JP2007312499A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省電力モード時における消費電力を大幅に低減することができる電源装置及び当該電源装置を備える画像形成装置を提供する。
【解決手段】電源装置１０は、電源供給装置１２、蓄電デバイス１３、複合機コントローラ２０への電力供給を電源供給装置１２からにするのか、蓄電デバイス１３からにするのかを切り換える電源系統切り換え回路１４及び電源制御用ＣＰＵ１６、並びに蓄電デバイス１３の充電制御を行う充電制御回路１５を備える。充電制御回路１５は、複合機コントローラ２０への電力供給が蓄電デバイス１３から行われている場合に、蓄電デバイス１３の残量が所定量以下になると、複合機コントローラ２０への電力供給を電源供給装置１２からに切り替えさせる制御信号を出力するとともに、電源供給装置１２の変換効率が最も高くなるように電源供給装置１２から供給される電流を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置及び当該電源装置を備える画像形成装置に関する。

プリンタ、複写機、ファクシミリ、或いはこれら各機器の機能を複合化した複合機等の画像形成装置は、紙等の記録媒体上にトナーを定着させることによって画像を形成する。この画像形成装置は、感光体、定着装置、操作パネル、制御装置等を備えているが、電源が投入されているときに操作がなされない状態が所定時間続くと、消費電力を低減するために、操作パネルの一部（ユーザによる操作を検出する検出部）及び制御装置等の必要最小限の部分を除いて、画像形成装置の大部分の通電を遮断した状態、即ち省電力モードに移行して待機するようになっている。

以下の特許文献１には、商用電源（ＡＣ電源）からの電力を変換（交直変換、電圧変換等）して電子機器内の内部負荷に供給する変換器と、この変換器に対して並列に設けられた電池とを備え、省電力モードに移行した場合には電池を放電状態に切り換えるとともに変換器を停止状態にして消費電力を低減する技術が開示されている。かかる技術によると、電子機器内の内部負荷が軽減されて変換器の電力変換効率が大幅に低下する省電力モード時においては、電池から内部負荷への電力供給を行って変換器を停止状態にしているため、待機時における電子機器の消費電力が低減される。
特開２０００−２６７７４１号公報

ところで、上記の特許文献１に開示された技術においては、上述した通り、省電力モードに移行した場合に、変換器を停止状態にすることで消費電力の低減が図られている。しかしながら、省電力モードが継続されると、電池の残量が低減するため、変換器を再び動作させて内部負荷への電力供給を行うとともに電池を充電する期間を設ける必要がある。

変換器は、消費電力の低減の観点から、省電力モード時以外の定常動作時において内部負荷に電力を供給するときの電力変換効率が最大となるように設計されることが多いと考えられるが、省電力モードにおいて変換器を動作させて内部負荷への電力供給を行う期間は、内部負荷への電力供給は勿論のこと電池の充電を行う必要があるため、変換器を最適効率で動作させているとは言い難い状況にあり、更なる消費電力の低減が見込まれると考えられる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、省電力モード時における消費電力を大幅に低減することができる電源装置及び当該電源装置を備える画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電源装置は、商用電源からの電力を変換して電子機器に供給する電源供給装置を備える電源装置において、前記電源供給装置からの電力を用いて充電される蓄電装置と、前記電子機器の消費電流の大小に応じて、前記電子機器に対する電力供給を、前記電源供給装置からにするか又は前記蓄電装置からにするかを切り換える切替装置と、前記電源供給装置からの電力を用いた前記蓄電装置の充電を制御する充電制御装置とを備え、前記充電制御装置は、前記電子機器に対する電力供給が前記蓄電装置から行われている場合において、前記蓄電装置の残量が所定量以下になったとき、前記切替装置に対して前記電子機器に対する電力供給を前記電源供給装置からに切り換えさせる制御信号を出力するととともに、前記電源供給装置の変換効率が最も高くなるように前記蓄電装置を充電するために前記電源供給装置から供給される電流を制御することを特徴としている。
また、本発明の電源装置は、前記切替装置が、前記電子機器の消費電流が大きい場合には、前記電子機器に対する電力供給を前記電源供給装置からに切り換え、前記電子機器の消費電流が小さい場合には、前記電子機器に対する電力供給を前記蓄電装置からに切り換えることを特徴としている。
また、本発明の電源装置は、前記電子機器に供給される電流を検出する電流検出装置を備えており、前記充電制御装置は、前記全流検出装置の検出結果に基づいて、前記電源供給装置から供給される電流を制御することを特徴としている。
更に、本発明の電源装置は、前記電源供給装置が、一次側に供給される前記商用電源を遮断するリレー装置を備えており、前記切替装置は、前記電子機器の消費電流が小さい場合には、前記リレー装置を制御して前記電源供給装置の一次側への前記商用電源の供給を遮断させることを特徴としている。
本発明の画像形成装置は、記録媒体上にトナーを定着させることによって画像を形成する画像形成装置において、上記の何れかに記載の電源装置と、前記電源装置に対して、前記電子機器の消費電流として、前記画像形成装置で消費する消費電流の大小を示す信号を前記電源装置に出力する制御装置とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、電子機器の消費電力が小さい省電力モード時において、蓄電装置の残量が多いときには蓄電装置から電子機器への電力供給を行い、蓄電装置の残量が少なくなったときに電源供給装置から電子機器への電力を行うとともに、記電源供給装置の変換効率が最も高くなるように蓄電装置を充電するために電源供給装置から供給される電流を制御しているため、消費電力を大幅に低減することができる。
また、電子機器に流れる電流に応じて電源供給装置から供給される電流を制御しているため、電子機器の負荷が変動したり、蓄電装置の充電率に応じて蓄電装置の負荷が変動する場合であっても、変換効率が最大となる最適な状態で電源供給装置を動作させることができ、これによっても消費電力を大幅に低減することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による電源装置及び画像形成装置について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による電源装置の構成を示すブロック図である。尚、図１においては、電源装置を画像形成装置の一種である複合機に適用した例について図示しており、この複合機は少なくともファクシミリ機能を備えるものとする。図１に示す通り、本実施形態の電源装置１０は、商用電源（ＡＣ電源）からの電力を変換（交直変換、電圧変換等）して複合機コントローラ２０及びエンジンシステム３０に供給するものである。

電源装置１０は、電源プラグ１１、電源供給装置１２、蓄電デバイス１３（蓄電装置）、電源系統切り換え回路１４（切替装置）、充電制御回路１５（充電制御装置）、電源制御用ＣＰＵ１６（切替装置）、及び電流計１７（電流検出装置）を備えている。電源プラグ１１は、商用電源（例えば、１００Ｖの交流電源）が供給されるコンセントに接続され、これにより商用電源が電源供給装置１２の一次側に供給される。電源供給装置１２は、例えばスイッチング電源であり、電源プラグ１１から一次側に供給される商用電源からの電力を変換（交直変換、電圧変換等）して二次側から出力する。

電源供給装置１２の二次側には、充電制御回路１５、電源系統切り換え回路１４、及びエンジンシステム３０が接続されており、電源供給装置１２からこれらの各々に電源が供給される。尚、電源供給装置１２の二次側から各機器に供給される電力は、二次側に接続される機器の各々が必要とする電圧に変換されている。また、電源供給装置１２は、一次側における電源供給を遮断する一次側リレー１２ａ（リレー装置）を備えている。この一次側リレー１２ａは電源制御用ＣＰＵ１６によって制御される。

蓄電デバイス１３は、例えば充電池や大容量キャパシタ等であり、省電力モード時において電力を複合機コントローラ２０に供給するために設けられる。尚、省電力モードに移行するか否かは複合機コントローラ２０によって制御されるが、蓄電デバイス１３から電源制御用ＣＰＵ１６に対しては、省電力モードであるか否かに拘わらず常時電力が供給される。電源系統切り換え回路１４は、電源制御用ＣＰＵ１６の制御の下で、電源供給装置１２からの電力を複合機コントローラ２０に供給するのか、又は蓄電デバイス１３からの電力を複合機コントローラ２０に供給するのかを切り換える。

充電制御回路１５は、蓄電デバイス１３の残量を検知する電池残量検知回路１５ａを備えており、この電池残量検知回路１５ａの検知結果に基づいて電源制御用ＣＰＵ１６に制御信号を出力しつつ蓄電デバイス１３の充電制御を行う。具体的には、省電力モード時において、蓄電デバイス１３の残量が所定量以下になったと検知された場合に、電源供給装置１２から供給される電力を用いて蓄電デバイス１３を充電する。尚、蓄電デバイス１３の残量が所定量以上である場合には蓄電デバイス１３の充電は行わない。

電源制御用ＣＰＵ１６は、複合機コントローラ２０から省電力モード信号（省電力モードに移行したときに出力される信号：電子機器の消費電流の大小を示す信号）が出力されている場合に、充電制御回路１５からの制御信号に基づいて、電源系統切り換え回路１４及び電源供給装置１２に設けられる一次側リレー１２ａの切り換え制御を行う。電流計１７は、電源装置１０から複合機コントローラ２０に共有される電流を検出するものであり、その検出結果は充電制御回路１５に出力される。

ここで、充電制御回路１５で行われる充電制御について説明する。充電制御回路１５は、省電力モード時において蓄電デバイス１３の充電を行う場合には、電源供給装置１２の二次側に接続される機器の負荷状態に応じた電流制御を行う。具体的には、電流計１７の検出結果から電源供給装置１２の二次側に接続されている負荷を間接的に求め、この負荷に応じた電流制御を行う。

図２は、電源供給装置１２の二次側における出力電流と電源供給装置１２の変換効率との関係の一例を示す図である。図２において、Ｉ１は省電力モード時に複合機コントローラ２０に供給する必要のある電流であり、Ｉ３は省電力モード時以外の定常動作時に複合機コントローラ２０及びエンジンシステム３０に供給する必要のある電流である。図２に示す通り、電源供給装置１２の二次側からの出力電流がＩ３のときには高い変換効率が得られているが、Ｉ１のときには変換効率が極めて低いことが分かる。

省電力モード時において蓄電デバイス１３を充電する場合には、蓄電デバイス１３の充電とともに複合機コントローラ２０への電力供給を同時に行う必要がある。このため、かかる場合には、複合機コントローラ２０に供給すべき電流Ｉ１に蓄電デバイス１３を充電するために必要な電流を加えた電流が必要となる。図２に示す通り、電源供給装置１２からの出力電流がＩ１である場合には電源供給装置１２の変換効率が極めて低いが、出力電流が増加するにつれて変換効率が向上し、出力電流がＩ２であるときに最も高くなる。

本実施形態では、変換効率が最も高くなる電流Ｉ２から複合機コントローラ２０に供給すべき電流Ｉ１を差し引いた電流（Ｉ２−Ｉ１）を蓄電デバイス１３の充電に用いることで、蓄電デバイス１３の充電を効率的に行っている。但し、省電力モード時において複合機コントローラ２０の電気的な負荷が変動し、また、蓄電デバイス１３の充電率に応じて蓄電デバイス１３の負荷も変動することが考えられる。このため、本実施形態では、電源装置１０から複合機コントローラ２０に供給される電流を電流計１７で検出し、この検出結果に基づいて充電制御回路１５が電源供給装置１２の二次側に接続される機器の負荷状態に応じた電流制御を行っている。例えば、複合機コントローラ２０の負荷が増大して、電源装置１０から複合機コントローラ２０に供給される電流が減少した場合には、蓄電デバイス１３に供給する電流を増加させるといった制御を行う。

図１に戻り、複合機コントローラ２０は、ＣＰＵ２１（制御装置）、メモリ２２、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）２３、及びファクシミリ制御部２４を備えている。ＣＰＵ２１は、複合機コントローラ２０内の各部及びエンジンシステム３０を制御して画像形成装置としての複合機の全体動作を統括的に制御する。尚、ＣＰＵ２１は、省電力モードに移行する場合には、電源装置２０の電源制御用ＣＰＵ１６に対して前述した省電力モード信号を出力する。

メモリ２２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ(Random Access Memory)等であり、例えばＣＰＵ２１で実行すべき複合機の制御プログラムや、この制御プログラムで使用される各種データを一時的に記憶する。ＨＤＤ２３は、例えば受信したファクシミリデータや送信すべきファクシミリデータ等を一時的に記憶する。ファクシミリ制御部２４は、ＣＰＵ２１の制御下で、複合機が備えるファクシミリ機能を制御する。エンジンシステム３０は、感光体、定着器、給紙装置等を備えており、紙等の記録媒体上にトナーを定着させることによって記録媒体上に画像を形成する装置である。

次に、以上説明した画像形成装置としての複合機の動作について説明する。複合機の電源が投入されると、ＣＰＵ２１はメモリ２２に記憶されている制御プログラムを読み出して実行し、複合機の初期化処理を行う。この初期化処理では、ＣＰＵ２１は電源装置１０の電源制御用ＣＰＵ１６に制御信号を出力し、この制御信号に基づいて電源制御用ＣＰＵ１６が複合機コントローラ２０及びエンジンシステム３０への電力供給を開始する。

具体的には、電源制御用ＣＰＵ１６は、電源供給装置１２の一次側リレー１２ａをオン状態にして電源供給装置１２の二次側からの電源供給を開始させるとともに、電源供給装置１２からの電力が複合機コントローラ２０に供給されるよう電源系統切り換え回路１４を制御する。これにより、電源供給装置１２の二次側から出力される電力が、複合機コントローラ２０及び充電制御回路１５並びにエンジンシステム３０に供給される。

図３は、蓄電デバイス１３の充電量と電源供給装置１２の出力電流量とを示す図である。尚、図３中において符号Ｃ１を付したグラフは電源供給装置１２から出力される総電流量を示すグラフであり、符号Ｃ２を付したグラフは蓄電デバイス１３を充電するための電流量を示すグラフである。時刻ｔ１以前の定常動作時においては、図３のグラフＣ１に示す通り電源供給装置１２から出力される総電流量はＩ３であり、また、グラフＣ２に示す通り電源供給装置１２から出力される電流の一部が蓄電デバイス１３に供給されて蓄電デバイス１３が充電されており、蓄電デバイス１３は満充電状態（充電量α）である。

複合機の動作が開始されてから一定時間内にユーザによる操作パネル（図示省略）の操作等が行われると複合機コントローラ２０のＣＰＵ２１は定常動作を維持する。これに対し、ユーザによる操作が一定時間行われないとＣＰＵ２１は電源装置１０の電源制御用ＣＰＵ１６に対して省電力モード信号を出力して省電力モードに移行する（図３中の時刻ｔ１）。

ＣＰＵ２１から省電力モード信号が出力されると、電源制御用ＣＰＵ１６は、蓄電デバイス１３からの電力が複合機コントローラ２０に供給されるよう電源系統切り換え回路１４を制御するとともに、電源供給装置１２の一次側リレー１２ａを制御して電源供給装置１２の一次側における電源供給を遮断する。これにより、複合機コントローラ２０に対する電源供給が蓄電デバイス１３により行われるとともに、電源供給装置１２から複合機コントローラ２０及び充電制御回路１５並びにエンジンシステム３０に対する電源供給が停止される。よって、時刻ｔ１〜ｔ２の期間Ｔ１においては、図３のグラフＣ１に示す通り電源供給装置１２の出力電流量は零になるとともに、図３のフラグＣ２に示す通り蓄電デバイス１３を充電するための電流量も零になる。

また、この期間Ｔ１においては、蓄電デバイス１３から複合機コントローラ２０への電力給が継続されるため、図３に示す通り、時間の経過とともに蓄電デバイス１３の充電量が減少する。充電制御回路１５の電池残量検知回路１５ａは、蓄電デバイス１３の残量を常時検知しており、その残量が所定量（充電量β）まで減少すると電源制御用ＣＰＵ１６に対して制御信号を出力する（時刻ｔ２）。

この制御信号が入力されると、電源制御用ＣＰＵ１６は、電源供給装置１２の一次側リレー１２ａを制御してオン状態にするとともに、電源供給装置１２からの電力が複合機コントローラ２０に供給されるよう電源系統切り換え回路１４を制御する。これにより、電源供給装置１２から複合機コントローラ２０及び充電制御回路１５に対する電源供給が再開される。尚、省電力モードが解除された訳ではないため、時刻ｔ２〜ｔ３の期間Ｔ２では、電源供給装置１２からエンジンシステム３０への電力供給は行われない。

この期間Ｔ２では、電源供給装置１２から出力される総電流量が、電源供給装置１２の変換効率が最も高くなる電流Ｉ２となるように制御される。具体的には、電源供給装置１２から複合機コントローラ２０に供給される電流がＩ１であるとすると、充電制御回路１５は、図３のグラフＣ２に示す通り、変換効率が最も高くなる電流Ｉ２から電流Ｉ１を差し引いた電流（Ｉ２−Ｉ１）が蓄電デバイス１３に供給されるよう制御する。尚、複合機コントローラ２０の負荷変動等に起因して複合機コントローラ２０に供給される電流Ｉ１が変動することもあるため、充電制御回路１５は電流計１７の検出結果に基づいて蓄電デバイス１３に供給する電流を制御する。以上の制御により、期間Ｔ２では電源供給装置１２が最適な効率で動作することになる。

また、期間Ｔ２においては、充電制御回路１５によって蓄電デバイス１３の充電が継続されるため、図３に示す通り、時間の経過とともに蓄電デバイス１３の充電量が増加する。充電制御回路１５の電池残量検知回路１５ａは、蓄電デバイス１３の残量を常時検知しており、その残量が所定量（充電量α）になるまで増加すると電源制御用ＣＰＵ１６に対して制御信号を出力する（時刻ｔ３）。

この制御信号が入力されると、電源制御用ＣＰＵ１６は、蓄電デバイス１３からの電力が複合機コントローラ２０に供給されるよう電源系統切り換え回路１４を制御するとともに、電源供給装置１２の一次側リレー１２ａを制御して電源供給装置１２の一次側における電源供給を遮断する。これにより、複合機コントローラ２０に対する電源供給が蓄電デバイス１３により行われるとともに、電源供給装置１２から複合機コントローラ２０及び充電制御回路１５に対する電源供給が停止される。

以下同様に、省電力モード時においては、蓄電デバイス１３から複合機コントローラ２０に電力を供給する電力供給期間（Ｔ１，Ｔ３）と、電源供給装置１２から複合機コントローラ２０に電力を供給するとともに蓄電デバイス１３を充電する充電期間（Ｔ２）とが交互に繰り返される。尚、ユーザにより操作パネルの操作がなされると、ＣＰＵ２１から電源制御用ＣＰＵ１６への省電力モード信号の出力が停止され、これにより電源供給装置１２からエンジンシステム３０への電力供給が再開されて、省電力モードが解除される。

ここで、省電力モード時における電力供給期間においては、電源供給装置１２の一次側への電力供給が行われないため電源供給装置１２の損失は零である。他方、充電期間においては、電源供給装置１２が最大の変換効率が得られる最適な状態で動作する。このため、省電力モード時における消費電力を大幅に低減することができる。

また、本実施形態では、充電期間において、複合機コントローラ２０に供給される電流量を検出し、この検出結果に基づいて蓄電デバイス１３を充電するための電流を制御している。このため、省電力モード時において複合機コントローラ２０の電気的な負荷が変動したり、蓄電デバイス１３の充電率に応じて蓄電デバイス１３の負荷が変動する場合であっても、変換効率が最大となる最適な状態で電源供給装置１２を動作させることができ、これによっても消費電力を大幅に低減することができる。

以上、本発明の一実施形態による電源装置及び画像形成装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では電源装置が画像形成装置に適用された場合を例に挙げて説明したが、本発明の電源装置は画像形成装置に用いられる場合に制限される訳ではなく、種々の電子機器に適用することが可能である。

また、上記実施形態では、省電力モード時に電力供給期間と充電期間とが交互に繰り返される場合を例に挙げて説明したが、充電を行う必要があるまで蓄電デバイス１３の充電量が減少するまでの時間（蓄電デバイス１３の連続使用可能時間）に対して、省電力モードに移行してから解除されるまでの時間が短くなるようにすれば、省電力モード時の充電期間を無くすことができ、平均的な消費電力を最小にすることができる。連続使用可能時間を長くするには、例えば蓄電デバイス１３の数や容量を増加させることにより実現可能である。また、連続使用可能時間をどの程度に設定するかは、ユーザの使用状態に応じて適宜設定することができる。

本発明の一実施形態による電源装置の構成を示すブロック図である。 電源供給装置１２の二次側における出力電流と電源供給装置１２の変換効率との関係の一例を示す図である。 蓄電デバイス１３の充電量と電源供給装置１２の出力電流量とを示す図である。

符号の説明

１０ 電源装置
１２ 電源供給装置
１２ａ 一次側リレー
１３ 蓄電デバイス
１４ 電源系統切り換え回路
１５ 充電制御回路
１６ 電源制御用ＣＰＵ
１７ 電流計
２０ 複合機コントローラ
２１ ＣＰＵ
３０ エンジンシステム

Claims (5)

1. 商用電源からの電力を変換して電子機器に供給する電源供給装置を備える電源装置において、
   前記電源供給装置からの電力を用いて充電される蓄電装置と、
   前記電子機器の消費電流の大小に応じて、前記電子機器に対する電力供給を、前記電源供給装置からにするか又は前記蓄電装置からにするかを切り換える切替装置と、
   前記電源供給装置からの電力を用いた前記蓄電装置の充電を制御する充電制御装置とを備え、
   前記充電制御装置は、前記電子機器に対する電力供給が前記蓄電装置から行われている場合において、前記蓄電装置の残量が所定量以下になったとき、前記切替装置に対して前記電子機器に対する電力供給を前記電源供給装置からに切り換えさせる制御信号を出力するととともに、前記電源供給装置の変換効率が最も高くなるように前記蓄電装置を充電するために前記電源供給装置から供給される電流を制御する
   ことを特徴とする電源装置。
2. 前記切替装置は、前記電子機器の消費電流が大きい場合には、前記電子機器に対する電力供給を前記電源供給装置からに切り換え、前記電子機器の消費電流が小さい場合には、前記電子機器に対する電力供給を前記蓄電装置からに切り換えることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 前記電子機器に供給される電流を検出する電流検出装置を備えており、
   前記充電制御装置は、前記全流検出装置の検出結果に基づいて、前記電源供給装置から供給される電流を制御する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電源装置。
4. 前記電源供給装置は、一次側に供給される前記商用電源を遮断するリレー装置を備えており、
   前記切替装置は、前記電子機器の消費電流が小さい場合には、前記リレー装置を制御して前記電源供給装置の一次側への前記商用電源の供給を遮断させる
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電源装置。
5. 記録媒体上にトナーを定着させることによって画像を形成する画像形成装置において、
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載の電源装置と、
   前記電源装置に対して、前記電子機器の消費電流として、前記画像形成装置で消費する消費電流の大小を示す信号を前記電源装置に出力する制御装置と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
   

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