JP2012168422A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】蓄電装置41における電気二重層キャパシタ42の電圧を検知する電圧検知手段50と、充電時において電気二重層キャパシタ42の電圧が第1所定値から第2所定値に達するまでの到達時間を検知してキャパシタ静電容量を求める算出手段45と、を備える。そして、算出手段45は、充電が開始されてから電気二重層キャパシタ42の電圧が第1所定値に達するまでの時間が所定時間以上であるときにのみ検知される到達時間に基いてキャパシタ静電容量を求めるように制御される。
【選択図】図3
Description
一方、画像形成装置の搬送経路を移動する記録媒体は、作像部にて、その表面上にトナー像が転写される。そして、未定着のトナー像を担持した記録媒体は、さらに搬送経路を所定の搬送速度で移動して定着装置に達する。定着装置に達した記録媒体は、定着ローラと加圧ローラとの間(ニップである。)に送入されて、定着ローラから受ける熱と双方のローラから受ける圧力とによってトナー像が定着される。トナー像が定着された記録媒体は、定着ローラと加圧ローラとの間から送出された後に、画像形成装置から排出される。
蓄電装置は、電力が充放電される電気二重層キャパシタや、電気二重層キャパシタの充放電を切り替える切替部や、主電源から供給された交流電力を整流するとともにDC変換して電気二重層キャパシタに供給する充電器等が、電気的に接続されたものである。
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
図1において、1は画像形成装置としての複写機の装置本体、2は原稿Dの画像情報を光学的に読み込む原稿読込部、3は原稿読込部2で読み込んだ画像情報に基いた露光光Lを感光体ドラム5上に照射する露光部、4は感光体ドラム5上にトナー像を形成する作像部、7は感光体ドラム5上に形成された画像を記録媒体Pに転写する転写部、10はセットされた原稿Dを原稿読込部2に搬送する原稿搬送部(ADF)、12〜14は転写紙等の記録媒体Pが収納された給紙部、20は記録媒体P上の未定着画像を定着する定着装置、21は定着装置20に設置された定着ローラ、24は定着装置20に設置された加圧ローラ、40は定着装置20等の被給電体に電力を供給する主電源、41は定着装置20に補助的に電力を供給する蓄電装置(補助電源装置)、を示す。
まず、原稿Dは、原稿搬送部10の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部2上を通過する。このとき、原稿読込部2では、上方を通過する原稿Dの画像情報が光学的に読み取られる。
そして、原稿読込部2で読み取られた光学的な画像情報は、電気信号に変換された後に、露光部3(書込部)に送信される。そして、露光部3からは、その電気信号の画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Lが、作像部4の感光体ドラム5上に向けて発せられる。
その後、感光体ドラム5上に形成されたトナー像は、転写部7で、レジストローラにより搬送された記録媒体P上に転写される。
まず、画像形成装置本体1の複数の給紙部12、13、14のうち、1つの給紙部が自動又は手動で選択される(例えば、最上段の給紙部12が選択されたものとする。)。
そして、給紙部12に収納された記録媒体Pの最上方の1枚が、搬送経路Kの位置に向けて搬送される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。
図2に示すように、定着装置20は、主として、定着部材としての定着ローラ21、加圧部材としての加圧ローラ24、温度検知手段としてのサーミスタ37、分離爪38、ガイド板35、等で構成される。
なお、本実施の形態では、ヒータ22、23(加熱部材)としてハロゲンヒータ等の棒状ヒータを用いたが、ヒータ22、23(加熱部材)としてセラミックヒータ等の面状ヒータを用いることもできる。
また、定着ローラ21表面にはサーミスタ37(温度検知手段)が当接されていて、サーミスタ37によるローラ表面温度の検知結果に基いて、主電源40及び蓄電装置41から供給される電力の調整がおこなわれる。
まず、装置本体1の主電源スイッチが投入されると、装置本体1の主電源40及び蓄電装置41から、定着ローラ21のヒータ22、23にそれぞれ電力が供給される。詳しくは、主電源40は装置本体1外のコンセントを介して接続された商用電源であって、主電源40(商用電源)から第1ヒータ22(第1加熱部材)に定格の電力が供給される。さらに、蓄電装置41に蓄積された充電電力が放電電力として第2ヒータ23(第2加熱部材)に供給される。
これにより、定着ローラ21表面は、所望の温度(例えば、180℃である。)に短時間に達して、装置本体1での画像形成が可能な状態になる。
具体的に、原稿読込部2がスキャン動作しているときには、スキャン動作していないときに比べて消費電力が多くなるために、蓄電装置41による第2ヒータ23への給電がおこなわれる。また、連続的に画像形成がおこなわれるとき(連続通紙時である。)にも、連続的に搬送される記録媒体Pによって定着ローラ21の熱が奪われるため、蓄電装置41による第2ヒータ23への給電がおこなわれる。また、装置本体1を長時間待機状態にさせたときに省エネルギーモードが機能して定着温度が低下している場合等にも、待機状態からの立ち上げ時に蓄電装置41による第2ヒータ23への給電がおこなわれる。このように、主電源40から定着装置20に供給される電力の不足分が、蓄電装置41からの放電電力によって補われる。
図3に示すように、蓄電装置41は、主として、電力が充放電されるキャパシタとしての電気二重層キャパシタ42、電気二重層キャパシタ42の充電をおこなう充電器43、電気二重層キャパシタ42の充放電を切り替える切替部44、電気二重層キャパシタ42に生じる電圧(キャパシタ端子電圧)を検知する電圧検知手段としての電圧計50、等で構成される。
なお、電気二重層キャパシタ42において、各セルの電圧を検知して、過充電や過放電が生じないように充電電流や放電電流をバイパスする回路を設けることもできる。また、使用するキャパシタ42としては、電気二重層キャパシタと、非活性炭電極キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、疑似容量キャパシタ、ハイブリッドキャパシタ等の異なる種類のキャパシタと、を組み合わせる構成とすることもできる。
さらに、制御部45のCPU48には、電圧計50(電圧検知手段)からキャパシタ部50の電圧に係わる情報が送信されるとともに、時間検知手段としてのタイマー49から時間に係わる情報が送信される。そして、CPU48は、充電時において電圧計50及びタイマー49によって検知される検知結果に基いて電気二重層キャパシタ42の静電容量を求める算出手段として機能することになるが、これについては後で詳しく説明する。
昇圧装置55は、第2ヒータ23への入力電圧(供給電力)を可変(増大)できるように構成されていて、キャパシタ42から取り出す電流を大きくすることができる。そのため、キャパシタセルの直列数を増やして電力を得る構成に比べて、キャパシタ端子電圧が低下する際に初期的な電圧変動が生じやすい(過渡期における電圧変動が大きくなる)。したがって、後述する制御方法によってキャパシタ42の静電容量を算出することによる効果が大きくなる。
なお、本実施の形態では、電装置41と第2ヒータ23(第2加熱部材)との間に昇圧装置55を具備した昇圧回路を設けたが、昇圧回路を設けることなく、電装置41と第2ヒータ23(第2加熱部材)とを直接的に接続することもできる。
そして、プリント動作(画像形成動作)がおこなわれるときに、主電源40に加えて蓄電装置41からの定着装置20(第1ヒータ22及び第2ヒータ23)への電力供給をおこなう(図5(A)〜(D)において領域W2に対応する部分を参照できる。)。これにより、低温環境下であっても、良好な定着画像を得ることができる。
そして、定着ローラ21の温度(定着温度)を高く維持する必要がない待機時においては、主電源40から蓄電装置41へ電力を供給して蓄電装置41を充電しておく(図5(A)〜(D)において領域W3に対応する部分を参照できる。)。
そして、再び定着ローラ21を昇温するとき等であって、多量の電力を必要とするときには主電源40とともに蓄電装置41の電力を同時に定着装置20へ供給する(図5(A)〜(D)において領域W1´に対応する部分を参照できる。)。このとき、定着装置20に投入される総電力は主電源40だけのときよりも確実に多くなるため、短時間で定着ローラ21の温度を上昇させることができる。さらに、プリント動作中にも蓄電装置41による給電をおこなうことで、プリント速度(搬送速度)の高速化が可能になる(図5(A)〜(D)において領域W2´に対応する部分を参照できる。)。
本実施の形態における画像形成装置1には、先に図3等を用いて説明したように、電気二重層キャパシタ42に生じる電圧(キャパシタ端子電圧)を検知する電圧検知手段としての電圧計50が設けられている。そして、算出手段としての制御部45において、充電時において電気二重層キャパシタ42に生じる電圧が第1所定値V1から第2所定値V2(第1所定値V1よりも高く設定されている。)に達するまでの到達時間Δtを検知して、検知された到達時間Δtから電気二重層キャパシタ42の静電容量が求められる。
具体的に、図3及び図8を参照して、電気二重層キャパシタ42の電圧が電圧計50によって検知されながら、時間検知手段としてのタイマー49によって、充電時において電気二重層キャパシタ42の電圧が第1所定値V1から第2所定値V2(>第1所定値V1)に達するまでの到達時間Δtが計測される。そして、その到達時間Δtに基いて、CPU48にて電気二重層キャパシタ42の静電容量が算出される。
すなわち、制御部45(算出手段)によって電気二重層キャパシタ42の静電容量を求める際に、電気二重層キャパシタ42(蓄電装置41)での充電が開始された直後のデータを採用しないように制御している。
図6は、キャパシタセル又は複数のキャパシタを直並列に接続した電気二重層キャパシタにおいて、定電流放電から定電流充電をする際に、キャパシタに生じる端子電圧の変動を示す模式図である。電気二重層キャパシタには内部抵抗があるため、端子電圧は、一点鎖線で示すような変化を示さずに、実線で示すような変化を示すことになる。すなわち、キャパシタ端子電圧は、放電直後に低下して、放電を停止するとその分電圧が上昇する。また、放電停止した状態から充電を開始すると端子電圧が上昇する。一点鎖線で示すような変化は、内部抵抗が0Ωのときに生じるものであって、理想的な状態であるが、実際には内部抵抗が影響して上述したような変動が生じることになる。
図7は、図3に示す蓄電装置41において、定電流充電時におけるキャパシタ端子電圧の変動を詳細に示すグラフである。図7に示すように、電気二重層キャパシタ42には内部抵抗があるために、電圧−時間特性が直線となる安定期に達するまで不安定な過渡期が存在する。
ここで、キャパシタ42の静電容量は、充電時の所定の時間に電圧の変化を計測することで算出できる。しかし、そのような静電容量の算出は、キャパシタ42の静電容量が充電時間と比例関係にある(電圧−時間特性が直線となる)安定期において成立するものであって、過渡期において電圧の変化を計測してしまうと算出する静電容量値に大きく誤差が発生することになる。具体的に、図7において、安定期において時間Δt1に対応した端子電圧の変動Δv1に基く場合には、誤差のない正確な静電容量を算出することができる。これに対して、過渡期を含む時間Δt2やΔt3に対応した端子電圧の変動Δv2やΔv3に基く場合には、誤差が生じて正確な静電容量を算出することができないことになる。
そして、このようにして正確に算出された静電容量に基いて、電気二重層キャパシタ42の状態(劣化の程度や故障の有無等である。)を判断している。そして、例えば、電気二重層キャパシタ42の劣化の程度に合わせて装置本体1の表示パネル(不図示である。)にメンテナンスの時期をアナウンスしたり、電気二重層キャパシタ42に故障が生じたときに装置本体1の表示パネルにメンテナンスが必要である旨をアナウンスしたりすることになる。
このように、本実施の形態では、所定の電圧を検知して静電容量を算出するためのデータを取得するときに、充電開始から所定の時間経過した測定データを採用することにより、キャパシタの充電時の過渡的な挙動の影響によるキャパシタ特性値の測定誤差を除去することができる。
これに対して、図9に示すように、制御部45(算出手段)において、充電が開始されてから所定時間Δt0が経過した後に第1所定値V1を設定(検知)して到達時間Δtを検知(計測)して、その到達時間Δtに基いて電気二重層キャパシタ42の静電容量を求めるように制御する、第2の制御方法を用いることもできる。すなわち、図9(A)に示すように、充電が開始されてから所定時間Δt0が経過した後に、電圧計50によって第1所定値V1と第2所定値V2とが検知されて、タイマー49によってその間の時間Δtが検知されて、その時間Δtに基いてCPU48によってキャパシタ42の静電容量が算出されることになる。したがって、図9(B)に示すように、充電が開始されてから所定時間Δt0が経過する前に、電圧計50によって第1所定値V1が検知されて、その後に第2所定値V2が検知されて、タイマー49によってその間の時間Δtが検知されて、その時間Δtに基いてCPU48によってキャパシタ42の静電容量が算出されることはない。
このように充電開始後に所定時間が経過してから容量測定をおこなう場合であっても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
図10を参照して、第3の制御方法において、制御部45(算出手段)は、充電時において電気二重層キャパシタ42に生じる電圧が第1所定値V1から第2所定値V2に達するまでの第1到達時間Δtaを検知して第1到達時間Δtaから電気二重層キャパシタ42の第1の静電容量を求めるとともに、充電時において電気二重層キャパシタ42に生じる電圧が第2所定値V2から第3所定値V3(第2所定値V2よりも高く設定されている。)に達するまでの第2到達時間Δtbを検知して第2到達時間Δtbから電気二重層キャパシタ42の第2の静電容量を求めるように設定されている。
そして、図10(A)に示すように、制御部45(算出手段)において、第1到達時間Δtaに基いて求められた第1の静電容量と、第2到達時間Δtbに基いて求められた第2の静電容量と、の差異が所定範囲内であって双方の静電容量がほぼ一致するときに、第1の静電容量又は/及び第2の静電容量に基いて電気二重層キャパシタ42の静電容量を求めるように制御される。具体的には、第1の静電容量又は第2の静電容量のいずれかを選択してその値を最終的な静電容量値とすることもできるし、第1の静電容量と第2の静電容量との平均値を算出してその平均値を最終的な静電容量値とすることもできる。
これに対して、図10(B)に示すように、制御部45(算出手段)において、第1到達時間Δtaに基いて求められた第1の静電容量と、第2到達時間Δtbに基いて求められた第2の静電容量と、の差異が所定範囲内でなくて双方の静電容量が近似しないとき(図10(B)のように一点鎖線で示す電圧−時間特性の直線が安定期のものと重ならないときである。)には、第1の静電容量又は/及び第2の静電容量に基いて電気二重層キャパシタ42の静電容量を求めないように制御される。
このように、充電中の複数のデータを取得することで複数の静電容量を算出して、離れた値を除外する(複数個の電圧範囲で複数個の特性値を算出して、大きく離れた特性値を除去する)ことで、キャパシタ42の充電時の過渡的な挙動の影響によるキャパシタ特性値の測定誤差を除去することができる。すなわち、第3の制御方法を用いた場合であっても、第1の制御方法を用いた本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
このように、充電中に充電モードが変更された場合には、そのときに検知された測定値を除外することで、静電容量の算出誤差を除去することができる。
20 定着装置、
21 定着ローラ(定着部材)、
22 第1ヒータ(第1加熱部材)、
23 第2ヒータ(第2加熱部材)、
24 加圧ローラ、
37 サーミスタ(温度検知手段)、
40 主電源(商用電源)、
41 蓄電装置(補助電源装置)、
42 電気二重層キャパシタ(キャパシタ)、
43 充電器、
45 制御部、
48 CPU、 49 タイマー(時間検知手段)、
50 電圧計(電圧検知手段)、
51 主電源スイッチ。
Claims (5)
- 電気二重層キャパシタを具備して、商用電源からの給電によって蓄電される蓄電装置と、
前記電気二重層キャパシタに生じる電圧を検知する電圧検知手段と、
充電時において前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が第1所定値から当該第1所定値よりも高い第2所定値に達するまでの到達時間を検知して、当該到達時間から前記電気二重層キャパシタの静電容量を求める算出手段と、
を備え、
前記算出手段は、充電が開始されてから前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が前記第1所定値に達するまでの時間が所定時間以上であるときに検知される前記到達時間に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求め、充電が開始されてから前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が前記第1所定値に達するまでの時間が前記所定時間に達しないときに検知される前記到達時間に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求めないように制御されることを特徴とする画像形成装置。 - 電気二重層キャパシタを具備して、商用電源からの給電によって蓄電される蓄電装置と、
前記電気二重層キャパシタに生じる電圧を検知する電圧検知手段と、
充電時において前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が第1所定値から当該第1所定値よりも高い第2所定値に達するまでの到達時間を検知して、当該到達時間から前記電気二重層キャパシタの静電容量を求める算出手段と、
を備え、
前記算出手段は、充電が開始されてから所定時間が経過した後に前記第1所定値を設定して前記到達時間を検知して、当該到達時間に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求めるように制御されることを特徴とする画像形成装置。 - 電気二重層キャパシタを具備して、商用電源からの給電によって蓄電される蓄電装置と、
前記電気二重層キャパシタに生じる電圧を検知する電圧検知手段と、
充電時において前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が第1所定値から当該第1所定値よりも高い第2所定値に達するまでの第1到達時間を検知して当該第1到達時間から前記電気二重層キャパシタの第1の静電容量を求めるとともに、充電時において前記電気二重層キャパシタに生じる電圧が前記第2所定値から当該第2所定値よりも高い第3所定値に達するまでの第2到達時間を検知して当該第2到達時間から前記電気二重層キャパシタの第2の静電容量を求める算出手段と、
を備え、
前記算出手段は、前記第1到達時間に基いて求められた前記第1の静電容量と前記第2到達時間に基いて求められた前記第2の静電容量との差異が所定範囲内であるときに前記第1の静電容量又は/及び前記第2の静電容量に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求め、前記第1到達時間に基いて求められた前記第1の静電容量と前記第2到達時間に基いて求められた前記第2の静電容量との差異が所定範囲内でないときに前記第1の静電容量又は/及び前記第2の静電容量に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求めないように制御されることを特徴とする画像形成装置。 - 前記蓄電装置を一定の電流で充電する定電流充電モードと、前記蓄電装置を一定の電力で充電する定電力充電モードと、が切り替え可能に設定され、
前記算出手段は、前記定電流充電モードと前記定電力充電モードとが切り替えられたときに検知された前記到達時間に基いて前記電気二重層キャパシタの静電容量を求めないように制御されることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の画像形成装置。 - トナー像を加熱して当該トナー像を記録媒体に定着させる定着装置を備え、
前記定着装置は、
前記商用電源から給電される第1加熱部材と、
前記蓄電装置から給電される第2加熱部材と、
を具備したことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の画像形成装置。
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