JP4480965B2

JP4480965B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4480965B2
Application number: JP2003204059A
Authority: JP
Inventors: 俊一阿部
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: JP2005050587A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を電源部に用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の複写機やプリンタ等の画像形成装置は、商用電源から供給される電力で駆動されているが、日本国内の一般的な商用電源の電力容量は１５００Ｗに制限されている。
一方、画像形成装置には、画像形成速度の高速化とウオームアップ時間の短縮が求められる。特に近年は省エネルギーが求められ、待機時の定着ヒータでの電力消費を無くすことが望ましい。しかし、待機時に定着ヒータへの通電を断つと、通電再開からウオームアップ完了までの時間が長くなり、作業効率が著しく低下するため、ウオームアップ時間の短縮は非常に重要な課題である。
【０００３】
しかし、画像形成速度の高速化を図ろうとすればするほど、画像形成装置自身の動作の高速化に必要な電力が増加するので、定着装置に振り分けられる電力がいっそう厳しくなるが、定着装置も高速になればなるほど単位時間あたりの記録紙の通過枚数が多くなる。このため熱をどんどん奪われヒータを連続点灯しっぱなしにしても定着に必要なローラ温度を維持できなくなる。従って、定着装置で毎分何枚の記録紙が定着できるかで画像形成装置の画像形成枚数が決まってしまうのが実情である。
【０００４】
また、電源投入直後のウオームアップ時は露光用ランプやモータの電力消費が無いため、数１００Ｗ程度の電力を余計に定着装置に割くことは可能ではあるが多少の時間短縮が望める程度である。そこで、補助電源として、あるいはメインの電源として燃料電池から電源供給することで１５００Ｗ以上の電力で画像形成装置を動かすことが可能となる。
【０００５】
従来より、極低温下であっても、車両におけるセルスタック体の凍結を防止でき、システム全体の耐久性を確保できる燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、高エネルギー密度で、液漏れ、ガス発生等のない安全性、加工性に優れた二次電池用電極及びこの電極を用いた二次電池が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３５１６５２号公報
【特許文献２】
特開平１０−３０２７６９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料電池の欠点の１つとして水溶液を使用したり、水を排出したりするため、これらが低温時に凍結し高価な燃料電池を破損してしまうという問題があった。
前記特許文献１，２に開示された技術では、画像形成装置における上記の問題を解決することはできなかった。
【０００８】
本発明は上記の問題を解決するためのもので、燃料電池の凍結防止と燃料電池を効率良い温度域で運転できるようにすることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明による画像形成装置は、窓が設けられ燃料電池を収納するケースと、前記窓の開閉機構と、前記ケース内に設けたヒータ及び温度センサと、前記温度センサの検出温度に応じて前記窓の開閉機構と前記ヒータへの通電を制御する制御手段とを設けた燃料電池装置を、電源部に用いた画像形成装置であって、メインスイッチがＯＦＦされて画像形成装置が待機モードに入ったとき、前記窓を閉じると共に、その後は前記燃料電池から定着装置への待機電力以外の電力取り出しを停止し、検出温度が設定値以下に低下したとき、前記ヒータへの通電を開始して前記燃料電池を凍結から保護し、前記メインスイッチがＯＮされたとき、前記窓を閉じた状態で前記燃料電池から電力の取り出しを開始することによりウオームアップを行う、ことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１は本発明を適用した画像形成装置としてのデジタル複写機の第１の実施の形態を示す構成図である。
図１において、原稿Ｍは原稿台の透明板２ａの上に置かれ、原稿マツト２ｂにより固定される。光学系は、照明ランプ４１ａから光を発し、反射鏡４１ｂからの光と合わさって原稿に光が照射される。その反射光が照明ランプ４１ａと一体となって移動する移動反射ミラー４１ｃとこの移動反射ミラー４１ｃの１／２の移動速度をもつて同一方向へ移動する移動反射ミラー４２ｄ、４２ｅに反射する。これにより原稿Ｍを走査するイメージ光は、光路長を保ちながらレンズ４３ａを通り固体撮像素子４３ｂで受光される。
【００１７】
固体撮像素子４３ｂの出力は、図示しない画像処理部でシエーデイング補正、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の信号処理された後、レーザドライバユニツト５ａに入力され、半導体レーザ５ｂよりポリゴンミラー５ｃへ光出力として出力される。ポリゴンミラー５ｃは、スキヤナーモータ５ｄにより回転させられているために、感光ドラム６の回転方向に対し垂直にレーザ光が走査される。また、ドラム上をレーザ光が走査開始する11mm前の位置にホトセンサ５ｅがあり、これにレーザ光があたるとＢＤ（ビーム検出）信号発生する。ＢＤはレーザによる１ラインの書き出しタイミングを決めるものであり、また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を決めるものである。
【００１８】
感光ドラム６は矢印方向に回転し、画像形成プロセスを実行する。感光ドラム６はレーザ光が照射する直前に、図示しない高圧電源から負の高圧電流を供給されている帯電器７により負に一様に帯電させられている。感光ドラム６は上記レーザ光が走査することにより静電潜像が形成される。その静電潜像は現像器８により現像されて顕像化される。その後静電潜像を消去するＱＬ９により負に帯電された静電潜像が消去される。
【００１９】
一方、給紙カセツト１３ａから、給紙ローラ１３ｂの回転により送られてきた記録紙は、レジストセンサ１３ｃで検出されるとレジストローラ１３に突き当てた状態で一時停止し、感光体上の画像とタイミングを合わせて、レジストローラ１３を回転させることにより、レジストローラ１３ｃを通り、感光ドラム６の下に達する。そこで感熱ドラム６上のトナー画像が、図示しない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１０により記録紙に転写され、次いで、図示しない高圧発生装置からＡＣ高圧電流を供給されている分離用電極１１により、記録紙は除電され感光ドラム６から分離される。
【００２０】
転写が完了した感光ドラム６は残っている電荷を無くすためのＱＬ１２を通過後、転写せず僅かに残ったトナーをクリーニング１３で掻き取られ、綺麗になった感光ドラム６は次の画像形成のための準備を終える。一方、感光ドラム６から分離されたトナー画像が載った記録紙は搬送ベルト７により搬送され、定着装置８の上ローラ８ａと下ローラ８ｂの間を通過することで加圧と加熱が行われ、定着済み画像となり、吹いたり擦ったりしても画像が乱れることが無くなる。
【００２１】
これらの動作は、商用電源からの電力、あるいは画像形成装置の下部に設けられ、窓２１を有するケース２０に収納された燃料電池２２からの直接、又は後述するような電圧をコンバートした電力で行われる。あるいは燃料電池２２からの直接、又は電圧をコンバートした電力だけで行われる。
【００２２】
燃料電池２２は、水素と酸素の化学反応で電気を作り出しているため、ある程度温度が高い方が化学反応が進み易いので、温度が低い時と比べてより多くの電気を取り出すことができるが、あまり温度が上がりすぎると燃料電池２１を形成している部品を損傷するので、適当な温度でコントロールすることが望ましい。また、水素と酸素の化学反応の結果、水ができるため、燃料電池を稼動させない状態で氷点下以下の環境に置かれると、凍結して電気を取り出せなくなるばかりでなく、最悪の場合は高価な燃料電池２２を破損してしまう。
【００２３】
そこで、本発明の第１の実施の形態においては、図示のように、窓２１を開閉蓋２１ａにより開放・閉鎖可能にすると共に、ケース２０内に燃料電池２２を収納し、さらにケース２０内にヒータ２３と温度センサ２４を設置している。そして、温度センサ２４の検出温度が設定値以下に低下した時は窓２０を閉め、それでさらに温度が低下したときはヒータ２３への通電を開始することにより、燃料電池２２を凍結から保護するようにしている。
図２はケース２０の外観を示すもので、この図２では見えないが、図１のように反対の壁にも窓２１が有る。
【００２４】
図３、図４は開閉蓋２１ａの開閉機構を示すもので、図３が閉鎖状態を示し、図４が開放状態を示す。
図３、図４において、窓２１の上方には一対のローラ２５が軸２６と一体的に設けられ、窓２１の下方には一対のローラ２７が軸２８と一体的に設けられている。ローラ２５と２７にはタイミングベルト２９が掛けられ、このタイミングベルト２９には開閉蓋２１ａが固定されている。
また、ステッピングモータ３０が設けられ、このステッピングモータ３０の回転軸３０ａと上記軸２６とがクラッチ３１を介して接離可能に接続されている。
【００２５】
上記構成によれば、図３の閉鎖状態からステッピングモータ３０を回転させると、ローラ２５，２７が回転してタイミングベルト２９が移動するので、このタイミングベルト２９に固定された開閉蓋２１ａが上方に移動して窓２１が図４のように開放される。また、この開放状態から、ステッピングモータ３０を逆方向に回転させれば、開閉蓋２１ａが下降して図３の閉鎖状態となる。
また、窓２１が完全に閉じられたことを検出する窓閉鎖センサ３２（図５参照）が設けられていて、その検出に基づいてステッピングモータ３０の駆動パルスをカウントすることにより、窓２１の開度を制御することができる。
【００２６】
図５は本発明の第２の実施の形態による画像形成装置の制御部の構成を示す。本発明実施の形態は、ケース２０内にファン３３を設けたものである。図５において、ケース２０内には、燃料電池２２、凍結防止用のヒータ２３、サーミスタからなる温度センサ２４、ステッピングモータ３０、クラッチ３１、窓閉鎖センサ３２及びファン３３が設けられている。従って、上記第１の実施の形態の場合の制御部は、ファン３３を省略したものを考えればよい。
【００２７】
図５において、制御回路３４のＡ／Ｄ入力１には、温度センサ２４の検出信号が入力される。制御回路３４は、その検出温度に応じて窓２１の開閉機構とヒータ２３の通電を制御すると共にファン３３の動作を制御する。ヒータ２３は、制御回路３４の出力５により制御されるスイッチング素子３５により通電をＯＮ／ＯＦＦされる。また、制御回路３４は、上記ケース２０の中以外に画像形成装置に設けられているソレノイド３６、クラッチ３７、モータ３８、ヒータ３９を制御する。ヒータ３９は、制御回路３４により制御されるスイッチング素子４０により通電をＯＮ／ＯＦＦされる。また、ヒータ３９の温度を検出する温度センサ４１が設けられている。
【００２８】
燃料電池２２から出力される３６Ｖの電圧は、ヒータ２３、窓閉鎖センサ３２、ヒータ３９に供給されると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ４２、４３に入力されてコンバートされる。
ＤＣ−ＤＣコンバータ４２から出力される５Ｖの電圧は、制御回路３４の電源電圧として供給されると共に、温度センサ２４，４１に加えられる。ＤＣ−ＤＣコンバータ４３から出力される２４Ｖの電圧は、ソレノイド３６、クラッチ３７、モータ３８、クラッチ３１、ステッピングモータ３０、ファン３３に加えられる。
【００２９】
温度センサ２４，４１の温度検出信号及び窓閉鎖センサ３２の検出信号は制御回路３４に入力される。制御回路３４は、温度センサ２４の温度検出信号に応じてスイッチング素子３５をＯＮ／ＯＦＦ制御し、温度センサ４１の温度検出信号に応じてスイッチング素子４０をＯＮ／ＯＦＦ制する。また、御窓閉鎖センサ３２の検出信号により窓２０の開度を制御する。
【００３０】
本実施の形態によれば、ケース２０内にファン３３を設けたことにより、ケース内の空気を撹拌してケース２０内の場所による温度差を極力少なくすることができると共に、必要に応じてケース２０内を冷却することができる。
【００３１】
図６は本発明の第３の実施の形態による画像形成装置の制御部の構成を示す。本実施の形態は、図示のようにＤＣ−ＤＣコンバータ４３の電源として外部の商用交流電源を用いたものである。交流電源電圧は、電源プラグ、メインスイッチ４４を介してＤＣ−ＤＣコンバータ４３に入力される。
【００３２】
本実施の形態によれば、ケース２０内のクラッチ３１、ステッピングモータ３０、ヒータ２３、ファン３３、及びソレノイド３６、クラッチ３７、モータ３８、ヒータ３９等の制御回路３４の制御対象を制御するために必要な電力として、外部電源から供給される電力を用いたことにより、燃料電池２２を消費することなく、長期間にわたって燃料電池２２の凍結を防ぐことができる。
【００３３】
図７は本発明の第４の実施の形態による画像形成装置の制御部の構成を示す。
本実施の形態は、ケース２０内に補助電池４５を設け、この補助電池４５から得られる２４Ｖの電圧をケース２内のクラッチ３１、ステッピングモータ３０、ヒータ２３、ファン３３に加えるようにしたものである。尚、補助電池４５は充電器４６により充電されるようになされている。
このように構成することにより、外部電源を接続し忘れた場合や、屋外の場合等でも燃料電池の凍結を防ぐことができる。
尚、前記第１の実施の形態においても、必要な電力は全て燃料電池２２でまかなっているので、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
図８は本発明の第５の実施の形態による画像形成装置の制御部の構成を示す。本実施の形態は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３に外部電源を接続可能にすると共に、燃料電池２２の電圧が入力されるＤＣ−ＤＣコンバータ４７と、ＤＣ−ＤＣコンバータ４２の出力とＤＣ−ＤＣコンバータ４７の出力とを切り替えて制御対象に加える切り替えスイッチ４８を設けたものである。また、外部電源が接続された場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３の出力が接続検出信号として制御回路３４に入力されるようになされている。
【００３５】
上記構成によれば、外部電源が接続されると、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３から接続検出信号が制御回路３４に入力されるので、制御回路３４は切り替えスイッチ４８をＤＣ−ＤＣコンバータ４３側に切り替えることにより、外部電源の電力を利用することができる。また、外部電源が接続されないと、制御回路３４は切り替えスイッチ４８をＤＣ−ＤＣコンバータ４７側に切り替えるので、燃料電池２２からの電力を利用することができる。
従って、本実施の形態によれば、外部電源を用いて燃料電池２２の凍結防止中に、なんらかの原因で外部電源からの電力の供給が途絶えた場合でも、凍結を防ぐことができる。
【００３６】
次に、第６の実施の形態について説明する。
本実施の形態は、外部電源を接続する場合において、メインスイッチ４４がＯＦＦされて画像形成装置が待機モードに入ったとき、ケース２９の窓２１を閉じると共に、その後は燃料電池２２から待機電力以外の電力取り出しを停止して燃料消費を必要最小限としながら、温度変化の検出を続け、検出温度が設定値以下に低下したときは、ヒータ２４への通電を開始して燃料電池２２を凍結から保護する。
【００３７】
次に、第７の実施の形態は、メインスイッチ４４がＯＮされたとき、ケース２０の窓２１を閉じた状態で燃料電池２２から電力の取り出しを開始し、その結果温度センサ２４の検出温度が上昇して設定温度に達したときは、窓２０を開放して放熱し、又は冷却ファン３３を駆動して積極的に放熱することにより、運転時の温度上昇による燃料電池２２の破損を防止する。
【００３８】
次に、第８に実施の形態は、上記第７の実施の形態において、故障等により窓２１を開放できなかった場合は、燃料電池２２からの電力取出しを中止すると共に、異常の表示や警告音を発生してシステムが正常に作動できないことを知らせる。
【００３９】
第９の実施の形態は、前記第７の実施の形態において、窓２０を開放できなかった場合は、燃料電池２２からの電力取出しを中止すると共に冷却ファン３３を駆動し、燃料電池の温度を下げると共に、異常の表示や警告音を発生してシステムが正常に作動できないことを知らせる。
【００４０】
第１０の実施の形態では、前記第７の実施の形態において、窓が開放できなかった場合は、燃料電池２２の電力取出しを中止して冷却ファン３３を駆動し、燃料電池２２の温度を下げると共に警告を発し、その後検出温度が設定温度まで低下して燃料電池２２が熱による破損の恐れが無くなった時点で冷却ファン３３を停止する。
【００４１】
第１１の実施の形態は、燃料電池２２からの電力取り出し中は、温度センサ２４の検出温度が設定温度で平衡するように、窓２０の開度と冷却ファン３３の駆動を調整することにより、燃料電池２２における化学反応が活発に行われたくさんの電気を取り出せるようにする。
【００４２】
第１２の実施の形態は、メインスイッチ４４がＯＦＦされたときは、電力を消費すること無く窓２０を閉じ、それと前後して燃料電池２２からの待機電力以外の電力取り出しを停止することにより、メインスイッチ４４がＯＦＦ後にも一定期間窓２０を閉めるための電力を供給する特別な回路を設ける必要が無い。
【００４３】
第１３の実施の形態は、上記第１２の実施の形態において、メインスイッチがＯＦＦされたときは、クラッチ３１への通電が無くなり接続が切られるので、開閉蓋２１ａを自重により下降させて窓２０を閉じる。
【００４４】
第１４の実施の形態は、第１３の実施の形態において、開閉蓋２１ａを自重により下降させて窓２０を閉じるが、さらに確実にするために、窓２０を閉じる方向に力が働くようなスプリング（バネ部材）を設けても良い。
【００４５】
以上は、画像形成装置の電源部で使用する燃料電池２２について説明してきたが、燃料電池２２は画像形成装置での使用に限定されるものではなく、他の電子装置の電源部においても使用可能である。例えばさらに使用条件の厳しい燃料電池を使用する自動車やオートバイ等においても、本発明によれば、冬期の夜間に放置された場合等でも、内蔵する燃料電池を凍結から守ることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、開閉可能な窓を有するケース２内に燃料電池を収納すると共に、ケース内にヒータと温度センサを設け、温度センサの検出温度に応じてヒータの通電と窓の開閉を制御するように構成したので、燃料電池を常に適温で使用することが出来ると共に、燃料電池の凍結を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による画像形成装置を示す構成図である。
【図２】燃料電池を収納するケースの外観図である。
【図３】ケースの窓の開閉機構の閉鎖状態を示す斜視図である。
【図４】ケースの窓の開閉機構の開放状態を示す斜視図である。
【図５】本発明第２の実施の形態による画像形成装置の制御部の構成図である。
【図６】本発明第３の実施の形態による画像形成装置の制御部の構成図である。
【図７】本発明第４の実施の形態による画像形成装置の制御部の構成図である。
【図８】本発明第５の実施の形態による画像形成装置の制御部の構成図である。
【符号の説明】
２２ケース
２１窓
２１ａ開閉蓋
２２燃料電池
２３ヒータ
２４温度センサ
２５，２７ローラ
２６，２８軸
２９タイミングベルト
３０ステッピングモータ
３１クラッチ
３２窓閉鎖センサ
３３ファン
３４制御回路
３５スイッチング素子
４４メインスイッチ
４２，４３，４７ＤＣ−ＤＣコンバータ
４８切り替えスイッチ

Claims

窓が設けられ燃料電池を収納するケースと、
前記窓の開閉機構と、
前記ケース内に設けたヒータ及び温度センサと、
前記温度センサの検出温度に応じて前記窓の開閉機構と前記ヒータへの通電を制御する制御手段とを設けた燃料電池装置を、電源部に用いた画像形成装置であって、
メインスイッチがＯＦＦされて画像形成装置が待機モードに入ったとき、前記窓を閉じると共に、その後は前記燃料電池から定着装置への待機電力以外の電力取り出しを停止し、検出温度が設定値以下に低下したとき、前記ヒータへの通電を開始して前記燃料電池を凍結から保護し、
前記メインスイッチがＯＮされたとき、前記窓を閉じた状態で前記燃料電池から電力の取り出しを開始することによりウオームアップを行う、
ことを特徴とする画像形成装置。