(57)【要約】【課題】待機時における消費電力を低減し、電源投入時の立ち上がり時間を短縮すると共に、プリント動作中における定着温度の低下を防止して、補助電源に対する充電時間を十分確保するようにする。【解決手段】主電源スイッチＳＷ１がオンされると、直流電源２０から直流電圧が各負荷に出力され、作像エンジン３４を起動し、プリント指示を受け付けると、プリント動作を実行する。プリント動作時、および待機時にインバータ３５の補助電源部３５１に充電すると共に、定着ヒータ３４３への放電を行い、立ち上がり時間の短縮を図る。待機時で最も消費電力の低いスリープモード時には、直流電源２０の電源として、通常のＡＣ電源とインバータ３５の補助電源部３５１とを選択切替できるようにする。省エネモードに入った場合は、定着ヒータおよびパワー系負荷の全てをオフし、補助電源３５１から直流電源２０へ給電を開始する。【選択図】      図３
2004294554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を入力して直流電圧を生成する直流電源生成手段と、交流電源を入力して定着ヒータに通電するインバータとが並列に接続され、交流電源を入力して充電を行う補助電源が設けられた画像形成装置であって、
前記補助電源に充電された電圧を前記定着ヒータおよび前記直流電源生成手段の両方に供給できるようにしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
画像形成動作を行っていない待機時における前記直流電源生成手段の電源として、前記交流電源と前記補助電源とが選択できるようにした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】
前記直流電源生成手段の電源として、前記交流電源と前記補助電源とが選択できるようにし、
前記直流電源生成手段への入力として、前記交流電源または前記補助電源から供給される電圧を保持する電圧保持手段が設けられたことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記交流電源から供給される主電源をオン／オフ制御する主電源スイッチを備え、
前記主電源スイッチをオフした時に、前記補助電源から前記直流電源生成手段への給電を遮断する給電遮断手段が設けられた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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置に関し、より詳しくは、電子写真式プロセスなどを利用したプリンタ、複写機、あるいはファクシミリ装置などの画像形成装置によって形成されたトナー像を記録紙に定着させる定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子写真式プロセスを用いたプリンタ、複写機、あるいはファクシミリ装置などの画像形成装置では、記録紙（普通紙、ＯＨＰ等を含む）上に形成されたトナー像を熱で溶かし、加圧する定着装置が使用されている。この定着装置の加熱手段としては、一般に電気ヒータが用いられているが、近年の環境問題に対処するため、定着装置の一層の省電力化が要請されている。
【０００３】
特に、最近の画像形成装置では、画像処理速度の高速化に伴い、定着工程も短時間のうちに多数の記録紙を処理する必要があるため、定着装置の熱が記録紙側に急速に奪われてしまい、その分ヒータ温度も上げざるを得なかった。また、立ち上げ時におけるウォーミングアップ時間もできるだけ短縮することが望ましいが、定着装置を一定の温度まで急速に暖める必要があり、何れも消費電力を増大させる要因となっていた。
【０００４】
そこで、定着装置に２つのヒータを設け、その一方をバッテリを使って駆動するようにすることで、一般的な商用電源である１００Ｖ１５Ａ（消費電力１５００Ｗ）という上限に縛られることなく、起動時の立ち上がり時間を短縮する定着装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、主電源装置から所定の電力を供給して所定の温度まで加熱した加熱部が待機状態になると、切替装置は主電源装置と加熱部の接続を遮断し、主電源装置を補助電源装置に接続して補助電源装置のコンデンサを充電し、待機状態から加熱部を立ち上げるときに、切替装置は主電源装置と加熱部を接続して主電源装置から加熱部に電力を供給するとともに、補助電源装置を加熱部に接続して補助電源装置のコンデンサからも加熱部に電力を供給し、加熱部を短時間で所定の温度まで立ち上げるという加熱装置も提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
実開昭６３−１５０９６７号公報
【特許文献２】
特開２０００−３１５５６７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の画像形成装置にあっては、立ち上げ時やプリント時における消費電力が最も高くなるが、実際の使用時間は短く、むしろ、スタンバイモード（プリント動作の待機：定格の５０％）、ローパワーモード（プリント指示があってから数秒の待ち時間がある：定格の２０％）、あるいは、スリープモード（プリント指示を受け付ける部分のみを動作させる：定格の０．５％）といった待機状態では、消費電力は少ないが、待機状態の時間が最も長いため、待機時における消費電力を減らさないと、全体を省電力化することができないという問題があった。
【０００８】
また、画像形成装置の電源である交流（以下、ＡＣともいう）電源は、コンセントの電流定格による規制があって、この定格電流以下で使うことが必要である。例えば日本国内では１００Ｖコンセントで１５Ａが一般的である。このため、現在は、限られた電流（例えば１５Ａの通電）で立上り時間を改善することが試みられており、定着ヒータを内蔵する定着ローラの薄肉化などが行われているが、まだ不充分である。定着ヒータは、ＡＣ電源からの入力電圧を通電して加熱しているので、定着装置に供給できる電流Ｉｈは、ＡＣ電源から通電する電流Ｉｔのうち、定着装置以外で使う電流Ｉｅを除いた分であり、この電流Ｉｈを上限として定着ヒータの通電電流の制御を行い、定着ヒータを所定の温度に保つようにしている。この電流ＩｔとＩｅの比率は、定着装置以外で使う電流Ｉｅが最も大きな時を基準に設定されている（ＡＣ電源の定格電流以上には使えない）。
【０００９】
そこで、上記した特許文献１および２では、ＡＣ電源で駆動する定着ヒータとは別に、バッテリーやコンデンサなどの補助電源で駆動する定着ヒータを設けることにより、定着ヒータに大きな電力を投入して必要な温度まで立ち上げたり、立上るまでの時間短縮を図っていた。しかし、これらの提案では、有接点の駆動素子を用いて、定着ヒータの駆動や充電のためにＡＣ電源から入力する電流を制御することが困難であるという問題があった。また、上記した従来例では、補助電源からの通電用に専用の定着ヒータを設けなければならず、構成が複雑になって、装置が高価になる上、コピー動作中は、補助電源（バッテリー、コンデンサなど）に充電が行えないという問題があった。
【００１０】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、待機時における消費電力を低減し、電源投入時の立ち上がり時間を短縮すると共に、プリント動作中における定着温度の低下を防止して、補助電源に対する充電時間を十分確保することのできる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、交流電源を入力して直流電圧を生成する直流電源生成手段と、交流電源を入力して定着ヒータに通電するインバータとが並列に接続され、交流電源を入力して充電を行う補助電源が設けられた画像形成装置であって、前記補助電源に充電された電圧を前記定着ヒータおよび前記直流電源生成手段の両方に供給できるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
この請求項１の発明によれば、交流電源を入力して直流電圧を生成する直流電源生成手段と、交流電源を入力して定着ヒータに通電するインバータとが並列に接続され、交流電源を入力して充電を行う補助電源が設けられた画像形成装置であって、補助電源に充電された電圧を定着ヒータと直流電源生成手段の両方に供給できるようにしたため、定着ヒータの通電に使った電荷の残りを、直流電源生成手段への通電に使うことが可能となり、定着装置の立ち上がり時間を短縮すると共に、充電電荷の利用率を向上させることができる。
【００１３】
また、請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、画像形成動作を行っていない待機時における前記直流電源生成手段の電源として、前記交流電源と前記補助電源とが選択できるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
この請求項２の発明によれば、画像形成動作を行っていない待機時における直流電源生成手段の電源として、補助電源と交流電源とが選択できるようにしたため、画像形成装置の動作時に定着ヒータの通電に使った電荷の残りを、待機時（特にスリープモード）における直流電源の通電に使うことが可能となり、待機時の消費電力を低減することができる。
【００１５】
また、請求項３にかかる発明は、請求項２に記載の画像形成装置において、前記直流電源生成手段の電源として、前記交流電源と前記補助電源とが選択できるようにし、前記直流電源生成手段への入力として、前記交流電源または前記補助電源から供給される電圧を保持する電圧保持手段が設けられたことを特徴とする。
【００１６】
この請求項３の発明によれば、直流電源生成手段の電源として、交流電源と補助電源とが選択できるようにし、直流電源生成手段への入力として、交流電源または補助電源から供給される電圧を保持する電圧保持手段を設けたため、直流電源生成手段の電源を切り替える時に、両方の電源間での電圧引き込みなどの干渉を無くすことができる。また、切り替え時における直流電源の出力電圧の瞬断を防止することができる。
【００１７】
また、請求項４にかかる発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記交流電源から供給される主電源をオン／オフ制御する主電源スイッチを備え、前記主電源スイッチをオフした時に、前記補助電源から前記直流電源生成手段への給電を遮断する給電遮断手段が設けられたことを特徴とする。
【００１８】
この請求項４の発明によれば、主電源の供給をオン／オフする主電源スイッチがオフとなった時に、補助電源から直流電源生成手段への給電を遮断する給電遮断手段を設けたため、交流電源を使わずに動作している状態であっても、主電源スイッチにて画像系装置をオフすることが可能となり、操作性が向上する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる画像形成装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態にかかる画像形成装置の外観図である。図１に示す画像形成装置１０は、自動原稿送り装置（ＡＤＦ）１１、プリント部数などのジョブ情報を入力する操作表示部１２、原稿を読み取って画像情報に変換するスキャナ１３、用紙にプリントを行う作像エンジン部であるプリンタ１４、プリントする用紙をストックしておく給紙バンク１５、そのプリントされた用紙のステープルなどを行うフィニッシャ１６、プリンタ１４からフィニッシャ１６へ用紙を搬送する中継ユニット１７等で構成されている。
【００２１】
図２は、図１に示す画像形成装置の制御系のブロック図である。図２に示す画像形成装置は、交流電源から直流電圧を生成して装置全体に供給する直流電源生成手段としての直流電源（ＰＳＵ）２０、定着ヒータを備えた定着装置を駆動するインバータ制御回路（ＩＮＶＣ）２１、画像形成装置全体の制御を行うエンジン制御部２２、および、用紙へプリントを行う作像エンジン（ＰＲＴ）２３などで構成されている。
【００２２】
また、エンジン制御部２２は、さらに、操作部から指示されたプリント部数などのジョブ情報を処理する操作制御部２４、作像エンジンのメカニック制御を主に行うＩ／Ｏ制御部２５、紙原稿の読み込みや画像情報の加工および作像エンジン２３への書き込み等を行うスキャナー書き込み制御部２６、電源が切れた状態でもデータを保持することのできる不揮発メモリ２７、および、上記の各制御部を画像形成装置としてシステム的に制御を行うメイン制御部２８の各部で構成されている。
【００２３】
本実施の形態にかかる画像形成装置は、上記のように構成されており、直流電源（ＰＳＵ）２０から各制御部２２（２４〜２８）および作像エンジン（ＰＲＴ）２３に電源が供給され、プリント指示があったときにはいつでも実行できるように待機している。
【００２４】
図３は、本実施の形態にかかる画像形成装置の電源系の全体回路図である。図３に示すように、ＡＣ電源ライン３０からのＡＣ電源がサーキットブレーカ（ＣＢ）３１、サージ吸収素子（ＡＲ）３２、ノイズフィルター（ＮＦ）３３等を介して供給されている。そして、このＡＣ電源の供給先は、並列接続されているため、２方向に分かれており、その一方には、画像形成装置の主電源スイッチＳＷ１を介して、負荷の各部に駆動用および制御用の直流電源を供給する直流電源（ＰＳＵ）２０が設けられている。
【００２５】
また、この主電源スイッチＳＷ１に設けられた第３の接点ＳＷ１ａは、省エネ負荷３４１であるメイン制御部２８に接続されており、主電源スイッチＳＷ１の状態を監視している。そして、直流電源（ＰＳＵ）２０の出力は、作像エンジン（ＰＲＴ）３４、および、定着ヒータの制御手段であるインバータ制御回路（ＩＮＶＣ）２１などに供給され、さらに、作像エンジン（ＰＲＴ）３４では、内部でモータなどのパワー負荷３４２、およびエンジン制御部（ＥＣＮＴ）２２など制御系へ供給する省エネ負荷３４１に供給している。
【００２６】
さらに、もう一方のＡＣ電源の供給先としては、定着ヒータ３４３、および補助電源部３５１に通電するインバータ３５に入力している。これは開閉手段であるパワーリレーＲＬ１から、整流手段のダイオードブリッジＤＢ１と、コンデンサＣ１およびコイルＬ１からなるフィルタを介して、定着ヒータ３４３とスイッチング素子Ｑ１の直列回路、およびこれと並列に接続された補助電源部３５１に供給するようにしている。
【００２７】
また、補助電源部３５１は、スリープモード時に直流電源（ＰＳＵ）２０へ電源供給するためのリレーＲＬ２を介して、直流電源（ＰＳＵ）２０の入力側に接続されている。
【００２８】
このような構成からなる、画像形成装置において、主電源スイッチＳＷ１がオンされると、直流電源（ＰＳＵ）２０から直流電圧が各負荷に出力され、作像エンジン（ＰＲＴ）３４が起動し、プリント指示を受け付けると、プリント動作を実行する。
【００２９】
インバータ３５を含む定着装置の詳細については、後述するが、プリント動作時、および待機時にインバータ３５の補助電源部３５１に充電すると共に、定着ヒータ３４３への放電を行い、立ち上がり時間の短縮を図っている。また、待機時で最も消費電力の低いスリープモード時には、直流電源（ＰＳＵ）２０の電源として、通常のＡＣ電源とインバータ３５の補助電源部３５１とを選択切替できるようにしている。これは、省エネ負荷３４１のメイン制御部から出力しているスリープ電源切替信号によって、リレーＲＬ２と図示していない直流電源（ＰＳＵ）２０の内部リレーとを切り替えることで行っている。この時の動作フローを示したのが、図５である。
【００３０】
図５に示すように、ステップＳ５１で省エネモード（スリープモード）に入った場合は、定着ヒータおよびパワー系負荷の全てをオフし（ステップＳ５２）、スリープ切替信号によって補助電源３５１から直流電源（ＰＳＵ）２０へ給電を開始するようになっている。
【００３１】
図６は、各種動作モードにおける消費電力の違いを示す線図である。例えば、主電源スイッチがオンすると、定着ヒータの立上げや各部の初期化が行われるが、この時の消費電力はほぼ定格まで使用する。また、プリント実行時も消費電力はほぼ定格値となる。そして、斜線のハッチングで示すプリント指示の待機時には、消費電力に応じて数段階のモードがある。まず、プリント動作を待機するスタンバイモードでは、定着ヒータが定常温度に過熱されプリント指示があったときに、直ぐにプリントを実行できる状態となっており、消費電力は定格の約５０％となる。続いて、プリント指示があってからプリントができるまでに約１０秒待ち時間が掛かるローパワーモードでは、定格電力の約２０％の消費電力となり、最も消費電力の少ない待ち時間が約３０秒必要なスリープモードでは定格電力の約０．５％となっている。
【００３２】
そして、メイン制御でＡＣ電源が切れたことを検出すると、図２および図３に示すように、主に作像エンジン（ＰＲＴ）３４のメカ系を駆動するパワー系電源をオフする指令を電源制御手段へ発行し、処理中のジョブ情報や画像情報を不揮発メモリ２７に退避する処理を行っている。この不揮発メモリ２７は、一般的な電池で駆動されるＲＡＭまたはハードディスクなどのＡＣ電源オフ後もデータが保持されるものを用いている。また、図示していないＡＣ電源が作像エンジン（ＰＲＴ）３４の定着ヒータ３４３に直接供給されている。
【００３３】
次に、図４は、本実施の形態にかかる画像形成装置のスリープモードにおける動作を説明する電源系の回路図である。なお、図４において、図３と同一部または相当部には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００３４】
図４に示すように、直流電源（ＰＳＵ）２０は、所謂スイッチング電源で構成されており、ＡＣ電源ライン３０から主電源スイッチＳＷ１を介して入力された交流電源を、直流の低電圧に変換し、省エネ負荷３４１およびパワー負荷３４２にそれぞれ供給している。この直流電源（ＰＳＵ）２０は、定着装置と同じＡＣ電源で動作するが、ＡＣ電源の変動に対する許容幅が直流電源（ＰＳＵ）２０の方が定着装置よりも遥かに広く設定されている。このため、補助電源部３５１の電圧が定着装置では使えない電圧まで放電したとしても、直流電源（ＰＳＵ）２０では使うことが可能である。これはＡＣ電源ライン３０からのＡＣ電源を一旦整流し、その直流電圧をコンバータトランスに入力して、電圧レベルの変換を行っているためであり、入力電圧よりも高い電圧を出力することも可能である。
【００３５】
続いて、主電源スイッチＳＷ１をオンすると、ダイオードブリッジＤＢで整流された電圧が、スリープ電源切替用のリレーＲＬ３を介して電圧保持手段としての平滑コンデンサＣ０に入力され、コンバータトランスＴ１の１次側に供給される。リレーＲＬ３は、主電源オフ時を含めて通常は閉じており、コンバータトランスＴ１は、ＡＣ電源からの給電により動作する。
【００３６】
さらに、ＡＣ電源からの給電と並行して、ダイオードＤ１と抵抗Ｒ１とで構成された起動回路により起動電圧が入力されることで、スイッチング制御部２０１を動作させ、コンバータトランスＴ１に接続されたスイッチング素子Ｑがスイッチング動作を行うことで、コンバータトランスＴ１の２次巻線Ｎ２１とＮ２２側に電圧を発生させる。この発生した電圧は、各々の巻線に接続されているダイオードＤ３とコンデンサＣ１、またはダイオードＤ４とコンデンサＣ２とからなる整流平滑回路を介して、それぞれの負荷に出力される。
【００３７】
このうち、パワー負荷３４２に供給している２４Ｖの出力は、スリープモード時に給電を遮断するリレーＲＡ１を介して供給されている。また、この出力は、ダイオードＤ２を介してスイッチング制御部２０１の駆動電源として供給されており、直流電源が一旦起動した後は、この電源によって駆動電源が賄われ、動作を継続することができる。
【００３８】
また、コンバータトランスＴ１の１次側は、スリープ電源切替用のリレーＲＬ３を介して、定着ヒータを駆動するインバータ３５の補助電源に接続されている。図４のインバータ３５には、主に補助電源部の構成が抜粋してあり、他の構成部は省略されている。
【００３９】
以上のような構成において、図４に示す画像形成装置がスリープモードに入ると、省エネ負荷３５１のメイン制御部で補助電源の蓄電素子３７３の充電電圧を出力電圧検出回路（ＶＳＥＮ）３７２で検出し、直流電源（ＰＳＵ）３４の電源をＡＣ電源から補助電源に切り替えるようにしている。具体的には、ＡＣ電源に接続されたリレーＲＬ３を開いた後、リレーＲＬ２を閉じて補助電源に接続するようにする。なお、リレーＲＬ３とＲＬ２の切り替え時には、両方の電源間がつながることにより発生する電源の引き込みやショートを防ぐため、接点が同時にオンしないように制御している。
【００４０】
しかし、そのように制御すると切替え時に両方の電源ともつながらない時間が生じるため、出力電圧の低下や瞬断が発生する可能性がある。このため、直流電源に入力された電圧を一旦保持する電圧保持手段を設け、電源入力が保持されている間に電源を切替えるようにしている。具体的には、コンバータトランスＴ１とリレーＲＬ３の間にコンデンサＣ０を設け、ここに充電された電圧によって、切替え時であっても継続して出力が出せるようにしている。
【００４１】
直流電源（ＰＳＵ）３４は、このようにしてインバータ３５の補助電源部３５１を使うことで、電源として動作し続けることが可能であるが、出力電圧検出回路（ＶＳＥＮ）３５２でモニターしている蓄電素子３５３の充電電圧が所定値以下となったときは、補助電源からの給電を中止し、ＡＣ電源ライン３０からの給電に切替えるようにしている。
【００４２】
また、画像形成装置の主電源スイッチＳＷ１に設けられた第３の接点ＳＷ１ａは、主電源スイッチＳＷ１の状態を省エネ負荷３５１のメイン制御部で主電源信号として検出しており、スリープモードで補助電源からの給電中に主電源スイッチＳＷ１が切られた（オフ）時には、リレーＲＬ２を開いて補助電源からの給電を中止し、画像形成装置がオフ状態となるようにしている。
【００４３】
（定着装置）
次に、主電源であるＡＣ電源からの給電のみでできる動作を上回る定着動作を可能にするため、電源投入時や省エネモードからの復帰時に、補助電源からの給電も併せて行うことにより、立上げ時間をＡＣ電源からの給電のみの時よりも短縮できるようにしている。
【００４４】
図７は、定着装置の構成を説明する回路図である。図７に示すように、ＡＣ電源ライン３０から開閉素子であるパワーリレーＲＬ１を介して、ダイオードブリッジＤＢ１にＡＣ電圧が入力される。そして、このダイオードブリッジＤＢ１の出力は、入力電流センサー（ＩＬ）７０、さらにコイルＬ１とコンデンサＣ１によるローパスフィルタ部を介して、定着ヒータ３４３とスイッチング素子Ｑ１からなるヒータ回路に接続されている。なお、上記したローパスフィルタ部は、コンデンサＣ１を小さ目の容量で設定することにより、スイッチング素子Ｑ１またはＱ２のオフ時に、コイルＬ１に発生する電圧とＡＣ電源とを加算した昇圧出力を定着ヒータおよび補助電源に供給することも可能である。
【００４５】
また、上記したヒータ回路と並列に、開閉素子であるパワーリレーＲＬ２とダイオードＤ１の並列回路と、蓄電素子３７３であるキャパシタＣｐとスイッチング素子Ｑ２を直列に接続した補助電源回路が接続されている。さらに、蓄電素子３５３の電圧を検出する出力電圧検出回路（ＶＳＥＮ）３５２が接続されている。また、この出力電圧検出回路（ＶＳＥＮ）３５２には、蓄電素子３５３に電圧が充電されていることを表示する表示部（ＤＳＰ）３５４が併せて設けられている。
【００４６】
そして、定着ヒータ３４３は、図示していない定着ローラに内蔵されており、その定着ローラの外周面の温度を検出するサーミスタＴＨ１が設けられていて、ヒータ回路と補助電源回路のそれぞれのスイッチング素子の駆動回路であるＤＲＩＶ１およびＤＲＩＶ２とともに、インバータ制御回路（ＩＮＶＣ）２１に接続されている。さらに、ローパスフィルタ部の入力電圧を検出する抵抗Ｒ１とＲ２の分圧回路と入力電流センサー（ＩＬ）６０もインバータ制御回路（ＩＮＶＣ）２１に接続されている。
【００４７】
また、画像形成装置本体のエンジン制御部（ＥＣＮＴ）２２とインバータ制御回路（ＩＮＶＣ）２１とは、定着ローラの温度の設定値や定着装置での検出信号、および補助電源のオン／オフ信号などを通信することにより共有している。そして、図７中の破線で囲った回路部分は、インバータ３５を構成している。
【００４８】
そして、図８は、本実施の形態にかかる定着ヒータの全体制御を説明するフローチャートである。図８に示すように、定着装置を制御するインバータ制御回路（ＩＮＶＣ）２１は、定着ヒータ３４３の温度制御を行い（ステップＳ８１）、定着ヒータ３４３の点灯制御を行って（ステップＳ８２）、補助電源部３５１の充電制御を行い（ステップＳ８３）、画像形成装置１０本体のエンジン制御部（ＥＣＮＴ）２２との間で通信を行った後（ステップＳ８４）、上記ステップＳ８１に戻って、上記処理を繰り返し実行する。
【００４９】
例えば、図７に示すように、エンジン制御部（ＥＣＮＴ）２２からインバータ制御回路（ＩＮＶＣ）２１に定着ヒータのオン信号が出力されると、インバータ制御回路（ＩＮＶＣ）２１は、定着ヒータをＡＣ電源と補助電源のどちらで通電するかを判断し、定着ヒータ３４３への通電が行われる。
【００５０】
また、ヒータ回路および補助電源回路への通電は、各駆動回路ＤＲＩＶ１およびＤＲＩＶ２で行われ、スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）をオン（導通）することで、定着ヒータ３４３または蓄電素子３５３に通電することができる。スイッチング素子の導通比率は、各々の負荷（ここでは、ヒータとキャパシタ）へ通電する電流値に応じて制御している。
【００５１】
さらに、補助電源回路への充電制御は、ダイオードＤ１を介して行われ。補助電源回路から定着ヒータへの通電は、開閉素子であるリレーＲＬ２を閉じて、ダイオードＤ１をバイパスすることにより通電される。
【００５２】
続いて、図９は、定着ヒータの点灯制御（１）を説明するフローチャーである。この定着ヒータの点灯制御（１）は、まず、画像形成装置の起動時（電源投入時、または定着ローラの温度を低目に設定している省エネモードからの復帰時）か否かを判断し、起動時の定着ローラの温度が目標の温度（例えば１８０℃）以下であり（ステップＳ９１）、蓄電素子５３５の充電電圧がＡＣ電源のピーク電圧に近い基準電圧（例えば、１１０Ｖ）以上の場合は（ステップＳ９２）、ＡＣ電源系のパワーリレーＲＬ１を開いて、ＡＣ電源による定着ヒータへの通電をオフし（ステップＳ９３）、続いて、補助電源系のパワーリレーＲＬ２を閉じることで、補助電源から定着ヒータへ通電（Ｄｕｔｙ点灯）が行われる（ステップＳ９４）。
【００５３】
また、ここでは蓄電素子３５３にキャパシタＣｐを使用しているので、補助電源から定着ヒータに通電を行った場合は、放電によって充電電圧が低下する。このため、出力電圧検出回路（ＶＳＥＮ）３５２により充電電圧を監視し、放電が進んでＡＣ電源の電圧よりも低下した場合（具体的には、蓄電素子３５３の直流の充電電圧がＡＣ電源の定格電圧である１００Ｖ以下に低下した場合）は、補助電源系のパワーリレーＲＬ２を開くことにより、ＡＣ電源による通電に切り替えて定着ヒータへ通電（Ｄｕｔｙ点灯）すると共に（ステップＳ９５）、補助電源による定着ヒータへの通電がオフされる（ステップＳ９６）。このように、定着ヒータに通電する電源（ＡＣ電源または補助電源）の選択は、任意のタイミングで行うことができる。
【００５４】
（ＡＣ電源から定着ヒータへの通電動作）
次に、インバータ制御部（ＩＮＶＣ）２１で定着ヒータが内蔵された定着ローラの温度が所定値となるように、スイッチング素子Ｑ１の導通比率を制御するものである。具体的には、インバータ制御回路（ＩＮＶＣ）２１で、サーミスタＴＨ１によって検出された温度が、目標の値（例えば１８０℃）となるように、定着ヒータを駆動するスイッチング素子Ｑ１の駆動回路ＤＲＩＶ１にＤｕｔｙ制御されたＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）を出力している。
【００５５】
このスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作は、一定の周波数（例えば、２０ＫＨｚで周期が５０μｓ）で行っており、ヒータ入力電流検出特性を示した図１０のように、導通比率（％）と入力電流（Ａ）は、ほぼ比例している。この導通比率の値は、エンジン制御部（ＥＣＮＴ）２２にも出力されている。
【００５６】
また、上記の定着ヒータとしては、ハロゲンヒータを使っており、低温時に低インピーダンスとなるため、起動時（点灯時）に突入電流が流れるという特性がある。このため、突入電流を抑制することも含めて、入力電流センサー（ＩＬ）７０で入力電流を検出して、インバータ３５の入力電流に応じた制御を行っている。具体的には、入力電流が所定値以下となるように、定着ヒータ３４３の点灯や蓄電素子３５３の充電時に、導通比率（Ｄｕｔｙ）制御を行っている。
【００５７】
図１１は、定着ヒータのＤｕｔｙ点灯制御動作を説明するフローチャートであり、ＡＣ電源と補助電源のどちらからの通電でも同じである。図１１に示すように、定着ヒータ（定着ローラ）の温度が目標値以下（例えば、１８０℃以下）の時には（ステップＳ１１１）、定着入力電流が画像形成装置の動作モード毎に設定されている目標値以下か否かによって（ステップＳ１１２）、ＰＷＭ信号の導通比率（Ｄｕｔｙ）の増減が行われる。具体的には、定着入力電流が目標値以下の場合は、ＰＷＭ信号の導通比率（Ｄｕｔｙ）を増加させ、目標値を越えた場合は、ＰＷＭ信号の導通比率（Ｄｕｔｙ）を減少させ、また、上記ステップＳ１１１において、定着ヒータ（定着ローラ）の温度が目標値を越えた場合は、ＰＷＭ信号の導通比率（Ｄｕｔｙ）を「０」に制御する。
【００５８】
（蓄電素子への充電についての動作）
ＡＣ電源から補助電源回路への通電（充電）は、ＡＣ電源からの入力電流Ｉｔに余裕のある場合は随時行っている。但し、定着ヒータの通電の方を優先させている。ここでは、定着ヒータの目標温度と現在の温度とが所定値以上に低い場合は（例えば、２０℃）、補助電源への充電を中断して、定着ヒータへの通電に振り向けるようにしている。
【００５９】
そして、インバータ制御回路（ＩＮＶＣ）２１で、入力電流センサー（ＩＬ）７０の検出値が所定値以下の場合は、スイッチング素子Ｑ２の導通比率を制御して、ＡＣ電源から蓄電素子３５３への充電を行っている。充電電流（ＡＣ電源からの入力電流）は、前述の定着ヒータの場合と同様に導通比率に比例的に変化する。この充電電流は、全波整流波形であるため、充電は逆流防止用のダイオードＤ１を介して行っている。充電電流は、蓄電素子３５３のキャパシタＣｐが、現在持っている充電電圧よりも高い電圧がＡＣ電源から入力した時に流れる。
【００６０】
スイッチング素子Ｑ２は、両極性に通電できる素子（ここでは、ＦＥＴ：電界効果型トランジスタ）を使用しており、そのスイッチング素子Ｑ２の駆動回路であるＤＲＩＶ２からの信号で導通（オン）する。しかし、一般に知られているように、スイッチング素子としてＦＥＴを用いた場合は、ドレインとソース間に寄生ダイオードが並列に存在するため、スイッチング素子Ｑ２が非導通時にも、ＡＣ電源の電圧が蓄電素子の電圧よりも低い場合には、この寄生ダイオードを介して放電電流（逆流）が流れる。したがって、ダイオードＤ１は、充電時に発生する逆流を防止する機能も兼ねている。
【００６１】
また、出力電圧検出回路（ＶＳＥＮ）３５２では、蓄電素子３５３の充電電圧を検出しており、満充電電圧（例えば、１３０Ｖ）に達した場合は、スイッチング素子Ｑ２をオフして、充電を終了する。
【００６２】
（補助電源からヒータへの通電制御）
補助電源から定着ヒータへの通電時は、開閉素子であるパワーリレーＲＬ１をオフしてＡＣ電源からの通電を遮断し、補助電源の開閉素子であるパワーリレーＲＬ２を閉じる。さらにスイッチング素子Ｑ２の導通比率を１００％（常時オン）にしている。このように、スイッチング素子Ｑ２をオン状態にしなくても、並列に存在する寄生ダイオードによって放電することもできるが、スイッチング素子Ｑ２の導通時の抵抗（オン抵抗）は、寄生ダイオードの順方向電圧に対して充分に低い値となるので（例えば、オン抵抗による電圧降下０．２Ｖに対して寄生ダイオードでの電圧降下は０．７Ｖもある）、電圧降下による損失低減のためスイッチング素子Ｑ２を導通させて、積極的に放電するようにしている。
【００６３】
このような経路において、補助電源から定着ヒータに電圧を供給しているが、定着ヒータへの導通制御は、ＡＣ電源からの通電の場合と同様に行っている。
【００６４】
（蓄電素子について）
蓄電素子３５３であるキャパシタＣｐは、本実施の形態では、電気二重曹キャパシタを採用している。その理由は、小型の割には静電容量の大きなものを作ることができるからである。この蓄電素子３５３は、電荷の蓄積が目的であるので、他の蓄電素子（例えば、アルミ電界コンデンサ、２次電池など）であっても良い。
【００６５】
次に、ＡＣ電源から定着ヒータへの通電電流よりも、補助電源からの通電電流の方が多く流せる場合には、補助電源から定着ヒータへ通電するようにしている。これより、コピーやプリント動作中における定着温度の低下を低減するようにしている。
【００６６】
補助電源の充電電圧とＡＣ電源の電圧とを比較して、電圧の高い方から通電する。ＡＣ電源の定格電圧は事前に分かっているので、蓄電素子の充電電圧を検出し、どちらから通電するかを判定する。コピーおよびプリント動作時は、通常ＡＣ電源からヒータ回路に通電している。この時の画像形成装置の入力電流は、スイッチング素子Ｑ１の導通比率に比例する（図１０参照）。コピーおよびプリント動作時には、定着装置以外の部分での消費電流も増えるため、定着ヒータで使える割合が小さくなる。具体的には、全入力電流が１５Ａの内、定着装置での消費電流は、コピーおよびプリント動作時には、約９Ａを上限としている。コピーおよびプリント動作時以外は、１３Ａ以下となるように定着ヒータを点灯している。インバータ制御回路（ＩＮＶＣ）２１では、この電流に相当する導通比率を上限として、サーミスタＴＨ１で検出する定着ローラの温度が所定の値（具他的には１８０℃）となるように制御している。
【００６７】
このような条件で、定着ヒータの駆動をしているが、出力電圧検出回路（ＶＳＥＮ）３５２で検出した補助電源の充電電圧が、基準の電圧よりも高い場合は、補助電源からの通電に切替えている。具体的は、この電流（例えば、９Ａ）以上を流せる充電電圧（基準電圧＝１１０Ｖ以上の場合）であれば、ＡＣ電源からの通電を遮断し、補助電源から定着ヒータに通電している。補助電源から定着ヒータへの通電は、上述したように、ＡＣ電源からの通電と同様に行っている。但し、定着ヒータの入力電流抑制（コピーおよびプリント動作時の）は行っていない。
【００６８】
図１２は、入力電流検出特性を示す線図であり、横軸は、キャパシタ充電電圧（Ｖ）、縦軸は、定着ヒータ電流（Ａ）を表している。このように、補助電源から定着ヒータへ通電することにより流れる電流は、充電電圧に比例していることがわかる。例えば、充電電圧をＡＣ電源のピーク電圧に充電した時には、充電電圧は１４０Ｖとなり定着ヒータには１８Ａを流すことができる。これは、通常の充電電圧が１００Ｖで、定着ヒータには１３Ａを流すことができることと比べると、約４０％電流を多く流すことができる。
【００６９】
図１３は、定着ヒータの点灯制御（２）を説明するフローチャーである。この定着ヒータの点灯制御（２）では、まず、画像形成装置の起動時（電源投入時、または定着ローラの温度を低目に設定している省エネモードからの復帰時）か否かを判断し、起動時の定着ローラの温度が目標の温度（例えば１８０℃）以下である場合は（ステップＳ１２１）、蓄電素子の充電電圧を補正する（ステップＳ１２２）。すなわち、抑制がない場合は、そのままの値とし、コピーおよびプリント動作時の９Ａに抑制している時は、充電電圧の検出値を１／０．７倍した値とする。
【００７０】
そして、充電電圧が基準電圧（１１０Ｖ）以下か否かを判定する（ステップＳ１２３）。これは、補助電源からの通電は、定着電流を抑制する必要が無いからである。ここで、充電電圧が基準電圧（１１０Ｖ）以下の場合は、補助電源をオフした後（ステップＳ１２４）、定着電流の上限抑制があるか否かを判定して（ステップＳ１２５）、上限抑制がある場合は、定着入力電流の目標（抑制値）を設定し（ステップＳ１２６）、ＡＣ電源による通電に切り替えて定着ヒータへ通電（Ｄｕｔｙ点灯）する（ステップＳ１２７）。
【００７１】
また、上記ステップＳ１２５において、定着電流の上限抑制が無い場合は、ＡＣ電源による通電に切り替えて定着ヒータへ通電（ＭＡＸ点灯）する（ステップＳ１２８）。
【００７２】
さらに、上記ステップＳ１２３において、充電電圧が基準電圧（１１０Ｖ）を越えている場合は、リレーＲＬ１をオフし、リレーＲＬ２をオンし、スイッチング素子Ｑ２をオンすることで補助電源をオンする（ステップＳ１２９）。そして、補助電源による通電に切り替えて定着ヒータへ通電（ＭＡＸ点灯）する（ステップＳ１３０）。
【００７３】
また、上記ステップＳ１２１において、起動時の定着ローラの温度が目標の温度（例えば１８０℃）を越えている場合は、定着ヒータをオフし（ステップＳ１３１）、補助電源をオフする（ステップＳ１３２）。
【００７４】
なお、充電電圧の判定は、ＡＣ電源からの通電電流の上限を抑制している比率に応じて補正した充電電圧の値との比較で行っている。具体的には、コピーおよびプリント動作時の９Ａに抑制している時は、充電電圧の検出値を１／０．７倍した値と、基準電圧（１１０Ｖ）と比較している。これは、補助電源からの通電は、定着電流を抑制する必要が無いからである。
【００７５】
このように、画像形成装置の消費電力に余裕のある時には、いつでも蓄電素子に充電できるように構成を提供することを目的とする。これより、定着ヒータの立上げを早めたい時には、いつでも補助電源から定着ヒータに通電が行えるようしている。
【００７６】
画像形成装置への入力電流は、装置内の動作させる部位により推定できるので、定着装置の入力電流（ヒータ回路と補助電源への）を検出することで、蓄電素子３５３の充電電流を制御することができる。これにより、画像形成装置の待機状態の他、コピーおよびプリント動作中でも入力電流に余裕のある場合（例えば、定着ローラの温度が目標温度に達しており、定着ヒータに通電しなくても良い場合など、画像形成装置への入力電流が定格電流以下の時）には、その余裕に応じて補助電源の蓄電素子３５３に充電する。
【００７７】
図１４は、充電制御の動作を説明するフローチャートである。図１４に示すように、まず、充電するか否かを判断する（ステップＳ１４１）、ここで補助電源から定着ヒータへの通電中には、充電しないを選択するようになっている（ステップＳ１４６）。
【００７８】
次に、充電する場合は、画像形成装置の動作状態に応じて充電電流の上限を設定している。これは、動作状態に応じて設定してある充電係数を選択し、基準の充電電流を補正して上限値を設定している。この値はヒータ回路と補助電源への入力電流の合計である。例えば、画像形成装置の待機時の充電電流を基準にしてあり、上限１３Ａとしている。これに対しコピーおよびプリント動作時の７Ａ（係数０．５）に設定してある（ステップＳ１４２）。
【００７９】
そして、充電電流が上限以下であれば（ステップＳ１４３）、この充電電流を上限として、蓄電素子に接続したスイッチング素子Ｑ２のＤｕｔｙ通電制御により充電が行われる（ステップＳ１４４）。
【００８０】
また、充電電流が上限を越えている場合は（ステップＳ１４３）、充電完了となる（ステップＳ１４５）。
【００８１】
図１５は、図１４の充電Ｄｕｔｙ通電制御の動作を説明するフローチャートである。図１５に示すように、定着装置の入力電流が上記で設定した充電上限電流以下であれば（ステップＳ１５２）、充電のスイッチング素子Ｑ２の導通比率（Ｄｕｔｙ）をアップする（ステップＳ１５３）。また、充電電流上限を超えていれば（ステップＳ１５２）、充電のスイッチング素子Ｑ２の導通比率（Ｄｕｔｙ）をダウンする（ステップＳ１５４）。
【００８２】
図１６は、出力電圧検出回路（ＶＳＥＮ）と表示部（ＤＳＰ）の具体的な回路構成図である。図１６に示す抵抗Ｒａおよび抵抗Ｒｂによって充電電圧を分圧し、これを検出信号として図７のインバータ制御回路（ＩＮＶＣ）２１に入力されている。また、これら抵抗Ｒａ、Ｒｂと直列に接続された発光ダイオードＬＥＤによって充電電圧があることを表示している。
【００８３】
なお、スイッチング素子Ｑ２のオンオフの影響をできるだけ少なくするため、スイッチング素子Ｑのコレクタ電圧を合せて検出するようにしても良い。
【００８４】
また、図７に示すように、蓄電素子（Ｃｐ）３５３の電圧を検出する出力電圧検出回路（ＶＳＥＮ）３５２が蓄電素子（Ｃｐ）３５３に並列に接続されていて、この回路には蓄電素子に電圧が充電されていることを表示する表示部（ＤＳＰ）３５４を合せて持っていることから、図１６のように構成されている。抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂ、および、発光ダイオードＬＥＤの直列回路であり、蓄電素子（Ｃｐ）３５３の充電電圧が両端に印加される。抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとは、電圧分圧と発光ダイオードＬＥＤの電流制限を行う両方の機能を持っている。
【００８５】
なお、図１６では、蓄電素子（Ｃｐ）３５３の両端に電圧検出回路３５２と表示部３５４とを設けたが、蓄電素子（Ｃｐ）３５３とスイッチング素子Ｑ２の直列回路の両端に接続するようにしても良い。
【００８６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、補助電源に充電した電圧を使って定着ヒータと直流電源の両方の入力に供給できるようにしたため、定着ヒータの通電に使った電荷の残りを、直流電源の通電にも使用することができ、定着装置の立ち上がり時間を短縮しつつ、充電電荷の利用率を向上することができる。
【００８７】
また、本実施の形態によれば、画像形成装置の待機時に直流電源（ＰＳＵ）の電源としてＡＣ電源と補助電源を選択できるようにしたため、画像形成装置の動作時に定着ヒータの通電に使った電荷の残りを、スリープモードのような待機時の直流電源の通電に使うことができ、待機時における消費電力を低減することができる。
【００８８】
さらに、本実施の形態によれば、直流電源（ＰＳＵ）の電源としてＡＣ電源と補助電源を選択できるようにし、直流電源の入力に、ＡＣ電源または補助電源から供給される電圧を保持する手段として、例えば、コンデンサを設けたため、直流電源の電源を切替え時に、両方の電源間での電圧引き込みなどの干渉を無くし、切替え時における直流電源の出力電圧の瞬断を防ぐことができる。
【００８９】
また、本実施の形態によれば、主電源スイッチＳＷ１がオフになった時に、補助電源から直流電源への給電を遮断する手段を設けたため、ＡＣ電源を使わずに動作している状態でも、主電源スイッチで画像系装置がオフできるので、操作性が向上する。
【００９０】
また、本実施の形態によれば、入力電流に余裕がある場合は、蓄電素子に充電するようにし、充電した状態で放置するため、ＡＣ電源がオフの状態であっても表示することができる。
【００９１】
また、本実施の形態によれば、画像形成装置に電源が入ってない場合でも、補助電源の蓄電素子に電圧が充電されている場合には、それを表示することができ、簡単な構成で感電の危険を防止することができる。
【００９２】
なお、上記実施の形態では、定着装置への入力電流を検出するようにしたが、定着装置を含む画像形成装置全体の入力電流を検出し、その電流が定格値以下の場合に充電を行うようにしても良く、上記と同様の効果が得られる。
【００９３】
また、上記の実施の形態では、補助電源に蓄電素子を有する定着装置で、蓄電素子に電圧が充電されていることを表示する表示部を設けることにより、定着装置のメンテナンスをする人に注意を促して、危険を防止するようにしても良い。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる発明によれば、交流電源を入力して直流電圧を生成する直流電源と、交流電源を入力して定着ヒータに通電するインバータとが並列に接続され、交流電源を入力して充電を行う補助電源が設けられた画像形成装置であって、補助電源に充電された電圧を定着ヒータと直流電源の両方の入力に供給できるようにしたので、定着ヒータの通電に使った電荷の残りを、直流電源の通電に使うことが可能となり、定着装置の立ち上がり時間を短縮すると共に、充電電荷の利用率を向上させることができる。
【００９５】
また、請求項２にかかる発明によれば、画像形成動作が行われていない待機時における直流電源の電源として、補助電源と交流電源とが選択できるようにしたので、画像形成装置の動作時に定着ヒータの通電に使った電荷の残りを、待機時（特にスリープモード）における直流電源の通電に使うことが可能となり、待機時の消費電力を低減することができる。
【００９６】
また、請求項３にかかる発明によれば、直流電源の電源として、交流電源と補助電源とが選択できるようにし、直流電源の入力に、交流電源または直流電源から供給される電圧を保持する電圧保持手段を設けたので、直流電源の電源を切り替える時に、両方の電源間での電圧引き込みなどの干渉を無くすことができる。また、切り替え時における直流電源の出力電圧の瞬断を防止することができる。
【００９７】
また、請求項４にかかる発明によれば、主電源の供給をオン／オフする主電源スイッチをオフした時に、補助電源から直流電源への給電を遮断する給電遮断手段が設けられているので、交流電源を使わずに動作している状態であっても、主電源スイッチにて画像系装置をオフすることが可能となり、操作性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる画像形成装置の外観図である。
【図２】図１に示す画像形成装置の制御系のブロック図である。
【図３】本実施の形態にかかる画像形成装置の電源系の全体回路図である。
【図４】本実施の形態にかかる画像形成装置のスリープモードにおける動作を説明する電源系の回路図である。
【図５】スリープ電源切替信号によりリレーＲＬ２と直流電源の内部リレーとを切り替える動作フローを示す図である。
【図６】各種動作モードにおける消費電力の違いを示す線図である。
【図７】定着装置の構成を説明する回路図である。
【図８】本実施の形態にかかる定着ヒータの全体制御を説明するフローチャートである。
【図９】定着ヒータの点灯制御（１）を説明するフローチャーである。
【図１０】ヒータ入力電流検出特性を示した図である。
【図１１】定着ヒータのＤｕｔｙ点灯制御動作を説明するフローチャートである。
【図１２】入力電流検出特性を示す線図である。
【図１３】定着ヒータの点灯制御（２）を説明するフローチャーである。
【図１４】充電制御の動作を説明するフローチャートである。
【図１５】図１４の充電Ｄｕｔｙ通電制御の動作を説明するフローチャートである。
【図１６】出力電圧検出回路（ＶＳＥＮ）と表示部（ＤＳＰ）の具体的な回路構成図である。
【符号の説明】
１０  画像形成装置
１１  自動原稿送り装置（ＡＤＦ）
１２  操作表示部
１３  スキャナ
１４  プリンタ
１５  給紙バンク
１６  フィニッシャ
１７  中継ユニット
２０  直流電源（ＰＳＵ）
２１  インバータ制御回路（ＩＮＶＣ）
２２  エンジン制御部
２３  作像エンジン（ＰＲＴ）
３０  ＡＣ電源ライン
３１  サーキットブレーカ（ＣＢ）
３２  サージ吸収素子（ＡＲ）
３３  ノイズフィルター（ＮＦ）
３４  作像エンジン（ＰＲＴ）
３５  インバータ
７０  入力電流センサー（ＩＬ）
２０１  スイッチング制御部
３４１  省エネ負荷
３４２  パワー負荷
３４３  定着ヒータ
３５１  補助電源部
３５２  出力電圧検出回路（ＶＳＥＮ）
３５３  蓄電素子
３５４  表示部（ＤＳＰ）
ＳＷ１  主電源スイッチ
ＳＷ１ａ  第３の接点
【図１】
2004294554.tif 000003
【図２】
2004294554.tif 000004
【図３】
2004294554.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2004294554.tif 000008
【図７】
2004294554.tif 000009
【図８】
2004294554.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2004294554.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2004294554.tif 000014
【図１３】
2004294554.tif 000015
【図１４】
2004294554.tif 000016
【図１５】
2004294554.tif 000017
【図１６】
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