(57)【要約】【課題】  画像形成装置の定着装置などに補助電源としてキャパシタを備え、フィラメント径が大きくて発熱効率が低いヒータを使用しても応答遅れを小さくする。【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、補助発熱体２ｂにはキャパシタＣを用いた補助電源装置４から電力を供給する。キャパシタＣから補助発熱体２ｂへの電力供給を行い、定着ローラ４０の温度の立ち上がりを早める。待機時において画像形成等の動作を行っていない状態のとき、キャパシタＣからの放電によって補助発熱体２ｂを間欠的に点灯させ、補助発熱体２ｂのフィラメントやヒータ管等を常に暖めて予熱する。【選択図】        図３
2005174578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源装置、補助電源装置、及び該主電源装置から供給する電力により発熱させる第１の発熱体と前記補助電源装置または前記主電源装置から供給する電力により発熱させる第２の発熱体とを有する加熱部とを備える加熱装置において、動作、非動作の状況にかかわらず少なくとも前記第２の発熱体への給電を可能とする給電制御手段を有す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、前記給電制御手段が、非動作時に、前記主電源装置と前記補助電源装置の双方からの前記第１の発熱体と前記第２の発熱体への給電を制御することを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項１または２の加熱装置において、前記補助電源装置が充放電可能なキャパシタを備え、前記給電制御手段が、非動作時に、前記主電源装置と前記補助電源装置の一方又は双方から前記キャパシタへの充電を行う制御と、前記キャパシタから放電させる制御とを共に行うことを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
請求項１または２の加熱装置において、前記補助電源装置が充放電可能なキャパシタを備え、前記給電制御手段が、非動作時に、前記主電源装置と前記補助電源装置の一方又は双方から前記キャパシタへの充電を行いつつ前記キャパシタから放電させる制御を行うことを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
請求項３ないし４のいずれかの加熱装置において、前記キャパシタの充電電圧が所定の値以下になると前記給電制御手段が前記主電源装置と前記補助電源装置の一方又は双方から前記キャパシタへの充電を行う制御を行うことを特徴とする加熱装置。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかの加熱装置において、前記給電制御手段が、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の各点灯比率を、前記キャパシタの充電電圧に応じて制御することを特徴とする加熱装置。
【請求項７】
請求項６の加熱装置において、前記キャパシタの充電電圧が低い場合に前記主電源装置の電圧値が所定の値より低い場合に前記第２の発熱手段の点灯比率を低下させることを特徴とする加熱装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかの加熱装置において、前記給電制御手段が、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の点灯タイミングをずらす制御を行うことを特徴とする加熱装置。
【請求項９】
請求項３ないし８のいずれかの加熱装置において、前記キャパシタが電気二重層コンデンサであることを特徴とする加熱装置。
【請求項１０】
主電源装置、補助電源装置、及び該主電源装置から供給する電力により発熱させる第１の発熱体と前記補助電源装置または前記主電源装置から供給する電力により発熱させる第２の発熱体とを有する加熱部とを備え、加熱対象物が、上記加熱部により加熱される定着手段と摺接または近接通過する記録媒体である定着装置において、動作状況にかかわらず少なくとも前記第２の発熱体への給電を可能とする給電制御手段を有することを特徴とする定着装置。    
【請求項１１】
請求項１０の定着装置において、前記給電制御手段が、待機時に、前記主電源装置と前記補助電源装置の双方からの前記第１の発熱体と前記第２の発熱体への給電を制御することを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１の定着装置において、前記補助電源装置が充放電可能なキャパシタを備え、前記給電制御手段が、待機時に、前記主電源装置と前記補助電源装置の一方又は双方から前記キャパシタへの充電を行う制御と、前記キャパシタから放電させる制御とを共に行うことを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
請求項１０または１１の定着装置において、前記補助電源装置が充放電可能なキャパシタを備え、前記給電制御手段が、待機時に、前記主電源装置と前記補助電源装置の一方又は双方から前記キャパシタへの充電を行いつつ前記キャパシタから放電させる制御を行うことを特徴とする定着装置。
【請求項１４】
請求項１２ないし１３のいずれかの定着装置において、前記キャパシタの充電電圧が所定の値以下になると前記給電制御手段が前記主電源装置と前記補助電源装置の一方又は双方から前記キャパシタへの充電を行う制御を行うことを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項１２ないし１４のいずれかの定着装置において、前記給電制御手段が、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の各点灯比率を、前記キャパシタの充電電圧に応じて制御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、前記キャパシタの充電電圧が低い場合に前記主電源装置の電圧値が所定の値より低い場合に前記第２の発熱手段の点灯比率を低下させることを特徴とする定着装置。
【請求項１７】
請求項１０ないし１６のいずれかの定着装置において、前記給電制御手段が、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の点灯タイミングをずらす制御を行うことを特徴とする定着装置。
【請求項１８】
請求項１２ないし１７のいずれかの定着装置において、前記キャパシタが電気二重層コンデンサであることを特徴とする定着装置。
【請求項１９】
請求項１ないし９のいずれかの加熱装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２０】
請求項１０ないし１８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。
【請求項２１】
請求項１９または２０の画像形成装置において、前記給電制御手段が、前記定着装置への通紙時の前記第２の発熱体の発熱開始タイミングを可変する制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２２】
請求項２１の画像形成装置において、前記第２の発熱体の発熱開始タイミングを可変する制御は、前記定着装置へ連続通紙を行った際の既知の定着温度プロフィールに基づいて行う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、キャパシタを備え、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、特にこれら装置によるキャパシタ利用の効率化を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
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）。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直流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。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで上述のように、温度低下防止のために補助電源から通電する発熱体を有し、低電圧の補助電源から大電力を給電する場合には、補助電源から給電する発熱体の応答遅れが問題となる。すなわち、補助電源は商用電源の電圧よりも低い電圧であるため、大電力を取り出す際には抵抗を小さくするためにフィラメント径を太くする必要がある。フィラメント系を太くすると、熱容量が大きくなるために発光してローラを加熱できる温度となるまでに数秒以下の発光遅れが生じるということになる。
【００１１】
本発明は、上記従来の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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る加熱装置は、主電源装置、補助電源装置、及び該主電源装置から供給する電力により発熱させる第１の発熱体と前記補助電源装置または前記主電源装置から供給する電力により発熱させる第２の発熱体とを有する加熱部とを備える加熱装置において、動作、非動作の状況にかかわらず少なくとも前記第２の発熱体への給電を可能とする給電制御手段を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係るものは、請求項１の加熱装置において、前記給電制御手段が、非動作時に、前記主電源装置と前記補助電源装置の双方からの前記第１の発熱体と前記第２の発熱体への給電を制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係るものは、請求項１または２の加熱装置において、前記補助電源装置が充放電可能なキャパシタを備え、前記給電制御手段が、非動作時に、前記主電源装置と前記補助電源装置の一方又は双方から前記キャパシタへの充電を行う制御と、前記キャパシタから放電させる制御とを共に行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係るものは、請求項１または２の加熱装置において、前記補助電源装置が充放電可能なキャパシタを備え、前記給電制御手段が、非動作時に、前記主電源装置と前記補助電源装置の一方又は双方から前記キャパシタへの充電を行いつつ前記キャパシタから放電させる制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項５に係るものは、請求項３ないし４のいずれかの加熱装置において、前記キャパシタの充電電圧が所定の値以下になると前記給電制御手段が前記主電源装置と前記補助電源装置の一方又は双方から前記キャパシタへの充電を行う制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項６に係るものは、請求項３ないし５のいずれかの加熱装置において、前記給電制御手段が、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の各点灯比率を、前記キャパシタの充電電圧に応じて制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項７に係るものは、請求項６の加熱装置において、前記キャパシタの充電電圧が低い場合に前記主電源装置の電圧値が所定の値より低い場合に前記第２の発熱手段の点灯比率を低下させることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に係るものは、請求項１ないし７のいずれかの加熱装置において、前記給電制御手段が、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の点灯タイミングをずらす制御を行うことを特徴とする。
【００２０】
請求項９に係るものは、請求項３ないし８のいずれかの加熱装置において、前記キャパシタが電気二重層コンデンサであることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に係る定着装置は、主電源装置、補助電源装置、及び該主電源装置から供給する電力により発熱させる第１の発熱体と前記補助電源装置または前記主電源装置から供給する電力により発熱させる第２の発熱体とを有する加熱部とを備え、加熱対象物が、上記加熱部により加熱される定着手段と摺接または近接通過する記録媒体である定着装置において、動作状況にかかわらず少なくとも前記第２の発熱体への給電を可能とする給電制御手段を有することを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に係るものは、請求項１０の定着装置において、前記給電制御手段が、待機時に、前記主電源装置と前記補助電源装置の双方からの前記第１の発熱体と前記第２の発熱体への給電を制御することを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に係るものは、請求項１０または１１の定着装置において、前記補助電源装置が充放電可能なキャパシタを備え、前記給電制御手段が、待機時に、前記主電源装置と前記補助電源装置の一方又は双方から前記キャパシタへの充電を行う制御と、前記キャパシタから放電させる制御とを共に行うことを特徴とする。
【００２４】
請求項１３に係るものは、請求項１０または１１の定着装置において、前記補助電源装置が充放電可能なキャパシタを備え、前記給電制御手段が、待機時に、前記主電源装置と前記補助電源装置の一方又は双方から前記キャパシタへの充電を行いつつ前記キャパシタから放電させる制御を行うことを特徴とする。
【００２５】
請求項１４に係る定着装置は、請求項１２ないし１３のいずれかの定着装置において、前記キャパシタの充電電圧が所定の値以下になると前記給電制御手段が前記主電源装置と前記補助電源装置の一方又は双方から前記キャパシタへの充電を行う制御を行うことを特徴とする。
【００２６】
請求項１５に係るものは、請求項１２ないし１４のいずれかの定着装置において、前記給電制御手段が、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の各点灯比率を、前記キャパシタの充電電圧に応じて制御することを特徴とする。
【００２７】
請求項１６に係るものは、請求項１５の定着装置において、前記キャパシタの充電電圧が低い場合に前記主電源装置の電圧値が所定の値より低い場合に前記第２の発熱手段の点灯比率を低下させることを特徴とする。
【００２８】
請求項１７に係るものは、請求項１０ないし１６のいずれかの定着装置において、前記給電制御手段が、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の点灯タイミングをずらす制御を行うことを特徴とする。
【００２９】
請求項１８に係るものは、請求項１２ないし１７のいずれかの定着装置において、前記キャパシタが電気二重層コンデンサであることを特徴とする。
【００３０】
請求項１９に係る画像形成装置は、請求項１ないし９のいずれかの加熱装置を備えることを特徴とする。
【００３１】
請求項２０に係るものは、請求項１０ないし１８のいずれかの定着装置を備えることを特徴とする。
【００３２】
請求項２１に係るもの置は、請求項１９または２０の画像形成装置において、前記給電制御手段が、前記定着装置への通紙時の前記第２の発熱体の発熱開始タイミングを可変する制御を行うことを特徴とする。
【００３３】
請求項２２に係るものは、請求項２１の画像形成装置において、前記第２の発熱体の発熱開始タイミングを可変する制御は、前記定着装置へ連続通紙を行った際の既知の定着温度プロフィールに基づいて行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、補助電源からの通電により発熱させる発熱体の温度制御を行って、発熱応答遅れを無くすので、立上短縮用途に使用する際には立上時間の短縮が可能となり、通紙時の定着ローラ温度低下防止用途に使用する際にはＯＮ／ＯＦＦの制御応答性が向上するため、良好な加熱を行え、定着装置、画像形成装置においては、良好な画像品質を得ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。
【実施例】
【００３６】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３７】
図１は、本発明に係る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、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
図２は、記録媒体Ｐ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定着装置３６の一例を示す断面図、図３は定着装置３６が備える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。
【００４２】
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、例えば通紙中の定着ローラ温度低下の防止用途として使う７５ｃｐｍ機では定着ローラ４０には外径Φ４０で肉厚ｔ０．７ｍｍのアルミ製のローラを用いている。これは、３０秒以内に定着可能な状態に昇温できる肉厚であるとともに、定着に必要なニップ幅Ｎを形成するのに必要な荷重でも破壊されないためである。７５ｃｐｍ機では、従来補助電源を使わない場合にはｔ５．０〜１０ｍｍ程度の厚肉ローラを用いていたが、薄肉ローラと補助電源を組み合わせることによって大幅な立上時間の短縮が可能となっている。また、定着ローラの最外層にはＰＦＡあるいはＰＴＦＥなどの離型層が形成されていることが望ましい。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。
【００４３】
また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。なお図３では主発熱体２ａと補助発熱体２ｂからなる加熱部２を定着ローラ４０の外側に位置させて描いてあるが、これは図示の都合によるものであり、両発熱体２ａ、２ｂは定着ローラ４０内に設ける。
【００４４】
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、被加熱体である定着ローラ４０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を設置した画像形成装置内において商用電源から電源供給を受ける。主電源装置３は、例えばコンセント等から供給される電力を、加熱部２に応じた電圧に調整する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。
【００４５】
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、例えば定格２．５Ｖで４００〜１０００Ｆ程度の静電容量を備えるセルを１５〜４０個直列に接続し、所定の定格電圧と容量を得るモジュール構成が望ましい。さらに連続通紙時の定着温度低下防止用途には、例えば定格３００〜６００ｗ程度のヒータを用いるために５００〜７００Ｆセルを１８〜２２個直列に接続しているものが適する。これは、１〜２分程度の給電には十分な容量を備えるとともに、制御系の暴走で高温状態から全蓄電電力を給電した際にも電圧の低下とともに電力が低減し、発火の危険性を低減できる程度の容量となるためである。また、電圧が５０Ｖ程度と感電の危険がないことも適する理由である。また、立ち上げ時に電力を供給する用途には、例えば定格８００〜１０００ｗのヒータを補助電源装置に並列に接続して合計で１６００〜２０００ｗ程度の電力を供給するため、５００〜７００Ｆセルを３６〜４４個直列に接続しているものが適する。これは、１０秒程度の給電には十分な電力を供給する容量と電圧を備えるととともに、連続通紙時に移行した際にも片方のヒータだけを使用して定着温度の低下を防止できる容量を有するためである。実稼働状態では、定格電圧よりも低い電圧を充電目標電圧としているが、これは電圧回路のバラツキやキャパシタセルの耐久性などを考慮して信頼性を向上できるためである。また、１００Ｆ程度のより低い静電容量のセルを並列に接続したモジュール構成としてもよいが、セル一つあたりに必用な電子回路を減らせると共にセルに不具合が発生した際に検知しやすいため全セルを直列に接続することが望ましい。上記構成をとるのは、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。
【００４６】
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十分から数時間という長い時間を要するが、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り返した場合、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数１００万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がないため、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。
【００４７】
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、繰り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、しかも他の種のバッテリに比べて充電時間が短く、充放電効率が高く、しかも電圧の検知により残電力がわかりやすい等の優れた特徴を有し、最近では静電容量が数万Ｆ、エネルギ密度が数十ｗｈ／ｋｇ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。
【００４８】
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に応じた電圧に調整しかつ交流から直流へ整流する等の機能を有し、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。
【００４９】
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、加熱部２の制御を行う部分だけを示す単なる一例であって、画像形成装置全体の制御を行う装置で兼用する等の種々の構成を採用できる。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。
【００５０】
このような加熱装置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を切り替えて補助電源装置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を切り替えて補助電源装置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。
【００５１】
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。
【００５２】
このような構成の定着装置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にトナー像として定着させる。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。
【００５３】
図４は上記のように構成した画像形成装置の使用電力の変化を示す図（Ａ）とキャパシタＣの電圧変化を示す図（Ｂ）及び（Ｃ）である。待機時にあまり電力を消費していない状態から、画像形成の開始とともに使用電力は上限値まで増大し、画像形成時は上限値から少し少なくなり、その後に待機時の状態へと戻る。一般的には、画像形成時に電力的に余裕がある（図４中にＸで示す）ことを利用して補助電源装置４のキャパシタＣを充電している。キャパシタＣの出力電圧は、待機時に最高値を示し、立ち上げ時に定着ローラ４０の加熱のために電力を供給することによって下がり、画像形成時に充電を受けることによって待機時の状態へと復帰する。
【００５４】
図４（Ｂ）において、実線で示すのは画像形成中に充電した場合、一点鎖線で示すのは画像形成直後に充電した場合である。一般的には画像形成直後に充電するが、これは、直前の画像形成を終えた直後に画像形成を行うときにキャパシタＣの充電が完了していないとｃｐｍ（コピー速度）の低下や充電待ち時間が発生し、画像形成装置全体としての機能が低下するためである。すなわち、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側に切り替えて補助電源装置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。さらに図４（Ｃ）は、連続通紙中の電力供給が不足して定着ローラ温度が低下するのを防ぐ用途にキャパシタＣを使用した場合である。一般的には立ち上げ直後には装置全体が冷えているため電力が不足しやすいため、連続通紙中にキャパシタＣからの給電を行う。これにより、連続通紙中に定着ローラ温度が回復するまでのｃｐｍダウンや停止などの生産性低下を防ぐことが可能となる。
【００５５】
図５は、定着ローラ４０の温度変化を示す図である。待機時には低温で、立ち上げ時には上述のような両発熱体２ａ、２ｂの発熱によって所定の定着温度（図では１８０℃）まで上昇し、画像形成中はほぼ定着温度に保たれ、画像形成動作の終了とともに徐々に低下していくという過程をとる。このとき、定着ローラ４０の温度は環境条件によって室温（画像形成装置を設置した場所の温度）または画像形成装置内温度にまで低下する。
【００５６】
ところで、上述のような構成の場合、ＤＣヒータである補助発熱体２ｂはフィラメント径が大きく、熱容量が大きくなるために発光してローラを加熱できる温度となるまでに数秒以下の発光応答遅れが生じることは既述の通りである。そこで本発明は、動作、非動作の状況にかかわらず少なくとも補助発熱体２ｂへの給電を可能とする給電制御を行う。
【００５７】
＜補助発熱体を待機時は常に暖める実施例＞
待機時、すなわち画像形成装置において画像形成等の動作を行っていない状態のときには、適宜の制御のもとにキャパシタＣからの放電によって補助発熱体２ｂを間欠的に点灯させ、補助発熱体２ｂのフィラメントやヒータ管等を常に暖めて予熱しておく。
【００５８】
この待機時の予熱用の点灯は、キャパシタＣの残容量（電圧）に応じて行うことが好ましい。例えば待機時に予熱用にキャパシタＣが放電しすぎて、残容量（電圧）が所定値以下に低下したならば、上述のようにキャパシタＣを充電して画像形成動作時には充分に蓄電できているように制御する。図３に示す構成の場合、商用電源から電源供給を受ける主電源装置３からの充電電力をＡＣ／ＤＣ変換を行う充電器６を経由して補助発熱体２ｂの加熱に使うことになるので、いわば待機時にキャパシタＣの充電と放電を行えるが、ＦＥＴやＩＧＢＴなどスイッチ部材によって時間的に短く区切って充放電を交互に繰り返すと、これをいわば同時的に行えることになり、キャパシタＣの蓄電量が減ることがなく、画像形成動作時に充電量が不足することはない。したがって発熱の応答遅れが無くなり、良好な定着画像品質を得ることができる。
【００５９】
＜記録媒体が定着ニップへ到達する前に補助発熱体を暖める実施例＞
記録媒体Ｐの通紙開始と同時、例えば画像形成動作の開始を示すプリント信号によりキャパシタＣを放電させ、記録媒体Ｐが定着ニップへ到達する前にいわば見切り発車的に補助発熱体４ｂを点灯させるようにすることもできる。この場合、待機時と通紙時の制御温度を、例えば待機時温度が通紙時温度より低くなるように設定して制御することが好ましい。通紙時に補助発熱体４ｂの発熱応答遅れを無くし、良好な定着画像品質を得られる。
【００６０】
＜主電源装置で補助発熱体を暖める実施例＞
図６は、主電源装置３から補助発熱体２ｂに電力を供給可能とした例を示す。この例では、メインスイッチ５を切り替えて主電源装置３から補助発熱体２ｂに電力を供給して発熱させ、キャパシタＣの蓄電量を減らさずに済むようにしている。キャパシタＣの蓄電量が減らなければ、画像形成動作時に充電量が不足することはない。
【００６１】
以上説明したいずれの実施例においても、主発熱体２ａと補助発熱体２ｂの点灯比率はキャパシタＣの充電電圧に応じて可変させる構成とすることができる。そして、キャパシタＣの充電電圧が低い場合は、補助発熱体２ｂの点灯比率は低くすればよい。すなわち、商用電源からの給電による発熱体の点灯とキャパシタＣからの給電による発熱体の点灯との比率をキャパシタＣの充電電圧により可変させれば、待機時に補助発熱体２ｂのフィラメント及びヒータ管を暖めながらキャパシタＣの充電も行え、通紙時に十分なキャパシタＣの充電電圧を確保して良好な定着画像品質を得ることが可能になる。
【００６２】
また、主発熱体２ａと補助発熱体２ｂの点灯タイミングをずらすようにしてもよい。商用電源からの給電による発熱体の点灯とキャパシタＣからの給電による発熱体の点灯のタイミングをずらせば、待機時における定着温度のリップルを最小限に抑え得る。すると、通紙開始の定着温度を一定化できるので、効率良く補助発熱体２ｂの動作を制御できる。
【００６３】
＜通紙時に補助発熱体の発熱開始タイミングを可変する実施例＞
連続通紙時に、定着ローラ４０と加圧ローラ４１による定着性を満足する定着下限温度を下回らずに、かつ主発熱体２ａと補助発熱体２ｂを過剰に発熱させずに常に良好な定着画像品質を得ることを可能とするには、通紙時における補助発熱体４ｂのヒータ発熱開始タイミングを可変することが好ましい。この場合のヒータ発熱開始タイミングは、以前の連続通紙時における定着温度プロフィールにより演算すればよい。通紙時の定着温度プロフィールは、画像形成装置、定着装置３６あるいは加熱装置１にマイクロコンピュータ等に備えておき、各種センサ等で得たデータを処理、記憶しておき、適時演算処理して得るようにすればよい。
【００６４】
なお上述してきた各種の対応実施例については、単独であっても他と組み合わせてもいずれでも実施できる。また各実施例においては、キャパシタＣの供給電力量を可変させる制御を加熱装置１が備える制御手段８により行うようにしているが、本発明はこれに限定されず、定着装置３６あるいはこれを備える画像形成装置側に制御手段を備えて、これによって供給電力量の制御を行っても良く、またいずれの場合についても供給電力量制御のための専用の制御手段を備えても、あるいは他の制御手段を兼用するようにしても、いずれでもよく、図示の例には限定されない。またもちろん、電気二重槽キャパシタ等のキャパシタを補助電源装置として使用する例には限定されず、他の種類の補助電源についても同様に実施できる。
【００６５】
またなお、以上説明してきた実施例では、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等種々の構成のものが採用可能である。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。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】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
【図２】図１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
【図３】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
【図４】図１の画像形成装置の使用電力の変化を示す図（Ａ）とキャパシタＣの電圧変化を示す図（Ｂ）
【図５】定着ローラの温度変化を示す図
【図６】主電源装置から補助発熱体に電力を供給可能とした例を示すを示す回路図
【符号の説明】
【００６７】
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
【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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