JP4944533B2 - 加熱システム及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置等の加熱装置に対して電力供給補助を行う補助電源を備えた加熱システム及びこれを用いた画像形成装置に関するものである。

従来、複写機、複合機、プリンタ或いはファクシミリ等の画像形成装置においては、待機電力を極力減らし、定着立ち上げ時間を短縮するすなわち定着温度を速やかに上昇させる方法として、電気二重層キャパシタ等の大容量キャパシタからなる補助電源を用いて定着装置に対する電力供給補助を行う方法が知られている（例えば特許文献１参照）。電気二重層キャパシタは、大電流での充放電が可能であり、また繰り返し寿命が非常に長い（数十万回以上）という特徴を有することから、定着立ち上げ時のハロゲンヒータ等の発熱体用の補助電源として用いるのに適していると言える。しかしながら、電気二重層キャパシタ単体の充電電圧は通常２．５Ｖ程度と低いため、キャパシタと発熱体との間に昇圧回路を設置し、この昇圧回路を用いてキャパシタからの出力電圧（キャパシタ電圧、放電電圧）を発熱体の必要電圧となるまで昇圧する方法が考案されている（例えば特許文献２、３参照）。
特許第３５８８００６号公報 特開２００３−２９７５２６号公報 特開２００４−２６６９８４号公報

上述のように昇圧回路を用いて昇圧してなるキャパシタからの出力電圧により発熱体に一定の電圧を印加するようにした場合において、キャパシタの劣化が進行すると、放電後の電圧が低下することにより昇圧回路への入力電流が増大するので、該昇圧回路の入力部が破損するといった事態に至らないよう出力を停止させるなどの保護回路が必要となる。しかしながら、このように、単に、キャパシタが劣化すると出力を停止するという方法では、定着立ち上げ時間が定格より長く掛かるようになってもキャパシタによる電力供給補助は継続したいという場合でも、キャパシタが定格寿命に達した途端に（実際にはキャパシタの使用がまだ可能であるのに拘わらず）、電力供給補助が不可能となってしまうという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、キャパシタが定格寿命に達した途端に電力供給補助が不可能となってしまうことなく、キャパシタが定格寿命に達した後でも、放電装置（昇圧回路）の安全動作域内で電力供給補助を継続することができ、ひいては定着立ち上げ時間の短縮効果を維持することが可能な加熱システム及びこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る加熱システムは、商用電源により電力供給される第１ヒータと、補助電源により電力供給される第２ヒータ及び第３ヒータとを備える加熱装置と、キャパシタからなる前記補助電源と、前記補助電源に蓄電された電気を放電させて得られた電力により、前記補助電源からの入力電圧を、前記第２及び第３ヒータが必要とする所定の電圧まで昇圧して前記第２及び第３ヒータに対して供給する昇圧回路と、前記補助電源から前記昇圧回路への入力電圧値を検知する検知手段と、前記検知手段によって、前記入力電圧値が、前記昇圧回路への入力電流量が許容限度に達したときの入力電圧値として予め定める第１の閾値に達したことが検知されたときに、前記昇圧回路から前記第３ヒータへの電力供給のオン、オフ切り替えを行うスイッチをオフにする電力供給制御手段とを備えることを特徴とする。

上記構成によれば、加熱装置が、商用電源により電力供給される第１ヒータと、補助電源により電力供給される第２及び第３ヒータとを備えるものとされる。また、昇圧回路によって、キャパシタからなる補助電源からの入力電圧が昇圧され、第２及び第３ヒータに対して電力供給するべく放電が行われる。そして、補助電源から昇圧回路への入力電圧値を検知する検知手段によって、入力電圧値が昇圧回路への入力電流量の許容限度に関する値として定める第１の閾値に達したことが検知されたときに、電力供給制御手段によって、昇圧回路から第３ヒータへの電力供給のオン、オフ切り替えを行うスイッチがオフにされる。

また、上記構成において、前記検知手段が、前記第１の閾値を検知した後、前記入力電圧値が前記昇圧回路への入力電流量が許容限度に達したときの入力電圧値として予め定める第２の閾値に達したことを検知したときに、前記電力供給制御手段は、前記昇圧回路に前記昇圧及び放電動作を停止させることが好ましい。（請求項２）
これによれば、検知手段が、第１の閾値を検知した後、入力電圧値が昇圧回路への入力電流量の許容限度に関する第２の閾値に達したことを検知したときに、電力供給制御手段によって、昇圧回路の昇圧及び放電動作が停止される。

また、上記構成において、前記加熱装置は、定着装置であってもよい。これによれば、加熱装置が定着装置とされる。（請求項３）
また、本発明に係る画像形成装置は、上記加熱システムの加熱装置である定着装置を備えたものであることを特徴とする。これによれば、画像形成装置が、上記加熱システムの加熱装置である定着装置を備えたものとされる。（請求項４）

請求項１記載の発明によれば、補助電源から昇圧回路への入力電圧値を検知する検知手段によって、入力電圧値が昇圧回路への入力電流量の許容限度に関する値として定める第１の閾値に達したことが検知されたときに、電力供給制御手段によって、昇圧回路から第３ヒータへの電力供給のオン、オフ切り替えを行うスイッチがオフにされるので、第３ヒータに対する電力供給が強制的に停止されて補助電源から第２ヒータに対してのみ電力供給が行われるようになり、昇圧回路に対する入力電流量が許容限度に達したすなわちキャパシタが定格寿命に達した途端に、電力供給補助が不可能となってしまうことなく、キャパシタが定格寿命に達した後でも、第２及び第３ヒータのうちの一方のヒータ（第２ヒータ）のみに対する電力供給に切り替えて謂わば電力供給の負荷（出力レベル）を半減させることで、昇圧回路の安全動作域内で電力供給補助を継続することができ、ひいては、第１ヒータと共に、第２及び第３ヒータを用いることによる温度立ち上げ時間（例えば定着立ち上げ時間）の短縮効果を維持するといったことが可能となる。

請求項２記載の発明によれば、検知手段が、第１の閾値を検知した後、入力電圧値が昇圧回路への入力電流量の許容限度に関する第２の閾値に達したことを検知したときに、電力供給制御手段によって、昇圧回路の昇圧及び放電動作が停止されるので、補助電源から第２ヒータに対しての電力供給が強制的に停止されることになり、第１の閾値が検知されて第２ヒータのみの駆動に切り替えられた状態で補助電源が引き続き使用されているうちに、再び昇圧回路に対する入力電流量が許容限度に達したときに、第２ヒータの駆動も停止させて昇圧回路が破損等の事態に至らないように保護することができる。すなわち、昇圧回路の安全動作域内で可能な限り長い時間の間、補助電源によるヒータの駆動を継続することが可能となる。また、昇圧回路に流れ込む入力電流に対して必ずリミットがかかることから、昇圧回路は定格以上の設計をする必要がなく安価なものにすることができる。

請求項３記載の発明によれば、加熱装置が定着装置とされるので、加熱システムを該定着装置を有する機器、例えば画像形成装置に対して適用することができる。

請求項４記載の発明によれば、画像形成装置が、加熱システムの加熱装置である定着装置を備えたものとされるので、上記加熱システムによる効果を有した画像形成装置を得ることができる。

以下、本発明に係る加熱システム及び画像形成装置について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る加熱システムが適用される画像形成装置の一例である複写機の構成を概略的に示す断面図である。複写機１は、画像形成部１００、画像形成部１００を備える本体部１０の上方に設置された原稿給送部２００、本体部１０の上部に設置された原稿読取部３００、本体部１０の下部に設置された給紙部４００、本体部１０のフロント部に設置された操作表示部５００を備えている。

原稿読取部３００は、原稿の読み取りを行って当該原稿に対応する画像データを生成するものである。原稿読取部３００は、光学的に取得した原稿の画像から画像データを生成するＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ及び露光ランプ等を備えたスキャナ３０１などからなり、その上面に、装置原稿読み取り用の第１プラテンガラス３０２と、ＡＤＦ原稿読み取り用の第２プラテンガラス３０３とを備えている。原稿読取部３００は、第１プラテンガラス３０２上に載置された原稿、あるいは原稿給送部２００によって第２プラテンガラス３０３に接するようにして搬送（移動）される原稿を走査しつつ取得した画像データを後述する制御装置６０へ出力する。

原稿給送部２００（ＡＤＦ；Auto Document Feeder）は、原稿読取部３００（第２プラテンガラス３０３の原稿読み取り位置）へ原稿を給送するとともに、原稿読取部３００によって読み取られた原稿を原稿給送部２００の排出部へ排出するものである。この原稿給送部２００は、装置の背面側を回動支点として本体部１０（原稿読取部３００）の上面に対して可倒式に構成されており、第１プラテンガラス３０２（第２プラテンガラス３０３）の上面を開放するように上方かつ後方側に開くように持ち上げることにより、第１プラテンガラス３０２の上面に、例えば見開き状態にされた書籍等の読み取り用原稿を載置することが可能に構成されている。

給紙部４００は、画像形成部１００に対して用紙の給紙を行うものである。給紙部４００は、各サイズの用紙（記録紙）が収納される複数の給紙カセット例えば給紙カセット４０１、４０２、及び本体部１０の一側方部に開閉自在に構成された手差しトレイ４０３１等からなる手差し給紙部４０３を備えている。

また、給紙部４００は、給紙カセット４０１、４０２から画像形成部１００へ用紙を搬送する搬送経路４０４、手差し給紙部４０３から画像形成部１００へ用紙を搬送する搬送経路４０５を備えている。各給紙カセット４０１、４０２及び手差し給紙部４０３は、収納されている用紙を取り出すためのピックアップローラ４０６、４０７、４０８、用紙を１枚ずつ各搬送経路に送り出す給紙ローラ４０９、４１０、４１１を備えている。搬送経路４０４には、用紙を搬送する搬送ローラ４１２、４１３、及び搬送されてくる用紙を画像形成部１００の手前で待機させるためのレジストローラ４１４が設けられている。なお、搬送経路４０５は、レジストローラ４１４の上流側で搬送経路４０４と合流している。

画像形成部１００は、給紙部４００によって搬送されてきた用紙に対して所定の画像を形成する（印刷する）ものである。画像形成部１００は、同図中に示す矢印方向に回転可能に支持された感光体ドラム１０１、この感光体ドラム１０１の周囲に配設された帯電部
１０２、現像部１０３、クリーニング部１０４、レーザ走査ユニット１０５及び転写部１０６、転写部１０６の下流側に配設された定着部１０７を備えている。

帯電部１０２は、感光体ドラム１０１の表面を所定電位に均一に帯電させるものである。レーザ走査ユニット１０５は、複写機１が備える画像記憶部（図示省略）等から送信されてきた画像データに基づき、レーザービームを感光体ドラム１０１の表面に照射し、感光体ドラム１０１表面に静電潜像を形成するものである。現像部１０３は、静電潜像にトナーを付着させて画像（原稿画像）を顕在化させるものである。転写部１０６は、転写ローラを備えており、搬送されてきた用紙をこの転写ローラによって感光体ドラム１０１に押し付けた状態で、感光体ドラム１０１上に顕在化したトナー像を用紙に転写するものである。

定着部１０７は、用紙に転写されたトナー像を所定の定着温度において定着させるものである。定着部１０７は、ヒートローラ１０７１と、このヒートローラ１０７１に対する加圧を行う加圧ローラ１０７２とを備えており、ヒートローラ１０７１の熱により用紙上のトナーを溶かし、加圧ローラ１０７２により圧力をかけてトナーを用紙上に定着させる。クリーニング部１０４は、用紙への画像の転写が終了した後、感光体ドラム１０１の表面に残留しているトナーを清掃するものである。

本体部１０の上部及び側面部には、用紙排出トレイ１０８、１０９が設けられており、定着部１０７から搬送されてきた用紙は、それぞれ排出ローラ１１０、１１１によって用紙排出トレイ１０８、１０９へ排出される。なお、用紙の搬送方向は、排出分岐ガイド１１２によって、排出ローラ１１０側と排出ローラ１１１側とに切り換え可能に構成されている。

操作表示部５００は、ユーザの操作に応じて所定の指示入力を行うものである。操作表示部５００は、ユーザが印刷実行指示を入力するためのスタートキー５０１と、印刷部数等を入力するためのテンキー５０２と、各種複写動作の設定等を入力するための操作ガイド情報等を表示すると共に、種々の操作ボタン等が表示される液晶表示器（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）等からなる表示器５０３とを備えている。

図２は、上記構成を有する複写機１が備える加熱システム２０の一例を示すブロック構成図である。加熱システム２０は、加熱装置３０、補助電源装置４０、スイッチ群５０及び制御装置６０を備えている。加熱装置３０は、上記定着部１０７において所要の定着温度が得られるよう加熱するための発熱体であり、具体的には上記ヒートローラ１０７１に内蔵されたハロゲンヒータ等の加熱ヒータ群である。加熱装置３０は、第１ヒータ３１、第２ヒータ３２及び第３ヒータ３３を備えている。

第１ヒータ３１は、商用電源３１１つまり例えばコンセントなどの外部電源（ＡＣ電源）からの電力供給により駆動（発熱）する所謂メインヒータである。第２ヒータ３２及び第３ヒータ３３は、定着部１０７の温度を上記所要の定着温度まで立ち上げる時間（定着立ち上げ時間）を短縮するべく、第１ヒータ３１と共に設けられた、すなわち第１ヒータ３１に対して補助的なヒータ加熱を行うための所謂サブヒータ（補助加熱ヒータ）である。これら第２及び第３ヒータ３２、３３は、補助電源装置４０からの電力供給により駆動する。なお、複写機１は、商用電源３１１から供給された電力を複写機１各部へ供給するための主電源装置（図示省略）を備えていてもよい。また、加熱装置３０は、定着部１０７の温度（定着温度）すなわち例えば各ヒータ３１〜３３近傍の温度を検知するためのサーミスタ３４も備えている。サーミスタ３４により検知された当該温度情報は制御装置６０へ送信される。

補助電源装置４０は、加熱装置３０における第２ヒータ３２及び第３ヒータ３３に対して電力供給補助を行うための電源装置である。補助電源装置４０は、充電装置４１、蓄電装置４２、放電装置４３及び保護ユニット４４を備えている。充電装置４１は、商用電源３１１と配線接続されており、商用電源３１１から供給される電力により蓄電装置４２を充電するものである。蓄電装置４２は、充電装置４１から供給された電力を蓄積（蓄電）するもの、例えば電気二重層キャパシタである。電気二重層キャパシタとは、電気二重層という原理を用いて従来のキャパシタよりも数千倍以上の静電容量を実現する蓄電デバイス（大容量キャパシタ）である。

放電装置４３は、蓄電装置４２に蓄電された電気を放電させて出力するものである。放電装置４３は、第２及び第３ヒータ３２、３３と配線接続されており、放電装置４３から出力された電力は、第２及び第３ヒータ３２、３３へ供給される。保護ユニット４４は、蓄電装置４２から放電装置４３への入力電圧値を検知するとともに、電力供給制御を行うものである。この保護ユニット４４の機能や動作の詳細は後で説明する。

スイッチ群５０は、加熱システム２０各所に設けられた、ＯＮ／ＯＦＦ（オン／オフ）の切り替えを行うスイッチである。ここでは、スイッチ群５０は第１スイッチ５１、第２スイッチ５２及び第３スイッチ５３を備えている。第１スイッチ５１は、商用電源３１１と第１ヒータ３１とを接続する配線ライン上に設けられており、商用電源３１１から第１ヒータ３１への電力供給のオン、オフ切り替えを行うスイッチである。第１スイッチ５１がオンされると、商用電源３１１から第１ヒータ３１へ電力が供給されて第１ヒータ３１が発熱する。

第２スイッチ５２及び第３スイッチ５３は、それぞれ放電装置４３と、第２ヒータ３２及び第３ヒータ３３とを接続する配線ライン上に設けられており、放電装置４３（補助電源装置４０）から第２ヒータ３２又は第３ヒータ３３への電力供給のオン、オフ切り替えを行うスイッチである。第２スイッチ５２がオンされると、放電装置４３から第２ヒータ３２へ電力が供給されて第２ヒータ３２が発熱し、第３スイッチ５３がオンされると、放電装置４３から第３ヒータ３３へ電力が供給されて第３ヒータ３３が発熱する。なお、これらスイッチは、オン、オフ切り替えが可能なものであれば、機械的スイッチ或いは電気的スイッチなど任意のスイッチが採用可能である。

制御装置６０は、複写機１の制御プログラムを記憶するＲＯＭ、一時的にデータを保管するＲＡＭ、及び当該制御プログラム等をＲＯＭから読み出して実行するＣＰＵからなり、操作表示部５００等において入力された所定の指示情報や、本装置の各所に設けられた各種センサからの検出信号に応じて装置全体の制御を行うものである。特に、本実施形態においては、サーミスタ３４により検知された温度情報に基づいて、第１〜第３ヒータ３１〜３３それぞれに具備された第１〜第３スイッチ５１〜５３の駆動つまりオン、オフ動作をＣＰＵが制御することによって、加熱装置３０の温度（定着温度）を制御する。

ところで、放電装置４３は、放電に際して、蓄電装置４２からの入力電圧が低下しても発熱体ここでは第２及び第３ヒータ３２、３３に必要な電圧レベルまで昇圧する機能、例えば昇圧回路（或いは当該昇圧機能を有する放電回路；いずれも図示省略）を有している。この昇圧回路の動作原理として、出力に必要な電力を得るためには、電力＝電流×電圧（Ｗ＝Ａ・Ｖ）の関係から、入力電圧が高いときには少ない電流で済むが、入力電圧が低くなるとより多くの電流が必要となる。

具体的に例えば、第２及び第３ヒータ３２、３３を定格が７５Ｖ、１３Ａ及び９００Ｗのハロゲンヒータとし、蓄電装置４２を満充電電圧が４０Ｖである電気二重層キャパシタとした場合、当該４０Ｖの入力電圧を７５Ｖまで昇圧して出力する昇圧回路が必要となる。電気二重層キャパシタは、電力を供給すると電圧が低下する特性を有しており、以下の（１）式が成り立つ。

Ｕ＝（１／２）×Ｃ×Ｖ^２ ・・・（１）
但し、Ｕ：静電エネルギー［Ｊ］、Ｃ：静電容量［Ｆ］、Ｖ：充電電圧［Ｖ］
キャパシタの静電容量を８０Ｆとしたとき、満充電電圧４０Ｖで蓄積されるエネルギーは、Ｕ＝（１／２）×８０×４０＾２＝６４０００Ｊとなる。また、第２ヒータ３２と第３ヒータ３３とを同時に１０秒間点灯させたとき、これらヒータで消費するエネルギーは、Ｕ＝９００×２×１０＝１８０００Ｊとなる。放電装置４３の昇圧回路における電力変換効率を８０％とした場合、キャパシタから取り出すエネルギーは、１８０００÷０．８＝２２５００Ｊとなる。これにより、キャパシタに残されたエネルギーは、６４０００−２２５００＝４１５００Ｊとなるので、放電後のキャパシタの充電電圧Ｖは、Ｖ＝√（２×Ｕ／Ｃ）＝√（２×４１５００／８０）＝３２．２Ｖとなる。

キャパシタの静電容量が−２０％まで劣化して６４Ｆになったとき、満充電電圧で蓄積されるエネルギーは、Ｕ＝１／２×６４×４０＾２＝５１２００Ｊとなる。従って、各ヒータを点灯させた後にキャパシタに残されたエネルギーは、５１２００−２２５００＝２８７００Ｊとなるので、放電後のキャパシタの充電電圧Ｖは、Ｖ＝√（２×Ｕ／Ｃ）＝√（２×２８７００／６４）＝２９．９Ｖとなる。

昇圧回路の入力電流は、キャパシタ劣化前における該昇圧回路への入力電圧が上記３２．２Ｖである時には６９．９Ａ（定格７５Ａ以内）であり、キャパシタ劣化後における入力電圧が上記２９．９Ｖである時には７５．３Ａ（定格７５Ａを超過している）となる。

このように、キャパシタが劣化した場合（ただし、後述の「劣化末期」に対してこの場合は例えば「劣化初期」である）、蓄電装置４２から放電装置４３（昇圧回路）への入力電圧が低下すると（放電後の電圧が低下すると）、入力電流が増大することになり、これが昇圧回路の能力を超えると破損等の事態に至ってしまう。そこで、昇圧回路の入力部に、当該破損等の事態に至らないようこの昇圧回路の動作（出力）を停止させる等の保護を行うための保護手段が必要となってくる。本実施形態では、図２に示すように蓄電装置４２と放電装置４３との間に、当該保護手段としての保護ユニット４４を設置している。

保護ユニット４４は、電圧検知部４４１と電力供給制御部４４２とを備えている。電圧検知部４４１は、蓄電装置４２から放電装置４３への入力電圧値を検知するもの例えば電圧検知回路である。電力供給制御部４４２は、補助電源装置４０から第２及び第３ヒータ３２、３３に対する電力供給の制御を行うものである。具体的には、電力供給制御部４４２は、電圧検知部４４１による電圧検知情報に基づいて、第３スイッチ５３又は放電装置４３の動作を制御することで当該電力供給の制御を行う。すなわち、電力供給制御部４４２は、電圧検知部４４１によって、蓄電装置４２から放電装置４３への入力電圧値が該放電装置４３への入力電流量の許容限度に関する値として定める所定の電圧値（第１の閾値という）に達したことが検知されたときに、放電装置４３から第３ヒータ３３への電力供給のオン、オフ切り替えを行う第３スイッチ５３をオフにすることで、第３ヒータ３３に対する電力供給を強制的に停止して補助電源装置４０から第２ヒータ３２に対してのみ電力供給が行われるようにする。

実際の動作としては、電圧検知部４４１は、蓄電装置４２から放電装置４３への入力電圧値を常にモニタしており、上記所定の電圧値まで低下したことを検知すると、この検知信号（検知結果情報）を電力供給制御部４４２へ出力する。当該検知信号が入力された電力供給制御部４４２は、第３スイッチ５３に対して該第３スイッチ５３をオフにする制御信号（ヒータ強制オフ信号という）を出力する。第３スイッチ５３はこのヒータ強制オフ信号を受けてスイッチをオフに切り替える。なお、第３スイッチ５３は、制御装置６０からの該第３スイッチ５３のオン、オフ動作を制御するオン／オフ制御信号よりもこのヒータ強制オフ信号を常に優先させて動作するようになっている。

これについて具体的な例で説明する。図３は、キャパシタの劣化初期における、蓄電装置４２から放電装置４３への入力電圧値及び入力電流値の経時的な変化を示すグラフ図である。同図における符号６０１で示すグラフが入力電流変化特性（入力電流変化特性６０１）であり、符号６０２で示すグラフが入力電圧変化特性（入力電圧変化特性６０２）である。図４は第２及び第３ヒータ３２、３３の合計電力値（ワット）の経時的な変化を示すグラフ図である。図４の時間軸は図３の時間軸と対応している。

図４における符号６２１で示すように、それぞれ例えば上記定格９００Ｗである第２ヒータ３２及び第３ヒータ３３を同時に駆動して、合計１８００Ｗのヒータ電力による補助的なヒータ加熱を開始したとする。図３の入力電圧変化特性６０２に示すように、初め、入力電圧値が４０Ｖであったものが時間が経過するにつれて徐々に低下していく。一方、この入力電圧値の低下に応じて入力電流値は上昇していく。放電装置４３における昇圧回路の入力電流の定格値すなわち入力電流の上限値（許容限度値）を上記７５Ａとすると、例えば８秒後には、符号６０３のグラフ点に示すように、入力電流値がこの定格値（７５Ａ或いは７５Ａの近傍値）に達してしまう。すなわちキャパシタが定格寿命に達してしまう。そこで、保護ユニット４４は、この８秒後における入力電圧値２９．９Ｖ（第１下限電圧値と表現する。この第１下限電圧値は上記第１の閾値に相当する）を検知した時点で、第３スイッチ５３をオフにすることで、放電装置４３から第３ヒータ３３への電力供給を停止させる。ただし、この第１下限電圧値、ここでは「２９．９Ｖ」の値は、入力電流値が当該上限値（定格値）に達したときの入力電圧値として、予め実験等による測定結果から得た値である。なお、第１下限電圧値はこの２９．９Ｖに限らず、任意の値でよい。

これにより、放電装置４３から電力供給されるヒータは第２ヒータ３２のみとなり、当初１８００Ｗであったヒータ電力が符号６２２で示すように９００Ｗまで低下する。ヒータ電力がこの９００Ｗまで低下すると、この時点で、入力電流値は、図３の符号６０４のグラフ点に示すように上記定格値から半分の値まで下がることになる。

このように、保護ユニット４４で入力電圧値をモニタしておき、入力電圧値が、上記入力電流値が定格値に至る第１下限電圧値に達したことが検知されると、第２及び第３ヒータ３２、３３のうちの一方のヒータ（ここでは第３ヒータ３３）の駆動を強制的にオフにして入力電流値を下げる構成とすることで、昇圧回路の安全動作域内ですなわち昇圧回路を破損などさせることなく、補助的なヒータ加熱を継続することが可能となる。

ただし、この場合、定着部１０７を１０秒間で立ち上げる（定着立ち上げ時間の規定値を例えば１０秒間としている）のに１８０００Ｊ必要なシステムに対し、上記例の場合では、図４に示すように１０秒（８秒＋２秒）間では１８００Ｗ×８＋９００Ｗ×２＝１６２００Ｊとなり電力が不足するため、定着立ち上げ時間に１０秒以上要してしまうものの、キャパシタが劣化した後も暫くの間は補助電源装置４０（放電装置４３）を使用し続けることで上記必要な１８０００Ｊに到達させることが可能となる。このことは、当該規定の１０秒間の途中で補助ヒータ加熱が終了してしまうことなく、少なくとも１０秒までは継続することが可能であるとも言える。

このように、蓄電装置４２（補助電源装置４０）の製品保証内の年数では所定の定着立ち上げ時間（ここでの１０秒）の仕様を満たすとともに、保証年数以上が経過してキャパシタの劣化が進行したことでこの定着立ち上げ時間を満たさなくなったとしても、該条件で使用してもよいというユーザの判断、選択に応じて（該条件で使用したくないときは新品なものに交換することになる）蓄電装置４２を使用し続けることが可能となる。

ところで、上記構成によって、キャパシタ劣化後も第２ヒータ３２のみの９００Ｗ出力で補助電源装置４０は継続使用されるが、キャパシタの劣化が更に進行した例えば劣化末期の状態の場合、この９００Ｗ出力での使用において入力電流が再び増大してしまう。この入力電流の増大により、昇圧回路は再度、破損等の事態に至る可能性のある状態となる。このことから、保護ユニット４４は、上述と同様に、電圧検知部４４１によって、第１の閾値（第１下限電圧値）が検知された後、蓄電装置４２から放電装置４３への入力電圧値が、第１下限電圧値の場合と同様に放電装置４３への入力電流量の許容限度に関する値として定める所定の電圧値（第２の閾値という）に達したことが検知されたときに、電力供給制御部４４２によって、放電装置４３に該放電装置４３の昇圧及び放電動作を停止させることで、補助電源装置４０から第２ヒータ３２に対しての電力供給を強制的に停止させるようにする。

実際の動作としては、電圧検知部４４１は、第１下限電圧値を検知した後も引き続き蓄電装置４２から放電装置４３への入力電圧値を常にモニタしており、この入力電圧値が第１下限電圧値よりも更に低い電圧値（第２の下限電圧値と表現する。第２の下限電圧値は上記第２の閾値に相当する）まで低下したことを検知すると、この検知信号（検知結果情報）を電力供給制御部４４２へ出力する。当該検知信号が入力された電力供給制御部４４２は、放電装置４３に対して該放電装置４３（放電回路）の駆動つまり放電動作を停止にする制御信号（放電強制オフ信号という）を出力する。放電装置４３はこの放電強制オフ信号を受けて放電動作を停止（オフ）する。なお、放電装置４３は、制御装置６０による放電動作制御用の制御信号よりもこの放電強制オフ信号を常に優先させて動作するようになっている。

これについて具体的な例で説明する。図５は、キャパシタの劣化末期における、蓄電装置４２から放電装置４３への入力電圧値及び入力電流値の経時的な変化を示すグラフ図である。同図における符号６３１で示すグラフが入力電流変化特性（入力電流変化特性６３１）であり、符号６３２で示すグラフが入力電圧変化特性（入力電圧変化特性６３２）である。図６は第２及び第３ヒータ３２、３３の合計電力値（ワット）の経時的な変化を示すグラフ図である。図６の時間軸は図５の時間軸と対応している。

図６における符号６４１で示すように、それぞれ例えば上記定格９００Ｗである第２ヒータ３２及び第３ヒータ３３を同時に駆動して、合計１８００Ｗのヒータ電力による補助的なヒータ加熱を開始したとする。図５の入力電圧変化特性６３２に示すように、初め、入力電圧値が４０Ｖであったものが時間が経過するにつれて徐々に低下していく。一方、この入力電圧値の低下に応じて入力電流値は上昇していく。放電装置４３における昇圧回路の入力電流の定格値を７５Ａとすると、例えば３秒後には、符号６３３のグラフ点に示すように、入力電流値がこの定格値或いは定格近傍値（ここでは７５Ａ未満の近傍値）に達してしまう。すなわちキャパシタが定格寿命に達してしまう。なお、図３の場合よりもキャパシタの劣化が進行した場合であるため、定格値に達するまでの時間が上記８秒より短い３秒となっている。

そこで、保護ユニット４４は、この３秒後における入力電圧値２９．９Ｖ（第１の閾値；第１下限電圧値）を検知した時点で、第３スイッチ５３をオフにすることで、放電装置４３から第３ヒータ３３への電力供給を停止させる。これにより、放電装置４３から電力供給されるヒータは第２ヒータ３２のみとなり、当初１８００Ｗであったヒータ電力が符号６４２で示すように９００Ｗまで低下する。ヒータ電力がこの９００Ｗまで低下すると、この時点で、入力電流値は、図５の符号６３４のグラフ点に示すように上記定格値から半分の値まで下がることになる。

その後、時間が経過するにつれて更に入力電圧値が低下する。一方で、この入力電圧値の低下に応じて再び入力電流値は上昇していく。そして、入力電圧値が例えば９秒後に１６．０Ｖ（第２の閾値；第２下限電圧値）まで低下した時点で入力電流値が再度、符号６３５のグラフ点に示すように上限値に到達するので、この時点で保護ユニット４４は放電装置４３に放電強制オフ信号を出力して昇圧動作及び放電動作を停止させて、放電装置４３から第２ヒータ３２への電力供給も停止させる。これにより、ヒータ電力は９００Ｗから符号６４３で示す０．０（ゼロ）Ｗになる。ただし、ここでの第１下限電圧値「２９．９Ｖ」及び第２下限電圧値「１６．０Ｖ」の値は、入力電流値が１回目、２回目と当該上限値（定格値）に達したときの入力電圧値として、予め実験等による測定結果から得た値である。なお、第２下限電圧値もこの１６．０Ｖに限らず、任意の値でよい。

このように、保護ユニット４４の電圧検知部４４１によって入力電圧値をモニタしておき、入力電圧値が第１下限電圧値に達したことが検知されると、保護ユニット４４の電力供給制御部４４２によって、第２及び第３ヒータ３２、３３のうちの一方のヒータ（第３ヒータ３３）の駆動を強制的にオフにし、その後、引き続き電圧検知部４４１によって入力電圧値をモニタしておき、入力電圧値が第２下限電圧値に達したことが検知されると、電力供給制御部４４２によって、残りのヒータ（第２ヒータ３２）の駆動を強制的にオフする構成とすることで、キャパシタが劣化末期にある場合に、入力電流値が上限値に達したときには一方のみのヒータに切り替えて補助的なヒータ加熱を継続するとともに、この一方のみのヒータ加熱でも入力電流値が上限値に達したときにはこの残りのヒータもオフにして昇圧回路の破損等を防止するというように、昇圧回路の安全動作域内で可能な限り補助的なヒータ加熱時間を長くすることができるようになる。

図７は、本発明の一実施形態に係る加熱システムにおける補助加熱ヒータの切り替え動作の一例に関するフローチャートである。定着部１０７の定着立ち上げを行うべく、商用電源３１１からの電力供給により第１ヒータ３１が駆動される（ステップＳ１）とともに、補助電源装置４０からの電力供給により第２ヒータ３２及び第３ヒータ３３が駆動される（ステップＳ２）。電圧検知部４４１（保護ユニット４４）によって、蓄電装置４２から放電装置４３への入力電圧値が常時モニタされ（ステップＳ３のＮＯ）、入力電圧値が第１下限電圧値（第１の閾値）に達したことが検知されると（ステップＳ３のＹＥＳ）、電力供給制御部４４２（保護ユニット４４）は、第３スイッチ５３に対してヒータ強制オフ信号を出力して第３スイッチ５３をオフにすることで、第３ヒータ３３に対する電力供給を強制的に停止させる。これにより第２ヒータ３２のみが補助加熱ヒータとして駆動される（ステップＳ４）。第１下限電圧値が検知された後も電圧検知部４４１によって引き続き蓄電装置４２から放電装置４３への入力電圧値がモニタされ（ステップＳ５のＮＯ）、この入力電圧値が第２の下限電圧値に達したことが検知されると、電力供給制御部４４２は、放電装置４３に対して放電強制オフ信号を出力して放電装置４３の昇圧及び放電動作を停止させることで、第２ヒータ３２に対する電力供給を強制的に停止させる。これにより両方の補助加熱ヒータ（第２及び第３ヒータ３２、３３）の駆動が停止され、第１ヒータ３１のみが駆動する状態となる（ステップＳ６）。

以上のように、本実施形態に係る加熱システム２０によれば、補助電源（蓄電装置４２）から放電装置４３への入力電圧値を検知する電圧検知部４４１によって、入力電圧値が放電装置４３への入力電流量の許容限度に関する値として定める第１の閾値に達したことが検知されたときに、電力供給制御部４４２によって、放電装置４３から第３ヒータ３３への電力供給のオン、オフ切り替えを行う第３スイッチ５３がオフにされるので、第３スイッチ５３に対する電力供給が強制的に停止されて補助電源から第２ヒータ３２に対してのみ電力供給が行われるようになり、放電装置４３に対する入力電流量が許容限度に達したすなわちキャパシタが定格寿命に達した途端に、電力供給補助が不可能となってしまうことなく、キャパシタが定格寿命に達した後でも、第２及び第３ヒータ３２、３３のうちの一方のヒータ（第２ヒータ３２）のみに対する電力供給に切り替えて謂わば電力供給の負荷（出力レベル）を半減させることで、放電装置４３の安全動作域内で電力供給補助を継続することができ、ひいては、第１ヒータ３１と共に、第２及び第３ヒータ３２、３３を用いることによる温度立ち上げ時間（定着立ち上げ時間）の短縮効果を維持するといったことが可能となる。

また、電圧検知部４４１が、第１の閾値を検知した後、入力電圧値が放電装置４３への入力電流量の許容限度に関する第２の閾値に達したことを検知したときに、電力供給制御部４４２によって、放電装置４３の昇圧及び放電動作が停止されるので、補助電源から第２ヒータ３２に対しての電力供給が強制的に停止されることになり、第１の閾値が検知されて第２ヒータ３２のみの駆動に切り替えられた状態で補助電源が引き続き使用されているうちに、再び放電装置に対する入力電流量が許容限度に達したときに、第２ヒータ３２の駆動も停止させて放電装置４３が破損等の事態に至らないように保護することができる。すなわち、放電装置４３の安全動作域内で可能な限り長い時間の間、補助電源によるヒータの駆動を継続することが可能となる。また、放電装置４３に流れ込む入力電流に対して必ずリミットがかかることから、放電装置４３は定格以上の設計をする必要がなく安価なものにすることができる。

なお、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各種構成の追加、変更を伴うことが可能であり、例えば以下の変形態様をとることができる。すなわち、上記蓄電装置４２から放電装置４３への入力電圧値を検知（測定）する方法として、この入力電圧値そのものを検知するのではなく、この入力電圧値に対応する入力電流値を検知するようにしてもよい。この場合、図３においては、第１の閾値として入力電圧値の代わりに符号６０３のグラフ点における入力電流値を、図５においては、第１の閾値として同じく符号６３３のグラフ点における入力電流値を、また、第２の閾値として符号６３５のグラフ点における入力電流値を検知することになる。

本発明の一実施形態に係る加熱システムが適用される画像形成装置の一例である複写機の構成を概略的に示す断面図である。 上記加熱システムの一例を示すブロック構成図である。 キャパシタの劣化初期における、蓄電装置から放電装置への入力電圧値及び入力電流値の経時的な変化を示すグラフ図である。 図３に対応する、キャパシタの劣化初期における第２及び第３発熱体の合計電力値の経時的な変化を示すグラフ図である。 キャパシタの劣化末期における、蓄電装置から放電装置への入力電圧値及び入力電流値の経時的な変化を示すグラフ図である。 図５に対応する、キャパシタの劣化末期における第２及び第３発熱体の合計電力値の経時的な変化を示すグラフ図である。 上記加熱システムにおける補助加熱ヒータの切り替え動作の一例に関するフローチャートである。

符号の説明

１ 複写機（画像形成装置）
１０７ 定着部（定着装置）
２０ 加熱システム
３０ 加熱装置
３１ 第１ヒータ（第１の発熱体）
３１１ 商用電源
３２ 第２ヒータ（第２の発熱体）
３３ 第３ヒータ（第３の発熱体）
３４ サーミスタ
４０ 補助電源装置
４１ 充電装置
４２ 蓄電装置（補助電源）
４３ 放電装置
４４ 保護ユニット
４４１ 電圧検知部（検知手段）
４４２ 電力供給制御部（電力供給制御手段）
５０ スイッチ群
５１ 第１スイッチ
５２ 第２スイッチ
５３ 第３スイッチ
６０ 制御装置

Claims (4)

1. 商用電源により電力供給される第１ヒータと、補助電源により電力供給される第２ヒータ及び第３ヒータとを備える加熱装置と、
   キャパシタからなる前記補助電源と、
   前記補助電源に蓄電された電気を放電させて得られた電力により、前記補助電源からの入力電圧を、前記第２及び第３ヒータが必要とする所定の電圧まで昇圧して前記第２及び第３ヒータに対して供給する昇圧回路と、
   前記補助電源から前記昇圧回路への入力電圧値を検知する検知手段と、
   前記検知手段によって、前記入力電圧値が、前記昇圧回路への入力電流量が許容限度に達したときの入力電圧値として予め定める第１の閾値に達したことが検知されたときに、前記昇圧回路から前記第３ヒータへの電力供給のオン、オフ切り替えを行うスイッチをオフにする電力供給制御手段と
   を備えることを特徴とする加熱システム。
2. 前記検知手段が、前記第１の閾値を検知した後、前記入力電圧値が前記昇圧回路への入力電流量が許容限度に達したときの入力電圧値として予め定める第２の閾値に達したことを検知したときに、
   前記電力供給制御手段は、前記昇圧回路に前記昇圧及び放電動作を停止させることを特徴とする請求項１記載の加熱システム。
3. 前記加熱装置は、定着装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱システム。
4. 前記請求項３に記載の加熱システムを備えたものであることを特徴とする画像形成装置。

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