JP5614103B2 - 充電装置、画像形成装置およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、複数のキャパシタが直列に接続されたキャパシタユニットを充電する充電装置、画像形成装置およびプログラムに関する。

近年のキャパシタは、大容量を有し、充放電サイクル特性にも優れているため、電子機器のバックアップ電源や、画像形成装置の補助電源、自動車をはじめとする各種輸送機のバッテリの代わりに用いられるようになってきている。また、エネルギーの有効利用の観点から、夜間電力の貯蔵といった用途での使用も検討されている。

ここで、複数のキャパシタが直列に接続されたキャパシタユニットを充電する場合、各キャパシタに効率よく充電するために、いずれかのキャパシタが所定の充電電圧に到達すると、バイパス回路（並列モニタ）によりそのキャパシタに対する充電電流を迂回（バイパス）させることが一般的に知られている。

ところで、バイパス回路を介して充電電流を迂回させた場合、バイパス回路において充電電力の損失が発生するという問題があった。そこで、複数のキャパシタのうちいずれか一つのキャパシタが所定の充電電圧に到達し、充電電流がバイパス回路により迂回されると、キャパシタに流す充電電流を減少させて電力の損失を抑制し、電力消費を低減するキャパシタの充電回路が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記特許文献１のキャパシタの充電回路では、キャパシタの劣化による容量劣化や、長時間放置による自己放電などにより各キャパシタの電圧バランスが崩れた場合、一つのキャパシタが所定の充電電圧に到達しても、当該キャパシタの充電電圧と比較して他のキャパシタの充電電圧が格段に低くなってしまうことがある。このような場合に、減少させた充電電流により充電を行うと、キャパシタユニットの充電時間が長くなってしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、キャパシタの電圧バランスが崩れている場合でも、バイパス回路における電力の損失を抑制するとともに、充電時間を短縮することができる充電装置、画像形成装置およびプログラムを得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、本発明の充電装置は、直列に接続された複数のキャパシタと、前記直列に接続された複数のキャパシタに直列に接続され、前記複数のキャパシタを充電する充電手段と、前記複数のキャパシタそれぞれに接続され、接続されたキャパシタの充電電圧が予め定めた設定電圧に到達した場合、前記設定電圧に到達した前記キャパシタへの充電電流を迂回させる複数の迂回手段と、前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となった場合、前記充電手段から出力される充電電流を所定の電流値に減少させ、前記迂回手段が迂回状態となってから予め定めた所定時間を経過し、かつ前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となっていない場合、前記充電手段から出力される充電電流を前記所定の電流値より増加させ、前記複数の迂回手段がすべて迂回状態となると前記充電手段からの充電電流の出力を停止する充電制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の画像形成装置は、直列に接続された複数のキャパシタと、前記直列に接続された複数のキャパシタに直列に接続され、前記複数のキャパシタを充電する充電手段と、前記複数のキャパシタそれぞれに接続され、接続されたキャパシタの充電電圧が予め定めた設定電圧に到達した場合、前記設定電圧に到達した前記キャパシタへの充電電流を迂回させる複数の迂回手段と、前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となった場合、前記充電手段から出力される充電電流を所定の電流値に減少させ、前記迂回手段が迂回状態となってから予め定めた所定時間を経過し、かつ前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となっていない場合、前記充電手段から出力される充電電流を前記所定の電流値より増加させ、前記複数の迂回手段がすべて迂回状態となると前記充電手段からの充電電流の出力を停止する充電制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明のプログラムは、直列に接続された複数のキャパシタと、前記直列に接続された複数のキャパシタに直列に接続され、前記複数のキャパシタを充電する充電手段と、前記複数のキャパシタそれぞれに接続され、接続されたキャパシタの充電電圧が予め定めた設定電圧に到達した場合、前記設定電圧に到達した前記キャパシタへの充電電流を迂回させる複数の迂回手段と、を備える充電装置を、前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となった場合、前記充電手段から出力される充電電流を所定の電流値に減少させ、前記迂回手段が迂回状態となってから予め定めた所定時間を経過し、かつ前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となっていない場合、前記充電手段から出力される充電電流を前記所定の電流値より増加させ、前記複数の迂回手段がすべて迂回状態となると前記充電手段からの充電電流の出力を停止する充電制御手段、として機能させるためのプログラムである。

本発明によれば、キャパシタユニットへの充電電流を減少させてから所定時間が経過してもキャパシタユニットが設定電圧に到達していない場合には、キャパシタユニットへの充電電流を増加させることで、キャパシタの電圧バランスが崩れている場合にも、バイパス回路における電力の損失を抑制するとともに、充電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充電装置の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充電装置から流したキャパシタユニットへの充電電流の変化を示す説明図である。 図３は、何らかの負荷に対して放電したキャパシタの電圧変化を示す説明図である。 図４は、漏れ電流により放電したキャパシタの電圧変化を示す説明図である。 図５は、漏れ電流により放電したキャパシタの電圧変化を示す説明図である。 図６は、実施の形態にかかる充電装置における充電処理の流れを示すフローチャートである。 図７は、変形例１にかかる充電装置から流したキャパシタへの充電電流の変化を示す説明図である。 図８は、変形例２にかかる充電装置から流したキャパシタへの充電電流の変化を示す説明図である。 図９は、変形例３にかかる充電装置から流したキャパシタへの充電電流の変化を示す説明図である。 図１０は、制御回路のハードウェア構成図である。 図１１は、第２の実施の形態のＭＦＰの縦断面図である。 図１２は、電源装置による電源制御処理の一例を示す説明図である。 図１３は、定着装置を加熱する加熱装置の一例を示す回路図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる充電装置、画像形成装置およびプログラムの最良な実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる充電装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態にかかる充電装置１００は、定電流動作および定電力動作を行って、複数のキャパシタが直列に接続されたキャパシタユニットを充電するものである。図１に示すように、充電装置１００は、キャパシタＣ１〜Ｃｎと、並列モニタＭ１〜Ｍｎと、充電回路２０と、制御回路１０とを主に備えて構成されている。

キャパシタＣ１〜Ｃｎは、充電電力を蓄積するものであり、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどである。本実施の形態では、キャパシタＣ１〜Ｃｎが直列に接続されることで、キャパシタＣ１〜Ｃｎを含むキャパシタユニットを構成している。例えば、キャパシタユニットは、満杯充電時に２．５Ｖになるｎ個のキャパシタＣ１〜Ｃｎが直列に接続されている場合、各キャパシタを充電してキャパシタユニットが満充電になると、２．５×ｎＶの電圧が蓄電されることになる。

並列モニタＭ１〜Ｍｎは、キャパシタＣ１〜Ｃｎにそれぞれ並列に接続されており、キャパシタの充電電圧を検出し、検出したキャパシタの充電電圧が予め設定された設定電圧に到達した場合に、そのキャパシタへの充電電流を迂回させる（バイパスさせる）ものである。充電電流のバイパスには、主に、トランジスタ、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、サイリスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が使用される。また、並列モニタＭ１〜Ｍｎは、並列しているキャパシタＣ１〜Ｃｎの充電電圧が設定電圧に到達した場合、その旨を示す信号Ｓ１を制御回路１０に送出する。なお、本実施の形態では、図１に示すように、並列モニタＭ１が送出する信号Ｓ１を信号Ｓ１−１、並列モニタＭ２が送出する信号Ｓ１を信号Ｓ１−２、並列モニタＭｎが送出する信号Ｓ１を信号Ｓ１−ｎとする。

充電回路２０は、制御回路１０からの充電動作の制御に基づいて、キャパシタユニットにおける複数のキャパシタに充電電流を流してキャパシタユニットを充電するものである。本実施の形態では、充電回路２０は、制御回路１０からの充電動作の制御を示す信号Ｓ２を受信し、受信した信号Ｓ２に従って充電を行う。

制御回路１０は、充電装置１００における充電電流を制御する機能、および予め定めた所定時間の計時を行なう計時機能を実行する。具体的には、制御回路１０は、いずれかの並列モニタから、いずれかのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した旨を示す信号Ｓ１を受信した場合、予め定めた所定時間の計時を開始するとともに、キャパシタユニットへの充電電流を充電開始時からの充電電流に対して減少させる旨の信号Ｓ２を充電回路２０に送出する。そして、充電電流を減少させる旨の信号Ｓ２を受信した充電回路２０により、充電電流を減少させた一定の充電電流（定電流）によりキャパシタユニットを充電する。これによって、並列モニタにおいて充電電流をバイパスさせることによる電力の損失を抑制することができる。

このとき、キャパシタＣ１〜Ｃｎの充電電圧が揃って設定電圧に近づいている状態であれば、一つのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した後に、充電電流を減少させても、ほどなく全てのキャパシタＣ１〜Ｃｎの充電電圧が設定電圧に到達することになる。しかし、何らかの理由により、他のキャパシタの電圧バランスが崩れていた場合には、全てのキャパシタＣ１〜Ｃｎの充電電圧が設定電圧に到達するまでに長時間を要することになる。

つまり、制御回路１０は、計時を開始してから予め定めた所定時間が経過した場合に、キャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した旨を示す信号Ｓ１をすべての並列モニタＭ１〜Ｍｎから受信できない場合、キャパシタの電圧バランスが崩れていると判断する。そして、制御回路１０は、キャパシタユニットへの充電電流を増加させる旨の信号Ｓ２を充電回路２０に送出する。そして、充電電流を増加させる旨の信号Ｓ２を受信した充電回路２０により、充電電流を増加させてキャパシタユニットを充電する。これによって、キャパシタの電圧バランスが崩れている場合であっても、キャパシタユニットへの充電時間を短縮することができる。

このように制御回路１０により充電動作を制御した場合のキャパシタユニットへの充電電流の変化について説明する。図２は、第１の実施の形態にかかる充電回路２０から流したキャパシタユニットへの充電電流の変化を示す説明図である。図２の縦軸に示す充電電流は、充電回路２０から出力される電流の大きさを表している。図２に示すように、本実施の形態にかかる充電装置１００では、一定の充電電流によりキャパシタユニットの充電を開始し、いずれか一つのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した場合（ｔ１）、充電電流を減少させてキャパシタユニットを充電するとともに、所定時間の計時を開始する。そして、所定時間が経過した際（ｔ２）に、いずれか１つ以上のキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達していない場合、充電電流を連続的に増加させながらキャパシタユニットを充電し、全てのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達したら充電電流を停止する（ｔ３）。

次に、キャパシタにおける電圧について詳細に説明する。図３は、何らかの負荷に対して放電したキャパシタの電圧変化を示す説明図である。図３では、キャパシタの充電時および放電時の電圧が示されている。並列モニタの回路では、各キャパシタの容量のバラツキによって放電時の各キャパシタの電圧がずれていても、満充電時には全てのキャパシタの電圧が揃うようになっている。従って、一つのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した後に充電電流を減少させても、短い時間で各キャパシタの電圧を揃えることができる。図３においては、キャパシタの電圧低下の傾きは、キャパシタの容量と負荷の電流値とで決定される。

一方、キャパシタが自己放電した場合について説明する。図４は、漏れ電流により放電したキャパシタの電圧変化を示す説明図である。充電後のキャパシタを長時間放置した場合、キャパシタには漏れ電流があるため電圧が低下する。この電圧の低下の割合は、キャパシタ内部の絶縁構造、使用材料により決定されるものであり、キャパシタの容量と比例することはない。従って、長時間放置し電圧が低下した場合の各キャパシタの電圧は、図３で示した何らかの負荷による放電させたときの電圧とは異なってしまう。

そして、このように長時間放置されたことにより放電した場合に従来の充電装置によってキャパシタユニットを充電すると、図４に示すように、一つのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した時の各キャパシタの電圧のバラツキが大きくなる。従って、並列モニタにおける電圧の損失を抑制する目的でいずれか一つ以上のキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した時に充電電流を減少させると、充電時間が大きく伸びてしまう欠点がある。

そこで、本実施の形態の充電装置１００では、充電時間を短縮するものである。図５は、漏れ電流により放電したキャパシタの電圧変化を示す説明図である。図５に示すように、自己放電が行われた場合に、一つのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した時の充電電流を減少させた後、各キャパシタの充電電圧が所定時間内に設定電圧まで到達しない場合、充電電流を増加させることにより、全てのキャパシタの電圧を短時間で揃えることができる。なお、充電電流を増加させることで並列モニタにおける電力の損失が大きくなるが、充電時間を短縮することができるため、電力の損失や、充電が完了することを待っているために生じるその他の損失を減らすことができるため、総合的に損失を減らすことも可能である。例えば、充電装置１００を備える画像形成装置等の機器が、消費電力を低減するために、一定の間ジョブの要求がない場合等に、通常の消費電力モードから、省エネモードに移行させる機能を備える場合がある。しかし、充電中は省エネモードに移行できないため、充電完了を待つ時間が例えば５〜１０分程度に増加したとすると、その間、省エネモードに移行できなくなり、消費電力を効果的に低減できないといった損失が生じうる。本実施の形態の充電装置１００によれば、充電時間を短縮できるため、このような損失も減らすことができる。

次に、本実施の形態にかかる充電装置１００におけるキャパシタユニットへの充電処理を説明する。図６は、第１の実施の形態にかかる充電装置１００における充電処理の流れを示すフローチャートである。

まず、制御回路１０は、充電回路２０によってキャパシタユニットに所定の充電電流を流してキャパシタユニットを充電する（ステップＳ１１）。次に、制御回路１０は、いずれかのキャパシタの充電電圧が予め定めた設定電圧に到達したか否かを判断する（ステップＳ１２）。制御回路１０は、いずれかのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達したか否かを、各キャパシタに並列に接続されたいずれかの並列モニタから信号Ｓ１を受信したか否かにより判断する。

いずれのキャパシタの充電電圧も設定電圧に到達していない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻って到達するまで充電を行う。一方、いずれかのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、制御回路１０は、充電回路２０からキャパシタユニットへの充電電流を、並列モニタにバイパスさせるとともに、充電電流を減少させ（ステップＳ１３）、所定時間の計時を開始する（ステップＳ１４）。

次に、制御回路１０は、所定時間が経過したか否かを判断し（ステップＳ１５）、所定時間が経過していない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、減少させた充電電流によりキャパシタユニットを充電する。一方、所定時間が経過した場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、全てのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達したか否かを判断する（ステップＳ１６）。

いずれか１つ以上のキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達していない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、制御回路１０は、充電回路２０により充電電流を増加させ（ステップＳ１７）、ステップＳ１６の処理に戻る。この場合、並列モニタにより充電電圧が設定電圧に到達したキャパシタに対する充電電流が迂回されるため、設定電圧に到達していないキャパシタのみに対して充電電流が流れる。一方、全てのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達していた場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、キャパシタユニットの充電は完了しているため処理を終了する。

このように、本実施の形態の充電装置１００は、キャパシタユニットを充電した場合に、いずれかのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した場合は、充電電流を減少させてキャパシタユニットを充電するとともに所定時間を計時する。これにより、並列モニタにおける電力の損失を抑制することができる。

そして、充電電流を減少させてから所定時間が経過してもいずれか１つ以上のキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達していない場合は、キャパシタの電圧バランスが崩れていると判断し、充電電流を連続的に増加させてキャパシタユニットを充電する。これにより、キャパシタの電圧バランスが崩れている場合にも、並列モニタにおける電力の損失を抑制するとともに、キャパシタユニットの充電時間を短縮することができる。

（変形例１）
上記実施の形態では、充電電流を減少させてキャパシタユニットを充電した後に、所定時間が経過してもいずれか１つ以上のキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達していない場合は、充電電流を連続的に増加させてキャパシタユニットを充電していたが、本変形例では、充電電流を段階的に増加させてキャパシタユニットを充電してもよい。

図７は、変形例１にかかる充電装置から流したキャパシタへの充電電流の変化を示す説明図である。図７に示すように、変形例１にかかる充電装置では、一定の充電電流によりキャパシタユニットの充電を開始し、いずれか一つのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した場合（ｔ１）、充電電流を減少させてキャパシタユニットを充電するとともに、所定時間の計時を開始する。そして、所定時間が経過した際（ｔ２）に、いずれか１つ以上のキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達していない場合、充電電流を段階的に増加させながらキャパシタユニットを充電し、全てのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達したら充電電流を停止する（ｔ３）。

このように、変形例１にかかる充電装置は、上記実施の形態と同様に、キャパシタユニットを充電した場合に、いずれかのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した場合は、充電電流を減少させてキャパシタユニットを充電するとともに所定時間を計時する。これにより、並列モニタにおける電力の損失を抑制することができる。

そして、充電電流を減少させてから所定時間が経過してもいずれか１つ以上のキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達していない場合は、キャパシタの電圧バランスが崩れていると判断し、充電電流を段階的に増加させてキャパシタユニットを充電する。これにより、キャパシタの電圧バランスが崩れている場合にも、並列モニタにおける電力の損失を抑制するとともに、キャパシタの充電時間を短縮することができる。

（変形例２）
上記実施の形態では、充電電流を減少させてキャパシタユニットを充電した後に、所定時間が経過してもいずれか１つ以上のキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達していない場合は、充電電流を連続的に増加させてキャパシタユニットを充電していたが、本変形例では、さらに、充電電流を増加させて所定の電流値に到達した場合、充電電流の増加を停止してキャパシタユニットを充電してもよい。

上記実施の形態における図２では、全てのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した場合に充電電流を停止しているが、充電開始時のキャパシタの電圧バランスが大きく崩れていた場合、増加させる電流値が非常に大きくなってしまう可能性があるため、並列モニタのバイパス素子の定格を大きく取る必要がある。この対策として、制御回路１０は、キャパシタユニットへの充電電流を連続的に増加させた後、予め定めた所定の電流値に到達した場合、キャパシタユニットへの充電電流の増加を停止して、一定の充電電流でキャパシタユニットを充電する。

図８は、変形例２にかかる充電装置から流したキャパシタへの充電電流の変化を示す説明図である。図８に示すように、変形例１にかかる充電装置では、一定の充電電流によりキャパシタの充電を開始し、いずれか一つのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した場合（ｔ１）、充電電流を減少させてキャパシタユニットを充電するとともに、所定時間の計時を開始する。そして、所定時間が経過した際（ｔ２）に、いずれか１つ以上のキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達していない場合、充電電流を連続的に増加させながらキャパシタユニットを充電する。そして、充電電流が予め定めた所定の電流値に到達した場合、充電電流の増加を停止して、一定の充電電流でキャパシタユニットを充電し（ｔ４）、全てのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達したら充電電流を停止する（ｔ３）。

このように、変形例２にかかる充電装置は、上記実施の形態と同様に、キャパシタユニットを充電した場合に、いずれかのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した場合は、充電電流を減少させてキャパシタユニットを充電するとともに所定時間を計時する。これにより、並列モニタにおける電力の損失を抑制することができる。

そして、充電電流を減少させてから所定時間が経過してもいずれか１つ以上のキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達していない場合は、キャパシタの電圧バランスが崩れていると判断し、充電電流を連続的に増加させてキャパシタユニットを充電する。これにより、キャパシタの電圧バランスが崩れている場合にも、並列モニタにおける電力の損失を抑制するとともに、キャパシタの充電時間を短縮することができる。

また、充電電流を連続的に増加させた後、充電電流が予め定めた所定の電流値に到達した場合、充電電流の増加を停止して、一定の充電電流でキャパシタユニットを充電する。これにより、充電開始時のキャパシタの電圧バランスが大きく崩れていた場合に、増加させる電流値が非常に大きくなってしまうことを防止することができる。

（変形例３）
上記変形例１では、充電電流を減少させてキャパシタユニットを充電した後に、所定時間が経過してもいずれか１つ以上のキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達していない場合は、充電電流を段階的に増加させてキャパシタユニットを充電していたが、本変形例では、変形例２と同様に、さらに、充電電流を増加させて所定の電流値に到達した場合、充電電流の増加を停止してキャパシタユニットを充電してもよい。

上記実施の形態における図２では、全てのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した場合に充電電流を停止しているが、充電開始時のキャパシタの電圧バランスが大きく崩れていた場合、増加させる電流値が非常に大きくなってしまう可能性があるため、並列モニタのバイパス素子の定格を大きく取る必要がある。この対策として、制御回路１０は、キャパシタユニットへの充電電流を段階的に増加させた後、予め定めた所定の電流値に到達した場合、キャパシタユニットへの充電電流の増加を停止して、一定の充電電流でキャパシタユニットを充電する。

図９は、変形例３にかかる充電装置から流したキャパシタへの充電電流の変化を示す説明図である。図９に示すように、変形例１にかかる充電装置では、一定の充電電流によりキャパシタの充電を開始し、いずれか一つのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した場合（ｔ１）、充電電流を減少させてキャパシタユニットを充電するとともに、所定時間の計時を開始する。そして、所定時間が経過した際（ｔ２）に、いずれか１つ以上のキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達していない場合、充電電流を段階的に増加させながらキャパシタユニットを充電する。そして、充電電流が予め定めた所定の電流値に到達した場合、充電電流の増加を停止して、一定の充電電流でキャパシタユニットを充電し（ｔ４）、全てのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達したら充電電流を停止する（ｔ３）。

このように、変形例３にかかる充電装置は、上記実施の形態と同様に、キャパシタユニットを充電した場合に、いずれかのキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達した場合は、充電電流を減少させてキャパシタユニットを充電するとともに所定時間を計時する。これにより、並列モニタにおける電力の損失を抑制することができる。

そして、充電電流を減少させてから所定時間が経過してもいずれか１つ以上のキャパシタの充電電圧が設定電圧に到達していない場合は、キャパシタの電圧バランスが崩れていると判断し、充電電流を段階的に増加させてキャパシタユニットを充電する。これにより、キャパシタの電圧バランスが崩れている場合にも、並列モニタにおける電力の損失を抑制するとともに、キャパシタの充電時間を短縮することができる。

また、充電電流を段階的に増加させた後、充電電流が予め定めた所定の電流値に到達した場合、充電電流の増加を停止して、一定の充電電流でキャパシタユニットを充電する。これにより、充電開始時のキャパシタの電圧バランスが大きく崩れていた場合に、増加させる電流値が非常に大きくなってしまうことを防止することができる。

次に、制御回路１０のハードウェア構成の一例について図１０を用いて説明する。図１０は、制御回路１０のハードウェア構成図である。

制御回路１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１などの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）５２やＲＡＭ（Random Access Memory）５３などの記憶装置と、各部を接続するバス６１を備えている。

なお、本実施の形態の充電装置１００で実行されるプログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。

本実施の形態の充電装置１００で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録してコンピュータ・プログラム・プロダクトとして提供するように構成してもよい。

さらに、本実施の形態の充電装置１００で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施の形態の充電装置１００で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

本実施の形態の充電装置１００で実行されるプログラムは、上述した制御回路１０の機能を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより各機能が主記憶装置上にロードされ、各機能が主記憶装置上に生成されるようになっている。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、第１の実施の形態にかかる充電装置１００を備える画像形成装置について説明する。以下では、本実施の形態の画像形成装置をＭＦＰ（Multi Function Peripheral）に適用した例を示す。適用可能な画像形成装置はＭＦＰに限られず、複写機、プリンタ、スキャナ装置、ファクシミリ装置等の画像形成装置であればいずれにも適用することができる。

図１１は、第２の実施の形態のＭＦＰ２００の縦断面図である。ＭＦＰ２００は、複写機能と、これ以外の機能、例えば、プリンタ機能、ファクシミリ機能とを備えていて、図示しない操作部のアプリケーション切り替えキーの操作により、複写機能、プリンタ機能、ファクシミリ機能を順次に切り替えて選択することが可能である。これにより、複写機能の選択時には複写モードとなり、プリンタ機能の選択時にはプリントモードとなり、ファクシミリモードの選択時にはファクシミリモードとなる。

次に、ＭＦＰ２００の概略構成および複写モードの際の動作について説明する。図１１において、自動原稿送り装置（以下、ＡＤＦという）１０１において、原稿台１０２に画像面を上にして置かれた原稿は、図示しない操作部上のスタートキーが押下されると、給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラス１０５上の所定の位置に給送される。ＡＤＦ１０１は、一枚の原稿の給送完了毎に原稿枚数をカウントアップするカウント機能を有する。コンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。

原稿セット検知器１０９で原稿台１０２上に次の原稿が存在することが検知された場合には、同様に原稿台１０２上の一番下の原稿が給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラス１０５上の所定の位置に給送される。このコンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。ここに、給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４および排送ローラ１０７は搬送モータによって駆動される。

第１給紙装置１１０、第２給紙装置１１１および第３給紙装置１１２は、それぞれ選択されたときに、その積載された転写紙を給紙し、この転写紙は縦搬送ユニット１１６によって感光体ドラム１１７に当接する位置まで搬送される。感光体１１７は、例えば感光体ドラムが用いられていて、図示しないメインモータにより回転駆動される。

画像読取装置１０６で原稿から読み取られた画像データは、図示しない画像処理装置で所定の画像処理が施された後、書き込みユニット１１８によって光情報に変換され、感光体ドラム１１７には図示しない帯電器により一様に帯電された後に書き込みユニット１１８からの光情報で露光されて静電潜像が形成される。この感光体ドラム１１７上の静電潜像は、現像装置１１９により現像されてトナー像となる。書き込みユニット１１８、感光体ドラム１１７、現像装置１１９や、その他の図示しない感光体ドラム１１７の周りの周知の装置などにより、プリンタエンジンを構成している。

搬送ベルト１２０は、用紙搬送の手段および転写の手段を兼ねていて電源から転写バイアスが印加され、縦搬送ユニット１１６からの転写紙を感光体ドラム１１７と等速で搬送しながら感光体ドラム１１７上のトナー像を転写紙に転写する。この転写紙は、定着装置１２１によりトナー像が定着され、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。感光体ドラム１１７は、トナー像転写後に図示しないクリーニング装置により残存トナーのクリーニングがなされる。

以上の動作は、通常のモードで用紙の片面に画像を複写するときの動作であるが、両面モードで転写紙の両面に画像を複写する場合には、各給紙トレイ１１３〜１１５のいずれかより給紙されて表面に上述のように画像が形成された転写紙は、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３側ではなく、両面入紙搬送路１２４側に切り替えられ、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転され、両面搬送ユニット１２６へ搬送される。

この両面搬送ユニット１２６へ搬送された転写紙は、両面搬送ユニット１２６により縦搬送ユニット１１６へ搬送され、縦搬送ユニット１１６により感光体ドラム１１７に当接する位置まで搬送され、感光体ドラム１１７上に上述と同様に形成されたトナー像が裏面に転写されて、定着装置１２１でトナー像が定着されることにより両面コピーとなる。この両面コピーは排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。

また、転写紙を反転して排出する場合には、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転された転写紙は、両面搬送ユニット１２６に搬送されずに反転排紙搬送路１２７を経て排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。

プリントモードでは、前述の画像処理装置からの画像データの代りに、外部からの画像データが書き込みユニット１１８に入力されて、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。

さらに、ファクシミリモードでは、画像読取装置１０６からの画像データが図示しないファクシミリ送受信部により相手に送信され、相手からの画像データがファクシミリ送受信部で受信されて前述の画像処理装置からの画像データの代りに書き込みユニット１１８に入力されることにより、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。

また、このＭＦＰ２００には、図示しない大量用紙供給装置（以下、ＬＣＴという）と、およびソート、穴あけ、ステイプルなどを行うフィニッシャーと、原稿読み取りのためのモード、複写倍率の設定、給紙段の設定、フィニッシャーで後処理の設定、オペレータに対する表示などを行う操作部とを備えている。

ここで、本実施の形態のＭＦＰ２００が備える電源装置による電源制御処理の概略について図１２を用いて説明する。図１２は、電源装置による電源制御処理の一例を示す説明図である。

商用電源２０１は、画像読取装置１０６、定着装置１２１、プリンタエンジンや各種モータ等のその他の負荷を駆動する主電源である。補助電源２０２は、商用電源２０１からの電力供給を受けて充電され、充電された電力により負荷を駆動する充放電可能な蓄電手段である。

本実施の形態では、補助電源２０２として、第１の実施の形態で説明したように直列に接続されてキャパシタユニットを構成するキャパシタＣ１〜Ｃｎを用いる。そして、本実施の形態では、補助電源２０２（キャパシタＣ１〜Ｃｎ）を充電する装置として、第１の実施の形態の充電装置１００を使用する（図１２では図示せず）。

スイッチ２０３は、商用電源２０１から補助電源２０２への充電のオン／オフと、補助電源２０２からの給電のオン／オフと、を切り替えるものである。スイッチ２０３は、例えば、補助電源２０２側の共通接点と、商用電源２０２側の接点、画像読取装置１０６側の接点およびどちらにも繋がっていない接点のいずれかと、を接続するスイッチである。また、２つ以上のリレーやＦＥＴを組み合わせてスイッチ２０３の機能を実現しても良い。本実施形態では、電源装置は、立ち上げ時などの通常時、スイッチ２０３をオフして、商用電源２０１から画像読取装置１０６を含むシステム系、その他の負荷、および定着装置１２１に給電する。また、商用電源２０１から供給される電力に余裕があるときには、スイッチ２０３を商用電源２０１側の接点に接続して補助電源２０２の充電を行う。一方、電源装置は、画像読取装置１０６と定着装置１２１とを同時に動かす場合などの補助電源使用時、スイッチ２０３を画像読取装置１０６側の接点に接続して、補助電源２０２からの給電により画像読取装置１０６を駆動し、商用電源２０１から定着装置１２１へ給電する電力量を増やしている。なお、図１２に示す例では、補助電源２０２の給電先が画像読取装置１０６のみとなっているが、これに限定するものではない。例えば、補助電源２０２から定着装置１２１やその他の負荷へ給電することも可能である。

以下に、補助電源から定着装置１２１に給電する構成例について図１３を用いて説明する。図１３は、定着装置１２１を加熱する加熱装置３０の一例を示す回路図である。

加熱装置３０は、図１３の回路図に示すように、主電源装置３１と補助電源装置３２と充電器３３と制御部３４と充電用スイッチ３５と切換スイッチ３６と残電圧検出部３７及び定着ローラ１６の主発熱体２１ａと加熱ローラ１５の発熱体２０と加圧ローラ１８の発熱体２２に通電する電流をオン・オフするスイッチ３８ａ，３８ｂ，３８ｃを有する。

主電源装置３１は商用電源であるＡＣ１００Ｖに接続され、定着装置１０に応じた電圧の調整及び交流を直流に整流などの機能を有する。補助電源装置３２は定着ローラ１６の補助発熱体２１ｂに電力を供給するものであり、充放電可能な大容量のキャパシタを有する。

制御部３４はＣＰＵやメモリ３４ａ（ＣＰＵに内蔵されるものであってもよい）を有しており、ＭＦＰ２００全体の動作を管理する。具体的には、制御部３４は、残電圧検出部３７と温度センサ１９からの信号を入力して充電用スイッチ３５と切換スイッチ３６及びスイッチ３８ａ，３８ｂ，３８ｃの動作を制御する。充電器３３は主電源装置３１から充電器３３に供給される電力をオン・オフする。切換スイッチ３６は補助電源装置３２の充電と補助電源装置３２から補助発熱体２１ｂに対する電力の供給を切替える。残電圧検出部３７は補助電源装置３２のキャパシタの残容量を検出する。

なお、本実施形態では、主電源装置３１は、主発熱体２１ａ、発熱体２０、発熱体２２に加え、充電器３３を介して補助電源装置３２にも接続されている。商用電源等である主電源装置３２の最大容量は予め決められているので（例えば、１００Ｖ／１５Ａ）、主発熱体２１ａ、発熱体２０および発熱体２２への電力供給と同時に、充電器３３を介して補助電源装置３２への充電を行う場合には、それぞれの最大値を足した値が電源容量を越えないように使用する発熱体等を設定する必要がある。なお、このような同時供給を行わない場合には、各部の足した値が電源容量を越えるような設定も可能であるが、かかる場合には同時供給する素子の容量を足した値が電源容量を越えないよう制御する必要がある。

図１３の例では、補助電源装置３２として、第１の実施の形態で説明したように直列に接続されてキャパシタユニットを構成するキャパシタＣ１〜Ｃｎを用いる。また、補助電源装置３２（キャパシタＣ１〜Ｃｎ）を充電する装置として、第１の実施の形態の充電装置１００を使用する。例えば、充電装置１００の充電回路２０、制御回路１０、および並列モニタＭ１〜Ｍｎの機能を、それぞれ図１３の充電器３３、制御部３４、および残電圧検出部３７に備えるように構成する。

１００ 充電装置
Ｃ１〜Ｃｎ キャパシタ
Ｍ１〜Ｍｎ 並列モニタ
１０ 制御回路
２０ 充電回路

特開２００５−２５３２８９号公報

Claims (8)

1. 直列に接続された複数のキャパシタと、
   前記直列に接続された複数のキャパシタに直列に接続され、前記複数のキャパシタを充電する充電手段と、
   前記複数のキャパシタそれぞれに接続され、接続されたキャパシタの充電電圧が予め定めた設定電圧に到達した場合、前記設定電圧に到達した前記キャパシタへの充電電流を迂回させる複数の迂回手段と、
   前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となった場合、前記充電手段から出力される充電電流を所定の電流値に減少させ、前記迂回手段が迂回状態となってから予め定めた所定時間を経過し、かつ前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となっていない場合、前記充電手段から出力される充電電流を前記所定の電流値より増加させ、前記複数の迂回手段がすべて迂回状態となると前記充電手段からの充電電流の出力を停止する充電制御手段と、
   を備えることを特徴とする充電装置。
2. 前記充電制御手段は、前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となってから前記所定時間を経過し、かつ前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となっていない場合、前記キャパシタへの充電電流を連続的に増加させることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
3. 前記充電制御手段は、前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となってから前記所定時間を経過し、かつ前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となっていない場合、前記キャパシタへの充電電流を段階的に増加させることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
4. 前記充電制御手段は、さらに、前記キャパシタへの充電電流を増加させて予め定めた所定の電流値に到達した場合、前記キャパシタへの充電電流の増加を停止して前記所定の電流値による定電流により前記キャパシタを充電させることを特徴とする請求項２または３に記載の充電装置。
5. 前記キャパシタは、電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の充電装置。
6. 前記充電制御手段は、前記所定時間が経過し、かつ前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となっていない場合、前記充電手段から出力される充電電流を増加させ、前記所定の電流値より増加させた状態で前記複数の迂回手段がすべて迂回状態となると前記充電手段からの充電電流の出力を停止することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
7. 直列に接続された複数のキャパシタと、
   前記直列に接続された複数のキャパシタに直列に接続され、前記複数のキャパシタを充電する充電手段と、
   前記複数のキャパシタそれぞれに接続され、接続されたキャパシタの充電電圧が予め定めた設定電圧に到達した場合、前記設定電圧に到達した前記キャパシタへの充電電流を迂回させる複数の迂回手段と、
   前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となった場合、前記充電手段から出力される充電電流を所定の電流値に減少させ、前記迂回手段が迂回状態となってから予め定めた所定時間を経過し、かつ前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となっていない場合、前記充電手段から出力される充電電流を前記所定の電流値より増加させ、前記複数の迂回手段がすべて迂回状態となると前記充電手段からの充電電流の出力を停止する充電制御手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
8. 直列に接続された複数のキャパシタと、
   前記直列に接続された複数のキャパシタに直列に接続され、前記複数のキャパシタを充電する充電手段と、
   前記複数のキャパシタそれぞれに接続され、接続されたキャパシタの充電電圧が予め定めた設定電圧に到達した場合、前記設定電圧に到達した前記キャパシタへの充電電流を迂回させる複数の迂回手段と、を備える充電装置を、
   前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となった場合、前記充電手段から出力される充電電流を所定の電流値に減少させ、前記迂回手段が迂回状態となってから予め定めた所定時間を経過し、かつ前記複数の迂回手段のいずれかが迂回状態となっていない場合、前記充電手段から出力される充電電流を前記所定の電流値より増加させ、前記複数の迂回手段がすべて迂回状態となると前記充電手段からの充電電流の出力を停止する充電制御手段、
   として機能させるためのプログラム。

Images