JP4585758B2 - Heating device - Google Patents
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この発明は、例えば電子写真方式を使用した複写機やプリンタ装置,ファクシミリ装置等の画像形成装置のトナー像を記録用紙等に定着する定着装置等の加熱装置、特に省電力の効率化に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heating device such as a fixing device that fixes a toner image of an image forming apparatus such as a copying machine, a printer device, or a facsimile device using an electrophotographic method onto a recording sheet, and more particularly to efficiency improvement of power saving. is there.
複写機やプリンタ装置等の画像形成装置は普通紙やOHP等の記録媒体上に画像を形成する。この画像形成装置は、画像形成の高速性や画像品質,コストなどから電子写真方式が採用されている。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り、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、ハロゲンヒータなどの発熱部材により加熱される加熱ローラと、加熱ローラに対向配置される加圧ローラを圧接してニップ部と呼ば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する方法である。 An image forming apparatus such as a copying machine or a printer forms an image on a recording medium such as plain paper or OHP. This image forming apparatus employs an electrophotographic system in view of high speed image formation, image quality, cost, and the like. The electrophotographic method is a method in which a toner image is formed on a recording medium, and the formed toner image is fixed on the recording medium with heat and pressure. The heat roller method is currently the most widely used fixing method from the standpoint of safety. Has been. In the heat roller system, a heat roller heated by a heat generating member such as a halogen heater and a pressure roller disposed opposite to the heat roller are pressed to form a mutual pressure contact portion called a nip portion, and a toner image is formed in the nip portion. This is a method of heating through a recording medium to which is transferred.
近年、環境問題が重要となり、複写機やプリンタ装置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。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つことにより、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している。この場合、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余分なエネルギを消費していた。 In recent years, environmental problems have become important and image forming apparatuses such as copiers and printers have been saving energy. In considering the energy saving of this image forming apparatus, what cannot be ignored is the power saving of the fixing device for fixing the toner to the recording medium. In order to reduce the power consumption of the fixing device during standby of the image forming apparatus, the temperature of the heating roller is maintained at a constant temperature slightly lower than the fixing temperature during standby, so that the temperature can be immediately raised to a usable temperature during use. The temperature of the fixing roller is not waited for. In this case, extra energy is consumed by supplying a certain amount of power even when the fixing device is not used.
この待機時の消費エネルギを削減してより省電力化を図ることが望まれ、未使用時には電力供給をゼロにすることが求められてきている。しかしながら待機時にエネルギ消費をゼロにすると、加熱ローラは鉄やアルミなどの金属ローラを主に使用しており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など長い加熱時間が必要であり、使用者の使い勝手が悪化してしまう。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。実際に、プリント速度の速い高速機には電源電圧を200Vにして対応している装置も多い。しかし、日本国内の一般的なオフィスでは、商用電源は100V15Aであり、200Vに対応させるには設置場所の電源関連に特別な工事を施す必要があり一般的な解決法とはいえない。このため、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っていた。 It is desired to reduce power consumption during standby and to further reduce power consumption, and there is a demand for zero power supply when not in use. However, if energy consumption is reduced to zero during standby, the heating roller mainly uses a metal roller such as iron or aluminum and has a large heat capacity. Therefore, it takes several minutes to 10 minutes to raise the temperature to a usable temperature of about 180 ° C. A long heating time such as several minutes is required, and the convenience for the user is deteriorated. In order to shorten the heating time of the heating roller, it is preferable to increase the input energy per unit time, that is, the rated power. In fact, many high-speed machines with high printing speeds are compatible with a power supply voltage of 200V. However, in a general office in Japan, the commercial power supply is 100V15A, and in order to make it compatible with 200V, it is necessary to carry out a special work related to the power supply at the installation location, so it cannot be said that it is a general solution. Therefore, even if the temperature of the heating roller is increased in a short time, the maximum input energy is determined by the power source.
これを改善するために例えば特許文献1に示されているように、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、特許文献2に示すように、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上り時間を短縮するようにしたりしている。
しかしながら特許文献1に示された定着装置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。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。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いるが、二次電源としては一般にカドニカ電池や鉛蓄電池が使用され、この二次電池は充放電を何回も繰り返すと容量が劣化し低下していき、大電流で放電するほど寿命は短いという性質を持つ。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約500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り、交換の手間がかかり、交換する電池代などのランニングコストも非常に高くつくという短所がある。さらに、鉛蓄電池は液体の硫酸を使用するなどのオフィス用機器としては好ましくない。
However, since the fixing device disclosed in Patent Document 1 supplies a voltage that is lower by a certain level to the fixing device even during standby, it cannot be said to be sufficient power saving. Moreover, the maximum supply power at the time of start-up is not mainly intended to be higher than the power supplied from the main power supply device. The fixing device disclosed in
また、加熱ローラに使用するハロゲンヒータはその構造上、点灯の瞬間に突入電流が大きく流れ、電源のインピーダンスにもよるが、定格電流の7〜10倍に近い電流が流れることもある。電流が1割増加すると寿命が8割も低下するデータがあることからもわかるように、瞬間でもヒータに過大な電流が流れることは好ましくない。また、周辺回路にも同様に突入電流が流れるため悪影響が懸念され、特別な対策を行う必要がでてくることがある。 In addition, due to the structure of the halogen heater used for the heating roller, a large inrush current flows at the moment of lighting, and a current close to 7 to 10 times the rated current may flow depending on the impedance of the power source. As can be seen from the fact that there is data that the lifetime decreases as much as 80% when the current increases by 10%, it is not preferable that an excessive current flows through the heater even at the moment. Similarly, inrush current flows in the peripheral circuits as well, and there are concerns about adverse effects, and special measures may need to be taken.
この発明かかかる短所を改善し、省電力効果を高めるとともに立上り時間を短縮することができる加熱装置を提供することを目的とするものである。 It is an object of the present invention to provide a heating apparatus that can improve such disadvantages, enhance the power saving effect, and shorten the rise time.
この発明に係る加熱装置は、画像形成装置の定着装置に電力を供給して加熱する主電源装置と補助電源装置を有し、前記主電源装置は商用電力を供給するコンセントに接続され、前記補助電源装置は、数分で充電可能で、かつ、数秒から数十秒の電力供給を行う容量を備えたコンデンサを有し、前記定着装置の加熱動作時に、前記主電源装置と前記補助電源装置の両方から前記定着装置に電力を供給し、前記定着装置に電力を供給していない時に、前記主電源装置で前記補助電源装置の前記コンデンサを充電することを特徴とする。前記補助電源装置を構成するコンデンサとして電気二重層コンデンサを使用することが望ましい。 Heating apparatus according to the present invention includes a main power supply for heating by supplying electric power to the fixing device of the image forming apparatus an auxiliary power supply, the main power supply is connected to an outlet supplying a commercial power, the auxiliary power supply can be charged in a few minutes, and having a capacitor having a capacitance for supplying power of a few tens of seconds, the time of heating operation of the fixing device, the main power supply and the auxiliary power unit the power subjected fed from both the fixing device, when not supplying power to the fixing device, characterized by charging the capacitor of the auxiliary power unit in front Symbol main power supply. It is desirable to use an electric double layer capacitor as the capacitor constituting the auxiliary power supply device.
前記定着装置はハロゲンヒータを有し、定着装置に電力を供給するとき、主電源装置を定着装置に接続して主電源装置から定着装置に電力を供給してから一定のタイミングをおいて補助電源装置を定着装置に接続して補助電源装置から定着装置に電力を供給したり、補助電源装置を定着装置に接続して補助電源装置から定着装置に電力を供給してから一定のタイミングをおいて主電源装置を定着装置に接続して主電源装置から定着装置に電力を供給することが望ましい。 The fixing device has a halogen heater, when supplying power to the fixing device, and connect the main power supply to the fixing device at a predetermined timing after supplying electric power to the fixing device from the main power supply auxiliary power supply connect the apparatus to a fixing device and supplies power to the fixing device from the auxiliary power supply, and connect the auxiliary power supply to the fixing device at a predetermined timing after supplying electric power to the fixing device from the auxiliary power unit it is desirable to supply power to the fixing device from the main power supply and connect the main power supply to the fixing device.
この発明は、例えば待機状態における主電源装置から定着装置に電力を供給していない時に主電源装置で補助電源装置のコンデンサを充電し、定着装置の加熱動作時に主電源装置から定着装置に電力を供給するとともに補助電源装置のコンデンサからも定着装置に電力を供給して、定着装置に大量の電力を供給することができ、定着装置を短時間で所定の温度に立ち上げることができる。 For example, when power is not supplied to the fixing device from the main power supply device in a standby state, the capacitor of the auxiliary power supply device is charged by the main power supply device , and power is supplied from the main power supply device to the fixing device during the heating operation of the fixing device. supplies to supply power to be fixing device from the capacitor of the auxiliary power unit, a large amount of electric power to the fixing device can be supplied, it can be started up to a predetermined temperature in a short time of the fixing device.
さらに、補助電源装置として電気二重層コンデンサを使用することにより、例えば待機状態における主電源装置から定着装置に電力を供給していない時に短時間で充電することができ、定着装置の加熱動作時に確実に補助電源装置から電力を供給することができるとともに長寿命で繰り返しの充放電による劣化が少なく、メンテナンスを不要として長期間安定して使用することができる。 In addition, by using an electric double layer capacitor as an auxiliary power supply device, for example, when power is not supplied from the main power supply device in the standby state to the fixing device, it can be charged in a short time, and reliable during the heating operation of the fixing device. In addition, power can be supplied from the auxiliary power supply device, and it has a long life and little deterioration due to repeated charge and discharge, and can be used stably for a long period of time without maintenance.
また、定着装置に電力を供給するとき、主電源装置から電力投入と補助電源装置からの電力投入のタイミングをずらすことにより、定着装置のヒータに対する投入電流を小さくしてヒータ寿命が短くなる等の障害を防ぐことができ、安定して長期間使用することができる。 Further, when supplying power to the fixing device, by shifting the timing of power application from the power-up and auxiliary power supply from the main power supply, the heater life is shortened a making current to the heater of the fixing device by reducing such Can be prevented and can be used stably for a long time.
図1はこの発明の構成を示すブロック図である。図に示すように、加熱装置1は加熱部2と主電源装置3と補助電源装置4と切替装置5を有する。加熱部2は、例えば図2に示すように、加熱ローラ6と加圧ローラ7を有し、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で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定着装置等からなる。加熱部2の加熱ローラ6は加熱ヒータ例えばハロゲンヒータを内蔵し、主電源装置3と補助電源装置4から供給される電力により発熱する。主電源装置3は画像形成装置の設定場所に備えられているコンセントなどに接続され、加熱部2に応じた電圧の調整及び交流と直流の整流などの機能を有している。補助電源装置4は充放電可能なコンデンサを有する。この補助電源装置4のコンデンサとしては、例えば日本ケミコン(株)の開発した電気二重層コンデンサ等の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は充分な容量を備えている。切替装置5は主電源装置3と補助電源装置4から加熱部2に電力を供給したり遮断するとともに主電源装置3から補助電源装置4に電力を供給して補助電源装置4のコンデンサを充電する。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the present invention. As shown in the figure, the heating device 1 includes a
上記のように構成された加熱装置1で定着装置等の加熱部2を加熱するときの動作を図3の電力供給量を示す波形図を参照して説明する。
The operation when the heating device 1 configured as described above heats the
加熱装置1の稼動を開始すると、切替装置5は主電源装置3を加熱部2に接続し、主電源装置3から所定の電力を加熱部2に供給して、加熱部2の加熱ローラ6を所定の温度に加熱する。この所定の温度に加熱された加熱部2でトナー像の定着を行い、待機状態になると切替装置5は主電源装置3と加熱部2の接続を遮断し、主電源装置3を補助電源装置4に接続して補助電源装置4のコンデンサを充電する。この待機状態から加熱部2を立ち上げるときに、切替装置5は主電源装置3と加熱部2を接続して主電源装置3から加熱部2に電力を供給するとともに補助電源装置4を加熱部2に接続して補助電源装置4からも加熱部2に電力を供給する。このように加熱部2を待機状態から立ち上げるときに主電源装置3と補助電源装置4の両方から電力を供給するから、加熱部2に大量の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。
When the operation of the heating device 1 is started, the
また、補助電源装置4に有す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次ぎのような優れた特徴を有する。すなわち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、コンデンサ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るため、同一時間内で待機状態と加熱状態を繰返した場合、コンデンサを用いた補助電源装置4を使用することにより、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。
Further, unlike the secondary battery, the capacitor included in the auxiliary
また、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回であるため加熱時用の補助電源装置としては寿命が短く、交換の手間やコストがかかるが、コンデンサを用いた補助電源装置4は長寿命であり、繰り返しの充放電による劣化が少なく、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、メンテナンスがほとんどいらなくなり、安定して使用することができる。
In addition, since the nickel-cadmium battery has 500 to 1000 charge / discharge cycles, it has a short life as an auxiliary power supply device for heating, and it takes time and labor to replace the auxiliary
上記説明では加熱部2を待機状態から立ち上げた時に、主電源装置3と補助電源装置4から同時に加熱部2に電力を供給した場合について説明したが、加熱部2の加熱ローラ6にハロゲンヒータを使用した場合は、図4の波形図に示すように、主電源装置3から加熱部2に電力の供給を開始してから一定タイミングTをおいて補助電源装置4を加熱部2に接続して補助電源装置4から加熱部2に電力を供給する。すなわち、ハロゲンヒータは特性上電源投入時に突入電流が発生して回路へのダメージやヒータ自身の寿命にも影響を与える。そして、主電源装置3の他に補助電源装置4の電力も同時にハロゲンヒータに投入すると、ハロゲンヒータの突入電流が増加し、ハロゲンヒータなどの寿命低下や回路への悪影響が懸念され特別な対策を施す必要がでてくる。これに対して主電源装置3から加熱部2に電力の供給を開始してから一定タイミングTをおいて補助電源装置4から加熱部2に電力を供給することにより、ハロゲンヒータの投入電流を小さくし、ヒータ寿命が短くなる等の障害を防ぐ。なお、補助電源装置4からの電力投入を主電源装置3からの電力投入より一定タイミングだけ速くしても良い。
In the above description, when the
1;加熱装置、2;加熱部、3;主電源装置、4;補助電源装置、
5;切替装置、6;加熱ローラ、7;加圧ローラ。
1; heating device, 2; heating unit, 3; main power supply device, 4; auxiliary power supply device,
5; switching device, 6; heating roller, 7; pressure roller.
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