JP6611514B2

JP6611514B2 - 画像形成装置

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Inventors: 美孝山崎
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Description

本発明は、各々が所定の機能を実現する複数の機能ユニットで構成された画像形成装置に関する。

ＬＢＰ（Laser Beam Printer）やＭＦＰ（Multi Function Peripheral）といった画像形成装置は、機能毎に用意される複数のユニット（機能ユニット）を組み合わせて構成されることが多い。機能ユニットには、シートを搬送する搬送ユニットや、シートにトナー像を定着させる定着ユニットがある。各機能ユニットが画像形成装置の本体に対して挿抜可能に設けられることで、画像形成装置は、ジャム発生時の処理が容易になり、部品の交換容易性が向上する。各機能ユニットは、装置本体に対して、嵌合式コネクタであるドロワコネクタにより電気的に接続される。

ドロワコネクタは、機能ユニット側と装置本体側とのそれぞれに設けられる。ドロワコネクタは、コネクタ内の金属接点の接触により通電するために、機能ユニットの挿抜時にチャタリングが発生することがある。また、機能ユニットへの電源電力の供給をドロワコネクタを介して行う場合、機能ユニット側の電力供給ラインと接地との間に設けられる容量素子にラッシュ電流が流れるため、装置本体側の電力供給部の負荷が大きくなる。これにより電力供給部の過電流保護機能が誤動作することがある。特許文献１は、機能ユニット側に接続を検知する検知部を設け、装置本体側で機能ユニットの接続状態を監視する画像形成装置を開示する。画像形成装置は、検知部による検知信号に応じて電力供給を制御することで、チャタリングの発生を防止するように、所定の時間をかけて電源電力を機能ユニットに供給する。

特開２００１−２７２８９２号公報

大型の画像形成装置の場合、ドロワコネクタを介して挿抜される機能ユニットの数が多いために、各機能ユニットに検知部を設けた構成では電力供給の制御が複雑になる。また、装置本体側の電力供給部の回路規模は、接続される機能ユニットの数に応じて大きくなる。これは、コストアップの要因になる。画像形成装置に異常が発生した場合に、機能ユニット側の電源異常を検知して原因を判断する必要がある。機能ユニットへ電源電力を供給する電源は、一般に、制御系と負荷系とで複数用意される。各電源に異常検知の仕組みを設ける場合、装置本体側の電力供給部の回路規模の増大につながり、コストアップの要因になる。回路規模を縮小するために複数の機能ユニットを包括して電源を統合すると、各機能ユニットの電源異常を個別に判断することが困難になる。そのために異常原因の特定作業に時間がかかり、運用上の問題が生じる。

本発明は、上記の問題に鑑み、画像形成装置を構成する機能ユニットへの電力の供給を安定して行う仕組みを提供することを主たる課題とする。

本発明の画像形成装置は、各々が画像形成のための所定の機能を実現するハードウェアである複数の機能ユニットと、前記複数の機能ユニットの各々に電源電力を供給する電源供給手段及び前記複数の機能ユニットの動作を制御するメイン制御手段を有する装置本体と、を備え、前記複数の機能ユニットは、それぞれ前記装置本体に挿抜可能に設けられ、前記複数の機能ユニットの各々は、前記電源電力により駆動される負荷と、前記装置本体に装着されたときに、前記負荷に前記電源供給手段から供給された前記電源電力を徐々に供給し、前記装置本体から引き出されたときに、前記負荷への前記電源電力の供給を即座に遮断するスイッチ手段と、前記負荷の電源異常を検知したときに、該負荷への前記電源電力の供給を遮断して、電源異常を検知したことを表す検知信号を前記メイン制御手段へ送信する過電流保護手段と、を備え、前記スイッチ手段は、前記負荷への前記電源電力の通電を制御する通電制御手段と、前記機能ユニットが前記装置本体に装着されたときに前記通電制御手段を徐々に通電させ、前記機能ユニットが前記装置本体から引き出されたときに前記通電制御手段を遮断させる通電制御信号を生成する通電制御信号生成手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、機能ユニットが、電源電力の供給時には電力を徐々に供給し、電源電力の遮断時には電力を即座に遮断するために、機能ユニットの装置本体への挿抜時にチャタリングが発生した場合であっても、安定した電力供給が可能となる。機能ユニットが電源異常を検知するために、異常時の原因特定が容易になる。機能ユニットが過電流保護手段を備えることで、装置本体の回路規模を縮小できる。

画像形成システムの構成例示図。装置本体と各機能ユニットとの電気的接続の説明図。保護部の構成図。スイッチ部の各部の動作波形図。過電流保護部の各部の動作波形図。

以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。

図１は、本実施形態の画像形成システムの構成例示図である。画像形成システムは、シート給送装置３０１、画像形成装置３００、操作部４、及び後処理装置３０４を備える。シート給送装置３０１及び画像形成装置３００は単一の制御部により動作が制御され、後処理装置３０４は別の制御部により動作が制御される。シート給送装置３０１及び画像形成装置３００を制御する制御部が、後述のメイン制御部である。画像形成システムは、操作部４或いは図示しない外部装置により入力されるシートの処理設定情報と、外部装置から入力される画像情報とに基づいて、シートへの画像形成処理を行う。画像形成処理は、シートの給紙搬送、画像形成、及び後処理を含む。シート給送装置３０１は、画像形成装置３００へシートを給紙する。画像形成装置３００は、給紙されたシートに画像情報に基づいて画像形成を行い、後処理装置３０４に排出する。後処理装置３０４は、画像形成されたシートに対して後処理を行う。

（シート給送装置）
シート給送装置３０１は、２段の給紙部３１１、３１２、吸着搬送ユニット５１、５２、上部搬送部３１７、下部搬送部３１８、及び合流搬送部３１９を備える。各給紙部３１１、３１２は、シートを格納する収納庫１１、１２を備える。シート給送装置３０１は、収納庫１１、１２に格納するシートを、吸着搬送ユニット５１、５２、上部搬送部３１７、下部搬送部３１８、及び合流搬送部３１９を介して画像形成装置３００へ給紙する。

吸着搬送ユニット５１、５２は、それぞれ無端ベルト及びシート吸引用の複数のファンを備える。吸着搬送ユニット５１、５２は、給紙動作時に、収納庫１１、１２内のシートに対して、シート間に空気を送り込むようにファンを制御するエア給紙制御を行う。吸着搬送ユニット５１、５２は、ファンによりシート間に空気を送り込むことで、無端ベルトにシートを吸い付けて搬送する。収納庫１１、１２内のシートは１枚ずつ分離して、吸着搬送ユニット５１、５２により搬送される。吸着搬送ユニット５１は、無端ベルトに吸い付けたシートを上部搬送部３１７へ搬送する。吸着搬送ユニット５２は、無端ベルトに吸い付けたシートを下部搬送部３１８へ搬送する。シートは、上部搬送部３１７又は下部搬送部３１８により合流搬送部３１９へ搬送される。合流搬送部３１９は、上部搬送部３１７又は下部搬送部３１８により搬送されたシートを、画像形成装置３００に給紙する。

シートの搬送経路上には反射光学式のシート検知センサが設けられる。シート検知センサがシートの先端、後端の通過を検知することで、搬送経路上のシートの位置検知が行われる。上部搬送部３１７、下部搬送部３１８、及び合流搬送部３１９は、それぞれシート搬送用のステッピングモータを有している。制御部は、シート検知センサの検知結果に応じてステッピングモータの駆動を制御する。ステッピングモータの駆動が機械的に伝達されて、上部搬送部３１７、下部搬送部３１８、及び合流搬送部３１９の搬送ローラを回転させることで、シートが搬送される。

操作部４或いは図示しない外部装置により入力されるシートの処理設定情報に応じて、シート給送装置３０１は、１枚ずつ画像形成装置３００へシートを給紙する。処理設定情報で設定された枚数のシートを給紙した時点で、シート給送装置３０１は、画像形成装置３００への給紙を終了する。

（画像形成装置）
画像形成装置３００は、操作部４と、各色のトナーボトルを収容するホッパー部３５１Ｙ、３５１Ｍ、３５１Ｃ、３５１Ｋとを装置本体の上部に備える。符号末尾のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを表す。

操作部４は、ユーザにより操作され、シートの処理設定情報が入力される。シートの処理設定情報には、シートのサイズ・坪量・種類（上質紙、コート紙、再生紙、特殊紙）といったシート情報や、後処理の指定、画質等の画像形成システムに対する動作設定、画像の定着時の温度や圧力等のステータス情報が含まれる。ユーザは、シート給送装置３０１の各給紙部３１１、３１２へ格納したシートに応じて、シート情報を設定する。画像形成装置３００は、処理設定情報に基づいて画像形成条件を設定して画像形成を行う。

画像形成装置３００は、イエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックのそれぞれのトナー像を重ね合わせたカラー画像を、シート給送装置３０１から給紙されたシートに形成する。そのために画像形成装置３００は、各々が画像形成のための所定の機能を実現するハードウェアである複数の機能ユニットにより構成される。本実施形態では、画像形成装置３００は、機能ユニットとして、メイン搬送部３０６、作像部３０７Ｙ、３０７Ｍ、３０７Ｃ、３０７Ｋ、画像調整部３７０、中間転写部３５６、第１定着部３０８、第２定着部３０９、及び排出部３１０を備える。

メイン搬送部３０６は、シート給送装置３０１から給紙されたシートを中間転写部３５６へ搬送する。メイン搬送部３０６は、レジストリセンサ５０及び画像基準センサ３０５を備える。画像形成装置３００は、レジストリセンサ５０がシートを検知したタイミングで、画像情報に基づいた画像形成処理を開始する。画像基準センサ３０５は、メイン搬送部３０６を搬送されるシートの先端位置を検知する。メイン搬送部３０６は、画像基準センサ３０５の検知結果に応じて、搬送されるシートの先端部分の位置合わせを行う。

作像部３０７Ｙ、３０７Ｍ、３０７Ｃ、３０７Ｋは、それぞれ同じ構成である。ここでは作像部３０７Ｙの構成を説明し、他の作像部３０７Ｍ、３０７Ｃ、３０７Ｋの構成の説明は省略する。

作像部３０７Ｙは、感光ドラム３５３Ｙ及び現像器３５２Ｙを備える。作像部３０７Ｙの近傍には、画像情報に応じて変調されたレーザ光を出射するレーザスキャナユニット３５４Ｙが設けられる。レーザスキャナユニット３５４Ｙも機能ユニットの一例である。レーザスキャナユニット３５４Ｙは、光源となる半導体レーザ、レーザ光を走査するための回転多面鏡、回転多面鏡を回転させるモータを備える。感光ドラム３５３Ｙは、レーザスキャナユニット３５４Ｙから出射されるレーザ光により画像情報に応じた静電潜像が形成される。現像器３５２Ｙは、感光ドラム３５３Ｙにイエローの現像剤を付着させることで静電潜像を現像する。これにより感光ドラム３５３Ｙにイエローのトナー像が形成される。

同様の処理により、作像部３０７Ｍの感光ドラム３５３Ｍにマゼンタのトナー像が形成される。作像部３０７Ｃの感光ドラム３５３Ｃにシアンのトナー像が形成される。作像部３０７Ｋの感光ドラム３５３Ｋにブラックのトナー像が形成される。

中間転写部３５６は、中間転写ベルト３５５を備える。中間転写ベルト３５５は、画像形成処理時に、感光ドラム３５３Ｙ、３５３Ｍ、３５３Ｃ、３５３Ｋに接しながら回転する無端ベルトである。中間転写部３５６は、中間転写ベルト３５５を回転させるための回転ローラ及び回転ローラを回転駆動するモータを備える。感光ドラム３５３Ｙ、３５３Ｍ、３５３Ｃ、３５３Ｋに形成された各色のトナー像は、中間転写ベルト３５５に重畳して転写される。感光ドラム３５３Ｙ、３５３Ｍ、３５３Ｃ、３５３Ｋから中間転写ベルト３５５へのトナー像の転写を一次転写という。一次転写により、中間転写ベルト３５５にフルカラーのトナー像が形成される。

画像調整部３７０は、中間転写ベルト３５５に形成されたトナー像を検知して、検知結果をレーザスキャナユニット３５４Ｙ、３５４Ｍ、３５４Ｃ、３５４Ｋへ送信する。レーザスキャナユニット３５４Ｙ、３５４Ｍ、３５４Ｃ、３５４Ｋは、受信した検知結果に基づいてレーザ光量や潜像画像位置の調整を行う。これにより各色のトナー像の濃度調整や位置合わせが行われる。

中間転写ベルト３５５に形成されたトナー像は、メイン搬送部３０６により搬送されたシートに転写される。中間転写ベルト３５５からシートへのトナー像の転写を二次転写という。二次転写により、シートにフルカラーのトナー像が形成される。
メイン搬送部３０６は、二次転写が行われる位置に搬送される前のシートに対して、画像基準センサ３０５の検知結果に応じて、斜行補正や、中間転写ベルト３５５に形成されたトナー画像とシート先端位置との位置合わせを、シートを停止させることなく行う。メイン搬送部３０６は、トナー像が二次転写されたシートを第１定着部３０８へ搬送する。

第１定着部３０８は、トナー像が形成されたシートに熱及び圧力を加えることで、トナー像を溶融してシートに定着させる。１５７ｇｓｍ（grams per square meter）以上の厚紙普通紙や、コート紙といったシートの種類によっては、シートは第１定着部３０８から第２定着部３０９へ搬送される。第２定着部３０９は、シートに対して再定着を行うことで定着性やグロスを調整する。第１定着部３０８及び第２定着部３０９における定着処理時の温調温度及び加圧力は、処理設定情報に基づき決定される。定着処理後のシートは、第１定着部３０８又は第２定着部３０９から排出部３１０へ搬送される。

排出部３１０は、定着処理後のシートを反転する必要がある場合は、シートを反転した後に反転搬送部３２０へ搬送し、反転する必要がない場合はそのまま後処理装置３０４へ排出する。反転する必要がある場合とは、例えば両面印刷時に一面の画像形成が終了したときである。反転搬送部３２０は、シートをメイン搬送部３０６に戻す。メイン搬送部３０６へ戻されたシートは、再度、画像形成処理が行われる。排出部３１０及び反転搬送部３２０は、シートを反転、搬送するための回転ローラ及び回転ローラを回転駆動するためのモータを備える。反転搬送部３２０も機能ユニットの一例である。

画像形成装置３００を構成する各機能ユニットは、ユーザやメンテナンスを行うオペレータにより、画像形成装置３００の装置本体に挿抜可能である。各機能ユニットは、装置本体に対してドロワコネクタにより電気的に接続される。各作像部３０７Ｙ、３０７Ｍ、３０７Ｃ、３０７Ｋ、画像調整部３７０、及び中間転写部３５６は、メンテナンス時の部材交換や清掃メンテナンス時に装置本体から引き出される。メイン搬送部３０６、第１定着部３０８、第２定着部３０９、排出部３１０、及び反転搬送部３２０は、ジャム発生時の処理やメンテナンス時に装置本体から引き出される。

（後処理装置）
後処理装置３０４は、画像形成装置３００から排出される画像形成後のシートに対して後処理を行う。後処理には、シートへの折り処理、ステイプル、穴開け処理等がある。後処理は、操作部４により入力される処理設定情報により指示される。後処理装置３０４は、処理設定情報で指示される後処理を行う。後処理装置３０４は、後処理後のシートを排紙トレイ３６０に成果物として排出する。

（画像形成装置の電気的接続）
図２は、画像形成装置３００の装置本体と各機能ユニットとの電気的接続の説明図である。装置本体側は、ＡＣ分配基板２０２、第１ＡＣＤＣ電源２０３、第２ＡＣＤＣ電源２０４、及びＤＣ電源分配部２０６を備える。装置本体側のこれらの構成は、各機能ユニットへ電源電力を供給する電源供給部である。ＤＣ電源分配部２０６は、ＤＣＤＣ電源２０５を内蔵しており、メイン制御部２１９により動作が制御される。各機能ユニットは、ユニット制御部２１２を備える。ＤＣ電源分配部２０６と、各機能ユニットのユニット制御部２１２とは、それぞれが備えるドロワコネクタ２１０、２１１により電気的に接続される。ドロワコネクタ２１０は、供給側コネクタとなる。機能ユニットが装置本体に装着される、ドロワコネクタ２１１がドロワコネクタ２１０に接続される。機能ユニットが装置本体から引き出されるときには、ドロワコネクタ２１１がドロワコネクタ２１０から引き抜かれる。

ＡＣ分配基板２０２は、商用電源２０１から供給される交流（ＡＣ）電力を、第１ＡＣＤＣ電源２０３及び第２ＡＣＤＣ電源２０４に分配する。ＡＣ分配基板２０２はフィルタ回路を内蔵する。フィルタ回路は、第１ＡＣＤＣ電源２０３及び第２ＡＣＤＣ電源２０４から商用電源２０１へのノイズ成分を除去する。

第１ＡＣＤＣ電源２０３及び第２ＡＣＤＣ電源２０４は、それぞれ分配されたＡＣ電力から画像形成装置３００内部で使用する直流（ＤＣ）電力を生成する。第１ＡＣＤＣ電源２０３は、ＡＣ電力から１２［Ｖ］のＤＣ電圧を生成する。第２ＡＣＤＣ電源２０４は、ＡＣ電力から２４［Ｖ］のＤＣ電圧を生成する。第１ＡＣＤＣ電源２０３及び第２ＡＣＤＣ電源２０４は、それぞれ生成したＤＣ電圧をＤＣ電源分配部２０６に入力する。なお、本実施形態では第１ＡＣＤＣ電源２０３及び第２ＡＣＤＣ電源２０４の２系統でＤＣ電圧を生成する構成としているが、ＡＣＤＣ電源を更に多く備えて、さらに多くのＤＣ電圧を生成する構成であってもよい。また生成するＤＣ電圧は、他の電圧値であってもよい。

ＤＣ電源分配部２０６は、第１ＡＣＤＣ電源２０３及び第２ＡＣＤＣ電源２０４から入力されるＤＣ電圧を、ドロワコネクタ２１０、２１１を介して、各機能ユニットに供給する。ＤＣＤＣ電源２０５は、第１ＡＣＤＣ電源２０３から入力される１２［Ｖ］のＤＣ電圧を５［Ｖ］のＤＣ電圧に変換する。ＤＣ電源分配部２０６は、ＤＣＤＣ電源２０５が生成したＤＣ電圧も、ドロワコネクタ２１０、２１１を介して、各機能ユニットに供給する。ＤＣ電源分配部２０６は、装着される機能ユニットと同数以上のドロワコネクタ２１０を備える。

ＤＣ電源分配部２０６は、電源電力として、各機能ユニットに対して、必要なＤＣ電圧を個別に供給するように構成される。例えば、ＤＣ電源分配部２０６は、作像部３０７Ｙ、３０７Ｍ、３０７Ｃ、３０７Ｋ及び画像調整部３７０には、すべてのＤＣ電圧を供給する。しかしＤＣ電源分配部２０６は、中間転写部３５６には、１２［Ｖ］のＤＣ電圧を供給せず、第１定着部３０８及び第２定着部３０９には、５［Ｖ］のＤＣ電圧を供給しない。

このように、ＡＣ分配基板２０２、第１ＡＣＤＣ電源２０３、第２ＡＣＤＣ電源２０４、及びＤＣ電源分配部２０６は、商用のＡＣ電力から複数の異なる電圧値のＤＣ電力を生成し、各電圧値のＤＣ電力を各機能ユニットへ個別に供給する。

各機能ユニットは、ユニット制御部２１２に、当該機能ユニットが備えるモータ、センサ等の負荷のドライバ２１３や、各負荷とのインタフェース回路を備える。ユニット制御部２１２のドロワコネクタ２１１と、ドライバ２１３やインタフェース回路との間には、電源系統毎に保護部２２０が設けられる。保護部２２０は、機能ユニット内部の電源異常の装置本体への影響を抑止する。各保護部２２０は、機能ユニット内部に電源異常が発生すると、ドロワコネクタ２１１、２１０を介して装置本体側のメイン制御部２１９に異常検知信号を送信する。

メイン制御部２１９は、画像形成装置３００による画像形成処理を制御するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）１を備える。ＣＰＵ１は、装置本体及び各機能ユニットが備えるモータ、センサ、高圧、定着ヒータといった各種負荷の動作を制御する。ＣＰＵ１は、各機能ユニットの各保護部２２０から個別に異常検知信号を受信可能であり、これにより各機能ユニットのどの電源系統に電源異常が生じたかを監視することができる。

（保護部の詳細）
図３は、保護部２２０の構成図である。保護部２２０は、ユニット制御部２１２の電源入力部にあたり、入力側にドロワコネクタ２１１が接続される。保護部２２０のＶＩＮ端子は、ＤＣ電源分配部２０６から、ドロワコネクタ２１０、２１１を介して電源電力としてＤＣ電力が供給される。保護部２２０のＶＯＵＴ端子は、後段に接続される負荷へ電源電力としてＤＣ電力を供給するための端子である。

保護部２２０のＧＮＤ端子は、ユニット制御部２１２の接地と共通になっており、機能ユニットの筐体にフレーム接地される。なお、機能ユニットの接地は装置本体の接地と共通であるため、保護部２２０のＧＮＤ端子は、装置本体にフレーム接地されることになる。

保護部２２０のＥＲＲ端子は、負荷に電源異常が発生したときに異常検知信号をメイン制御部２１９へ送信するための端子である。ＥＲＲ端子は、ＶＯＵＴ端子に抵抗器Ｒ３０を介して接続される。後段の負荷が正常に動作しているときと、異常が発生したときとでは、ＶＯＵＴ端子の電圧が変化して、異なる信号レベルの異常検知信号が出力される。本実施形態では、正常動作時の異常検知信号はハイ（High）レベルであり、異常発生時の異常検知信号はロー（Low）レベルである。

メイン制御部２１９は、異常検知信号を、ＣＰＵ１に入力可能な電圧レベルに変換して、ＣＰＵ１に入力する。ＣＰＵ１は、異常検知信号が所定時間連続してローレベルであるときに、当該負荷に電源異常が発生したと判断する。ＣＰＵ１による異常検知信号の監視は、監視対象となる機能ユニットが装置本体に装着されているときにのみ行われる。

保護部２２０は、スイッチ部２２１及び過電流保護部２２２を備える。スイッチ部２２１は、機能ユニットが装置本体に装着されたときに、ＤＣ電源分配部２０６から供給されるＤＣ電力を、過電流保護部２２２を介して徐々に負荷に供給する。機能ユニットが装置本体から引き出されるときには、スイッチ部２２１は、過電流保護部２２２へのＤＣ電力の供給を即座に遮断する。過電流保護部２２２は、機能ユニットが装置本体に装着されたときに、スイッチ部２２１から供給されるＤＣ電力を、後段の負荷に供給する。後段の負荷の電源異常を検知したときに、過電流保護部２２２は、負荷へのＤＣ電力の供給を遮断してメイン制御部２１９に異常検知信号を送信する。

以下、ＶＩＮ端子に５［Ｖ］のＤＣ電圧が印加される場合について説明する。なお、ＶＩＮ端子に印加されるＤＣ電圧が１２［Ｖ］や２４［Ｖ］等の他の電圧値の場合、保護部２２０を構成する各素子の定格値を印加される電圧、電流に応じて適宜設定することで同様の動作が可能である。

スイッチ部２２１は、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、及び抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ５、Ｒ６により構成される。図４は、スイッチ部２２１の各部の電圧及び電流の動作波形を表す。図４の「ＩＩＮ」は、装置本体からＶＩＮ端子へ印加される電流値を表す。「Ｑ１−Ｇ」は、トランジスタＱ１のゲート端子の電圧値（ゲート電圧）を表す。「Ｑ１−Ｄ」はトランジスタＱ１のドレイン端子の電圧値（ドレイン電圧）を表す。

トランジスタＱ１はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であり、ＶＩＮ端子に供給されるＤＣ電力の過電流保護部２２２への通電を制御する通電制御素子である。抵抗器Ｒ４及び抵抗器Ｒ５は、ＤＣ電圧を分圧してトランジスタＱ２のベース端子に印加する。トランジスタＱ２は、ベース端子に印加される電圧値に応じたベース電流によりオン状態になる。トランジスタＱ２は、オン状態になることでコレクタ−エミッタ間に電流が流れる。コンデンサＣ１は１０［ｕＦ］のセラミックコンデンサであり、ＶＩＮ端子にＤＣ電力が供給されると即座に充電される。

コンデンサＣ１に充電された電荷は、トランジスタＱ２がオン状態になると、抵抗器Ｒ１、Ｒ６を介してＧＮＤ端子へ流れ込む。この際、コンデンサＣ１の容量値と抵抗器Ｒ１、Ｒ６の抵抗値とにより決定される時定数に応じて、電荷がＧＮＤ端子へ流れ込む速度が変化し、且つダイオードＤ１のカソード端子の端子電圧Ｖ１が下降する。端子電圧Ｖ１に応じて、トランジスタＱ１のゲート電圧も下降する。これにより変化するトランジスタＱ１のゲート−ソース間の電圧差に応じて、トランジスタＱ１に徐々にドレイン電流が流れる。

機能ユニットが装置本体へ装着されてＶＩＮ端子からＤＣ電力が供給されると、このような一連の動作により、トランジスタＱ１が、過電流保護部２２２へＤＣ電力を徐々に供給する。スイッチ部２２１は、スロースタート回路として機能する。

スイッチ部２２１から過電流保護部２２２へのＤＣ電力の供給ラインには、コンデンサＣ２が設けられる。コンデンサＣ２は、４４［ｕＦ］の大容量セラミックコンデンサであり、機能ユニット内部で地絡が発生した際に生じる大電流を瞬間的にバックアップする容量素子である。そのためにコンデンサＣ２は、大容量且つＥＳＲ（Equivalent Series Resistance）特性が低い必要がある。従来、機能ユニットが装置本体にドロワコネクタ２１０、２１１を介して接続された際に、コンデンサＣ２を充電するために瞬間的な大電流が発生する。本実施形態では、スイッチ部２２１がスロースタート回路として機能し、徐々に過電流保護部２２２に電源供給を行うため、この瞬間的な大電流を防止することが可能となる。

スイッチ部２２１は、機能ユニットが装置本体から引き出されると、ＤＣ電力が遮断される。そのためにトランジスタＱ２は、ベース電流が消失してオフ状態になる。その瞬間、端子電圧Ｖ１がＶＩＮ端子と同電位となる。トランジスタＱ１のゲート電圧は、ダイオードＤ１により遮断されているために、トランジスタＱ２がオン状態のときと同じ電圧を保っている。トランジスタＱ１のゲート電圧は、端子電圧Ｖ１より低い電圧となるため、トランジスタＱ３にベース電流が流れて、トランジスタＱ３がオン状態になる。コンデンサＣ１に充電されていた電荷は、抵抗器Ｒ２を介してトランジスタＱ１のゲート電圧をＶＩＮ端子と同電圧とするように流れ込む。抵抗器Ｒ２は抵抗器Ｒ１より小さい抵抗値に設定してあり、トランジスタＱ１のゲート電圧を速やかに押し上げて、トランジスタＱ１のゲート−ソース間の電位差を失くし、トランジスタＱ１をオフ状態にする。本実施形態では、抵抗器Ｒ１の抵抗値が１０［ｋΩ］、抵抗器Ｒ２の抵抗値が１００［Ω］である。

機能ユニットが装置本体から引き出されると、このような一連の動作により、トランジスタＱ１は速やかにオフ状態になり、過電流保護部２２２へのＤＣ電力の供給を遮断する。スイッチ部２２１は、ファストオフ回路として機能する。

このようにスイッチ部２２１は、機能ユニットの装置本体への挿抜に応じたトランジスタＱ１のゲート電圧を通電制御信号として、トランジスタＱ１による通電を制御する。これによりスイッチ部２２１は、機能ユニットの装置本体への挿抜に応じて、負荷への電源電力の供給を制御する。スイッチ部２２１のトランジスタＱ１を除いた構成が通電制御信号生成を行う。

機能ユニットが装置本体に挿抜されるときに、ドロワコネクタ２１０とドロワコネクタ２１１との接点におけるチャタリングにより、ＤＣ電力の供給、遮断が瞬間的に切り替わる。そのために、残電圧によりトランジスタＱ１のゲート−ソース間に電位差が生じたまま、再度、ＶＩＮ端子からＤＣ電力が供給されることがある。この場合、スイッチ部２２１がスロースタート回路として機能せず、トランジスタＱ１がオン状態のままとなり、過電流保護部２２２に大電流が供給される。しかし、スイッチ部２２１がファストオフ回路として機能し、瞬間的にＤＣ電力が遮断されても、追従してトランジスタＱ１をオフ状態にする。そのために、スイッチ部２２１は、次のＤＣ電力の供給開始時にも、安定してスロースタート回路として機能する。

過電流保護部２２２は、トランジスタＱ４、Ｑ５、Ｑ６、ダイオードＤ２、コンデンサＣ３、Ｃ４、抵抗器Ｒ７〜Ｒ１３、オペアンプ２２３、及びコンパレータ２２４により構成される。図５は、過電流保護部２２２の各部の電圧及び電流の動作波形を表す。図５の「ＩＯＵＴ」は、過電流保護部２２２からＶＯＵＴ端子へ印加される電流値を表す。「Ｑ４−Ｓ」は、トランジスタＱ４のソース端子の電圧値（ソース電圧）を表す。「Ｑ４−Ｇ」はトランジスタＱ４のゲート端子の電圧値（ゲート電圧）を表す。「Ｑ５−Ｂ」は、トランジスタＱ５のベース端子の電圧値（ベース電圧）を表す。

トランジスタＱ４はＭＯＳＦＥＴであり、後段の負荷へのＤＣ電力の供給を制御する供給制御素子である。例えばトランジスタＱ４と負荷との間にある出力側ＶＯＵＴに異常により所定量以上の大電流が流れた場合、トランジスタＱ４は、後段の負荷へのＤＣ電力の供給を遮断する。抵抗器Ｒ７、Ｒ８は、スイッチ部２２１のトランジスタＱ１がオン状態のときに印加されるＤＣ電圧を分圧して、基準電圧Ｖ２を生成する。トランジスタＱ４とＶＯＵＴ端子との間に設けられる抵抗器Ｒ１３は、電流検出用の抵抗器である。抵抗器Ｒ１３は、消費電力及び電圧降下を最小限にとどめるため十分小さい抵抗値に設定される。本実施例形態では抵抗器Ｒ１３の抵抗値は１０［ｍΩ］である。オペアンプ２２３は、抵抗器Ｒ１３の両端電圧を差動増幅する。オペアンプ２２３は、抵抗器Ｒ１３に電流が流れた場合の電位差を増幅して、出力値Ｖ３をコンパレータ２２４に入力する。

コンパレータ２２４は、オープンコレクタ出力となっており、基準電圧Ｖ２とオペアンプ２２３の出力値Ｖ３とを比較して、出力値Ｖ４を出力する。出力値Ｖ４は、基準電圧Ｖ２が出力値Ｖ３より大きいときにローレベル、出力値Ｖ３が基準電圧Ｖ２より大きいときにハイインピーダンスとなる。

機能ユニットが正常に動作している場合、抵抗器Ｒ１３に大電流が流れないため、基準電圧Ｖ２が出力値Ｖ３より大きくなる。トランジスタＱ４は、コンデンサＣ４、抵抗器Ｒ９、Ｒ１０を介してソース−ゲート間に電位差が生じてオン状態になる。トランジスタＱ４がオン状態になった後、抵抗器Ｒ１３を介して機能ユニット内部の負荷へＤＣ電力が供給されるため、所定の電流が抵抗器Ｒ１３に流れる。機能ユニットに異常が発生して、ＶＯＵＴ端子が地絡する場合、トランジスタＱ４がオン状態になった直後に抵抗器Ｒ１３に大電流が流れる。本実施形態では１．５［Ａ］を超える電流を大電流とする。

抵抗器Ｒ１３の両端の電位差が１．５［Ａ］を超える電流相当になると、出力値Ｖ３が基準電圧Ｖ２より大きくなる。コンパレータ２２４の出力値Ｖ４は、ハイインピーダンスとなってトランジスタＱ４のソース電位と同電位となる。そのためにトランジスタＱ４はオフ状態になる。トランジスタＱ４がオフ状態になると、抵抗器Ｒ１３に電流が流れなくなる。これにより基準電圧Ｖ２が出力値Ｖ３より大きくなり、コンパレータ２２４の出力値Ｖ４は再びローレベルとなって、トランジスタＱ４が再度オン状態になる。

このような一連のトランジスタＱ４の動作により、基準電圧Ｖ２に基づいて設定される１．５［Ａ］相当の定電流に電源電流は保持される。コンパレータ２２４の出力値Ｖ４の電圧は、ローレベルとトランジスタＱ４のソース電圧のレベルとを交互に繰り返す発振動作となる。出力値Ｖ４の電圧がトランジスタＱ４のソース電圧のレベルのときに、ダイオードＤ２を介して、抵抗器Ｒ１１とコンデンサＣ３とにより決定される時定数に応じて、コンデンサＣ３が充電される。コンデンサＣ３は、出力値Ｖ４がローレベルのときにコンデンサＣ３と抵抗器Ｒ１２とで決定される時定数に応じて放電される。充電に比べて放電の時定数を大きくする必要があるため、抵抗器Ｒ１２の抵抗値を抵抗器Ｒ１１の抵抗値よりも大きくする。

これを繰り返してトランジスタＱ５のベース電圧が所定電圧を超えたときにベース電流が流れ、トランジスタＱ５がオン状態になる。トランジスタＱ５がオン状態になるとトランジスタＱ６にベース電流が流れ、トランジスタＱ６もオン状態になる。これにより、基準電圧Ｖ２とトランジスタＱ４のソース電圧とが同レベルとなり、出力値Ｖ３が基準電圧Ｖ２よりも大きい状態に固定されるため、以降、コンパレータ２２４の出力値Ｖ４はハイインピーダンスになる。トランジスタＱ４は常時オフ状態となり、ＶＯＵＴ端子へのＤＣ電力を遮断する。

このように過電流保護部２２２は、ＶＯＵＴ端子に流れる電流量に応じたトランジスタＱ４のゲート電圧を供給制御信号として、トランジスタＱ４による通電を制御する。これにより過電流保護部２２２は、負荷に電源異常が発生してＶＯＵＴ端子に大電流が流れたときに、電源電力の供給を遮断することができる。過電流保護部２２２のトランジスタＱ４を除いた構成が供給制御信号生成を行う。

機能ユニットは、電源入力部に過電流保護部２２２を設けることで、負荷側で電源異常を検知した場合に電源供給を遮断する。さらに機能ユニットは、スイッチ部２２１を合わせて設けることで、ドロワコネクタ２１１の挿抜時にチャタリングが生じても安定して動作することができる。メイン制御部２１９は、機能ユニット側の電源異常を機能ユニット毎に判断可能となり、装置本体内部の電源異常時の原因特定が容易となる。また、機能ユニット側に電源保護手段を配置することで、回路規模を小さくでき、機能ユニット側の制御基板面積への影響を少なくして、安価に構成が可能となる。

２１２…ユニット制御部、２１３…ドライバ、２２０…保護部、Ｑ１〜Ｑ６…トランジスタ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４〜Ｒ１３，Ｒ３０…抵抗器、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、Ｃ１〜Ｃ３…コンデンサ、２２３…オペアンプ、２２４…コンパレータ

Claims

各々が画像形成のための所定の機能を実現するハードウェアである複数の機能ユニットと、
前記複数の機能ユニットの各々に電源電力を供給する電源供給手段及び前記複数の機能ユニットの動作を制御するメイン制御手段を有する装置本体と、を備え、
前記複数の機能ユニットは、それぞれ前記装置本体に挿抜可能に設けられ、
前記複数の機能ユニットの各々は、
前記電源電力により駆動される負荷と、
前記装置本体に装着されたときに、前記負荷に前記電源供給手段から供給された前記電源電力を徐々に供給し、前記装置本体から引き出されたときに、前記負荷への前記電源電力の供給を即座に遮断するスイッチ手段と、
前記負荷の電源異常を検知したときに、該負荷への前記電源電力の供給を遮断して、電源異常を検知したことを表す検知信号を前記メイン制御手段へ送信する過電流保護手段と、を備え、
前記スイッチ手段は、
前記負荷への前記電源電力の通電を制御する通電制御手段と、
前記機能ユニットが前記装置本体に装着されたときに前記通電制御手段を徐々に通電させ、前記機能ユニットが前記装置本体から引き出されたときに前記通電制御手段を遮断させる通電制御信号を生成する通電制御信号生成手段と、を備えることを特徴とする、
画像形成装置。
各々が画像形成のための所定の機能を実現するハードウェアである複数の機能ユニットと、
前記複数の機能ユニットの各々に電源電力を供給する電源供給手段及び前記複数の機能ユニットの動作を制御するメイン制御手段を有する装置本体と、を備え、
前記複数の機能ユニットは、それぞれ前記装置本体に挿抜可能に設けられ、
前記複数の機能ユニットの各々は、
前記電源電力により駆動される負荷と、
前記装置本体に装着されたときに、前記負荷に前記電源供給手段から供給された前記電源電力を徐々に供給し、前記装置本体から引き出されたときに、前記負荷への前記電源電力の供給を即座に遮断するスイッチ手段と、
前記負荷の電源異常を検知したときに、該負荷への前記電源電力の供給を遮断して、電源異常を検知したことを表す検知信号を前記メイン制御手段へ送信する過電流保護手段と、を備え、
前記過電流保護手段は、前記スイッチ手段と前記負荷との間に設けられ、
前記スイッチ手段から供給される前記電源電力を前記負荷へ供給する供給制御手段と、
前記供給制御手段と前記負荷との間に所定量以上の電流が流れると、前記供給制御手段を遮断させる供給制御信号を生成する供給制御信号生成手段と、を備えることを特徴とする、
画像形成装置。
前記過電流保護手段は、前記供給制御手段と前記負荷との間の電圧値の変化を検知して前記検知信号を出力することを特徴とする、
請求項２記載の画像形成装置。
前記スイッチ手段と前記過電流保護手段との間に、地絡が発生した際に生じる電流をバックアップする容量素子を備えており、
前記容量素子は、前記機能ユニットが前記装置本体に装着されたときに、前記スイッチ手段により前記電源電力が徐々に供給されることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれか１項記載の画像形成装置。
前記電源供給手段は、商用のＡＣ電力からＤＣ電力を生成し、生成したＤＣ電力を前記機能ユニットへ個別に供給することを特徴とする、
請求項１〜４のいずれか１項記載の画像形成装置。
前記電源供給手段は、前記商用のＡＣ電力から複数の異なる電圧値の前記ＤＣ電力を生成し、生成した各電圧値の前記ＤＣ電力を前記機能ユニットへ個別に供給することを特徴とする、
請求項５記載の画像形成装置。
前記メイン制御手段は、前記検知信号に応じて各機能ユニットの電源系統毎に電源異常を監視することを特徴とする、
請求項１〜６のいずれか１項記載の画像形成装置。
前記複数の機能ユニットの各々は、ドロワコネクタを介して前記電源供給手段から電力を供給されることを特徴とする、
請求項１〜７のいずれか１項記載の画像形成装置。