JP2015105971A - 画像形成装置及び充電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置内の複数の高温部分の発電部を切り換えて充電を行うことで、簡単な回路構成により効率よく充電する。
【解決手段】画像形成装置１は、装置内の複数の高温部Ａ〜Ｃにそれぞれ配置されるとともに高温部Ａ〜Ｃの温度状態に基づいて発電する複数の発電部９１〜９３と、発電部９１〜９３で発電された電気エネルギーを蓄電部８４に充電する充電制御部７８と、発電部９１〜９３の１つを充電制御部７８に接続するように切り換える充電切換部７７と、最も発電効率のよい発電部を選択して充電制御部７８に接続するように充電切換部７７を制御するメインコントローラ６とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像形成装置及び充電制御方法に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、定着ヒータ等の複数の熱源を備えているため、起動時又は画像形成動作時において発熱により各部の温度が異なり、装置内の温度分布が一様とはならない。そこで、この一様でない温度分布を利用して、即ち、装置内の高温部と低温部との間の温度差を利用して、温度エネルギーをペルチェ素子等により電気エネルギーに変換することが知られている。

この従来の技術では、主に定着装置周辺の高温部分に着目しているが、画像形成装置には、定着装置周辺以外にも、直流電源の放熱板、交流制御板の放熱板、モータドライバの放熱板等の高温部分が存在している。そのため、こうした高温部分を用いて電気エネルギーに変換して発電することができる。発電された電気を蓄電手段に充電する場合は、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracker）回路等を用いて効率の良い充電を行うことができる。

例えば、特許文献１には、それぞれ発生する温度差が異なる温度差発生源を有する各ユニットに配置されてユニットの温度差から電力を発電する発電部と、発電部で発電された電力をそれぞれ蓄電する蓄電部とを備える画像形成装置において、省電力モード時に蓄電部に蓄電されている電力を各ユニットに供給して、発電部が配置される被給電部の動作または操作状態をそれぞれ監視し、省電力モードから通常の電力供給モードへの復帰動作状態を検出した際に、主電源から被給電部に電力を供給する点が記載されている。

特許文献１に記載された画像形成装置では、画像形成装置の各高温部分から電気エネルギーを取り出すようにしているが、各高温部分に配置した発電部のそれぞれに対してＭＰＰＴ回路等の充電デバイスを搭載している。そのため、複数の充電デバイスを用いているため複雑な回路構成となり、装置内に設置するスペース及び設置のためのコストがかかるといった問題点がある。
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、画像形成装置において、複数の高温部分の発電部を切り換えて充電を行うことで、簡単な回路構成により効率よく充電できるようにすることである。

本発明に係る画像形成装置は、装置内の複数の高温部にそれぞれ配置されるとともに高温部の温度状態に基づいて発電する複数の発電部と、前記発電部で発電された電気エネルギーを蓄電部に充電する充電制御部と、前記発電部の１つを前記充電制御部に接続するように切り換える充電切換部と、最も発電効率のよい前記発電部を選択して前記充電制御部に接続するように前記充電切換部を制御する制御部とを備えている。

本発明によれば、画像形成装置において、複数の高温部分の発電部を切り換えて充電を行うことで、簡単な回路構成により効率よく充電することができる。

本実施形態の画像形成装置を示す概略構成図である。 画像形成装置の制御に関する構成を示すブロック図である。 温度差により発電した電気エネルギーにより充電を行う場合に関する制御ブロック構成図である。 図３に示す実施形態の一具体例を示す制御ブロック構成図である。 図４に示す具体例の充電処理を示すタイムチャートである。

図１は、本実施形態の画像形成装置１を示す概略構成図である。
画像形成装置１は、装置本体２と、装置本体２の上下に取り付けられた画像読み取りユニット１００及び給紙ユニット３００と、装置本体２の側面に設けられた排紙ユニット２００とを備えている。
画像読み取りユニット１００は、給紙ローラ１０２、搬送ベルト１０３及び排紙ローラ１０４からなる自動原稿給紙装置（ＡＤＦ：Auto Document Feeder）により、給紙台１０１上の原稿をコンタクトガラス１０上で搬送して、排紙トレイ１０５に排紙する。画像読み取りユニット１００は、コンタクトガラス１０上を移動する原稿を露光ランプ部１１で露光して原稿を光学的に走査し、第１〜第３ミラー１２〜１４とレンズ１５を介して、ＣＣＤ等の読み取りセンサ１６により原稿の画像を読み取る。

給紙ユニット３００は、用紙Ｐの給紙部である給紙トレイ３１０、３２０、３３０を複数備えている。給紙ユニット３００は、給紙トレイ３１０、３２０、３３０内の用紙Ｐを、送り出し装置３１１、３２１、３３１により１枚ずつ送り出して、複数の搬送ローラ等からなる搬送ユニット３４０により、用紙Ｐを装置本体２まで搬送する。
装置本体２は、給紙ユニット３００から給紙される用紙Ｐ、又は、内部の給紙部である本体給紙トレイ５０から送り出し装置５１により送り出した用紙Ｐを、搬送ユニット６０により、感光体ドラム３０まで搬送する。

装置本体２では、感光体ドラム３０を回転させて、その外周面を帯電器３１により一様に帯電した後、書込ユニット２０により、感光体ドラム３０の外周に画像を書き込む。書込ユニット２０は、露光光であるレーザ光を発生し、ｆθレンズ２１やミラー２２を介して感光体ドラム３０にレーザ光を照射し、感光体ドラム３０を露光させて、感光体ドラム３０に印刷する画像に対応した静電潜像を形成する。次に、現像ユニット３２が、所定色（例えば、ブラック）のトナーにより、感光体ドラム３０の静電潜像を現像して、感光体ドラム３０の外周面にトナー画像を形成する。このトナー画像の形成に合わせて、紙センサ５２で検出した用紙Ｐをレジストローラ５３により供給し、搬送（転写）ベルト５４と感光体ドラム３０の間を通過する用紙Ｐにトナー画像を転写する。その後、感光体ドラム３０は、クリーニング装置３３により外周の不要なトナーが取り除かれて、除電装置（図示せず）により除電される。用紙Ｐは、定着ユニット５５の一対の定着ローラ間を通過して加圧及び加熱され、トナー画像が定着する。

このように、本実施形態の画像形成装置１は、感光体ドラム３０、現像ユニット３２、書込ユニット２０、定着ユニット５５等により、用紙Ｐに画像を印刷するための印刷手段３を構成する。この印刷手段３により、１枚の用紙Ｐに画像を印刷し、或いは、複数枚の用紙Ｐに画像を順次印刷して、用紙Ｐに画像を形成する。また、用紙Ｐの両面に印刷するときには、一方の面に印刷した用紙Ｐを、切替爪５７により、両面印刷路４１を経て両面印刷トレイ４０まで搬送し、再給紙ローラ４２により搬送ユニット６０に再度給紙して、用紙Ｐの他方の面に印刷する。

印刷が完了した用紙Ｐは、搬送ローラ５６により排紙ユニット２００まで搬送される。排紙ユニット２００は、用紙Ｐの排紙部である排紙トレイ２０１〜２０４を複数備え、切替爪２０５〜２０７により、用紙Ｐの搬送路を切り替えて、用紙Ｐの排紙先を選択する。用紙Ｐは、例えば、紙センサ２０８により検出されて、排紙ローラ２０９により最下段の排紙トレイ２０４に排紙される。

本実施形態の画像形成装置１は、用紙Ｐの搬送路に沿って、搬送ユニット６０、３４０、搬送ベルト５４、搬送ローラ、切替爪、紙センサ、及び、モータ等を設けて、それらにより用紙Ｐの搬送機構４を構成する。また、搬送機構４と、搬送機構４を制御するための後述する給紙ユニット３００と排紙ユニット２００の制御部及び紙搬送制御部等により、上記した用紙Ｐの搬送手段５を構成する。搬送手段５は、搬送機構４をコントロールして、用紙Ｐを所定の給紙部（給紙トレイ３１０、３２０、３３０、５０）から所定の排紙部（排紙トレイ２０１〜２０４）まで搬送する手段であり、給紙部から給紙される用紙Ｐを機器内の搬送路に沿って搬送する。また、搬送手段５は、用紙Ｐを印刷手段３へ搬送して、画像を用紙Ｐに印刷させる。このように、搬送手段５は、用紙Ｐを給紙部から印刷手段３を経て排紙部まで搬送する。

図２は、画像形成装置１の制御に関する構成を示すブロック図である。画像形成装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）からなるメインコントローラ６、及び、タッチパネル及びキーボタンを有する操作部７１を備えている。また、画像形成装置１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有するメモリ部７２、及び、ＨＤ（Hard Disk）等の記憶装置を備えた記憶部７３を備えている。また、画像形成装置１は、外部ネットワークとの間で送受信を行うホストＩ／Ｆ（インタフェース）７４、画像処理制御部７５、及び、電源制御部７６を備えている。

メインコントローラ６は、メモリ部７２及び記憶部７３に記憶されたプログラム及びデータを読み出して装置全体の制御処理を行う。操作部７１では、利用者がタッチパネル及びキーボタンを操作することで、画像形成処理に必要なデータを入力する。画像処理制御部７５は、画像読取部８２で読み取られた画像データや外部ネットワークから送信された画像データを処理して印刷部８１において印刷処理されるように画像処理を行う。電源制御部７６は、商用電源に接続された主電源８３又は蓄電部８４を切り換えて電力供給を行うように制御する。主電源８３としては、例えば、商用電源から供給された電力を直流電源に変換して電力を供給するＡＣ／ＤＣ（Alternating Current/Direct Current）電源が用いられる。蓄電部８４としては、例えば、二次電池又はキャパシタ等の充電可能な装置が用いられ、後述するように、装置内の温度差により発電して得られた電気エネルギーにより充電されるようになっている。

図３は、温度差により発電した電気エネルギーにより充電を行う場合に関する制御ブロック構成図である。
この実施形態では、装置内の３つの高温部分Ａ〜Ｃにそれぞれ３つの発電部９１〜９３を配置している。高温部分としては、例えば、放熱板を設置している部位が好ましく、定着ユニット、ＣＰＵ、除電装置といった部位が挙げられる。発電部としては、温度差を利用して電気エネルギーに変換する素子を用いることができ、例えば、ペルチェ素子が挙げられる。高温部分に配置する発電部は、複数個設ければよく、３個に限定されることはない。

各発電部９１〜９３は、充電切換部７７に接続されており、発電された電力は充電切換部７７に供給されるようになっている。充電切換部７７は、充電制御部７８に接続されており、接続される発電部９１〜９３を切り換えて１つの発電部を充電制御部７８に接続するように動作する。充電制御部７８は、例えば、ＭＰＰＴ回路を備えており、接続された発電部９１〜９３の電力を蓄電部８４に供給して効率よく充電するように制御する。

メインコントローラ６は、充電処理部６１及び電源処理部６２を備えている。充電処理部６１は、充電切換部７７の切換処理及び充電制御部７８の充電処理を行う。充電切換部７７の切換処理としては、例えば、複数の高温部Ａ〜Ｃの温度を予測して最も発電効率のよい高温部の発電部を充電に使用するように切換処理を行う。高温部Ａ〜Ｃの温度を予測する場合、各高温部Ａ〜Ｃに温度検知センサを取り付けておき、温度上昇の程度から温度を予測することができる。また、画像形成装置１の動作状態（例；コピー動作、待機状態、スリープモード時等）に応じて予め各高温部Ａ〜Ｃの温度を測定しておき、設定された動作状態に基づいて高温部Ａ〜Ｃの中で最も温度が高くなる高温部の発電部に切換処理を行うこともできる。

さらに、画像形成装置１の動作履歴と動作時間から各高温部Ａ〜Ｃの実際の温度履歴を記憶しておき、記憶された温度履歴に基づいて最も温度が高くなる高温部の発電部に切換処理することもできる。このように切換処理することで、最も効率よく発電することができる発電部９１〜９３を選択して充電処理を行うことが可能となる。充電制御部７８の充電処理では、発電部９１〜９３から供給された電力を蓄電部８４に出力して充電制御を行う。例えば、蓄電部８４の充電可能残量をチェックし、残量に対応した充電処理を行うように制御する。
以上のように構成することで、各発電部９１〜９３に対応して充電制御部を設ける必要がなくなり、簡単な回路構成で最も発電効率のよい発電部を選択して蓄電部に充電することができる。そのため、充電関係の部品の設置スペースや設置コストを小さくすることができ、短時間で多くの電気エネルギーを効率よく充電処理することが可能となる。

電源処理部６２は、電源制御部７６を主電源８３（ＡＣ／ＤＣ電源）又は蓄電部８４を切り換える制御を行い、装置内の各部に電力供給を行う。例えば、画像形成装置の動作時は大きな電力が必要となるので、主電源８３に切り換えて電力供給を行い、画像形成装置の待機状態又はスリープモード時には消費電力が小さいので、蓄電部８４に切り換えて電力供給を行う。このような電源処理を行うことで、省エネルギーに優れた画像形成装置を提供することが可能である。
主電源８３は、例えば、５Ｖ、１２Ｖ及び２４Ｖといった定電圧を電源制御部７６に供給するが、電源制御部７６は、これらの定電圧の供給源を主電源８３又は蓄電部８４に切換制御する。

図４は、図３に示す実施形態の一具体例を示す制御ブロック構成図である。
図４中、図３と同一の部分については、同一の符号を付しており、それらの説明については、既に述べているので省略する。
図４では、高温部として、画像読取部の露光ランプ部１１及び定着ローラを備えた定着ユニット５５の２箇所を設定している。そして、これら２箇所の高温部には、温度検知センサ９４及び９５がそれぞれ取り付けられており、検知された信号は、メインコントローラ６に出力されるようになっている。そのため、２箇所で検知された温度状態に基づいてどちらの高温部（露光ランプ部１１、定着ユニット５５）の発電部９１、９２を選択するか判定することが可能となる。

例えば、画像読取動作及びＦＡＸ送信操作では、露光ランプ部１１が高温状態となるので、露光ランプ部１１に配置された発電部９１を選択して発電された電力を蓄電部８４に充電するように処理する。また、プリント動作では、定着ユニット５５が高温状態となるので、定着ユニット５５に配置された発電部９２を選択して発電された電力を蓄電部８４に充電するように処理する。コピー動作では、露光ランプ部１１及び定着ユニット５５のどちらが発電効率がよいか温度状態に基づいて判定していずれかの発電部を選択して充電するように処理する。このように、最も発電効率のよい発電部を選択して蓄電部への充電処理を行うので、短時間で効率よく発電した電気エネルギーを蓄電部に充電することができる。

図５は、図４に示す具体例の充電処理を示すタイムチャートである。横軸に時間をとり、縦軸に、発電部を配置した高温部の温度と周囲の温度（低温）との温度差をとっている。曲線ＨＤ（鎖線で表示）は、定着ユニット５５の温度差の推移を示しており、曲線ＳＤ（実線で表示）は、露光ランプ部１１の温度差の推移を示している。

まず、最初、動作モードは待機状態（またはスリープ状態）に設定されており、定着ユニット５５ではわずかに温度差が生じており、露光ランプ部１１では温度差はほぼゼロとなっている。この状態では、予め充電されている蓄電部８４から電力が供給されて、画像形成装置１は待機状態（またはスリープ状態）に設定されている。すなわち、電源制御部７６は、蓄電部８４に切換処理して主電源８３からの電源供給を遮断しており、外部からの電力供給を受けないことで省エネルギーを図ることができる。

時刻ｔ１にコピーＪＯＢが開始される。すなわち、操作部７１においてコピー操作が行われて操作入力が確認されると、電源制御部７６を蓄電部８４から主電源８３に切り換えるように制御し、主電源８３からの電源供給に変更される。コピーＪＯＢが開始されると、連続原稿読み込み（画像読取）処理が行われて露光ランプ部１１の温度差が急激に大きくなる。また、定着ユニット５５の温度を上昇するように電力が供給されて定着ユニット５５の温度差が次第に大きくなっていく。こうした露光ランプ部１１及び定着ユニット５５の温度上昇に伴う温度差の変化は、それぞれに取り付けられた温度検知センサ９４及び９５からの検知信号に基づいて算出される。

時刻ｔ２では、露光ランプ部１１が温度上昇して温度検知センサ９４からの検知信号によりその温度差が発電可能な温度差に到達したと判定され、充電切換部７７を制御して露光ランプ部１１に配置した発電部９１に接続を切り換える。そして、発電部９１の発電が開始されて、発電部９１により供給される電気エネルギーにより蓄電部８４の充電を開始する。
時刻ｔ３では、定着ユニット５５の温度上昇により露光ランプ部１１の温度差よりも定着ユニット５５の温度差の方が大きくなる。そのため、定着ユニット５５に配置された発電部９２からの発電効率が高いと判定されて、充電切換部７７を制御して発電部９１から発電部９２に接続を切り換える。そして、発電部９２の発電により得られた電気エネルギーを蓄電部８４に供給して充電を行う。
したがって、時刻ｔ２からｔ３までの時間Ｔ１の間は、露光ランプ部１１の発電部９１からの電気エネルギーにより連続して蓄電部８４に充電されるようになる。

時刻ｔ４では、定着ユニット５５の温度が定着可能温度に到達して、コピー動作における通紙動作が開始される。時刻ｔ５では、原稿（画像）読取動作が終了し、露光ランプ部１１が消灯するため、これ以降露光ランプ部１１の温度が低下して温度差は減少するようになる。時刻ｔ６では、コピー動作が終了して定着ユニット５５の定着加熱制御も停止し、これ以降定着ユニット５５の温度が低下して定着ユニット５５の温度差は減少するようになる。そして、コピー動作終了後画像形成装置１は待機状態（又はスリープモード）に移行する。時刻ｔ７では、定着ユニット５５の温度が低下していき、定着ユニットの温度差が発電可能な限界温度まで減少する。

したがって、時刻ｔ３からｔ７までの時間Ｔ２の間は、定着ユニット５５の発電部９２からの電気エネルギーにより連続して蓄電部８４に充電されるようになる。その後、充電切換部７７を制御して発電部９２との接続を遮断し、発電及び充電を停止するとともに、電源制御部７６を主電源８３から蓄電部８４に切り換えるように制御し、蓄電部８４からの電源供給に変更される。
なお、上述した具体例では、温度検知センサ９４、９５の検知信号に基づいて発電部９１、９２を選択して充電処理を行うようにしているが、予め画像形成装置１の動作状態に伴う高温部の温度差の推移を記憶しておき、記憶された温度差の推移に基づいて発電部９１、９２を選択して充電処理を行うこともできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、画像形成装置１に設定された複数の高温部のうち、最も発電効率のよい温度状態となっている高温部を選択して、その高温部の発電部を蓄電部に接続して充電するようにしている。そのため、充電制御に用いるＭＰＰＴ回路等の回路部品を共通使用することが可能となり、簡単な回路構成で効率よく充電処理を行うことができる。また、充電に用いる回路部品の設置スペース及びコストを最小限に抑えることが可能となり、コンパクトで安価な画像形成装置を提供することができる。

また、画像形成装置の起動時又は動作時の高温部の温度状態に応じて発電効率の最も良い高温部の発電部を選択して蓄電部に充電するので、短時間で効率よく充電を行うことができる。そして、待機状態又はスリープモード時に、蓄電部に充電された電力を有効活用できるので、省エネルギー性能に優れた画像形成装置を提供することができる。また、複数の高温部の温度状態に基づいて発電部の接続を切り換えていくことで、高温部の発電部が接続されていない時間に発電が停止されて温度状態が回復するようになり、１箇所から連続して発電するよりも大きな発電量を得ることができる。

１・・・画像形成装置、２・・・装置本体、３・・・印刷手段、４・・・搬送機構、５・・・搬送手段、６・・・メインコントローラ、１０・・・コンタクトガラス、１１・・・露光ランプ部、１６・・・読み取りセンサ、２０・・・書込ユニット、３０・・・感光体ドラム、３１・・・帯電器、３２・・・現像ユニット、３３・・・クリーニング装置、４０・・・両面印刷トレイ、５０・・・本体給紙トレイ、５４・・・搬送ベルト、５５・・・定着ユニット、６０・・・搬送ユニット、７６・・・電源制御部、７７・・・充電切換部、７８・・・充電制御部、８３・・・主電源（ＡＣ／ＤＣ電源）、８４・・・蓄電部、９１〜９３・・・発電部、９４、９５・・・温度検知センサ、１００・・・画像読み取りユニット、２００・・・排紙ユニット、３００・・・給紙ユニット、３１０、３２０、３３０・・・給紙トレイ、３４０・・・搬送ユニット、Ｐ・・・用紙。

特開２０１３−７９７６号公報

Claims (6)

1. 装置内の複数の高温部にそれぞれ配置されるとともに高温部の温度状態に基づいて発電する複数の発電部と、前記発電部で発電された電気エネルギーを蓄電部に充電する充電制御部と、前記発電部の１つを前記充電制御部に接続するように切り換える充電切換部と、最も発電効率のよい前記発電部を選択して前記充電制御部に接続するように前記充電切換部を制御する制御部とを備えている画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記高温部にそれぞれ取り付けられた温度検知センサを備えており、前記制御部は、前記温度検知センサからの検知信号に基づいて前記発電部を選択する画像形成装置。
3. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記制御部は、装置の動作状態に基づいて前記発電部を選択する画像形成装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記発電部は、ペルチェ素子を備えている画像形成装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記充電制御部は、ＭＰＰＴ回路を備えている画像形成装置。
6. 装置内の複数の高温部にそれぞれ配置されて高温部の温度状態に基づいて発電する複数の発電部と、前記発電部からの電気エネルギーを充電する蓄電部を備えた画像形成装置における充電制御方法であって、
   前記発電部で発電された電気エネルギーを蓄電部に充電する充電制御工程と、前記発電部の１つを前記充電制御部に接続するように切り換える充電切換工程と、最も発電効率のよい前記発電部を選択して前記充電制御部に接続するように前記充電切換部を制御する制御工程と、を有する充電制御方法。

Images