(57)【要約】【課題】  画像形成装置において規格の範囲外の交流電源電圧での動作を防止する。【解決手段】  電源のスイッチング周波数から交流電源の電圧を推定し、規格の範囲外の電圧であると判定した時はプリント動作を行わない。これにより、極端に低い電圧で駆動されることによる定着器の故障や電源素子の故障率の増加、また、極端に高い電圧で駆動されることによる電源素子の損失の増加などを防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を整流して得られた直流電圧をスイッチングして所定の直流電圧に変換することによって電力の供給を行う画像形成装置において、
一定負荷においては上記スイッチングの周波数が交流電源の電圧によって変動する電源装置と、上記スイッチング周波数を検出する手段と、
上記スイッチング周波数から交流電源の電圧を推定する手段を有し、
検出した上記スイッチング周波数から推定された交流電源の電圧が予め規定された電圧の範囲外であるときはプリント動作を中止することが可能であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
交流電源の電圧が規定の範囲外であるためプリント動作を行わないことをユーザに報知する報知手段を有し、上記推定手段によって推定された電圧が規定の範囲外である際には、その旨をユーザに対して報知を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
上記電圧推定手段に用いられる交流電源電圧の範囲に対応したスイッチング周波数の範囲は、スタンバイ中やプリント動作中といった画像形成装置の状態ごとに予め設定されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
電源の２次側において負荷電流を検出する手段を有し、検出した上記負荷電流から請求項１に記載の電圧推定手段に用いられる交流電源電圧の範囲に対応したスイッチング周波数の範囲を決定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置は、商用の交流電源を整流して得られた直流電圧をスイッチングして所定の直流電圧に変換することによって電力の供給を行い動作している。用いられるスイッチング電源の方式は多岐に渡るが、多くは負荷の状態や交流電源の電圧によって上記スイッチングの周波数を変化させることによって所望の直流電圧を得ている。
【０００３】
上記の動作原理により、スイッチング周波数を検知することにより電源の状態を推定することができる。下記に示す文献では、これらを利用して冷却用ファンの回転数制御や、電源の故障を検知するといった手法が提案されている。
【特許文献１】特開２００２-１５３０６４号公報
【特許文献２】特開２００５-１５１６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の画像形成装置においては、仕様書に動作を保証する交流電源電圧の範囲が記載されてあるものの、実際には記載された電圧の範囲よりも広い範囲で動作可能であることほとんどであった。しかし、仕様書に記載された範囲外の電圧における動作においては様々な問題が生じる。
【０００５】
例えば規定値よりも極端に低い電圧でプリント動作を行った場合には、定着ヒータの温度を十分に上昇させることが出来ないため定着性が不十分となる。さらに、未定着のトナーが定着用のフィルムに大量に付着してしまうため、これらを除去しないまま定着ヒータの温度を上昇させてしまうと、付着した大量のトナーによって画像不良が発生する可能性がある。
【０００６】
また搭載された電源装置においては、規定値よりも低い電圧で動作させた場合には、電源の１次側を流れる電流が増大するためコイルなどの温度が大きく上昇し、素子の故障の確率が増大する。一方、規定値よりも高い電圧で動作させた場合においても、スイッチングに関わる素子のスイッチング損失が増大して温度が上昇するため、故障の発生率が高くなってしまう。
【０００７】
このように、仕様書に記載された範囲外の電圧で動作させることは装置の性能を十分に発揮することが出来ないだけでなく、装置の故障につながるため回避する必要がある。
【０００８】
本発明は上記の問題点を解決するものであり、電源のスイッチング周波数から交流電源の電圧を推定し、仕様書に記載された電圧の範囲外であると判断した際にはプリント動作を中止する機能を有した画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、
以下のような特徴を有している。第１の発明は、交流電源を整流して得られた直流電圧をスイッチングして所定の直流電圧に変換することによって電力の供給を行い、一定負荷においては上記スイッチングの周波数が交流電源の電圧によって変動する電源装置と、上記スイッチング周波数を検出する手段と、上記スイッチング周波数から交流電源の電圧を推定する手段を有し、検出した上記スイッチング周波数から推定された交流電源の電圧が予め規定された電圧の範囲外であるときはプリント動作を行わない、または停止する画像形成装置である。
【００１０】
第１の発明に記載の画像形成装置において、交流電源の電圧が規定の範囲外であるためプリント動作を行わないことをユーザに報知する報知手段を有し、上記推定手段によって推定された電圧が規定の範囲外である際には、その旨をユーザに対して報知を行う画像形成装置。
【００１１】
第２の発明に記載の画像形成装置において、上記電圧推定手段に用いられる交流電源電圧の範囲に対応したスイッチング周波数の範囲は、画像形成装置のモードごとに予め設定されていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、交流電源の電圧が負荷の変動や事故等によって画像形成装置の仕様書に記載された規格の範囲外になってしまったとしても、電源のスイッチング周波数から交流電源電圧を推定し、規格の範囲外であればプリント動作を行うことを制限することが可能となる。これによって、電源の素子の温度が上昇することに起因する故障率の増加や、定着ヒータが低温のまま動作し続けることによる画像不良などの発生を未然に防ぐことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１に本発明の実施形態の１例を示す。図１は、本発明で提案する画像形成装置の１例をブロック図にて表現したものである。図１においては主電源１から供給される交流電力が、整流回路２によって整流され、スイッチング電源３によって所望の電圧に制御されて各負荷に電力が供給される。定着ヒータ４には交流電源１が直接つながっており、ＣＰＵ５が定着ヒータ制御回路６を通して定着ヒータに供給される電力の制御を行うことで、所望の温度に制御される。ＣＰＵは画像形成装置全体の制御も司っており、スタンバイやプリントなど画像形成装置のモードに応じて負荷制御回路７を通して各負荷への電力供給の有無などを決定する。周波数検知回路８は電源のスイッチング周波数を検知するための回路を形成しており、トランス９の２次側に発生する電圧を分圧してＣＰＵに入力している。また、交流電源電圧が異常であると判断された際には、エラー報知回路２３によってユーザに異常が報知される。
【００１５】
以下、スイッチング電源の動作について説明する。スイッチング電源には交流電源を整流回路によって整流された直流電圧が入力される。直流電圧が入力された直後はスイッチングＦＥＴ１０はＯＦＦ状態であるが、上記直流電圧を抵抗１１と抵抗１２で分圧した電圧がＦＥＴ１０のゲート・ソース間に印加されるためＦＥＴ１０がＯＮする。ＦＥＴ１０がＯＮすると、トランスの巻線Ｎｐに電圧が印加され、これによって巻線Ｎｂ、Ｎｓにも巻数比と極性に応じた電圧が発生する。ＦＥＴ１０がＯＮである間、Ｎｂに発生する電圧によって抵抗１３を通して流れる電流と、抵抗１８とフォトカプラ１９のトランジスタを通して流れる電流によってコンデンサ１４が充電される。コンデンサの電圧がトランジスタのＯＮ時のベース・エミッタ間電圧よりも大きくなりトランジスタがＯＮすると、ＦＥＴ１０のゲート・ソース間電圧は上記直流電圧を抵抗１１と抵抗１６で分圧した値となる。ここで、抵抗１６の抵抗値は抵抗１１の抵抗値と比較して十分に小さく設定されているため、ＦＥＴ１０はＯＦＦされる。なお、ＦＥＴ１０がＯＮの間は２次側のダイオード１７が逆バイアスとなっているため、２次側の巻線Ｎｓには電流が流れない。
【００１６】
一方、ＦＥＴ１０がＯＦＦするとトランスに逆起電力が発生するため、ダイオード１７がＯＮし、ＦＥＴ１０がＯＮの間にトランスに蓄えられたエネルギーが２次側に放出される。トランスがエネルギーを放出している間ＦＥＴ１０にはゲート・ソース間に逆バイアスがかかっているため、ＦＥＴ１０がＯＮすることは無い。エネルギーの放出が終わるとトランスにＦＥＴ１０がＯＮとなる電圧が発生するため、コンデンサ１４が充電されるまで再びＦＥＴ１０はＯＮ状態となる。以上の動作を繰り返すことにより、トランスを介して２次側に電力を供給している。
【００１７】
以下、交流電源の電圧が一定のときの定電圧制御について説明する。２次側の出力電圧Ｖｏは、抵抗２１と抵抗２２によって分圧されてシャントレギュレータ２０のＲＥＦ端子に入力されている。よって、負荷が軽くなり２次側の消費電力に対して電力の供給量が過剰になることによってＶｏが上昇するとシャントレギュレータのカソード端子の電圧が低下する。これにより、フォトカプラの発光ダイオードを流れる電流が増加するため、フォトカプラのトランジスタを流れる電流が増加しコンデンサ１４の充電時間が短くなり、ＦＥＴ１０のＯＮ時間が短くなる。ＦＥＴ１０のＯＮ時間が短くなると、トランスに蓄えられるエネルギーが減少するため、ＯＦＦ時間も短くなる。このように交流電源の電圧が一定であるときは、スイッチング周波数は負荷電流が小さくなるにしたがって高くなる。
【００１８】
以下、負荷が一定の場合の定電圧制御について説明する。負荷が一定である場合には２次側の消費電力は常に一定であるため、定電圧制御を行うためには電力供給量も一定である必要がある。よって、交流電圧の電圧が低いときはトランスにエネルギーを蓄える時間が必要となるためＯＮ時間が長くなり、反対に電圧が高いときは短くなる。すなわち、負荷が一定である場合には交流電源の電圧が高くなるにしたがってスイッチング周波数も上昇する。
【００１９】
この様に、スイッチング電源３は負荷電流が一定であれば交流電源の電圧に応じて周波数が変動する特徴を有している。本実施例はこの特徴を利用して交流電源の電圧を推定し、規定の範囲外の電圧でのプリント動作を防止するものである。以下にその動作を説明する。
【００２０】
図２に本発明で提案する画像形成装置において新たにプリントジョブが投入された際のフローチャートの１例を示す。図２における変数ＰＲＩＮＴは、交流電源電圧が規格の範囲内であるかどうか、すなわちプリント可能な状態であるかどうかを示す変数である。図２に示される制御は図１中のＣＰＵによって実現される。
【００２１】
Ｓ２１においてユーザによってプリントジョブが投入されると、ＣＰＵは周波数検知を行う。周波数検知は、トランスの２次巻き線Ｎｓに表れた波形を周波数検知回路によって分圧し、ＣＰＵに入力することによって行う。周波数検知回路の出力波形、すなわちＣＰＵに入力される波形を図３に示す。この際、画像形成装置のモードを移行してしまうと交流電源電圧の推定が困難になるため、Ｓ２２におけるモードの判定が終了するまでは画像形成装置のモードの移行は制限することとする。ここでモードとはスタンバイ中、プリント中などの画像形成装置の状態を指している。
【００２２】
周波数検知が完了するとＣＰＵは、現在の画像形成装置のモード判定を行う。本発明においては電源の周波数とこのモードを用いて交流電源電圧の推定を行う。なお、本実施例においてはモードはスタンバイとプリントの２値としている。
【００２３】
モード判定が終了しＳ２４へ遷移すると、ＣＰＵは図４のフローチャートに基づいて交流電源電圧が規格の範囲内であるかどうかを判定する。図４におけるfsmin,fsmaxはそれぞれ、スタンバイ状態におけるスイッチング周波数の基準値を示す変数である。これらの変数の値の決定方法を図５を用いて説明する。なお、本実施例においては画像形成装置がスタンバイ状態である時のみ交流電源の電圧判定を行い、プリント動作中である場合には行わない。理由については後述する。
【００２４】
図５は、交流電源の電圧と各モードにおける負荷、及びスイッチング周波数の関係を模式的に表したグラフである。図５におけるVH、VLはそれぞれ、仕様書において規定された交流電源の電圧範囲の上限と下限を示す変数である。また、Lpmin,Lpmax,Lsmin,Lsmaxのグラフはそれぞれ、プリントとスタンバイの各状態において部品のばらつき等を考慮して負荷の最大値と最小値と求め、それぞれの負荷における交流電圧とスイッチング周波数の関係を示したグラフである。
【００２５】
例としてfsminの決定方法を説明する。まず、fsminを決定する際には、図５におけるLsmaxのグラフを使用する。これは、負荷のばらつきによって実際にはVLよりも高い電圧であるにもかかわらず、エラーと判定されてしまうことを防ぐための措置である。よって、LsmaxのグラフにおいてVLの値をとる時の周波数をfsminと決定する。一方、fsmaxを決定する際にはLsminのグラフを用いてVHの値からfsmaxを決定する。fpmin,fpmaxについても同様にして、Lpmax,Lpminのグラフから決定される。なお、図５にも示したように、一般に画像形成装置においては部品のばらつきやトナーの残量などに応じてプリント動作時の負荷の変動が大きい。このため、本実施例では交流電源の電圧判定を行うのは負荷が小さくばらつきの少ないスタンバイ状態のみとし、プリント動作中に新たなプリントジョブが投入された際には電圧判定は行わない。
【００２６】
図４におけるフローチャートでは、上記のように決定したfsmin,fsmaxの値と図２におけるＳ２２で検知したスイッチング周波数とを比較することにより、現在の交流電源電圧が仕様書に記載された範囲内に収まっているか否かを判断する。
【００２７】
Ｓ２４における交流電源電圧の判定が終了するとＣＰＵはその結果に基づいて、プリント可であると判断すればプリント動作を実行し、プリント不可であると判断した場合にはプリント動作を中止しスタンバイ状態に移行した上で、その旨をユーザに通知する。
【００２８】
以上のように本実施例によれば、交流電源の電圧が負荷の変動や事故等によって画像形成装置の仕様書に記載された規格の範囲外になってしまったとしても、それを電源のスイッチング周波数から検知してプリント動作を行うことを制限することが可能となる。これによって、電源の素子の温度が上昇することに起因する故障率の増加や、定着ヒータが低温のまま動作し続けることによる画像不良などの発生を未然に防ぐことが出来る。
【実施例２】
【００２９】
図６に本発明の実施形態の１例を示す。図６は実施例１で示した図１と比較して新たに抵抗２４が追加された構成となっている。画像形成装置全体の構成やスイッチング電源の動作などに関しては実施例１と同様であるため省略する。
【００３０】
本実施例においてユーザによって新たにプリントジョブが追加された際のフローチャートを図７に示す。新たに追加された抵抗２４は電流検出抵抗として機能しており、その両端の電圧をＣＰＵのアナログ入力端子に入力することによって、負荷電流を検出することが可能となる。そのためモードの判定が不要となり、Ｓ７３で負荷電流の検出を行う。
【００３１】
交流電源の電圧判定は図８に示すフローチャートによって実行される。図７中のfmin,fmaxは図９に示すグラフに基づいて決定される変数である。図９中のIoは図７のＳ７３のステップにおいて検出された負荷電流であり、負荷電流を直接検出する方式を用いているため実施例１のように負荷電流の変動を考慮する必要がない。これにより、負荷の変動が大きいプリント動作時も交流電源の電圧判定を行うことが可能となる。
【００３２】
以上のように本実施例によれば、電流検出抵抗を用いて負荷電流を直接検出する手法を用いているため、プリント時の負荷電流の変動を吸収することが可能となり、プリント動作状態であっても交流電源の電圧判定が可能となる。その他の効果としては実施例１と同様である。
【００３３】
以上の実施例は本発明の実施形態の１例であり、本発明の適用範囲を限定するものではない。具体的には、本発明が適用可能な電源方式は実施例で示した方式に限られるものではなく、交流電源の電圧によって周波数が変動する電源方式であれば、他の電源方式においても適用可能である。また、上記実施例においてはスイッチング周波数の検知を全て２次側で行っているが、直接１次側で検出することも可能である。さらに、上記実施例においてはユーザによって新たにプリントジョブが追加された際に交流電源電圧の判定を行っているが、一定時間経過毎や一定枚数印刷毎に行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１の全体構成を示すブロック図
【図２】実施例１における新たにプリントジョブが投入された際のフローチャート図
【図３】実施例１における周波数検出回路の出力波形
【図４】実施例１における交流電源電圧推定手法のフローチャート図
【図５】実施例１における交流電源電圧推定手法の概念図
【図６】実施例２の全体構成を示すブロック図
【図７】実施例２における新たにプリントジョブが投入された際のフローチャート図
【図８】実施例２における交流電源電圧推定手法のフローチャート図
【図９】実施例２における交流電源電圧推定手法の概念図
【符号の説明】
【００３５】
１  交流電源
２  整流回路
３  スイッチング電源
４  定着ヒータ
５  ＣＰＵ
６  定着ヒータ制御回路
７  負荷制御回路
８  周波数検知回路
９  トランス
１０、２５  ＦＥＴ
１１、１２、１３、１６、１８、２１、２２、２４  抵抗
１４  コンデンサ
１５  トランジスタ
１７  整流ダイオード
１９  フォトカプラ
２０  シャントレギュレータ
２３  エラー報知回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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