JP5549661B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえばレーザープリンタ、複写機、ファクシミリ装置および複合機などの画像形成装置に関し、より詳細には加熱定着装置の電力制御と装置負荷への電力供給を定格電流以下に抑えるようにきめ細かく行う画像形成装置に関するものである。

従来、レーザープリンタ、複写機等の画像形成装置においては、円筒状の定着ローラの内部または近傍にハロゲンヒータや誘導コイルの発熱装置を設置し、この発熱源により定着ローラを加熱するヒートロール方式の定着装置が用いられることが多い。

この方式では、定着ローラの近傍（または接触）に温度検出のための素子（センサ）を配置し、ヒータの場合はヒータ駆動素子をオン／オフして定着ローラ表面の温度が安定するよう制御を行っている。また、誘導加熱方式の場合はインバータに入力される電流を検出しコイルに印加される電流を調整して定着ローラ表面の温度が安定するよう制御を行っている。近年、画像形成装置のカラー化や高速化が進み駆動系の消費電流が増加しているが、市場からは省エネルギーや定格電流の低減の要求があり、装置の定格電流を容易に上げることができない。このため、定着装置で使用できる電流が制限され装置の動作状態によっては定着装置での電力が不足することがある。特に周辺装置が多いＭＦＰ（複合機）ではシステムの組み合わせが多用であり周辺装置を複数設置すると入力電流が増加し上記の問題が発生しやすい。

このような技術的背景から、装置の入力電流を検出して定着加熱装置への電流の制限値を可変する方式が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。また、蓄積可能な第２の電力供給手段を有し、入力電力がＡＣラインの定格を超えないように前記の第２の電力供給手段から電力供給を行う方式が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。

しかしながら、上記に示されるような従来の技術にあっては、上記のような電流（電力）不足が発生する場合、作像動作時は装置の状態に関係なく定着加熱装置への電流を制限し、電力不足により定着温度が低下した場合は装置の動作速度を低減し定着部の温度の低下を防止している場合が多い。しかしながら、上記の方式では装置の状態に関係なく定着装置への電流を制限するため定着温度の低下が発生する頻度が多くなり生産性が著しく低下する。また、特許文献１の方式では電流検出回路が必要となりコストアップを招来させることになる。さらに、検出時間の遅れ分を加味して検出電流を定格電流より低めに設定する必要がある。

また、特許文献２では、定着装置としてＡＣハロゲンヒータを用いた場合、ＡＣハロゲンヒータは消費電力が固定であり最大投入電力を正確に制御することが困難であった。なお、特許文献２においては定着電力と電源の電力制御方法が明確となっていなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、主電源装置と蓄積可能な補助電源装置および定着加熱装置への電力供給が変更可能な方式を組み合わせて制御を行うことにより、入力電流が定格電流を超えることなく最適な制御を行えるようにすることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、少なくとも加熱定着方式の定着装置を含む複数の負荷と、装置外部からの電力に基づいて前記複数の負荷に電力を供給する主電源装置と、前記主電源装置の出力電力を蓄積し、直流電力を出力する補助電源装置と、装置の動作状態が、当該動作状態の最大消費電流が装置の定格電流未満となる状態である第１の場合には、前記主電源装置の出力電力のうち、前記複数の負荷を駆動する電力に対する余裕分で前記補助電源装置を充電する充電手段と、装置の動作状態が、当該動作状態の最大消費電流が装置の定格電流以上となる状態であってかつ前記補助電源の蓄電量が所定の量よりも多い第２の場合、前記複数の負荷のうち画像形成時の動作頻度が低い負荷に対して電力の供給を行う電源を前記主電源装置から前記補助電源装置に切換える切換手段と、装置の動作状態が、当該動作状態の最大消費電流が装置の定格電流以上となる状態であってかつ前記補助電源の蓄電量が所定の量以下である第３の場合、前記主電源装置から前記定着装置への供給電力量の上限を、前記第１の場合及び前記第２の場合より低くする定着電力制御手段と、を備え、前記第２の場合は前記切換手段により前記補助電源装置に切り換えることにより前記主電源装置へ入力される電流が装置の定格電流を超えないようにし、前記第３の場合は前記主電源装置から前記定着装置への供給量の上限を前記第１の場合及び前記第２の場合より低くして前記主電源装置へ入力される電流が装置の定格電流を超えないようにし、かつ前記定着装置の温度が所定値以下の場合、画像形成速度を低減することを特徴とする。

本発明は、主電源装置と蓄積可能な補助電源装置および定着加熱装置への電力供給が変更可能な方式を組み合わせて制御を行うことにより、入力電流が定格値を超えることなく最適な制御を行うことができ立ち上がり時間を短縮することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかる画像形成装置（デジタル複写機）の電源系に関する構成を示すブロック図である。 図２は、実施の形態にかかる画像形成装置（デジタル複写機）の構成を示す説明図である。 図３は、実施の形態にかかるデジタル複合機における電力制御例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる画像形成装置の一実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
本発明は、複写機やレーザープリンタなどの画像形成装置において、主電源装置と蓄積可能な補助電源装置および定着加熱装置への電力供給が変更可能な方式を組み合わせて制御を行うことで、入力電流が定格値を超えることなく最適な制御を実現させ、画像形成装置の立ち上がり時間を短縮するものである。以下、具体的に説明する。

図１は、実施の形態にかかる画像形成装置（デジタル複写機）の電源系に関する構成を示すブロック図である。この図において、ＡＣライン１４１から供給されるＡＣ電源をＡＣ／ＤＣコンバータ１４２によりＤＣ電源に変換し、一部は直接＋２４Ｖ、＋５Ｖ系の各負荷１４７ａ、１４７ｂ、１４７ｃの電源として供給する。補助電源としては電気二重層キャパシタ以外にもいろいろと選択することが可能であるが、本発明では短時間での充放電が可能で、長寿命である電気二重層キャパシタを用いている。また、電気二重層キャパシタの特徴として放電するにしたがい端子電圧が低くなってしまうため、昇降圧コンバータ（補助電源装置）１４５を電気二重層キャパシタ１４４の後に配置することにより出力電圧が一定になるようにしている。この実施の形態では＋２４Ｖ系負荷１４７ｂへ供給するので、昇降圧コンバータ１４５は＋２４Ｖを出力することが可能な構成としている。

切換回路１４６は、ＡＣライン１４１から供給されるＡＣ電源を元にＡＣ／ＤＣコンバータ１４２により作られた＋２４Ｖ電源と、電気二重層キャパシタ１４４に蓄積されたエネルギーから昇降圧コンバータ１４５を通して作られた＋２４Ｖ電源とを制御部１２０による制御にしたがって切り換えて＋２４Ｖ系負荷１４７ｂに供給する働きをする。制御部１２０はデジタル複写機の全体の制御も行っており、各動作モードに応じてシーケンシャルに各負荷１４７ａ〜ｃを動作させる。

また、制御部１２０は、電気二重層キャパシタ１４４への充放電の制御も行っている。すなわち、制御部１２０は、後述するように使用電力予測により、ＡＣライン１４１からの供給電力で全ての負荷に対して電力供給が可能であると判定しているときはＡＣ／ＤＣコンバータ１４２により作られた＋２４Ｖ電源を＋２４Ｖ系負荷１４７ｂに供給するように切換回路１４６を切り換えて、余裕分は充電回路１４３を制御することで電気二重層キャパシタ１４４を充電する。また、制御部１２０は、ＡＣライン１４１からの供給電力で全ての負荷に対して電力供給するには足りないと判定しているときは、電気二重層キャパシタ１４４に蓄積されたエネルギーから昇降圧コンバータ１４５を通して作られた＋２４Ｖ電源を＋２４Ｖ系負荷１４７ｂに供給するように切換回路１４６を切り換える。

本発明の画像形成装置では、制御部１２０内の制御用ＣＰＵで定着加熱装置の温度制御を行いながら装置への投入電力を確定する。定着駆動１２１を介して定着ユニット１２２への投入電力より主電源装置での消費可能な電力を算出し、システムアップの状態および各装置動作状態により主電源装置での必要電力を算出し、前記消費可能な電力を超える場合は補助電力装置から電力供給を行うように制御する。

近年では定着駆動装置にＤＣインバータを用いてＤＣハロゲンヒータで定着加熱を行う装置や、ローラ内部または近傍に誘導コイルを設置し定着駆動装置にインバータを用いてコイルに電流を流して定着装置を加熱制御行っている装置もある。これらの加熱方式の場合はインバータの出力電流を検出し定着装置への投入電流を正確に制御することが可能である。

図２は、実施の形態にかかる画像形成装置（デジタル複写機）の構成を示す説明図である。この図において、自動原稿送り装置（以下、ＡＤＦと記述する）１にある、原稿台２に原稿の画像面を上にして置かれた原稿束は、操作部３０上のプリントキー３４が押下されると、一番下の原稿から給送ローラ３、給送ベルト４によってコンタクトガラス６上の所定の位置に給送される。一枚の原稿を給送完了により原稿枚数をカウントアップするカウント機能を有している。給送された原稿は読み取りユニット５０によってコンタクトガラス６上の原稿の画像データを読み取り後、読み取りが終了した原稿は、給送ベルト４および排送ローラ５によって排出される。さらに、原稿セット検知７にて原稿台２につぎの原稿が有ることを検知した場合、前原稿と同様にコンタクトガラス６上に給送される。給送ローラ３、給送ベルト４、排送ローラ５は搬送モータ２６によって駆動される。第１トレイ８、第２トレイ９、第３トレイ１０に積載された記録紙は、それぞれ第１給紙装置１１、第２給紙装置１２、第３給紙装置１３によって給紙され、縦搬送ユニット１４によって感光体ドラム１５に当接する位置まで搬送される。読み取りユニット５０にて読み込まれた画像データは、書き込みユニット５７からのレーザによって感光体ドラム１５に書き込まれ、現像ユニット２７を通過することによってトナー像が形成される。そして、記録紙は感光体ドラム１５の回転と等速で搬送ベルト１６によって搬送されながら、感光体ドラム１５上のトナー像が転写される。その後、定着ユニット１７にて画像を定着させ、排紙ユニット１８によって後処理装置のフィニシャ７０に排出される。

この定着ユニット１７は、離型性を有する定着ローラ、この定着ローラに対向して所定圧で付勢される加圧ローラ、定着ローラの内筒内に設けられるハロゲンヒータと、定着ローラの表面温度を検知するサーミスタ、などを備えている。また、定着ユニット１７は、定着ローラと加圧ローラとの加圧・加熱方式に限らず、定着ベルトによる方式であってもよい。

後処理装置のフィニシャ７０は、本体の排紙ローラ１９によって搬送された記録紙を、通常、排紙ローラ７２への方向と、ステープル処理部への方向へ導くことができる。切り替え板７１を上に切り換えることにより、搬送ローラ７３を経由して通常排紙トレイ７４側に排紙することができる。また、切り替え板７１を下方向に切り替えることで、搬送ローラ７５、７７を経由して、ステープル台７８に搬送することができる。ステープル台７８に積載された記録紙は、一枚排紙されるごとに紙揃え用のジョガー７９によって、紙端面が揃えられ、一部のコピー完了と共にステープラ７６によって綴じられる。ステープラ７６で綴じられた記録紙群は自重によって、ステープル完了排紙トレイ８０に収納される。一方、通常の排紙トレイ７４は前後に移動可能な排紙トレイである。前後に移動可能な排紙トレイ部７４は、原稿毎、あるいは画像メモリによってソーティングされたコピー部毎に、前後に移動し、簡易的に排出されてくるコピー紙を仕分けるものである。

記録紙の両面に画像を作像する場合は、各給紙トレイ８〜１０から給紙され作像された記録紙を排紙トレイ７４側に導かないで、経路切り替えのための分岐爪を上側にセットすることで、一旦、両面給紙ユニット９１にストックする。その後、両面給紙ユニット９１にストックされた記録紙は再び感光体ドラム１５に作像されたトナー画像を転写するために、両面給紙ユニット９１から再給紙され、経路切り替えのための分岐爪を下側にセットし、排紙トレイ７４に導く。このように記録紙の両面に画像を作成する場合に両面給紙ユニット９１は使用される。また、画像の載った記録紙の裏面に印字を行う際にも両面給紙ユニット９１を用いて記録紙の裏表面の搬送を変える。感光体ドラム１５、搬送ベルト１６、定着ユニット１７、排紙ユニット１８、現像ユニット２７はメインモータによって駆動され、各給紙装置１１〜１３はメインモータ２５の駆動を各々給紙クラッチによって伝達駆動される。縦搬送ユニット１４はメインモータの駆動を中間クラッチによって伝達駆動される。

つぎに、画像形成装置の原稿読み取りから、画像の書き込みまでを説明する。読み取りユニット５０は、原稿を載置するコンタクトガラス６と光学走査系で構成されており、光学走査系には、露光ランプ５１、第１ミラー５２、レンズ５３、ＣＣＤイメージセンサ５４等々で構成されている。露光ランプ５１および第１ミラー５２は図示しない第１キャリッジ上に固定され、第２ミラー５５および第３ミラー５６は図示しない第１キャリッジ上に固定されている。原稿像を読み取るときには、光路長が変わらないように、第１キャリッジ第２キャリッジとが２対１の相対速度で機械的に走査される。この光学走査系は、図示しないスキャナ駆動モータにて駆動される。原稿画像は、ＣＣＤイメージセンサ５４によって読み取られ、電気信号に変換されて処理される。書き込みユニット５７はレーザ出力ユニット５８、結像レンズ５９、ミラー６０で構成され、レーザ出力ユニット５８の内部には、レーザ光源であるレーザダイオードおよびモータによって高速で定速回転する多角形ミラー（ポリゴンミラー）が備わっている。書き込みユニット５７から出力されるレーザ光が、画像作像系の感光体ドラム１５に照射される。図示しないが感光体ドラム１５の一端近傍のレーザビームを照射される位置に、主走査同期信号を発生するビームセンサが配置されている。

つぎに、電力供給の可変制御例について説明する。たとえば、図２に示す画像形成装置に各部の最大消費電流を下記のように設定する。
待機時における電源装置等での消費電流 ： ０．５Ａ
画像読み取り時のスキャナ／ＡＤＦでの消費電流 ： １．０Ａ
フィニッシャ等の後処理装置動作時の消費電流 ： １．０Ａ
作像動作時の給紙／作像等での消費電流 ： ３．０Ａ
定着装置での消費電流 ： ５．０〜１１．０Ａ
装置の定格（許容）電流（Ｉo） ：１５．０Ａ

このように、装置の全負荷が同時に動作した場合に消費電流は１６．５Ａとなり装置の定格電流Ｉo：１５Ａを超えてしまう。そこで、本発明では上記のようにＡＤＦおよび後処理装置等の周辺機が接続され装置の最大電流が装置の定格電流を可能性がある場合、定着装置への供給電流に合わせて機器の入力電流が定格電流を超えないように補助電源および切換回路１４６の制御を行う。

図３は、実施の形態にかかるデジタル複合機における電力制御例を示すフローチャートである。ここでは、図１のブロック図および電流設定値を利用した動作の一例の説明を行う。この制御は制御部１２０によって実行される。図３において、まず、装置のシステム状態を確認する（ステップＳ１１）。

この場合、
（１）フルシステムの場合の最大電流 ：１６．５Ａ
（２）フィニッシャ等の後処理装置が装着されていない場合の最大電流 ：１５．５Ａ
となる。

続いて、最大電流がオーバーであるか否かを判断する（ステップＳ１２）。ここで最大電流がオーバーであると判断したならば、さらに印刷動作であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３において印刷モードの場合、ソータ／フィニシャ等の後処理装置を利用するモードかを確認する。つぎにＡＤＦ１やスキャナを利用する読み取りモードか確認しシステム電力を演算する。同時に定着ローラの表面温度により定着ユニット１７に供給する電力を演算する（ステップＳ１４）。

たとえば、
[１]フルシステムで全装置が動作した場合の最大電力 ：１６．５Ａ
[２]プリントモード画像読み取りが発生しない場合の最大電力 ：１５．５Ａ
[３]プリントモードでかつ後処理装置が動作しない、もしくは後処理装置が装着されていない場合の最大電力 ：１４．５Ａ

続いて、電流オーバーであるか否かを判断する（ステップＳ１５）。ここで、電流オーバーであると判断した場合、さらに補助電源（電気二重層コンデンサ１４４）が動作可能であるか否かを判断し（ステップＳ１６）、補助電源が動作可能であれば、補助電源を動作する（ステップＳ１７）。

すなわち、制御部１２０は、上記の[１]、[２]の場合は電流制限値をオーバーするので補助電源（電気二重層コンデンサ１４４）および切換回路１４６を制御し、主電源装置の電力を低減することにより装置の定格電流を超えないように制御を行う。蓄積電力量が低減し補助電源からの電力供給ができない場合は定着ユニット１７（定着加熱装置）への電力供給の上限を制限する。[１]の例では９．５Ａ、[２]の例では１０．５Ａとなる。定着電流の制限により温度が設定値以下に落ちた場合や補助電源が充電不足等の理由により使用できない場合は、印刷速度を低減する。もしくは読み取りの間隔をあけたり、読み取り中はファクシミリ受信データ／プリントデータをメモリに蓄積し作像動作を停止したりすることで対応可能となる。

また、定着加熱装置への電力供給をインバータを介して行う。これにより、より正確な定着電力の制御が可能となるので補助電源装置の出力を低減することができ蓄積手段の容量の低減や長寿命化が可能となる。

また、補助電源装置から電力供給する２４Ｖ系負荷１４７ｂはスキャナ等の印刷時の動作頻度が低い負荷とすることにより同様に蓄積手段の容量の低減や長寿命化が可能となる。

したがって、以上説明してきたこの実施の形態によれば、主電源装置と蓄積可能な補助電源装置および定着加熱装置への電力供給が変更可能な方式を組み合わせて制御を行うことにより、入力電流が定格値を超えることなく最適な制御を行うことができ立ち上がり時間を短縮することができる。

また、画像形成動作時の装置の動作状態に応じて、補助電源装置から一部の負荷に電流を供給することにより、より最適な制御を行うことができ線速（感光体ドラムの速度）の低下等による生産性の低下を抑制することが可能となる。

また、補助電源装置の蓄熱状態により定着ユニット１７への投入電流の最大値を一時的に制限するように制御を行うことにより装置の停止や待ち時間の発生を回避することが可能となる。

また、誘導加熱方式を用いることにより定着ユニット１７（定着加熱装置）への電力供給量を容易にかつ正確に行うことが可能となる。

また、ＤＣインバータ方式を用いることにより定着加熱装置への電力供給量を容易にかつ正確に行うことが可能となる。

また、補助電源装置の蓄熱手段に電気二重層キャパシタを使用することにより、補助電源の長寿命化および急速充電が可能となる。

１７ 定着ユニット
１２０ 制御部
１２１ 定着駆動
１４１ 主電源
１４２ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１４３ 充電回路
１４４ 電気二重層コンデンサ
１４５ 昇降圧コンバータ
１４６ 切換回路
１４７ａ ＋２４Ｖ系負荷
１４７ｂ ＋２４Ｖ系負荷
１４７ｃ ＋５Ｖ系負荷

特開平１０−２７４９０１号公報 特開２００４−２３６４９２号公報

Claims (4)

1. 少なくとも加熱定着方式の定着装置を含む複数の負荷と、
   装置外部からの電力に基づいて前記複数の負荷に電力を供給する主電源装置と、
   前記主電源装置の出力電力を蓄積し、直流電力を出力する補助電源装置と、
   装置の動作状態が、当該動作状態の最大消費電流が装置の定格電流未満となる状態である第１の場合には、前記主電源装置の出力電力のうち、前記複数の負荷を駆動する電力に対する余裕分で前記補助電源装置を充電する充電手段と、
   装置の動作状態が、当該動作状態の最大消費電流が装置の定格電流以上となる状態であってかつ前記補助電源の蓄電量が所定の量よりも多い第２の場合、前記複数の負荷のうち画像形成時の動作頻度が低い負荷に対して電力の供給を行う電源を前記主電源装置から前記補助電源装置に切換える切換手段と、
   装置の動作状態が、当該動作状態の最大消費電流が装置の定格電流以上となる状態であってかつ前記補助電源の蓄電量が所定の量以下である第３の場合、前記主電源装置から前記定着装置への供給電力量の上限を、前記第１の場合及び前記第２の場合より低くする定着電力制御手段と、
   を備え、
   前記第２の場合は前記切換手段により前記補助電源装置に切り換えることにより前記主電源装置へ入力される電流が装置の定格電流を超えないようにし、
   前記第３の場合は前記主電源装置から前記定着装置への供給量の上限を前記第１の場合及び前記第２の場合より低くして前記主電源装置へ入力される電流が装置の定格電流を超えないようにし、かつ前記定着装置の温度が所定値以下の場合、画像形成速度を低減する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記補助電源装置は、電力を蓄電する蓄電素子と昇降圧コンバータを備え、
   前記昇降圧コンバータは前記複数の負荷の一部に合わせた電圧を出力すること
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記定着装置は、誘導加熱方式であ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。
4. 前記定着装置は、直流インバータを備えてい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。

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