JP2006251261A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池の特性を生かした熱及び水の利用を行うことで、画像品質の安定した画像を得ることができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 湿度センサ９３で検知された湿度が適正値よりも低い場合には、加湿弁９１から隔壁９０内部に供給される気体を多くする一方、除湿弁９２から隔壁９０内部に供給される気体を少なくする。湿度センサ９３で検知された湿度が適正値よりも高い場合には、加湿弁９１から隔壁９０内部に供給される気体を少なくする一方、除湿弁９２から隔壁９０内部に供給される気体を多くする。
【選択図】 図３

Description

この発明は、燃料電池の熱制御装置および燃料電池を主電源あるいは補助電源として使用することが可能な画像形成装置に関する。

近年、環境問題ならびにエネルギー問題の観点から燃料電池自動車、定置用燃料電池、および携帯用燃料電池への適用を目指した燃料電池技術の開発が活発化している。燃料電池の種類としては、水素と空気もしくは酸素を燃料とする固体高分子型燃料電池あるいはリン酸電解質型燃料電池が主流であるが、メタノールと空気もしくは酸素を燃料とするDMFC（Direct Methanol Fuel Cell）直接メタノール型燃料電池もあり、比較的安価で取り扱いも容易であることから、携帯機器などの小型機器の電源への利用が図られている。

このような状況において、画像形成装置においてその一部あるいは全ての電源を燃料電池で置き換える開発が行われている。この際、燃料電池ではその発電過程において熱と水を発生するため、これらを電力とは別に画像形成装置で利用することが行われている。

特許文献１には、電源として燃料電池を備え、ここから得られる熱及び水を有効に利用することで、安定した画質の画像を出力できる画像形成装置が提案されている。

特許文献１では、その熱を定着の熱に利用したり、発生した水をヒータ等で加熱して画像形成装置の加湿に使うことなどが示されているが、まだ、十分に燃料電池の特性を生かされているものではない。例えば、水の利用で燃料電池で発生した水を利用して装置の加湿を行う実施例として、燃料電池から発生した水を貯蔵するタンクを設け、ここに貯められた水をヒータ等で加熱して加湿している。一般に燃料電池で生成される水はスタック内で高温の状態で生成するので水蒸気の状態で存在しており、例えば、燃料の希釈に水を利用するためにこれを冷却して液化することが行われている。これを再び、加熱して水蒸気にして加湿に利用することは非常に無駄が多く、燃料電池の特性が十分に生かされているとは言えない。

また画像形成装置全体を加湿する場合、装置内の湿度をできるだけ一定にするなど管理が困難であり、加湿しすぎて結露するなど逆に不具合が生じる可能性がある。電子写真方式の画像形成装置では、主に記録媒体の含水分が紙の抵抗値を変えて転写不良を起こしたり、湿度が高すぎて、重送するなど搬送の信頼性を低下させるなどの問題があり、これまでも記録媒体の含水分を調整したり、含水分に応じて転写電界強度などのプロセス条件を変えることが行われている。

特許文献２には、高湿、低湿どちらの環境においても記録材の状態を一定に保てる給紙装置を備えることで高品質な画像が得られる画像形成装置が提案されている。特許文献３には、記録媒体カセット内に、湿度センサと、除湿用ヒータと、加湿機とからなる湿度調整装置を設け、湿度センサの出力に応じて除湿用ヒータと加湿機をオン、オフして記録媒体カセット内の湿度を所定の範囲に保つ画像形成装置が提案されている。特許文献４には、シート貯留用給紙カセットと、該給紙カセットより給紙されるシートを案内搬送するシート搬送路と、該シート搬送路中に設けられたシートカール量測定手段とを有する画像形成装置において、前記給紙カセット内に設けられた湿度調整手段と、前記シートカール量測定手段の出力に応じて前記湿度調整手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置が提案されている。

また、画像形成装置では、両面に画像を転写する場合、片面に画像を転写して、熱定着し、裏面側に画像を形成するということが行われている。この際、熱定着により、記録媒体に含まれている水分が蒸発して、記録媒体のサイズが若干小さくなり、表面と裏面で画像に縮尺が変化してしまったり、裏面では記録媒体の抵抗が高くなるため、表面の場合と同じ電流を流すためには電圧を高くする必要があり、転写電界用の高圧電源に負担がかかったり、十分な絶縁設計を行わないと放電してしまったりしてしまうという問題があった。画像の大きさが変化することに関しては、

特許文献５には、予め記録媒体の変化に合わせて画像サイズを変えておくことにより、装置内の湿度変化、記録媒体の種類の違いに影響されず、記録媒体の裏面に設定された倍率で正確に画像を形成する画像形成措置が提案されている。

特許文献６には、片面定着後の記録媒体に対して裏面を転写する前に加湿する機構を設けて記録媒体の含水分を調整する画像形成装置が提案されている。特許文献６では、画像形成装置に水を補給して、それを水蒸気やミストにして記録媒体に供給することが効果的であるが、水の補給やヒータなどが必要になることなど、いろいろと課題が多い。

特開２００４-１９１５８２号公報 特開２００３-２３７９６４号公報 特開平９-２３６９５３号公報 特開平１-７５３３０号公報 特開２００３-２０２７８９号公報 特開平９-２６７３２号公報

本発明では、燃料電池の特性を生かした熱及び水の利用を行うことで、画像品質の安定した画像を得ることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

この発明の第１の画像形成装置は、燃料電池を電源として駆動し、記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、燃料電池で生成された水で記録媒体の含水分を調整する調湿手段を備える。

この発明の第２の画像形成装置は、第１の画像形成装置において、調湿手段は、記録媒体に画像を形成する前に記録媒体の含水分を調整する。

この発明の第３の画像形成装置は、第１の画像形成装置において、記録媒体を収容する給紙カセットを備え、調湿手段は、給紙カセットに収容された記録媒体の含水分を調整する。

この発明の第４の画像形成装置は、第１の画像形成装置において、記録媒体に画像を転写する転写手段と、転写された画像を記録媒体に定着させる定着手段とを備え、調湿手段は、片面に画像を定着した後、裏面に画像を転写する前に記録媒体の含水分を調整する。

この発明の第５の画像形成装置は、第１の画像形成装置において、記録媒体を反転させる反転手段を備え、調湿手段は、反転手段において記録媒体の含水分を調整する。

この発明の第６の画像形成装置は、第１から第５までの画像形成装置において、調湿手段は、燃料電池のカソードで生成された水蒸気を含む気体を用いて記録媒体の含水分を調整する。

この発明の第７の画像形成装置は、第６の画像形成装置において、燃料電池は、水蒸気を冷却する凝縮器を有し、調湿手段は、凝縮器で冷却された水蒸気を含む気体により記録媒体の含水分を調整する。

この発明の第８の画像形成装置は、第１から第７までの画像形成装置において、燃料電池は、燃料電池のカソードで生成された水蒸気を冷却する凝縮器を有し、調湿手段は、凝縮器において水蒸気を冷却するために用いた気体により記録媒体の含水分を調整する。

この発明の第９の画像形成装置は、第１から第８までの画像形成装置において、調湿手段は、記録媒体の含水分を調整する空間を囲う隔壁を有し、隔壁は、記録媒体を搬送する搬送経路と、燃料電池から水を含む気体を隔壁内に吸気する吸気口と、隔壁内に隔壁内の気体を画像形成装置外へ排出する排気口とを含む複数の開口をもつ。

この発明の第１０の画像形成装置は、第６から第９までの画像形成装置において、記録媒体周辺の湿度を検出する湿度検知手段と、検出された湿度に応じて燃料電池から調湿手段に送られる気体の送量を調整する送量調整手段とを備える。

この発明の第１１の画像形成装置は、第１から第９までの画像形成装置において、記録媒体に画像を熱により定着させる定着装置と、定着装置において発生する熱を調湿手段に移送する熱移送手段とを備える。

この発明の第１２の画像形成装置は、第１から第１０までの画像形成装置において、燃料電池において発生する熱を調湿手段に移送する熱移送手段を備える。

本発明の画像形成装置によれば、燃料電池で発生した水を利用して外部から水を補給することなく、表面又は裏面の転写前に記録媒体の含水分を調整し、安定した転写を行い、高画質の画像を形成することができる。

第１の実施形態の画像形成装置１は、図１の構成図に示すように、自動原稿送り装置１０（ＡＤＦ）と読み取りユニット１１と給紙部１２と転写部１３とフィニッシャ１４と燃料電池１５と調湿部１６と制御部１７とを備える。なお、本明細書では画像形成装置として電子写真方式の複写機について説明するが、本発明は燃料電池を電源とする各種画像形成装置に適用することができる。

自動原稿送り装置１０は、原稿台２０と給送ローラ２１と給送ベルト２２と排送ローラ２３と原稿セット検知部２４とを有する。原稿台２０は、原稿の画像面を上にして原稿束が置かれる。原稿セット検知部２４は、原稿台２０に原稿があることを検知する。給送ローラ２１は、原稿台２０に置かれた原稿束の一番下の原稿を１枚ずつ順次送り出す。給送ベルト２２は、給送ローラ２１から送られた原稿を読み取りユニット１１のコンタクトガラス３０上の所定位置に給送する。排送ローラ２３は、読み取りを終了して給送ベルト２２で送られる原稿を排紙する。給送ローラ２１と給送ベルト２２と排送ローラ２３とは、搬送モータにより駆動される。

読み取りユニット１１は、コンタクトガラス３０と走査光学系３１とを有する。コンタクトガラス３０は、自動原稿送り装置１０で送られる原稿を載置させる。走査光学系３１は、露光ランプ３２と第１ミラー３３と第２ミラー３４と第３ミラー３５とレンズ３６とＣＣＤイメージセンサ３７とを有し、露光ランプ３２で原稿に光を照射し、反射光を第１ミラー３３と第２ミラー３４と第３ミラー３５とレンズ３６とを通じてＣＣＤイメージセンサ３７に入射させ、ＣＣＤイメージセンサ３７で原稿画像を読み取り電気信号に変換する。露光ランプ３２と第１ミラー３３とは第１キャリッジ上に固定され、第２ミラー３４と第３ミラー３５とは第２キャリッジ上に固定されている。第１キャリッジと第２キャリッジとは、原稿像を読み取る際に光路長が変わらないように、２対１の相対速度で、スキャナ駆動モータにより機械的に操作される。

給紙部１２は、第１給紙カセット４０と第２給紙カセット４１と第３給紙カセット４２と第１給紙装置４３と第２給紙装置４４と第３給紙装置４５と縦搬送ユニット４６とを有する。第１給紙カセット４０と第２給紙カセット４１と第３給紙カセット４２とは、それぞれ、普通紙などの各種記録媒体を収容している。第１給紙装置４３は第１給紙カセット４０に収容された記録媒体を給紙し、第２給紙装置４４は第２給紙カセット４１に収容された記録媒体を給紙し、第３給紙装置４５は第３給紙カセット４２に収容された記録媒体を縦搬送ユニット４６に給紙する。縦搬送ユニット４６は、給紙された記録媒体、または、反転部５６から送られる記録媒体を感光体５０に当接する位置まで搬送する。

転写部１３は、感光体５０と書き込みユニット５１と現像ユニット５２と搬送ベルト５３と定着ユニット５４と排紙ユニット５５と反転部５６とを有する。感光体５０は、回転駆動されて像担持体として機能する。

書き込みユニット５１は、レーザ出力ユニット５７と結像レンズ５８とミラー５９とをもつ。レーザ出力ユニット５７は、レーザ光源であるレーザダイオードと、モータにより高速で定速回転する多角形ミラー（ポリゴンミラー）とを内部に搭載し、読み取りユニット１１で読み込まれた画像データに基づいて感光体５０をレーザビームにより走査することにより潜像を書き込む。

現像ユニット５２は、感光体５０に書き込まれた潜像を現像してトナー像を形成する。なお、感光体５０の一端近傍のレーザビームが照射される位置には、主走査同期信号を発生するビームセンサが配置されている。搬送ベルト５３は、感光体５０と等速で回転し、給紙部１２から送られる記録媒体を搬送しながら、感光体５０との対向部で記録媒体にトナー像を転写させる。定着ユニット５４は、転写後の転写紙にトナー像を定着させる。

排紙ユニット５５は、定着後の転写紙の案内経路を切り替え、記録媒体の片面に画像を作像する場合には記録媒体をフィニッシャ１４側へ案内し、記録媒体の両面に画像を作像する場合には反転部５６側に記録媒体を案内する。反転部５６は、両面印刷する記録媒体を一旦、反転ユニットにストックし、一方の面にさらに画像を形成する場合には、経路を下側に切り替え、ストックした記録媒体を縦搬送ユニット４６に給紙し、両面の作像を終了していれば、経路を上側に切り替え、両面に画像が転写された記録媒体をフィニッシャ１４に排出する。

フィニッシャ１４は、切り替え板６０と通常排紙トレイ６１とステープラ６２とステープル台６３とジョガー６４とステープル完了排紙トレイ６５とを有する。切り替え板６０は、転写部１３から排出された記録媒体の案内経路を切り替え、上方の通常排紙トレイ６１側と下方のステープル台６３側とのいずれかに案内する。通常排紙トレイ６１は、原稿毎、または画像メモリによりソーティングされたコピー部毎に前後に移動することにより、切り替え板６０及び搬送ローラを通じて排紙される記録媒体を簡易的に仕分ける。ステープル台６３は、切り替え板６０及び搬送ローラを通じて送られた記録媒体を一時的に保持する。ジョガー６４は、ステープル台６３に記録媒体が１枚排紙される毎に紙端面を揃える。ステープラ６２は、一部のコピー完了と共に記録媒体を綴じる。ステープル完了排紙トレイ６５は、ステープラ６２で綴じられた後、自重により落下する記録媒体群を収納する。

燃料電池１５は、画像形成装置１の動作に必要な電力を供給する電源としての機能を有し、画像形成装置に対してその側面に配置されている。なお、燃料電池１５は、画像形成装置１全体の電力を発電する主電源であっても、商用電源その他の電源に対する補助電源であってもよい。燃料電池１５は、燃料や生成水の配管や発電時の発熱の問題などの観点から、画像形成装置１に対する熱や水の悪影響を防止するため、まとめて画像形成装置１の外装に接触するように配置されることが望ましい。なお、燃料電池１５は、他の位置に配置されるものであってもよく、構成要素の一部を画像形成装置１の内部に配置したものであってもよい。

燃料電池１５は、メタノールを燃料とするアクティブ型のダイレクトメタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）で構成されている。なお、燃料電池１５は、液体燃料では直接水素を燃料とするものなど他の物質を燃料とするものであってもよい。直接水素を燃料とする燃料電池１５は、画像形成装置に組み込む場合に水素を貯えるための高圧容器などを必要とし、扱いにくいため、燃料電池１５は取り扱いの容易なメタノール等の液体燃料を使用するＤＭＦＣであることが好ましい。DMFCには、アクティブ型とパッシブ型との２つの方式がある。アクティブ型のＤＭＦＣは、燃料となるメタノールや空気（酸素）をポンプやファンを使用して燃料電池に供給・循環させる方式で、構成が比較的複雑となる一方、大きな電力を得やすい特長がある。パッシブ型のDMFCは、燃料も空気も対流や濃度勾配等を利用して供給するため構成が単純で小型化に適している一方、得られる電力が小さく、希釈した燃料を用いるため燃料カートリッジが大きくなる課題がある。燃料電池１５は、アクティブ型とパッシブ型とのいずれのタイプであってもよく、発電量を多く必要とする場合にはアクティブ型であることが望ましい。

燃料電池１５は、図２のブロック図に示すように、高濃度燃料タンク７０と燃料ポンプ７１と濃度調整部７２と水ポンプ７３と貯水部７４と燃料電池スタック７５と循環ポンプ７６と空気ポンプ７７と凝縮器７８とを有する。

燃料電池スタック７５は、電解質膜８０をアノード８１（燃料極）とカソード８２（空気極）との２つの電極ではさむ構造をもつ。アノード８１に供給されるメタノール及び水から作られる水素イオンは、電解質膜８０を通過し、カソード８２に到達し、カソード８２に供給される酸素と反応して水を生成する。アノード８１とカソード８２との間の一連の反応により両電極間に電流が流れる。

高濃度燃料タンク７０は、燃料のメタノールを、その容量を減らすために高濃度（50〜60wt％）で貯えている。燃料ポンプ７１は、高濃度燃料タンク７０から高濃度のメタノールを濃度調整部７２に供給する。貯水部７４は、カソード８２で生成された水を貯水する。水ポンプ７３は、貯水部７４の水を濃度調整部７２へ送る。濃度調整部７２は、高濃度燃料タンク７０から送られる高濃度のメタノールを、貯水部７４から送られる生成水で2〜6wt％程度まで希釈する。循環ポンプ７６は、濃度調整部７２で希釈された低濃度のメタノールを燃料電池スタック７５へ供給し、循環させる。空気ポンプ７７は、ブロアによって空気を送ることによりカソード８２に酸素を供給するとともに、カソード８２の生成水を凝縮器７８へ送り出す。燃料電池スタック７５は、反応により60〜70℃程度の高温になっており、カソード８２の生成水は水蒸気の状態で送り出される。凝縮器７８（ラジエータ）は、カソード８２から送り出される水蒸気を、ファン８３で取り込んだ外気との熱交換により40〜50℃にまで冷却し、液化する。カソード８２の生成水を凝縮器７８で冷却及び液化して貯水した水を希釈に用いることにより、水を補給する必要がない。

調湿部１６は、図３の部分構成図に示すように隔壁９０と加湿弁９１と除湿弁９２と湿度センサ９３と熱移送部材９４とを有する。

隔壁９０は、第１給紙カセット４０と第２給紙カセット４１と第３給紙カセット４２とを囲うように形成され、複数の開口が設けられている。なお、調湿部１６は、複数の給紙カセットを囲うものであっても、個々の給紙カセットを囲うものであってもよい。

隔壁９０の複数の開口には、記録媒体を通過させる搬送経路９５と、隔壁９０に気体を流入させるために下方に設けられた吸気口９６と、隔壁９０の内部から気体を画像形成装置１の外部に排気するために上方に設けた排気口９７とが含まれる。すなわち、隔壁９０内部は、搬送経路９５と吸気口９６と排気口９７とを除いて可及的密閉状態とされている。隔壁９０内部を可及的密閉状態とすることにより、吸気口９６から送られる気体は排気口９７から直接画像形成装置１の外へ排出されるため、隔壁９０内部の水蒸気を含む湿度の高い気体が、湿度の低い画像形成装置１の他の部分に拡散することによる結露の発生を防止することができる。

加湿弁９１は、カソード８２に供給されて凝縮器７８で冷却された酸素、空気、液化されなかった水蒸気などを、供給量を調整しながら吸気口９６から隔壁９０内へ供給することにより、記録媒体の含水量を調整する加湿手段として機能するとともに、利用しない気体を画像形成装置１の外へ排出する。加湿弁９１による気体の供給は、空気ポンプ７７による送風の力を利用する。空気ポンプ７７の送風を利用することにより、新たに送風手段を設ける必要がなく、配管を分岐して隔壁９０内に送るだけで効率よく含水量を調整することができる。

記録媒体の含水量の調整に、カソード８２で生成した水を水蒸気の状態で利用することにより、カソード８２の生成水を液化した状態で利用する場合に比較して、再加熱して水蒸気にする必要がなく、高効率に生成水を利用することができる。凝縮器７８を通過後の気体は、外気に比べて高温かつ高湿度であるため加湿を行うには十分であり、隔壁９０内との温度差が少ないため結露による不具合が発生しにくい。

除湿弁９２は、ファン９３により取り込まれて凝縮器７８で熱交換に使用された後の高温の気体を、供給量を調整しながら吸気口９６から隔壁９０内へ供給することにより、除湿手段として機能するとともに、利用しない気体を画像形成装置１の外へ排出する。凝縮器７８を冷却した空気は外気に比べて高温であるため隔壁９０内の温度を上げることにより、隔壁９０内の相対湿度を下げ、記録媒体の含水分を減少させる。除湿弁９２から吸気口９６までの経路内には、例えばゼオライト、シリカゲル、５酸化リン、塩化マグネシウムなど吸湿性の材料９８が配置されている。除湿性の材料９８を設けることにより、隔壁９０内により低湿の空気を送ることができる。隔壁９０内部への送風を行っていないときに経路内を送風して機外へ排気することにより、吸湿性の材料９８を再生することができる。

発電時に高温となる燃料電池スタック７５を熱源として高温の空気を作り、作られた高温の空気を給紙カセットに送ることにより除湿手段を構成した場合、新たな送風手段を設ける必要があり電力の消費を増やす。一方、本実施形態は、凝縮器７８へ送付する送風手段であるファンの風圧を利用しているため、新たな送風手段が不要であり、装置を小型化することができ、エネルギー効率を向上させることができる。

湿度センサ９３は、隔壁９０内部の湿度を検知する。なお、記録媒体の抵抗を測定し、抵抗値から含水分を予測する方法は、各記録媒体毎に抵抗値を測定することが困難であり、また、測定結果のばらつきの平均化方法及び調湿方法に課題が多いため、湿度センサ９３を用いることが望ましい。

熱移送部材９４は、燃料電池１５で発生した熱を調湿部１６に伝達するヒートパイプで構成される。加湿弁９１から送られる気体は、湿度が高いため、給紙カセット内との温度差により結露を発生させ、記録媒体を濡らすおそれがある。熱移送部材９４で調湿部１６を加熱することにより、ヒータを設けて電力を使用することなく、調湿部１６における結露を防止することができる。

制御部１７は、画像形成装置１の各構成部材を制御することにより画像形成動作全体を制御するとともに、湿度センサ９３で検知された湿度が適正値よりも低い場合には、加湿弁９１から隔壁９０内部に供給される気体を多くする一方、除湿弁９２から隔壁９０内部に供給される気体を少なくする。制御部１７は、湿度センサ９３で検知された湿度が適正値よりも高い場合には、加湿弁９１から隔壁９０内部に供給される気体を少なくする一方、除湿弁９２から隔壁９０内部に供給される気体を多くする。制御部１７は、加湿弁９１及び除湿弁９２と協働することにより、湿度センサ９３で検出された湿度に応じて燃料電池１５から調湿部１６に送られる気体の送量を調整する送量調整手段として機能している。

隔壁９０内部の湿度が低い場合には記録媒体の含水分が少ないと予測されるため、水蒸気を含む空気を隔壁９０内に送ることにより、転写前の記録媒体の含水分を上げて、転写に適した抵抗値とすることができる。記録媒体の含水量を適切に調整することにより、転写時の記録媒体の抵抗の変動による転写のプロセス条件の変動を抑え、安定して転写を行わせることができ、高画質な画像が形成される。

第１の実施形態の画像形成装置１によれば、燃料電池１５で発生した水を利用して、転写前に記録媒体の含水分を調整するため、外部から水を補給することなく記録媒体を加湿して安定した転写を行うことができる。第１の実施形態の画像形成装置１によれば、給紙カセットの内部に長時間収容された記録媒体の含水分を、静止状態で適当な状態に調整することができるため、記録媒体の搬送中において調湿を行う場合に比較し、含水量の調整にかかる時間を十分に確保することができるとともに、給紙カセットから記録媒体を搬送する際の重送の確率を減少させ、搬送の信頼性を向上させることができる。

第２の実施形態の画像形成装置２は、図４の構成図に示すように第１の実施形態と異なり、隔壁９０が縦搬送ユニット４６を囲うように形成され、感光体５０の手前で記録媒体の含水分を調整する。他の構成は第１の実施形態と同様である。

このように、燃料電池１５で発電時に発生する熱と水を、必要に応じて画像形成装置２内の記録媒体搬送経路上の給紙部１２から転写部１３までの間のどこかに供給し、記録媒体の含水分を適当な状態にしてから、転写を行うことにより、環境変動により記録媒体の含水分が変化しても、画像を記録媒体上に転写する際のプロセス条件を安定させ、常に高画質の画像を得ることができる。

第２の実施形態の画像形成装置２によれば、燃料電池１５で発生した水を利用して、転写前に記録媒体の含水分を調整するため、外部から水を補給することなく記録媒体を加湿して安定した転写を行うことができる。

第３の実施形態の画像形成装置３は、第１の実施形態の調湿部１６に代えて図５の構成図及び図６(a)の部分構成図に示すように、反転部５６を囲うように設けた調湿部１００を備える点で第１の実施形態と異なり、他の構成は第１の実施形態と同様である。調湿部１００は、第１の実施形態と異なり反転部５６を囲う隔壁１０１と、第１の実施形態と同様の加湿弁９１と除湿弁９２と湿度センサ９３とを有する。隔壁１０１が反転部５６を囲うことにより、調湿部１００は、表面の定着後、裏面の転写前に記録媒体の含水分を調整することができる。表面の定着により記録媒体の含水分は失われるため、調湿部１００を設けることにより裏面転写前に失われた含水分を補給することができる。

なお、調湿部１００は図６(b)の部分構成図に示すように定着ユニット５４で発生する排熱を隔壁１０１に伝達して加熱する熱移送部材１０２をもつものであってもよい。熱移送部材１０２は、定着ユニット５４の近傍に設けられた熱交換部からヒートパイプを通じて隔壁１０１に熱を移送する。隔壁１０１に定着ユニット５４の熱を伝達して温度を高くすることにより、隔壁１０１の中面に結露が生じることを防止することができる。隔壁１０１内を加熱する熱源として定着ユニット５４の排熱を利用することにより、ヒータなどを設けることによる新たな電力消費を必要とせずに隔壁１０１内の結露を防止することができる。なお、熱移送部材１０２は、他の構成により熱を伝達するものであってもよい。また、隔壁１０１内を加熱する方法は、調湿部１００を定着ユニット５４に近接させて配置する方法であってもよく、例えば、定着ユニット５４の排熱をファンで行う場合には排熱の機外排出経路を通じて隔壁１０１の温度を上げる方法であってもよい。

なお、熱移送部材１０２は、図６(c)の部分構成図に示すように燃料電池１５で発生する排熱を隔壁１０１に伝達することにより、隔壁１０１を加熱する熱移送部材１０３であってもよい。例えば燃料電池スタック７５で発生した熱をヒートパイプで構成した熱移送部材１０３により隔壁１０１へ伝達し、隔壁１０１の温度を高くすることにより隔壁１０１内部の結露を防止することができる。燃料電池１５の排熱を利用することにより、特に新たな電力消費を伴うことなく結露を防止することができる。

なお、定着後、裏面転写前の記録媒体の含水分を調整する位置は、反転部５６に限られるものではなく、記録媒体搬送経路上の定着後、裏面転写前であればいずれの位置であってもよい。表面転写前の記録媒体の搬送経路に重なる部分で記録媒体の含水分を調整する場合、転写が表面時と裏面時とのいずれであるかによって含水分の調整を行うか行わないかを切替える必要があり動作が煩雑となるため、表面転写前の記録媒体の搬送経路に重ならない部分で記録媒体の含水分を調整することが好ましい。

第３の実施形態の画像形成装置３によれば、燃料電池１５で発生した水を利用して、表面の定着後、裏面転写前に記録媒体の含水分を調整するため、外部から水を補給することなく記録媒体を加湿して安定した転写を行うことができる。第３の実施形態の画像形成装置３によれば、裏面転写時の記録媒体の含水分を表面転写時に近い状態にすることにより、裏面転写時に表面転写時と近い転写電界で転写を行うことができ、常に高画質の画像を得ることができる。

なお、画像形成装置３は、第１の実施形態の画像形成装置１のように、表面転写前の記録媒体の含水分を調整する機能を併せ持つものであってもよく、表面転写前と裏面転写前とのいずれにおいても記録媒体の含水分の調整を行うことにより、表面と裏面との両方でより安定して高画質な画像を両面に形成することができる。

第４の実施形態の画像形成装置４は、第３の実施形態の調湿部１００に代えて雰囲気ではなく記録媒体１１０に直接に水分を補給する調湿部１１１を備える。他の構成は第３の実施形態と同様である。

具体的には、調湿部１１１は、第３の実施形態と同様の加湿弁９１と除湿弁９２に加えて調湿ローラ１１２と対向ローラ１１３とを有する。調湿ローラ１１２は、図７(a)の斜視図に示すように中心軸１１４と表層１１５とをもつ。中心軸１１４は、直線の管で形成され一端に吸気口１１６をもち表面には管の内部から外部へ水蒸気を通す複数の微細孔１１７が設けられている。表層１１５は、連泡に発泡させたスポンジ層で構成されている。対向ローラ１１３は調湿ローラ１１２に対向して配置され、調湿ローラ１１２との間に記録媒体を挟んで搬送する。加湿弁９１から送られる水蒸気を含んだ気体と、除湿弁９２から送られる高温の気体とは、吸気口１１６から中心軸１１４内部に供給され、中心軸１１４の表面の微細孔１１７から吹き出し表層１１５に送られ、表層１１５を湿らせる。湿った表層１１５は、定着後の記録媒体の含水分を直接調整する。

なお、調湿部１１１は、調湿ローラ１１２と対向ローラ１１３との構成に替えて図７(b)の斜視図に示すように、記録媒体の搬送方向に直交する方向に並ぶ複数のノズルから、直下を通過する記録媒体に水蒸気を含んだ空気を吹き出す調湿ノズル１１８をもつものであってもよい。なお、調湿部１１１は、調湿ローラ１１２と調湿ノズル１１８とを併用するものであってもよい。調湿部１１１は、隔壁で調湿ローラ１１２または調湿ノズル１１８の周囲を囲い、画像形成装置４内の他の部分に水蒸気が拡散しないようにすることが望ましい。

反転部５６において雰囲気で記録媒体の含水分を調整すると、記録媒体１１０が反転部５６にとどまる時間は短いことから、十分な調湿に間に合わない場合がある。一方、本実施形態の調湿部１１１のように、記録媒体に対して直接水分を補給する場合には、記録媒体の含水分を短時間で十分に調整することができる。

第４の実施形態の画像形成装置４によれば、燃料電池１５で発生した水を利用して、表面の定着後、裏面転写前に記録媒体の含水分を短時間で調整するため、外部から水を補給することなく記録媒体を加湿して安定した転写を行うことができる。第４の実施形態の画像形成装置４によれば、裏面転写時の記録媒体の含水分を表面転写時に近い状態にすることにより、裏面転写時に表面転写時と近い転写電界で転写を行うことができ、常に高画質の画像を得ることができる。

第５の実施形態の画像形成装置５は、図８の全体構成図に示すように、第３の実施形態の画像形成装置３においてさらに転写前湿度センサ１２０を備える。転写前湿度センサ１２０は、画像形成装置５内部の例えば記録媒体を貯えている給紙カセット付近の湿度を検知する。なお、転写前湿度センサ１２０は、転写前の記録媒体の湿度を検知できる場所であれば他の場所に設置されるものであってもよい。

制御部１７は、転写前湿度センサ１２０で検出された湿度に基づいて、転写前の記録媒体の含水分を予測し、予測された含水分に合わせて定着後の記録媒体の含水分調整を行い、表面転写時と裏面転写時との記録媒体の含水分をほぼ同等にすることができるので転写プロセスを安定させ、両面に高画質な画像を形成することができる。

転写時の記録媒体の含水分は環境により変動するため、転写プロセスの条件は環境に合わせて調整される。転写前湿度センサ１２０により転写前に記録媒体の含水分を検知し、制御部１７の制御により表面転写前と裏面転写前の記録媒体の含水分の状態を同等とすることにより、表面転写時の含水分に合わせた転写プロセスの条件で裏面側を転写することができる。

第５の実施形態の画像形成装置５によれば、燃料電池１５で発生した水を利用して、表面転写時と裏面転写時との記録媒体の含水分をほぼ同等にすることができるので転写プロセスを安定させ、両面に高画質な画像を形成することができるとともに、外部から水を補給することなく記録媒体を加湿して安定した転写を行うことができる。

第１の実施形態の画像形成装置の構成図である。 燃料電池のブロック図である。 第１の実施形態の調湿部を含む詳細な構成図である。 第２の実施形態の画像形成装置の構成図である。 第３の実施形態の画像形成装置の構成図である。 第３の実施形態の調湿部を含む詳細な構成図である。 第４の実施形態の調湿部の構成図である。 第５の実施形態の画像形成装置の構成図である。

符号の説明

１；画像形成装置、２；画像形成装置、３；画像形成装置、４；画像形成装置、
５；画像形成装置、１０；自動原稿送り装置、１１；読み取りユニット、１２；給紙部、
１３；転写部、１４；フィニッシャ、１５；燃料電池、１６；調湿部、１７；制御部、
２０；原稿台、２１；給送ローラ、２２；給送ベルト、２３；排送ローラ、
２４；原稿セット検知部、３０；コンタクトガラス、３１；走査光学系、
３２；露光ランプ、３３；第１ミラー、３４；第２ミラー、３５；第３ミラー、
３６；レンズ、３７；ＣＣＤイメージセンサ、４０；第１トレイ、４１；第２トレイ、
４２；第３トレイ、４３；第１給紙装置、４４；第２給紙装置、４５；第３給紙装置、
４６；縦搬送ユニット、５０；感光体、５１；現像ユニット、５２；書き込みユニット、
５３；搬送ベルト、５４；定着ユニット、５５；排紙ユニット、５６；反転部、
５７；レーザ出力ユニット、５８；結像レンズ、５９；ミラー、６０；切り替え板、
６１；通常排紙トレイ、６２；ステープラ、６３；ステープル台、６４；ジョガー、
６５；ステープル完了排紙トレイ、７０；高濃度燃料タンク、７１；燃料ポンプ、
７２；濃度調整部、７３；水ポンプ、７４；貯水部、７５；燃料電池スタック、
７６；循環ポンプ、７７；空気ポンプ、７８；凝縮器、８０；電解質膜、
８１；アノード、８２；カソード、９０；隔壁、９１；加湿弁、９２；除湿弁、
９３；湿度センサ、９４；熱移送部材、９５；搬送経路、９６；吸気口、９７；排気口、
９８；吸湿性の材料、１００；調湿部、１０１；隔壁、１０２；熱移送部材、
１０３；熱移送部材、１０４；記録媒体、１１０；記録媒体、１１１；調湿部、
１１２；調湿ローラ、１１３；対向ローラ、１１４；中心軸、１１５；表層、
１１６；吸気口、１１７；微細孔、１１８；調湿ノズル、１２０；転写前湿度センサ。

Claims (12)

1. 燃料電池を電源として駆動し、記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
   前記燃料電池で生成された水で記録媒体の含水分を調整する調湿手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記調湿手段は、記録媒体に画像を形成する前に記録媒体の含水分を調整する請求項１に記載の画像形成装置。
3. 記録媒体を収容する給紙カセットを備え、
   前記調湿手段は、給紙カセットに収容された記録媒体の含水分を調整する請求項１に記載の画像形成装置。
4. 記録媒体に画像を転写する転写手段と、
   転写された画像を記録媒体に定着させる定着手段とを備え、
   前記調湿手段は、片面に画像を定着した後、裏面に画像を転写する前に記録媒体の含水分を調整する請求項１に記載の画像形成装置。
5. 記録媒体を反転させる反転手段を備え、
   前記調湿手段は、前記反転手段において記録媒体の含水分を調整する請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記調湿手段は、前記燃料電池のカソードで生成された水蒸気を含む気体を用いて記録媒体の含水分を調整する請求項１から請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記燃料電池は、前記水蒸気を冷却する凝縮器を有し、
   前記調湿手段は、前記凝縮器で冷却された水蒸気を含む気体により記録媒体の含水分を調整する請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記燃料電池は、前記燃料電池のカソードで生成された水蒸気を冷却する凝縮器を有し、
   前記調湿手段は、前記凝縮器において前記水蒸気を冷却するために用いた気体により記録媒体の含水分を調整する請求項１から請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記調湿手段は、記録媒体の含水分を調整する空間を囲う隔壁を有し、
   前記隔壁は、記録媒体を搬送する搬送経路と、前記燃料電池から水を含む気体を前記隔壁内に吸気する吸気口と、前記隔壁内に隔壁内の気体を画像形成装置外へ排出する排気口とを含む複数の開口をもつ請求項１から請求項８のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 記録媒体周辺の湿度を検出する湿度検知手段と、
    検出された湿度に応じて前記燃料電池から前記調湿手段に送られる気体の送量を調整する送量調整手段とを備える請求項６から請求項９のいずれかに記載の画像形成装置。
11. 記録媒体に画像を熱により定着させる定着装置と、
    前記定着装置において発生する熱を前記調湿手段に移送する熱移送手段とを備える請求項１から請求項９のいずれかに記載の画像形成装置。
12. 前記燃料電池において発生する熱を前記調湿手段に移送する熱移送手段を備える請求項１から請求項１０のいずれかに記載の画像形成装置。

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