JP2007133158A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置に自身の消費電力を制御する機能を持たせ、電源ブレーカーの容量を超えないように消費電力を制御できるような装置を提供する。
【解決手段】外部の電力系統の末端部に配置され所定値を超える電流が流れると回路を遮断する電流制限器を介して電力の供給を受け動作する画像形成装置であって、前記画像形成装置の動作中の消費電力を制御する画像形成制御部と、前記電流制限器を流れる電源電流の大きさを取得する電源電流値取得部と、取得された電源電流の大きさに対する上限値を設定する上限値設定部とを備え、前記画像形成制御部が、前記電源電流の大きさが設定された上限値を上回らないように前記消費電力を制御することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、画像形成装置に関し、より詳細には、電源のブレーカー電流の検知に基づいて動作を制御する画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた画像形成装置においては、トナーを定着させるための定着装置が大電力を消費するため、電源配線の末端部に配置される電流制限器（ブレーカー）の容量一杯の電流を流すものがある。このような画像形成装置を使用する場合、当該画像形成装置が接続されるコンセントに他の負荷を接続しないように取扱説明書に注意が記載され、ユーザーに対する指導が行われている。

しかし、装置の使用環境はユーザーによってさまざまであり、限られた電力容量で多数の装置を使用しなければならない環境にあるユーザーにとっては、画像形成装置だけでブレーカー１系統が占有されてしまうことが負担になる場合がある。また、画像形成装置を常時稼動させるほど使用頻度が高くないユーザーにとって、装置が不使用のときに他の装置を使用できるようにすれば設備を無駄なく利用できる。ところが、前記の他の装置を誤って画像形成装置の同時使用を回避し得るかどうかはユーザーが同時使用を避けるようにどれだけの注意を払うかということだけに依存し、誤って同時使用すると、ブレーカーの容量を上回る電流が流れて電源が遮断されてしまう。電源電流が電源ブレーカーの容量を超えないように、負荷の消費電力を制御できるようなシステムあるいは装置が望まれている。

そこで、ファジイ推論装置を用いて当該装置に接続された機器の消費電流を測定すると共に、その電流の測定結果に基づいてサイクロンコントローラを制御し、各機器に供給する電流を制限して全消費電流を定格容量以下に制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平２−２９４８０８号公報

負荷の電力制御のために専用の装置を導入することはユーザーに負担を強いることになる。このような必要が生じるのは、画像形成装置の消費電力が大きいからである。従って画像形成装置に自身の消費電力を制御する機能を持たせ、電源ブレーカーの容量を超えないように消費電力を制御できるような装置を提供することができれば多くのユーザーの要求を満足させることができる。

また、画像形成装置は、省エネなどの目的のために装置自身の消費電力を制御できる機能を有するものがある。このような装置では、ブレーカー電流を検知することさえできれば、電力制御のために新たな回路を追加することなく、即ちコストを抑えて電源電流の最適化制御を実現することができる。

この発明は、外部の電力系統の末端部に配置され所定値を超える電流が流れると回路を遮断する電流制限器を介して電力の供給を受け動作する画像形成装置であって、前記画像形成装置の動作中の消費電力を制御する画像形成制御部と、前記電流制限器を流れる電源電流の大きさを取得する電源電流値取得部と、取得された電源電流の大きさに対する上限値を設定する上限値設定部とを備え、前記画像形成制御部が、前記電源電流の大きさが設定された上限値を上回らないように前記消費電力を制御することを特徴とする画像形成装置を提供する。

ここで、画像形成装置とは、画像データを受けて記録媒体に印刷処理する装置であり、例えば、プリンタ、複写機、ファクシミリあるいはそれらを複合した複合機などが画像形成装置に含まれる。画像形成に係る動作とは、単に印刷処理中の動作を指すのではなく、例えば、電源投入後の初期化動作や、ウォームアップ中の動作など、画像形成に伴って必要となる準備の動作や印刷後の後処理の動作をも含む。
また、電源電流とは、電流の実効値を示すものであってもよいが、実行値に限らず、例えば瞬時的な最大値や、実効値と相関をもつ他の指標であってもよい。指標の選択は装置の特性に応じて、装置の設計者が適宜選択すればよい。また、電源電流に対する上限値は、画像形成装置が設置される環境に応じてサービスエンジニアもしくはユーザーが設定するものであってもよい。

ブレーカーの遮断特性は、日本では電気用品安全法に規定された基準を満足するように設計されるが、例えば、一般的な１１０Ｖ用の１５Ａ定格の特性は、１７．２Ａの電流をブレーカーの温度上昇がほぼ一定になるまで通じたときに自動的に動作しないが、２２．５Ａの電流を通じたときに３０秒以内に作動せず、かつ６０秒以内に作動し、５５Ａの電流を通じたときに１秒以内に作動せず、かつ３０秒以内に作動するといったものである。このように、定格電流を上回った場合、ブレーカーが作動するまでにはある程度の時間的余裕があり、その時間的余裕は電流値に依存する。従って、ブレーカーが作動するまでの時間内に電源電流の超過を検知し、負荷の消費電力を制御して電源電流を抑制するようにすればブレーカーの遮断を回避することができる。

この発明の画像形成装置は、前記画像形成制御部が、前記電源電流の大きさが設定された上限値を上回らないように前記消費電力を制御するので、電源電流が増加すると前記画像形成制御部が画像形成装置の消費電力を抑制して電源電流を減少させてブレーカーの作動を回避する。その反面、電源電流が上限値に対して十分余裕がある場合は、消費電力を増大させて十分な電力を画像形成装置に供給し、短時間に画像形成を行うように制御する。これによって、電源電流の超過によってブレーカーが作動し、画像形成動作が中断するのを回避しつつ、短時間で画像形成を行うように最適な電力が画像形成装置に供給される。換言すれば、画像形成装置の設置環境に応じて消費電力が制御されるので、電源電流の超過によってブレーカーが作動する事態を回避することができる。従って、ユーザーは、遮断したブレーカーを入れなおしたり、画像形成動作中にブレーカーが作動して動作が中断することにより発生したＪＡＭを復帰したり、中断した印刷処理を再設定するために手を煩わされることがない。この発明は、電源容量の限られた条件下で画像形成装置を他の装置と共に使用する場合にとりわけ有効である。たとえば、山間部や僻地など電力事情が悪く電源要領の限られた場所で画像形成装置を使用するユーザーにとって非常に便宜である。

前記電源電流が、前記電流制限器を介して前記電力系統に接続された１以上の負荷に供給され、少なくとも負荷としての前記画像形成装置に供給されるものであってもよい。このようにすれば、画像形成装置のほかに負荷が接続されている場合にも、取得した電源電流値に基づいて画像形成装置の消費電力を制御することによりブレーカーの作動を回避することができる。

また、前記画像形成制御部が、電子写真方式の画像形成に係る動作中の消費電力を制御するために定着部への供給電力を変えるように制御するものであってもよい。このようにすれば、前記画像形成制御部が、ブレーカーの作動を回避するように消費電力を制御しながら、できるだけ短時間に印字ジョブが終了するような電力を定着部に供給するように制御することができる。

前記画像形成制御部が、前記消費電力の制御に応じて印字速度を変えるように動作を制御するものであってもよい。このようにすれば、画像形成装置に供給する電力に見合った印字速度にすることによって、定着不良の発生を回避することができる。

あるいは、前記画像形成制御部が、前記消費電力の制御に応じて印字用紙を間欠的に給紙させるように動作を制御するものであってもよい。このようにすれば、画像形成装置に供給する電力に応じて印字用紙を間欠的に給紙することによって、定着不良の発生を回避することができる。

以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。以下の説明により、この発明をよりよく理解することが可能であろう。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。

＜画像形成装置の機構的構成＞
図２は、この発明の画像形成装置の機構的な構成の一例を示す説明図である。図２において、画像形成装置７１は、画像読取装置にて読み込まれた画像や、画像形成装置７１に外部から接続された機器（例えばパーソナルコンピュータなどの画像処理装置）からのデータを画像として記録出力する電子写真方式のプリンタである。

画像形成装置７１には、感光体ドラム２０２を中心に、画像形成プロセスの各機能を担う各プロセスユニットが配置されこれらにより画像形成部が形成されている。感光体ドラム２０２の周囲には、帯電手段２０３、現像部としての現像ユニット２００、転写ローラ２０７、クリーニングユニット２０８および光走査ユニット２０４等がこの順に配置されている。

帯電手段２０３は、感光体ドラム２０２の表面を均一に帯電させるものである。光走査ユニット２０４は、均一に帯電された感光体ドラム２０２上に光像を走査して静電潜像を書き込むものである。現像ユニット２００は、光走査ユニット２０４により書き込まれた静電潜像を現像ユニット２００から供給される現像剤により顕像化するものである。また、現像ユニット２００は、当該ユニットへトナーを供給するトナー収容部７２が取り付けられている。転写ローラ２０７は、感光体ドラム２０２上に顕像化された画像を記録材である用紙上に転写して用紙上に可視画像を形成する転写部として機能する。クリーニングユニット２０８は、感光体ドラム２０２上に残留した現像剤を除去して感光体ドラム２０２上に新たな画像を記録することを可能にするものである。

画像形成装置７１の下部には、画像形成装置７１本体内に内装された供給トレイ２０１が配置されている。供給トレイ２０１は、記録材（用紙）を収容する記録材収容トレイである。供給トレイ２０１に収容された用紙は、ピックアップローラ２０９等により所定の時間間隔で１枚ずつ分離され、レジストローラ２１０まで搬送され、レジストローラ２１０により感光体ドラム２０２に形成された画像とのタイミング同期がはかられ、転写ローラ２０７と感光体ドラム２０２との間に順次供給される。そして感光体ドラム２０２上に記録再現された画像は転写ローラ２０７に印加された転写電圧によって帯電したトナーに作用する静電気力の作用によって用紙上に転写される。なお、供給トレイ２０１への用紙の補給は、画像形成装置７１の正面側（操作側）に、供給トレイ２０１を引き出して行なう。

図２では、画像形成装置７１の機内に、３枚の用紙Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が所定の間隔で搬送されている。用紙の搬送タイミングは、後述する制御基板３０によって制御される。
画像形成装置７１内上部には、定着装置２０５が配置されている。定着装置２０５は、画像が転写された用紙を順次受け入れて、定着ローラ２１１と加圧ローラ２１２等により、熱と圧力により用紙上に転写された現像画像を定着するものである。

画像が記録された用紙は、さらに上方搬送される。そして、画像形成装置７１の外装に備えられた積載トレイ７０に排出される。両面画像形成や後処理が指定されている場合には、積載トレイ７０に向けて用紙を排出するが、用紙後端部を反転ローラ２１３狭持させた状態で反転ローラ２１３を逆転させる。そして、上記用紙を逆方向、つまり両面画像形成や後処理の為に設けられた搬送路の方向に、反転搬送する。

制御基板３０は、前述した画像形成に係る各部の動作を制御するための回路基板である。制御基板３０には、各センサーからの信号を入力し、付加への信号を出力する入出力回路、図示しないホストコンピュータとのやり取りを行う通信回路、各入力信号や通信の制御を実行するためのマイクロコンピュータ１１、マイクロコンピュータ１１が実行する処理の手順を格納したＲＯＭ、マイクロコンピュータが画像やデータを処理するためのワークエリアを提供するＲＡＭ、データを保持する不揮発性メモリ素子などが搭載されている。

電源電流を検知して消費電力を変える制御は、主として図２の制御基板３０のマイクロコンピュータ１１と図示しないＲＯＭに格納された制御プログラムによって実行される。即ち、画像形成に係る動作を制御する画像形成制御部は、マイクロコンピュータ１１が前記制御プログラムに従って処理を実行し、各入力信号の状態に基づいて制御を行うことにより実現される。

＜電気的構成＞
図１は、画像形成装置７１の電気的な構成の一例を示すブロック図である。図１において、電力系統４１からの電源電流は、屋内配線のブレーカー３１を介してＡＣアウトレット３３および３５に接続される。また、ブレーカー３１を流れる電源電流を検知するために、検流器３２が設けられ、検流器は電源電流値取得部２５に接続されている。ブレーカー３１は、画像形成装置７１への電源を供給するＡＣアウトレットのブレーカーであって、既定の設備である。しかし、検流器３２は、通常規定の設備ではないので、画像形成装置７１を設置する際に工事をして接地する必要がある。
ＡＣアウトレット３３にはＡＣ電源入力端子１が接続され、画像形成装置７１へ電源電流を供給する。画像形成装置７１の内部では、ＡＣ電源電流の一部は、ＤＣ電源回路７に供給される。また、ＡＣ電源電流は定着電力制御回路１５を介して定着ヒータランプ１７に供給される。ＤＣ電源回路７から出力されるＤＣ電源電圧は、画像形成部２３や制御基板３０に供給される。画像形成部２３は、画像形成に係る動作を行うブロックであって、負荷、即ち、前述の画像形成装置７１の帯電手段２０３、光走査ユニット２０４、転写ローラ２０７、ピックアップローラ２０９、レジストローラ２１０などの負荷を駆動し、あるいは用紙搬送路Ｓ１〜Ｓ３に配置されて前記用紙搬送路中を通過する用紙を検知する複数の用紙検知センサーをはじめとして画像形成装置７１内に配置されるセンサーを含む。また、制御基板３０は、ＡＣ電圧検知回路５によって検知される電源電圧、消費電力計測回路１９によって検知される画像形成装置７１の消費電力および検知画像形成部２３の各センサーの状態を判定し、画像形成部２３の各負荷を駆動し、定着ヒータランプ１７へ供給する電力を制御する定着電圧制御回路１５への制御信号を出力する。さらに、ユーザーに画像形成装置７１の状態を知らせ、かつ画像形成に関する指示を入力させるための操作パネル２１を制御する。

電源電流値取得部２５は、検流器３２が検知したブレーカー３１を流れる電源電流を取得する。電源電流取得部２５は、検流器３２の検知波形を整形して、ブレーカーの遮断特性に比較して十分短い時間で応答するが、電源サイクルに対しては十分長い期間サンプリングを行って電流の実効値と相関をもつ値を取得するためのもので、例えば、入力回路とＡ／Ｄ変換器で構成され、マイクロコンピュータ１１が入力としての電源電流波形がサンプリングされてデジタルデータに変換された波形を演算処理して電源電流値を取得するためものであってもよい。

定着電力制御回路１５は、マイクロコンピュータ１１の制御に応じて、定着装置２０５へ供給する電力を制御するための回路である。定着装置２０５の定着ローラ２１１の内部には、定着ローラ２１１を過熱してローラの表面を所定の温度に保つための定着ヒータランプ１７が設けられており、定着電力制御回路１５は、定着ヒータランプ１７に供給するＡＣ電圧を位相制御して、通電時の供給電力を制御すると共に、定着ローラ２１１の表面が所定温度以上になったときには定着ヒータランプ１７へのＡＣ電圧供給を遮断して定着ローラ２１１の表面が所定の温度になるように制御する。定着電力制御回路１５は、例えば、トライアックやサイリスタなどの電力スイッチング素子と、前記スイッチング素子のオン／オフを制御するための公知の制御回路で構成することが可能である。この実施形態においては、定着ヒータランプ１７は、電力スイッチング素子によって位相制御され、供給電力を連続的に変えることができるように構成されているものとする。ただし、定着ヒータランプ１７の制御方法は位相制御に限定されるものではなく、供給される電力を複数段階に変えることができるものであればよい。例えば、電源波形の半波ごとにオン／オフを制御して平均電力を制御するものや、ＡＣ電源を一旦直流に変換してインバータ回路で駆動するものであってもよい。

さらに、制御基板３０は、操作パネル２１と信号をやり取りし、画像形成装置７１の状態や制御情報を表示し、ユーザーに画像形成に係る各種の設定や指示を入力させることができる。マイクロコンピュータ１１は、画像形成装置７１が接続されるブレーカーの容量に応じた電源電流の上限値をユーザーが入力して設定できるものであってもよい。電源電流の上限値を設定する機能は、マイクロコンピュータ１１が、操作基板３０の図示しないＲＯＭに格納された制御プログラムを実行し、操作パネル２１を用いてユーザーに電源電流の上限値を設定させることによって実現される。設定された値は、制御基板３０内の図示しない不揮発性ＲＡＭに記憶される。あるいは、電源電流の上限値は、所定の値として予めプログラムに組み込まれていてもよい。この場合、電源電流の上限値は前記制御プログラムと共に制御基板３０の図示しないＲＯＭに格納されてもよい。

ブレーカー３１に接続されるＡＣアウトレット３５には、負荷としての外部装置３９が接続されてもよい。外部装置３９は、定常的に電力を消費して電源電流が流れるものであってもよいが、断続的に電源電流が流れるものであってもよい。

＜電源電流の検知に基づく消費電力の制御＞
図３は、図１のマイクロコンピュータ１１が、電源電流値取得部２５で検知された電源電流の情報に基づいて定着電力を制御し、これによって画像形成装置の消費電力を制御する様子の一例を示すタイムチャートである。図３（ａ）の縦軸は、電源電流値取得部２５の取得結果に基づいてマイクロコンピュータ１１が把握した電源電圧の値であり、横軸は時間である。Ｉ_limitは、ブレーカー３１の定格電流に対応するレベルである。制御基板３０内のマイクロコンピュータ１１は、電源電流がＩ_limitをこえるとブレーカー３１が作動する可能性があるので、速やかに定着ヒータランプ１７への供給電力を低減するように定着電力制御回路１５に対する信号を出力する。また、図３（ｂ）の縦軸は画像形成装置の消費電力であり、横軸は時間である。前記消費電力は、定着電力制御回路１５への制御信号に基づいて、マイクロコンピュータ１１が消費電力を推定することによって把握される。あるいは、画像形成装置７１は、図１に図示しない消費電力測定部を備えており、マイクロコンピュータは前記消費電力測定部の測定結果から消費電力を把握してもよい。ここで、電源電流取得部２５によって取得される電源電流は、前記電力スイッチング素子によるスイッチングの周期に比べて長い期間に渡ってサンプリングされた実効値と相関を持つ値であり、好ましくは５〜６周期の期間に渡ってサンプリングされた実効値である。従って、電源電流の瞬時値を与えるものではないが、ブレーカーの応答時間に比べて十分短い時間で電源電流の変化を取得できるものである。

図３で、時刻Ｔ₁までは画像形成装置が待機状態にあって、その消費電力はＰ₀である。待機中は装置の動作部分が少なく、印字用紙の通過によって定着部の熱が奪われることも無いので画像形成中に比べると消費電力は少ない。時刻Ｔ₁で、画像形成の要求を受けて画像形成に係る動作が開始される。マイクロコンピュータ１１は、画像形成装置の消費電力を通常の電源環境下での使用を想定して予め定められた電力を提供するよう定着ヒータランプ１７への供給電力を決定し、決定した電力を供給するような定着電力制御回路１５への制御信号を出力する。画像形成装置の消費電力を目標の値にするために定着ヒータランプ１７へ供給すべき電力は、予め画像形成装置の標準的な電力消費特性をデータベースとして記憶しておき、記憶されたデータベースに基づいて決定すればよい。前記データベースは、一例として定着ヒータランプ１７を位相制御するものの場合、目標の消費電力から制御すべき位相角を与えるようなデータテーブルとして提供される。

図３に示すように、前記データベースに基づいて定着ヒータランプ１７への供給電力を制御した結果、画像形成装置の消費電力がＰ₁になり、前記消費電力のＰ₀からＰ₁への増加に伴って電源電流がＩ₀からＩ₁へ増加する。電源電流値取得部２５は、電源電流がＩ₁に増加したことを検知する。Ｉ₀からＩ₁への増加があるものの、電源電流が前述の上限値Ｉ_limitを超えないので、マイクロコンピュータ１１は定着ヒータランプ１７への制御信号を維持し、消費電力Ｐ₁を維持する。

時刻Ｔ₂において、それまで停止していた外部装置３９が作動し、ブレーカー３１を流れる電流が増加して上限値Ｉ_limitを超えると、マイクロコンピュータ１１は、電源電流が上限値を超えたことを電源電流値取得部２５から取得する。そこで、電源電流の増分に見合った分だけ画像形成装置７１の電源電流を減らすように定着電力制御回路１５への制御信号を段階的に変えて電源電流が上限値Ｉ_limit内に収まるように制御する。また、マイクロコンピュータ１１は、定着電力の抑制に対応して用紙の給紙間隔を広げる。その結果、画像形成装置７１の消費電力はＰ₂、電源電流はＩ₂になる。
次に、時刻Ｔ₃において、外部装置３９が停止し、ブレーカー３１を流れる電流が現象すると、Ｉ_limitに対して余裕があるので、マイクロコンピュータ１１は時刻Ｔ₃において定着ヒータランプ１７への供給電力を電流の減少分に見合った分だけ段階的に増やす。この結果、画像形成装置の消費電力はＰ₃になり、電源電流はＩ₃になる。
電源電流Ｉ₃は、Ｉ_limitを超えないので、マイクロコンピュータ１１は消費電力Ｐ₃を維持する。やがて、時刻Ｔ₄において画像形成装置は処理を終了して待機状態に戻り、消費電力はＰ₄になり、電源電流はＩ₄になる。

最後に、前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得ることは明らかである。そのような変形例は、この発明の特徴及び範囲に属さないと解釈されるべきものではない。本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更とが含まれることが意図される。

この発明の画像形成装置の電気的な構成の一例を示すブロック図である。 この発明の画像形成装置の機構的な構成の一例を示す説明図である。 図１のマイクロコンピュータ１１が、取得した電源電流の情報に基づいて定着電力を制御し、これによって画像形成装置の消費電力を制御する様子の一例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１、３７ ＡＣ電源入力端子
７ ＤＣ電源回路
１１ マイクロコンピュータ
１５ 定着電力制御回路
１７ 定着ヒータランプ
２１ 操作パネル
２３ 画像形成部
２５ 電源電流値取得部
３０ 制御基板
３１ 電流制限器、ブレーカー
３２ 検流器
３３、３５ ＡＣアウトレット、コンセント
３９ 外部装置
４１ 電力系統
５０ トナー供給経路
５３、７９ トナーボトル位置決め部
５４ トナーボトル
６０ 現像ローラ
７０ 積載トレイ
７１ 画像形成装置
７２ トナー収容部
２００ 現像槽、現像ユニット
２０１ 供給トレイ
２０２ 感光体ドラム
２０３ 帯電手段
２０４ 光走査ユニット
２０５ 定着装置
２０７ 転写ローラ
２０８ クリーニングユニット
２０９ ピックアップローラ
２１０ レジストローラ
２１１ 定着ローラ
２１２ 加圧ローラ
２１３ 反転ローラ

Claims (5)

1. 外部の電力系統の末端部に配置され所定値を超える電流が流れると回路を遮断する電流制限器を介して電力の供給を受け動作する画像形成装置であって、
   前記画像形成装置の動作中の消費電力を制御する画像形成制御部と、
   前記電流制限器を流れる電源電流の大きさを取得する電源電流値取得部と、
   取得された電源電流の大きさに対する上限値を設定する上限値設定部とを備え、
   前記画像形成制御部が、前記電源電流の大きさが設定された上限値を上回らないように前記消費電力を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記電源電流が、前記電流制限器を介して前記電力系統に接続された１以上の負荷に供給され、
   少なくとも負荷としての前記画像形成装置に供給される請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記画像形成制御部が、電子写真方式の画像形成に係る動作中の消費電力を制御するために定着部への供給電力を変えるように制御する請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記画像形成制御部が、前記消費電力の制御に応じて印字速度を変えるように動作を制御する請求項１記載の画像形成装置。
5. 前記画像形成制御部が、前記消費電力の制御に応じて印字用紙を間欠的に給紙させるように動作を制御する請求項１記載の画像形成装置。

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