JP4220850B2 - 加熱装置、定着装置および画像形成装置 - Google Patents
加熱装置、定着装置および画像形成装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンタや複写機などに搭載される加熱装置、定着装置および画像形成装置に関し、より詳細には、定着装置の立上げ時間の短縮、省エネモードからのリカバリー時間の短縮のためのサブヒータへ電流を供給する電気二重層コンデンサへの充電方法などにかかわる加熱装置、定着装置および画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機やレーザプリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置において、現像された画像を記録紙等の被画像形成材に定着させるために、その内部には定着装置が備えられている。この定着装置の主要部分は未定着のトナーが転写された記録紙を加熱する定着ローラと、当該記録紙を押圧し、挟持して搬送する加圧ローラとで構成される。このような定着装置は、定着ローラの内部に加熱ヒータとしてハロゲンヒータなどを備え、このヒータで定着ローラ内部を加熱し、ローラを所定の温度まで上昇させている。
【０００３】
このような熱定着装置を備えた画像形成装置では、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し、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通電制御方法を用いた装置が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。また、装置の待機時に補助電源である二次電池を充電し、装置のウォームアップ時に主電源の他に二次電池からも電力を供給して立ち上がり時間短縮をはかる装置が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
一方、本出願人は、画像形成装置の商用電源入力部に入力電圧・電流検出手段を設け、入力電流もしくは入力電力が閾値以下の場合に閾値との差分で電気二重層コンデンサへの定電流充電を行なう装置を先に提案している。ここでは、補助電源回路のコンデンサへの充電タイミングや充電量についての提案がなされている。具体的には、画像形成装置の商用電源入力部に入力電圧・電流検出手段を設け、入力電流もしくは入力電力が閾値以下の場合に閾値との差分で電気二重層コンデンサへの定電流充電を行なう構成としている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１８４５５４号公報
【特許文献２】
特開平１０−２８２８２１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
最近のヒータによる加熱方式は、定着ローラを必要な温度に加熱するまでの時間が長く、またヒータ自体の損失も大きい。現在、地球温暖化などの環境問題がクローズアップされており、効率がよく、立ち上がり時間のはやい定着装置が求められている。
【０００７】
しかしながら、上記に示されるような従来の技術にあっては、特許文献１に示された定着装置は、待機時に補助電源である二次電池を充電し、立ち上げ時に主電源装置と二次電池から電力を供給している。この定着装置の欠点として、補助電源に二次電池を使用していること、が挙げられる。
【０００８】
二次電池としては一般的にカドニカ電池、鉛蓄電池等があるが、これらの二次電池は充放電を繰り返すと容量の低下を招き、さらに大電流で放電するほど、寿命は短いとされている。一般的に大電流で長寿命といわれているカドニカ電池の場合でも、充放電の繰り返し回数は５００〜１０００回程度である。仮に画像形成装置へ搭載し、一日あたり２０回の充放電を行なったとすると１ヶ月程度で電池寿命となり、交換の手間、電池代等のランニングコストが非常に高価なものとなってしまう。また、鉛蓄電池の場合、硫酸を使用しており、オフィス用機器としては好ましくない。また、二次電池は急速充電ができず、はやいと言われるものでもフル充電には数十分は必要である。
【０００９】
一方、特許文献２においては、上記二次電池に代わる補助電源としてコンデンサを使用している。加熱部に主発熱体と補助発熱体を設け、主発熱体には主電源装置から、補助発熱体にはコンデンサを有する補助電源装置から電力を供給し、加熱部の過熱を開始する時に主電源装置と補助電源装置から大容量の電力を供給して加熱部を短時間で所定の温度に立ち上げ、待機時には加熱部に電力を供給しないようにする、ということが開示されているが、補助電源回路のコンデンサへの充電タイミングや充電量についての言及はない。
【００１０】
また、定電流充電を行う場合、満充電に近づくにしたがって電気二重層コンデンサの充電電圧が高くなり定電流充電に要する電力は大きくなるため、充電開始時に定電流充電値の演算を行い、その後一定期間定電流充電値の再演算を行わずに定電流充電を続けてしまうと、商用電源から１５Ａ（日本の１００Ｖ商用電源の一般的な電流定格）以上の電流を入力してしまう可能性がある。下記に具体的な例を示す。
【００１１】
ここで電気二重層コンデンサの開始時点で以下の条件であったものとし、定電流充電値を演算する。
閾値：１４.５Ａ（日本の１００Ｖ商用電源の一般的な電流定格：１５Ａから０.５Ａのマージンをとった値）
商用電源からの入力電流：１０Ａ
商用電源電圧：ＡＣ１００Ｖ
電気二重層コンデンサの充電電圧：ＤＣ２０Ｖ
整流・充電手段の変換効率：８０％
定電流充電値＝（余剰入力電力×変換効率）／充電電圧
＝（１００×（１４.５−１０）×０．８）／２０
＝１８（Ａ）
【００１２】
上記の演算結果、１８（Ａ）で電気二重層コンデンサへの定電流充電を開始する。定電流充電開始から一定時間経過後に、電気二重層コンデンサへの充電以外で消費する電流（１０Ａ）が不変であり、充電電圧が２４（Ｖ）になったとすると、そのときの商用電源からの入力電流は、
商用電源からの入力電流＝充電用途以外の消費電流＋（（充電電圧×定電流充電値）／変換効率）／商用電源電圧）
＝１０＋（（２４×１８）／０.８）／１００）
＝１５.４（Ａ）
と逆算され、日本の１００Ｖ商用電源の一般的な定格電流である１５（Ａ）を超えてしまう。
【００１３】
このように、電気二重層コンデンサへの充電方法を定電流充電としているため、一定期間定電流充電を続けてしまうと、商用電源から１５Ａ（日本の１００Ｖ商用電源の一般的な定格電流）以上の電流を入力してしまう可能性がある（図５参照）。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、補助電源である電気二重層コンデンサへの充電を行なう場合、商用電源からの入力電流を定格電流以下に容易に抑制することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１にかかる加熱装置にあっては、商用電源から供給される電流により発熱する主発熱体と、直流電源により発熱する補助発熱体と、を有する加熱装置において、前記補助発熱体に対して電力を供給する充放電可能な補助電源と、前記商用電源から供給される電流を整流し、前記補助電源を充電する充電手段と、前記充電手段の充電電流規定値をあらかじめ記憶しておく充電電流記憶手段と、前記商用電源からの入力電流を検出する入力電流検出手段と、前記補助電源の充電電圧を検出する充電電圧検出手段と、前記商用電源の定格電流値と、前記入力電流検出手段による入力電流と、前記商用電源の電圧とに基づいて前記補助電源に充電可能な電力値を演算し、前記補助電源に充電可能な電力値と前記充電電圧検出手段による充電電圧とに基づいて前記補助電源の充電量が定電力となるように充電電流を演算し、この演算された充電電流が前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも大きい場合には、前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値で定電流充電を行えるように前記充電手段を制御し、該演算された充電電流が前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも小さい場合には該演算された充電電流を用いて定電力充電になるように前記充電手段を制御する制御手段と、を備えたものである。
【００１６】
この発明によれば、商用電源の定格電流値と、前記入力電流検出手段による入力電流と、商用電源の電圧とに基づいて補助電源に充電可能な電力値を演算し、補助電源に充電可能な電力値と充電電圧検出手段による充電電圧とに基づいて補助電源の充電量が定電力となるように充電電流を演算し、この演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも大きい場合には、充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値に基づいて定電流充電になるように充電手段を制御し、該演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも小さい場合には該演算された充電電流を用いて定電力充電になるように前記充電手段を制御することにより、むやみに大きな電流で充電してしまうことを防ぐことができ、充電手段、充放電切替手段の構成部品に定格電流の低い部品を選択することができ、コストダウンが可能になる。
【００１７】
また、請求項２にかかる加熱装置にあっては、商用電源から供給される電流により発熱する主発熱体と、直流電源により発熱する補助発熱体と、を有し、所定の定着温度に制御される定着装置において、前記補助発熱体に対して電力を供給する充放電可能な補助電源と、前記商用電源から供給される電流を整流し、前記補助電源を充電する充電手段と、前記充電手段の充電電流規定値をあらかじめ記憶しておく充電電流記憶手段と、前記商用電源からの入力電流を検出する入力電流検出手段と、前記補助電源の充電電圧を検出する充電電圧検出手段と、前記商用電源の定格電流値と、前記入力電流検出手段による入力電流と、前記商用電源の電圧とに基づいて前記補助電源に充電可能な電力値を演算し、前記補助電源に充電可能な電力値と前記充電電圧検出手段による充電電圧とに基づいて前記補助電源の充電量が定電力となるように充電電流を演算し、この演算された充電電流が前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも大きい場合には、前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値で定電流充電を行えるように前記充電手段を制御し、該演算された充電電流が前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも小さい場合には該演算された充電電流を用いて定電力充電になるように前記充電手段を制御する制御手段と、を備えたものである。
【００１８】
この発明によれば、商用電源の定格電流値と、入力電流検出手段による入力電流と、商用電源の電圧とに基づいて補助電源に充電可能な電力値を演算し、補助電源に充電可能な電力値と充電電圧検出手段による充電電圧とに基づいて補助電源の充電量が定電力となるように充電電流を演算し、この演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも大きい場合には、充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値に基づいて定電流充電になるように充電手段を制御し、該演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも小さい場合には該演算された充電電流を用いて定電力充電になるように前記充電手段を制御することにより、むやみに大きな電流で充電してしまうことを防ぐことができ、充電手段、充放電切替手段の構成部品に定格電流の低い部品を選択することができ、コストダウンが可能となる。よって、商用電源からの入力電流を定格電流以下に抑制することが可能になる。
【００２３】
また、請求項３にかかる画像形成装置にあっては、請求項１に記載の加熱装置、もしくは請求項２に記載の定着装置を用いて、現像された画像を記録紙等の被画像形成部材に定着させるものである。
【００２４】
この発明によれば、請求項１に記載の加熱装置、もしくは請求項２に記載の定着装置を画像形成装置に搭載することにより、補助電源への充電量を定格電流を超えない範囲とすることが可能になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる加熱装置、定着装置および画像形成装置の好適な実施の形態について添付図面を参照し、詳細に説明する。なお、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【００２６】
本発明は、補助電源である電気二重層コンデンサへの充電量が定電力となるように演算し、商用電源からの入力電流を定格電流以下に制限するものである。また、電気二重層コンデンサの充電電圧値に応じて充電量の決定を定電力・定電流で切り替え、充電電圧の低い領域でむやみに大きな電流で充電することを回避するものである。以下、具体的に説明する。
【００２７】
まず、画像形成装置の詳細な構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる画像形成装置であるデジタル複写機の構成を示す説明図であり、大きくは、スキャナ部１とプリンタ部２とにより構成される。
【００２８】
スキャナ部１は、コンタクトガラス３、光源４、第１ミラー５、第２ミラー７と第３ミラー８とを有する第２キャリッジ６、ステッピングモータ９、第４ミラー１０、レンズ１１、ＣＣＤイメージセンサ１２を備えている。
【００２９】
プリンタ部２は、画像再生系（作像系）ならびに給紙系などを備えている。感光体ドラム１５、帯電チャージャ１６、イレーザー１７、現像ユニット１８、転写チャージャ１９、分離チャージャ２０、分離爪２１、クリーニングユニット２２、レーザ書込みユニット３５などの作像系を備えている。
【００３０】
また、このプリンタ部２は、上段給紙カセット２６および手差し給紙台２７と、下段給紙カセット２９との２系統の給紙系を有している。上段給紙カセット２６および手差し給紙台２７にセットされた記録紙は、給紙ローラ２８によって給紙される。下段給紙カセット２９内の記録紙は、給紙ローラ３０によって給紙される。
【００３１】
また、レーザ書込みユニット３５は、ＬＤユニット、ｆθレンズ、ポリゴンスキャナ、ミラーなどを有している。
【００３２】
また、図１において、符号２３は搬送ベルト、符号２４は定着器、符号２５は定着ローラ、符号２６は加圧ローラ、符号２７はサーミスタなどの温度測定デバイス、符号２８はメインモータ、符号２９は排紙トレイ、符号３１はレジストローラである。
【００３３】
つぎに、以上のように構成されたデジタル複写機において、まず、スキャナ部１について説明する。スキャナ部１におけるコンタクトガラス３の所定位置にセットされた原稿は、光源４によって照射され、その反射光は第１ミラー５から第２ミラー７、第３ミラー８、第４ミラー１０、レンズ１１を介してＣＣＤイメージセンサ１２の受光面に結像される。光源４および第１ミラー５は、コンタクトガラス３の下面をコンタクトガラス３と平行に副走査方向に移動する第１キャリッジに搭載され、この第１キャリッジによる反射光はステッピングモータ９により駆動される。ステッピングモータ９はシーケンス制御部（不図示）に実装されたドライバによって相励磁信号が供給される。
【００３４】
シーケンス制御部のＣＰＵはステッピングモータのドライバに対して制御クロックを出力し、ドライバから出力される相励磁信号を切りかえる。第２キャリッジ６は、上記第１キャリッジに連動して１／２の速度で副走査方向に移動する。主走査方向のスキャンは、ＣＣＤイメージセンサ１２の走査によって行われ、前述のような光学系が移動することで原稿全体が光学走査されるようになっている。
【００３５】
つぎに、プリンタ部２について説明する。レーザー書込みユニット３５は、上述したように、ＬＤユニット、ｆθレンズならびにミラーを備えている。ＬＤユニットの内部には、レーザー光源であるレーザーダイオード（ＬＤ）が設けられている。ポリゴンスキャナは電気モータによって高速で回転するポリゴンミラーが設けられている。ポリゴンスキャナの回転制御は書き込み制御板に実装された書き込み制御ＡＳＩＣによって行われ、書き込み制御ＡＳＩＣは、回転制御クロックの周波数を変化させることでポリゴンスキャナのポリゴンミラーを任意の回転数で回転させることが可能である。レーザー書込みユニット３５から出力されるレーザ光は、画像再生系の感光体ドラム１５に照射される。
【００３６】
つぎに、このプリンタ部２における画像再生（作像）プロセスを簡単に説明する。このプロセスは、公知の電子写真プロセスにしたがって実行される。まず、感光体ドラム１５の表面は、帯電チャージャー１６によって一様に高電位に帯電される。続いて、その周囲にレーザー光が照射されると、照射された部分は電位が下がる。レーザー光は、記録再生の黒／白に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されるので、レーザー光の照射によって、感光体ドラム１５の表面に記録画像に対応する電位分布、すなわち静電潜像が形成される。
【００３７】
静電潜像が形成された部分が現像ユニット１８を通ると、その電位の高低に応じてトナーが付着し、静電潜像が可視化されたトナー像となる。また、トナー像が形成された部分に、所定のタイミングで記録紙が、後述するカセットから送り込まれ、トナー像に重なる。このトナー像は転写チャージャー１９の放電によって記録紙に転写処理される。その後、この記録紙は、分離チャージャー１９の放電ならびに分離爪２０の電気的および機械的な作用によって、感光体ドラム１５から分離される。
【００３８】
分離された記録紙は、搬送ベルト２３によって搬送され、ヒータを内蔵した定着ローラ２５によって加熱定着された後、排紙トレー２９に排紙される。また、この実施の形態では、図１に示すように、プリンタ部２は給紙系を２系統有している。上段給紙カセット２６および手差し給紙台２７にセットされた記録紙は、給紙ローラ２８によって給紙される。下段給紙カセット２９内の記録紙は、給紙ローラ３０によって給紙される。
【００３９】
そして、いずれかの給紙ローラから給紙された記録紙は、レジストローラ３１に当接した状態で一旦停止し、画像形成（画像再生）プロセスの進行に同期したタイミングで感光体ドラム１５に送り込まれる。
【００４０】
定着器２４には、定着ローラ２５の表面温度を計測する温度測定デバイス２７が備えられている。温度測定デバイスは定着ローラ２５の表面に接触するよう設置されておいる。図示しないが、この温度測定デバイスからの電圧をシーケンス制御板に実装されたＣＰＵのＡＤ変換部に入力することでソフトウェアが定着ローラ２５の表面温度を認識することが可能となる。
【００４１】
図２は、本発明の実施の形態にかかる画像形成装置の要部構成を示すブロック図である。図において、符号１００は図１に示したように構成される画像形成装置、符号１０１はこの画像形成装置１００を統括的に制御する制御・駆動部、符号１０２は不揮発メモリ、符号１０３は後述するように電気二重層コンデンサへの充電量を演算する充電量演算部、符号１０４はスキャナ野操作駆動を行なうスキャナモータ（図１のステッピングモータ９に該当する）、符号１０５は本装置の感光体などの全体的な駆動を行なうメインモータ（図１のメインモータ２８に該当する）、符号１０６は現像装置のローラなどを駆動する現像モータ、符号１０７は給紙ローラなどに対する駆動伝達を行なう給紙クラッチ、符号１０８は装置機内の温度上昇の抑制や発生ガスを希釈するための冷却ファンである。
【００４２】
また、符号１１０は商用電源、符号１１１は入力電流検出部、符号１１２は電源部、符号１１３は商用電源からの電流を整流し、補助電源に充電を行なう整流・充電回路、符号１１４は補助電源に対する充電の切替を行なう」充放電切替部、符号１１５は補助電源の充電電圧を検出する電圧検出部、符号１１６は補助電源としての電気二重層コンデンサ、符号１１７は加熱部、符号１１８はＡＣ電力によって定着ローラを加熱するメインヒータ、符号１１９はＤＣ電源により定着ローラを加熱するサブヒータ、符号１２０は定着ローラの表面温度を検知するサーミスタなどの素子を用いた温度センサである。
【００４３】
すなわち、上記画像形成装置１００の定着部２４は、定着ローラ表面が短時間で所定温度になるように芯金部分の厚みを薄くし、その中にメインヒータ１１８とサブヒータ１１９を内蔵させ、昇温時間の短縮化を図った、いわゆるツインヒータ方式のヒートロール構造となっている。
【００４４】
つぎに、図２において各入出力信号などについて説明する。入力電流検出部１１１は商用電源１１０の入力電流を検出し、その入力電流データを制御・駆動部１０１にフィードバックする。電圧検出部１１５は電気二重層コンデンサ１１６の充電電圧を検出し、充電電圧データとして充電量演算部１０３に供給する。充電量演算部１０３は充電量を演算し、その演算結果にしたがって整流・充電回路１１３に充電量指示値を送る。制御・駆動部１０１は充放電切替部１１４に対して充放電切替制御信号を送り、充放電切替部１１４による切り替えを制御する。
【００４５】
また、温度ヒータ１２０は定着ローラの表面温度を検知し、温度データとして制御・駆動部１０１にフィードバックする。制御・駆動部１０１はメインヒータ１１８のスイッチング素子にメインヒータ制御信号を送り、メインヒータ１１８のオン／オフの制御を行なう。なお、定着ローラの表面温度が、たとえば定着時には１８０℃になるように制御し、省エネモード時にはこれより低い温度に制御する。
【００４６】
電源部１１２は５Ｖ，２４Ｖ，３８Ｖといった電源電圧を生成し、制御・駆動部１０１に供給する。制御・駆動部１０１はスキャナモータ１０４、メインモータ１０５、現像モータ１０６、給紙クラッチ１０７、冷却ファン１０８それぞれに所定のタイミングで駆動信号を送ると共に、所定の駆動電圧を供給する。
【００４７】
電気二重層コンデンサ１１６は、大電流での急速充電が可能で、数秒〜数十秒の時間で充電が完了されるという利点を有している。電気二重層コンデンサ１１６に蓄えらた電気エネルギーを、低電力、スリープなどの省エネモードからのリカバー時に、駆動・制御部１０１から充放電切替部１１４への充放電切替制御信号にしたがってサブヒータ１１９に給電するようにし、リカバー時間を大きく短縮するものである。
【００４８】
また、画像形成装置１００の電源投入時には、電気二重層コンデンサ１１６に蓄えられた電気エネルギーがある場合は、先に述べたリカバリー時と同様に、駆動・制御部１０１から充放電切替部１１４への充放電切替制御信号にしたがってサブヒータ１１９に給電するようにし、立ち上がり時間を大きく短縮するものである。サブヒータ１１９への給電は、省エネモード時、立ち上がり時それぞれにおいて単独でも併用でのいずれであってもよい。
【００４９】
ところで、国際的な省エネ規格である、国際エネルギースターでは、複写機の場合（２０∠ＣＰＭ（一分間あたりの複写出力枚数）≦４４）、コピー終了後から待機モード１５分、その後、低電力モード４５分と規定されている。複写機の省エネ法では、立ち上がり時間が３０秒以下の場合、低電力モードへの移行時間を１５分以下に設定してもよいとの特例が、社団法人ビジネス機械・情報システム産業協会発行の省エネ法ガイドラインで許容されている。
【００５０】
この実施の形態により３０秒以内の立ち上がり時間は容易となるので、コピー動作終了後の待機時間を、たとえば１分間と設定可能となる。この実施の形態にて、立ち上がり時、電気二重層コンデンサからサブヒータへ給電し、８００Ｗ３０秒、コピー時１５００Ｗ２分、待機時間１分間（待機時充電あり１５００Ｗ３０秒、待機時充電なし１８０Ｗ３０秒）、低電力モード８０Ｗ５６分３０秒とすると、エネルギー消費効率は１４６Ｗｈ／ｈとなり２００６年基準を大幅にクリアする。
（８００×０．５）＋（１５００×２）＋（１５００×０．５）＋（１８０×０．５）＋（８０×５６．５）／６００
【００５１】
また、低電力モードからのリカバリー時にもサブヒータへの給電ができ、リカバリー時間が短縮可能となることにより、低電力モードからのリカバリー時間規定３０秒に対して、低電力モードの電力を小さくなるよう、低電力モード時の定着部の設定温度をさらに下げることが可能となり、エネルギー消費効率の低減のみならず、国際エネルギースターの低電力モード電力低減もはかれ、省エネに貢献できるようになる。立ち上がり時間３０秒が達成できない場合でも１５分間の低電力モードの電力を低減できるので、エネルギー消費効率を改善できる。これらを組み合わせ、立ち上がり時間の短縮と、リカバリー時間短縮とを併用すれば、さらに省エネ効果を得ることができる。
【００５２】
このようにすることで、たとえば、最大電流を１５Ａとしてこれを超えないような動作を行うことが可能となるものである。さらに、入力電流の変動が少なくなることにより、商用電源の電圧変動が改善され商用電源の品質が改善される。具体的には、入力電流の急変に伴い、電圧が変動し、照明のちらつきや周辺電子機器の誤動作といった不具合の発生を抑えることができる。電気二重層コンデンサは、二次電池や通常の電解コンデンサと違って、繰り返しの寿命劣化がないといわれている。したがって、画像形成装置のように電源オン時に、画像形成動作、待機、省エネモード（低電力、スリープ）の各モードや電源オンオフを繰り返しても寿命を気にせず使用することが可能である。
【００５３】
さて、以上のように構成された画像形成装置１００において、まず、入力電流検出部１１１で検出した商用電源１１０からの入力電流、商用電源電圧検出手段（不図示）で検出するか、もしくはあらかじめ規定値として定められ不揮発メモリ１０２に記憶された商用電源電圧、および入力電流閾値から電気二重層コンデンサ１１６の充電に使用できる電力を算出する。日本の１００Ｖ商用電源の一般的な電流定格は１５Ａであるが、電気二重層コンデンサ１１６の充電以外の用途での負荷変動、たとえば図２のスキャナモータ１０４、メインモータ１０５などがオンしたことによる負荷変動を考慮して若干のマージンをとり、ここでは入力電流閾値を１４.５Ａとして説明する。
【００５４】
また、整流・充電回路１１３では商用電源１１０から入力された交流電源を整流・平滑して直流電源に変換するが、この直流電源への変換に際してある程度のロスが生じる。ここではロスを２０％、すなわち変換効率は８０％であるものとする。
【００５５】
ここで、入力電流検出部１１１が検出した入力電流データが１０Ａであったとすると、条件は以下の通りとなり、
閾値：１４.５Ａ（日本の１００Ｖ商用電源の一般的な電流定格：１５Ａから０.５Ａのマージンをとった値）
商用電源１１０からの入力電流：１０Ａ
商用電源電圧：ＡＣ１００Ｖ
整流・充電回路１１３の変換効率：８０％
電気二重層コンデンサ１１６の充電に使用できる電力は
＝（１４.５−１０）×１０×０.８
＝３６０Ｗ
となる。
【００５６】
つぎに、電気二重層コンデンサ１１６の充電に使用できる電力が３６０Ｗ固定として電気二重層コンデンサ１１６の充電電流値を決定する。充電開始時の電気二重層コンデンサ１１６の充電電圧がＤＣ２０Ｖであるとすると以下のようになり、１８（Ａ）を充電電流値として充電を開始する。
【００５７】
充電電流値＝電気二重層コンデンサの充電に使用できる電力／充電電圧
＝３６０／２０
＝ １８（Ａ）
【００５８】
充電を開始すると充電電圧はＤＣ２０Ｖから徐々に上昇していくが、本発明では定電力充電となるように制御するため、充電電圧の上昇に合わせて充電電流値を小さくしていく。これを実現するために、電気二重層コンデンサ１１６の充電電圧を定期的にサンプリングし、その都度充電電流値を再計算する。たとえば、充電開始からある時間経過したときに充電電圧が２０.５Ｖになっていたら、以下のように充電電流値を再計算し、充電電流値を１８（Ａ）から１７.５６１（Ａ）に変更する。
【００５９】
充電電流値＝電気二重層コンデンサの充電に使用できる電力／充電電圧
＝３６０／２０.５
＝ １７.５６１（Ａ）
【００６０】
このように、電気二重層コンデンサ１１６への充電量が定電力となるように充電量を決定することにより、商用電源１１０からの入力電流を定格電流以下に容易に制限できるようになる。
【００６１】
この画像形成装置では常に定電力充電しているため、充電電圧が０（Ｖ）に近い領域では充電電流がむやみに大電流となってしまう（図３参照）。電子部品には一般的に定格電流が規定されており、定格電流を超えて使用するとその部品の破損を招くおそれがある。定格電流の大きな部品を使用すれば部品の破損は防ぐことができるが、定格電流に応じて部品コストも高くなるのが一般的であり、このような充電方法はコストアップを招来させることになる。
【００６２】
そこで、上記不具合を回避するためにこの実施の形態における画像形成装置では、制御・駆動部１０１内に不揮発メモリ１０２を有し、不揮発メモリ１０２に記憶される規定値を境に、定電流充電と定電力充電とを切り換えている。
【００６３】
具体的に、定電流充電と定電力充電との切り換えの境となる規定値が４０（Ａ）であるものとして説明する。まず定電力充電を行なうものとして充電電流値を算出し、つぎに算出された充電電流値が４０（Ａ）以上であるかどうかを判定する。４０（Ａ）以上であった場合には算出結果によらず４０（Ａ）で定電流充電を行い、４０（Ａ）未満であった場合には算出結果をそのまま用いて定電力充電を行うようにする（図４参照）。
【００６４】
このように制御することにより、むやみに大きな電流で充電してしまうことを防ぐことができ、充電手段、充放電切替手段の構成部品に定格電流の低い部品を選択することができ、コストダウンが可能となる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる加熱装置（請求項１）によれば、商用電源の定格電流値と、前記入力電流検出手段による入力電流と、商用電源の電圧とに基づいて補助電源に充電可能な電力値を演算し、補助電源に充電可能な電力値と充電電圧検出手段による充電電圧とに基づいて補助電源の充電量が定電力となるように充電電流を演算し、この演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも大きい場合には、充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値に基づいて定電流充電になるように充電手段を制御し、該演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも小さい場合には該演算された充電電流を用いて定電力充電になるように前記充電手段を制御することにより、むやみに大きな電流で充電してしまうことを防ぐことができ、充電手段、充放電切替手段の構成部品に定格電流の低い部品を選択することができ、コストダウンが可能となる。よって、商用電源からの入力電流を定格電流以下に抑制することができる。
【００６８】
また、本発明にかかる定着装置（請求項２）によれば、商用電源の定格電流値と、前記入力電流検出手段による入力電流と、商用電源の電圧とに基づいて補助電源に充電可能な電力値を演算し、補助電源に充電可能な電力値と充電電圧検出手段による充電電圧とに基づいて補助電源の充電量が定電力となるように充電電流を演算し、この演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも大きい場合には、充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値に基づいて定電流充電になるように充電手段を制御し、該演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも小さい場合には該演算された充電電流を用いて定電力充電になるように前記充電手段を制御することにより、むやみに大きな電流で充電してしまうことを防ぐことができ、充電手段、充放電切替手段の構成部品に定格電流の低い部品を選択することができ、コストダウンが可能となる。よって、商用電源からの入力電流を定格電流以下に容易に抑制することができる。
【００６９】
また、本発明にかかる画像形成装置（請求項３）によれば、請求項１に記載の加熱装置、もしくは請求項２に記載の定着装置を画像形成装置に搭載することにより、補助電源への充電量を定格電流を超えない範囲に容易に制限可能な画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる画像形成装置であるデジタル複写機の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる画像形成装置の要部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる定電力充電の様子を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態にかかる定電力充電と定電流充電の切り替えの様子を示すグラフである。
【図５】従来における定電流充電の様子を示すグラフである。
【符号の説明】
２４ 定着部
１００ 画像形成装置
１０１ 制御・駆動部
１０２ 不揮発メモリ
１０３ 充電量演算部
１１０ 商用電源
１１１ 入力電流検出部
１１３ 整流・充電回路
１１４ 充放電切替部
１１５ 電圧検出部
１１６ 電気二重層コンデンサ
１１７ 加熱部
１１８ メインヒータ
１１９ サブヒータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンタや複写機などに搭載される加熱装置、定着装置および画像形成装置に関し、より詳細には、定着装置の立上げ時間の短縮、省エネモードからのリカバリー時間の短縮のためのサブヒータへ電流を供給する電気二重層コンデンサへの充電方法などにかかわる加熱装置、定着装置および画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機やレーザプリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置において、現像された画像を記録紙等の被画像形成材に定着させるために、その内部には定着装置が備えられている。この定着装置の主要部分は未定着のトナーが転写された記録紙を加熱する定着ローラと、当該記録紙を押圧し、挟持して搬送する加圧ローラとで構成される。このような定着装置は、定着ローラの内部に加熱ヒータとしてハロゲンヒータなどを備え、このヒータで定着ローラ内部を加熱し、ローラを所定の温度まで上昇させている。
【０００３】
このような熱定着装置を備えた画像形成装置では、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し、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通電制御方法を用いた装置が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。また、装置の待機時に補助電源である二次電池を充電し、装置のウォームアップ時に主電源の他に二次電池からも電力を供給して立ち上がり時間短縮をはかる装置が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
一方、本出願人は、画像形成装置の商用電源入力部に入力電圧・電流検出手段を設け、入力電流もしくは入力電力が閾値以下の場合に閾値との差分で電気二重層コンデンサへの定電流充電を行なう装置を先に提案している。ここでは、補助電源回路のコンデンサへの充電タイミングや充電量についての提案がなされている。具体的には、画像形成装置の商用電源入力部に入力電圧・電流検出手段を設け、入力電流もしくは入力電力が閾値以下の場合に閾値との差分で電気二重層コンデンサへの定電流充電を行なう構成としている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１８４５５４号公報
【特許文献２】
特開平１０−２８２８２１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
最近のヒータによる加熱方式は、定着ローラを必要な温度に加熱するまでの時間が長く、またヒータ自体の損失も大きい。現在、地球温暖化などの環境問題がクローズアップされており、効率がよく、立ち上がり時間のはやい定着装置が求められている。
【０００７】
しかしながら、上記に示されるような従来の技術にあっては、特許文献１に示された定着装置は、待機時に補助電源である二次電池を充電し、立ち上げ時に主電源装置と二次電池から電力を供給している。この定着装置の欠点として、補助電源に二次電池を使用していること、が挙げられる。
【０００８】
二次電池としては一般的にカドニカ電池、鉛蓄電池等があるが、これらの二次電池は充放電を繰り返すと容量の低下を招き、さらに大電流で放電するほど、寿命は短いとされている。一般的に大電流で長寿命といわれているカドニカ電池の場合でも、充放電の繰り返し回数は５００〜１０００回程度である。仮に画像形成装置へ搭載し、一日あたり２０回の充放電を行なったとすると１ヶ月程度で電池寿命となり、交換の手間、電池代等のランニングコストが非常に高価なものとなってしまう。また、鉛蓄電池の場合、硫酸を使用しており、オフィス用機器としては好ましくない。また、二次電池は急速充電ができず、はやいと言われるものでもフル充電には数十分は必要である。
【０００９】
一方、特許文献２においては、上記二次電池に代わる補助電源としてコンデンサを使用している。加熱部に主発熱体と補助発熱体を設け、主発熱体には主電源装置から、補助発熱体にはコンデンサを有する補助電源装置から電力を供給し、加熱部の過熱を開始する時に主電源装置と補助電源装置から大容量の電力を供給して加熱部を短時間で所定の温度に立ち上げ、待機時には加熱部に電力を供給しないようにする、ということが開示されているが、補助電源回路のコンデンサへの充電タイミングや充電量についての言及はない。
【００１０】
また、定電流充電を行う場合、満充電に近づくにしたがって電気二重層コンデンサの充電電圧が高くなり定電流充電に要する電力は大きくなるため、充電開始時に定電流充電値の演算を行い、その後一定期間定電流充電値の再演算を行わずに定電流充電を続けてしまうと、商用電源から１５Ａ（日本の１００Ｖ商用電源の一般的な電流定格）以上の電流を入力してしまう可能性がある。下記に具体的な例を示す。
【００１１】
ここで電気二重層コンデンサの開始時点で以下の条件であったものとし、定電流充電値を演算する。
閾値：１４.５Ａ（日本の１００Ｖ商用電源の一般的な電流定格：１５Ａから０.５Ａのマージンをとった値）
商用電源からの入力電流：１０Ａ
商用電源電圧：ＡＣ１００Ｖ
電気二重層コンデンサの充電電圧：ＤＣ２０Ｖ
整流・充電手段の変換効率：８０％
定電流充電値＝（余剰入力電力×変換効率）／充電電圧
＝（１００×（１４.５−１０）×０．８）／２０
＝１８（Ａ）
【００１２】
上記の演算結果、１８（Ａ）で電気二重層コンデンサへの定電流充電を開始する。定電流充電開始から一定時間経過後に、電気二重層コンデンサへの充電以外で消費する電流（１０Ａ）が不変であり、充電電圧が２４（Ｖ）になったとすると、そのときの商用電源からの入力電流は、
商用電源からの入力電流＝充電用途以外の消費電流＋（（充電電圧×定電流充電値）／変換効率）／商用電源電圧）
＝１０＋（（２４×１８）／０.８）／１００）
＝１５.４（Ａ）
と逆算され、日本の１００Ｖ商用電源の一般的な定格電流である１５（Ａ）を超えてしまう。
【００１３】
このように、電気二重層コンデンサへの充電方法を定電流充電としているため、一定期間定電流充電を続けてしまうと、商用電源から１５Ａ（日本の１００Ｖ商用電源の一般的な定格電流）以上の電流を入力してしまう可能性がある（図５参照）。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、補助電源である電気二重層コンデンサへの充電を行なう場合、商用電源からの入力電流を定格電流以下に容易に抑制することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１にかかる加熱装置にあっては、商用電源から供給される電流により発熱する主発熱体と、直流電源により発熱する補助発熱体と、を有する加熱装置において、前記補助発熱体に対して電力を供給する充放電可能な補助電源と、前記商用電源から供給される電流を整流し、前記補助電源を充電する充電手段と、前記充電手段の充電電流規定値をあらかじめ記憶しておく充電電流記憶手段と、前記商用電源からの入力電流を検出する入力電流検出手段と、前記補助電源の充電電圧を検出する充電電圧検出手段と、前記商用電源の定格電流値と、前記入力電流検出手段による入力電流と、前記商用電源の電圧とに基づいて前記補助電源に充電可能な電力値を演算し、前記補助電源に充電可能な電力値と前記充電電圧検出手段による充電電圧とに基づいて前記補助電源の充電量が定電力となるように充電電流を演算し、この演算された充電電流が前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも大きい場合には、前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値で定電流充電を行えるように前記充電手段を制御し、該演算された充電電流が前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも小さい場合には該演算された充電電流を用いて定電力充電になるように前記充電手段を制御する制御手段と、を備えたものである。
【００１６】
この発明によれば、商用電源の定格電流値と、前記入力電流検出手段による入力電流と、商用電源の電圧とに基づいて補助電源に充電可能な電力値を演算し、補助電源に充電可能な電力値と充電電圧検出手段による充電電圧とに基づいて補助電源の充電量が定電力となるように充電電流を演算し、この演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも大きい場合には、充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値に基づいて定電流充電になるように充電手段を制御し、該演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも小さい場合には該演算された充電電流を用いて定電力充電になるように前記充電手段を制御することにより、むやみに大きな電流で充電してしまうことを防ぐことができ、充電手段、充放電切替手段の構成部品に定格電流の低い部品を選択することができ、コストダウンが可能になる。
【００１７】
また、請求項２にかかる加熱装置にあっては、商用電源から供給される電流により発熱する主発熱体と、直流電源により発熱する補助発熱体と、を有し、所定の定着温度に制御される定着装置において、前記補助発熱体に対して電力を供給する充放電可能な補助電源と、前記商用電源から供給される電流を整流し、前記補助電源を充電する充電手段と、前記充電手段の充電電流規定値をあらかじめ記憶しておく充電電流記憶手段と、前記商用電源からの入力電流を検出する入力電流検出手段と、前記補助電源の充電電圧を検出する充電電圧検出手段と、前記商用電源の定格電流値と、前記入力電流検出手段による入力電流と、前記商用電源の電圧とに基づいて前記補助電源に充電可能な電力値を演算し、前記補助電源に充電可能な電力値と前記充電電圧検出手段による充電電圧とに基づいて前記補助電源の充電量が定電力となるように充電電流を演算し、この演算された充電電流が前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも大きい場合には、前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値で定電流充電を行えるように前記充電手段を制御し、該演算された充電電流が前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも小さい場合には該演算された充電電流を用いて定電力充電になるように前記充電手段を制御する制御手段と、を備えたものである。
【００１８】
この発明によれば、商用電源の定格電流値と、入力電流検出手段による入力電流と、商用電源の電圧とに基づいて補助電源に充電可能な電力値を演算し、補助電源に充電可能な電力値と充電電圧検出手段による充電電圧とに基づいて補助電源の充電量が定電力となるように充電電流を演算し、この演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも大きい場合には、充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値に基づいて定電流充電になるように充電手段を制御し、該演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも小さい場合には該演算された充電電流を用いて定電力充電になるように前記充電手段を制御することにより、むやみに大きな電流で充電してしまうことを防ぐことができ、充電手段、充放電切替手段の構成部品に定格電流の低い部品を選択することができ、コストダウンが可能となる。よって、商用電源からの入力電流を定格電流以下に抑制することが可能になる。
【００２３】
また、請求項３にかかる画像形成装置にあっては、請求項１に記載の加熱装置、もしくは請求項２に記載の定着装置を用いて、現像された画像を記録紙等の被画像形成部材に定着させるものである。
【００２４】
この発明によれば、請求項１に記載の加熱装置、もしくは請求項２に記載の定着装置を画像形成装置に搭載することにより、補助電源への充電量を定格電流を超えない範囲とすることが可能になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる加熱装置、定着装置および画像形成装置の好適な実施の形態について添付図面を参照し、詳細に説明する。なお、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【００２６】
本発明は、補助電源である電気二重層コンデンサへの充電量が定電力となるように演算し、商用電源からの入力電流を定格電流以下に制限するものである。また、電気二重層コンデンサの充電電圧値に応じて充電量の決定を定電力・定電流で切り替え、充電電圧の低い領域でむやみに大きな電流で充電することを回避するものである。以下、具体的に説明する。
【００２７】
まず、画像形成装置の詳細な構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる画像形成装置であるデジタル複写機の構成を示す説明図であり、大きくは、スキャナ部１とプリンタ部２とにより構成される。
【００２８】
スキャナ部１は、コンタクトガラス３、光源４、第１ミラー５、第２ミラー７と第３ミラー８とを有する第２キャリッジ６、ステッピングモータ９、第４ミラー１０、レンズ１１、ＣＣＤイメージセンサ１２を備えている。
【００２９】
プリンタ部２は、画像再生系（作像系）ならびに給紙系などを備えている。感光体ドラム１５、帯電チャージャ１６、イレーザー１７、現像ユニット１８、転写チャージャ１９、分離チャージャ２０、分離爪２１、クリーニングユニット２２、レーザ書込みユニット３５などの作像系を備えている。
【００３０】
また、このプリンタ部２は、上段給紙カセット２６および手差し給紙台２７と、下段給紙カセット２９との２系統の給紙系を有している。上段給紙カセット２６および手差し給紙台２７にセットされた記録紙は、給紙ローラ２８によって給紙される。下段給紙カセット２９内の記録紙は、給紙ローラ３０によって給紙される。
【００３１】
また、レーザ書込みユニット３５は、ＬＤユニット、ｆθレンズ、ポリゴンスキャナ、ミラーなどを有している。
【００３２】
また、図１において、符号２３は搬送ベルト、符号２４は定着器、符号２５は定着ローラ、符号２６は加圧ローラ、符号２７はサーミスタなどの温度測定デバイス、符号２８はメインモータ、符号２９は排紙トレイ、符号３１はレジストローラである。
【００３３】
つぎに、以上のように構成されたデジタル複写機において、まず、スキャナ部１について説明する。スキャナ部１におけるコンタクトガラス３の所定位置にセットされた原稿は、光源４によって照射され、その反射光は第１ミラー５から第２ミラー７、第３ミラー８、第４ミラー１０、レンズ１１を介してＣＣＤイメージセンサ１２の受光面に結像される。光源４および第１ミラー５は、コンタクトガラス３の下面をコンタクトガラス３と平行に副走査方向に移動する第１キャリッジに搭載され、この第１キャリッジによる反射光はステッピングモータ９により駆動される。ステッピングモータ９はシーケンス制御部（不図示）に実装されたドライバによって相励磁信号が供給される。
【００３４】
シーケンス制御部のＣＰＵはステッピングモータのドライバに対して制御クロックを出力し、ドライバから出力される相励磁信号を切りかえる。第２キャリッジ６は、上記第１キャリッジに連動して１／２の速度で副走査方向に移動する。主走査方向のスキャンは、ＣＣＤイメージセンサ１２の走査によって行われ、前述のような光学系が移動することで原稿全体が光学走査されるようになっている。
【００３５】
つぎに、プリンタ部２について説明する。レーザー書込みユニット３５は、上述したように、ＬＤユニット、ｆθレンズならびにミラーを備えている。ＬＤユニットの内部には、レーザー光源であるレーザーダイオード（ＬＤ）が設けられている。ポリゴンスキャナは電気モータによって高速で回転するポリゴンミラーが設けられている。ポリゴンスキャナの回転制御は書き込み制御板に実装された書き込み制御ＡＳＩＣによって行われ、書き込み制御ＡＳＩＣは、回転制御クロックの周波数を変化させることでポリゴンスキャナのポリゴンミラーを任意の回転数で回転させることが可能である。レーザー書込みユニット３５から出力されるレーザ光は、画像再生系の感光体ドラム１５に照射される。
【００３６】
つぎに、このプリンタ部２における画像再生（作像）プロセスを簡単に説明する。このプロセスは、公知の電子写真プロセスにしたがって実行される。まず、感光体ドラム１５の表面は、帯電チャージャー１６によって一様に高電位に帯電される。続いて、その周囲にレーザー光が照射されると、照射された部分は電位が下がる。レーザー光は、記録再生の黒／白に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されるので、レーザー光の照射によって、感光体ドラム１５の表面に記録画像に対応する電位分布、すなわち静電潜像が形成される。
【００３７】
静電潜像が形成された部分が現像ユニット１８を通ると、その電位の高低に応じてトナーが付着し、静電潜像が可視化されたトナー像となる。また、トナー像が形成された部分に、所定のタイミングで記録紙が、後述するカセットから送り込まれ、トナー像に重なる。このトナー像は転写チャージャー１９の放電によって記録紙に転写処理される。その後、この記録紙は、分離チャージャー１９の放電ならびに分離爪２０の電気的および機械的な作用によって、感光体ドラム１５から分離される。
【００３８】
分離された記録紙は、搬送ベルト２３によって搬送され、ヒータを内蔵した定着ローラ２５によって加熱定着された後、排紙トレー２９に排紙される。また、この実施の形態では、図１に示すように、プリンタ部２は給紙系を２系統有している。上段給紙カセット２６および手差し給紙台２７にセットされた記録紙は、給紙ローラ２８によって給紙される。下段給紙カセット２９内の記録紙は、給紙ローラ３０によって給紙される。
【００３９】
そして、いずれかの給紙ローラから給紙された記録紙は、レジストローラ３１に当接した状態で一旦停止し、画像形成（画像再生）プロセスの進行に同期したタイミングで感光体ドラム１５に送り込まれる。
【００４０】
定着器２４には、定着ローラ２５の表面温度を計測する温度測定デバイス２７が備えられている。温度測定デバイスは定着ローラ２５の表面に接触するよう設置されておいる。図示しないが、この温度測定デバイスからの電圧をシーケンス制御板に実装されたＣＰＵのＡＤ変換部に入力することでソフトウェアが定着ローラ２５の表面温度を認識することが可能となる。
【００４１】
図２は、本発明の実施の形態にかかる画像形成装置の要部構成を示すブロック図である。図において、符号１００は図１に示したように構成される画像形成装置、符号１０１はこの画像形成装置１００を統括的に制御する制御・駆動部、符号１０２は不揮発メモリ、符号１０３は後述するように電気二重層コンデンサへの充電量を演算する充電量演算部、符号１０４はスキャナ野操作駆動を行なうスキャナモータ（図１のステッピングモータ９に該当する）、符号１０５は本装置の感光体などの全体的な駆動を行なうメインモータ（図１のメインモータ２８に該当する）、符号１０６は現像装置のローラなどを駆動する現像モータ、符号１０７は給紙ローラなどに対する駆動伝達を行なう給紙クラッチ、符号１０８は装置機内の温度上昇の抑制や発生ガスを希釈するための冷却ファンである。
【００４２】
また、符号１１０は商用電源、符号１１１は入力電流検出部、符号１１２は電源部、符号１１３は商用電源からの電流を整流し、補助電源に充電を行なう整流・充電回路、符号１１４は補助電源に対する充電の切替を行なう」充放電切替部、符号１１５は補助電源の充電電圧を検出する電圧検出部、符号１１６は補助電源としての電気二重層コンデンサ、符号１１７は加熱部、符号１１８はＡＣ電力によって定着ローラを加熱するメインヒータ、符号１１９はＤＣ電源により定着ローラを加熱するサブヒータ、符号１２０は定着ローラの表面温度を検知するサーミスタなどの素子を用いた温度センサである。
【００４３】
すなわち、上記画像形成装置１００の定着部２４は、定着ローラ表面が短時間で所定温度になるように芯金部分の厚みを薄くし、その中にメインヒータ１１８とサブヒータ１１９を内蔵させ、昇温時間の短縮化を図った、いわゆるツインヒータ方式のヒートロール構造となっている。
【００４４】
つぎに、図２において各入出力信号などについて説明する。入力電流検出部１１１は商用電源１１０の入力電流を検出し、その入力電流データを制御・駆動部１０１にフィードバックする。電圧検出部１１５は電気二重層コンデンサ１１６の充電電圧を検出し、充電電圧データとして充電量演算部１０３に供給する。充電量演算部１０３は充電量を演算し、その演算結果にしたがって整流・充電回路１１３に充電量指示値を送る。制御・駆動部１０１は充放電切替部１１４に対して充放電切替制御信号を送り、充放電切替部１１４による切り替えを制御する。
【００４５】
また、温度ヒータ１２０は定着ローラの表面温度を検知し、温度データとして制御・駆動部１０１にフィードバックする。制御・駆動部１０１はメインヒータ１１８のスイッチング素子にメインヒータ制御信号を送り、メインヒータ１１８のオン／オフの制御を行なう。なお、定着ローラの表面温度が、たとえば定着時には１８０℃になるように制御し、省エネモード時にはこれより低い温度に制御する。
【００４６】
電源部１１２は５Ｖ，２４Ｖ，３８Ｖといった電源電圧を生成し、制御・駆動部１０１に供給する。制御・駆動部１０１はスキャナモータ１０４、メインモータ１０５、現像モータ１０６、給紙クラッチ１０７、冷却ファン１０８それぞれに所定のタイミングで駆動信号を送ると共に、所定の駆動電圧を供給する。
【００４７】
電気二重層コンデンサ１１６は、大電流での急速充電が可能で、数秒〜数十秒の時間で充電が完了されるという利点を有している。電気二重層コンデンサ１１６に蓄えらた電気エネルギーを、低電力、スリープなどの省エネモードからのリカバー時に、駆動・制御部１０１から充放電切替部１１４への充放電切替制御信号にしたがってサブヒータ１１９に給電するようにし、リカバー時間を大きく短縮するものである。
【００４８】
また、画像形成装置１００の電源投入時には、電気二重層コンデンサ１１６に蓄えられた電気エネルギーがある場合は、先に述べたリカバリー時と同様に、駆動・制御部１０１から充放電切替部１１４への充放電切替制御信号にしたがってサブヒータ１１９に給電するようにし、立ち上がり時間を大きく短縮するものである。サブヒータ１１９への給電は、省エネモード時、立ち上がり時それぞれにおいて単独でも併用でのいずれであってもよい。
【００４９】
ところで、国際的な省エネ規格である、国際エネルギースターでは、複写機の場合（２０∠ＣＰＭ（一分間あたりの複写出力枚数）≦４４）、コピー終了後から待機モード１５分、その後、低電力モード４５分と規定されている。複写機の省エネ法では、立ち上がり時間が３０秒以下の場合、低電力モードへの移行時間を１５分以下に設定してもよいとの特例が、社団法人ビジネス機械・情報システム産業協会発行の省エネ法ガイドラインで許容されている。
【００５０】
この実施の形態により３０秒以内の立ち上がり時間は容易となるので、コピー動作終了後の待機時間を、たとえば１分間と設定可能となる。この実施の形態にて、立ち上がり時、電気二重層コンデンサからサブヒータへ給電し、８００Ｗ３０秒、コピー時１５００Ｗ２分、待機時間１分間（待機時充電あり１５００Ｗ３０秒、待機時充電なし１８０Ｗ３０秒）、低電力モード８０Ｗ５６分３０秒とすると、エネルギー消費効率は１４６Ｗｈ／ｈとなり２００６年基準を大幅にクリアする。
（８００×０．５）＋（１５００×２）＋（１５００×０．５）＋（１８０×０．５）＋（８０×５６．５）／６００
【００５１】
また、低電力モードからのリカバリー時にもサブヒータへの給電ができ、リカバリー時間が短縮可能となることにより、低電力モードからのリカバリー時間規定３０秒に対して、低電力モードの電力を小さくなるよう、低電力モード時の定着部の設定温度をさらに下げることが可能となり、エネルギー消費効率の低減のみならず、国際エネルギースターの低電力モード電力低減もはかれ、省エネに貢献できるようになる。立ち上がり時間３０秒が達成できない場合でも１５分間の低電力モードの電力を低減できるので、エネルギー消費効率を改善できる。これらを組み合わせ、立ち上がり時間の短縮と、リカバリー時間短縮とを併用すれば、さらに省エネ効果を得ることができる。
【００５２】
このようにすることで、たとえば、最大電流を１５Ａとしてこれを超えないような動作を行うことが可能となるものである。さらに、入力電流の変動が少なくなることにより、商用電源の電圧変動が改善され商用電源の品質が改善される。具体的には、入力電流の急変に伴い、電圧が変動し、照明のちらつきや周辺電子機器の誤動作といった不具合の発生を抑えることができる。電気二重層コンデンサは、二次電池や通常の電解コンデンサと違って、繰り返しの寿命劣化がないといわれている。したがって、画像形成装置のように電源オン時に、画像形成動作、待機、省エネモード（低電力、スリープ）の各モードや電源オンオフを繰り返しても寿命を気にせず使用することが可能である。
【００５３】
さて、以上のように構成された画像形成装置１００において、まず、入力電流検出部１１１で検出した商用電源１１０からの入力電流、商用電源電圧検出手段（不図示）で検出するか、もしくはあらかじめ規定値として定められ不揮発メモリ１０２に記憶された商用電源電圧、および入力電流閾値から電気二重層コンデンサ１１６の充電に使用できる電力を算出する。日本の１００Ｖ商用電源の一般的な電流定格は１５Ａであるが、電気二重層コンデンサ１１６の充電以外の用途での負荷変動、たとえば図２のスキャナモータ１０４、メインモータ１０５などがオンしたことによる負荷変動を考慮して若干のマージンをとり、ここでは入力電流閾値を１４.５Ａとして説明する。
【００５４】
また、整流・充電回路１１３では商用電源１１０から入力された交流電源を整流・平滑して直流電源に変換するが、この直流電源への変換に際してある程度のロスが生じる。ここではロスを２０％、すなわち変換効率は８０％であるものとする。
【００５５】
ここで、入力電流検出部１１１が検出した入力電流データが１０Ａであったとすると、条件は以下の通りとなり、
閾値：１４.５Ａ（日本の１００Ｖ商用電源の一般的な電流定格：１５Ａから０.５Ａのマージンをとった値）
商用電源１１０からの入力電流：１０Ａ
商用電源電圧：ＡＣ１００Ｖ
整流・充電回路１１３の変換効率：８０％
電気二重層コンデンサ１１６の充電に使用できる電力は
＝（１４.５−１０）×１０×０.８
＝３６０Ｗ
となる。
【００５６】
つぎに、電気二重層コンデンサ１１６の充電に使用できる電力が３６０Ｗ固定として電気二重層コンデンサ１１６の充電電流値を決定する。充電開始時の電気二重層コンデンサ１１６の充電電圧がＤＣ２０Ｖであるとすると以下のようになり、１８（Ａ）を充電電流値として充電を開始する。
【００５７】
充電電流値＝電気二重層コンデンサの充電に使用できる電力／充電電圧
＝３６０／２０
＝ １８（Ａ）
【００５８】
充電を開始すると充電電圧はＤＣ２０Ｖから徐々に上昇していくが、本発明では定電力充電となるように制御するため、充電電圧の上昇に合わせて充電電流値を小さくしていく。これを実現するために、電気二重層コンデンサ１１６の充電電圧を定期的にサンプリングし、その都度充電電流値を再計算する。たとえば、充電開始からある時間経過したときに充電電圧が２０.５Ｖになっていたら、以下のように充電電流値を再計算し、充電電流値を１８（Ａ）から１７.５６１（Ａ）に変更する。
【００５９】
充電電流値＝電気二重層コンデンサの充電に使用できる電力／充電電圧
＝３６０／２０.５
＝ １７.５６１（Ａ）
【００６０】
このように、電気二重層コンデンサ１１６への充電量が定電力となるように充電量を決定することにより、商用電源１１０からの入力電流を定格電流以下に容易に制限できるようになる。
【００６１】
この画像形成装置では常に定電力充電しているため、充電電圧が０（Ｖ）に近い領域では充電電流がむやみに大電流となってしまう（図３参照）。電子部品には一般的に定格電流が規定されており、定格電流を超えて使用するとその部品の破損を招くおそれがある。定格電流の大きな部品を使用すれば部品の破損は防ぐことができるが、定格電流に応じて部品コストも高くなるのが一般的であり、このような充電方法はコストアップを招来させることになる。
【００６２】
そこで、上記不具合を回避するためにこの実施の形態における画像形成装置では、制御・駆動部１０１内に不揮発メモリ１０２を有し、不揮発メモリ１０２に記憶される規定値を境に、定電流充電と定電力充電とを切り換えている。
【００６３】
具体的に、定電流充電と定電力充電との切り換えの境となる規定値が４０（Ａ）であるものとして説明する。まず定電力充電を行なうものとして充電電流値を算出し、つぎに算出された充電電流値が４０（Ａ）以上であるかどうかを判定する。４０（Ａ）以上であった場合には算出結果によらず４０（Ａ）で定電流充電を行い、４０（Ａ）未満であった場合には算出結果をそのまま用いて定電力充電を行うようにする（図４参照）。
【００６４】
このように制御することにより、むやみに大きな電流で充電してしまうことを防ぐことができ、充電手段、充放電切替手段の構成部品に定格電流の低い部品を選択することができ、コストダウンが可能となる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる加熱装置（請求項１）によれば、商用電源の定格電流値と、前記入力電流検出手段による入力電流と、商用電源の電圧とに基づいて補助電源に充電可能な電力値を演算し、補助電源に充電可能な電力値と充電電圧検出手段による充電電圧とに基づいて補助電源の充電量が定電力となるように充電電流を演算し、この演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも大きい場合には、充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値に基づいて定電流充電になるように充電手段を制御し、該演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも小さい場合には該演算された充電電流を用いて定電力充電になるように前記充電手段を制御することにより、むやみに大きな電流で充電してしまうことを防ぐことができ、充電手段、充放電切替手段の構成部品に定格電流の低い部品を選択することができ、コストダウンが可能となる。よって、商用電源からの入力電流を定格電流以下に抑制することができる。
【００６８】
また、本発明にかかる定着装置（請求項２）によれば、商用電源の定格電流値と、前記入力電流検出手段による入力電流と、商用電源の電圧とに基づいて補助電源に充電可能な電力値を演算し、補助電源に充電可能な電力値と充電電圧検出手段による充電電圧とに基づいて補助電源の充電量が定電力となるように充電電流を演算し、この演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも大きい場合には、充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値に基づいて定電流充電になるように充電手段を制御し、該演算された充電電流が充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも小さい場合には該演算された充電電流を用いて定電力充電になるように前記充電手段を制御することにより、むやみに大きな電流で充電してしまうことを防ぐことができ、充電手段、充放電切替手段の構成部品に定格電流の低い部品を選択することができ、コストダウンが可能となる。よって、商用電源からの入力電流を定格電流以下に容易に抑制することができる。
【００６９】
また、本発明にかかる画像形成装置（請求項３）によれば、請求項１に記載の加熱装置、もしくは請求項２に記載の定着装置を画像形成装置に搭載することにより、補助電源への充電量を定格電流を超えない範囲に容易に制限可能な画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる画像形成装置であるデジタル複写機の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる画像形成装置の要部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる定電力充電の様子を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態にかかる定電力充電と定電流充電の切り替えの様子を示すグラフである。
【図５】従来における定電流充電の様子を示すグラフである。
【符号の説明】
２４ 定着部
１００ 画像形成装置
１０１ 制御・駆動部
１０２ 不揮発メモリ
１０３ 充電量演算部
１１０ 商用電源
１１１ 入力電流検出部
１１３ 整流・充電回路
１１４ 充放電切替部
１１５ 電圧検出部
１１６ 電気二重層コンデンサ
１１７ 加熱部
１１８ メインヒータ
１１９ サブヒータ
Claims (3)
- 商用電源から供給される電流により発熱する主発熱体と、直流電源により発熱する補助発熱体と、を有する加熱装置において、
前記補助発熱体に対して電力を供給する充放電可能な補助電源と、
前記商用電源から供給される電流を整流し、前記補助電源を充電する充電手段と、
前記充電手段の充電電流規定値をあらかじめ記憶しておく充電電流記憶手段と、
前記商用電源からの入力電流を検出する入力電流検出手段と、
前記補助電源の充電電圧を検出する充電電圧検出手段と、
前記商用電源の定格電流値と、前記入力電流検出手段による入力電流と、前記商用電源の電圧とに基づいて前記補助電源に充電可能な電力値を演算し、前記補助電源に充電可能な電力値と前記充電電圧検出手段による充電電圧とに基づいて前記補助電源の充電量が定電力となるように充電電流を演算し、この演算された充電電流が前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも大きい場合には、前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値で定電流充電を行えるように前記充電手段を制御し、該演算された充電電流が前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも小さい場合には該演算された充電電流を用いて定電力充電になるように前記充電手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする加熱装置。 - 商用電源から供給される電流により発熱する主発熱体と、直流電源により発熱する補助発熱体と、を有し、所定の定着温度に制御される定着装置において、
前記補助発熱体に対して電力を供給する充放電可能な補助電源と、
前記商用電源から供給される電流を整流し、前記補助電源を充電する充電手段と、
前記充電手段の充電電流規定値をあらかじめ記憶しておく充電電流記憶手段と、
前記商用電源からの入力電流を検出する入力電流検出手段と、
前記補助電源の充電電圧を検出する充電電圧検出手段と、
前記商用電源の定格電流値と、前記入力電流検出手段による入力電流と、前記商用電源の電圧とに基づいて前記補助電源に充電可能な電力値を演算し、前記補助電源に充電可能な電力値と前記充電電圧検出手段による充電電圧とに基づいて前記補助電源の充電量が定電力となるように充電電流を演算し、この演算された充電電流が前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも大きい場合には、前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値で定電流充電を行えるように前記充電手段を制御し、該演算された充電電流が前記充電電流記憶手段に記憶してある充電電流規定値よりも小さい場合には該演算された充電電流を用いて定電力充電になるように前記充電手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする定着装置。 - 請求項１に記載の加熱装置、もしくは請求項２に記載の定着装置を用いて、現像された画像を記録紙等の被画像形成部材に定着させることを特徴とする画像形成装置。
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