JP2007178639A - 画像形成装置およびオプション装置および画像形成システム - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置内に二次電池を有し、装置内のアクチュエータの逆起電力もしくは回生電力を利用して充電し、装置の動作状態に応じて電源を補助することが可能なシステムを提供すること。
【解決手段】制御部１００は、アクチュエータである負荷１０１を動作オンまたはオフするタイミングで、二次電池の電圧を参照し、二次電池に対するアクチュエータからの逆起電力または回生電力の充電と、二次電池からの放電とを切替えるかを判断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、記録媒体上に画像を形成する画像形成装置および、画像形成装置に接続して機能を付加するオプション装置及び、画像形成装置とオプション装置とから構成される画像形成システムに関するものであり、装置もしくはシステムに配設した二次電池の充放電に特徴を有する画像形成装置およびオプション装置および画像形成システムに関するものである。

従来の画像形成装置およびオプション装置である排紙フィニッシャや給紙フィーダ等を接続した画像形成システムでは、ＡＣ電源ラインから電力を取り出し、任意のタイミングで電力を消費している。たとえば、ＡＣ電源は、室内の壁に設置されたコンセントから利用可能であり、ＡＣ電源ラインは、各々許容電流が設定されており、ＡＣ電源ラインにて電力が許容値を超えた場合は配電盤などに配設されているブレーカによって電力供給を遮断するようになっている。たとえば、配電盤からの１つのＡＣ電源ラインに複数のコンセントを経由して電気機器が接続されていた場合、各電気機器は任意のタイミングで動作するため、装置の動作状態によっては、装置内のモータや、大電力を要するヒータのように突入電流が大きな電気部品に通電した際に、電力の急激な変化を引き起こす場合がある。また、最悪の場合、ブレーカが突然作動して電力供給が遮断されるおそれがある。

そこで、大容量のコンデンサや二次電池である電気二重層キャパシタを用いて、突入電流によるＡＣ電源ラインへの負担を低減する方法が採用されてきた。各装置が画像形成やシート搬送処理やフィニッシング処理を実行していない、比較的電力負荷が小さい状態で前述の二次電池等を充電し、突入電流に対応する例がある。例えば、従来例として、特許文献１（第14頁、図3）に記載の画像形成装置において、シートへの画像定着のために通電する定着ヒータの起動時に、補助電源として電気二重層キャパシタを利用した例がある。

また、特許文献２（第6頁、図5）に記載のように、モータ等の誘導性負荷の通電停止時に発生する逆起電力や、モータにおいて慣性力で回転しつづける際の回生電力を回収して、安全確保のために消費する、もしくはアクチュエータの動作に応用するという例もある。

特開2004-286869号公報 特開平6-219017号公報

しかしながら従来の例で、前者は補助電源として電気二重層キャパシタへの充電が電力の供給源であるＡＣラインからの電力供給によって行われるだけであり、モータ等の誘導性負荷による逆起電力や回生電力を利用していない。

また、後者は装置の操作部に連動してオン/オフされるスイッチのオフ時の逆起電力やオフされた後のモータ慣性回転によって発生した回生電力を、安全性確保のために消費することに利用しているにすぎない。

そこで本発明は、画像形成装置およびオプション装置内に、例えば電気二重層キャパシタなどの二次電池を配設して、装置内のモータやソレノイド等の逆起電力および回生電力を充電し、装置の動作状態に応じて電源を補助することを可能にすることを目的とする。

また、二次電池の充電時や放電時に、電圧を監視して、効率良く充電および放電を可能にすることも目的とする。

本発明は、二次電池とアクチュエータとの間に設けられ、前記二次電池に対する前記アクチュエータからの逆起電力または回生電力の充電と、前記二次電池からの放電とを切替える切替手段と、前記二次電池の充電状態と前記アクチュエータの動作状態とに応じて前記切替手段を制御する制御手段とを具えたことを特徴とする。

本発明によれば、各装置内に設置されたアクチュエータの逆起電力および回生電力を二次電池に充電し、必要な時に放電することで、各装置のアクチュエータ起動時の電源負荷を低減でき、従来消費していた電力を回収して再利用することが可能となる。

また、本発明によれば、アクチュエータの通電状態を検知し、その結果に応じて適切なタイミングで二次電池に負荷からの逆起電力および回生電力による充電を行うことができる。加えて、二次電池の充電状態を判断することによって、二次電池の充電が必要ない場合は、負荷からの逆起電力を電源に効率的に回生することができる。さらにアクチュエータの通電状態から放電タイミングの判断が可能になり、二次電池の電力を有効に充電および放電することが可能となる。

さらに、本発明によれば、二次電池の充電状態をその電圧値から検知し、その結果に応じて、充電および放電可能かの判断を行うことができ、二次電池を効率よく使用することができる。

さらに、本発明によれば、充電もしくは放電時に二次電池の電圧を確認し、必要であれば充電前に回収する電力の電圧を昇圧もしくは放電時の電力の電圧を昇圧する。これによって、二次電池の電圧に応じた効率的な充電および放電が可能となる。

さらに、本発明によれば、二次電池を電気二重層キャパシタとすることで、安定した充放電が可能となり、長寿命の電気二重層キャパシタを使用した装置を提供することが可能となる。

（実施例１）
以下に本発明における実施例１を説明する。

図１は、画像形成装置１およびオプション装置である排紙装置２の外形図および断面図を示したものである。

画像形成装置１内部の３は電源ユニットと画像形成装置全体の制御を行うための制御ユニットとを一まとめにして図示したものである。電源ユニットは、次の構成要素に電源を供給する。即ち、モータ４，５と、画像形成を行うための光学ユニットである、レーザや反射ミラーやモータを内蔵したスキャナユニット６と、排紙装置２内で針にてステープル後処理を行うステープラ７と、画像形成装置１内のソレノイド８とに電源を供給する。また、電源ユニットは、排紙装置２内の制御を行う排紙制御ユニット９へ電源供給を行う。

シート１０は、画像形成装置１のカセット内に複数枚積載される。画像形成時にシート１０を蹴り出すピックアップローラ１１とシートを１枚分離するためのフィードリタードローラ１２と搬送ローラ対１３を経由して、シート１０の姿勢を調整するレジスト部１４にシート１０は達する。カセットからのシート１０のピックアップタイミングは、ソレノイド８の吸引タイミングであり、モータ４および５やスキャナユニット６内のモータはそれ以前に起動される。また、モータ４および５やスキャナユニット６内のモータおよびソレノイド８は、シート１０を搬送し、画像形成を行う際に駆動するものであり、本実施例での個数に限定するものではない。また、上記モータは、画像形成装置１内の複数のローラやシートへの画像形成のために必要な部材を駆動する。

レジスト部１４に達したシート１０は、姿勢を調整されて感光ドラムと転写ローラ１５に達し、ここで、画像形成部１６から供給されるトナーがシート１０上に転写されて定着部１７に搬送される。

定着部１７では、シート１０に画像を加圧定着し、シート１０は排紙ローラ対１８を経由する。シートを画像形成装置１内に画像形成面を下にして排出積載する場合は、シート排出トレイ２０に排出して積載する。また、排紙装置２に搬送する場合は、排紙装置２内のコントローラ９がソレノイド２１を駆動して経路切り換えのフラッパ部材１９を動作させてシートを引き込み、ローラ対２２、ローラ２３、ローラ対２４を経由して整合部材２５内にシートを搬送する。

整合部材２５内に搬送されたシートは整合モータ２６にて姿勢と位置を調整される。整合部材２５内に所定枚数のシートが積載された後、これらにステープラ７にて針打ちであるステープルを行う。

ステープルされたシート束は、整合部材２５から排出され図示されるシート束２７のように積載排出トレイ２８に積載される。

シート１０への画像形成データおよびシート枚数およびステープル指示の有無等は、不図示の外部の情報機器であるホスト（ＰＣ）等から送信され、画像形成装置１にて受信して処理を行うものであり、特に構成を限定するものではない。

図２は本実施例における電気ブロック図を示したものである。本ブロック図の構成は、画像形成装置１もしくは排紙装置２内に配設されるものであるが、特に配置を限定するものではなく、誘導負荷により発生した逆起電力もしくは回生電力を充電可能な二次電池が配設可能な装置内外に配置することができる。

１００は制御部を示し負荷１０１の駆動回路部１０２を制御するものである。１０３は画像形成装置１もしくは排紙装置２に電力を供給する電源部である。制御部１００はユニット３の制御ユニットを構成する。電源部１０３と充放電部１０４はユニット３内の電源ユニットを構成する。負荷１０１は図１に示すモータ、ソレノイドに相当する。

１０４は、二次電池を含み、電力の充電もしくは放電を行う充放電部であり、本実施例では、二次電池としての電気二重層キャパシタを含む電気回路からなる。

制御部１００からは点線と矢印で示したように、制御信号線が制御回路部１０２と充放電部１０４に接続されている。また、実線で示す電力供給線は負荷１０１と駆動回路１０２との間、電源部１０３と充放電部１０４及び駆動回路１０２との間、駆動回路１０２と充放電部１０４との間に相互に接続されている。

図３は、図２のブロック図で示した内容の電気回路構成を表した図である。

制御部１００は中央演算処理装置（ＣＰＵ）を含み、本実施例では１チップマイコンによって構成されている。制御部１００のＣＰＵは内蔵の不揮発性メモリ（ＲＯＭ）内に書き込まれたプログラムに従って画像形成装置の制御を実行する。また、制御部１００のＣＰＵは内蔵の揮発性メモリ（ＲＡＭ）を制御の際の作業領域として用いる。また、制御部１００のＣＰＵ１００には画像形成装置内外で信号の入出力を行うＩ／Ｏポートも内蔵されている。このＩ／Ｏポートが負荷１０１を制御する駆動回路部１０２に接続されている。また、制御部１００は、オプション装置である排紙装置２へのシート搬送制御も行う。

なお、制御部１００のＣＰＵは、本実施例のように１チップに全ての機能を実装したものに限らず、制御部とその周辺にＲＯＭやＲＡＭ機能を有するＩＣを実装した回路構成であっても処理が可能であり、特に構成を１チップに限定するものではない。

二次電池１０７は図２の充放電部１０４に対応し、図１で示した電源ユニット３内に配設されているものとする。ただし、特に設置場所は限定されず、電源ユニット３の外や、画像形成装置１の外部に配設されていてもよく、装置構成上の限定はない。

１０６は負荷１０１の駆動回路部１０２内のスイッチング素子である。１０８は、１０６がオンからオフに変化した際にオンして、ソレノイド負荷１０１からの逆起電力を充放電部１０４内の二次電池１０７に充電する。もしくは、１０８は、電源部１０３から二次電池１０７に充電する際にオンして、この充電を可能にするＦＥＴ等のスイッチング素子である。

１０９は、二次電池１０７から放電する際にオン状態とするＦＥＴ等のスイッチング素子であるである。

１１０は、充放電部１０４にて二次電池１０７に充電しない場合、ソレノイド負荷１０１で発生した逆起電力を電源部１０３に回生するためのＦＥＴ等のスイッチング素子であって、オン状態で電源部１０３に電力を回生する。

１０６、１０８、１０９は、オン／オフ状態が設定可能なものであればよく、したがって、これらはスイッチやＦＥＴであってもよく、特に限定しない。

１１１、１１２、１１３はダイオードである。１１４はインバータ回路であり、制御部１００のＣＰＵの出力を反転し、１０８がオン状態の時は１１０をオフするように動作し、また１０８がオフ状態の時は１１０をオンするように動作するものである。

１１５〜１２０（ａ，ｂ）は前述のトランジスタやＦＥＴ等のスイッチング素子、ＩＣに接続された電流制限や電圧設定のための抵抗である。

電源部１０３から供給された電力によって負荷１０１を駆動する場合、制御部１００のＣＰＵは出力ポートに設定されている出力信号／ＢＡＴ＿ＩＮをＨｉｇｈ状態として１０８をオフ、１１０をオン状態とする。その後出力ポートに設定されている出力信号ＤＲＶをＨｉｇｈ状態として１０６をオン状態とする。負荷１０１には電流が流れ駆動状態となる。

二次電池１０７が充電されて十分な電圧を保持できているかどうかは、次のようにして判断する。即ち、制御部１００のＣＰＵの入力端子ＡＤ＿Ｖにて二次電池１０７の電圧を入力し制御部１００のＣＰＵ内でＡ／Ｄ（アナログ→ディジタル）変換を行って制御部１００のＣＰＵ内で保持できる電圧データとする。この保持した電圧データを、制御部１００のＣＰＵのＲＯＭ内に保存されている所定電圧データと比較して判断する。その結果、二次電池１０７が所定の電圧まで充電されていない状態であると判断した場合、次のようにする。即ち、ソレノイド負荷１０１がオフされた後に逆起電力が発生するまでの間に制御部１００のＣＰＵの出力信号／ＢＡＴ＿ＩＮをＬｏｗ状態として１０８をオン、１１０をオフ状態とする。これによって、負荷１０１がオフされた後、負荷１０１において発生した逆起電力は１０８を介して二次電池１０７に充電される。

制御部１００において、二次電池１０７が十分充電された状態であると判断した場合、負荷１０１がオフされた後も制御部１００のＣＰＵの出力信号／ＢＡＴ＿ＩＮをＨｉｇｈ状態に維持して１０８をオフ、１１０をオン状態とする。これによって、負荷１０１がオフされた後、負荷１０１において発生した逆起電力は電源部１０３に回生する。

さらに二次電池１０７が十分充電された状態では、画像形成装置１および排紙装置２のモータ起動時において短時間の突入電流が発生する場合、次のようにして電源部１０３を補助することができる。即ち、制御部１００は、出力信号／ＢＡＴ＿ＯＵＴをＨｉｇｈ状態からＬｏｗ状態にして、１０９をオン状態とすることによって、二次電池１０７から放電電流をダイオード１１７を介して負荷１０１に供給することができる。また、二次電池１０７から放電電流を、画像形成装置１または排紙装置２のモータに供給することもできる。例えば、オプション装置である排紙装置２のステープラ７は、ＤＣモータを使用している場合があり、通電直後の突入電流が大きいため、１０７二次電池からの放電で電源部１０３を補助することが可能となる。

（実施例２）
以下に本発明における実施例２を説明する。

図４は本発明の実施例における電気ブロック図を示したものである。本ブロック図の構成は、画像形成装置１もしくは排紙装置２内に配設されているものであるが、特に配置を限定するものではなく、誘導負荷により発生した逆起電力もしくは回生電力を充電可能な二次電池が配設可能な装置内外に配置することができる。また、本実施例の特徴は昇圧部１０５を設けたことであり、それ以外の構成は実施例１と同様であるので、詳細な説明は省略する。

昇圧部１０５は、充放電部１０４からの電力を駆動回路部１０２に供給する際に二次電池１０７の電圧が所定電圧以下であった場合、電圧を上昇させる。

制御部１００からは点線と矢印で示したように、制御信号線が制御回路部１０２、充放電部１０４及び昇圧部１０５に接続されている。また、実線にて示す電力供給線は負荷１０１、駆動回路１０２、電源部１０３、充放電部１０４、昇圧部１０５間で相互に接続されている。

図５は、図４のブロック図で示した内容の電気回路構成を表した図である。図３で示した電気回路構成に昇圧部１０５を追加し、制御部１００のＣＰＵに信号名ＣＯＮの出力ポートを追加したことを特徴とし、１００から１２０（ａ，ｂ）までの構成は図３の構成と同じである。

１２１は、二次電池１０７から放電される際に、電圧を所定値に上昇させるためのコンバータＩＣである。このコンバータＩＣ１２１によって制御部１００の入力端子ＡＤ＿Ｖにて二次電池１０７の電圧状態をＡ／Ｄ変換を行って検知し、それが所定電圧以下であった場合でも放電を行うことができる。即ち、二次電池１０７の電圧が所定電圧以下であっても、放電を実行する際に、コンバータＩＣ１２１に制御部１００のＣＰＵの出力信号ＣＯＮにて昇圧指示としてＨｉｇｈ出力を行う。これによって、コンバータＩＣ１２１が動作して、コイル１２２と１２３のオン／オフおよびダイオード１２４にて二次電池１０７の電圧を上昇させ、電圧のフィードバック入力Ｖ＿ＩＮにて所定電圧のＶ＿ＢＡＴ以上まで上昇させる。そして、コンデンサ１２５にて平滑化して駆動回路部１０２に供給することによって画像形成装置１および排紙装置２の電源部１０３の補助を行う。

１２６、１２７、１２８は電流制限のための抵抗であり、所定の値に設定されている。

制御部１００における検知結果によって、二次電池１０７の電圧が所定電圧のＶ＿ＢＡＴ以上であり、電圧値が十分確保されていた場合、制御部１００の出力信号ＣＯＮはＬｏｗ出力設定とする。これによってコンバータＩＣ１２１は動作せず、昇圧部１０５にて電圧を上昇させずに放電させることができる。そして、制御部１００において、放電開始後から二次電池１０７の電源電圧が所定電圧のＶ＿ＢＡＴより低くなったことを検知した場合、前述したように制御部１００からコンバータＩＣ１２１に出力信号ＣＯＮにて昇圧指示としてＨｉｇｈ出力を行う。これによって、コンバータＩＣ１２１を動作させて放電電圧を所定電圧のＶ＿ＢＡＴ以上まで上昇させることができる。

昇圧の方法は特に前述の内容に限定するものではない。他の構成のＩＣや、その他電気部品で構成することも可能である。

（実施例３）
以下に本発明における実施例３を説明する。

図６は本発明の実施例における電気ブロック図を示したものである。本ブロック図の構成は、画像形成装置１もしくは排紙装置２内に配設されているものであるが、特に配置を限定するものではなく、誘導負荷により発生した逆起電力もしくは回生電力を充電可能な二次電池が配設可能な装置内外に配置することができる。

本実施例は、駆動回路部１０２からの電力を充放電部１０４に充電する際に、逆起電力もしくは回生電力が所定電圧以下であった場合、この電圧を昇圧部１０５によって上昇させることを特徴とする。これによって、二次電池１０７への効率的な充電が可能となる。

図7は、負荷１０１をモータとして、回生電力を利用する際の電気回路構成を表した図である。負荷１０１であるモータの通電が停止した後、モータが慣性力で回転している状態で発電された回生電力は充電部１０４の二次電池１０７に充電することができる。充電するかどうかは、制御部１００の出力信号／ＢＡＴ＿ＩＮにて選択可能である。即ち、モータの駆動出力信号／ＤＲＶがＬｏｗの時はモータが駆動状態であるため、／ＢＡＴ＿ＩＮをＨｉｇｈ出力設定とする（１０８はオフ）。／ＤＲＶがＨｉｇｈ出力時（モータ通電停止時）は／ＢＡＴ＿ＩＮをＬｏｗ出力設定（１０８はオン）とすることによって、発電された回生電力を１０８経由で充電部１０４に供給することができる。

なお、図７の構成に対して、図４、図５に示す昇圧部１０５のような、充放電部１０４からの電力を駆動回路部１０２に供給する際に所定電圧以下であった場合、電圧を上昇させる構成を追加することもできる。さらに、図６に示す昇圧部１０５のような、負荷１０１からの回生電力を充放電部１０４に充電する際に、回生電圧が所定電圧以下であった場合、電圧を上昇させる構成を追加することもできる。

本発明の実施例に係る画像形成装置と排紙装置を説明する図である。 本発明の実施例に係る電気ブロック図である。 本発明の実施例に係る電気回路構成を表した図である。 本発明の実施例に係る電気ブロック図である。 本発明の実施例に係る電気回路構成を表した図である。 本発明の実施例に係る電気ブロック図である。 本発明の実施例に係る電気回路構成を表した図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 排紙装置
１０ シート
１００ 制御部
１０１ 負荷
１０２ 駆動回路部
１０３ 電源部
１０４ 充放電部
１０５ 昇圧部

Claims (6)

1. 二次電池とアクチュエータとの間に設けられ、前記二次電池に対する前記アクチュエータからの逆起電力または回生電力の充電と、前記二次電池からの放電とを切替える切替手段と、
   前記二次電池の充電状態と前記アクチュエータの動作状態とに応じて前記切替手段を制御する制御手段とを具えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１において、
   前記制御手段は、前記二次電池の電圧検知手段を有し、前記アクチュエータを動作オンまたはオフするタイミングで、前記電圧検知手段の検知結果を参照して、前記切替手段による切替を実行するかを判断することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２において、
   前記二次電池からの放電電圧を昇圧する昇圧手段を有し、
   前記制御手段は、前記電圧検知手段の検知結果を参照して、前記二次電池の電圧が前記アクチュエータの駆動可能電圧以下の場合は前記昇圧手段によって前記二次電池からの放電電圧を昇圧することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項２または３において、
   前記二次電池への充電電圧を昇圧する昇圧手段を有し、
   前記制御手段は、前記アクチュエータからの前記二次電池への充電電圧を前記昇圧手段によって昇圧することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記アクチュエータは、オプション装置に設けられていることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記二次電池は電気二重層キャパシタであることを特徴とする画像形成装置。
   

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