JP2006168065A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 整流回路、昇圧回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路を有した電源装置を有した画像形成装置であって、動作モードによって昇圧電圧の設定を電源装置の効率が最も改善できる値に設定変更することが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】 整流回路、昇圧回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路を有した電源装置を有した画像形成装置であって、動作モードによって昇圧電圧の設定を電源装置の効率が最も改善できる値に設定変更を行なう。
【選択図】 図１

Description

本発明は、少なくとも整流回路、昇圧回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路からなるスイッチング電源装置を備えた画像形成装置に係り、装置の負荷の制御および電源の制御を行なう制御手段を備えた装置であって、特にレーザプリンタのように、定着器および複数のモータ、アクチュエータなどの駆動系を有し、駆動系の非動作時にいくつかの負荷出力モードを持つ画像形成装置に関するものである。

電子写真プロセスを用いたプリンタや複写機、ファクシミリなど、定着器および複数の駆動電動装置（例えばモータ、アクチュエータなど）を有する画像形成装置において、プリント速度の向上、装置稼動開始時間短縮を求められている。そのため、定着器および駆動負荷への供給電力は増加の傾向にあり、それに伴い装置内の電源装置は大電力容量かつ高効率であることが求められる。

しかしながら、一般的に商用電源から画像形成装置に供給できる電力は例えば日本国内においては１５Ａという上限があり、電源装置を単純に大容量化するだけではこの基準を満たすことは出来ず、高力率化回路を追加することが必要となる。

また逆に高力率化電源を使用することによって、定着器への投入電力を有効利用することが出来るため、駆動装置に大電力が必要な機器においては、電源装置に力率改善回路を設ける場合が多い。

このような大電力電源装置に用いられる力率改善回路には、一般的に昇圧タイプが多く用いられており、その効果は力率改善のみならず、入力電源の高調波成分を低減する効果を持つ。

しかしながら、昇圧コンバータのような力率改善回路を用いることで皮相電力を減少させ入力電流を減らすことができるものの、電源装置全体の効率は、昇圧回路のスイッチング損失、昇圧回路のドライブ回路による損失があるため、結果として悪化させてしまっていた。

尚且つ十分な力率改善効果を得るために、昇圧コンバータの効率を犠牲にしてまで昇圧コンバータの昇圧度を高く設定していた。

このように入力電流の制限を有効利用する観点で電源装置を使用するためには、多少電源装置の効率を悪化させても昇圧コンバータを追加し力率を改善する必要があった。

一方、画像形成装置がプリント時以外や画像形成装置停止時など非画像形成時においては、電源装置の負荷電力がプリント時に比べて大幅に減少する。

この時、ＡＣ入力電流は、力率改善用昇圧回路を使用しなくても、入力電流の制限に対して明らかに低い入力電流となる負荷電力となり、昇圧回路を使用することで電源装置の効率を大幅に悪化させてしまう。

この効率低下の原因は電源装置内部の昇圧回路およびＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング損失、ドライブ損失、コントロール回路などの負荷電力に比例しない損失の割合が全体の損失に対して大きくなってしまうことにある。

そこで、負荷電流検出値が予め設定した任意値より低い場合、つまり軽負荷時には昇圧動作を停止させる方式がある（例えば、特許文献１参照）。この方式では、非プリント時状態、特に画像形成装置のコントローラのみ動作させる負荷条件において特に有効であり、単純に昇圧回路のスイッチング損失低減のみを行なう省エネ手段である。
特開平０９−２０１０５２号公報

上記従来例では、昇圧コンバータのスイッチング停止を省エネ時に行なうものであって、昇圧コンバータの損失は低減されるものの、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧が低下することによりＤＣ／ＤＣコンバータの降圧比が高くなるため、コンバータの効率も低減させてしまうという欠点があった。

そのため、負荷が必ずしも十分低い場合とは限らないとき、逆にＤＣ／ＤＣコンバータの損失増加が昇圧コンバータの損失改善を上回ることが起こっていた。

本発明は、以上の点に着目して成されたもので、本出願に係る発明の目的は、整流回路、昇圧回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路を有した電源装置を有した画像形成装置であって、動作モードによって昇圧電圧の設定を電源装置の効率が最も改善できる値に設定変更する画像形成装置を提供することにある。

この発明は下記の構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。

（１）電力供給手段を備えた画像形成装置において、整流回路と力率改善回路とＤＣ／ＤＣコンバータ回路を有した電力供給手段と前記力率改善回路の昇圧電圧を指示する昇圧電圧設定手段を有することを特徴とする。

（２）前記昇圧電圧設定手段は、画像形成装置の動作モードに応じて昇圧電圧値を決定することを特徴とする。

（３）力率改善回路は少なくとも二つ以上の昇圧電圧を生成可能であることを特徴とする。

（４）画像形成装置の動作モードは、プリントモード、待機モード、省エネモードを含めることを特徴とする。

（５）前記昇圧電圧設定手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータの効率特性に応じて昇圧電圧値を複数設定可能であることを特徴とする。

（６）電力供給手段を備えた画像形成装置において、整流回路と力率改善回路とＤＣ／ＤＣコンバータ回路と一次側電圧検出手段を有した電力供給手段と、前記力率改善回路の昇圧電圧を指示する昇圧電圧設定手段を有し、昇圧電圧設定手段は前記一次側電圧検出手段の検出結果に応じて昇圧電圧を決定することを特徴とする。

（７）前記（６）記載の昇圧電圧設定手段は、画像形成装置の動作モードに応じて昇圧電圧値を決定することを特徴とする。

（８）電力供給手段を備えた画像形成装置において、整流回路と力率改善回路とＤＣ／ＤＣコンバータ回路と二次側電流検出手段を有した電力供給手段と、前記力率改善回路の昇圧電圧を指示する昇圧電圧設定手段を有し、昇圧電圧設定手段は前記二次側電流検出手段の検出結果に応じて昇圧電圧を決定することを特徴とする。

（９）前記（８）記載の昇圧電圧設定手段は、画像形成装置の動作モードに応じて昇圧電圧値を決定することを特徴とする。

以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、画像形成装置の電源装置における力率改善回路の昇圧電圧設定を任意の値に設定することが可能となる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、画像形成装置の動作モードによって、力率改善回路の昇圧電圧設定値を変更することが可能となる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、画像形成装置の電源装置における昇圧値を複数設定することが可能となる。

請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、画像形成装置の動作モードを、プリントモード、待機モード、省エネモードと変化させる毎に、昇圧電圧設定値を変化させることが可能となる。

請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、昇圧電圧をＤＣ／ＤＣコンバータの効率特性に応じて設定することが可能となる。

請求項６記載の発明によれば、画像形成装置の電源装置における力率改善回路の昇圧電圧設定を一次側電圧検出値に応じて任意の値に設定することが可能となる。

請求項７記載の発明によれば、請求項６記載の発明の効果に加えて、画像形成装置の動作モードによって、力率改善回路の昇圧電圧設定値を変更することが可能となる。

請求項８記載の発明によれば、画像形成装置の電源装置における力率改善回路の昇圧電圧設定を二次側電流検出値に応じて任意の値に設定することが可能となる。

請求項９記載の発明によれば、請求項８記載の発明の効果に加えて、画像形成装置の動作モードによって、力率改善回路の昇圧電圧設定値を変更することが可能となる。

図２は、本実施形態に係る画像形成装置の例示的な構成図である。

ここでは、画像形成装置の一例として、レーザービームプリンタについて説明するが、複数の駆動装置（例えばモータ、アクチュエータなど）が存在し、比較的大容量の力率改善回路を含んだ電源装置を有する装置であり、駆動装置が常に動作する状態の他に、更に駆動装置などが停止する状態、例えばスタンバイ状態、ローパワー状態などの複数の動作モードを有する装置であれば本発明を適用可能である。したがって、レーザービームプリンタ以外の装置にも本発明は適用可能であることはいうまでもない。

図２に示す画像形成装置２００では、給送ローラ２０２により、中間転写体２０３に向けて記録媒体２０１が給送される。感光ドラム２０４は、図示しない駆動モータの動力によって所定の速度で反時計回り方向に回転駆動される。その回転過程において、感光ドラム２０４は、一次帯電器２０５によって一様に帯電処理される。レーザビームスキャナ２０６は、画像信号に対応して変調されたレーザ光を出力し、感光ドラム２０４上を選択的に走査露光して静電潜像を形成する。

現像器２０７は、スリーブ２０８によって現像体である粉体トナーを静電潜像に付着させ、トナー像（現像体像）を形成する。感光ドラム２０４上に形成されたトナー像は、感光ドラム２０４と接触して回転する中間転写体２０３上に転写される。中間転写体２０３の回転と同期した適切なタイミングにしたがって、記録媒体２０１が搬送される。記録媒体２０１は、転写バイアスを印加された転写ローラ２０９によって中間転写体２０３に対して圧接され、トナー像が記録媒体２０１上に転写される。

定着装置２１０は、加熱部２１１を内包した定着ローラ２１２と、定着ローラ２１２に対して記録媒体を圧接するための加圧ローラ２１３を備える。記録媒体２０１を加熱及び加圧することによりトナー像が定着される。トナー像が定着された記録媒体２０１は、画像形成物として機外へ排出される。

以下、図面より本発明を実施するための実施形態を説明する。

商用電源２１４に接続された電源装置２１５は、交流から直流への整流作用を有する電源部として機能する。前述のプロセスで消費される電力は、通常、電源装置２１５から画像形成装置２００内の各負荷回路へと供給される。本実施形態の特徴の一つである電源装置２１５には、整流素子および力率改善作用としての昇圧回路、ＤＣ／ＤＣコンバータを含み、ＤＣ／ＤＣコンバータは、例えばフォワード方式、フライバック方式、ハーフブリッジ方式など様々なコンバータ方式を適用可能である。

この様な画像形成装置をはじめとした周辺機器において、省エネ基準の段階に従って負荷電力が変化する。例えば、スタンバイモードでは、定着器および駆動負荷はプリント待機状態を維持するために必要な電力を必要とする。この時必要な電力は、一般的にプリント中に必要な電力の数割以下となる。

またローパワーモードにおいては、更に定着器への電力は削減され、駆動装置への電力供給も削減されることとなり、さらにスリープモードにおいては、主にコントローラのみ動作させるなど省エネモードに入る。従ってこれらのプリント動作以外の各モードにおいては電源装置に必要な負荷電力はプリント中に比べて大幅に削減され、力率改善効果をそれほど必要としない状態となる。

よって、力率効果を得るために大幅な昇圧度を要求する必要が無くなり、むしろＤＣ／ＤＣコンバータの効率が最も良くなる最適な低い昇圧度に設定することで、無駄な消費電力を減らす事ができる。

また、各モード設定は一度設定されると安定した負荷条件となり、変動が少ないため最適な昇圧度を設定できる。

図１は本発明の実施例に係る昇圧電圧を選択するフローチャート図、図３は図２の電源装置２１５の主要部を示すブロック図である。

図１のように、画像形成装置の動作モードが変わると同時に、変化するモードによって電源装置の効率が最も良くなる昇圧電圧が設定される。この設定ルーチンは必要最低限のルーチンのみ示してあり、実際はモード変更に伴って各負荷の設定を変化させることは言うまでもない。

図３に示すように、モード設定または変更の際、制御部３０６は負荷３０５の動作を設定すると同時に昇圧電圧可変回路の昇圧電圧設定を行なう。また、制御部３０６は電源装置外に設置してあるが、必要に応じて電源装置内に機能を持たせても良い。ここで昇圧電圧の設定方法について説明する。

図４に力率改善回路の回路例を示す。チョークコイル、ダイオード、整流コンデンサ、および、スイッチング素子とその制御ＩＣから構成される。制御ＩＣには出力電圧誤差検出入力端子４０６を備えており、抵抗４０７を可変することで力率改善回路の出力電圧を調整することができる。

従来において昇圧電圧の設定値は、前述のように力率改善効果を十分得るために、図５（１）に示す設定値５００で設定していた。図のように、トータルの効率が最も高い値に設定されていなく、無駄な電力を消費しているものの昇圧度を力率重視に設定していることがわかる。

一方、省エネ時における効率は図５（２）に示す用に、設定値５０１に昇圧度を設定すると最も効率が良いことがわかる。また図５の（１）と（２）を比較して分かるように、出力電流によって効率の最適値が変化することがわかる。

よって、出力電流がさほど変化しない軽負荷動作時にモードによって力率改善回路の昇圧電圧を最適値に設定すると良い。

本発明第２の実施例においては、画像形成装置の構成などについては、第１の実施例と同様のため、説明を省略し、異なる部分を画像形成装置の電源装置ブロック図のみ、図６を用いて説明する。

図６のように入力電圧検出回路６００による検出値を制御部が判断し、入力電圧に対応した最適な昇圧度を決定するものである。基本的な構成は実施例１と同様であり、ＤＣ／ＤＣコンバータに入力する昇圧電圧を最適値に設定している。

実施例１にて説明したように、省エネモード時の負荷電力はほぼ一定であり、一度ＤＣ／ＤＣコンバータの最適値を設定してしまえば、力率改善回路の昇圧度を変化させる必要は無い。

しかしながら、ＡＣ電圧が安定している地域であればシンプルな実施例１の構成でよいが、ＡＣ入力電圧の変動の多い地域の場合は効率も同時に変動してしまう。

そこで、入力電圧検出回路を設け、効率変動の誤差を吸収することを提案する。入力電圧検出回路６００により得られた値により、より最適な昇圧度を決定できる。制御装置は基準の入力電圧による昇圧度さえ記憶しておけば、計算により昇圧度を求めるのは容易である。

本発明第３の実施例においては、画像形成装置の構成などについては、第１の実施例と同様のため、説明を省略し、異なる部分を画像形成装置の電源装置ブロック図のみ、図７を用いて説明する。

入力電圧検出回路６００および負荷電流検出回路７００により、より効率の良い電源装置２１５を得ることが可能である。画像形成装置の最大負荷動作時、例えば両面オプション、給紙オプション、排紙オプションなどフルオプションで動作している場合においては、効率よりも力率を優先させ力率が十分改善される昇圧度に設定する必要があるが、オプションを動作させないなどのプリント条件によっては、プリント中においても電流制限に余裕が生じる場合がある。

この時、負荷電流検出回路７００によりＤＣ／ＤＣコンバータの効率条件を計算し、また、入力電圧検出回路６００により最適な力率改善回路の昇圧度を設定させることによって、プリント中においても力率よりも効率を優先させ画像形成装置の消費電力を下げることができる。

この構成によれば、省エネモードだけではなく最大負荷以外のプリント定常状態に最も効率のよい画像形成装置を提供できる。

本発明の実施例１に係るフローチャート図である。 本発明の実施例に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施例１に係る電源装置のブロック図である。 本発明に係る力率改善回路の概略回路図を示す図である。 本発明の実施例に係る昇圧度に対する力率改善回路とＤＣ／ＤＣコンバータの効率を示す図である。 本発明の実施例２に係る画像形成装置のブロック図である。 本発明の実施例３に係る画像形成装置のブロック図である。

符号の説明

２００ 画像形成装置
２０１ 給紙トレイ
２０２ 給送ローラ
２０３ 中間転写体
２０４ 感光ドラム
２０５ １次帯電器
２０６ レーザビームスキャナ
２０７ 現像器
２０８ スリーブ
２０９ 転写ローラ
２１０ 定着装置
２１１ 加熱部
２１２ 定着ローラ
２１３ 加圧ローラ
２１４ 商用電源
２１５ 電源装置
３００ ＡＣ入力フィルタ回路
３０１ 全波整流回路
３０２ 力率改善回路
３０３ ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
３０４ 昇圧度可変回路
３０５ 負荷
３０６ 制御部
４００ チョークコイル
４０１ 整流ダイオード
４０２ スイッチング素子
４０３ 平滑コンデンサ
４０４ 力率改善用ＩＣ
４０５ 力率改善用ＩＣ出力端子
４０６ 力率改善用ＩＣ出力電圧入力端子
４０７ 制御部
５００ プリント中の昇圧度設定値
５０１ 省エネ中の昇圧度設定値
６００ 入力電圧検出回路
７００ 負荷電流検出回路

Claims (9)

1. 電力供給手段を備えた画像形成装置において、整流回路と力率改善回路とＤＣ／ＤＣコンバータ回路を有した電力供給手段と前記力率改善回路の昇圧電圧を指示する昇圧電圧設定手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記昇圧電圧設定手段は、画像形成装置の動作モードに応じて昇圧電圧値を決定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記力率改善回路は少なくとも二つ以上の昇圧電圧を生成可能であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記画像形成装置の動作モードは、プリントモード、待機モード、省エネモードを含めることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 前記昇圧電圧設定手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータの効率特性に応じて昇圧電圧値を複数設定可能であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
6. 電力供給手段を備えた画像形成装置において、整流回路と力率改善回路とＤＣ／ＤＣコンバータ回路と一次側電圧検出手段を有した電力供給手段と、前記力率改善回路の昇圧電圧を指示する昇圧電圧設定手段を有し、昇圧電圧設定手段は前記一次側電圧検出手段の検出結果に応じて昇圧電圧を決定することを特徴とする画像形成装置。
7. 前記昇圧電圧設定手段は、画像形成装置の動作モードに応じて昇圧電圧値を決定することを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
8. 電力供給手段を備えた画像形成装置において、整流回路と力率改善回路とＤＣ／ＤＣコンバータ回路と二次側電流検出手段を有した電力供給手段と、前記力率改善回路の昇圧電圧を指示する昇圧電圧設定手段を有し、昇圧電圧設定手段は前記二次側電流検出手段の検出結果に応じて昇圧電圧を決定することを特徴とする画像形成装置。
9. 前記昇圧電圧設定手段は、画像形成装置の動作モードに応じて昇圧電圧値を決定することを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。

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