(57)【要約】【課題】比較的容易かつ安価に、力率を改善した交流電源供給が可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】定着器のヒータ１と、他の機器３と、ヒータ１及び他の機器３に、交流電源１０を半波長単位で選択的に供給する電源供給手段２，４とを備える。電源供給手段２，４は、交流電源の１半波の期間においてヒータと他の機器とに交流電源を供給する割合が異なる複数のパターンで動作可能である。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着器のヒータと、
他の機器と、
上記ヒータ及び上記他の機器に、交流電源を半波長単位で選択的に供給する電源供給手段とを備え、
上記電源供給手段は、上記交流電源の１半波の期間において上記ヒータと上記他の機器とに上記交流電源を供給する割合が異なる複数のパターンで動作可能であることを特徴とする、画像形成装置。
【請求項２】
上記電源供給手段は、１又は連続する２以上の半波長の期間において上記交流電源を上記ヒータにのみ供給する第１のパターンと、１又は連続する２以上の半波長の期間において上記交流電源を上記他の機器にのみ供給する第２のパターンとを、交互に繰り返し可能であることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
上記電源供給手段は、１又は連続する２以上の半波長の期間において、上記交流電源の第１の成分を上記他の機器に供給し、上記交流電源の第２の成分を上記ヒータに供給する第３のパターンと、１又は連続する２以上の半波長の期間において、上記交流電源を上記他の機器にのみ供給する第４のパターンとを、交互に繰り返し可能であることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
上記電源供給手段が、各半波長期間において、上記交流電源を上記ヒータと上記他の機器とに供給する合計電流の波高値は、略等しいことを特徴とする、請求項１、２又は３記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置に関し、詳しくは、複写機やコピー機などの交流電源供給制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複写機やコピー機などの画像形成装置は、待機時の消費電力を削減する努力がなされ、省エネモードを搭載する機種も増加している。しかし、省エネモードにより待機時の電力を削減すれば、ユーザに待ち時間を発生させる場合が多い。
【０００３】
例えば、定着ヒータの待機電力を削減するためにヒータヘの電力供給を遮断した場合、ユーザには、ウォームアップが完了するまでの待ち時間が発生する。短時間でのウォームアップを実現できれば、省エネと、ユーザ負担の低減を両立できる。ウォ―ムアップを短縮する手段として、定着ヒータヘの供給電力の増加がある。
【０００４】
また、プリント実行時にも、用紙により吸収された熱量を補うため、定着ローラヘの電力供給を増加する必要がある。すなわち、用紙で吸収された熱量を補うことができない場合は、用紙の供給頻度を低下させてプリントを継続する等の対応手段が必要となる。この場合、プリントの出来上がりまでの時間が長くなり、生産性の悪化につながる。
【０００５】
一方、装置全体の入力電流定格は、一定値以内に設計する必要がある。この電流は、コンセントの定格電流によって制限され、国内では、１５Ａ、２０Ａ定格が一般的である。装置の商品性を考えると１５Ａのコンセントを使用できる設計が望まれる。この入力電流規制によって、定着ヒータヘ供給できる電力には、限界がある。
【０００６】
つまり、省電力機器の実現、高生産性機器の実現には、装置のウォームアップ時や、プリント等多くの電力（電流）を必要とする場合に、定格電流いっぱいまで定着ヒータヘ電力を供給できる構成が、不可欠である。
【０００７】
画像形成装置は、ヒータ以外に、装置の駆動、制御にも電力が必要である。これらの電力は、ウォームアップ、プリントといった動作モードや、給紙系、排紙系、及びコントローラ系の種々のオプション類の装着によっても変化する。これら異なった必要電力を供給した上、定格電流に対する余剰分の電流を定着ヒータに供給するためには、定着ヒータへの電力供給を可変とする手段が必要となる。
【０００８】
定着ヒータの電力を可変する手段としては、異なった定格電力を有する複数本のヒータを使用することが考えられる。しかし、この方法は、必要とする電力切替え数の分だけヒータを搭載する必要があり、コストの増加、ヒータの配置スペースを大きく取る等の問題がある。
【０００９】
これとは別に、１本のヒータに対して供給する電圧に制限を加えて電力を可変する方法が考えられる。これには、商用電圧を印加する位相角を変化させ、デューティを変化させる方法や、商用電圧の印加を半サイクル単位でＯＮ／ＯＦＦし、ＯＮデューティを切り替える方法がある。
【００１０】
しかし、これらの方法には、力率が悪化するという問題がある。すなわち、力率＝電力／皮相電力＝有効電力／（電流実効値×電圧実効値）であるので、力率が低下すると、必要な電力量を供給するためには、必要な電流が増加する。これを回避する手段として、例えば特許文献１や特許文献２には、ヒータ電流を高周波でスイッチングし、ＯＮ／ＯＦＦデュティーを変化させる方法が提案されている。この方法によると、高周波でスイッチングした電流を平滑するため正弦波状の電流波形が得られるので、力率の悪化はほとんど生じない。
【００１１】
【特許文献１】
特開平９―２１８７２９号公報（第３−４頁、図１、図２）
【特許文献２】
特開平１０−２５４２６４号公報（第２頁、図１、図２）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような、高周波スイッチング及び平滑回路を使用する方式では、回路構成が複雑かつ高価になるという問題があつた。
【００１３】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、比較的容易かつ安価に、力率を改善した交流電源供給が可能な画像形成装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の画像形成装置を提供する。
【００１５】
画像形成装置は、定着器のヒータと、他の機器と、上記ヒータ及び上記他の機器に、交流電源を半波長単位で選択的に供給する電源供給手段とを備える。上記電源供給手段は、上記交流電源の１半波の期間において上記ヒータと上記他の機器とに上記交流電源を供給する割合が異なる複数のパターンで動作可能である。
【００１６】
上記構成において、電源供給手段は、交流電源を半波単位でＯＮ／ＯＦＦし、ヒータと他の機器とに電力を供給する。電源供給手段は複数のパターンで動作可能であり、どのパターンで動作するかによって、交流電源からヒータ及び他の機器に電力を供給する割合を変えることができる。このような電力制御は、高周波でスイッッチングする場合に比べ、比較的容易かつ安価に実施できる。そして、電源供給手段が動作するパターンを適宜に設定することにより、力率を改善することができる。
【００１７】
好ましくは、上記電源供給手段は、１又は連続する２以上の半波長の期間において上記交流電源を上記ヒータにのみ供給する第１のパターンと、１又は連続する２以上の半波長の期間において上記交流電源を上記他の機器にのみ供給する第２のパターンとを、交互に繰り返し可能である。
【００１８】
上記構成によれば、第１のパターンにより交流電源の半波をヒータにのみ供給することで、ヒータのウォームアップを短時間で完了したり、高速でプリントを行うことを可能とし、ユーザにとって使いやすいようにすることができる。第２のパターンにより、残った半波を他の機器に有効に利用することができる。
【００１９】
好ましくは、上記電源供給手段は、１又は連続する２以上の半波長の期間において、上記交流電源の第１の成分を上記他の機器に供給し、上記交流電源の第２の成分を上記ヒータに供給する第３のパターンと、１又は連続する２以上の半波長の期間において、上記交流電源を上記他の機器にのみ供給する第４のパターンとを、交互に繰り返し可能である。
【００２０】
上記構成によれば、第３のパターンにより、ヒータに交流電源の第２の成分を供給し、ヒータのウォームアップを短時間で完了したり、高速でプリントを行うことを可能とし、ユーザにとって使いやすいようにすることができる。第４のパターンにより、交流電源を他の機器に有効に利用することができる。一方、他の機器には常に電力が供給されるので、他の機器へ比較的多くの電力供給が必要な場合に好適である。
【００２１】
好ましくは、上記電源供給手段が、各半波長期間において、上記交流電源を上記ヒータと上記他の機器とに供給する合計電流の波高値は、略等しい。
【００２２】
上記構成によれば、半波ごとの合計電流の波高値を略等しくすることにより、力率を改善することができる。
【００２３】
好ましくは、上記他の機器は、上記交流電源を直流電源に変換して該直流電源を供給する安定化電源である。
【００２４】
上記構成によれば、安定化電源を介して、画像処理装置の種々の機器に直流電源を供給することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として、画像形成装置である複写機についての実施例を、図１〜図６に基づいて説明する。
【００２６】
まず、図１及び図２を参照しながら、従来例の複写機について説明する。
【００２７】
図１は、従来例の複写機における商用電源の制御構成を示す。商用電源１０には、定着器の定着ローラを加熱する定着ヒータ１と、制御系電源及び駆動系電源を供給するための安定化電源３とが接続される。
【００２８】
定着ヒータ１は、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）２を介して、商用電源１０に接続される。ソリッドステートリレー２は、トライアック及びゼロクロススイッチング機能を搭載し、外部からのヒータＥｎａｂｌｅ信号６により、定着ヒータ１をＯＮ／ＯＦＦする。ソリッドステートリレー２は、ランダムなタイミングでヒータＥｎａｂｌｅ信号６がＯＮ／ＯＦＦしても、ゼロクロススイッチング機能により、交流電圧が最小となるタイミングでトライアックが動作し、定着ヒータ１に駆動電流を印加する。これにより、スイッチング時に発生するノイズを最小限とすることができる。
【００２９】
不図示のコントローラは、定着ローラに近接して設置されたサーミスタ６により検出された温度情報を参照し、定着ローラの温度を一定に保つようにヒータＥｎａｂｌｅ信号６を切り替え、ソリッドステートリレー２をＯＮ／ＯＦＦする。
【００３０】
安定化電源３は、電源高調波を抑制するためのアクティブフィルタ部４と、アクティブフィルタ部４で直流化された電圧を必要な電圧に低下させるＤＣ−ＤＣコンバータ部５とから構成される。アクティブフィルタ部４を搭載しているため、入力電流は正弦波状となっている。
【００３１】
図２に、定着ヒータ１の電力を可変とするために、商用電源１０の周波数の１／２サイクルで電源供給をＯＮ／ＯＦＦした場合の定着ヒータ１の駆動電流、安定化電源３の電流、及び総入力電流の波形を示す。力率の悪化を説明するため、例として装置の駆動電圧１００Ｖ、定着ヒータ１の定格電力１４５０Ｗ、ウォームアップ時の安定化電源３の電力を５０Ｗ、装置内の画像安定化処理等の初期動作時の安定化電源３の電力を３８０Ｗとする。装置の総電流仕様は１５Ａｒｍｓとする。
【００３２】
図２（ａ）〜（ｄ）は、ウォームアップ時について示す。ウォームアップ時において、安定化電源３の電力は５０Ｗであるので、力率１とすると電流実効値Ｉｄｃは０．５Ａｒｍｓと計算できる。ウォームアップ時の定着電力を最大限確保するため定着ヒータ１の定格電力を１４５０Ｗとしたが、力率を１とすると電流実効値Ｉｈは１４．５Ａｒｍｓとなり、装置の合計電流Ｉｓｕｍは、１５Ａｒｍｓとなる。
【００３３】
次に、同様の設定条件にて初期動作時の装置の合計電流を見積もってみる。図２（ｅ）〜（ｈ）は、初期動作時について示す。初期動作時の安定化電源３の電力は３８０Ｗであるので、力率１とすると電流実効値Ｉｄｃは３．８Ａｒｍｓとなる。定着ヒータ１に定格電力を供給するわけにはいかないので、商用電源周波数の１／２サイクルを単位として４単位中３単位に電力を供給することとする。この場合、供給電力Ｗｈは、１０８８Ｗ（＝１４５０Ｗ×３／４）であるが、定着ヒータ１の駆動電流実効値Ｉｈは次式を適用して、１２．６Ａｒｍｓと計算される。
【数１】
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ここでＴは周期、Ｉ（ｔ）は電流の瞬時値である。力率１であればヒータ駆動電流実効値は１０．９Ａｒｍｓですむところが、１．７Ａｒｍｓだけ多くなる。安定化電源３の電流分を加算してさらに実効値を計算すると、１６Ａｒｍｓとなる。装置の合計電流仕様は１５Ａｒｍｓであるので、初期動作時に供給する定着電力をさらに下げる必要が生じる。
【００３４】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００３５】
図３は、本発明の実施例に係る複写機の制御構成を示す。本実施例は、図１の従来例と略同様に構成されるので、同じ構成部分には同じ符号を用い、説明を省略する。
【００３６】
本実施例では、図１の従来例と異なり、安定化電源３の電流を規制する手段として、アクティブフィルタ部４へ安定化電源電流制限信号７を入力している。電流制限手段として別途制限回路を追加することも考えられるが、元々アクティブフィルタは安定化電源の入力電流を制限して電圧波形に比例する波形に整形する機能を有しているので、この構成素子を使用する方が安価な構成となる。
【００３７】
図４は、アクティブフィルタ部４の回路ブロック図である。
【００３８】
アクティブフィルタ部４は、コンパレータ（ｃｏｍｐ４）２４にて比較された出力電圧Ｖｏと基準電圧の差を、オペアンプ（ＯＰａｍｐ）２３に入力された電圧波形に積算処理し、出力電圧の低下分に匹敵する必要な正弦波状の入力電流波形を生成する。コパレータ（ｃｏｍｐ２）２２では、この目標電流値と実際のスイッチング電流とを比較し、実際のスイッチング電流が目標を上回るとＦＥＴ２６をＯＦＦするように信号を生成する。最終的に、コンパレータ（ｃｏｍｐ１）２１は、コンパレータ（ｃｏｍｐ２）２２の出力からクロック信号２７に同期した高周波スイッチング波形を生成する。
【００３９】
この出力電圧安定化制御のループ内に、スイッチ（ＳＷ）２５を追加する。スイッチ２５の一方の入力信号Ａには、出力電圧と出力電圧目標値の誤差を入力する。他方の入力信号Ｂには、外部から任意に設定できる制限信号２９を入力する。また、通常の出力信号安定化ループと外部からの制限信号入力とを切り替える切り替え信号２８を入力する。制限信号２９と切り替え信号２８は、コントローラにて生成される。この追加部分により、コントローラは、任意のタイミングで安定化電源３の入力電流に制限信号２９に従った電流値へ規制を加えることが可能となる。切り替え信号２８と制限信号２９が、図３における安定化電源電流制限信号７に相当する。
【００４０】
本実施例における実際の入力電流を、前述した従来例の条件設定の場合について説明する。図５は、装置が初期状態にあるときについて示す。図５（ａ）は商用電源１０の電圧波形を、図５（ｂ）は定着ヒータ１の電流波形を、図５（ｅ）は安定化電源３の電流波形を、図５（ｆ）は装置の合計の電流波形を、それぞれ示す。また、図５（ｃ）は安定化電源電流制限信号７の制御信号２９の動作を、図５（ｄ）は安定化電源電流制限信号７の切り替え信号２８の動作を、それぞれ示す。
【００４１】
定着ヒータ１の駆動電流は、商用電源１０のサイクルの半波単位でＯＮ／ＯＦＦを切り替える。本実施例では、４単位のうち３単位のみＯＮとし、電力は、１０８８Ｗを供給している。初期動作時に安定化電源３が必要とする電力は、前述した従来例の場合と同様に、３８０Ｗとする。コントローラは、定着ヒータ１がＯＮしている期間において、安定化電源３の入力電流を０Ａに規制するためスイッチ２５が入力信号Ｂ側となるように、切り替え信号２８を生成する。定着ヒータ１がＯＦＦの期間において、コントローラは、スイッチ２５を入力信号Ａ側に切り替え、安定化電源３の出力電圧の設定に戻すために必要な電流を供給する。
【００４２】
この場合、安定化電源３への入力電流は、通常全サイクルに給電した場合の４倍が必要となるため、安定化電源３の入力電流波高値は２１．５Ａになる。この例では、定着ヒータ１の電流波高値が２０．５Ａであり、これと釣り合いがとれているため、定着ヒータ１へ電流を供給しない期間のみ、安定化電源３に給電しても、力率はかなり改善される。図５（ｆ）に示すように、装置全体の入力電流の実効値は、１４．７Ａｒｍｓとなり、前述の従来例の制御の場合（図２（ｈ））と比較して、１．３Ａｒｍｓの削減が可能である。このとき装置の力率は、ほぼ１に改善されている。
【００４３】
上記のように、定着ヒータ１の電流波高値と安定化電源３の入力電流波高値とがほぼ同程度となる場合は、力率の改善効果が高い。しかし、例えば、安定化電源３の電力が高くなり、この入力電流の波高値が、定着ヒータ１の入力電流波高値よりかなり大きくなる場合には、力率の改善が少なくなる。この場合の制御例を、図６を参照しながら説明する。
【００４４】
図６は、安定化電源３の電力が４１０Ｗとなった場合について、図５と同様に示す。定着ヒータ１のＯＮ期間において、安定化電源３に対する入力電流として０．５Ａｒｍｓを割り振る。定着ヒータ１のＯＦＦ期間には、安定化電源３に対する入力電流として１４．９Ａｒｍｓ必要である。
【００４５】
そこで、図６（ｃ）及び（ｄ）に示すように、制限信号２９と切り替え信号２８とを設定する。制限信号２９は、０．５Ａｒｍｓの制限値となるアナログ値を出力する。定着ヒータ１がＯＮしている期間、安定化電源３の入力電流を０．５Ａｒｍｓに規制するため、定着ヒータ１のＯＮ期間では、スイッチ２５が入力信号Ｂ側となるように切り替え信号２８を生成する。定着ヒータ１がＯＦＦの期間では、スイッチ２５を入力信号Ａ側に切り替え、安定化電源３の出力電圧の設定に戻すために必要な電流が供給される。このときの安定化電源３の電流波高値は、２１．１Ａである。定着ヒータ１のＯＮ期間における定着ヒータ１と安定化電源３との合計電流波高値は２１．２Ａであり、装置全体では、ほぼ均一な電流が実現できる。装置全体での力率もほぼ１となり、入力電流は１５．０Ａｒｍｓとなる。
【００４６】
以上説明したように、本発明は、定着ヒータ１の入力電流を商用電源１０の周波数の１／２サイクル単位でＯＮ／ＯＦＦして電力制御するという安価な構成における力率の悪化を、安定化電源３の入力電流を商用電源１０の周波数の１／２サイクル単位で、各１／２サイクルの期間における定着ヒータ１と安定化電源３との合計の電流がほぼ一定値になるように適当に割り振ることで、力率の悪化を防止し、電流の増加を抑制することを可能とする。
【００４７】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の複写機における電源の制御構成を示すブロック図である。
【図２】図１の制御構成における電圧・電流波形図である。
【図３】本発明の実施例の複写機における電源の制御構成を示すブロック図である。
【図４】図３のアクティブフィルタ部の回路ブロック図である。
【図５】図３の制御構成における電圧・電流波形図である。
【図６】図５とは別の電圧・電流波形図である。
【符号の説明】
１　定着ヒータ（定着器のヒータ）
２　ソリッドステートリレー（電源供給手段）
３　安定化電源（他の機器、電源供給手段）
【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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