JP2004138840A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリンタの消費電流のピークを抑えることで、電流容量の小さな低圧電源を使用できるような画像形成装置を提供する。
【解決手段】複数のユニットが接続された電源ラインに電流検知回路を設け、各ユニットを起動した際に流れる起動電流を電流検知回路により測定し、その測定結果を元にユニットの起動タイミングを制御することで、起動電流の重なりによる消費電流のピークを抑える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＢＰや複写機等の画像形成装置において特に消費電力を低減させるような機器制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式のプリンタの構成を図１に示す。給紙モータにより駆動されるピックアップローラ２、フィード／リタードローラ３、搬送ローラ４は給紙カセット１に積載されたシートの１番上にあるシートを１枚給紙する。給紙されたシートはレジストローラ５まで搬送され、画像形成タイミングに合わせて再搬送されるまでそこで一旦停止する。
【０００３】
一方、スキャナユニット６内のレーザ７から出射されたレーザ光は、スキャナモータ８により高速回転するポリゴンミラー９によって感光ドラム１０上を走査し静電潜像を形成する。感光ドラム１０上に形成された静電潜像は現像器によりトナー像となり、画像形成タイミングに合わせてレジストローラ５から再搬送されたシートに感光ドラム１０上のトナー像が転写ローラ１１によって転写される。未定着トナー像が形成されたシートは定着器１２へ搬送され、定着ローラ１３と加圧ローラ１４により加熱加圧されトナー像が永久定着する。その後、排紙ローラ１５、１６によって機外に排紙される。これらレジストローラ５、感光ドラム１０、転写ローラ１１等はメインモータにより駆動され、定着ローラ１３、加圧ローラ１４、排紙ローラ１５、１６は定着モータにより駆動されている。
【０００４】
次に図２はプリンタの主なユニット（負荷）を示すブロック図である。低圧電源１７から各ユニットにそれぞれ必要な電源が供給されている。電源にはプリンタ全体の動作の制御を行うＣＰＵ１８やＩＣ等のロジック回路用の＋５Ｖ電源と、モータや高圧電源を駆動するための＋２４Ｖ電源、定着器のヒータへの供給電源の３種類がある。また、各ユニットを制御する制御信号（図の点線）でＣＰＵと各ユニット間が接続されている。
【０００５】
プリント開始時にＣＰＵは各ユニットを起動しプリントを行う。この時、モータなどは起動時に定常より大きな起動電流が流れるが、それらの起動電流が重なっても供給可能な電流容量を持つ低圧電源を使用する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例では、プリント速度の高速化に対応するためモータを大型化すると、起動電流も大きくなってしまうので、低圧電源を電流容量の大きなものにしなければならず、電源ユニットの大型化やコストアップとなってしまう。また、低圧電源の電流容量を増やす事ができない場合は、モータを大型化・高出力化することができず、プリント速度の高速化が制限されてしまう。
【０００７】
そこで本発明は、プリンタの消費電流のピークを抑えて電流容量の小さな低圧電源を使用することで、電源の小型化、低コスト化を実現した、あるいはプリント速度の高速化に対応するために高出力なユニットの使用を可能とした画像形成装置を提供する事を目標する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、同一電源に接続される複数の負荷と、各負荷を駆動する複数の負荷駆動手段を有する画像形成装置において、電源が供給する電流量を検知する電流検知手段と、各負荷の起動時に前記電流検知手段により測定された電流量とその変化を記憶する記憶手段と、前記記憶手段により記憶された起動時の電流値を元に負荷を起動するタイミングを制御する制御手段を有する事を特徴とする。
【０００９】
また請求項２では、記憶手段により記憶された電流値を元に各負荷の起動時間を算出し、負荷を起動する際には一つずつ順番に各負荷の起動時間ずつずらして起動するような制御手段であることを特徴とする。
【００１０】
また請求項３では、記憶手段により記憶された電流値の和が、電源の供給可能な電流容量内になるような負荷の組合せを算出し、負荷を起動する際には、その組合せの負荷は同時に起動するような制御手段であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の実施例におけるプリンタの構成は上記従来例と同様であり、その説明は省略する。本発明の特徴は＋２４Ｖ電源ラインの低圧電源と各ユニット間に電流検知回路を設け、各ユニットを駆動した際に流れる起動電流を電流検知回路により測定し、その測定結果から各ユニットの起動タイミングを制御して、起動電流の重なりによる消費電流のピーク値の増大を抑えることとする。
【００１２】
図３は本実施例におけるプリンタのブロック図を示す。上記従来例と異なるのは＋２４Ｖ電源ラインに電流検知回路３１を設けたことである。電流検知回路３１は＋２４Ｖ電源ラインに流れる電流量を検出し、その検出値はＣＰＵ１８のＡ／Ｄポートに入力され、デジタル値としてメモリ３２に記憶される。ここで、電流値を記憶するメモリ３２は不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）とし、プリンタの電源がオフされても、その値を記憶できるようにする。
【００１３】
図４に電流検知回路３１の回路を示す。＋２４Ｖ電源ラインに電流検知抵抗３３を設け、電流が流れた時に電流検知抵抗３３の両端に発生する電位差をオペアンプ３４で増幅している。電流が流れていない時のオペアンプの出力値は抵抗３９と４０とによる＋５Ｖ電源の分圧値となり、電流が流れると出力値は増加していく。また、オペアンプ３４の出力は抵抗４１と抵抗４２により最大値が＋５Ｖ以下になるように分圧され、ＣＰＵ１８のＡ／Ｄポートに入力される。Ａ／Ｄ変換された測定値はデジタル値としてメモリ３２に記憶される。
【００１４】
次に＋２４Ｖ電源に接続される主なユニットの回路構成を示す。各ユニットの＋２４Ｖ電源は低圧電源の＋２４Ｖ出力から電流検知回路３１内の電流検知抵抗３３を介して供給される。
【００１５】
まず図５は給紙モータ２０の駆動回路である。給紙モータ２０にはステッピングモータを使用し、ステッピングモータドライバＩＣ４３により駆動されている。ＣＰＵ１８はポートＰ１、Ｐ２それぞれをハイ、ローレベルにすることで駆動パルスをステッピングモータドライバＩＣ４３に送信する。ステッピングモータドライバＩＣ４３はＣＰＵ１８から送信された駆動パルスに応じてステッピングモータ２０のＡ、／Ａ、Ｂ、／Ｂ相に電流を流す。例えばポートＰ１をハイレベル、ポートＰ２をローレベルにすると、ステッピングモータドライバＩＣ４３はＯＵＴ１ＡからＯＵＴ１Ｂ、ＯＵＴ２ＢからＯＵＴ２Ａの方向へ電流を流す。
【００１６】
そしてポートＰ１とＰ２のレベルを励磁パターンに沿って順に切り換えていくことで、ステッピングモータ２０が回転する。各相に流れる電流量は電流検出用抵抗４４、４５により検知し、その電流量は抵抗４６と４７との分圧値に対応した電流値に制限される。ステッピングモータ２０に供給される電流は低圧電源１７の＋２４Ｖ電源から電流検知回路３１を介してステッピングモータドライバＩＣ４３のＶｍｍ端子に入力され、ステッピングモータ２０の各相に出力される。
【００１７】
次に、図６はメインモータ２２や定着モータ２４の駆動回路である。メインモータ、定着モータにはＤＣブラシレスモータを使用し、Δ結線されたコイル４９〜５１とロータ５２をもつ。さらにロータ５２の位置検出手段としてホール素子５３〜５５を備える。このホール素子５３〜５５は磁界を検知する事により半導体片の両端に電圧が表れる素子であり、ロータ５２の位置検出が可能となる。その出力はアンプ５６で増幅され、モータ制御ＩＣ５７に入力される。
【００１８】
モータ制御ＩＣ５７とハイ側トランジスタ５８〜６０とロー側トランジスタ６１〜６３とによりモータの駆動を行う。トランジスタ５８〜６３はそれぞれがコイルの両端であるＵ，Ｖ，Ｗに接続されており、モータ制御ＩＣ５７から出力される相切り替え信号に従ってオン・オフ制御し順次励磁する相を切り替えてロータ５２を回転させる。また前記相切り替え信号はＣＰＵ１８からの駆動信号及びホール素子５３〜５５から発生するロータ５２の位置信号を検出しモータ制御ＩＣ５７により生成されるものである。
【００１９】
相切り替えに関するモータの回転に関しては（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の電位を（１，０，０）→（１，１，０）→（０，１，０）→（０，１，１）→（０，０，１）→（１，０，１）と切り替えていく事で各相が順次励磁され、モータが回転する。ここで上記（１，０，０）とは、Ｕ、Ｖ、Ｗの各電位が１の時にハイレベル、０の時にローレベルであると記述したものである。例えば（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の電位を（１，０，０）とすることでコイル５０と５１が励磁される。
【００２０】
また、（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の電位を（１，０，０）にする為には、モータ制御ＩＣ５７のＴｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５からハイレベルの信号を出力し、トランジスタ６０、６１、６２をオンする。ダイオード６４〜６９は各トランジスタの保護の為に設けている。例えばトランジスタ５８がオンからオフに変化した場合にコイルのインダクタンスによる電流はダイオード６４を通して循環することで、トランジスタ５８の破壊を保護している。スキャナモータ８の駆動回路２５も同様な構成であるが、速度制御を行うため加減速を指示する速度可変信号がＣＰＵ１８からモータ制御ＩＣに送信される。
【００２１】
例えばメインモータを起動する時、＋２４Ｖ電源ラインには定常時の電流より大きなピークを持つ起動電流が流れる。そこで、＋２４Ｖ電源ラインに流れる電流量を電流検知回路により起動してからのある一定期間サンプリングし、その値を電流プロファイルとして記憶する事で、メインモータ起動時に流れる電流のピーク値や起動してから定常の電流値になるまでの起動時間等を把握することが可能となる。同様に＋２４Ｖ電源ラインに接続される全ユニットの電流プロファイルを測定することで、ＣＰＵはプリント開始時に各ユニットの起動電流のピークが重なって低圧電源の供給可能な電流容量を超えないように、測定した電流プロファイルを元に各ユニットの起動時間づつずらしながら順にユニットを起動をしていく。
【００２２】
図７に本実施例における電流プロファイル測定のフローチャートを示す。一つのユニットを起動したら（ステップＳ１０１）、電流検知回路で検出した電流値を順次ＣＰＵによりサンプリングし（ステップＳ１０２）、その値を記憶して（ステップＳ１０４）、そのユニットの電流プロファイルを作成する。予め決められた測定時間経ったら（ステップＳ１０５）、電流値のサンプリングを中止し、記憶した電流プロファイルからピーク電流値と起動時間を算出する（ステップＳ１０６）。ここで電流値の取り込みを中止するまでの測定時間は、そのユニットが起動し定常状態になるまでの時間以上であればよい。この電流プロファイル測定を全ユニット順番に行い、全ユニットの電流プロファイルを作成する。
【００２３】
またここでは、電流プロファイル測定を行うタイミングは電源オン時や、ユーザやサービスマンが指定した時等に行い、電流プロファイルはＮＶＲＡＭに記憶されることとする。
【００２４】
図８に本実施例におけるユニット起動の制御についてフローチャートを示す。ここで、プリント開始時にユニットを起動する順番は各ユニットの消費電流やファーストプリントタイムへの影響を考慮して予め決められている事とする。プリント開始時、起動順を表す変数ｎの値を１に設定して、（ステップＳ１１０）、起動順ｎのユニットの起動時間をメモリから読み出す（ステップＳ１１１）。そしてユニットｎを起動して（ステップＳ１１２）、読み出した起動時間経ったら（ステップＳ１１３）、全ユニットを起動し終わるまで（ステップＳ１１４）、起動順ｎを１増やして（ステップＳ１１５）、Ｓ１１１からＳ１１３までの同様のシーケンスを繰り返す。
【００２５】
図９に本実施例の制御のタイムチャートの例を示す。ここでは起動時に大きな起動電流が流れるスキャナモータ、メインモータ、定着モータ、給紙モータのモータのみで説明する。それぞれのモータを起動した時には図（ａ）のような電流波形となり、これを電流検知回路によりサンプリングして電流プロファイルを記憶し、それを元に各モータの起動時間を算出する。プリント開始時の＋２４Ｖ電源ラインに流れる電流は同図（ｂ）のようになる。ここで、スキャナモータ、定着モータ、メインモータ、給紙モータの順に起動することとする。スキャナモータを起動した後、その前に測定し記憶しておいた起動時間経ったら定着モータを起動する。同様に各モータの起動時間経つごとに次のモータを起動する。
【００２６】
このように、＋２４Ｖ電源に接続される各ユニットの起動時の電流量を測定して各ユニットの起動時間を算出し、ユニットを起動する際には、一つ一つ順番に各ユニットの起動時間づつずらして起動するようにすることで、プリント開始時の起動電流の重なりによる電流の増大を抑えることが可能となる。また個体差による起動時間のばらつきを吸収し、その装置において最適な起動タイミングの制御とすることができる。
【００２７】
（実施例２）
本実施例におけるプリンタの構成は上記第１の実施例と同様であり、その説明は省略する。本実施例の特徴は、低圧電源の供給可能な電源容量の範囲内で可能な限り多くのユニットを同時に起動して、ファーストプリントタイムを短縮することを特徴とする。
【００２８】
本実施例での電流プロファイルの測定は上記第１の実施例（図７）と同様である。図１０に本実施例におけるユニット起動の制御のフローチャートを示す。まず起動順を示す変数ｎと組合せ数を示す変数ｉをそれぞれ１と０に初期化する。（ステップＳ２０１、２０２）、起動順ｎ＋ｉとその次のｎ＋ｉ＋１のユニットの電流プロファイルを読み出し、ユニットを起動してからの時間に沿って加算する（ステップＳ２０４）。さらにその加算された電流プロファイルに起動済みのユニットの定常電流値を全て加算する（ステップＳ２０５）。そのデータを低圧電源の供給可能な電流容量と比較する（ステップＳ２０６）。
【００２９】
低圧電源の電流容量を超えていない場合は、電流プロファイルのどこかが電流容量を超えるまで、起動順を１ずつ増やして（ステップＳ２０７）そのユニットの電流プロファイルを加算する。電流プロファイルの和が低圧電源の電流容量を超えたら、超える前までのユニットｎからｎ＋ｉまでの組合せのユニットを同時に起動する（ステップＳ２０８）。そして起動したユニットの起動時間の中で最長の時間が経過して（ステップＳ２０９）、全ユニットを起動し終わるまで（ステップＳ２１０）、起動していない最も若い順番のユニットでＳ２０２からＳ２０９まで同様に制御を行う。
【００３０】
ここで次のユニット組合せの起動は、前のユニット組合せの中で最長の起動時間としているが、低圧電源の電流容量内に入るのであれば、それより前に起動を行うような制御にしてもよい。
【００３１】
図１１に本実施例の制御におけるタイムチャートの例を示す。上記第１の実施例と同様に、スキャナモータ、メインモータ、定着モータ、給紙モータのみで説明する。各モータの起動電流は上記第１の実施例と同様であり、図９（ａ）と同じである。プリント開始時の＋２４Ｖ電源ラインに流れる電流は図１１（ｂ）のようになる。スキャナモータと定着モータの電流プロファイルを加算すると低圧電源の電流容量を超えるため、まずスキャナモータのみを起動する。スキャナモータの起動時間が経ったら、定着モータとメインモータを起動する。これは２つのモータの電流プロファイルとスキャナモータの定常電流を加算しても低圧電源の電流容量を超えないので、同時に起動してファーストプリントタイムの短縮を図っている。そして残りの給紙モータを起動する。
【００３２】
このように、予め測定した電流プロファイルを元に低圧電源が供給可能な電流容量内で同時に起動できるユニットの組合せを求め、それらを同時に起動することで、消費電流のピーク値を抑えつつファーストプリントタイムの短縮を実現する事ができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、＋２４Ｖ電源ラインに電流検知回路を設け、各ユニットを起動した際に流れる起動電流を電流検知回路により測定し、その測定結果を元に各ユニットの起動タイミングを制御することで、起動電流の重なりによる消費電流のピーク値の増大を抑えることが可能となる。これにより電源容量の小さい低圧電源を使用することで小型化やコストダウンが実現できる。あるいは、同じ電流容量の低圧電源であれば、より高出力なユニットを使用することができるのでプリント速度の高速化が実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明および従来におけるプリンタの断面構造図
【図２】従来におけるプリンタのブロック図
【図３】本発明におけるプリンタのブロック図
【図４】本発明における電流検知回路の回路図
【図５】本発明における給紙モータの駆動回路の回路図
【図６】本発明におけるメインモータ、定着モータの駆動回路の回路図
【図７】本発明の第１の実施例における電流プロファイル測定のフローチャート
【図８】本発明の第１の実施例におけるユニット起動制御のフローチャート
【図９】本発明の第１の実施例におけるユニット起動制御のタイムチャート
【図１０】本発明の第２の実施例におけるユニット起動制御のフローチャート
【図１１】本発明の第２の実施例におけるユニット起動制御のタイムチャート
【符号の説明】
８・・・スキャナモータ
１７・・・低圧電源
１８・・・ＣＰＵ
２０・・・給紙モータ
２２・・・メインモータ
２４・・・定着モータ
３１・・・電流検知回路
３２・・・メモリ

Claims (3)

1. 同一電源に接続される複数の負荷と、各負荷を駆動する複数の負荷駆動手段を有する画像形成装置において、電源が供給する電流量を検知する電流検知手段と、各負荷の起動時に前記電流検知手段により測定された電流量とその変化を記憶する記憶手段と、前記記憶手段により記憶された起動時の電流値を元に負荷を起動するタイミングを制御する制御手段を有する事を特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記記憶手段により記憶された電流値を元に各負荷の起動時間を算出し、負荷を起動する際には一つずつ順番に各負荷の起動時間づずらして起動することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記記憶手段により記憶された電流値の和が、電源の供給可能な電流容量内になるような負荷の組合せを算出し、負荷を起動する際には、その組合せの負荷は同時に起動することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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