JP2009268324A - 電源回路、電子機器および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】商用交流電源の過電圧を検出した場合でも、電源回路の一定の機能を維持しつつ平滑コンデンサを保護することを可能とする電源回路を提供する。
【解決手段】本発明の電源回路５００は、全波整流回路２２０、平滑コンデンサ２７１，２７２、比較器２３０およびリレー２６１，２６２を備える。全波整流回路２２０は、商用電源２１０からの供給電流を整流する。平滑コンデンサ２７１，２７２は、並列接続されており、全波整流回路２２０からの出力電流を平滑化する。比較器２３０は、商用電源２１０からの供給電圧が所定値を超える過電圧であるか否かを判定する。リレー２６１，２６２は、比較器２３０により過電圧と判定された場合、平滑コンデンサ２７１，２７２の接続を直列接続に切り替える。
【選択図】図２

Description

本発明は、商用交流電源を直流電圧に変換する電源回路、この電源回路を備える電子機器およびこの電子機器を備える画像形成装置に関する。

電源回路は、一般に、商用交流電源を変圧器で降圧し、ダイオードで整流し、さらにコンデンサ等で平滑し、安定した直流電圧を得て、制御部やモータ等の駆動部に供給する。

ところで、商用交流電源には、入力電圧が１００Ｖ系や２００Ｖ系の種類があったり、入力電圧が不安定な電源が存在していたりする。そのため、電源回路内に過電圧が発生する場合がある。この過電圧に対する電源回路の耐力は、電源回路において使用されている部品の耐圧等で決定されることが大半である。多くの場合、異常過電圧実力値としては、定格交流電源電圧の約１５０％程度の耐力であり、これを超えた場合、電源回路内の各部品、特に、平滑コンデンサが性能劣化、破壊または破裂するといった事象が見られていた。

そこで、商用交流電源の過電圧に対応する技術として、商用交流電源の過電圧を検出した場合、平滑コンデンサに過電圧が印加されることによる平滑コンデンサの破壊を防止するよう、過電圧源から平滑コンデンサを切り離して保護する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１８７３９１号公報

特許文献１では、商用交流電源の過電圧を検出した場合、過電圧源から平滑コンデンサを切り離す手法をとっているため、電源回路で駆動されている電子機器全体を停止させることになり、動作中の処理については全て途中で中断されることになるという問題があった。

そこで本願は、上記課題に鑑み、商用交流電源の過電圧を検出した場合でも、電源回路の一定の機能を維持しつつ平滑コンデンサを保護することを可能とする電源回路を提供することにある。

本発明の電源回路は、整流回路、平滑コンデンサ、判定部および切替部を備える。整流回路は、商用電源からの供給電流を整流する。平滑コンデンサは、並列接続されており、整流回路からの出力電流を平滑化する。判定部は、商用電源からの供給電圧が所定値を超える過電圧であるか否かを判定する。切替部は、判定部により過電圧と判定された場合、平滑コンデンサの接続を直列接続に切り替える。

この構成では、商用電源からの供給電圧が過電圧であっても、平滑コンデンサの接続を直列接続に切り替えることにより平滑コンデンサの耐圧が増すため、平滑コンデンサを過電圧から保護することができる。また、平滑コンデンサを切り離すわけではないので、過電圧がかかったときでも電源回路の一定の機能を維持できる。

この構成において、切替部は、判定部が過電圧から正常電圧に戻ったことを判定したとき、平滑コンデンサの接続を直列接続から並列接続に切り替えると好ましい。

この構成では、平滑コンデンサの合計容量を元に戻すことができるため、十分な電力供給が可能となる。

また、判定部は、ヒステリシス特性を有しており、電源のオフ−オン操作により元の状態（平滑コンデンサの並列接続状態）に復帰することも可能であり、また、自動的に元の状態に復帰させることも可能である。

この構成では、不安定な電源電圧は、一旦過電圧になると、元に戻った場合でも再び過電圧になる傾向がある。このとき、平滑コンデンサの接続を直列接続から並列接続に自動的に戻るように構成しておくと平滑コンデンサの接続状態が不安定になってしまう。そこで、この発明のように、判定部にヒステリシス特性を持たせることにより、電源電圧が過電圧方向に度々変動するような場合に、平滑コンデンサの接続状態が頻繁に変動しないようにする。

本発明の電子機器は、電源回路および制御部を備える。電源回路は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の本発明の電源回路である。制御部は、電源回路における判定部により過電圧と判定された場合、電子機器本体内の特定の回路への電力供給を遮断するよう制御する。

この構成では、本発明の電源回路を電子機器に適用することにより、商用電源の過電圧による電子機器の機能停止を防止することができる。また、判定部により過電圧と判定された場合に複数の平滑コンデンサの接続を直列接続に切り替えるが、その際に平滑コンデンサの合計容量が減少する。そこで、電子機器本体内の特定の回路への電力供給を遮断することにより、平滑コンデンサの容量不足を解消することができる。

この構成において、特定の回路は、駆動回路であると好ましい。

この構成では、制御系とは別の駆動回路への電力供給を遮断することにより、過電圧による動作上の不具合を最小限に収めることができる。

本発明の画像形成装置は、電子機器、画像形成部、原稿読取部、データ受信部およびデータ送信部を備える。電子機器は、請求項４または５に記載の電子機器である。画像形成部は、記録媒体に画像を形成する。原稿読取部は、原稿の画像を読み取る。データ受信部は、外部機器からデータを受信する。データ送信部は、外部機器へデータを送信する。

この構成では、本発明の電源回路を備えた電子機器を画像形成装置に適用することにより、商用電源の過電圧による画像形成装置の機能停止を防止することができる。

この構成において、本発明の画像形成装置は、判定部により過電圧と判定されたときに画像形成部において画像形成動作または原稿読取部において原稿読取動作がなされている場合、記録媒体または原稿の搬送を停止させると好ましい。

この構成では、画像形成部や原稿読取部を駆動する駆動回路への電力供給を遮断させることにより、平滑コンデンサの容量不足を解消することができる。

また、本発明の画像形成装置は、判定部により過電圧と判定されたときにデータ受信部においてデータ受信動作またはデータ送信部においてデータ送信動作がなされている場合、その動作を継続させると好ましい。

この構成では、制御系に関連するデータ受信部やデータ送信部の電力供給を維持することにより、過電圧による動作上の不具合を最小限に収めることができる。

本発明における画像形成装置は、商用交流電源の過電圧を検出した場合でも、電源回路の一定の機能を維持しつつ平滑コンデンサを保護することを可能とする。

以下、本発明の最良の実施形態に係る電源回路、この電源回路を備える電子機器およびこの電子機器を備える画像形成装置を、図面を参照にしつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。

画像形成装置１００は、画像読取ユニット（原稿読取部）２００、画像記録ユニット３００、給紙ユニット４００および制御部５０を備えている。

画像読取ユニット２００は、自動原稿搬送装置（ＡＤＦ:AutomaticDocument Feeder）２０１、第１原稿台２０２、第２原稿台２０３、第１ミラーベース２０４、第２ミラーベース２０５、レンズ２０６及び固体撮像素子（ＣＣＤ:Charge Coupled Device）２０７を備えている。

ＡＤＦ２０１には、原稿トレイ２１１から第２原稿台２０３を経由して排出トレイ２１２に至る原稿搬送路２１３が形成されている。ＡＤＦ２０１は、原稿搬送路２１３内に原稿を１枚ずつ搬送する。ＡＤＦ２０１は、第１原稿台２０２の上面を開閉自在に被覆するように、背面側を支点に回動自在にされている。前面側が上方に移動するようにＡＤＦ２０１を回動させて第１原稿台２０２の上面を露出させることにより、手動操作によって第１原稿台２０２に原稿を載置することができる。

第１原稿台２０２及び第２原稿台２０３は、ともに硬質ガラス板によって構成されている。

第１ミラーベース２０４及び第２ミラーベース２０５は、第１原稿台２０２及び第２原稿台２０３の下方において水平方向に移動自在にされている。第２ミラーベース２０５の移動速度は、第１ミラーベース２０４の移動速度の１／２にされている。第１ミラーベース２０４は、光源及び第１ミラーを搭載している。第２ミラーベース２０５は、第２ミラー及び第３ミラーを搭載している。

ＡＤＦ２０１によって搬送される原稿の画像を読み取る際に、第１ミラーベース２０４は、第２原稿台２０３の下方に停止している。光源の光は、第２原稿台２０３上を通過する原稿の画像面に向けて照射され、原稿の画像面における反射光が第１ミラーによって第２ミラーベース２０５に向けて反射される。

第１原稿台２０２に載置された原稿の画像を読み取る際には、第１ミラーベース２０４及び第２ミラーベース２０５は、第１原稿台２０２の下方を水平方向に移動する。光源の光は、第１原稿台２０２上に載置された原稿の画像面に向けて照射され、原稿の画像面における反射光が第１ミラーによって第２ミラーベース２０５に向けて反射される。

ＡＤＦ２０１を用いるか否かに拘らず、原稿の画像面における反射光は、光路長を一定にして、第２ミラー及び第３ミラーによってレンズ２０６を経由してＣＣＤ２０７に入射する。

ＣＣＤ２０７は、原稿の画像面における反射光の光量に応じた電気信号を出力する。この電気信号は、制御部５０を介して画像記録ユニット３００に画像データとして入力される。

画像記録ユニット３００は、感光体ドラム３１、帯電装置３２、露光装置３３、現像装置３４、転写装置３５、クリーニングユニット３６及び定着装置３７を備えている。感光体ドラム３１、帯電装置３２、露光装置３３、現像装置３４、転写装置３５、クリーニングユニット３６及び定着装置３７は、画像形成部３０を構成する。

感光体ドラム３１は、周面に感光層を備え、矢印方向に回転する。帯電装置３２は、感光体ドラム３１の周面を所定の均一な電位に帯電させる。帯電装置３２として、チャージャによる非接触方式、又は、ローラ若しくはブラシによる接触方式の何れを用いてもよい。

露光装置３３は、例えばＬＳＵ（Laser ScanningUnit）であって、画像データに基づいて変調されたレーザ光を、ポリゴンミラーを介して感光体ドラム３１の周面に軸方向に走査する。これによって、感光体ドラム３１の周面には、感光層における光導電作用によって静電潜像が形成される。ＬＳＵに代えて、ＥＬやＬＥＤ等の発光素子がアレイ状に配置された露光装置を用いることもできる。

現像装置３４は、感光体ドラム３１の周面にトナー（現像剤）を供給し、静電潜像をトナー像（現像剤像）に可視像化する。

転写装置３５は、転写ローラ３５Ａ及び転写ベルト３５Ｂを備えている。転写ベルト３５Ｂは、感光体ドラム３１の下方において複数のローラ間にループ状に張架されており、１×１０^９〜１×１０^１３Ω・ｃｍ程度の抵抗値を有する。転写ベルト３５Ｂのループ状の移動経路の内側には、転写ベルト３５Ｂを挟んで感光体ドラム３１に圧接する転写ローラ３５Ａが備えられている。転写ローラ３５Ａには、所定の転写電圧が印加され、転写ベルト３５Ｂと感光体ドラム３１との間を通過する用紙に、感光体ドラム３１が担持するトナー像が転写される。用紙は、記録媒体の一例である。

クリーニングユニット３６は、トナー像が用紙に転写された後に、感光体ドラム３１の周面に残留しているトナーを、感光体ドラム３１の周面から回収する。

定着装置３７は、加熱ローラ３７Ａ及び加圧ローラ３７Ｂを備えている。加熱ローラ３７Ａは、トナーを溶融可能な温度に内部の熱源によって加熱される。加圧ローラ３７Ｂは、加熱ローラ３７Ａに所定の圧力で圧接する。定着装置３７は、加熱ローラ３７Ａと加圧ローラ３７Ｂとの間を通過する用紙を加熱及び加圧することにより、トナー像を用紙に堅牢に定着させる。定着装置３７を通過した用紙は、画像形成装置１００の一方の側面に装着された排紙トレイ３８へ排出される。

給紙ユニット４００は、給紙カセット４０１，４０２，４０３，４０４及び手差しトレイ４０５を備えている。給紙カセット４０１，４０２，４０３，４０４のそれぞれには、同一サイズの複数枚の用紙が収納される。手差しトレイ４０５には、使用頻度の低いサイズや紙質の用紙が載置される。

用紙搬送方向においてレジスト前ローラ３９Ａの下流側に、レジストローラ３９Ｂが配置されている。レジスト前ローラ３９Ａによって搬送された用紙は、停止しているレジストローラ３９Ｂに前端を突き当てられる。レジストローラ３９Ｂの回転軸は、用紙搬送方向に直交する方向に配置されている。用紙の前端が、停止しているレジストローラ３９Ｂに突き当てられることで、用紙が斜行している場合は斜行が補正される。

レジストローラ３９Ｂは、用紙の前端が、感光体ドラム３１の周面に形成されたトナー像の前端に合致するタイミングで回転を開始し、感光体ドラム３１と転写ベルト３５との間に用紙を搬送する。用紙には上述のようにトナー像が転写及び定着され、用紙は排紙トレイ３８に排出される。

画像形成装置１００の側面であって手差しトレイ４０５の下方に、大容量給紙カセット（ＬＣＣ：Large Capacity Cassette）４０６を配置することができる。ＬＣＣ４０６には、多量の用紙が収容される。ＬＣＣ４０６から給紙された用紙は、給紙搬送路４５及び主搬送路４１を経由して、画像形成部３０へ搬送される。

制御部５０は、画像形成装置１００の中枢部であり、後述するように各部を総括的に制御し、画像形成動作に関する指令を各部に伝達する。

画像形成装置１００は、様々な種類の電子機器を備える。この電子機器には、後述の電源回路が備えられている。

図２は、本発明の実施形態に係る電源回路の構成を示す図である。

電源回路５００は、商用電源２１０、全波整流回路２２０、比較器（判定部）２３０、三端子レギュレータ２４０、フォトカプラ２５０，２８０、リレー（切替部）２６１，２６２、平滑コンデンサ２７１，２７２、シャントレギュレータ２９０、ＤＣ出力３０１，３０２、制御ＩＣ３１０、パワーＭＯＳＦＥＴ３２０、ツェナーダイオード３３０を備える。

商用電源２１０は、交流電力を電源回路５００に供給する。全波整流回路２２０は、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置である。比較器２３０は、二つの電流または電圧を比較し、どちらが大きいかで出力が切り替わる素子である。三端子レギュレータ２４０は、直流電圧安定化回路を収めた電源用ＩＣである。フォトカプラ２５０，２８０は、電気信号を伝達する素子の一種で、その内部には発光素子と受光素子が収められ、外部からの光を遮断するパッケージに封じ込められている。リレー２６１，２６２は、回路の電流の断続に伴い、別の回路の接点を開閉する装置である。平滑コンデンサ２７１，２７２は、電圧波形の余計な振動を除去し、波形を滑らかにする用途に用いられるコンデンサである。シャントレギュレータ２９０は、シリーズに抵抗を入れて負荷と並列に流す電流値を変化させ、抵抗の電圧降下値を変化させることによって出力電圧を安定化させるものである。ＤＣ出力３０１は、モータ等の駆動回路５２を駆動するための直流出力であり、出力は例えば２４Ｖ、５０Ｗである。ＤＣ出力３０２は、ＣＰＵ、メモリ、ＬＣＤ等の制御系を駆動するための直流出力であり、出力は例えば５Ｖ、１０Ｗである。制御ＩＣ３１０は、パワーＭＯＳＦＥＴ３２０を直接駆動できるスイッチング電源制御用ＩＣである。パワーＭＯＳＦＥＴ３２０は、大電力を取り扱うように設計されたＭＯＳＦＥＴのことである。パワーＭＯＳＦＥＴ３２０は、他のパワーデバイスと比較するとスイッチング速度が速く、低電圧領域での変換効率が高いため、２００Ｖ以下の領域で、スイッチング電源やＤＣ−ＤＣコンバータ等に用いられる。ツェナーダイオード３３０は、ダイオードの一種で、通常のダイオードのように順方向に電流を流すだけでなく、逆電圧がツェナー電圧と呼ばれる定格の降伏電圧より大きければ逆方向にも電流を流せる素子である。

ＤＣ出力３０２をシャントレギュレータ２９０で監視し、フォトカプラ２８０を介してフィードバックし、制御ＩＣ３１０によるパワーＭＯＳＦＥＴ３２０のスイッチング駆動を制御してＤＣ出力電圧を一定に維持している。制御ＩＣ３１０は、例えば富士電機（株）ＦＡ５５１０／１１／１４／１５を用いる。

平滑コンデンサ２７１，２７２は、耐圧電圧のピーク値が４００Ｖであり、通常は並列接続されるようリレー２６１，２６２が実線の位置で接続されている。

監視電圧は、全波整流回路２２０の出力から取得する。この電圧が所定値（ピーク値３９５Ｖ）を超えたとき、過電圧と判定するよう、比較器２３０が設けられている。監視電圧の電圧をツェナーダイオード３３０で３９０Ｖ降圧し、抵抗で分圧して電圧Ｖ１を出力する。比較器２３０は、三端子レギュレータ２４０の出力する基準電圧から抵抗で分圧して形成される電圧Ｖ２と比較する。監視電圧が３９５Ｖを超えたときにコンパレータ出力はＬ→Ｈに遷移し、トランジスタをＯＮにしてリレー２６１，２６２を点線の位置に接続するよう駆動し、平滑コンデンサ２７１，２７２を直列に接続する。このことにより、平滑コンデンサ２７１，２７２の耐圧が２倍となるので過電圧に耐えることができる。一方、直列接続に切り替えたことで、平滑コンデンサ２７１，２７２の合計容量が並列接続時の１／４になるので、商用電源２１０から取得できるＤＣ電力の合計は単純計算で１／４以下にする必要がある。

フォトカプラ２５０は、過電圧時に点灯する。制御部５０は、フォトカプラ２５０を介して平滑コンデンサ２７１，２７２が直列となったことを受信した場合、駆動回路５２の駆動を停止するよう制御することで、ＤＣ出力３０１からの電力供給を不要とする。これにより、供給電力はＤＣ出力３０２の１０Ｗのみとなり、商用電源２１０は、電力供給の継続が可能となる。ＤＣ出力３０２は、制御系への電力供給が継続できるので、過電圧による動作上の不具合を最低限に収める。

図３は、本発明の実施形態における電子機器の制御系を示すブロック図である。

制御部５０は、駆動回路５２、操作表示部５４、ＦＡＸ通信部（データ受信部、データ送信部）５６、ＮＩＣ（データ受信部）５８および画像処理部６０を総括的に制御する。

駆動回路５２は、モータ等の駆動部品を駆動する回路である。操作表示部５４は、画像形成装置１００の状態等を表示する。ＦＡＸ通信部５６は、ＦＡＸ送受信をするための部位である。ＮＩＣ５８は、ＰＣからの印字データの受信等を行うために使用されるハードウェアである。画像処理部６０は、印字データの画像を処理する。

制御部５０は、過電圧の検知結果をフォトカプラ２５０を介して受信すると、駆動回路５２を停止し、駆動回路５２への電力供給を不要とする。一方、操作表示部５４のＬＣＤ表示、ＦＡＸ通信部５６によるＦＡＸ送受信、ＮＩＣ５８によるＰＣからの印字データ受信および画像処理部６０による画像処理を継続させる。

図４は、本発明の実施形態における画像形成装置の過電圧検出時の処理を示すフローチャートである。

図４は、画像形成装置１００の複写動作時、スキャン動作時およびプリント動作時におけるフローである。

制御部５０は、フォトカプラ２５０を介して平滑コンデンサ２７１，２７２が直列となったことを受信すると、駆動回路５２の駆動を停止する（Ｓ１）。駆動回路５２の停止により搬送中の用紙または原稿が搬送路の途中で停止してしまうので、これを取り除くように操作表示部５４に表示する（Ｓ２）。用紙または原稿が搬送路から取り除かれると（Ｓ３）、制御部５０は、電源スイッチをオフ−オンするように操作表示部５４に表示する（Ｓ４）。

図５は、本発明の実施形態における画像形成装置の過電圧検出時の処理を示すフローチャートである。

図５は、画像形成装置１００のＦＡＸ送受信時、印字データ受信時および非動作時におけるフローである。

制御部５０は、フォトカプラ２５０を介して平滑コンデンサ２７１，２７２が直列となったことを受信し、操作表示部５４にエラーメッセージを表示する（Ｓ１１）。その後、制御部５０は、電源スイッチをオフ−オンするように操作表示部５４に表示する（Ｓ１２）。

なお、本発明の比較器２３０は、入力特性にヒステリシス特性を有しており、監視電圧が過電圧である３９５Ｖを一旦超えた後に３９５Ｖを下回り、さらに通常電位（商用電力の標準電位２２０Ｖ×１．４＝３０８Ｖ）を下回っても、リレー２６１，２６２が切り替わらないように設定されている。これは、一旦過電圧になったときは反復継続する可能性が高いためで、過電圧状態から電圧が低下しても再び過電圧状態となることがあり、自動的に平滑コンデンサ２７１，２７２を並列接続に戻るような回路とすると、利用者が混乱する虞があるためである。したがって、画像形成装置１００を元の状態に復帰させるためには利用者により一旦電源スイッチをオフして全ての電位を一旦０Ｖにするように構成している。

最後に、上述の実施形態の説明は、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。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、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が含まれることが意図される。

図１は、本発明の実施形態に係る電源回路を備える画像形成装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電源回路の構成を示す図である。 本発明の実施形態における電源回路を備える画像形成装置の制御系を示すブロック図である。 本発明の実施形態における電源回路を備える画像形成装置の過電圧検出時の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における電源回路を備える画像形成装置の過電圧検出時の処理を示すフローチャートである。

符号の説明

３０−画像形成部
５０−制御部
５２−駆動回路
５６−ＦＡＸ通信部
５８−ＮＩＣ
１００−画像形成装置
２００−画像読取ユニット
２１０−商用電源
２２０−全波整流回路
２３０−比較器
２６１，２６２−リレー
２７１，２７２−平滑コンデンサ
５００−電源回路

Claims (8)

1. 商用電源からの供給電流を整流する整流回路と、
   前記整流回路からの出力電流を平滑化する、並列接続された複数の平滑コンデンサと、
   前記商用電源からの供給電圧が所定値を超える過電圧であるか否かを判定する判定部と、
   前記判定部により過電圧と判定された場合、前記平滑コンデンサの接続を直列接続に切り替える切替部と、
   を備える電源回路。
2. 前記切替部は、前記判定部が過電圧から正常電圧に戻ったことを判定したとき、前記平滑コンデンサの接続を直列接続から並列接続に切り替える請求項１に記載の電源回路。
3. 前記判定部は、その判定動作がヒステリシス特性を有している請求項２に記載の電源回路。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源回路と、
   前記電源回路における判定部により過電圧と判定された場合、電子機器本体内の特定の回路への電力供給を遮断するよう制御する制御部と、
   を備える電子機器。
5. 前記特定の回路は、モータ等の駆動部品を駆動する駆動回路である請求項４に記載の電子機器。
6. 請求項４または５に記載の電子機器と、
   記録媒体に画像を形成する画像形成部と、
   原稿の画像を読み取る原稿読取部と、
   外部機器からデータを受信するデータ受信部と、
   外部機器へデータを送信するデータ送信部と、
   を備える画像形成装置。
7. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源回路における判定部により過電圧と判定されたときに前記画像形成部において画像形成動作または前記原稿読取部において原稿読取動作がなされている場合、記録媒体または原稿の搬送を停止させる請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記判定部により過電圧と判定されたときに前記データ受信部においてデータ受信動作または前記データ送信部においてデータ送信動作がなされている場合、その動作を継続させる請求項６または７に記載の画像形成装置。

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