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JP4112381B2 - Fixing apparatus and image forming apparatus - Google Patents

Fixing apparatus and image forming apparatus Download PDF

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JP4112381B2
JP4112381B2 JP2003009115A JP2003009115A JP4112381B2 JP 4112381 B2 JP4112381 B2 JP 4112381B2 JP 2003009115 A JP2003009115 A JP 2003009115A JP 2003009115 A JP2003009115 A JP 2003009115A JP 4112381 B2 JP4112381 B2 JP 4112381B2
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Japan
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voltage
fixing
power
power supply
temperature
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雅之 大谷
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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  • Control Of Resistance Heating (AREA)
  • Fixing For Electrophotography (AREA)
  • Control Or Security For Electrophotography (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は定着装置及び画像形成装置に関し、詳細には熱定着手段により用紙への画像を形成する電子写真プロセスの複写装置、プリンタ装置及び複合機等の画像形成装置における定着装置の電力供給制御の技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平5−241387号公報
【特許文献2】
特開2000−075737号公報
【特許文献3】
特開2002−162854号公報
【特許文献4】
特開2002−174988号公報
複写機や、プリンタ、FAXなどの画像形成装置において、現像された画像を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付着された用紙を加熱する定着ローラと、用紙を押圧し、挟持搬送する加圧ローラとで構成される。従来、このような定着装置は、定着ローラ内部に加熱ヒータとしてハロゲンヒータ等を備え、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るものであった。しかし、このような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。そこで、従来、上記特許文献1〜4のように、商用電源から供給される電力による主熱源と、電池やコンデンサなどの補助電源から供給される補助熱源とを切替え、あるいは同時に付勢することにより、定着装置の立ち上がり時間を短縮する方法が提案されている。
【0003】
詳細には、上記特許文献1によれば、充放電部の放電動作によって2次電池から放出される電力が加熱源の補助電力として用いられ、主電源投入後加熱源には主電源からの電力及び2次電池からの電力が充放電部を介して供給される。そして加熱源に対する電力量は増して主電源投入時から定着動作可能な状態になるまでの立ち上げ時間が短くなるものである。また、上記特許文献2は、複数の加熱手段を組み込んだ定着器を備え、複数の加熱手段のうち少なくとも1つの加熱手段に対して蓄電池から電力を供給すると共に、蓄電池の充電容量を監視して蓄電池の充電容量が所定値以下であるときに商用電源により蓄電池への充電を行い、蓄電池への充電タイミング及び画像形成プロダクティビティーの適正化を図るものである。更に、上記特許文献3には、定着ヒータの中に蓄電池より供給される電力で点灯する補助ヒータと複写機に供給される電力で点灯するメインヒータを、それぞれ少なくとも1本有する画像形成装置が提案されている。また、上記特許文献4は、通電により発熱する2つの発熱源を、待機時に蓄えた通常の商用電源の出力電力以上の電力により立ち上げ時に2つの発熱源の少なくとも1つを所定の時間駆動する蓄電装置と、商用電源とで同時に若しくは異なるタイミングで駆動するものであり、商用電源の限界にとらわれずに短時間に立ち上がることができ、電力消費を低減できるものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの上記特許文献でも、メインヒータの他にサブヒータを有しているため装置全体のコストアップにつながり、かつ十分な省エネを実現することができなかった。
【0005】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、補助電源専用ヒータを設ける必要がなく安価で簡単な構成での定着ヒータの短時間立ち上げが可能となり、低電力モードなどの通常装置を使用しないモード時の無駄なヒータへの通電を切ることができ結果的に省エネルギーを実現することが可能となる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するために、本発明の定着装置は、像形成手段により記録材上に形成された画像を加熱定着するための熱定着手段と、商用電源からの電力によって充電され、満充電で商用電源のピーク電圧に近い電圧となる補助電力蓄積手段と、商用電源もしくは補助電力蓄積手段から電力を供給され、熱定着手段を加熱する加熱手段と、熱定着手段の温度を検出する温度検出手段と、補助電力蓄積手段の蓄電電圧を検出する電圧検出手段と、温度検出手段によって検出した温度が所定の温度より低く、かつ電圧検出手段によって検出した蓄電電圧が商用電源の定格電圧より高い場合に、補助電力蓄積手段から加熱手段への電力供給を行い、温度検出手段によって検出した温度が所定の温度より高いか、もしくは電圧検出手段によって検出した電圧が商用電源の定格電圧以下の場合に、商用電源から加熱手段への電力供給を行う供給電源切り替え手段とを備えたことに特徴がある。よって、専用の熱源を用意する必要がなく、安価で簡単な構成で定着の立ち上がり時間の短縮を実現できる。
【0007】
また、供給電源切り替え手段は、補助電力蓄積手段から加熱手段への電力供給を行っているときに電圧検出手段によって検出した電圧が商用電源の定格電圧以下になると、商用電源から加熱手段への電力供給を行う。よって、補助電力蓄積手段から加熱手段への電力供給を行っているときであっても補助電力蓄積手段の蓄電電圧が商用電源の定格電圧以下となった場合には商用電源から加熱手段への電力供給を行うことにより、定着の立ち上がり時間の短縮を実現できる。
【0011】
また、別の発明としての画像形成装置は上記記載の定着装置を有し、電子写真式で形成したトナー像を記録部材に加熱溶着させる。よって、トナーを安定して加熱溶融することができ、良質なトナー像を記録部材に定着して形成することができると共に、補助電源専用ヒータを設ける必要がなく安価で簡単な構成での定着ヒータの短時間立ち上げが可能となり、低電力モードなどの通常装置を使用しないモード時の無駄なヒータへの通電を切ることができ結果的に省エネルギーを実現することが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明は、温度検出手段によって検出した温度が所定の温度より低く、かつ電圧検出手段によって検出した蓄電電圧が商用電源の定格電圧より高い場合に、補助電力蓄積手段から加熱手段への電力供給を行い、温度検出手段によって検出した温度が所定の温度より高いか、もしくは電圧検出手段によって検出した電圧が商用電源の定格電圧以下の場合に、商用電源から加熱手段への電力供給を行う。よって、専用の熱源を用意する必要がなく、安価で簡単な構成で定着の立ち上がり時間の短縮を実現できる。
【0013】
【実施例】
図1は本発明の画像形成装置の一例であるデジタル複写機の構成を示す概略断面図である。同図に示すデジタル複写機100は、複写機本体101と、自動原稿送り装置102と、ステープラ及び作像された用紙を大量に排紙可能なシフトトレイ付きのフィニッシャ103と、両面反転ユニット104と、拡張給紙トレイ105と、大容量給紙トレイ106と、1ビン排紙トレイ107とを含んで構成されている。また、複写機本体101は、スキャナ、書込装置、感光体、現像装置ならびに給紙装置など、そして本発明の定着装置を備えている。
【0014】
図2は本発明の一実施例に係る定着装置の構成を示す図である。同図において、商用電源であるAC電源11から開閉素子であるパワーリレー12を介して、ダイオードブリッジ13にAC電圧が入力される。ダイオードブリッジ13の出力は、入力電流センサ14、さらにコイル15とコンデンサ16によるローパスフィルタ部17を介して、定着ヒータ18とスイッチング素子19からなるヒータ回路20に供給されている。なお、ローパスフィルタ部17はコンデンサ16の容量を小さく設定することにより、スイッチング素子19または後述するスイッチング素子21のオフ時に、コイル15に発生する電圧とAC電源11を加算した昇圧出力を定着ヒータ18及び後述する補助電源回路22に供給することが可能である。定着ヒータ18の電力は印加される電圧の2乗に比例するため、コンデンサ側からの供給時の方が大容量の電力供給が可能となる。また、キャパシタの構成も充電に係る電圧以上の耐圧の構成とする。ヒータ回路20と並列に、開閉素子であるパワーリレー23とダイオード24の並列回路と、蓄電素子であるキャパシタCpとスイッチング素子21を直列に接続した補助電源回路22が接続している。また、本実施例ではキャパシタCpの構成であるが、二次電池や一次電池、燃料電池と置き換えも可能である。さらに、蓄電素子の電圧を検出する出力電圧検出回路25が接続されている。この出力電圧検出回路25には蓄電素子に電圧が充電されていることを表示する表示手段26を併せて設けられている。定着ヒータ18は図示していない定着ローラに内蔵されており、ローラ外周面の温度を検出するサーミスタ27が設けられ、ヒータ回路20と補助電源回路22のスイッチング素子の駆動回路である28,29が共に、インバータ制御回路30に接続されている。更に、インバータ制御回路30は、ローパスフィルタ部17の入力電圧を検出する抵抗31と抵抗32の分圧回路33と入力電流センサ14にも接続している。また、画像形成装置本体のエンジン制御部34とインバータ制御回路30は、定着ローラの温度の設定値や定着装置での検出信号及び補助電源のオンオフ信号などを通信により共有している。ここで、図中の破線で囲った部分をインバータ10と称している。なお、補助電源回路22のキャパシタは、小型の割には静電容量の大きなものを作ることができるため、電気二重層コンデンサを用いている。また、蓄電素子は電荷の蓄積が目的であるので、他の蓄電素子、例えばアルミ電界コンデンサなどでも良い。
【0015】
図3は本実施例の定着装置全体の制御動作を示すフローチャートである。同図において、図2のインバータ制御回路30では、図2の定着ヒータ18の温度制御を行い(ステップS101)、更に定着ヒータ18の点灯制御を行う(ステップS102)。そして、図2の補助電源回路22の充電制御を行い(ステップS103)、画像形成装置本体の図2のエンジン制御部34との通信を行っている(ステップS104)。
【0016】
図4は本実施例の定着装置内の定着ヒータの点灯制御動作を示すフローチャートである。同図において、図2のエンジン制御部34から定着ヒータ18のオンの信号が出ると、インバータ制御回路30では、定着ヒータ18をAC電源11と補助電源回路22のどちらで通電するかを判断してヒータの通電を行っている。ヒータ回路20及び補助電源回路22への通電は、各駆動回路28,29で行っており、スイッチング素子19,21をオン(導通)することにより定着ヒータ18または蓄電素子に通電される。スイッチング素子の導通比率は、各々負荷(ヒータとキャパシタ)へ通電する電流値に応じて制御している。補助電源回路22へ充電はダイオード24を介して行い、補助電源回路22から定着ヒータ18への通電は開閉素子であるリレー23を閉じてダイオード24をバイパスして行われる。定着ヒータ18の点灯制御では、装置の起動時、つまり電源投入時又は定着ローラの温度を低目に設定している省エネモードからの復帰時か否かを判断し、起動時の定着ローラの温度が目標の温度、例えば180℃以下であって(ステップS201;YES)、蓄電素子の充電電圧がAC電源11のピーク電圧に近い基準電圧、例えば110V以上の場合は(ステップS202;YES)、AC電源11のパワーリレー12を開き、補助電源系のパワーリレー23を閉じて、補助電源回路22から定着ヒータ18に通電(Duty点灯)を行っている(ステップS203,S204)。蓄電素子にはキャパシタを使用しているので、補助電源回路22から定着ヒータ18に通電を行った場合は、放電により充電電圧が低下する。このため出力電圧検出回路25で充電電圧を監視し、放電が進みAC電源11の電圧よりも低下した場合、具体的には蓄電素子の直流の充電電圧がAC電源11の定格電圧、つまり製品規格上又は安全規格上許容値である100V以下に低下した場合(ステップS202;NO)、補助電源系のパワーリレー23を開き、AC電源系からの通電に切替えている(ステップS205,S206)。定着ヒータ18に通電を行う電源、つまりAC電源11または補助電源回路22の選択は、任意のタイミングで行うことができる。
【0017】
次に、本実施例の定着装置におけるAC電源から定着ヒータへの通電についての動作について当該動作フローである図5に従って説明する。
先ず、図2のインバータ制御回路30で定着ヒータ18が内蔵された定着ローラの温度が所定値となるように、スイッチング素子19の導通比率を制御している。具体的には、インバータ制御回路30で、図2のサーミスタ27によって検出された温度が、目標値、例えば180℃となるように、定着ヒータ18を駆動するスイッチング素子19の駆動回路28にDuty制御されたPWM信号(パルス幅変調信号)を出力している。スイッチング素子19のスイッチング動作は、一定の周波数、例えば20kHzで周期が50μSで行っており、導通比率と入力電流はほぼ比例する。この導通比率の値はエンジン制御手段にも出力している。定着ヒータ18にはハロゲンヒータを使っており、低温時は低インピーダンスとなるため、起動時(点灯時)に突入電流が流れる特性がある。このため、突入電流を抑制することも含め、図2の入力電流センサ14で入力電流を検出し、インバータ10の入力電流に応じた制御を行っている。具体的には、入力電流が所定値以下となるように、定着ヒータの点灯や蓄電素子の充電時に、Duty制御を行っている。この制御は、AC電源と補助電源回路の、どちらからの通電でも同じであり、定着ヒータ18(定着ローラ)の温度が目標値以下、例えば180℃の時(ステップS301;YES)には、入力電流が画像形成装置の動作モード毎に設定してある目標値以下か否か(ステップS302)により、PWM信号の導通比率(Duty)の増減を行っている。入力電流が画像形成装置の動作モード毎に設定してある目標値以下のときは(ステップS302;YES)、PWM信号の導通比率(Duty)の増加を行っている(ステップS303)。一方、入力電流が画像形成装置の動作モード毎に設定してある目標値より大きいのときは(ステップS302;NO)、PWM信号の導通比率(Duty)の減少を行っている(ステップS304)。なお、定着ヒータ18(定着ローラ)の温度が目標値より大きいときは(ステップS301;NO)、定着ヒータ18はオフとする。
【0018】
次に、蓄電素子への充電動作について説明すると、図2のAC電源11から補助電源回路22への通電(充電)は、AC電源11からの入力電流Itに余裕のある場合は随時行っている。ただし、定着ヒータ18の通電を優先させている。ここでは、定着ヒータ18の目標温度と現在の温度が所定値以上低い、例えば20℃以上低いときは、補助電源回路22への充電を中断し、定着ヒータ18への通電に振り向けるようにしている。図2のインバータ制御回路30で、入力電流センサ14での検出値が所定値以下の場合は、スイッチング素子21の導通比率を制御し、AC電源11から蓄電素子への充電を行っている。充電電流(AC電源からの入力電流)は、前述の定着ヒータの場合と同様に導通比率に比例的に変化する。AC電源11は全波整流波形であるため、充電は逆流防止用のダイオード24を介して行っている。充電電流は蓄電手段のキャパシタが、現在持っている充電電圧よりも高い電圧がAC電源11から入力した時に流れる。スイッチング素子21は両極性に通電できる素子、例えばFET(電界効果型トランジスタ)を使用しており、図2の駆動回路29からの信号で導通(オン)する。しかし、一般に知られているように、スイッチング素子としてFETを用いた場合に、ドレインとソース間に寄生ダイオードが並列に存在するため、スイッチング素子21が非導通の時にも、AC電源11の電圧が蓄電素子の電圧よりも低い場合には、このダイオードを介して放電電流(逆流)が流れる。ダイオード24は充電に発生する逆流を防止することも兼ねている。また、図2の出力電圧検出回路25で、蓄電素子の充電電圧を検出しており、満充電電圧、例えば130Vに達した場合は、スイッチング素子21をオフして、充電を終了する。
【0019】
次に、補助電源回路から定着ヒータへの通電の動作について説明すると、補助電源回路22からヒータ回路20への通電時は、開閉素子である図2のパワーリレー12をオフしてAC電源11からの通電を遮断し、補助電源回路22のパワーリレー23を閉じる。更に、スイッチング素子21の導通比率を100%(常時オン)にしている。前述のようにスイッチング素子21をオン状態にしなくても、並列に存在する寄生ダイオードにより、放電を行うことができるが、スイッチング素子21の導通時の抵抗(オン抵抗)は、寄生ダイオードの順方向電圧に対し充分低い値となる。例えば、オン抵抗による電圧降下0.2Vに対し、寄生ダイオードでの電圧降下は0.7Vもある。よって、電圧降下による損失低減のためスイッチング素子21を導通させて、積極的に放電するようにしている。このような経路で補助電源から定着ヒータに電圧を供給するが、定着ヒータの導通制御はAC電源からの通電の場合と同様に行っている。
【0020】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【0021】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の定着装置は、像形成手段により記録材上に形成された画像を加熱定着するための熱定着手段と、商用電源からの電力によって充電され、満充電で商用電源のピーク電圧に近い電圧となる補助電力蓄積手段と、商用電源もしくは補助電力蓄積手段から電力を供給され、熱定着手段を加熱する加熱手段と、熱定着手段の温度を検出する温度検出手段と、補助電力蓄積手段の蓄電電圧を検出する電圧検出手段と、温度検出手段によって検出した温度が所定の温度より低く、かつ電圧検出手段によって検出した蓄電電圧が商用電源の定格電圧より高い場合に、補助電力蓄積手段から加熱手段への電力供給を行い、温度検出手段によって検出した温度が所定の温度より高いか、もしくは電圧検出手段によって検出した電圧が商用電源の定格電圧以下の場合に、商用電源から加熱手段への電力供給を行う供給電源切り替え手段とを備えたことに特徴がある。よって、専用の熱源を用意する必要がなく、安価で簡単な構成で定着の立ち上がり時間の短縮を実現できる。
【0022】
また、供給電源切り替え手段は、補助電力蓄積手段から加熱手段への電力供給を行っているときに電圧検出手段によって検出した電圧が商用電源の定格電圧以下になると、商用電源から加熱手段への電力供給を行う。よって、補助電力蓄積手段から加熱手段への電力供給を行っているときであっても補助電力蓄積手段の蓄電電圧が商用電源の定格電圧以下となった場合には商用電源から加熱手段への電力供給を行うことにより、定着の立ち上がり時間の短縮を実現できる。
【0026】
また、別の発明としての画像形成装置は上記記載の定着装置を有し、電子写真式で形成したトナー像を記録部材に加熱溶着させる。よって、トナーを安定して加熱溶融することができ、良質なトナー像を記録部材に定着して形成することができると共に、補助電源専用ヒータを設ける必要がなく安価で簡単な構成での定着ヒータの短時間立ち上げが可能となり、低電力モードなどの通常装置を使用しないモード時の無駄なヒータへの通電を切ることができ結果的に省エネルギーを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像形成装置の一例であるデジタル複写機の構成を示す概略断面図である。
【図2】本発明の一実施例に係る定着装置の構成を示す図である。
【図3】本実施例の定着装置全体の制御動作を示すフローチャートである。
【図4】本実施例の定着装置内の定着ヒータの点灯制御動作を示すフローチャートである。
【図5】本実施例の定着装置におけるAC電源から定着ヒータへの通電動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10;インバータ回路、11;AC電源、12,23;パワーリレー、
13;ダイオードブリッジ、14;入力電流センサ、15;コイル、
16;コンデンサ、17;ローパスフィルタ部、18;定着ヒータ、
19,21;スイッチング素子、20;ヒータ回路、22;補助電源回路、
24;ダイオード、25;出力電圧検出回路、26;表示手段、
27;サーミスタ、28,29;駆動回路、30;インバータ制御回路、
31,32;抵抗、33;分圧回路、34;エンジン制御部。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus, and more particularly, to control power supply of a fixing device in an image forming apparatus such as a copying apparatus, a printer apparatus, and a multifunction machine in an electrophotographic process for forming an image on a sheet by a thermal fixing means. Regarding technology.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP-A-5-241387 [Patent Document 2]
JP 2000-075737 A [Patent Document 3]
JP 2002-162854 A [Patent Document 4]
In an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, or a fax machine, a fixing device is provided inside in order to fix a developed image on an image forming material such as paper. . The main part of the fixing device includes a fixing roller that heats a sheet on which unfixed toner is attached, and a pressure roller that presses and conveys the sheet. Conventionally, such a fixing device is provided with a halogen heater or the like as a heater in the fixing roller, and the inside of the fixing roller is heated by this heater to raise the roller to a predetermined temperature. However, such a heating method using a heater takes a long time to heat the fixing roller to a necessary temperature, and the loss of the heater itself is large. Therefore, conventionally, as in Patent Documents 1 to 4, by switching or simultaneously energizing a main heat source by power supplied from a commercial power source and an auxiliary heat source supplied from an auxiliary power source such as a battery or a capacitor. A method for shortening the rise time of the fixing device has been proposed.
[0003]
Specifically, according to the above-mentioned Patent Document 1, the electric power released from the secondary battery by the discharging operation of the charging / discharging unit is used as auxiliary electric power for the heating source. And the electric power from a secondary battery is supplied through a charging / discharging part. The amount of power to the heating source is increased and the start-up time from when the main power is turned on until the fixing operation is possible is shortened. The above-mentioned Patent Document 2 includes a fixing device incorporating a plurality of heating means, supplies power from the storage battery to at least one heating means among the plurality of heating means, and monitors the charge capacity of the storage battery. When the storage capacity of the storage battery is less than or equal to a predetermined value, the storage battery is charged by a commercial power source, and the charging timing and image formation productivity of the storage battery are optimized. Further, Patent Document 3 proposes an image forming apparatus that has at least one auxiliary heater that is lit by the power supplied from the storage battery and at least one main heater that is lit by the power supplied to the copying machine. Has been. Further, in Patent Document 4, at least one of the two heat sources is driven for a predetermined time when the two heat sources that generate heat when energized are started up with power that is equal to or higher than the output power of a normal commercial power source stored during standby. The power storage device and the commercial power supply are driven at the same time or at different timings, can stand up in a short time without being limited by the limit of the commercial power supply, and can reduce power consumption.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in any of the above patent documents, since the sub heater is provided in addition to the main heater, the cost of the entire apparatus is increased, and sufficient energy saving cannot be realized.
[0005]
The present invention is for solving these problems, and it is not necessary to provide a heater dedicated to an auxiliary power supply, and it is possible to start up the fixing heater in a short time with an inexpensive and simple configuration. It is an object of the present invention to provide a fixing device and an image forming apparatus that can cut off energization of a useless heater in a mode that does not use the image forming apparatus and can realize energy saving as a result.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the fixing device of the present invention is charged by a thermal fixing unit for heating and fixing an image formed on a recording material by an image forming unit, and is charged by electric power from a commercial power source. Auxiliary power storage means that is close to the peak voltage of the commercial power supply, a heating means that is supplied with power from the commercial power supply or the auxiliary power storage means and heats the thermal fixing means, and temperature detection that detects the temperature of the thermal fixing means Means, a voltage detection means for detecting the storage voltage of the auxiliary power storage means, a temperature detected by the temperature detection means is lower than a predetermined temperature, and the storage voltage detected by the voltage detection means is higher than the rated voltage of the commercial power supply In addition, power is supplied from the auxiliary power storage means to the heating means, and the temperature detected by the temperature detecting means is higher than a predetermined temperature or detected by the voltage detecting means. And if the voltage is below the rated voltage of the commercial power supply, it is characterized in that a power supply switching means for supplying power to the heating means from the commercial power source. Therefore, it is not necessary to prepare a dedicated heat source, and the fixing rise time can be shortened with an inexpensive and simple configuration.
[0007]
In addition, the supply power switching unit is configured to supply power from the commercial power source to the heating unit when the voltage detected by the voltage detection unit is lower than the rated voltage of the commercial power source while supplying power from the auxiliary power storage unit to the heating unit. Supply. Therefore, even when power is supplied from the auxiliary power storage means to the heating means, if the storage voltage of the auxiliary power storage means is less than the rated voltage of the commercial power supply, the power from the commercial power supply to the heating means By performing the supply, it is possible to shorten the rise time of fixing.
[0011]
An image forming apparatus as another invention has the above-described fixing device, and heat-welds an electrophotographic toner image to a recording member. Therefore, the toner can be stably heated and melted, a high-quality toner image can be fixed on the recording member and formed, and a fixing heater with a simple and inexpensive structure without the need for an auxiliary power source heater can be provided. Can be started for a short time, and the energization of the useless heater can be cut off in a mode in which a normal apparatus such as the low power mode is not used. As a result, energy saving can be realized.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention provides power supply from the auxiliary power storage means to the heating means when the temperature detected by the temperature detection means is lower than a predetermined temperature and the stored voltage detected by the voltage detection means is higher than the rated voltage of the commercial power supply. If the temperature detected by the temperature detecting means is higher than a predetermined temperature or if the voltage detected by the voltage detecting means is equal to or lower than the rated voltage of the commercial power supply, power is supplied from the commercial power supply to the heating means. Therefore, it is not necessary to prepare a dedicated heat source, and the fixing rise time can be shortened with an inexpensive and simple configuration.
[0013]
【Example】
FIG. 1 is a schematic sectional view showing the configuration of a digital copying machine as an example of the image forming apparatus of the present invention. A digital copying machine 100 shown in FIG. 1 includes a copying machine main body 101, an automatic document feeder 102, a stapler and a finisher 103 with a shift tray capable of discharging a large amount of imaged paper, a duplex reversing unit 104, and the like. The extended sheet feeding tray 105, the large capacity sheet feeding tray 106, and the one-bin sheet discharge tray 107 are configured. The copier body 101 includes a scanner, a writing device, a photoconductor, a developing device, a paper feeding device, and the like, and the fixing device of the present invention.
[0014]
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a fixing device according to an embodiment of the present invention. In the figure, an AC voltage is input to a diode bridge 13 from an AC power source 11 that is a commercial power source via a power relay 12 that is an open / close element. The output of the diode bridge 13 is supplied to a heater circuit 20 including a fixing heater 18 and a switching element 19 via an input current sensor 14 and a low-pass filter unit 17 including a coil 15 and a capacitor 16. The low-pass filter unit 17 sets the capacitance of the capacitor 16 to be small so that when the switching element 19 or the switching element 21 described later is turned off, the booster output obtained by adding the voltage generated in the coil 15 and the AC power source 11 is fixed to the fixing heater 18. And can be supplied to an auxiliary power circuit 22 described later. Since the power of the fixing heater 18 is proportional to the square of the applied voltage, a larger capacity of power can be supplied when supplied from the capacitor side. In addition, the capacitor is configured to have a breakdown voltage higher than the voltage related to charging. In parallel with the heater circuit 20, a parallel circuit of a power relay 23 and a diode 24, which are switching elements, and an auxiliary power circuit 22 in which a capacitor Cp, which is a storage element, and a switching element 21 are connected in series are connected. In this embodiment, the capacitor Cp is used, but it can be replaced with a secondary battery, a primary battery, or a fuel cell. Further, an output voltage detection circuit 25 that detects the voltage of the storage element is connected. The output voltage detection circuit 25 is also provided with a display means 26 for displaying that the voltage is charged in the storage element. The fixing heater 18 is built in a fixing roller (not shown), and is provided with a thermistor 27 for detecting the temperature of the outer peripheral surface of the roller, and drive circuits 28 and 29 for switching elements of the heater circuit 20 and the auxiliary power circuit 22 are provided. Both are connected to the inverter control circuit 30. Further, the inverter control circuit 30 is also connected to a resistor 31 for detecting the input voltage of the low-pass filter unit 17, a voltage divider circuit 33 for the resistor 32, and the input current sensor 14. Further, the engine control unit 34 and the inverter control circuit 30 of the image forming apparatus main body share the setting value of the fixing roller temperature, the detection signal in the fixing device, the on / off signal of the auxiliary power source, and the like by communication. Here, a portion surrounded by a broken line in the drawing is called an inverter 10. Note that the capacitor of the auxiliary power supply circuit 22 uses an electric double layer capacitor because a capacitor having a large capacitance can be made for a small size. In addition, since the storage element is intended to store charges, it may be another storage element, such as an aluminum electric field capacitor.
[0015]
FIG. 3 is a flowchart showing the control operation of the entire fixing device of this embodiment. In FIG. 2, the inverter control circuit 30 in FIG. 2 controls the temperature of the fixing heater 18 in FIG. 2 (step S101), and further controls the lighting of the fixing heater 18 (step S102). Then, charging control of the auxiliary power circuit 22 of FIG. 2 is performed (step S103), and communication with the engine control unit 34 of FIG. 2 of the image forming apparatus main body is performed (step S104).
[0016]
FIG. 4 is a flowchart showing the lighting control operation of the fixing heater in the fixing device of this embodiment. In the figure, when the signal for turning on the fixing heater 18 is output from the engine control unit 34 in FIG. 2, the inverter control circuit 30 determines whether the fixing heater 18 is energized by the AC power supply 11 or the auxiliary power supply circuit 22. The heater is energized. The heater circuit 20 and the auxiliary power supply circuit 22 are energized by the drive circuits 28 and 29, and the fixing heater 18 or the storage element is energized by turning on (conducting) the switching elements 19 and 21. The conduction ratio of the switching element is controlled in accordance with the value of current that flows to the load (heater and capacitor). Charging to the auxiliary power circuit 22 is performed via the diode 24, and energization from the auxiliary power circuit 22 to the fixing heater 18 is performed by closing the relay 23, which is an opening / closing element, and bypassing the diode 24. In the lighting control of the fixing heater 18, it is determined whether or not the apparatus is started, that is, when the power is turned on or when the temperature of the fixing roller is returned from the energy saving mode where the temperature of the fixing roller is set to a low level. Is a target temperature, for example, 180 ° C. or less (step S201; YES), and the charging voltage of the storage element is a reference voltage close to the peak voltage of the AC power source 11, for example, 110V or more (step S202; YES), AC The power relay 12 of the power source 11 is opened, the power relay 23 of the auxiliary power system is closed, and the fixing heater 18 is energized (duty lighting) from the auxiliary power circuit 22 (steps S203 and S204). Since a capacitor is used as the power storage element, when the fixing power supply 18 is energized from the auxiliary power supply circuit 22, the charging voltage decreases due to discharging. For this reason, the charging voltage is monitored by the output voltage detection circuit 25, and when discharging progresses and drops below the voltage of the AC power supply 11, the DC charging voltage of the storage element is specifically the rated voltage of the AC power supply 11, that is, the product standard. When the voltage drops to 100 V or lower, which is an allowable value in accordance with safety standards (step S202; NO), the auxiliary power system power relay 23 is opened and switched to energization from the AC power system (steps S205 and S206). Selection of the power source for energizing the fixing heater 18, that is, the AC power source 11 or the auxiliary power circuit 22, can be performed at an arbitrary timing.
[0017]
Next, an operation for energizing the fixing heater from the AC power source in the fixing device of this embodiment will be described with reference to FIG.
First, the conduction ratio of the switching element 19 is controlled by the inverter control circuit 30 of FIG. 2 so that the temperature of the fixing roller in which the fixing heater 18 is built becomes a predetermined value. Specifically, the inverter control circuit 30 performs duty control on the drive circuit 28 of the switching element 19 that drives the fixing heater 18 so that the temperature detected by the thermistor 27 in FIG. 2 becomes a target value, for example, 180 ° C. The PWM signal (pulse width modulation signal) is output. The switching operation of the switching element 19 is performed at a constant frequency, for example, 20 kHz and a cycle of 50 μS, and the conduction ratio and the input current are almost proportional. This conduction ratio value is also output to the engine control means. Since the halogen heater is used as the fixing heater 18 and has a low impedance at a low temperature, there is a characteristic that an inrush current flows at start-up (when lighting). For this reason, the input current is detected by the input current sensor 14 of FIG. 2 including the suppression of the inrush current, and control according to the input current of the inverter 10 is performed. Specifically, the duty control is performed when the fixing heater is turned on or the storage element is charged so that the input current becomes a predetermined value or less. This control is the same regardless of whether the AC power supply or the auxiliary power supply circuit is energized. When the temperature of the fixing heater 18 (fixing roller) is equal to or lower than a target value, for example, 180 ° C. (step S301; YES), input is performed. The conduction ratio (Duty) of the PWM signal is increased or decreased depending on whether or not the current is equal to or less than the target value set for each operation mode of the image forming apparatus (step S302). When the input current is equal to or less than the target value set for each operation mode of the image forming apparatus (step S302; YES), the PWM signal conduction ratio (Duty) is increased (step S303). On the other hand, when the input current is larger than the target value set for each operation mode of the image forming apparatus (step S302; NO), the conduction ratio (duty) of the PWM signal is decreased (step S304). When the temperature of the fixing heater 18 (fixing roller) is higher than the target value (step S301; NO), the fixing heater 18 is turned off.
[0018]
Next, the charging operation for the storage element will be described. The energization (charging) from the AC power supply 11 to the auxiliary power supply circuit 22 in FIG. 2 is performed whenever the input current It from the AC power supply 11 has a margin. . However, priority is given to energization of the fixing heater 18. Here, when the target temperature and the current temperature of the fixing heater 18 are lower than a predetermined value, for example, 20 ° C. or higher, charging to the auxiliary power supply circuit 22 is interrupted and directed to energizing the fixing heater 18. Yes. In the inverter control circuit 30 of FIG. 2, when the detected value of the input current sensor 14 is equal to or less than a predetermined value, the conduction ratio of the switching element 21 is controlled to charge the storage element from the AC power source 11. The charging current (input current from the AC power source) changes in proportion to the conduction ratio as in the case of the above-described fixing heater. Since the AC power supply 11 has a full-wave rectified waveform, charging is performed via a diode 24 for preventing backflow. The charging current flows when a voltage higher than the current charging voltage of the capacitor of the power storage means is input from the AC power supply 11. The switching element 21 uses an element capable of energizing in both polarities, for example, an FET (field effect transistor), and is turned on by a signal from the drive circuit 29 in FIG. However, as is generally known, when a FET is used as the switching element, a parasitic diode exists in parallel between the drain and the source, so that the voltage of the AC power supply 11 is maintained even when the switching element 21 is non-conductive. When the voltage is lower than the voltage of the storage element, a discharge current (reverse flow) flows through this diode. The diode 24 also serves to prevent a backflow that occurs during charging. In addition, the output voltage detection circuit 25 of FIG. 2 detects the charging voltage of the storage element, and when it reaches a full charge voltage, for example, 130 V, the switching element 21 is turned off to end the charging.
[0019]
Next, the operation of energization from the auxiliary power supply circuit to the fixing heater will be described. When power is supplied from the auxiliary power supply circuit 22 to the heater circuit 20, the power relay 12 of FIG. Is closed, and the power relay 23 of the auxiliary power circuit 22 is closed. Further, the conduction ratio of the switching element 21 is set to 100% (always on). As described above, even if the switching element 21 is not turned on, discharging can be performed by the parasitic diodes present in parallel. However, the resistance (on-resistance) when the switching element 21 is conductive is the forward direction of the parasitic diode. The value is sufficiently low with respect to the voltage. For example, the voltage drop due to the on-resistance is 0.2V while the voltage drop at the parasitic diode is 0.7V. Therefore, the switching element 21 is made conductive to positively discharge to reduce loss due to voltage drop. A voltage is supplied from the auxiliary power source to the fixing heater through such a path, and the conduction control of the fixing heater is performed in the same manner as in the case of energization from the AC power source.
[0020]
In addition, this invention is not limited to the said Example, It cannot be overemphasized that various deformation | transformation and substitution are possible if it is description in a claim.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, the fixing device according to the present invention includes the thermal fixing unit for heating and fixing the image formed on the recording material by the image forming unit, and the commercial power source that is charged by the power from the commercial power source. Auxiliary power storage means having a voltage close to the peak voltage of the power supply, power supplied from a commercial power source or auxiliary power storage means, heating means for heating the thermal fixing means, temperature detection means for detecting the temperature of the thermal fixing means, A voltage detection means for detecting the storage voltage of the auxiliary power storage means, and an auxiliary when the temperature detected by the temperature detection means is lower than a predetermined temperature and the storage voltage detected by the voltage detection means is higher than the rated voltage of the commercial power supply. The power supplied from the power storage means to the heating means, and the temperature detected by the temperature detection means is higher than a predetermined temperature or the voltage detected by the voltage detection means In the case of the rated voltage of the commercial power source, it is characterized in that a power supply switching means for supplying power to the heating means from the commercial power source. Therefore, it is not necessary to prepare a dedicated heat source, and the fixing rise time can be shortened with an inexpensive and simple configuration.
[0022]
In addition, the supply power switching unit is configured to supply power from the commercial power source to the heating unit when the voltage detected by the voltage detection unit is lower than the rated voltage of the commercial power source while supplying power from the auxiliary power storage unit to the heating unit. Supply. Therefore, even when power is supplied from the auxiliary power storage means to the heating means, if the storage voltage of the auxiliary power storage means is less than the rated voltage of the commercial power supply, the power from the commercial power supply to the heating means is By performing the supply, it is possible to shorten the rise time of fixing.
[0026]
An image forming apparatus as another invention has the above-described fixing device, and heat-welds a toner image formed by electrophotography to a recording member. Therefore, the toner can be stably heated and melted, a high-quality toner image can be fixed on the recording member and formed, and a fixing heater with a simple and inexpensive structure without the need for an auxiliary power source heater can be provided. Can be started for a short time, and the energization of the useless heater can be cut off in a mode in which a normal apparatus such as the low power mode is not used. As a result, energy saving can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a configuration of a digital copying machine as an example of an image forming apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a fixing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a control operation of the entire fixing device according to the present exemplary embodiment.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a lighting control operation of a fixing heater in the fixing device according to the present exemplary embodiment.
FIG. 5 is a flowchart illustrating an energization operation from an AC power source to a fixing heater in the fixing device according to the present exemplary embodiment.
[Explanation of symbols]
10; inverter circuit, 11; AC power supply, 12, 23; power relay,
13; diode bridge, 14; input current sensor, 15; coil,
16; capacitor, 17; low-pass filter section, 18; fixing heater,
19, 21; switching element, 20; heater circuit, 22; auxiliary power circuit,
24; diode; 25; output voltage detection circuit; 26; display means;
27; thermistor, 28, 29; drive circuit, 30; inverter control circuit,
31, 32; resistance, 33; voltage dividing circuit, 34; engine control unit.

Claims (3)

像形成手段により記録材上に形成された画像を加熱定着するための熱定着手段と、
商用電源からの電力によって充電され、満充電で商用電源のピーク電圧に近い電圧となる補助電力蓄積手段と、
前記商用電源もしくは前記補助電力蓄積手段から電力を供給され、前記熱定着手段を加熱する加熱手段と、
前記熱定着手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記補助電力蓄積手段の蓄電電圧を検出する電圧検出手段と、
前記温度検出手段によって検出した温度が所定の温度より低く、かつ前記電圧検出手段によって検出した蓄電電圧が前記商用電源の定格電圧より高い場合に、前記補助電力蓄積手段から前記加熱手段への電力供給を行い、前記温度検出手段によって検出した温度が所定の温度より高いか、もしくは前記電圧検出手段によって検出した電圧が前記商用電源の定格電圧以下の場合に、前記商用電源から前記加熱手段への電力供給を行う供給電源切り替え手段と
を備えたことを特徴とする定着装置。
A heat fixing means for heat fixing an image formed on the recording material by the image forming means;
Auxiliary power storage means that is charged by the power from the commercial power supply and becomes a voltage close to the peak voltage of the commercial power supply when fully charged ,
A heating unit that is supplied with power from the commercial power source or the auxiliary power storage unit and heats the thermal fixing unit;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the heat fixing means;
Voltage detection means for detecting the storage voltage of the auxiliary power storage means;
Power supply from the auxiliary power storage means to the heating means when the temperature detected by the temperature detection means is lower than a predetermined temperature and the stored voltage detected by the voltage detection means is higher than the rated voltage of the commercial power supply When the temperature detected by the temperature detection means is higher than a predetermined temperature or the voltage detected by the voltage detection means is less than the rated voltage of the commercial power supply, the power from the commercial power supply to the heating means A fixing device comprising: a power supply switching means for performing supply.
前記供給電源切り替え手段は、前記補助電力蓄積手段から前記加熱手段への電力供給を行っているときに前記電圧検出手段によって検出した電圧が前記商用電源の定格電圧以下になると、前記商用電源から前記加熱手段への電力供給を行うことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。  When the voltage detected by the voltage detection unit when power is supplied from the auxiliary power storage unit to the heating unit is equal to or lower than the rated voltage of the commercial power source, The fixing device according to claim 1, wherein power is supplied to the heating unit. 請求項1又は2に記載の定着装置を有し、電子写真式で形成したトナー像を記録部材に加熱溶着させることを特徴とする画像形成装置。  An image forming apparatus comprising the fixing device according to claim 1, wherein a toner image formed by electrophotography is heat-welded to a recording member.
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