JP2004296292A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置の定着装置などに用いる加熱装置であって、商用電源と蓄電装置での特性の違いに基づいて電力供給量を調整可能とする。
【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から電力を供給し、補助発熱体２ｂには電気二重層キャパシタを用いた補助電源装置４から電力を供給する。制御手段８は、主発熱体２ａへの電力供給をオフとする被加熱体Ｘの温度ｔ１（第１温度）、補助発熱体２ｂへの電力供給をオフとする温度ｔ２（第２温度、ｔ１≠ｔ２）、それら未満の下限温度ｔ３に基づいて制御する。立ち上げ時は主発熱体２ａと補助発熱体２ｂへの電力供給を同時に行い、被加熱体Ｘの温度が第２温度ｔ２を越えたら補助発熱体２ｂへの電力供給を停止させ、主電源装置３からの主発熱体２ａへの電力供給のみを行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、特にこれら装置の省電力の効率化を図ったものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、最大投入エネルギー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）。
【００１０】
この特許文献３に示されている装置は、商用電源から供給する電力により発熱する主ヒータと、キャパシタを用いた補助電源装置から供給する電力により発熱する補助ヒータを有し、被加熱体である定着装置の加熱ローラを加熱できるようにしたものである。補助電源装置には、２０００Ｆ程度の静電容量を有し、数秒から数１０秒の電力供給には十分な容量を備えている充放電可能な電気二重層キャパシタ（あるいはキャパシタ）等を使用するようになっており、例えば供給電力を遮断するタイミングにより補助電源装置から補助発熱体へ供給する電力をオン、オフさせて供給電力量を調整している。
【００１１】
また商用電源の限界により短時間での立ち上がり及び温度制御不能時の安全性確保を実現するために、二つの発熱源を蓄電装置と商用電源とで同時に若しくは異なるタイミングで駆動し、蓄電装置が発熱源の少なくとも一つを所定の時間にわたって駆動するものであって、定着温度及び蓄電装置の保有電力量に応じて、蓄電装置により発熱源を駆動する時間を変更する技術も提案されている（例えば特許文献４）。なお上述した特許文献３も同様の技術を開示している。
【００１２】
【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
【特許文献４】
特開２００２−１７４９８８号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで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が、上述した従来の技術は、商用電源と蓄電装置ではその特性が異なるにもかかわらず、いずれも特性の違いに基づく制御を行っていない。
【００１４】
本発明は上記従来の諸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。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る加熱装置のうち請求項１に係るものは、上記目的を達成するために、蓄電装置、商用電源と該蓄電装置から共に電力供給を受ける加熱部、該加熱部に対する電力供給を制御する制御手段を有し、上記加熱部が、供給される電力により発熱する発熱体を有する加熱装置において、上記制御手段は、上記発熱体による加熱を受ける被加熱体の検知温度が第１の設定温度未満の場合は、上記商用電源から上記発熱体へ電力を供給し、上記検知温度が上記第１の設定温度以上の場合は、上記商用電源から上記発熱体への電力供給を停止するとともに、上記被加熱体の上記検知温度が上記第１の設定温度とは異なる第２の設定温度未満の場合は、上記蓄電装置から上記発熱体へ電力を供給し、上記検知温度が上記第２の設定温度以上の場合は、上記蓄電装置から上記発熱体への電力供給を停止する制御を行うものであることを特徴とする。
【００１６】
同請求項２に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１の加熱装置において、上記第２の設定温度を上記第１の設定温度未満の値としてなることを特徴とする。
【００１７】
同請求項３に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１または２の加熱装置において、上記加熱部が、上記商用電源から供給される電力により発熱する第１の発熱体と、上記蓄電装置から供給される電力により発熱する第２の発熱体とを備え、上記制御手段は、上記第１、第２の発熱体による加熱を受ける被加熱体の検知温度が第１の設定温度未満の場合は、上記商用電源から上記第１の発熱体へ電力を供給し、上記検知温度が上記第１の設定温度以上の場合は、上記商用電源から上記第１の発熱体への電力供給を停止するとともに、上記被加熱体の上記検知温度が上記第１の設定温度とは異なる第２の設定温度未満の場合は、上記蓄電装置から上記第２の発熱体へ電力を供給し、上記検知温度が上記第２の設定温度以上の場合は、上記蓄電装置から上記第２の発熱体への電力供給を停止する制御を行うものであることを特徴とする。
【００１８】
同請求項４に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１または２の加熱装置において、上記加熱部が、上記商用電源から供給される電力により発熱する第１の発熱体と、上記蓄電装置から供給される電力により発熱する第２の発熱体とを備え、上記制御手段は、上記第１、第２の発熱体による加熱を受ける被加熱体の検知温度が第１の設定温度未満でかつ該第１の設定温度未満の基準温度未満の場合は、上記商用電源から上記第１の発熱体へ電力を供給し、上記検知温度が上記第１の設定温度以上の場合は、上記商用電源から上記第１の発熱体への電力供給を停止するとともに、上記被加熱体の上記検知温度が上記第１の設定温度及び上記基準温度とは異なる第２の設定温度未満の場合は、上記蓄電装置から上記第２の発熱体へ電力を供給し、上記検知温度が上記第２の設定温度以上の場合は、上記蓄電装置から上記第２の発熱体への電力供給を停止する制御を行うものであることを特徴とする。
【００１９】
同請求項５に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし４のいずれかの加熱装置において、上記蓄電装置が充放電可能なキャパシタを備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項６に係る定着装置は、上記目的を達成するために、請求項１ないし５のいずれかの加熱装置を備え、上記発熱体の発熱によりニップ部を通過する記録媒体を加熱することを特徴とする。
【００２１】
同請求項７に係るものは、上記目的を達成するために、請求項６の定着装置において、上記制御部は、上記ニップ部を記録媒体が通過する前に、上記蓄電装置から上記発熱体への電力供給開始及び停止制御を行うことを特徴とする。
【００２２】
同請求項８に係るものは、上記目的を達成するために、請求項６または７の定着装置において、上記制御部は、上記ニップ部を記録媒体が通過する直前又は通過した以降に、上記蓄電装置から上記発熱体への電力供給開始することを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項９に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、請求項６ないし８のいずれかの定着装置を備えることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
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は本発明に係る加熱装置の一実施形態の構成を示す回路図である。図に示すように、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。
【００２５】
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Ｘ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の設置場所において商用電源から電源供給を受けるように、例えばコンセント等に接続する。そして、加熱部２に応じた電圧の調整及び交流と直流の整流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。図中Ｓは、被加熱体Ｘの温度を検出するセンサである。
【００２６】
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８０Ｆ程度の静電容量を有するキャパシタを使用してもよいが、電気二重層キャパシタと称される２０００Ｆ程度以上の静電容量を有し、数秒から数１０秒の電力供給には十分な容量を備えているものが適する。すなわち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。
【００２７】
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時間の時間を有するが、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１万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。
【００２８】
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、エネルギー密度が十数Ｗｈ／ｌ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。
【００２９】
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のキャパシタ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。
【００３０】
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の構成は単なる一例であって、種々の構成のものを採用できる。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。
【００３１】
上記のように構成した加熱装置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。
【００３２】
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。
【００３３】
このように補助電源装置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。
【００３４】
ところで上述のように商用電源に接続した主電源装置３とキャパシタＣを用いた補助電源装置４の双方を使用して加熱部２へ電力を供給する場合、補助電源装置４の特性が既述のように商用電源とは異なるので、この特性の違いに基づく制御を行う必要がある。
【００３５】
図２は、本実施形態装置の立ち上げ時の被加熱体Ｘの温度変化を示す図である。縦軸に示す温度ｔ１は、主発熱体２ａへの主電源装置３からの電力供給をオフとする被加熱体Ｘの温度（以下、第１温度という）であり、温度ｔ２は、補助発熱体２ｂへの補助電源装置４からの電力供給をオフとする被加熱体Ｘの温度（以下、第２温度という）であり、さらに温度ｔ３は、温度ｔ１、ｔ２未満の被加熱体Ｘの下限温度を示す。
【００３６】
図２（Ａ）は、第１、第２温度ｔ１、ｔ２を同温度（ｔ１＝ｔ２）に設定している場合の変化を実線ＡＣ＝ＣＡＰとして示してある。センサＳが検知する被加熱体Ｘの温度は、立ち上げ時は周囲環境温度（座標原点で示すが、必ずしも０度であることを示すものではない。）にほぼ等しいはずなので、この温度が第１ないし第３温度をすべて下回る設定としておき、主電源装置３からの主発熱体２ａへの電力供給と、補助電源装置４からの補助発熱体２ｂへの電力供給とを同時に行う。第１、第２温度ｔ１、ｔ２を同温度に設定してあるので、主電源装置３は主発熱体２ａへの電力供給を被加熱体Ｘの温度が第１温度ｔ１を越えるまで行い、補助電源装置４には補助発熱体２ｂに対して所定の時間にわたり電源を供給する。
【００３７】
一方、図２（Ｂ）の場合は、第１、第２温度ｔ１、ｔ２を異なる温度（ｔ１≠ｔ２）に設定している場合の変化を実線ＡＣ≠ＣＡＰで示してある。立ち上げ時は上述の図２（Ａ）の場合と同様に主電源装置３からの主発熱体２ａへの電力供給と、補助電源装置４からの補助発熱体２ｂへの電力供給とを同時に行うが、被加熱体Ｘの温度が第２温度ｔ２を越えると、制御手段８が補助電源装置４からの補助発熱体２ｂへの電力供給を停止させる制御を行い、所定時間後に補助発熱体２ｂへの電力供給を停止させ、その後は主電源装置３からの主発熱体２ａへの電力供給のみを行う。
【００３８】
図２（Ａ）、（Ｂ）のいずれの場合も、点線Ｐｐで示す補助電源装置４を用いた電力供給を行わない例に比べれば被加熱体Ｘの昇温が早くなっているが、図２（Ａ）の実線ＡＣ＝ＣＡＰの場合は、ねらいの値である第１温度ｔ１まで昇温するのに要する時間は短くなっているものの、オーバーシュートが大きくなる。一方、図２（Ｂ）の実線ＡＣ≠ＣＡＰの場合は、第２温度ｔ２を超えると補助発熱体２ｂへの補助電源装置４からの電力供給を制御手段８がオフとするため、ねらいの温度である第１温度ｔ１まで被加熱体Ｘが昇温するのに要する時間は図２（Ａ）の場合より若干長くなっているが、オーバーシュートが小さくて済んでいる。したがって、装置動作の安定性を考慮すれば図２（Ｂ）のような制御のほうが好ましいとも言える。
【００３９】
図３は、装置の立ち上げ後の被加熱体Ｘの温度変化を示す図である。図２に示すような立ち上げが終了した後、主発熱体２ａへの主電源装置３からの電力供給をオフとすると、被加熱体Ｘの温度は第１温度ｔ１から下降を始める。被加熱体Ｘの温度が第２温度ｔ２を下回るまで下降すると、制御手段８の制御により補助電源装置４から補助発熱体２ｂへの電力供給を開始し、補助発熱体２ｂの発熱により被加熱体Ｘの温度は上昇を開始する。このとき、被加熱体Ｘの温度が基準温度である下限温度ｔ３まで下がっていないので、主発熱体２ａへの主電源装置３からの電力供給はオフのままである。そして被加熱体Ｘの温度が第２温度ｔ２を越えると、制御手段８が補助電源装置４からの補助発熱体２ｂへの電力供給を所定時間後に停止させ、過熱と温度変化の増大を抑制しつつ、被加熱体Ｘの温度を所望の範囲に保つ。
【００４０】
なお、補助電源装置４から補助発熱体２ｂへの電力供給は、供給を開始した後、単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させて、その後に電力供給を停止する制御を行うと良い。ここに言う単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させるとは、例えば単位時間を１秒（制御手段８が制御できる範囲であればどのような時間間隔でも良い）とした場合、図４に示す供給電力量を理想的に変化させた場合のように、１秒毎に供給する電力の積算値を変化させることである。もちろん、図４のような変化形態でなくても良い。
【００４１】
また、制御手段８が、補助電源装置４から補助発熱体２ｂへの電力供給をオン／オフさせるスイッチ９のオン／オフ周期を、例えば図５に示すように変更することにより、単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させてもよい。
【００４２】
また制御手段８が単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる異なる基準としては、補助電源装置４のキャパシタＣの保有電力量を採用できる。例えば、補助電源装置４の電圧検出値を用いたり、あるいは、充電開始後の経過時間を用いたりすることが可能である。もちろん、補助電源装置４の電圧を検出する手段やタイマー等が必要となる。
【００４３】
なお図１の実施形態は、加熱部２が１個の補助発熱体２ｂを含むだけであるが、本発明はこれに限定されず、複数の補助発熱体を含み、制御手段８が複数の補助発熱体を適時に切り替えることによって、単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させるようにしても良い。
【００４４】
なお図示は省略するが、上述したすべての例において、主電源装置３を介して商用電源からも補助発熱体２ｂへ電力供給させ得る構成とし、制御手段８がこの商用電源からの電源供給をも制御できるようにしても良い。
【００４５】
次に、上述してきた本発明の加熱装置１を、例えば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の定着装置として用い、記録媒体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実施形態について説明する。
【００４６】
図６は、上述した本発明に係る定着装置を採用した電子写真方式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、図示のように、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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
図７は、上述のような定着装置の一例を示す断面図である。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、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からなる本発明の上述した実施形態に係る加熱部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。
【００５１】
この定着装置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Ｔを定着させる。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。なお加熱部２としてもう一つ以上の補助発熱体を含む構成も上述のように可能である。
【００５２】
このような構成の定着装置３６において、上述のような制御手段８による加熱部２の制御を、図２を本実施形態の定着装置３６の立ち上げ時の定着ローラ４０の温度変化を示す図であるとして読み替えて説明する。
【００５３】
第１温度ｔ１は、主発熱体２ａへの主電源装置３からの電力供給をオフとする定着ローラ４０の定着動作温度であり、温度ｔ２は、補助発熱体２ｂへの補助電源装置４からの電力供給をオフとする定着ローラ４０の温度（以下、キャパシタ・オフ温度という）であり、さらに温度ｔ３は、定着ローラ４０の定着下限温度であるとする。
【００５４】
本実施形態の定着装置でも図２（Ａ）の制御を用いることができるが、図２（Ｂ）に示す制御の方がより好ましく、実線ＡＣ≠ＣＡＰで示すように、立ち上げ時は主電源装置３からの主発熱体２ａへの電力供給と、補助電源装置４からの補助発熱体２ｂへの電力供給とを同時に行い、定着ローラ４０の温度がキャパシタ・オフ温度ｔ２を越えると、制御手段８が補助電源装置４からの補助発熱体２ｂへの電力供給を停止させる制御を行い、所定時間後に補助発熱体２ｂへの電力供給を停止させ、その後は主電源装置３からの主発熱体２ａへの電力供給のみを行う。その結果、オーバーシュートが小さく、かつ補助電源装置４を使わない加熱の場合より短時間で定着ローラ４０が所要の温度まで立ち上がる。
【００５５】
図２に示すような定着装置３６の立ち上げが終了した後、主発熱体２ａへの主電源装置３からの電力供給をオフとすると、定着ローラ４０の温度は定着動作温度ｔ１から下降を始めるので、温度がキャパシタ・オフ温度ｔ２を下回ったら、制御手段８の制御により補助電源装置４から補助発熱体２ｂへの電力供給を開始し、補助発熱体２ｂの発熱により定着ローラ４０を加熱し、その温度を上昇させる。このとき、定着ローラ４０の温度が基準温度である定着下限温度ｔ３まで下がっていないので、主発熱体２ａへの主電源装置３からの電力供給はオフのままである。そして定着ローラ４０の温度がキャパシタ・オフ温度ｔ２を越えると、制御手段８が補助電源装置４からの補助発熱体２ｂへの電力供給を所定時間後に停止させ、定着ローラ４０の過熱と温度変化の増大を抑制しつつ、その温度を所望の範囲に保つ。
【００５６】
上述した制御例のいずれの場合でも、ニップ部Ｎを記録媒体Ｐが通過する前に制御動作を行うようにすることができる。ニップ部Ｎを記録媒体Ｐが通過する前の時点で加熱部２による定着ローラ４０の加熱が完了していること考慮したものである。もちろん、ニップ部Ｎを記録媒体Ｐが通過する直前または通過が開始されてから上述のような制御を行っても良い。記録媒体Ｐが定着ローラ４０と接触または近接することによって定着ローラ４０から熱を奪い、定着ローラ４０の温度が低下することが明らかであるためで、いっそう緻密な制御が可能であり、各構成要素の応答性が高ければ、よりいっそう緻密に制御できる。
【００５７】
このような定着装置３６において、定着温度、すなわち定着ローラ４０の温度あるいは補助電源装置４のキャパシタＣの保有電力量またはこれらを両方とも、制御手段８が発熱体への電力供給を開始するか否かの基準として採用することにより、上述した本発明の加熱装置の実施形態と同様に、いっそう供給電力量を緻密に調整することができる。
【００５８】
すなわち、図４に示すように補助電源装置４から補助発熱体２ｂへの単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる制御、補助電源装置４から補助発熱体２ｂへの電力供給をオン／オフさせるスイッチ９のオン／オフ周期を変更することによって単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる制御が可能である。また同様に、制御手段８が単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる異なる基準としては、補助電源装置４のキャパシタＣの保有電力量を採用できる。この場合、図示せぬが補助電源装置４の電圧を検出する手段やタイマー等が必要となり、補助電源装置４の電圧検出値を用いたり、充電開始後の経過時間を用いたりすることが可能である。
【００５９】
さらに加熱部２が、複数の定格消費電力が異なる補助発熱体を含み、制御手段８が複数の補助発熱体を適時に切り替えることによって、単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させるようにした構成も採用できる。補助発熱体の個数は２個に限定されず、また上述した電力供給量の制御方法を組み合わせて採用することも可能である。そして、補助電源装置４のキャパシタＣの保有電力量を基準とする場合、制御手段８が、補助電源装置４のキャパシタＣの保有電力量が基準電力量以下になった場合に定格消費電力が小さいほうまたは大きいほうの補助発熱体へ切り替える制御を採用でき、これに上述のような各種制御方法を組み合わせることにより、よりいっそう緻密に電力量を調整できる。
【００６０】
また主電源装置３を介して商用電源からも補助発熱体２ｂへ電力供給させ得る構成とし、制御手段８がこの商用電源からの電源供給をも制御できるようにしても良いことも同様である。
【００６１】
なお図示の例では、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のものであれば採用可能である。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。
【００６２】
【発明の効果】
本発明に係る加熱装置、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は以上説明してきたように、商用電源と蓄電装置から加熱部の発熱体への電力供給を、被加熱体の温度により開始、停止させる制御を行うので、商用電源と蓄電装置の特性の違いに基づいた制御を行え、被加熱体の温度を緻密に調整できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】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２】図１の実施形態装置の立ち上げ時の被加熱体の温度変化を示す図である。
【図３】図１の実施形態装置の立ち上げ後の被加熱体の温度変化を示す図である。
【図４】発熱体への単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる例を示す図である。
【図５】発熱体への単位時間あたりの平均供給電力を増加または減少させる他の例を示す図である。
【図６】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７】図６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。
【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 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

Claims (9)

1. 蓄電装置、商用電源と該蓄電装置から共に電力供給を受ける加熱部、該加熱部に対する電力供給を制御する制御手段を有し、上記加熱部が、供給される電力により発熱する発熱体を有する加熱装置において、上記制御手段は、上記発熱体による加熱を受ける被加熱体の検知温度が第１の設定温度未満の場合は、上記商用電源から上記発熱体へ電力を供給し、上記検知温度が上記第１の設定温度以上の場合は、上記商用電源から上記発熱体への電力供給を停止するとともに、上記被加熱体の上記検知温度が上記第１の設定温度とは異なる第２の設定温度未満の場合は、上記蓄電装置から上記発熱体へ電力を供給し、上記検知温度が上記第２の設定温度以上の場合は、上記蓄電装置から上記発熱体への電力供給を停止する制御を行うものであることを特徴とする加熱装置。
2. 請求項１の加熱装置において、上記第２の設定温度を上記第１の設定温度未満の値としてなることを特徴とする加熱装置。
3. 請求項１または２の加熱装置において、上記加熱部が、上記商用電源から供給される電力により発熱する第１の発熱体と、上記蓄電装置から供給される電力により発熱する第２の発熱体とを備え、上記制御手段は、上記第１、第２の発熱体による加熱を受ける被加熱体の検知温度が第１の設定温度未満の場合は、上記商用電源から上記第１の発熱体へ電力を供給し、上記検知温度が上記第１の設定温度以上の場合は、上記商用電源から上記第１の発熱体への電力供給を停止するとともに、上記被加熱体の上記検知温度が上記第１の設定温度とは異なる第２の設定温度未満の場合は、上記蓄電装置から上記第２の発熱体へ電力を供給し、上記検知温度が上記第２の設定温度以上の場合は、上記蓄電装置から上記第２の発熱体への電力供給を停止する制御を行うものであることを特徴とする加熱装置。
4. 請求項１または２の加熱装置において、上記加熱部が、上記商用電源から供給される電力により発熱する第１の発熱体と、上記蓄電装置から供給される電力により発熱する第２の発熱体とを備え、上記制御手段は、上記第１、第２の発熱体による加熱を受ける被加熱体の検知温度が第１の設定温度未満でかつ該第１の設定温度未満の基準温度未満の場合は、上記商用電源から上記第１の発熱体へ電力を供給し、上記検知温度が上記第１の設定温度以上の場合は、上記商用電源から上記第１の発熱体への電力供給を停止するとともに、上記被加熱体の上記検知温度が上記第１の設定温度及び上記基準温度とは異なる第２の設定温度未満の場合は、上記蓄電装置から上記第２の発熱体へ電力を供給し、上記検知温度が上記第２の設定温度以上の場合は、上記蓄電装置から上記第２の発熱体への電力供給を停止する制御を行うものであることを特徴とする加熱装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかの加熱装置において、上記蓄電装置が充放電可能なキャパシタを備えることを特徴とする加熱装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかの加熱装置を備え、上記発熱体の発熱によりニップ部を通過する記録媒体を加熱することを特徴とする定着装置。
7. 請求項６の定着装置において、上記制御部は、上記ニップ部を記録媒体が通過する前に、上記蓄電装置から上記発熱体への電力供給開始及び停止制御を行うことを特徴とする定着装置。
8. 請求項６または７の定着装置において、上記制御部は、上記ニップ部を記録媒体が通過する直前又は通過した以降に、上記蓄電装置から上記発熱体への電力供給開始することを特徴とする定着装置。
9. 請求項６ないし８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。

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