JP2007171990A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、大容量コンデンサを補助電源として使用した際には定着ローラ温度が大きく変動しやすいという課題を解決しようとするものである。
【解決手段】この発明は、発熱部材１１ａ、１１ｂの発熱により温度が上がる加熱部１１と、商用電源が用いられて発熱部材１１ａに電力を供給する主電源１４と、商用電源より充電され発熱部材１１ｂに電力を供給する補助電源１５として用いられる複数のセル１５ａ、１５ｂから構成される大容量キャパシタとを有する加熱装置において、複数のセル１５ａ、１５ｂの接続を少なくとも放電時に可変する構成としたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、紙、フィルムなどの被加熱体を加熱する加熱装置、定着装置及び、複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置は、普通紙やＯＨＰ紙等の被加熱体としての被加熱体上に画像を形成する工程を有する。この画像形成装置は、様々な画像形成方式が実現されているが、その中でも高速性、画像品質、コストなどから広く採用されているのが電子写真方式である。
電子写真方式では、普通紙やＯＨＰ紙などの被加熱体である被加熱体上に未定着トナー像を形成し、この被加熱体上の未定着トナー像を定着装置により熱と圧力で固定する定着工程がある。この定着装置としては、高速性、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。

ヒートローラ方式の定着装置とは、ハロゲンヒータなどの発熱部材により加熱される加熱ローラと、この加熱ローラに対向して配置される加圧ローラとが圧接されてニップ部と呼ばれる相互圧接部が形成され、加熱ローラと加圧ローラとの間に被加熱体を通過させて被加熱体上の未定着トナー像を熱と圧力で固定する方式である。

ヒートローラ方式の定着装置において加熱ローラの芯金に離型層としてフッ素系樹脂を被覆した場合には、フッ素系樹脂は材質そのものが硬いため、以下に説明するような画質上の問題が生ずる。被加熱体上のトナー像は微視的には凹凸を有しており、加熱ローラの表面が硬いとそれに追従できず、加熱ローラの表面に対する微視的な密着性が低くなる。このため、被加熱体上の定着後のトナー像は、加熱ローラが接触した部分と加熱ローラが接触しない部分との間で、ベタ部での細かい光沢ムラが発生する。

白黒複写機においては、画質の要求度がフルカラー複写機に比べるとそれほど高いものではないため、定着装置の加熱ローラは上述のような芯金にフッ素系樹脂を被覆したもので十分であった。しかし、装置の高速化が進むにつれ、印刷領域へと展開されるにあたり、高画質化の要求が高くなってきた。

これに対して、フルカラー複写機においては、高画質化への要求が白黒複写機に比べて非常に大きい。トナー像の光沢ムラが起こりにくいように加熱ローラの芯金に弾性層（耐熱性ゴム）を被覆することにより、加熱ローラのゴム自身の伸縮性で加熱ローラの表面と被加熱体上のトナー層との密着性を高くして光沢ムラのない優れた画質の定着画像を得るようにしており、この技術は白黒複写機へと展開されてきている。

加熱ローラは、芯金が鉄やアルミニウムなどの金属からなるローラを主に使用しており、熱容量が大きい。このため、ヒートローラ方式は、使用時に使用可能温度である約１８０℃前後まで昇温するには数分から十数分の長い立ち上がり時間が必要であるという欠点がある。

そこで、画像形成装置では、使用者が画像形成を行わない待機時にも、加熱ローラに電力を供給して加熱ローラの温度を使用可能温度よりやや低い予熱温度に保っており、使用時に直ぐに使用可能温度まで立ち上がるようにしている。これは使用者が加熱ローラの昇温を待つことがないようにするためであり、画像形成装置を使用していない待機時にも画像形成には不必要な、余分なエネルギーが消費されていた。なお、この待機時の消費エネルギーは画像形成装置全体の消費エネルギーの約７〜８割に上るという調査結果もある。

近年、環境保護意識の高まりから各国で省エネルギー規制が制定されている。国内では省エネ法が改正されて強化され、米国でもエナジースターやＺＥＳＭ（Ｚeｒo Ｅnergy Ｓtar Ｍode）などの省エネプログラムが制定されている。これらの規制やプログラムに対応するべく省電力化を図る際には、画像形成装置全体の消費エネルギーのうち割合の大きい待機時消費エネルギーを削減すると省電力化の効果が大きいため、画像形成装置の未使用時には加熱ローラへの電力供給をゼロにすることが望ましい。
しかし、従来の定着装置で待機時の加熱ローラへの供給電力をゼロにすると、再使用時には加熱ローラの昇温時間がかかるために待ち時間が長くなり、使用者の使い勝手が悪化してしまう。このため、速やかに加熱ローラの温度を上昇させる構成が省エネ型の画像形成装置を実現する上で必要とされ、例えば上記ＺＥＳＭでは再立ち上げには１０秒以下が要求されている。

加熱ローラの昇温時間を短くするためには、加圧ローラも含めた定着装置全体の熱容量を下げることが有効である。そこで、弾性層を含む定着ローラと、この定着ローラとの間に被加熱体が通過するニップ部が形成される加圧ベルトと、この加圧ベルトの内側に配置された加圧部材との組合せで、高画質化、高速化、省エネルギー化、長寿命化を満足するようにした定着装置が特許文献１に記載されている。

また、特許文献２には、高画質、省エネルギー、長寿命を満足することを目的としたもので、転写材上のトナー像を加熱と加圧とにより前記転写材に固定する定着装置において、固定発熱体を内接して設けたフィルム状回転部材と、前記フィルム状回転部材に対向して設けられる、熱線を発する熱線照射部材を内部に有し、前記熱線に対して透光性を有する円筒状の透光性基体と、該透光性基体の外側に透光性弾性層と、該透光性弾性層の外側に前記熱線を吸収する熱線吸収層とを設けたロール状の熱線定着用回転部材とよりなることを特徴とする定着装置が記載されている。

また、加熱ローラの昇温時間を短くするためには、加熱ローラを加熱する発熱部材に対する単位時間の投入エネルギー、すなわち定格電力を大きくすると良い。実際に、画像形成速度の高い高速の画像形成装置には、電源電圧を２００Ｖにして加熱ローラの昇温時間を短くしているものもある。しかし、日本国内の一般的なオフィスでは、電源は１００Ｖ１５Ａが一般的で１５００Ｗが上限であり、２００Ｖの電源電圧に対応させるには画像形成装置設置場所の電源関連部分に特別な工事を施す必要があり、これは加熱ローラの昇温時間を短くするための一般的な解決方法とは言えない。

また、１００Ｖ１５Ａの商用電源を２系統用いて定着装置の発熱部材に対する全投入電力を上げる画像形成装置も実用化されている。しかし、この画像形成装置では、２系統のコンセントが近くにあるところがないと、設置することができないという不具合がある。
さらに、定着装置の発熱部材に対する供給電力を単純に増やした際に問題となるのが安全性である。発熱部材に大電力を投入することで加熱ローラの温度は急上昇するが、システムが暴走して発熱部材に対する供給電力の制御が不能になった際に発火の危険が格段に高くなる。これは、加熱ローラの昇温があまりに早すぎると、温度ヒューズやサーモスタットなどの安全装置が作動するまでに、加熱ローラの温度が紙の発火点温度を超えてしまうためである。
上記のように、これまでは加熱ローラを短時間で昇温させようとしても、投入エネルギーの上限は上げられないのが実状であった。

発熱部材に対する最大供給電力を増やすことで省エネを実現するために、補助電源を用いて発熱部材に補助電源からも電力を供給することが提案され、充電可能な補助電源として二次電池を使用することが提案されている。二次電池としては、鉛蓄電池やカドニカ電池等が代表的なものである。
しかし、二次電池は、充電に時間がかかり、フルに充電するには数時間がかかってしまうため、一日に何度も使用することができない。

また、二次電池は、充放電を何回も繰り返すと劣化して容量が低下していき、大電流で放電するほど寿命が短くなるという性質を持つ。一般的に大電流で長寿命とされているカドニカ電池でも、充放電の繰り返し回数は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寿命が来てしまう。これでは、電池交換の手間がかかり、電池代などのランニングコストも非常に高くつくことになってしまう。また、二次電池は、充電時間が長くかかるため、夜間に充電すると、装置外部へ取り出して充電することなどが必要である。また、二次電池は、放電が少しずつであり、短時間に大電力を取り出すことが難しい。また、二次電池は、放電の必要が無い時に充電し続けると、ガスが発生して故障の原因となり、安全ではない。さらに、鉛蓄電池では、液体の硫酸を使用するなどオフィス用機器としては好ましくない。これらの不具合により、発熱部材に二次電池からも電力を供給することは、実用上は実現が困難であった。

このような二次電池の欠点を解決するために、電気二重層キャパシタなどの大容量コンデンサを補助電源として用いた定着装置が提案されている。大容量コンデンサは、充放電の繰り返し回数がほぼ無制限であり、充電特性の劣化がほとんどなく、定期的なメンテナンスが不要である。また、充電時間も二次電池であるバッテリは数時間を要するのに対して大容量コンデンサは数秒から数十秒程度にすることが可能であるという特徴を有する。また、電気二重層キャパシタでは、数十アンペアから数百アンペアの大電流を流すことが可能であるため、短時間での電力供給が可能である。また、大容量コンデンサは、充電し続けても、ガスの発生などが無く安全である。さらに、電気二重層キャパシタは、所定時間放電すると保持電力が低下して電圧が低下し、供給電力を自動的に低減することができるため、安全性が高い。
このような大容量コンデンサを補助電源として用いると、定着装置が立ち上がる数秒から数十秒の短時間に商用電源の電力の限界を超える電力を定着装置に供給することができる。また、大容量コンデンサは、保持電力を短時間に使い切ってしまうため、放電開始から所定の時間後に供給電力が低減し、加熱ローラの温度上昇が小さくて安全な構成を実現することができる。このため、立ち上がり時間の短い定着装置を実現して信頼性、耐久性及び安全性を高くすることが可能である。

特許文献３には、主電源の他に補助電源を有し、この補助電源が定着ローラを加熱するためのヒータへ電力を増すのではなく別系統の発熱体に電力を供給する加熱装置が記載されている。
特許文献４には、主電源の他に補助電源を用いた省エネルギー型の定着装置が記載されている。この定着装置では、補助電源としての二次電池は、単一の電源から２つのレベルの電力を供給するもので、最大の供給電力を主電源のみの供給電力より高めることを主眼としたものではない。

特許文献５には、主電源の他に二次電池、一次電池等の補助電源を用いて色々な機能を持たせた画像形成装置が記載されている。
特許文献６には、主電源の他に補助電源として大容量キャパシタを用いた加熱装置が記載されている。この加熱装置によれば、立ち上がり時に補助電源で商用電源をアシストすることで立ち上がり時間を短くすることができ、省エネルギーとなる。

特許文献７には、商用電源と蓄電池を備えた画像形成装置において、蓄電池への充電中はプロダクティビティーを落とすこと、蓄電池の装填を判別する蓄電池装填判別手段と蓄電池の充電容量を監視する充電容量監視手段を備え、蓄電池装填判別手段の判別結果や充電容量監視手段の監視結果によりプロダクティビティーを落とすことが記載されている。また、特許文献７には、蓄電池を用いていてその充電時間が長いため、蓄電池を外部で充電したり夜間に充電したりすることが記載されている。

画像形成装置において短時間昇温を実現する定着方式として、板状のセラミックヒータの周囲に耐熱樹脂製のフィルムを巻き回した構成のものがある。これは、セラミックヒータの熱容量が小さくなるため、立ち上がり時間を短くすることができ、３０枚／分以下の低速の画像形成装置で実用化されている。

しかし、これは、今後さらに高速の画像形成装置へ対応するためにはフィルムを破損防止のために厚くする必要がある。この場合の問題として、フィルムがニップに入る前にフィルムの温度を上げておかないと、樹脂は金属よりも熱伝導率が悪くニップ中で熱が被加熱体に十分に伝わらなくなるため、フィルムをニップ部に入る前の上流部から加熱する必要が出てくる。このため、ヒータの板状部の面積が大きくなり、より急速な昇温を行うためにはヒータに電力を供給する電力源として高い電力源が必要である。

特開平１１−１３３７７６号公報 特開２００１−９２２８１号公報 特開平５−２３２８３９号公報 特開平１０−１０９１３号公報 特開平１０−２８２８２１号公報 特開２０００−３１５５６７号公報 特開２０００−０７５７３７号公報

上述した大容量コンデンサを補助電源として用いた定着装置や加熱装置では、以下のような課題が現在明らかになっている。
立ち上げ時間を短くするには、定着ローラ（加熱ローラ）の熱容量を低減すると共に定着ローラに大電力での電力供給を行う必要がある。そして、補助電源により大電力を得るには、配線及び回路の負荷を考えると、大電流よりも高電圧の補助電源を用いることが望ましい。

しかし、電力供給のオン／オフで定着ローラ温度の制御を行いながら大容量キャパシタ（大容量コンデンサ）を用いた補助電源を使用する際には、発熱体としてのヒータへ大電力を一気に供給するため、図４に示すように定着ローラの温度が大きく変動しやすい。このため、被加熱体上の画像の途中で定着ローラの温度が変化することにより画像品質にムラができ、画像品質を低下させてしまうという不具合があった。

また、上述のように加熱ローラの芯金に弾性層（耐熱性ゴム）を被覆したものでは、光沢ムラが起こりにくくなって高画質化を図ることができるが、弾性層は熱伝導性が悪く、連続通紙時に加熱ローラの表面温度が低下して定着不良を招く。この定着不良を回避するため、一部の画像形成装置では、加熱ローラの表面温度がある一定の温度以下になった場合にプロセス速度を低下させることで定着性を確保しており、加熱ローラの弾性層の熱伝導性の悪さは高速化の妨げとなっている。

また、大容量キャパシタの保持する電力を数秒から数十秒の立ち上げ時間で使い切るには、大容量キャパシタから大電力を取り出す構成が必要である。電力＝電圧×電流であるから、大容量キャパシタの出力電圧を高くするか大容量キャパシタの出力電流を大きくすることで、大容量キャパシタから大電力を得ることが可能である。

しかし、加熱ローラの加熱に通常用いられるハロゲンヒータは、最大電流が１０Ａ〜１２Ａ程度が上限で、最大電流を大きくすることが困難である。これは、ハロゲンヒータに大電流を供給するとハロゲンヒータの寿命が短くなるためである。よって、ハロゲンヒータを発熱部材として用いて大電力をハロゲンヒータに供給するためには、ハロゲンヒータに電力を供給する電力供給源として出力電圧の大きい電源を用いた構成を取る必要があった。

しかし、もともと大容量キャパシタは１セル当たりの電圧が数Ｖ程度と低い特性がある。これは、大容量キャパシタのセル内部の溶液が電気分解するのを防ぐためで、水系で１ボルト強、有機系でも３ボルト弱程度である。このため、従来用いられてきたハロゲンヒータを発熱部材として加熱を行うには、大容量キャパシタのセルを十数個〜数十個直列に接続したものを、５０〜１００Ｖ程度の高電圧をハロゲンヒータに供給する電源ユニットとして利用する必要がある。

しかし、装置内部に高電圧の電源ユニットを設置すると以下のような問題がある。装置の保守点検をする際には装置内部にアクセスする場合も多いが、作業中には意図せずに電源端子に触れてしまい、感電事故が発生する可能性がある。また、ユーザも記録紙づまりの処理などで装置の内部に手を入れることが考えられ、これに対しても感電を防止するための方策が必要である。

また、大容量キャパシタの一つのキャパシタセルの蓄電容量は十分に大きくなってきており、多くのキャパシタセルを直列につないで高電圧・大電力を得る構成では、数個のキャパシタセルだけで被加熱体温度を上昇させるのに十分なエネルギーが得られる場合もある。しかし、これまでは大容量キャパシタの電圧を上げるためにキャパシタセルの数を増やす必要があり、いわば余分な容量のキャパシタセルを電源部構成として用意しておく必要があった。しかし、現在はまだ大容量キャパシタはエネルギーの密度が低くて体積が大きく、コストも高いものであるためキャパシタセルの数を減らすことが欠かせない。

すなわち、ハロゲンヒータを発熱部材として用いる構成では、ハロゲンヒータへの供給電圧を上げるためにエネルギー的に余分なキャパシタセルを用いる必要があるため、ハロゲンヒータへ電力を供給する電源は体積が大きくコストも高くなってしまうという問題があった。

また、もう一つの重要な課題は温度のオーバーシュートである。現在、定着ローラでは、温度検知にサーミスタを用いている。サーミスタはかなり小さくなり反応速度も向上してきているが、ハロゲンヒータへの電力供給量が多くて昇温時間が短い構成では、サーミスタの温度検知が遅れて温度が所定の値よりも高くオーバーシュートしやすくなるという課題が出てきた。

本発明は、上記課題を解決すべくなされたもので、温度変動を小さくでき、キャパシタの保持エネルギーをできるだけ多く利用することができ、温度上昇を速くでき、立ち上がり時間を短くすることができ、高画質化と高速化を両立させることができ、加熱部とトナー像との分離性を向上させることができる加熱装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、画像のムラをなくすことができ、出力品質を高くできる画像形成装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、補助電力源の出力電圧を下げることで感電を防止でき、安全性の高い加熱装置、定着装置及び画像形成装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、補助電源の体積を減らすことができ、設置スペースを小さくして低価格にすることができる加熱装置、定着装置及び画像形成装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、温度のオーバーシュートを低減することができる加熱装置、定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、発熱部材の発熱により温度が上がる加熱部と、商用電源が用いられ前記発熱部材に電力を供給する主電源と、商用電源より充電され前記発熱部材に電力を供給する補助電源として用いられる複数のセルから構成される大容量キャパシタとを有する加熱装置において、前記複数のセルの接続を少なくとも放電時に可変する構成としたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の加熱装置において、前記複数のセルを並列と直列に切り替える構成としたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の加熱装置において、該装置の状況を検知する検知手段を有し、この検知手段の検知情報により前記複数のセルの接続を切り替えるものである。

請求項４に係る発明は、請求項３記載の加熱装置において、前記検知手段として前記加熱部の温度を検知する温度検知手段を用いたものである。

請求項５に係る発明は、請求項４記載の加熱装置において、前記加熱部が所定の温度以上の時に前記複数のセルを並列に接続して該複数のセルから前記加熱部に電力を供給するものである。

請求項６に係る発明は、請求項４記載の加熱装置において、前記加熱部が所定の温度に達しない時に前記複数のセルを直列に接続して該セルから前記加熱部に電力を供給するものである。

請求項７に係る発明は、請求項３記載の加熱装置において、前記検知手段の検知情報の代りに被加熱体の連続加熱枚数情報を用いるものである。

請求項８に係る発明は、請求項７記載の加熱装置において、前記複数のセルの並列接続の列数を可変にして前記複数のセルの接続を可変する構成としたものである。

請求項９に係る発明は、大容量キャパシタの複数のセルの接続を可変する構成とした請求項７記載の加熱装置において、前記加熱部が弾性層を有するものである。

請求項１０に係る発明は、請求項９記載の加熱装置において、前記弾性層の厚さが０．１ｍｍ以上であるものである。

請求項１１に係る発明は、請求項９または１０記載の加熱装置において、前記弾性層の最外層に離型層を設けたものである。

請求項１２に係る発明は、定常的な電力供給可能な主電源から電力が供給されることによって発熱する主発熱部材と、充電可能な補助電源と、この補助電源から電力が供給されることにより発熱する補助発熱部材と、前記主発熱部材及び前記補助発熱部材により加熱される加熱部材とを有する加熱装置において、前記補助電源の出力電圧を所定の指示に応じて降下させるものである。

請求項１３に係る発明は、請求項１２記載の加熱装置において、前記補助電源に対して接続可能な電気的負荷と、この電気的負荷を前記補助電源に選択的に接続する選択的接続手段とを備え、この選択的接続手段が前記指示に応じて前記電気的負荷を前記補助電源に接続するものである。

請求項１４に係る発明は、請求項１３記載の加熱装置において、前記電気的負荷が抵抗発熱体であるものである。

請求項１５に係る発明は、請求項１３記載の加熱装置において、前記電気的負荷がモータであるものである。

請求項１６に係る発明は、請求項１２記載の加熱装置において、前記補助電源は直列に接続された複数の電源からなり、この複数の電源の一部を前記指示に応じて切り離して前記補助電源の出力電圧を降下させるものである。

請求項１７に係る発明は、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の加熱装置において、当該装置内部への作業者のアクセスを検知するアクセス検知手段を有し、このアクセス検知手段の検知結果を前記指示とするものである。

請求項１８に係る発明は、請求項１７記載の加熱装置において、前記アクセス検知手段は保守作業員の能動的な前記補助電源に対する放電指示を検知するものである。

請求項１９に係る発明は、請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の加熱装置において、前記補助電源の高い出力電圧が直流電圧であるものである。

請求項２０に係る発明は、電力の供給によって発熱する発熱部材を有し、この発熱部材に対して電力を供給する電力供給手段として充電可能な補助電源を少なくとも有する加熱装置において、前記補助電源の出力電圧を昇圧する昇圧手段を有するものである。

請求項２１に係る発明は、請求項２０記載の加熱装置において、前記補助電源が電気二重層キャパシタであるものである。

請求項２２に係る発明は、請求項２０または２１記載の加熱装置において、前記昇圧手段の入力電圧が低下するにつれて前記昇圧手段の出力電圧が低下するものである。

請求項２３に係る発明は、請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の加熱装置において、前記昇圧手段の出力電圧を制御する制御手段を有するものである。

請求項２４に係る発明は、請求項２３記載の加熱装置において、前記制御手段が前記昇圧手段の出力電圧を時間的に一定になるように制御するものである。

請求項２５に係る発明は、請求項２０記載の加熱装置において、前記発熱部材は、定常的な電力供給可能な主電源から電力が供給されることによって発熱する主発熱部材と、前記補助電源から前記昇圧手段を介して電力が供給されることにより発熱する補助発熱部材とを有し、前記補助電源から前記昇圧手段を介して前記補助発熱部材へ供給する電力が、前記主電源から前記主発熱部材へ供給する電力よりも大きいものである。

請求項２６に係る発明は、定常的な電力供給可能な主電源から電力が供給されることによって発熱する主発熱部材と、充電可能な補助電源と、この補助電源の出力電圧を昇圧する昇圧手段と、この昇圧手段から電力が供給されることにより発熱する補助発熱部材と、前記主発熱部材及び前記補助発熱部材により加熱される加熱部材とを有する加熱装置において、前記補助電源に関する情報を検知する検知手段を有し、この検知手段からの検知情報に応じて前記昇圧手段の出力電圧を制御するものである。

請求項２７に係る発明は、請求項２６記載の加熱装置において、前記補助電源が電気二重層キャパシタであるものである。

請求項２８に係る発明は、請求項２６または２７記載の加熱装置において、前記検知手段は前記加熱部材の温度を検知する温度検知手段であるものである。

請求項２９に係る発明は、請求項２８記載の加熱装置において、前記温度検知手段の検知温度が所定の温度よりも高い場合に前記出力電圧を第１の電圧よりも低減するものである。

請求項３０に係る発明は、請求項２８記載の加熱装置において、前記温度検知手段の検知温度が所定の温度よりも高い場合に前記出力電圧を第１の電圧より低く切り替えるものである。

請求項３１に係る発明は、請求項２８記載の加熱装置において、前記補助電源の残電力量を検知する残電力量検知手段を有し、この残電力量検知手段の検知結果に応じて前記出力電圧を変化させるものである。

請求項３２に係る発明は、請求項３１記載の加熱装置において、前記残電力量検知手段で検知した前記補助電源の残電力量が所定の値よりも高い場合に前記出力電圧を第２の電圧より低くするものである。

請求項３３に係る発明は、被加熱体上の未定着物を定着させる定着手段を有する定着装置において、前記定着手段として請求項１〜３２のいずれか１項に記載の加熱装置を備えたものである。

請求項３４に係る発明は、記録媒体上に画像を形成する像形成手段と、前記記録媒体上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段として請求項１〜３２のいずれか１項に記載の加熱装置を備えたものである。

請求項３５に係る発明は、記録媒体上に未定着画像を形成する像形成手段と、前記記録媒体上の未定着画像を加熱して前記記録媒体に定着させる定着手段とを有する画像形成装置において、前記定着手段として請求項１〜３２のいずれか１項に記載の加熱装置を備えたものである。

以上のように本発明によれば、加熱部の温度変動を小さくすることができ、、キャパシタの保持エネルギーをできるだけ多く利用することができる。また、温度変動を小さくでき、立ち上がり時間を短くすることができる。また、温度上昇を速くでき、かつ、温度変動を小さくできる。また、高画質を確保することができ、高画質化と高速化を両立させることができる。また、加熱部とトナー像との分離性を向上させることができる。また、画像のムラをなくすことができ、出力品質を高くできる。

また、補助電力源の出力電圧を下げることで感電を防止でき、安全性が高い。また、補助電源の放電時間を短くすることができ、安全な定着装置を提供することができる。また、補助電源の無駄な放電動作がなく、エネルギー消費が少なく、使用者の使い勝手の良い装置を提供できる。また、装置の部材温度を上げずに補助電源から放電させることが可能である。また、加熱部材の昇温時間を短くするための補助電源を小型化することができる。

また、システム暴走時の安全性が高くて短時間昇温可能な加熱装置を実現できる。また、短時間で加熱部材を昇温させることが可能であり、立ち上がり時間が短い装置を提供できる。また、回路の簡素化、加熱部材の温度のオーバーシュートの低減を図ることができる。また、安全に加熱部材の温度のオーバーシュートが少ない短時間昇温構成を実現できる。また、感電のおそれがない安全に作業ができる装置を実現可能である。また、システム暴走時の安全性が高い短時間昇温可能な加熱装置を実現できる。

図７は本発明の実施形態１の概略を示す。この実施形態１は、定着装置を有する電子写真方式の画像形成装置の一実施形態である。回転体からなる像担持体は、例えばドラム形状の感光体１が用いられ、図示しない駆動部により回転駆動される。この感光体１の周りには、矢印で示す回転方向へ順次に、帯電手段としての帯電装置２、露光手段の一部を構成するミラー３、現像手段として現像装置４、シート状被加熱体である記録媒体としての転写紙Ｐ（ＯＨＰ紙などでもよい）に感光体１上の未定着トナー像を転写する転写手段としての転写装置５、クリーニング手段としてのクリーニング装置６などが配置されている。

ここに、帯電装置２は帯電ローラからなり、現像装置４は現像ローラ４ａを有する現像装置からなる。クリーニング装置６は感光体１の外周面に摺接するブレード６ａを有する。
感光体１は帯電装置２と現像ローラ４ａとの間で露光手段によりミラー３を介して露光光Ｌbで走査されるようになっており、感光体１上の露光光Ｌbが照射される位置を露光部７と呼ぶ。転写装置５は感光体１の下面と対向しており、感光体１上の転写装置５と対向する位置を転写部８と呼ぶ。

転写部８より転写紙搬送方向上流側の位置には一対のレジストローラ９が設けられ、このレジストローラ９に向けて図示しない給紙トレイから転写紙Ｐが給紙コロ１０により送り出される。この転写紙Ｐは図示しない搬送ガイドにより案内されてレジストローラ９で一旦停止する。転写部８より転写紙搬送方向下流側の位置には加熱ローラ１１を有する加熱装置としての定着装置１２が配置されている。

この画像形成装置においては、次のように画像形成が行われる。使用時には感光体１が回転を始め、この感光体１の回転中に感光体１が暗中において帯電装置２により均一に帯電され、露光手段によりミラー３を介して露光光Ｌbが感光体１の露光部７に照射されて感光体１が走査されることにより、形成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。この感光体１上の静電潜像は、感光体１の回転により現像装置４のところに移動してきて、ここで現像装置４によりトナーで可視像化されてトナー像が形成される。

一方、給紙コロ１０により給紙トレイから転写紙Ｐの給送が開始され、この転写紙Ｐは破線で示す搬送経路を経て一対のレジストローラ９の位置で一旦停止して感光体１上のトナー像と転写部８で合致するような送り出しのタイミングを待つ。この送り出しのタイミングが到来すると、レジストローラ９の位置で停止していた転写紙Ｐはレジストローラ９により送り出されて転写部８に向けて搬送される。

感光体１上のトナー像と転写紙Ｐとは転写部８で合致し、転写装置５による電界により感光体１上のトナー像が転写紙Ｐに転写される。従って、感光体１、帯電装置２、露光手段、現像手段４、転写装置５は、転写紙Ｐ上に未定着のトナー像からなる未定着画像を形成する像形成手段を構成する。転写紙Ｐは、転写されたトナー像を担持し、定着装置１２に向けて搬送される。この転写紙Ｐは、定着装置１２を通過する間にトナー像が定着され、図示しない排紙部に排紙される。

また、転写部８で転写されずに感光体１上に残った残留トナーは、感光体１の回転と共にクリーニング装置６に至り、このクリーニング装置６を通過する間にブレード６ａで清掃されて次の画像形成に備える。

図８は上記定着装置１２の詳細な構成を示す。定着装置１２は、加熱部としての定着ローラ１１と、この定着ローラ１１に圧接される加圧部材としての加圧ローラ１３とを有する。定着ローラ１１及び加圧ローラ１３は図示しない駆動部により回転駆動され、定着ローラ１１は主発熱部材１１ａ、補助発熱部材１１ｂの発熱により加熱されて温度が上がる。この発熱部材（発熱体ともいう）１１ａ、１１ｂは、ハロゲンヒータが用いられているが、特にハロゲンヒータに限られず、その他抵抗発熱体などの発熱部材を用いてもかまわない。
未定着のトナー像ｔを担持する転写紙Ｐは、定着ローラ１１及び加圧ローラ１３のニップ部を通過する間に定着ローラ１１及び加圧ローラ１３による加熱及び加圧によりトナー像ｔが定着される。

図１及び図２は上記定着装置１２の回路構成を示す。図１及び図２において、１４は主電源、１５は補助電源、１６は充電器、１７は補助電源１５の充放電を切替える充放電切替手段としてのスイッチ、１８は定着ローラ１１の温度（表面温度）を検知する温度検知手段としての温度センサ、１９は構成切替手段、２０は発熱部材１１ａの通電制御を行う通電制御用スイッチである。加熱部としての定着ローラ１１は内部に発熱部材１１ａ、１１ｂを有しており、発熱部材１１ａは主電源１４から通電制御用スイッチ２０を介して供給される電力により発熱して定着ローラ１１を加熱する。

主電源１４は、当該画像形成装置の設置場所に備えられているコンセントなどに接続されることで商用電源からの交流電力を出力するものであり、定着ローラ１１に応じた電圧の調整及び交流から直流への整流などを行う機能を有していてもよい。補助電源１５は、充放電可能な装置であり、本実施形態では大容量コンデンサである電気二重層キャパシタを用いている。コンデンサは、二次電池と異なり化学反応を伴わないために以下のような優れた特徴（１）（２）を有する。
（１）充電時間が短い。：
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では、急速充電を行っても充電に数時間の時間を要するため、一日の大電力供給可能回数が数時間おきに数回しか実現できず、実用的ではなかった。これに対して、コンデンサを用いた補助電源では、数十秒〜数分程度の急速な充電が可能であるため、補助電源を用いた加熱の回数を実用的な回数にまで増やすことができる。このため、本実施形態のようにコンデンサを補助電源として用いた場合には、一般的なニッケル−カドミウム電池を補助電源として用いた場合に比べて、同一時間内での補助電源を用いた定着ローラの加熱の回数が増える。
（２）寿命が長い。：
ニッケル−カドミウム電池は、充放電の繰り返し回数が５００から１０００回であるため、加熱用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。これに対して、コンデンサを用いた補助電源は、１万回以上のほぼ永久的な寿命を有し、繰り返しの充放電による劣化も少ない。従って、非加熱動作（待機）と加熱動作を繰り返す加熱装置や画像形成装置に特に有利である。また、鉛蓄電池のように液交換や補充なども必要としないため、メンテナンスがほとんどいらない。
（３）安全性が高い。：
二次電池は、化学反応を利用しているため、最大容量まで充電した後、放電の必要が無い場合、充電回路に接続し続けると、化学反応によるガスなどにより容器が膨張して破裂するなどの危険がある。これに対し、キャパシタを用いた補助電源は化学反応ではなく物理現象を利用しているので、ガスの発生などは無く安全である。

近年、コンデンサにも多量の電気エネルギーを蓄えられるものが開発されてきており、コンデンサの電気自動車などへの採用も検討されている。例えば、日本ケミコン（株）の開発した電気二重層キャパシタ等は、２０００Ｆ程度の静電容量を有しており、数秒から数十秒の電力供給に十分な容量を備えている。また、ＮＥＣではハイパーキャパシタという商品名で８０Ｆ程度のコンデンサが実現されており、このコンデンサは１０Ａ程度の電流を数十秒程度の時間供給することが可能である。

本実施形態では、定着ローラ１１の発熱部材１１ａ、１１ｂに対する電力供給については、主電源１４から通電制御用スイッチ２０を介して発熱部材１１ａに電力が供給されるとともに、発熱部材１１ｂに対しても補助電源１５からスイッチ１７を介して電力を供給することが可能である。これにより、主電源１４及び補助電源１５の両方からの電力を定着ローラ１１の加熱に利用することで、数秒から数十秒程度の短い所定時間の間だけでも主電源１４による最大供給電力を上回る大量の電力を定着ローラ１１に供給できる。

コンデンサからなる補助電源１５が十分に充電されていない場合には、比較的電力を消費しない待機時などに図示しない制御手段によりスイッチ１７が充電器１６側に切替えられ、充電器１６が主電源１４からの交流電力を直流電力に変換してスイッチ１７を介して補助電源１５に印加することにより、補助電源１５が充電される。定着ローラ１１の温度を室温から作動温度（定着可能な温度）まで急激に上昇させたい立ち上がり時など、定着ローラ１１が多量の電力を必要とする時には、制御手段によりスイッチ１７が発熱部材１１ｂ側に切替えられて補助電源１５からスイッチ１７を介して発熱部材１１ｂへ電力が供給される。

これにより、定着ローラ１１が多量の電力を必要とする時には、主電源１４及び補助電源１５からの電力を共に利用して定着ローラ１１の発熱部材１１ａ、１１ｂに多量のエネルギーを供給することで短時間に定着ローラ１１の温度を上昇させることができ、補助電源１５としてコンデンサを用いたことにより、二次電池では得られなかった効果を得ることができる。

図示しない制御手段は、温度センサ１８からの検知信号に基づいて、定着ローラ１１の表面温度が定着可能な設定温度以下の時には通電制御用スイッチ２０をオンさせて主電源１４から定着ローラ１１の発熱部材１１ａへ電力を供給させるが、定着ローラ１１の表面温度が定着可能な設定温度を超えた時には通電制御用スイッチ２０をオフさせて主電源１４から定着ローラ１１の発熱部材１１ａへの電力供給をオフさせることで、定着ローラ１１の表面温度を一定の温度に制御する。

本実施形態では、補助電源１５は少なくとも２つ以上のキャパシタセル１５ａ、１５ｂからなり、この複数のキャパシタセル１５ａ、１５ｂのつなぎ方を電力供給時に変えることが可能である。また、複数のキャパシタセル１５ａ、１５ｂからなる補助電源１５の構成は少なくとも放電時に変更することが可能である。構成切替手段１９は、温度センサ１８からの検知信号に基づいて、定着ローラ１１の温度が高くなるに従って発熱部材１１ａ、１１ｂへの供給電力が低くなるように切替える。

例えば、構成切替手段１９は、定着ローラ１１の温度が低くて所定の温度に達しない初期加熱時のような状態では、図１に示すようにキャパシタセル１５ａ、１５ｂを直列につないで発熱部材１１ｂへの印加電圧を高電圧とし、発熱部材１１ｂに対して大電力を供給させる。

その後、構成切替手段１９は、定着ローラ１１の温度が高くなって所定の温度以上になったときには、図２に示すようにキャパシタセル１５ａ、１５ｂを並列につないで発熱部材１１ｂへの印加電圧を図４に示すように下げ、発熱部材１１ｂに対する電力供給を小さくする。これにより、主電源１４及び補助電源１５から定着ローラ１１の発熱部材１１ａ、１１ｂへの電力供給のオン／オフ制御でも定着ローラ１１の温度変化が緩やかになるため、定着ローラ１１の時間的な温度変動が小さくなり、転写紙Ｐ上に形成した画像の加熱ムラが小さくなって高品質な画像形成が可能になる。

なお、キャパシタセル１５ａ、１５ｂのつなぎ方としては、図１に示すようにキャパシタセル１５ａ、１５ｂを直列につながずに図３に示すように一部のキャパシタセル１５ａだけをスイッチ１７を介して発熱部材１１ｂにつなぐようにしても良いが、発熱部材１１ｂに供給できるエネルギーが補助電源１５の保持エネルギーの一部であること及び、充電時のキャパシタセル１５ａ、１５ｂ間のバランスをとりにくいことから、図１に示すようにキャパシタセル１５ａ、１５ｂを直列につないで発熱部材１１ｂに電力を供給することが望ましい。

この実施形態１によれば、発熱部材１１ａ、１１ｂの発熱により温度が上がる加熱部としての定着ローラ１１と、商用電源が用いられて発熱部材１１ａに電力を供給する主電源１４と、商用電源より充電され発熱部材１１ｂに電力を供給する補助電源１５として用いられる複数のセル１５ａ、１５ｂから構成される大容量キャパシタとを有する加熱装置において、複数のセル１５ａ、１５ｂの接続を少なくとも放電時に可変する構成としたので、発熱部材１１ｂに低電圧で電力を供給することにより加熱部の温度ムラの発生を低減することができる。つまり、加熱部の温度が低いときに高電圧で大電力を供給すると、加熱部の温度ムラが大きくなるが、発熱部材に低電圧で電力を供給することにより加熱部の温度ムラの発生を低減することができ、加熱部の温度変動を小さくすることができる。

また、実施形態１によれば、複数のセル１５ａ、１５ｂを並列と直列に切り替える構成としたので、キャパシタの保持エネルギーをできるだけ多く利用することができる。

また、実施形態１によれば、当該装置の状況を検知する検知手段（温度センサ１８）を有し、この検知手段の検知情報により複数のセル１５ａ、１５ｂの接続を切り替えるので、温度変動を小さくでき、立ち上がり時間を短くすることができる。

また、実施形態１によれば、上記検知手段として加熱部１１の温度を検知する温度検知手段としての温度センサ１８を用いたので、温度変動を小さくでき、立ち上がり時間を短くすることができる。

また、実施形態１によれば、加熱部１１が所定の温度以上の時に複数のセル１５ａ、１５ｂを並列に接続して該複数のセル１５ａ、１５ｂから加熱部１１に電力を供給するので、加熱部の温度変動を小さくすることができる。

また、実施形態１によれば、加熱部１１が所定の温度に達しない時に複数のセル１５ａ、１５ｂを直列に接続して該セル１５ａ、１５ｂから加熱部１１に電力を供給するので、温度上昇を速くでき、温度変動を小さくできる。

図５は本発明の実施形態２におけるキャパシタセルの各接続状態を示す。この実施形態２では、上記実施形態１において、補助電源１５は複数のキャパシタセル１５ａ〜１５ｆからなる大容量の電気二重層キャパシタが用いられている。１つのキャパシタセルの電圧をＶとすると、図５（ａ）に示すように３つずつのキャパシタセル１５ａ〜１５ｃ、１５ｄ〜５ｆをそれぞれ直列に接続したものを並列に接続した場合には補助電源１５の出力電圧は３Ｖとなる。

また、図５（ｂ）に示すように２つずつのキャパシタセル１５ａ，１５ｂ、１５ｃ，１５ｄ、１５ｅ，５ｆをそれぞれ直列に接続したものを並列に接続した場合には補助電源１５の出力電圧は２Ｖとなり、図５（ｃ）に示すように各キャパシタセル１５ａ〜５ｆを並列に接続した場合には補助電源１５の出力電圧は１Ｖとなる。

構成切替手段１９は、温度センサ１８からの検知信号に基づいて、定着ローラ１１の温度に応じてキャパシタセル１５ａ〜５ｆのつなぎ方を切替える。なお、構成切替手段１９は、キャパシタセル１５ａ〜１５ｆのつなぎ方を図５（ａ）〜図５（ｃ）の全ての構成に切替える必要はなく、例えば図５（ａ）（ｂ）の構成に切替えるだけでもよい。

発熱部材１１ａ、１１ｂには、供給電力が余りに低いと発熱しなくなる最低発熱電圧がある。このため、キャパシタセル１５ａ〜５ｆのつなぎ方を図１、図２に示すように単純に並列接続の列数と、直列接続の個数とを変えると、発熱部材１１ａ、１１ｂが低電力供給時に発熱しないことがある。この場合には、構成切替手段１９は、温度センサ１８からの検知信号に基づいて、定着ローラ１１の温度に応じて（定着ローラ１１の温度が所定の温度に達したか否かにより）キャパシタセル１５ａ〜５ｆのつなぎ方を図５（ａ）の構成と図５（ｂ）の構成に切替えて（定着ローラ１１の温度が所定の温度に達しない場合にはキャパシタセル１５ａ〜５ｆのつなぎ方を図５（ａ）の構成に切替え、定着ローラ１１の温度が所定の温度以上になった場合にはキャパシタセル１５ａ〜５ｆのつなぎ方を図５（ｂ）の構成に切替えて）発熱部材１１ａ、１１ｂへの出力電圧を３Ｖ、２Ｖというやや高めの電圧（変化が小さい電圧）とすることにより、発熱部材１１ａ、１１ｂを発熱させながら定着ローラ１１の温度変化のムラを小さくできる画像形成装置を実現する。

この実施形態２によれば、複数のセル１５ａ〜５ｆの並列接続の列数を可変にして複数のセル１５ａ〜５ｆの接続を可変する構成としたので、加熱部の温度変動を小さくすることができる。

図６は本発明の実施形態３における定着装置の回路構成を示す。この実施形態３では、上記実施形態１において、当該画像形成装置の制御部は連続画像形成枚数を計数してその連続画像形成枚数情報を保持しているが、この連続画像形成枚数情報が構成切替手段１９に送られる。構成切替手段１９は、温度センサ１８からの検知情報の代りに上記制御部からの連続画像形成枚数情報が入力され、キャパシタセル１５ａ、１５ｂのつなぎ方を連続画像形成枚数情報に応じて変えて発熱部材１１ａ、１１ｂへの供給電力を適切に制御する。

すなわち、定着ローラ１１の温度は連続画像形成枚数が増えるに従って低下していくため、構成切替手段１９は、連続画像形成枚数が増えるに従って発熱部材１１ｂへの供給電力が高くなるようにキャパシタセル１５ａ、１５ｂのつなぎ方を切替える。例えば、構成切替手段１９は、連続画像形成枚数が所定の枚数に達しない場合にはキャパシタセル１５ａ、１５ｂのつなぎ方を図２に示すように切替え、連続画像形成枚数が所定の枚数以上になった場合にはキャパシタセル１５ａ、１５ｂのつなぎ方を図１に示すように切替える。

この実施形態３によれば、被加熱体である転写紙の連続加熱枚数情報（ここでは連続画像形成枚数情報）を用いてキャパシタセルのつなぎ方を切替えるので、加熱部の温度変動を小さくすることができる。

また、実施形態１乃至実施形態３によれば、被加熱体としての転写紙Ｐ上に画像を形成する像形成手段（感光体１、帯電装置２、露光手段、現像手段４、転写装置５）と、転写紙Ｐ上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段として上記加熱装置１２を備えたので、画像のムラをなくすことができ、出力品質を高くできる。

また、実施形態１乃至実施形態３によれば、被加熱体としての転写紙Ｐ上に未定着画像を形成する像形成手段（感光体１、帯電装置２、露光手段、現像手段４、転写装置５）と、転写紙Ｐ上の未定着画像を加熱して転写紙Ｐに定着させる定着手段とを有する画像形成装置において、定着手段として上記定着装置１２を備えたので、画像のムラをなくすことができ、出力品質を高くできる。

図９は本発明の実施形態４における加熱装置を示す。この実施形態４では、上記実施形態１において、定着ローラ１１の代りに定着ローラ２１が用いられ、この定着ローラ２１は芯金上に弾性層及び離型層が順次に形成されて３層構造に構成される。
図１０は実施形態４における定着装置１２の回路構成を示す。主電源１４から発熱部材１４ａへの通電を制御する制御手段としての制御部２２は、通電制御用スイッチ２０及びはＣＰＵなどの制御装置からなり、温度センサ１８からの検知信号に基づいて、定着ローラ２１の表面温度が設定温度以下の時には通電制御用スイッチ２０をオンさせて主電源１４から定着ローラ２１の発熱部材１１ａへ電力を供給させるが、定着ローラ２１の表面温度が設定温度を超えた時には通電制御用スイッチ２０をオフさせて主電源１４から定着ローラ２１の発熱部材１１ａへの電力供給をオフさせることで、定着ローラ２１の表面温度を一定の温度に制御する。

補助電源１５の充放電を切替える充放電切替手段としての充放電切替部２３は、補助電源１５が十分に充電されていない場合には比較的電力を消費しない待機時などにスイッチ１７を充電器１６側に切替え、充電器１６がスイッチ１７を介して補助電源１５を充電する。また、充放電切替部２３は、定着ローラ２１の温度を室温から作動温度（定着可能な温度）まで急激に上昇させたい立ち上がり時など、定着ローラ２１が多量の電力を必要とする時には、スイッチ１７を発熱部材１１ｂ側に切替えて補助電源１５からスイッチ１７を介して発熱部材１１ｂへ電力を供給させる。

この実施形態４では、定着ローラ２１の芯金に弾性層を被覆したことにより、この弾性層の伸縮性により定着ローラ２１と転写紙Ｐ上のトナー層との密着性を高くすることができ、光沢ムラの無い優れた画質を得ることができる。また、定着ローラ２１の弾性層の熱伝導性が悪いことにより、主電源１４から発熱部材１１ａへの電力供給のみでは連続通紙時に定着ローラ２１の表面温度の落ち込みが生じた場合でも、補助電源１５から発熱部材１１ｂへ電力を供給することにより、プロセス速度を低下させることなく画像定着性を良好に保つことができる。

定着ローラ２１の芯金としては、鉄、アルミニウム、ステンレスなどの熱伝導性の高い金属を用いることができる。
定着ローラ２１の弾性層としては、耐熱性の高い弾性体であればよく、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を挙げることができる。この中でも特に、耐熱性と耐久性の点からシリコーンゴムが定着ローラ２１の弾性層として好ましい。定着ローラ２１の弾性層の厚みとしては、用いる材料のゴム硬度にもよるが、０．１〜１ｍｍ程度が好ましい。定着ローラ２１の弾性層の厚みが０．１ｍｍより薄い場合にはトナー層や転写紙の凹凸を吸収しきれず、光沢ムラなどの画像不良が生じる。また、定着ローラ２１の弾性層が１ｍｍよりも厚いと定着ローラ２１の熱容量が大きくなり、立ち上がり時の時間が長くなるので、好ましくない。

定着ローラ２１の離型層としては、耐熱性を有する樹脂が用いられ、例えば、フッ素樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。離型性や耐久性を考慮すると、定着ローラ２１の離型層は、特にフッ素樹脂が好ましく、ＰＦＡ（パーフルオロアルキルビニールエーテル共重合樹脂）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフフルオロエチレン）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合樹脂）等のフッ素樹脂が使用できる。

定着ローラ２１の離型層の厚みとしては、好ましくは５〜３０μｍである。定着ローラ２１の離型層の厚みが５μｍ未満であると離型層の耐久性が低くなり、定着ローラ２１の離型層の厚みが３０μｍを越えると離型層が硬くなり、光沢ムラ等の画質不良が現れる可能性があり、共に好ましくない。定着ローラ２１の離型層は必ずしも必要では無いが、定着ローラ２１の離型層がある場合には、定着ローラと転写紙上のトナーとの分離性が向上するので、定着ローラ２１は離型層を備えることが好ましい。

このように実施形態４では、上記実施形態１において、加熱部としての定着ローラ２１が弾性層を有するので、高画質化と高速化を両立させることができる。
また、実施形態４では、弾性層の厚さが０．１ｍｍ以上であるので、高画質を確保することができる。
さらに、実施形態４では、弾性層の最外層に離型層を設けたので、加熱部とトナー像との分離性を向上させることができる。

ところで、上記実施形態４では、定着ローラ２１の表面温度が所定の温度以下になると、定着ローラ２１から転写紙Ｐ上のトナーに熱を十分に与えられず、着定不良が生じる。そこで、本発明の実施形態５は、上記実施形態４において、充放電切替部２３は、連続通紙時（連続画像形成時）に温度センサ１８からの検知信号に基づいて定着ローラ２１の表面温度が所定の温度以下になったかどうかを判断し、定着ローラ２１の表面温度が所定の温度以下になった場合には、スイッチ１７を発熱部材１１ｂ側に切替えて補助電源１５からスイッチ１７を介して発熱部材１１ｂへ電力を供給させ、定着ローラ２１の表面温度を着定不良が生じない温度範囲に保持する。充放電切替部２３は、補助電源１５が十分に充電されていない場合には比較的電力を消費しない待機時などにスイッチ１７を充電器１６側に切替え、充電器１６がスイッチ１７を介して補助電源１５を充電しておく。

この実施形態５のように主電源１４から発熱部材１１ａへの電力供給を通電制御用スイッチ２０でオン／オフして定着ローラ２１の表面温度を制御しながら大容量キャパシタを用いた補助電源１５を使用する際には、補助電源１５から発熱部材１１ｂへ大電力を一気に供給するため、図４に示すように定着ローラ２１の表面温度が時間的に大きく変動しやすい。

定着装置１２にて連続的な加熱動作を行っている最中に主電源１４の供給電力だけでは定着ローラ２１を加熱するための加熱部材１１ａ、１１ｂへの供給電力が僅かに不充分である場合、補助電源１５から加熱部材１１ｂへ急激に大電力を供給することは、定着ローラ２１の表面温度が通紙中に変化することにより画像品質にムラができ、画質を低下させてしまうという不具合がある。

そこで、構成切替手段１９は、複数のキャパシタセル１５ａ、１５ｂのつなぎ方を変えて補助電源１５から加熱部材１１ｂへの供給電力量を調整し、例えば温度センサ１８からの検知信号に基づいて定着ローラ２１の表面温度をチェックして定着ローラ２１の温度が所定の温度に達しない初期加熱時のような状態では、図１に示すようにキャパシタセル１５ａ、１５ｂを直列につないで発熱部材１１ｂへの印加電圧を高電圧とし、発熱部材１１ｂに対して大電力を供給させる。

その後、構成切替手段１９は、連続通紙時（連続画像形成時）に定着ローラ２１の表面温度が所定の温度以上になって補助電源１５から加熱部材１１ｂへ電力を供給するときには、図２に示すように複数のキャパシタセル１５ａ、１５ｂを並列につないで発熱部材１１ｂへの印加電圧を下げ、発熱部材１１ｂに対する供給電力を小さくする。

このように実施形態５では、補助電源１５は複数のキャパシタセル１５ａ、１５ｂのつなぎ方を少なくとも放電時に並列接続に変更することが可能である。連続通紙時（連続画像形成時）における定着ローラ２１の表面温度の低下時のように定着ローラ２１の表面温度がある程度高い場合には複数のキャパシタセル１５ａ、１５ｂを並列に接続することにより、発熱部材１１ｂへの印加電圧を下げて発熱部材１１ｂに対する供給電力を小さくすることができる。これにより、補助電源１５から加熱部材１１ｂへの供給電力をオン／オフ制御しても定着ローラ２１の表面温度の変化が緩やかになって定着ローラ２１の表面温度の時間的な変化が小さくなり、画像の定着装置１２による加熱ムラが小さくなって高品質な画像形成が可能になる。

この実施形態５では、被加熱体である転写紙Ｐが定着装置１２を連続的に通過する連続通紙時（連続画像形成時）に加熱部としての定着ローラ２１の表面温度が所定の温度以下になった場合に補助電源１５から発熱部材１１ｂへ電力を供給するので、連続通紙時（連続画像形成時）の加熱部の温度落ち込みを防止し、高速化を図ることができる。

また、実施形態５では、補助電源１５は複数のキャパシタセル１５ａ、１５ｂを備え、その接続を可変としたので、補助電源１５から発熱部材１１ｂへの供給電力量を最適化することができる。
また、実施形態５では、補助電源１５の放電時にはキャパシタセル１５ａ、１５ｂを並列に接続するので、加熱部としての定着ローラ２１の温度の安定性を向上させることができる。

定着ローラ２１の表面温度低下量は、転写紙Ｐの種類に依存するが、連続通紙枚数（連続画像形成枚数）によりほぼ決まる。そこで、本発明の実施形態６では、上記実施形態４において、充放電切替部２３は、連続通紙時（連続画像形成時）に当該画像形成装置の制御部にて計数した連続画像形成枚数の情報に基づいて連続画像形成枚数が所定の枚数以上になったかどうかを判断し、連続画像形成枚数が所定の枚数以上になった場合には、スイッチ１７を発熱部材１１ｂ側に切替えて補助電源１５からスイッチ１７を介して発熱部材１１ｂへ電力を供給させ、定着ローラ２１の表面温度を定着不良が生じない温度範囲に保持することで、速度を低下させなくても定着性を良好に保つ。ここで、所定の枚数は、主電源１４からの投入電力、定着ローラ２１の構成（特に熱容量、熱伝動率）、プロセス、転写紙の搬送間隔（距離）、転写紙の種類などにより決められる。充放電切替部２３は、補助電源１５が十分に充電されていない場合には比較的電力を消費しない待機時などにスイッチ１７を充電器１６側に切替え、充電器１６がスイッチ１７を介して補助電源１５を充電しておく。

また、充放電切替部２３は、複数のキャパシタセル１５ａ、１５ｂのつなぎ方を変えて補助電源１５から加熱部材１１ｂへの供給電力量を調整し、例えば温度センサ１８からの検知信号に基づいて定着ローラ２１の表面温度をチェックして定着ローラ２１の温度が所定の温度に達しない初期加熱時のような状態では、図１に示すようにキャパシタセル１５ａ、１５ｂを直列につないで発熱部材１１ｂへの印加電圧を高電圧とし、発熱部材１１ｂに対して大電力を供給させる。

その後、充放電切替部２３は、連続通紙時（連続画像形成時）に定着ローラ２１の表面温度が所定の温度以上になって補助電源１５から加熱部材１１ｂへ電力を供給するときには、図２に示すように複数のキャパシタセル１５ａ、１５ｂを並列につないで発熱部材１１ｂへの印加電圧を下げ、発熱部材１１ｂに対する電力供給を小さくする。

この実施形態６では、被加熱体である転写紙Ｐが定着装置１２を連続的に通過する枚数（連続画像形成枚数）が所定の枚数になった場合に補助電源１５から発熱部材１１ｂへ電力を供給するので、連続通紙時（連続画像形成時）の加熱部の温度落ち込みを防止し、高速化を図ることができる。

本発明の実施形態７は、上記実施形態２において、定着ローラ１１の代りに上記実施形態４における加熱ローラ２１を用いるようにしたものである。
この実施形態７によれば、補助電源１５の少なくとも放電時には複数のキャパシタセル１５ａ〜５ｆを発熱部材１１ｂの印加電圧が発熱部材１１ｂの最低発熱電圧以上になるように接続するので、発熱部材１１ｂの印加電圧は発熱部材１１ｂの最低発熱電圧を確保して発熱部材１１ｂを確実に発熱させることができる。 本発明の実施形態８は、上記実施形態３において、定着ローラ１１の代りに上記実施形態４における加熱ローラ２１を用いるようにしたものであり、実施形態４と同様な効果が得られる。

次に本発明の実施例１について説明する。この実施例１では、上記実施形態４において、定着ローラ２１は、外径４０ｍｍ、厚さ１ｍｍの鉄製の中空円筒状芯金に、弾性層としてシリコーンゴムを厚さ０．５ｍｍに形成し、その上に表面の離型性を高めるために厚さ３０μｍのＰＦＡ層を設けて構成した。加圧ローラ１３は、外径が４０ｍｍであり、アルミニウム製の芯金の外周に厚さ３ｍｍのシリコーンゴムの弾性層を設けた。この加圧ローラ１３は、定着ローラ２１の回転軸方向にバネを用いて荷重がかけられており、定着ローラ２１とのニップ部の幅が約８ｍｍであった。発熱部材１１ａは９００Ｗの主ヒータを用い、発熱部材１１ｂは５００Ｗの補助ヒータを用いた。主ヒータ１１ａのみで定着ローラ２１を加熱し、定着装置１２に連続通紙を行ったところ、次第に定着ローラ２１の表面温度が低下したので、定着ローラ２１の表面温度が１６５℃まで低下したところで、補助電源１５から補助ヒータ１１ｂへの電力供給を行った。その結果、定着ローラ２１の表面温度は回復し、線速を低下させることなく、定着性を良好に保つことができた。

次に比較例１について説明する。比較例１は、実施例１において、補助電源１５を用いないようにしたもので、連続通紙により定着ローラ２１の表面温度が１６０℃以下に低下し、定着不良が生じた。定着ローラ２１の表面温度を定着不良が生じない温度に保つには、線速を低下させなければならなかった。

次に本発明の実施例２について説明する。実施例２は、実施形態７において、定着ローラ２１及び発熱部材１１ａ，１１ｂは実施例１と同様であり、複数のキャパシタセル１５ａ〜５ｆを図５（ｂ）に示すようにつないで補助ヒータ１１ｂに電力供給を行った。主ヒータ１１ａのみで定着ローラ２１を加熱し、定着装置１２に連続通紙を行ったところ、次第に定着ローラ２１の表面温度が低下したので、定着装置１２に１３０枚通紙したところで、補助電源１５から補助ヒータ１１ｂへの電力供給を行った。その結果、定着ローラ２１の表面温度は緩やかに回復し、線速を低下させることなく、定着性を良好に保つことができた。

次に比較例２について説明する。比較例２は、実施例２において、補助電源１５を用いないようにしたもので、連続通紙で１３５枚目に定着不良が生じた。
次に比較例３について説明する。比較例３は、実施例２において、複数のキャパシタセル１５ａ〜５ｆを図５（ｃ）に示すようにつないで補助ヒータ１１ｂに電力供給を行った。この比較例３では、補助ヒータ１１ｂの印加電圧が補助ヒータ１１ｂの最低発熱電圧以下となり、補助ヒータ１１ｂは発熱せず、定着装置１２への連続通紙により定着ローラ２１の表面温度がさらに低下し、定着不良が生じた。

次に実施例３について説明する。実施例３は、実施形態７において、定着ローラ２１は、外径４０ｍｍ、厚さ３ｍｍのアルミニウム製の中空円筒状芯金に、弾性層としてシリコーンゴムを厚さ０．３ｍｍに形成し、その上に表面の離型性を高めるために厚さ３０μｍのＰＦＡ層を設けて構成した。加圧ローラ１３は、外径が４０ｍｍであり、アルミニウム製の芯金の外周に厚さ３ｍｍのシリコーンゴムの弾性層を設けた。この加圧ローラ１３は、定着ローラ２１の回転軸方向にバネを用いて荷重がかけられており、定着ローラ２１とのニップ部の幅は約８ｍｍであった。発熱部材１１ａは９００Ｗの主ヒータを用い、発熱部材１１ｂは５００Ｗの補助ヒータを用いた。複数のキャパシタセル１５ａ〜５ｆは図５（ｂ）に示すようにつないで補助ヒータ１１ｂに電力供給を行った。主ヒータ１１ａのみで定着ローラ２１を加熱し、定着装置１２に連続通紙を行ったところ、次第に定着ローラ２１の表面温度が低下したので、定着ローラ２１の表面温度が１６５℃まで低下したところで、補助電源１５から補助ヒータ１１ｂへの電力供給を行った。その結果、定着ローラ２１の表面温度は緩やかに回復し、線速を低下させることなく、定着性を良好に保つことができた。また、定着後の画像は光沢ムラやザラツキが無く、画質が良好であった。

次に、本発明の実施形態９について説明する。この実施形態９では、上記実施形態１において、定着装置の回路構成が図１１に示すようになっている。図１１において、２４は本実施形態の設置場所に備えられているコンセントなどに接続されることで商用電源からの交流電力を出力する主電源、２５は補助電源、２６は充電器、２７は補助電源２５の充放電を切替える充放電切替手段、２８は主電源２４から主発熱部材１１ａへの電力供給を制御する主電力制御手段である。

主発熱部材１１ａは、主電源２４から主電力制御手段２８を介して電力が供給されて発熱する。補助発熱部材１１ｂは補助電源２５から電力が供給されることにより発熱する。充電器２６が主電源２４からの交流電力を直流電力に変換して充放電切替手段２７を介して補助電源２５に印加することにより、補助電源２５が充電され、充放電切換手段２７が充電器２６側から補助発熱部材１１ｂ側に切り替えられることにより、補助電源２５から補助発熱部材１１ｂへ電力が供給される。

このように、主発熱部材１１ａ、補助発熱部材１１ｂに対して主電源２４と補助電源２５から別系統で電力が供給されることで、回路の簡素化とコストの低減が可能である。これを図１３に示すように１系統にした構成例の定着装置と本実施形態９の定着装置とを比較するに、図１３に示す定着装置は主電源２４及び補助電源２５からの電力を１つの発熱部材１１ｃに供給して熱に変換する構成である。

しかし、この定着装置では、主電源２４からの電力をＡ／Ｄ変換部２９でＡ／Ｄ変換して主電力制御手段２８及び切替スイッチ３０を介して発熱部材１１ｃに供給することが必要になり、補助電源２５から充放電切替手段２７及び切替スイッチ３０を介して発熱部材１１ｃへ電力が供給される。このため、構成が複雑化すると共にコストが上昇し、さらに、Ａ／Ｄ変換部２９での変換効率によって供給電力が低下してしまうという課題がある。従って、定着装置は図１１に示す２系統の構成が望ましい。

本実施形態９において加熱部としての加熱ローラである定着ローラ１１は発熱部材１１ａ、１１ｂを有している。発熱部材１１ａ、１１ｂとしては、ハロゲンヒータや、セラミック基盤上に形成された発熱体が電力供給によって発熱するセラミックヒータ、金属抵抗薄膜などを基体状に形成した薄膜抵抗体などが用いられる。

本実施形態９は、主電源部２４から主電力制御手段２８を介して供給される電力により発熱する主発熱部材１１ａ、及び補助電源２５から充放電切替手段２７を介して供給される電力により発熱する補助発熱部材１１ｂを有し、加熱ローラ１の表面温度を所定温度まで上昇させることができる。

本実施形態９では、発熱部材１１ａ、１１ｂとしてハロゲンヒータを用いている。ハロゲンヒータは、ハロゲンランプから照射される光を熱として利用したものであり、タングステンからなるフィラメントが蒸発しても、ガラス中に封止されたハロゲンガスと反応してフィラメントに戻るハロゲンサイクルにより長寿命であるという特徴を持つ。

主電源２４は、本実施形態９の設置場所付近に備えられているコンセントなどとつながれて商用電源からの交流電力を出力するものであり、日本では商用電源として１００Ｖの電圧電源が通常多く用いられる。さらに、１回路は１５Ａ程度の電流容量でブレーカが落ちることが多く、最大で１５００Ｗという電力の上限がある。主電源２４は、単純に主電力制御手段２８を介して発熱部材１１ａと接続するだけでなく、加熱部材１１ａに応じた電圧の調整及び交流と直流の整流や電圧の安定化などの機能を有していてもよい。

補助電源２５は充放電可能な電源であり、本実施形態では補助電源２５に大容量コンデンサである電気二重層キャパシタを用いている。コンデンサは、二次電池と異なり化学反応を伴わないために上述のような優れた特徴（１）〜（３）を有し、さらに短時間で放電するという優れた特徴を有する。大容量のコンデンサは、短時間で放電して電力を使い切ることができ、電圧も放電量に応じて徐々に低下していく。

本実施形態９では、５００Ｆ、２.５Ｖのキャパシタセルを複数個直列につないで補助電源２５として補助発熱部材１１ｂへの電力供給に用いている。これにより、補助電源２５は、補助発熱部材１１ｂへ電力を数秒から数十秒供給するのに十分な容量を備えていることを確認している。また、補助電源２５は、電気二重層キャパシタ以外にもレドックスキャパシタやシュードキャパシタなどの名称で呼ばれている大容量キャパシタを用いてもかまわない。

本実施形態９では、主電源２４から主電力制御手段２８を介して発熱部材１１ａへ電力が供給されるとともに、発熱部材１１ｂに対しても補助電源２５から充放電切替手段２７を介して電力を供給することが可能である。主電源２４及び補助電源２５の両方から電力を同時に加熱ローラ１１内の発熱部材１１ａ、１１ｂに供給することで、主電源２４による供給電力を上回る大量の電力を加熱ローラ１１内の発熱部材に供給することができる。

このため、図１２に示すように加熱ローラ１１の温度が定着可能な温度まで上昇する時間は、主電源２４のみを用いるより、主電源２４と補助電源２５を同時に用いた方が短くすることができる。そして、補助電源２５は、所定の時間放電すると電力供給量が低下していくため、自動的に電力を遮断する安全装置を備えているような動作をする。このため、主電源２４と補助電源２５を用いる定着装置では、単純に主電源２４の電力を増やす構成よりも格段に安全に昇温時間を短縮させることが可能である。

図１４は本実施形態９の動作例を示す。本実施形態９は、上述のように高速昇温が可能であり、補助電源２５の充電時間が短い。電気二重層キャパシタなどの急速充電が可能な大容量コンデンサ等からなる補助電源２５が十分に充電されていない時、例えば朝一番に本実施形態９の電源を投入する朝一昇温時には、主電源２４からのみ加熱部材１１ａへ電力を供給する。そして、加熱部材１１ａの温度を高くする必要がない待機状態では、主電源２４から充電器２６及び充放電切替手段２７を介して補助電源２５へ電力を供給して補助電源２５を充電しておく。

次に、加熱ローラ１１の温度を昇温する時など、多量の電力を必要とするときには、主電源２４及び補助電源２５から主電力制御手段２８及び充放電切替手段２７を介して同時に発熱部材１１ａ、１１ｂへ電力が供給され、発熱部材１１ａ、１１ｂに投入されるトータルの電力が主電源２４だけの電力供給時よりも多く供給されることで、短時間で加熱ローラ１１の温度が上昇する。このように、補助電源２５としてコンデンサを用いることにより、二次電池では得られなかった効果を得ることができる。

例えば、従来３０秒で所定温度まで昇温可能であった加熱ローラについて説明する。従来の加熱ローラとして直径５０ｍｍで肉厚０．７ｍｍの鉄製定着ローラを用いる場合、約１８０℃の所定の温度まで加熱ローラの温度を上げるのに、従来の定着装置で加熱部材として通常用いられる１２００ｗのハロゲンヒータでは約３０秒で上記加熱ローラを昇温させることができた。

また、補助電源としての電気二重層キャパシタを高電圧に充電し、供給電流が１２Ａに制限された発熱部材を使用する例を説明する。ハロゲンヒータは、最大電流が制限される。このため、電気二重層キャパシタを５０Ｖに充電した場合には電気二重層キャパシタから１２Ａ×５０Ｖすなわち６００ｗの電力を取り出せる。商用電源の１２００ｗと同時に補助電源の６００ｗの電力をハロゲンヒータに供給した場合は、ハロゲンヒータに対して１８００ｗの電力を供給することになり、従来３０秒であった加熱ローラの昇温時間が約２０秒に短縮された。

しかし、２．５Ｖに充電可能なキャパシタセルを複数個直列に接続してこれを５０Ｖに充電してハロゲンヒータへの電力供給に使用する場合には、電気的な安全上の問題がある。すなわち、画像形成装置内に約５０Ｖの高圧電源を有しているため、使用者あるいは保守点検作業者が装置内部へアクセスする際に、高電位の端子部に触れてしまった際に感電してしまうおそれがある。

（社）日本電気協会の発行している「電気工事士教科書」によると、キャパシタなどの直流電源では、約３．５ｍＡ程度の電流の感電で「少しちくちく」し、６ｍＡ程度の感電で「苦痛を伴わないショック」があるとされている。人間の抵抗が５〜１０ｋΩであるため、人間は上述の感電でそれぞれ１８〜３５Ｖ、３０〜６０Ｖで電撃を受ける可能性があるとされている。このため、上記構成で２.５Ｖに充電可能なキャパシタセルを２０個直列に接続してこれを５０Ｖに充電した場合には、５０Ｖに充電したコンデンサは誤って触れた使用者に対して感電のショックを与えてしまうことになる。

本実施形態９では、補助電源２５の端子間に電気的負荷である抵抗体３１が選択的接続手段としての切換手段３２を介して接続され、通常は切換手段３２が解放状態になっている。所定の指示動作により切換手段３２が閉成状態になると、補助電源２５の端子間に抵抗体３１が接続され、補助電源２５から抵抗体３１へ電力が供給されて補助電源２５の電圧が降下する。抵抗体３１の代りにフィン等の電気的負荷を取り付け、この電気的負荷で発生した熱を効率よく放熱して破損することのない構成としても良い。

切換手段３２に対する指示は、例えば従来から設置されている筐体（補助電源２５などが該筐体に収納される）のカバーの開閉検知スイッチなどのアクセス検知手段（使用者及び保守作業者の装置内部アクセスを検知する検知手段）と切換手段３２とが連動することでなされ、筐体を開けることでアクセス検知手段が動作してそのアクセス検知信号により切換手段３２が閉成状態に切り替わり、補助電源２５から抵抗体３１へ電力が供給される。切換手段３２に対する指示は、このほか、補助電源３により電位が高くなっている端子へ使用者及び保守作業者がアクセスする際に開閉する部材の開閉スイッチなどのアクセス検知手段によりなされ、使用者及び保守作業者が高電位部にアクセスする際には自動的に切換手段３２に対する放電の指示としてアクセス検知手段の検知信号が発生する構成としてもよい。

本実施形態９では、１３Ω程度の抵抗体３１を用いており、補助電源２５の電圧を切換手段３２の閉成で抵抗体３１に放電させると、約２.５分で５０Ｖから３０Ｖに低下させることができ、補助電源２５の電力供給端子の電圧を人間がショックのある電撃を受けないレベルにまで下げることができる。また、使用者及び保守作業者は、補助電源２５から抵抗体３１への放電を意識的に指示しなくてもよいため、うっかり忘れて感電することがなく、安全上から望ましい。
このように本実施形態９によれば、補助電源の出力電圧を、誤って人が触れても感電しない電圧に下げることで感電を防止でき、安全性が高い。また、作業者の装置内部へのアクセスを自動的に検知して電圧を強制的に低減することができ、感電のおそれが少ない安全な加熱装置を実現できる。さらに、２００Ｖ以下では、直流は交流よりも人体を流れにくく、約４倍の安全性があるため、同じ電圧で同じ電力供給性能を有していながら、安全性がより高い補助電源を実現することができる。

図１５は、本発明の実施形態１０における定着装置の回路構成を示す。この実施形態１０では、上記実施形態９において、補助電源２５に充放電切換手段２７及び切換手段３２を介してＤＣ／ＡＣコンバータ３３の入力側が接続され、このＤＣ／ＡＣコンバータ３３の出力側が発熱部材１１ｂに接続される。抵抗体３１は省略される。切換手段３２は、上記実施形態９とは逆に、通常は閉じており、筐体（補助電源２５などが該筐体に収納される）のカバーの開閉検知スイッチなどのアクセス検知手段による所定の指示動作により閉成状態になる。

直流電源である補助電源２５からの直流電力は、充放電切換手段２７及び切換手段３２を介してＤＣ／ＡＣコンバータ３３により交流電力に変換され、補助発熱部材１１ｂに供給される。ＤＣ／ＡＣコンバータ３３は、補助電源２５の出力に対して昇圧もしくは降圧など電圧を変更したり、単純にＤＣ／ＡＣ変換をすることができ、特に変圧に関する機能は問わない。ここでは、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３は、補助電源２５からの５０Ｖの直流電圧を５０Ｖの交流電圧に変換する。補助発熱部材１１ｂに対する電力供給をオン／オフする切換手段３２は、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３の入力側のＤＣ回路に設置され、図１６に示すような定着装置の比較例３ではＤＣ／ＡＣコンバータ３３の出力側のＡＣ回路に設置されている。

以下本実施形態１０の作用と効果を説明する。ここでは、切換手段３２がオフになった停止状態での各部の電位を考える。本実施形態１０のようにＤＣ回路に切換手段３２が設けられている場合には、使用者や保守作業者が回路に触れて５０Ｖの高電位で感電するのはＤＣ回路側の各部である。ＡＣ回路では、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３に電力が供給されていないために電位が０となっており、感電することはない。

上記比較例３のようにＡＣ回路に切換手段３２が設けられている場合には、使用者や保守作業者が回路に触れて５０Ｖの高電位で感電するのはＡＣ回路の各部及びＤＣ回路の各部である。すなわち、本実施形態１０及び比較例３ともに５０Ｖの直流電圧での感電のおそれはあるが、本実施形態１０では５０Ｖの交流電圧での感電のおそれはない。

（社）日本電気協会の発行している「電気工事士教科書」によると、同じ電圧でも直流と交流で感電への危険性が異なり、交流は直流の約４倍の危険性がある事が明らかにされている。直流電源では、図２０に示すように約３．５ｍＡ程度の電流で「少しちくちく」し、６ｍＡ程度で「苦痛を伴わないショック」があるのに対し、交流電源では、約３．５ｍＡ程度の電流では「苦痛を伴わないショック」を充分に受け、６ｍＡ程度では「苦痛を伴うショック」になる。

人間は、抵抗が５〜１０ｋΩであるため、それぞれ１８〜３５Ｖ、３０〜６０Ｖで電撃を受ける可能性があるが、その危険性が交流では約４倍程度危険になる。このため、本実施形態１０では、人間が電撃を受けてしまった場合でも直流による電撃を受けたことになり、人体に対する安全性を高めることが可能となる。

このように本実施形態１０によれば、２００Ｖ以下では、直流は交流よりも人体を流れにくく、約４倍の安全性があるため、同じ電圧で同じ電力供給性能を有していていながら、安全性がより高い補助電源を実現することができる。

図１７は本発明の実施形態１１における定着装置の回路構成を示す。この実施形態１１では、上記実施形態９において、補助電源２５を放電させるための電気的負荷を抵抗発熱体である補助発熱部材１１ｂにしている。補助発熱部材１１ｂは、ハロゲンヒータを用いており、６００ｗの出力が可能である。

補助発熱部材１１ｂは、上記実施形態９の単なる抵抗体３１に比較して大電力での放電が可能であるため、短時間で補助電源２５の電圧を低下させることが可能である。例えば６００ｗの補助電源２５では、約１分程度で５０Ｖから３０Ｖに降圧でき、補助電源２５の降圧に必要な放電時間を１／３程度に短縮することができる。さらに、補助電源２５の１２００ｗ出力が可能である場合には、３０秒で補助電源２５の降圧が可能である。

本実施形態１１では、補助電源２５を放電させる電気的な負荷として補助発熱部材１１ｂを用いることで、発熱に対する対策が最小限で済む利点もある。もともと補助発熱部材１１ｂは高温になることを想定して設計されており、補助発熱部材１１ｂが高温になってもこれを冷却をするための装置は最低限で済ませることができる。

本実施形態１１において５０Ｖ、２５Ｆの補助電源２５を単体で放電させた場合には、最大でも約１２０℃まで加熱ローラ１１の温度を上昇させるため、特に温度制御を入れる必要もなく熱的には安全な放電が可能であった。これにより、装置が複雑になることなく、安全な加熱装置を実現が可能である。

そして、保守作業員が能動的に補助電源２５の放電のオン／オフ動作を指示する様になっている。例えば、複写機の操作パネルには保守作業員だけが設定可能な特殊な設定画面モードが備えられていることが多く、本実施形態１１でも同様である。本実施形態１１では、保守作業員が内部の装置にアクセスして補助電源２５の高電圧端子に触れる可能性がある作業をする際には、その特殊な設定画面モードにおいて、保守作業員が能動的に補助電源２５の電圧を低下させ、つまり、充放電切換手段２７を発熱部材１１ｂ側に切り替えさせて補助電源２５から発熱部材１１ｂへ放電させることで補助電源２５の電圧を低下させる。これにより、高電圧になる端子に対する安全性が通常の作業で充分に保持されている場合などには、補助電源２５の無駄な放電を押さえることが可能になる。

このように本実施形態１１によれば、感電を防止でき、安全性が高い。抵抗体は、許容できる電力が小さいために放電時間が長く、作業者が短時間で内部にアクセスした際には、まだ充分に補助電源２５の電圧が低下していない場合がある。しかし、補助電源２５を放電させるための電気的負荷を抵抗発熱体である発熱部材１１ｂにすることで電気的負荷の抵抗値を小さくして補助電源２５の放電時間を短くすることができる。このため、短時間で補助電源２５の電圧を降下させることができ、安全な装置を提供することができる。

また、使用者が不用意にアクセスできず危険度の低い状況に補助電源を設置している場合は、扉の開閉など内部へのアクセスを検知しただけで補助電源が放電してしまうと電力が無駄になるとともに、その後の立ち上げに時間がかかり使用者の利便性が損なわれる。しかし、保守作業員が保守作業を実施する際に能動的に行う動作に対して補助電源２５の電圧を低減させることにより補助電源２５の無駄な放電動作をなくし、エネルギー消費を少なくでき、使用者の使い勝手の良い装置を提供できる。なお、補助電源２５の容量によっては、補助電源２５を完全に放電させても加熱ローラ１１が18０℃を越えることがないため、記録紙の発熱は心配ない。

図１８は本発明の実施形態１２における定着装置の回路構成を示す。この実施形態１２では、上記実施形態９において、補助電源２５を放電させる電気的な負荷として抵抗体３１の代りにモータ３４を用いている。これにより、装置内部の発熱を押さえながら補助電源２５の電圧を降下させることが可能である。

このように実施形態１２によれば、エネルギーを電気的な発熱以外で消費するため、装置の部材温度を上げずに補助電源から放電させることが可能である。このため、記録紙詰まりで装置内部に記録紙が残っていたとしても、記録紙温度を上昇させることなく補助電源の電圧を降下させることが可能である。補助電源２５を放電させる電気的な負荷として抵抗体を用いた場合に比較して発熱を格段に小さくできるため、記録紙等が定着装置等の内部に残っていても、記録紙発火点（約３００℃）を超えるような温度上昇がなく、発火に対して安全な装置を提供することができる。

図１９は本発明の実施形態１３における補助電源を示す。この実施形態１３では、上記実施形態９において、補助電源２５は複数のキャパシタセル２５１，２５２、２５３，２５４をそれぞれ直列に接続した複数の補助電源モジュール２５ａ、２５ｂを切換手段３２を介して直列に接続して構成される。ただし、補助電源モジュール２５ａ、２５ｂ内に保有しているキャパシタセル２５１，２５２、２５３，２５４は、１つでも複数でもよく、また、並列に接続されていてもかまわない。

補助電源モジュール２５ａ、２５ｂは、切換手段３２を介して直列に接続され、発熱部材１１ｂに対して大電圧を供給するが、所定の指示により切換手段３２が補助電源モジュール２５ａ、２５ｂの接続を切り離してその一方のみを発熱部材１１ｂに接続されることでその一方の補助電源モジュールから発熱部材１１ｂに電圧が供給される。切換手段３２は、通常は補助電源モジュール２５ａ、２５ｂを直列に接続しており、筐体（補助電源２５などが該筐体に収納される）のカバーの開閉検知スイッチなどのアクセス検知手段により所定のアクセス動作で補助電源モジュール２５ａ、２５ｂの接続を切り離してその一方のみを発熱部材１１ｂに接続する。

本実施形態例１３では、例えば５００Ｆ、２.５Ｖのキャパシタセルを１０個直列に接続して２５Ｖの補助電源モジュールとし、さらにこの補助電源モジュールを２つ切換手段３２を介して直列にすることで５０Ｖの補助電源とする。補助電源モジュール２５ａ、２５ｂ内部のキャパシタセルは特に切り離すことができないが、補助電源モジュール２５ａ、２５ｂ同士は切換手段３２により任意に接続を切り離してその一方のみを発熱部材１１ｂに接続することが可能である。

この様な構成にすることで、保守作業員や使用者が画像形成装置内部にアクセスする際には、補助電源モジュール２５ａ、２５ｂを切り離してその一方のみを発熱部材１１ｂに接続する動作が可能になる。すなわち、補助電源２５から発熱部材１１ｂに電力を供給する際には、５０Ｖであった補助電源２５の端子電位は、補助電源モジュール２５ａ、２５ｂを切換手段３２により切り離してその一方のみを発熱部材１１ｂに接続した際には半分の２５Ｖに低下することになり、感電の危険のない電位に瞬時に下げることができる。

この場合、補助電源２５の５０Ｖの端子電位は、２つに等分割しているが、３つ以上にわけて一個あたりの補助電源モジュール電圧をさらに低くしても良いし、２０Ｖと３０Ｖの様に異なる補助電源モジュール電圧にしても良い。以上のような方式によれば、リチウムイオン電池などの様な放電しても電圧の低下が起きない、キャパシタ以外の電池系の補助電源を用いても安全な構成をとることが可能である。

このように本実施形態１３によれば、補助電源２５を複数の補助電源モジュールに分けることで、高い全電圧を複数の低い電圧の補助電源モジュールに分けることが可能である。これにより、補助電源の電力出力端子における電圧を降下させることができ、感電のおそれがなく安全に作業ができる装置を実現可能である。この際に補助電源の放電を伴わないため、安全な状態にする時間が短く、電力のロスがない。また、キャパシタ以外のリチウムイオン電池や燃料電池など放電しても電圧が低下しない電池系を補助電源２５として用いても、感電のおそれがない安全に作業ができる装置を実現可能である。

図２１は本発明の実施形態１４における定着装置の回路構成を示す。この実施形態１４では、上記実施形態９において、抵抗体３１及び切換手段３２が省略され、昇圧手段３５が設けられる。この昇圧手段３５の入力側は充放電切替手段２７を介して補助電源２５に接続され、昇圧手段３５の出力側は発熱部材１１ｂに接続される。

補助電源２５は例えば１３００Ｆ、２．５Ｖのキャパシタセルを複数個直列に接続して構成される。補助電源２５からの電力は、充放電切替手段２７を介して昇圧手段３５により昇圧され、発熱部材１１ｂに供給される。
図２２は本実施形態１４の動作例を示す。本実施形態１４は、加熱ローラ１１の高速昇温が可能であり、補助電源２５の充電時間が短い。電気二重層キャパシタなどの急速充電が可能な大容量コンデンサ等からなる補助電源２５が十分に充電されていない朝一番に電源（主電源２４）を投入する朝一昇温時には、商用電源からのみ発熱部材１１ａへ電力が供給される。そして、加熱ローラ１１の温度を高くする必要がない待機状態では、主電源２４から充電器２６、充放電切換手段２７を介して補助電源２５へ電力を供給して充電をしておく。

そして、次に加熱ローラ１１の温度を昇温する時など、多量の電力を必要とするときには、主電源２４から主電力制御手段２８を介して発熱部材１１ａへ電力が供給されると同時に補助電源２５から充放電切替手段２７及び昇圧手段３５を介して発熱部材１１ｂへ電力が供給され、加熱部材に投入されるトータルの電力が主電源２４からの電力だけの時よりも多く供給されることにより、短時間で加熱ローラ１１の温度が上昇する。

キャパシタを補助電源２５として用いた際には重要な特徴として補助電源２５の所定の電力を使い果たしてしまうという事が挙げられ、これにより安全に加熱ローラ１１の短時間昇温を実現する構成を提供することができる。
加熱ローラに供給する電力を単純に増やす方法としては、電源を２系統にして電力を増やしたり、二次電池や燃料電池などを使うことも考えられる。これらの方法では、システムが暴走した際には温度ヒューズやサーモスタットなどの安全回路で電源回路を直接に遮断して電力供給を終了させる安全装置が欠かせないが、加熱ローラの昇温時間が短くなるとこれら安全回路の反応時間が遅くて加熱ローラの昇温速度に追いつかなくなる。このため、安全回路が作動する頃には加熱ローラの温度が高くなり過ぎ、最悪の場合には記録紙が発火してしまうこともありうる。

しかし、補助電源としてキャパシタを用いた構成では、システムが暴走して制御がきかなくなりキャパシタから発熱部材への電力供給が続いても、キャパシタの所定の電力を使い果たしてしまうと発熱部材の発熱が終了し、加熱ローラの温度上昇は自然にストップしてくれる。このため、キャパシタを補助電源として用いることで、安全に加熱ローラの昇温時間の短縮を実現することができる。

このように、定着装置の補助電源としてコンデンサを用いることにより、二次電池では得られなかった効果を得ることができる。
例えば、従来１０秒で所定温度まで昇温可能であった加熱ローラの昇温について説明すると、加熱ローラとして直径３０ｍｍで肉厚１ｍｍのアルミ製定着ローラを用いた場合、加熱ローラの温度を約１８０℃まで上げるのに必要な熱量は約１２０００Ｊである。従来の定着装置で通常用いられるハロゲンヒータは、１００Ｖの電圧で約１２００Ｗの電力を供給することが可能であるため、約１０秒で上記加熱ローラを昇温させることができた。

１３００Ｆ、２.５Ｖのキャパシタを複数個直列に接続した電気二重層キャパシタを補助電源として用いた場合における加熱ローラ１１の昇温について説明すると、本実施形態１４において、図２３に示すように昇圧手段３５を用いず、補助電源２５の電気二重層キャパシタを５０Ｖの高電圧にして発熱部材１１ｂとして最大電流が１２Ａに制限されるハロゲンヒータを用いた構成の定着装置では、電気二重層キャパシタから６００ｗの電力を取り出すことができ、この６００ｗと商用電源の１２００ｗにより加熱ローラ１１に対して１８００ｗの電力を供給することになり、従来１０秒であった加熱ローラ１１の昇温時間を約６秒に短縮可能である。

しかし、この着定装置では、昇圧手段３５を用いないので、補助電源２５において２．５Ｖのキャパシタセルを５０Ｖにして使用するには、約２０個のキャパシタセルを直列に接続する必要がある。このとき、補助電源２５の保持するエネルギーは８００００Ｊ程度となる。しかし、加熱ローラ１１の温度を上昇させるのに必要な熱量は、その１／６にすぎず、キャパシタセル３個を直列にするだけのエネルギーで十分である。さらに、１０秒間６００Ｗの電力を加熱ローラ１１に供給する場合には、補助電源２５から６０００Ｊ程度の電力しか取り出していない。これは、補助電源２５の保有するエネルギー８００００Ｊの約８％弱である。

このように、単純にキャパシタセルを複数個直列に接続して電圧を高くしこれを補助電源として用いる構成の定着装置では、単に補助電源の電圧を上げるだけで余分なキャパシタセルが必要となるとともに、その保有する電気エネルギーを加熱ローラ１１の昇温時に短時間に取り出すことが困難となり、補助電源のキャパシタセルが増えて体積が大きくなりコストも上昇する。

次に、補助電源の電気二重層キャパシタからの電力を昇圧手段を用いて昇圧した電力を発熱部材に供給して使用する定着装置においては、昇圧手段ではＩＧＢＴ素子などを用いて低電圧・大電流の補助電源からの電力を高電圧・低電流に昇圧する事が可能である。例えば、本実施形態１４のように２．５Ｖのキャパシタセル８個を直列に接続して２０Ｖの補助電源を構成し、この補助電源の出力が２０Ｖで６０Ａとすると１２００Ｗの電力が補助電源から得られるが、これは昇圧手段３５を用いて１００Ｖで１２Ａにする事ができる。補助電源のキャパシタの保持する電力としては、８個のキャパシタセルで３２５００Ｊになるため、１２００Ｗを１０秒使うと単純計算で１２０００Ｊ弱を使えることになる。これは、補助電源のキャパシタの保持電力の３６％であり、単純に２０個のキャパシタセルを直列に接続した場合の８％と比べると４．５倍の利用効率向上となる。

このように、昇圧手段３５を用いることで、より大きな電力を少ないキャパシタセルで実現することができる。８個のキャパシタセルを用いる上記定着装置の例では、従来２０個のキャパシタセルを用いて６００Ｗしか得られなかったものが、８個のキャパシタセルで１２００Ｗが得られる様になった。これにより大きな利点が２つある。その１つは、大電力を得られることであり、より加熱ローラの昇温時間の短縮をすることができる。２つは、キャパシタセルの数が減ることであり、キャパシタセルの体積を減らせるとともに重さも低減でき、キャパシタセルのコストを大幅に減らすことができる。この８個のキャパシタセルを用いる定着装置では、上記２０個のキャパシタセルを用いる定着装置に比べてキャパシタセルの数が半分以下に減る。

このように、加熱ローラへ供給する電力は従来の商用電源からの電力供給の上限であった１２００ｗに制限されていたが、加熱ローラへ供給する電力が１８００ｗ〜２０００ｗになることで加熱ローラの昇温時間を短縮させることが可能である構成の定着装置において、本実施形態１４のように補助電源２５から発熱部材１１ｂへの供給電圧を昇圧手段３５により高くする構成にすることで、補助電源２５のキャパシタの保有するエネルギーを無駄なく使って必要なキャパシタセルの個数を減らすことができるため、補助電源の体積を減らし、さらに設置スペースを小さくし補助電源コストを低減することが可能である。

このように本実施形態１４によれば、発熱部材１１ｂへ供給する高い電圧を確保するために補助電源２５の直列に接続するキャパシタセルの数を減らすことができてキャパシタの体積を低減できるため、加熱ローラ１１の昇温時間を短くするための補助電源２５を小型化することができる。
また、システムが暴走しても一定時間後には補助電源２５から発熱部材１１ｂへの電力供給が自然に低下し、加熱ローラ１１が高温になりすぎる危険がないため、システム暴走時の安全性が高くて短時間昇温可能な加熱装置を実現できる。

また、発熱部材１１ｂへの電圧が高いので、発熱部材１１ｂに流れる最大電流が小さくても大電力を発熱部材１１ｂに供給することが可能であるため、短時間で加熱ローラ１１を昇温させることが可能である。
また、商用電源の供給電力の制限を越える最大供給電力を加熱装置に投入できるため、立ち上がり時間が短い装置を提供できる。

図２４は本発明の実施形態１５における定着装置の回路構成の一部を示し、図２５は該実施形態１５において昇圧手段３５へ入力される入力電圧Ｖinと、補助発熱部材１１ｂに昇圧手段３５から出力される出力電圧Ｖoutの時間的な変化、及び加熱ローラ１１の表面温度の時間的な変化を示す。この実施形態１５では、上記実施形態１４とは以下に述べるように異なり、その他は同じである。

加熱ローラ１１の昇温時間を短くするためには、発熱部材１１ｂへの供給電力を大きくすればよい。例えば、発熱部材１１ｂへ電力を供給する電源装置は、２００Ｖの商用電源を用いたり、２次電池等の定電圧電源を用いたりすることもある。しかし、発熱部材１１ｂへの供給電力をあまり大きくしすぎると、加熱ローラ１１の温度がオーバーシュートしてしまうという問題がある。

本実施形態１５では、昇圧手段３５の入力電圧Ｖinは、補助電源２５のキャパシタの特性上、時間が経つに従って低下していく。この昇圧手段３５の入力電圧Ｖinに対して昇圧手段３５の出力電圧Ｖoutは特に制御をしておらず、出力電圧Ｖoutを入力電圧Ｖinで割った昇圧の倍率は常に一定である。このため、回路が簡素化されると共に、昇温時の加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートを防止することができる。

これは、補助電源２５の電圧が低下する際に、制御用の検知手段を特に用意する必要がないほか、入力電圧Ｖinの低下を補って昇圧の倍率を上げる制御をしなくて済むためである。また、加熱ローラ１１の低温状態では発熱部材１１ｂへフルに電力を供給し、加熱ローラ１１の温度が高くなってくると発熱部材１１ｂへの電力を減らす動作を自然に行うことができるため、加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートを低減することができる。

これは、図２５に示すように、加熱ローラ１１の温度を上昇させる際には、加熱ローラ１１の温度が上がるにつれて補助電源２５からの電力が消費されて発熱部材１１ｂへの供給電圧が減るため、商用電源からの供給電力も含めた発熱部材１１ａ、１１ｂ全体への供給電力を徐々に減らすことができるためである。これにより、発熱部材１１ａ、１１ｂへの給電開始直後で加熱ローラ１１が低温である状態では、発熱部材１１ａ、１１ｂへフルに電力を供給できる一方、補助電源２５の放電が進んで加熱ローラ１１の温度が高くなってくると、補助電源２５の電圧が低下して補助電源２５の供給電力が自然に減ってくる。

以下、本実施形態１５を具体的に説明する。補助電源２５は１３００Ｆのキャパシタセルを８個直列に接続し、昇圧手段３５は初期の２０Ｖの入力電圧Ｖinを１００Ｖまで昇圧して１２００Ｗを補助発熱部材１１ｂに供給していたとする。昇圧手段３５のロスがなく、昇圧手段３５の昇圧の倍率が一定とすると、３０秒後には昇圧手段３５の入力電圧Ｖinが１３Ｖに低下し、補助発熱部材１１ｂへ供給される電力は４００ｗ程度になる。よって、主発熱部材１１ａへの電力を１２００ｗとすると、発熱部材１１ａ、１１ｂ全体に供給される電力は、加熱ローラ１１の温度が低いときには２４００ｗであったものが、加熱ローラ１１の温度が上昇するにつれて１６００ｗ程度に低減する。

従って、本実施形態１５では、補助電源としての定電圧電源で電力を増やす様な構成の場合に問題となる、加熱ローラの温度がその上昇速度が速くて高温に上昇しすぎる温度のオーバーシュートを低減することが可能となるとともに、加熱ローラ１１の温度が低いときには補助発熱部材１１ｂへの電力が大きいため、加熱ローラ１１の昇温時間短縮にも効果が十分にある。
このように本実施形態１５によれば、複雑な制御をしなくて済むため、回路の簡素化、加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートの低減を図ることができる。

図２６は本発明の実施形態１６において昇圧手段３５へ入力される入力電圧Ｖinと、補助発熱部材１１ｂに昇圧手段３５から出力される出力電圧Ｖoutの時間的な変化と、加熱ローラ１１の温度の時間的な変化の例を示す。この実施形態１６では、上記実施形態１４とは以下に述べるように異なり、その他は同じである。

まず、昇圧手段３５の出力電圧Ｖoutを制御していない場合を考える。
補助電源２５は１３００Ｆのキャパシタセルを８個直列に接続し、昇圧手段３５は初期の２０Ｖの入力電圧Ｖinを１００Ｖまで昇圧して１２００Ｗを補助発熱部材１１ｂに供給していたとする。昇圧手段３５のロスがなく、昇圧手段３５の昇圧の倍率が一定とすると、３０秒後には昇圧手段３５の入力電圧Ｖinが１３Ｖに低下し、補助発熱部材１１ｂへ供給される電力は４００ｗ程度まで低下する。

よって、主発熱部材１１ａへの電力を１２００ｗとすると、発熱部材１１ａ、１１ｂ全体に供給される電力は、加熱ローラ１１の温度が低いときには２４００ｗであったものが、加熱ローラ１１の温度が上昇するにつれて１６００ｗ程度に低減する。このため、加熱ローラ１１の昇温時間をより短縮したい場合には、昇圧手段３５の出力電圧Ｖoutが一定になるようにして、補助発熱部材１１ｂへの供給電力を補助発熱部材１１ｂへの給電時間中にほぼ一定にすると良い。

そこで、本実施形態１６では、昇圧手段３５は、入力電圧Ｖinが１３Ｖまで低下するにつれて、昇圧の倍率を上げていくような制御を行う制御手段を有する。これにより、加熱ローラ１１への供給電力が増え、加熱ローラ１１の昇温時間の短縮が可能となる。なお、上記制御手段は、昇圧手段３５の外部に設けてもよい。
このように本実施形態１６によれば、発熱部材１１ｂへ大きな電力を供給することができるため、加熱ローラ１１の昇温時間の短縮が可能となる。
図２７は本発明の実施形態１７における定着装置の回路構成を示し、図２８は該定着装置の概略を示す。この実施形態１７では、上記実施形態１４とは以下に述べるように異なり、その他は同じである。主発熱部材１１ａと補助発熱部材１１ｂは、ハロゲンヒータからなり、輻射熱で金属ローラからなる加熱ローラ１１を加熱する。補助発熱部材１１ａは、主発熱部材１１ａよりも抵抗値が小さく、大電流を流すことが可能である。

加熱ローラ１１の基体は、アルミや鉄などの金属製であることが耐久性や加圧による変形などの点から望ましい。加熱ローラ１１の表面にはトナーとの固着を防ぐための離型層を形成していることが望ましい。加熱ローラ１１の内面には、ハロゲンヒータ１１ａ、１１ｂの熱を効率よく吸収するための黒化処理をしていることが望ましい。

主発熱部材１１ａは１００Ｖで１０Ａを流すことで１２００Ｗを得ることが可能である一方、補助発熱部材１１ｂは１２０Ｖで1２Ａを流すことで１４４０Ｗを得ることが可能である。主発熱部材１１ａへの電圧は商用電源の１００Ｖで決まってしまうが、補助発熱部材１１ｂへの電圧は昇圧手段３５の設定倍率を大きくすることで高くすることが可能であるため、補助発熱部材１１ｂへの電力を大きくすることが可能である。
主発熱１１ａへの供給電力を越える大電力で補助発熱部材１１ｂのハロゲンヒータを使用することで、加熱ローラ１１の昇温時間を短縮することができる。また、補助電源２５の有するエネルギーを短時間で無駄なく取り出すことが可能である。

このように本実施形態１７によれば、補助発熱部材１１ｂへ大電力を供給することができるので、短時間で補助電源２５の蓄電電力を使い切ることが可能であり、加熱ローラ１１の昇温時間の短縮が可能である。
また、ハロゲンヒータ１１ｂへの電圧が高いため、ハロゲンヒータ１１ｂに流れる最大電流が小さくても大電力をハロゲンヒータ１１ｂへ供給することが可能であり、短時間で加熱ローラ１１を昇温することが可能である。

図２９は本発明の実施形態１８における定着装置の回路構成を示す。この実施形態１８では、上記実施形態１４において、昇圧手段３５の代りに昇圧手段３５ａが設けられる。この昇圧手段３５ａの入力側は充放電切替手段２７を介して補助電源２５に接続され、昇圧手段３５ａの出力側は発熱部材１１ｂに接続される。

補助電源２５は例えば１３００Ｆ、２．５Ｖのキャパシタセルを複数個直列に接続して構成される。補助電源２５からの電力は、充放電切替手段２７を介して昇圧手段３５ａにより昇圧され、発熱部材１１ｂに供給される。温度検知手段３６は加熱ローラ１１の表面温度を検知する。昇圧手段３５ａは、温度検知手段３６からの検知信号に基づいて、補助電源２５からの入力電圧を所定のタイミングで所定の電圧に昇圧し、つまり、補助電源２５からの入力電圧をどのタイミングでどれだけ上げるかを制御する制御手段を有する。この制御手段は、昇圧手段３５ａの外部に設けてもよい。

図３０に示すように、昇圧手段３５ａは、上記制御手段にて補助発熱部材１１ｂによって加熱されて温度が上昇する加熱ローラ１１の温度を検知する温度検知手段３６からの情報を基に昇圧設定を変える。図３１は、補助電源２５から昇圧手段３５ａへ入力される入力電圧Ｖinと、補助発熱部材１１ｂに昇圧手段３５ａから出力される出力電圧Ｖoutの時間的な変化、及び加熱ローラ１１の温度の時間的な変化を示す。

加熱ローラ１１の昇温時間を短くするためには、補助発熱部材１１ｂへの供給電力を大きくすればよい。例えば、補助発熱部材１１ｂへ電力を供給する電源装置は、２００Ｖの商用電源を用いたり、２次電池を用いる等の定電圧電源を用いたりすることもできる。しかし、補助発熱部材１１ｂへの供給電力をあまり大きくしすぎると、温度検知手段３６の検知時間遅れが問題となり、加熱ローラ１１の温度がオーバーシュートしてしまうという問題がある。本実施形態１８では、補助発熱部材１１ｂへの供給電力を大きくする手段として補助電源２５のキャパシタを用いているが、加熱ローラ１１の温度オーバーシュートを防ぐために、昇圧手段３５ａは、上記制御手段にて、加熱ローラ１１の温度が所定の設定温度Ｔ1になった時点で、出力電圧Ｖoutを一定の電圧から低減させていく。

このため、昇温時に加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートを確実に低減することができるとともに、電力供給前の加熱ローラ１１の温度が何度であっても加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートを低減することができる。これは、本実施形態１８の画像形成装置をある人が稼働させた直後に次の人が稼働させる場合など、加熱ローラ１１の温度が通常よりも高くなっている場合に特に有効に機能する。

このように本実施形態１８によれば、加熱ローラ１１の温度が高い際には、加熱ローラ１１への供給電圧を下げて加熱ローラ１１への電力供給量を少なくするので、加熱ローラ１１の急激な温度上昇が緩和されて温度検知手段３６の温度検知の時間遅れがあっても正確な加熱ローラ１１の温度検知ができてフィードバックの精度が上がるため、安全に加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートが少ない短時間昇温構成を実現できる。

また、システムが暴走して加熱ローラ１１への電力供給のオン／オフ制御が不能になっても、一定時間後には補助電源２５から発熱部材１１ｂへの電力供給量が自然に低下するので、加熱ローラ１１が高温になり記録紙が発火する危険を減らすことができるため、システム暴走時の安全性が高い短時間昇温可能な加熱装置を実現できる。

また、加熱ローラ１１の温度が高い際には、加熱ローラ１１への供給電圧を下げて発熱部材１１ｂへの電力供給量を少なくする。これにより、温度検知手段３６の温度検知の時間遅れがなく正確なフィードバックが可能になるため、安全に加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートが少ない短時間昇温構成を実現できる。

また、加熱ローラ１１の温度が上昇して高い温度に到達する際には、加熱ローラ１１への供給電圧を下げて発熱部材１１ｂへの電力供給量を少なくすることで、温度検知手段３６の温度検知の時間遅れがあっても正確なフィードバックが可能になるため、加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートが少ない短時間昇温構成を安全に実現する。
また、商用電源の制限を越える最大供給電力を加熱装置に投入できるため、立ち上がり時間が短い装置を提供できる。
また、商用電源の制限を越える最大供給電力を加熱装置に投入できるため、加熱装置の立ち上がり時間が短い画像形成装置を提供できる。

次に、本発明の実施形態１９について説明する。この実施形態１９では、上記実施形態１８において、昇圧手段３５ａの代りに、補助発熱部材１１ｂによって加熱されて温度が上昇する加熱ローラ１１の温度を検知する温度検知手段３６の情報を基に昇圧設定を変えて徐々に出力電圧Ｖoutを変化させる制御手段を有する昇圧手段が用いられる。
図３２は、本実施形態１９において補助電源２５から昇圧手段へ入力される入力電圧Ｖinと、補助発熱部材１１ｂへ昇圧手段から出力される出力電圧Ｖoutの時間的な変化、及び加熱ローラ１１の温度の時間的な変化を示す。

加熱ローラ１１の昇温時間を短くするためには、発熱部材１１ｂへの供給電力を大きくすればよい。例えば、発熱部材１１ｂへ電力を供給する電源装置は、２００Ｖの商用電源を用いたり、２次電池等の定電圧電源を用いたりすることもある。しかし、発熱部材１１ｂへの供給電力をあまり大きくしすぎると、温度検知手段３６の検知時間遅れが問題となり、加熱ローラ１１の温度がオーバーシュートしてしまうという問題がある。本実施形態１９では、発熱部材１１ｂへの供給電力を大きくする手段として補助電源２５のキャパシタを用いているが、加熱ローラ１１の温度オーバーシュートを防ぐために、昇圧手段は、上記制御手段にて、温度検知手段３６からの検知信号に基づき、加熱ローラ１１が所定の設定温度Ｔ1になった時点で、出力電圧Ｖoutを低く切り替える。

このため、昇温時に加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートを確実に低減することができるとともに、電力供給前の加熱ローラ１１の温度が何度であっても加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートを低減することができる。これは、本実施形態１９の画像形成装置をある人が稼働させた直後に次の人が稼働させる場合など、加熱ローラ１１の温度が高くなっている場合に特に有効に機能する。本実施形態１９は、昇圧手段の出力電圧Ｖoutを徐々に低減するのではなく、低く切り替えるので、回路が簡素化されると共に、確実に加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートを低減することが可能となる。

このように本実施形態１９によれば、加熱ローラ１１の温度が上昇して高い温度になった際には、昇圧手段の出力電圧Ｖoutを下げて発熱部材１１ｂへの電力供給量を少なくするので、温度検知手段３６の温度検知の時間遅れがなく正確なフィードバックが可能になるため、安全に加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートが少ない短時間昇温構成を実現できる。

次に、本発明の実施形態２０について説明する。この実施形態２０では、上記実施形態１９において、図３４に示すように、上記昇圧手段の代りに昇圧手段３５ｂが用いられる。昇圧手段３５ｂは、入力電圧Vinと出力電圧Voutが図３２とほぼ同等である。本実施形態２０では、図３３に示すように昇圧手段３５ｂは、補助発熱部材１１ｂによって加熱されて温度が上昇する加熱ローラ１１の温度を検知する温度検知手段３６からの情報を基にして昇圧設定を変えることで加熱ローラ１１の温度が所定の設定温度Ｔ1になった時点で出力電圧Ｖoutを低く切り替えるとともに、補助電源２５の残電力を検知する残電力検知手段３７からの情報を基にして昇圧設定を変え、補助電源２５の残電力が所定の残電力より高かった場合に出力電圧Ｖoutを低くする制御手段を有する。

補助電源２５から昇圧手段３５ｂへ入力される入力電圧Ｖinと、補助発熱部材１１ｂに昇圧手段３５ｂから出力される出力電圧Ｖout及び加熱ローラ１１の温度の時間的な変化は図３３で示される。補助電源２５の残電力が多いと、加熱ローラ１１の温度が高くなっている際に補助発熱部材１１ｂへの大きな電力の供給が続くと、加熱ローラ１１の温度が所定の温度をオーバーシュートしてしまう。そこで、昇圧手段３５ｂは、上記制御手段にて、加熱ローラ１１の温度が設定変更温度Ｙ1になる時点で残電力検知手段３７からの情報により補助電源２５の残電力量を検知し、補助電源２５の電力量が所定の値よりも大きかった場合に、出力電圧Voutを低く切り替える。

このため、昇温時に加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートを確実に低減することができるとともに、電力供給前の加熱ローラ１１の温度が何度であっても、補助電源２５の残電力が大きかった場合には加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートを低減することができる。これは、本実施形態２０の画像形成装置をある人が稼働させた直後に次の人が稼働させる場合など、加熱ローラ１１の温度が通常より高くなっている場合に特に有効に機能する。また、昇圧手段３５ｂが出力電圧Ｖoutを徐々に低減するのではなく、低く切り替えるので、回路が簡素化されると共に、確実に加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートを低減することが可能となる。

このように本実施形態２０によれば、補助電源２５の電圧が高電圧であればその電圧を下げて補助発熱部材１１ｂへの電力供給量を少なくするので、温度検知手段３６の温度検知の時間遅れがなく正確なフィードバックが可能になるため、安全に加熱ローラ１１の温度のオーバーシュートが少ない短時間昇温構成を実現できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、加熱部が定着ベルトなどであってもよい。また、本発明は、定着装置以外でも、電気を主エネルギー源とする加熱装置に適用することが可能であり、例えば画像を担持した転写紙等のシート状被加熱体を加熱してその表面性（つや等）を改質する装置、シート状被加熱体上のトナーを仮定着する装置、シート状物を給紙して乾燥処理・ラミネート処理する装置等の加熱装置に適用することができる。

本発明の実施形態１における定着装置の回路構成をキャパシタセル直列接続状態について示すブロック図である。 同実施形態１における定着装置の回路構成をキャパシタセル並列接続状態について示すブロック図である。 同実施形態１を説明するための図である。 同実施形態１及び従来のコンデンサを補助電源として用いた定着装置における定着ローラの温度変化を示す図である。 本発明の実施形態２におけるキャパシタセルの各接続状態を示す結線図である。 本発明の実施形態３における定着装置の回路構成を示すブロック図である。 上記実施形態１を示す概略図である。 上記実施形態１における定着装置の詳細な構成を示す断面図である。 本発明の実施形態４における加熱装置を示す断面図である。 同実施形態４における定着装置の回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態９における定着装置の回路構成を示すブロック図である。 同実施形態９の加熱ローラ温度立ち上がり特性を示す特性図である。 定着装置の回路構成例を示すブロック図である。 上記実施形態９の動作例を示す図である。 本発明の実施形態１０における定着装置の回路構成を示すブロック図である。 定着装置の比較例３を示すブロック図である。 本発明の実施形態１１における定着装置の回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１２における定着装置の回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１３の補助電源を示すブロック図である。 （社）日本電気協会の発行している「電気工事士教科書」による人体に対する電流の作用の実験値を示す図である。 本発明の実施形態１４における定着装置の回路構成を示すブロック図である。 同実施形態１４の動作例を示す図である。 定着装置の回路構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態１５における定着装置の回路構成の一部を示すブロック図である。 同実施形態１５における昇圧手段の入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの時間的な変化及び加熱ローラ温度の時間的な変化を示す図である。 本発明の実施形態１６における昇圧手段の入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの時間的な変化及び加熱ローラ温度の時間的な変化を示す図である。 本発明の実施形態１７における定着装置の回路構成を示すブロック図である。 同定着装置の概略を示す断面図である。 本発明の実施形態１８における定着装置の回路構成を示すブロック図である。 同定着装置の回路構成の一部を示すブロック図である。 上記実施形態１８の動作例を示す図である。 本発明の実施形態１９における昇圧手段の入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの時間的な変化及び加熱ローラ温度の時間的な変化を示す図である。 本発明の実施形態２０における定着装置の回路構成を示すブロック図である。 同実施形態２０における昇圧手段の入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの時間的な変化及び加熱ローラ温度の時間的な変化を示す図である。

符号の説明

１ 感光体
２ 帯電装置
４ 現像装置
５ 転写装置
１１ａ、１１ｂ 発熱部材
１１、２１ 定着ローラ
１４、２４ 主電源
１５、２５ 補助電源
１５ａ〜１５ｆ キャパシタセル
１８ 温度センサ
１９ 構成切替手段
３１ 抵抗体
３２ 切替手段
３３ ＤＣ／ＡＣコンバータ
３４ モータ
２５１，２５２、２５３，２５４ キャパシタセル
２５、２５ｂ 補助電源モジュール
３５、３５ａ、３５ｂ 昇圧手段
３６ 温度検知手段
３７ 残電力検知手段

Claims (35)

1. 発熱部材の発熱により温度が上がる加熱部と、商用電源が用いられて前記発熱部材に電力を供給する主電源と、商用電源より充電され前記発熱部材に電力を供給する補助電源として用いられる複数のセルから構成される大容量キャパシタとを有する加熱装置において、前記複数のセルの接続を少なくとも放電時に可変する構成としたことを特徴とする加熱装置。
2. 請求項１記載の加熱装置において、前記複数のセルを並列と直列に切り替える構成としたことを特徴とする加熱装置。
3. 請求項１または２記載の加熱装置において、該装置の状況を検知する検知手段を有し、この検知手段の検知情報により前記複数のセルの接続を切り替えることを特徴とする加熱装置。
4. 請求項３記載の加熱装置において、前記検知手段として前記加熱部の温度を検知する温度検知手段を用いたことを特徴とする加熱装置。
5. 請求項４記載の加熱装置において、前記加熱部が所定の温度以上の時に前記複数のセルを並列に接続して該複数のセルから前記加熱部に電力を供給することを特徴とする加熱装置。
6. 請求項４記載の加熱装置において、前記加熱部が所定の温度に達しない時に前記複数のセルを直列に接続して該セルから前記加熱部に電力を供給することを特徴とする加熱装置。
7. 請求項３記載の加熱装置において、前記検知手段の検知情報の代りに被加熱体の連続加熱枚数情報を用いることを特徴とする加熱装置。
8. 請求項７記載の加熱装置において、前記複数のセルの並列接続の列数を可変にして前記複数のセルの接続を可変する構成としたことを特徴とする加熱装置。
9. 大容量キャパシタの複数のセルの接続を可変する構成とした請求項７記載の加熱装置において、前記加熱部が弾性層を有することを特徴とする加熱装置。
10. 請求項９記載の加熱装置において、前記弾性層の厚さが０．１ｍｍ以上であることを特徴とする加熱装置。
11. 請求項９または１０記載の加熱装置において、前記弾性層の最外層に離型層を設けたことを特徴とする加熱装置。
12. 定常的な電力供給可能な主電源から電力が供給されることによって発熱する主発熱部材と、充電可能な補助電源と、この補助電源から電力が供給されることにより発熱する補助発熱部材と、前記主発熱部材及び前記補助発熱部材により加熱される加熱部材とを有する加熱装置において、前記補助電源の出力電圧を所定の指示に応じて降下させることを特徴とする加熱装置。
13. 請求項１２記載の加熱装置において、前記補助電源に対して接続可能な電気的負荷と、この電気的負荷を前記補助電源に選択的に接続する選択的接続手段とを備え、この選択的接続手段が前記指示に応じて前記電気的負荷を前記補助電源に接続することを特徴とする加熱装置。
14. 請求項１３記載の加熱装置において、前記電気的負荷が抵抗発熱体であることを特徴とする加熱装置。
15. 請求項１３記載の加熱装置において、前記電気的負荷がモータであることを特徴とする加熱装置。
16. 請求項１２記載の加熱装置において、前記補助電源は直列に接続された複数の電源からなり、この複数の電源の一部を前記指示に応じて切り離して前記補助電源の出力電圧を降下させることを特徴とする加熱装置。
17. 請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の加熱装置において、当該装置内部への作業者のアクセスを検知するアクセス検知手段を有し、このアクセス検知手段の検知結果を前記指示とすることを特徴とする加熱装置。
18. 請求項１７記載の加熱装置において、前記アクセス検知手段は保守作業員の能動的な前記補助電源に対する放電指示を検知することを特徴とする加熱装置。
19. 請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の加熱装置において、前記補助電源の高い出力電圧が直流電圧であることを特徴とする加熱装置。
20. 電力の供給によって発熱する発熱部材を有し、この発熱部材に対して電力を供給する電力供給手段として充電可能な補助電源を少なくとも有する加熱装置において、前記補助電源の出力電圧を昇圧する昇圧手段を有することを特徴とする加熱装置。
21. 請求項２０記載の加熱装置において、前記補助電源が電気二重層キャパシタであることを特徴とする加熱装置。
22. 請求項２０または２１記載の加熱装置において、前記昇圧手段の入力電圧が低下するにつれて前記昇圧手段の出力電圧が低下することを特徴とする加熱装置。
23. 請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の加熱装置において、前記昇圧手段の出力電圧を制御する制御手段を有することを特徴とする加熱装置。
24. 請求項２３記載の加熱装置において、前記制御手段が前記昇圧手段の出力電圧を時間的に一定になるように制御することを特徴とする加熱装置。
25. 請求項２０記載の加熱装置において、前記発熱部材は、定常的な電力供給可能な主電源から電力が供給されることによって発熱する主発熱部材と、前記補助電源から前記昇圧手段を介して電力が供給されることにより発熱する補助発熱部材とを有し、前記補助電源から前記昇圧手段を介して前記補助発熱部材へ供給する電力が、前記主電源から前記主発熱部材へ供給する電力よりも大きいことを特徴とする加熱装置。
26. 定常的な電力供給可能な主電源から電力が供給されることによって発熱する主発熱部材と、充電可能な補助電源と、この補助電源の出力電圧を昇圧する昇圧手段と、この昇圧手段から電力が供給されることにより発熱する補助発熱部材と、前記主発熱部材及び前記補助発熱部材により加熱される加熱部材とを有する加熱装置において、前記補助電源に関する情報を検知する検知手段を有し、この検知手段からの検知情報に応じて前記昇圧手段の出力電圧を制御することを特徴とする加熱装置。
27. 請求項２６記載の加熱装置において、前記補助電源が電気二重層キャパシタであることを特徴とする加熱装置。
28. 請求項２６または２７記載の加熱装置において、前記検知手段は前記加熱部材の温度を検知する温度検知手段であることを特徴とする加熱装置。
29. 請求項２８記載の加熱装置において、前記温度検知手段の検知温度が所定の温度よりも高い場合に前記出力電圧を第１の電圧よりも低減することを特徴とする加熱装置。
30. 請求項２８記載の加熱装置において、前記温度検知手段の検知温度が所定の温度よりも高い場合に前記出力電圧を第１の電圧より低く切り替えることを特徴とする加熱装置。
31. 請求項２８記載の加熱装置において、前記補助電源の残電力量を検知する残電力量検知手段を有し、この残電力量検知手段の検知結果に応じて前記出力電圧を変化させることを特徴とする加熱装置。
32. 請求項３１記載の加熱装置において、前記残電力量検知手段で検知した前記補助電源の残電力量が所定の値よりも高い場合に前記出力電圧を第２の電圧より低くすることを特徴とする加熱装置。
33. 被加熱体上の未定着物を定着させる定着手段を有する定着装置において、前記定着手段として請求項１〜３２のいずれか１項に記載の加熱装置を備えたことを特徴とする定着装置。
34. 記録媒体上に画像を形成する像形成手段と、前記記録媒体上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段として請求項１〜３２のいずれか１項に記載の加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
35. 記録媒体上に未定着画像を形成する像形成手段と、前記記録媒体上の未定着画像を加熱して前記記録媒体に定着させる定着手段とを有する画像形成装置において、前記定着手段として請求項１〜３２のいずれか１項に記載の加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images