JP4531487B2

JP4531487B2 - 定着装置および画像形成装置

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Inventors: 直基佐藤
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Description

本発明は、トナー画像が形成された用紙などの媒体で当該トナー画像を定着する定着装置、並びに当該定着装置を備えている電子写真方式の画像形成装置に関する。

特許文献１〜３には、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置の発熱部材（定着ヒータ）について、商用電源からの電力供給に加えて、電気二重層コンデンサなどを使用した充電可能な補助電源を用いることによって、急速な立ち上がりを可能にすることで省電力効果を高めようとした技術が開示されている。

特開２０００−３１５５６７公報特開２００２−３５７９６６公報特開２００３−１４０４８４公報

前述の特許文献１〜３に開示の技術において、補助電源として大容量キャパシタを使用した場合には、定着装置への商用電源からの電力供給が不足する場合に、瞬間的に定着装置に大電流を供給できるので電力不足による定着性の劣化を防ぐことが可能となる。但し、かかる技術においては、キャパシタから放電して発熱部材に電力を供給した後においては、あるタイミングでキャパシタに充電しなければならない。そして、この充電中は商用電源から大きな電力の供給を受けなければならないので、同時に複写機でコピーを実行することはできず、複写機にダウンタイムが発生し、ユーザの操作性が低下してしまう。

また、特許文献２，３に開示の技術では、商用電源で直接加熱する主ヒータと、補助電源で加熱する補助ヒータとのうち、補助ヒータをＯＮにするのは主ヒータもＯＮするウォームアップ時、すなわち、複写機の主電源を投入した際等だけであるが、補助電源による加熱はウォームアップ完了後においても、定着装置の発熱部材に供給する電力が不足する際にも実行したい。

本発明の目的は、発熱部材を大電力で加熱する必要があるときはキャパシタを用いた補助的な電源も使用するが、補助的な電源は真に必要な場合のみ使用するように、その使用を限定してキャパシタへの充電回数を低減できるようにするとともに、キャパシタ充電中の画像形成動作の低減させることである。

本発明は、トナー画像が形成された媒体を加圧及び加熱して前記トナー画像の定着を行なう定着部材と、キャパシタと、商用電源から電力の供給を受けて前記キャパシタを充電する充電器と、前記キャパシタの充電電力の供給を受けて発熱し前記定着部材を加熱する１又は複数の第１の発熱部材と、前記商用電源から電力の供給を受けて発熱し前記定着部材を加熱する１又は複数の第２の発熱部材と、前記定着部材の温度を検出する温度センサと、前記第２の発熱部材の点灯デューティを制御することで前記商用電源からの前記電力の供給を制御して前記第２の発熱部材の発熱量を制御する手段であって、前記第２の発熱部材の点灯デューティが予め定めた上限値であるという条件と、前記温度センサによる検出温度が下降し続けており前記定着部材をさらに加熱する必要があるという条件と、を共に満たす場合に前記第１の発熱部材に前記キャパシタの電力を供給して発熱させる手段と、を備えている定着装置である。

別の面から見た本発明は、電子写真方式で媒体上に画像形成を行い、定着装置として、トナー画像が形成された媒体を加圧及び加熱して前記トナー画像の定着を行なう定着部材と、キャパシタと、商用電源から電力の供給を受けて前記キャパシタを充電する充電器と、前記キャパシタの充電電力の供給を受けて発熱し前記定着部材を加熱する１又は複数の第１の発熱部材と、前記商用電源から電力の供給を受けて発熱し前記定着部材を加熱する１又は複数の第２の発熱部材と、前記定着部材の温度を検出する温度センサと、前記第２の発熱部材の点灯デューティを制御することで前記商用電源からの前記電力の供給を制御して前記第２の発熱部材の発熱量を制御する手段であって、前記第２の発熱部材の点灯デューティが予め定めた上限値であるという条件と、前記温度センサによる検出温度が下降し続けており前記定着部材をさらに加熱する必要があるという条件と、を共に満たす場合に前記第１の発熱部材に前記キャパシタの電力を供給して発熱させる手段と、を備えている定着装置を有する、を備えている定着装置を有する、画像形成装置である。

本発明の定着装置、画像形成装置によれば、第２の発熱部材の他に第１の発熱部材も同時に発熱させるのは、装置のウォームアップの際の他、ウォームアップ完了後においても、第２の発熱部材の点灯デューティが、予め定めた上限値であるにもかかわらず、定着部材の温度が下降し続け、あるいは、定着不良になる恐れがある定着ローラへの電力の供給状態や、定着温度の変化率に上昇が見られないなどの所定の状態にあるときには、キャパシタの充電電力が真に必要な場合であると判断できる。そこで、この場合だけ、第１の発熱部材にキャパシタの電力を供給して発熱させることで、キャパシタの電力は真に必要な場合のみ使用してその使用を限定するので、キャパシタへの充電回数を低減できるようにすることができる。よって、複写機にダウンタイムが発生することを防止し、ユーザの操作性が向上させることができる。

本発明を実施するための最良の一形態について説明する。

図１は、本実施の形態のデジタル複写機１の縦断面図である。このデジタル複写機１は、本発明の画像形成装置を実施するもので、いわゆる複合機である。すなわち、このデジタル複写機１は、複写機能と、これ以外の機能、例えば、プリンタ機能、ファクシミリ機能とを備えていて、図示しない操作部のアプリケーション切り替えキーの操作により、複写機能、プリンタ機能、ファクシミリ機能を順次に切り替えて選択することが可能である。これにより、複写機能の選択時には複写モードとなり、プリンタ機能の選択時にはプリントモードとなり、ファクシミリモードの選択時にはファクシミリモードとなる。

次に、このデジタル複写機１の概略構成及び複写モードの際の動作について説明する。図１において、自動原稿送り装置（以下ＡＤＦという）１０１において、原稿台１０２に画像面を上にして置かれた原稿は、図示しない操作部上のスタートキーが押下されると、給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラスからなる原稿台１０２上の所定の位置に給送される。ＡＤＦ１０１は、一枚の原稿の給送完了毎に原稿枚数をカウントアップするカウント機能を有する。コンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。

原稿セット検知器１０９で原稿台１０２上に次の原稿が存在することが検知された場合には、同様に原稿台１０２上の一番下の原稿が給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラス１０５上の所定の位置に給送される。このコンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。ここに、給送ローラ３、給送ベルト４及び排送ローラ７は搬送モータによって駆動される。

第１給紙装置１１０、第２給紙装置１１１及び第３給紙装置１１２は、それぞれ選択されたときに、その積載された転写紙を給紙し、この転写紙は縦搬送ユニット１１６によって感光体１１７に当接する位置まで搬送される。感光体１１７は、例えば感光体ドラムが用いられていて、図示しないメインモータにより回転駆動される。

画像読取装置１０６で原稿から読み取られた画像データは、図示しない画像処理装置で所定の画像処理が施された後、書き込みユニット１１８によって光情報に変換され、感光体ドラム１１７には図示しない帯電器により一様に帯電された後に書き込みユニット１１８からの光情報で露光されて静電潜像が形成される。この感光体ドラム１１７上の静電潜像は、現像装置１１９により現像されてトナー像となる。書き込みユニット１１８、感光体ドラム１１７、現像装置１１９や、その他の図示しない感光体ドラム１１７回りの周知の装置などにより、電子写真方式で用紙などの媒体に画像形成を行うプリンタエンジンを構成している。

搬送ベルト１２０は、用紙搬送の手段及び転写の手段を兼ねていて電源から転写バイアスが印加され、縦搬送ユニット１１６からの転写紙を感光体ドラム１１７と等速で搬送しながら感光体ドラム１１７上のトナー像を転写紙に転写する。この転写紙は、定着装置１２１によりトナー像が定着され、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。感光体ドラム１１７は、トナー像転写後に図示しないクリーニング装置により残存トナーのクリーニングがなされる。

以上の動作は、通常のモードで用紙の片面に画像を複写するときの動作であるが、両面モードで転写紙の両面に画像を複写する場合には、各給紙トレイ１１３〜１１５のいずれかより給紙されて表面に上述のように画像が形成された転写紙は、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３側ではなく、両面入紙搬送路１２４側に切り替えられ、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転され、両面搬送ユニット１２６へ搬送される。

この両面搬送ユニット１２６へ搬送された転写紙は、両面搬送ユニット１２６により縦搬送ユニット１１６へ搬送され、縦搬送ユニット１１６により感光体ドラム１１７に当接する位置まで搬送され、感光体ドラム１１７上に上述と同様に形成されたトナー像が裏面に転写されて、定着装置１２１でトナー像が定着されることにより両面コピーとなる。この両面コピーは排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。

また、転写紙を反転して排出する場合には、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転された転写紙は、両面搬送ユニット１２６に搬送されずに反転排紙搬送路１２７を経て排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。

プリントモードでは、前述の画像処理装置からの画像データの代りに、外部からの画像データが書き込みユニット１１８に入力されて、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。

さらに、ファクシミリモードでは、画像読取装置１０６からの画像データが図示しないファクシミリ送受信部により相手に送信され、相手からの画像データがファクシミリ送受信部で受信されて前述の画像処理装置からの画像データの代りに書き込みユニット１１８に入力されることにより、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。

また、このデジタル複写機１には、図示しない大量用紙供給装置（以下、ＬＣＴという）と、及びソート、穴あけ、ステイプルなどを行うフィニッシャーと、原稿読み取りのためのモード、複写倍率の設定、給紙段の設定、フィニッシャー１２で後処理の設定、オペレータに対する表示などを行う操作部とを備えている。

次に、定着装置１２１の構成について図２を参照して説明する。図２（ａ）（ｂ）に示すように、定着装置１２１は、本発明の加熱装置、定着装置を実施するもので、被加熱物である定着ローラ３０１に、シリコンゴム等の弾性部材からなる加圧ローラ３０２が、図示しない加圧手段により一定の加圧力で押し当てられている。定着部材と加圧部材は、一般的にローラ状である場合が多いが、例えば、いずれか一方又は両方を無端ベルト状に構成するようにしてもよい。この定着装置１２１には、ＤＣヒータＨＴ１、ＡＣヒータＨＴ２が任意の位置に設けられる。例えば、このＤＣヒータＨＴ１、ＡＣヒータＨＴ２は、定着ローラ３０１の内部に配置されていて、被加熱物である定着ローラ３０１を内側から加熱する。

定着ローラ３０１及び加圧ローラ３０２は、図示しない駆動機構により回転駆動される。温度センサ（サーミスタなど）ＴＨ１１は、定着ローラ３０１の表面に当接され、定着ローラ３０１の表面温度（定着温度）を検出する。トナー３０６を担持した転写紙等の媒体であるシート３０７は、定着ローラ３０１と加圧ローラ３０２とのニップ部を通過する際に、定着ローラ３０１と加圧ローラ３０２による加熱及び加圧でトナー画像３０６が定着される。

第２の発熱部材であるＡＣヒータＨＴ２は、定着ローラ３０１の基準となる目標温度Ｔｔ（図８参照）に達していないときにＯＮにされて、定着ローラ３０１を加熱する主たるヒータ（主ヒータ）である。

第１の発熱部材であるＤＣヒータＨＴ１は、キャパシタから電力が供給されるＤＣヒータで、本複写機１の主電源投入の時や、省エネのためのオフモード時からコピー可能となるまでの立ち上げ時等、すなわち、画像形成中に定着ローラ３０１の温度が低下し、さらにＡＣヒータＨＴ２の電力供給のみでは定着ローラ３０１の目標温度に達しないときに点灯させてＡＣヒータＨＴ２をアシストして加熱する補助的なヒータ（補助ヒータ）である。

なお、ＤＣヒータＨＴ１、ＡＣヒータＨＴ２は、図２（ａ）のように各１本とし、あるいは図２（ｂ）のようにＤＣヒータＨＴ１を１本、ＡＣヒータＨＴ２を２本とするなど、さまざまに構成することができる。

図３は、定着装置１２１を主とした本複写機１の電源制御系の構成を示す図である。図３に示す電源制御系は、ＡＣ電源（商用交流電源）ＰＳの供給のＯＮ／ＯＦＦを行う主電源ＳＷ２０１と、電源回路２００の各部その他を制御する制御部２０２と、ＤＣヒータＨＴ１の補助電源であるキャパシタＣＰ１と、このキャパシタＣＰ１を充電するための充電器となるキャパシタ充電器２０３と、本複写機１のＤＣ電源を生成するＤＣ電源生成回路２０４と、ＡＣヒータＨＴ２にＡＣ電力を供給するＡＣヒータ駆動回路２０５と、ＡＣ電源から入力される入力電流を検出する入力電流検出回路２０６と、インターロックスイッチ２０７と、キャパシタＣＰ１の放電を行って、ＤＣヒータＨＴ１にＤＣ電力を供給するキャパシタ充放電回路２０８と、を備えている。

ＡＣ電源ＰＳは、主電源ＳＷ２０１および入力電流検出回路２０６を介して、ＡＣヒータ駆動回路２０５と、ＤＣ電源生成回路２０５と、およびキャパシタ充電器２０３にＡＣ電力を供給する。

制御部２０２は、主に電源回路２００の各部を制御するものであり、キャパシタ充電器２０３、ＡＣヒータ駆動回路２０５、およびキャパシタ充放電回路２０８の動作を制御する。具体的には、制御部２０２は、キャパシタ充電器２０３に制御信号Ｓ１を送出して、キャパシタ充電器２０３によるキャパシタＣＰ１の充電動作を制御する。また、制御部２０２は、キャパシタ充放電回路２０８に、制御信号Ｓ３，Ｓ４を送出して、キャパシタ充放電回路２０８によるＤＣヒータＨＴ１のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する。また、制御部２０２は、制御信号Ｓ８，Ｓ９をＡＣヒータ駆動回路２０８に送出して、ＡＣヒータ駆動回路２０５によるＡＣヒータＨＴ２のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する。さらに、制御部２０２は、スリットセンサ１１１から入力される検出信号に基づきＡＤＦ１０１にセットされた原稿枚数を推定し、推定した原稿枚数と、操作部１５０で設定された部数と、および各動作モード（高速モード、低速モード）における１枚当たりのプリントに必要な時間とに基づいて、動作モード毎のコピージョブの所要時間を予測する。

入力電流検出回路２０６は、主電源ＳＷ２０１と、ＡＣヒータ駆動回路２０５、ＤＣ電源生成回路２０４、およびキャパシタ充電器２０２間に設けられており、主電源ＳＷ２０１を介して入力されるＡＣ電源の入力電流を検出して、検出電流Ｓ７を制御部２０２に出力する。この入力電流は、ＡＣヒータ駆動回路２０５、ＤＣ電源生成回路２０４、キャパシタ充電器２０２、および画像形成装置の動作状態に応じて変動する。

ＤＣ電源生成回路２０４は、主電源ＳＷ２０１を介して入力されるＡＣ電源に基づいて、画像形成装置内部で主に制御系で使用される電源Ｖｃｃと、主に駆動系、中高圧電源に使用される電源Ｖａａを生成して、各部に出力する。

インターロックスイッチ２０７は、図示しない本複写機１のカバー類と連動してＯＮ／ＯＦＦするスイッチであり、複写機１のカバー類が開放されることにより触れることができる駆動部材、中高圧電源印加部材を有する場合には、カバー開時に該駆動部材の動作を停止または該印加部材への電圧印加を停止するよう電源を遮断する構成となっている。インターロックスイッチ２０７には、ＤＣ電源生成回路２０４で生成された電源Ｖａａの一部が入力され、このインターロックスイッチ２０７を介して、キャパシタ充放電回路２０８およびＡＣヒータ駆動回路２０５に入力される。

ＡＣヒータ駆動回路２０５は、制御部２０２から入力される制御信号Ｓ８，Ｓ９に応じて、ＡＣヒータＨＴ２のＯＮ／ＯＦＦを行う。

キャパシタ充電器２０３は、キャパシタＣＰ１と接続されており、制御部２０２から入力される制御信号Ｓ１に基づいて、キャパシタＣＰ１の充電を行う。

キャパシタＣＰ１は、電気二重層コンデンサ等の大容量のキャパシタで構成されている。キャパシタＣＰ１は、キャパシタ充電器２０３およびキャパシタ放電回路２０８に接続されており、キャパシタ充電器２０３で充電が行われ、その充電された電力は、キャパシタ充放電回路２０８のＯＮ／ＯＦＦ制御によりＤＣヒータＨＴ１に供給される。

キャパシタ充放電回路２０８は、制御部２０２から入力される制御信号Ｓ３，Ｓ４に応じて、キャパシタＣＰ１に蓄積された電力を放電させて、ＤＣヒータＨＴ１をＯＮ／ＯＦＦさせる。

上記サーミスタＴＨ１１は、定着ローラ１５１の近傍に設けられており、定着ローラ１５１の表面温度に応じた検出信号Ｓ６を制御部２０２に出力する。サーミスタＴＨ１１は、その抵抗値が温度により変化するため、制御部２０２は、その抵抗値の温度変化を利用して、検出信号Ｓ６から定着ローラ１５１の表面温度を検出する。

図４は、図３のＡＣヒータ駆動回路２０５の構成を示す図である。ＡＣヒータ駆動回路２０５は、入力されるＡＣ電源のノイズを除去するフィルタＦＩＬ２１と、制御部２０２から入力される制御信号Ｓ９に応じて、ＯＮ／ＯＦＦされる安全保護用の定着リレーＲＬ２１と、安全保護用の定着リレーＲＬ２１の逆起防止用のダイオードＤ２１と、制御部２０２から入力される制御信号Ｓ８に基づいて、ＡＣヒータＨＴ２をＯＮ／ＯＦＦさせるヒータＯＮ／ＯＦＦ回路２２０と、から構成されている。

ＡＣ電源ＰＳは、フィルタＦＩＬ２１および安全保護用の定着リレーＲＬ２１を介して、ＡＣヒータＨＴ２の一端側に接続されている。ＡＣヒータＨＴ２の他端側は、ヒータＯＮ／ＯＦＦ回路２２０に接続されている。

ヒータＯＮ／ＯＦＦ回路２２０は、ＡＣ電源をＯＮ／ＯＦＦするためのトライアックＴＲＩ２１と、トライアックＴＲＩ２１のゲートをＯＮし、また、二次側である制御部２０２からの信号を絶縁するためのフォトカプラＰＣ２１と、フォトカプラＰＣ２１の発光側ＬＥＤを駆動するためのトランジスタＴＲ２１と、コンデンサＣ２１および抵抗Ｒ２１からなるノイズ吸収用スナバ回路と、ノイズ吸収用のインダクタＬ２１と、続流防止抵抗である抵抗Ｒ２２と、フォトカプラＰＣ２１の電流制限抵抗である抵抗Ｒ２３、Ｒ２４と、で構成されている。

上記構成のＡＣヒータ駆動回路２０５においては、ＡＣヒータＨＴ２は、安全保護用の定着リレーＲＬ２１とトランジスタＴＲ２１のゲートの両方がＯＮされた状態で電力が供給されて点灯する。

制御部２０２は、安全保護用の定着リレーＲＬ２１に供給する制御信号Ｓ９をＯＮした状態で、ヒータＯＮ／ＯＦＦ回路２２０のトランジスタＴＲ２１のゲートに供給する制御信号Ｓ８をＯＮ／ＯＦＦして、ＡＣヒータＨＴ２の点灯／消灯を制御する。

図５は、図３のキャパシタ充電器２０３の構成を示す図である。キャパシタ充電器２０３は、入力されるＡＣ電圧のノイズを除去するＮＦ（ノイズフィルタ）２１１と、突入電流を防止するための突入防止回路２１２と、突入防止回路２１２を介して入力されるＡＣ電源ＰＳを整流するダイオードブリッジＤＢと、整流されたＡＣ電圧を平滑化するコンデンサＣ１００と、ＦＥＴ２１４のスイッチングを制御してキャパシタＣＰ１（図３参照）の充電動作を制御するＦＥＴ制御部２１３と、トランスＴ１００をＯＮ／ＯＦＦさせるＦＥＴ２１４、入力電圧を昇圧するトランスＴ１００と、トランスＴ１００の２次側の出力を整流・平滑化してＤＣ出力に変換する整流平滑回路２１５と、電流値を検出する定電流検出部１２６、電圧値を検出する定電圧検出部２１７と、キャパシタＣＰ１に過電圧を印加しないために過電圧を検出する過電圧検出部２１８と、キャパシタＣＰ１からの逆流を防止するためのダイオードＤ１００と、絶縁素子２１９とを備えている。

ＡＣ電源ＰＳから入力されるＡＣ電圧は、ノイズフィルタ２１１でノイズ除去された後、突入電流防止回路を介してダイオードブリッジＤＢで整流され、コンデンサ１００で平滑化されて得られるＤＣ電圧は、トランスＴ１００の一次側に入力される。ＦＥＴ制御部２１３は、制御部２０２（図３参照）から入力される制御信号Ｓ１がＯＮとなった場合に、キャパシタＣＰ１を充電するために、ＦＥＴ２１４のスイッチング制御を開始する。ＦＥＴ制御部２０３は、電流検出部２１６、電圧検出部２１７、および過電圧検出部２１８から入力される各検出信号に基づいて、ＦＥＴ２１４をスイッチング制御して、キャパシタＣＰ１の充電のための定電流制御、定電圧制御または定電力制御を行う。一般に、キャパシタＣＰ１は定電流で充電することが望ましいが、定電力制御で充電することにより充電時間を短縮することが可能となる。

トランスＴ１００は、ＦＥＴ２１４でＯＮ／ＯＦＦされ、その１次側入力を昇圧して２次側から出力する。トランスＴ１００の２次側出力は整流平滑回路２１５で整流・平滑されて、ダイオードＤ１００を介して、キャパシタＣＰ１に出力される。整流・平滑後のトランスＴ１００の２次側出力は、電流検出部２１６、電圧検出部２１７、および過電圧検出部２１８でそれぞれ電流値、電圧値、および過電圧が検出されてその各検出信号がＦＥＴ制御部２１３に入力される。

図６は、図３のキャパシタ充放電回路２０８の構成を示す図である。キャパシタ充放電回路２０８は、図６に示すように、充放電用スイッチ２３１と、安全保護用の定着リレーＲＬ１１と、定着リレーＲＬ１１の逆起防止用のダイオードＤ１１と、キャパシタＣＰ１の両端電圧を検出する両端電圧検出回路２３２と、を備えている。

キャパシタＣＰ１の両端には、充放電用スイッチ２３１と安全保護用の定着リレーＲＬ１１が接続されている。充放電用スイッチ２３１は、制御部２０２から入力される制御信号Ｓ３によりＯＮ／ＯＦＦされる。同様に、安全保護用の定着リレーＲＬ１１は、制御部２０２から入力される制御信号Ｓ４によりＯＮ／ＯＦＦされる。

充放電用スイッチ２３１と安全保護用の定着リレーＲＬ１１の両者がＯＮされると、ＤＣヒータＨＴ１には、キャパシタＣＰ１に蓄積された電荷が放電して、電力が供給される。

両端電圧検出回路２３２は、キャパシタＣＰ１の両端電圧を検出して、その電圧信号Ｓ５を制御部２０２に出力する。制御部２０２は、この電圧信号Ｓ５を常時監視して、キャパシタＣＰ１の充電状態を監視する。

図７は、図３の制御部２０２の概略構成を示す図である。制御部２０２は、図７に示すように、ＣＰＵ２４１、メモリ２４２等から構成されている。

ＣＰＵ２４１は、本複写機１を制御するためのプログラムやデータを格納するためのメモリ２４２と接続されており、メモリ２４２に格納されたプログラムに基づいて、プリンタエンジンや電源回路２００の制御を行う。

ＣＰＵ２４１には、キャパシタ充放電回路２０８の両端電圧検出回路２３２で検出されたキャパシタＣＰ１の両端電圧を表す電圧信号（アナログ信号）Ｓ５、定着ローラ１５１の表面温度を検出するためのサーミスタＴＨ１１と抵抗Ｒ４１の抵抗値によって分圧された検出信号（アナログ信号）Ｓ６、および入力電流検出回路２０６で装置の入力電流を検出した検出電流（アナログ信号）Ｓ７等が入力される。

また、ＣＰＵ２４１は、ＩＯポートを介して、キャパシタＣＰ１の充電をＯＮ／ＯＦＦさせる制御信号Ｓ１、充放電用スイッチ２３１をＯＮ／ＯＦＦさせる制御信号Ｓ３、安全保護用の定着リレーＲＬ１１をＯＮ／ＯＦＦさせる制御信号Ｓ４、ヒータＯＮ／ＯＦＦ回路２２０をＯＮ／ＯＦＦさせる制御信号Ｓ８、および安全保護用の定着リレーＲ２１をＯＮ／ＯＦＦさせる制御信号Ｓ９等を出力する（図３も参照）。

さらに、ＣＰＵ２４１は、操作部１５０を制御する構成となっており、操作部１５０上に設けられたＫＥＹ１６３の入力を監視している。また、ＤＲＶ２４３はＬＣＤ１１を駆動するドライバ、ＤＲＶ２４４はＬＥＤ１６２を駆動するドライバであり、ＣＰＵ２４１により駆動制御される。

次に、制御部２０２が実行する特徴的な制御処理について説明する。

前述のように、複写機１、あるいは定着装置１２１のウォームアップの際には、制御部２０２、キャパシタＣＰ１及び商用ＡＣ電源ＰＳからの電力供給によりＤＣヒータＨＴ１、ＡＣヒータＨＴ２を発熱して、速やかにウォームアップを行う。

図８は、ウォームアップ完了後において、温度センサＴＨ１１の検出温度（ａ）と、ＤＣヒータＨＴ１、ＡＣヒータＨＴ２のそれぞれの点灯デューティ（ｂ）（ｃ）との関係を説明する説明図である。

図８（ａ）において、定着目標温度Ｔｔは、温度センサＴＨ１１の検出温度について目標となる温度で、制御部２０２は、温度センサＴＨ１１の検出温度が定着目標温度Ｔｔを下回ったときはＡＣヒータＨＴ２に通電して、検出温度が定着目標温度Ｔｔを下回らないように制御している。

図８（ｂ）（ｃ）において、Ｔ１は、ＤＣヒータＨＴ１のＯＮ／ＯＦＦ制御周期であり、Ｔ２は、ＡＣヒータＨＴ２のＯＮ／ＯＦＦ制御周期である。ＤＣヒータＨＴ１のＯＮ／ＯＦＦ制御周期は、ＡＣヒータＨＴ２のＯＮ／ＯＦＦ制御周期より短いので、ＡＣヒータＨＴ２のＯＮ／ＯＦＦに比べて、ＤＣヒータＨＴ１は細かい周期でＯＮ／ＯＦＦすることができる。

ＡＣヒータＨＴ２の温度制御は、制御周期Ｔ２毎に温度センサＴＨ１１で検出した温度よりＡＣヒータＨＴ２の点灯デューティを決定することにより行う（第２の定着制御手段、第１の加熱制御手段、第１の加熱制御工程）。すなわち、温度が下がれば点灯デューティの時間幅を増加させ、温度が上がれば点灯デューティの時間幅を減少させる。

ＡＣヒータＨＴ２の点灯デューティは、ある一定期間でどれくらいの時間ＡＣヒータＨＴ２を点灯させているかを示す。例えば、一定期間（図８で、時間Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ）を１秒とし、商用ＡＣ電源ＰＳの周波数を５０Ｈｚとすると、商用ＡＣ電源ＰＳの半波での周期は１０ｍｓとなり、１秒間で１００回の半波ということになる。よって、ＡＣヒータＨＴ２の点灯デューティ５０％というのは、５０回の半波を点灯させるということになる。

この例で、ＡＣヒータＨＴ２の点灯デューティは、Ｄ１，Ｄ２の任意に可変している。そして、点灯デューティＤ２の方がＤ２より時間間隔が長いので、より大電力をＡＣヒータＨＴ２に供給できる点灯デューティＤ２ということになる。もちろん、点灯デューティは３段階以上に可変してもよいし、無段階に可変するようにすることもできる。点灯デューティＤ２は、複写機１の出荷時にあらかじめ設定されている値である。

なお、点灯デューティは、説明の便宜のためＤ１，Ｄ２の２つの値のみを用いているが、実際には、例えば３０段階の点灯デューティを使用する。また、点灯デューティＤ２の値も単一の値ではなく、画像読取装置１０６を動作させるときの点灯デューティＤ２ａと画像読取装置１０６を動作させないときの点灯デューティＤ２ｂとを切り換えて使用する。これは、自動原稿送り装置１０１を用いてデジタル複写機１で１０００枚の原稿をスキャンして１０００枚の画像をプリントするときと、１枚の原稿をスキャンして１０００枚の画像をプリントするときとでは、定着ローラ１５１に供給できる最大電力が異なるからである。その他にも、デジタル複写機１のステープルなどの周辺機器を使用するか否かによっても定着ローラ１５１に供給できる最大電力が異なるので、点灯デューティＤ２は複数の値を用意して、これらを使い分けるのが望ましい。すなわち、点灯デューティＤ２はＡＣヒータＨＴ２への最大供給電力のデューティであり、複数の値を用意して、これらを使い分けるべきである。

図８の例で、期間ＴａでＡＣヒータＨＴ２の点灯デューティがＤ１のとき、定着温度（温度センサＴＨ１１の検出温度）が下降している。次の期間Ｔｂでは、制御部２０２は、定着温度を上げようとして点灯デューティをＤ２に増加させる。点灯デューティがＤ１＜Ｄ２になったことで、供給電力が増加し、定着温度の期間Ｔｂでの平均下降カーブが、期間Ｔａでの平均下降より小さくなる。しかし、定着温度はまだ下降しているので、ＡＣヒータＨＴ２の点灯デューティを更に増加させる必要があるが、点灯デューティＤ２は予め設定されている点灯デューティの上限値であり、これ以上に大きな点灯デューティは存在せず、この上限値に設定しても定着温度が下降する場合には、期間ＴｃでＤＣヒータＨＴ１を点灯させるほかない。

そこで、制御部２０２は、期間Ｔｂで点灯デユーティが上限値Ｄ２となっているので、制御信号Ｓ３，Ｓ４の送出により、キャパシタＣＰ１からＤＣヒータＨＴ１への電力供給を開始する（第３の定着制御手段、第２の加熱制御手段、第２の加熱制御工程）。結果、期間Ｔｃでは定着温度が上昇し、目標温度に達した場合にはＤＣヒータＨＴ１への電力供給を停止させる。そして、定着温度が目標温度Ｔｔ以上になった場合にはＤＣヒータＨＴ１から優先的に消灯させて、ＤＣヒータＨＴ１の点灯時間を減らしている。

図９は、前述の処理において、制御部２０２が実行する処理のフローチャートである。すなわち、定着温度が目標温度Ｔｔ以上か否かを判断する（ステップＳ１）。そして、定着温度が目標温度Ｔｔ以上であるときは（ステップＳ１のＹ）、ＤＣヒータＨＴ１、ＡＣヒータＨＴ２はいずれもＯＦＦにする（ステップＳ２，Ｓ３）。

定着温度が目標温度Ｔｔを下回るときは（ステップＳ１のＮ）、ＡＣヒータＨＴ２をＯＮにして（ステップＳ５）、定着ローラ３０１の温度変化率（温度低下の程度。しかし、必ずしも温度低下に限定する必要はなく、この変動の状態に、温度は上昇しているが、その上昇の程度が低い場合や、温度上昇が横ばいの場合も含んでよい。）にあるかにより前述のように点灯デューティＤ１とＤ２との間で可変して、ＡＣヒータＨＴ２への供給電力量を可変制御する（第２の定着制御手段、第１の加熱制御手段、第１の加熱制御工程）。

そして、定着ローラ３０１の温度変化率が所定の状態（定着不良になるおそれのある定着ローラ３０１への電力の供給状態）にあるとき、この例では、定着温度の低下（前述のように、必ずしも定着温度の変動の状態は温度低下だけに限定する必要はない）の程度が大きいため、点灯デューティＤ２が設定されてＡＣヒータＨＴ２への供給電力量が大きいときには（ステップＳ４のＹ）、ＡＣヒータＨＴ２のみならずＤＣヒータＨＴ１にも通電して（ステップＳ６）、速やかに定着温度を目標温度Ｔｔ以上となるようにする（第３の定着制御手段、第２の加熱制御手段、第２の加熱制御工程）。

なお、図８に示すように、ＡＣヒータＨＴ２へ電力供給しているときのみキャパシタＣＰ１からＤＣヒータＨＴ１へ電力を供給することを基本制御とするが、キャパシタＣＰ１からＤＣヒータＨＴ１への電力供給をＡＣヒータＨＴ２へ電力供給をしていないときにスタートさせるようにしてもよい。また、前述の説明では、第１の発熱部材と第２の発熱部材とを別個のＤＣヒータＨＴ１とＡＣヒータＨＴ２とで実施する例を説明したが、第１の発熱部材と第２の発熱部材とを同一の発熱部材として構成してもよい。また、前述のように、ＡＣヒータＨＴ２を複数本（例えば２本）用いる場合もあるため、この場合は、図８（ｂ）におけるＡＣヒータＨＴ２の点灯のタイミングは各ＡＣヒータＨＴ２において共通であり、図９のＡＣヒータＨＴ２のＯＮ、ＯＦＦのタイミングも各ＡＣヒータＨＴ２において共通である。

このように、ＡＣヒータＨＴ２の他にＤＣヒータＨＴ１も同時に発熱させるのは、定着装置１２１のウォームアップの際の他、ウォームアップ完了後においても、ＡＣヒータＨＴ２に対する供給電力量が比較的大電力、この例では、点灯デューティＤ２が設定された最大電力であるにもかかわらず、定着温度が低下した、定着不良になるおそれのある定着ローラ３０１への電力の供給状態にある、定着温度の変化率に上昇が見られない、などの所定の状態にあるときには、キャパシタＣＰ１の充電電力の使用が真に必要な場合であると判断できるので、この場合だけ、ＤＣヒータＨＴ１にキャパシタＣＰ１の電力を供給して発熱させることで、キャパシタＣＰ１の電力は真に必要な場合のみ使用してその使用を限定し、キャパシタＣＰ１への充電回数を低減できるようにすることができる。よって、複写機１にダウンタイムが発生することを防止し、ユーザの操作性が向上させることができる。

本発明の一実施の形態のデジタル複写機の縦断面図である。定着装置の説明図である。定着装置を主としたデジタル複写機の電源制御系の回路図である。ＡＣヒータ駆動回路の回路図である。キャパシタ充電器の回路図である。キャパシタ充放電回路の回路図である。制御部の回路図である。制御部が実行する制御の内容を説明する説明図である。制御部が実行する制御の内容を説明するフローチャートである。

符号の説明

１画像形成装置
１２１加熱装置、定着装置
２０３充電器
ＣＰ１キャパシタ
ＨＴ１第１の発熱部材
ＨＴ２第２の発熱部材
ＴＨ１１温度センサ
３０６トナー画像
３０７媒体

Claims

トナー画像が形成された媒体を加圧及び加熱して前記トナー画像の定着を行なう定着部材と、
キャパシタと、
商用電源から電力の供給を受けて前記キャパシタを充電する充電器と、
前記キャパシタの充電電力の供給を受けて発熱し前記定着部材を加熱する１又は複数の第１の発熱部材と、
前記商用電源から電力の供給を受けて発熱し前記定着部材を加熱する１又は複数の第２の発熱部材と、
前記定着部材の温度を検出する温度センサと、
前記第２の発熱部材の点灯デューティを制御することで前記商用電源からの前記電力の供給を制御して前記第２の発熱部材の発熱量を制御する手段であって、前記第２の発熱部材の点灯デューティが予め定めた上限値であるという条件と、前記温度センサによる検出温度が下降し続けており前記定着部材をさらに加熱する必要があるという条件と、を共に満たす場合に前記第１の発熱部材に前記キャパシタの電力を供給して発熱させる手段と、
を備えている定着装置。
前記手段は、前記第１の発熱部材への前記キャパシタの電力の供給を前記第２の発熱部材への前記電力の供給中に開始する、請求項１に記載の定着装置。
前記手段は、前記第１の発熱部材への前記キャパシタの電力の供給を前記第２の発熱部材への前記電力の供給中でなくても開始する、請求項１に記載の定着装置。
電子写真方式で媒体上に画像形成を行い、定着装置として、
トナー画像が形成された媒体を加圧及び加熱して前記トナー画像の定着を行なう定着部材と、
キャパシタと、
商用電源から電力の供給を受けて前記キャパシタを充電する充電器と、
前記キャパシタの充電電力の供給を受けて発熱し前記定着部材を加熱する１又は複数の第１の発熱部材と、
前記商用電源から電力の供給を受けて発熱し前記定着部材を加熱する１又は複数の第２の発熱部材と、
前記定着部材の温度を検出する温度センサと、
前記第２の発熱部材の点灯デューティを制御することで前記商用電源からの前記電力の供給を制御して前記第２の発熱部材の発熱量を制御する手段であって、前記第２の発熱部材の点灯デューティが予め定めた上限値であるという条件と、前記温度センサによる検出温度が下降し続けており前記定着部材をさらに加熱する必要があるという条件と、を共に満たす場合に前記第１の発熱部材に前記キャパシタの電力を供給して発熱させる手段と、
を備えている定着装置を有する、画像形成装置。
前記手段は、前記第１の発熱部材への前記キャパシタの電力の供給を前記第２の発熱部材への前記電力の供給中に開始する、請求項４に記載の画像形成装置。
前記手段は、前記第１の発熱部材への前記キャパシタの電力の供給を前記第２の発熱部材への前記電力の供給中でなくても開始する、請求項４に記載の画像形成装置。