JP4789905B2

JP4789905B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4789905B2
Application number: JP2007286916A
Authority: JP
Inventors: 和人岸; 泰久加藤; 政己岡本; 誉唯月岡; 啓正高木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2023-12-08
Also published as: JP2008065349A

Description

本発明は、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、特にこれら装置の定着装置における加熱装置の効率化を図ったものに関する。

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。

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。

従って、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。

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よ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。

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装置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。

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。従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。

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共に、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、大容量の補助電源装置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。

このような点を改善し、省電力効果を高めると共に、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。

特開平１０−１０９１３号公報特開平１０−２８２８２１号公報特開２００２−１８４５５４号公報

ところで、上述のような装置にあっては毎回キャパシタを加熱部が所定の温度になるまで補助加熱体が発熱するものとなっており、主加熱体が主電源装置で加熱されない状態であればいつでも補助加熱体を補助電源装置で加熱する制御をすることとなり、直流大電力をＯＮ／ＯＦＦ制御をするなど補助電源装置の負担が大きいものとなる。

また、上述のような温度低下防止には、キャパシタを所定の最低電圧まで充電して放電可能にしてから使用する必要がある。充電に要する時間は数十秒ないし２分程度の短時間程度ではあるが、その間はキャパシタを使用できなくなるため、充電時間を短くする必要がある。

本発明は、蓄電手段としてキャパシタを用いる補助電源装置の利用の効率化を図ることによって上記従来の問題点を解決できる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、主電源装置と補助電源装置と画像を被加熱体に熱定着させる定着装置とを備える画像形成装置において、前記補助電源装置が、前記主電源装置からの電力により充電されるとともに、放電することにより最大供給電力を前記主電源装置から供給する電力よりも高めることが可能なキャパシタを蓄電手段として有する装置であり、該補助電源装置は、充電途中に放電が可能となる放電開始可能電圧を可変する放電電圧可変手段を備える、
ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１の画像形成装置において、前記主電源装置の電圧測定手段を備え、前記放電電圧可変手段は、前記主電源装置の電圧が所定電圧より高いとき、前記放電開始可能電圧を下げる制御を行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の画像形成装置において、前記主電源装置の電圧測定手段を備え、前記放電電圧可変手段は、前記主電源装置の電圧が所定電圧より低いとき、前記放電開始可能電圧を上げる制御を行うことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置において、環境温度測定手段を備え、前記放電電圧可変手段は、前記環境温度測定手段で測定した環境の温度が所定値より高いとき、前記放電開始可能電圧を下げる制御を行うことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置において、環境温度測定手段を備え、前記放電電圧可変手段は、前記環境温度測定手段で測定した環境の温度が所定値より低いとき、前記放電開始可能電圧を上げる制御を行うことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項４又は５のいずれかに記載の画像形成装置において、前記定着装置における前回のジョブでの定着通紙枚数を検知する定着通紙枚数検知手段を有し、該定着通紙枚数検知手段で得た検知情報に応じて前記放電電圧可変手段が前記補助電源装置の放電開始可能電圧を可変させる制御を行うことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６に記載の画像形成装置において、前記前回ジョブにおける通紙枚数が所定の値より多い場合に前記放電電圧可変手段が前記補助電源装置の放電開始可能電圧を下げる制御を行うことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項４乃至７のいずれかに記載の画像形成装置において、前記定着装置における前回ジョブと今回のジョブとの時間間隔を検知するジョブ時間間隔検知手段を有し、該ジョブ時間間隔検知手段で得た検知情報に応じて前記放電電圧可変手段が前記補助電源装置の放電開始可能電圧を可変させる制御を行うことを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項８に記載の画像形成装置において、前記ジョブ時間間隔検知手段で検知したジョブ時間間隔が所定の値より短い場合に前記放電電圧可変手段が前記補助電源装置の放電開始可能電圧を下げる制御を行うことを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項４乃至９のいずれかに記載の画像形成装置において、前記定着装置における前回ジョブの稼働時間を検知するジョブ稼働時間検知手段を有し、該ジョブ稼働時間検知手段で得た検知情報に応じて前記放電電圧可変手段が前記補助電源装置の放電開始可能電圧を可変させる制御を行うことを特徴とする。

請求項１１の発明は、請求項１０に記載の画像形成装置において、前記定着装置における前回ジョブ稼働時間が所定の値より長い場合に前記放電電圧可変手段が前記補助電源装置の放電開始可能電圧を下げる制御を行うことを特徴とする。

請求項１２の発明は、請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の画像形成装置において、前記補助電源装置の蓄電手段であるキャパシタが電気二重層キャパシタであることを特徴とする。

本発明は、補助発熱体の温度設定を可変にして、補助電力装置から必要な電力が小さくて良い場合には電圧を下げることにより、蓄電手段であるキャパシタの使用の割合を少なくすることにより、補助電源装置の充電の効率化、最適化を図ることができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。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。

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２４上へ給送して原稿画像を画像読み取りユニット１１によって読み取る。

一方、画像形成部１２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。

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。

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。

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Φ４０ｍｍ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。

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、及び補助電源制御手段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。

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。

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、立上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。

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、加熱用の補助電源装置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共に、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。

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、しかも充放電効率が高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。

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。

補助電源制御手段は、切替装置７とスイッチ９とＣＰＵ１０を有し、放電制御手段８ａ及び給電制御手段８ｂの役割をなす。放電制御手段８ａ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後述する条件で切り替わるものである。

給電制御手段８ｂは、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／オフ等させる給電制御を行う。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。

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。

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、補助電源制御手段は補助電源装置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。

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。

次に本例に係る画像形成装置のうち本発明が適用される第１の場合について説明する。この場合は補助電源制御手段８は補助電源装置４の作動を以下のように制御する。すなわち、補助電源制御手段８は、種々の条件から、補助加熱体２ｂの加熱がなくとも発熱体２の温度の低下が無いと判断したとき、キャパシタＣからの補助加熱体への給電を停止した状態とする。

すなわち、本例では、指標として発熱体２の温度として定着ローラ４０の温度を測定する温度センサＳ１で検知し、温度センサＳ１で検出した温度の低下の割合より小さい場合には、上記補助電源制御手段８のスイッチ９のオン・オフ制御基準を変更する。

図４はこのような構成を備えた画像形成装置の定着ローラの温度を示す図である。図において、補助発熱体の設定温度１は、通常時すなわち、本例では定着ローラ４０の温度が温度低下が激しい（傾きが大きい）であるときを表している。

一方補助発熱体の設定温度２は、主電源装置に余裕があるとき、すなわち本例では本例では定着ローラ４０の温度低下が一定の閾値より緩やかである（傾きが小さい）ときを表している。本例では、定着ローラ４０の温度Ｔの温度低下が少ないときは、補助加熱体２ｂの加熱がない状態でも発熱体２の温度低下の影響がないと見なして、補助発熱体２ｂへの給電を停止するのである。

本例では、制御タイミングをτとし、ｔ０では、加熱装置２には主電源装置３からだけ給電され、かつ、温度が最低定着温度Ｔ０の閾値以上の場合である。また定着ローラ４０の温度低下の割合は小さい。この場合、補助電源制御手段８は、設定温度をＴ１からＴ２に設定する。すると、補助電源装置からの給電はｔ２の時点で開始され、定着ローラ４０は、図４中実線Ａで示したように温度制御され、制御タイミングτという粗い制御を行っても設定した定着ローラ４０の温度設定Ｔ０を下回ることなく、かつリップルを少ないものとして制御できる。なお、Ｔ１及びＴ２の値は装置により異なるものであり、実験等で適宜定める。

これに対して、図４中破線Ｂで示した状態は、上述した例と同様に定着ローラの温度低下が大きい場合である。また、補助電源装置からの電力投入の閾値を設定温度Ｔ_１に固定にしている。このとき、補助電源装置からの給電がｔ_１の時点で開始される。このため、定着ローラ４０は、図４中破線Ｂで示したように温度制御されて、定着ローラ４０の温度が必要以上に高くなり、キャパシタの使用割合が大きなものとなる。

さらに、図４中破線Ｃで示した状態は、上述した例と異なり定着ローラ４０の温度低下が小さい場合であり、補助電源装置からの電力投入の閾値を設定温度Ｔ _２に固定にしている場合である。このとき、補助電源装置からの給電がｔ_１の時点で開始される。このため、定着ローラ４０は、図４中破線Ｃ示したように温度制御され、補助電源装置からの給電時間が長くなり、キャパシタの使用割合が大きなものとなる。

そして、図４中破線Ｄで示した状態は、定着ローラの温度低下が小さい場合である。また、補助電源装置からの電力投入の閾値を設定温度Ｔ _０に固定にしている場合である。このとき、補助電源装置からの給電がｔ_２の時点で開始され、定着ローラ４０は、図４中破線Ｄ示したように温度制御され、この場合にはリップルが大きくなり、設定温度Ｔ_０を下回ることがあり定着が不良となる。

従って、本例に係る画像形成装置にあっては、補助電源装置の給電設定を定着ローラ４０の温度変化で制御するようにしたので、キャパシタＣの使用の割合を少なくすることができ、補助電源装置の寿命を向上させ得るという効果がある。

なお、本発明に係る画像記録装置において、補助電源制御手段が補助電源装置から給電のタイミングを決定する指標として上述した加熱部２の温度低下の度合いの他、以下に示すものを利用することができる。すなわち、補助電源装置制御手段は加熱部の温度の状態に基づいて点灯設定温度を変化する制御を行うことができる。

また、主電源装置の点灯状態を測定する点灯状態検知手段を設けて、所定の閾値より主電源装置の点灯率が高いとき余裕があるとして、補助電源制御手段は、補助電源の設定温度を変更する制御を行うことができる。

さらに、主電源装置の点灯状態を測定する電圧測定手段を設けて、所定の閾値より主電源装置の電圧が高いとき、補助電源制御手段は、補助電源の設定温度を変更する制御を行うことができる。

そして、加熱装置が配置された環境の環境温度を測定する環境温度検知手段を備え、補助電源装置制御手段は、検出した前記環境温度が所定の値より高いとき、前記補助電源装置制御手段は、補助発熱体の設定温度を下げる制御を行うことができる。

次に、本発明が適用される第２の場合について説明する。この例では、充電時間を短くするために、キャパシタＣの放電開始可能電圧を放電電圧可変手段８ｂで可変させる。ただし、単に可変させるのではなく、加熱装置１の状況に関わる情報、換言すれば加熱装置１自体や、これを用いている定着装置３６や画像形成装置に関する温度等の情報を検知し、検知情報に応じてキャパシタＣの放電開始可能電圧を可変させる。

図５は、上述した画像形成装置において定着ローラ４０の加熱に用いるキャパシタＣの、放電停止状態から充電開始、満充電（充電停止）、放電による電圧低下に至る電圧変化を示す。図示の例のキャパシタＣは、満充電時の電圧が５０Ｖとなっており、充電途中に電圧が３０Ｖ以上になれば放電開始可能となっているが、本発明は、この例においては３０Ｖとした放電開始可能電圧を、種々の条件に応じて補助電源制御手段により可変させるものである。もちろん上述の電圧値は単なる一例であり、例えば満充電時４５Ｖ、放電開始可能最低電圧３２Ｖ、放電停止電圧２０Ｖ等の構成もあり、本発明はこの例に限定されない。また充電開始ｔ１から放電開始可能最低電圧到達時点ｔ２までは例えば１分弱、満充電（充電停止）時ｔ３までは２分以内（１〜１．５分）などであるが、これも単なる一例である。

キャパシタＣの放電開始可能電圧を可変させる条件となる情報としては、主電源装置３の電圧値とすることができる。主電源装置３の電圧値を検出する電圧検出手段としては公知の種々の手段を採用すればよい。補助電源制御手段は、主電源装置３の電圧検出値の変化に応じてキャパシタＣの放電開始可能電圧を可変させる。

例えば、主電源装置３の電圧値が所定の値より高い場合にはキャパシタＣの放電開始可能電圧を下げる。主電源装置３の電圧が高ければ主電源装置３の給電量が大きいと判断できる。そのような場合にはキャパシタＣの放電による補助発熱体２ｂへの給電量は小さくても良い。そこで、放電開始を可能にする最低充電電圧を可変にして、必要な電力が小さくて良い場合には電圧を下げることにより、充電時間を短縮する。なお充電時間を短縮することは、換言すれば、通常であれば充電途中の状態であっても放電可能とすることで充電時間の短縮化を実現しているものであり、以下の実施例においても同様である。

またこれとは逆に、主電源装置３の電圧値が所定の値より低い場合にはキャパシタＣの放電開始可能電圧を上げる。主電源装置３の電圧が低ければ主電源装置３の給電量が小さいと判断できるので、そのような場合にはキャパシタＣの放電による補助発熱体２ｂへの給電量を大きくしないと、定着ローラ４０の温度が十分に上昇せず、定着装置３６における画像の定着不良が発生し得るためである。なおこのような制御は、主電源装置３が交流電源であるか、直流電源であるかにかかわらず可能である。またなお、所定の電圧値は実験等により適宜定めるようにすればよい。以下に説明する各実施例においても所定の値については本例と同様である。

キャパシタＣの放電開始可能電圧を可変させる条件となる情報としては、定着ローラ４０に対する加圧部材である加圧ローラ４１の温度とすることができる。加圧ローラ４１の温度を検出する温度検出手段としては公知の種々の温度センサ等の手段を採用すればよい。補助電源制御手段は、加圧ローラ４１の温度の変化に応じてキャパシタＣの放電開始可能電圧を可変させる。

例えば、加圧ローラ４１の温度が所定の値より高い場合にはキャパシタＣの放電開始可能電圧を下げる。例えば画像形成装置に連続通紙を行って連続的に画像形成を行った場合、加圧ローラ４１の温度も十分に高くなる。そのような場合には、定着ローラ４０の熱が加圧ローラ４１に奪われる量が少ないため、キャパシタＣの放電による補助発熱体２ｂへの給電量は小さくても良い。そこで、放電開始を可能にする最低充電電圧を可変にして、必要な電力が小さくて良い場合には電圧を下げることにより、充電時間を短縮する。

また逆に、加圧ローラ４１の温度が所定の値より低い場合にはキャパシタＣの放電開始可能電圧を上げる。加圧ローラ４１の温度が低い場合にはキャパシタＣの放電による補助発熱体２ｂへの給電量を大きくしないと、定着ローラ４０の熱が加圧ローラ４１の温度を上昇させるために消費され、定着ローラ４０の温度が十分に上昇せず、定着装置３６における画像の定着不良が発生し得るためである。

キャパシタＣの放電開始可能電圧を可変させる条件となる情報としては、加熱装置１、定着装置３６、画像形成装置の環境温度、例えば定着ローラ４０と加圧ローラ４１のニップ温度等とすることができる。もちろん、定着ローラ４０と加圧ローラ４１のニップ部Ｎの温度は計測しにくい面もあるので、本実施例での環境温度とは、加熱装置１、定着装置３６あるいは画像形成装置の内部温度だけでなく、これら装置の外部温度も対象とすることができる。いずれにしても、そのような温度が定着装置３６における画像の定着に影響を与える、あるいは与え得ると考えられるものすべてを情報検知の対象とすることができ、補助電源制御手段は、環境温度の変化に応じてキャパシタＣの放電開始可能電圧を可変させる。

例えば、環境温度が所定の値より高い場合にはキャパシタＣの放電開始可能電圧を下げて充電時間を短縮し、低い場合にはキャパシタＣの放電開始可能電圧を上げる。環境温度が上述のようなものであれば、それが高ければ定着ローラ４０への給電量が小さくても良く、低ければ定着不良を防止するためにキャパシタＣの放電による補助発熱体２ｂへの給電量を大きくする。なおその理由については、先の加圧ローラの温度対応の例と同様である。

キャパシタＣの放電開始可能電圧を可変させる条件となる情報としては、定着装置３６における前回のジョブでの定着通紙枚数とすることができる。定着通紙枚数を検知する手段としては通紙カウンタ等の公知の種々の手段を採用すればよい。補助電源制御手段は、定着通紙枚数値に応じてキャパシタＣの放電開始可能電圧を可変させる。

例えば、定着装置３６における前回のジョブにおける通紙枚数が所定の値より多い場合にはキャパシタＣの放電開始可能電圧を下げる。前回ジョブでの通紙枚数が多ければ、加圧ローラ４１の温度も十分に高くなっているので、先の加圧ローラの温度対応の例と同様に、キャパシタＣの放電による補助発熱体２ｂへの給電量は小さくても良く、充電時間を短縮できる。

キャパシタＣの放電開始可能電圧を可変させる条件となる情報としては、定着装置３６における前回ジョブと今回ジョブとの時間間隔とすることができる。ジョブ間の時間間隔を検知する手段としてはタイマー等の公知の種々の手段を採用すればよい。補助電源制御手段は、ジョブの時間間隔に応じてキャパシタＣの放電開始可能電圧を可変させる。例えば、ジョブ時間間隔が所定の値より短い場合にはキャパシタＣの放電開始可能電圧を下げる。ジョブ時間間隔が短ければ加圧ローラ４１の温度が高くなっていて、先の加圧ローラの温度対応の例と同様に、キャパシタＣの放電による補助発熱体２ｂへの給電量は小さくても良く、充電時間を短縮できる。

キャパシタＣの放電開始可能電圧を可変させる条件となる情報としては、定着装置３６における前回ジョブの稼働時間とすることができる。ジョブ稼働時間を検知する手段としてはタイマー等の公知の種々の手段を採用すればよい。補助電源制御手段は、前回ジョブの稼働時間に応じてキャパシタＣの放電開始可能電圧を可変させる。例えば、定着装置３６における前回ジョブ稼働時間が所定の値より長い場合には加圧ローラ４１の温度が高くなっていて、これも先の加圧ローラ４１の温度対応の例と同様に、キャパシタＣの放電による補助発熱体２ｂへの給電量は小さくても良く、充電時間を短縮できる。

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の放電開始可能電圧を可変させる制御を加熱装置１が備える補助電源制御手段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、これによって放電開始可能電圧の制御を行っても良く、またいずれの場合についても放電電圧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。

なお以上説明してきた実施形態では、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。

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である。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である。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。図１の画像形成装置の定着ローラの温度制御の状態を示す図である。図１の画像形成装置のキャパシタの充電開始から満充電に至るまでの状態を示す図である。

符号の説明

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補助電源制御手段
８ａ給電制御部
８ｂ放電制御部
９スイッチ
１０ＣＰＵ
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
Ｓ１温度センサ

Claims

主電源装置と補助電源装置と画像を被加熱体に熱定着させる定着装置とを備える画像形成装置において、前記補助電源装置が、
前記主電源装置からの電力により充電されるとともに、
放電することにより最大供給電力を前記主電源装置から供給する電力よりも高めることが可能なキャパシタを蓄電手段として有する装置であり、
該補助電源装置は、充電途中に放電が可能となる放電開始可能電圧を可変する放電電圧可変手段を備える、
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１の画像形成装置において、
前記主電源装置の電圧測定手段を備え、
前記放電電圧可変手段は、
前記主電源装置の電圧が所定電圧より高いとき、前記放電開始可能電圧を下げる制御を行う
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１又は２の画像形成装置において、
前記主電源装置の電圧測定手段を備え、
前記放電電圧可変手段は、
前記主電源装置の電圧が所定電圧より低いとき、前記放電開始可能電圧を上げる制御を行う
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置において、
環境温度測定手段を備え、
前記放電電圧可変手段は、前記環境温度測定手段で測定した環境の温度が所定値より高いとき、前記放電開始可能電圧を下げる制御を行う
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置において、環境温度測定手段を備え、前記放電電圧可変手段は、前記環境温度測定手段で測定した環境の温度が所定値より低いとき、前記放電開始可能電圧を上げる制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
請求項４又は５のいずれかに記載の画像形成装置において、前記定着装置における前回のジョブでの定着通紙枚数を検知する定着通紙枚数検知手段を有し、該定着通紙枚数検知手段で得た検知情報に応じて前記放電電圧可変手段が前記補助電源装置の放電開始可能電圧を可変させる制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
請求項６に記載の画像形成装置において、前記前回ジョブにおける通紙枚数が所定の値より多い場合に前記放電電圧可変手段が前記補助電源装置の放電開始可能電圧を下げる制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
請求項４乃至７のいずれかに記載の画像形成装置において、前記定着装置における前回ジョブと今回のジョブとの時間間隔を検知するジョブ時間間隔検知手段を有し、該ジョブ時間間隔検知手段で得た検知情報に応じて前記放電電圧可変手段が前記補助電源装置の放電開始可能電圧を可変させる制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
請求項８に記載の画像形成装置において、前記ジョブ時間間隔検知手段で検知したジョブ時間間隔が所定の値より短い場合に前記放電電圧可変手段が前記補助電源装置の放電開始可能電圧を下げる制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
請求項４乃至９のいずれかに記載の画像形成装置において、前記定着装置における前回ジョブの稼働時間を検知するジョブ稼働時間検知手段を有し、該ジョブ稼働時間検知手段で得た検知情報に応じて前記放電電圧可変手段が前記補助電源装置の放電開始可能電圧を可変させる制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
請求項１０に記載の画像形成装置において、前記定着装置における前回ジョブ稼働時間が所定の値より長い場合に前記放電電圧可変手段が前記補助電源装置の放電開始可能電圧を下げる制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の画像形成装置において、前記補助電源装置の蓄電手段であるキャパシタが電気二重層キャパシタであることを特徴とする画像形成装置。