JP4317151B2 - 蓄電装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数のキャパシタセルを直列に接続した蓄電装置と、この蓄電装置の電力を使用する複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、又はそれらの機能を複合した複合機等の画像形成装置に関するものである。

近年開発が進んでいる電気二重層コンデンサは、大容量を有し、充放電サイクル特性にも優れているため、電子機器のバックアップ電源や、画像形成装置の補助電源、自動車をはじめとする各種輸送機のバッテリの代わりに用いられるようになってきている。また、エネルギーの有効利用の観点から、夜間電力の貯蔵といった用途での使用も検討されている。
これらの用途のうち、画像形成装置を含む電子機器のメモリ用バックアップ電源や省エネモード時の補助電源については、バックアップメモリの大容量化、ＣＰＵの高速化、ネットワークの利用及びその他の多機能化に伴い、電力の大容量化が要望されている。

例えば、特許文献１には、複数の電気二重層コンデンサによるキャパシタセルを直列又は並列に接続して、画像形成装置の定着装置の補助電源として使用し、定着装置のヒータに補助的に電力を供給することが開示されている。

また、特許文献２には、複数のキャパシタを直列接続して蓄電装置を構成したキャパシタ蓄電装置において、その各キャパシタに対して初期化するための初期化充電と蓄電するための蓄電充電とを行うようにし、その初期化充電では各キャパシタの充電電圧が予め定めた所定値に達するまで充電を行い、その後の蓄電充電では各キャパシタをいずれかのキャパシタが基準値に達するまで充電を行うようにして、直列接続した全キャパシタの充電能力を最大源に発揮できるようにすることが開示されている。。
特開２００３−２９７５２６号公報 特開２０００−７８７６５号公報

しかしながら、このような従来の蓄電装置では、一台の機器においてそれぞれ電圧が異なる複数のバックアップ用電源や補助電源を必要とする場合、それらの電圧別に専用のキャパシタ蓄電装置を設けなければならないためコスト高になってしまう。また、それらキャパシタ蓄電装置を大容量の２次電池として利用する場合には、それぞれに特許文献２に記載されているような初期化充電と蓄電充電とを行う充電制御機能が必要になり、さらにコスト高になるという問題があった。
この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、電気二重層キャパシタを用いた蓄電装置において、供給電圧が異なる複数のバックアップ用電源や補助電源に兼用可能にすること、及び画像形成装置のコストを低減することを目的とする。

この発明による蓄電装置は、上記の目的を達成するため、直列に接続されたそれぞれ電気二重層コンデンサからなる複数のキャパシタセルと、その複数のキャパシタセルを充電する充電手段と、
上記直列に接続された複数のキャパシタセルのうちの接地側に連続して接続された第１の所定数のキャパシタセルから電力を取り出す第１の電力出力手段と、上記複数のキャパシタセルのうちの接地側に連続して接続された上記第１の所定数より多い、第２の所定数のキャパシタセルから電力を取り出す第２の電力出力手段とを備え、
さらに、上記第１の所定数のキャパシタセルにそれぞれ並列に接続された増設用キャパシタセルを設け、
上記第１の所定数のキャパシタセルにそれぞれ上記増設用キャパシタセルを並列に接続する回路に、上記第１の所定数の各キャパシタセルから上記各増設用キャパシタセルに向けて電流が流れる方向にそれぞれ設けられたダイオードとを備え、上記第１の電力出力手段はそのダイオードと上記増設用キャパシタとの間から電力を取り出す。

この発明による画像形成装置は、前述した目的を達成するため、上記蓄電装置を設け、省エネモード時でもバックアプ電力を供給し続けられる負荷を有し、上記第１の電力出力手段によって取り出した電力を、上記省エネモード時に、上記負荷に供給する。
また、上記第１の電力出力手段によって取り出され上記負荷に供給される電力の最大電圧は、上記画像形成装置の主電源から前記負荷に供給される電力の電圧より低い。
上記負荷は、プログラム、画像データ及びパラメータの少なくとも一つを記憶するメモリであるとよい。
あるいは、上記第１の電力出力手段によって取り出した電力を、外部との通信を行うための通信部に対してバックアップ用電力として供給することもできる。
一方、上記第２の電力出力手段によって取り出した電力を、画像読取部、現像部、用紙搬送部の少なくとも一つを駆動するアクチュエータに供給するようにしてもよい。

また、上記蓄電装置を備え、前記第２の電力出力手段によって取り出した電力を定着装置に補助電源の電力として供給するようにしてもよい。

この発明によれば、電気二重層キャパシタを用いた蓄電装置において、充電時に直列に接続された複数のキャパシタセル及び増設用キャパシタセルを同様に充電することが出来、また第２の電力出力手段による電力出力時に、前記増設用キャパシタセルの電圧を保持することが出来る。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
〔画像形成装置の実施例〕
まず、この発明による蓄電装置を備えた画像形成装置の構成例について説明する。ここで一例として示す画像形成装置は、色分解に対応した色の画像を形成可能な感光体を複数備え、各感光体上で形成されたトナー像を中間転写体に重ねて転写し、その中間転写体に転写された画像を記録用紙などの用紙に対して一括転写することによってカラー画像を形成可能なものであり、プリンタ、複写機及びファクシミリ装置の機能を備えたカラー複合機である。図２はこの実施例のカラー複合機の機構部全体の概略構成図である。

図２に示すカラー複合機１は、画像形成部１Ａが縦方向の中央部に位置し、その下方には給紙部１Ｂが、上方にはコンタクトガラス（原稿載置台）１Ｃ１を備えた画像読取部１Ｃ及び自動原稿給送装置（ＡＤＦ）１Ｄがそれぞれ配置されている。
画像形成部１Ａには、ローラ２Ａ、２Ｂ間に水平方向に張架面を有する中間転写ベルト２が張架されており、その中間転写ベルト２の上部には、色分解色と補色関係にある色の画像を形成するための作像部が設けられている。

その作像部は、それぞれ補色関係にある色（イエロー、マゼンタ、シアン）とブラックの各トナーによる画像を担持可能な４個の感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂが中間転写ベルト２の張架面に沿って順に配設されている。各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂはそれぞれ同じ方向（図２では反時計方向）に回転可能なドラムで構成されており、その周辺には、その回転過程において作像処理を実行するための帯電装置４、書込み装置５、現像装置６、１次転写装置７、およびクリーニング装置８が配置されている。なお、図２においては、書込み装置５以外の各装置は、便宜上感光体３Ｙの周囲に設けられたものにのみ符号と引き出し線を示しているが、他の感光体３Ｍ、３Ｃ、３Ｂの周囲にも同様に各装置が設けられている。

中間転写ベルト２は、複数のローラ２Ａ〜２Ｃに掛け回されて、感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂとの対峙位置においては同方向に移動可能であり、ローラ２Ｃは中間転写ベルト２を挟んで２次転写装置９と対峙している。１０は中間転写ベルト２に対するクリーニング装置である。
２次転写装置９は、帯電駆動ローラ９Ａおよび従動ローラ９Ｂに掛け回され、２次転写位置において中間転写ベルト２と同方向に移動可能な転写ベルト９Ｃを備えており、転写ベルト９Ｃを帯電駆動ローラ９Ａにより帯電させることによって、中間転写ベルト２に重ねて転写された多色画像あるいは担持されている単一色の画像を用紙に転写することができる。

この２次転写位置には、給紙部１Ｂから用紙が給送されるようになっている。給紙部１Ｂには、複数の給紙カセット１Ｂ１と、そのいずれかの給紙カセット１Ｂ１から繰り出される用紙の搬送路と、その搬送路に配置された複数の搬送ローラ１Ｂ２と、２次転写位置の手前の位置に配設されたレジストローラ１Ｂ３とを備えている。

この実施例では、給紙部１Ｂには、給紙カセット１Ｂ１から繰り出される用紙の搬送路に加えて、給紙カセット１Ｂ１内に収容されていない種類の用紙も２次転写位置に向けて給送できるようにしている。そのため、画像形成部１Ａの壁面の一部に起倒可能に設けた手差しトレイ１Ａ１と、その上にセットされた用紙を繰り出す繰り出しコロ１Ａ２とを備えている。
給紙カセット１Ｂ１からレジストローラ１Ｂ３に向けた用紙の搬送路途中には、手差しトレイ１Ａ１から繰り出された用紙の搬送路が合流し、いずれの搬送路から給送される用紙もレジストローラ１Ｂ３によって、所要のレジストタイミングで２次転写位置へ搬送されるようになっている。

書込み装置５は、画像読取部１Ｃのコンタクトガラス１Ｃ１上にセットされた原稿を走査することにより得られる画像情報、あるいは図示しないコンピュータから出力される画像情報により書き込み光が制御されて、各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂに対して画像情報に応じた書き込み光を出射して静電潜像を形成するようになっている。
画像読取部１Ｃには、コンタクトガラス１Ｃ１上の原稿を露光走査するスキャナ１Ｃ２を備えており、さらにそのコンタクトガラス１Ｃ１の上部には、自動原稿給送装置１Ｄが配置されている。自動原稿給送装置１Ｄは、原稿台１Ｄ１上にセットされた原稿を一枚ずつコンタクトガラス１Ｃ１上の所定位置へ送り出し、さらにその原稿を表裏を反転して再度コンタクトガラス１Ｃ１上に送り出し可能な構成を備えている。したがって、画像読取部１Ｃは、各原稿の表裏両面の画像を読み取ることができる。

書込み装置５により形成された各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂ上の静電潜像は、それそれ現像装置６によって各色のトナーで現像それて可視像化され、中間転写ベルト２の表面に順次１次転写される。中間転写ベルト２に対して各色毎のトナー像が順次重ねて転写されると、レジストローラ１Ｂ３から所要のタイミングで搬送される用紙に対して、２次転写装置９の作用によって一括して２次転写される。カラートナー像が２次転写された用紙は、その表面に担持している未定着のトナー画像を定着装置１１によって定着される。
定着装置１１を通過した用紙は、定着装置１１の後方に配置されている搬送路切り換え爪１２によって搬送方向が切り換えられ、排紙トレイ１３に向けた搬送路と、反転搬送路ＲＰのいずれかに搬送方向が選択される。反転搬送路ＲＰが選択された場合は、そこで用紙の表裏が反転された後、再度レジストローラ１Ｂ３に向けて給送される。

図３は、定着装置１１の概略構成を示す縦断側面図である。この定着装置１１は、定着部材である定着ローラ２１、加圧部材である加圧ローラ２２、及び加圧ローラ２２を一定の加圧力で定着ローラ２１に押し当てるスプリング等の加圧手段（図示せず）を備えている。定着ローラ２１及び加圧ローラ２２は、図示していない駆動機構により回転駆動される。

また、定着ローラ２１の内部には、２本のＡＣヒータ２３，２４と、１本のＤＣヒータ２５、一対の温度検出用サーミスタ２６，２７が設けられており、３本の定着ヒータ２３，２４，２５は定着ローラ２１を内部から加熱して定着ローラ２１に定着熱を供給する。また、一対のサーミスタ２６，２７は、定着ローラ２１の表面の軸方向に間隔を置いた位置に当接され、定着ローラ２１の表面温度すなわち定着温度を検出する。なお、サーミスタ２６はＡＣヒータ２３，２４に対応する測定領域に配置され、サーミスタ２７はＤＣヒータ２５に対応する測定領域に配置されている。
このような定着装置１１では、トナー画像を担持した用紙Ｐが定着ローラ２１と加圧ローラ２２とのニップ部を矢示方向に通過する際に、定着ローラ２１と加圧ローラ２２によって加圧及び加熱される。それによって、用紙Ｐにトナー画像が定着される。

ＡＣヒータ２３，２４は、定着ローラ２１の温度がトナー像を加熱定着させるのに必要な目標温度に達していないときに、電力が供給されて定着ローラ２１を加熱する主たるヒータである。また、ＤＣヒータ２５は、カラー複合機１の主電源投入の時や省エネモード時から加熱定着可能になるまでの立ち上げ時等、すなわち定着ローラ２１の温度を急速に上昇させる必要があるウォームアップ時、あるいは画像形成時に２本のＡＣヒータ２３，２４だけでは定着ローラ２１の温度を目標温度に達することができないときに電力が供給されて、定着ローラ２１を補助的に加熱する補助ヒータである。

そして、このような補助ヒータは、上述したように主な２本のＡＣヒータ２３，２４と同時に加熱作動させるものであるが、そのように３本のヒータを同時に加熱作動させるためは多大な電力の供給が必要である。しかし、通常の画像形成装置に設けられる電源装置では、３本のヒータへ同時に十分な電力を供給できる容量はなく、特に画像形成装置内の各部が一斉に立ち上がる主電源投入時には、３本のヒータへ供給する電力が不足してしまい、定着ローラの立ち上げ加熱が遅れる原因となる。
そこで、この実施例の画像形成装置では、２本のＡＣヒータ２３，２４に電力を供給する主電源とは別に、補助ヒータであるＤＣヒータ２５専用に電力を供給する補助電源として、後述する蓄電装置を設けている。

図４は、このカラー複合機を制御する制御系の構成を示すブロック図である。
この実施例の制御系は、装置制御部３１、操作パネル制御部３２、ハードディスク装置（ＨＤＤ）３３、ＬＡＮインタフェースボード３４、ＦＡＸコントロールユニット３５、画像形成エンジン制御部３６、画像読取制御部３７、書込み制御部３８を備えている。
装置制御部３１は、汎用ＰＣＩバス３９を介して画像形成エンジン制御部３６とＦＡＸコントロールユニット３５に接続し、またＬＡＮインタフェースボード３４は、イーサネット（Ethernet：登録商標）方式などの規格に従って装置外部のＬＡＮ（Local Area Network）３０に接続される。さらに、ＦＡＸコントロールユニット３５は外部の電話回線４０に接続される。

操作パネル制御部３２は、カラー複合機１の状態やメッセージを表示する表示部を含み、ユーザからの画像形成操作、制御モード、画像形成条件などを入力する操作パネルを制御するものであり、液晶表示器を制御するＬＣＤＣ（ＬＣＤコントローラ）３２ａ、中央処理装置であるＣＰＵ３２ｂ、揮発性のメモリであるＲＡＭ３２ｃ、不揮発性のメモリであるＲＯＭ３２ｄを備えている。
ＨＤＤ３３は、フォントデータや印字データなどの様々なデータやプログラムを記憶しておく記憶装置である。

ＬＡＮインタフェースボード３４は、ＬＡＮ３０やインターネットなどのネットワークを介して外部と制御信号や各種データの送受信を行う通信部である。
ＦＡＸコントロールユニット３５は、電話回線４０を介して外部のファクシミリ装置と画像データの送受信を行う通信部である。
画像形成エンジン制御部３６は、装置制御部３１から受信する画像データに基づき、図２に示した画像形成部１Ａにより実際に用紙に画像を形成する画像形成エンジン制御する。
画像読取制御部３７は、図２に示した画像読取部１Ｃによって原稿を走査させ、その画像データをカラーＣＣＤ４１で光電的に読み取らせ、各色成分ごとの画像データとして画像形成エンジン制御部３６に出力する画像読取部の制御部である。

書込み制御部３８は、画像形成エンジン制御部３６から受信した画像データを感光体３のドラムに露光して書き込む図２に示した書込み部５を制御する。
装置制御部３１は、その時に設定されている制御モードや、図示しない外部のホスト機又はネットワークから受信した制御コードに従って、画像形成エンジンに対する制御および画像データの出力を行うものであり、ＣＰＵ５１、ＡＳＩＣ５２、ＮＶ−ＲＡＭ５３、ＳＲＭ５４、ＲＯＭ５５、ワークメモリ５６、フレームメモリ５７などを備えている。

以下、この装置制御部３１の各部について説明する。
ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５５に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、カラー複合機１の全体の動作を統括制御する中央処理装置である。ＡＳＩＣ５２は、ＣＰＵ５１の周辺におけるデータの入出力や管理を行うデバイスである。ＮＶ−ＲＡＭ５３は、電源のＯＮ／ＯＦＦに関わらず各種データを保持する不揮発性メモリであり、この装置制御部３１には時計機能を内蔵しており、各部の動作タイミングを制御する機能も有している。

ＳＲＭ５４は、ＣＰＵ５１が処理中のプログラム、画像データ又はパラメータなどを記憶する揮発性のスタティック・ランダムアクセスメモリである。ＲＯＭ５５は、ＣＰＵ５１が解読して実行可能なプログラムを記憶するリードオンリメモリである。ワークメモリ５６は、ＣＰＵ５１のワーク領域として処理中のデータやパラメータを一時的に記憶するランダムアクセスメモリである。フレームメモリ５７は、ＣＰＵ５１が画像データのイメージを展開する領域として処理中のデータを一時的に記憶するランダムアクセスメモリである。

そして、図４に示したこれらの各部のうちで、ＨＤＤ３３およびＬＡＮインタフェース３４に対しては、省エネモード時においても電力を供給し続けて、システム復帰時の立ち上がりを早くさせたり、また常に外部からの信号を受信可能に待機しているのが望ましい。そのため、ＨＤＤ３３およびＬＡＮインタフェースボード３４は、それぞれ主電源の他にも図示するような外部出力端子Ｔ２，Ｔ３を介して別のバックアップ電源に接続されており、省エネモードにおいても電力が供給されるようになっている。

また、図４では特に示していないが、ＲＡＭなどの揮発性メモリにおいても省エネモード時に大量の画像データを保持できるようバックアップ電力を供給するとよく、またアクチュエータによっては省エネモードからの復帰時にいち早く作動させる必要があるため、それらにも常にバックアップ電源からの電力が供給されるようにするとよい。
そのため、この実施例のカラー複合機１は、主電源以外に各部へ電力を供給可能な補助電源やバックアップ電源として蓄電装置を備えており、この蓄電装置は、供給電圧が大きく異なる定着ヒータ、アクチュエータ、装置制御部及びメモリに対し、単体でそれぞれ適切な電圧の電力を供給できる。

〔蓄電装置の実施例〕
以下、この発明による蓄電装置の実施例について図１を参照して詳細に説明する。
図１は、その蓄電装置およびその蓄電装置から電力を供給され画像形成装置の一部を示す回路図である。
図１における蓄電装置は、キャパシタバンク６０、バイパス回路６１、充電用電源部６２、電源制御部であるスイッチング・レギュレータＩＣ６３、充電制御部６４、および外部出力端子Ｔ１，Ｔ２、Ｔ３，Ｔ４等を有している。

まず、充電用電源部６２について説明する。この充電用電源部６２は、交流電力を整流・平滑し、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する回路部により電圧を変換して直流電力を供給するものである。すなわち、交流電源（ＡＣ）７１から入力する交流電力をフィルタ７２を介して全波整流回路７３によって全波整流し、平滑コンデンサＣ２１によって平滑してリップル成分を除去する。その直流電力を高周波トランス７４の一次コイル７４ａに印加する。この一次コイル７４ａには、スイッチング素子であるＦＥＴ７５を含むスイッチング回路７６が直列に接続されている。

そのＦＥＴ７５は、電源制御部であるスイッチング・レギュレータＩＣ６３からのＰＷＭ信号によりスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）動作して、一次コイル７４ａに流れる電流を断続させる。それによって、高周波トランス７４の二次コイル７４ｂにパルス電圧が誘起される。このＰＷＭ信号のデューティ比を変えることによって、二次出力電圧を制御することができる。
この高周波トランス７４の二次コイル７４ｂに誘起された電圧を整流回路７７を構成するダイオードＤ２１，Ｄ２２によって整流し、チュークコイル７８及び平滑コンデンサＣ２２により平滑して直流出力に変換する。この直流出力をダイオードＤ２３を介してキャパシタバンク６０に供給することによって、キャパシタバンク６０を充電する。

次に、このキャパシタバンク６０について説明する。
この実施例のキャパシタバンク６０は、満充電時に２．５Ｖになる電気二重層コンデンサによるキャパシタセルＣ１〜Ｃ２０が１８個直列に接続されて構成されている。従って、その１８個のキャパシタセルが全て満充電になると、キャパシタバンク６０の端子間電圧が４５Ｖになる電圧が蓄電されることになる。

このキャパシタバンク６０の直列に接続された１８個のキャパシタセル列の負極側端子が接地されており、その接地側に連続して接続された２個のキャパシタセルＣ１，Ｃ２に、それぞれ１つずつ増設用キャパシタセルＣ１９、Ｃ２０が並列に接続されている。なお図中では、増設用キャパシタセルＣ１９の正極側の接続線と、増設用キャパシタセルＣ２０の負極側の接続線とは共通の接続線として示されている。この接地側の２個のキャパシタセルＣ１，Ｃ２にそれぞれ増設用キャパシタセルＣ１９，Ｃ２０を並列に接続する回路（それぞれの正極側の接続線）には、キャパシタバンク６０を構成する２個のキャパシタセルＣ１，Ｃ２から各増設用キャパシタセルＣ１９，Ｃ２０に向けて電流が流れる方向に、すなわちアノードをキャパシタセルＣ１，Ｃ２に、カソードを増設用キャパシタセルＣ１９，Ｃ２０にそれぞれ接続して、逆流防止用のダイオードＤ１，Ｄ２が設けられている。

また、この実施例のキャパシタバンク６０には並列に１８個のバランス回路Ｂ１〜Ｂ１８からなるバイパス回路６１が接続されており、全てのキャパシタセルＣ１〜Ｃ１８にそれぞれバランス回路Ｂ１〜Ｂ１８が並列に接続されている。また、増設用キャパシタセルＣ１９、Ｃ２０にもそれぞれバランス回路Ｂ９，Ｂ２０が並列に接続されている。
図５は、キャパシタバンク６０を構成する接地側の２個のキャパシタセルＣ１，Ｃ２に接続したバランス回路Ｂ１，Ｂ２と、増設用キャパシタセルＣ１９、Ｃ２０それぞれ接続したバランス回路Ｂ１９，Ｂ２０を示す回路図である。
このバランス回路Ｂ１〜Ｂ２０は、並列に接続した各キャパシタセルＣ１〜Ｃ２０の個々の満充電を検出して充電電流をバイパスさせ、各キャパシタセルＣ１〜Ｃ２０の充電電圧を均等化する役目を果たす。

ここで、図５を参照してこのバランス回路について説明する。なお、バランス回路Ｂ１９，Ｂ２０の回路構成は、バランス回路Ｂ１、Ｂ２と同じなので簡略化してブラックボックスで示している。
図５において、キャパシタセルＣ１、Ｃ２がキャパシタバンク６０中で最も接地側に連続して接続されたキャパシタセルであり、キャパシタセルＣ３、Ｃ４がそれらに並列に接続する増設用キャパシタセルである。バランス回路Ｂ１が、キャパシタセルＣ１の端子間に並列に接続されている。そのバランス回路Ｂ１は、シャントレギュレータＸ１と、抵抗Ｒ１〜Ｒ９、トランジスタＱ１，Ｑ２、ダイオードＤ１１およびフォトカプラＰＣ１、ＰＣ２からなり、抵抗Ｒ１とＲ２からなる分圧回路とシャントレギュレータＸ１により、キャパシタセルＣ１の端子電圧を検出する。

シャントレギュレータＸ１の制御端子に抵抗Ｒ１とＲ２からなる分圧回路の分圧電圧が印加されており、充電時にキャパシタセルＣ１に充電電流ｉ_１が流れ、キャパシタセルＣ１の端子間電圧が所定の電圧になるまで充電されると、シャントレギュレータＸ１が導通状態となる。それによって、トランジスタＱ１に抵抗Ｒ４を通してベース電流が流れるためトランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ間が導通状態になり、抵抗Ｒ６により決まる電流ｉ_２が流れ、キャパシタセルＣ１の充電電流ｉ_１がバイパスされるため、キャパシタセルＣ１の過充電が回避される。また、トランジスタＱ１が導通すると、トランジスタＱ２も導通状態になり、２つのフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２の発光ダイオードに抵抗Ｒ８，Ｒ９を通じて電流が流れて発光し、その各受光素子（フォトトランジスタ）も導通状態となる。他の全てのバランス回路Ｂ２〜Ｂ２０もこれと全く同じ構成であり、同じ機能を果たす。

バンクフルラインＢＬは全てのバランス回路Ｂ１〜Ｂ２０のフォトカプラＰＣ１の受光素子を直列に接続しているので、全てのキャパシタセルＣ１〜Ｃ２０が所定の電圧に充電され、全てのバランス回路Ｂ１〜Ｂ２０がバイパス動作することにより、バンクフルラインＢＬにバンク満充電信号が出力される。この信号が後述する充電制御部６４に入力されると、充電用電源部６２からの充電電力の供給が停止される。
セルフルラインＣＬは全てのバランス回路Ｂ１〜Ｂ２０のフォトカプラＰＣ２の受光素子を並列に接続しているので、キャパシタセルＣ１〜Ｃ２０のいずれかが所定の電圧に充電され、そのキャパシタセルに並列に接続されているバランス回路がバイパス動作をすると、セルフルラインＣＬにセル満充電信号が出力される。この信号が充電制御部６４に入力されることによって、充電制御部６４は充電状態監視及び充電異常検知等の制御を行う。

なお、トランジスタＱ１のエミッタ・コレクタ間には、その順方向のバイパス電流と逆方向（コレクタ側からエミッタ側へ向かう方向）に電流を流す方向でダイオードＤ１１が並列に接続されており、接地側に隣接するキャパシタセルの方が充電電圧が高くなった場合に、逆流電流ｉ_３を流してキャパシタセルに流れようとする電流を逆バイパスする。
そして、図１に示すように、キャパシタバンク６０のキャパシタセルＣ１〜Ｃ１８を全て直列に接続した最も高い正極側の端子に外部出力端子Ｔ１を接続しており、この外部出力端子Ｔ１と接地間から最も高い電圧（例えば４５Ｖ）の直流電力を取り出し、それを画像形成装置の図３に示した定着装置１１の定着ヒータであるＤＣヒータ２５の補助電力として、必要な時に供給する。

また、キャパシタバンク６０中の接地側から１１番目のキャパシタセルの正極側の端子に外部出力端子Ｔ３を接続しており、この外部出力端子Ｔ３と接地間から取り出した所定電圧（例えば２７．５Ｖ）の直流電力を、図４に示したＨＤＤ３３の立ち上げ時に使用する補助電力として供給し、また図１のアクチュエータ９７の補助電力としても必要な時に供給する。

さらに、図１及び図５に示すように、接地側から２つ目の増設用キャパシタセルＣ２０の正極側の端子に外部出力端子Ｔ２を接続しており、この外部出力端子Ｔ２から取り出した所定電圧（例えば５Ｖ）の直流電力を、図４に示したＬＡＮインタフェースボードにバックアップ用の電力として供給する。また、図１及び図５に示すように、接地側から一つ目の増設用キャパシタセルＣ１９の正極側の端子に外部出力端子Ｔ４を接続しており、この外部出力端子Ｔ４から取り出した所定電圧（例えば２．５Ｖ）の直流電力は、図１に示すようにメモリ９８や装置制御部３１のバックアップ用の電力として供給する。

次に、キャパシタバンク６０及び増設用キャパシタセルＣ１９，Ｃ２０の充電電圧を制御する充電制御部６４について説明する。
充電制御部６４は、キャパシタバンク６０及び増設用キャパシタセルＣ１９，Ｃ２０のの充電電圧及び充電電流を検出し、また各キャパシタセルＣ１〜Ｃ２０のバイパス回路６１及びバランス回路Ｂ１９，Ｂ２０によるバイパス動作（セル満充電及びバンク満充電）を検出して、各検出状態に基づいてスイッチング・レギュレータＩＣ６３が適切な定電流充電と定電力充電及び充電停止動作を行うように制御する。なお、特に図示していないが、充電制御部６４は主にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ、割り込み制御回路などからなるデジタル回路で構成され、またＡ／Ｄコンバータ、シリアルコントローラ（ＵＡＲＴ）、Ｄ／Ａコンバーター及び入出力ポート等を備えている。

そして、キャパシタバンク６０の両端子間には充電電圧検出回路８１が並列に接続されており、この充電電圧検出回路８１を構成する直列に接続された抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２により、キャパシタバンク６０の端子間電圧を分圧し、充電制御部６４はその分圧電圧からキャパシタバンク６０の充電電圧を検出する。なお、充電電圧検出回路８１の分圧抵抗である抵抗Ｒ１１を１００ＫΩ、抵抗Ｒ１２を１１ＫΩにすると、この実施例のキャパシタバンク６０の満充電時には４．５Ｖの分圧電圧が検出される。
また、キャパシタバンク６０には抵抗Ｒ１３が直列に接続されており、充電制御部６４はこの抵抗Ｒ１３の端子間電圧を検出することによってキャパシタバンク６０に流れる充電電流を検出する。

そして、充電制御部６４は、これらのキャパシタバンク６０の充電電圧および充電電流を逐次検出し、それに基づいて電源制御部６３をフィードバック制御することによりキャパシタバンク６０に対する定電流充電または定電力充電を行う。充電制御部６４から電源制御部６３へのフィードバック制御は、フィードバック変換回路８２およびフィードバック検出回路８３を介して行われる。

次に、この充電制御部６４からスイッチング・レギュレータＩＣ６３へのフィードバック制御について説明する。まず、充電制御部６４が定電流充電または定電力充電を行うために充電用電源部６２に対する制御値を決定した後、それに応じたアナログ電圧のフィードバック電圧をＤ／Ａ端子より出力する。このフィードバック電圧は、キャパシタバンク６０の充電電流や充電電圧又は充電用電源部６２に対する制御値などとの関係を予め記憶したテーブルを使用して導いてもよいし、演算により算出してもよい。

その出力されたフィードバック電圧は、フィードバック変換回路８２中のオペアンプ９２に入力し、トランジスタ９３のベース電流を変化させることによってエミッタに接続されたフォトカプラＰＣ３の発光ダイオード９４の発光量を制御する。一方、フィードバック検出回路８３には同じフォトカプラＰＣ３の受光素子（フォトトランジスタ）９５が接続されており、その受光量に応じたフィードバック電圧が電源制御部であるスイッチング・レギュレータＩＣ６３に入力されてフィードバック制御が行われる。

次に、このスイッチング・レギュレータＩＣ６３について説明する。まず、このスイッチング・レギュレータＩＣ６３が作動を開始する際には、全波整流回路７３の直流出力から抵抗ＲＳ１とコンデンサＣ２３およびツェナーダイオードＺＤ１で構成される回路によって起動電力を得て作動を開始する。その後は、ＰＷＭ信号を出力してＦＥＴ７５をスイッチング駆動させることによって、高周波トランス７４の補助巻線７４ｃに誘起される交流をダイオードＤ２３を介して整流し、コンデンサＣ２３により平滑した直流電力が供給されることにより、動作を継続する。

また、出力するＰＷＭ信号の周波数は、周波数設定回路８４を構成する抵抗Ｒ２４の抵抗値とコンデンサＣ２４の容量で設定される。そしてそのＰＷＭ信号の各パルス幅（デューティ）は、フィードバック検出回路８３のフォトカプラＰＣ３の受光素子９５と抵抗Ｒ２５によって得られるフィードバック電圧により決定される。このフィードバック電圧に応じてパルス幅を変調されたＰＷＭ信号が、充電用電源部６２のＦＥＴ７５のゲートに入力され、高周波トランス７４の一次コイル７４ａの通電回路をスイッチングするオン時間とオフ時間の比率を変えることにより、高周波トランス７４の二次コイル７４ｂ側に発生する電圧が制御される。

このようにして、充電制御部６４は、キャパシタバンク６０の充電電流および充電電圧の検出値に基づいて、キャパシタバンク６０の定電流充電又は定電力充電を制御する。また、この充電制御部６４は、キャパシタバンク６０の充電完了を検知した際にはＯＲ回路８５に対して停止信号を出力する。このＯＲ回路８５は、装置制御部３１からも停止信号が入力可能に接続されており、充電制御部６４と装置制御部３１の何れか一方から停止信号が入力されると、スイッチング・レギュレータＩＣ６３に停止信号を出力する。スイッチング・レギュレータＩＣ６３は、その停止信号が入力されるとＰＷＭ信号の出力を停止し、充電用電源部６２の作動を停止させる。この実施例では、これらの充電用電源部６２と電源制御部６３及び充電制御部６４が充電手段として機能する。

ここで、この実施例の蓄電装置における充電制御部６４による制御手順としては、充電を開始してからキャパシタバンク６０の端子間電圧が予め設定された電圧値に達するまでは、予め設定された充電電流でキャパシタバンク６０の各キャパシタセル（この場合、キャパシタセルＣ１〜Ｃ１８だけでなく、増設用のキャパシタセルＣ１９，Ｃ２０も含める）を定電流充電するよう制御する。その後、キャパシタバンク６０の端子間電圧が上記設定電圧値以上になると、充電制御部６４はキャパシタバンク６０の充電電流と充電電圧を検出し、予め設定された充電電力（充電電流値と充電電圧値の積）でキャパシタバンク６０を定電力充電するように制御する。

さらに、充電制御部６４は、前述のセルフルラインＣＬからセル満充電信号を検出し、キャパシタセルＣ１〜Ｃ２０の何れか一つが充電完了して、それに並列に接続されたバランス回路がバイパス作動したことを検知した際には、再び予め設定された充電電流でキャパシタバンク６０の残りのキャパシタセルを定電流充電するように制御する。
なお、増設用キャパシタＣ１９，Ｃ２０は、ダイオードＤ１，Ｄ２を介して並列に接続してるキャパシタＣ１，Ｃ２の端子電圧の方が高い場合だけ充電電流が流れて充電される。

そして、充電制御部６４は前述のバンクフルラインＢＬからバンク満充電信号を検出し、全てのキャパシタセルＣ１〜Ｃ２０の充電が完了したことを検知した際には、ＯＲ回路８５を介して停止信号をスイッチング・レギュレータＩＣ６３出力し、充電動作を完全に停止させる。
なおこの実施例では、ＣＰＵなどのデジタル回路で構成された充電制御部６４がフィードバック電圧をアナログ電圧で出力するためにＤ／Ａコンバータ（Ｄ／Ａ）の端子を使用したが、これに限らず、通常のデジタル出力ポートよりＰＷＭ信号として出力し、抵抗およびコンデンサからなる平滑回路で平滑してアナログ電圧を得るようにしてもよい。

次に、各外部出力端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４から画像形成装置の各部へ電力を供給する構成について説明する。
まず、外部出力端子Ｔ１から定着ヒータへ補助電力を供給する構成について説明する。装置制御部３１は図４に示した構成を有し（図１では代表的なＣＰＵ５１だけを示している）、充電用電源部６２と共通の交流電源（ＡＣ）７１を入力する充電用電源部６２と同様なフィルタおよび整流・平滑回路とＤＣ−ＤＣコンバータ６６を含む主電源部６５から主電力を供給されて動作する。

そして、図３に示した定着装置１１に設けられたサーミスタ２７から、定着ローラ２１におけるＤＣヒータ２５に対応する測定領域の表面温度を検出し、それが設定温度より低い状態で加熱が必要であると判断した場合には、充電制御部６４に対してＵＡＲＴ（シリアル通信手段）を介する通信により、キャパシタバンク６０が放電可能な状態であるか否かを確認する。キャパシタバンク６０が放電可能な状態であることを確認できた場合には、装置制御部３１がポートＰ１よりハイレベルの制御信号を出力し、反転回路９４によってそれを反転して放電回路８６のリレー９１のコイルの一端を接地レベルにし、コイルを励磁させて接点をＯＮにする。

それによって、外部出力端子Ｔ１と接地間にＤＣヒータ２５とＦＥＴ８８に直列接続する。さらに、装置制御部３１がポートＰ２よりハイレベルの制御信号を出力して、バッファ回路９６を介してＦＥＴ８８を導通状態にする。すると、キャパシタバンク６０の端子電圧（４５Ｖ）の電力を外部出力端子Ｔ１からＤＣヒータ２５に供給して電流を流し、ＤＣヒータ２５を発熱させて図３に示した定着ローラ２１を加熱することができる。この場合に供給される電力は、キャパシタバンク６０を構成する全てのキャパシタセルＣ１〜Ｃ１８の直列回路の放電により最も高い電圧になる。

外部出力端子Ｔ２からは、前述したように図４に示したＬＡＮインタフェースボード３４に対してバックアップ用電力を供給する。この場合に供給される電力は、図１に示すキャパシタバンク６０の接地側に連続して接続された２個のキャパシタセルＣ１，Ｃ２と、それらの並列に接続された増設用キャパシタセルＣ１９，Ｃ２０から放電される電力であり、電圧は低い（５Ｖ）が２倍の電流を得ることがてきる。

外部出力端子Ｔ３からは、図４に示したＨＤＤ３３及び図１に示すアクチュエータ９７に対して、画像形成装置の立ち上げ時に補助電力を供給する。この場合に供給される電力は、キャパシタバンク６０中の接地側から連続して直列に接続された１１個のキャパシタセルＣ１〜Ｃ１１から放電される中間の電圧（２７．５Ｖ）の電力である。なお、アクチュエータ９７は、図２に示した画像形成装置の画像読取部１Ｃ、現像装置６、用紙搬送部などにおけるモータやソレノイドなどのいずれか、あるいは複数の駆動用の各アクチュエータである。

外部出力端子Ｔ４からは、図１に示すようにメモリ９８および装置制御部３１に対して省エネモード時でもバックアップ電力を供給し続けるようになっており、この場合に供給される電力は、図１及び図５に示すようにキャパシタバンク６０の最も接地側の１個のキャパシタＣ１とそれに並列に接続された増設用キャパシタセルＣ１９とから放電される最小電圧（２．５Ｖ）の電力であるが、電流は２倍になる。なお、図１において、主電源部６５は装置制御部３１のみに給電するように示されているが、主電源部６５がＯＮ状態のときにはメモリ９８に対しても電力を供給できるようになっている。また、この画像形成装置図の図４に示した各部などにも当然給電する。

メモリ９８には電源供給回路８７およびバックアップ電池９９が接続されており、外部出力端子Ｔ４から供給されるバックアップ電力の最大電圧は、そのバックアップ電池９９による供給電圧より高い電圧で、且つ画像形成装置の主電源部６５により装置制御部３１及び電源供給回路８７を介して供給される電圧よりは低い電圧になるようにしている。
これにより、主電源部６５がＯＮ状態となっている通常作動時には、電源供給回路８７のダイオードＤ２６を介して主電源部６５から安定した電力がメモリ９８に供給される。このとき、バックアップ電池９９に直列に接続されたダイオードＤ２５が逆バイアスされて遮断状態になるため、バックアップ電池９９が放電することはない。

そして、主電源６５がＯＦＦ状態の時又は省エネモード時になった際は、外部出力端子Ｔ４からのバックアップ電力がメモリ９８に供給される。その後、キャパシタセルＣ１、Ｃ１９の電圧が放電により低下してバックアップ電池９９の端子電圧より低くなると、ダイオードＤ２５が導通してバックアップ電池９９からメモリ９８に給電してバックアップする。このようにして、放充電効率の高いキャパシタバンク６０からの電力を効果的に使用し、段階的にバックアップ電力を確保することができる。

以上説明したように、この実施例の蓄電装置は、供給電圧がそれぞれ異なるヒータ、アクチュエータ、制御部及びメモリに対して、共通の蓄電装置によってそれぞれ適切な電圧の補助電力又はバックアップ電力を供給できる。また、多数の電気二重層キャパシタに対して効率の高い充電を行うのに必要な電流検出手段、電圧検出手段及び充電制御手段をそれぞれ共通に設ければよいため、蓄電装置の構成を簡略化してコストを低減することができる。

また、図１及び図５に示したように、各増設用キャパシタセルＣ１９，Ｃ２０はキャパシタバンク６０を構成するために直列接続したキャパシタセルＣ１，Ｃ２にそれぞれ逆流防止用のダイオードＤ１，Ｄ２を介して並列に接続しているため、充電時には各増設用キャパシタセルＣ１９，Ｃ２０も他のセルＣ１〜Ｃ１８と同様に充電電流が流れて充電することができる。そして、増設用キャパシタセルＣ１９，Ｃ２０を設けたことにより充電容量が大きくなるため、外部出力端子Ｔ２、Ｔ３からはより大きな電流あるいは長時間に亘って電力を取り出すことができる。

また、キャパシタセルＣ１，Ｃ２から増設用キャパシタセルＣ１９，Ｃ２０へ電流が流れる方向にダイオードＤ１，Ｄ２を設けているため、外部端子Ｔ１、Ｔ３からの放電により、直列に接続した１８個のキャパシタセルＣ１〜Ｃ１８の端子電圧がそれぞれ低下しても、各増設用キャパシタセルＣ１９，Ｃ２０の蓄電電圧は保持され、外部出力端子Ｔ２、Ｔ３からのバックアップ電力を確保することができる。

なお、ダイオードＤ１，Ｄ２を設けずに各増設用キャパシタセルＣ１９，Ｃ２０を直接キャパシタセルＣ１，Ｃ２に並列に接続したり、増設用キャパシタセルを設けずに、外部出力端子Ｔ４，Ｔ２をキャパシタバンク６０を構成するコンデンサＣ１，Ｃ２の各正極端子にそれぞれ直接接続することも可能である。このように、必要とする補助電力やバックアップ電力の仕様に応じて外部出力端子や増設用キャパシタセルを任意の数と配置でキャパシタバンク６０に接続すればよい。

以上で各実施例の説明を終了するが、上述の各実施例に共通して、各部の仕様や構成は上述したものに限定されることはなく、この発明の主旨に沿う範囲内で種々の変更をすることが可能である。

この発明による蓄電装置は、必要とする補助電力又はバックアップ電力の電圧がそれぞれ異なる場合でも、それらの電力を共通の蓄電装置によって供給することができる。
そのため、各種の電気機器の補助電源やバックアップ電源に適用できるが、モノクロ及びカラーの複写機、プリンタ、ファクシミリ装置及びそれらの機能を複合した複合機等の各種の画像形成装置に適用すると特に効果的であり、定着装置の補助電源として使用して初期起動時間を短縮したり、大容量メモリをバックアップしたり、あるいは省エネモード時にも多くの機能を活かすことができる高性能な画像形成装置を、安価に提供することができる。

この発明による蓄電装置の一実施例およびそのその蓄電装置から電力を供給される画像形成装置の一部を示す回路図である。 この発明による画像形成装置の一実施例であるカラー複合機の機構部全体の概略構成図である。 図２における定着装置の概略構成を示す縦断側面図である。 図２に示したカラー複合機を制御する制御系の構成を示すブロック図である。 図１に示した蓄電装置におけるキャパシタバンクの接地側の２個のキャパシタセルとそれに並列に接続した増設用キャパシタセルおよびバランス回路に係る部分の具体的な回路例を示す回路図である。

符号の説明

１：カラー複合機（画像形成装置） １Ａ：画像形成部 １Ｂ：給紙部
１Ｃ：画像読取部 １Ｄ：自動原稿給送装置（ＡＤＦ） １１：定着装置
２：中間転写ベルト ３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂ：感光体 ４：帯電装置
５：書込み装置 ６:現像装置 ７：１次転写装置 ８：クリーニング装置
９：２次転写装置 １０：中間転写ベルトのクリーニング装置
２１：定着ローラ ２２：加圧ローラ ２３，２４：ＡＣヒータ
２５：ＤＣヒータ ２６，２７：サーミスタ

３０：ＬＡＮ ３１：装置制御部 ３２：操作パネル制御部
３３：ハードディスク装置（ＨＤＤ）
３４：ＬＡＮインタフェースボード ３５：ＦＡＸコントロールユニット
３６：画像形成エンジン制御部 ３７：画像読取制御部 ３８：書込み制御部
４０：電話回線 ４１：カラーＣＣＤ ５１：ＣＰＵ ５２：ＡＳＩＣ

６０：キャパシタバンク ６１：バイパス回路 ６２：充電用電源部
６３：スイッチング・レギュレータＩＣ（電源制御部）
６４：充電制御部（充電手段） ６５：主電源部 ６６：ＤＣ−ＤＣコンバータ
８１：充電電圧検出回路 ８２：フィードバック変換回路
８３:フィードバック検出回路 ８４:周波数設定回路 ８５：ＯＲ回路
８６：放電回路 ８７：電源供給回路
９７：アクチュエータ ９８：メモリ ９９：バックアップ電池

Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４：外部出力端子 Ｃ１〜Ｃ１８：キャパシタセル
Ｃ１９，Ｃ２０：増設用キャパシタセル Ｂ１〜Ｂ２０：バランス回路
Ｒ１，Ｒ２：抵抗 Ｘ１：シャントレギュレータ Ｑ１，Ｑ２：トランジスタ
ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３：フォトカプラ ＢＬ：バンクフルライン
ＣＬ：セルフルライン Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１，Ｄ２３，Ｄ２５，Ｄ２６：ダイオード

Claims (7)

1. 直列に接続されたそれぞれ電気二重層コンデンサからなる複数のキャパシタセルと、
   該複数のキャパシタセルを充電する充電手段と、
   前記直列に接続された複数のキャパシタセルのうちの接地側に連続して接続された第１の所定数のキャパシタセルから電力を取り出す第１の電力出力手段と、
   前記複数のキャパシタセルのうちの接地側に連続して接続された前記第１の所定数より多い、第２の所定数のキャパシタセルから電力を取り出す第２の電力出力手段と、
   前記第１の所定数のキャパシタセルにそれぞれ並列に接続された増設用キャパシタセルと、
   前記第１の所定数のキャパシタセルにそれぞれ前記増設用キャパシタセルを並列に接続する回路に、前記第１の所定数の各キャパシタセルから前記各増設用キャパシタセルに向けて電流が流れる方向に夫々設けられたダイオードとを備え、
   前記第１の電力出力手段は該ダイオードと前記増設用キャパシタとの間から電力を取り出すことを特徴とする蓄電装置。
2. 請求項１に記載の蓄電装置を備えた画像形成装置であって、
   省エネモード時でもバックアプ電力を供給し続けられる負荷を有し、
   前記第１の電力出力手段によって取り出した電力を、前記省エネモード時に、前記負荷に供給するようにしたことを特徴とする画像形成装置。
3. 前記第１の電力出力手段によって取り出され前記負荷に供給される電力の最大電圧は
   、前記画像形成装置の主電源から前記負荷に供給される電力の電圧より低いことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記負荷は、プログラム、画像データ及びパラメータの少なくとも一つを記憶するメモリであることを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
5. 請求項１に記載の蓄電装置を備え、前記第１の電力出力手段によって取り出した電力を、外部との通信を行うための通信部に対してバックアップ用電力として供給することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１に記載の蓄電装置を備え、前記第２の電力出力手段によって取り出した電力を、画像読取部、現像部、用紙搬送部の少なくとも一つを駆動するアクチュエータに供給するようにしたことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１に記載の蓄電装置を備え、前記第２の電力出力手段によって取り出した電力を定着装置に補助電源の電力として供給するようにしたことを特徴とする画像形成装置。

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