３の状態から図２の状態へと移行するように切替装置１５が制御されて各スイッチが切り替えられる。このモード切り替えは、プリント動作開始後に所定の時間が経過したら行うか、図示しない温度センサにより定着ベルト６あるいは定着ローラ１等の温度を検出して温度の安定を判断して行うようにしても良い。
【００２３】
図４は、待機時の状態を示すもので、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が開放され、Ｓ４とＳ５が閉じられる。また、Ｓ６は開放である。これにより、主電源装置１１からの電力供給が遮断され、画像形成動作時（図２）に充電された補助電源装置１２から定着ローラ１のヒータ７に電力を供給する。このため、定着ベルト６に比べて熱容量の大きい定着ローラ１を予熱することができ、プリント開始時の定着立ち上がりを素早くすることが可能となる。この待機時において、商用電源につながる主電源装置１１からの電力供給が行われないため、待機時における省エネが実現される。
【００２４】
ただし、待機時に補助電源装置１２の電力を消費してしまった（補助電源装置１２からの電力で定着ローラ１の予熱ができなくなった）場合には、図５に示すように切替装置１５が制御され、Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５を閉じ、Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を開放する。これにより、主電源装置１１から電力をヒータ７に供給し、定着ローラ１を予熱する。なお、待機時の予熱温度は、プリント時よりも低い温度で構わない。
【００２５】
次に、定着装置をヒートロール方式とした場合の実施例について図６を参照して説明する。
図６に示す画像形成装置は、定着装置をヒートロール方式としたももので、この図に示す定着装置１０Ｂは定着ローラ１，加圧ローラ２，分離爪３等で構成される。定着ローラ１及び加圧ローラ２には、それぞれヒータ７，８が内蔵されている。また、切替装置１５Ｂは、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の３つのスイッチを有している。この切替装置１５Ｂも電子的な構成とすることが可能である。主電源装置１１，補助電源装置１２および発電機１３，１４は図１〜５で説明したベルト定着装置を備えるものと同じである。なお、図示していないが、加圧ローラ２に内蔵されるヒータ８には主電源装置１１からの電力が供給される（待機時には電力の供給が遮断される）。
【００２６】
本例において、通常の画像形成動作時はＳ１が閉じられ、Ｓ２が開かれて、定着ローラのヒータ７に主電源装置１１から電力が供給される。このとき、Ｓ３は閉じられており、定着ローラ１及び図示しない回転体（例えば感光体ドラム）の回転により第１及び第２発電機１３，１４で発電された電力が補助電源装置１２に供給され、補助電源装置１２内の電気化学キャパシタを充電する。
【００２７】
待機状態からのプリント動作開始初期には、Ｓ１，Ｓ２が閉じられ、Ｓ３が開放される。これにより、主電源装置１１及び補助電源装置１２の双方からヒータ７に電力が供給され、定着ローラ１の温度を急速に昇温させる。プリント動作開始後、定着ローラ１あるいは加圧ローラ２の表面温度が安定すると、通常画像形成動作時と同じ状態になるように切替装置１５Ｂが制御される。すなわち、Ｓ１，Ｓ３が閉じられ、Ｓ２が開かれる。
【００２８】
待機時は、Ｓ１が開放され、Ｓ２が閉じられる。また、Ｓ３は開放である。これにより、主電源装置１１からの電力供給が遮断され、画像形成動作時に充電された補助電源装置１２から定着ローラ１のヒータ７に電力を供給する。この待機時において、商用電源につながる主電源装置１１からの電力供給が行われないため、待機時における省エネが実現される。ただし、待機時に補助電源装置１２の電力を消費してしまった場合には、Ｓ１を閉じ、Ｓ２を開放して（Ｓ３は開放のまま）、主電源装置１１から電力をヒータ７に供給して定着ローラ１を予熱する。
【００２９】
このように、画像形成装置の回転体に連結した発電機により発電した電力を、補助電源装置としての電気化学キャパシタに蓄え、その蓄えた電力をプリント動作開始初期に主電源からの電力に追加して定着ヒータに供給することにより、定着立ち上がり時間を短縮することができる。また、待機時には主電源からの電力供給を遮断して電気化学キャパシタから定着ヒータに電力を供給して定着部材を予熱することにより、待機時における効果的な省エネと、プリント動作開始時の速やかな定着立ち上がりとを実現することができる。待機時における効果的な省エネが可能なことから、画像形成装置のランニングコストの削減も達成される。
【００３０】
以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、定着装置及び画像形成装置の構成は適宜変更できるものである。例えば、ベルト定着装置における定着ベルトの支持方法や、加圧ベルトを備える構造など、適宜な構成を採用しえるものである。また、定着ヒータの本数なども任意である。さらに、発電機の数も単数でも良いし複数でも良い。画像形成装置の作像部や他の構造も任意である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、画像形成装置の回転体に連結されて発電を行う発電機を設け、補助電源が単数又は複数の電気化学キャパシタであり、該電気化学キャパシタの充電が前記発電機により行われるので、主電源から補助電源を充電する方式に比べて充電タイミングや充電時間の制限が少なく、補助電源を有効に充電することができる。
【００３２】
請求項２の構成により、画像形成動作の開始時に主電源からの電力に加えて電気化学キャパシタからの電力を定着装置に供給するので、定着装置の立ち上がり時間を短縮することができる。また、プリント初期状態における定着温度の落ち込みを防ぐことができる。
【００３３】
請求項３の構成により、待機時に前記電気化学キャパシタからの電力を前記定着装置に供給し定着装置の予熱を行うので、定着装置の立ち上がり時間を短縮することができる。また、待機時の主電源による電力消費を無くし、省エネルギーを図ることができる。その結果、ランニングコストを低減させることもできる。
【００３４】
請求項４の構成により、発電機による電気化学キャパシタの充電が定着装置の温度状態が安定した通常画像形成動作時に行われるので、定着装置の立ち上がりに影響を与えることなく、補助電源の充電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一例における定着装置と電源部を中心とする構成を示す模式図である。
【図２】通常の画像形成動作時の状態を示す模式図である。
【図３】待機状態からのプリント動作開始初期の状態を示す模式図である。
【図４】待機時の状態を示す模式図である。
【図５】待機時の別の状態を示す模式図である。
【図６】定着装置をヒートロール方式とした画像形成装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１            定着ローラ
２            加圧ローラ
４            加熱ローラ
６            定着ベルト
７〜９        ヒータ
１０，１０Ｂ  定着装置
１１          主電源装置
１２          電気化学キャパシタ（補助電源）
１３          第１発電機
１４          第２発電機
１５，１５Ｂ  切替装置
Ｓ１〜Ｓ６    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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