JP2009236962A - 画像形成装置及びそのキャパシタ容量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置における定着ヒータの補助電源としての電気二重層コンデンサの容量を簡単な構成で精度良く測定し、その寿命を判断する。
【解決手段】電気二重層コンデンサの充電回路が充電電流Ｉの定電流充電モードの場合、電気二重層コンデンサの放電が終了して電気二重層コンデンサの電圧が一定電圧以下に下がったとき電気二重層コンデンサの容量測定を開始する。充電回路路により電気二重層コンデンサへの充電を開始し、充電電圧がＥ１に達したらタイマを動作させて、電気二重層コンデンサの電圧がＥ２に達するまでの時間ｔを計測する。この場合の電気二重層コンデンサの容量Ｃは、Ｃ＝Ｉ×ｔ／（Ｅ２−Ｅ１）（Ｆ）で求めることができる。このＣの値に基づいて電気二重層コンデンサの寿命を判断することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気二重層コンデンサを定着装置の補助電源として使用する画像形成装置及びそのキャパシタ容量測定方法に関する。

電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置の定着ヒータは大量の電力を短時間に必要とする。そこで、商用電源からの電力供給だけではなく、充電可能な電気二重層コンデンサ等の補助電源からの電力を用いることで、より急速に定着ヒータを加熱する技術が提案されている。

電気二重層コンデンサの寿命を判断する場合、その容量を知ることが必要であるが、電気二重層コンデンサの容量を精度良く求めるには電流の測定が必要である。電流を測定する方法として、（１）シャント抵抗を使用する、（２）ホール素子を使用する、の二つの方法が考えられる。しかし、（１）の方法では抵抗による電力ロスが大きい、（２）の方法では構造が複雑になり高価であり、またいずれの方法も画像形成装置としては不要な物であり、コストアップになってしまう問題があった。また、寿命を判断するため電気二重層コンデンサに電気二重層コンデンサの内部抵抗を利用することができる。

例えば、特許文献１では、定着装置においてメインヒータとサブヒータを有し、ウォームアップ時にどちらかのヒータを商用電源から電力を供給し、もう片方のヒータを蓄電装置から電力を供給する定着装置について開示され、また、電気二重層コンデンサの内部抵抗を測定して寿命を判断する方法が開示されている。
特開第３７８４６８１号公報

しかしながら、内部抵抗を使用する方法では、複数の電気二重層コンデンサを直列に接続しユニットとして内部抵抗を測定するため、電気二重層コンデンサを接続するための配線抵抗も含めて抵抗値が測定されるため、正確な電気二重層コンデンサの内部抵抗が測定できない問題があった。また電気二重層コンデンサ個々の内部抵抗を測定することは、電圧検出をすべての電気二重層コンデンサに対して行う必要があり、構造が複雑でコストアップとなってしまう問題があった。

本発明は、電気二重層コンデンサの容量において部品を追加することなく、簡単に精度良く測定すると共に、電気二重層コンデンサの寿命を判断することを目的とする。

本発明による画像形成装置は、定着ヒータを有する定着装置と、定着装置の電力供給を行う蓄電手段と、蓄電手段を一定の電流値で充電する充電手段と、充電手段による一定の電流値を格納する記憶手段と、蓄電手段の電圧を測定する電圧測定手段と、蓄電手段の電圧変化時間を測定する充電時間測定手段と、電圧測定手段により測定された電圧変化量と電時間測定手段により測定された電圧変化時間と記憶手段に格納された電流値から蓄電手段の容量を計算する計算手段とを備えることを特徴とする。

充電手段は、蓄電手段を一定の電力値で充電し、記憶手段は、充電手段による一定の電力値を格納し、計算手段は、電圧測定手段により測定された電圧変化量と充電時間測定手段により測定された電圧変化時間と記憶手段に格納された電力値から蓄電手段の容量を計算することを特徴とする。

定着ヒータを有する定着装置と、定着装置の電力供給を行う蓄電手段と、蓄電手段を一定の電流値で放電する放電手段と、放電手段による一定の電流値を格納する記憶手段と、蓄電手段の電圧を測定する電圧測定手段と、蓄電手段の電圧変化時間を測定する充電時間測定手段と、電圧測定手段により測定された電圧変化量と充電時間測定手段により測定された電圧変化時間と記憶手段に格納された電流値から蓄電手段の容量を計算する計算手段とを備えることを特徴とする。

放電手段は、蓄電手段を一定の電力値で放電し、記憶手段は、放電手段による一定の電力値を格納し、計算手段は、電圧測定手段により測定された電圧変化量と充電時間測定手段により測定された電圧変化時間と記憶手段に格納された電力値から蓄電手段の容量を計算することを特徴とする。

定着ヒータは、ハロゲンヒータであり、記憶手段は、ハロゲンヒータの抵抗値を格納し、計算手段は、電圧測定手段により測定された電圧変化量と充電時間測定手段により測定された電圧変化時間と記憶手段に格納された電流値から蓄電手段の容量を計算することを特徴とする。

さらに、計算手段によって計算された容量から蓄電手段の寿命を判断し、警告を行う警告手段を備えることを特徴とする。

本発明による画像形成装置のキャパシタ容量測定方法は、定着装置の電力供給を行う蓄電ステップと、蓄電ステップを一定の電流値で充電する充電ステップと、充電ステップによる一定の電流値を格納する記憶ステップと、蓄電ステップの電圧を測定する電圧測定ステップと、蓄電ステップの電圧変化時間を測定する充電時間測定ステップと、電圧測定ステップにより測定された電圧変化量と充電時間測定ステップにより測定された電圧変化時間と記憶ステップに格納された電流値から蓄電ステップにより蓄えられる容量を計算する計算ステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、画像形成装置の定着装置に用いる電気二重層コンデンサの容量を精度良く簡単に測定することができ、これにより、電気二重層コンデンサの劣化判断を適切に行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。

図１は本発明の実施形態による画像形成装置において、補助電源として電気二重層コンデンサを用いた定着装置の構成を示すブロック図であり、加熱部としての定着ヒータに電力供給を行うための構成を示す。

図１において、定着ユニット１は、定着ヒータ（１）（２）を有する。補助電源となる電気二重層コンデンサ２は、充電回路３、放電回路４に接続され、放電回路４は定着ヒータ（１）に接続されている。主となる定着ヒータ（２）は、ＡＣ制御回路５を介して商用電源６に接続されている。制御部７からの制御信号により充電回路３、放電回路４、ＡＣ制御回路５を制御し、定着に必要な電力制御を行う。

充電回路３は、ＡＣ／ＤＣコンバータで構成され、定電流充電モードまたは定電力充電モードあるいは両方の充電モードを持っており、その電流値、電力値を予め測定して、制御部７の記憶装置８に記憶しておく。また制御部７は電気二重層コンデンサ２の充電電圧を測定するＡＤコンバータと、電気二重層コンデンサ２への充電時間を測定するためのタイマ９を備えている。ＤＣ電源１０は、商用電源６のＡＣ電力をＤＣ電力に変換して制御部７に供給する。また充電回路３がＤＣ／ＤＣコンバータで構成される場合は、充電回路３はＤＣ電源１０に接続される。また、警告表示部１１は、電気二重層コンデンサ２の容量Ｃが決められた容量を下回ったとき、警告を表示する。

まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図２は、充電時の電気二重層コンデンサ２の電圧変化と時間の関係を示す図である。

電気二重層コンデンサ２の放電が終了し、電気二重層コンデンサ２の電圧がある一定電圧以下に下がったとき容量測定を開始する。制御部７からの制御信号により充電回路３は電気二重層コンデンサ２への充電を開始し、充電電圧が図２のＥ１に達したらタイマ９を動作させて、電気二重層コンデンサ２の電圧がＥ２に達するまでの時間ｔを計測する。計測して求めた充電開始電圧Ｅ１、充電終了電圧Ｅ２、充電時間ｔを用いて電気二重層コンデンサ２の容量Ｃを次のようにして計算する。

充電回路３が定電流充電モードの場合は、予め測定され制御部７に記憶された充電電流Ｉを用いて容量Ｃは次式で計算される。

充電回路３が定電力充電モードの場合は、予め測定され制御部７に記憶された充電電力値Ｗを用いて容量Ｃは次式で求められる。

以上のように電気二重層コンデンサ２の容量が簡単に計算できる。また、定電流、定電力の領域で測定するため精度良く計算ができる。

尚、上記測定時、充電開始直後は電気二重層コンデンサ２及び配線の抵抗分により急激に電圧が変化するため、放電開始から時間をおいてから測定を始めると良い。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１における定着ヒータ（１）をハロゲンヒータで構成する。このハロゲンヒータの抵抗値は予め測定されていて、制御部７の記憶装置８に記憶されている。

図３は、ハロゲンヒータへ放電しているときの電気二重層コンデンサ２の電圧変化を示す。電気二重層コンデンサ２の電圧がＥ０以上である場合、制御部７からの制御信号により放電回路４が動作し、電気二重層コンデンサ２が放電を始める。放電回路４はスイッチとしての動作であり、リレー、ＦＥＴ等を使用する。電気二重層コンデンサ２の電圧は指数関数で減少し、電圧がＥ１に達したらタイマ９を動作させ、Ｅ１からＥ２へ減少する時間ｔを測定する。予め求めたハロゲンヒータの抵抗値Ｒ、測定開始電圧Ｅ１、測定終了電圧Ｅ２、電気二重層コンデンサ２の電圧がＥ１からＥ２へ減少する時間ｔから電気二重層コンデンサ２の容量Ｃは次式で求められる。

以上のように、予めハロゲンヒータの抵抗値Ｒを測定し、制御部７に記憶することで、前記第１の実施形態と同様に電圧変化とその電圧変化に要する時間を測定することより、電気二重層コンデンサ２の容量Ｃを簡単に求めることができる。

尚、放電直後はハロゲンヒータの場合、温度変化による抵抗値変動があるため、放電後しばらくしてハロゲンヒータの抵抗値が安定してから測定を始めると良い。

次に、第３の実施形態について説明する。図１の放電回路４は定電流放電モード、定電力放電モードあるいは両方の放電モードを持っており、その電流値Ｉ、電力値Ｗは予め測定され制御部７の記憶装置８に記憶されている。

図４に定電流放電時の電気二重層コンデンサ２の電圧を示す。電気二重層コンデンサ２の充電電圧がＥ０以上である場合、制御部７からの制御信号により放電回路４が動作し、電気二重層コンデンサ２が放電を始める。放電を始めると同時に電気二重層コンデンサ２の電圧が減少し、電気二重層コンデンサ２の電圧がＥ１に達したらタイマ９を動作させ、Ｅ１からＥ２へ減少する時間ｔを測定する。

予め測定した放電回路４の放電電流Ｉと測定開始電圧Ｅ１、測定終了電圧Ｅ２、電気二重層コンデンサ２の電圧がＥ１からＥ２へ減少する時間ｔから電気二重層コンデンサ２の容量Ｃは、放電回路４が定電流放電モードの場合は次式で求められる。

また、定電力充電モードの場合は、次式で求められる。

以上のように電気二重層コンデンサ２の容量Ｃを簡単に計算できる。また、定電流、定電力の領域で測定するため精度良く計算ができる。

尚、上記測定時、放電開始直後は電気二重層コンデンサ及び配線の抵抗分により急激に電圧が変化するため、放電開始から時間をおいてから測定を始めると良い。

上記第１から３の実施の形態によれば、電気二重層コンデンサ２の容量Ｃが決められた容量を下回った場合、電気二重層コンデンサ２による定着への電力補助が足りなくなったと判断する。ここで警告表示部１１により画面表示、音等による警告を表示し、交換を促すことで、電気二重層コンデンサ２を寿命まで使うことができる

第１の実施形態によれば、予め測定された充電回路３の電流値あるいは電力値を利用して容量を計算するので簡単に求めることができる。また、定電流あるいは定電力の領域を利用して容量を計算するので精度良く求めることができる。

第２の実施形態によれば、予め測定されたハロゲンヒータの抵抗値を利用して容量を計算するので簡単に求めることができる。また、温度が安定した状態ではハロゲンヒータの抵抗値の変化が少ないので、精度良く求めることができる。

第３の実施形態によれば、予め測定された放電回路の電流値あるいは電力値を利用して容量を計算するので簡単に求めることができる。また、定電流あるいは定電力の領域を利用して容量を計算するので精度良く求めることがでる。

本発明の実施形態による電気二重層コンデンサを用いた定着装置の構成を示すブロック図である。 充電時の電気二重層コンデンサの電圧変化と計測タイミングを示すグラフである。 ハロゲンヒータへ放電しているときの電気二重層コンデンサの電圧変化と計測タイミングを示すグラフである。 定電流放電時の電気二重層コンデンサの電圧と計測タイミングを示すグラフである。

符号の説明

１ 定着ユニット
２ 電気二重層コンデンサ
３ 充電回路
４ 放電回路
７ 制御部
８ 記憶装置
９ タイマ
１１ 警告表示部

Claims (7)

1. 定着ヒータを有する定着装置と、
   前記定着装置の電力供給を行う蓄電手段と、
   前記蓄電手段を一定の電流値で充電する充電手段と、
   前記充電手段による一定の電流値を格納する記憶手段と、
   前記蓄電手段の電圧を測定する電圧測定手段と、
   前記蓄電手段の電圧変化時間を測定する充電時間測定手段と、
   前記電圧測定手段により測定された電圧変化量と前記充電時間測定手段により測定された電圧変化時間と前記記憶手段に格納された電流値から前記蓄電手段の容量を計算する計算手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記充電手段は、前記蓄電手段を一定の電力値で充電し、
   前記記憶手段は、前記充電手段による一定の電力値を格納し、
   前記計算手段は、前記電圧測定手段により測定された電圧変化量と前記充電時間測定手段により測定された電圧変化時間と前記記憶手段に格納された電力値から前記蓄電手段の容量を計算することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 定着ヒータを有する定着装置と、
   前記定着装置の電力供給を行う蓄電手段と、
   前記蓄電手段を一定の電流値で放電する放電手段と、
   前記放電手段による一定の電流値を格納する記憶手段と、
   前記蓄電手段の電圧を測定する電圧測定手段と、
   前記蓄電手段の電圧変化時間を測定する充電時間測定手段と、
   前記電圧測定手段により測定された電圧変化量と前記充電時間測定手段により測定された電圧変化時間と前記記憶手段に格納された電流値から前記蓄電手段の容量を計算する計算手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
4. 前記放電手段は、前記蓄電手段を一定の電力値で放電し、
   前記記憶手段は、前記放電手段による一定の電力値を格納し、
   前記計算手段は、前記電圧測定手段により測定された電圧変化量と前記充電時間測定手段により測定された電圧変化時間と前記記憶手段に格納された電力値から前記蓄電手段の容量を計算することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記定着ヒータは、ハロゲンヒータであり、
   前記記憶手段は、前記ハロゲンヒータの抵抗値を格納し、
   前記計算手段は、前記電圧測定手段により測定された電圧変化量と前記充電時間測定手段により測定された電圧変化時間と前記記憶手段に格納された電流値から前記蓄電手段の容量を計算することを特徴とする請求項１から４のいずれか1項記載の画像形成装置。
6. さらに、前記計算手段によって計算された容量から前記蓄電手段の寿命を判断し、警告を行う警告手段を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか1項記載の画像形成装置。
7. 定着装置の電力供給を行う蓄電ステップと、
   前記蓄電ステップを一定の電流値で充電する充電ステップと、
   前記充電ステップによる一定の電流値を格納する記憶ステップと、
   前記蓄電ステップの電圧を測定する電圧測定ステップと、
   前記蓄電ステップの電圧変化時間を測定する充電時間測定ステップと、
   前記電圧測定ステップにより測定された電圧変化量と前記充電時間測定ステップにより測定された電圧変化時間と前記記憶ステップに格納された電流値から前記蓄電ステップにより蓄えられる容量を計算する計算ステップとを備えることを特徴とする画像形成装置のキャパシタ容量測定方法。

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