JP2012168422A

JP2012168422A - 画像形成装置

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Publication number: JP2012168422A
Application number: JP2011030471A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Kishi; 和人岸
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2031-02-16
Also published as: JP5741905B2

Abstract

【課題】蓄電装置における電気二重層キャパシタの静電容量を正確に求めることができる、画像形成装置を提供する。
【解決手段】蓄電装置４１における電気二重層キャパシタ４２の電圧を検知する電圧検知手段５０と、充電時において電気二重層キャパシタ４２の電圧が第１所定値から第２所定値に達するまでの到達時間を検知してキャパシタ静電容量を求める算出手段４５と、を備える。そして、算出手段４５は、充電が開始されてから電気二重層キャパシタ４２の電圧が第１所定値に達するまでの時間が所定時間以上であるときにのみ検知される到達時間に基いてキャパシタ静電容量を求めるように制御される。
【選択図】図３

Description

この発明は、充放電可能に構成されて被給電体に電力を供給する蓄電装置が設置された複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置に関するものである。

従来から、複写機等の画像形成装置において、定着装置の立ち上げ時の昇温時間を短縮して操作性を向上したり、定着装置で消費される電力を軽減して省エネルギー化を達成すること等を目的として、主電源とは別に大容量の電気二重層キャパシタを具備した蓄電装置を設置する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。

詳しくは、定着装置は、主として、ヒータ等の加熱部材を内設した定着ローラと、定着ローラに圧接する加圧ローラと、で構成される。
一方、画像形成装置の搬送経路を移動する記録媒体は、作像部にて、その表面上にトナー像が転写される。そして、未定着のトナー像を担持した記録媒体は、さらに搬送経路を所定の搬送速度で移動して定着装置に達する。定着装置に達した記録媒体は、定着ローラと加圧ローラとの間（ニップである。）に送入されて、定着ローラから受ける熱と双方のローラから受ける圧力とによってトナー像が定着される。トナー像が定着された記録媒体は、定着ローラと加圧ローラとの間から送出された後に、画像形成装置から排出される。

他方、画像形成装置の装置本体には、商用電源に接続されて装置本体内の定着装置等の被給電体に電力を供給する主電源が設けられている。さらに、装置本体には、主電源とは別に、定着装置に電力（放電電力）を適宜に供給する補助電源としての蓄電装置が設けられている。
蓄電装置は、電力が充放電される電気二重層キャパシタや、電気二重層キャパシタの充放電を切り替える切替部や、主電源から供給された交流電力を整流するとともにＤＣ変換して電気二重層キャパシタに供給する充電器等が、電気的に接続されたものである。

そして、画像形成装置の主電源スイッチが投入されたとき（画像形成装置の立ち上げ時である。）、商用電源としての主電源から定着装置に電力が供給されるとともに、蓄電装置からも定着装置に電力が供給される。これにより、定着装置には、商用電源から供給される定格電力（例えば、１００Ｖ１５Ａである。）に加えて、蓄電装置から電力が供給されて、定着ローラは短時間に所望の温度（定着温度）に達することになる。したがって、主電源スイッチが長時間切断されていて定着ローラの温度が低下している画像形成装置を立ち上げるときであっても、比較的短時間にその立ち上げが完了することになり、装置の操作性が向上するとともに、待機時の定着温度をより低く設定できるため装置の消費電力が低減される。

また、上述の立ち上げ時以外でも、画像形成装置本体にて電力消費が多いとき（例えば、原稿読込部が動作しているときや、連続的に画像形成がおこなわれているときや、装置を長時間の待機状態から立ち上げるとき等である。）にも、蓄電装置による定着装置への給電がおこなわれる。このようなとき、主電源から定着装置に供給される電力の不足分を、蓄電装置から定着装置に給電することで補うことになる。これにより、画像形成装置の操作形態に係わらず、定着装置の定着ローラに対して安定的かつ充分な給電がおこなえるため、定着ローラにおける定着温度の落ち込みを効率よく抑止することができる。したがって、熱容量の小さい定着ローラであっても常に出力画像の定着性を良好に維持することができるとともに、定着ローラの立ち上げ時間を短くすることができるため待機時定着温度及び待機時電力を低減することによって放熱ロスを低減して省エネルギー化が達成される。

上述した従来の画像形成装置は、蓄電装置の性能を確保するために、電気二重層キャパシタの静電容量を求めて電気二重層キャパシタの状態を把握しようとしても、電気二重層キャパシタの静電容量を正確に求めることができなかった。そのため、蓄電装置の本来の機能が充分に達成されずに、定着装置の昇温時間を短縮できなかったり、定着装置における定着性を維持できなかったり、さらには、定着装置における消費電力を軽減できなかったりする問題が生じてしまう可能性があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、蓄電装置における電気二重層キャパシタの静電容量を正確に求めることができる、画像形成装置を提供することにある。

本願発明者は、前記課題を解決するために研究を重ねた結果、定電流充電されている状態の電気二重層キャパシタは、電圧−時間特性が直線となる安定期に達するまで不安定な過渡期が存在することを知るに至った。したがって、この過渡期に電気二重層キャパシタに生じる電圧を検知して、その検知結果に基いて電気二重層キャパシタの静電容量を求めてしまうと、その値に大きな誤差が生じてしまうことになる。

この発明は以上述べた事項に基づくものであり、すなわち、この発明の請求項１記載の発明にかかる画像形成装置は、電気二重層キャパシタを具備して、商用電源からの給電によって蓄電される蓄電装置と、前記電気二重層キャパシタに生じる電圧を検知する電圧検知手段と、充電時において前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が第１所定値から当該第１所定値よりも高い第２所定値に達するまでの到達時間を検知して、当該到達時間から前記電気二重層キャパシタの静電容量を求める算出手段と、を備え、前記算出手段は、充電が開始されてから前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が前記第１所定値に達するまでの時間が所定時間以上であるときに検知される前記到達時間に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求め、充電が開始されてから前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が前記第１所定値に達するまでの時間が前記所定時間に達しないときに検知される前記到達時間に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求めないように制御されるものである。

また、請求項２記載の発明にかかる画像形成装置は、電気二重層キャパシタを具備して、商用電源からの給電によって蓄電される蓄電装置と、前記電気二重層キャパシタに生じる電圧を検知する電圧検知手段と、充電時において前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が第１所定値から当該第１所定値よりも高い第２所定値に達するまでの到達時間を検知して、当該到達時間から前記電気二重層キャパシタの静電容量を求める算出手段と、を備え、前記算出手段は、充電が開始されてから所定時間が経過した後に前記第１所定値を設定して前記到達時間を検知して、当該到達時間に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求めるように制御されるものである。

また、請求項３記載の発明にかかる画像形成装置は、電気二重層キャパシタを具備して、商用電源からの給電によって蓄電される蓄電装置と、前記電気二重層キャパシタに生じる電圧を検知する電圧検知手段と、充電時において前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が第１所定値から当該第１所定値よりも高い第２所定値に達するまでの第１到達時間を検知して当該第１到達時間から前記電気二重層キャパシタの第１の静電容量を求めるとともに、充電時において前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が前記第２所定値から当該第２所定値よりも高い第３所定値に達するまでの第２到達時間を検知して当該第２到達時間から前記電気二重層キャパシタの第２の静電容量を求める算出手段と、を備え、前記算出手段は、前記第１到達時間に基いて求められた前記第１の静電容量と前記第２到達時間に基いて求められた前記第２の静電容量との差異が所定範囲内であるときに前記第１の静電容量又は／及び前記第２の静電容量に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求め、前記第１到達時間に基いて求められた前記第１の静電容量と前記第２到達時間に基いて求められた前記第２の静電容量との差異が所定範囲内でないときに前記第１の静電容量又は／及び前記第２の静電容量に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求めないように制御されるものである。

また、請求項４記載の発明にかかる画像形成装置は、前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記蓄電装置を一定の電流で充電する定電流充電モードと、前記蓄電装置を一定の電力で充電する定電力充電モードと、が切り替え可能に設定され、前記算出手段は、前記定電流充電モードと前記定電力充電モードとが切り替えられたときに検知された前記到達時間に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求めないように制御されるものである。

また、請求項５記載の発明にかかる画像形成装置は、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、トナー像を加熱して当該トナー像を記録媒体に定着させる定着装置を備え、前記定着装置は、前記商用電源から給電される第１加熱部材と、前記蓄電装置から給電される第２加熱部材と、を具備したものである。

本発明は、充電状態の電気二重層キャパシタにおいて電圧−時間特性が不安定な過渡期を除いて電気二重層キャパシタの静電容量を求めるように制御しているため、蓄電装置における電気二重層キャパシタの静電容量が正確に求められる、画像形成装置を提供することができる。

この発明の実施の形態における画像形成装置を示す全体構成図である。定着装置を示す断面図である。蓄電装置を示す回路図である。定着装置の昇温特性を示すグラフである。（Ａ）定着装置における定着温度の変動を示すグラフと、（Ｂ）供給電力の変動を示すグラフと、（Ｃ）主電源における放出電力の変動を示すグラフと、（Ｄ）蓄電装置における残電力の変動を示すグラフと、である。充放電時におけるキャパシタ端子電圧の変動を模式的に示すグラフである。充電時におけるキャパシタ端子電圧の変動を詳細に示すグラフである。第１の制御方法において、（Ａ）キャパシタの静電容量を算出するときの状態を示すグラフと、（Ｂ）キャパシタの静電容量を算出しないときの状態を示すグラフと、である。第２の制御方法において、（Ａ）キャパシタの静電容量を算出するときの状態を示すグラフと、（Ｂ）キャパシタの静電容量を算出しないときの状態を示すグラフと、である。第３の制御方法において、（Ａ）キャパシタの静電容量を算出するときの状態を示すグラフと、（Ｂ）キャパシタの静電容量を算出しないときの状態を示すグラフと、である。

実施の形態．
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１において、１は画像形成装置としての複写機の装置本体、２は原稿Ｄの画像情報を光学的に読み込む原稿読込部、３は原稿読込部２で読み込んだ画像情報に基いた露光光Ｌを感光体ドラム５上に照射する露光部、４は感光体ドラム５上にトナー像を形成する作像部、７は感光体ドラム５上に形成された画像を記録媒体Ｐに転写する転写部、１０はセットされた原稿Ｄを原稿読込部２に搬送する原稿搬送部（ＡＤＦ）、１２〜１４は転写紙等の記録媒体Ｐが収納された給紙部、２０は記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する定着装置、２１は定着装置２０に設置された定着ローラ、２４は定着装置２０に設置された加圧ローラ、４０は定着装置２０等の被給電体に電力を供給する主電源、４１は定着装置２０に補助的に電力を供給する蓄電装置（補助電源装置）、を示す。

図１を参照して、画像形成装置における、通常の画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Ｄは、原稿搬送部１０の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部２上を通過する。このとき、原稿読込部２では、上方を通過する原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。
そして、原稿読込部２で読み取られた光学的な画像情報は、電気信号に変換された後に、露光部３（書込部）に送信される。そして、露光部３からは、その電気信号の画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌが、作像部４の感光体ドラム５上に向けて発せられる。

一方、作像部４において、感光体ドラム５は図中の時計方向に回転しており、所定の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程）を経て、感光体ドラム５上に画像情報に対応したトナー像が形成される。
その後、感光体ドラム５上に形成されたトナー像は、転写部７で、レジストローラにより搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。

一方、転写部７に搬送される記録媒体Ｐは、次のように動作する。
まず、画像形成装置本体１の複数の給紙部１２、１３、１４のうち、１つの給紙部が自動又は手動で選択される（例えば、最上段の給紙部１２が選択されたものとする。）。
そして、給紙部１２に収納された記録媒体Ｐの最上方の１枚が、搬送経路Ｋの位置に向けて搬送される。

その後、記録媒体Ｐは、搬送経路Ｋを通過してレジストローラの位置に達する。そして、レジストローラの位置に達した記録媒体Ｐは、感光体ドラム５上に形成されたトナー像と位置合わせをするためにタイミングを合わせて、転写部７に向けて搬送される。

そして、転写工程後の記録媒体Ｐは、転写部７の位置を通過した後に、搬送経路を経て定着装置２０に達する。定着装置２０に達した記録媒体Ｐは、定着ローラ２１と加圧ローラ２４との間に送入されて、定着ローラ２１から受ける熱と双方のローラ２１、２４から受ける圧力とによってトナー像が定着される。トナー像が定着された記録媒体Ｐは、定着ローラ２１と加圧ローラ２４との間から送出された後に、画像形成装置本体１から排出される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２にて、画像形成装置本体１に設置される定着装置２０の構成・動作について詳述する。
図２に示すように、定着装置２０は、主として、定着部材としての定着ローラ２１、加圧部材としての加圧ローラ２４、温度検知手段としてのサーミスタ３７、分離爪３８、ガイド板３５、等で構成される。

ここで、定着ローラ２１（定着部材）は、図２中の矢印方向に回転する薄肉の円筒体と、円筒体の内部に固設された加熱部材としての２つのヒータ（第１ヒータ２２と第２ヒータ２３とである。）と、で構成される。定着ローラ２１の円筒体は、その表面にフッ素樹脂加工が施されていて、トナーＴに対する離型性が担保されている。定着ローラ２１のヒータ２２、２３は、ハロゲンヒータ等の棒状ヒータであって、その両端部を定着装置２０の側板に固定されている。そして、給電された２つのヒータ２２、２３によって円筒体が輻射熱によって加熱されて、円筒体表面から記録媒体Ｐ上のトナーＴに熱が加えられる。
なお、本実施の形態では、ヒータ２２、２３（加熱部材）としてハロゲンヒータ等の棒状ヒータを用いたが、ヒータ２２、２３（加熱部材）としてセラミックヒータ等の面状ヒータを用いることもできる。

なお、第１加熱部材としての第１ヒータ２２は、主電源４０から給電されるように構成されている（図中の矢印Ｙ１方向の電力供給である。）。第２加熱部材としての第２ヒータ２３は、蓄電装置４１から適宜に給電されるように構成されている（図中の矢印Ｙ２方向の電力供給である。）。これらの給電方法等については、後で詳しく説明する。
また、定着ローラ２１表面にはサーミスタ３７（温度検知手段）が当接されていて、サーミスタ３７によるローラ表面温度の検知結果に基いて、主電源４０及び蓄電装置４１から供給される電力の調整がおこなわれる。

また、図２に示すように、定着ローラ２１の外周側には、揺動自在に支持された分離爪３８が配設されている。分離爪３８は、その先端部が定着ローラ２１の外周面に当接していて、定着ローラ２１と加圧ローラ２４との間から送出された記録媒体Ｐが定着ローラ２１の回転に沿って定着ローラ２１に巻き付く不具合を抑止する。

また、不図示の加圧機構によって定着ローラ２１に圧接する加圧ローラ２４は、主として、芯金と、芯金の外周面に接着層を介して形成された複数の弾性体層と、からなる。加圧ローラ２４の弾性体層は、層厚が１〜１０ｍｍであって、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の材質が用いられる。弾性体層の表層には、層厚が３００μｍ以下の薄肉の離型層が設けられている。離型層の材質としては、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）等を用いることができる。

また、定着ローラ２１と加圧ローラ２４との当接部の入口側と出口側には、それぞれ、記録媒体Ｐの搬送を案内するガイド板３５が配設されている。ガイド板３５は、定着装置２０の側板に固設されている。

このように構成された定着装置は、次のように動作する。
まず、装置本体１の主電源スイッチが投入されると、装置本体１の主電源４０及び蓄電装置４１から、定着ローラ２１のヒータ２２、２３にそれぞれ電力が供給される。詳しくは、主電源４０は装置本体１外のコンセントを介して接続された商用電源であって、主電源４０（商用電源）から第１ヒータ２２（第１加熱部材）に定格の電力が供給される。さらに、蓄電装置４１に蓄積された充電電力が放電電力として第２ヒータ２３（第２加熱部材）に供給される。
これにより、定着ローラ２１表面は、所望の温度（例えば、１８０℃である。）に短時間に達して、装置本体１での画像形成が可能な状態になる。

画像形成装置が立ち上がりユーザーによりコピー開始ボタンが押されると、定着ローラ２１及び加圧ローラ２４が不図示の駆動部によって図中矢印方向に回転駆動される。そして、先に説明した作像プロセスを経てトナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが、ガイド板３５に案内されながら定着ローラ２１と加圧ローラ２４との間に送入される（矢印Ｙ１０方向の移動である。）。そして、定着ローラ２１から受ける熱と双方のローラ２１、２４から受ける圧力とによってトナー像Ｔが記録媒体Ｐに定着されて、記録媒体Ｐは定着ローラ２１と加圧ローラ２４との間から送出される（矢印Ｙ１１方向の移動である。）。

また、装置本体１にて電力消費が多いときにも、蓄電装置４１による第２ヒータ２３（第２加熱部材）への給電がおこなわれる。
具体的に、原稿読込部２がスキャン動作しているときには、スキャン動作していないときに比べて消費電力が多くなるために、蓄電装置４１による第２ヒータ２３への給電がおこなわれる。また、連続的に画像形成がおこなわれるとき（連続通紙時である。）にも、連続的に搬送される記録媒体Ｐによって定着ローラ２１の熱が奪われるため、蓄電装置４１による第２ヒータ２３への給電がおこなわれる。また、装置本体１を長時間待機状態にさせたときに省エネルギーモードが機能して定着温度が低下している場合等にも、待機状態からの立ち上げ時に蓄電装置４１による第２ヒータ２３への給電がおこなわれる。このように、主電源４０から定着装置２０に供給される電力の不足分が、蓄電装置４１からの放電電力によって補われる。

なお、定着ローラ４０の定着温度が安定してほぼ飽和状態に達している場合には、蓄電装置４１から第２ヒータ２３への電力供給はほとんどおこなわれず、主電源４０から第１ヒータ２２への断続的で少量の電力供給がおこなわれる。このとき、主電源４０から蓄電装置４１に余剰の電力が供給されて（図２中の矢印Ｙ３方向の電力供給である。）、蓄電装置４１内に次回の放電に備えて電力が蓄積される。

次に、図３にて、画像形成装置本体１に設置される蓄電装置４１の構成・動作について詳述する。
図３に示すように、蓄電装置４１は、主として、電力が充放電されるキャパシタとしての電気二重層キャパシタ４２、電気二重層キャパシタ４２の充電をおこなう充電器４３、電気二重層キャパシタ４２の充放電を切り替える切替部４４、電気二重層キャパシタ４２に生じる電圧（キャパシタ端子電圧）を検知する電圧検知手段としての電圧計５０、等で構成される。

ここで、蓄電装置４１の電気二重層キャパシタ４２（電気二重層コンデンサ）は、二次電池等とは異なり化学反応を伴わないため、充電時間が短く、寿命が長く、液交換や補充等のメンテナンスもほとんど不要である。本実施の形態では、電気二重層キャパシタ４２として、容量が２０００Ｆで内部抵抗が３ｍΩのセルを１０個直列にしてセットにしたものであって、定格電圧が２５Ｖ（単セルの定格電圧は２.５Ｖである。）のものを用いている。
なお、電気二重層キャパシタ４２において、各セルの電圧を検知して、過充電や過放電が生じないように充電電流や放電電流をバイパスする回路を設けることもできる。また、使用するキャパシタ４２としては、電気二重層キャパシタと、非活性炭電極キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、疑似容量キャパシタ、ハイブリッドキャパシタ等の異なる種類のキャパシタと、を組み合わせる構成とすることもできる。

キャパシタ４２は、切替部４４が放電回路に接続されて（図３の状態である。）、昇圧スイッチ５２が昇圧回路に接続された状態で、第２ヒータ２３に放電電力を供給する。充電器４３は、切替部４４が充電回路に接続された状態で、主電源４０から供給された交流電力を整流するとともにＤＣ変換して、キャパシタ４２に充電電力を供給する。なお、切替部４４の切替は、制御部４５のメモリに書込まれた所定の制御プログラムに基き、ＣＰＵ４８を介して送信される切替信号に基いておこなわれる。また、キャパシタ４２から第２ヒータ２３への放電は、本実施の形態の切替部４４による構成の他に、ＦＥＴ等を用いてスイッチ制御する構成によっても達成することもできる。

また、制御部４５によって、放電電力がサーミスタ３７による検知情報に基いて所定の電力に制御されている。また、蓄電装置４１は、定電流又は定電力での充電（蓄電）がおこなわれる。すなわち、蓄電装置４１は、定電流充電モードによる定電流充電、又は、定電力充電モードによる定電力充電がされるように制御される。
さらに、制御部４５のＣＰＵ４８には、電圧計５０（電圧検知手段）からキャパシタ部５０の電圧に係わる情報が送信されるとともに、時間検知手段としてのタイマー４９から時間に係わる情報が送信される。そして、ＣＰＵ４８は、充電時において電圧計５０及びタイマー４９によって検知される検知結果に基いて電気二重層キャパシタ４２の静電容量を求める算出手段として機能することになるが、これについては後で詳しく説明する。

一方、主電源４０は、蓄電装置４１、主たるヒータ２２、主電源スイッチ５１、制御用スイッチ４７、装置本体１における第１ヒータ２２以外の被給電体（不図示である。）等に接続されている。そして、主電源スイッチ５１が閉じられると、第１ヒータ２２（第１加熱部材）への給電と、蓄電装置４１への充電（蓄電）と、が可能になる。なお、第１ヒータ２２への給電と蓄電装置４１への充電とは、それぞれ、制御部４５のメモリに書込まれた所定の制御プログラムに基き、制御部４５から送信される信号に基いておこなわれる。すなわち、スイッチ４７が閉じられるときに、第１ヒータ２２への給電がおこなわれる。また、蓄電装置４１の切替部４４が充電回路に接続されたときに、蓄電装置４１への充電がおこなわれる。

ここで、本実施の形態では、蓄電装置４１と第２ヒータ２３（第２加熱部材）との間に、昇圧装置５５を具備した昇圧回路が介在されている。すなわち、第２ヒータ２３の給電時には、蓄電装置４１から昇圧装置５５を具備した昇圧回路を介して第２ヒータ２３に電力が供給されることになる。
昇圧装置５５は、第２ヒータ２３への入力電圧（供給電力）を可変（増大）できるように構成されていて、キャパシタ４２から取り出す電流を大きくすることができる。そのため、キャパシタセルの直列数を増やして電力を得る構成に比べて、キャパシタ端子電圧が低下する際に初期的な電圧変動が生じやすい（過渡期における電圧変動が大きくなる）。したがって、後述する制御方法によってキャパシタ４２の静電容量を算出することによる効果が大きくなる。
なお、本実施の形態では、電装置４１と第２ヒータ２３（第２加熱部材）との間に昇圧装置５５を具備した昇圧回路を設けたが、昇圧回路を設けることなく、電装置４１と第２ヒータ２３（第２加熱部材）とを直接的に接続することもできる。

このように、本実施の形態における画像形成装置１は、主電源４０に加えて蓄電装置４１によっても、定着装置２０（ヒータ２２、２３）への給電ができるように構成されている。そのため、図４に示すように、定着ローラ２１の温度（定着温度）の昇温時間は、主電源のみを用いる場合（グラフＲ２である。）に比べて、本実施の形態のように主電源４０と蓄電装置４１とを同時に用いる場合（グラフＲ１である。）の方が、短縮化されることになる。

具体的に、図５を参照して、本実施の形態における画像形成装置１において、朝一番に電源スイッチ５１を投入する朝一昇温時には、商用電源である主電源４０からのみ定着装置２０（第１ヒータ２２）への電力供給をおこなう（図５（Ａ）〜（Ｄ）において領域Ｗ１に対応する部分を参照できる。）。これは、大容量の電気二重層キャパシタ４２は、急速充電が可能であるものの、朝一には充分に充電されていない可能性があるためである。
そして、プリント動作（画像形成動作）がおこなわれるときに、主電源４０に加えて蓄電装置４１からの定着装置２０（第１ヒータ２２及び第２ヒータ２３）への電力供給をおこなう（図５（Ａ）〜（Ｄ）において領域Ｗ２に対応する部分を参照できる。）。これにより、低温環境下であっても、良好な定着画像を得ることができる。
そして、定着ローラ２１の温度（定着温度）を高く維持する必要がない待機時においては、主電源４０から蓄電装置４１へ電力を供給して蓄電装置４１を充電しておく（図５（Ａ）〜（Ｄ）において領域Ｗ３に対応する部分を参照できる。）。
そして、再び定着ローラ２１を昇温するとき等であって、多量の電力を必要とするときには主電源４０とともに蓄電装置４１の電力を同時に定着装置２０へ供給する（図５（Ａ）〜（Ｄ）において領域Ｗ１´に対応する部分を参照できる。）。このとき、定着装置２０に投入される総電力は主電源４０だけのときよりも確実に多くなるため、短時間で定着ローラ２１の温度を上昇させることができる。さらに、プリント動作中にも蓄電装置４１による給電をおこなうことで、プリント速度（搬送速度）の高速化が可能になる（図５（Ａ）〜（Ｄ）において領域Ｗ２´に対応する部分を参照できる。）。

次に、図６〜図１０を用いて、本実施の形態における、特徴的な制御について説明する。
本実施の形態における画像形成装置１には、先に図３等を用いて説明したように、電気二重層キャパシタ４２に生じる電圧（キャパシタ端子電圧）を検知する電圧検知手段としての電圧計５０が設けられている。そして、算出手段としての制御部４５において、充電時において電気二重層キャパシタ４２に生じる電圧が第１所定値Ｖ１から第２所定値Ｖ２（第１所定値Ｖ１よりも高く設定されている。）に達するまでの到達時間Δｔを検知して、検知された到達時間Δｔから電気二重層キャパシタ４２の静電容量が求められる。
具体的に、図３及び図８を参照して、電気二重層キャパシタ４２の電圧が電圧計５０によって検知されながら、時間検知手段としてのタイマー４９によって、充電時において電気二重層キャパシタ４２の電圧が第１所定値Ｖ１から第２所定値Ｖ２（＞第１所定値Ｖ１）に達するまでの到達時間Δｔが計測される。そして、その到達時間Δｔに基いて、ＣＰＵ４８にて電気二重層キャパシタ４２の静電容量が算出される。

ここで、本実施の形態において、制御部４５（算出手段）は、図８（Ａ）に示すように、充電が開始されてから電気二重層キャパシタ４２の電圧が第１所定値Ｖ１に達するまでの時間が所定時間Δｔ０以上であるときに、検知される到達時間Δｔに基いて電気二重層キャパシタ４２の静電容量を求めるように制御される。これに対して、図８（Ｂ）に示すように、制御部４５（算出手段）は、充電が開始されてから電気二重層キャパシタ４２の電圧が第１所定値Ｖ１に達するまでの時間が所定時間Δｔ０に達しないときには、検知される到達時間Δｔに基いて電気二重層キャパシタ４２の静電容量を求めないように制御される。
すなわち、制御部４５（算出手段）によって電気二重層キャパシタ４２の静電容量を求める際に、電気二重層キャパシタ４２（蓄電装置４１）での充電が開始された直後のデータを採用しないように制御している。

これは、定電流充電されている状態の電気二重層キャパシタ４２は、電圧−時間特性が直線となる安定期に達するまで不安定な過渡期が存在することによるものである。すなわち、電圧−時間特性が不安定となる過渡期に電気二重層キャパシタ４２の電圧を検知して、その検知結果に基いて電気二重層キャパシタ４２の静電容量を求めてしまうと、その値に大きな誤差が生じてしまうためである。

以下、図６及び図７を用いて詳しく説明する。
図６は、キャパシタセル又は複数のキャパシタを直並列に接続した電気二重層キャパシタにおいて、定電流放電から定電流充電をする際に、キャパシタに生じる端子電圧の変動を示す模式図である。電気二重層キャパシタには内部抵抗があるため、端子電圧は、一点鎖線で示すような変化を示さずに、実線で示すような変化を示すことになる。すなわち、キャパシタ端子電圧は、放電直後に低下して、放電を停止するとその分電圧が上昇する。また、放電停止した状態から充電を開始すると端子電圧が上昇する。一点鎖線で示すような変化は、内部抵抗が０Ωのときに生じるものであって、理想的な状態であるが、実際には内部抵抗が影響して上述したような変動が生じることになる。
図７は、図３に示す蓄電装置４１において、定電流充電時におけるキャパシタ端子電圧の変動を詳細に示すグラフである。図７に示すように、電気二重層キャパシタ４２には内部抵抗があるために、電圧−時間特性が直線となる安定期に達するまで不安定な過渡期が存在する。
ここで、キャパシタ４２の静電容量は、充電時の所定の時間に電圧の変化を計測することで算出できる。しかし、そのような静電容量の算出は、キャパシタ４２の静電容量が充電時間と比例関係にある（電圧−時間特性が直線となる）安定期において成立するものであって、過渡期において電圧の変化を計測してしまうと算出する静電容量値に大きく誤差が発生することになる。具体的に、図７において、安定期において時間Δｔ１に対応した端子電圧の変動Δｖ１に基く場合には、誤差のない正確な静電容量を算出することができる。これに対して、過渡期を含む時間Δｔ２やΔｔ３に対応した端子電圧の変動Δｖ２やΔｖ３に基く場合には、誤差が生じて正確な静電容量を算出することができないことになる。

そして、このような現象を踏まえて、本実施の形態では、図８（Ｂ）に示すように、充電が開始されてから電気二重層キャパシタ４２の電圧が第１所定値Ｖ１に達するまでの時間が所定時間Δｔ０に達しないときには、検知される到達時間Δｔに基いて電気二重層キャパシタ４２の静電容量を求めないように制御している。そして、図８（Ａ）に示すように、充電が開始されてから電気二重層キャパシタ４２の電圧が第１所定値Ｖ１に達するまでの時間が所定時間Δｔ０以上であるときにのみ、検知される到達時間Δｔに基いて電気二重層キャパシタ４２の静電容量を求めるように制御している。
そして、このようにして正確に算出された静電容量に基いて、電気二重層キャパシタ４２の状態（劣化の程度や故障の有無等である。）を判断している。そして、例えば、電気二重層キャパシタ４２の劣化の程度に合わせて装置本体１の表示パネル（不図示である。）にメンテナンスの時期をアナウンスしたり、電気二重層キャパシタ４２に故障が生じたときに装置本体１の表示パネルにメンテナンスが必要である旨をアナウンスしたりすることになる。
このように、本実施の形態では、所定の電圧を検知して静電容量を算出するためのデータを取得するときに、充電開始から所定の時間経過した測定データを採用することにより、キャパシタの充電時の過渡的な挙動の影響によるキャパシタ特性値の測定誤差を除去することができる。

なお、本実施の形態における制御部４５（算出手段）において、充電が開始されてから電気二重層キャパシタ４２の電圧が第１所定値Ｖ１に達するまでの時間が所定時間Δｔ０以上であるときにのみ、検知される到達時間Δｔに基いて電気二重層キャパシタ４２の静電容量を求めるように制御する、第１の制御方法を用いた。
これに対して、図９に示すように、制御部４５（算出手段）において、充電が開始されてから所定時間Δｔ０が経過した後に第１所定値Ｖ１を設定（検知）して到達時間Δｔを検知（計測）して、その到達時間Δｔに基いて電気二重層キャパシタ４２の静電容量を求めるように制御する、第２の制御方法を用いることもできる。すなわち、図９（Ａ）に示すように、充電が開始されてから所定時間Δｔ０が経過した後に、電圧計５０によって第１所定値Ｖ１と第２所定値Ｖ２とが検知されて、タイマー４９によってその間の時間Δｔが検知されて、その時間Δｔに基いてＣＰＵ４８によってキャパシタ４２の静電容量が算出されることになる。したがって、図９（Ｂ）に示すように、充電が開始されてから所定時間Δｔ０が経過する前に、電圧計５０によって第１所定値Ｖ１が検知されて、その後に第２所定値Ｖ２が検知されて、タイマー４９によってその間の時間Δｔが検知されて、その時間Δｔに基いてＣＰＵ４８によってキャパシタ４２の静電容量が算出されることはない。
このように充電開始後に所定時間が経過してから容量測定をおこなう場合であっても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、以下に述べる第３の制御方法を用いることもできる。
図１０を参照して、第３の制御方法において、制御部４５（算出手段）は、充電時において電気二重層キャパシタ４２に生じる電圧が第１所定値Ｖ１から第２所定値Ｖ２に達するまでの第１到達時間Δｔａを検知して第１到達時間Δｔａから電気二重層キャパシタ４２の第１の静電容量を求めるとともに、充電時において電気二重層キャパシタ４２に生じる電圧が第２所定値Ｖ２から第３所定値Ｖ３（第２所定値Ｖ２よりも高く設定されている。）に達するまでの第２到達時間Δｔｂを検知して第２到達時間Δｔｂから電気二重層キャパシタ４２の第２の静電容量を求めるように設定されている。
そして、図１０（Ａ）に示すように、制御部４５（算出手段）において、第１到達時間Δｔａに基いて求められた第１の静電容量と、第２到達時間Δｔｂに基いて求められた第２の静電容量と、の差異が所定範囲内であって双方の静電容量がほぼ一致するときに、第１の静電容量又は／及び第２の静電容量に基いて電気二重層キャパシタ４２の静電容量を求めるように制御される。具体的には、第１の静電容量又は第２の静電容量のいずれかを選択してその値を最終的な静電容量値とすることもできるし、第１の静電容量と第２の静電容量との平均値を算出してその平均値を最終的な静電容量値とすることもできる。
これに対して、図１０（Ｂ）に示すように、制御部４５（算出手段）において、第１到達時間Δｔａに基いて求められた第１の静電容量と、第２到達時間Δｔｂに基いて求められた第２の静電容量と、の差異が所定範囲内でなくて双方の静電容量が近似しないとき（図１０（Ｂ）のように一点鎖線で示す電圧−時間特性の直線が安定期のものと重ならないときである。）には、第１の静電容量又は／及び第２の静電容量に基いて電気二重層キャパシタ４２の静電容量を求めないように制御される。
このように、充電中の複数のデータを取得することで複数の静電容量を算出して、離れた値を除外する（複数個の電圧範囲で複数個の特性値を算出して、大きく離れた特性値を除去する）ことで、キャパシタ４２の充電時の過渡的な挙動の影響によるキャパシタ特性値の測定誤差を除去することができる。すなわち、第３の制御方法を用いた場合であっても、第１の制御方法を用いた本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

ここで、本実施の形態における画像形成装置１は、蓄電装置４１（キャパシタ４２）を一定の電流で充電する定電流充電モードと、蓄電装置４１（キャパシタ４２）を一定の電力で充電する定電力充電モードと、が切り替え可能に設定されている。このような場合には、制御部４５（算出手段）は、定電流充電モードと定電力充電モードとが切り替えられたときに検知された到達時間Δｔに基いて電気二重層キャパシタ４２の静電容量を求めないように制御されることが好ましい。
このように、充電中に充電モードが変更された場合には、そのときに検知された測定値を除外することで、静電容量の算出誤差を除去することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、充電状態の電気二重層キャパシタ４２において電圧−時間特性が不安定な過渡期を除いて電気二重層キャパシタ４２の静電容量を求めるように制御しているため、蓄電装置４１における電気二重層キャパシタ４２の静電容量を正確に求めることができる。

なお、本実施の形態では、１つの作像部を具備したモノクロ画像形成装置に対して本発明を適用したが、複数の作像部を具備したカラー画像形成装置に対しても当然に本発明を適用することができる。

なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

１画像形成装置本体（装置本体）、
２０定着装置、
２１定着ローラ（定着部材）、
２２第１ヒータ（第１加熱部材）、
２３第２ヒータ（第２加熱部材）、
２４加圧ローラ、
３７サーミスタ（温度検知手段）、
４０主電源（商用電源）、
４１蓄電装置（補助電源装置）、
４２電気二重層キャパシタ（キャパシタ）、
４３充電器、
４５制御部、
４８ＣＰＵ、４９タイマー（時間検知手段）、
５０電圧計（電圧検知手段）、
５１主電源スイッチ。

特許第３５８８００６号公報特開２００３−２９７５２６号公報

Claims

電気二重層キャパシタを具備して、商用電源からの給電によって蓄電される蓄電装置と、
前記電気二重層キャパシタに生じる電圧を検知する電圧検知手段と、
充電時において前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が第１所定値から当該第１所定値よりも高い第２所定値に達するまでの到達時間を検知して、当該到達時間から前記電気二重層キャパシタの静電容量を求める算出手段と、
を備え、
前記算出手段は、充電が開始されてから前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が前記第１所定値に達するまでの時間が所定時間以上であるときに検知される前記到達時間に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求め、充電が開始されてから前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が前記第１所定値に達するまでの時間が前記所定時間に達しないときに検知される前記到達時間に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求めないように制御されることを特徴とする画像形成装置。
電気二重層キャパシタを具備して、商用電源からの給電によって蓄電される蓄電装置と、
前記電気二重層キャパシタに生じる電圧を検知する電圧検知手段と、
充電時において前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が第１所定値から当該第１所定値よりも高い第２所定値に達するまでの到達時間を検知して、当該到達時間から前記電気二重層キャパシタの静電容量を求める算出手段と、
を備え、
前記算出手段は、充電が開始されてから所定時間が経過した後に前記第１所定値を設定して前記到達時間を検知して、当該到達時間に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求めるように制御されることを特徴とする画像形成装置。
電気二重層キャパシタを具備して、商用電源からの給電によって蓄電される蓄電装置と、
前記電気二重層キャパシタに生じる電圧を検知する電圧検知手段と、
充電時において前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が第１所定値から当該第１所定値よりも高い第２所定値に達するまでの第１到達時間を検知して当該第１到達時間から前記電気二重層キャパシタの第１の静電容量を求めるとともに、充電時において前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が前記第２所定値から当該第２所定値よりも高い第３所定値に達するまでの第２到達時間を検知して当該第２到達時間から前記電気二重層キャパシタの第２の静電容量を求める算出手段と、
を備え、
前記算出手段は、前記第１到達時間に基いて求められた前記第１の静電容量と前記第２到達時間に基いて求められた前記第２の静電容量との差異が所定範囲内であるときに前記第１の静電容量又は／及び前記第２の静電容量に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求め、前記第１到達時間に基いて求められた前記第１の静電容量と前記第２到達時間に基いて求められた前記第２の静電容量との差異が所定範囲内でないときに前記第１の静電容量又は／及び前記第２の静電容量に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求めないように制御されることを特徴とする画像形成装置。
前記蓄電装置を一定の電流で充電する定電流充電モードと、前記蓄電装置を一定の電力で充電する定電力充電モードと、が切り替え可能に設定され、
前記算出手段は、前記定電流充電モードと前記定電力充電モードとが切り替えられたときに検知された前記到達時間に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求めないように制御され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画像形成装置。
トナー像を加熱して当該トナー像を記録媒体に定着させる定着装置を備え、
前記定着装置は、
前記商用電源から給電される第１加熱部材と、
前記蓄電装置から給電される第２加熱部材と、
を具備したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。