JP5365281B2

JP5365281B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5365281B2
Application number: JP2009065293A
Authority: JP
Inventors: 茂和古口; 哲哉矢野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-03-17
Also published as: JP2010217603A

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

複写機等の画像形成装置は、普通紙やＯＨＰ等の記録媒体上に画像を形成するものであるが、事務用の画像形成装置としては、画像形成の高速性や画像品質、コスト等の面から電子写真方式が多く採用されている。電子写真方式は、記録媒体上にトナー像を形成し、熱と圧力で記録媒体上のトナー画像を定着させる方式である。定着方式としては、安全性等の面から現在ヒートローラ方式が最も多く採用されている。ヒートローラ方式は、ハロゲンヒータ等の発熱体により加熱する加熱ローラと、加熱ローラに対向配置する加圧ローラを圧接してニップ部と称される相互圧接部を形成し、このニップ部にトナー像が転写された記録媒体を通して加熱、加圧するもので、これによりトナー像を記録媒体に定着させている。この加熱装置には、大きな電力が必要である。特に、稼働開始時や画像形成待機後の運転再開時（稼働復帰時）に加熱装置の負荷が大きくなる。

一方、最近は、環境問題が重要となり、複写機やプリンタ装置等の画像形成装置も省電力化が進んでいる。定着装置などの加熱部を備えた画像形成装置においては、省エネ化のために、非通紙時（例：画像形成待機（オフモード）時）において定着装置の加熱部温度（加熱部としては、定着ローラや定着ベルト等が挙げられる。）を加熱しないことが有効である。ただし、定着装置を加熱しないで加熱部温度を低下させると、画像形成開始のために定着装置を使用するときには、再び加熱部を一定温度まで昇温しなければならず、その間、画像形成操作を待機せねばならない。結果として装置が使用可能状態となるまでに時間を要するため、使い勝手は悪化する。

これを回避するために、補助電源装置からの補助電力供給による加熱部昇温時間の短縮が考えられる。この補助電源装置からの補助電力供給を加熱部昇温時（装置立ち上げ時や、画像形成待機時（オフモード）からの復帰時）に有効活用する画像形成装置が知られている。この画像形成装置において、補助電源装置への充電を開始するタイミングは、主（外部）電源から加熱部へ電力供給が行われていないときである。補助電源装置への充電を、主電源からの加熱部へ電力供給と同時に行うと、補助電源装置への充電と加熱部へ電力供給とのため、過大な供給電力量が必要になり現実的ではない。一般的には、加熱のために大電力を必要とするのは、オフモードからの定着装置の加熱昇温時が多いので、補助電源装置への充電は、オフモード時に行うことにより、オフモードからの復帰時に補助電力装置から大電力を供給できるようにしている。

上述のように、画像形成装置における補助電源の目的のひとつは、オフモードからの稼働再開や場合によっては電源オフからの立ち上げ時において、定着装置の加熱時間を短縮し、早期に画像形成可能な状態にすることである。このため、オフモード時における補助電源装置の充電開始は、装置がオフモードに移行することをトリガーとして実施されている。

補助電源装置は、定着装置の昇温時等に短時間で大電力を供給する必要があるため、コンデンサ（キャパシタ）が用いられる場合が多い。コンデンサは、蓄電時には自己放電による放電ロスが避けられず、特に、満充電（コンデンサ容量いっぱいの充電）に近いほど、すなわち充電電圧が高いときほど放電電力量が大きい性質がある。一方で、省エネルギーの観点からは、補助電源装置の自己放電等による電力ロスを最小限に抑えることが要求されており、このような課題を解決するために、いくつかの提案がなされている。

特許文献１には、補助電力装置への充電電力の無駄を省いた画像形成装置が提案されている。特許文献１に記載されている画像形成装置においては、オフモード開始後に一定のアイドル期間を設け、このアイドル期間が終了してから補助電力装置への充電を行っている。アイドル期間は、装置の省電力モード移行時を目標時期（基準時期）として、基準時期に補助電力装置への充電が完了するようにアイドル期間を定めている。これにより、不必要に早い時期から補助電力装置に充電することがなくなるとしている。

特許文献２においても、補助電力装置への充電電力の無駄を省いた画像形成装置が提案されている。特許文献２に記載されている画像形成装置においては、オフモード開始後、次に復帰運転が開始される時期を目標にして、復帰運転の開始時に補助電力装置の必要電力量が充電（満充電）されるように充電開始時期を決めている。この画像形成装置においては、補助電力装置への充電開始時期は、補助電力装置の残電力量、加熱部温度、ジョブ履歴、環境温度などに基づいて設定されている。この画像形成装置においては、オフモードからのジョブ復帰時に、補助電力装置への充電が完了するので、オフモード時の補助電力装置からの自然放電による電力の無駄が非常に少なくできる。

上述のように、補助電力装置への充電電力の無駄を省く工夫をした画像形成装置が提案されているが、特許文献１、２に記載された画像形成装置においては、オフモード後の再復帰の時期、又は省電力モード移行時期が判っている場合には有効な省エネ効果と装置立ち上がり時間の短縮が両立できる。なお、特許文献１に記載の画像形成装置においては、省電力モードから再復帰して稼働するまでの時間がそれほど長くないことが前提であり、装置復帰時期が予想以上に遅い場合は省エネルギー効果が期待できなかったり、復帰運転における立ち上がり時間が長くなったりする恐れがある。このように、特許文献１に記載された画像形成装置においては、オフモード移行後に次回の復帰時期が予測できないときや、長時間装置を使用しない場合には、従来の画像形成装置と同様、余分な電力を充電させたまま装置を放置することになるため、補助電源装置の自然放電などによる電力消費の無駄を発生させることになる。

特許文献２に記載の画像形成装置においては、キャパシタの残電力量や負荷対象である定着装置の温度などを基にして充電時間の短縮を図っているが、オフモードから再復帰して稼働する時間が判っていないと、十分な効果が発揮できない。また、場合によっては、一旦、補助電力装置に満充電しても、長時間の自然放電によって補助電力装置に必要とされる電力量が確保できなくなることもある。

本発明の目的は、上記課題を踏まえ、補助電力装置の省エネルギーと、オフモードからの立ち上がり時において必要な最低限の電力量の確保を両立できる画像形成装置を提供することである。

本発明は、定着装置と、前記定着装置の加熱を補助する補助電源装置である蓄電器と、前記蓄電器の蓄電量を検知する蓄電量検知装置と、前記蓄電器に充電をする充電器と、前記充電器の充電動作を制御する充電制御装置と、前記定着装置の加熱部の温度を検知する温度検知装置と、を備えた画像形成装置であって、
稼働待機中においては、前記充電制御装置は、前記充電制御装置は、前記蓄電器の有している蓄電量と稼働待機中における前記蓄電器の自己放電を含む負荷から算出される所定時間後の前記蓄電器の蓄電量が、設定されている必要最少蓄電量となる充電開始タイミング、又は前記温度検知装置により検知された前記定着装置の加熱部の温度と前記加熱部の冷却速度から算出される前記加熱部の温度に対応した必要最少蓄電量となる充電開始タイミングを算出し、前記充電開始タイミングに合わせて前記充電器に前記蓄電器への充電動作を開始させることを特徴とする画像形成装置である。
参考の発明は、定着装置と、前記定着装置の加熱を補助する補助電源装置である蓄電器と、前記蓄電器の蓄電量を検知する蓄電量検知装置と、前記蓄電器に充電をする充電器と、前記充電器の充電動作を制御する充電制御装置と、前記定着装置の加熱部の温度を検知する温度検知装置と、を備えた画像形成装置であって、稼働待機中においては、前記充電制御装置は、前記温度検知装置により検知された前記定着装置の加熱部の温度、前記蓄電器の蓄電量、外部環境温度、及び稼働待機中における前記蓄電器の負荷のうち少なくともいずれかひとつのパラメータに基づいて充電開始タイミングを算出し、前記充電開始タイミングに合わせて前記充電器に前記蓄電器への充電動作を開始させることを特徴とする画像形成装置である。
好ましい本発明は、前記温度検知装置は外部環境温度を測定し、前記充電開始タイミングの算出において、前記加熱部の冷却速度は前記外部環境温度により修正されることを特徴とする前記画像形成装置である。
好ましい本発明は、前記蓄電器への充電動作を開始させる時間の算出は、稼働待機状態に移行した直後に実行することを特徴とする前記画像形成装置である。
好ましい本発明は、前記充電制御装置は、稼働待機から稼働復帰要求があったとき、前記蓄電器の蓄電量を稼働可能状態とするために必要な最大の蓄電量である必要最大蓄電量に制御することを特徴とする前記画像形成装置である。

好ましい本発明は、稼働待機中においては、前記充電制御装置への電力供給を前記蓄電器から行うことを特徴とする前記画像形成装置である。

好ましい本発明は、稼働待機中においては、前記蓄電量検知装置への電力供給を前記蓄電器から行うことを特徴とする前記画像形成装置である。

好ましい本発明は、前記定着装置の温度に対応して、必要最少蓄電量及び／又は必要最大蓄電量を変更することを特徴とする前記画像形成装置である。

好ましい本発明は、稼働待機中においては、前記温度検知装置への電力供給を前記蓄電器から行うことを特徴とする前記画像形成装置である。

好ましい本発明は、前記蓄電量検知装置は、前記蓄電器の端子間電圧を検出する電圧センサと、前記電圧センサで検出した電圧を基準電圧と比較するコンパレータとを備えていることを特徴とする前記画像形成装置である。

本発明によれば、補助電力装置の省エネルギーと、オフモードからの立ち上がり時において必要な最低限の電力量の確保を両立できる画像形成装置を提供することができる。

本発明に係る画像形成装置の実施形態である複合機能複写機の概略図である。図１に示した複合機能複写機のプリンタ部の構成図である。図２に示したプリンタ部の電源系統のブロック図である。図２に示したプリンタ部の制御系統のブロック図である。キャパシタへの充電とキャパシタ電圧の推移を示すグラフである。キャパシタへの充電動作を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る画像形成装置を、実施形態例である複合機能複写機により詳細に説明する。
図１に、本発明にかかる画像形成装置の実施形態例のフルカラーデジタル複合機能複写機の外観を示す。このフルカラー複合機能複写機は、自動原稿送り装置（ＡＤＦ）１２０と、操作ボード１０と、カラースキャナ１００と、カラープリンタ２００の各ユニットで構成されている。なお、操作ボード１０と、ＡＤＦ１２０と、カラースキャナ１００は、カラープリンタ２００から分離可能なユニットタイプである。カラースキャナ１００は、動力機器ドライバやセンサ入力およびコントローラを有する制御ボードを有して、エンジンコントローラと、直接または間接に通信を行いタイミング制御されて原稿画像の読取りを行う。

図２に、この実施形態のフルカラー複合機能複写機のカラープリンタ２００部分の内部構成を示す。この実施形態におけるカラープリンタ２００は、レーザプリンタである。このレーザプリンタは、マゼンダ（Ｍ），シアン（Ｃ），イエロー（Ｙ）および黒（ブラック：Ｋ）の各色の画像を形成するための４組のトナー像形成ユニットａ〜ｄが、一次転写ベルト２０８の移動方向（図中の左から右方向）に沿ってこの順に配置されている。即ち、このレーザプリンタ２００は、４連ドラム方式（タンデム方式）のフルカラー画像形成装置である。

感光体２０１は、矢印方向に回転可能に支持され、その外周部には、順に帯電装置２０２、現像装置２０４、除電装置、及びクリーニング装置が配置されている。帯電装置２０２と現像装置２０４の間には、露光装置２０３から発せられる光情報（画像情報）の走査スペースが確保されている。感光体２０１は４色の色に対応して４個（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）あるが、それぞれ周囲に設けられる画像形成用の装置（部品）構成は同じであり、それぞれの現像装置２０４が扱う色材（トナー）の色が異なるだけである。

露光装置２０３は公知のレーザ方式で、フルカラー画像形成に対応した光情報を、帯電装置２０２により一様に帯電された感光体２０１表面に照射して潜像を形成する。露光装置２０３は、レーザ方式に代えてＬＥＤアレイと結像手段から成る露光装置を採用してもよい。

それぞれの感光体２０１は、ニップ部において一次転写ベルト２０８に接しており、ニップ部でトナー像を一次転写ベルト２０８に転写する。なお、この実施形態において、感光体２０１はドラム状であるが、ベルト状の感光体も採用可能である。一次転写ベルト２０８は支持ローラおよび駆動ローラ間に支持、張架されていて、矢印方向に回転する。一次転写ベルト２０８の裏側（ループの内側）には、４個の一次転写ローラがそれぞれの感光体２０１に対向するように配置されて、感光体２０１との間でニップ部を形成している。ベルトループの外側には、一次転写ベルト用のベルトクリーニング装置が配備されており、ベルトクリーニング装置は、一次転写ベルト２０８から記録媒体（用紙）又は二次転写ベルト２１５にトナー像を転写した後に、その表面に残留する不要のトナーを拭い取る。

記録媒体（用紙）は、図２の下方の給紙カセット２０９，２１０に収納されており、最上の用紙が給紙ローラで１枚ずつ、複数の用紙ガイドを経てレジストローラ２３３に搬送される。二次転写ベルト２１５の上方に、定着装置２１４、排紙ガイド２２４、排紙ローラ２２５、排紙スタック２２６が配備されている。一次転写ベルト２０８の上方で、排紙スタック２２６の下方には、補給用のトナーが収納できるトナー収納部２２７が設けてある。トナーの色はマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの四色があり、カートリッジの形態にしてある。トナーは、粉体ポンプ等により対応する色の現像装置２０４に適宜補給される。

ここで両面印刷をするときの、画像形成装置の各部の動作を説明する。まず感光体２０１による、作像が行われる。すなわち、露光装置２０３の作動により、不図示のＬＤ光源からの光は、不図示の光学部品を経て、帯電装置２０２で一様に帯電された感光体２０１のうち、作像ユニットａ（例えば、マゼンタの作像ユニット）の感光体上に至り、書き込み情報（色に応じた情報）に対応した潜像を形成する。感光体２０１上の潜像は現像装置２０４で現像され、トナーによる顕像（トナー像）が感光体２０１の表面に形成され保持される。このトナー像（マゼンタ）は、一次転写ローラにより、感光体２０１と同期して移動する一次転写ベルト２０８の表面に転写される。転写を終えた感光体２０１の表面は、残存するトナーがクリーニング装置でクリーニングされ、除電装置で除電され次の作像サイクルに備える。

一次転写ベルト２０８は、表面に転写されたトナー像を坦持し、矢印の方向に回転移動する。一方、作像ユニットｂの感光体２０１には、別の色（例えば、シアン）に対応する潜像が書き込まれ、対応する色のトナーで現像され顕像となる。この像は、すでに一次転写ベルト２０８に転写されている前の色（マゼンタ）の顕像に重ねて転写される。同様にして、一次転写ベルト２０８上に４個の作像ユニットから４色のトナー像が重ねて転写される。なお、白黒印刷をする場合は、単色（ブラック）のみのトナー像を形成する場合もある。

一次転写ベルト２０８と同期して二次転写ベルト２１５は、矢印方向（反時計回り方向）にさらに回転移動して二次転写ベルト２１５と接触し、一次転写ベルト２０８表面に作られたトナー像が、二次転写ローラの作用で二次転写ベルト２１５の表面に転写される。いわゆるタンデム形式である４個の作像ユニットａ〜ｄの各感光体２０１上で画像が形成されながら、一次、二次転写ベルト２０８，２１５が移動し、作像が進められるので、フルカラー画像の作像時間が短縮できる。

一次転写ベルト２０８が、所定の位置まで移動すると、用紙の別の面に作成されるべきトナー画像が、前述と同様の工程で再度感光体２０１により作像され、用紙の給紙が開始される。給紙カセット２０９又は２１０内の最上部にある用紙が引き出され、レジストローラ２３３の位置まで搬送される。用紙は、レジストローラ２３３でタイミングを合わせて一次転写ベルト２０８と二次転写ベルト２１５の間（ニップ部）に送られ、二次転写ローラにより一次転写ベルト２０８表面のトナー像が、用紙に転写される。更に用紙は、上方に搬送され、二次転写ベルト２１５表面のトナー像が、チャージャにより用紙のもう一方の面に転写される。転写に際して、用紙は画像の位置が正常になるよう、タイミングがとられて搬送される。

二次転写ベルト２１５は、トナー像を用紙に転写した後、ブラシローラ，回収ローラ、ブレード等を備えたベルトクリーニング装置で、残留する不要のトナーや紙粉を除去される。ベルトクリーニング装置のブラシローラは、支点を中心として揺動可能で、二次転写ベルト２１５がトナー像を担持しているときは、二次転写ベルト２１５の表面から離れた状態にあり、クリーニングが必要なときには、二次転写ベルト２１５に接触させて、残留トナーを除去する。除去された不要トナーは、トナー収納部に集められ、廃棄されたり、再使用されたりする。

両面にトナー像が転写された用紙は、定着装置２１４に送られ、用紙上（両面）のトナー像が一度に溶融、定着され、ガイド２２４を経て排紙ローラ２２５により、本体フレーム上部の排紙スタック２２６に排出される。以上が、両面印刷モードの作像プロセスである。

図２に示すように、ガイド２２４、排紙ローラ２２５、排紙スタック２２６を配置した場合、両面画像のうち後からトナー像が形成され、転写された面（頁）、すなわち一次転写ベルト２０８から直接用紙に転写された画像面が下面となって、排紙スタック２２６に載置されるから、頁揃えをしておくには２頁目の画像を先に作成し、二次転写ベルト２１５にそのトナー像を保持し、１頁目の画像を一次転写ベルト２０８から用紙に直接転写する。一次転写ベルト２０８から直接用紙に転写される画像は、感光体表面で正像にし、二次転写ベルト２１５から用紙に転写されるトナー像は、感光体表面で逆像（鏡像）になるよう露光される。このような頁揃えのための作像順、ならびに、正、逆像（鏡像）に切り換える画像処理も、コントローラ上でのメモリに対する画像データの読書き制御によって行っている。

片面印刷の場合には、二次転写ベルト２１５による片面転写モードと一次転写ベルト２０８による片面転写モードの２つの方法が可能であり、前者の二次転写ベルト２１５を用いる片面転写モードを設定した場合には、一次転写ベルト２０８に３色又は４色重ね、もしくは黒単色で形成された顕像が二次転写ベルト２１５に転写され、その後用紙の片面に転写される。用紙の他面には画像転写はない。この場合、排紙スタック２２６に排出された印刷済用紙の上面に印刷画面がある。後者の一次転写ベルト２０８を用いる片面転写モードを設定した場合には、一次転写ベルト２０８に３色又は４色重ね、もしくは黒単色で形成された顕像が、二次転写ベルト２１５には転写されずに、一次転写ベルト２０８から直接用紙の片面に転写される。用紙の他面には画像転写はない。この場合は、排紙スタック２２６に排出された印刷済用紙の下面に印刷画面がある。このようにすれば、頁順に印刷用紙が揃えられる。

図３に、この実施形態のカラープリンタの電源装置の構成を示す。主電源スイッチ２８のオンにより、外部ＡＣ電源（例えば、商用ＡＣ電源）２７から主電源２９及び補助電源３２に電力が供給される。主電源２９は、ＡＣ制御回路である定着電源３１および定電圧電源（ＡＣ／ＤＣコンバータ）３０に分かれる。定着電源３１は、入出力制御部２０から与えられる電力指示信号で指定される電力範囲内で、温度検出センサ７０から与えられる定着温度信号を使用して定着器温度をフィードバック制御する。

主電源２９の、第１の電源である定電圧電源３０は、ブリッジ整流器８０、絶縁型スイッチング回路８１ａ，８１ｂ、および整流平滑回路８２ａ，８２ｂによりＡＣ電源をＤＣ電源に変換する。そして、絶縁型誤差増幅器８３ａ，８３ｂを介してＰＷＭコントローラ８４ａ，８４ｂに与えられる電圧検出信号を使用して、定電圧フィードバック制御で５Ｖと２４Ｖの２系統のＤＣ定電圧電源とする。

このとき、２４Ｖ系の電圧検出信号（フィードバック信号）は、負荷電流検出器３３の後部より与える構成とする。下記で詳述するが、負荷電流検出器３３は、電源ラインに数ｍΩの抵抗をシリーズ接続しているため、電圧検出信号（フィードバック信号）取り込み部の後部に負荷電流検出器３３を設けた場合には、負荷電流の変化により２４Ｖ系電源の電圧が変動してしまう。例えば、負荷電流検出器３３の電流検出抵抗に１０ｍΩの抵抗を接続し、負荷が５Ａから１５Ａに変化した場合には、０．１Ｖ（１０ｍΩ×（１５Ａ−５Ａ））の変動が発生することとなる。さらに主電源２９の外部に負荷電流検出器３３の電流検出抵抗を付加した場合には、配線抵抗の影響により、これ以上の変動が発生することとなる。以上の電流検出抵抗の付加によるＤＣ負荷供給電源電圧の変動を防止するため、抵抗を介した後の電圧をフィードバック制御する構成としている。

補助電源３２は、本実施形態では、キャパシタ充電器３８、キャパシタ充電器３８によって充電されるキャパシタ（蓄電器、コンデンサ）３７、及びキャパシタ電力を２４Ｖ系負荷３５への給電ラインに定電流出力する第２電源装置である定電流電源２６で構成される。

補助電源３２を２４Ｖ系負荷３５に給電しているのは、定着加熱装置３６への供給電力量の増大分を補助電源が負担する必要があり、この負担させようとしている電力量以上の消費がある電源系統である２４Ｖ系負荷３５に補助電源３２を供給するためである。このため本実施形態では、定着加熱装置３６への供給電力量の増大分（例えば３００Ｗ）を考慮し、５Ｖ系負荷３４（例えば１００Ｗ）より消費電力量が大きい２４Ｖ系負荷３５（例えば５００Ｗ）に補助電源３２を給電する構成としている。定着加熱装置３６への供給電力量の供給分が小さい場合や、５Ｖ系負荷３４の消費電力量が大きい場合には、５Ｖ系負荷３４に補助電源３２を給電させる構成とすることも可能である。

負荷電流検出器３３は、定電圧電源３０（第１電源）および定電流電源２６（第２電源）が同時に供給する電流値の和である２４Ｖ系負荷電流値を検出して電流検出信号を、電流指示器６４に与える。また、電流指示器６４には、入出力制御部２０が、定電圧電源３０の出力電流上限値を指定する上限指示データＭＣＤを与える。電流指示器６４は２４Ｖ系負荷電流値より上限指示値を減算した値（＝定電流電源２６の出力電流指示値）を示す電流指示信号を定電流電源２６に与える。定電流電源２６は、該電流指示信号が指示する電流値を目標値とする定電流制御によって、キャパシタ３７の電力を２４Ｖ系負荷ラインに定電流給電する。

キャパシタ充電器３８は、キャパシタ（蓄電器）３７の充電制御装置である入出力制御部２０からのＯＮ／ＯＦＦ指示により、外部ＡＣ電源２７をＤＣ電源に変換し、キャパシタ３７へ電力を蓄積させる。補助電源３２のキャパシタ３７は電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタで構成されている。電気二重層コンデンサ以外にも、いろいろと選択可能であるが、本実施形態では、短時間での充放電が可能で、長寿命である電気二重層コンデンサを用いた。電気二重層コンデンサの特徴として放電するに従い端子電圧（キャパシタ電圧）が低くなってしまうため、定電流電源２６をキャパシタ３７の後に配置することにより、キャパシタ電圧の変動にもかかわらず所用電流値を出力するようにしている。

図４は、この実施形態のカラープリンタ２００の制御系統の入出力制御部２０の内部構成を表すブロック図である。入出力制御部２０は、カラープリンタのエンジン制御部からの制御命令ならびに、ＲＯＭ２２に格納されたプログラムや不揮発性ＲＡＭ２４に格納されたプログラムやデータに従って、各種のセンサおよび負荷に対する入出力制御および電源装置の制御を行うＣＰＵ２１と、ＣＰＵ２１を動作させるためのプログラムを格納するＲＯＭ２２と、ＣＰＵ２１のワークメモリとして使用されるＲＡＭ２３と、各負荷の動作状態や各動作モードにおける消費電力データを格納した消費電力テーブルや各動作モードにおける印刷処理に要する時間データを格納した印刷処理時間テーブルなどを記憶する不揮発性ＲＡＭ２４と、フルカラーデジタル複合機能複写機ＭＦ１の各センサ２６の入力読み込み、および負荷３５の個々の駆動を制御するＩ／Ｏ制御部２５を備えている。

入出力制御部２０は、エンジン制御部の画像読み込み、印刷、複写等のプロセス制御、シーケンス制御に伴う指示に従って、センサおよび負荷への入出力制御および電源制御を行っており、各動作モードに応じてシーケンシャルに各電源を作動させる。

入出力制御部２０は、キャパシタ充電器３８によるキャパシタ３７への充電の制御を行う充電制御装置でもあり、キャパシタ３７の充電をキャパシタ充電器３８に指示したり、装置の立ち上げ時、及び立ち上げ後所定の時間までの期間、キャパシタ３７に蓄積された電力から、２４Ｖ系負荷３５への給電を指示する。そして、外部ＡＣ電源２７からの供給電力による定着加熱装置３６の加熱に加えて、キャパシタ３７に蓄積された電力によって定着加熱装置３６の昇温速度を速める。なお、このカラープリンタ２００は、外部からの電源供給を遮断するオフモード（印刷待機モード）への移行時には、キャパシタ３７からの電力供給により入出力制御部２０を作動させたり、温度センサ７０、７１の作動やキャパシタ３７の電圧検知を行い、蓄電量や定着温度等の条件によりキャパシタ充電器３８の充電動作を作動させたりする。

図５は、この実施形態における電気二重層コンデンサタイプの蓄電器（キャパシタ３７）の特性について説明する図である。通常、キャパシタ３７は、何も接続していない状態においても自己放電現象により蓄積電力を消費していくという特性がある。自己放電現象では、電圧値が時間の経過とともにほぼ直線的に低くなっていくため、蓄電量が多い（電圧が高い）ときのほうが、単位時間あたりの自己放電による放電電力量（放電エネルギー量）が大きくなる。

図５に従って説明すれば、装置の動作モードが終了してオフモードになり（時間ｔ_０）、キャパシタ電圧がｖ_０であるとき、従来の画像形成装置であれば、すぐに充電動作が始まり、時間ｔ_１においてキャパシタは十分な電力量を充電（満充電）され電圧ｖ_ｍａｘとなる。その後、時間ｔ_１から一定時間の間（ｔ_１〜ｔ_３）に電圧ｖ_ｍａｘの状態で自己放電が起こると、電圧がｖ_ａ低下する（図５の破線参照）。この場合、放電電力量は、ほぼｖ_ｍａｘ×ｖ_ａとなる。一方、充電をしないで電圧ｖ_０のままでおなじ一定時間（ｔ_１〜ｔ_３）経過したときの、自己放電による電圧低下もｖ_ａである。この場合の放電電力量は、ほぼｖ_０×ｖ_ａとなり、自己放電量はｖ_ｍａｘとｖ_０の比に比例して小さくなる。それ故、キャパシタにおいては、蓄電量を出来るだけ少なく、すなわち電圧を低くしておくことが、放電電力量を低減すること（省エネルギー）につながる。

本実施形態の画像形成装置においては、キャパシタ３７の蓄電量検知装置を備え、オフモードにおけるキャパシタ３７の蓄電量が必要最少量になったときに充電を開始する。蓄電量検知装置は、電圧検出器３９であり、電圧を測定して蓄電量を算出する。電圧検出器３９は、電圧センサと、電圧センサで検出した電圧と基準電圧とを比較するコンパレータを備えており、所定の基準電圧ｖ_ｍｉｎになったら、入出力制御部２０からの指示によりキャパシタ充電器３８がキャパシタ３７の充電を開始する。

オフモードにおいては、本実施形態の画像形成装置における入出力制御部２０、電圧検出器３９、温度検出センサ７０、７１を始めとする制御装置やセンサ類は、キャパシタ３７からの電力供給で作動できる。このときは、主電源スイッチ２８はオンになっているが、主電源２９は作動していない。

充電後のキャパシタ３７の蓄電量は、画像形成装置におけるキャパシタ３７が必要とする最大の電力量に対応する電圧ｖ_ｍａｘに制御することが好ましい。電圧ｖ_ｍａｘは、画像形成装置がオプション装置などを装備した際に、出来るだけ早くオフモードからオンモードへ復帰できる電力量を蓄積しているときの電圧であり、通常はキャパシタ３７の最大蓄電量に対応している。また、基準電圧ｖ_ｍｉｎは、この画像形成装置におけるキャパシタ３７が必要とする最少の電力量に対応する電圧で、画像形成装置の仕様、ユーザーの許容できる最長立ち上がり時間などから求められる蓄積電力量に対応する電圧である。

この画像形成装置においては、キャパシタ３７の蓄積電力量に対応する電圧が、常にｖ_ｍｉｎとｖ_ｍａｘの間にあり、装置としての必要最小限の電力を保持するとともに、最大必要以上の電力を蓄積することによる放電ロスをなくすことが出来る。また、ｖ_ｍｉｎとｖ_ｍａｘは、ユーザーの指示により、変更できるものであり、省エネルギーと装置復帰動作の短縮との兼ね合いをユーザー毎、又は装置の置かれた状況に応じて調整することが出来る。

なお、オフモードにおいては、充電制御装置を兼ねる入出力制御部２０，蓄電量検知装置である電圧検出器３９、定着装置の温度検出センサ７０などをキャパシタ３７の蓄積電力により作動させている。この為、キャパシタ３７は、自然放電以上に早く電圧降下する。この為、装置が長期間オフモードで放置されている場合は、キャパシタ３７への充電操作は、キャパシタ３７の電圧がｖ_ｍｉｎに達する度に行われてもよい。

定着装置２１４は、オフモード移行直後は、高温を保持しており、温度低下までには時間を要する。この温度低下までの時間における復帰動作を始める場合においては、補助電源を使用しなくても、あるいは少量の補助電力で装置の早い立ち上がりが可能である。この場合、キャパシタ３７の必要電力量は、０又は少量でよい。この時期に対応するキャパシタ３７の蓄積電力はほとんど不用になる。定量的に基準電圧ｖ_ｍｉｎとして算出するには、定着装置２１４の加熱部の温度を測定している温度検知センサ７０の温度を基に、定着装置２１４の必要補助電力量から算出することが出来る。同様に、定着装置２１４の加熱部の温度に対応してｖ_ｍａｘについても変更して省エネルギー効果を上げることが出来る。

定着装置２１４の冷却速度が想定される場合は、定着装置が印刷動作モード（オンモード）に変更された時からの時間から加熱部の温度を算出して、上記のように定着装置２１４の必要補助電力量からｖ_ｍｉｎ、ｖ_ｍａｘを算出することが出来る。この場合、環境温度（通常、室温）の影響を勘案して、温度検出センサ７１により環境温度を測定しておき、環境温度を修正パラメータとして利用することも出来る。

さらに、オフモードに切り替わる前の印刷履歴を考慮してｖ_ｍｉｎ、ｖ_ｍａｘを算出することも出来る。すなわち、オフモード前に長時間高速印刷を継続していると、定着装置の消費熱量が増大し、印刷中に定着電源３１からの供給電力では加熱不足となることがある。そのような場合には、印刷動作中（オンモード）であっても、補助電源からも電力供給を行い定着装置の温度を正常に保っている。そうすると、補助電源のキャパシタ３７の蓄電量は少なくなるので、このような消費電力量を勘案して、ｖ_ｍｉｎ、ｖ_ｍａｘを算出することが好ましい。

温度検出センサ７０は、構成簡素化のため、定着装置の温度制御時に使用している温度検出センサと兼用することが出来るが、定着装置の保熱度を正確に測定できる位置に別途設けてもよい。このようにすれば、定着装置の温度制御とは独立して定着装置の温度検出が出来るので、低下温度検出の精密化、延いては充電制御の精密化を行うことができる。

なお、上記のｖ_ｍｉｎ、ｖ_ｍａｘを算出する各種のパラメータは、それぞれひとつだけでｖ_ｍｉｎ、ｖ_ｍａｘ決定に使用するのではなく、これらのパラメータを組み合わせてｖ_ｍｉｎ、ｖ_ｍａｘを算出することも出来る。画像形成装置の設置された環境、装置の使用パターン、印刷待ち時間と省エネルギーの必要性の兼ね合いなどを考慮して、最適に組み合わせることにより、装置の使い勝手と省エネルギー効果は向上する。

図６を参照にして、キャパシタ３７への充電動作を説明する。図６は、本実施形態におけるキャパシタへの充電動作を示すフローチャートである。装置の印刷動作が終了し、オフモード（スリープモード）へ移行すると、温度検出センサ７０により定着装置の加熱部の温度を検出する（ステップＳ１）。そして、電圧検出器３９により、キャパシタ３７の電圧を検出する（ステップＳ２）。また、温度検出センサ７１により外部環境温度（室温）を測定する。（ステップＳ３）。さらに、オフモードになってからのキャパシタ３７の負荷状態を負荷電流検出器３３で確認する（ステップＳ４）。この充電動作の制御においては、上記の定着装置の加熱部の温度、キャパシタ３７の電圧（蓄電量に対応する。）、外部環境温度、及びキャパシタ３７の負荷の４つのパラメータを使用している。なお、パラメータの種類、使用個数、及び検出順については、上述のパターンに限るものではない。

入出力制御部２０に記憶させておいたキャパシタ３７の必要最少電圧（所定の基準電圧）ｖ_ｍｉｎ、とキャパシタ３７の必要最大電圧ｖ_ｍａｘと、上述のパラメータを使用して、充電開始タイミングを算出し、それまでの時間をタイマ設定する（ステップＳ５）。なお、この場合、電圧検出器３９により検出したキャパシタ３７の電圧が基準電圧ｖ_ｍｉｎ以下であれば、タイマの設定時間は０である。

タイマ作動中に装置への印刷動作復帰（オンモード）要求があれば（ステップＳ６のＹＥＳ）、タイマは停止して、装置の復帰処理を行い（ステップＳ１４）、充電動作は一旦終了する。このとき、キャパシタ３７の電圧がｖ_ｍａｘ以下であれば、キャパシタ３７からの電力供給は必要性の高いものから順に行う。さらに、キャパシタ３７の電圧がｖ_ｍａｘであれば、装置に付加したオプション装置などにも、キャパシタ３７からの電力供給を行い、最も効率よく装置の立ち上げを終了することが出来る。

印刷動作復帰要求がなく（ステップＳ６のＮＯ）、オフモードのまま、タイマの設定時間が経過する（ステップＳ７のＹＥＳ）と、キャパシタ３７への充電が開始される（ステップＳ８）。充電中に装置への印刷動作復帰（オンモード）要求があれば（ステップＳ９のＹＥＳ）、充電停止して、装置の復帰処理を行い（ステップＳ１４）、充電動作は一旦終了する。このとき、キャパシタ３７の電圧が基準電圧ｖ_ｍａｘ以下であれば、キャパシタ３７からの電力供給は必要性の高いものから順に行う。さらに、キャパシタ３７の電圧が基準電圧ｖ_ｍａｘであれば、装置に付加したオプション装置などにも、キャパシタ３７からの電力供給を行い、最も効率よく装置の立ち上げを終了することが出来る。また、キャパシタ３７の電圧が基準電圧ｖ_ｍｉｎ以下であれば、補助電源は使用しないで復帰処理を行う。

復帰要求がなくオフモードのまま（ステップＳ９のＮＯ）、キャパシタ３７の電圧がｖ_ｍａｘになれば、充電は完了し（ステップＳ１０のＹＥＳ）充電動作が終了する。この状態であれば、何時でも最適な状態で装置復帰することができる。なお、長期間のオフモードにより、自然放電量等が多くなり、電圧が基準電圧ｖ_ｍｉｎ以下になれば、再度充電動作を繰り返してもよい。

１０操作ボード
２０入出力制御部（充電制御装置）
２１ＣＰＵ
２２ＲＯＭ
２３ＲＡＭ
２４不揮発性ＲＡＭ
２５Ｉ／Ｏ制御部
２６定電流電源装置
２７外部ＡＣ電源（商用ＡＣ電源）
２８主電源スイッチ
２９主電源
３０低電圧電源
３１定着電源
３２補助電源
３３負荷電流検出器
３４５Ｖ系負荷
３５２４Ｖ系負荷
３６定着加熱装置
３７キャパシタ（蓄電器）
３８キャパシタ充電器
３９電圧検出器
６４電流指示器
７０温度検出センサ１
７１温度検出センサ２
８０ブリッジ整流器
８１ａ，ｂ絶縁型スイッチング
８２ａ，ｂ整流平滑器
８３ａ，ｂ絶縁型誤差増幅器
８４ａ，ｂＰＷＭコントローラ
１００カラースキャナ
１２０自動原稿送り装置（ＡＤＦ）
２００カラープリンタ
２０１感光体
２０２帯電装置
２０３露光装置
２０４現像装置
２０８一次転写ベルト
２０９給紙カセット
２１０給紙カセット
２１４定着装置
２１５二次転写ベルト
２２３加熱ベルト
２２４排紙ガイド
２２５排紙ローラ
２２６排紙スタック
２２７トナー収容部
２３３レジストローラ
５１６センサ

特開２００８−５８６８４号公報特開２００７−７８９０９号公報

Claims

定着装置と、
前記定着装置の加熱を補助する補助電源装置である蓄電器と、
前記蓄電器の蓄電量を検知する蓄電量検知装置と、
前記蓄電器に充電をする充電器と、
前記充電器の充電動作を制御する充電制御装置と、
前記定着装置の加熱部の温度を検知する温度検知装置と、
を備えた画像形成装置であって、
稼働待機中においては、
前記充電制御装置は、前記蓄電器の有している蓄電量と稼働待機中における前記蓄電器の自己放電を含む負荷から算出される所定時間後の前記蓄電器の蓄電量が、設定されている必要最少蓄電量となる充電開始タイミング、又は前記温度検知装置により検知された前記定着装置の加熱部の温度と前記加熱部の冷却速度から算出される前記加熱部の温度に対応した必要最少蓄電量となる充電開始タイミングを算出し、前記充電開始タイミングに合わせて前記充電器に前記蓄電器への充電動作を開始させることを特徴とする画像形成装置。
前記温度検知装置は外部環境温度を測定し、
前記充電開始タイミングの算出において、前記加熱部の冷却速度は前記外部環境温度により修正されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記充電開始タイミングの算出は、稼働待機状態に移行した直後に実施することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
前記充電制御装置は、稼働待機から稼働復帰要求があったときは、前記蓄電器の蓄電量を稼働可能状態とするために必要な最大の蓄電量である必要最大蓄電量に制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
稼働待機中においては、前記充電制御装置、前記蓄電量検知装置、及び前記温度検知装置の少なくともいずれかひとつへの電力供給を前記蓄電器から行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記定着装置の温度に対応して、必要最少蓄電量及び／又は必要最大蓄電量を変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記蓄電量検知装置は、前記蓄電器の端子間電圧を検出する電圧センサと、前記電圧センサで検出した電圧を基準電圧と比較するコンパレータとを備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像形成装置。