JP5724455B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関し、より詳細には、電力線を信号伝送路として用いる画像形成装置に関する。

従来、画像形成装置においては、高速を必要としないユニット間のデータ伝送にシリアル通信を採用することによって通信線の本数を削減していたが、近年の高機能化に伴って装置内のモジュール数は増加の一途をたどっており、通信線が依然として装置内の多くの空間を占有している。

この点につき、特開２００６−１０９１４７号公報（特許文献１）は、専用の信号線に代えて、電源と各モジュールを結ぶ直流電源供給用の電力線を信号伝送路とすることによって、装置内の通信線の本数を削減する画像形成装置を開示する。

一方、近年の画像形成装置の高機能化に伴い、その消費電力は増大の一途をたどっている。この点につき、特開２００４−１０６４５６号公報（特許文献２）は、装置内の各モジュールから取得した消費電力情報に基づいて、装置の総消費電力が規定の範囲内に収まるように各モジュールに対する供給電力を制御することを特徴とする画像形成装置を開示する。

しかしながら、画像データを扱うモジュールのインターフェースと、作像プロセスや紙送りなどの画像書込み制御を実行するモジュールのインターフェースとでは要求される転送性能が異なることから、一般に、画像形成装置の各モジュールは、専用のインターフェースを介してデータ伝送を行っている。したがって、消費電力を制御するモジュールは、他のモジュールから複数のインターフェースを介して転送される消費電力情報を処理しなければならなくなり、パワーマネジメント処理が複雑化するという問題があった。

本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、装置内の各モジュールの消費電力情報を同一のインターフェースに乗せることができる新規な画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明者は、装置内の各モジュールの消費電力情報を同一のインターフェースに乗せることができる新規な画像形成装置につき鋭意検討した結果、画像形成装置内の各モジュールの消費電力情報を電力線に重畳して伝送する構成に想到し、本発明に至ったのである。

すなわち、本発明によれば、システムコントローラと、該システムコントローラが制御する複数のスレーブモジュールを含み、該システムコントローラおよび該スレーブモジュールに電圧を供給する電力線を信号伝送路として使用する画像形成装置であって、前記スレーブモジュールは、変復調部と、前記電力線に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータと、スレーブモジュールの消費電力の推定値を演算する消費電力推定部とを含み、前記推定値に基づいて生成された消費電力情報を前記電力線に重畳して伝送することを特徴とする画像形成装置が提供される。

本実施形態の画像形成装置における電力線通信の構成を示す図。 本実施形態の画像形成装置におけるスレーブモジュールを示す図。 ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子の制御パルスを示す図。 ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図。 本実施形態の画像形成装置におけるスレーブモジュールを示す図。 本実施形態における信号処理プロセッサを示す図。

以下、本発明を、実施形態をもって説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。

図１は、本発明の実施形態である画像形成装置１０の内部構成を示す。本実施形態の画像形成装置１０は、複数のスレーブモジュール１００と、マスターモジュール３０とを含んで構成されており、ＭＦＰ(Multi Function Peripheral）として参照することができる。画像形成装置１０におけるスレーブモジュール１００としては、給排紙用のステッピングモータを駆動制御するモジュール、レーザスキャナを駆動制御するモジュール、レーザ走査を制御するモジュール、画像処理を実行するモジュールなどを挙げることができ、マスターモジュール３０は、各スレーブモジュール１００を制御して画像形成処理を実行するシステムコントローラとして参照することができる。

本実施形態の画像形成装置１０においては、マスターモジュール３０（以下、システムコントローラ３０として参照する）が、各スレーブモジュール１００の消費電力に関する情報（以下、消費電力情報という）に基づいて装置全体の消費電力が規定の範囲内に収まるように各モジュールに対する供給電力を制御している。すなわち、システムコントローラ３０は、各スレーブモジュール１００から送信される消費電力情報に基づいてパワーマネジメント処理を実行し、要求動作に応じて、各スレーブモジュール１００に対し、モジュール毎の電源ＯＮ／ＯＦＦやスタンバイモードへの遷移などを指示するための制御信号（以下、消費電力制御信号という）を送信する。なお、図１には、画像形成処理を制御するシステムコントローラ３０がシステム全体の消費電力を制御する構成を例示したが、システムコントローラ３０の他に消費電力制御を実行するための専用のモジュール（マスターモジュール）を別個に設けてもよい。

直流スイッチング電源２０は、商用電源の交流電力を直流電圧に変換し、電力線２２に対して定電圧＋２４Ｖで出力する。直流スイッチング電源２０に接続された電力線２２は、システムコントローラ３０および各スレーブモジュール１００に対して＋２４Ｖ電圧を供給している。本実施形態の画像形成装置１０は、この電力線２２を信号伝送路として、システムコントローラ３０および各スレーブモジュール１００間でデータ伝送を行っている。以下、画像形成装置１０における電力線通信について具体的に説明する。

システムコントローラ３０は、変復調部３２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４と、モジュール用制御ＣＰＵ３６とを含んで構成され、電力線２２に、変復調部３２とＤＣ−ＤＣコンバータ３４が接続されている。一方、スレーブモジュール１００は、変復調部２００と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２と、モジュール用制御ＣＰＵ１０４とを含んで構成され、同じく、電力線２２に、変復調部２００とＤＣ−ＤＣコンバータ１０２が接続されている。

各スレーブモジュール１００は、図示しない消費電力推定部を備え、消費電力推定部によって計算された推定値がモジュール用制御ＣＰＵ１０４に通知される。モジュール用制御ＣＰＵ１０４は、通知された推定値に基づいて消費電力情報を生成する。生成された消費電力情報は、変復調部２００に入力され、高周波の通信信号に変換される。変換された通信信号（消費電力情報）は、電力線２２を介してシステムコントローラ３０に伝送され、変復調部３２において消費電力情報に復調される。

一方、システムコントローラ３０は、各スレーブモジュール１００から受信した消費電力情報に基づいてパワーマネジメント処理を実行し、その結果として、消費電力制御信号を生成する。モジュール用制御ＣＰＵ３６が生成した消費電力制御信号は、変復調部３２において高周波の通信信号に変換された後、電力線２２上に重畳される。電力線２２を介して各スレーブモジュール１００に入力された通信信号は、変復調部２００においてデジタルデータ（消費電力制御データ）に復調され、モジュール用制御ＣＰＵ１０４に入力される。モジュール用制御ＣＰＵ１０４は、当該消費電力制御データに基づいてモジュール内の消費電力を制御する。

以上、本実施形態における画像形成装置１０の電力線通信について概説したが、次に、スレーブモジュール１００における変復調部２００の具体的な構成について詳説する。

図２は、本実施形態におけるスレーブモジュール１００を示す。スレーブモジュール１００においては、変復調部２００とＤＣ−ＤＣコンバータ１０２が電力線２２に接続されている。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２と電力線２２の間にはインピーダンスアッパ回路といわれるインダクタンス素子を挿入し、＋２４Ｖ電源ラインの通信信号がＤＣ−ＤＣコンバータ１０２に入力されることを防止している。

スレーブモジュール１００における変復調部２００は、送信側に、変調部２０１、ミキサー部２０３、送信アンプ部２０５を含み、受信側に、復調部２０２、ミキサー部２０４、受信アンプ部２０６を含み、さらに、通信インターフェース部２０８と、局部発振器２０９と、消費電力推定部３００とを含んで構成されている。なお、変調部２０１、復調部２０２、ミキサー部２０３，２０４は、アナログ方式およびデジタル方式のいずれでも良い。

また、図２においては、変復調部２００の構成としてコンデンサと抵抗を使用したカプラ回路を採用する態様を例示したが、本実施形態においては、トランスを使用したカプラ回路を採用してもよい。トランスを介して送受信アンプと電力線２２を接続することで、ＭＨｚ帯域の高周波を減衰させることなしに通信信号を重畳させることができ、トランスと電力線２２に接続されるコンデンサで＋２４Ｖ電圧をカットし、トランスのインダクタンスとコンデンサの静電容量の値で決まる高周波通過特性を利用して通信信号のみを送受信することが可能になる。

以下、スレーブモジュール１００の受信動作について説明する。システムコントローラ３０から電力線２２に重畳して送信された高周波の通信信号（消費電力制御信号）は、スレーブモジュール１００において、＋２４Ｖ直流電圧阻止用のコンデンサを通過し、受信アンプ部２０６で増幅される。増幅された受信信号は、ミキサー部２０４においてダウンコンバージョン（周波数変換）され、ベースバンド信号に変換される。ベースバンド信号は復調部２０２でデジタルデータに復調され、通信インターフェース部２０８を介してモジュール用制御ＣＰＵ１０４に入力される。モジュール用制御ＣＰＵ１０４は、入力されたデジタルデータ（消費電力制御データ）に基づいてモジュール内の消費電力を制御する。

次に、スレーブモジュール１００の送信動作について説明する。スレーブモジュール１００において、消費電力推定部３００から通知された推定値に基づいてモジュール用制御ＣＰＵ１０４が消費電力情報を生成する。生成された消費電力情報は、通信インターフェース部２０８を介して変調部２０１に入力される。変調部２０１ではデジタルデータ（消費電力情報）をベースバンド信号に変調し、ベースバンド信号は、ミキサー部２０３において高周波信号にアップコンバージョン（周波数変換）される。高周波信号は、送信アンプ部２０５で増幅され、＋２４Ｖ直流電圧カット用コンデンサおよび送信インピーダンス抵抗を介して電力線２２に重畳される。

送信の場合、ベースバンド信号は、ミキサー部２０３において、局部発振器２０９の発振信号（すなわち、搬送波）を使用して高周波信号（通信信号）に変換される。例えば局部発振器２０９の発振周波数が１０ＭＨｚでベースバンド周波数が０から１００ｋＨｚの場合、搬送波中心周波数が１０ＭＨｚで信号帯域が±１００ｋＨｚの高周波信号に変換される。受信の場合には、ミキサー部２０４で実施されるダウンコンバージョンにより、高周波信号（通信信号）は、局部発振器２０９の発振信号を使用してベースバンド周波数に変換される。例えば、搬送波中心周波数が１０ＭＨｚで信号帯域が±１００ｋＨｚの高周波信号は、局部発振器の周波数が１０ＭＨｚの場合ベースバンド周波数が０から１００ｋＨｚの信号に変換される。なお、説明の容易のため、ベースバンド信号を直接、高周波信号（送信信号）に変換する例について述べたが、ベースバンド信号をＩＦ（Inter mediate Frequency）信号に変調した後に高周波信号に変換する方式を使用することもできる（受信の場合も同様）。

なお、本実施形態において変復調部２００は、変調方式として、２５６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、ＱＰＳＫ、ＢＰＳＫなどの各種変調方式を用いることができ、各変調方式を直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ方式）としても良い。ＯＦＤＭ方式で通信することにより、十分なＳＮ比が確保できない周波数が存在しデータの割付ができないキャリアが存在しても、その他の周波数のＳＮ比が高ければ、これらの周波数の搬送波に多くのデータ割付が可能になり、全体として安定した通信が可能である。さらに、ＯＦＤＭ方式は、ノイズによりＳＮ比が周波数によって変化し、そのＳＮ比の変化がある程度の周波数範囲にわたっている場合でも、ＯＦＤＭ方式では比較的ＳＮ比の高い周波数帯域を使用周波数帯域として設定しやすいという特徴がある。また、変復調部２００における変調方式としてスペクトラム拡散方式を採用することによって、さらにＳＮ比を向上させることができることはいうまでもない。なお、一般に、画像形成装置のノイズレベルは比較的高いので、ベースバンド信号帯域が２００ｋＨｚの場合には、拡散率（ＰＮ符号の帯域幅／１次変調の帯域幅）は、その１０倍である１ＭＨｚ以上の使用帯域とすることが望ましい。以上、電力線通信におけるスレーブモジュール１００の送受信動作について説明してきたが、次に、消費電力推定部３００の具体的構成について説明する。

一般に、モジュール内の各デバイスは、異なる電圧（＋３．３Ｖや＋１．８Ｖなど）で動作するため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２は、電力線２２から供給された＋２４Ｖ電圧を各デバイスの使用電圧に変換する。ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２は、ＰＷＭ方式（Pulse Width Modulation)を採用しており、スイッチング周期（周波数）を固定した上で、そのパルス幅（すなわち、スイッチング素子のＯＮ時間：Ｔｏｎ時間）を制御することによって、入力電圧（Vin）を所定の出力電圧（Vout）に変換（降圧）する。ＰＷＭ方式においては、図３に示すように、Ｔｏｎ時間を長くするほど出力電圧（Vout）は大きくなり、Ｔｏｎ時間が短くするほど出力電圧（Vout）は小さくなる。

図４(ａ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の回路図を模式化して示す。図４（ａ）に示すように、スイッチング素子ＯＮ時には、電力線２２から流入する電流によりチョークコイルにエネルギーが蓄えられ、スイッチング素子ＯＦＦ時には、チョークコイルが電流を保とうとして起電力を発生させる結果、ダイオードを通じて電流が負荷に流れる。すなわち、スレーブモジュール１００内の負荷の消費電力は、チョークコイルに蓄えられたエネルギーと等しくなる。ここで、入力電圧および出力電圧が一定と仮定した場合、図４(ｂ）に示すように、チョークコイルを流れる電流の増加分は、スイッチング素子制御パルスのＯＮ時間（Ｔｏｎ時間）に比例する。また、チョークコイルを流れる電流の減少分は、スイッチング素子制御パルスのＯＦＦ時間（Ｔｏｆｆ時間）に比例する。すなわち、負荷の消費電力はチョークコイルに蓄えられたエネルギーと等しいため、チョークコイルを流れる電流から計算できる。チョークコイルを流れる電流はスイッチング素子制御パルスのＯＮ時間（Ｔｏｎ時間）とＯＦＦ時間（Ｔｏｆｆ時間）の情報から計算できる。一般に、ＰＷＭ方式で制御されているＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数は一定であり、あらかじめ決められたスイッチング周期情報を初期値として用いることにより、Ｔｏｎ時間の情報のみでチョークコイルを流れる電流が演算可能となる。また、スイッチング周波数が負荷により変動するＰＷＭ方式の場合は、Ｔｏｎ時間とＴｏｆｆ時間の情報を用いてチョークコイルを流れる電流が演算してもよい。更に、チョークコイルの電流をスイッチング素子制御パルスのＯＮ時間（Ｔｏｎ時間）とＯＦＦ時間（Ｔｏｆｆ時間）の情報から計算する以外にも、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を一定にするフィードバック制御の演算の一部情報を用いてチョークコイルを流れる電流を演算してもよい。

したがって、本実施形態においては、図５に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２がＴｏｎ時間を消費電力推定部３００に通知するように構成されている。消費電力推定部３００は、ＤＣ−ＤＣコンバータから通知されたＴｏｎ時間に基づいて消費電力の推定値を算出し、当該推定値をモジュール用制御ＣＰＵ１０４に通知する。前述のように、Ｔｏｎ時間に基づいて消費電力の推定する以外にも、Ｔｏｎ時間とＴｏｆｆ時間の情報を用いて消費電力を推定してもよいし、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を一定にするフィードバック制御の演算の一部情報を用いて消費電力を推定してもよい。

ここで、一般に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２のフィードバック制御をデジタル演算で実施する場合には、フィードバック制御のための演算処理は、信号処理プロセッサによって実施される。本発明の好ましい実施形態においては、図５において、一点鎖線で囲まれたブロックに含まれる各機能部（変調部２０１、復調部２０２、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２、消費電力推定部３００）の演算処理を同一の信号処理プロセッサに実行させることによって、ハードウェア構成を簡略化する。

図６（ａ）は、変調部２０１、復調部２０２、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２、および消費電力推定部３００の各演算処理を一つの信号処理プロセッサ１０００で実行する場合の構成例を示す。

信号処理プロセッサ１０００は、出力電圧を監視するＡＤＣ１００２からの入力に基づいてフィードバック演算を実行し、演算結果をＤＣ−ＤＣコンバータ１０２のスイッチング素子制御信号を生成するＰＷＭ発生部１００４に出力する。

また、信号処理プロセッサ１０００は、受信側ミキサー部２０３の出力をデジタイズするＡＤＣ１００６と、送信側ミキサー部２０４へベースバンド信号を出力するＤＡＣ１００８のために変復調演算を実行する。

さらに、信号処理プロセッサ１０００は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２のＴｏｎ時間を使用した消費電力（推定値）の演算を実行する。

なお、本実施形態においては、上述した３つの演算処理（変復調演算、ＤＣ−ＤＣコンバータのフィードバック演算、消費電力推定演算）を信号処理プロセッサ１０００に時分割で実行させることによって、ハードウェア構成を簡略化し、モジュールの消費電力を抑制することが好ましい。たとえば、変復調演算が１００ＭＩＰＳ相当、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２のフィードバック演算が３０ＭＩＰＳ相当、消費電力推定演算が２０ＭＩＰＳ相当であった場合、時分割しない場合には、信号処理プロセッサは、最大で１５０ＭＩＰＳの処理能力が必要となるが、図６（ｂ）に示すように、３つの演算処理を時分割制御することによって、信号処理プロセッサに必要な処理能力を１００ＭＩＰＳにまで抑えることができる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、画像形成装置内の各モジュールの消費電力情報を電力線に重畳して伝送することにより、消費電力情報を同一のインターフェースに乗せることができるため、パワーマネジメント処理の複雑化が回避される。

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その他、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０…画像形成装置
２０…直流スイッチング電源
２２…電力線
３０…マスターモジュール（システムコントローラ）
３２…変復調部
３４…ＤＣ−ＤＣコンバータ
３６…モジュール用制御ＣＰＵ
１００…スレーブモジュール
１０２…ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０４…モジュール用制御ＣＰＵ
２００…変復調部
２０１…変調部
２０２…復調部
２０３…ミキサー部
２０４…ミキサー部
２０５…送信アンプ部
２０６…受信アンプ部
２０８…通信インターフェース部
２０９…局部発振器
３００…消費電力推定部
１０００…信号処理プロセッサ
１００２…ＡＤＣ
１００４…ＰＷＭ発生部
１００６…ＡＤＣ
１００８…ＤＡＣ

特開２００６−１０９１４７号公報 特開２００４−１０６４５６号公報

Claims (5)

1. システムコントローラと、該システムコントローラが制御する複数のスレーブモジュールを含み、該システムコントローラおよび該スレーブモジュールに電圧を供給する電力線を信号伝送路として使用する画像形成装置であって、
   前記スレーブモジュールは、
   変復調部と、
   前記電力線に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータと、
   スレーブモジュールの消費電力の推定値を演算する消費電力推定部と
   を含み、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記消費電力推定部にスイッチング素子制御パルスのＯＮ時間を通知し、
   前記消費電力推定部は、前記ＯＮ時間に基づいて前記消費電力の推定値を演算し、
   演算した前記推定値に基づいて生成された消費電力情報を前記電力線に重畳して伝送することを特徴とする、
   画像形成装置。
2. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータのフィードバック演算と、前記消費電力推定部の前記推定値の演算と、前記変復調部の変復調演算とが一つの信号処理プロセッサで実行される、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータのフィードバック演算と前記消費電力推定部の前記推定値の演算と前記変復調部の変復調演算とを時分割で実行する、
   請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記変復調部の変調方式がスペクトラム拡散方式である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記変復調部の変調方式が直交周波数分割多重方式である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像形成装置。