JP4577781B2

JP4577781B2 - 電源装置および画像形成装置

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Publication number: JP4577781B2
Application number: JP2006057606A
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Inventors: 野哲哉矢
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
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Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2010-11-10
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Description

本発明は、定常時に外部から供給される電力を用いる主電源に加えて、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電力消費が、ＡＣ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−
本出願人は、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、ならびに、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。

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。

そのため、本出願人は、上記特願２００５−３３５８８９号にて、第２電源（補助電源）を定電流電源とし、定電圧制御の第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電源装置を提示した。

上記、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は、負荷電流値から、第１電源宛てに指示された上限電流値を超過する電流分を、補助電源である第２電源が供給するものであり、負荷電流値を把握する手段が必要である。そのため、主電源である第１電源と補助電源である第２電源の出力の並列接続点と負荷との間の電源ラインに電流検出抵抗を付加しているのだが、付加した場合には、負荷変動が発生したときに、負荷印加電圧が、検出抵抗分変動してしまうという問題があった。この変動を低減させる方法として、検出抵抗の抵抗値を小さくする方法があるが、検出抵抗がないときの変動レベル以下にすることはできない。また、負荷電流検出器において、後段の電流指示器に入力する負荷電流検出信号の電圧レベルを確保するための、差動増幅器のゲインが大きくなりすぎてしまい、検出電流値の誤差が増大し、検出精度が低くなることが考えられる。また負荷電流検出に、抵抗素子によらない電流センサ（例えばホールＩＣ）を用いれば、電流センサの付加による負荷印加電圧の変動はなくなるが、コストが大幅に増大する。

本発明は、第１電源と第２電源の出力を同時に負荷に給電する電源装置の、負荷印加電圧の安定性を高くすることを第１の目的とし、該負荷が変動する場合の負荷印加電圧の変動を抑制することを第２の目的とする。

（１）外部から供給される電力を入力源に用いて負荷(35)に給電する定電圧出力の第１電源(30)；
前記負荷(35)を流れる負荷電流値を電流値信号に変換する変換手段(60)を含み、該電流値信号が表す負荷電流値の、第１電源(30)の出力電流の上限指示値(MCD)を越える不足分を補うための制御信号を発生する信号発生手段(33,64,46)；
蓄電装置(37)；および、
該蓄電装置の電力を入力源に用い、前記制御信号に応じて前記負荷に給電する定電流出力の第２電源(26)；を備え、
前記第１電源(30)は、前記変換手段(60)の電流検出位置よりも前記負荷(35)側の給電線の電圧を設定値に一定化するように第１電源(30)の出力電圧を制御する；
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。

（２）外部から供給される電力を入力源に用いて負荷(35)に給電する定電圧出力の第１電源(30)；
前記負荷(35)を流れる負荷電流値を電流値信号に変換する変換手段(60)を含み、該電流値信号が表す負荷電流値の、第１電源(30)の出力電流の上限指示値(MCD)を越える不足分を補うための制御信号を発生する信号発生手段(33,64,46)；
蓄電装置(37)；および、
該蓄電装置の電力を入力源に用い、前記制御信号に応じて前記負荷に給電する定電流出力の第２電源(26)；を備え、
前記変換手段(60)は、第１電源(30)が定電圧出力制御のためにフィードバックする出力電圧の取り込み位置の前段の負荷電流値を電流値信号に変換する；
電源装置。

上記（１）および（２）によれば、定電圧出力の第１電源(30)が、負荷電流値を電流検出信号に変換する変換手段(60)の後、前記負荷の直前の電圧すなわち負荷印加電圧をフィードバックして、これが一定値になるように第１電源(30)の出力電圧を定電圧制御するので、負荷の変動により負荷電流値に変動があっても、負荷印加電圧は一定に維持される。負荷印加電圧の安定性が高い。変換手段(60)に電流検出抵抗を用い、負荷電流値の変動によって該電流検出抵抗の電圧降下が変動しても、負荷印加電圧は実質的に一定に保たれる。電流検出抵抗を用いる負荷電流検出は低コストで実現できるので、補助電源を併設可能にするための主電源のコストの増加を抑えることができる。

（３）前記信号発生手段(33,64,46)は、前記変換手段(60)が検出した負荷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第２電源(26)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（１）又は（２）に記載の電源装置。

（４）前記変換手段(60)を含む負荷電流検出手段(33)を、第１電源(26)上に備える、上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の電源装置。

（５）前記変換手段(60)のみ第１電源(26)上に備える、上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の電源装置。

（６）前記変換手段(60)は、電流検出抵抗である、上記（１）乃至（５）のいずれか１つに記載の電源装置。

（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(35)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、ブリッジ整流器８０，絶縁型スイッチング回路８１および整流平滑回路８２により、商用ＡＣをＤＣに変換し、絶縁型誤差増幅器８３を介してＰＷＭコントローラ８４に与えられる電圧検出信号を使用した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。このとき、２４Ｖ系の電圧検出信号（フィードバック信号）は、負荷電流検出器３３の後段より絶縁型誤差増幅器８３ａに与える。

詳細は後述するが、負荷電流検出器３３は、電源ラインに数ｍΩの抵抗６０（図５）を直列に介挿しているため、仮に、電圧検出信号（フィードバック信号）取り込み部の後部に負荷電流検出器３３（の電流センサである抵抗６０）を設けた場合には、図８に示すように、負荷印加電圧が、負荷電流値の増減による電流検出抵抗６０の電圧降下の増減により、変動してしまう。例えば負荷電流検出器３３の電流検出抵抗６０に１０ｍΩの抵抗を接続し、負荷が５Ａから１５Ａに変化した場合には、０．１Ｖ（１０ｍΩ×（１５Ａ−５Ａ））の変動が発生することとなる。さらに、仮に主電源２９の外部に負荷電流検出器３３の電流検出抵抗６０を付加した場合には、配線抵抗の影響により、これ以上の負荷印加電圧変動が発生することとなる。

以上の電流検出抵抗付加によるＤＣ負荷印加電圧の変動を防止するため、本実施例では、抵抗６０を介した後の電圧を定電圧電源３０にフィードバックして、フィードバック電圧が目標値に合致するように定電圧制御すなわちフィードバック制御する構成としている。

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を用いて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を、ＡＣ電力を消費する第１電源から負荷３５への給電電力量から節減し、その分を補助電源３２から負荷３５への給電で肩代わりさせる必要があるためである。そのため本実施例では、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を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（制御信号）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、図２に示す作像エンジンを制御する、図示しないエンジン制御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と、を備えている。

入出力制御２０は、エンジン制御の画像読み込み、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に示す定電圧電源３０，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。主電源２９の定電圧電源３０は、負荷電流検出器３３に含まれる負荷電流検出抵抗６０の後段（ＤＣ負荷３５側）の電圧を、分圧抵抗８５，８６により分圧した電圧検出信号を、シャントレギュレータ８７により、基準電圧と比較／増幅し、フォトカプラ８８により絶縁してＰＷＭコントローラ８３に、定電圧制御のためのフィードバック信号として与える構成とし、２４Ｖ系負荷３５に供給する直前すなわち電流検出抵抗６０と負荷３５のと間の給電ライン、の電圧すなわち負荷印加電圧を定電圧制御する。

補助電源３２のキャパシタ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、定電流電源２６の昇圧レギュレータ４０で、キャパシタ３７の電力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（アナログ電圧）を発生し、電流指示器６４に出力（印加）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系負荷電流検出器から、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、さらに、バイアス回路４９が与える電圧分を加算して、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で指定されるデューティに、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系負荷電流検出値から、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。

次に負荷電流検出器３３の搭載構成の詳細を説明する。負荷電流検出器３３の負荷電流検出抵抗６０は、主電源２９の定電圧電源３０の一部として同一基板上に搭載し、負荷電流検出抵抗６０の両端電圧を基板間のインターフェイス信号として、定電圧電源３０（主電源２９）とは別の基板に設けた負荷電流検出器３３の差動増幅器６１およびそれに付随する抵抗等と、コネクタ及びハーネスで接続している。この構成とすることで、定電圧電源３０の定電圧フィードバックループの延長（引き延ばし）による該電源の出力精度の劣化を最小限にした。すなわち、定電圧電源３０のリモートセンシング対応による定電圧電源３０のコストの増大を抑えた。

また、補助電源システム（補助電源３２，電流指示器６４，負荷電流検出器３３の組合せ）のオプション化を考えた場合に、補助電源システムなしとする場合には、主電源システム（主電源２９）を変更しなくても、補助電源３２，電流指示器６４，負荷電流検出器３３の差動増幅器６１およびそれに付随する抵抗は、容易に主電源システムから取り外すことができるので、主電源システム（主電源２９）のコストは、負荷電流検出抵抗６０の付加分増加するだけとなり、補助電源システム接続可とした主電源システムとすることは、格別なコスト上昇を殆ど生じない。

仮に、前記のように補助電源システムを装備しない場合も主電源２９を、電流検出抵抗６０を装備するものとした場合には、補助電源システムの接続されていない電源装置においても電流検出抵抗６０による電力消費が発生する。例えば、１０ｍΩの抵抗を接続し、動作時の負荷が１５Ａのシステムの場合には、２．２５Ｗとなる。待機時等の軽負荷時には、さらに小さな値となるが、これに対応する場合は、負荷電流検出抵抗６０は非実装として変わりにジャンパー線を接続する構成とする。これによれば、軽度の変更でよく、主電源２９の構成の複雑化を防止できる。また、補助電源システム非搭載時の主電源２９のコストを更に低減することができる。

本発明のもう１つの実施態様では、差動増幅器６１およびそれに付随する抵抗等を含む負荷電流検出器３３の全体を、主電源２９の定電圧電源３０の一部として同一基板上に搭載し、差動増幅器６１の出力する負荷電流信号を基板間のインターフェイス信号として、定電圧電源３０（主電源２９）とは別の基板に設けた電流指示器６４と、コネクタ及びハーネス等で接続する。これによれば、上述の構成に比べ、差動増幅器６１およびそれに付随する抵抗分、主電源２９のコストは増大するが、ほぼ同一の効果を得ることができ、また、増幅された信号の受け渡しによりノイズ耐量を増すことができる。すなわち、電流検出機能の安定性を向上させることができる。

図６を参照して、定電流電源２６の出力電流の推移の概要を説明する。図６は、複写装置の各部に動作電圧が印加された直後の立ち上げ時からの定着電力指示値，２４Ｖ系負荷電流，定電圧電源の供給電流，定電流電源の供給電流、及び、機器の入力電力、の遷移をグラフ化したものである。下記文中括弧内アルファベットは、図６上のものと対応し、数値は設定電力の例である。

主電源ＳＷ２８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Ｉでは、複写装置ＭＦ１に要求される立ち上げ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（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させる。また、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、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）とする。

また、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開始時ＩＩ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。そのため定着電源３１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（Ｂ′：９００Ｗ）よりは大きい値とし（Ｂ：１２００Ｗ）、定着リロード時からの差分を定電圧電源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を設定変更し（定着リロード時より大きな値にする）、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のキャパシタ３７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、主電源２９の定電圧電源３０のみが行うように、上限電流設定ＭＣＤを大きな値にし（ｂ′）、定電流電源２６からの負荷への給電を停止する。このとき定着加熱装置への供給電力は、通常プリント時の供給電力に変更する（Ｂ′）。補助電源３２の電力供給停止タイミングである、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、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、補助電源電力の有効利用が可能となる。

図７に、入出力制御２０による補助電源の給電制御の概要を示す。入出力制御（のＣＰＵ２１）は、主電源ＳＷ２８が開から閉になって、又は複写機ＭＦ１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２０のＣＰＵ２１に加わって、ＣＰＵ２１が電源オンリセットパルスに応答して入出力制御２０の初期化を終えると、図７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、補助電源の給電可能フラグをＯＮに設定する（Ｓ２）。次に、温度検出７０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ＳＷ２８が投入された直後、あるいは省エネモードからの復帰時であり、補助電源３２からの給電を併用する定着リロード動作を実行する必要があると判断した場合には、まず、補助電源３２からの給電が可能な状態であるかをステップ２に示した状態フラグにより確認する（Ｓ４）。そして、その状態フラグが“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の上限電流設定値ＭＣＤは、図６のａに示した値とする。続けて、定着電力指示により、定着加熱装置３６への最大供給電力の増大を行い（Ｓ６ａ）、定着リロード動作を開始する（Ｓ７）。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３２からの給電なし）の定着リロード時の値（図６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）したことを判断したときに、再度、ステップ２に示した状態フラグを確認し（Ｓ９）、“ＯＮ”であった場合には、定着供給電力を補助電源供給ありのプリント動作時電力（図６のＢ）に変更するように定着電力指示信号で定着電源３１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（図６の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電力（図６のＢ′）に変更し（Ｓ１４）、上限電流設定値ＭＣＤを大きな値（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、ステップＳ２でＯＮにした状態フラグを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、定着装置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、ステップＳ２に示した状態フラグが“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に変更し（Ｓ１４ｂ）、本給電制御を終了する。

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に示す定電圧電源３０，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。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。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。図５に示す電流検出抵抗６０が仮に、定電圧電源３０のフィードバック用の出力電圧摘出位置よりも負荷３５側にある場合の、負荷電流変動に対する負荷電圧の変動を示すタイムチャートである。

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

外部から供給される電力を入力源に用いて負荷に給電する定電圧出力の第１電源；
前記負荷を流れる負荷電流値を電流値信号に変換する変換手段を含み、該電流値信号が表す負荷電流値の、第１電源の出力電流の上限指示値を越える不足分を補うための制御信号を発生する信号発生手段；
蓄電装置；および、
該蓄電装置の電力を入力源に用い、前記制御信号に応じて前記負荷に給電する定電流出力の第２電源；を備え、
前記第１電源は、前記変換手段の電流検出位置よりも前記負荷側の給電線の電圧を設定値に一定化するように第１電源の出力電圧を制御する；
電源装置。
外部から供給される電力を入力源に用いて負荷に給電する定電圧出力の第１電源；
前記負荷を流れる負荷電流値を電流値信号に変換する変換手段を含み、該電流値信号が表す負荷電流値の、第１電源の出力電流の上限指示値を越える不足分を補うための制御信号を発生する信号発生手段；
蓄電装置；および、
該蓄電装置の電力を入力源に用い、前記制御信号に応じて前記負荷に給電する定電流出力の第２電源；を備え、
前記変換手段は、第１電源が定電圧出力制御のためにフィードバックする出力電圧の取り込み位置の前段の負荷電流値を電流値信号に変換する；
電源装置。
前記信号発生手段は、前記変換手段が検出した負荷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第２電源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１又は２に記載の電源装置。
前記変換手段を含む負荷電流検出手段を、第１電源上に備える、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の電源装置。
前記変換手段のみ第１電源上に備える、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の電源装置。
前記変換手段は、電流検出抵抗である、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の電源装置。
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。