JP4900323B2 - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、１次側コイルと２次側コイルとを備えたトランスを備え、２次側コイルに接続された出力ラインの出力電圧が一定となるように１次側コイルへの通電が制御される電源装置、及び、その電源装置の上記出力電圧を用いて被記録媒体に画像を形成する画像形成装置に関する。

従来より、１次側コイルと２次側コイルとを備えたトランスを備えた電源装置では、２次側コイルに接続された出力ラインの出力電圧が一定となるように１次側コイルへの通電のスイッチング制御を行うことが考えられている。また、そのような電源装置では、負荷の故障などにより過大な電流が流れ電源装置が破壊される場合がある。そこで、上記出力ラインに抵抗器またはインダクタを直列に接続してその両端電圧をオペアンプを介して検出し、上記両端電圧が所定値を超えたときに１次側のスイッチング制御を停止させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−２４４５３３号公報

ところが、上記特許文献１記載の装置では、過電流検出回路としてのオペアンプに、上記出力ラインの出力電流が十分に小さい場合も含めて常時通電がなされるので、無駄な電力を消費していた。そこで、本発明は、２次側コイルの出力ラインの出力電流が小さい場合に無駄な電力消費を抑制することのできる電源装置、及び、その電源装置を利用した画像形成装置を提供することを目的としてなされた。

上記目的を達するためになされた本発明の電源装置は、１次側コイルと２次側コイルとを備えたトランスと、上記２次側コイルに接続され、電圧を出力する出力ラインと、該出力ラインの出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、該出力電圧検出手段の検出結果に基づき、上記出力電圧が一定となるように上記１次側コイルへの通電を制御する制御手段と、上記２次側コイルに接続され、上記出力ラインの出力電流の増加に応じて電圧が上昇する検出ラインと、該検出ラインの電圧が所定電圧を超えたとき非導通状態から導通状態に切り換るスイッチング素子と、該スイッチング素子が導通状態に切り換ったとき、上記制御手段の制御状態を、上記出力電圧または上記出力電流が制限されるように変更する制御状態変更手段と、を備えたことを特徴としている。

このように構成された本発明の電源装置では、出力電圧検出手段は、トランスの２次側コイルに接続された出力ラインの出力電圧を検出し、その検出結果に基づいて、制御手段は上記出力電圧が一定となるように上記トランスの１次側コイルへの通電を制御する。また、上記２次側コイルには、上記出力ラインの出力電流の増加に応じて電圧が上昇する検出ラインが接続され、その検出ラインの電圧が所定電圧を超えたとき、スイッチング素子が非導通状態から導通状態に切り換る。そして、そのスイッチング素子が導通状態に切り換ったとき、制御状態変更手段は、上記制御手段の制御状態を、上記出力電圧または上記出力電流が制限されるように変更する。この制御状態変更手段による制御手段の制御状態の変更（例えば、出力電圧を低下させる制御，出力停止，電流制限を加える制御等）によって、電源装置における過電流の発生が抑制される。

このように、本発明では、上記検出ラインの出力電流の増加に伴って上記検出ラインの電圧が上記所定電圧を超えたときに上記スイッチング素子が導通状態となり、その導通状態に基づいて上記制御手段の制御状態が変更される。このため、上記出力ラインの出力電流が小さくて上記検出ラインの電圧が上記所定電圧を下回っている間は、上記スイッチング素子が非導通であるので無駄な電力が消費されない。従って、本発明の電源装置では、無駄な電力消費を良好に抑制することができる。

なお、本発明は以下の構成に限定されるものではないが、上記出力ラインの出力電流が第１の所定電流を超えたことを検出する過電流検出回路を、更に備え、上記スイッチング素子は、上記導通状態となることによって上記過電流検出回路へ通電してその過電流検出回路による上記検出を可能にし、上記制御状態変更手段は、上記出力ラインの出力電流が上記第１の所定電流を超えたことを上記過電流検出回路が検出したときに、上記制御状態を上記出力電圧または上記出力電流が制限されるように変更してもよい。

この場合、上記スイッチング素子が導通状態となったときに過電流検出回路に通電がなされるので、上記出力ラインの出力電流が小さいときには過電流検出回路による無駄な電力消費がなされない。また、この場合、上記検出ラインの電圧が上記所定電圧を超えて過電流検出回路が検出を実行可能となった後、その過電流検出回路が、上記出力電流が上記第１の所定電流を超えたことを検出したときに上記制御状態の変更がなされる。すなわち、実際に検出された上記出力電流に基づいて上記制御状態の変更がなされるので、上記過電流の発生を一層精度よく抑制することができる。

そして、更にこの場合、上記所定電圧は、上記出力ラインの出力電流が上記第１の所定電流であるときの上記検出ラインの電圧よりも低く、上記出力ラインの出力電流が上記第１の所定電流よりも低い第２の所定電流である場合の上記検出ラインの電圧よりも高くてもよい。すなわち、過電流検出回路に通電が開始される上記検出ラインの電圧の閾値（所定電圧）を、上記出力ラインが過電流（第１の所定電流を超えた）と判断される場合の上記検出ラインの電圧よりも低く設定し、上記出力ラインの電流が小さい範囲（第２の所定電流以下）である場合の上記検出ラインの電圧よりも高く設定してもよいのである。

この場合、上記出力ラインの電流が小さい範囲（第２の所定電流以下）のときは、上記過電流検出回路に通電がなされず、無駄な電力消費を一層確実に抑制することができる。また、上記出力ラインの電流が過電流（第１の所定電流）となる前に過電流検出回路に通電がなされるので、上記過電流の発生を一層確実に抑制することができる。

また、本発明の画像形成装置は、上記いずれかに記載の電源装置と、該電源装置の上記出力ラインの出力電圧を用いて被記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、該画像形成手段の休止時に、上記出力ラインの出力電流が低減されるスリープモードを設定するスリープモード設定手段と、を備えたことを特徴としている。

このように構成された本発明の画像形成装置では、被記録媒体に画像を形成する画像形成手段の休止時に、スリープモード設定手段が電源装置に接続されている負荷を切り離したり、省電力モードとしたりした結果として上記出力ラインの出力電流が低減されるスリープモードを設定する。このようなスリープモードが設定されると、画像形成装置全体としての消費電力が小さくなるため、過電流検出回路で消費される電力が相対的に大きくなる。ところが、本発明の画像形成装置では、上記電源装置を用いているので、スリープモードでは上記出力ラインの出力電流が小さくなって無駄な電力消費が抑制される。従って、本発明の画像形成装置では、上記電源装置による無駄な電力消費の抑制効果が一層顕著に表れる。

［レーザプリンタの構成］
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。図１は、本発明が適用された画像形成装置としてのレーザプリンタ１の構成を概略的に表す説明図である。図１に示すように、本実施の形態のレーザプリンタ１は、被記録媒体の一例としての用紙Ｐに電子写真方式によって画像を形成する画像形成手段の一例としての画像形成部１０を備えている。

画像形成部１０は、感光体ドラム１１と転写ローラ１２との間に用紙Ｐを挟んで矢印方向に搬送する間に、その用紙Ｐにトナー像を形成するものである。感光体ドラム１１は、ドラム本体が接地されると共に、その表面に有機系感光体材料、例えば、ポリカーボネートなどから構成される正帯電性の感光層が形成されており、レーザプリンタ１に、図１における反時計方向に回転可能に支持されている。

また、感光体ドラム１１の外周には、帯電器１３，レーザスキャナユニット１４，及び現像ユニット１５が、転写ローラ１２との対向部から感光体ドラム１１の回転方向に沿って順次配設されている。帯電器１３は、タングステンなどの帯電用ワイヤからコロナ放電を発生させる正帯電用のスコロトロン型帯電器であり、感光体ドラム１１の表面を一様に正極性に帯電させるように構成されている。レーザスキャナユニット１４は、後述のインタフェース９３より入力される画像データに応じたレーザ光Ｌを光源（図示せず）から出射し、ポリゴンモータにより回転駆動されるポリゴンミラー（図示せず）の鏡面などによりレーザ光Ｌを走査して、感光体ドラム１１の表面へ照射する周知のものである。

また、現像ユニット１５は、感光体ドラム１１との対向部に現像ローラ１６を備えている。そして、この現像ユニット１５は、現像ユニット１５の内部に収容された正帯電性の非磁性１成分重合トナー（図示せず）を図示省略した周知の供給ローラ，層厚規制ブレード等によって摩擦帯電させながら、現像ローラ１６を介して感光体ドラム１１の表面まで供給するものである。

このため、感光体ドラム１１の表面は、その感光体ドラム１１の回転に伴って、先ず、帯電器１３により一様に正帯電された後、レーザスキャナユニット１４からのレーザ光Ｌの高速走査により露光され、画像データに応じた静電潜像が形成される。

次いで、現像ユニット１５より、正帯電されているトナーが感光体ドラム１１に供給されると、そのトナーは、感光体ドラム１１の表面上に形成された静電潜像、すなわち、一様に正帯電されている感光体ドラム１１の表面のうち、レーザ光Ｌによって露光され電位が下がっている露光部分に供給され、選択的に担持されることによって可視像化され、これによってトナー像が形成される。

転写ローラ１２は、レーザプリンタ１に図１において時計方向に回転可能に支持されている。この転写ローラ１２は、金属製のローラ軸に、イオン導電性のゴム材料からなるローラが被覆されており、転写時には、転写バイアス（転写順バイアス）が印加されるように構成されている。そのため、感光体ドラム１１の表面上に担持された上記トナー像は、用紙Ｐが感光体ドラム１１と転写ローラ１２との間を通る間に、用紙Ｐに転写される。また、図示省略したが、上記トナー像転写後の用紙Ｐは、加熱ローラと加圧ローラとを備えた定着器へ搬送され、上記トナー像が熱定着される。

また、画像形成部１０は、前述の感光体ドラム１１や現像ローラ１６を回転駆動するメインモータ１７を備えている。そして、このメインモータ１７には、電源装置の一例としての電源部３０から例えば２４Ｖの直流電圧が印加される。更に、電源部３０が発生する電圧は、変圧部９１を介して例えば３．３Ｖの直流電圧として制御部９０（スリープモード設定手段の一例）へも印加されている。

制御部９０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータとして構成され、レーザプリンタ１の筐体表面に設けられた操作パネル９２や、上記画像データ等が外部のパーソナルコンピュータ等から入力されるインタフェース９３等も接続されている。制御部９０は、操作パネル９２に対する操作もインタフェース９３へのデータ入力もない状態が所定時間継続したとき、電源部３０から自身への電力供給は継続したままメインモータ１７への給電を止めたりして負荷を切り離したり、他の省電力モードにしたりして、電源部３０の出力電流が低減されるスリープモードを設定する。

［電源部の構成］
次に、電源部３０の構成について、図２の回路図を用いて説明する。図２に示すように、この電源部３０は、トランス３１の１次側コイル３１Ａに、商用電源３２（ＡＣ１００Ｖ）から供給される電流を整流する整流回路３３、平滑用コンデンサ３４の他に、トランス３１の１次側コイルへの通電をスイッチングするトランジスタ３５、トランジスタ３５のＯＮ／ＯＦＦを制御してトランス３１における発振を制御する制御手段の一例としての１次側制御回路３６を備えている。なお、１次側制御回路３６は、後述の絶縁素子４７を介して入力される信号に応じてトランジスタ３５のスイッチングを制御する周知のものである。

トランス３１の２次側コイル３１Ｂには、整流素子４１を介して２４Ｖの電圧を出力する出力ライン４２と、整流素子４３を介してそれより低い電圧を出力する中間タップとしての検出ライン４４とが接続されている。出力ライン４２に出力される電圧（以下、単に出力電圧ともいう）は２４Ｖに制御する必要がある。そこで、電源部３０では、出力ライン４２の電圧を出力電圧検出手段の一例としての抵抗器Ｒ１，Ｒ２を介して分圧し、その分圧された電圧を基準電圧４５と共に誤差増幅回路４６に入力している。そして、上記分圧された電圧と基準電圧４５との比較結果を、誤差増幅回路４６からフォトアイソレータ等の絶縁素子４７を介して１次側制御回路３６に入力することにより、前述のようにトランジスタ３５のスイッチングを調整して出力電圧を２４Ｖに制御している。

なお、出力電圧が２４Ｖに制御されている間も、検出ライン４４の電圧（以下、単に検出電圧ともいう）は、出力ライン４２の出力電流の増加／減少に応じて上昇／下降する。そして、この検出ライン４４の電圧は、その電圧がツェナーダイオード４８の降伏電圧を超えたときに導通状態となるスイッチング素子の一例としてのトランジスタ４９を介して、過電流検出回路５０を構成する２つのオペアンプ５１，５２に印加されている。

この過電流検出回路５０では、出力ライン４２に直列に接続された抵抗器Ｒ３の両端電圧が抵抗器Ｒ４，Ｒ５を介してオペアンプ５１に入力される。オペアンプ５１は、所望のゲインに応じた抵抗器Ｒ６を介して負帰還がかけられており、抵抗器Ｒ３の両端の電位差（出力ライン４２の出力電流に比例）を増幅してオペアンプ５２の非反転入力端子に入力する。オペアンプ５２の反転入力端子には、直流電源５３を介して所定の比較電圧が入力されており、上記増幅後の電位差がその比較電圧を上回ると、オペアンプ５１は、フォトアイソレータ５４を介して１次側制御回路３６へ信号を入力する。なお、フォトアイソレータ５４は、ＬＥＤを含む発光部５４Ａとフォトトランジスタを含む受光部５４Ｂとを備えた周知のものである。

そして、フォトアイソレータ５４を介して上記信号が入力されると、１次側制御回路３６はトランジスタ３５のスイッチングを停止してトランス３１の出力を中断するシャットダウンを実行する。すなわち、１次側制御回路３６の上記フォトアイソレータ５４からの信号入力端子が制御状態変更手段に相当する。

［本実施の形態の効果］
ここで、トランジスタ４９が導通するときの電圧や、上記比較電圧は、次のように設定されている。すなわち、上記比較電圧は、出力ライン４２からの出力電流が過電流に相当するＩ1 （第１の所定電流に相当）を超えたとき、オペアンプ５１の出力が上記比較電圧を上回って上記シャットダウンがなされるように設定されている。また、上記導通するときの電圧は、出力ライン４２からの出力電流がＩ1 よりも小さく設定されたＩ2 （第２の所定電流に相当）であるときの検出ライン４４の電圧（検出電圧）よりも高く、上記出力電流がＩ1 であるときの検出電圧よりも低く設定されている。より詳細には、上記導通するときの電圧は、上記出力電流がスリープモード設定時における一般的な電流値Ｉ3 であるときの検出電圧よりも高く、上記出力電流が通常の画像形成時における一般的な電流値Ｉ4 であるときの検出電圧よりも低く設定されている。なお、Ｉ3 ＜Ｉ2 ＜Ｉ4 ＜Ｉ1 である。

このため、レーザプリンタ１では、スリープモードが設定されているときはオペアンプ５１，５２に通電がなされず、無駄な電力消費を良好に抑制することができる。しかも、スリープモードが設定されているときは、レーザプリンタ１全体としての消費電力が小さくなるため、オペアンプ５１，５２に通電を続けていると過電流検出回路５０で消費される電力が相対的に大きくなる。これに対して、本実施の形態では、スリープモードでは過電流検出回路５０への通電を停止することができるので、無駄な電力消費の抑制効果が一層顕著に表れる。また、通常の画像形成時には過電流検出回路５０のオペアンプ５１，５２に通電がなされ、これは上記出力電流が過電流に相当するＩ1 に達する前の時点であるので、上記出力電流がＩ1 を超えたときに確実に電源部３０のシャットダウンがなされ、過電流の発生を正確に抑制することができる。

［本発明の他の実施の形態］
なお、本発明は上記実施の形態になんら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で種々の形態で実施することができる。例えば、図３に示す電源部１３０のように、出力ライン４２よりも高い電圧が発生する２次側コイル３１Ｂ上の位置に検出ライン４４を設けてもよい。この場合、出力ライン４２の出力電圧が低い場合にも正確な制御を実行することができる。

また、図４に示す電源部２３０のように、過電流検出回路５０を省略して、トランジスタ４９のコレクタをフォトアイソレータ５４の発光部５４Ａに接続してもよい。但し、この場合、トランジスタ４９が導通するときの電圧は、出力ライン４２からの出力電流が過電流に相当するＩ1 であるときの検出ライン４４の電圧に設定される。制御にそれ程精度が必要とされない場合は、このようにトランジスタ４９の導通によって直接シャットダウンを指示して構成を簡略化することができる。

更に、この場合も、図５に示す電源部３３０のように、出力ライン４２よりも高い電圧が発生する２次側コイル３１Ｂ上の位置に検出ライン４４を設けてもよい。この場合も、出力ライン４２の出力電圧が低い場合に正確な制御を実行することができる。

また更に、上記各実施の形態では、過電流の発生時にシャットダウンを行っているが、トランス３１の出力電圧を低下させる制御や電流制限を加える制御を行ってもよい。また、ツェナーダイオード４８を設ける代わりにトランジスタ４９のベースに所定の直流電圧を印加してもよく、抵抗器Ｒ３の代わりにインダクタ等を設けてもよいことはいうまでもない。

本発明が適用されたレーザプリンタの構成を概略的に表す説明図である。 そのレーザプリンタの電源部の構成を表す回路図である。 その電源部の変形例の構成を表す回路図である。 その電源部の他の変形例の構成を表す回路図である。 その電源部の更に他の変形例の構成を表す回路図である。

符号の説明

１…レーザプリンタ １０…画像形成部 １１…感光体ドラム
１４…レーザスキャナユニット １５…現像ユニット １７…メインモータ
３０…電源部 ３１…トランス ３６…１次側制御回路
４２…出力ライン ４４…検出ライン ４５…基準電圧
４６…誤差増幅回路 ４８…ツェナーダイオード ４９…トランジスタ
５０…過電流検出回路 ５１，５２…オペアンプ ５３…直流電源
９０…制御部 ９２…操作パネル ９３…インタフェースＰ…用紙 Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６…抵抗器

Claims (3)

1. １次側コイルと２次側コイルとを備えたトランスと、
   上記２次側コイルに接続され、電圧を出力する出力ラインと、
   該出力ラインの出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、
   該出力電圧検出手段の検出結果に基づき、上記出力電圧が一定となるように上記１次側コイルへの通電を制御する制御手段と、
   上記２次側コイルに接続され、上記出力ラインの出力電流の増加に応じて電圧が上昇し、かつ、その電圧が上記出力ラインの出力電圧よりも低い検出ラインと、
   上記出力ラインの出力電流が第１の所定電流を超えたことを検出する過電流検出回路と、
   上記検出ラインの電圧がツェナーダイオードの降伏電圧を超えたとき非導通状態から導通状態に切り換ることによって、上記過電流検出回路へ通電してその過電流検出回路による上記検出を実行させるスイッチング素子と、
   該スイッチング素子が導通状態に切り換って、上記出力ラインの出力電流が上記第１の所定電流を超えたことを上記過電流検出回路が検出したとき、上記制御手段の制御状態を、上記出力電圧または上記出力電流が制限されるように変更する制御状態変更手段と、
   を備えたことを特徴とする電源装置。
2. 上記降伏電圧は、上記出力ラインの出力電流が上記第１の所定電流であるときの上記検出ラインの電圧よりも低く、上記出力ラインの出力電流が上記第１の所定電流よりも低い第２の所定電流である場合の上記検出ラインの電圧よりも高いことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 請求項１または２記載の電源装置と、
   該電源装置の上記出力ラインの出力電圧を用いて被記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
   該画像形成手段の休止時に、上記出力ラインの出力電流が低減されるスリープモードを設定するスリープモード設定手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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