JP2010145653A - 電力供給装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 省電力モード時に負荷に電力を供給する電源のできるだけ小さくしつつ、通常電力モード時でも電源効率をできるだけ低下させないようにする。
【解決手段】 前記通常電力モード時に動作する主電源装置２０２と、通常電力モード時及び省電力モード時の何れでも動作し、主電源装置２０２よりも電力の供給能力が低い常夜電源装置２０１とを有し、通常電力モード時には、主電源装置２０２から第１第１制御部２０６及び第２制御部２０７へ電力供給され、常夜電源装置２０１から第２制御部２０７へ電力供給され、省電力モード時には、主電源装置２０２から第１制御部２０６及び第２制御部に０７への電力供給が行われず、常夜電源装置２０１から第２制御部２０７へ電力供給されるよう接続される。
【選択図】 図２

Description

本発明は電力供給装置及びそれを搭載した画像形成装置に係わり、特に通常電力モードとそれよりも消費電力の少ない省電力モードとで動作可能とされる電力供給装置及びそれを搭載した画像形成装置に関する。

従来複写機等の画像形成装置においては、省電力化を図るために画像形成動作が行われていない状態の消費電力を如何に低く抑えるかということが着目されるようになっている。例えば、画像形成動作が行われていない状態では主電源から電力の供給を行わない省電力モードに移行することで省電力化を図る電源装置が採用されることがあった。

ところが、画像形成装置の使用用途や機能によっては、省電力化を図りつつも、常に外部や本体操作部からの信号に反応して、主電源回路からの電力供給を再開して画像形成を実行可能な状態に復帰することが必要となる。

例えば、ファクシミリにおいては、常に外部から電話線を介して入力される情報を受信できる態勢を整えておく必要がある。また、プリンタの場合は、パーソナルコンピュータ等から入力される画像の印刷指令を受信することにより即座に画像形成を実行可能な状態に復帰するとともに、受信した画像データに基づいて画像形成処理を行う必要がある。また、ユーザーがコピー画像を生成するために装置の操作部を操作した場合にも、即座に画像形成を実行可能な状態に復帰するとともに、原稿を読み取り画像形成処理を行う必要がある。
すなわち、このような画像形成装置に用いられる電源装置には、省電力モードでの消費電力を図りつつも、画像形成を実行できる状態復帰すべく主電源からの電力の供給を再開する必要がある。

そこで従来の電源装置では、図８のような構成がとられていた。主電源８０２と常夜電源８０１とを設け、省電力状態においては、ＳＷ２をＯＦＦして主電源装置８０２から画像形成制御部である第１の負荷８０６への電力の供給を停止する一方、常夜電源８０１は第２の負荷８０７への電力供給を維持していた。常夜電源８０１は、外部機器８１２からの信号を監視する通信検知部８０８及び、外部機器８１２との通信を制御する通信制御部８０９へ電力を供給している。また、常夜電源８０１は、装置の操作部が操作されたことを検知するＵＩ検知部８１０及び操作部を制御するＵＩ制御部８１１へも電力を供給している。これによれば、常に外部機器８１２からの通信信号や操作部の操作を検知して、画像形成を実行可能な状態へと移行できる態勢を整えつつ、省電力化を図ることができるとされていた。（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−２３０６４３号公報

しかしながら、従来の電源装置では、第２の負荷８０７で消費される電力は、省電力モードにおいては、外部機器８１２から通信信号や装置の操作部の操作状況を監視する通信検知部８０８及び装置の操作部の操作状況を検知する信号入力検知部８０８のみであった。しかし、省電力モードから復帰後では、信号入力検知部以外に対しても電力の供給が行われる。そのため、復帰後は省電力モードに比べ消費電力が大幅に増加していた。

また、画像形成を実行可能な状態、画像形成動作中及び省電力モードのいずれでも常夜電源８０１のみで第２の負荷８０７へ電力を供給していた。従って、常夜電源８０１は、画像形成を実行可能な状態及び画像形成動作中に第２の負荷８０７で必要な電力を供給可能な能力を備えたものが使用されていた。

電源装置は電源供給能力が大きければ、装置の持つ基本的な損失が大きくなるため、画像形成装置の省電力モードにおける電源装置の消費電力を十分に低減させることが困難になっていた。

上記の課題を解決するために本発明の電力供給装置は、通常電力モードと、前記通常電力モードよりも消費電力の少ない省電力モードとを有する機器の電力供給装置において、前記通常電力モード時に動作する第１の電源と、前記通常電力モード時及び前記省電力モード時の何れでも動作し、前記第１の電源よりも電力の供給能力が低い第２の電源と、前記通常電力モード時には、前記第１の電源から第１の負荷及び前記第１の負荷よりも消費電力の少ない第２の負荷へ電力供給され、前記第２の電源から前記第２の負荷へ電力供給され、前記省電力モード時には、前記第１の電源から前記第１の負荷及び前記第２の負荷への電力供給が行われず、前記第２の電源から前記第２の負荷へ電力供給されるよう接続されたことを特徴とする。

本発明によれば、通常電力モード時に、省電力モードで動作する第２の負荷に電力を供給する第２電源からだけでなく、第１の電源からも第２の負荷へ電力供給することで、従来方式に比べ電力供給能力を抑えた第２の電源を使用することが可能となる。更に、省電力モードでの消費電力を低減させかつ、第２の電源の小型化を実現することが可能となる。

以下、本発明に係る電源装置を備えた画像形成装置について、図面を用いて詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明における電力供給装置を搭載した電子写真プロセスの画像形成装置の概略構成図である。

同図において、１ａ〜１ｄは感光体、２ａ〜２ｄは１次帯電部、３ａ〜３ｄは露光部、４ａ〜４ｄは現像部、５３ａ〜５３ｄは１次転写部、６ａ〜６ｄはクリーナー、５１は中間転写ベルト、５５は中間転写ベルトクリーナー、５６、５７は２次転写部ローラである。１次帯電部５３によって感光体が一様に帯電された後、画像信号に応じた露光が露光部３によってなされることにより、感光体１上に静電潜像が形成される。その後、現像部４によってトナー像が現像され、４個の感光体上のトナー像は１次転写部５３によって中間転写ベルトに多重転写され、更に２次転写ローラ５６，５７によって記録紙Ｐに転写される。感光体上に残った転写残トナーはクリーナーによって、中間転写ベルト５１に残った転写残トナーは中間転写ベルトクリーナー５５によって回収される。記録紙Ｐに転写されたトナー像は定着部７によって定着されることにより、カラー画像を得る。

図２は電源装置の構成図である。

本実施形態の電力供給装置は、主電源装置２０２、本体電源スイッチＳＷ１、切換スイッチＳＷ２、第１制御部２０６、及び第２制御部２０７、常夜電源装置２０１、電流検知回路２０３から構成されている。第１制御部は、主に画像形成処理の制御を行う。第２制御部は、外部機器２１２との通信制御や操作部（ＵＩ）２１３の制御を行う。第２制御部は２０７は更に、外部機器２１２からの印刷ジョブの入力の有無や操作部２１３からの入力の省電力モードの解除信号や画像形成の開始指示等の入力を検知する信号入力検知部２０８を有する。また、電源に対して、第１制御部２０６は第１の負荷であり、第２制御部は第２の負荷である。

第１の電源としての主電源装置２０２の電力供給能力は２００Ｗ程度、第１の電源よりも電力供給能力の低い第２の電源としての常夜電源装置２０１の電力供給能力は１Ｗ程度である。常夜電源装置２０１は、主電源装置２０２とは独立したユニットとして構成され、入力側は本体電源スイッチＳＷ１を介して交流電源ＡＣに接続され、交流電源ＡＣからの電力で所定の直流電圧を生成する。また常夜電源装置２０１の出力側は第２制御部２０７に接続されている。主電源装置２０２は、第１制御部２０６に接続されると共に、逆流防止用のダイオードＤ２０１を介して第２制御部２０７にも接続されている。

図３は常夜電源装置２０１の構成を示すブロック図である。

常夜電源装置２０１は、整流平滑回路３０１、スイッチング部３０２、トランス３０３、整流平滑回路３０５、電圧検出回路３０６、絶縁型信号伝達素子３０７、制御回路３０８から構成される。常夜電源装置２０１は、いわゆるスイッチングレギュレータ方式の電源回路を構成している。

整流平滑回路３０１には、交流電源２０４より交流電圧が入力される。整流平滑回路３０１は入力された交流電圧を整流平滑して、スイッチング部３０２に供給する。スイッチング部３０２は、制御回路３０８からのスイッチングパルスに応じて整流平滑回路３０１で整流平滑された電圧をスイッチングしてトランス３０３の一次側巻線へ供給する。

そして、トランス３０３の二次側巻線に発生した電圧は整流平滑回路３０５に供給され、整流平滑回路３０５はトランス３０３の二次側巻線に発生した電圧を整流平滑して直流電圧を出力する。この直流出力は第２制御部２０７に供給される。

電圧検出回路３０６は、整流平滑回路３０５の出力電圧値を検出し、検出した出力電圧レベルに応じた信号を絶縁型信号伝達素子３０７へ出力する。絶縁型信号伝達素子３０７は、電圧検出回路３０６からの信号をトランス３０３の一次側の電源制御回路３０８へに伝達する。電源制御回路３０８に伝達された信号レベルに応じてスイッチング部３０２に供給するスイッチングパルスのパルス幅を制御する。

電源制御回路３０８は、整流平滑回路３０５の出力電圧が大きくなると、スイッチングパルス幅を小さくしてトランス３０３の出力電圧を下げる様に制御を行う。また、電源制御回路３０８は、整流平滑回路３０５の出力電圧が小さくなると、スイッチングパルス幅を大きくしてトランス３０３の出力電圧を上げるように制御を行う。

次に本実施形態における電源供給制御について図４のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートの処理は第２制御部が実行する。

本体電源スイッチＳＷ１がＯＮされると、画像形成装置が通常電力モードで起動し、第２制御部２０７は切換スイッチＳＷ２をオンするｏｎ信号を出力する（Ｓ４０１）。これにより、切換スイッチＳＷ２はオン状態となる。切換スイッチＳＷ２がオン状態になると、交流電源ＡＣより主電源装置２０２への電力供給が行われるため、主電源装置２０２から第１制御部２０６への電力供給が行われる。これと並行して、主電源装置２０２からもダイオードＤ２０１を介して第２制御部２０７へ電力が供給される。

第２制御部２０７は、外部機器２１２との通信や操作部２１３の制御を行うために、トータルで１０Ｗ程度の電力が必要となる。常夜電源装置２０１の電力供給能力は先述のとおり１Ｗ程度であり、通常電力モードにおいて第２制御部２０７で必要とされる電力を常夜電源装置２０１だけでは賄うことができないため、主電源装置２０２からも電力を供給している。

主電源装置２０２には電流検知回路２０３で検知された常夜電源装置２０１の出力電流検出信号Ｉ＿ＳＥＮＣＥが入力される。主電源装置２０２は、常夜電源装置２０１の出力電流検出信号Ｉ＿ＳＥＮＣＥを入力して、常夜電源から第２制御部へ供給される電力が１Ｗ程度となるように自身の出力電圧を制御する。このように、常夜電源装置２０１の供給能力以上の電力を主電源装置２０２より賄える構成になっている。

通常電力モードでは、第２制御部２０７は、信号入力検知部２０８を介して、外部機器２１２からプリント指示やＦＡＸ受信または操作部２１３より画像形成指示等の入力（これらをＪＯＢ信号と称す）があるか否かの検知を行う（Ｓ４０２）。時間Ｔの間、外部機器２１２から上述したＪＯＢ信号を受信しなかった場合第２制御部２０７は、省電力モード移行信号を第１制御部２０６へ出力し（Ｓ４０３）、更にＳＷ２をＯＦＦする信号をす津力する（Ｓ４０４）。これにより、画像形成装置は通常電力モードから省電力モードへ移行する。

切換スイッチＳＷ２がオフ状態では、交流電源ＡＣより主電源装置２０２への電力供給が遮断されるため、主電源装置２０２から第１制御部２０６への電力供給は行われない。この時、交流電源ＡＣから常夜電源装置２０１への電力供給は継続して行われており、常夜電源装置２０１から第２制御部２０７へ直流電圧が供給されている。この時、第２制御部２０７は外部機器２１２や操作部２１３からの信号が入力されているか否かを検知する信号入力検知部２０８のみが動作しており、消費電力も１Ｗ以下の低い値に抑えられている。従って、常夜電源装置２０１は１Ｗ程度の電力が供給できる小容量のもので構成可能である。

省電力モード時において、第２制御部２０７は、外部機器２１２または操作部２１３からのＪＯＢ信号を検知した場合、スイッチＳＷ２をオンする信号を出力する（Ｓ４０６）。これにより、主電源装置２０２が立ち上がり、第１制御部２０６が動作を開始する。第２制御部２０７は、第１制御部２０６が正常に立ち上がるに要する時間経過後に、通常電力モードに移行したこと及びジョブ信号を受信したことを第１制御部２０６へ知らせる（Ｓ４０７）。

ところで、通常電力モードの場合に常夜電源装置２０１への交流電源ＡＣの供給を遮断し、常夜電源装置２０１の出力を停止させて主電源装置２０２からのみで第２制御部２０７へ電力を供給する構成とすることも可能である。しかし、省電力モードから通常電力モード及び通常電力モードから省電力モードへの移行時に、各電源装置における出力の立ち上がり時間の遅れ等により出力電圧が低下し装置が動作不良を起こすことも考えられる。このため、本実施形態では通常電力モードにおいても交流電源ＡＣから常夜電源装置２０１への電力供給を遮断せず、常夜電源装置２０１の出力を停止させない構成にしている。

（第２の実施の形態）
図５は本発明における実施の実施の形態における電力供給装置の構成図である。

第２の実施形態が第１の実施の形態と異なるところは以下の点である。即ち、第１実施形態では、通常動作モードにおいて主電源装置２０２からダイオードＤ２０１を介して直接第２制御部２０７への電力供給が行われていた。しかし、第２実施形態では、主電源装置２０２からＤＣＤＣコンバータ５１４を介して主電源装置２０２の出力電圧を変換した電圧がダイオードＤ２０１を介して第２制御部２０７への電力供給が行われている。

例えば、第２制御部２０７へ供給すべき電圧値が第１制御部２０６に供給される電圧値と異なる場合、主電源装置２０２の出力電圧をＤＣＤＣコンバータ５１４により第２制御部２０７へ供給すべき電圧値に変換する。

電流検知回路２０３で検知された常夜電源装置２０１の出力電流検出信号Ｉ＿ＳＥＮＣＥは、ＤＣＤＣコンバータ５１４に入力される。ＤＣＤＣコンバータ５１４は、常夜電源から第２制御部２０７へ供給される電力が１Ｗ程度となるように、常夜電源装置２０１の出力電流検出信号Ｉ＿ＳＥＮＣＥに基づいて出力電圧を制御する。例えば、第１制御部が１２Ｖで動作し、第２制御部が３．３Ｖで動作する場合に、本実施形態は有効である。これにより、通常電力モード時に常夜電源装置２０１だけでは賄いきれない分の電力を主電源装置２０２で補うことができる。

なお、その他の構成は第１の実施形態の構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。第２制御部の動作も第１の実施形態の図４に示したとおりである。

（第３の実施の形態）
図６は第３の実施の形態における電力供給装置の構成図である。

第３の実施形態が第１の実施形態と異なるところは、以下の点である。即ち、第１実施形態では主電源装置２０２が常夜電源装置２０１の出力電流検出信号Ｉ＿ＳＥＮＣＥを検知しながら出力電圧を制御していた。しかし、第３の実施形態では、主電源装置２０２が常夜電源装置２０１の出力電圧Ｖ＿ＳＥＮＣＥを検知して出力電圧の制御を行い、直列接続されたダイオードＤ２０１と抵抗Ｒ６０１とを介して第２制御部２０７へ電力供給している。即ち、主電源装置２０２は、常夜電源装置２０１の出力電圧検出信号Ｖ＿ＳＥＮＣＥを入力する。そして、主電源装置は自身の出力電圧Ｖ１がダイオードＤ２０１の順方向電圧及び抵抗Ｒ６０１による電圧降下分を考慮して常夜電源装置２０１の出力電圧より少し高めの値になるように制御している。

ところで、図６に示す構成において、仮に抵抗Ｒ６０１がない場合、主電源装置２０２の出力電圧値を、常夜電源装置２０１の出力電圧値にダイオードＤ２０１の順方向電圧降下電圧より少しだけ高い電圧値を加えた値に設定したとする。その場合、通常電力モードにおける第２制御部２０７への電力供給は全て主電源装置２０２から行われてしまう。即ち、常夜電源装置２０１は、通常電力モード時はほとんど無負荷状態になっている。

図７は通常電力モードから省電力モードへの切り替え前後に第２制御部２０７へ入力される電圧波形を示す図である。

例えば、図６に示す構成において抵抗Ｒ６０１がない場合、通常電力モードでは主電源装置２０２の出力電圧値Ｖ１が常夜電源装置２０１の出力電圧値（第２制御部２０７の入力部）Ｖ２より少し高めになるように制御されている。そのため、常夜電源装置２０１からの出力電流値Ｉ２はゼロになっている。一方、通常電力モード時に主電源装置２０２から第２制御部２０７に供給される電流Ｉ１は、第２制御部２０７で必要とされる全ての電流値Ｉｂとなっている。

この状態で通常電力モードから省電力モードへ移行し、タイミングＴ１でスイッチＳＷ２がＯＮからＯＦＦになると、常夜電源装置２０１はほぼ無負荷の状態から第２制御部２０７に必要な電流Ｉａの供給を担うことになる。この場合、負荷の急変（増大）に対して常夜電源装置２０１の出力電圧安定化の制御が追いつかず、図７（ａ）に示す様にＶ２（点線部）の電圧が変動一時的に低下し、装置が動作不良を起こす可能性もある。

これに対し、図６に示す様にダイオードＤ２０１と直列に抵抗Ｒ６０１を設けることにより、図７（ａ）に示すＶ２の電圧の一時的な低下を極力防止するようにしている。

以下にそのための構成を説明する。例えば、主電源装置２０２からの出力電圧値をＶ１、第２制御部２０７の入力部の電圧値をＶ２、主電源装置２０２の出力電流値をＩ１、ダイオードＤ２０１の順方向電圧降下分をＶＦ、抵抗Ｒ６０１の抵抗値をＲ１とする。この場合、Ｖ２＝Ｖ１−Ｉ１＊Ｒ１−ＶＦとなる電流値Ｉ１以上の電流を主電源装置２０２から第２制御部２０７へ供給すれば、通常電力モード時でも常夜電源装置２０１からも第２制御部２０７へ電力供給が行われるようになる。

図７（ｂ）は適切な値の抵抗値を設けた場合の第２制御部へ供給される電圧と電流の波形である。ダイオードＤ２０１及び抵抗Ｒ６０１を流れる電流Ｉ１の値をＩｃとすると、通常電力モード時に、Ｖ２＝Ｖ１−Ｉ１＊Ｒ１−ＶＦを満たし、且つ常夜電源装置２０１から第２制御部２０７へ電流値Ｉａが流れるように抵抗Ｒ６０１の値を設定すればよい。このように抵抗Ｒ６０１の値を設定することにより、図７（ｂ）に示す様に、タイミングＴ１で省電力モードに切り換わっても、Ｖ２の電圧の一時的な低下を防止できる。また、第１の実施形態のように常夜電源装置２０１の出力電流値を調整するために電流検知回路を設ける必要もない。

その他の構成は第１の実施形態と同様なのでその説明を省略する。

なお、本実施形態では、主電源装置２０２の出力をダイオードＤ２０１及び抵抗Ｒ６０１を介して直接第２制御部２０７へ電力を供給する構成となっている。しかし、第２の実施形態のように主電源装置２０２と第２制御部２０７との間にＤＣＤＣコンバータを用いた構成でも実現可能である。

また、本実施形態では、ダイオードＤ２０１のカソード側に抵抗Ｒ６０１を接続しているが、ダイオードＤ２０１のアノード側に接続しても構わない。

画像形成装置の概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態における電力供給装置の構成図である。 常夜電源のブロック構成図である。 電力供給装置の制御フローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における電力供給装置の構成図である。 本発明の第３の実施の形態における電力供給装置の構成図である。 通常電力モードから省電力モードへの切り替え前後での第２制御部へ入力される電圧及び電流波形である。 従来の画像形成装置の電力供給装置の構成図である。

符号の説明

２０１ 常夜電源装置
２０２ 主電源装置
２０３ 電流検知回路
２０６ 第１制御部
２０７ 第２制御部
２０８ 信号入力検知部
５１４ ＤＣＤＣコンバータ
ＡＣ 交流電源
Ｄ２０１ ダイオード
ＳＷ２ スイッチ
Ｒ６０１ 抵抗

Claims (8)

1. 通常電力モードと、前記通常電力モードよりも消費電力の少ない省電力モードとを有する機器の電力供給装置において、
   前記通常電力モード時に動作する第１の電源と、
   前記通常電力モード時及び前記省電力モード時の何れでも動作し、前記第１の電源よりも電力の供給能力が低い第２の電源と、
   前記通常電力モード時には、前記第１の電源から第１の負荷及び前記第１の負荷よりも消費電力の少ない第２の負荷へ電力供給され、前記第２の電源から前記第２の負荷へ電力供給され、前記省電力モード時には、前記第１の電源から前記第１の負荷及び前記第２の負荷への電力供給が行われず、前記第２の電源から前記第２の負荷へ電力供給されるよう接続されたことを特徴とする電力供給装置。
2. 前記第１の電源から前記第２の負荷へ逆流防止用のダイオードを介して電力供給されることを特徴とする請求項１記載の電力供給装置。
3. 前記第２の電源から前記第２の負荷へ流れる電流を検知する電流検知手段を有し、前記第１の電源は、前記電流検知手段の出力に基づいて前記第１の電源の出力電圧を制御することを特徴とする請求項１記載の電力供給装置。
4. 前記第１の電源と前記第２の負荷とに間に設けられ、前記第１の電源の出力を変換するコンバータを有することを特徴とする請求項１記載の電力供給装置。
5. 前記第１の電源から前記第２の負荷へ逆流防止用のダイオード及び前記ダイオードに直列に接続された抵抗を介して電力供給されることを特徴とする請求項２記載の電力供給装置。
6. 前記第１の電源は、前記第２の電源の出力電圧を検知し、前記第１の電源の出力電圧が検知した電圧よりも高くなる様に制御することを特徴とする請求項５記載の電力供給装置。
7. 請求項１から６の何れかに記載の電力供給装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
8. 前記第２の負荷は、画像形成のジョブの信号の入力を検知する手段を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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