JP2009130936A - 画像形成装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の省電力モードを有する画像形成装置において、各省電力モードに応じた電源変換を高効率で行い、高い省電力効果を得ることができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る画像形成装置は、通常動作モードと複数の省電力モードを有する画像形成装置において、通常動作モードと複数の省電力モードとを決定する制御部と、制御部から指示される省電力モードに応じてスイッチング周波数を夫々独立に切換える複数のスイッチング電源と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成装置及びその制御方法に係り、特に、省電力モードに対応する電源を具備する画像形成装置及びその制御方法に関する。

今日、地球温暖化問題への取り組みが各方面で行われている。オフィスや家庭で利用されるＯＡ機器の分野においても、省電力の観点から各種の技術開発が進められている。

ＯＡ機器の省電力化を推進するため、「エネルギスタープログラム」と呼ばれる国際的な活動も広く普及している。「エネルギスタープログラム」では、ＯＡ機器の省電力基準を定め、この基準を満足する製品に対して「国際エネルギスターロゴ」の表示を認めている。

複写機やＭＦＰ（Multi-Function Peripheral）等の画像形成装置の分野においても、「待機モード」や「スリープモード」と呼ばれる複数の省電力モードを設けて省電力化を図っている。ユーザの操作が一定時間なかった場合には自動的にこれらの省電力モードに多段階で順次移行させ、各モードにおいて不必要とされる機能構成部の電源を省電力モードの種類に応じてオフとすることにより、無駄な電力の消費を排除するようにしている。

他方、画像形成装置に用いられる電源装置においても電源効率を改善する等の工夫がなされている。例えば、特許文献１等には、簡単な構成によって負荷電力の変化を検出し、負荷が低いときにはスイッチング電源のスイッチング周波数を下げることによって電源装置の電力変換効率を改善する技術が開示されている。
特開２００２−３１５３２６号公報

しかしながら、特許文献１が開示する技術は、電源の負荷が減少したことを冷却ファンのオンとオフの２つの動作状態に基づいて検出し、スイッチング周波数を２段階で切換えるというものである。このため、多様な省電力モードを有する近時の画像形成装置の電源としては、必ずしも十分な省電力効果を期待できない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、複数の省電力モードを有する画像形成装置において、各省電力モードに応じた電源変換を高効率で行う電源装置を具備する画像形成装置、及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、通常動作モードと複数の省電力モードを有する画像形成装置において、前記通常動作モードと前記複数の省電力モードとを決定する制御部と、前記制御部から指示される前記省電力モードに応じてスイッチング周波数を夫々独立に切換える複数のスイッチング電源と、を備える。

また、本発明に係る画像形成装置の制御方法は、通常動作モードと複数の省電力モードを有する画像形成装置の制御方法において、（ａ）前記通常動作モードと前記複数の省電力モードとを決定し、（ｂ）決定した前記省電力モードに応じて複数のスイッチング電源のスイッチング周波数を夫々独立に切換える、ステップを備える。

本発明に係る画像形成装置、及びその制御方法によれば、複数の省電力モードを有する画像形成装置において、各省電力モードに応じた電源変換を高効率で行い、高い省電力効果を得ることができる。

本発明に係る画像形成装置、及びその制御方法の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の構成例を示す図である。画像形成装置１は、スキャナ部１０、画像処理部２０、画像形成部３０、制御部４０、スイッチング電源６０を具備する電源部５０、及び通信部７０を備えて構成されている。

スキャナ部１０は、光源とＣＣＤセンサ（何れも図示せず）を備えており、印刷時には光源をモータ１１で駆動し、原稿１００の一方の端から他方の端まで光を連続的に照射する。原稿からの反射光はＣＣＤセンサによって順次電気信号に変換される。この電気信号はＡＤ変換され画像データとなる。

画像処理部２０は、スキャナ部１０から出力される画像データに対してフィルタリング処理等の各種の画像処理を施す。またカラー印刷を行う場合には画像処理部２０にて色変換処理が行われる。画像処理部２０は、各種のデジタル処理回路やプロセッサ等の電子回路で構成されている。

画像形成部３０は、画像処理部２０から出力される画像データを、例えば電子写真方式で用紙に印刷する。電子写真方式では、画像データの強度に応じたレーザ光を生成し、モータ３１で回転駆動される感光体ドラム（図示せず）に静電潜像を形成する。感光体ドラムの静電潜像はトナーによって現像され現像画像となる。現像画像はモータ３１の駆動によって搬送される記録紙に転写された後ヒータ３２によってトナーが記録紙に加熱定着され、トナーが定着された印刷用紙２００は最終的に外部に排出される。この排出もモータ３１の駆動によって行われる。なお、図１には、１つのモータ３１のみを例示しているが、感光ドラムの回転、記録紙の搬送、印刷用紙の排出等を異なる複数のモータで行ってもよい。

制御部４０は、ＣＰＵ等を具備し、画像形成装置１全体の制御を行っている。また制御部４０では、省電力モードを含む各種の動作モードを決定し、動作モードに応じた制御信号を各部に配信している。

動作モードとしては、実際に原稿を読み取って印刷を行っている時の印刷モード（通常動作モード）の他、待機モードやスリープモードと呼ばれる省電力モードがある。

印刷モードでは、ＣＰＵを含む殆ど総ての電子回路のほか、光源を駆動するモータ１１、感光体ドラムや用紙の搬送機構を駆動するモータ３１、定着用のヒータ３２等を動作させる。印刷モードは、電源に対する負荷が最も大きくなる動作モードである。

待機モードは、印刷がいつでもできるように待機している状態の動作モードである。電子回路の動作は印刷モードとほぼ同じであるものの、実際に印刷を行うわけではないのでモータ１１、３１やヒータ３２を動作させる必要がない。このため、待機モードでは、モータ１１のモータクラッチ（図示せず）をオフにしたりヒータ３２をオフにしたりして電源に対する負荷を印刷モードに比べて格段に小さくなるようにしている。待機モード時にコントロールパネルや外部のパーソナルコンピュータ等から印刷指示が入力されると直ちに印刷モードへ移行して印刷を行う。

スリープモードは、待機モードが所定の時間継続したときに自動的に移行する動作モードであり、最も電源に対する負荷が小さくなる動作モードである。具体的には、外部やコントロールパネルとの通信を行う機能構成部（通信部７０）以外は、ＣＰＵを含めた電子回路への電源供給を総て停止する。

外部に接続されたパーソナルコンピュータからＬＡＮ経由で印刷指示があった場合や、ユーザがコントロールパネルを操作すると、これらの信号は電源が供給されている通信部７０では認識できる。その後通信部７０からＣＰＵを含めた電子回路への電源供給が指示されて待機モードに復帰し、さらに印刷モードへと移行する。

電源部５０は、商用電源を入力し、主に各部の電子回路への電力を供給する回路系電源（５Ｖ、３．３Ｖ、±１２Ｖ系）、主にモータへ電力を供給する２４Ｖ系電源、主にヒータ３２に電力を供給するヒータ系電源等の各系の電源に変換する。

図２は、電源部５０のより詳細な構成例を示す図である。電源部５０は、主電源スイッチ５１、ノイズフィルタ／整流回路５２、第１のスイッチング電源６０ａ、第２のスイッチング電源６０ｂ、及びヒータ駆動回路５３等を備えて構成されている。

また、第１のスイッチング電源６０ａは、スイッチング素子６１、スイッチングパルス生成回路６２、トランス６３、整流／安定化回路６４、６５等を備えている。同様に、第２のスイッチング電源６０ｂは、スイッチング素子６６、スイッチングパルス生成回路６７、トランス６８、整流／安定化回路６９等を備えている。

主電源スイッチ５１は、画像形成装置１の全体の電源を入り切りするスイッチである。電源部５０へ入力される商用電源３００は、主電源スイッチ５１を介してノイズフィルタ／整流回路５２に入力される。

ノイズフィルタ／整流回路５２では、外乱雑音等をフィルタリングする一方、交流の商用電源を整流し、適宜の直流電圧に変換する。ノイズフィルタ／整流回路５２の出力は、第１のスイッチング電源６０ａと第２のスイッチング電源６０ｂに入力され、画像形成装置１の各部の電子回路や電気部品に適合した直流電圧に夫々変換される。なお、トナーの定着等に使用されるヒータ３２へは、ヒータ駆動回路５３からヒータ用の電源が別途供給される。

第１のスイッチング電源６０ａのスイッチング素子６１は、例えばＦＥＴ（Field-Effect Transistor）等で構成される素子であり、スイッチングパルス生成回路６２で生成されるスイッチングパルスの周波数（スイッチング周波数）に応じてオン・オフされ、ノイズフィルタ／整流回路５２の直流出力をパルス状の交流電源に変換する。このパルス状の交流電源は、トランス６３によって所望の電圧に変換される。所望の電圧に変換されたパルス状の交流電源は、整流／安定化回路６４、６５によって安定な直流電源に変換され、画像形成装置１内の各部の電子回路や電気部品に供給される。

本実施形態の例では、第１のスイッチング電源６０ａは、ノイズフィルタ／整流回路５２から出力された直流電源を、５Ｖ系、３．３Ｖ系、±１２Ｖ系の各電圧に変換している。これらの各電圧は、画像形成装置１内の各部におけるデジタル回路やアナログ回路の電子部品に適合するものである。

第２のスイッチング電源６０ｂのスイッチング素子６６も、ＦＥＴ等で構成される素子であり、スイッチングパルス生成回路６７で生成されるスイッチングパルスのスイッチング周波数に応じてオン・オフされ、ノイズフィルタ／整流回路５２の直流出力をパルス状の交流電源に変換する。このパルス状の交流電源は、トランス６８によって所望の電圧に変換される。所望の電圧に変換されたパルス状の交流電源は、整流／安定化回路６９によって約２４Ｖの安定な直流電源に変換され、画像形成装置１内の各モータ１１、３１や一部のアナログ電子回路に供給される。

ところで、一般に、トランスを具備するこの種のスイッチング電源では、スイッチング周波数が高いほどトランス等の部品を小型化することができる。従って小型化の観点からはスイッチング周波数が高いほど有利である。

他方、スイッチング周波数を高くするとＦＥＴ等のスイッチング素子やその周辺回路の損失は一般に高くなり、電力変換効率は低下する。即ち、トランスの２次側の負荷電力が同じであると仮定すると、１次側から見た消費電力はスイッチング周波数が高いほど大きくなる。逆に、スイッチング周波数が低いほどスイッチング素子等の損失は小さくなり、一次側から見た消費電力も小さくなる。従って、省電力の観点から見ると、スイッチング周波数は低いほど有利である。

但し、スイッチング周波数を低くする場合には、トランスの磁気飽和現象を考慮する必要がある。一般に、スイッチング周波数を下げていくと、あるところでトランスの磁気飽和が発生し、その結果非常に大きな電流が流れてスイッチング素子を破壊する場合ある。トランスの磁気飽和は、２次側の負荷電力の大きさに依存しており、負荷電力が大きいほど磁気飽和が発生しやすくなる。

そこで、一般には、通常動作時の２次側の最大負荷電力を想定し、最大負荷の状態であっても磁気飽和が発生しない範囲でスイッチング周波数を低く設定し、動作の安定性（磁気飽和の防止）と省電力とのバランスをとっている。

ところで、本実施形態に係る画像形成装置１のように、近時の画像形成装置１では複数の省電力モードを有している。この場合、各省電力モードにおける負荷電力には再現性がある。このため、各省電力モードの負荷電力に応じて、磁気飽和が発生しない範囲でスイッチング周波数を通常動作時からさらに低い周波数に設定することができる。

図３（ａ）−図３（ｃ）は、本実施形態に係る画像形成装置１における省電力モードとスイッチング周波数、及び消費電力の関係の一例を模式的に示した図である。図３（ａ）−図３（ｃ）の横軸は、画像形成装置１の動作モードを示しており、前述したように、通常動作モード（印刷モード）、と２つの省電力モード（待機モードとスリープモード）を有している。

図３（ａ）−図３（ｃ）のうち、図３（ｂ）は、第１のスイッチング電源６０ａのスイッチング周波数と動作モードの関係を示す図であり、図３（ｃ）は、第２のスイッチング電源６０ｂのスイッチング周波数と動作モードの関係を示す図である。

また、図３（ａ）は、電源部５１の入力側から見た（即ち、トランス６３、６８の１次側から見た）有効電力（即ち、消費電力）と各動作モードとの関係を例示した図である。

通常動作モードは印刷時の動作モードであり、各部のデジタル回路やアナログ回路（回路系電源を利用する回路）は総て動作しており、また、スキャナ部１０や画像形成部３０のモータ１１、３１（２４Ｖ系電源を利用する電子部品）も稼動している状態である。従って、通常動作モードでは、図３（ｂ）、（ｃ）に示したように、回路系電源を出力するスイッチング電源６０ａと、２４Ｖ系電源を出力するスイッチング電源６０ｂのスイッチング周波数は、いずれも通常のスイッチング周波数、例えば１００ｋＨｚに設定されている。

印刷が終了し、待機モードに移行すると、モータ１１、３１が停止し第２のスイッチング電源６０ｂの負荷電力は小さくなる。第２のスイッチング電源６０ｂの出力である２４Ｖ系は、その一部がアナログ回路に使用される他は大部分の電力がモータ１１，３１に使用されているからである。

第２のスイッチング電源６０ｂの負荷電力が下がると、その一次側の消費電力も当然下がる。図３（ａ）の待機モードの破線は、仮に第２のスイッチング電源６０ｂのスイッチング周波数が１００ｋＨｚに固定されていたとした場合の一次側の消費電力を例示したものである。

実際には、本実施形態に係る画像形成装置１では、図３（ｃ）に示したように、第２のスイッチング電源６０ｂのスイッチング周波数を１００ｋＨｚから例えば５０ｋＨｚまで低下させている。待機モードでは２４Ｖ系の負荷電力が下がるため、スイッチング周波数を通常動作時よりも低下させてもトランス６８の磁気飽和が発生しないからである。スイッチング周波数を下げることにより、スイッチング素子等による損失が低減され、図３（ｃ）に実線で示したように、１次側の消費電力は小さくなり、省電力効果は高くなる。

なお、スイッチング周波数の低下は公知技術で実現できる。例えば、スイッチングパルス生成回路６７においてスイッチングパルスの発振周波数を決定しているキャパシタ（図示せず）を、小さな容量から大きな容量のキャパシタに切換えることでスイッチング周波数を低下させることができる。

待機モードからスリープモードにさらに移行すると、外部との通信を行っている機能構成部以外の回路は、ＣＰＵを含むデジタル回路やアナログ回路も総てシャットダウンされる。このため、スリープモードでは、第２のスイッチング電源６０ｂの２４Ｖ系の負荷電力は実質的にゼロとなり、第１のスイッチング電源６０ａの負荷電力も大きく低下する。

そこで、本実施形態に係る画像形成装置１のスリープモードでは、第２のスイッチング電源６０ｂのスイッチング動作を停止して（スイッチング周波数をゼロに設定して）、第２のスイッチング電源６０ｂの出力を実質的にオフとする一方、第１のスイッチング電源６０ａのスイッチング周波数を、通常動作時の１００ｋＨｚからに例えば４０ｋＨｚまで低下させている。

第１のスイッチング電源６０ａの負荷電力は、スリープモードでは大きく低下するため、トランス６３が磁気飽和を起こさないスイッチング周波数も下がる。本実施形態のように、例えば、スイッチング周波数を４０ｋＨｚまで下げても磁気飽和は発生しない。他方、スイッチング周波数を下げることによってスイッチング素子６１等の損失は低下する。このため、スイッチング周波数を通常動作モードと同じ１００ｋＨｚとした場合の１次側の消費電力に比べると、より小さな消費電力となり、省電力効果が得られる。図３Ａに示した消費電力の破線と実線の差は、この省電力効果を模式的に示したものである。

例えば、第１のスイッチング電源６０ａのスイッチング周波数が１００ｋＨｚのときのスリープモードでの消費電力が約１６Ｗあったとした場合、スイッチング周波数を４０ｋＨｚまで低下させることによって、約５％以上の電力低減効果が得られる。この結果、スリープモードでの消費電力は約１５Ｗ程度、或いはこれ以下まで低減できる。

前述したエネルギスタープログラムが定める基準の１つにスリープモードの消費電力規定がある。この規定によれば、例えば、１分間の印刷枚数が２０枚より多く４０枚以下の複写機に対するスリープモードでの消費電力は１５Ｗ以下であることが記載されている。

本実施形態に係る画像形成装置１では、スイッチング周波数を低下させるという手法で省電力を実現しており、スリープモードにおける従来の機能や回路構成を削減することなく、上記のエネルギスタープログラムの規定への適合も可能となる。

ここまでの説明では、待機モードとスリープモードの２つの省電力モードについて説明してきたが、よりきめ細かな省電力モードをさらに多く持つ場合であっても本実施形態を拡張できる。

例えば、１つのスイッチング電源の負荷電力が省電力モードに応じて多段階に変化する場合は、スイッチング周波数を多段階で変化させてもよい。

以上説明してきたように、本実施形態に係る画像形成装置１、及びその制御方法によれば、複数の省電力モードを有する画像形成装置１において、各省電力モードに応じた電源変換を高効率で行うことができる。

なお、本発明は上記の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す図。 本発明の実施形態に係る画像形成装置が具備する電源部の構成例を示す図。 省電力モードと、スイッチング周波数及び電源部の１次側から見た消費電力との関係を模式的に示す図。

符号の説明

１ 画像形成装置
１０ スキャナ部
２０ 画像処理部
３０ 画像形成部
３１ モータ
３２ ヒータ
４０ 制御部
５０ 電源部
６０ スイッチング電源
７０ 通信部

Claims (8)

1. 通常動作モードと複数の省電力モードを有する画像形成装置において、
   前記通常動作モードと前記複数の省電力モードとを決定する制御部と、
   前記制御部から指示される前記省電力モードに応じてスイッチング周波数を夫々独立に切換える複数のスイッチング電源と、
   を備える画像形成装置。
2. 前記スイッチング電源は、前記省電力モードに応じて、前記スイッチング周波数を通常動作モードよりも低いスイッチング周波数に切換えることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記スイッチング電源は、スイッチングされた信号を１又は複数の種類の電圧に変換するトランスを有し、前記通常動作モードよりも低いスイッチング周波数は、前記トランスが磁気飽和を起こさない程度まで低くしたスイッチング周波数であることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記複数の省電力モードは、印刷時に各部を駆動するモータをオフすることにより省電力化する待機モードと、外部との通信に必要な電力以外の電力を総てオフとするスリープモードとを含み、
   前記複数のスイッチング電源は、第１のスイッチング電源と第２のスイッチング電源を含み、
   前記待機モード時には、前記第１のスイッチング電源は通常動作モードのスイッチング周波数を維持する一方、前記第２のスイッチング電源は通常動作モードのスイッチング周波数よりも低いスイッチング周波数に切り換え、
   前記スリープモード時には、前記第１のスイッチング電源は通常動作モードのスイッチング周波数よりも低いスイッチング周波数に切り換え、前記第２のスイッチング電源はその出力をオフとすることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
5. 前記第１のスイッチング電源は、前記制御部に供給する電力、及び前記外部との通信に必要な電力とを供給する電源であり、
   前記第２のスイッチング電源は、印刷時において各部を駆動するモータへの電力を供給する電源であることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 通常動作モードと複数の省電力モードを有する画像形成装置の制御方法において、
   （ａ）前記通常動作モードと前記複数の省電力モードとを決定し、
   （ｂ）決定した前記省電力モードに応じて複数のスイッチング電源のスイッチング周波数を夫々独立に切換えることを特徴とする画像形成装置の制御方法。
7. ステップ（ｂ）では、前記省電力モードに応じて、前記スイッチング周波数を通常動作モードよりも低いスイッチング周波数に切換えることを特徴とする請求項６記載の画像形成装置の制御方法。
8. 前記複数の省電力モードは、印刷時に各部を駆動するモータをオフすることにより省電力化する待機モードと、外部との通信に必要な電力以外の電力を総てオフとするスリープモードとを含み、
   前記複数のスイッチング電源は、第１のスイッチング電源と第２のスイッチング電源を含み、
   ステップ（ｂ）では、前記待機モード時には、前記第１のスイッチング電源は通常動作モードのスイッチング周波数を維持する一方、前記第２のスイッチング電源は通常動作モードのスイッチング周波数よりも低いスイッチング周波数に切り換え、前記スリープモード時には、前記第１のスイッチング電源は通常動作モードのスイッチング周波数よりも低いスイッチング周波数に切り換え、前記第２のスイッチング電源はその出力をオフとすることを特徴とする請求項６記載の画像形成装置の制御方法。

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