JP4614058B2 - 定着装置の電力供給制御方法、定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置の電力供給制御方法、定着装置及びこれらを用いた画像形成装置に関する。

従来、連続通紙時に、蓄電池に蓄えられた電力を補助ヒータに供給する定着装置が知られている（例えば特許文献１参照）。また立上時に、コンデンサから補助発熱体に電力供給する加熱装置が知られている（例えば特許文献２参照）。

これらの技術を用いる装置では、発熱源としてハロゲンヒータが最も広く採用されている。加熱効率や立ち上がりの早さなどで非常に良い特性を有しているためである。

ところで、定着装置等でハロゲンヒータを利用する上で気を付けるべき点としては、電源供給開始時の突入電流の発生がある。これは、室温状態ではハロゲンヒータのフィラメントの抵抗が小さいために大電流が流れてしまうという現象である。すなわち瞬間的には数十〜百数十Ａ程度の電流が回路に流れる。このような突入電流による影響としては、スイッチ部品の溶着や電源電圧が一時的に低下することによる周囲の機器への悪影響等がある。なお１００Ｖの商用電源で１２００ｗ程度の通常のハロゲンヒータ構成では、給電後５００ｍ秒程度でフィラメント温度と共に抵抗値も上昇するため、突入電流も収束し、定常的な電流が流れるようになる。

このような突入電流対策と立上遅れについて、従来は、電源オンとする際には、電力を制限するためのデューティ制御を数百ｍ〜１秒程度挿入して（いわゆるソフトオン制御）、上述のような突入電流を低減させていた。しかし、この対策ではハロゲンヒータのフィラメントが昇温するのに時間が掛かるため、ハロゲンヒータ自身の発光による定着ローラの加熱に遅れが発生してしまっていた。上述した数百ｍ〜１秒という時間も、ユーザーから要求される１０秒昇温を実現する際には非常に大きな問題となっている。

また商用電源からハロゲンヒータへの突入電流を緩和するため、昇温開始時に商用電源から供給される電力を制限する、いわゆるソフト制御を行うことで、突入電流に起因した商用電源の定格電流を超えることを防止している。しかし、このようなソフト制御を行うと、ハロゲンヒータの立ち上がりが遅くなるため、被加熱体である定着ローラの温度上昇時間が延びてしまう。ところが近年、複写機用の定着装置では、環境保護意識の高まりから短時間での立上と、これによる待機時電力削減が強く要求されている。このため、ソフト制御による定格電力の低減と、定着ローラの短時間昇温を両立させる技術が必要となってきている。
特開２０００−９８７９９号公報 特開２００２−１８４５５４号公報

本発明は、上述のような従来の諸問題点にかんがみてなしたもので、蓄電装置から加熱部への電力供給回路における信頼性を向上させ、商用電源の最大消費電力を抑制し、定着部材の昇温を迅速にすることを目的とする。

上述のように補助電源を用いた装置における突入電流の問題については、特に補助電源からハロゲンヒータへの電力供給を行う構成では、突入電流の影響が大きく問題となることがわかった。電池やキャパシタなどのセルは、通常は１．２〜３．３Ｖ程度の低電圧であり、セルの直列数をできるだけ減らして最低限の電圧で構成することが遠因となっているのである。

すなわち、低電圧でハロゲンヒータから充分な電力を得ようとすると、より高電圧の商用電源と比較して、より小さい抵抗値の構成になるため、フィラメントが太くなるのである。フィラメントが太くなると所定の温度に昇温するまで時間が掛かり、突入電流の流れる時間と突入電流の最大値が大きくなってしまう。そのため、従来の商用電源を利用していた場合には現れないような問題が発生するのである。

例えば、電圧が１００Ｖと５０Ｖのそれぞれで５００ｗの電力を得る場合を考えると、１００Ｖの場合はハロゲンヒータの抵抗値は２０Ωであるが、５０Ｖの場合は５Ωである。画像形成装置に使用する場合、発熱部の長さが記録媒体である紙のサイズなどでほぼ３００ｍｍと決まっているため、電圧５０Ｖでは低抵抗にするためにより線径を太くする必要があり、フィラメントの断面積で約４倍程度大きいため突入電流の影響が１００Ｖよりも大きくなる。

また補助電源からハロゲンヒータへの給電オンオフを、ＦＥＴなどの半導体スイッチ素子を用いて行うと、定着装置を立ち上げる際にスイッチをオンした直後は低電圧用ハロゲンヒータの太いフィラメントが十分暖まっていないため、突入電流として１００Ａ以上の大電流が約７００〜１０００ｍ秒程度の時間流れるおそれがある。そして、このような大電流が流れている状態で半導体スイッチング素子をオフすると、商用電源用のヒータと比較して高い逆起電圧が発生して半導体スイッチ素子が故障するおそれのあることがわかった。

また本発明は、ハロゲンヒータの突入電流防止策により発生する解決策である補助電源からの給電と、さらにその解決策を実現する構成で問題となる上述のような新たな課題であるハロゲンヒータの突入電流による回路の破損を防止することで、信頼性の高い短時間昇温を可能とすることを目的とする。

さらに本発明は、オン信号を出力してから所定時間内に給電停止信号が発生した場合、所定時間が経過してからオフ信号を出力することにより、上術の従来の諸問題を未然に回避できるようにすることを目的とする。

本発明の請求項１に係る定着装置の電力供給制御方法は、商用電源により充電される蓄電装置と、商用電源から電力供給される第１の加熱部と、蓄電装置から電力供給される第２の加熱部と、これら第１、第２の加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材により加熱することにより、記録媒体上に画像を定着させる定着装置において電力供給制御を行う制御方法であって、前記定着部材の温度立上開始時に、商用電源から供給される電力を制限する制御をしながら前記第１の加熱部への電力供給を開始し、その後、前記電力を制限する制御を解除して前記第１の加熱部に電力供給するとともに、前記電力を制限する制御を解除する前に、前記蓄電装置から前記第２の加熱部へ電力供給する制御を行うことを特徴とする。

同請求項２に係るものは、商用電源により充電される蓄電装置と、商用電源から電力供給される第１の加熱部と、蓄電装置から電力供給される第２の加熱部と、これら第１、第２の加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材により加熱することにより、記録媒体上に画像を定着させる定着装置において電力供給制御を行う制御方法であって、
前記定着部材の温度立上開始時に、商用電源から供給される電力を制限するソフト制御をしながら前記第１の加熱部への電力供給を開始し、その後、前記電力を制限するソフト制御を解除して前記第１の加熱部に電力供給するとともに、前記電力を制限するソフト制御を解除する前に、前記蓄電装置からソフト制御をせずに前記第２の加熱部へ電力供給する制御を行うことを特徴とする。

同請求項３に係るものは、商用電源により充電される蓄電装置と、該蓄電装置から電力供給される加熱部と、該加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材により加熱することにより、記録媒体上に画像を定着させる定着装置であって、前記蓄電装置から前記加熱部への電力供給回路中に配される半導体スイッチ素子を備える定着装置において電力供給制御を行う制御方法であって、連続通紙時に、給電開始信号に基づき前記半導体スイッチ素子にオン信号を出力し、給電停止信号に基づき前記半導体スイッチング素子にオフ信号を出力し、前記オン信号を出力してから所定時間内に前記給電停止信号が発生した場合、前記所定時間が経過してから前記オフ信号を出力することを特徴とする。

同請求項４に係るものは、請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置の電力供給制御方法において、連続通紙が終了した場合に前記給電停止信号を発生させることを特徴とする。

同請求項５に係るものは、請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置の電力供給制御方法において、前記定着部材の検出温度が設定温度以上になった場合に前記給電停止信号を発生させることを特徴とする。

同請求項６に係るものは、請求項１ないし５のいずれかに記載の定着装置の電力供給制御方法において、連続通紙を開始した場合に前記給電開始信号を出力することを特徴とする。

同請求項７に係るものは、請求項１ないし６のいずれかに記載の定着装置の電力供給制御方法において、前記定着部材の検出温度が設定温度以下になった場合に、前記給電開始信号を出力することを特徴とする。

本発明の請求項８に係る画像形成装置は、請求項１ないし７のいずれかに記載の定着装置の電力供給制御方法を用いて定着装置を制御する手段を有することを特徴とする。

本発明の請求項９に係る定着装置は、商用電源により充電される蓄電装置と、商用電源から電力供給される第１の加熱部と、蓄電装置から電力供給される第２の加熱部と、これら第１、第２の加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材により加熱することにより、記録媒体上に画像を定着させる定着装置において、電力供給制御を行う制御手段を備え、該制御手段が、前記定着部材の温度立上開始時に、商用電源から供給される電力を制限する制御をしながら前記第１の加熱部への電力供給を開始し、その後、前記電力を制限する制御を解除して前記第１の加熱部に電力供給するとともに、前記電力を制限する制御を解除する前に、前記蓄電装置から前記第２の加熱部へ電力供給する制御を行うことを特徴とする。

同請求項１０に係るものは、商用電源により充電される蓄電装置と、商用電源から電力供給される第１の加熱部と、蓄電装置から電力供給される第２の加熱部と、これら第１、第２の加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材により加熱することにより、記録媒体上に画像を定着させる定着装置において、前記定着部材の温度立上開始時に、商用電源から供給される電力を制限するソフト制御をしながら前記第１の加熱部への電力供給を開始し、その後、前記電力を制限するソフト制御を解除して前記第１の加熱部に電力供給するとともに、前記電力を制限するソフト制御を解除する前に、前記蓄電装置からソフト制御をせずに前記第２の加熱部へ電力供給する制御を行うことを特徴とする。

同請求項１１に係るものは、請求項９または１０に記載の定着装置において、前記加熱部がハロゲンヒータを有することを特徴とする。

同請求項１２に係るものは、商用電源により充電される蓄電装置と、該蓄電装置から電力供給される加熱部と、該加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材により加熱することにより、記録媒体上に画像を定着させる定着装置において、前記蓄電装置から前記加熱部への電力供給回路中に配される半導体スイッチ素子と、連続通紙時に、給電開始信号に基づき前記半導体スイッチ素子にオン信号を出力し、給電停止信号に基づき前記半導体スイッチング素子にオフ信号を出力する制御手段を備え、該制御手段は、前記オン信号を出力してから所定時間内に前記給電停止信号が発生した場合、前記所定時間が経過してから前記オフ信号を出力することを特徴とする。

同請求項１３に係るものは、請求項１２に記載の定着装置において、前記加熱部がハロゲンヒータを有することを特徴とする。

同請求項１４に係るものは、請求項９ないし１３のいずれかに記載の定着装置において、前記制御手段は、連続通紙が終了した場合に前記給電停止信号を発生させることを特徴とする。

同請求項１５に係るものは、請求項９ないし１４のいずれかに記載の定着装置の電力供給制御方法において、前記制御手段は、前記定着部材の検出温度が設定温度以上になった場合に前記給電停止信号を発生させることを特徴とする。

同請求項１６に係るものは、請求項９ないし１５のいずれかに記載の定着装置において、前記制御手段は、連続通紙を開始した場合に前記給電開始信号を出力することを特徴とする。

同請求項１７に係るものは、請求項９ないし１６のいずれかに記載の定着装置において、前記制御手段は、前記定着部材の検出温度が設定温度以下になった場合に、前記給電開始信号を出力することを特徴とする。

本発明の請求項１８に係る画像形成装置は、請求項９ないし１７のいずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする。

本発明は、ソフト制御の解除前に、蓄電装置から第２の加熱部へ電力供給することにより、ソフト制御による商用電源の供給遅れを補って、定着部材を迅速に立ち上げることができる。

また本発明は、半導体スイッチ素子にオン信号を出力してから所定時間内に給電停止信号が発生した場合、所定時間が経過してからオフ信号を出力することにより、逆起電圧の発生とそれに伴う故障等の問題を未然に回避することができ、補助電源からハロゲンヒータへの給電を行う構成であっても、故障の少ない信頼性の高い定着装置を提供することが可能となる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

図１は本発明に係る定着装置を用いる画像形成装置の全体構成の模式的断面図である。図中４１は回転体からなる像担持体の一例であってドラム形状の感光体を示している。この感光体４１の周りには、図中に矢印で示す向きの回転方向順に、帯電ローラからなる帯電装置４２、露光手段の一部を構成するミラー４３、現像ローラ４４ａを備えた現像装置４４、記録材Ｐとしての転写紙に現像画像を転写する転写装置４８、感光体４１の周面に摺接するブレード４６ａを備えたクリーニング装置４６等が配置してある。感光体４１上には、帯電装置４２と現像ローラ４４ａとの間でミラー４３を介して露光光Ｌｂが走査されるようになっている。この露光光Ｌｂの照射位置を露光部１５０と言う。

転写装置４８は感光体４１の下面と対向させて設けてある。この転写装置４８と対向している部位が転写部４７である。この転写部４７のさらに感光体４１の回転方向で上流側の位置には、一対のレジストローラ４９が設けてある。このレジストローラ４９に向けて、図示しない搬送ガイドにより案内して図示しない給紙トレイに収納した記録材Ｐを給紙コロ１１０から送り出すようになっている。また転写部４７の感光体４１の回転方向でさらに下流の位置には、定着装置１０が配置してある。

この画像形成装置における画像形成は次のようにして行う。感光体４１が回転を始め、この回転中に感光体４１を暗中において帯電装置４２により均一に帯電させ、露光光Ｌｂを露光部１５０に照射、走査し、作成すべき画像に対応した潜像を形成する。この潜像は、感光体４１の回転により現像装置４４に移動し、現像装置４４でトナーにより可視像化し、トナー像を形成する。

一方、給紙コロ１１０により給紙トレイ上の記録材Ｐの送給を開始し、図中に破線で示す搬送経路を経て一対のレジストローラ４９の位置で記録材Ｐをいったん停止させ、感光体４１上のトナー像と転写部４７で合致するように送り出しのタイミングを図る。そして好適なタイミングでレジストローラ４９が回転し、停止していた記録材Ｐを送り出し、転写部４７に向けて搬送する。そして感光体４１上のトナー像と記録材Ｐとを転写部４７で合致させ、転写装置４８による電界印加によってトナー像を記録材Ｐ上に転写する。

こうして感光体４１周りの画像形成部でトナー像を担持させた記録材Ｐは、ついで定着装置１０に向けて送り出す。記録材Ｐ上のトナー像は定着装置１０を通過する間にその記録材Ｐ上に定着させ、トナー像の定着を受けた記録材Ｐは、図示を省略した排紙部へ排紙する。

一方、転写部４７で転写されずに感光体４１上に残った残留トナーは、感光体４１の回転と共にクリーニング装置４６に至り、クリーニング装置４６を通過する間に清掃される。感光体４１は、その状態で次の画像形成に備える。

図２、図３は本発明の実施対象となり得る定着装置の概念的断面図、図４は図２、図３の定着装置の回路構成を模式的に示すブロック図である。図示のように、本例の定着装置１０は、定着部材１４、加圧部材１５を含み、定着部材１４内に加熱部１を備え、定着部材１４外に定着温度検出手段８を備えている。また定着装置１０は、制御系として定着部温度検出手段８からの温度情報に応じて、補助電源装置３から定着装置１０への供給電力を制御するための制御手段６０を有している。

定着部温度検出手段８は、定着部長手方向（図２の紙面垂直方向、図３の紙面左右方向）で、どのサイズの記録媒体Ｐでも通過する中心近傍に配してあり、サーミスタ、熱電対、赤外線温度検知装置等の適宜の手段で構成し、制御手段６０へ温度情報を送るようになっている。制御手段６０は、定着部温度検出手段８から得た温度情報をもとに、定着装置１０の加熱手段１への給電開始、給電停止、給電量増減等の制御を行う。さらに図示の定着装置１０は、図４の回路構成に示すように、制御手段６０の指令に基づいてオンオフする接点を電力制御手段（ＡＣ用６ａ、ＤＣ用６ｂ：後述）として備えている。

また画像形成装置に電力を供給する主電源装置２は、外部電源である商用電源から電力を得て画像形成装置各部の各種ユニットへ給電を行う。一般的な機器と同様に、商用電源のコンセントに電源線のプラグを挿入して接続することで、画像形成装置内の各ユニット等へ電力を供給することができる。

補助電源装置３は、電気二重層キャパシタ（あるいは電気二重層コンデンサ）等の蓄電手段あるいは蓄電装置を有し、主電源装置２からの充電で蓄電した電力を、主電源装置２の供給電力に加えて供給できる構成となっており、大電力を画像形成装置へ給電できる。なお、電気二重層キャパシタだけでなく、Ｌｉイオンやニッケル水素等の二次電池でも、酸化還元を利用する疑似容量キャパシタ等も補助電源装置３における蓄電に用いることができる。

定着部材１４内の加熱部１は、発熱体１ａ、１ｂ（ＡＣヒータ１ａ、ＤＣヒータ１ｂ：以下、主発熱部材１ａと補助発熱部材１ｂと言う）を有し、また主電源装置２、補助電源装置３に加え、充電器４、充放電切換手段５、主電源からの電力供給を制御する主電力制御手段６ａと補助電源装置３からの電力供給を制御する補助電力制御手段６ｂを有している。

主発熱部材１ａは、主電源装置２から電力を供給されて発熱する発熱体１ａ、１ｂを有している。本実施例ではこれらにハロゲンヒータを用いており、ガラス管の中に形成したフィラメントに電流を流すことで発熱させている。ただし、本発明ではハロゲンヒータに限らず、ＰＴＣヒータ等突入電流が発生するものであれば本発明の作用、効果を変えることなく採用可能である。

なお本実施例では、主発熱体１ａには、例えば１００Ｖ、１２００ｗのハロゲンヒータを１本用いるが、非通紙部昇温を防止するため、定着部材１４の軸方向端部と中央部とをそれぞれ加熱するように、２本のヒータを用いる構成を採用してもかまわない。

一方、補助発熱部材１ｂは、補助電源装置３からの電力供給により発熱し、同じく定着部材１４を加熱するが、例えば５０Ｖ、６００ｗのハロゲンヒータを用いる構成とすることができる。

定着部材１４のローラ基体は、例えばアルミや鉄等の金属製であることが、耐久性や加圧による変形等の点から望ましい。またローラ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く、ローラ内面にはハロゲンヒータ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。さらに、図示はしないがローラでなくベルトによってニップ部を形成したベルト定着構成であってもかまわない。

加圧部材１５は、芯金にゴム等の弾性層を形成することで、定着部材１４との間にニップ部を形成し、このニップ部に未定着画像を形成した紙等の記録材Ｐを通紙することで熱と圧力によりトナー像を記録材Ｐ上に定着する。また、加圧部材１５として発泡層を有する加圧ローラで定着部材１４との間にニップ部を形成してもよい。この場合、発泡層の断熱効果により定着部材１４の熱が加圧ローラに伝わりにくくなるので、定着部材１４を早く昇温できる。

補助電源装置３は主電源装置２からの電力を充電して補助発熱部材１ｂへ給電するための電源である。主電源装置２からの電力を電圧調整やＡＣ／ＤＣ変換して補助電源装置３へ供給する充電器４により主電源装置２から供給される電力をあらかじめ蓄えることができ、充放電切換手段５により任意のタイミングで加熱部１へ補助電力を供給することができる。

具体的には、主電源装置２はプラグ５１で商用電源のコンセントから電力を得て、画像形成装置各部のユニットに給電を行う。日本では１００Ｖの電圧で１５Ａ程度の電流容量に制限され、主電源装置２からの電力は１５００Ｗ程度が最大電力となることが多い。なお、電圧の調整及び交流と直流の整流や電圧を安定化する等の機能を有していてもよい。

主電源装置２から定着部材１４への電力供給を制御する主電力制御手段６ａは、トライアックなどの半導体スイッチング素子を有し、定着部温度検知手段８から得られる温度情報を基にして、ＣＰＵ等を備える制御手段６０からの指示に基づいてオン、オフ等のスイッチング動作を行う。

また補助電源装置３から定着部材１４への電力供給を制御する補助電力制御手段６ｂは、ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子を有し、主電力制御手段６ａと同様に定着部温度検知手段８の情報を基にしてオンオフ動作を行う。

既に述べたように補助電源装置３は、例えば電気二重層キャパシタからなるキャパシタセルを複数個接続して構成し、主電源装置２からの充電で蓄電した電力を、立上時や連続通紙時等多くの電力供給が望まれるとき等に主電源２からの電力供給に加えて加熱部１へ供給する構成とすることで、主電源装置２の供給電力を越えた電力を画像形成装置に給電することを可能としている。

一構成例としての補助電源装置３は、２．５ｖ、１０００Ｆで、内部抵抗が５ｍΩ以下の、径が３５ｍｍ、長さが１３０ｍｍ程度のキャパシタセルを、２０本直列に接続することで５０Ｖのモジュールを構成したものを蓄電手段として用いることができる。直列に接続する際の各セルの電圧バランスを確保するために、図示しない電圧バランス回路を備えることで動作の長期的な安定性を確保することが可能である。また、セルの内部抵抗が５ｍΩ以下とすると、立上時の１２Ａを越える大電流でも補助電源装置３の端子間電圧の低下がリチウム電池やニッケル水素電池等の二次電池よりも小さくて済む。また、キャパシタの中でも小さい値であるため、より少ないキャパシタセル本数で大電力を得られ、そのため装置サイズとコストの面で有利である。

このように補助電源装置３に、充放電可能な電源であり、大容量コンデンサである電気二重層キャパシタを用いると、電気二重層キャパシタが二次電池と異なり化学反応を伴わないため、充電時間が短く、寿命が長いという優れた特徴を発揮できる。

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では、急速充電を行っても数十分〜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、コンデンサを用いた補助電源では数１０秒〜数分程度の急速な充電が可能であるため、充電時間が短くて済み、例えば印刷をしておらず、主電源の供給電力に余裕のあるときに充電を行い、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。

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、コンデンサを用いた補助電源は１万回以上の寿命を有し、繰り返しの充放電による劣化も少ない。また、鉛蓄電池のように液交換や補充等も必要がないため、メンテナンスがほとんどいらない。

そして近年では、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、電気自動車等への採用も検討してある。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は２．５Ｖで２０００Ｆ程度の静電容量を有しており、数秒から数１０秒の電力供給には十分な容量を備えている。また、日本電気（株）は、ハイパーキャパシタ（商品名）と称する８０Ｆ程度のコンデンサを実現している。さらに、日本電子（株）は、耐電圧を３．２〜３．５Ｖへ上げて電力量密度を５０〜７５ｗｈ／ｋｇと従来の５〜１０倍にしたナノゲートキャパシタ（商品名）という技術を発表している。

加熱部１に供給する電力は、上述のように主電源装置２及び補助電源装置３から供給可能であるため、図５（Ａ）に示すように、定着部材１４の温度が室温から所定の温度になるまでの温度上昇時間は、主電源だけを用いるより、主電源と補助電源を同時に用いた方が昇温時間を短くすることができる。例えば、朝一番の主電源をオンする立上の際にはプロセスなど各所のシステムの初期化で時間が掛かるので短時間で昇温する必要がなく、主電源だけを用いて目標温度へ昇温させるが、スリープモードなどから復帰する際には補助電源からの電力も加えて短時間で昇温させることができる。

また図５（Ｂ）に示すように、連続通紙で紙等の記録材に奪われる熱量が多い場合、主電源装置２からの給電だけでは所定の最低温度を下回ってしまう場合でも、補助電源装置３からの給電を加えた場合には落ち込みを小さくすることが可能である。このため、単位時間当たりの通紙をより多くした機械の高速化が可能である。

図６は、薄肉ローラを使っても定着部材１４の温度落ち込みがなくて高速昇温が可能な高速機を実現できる例を説明するための図である。まず初期状態では、商用電源等の外部電源から電力を供給して、電気二重層キャパシタ等の急速充電が可能な大容量コンデンサ等を有する補助電源装置３へ充電をしておく。電気的な自己放電が小さいため、一晩程度では充分電力を保持できているとともに、通常はコンセントもつなぎっぱなしであるため、もし放電が所定値より低下しても商用電源から充電を行うことができるので、朝一番で主電源を入れた際の使用にも充電を待つ必要はない。

立上時には、定着ローラ等の定着部材１４の温度を、室温から短時間で昇温するときに主電源装置２に加えて補助電源装置３の電力を加熱部１へ供給することで、加熱部１に投入されるトータルの電力を主電源装置２だけの時よりも多く供給することができ、このため短時間で定着部材１４の温度を上昇させることができる。例えば、径が４０ｍｍで厚さｔが０．７ｍｍのアルミ製薄肉ローラを定着部材に使用し、主電源からの１２００ｗ電力を主発熱部材１ａに補助電源からの６００ｗヒータの電力を加えて、全体で約１８００ｗの電力を供給することで、主電源だけでは３０秒の立上時間であったものが、約２０秒へ短縮することが可能である。

なお、補助電源がキャパシタであるため、給電中に電圧が低下することで供給電力は６００ｗから徐々に低減する。この特徴により、所定の時間が経つと非常に小さい供給電力となり、紙が発火するような５００℃といった温度まで昇温するような場合には昇温速度が低下する構成が可能である。これにより安全に短時間昇温を実現する構成を提供することができる。

また安全確保のために、システムが暴走した際を想定して温度ヒューズやサーモスタット等の安全回路で直接電源回路を遮断して電力供給を終了させる安全装置を設置することが望ましい。

ところで、単純に電力を増やす方法としては、例えば商用電源を２系統にして電力を増やしたり、二次電池や燃料電池等を使うことも考えられるが、これらの方法ではほぼ継続的に大電力を供給することができるため、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定着部材１４内で加熱部１の温度が高くなり過ぎ、最悪の場合は発火してしまうこともありうる。一方、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、電力供給が続いても、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、その温度上昇が自然にストップしてくれるため、キャパシタを熱源として用いることで、安全に昇温時間の短縮を実現することができる。

通紙については、薄肉ローラであるため、単位時間あたりの通紙枚数が多いとローラ温度が低下しやすいが、通紙時に補助電力を主電力に加えて供給して温度低下を防ぐことができるため、高速層でも薄肉ローラを使用して昇温時間が短くて使い勝手の良い画像形成装置を提供することができる。本構成では、補助発熱体の電力を通紙中に使用するため、例えば主電源からの電力よりも多くの電力を主電源に加えて供給することが可能である。このため通常であれば６０ｃｐｍ程度が限界の薄肉ローラでも通紙直後の温度低下が防止できるため、７５ｃｐｍでの高速な画像形成が可能である。

充電については、主電源装置２からの給電に余裕のある待機状態で、主電源装置２から補助電源装置３へ電力を供給して充電をしておく。キャパシタを補助電源に用いると充電時間を数分程度と短くできる。そして、この充電中の数分以内であれば定着部材１４が冷めないようにするために補助電源装置３を使わずに済むか、もしくは途中までの充電電力で間に合う。このため、次の利用者が充電を待つ必要がなく快適な機能を提供することができる。

以上のように、定着装置１０の加熱部１を加熱するのに、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。

図７は、本実施例装置における復帰時に主電源から定着部へ給電を行う際の、すなわち立上時のＡＣ給電フロー図であり、定着部材の温度（定着温度）に基づく開始条件、その後ソフト立上制御、定着温度に基づく終了条件、その後ソフト立ち下げと続く動作を示している。具体的には、定着装置１０への給電開始時にソフトオン制御を所定の時間以上導入して供給電力を制限する制御を行い（ステップ１、２）、それによって突入電力を抑え、定着部材１４の温度が目標温度に達した際（ステップ３、４）にはソフトオフ制御を行って（ステップ５）、逆起電圧を低減し、定着部材１４の温度が目標温度に達してから（ステップ６）、給電を停止する。

なお図８は、立上時のＤＣ給電フロー図であり、定着部材１４の温度を検知して開始条件が整っていれば、その後すぐに給電を開始し、定着温度に基づく終了条件を判断し（ステップ１）、条件が整えば（ステップ２）、その後すぐに給電を終了する動作を図示している。すなわち復帰時には、補助電源装置３から定着部材１４へ給電を開始するときに、ソフトオン制御を特に入れずに電源供給をオンとし、定着部材１４が目標温度に達した際にもソフトオフ制御を入れずに給電を停止するのである。このため、加熱部１を構成するハロゲンヒータのフィラメントの温度上昇が速やかに行われ、定着ローラである定着部材１４を加熱する際にタイムラグが発生しにくくなっている。

図９は、同じく立上時のＡＣ、ＤＣ給電タイミング図であり、ＡＣ給電のソフト立上解除前に、ＤＣ給電が既に立ち上がっていることを図示している。すなわち、図７、図８に示した復帰時の主電源装置２と補助電源装置３からの供給電力の制御タイミングを、図９に模式的に示しており、これは図６の復帰時を時間的に詳細に見た図となっている。具体的には、主電源装置２の電源供給開始時にはソフト制御を行うが、ソフト制御が終了して完全に点灯する前に、補助電源装置３からの給電を開始する。なお、図９では主電源装置２の給電開始後に補助電源装置３の給電を開始しているが、主電源装置２の給電開始前に補助電源装置３の給電を開始してもかまわない。この動作により、ソフト制御による定着部材１４の加熱遅れを改善することが可能となり、ユーザーの使い勝手を向上させることができる。

図１０は、通紙時のＡＣ、ＤＣ給電フロー図であり、通紙を開始するとＡＣ、ＤＣともに給電し、通紙を終了するとＡＣ、ＤＣともに給電を停止する動作を示している。

本発明の他の実施例を説明する。図１１は、本発明の実施例２における通紙時に温度調整を行っている状態のＡＣ、ＤＣ給電フロー図であり、例として数〜１０秒程度の温度調整を行う様子を示している。温度が低下してくるとＡＣ、ＤＣともに給電し、温度が上昇してくるとＡＣ給電を続ける一方ＤＣは給電開始から所定時間経過したか否かを確認し、確認すると給電を停止するという動作となっている。

すなわち、定着部材１４の温度は主電源装置２及び補助電源装置３からの供給電力量だけでなく、通紙状態や画像面積などに応じて変動するが、図１１の例は、主電源装置２からの給電だけでは定着部材１４の温度を維持できず、補助電源装置３からの給電によって温度低下を防ぐようにする連続通紙状態を模式的に示している。

そのため従来は、定着部材１４の温度がＴＬ（例えば１８０℃）以下になると補助電力装置３からの給電を開始し、定着部材１４の温度が上昇を始めてＴｕ（例えば１８５℃）以上になると、図１１のグラフ中に点線で示すように補助電源装置３からの給電を停止し、温度調整を行っていたが、本実施例では、同じく図１１のグラフ中に実線で示すように、定着部材１４の温度がＴｕを越えて補助電源装置３を従来であればオフとすべき状態になってもオフとせず、給電開始から所定の時間ｔ０（例えば１．２秒）が経過してから半導体スイッチング素子にオフ信号を出力し補助電力制御手段６bをオフとする構成としている。

例えば時間ｔ１（例えば０．８秒）は補助電源装置３が点灯してからの時間が所定の時間ｔ０より短いので、所定の時間ｔ０が経過してから補助電源装置３をオフとする。一方、時間ｔ２（例えば１．５秒）は所定の時間ｔ０よりも長いため、定着部材１４の温度がＴｕを越えることを検知した時点で半導体スイッチング素子にオフ信号を出力し補助電力制御手段６bをオフして補助電源装置３からの給電をオフとする。

なお所定の時間ｔ０とは、補助電源装置３から電力を供給される発熱体１ｂに給電した際の突入電流が流れる時間から設定し、例えば１．２秒に設定する。これは、補助電源装置３のハロゲンヒータが、低電圧で大電力を得る構成とするのにフィラメント径が太くて突入電流の流れる時間が長いためであり、補助電源装置の電圧が高い構成で使用する場合には例えば０．６秒程度にする。

このように、補助電源装置３からの給電をオンしてから所定の時間が経過してからオフにする構成とすることで、ハロゲンヒータの突入電流が充分に収束して逆起電圧が小さくなり、ＦＥＴなど補助電源装置３の電力制御用半導体スイッチ素子の破損を防止することができ、信頼性の高い定着装置を提供することが可能となる。なお、ＤＣヒータと表記しているが、低電圧であることが問題であるためＡＣヒータであってもかまわない。

本発明に係る定着装置を用いる画像形成装置の全体構成の模式的断面図 本発明の実施対象となり得る定着装置の概念的断面図 本発明の実施対象となり得る定着装置の概念的断面図 図２、図３の定着装置の回路構成を模式的に示すブロック図 主電源装置と補助電源装置の使用形態と昇温時間の関係図 薄肉ローラを用いた定着部材の温度落ち込みがなくて高速昇温が可能な高速機を実現できる例を説明するための図 本実施例装置における立上時のＡＣ給電フロー図 同じく立上時のＤＣ給電フロー図 同じく立上時のＡＣ、ＤＣ給電タイミング図 同じく通紙時のＡＣ、ＤＣ給電フロー図 本発明の実施例２における通紙時のＡＣ、ＤＣ給電フロー図

符号の説明

１ 加熱部
１ａ 主発熱部材
１ｂ 補助発熱部材
２ 主電源装置
３ 補助電源装置
４ 充電器
５ 充放電切換手段
６ａ 主電力制御手段
６ｂ 補助電力制御手段
８ 定着温度検出手段
１０ 定着装置
１４ 定着部材
１５ 加圧部材
４１ 感光体
４２ 帯電装置
４３ ミラー
４４ 現像装置
４６ クリーニング装置
４７ 転写部
４８ 転写装置
４９ レジストローラ
６０ 制御手段
１１０ 給紙コロ
１５０ 露光部
Ｌｂ 露光光
Ｐ 記録材
Ｔ、ＴＬ、Ｔｕ 定着部材温度

Claims (18)

1. 商用電源により充電される蓄電装置と、商用電源から電力供給される第１の加熱部と、蓄電装置から電力供給される第２の加熱部と、これら第１、第２の加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材により加熱することにより、記録媒体上に画像を定着させる定着装置において電力供給制御を行う制御方法であって、
   前記定着部材の温度立上開始時に、商用電源から供給される電力を制限する制御をしながら前記第１の加熱部への電力供給を開始し、
   その後、前記電力を制限する制御を解除して前記第１の加熱部に電力供給するとともに、
   前記電力を制限する制御を解除する前に、前記蓄電装置から前記第２の加熱部へ電力供給する制御を行うことを特徴とする定着装置の電力供給制御方法。
2. 商用電源により充電される蓄電装置と、商用電源から電力供給される第１の加熱部と、蓄電装置から電力供給される第２の加熱部と、これら第１、第２の加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材により加熱することにより、記録媒体上に画像を定着させる定着装置において電力供給制御を行う制御方法であって、
   前記定着部材の温度立上開始時に、商用電源から供給される電力を制限するソフト制御をしながら前記第１の加熱部への電力供給を開始し、
   その後、前記電力を制限するソフト制御を解除して前記第１の加熱部に電力供給するとともに、
   前記電力を制限するソフト制御を解除する前に、前記蓄電装置からソフト制御をせずに前記第２の加熱部へ電力供給する制御を行うことを特徴とする定着装置の電力供給制御方法。
3. 商用電源により充電される蓄電装置と、該蓄電装置から電力供給される加熱部と、該加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材により加熱することにより、記録媒体上に画像を定着させる定着装置であって、前記蓄電装置から前記加熱部への電力供給回路中に配される半導体スイッチ素子を備える定着装置において電力供給制御を行う制御方法であって、
   連続通紙時に、給電開始信号に基づき前記半導体スイッチ素子にオン信号を出力し、給電停止信号に基づき前記半導体スイッチング素子にオフ信号を出力し、
   前記オン信号を出力してから所定時間内に前記給電停止信号が発生した場合、前記所定時間が経過してから前記オフ信号を出力することを特徴とする定着装置の電力供給制御方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置の電力供給制御方法において、連続通紙が終了した場合に前記給電停止信号を発生させることを特徴とする定着装置の電力供給制御方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置の電力供給制御方法において、前記定着部材の検出温度が設定温度以上になった場合に前記給電停止信号を発生させることを特徴とする定着装置の電力供給制御方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の定着装置の電力供給制御方法において、連続通紙を開始した場合に前記給電開始信号を出力することを特徴とする定着装置の電力供給制御方法。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の定着装置の電力供給制御方法において、前記定着部材の検出温度が設定温度以下になった場合に、前記給電開始信号を出力することを特徴とする定着装置の電力供給制御方法。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の定着装置の電力供給制御方法を用いて定着装置を制御する手段を有することを特徴とする画像形成装置。
9. 商用電源により充電される蓄電装置と、商用電源から電力供給される第１の加熱部と、蓄電装置から電力供給される第２の加熱部と、これら第１、第２の加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材により加熱することにより、記録媒体上に画像を定着させる定着装置において、
   電力供給制御を行う制御手段を備え、該制御手段が、
   前記定着部材の温度立上開始時に、商用電源から供給される電力を制限する制御をしながら前記第１の加熱部への電力供給を開始し、
   その後、前記電力を制限する制御を解除して前記第１の加熱部に電力供給するとともに、
   前記電力を制限する制御を解除する前に、前記蓄電装置から前記第２の加熱部へ電力供給する制御を行うことを特徴とする定着装置。
10. 商用電源により充電される蓄電装置と、商用電源から電力供給される第１の加熱部と、蓄電装置から電力供給される第２の加熱部と、これら第１、第２の加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材により加熱することにより、記録媒体上に画像を定着させる定着装置において、
    前記定着部材の温度立上開始時に、商用電源から供給される電力を制限するソフト制御をしながら前記第１の加熱部への電力供給を開始し、
    その後、前記電力を制限するソフト制御を解除して前記第１の加熱部に電力供給するとともに、
    前記電力を制限するソフト制御を解除する前に、前記蓄電装置からソフト制御をせずに前記第２の加熱部へ電力供給する制御を行うことを特徴とする定着装置。
11. 請求項９または１０に記載の定着装置において、前記加熱部がハロゲンヒータを有することを特徴とする定着装置。
12. 商用電源により充電される蓄電装置と、該蓄電装置から電力供給される加熱部と、該加熱部により加熱される定着部材を備え、該定着部材により加熱することにより、記録媒体上に画像を定着させる定着装置において、
    前記蓄電装置から前記加熱部への電力供給回路中に配される半導体スイッチ素子と、
    連続通紙時に、給電開始信号に基づき前記半導体スイッチ素子にオン信号を出力し、給電停止信号に基づき前記半導体スイッチング素子にオフ信号を出力する制御手段を備え、
    該制御手段は、
    前記オン信号を出力してから所定時間内に前記給電停止信号が発生した場合、前記所定時間が経過してから前記オフ信号を出力することを特徴とする定着装置。
13. 請求項１２に記載の定着装置において、前記加熱部がハロゲンヒータを有することを特徴とする定着装置。
14. 請求項９ないし１３のいずれかに記載の定着装置において、前記制御手段は、連続通紙が終了した場合に前記給電停止信号を発生させることを特徴とする定着装置。
15. 請求項９ないし１４のいずれかに記載の定着装置の電力供給制御方法において、前記制御手段は、前記定着部材の検出温度が設定温度以上になった場合に前記給電停止信号を発生させることを特徴とする定着装置。
16. 請求項９ないし１５のいずれかに記載の定着装置において、前記制御手段は、連続通紙を開始した場合に前記給電開始信号を出力することを特徴とする定着装置。
17. 請求項９ないし１６のいずれかに記載の定着装置において、前記制御手段は、前記定着部材の検出温度が設定温度以下になった場合に、前記給電開始信号を出力することを特徴とする定着装置。
18. 請求項９ないし１７のいずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。