JP2021061708A

JP2021061708A - 画像形成装置

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Publication number: JP2021061708A
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Inventors: 隼也小林; Junya Kobayashi
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Abstract

【課題】商用交流電源から入力される電圧の値に応じて供給可能な電力量を制御することにおり、装置に制限をかけることを低減してユーザビリティを向上する。【解決手段】商用交流電源からの電圧が高い場合に、画像形成装置に接続された外部機器への電力の供給を許可し、商用交流電源からの電圧が低い場合に画像形成装置に接続された外部機器への電力の供給を制限することを特徴とする画像形成装置。【選択図】図８

Description

本発明は商用交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧を装置に供給する電源装置を備えた画像形成装置に関する。

電源装置として電磁トランスを駆動することで直流電圧を生成するスイッチング電源装置が知られている。一般的にスイッチング電源装置の供給可能な電力は電磁トランスの直流重畳電流やスイッチング素子等の発熱量等、スイッチング電源を構成する回路部品の仕様よって決定される。

また、例えば、スイッチング電源装置を備えたプリンタや複写機等の画像形成装置には外機器として後処理装置等を接続して使用することができる。画像形成中に外部装置へ電力を供給するとスイッチング電源装置の供給可能な最大電力を超えるような場合も想定される。そのため外部装置への電力供給を制限するような構成が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１５−１７４３７４号公報

ここで、スイッチング電源装置の供給可能な電力量は、回路部品の仕様だけでなく商用交流電源から入力される交流電圧の値によっても異なる。一般的には商用交流電源からの電圧値が高い方が供給可能な電力量も大きくなる。特許文献１ではスイッチング電源装置の供給可能な最大電力量を回路部品の仕様等を考慮した固定値に設定しており、商用交流電源からの電圧値の変動については考慮していない。すなわち商用交流電源からの電圧値が高い場合で供給可能な最大電力量に余裕がある場合でも外部装置に供給する電力を制限する構成である。

また、画像形成中を含む期間において外部装置へ常時給電を可能にするためには電源装置の供給可能な最大電力量を大きくすれば良い。しかし、電源装置を構成する回路部品の定格電流を上げることになるため部品のコストが高くなり電源装置のコストが高くなってしまう。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、商用交流電源から入力される電圧の値に応じて供給可能な電力量を制御することにおり、装置に制限をかけることを低減してユーザビリティを向上することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明の画像形成装置は、外部装置が接続された画像形成装置であって、画像形成を行う画像形成手段と、前記画像形成手段の動作を制御する制御手段と、前記画像形成装置と前記外部装置に電力を供給する電源装置と、を備え、前記電源装置は、商用交流電源からの交流電圧が一次側に入力されて二次側へ出力する電圧を変換するトランスと、前記トランスの駆動を制御する電圧制御手段と、前記商用交流電源の前記交流電圧の電圧値を検知する電圧検知手段と、を備え、前記制御手段は、前記電圧検知手段によって検知した電圧値が閾値よりも高い場合に、前記電源装置から前記外部装置への電力の供給を許可し、前記電圧検知手段によって検知した電圧値が前記閾値よりも低い場合に、前記電源装置から前記外部装置への電力の供給を禁止するように制御することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、商用交流電源から入力される電圧の値に応じて供給可能な電力量を制御することにおり、装置に制限をかけることを低減してユーザビリティを向上することが可能となる。

画像形成装置を示す図実施例１における電源装置を示す図商用交流電源の電圧検知に係る波形を示す図ステープラユニットのブロック図。商用交流電源の電圧値と電源装置の供給可能電力の関係を示す図商用交流電源の実効電圧値とトランスの二次側の補助巻線に接続されたコンデンサの電圧値の関係を示す図電源装置が消費する消費電力の時間変化を示す図実施例１におけるステープラユニットの制御を示すフローチャート実施例２における電源装置を示す図実施例２における商用交流電源の実効電圧値とトランスの二次側の補助巻線に接続されたコンデンサの電圧値の関係を示す図実施例２におけるＵＳＢポートの制御を示すフローチャート

［実施例１］
本実施ではスイッチング電源装置を備えた画像形成装置において、商用交流電源から入力される交流電圧の電圧値を検出して検出した電圧値に応じて、画像形成装置に接続された外部装置であるステープラの動作を制御することを特徴とする。以下に構成と制御について具体的に説明する。

図１に実施例１の画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタ７００の概略構成を示す。レーザビームプリンタ７００（以下、プリンタ７００と称する）は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム７０１、感光ドラム７０１を一様に帯電する帯電部７０２を備えている。また、感光ドラム７０１に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部７０３を備えている。感光ドラム７０１に現像されたトナー像をカセット７０４から供給された記録材としてのシートに転写部７０５によって転写し、シートに転写したトナー像をヒータ１１７で加熱した定着器７０６で定着させ、排紙トレイ７０７に排出する。また、プリンタ７００は、電源装置１００を備え、電源装置１００からモータ等の駆動部と制御部５０１へ電力を供給している。制御部５０１は、ＣＰＵ５００を有しており、画像形成部による画像形成動作やシートの搬送動作、ヒータ１１７の温度等を制御している。またオプション機器としてユーザが印刷物をその場でステープルするためのステープラユニット７０８、及びＵＳＢ機器を接続可能なＵＳＢポート７０９を備えている。なおＵＳＢポート７０９に接続される外部装置の制御に関しては実施例２で説明する。

図２は実施例１の電源装置１００を示す回路図である。電源装置１００において、出力電圧Ｖｏｕｔ及びＶｏｕｔ２を制御する構成について説明する。電源制御ＩＣ４００は周波数固定、オン幅制御のフライバック方式のスイッチング電源制御用のＩＣであり、各端子の簡単な機能は以下である。

Ｖｃｃとは、電源制御ＩＣ４００の電源電圧であり、Ｖｃｃ端子の両端電圧（以降、コンデンサ１１０の両端電圧をＶｃｃと称す）を入力する端子である。制御部やスイッチングＦＥＴ１０７の駆動部の電圧として使用する。ＳＷとはスイッチングＦＥＴ１０７をオンオフするための、ゲート駆動信号を出力する端子である。ＦＢとは出力電圧Ｖｏｕｔを制御するための信号が入力する端子である。

商用交流電源１０１の電圧（以降、Ｖａｃと称する）はブリッジダイオード１０３によって整流され、平滑コンデンサ１０４によって平滑され、略直流電圧となる（以降、平滑コンデンサ１０４両端電圧をＶｄｃと称す）。ヒューズ１０２は異常時の保護用ヒューズである。Ｖｄｃが充電されＶｃｃが所定の電圧値（ここでは１５Ｖとする）になると、電源制御ＩＣ４００の動作が開始する。電源制御ＩＣ４００が起動すると、ＳＷ端子からＨｉｇｈレベル（ここでは１０Ｖとする）が出力され、抵抗１０６を介してスイッチングＦＥＴ１０７を導通状態（オン閾値を５Ｖとする）にする。スイッチングＦＥＴ１０７が導通状態になると一次巻線ＮｐにＶｄｃが印加される。一次巻線Ｎｐを流れる電流はトランス１０８にエネルギーとして蓄積される。また一次側の補助巻線Ｎｂ１にはダイオード１０９のアノード側を正とする電圧が誘起され、ダイオード１０９を介してコンデンサ１１０を充電し、電源制御ＩＣ４００を継続動作させるための電力をＶｃｃ端子へ供給する。

次に、電源制御ＩＣ４００のＳＷ端子からの出力がＬｏｗレベルの信号（ここでは０．３Ｖとする）になり、スイッチングＦＥＴ１０７のオフ閾値よりも低くなり（オフ閾値３Ｖとする）、導通状態から非導通状態となる。スイッチングＦＥＴ１０７が非導通状態になると、トランス１０８の各巻線にはスイッチングＦＥＴ１０７の導通時と逆極性の電圧が誘起され、ダイオード１５１が導通状態となる。そして、トランス１０８の二次巻線Ｎｓに蓄積されたエネルギーが、ダイオード１５１、平滑コンデンサ１５２、を介して整流平滑され、ＤＣ出力電圧Ｖｏｕｔとなり負荷１５８に供給される。プリンタ７００において、負荷１５８は感光ドラム７０１や定着器７０６のローラを回転させるモータや、記録材を搬送するモータ、ステープラユニット７０８のモータなどがある。

出力電圧Ｖｏｕｔの電圧制御は、以下のように行なわれる。ここでシャントレギュレータ１５５の内部基準電圧をＶｒｅｆとし、抵抗１５６の抵抗値をＲ１、抵抗１５７の抵抗値をＲ２とする。出力電圧ＶｏｕｔをＲ１とＲ２で分圧した電圧がシャントレギュレータ１５５のＲＥＦ端子に入力される。シャントレギュレータ１５５ではＲＥＦ端子電圧に応じたフィードバック信号が作られ、フォトカプラ１５４を介して電源制御ＩＣ４００のＦＢ端子へ電圧としてフィードバックされる。抵抗１５３はフォトカプラ１５４に流れる電流を制限するための抵抗であり、コンデンサ１１１はＦＢ端子の電圧を充電するためのコンデンサである。ＦＢ端子の電圧を元に電源制御ＩＣ４００がスイッチングＦＥＴ１０７のスイッチング制御を行ない、Ｖｏｕｔが、以下の式（１）で求められる電圧になるように定電圧制御する。

例えば、Ｖｒｅｆ＝２．４［Ｖ］、Ｒ１＝１８［ｋΩ］、Ｒ２＝２［ｋΩ］とすると、Ｖｏｕｔ＝２４［Ｖ］となる。また、図２（ｂ）に示したのはＶｏｕｔからＶｏｕｔ２を生成するＤＣＤＣコンバータを示す図である。ＤＣＤＣ１６５はＤＣＤＣコンバータであり、Ｖｏｕｔ２に定電圧制御され負荷１６４へ供給される。負荷１６４はＣＰＵ５０１、ＵＳＢポート７０９に接続されるＵＳＢ機器などがある。本実施例では、Ｖｏｕｔ＝２４［Ｖ］、Ｖｏｕｔ２＝５．１［Ｖ］とする。

商用交流電源１０１の交流電圧の電圧値（特にＶａｃが正弦波の場合の電圧実効値）を検知する構成について説明する。図２（ａ）において、電圧検知部２１０とＣＰＵ５００によってＶａｃを検知する。スイッチングＦＥＴ１０７が導通時は、トランス１０８の一次巻線ＮｐにＶｄｃが印加されるため、二次側の補助巻線Ｎｂ２にダイオード２１１のアノードを正とする電圧が誘起される。この時ダイオード２１１を介してコンデンサ２１２を充電し平滑される。コンデンサ２１２の電圧（以降Ｖｍｏｎ２）はＣＰＵ５００のＶｍｏｎ２端子（ＡＤポート）に接続されるため、ＡＤ変換する事でＶｍｏｎ２の電圧値を検知する事が可能となる。またＶｍｏｎ２はＶｄｃの巻き数比（Ｎｂ２／Ｎｐ）に比例した電圧となるため、ＣＰＵ５００はＶｄｃを推測する事が可能となる。またコンデンサ２１２を調整する事でＶｍｏｎ２の波形をＶｄｃと相似した波形になるように調整する。

図３はＶａｃの検知に係る電流／電圧波形である。図３（ａ）及び（ｂ）の横軸は時間を示し、縦軸は電圧値を示している。図３（ａ）の一点鎖線はＶａｃの波形を、実線は負荷電流が０［Ａ］の時のＶｄｃ波形を、二点鎖線はＶｔｇｔ（電圧ドロップがない場合のＶｄｃ）を示している。ＶｄｃとＶａｃが等しくなるタイミングがＴ１であり、平滑コンデンサ１０４に充電電流が流れ始める。ＶｄｃがＶｔｇｔと等しくなるタイミングがＴ２であり、平滑コンデンサ１０４に充電電流が流れなくなる。再びタイミングＴ３までＶｄｃが電圧ドロップする。

図３（ｂ）の実線はＶｍｏｎ２電圧を示しており、補助巻線Ｎｂ２は一次巻線Ｎｐと同一方向に旋回されているため、その電圧波形はＶｄｃと相似である。Ｖｔｇｔは直流電圧なのに対して、Ｖｄｃは電圧がドロップするものの、電圧ドロップは無視できるほど小さいものとし、Ｖｔｇｔ＝Ｖｄｃとして以降の説明を行う。ここで、Ｖａｃが歪みの無い正弦波であると仮定した場合、Ｖｄｃの電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］とＶａｃの実効電圧値（Ｖａｃ＿ｒｍｓ［Ｖ］とする）には以下の式（２）の関係が成り立つ。ここで計算の簡略化のため、ブリッジダイオード１０３の順方向電圧Ｖｆは無視している。

よってＶｄｃを検知できれば、Ｖａｃ＿ｒｍｓを算出する事が可能となる。また一次巻線Ｎｐの巻き数をＮｐ［Ｔ］、補助巻線Ｎｂ２の巻き数をＮｂ２［Ｔ］、抵抗１６２及び１６３の抵抗値をそれぞれＲ１６２、Ｒ１６３とすると、ＶｄｃとＶｍｏｎ２にはおよそ以下の式（３）関係が成り立つ。

式（２）及び式（３）からＶａｃ＿ｒｍｓは以下の式（４）で表す事が可能である。

よってＶｍｏｎ２をＡＤ変換器などで検知する事で、式（４）から商用交流電源の実効電圧値であるＶａｃ＿ｒｍｓを推測する事が可能となる。また負荷電流の低い条件で測定したり、商用交流電源の周期分測定し最大値をＶｍｏｎ２としたりする事で、商用交流電源の実効電圧値を精度よく推測する事が可能となる。

ここでＮｐ＝３０［Ｔ］、Ｎｂ２＝４［Ｔ］、Ｒ１６２＝１００［ｋΩ］、Ｒ１６３＝６．８［ｋΩ］とすると、商用交流電源の実効電圧値とＶｍｏｎ２電圧値の関係は図４のように示される。ここで検知する商用交流電源の実効電圧範囲を５０［Ｖｒｍｓ］から１５０［Ｖｒｍｓ］と定義する。図４から１５０［Ｖｒｍｓ］の時にＶｍｏｎ２は最大となり１．８０［Ｖ］となる。本実施例において、Ｖｏｕｔ２は５．１［Ｖ］でありＶｍｏｎ２はその電圧以下であるため、ＣＰＵ５００の定格電圧を超える事無く商用交流電源の電圧値の検知が可能である。

プリンタ７００には外部装置として接続されるオプション機器として、画像が形成された後の複数枚の紙からなる束（以降、紙束という）を所定位置に置き、所定位置に紙束がある事を検知して、ステープルを行うステープラユニット７０８が接続されている。ステープラユニット７０８の概要について説明する。

図５はステープラユニット７０８を制御する回路ブロック図である。検知部１７０はフォトインタラプタ（不図示）を備えており、紙束がステープル部に到達した事を検知した時、ＡＮＤ回路１７４の入力端子ＡにＨｉｇｈレベルの信号が入力される。ステープル禁止信号１７１はＣＰＵ５００が出力する信号であり、後に説明するようにステープルを禁止したいタイミングでＨｉｇｈレベルの信号をＦＥＴ１７３のゲートに出力する。ステープル禁止信号１７１がＨｉｇｈレベルの信号の時はＦＥＴ１７３がオンするため、ＡＮＤ回路１７４の入力端子ＢにＬｏｗレベルの信号が入力される。ステープルを許可する際はステープル禁止信号１７１からＬｏｗレベルの信号（ステープル許可信号）がＦＥＴ１７３のゲートへ出力するため、Ｖｏｕｔ２が抵抗１７２を介して入力端子ＢへＨｉｇｈレベルの信号が出力される。

ＡＮＤ回路１７４の入力端子Ａ及びＢがＨｉｇｈレベルの信号であればＡＮＤ回路１７４は出力端子Ｙから外部制御手段としてのステープラ制御部１７５へＨｉｇｈレベルの信号を出力する。ステープラ制御部１７５はＡＮＤ回路１７４からＨｉｇｈレベルの信号が入力されると、ステープル可能と判断し、抵抗１７６を介してＦＥＴ１７７をオンする。また検知部１７０が紙束を検知していない、もしくはステープル禁止信号がＨｉｇｈレベルの信号であればＡＮＤ回路１７４の出力がＬｏｗレベルの信号であり、ステープラ制御部１７５はＦＥＴ１７７をオフのままとする。ステープラモータ１７８は本実施例ではＤＣモータであり、ＦＥＴ１７７をオンするとＶｏｕｔが給電され、ステープラモータ１７８が回転する。ステープラモータ１７８が回転すると、コの字状の針（不図示）が押し出され、紙束を貫通し先端を内側に丸める事で紙束を綴じる事ができる。

電源装置１００が供給可能な電力の最大値を供給可能電力と定義する。商用交流電源の電圧値と供給可能電力の関係について説明する。同じ電力が負荷１５８、及び負荷１６４で消費されている条件において、一般的には商用交流電源の電圧値が低いほど、トランス１０８の一次巻き線ＮｐやスイッチングＦＥＴ１０７に流れる電流が増えると共に、発熱量も大きくなる。また電源装置１００の商用交流電源の電圧仕様は所定の範囲で設定される事が多く、仕様の最低電圧でトランス１０８の巻き線や最大電流の仕様やスイッチングＦＥＴ１０７の定格が決定される。負荷１５８が消費する最大電力時に熱的な限度内や電流定格以内となるように、トランス１０８やスイッチングＦＥＴ１０７の仕様は決定される。また商用交流電源の電圧値が高くなれば、トランス１０８やスイッチングＦＥＴ１０７に流れる電流が減るため、供給可能電力を大きくする事が可能である。本実施例では電源装置１００の商用交流電源の電圧仕様を１００［Ｖｒｍｓ］〜１２７［Ｖｒｍｓ］である。また、プリンタ７００における電源装置１００に接続された負荷（負荷１５８や負荷１６４）が消費する最大消費電力をＤＣＤＣ１６５の損失も含めて４４０［Ｗ］とする。最大消費電力とは図７で説明するプリンタ７００の消費電力タイミングチャートにおける消費電力の中で、最大となる時の消費電力の事である。

図６に商用交流電源の電圧値と供給可能電力の関係を示す概要図を示す。実線３０１は１００［Ｖｒｍｓ］時に４００［Ｗ］出力可能な電源装置１００、における商用交流電源の電圧値と供給可能電力の関係を示している。電源装置１００の１１０［Ｖｒｍｓ］において供給可能電力は、商用交流電源１０１に流れる電流比で概算すると４４０［Ｗ］となる。つまり１００［Ｖｒｍｓ］では４４０［Ｗ］を供給不可能な電源装置１００であっても、１１０［Ｖｒｍｓ］では最大消費電力４４０［Ｗ］を供給可能である。

次に図７にプリンタ７００のスタンバイ状態からプリントし、プリントを終え再びスタンバイ状態になるまでの期間における電源装置１００が消費する消費電力のタイミングチャートを示す。図７においてステープラユニット７０８の消費電力は含んでいない。スタンバイ状態の期間は、ユーザがプリント指示を出した際に素早くプリントアウトするためにヒータ１１７の予備加熱を実行し、さらに、画像形成装置７００を冷却するためのＦＡＮ（不図示）を動作させている期間である。本実施例ではスタンバイ状態での消費電力を１０［Ｗ］とする。タイミングＴ１１でユーザからのプリント指示が来ると、プリンタ７００は例えば感光ドラム７０１や定着器７０６のローラを回転させるモータを回し始めるため消費電力が増える。この期間においてモータは静止状態から定常回転数まで加速するため、定常回転時よりも大きな電力を必要とする。タイミングＴ１２ではモータが定常回転数になり、画像形成が始まるタイミングである。本実施例においてタイミングＴ１１からタイミングＴ１２までの期間のける消費電力の最大値は、タイミングＴ１２以降の消費電力よりも大きいものとし、その電力は３８０［Ｗ］である。タイミングＴ１２以降の期間はシートが搬送され、シートに画像が形成されて排紙トレイ７０７に排出される。タイミングＴ１３ではプリント動作が終了し、モータの回転を停止して、再びスタンバイ状態に戻る。本実施例においてタイミングＴ１２からタイミングＴ１３での消費電力の最大値は、３４０［Ｗ］である。

本実施例において、電源装置１００は１００［Ｖｒｍｓ］で４００［Ｗ］を出力可能な電源装置である。そして負荷１５８、及び負荷１６４で消費されている電力が最大３８０［Ｗ］（タイミングＴ１１からタイミングＴ１２の間の消費電力）、ステープラユニット７０８の消費電力が６０［Ｗ］である事を前提とする。

タイミングがＴ１１〜Ｔ１２の間はプリンタ７００の消費電力は最大で３８０［Ｗ］、電源装置１００の供給可能電力は１００［Ｖｒｍｓ］で４００［Ｗ］である。したがって、電源装置１００はステープラユニット７０８の電力である６０［Ｗ］を供給しようとすると３８０＋６０＝４４０［Ｗ］となり供給できない。しかし商用交流電源の電圧値が１１０［Ｖｒｍｓ］以上であれば、４４０［Ｗ］を供給可能である。本実施例では、電圧値の閾値を１１０［Ｖｒｍｓ］と設定している。

また、それ以外のタイミングでは消費電力が最大３４０［Ｗ］（タイミングＴ１２〜Ｔ１３の間）である。そのため、電源装置１００はステープラユニット７０８の電力である６０［Ｗ］を供給しようとすると３４０＋６０＝４００［Ｗ］となり、商用交流電源の電圧が１００［Ｖｒｍｓ］〜１２７［Ｖｒｍｓ］では供給可能である。プリントを行う際に商用交流電源の電圧値が１１０［Ｖｒｍｓ］以上であればステープラユニット７０８の動作を許可する。一方、１１０［Ｖｒｍｓ］未満の電圧であれば、供給可能電力を超過するタイミングでステープラユニット７０８の動作を禁止する。以下に制御について詳細に説明する。

図８にＣＰＵ５００が商用交流電源の電圧値を検知し、ステープラユニット７０８を制御する際のフローチャートを示す。ステープル禁止信号１７１の初期出力はＬｏｗレベルの信号でありステープル動作を許可した状態である。Ｓ０ではＶｍｏｎ２が安定し、ＣＰＵ５００へ出力されている状態である。Ｓ０でプリントが開始すると、Ｓ１でＣＰＵ５００がＶｍｏｎ２の電圧をＡＤ変換し、Ｓ２でＣＰＵ５００はＶｍｏｎ２の値を用いて、式（４）からＶａｃ＿ｒｍｓを演算する。これによりＣＰＵ５００は商用交流電源の電圧値を検知する。Ｂ３でＣＰＵ５００はステープラユニット７０８の動作を許可できるＶａｃ＿ｒｍｓかどうかを判断する。Ｖａｃ＿ｔｈはステープラユニット７０８の動作を許可できる商用交流電源の電圧値の閾値を示している。本実施例では電源装置１００はＶａｃ＿ｔｈ＝１１０［Ｖｒｍｓ］とする。Ｖａｃ＿ｔｈが１１０［Ｖｒｍｓ］以上（Ｙｅｓ）であればいかなるタイミングであってもステープラユニット７０８の動作を供給可能であるため、Ｓ８でプリント処理を継続しＳ９でプリントを終了する。もしＶａｃ＿ｒｍｓが１１０［Ｖｒｍｓ］未満（Ｎｏ）であればＢ４にてタイミングがＴ１１〜Ｔ１２の間となるのを待つ。また、タイミングＴ１１〜Ｔ１２であればステープル禁止信号１７１をＨｉｇｈレベルの信号にして、ステープラユニット７０８の動作を禁止した状態に切り替える。その後、Ｂ６にてタイミングＴ１１〜Ｔ１２の間はステープル禁止信号１７１をＨｉｇｈレベルの信号に維持する。Ｂ６にてタイミングＴ１１〜Ｔ１２でなければ、ステープラユニット７０８の動作を禁止する必要がなくなるため、Ｓ７にてステープル禁止信号１７１をＬｏｗレベルの信号にし、Ｓ８でプリント処理を継続し、Ｓ９でプリントを終了する。

以上、本実施例によれば電源装置１００の１００［Ｖｒｍｓ］での供給可能電力が４００［Ｗ］であっても、商用交流電源の電圧が１１０［Ｖｒｍｓ］以上では４４０［Ｗ］を供給する事が可能となるので、常時、外部装置への給電が可能となる。これにより外部装置への電力が供給されない状態を低減することができ、ユーザビリティを向上することができる。また、電源装置１００の部品の定格電流の大きい部品を用いずに外部装置に電力を供給することができるため電源装置１００のコストを低減する事が可能となる。

［実施例２］
本実施例では商用交流電源の電圧値によってＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ／ユニバーサル・シリアル・バス）ポート７０９に接続される外部装置としてのＵＳＢ機器を制御する例について説明する。また電圧検知部の他の一例として電圧検知部を一次側に設けた回路構成について説明する。なお実施例１と同じ構成については同一符号とし説明を省略する。ＵＳＢ機器とは、例えばデータを記憶しているメモリやハードディスクなどである。また、本実施例では説明の簡略化のため、図１においてステープラユニット７０８を備えていないプリンタ７００を前提に説明する。

図９は本実施例に係る電源装置１００の回路図である。電圧検知部２００はＶｄｃを検知するための回路ブロックである。一次側の補助巻線Ｎｂ１に誘起される電圧をダイオード２０１とコンデンサ２０２で整流平滑し、略直流化した電圧を抵抗２０３及び抵抗２０４で分圧し、Ｖｍｏｎ１端子へ入力する。電源制御ＩＣ４００はＶｍｏｎ１端子電圧（以降Ｖｍｏｎ１と称する）をＡＤ変換し、Ｖｄｃを推測する。抵抗２０３及び抵抗２０４の抵抗値をそれぞれＲ２０３、Ｒ２０４、一次側の補助巻線Ｎｂ１の巻き数をＮｂ１とすると、およそ以下の式（５）で表すことができる。

また式（４）と同様に、Ｖａｃ＿ｒｍｓは以下の式（６）で表すことができる。

ここで、電源制御ＩＣ４００のＡＤ変換の電圧範囲を０［Ｖ］〜３．３［Ｖ］、Ｎｐ：３０［Ｔ］、Ｎｂ１：６［Ｔ］、Ｒ２０３＝１００［ｋΩ］、Ｒ２０４＝５．６［ｋΩ］、とする。このような条件とすると、商用交流電源の実効電圧値とＶｍｏｎ２の電圧値との関係は図１０のように示される。ここで検知する商用交流電源の実効電圧範囲を５０［Ｖｒｍｓ］から１５０［Ｖｒｍｓ］と定義する。図１０から１５０［Ｖｒｍｓ］の時にＶｍｏｎ１は最大となり１．８７５［Ｖ］となる。電源制御ＩＣ４００はＶｍｏｎ１をＡＤ変換して得た値と式（６）からＶａｃ＿ｒｍｓを算出する事が可能である。

電圧検知の結果をＣＰＵ５００に伝達する構成について説明する。電源制御ＩＣ４００は検知し、算出した商用交流電源の電圧検知結果をＰＷＭ信号として、Ｖａｃｖ端子から出力する。ＶａｃｖからＨｉｇｈレベルの信号（ここでは３．３Ｖ）が出力されると、抵抗１１２を介してフォトカプラ１１３のフォトダイオードに電流が流れる。そして二次側ではフォトカプラ１１３のフォトトランジスタがオンし抵抗１６１を介してコンデンサ１６０にＶｏｕｔ２が充電される。一方Ｌｏｗレベルの信号（ここでは０．１Ｖ）が出力されると、フォトカプラ１１３のフォトダイオードが非導通となる。抵抗１６１及び抵抗１５９を介して消費される。よってコンデンサ１６０は充放電を繰り返し、Ｖｍｏｎ３端子電圧はＰＷＭ信号のデューティに応じた電圧値で安定する。ＣＰＵ５００はＶｍｏｎ３をＡＤ変換し、電圧情報として読み取る。Ｖａｃｖのオンデューティが長いほど、Ｖｍｏｎ３の充電時間が長くなるため、Ｖｍｏｎ３電圧は大きくなる。

例えば、抵抗１１２を１５０［Ω］、抵抗１５９を４７０［Ω］、抵抗１６１を１０［ｋΩ］、コンデンサ１６０を１［ｕＦ］、Ｖａｃｖの周波数を１０［ｋＨｚ］の条件でシミュレーションすると、約５０ｍｓｅｃでＶｍｏｎ３電圧は安定する。また使用するＶａｃｖのオンデューティを２０％〜８０％とすると、１．４６［Ｖ］から４．４０［Ｖ］となる。検知したいＶａｃの範囲をＶａｃ＿ｒｍｓ＝５０〜１５０［Ｖ］、として１．４６［Ｖ］であればＣＰＵ５００はＶａｃ＿ｒｍｓ＝５０Ｖと認識し、４．４０［Ｖ］であればＣＰＵ５００はＶａｃ＿ｒｍｓ＝１５０Ｖと認識するようにプログラムすればよい。またその間のＶｍｏｎ３電圧の時は線形補間すればよい。シミュレーションによって得られた近似式を式（７）に示す。

商用交流電源の電圧値に応じたＵＳＢポート７０９に接続されたＵＳＢ機器の制御について説明する。電源装置１００の供給可能電力（図６）及び商用交流電源の電圧範囲（１００［Ｖｒｍｓ］〜１２７［Ｖｒｍｓ］）及びスタンバイとプリントにおける消費電力のタイミングチャート（図７）は実施例１と同じである。ＵＳＢポート７０９に接続されたＵＳＢ機器の最大消費電力を６０Ｗとする。

図１１に商用交流電源の電圧値を検知し、ＵＳＢポート７０９を制御する際のフローチャートを示す。Ｓ１０でプリントが開始すると、Ｓ１１でＣＰＵ５００がＶｍｏｎ３をＡＤ変換し、Ｓ１２でＣＰＵ５００がＶｍｏｎ３を元に式（７）からＶａｃ＿ｒｍｓを算出する。Ｂ１３でＶａｃ＿ｒｍｓがＶａｃ＿ｔｈ以上（Ｙｅｓ）であれば、ＵＳＢポート７０９に接続されたＵＳＢ機器の消費電力を制限する必要がないため、Ｓ１８でプリント処理を継続しＳ１９でプリントを終了する。Ｖａｃ＿ｒｍｓがＶａｃ＿ｔｈ未満（Ｎｏ）であればＢ１４にてタイミングがＴ１１〜Ｔ１２の間となるのを待ち、タイミングＴ１１〜Ｔ１２であれば、Ｓ１５にてＵＳＢポート７０９の電流制限をオンにする。ＵＳＢポート７０９の電流制限をオンにする具体的な方法については後で説明する。その後Ｂ１６にてタイミングＴ１１〜Ｔ１２の間はＵＳＢポート７０９の電流制限を維持する。Ｂ１６にてタイミングＴ１１〜Ｔ１２でなければ、ＵＳＢポート７０９の電流制限をする必要がなくなるため、Ｓ１７にてＵＳＢポート７０９の電流制限をオフにし、Ｓ１８でプリント処理を継続し、Ｓ１９でプリントを終了する。

図１１のＳ１５で説明したＵＳＢポート７０９の電流制限の方法について説明する。タイミングＴ１１〜Ｔ１２の間において、プリンタ７００の消費電力は３８０［Ｗ］、ＵＳＢポート７０９に接続されたＵＳＢ機器の最大消費電力を６０Ｗであるため、合計の消費電力は４４０［Ｗ］である。一方、電源装置１００の供給可能電力は１１０［Ｖｒｍｓ］未満では４００［Ｗ］であるため、４４０−４００＝４０［Ｗ］不足するため、ＵＳＢポート７０９で使用できる電力を６０−４０＝２０［Ｗ］にする必要がある。この時、ＵＳＢポート７０９が複数あり、４つのＵＳＢポート有する構成を例に説明する。１ポートあたりの最大消費電力を１５［Ｗ］とする。

第一の方法としては、電流制限ＩＣを使用して１ポートあたりの使用電力を５［Ｗ］に制限する事である。すると、４つのポートで合計２０［Ｗ］となるため、タイミングＴ１１〜Ｔ１２の間におけるプリンタ７００の消費電力は、３８０＋２０＝４００［Ｗ］となる。よって電源装置１００から供給が可能となる。

第二の方法としては、ＵＳＢポート７０９に接続されたＵＳＢ機器とＣＰＵ５００の通信速度を下げる事である。通信速度を下げると通常時に比べてＵＳＢ機器の消費電力は下がるため、その消費電力が２０［Ｗ］以下であればよい。

第三の方法として、使用できるＵＳＢポート７０９を削減する事である。例えば４ポートの内３ポートを使用不可とする事で、消費電力を１５［Ｗ］に削減できる。具体的にはＵＳＢポート７０９の各ポートにＵＳＢ機器が接続されたかどうかを検知して、最初に接続された１ポートのみ電力供給を許可する方法がある。

なお、これらの方法は一例であり、消費電力を低減する他の方法を用いてもよいし、第一から第三の方法を組み合わせてもよい。また、ＵＳＢポートが４つある構成で説明したが１つのみの構成でも上記方法を適用することが可能である。

以上説明したように本実施例によれば、商用交流電源の電圧値に応じてＵＳＢポート７０９に接続されたＵＳＢ機器の消費電力を制御する事で、ＵＳＢ機器の使用に関するユーザビリティを損なわず、電源装置１００に係るコストを低減する事が可能となる。

なお、実施例１で説明した電源装置の構成においても本実施例のＵＳＢ機器を接続可能な構成として電力供給の制限方法を提供することが可能である。

１００電源装置
１０８トランス
２１０電圧検知部
５００ＣＰＵ
７００画像形成装置
７０８ステープラユニット

Claims

外部装置が接続された画像形成装置において、
画像形成を行う画像形成手段と、
前記画像形成手段の動作を制御する制御手段と、
前記画像形成装置と前記外部装置に電力を供給する電源装置と、を備え、
前記電源装置は、
商用交流電源からの交流電圧が一次側に入力されて二次側へ出力する電圧を変換するトランスと、
前記トランスの駆動を制御する電圧制御手段と、
前記商用交流電源からの前記交流電圧の電圧値を検知する電圧検知手段と、を備え、
前記制御手段は、前記電圧検知手段によって検知した電圧値が閾値よりも高い場合に、前記電源装置から前記外部装置への電力の供給を許可し、前記電圧検知手段によって検知した電圧値が前記閾値よりも低い場合に、前記電源装置から前記外部装置への電力の供給を制限するように制御することを特徴とする画像形成装置。
前記画像形成手段が消費する電力が最大となる期間において、前記制御手段は、前記外部装置の動作を禁止する信号を前記外部装置に出力することにより前記外部装置への電力の供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記トランスは一次側の一次巻線と、二次側の二次巻線と二次側の補助巻線とを備え、
前記電圧検知手段は、前記二次側の補助巻線の電圧から商用交流電源から入力される電圧値を検知することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記トランスは一次側の一次巻線と一次側の補助巻線と、二次側の二次巻線とを備え、
前記電圧検知手段は、前記一次側の補助巻線の電圧から商用交流電源から入力される電圧値を検知し、
前記電圧検知手段で検知した電圧に関する情報を前記トランスの二次側の前記制御手段に伝達する伝達手段と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記外部装置は、前記外部装置の動作を制御する外部制御手段と、
前記電源装置から前記外部装置への電力の供給をオンオフするためのスイッチと、を備え、
前記制御手段は、前記制御手段は、前記電圧検知手段によって検知した電圧値が前記閾値よりも高い場合に、前記外部装置の動作を許可する許可信号を前記外部装置に出力してスイッチをオンし、前記電圧検知手段によって検知した電圧値が前記閾値よりも低い場合に、前記外部装置の動作を禁止する禁止信号を前記外部装置に出力して前記スイッチをオフすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記外部装置は、前記画像形成装置によって画像が形成された複数枚のシートをステープルするステープラであることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
前記外部装置は、ＵＳＢ機器であり、
前記画像形成装置は、前記ＵＳＢ機器を接続するポートを有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。