JP2005078020A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の交流商用電源に加えて発電・蓄電・給電装置（デバイス群）の機能を好適に組み合わせることにより、主電源−補助電源の主従的な利用方法ではなく、個々のデバイスの機能を能動的に作用させることで、電力消費及び制御機能を合理的に分化させ、結果、機器全体のエネルギー消費総量を削減する。
【解決手段】 画像形成手段と、一時的にエネルギー付勢が必要な手段７１とを有する画像形成装置７０において、画像形成手段と一時的にエネルギー付勢が必要な手段に対し、それぞれ別個に、少なくとも２つ以上のエネルギー供給系７２，７３によりエネルギー供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成装置、さらに詳しくは電子写真方式の画像形成装置にかかわり、装置稼動時の消費電力削減方法、省エネルギー技術に関する。

地球環境問題の社会的関心が高まって久しいが、特に電力などエネルギー分野では、エネルギーの有効活用、二酸化炭素排出削減なども課題で一層の効率化が求められている。特に地球温暖化対策では、二酸化炭素の排出削減目標などが課題となっている。加えて、昨今は、地球温暖化防止の観点から脱石油、脱化石燃料の動きもでており、原子力や火力に大きく依存しないエネルギー供給体系の構築が社会全体の目標となっている。原子力発電の電力インフラについては技術的、社会的要請から点検休止などの理由で、過去には顕在化しなかった電力不足、電力危機といった局面も現れ始めており、今後いっそう電力の削減や他のエネルギー源を元にしたエネルギー転換の推進が求められており、具体的には既存の商用電源の消費削減や、商用電源に対する依存度低減が求められることは必至である。

上記のような社会的背景にありながら、昨今の電子機器、電子機械はエネルギー、すなわち電気エネルギーをもとに高度な機能や使いやすさを重視する結果、動作状態によっては、機能発揮以外の場合でもエネルギーを消費することが多くなっている。その典型的な一例が画像形成装置、特に電子写真式の画像形成装置である。電子写真式の複写機やプリンタは画像形成の品質や動作速度を上げるために一時的にエネルギーを消費し、かつその機能を維持するために恒常的に待機時の電力を消費している。
そのエネルギー消費の中心をなすものは、顕画剤たるトナーを用紙などの記録媒体に画像として加熱固定化する像加熱手段としての加熱定着装置であり、このような特殊性を持った電子機器、電子機械については従来から省エネルギー化の試みがなされている。

例えば、特許文献１には、加熱定着装置の動作時のような消費電力が大きくなる移行期間にエネルギーを主電源と異なる副電源から付勢して移行期間を短縮するとともに、ファーストコピータイムの縮減と省エネルギーを図る技術が記載されている。
特許文献２には、低消費電力モードいわゆる省エネモードのときのみ、主電源たる交流商用電源から切替回路を介して別な供給源となる太陽電池からのエネルギーを二次電池に充電し、そのエネルギーを用いる技術が記載されている。
特許文献３には、外部電源と、太陽電池と充電式電源の組み合わせによる内部電源とを有し、スリープモード時に外部電源に依存しないで、内部電源を用いて動作させる技術が記載されている。

特開２００２−１４５７４号公報 特開２００２−７８１９６号公報 特開２０００−１２７５６８号公報

特許文献１においては、その発明の詳細に示されているように、主電源は交流商用電源であり、付勢手段は副電源としてエネルギーの一時的な付勢を行うための補助的な機能を受け持っている。したがって、エネルギー源は全体として交流商用電源に頼らざるを得ない。また、燃料電池などの自発的発電手段を具備しているが、これは、上記移行期間に、蓄積した電気エネルギーを用いて一時的にエネルギーを付勢するための補助的手段でしかありえない。むしろ一時的な付勢の補助として用いるには、常時エネルギーを供給する発電装置の、このような目的使用はエネルギー源（燃料）の浪費を招く原因になる。
特許文献２においては、エネルギー源は全体として交流商用電源に頼らざるを得ないため、機器全体の省エネルギー効果は大きいものではない。また、太陽電池は機器に組み込まれている。一般に太陽電池は、日照条件の制約などを受け易く、機器に組み込まれると安定的な高出力が得られない。このため、二次電池の充放電能力に限界があるので、スリープモードと呼ばれる非常に低い消費電力モードしか対応できない場合が多い。特許文献３においては、本質的には特許文献２に記載のものと同様な技術思想である。

すなわち、従来の技術は、ファーストコピータイムの短縮化とともに省エネルギー化を目的とするが、これら相反する技術的な課題に対して抜本的な解決策となっていない。その理由は、主電源たる交流商用電源（ライン電源）がエネルギー供給手段の大半を占め、これと個別に設けた副電源として位置付けた補助電源装置を採用し、これを受動的に適用しているため、発電装置ないし蓄電装置のエネルギー駆動源としての使い方が限定的になっている。その結果、省エネルギーモード時の電力維持や立上げ時間の短縮化（ファーストコピータイムの削減）などには相応の効果があるにしても、機器単体もしくは機器間の電力消費を積極的に分担するような複数のエネルギー供給手段の機能分化の使い方になっていないからである。

本発明は、従来の交流商用電源に加えて発電・蓄電・給電装置（デバイス群）の機能を好適に組み合わせることにより、主電源−補助電源の主従的な利用方法ではなく、個々のデバイスの機能を能動的に作用させることで、電力消費及び制御機能を合理的に分化させ、その結果、機器全体のエネルギー消費総量を削減することを目的とする。
本発明は、交流商用電源に対する依存度を極力低減し、所望の動作のための立上げ時間の短縮といった利用者の利便性、並びに従来の単一の電力エネルギー体系から多様な電力用エネルギー源への転換という社会的ニーズに合致した電子機器、特に画像形成装置とそのエネルギー低減方法を実現することを目的とする。
本発明は、現行の電子機器、特に画像形成装置の電源・制御設計に大幅な変更を加えることなく、低コストで消費電力削減などエネルギー消費効率を向上するとともに、交流商用電源からの電源調整、すなわち変換回路を介した交流直流変換、昇圧・降圧など機器の制御仕様に見合った変換に伴う変換効率の低下に左右されない高効率のエネルギー供給系を実現することを目的とする。

このような目的を達成するため、請求項１では、画像形成手段と、一時的にエネルギー付勢が必要な手段とを有する画像形成装置において、画像形成手段と一時的にエネルギー付勢が必要な手段に対し、それぞれ別個に少なくとも２つ以上のエネルギー供給系によりエネルギー供給する画像形成装置を提案している。

請求項２では、請求項１記載の画像形成装置において、エネルギー供給系が交流商業電源を有する第１のエネルギー供給手段と、発電装置または蓄電装置のうち少なくとも１つ、あるいはそれらを組み合わせて構成される第２のエネルギー供給手段とを有し、一時的にエネルギー付勢が必要な手段は像加熱手段であり、この像加熱手段には第１のエネルギー供給手段からエネルギー供給が行われ、画像形成手段には第２のエネルギー供給手段からエネルギー供給が行われることを特徴としている。

請求項３では、請求項１記載の画像形成装置において、エネルギー供給系が、少なくとも１つの発電装置から構成される第１のエネルギー供給手段と、交流電源、発電装置または蓄電装置のうち少なくとも１つ、あるいはそれらを組み合わせて構成される第２のエネルギー供給手段とを有し、一時的にエネルギー付勢が必要な手段が像加熱手段であり、この像加熱手段には第１のエネルギー供給手段からエネルギー供給が行われ、画像形成手段には第２のエネルギー供給手段からエネルギー供給が行われることを特徴としている。

請求項４では、請求項１記載の画像形成装置において、エネルギー供給系が、交流電源、発電装置または蓄電装置のうち少なくとも１つ、あるいはそれらを組み合わせて構成される第１のエネルギー供給手段と、交流電源、発電装置または蓄電装置のうち少なくとも１つ、あるいはそれらを組み合わせて構成される第２のエネルギー供給手段とを有し、一時的にエネルギー付勢が必要な手段は像加熱手段であり、この像加熱手段には第１のエネルギー供給手段からエネルギー供給が行われ、画像形成手段には第２のエネルギー供給手段からエネルギー供給が行われることを特徴としている。

請求項２、３または４記載の画像形成装置において、発電装置は燃料電池であり、発電装置は太陽光発電装置であり、蓄電装置は電気二重層キャパシタ、蓄電池または二次電池のうちの少なくとも１つ、あるいはそれらを組み合わせて構成されたものであることを特徴としている。

請求項８では、画像形成手段と、一時的にエネルギー付勢が必要な像加熱手段とを有する画像形成装置において、発電装置または蓄電装置の少なくとも一方を具備したエネルギー供給手段を少なくとも二系統備え、像加熱手段には第１系統のエネルギー供給手段からエネルギーを供給し、画像形成手段には第２系統のエネルギー供給手段からエネルギーを供給することを特徴としている。

請求項９では請求項３、４または８記載の画像形成装置において、像加熱手段が直流電流でエネルギー付勢されることを特徴としている。請求項１０では、請求項３、４、８または９記載の画像形成装置において、像加熱手段が、炭素系発熱材料で構成された発熱体を有することを特長としている。

請求項１１では、画像形成手段と、一時的にエネルギー付勢が必要な像加熱手段とを備えた画像形成装置に用いる電源装置であって、発電装置または蓄電装置を少なくとも１つ具備したエネルギー供給手段を少なくとも２系統備え、第１系統のエネルギー供給手段が像加熱手段にエネルギーを供給し、第２系統のエネルギー供給手段が画像形成手段にエネルギーを供給するとともに画像形成装置以外の少なくとも１つ以上の電子機器へのエネルギー供給を行う共用供給手段であることを特徴としている。請求項１２では、請求項１１記載の電源装置において、発電装置が燃料電池であることを特徴としている。

請求項１３では、単位時間当りの消費エネルギー量の時間的推移パターンとして、少なくとも最大ステップと最小ステップの２段階の消費エネルギー特性パターンを有する画像形成装置であって、少なくとも複数のエネルギー供給装置を有し、ステップの大きさとそのステップが持続する間のエネルギー消費総量に対応させて複数のエネルギー供給装置を組み合わせて用いることを特長としている。請求項１４では、請求項１３記載の画像形成装置の消費エネルギー低減方法において、エネルギー供給装置が、発電装置、蓄電装置及び給電装置であることを特長としている。

本発明によれば、従来の交流商用電源に依存するエネルギー供給体系を補助した形で省エネルギー化をはかる手段に比べて、発電・蓄電・給電装置（デバイス群）の機能を好適に組み合わせることにより、主電源−補助電源の主従的な利用方法ではなく、個々のデバイスの機能を能動的に作用させることで、電力消費および制御機能を合理的に分化させることができる。このため、交流商用電源依存度の大きな低減による既存エネルギーの削減、または交流商用電源に全く依存しないエネルギー供給体系が可能となり、機器全体の省エネルギーを、デバイス群の合理的な機能分担によって少なくとも従来技術の２０％以上の向上させることができる。

本発明によれば、従来の単一なエネルギー電力エネルギー体系から、多様なエネルギーの転換という社会的ニーズに合致するとともに、個々のデバイスの特性に見合った合理的な機能配置を行うことで、画像形成装置など、電子機器、電子機械を使用するとき所望の動作のための立上げ時間の短縮が可能になっている。また、商用電源に全く依存しないエネルギー供給体系では、省エネルギー化の実現とともに、コードレス化など、従来技術では果たせなかった画像形成装置など一時的に大きなエネルギーの付勢を伴う電子機器においても利用者の利便性を大きく進歩させることが実現可能となる。

本発明によれば、画像形成装置など一時的に大きなエネルギーの付勢を伴う電子機器において、単一の交流商用電源を用い補助的に発電、蓄電デバイス群を用いる場合よりも、消費電力総量、消費効率、変換効率などエネルギーの合理的な消費方法に関わる機能設計が容易に可能であり、評価可能であり、コードレス化や装置機能立上げ時間の短縮など利用者の利便性を大きく改善することが可能となる。

本発明によれば、像加熱手段に対して直流電流でエネルギー付勢すると、交流商用電源以外の、発電装置や蓄電装置からの直流電流がそのまま利用可能となり、交流商用電源依存からの脱却と、交流−直流変換、または直流−交流変換におけるエネルギーロスを避けることで、電子機器、特に画像形成装置の効率的なエネルギー消費を実現することが可能となる。

本発明によれば、像加熱手段の発熱体として炭素系発熱部材を用いると、発熱体への突入電流の解消、熱放射効率の向上による画像形成装置の速い起動立上げや機能動作、電源回路系の低コスト化を図れるため、従来の発熱体を用いる方法に比べ、加熱時間が短縮でき２０％以上の省エネルギー化を図ることができる。

以下、本発明の基本的技術思想について図面を用いて説明する。本発明者らは、電子機器、特に一時的にエネルギーを多く消費し、利便性のために機能待機時においても恒常的にエネルギーを消費しつづける特性をもつ電子写真式の画像形成装置を対象として、効率的なエネルギー消費の制御体系を鋭意研究した結果、基本的な解決策として以下の技術思想を実験的に見出した。

１．恒常的なエネルギー供給源である交流商用電源と、それとは別個の発電装置、ならびに蓄電装置・給電装置を主従関係ではなく対等に機能分化し、合理的かつ好適な配分を行う技術的優位性。

２．特に、電子写真式の画像形成装置において、一時的にエネルギー付勢が必要な画像形成手段（像加熱手段）と、像加熱手段以外の定常的に一定量のエネルギー供給が必要な画像形成手段へのエネルギー供給体系を分ける技術的優位性。

３．交流電流によるエネルギー供給が可能で有利な電子負荷系には交流を、直流電流によるエネルギー供給が可能で有利な電子負荷系には直流を供給する技術的優位性。

４．エネルギー源が供給される限り発電可能な発電装置を装備する技術的優位性。

５．電気エネルギーが供給される限り蓄放電可能な蓄電装置を装備する技術的優位性。

６．機器の動作に応じた制御が可能な給電制御装置、電源調整装置（パワーコンディショナー）を装備する技術的優位性。

７．上記２〜５の好適な組み合わせ効果による技術的優位性。

画像形成装置の基本構成と動作
本発明者らが鋭意研究した結果得られた発明である電子機器、特に画像形成装置について具体的に説明する。画像形成装置の動作特性は、典型的に省エネルギー技術の対象となるものであり、本発明の技術は容易に一般の電子機器に適用展開できるものである。

図１は本発明に関わる装置の概要図である。静電潜像担持体であるドラム状の感光体１は、図示しない駆動モータによって矢印方向に回転駆動されるように構成されている。感光体１の周囲には、帯電装置２、現像装置５、転写装置１１、クリーニング装置１５が、感光体１の回転方向に配設されている。感光体１の表面には、帯電装置２と現像装置５との間で書き込み系レーザ光３が反射鏡４で反射されて露光光として照射されて潜像が形成される。これら書き込み系レーザ光３と反射鏡４等で書込ユニット用が構成されている。感光体１上に形成された潜像は、現像装置５の現像ローラ６によって顕剤（現像剤ともいう）としてのトナーの供給を受けて顕画像化される。

転写装置１１と感光体１の間に形成される転写部には、給紙装置７の給紙トレイ８から紙搬送系を構成する給紙コロ９、レジストローラ対１０を介して記録媒体としての用紙が搬送され、感光体１上の顕画像（トナー像）がこの用紙に静電的に転写される。

顕画像が転写された用紙は、用紙搬送路上に設けられた像加熱手段としての定着装置１２へ図示しない紙搬送系を構成する搬送ローラなどで搬送される。定着装置１２へ搬送された用紙は、定着装置１２に配設されている定着部材としての定着ローラ１３と加圧部材としての加圧ローラ１４とのニップ部を通過することで、熱と圧力を受けて顕画像が熱定着される。定着部材や加圧部材としてはローラではなく、無端ベルトを用いることもできる。これら定着部材や加圧部材は、後述する発熱体によって、その表面温度が１９０℃程度まで昇温される。

このような構成の画像形成装置において、定着装置１２は、一時的にエネルギー付勢が必要な手段となる像加熱手段を構成し、帯電装置２、現像装置５、転写装置１１、クリーニング装置１５、紙搬送系は、画像形成手段を構成する。

次に、図２を用いて、画像形成装置の一般的な電源・制御系について説明する。図２において、電源供給ユニットボート（以下「ＰＳＵボード」と記す）２１には、交流商用電源１８から規定の電流が供給される。ＰＳＵボード２１に入力された電流は、要求される機能に従った各制御ボード、すなわち定着装置用の制御ボードとなる定着ユニットボード２２、帯電装置２用の制御ボードとなる高圧電源ボード２３、転写装置１１用の制御ボードとなる高圧電源ボード２４、書込ユニット用の制御ボードとなる書込ユニットボード２５、紙搬送系ユニット用の制御ボードとなる紙搬送系ユニットボード２６、プロセスコントロールユニットボード２０、各種インターフェース２７、及びプリンタコントローラ２８の機能に見合った電圧、電流の形で給電、配分される。

図２のＰＳＵボード２１は、より詳しくは図３に示すような構成で給電機能を受け持っている。図３に示す一例では交流商用電源１８となるＡＣ電源３０からは、ＰＳＵボード３３に設けられているＳＳＲ３９を介して定着装置に設けられる加熱源としてのヒータ３１および加圧ヒータ３２に適切な時期に、所定のエネルギーを供給する。両ヒータは合計で最大電力１２００Ｗの能力を有するが、本形成において、定着装置１２での手着に必要な電力は９５０〜９８０Ｗ程度である。像加熱手段となる定着装置１２は、このように必要な時期に所望のエネルギーを一時的に供給することが必要である。定着装置１２が像加熱を行わないときに、全くエネルギーを供給しないと、トナーを溶融する規定温度に達するまでの昇温時間がかかるため、定着装置１２は、待機のための予熱を必要とする。

一方、ＡＣ電源３０からは、図示されていないＡＣ−ＤＣ変換器を経てＰＳＵボード３１に設けられた符号３４〜３７で示される直流電流系に分圧された給電を行っている。３８は各直流電流系にそれぞれから供給を受ける電子負荷系をまとめて示したものである。これら電子負荷系は画像形成手段に相当する。

本形成では、図３に示される像加熱手段である加熱ヒータ系と画像形成手段である直流電流系の２つのブロックを簡単な接続変更によって分離した構成を採っている。

より確実には、図７に示すように、ボードを２つのブロックに完全分離して、像加熱手段となる定着ヒータ１２２及び加圧ヒータ１２３を必要なタイミングで制御されたＳＳＲ１２４を介して第１のエネルギー供給系（第１のエネルギー供給手段）１２０のから所定のエネルギーを供給できるようにする。一方、画像形成手段となる電子負荷系３８のための各直流電流系３４〜３７は、第１のエネルギー供給系（第１のエネルギー供給手段）１２０とは別個に設けた第２エネルギー供給系（第２のエネルギー供給手段）１２１からエネルギーを供給できるようにした。図７の各直流電流系３４〜３７は、図示していないが、第２エネルギー供給系（第２のエネルギー供給手段）１２１が交流電流で供給される場合にはＡＣ−ＤＣ変換器を用いる。図７に示すように、分離された給電制御方法に対して、本発明では第１のエネルギー供給系（第1のエネルギー供給手段）１２０及び第２のエネルギー供給系（第２のエネルギー供給手段）１２１を、交流商用電源（いわゆるＡＣライン電源）もしくは発電装置もしくは蓄電装置のうち何れか一つ以上、もしくはこれらの組み合わせを用いた給電系を構成している。

発電装置としては、太陽光発電装置、温度差発電装置、ガス発電装置、燃料電池、小型原子力発電装置が使用可能であるが、画像形成装置の内外問わず設置できる好適な発電装置として、本発明者らは燃料電池を用いた。燃料電池はガス燃料または液体燃料を供給し続けることができれば発電能力を失わない。ガス燃料の燃料電池としては、水素ガスや改質ガスからの水素を燃料とする固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣまたはＰＥＭＦＣと呼ばれる）を使い得るが、より好ましくは燃料の充填密度と取り扱いの容易さから、直接に液体を燃料とするダイレクトアルコール型燃料電池を用いた。アルコール燃料としては、メタノール水溶液、エタノール水溶液、イソプロピルアルコール水溶液、ＤＭＥ水溶液などが好適な燃料となる。

蓄電装置としては、電気二重層キャパシタ、鉛蓄電池等の蓄電池、リチウムイオン電池等の二次電池、小型フライホイール蓄電装置が使用可能である。好ましくは前者の３つ、すなわち電気二重層キャパシタ、蓄電池、二次電池が好適であり、充放電特性の相違はあるが、これらの何れかを用いたものは所望の動作を実現している。

次に、像加熱手段となる定着装置に用いる定着部材と加圧部材、および発熱体の具体的に構成について図４，図５を用いて説明する。図４において、符号４０で示す定着部材となる加熱部材は、アルミ合金の薄肉素管の表面にＰＦＡ等のフッ素系耐熱性樹脂が塗布焼成されたもので、顕画剤であるトナー４４がローラ表面に粘着しないような非粘着性を有している。加熱部材４０の内面は、伝熱、赤外線吸収のよい材料が塗布されている。加圧部材４２は、金属素管の表面に弾性を持つシリコンゴム層とさらにその表層にＰＦＡチューブのような耐熱性、非粘着性被覆を施している。記録媒体である用紙４３に顕画像として形成された未定着のトナー４４は、加熱部材４０と加圧部材４２とが互いに接触することで形成されるニップ部４６を通過する間に用紙４３上に熱定着される。図４に示す形態において、熱源４１は加熱部材４０内に設置されている。この状態で所定の加熱機能があれば、加圧部材に熱源を設置する必要はない。熱源４１としては、ハロゲンランプヒータ、メタルハライドランプヒータ、セラミックヒータなど既存の発熱体が用いられるが、より好ましくは、カーボンランプヒータのような炭素系発熱材料を用いるのがよい。この炭素系発熱材料からなる発熱体は、突入電流が無いため、突入電流保護機構やサージ対策の必要がなく、このため給電系を低コストで構成することができる。また、熱線のピークが約１４００Ｋの色温度であり加熱立ち上がりが早く、周知のハロゲンランプヒータに比べておおむね３０％増加した放射量を確保できるため、加熱時間を１８％以上短縮することができた。本形態では、坂口電熱製の１００Ｖ電圧仕様のカーボンランプヒータＣＬＨ１６を２本用いた。ランプ供給電圧は直流、交流どちらも使用可能である。

図５は像加熱手段の別の構成で、定着部材に一方が駆動側を構成するローラ５７，５８に巻き掛けられた無端状のベルトとなる定着ベルト５０を用い、上記ローラ方式と同様の機能を付与したものである。定着ベルト５０の内側になは、ローラ状の圧力印加部材５３が配置され、定着ベルト５０の外側には、圧力印加部材５３とベルトを介して圧設するようにローラ状の下部加圧部材５４が配設されている。図５の場合も発熱体となる熱源５１として炭素系発熱材料を用いることで図４と同様の機能、効果を得る事ができた。

次に、画像形成装置の消費電力推移について説明する。
本発明に係る画像形成装置は、図６に示すように単位時間当りの消費エネルギー量の時間的推移パターンとして、少なくとも最大ステップと最小ステップの２段階の消費エネルギー特性パターンを有している。図６は本発明の検証対象とした電子機器である複写機、すなわち画像形成装置の消費電力の時間的推移の典型的なものを模式的に表したものである。図６において、Ｆは最大ステップとなる最初の稼動立上げ時、および通紙時の像加熱工程の消費電力を表す。Ｗの領域は最小ステップとなる複写機能を待機するか、スリープ（休止）時の間の消費電力を表す。像加熱工程では概ね１０００Ｗをやや下回る消費電力９３０Ｗ〜９７０Ｗを消費する。すなわち、このような装置の通常の給電方法は、図３に示したように、特段のエネルギー消費を必要とする加熱系回路と、駆動その他プロセスに必要な電源・制御回路に分けられている。本形態では図７に示す構成をとった。エネルギー供給体系、すなわち、本形態では、給電制御方法を図６のＦとＷの像加熱手段へのエネルギー投入に相当する領域部分と、ＦとＷの直流電圧を用いた制御部分（いわゆるＤＣ電源）に相当する領域部分に分け、給電のために少なくとの二つ以上のエネルギー供給系に分けている。

図６に示すような個別の消費電力推移パターンは、他の個別機器と比較するために、図８に示すような定型パターン化された動作と電力量測定数値をもとにエネルギー消費効率という計算値で表現する。図８において、縦軸は電力（Ｗ）を、横軸は時間（分）をそれぞれ示す。図８では、起動立上げ時から一定量のコピー通紙を１時間（Ａパターン）、その後一定量のコピー通紙を行い待機する１時間（Ｂパターン）を基本として、Ａパターンを１回、Ｂパターンを７回繰り返して計測した所要電力量を所要時間で割った計算値をエネルギー消費効率（Ｗｈ／ｈ）として算出する。本発明の特徴は、図６で示されるＦまたはＷの領域を構成する所要電力の区分を各要素に分け、区分毎に発電装置、蓄電装置、ならびに交流商用電源で構成される最適の組み合わせで構成するところに従来技術ではなし得なかった技術的特長がある。

（実施例１）
図９は、像加熱装置７１を装備する画像形成装置７０を、図７のように像加熱手段の給電系とそれ以外の給電系に分離した設計をとり、像加熱装置には第１のエネルギー供給手段として交流商用電源７２から給電した。これは望ましくはＡＣ１００Ｖが良いが、電源容量の関係でＡＣ２００Ｖの仕様で給電することも可能である。像加熱装置７１内には、ＡＣ１００Ｖで給電した場合はカーボンランプヒータの１００Ｖ用６００Ｗ２本を使用している。像加熱装置７１以外の画像形成手段への給電系（これを単にＤＣ電源系と呼ぶ）は第２のエネルギー供給手段となる発電装置（Ｇ）７３を用いて給電した。発電装置７３としては、ダイレクトメタノール型燃料電池の直流出力２４Ｖ、実効出力３２０Ｗのものを使用した。燃料電池は、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いて必要な分圧（昇圧・降圧）を行った。本実施例では、ダイレクトメタノール型燃料電池を用いたが、同様の実効出力を持つ水素燃料型ＰＥＦＣを使用しても同様である。図９の構成での画像形成装置の稼動状況を簡易的な計測試験で確認した。図８に示されるＡパターン１時間とＢパターン１時間としたシングルモードにおける積算電力量を評価したところ、ＡＣ１００Ｖ給電系では１４５Ｗｈ、ＤＣ電源系では９７Ｗｈとなった。

上記の結果は、カーボンランプヒータではなくハロゲンランプヒータを用いた従来の方法では、ＡＣ１００Ｖ給電系の積算値が１７８Ｗｈであることに比較して約２０％の消費電力量削減が可能となった。ＤＣ電源系では、従来のＡＣ電源からＡＣ−ＤＣ変換器を介して変換した場合の効率が高々７５％程度であり、この場合の積算量が１０５Ｗｈであったことから、燃料電池からのＤＣ出力をＤＣに調整する効率が８３％程度あるため、損失が少ないことが結果に反映されたと推定している。本実施例では、交流商用電源（ＡＣ１００Ｖ給電系）の積算量とＤＣ電源系の積算量の比率を見たところ、ＤＣ電源系の積算量は全体の積算電力量のほぼ1／３となっている。このことから、交流商用電源（商用ライン電源）に依存する割合が非常に低いエネルギー供給系、すなわち給電系が構築できたと考えられる。
（実施例２）
この例は、図９の構成で、第２のエネルギー供給手段となる発電装置（Ｇ）７３として太陽光発電装置を使用した。太陽光発電装置には実効出力３００Ｗのものを使用した。この発電装置は画像形成装置７０が設置される建屋のバルコニーに設置したソーラーパネル発電セルと電圧調整器の発電装置から通電ケーブルを通じて画像形成装置の所定の電源ボード入力部に給電した。本実施例では、実施例１と同様の積算電力量評価を実施したところ、ＡＣ１００Ｖ給電系の積算値が１６８Ｗｈ、ＤＣ電源系が１００Ｗｈとなった。
（実施例３）
図１０の構成では、像加熱装置８１を装備する紙に複写動作を行う画像形成装置８０に対して、像加熱装置８１には第１のエネルギー供給手段となる発電装置（Ｇ）８３からの給電と蓄電装置（Ｃ）８４による付勢（アシスト）を行い、画像形成に対して交流商用電源８２から給電を行った。発電装置８３としては、水素燃料型燃料電池の直流出力４５Ｖ、実効出力８００Ｗのものを用いている。蓄電装置８４としては、大容量電流を一気に放電可能な電気二重層キャパシタで４５Ｖ駆動、６００Ｗのものを用いた。この電気二重層キャパシタは交流商用電源で充電を行う。燃料電池は燃料を供給する限り発電し、負荷変動が大きくない状態で用いるのがよく、例えば６００Ｗのカーボンランプヒータ１本を予熱状態にしたまま、余剰電力を蓄電池、二次電池等の補助蓄電装置（図示せず）に通紙以外の所定のタイミングで充電しておく。通紙時は、燃料電池の発電能力をすべて使い、もう一つの６００Ｗのカーボンランプヒータにも通電する。さらに電気二重層キャパシタの電気エネルギーを発熱体に付勢して所定枚数の連続通紙ができるような給電を行う。

本実施例では、８０枚の連続通紙が可能であるが、蓄電装置８４の容量増加や、補助蓄電装置の併用でエネルギー放出能力を挙げれば連続通紙枚数をさらに増加することは容易である。本実施例の発電装置８３には燃料電池を用いたが、燃料電池に限定されることはなく、さらに燃料電池は水素燃料型に限定されることはなく、ダイレクトメタノール型やガス改質型水素燃料のＰＥＦＣでも同様の動作が可能である。また、発電装置８３、蓄電装置８４は画像形成装置８０の内部に設置しても良いし、外部に設置しても同様の効果が得られる。本実施例では、ＡＣ１００ＶまたはＡＣ２００Ｖ給電系をＡＣ−ＤＣ変換してＤＣ電源系に給電するが、望ましくはＡＣ１００Ｖが使用者の利便にかなう。本発明では、実施例１、実施例２と同じようにシングルモードで交流商用電源の積算電力量を評価した結果、１３０Ｗｈとなった。像加熱装置８１の給電系の消費電力量は既存の商用電源と異なり計測評価が困難であったが、発電装置の能力と蓄電、放電等の稼動状態を吟味したところ平均的に毎時７６０Ｗを超えないと推量される。

本実施例では、交流商用電源８２と発電装置８３の消費電力量の総和よりも、特筆すべきは商用電源依存率の低さである。ＡＣ−ＤＣ変換を行った状態で給電するが、キャパシタの充電を行ったとしても必要電力は高々毎時４００Ｗ前後であり、ＡＣ１００Ｖラインはもちろん、ＡＣ２００Ｖラインを用いることによって電源容量の制約を受けない装置の稼動が可能である。例えばＡＣ１００Ｖラインを用いた場合、従来の方法では画像形成装置用として５０Ａの電気容量分を契約確保した建屋に３台の画像形成装置を同時稼動するのがせいぜいであるのに対して、本実施例の技術では１２台の同様な画像装置の同時稼動が可能となっている。
（実施例４）
図１１は、像加熱装置９１を装備する画像形成装置９０に対して、二つの発電装置によって給電系を構成したものである。本発明者らは、発電装置の好適なものとして直流電圧２４Ｖ、実効出力６００Ｗの水素燃料ＰＥＦＣを二基設置した。第２のエネルギー供給手段となる発電装置（１）９２はＤＣ電源系へ、電圧調整回路を経て各部に必要な部位に分圧供給した。第１のエネルギー供給手段となる発電装置（２）９３は、像加熱装置９１への定常的な給電を直流電圧１００Ｖに昇圧し、６００Ｗの電力で給電し像加熱装置の発熱体を予熱している。像加熱装置９１の発熱体にはカーボンランプヒータを使用しており、突入電流が無いことから発電装置に負担をかけない利点があった。発電装置（1）９２は、ＤＣ電源系に給電する最大約３００Ｗの電力を差し引いた余剰電力を、像加熱動作のタイミングに合わせて（この制御回路は図示していない）像加熱装置への給電をアシストする機構とした。

このような構成で所望の画像形成動作を行えたが、本実施例に加えて、補助的な蓄電装置、例えば上述した電気二重層キャパシタ、二次電池を配備することにより、余剰電力の充電とアシスト時の付勢をさらに増大することができ、連続通紙のパフォーマンスを向上することは容易である。また、本実施例では発電装置として燃料電池を設置したが、太陽光発電装置など他の発電装置でもよく、さらには、水素燃料型燃料電池ではなくダイレクトメタノール型燃料電池など液体燃料を用いた燃料電池でも同様なパフォーマンスが可能である。本実施例では、交流商用電源を全く使用していないため正確な消費電力量を実施例１のような方法で評価することは比較が難しかったが、シングルモードで評価した実施例１の消費電力総量を超えない範囲と推算している。むしろ、本実施例では、交流商用電源からのエネルギー供給を一切受けないことに特徴がある。すなわち、商用電源使用がゼロであり、そのためエネルギー供給のための伝送路が無いからである。
（実施例５）
図１２は実施例１と同様な商用電源１０２に加えて、二つ以上の蓄電装置を装備した例である。像加熱装置１０１を装備する画像形成装置１００のＤＣ電源系は第２のエネルギー供給手段となる発電装置１０３によって給電される。像加熱装置１０１は交流商用電源１０２に加え、二つ以上の蓄電装置１０４が配備され、充放電が交互にできるように切替装置１０５で制御される構成である。第１のエネルギー供給手段は、交流商用電源１０２と蓄電装置１０４で構成されている。発電装置１０３は実施例１と同様にダイレクトメタノール型燃料電池、直流出力２４Ｖ、実効出力３２０Ｗのものを使った。発電装置１０３は燃料電池に限定されることはなく、燃料電池は他の方式の燃料電池であっても良い。

蓄電装置１０４は、電気二重層キャパシタを複数使ってもよく、また二次電池であってもよく、あるいはこれらを幾つか組み合わせた形態でも良い。蓄電装置１０４は、図示していない制御およびタイミング切替回路によって、順次、充電・放電の動作を行う。本実施例は、連続通紙枚数の増大などに対応する他、発電装置１０４の実効出力をできるだけ小さくして、画像形成装置１００への組み込みに有利な設計を行うことが可能である。また本実施例では、交流商用電源１０２への依存性は実施例１よりやや大きくなるが、実施例１と同一水準の作用効果が認められる。本実施例では図示していないが、交流商用電源１０２に替えて、実施例４のように二基の発電装置９２，９３で構成される選択も可能であることは明らかである。
（実施例６）
図１３は像加熱装置１１１を装備する画像形成装置１１０に対して、像加熱装置１１１に給電する第１のエネルギー供給手段（エネルギーステーション１）１１２と、その他の部位に供給する第２のエネルギー供給手段（エネルギーステーション２）１１３の二つのエネルギー供給系統を配置したものである。エネルギー供給手段１１２、１１３はそれぞれ少なくとも一基の発電装置を具備し、また蓄電装置を具備しなくとも良いし、一つ以上具備した構成でもよい。本実施例では、エネルギー供給手段（エネルギーステーション１）１１２には直流電圧２４Ｖ、実効出力６００Ｗのダイレクトメタノール型燃料電池を用い、電気二重層キャパシタで構成される蓄電装置を装備している。また、エネルギー供給手段（エネルギーステーション２）１１３には４５Ｖ、実効出力１ｋＷの水素燃料型ＰＥＦＣを用いた。本実施例は、実施例４と同様にエネルギーステーション１１２に像加熱装置１１１の予熱と像加熱時の蓄電装置による付勢を、エネルギーステーション１１３にＤＣ電源系への給電とエネルギーステーション１１２の蓄電装置への充電、並びに放電のタイミング制御を行う。また、エネルギーステーション１１３に蓄電装置を具備することで、画像形成装置１１０以外の少なくとも、１つ以上の電子機器となる第二の電子装置群１１４へのエネルギー供給並びに電子機器の二次電池への充電を行う設計とした。すなわち、エネルギーステーション１１３を共用供給手段として構成した。

本発明者らは、この二系統のエネルギーステーション１１２、１１３が自ら発電し、エネルギーを蓄積し、必要なタイミングに応じてエネルギーの供給を行う機能から「アクティブパワーステーション」と命名した。本実施例の構成は、交流商用電源に全く依存しない、すなわちコードのない給電（コードレス給電）を実現できた。本実施例の構成では、発電装置の定常的な発電を有効に使えるため、画像形成装置１１０だけでなく、関連する情報処理装置や表示装置や情報記録装置等の他の電子機器を同時駆動できるほか、同時充電が可能となり、発電装置の能力を漏れなく活用することができるようになる。本実施例も交流商用電源を全く使用しないため、正確な消費電力量を実施例１のような方法で評価することは比較が難しいが、コードレスな給電系統を実現することに技術的価値がある。また、発電装置、蓄電装置も本実施例に限定されることなく種類の選択が可能である。

本発明が適用された画像形成装置の概略構成図である。 図１に示す画像形成装置で用いられる電源・制御系の概略構成を示すブロック図である。 図２に示す電源・制御系の更に詳細な構成を示すブロック図である。 熱加熱手段となる定着装置の一形態を示す図である。 熱加熱手段となる定着装置の別な形態を示す図である。 単位時間当りの消費エネルギー量の時間的推移パターンを示す図である。 本発明に係る電源・制御系の別な構成を示すブロック図である。 エネルギー消費効率測定パターンを示す図である。 本発明の第１、２実施例の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施例の構成を示すブロック図である。 本発明の第４実施例の構成を示すブロック図である。 本発明の第５実施例の構成を示すブロック図である。 本発明の第６実施例の構成を示すブロック図である。

符号の説明

２，３，５，７，１１ 画像形成手段
１２ 一時的にエネルギー付勢が必要な手段（像加熱手段）
３０，７２，８２，１０２ 交流商業電源
７０，８０，９０，１００，１１０ 画像形成装置
７３、８３，９２，９３ 発電装置
８４、１０４ 蓄電装置
１２０ 第１のエネルギー供給手段
１２１ 第２のエネルギー供給手段

Claims (14)

1. 画像形成手段と、一時的にエネルギー付勢が必要な手段とを有する画像形成装置において、
   前記画像形成手段と前記一時的にエネルギー付勢が必要な手段に対し、それぞれ別個に、少なくとも２つ以上のエネルギー供給系によりエネルギー供給することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記エネルギー供給系は、交流商業電源を有する第１のエネルギー供給手段と、発電装置または蓄電装置のうち少なくとも１つ、あるいはそれらを組み合わせて構成される第２のエネルギー供給手段とを有し、
   前記一時的にエネルギー付勢が必要な手段は像加熱手段であり、この像加熱手段には第１のエネルギー供給手段からエネルギー供給が行われ、
   前記画像形成手段には、第２のエネルギー供給手段からエネルギー供給が行われることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記エネルギー供給系は、少なくとも１つの発電装置から構成される第１のエネルギー供給手段と、交流電源、発電装置または蓄電装置のうち少なくとも１つ、あるいはそれらを組み合わせて構成される第２のエネルギー供給手段とを有し、
   前記一時的にエネルギー付勢が必要な手段は像加熱手段であり、この像加熱手段には第１のエネルギー供給手段からエネルギー供給が行われ、
   前記画像形成手段には、第２のエネルギー供給手段からエネルギー供給が行われることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記エネルギー供給系は、交流電源、発電装置または蓄電装置のうち少なくとも１つ、あるいはそれらを組み合わせて構成される第１のエネルギー供給手段と、前記交流電源、前記発電装置または前記蓄電装置のうち少なくとも１つ、あるいはそれらを組み合わせて構成される第２のエネルギー供給手段とを有し、
   前記一時的にエネルギー付勢が必要な手段は像加熱手段であり、この像加熱手段には第１のエネルギー供給手段からエネルギー供給が行われ、
   前記画像形成手段には、第２のエネルギー供給手段からエネルギー供給が行われることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項２、３または４記載の画像形成装置において、
   前記発電装置は燃料電池であることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項２、３または４記載の画像形成装置において、
   前記発電装置は太陽光発電装置であることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項２、３または４記載の画像形成装置において、
   前記蓄電装置は、電気二重層キャパシタ、蓄電池または二次電池のうちの少なくとも１つ、あるいはそれらを組み合わせて構成されたものであることを特徴とする画像形成装置。
8. 画像形成手段と、一時的にエネルギー付勢が必要な像加熱手段とを有する画像形成装置において、
   発電装置または蓄電装置の少なくとも一方を具備したエネルギー供給手段を少なくとも二系統備え、前記像加熱手段には第１系統のエネルギー供給手段からエネルギーを供給し、前記画像形成手段には第２系統のエネルギー供給手段からエネルギーを供給することを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項３、４または８記載の画像形成装置において、
   前記像加熱手段が直流電流でエネルギー付勢されることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項３、４、８または９記載の画像形成装置において、
    前記像加熱手段は、炭素系発熱材料で構成された発熱体を有することを特長とする画像形成装置。
11. 画像形成手段と、一時的にエネルギー付勢が必要な像加熱手段とを備えた画像形成装置に用いる電源装置であって、発電装置または蓄電装置を少なくとも１つ具備したエネルギー供給手段を少なくとも２系統備え、
    第１系統のエネルギー供給手段は前記像加熱手段にエネルギーを供給し、第２系統のエネルギー供給手段は前記画像形成手段にエネルギーを供給するとともに前記画像形成装置以外の少なくとも１つ以上の電子機器へのエネルギー供給を行う共用供給手段であることを特徴とする電源装置。
12. 請求項１１記載の電源装置において、
    前記発電装置が燃料電池であることを特徴とする電源装置。
13. 単位時間当りの消費エネルギー量の時間的推移パターンとして、少なくとも最大ステップと最小ステップの２段階の消費エネルギー特性パターンを有する画像形成装置であって、少なくとも複数のエネルギー供給装置を有し、
    前記ステップの大きさとそのステップが持続する間のエネルギー消費総量に対応させて前記複数のエネルギー供給装置を組み合わせて用いることを特長とする画像形成装置の消費エネルギー低減方法。
14. 請求項１３記載の画像形成装置の消費エネルギー低減方法において、
    前記エネルギー供給装置は、発電装置、蓄電装置及び給電装置であることを特長とする画像形成装置の消費エネルギー低減方法。
    

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