(57)【要約】【課題】低コストで、高効率に振動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電できる画像形成装置を提供すること。【解決手段】駆動制御手段により駆動されて、少なくとも１つ以上の振動モードを持つ駆動源と、該駆動源の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動エネルギー変換装置と、該変換装置によって発生する電気エネルギーを蓄電する２次電池装置を組み合わせたエネルギー供給システムとを持つ画像形成装置において、前記変換装置を画像形成装置内に取り付けるための保持機構が持つ共振モード周波数が、該駆動源により発生する振動周波数の少なくとも１つと近似（±５Ｈｚ）若しくは一致するように材料及び形状を選定して構成されていることを特徴とする。【選択図】図１
2007121417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動制御手段により駆動されて、少なくとも１つ以上の振動モードを持つ駆動源と、該駆動源の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動エネルギー変換装置と、該変換装置によって発生する電気エネルギーを蓄電する２次電池装置を組み合わせたエネルギー供給システムとを持つ画像形成装置において、
前記変換装置を画像形成装置内に取り付けるための保持機構が持つ共振モード周波数が、該駆動源により発生する振動周波数の少なくとも１つと近似（±５Ｈｚ）若しくは一致するように材料及び形状を選定して構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
振動エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電体と、該圧電体によって発生する電気エネルギーを蓄電する２次電池装置を組み合わせたエネルギー供給システムと、可変速機構を持つ駆動制御手段と、該制御手段により駆動されて、少なくとも２つ以上の振動モードを持つ駆動源とを持ち、且つ、該圧電体を形成する圧電素子は、その共振周波数が該駆動源により発生する振動周波数の１つと一致するように材料及び形状が調整されている画像形成装置において、
前記圧電体を構成するハウジングが持つ共振モード周波数が、前記圧電素子の共振周波数以外の発生周波数に近似（±５Ｈｚ）若しくは一致するように、材料及び形状が調整されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
振動エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電体と、該圧電体によって発生する電気エネルギーを蓄電する２次電池装置を組み合わせたエネルギー供給システムと、可変速機構を持つ駆動制御手段と、該制御手段により駆動されて、少なくとも２つ以上の振動モードを持つ駆動源とを持ち、且つ、該圧電体を形成する圧電素子は、その共振周波数が該駆動源により発生する振動周波数の１つと一致するように材料及び形状が調整されている画像形成装置において、
前記圧電体を画像形成装置内に取り付ける保持機構の共振周波数が、圧電素子の共振周波数と異なり、且つ、該駆動源により発生する振動周波数の少なくとも１つと近似（±５Ｈｚ）若しくは一致するように材料及び形状を選定して構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
前記圧電体を形成する圧電素子の共振周波数は、保持機構の共振周波数よりも高周波であることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【請求項５】
圧電体を構成するハウジング、圧電素子、圧電体保持機構の各共振周波数が異なる周波数になるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
【請求項６】
原稿読み取り装置にて発生する振動を電気エネルギーに変換する際には、等倍読み取り動作で発生する振動周波数を用いることとし、且つ、圧電素子の共振周波数はバックスキャンでモータから発生する周波数に合わせることを特徴とする請求項３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、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電体と、該圧電体によって発生する電気エネルギーを蓄電する２次電池装置とを組み合わせたエネルギー供給システムを持つ画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する装置に関する発明としては、特許文献１のように、圧電素子の共振周波数が振動の周波数となるように、素子の厚み及び外形を調整し、複数素子を積層したものを圧電体として使用することで高効率の複周波数発電を可能とするような提案がなされている。
【０００３】
図１１において、５０２は荷重（振動）、５０３は絶縁板、５０４ａは素子Ｎｏ．１、５０４ｂは素子Ｎｏ．２で、５０５は電極板である。荷重（振動）５０２によって複合振動を受けると、各振動に対応する圧電素子が働き発電し、スイッチング素子５００を経由して２次電池５０１に蓄電することで発電効果を向上する装置が提案がされている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、圧電素子を使用しない、例えば、特許文献２のような振動エネルギー変換器を用いて高効率の複周波数発電ができない。
【特許文献１】特許第３２１１６２３号公報
【特許文献２】特開平１０−３４１５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１２（Ａ）〜（Ｃ）は前記振動エネルギー変換装置で、５２０が磁石、５２１が磁極、５２２がヨーク、５２３がコイルである。
【０００６】
少なくとも磁石５１０の一方の極の磁極５１１から出る磁束を、２つ以上のヨーク入り口にそれらの数だけの、磁極５１１に面する空隙Ｓを介して分岐通過させ、ヨーク出口からの磁束を再び磁石５１０の他極に戻す磁気回路を形成すると共に、磁気回路の磁束に鎖交するコイル５１３を巻回し、２つ以上のヨーク５１２は全て剛に機械的に接続され、磁極５１１とヨーク入り口間の距離である空隙の長さを機械的なバネ系で弾性的に保持し、振動の発生側に磁石５１０又はヨーク５１２の何れかを直結し、振動によって空隙長が分岐の方向によって差動的に変化することによって磁束の分岐に差動的な変化が生じるようにして、ヨーク５１２及び又は磁極５１１に巻回されたコイル５１３から電力として取り出す。
【０００７】
又、特許文献１では、複数の駆動源を装置内に持つ画像形成装置においては効果を最大にするために各駆動源の振動周波数に共振周波数を合わせた圧電体を個々に作る必要があるため大幅なコストアップとなる。又、圧電素子はセラミック等によって作製されるため、現状では、一般材料、例えばＳＰＣＣ等に比べて非常に高価なものとなっているため、板厚を上げるような行為もコストアップに繋がる。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、低コストで、高効率に振動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、駆動制御手段により駆動されて、少なくとも１つ以上の振動モードを持つ駆動源と、該駆動源の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動エネルギー変換装置と、該変換装置によって発生する電気エネルギーを蓄電する２次電池装置を組み合わせたエネルギー供給システムとを持つ画像形成装置において、前記変換装置を画像形成装置内に取り付けるための保持機構が持つ共振モード周波数が、該駆動源により発生する振動周波数の少なくとも１つと近似（±５Ｈｚ）若しくは一致するように材料及び形状を選定して構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電体と、該圧電体によって発生する電気エネルギーを蓄電する２次電池装置を組み合わせたエネルギー供給システムと、可変速機構を持つ駆動制御手段と、該制御手段により駆動されて、少なくとも２つ以上の振動モードを持つ駆動源とを持ち、且つ、該圧電体を形成する圧電素子は、その共振周波数が該駆動源により発生する振動周波数の１つと一致するように材料及び形状が調整されている画像形成装置において、前記圧電体を構成するハウジングが持つ共振モード周波数が、前記圧電素子の共振周波数以外の発生周波数に近似（±５Ｈｚ）若しくは一致するように、材料及び形状が調整されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電体と、該圧電体によって発生する電気エネルギーを蓄電する２次電池装置を組み合わせたエネルギー供給システムと、可変速機構を持つ駆動制御手段と、該制御手段により駆動されて、少なくとも２つ以上の振動モードを持つ駆動源とを持ち、且つ、該圧電体を形成する圧電素子は、その共振周波数が該駆動源により発生する振動周波数の１つと一致するように材料及び形状が調整されている画像形成装置において、前記圧電体を画像形成装置内に取り付ける保持機構の共振周波数が、圧電素子の共振周波数と異なり、且つ、該駆動源により発生する振動周波数の少なくとも１つと近似（±５Ｈｚ）若しくは一致するように材料及び形状を選定して構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記圧電体を形成する圧電素子の共振周波数は、保持機構の共振周波数よりも高周波であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、圧電体を構成するハウジング、圧電素子、圧電体保持機構の各共振周波数が異なる周波数になるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項３記載の発明において、原稿読み取り装置にて発生する振動を電気エネルギーに変換する際には、等倍読み取り動作で発生する振動周波数を用いることとし、且つ、圧電素子の共振周波数はバックスキャンでモータから発生する周波数に合わせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、
１．圧電体と振動エネルギー変換装置のどちらを用いたとしても、保持部材の材料及び形状選定のみで駆動源の振動周波数において、最大の変換効率を得ることが可能となる。
【００１６】
２．複数の駆動源に対して、各駆動源にて発生する複数の振動周波数、全てにおいて、共通の単層圧電体で振動エネルギーを電気エネルギーに効率良く変換可能となる。
【００１７】
３．２つの振動周波数を伝える伝達経路における高周波側に圧電体内の圧電素子の共振周波数を設定したので、圧電素子の厚さが最小のものを使用して振動エネルギーを電気エネルギー変換することができる。
【００１８】
以上、効果によって、低コストで、高効率に振動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電できる画像形成装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
＜実施の形態１＞
図１は本発明を実施して排紙モータと光学モータの振動を電気エネルギーに変換する機構のブロック図、図２は本発明の実施例を含む装置胴内排出方式の複写機の排紙ユニット部分詳細図、図３は本発明の実施の形態を含む装置胴内排出方式の複写機の正面図、図４は図３に示す装置の内部構造を示す図、図５は本発明の実施の形態に係る複写機の原稿読み取り部の詳細図、図６は本発明に係りの画像形成装置のブロック図、図７は各モータの駆動周波数を変更したときにモータ取付部の振動レベルピークを示す図、図１０は反転フラッパ周辺の詳細図である。
【００２１】
図３において、１２０は原稿自動送り装置、１２１は原稿読み取り部、１２２は排出した転写紙を積載する排紙トレイ部で、画像形成部の上カバーも兼ねている。１２３は転写用の紙束を入れておく紙カセット、１２４は紙カセットを引き出す時のロック解除ボタンである。
【００２２】
以下、本発明を実施した複写機の動作を説明し、その後、複写機の動作によって生じる振動エネルギーをどのようにして効率良く電気エネルギーに変換して２次電池に蓄電するかについて説明する。
（各部の説明）
図３、図４及び図１０において、１２５は紙カセットからのピックアップ部、搬送紙分離機構、搬送ローラ等によって構成されている給紙部、１２６はレジローラ、現像器、感光体、転写機構等によって構成されている画像形成部、１２７はヒーター等によって現像後の転写紙を定着する定着部である。
【００２３】
１２８は転写紙の搬送経路を切り換えるための切り換えフラッパで、不図示のバネで、対向側のガイド板方向に、圧接させた構成を採っている。
【００２４】
１２９は本発明を実施したフラッパの対向側にある紙搬送ガイド、１３０は搬送ローラ、１３４は排紙ローラで、不図示の駆動機構にて正回転／逆回転の切り換えが可能となっている。１３１は転写紙の排出口である。
【００２５】
１３２は両面出力時、第１面目を転写した後の転写紙を再び画像形成部１２６へ送り出すための両面搬送部である。
（片面印字シート搬送動作）
図４及び図１０において片面出力時は、カセット１２３から給紙部１２５内にあるピックアップローラ、搬送分離機構によって分離搬送された転写紙が画像形成部１２７に送られる。
【００２６】
ここで、レジローラによってレジスト合わせ後に、感光体へ送られ、トナー転写が行われる。
【００２７】
このときに転写される画像は、読み取り部で読み取った後でデジタル処理された画像信号、又は、パソコン等から送られた画像信号で、レーザービームの発光タイミング決定し、感光体表面に、不図示のレーザースキャナーユニットからレーザービームを当てて作った潜像を反転現像したものである。
【００２８】
その後、転写紙は、定着部１２７に送られて画像が定着される。
【００２９】
定着後の転写紙は、切り換えフラッパ１２８を跳ね除けながら、搬送ローラ１３０を通過して、排紙部１３３にある排紙ローラ１３４によって排出口１３１から排紙トレイ部１２２に排出される。
（両面印字シート搬送動作）
図４及び図１０において両面出力時は、第１面転写時のカセットからの転写紙の流れは、片面時と同じで、排紙部１３３まで達する。
【００３０】
しかしながら、両面時は、シート後端が定着器を抜けた後で、排紙モータ回転数は２．５倍速に切り替えて排紙口に送り出す。その後、少なくともフラッパ１２８の回転半径を超えてからの、予め決めたタイミングで排紙モータを反転させることによって、排紙ローラ１３４と搬送ローラ１３０の回転方向を反転し、転写紙を、両面搬送部１３２まで送り込む。反転後も２. ５倍速で転写紙を送り、転写紙は両面搬送パスへと送られる。
【００３１】
このように、定着終了後の排紙モータ速度を切り替えるのは、排紙パスでの後続シートとの干渉を避けるためであり、本実施の形態では、排紙モータにステッピングモータを利用し、ＣＰＵからの駆動周波数を切り替えて、この変速動作を行っている。
【００３２】
両面搬送部１３２によって再給紙された転写紙は、片面転写時と同過程を経て、第２面を転写後に、排出口１３１から排紙トレイ１２２に排出される。
（原稿読み取り動作）
図５は原稿読み取り部カバーを外し、上フレームを外した状態で、背面及び内蔵物が確認できる状態にした詳細図である。
【００３３】
５０は原稿像を操作するためのミラーを保持している第１ミラー台５４及び第２ミラー台５５をワイヤーを使って駆動するための光学モータである。５１は圧電体を保持する保持部材、５２は圧電体、５３はレンズを含む結像部、５６は下フレーム、５７は装置本体との間で電源や信号をやり取りするコネクタ部である。
【００３４】
ユーザーによって、コピー動作及び読み取り倍率が選択され、スタートスイッチがＯＮされると、原稿自動送り装置１２０から、原稿読み取り部１２１の不図示のプラテン部に原稿が送られ、ＣＰＵからの指令により、光学モータが駆動し、第１ミラー台５４、第２ミラー台５５が図中矢印方向へ移動し、結像部５３に原稿の反射光を入射し、画像情報を不図示のメモリーに格納する。原稿１枚を読み終えると、光学モータは反転し、次原稿が原稿自動送り装置から送り出され、前記した動作を繰り返しセットした全ての原稿の画像情報をメモリーに格納する。
【００３５】
本実施の形態は、デジタル変換式の読取装置のため、走査方向倍率は、画像データ処理のみ、副走査方向（ミラー台進行方向）倍率は、ステッピングモータを利用し、ＣＰＵからの駆動周波数を切り替えて単位面積当たりの読取時間を変化させた上での画像処理によって変倍を行っている。
【００３６】
前記した動作によって格納された画像情報は、不図示の画像形成部によって転写紙にトナー像となって転写される。
（エネルギー変換動作）
本発明による振動エネルギーを電気エネルギーに変換する動作は、以下のように行われる。先ず、排紙モータにより発生する振動について説明する。
【００３７】
図２は本発明を実施した画像形成装置の排紙ユニットで、２０が排紙モータで、本実施の形態ではステッピングモータを使用している。２１は圧電体で本実施の形態では１２５０Ｈｚに共振周波数を持つように、不図示の内蔵物である圧電素子の材料及び形状が設定されているものを用いている。２２は圧電体の保持機構で、本実施の形態では５００Ｈｚに共振周波数を持つように材料及び形状が設定されている。２３は圧電体を２２に固定するためのビス、２４はモータ取付支板、２５はモータへの駆動電流の供給と圧電体からの発生電力を不図示のイッチング素子に送るための束線である。
【００３８】
排紙ユニットにおいては、前記した動作説明により、５００Ｈｚと１２５０Ｈｚの２つの駆動周波数があることを述べた。図７（ａ），（ｂ）は、順に、それぞれの周波数で駆動したときにモータ支板に現れる振動レベルピーク値を示している。これによって分かるように、本ユニットは、２つの振動周波数において、振動エネルギーを電気エネルギーに変換するターゲットを設定することが変換効率をアップする最良の方法である。
【００３９】
一般的に、共振周波数ｆ：は、ｋ：ばね定数、ｍ１
：質量とすると、
ｆ＝π／２・√（ｋ／ｍ1 ）        …  （１）
上記関係によって導き出せることが知られている。
【００４０】
図２において、保持機構２２の重量が、先端に取り付いている圧電体２１と取り付けビス２３を合わせたものよりも非常に小さいと考え、これを無視して、保持機構２２の共振周波数を図８のような片持ち梁と考えて導き出すようにした。
【００４１】
図２中の寸法ｌ、ｂ、保持部材の板厚ｔとして前記した式に当て嵌め、
ｋ＝（３ＥＩ／ｌ3 ）                …  （２）
ｆ＝π／２・√｛（３ＥＩ／ｌ3 ）／ｍ1 ｝  …  （３）
として求められる。
【００４２】
数々の実験によって、経験として、共振周波数の±５Ｈｚ近傍においては、振動物の振幅が急激に大きくなることを発明者は確認しているため、実施例は、材料としてＳＰＣＣ、ｂ＝２６．５ｍｍ、ｔ＝３ｍｍ、ｌ＝２０ｍｍ、ｍ１
＝４５０ｇを利用することで共振周波数を５００Ｈｚ±５Ｈｚとした。
【００４３】
圧電素子においては共振周波数を合わせ込むことは、従来例に示したように、一般的であるため説明は省略する。
【００４４】
又、前記した共振周波数の関係式より明らかなように、同一材料、同一外形においては、板厚が薄くなるほど高周波側に周波数がシフトすることは明白であり、圧電体にて高周波側の振動周波数をカバーすることは、コストメリットを出すために大いに役立つ。
【００４５】
更に、図９に示す模式図にて明らかなように、振動伝達の最終段である圧電素子の共振周波数を駆動周波数の高周波側に合わせることで、中段にある保持部材にて減衰した振動のエネルギーでも、圧電素子の歪みを大きく取ることができるため、電気エネルギーへの変換も効率良く行うことができる。
【００４６】
次に、原稿読み取り部において、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する動作であるが、前記した排紙ユニットの動作時と同様に、圧電素子の共振周波数を運転周波数の高周波側、保持機構を低周波側に設定するようにした。
【００４７】
図７（ｃ）は等倍スキャン運転時、（ｄ）はバックスキャン運転時を示す。
【００４８】
低周波側をカバーする保持部材５１は、等倍スキャン動作の４００Ｈｚに合わせるため、実施の形態は、材料としてＳＰＣＣ、ｂ＝１７ｍｍ、ｔ＝３ｍｍ、ｌ＝２０ｍｍ、ｍ１
＝４５０ｇを利用することで共振周波数を４０Ｈｚ±５Ｈｚとした。
【００４９】
バックスキャンは、排紙モータ２．５倍速と同じ１２５０Ｈｚあるために同じ圧電体を用いる。このように、最終段の圧電素子の共振周波数を共通にすることで、1 台当たりの使用個数が増えるためにコストメリットも出る。
【００５０】
尚、原稿読取部の場合、動作モードとして最も多く用いられるのが等倍読み取りモードであることは市場動向から明らかであったため、振動エネルギーを電気エネルギーに変換するためのターゲット周波数を等倍読み取りモードに設定した。バックスキャンについては、どの倍率モードでも同じ駆動周波数のためこれに設定した。つまり、一番多い動作モードにて発生する駆動周波数により発生する振動周波数にターゲットを絞ることによりエネルギー変換効率をより効果的にアップするように考慮している。
【００５１】
以上、説明した、それぞれの圧電体から発生する電気エネルギーを２次電池に蓄電し、電源ＯＦＦ時の余熱、スタートボタンの表示等に用いることで、より効果的に省エネルギーな画像形成装置を提供するものである。
【００５２】
＜その他の実施の形態＞
実施の形態１では、排紙モータ、光学モータの２つに対応する振動エネルギーを電気エネルギーに変換する画像形成装置について記述したが、他のモータ又は振動部において本発明を実施して更に効率を上げることが可能であることは明白である。
【００５３】
又、実施の形態１では、圧電体を用いたが、本発明の思想を持った保持部材及び保持機構に図１２のような振動エネルギー変換装置を取り付けても、共振周波数を容易に運転周波数に合わせることが可能であるため、複数の振動源に、同様の振動エネルギー変換装置を用いることが可能となる。
【００５４】
更に、実施の形態１では、２つの駆動周波数により発生する振動周波数を、保持部材と圧電素子の共振周波数それぞれでカバーしたが、２つの保持部材を用いて、伝達系を振動モデル化した場合に、保持部材のばね定数が直列若しくは並列に繋げてあるような状態にしてそれぞれの共振周波数でカバーするようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明を実施して排紙モータと光学モータの振動を電気エネルギーに変換する機構のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態を含む装置胴内排出方式の複写機の排紙ユニット部分詳細図である。
【図３】本発明の実施の形態を含む装置胴内排出方式の複写機の正面図である。
【図４】図３に示す装置の内部構造を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る複写機の原稿読み取り部の詳細図である。
【図６】本発明に係りの画像形成装置のブロック図である。
【図７】各モータの駆動周波数を変更したときにモータ取付部の振動レベルピークを示す図である。
【図８】片持ち梁を示す図である。
【図９】振動モデル図である。
【図１０】反転フラッパ周辺の詳細図である。
【図１１】従来のスイッチング素子の構成図である。
【図１２】従来の振動エネルギー変換装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
２０    排紙モータ
２１    圧電体
２２    保護機構
２３    ビス
２４    モータ取付支板
２５    束線
１２０  原稿自動送り装置
１２１  原稿読み取り部
１２２  排紙トレイ部
１２３  紙カセット
１２４  ロック解除ボタン
１２５  ピックアップ部
１２６  レジローラ
１２７  定着部
１２８  切り換えフラッパ
１２９  紙搬送ガイド
１３０  搬送ローラ
１３１  排出口
１３２  両面搬送部
１３３  排紙部
１３４  排紙ローラ
【図１】
2007121417.tif 000003
【図２】
2007121417.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007121417.tif 000009
【図８】
2007121417.tif 000010
【図９】
2007121417.tif 000011
【図１０】
2007121417.tif 000012
【図１１】
2007121417.tif 000013
【図１２】
2007121417.tif 000014