JP6066012B1

JP6066012B1 - 電力予測装置、画像形成装置、及び電力予測プログラム

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Publication number: JP6066012B1
Application number: JP2016184425A
Authority: JP
Inventors: 孝樹佐伯; 誠司本田; 芥田　朋和; 朋和芥田; 佳郎小西; 謙一伊東
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2036-09-21
Also published as: JP2018049157A; US20180080998A1; US11047915B2

Abstract

【課題】装置全体へ供給される電流の検出結果から交流電源を利用する機能部へ供給される電流を検出可能な電力予測装置、画像形成装置、及び電力予測プログラムを提供することを目的とする。【解決手段】交流電源を利用して定着器を駆動する定着器制御回路１２と、交流電源と定着器制御回路１２との間から分岐し、平滑コンデンサを含み交流電源からの交流を直流に変換する低圧電源装置１４と、定着器制御回路１２及び低圧電源装置１４へ供給される電流の合計値を検出する電流検出部１６と、平滑コンデンサの充放電期間に電流検出部１６が検出した合計値を用いて、定着器制御回路１２へ供給された電流値を予測して表示部３４に表示する定着電流予測部３０及び有効電力算出部３２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電力予測装置、画像形成装置、及び電力予測プログラムに関する。

特許文献１には、電磁誘導コイルに出力される電力を迅速かつ安定的に制御する定着装置が提案されている。具体的には、電磁誘導発熱層を有する加熱ローラを備えた定着ニップを記録シートが通過する間に、定着装置が、電磁誘導加熱電源から出力される高周波電力によって電磁誘導コイルを励磁し、電磁誘導発熱層を発熱させて、記録シート上の未定着トナー像を定着させる。電磁誘導加熱電源は、交流電力を整流して得られた電力がグランドレベルとなるゼロクロスタイミングを検出し、ゼロクロスタイミングから予め設定された所定の経過時間における瞬時値を検出し、瞬時値に基づいて交流電力の実効電力値を算出し、算出された実効電力値と、加熱ローラ表面の温度によって決定された目標電力値とに基づいて、出力電力が目標電力値になるように制御する。

特開２０１０−１８１６３３号公報

交流電源を利用する機能部、及び交流電源からの交流を直流に変換する変換部を含む複数の電源供給先が存在する場合、装置全体へ供給される電流の他に機能部へ供給される電流を検出するためには、それぞれ専用の検出部を設ける必要があった。

本発明は、装置全体へ供給される電流の検出結果から交流電源を利用する機能部へ供給される電流の値を検出可能な電力予測装置、画像形成装置、及び電力予測プログラムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の電力予測装置は、交流電源を利用する機能部と、前記交流電源と前記機能部との間から分岐し、平滑コンデンサを含んで前記交流電源からの交流を直流に変換する変換部と、前記機能部及び前記変換部の各々へ供給される電流の合計値を検出する検出部と、前記平滑コンデンサの充放電期間に前記検出部が検出した前記合計値を用いて、前記機能部へ供給された電流値を予測する予測部と、を備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記交流電源から供給される電圧のゼロクロスを検出する電圧ゼロクロス検出部と、前記電圧ゼロクロス検出部によって検出された前記ゼロクロスの前及び後の少なくとも一方における予め定めた期間を前記充放電期間として特定する特定部と、を更に備える。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記予測部は、前記交流電源から供給される電圧ゼロクロス検出１パルス分の区間に相当する電流半周期分の前記合計値または電圧ゼロクロス検出２パルス分の区間に相当する電流１周期分の前記合計値から前記機能部へ供給された電流値を減算して得られた値を前記変換部へ供給した電流値として更に予測する。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の発明において、前記変換部を複数備え、前記予測部が、前記複数の変換部の各々の平滑コンデンサで重複する充放電期間に前記検出部が検出した前記合計値を用いて、前記機能部へ供給された電流値を予測する。

請求項５に記載の画像形成装置は、交流電源を利用して、形成された画像を定着する定着器を駆動する駆動部と、前記交流電源と前記駆動部との間から分岐し、平滑コンデンサを含んで前記交流電源からの交流を直流に変換する変換部と、前記駆動部及び前記変換部の各々へ供給される電流の合計値を検出する検出部と、前記平滑コンデンサの充放電期間に前記検出部が検出した前記合計値を用いて、前記駆動部へ供給された電流値を予測する予測部と、を備える。

請求項６に記載の電力予測プログラムは、コンピュータを、請求項１〜４の何れか１項に記載の電力予測装置の予測部として機能させる。

請求項１に記載の電力予測装置によれば、装置全体へ供給される電流の検出結果から交流電源を利用する機能部へ供給される電流の値を検出可能な電力予測装置を提供できる。

請求項２に記載の発明によれば、装置全体へ供給される電流の検出結果を用いて機能部へ供給される電流を検出できる。

請求項３に記載の発明によれば、機能部へ供給される電流の値に加えて、電源から他の供給先へ供給される電流の値を検出できる。

請求項４に記載の発明によれば、複数の変換部を備える場合であっても、装置全体へ供給される電流の検出結果から交流電源を利用する機能部へ供給される電流の値を検出することができる。

請求項５に記載の画像形成装置によれば、装置全体へ供給される電流の検出結果から交流電源を利用する駆動部へ供給される電流の値を検出可能な画像形成装置を提供できる。

請求項６に記載の電力予測プログラムによれば、装置全体へ供給される電流の検出結果から交流電源を利用する機能部へ供給される電流の値を検出可能な電力予測プログラムを提供できる。

実施形態に係る電力予測装置を含む画像形成装置の電源部分の構成を示す図である。装置全体に供給される交流電源の電圧瞬時波形を表す装置電圧、装置全体に供給される装置電流、定着器制御回路に供給される定着電流、及び低圧電源装置に供給される低圧電源装置電流の各々の波形の一例を示す波形図である。装置電流、定着電流、及び低圧電源装置電流の各々における、装置電圧のゼロクロス付近の拡大図の一例である。実施形態に係る画像形成装置の各部で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。検出時間及び検出電流値から定着電流及び装置電流を検出する方法を説明するための図である。実施形態の変形例に係る電力予測装置を含む画像形成装置の電源部分の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る電力予測装置を含む画像形成装置１０の電源部分の概略構成を示す図である。

画像形成装置１０は、定着器に交流電力を供給する定着器制御回路１２、画像形成装置の各部へ直流電力を供給する低圧電源装置１４を備えており、交流電源（図１ではＡＣ電源と表記）が定着器制御回路１２及び低圧電源装置１４のそれぞれに電力を供給する。

定着器制御回路１２は、機能部の一例に相当し、供給された交流電源を利用して、画像形成装置１０の定着器を駆動する。

低圧電源装置１４は、変換部の一例に相当し、供給された交流電源と定着器制御回路１２との間から分岐し、平滑コンデンサを含んで交流電源を直流電源に変換する。そして、変換により得られた直流電源の電力を画像形成装置１０の各部へ供給する。例えば、低圧電源装置１４は、直流電圧５（Ｖ）に変換して基板やセンサ等に電力を供給すると共に、直流電圧２４（Ｖ）に変換してモータやファン等に電力を供給する。

また、画像形成装置１０は、電流検出部１６、電圧検出部２０、定着電流予測部３０、有効電力算出部３２、及び表示部３４を更に備えている。なお、定着電流予測部３０は、予測部及び特定部の一例に相当する。

電流検出部１６は、交流電源と定着器制御回路１２との間に設けられ、電圧検出部２０は、交流電源と定着器制御回路１２との間で分岐して接続されている。

電流検出部１６は、検出部の一例に相当し、例えば、抵抗またはホール素子等を含んで、交流電源の電流値を検出するための電流瞬時波形を検出し、検出結果をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１８に出力する。Ａ／Ｄ変換器１８は、検出されたアナログの電流瞬時波形をデジタル信号に変換して、交流電源の電流値として有効電力算出部３２に出力する。

電圧検出部２０は、整流器２２、平滑器２４、Ａ／Ｄ変換器２６、及び電圧ゼロクロス検出部の一例に相当する電圧ゼロクロス検出部２８を備えている。

整流器２２は、交流電源の電圧瞬時波形を整流することにより、交流を直流に変換して平滑器２４に出力する

平滑器２４は、平滑コンデンサを含んで構成され、整流器２２によって整流された電圧瞬時波形を平滑化し、平滑化することによって得られる電圧実効波形をＡ／Ｄ変換器２６に出力する。

Ａ／Ｄ変換器２６は、アナログの電圧実効波形をデジタル信号に変換して、有効電力算出部３２に出力する。

また、電圧ゼロクロス検出部２８は、交流電源から供給される電圧瞬時波形の電圧の正負が反転するゼロクロスを検出し、ゼロクロスの検出を定着電流予測部３０に通知する。

定着電流予測部３０は、ゼロクロスの検出結果に基づいて、ゼロクロスを検出した時点から予め定めた期間Ｔｄ（図２参照）の電流検出部１６によって検出された電流値に基づいて、定着器制御回路１２で消費される電流値を予測し、予測結果を有効電力算出部３２に出力する。

有効電力算出部３２は、電流検出部１６による検出結果、定着電流予測部３０による予測結果、及び電圧瞬時波形に基づいて装置全体の有効電力、定着器制御回路１２の消費電力、及び低圧電源装置１４の消費電力を算出し、算出した各電力を表示部３４に表示する。なお、定着電流予測部３０及び有効電力算出部３２が予測部の一例に相当する。

ところで、交流電源から供給される電力は、定着器制御回路１２及び低圧電源装置１４に供給されるが、定着器制御回路１２及び低圧電源装置１４の各々へ供給される電流を検出するためには、それぞれについて電流検出部１６を設ける必要がある。しかしながら、これでは、コストの増加を招くばかりでなく、装置の小型化の妨げとなってしまう。

そこで、本実施形態では、定着電流予測部３０が定着器制御回路１２に供給する電流を予測することにより、１つの電流検出部１６により、定着器制御回路１２及び低圧電源装置１４のそれぞれに供給される電流を特定する。

ここで、定着器制御回路１２及び低圧電源装置１４のそれぞれに供給される電流を特定するために必要となる、定着電流予測部３０による定着器制御回路１２に供給される電流である定着電流の予測方法について説明する。

図２は、装置全体に供給される交流電源の電圧瞬時波形を表す装置電圧、装置全体に供給される装置電流、定着器制御回路１２に供給される定着電流、及び低圧電源装置１４に供給される低圧電源装置電流の各々の波形の一例を示す。図３は、装置電流、定着電流、及び低圧電源装置電流の各々における、装置電圧のゼロクロス付近の拡大図である。

本実施形態では、装置電圧がゼロクロスを超えて上昇または下降しても低圧電源装置１４の電流（図３の低圧電源装置電流）が立ち上がらないことを利用して定着電流を予測する。すなわち、低圧電源装置電流は、平滑コンデンサが含まれるため、図２、３に示すように、平滑コンデンサの充放電のタイミングで低圧電源装置電流の立ち上がりが遅れる。そこで、装置電圧がゼロクロスを超えて上昇し始めてから平滑コンデンサの充放電により電流が立ち上がるまでの予め定めた期間Ｔｄを設定する。期間Ｔｄは平滑コンデンサを含む回路構成に応じて決定する。設定した期間Ｔｄの間では、電流検出部１６によって検出した電流は、低圧電源装置１４へ流れず、定着器制御回路１２へ供給される電流となる。また、期間Ｔｄ経過後の定着器制御回路１２へ供給される電流は、期間Ｔｄの間と同じ傾きとなる。そこで、期間Ｔｄの間の電流検出部１６の検出結果より定着器制御回路１２に供給される定着電流を特定する。これにより、期間Ｔｄの間の電流検出部１６の検出結果から定着器制御回路１２に供給される定着電流が予測される。

また、本実施形態では、有効電力算出部３２が、装置電圧の１周期分の電流検出部１６の検出値より装置全体に供給される装置電流の値を算出する。そして、算出した装置電流の値から定着電流予測部３０が予測した定着電流の値を減算することで、低圧電源装置１４へ供給される電流の値を特定する。なお、本実施形態では、装置電圧の１周期分の検出値を例に説明するが、半周期分の検出値に基づいて装置全体に供給される装置電流の値を算出してもよい。

これにより、有効電力算出部３２は、電流検出部１６による検出結果と電圧検出部２０による検出結果から装置全体の有効電力を算出する。また、定着器制御回路１２へ供給された定着電流の値、及び低圧電源装置１４へ供給された電流の値が特定されるので、有効電力算出部３２は、定着器制御回路１２の消費電力、及び低圧電源装置１４の消費電力も算出が可能となる。

続いて、上述のように構成された画像形成装置１０の各部で行われる具体的な処理について説明する。図４は、本実施形態に係る画像形成装置１０の各部で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図４の処理は、例えば、画像形成装置１０の消費電力を表示する指示等が行われた場合に開始する。

ステップ１００では、電圧検出部２０が電圧の検出を開始すると共に、電流検出部１６が電流の検出を開始してステップ１０２へ移行する。すなわち、交流電源の電圧瞬時波形が整流器２２によって整流され、平滑器２４によって平滑されて、Ａ／Ｄ変換器２６によってデジタル信号に変換される。また、電流検出部１６によって検出された電流瞬時波形がＡ／Ｄ変換器１８によってデジタル信号に変換される。電流検出部１６は、例えば、図５に示すように、時間毎に検出した電流の検出値を得る。

ステップ１０２では、電圧ゼロクロス検出部２８が電圧瞬時波形のゼロクロスを検出したか否かを判定し、該判定が肯定されるまで待機してステップ１０４へ移行する。

ステップ１０４では、定着電流予測部３０が、予め定めた期間Ｔｄに検出した電流の値を用いて定着電流の値を算出してステップ１０６へ移行する。例えば、図５に示すように、期間Ｔｄが、ｔ１〜ｔ５の時間の場合には、それぞれの時間における電流検出値ｉ１〜ｉ５に基づいて、電圧ゼロクロス部分の図３に示す定着電流の傾きを算出することにより、定着電流の値を算出する。

ステップ１０６では、電圧ゼロクロス検出部２８が、交流電源から供給される電圧の１周期（又は半周期）を検出したか否かを判定し、該判定が肯定されるまで待機してステップ１０８へ移行する。

ステップ１０８では、定着電流予測部３０が、交流電源から供給される電圧の１周期に対応する期間に検出した電流の値を用いて装置全体に供給された電流の値を算出してステップ１１０へ移行する。

ステップ１１０では、有効電力算出部３２が、低圧電源装置１４へ供給された電流の値を算出してステップ１１２へ移行する。すなわち、ステップ１０８で算出した装置全体の電流の値からステップ１０４で算出した定着電流の値を減算することにより、低圧電源装置１４へ供給された電流の値を算出する。

ステップ１１２では、有効電力算出部３２が、装置全体、定着器制御回路１２、及び低圧電源装置１４の各消費電力を算出してステップ１１４へ移行する。すなわち、有効電力算出部３２が、電流検出部１６による検出結果と電圧検出部２０による検出結果とから装置全体の有効電力を算出する。また、定着器制御回路１２へ供給された定着電流の値、及び低圧電源装置１４へ供給された電流の値が算出されているので、有効電力算出部３２が、定着器制御回路１２の消費電力、及び低圧電源装置１４の消費電力を算出する。

ステップ１１４では、有効電力算出部３２が、ステップ１０８、１１０、１１２の算出結果を表示部３４に表示してステップ１１６へ移行する。すなわち、装置全体、定着器制御回路１２、及び低圧電源装置１４の各々へ供給される電流の値と消費電力を表示部３４に表示する。

ステップ１１６では、有効電力算出部３２が、表示部３４への消費電力等の表示を終了するか否か判定する。該判定は、例えば、画像形成装置１０の消費電力等の表示を終了する指示が行われたか否かを判定し、該判定が否定された場合にはステップ１００に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定された場合には一連の処理を終了する。

なお、上記の実施形態では、図１に示すように、電圧検出部２０を低圧電源装置１４とは別に備える構成として説明したが、これに限るものではない。低圧電源装置１４は、電圧検出部２０と同様の構成を有するため、低圧電源装置１４内の電圧検出部を用いてもよい。

また、上記の実施形態では、画像形成装置１０に低圧電源装置１４を１つのみ備えた例を説明したが、低圧電源装置１４は、１つに限るものではなく、一例として、図６に示すように、複数の低圧電源装置１４Ａ、１４Ｂ・・・を備えてもよい。この場合には、低圧電源装置１４Ａ、１４Ｂ・・・のそれぞれの電流の値及び消費電力までは算出できないので、低圧電源装置１４Ａ、１４Ｂ・・・の全体の電流の値及び消費電力を算出して表示する。また、定着器制御回路１２に供給される定着電流を予測する際には、複数の低圧電源装置１４Ａ、１４Ｂ・・・の各々の平滑コンデンサで重複する充放電期間に電流検出部１６が検出した電流の値を用いて定着電流の値を予測する。すなわち、全ての低圧電源装置１４Ａ、１４Ｂ・・・の各々の平滑コンデンサが充放電を行っている期間Ｔｄを設定し、当該期間Ｔｄの電流検出部１６を検出することで定着電流の値を特定する。

また、上記の実施形態では、期間Ｔｄとして、電圧のゼロクロスの検出後の予め定めた期間を適用したが、これに限るものでははい。例えば、電圧のゼロクロスが検出される前の予め定めた期間を適用してもよいし、電圧のゼロクロスが検出される前後の予め定めた期間を適用してもよい。

また、上記の実施形態に係る画像形成装置１０の各部で行われる処理は、ソフトウエアで行われる処理としてもよいし、ハードウエアで行われる処理としてもよいし、双方を組み合わせた処理としてもよい。また、画像形成装置１０の各部で行われる処理は、プログラムとして記憶媒体に記憶して流通させるようにしてもよい。

また、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０画像形成装置
１２定着器制御装置
１４低圧電源装置
１６電流検出部
２０電圧検出部
２４平滑器
２８電圧ゼロクロス検出部
３２有効電力算出部
３４表示部

Claims

交流電源を利用する機能部と、
前記交流電源と前記機能部との間から分岐し、平滑コンデンサを含んで前記交流電源からの交流を直流に変換する変換部と、
前記機能部及び前記変換部の各々へ供給される電流の合計値を検出する検出部と、
前記平滑コンデンサの充放電期間に前記検出部が検出した前記合計値を用いて、前記機能部へ供給された電流値を予測する予測部と、
を備えた電力予測装置。
前記交流電源から供給される電圧のゼロクロスを検出する電圧ゼロクロス検出部と、
前記電圧ゼロクロス検出部によって検出された前記ゼロクロスの前及び後の少なくとも一方における予め定めた期間を前記充放電期間として特定する特定部と、
を更に備えた請求項１に記載の電力予測装置。
前記予測部は、前記交流電源から供給される電圧ゼロクロス検出１パルス分の区間に相当する電流半周期分の前記合計値または電圧ゼロクロス検出２パルス分の区間に相当する電流１周期分の前記合計値から前記機能部へ供給された電流値を減算して得られた値を前記変換部へ供給した電流値として更に予測する請求項１又は請求項２に記載の電力予測装置。
前記変換部を複数備え、
前記予測部が、前記複数の変換部の各々の平滑コンデンサで重複する充放電期間に前記検出部が検出した前記合計値を用いて、前記機能部へ供給された電流値を予測する請求項１〜３の何れか１項に記載の電力予測装置。
交流電源を利用して、形成された画像を定着する定着器を駆動する駆動部と、
前記交流電源と前記駆動部との間から分岐し、平滑コンデンサを含んで前記交流電源からの交流を直流に変換する変換部と、
前記駆動部及び前記変換部の各々へ供給される電流の合計値を検出する検出部と、
前記平滑コンデンサの充放電期間に前記検出部が検出した前記合計値を用いて、前記駆動部へ供給された電流値を予測する予測部と、
を備えた画像形成装置。
コンピュータを、請求項１〜４の何れか１項に記載の電力予測装置の予測部として機能させるための電力予測プログラム。