JP4939043B2 - 補助電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、補助電源装置及び画像形成装置に係り、特に、主電源装置を補助するために使用される補助電源装置及びこの補助電源装置を利用する複写機、デジタル複合機、プリンタ等の画像形成装置に関する。

補助電源装置の制御電圧（５Ｖ）や制御駆動電圧（２４Ｖ）は、補助電源装置内で商用交流電源から整流、平滑やＤＣ／ＤＣコンバーター（定電圧電源）を介して出力されるのが一般的である。そして、補助電源装置は、高電圧でエネルギーを蓄える補助電源としてのキャパシタ部の安全性を高めるために、全体を外部の２次側回路から絶縁しているので、補助電源装置を使用する器機の定電圧電源とは別に、補助電源装置内にも制御や駆動電圧用の定電圧電源が必要であった。そのため、補助電源装置は、その内部に充放電器以外にも定電圧電源を備えることが必須の構成となっており、また、キャパシタ充電時に発生する熱で、内部の温度上昇による電子部品の性能低下を防止するため、発生した熱を前記補助電源装置内の定電圧電源の出力により冷却ファンを駆動制御することにより外部に対して排熱させていた。なお、前述したような補助電源装置に関する従来技術として、例えば、特許文献１、２、３等に記載された技術が知られている。
特開２００４−１５９４０５号公報 特開平８−０７９９１３号公報 特開２００４−２８６８６９号公報

しかし、従来技術による補助電源装置は、キャパシタ部の電圧を安全な低い電圧とし、補助電源装置全体を補助電源装置外部の２次側回路から絶縁する必要がなければ、制御電圧については、補助電源装置の外部の回路でも制御電圧は使用されており、補助電源装置外部の定電圧電源から制御電圧の供与も可能である。一方、駆動電圧については、その電圧が必要になるのはキャパシタ充電中に冷却ファンを駆動するときだけである。また、キャパシタの放電時には冷却ファン駆動に限らず補助電源装置外部の回路でも駆動電圧は使用されており、補助電源装置外部の定電圧電源から駆動電圧の供与も可能である。充電時に限って言えば、前記絶縁と冷却ファンを駆動するためだけに補助電源装置内に駆動電圧源を設けていた。

すなわち、従来技術による補助電源装置は、前記絶縁と充電中の冷却ファン駆動制御のためだけに駆動電圧を出力する定電圧電源を新たに補助電源装置内に設ける必要があったため、コストの増大を招くと共に、補助電源装置の省スペース化の妨げにもなっていたという問題点を有している。また、従来技術による補助電源装置は、冷却ファンを充電中に限らず駆動させていたため、充電時以外に発熱していないときであったとしても排熱処理を行っており、無駄な電力消費を強いられ、しかも、常に冷却ファンを駆動することによりファン回転による騒音も無視できないものであるという問題点をも有している。

本発明の目的は、前述したような従来技術の問題点を解決し、補助電源装置内の定電圧電源を不要とし、コストダウンや省スペース化を図り、補助電源装置内、及び、装置周辺の温度上昇を抑制して所望の動作を保証することができるようにすると共に、充電時以外の不要な冷却ファンの駆動による騒音や電力消費を低減させ、より低騒音化や省エネ化を図ることを可能とした補助電源装置及びこれを使用する画像形成装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、電源から補助電源へ充電を行う機能を有し、電子機器と接続される補助電源装置であって、充電開始から所定時間の間、所定値の第１の電流で定電流充電を行う第１の定電流充電モードと、前記所定時間の経過後に前記第１の電流で定電流充電を行う第２の定電流充電モードと、定電力で充電を行う定電力充電モードと、前記第１の電流よりも小さい値の第２の電流で定電流充電を行う第３の定電流充電モードと、を有すると共に、当該第１の定電流充電モード、当該第２の定電流充電モード、当該定電力充電モード、及び当該第３の定電流充電モードの順で充電を行う充電手段と、電子機器内の温度上昇を抑制する温度抑制手段と、前記充電手段による前記補助電源への充電が前記第２の定電流充電モード又は前記定電力充電モードの何れかである場合に、当該補助電源の電圧を前記温度抑制手段に印加する印加手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の第２の手段は、第１の手段において、前記充電手段は、前記第２の定電流充電モード、及び前記定電力充電モードのときに最も発熱が大きくなることを特徴とする。

また、本発明の第３の手段は、第１の手段又は第２の手段において、外部機器との信号の送受を行うインタフェース手段を備え、前記充電手段は、前記インタフェース手段を介して受信される信号により前記外部機器の動作モードを検出し、検出された当該動作モードに応じて充電を実行することを特徴とする。

また、第４の手段は、第３の手段において、前記補助電源から負荷へエネルギーの供給を行う放電手段を備え、前記放電手段は、前記動作モードに応じて放電を実行することを特徴とする。

また、第５の手段は、第１手段〜第４の手段の何れか１つの手段において、前記温度抑制手段に印加する電圧が前記補助電源又は前記充電手段の電圧と異なる場合に、当該温度抑制手段に印加する所定の電圧を生成する電圧生成手段を備え、前記印加手段は、前記電圧生成手段によって生成された前記所定の電圧を前記温度抑制手段に印加することを特徴とする。

また、第６の手段は、第５の手段において、前記電圧生成手段は、前記補助電源又は前記充電手段の電圧が前記所定の電圧より大きい場合、当該電圧を降下させて前記所定の電圧を生成することを特徴とする。

また、第７の手段は、第５の手段において、前記電圧生成手段は、前記補助電源又は前記充電手段の電圧が前記所定の電圧より小さい場合、前記補助電源の電圧が充電により閾値電圧に到達した後に、前記所定の電圧を生成することを特徴とする。

また、第８の手段は、第１の手段〜第７の手段の何れか１つの手段の補助電源装置を備え、当該補助電源装置における前記補助電源により装置内の負荷に放電を行わせる画像形成装置であることを特徴とする。

本発明によれば、コストダウンや省スペース化を図り、各充電モードの内容に応じて選択的に補助電源の電圧を温度抑制に用いるため、電子機器に接続される補助電源装置内及び装置周辺となる電子機器内の温度上昇を効果的に抑制して所望の動作を保証することができると共に、無駄な充電を抑制して充電時以外の不要な冷却ファンの駆動による騒音や電力消費を低減させることができる。

以下、本発明による補助電源装置及び画像形成装置の実施形態を図面により詳細に制御する。

図１は本発明の第１の実施形態による補助電源装置の構成を示すブロック図である。図１に示す本発明の第１の実施形態による補助電源装置は、商用交流電源を整流してキャパシタ３を充電する充電器１と、キャパシタに充電中であるか否かを判断する制御部２と、前記充電器１により充電される補助電源としてのキャパシタ３と、補助電源装置が組み込まれている電子機器（画像形成装置を含む）の温度上昇を抑制するファン５と、前記キャパシタ３の電圧をファン５に印加するスイッチ素子４とにより構成されている。

前述したように構成される補助電源装置において、最も発熱が高いのは、充電中の充電器１、次に、この補助電源装置が装着されている電子機器である。そこで、図１に示す実施形態は、前記制御部２が、前記充電器１が前記キャパシタ３を充電中か否かを判断し、充電中の場合、前記キャパシタ電圧をファン５に印加するようにスイッチ素子４を制御してファン５を回転させ、ファン５により補助電源装置や前記電子機器を冷却するように構成されている。制御部２でのキャパシタ３の充電中か否かを判断は、制御部２が充電器１の出力電流、出力電圧、または、キャパシタ３の端子電圧を監視することにより、その値により行うことができる。

なお、なお、図１に示す例では、補助電源として、キャパシタ３を使用しているが、キャパシタ３に代ってバッテリーを使用してもよい。キャパシタ３の具体的な例としては、例えば、電気二重層コンデンサを用いることが好ましい。

図２は本発明の第２の実施形態による補助電源装置の構成を示すブロック図である。図２において、図１と同一の部分は同一参照符号を付して重複する説明を省略する。図２に示すように、第２の実施形態による補助電源装置は、図１に示す装置に、キャパシタ３に蓄えられたエネルギーが充電器１に逆流することを防止するダイオード６を設けて構成したものであり、また、制御部２にもダイオード６を介して充電器１からの電源が供給されるようにしている。

図２に示す補助電源装置は、制御部２が充電器１に対して、キャパシタ３に対する充電を行うか否かを示す充電、充電停止信号を出力する。この構成では、前記制御部２は、図１により制御した場合と同様に、充電器１の出力電流、出力電圧、または、キャパシタ３の端子電圧を監視して、その値によりキャパシタ３に対する充電指示信号、充電停止信号を信号する。このため、図２に示す例では、制御部２が前記充電信号を出しているか充電停止信号を出しているかにより、前記キャパシタを充電中か否かを判断するができる。

なお、図２に示す例では、前記充電器１の出力電圧のファン５への印加は、スイッチ素子４となっているが、前記充電器１は、充電停止により出力電圧が低下するため、スイッチ素子４に代って比較的安価なダイオードを使用することもできる。この場合、ダイオードは、充電器１の充電停止により出力電圧が低下したときに、遮断状態になるように設ければよい。

図３は本発明の第３の実施形態による補助電源装置の構成を示すブロック図、図４は充電モードについて説明する図である。図３において、図１と同一の部分は同一参照符号を付して重複する説明を省略する。図３に示すように、第３の実施形態による補助電源装置は、図１における制御部２に代って、充電モードを判定することができる制御部７を設けたものである。

充電モードは、図４にキャパシタ電流充電モードとして示す波形のように、第１の定電流、第２の定電流、定電力、第３の定電流、第３の定電流間欠モードを経て充電動作が完了し、その後、キャパシタが放電される。

図３に示す補助電源装置において、最も発熱するのは前記第２の定電流モード、及び、定電力モードで充電中の充電器１であり、次に、前記補助電源装置が装着される電子機器である。そこで、図３に示す例では、前記制御部７が、図１に制御した場合と同様に、充電器１の出力電流、出力電圧、または、キャパシタ３の端子電圧を監視することにより、前記充電器１が前記キャパシタを充電するときの充電モードを判断し、前記第２の定電流モード、定電力モードによりキャパシタを充電している場合に、前記キャパシタ３の電圧をファン５に印加し、ファン５により補助電源装置や前記電子機器を冷却するようにしている。

図５は本発明の第４の実施形態による補助電源装置の構成を示すブロック図である。図５において、図１と同一の部分は同一参照符号を付して重複する説明を省略する。図５に示すように、第４の実施形態による補助電源装置は、図１における充電器１にインタフェース部８を介して外部器機９を接続することを可能としたものである。

図５に示す補助電源装置において、充電器１は、前記インタフェース部８を介して受信される信号により外部機器の動作モードを検出し、検出された外部器機の動作モードに応じて充電を実行する。従って、本発明の第４の実施形態は、外部機器９の動作状態が充電可能な場合に充電を実行することができる構成となっている。なお、図５に示す例では、インターフェース部８は外部機器の動作状態を充電器へ送信しているが、インターフェース部８が、外部機器９の動作状態を制御部へ送信し、前記制御部より充電器へ信号を与える構成であってもよい。また、前述において、前記インタフェース部８を介して受信される信号により外部機器９の動作モードを検出し、検出された外部器機９の動作モードに応じて充電を実行する例について述べたが、前記インタフェース部８を介して受信される信号により外部機器の要求充電モードを検出し、検出された充電モードに応じた充電モードにより充電を実行するようにしてもよい。

図６は本発明の第５の実施形態による補助電源装置の構成を示すブロック図である。図６において、図１と同一の部分は同一参照符号を付して重複する説明を省略する。図６に示すように、本発明の第５の実施形態による補助電源装置は、図１におけるキャパシタ３とスイッチ素子４との間の充電器１の出力線にＤＣ／ＤＣコンバーター１０を設けて構成したものである。

図６に示す補助電源装置は、ＤＣ／ＤＣコンバーター１０により、キャパシタ３の電圧をファン定格電圧に変換し、この変換した電圧をファンに印加するように構成される。なお、図６に示す例では、ＤＣ／ＤＣコンバーター１０を設けるとしているが、ＤＣ／ＤＣコンバーター１０に代えて、比較的高価な絶縁タイプ、非絶縁タイプで比較的効率のよいチョッパー回路や比較的安価なシリーズレギュレータを使用することもできる。

図７は本発明の第６の実施形態による補助電源装置の構成を示すブロック図である。ここに示す例は、本発明を画像形成装置に用いられる定着装置に適用した場合の例である。図７において、１１は補助電源装置、１２は主電源スイッチ、１３はキャパシタ放電回路、１４は定着ローラ、１５は定着ローラの加熱源、１６は温度検出素子である。

図７に示す例では、商用交流電源が主電源スイッチ１２を介して充電器１に接続され、主電源スイッチ１２がオンとなり、制御部２より充電器１へ充電オン信号が出力されるとキャパシタ３が充電された後充電完了となる。その後、制御部２から放電回路１３へ放電オン信号が出力されるとキャパシタ３に蓄えられたエネルギーは、放電回路１３を介して加熱源１５へ放電し、加熱源１５を持つ定着ローラ１４が加熱される。定着ローラ１４の温度は、温度検出素子によりモニターされ、本発明の実施形態による補助電源装置を持つ外部器機９としての画像形成装置の制御部１７にフィードバックされて温度制御される。また、制御電圧については、外部機器９の定電圧電源であるＤＣ電源部１８から供与され、放電時の放電回路駆動電圧についても、外部機器９の定電圧電源であるＤＣ電源部１８から供与される。スイッチ素子４を介するファン５の駆動制御は、制御部２により前述した実施形態の場合と同様に行われる。

なお、前述した本発明の第６の実施形態は、画像形成装置に用いられる定着装置へ適用した場合の例であるが、本発明は、他の負荷装置へ適用することもできる。また、ファン駆動電圧と放電駆動電圧とは別に供給する構成となっているが、補助電源装置が装着される電子機器の発熱が大きい等のため必要な冷却効化が得られない等の場合は、充電時と外部機器の定電圧電源が駆動電圧を供与する間はファンが動作するように、ファン駆動電圧と放電駆動電圧とをダイオードＯＲ回路を介してファン５に供給するようにしてもよい。

前述した本発明の実施形態によれば、補助電源へ充電を行う補助電源装置において、充電手段と、電子機器内の温度上昇を抑制する抑制手段と、前記補助電源が前記充電手段により充電中か否かを判断する充電判断手段と、前記判断手段により前記補助電源が充電中であると判断された場合に前記補助電源の電圧を前記抑制手段に印加する印加手段とを備え、前記充電判断手段により前記補助電源が充電中か否かを判断し、充電中であると判断された場合に、前記印加手段により該補助電源の電圧を前記温度上昇の抑制手段に印加することとしたので、充電中の発熱するときだけファンを駆動させ、常に出力している定電圧電源を不要とすることが可能となるため、省エネ化、省スペース化、コストダウンを図ることができる。また、充電終了をきっかけに冷却ファンの駆動を停止させることが可能となるため静音化を図ることができる。

また、本発明の実施形態によれば、補助電源へ充電を行う補助電源装置において、前記補助電源にダイオードを介して接続される充電手段と、電子機器内の温度上昇を抑制する抑制手段と、前記補助電源が前記充電手段により充電中か否かを判断する充電判断手段と、前記判断手段により前記補助電源が充電中であると判断された場合に、充電手段の出力電圧を前記温度上昇の抑制手段に印加する印加手段とを備え、前記充電判断手段により前記補助電源が充電中か否かを判断し、充電中であると判断された場合に、前記印加手段により充電手段の出力電圧を前記温度上昇の抑制手段に印加することとしたので、充電中の発熱するときだけファンを駆動させ、常に出力している定電圧電源を不要とすることが可能となるため、充電判断手段や前記印加手段の簡略化が可能となり、更なる省エネ化、省スペース化、コストダウンを図ることができる。

また、本発明の実施形態によれば、補助電源へ充電を行う補助電源装置において、充電手段と、電子機器内の温度上昇を抑制する抑制手段と、前記充電手段による前記補助電源の充電がどの充電モードであるかを判断する充電モード判断手段と、前記判断手段により前記補助電源の充電が前記温度上昇が大きい充電モードで充電中であると判断された場合に、上記電圧を前記温度上昇の抑制手段に印加する印加手段とを備え、前記充電モード判断手段により前記補助電源が前記充電手段による充電が前記温度上昇が大きい充電モードでの充電中であると判断された場合に、前記印加手段により上記電圧を前記抑制手段に印加することとしたので、発熱が多い充電モードののときだけファンを駆動させ、常に出力している定電圧電源を不要とすることが可能となり、必要な充電モード時のみファンを駆動させることが可能となり、更なる省エネ化、静音化を図ることができる。

また、本発明の実施形態によれば、外部機器との信号の送受を行うインタフェース手段を備え、前記インタフェース手段を介して受信される信号により外部機器の動作モードを検出し、検出された動作モードに応じて充電を実行することとしたので、前述した効果に加え、外部機器の動作状態が充電可能な場合に充電を実行することが可能となり、充電時、外部機器と補助電源装置との入力のトータル最大電力を低減することができるため、更なる省エネ化を図ることができる。また、外部機器と補助電源装置への外部電力供給源についても省エネ化、省スペース化、コストダウンを図ることができる。

また、本発明の実施形態によれば、補助電源から負荷へエネルギー供給を行う放電手段と、外部機器との信号の送受を行うインタフェース手段とを備え、前記インタフェース手段を介して受信される信号により外部機器の動作モードを検出し、検出された動作モードに応じて前記放電手段により放電を実行することとしたので、前述した効果に加え、外部機器の動作状態が放電要な場合に放電を実行することが可能となり、放電時、外部機器と補助電源装置との入力のトータル最大電力を低減することができるため、更なる省エネ化を図ることができる。また、外部機器と補助電源装置とへの外部電力供給源についても省エネ化、省スペース化、コストダウンを図ることができる。

また、本発明の実施形態によれば、温度上昇を抑制する抑制手段に印加すべき電圧と補助電源の電圧とが異なる場合に、補助電源の電圧から抑制手段に印加すべき所定の電圧を生成する電圧生成手段を備え、前記印加手段が、前記電圧生成手段によって生成された所定電圧を前記抑制手段に印加することとしたので、前記で説明した効果に加え、前記抑制手段に前記電圧生成手段によって生成された所定電圧の印加することが可能となり、電子機器内の温度上昇を一定量抑制することができ、電子機器の信頼性の向上を図ることができる。

また、本発明の実施形態によれば、前記の電圧生成手段が、補助電源の電圧が所定電圧より大きい場合に、電圧を降下させて所定の電圧を生成することとしたので、前述効果に加え、前記抑制手段に補助電源の電圧を降下させた所定電圧の印加することが可能となり、降下させた所定電圧を前記抑制手段に印加することができるため、補助電源の電圧を大きくし、補助電源装置の供給電力をより増加することが可能となり、必要となる電力が大きい機器においても、自動で、必要がない場合の電力をより低減することができ、省エネ化を図ることができる。また、前述の温度上昇の抑制手段に補助電源の電圧を降下させた所定電圧の印加することも可能で、前記抑制手段を小型化することができるため、前記抑制手段の省エネ化、省スペース、コストダウンを図ることができる。

また、本発明の実施形態によれば、前述の電圧生成手段が、補助電源の電圧が温度上昇の抑制手段に印加すべき所定電圧より小さい場合に、補助電源の電圧が充電により閾値電圧に到達した後に、所定電圧の生成を行うこととしたので、前述した効果に加え、補助電源の電圧が閾値電圧に到達するまでは、電圧生成手段が所定電圧の生成しないようにすることが可能となり、電圧生成手段を安価な回路で構成することができ、コストダウン、省スペース化を図ることができる。また、充電電圧が上昇し、充電電力がより大きくなり、発熱するときだけファンを駆動させるため更なる省エネ化、静音化を図ることができる。

本発明の第１の実施形態による補助電源装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態による補助電源装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態による補助電源装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態での充電モードについて説明する図である。 本発明の第４の実施形態による補助電源装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態による補助電源装置の構成を示すブロック図である。 本発明による補助電源装置を画像形成装置に用いられる定着装置に適用した場合の構成例を示す本発明の第６の実施形態のブロック図である。

符号の説明

１ 充電器
２、７、１７ 制御部
３ キャパシタ
４ スイッチ素子
５ ファン
６ ダイオード
８ インターフェース部
９ 外部機器
１０ ＤＣ／ＤＣコンバーター
１１ 補助電源装置
１２ 主電源スイッチ
１３ 放電回路
１４ 定着ローラ
１５ 加熱源
１６ 温度検出素子
１８ ＤＣ電源部

Claims (8)

1. 電源から補助電源へ充電を行う機能を有し、電子機器と接続される補助電源装置であって、
   充電開始から所定時間の間、所定値の第１の電流で定電流充電を行う第１の定電流充電モードと、前記所定時間の経過後に前記第１の電流で定電流充電を行う第２の定電流充電モードと、定電力で充電を行う定電力充電モードと、前記第１の電流よりも小さい値の第２の電流で定電流充電を行う第３の定電流充電モードと、を有すると共に、当該第１の定電流充電モード、当該第２の定電流充電モード、当該定電力充電モード、及び当該第３の定電流充電モードの順で充電を行う充電手段と、
   前記電子機器内の温度上昇を抑制する温度抑制手段と、
   前記充電手段による前記補助電源への充電が前記第２の定電流充電モード又は前記定電力充電モードの何れかである場合に、当該補助電源の電圧を前記温度抑制手段に印加する印加手段と、
   を備えたことを特徴とする補助電源装置。
2. 請求項１記載の補助電源装置において、
   前記充電手段は、前記第２の定電流充電モード、及び前記定電力充電モードのときに最も発熱が大きくなることを特徴とする補助電源装置。
3. 請求項１又は２記載の補助電源装置において、
   外部機器との信号の送受を行うインタフェース手段を備え、
   前記充電手段は、前記インタフェース手段を介して受信される信号により前記外部機器の動作モードを検出し、検出された当該動作モードに応じて充電を実行することを特徴とする補助電源装置。
4. 請求項３記載の補助電源装置において、
   前記補助電源から負荷へエネルギーの供給を行う放電手段を備え、
   前記放電手段は、前記動作モードに応じて放電を実行することを特徴とする補助電源装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項記載の補助電源装置において、
   前記温度抑制手段に印加する電圧が前記補助電源又は前記充電手段の電圧と異なる場合に、当該温度抑制手段に印加する所定の電圧を生成する電圧生成手段を備え、
   前記印加手段は、前記電圧生成手段によって生成された前記所定の電圧を前記温度抑制手段に印加することを特徴とする補助電源装置。
6. 請求項５記載の補助電源装置において、
   前記電圧生成手段は、前記補助電源又は前記充電手段の電圧が前記所定の電圧より大きい場合、当該電圧を降下させて前記所定の電圧を生成することを特徴とする補助電源装置。
7. 請求項５記載の補助電源装置において、
   前記電圧生成手段は、前記補助電源又は前記充電手段の電圧が前記所定の電圧より小さい場合、前記補助電源の電圧が充電により閾値電圧に到達した後に、前記所定の電圧を生成することを特徴とする補助電源装置。
8. 請求項１〜７の何れか１項記載の補助電源装置を備え、
   当該補助電源装置における前記補助電源により装置内の負荷に放電を行わせることを特徴とする画像形成装置。

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