(57)【要約】【課題】  オゾンによる燃料電池システムの劣化を防止し、安定して電気エネルギーを供給する。【解決手段】  制御部１６は、電源スイッチが切られるとメイン電源を停止することにより、画像形成のための機能の動作及び維持のための全体的な電力供給を停止し、メイン電源が停止すると帯電器５によるコロナ放電及び燃料電池システムも停止する。コロナ放電を停止した際、しばらくの間、排気ファン１７１を継続して動作させる。【選択図】    図１
2006058323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源としての燃料電池システムと、画像形成プロセスにおいてコロナ放電により電荷を制御するコロナ放電手段とを備える画像形成装置において、
排気装置と制御部と燃料電池システムとを備え、
前記排気装置は、筐体内の気体を外部に排気し、
前記制御部は、前記コロナ放電手段によるコロナ放電中及びコロナ放電停止後しばらくの間、前記排気装置に筐体内の気体を排気させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
筐体内に配置された電源としての燃料電池システムと、画像形成プロセスにおいてコロナ放電により電荷を制御するコロナ放電手段とを備える画像形成装置において、
前記燃料電池システムと前記コロナ放電手段との間に気体の通過を隔絶する隔絶壁を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
外部から酸化剤の供給を受ける酸化剤供給口に、酸化剤に混合されたオゾンを除去するオゾン除去フィルタを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムを電源に備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、オゾンによる燃料電池システムの劣化を防止して安定した電気エネルギーの供給を受ける画像形成装置及びオゾンによる劣化を防止して安定した電気エネルギーを供給する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
温暖化ガスの削減に代表される環境問題への配慮の観点からクリーンエネルギー源として期待される燃料電池システムが急ピッチで開発されている。特に、固体電解質型燃料電池は低温作動や小型で高出力密度であることから研究開発が活発に進められている。燃料電池システムを画像形成装置等に搭載または隣接させる場合、大気中から酸化剤を燃料電池システムのカソード側に供給する際、画像形成装置等から発生される酸素以外の物質がカソードに供給される。
【０００３】
例えば、複写機等の画像形成装置が設置されているオフィス環境で燃料電池システムを電源に用いる場合、燃料電池システムのカソードに供給する酸化剤として外気そのまま吸引すると、画像形成装置等から発生させるオゾンが酸化剤に混合されてカソードに供給される。カソードに供給されたオゾンは、高分子電解質や電解質膜を酸化分解するとともに触媒の活性を低下させるため、燃料電池システムの発電特性を劣化させる。
【０００４】
特許文献１には、オゾン発生源であるコロナ放電手段付近にファンを設置して、筐体内の気体をオゾン除去フィルタを通して機外へ排気する画像形成装置が提案されている。特許文献１によれば、感光体付近のオゾンが感光体に付着して画質を劣化させることを防止できる一方、電源の燃料電池システムにオゾンが与える影響や筐体内に残留するオゾンの除去に対する配慮がなされていない。
【特許文献１】特開平５−５７１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、単に筐体内の気体をオゾン除去フィルタを通過させるだけでは除去できないオゾンを除去し、オゾンによる燃料電池システムの劣化を防止して安定した電気エネルギーの供給を受ける画像形成装置及びオゾンによる劣化を防止して安定した電気エネルギーを供給する燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の画像形成装置は、電源としての燃料電池システムと、画像形成プロセスにおいてコロナ放電により電荷を制御するコロナ放電手段とを備える画像形成装置において、排気装置と制御部と燃料電池システムとを備え、排気装置は筐体内の気体を外部に排気し、制御部はコロナ放電手段によるコロナ放電中及びコロナ放電停止後しばらくの間、排気装置に筐体内の気体を排気させる。
【０００７】
また、この発明の画像形成装置は、筐体内に配置された電源としての燃料電池システムと、画像形成プロセスにおいてコロナ放電により電荷を制御するコロナ放電手段とを備える画像形成装置において、燃料電池システムとコロナ放電手段との間に気体の通過を隔絶する隔絶壁を備える。
【０００８】
また、この発明の燃料電池システムは、外部から酸化剤の供給を受ける酸化剤供給口に、酸化剤に混合されたオゾンを除去するオゾン除去フィルタを備える。また、この発明の画像形成装置は、上述の燃料電池システムを電源に備える。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の画像形成装置によれば、コロナ放電が停止するまでに発生したコロナ放電手段付近のオゾンや、画像形成装置の内部に残留するオゾンを除去でき、画像形成装置の筐体内に滞留するオゾンによる燃料電池システムの劣化を防止できる。請求項２の画像形成装置によれば、画像形成装置の筐体内に発生したオゾンが筐体内を拡散して燃料電池システムに到達することを防止して、燃料電池システムの劣化を防止できる。請求項３の燃料電池システムによれば、酸化剤に混合されるオゾンによる燃料電池システムの劣化を防止できる。請求項４の画像形成装置によれば、劣化を防止した燃料電池システムから安定した電気エネルギーの供給を受けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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、光学系２と光書込ユニット３と感光ドラム４と帯電器５と現像器６と除電ランプ７と給紙ユニット８と転写用電極９と分離用電極１０と除電ランプ１１とクリーニング装置１２と搬送ベルト１３と定着装置１４と燃料電池システム１５と制御部１６と排気装置１７とを備える。
【００１１】
光学系２は、透明板２０と原稿マット２１と照明ランプ２２と反射鏡２３と移動反射ミラー２４とレンズ２５と固体撮像素子２６とを有する。移動する照明ランプ２２から出射して反射鏡２３で集光した走査光は、原稿台の透明板２０の上に置かれて原稿マット２１で固定された原稿２７に照射される。原稿２７からの反射光は、照明ランプ２２と一体となって移動する移動反射ミラー２４ａと移動反射ミラー２４ａの半分の移動速度で同一方向に移動する移動反射ミラー２４ｂ及び移動反射ミラー２４ｃとにより、光路長を一定に保ちながらレンズ２５を通って固体撮像素子２６で受光される。
【００１２】
光書込ユニット３は、画像処理部３０とレーザドライバユニツト３１と半導体レーザー３２とポリゴンミラー３３とスキャナーモータ３４とホトセンサ３５とを有する。固体撮像素子２６で受光された原稿２７の画像は、画像処理部３０でシェーデイング補正、γ変換による階調補正、多値化処理による中間調の再現等により信号処理された後、レーザドライバユニツト３１に入力される。レーザドライバユニツト３１は、画像処理部３０で信号処理された画像データに従って半導体レーザー３２を点灯させて、スキャナーモータ３４により回転するポリゴンミラー３３にレーザー光を照射することにより感光ドラム４の回転方向と垂直方向にレーザー光を走査する。感光ドラム４上をレーザー光が走査開始する手前に配置されたホトセンサ３５は、レーザー光を受けてＢＤ（ビーム検出）信号を発生させる。ＢＤ信号はレーザー光による１ラインの書き出しタイミングの基準となるとともに、ラインメモリのイメージデータの１ライン分の出力タイミングの基準となる。
【００１３】
回転方向４１の方向に回転する感光ドラム４は、負の高圧電流を供給されてコロナ放電するコロナ放電手段としての帯電器５によって一様に負に帯電され、照射されるレーザー光の走査により静電潜像が形成され、現像器６により現像されてトナー像が顕像化され、表面に残留する負の帯電が除電ランプ７により消去される。
【００１４】
給紙ユニット８は、給紙カセット８０と給紙ローラー８１とレジストセンサー８２とレジストローラー８３とを有する。給紙カセット８０から給紙ローラー８１の回転により送られる記録紙は、レジストセンサー８２で検出されてレジストローラー８３に突き当てた状態で一時停止し、感光体ドラム４に現像された画像にタイミングをあわせて、レジストローラー８３を回転させることにより感光ドラム４に達する。感光ドラム４に形成されたトナー像は、高圧発生装置から正の高圧電流を供給されている転写用電極９により、感光ドラム４に送られた記録紙に転写される。トナー画像が転写された記録紙は、高圧発生装置からＡＣ高圧電流を供給されている分離用電極１０により除電されて感光ドラム４から分離される。
【００１５】
転写を完了した感光ドラム４は、残留する電荷を除電ランプ１１の照射により除去され、僅かに残留するトナーをクリーニング装置１２で掻き取られ、次の画像形成に備える。トナー画像が転写されて感光ドラム４から分離された記録紙は、搬送ベルト１３により定着装置１４に送られ、定着装置１４の上ローラーと下ローラーとの間を通過しながら加圧及び加熱されることにより、トナー画像が記録紙に定着して吹いたり擦ったりしても画像が乱れなくなる。
【００１６】
燃料電池システム１５は、燃料電池スタック１５１と動作制御部１５２と出力制御部１５３と燃料タンク１５４と分離回収部１５５とを備え、燃料電池スタック１５１で発生した電気エネルギーが画像形成装置１の各部に供給される。燃料電池スタック１５１は複数の燃料電池セルを積層して形成され、各燃料電池セルは図２の概念図に示すように電解質１５１０を２つの電極で挟み、一方の電極（アノード）１５１１に水素等の還元剤が供給され、他方の電極（カソード）１５１２に空気等の酸化剤を供給される構成をもつ。電解質１５１０には水素イオンをアノード１５１１からカソード１５１２に伝搬する物質、例えばテトラフルオロエチレン・パーフルオロスルホニルエトキシビニルエーテル共重合体からなる高分子電解質膜等が用いられ、アノード１５１１及びカソード１５１２には電極及び触媒として機能する多孔性の白金やその合金等の貴金属が用いられる。電解質１５１０、アノード１５１１、カソード１５１２はオゾンに暴露されると、金属や有機物等を酸化する強い酸化力をもつオゾンにより酸化される。
【００１７】
燃料電池セルでは、アノード１５１１に供給された水素(H2)は、電極の触媒作用により反応式１で表されるように水素イオン(H+)と電子(e-)とを発生させる。電子(e-)は外部回路に接続された負荷１５１３を通じてカソード１５１２へ流れるとともに、水素イオン(H+)は電解質中をカソード１５１２へ伝搬される。
H2→2H++2e-  …（反応式１）
【００１８】
カソード１５１２に供給された空気中の酸素(O2)は、酸化剤として働き電解質１５１０中を伝播された水素イオン(H+)及び外部回路の負荷１５１３を通じて流れてくる電子(e-)と反応して反応式２で表されるように水(H2O)を生成する。
2H++(1/2)O2+2e-→H2O  …（反応式２）
【００１９】
燃料電池セル全体として、水素と酸素とから水が生成されて反応式３のような反応が生じ、電気エネルギーが負荷１５１３に供給される。
H2+(1/2)O2→H2O  …（反応式３）
【００２０】
動作制御部１５２は、出力制御部１５３を制御することにより、燃料電池スタック１５１から画像形成装置１の各部への電気エネルギーの供給の開始及び停止、供給量等を制御する。出力制御部１５３は、燃料制御部１５３０と改質部１５３１と空気制御部１５３２と冷媒制御部１５３３とを備える。
【００２１】
燃料制御部１５３０は、燃料タンク１５４に収容されたエタノールを、動作制御部１５２から指示される供給量に応じて改質部１５３１に供給する。改質部１５３１は、燃料制御部１５３０から供給されるエタノールと水とを混合して加熱する水蒸気改質反応により水素ガスを発生させて燃料電池スタック１５１のアノード１５１１側に供給する。空気制御部１５３２は、画像形成装置１の外部から酸化剤供給口１８０を通じてポンプの吸引によって取り入れた空気を、動作制御部１５２から指示される供給量に応じて燃料電池スタック１５１のカソード１５１２側に供給する。酸化剤供給口１８０にはオゾン除去フィルタ１８１が設けられており、酸化剤供給口１８０から供給される空気は、オゾンを除去または低減された状態でカソード１５１２側に供給される。
【００２２】
なお、燃料には、水素を含む気体燃料及び液体燃料を使用でき、例えば、水素、ガソリン、液体状炭化水素、液体状アルコールなどの液体状燃料等を使用でき、体積エネルギー密度に優れる液体燃料等を用いることにより、燃料を収容する空間及び周辺機器を小型化できる。電極で酸化されやすいアルコールを燃料に使用することが好ましく、さらに、炭素数４以下のアルコールを使用することが好ましく、高い安全性及び生合成可能な点（環境面）からエタノールを使用することが好ましい。
【００２３】
例えば、1分子から取り出せる電子数は、水素の場合は2個、メタノールの場合は6個、エタノールの場合は12個であり、分子1molから取り出せるクーロン量はそれぞれ理論値で、水素の場合は96500×102Ｃ、96500×106Ｃ、96500×1012Ｃとなる。密度及び分子量に基づいて1cm3当たりに換算したクーロン量で表されるエネルギー密度は、水素の場合は約9C/cm3、メタノールの場合は約14400C/cm3、エタノールの場合は15200C/cm3となる。常温常圧で気体の水素はエネルギー密度が著しく低く、常温常圧で液体のメタノールとエタノールとは、それぞれ反応式１と反応式２とに示すように酸化反応に水分子をそれぞれ1分子または3分子を必要とすることを加味してもエネルギー密度に優れている。
CH3OH+H2O→6H++6e-+CO2    …（反応式１）
C2H5OH+3H2O→12H++12e-+2CO2    …（反応式２）
【００２４】
冷媒制御部１５３３は、外部から供給される冷却水を燃料電池スタック１５１に供給して外部に排出させる。燃料電池セルは通常50〜100℃の範囲で運転しており、燃料供給を行ない発電が進んで発熱した燃料電池スタック１５１を冷却することにより、動作中の発電特性を安定化できる。
【００２５】
アノード１５１１を通過する余分な燃料や不純物等、及び、カソード１５１２を通過する余分な空気、水や窒素酸化物等の副生成物等は、分離回収部１５５に排出される。分離回収部１５５は、回収された気体等を分離して保持または放出する。
【００２６】
画像形成装置１は、商用電源から供給される電力、燃料電池システム１５から直接供給される電力、燃料電池システム１５の電圧をコンバートして供給される電力、商用電源から供給される電力と燃料電池システム１５からの直接供給される電力とを併用した電力、または、商用電源から供給される電力と燃料電池システム１５の電圧をコンバートして供給される電力とを併用した電力により動作する。
【００２７】
制御部１６は、画像形成装置１全体の動作や信号処理を制御する。排気装置１７は、図３の概略の斜視透視図に示すように、排気ファン１７１とオゾン除去フィルタ１７２とを有し、排気ファン１７１により画像形成装置１の筐体内部の気体を強制的に外部に排気する。排気により画像形成装置１の筐体内部のオゾン、特に、帯電器５が感光体ドラム４を帯電させる際に多く発生されるオゾンが除去される。排気される気体はオゾン除去フィルタ１７２を通過し、オゾンが除去された後に大気に放出されるため、大気中にオゾンが放出されることを防止できる。排気ファン１７１は制御部１６から指示されたタイミングで動作し、帯電器５で発生したオゾンを感光体付近から効率よく除去するため、帯電器５に近接して設けることが望ましい。
【００２８】
制御部１６は、電源スイッチが切られるとメイン電源を停止することにより、画像形成のための機能の動作及び維持のための全体的な電力供給を停止する。メイン電源が停止すると帯電器５によるコロナ放電及び燃料電池システムも停止する。コロナ放電を停止した際、しばらくの間、排気ファン１７１を継続して動作させる。メイン電源を停止した後も排気ファン１７１を動作させることにより、メイン電源の遮断直前、すなわち、コロナ放電が停止する直前までに発生していた帯電器５付近のオゾンや、画像形成装置１の内部に残留するオゾンをオゾン除去フィルタ１７２により完全に除去でき、メイン電源の停止後に画像形成装置１の筐体内をオゾンが滞留して拡散したり隙間から漏れ出ることを防止できる。画像形成装置１の筐体内及び画像形成装置１付近のオゾンの濃度を低下させることにより、燃料電池システム１５が停止している間における電解質の劣化を防ぐことができる。
【００２９】
メイン電源を停止させると燃料電池システム１５の燃料電池スタック１５１に対する新たな燃料の供給は行なわれないが、電源遮断の直前に燃料電池スタック１５１に供給されていた燃料と、燃料の流路に残存した燃料とによって燃料の供給を停止してもしばらく発電が継続される。燃料の供給を停止した後にしばらく発電される余剰な電力を用いて排気ファン１７１を動作させてもよい。
【００３０】
この画像形成装置によれば、帯電器等のコロナ放電手段により発生したオゾンを画像形成装置の内部に残留させることを防止でき、画像形成装置内部に配置された燃料電池システムの劣化を防止でき、燃料電池システムの長期間安定した発電特性を維持できる。
【００３１】
なお、コロナ放電手段は、露光前に感光体を帯電させる帯電器に限らず、転写材へのトナー像の転写、転写材の感光体からの剥離、感光体からの残留トナーのクリーニング等の画像形成プロセスにおいて用いられる各種帯電器や除電器等を含み、制御部は各種コロナ放電手段の停止後しばらく排気装置を動作させるとよい。燃料電池システム１５は、図４に示すように画像形成装置１の外部において画像形成装置１に隣接して配置してもよい。
【００３２】
第２実施形態の画像形成装置２は、図５の構成図に示すように第１の実施形態の画像形成装置１の筐体内において帯電器５が配置された空間と、燃料電池システム１５が配置された空間とを隔絶する隔絶壁１９を設けている。隔絶壁１９により、帯電器５から発生したオゾンが画像形成装置１の筐体内を浮遊して燃料電池システム１５に到達することを防止できる。排気装置１７は必ずしも必要でないが、隔絶壁１９と排気装置１７とを併用することにより、オゾンによる燃料電池システム１５の劣化をさらに防止できる。
【００３３】
なお、オゾン除去フィルタ１８１を介して空気を吸引し、オゾンを低減した空気をカソードに供給する燃料電池システム１５は、帯電気５のコロナ放電によりオゾンが発生する画像形成装置１の筐体内に設置された場合に限らず、オゾンが発生するオフィス等の他の環境においても、長期間安定して電気エネルギーを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の実施形態の画像形成装置の構成図である。
【図２】燃料電池セルの動作原理を示す概念図である。
【図３】画像形成装置の概略の斜視透視図である。
【図４】画像形成装置の概略の斜視透視図である。
【図５】第２の実施形態の画像形成装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１；画像形成装置、２；光学系、３；光書込ユニット、４；感光ドラム、５；帯電器、
６；現像器、７；除電ランプ、８；給紙ユニット、９；転写用電極、１０；分離用電極、
１１；除電ランプ、１２；クリーニング装置、１３；搬送ベルト、１４；定着装置、
１５；燃料電池システム、１６；制御部、１７；排気装置、１９；隔絶壁、
２０；透明板、２１；原稿マット、２２；照明ランプ、２３；反射鏡、
２４；移動反射ミラー、２５；レンズ、２６；固体撮像素子、２７；原稿、
３０；画像処理部、３１；レーザドライバユニツト、３２；半導体レーザー、
３３；ポリゴンミラー、３４；スキャナーモータ、３５；ホトセンサ、４１；回転方向、
８０；給紙カセット、８１；給紙ローラー、８２；レジストセンサー、
８３；レジストローラー、１５１；燃料電池スタック、１５２；動作制御部、
１５３；出力制御部、１５４；燃料タンク、１５５；分離回収部、１７１；排気ファン、
１７２；オゾン除去フィルタ、１５１０；電解質、１５１１；電極（アノード）、
１５１２；電極（カソード）、１５１３；負荷、１５３０；燃料制御部、
１５３１；改質部、１５３２；空気制御部、１５３３；冷媒制御部、
１８０；酸化剤供給口、１８１；オゾン除去フィルタ。
【図１】
2006058323.tif 000003
【図２】
2006058323.tif 000004
【図３】
2006058323.tif 000005
【図４】
2006058323.tif 000006
【図５】
2006058323.tif 000007