(57)【要約】【課題】画像形成装置において、軽負荷運転時での電力を回収して省エネルギー化を図ること。【解決手段】駆動源であるモータＭ１と、モータＭ１の駆動回路と、第１の負荷Ａと、第１の負荷Ａよりも大きな負荷である第２の負荷Ｂと、第１の負荷Ａに並列に接続された発電手段５０と、制御部６１と、を備えた画像形成装置。制御部６１は、画像形成動作の起動から終了までの間で、第２の負荷Ｂの状態に応じて、モータＭ１を第１の負荷Ａ及び発電手段５０に接続し、発電手段５０の電力を回収する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源であるモータと、
前記モータの駆動回路と、
第１の負荷と、
前記第１の負荷よりも大きな負荷である第２の負荷と、
前記第１の負荷に並列に接続された発電手段と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、画像形成動作の起動から終了までの間で、前記第２の負荷の状態に応じて、前記モータを第１の負荷及び前記発電手段に接続し、前記発電手段の電力を回収すること、
を特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第２の負荷は用紙搬送系であり、
前記制御部は、前記モータを前記第２の負荷に接続しない画像形成動作中において用紙の搬送を開始する前の起動シーケンスと、用紙を排出した後の停止シーケンスで前記発電手段の電力を回収すること、を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記起動シーケンスにおけるモータ停止状態から前記用紙搬送系が所定の搬送速度に到達するまでの期間は前記発電手段からの電力の回収を行わないこと、を特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記モータの出力軸に前記発電手段を接続し、前記発電手段の入力側にスイッチング手段を設け、
前記制御部は、前記発電手段からの電力の回収時には前記スイッチング手段を制御して発電手段をモータに接続し、非回収時には非接続とすること、
を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
さらに、前記モータの電流検出手段、回転速度検出手段及びインバータを備え、
前記制御部は、モータに作用する負荷トルクを前記電流検出手段によって計測し、前記負荷トルクに基づいて前記モータの損出電力を算出し、前記発電手段の発電電流を前記インバータにて前記損出電力に応じて制御すること、
を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記発電手段にて回収した電力は前記駆動回路に帰還すること、を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記発電手段にて回収した電力は蓄電池に充電すること、を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置、特に、プリンタや複写機などの電子写真方式による画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータは一般的に定格負荷での効率を追求しており、軽負荷時は効率が悪い。プリンタや複写機など電子写真方式による画像形成装置においては、用紙搬送系（大きな負荷）や感光体など（小さな負荷）をブラシレスモータなど様々な種類のモータにて駆動している。画像形成動作における起動シーケンスや停止シーケンスでは、大きな負荷である用紙搬送系は非動作状態にあり、軽負荷運転であるため、モータの効率が悪く、熱損失が多い、つまり、熱エネルギーとして廃棄している。
【０００３】
モータの減速時（停止時）に運動エネルギーを回収する回生動作を行うことは特許文献１をはじめとして種々の文献に提案されている。しかし、このような回生動作は減速時のみでのエネルギーの回収に止まっている。
【０００４】
一方、特許文献２には、画像形成装置において定着装置の加熱ローラに発電機を接続し、加熱ローラの駆動が異常停止したことを発電機の発電状態によって検出することが記載されている。但し、特許文献２は、発電機を異常回転の検出手段として用いることを開示するのみであり、損失電力の回収に言及することはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２４６１３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、軽負荷運転時での電力を回収して省エネルギー化を図ることのできる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態である画像形成装置は、
駆動源であるモータと、
前記モータの駆動回路と、
第１の負荷と、
前記第１の負荷よりも大きな負荷である第２の負荷と、
前記第１の負荷に並列に接続された発電手段と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、画像形成動作の起動から終了までの間で、前記第２の負荷の状態に応じて、前記モータを第１の負荷及び前記発電手段に接続し、前記発電手段の電力を回収すること、
を特徴とする。
【０００８】
前記画像形成装置においては、第１の負荷での動作中（つまり、軽負荷でモータの熱損失が大きい場合）は発電手段によってモータにて発生する電力を回収する。モータに発電手段を接続するので、モータの消費電力は増加するが、この増加分を回収電力が上回ることにより、結果的に損失電力が減少し、省エネルギー化が達成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、軽負荷運転時での電力を回収して省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施例である画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】前記画像形成装置の制御部を示すブロック図である。
【図３】前記画像形成装置の駆動系を示すブロック図である。
【図４】図３に示す駆動系における発電パターン（第１の制御例）を示すチャート図である。
【図５Ａ】第１の制御例での制御手順を示すフローチャート図である。
【図５Ｂ】第１の制御例での制御手順（図５Ａの続き）を示すフローチャート図である。
【図６】図３に示す駆動系における他の発電パターン（第２の制御例）を示すチャート図である。
【図７Ａ】第２の制御例での制御手順を示すフローチャート図である。
【図７Ｂ】第２の制御例での制御手順（図７Ａの続き）を示すフローチャート図である。
【図８】発電機にクラッチを設けた駆動系を示すフローチャート図である。
【図９】図８に示す駆動系における発電パターン（第３の制御例）を示すチャート図である。
【図１０Ａ】第３の制御例での制御手順を示すフローチャート図である。
【図１０Ｂ】第３の制御例での制御手順（図１０Ａの続き）を示すフローチャート図である。
【図１１】メインモータの効率特性と損失特性を示すグラフである
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各図において同じ部材、部分には共通する符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１２】
まず、一実施例である画像形成装置１の概略構成について図１を参照して説明する。この画像形成装置１は、タンデム方式でカラー画像を形成するようにしたもので、イエロー画像を形成するための感光体１０Ｙ、マゼンタ画像を形成するための感光体１０Ｍ、シアン画像を形成するための感光体１０Ｃ、ブラック画像を形成するための感光体１０Ｋを並置し、これらの感光体１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ上に形成された各色のトナー画像を中間転写ベルト１５上に転写／合成（１次転写）し、合成画像を転写ローラ１６から付与される電界により用紙上に２次転写するようにしたものである。それぞれの感光体１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの周囲には現像器１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋや図示しない帯電器、画像露光ユニットなどが配置されており、電子写真方式にて画像を形成する。このような画像形成プロセスは周知であり、その説明は省略する。
【００１３】
用紙は、上段の給紙トレイ２１又は下段の給紙トレイ２５から、ピックアップローラ２２、給紙ローラ２３、捌きローラ２４によって選択的に１枚ずつ給紙される。上段の給紙トレイ２１から給紙された用紙は、レジストローラ３１対を介して２次転写部へ搬送され、下段の給紙トレイ２５から給紙された用紙は搬送ローラ対３２及びレジストローラ対３１を介して２次転写部へ搬送される。画像を２次転写された用紙は、その後、定着ユニット４０でトナーの加熱定着を施され、排出ローラ対３３から装置１の上部へ排出される。
【００１４】
手差しトレイ２７からは、用紙は給紙ローラ２８、捌きローラ２９によって１枚ずつ給紙され、レジストローラ対３１を介して２次転写部へ搬送される。
【００１５】
一方、両面プリント時において、表面にプリントされた用紙は、反転ローラ対３４にてスイッチバックされ、搬送ローラ対３５，３６，３７，３８を介して、さらにレジストローラ対３１を介して２次転写部へ搬送される。
【００１６】
以上の各種負荷はメインモータＭ１によって駆動される。本画像形成装置１において、メインモータＭ１は、感光体１０Ｋ、現像器１１Ｋ及び中間転写ベルト１５（これらを第１の負荷Ａ（図３参照）と称する）を駆動するとともに、用紙搬送系である各種ローラ（これらを第２の負荷Ｂ（図３参照）と称する）を駆動する。第１の負荷Ａは、例えば、３０ｍＮ・ｍであり、第２の負荷Ｂは７０ｍＮ・ｍである。また、発電機５０が第１の負荷Ａと並列に接続されている。具体的には、発電機５０はメインモータＭ１の出力軸にクラッチＣ１を介して接続されており、発電機５０の負荷は７０ｍＮ・ｍである。さらに、メインモータＭ１は各種ローラ類とクラッチＣ２〜Ｃ９を介して接続されている。
【００１７】
メインモータＭ１は、図３に示すように、インバータ５５（電流検出器５６が内蔵されている）、駆動部５７、回転検出器５８を備えた駆動回路によって駆動される。回転検出器５８はメインモータ５０の電流から回転方向や回転速度を検出する。この検出信号はＣＰＵ６１へフィードバックされる。
【００１８】
前記画像形成装置１の制御部６０は、図２に示すように、データ記憶部６２を備えたＣＰＵ６１を中心として構成されている。データ記憶部６２は制御プログラムなどを内蔵し、かつ、種々の制御用情報が格納される。メインモータはＭ１はドライバＩＣ６３を介して制御され、用紙搬送系は各種クラッチＣ４〜Ｃ９がドライブ回路６４〜６６などを介して制御される。発電機５０はドライバＩＣ６７を介して制御され、発電機５０のクラッチＣ１はドライブ回路６８を介して制御される。また、充電装置（バッテリー５１）がＣＰＵ６１に接続されている。
【００１９】
ここで、図２及び図３に示す制御部６０及び駆動系を用いて実行される第１の制御例について説明する。この第１の制御例では発電機５０はクラッチＣ１を介することなくメインモータＭ１の出力軸に直接接続されている。従って、図３ではクラッチＣ１は図示されていない。ここで、制御部６０にあっては、図４に示すように、プリント動作が開始されると、開始後０秒から０．５秒の間は起動シーケンスが実行され、第１の負荷Ａが駆動されるとともに、発電機５０による発電が行なわれ（図４の斜線部Ｘ１参照）、その電力はインバータ５５へ返還されるか、または、バッテリー５１へ蓄電される。このときの負荷は第１の負荷Ａに発電機５０の負荷を加えた１００ｍＮ・ｍである。
【００２０】
起動シーケンスの後は、１枚目から順次用紙搬送動作が実行され、このときの第２の負荷Ｂが加わる。仮に、プリント枚数が４枚であれば、４枚目のプリント後は１秒間停止シーケンスが実行され、第２の負荷Ｂは動作せず、第１の負荷Ａが駆動されるとともに、発電機５０による発電が行なわれる（図４の斜線部Ｘ２参照）。その電力はインバータ５５へ返還されるか、または、バッテリー５１へ蓄電される。このときの負荷は第１の負荷Ａに発電機５０の負荷を加えた１００ｍＮ・ｍである。
【００２１】
前述のごとく、発電機５０が動作しているとき、発電機５０の発電量などの情報はＣＰＵ６１へフィードバックされるとともに、ＣＰＵ６１からは発電機５０に対して電流量をコントロールする信号が発せられる。具体的には、ＣＰＵ６１はメインモータ５０の全体的な負荷が１００ｍＮ・ｍ（１．６Ａ）となるように制御する。
【００２２】
ＣＰＵ６１は、プリント動作の起動から終了まで（以下、１ジョブと記す）の間で、第２の負荷Ｂの状態に応じて、つまり第２の負荷Ｂが動作しない場合は、メインモータＭ１を第１の負荷Ａに接続し、発電機５０を動作させ、発電機５０の電力を回収する。メインモータＭ１に発電機５０を接続するので、メインモータＭ１の消費電力は増加するが、この増加分を回収電力が上回ることにより、結果的に損失電力が減少し、省エネルギー化が達成される。
【００２３】
本第１の制御例における１ジョブでの電力効果の試算結果を以下の表１に示す。発電機５０を動作させない場合、第１の負荷Ａのみが動作する軽負荷駆動時（起動／停止シーケンス実行時）と、第１の負荷Ａと第２の負荷Ｂとが動作する搬送動作中の入力電力差は１５．４Ｗで、損失差は３Ｗである。一方、軽負荷駆動時に発電機５０を動作させて負荷トルク７０ｍＮ・ｍ相当分をメインモータＭ１に作用させると、モータ電力は１５．４Ｗに増加するが、発電機５０は発電効率９０％で１６．５Ｗを出力する。つまり、１．１Ｗ（１６．５−１５．４）が回収電力となる。なお、表１において、メインモータＭ１に関して、ＰＩは損失電力を示し、ηは効率を示している。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
ちなみに、図１１にメインモータＭ１の効率特性ηと損失特性ＰＩを示す。メインモータＭ１は、負荷が１００ｍＮ・ｍのときと３０ｍＮ・ｍのときとでは、効率特性ηと損失特性ＰＩに差があり、図１１から明らかなように、損失差は３Ｗである。つまり、従来では、軽負荷駆動時（３０ｍＮ・ｍ）には損失が大きく、熱エネルギーとして廃棄していたことになる。
【００２６】
ここで、第１の制御例における制御手順について図５Ａ、図５Ｂに示すフローチャートを参照して説明する。プリント動作が開始されると、発電機５０の動作を開始させ（ステップＳ１）、同時にメインモータＭ１を起動し（ステップＳ２）、メインモータＭ１の電流をモニターする（ステップＳ３）。メインモータＭ１の電流値が１．６Ａ未満であれば（ステップＳ４でＹＥＳ）、発電機５０の発電量を増加させる（ステップＳ５）。即ち、メインモータＭ１の出力を上げる。電流値が１．６Ａであれば（ステップＳ４でＮＯ）、発電機５０の発電量を固定し（ステップＳ６）、給紙／搬送が開始されると（ステップＳ７でＹＥＳ）、発電機５０の発電を停止させ（ステップＳ８）、プリントシーケンスを実行する（ステップＳ９）。
【００２７】
その後、プリントすべき最終用紙の排出終了が確認されると（ステップＳ１０でＹＥＳ）、停止シーケンスに移行し、発電機５０の動作を開始させ（ステップＳ１１）、同時にメインモータＭ１の電流をモニターする（ステップＳ１２）。メインモータＭ１の電流値が１．６Ａ未満であれば（ステップＳ１３でＹＥＳ）、発電機５０の発電量を増加させる（ステップＳ１４）。電流値が１．６Ａであれば（ステップＳ１３でＮＯ）、発電機５０の発電量を固定する（ステップＳ１５）。
【００２８】
次に、第２の制御例について図６を参照して説明する。ここでは、図６に示すように、起動シーケンスが開始された直後であってメインモータＭ１が所定の回転速度に到達した後に発電機５０が発電を開始する（図６の斜線部Ｘ１参照）。換言すれば、起動シーケンスにおいて、メインモータＭ１の停止状態から用紙搬送系が所定の搬送速度に到達するまでの期間は発電機５０からの電力回収を行わない。それ以外の制御は前記第１の制御例と同様であり、発電機５０の電力はインバータ５５へ返還されるか、または、バッテリー５１へ蓄電される。
【００２９】
また、発電機５０が駆動されるとき、発電機５０の発電量などの情報はＣＰＵ６１へフィードバックされるとともに、ＣＰＵ６１からは発電機５０に対して電流量をコントロールする信号が発せられる点も前記第１の制御例と同様である。
【００３０】
本第２の制御例においても、メインモータＭ１に発電機５０を接続するので、メインモータＭ１の消費電力は増加するが、この増加分を回収電力が上回ることにより、結果的に損失電力が減少し、省エネルギー化が達成される。
【００３１】
ここで、第２の制御例における制御手順について図７Ａ、図７Ｂに示すフローチャートを参照して説明する。プリント動作が開始されると、メインモータＭ１を起動する（ステップＳ２１）。そして、メインモータＭ１が所定の回転速度に到達すると（ステップＳ２２でＹＥＳ）、発電機５０の動作を開始させ（ステップＳ２３）、メインモータＭ１の電流をモニターする（ステップＳ２４）。メインモータＭ１の電流値が１．６Ａ未満であれば（ステップＳ２５でＹＥＳ）、発電機５０の発電量を増加させる（ステップＳ２６）。即ち、メインモータＭ１の出力を上げる。電流値が１．６Ａであれば（ステップＳ２５でＮＯ）、発電機５０の発電量を固定し（ステップＳ２７）、給紙／搬送が開始されると（ステップＳ２８でＹＥＳ）、プリントシーケンスを実行する（ステップＳ２９）。
【００３２】
その後、プリントすべき最終用紙の排出終了が確認されると（ステップＳ３０でＹＥＳ）、停止シーケンスに移行し、発電機５０の動作を開始させ（ステップＳ３１）、同時にメインモータＭ１の電流をモニターする（ステップＳ３２）。メインモータＭ１の電流値が１．６Ａ未満であれば（ステップＳ３３でＹＥＳ）、発電機５０の発電量を増加させる（ステップＳ３４）。電流値が１．６Ａであれば（ステップＳ３３でＮＯ）、発電機５０の発電量を固定する（ステップＳ３５）。
【００３３】
次に、第３の制御例について図８及び図９を参照して説明する。ここでは、発電機５０に設けたクラッチＣ１をオン、オフ動作させ、発電機５０を制御する。図９に示すように、発電パターンは図４に示した発電パターンと同様であり、発電機５０の電力はインバータ５５へ返還されるか、または、バッテリー５１へ蓄電される。
【００３４】
また、発電機５０が駆動されるとき、発電機５０の発電量などの情報はＣＰＵ６１へフィードバックされるとともに、ＣＰＵ６１からは発電機５０に対して電流量をコントロールする信号が発せられる点も前記第１及び第２の制御例と同様である。
【００３５】
本第３の制御例においても、メインモータＭ１に発電機５０を接続するので、メインモータＭ１の消費電力は増加するが、この増加分を回収電力が上回ることにより、結果的に損失電力が減少し、省エネルギー化が達成される。
【００３６】
ここで、第３の制御例における制御手順について図１０Ａ、図１０Ｂに示すフローチャートを参照して説明する。プリント動作が開始されると、発電機５０のクラッチＣ１をオンし（ステップＳ４１）、同時にメインモータＭ１を起動し（ステップＳ４２）、メインモータＭ１の電流をモニターする（ステップＳ４３）。メインモータＭ１の電流値が１．６Ａ未満であれば（ステップＳ４４でＹＥＳ）、発電機５０の発電量を増加させる（ステップＳ４５）。即ち、メインモータＭ１の出力を上げる。電流値が１．６Ａであれば（ステップＳ４４でＮＯ）、発電機５０の発電量を固定し（ステップＳ４６）、給紙／搬送が開始されると（ステップＳ４７でＹＥＳ）、発電機５０のクラッチＣ１をオフし（ステップＳ４８）、プリントシーケンスを実行する（ステップＳ４９）。
【００３７】
その後、プリントすべき最終用紙の排出終了が確認されると（ステップＳ５０でＹＥＳ）、停止シーケンスに移行し、発電機５０のクラッチＣ１をオンし（ステップＳ５１）、同時にメインモータＭ１の電流をモニターする（ステップＳ５２）。メインモータＭ１の電流値が１．６Ａ未満であれば（ステップＳ５３でＹＥＳ）、発電機５０の発電量を増加させる（ステップＳ５４）。電流値が１．６Ａであれば（ステップＳ５３でＮＯ）、発電機５０の発電量を固定する（ステップＳ５５）。
【００３８】
（他の実施例）
なお、本発明に係る、画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００３９】
特に、画像形成装置としては、カラー画像形成装置以外に、モノクロ画像形成装置であってもよく、通信機能やファクシミリ機能などを備えた複合機であってもよい。また、両面プリント機能などはオプションであり、メインモータによって駆動される負荷の様々である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明は、画像形成装置に有用であり、特に、軽負荷運転時での電力を回収して省エネルギー化を達成できる点で優れている。
【符号の説明】
【００４１】
１…画像形成装置
５０…発電機
５１…バッテリー
５５…インバータ
５６…電流検出器
５８…回転検出器
６１…ＣＰＵ
Ａ…第１の負荷
Ｂ…第２の負荷
Ｍ１…メインモータ
Ｃ１〜Ｃ９…クラッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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