JP2006154409A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着装置において、補助電源からの補助電力を有効に行えるようにして省電力化を図る。
【解決手段】 外部電源４ａ及び電気二重コンデンサ４ｂから電力供給を受けて発熱する発熱体２ａ，２ｂで加熱される加熱部１と、外部電源４ａからの充電を行う充電装置５とを備えた定着装置において、充電装置５を外部電源４ａから電気二重コンデンサ４ｂへの充電を停止する閾値を異なる値として複数備えるものとし、閾値の切り替えを定着装置がオフモードに移行した移行した後、発熱体により加熱される加熱部の温度が予め定めた規定温度まで低下したとき、または定着装置がオフモードに移行した直後または定着装置がオフモードへ移行して一定時間経過した後行う。
【選択図】 図２

Description

この発明は、定着装置及び画像形成装置に係り、特に外部電源と補助電源との少なくとも一方から電力供給を受けて発熱する発熱体と、この発熱体によって加熱される加熱部と、外部電源から補助電源への充電を行う充電装置とを備えた定着装置及び画像形成装置に関する。

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、安全性等の面から現在ヒートローラ方式が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、これによりトナー像を記録媒体に定着させる。

近年、環境問題に鑑み、複写機やプリンタ装置等の画像形成装置の省電力化が進んでいる。画像形成装置の省電力化のためには、画像形成装置の非通紙時（例えば待機時）において定着装置の定着ローラや定着ベルト等の加熱部温度を低下させることが有効である。

しかし、非通紙時に加熱部の温度を低下させると、その後定着装置を使用するときには加熱部を再び一定温度まで昇温させる必要があり、使用者はその間、待機しなければならない。その結果として装置が使用可能状態となるまでに時間を要するため、使い勝手が悪化することとなる。このような事態を回避するため、補助電源装置からの電力供給補助による加熱部昇温時間の短縮が考えられており、このような補助電源装置からの電力供給補助を加熱部昇温時（立ち上げ時・オフモードからの復帰時）だけでなく通紙時にも行うことで、電力をより有効活用する方法が提案されている。

特許文献１には、この補助電源装置として、電気二重層コンデンサと称される大容量コンデンサを使用することが記載され、大電力供給・繰り返し使用・寿命・充電時間といった面で定着装置の補助電源として有効であるとされている。ただし、この電気二重層コンデンサは、放電するにつれ供給電力量が徐々に低下するという課題があった。

よって、立ち上がり時、オフモードからの復帰時に電気二重層コンデンサを使用する場合には、昇温時間短縮のために大電力量を必要とするため電気二重層コンデンサの放電初期特性（大電力の供給）を利用し、一方、通紙時に電気二重層コンデンサを使用する場合には前者ほどの大電力量を必要としないため、電気二重コンデンサの放電中期〜末期特性のさほど大電力でない電力の供給特性を利用することが望ましいといえる。
特開2002−184554号公報

しかしながら、補助電源装置が補助電源装置を常に一定値まで充電する方式、即ち充電停止の閾値を一つしか設定しない場合には、立ち上がり時、オフモードからの復帰時にこの電気二重層コンデンサを使用する場合には昇温時間短縮が達成できるが、通紙時に電気二重層コンデンサを使用すると過剰に放電することになり、常に有効に電力補助しているとはいえないという問題がある。

そこで、本発明は、補助電源装置からの補助電力を有効に行えるようにして、省電力化を図ることができる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、外部電源及び補助電源の少なくとも一方から電力供給を受けて発熱する発熱体と、この発熱体によって加熱される加熱部と、外部電源から補助電源への充電を行う充電装置とを備えた定着装置において、前記充電装置は、外部電源から補助電源装置への充電を停止する閾値を複数備え、該閾値の切り替えを行うことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の定着装置において、充電装置は、定着装置がオフモードに移行した直後に、前記閾値の切り替えを行うことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の定着装置において、充電装置は、定着装置がオフモードに移行した移行した後、発熱体により加熱される加熱部の温度が予め定めた規定温度まで低下したとき、前記閾値の切り替えを行うことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１の定着装置において、充電装置は、定着装置がオフモードへ移行して一定時間経過した後に前記閾値の切り替えを行うことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかの定着装置において、補助電源装置に電気二重層キャパシタを用いたことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかの定着装置を備えて構成ことを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、補助電源装置への充電停止の閾値を複数設けたので使用の状況に応じて適正な閾値を選択することができ省電力効果を得ることができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

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、例えば１００枚連続通紙（７５ＣＰＭ（ＣＰＭ：コピー速度））可能なものであり、その主な構成としては、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。例えばＡＤＦ１３は最大積載枚数１００枚であり、読み取りユニット１１は原稿１００枚の読み取り時間を６０秒とする。

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を原稿搬送ベルト２３の回転により矢印Ｂ２方向へ搬送して原稿排紙トレイ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１２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１２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。

次に本発明の実施例に係る定着装置について説明する。図２は本例に係る定着装置の一実施例の構成を示す回路図である。本例では、定着装置３６には加熱部１を発熱するための２つの発熱体２ａ、２ｂと、外部電源（商用電源）４ａから補助電源４ｂへ給電制御を行う充電装置５とを有する。また本例では、メインスイッチ６、切替え装置７、制御部３を備える。

補助電源４ｂは、切替え装置７により充電・放電が切り替えられる。また、加熱部１には、その温度検知を行う温度検知手段８を有し、この温度検知手段８の検知温度により、補助電源装置４ｂへの充電停止の閾値が変更される。なお、本発明において、「オフモード」とは、外部電源装置あるいは補助電源装置から発熱体２ａ及び２ｂへの電力供給が行われなくなった状態で、加熱部温度維持がされていない状態のことをいう。よって、待機時からオフモードに移行すれば、加熱部は自然冷却し、徐々に自身の温度が低下していくこととなる。

メインスイッチ６がオンのときには、外部電源４ａから発熱体２ａへの給電が行われ、メインスイッチ６がオフのときには、外部電源４ａから充電装置５を介して補助電源４ｂへ給電される。本例では、補助電源装置４ｂとして、充放電可能な電気二重層コンデンサ（キャパシタ）を使用する。電気二重層コンデンサ４ｂを発熱体２ｂに接続したときの放電特性を示す概略図を図３に示す。図３の縦軸Vは電圧を示し、横軸は時間を示している。

電気二重層コンデンサはその特性から、図３に示すように、放電初期には高い電圧で、放電時間とともにその電圧は減少していく。つまり、放電初期には大電力供給できるが、放電末期には電力供給が低下するという特性を持つ。このため、立ち上がり時やオフモードからの復帰時にはこの初期放電特性を有効活用し、短時間で加熱部の昇温を実現させ、通紙時には外部電源から電極供給される発熱体２ａを発熱体２ｂ（補助電源装置から電力供給される発熱体）で補助し、加熱部１の温度維持に努めることができる。

本例では、充電装置５に複数例えば２つの閾値例えば充電停止閾値「９」と充電停止閾値「１０」とを設定できるものとし、充電装置５は立ち上がり時間短縮のため多くの電力供給が必要な場合に、補助電源への充電停止の閾値を高い充電停止閾値「１０」に設定され、通紙時の電力供給補助を行う場合、即ち立ち上がり時ほどの大電力を必要としない場合には、補助電源への充電停止の閾値は低い充電停止閾値「９」に設定される。このように充電停止の閾値を２つ有し、その切り替えを行うことで、立ち上がり時・オフモードからの復帰時及び通紙時それぞれの場合において、補助電源からの電力供給を有効に行うものとする。

図４に本実施例における「通紙→待機→オフモード」のときの加熱部温度と補助電源装置の充電停止の状態を示す。本図では縦軸に補助電源装置の電圧を、横軸に時間を取っている。定着装置の通紙時には補助電源装置４ｂからの電力供給により、加熱部１は定着品質を満足する下限温度以上を保持することができる。また、通紙終了後の待機時においては、補助電源装置４ｂは外部電源から給電され充電される。そのとき充電停止閾値「９」に至るまで充電が継続される。待機状態からオフモードに移行すると発熱体への給電が行われなくなるため、加熱部１は自然冷却によって温度低下していく。このとき、次の復帰に備えて、補助電源装置の充電停止の閾値が変更され、充電停止閾値「１０」になる。

よって、補助電源装置への充電が再び実施され、充電停止閾値「１０」に達した時点で充電が停止する。このとき補助電源装置には十分な電力が蓄えられているため、次の復帰時には補助電源装置から発熱体２ｂへ大電力が流れ、加熱部１の昇温時間短縮が可能となる。もし、通紙後の待機状態からオフモードへ移行せず、再び通紙がはじまったとしても、通紙に必要な最低限の電力量は補助電源装置にすでに蓄えられているため、即ち閾値「９」の量まですでに充電完了されているため、通紙中に電力不足となることはない。通紙中に加熱部温度を維持できないような電力不足状態に陥った際には、コピー枚数を低下させ生産性を低下させることや、定着性が悪化し画像品質が低下するといった不具合が生じることがあるが、本例では補助電源に十分電力が蓄えられているため、このような不具合を回避することができる。

図５には、本画像形成装置の他の動作例として「通紙→待機→オフモード」のときの加熱部温度と補助電源装置の充電停止の状態を示している。本例では、充電装置５はオフモードに入り、加熱部１温度が自然冷却により、予め定めた所定の規定温度α°Ｃに達した時点で、補助電源の充電停止閾値「９」が閾値「１０」へと切り替わり充電が開始されるよう設定されている。本例では加熱部１が充電停止閾値「１０」に達すると充電完了し（充電時間はｔ１）、次の復帰に備える。そのときの加熱部１の温度はβ°Ｃになる。

このときの規定温度α°Ｃ、β°Ｃの決定の方法について説明する。β°Ｃとは、外部電源のみから発熱体２ａへの放電で加熱部１を短時間で昇温できる下限温度にとする。つまり、オフモード状態において加熱部１温度がβ℃以下になった際には、外部電源のみからの電力では昇温に時間を要するために、補助電源からの電力補助で昇温時間の短縮を図る必要がある。充電停止閾値「９」から充電停止閾値「１０」までの充電に要する時間がｔ１であり、この時間は、加熱部１の温度が自然冷却でα°Ｃからβ°Ｃまで低下する時間に等しい。よって、加熱部１の温度がα°Ｃになったときに充電停止閾値の切り替えを行い充電開始すれば、加熱部１がβ°Ｃになったときにちょうど充電が完了し、いつでも短時間復帰可能状態になる。

即ち、時間ｔ１は以下の通りである。
時間ｔ１＝（加熱部がα°Ｃからβ°Ｃへ自然冷却に要する時間）＝（充電停止閾値９から充電停止閾値１０の切り替えで補助電源装置の充電に要する時間）

図６は本画像形成装置の他の動作例として、待機状態からオフモード移行後、予め定めた一定時間ｔ２経過後に充電停止閾値「９」を充電停止閾値「１０」へ切り替える場合を示している。この場合充電完了時の加熱部１の温度は先述のようにβ°Ｃになるが、所定の一定時間ｔ２は、オフモード移行後、自然冷却で加熱部１温度がα°Ｃに達するまでの時間とするのが望ましい。この場合、上述した図４の例のように加熱部１の温度を常に検知するため温度検知手段８をオン状態にしておかなければならず電力消費があるが、本例の場合、温度検知手段８を作動させる必要がなく、オフモード時にさらなる省電力化を図ることができる。

また、上記実施例では、補助電源装置として電気二重層コンデンサ（キャパシタ）を例として挙げているが、補助電源装置としてはこれに限らず、繰り返し充放電可能な電池を使用することができる。また、上記例では、充電停止の閾値を変更するきっかけとして、加熱部の温度を採用したが、補助電源装置の電圧値や電流値を採用することができる。さらに、発熱体としては、ハロゲンヒータの他に面状発熱体やＩＨ方式を利用した発熱体を使用することができる。

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。 本発明の実施例に係る定着装置のブロック図である。 実施例に係る定着装置の加熱部温度と補助電源装置の充電停止の状態を示すグラフである。 実施例に係る定着装置の加熱部温度と補助電源装置の充電停止の状態を示すグラフである。 実施例に係る定着装置の加熱部温度と補助電源装置の充電停止の状態を示すグラフである。 実施例に係る定着装置の加熱部温度と補助電源装置の充電停止の状態を示すグラフである。

符号の説明

１ 加熱部
２ａ 発熱体
２ｂ 発熱体
３ 制御部
４ａ 外部電源（商用電源）
４ｂ 補助電源（電気空気二重層コンデンサ）
５ 充電装置
６ メインスイッチ
７ 切替え装置
８ 温度検知手段
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
１５〜１８ 給紙カセット
１９ 給紙部
２０ 排紙トレイ
２１ 原稿台
２２ ピックアップローラ
２３ 原稿搬送ベルト
２４ コンタクトガラス
２５ 読み取り装置
２６ 光源
２７ 光学系
２８ 光電変換素子
３０ 感光体
３１ 帯電装置
３２ 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

Claims (6)

1. 外部電源及び補助電源の少なくとも一方から電力供給を受けて発熱する発熱体と、この発熱体によって加熱される加熱部と、外部電源から補助電源への充電を行う充電装置とを備えた定着装置において、
   前記充電装置は、外部電源から補助電源装置への充電を停止する閾値を複数備え、該閾値の切り替えを行うことを特徴とする定着装置。
2. 充電装置は、定着装置がオフモードに移行した直後に、前記閾値の切り替えを行うことを特徴とする請求項１の定着装置。
3. 充電装置は、定着装置がオフモードに移行した移行した後、発熱体により加熱される加熱部の温度が予め定めた規定温度まで低下したとき、前記閾値の切り替えを行うことを特徴とする請求項１の定着装置。
4. 充電装置は、定着装置がオフモードへ移行して一定時間経過した後、前記閾値の切り替えを行うことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
5. 補助電源装置に電気二重層キャパシタを用いたことを特徴とする請求項１から４のいずれかの定着装置。
6. 請求項１から５のいずれかの定着装置を備えてなることを特徴とする画像形成装置。