JP2007079178A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 待機時や省エネ時など、電源装置の冷却ファンを稼動させる必要がないとき、電源装置の１次側の消費電力もカットすることで、更なる省エネの効率向上を図る。
【解決手段】 冷却ファン２５と、温度検知手段２６と、少なくとも制御系負荷１６に電力を供給する第１電源回路２２と、画像形成ジョブに関わる駆動系負荷１７−２及び冷却ファン２５へ電力を供給する第２電源回路２３とを備え、温度検知手段２６の出力値が設定温度以下のときは第２電源回路２３の出力の生成を停止するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電源装置及びその電源装置を搭載した画像形成装置に関する。

近年、画像形成装置の分野においても省エネがますます要求されている。画像形成装置は機内に熱が篭り易いため、冷却ファンを備えているが、省エネの要求に応えて、待機時や省エネ時など、画像形成動作を行っておらず冷却ファンを稼動させる必要がないときには、冷却ファンの駆動を停止して消費電力を抑えている(関連技術として、例えば特許文献１がある)。
特開２００２−２２９４１７公報

しかし従来技術の場合、電源装置の１次側にはＡＣが入力されており、電源制御ＩＣが動作する電力、ＦＥＴのスイッチングロスなどの消費電力が発生している。
本発明の目的は、待機時や省エネ時など、電源装置の冷却ファンを稼動させる必要がないとき、電源装置の１次側の消費電力もカットすることで、更なる省エネの効率向上を図ることにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、冷却ファンと、温度検知手段と、少なくとも制御系負荷に電力を供給する第１電源回路と、画像形成ジョブに関わる駆動系負荷及び前記冷却ファンへ電力を供給する第２電源回路とを備え、前記温度検知手段の出力値が設定温度以下のときは前記第２電源回路の出力の生成を停止する電源装置を特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電源装置において、前記第２電源回路の出力生成有無の切り換えは、前記第２電源回路の１次側入力の遮断／導通の切り換えることにより行うことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の電源装置において、前記１次側入力の遮断／導通の切り換えはリレーにより行うことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項２記載の電源装置において、前記１次側入力の遮断／導通の切り換えは半導体スイッチにより行うことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１記載の電源装置において、前記第２電源回路は内部に電源制御ＩＣを有し、前記第２電源回路の出力生成の停止は、前記電源制御ＩＣの動作を停止することにより行うことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１記載の電源装置において、前記第２電源回路は内部にスイッチング手段を有し、前記第２電源回路の出力生成の停止は前記スイッチング手段のスイッチングを停止することにより行うことを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の電源装置と、前記電源装置の第２電源回路の出力生成を停止する制御を行う制御手段と、を備えた画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、冷却ファンと、温度検知手段と、少なくとも制御系負荷に電力を供給する第１電源回路と、画像形成ジョブに関わる駆動系負荷及び冷却ファンへ電力を供給する第２電源回路とを備え、温度検知手段の出力値が設定温度以下のときは第２電源回路の出力の生成が停止されるので、待機時、省エネ時の消費電力を下げることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置の外観図である。装置本体１の右側面に大容量給紙ユニット２が設けられ、左側面に用紙後処理ユニット３が設けられている高速機が示されている。
装置本体１の上面には操作部４がある。またその手前側には電源サブキー５がある。この電源サブキー５を押下すると、その状態で一番深い省エネモードに入る。即ち画像形成装置がコピーだけをする状態なのか、拡張機能を利用してプリンタやスキャナとしても使用できる状態になっているかで、移行できる一番深い省エネモードが変わる。
なお、再度電源サブキー５を押すと、省エネモードからスタンバイモードへ復帰する。スタンバイモードとは、コピーボタンを押す、あるいはネットワーク経由でプリント出力やスキャナ読み込みを行うと、ただちに画像形成装置のジョブが開始するモードのことである。
図２は本発明の画像形成装置における第１実施例に係る電源装置を中心とした電気ブロック図である。以下、その構成を動作と併せて説明する。商用電源１１が電源装置１２に印加されるようになっている。
主電源ＳＷ１３をＯＮすると、商用電源１１が漏電ブレーカ１４と主電源ＳＷ１３を経由し、電源装置１２の入力フィルタ２１を通って、電源装置１２の第１コンバータ２２と第２コンバータ２３に供給される。なお、第２コンバータ２３の電源供給ラインにはリレー２４がある。このリレー２４は、画像形成装置の制御部１５でＯＮ/ＯＦＦすることが可能で、ＯＦＦすると第２コンバータ２３の出力生成は停止する。
主電源ＳＷ１３をＯＮしたとき、第１コンバータ２２に商用電源１１が供給され起動する。第１コンバータ２２が起動すると５Ｖと１２Ｖを生成し、この電圧が制御系負荷１６と駆動系負荷１７−１に供給される。電圧が供給されると、制御系負荷１６が起動し、制御部１５からリレーＯＮ/ＯＦＦ信号をＯＮにして、第２コンバータ２３を起動させる。第２コンバータ２３起動後に、２４Ｖの電圧が生成され、駆動系負荷１７−２に供給される。
なお、図２では第１コンバータ２２から５Ｖと１２Ｖを生成、第２コンバータ２３から２４Ｖを生成としたが、これは一例であり、例えば、第１コンバータ２２から５Ｖ、±１２Ｖ、２４Ｖの４出力、第２コンバータ２３から２４Ｖと３８Ｖの２出力であっても、本発明の効果は同じである。また、図２ではコンバータ数を２個にしたが、これを３個や４個、さらに多くのコンバータがあっても本発明の効果は同様である。
また、電源装置１２には冷却ファン２５を備え、冷却ファン２５は第２コンバータ２３の出力２４Ｖを電源としている。２４Ｖが冷却ファン２５に供給されていて、かつ制御部１５から冷却ファンＯＮ/ＯＦＦ信号がＯＮになれば、冷却ファン２５が稼動する。また、電源装置１２にはサーミスタ２６を備え、電源装置１２内の温度を制御部に伝達している。

次に、図２に示す画像形成装置の動作を図３〜図７のフローを基に説明する。
図３は主電源ＳＷのＯＮ時のフロー図である。
主電源ＳＷ１３をＯＮすると、前記したように第１コンバータ２２が起動し、５Ｖと１２Ｖが出力され、制御系負荷１６と駆動系負荷１７−１が起動する。
制御系負荷１６には制御部１５が接続されており、制御部１５にて、電源装置１２内のサーミスタ２６の温度値を読み込み、温度値が問題ないかを判定する(Ｓ１)。具体的には１００℃未満であれば問題なし、１００℃以上の高温であれば問題ありとする。１００℃以上の高温のとき、あるいは連続して読み込んだ値にばらつきが多いときなどは、電源装置１２の温度異常と診断し、画像形成装置の操作部４に異常発生を表示する。
温度値に問題ない場合、図４のフローに移行する。図４は立ち上がりモード時のフロー図である。まず、第２コンバータ２３を起動するため、リレーＯＮ/ＯＦＦ信号をＯＮする(Ｓ１)。図４には示さないが、第２コンバータ２３起動後、画像形成装置の初期処理を行う。
具体的には画像形成装置内の感光体、定着ローラ、スキャナ、大容量給紙ユニット２、用紙後処理ユニット３などのホーミング処理（初期値や、初期位置設定）を実施する。このとき、負荷系に電力消費が発生するので、電源装置１２内も発熱量が増大する。そのときの温度値をサーミスタ２６から読み込み、６０℃以上の場合は(Ｓ２でＹ)、冷却ファンＯＮ/ＯＦＦ信号をＯＮして(Ｓ３)、冷却ファン２５により電源装置１２内を冷却する。
電源装置１２内が冷却され、サーミスタ２６が、温度が５０℃以下になったことを検知すると(Ｓ４でＹ)、冷却ファン２５をＯＦＦする(Ｓ５)。なお、この立ち上がり中に初期処理が終了した場合は、図５のスタンバイモードのフローに移行する。立ち上がり中は図４のフローを繰り返し、温度によって冷却ファン２５をＯＮしたり、ＯＦＦしたりする。

図５はスタンバイモード時のフロー図である。スタンバイモードでも同様に電源装置１２内が６０℃以上かどうかを検知する(Ｓ１)。６０℃以上であれば、リレー２４と冷却ファン２５の両方のＯＮ/ＯＦＦ信号をＯＮし(Ｓ２)、電源装置１２内を冷却する。
ここで、図１に示したように、大容量給紙ユニット２、用紙後処理ユニット３などのオプションが豊富に接続されているときは待機中とは言え、第１コンバータ２２から多くの電流が制御系負荷１６と駆動系負荷１７−１に流れるので、第１コンバータ２２からの発熱量も増大する。そのときのため、温度値が６０℃以上になったことを検知すると、上述したように冷却ファン２５をＯＮし、電源装置１２内を冷やす。
サーミスタ温度が５０℃以下になった場合は(Ｓ３でＹ)、電源装置１２内が冷えたと判断し、第２コンバータ２３自体の起動を終了して電圧生成を停止することで、冷却ファン２５の駆動電力だけでなく、第２コンバータ２３内の制御ＩＣやスイッチングロスの消費電力も削減する。これにより、待機時の更なる電力削減を図れると同時に、従来技術にあった騒音の低減も達成することが可能となる。
図６はジョブ動作時のフロー図である。ジョブモードに移行すると、図４の立ち上がり時と同様であるが、まずリレーＯＮ/ＯＦＦ信号をＯＮし(Ｓ１)、第２コンバータ２３を起動させる。図６には示さないが、第２コンバータ２３起動後第２コンバータ２３から電力供給を受けて、駆動系負荷１７−２が駆動される。６０℃以上の場合は(Ｓ２でＹ)、冷却ファンＯＮ/ＯＦＦ信号をＯＮして(Ｓ３)、冷却ファン２５により電源装置１２内を冷却する。
電源装置内１２が冷却され、サーミスタ温度が低下して、温度が５０℃以下になったことを検知すると(Ｓ４でＹ)、冷却ファン２５をＯＦＦする(Ｓ５)。なお、この立ち上がり中に初期処理が終了した場合は、図５のスタンバイモードのフローに移行する。ジョブ中は図６のフローを繰り返し、温度によって冷却ファン２５をＯＮしたりＯＦＦしたりする。なお、ジョブ動作が終了すると図５のフローに戻る。

図７は省エネモード時のフロー図である。図１に示すサブ電源キー５を押下するなどの方法で、画像形成装置は省エネモードに移行する。省エネモードに移行すると、リレーＯＮ/ＯＦＦ信号をＯＦＦし(Ｓ１)、第２コンバータ２３からの出力生成を止める。
同時に、図示しないが、第１コンバータ２２の制御系負荷１６と駆動系負荷１７−１の内部でもスイッチがＯＦＦされ、消費電力が低下する。具体的には、スイッチをＯＦＦすることで、操作部４の表示を消し、駆動系負荷１７−１内のポリゴンモータや搬送系モータへの電力供給を停止する。
これにより、第１コンバータ２２の電流生成量は低下し、発熱が減少するため、電源装置１２の冷却ファン２５の駆動を必要としない状態になる。電源装置１２のサーミスタ２６の温度値を読み取る処理は不要となるので、制御部１５は温度値の読みを停止する。再度、サブ電源キー５が押されるなどで、省エネモードが解除されると、図４の立ち上がり時に移行する。
なお、図３〜図７では冷却ファン２５をＯＮさせる温度値を６０℃、ＯＦＦする温度値を５０℃としたがこれは一例である。必ずしもこの通りである必要はない。サーミスタ２６の位置や、電源装置１２内に使用する部品の温度定格によって、温度値は変える必要がある。
図８は図２に示す電源装置における各ユニットの物理配置の一例を示す図である。第１コンバータ２２と第２コンバータ２３は並んで配置されおり、それぞれのコンバータを冷却する冷却ファン２５が１個ずつ備わっている（図８の矢印のように、冷却ファン２５からは上向きに風が流れる）。この２個の冷却ファン２５はいずれも第２コンバータ２３の２４Ｖを電源としている。また、第１コンバータ２２と第２コンバータ２３の境にサーミスタ２６が取り付けられている。
図８の一例では、冷却ファン２５は２個であるが、１個、あるいは３個以上であってもよい。また、サーミスタ２６は１個でなく、２個用意し、第１コンバータ２２と第２コンバータ２３のそれぞれ中央部に取り付けてもよい。サーミスタ２６が２個の場合、図３〜図７のフローに示す温度検知では、温度値が大きい方で判断する。
以上のような構成により、スタンバイ時に電源装置１２の冷却ファン２５を稼動させる必要がないときは、冷却ファン２５を停止させるにとどまらず、第２コンバータ２３をＯＦＦするので、騒音の低減のみでなく、第２コンバータ２３内部で生じるスイッチングロスや、電源制御ＩＣの動作電力を削減することができ、更なる省エネの効率向上を図ることが可能となる。

図９は本発明の画像形成装置における第２実施例に係る電源装置を中心とした電気ブロック図である。図２に示す第１実施例に係る電源装置１２とは、第２コンバータ２３の１次側入力を遮断/導通（ＯＦＦ/ＯＮ）する手段が、メカ部品のリレー２４から半導体スイッチ２７に変更になっている点が異なる。
半導体スイッチ２７の例としてはトライアックがある。半導体スイッチ２７を使うメリットは、メカ部品のリレー２４は開閉回数が５万回、１０万回などの開閉寿命であるのに対し、半導体スイッチ２７としてのトライアックなどは、メカ部品リレー２４の開閉回数１０万回とは比較にならない大きな開閉寿命を有する（通常、半導体スイッチ２７の開閉回数は考慮しなくてよいほど）点である。
また、メカ部品のリレー２４はノーマルオープンタイプであれば、リレー接点を閉じる（ＯＮ）のに、数１０ｍｓの電流を消費するが、半導体スイッチ２７の消費電流はメカ部品よりも小さい。
リレー２４の代わりに半導体スイッチ２７を使用した図９の画像形成装置の動作説明は、前述した図３〜図７のフローの「リレー」を、「半導体スイッチ」に置き換えれば、前述の図３〜図７の動作説明と同じため省略する。
また、電源装置１２の物理配置でも、「リレー」を「半導体スイッチ」に置き換えれば、前述の図８と同じため説明を省略する。
以上のように、第２コンバータ２３の１次側入力を遮断/導通（ＯＦＦ/ＯＮ）する手段を、半導体スイッチ２７にした場合でも、スタンバイ時に電源装置１２の冷却ファン２５を稼動させる必要がないときは、冷却ファン２５を停止させるにとどまらず、第２コンバータ２３をＯＦＦするので、騒音の低減のみでなく、第２コンバータ２３内部で生じるスイッチングロスや、電源制御ＩＣの動作電力を削減することができ、更なる省エネの効率向上を図ることが可能となる。

図１０は本発明の画像形成装置における第３実施例に係る電源装置を中心とした電気ブロック図、図１１は図１０に示す第２コンバータの回路図である。図１０に示す第３実施例の電源装置１２は、図２に示す第１実施例に係る電源装置１２、図９に示す第２実施例に係る電源装置１２とは、第２コンバータ２３の出力生成の停止を、１次側入力の遮断/導通（ＯＦＦ/ＯＮ）ではなく、第２コンバータ２３内の発振（スイッチング）の停止で実現している点で異なっている。
図１１を基に説明すると、電源制御ＩＣからＤＲＩＶ１１、ＦＥＴ１に発振（スイッチング）が出力されている。この発振を停止すると（ＯＦＦすると）、スイッチングロスが削減できる。
１次側入力の遮断ではなく、発振を停止するという手段のメリットは、発振停止状態を解除したときの、出力の復帰が短時間で済むことである。図１０に示す第３実施例の電源装置１２では、発振ＯＮ/ＯＦＦ信号をＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化して発振停止状態を解除してから、第２コンバータ２３の出力が正確に２４Ｖになるまでの時間が、図２に示す第１実施例の電源装置１２において、１次側入力の遮断を解除してから、正確に２４Ｖになるまでの時間と比較して短時間で済む。
なお、画像形成装置がスタンバイモードにあるとき、第２コンバータ２３の出力生成を停止したときの省エネ度は、図２、図９の実施例と比べると、スイッチングロスが削除されるだけであり、低いというデメリットはある。しかし、２４Ｖを短時間（数１０ｍｓ）で復帰させることができるという効果がある。
図１０と図１１の動作説明は、前述した図３〜図７のフローの「リレー」を、「発振」に置き換えれば、前述の図３〜図７の動作説明と同じため、省略する。
以上のように、第２コンバータ２３の発振を停止することで、第２コンバータ２３の出力生成を止める場合でも、スタンバイ時に電源装置１２の冷却ファン２５を稼動させる必要がないときは、冷却ファン２５を停止させるにとどまらず第２コンバータ２３をＯＦＦするので、騒音の低減のみでなく第２コンバータ２３内部で生じるスイッチングロスの電力を削減することができ、更なる省エネの向上を図ることが可能となる。

図１２は本発明の画像形成装置における第４実施例に係る電源装置を中心とした電気ブロック図、図１３は図１２に示す第２コンバータの回路図である。図１２に示す第４実施例の電源装置１２と、図１０に示す第３実施例に係る電源装置１２とは、第２コンバータ２３の出力生成を停止するに際し、発振を停止するか、電源制御ＩＣへの電源供給を停止させるかという点で異なっている。
図１３を基に説明すると、電源制御ＩＣの電源端への電力の供給を停止することで、電源制御ＩＣの動作が停止する。この方式では、スイッチングロスの削減だけでなく、電源制御ＩＣの動作電力も削減できる。
図２、図９に示す電源装置１２のような１次側入力の遮断ではなく、電源制御ＩＣを停止するという手段のメリットは、図１０の発振停止の手段ほどではないが、第２コンバータ２３の出力の復帰が短時間で済むということがある。出力の復帰時間の関係を図１４に示す。
なお、画像形成装置がスタンバイモードにあるとき、第２コンバータ２３の出力生成を停止したときの省エネ度は、図２、図９と比べると、第２コンバータ２３の入力部の電力ロスが発生するので、低いというデメリットはある。しかし、２４Ｖを短時間（数１０ｍｓ）で復帰させることができるという効果がある。

図１２と図１３の動作説明は、前述した図３〜図７のフローの「リレー」を、「制御ＩＣ」に置き換えれば、前述の図３〜図７の動作説明と同じため、省略する。
以上のように、第２コンバータ２３の制御ＩＣを動作停止することで、第２コンバータ２３の出力生成を止める場合でも、スタンバイ時に電源装置１２の冷却ファン２５を稼動させる必要がないときは、冷却ファン２５を停止させるにとどまらず第２コンバータ２３をＯＦＦするので、騒音の低減のみでなく、第２コンバータ２３内部で生じるスイッチングロスの電力と電源制御ＩＣの電力を削減することができ、更なる省エネの向上を図ることが可能となる。
図１５はオプションユニットの接続が少ない場合の画像形成装置における電源装置の温度特性を示す図である。コピーなどのジョブを開始すると、同時に第２コンバータ２３の出力をＯＮする。画像形成が開始され、負荷が上昇するので、電源装置１２内の温度が上がり６０℃に達する。
６０℃に達すると、冷却ファン２５をＯＮする。冷却ファン２５が稼動すると、電源装置１２内の温度は下がっていき、５０℃に達する。５０℃に達すると、冷却ファン２５をＯＦＦする。また、コピーなどのジョブが終了して、そのときの温度が５０℃以下に達すると、第２コンバータ２３を停止する。
図１６はオプションユニットの接続が多い場合の画像形成装置における電源装置の温度特性を示す図である。オプションユニットの接続が多いため、スタンバイ時でも流れる電流は大きく、冷却ファン２５のＯＦＦ時は徐々に温度が上がる。
６０℃に達すると、第２コンバータ２３の出力をＯＮすると同時に冷却ファン２５もＯＮする。冷却ファン２５が稼動すると温度は下がる。５０℃に達すると、冷却ファン２５をＯＦＦし、また第２コンバータ２３の出力もＯＦＦする。また、コピーなどのジョブを開始したときの制御は上述した通りである。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の外観図。 本発明の画像形成装置における第１実施例に係る電源装置を中心とした電気ブロック図。 主電源ＳＷＯＮ時のフロー図。 立ち上がりモード時のフロー図。 スタンバイモード時のフロー図。 ジョブ動作時のフロー図。 省エネモード時のフロー図。 図２に示す電源装置における各ユニットの物理配置の一例を示す図。 本発明の画像形成装置における第２実施例に係る電源装置を中心とした電気ブロック図。 本発明の画像形成装置における第３実施例に係る電源装置を中心とした電気ブロック図。 図１０に示す第２コンバータの回路図。 本発明の画像形成装置における第４実施例に係る電源装置を中心とした電気ブロック図。 図１２に示す第２コンバータの回路図。 電源装置における各方式の２４Ｖの立ち上がり特性図。 電源装置内の温度特性図(その１)。 電源装置内の温度特性図(その２)。

符号の説明

１２ 電源装置、２２ 第１コンバータ(第１電源回路)、２３ 第２コンバータ(第２電源回路)、２４ リレー、２５ 冷却ファン、２６ サーミスタ(温度検知手段)

Claims (7)

1. 冷却ファンと、温度検知手段と、少なくとも制御系負荷に電力を供給する第１電源回路と、画像形成ジョブに関わる駆動系負荷及び前記冷却ファンへ電力を供給する第２電源回路とを備え、前記温度検知手段の出力値が設定温度以下のときは前記第２電源回路の出力の生成を停止することを特徴とする電源装置。
2. 請求項１記載の電源装置において、前記第２電源回路の出力生成有無の切り換えは、前記第２電源回路の１次側入力の遮断／導通の切り換えることにより行うことを特徴とする電源装置。
3. 請求項２記載の電源装置において、前記１次側入力の遮断／導通の切り換えはリレーにより行うことを特徴とする電源装置。
4. 請求項２記載の電源装置において、前記１次側入力の遮断／導通の切り換えは半導体スイッチにより行うことを特徴とする電源装置。
5. 請求項１記載の電源装置において、前記第２電源回路は内部に電源制御ＩＣを有し、前記第２電源回路の出力生成の停止は、前記電源制御ＩＣの動作を停止することにより行うことを特徴とする電源装置。
6. 請求項１記載の電源装置において、前記第２電源回路は内部にスイッチング手段を有し、前記第２電源回路の出力生成の停止は前記スイッチング手段のスイッチングを停止することにより行うことを特徴とする電源装置。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の電源装置と、前記電源装置の第２電源回路の出力生成を停止する制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
   

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