JP4735132B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、コピー、Ｆａｘ、プリンタ等の画像形成装置の電源装置に関する。特に、主電源装置と、蓄電器からなる補助電源とを備える電源装置及び電力供給方法に関する。

画像形成装置においては、その構成上、モータ、クラッチ、ソレノイド等のメカトロ部品が多数使用されている。例えば、原稿や印刷用紙の搬送、停止動作、ステイプル閉じ動作、大容量給紙トレイの用紙補給後のトレイリフトアップ時等、主に直流２４Ｖ定格の様々な部品が動作している。

また、近年の画像形成装置はより高速に動作することが望まれている。このため、上述した複数の部品を同時に駆動させなければならず、定格電流の大きな電源を搭載しなければならない。

特許文献１では、直流電源の出力電圧が、大容量コンデンサの端子電圧を下回った時に、大容量コンデンサから負荷に電力を供給できるようにしている。

特開２０００−３５０３８０号公報

しかしながら、画像形成装置においては、上述したメカトロ部品をオン、オフさせる繰り返し制御が必要となる。例えば、定着装置の定着ロール表面温度を一定に保つために、ヒータへの通電をオン、オフするオンオフ制御が行われている。また、画像を形成する紙を止めたり、突き上げたりするたびにソレノイドのオン、オフが必要となる。

モータ等の始動時には大電流や突入電流が流れる。特に、オン、オフを繰り返すと、図１に示すように突入電流が繰り返し流れてしまう。このため電源装置においては、最大電流に合わせて設計しなければならない。すなわち、瞬間的に発生する突入電流よりも大きな定格電流の電源装置を用意しなければならない。特許文献１のように直流電源と大容量コンデンサのいずれか一方を選択的に使用していたのでは、電源の定格電流を小さくすることはできない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電源装置の定格電流を小さくし、装置のコストアップを抑えた電源装置及び電源供給方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するための本発明の電源装置は、画像形成装置の本体に電源を供給する本体用電源装置と、被給電装置に対して電源を供給する主電源と、前記主電源の定格電流を超えるピーク電流が発生した場合に、不足電力分を供給する第１補助電源と、を有し、前記主電源は、前記画像形成装置に追加で搭載された、前記被給電装置としてのフィニッシャに電源を供給する標準電流電源装置であり、前記第１補助電源は、前記フィニッシャに標準で搭載された機能の動作時に駆動される負荷に給電する第１蓄電器であり、前記フィニッシャにオプションで搭載された第１追加機能又は第２追加機能の動作時に駆動される負荷に給電する第２蓄電器と、前記第２蓄電器を充電する充電電源装置とを有することを特徴とする。
本発明は、画像形成装置に追加で搭載されたフィニッシャの具備する機能や、第１追加機能又は第２追加機能が動作し、標準電流電源装置の定格電流を超える電流が発生しても、第１蓄電器や第２蓄電器から電力を供給することで、商用電源であっても装置の駆動が可能な電源を供給することができる。また、第１蓄電器や第２蓄電器を設け、第１蓄電器や第２蓄電器に充電された電力を使用することで、電源装置の定格電流を小さくし、装置のコストアップを抑制することができる。

上記電源装置において、前記充電電源装置は、前記フィニッシャの非動作時と、前記フィニッシャの備える前記第１追加機能及び前記第２追加機能の非動作時との少なくとも一方で前記第２蓄電器を充電するとよい。

上記電源装置において、前記標準電流電源装置の定格電流を超える電流が発生した場合に、前記第１蓄電器からの電流供給に切り替える切替手段を有するとよい。

本発明は、電源装置の定格電流を小さくし、装置のコストアップを抑えることができる。

添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。

電源装置の構成について、図２を参照しながら説明する。本実施例は、図２に示すように画像形成装置１の本体に電源を供給する本体用直流電源装置３と、画像形成装置１に追加で搭載されたフィニッシャ（被給電装置）４に電源を供給する標準直流電源装置５と、フィニッシャ４に標準で搭載された機能Ａの動作時に駆動される負荷に給電する第１蓄電器（第１補助電源）６と、フィニッシャ４にオプションで搭載された追加機能Ｂ，Ｃの動作時に駆動される負荷に給電する第２蓄電器（第２補助電源）７と、第２蓄電器７を充電する充電電源装置８とを備えている。

フィニッシャ４には、標準で搭載された機能Ａと、オプションで搭載された追加機能Ｂ，Ｃとが設けられている。例えば、ステイプル機能（ホチキス止め）とパンチ機能（穴あけ）とを標準機能Ａとして備えているフィニッシャ４に、ユーザの選択によってフォルダ機能（機能Ｂ）と、ブックレット機能（機能Ｃ）とが追加された場合などが考えられる。なお、フォルダ機能とは、用紙を折り曲げる折り曲げ機能であり、ブックレット機能とは、用紙を袋とじにする機能である。

標準直流電源装置５は、機能Ａが選択された時に、機能Ａを動作させるための負荷に対して電源を供給する。標準直流電源装置５によって供給される電流は、機能Ａで消費する電流のピーク値ではなく、図３（ａ）に示すように機能Ａで消費する電流の平均値となるように設定されている。突入電流等の発生により平均値を超える電流が必要な場合には、第１蓄電器６によって電流を供給する。

第１蓄電器６には、例えば、短期的に充放電を繰り返すことができるキャパシタ、バッテリ、電気二重層コンデンサなどが用いられる。第１蓄電器６は、標準直流電源装置５の稼働中に充電、放電を行う。第１蓄電器６は、突入電流等によって標準直流電源装置５の定格電流を超える電流が流れる場合に、放電して機能Ａの負荷に電流を流す。また、第１蓄電器６の充電は、放電した直後に行う。このように第１蓄電器６の速やかな充電によって、常に一定の充電量（図３（ａ）に示す点線αのレベル）となるように回復させる。このように突入電流等によって標準直流電源装置５の定格電流を超える電流が流れる場合には、不足分を第１蓄電器６で補うことで、標準直流電源装置５の定格を引き下げることができる。

図４には、機能Ａの負荷に電流を供給する電源を標準直流電源装置５と第１蓄電器６とで切り替える切替部の構成が示されている。標準直流電源装置５からの電力は、フィニッシャ制御基板１０によって供給先を選択され、選択された負荷に供給される。フィニッシャ制御基板１０と負荷とを結ぶ電力供給路には、ダイオード（切替手段）１１と、第１蓄電器６とが設けられている。なお、図４に示す第１蓄電器６は、電気二重層コンデンサを想定している。負荷に流れる電流が標準直流電源装置５の定格電流を超え、過電流状態となると、標準直流電源装置５と負荷とを結ぶ電力供給路の電圧が垂下する。この電圧垂下によって、第１蓄電器６側の電圧が前述電力供給路よりも高くなると、ダイオード１１によって電力供給元が標準直流電源装置５から第１蓄電器６に切り替えられる。

充電電源装置８は、商用電源２から電源の供給を受けて、第２蓄電器７を充電する。例えば、商用電源２から１００Ｖの供給を得て、第２蓄電器７を２４Ｖで充電する。第２蓄電器７には、電気二重層コンデンサ、キャパシタ、２次電池、リチウムイオン電池などが用いられる。第２蓄電器７は、追加機能Ｂ，Ｃのメカトロ部品に対して電力を供給する。図３（ｂ）には、第２蓄電器７の供給する電流値が示されている。第２蓄電器７の供給する電流は、機能Ｂ，Ｃの負荷で消費される電流の平均値よりも若干高くなるように設定される（図３（ｂ）に点線βで示すレベル）。これは、第２蓄電器７の充放電による損失を考慮して設定されている。第２蓄電器７の供給する電流を、機能Ｂ，Ｃの負荷で消費される電流の平均値よりも若干高めに設定しておくことで、第２蓄電器７で必要電力を補うことができる。また、第２蓄電器７の充電タイミングは、待機時或いはフィニッシャ４が駆動中であっても、追加機能Ｂ，Ｃが選択されていない場合に充電を行う。追加機能Ｂ，Ｃは、標準で搭載された機能ではなく、使用頻度が低いので、機能が選択されていない時間帯で十分に充電することができる。図３（ｂ）に斜線で示す領域が、第２蓄電器７の必要充電量を示している。

図５（ａ）は、１つの電源で、フィニッシャ４の備える機能Ａ，Ｂ，Ｃの負荷に電流を供給する場合を示している。機能Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの負荷に流れる突入電流が重なりあった場合には、より大きな突入電流が流れることになる。従って、最大電流も大きくなる。本実施例では、機能Ａの負荷に電流を供給する電源と、機能Ｂ，Ｃの負荷に電流を供給する電源とをそれそれ別々に設けている。このため、図５（ｂ）に示すように最大電流の値を小さくすることができる。

図６に第１蓄電器６とその周辺回路の具体的な構成を示す。第１蓄電器６は、図６に示すキャパシタバンク２３に該当する。トランス２０の一次巻線の一端には所定の入力電圧（例えば、２４Ｖ）が印加される。この電圧は標準直流電源装置５より供給される。また一次巻線の他端にはスイッチング回路３１が接続されており、このスイッチング回路３１によるスイッチングによりトランス２０の二次巻線に出力電圧（入力電圧を昇圧したもの）が得られる。

スイッチング回路３１は、図６に示すようにトランジスタ４６によって構成されており、トランジスタ４６のベース端子は、抵抗４８を介して制御回路３０に接続されている。制御回路３０によって生成されたＰＷＭ信号がトランジスタ４６のベース端子に印加される。またトランジスタ４６のベース端子は、他方の端子が接地された抵抗４７も接続されている。さらに、トランジスタ４６のコレクタ端子は、トランス２０の一次巻線に接続されている。

また、トランス２０の二次巻線側には、整流回路２１と、平滑回路２２とが接続されており、二次巻線に誘導される電圧を整流して平滑する。

整流回路２１は、図６に示すようにダイオード４０と４１とからなり、平滑回路２２は、コイル４２とコンデンサ４３とからなる。

整流回路２１と平滑回路２２の後段には、複数のキャパシタバンク２３が設けられており、整流、平滑後の電圧を蓄積する。キャパシタバンク２３の充電時には、ダイオード４４からキャパシタバンク２３に電荷が蓄えられる。また、蓄えた電荷は、ダイオード４５から負荷２６側に出力される。キャパシタバンク２３の数は任意に設定することができる。キャパシタバンク２３に蓄えられた電圧は、制御回路３０によってスイッチ２４をオンし、機能Ａの負荷２６に供給される。

なお、第１蓄電器６とその周辺回路の構成は、図６に示すものに限られるわけではなく、例えば、図７〜図９に示す回路構成であってもよい。図７に示す回路構成は、１つの入力電圧に対応してトランスを２つ設けたものであり、図８及び９に示す回路構成は、１トランスで２出力タイプのものである。

図７に示す第１蓄電器６とその周辺回路は、第１トランス５０と第２トランス５７とが設けられており、第１トランス５０に対応して整流回路５１と平滑回路５２とが設けられ、第２トランス５７に対応して整流回路５８と平滑回路５９とが設けられている。整流回路５１は、ダイオード６１と６２とからなり、整流回路５８は、ダイオード６６と６７とからなる。また平滑回路５２は、コイル６３とコンデンサ６４とからなり、平滑回路５９はコイルからなる。整流回路５８と平滑回路５９の後段には、キャパシタバンク５６が設けられ、整流回路５１と平滑回路５２の後段に接続される。整流回路５１と平滑回路５２の後段にもキャパシタバンク５６が設けられる。第１トランス５０をスイッチングするスイッチング回路７０は、図６に示すスイッチング回路３１と同様の構成であり、トランジスタ７２と、抵抗７３、７４を備え、制御回路３０からのＰＷＭ信号がトランジスタ７２のベース端子に供給される。またスイッチング回路７１もトランジスタ７１と抵抗７６、７７とを備え、スイッチング回路７０と同様の動作を行う。

図８に示す第１蓄電器６とその周辺回路は、１トランスに出力端子が２つ設けられたタイプであり、整流回路８１と平滑回路８２、整流回路８３と平滑回路８４とが設けられている。整流回路８１は、ダイオード９１、９２からなり、平滑回路８２は、コイルからなる。また整流回路８３は、ダイオード９３と９４からなり、平滑回路８４は、コイル８４とコンデンサ９６とからなる。整流回路８１と平滑回路８２の出力端は、整流回路８３と平滑回路８４の出力端に接続され、キャパシタバンク８５が複数形成されている。また、図９に示す第１蓄電器６とその周辺回路は、図７に示す回路を１トランスで構成したものである。

図１０に第２蓄電器７とその周辺回路の具体的な構成を示す。第２蓄電器７は、図１０に示すキャパシタバンク１４３に該当する。本実施例では、入力電圧を昇圧するトランス７０には、１トランス２出力の方式が採用されている。また上述した第１蓄電器６の構成例と同様に、スイッチング回路１６２、整流回路１４１、１５１、平滑回路１４２、１５２が設けら、二次巻線に誘導される電圧を整流して平滑する。スイッチング回路１６２は、トランジスタ１６３と抵抗１６４、１６５とからなる。整流回路１４１は、ダイオード１４７と１４８とからなる。整流回路１５１は、ダイオード１５７と１５８とからなる。平滑回路１４２は、コイル１４９とコンデンサ１５０、平滑回路１５２は、コイル１５９とコンデンサ１６０とからなる。

画像形成装置本体１の制御装置（不図示）側から送信されてくる制御信号によって、制御回路１６１は、充電ＯＮ／ＯＦＦ信号を充電制御回路１５３に出力する。この信号によって充電制御回路１５３がオンすることで、スイッチ１５５（図１０にはＳＷと示す）が駆動される。スイッチ１５５の駆動によってリレースイッチのコイル（図１０にはＲＹ＿１Ａと示す）に電流が流れ、開閉器ＲＹ＿１Ｂが導通してキャパシタバンクを充電する。このときリレースイッチの開閉器ＲＹ＿２Ｂは必ずＯＦＦになるように制御回路１６１で制御する。開閉器ＲＹ＿１Ａが導通してキャパシタバンク１４３が充電されると、電圧検出回路１４４がキャパシタバンク１４３の電圧を検出する。そして、予め設定された規定の電圧値になると充電制御回路１５３に充電監視信号を送りスイッチ１５５をオフにする。従って、開閉器ＲＹ＿１Ｂの導通状態を解除する。従って、キャパシタバンク１４３の充電が終了する。

この状態で負荷Ｂ，Ｃの駆動準備状態になる。負荷Ｂ及びＣを駆動するための信号が画像形成装置本体１の制御装置（不図示）側から送信されてくると、制御回路１６１から放電制御回路１５４に負荷駆動信号が流れる。この信号によりスイッチ（図１０にはＳＷと表記する）１５６が導通してリレースイッチのコイル（図１０にはＲＹ＿２Ａと示す）に電流が流れ、開閉器ＲＹ＿２Ｂが導通状態になる。この結果、キャパシタバンク１４３に充電されたエネルギーが負荷１４５（すなわち、機能Ｂ及びＣの負荷）に供給される。一方、電圧検出回路１４６は、キャパシタバンク１４３の放電状態を検出して放電制御回路１５４の停止、駆動を行う。この状態は制御回路１６１でも検出され、負荷Ｂ，Ｃの駆動状態を監視する。

図１０では、リレースイッチによる構成を示したが、半導体装置でリレースイッチを構成することもできる。この場合も、ＲＹ＿１ＢとＲＹ＿２ＢのＯＮ／ＯＦＦの関係は、常に逆の関係にあることとし、ＲＹ＿１Ｂ及びＲＹ＿２Ｂが同時にＯＮになることはないように制御する。また、同時にＯＦＦの場合は、キャパシタバンク１４３の異常状態の場合であり、標準直流電源装置５とキャパシタバンク１４３、負荷とキャパシタバンク１４３を切り離し安全を確保する。

なお、図１０には、１トランス２出力方式の構成を示しているが、２トランスによる方式で、別々の電源構成であってもよい。

このように本実施例は、装置に標準装備された機能へ電源を供給する標準直流電源装置５の定格電流を小さくすることができる。従って、装置の小型化を図ることができる。また、追加した機能への電源供給は、蓄電器を用いて行うことで、電源容量を下げることができる。従って、１．５ｋＶＡ商用電源で十分に必要な電力をまかなうことができるので、ユーザ側で新たな装置を購入する必要がない。

上述した実施例は本発明の好適な実施例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

複数のメカトロ部品を搭載した装置で発生するピーク電流を示す図である。 電源装置の構成を示す図である。 機能Ａの負荷で消費する電流波形と、標準直流電源装置と第１蓄電器の供給する電流を示す図である。 標準直流電源装置と第１蓄電器との接続構成を示す図である。 （ａ）は、従来のピーク電流波形を示す図であり、（ｂ）は、本実施例のピーク電流波形を示す図である。 第１蓄電器とその周辺回路の第１の構成を示す図である。 第１蓄電器とその周辺回路の第２の構成を示す図である。 第１蓄電器とその周辺回路の第３の構成を示す図である。 第１蓄電器とその周辺回路の第４の構成を示す図である。 第２蓄電器とその周辺回路の構成を示す図である

符号の説明

１ 画像形成装置本体
２ 商用電源
３ 本体用直流電源装置
４ フィニッシャ
５ 標準直流電源装置
６ 第１蓄電器
７ 第２蓄電器
８ 充電電源装置
１０ フィニッシャ制御基板
１１ ダイオード

Claims (3)

1. 画像形成装置の本体に電源を供給する本体用電源装置と、
   被給電装置に対して電源を供給する主電源と、
   前記主電源の定格電流を超えるピーク電流が発生した場合に、不足電力分を供給する第１補助電源と、を有し、
   前記主電源は、前記画像形成装置に追加で搭載された、前記被給電装置としてのフィニッシャに電源を供給する標準電流電源装置であり、
   前記第１補助電源は、前記フィニッシャに標準で搭載された機能の動作時に駆動される負荷に給電する第１蓄電器であり、
   前記フィニッシャにオプションで搭載された第１追加機能又は第２追加機能の動作時に駆動される負荷に給電する第２蓄電器と、前記第２蓄電器を充電する充電電源装置とを有することを特徴とする電源装置。
2. 前記充電電源装置は、前記フィニッシャの非動作時と、前記フィニッシャの備える前記第１追加機能及び前記第２追加機能の非動作時との少なくとも一方で前記第２蓄電器を充電することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 前記標準電流電源装置の定格電流を超える電流が発生した場合に、前記第１蓄電器からの電流供給に切り替える切替手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載の電源装置。

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