(57)【要約】【課題】  本発明は、電力供給の効率が高く、電力供給側のコストを抑えることができる電源システムを提供する。【解決手段】  本発明の電源システムは、定常的な電力の供給を行う主電源（１４）と、補助的な電力の供給を行う補助電源装置を有し互いに電力供給ライン（１２−１〜１２−ｎ）で接続される複数の補助電源サーバ（１０−１〜１０−ｎ）と、該各補助電源サーバ及び主電源と電力供給ラインでそれぞれ接続され、主電源と補助電源サーバからの電力の供給を受ける少なくとも１つの端末装置（１１−１〜１１−ｎ）とを有して構築している。そして、本発明の電源システムは、各補助電源サーバを接続する電力供給ラインに、電力供給の透過又は遮断を行うゲート（１３−１〜１３−ｎ）を設けたことに特徴がある。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定常的な電力の供給を行う主電源と、補助的な電力の供給を行う補助電源装置を有し互いに電力供給ラインで接続される複数の補助電源サーバと、該各補助電源サーバ及び前記主電源と電力供給ラインでそれぞれ接続され、前記主電源と前記補助電源装置からの電力の供給を受ける少なくとも１つの端末装置とを有して構築する電源システムであって、
前記各補助電源サーバを接続する前記電力供給ラインに、電力供給の透過又は遮断を行うゲートを設けたことを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記端末装置から電力供給要求を要請された前記補助電源サーバが電力供給の可能又は不可能に応じて電力供給の透過又は遮断を行うように前記ゲートを制御することを特徴とする請求項１記載の電源システム。
【請求項３】
電力供給要求を要請する前記補助電源サーバの数を計数する計数手段を設け、該計数手段によって計数した前記補助電源サーバの数が規定値より大きい場合前記端末装置からの電力供給要求の要請を制限することを特徴とする請求項１記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源システムに関し、詳細には電気エネルギーを充電する補助電源装置を備えた複数の補助電源サーバ及び複数の端末装置により構築される電源システムにおける補助電力供給の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ＦＡＸ等は、普通紙やＯＨＰ等の記録媒体上に画像を形成する工程を有している。様々な画像記録方式が実現されているが、その中でも高速性、画像品質、コストなどから上記の機器に広く採用されているのが電子写真方式である。この電子写真方式では、紙やＯＨＰ等の記録媒体上に未定着トナー像を形成し、熱と圧力で固定する定着工程がある。定着方式としては、高速性、安全性等の面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定着ローラと、これに対向配置される加圧ローラを圧接してニップ部と呼ばれる相互圧接部を形成し、両ローラ間にシートを通過させて加熱する方式である。その定着ローラは鉄やアルミなどの金属ローラを主に使用しており熱容量が大きい。このため、使用可能温度である約１８０℃前後まで昇温するには数分から十数分の長い立ち上げ時間が必要であるという欠点がある。
【０００３】
そこで、上記複写機などの機器では使用者がプリントを行わない待機時にも、定着ローラに電力を供給し、温度を使用可能温度よりやや低い予熱温度に保っている。これにより、定着ローラがすぐに使用可能温度まで立ち上がるため、使用者が定着ローラの昇温を待つことがない。しかし、機器を使用していないときにも画像形成には直接必要のない、いわば余分な電力が待機時に消費されていることになる。そして、この待機時消費エネルギーは機器の消費エネルギーの約７〜８割に上るという調査結果もある。
【０００４】
近年、環境保護意識の高まりから各国で省エネ規制が制定されている。国内では省エネ法が改正されて強化され、米国でもエナジースターやＺＥＳＭ（Zero Energy Star Mode）などの省エネプログラムが制定されている。これらの規制やプログラムに対応するべく省電力化を図る際には、待機時消費エネルギーを削減すると省エネ効果が大きい。このため、複写機未使用時の待機時電力供給をゼロにすることが望ましい。
【０００５】
しかし、従来の定着器構成のままで待機時の電力をゼロにすると、再立ち上げ時には定着ローラの昇温時間が数分かかってしまい、待ち時間が長く使用者の使い勝手が悪化してしまう。このため、速やかに定着ローラ温度を上昇させる構成が、省エネの複写機を実現する上で必要とされ、例えば上記ＺＥＳＭでは再立ち上げには１０秒以下が要求されている。
【０００６】
そこで、定着ローラの昇温時間を短くするためには、単位時間の投入エネルギーすなわち定格電力を大きくすると良い。実際に、プリント速度の速い高速機には電源電圧を２００Ｖにして対応しているものもある。しかし、日本国内の一般的なオフィスでは、電源は１００Ｖ１５Ａが一般的で１５００Ｗが上限であり、２００Ｖに対応させるには設置場所の電源関連に特別な工事を施す必要があり一般的な解決法とはいえない。また、１００Ｖ１５Ａを２系統用いて全投入電力を上げる製品も実用化されているが、２系統のコンセントが近くにあるところでないと設置することができない。このため、これまでは定着ローラを短時間で昇温させようとしても、投入エネルギーの上限は上げられないのが実状であった。
【０００７】
そこで、最大供給電力を増やすことで省エネを実現するために、補助電源を用いて上記課題を解決する構成が提案されている。充電可能な補助電源としては、鉛蓄電池及びカドニカ電池が代表的なものである。しかし、二次電池は充放電を繰り返すと電池が劣化して容量が低下していき、大電流で放電するほど寿命が短くなるという性質を持つ。一般的に大電流で長寿命とされているカドニカ電池でも、充放電の繰り返し回数は約５００〜１０００回程度であり、一日に２０回の充放電を繰り返すと一ヶ月程度で電池の寿命が来てしまうことになる。これでは電池交換の手間がかかるとともに、電池代などのランニングコストも非常に高くつくことになってしまう。更に、充電時間も大容量をフルに充電するには数時間を要するため一日に何度も充放電を繰り返す用途には使用できず、実用上は実現が困難であった。
【０００８】
このように、二次電池では実用的な補助電源を実現できないため、特許文献１において、電気二重層キャパシタなどの大容量コンデンサ（キャパシタ）を補助電源として用いた技術が提案され、この大容量コンデンサにより充放電の繰り返し回数が数万回以上でほぼ無制限であり、充電特性の劣化がほとんどなく定期的なメンテナンスが不要となる。また、充電時間が二次電池であるバッテリーで数時間を要するのに対して数十秒から数分程度にすることが可能である。更に、電気二重層キャパシタでは数十から数百アンペアの大電流を流すことが可能であるため、短時間での電力供給が可能である。
【０００９】
よって、特許文献１によれば、大容量キャパシタを補助電源として用い、定着器が立ち上がる数秒から数十秒の短時間に商用電源の電力の限界を超える電力を供給することができ、立ち上げ時間の短い定着器を信頼性と耐久性が高く実現することが可能である。そして、上記補助電源を用いた定着器を搭載することにより、省エネルギーかつ立ち上げ時間の非常に短い画像形成装置を提供することができる。
【００１０】
また、短時間昇温を促進するには、投入電力を大きくする方法と、加熱装置の熱容量を小さくする方法がある。そのため、上記従来技術に熱容量の小さい薄肉定着ローラを使用することで、より短時間な昇温が可能であると考えられる。
【００１１】
更に、１分間の通紙枚数が６０枚を越えるような高速機の場合、定着ローラの熱量が記録部材から大量に奪われるため、熱容量の小さい薄肉定着ローラの表面温度は、立ち上げ直後の連続通紙により、直ぐに必要定着温度以下にまで落ち込んでしまうため、高速機には薄肉定着ローラを使用できないという課題があったが、補助電源の電力を立ち上げ時だけではなく、通紙による温度落込み時に投入することでこの問題を解決することができ、高速機における大幅な立ち上げ時間の短縮及び省エネが可能となる。
【特許文献１】特開２０００−３１５５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１で用いる大容量キャパシタのコストは非常に高く、よって装置が高価格なものになる。また、大型な大容量キャパシタを搭載することにより、装置自体が大型化するという問題点がある。
【００１３】
一方、通常電気機器の電源は、一般に発電所から来る商用電源で賄われている。また、商用電源を得られない個所では、電池や発電機を用いている。電気機器において消費電力量が大きく、１箇所から得られる商用電力ラインでは賄いきれない場合には、電力の取り込み口を２箇所以上に分けることが行われている。最近では、一般商用電源に補助電源を組み合わせることで、機器の立ち上げや運転の最適化を行おうと試みられてきている。
【００１４】
このように、補助電源を用いることで、一般商用電源で賄えない個所や、電力の補助を施すことが考えられる。補助電源を有することで、従来の商用電源のみを用いるより機器の立ち上げを高速に行うことができる。また、補助電源サーバを複数設置することで、最寄りの補助電源サーバが供給できない状況でも、他の補助電源サーバから供給が可能となる。そこで、補助電源サーバ及びクライアント機器を一連のバス型の電源ラインを形成し接続することで、クライアント機器側から見れば、複数の補助電源サーバが存在することができ、補助電源サーバからの電力の利用効率を高めることができる。
【００１５】
ところが、補助電源サーバからクライアント機器へ電力の供給をする際に２つ以上の補助電源サーバより同時に電力供給をすると、電位差が生じ電圧の低い補助電力サーバへ電流が急激に流入し、クライアントへの供給不足及び補助電力サーバの装置を破壊する危険性がある。また、補助電源サーバが交流送電の場合には、補助電源サーバから同時に供給を行うと電力の位相が異なるので、そのまま同時に流すことはできず、電力の位相を合わせる必要がある。
【００１６】
このような課題を解決するために、補助電源サーバからの電圧を一定にする定電圧回路、電流が逆流しないようにするための整流回路の設置を行う方法がある。しかし、定電圧回路を用いる場合、出力電圧を一定にする制御を行うために、回路内で電力の消費が行われるので、補助電源サーバからの電力がクライアント機器へ届くまでにいくらかの電力が落ちてしまう。電流の逆流を防止する整流回路に関しては、整流用のダイオードの部分で電圧降下及び熱発生によりいくらか電力が消費され、クライアント機器へ届くまでにいくらかの電力が落ちてしまう。
【００１７】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、電力供給の効率が高く、電力供給側のコストを抑えることができる電源システム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】
【００１８】
前記問題点を解決するために、本発明の電源システムは、定常的な電力の供給を行う主電源と、補助的な電力の供給を行う補助電源装置を有し互いに電力供給ラインで接続される複数の補助電源サーバと、該各補助電源サーバ及び主電源と電力供給ラインでそれぞれ接続され、主電源と補助電源サーバからの電力の供給を受ける少なくとも１つの端末装置とを有して構築している。そして、本発明の電源システムは、各補助電源サーバを接続する電力供給ラインに、電力供給の透過又は遮断を行うゲートを設けたことに特徴がある。よって、同時に２つの補助電源サーバからの電力供給が無いので異なるタイプの補助電源サーバをバス上に配置でき、最寄りの補助電源サーバから電力供給できなくても他の補助電源サーバから電力供給ができるので電力供給の効率が高く、また複数の補助電源サーバによる干渉を防ぐための安全装置や保護回路が必要としないので電力供給側のコストを抑えることができる。
【００１９】
また、端末装置から電力供給要求を要請された補助電源サーバが電力供給の可能又は不可能に応じて電力供給の透過又は遮断を行うようにゲートを制御する。よって、電力効率が高く、電力供給側のコストを抑えることができる。
【００２０】
更に、電力供給要求を要請する補助電源サーバの数を計数する計数手段を設け、該計数手段によって計数した補助電源サーバの数が規定値より大きい場合端末装置からの電力供給要求の要請を制限する。よって、遠距離の送電を抑制し、電力の損失を抑えることができると共に、遠距離の送電で起こりやすくなる他の補助電源サーバが利用できない状況を軽減できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の電源システムによれば、各補助電源サーバを接続する電力供給ラインに電力供給の透過又は遮断を行うゲートを設けたことにより、補助電源サーバからの補助電力の供給を効率的に供給可能な電源システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１〜図３は本発明の一実施の形態に係る電源システムにおける電力供給の概要を示す概略図である。各図において、本発明の第１の実施の形態の電源システムでは、複数の補助電源サーバ１０−１〜１０−ｎ（ｎは正の整数）が端末装置１１−１〜１１−ｎ（ｎは正の整数）の補助電源として共用している。また、補助電源サーバ１０−１〜１０−ｎと複数の端末装置１１−１〜１１−ｎの間の制御ラインは、例えばネットワークを介してそれぞれバス型に接続されている。なお、ツリー型に接続してもよい。更に、補助電源サーバ１０−１と次段の補助電源サーバ１０−２の間の補助電源供給ライン１２−１、また補助電源サーバ１０−２と次段の補助電源サーバ（図示せず）の間の補助電源供給ライン１２−２には、ゲート１３−２がそれぞれ接続されているように、各補助電源供給サーバの間の補助電源供給ラインにはゲート１３−１〜１３−ｎ（ｎは正の整数）がそれぞれ接続されている。また、補助電源サーバ１０−１〜１０−ｎや端末装置１１−１〜１１−ｎには、それぞれ一般商用電源１４が主電源供給ライン１５を介して接続されている。更に、補助電源サーバ１０−１〜１０−ｎとゲート１３−１〜１３−ｎの間にはゲート制御ライン１６−１〜１６−ｎ（ｎは正の整数）がそれぞれバス型に接続されている。
【００２３】
ここで、図４は本発明の電源システムにおける補助電源サーバの構成を示すブロック図である。同図において、図１〜図３と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す補助電源サーバ１０は、ＣＰＵ１０１と、ＣＰＵ１０１が実行する制御プログラムやその他のデータを格納するＲＯＭ１０２と、処理する画像データや実行プログラム等を展開する作業メモリであるＲＡＭ１０３と、イーサネット（登録商標）、電話回線、無線等のネットワークを介して端末装置やゲートとのデータや制御信号の送受信を行うインタフェース部１０４と、電力供給可能な補助電源サーバの数をカウントするカウンタ１０５と、カウントした電力供給可能な補助電源サーバの数が規定値を超えているか否かによって補助電力供給を許可するかを判定する判定手段１０６と、補助電源１０７における一般商業電源１６からの電力供給による充電と補助電源供給ライン１３への補助電力の供給を制御する補助電源制御手段１０８と、判定手段１０６による判定結果に応じて図１〜図３のゲート１３−１〜１３−ｎのＯＮ／ＯＦＦを制御するゲート制御信号を出力するゲート制御手段１０９とを含んで構成され、各構成手段は内部バス１１０を介してそれぞれ接続されている。
【００２４】
また、図１〜図３のゲート１３−１〜１３−ｎは、図５に示すように、コントローラ１７と、補助電源供給ライン１２−１〜１２−ｎのスイッチ１８を含んで構成されている。なお、スイッチ１８は、機械的に行うタイプでも電気的に行うタイプでもどちらでもかまわない。電流が多くなればスイッチのＯＮ／ＯＦＦ時にスパークし易いので電気的に行うタイプの方が好ましい。コントローラ１７は、ゲート制御ライン１６−１〜１６−ｎにより補助電源サーバから来る透過／遮断の情報を受け取り、当該情報に基づいてスイッチ１８のＯＮ／ＯＦＦを制御する。詳細には、コントローラ１７内には、予めＩＤ番号が付与されており、補助電源サーバのゲート制御手段１０９からのＩＤ番号と一致すれば、後に続くスイッチの透過／遮断の情報により、コントローラ１７はゲート内部のスイッチ１８のＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、ゲート制御ライン１６−１〜１６−ｎには、電力が付加されており、ゲート内のコントローラ１７及びスイッチ１８の動作の電力に使われる。
【００２５】
このような構成を有する本実施の形態の電源システムによれば、ある任意の端末機器、例えば図１に示すように端末装置１１−１から、ある任意の補助電源サーバ、例えば補助電源サーバ１０−１へ電力の供給を要求した場合、電力供給の要求を受けた補助電源サーバ１０−１のＣＰＵ１０１は、上述したように、電力供給の要求を出した端末機器１１−１の供給量と補助電源サーバ１０−１のプロパティに基づいて電力を供給できるか否かを判断し、補助電源サーバ１０−１が電力供給可能である状態であるならば電力供給の遮断命令をゲート１３−１に出して、ゲート１３−１におけるコントローラ１７によってスイッチ１８がＯＦＦとし、補助電源サーバ１０−１から端末装置１１−１へ電力の供給を開始する。
【００２６】
しかし、補助電源サーバ１０−１自体の電源の容量が少ない、もしくは端末機器１１−１への供給量が多く要求を受けた補助電源サーバ１０−１だけでは容量不足、もしくは補助電源サーバ１０−１が電力を供給できない状況にある場合には、補助電源サーバ１０−１のＣＰＵ１０１は、図２に示すように、他の補助電源サーバ、例えば補助電源サーバ１０−１の隣の補助電源サーバ１０−２へ電力供給の要求を出す。そして、補助電源サーバ１０−２のプロパティに基づいて補助電源サーバ１０−２のＣＰＵ１０１の判断により補助電源サーバ１０−２で電力供給ができる状況であれば、電力供給の透過命令をゲート１３−１に出して、ゲート１３−１におけるコントローラ１７によってスイッチ１８がＯＮとなって補助電源サーバ１０−２から要求してきた端末機器１１−１へ電力の供給を開始する。その後、端末機器１１−１から電力の供給停止要求が発生したら、補助電源サーバ１０−２は電力の供給を停止する。
【００２７】
また、補助電源サーバ１０−２へ電力供給の要請を行い、補助電源サーバ１０−２自体の供給不足及び機器の停止並びに補助電源サーバ１０−２のＣＰＵ１０１からの応答が無い場合には、図３に示すように、さらに別の補助電源サーバ１０−３〜１０−ｎへ問いかけを行う。このように、補助電源サーバ１０−１が停止状態で補助電源サーバ１０−２へ要求し、補助電源サーバ１０−２が停止状態なら、他の補助電源サーバ１０−３〜１０−ｎへ電力供給要求を行う。このような操作を繰り返すことにより、供給できる補助電源サーバが増やして供給ができない状況を少なくできる。
【００２８】
ここで、補助電源サーバ１０−２が停止状態で他の補助電源サーバ１０−３〜１０−ｎへ電力供給要求を行う際に、他の補助電源サーバに制限なく電力供給要求を容認していると、補助電源サーバ−端末装置間の距離が長くなり、電力供給ラインで損失する割合が多くなり効率が悪くなる。また、電力供給対象となっている補助電源サーバ−端末装置間に接続されている他の補助電源サーバが、電力供給可能になっても、先に実施している補助電源サーバ−クライアント間の供給が停止するまで供給ができない状況になる。そこで、電力供給の要求を出すにあたって該要求を出す箇所の制限を設ける必要がある。この制限ついての動作について当該動作を示すフローチャートである図６に従って以下に説明する。先ず、端末装置から補助電源サーバへ電力供給要求の要請があると、電力供給要求の要請があった補助電源サーバの数をカウントする（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。その後、要請があった補助電源サーバが電力供給に可能であれば、対応するゲートを透過状態にして電力供給を行う（ステップＳ１０３；ＹＥＳ、ステップＳ１０４）。一方、ステップＳ１０３で要請があった補助電源サーバが電力供給に可能でなければ、要請があった補助電源サーバの数が規定値内か否かを判定する（ステップＳ１０３；ＮＯ、ステップＳ１０５）。要請があった補助電源サーバの数が規定値より多くなると、電力供給要求の要請を停止させる（ステップＳ１０５；ＮＯ、ステップＳ１０６）。一方、要請があった補助電源サーバの数が規定値内であれば、隣接の補助電源サーバに電力供給要求を要請してステップＳ１０２に戻って制限処理を続ける（ステップＳ１０５；ＹＥＳ、ステップＳ１０７）。このように、ある端末装置から電力要求で電力要求の要請を行った補助電源サーバの数をカウントし、ある規定値以上になると補助電源サーバへの電力要求を停止し、必要以上に跨いだゲート及び補助電源サーバからの電力の要求は行わないようにする。すなわち、補助電源サーバの供給停止により他の電源供給が可能な補助電源サーバを検索し、供給依頼を出すにあたって電力供給要求を要請する箇所の制限を設けている。このような処理を行うことにより、供給できる補助電源サーバが増えても電力供給ができない状況を少なくできる。
【００２９】
なお、本実施の形態の電源システムの補助電源サーバでは、高速の立ち上げが可能な画像形成装置を補助電力サーバとして利用ができる。例えば高速立上ができる画像形成装置にあるキャパシタの補助電池を補助電力源とし、補助電力のコントローラを内部に設置することで、本実施の形態の電源システムの補助電源サーバとして利用できる。図７に示すように、従来の高速立上の画像形成装置の構成は、補助電源のインタフェース１９を除く構成になっていて、キャパシタ２０より補助電力用ヒータ２１へ電力を供給することで、画像形成装置にある定着装置の定着ドラムを急速に過熱することができる。本発明では、補助電源付の画像形成装置にあるキャパシタ２０から補助電力の電力線を分岐して補助電源のインタフェース１９へ接続する。補助電源のインタフェース１９は画像形成装置の外装に設置され、補助電源線のケーブルとの接続に用いる。画像形成装置のコントローラ２２には、外部に補助電源を供給するプログラムを設置し、クライアントとの通信を行うための通信線２３を補助電源のインタフェース１９との間に接続をする。画像形成装置のコントローラ２２は、外部の端末装置及び他の補助電源サーバとの通信を行い、補助電力を要請された端末装置へ適切に補助電力供給する制御を行う。
【００３０】
なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電源システムのシステム構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態の電源システムのシステム構成を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施の形態の電源システムのシステム構成を示す概略図である。
【図４】本発明の電源システムにおける補助電源サーバの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の電源システムにおけるゲートの構成を示す概略図である。
【図６】本実施の形態の電源システムにおける補助電源サーバへ端末装置から電力供給の要求があった場合の制限動作を示すフローチャートである。
【図７】画像形成装置を補助電源サーバとして利用した場合の画像形成装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０，１０−１〜１０−ｎ；補助電源サーバ、
１１−１〜１１−ｎ；端末装置、
１２−１〜１２−ｎ；補助電源供給ライン、
１３−１〜１３−ｎ；ゲート、
１４；一般商用電源、１５；主電源供給ライン、
１６−１〜１６−ｎ；ゲート制御ライン、
１７；コントローラ、１８；スイッチ、
１０１；ＣＰＵ、１０２；ＲＯＭ、１０３；ＲＡＭ、
１０４；インタフェース部、１０５；カウンタ、
１０６；判定手段、１０７；補助電源、
１０８；補助電源制御手段、１０９；ゲート制御手段、
１１０；内部バス。
【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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