(57)【要約】【課題】立ち上がり時間を短縮することができ、かつ高い加熱効率が得られると共に、小型化および省電力化を図ることのできる加熱装置、および立ち上がり時間を短縮することができると共に、小型化および省電力化を図ることのできる画像形成装置を提供すること。【解決手段】加熱装置は、発熱部材が発熱することにより温度上昇がなされる加熱部と、当該加熱部における発熱部材に対して電力を供給するための商用電源よりなる主電源およびこの主電源を構成する商用電源からの電力供給によって充電される蓄電装置よりなる補助電源とを備え、前記蓄電装置が、単セル当たりのエネルギー密度が１０Ｗｈ／ｋｇ以上の電気化学キャパシタにより構成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部材が発熱することにより温度上昇がなされる加熱部と、当該加熱部における発熱部材に対して電力を供給するための商用電源よりなる主電源およびこの主電源を構成する商用電源からの電力供給によって充電される蓄電装置よりなる補助電源とを備え、
前記蓄電装置が、単セル当たりのエネルギー密度が１０Ｗｈ／ｋｇ以上の電気化学キャパシタにより構成されていることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
蓄電装置を構成する電気化学キャパシタが、リチウムイオンキャパシタであ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】
蓄電装置を構成する電気化学キャパシタの単セル当たりの電圧の上限値が３．６〜４．０Ｖの範囲内、かつ下限値が１．８〜２．５Ｖの範囲内となるよう制御する制御機構を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】
蓄電装置を構成する電気化学キャパシタが、複数の単セルが直列接続されてなる構成を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項５】
記録媒体上に未定着画像を形成する未定着画像形成装置と、当該未定着画像形成装置によって記録媒体上に形成された未定着画像を加熱して定着させる定着装置とを備えてなる画像形成装置であって、
前記定着装置は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の加熱装置を備えており、当該加熱装置によって記録媒体上に形成されている未定着画像を加熱することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
オン−オフによって電力の供給状態を変換するメイン電源スイッチがオフとされたとき、加熱装置における蓄電装置を構成する電気化学キャパシタがフル充電状態とされた後、電力の供給が停止される電源オフ状態となることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置および画像形成装置に関し、更に詳しくは、複写機、プリンタおよびファクシミリなどの画像形成装置における定着装置の加熱源として用いられる加熱装置、および当該加熱装置を加熱源として有する定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置は、普通紙やオーバーヘッドプロジェクタ（以下、「ＯＨＰ」ともいう。）用フィルムなどの記録媒体上に画像を形成して記録する工程を経ることによって当該記録媒体上に可視画像を形成するものである。
このような画像形成装置としては、種々の画像形成記録方式が採用されてなるものがあるが、それらの画像形成記録方式の中でも、高速性、画像品質、コストなどの観点から電子写真方式が広く用いられている。
【０００３】
電子写真方式が採用されてなる画像形成装置においては、記録媒体上に、例えば未定着トナー像などの未定着画像を形成し、この未定着画像を熱と圧力とによって固定する定着工程を経ることによって可視画像が形成される。このような定着工程に用いられる定着装置においては、その定着方式として、高速性、安全性などの観点からヒートローラ方式が現在最も多く採用されている。
【０００４】
ヒートローラ方式は、例えばハロゲンヒータなどの発熱部材を備えた加熱部を有する構成の加熱装置よりなる加熱ローラと、これに対向配置された加圧ローラとを圧接することによってニップ部と称される相互圧接部を形成し、この両ローラに形成されたニップ部に、未定着画像が形成されたシート状の記録媒体を通過させて加熱することにより、記録媒体上に形成された未定着画像を定着させる方式である。
このようなヒートローラ方式の定着装置においては、加熱ローラとして、鉄やアルミニウムなどよりなる金属ローラが主に用いられており、この金属ローラは熱容量が大きいため、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間の長い立ち上げ時間が必要であるという欠点がある。
【０００５】
而して、ヒートローラ方式の定着装置を備えた画像形成装置においては、使用者が加熱ローラの昇温を待つことのないよう、メイン電源スイッチがオンの状態であって画像の形成が行われていない待機状態においても、常に、当該定着装置の加熱ローラを直ぐに使用可能温度に立ち上げることのできるよう、その温度が使用可能温度（動作温度）よりもやや低い温度に保たれている。すなわち、加熱ローラを構成する加熱装置においては、画像形成装置が待機状態であっても、発熱部材に電力が供給されている。そのため、このような構成の画像形成装置においては、装置自体が画像形成に使用されていない待機状態にも、直接的に画像形成には寄与しない余分なエネルギーが消費されており、この待機状態の消費エネルギーは装置全体の総消費エネルギーの約７〜８割を占める場合もある。
【０００６】
近年、環境保護意識の高まりから各国で省電力、省エネルギーのための法規が制定されている。これらの規制やプログラムに対応して上記のような画像形成装置において省電力化を図るためには、当該画像形成装置全体の消費エネルギーのうちの割合の大きい待機状態における消費エネルギーを削減することが有効であり、画像形成時以外には加熱ローラを加熱するための電力供給、すなわち加熱装置への電力供給をゼロにすることが望ましい。
しかしながら、従来のヒートローラ方式の定着装置において、画像形成装置が待機状態であるときに加熱装置への電力供給（以下、「加熱ローラへの供給電力」ともいう。）をゼロにした場合には、再度、画像形成を行う際には加熱ローラが使用可能温度にまで昇温するのに大きな時間を要することとなるため、待ち時間が長くなり、使用者の使い勝手が悪化してしまう、という問題がある。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省エネ型の画像形成装置を実現する上で必要とされている。
【０００７】
而して、加熱ローラの昇温時間を短くするためには、単位時間当たりの投入エネルギー、すなわち定格電力を大きくすればよく、実際に、プリント速度の速い高速機には電源電圧を２００Ｖとして対応しているものもある。
しかし、日本国内の一般的なオフィスにおいては、電源は１００Ｖ・１５Ａが一般的で１５００Ｗが上限であり、２００Ｖに対応させるには、機器の設置場所の電源関連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。このため、加熱ローラを短時間で昇温させるため、投入エネルギーの上限を上げることができない、ということが実情である。
【０００８】
そこで、ヒートローラ方式の定着装置を備えた画像形成装置において省電力化を図るための種々の提案がなされている（例えば、特許文献１〜４参照。）。
具体的には、例えば定着装置の加熱源である加熱装置において、主電源と共に、補助電源として充電可能な二次電池が用いられているものがある（例えば、特許文献３参照。）。ここに、二次電池としては、鉛蓄電池、カドニカ電池が代表的なものである。
【０００９】
特許文献１においては、加熱ローラを加熱するための電力供給手段として、主電源と共に、その装置全体を加熱するための蓄電池よりなる補助電源が設けられてなる構成の加熱装置が提案されている。すなわち、この加熱装置は、加熱ローラに対する電力の供給量を、補助電源によって大きくするという構成のものでなはい。
特許文献２においては、定着装置の加熱ローラを加熱するための電力供給手段として、主電源と補助電源とが設けられてなる構成の加熱装置が提案されているが、この主電源と補助電源とは、単に、単一の電源から２つのレベルの電力供給を行うことを示すものであり、加熱ローラに対する供給電力の最大量を主電源と補助電源を併用することによって高めることを主眼としたものではない。
特許文献３においては、画像形成装置として、定着装置に主電源と共に補助電源が設けられており、この補助電源を用いることによって種々の機能を発揮することのできる構成のものが提案されている。この画像形成装置における補助電源は、二次電池や一次電池などの蓄電装置よりなるものである。
【００１０】
しかしながら、補助電源として二次電池を用いてなるものにおいては、次のような問題があるため、実用上実現が困難であった。
二次電池は充放電を何回も繰り返すうちに劣化して次第に容量が低下し、大電流で放電するほど寿命が短くなるという性質を有している。一般的に大電流で長寿命とされているカドニカ電池であっても、充放電の繰り返し可能回数は約５００〜１０００回程度であり、例えば１日に２０回の充放電を繰り返した場合には、１ヶ月程度で電池の寿命が尽きてしまうことになる。したがって、電池交換の手間がかかり電池代などのランニングコストも非常に高くなる。更に、充電に長時間を要するため、夜間充電するかまたは装置外部へ取り出して充電する必要がある。しかも、放電は少しずつであり、短時間に大電力を取り出すことが難しく、また、放電の必要がないときに充電しつづけると、ガスが発生し、故障の原因となるため安全ではない。特に、鉛蓄電池は、液体の硫酸を使用するなどオフィス用機器としては好ましくない。
【００１１】
また、他の具体例としては、最近の提案として、補助電源として、電気二重層キャパシタを用いてなるものがある（例えば、特許文献４）。
特許文献４には、補助電源として用いる電気二重層キャパシタが、充放電の繰り返し可能回数がほぼ無制限であり、充電特性の劣化がほとんどなく、定期的なメンテナンスが不要なこと、また、充電時間が数秒から数十秒間程度の短時間とすることが可能であり、数十から数百アンペアの大電流を流すことが可能であるため、短時間での電力供給が可能である、というような種々の特徴を有していることが記載されている。
【００１２】
しかしながら、電気二重層キャパシタは、通常、単セル当たりのエネルギー密度が５Ｗｈ/ ｋｇ以下と小さいため、電力供給時間、すなわち放電容量に限界があり、また、単セル当りの電圧が２．５Ｖ程度と低いため、補助電源として必要な高電圧のエネルギー容量を得るためには多数のセルを直列接続することが必要となり、このような大容量の電気二重層キャパシタを配置するための大きなスペースが必要となり、結果としてこのような電気二重層キャパシタを備えた画像形成装置は良好なスペース効率が得られずに大型となってしまう、という問題がある。
【００１３】
【特許文献１】特開平０５−２３２８３９号公報
【特許文献２】特開平１０−０１０９１３号公報
【特許文献３】特開平１０−２８２８２１号公報
【特許文献４】特開２００２−２８０１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、立ち上がり時間を短縮することができ、かつ高い加熱効率が得られると共に、小型化および省電力化を図ることのできる加熱装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、立ち上がり時間を短縮することができると共に、小型化および省電力化を図ることのできる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の加熱装置は、発熱部材が発熱することにより温度上昇がなされる加熱部と、当該加熱部における発熱部材に対して電力を供給するための商用電源よりなる主電源およびこの主電源を構成する商用電源からの電力供給によって充電される蓄電装置よりなる補助電源とを備え、
前記蓄電装置が、単セル当たりのエネルギー密度が１０Ｗｈ／ｋｇ以上の電気化学キャパシタにより構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の加熱装置においては、蓄電装置を構成する電気化学キャパシタが、リチウムイオンキャパシタであることが好ましい。
【００１７】
本発明の加熱装置においては、蓄電装置を構成する電気化学キャパシタの単セル当たりの電圧の上限値が３．６〜４．０Ｖの範囲内、かつ下限値が１．８〜２．５Ｖの範囲内となるよう制御する制御機構を備えていることが好ましい。
【００１８】
本発明の加熱装置においては、蓄電装置を構成する電気化学キャパシタが、複数の単セルが直列接続されてなる構成を有することが好ましい。
【００１９】
本発明の画像形成装置は、記録媒体上に未定着画像を形成する未定着画像形成装置と、当該未定着画像形成装置によって記録媒体上に形成された未定着画像を加熱して定着させる定着装置とを備えてなる画像形成装置であって、
前記定着装置は、上記の加熱装置を備えており、当該加熱装置によって記録媒体上に形成されている未定着画像を加熱することを特徴とする。
【００２０】
本発明の画像形成装置においては、オン−オフによって電力の供給状態を変換するメイン電源スイッチがオフとされたとき、加熱装置における蓄電装置を構成する電気化学キャパシタがフル充電状態とされた後、電力の供給が停止される電源オフ状態となることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の加熱装置によれば、加熱部に電力を供給するための電力供給手段として、主電源と共に、補助電源が設けられており、しかもこの補助電源が単セル当たりのエネルギー密度が１０Ｗｈ／ｋｇ以上の電気化学キャパシタにより構成されてなるものであることから、加熱部に対して、数秒〜数十秒間という極めて短時間に、商用電源の有する電力供給能を超える大きな電力を供給することができるため、当該加熱部の温度を、予熱することなく、短時間で常温から高温の動作温度にまで昇温することができ、従って、省電力化を図ることができると共に、立ち上がり時間を短縮することができる。また、補助電源に大きな電圧を得るために、電気化学キャパシタに必要とされるセル数が小さくなるため、高い加熱効率を得ることができると共に、小型化を図ることができる。
【００２２】
また、本発明の加熱装置においては、加熱装置の補助電源が電気化学キャパシタにより構成されていることから、電気化学キャパシタ自体の有する、充放電の繰り返し可能回数がほぼ無制限であり、充電特性の劣化がほとんどなく、定期的なメンテナンスが不要である、という特性も得られることから、優れた耐久性および良好なメンテナンス性が得られ、更に、定格の範囲内で充電しつづけても、ガスの発生などがなく安全である。
【００２３】
本発明の画像形成装置によれば、定着装置の加熱源として本発明の加熱装置が用いられていることから、立ち上がり時間を短縮することができると共に、小型化および省電力化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明について、図を用いて詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の加熱装置の回路構成の一例を示す説明図である。
この加熱装置は、電力が供給されることによって発熱する第１の発熱部材１２Ａおよび第２の発熱部材１２Ｂを備えた加熱部１１を有しており、第１の発熱部材１２Ａに対して電力を供給するための商用電源よりなる主電源１４と、第２の発熱部材１２Ｂに対して電力を供給するための蓄電装置よりなる補助電源２０とが電力供給手段として設けられている。
図１において、１６は、直流電流によって充電される必要のある補助電源２０に対して主電源１４から電力を供給する際に用いられる、整流機能および電圧調製機能を有する充電器であり、１７は、補助電源２０の充放電を切り替えるための充放電切替手段であり、１８は、加熱部１１の温度を制御するために主電源１４からの第１の発熱部材１２Ａに対する電力供給を制御するための制御手段である。この充放電切替手段１７によれば、補助電源２０が充電器１６を介して主電源１４に接続されてなる充電回路、または当該補助電源２０が第２の発熱部材１２Ｂに接続されてなる放電回路が形成され、このいずれかの回路に切り替えが行われることにより補助電源２０の充放電が切り替えられることとなる。
【００２６】
加熱部１１を構成する第１の発熱部材１２Ａおよび第２の発熱部材１２Ｂとしては、各々、例えばハロゲンヒータを用いることができると共に、その他の抵抗発熱体などを用いることもできる。
ここに、加熱装置を画像形成装置の定着装置の加熱源として用いる場合には、当該加熱装置の第１の発熱部材１２Ａおよび第２の発熱部材１２Ｂとして、通常、熱源として高効率なハロゲンヒータが用いられる。
【００２７】
主電源１４は、コンセントなどから取り入れることのできる商用電源であるが、第１の発熱部材の構成部材に応じ、電圧の調整および整流などの機能を有するものであってもよい。
【００２８】
この主電源１４からの第１の発熱部材１２Ａに対する電力供給を制御するための制御手段１８は、スイッチおよびＣＰＵなどの制御装置などよりなり、予め設定した条件によって主電源１４から第１の発熱部材１２Ａへの導通のオン−オフ動作を実現する構成のものであってもよい。
【００２９】
そして、補助電源２０は、蓄電装置であって主電源１４からの電力供給によって充電器１６を介して充電され、その単セル当たりのエネルギー密度が１０Ｗｈ／ｋｇ以上である電気化学キャパシタ（以下、「特定の電気化学キャパシタ」ともいう。）よりなるものである。
【００３０】
ここに、一般的に、「電気化学キャパシタ」とは、電気二重層キャパシタおよび、電極界面での電荷移動によるレドックス容積（レドックスキャパシタ）あるいは擬似容量（擬似容量キャパシタ）を備えてなるもの、更にはこれらの２種類を組み合わせて備えてなるもの（ハイブリッドキャパシタ）およびイオン性溶液を電解質として用いたイオン性液体キャパシタを示す。
なお、リチウムイオンキャパシタは、ハイブリッドキャパシタの一種である。
【００３１】
この電気化学キャパシタは、二次電池とは異なり、化学反応が限定的である、具体的には、電気化学キャパシタの充放電機構が、電子の移動を伴う酸化還元反応に基づき、ファラデーの法則に従う二次電池の充放電機構とは異なり、物質表面における静電気的相互作用のみに基づき、ファラデーの法則によらないもの、あるいはファラデーの法則によらない作用とファラデーの法則に従う反応との組合せによるものであり、相対的に化学反応の利用度が少ないことから、優れた特徴を有する。
以下に、電気化学キャパシタの優れた特徴を、二次電池と比較することによってを示す。
【００３２】
（１）充電時間が短い：
二次電池として一般的なニッケル−カドミウム電池を補助電源として用いた場合には、、急速充電を行っても充電に数時間の時間を要する。これに対し、電気化学キャパシタを補助電源として用いることにより、数分間程度の急速な充電が可能となり、従って、頻繁に充放電することが可能であるため、同一時間内で比較したときには、ニッケル−カドミウム電池などの二次電池を補助電源とした場合に比して補助電源の使用回数（補助電源を用いた加熱の回数）を増すことができる。
【００３３】
（２）寿命が長い：
ニッケル−カドミウム電池は、充放電の繰り返し可能回数が５００〜１０００回であるため、加熱装置における加熱部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。これに対し、電気化学キャパシタは、桁違いの寿命を有し、繰り返しの充放電による劣化も少ない。従って、画像形成装置において、待機状態における非加熱動作と稼動状態における加熱動作とが繰り返される定着装置の加熱源として用いられる加熱装置の加熱部の電源として特に有利である。
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不要である。
【００３４】
（３）大電力短時間放電が可能：
二次電池は蓄えた電力を一気に放電することができないため、二次電池を補助電源として用いた場合には、加熱部を低温からの立ち上げる際にも大電力を供給することができないことから、立ち上げ時間の短縮には高い効果を望むことはできない。これに対し、電気化学キャパシタは、大電力を数秒間で放電することが可能であるため、補助電源として用いることにより、立ち上げ時間の短縮に威力を発揮する。
【００３５】
補助電源２０を構成する特定の電気化学キャパシタにおいては、単セル当たりのエネルギー密度が１０Ｗｈ／ｋｇ以上であることが必要とされているが、この単セル当たりのエネルギー密度は、高ければ高いほど好ましいとされる。
【００３６】
電気化学キャパシタの単セル当たりのエネルギー密度が１０Ｗｈ／ｋｇ未満である場合には、単セル当たりの電圧が小さくなり、十分な放電容量が得られないため、大きな電圧を得るためにはセル数が大きくなり、従って、高い加熱効率を得ることができず、小型化および省電力化を図ることができなくなる。
ここに、加熱装置を画形成装置における定着装置の加熱源として用いる場合には、補助電源（電気化学キャパシタ）には、その役割を十分に果たすために、少なくとも１０Ｗｈ程度のエネルギー容量が必要とされる。
具体的に、放電可能時間（放電容量）の観点から、定格が３．９Ｖ、エネルギー密度が１０Ｗｈ／ｋｇ以上の単セルが１３個直列接続された、５００Ｆ、５０Ｖ定格の電気化学キャパシタ（リチウムイオンキャパシタ）においては、その作動電圧範囲が２８〜５０Ｖとなり、電流１０Ａの条件で放電を行なった場合には、放電可能時間は約８０秒間となる。一方、定格が３．９Ｖ、エネルギー密度が１０Ｗｈ／ｋｇ未満の単セルが２０個直列接続された、５００Ｆ、５０Ｖ定格の電気化学キャパシタ（電気二重層キャパシタ）においては、その作動電圧範囲が２８〜５０Ｖとなり、電流１０Ａの条件で放電を行なった場合には、放電可能時間は約５５秒間となる。
【００３７】
特定の電気化学キャパシタは、単セル当たりの電圧の上限値（以下、「電圧上限値」ともいう。）が３．６〜４．０Ｖであり、かつ下限値（以下、「電圧下限値」ともいう。）が１．８〜２．５Ｖであることが好ましい。また、電圧上限値は、特に３．７〜３．９Ｖであることが好ましく、一方、電圧下限値は、特に２．０〜２．２Ｖであることが好ましい。
特定の電気化学キャパシタにおいては、電圧上限値および電圧下限値が特定の範囲内にあることにより、高い効率で高電圧を得ることができる。
すなわち、例えば第１の発熱部材１２Ａおよび第２の発熱部材１２Ｂとしてハロゲンヒータを備えた加熱装置を画像形成装置の定着装置の加熱源として用いる場合において、通常必要とされるような高電圧（具体的には、４０〜５０Ｖ）を、少数（具体的には、１０〜１４個）のセルを直列接続することによって得ることができる。
なお、補助電源として電気二重層キャパシタを用いた場合には、当該電気二重層キャパシタは、１６個以上のセルが直列接続されてなる構成とすることが必要となる。
【００３８】
特定の電気化学キャパシタの好適な具体例としては、リチウムイオンキャパシタが挙げられる。
リチウムイオンキャパシタが特定の電気化学キャパシタとして好適である理由としては、このリチウムイオンキャパシタが、通常、電圧上限値が３．６〜４．０Ｖ、かつ電圧下限値が１．８〜２．５Ｖであり、このような電圧範囲内において、静電容量が５００Ｆ以上である場合には、例えば静電容量（絶対容量）や電極の目付量など調節することなどにより、容易に単セル当たりのエネルギー密度を１０Ｗｈ／ｋｇ以上とすることのできるものだからである。
また、リチウムイオンキャパシタは、自己放電によって容積が低下することが殆どなく、エネルギー保持性が高いものであるため、休止時間が長くなった後の再立ち上げを短時間で行うことができる。
このリチウムイオンキャパシタの他、特定の電気化学キャパシタとしては、例えば有機導電ポリマーを用いたレドックスキャパシタ、水和酸化ルテニウムを用いた擬似容量キャパシタなどを用いることが可能であると考えられる。
【００３９】
この加熱装置においては、補助光源２０を構成する特定の電気化学キャパシタの単セル当たりの電圧上限値および電圧下限値を特定の範囲内とするための制御機構が設けられていることが好ましい。
【００４０】
制御機構の具体例としては、例えば過充電を防止するための上限電圧制御回路と、過放電を防止するための下限電防止回路とにより構成されるものが挙げられる。
図１の例においては、制御機構として、上限電圧制御回路が充電回路に設けられ、また下限電防止回路が放電回路に設けられている。
【００４１】
このような構成を有する加熱装置は、補助電源２０が十分に充電された状態（例えば、フル充電状態）において、充放電切替手段１７によって放電回路を選択的に形成し、当該補助電源２０を第２の発熱部材１２Ｂに接続することにより、第１の発熱部材１２Ａに対して主電源１４から電力を供給すると共に、当該第２の発熱部材１２Ｂに対しても補助電源２０から電力を供給することができるため、２つの電源からの電力供給によって加熱部１１に対して、商用電源の有する電力供給能を超える大きな電力を供給することができる。
ここに、補助電源２０に対しては、十分な充電がなされていない状態である場合には、充放電切替手段１７によって充電回路を形成し、当該補助電源２０を充電器１６を介して主電源１４に接続することにより、主電源１４からの電力供給により充電を行なっておく必要がある。
【００４２】
そして、補助電源２０が、単セル当たりのエネルギー密度が１０Ｗｈ／ｋｇ以上である特定の電気化学キャパシタよりなることから、加熱部１１に対する商用電源の有する電力供給能を超える大きな電力の供給を、数秒〜数十秒間という極めて短時間で行なうことができるため、当該加熱部１１の温度を、予熱することなく、短時間で常温から高温の動作温度にまで昇温することができ、従って、省電力化を図ることができると共に、立ち上がり時間を短縮することができる。また、補助電源２０に大きな電圧を得るために、特定の電気化学キャパシタに必要とされるセル数が小さくなるため、高い加熱効率を得ることができると共に、小型化を図ることができる。具体的には、電気化学キャパシタは、従来公知の電気二重層キャパシタに比して、単セル当たりの電圧を１．５倍とすることができるため、同一使用電圧を得るためには、セル数を２／３倍以下とすることができる。
【００４３】
また、補助電源２０においては、電気化学キャパシタ自体の有する、充放電の繰り返し可能回数がほぼ無制限であり、充電特性の劣化がほとんどなく、定期的なメンテナンスが不要である、という特性も得られることから、優れた耐久性および良好なメンテナンス性が得られ、更に、定格の範囲内で充電しつづけても、ガスの発生などがなく安全である。
【００４４】
このような加熱装置は、後述するように、画像形成装置の定着装置における加熱源として好適に用いることができるが、定着装置の加熱源としてだけではなく、例えば画像を担持した記録媒体を加熱して表面性（艶出しなど）を改質するための装置、仮定着を行うための装置、シート状体を乾燥処理するための装置、ラミネート処理装置などの加熱源としても用いることができる。
【００４５】
本発明の画像形成装置は、記録媒体上に未定着画像を形成する未定着画像形成装置と、当該定着画像形成装置によって記録媒体上に形成された未定着画像を加熱して定着させる定着装置とを有しており、当該定着装置の加熱源として本発明の加熱装置を備えてなるものである。
【００４６】
この画像形成装置の定着装置においては、加熱源である加熱装置によって記録媒体上に形成されている未定着画像が加熱されるが、熱源、すなわち当該加熱装置を構成する第１の発熱部材および第２の発熱部材として、通常、高い熱効率を有するハロゲンヒータが用いられている。このように熱源としてハロゲンヒータを用いる場合には、ハロゲンヒータの長寿命化を図るため、電流容量はせいぜい１０〜１２Ａ程度とされることから、このハロゲンヒータの加熱は高電圧で行うことが好ましく、通常、４０Ｖ以上の電圧が必要である。
なお、補助電源として電気二重層キャパシタを用いた場合には、当該電気二重層キャパシタは単セル当たりの電圧が２．５Ｖ程度であることから、４０Ｖ以上の電圧を得るためには、その構成を、１６個以上のセルが直列接続されてなるものとすることが必要となる。
【００４７】
図４は、本発明の画像形成装置の構成の一例を示す説明図であり、図５は、図４の画像形成装置における定着装置の構成を示す説明図である。
この画像形成装置は、記録媒体上に未定着画像を形成する未定着画像形成装置と、当該未定着画像形成装置によって記録媒体上に形成された未定着画像を加熱して定着させる定着装置とを備えており、定着装置３０の加熱源として、図１に係る加熱装置を備えてなるものである。
【００４８】
具体的には、未定着画像形成装置は、例えばドラム形状の感光体などの回転体よりなる像担持体４１を備えており、この像担持体４１の周囲には、帯電ローラからなる帯電手段４２と、露光手段の一部を構成するミラー４３と、現像ローラ４４Ａを備えた現像手段４４と、記録媒体Ｐとしての転写紙に未定着画像を転写する転写手段４８と、像担持体４１の周面に摺接するブレード４６Ａを具備したクリーニング手段４６とが、当該像担持体４１の回転方向（図４の矢印方向）に沿ってこの順に配置されてなるものである。また、未定着画像形成装置は、像担持体４１上の帯電手段４２と現像ローラ４４Ａとの間において、ミラー４３を介して露光光Ｌｂが走査されるよう構成されており、この露光光Ｌｂの照射位置には露光部５１が形成されている。
【００４９】
未定着画像形成装置においては、転写手段４８が像担持体４１と対向している部位（図４における下面）に転写部４７が形成されており、この転写部４７には記録媒体Ｐが図４における右から左に向かう搬送方向で搬送される。また、記録媒体Ｐは、図示しない給紙トレイに収納されており、給紙コロ５６から送り出され、転写部４７よりも記録部材Ｐの搬送方向上流側の位置に設けられた一対のレジストローラ４９に向かって図示しない搬送ガイドに案内され、転写部４７に搬送されることとなる。
【００５０】
定着装置３０は、未定着画像形成装置を構成する転写部４７よりも記録部材Ｐの搬送方向下流側に配置されている。
この定着装置３０は、ヒートローラ方式のものであり、加熱装置の加熱部１１により構成され、中空円筒状の金属ローラ３２の内部にハロゲンヒータよりなる第１の発熱部材１２Ａおよび第２の発熱部材１２Ｂが配置されてなる構成の加熱ローラと、これに対向配置された、例えば金属ローラ３６の外周面に弾性層３７が設けられてなる構成の加圧ローラ３５とを備え、加熱ローラと加圧ローラ３５とを圧接させることによって相互圧接部よりなるニップ部Ｎが形成されてなるものである。
図４の例において、加熱ローラは、表面の離型性を高めるために、金属ローラ３２の外周面に、例えばＰＴＦＥよりなる表面離型層３３が設けられてなる構成のものである。
【００５１】
このような構成の画像形成装置においては、下記のようにして可視画像が形成される。  画像形成装置が、画像形成動作状態とされることにより、未定着画像形成装置において、像担持体４１が回転を開始し、この回転中に像担持体４１の表面が暗中において帯電手段４２により均一に帯電され、この帯電面に露光部５１から露光光Ｌｂが照射されかつ走査されて、形成すべき画像パターンに対応した潜像が形成される。この潜像は、像担持体４１の回転により現像手段４４の位置に移動し、ここでトナーにより可視像化されてトナー像が形成される。
一方、給紙コロ５６により、給紙トレイ上の記録媒体Ｐの送給が開始され、これにより、記録媒体Ｐは破線で示す搬送経路に沿って搬送されることとなるが、一対のレジストローラ４９により、像担持体４１上のトナー像と転写部４７で合致するよう、タイミングを図るために一旦停止され、好適なタイミングが到来すると送り出され、転写部４７に向けて搬送される。そして像担持体４１上のトナー像と記録媒体Ｐとが転写部４７で合致し、転写手段４８による電界によってトナー像が記録媒体Ｐ上に転写され、これにより記録媒体Ｐ上に未定着画像（トナー像）が形成される。
【００５２】
次いで、未定着画像形成装置において未定着画像が形成された記録媒体Ｐは、定着装置３０に向けて送り出され、その定着装置においては、記録媒体Ｐ上の未定着画像が、ニップ部Ｎを通過することによって加熱溶融され、これにより定着され、その後、図示されない排紙部に排紙されることにより、可視画像が得られる。
ここに、定着装置３０においては、加熱ローラが、主電源１４もしくは補助電源２０からの電力供給によって第１の発熱部材１２Ａおよび第２の発熱部材１２Ｂが発熱され、これによりその温度が上昇し、記録媒体Ｐ上の未定着画像を加熱溶融することによって定着がなされるようになっている。
【００５３】
また、転写部４７で転写されずに像担持体４１上に残った残留トナーは、当該像担持体４１の回転と共にクリーニング手段４６に至り、このクリーニング手段４６を通過する間に清掃されて次の画像形成に備えられる。
【００５４】
以上のような画像形成装置においては、定着装置３０の加熱源として本発明の加熱装置が用いられていることから、弊害を伴わずに、画像形成時以外には加熱ローラを加熱するための電力供給、すなわち加熱装置への電力供給をゼロにすることができる。すなわち、画像形成装置が待機状態であるときに加熱装置への電力供給（加熱ローラへの供給電力）をゼロにした場合であっても、再度、画像形成を行う際には、大きな立ち上がり時間を要することなく、速やかに加熱ローラの温度を上昇させることができるため、加熱ローラが使用可能温度にまで昇温するのに要する時間を小さくすることができ、従って、待ち時間が長くなることに起因して使用者の使い勝手が悪化することを防止することができる。
また、定着装置３０を構成する加熱装置を小型化することができるため、画像形成装置自体の小型化を図ることが可能となる。
従って、このように、定着装置３０の加熱源として本発明の加熱装置が用いられてなる構成の画像形成装置によれば、立ち上がり時間を短縮することができると共に、小型化および省電力化を図ることができる。
【００５５】
また、画像形成装置は、オン−オフによって電力の供給状態を変換するメイン電源スイッチがオンとされた際、定着装置３０における加熱装置を構成する補助電源２０が十分に充電された状態でない場合には、当該補助電源２０からの電力の供給が十分になされず、立ち上げに大きな時間を要するおそれがあることから、メイン電源スイッチがオフとされたときには、その直後に電力の供給が停止される電源オフ状態とはならず、加熱装置における補助電源２０がフル充電状態とされた後に、電源オフ状態とされる構成を有することが好ましい。このような構成とすることにより、電源オフ状態とされた後の再度の立ち上げに備えることができる。
【００５６】
以下、本発明の加熱装置および画像形成装置は、上述の加熱装置および画像形成装置に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、加熱装置は、図２あるいは図３に示す回路構成を有するものであってもよい。
【００５７】
図２に係る加熱装置は、装置状態を検知する二つの検知手段２２Ａ、２２Ｂが設けられていることが以外は、図１と同様の構成を有するものである。
検知手段２２Ａは、加熱部１１の温度を検知する温度センサであり、例えばサーミスタや熱電対などからなる。
検知手段２２Ｂは、電気化学キャパシタよりなる補助電源２０の充電量を検知するための手段である。具体的には、例えば電圧計、補助電源２０の放電時間あるいは時刻を計測するためのタイマー、加熱開始ボタンや人感センサなどの加熱開始を知らせる手段、加熱動作状態を検知する手段などを用いることができる。これらは単独で用いてもよいが、複数を組み合わせることで補助電源２０の充放電制御をより適切に行うことが可能である。
ここに、電気化学キャパシタは、電池と異なり、放電をするにつれて端子間電圧が低下していくという特性があるため、残電力の検知は電気化学キャパシタの端子間電圧を計測することによっても行なうことができる。
【００５８】
このような構成の加熱装置においては、例えば複写機などの機器において、メイン電源スイッチをオンにした場合、あるいは、機器本体に人が近づいてきたときこれを人感センサが検知した場合などには、主電源１４から第１の発熱部材１２Ａに電力を供給すると同時に、補助電源２０から第２の発熱部材１２Ｂに電力を供給できるよう、充放電切替手段１７により、補助電源２０を第２の発熱部材１２Ｂに接続し、当該第２の発熱部材１２Ｂを介した補助電源２０の放電回路を形成する。
また、加熱動作中に加熱部１１の温度が所定の温度より低下した場合においても、補助電源２０から第２の発熱部材１２Ｂに電力を供給できるよう、充放電切替手段１７により、補助電源２０を第２の発熱部材１２Ｂに接続して放電回路を形成する。あるいは、予め設定された時刻に補助電源２０が充電されるよう、充放電切替手段１７により補助電源２０を充電器１６に接続して充電回路を形成する。
そして、加熱動作中以外は、充放電切替手段１７により補助電源２０を充電器１６に接続してなる充電回路を形成し、主電源１４から充電器１６を介して補助電源２０を充電する。検知手段２２Ａによる検知の結果、補助電源２０の充電量が所定値以下の場合は、充放電切替手段１７により補助電源２０を充電器１６に接続して充電回路を形成する。補助電源２０の放電時間が所定値以上で、かつ非加熱動作中の場合は、充放電切替手段１７により補助電源２０を充電器１６に接続して充電回路を形成する。以上は例であり、これらに限るものではない。
【００５９】
図３に係る加熱装置は、加熱部１１の温度を検出する温度検知手段２２Ａによる検知情報を基に、補助電源２０の放電回路を２通りに切替えることが可能であることと、この２通りの放電回路の一方に、定電圧器（定電圧回路）１９が介在し、放電回路の他方には定電圧器（定電圧回路）１９が介在せず、補助電源２０から直接第２の発熱部材１２Ｂに放電されること以外は図２に係る加熱装置と同様の構成を有するものである。
ここに、加熱装置において、補助電源２０からの電力供給が必要な場合として、装置の立ち上げ時のように短時間で大電力を必要とする場合と、連続的に加熱動作を行っている最中に主電源１４の電力だけではわずかに不十分である場合のように、急激に大電力を供給することが不適当な場合がある。従って、図３に係る加熱装置のように、補助電源２０から第２の発熱部材１２Ｂへの放電回路には、定電圧回路を含まず短時間に大電力を供給可能な放電回路と、定電圧回路を含み一定電力の供給が可能である放電回路の少なくとも２種類の放電回路を備えることが好ましい。
【００６０】
このような構成の加熱装置においては、装置の電源オン時や待機後の動作開始時などのように、加熱部１１が室温程度の低温から、動作温度までの立ち上げ時は、一気に放電させて、短時間昇温させる。定着装置の連続通紙時における温度落ち込みのように、加熱部１１がそれほど低温ではないが、主電源１４からの電力供給では僅かに電力が足りないときは、放電回路内に定電圧回路を設けることで、特定の電気化学キャパシタよりなる補助電源２０からの放電量を制御し、加熱部１１の温度コントロールをしやすくする。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
【００６２】
〔実施例１〕
図２に示した回路構成を有する加熱装置を備えてなる、図５に示した構成の定着装置を用意した。
この定着装置においては、加熱ローラとしては、外径４０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの鉄製の中空円筒芯金に、表面の離型性を高めるために厚さ３０μｍのＰＴＦＥ層が設けられてなるものを用い、また加圧ローラとしては、外径４０ｍｍのアルミニウム製の芯金外周に厚さ３０ｍｍのシリコンゴム弾性層が設けられてなるものを用いた。この加圧ローラには、加熱ローラの回転方向にバネを用いて荷重がかけられており、ニップ幅約８ｍｍのニップ部が形成されている。また、装置の状態を検知する２つの検知手段として、加熱ローラ温度を検知する熱電対と、加熱動作中であるか否かを判断するプログラムとを設けた。
そして、加熱装置を構成する補助電源としては、静電容量５００Ｆ（０．６７Ｗｈ、１２．５Ｗｈ／ｋｇ）のリチウムイオンキャパシタ（作動電圧範囲：２．２〜３．８Ｖ）を１３個直列接続してなる定格モジュール（５０Ｖ）を用いた。定格モジュールの総重量は０．７ｋｇであった。
【００６３】
また、この定着装置は、加熱動作が開始された場合には、補助電源（電気化学キャパシタ）を第２の発熱部材（ハロゲンヒータ）へ接続する放電回路に切替え、一方、加熱動作から非加熱動作へと変化した場合は、補助電源を充電器へ接続する充電回路へ切替えるよう、その回路状態を制御した。
【００６４】
以上の構成の定着装置において、加熱動作開始から加熱ローラ温度（常温）が定着可能温度（動作温度：１８０℃）になるまでの立ち上げ時間を測定したところ、主電源（商用電源）と、補助電源（電気化学キャパシタ）とからの電力供給を同時に行なうことにより、主電源のみから電力供給を行った場合に比較して、立ち上げ時間を短縮することができることが確認された。
また、加熱動作と非加熱動作とを繰り返し、その都度、補助電源（電気化学キャパシタ）を充放電することを、２万回繰り返し行ったが、補助電源を構成する電気化学キャパシタの劣化はほとんどなく、実用上の問題が生じることはなかった。
【００６５】
〔比較例１〕
実施例１において、補助電源として、静電容量５００Ｆ（０．４３Ｗｈ、４．２Ｗｈ／ｋｇ）の電気二重層キャパシタ（作動電圧範囲：０〜２．５Ｖ）を２０個直列接続してなる総重量２ｋｇの定格モジュール（５０Ｖ）を用いたこと以外は実施例１の定着装置と同様の構成を有する定着装置を用意し、実施例１と同様の手法によって立ち上げ時間を測定すると共に加熱動作と非加熱動作とを２万回繰り返し、補助電源の状態を確認した。
立ち上げ時間は、主電源（商用電源）と、補助電源（電気二重層キャパシタ）とからの電力供給を同時に行なうことにより、主電源（商用電源）のみから電力供給を行った場合に比較して短縮することができたが、実施例１よりも１５％程度立ち上げ時間が長くなった。
また、加熱動作と非加熱動作とを２万回繰り返した後の電気二重層キャパシタには、劣化はほとんどなかった。
【００６６】
〔実施例２〕
実施例１において、図２に示した回路構成を有する加熱装置に代えて、図３に示した回路構成を有する加熱装置を用い、また、装置の状態を検知する２つの検知手段の１つとして、加熱動作中であるか否かを判断するプログラムのみに代えて、加熱動作中であるか否かを判断するプログラムと電気化学キャパシタの充電量を検知する電圧計とを組み合わせて用いたこと以外は実施例１の定着装置と同様の構成を有する定着装置を用意した。
また、この定着装置は、加熱ローラ温度が予め設定された所定温度（１００℃）以下で加熱動作が開始された場合には、補助電源（電気化学キャパシタ）を、定電圧回路を含まない放電回路へ切替え、加熱動作中に加熱ローラ温度が定着可能温度域（１６０℃〜１９０℃の温度域）の下限温度より低下した場合、あるいは定着ローラ温度が上記所定温度以上で加熱動作が開始された場合には、補助電源を、定電圧回路を含まない放電回路へ切替え、加熱動作から非加熱動作へ変化した場合には、補助電源を、充電器を有してなる充電回路へ切替えるよう、その回路状態を制御した。
【００６７】
以上の構成の定着装置は、加熱ローラを低温から定着可能温度（１８０℃）まで昇温させる場合には、短時間に大電力が供給可能であり、短時間に立ち上げることが可能であることが確認された。
また、加熱ローラを比較的高温から定着可能温度まで昇温させる場合は、定電圧回路により供給電力を制御することで、加熱ローラ温度が昇温しすぎることなく、適度の昇温が可能であることが確認された。
【００６８】
〔実施例３〕
図４に示す構成の画像形成装置を用意し、メイン電源スイッチがオンの状態においては、定着装置において、実施例１に係る定着装置と同様の回路状態の制御を行い、メイン電源スイッチがオフとされた場合（装置全体の電源がオフとの信号が入力された場合）には、補助電源（電気化学キャパシタ）を充電回路に接続し、当該補助電源の充電量が最大値となるまで充電した後、電源オフの状態とし、２４時間後および７日後に電源オンの状態となるようにしたところ、２４時間後、７日後ともに、補助電源の充電量は十分であり、画像形成装置が立ち上がりに要した時間は１０秒間以下となることが確認された。
【００６９】
〔参照例１〕
実施例３において、メイン電源スイッチがオフとされた場合における補助電源の充電量を最大値の１／２としたこと以外は実施例３と同様にして、電源オフの状態とし、２４時間後および７日後に電源オンの状態となるようにしたところ、２４時間後、７日後ともに、画像形成装置が立ち上がりに要した時間は２０秒間以下となることが確認された。
【００７０】
〔比較例２〕
実施例３に係る画像形成装置において、定着装置として、比較例１に係る定着装置を備えててなること以外は実施例３の画像形成装置と同様の構成を有する画像形成装置を用意し、メイン電源スイッチがオンの状態においては、定着装置において、実施例１に係る定着装置と同様の回路状態の制御を行い、メイン電源スイッチがオフとされた場合（装置全体の電源がオフとの信号が入力された場合）には、補助電源（電気二重層キャパシタ）を充電回路に接続し、当該補助電源の充電量が最大値となるまで充電した後、電源オフの状態とし、２４時間後および７日後に電源オンの状態となるようにしたところ、２４時間後に立ち上がりに要した時間は約３０秒間であったが、７日後には、補助電源（電気二重層キャパシタ）の充電量が低下しており、立ち上がりには２分間以上を要することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の加熱装置の回路構成の一例を示す説明図である。
【図２】本発明の加熱装置の回路構成の他の例を示す説明図である。
【図３】本発明の加熱装置の回路構成の更に他の例を示す説明図である。
【図４】本発明の画像形成装置の構成の一例を示す説明図である。
【図５】図４の画像形成装置における定着装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１１    加熱部
１２Ａ    第１の発熱部材
１２Ｂ    第２の発熱部材
１４    主電源
１６    充電器
１７    充放電切替手段
１８    制御手段
１９    定電圧器
２０    補助電源
２２Ａ、２２Ｂ    検知手段
３０    定着装置
３２    金属ローラ
３３    表面離型層
３５    加圧ローラ
３６    金属ローラ
３７    弾性層
４１    像担持体
４２    帯電手段
４３    ミラー
４４    現像手段
４４Ａ    現像ローラ
４６    クリーニング手段
４６Ａ    ブレード
４７    転写部
４８    転写手段
４９    レジストローラ
５１    露光部
５６    給紙コロ
Ｐ    記録媒体
Ｎ    ニップ部
Ｌｂ    露光光
【図１】
2009245744.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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