(57)【要約】【課題】  最適動作点での発電を可能とするための画像形成装置および画像形成方法を提供すること。【解決手段】  本発明の画像形成装置は、画像形成装置１００が発生する熱を使用して発電する発電素子２０１と、画像形成装置１００の定着温度を制御する温度検出手段と、画像形成装置１００のために電力を消費する負荷２１２と、画像形成装置１００がＡＣ電源２０６から生成する共用電力と、発電素子２０１が生成した電力を負荷２１２に提供するための蓄電池２０９からの電力を切り替える切替回路２１１と、画像形成装置１００が使用する定着温度に応答して、発電素子２０１の出力電圧を制御する制御部２０４とを含んでいる。【選択図】  図２
2015031820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置が発生する熱を使用して発電する発電素子と、
前記画像形成装置のために電力を消費する負荷手段と、
前記画像形成装置がＡＣ電源から生成する共用電力と、前記発電素子が生成した電力を前記負荷手段に提供するための２次電池手段からの電力とを切り替える切替手段と、
前記画像形成装置が使用する定着温度に応答して、前記発電素子の出力電圧を制御する制御手段と
を備える、画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記定着温度に応じて最適な電力で前記発電素子を発電させるように前記出力電圧を制御する、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記定着温度を検出する温度検出手段と、
前記制御手段が前記発電素子の出力電圧を制御するため、前記発電素子の出力電圧と、出力電流とを対応づけた情報を格納する記憶手段と
を備え、前記制御手段は、検出した前記定着温度に応答して前記記憶手段から設定するべき出力電圧の情報を取得して前記出力電圧を制御する、請求項１および請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記画像形成装置は、前回の定着から次の定着までの時間を計測する計時手段を備え、前記前回の定着から経過した時間に応じて前記制御手段の出力電圧を予測する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記画像形成装置は、前記定着温度の昇温の状態を検出して、前記制御手段による前記出力電圧の制御および前記切替手段を切替制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
画像形成装置が発生する熱を使用して発電素子により、発電するステップと、
前記画像形成装置の定着温度を検出するステップと、
前記画像形成装置がＡＣ電源から生成する共用電力と、前記発電素子が生成した電力を提供するための２次電池手段からの電力とを切り替えるステップと、
切替えられた前記電力を前記画像形成装置のために電力を消費する負荷手段に供給するステップと、
前記画像形成装置が使用する定着温度に応答して、前記発電素子の出力電圧を制御するステップと
を含む、画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関し、より詳細には、定着装置からの排熱を利用し、最適動作点での発電を可能とするための画像形成装置および画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真方式の画像形成装置は、省電力のニーズが高く、このニーズに応えるため、商用電源からの電力供給だけではなく、装置内での創電（発電）が行われ、その創電された電力をより効率的に使用する技術が考えられている。
【０００３】
特開２０１２−１２４９９１号公報（特許文献１）には、太陽電池を備えた画像形成装置において、創電効率を高めるために、常時最適な効率で太陽電池を発電させてその電力を蓄えられるよう、太陽電池の出力が最大となる最適動作点の電圧を追従可能なＭＰＰＴ回路を太陽電池と蓄電池との間に設け、発電素子の出力制御を行う構成が開示されている。
【０００４】
しかしながら、太陽電池を用いて創電を行う特許文献１では、日射量や温度によって刻々と変動する太陽電池の出力が最大となるよう、ＭＰＰＴ回路のフィードバック制御によって調整を行う。このため、ＭＰＰＴ回路の制御では、最適動作点を探すことに時間を費やしてしまい、気象変化などに対する応答性が悪いという問題があった。また太陽電池で利用されているＭＰＰＴ回路の制御そのままでは、ユーザの設定に従って電力消費量が変化する画像形成装置に対して適用しても最適効率で電力を使用できないという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、本発明は、定着装置からの排熱を利用して創電を行い、発電素子の最適動作点の電圧を瞬時に決定することを可能とし、最適効率での電力の使用を可能とする画像形成装置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】
本発明では、モノクロ、カラー、厚紙、薄紙といった印字条件によって異なる定着設定温度に応じて発電素子の出力電圧を制御し、最適動作点での発電を可能とする画像形成装置が提供される。
すなわち、本発明によれば、画像形成装置が発生する熱を使用して発電する発電素子と、
前記画像形成装置のために電力を消費する負荷手段と、
前記画像形成装置がＡＣ電源から生成する共用電力と、前記発電素子が生成した電力を前記負荷手段に提供するための２次電池手段からの電力とを切り替える切替手段と、
前記画像形成装置が使用する定着温度に応答して、前記発電素子の出力電圧を制御する制御手段と
を備える画像形成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態の画像形成装置１００の概略図。
【図２】デジタル複合機における電源系の機能モジュールのブロック図。
【図３】本実施形態の画像形成装置１００における電源系の機能モジュールの他の実施形態のブロック図。
【図４】発電素子３０１の発電を利用する場合に、制御部３０４が行う制御処理のフローチャート。
【図５】本実施形態で発電素子として熱電素子を使用する場合の電圧−電流特性を示す図。
【図６】太陽光発電において使用されるＭＰＰＴ制御の動作を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、本実施形態の画像形成装置１００の概略図である。画像形成装置１００は、デジタル複合機として構成され、複写機能、プリンタ機能、およびファクシミリ機能などを提供することができる。これら複数の機能は、いわゆるオペレーションパネルといった操作部のアプリケーション切り替えキーにより、複写機能、プリンタ機能、およびファクシミリ機能を順次に切り替えて選択することが可能とされる。機能切り替えにより、複写機能の選択時には複写モードとなり、プリンタ機能の選択時にはプリンタモードとなり、ファクシミリモードの選択時にはファクシミリモードで機能する。
【０００９】
以下、画像形成装置１００の複写モードでの動作を具体例として、図１を用いて簡単に画像形成装置１００の各機能部を説明する。
【００１０】
複写モードでは、原稿束がＡＤＦ１１０により、順に画像読み取り装置１２０に給送され、画像読み取り装置１２０により、画像情報が読み取られる。読み取られた画像情報は、画像処理手段を介して書き込み手段としての書き込みユニット１３０により光情報に変換される。感光体ドラム１４２は、帯電器（不図示）により一様に帯電された後に書き込みユニット１３０からの光情報で露光され、感光体ドラム１４２の表面に静電潜像が形成される。
【００１１】
この感光体ドラム１４２上の静電潜像は、現像装置１４１により現像されてトナー像として顕像化される。トナー像は、転写ベルト１４３により転写紙に転写される。転写ベルト１４３は、トナー像を担持した転写紙を定着装置１４４へと搬送し、定着装置１４４によりトナー像を転写紙に定着させて、堅固なトナー像を有する印刷物として、機外へと排出させている。
【００１２】
図２は、デジタル複合機における電源系の機能モジュールのブロック図である。発電素子２０１は、定着装置２０３の加圧ローラに隣接して設置され、定着装置１４４から排出される熱エネルギーを電気エネルギーに変換している。
【００１３】
制御部２０４は、カラー/モノクロ、転写紙種類、印刷枚数といった印刷条件における定着温度遷移状態を、ＮＶＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭなどの記憶手段２０５に格納する。制御部２０４は、記憶手段２０５の履歴から予め印刷条件に対する発電素子の出力電圧設定値を決めておき、印刷時においては印刷条件に応じた発電素子の出力電圧設定を行なう。この出力電圧設定によって制御部２０４は、発電素子２０１の出力電圧を切替える。出力電圧設定値については、温度条件に対する発電素子２０１の発電電力特性を考慮して、ファームウェアなどに予め設定しておくことができる。発電素子２０１としては、適切な温度範囲で機能するペルチェ素子などを使用することができるがこれに限定されるものではない。
【００１４】
発電素子２０１から発電された電気エネルギーは、充電器として機能するＤＤＣ２０８を介して２次電池から構成される、蓄電池２０９を充電する。蓄電池としては、ニッカド電池やリチウムイオン電池など、これまで知られた如何なる２次電池でも使用することができる。
【００１５】
蓄電池２０９に蓄えられた電気エネルギーは、放電器として機能するＤＤＣ２１０および切替回路２１１を介して負荷２１２に供給される。ここでＤＤＣ２０８、ＤＤＣ２１０および切替回路２１１は、それぞれ動作するために電力が必要であるが、画像形成装置１００の共通の電源ラインが、各モジュールにも接続される。切替回路２１１は、ＡＣ電源２０６から生成される共用電力と、発電素子２０１で発電され、蓄電池２０９およびＤＤＣ２１０によって供給される電力とを、制御部２０４による制御に従って切り換えて負荷に供給するように機能する。
【００１６】
また、制御部２０４は、画像形成装置１００の全体の制御を行っており、各動作モードに応じてシーケンシャルに各負荷を動作させている。
【００１７】
図３は、本実施形態の画像形成装置１００における電源系の機能モジュールの他の実施形態のブロック図である。発電素子３０１は、定着装置３０３の加圧ローラに隣接して設置され、定着装置１４４から排出される熱エネルギーを、電気エネルギーへと変換している。制御部３０４は、印刷条件に応じた定着設定温度を設定し、環境温度検出手段３１３が検出した温度に応答して発電素子３０１の出力電圧設定を行なう。制御部３０４は、出力電圧設定を行う場合には、発電素子３０１の出力電圧を切替えるように制御する。なお、出力電圧設定値については、温度条件に対する発電素子３０１の電力特性を考慮して、制御部３０４のファームウェアなどに予め設定しておくことができる。
【００１８】
発電素子３０１が発電した電気エネルギーは、充電器として機能するＤＤＣ３０８を介して蓄電池３０９に蓄えられる。蓄えられた電気エネルギーは、放電器として機能するＤＤＣ３１０および切替回路３１１を介して負荷３１２に供給される。ここでＤＤＣ３０８、ＤＤＣ３１０および切替回路３１１は動作するための電力が必要となるが、この電力は、画像形成装置１００の共通の電源ラインを使用することができる。
【００１９】
切替回路３１１は、ＡＣ電源３０６から供給されるＡＣ電力を元に生成された共用電力と、発電素子３０１で発電され蓄電池３０９およびＤＤＣ３１０を介して供給される電力とを、制御部３０４による制御の下で相互に切り換えて負荷３１２に供給する。制御部３０４は、画像形成装置１００全体の制御を行っており、各動作モードに応じてシーケンシャルに各負荷を動作させている。
【００２０】
なお、本実施形態では、連続プリントの場合に都度温度制御や切替制御を行うことをなくするように、プロセスの経過時間を計時する計時手段を備えることができる。この計時手段は、連続プリントにおける紙間の時間程度で前回の設定値を保存し、連続プリントと判断される場合には、前回プリント時の設定を変更すること無く、印刷処理を行うことができる。この実施形態では、連続してプリントする場合に、温度設定や電圧設定のための制御プロセスを都度行わなければならないという冗長性を排除することができる。
【００２１】
さらに他の実施形態では、計時時間は、定着装置１４４の昇温レートを判断するために使用することができる。当該実施形態においては、制御部３０４は、昇温レートをプロセス時間に対応づけて最終的な定着温度を予測し、昇温の状態に関連づけて最適な発電を行わせるように、電圧制御を行うと共に、切替制御を行うことができる。このために使用する情報についても記憶手段２０５、３０５に格納しておくことができる。またそのためのプログラムについては、制御部３０４のファームウェアとして制御部３０４自体または記憶手段３０５に格納しておくことができる。
【００２２】
図４は、発電素子３０１の発電を利用する場合に、制御部３０４が行う制御処理のフローチャートを示す。図４の処理は、ステップＳ４００で、画像形成装置１００が、電源オンされて開始する。その後、ステップＳ４０１で、ユーザからのカラー／モノクロ印刷選択指令を受領するか、またデフォルト設定のカラー指定を取得し、ステップＳ４０２でその後に指定される転写紙選択指令を検出する。この段階で、指定されたカラーモードで指定された転写紙について制御部は、ルックアップテーブルなどを参照してステップＳ４０３で定着温度を決定する。
【００２３】
その後、決定された定着温度が閾値１以下であるか否かを判断し、閾値１以下である場合（ｙｅｓ）、ステップＳ４０６で発電素子の出力電圧をｘＶに設定し、ステップＳ４１０で充電回路をオンにする。また設定された定着温度が、閾値１を超える場合（ｎｏ）、ステップＳ４０５で定着設定温度が閾値２以下か否かを判断する。設定された定着温度が閾値２以下の場合（ｙｅｓ）、ステップＳ４０７で発電素子の出力電圧をｙＶに設定し、ステップＳ４１１で充電回路をオンにする。
【００２４】
一方、設定された定着温度が閾値２を超える場合（ｎｏ）、ステップＳ４０８で発電素子の出力電圧をｚＶに設定し、ステップＳ４０９で充電回路をオンとする。ステップＳ４０４、ステップＳ４０５に記載された閾値１および閾値２は、モノクロ印刷、カラー印刷、転写紙などによって決定される最適な設定温度である。例えば、閾値１は、モノクロ印刷で上質紙の場合に設定される定着温度であり、閾値２は、フルカラー印刷で普通紙に印刷する場合の設定温度とすることができる。この他にも、閾値としては、フルカラー画像を、プラスチックシートに定着する場合の設定温度と採用することができる。
【００２５】
本実施形態の制御部は、閾値に応じて発電素子の出力電圧を切り替えて、温度条件に応じて最適効率の発電を行わせることで、効率的に熱エネルギーを電気エネルギーとして再生利用することを可能とする。
【００２６】
図５には、本実施形態で発電素子として熱電素子を使用する場合の電圧−電流特性を示す。横軸が出力電圧であり、縦軸が出力電流である。熱電素子は、作動する温度によって最適効率を与える動作電圧が異なると言う特性を有する。このため、作動する温度によって最適効率を与える動作電圧に設定する必要がある。
【００２７】
図６に本実施形態のＭＰＰＴ制御の動作を説明する。図５の電圧−電流特性を見ると、熱電素子６３０は、出力電流を大きくすると、出力電圧が下がり、出力電流を小さくすると、出力電圧が高まる特性を有する。充電器として機能するＤＤＣ６２０の出力電圧を大きくするように制御すると、蓄電池６１０との電位差が大きくなる。このため、蓄電池６１０への充電電流は増加する。このため、熱電素子の特性からすると、ＤＤＣへの入力電圧は低下する。一方、この逆の関係も成立する。したがって、ＤＤＣの出力電圧を制御することで、熱電素子から取り出せる電流を最大化させることができ、充電電力を大きくすることが可能となる。
【００２８】
この際、熱電素子の動作温度は、定着器において設定されるべき温度となるので、設定された定着温度で最大の電力を生成できるように、制御部は、ＤＤＣの出力電圧を制御する。
【００２９】
以上のように、本発明によれば、定着器で生成される熱エネルギーから再生的に電気エネルギーを生成し、画像形成装置の各種負荷を動作させるための電力源として利用することが可能となり、エネルギー効率の改善された画像形成装置を提供することが可能となる。
【００３０】
これまで本発明を、実施形態をもって説明してきたが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３１】
１００：画像形成装置
１１０：ＡＤＦ
１２０：画像読み取り装置
１３０：書き込みユニット
１４０：プリンタユニット
１４１：現像装置
１４２：感光体ドラム
１４３：転写ベルト
１４４、２０３、３０３：定着装置
１５０：キャパシタユニット
２０１、３０１：発電素子
２０２、３０２：温度検知素子
２０４、３０４：制御部
２０５、３０５：記憶手段
２０６、３０６：ＡＣ電源
２０７、３０７：ＰＳＵ
２０８、２１０、３０８、３１０：ＤＤＣ
２０９、３０９：蓄電池
２１１、３１１：切替回路
２１２、３１２：負荷
３１３：環境温度検出手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３２】
【特許文献１】特開２０１２−１２４９９１号公報
【図１】
2015031820.tif 000003
【図２】
2015031820.tif 000004
【図３】
2015031820.tif 000005
【図４】
2015031820.tif 000006
【図５】
2015031820.tif 000007
【図６】
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