(57)【要約】      （修正有）【課題】主電源装置から発熱部材に定格最大の１５００Ｗを供給するために、主電源装置のAC/DC電源への入力も切断し、蓄電装置から発熱部材以外の駆動部への電源供給を行う構成において、必要以上に繰り返し充電することを防ぐため、充電開始閾値を設け、蓄電装置の寿命を延ばし、充電を切り替えるリレーSWの寿命がアーク放電により短くなることを防ぐ画像形成装置を提供する。【解決手段】蓄電装置１０２の充電開始閾値を下回り、直流電源１０１から蓄電装置１０２に充電を開始する時、まず充電を切り替えるリレーSW１１４をONした後に、交流電源から本体電源１０１に給電するリレーSW１０３をONすることで、リレーSW１１４ ON/OFF時に発生するアーク放電を防ぐ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源の電力から2次側電圧を生成する第一の電源部(101)と、
前記第一の電源部から充電を行い、充電した電力を出力する第二の電源部(102)と、
前記第一の電源部の入力を入り切りする第一の切り替え手段(103)と、
前記第一の電源部の出力と第二の電源部の出力のいずれかを後段の負荷に出力する第二の切り替え手段(104)と、
前記第一の電源部から前記第二の電源部への充電を入り切りする第五の切り替え手段(114)と、
前記第二の電源部の蓄電量を監視する手段(110)と、
商用電源から供給される電力で発熱する発熱体を備えた定着装置(105)と、
前記第一、第二、第五の切り替え手段を制御し、蓄電量監視手段から第二の電源部への充電開始と終了を制御する制御部(106)と、
を備えた画像形成装置において、
前記発熱体に商用電源から電力供給がされ、所定温度になり、
前記蓄電量監視手段から前記第二の電源部の蓄電量が充電開始閾値以下と判断した場合、
前記第二の切り替え手段によって、前記第一の電源部の出力を遮断し、
前記第二の電源部からの電源供給に切り替え、
前記第一の切り替え手段によって、前記第一の電源部への電源供給を遮断し、
前記第五の切り替え手段によって、前記第一の電源部から前記第二の電源部への充電経路を接続した後に
前記第一の切り替え手段によって、前記第一の電源部への電源供給を行い、
前記第一の電源部から前記第二の電源部への充電を開始することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項1に記載する画像形成装置において、
前記第一の電源部から前記第二の電源部への充電中に
前記蓄電量監視手段から蓄電量が充電完了閾値以上と判断した場合、
前記第二の切り替え手段によって、前記第一の電源部の出力を遮断し、前記第二の電源部からの電圧供給に切り替え、
前記第一の切り替え手段によって、前記第一の電源部への電源供給を遮断し、
前記第五の切り替え手段によって、前記第一の電源部から前記第二の電源部への充電経路を遮断した後に
前記第一の切り替え手段によって、前記第一の電源部への電源供給を行い、
前記第一の電源部から前記第二の電源部への充電を終了することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項1に記載する画像形成装置において、前記充電開始閾値を
電源立ち上げ時における前記第二の電源部からの電源供給の必要電力と
前記第一の電源部からの充電時における前記第二の電源部からの電源供給の
必要電力を含んだものとすることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加熱部材やこれと異なる電力要求部に電流を供給する電流供給手段を備えた給電制御装置と、この給電制御装置で給電制御される定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式では、記録材上に転写した未定着のトナー像を、熱と圧力で記録材上に定着する定着装置を用いる。定着装置における定着方式としては、定着温度の安定性の観点からヒートローラ方式が現在最も多く採用されている。ヒートローラ方式とは、ハロゲンヒータなどの発熱部材により加熱される加熱ローラ等の加熱部材と、これに対向配置されて加熱部材と圧接して圧接ニップ部と呼ばれる相互圧接部を形成する対向回転体と間に、加熱部材から見て 被加熱体となる記録材を通過させて加熱する方式である。
【０００３】
加熱部材には、鉄やアルミ等が芯金として用いられる金属ローラが主に使用されていて、温度変動を少なくするためにその熱容量が大きくされている。このため、トナーを溶融して使用可能とする温度（定着温度）へ昇温するには長い立ち上がり時間が必要であった。
【０００４】
昇温時間を短くするためには、加熱部材の熱容量を小さくするか、あるいは加熱部材（発熱部材）への投入電力を大きくすることが考えられる。
【０００５】
加熱手段に対する投入電力の増大を図るには、装置への供給電力を高めればよいが、日本国内の一般的なオフィスのコンセントなどの商用電源は、100V/15Aが一般的で、事実上1500Wが供給電力の上限となる。その範囲内で定着装置だけでなく、その他の駆動部への供給も行う必要があり、電力加熱手段への供給電力を一般的な商業電源単独で増やすことは 困難であった。
【０００６】
このような背景の中、最大供給電力量を増やして定着装置の温度低下防止を実現する手法として、商用電源（100V/15A）と異なる充電可能な蓄電装置を備えた画像形成装置が提案されている。
【０００７】
このような蓄電装置を備えた画像形成装置では、蓄電装置への充電を切り替えるリレーSWを設け、蓄電装置やリレーSWの寿命を延ばすため、以下のような技術が提案されている。
【０００８】
特許文献１では、商用電源から供給される電力を蓄電して、定着装置に前記蓄電した電力を供給できる蓄電装置をもつ画像形成装置において省エネモードからの復帰時に、定着装置への投入電力に基づき、前記蓄電装置が常に蓄えておかなければならない最低蓄電量の値である充電開始閾値を算出する充電開始閾値算出手段を有することよって、蓄電装置が充電を開始する充電開始閾値を画像形成装置の使用状況、環境によって定め、充電回数を減らすことで蓄電装置の寿命が長くすることができるものが提案されている。
【０００９】
特許文献２では、直流電源と負荷との間に直列接続されるリレーSWと、リレーSWを駆動する制御用スイッチとからなるインターロック回路において、直流電源とリレーSWとの間に半導体スイッチを直列接続し、該半導体スイッチに遅延駆動回路を接続したことにより、リレーSW ON/OFF時におけるアーク放電の発生を防ぎ、リレー接点の溶着を防止することができるものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開2012-189723号公報
【特許文献２】特開2000-21577号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献1により、蓄電装置が充電を開始する充電開始閾値を画像形成装置の使用状況、環境によってできるだけ低く設定することで必要以上に繰り返し充電することを防ぎ、蓄電装置の寿命を延ばすことが可能となる。また、同時にリレーSWの切り替え回数を減らすことができ、リレーSWの機械的寿命も延ばすことが可能となる。しかし、リレーSW ON時に蓄電装置内の電荷量が低いほど、突入電流が流れ、アーク放電が発生しやすく、リレーSWの電気的寿命が短くなる。
【００１２】
特許文献２の案では、直流電源と負荷との間のリレーSWの前段に半導体スイッチを直列接続し、アーク放電の発生を防ぐことが可能となるが、その場合でも半導体スイッチには突入電流が流れ、安全動作領域を満たすためには、それに適合する高いスペックのものを選定する必要があり、また、そのための回路を増やす必要があり、必要以上なコストアップが想定される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
蓄電装置の充電開始閾値を下回り、直流電源から蓄電装置に充電を開始する時、まず充電を切り替えるリレーSWをONした後に、直流電源に給電するリレーSWをONすることで、リレーSW ON/OFF時に発生するアーク放電を防ぐ。
【発明の効果】
【００１４】
本願実施例により、蓄電装置の寿命も延ばすとともに、充電を切り替えるリレーSWの寿命も延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本願実施例の外観図
【図２】本願実施例の制御ブロック図
【図３】電池残量監視手段の内部構成図
【図４】電源立ち上げ処理時のフローチャート
【図５】本願実施例のタイミングチャート
【図６】充電開始処理時のフローチャート
【図７】充電終了処理時のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［実施例１］
[画像形成装置の構成]
図1は、本願実施例の画像形成装置100の外観図である。画像形成装置100は、第一の電源部101、第二の電源部102、定着装置105、電源スイッチ107を備えている。
【００１７】
図2は、本願実施例の制御ブロック図である。画像形成装置100は図1で説明した構成と、第一の切り替えSW103、第二の切り替えSW104、CPU106、昇圧回路109、電池残量監視手段110、電圧監視手段111、第四の切り替えSW112、定着電源113、第五の切り替えSW114、温度検知手段115、不揮発性メモリ116を備えている。
【００１８】
電源スイッチ107は、ユーザによる画像形成装置の主電源をONまたはOFFする操作を受け付けるために設けられている。なお，電源スイッチ107は，機械的に電源供給ラインを切断するスイッチではない。また，電源スイッチ107は，ユーザによる押下操作を受けたときに電気的な信号を発するキーの一種である。
また、CPU 106は，画像形成装置100における各種機能を実現するための演算を実行し，画像処理制御の中枢となるものである。
【００１９】
第一の電源部101は、第一の切り替えSW103が切り替わり、商用電源からAC電源を入力したときにAC/DCコンバータによりDC電源を出力する。また、第一の電源部101は、図示しない平滑コンデンサと、突入電流防止回路を内蔵する。突入電流防止回路は、例えば、サーミスタを入力ラインに直列接続し、電源ON時に高い抵抗値で平滑コンデンサへの突入電流を抑えるものである。
【００２０】
第二の電源部102は、第一の電源部101から充電した蓄電電力を、装置立上げ時や省エネモード復帰時など、定着装置105へより多くの電力供給が望まれる任意のタイミングの時に第二の切り替えSW104が切り替えられることで放電供給され、定着以外の駆動部へ給電を行う。また、第二の電源部102に第一の電源部101から充電する所定のタイミングの時に、第五の切り替えSW114をONし、充電を終了する所定のタイミングの時に、第五の切り替えSW114をOFFする。
【００２１】
第二の電源部102には、電気二重層キャパシタなどの大容量キャパシタを用いられる。
【００２２】
第一の切り替えSW103は、CPU 106からの信号により切り換えられ、商用電源から第一の電源部101への給電を切り替える。
【００２３】
第二の切り替えSW104は、CPU 106からの信号により切り換えられ、定着以外の駆動部への給電を第一の電源部101からか第二の電源部102からかを切り替える。
【００２４】
昇圧回路109は、DC/DCコンバータなどの変圧手段を有し、第二の電源部102からの出力電力を画像形成装置側の負荷に応じた所定の電圧に調整する用に構 成されている。また、第二の電源部の蓄電量は、定着以外の駆動部への給電を第二の電源部からの切り換え時の放電により低下するが、所定の出力以下になるまで昇圧回路109は、CPU 106からの制御信号により、所定の電圧になるように調整する。
【００２５】
電池残量監視手段110は、第二の電源部102の蓄電量を検知し、CPU 106に出力するものである。電池残量監視手段110について図3の内部構成図を参照して説明する。電池残量監視手段110は、分圧抵抗R1 301と、分圧抵抗R2 302を備えている。分圧された出力VO1はCPU 106のアナログポートに入力され、入力電圧に応じた第二の電源部の蓄電量が算出される。
【００２６】
CPU 106は、電池残量監視手段110の出力信号から第二の電源部102の蓄電量が所定の閾値以下になったと判断した場合、第五の切り替えSW114をONし、第一の電源部101から第二の電源部102への給電を行う。電源立ち上げ処理時において、定着装置105に供給可能な最大電力(1500W)を給電し、その他の電力を第二の電源部102から給電することで立上げ処理を早くする構成にするために、CPU 106等を駆動する必要最低限の電力を常に蓄えておかねばならない。
【００２７】
また、充電開始時において、CPU 106等を駆動するための電力も蓄えておかねばならない。そのため、電池残量の所定の閾値は、電源立ち上げ処理時と充電開始時における必要電力を昇圧回路109により出力できる値である。
【００２８】
よって、上記充電を開始する閾値(充電開始閾値)を、不揮発性メモリ116に記憶しておき、電源立ち上げ処理後、電池残量監視手段110によって蓄電量が充電開始閾値を下回ったことが判明した場合に、充電を開始する。
【００２９】
電圧監視手段111は、第一の電源部101の出力電圧を検知してCPU 106へ出力する。第四の切り替えSW112は、CPU 106からの信号により切り換えられ、商用電源から定着電源113に給電する。定着電源113はCPU 106からの信号で定着装置105への電力調整を行う。
【００３０】
第五の切り替えSW114は、CPU 106からの信号により切り換えられ、第一の電源部101から第二の電源部102への給電を切り替えるものであり、ONされた場合、第二の電源部102は充電を行う。
【００３１】
温度検知手段115は、定着装置105の温度を検知し、CPU 106に出力するものであり、例えばサーミスタなどである。
【００３２】
[電源OFF時における各切り換え手段の状態]
第一の切り替えSW103がON、第二の切り替えSW104が第一の電源部から給電設定、第四の切り替えSW112がOFF、第五の切り替えSW114がOFFである。このため、電源OFF時においてもCPU 106と電源スイッチ107は第一の電源部101を介し電力供給されているものとする。
【００３３】
[定着装置の構成]
定着装置105とこれに関連する構成部について説明する。定着装置105は、図示しない駆動源によって回転される加熱ローラと、加熱ローラの外周面に圧接して圧接ニップ部を形成する加圧ローラとを備え、 圧接ニップ部にトナー画像を転写された用紙を導入して挟持搬送させることで、トナー画像を用紙に熱と圧力で固着するものである。加熱ローラは、 その内部に発熱部材としてのハロゲンヒータを備えていて、このハロゲンヒータに定着電源113から電力が供給されて発熱することで、その表面が所定の温度としての定着温度まで昇温される。
【００３４】
次に、発熱制御手段について説明する。定着電源113は、商用電源からの電力供給を制御する主電力制御手段としてのトライアックなどの周知のスイッチ素子及び電力配分手段を備えている。日本では100Vの電圧で15A程度の電流容量に制限されているので、商用電源からの電力は1500W程度が最大電力とされている。スイッチ素子は、CPU 106と接続されていて、CPU 106によってON状態とされることでハロゲンヒータに対して通電をすると共に、連続してON/OFF制御されることで、ハロゲンヒータへの総通電流量を制御して発熱量を調整している。
【００３５】
[電源立ち上げ処理時の動作]
次に上記のように構成された本実施例にかかる画像形成装置100において、電源立ち上げ処理時の動作について図4のフローチャートと図5のタイミングチャートを参照して説明する。なお、本画像形成装置100の画像形成動作（複写・印刷・FAX動作等）については従来と同様であるため上記説明を省略し、電源立ち上げ処理時の動作を説明する。
【００３６】
また、下記で動作を説明する各切り換え手段の電源OFF時の状態は以下とする。
【００３７】
第一の切り替えSW：ON（供給）
第二の切り替えSW：第一の電源部からの給電
第四の切り替えSW：OFF（切断）
まず、画像形成装置100の電源オフ状態から、電源スイッチ107が押下されると（S401,t1）、CPU 106が電源スイッチ107からの信号を検知して、第二の切り替えSW104を切り替え、定着以外の駆動部へ第二の電源部102から給電を行う (S402,t2) 。
【００３８】
次にCPU 106は、前記第一の切り替えSW103をOFFし、商用電源から第一の電源部101への給電を停止する。 (S403,t3)。それに伴い、商用電源から第一の電源部101への商用電源の供給が停止し、AC/DCコンバータにより生成されるDC電源出力が0Vになる (t4) 。
【００３９】
その後、CPU 106は、第四の切り替えSW112をONし、定着電源113から定着装置105に供給可能な最大電力(1500W)を給電する (S404,t4) 。
【００４０】
温度検知手段115により定着装置105内のハロゲンヒータが所定温度に到達したとCPU 106が判断した場合(S405,t5)、第一の切り替えSW103をONし、商用電源から第一の電源部101への給電を行う。 (S406,t5)。商用電源から第一の電源部101に商用電源が供給され、AC/DCコンバータにより、DC電源が生成される。(t5) 所定温度は、トナーが融解するために設定された目標温度であり、例えば180℃とする。
【００４１】
電圧監視手段111により第一の電源部101の出力電圧が所定電圧になったとCPU 106が検知した場合(S407,t6)、CPU 106は第二の切り替えSW104を切り替え、定着以外の駆動部への給電を第一の電源部101から行う (S408,t6) 。所定電圧は、定着以外の駆動部の動作電圧であり、例えば21.6Vとする。
【００４２】
前記切り換え方法として、電圧監視手段111を用いず、所定時間経過した後に第二の切り替えSW104を切り替えるとしてもよい。
【００４３】
その後、通常の立上げ処理を行い、スタンバイ状態に移行する(S409)。なお、本実施例ではハロゲンヒータを用いた定着装置について説明したが、この限りではない。ハロゲンヒータ以外の熱源や定着方式においても同様に、立ち上げ時の電力を全て定着装置に供給する構成をとる場合には、有効である。
【００４４】
[電源立ち上げ後の充電開始の動作]
次に上記のように構成された本実施例にかかる画像形成装置100において、電源立ち上げ後の充電開始の動作について図6のフローチャートと図5のタイミングチャートを参照して説明する。
【００４５】
まず、画像形成装置100の電源立ち上げ後のスタンバイ状態において、電池残量監視手段110により第二の電源部102の電池残量が所定の閾値以下になったと
CPU 106が判断した場合(S601,t7)、CPU 106は第二の切り替えSW104を切り替え、定着以外の駆動部への給電を第二の電源部102から行う (S602,t7) 。
【００４６】
所定の閾値は、電源立ち上げ処理時の高速立上げや充電開始処理時にCPU 106等を駆動する必要最低限の電力であり、昇圧回路109により出力できる値である。例えば12Vとする。
【００４７】
次にCPU 106は、第一の切り替えSW103をOFFし、商用電源から第一の電源部101への給電を停止する。 (S603,t8)。それに伴い、商用電源から第一の電源部101への商用電源の供給が停止し、AC/DCコンバータにより生成されるDC電源出力が0Vになる (t9) 。
【００４８】
その後、CPU 106は第五の切り替えSW114をONした後(S604 ,t9)、第一の切り替えSW103をONし、商用電源から第一の電源部101への給電を行う。 (S605,t10)。商用電源から第一の電源部101に商用電源が供給されることで、AC/DCコンバータにより、DC電源が生成され、充電が開始される。(S606,t11)。
【００４９】
また、CPU 106は第二の電源部102の充電効率を上げるため、第二の切り替えSW104を切り替え、定着以外の駆動部への給電を第二の電源部102から第一の電源部101からに切り換える(S607,t11)。
【００５０】
電源立ち上げ後のスタンバイ状態において、電池残量監視手段110により第二の電源部102の電池残量が所定の閾値以上とCPU 106が判断した場合(S601,t7)、
通常のスタンバイ状態に移行する。
【００５１】
[電源立ち上げ後の充電終了の動作]
次に上記のように構成された本実施例にかかる画像形成装置100において、充電終了の動作について図7のフローチャートと図4のタイミングチャートを参照して説明する。
【００５２】
まず、画像形成装置100の第二の電源部102の充電状態において、電池残量監視手段110により第二の電源部102の電池残量が所定の閾値以上になったと
CPU 106が判断した場合(S701,t12)、CPU 106は第二の切り替えSW104を切り替え、定着以外の駆動部への給電を第二の電源部102から行う (S702,t12) 。所定の閾値は、例えば21.6Vとする。
【００５３】
次にCPU 106は、第一の切り替えSW103をOFFし、商用電源から第一の電源部101への給電を停止する。 (S703,t13)。それに伴い、商用電源から第一の電源部101への商用電源の供給が停止し、AC/DCコンバータにより生成されるDC電源出力が0Vになる (t14) 。
【００５４】
その後、CPU 106は第五の切り替えSW114をOFFした後(S704 ,t14)、第一の切り替えSW103をONし、商用電源から第一の電源部101への給電を行う。 (S705,t15)。商用電源から第一の電源部101に商用電源が供給されることで、AC/DCコンバータにより、DC電源が生成される (t15)。
【００５５】
また、CPU 106は通常のスタンバイ状態に移行するため、第二の切り替えSW104を切り替え、定着以外の駆動部への給電を第二の電源部102から第一の電源部101からに切り換える。(S707,t16)。
【００５６】
第二の電源部102の充電状態において、電池残量監視手段110により第二の電源部102の電池残量が所定の閾値以下とCPU 106が判断した場合(S701)、
充電処理を続行する。
【符号の説明】
【００５７】
100は、画像形成装置
101は、第一の電源部
102は、第二の電源部
103は、第一の切り替えSW
104は、第二の切り替えSW
105は、定着装置
106は、CPU
107は、電源スイッチ
109は、昇圧回路
110は、電池残量監視手段
111は、電圧監視手段
112は、第四の切り替えSW
113は、定着電源
114は、第五の切り替えSW
115は、温度検知手段
116は、不揮発性メモリ
301は、分圧抵抗R1
302は、分圧抵抗R2
【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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