JP2007228761A - 電源装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部電力を用いる定電圧出力の第１電源３０、および、蓄電装置３７の電力を出力する第２電源２６を備え、第１，第２電源出力を並列に接続し、両方を同時に負荷３５に供給する電源装置において、第２電源が過大なピーク電流を出力するのを防止し、第２電源の動作の安定性を高くする。
【解決手段】 動的な負荷変動の電流増加分は、第１電源３０が負担する。１態様では、電源装置は、第１電源の出力電流を上限指示値ＭＣＤ以下に制限しこれによる負荷電流の不足分を第２電源に負担させるが、動的な負荷変動による電流増加分は、第２電源の負担から第１電源の負担に振替えるための、第２電源の出力を制御する制御信号を発生する、信号発生手段３３，６４，４６を備え、第２電源は、前記制御信号に応答して静的な負荷電流を出力するＤＣ／ＤＣレギュレータ４０を含む。
【選択図】 図５

Description

本発明は、定常時に外部から供給される電力を用いる電源に加えて、蓄電装置およびその電力を入力源に用いる電源回路を含む補助電源、を備える電源装置に関し、特にこれに限定する意図ではないが機器全体で動作に大きな電力が必要な時に、蓄電装置に貯めた電力をＤＣ負荷に供給し、機器のＡＣ電力が、電源の供給可能な電力を越えないようにする商用ＡＣ電力消費の平準化が可能な電源装置に関する。本発明は例えば、外部から給電の途絶時のバックアップ給電、外部電力容量以上の高負荷給電又は外部電力消費の平準化を行う電源装置ならびにプリンタ、複写機およびファクシミリ装置に適用できる。

−先願の情報−
本願発明者の一人は、上記電源装置およびそれを装備した画像形成装置を、特願２００５−３３５８８９号（出願日２００５年１１月２１日）にて提示した。該電源装置は、外部から供給される電力を入力源に用いる定電圧出力の第１電源，蓄電装置および該蓄電装置の電力を入力源に用いる第２電源を備え、第１電源の出力と第２電源の出力を並列に接続し、第１電源からの電力と第２電源からの電力の両方を同時に負荷に供給するものである。またもう１つの電源装置およびそれを装備した画像形成装置を、特願２００６−２６７７４号（出願日２００６年 ２月 ３日）にて提示した。該電源装置は、外部電源に対する過負荷を防止するために、第１電源の出力電流値を検出してそれが第１電源に対する上限指示値ＭＣＤ以下となるように、第２電源の出力を制御する。

特開２００４−２３６４９２号公報 特開２００５−２２１６７４号公報。

近年電子写真プロセスを利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらを組み合わせた複合機は多機能化しており、これに伴って構造も複雑化して最大消費電力が増大する傾向となっている。また、定着装置の立ち上がりまでの待ち時間およびプリントやコピー動作中における定着温度低下による動作の一時中断，など画像形成装置自体の要因や操作者の待ち時間を少なくするため、定着ヒータへの供給電力を増大する傾向となっている。

これに対して通常の電源ラインから供給可能な電力には制限が有るので、これが機器を設計する上での大きな制約となっている。電源ラインの最大供給可能電力を越えないようにするため、特許文献１には、使用消費電力を予測し、予測した消費電力が主電源の供給可能電力を越える場合に、一部の負荷に対し、主電源と補助電源の電力を、切換回路で切換え供給する電源装置及び画像形成装置が記載されている。

また、特許文献２には、補助電源に定電圧電源回路を用いてその出力電圧を主電源の出力電圧より高く設定し、主電源からの負荷への給電ラインには主電源への逆流を阻止するダイオードを介し、該ダイオードと負荷との間の給電ラインにスイッチを介して、又はもう１つのダイオードを介して補助電源の出力電圧を印加して、補助電源の出力電圧が主電源の出力電圧より高い間に、補助電源のみから負荷に給電する画像形成装置が記載されている。

しかしながら、従来公知の技術では、蓄電装置の電力出力回路すなわち負荷への給電回路を定電圧電源で構成しているので、切換回路で、定電圧電源であるＡＣ／ＤＣ電源（主電源）の出力と、同じく定電圧電源である補助電源の出力とを、負荷に切換給電する場合には、２つの定電圧電源の出力電圧差により切換時に電圧変動が発生してしまう。電圧変動が発生すると電力を供給しているモータの動作が不安定になり、モータが停止したり、回転むらが発生する問題がある。モータの回転むらは、画像形成装置の画像異常を生じさせてしまう。例としてカラー画像形成装置の場合、色ズレが生じてしまう。

先願である前記特願２００５−３３５８８９号および特願２００６−２６７７４号に提示の電源装置は、第２電源（補助電源）を定電流電源とし、定電圧電源である第１電源（主電源）の出力と第２電源の出力とを並列に接続して、第１電源からの電力と第２電源からの電力の両方を同時に負荷に供給し、一方から他方への給電切換わりをなくし、切換わりによる電圧変動を抑える。これらの電源装置は、第１および第２電源が２４Ｖ系負荷３５に供給する電流値を合わせた負荷電流もしくは第１電源が２４Ｖ系負荷３５に供給する電流値を検出し、検出電流値と第１電源に対する上限指示値ＭＣＤとに応じて、第２電源の出力電流値を制御しており、安定した電源電圧をＤＣ負荷に供給するためには、第２電源に高度な応答性（追従性）が要求される。

ところで、負荷電力は、各種負荷のそれぞれのＯＮ／ＯＦＦや負荷値の切換えにより変動する。すなわち負荷の使用態様により変動する。しかしこの変動は長周期（低周波）変動であり静的である。たとえば、電源装置を電子写真方式の複写機の電源に用いた場合、複写指示を待つ待機状態と複写指示に応答して動力系統を駆動し印刷動作を行う動作状態では負荷電力が異なり、動作状態でも、原稿スキャナ駆動，感光体駆動，帯電器駆動，用紙搬送，現像器駆動が相互に重複しながら順次に実行され、これに伴なって負荷電力が増減するが、このような負荷電力の増減は、シーケンス制御に従う定常的な負荷変動であって、長周期（低周波）であり、静的である。

このような負荷変動を含む負荷電流を、本書においては、静的な負荷電流と表現する。

しかし、各種負荷のそれぞれのＯＦＦからＯＮへの切換わり時には突入電流が、ＯＮからＯＦＦへの切り換わり時には回路のリアクタンスによる誘導電流が、また負荷値の切換えにより突入電流または誘導電流が、負荷電流に現れる。これらは一時的な短周期（高周波）変動であり動的である。

これらを本書においては、動的な負荷変動と表現する。

上記動的な負荷変動があると、高度な応答性（追従性）の第２電源が該動的な負荷変動に応答し、第２電源の出力電流が高周波振動して、出力電流のハンチングにより過大なピーク電流を発生してしまうとか、第２電源の動作が不安定になるなどが考えられる。

そこで本発明は、これを回避することを目的とする。具体的には、第２電源が過大なピーク電流を出力するのを防止し、第２電源の動作の安定性を高くすることを目的とする。

（１）外部から供給される電力を入力源に用いる定電圧出力の第１電源(30)，蓄電装置(37)及び該蓄電装置の電力を入力源に用いる第２電源(26)を備え、第１電源の出力と第２電源の出力とを並列に接続し、第１電源からの電力と第２電源からの電力の両方を同時に負荷(35)に供給する電源装置において、
動的な負荷変動の電流増加分は、第１電源(30)が負担することを特徴とする電源装置。なお、理解を容易にするために括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応要素又は相当要素の記号を、例示として参考までに付記した。以下も同様である。

第１電源(30)が、動的な負荷変動の電流増加分を負担するので、第２電源(26)は、シーケンス制御などの負荷制御による、定常的な負荷変動であって長周期（低周波）の静的な負荷変動を分担するので、高周波ピーク電流を出力することはなく、補助電源出力動作の安定性を増すことができる。ひいては、第２電源に要求される高速応答精度は緩和することができ、第２電源のコスト低減を図ることが可能となる。

（２）外部から供給される電力を入力源に用いる定電圧出力の第１電源(30)，蓄電装置(37)及び該蓄電装置の電力を入力源に用いる第２電源(26)を備え、第１電源の出力と第２電源の出力とを並列に接続し、第１電源からの電力と第２電源からの電力の両方を同時に負荷(35)に供給する電源装置において、
該電源装置は、第１電源(30)の出力電流を上限指示値(MCD)以下に制限しこれによる負荷電流の不足分を第２電源(26)に負担させるが、動的な負荷変動による電流増加分は、第２電源の負担から第１電源の負担に振替えるための、第２電源の出力を制御する制御信号を発生する、信号発生手段(33,64,46)を備え、
前記第２電源(26)は、前記制御信号に応答して静的な負荷電流を出力するＤＣ／ＤＣレギュレータ(40)を含む、
ことを特徴とする電源装置。

（３）前記信号発生手段(33,64,46)は、前記負荷に供給する電流値を検出する電流検出手段(33)，検出された電流値から前記上限指示値(MCD)を差し引いた電流値指示信号を発生する電流値指示手段(64)、および、該電流値指示信号が指示する電流値を前記ＤＣ／ＤＣレギュレータ(40)が出力するための前記制御信号を発生する出力電流制御手段(46)、を含む、上記（２）に記載の電源装置。

（４）前記電流検出手段(33)は、動的な負荷変動による電流増加分は、第２電源の負担から第１電源の負担に振替えるための、動的な負荷変動の電流成分を遮断し静的な負荷電流を検出した電流値信号を、前記電流値指示手段(64)に出力する増幅手段(61〜63)を含む、上記（３）に記載の電源装置。

（５）前記電流検出手段(33)は負荷電流を検出し電流信号に変換する変換手段(60)を含み、該電流信号を、前記増幅手段(61〜63)が増幅して出力する、上記（４）に記載の電源装置。

（６）前記変換手段は抵抗素子(60)であり、前記増幅手段(61〜63)は、帰還回路に積分回路を含み前記抵抗素子(60)の両端の電位差を増幅する差動増幅器である、上記（５）に記載の電源装置。

（７）用紙上に画像を形成する作像装置(200)、および、該作像装置(200)の電気的負荷に給電する、上記（１）乃至（６）のいずれか１つに記載の電源装置、を備える画像形成装置。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

図１に、本発明の１実施例のフルカラーデジタル複合機能複写機ＭＦ１の外観を示す。このフルカラー複写機ＭＦ１は、大略で、自動原稿送り装置（ＡＤＦ）１２０と、操作ボード１０と、カラースキャナ１００と、カラープリンタ２００の各ユニットで構成されている。なお、操作ボード１０と、ＡＤＦ１２０付きのカラースキャナ１００は、プリンタ２００から分離可能なユニットであり、カラースキャナ１００は、動力機器ドライバやセンサ入力およびコントローラを有する制御ボードを有して、エンジンコントローラと直接または間接に通信を行いタイミング制御されて原稿画像の読取りを行う。

図２に、複合機能複写機ＭＦ１のカラープリンタ２００の機構を示す。この実施例のカラープリンタ２００は、レーザプリンタである。このレーザプリンタ２００は、マゼンダ（Ｍ），シアン（Ｃ），イエロー（Ｙ）および黒（ブラック：Ｋ）の各色の画像を形成するための４組のトナー像形成ユニットａ〜ｄが、第１転写ベルト２０８の移動方向（図中の左から右方向ｙ）に沿ってこの順に配置されている。即ち、４連ドラム方式（タンデム方式）のフルカラー画像形成装置である。回転可能に支持され矢印方向に回転する感光体２０１の外周部には、除電装置，クリーニング装置，帯電装置２０２および現像装置２０４が配備されている。帯電装置２０２と現像装置２０４の間には、露光装置２０３から発せられる光情報の入るスペースが確保されている。感光体２０１は４個（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）あるが、それぞれ周囲に設けられる画像形成用の部品構成は同じである。現像装置２０４が扱う色材（トナー）の色が異なる。各感光体２０１（４個）の一部が、第１転写ベルト２０８に接している。ベルト状の感光体も採用可能である。

第１転写ベルト２０８は矢印方向に移動可能に、回転する支持ローラおよび駆動ローラ間に支持、張架されていて、裏側（ループの内側）には、第１転写ローラが感光体２０１の近傍に配備されている。ベルトループの外側に、第１転写ベルト用のクリーニング装置が配備されている。第１転写ベルト２０８より転写紙（用紙）又は第２転写ベルトにトナー像を転写した後に、その表面に残留する不要のトナーを拭い去る。露光装置２０３は公知のレーザ方式で、フルカラー画像形成に対応した光情報を、一様に帯電された感光体表面に潜像として照射する。ＬＥＤアレイと結像手段から成る露光装置も採用できる。

図２上で、第１転写ベルト２０８の右方には、第２転写ベルト２１５が配備されている。第１転写ベルト２０８と第２転写ベルト２１５は接触し、あらかじめ定められた転写ニップを形成する。第２転写ベルト２１５は矢印方向に移動可能に、支持ローラおよび駆動ローラ間に支持，張架されていて、裏側（ループの内側）には、第２転写手段が配備されている。ベルトループの外側に、第２転写ベルト用のクリーニング装置，チャージャ等が配備されている。該クリーニング装置は、用紙にトナーを転写した後、残留する不要のトナーを拭い去る。転写紙（用紙）は、図の下方の給紙カセット２０９，２１０に収納されており、最上の用紙が給紙ローラで１枚づつ、複数の用紙ガイドを経てレジストローラ２３３に搬送される。第２転写ベルト２１５の上方に、定着器２１４，排紙ガイド２２４，排紙ローラ２２５，排紙スタック２２６が配備されている。第１転写ベルト２０８の上方で、排紙スタック２２６の下方には、補給用のトナーが収納できる収納部２２７が設けてある。トナーの色はマゼンタ，シアン，イエロー，ブラックの四色があり、カートリッジの形態にしてある。粉体ポンプ等により対応する色の現像装置２０４に適宜補給される。

ここで両面印刷のときの各部の動作を説明する。まず感光体２０１による、作像が行われる。すなわち、露光装置２０３の作動により、不図示のＬＤ光源からの光は、不図示の光学部品を経て、帯電装置２０２で一様に帯電された感光体２０１のうち、作像ユニットａの感光体上に至り、書き込み情報（色に応じた情報）に対応した潜像を形成する。感光体２０１上の潜像は現像装置２０４で現像され、トナーによる顕像が感光体２０１の表面に形成され保持される。このトナー像は、第１転写手段により、感光体２０１と同期して移動する第１転写ベルト２０８の表面に転写される。感光体２０１の表面の、残存するトナーがクリーニング装置でクリーニングされ、除電装置で除電され感光体２０１の表面は、次の作像サイクルに備える。第１転写ベルト２０８は、表面に転写されたトナー像を坦持し、矢印の方向に移動する。作像ユニットｂの感光体２０１に、別の色に対応する潜像が書き込まれ、対応する色のトナーで現像され顕像となる。この像は、すでに第１転写ベルト２０８に乗っている前の色の顕像に重ねられ、最終的に４色重ねられる。なお、単色黒のみを形成する場合もある。このとき同期して第２転写ベルト２１５は矢印方向に移動していて、第２転写手段１１７の作用で、第２転写ベルト２１５の表面に第１転写ベルト２０８表面に作られた画像が転写される。いわゆるタンデム形式である４個の作像ユニットａ〜ｄの各感光体２０１上で画像が形成されながら、第１，第２転写ベルト２０８，２１５が移動し、作像が進められるので、その時間が短縮できる。第１転写ベルト２０８が、所定のところまで移動すると、用紙の別の面に作成されるべきトナー画像が、前述したような工程で再度感光体２０１により作像され、給紙が開始される。給紙カセット１２１又は１２２内の最上部にある用紙が引き出され、レジストローラ２３３に搬送される。レジストローラ２３３を経て、第１転写ベルト２０８と第２転写ベルト２１５の間に送られる用紙の片側の面に、第１転写ベルト２０８表面のトナー像が、第２転写手段１１７により転写される。更に用紙は上方に搬送され、第２転写ベルト２１５表面のトナー像が、チャージャにより用紙のもう一方の面に転写される。転写に際して、用紙は画像の位置が正規のものとなるよう、タイミングがとられて搬送される。

上記のステップで両面にトナー像が転写された用紙は、定着器２１４に送られ、用紙上のトナー像（両面）が一度に溶融，定着され、ガイド２２４を経て排紙ローラ２２５により本体フレーム上部の排紙スタック２２６に排出される。図２のように、排紙部２２４〜２２６を構成した場合、両面画像のうち後から用紙に転写される面（頁）、すなわち第１転写ベルト２０８から用紙に直接転写される面が下面となって、排紙スタック２２６に載置されるから、頁揃えをしておくには２頁目の画像を先に作成し、第２転写ベルト２１５にそのトナー像を保持し、１頁目の画像を第１転写ベルト２０８から用紙に直接転写する。第１転写ベルト２０８から直接に用紙に転写される画像は、感光体表面で正像にし、第２転写ベルト２１５から用紙に転写されるトナー像は、感光体表面で逆像（鏡像）になるよう露光される。このような頁揃えのための作像順、ならびに、正、逆像（鏡像）に切り換える画像処理も、コントローラ上でのメモリに対する画像データの読書き制御によって行っている。第２転写ベルト２１５から用紙に転写した後、ブラシローラ，回収ローラ，ブレード等を備えたクリーニング装置が、第２転写ベルト２１５に残留する不要のトナーや紙粉を除去する。

図２では、第２転写ベルト２１５のクリーニング装置のブラシローラが、第２転写ベルト２１５の表面から離れた状態にある。支点を中心として揺動可能で、第２転写ベルト２１５の表面に接離可能な構造になっている。用紙に転写する以前で、第２転写ベルト２１５がトナー像を担持しているとき離し、クリーニングが必要のとき、図で反時計方向に揺動し接触させる。除去された不要トナーはトナー収納部に集められる。以上が、「両面転写モード」を設定した両面印刷モードの作像プロセスである。両面印刷の場合には、常にこの作像プロセスで印刷が行われる。

片面印刷の場合には、「第２転写ベルト２１５による片面転写モード」と「第１転写ベルト２０８による片面転写モード」の２つがあり、前者の第２転写ベルト２１５を用いる片面転写モードを設定した場合には、第１転写ベルト２０８に３色又は４色重ねもしくは単色黒で形成された顕像が、第２転写ベルト２１５に転写され、そして用紙の片面に転写される。用紙の他面には画像転写はない。この場合、排紙スタック２２６に排出された印刷済用紙の上面に印刷画面がある。後者の第１転写ベルト２０８を用いる片面転写モードを設定した場合には、第１転写ベルト２０８に３色又は４色重ねもしくは単色黒で形成された顕像が、第２転写ベルト２１５には転写されずに、用紙の片面に転写される。用紙の他面には画像転写はない。この場合は、排紙スタック２２６に排出された印刷済用紙の下面に印刷画面がある。

図３に、電源装置の構成を示す。主電源ＳＷ２８のオンにより、商用ＡＣ電源が主電源２９及び補助電源３２に供給される。その商用ＡＣ電源から、主電源２９の、ＡＣ制御回路である定着電源３１、および定電圧電源３０ならびに補助電源３２のキャパシタ充電器３８に、商用ＡＣ電圧が印可される。定着電源３１は、入出力制御２０から与えられる電力指示信号で指定される電力範囲内で、温度検出７０から与えられる定着温度信号を使用して定着器温度をフィードバック制御する。主電源２９の、第１電源である定電圧電源３０は、商用ＡＣをＤＣに変換し、定電圧フィードバック制御で、５Ｖと２４Ｖの２系統のＤＣ定電圧を発生して、５Ｖ系負荷３４と２４Ｖ系負荷３５に出力する。

補助電源３２は、本実施例では、キャパシタ充電器３８、それによって充電されるキャパシタ３７、及びキャパシタ電力を２４Ｖ系負荷３５への給電ラインに定電流出力する、第２電源である定電流電源２６で構成される。補助電源３２から２４Ｖ系負荷３５に給電するのは、定着加熱装置３６への供給電力量の増大分のＡＣ電力消費を節減するために、該増大分相当の定電圧電源３０のＤＣ電力消費を削減して第２電源に負担させて、ＡＣ電源に対する過負荷を防止するためである。そこで本実施例では、定着加熱装置３６への供給電力量の増大分（例えば３００Ｗ）を考慮し、５Ｖ系負荷３４（例えば１００Ｗ）より消費電力量が大きい２４Ｖ系負荷３５（例えば５００Ｗ）に、補助電源３２から給電する構成としている。定着加熱装置３６への供給電力量の増大分が小さい場合や、５Ｖ系負荷３４の消費電力量が大きい場合には、５Ｖ系負荷３４に補助電源３２から給電させる構成とすることも可能である。

負荷電流検出器３３は、定電圧電源３０（第１電源）および定電流電源２６（第２電源）が同時に供給する電流値の和である２４Ｖ系負荷電流値を検出して電流検出信号を、電流指示器６４に与える。また、電流指示器６４には、入出力制御２０が、定電圧電源３０の出力電流上限値を指定する上限指示データＭＣＤを与える。電流指示器６４は２４Ｖ系負荷電流値より上限指示値を減算した値（＝定電流電源２６の出力電流指示値）を示す電流指示信号を定電流電源２６に与える。定電流電源２６は、該電流指示信号が指示する電流値を目標値とする定電流制御によって、キャパシタ３７の電力を２４Ｖ系負荷ラインに定電流給電する。

補助電源３２のキャパシタ３７は、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタで構成した。電気二重層コンデンサ以外にもいろいろと選択可能だが、本実施例では、短時間での充放電が可能で、長寿命である電気二重層コンデンサを用いた。電気二重層コンデンサの特徴として放電するに従い端子電圧（キャパシタ電圧）が低くなってしまうため、定電流電源２６をキャパシタ３７の後に配置することにより、キャパシタ電圧の変動にもかかわらず所用電流値を出力するようにしている。

図４は、入出力制御２０の構成を表すブロック図である。入出力制御２０は、エンジン制御５１０からの制御命令ならびに、ＲＯＭ２２に格納されたプログラムや不揮発性ＲＡＭ２４に格納されたプログラムやデータに従って、センサおよび負荷に対する入出力制御および電源装置の制御を行うＣＰＵ２１と、ＣＰＵ２１を動作させるためのプログラムを格納するＲＯＭ２２と、ＣＰＵ２１のワークメモリとして使用されるＲＡＭ２３と、各負荷の動作状態や各動作モードにおける消費電力データを格納した消費電力テーブルや各動作モードにおける印刷処理に要する時間データを格納した印刷処理時間テーブルなどを記憶する不揮発性ＲＡＭ２４と、フルカラーデジタル複合機能複写機ＭＦ１の各センサ２６の入力読み込みおよび負荷３５の個々の駆動を制御するＩ／Ｏ制御部２５を備えている。

入出力制御２０は、エンジン制御５１０の画像読み込み、印刷，複写等のプロセス制御、シーケンス制御に伴う指示に従って、センサおよび負荷への入出力制御および電源制御を行っており、各動作モードに応じてシーケンシャルに各負荷を動作させる。また入出力制御２０は、キャパシタ３７の充放電の制御も行っており、装置の立ち上げ時、及び立ち上げ後所定の時間までの期間は、キャパシタ３７に蓄積された電力から、２４Ｖ系負荷３５に給電する。このときＡＣライン２７からの供給電力に対して生じる余裕分によって、定着加熱装置３６への供給電力量を増大する。

図５に、図３に示す定電流電源２６，負荷電流検出器３３および電流指示器６４の詳細構成を示す。キャパシタ３７は、本実施例では、電気二重層キャパシタである。電気二重層キャパシタは耐圧が低く、使用上の充電上限電圧は２．５Ｖである。そのため高い電圧を得るためには、何個も直列に接続する必要がある。しかし、小容量のキャパシタを沢山直列にするよりも大容量のキャパシタを少なく使った方が、同じ容量を低コストで得ることができる。２４Ｖ負荷に給電するためには、電気二重層キャパシタを直列数９個以下で用いる場合は、充電上限電圧２２．５Ｖ以下になるので、昇圧レギュレータを用いて定電流電源２６を構成する必要がある。そこで本実施例では、昇圧レギュレータ４０でキャパシタ３７の電圧を昇圧して定電流出力する。

昇圧レギュレータ４０の半導体スイッチ４１は、ＰＷＭコントローラ４２の出力ＰＷＭパルスのＨ期間に導通（オン）し、Ｌ期間は非導通（オフ）となる。スイッチ４１が導通するとキャパシタ３７からリアクトル４３およびスイッチ４１に電流が流れ、リアクトル４３が蓄電し、スイッチ４１が非導通に転換したときにリアクトル４３の蓄電電力が高圧となってダイオード４４を通してキャパシタ４５を高圧充電する。スイッチ４１の、ＰＷＭパルス周期のＯＮ／ＯＦＦの繰り返しにより、キャパシタ４５の電圧が上昇し、電流検出抵抗４７を通して、また負荷電流検出器３３の電流検出抵抗６０を通して、２４Ｖ系負荷３５に給電する。

負荷電流検出器３３は、電流検出抵抗６０の両端電位差を差動増幅器６１で増幅して、負荷電流値に比例する負荷電流信号を発生し、電流指示器６４に出力（印加）する。このとき差動増幅器６１のフィードバック抵抗６２と並列にキャパシタ６３を接続して、積分回路（ローパスフィルタ）を構成している。本実施例では、このローパスフィルタの付加により、差動増幅器６１は、電流検出抵抗６０の両端子間電圧（電流検出電圧）の、動的な負荷変動成分を遮断し静的な負荷電流成分を抽出した負荷電流信号を、出力する。

電流指示器６４は、入出力制御２０が与える電流上限値指示データＭＣＤをＤ／Ａコンバータ６５で上限指示信号（電圧）にアナログ変換し、差動増幅器６６で、負荷電流検出値−上限指示値を演算し、演算結果を表す差分電圧を、定電流電源２６に、電流指示信号として出力する。すなわち、電流指示器６４は、２４Ｖ系負荷電流検出値（静的な負荷電流値）から、入出力制御２０が指示する定電圧電源３０の出力電流上限値を差し引いた差分値を、定電流電源２６が負担すべき目標値（静的な電流出力の目標値）として、その分の電流出力を定電流電源２６に指示する。

定電流電源２６は、電流検出抵抗４７の両端の電位差を差動増幅器４８で増幅して、出力電流値に比例する出力電流信号を発生し、差動増幅器５０に与える。そして差動増幅器５０は、出力電流信号から、電流指示器６４が与える目標電流値の差分を増幅し、そのレベルをツェナーダイオード４９で制限して、すなわち異常高圧出力を防止して、ＰＷＭコントローラ４２に、ＰＷＭパルスのデューティ指示信号として与える。

ＰＷＭコントローラ４２は、デューティ指示信号が指定するデューティに、半導体スイッチ４１をオン／オフ駆動するＰＷＭパルスのデューティを定める。すなわち、電流指示器６４の出力信号が高くなって差動増幅器５０の出力電圧が上昇すると、ＰＷＭパルスのデューティを高くする。これにより昇圧レギュレータ４０の出力電流値が増大する。これにより電流検出抵抗４７の電圧降下が増大し出力電流検出信号のレベルが上昇して差動増幅器５０の出力電圧が低下すると、ＰＷＭパルスのデューティが低くなる。これにより昇圧レギュレータ４０の出力電流値が低下する。このようなフィードバックＰＷＭ制御により、昇圧レギュレータ４０の出力電流値が、電流指示器６４が与える、２４Ｖ系の静的な負荷電流の検出値から、入出力制御２０が指示する定電圧電源３０の出力電流上限値ＭＣＤを減算した差分に相当する値となる。

図６に、入出力制御２０による、補助電源２６の給電制御（出力制御）の概要を示す。入出力制御２０（のＣＰＵ２１）は、主電源ＳＷ２８が開から閉になって、又は複写機１が省エネモードから待機モードに復帰して、定電圧電源３０が＋５Ｖの出力を開始し、＋５Ｖ（動作電圧）が入出力制御２０１のＣＰＵ１に加わり、ＣＰＵ１が電源オンリセットパルスに応答して入出力制御２０１の初期化を終えると、図６に示す給電制御を実行する。そこではまず、ステップＳ１で、電圧検出３９（図３）により充電電圧を検出して、補助電源３２のキャパシタ３７に保持されている充電電力量は、給電が可能なレベルであるか判定する。そして充電量が十分で給電が可能と判断した場合には、補助電源３２の給電可能フラグをＯＮに設定する（Ｓ２）。次に、温度検出７０（図３）による定着装置温度の検知を含め、装置の状態を把握する（Ｓ３）。

主電源ＳＷが投入された直後、あるいはオフモード（省エネモード）からの復帰時であり、定着装置２１４の定着加熱装置３６の定着温度が低く、定着装置２１４の給電電力量を大きくして定着温度を急速に立ち上げる高電力定着リロードが必要と判断した場合は、定着加熱装置３６に給電する電力量を大きくすることによる、ＡＣ電源に対する過負荷を避けるために、定電圧電源３０が負荷３５に供給する電力量（ＡＣ電源に対する定電圧電源３０の電力消費量）を節減して補助電源３２に振替える必要がある。そこで、補助電源３２が給電が可能な状態であるかを、状態フラグのＯＮ／ＯＦＦを参照して確認する（Ｓ４）。そして、状態フラグが“ＯＮ”であった場合には、補助電源３２による給電を開始する（Ｓ５）。このとき定電圧電源３０に対する上限電流設定値ＭＣＤは、図７に示した低値ａとする。続けて、定着電力指示により、定着電源３１の給電上限値Ａ（図７）を高くして（Ｓ６ａ）、定着リロード動作を開始する（Ｓ７）。以下では、図７も参照されたい。

図７は、複写機ＭＦ１の待機モードから動作モードへの立ち上げからの、定着電源３１に対する定着電力指示値Ａ，Ｂ，・・・，２４Ｖ系負荷電流値，定電圧電源３０の供給電流値，定電流電源２６の供給電流値、および、複写機ＭＦ１の入力電力（ＡＣ消費電力）、の遷移をグラフ化したものである。

ステップ４にて状態フラグが“ＯＦＦ”であった場合には、定着電力は、通常（補助電源なし）の低電力定着リロード時の値（図７に記載なし）とし（Ｓ６ｂ）、定着リロード動作を開始する。そして、定着電源３１からの通知、あるいは、温度センサ読み込みによる定着温度確認により、定着リロードが完了（Ｓ８）したことを認知したときに、再度、状態フラグを参照し（Ｓ９）、“ＯＮ”であった場合には、定着供給電力を、補助電源３２からの給電ありのプリント動作時電力Ｂに変更するように定着電力指示信号で定着電源に指示し（Ｓ１０）、続けて、定電圧電源３０の上限電流設定値ＭＣＤを動作時設定値である高値ｂに変更する（Ｓ１１）。その後、タイマを起動し（Ｓ１２）、所定の時間が経過したことを確認したら（１３）、定着供給電力を通常プリント時の低電力値Ｂ′に変更し（Ｓ１４）、上限電流設定値ＭＣＤを特別に大きな値ｂ′に変更することで補助電源３２からの給電を停止する（Ｓ１５）。そして最後に、状態フラグをＯＦＦに戻し（Ｓ１６ａ）、補助電源３２の給電制御を終了する。

温度検出７０により、定着温度が所定の温度以上であり、定着リロードを行う必要がないと判断した場合や、定着リロード完了後に、状態フラグが“ＯＦＦ”であった場合には、定着供給電力を通常プリント時の電力Ｂに変更し（Ｓ１４ｂ）、本制御を終了する。

次に、定電流電源２６の出力電流の推移の概要を説明する。主電源スイッチ２８オン直後の定着温度を目標温度に立ち上げる定着リロード期間では、複写機ＭＦ１に要求される立ち上げ時間（短時間）を満足させるため、通常時より多大な電力を定着加熱装置３６に供給し（例えばＡ：１３００Ｗ）、定着加熱装置３６をプリントが可能な温度にできるだけ早く立ち上げる。定着温度をプリントが可能な温度に立ち上げることを定着リロードという。このとき、２４Ｖ系負荷３５へは定電圧電源３０および定電流電源２６の両者から同時に電力を供給して定電圧電源３０のＡＣ電力消費を低くし、定着電源３１のＡＣ電力割り当てを大きくして、定着加熱装置電力を大きくし、立ち上げ時間を短縮する。このときの出力電流上限値ＭＣＤは、ＡＣ電源ライン２７からの供給可能な電力から、定着電源３１に割り当てた電力と、「２４Ｖ系負荷の動的な負荷変動分の電力」と、５Ｖ系負荷に供給する電力とを、差し引いた電力となるような電流指示値ａとし、定電流電源２６が供給すべき電流は、動的な負荷変動分を除いたＤＣ負荷電流値すなわち静的な負荷電流値から、出力電流上限値ＭＣＤに設定された電流分を減算したものとなるようにする。すなわち、負荷電流検出器３３が検知しない負荷変動の周波数は、ＤＣ負荷の動作開始時の突入電流等（例えば100ms）の動的な負荷変動の周波数以上の高周波数とする。換言すると、負荷電流検出器３３はＤＣ負荷の動作／停止により定まる定常的な負荷変動すなわち静的な負荷変動の周波数以下の低周波数を検出する。

なお、電流上限値ＭＣＤを規定する上記「２４Ｖ系負荷の動的な負荷変動分の電力」は、動的な負荷変動分の平滑値（包絡値あるいは積分値）でありピーク値ではない。定電圧電源３０はもともと、ＡＣ電源に動的な負荷変動を与えないで、負荷３５への給電における動的な負荷変動に給電する能力がある。定電圧電源３０は出力コンデンサを持っており、動的なピーク値電力は出力コンデンサが蓄えた電力で補うので、動的な負荷変動分の平滑値分を電流上限値ＭＣＤに含めておくことにより、ＡＣ電源ライン２７には、動的なピーク値の負荷上昇は、実質的に生じない。

定着加熱装置３６は、プリントが可能な温度に一度達すれば、温度維持のためには、定着加熱装置供給電力が定着リロード時より小さくてよくても、定着リロード終了後のプリント動作の開始時は、通紙による定着温度の落ち込みが大きいため、温度が安定するまでの期間は通常プリント時より定着加熱装置への電力を増大する必要がある。また、プリント動作時は、モータ等の起動により負荷３５の電力消費が増大し、定着加熱装置供給電力を含めた総電力がＡＣ電源ライン２７の供給可能な電力を越えてしまうことがある。そのため定着加熱装置３６への電力配分を、定着リロード時よりは小さく、通常プリント時（例えばＢ′：９００Ｗ）よりは大きい値（例えばＢ：１２００Ｗ）とし、定着リロード時からの差分電力を定電圧電源３０に加算し、２４Ｖ系負荷３５への供給可能電力を上げる（ｂ）。すなわち入出力制御２０が電流指示器６４に与える電流上限値ＭＣＤを、定着リロード時の値ａより大きな値ｂに設定変更し、ＡＣ電力消費を、電源ライン２７の供給可能最大電力以下に抑える。これにより、定電流電源２６が負荷３５に、ＡＣ電力消費を上限値近くで抑えるための定電圧電源３０の出力電流値では足らない、不足分の負荷電流を給電する。

補助電源３２の蓄積電力には限度があり、連続供給は不可能となるため、定着温度が安定するまでの所定の時間が経過した際には、負荷３５への給電は定電圧電源３０のみが行うように、上限電流設定ＭＣＤを大きな値ｂ′にし、定電流電源２６からの給電を停止する。このとき定着加熱装置３６への供給電力は、通常プリント時の供給電力Ｂ′に変更する。補助電源３２の電力供給期間である、定着温度が安定するまでの期間は、時間やプリント実行枚数として規定し、その値は固定値としてもよいが、プリント用紙サイズ，室温等をパラメータとした可変値とすると、複写機ＭＦ１の動作モードに応じて変化すると考えられる定着温度安定時間に対応して補助電源電力供給時間を設定することができ、補助電源電力の、より効果的な利用が可能となる。

上記までで説明したように、本実施例の電源装置は、２４Ｖ系負荷３５に供給する負荷電流を検出し、該負荷電流の、定電圧電源３０に指定した上限値ＭＣＤを超える分を、定電流電源２６の電流設定値にするので、定電流電源２６には高精度な応答性（追従性）が要求される。応答性が悪いと、要求される出力電流量を満足するために、定電流電源２６の出力電圧値が上昇しすぎてしまったり、下降しすぎてしまったりして、すなわちハンチングして、負荷に供給している電源ラインにスパイクノイズのような電圧変動を生じさせてしまう可能性がある。また、ハンチングにより定電流電源２６の出力電流が低レベルピークとなるときにこれを埋め合わせるように定電圧電源３０が供給する電流量が高ピークになって、ＡＣ電源２７からの供給可能な電力量をオーバーさせてしまう可能性がある。そのため、負荷電流検出器３３に設けた積分回路により、負荷電流の瞬時（動的）の変動すなわち動的な変動は検出しない構成とし、定電流電源２６に与える電流指示信号の推移を緩やかにしている。すなわち、静的な負荷電流のみを検出する。これにより、定電流電源２６は、動的な負荷電流成分は給電しない。したがって定電流電源２６の出力のピーク電流は低減している。上記構成とすることで、定電流電源２６から安定した電流を負荷に供給する電源装置とすることが、ひいては、定電流電源２６は、応答性を緩和した、低コストのものにすることも可能となる。

本実施例では、負荷電流検出器３３の、差動増幅器６１のフィードバック抵抗６２と並列にキャパシタ６３を接続した積分回路（ローパスフィルタ）を構成することで対応したが、図８に示すように、差動増幅器６１の出力に抵抗６２ａ（シリーズ接続）、およびキャパシタ６３ａ（グランド間接続）を接続した積分回路（ローパスフィルタ）を構成することで対応しても同様の効果が得られる。このとき後段の、電流指示器６４の差動増幅器６６（外付け抵抗の定数）を考慮して、抵抗定数を決定する必要がある。また、電流指示器６４の差動増幅器６６、あるいは定電流電源２６内、出力電流コントローラ４６の差動増幅器５０のフィードバック抵抗と並列にキャパシタ６３ｂ、６３ｃを接続した積分回路、さらには、電流指示器６４の差動増幅器６６の出力に抵抗６２ｄ、およびキャパシタ６３ｄ（グランド間接続）を接続した積分回路を設けても同様の効果が得られる。これらの態様も本願発明の実施態様であるが、積分回路を介すまでの信号発生部の動作が不安定となり、ノイズ等の発生を招くことが考えられるので、その対策を施すのが好ましく、本実施例の構成の方が適していると考えられる。

本発明の１実施例の複合機能複写機ＭＦ１の外観を示す正面図である。 図１に示すカラープリンタ２００の拡大縦断面図である。 図１に示す複合機能複写機ＭＦ１の電源装置の構成を示すブロック図である。 図３に示す入出力制御２０の構成の概要を示すブロック図である。 図３に示す定電流電源２６，負荷電流検出器３３および電流指示器６４の構成を示す電気回路図である。 図４に示す入出力制御２０（のＣＰＵ２１）による、定電流電源２６の給電制御の概要を示すフローチャートである。 入出力制御２０の給電制御によって操作される、定着電力指示値および定電圧電源３０の２４Ｖ電流出力上限値ＭＣＤと、負荷３５の電流（負荷電流），定電圧電源３０の２４Ｖ出力電流，定電流電源２６の出力電流および電源装置に対するＡＣ入力電力との関係を示すタイムチャートである。 本発明のもう１つの実施形態の電源装置の、定電流電源２６，負荷電流検出器３３および電流指示器６４の構成を示す電気回路図である。

符号の説明

２０１：感光体
２０２：帯電装置
２０３：露光装置
２０４，２０７：現像装置
２０８，２１５：転写ベルト
２０９〜２１１：給紙カセット
２１４：定着器
２２４：排紙ガイド
２２５：排紙ローラ
２２６：排紙スタック
２２７：補給トナー収納部
２３３：レジストローラ

Claims (7)

1. 外部から供給される電力を入力源に用いる定電圧出力の第１電源，蓄電装置及び該蓄電装置の電力を入力源に用いる第２電源を備え、第１電源の出力と第２電源の出力とを並列に接続し、第１電源からの電力と第２電源からの電力の両方を同時に負荷に供給する電源装置において、
   動的な負荷変動の電流増加分は、第１電源が負担することを特徴とする電源装置。
2. 外部から供給される電力を入力源に用いる定電圧出力の第１電源，蓄電装置及び該蓄電装置の電力を入力源に用いる第２電源を備え、第１電源の出力と第２電源の出力とを並列に接続し、第１電源からの電力と第２電源からの電力の両方を同時に負荷に供給する電源装置において、
   該電源装置は、第１電源の出力電流を上限指示値以下に制限しこれによる負荷電流の不足分を第２電源に負担させるが、動的な負荷変動による電流増加分は、第２電源の負担から第１電源の負担に振替えるための、第２電源の出力を制御する制御信号を発生する、信号発生手段を備え、
   前記第２電源は、前記制御信号に応答して静的な負荷電流を出力するＤＣ／ＤＣレギュレータを含む、
   ことを特徴とする電源装置。
3. 前記信号発生手段は、前記負荷に供給する電流値を検出する電流検出手段，検出された電流値から前記上限指示値を差し引いた電流値指示信号を発生する電流値指示手段、および、該電流値指示信号が指示する電流値を前記ＤＣ／ＤＣレギュレータが出力するための前記制御信号を発生する出力電流制御手段、を含む、請求項２に記載の電源装置。
4. 前記電流検出手段は、動的な負荷変動による電流増加分は、第２電源の負担から第１電源の負担に振替えるための、動的な負荷変動の電流成分を遮断し静的な負荷電流を検出した電流値信号を、前記電流値指示手段に出力する増幅手段を含む、請求項３に記載の電源装置。
5. 前記電流検出手段は負荷電流を検出し電流信号に変換する変換手段を含み、該電流信号を、前記増幅手段が増幅して出力する、請求項４に記載の電源装置。
6. 前記変換手段は抵抗素子であり、前記増幅手段は、帰還回路に積分回路を含み前記抵抗素子の両端の電位差を増幅する差動増幅器である、請求項５に記載の電源装置。
7. 用紙上に画像を形成する作像装置、および、該作像装置の電気的負荷に給電する、請求項１乃至６のいずれか１つに記載の電源装置、を備える画像形成装置。
   

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