(第1実施形態)
図1において画像形成装置1は、電子機器の一例である。画像形成装置1は、画像形成方式として電子写真方式を採用しているが、インクジェット方式など他の画像形成方式を採用してもよい。
画像形成装置1は、メインスイッチSW3がONに切り替えられると、起動する。操作部7から読み取りが指示されるとADFリーダ部8が原稿の画像を読み取り、画像データを生成する。画像データはプリンタ部へ転送される。ADFは、自動原稿給送装置の略称である。プリンタ部では、光学ユニット3が画像データに基づいたレーザ光を用いて感光体ドラム9a〜9dの表面に潜像を形成する。トナーカートリッジ4a〜4dは、それぞれ潜像を現像剤(以下「トナー」という)で現像してトナー像を形成する。トナー像は、転写ベルト5へ一次転写される。
給紙ユニット2は、記録紙12を収容するカセット13と、ピックアップローラ11を備えている。トナー画像の形成と同期して、ピックアップローラ11が記録紙12を搬送路へ送り出す。記録紙12は、レジストローラ10において搬送タイミングを調整される。その後、記録紙12に対して、高電圧を印加された転写ベルト5からトナー像が二次転写される。記録紙12は、搬送ローラによって定着ユニット6へと搬送される。定着ユニット6は、加圧ローラ14と、ヒータと、定着ローラ15を備え、通過する記録紙12に熱および圧力を印加してトナー像を定着させる。記録紙12は、排出ローラ16、17によって画像形成装置1の外部へ排出される。
画像形成装置1には、画像形成装置1の内部へアクセスするための開閉可能なカバーが2つ設けられている。右扉18は、ペーパージャムが発生したときにユーザによって開閉される。前扉19は、トナーカートリッジ4a〜4dを交換する際にユーザやサービス担当者によって開閉される。カバーが開放されるときは、搬送ローラやトナーカートリッジ4a〜4dなどの故障を抑制するために、モータを停止させたり、高電圧の印加を停止させたりする必要がある。右扉18や前扉19は、画像形成装置の内部へアクセスするために開閉可能なカバーの一例である。
図2を用いて画像形成装置1の制御回路について説明する。電源部28は商用交流電源から供給された交流電圧を所定の直流電圧(例:3.3V、5V、24V)に変換する電源装置である。電源部28は、複数の電源ユニットを備えている。3.3V電源ユニット24は、フィルタ20を介して供給された交流電圧を3.3Vの直流電圧に変換する。3.3V電源ユニット24は、内部に絶縁トランス124を備えている。24V電源ユニット25は、フィルタ20を介して供給された交流電圧を24Vの直流電圧に変換する。24V電源ユニット25は、絶縁トランス125を備えている。絶縁トランス125の入力側が2次側であり、出力側が2次側である。このように、24V電源ユニット25は、1次側に供給された電力を変換して2次側に出力する電源回路の一例である。5V電源ユニット26は、24Vの直流電圧を5Vの直流電圧に変換するDC−DCコンバータである。
電源部28は、さらに、定着ヒータ回路と、リレー駆動回路120を備えている。定着ヒータ回路は、フィルタ21及びヒータ駆動回路22を備え、定着ユニット6のヒータに電力を供給する。
電源部28は、コントロール部31に対して非インターロック電源である+3.3V、+5V、+24Vと、インターロック電源である+5VIL、+24VIL1〜+24VIL3をそれぞれ出力する。ここで、非インターロック電源とは、画像形成装置1のカバー27(右扉18、前扉19)が開かれても電力の供給が遮断されない電源系統である。インターロック電源とは、カバー27が開放されたことに連動して遮断される電源系統である。電圧記号に付加されている記号ILは、その電圧がインターロックを確保されていることを示している。つまり、+3.3V、+5V、+24Vの各電圧はカバー27が開いても遮断されずに供給されるが、+5VIL、+24VIL1〜+24VIL3の各電圧は、カバー27が開くと遮断される。インターロック機構は、UL規格やCSA規格などの安全規格で定められている所定の接点ギャップ(接点間距離)が確保されたリレーやスイッチによって実現される。よって、リレーやスイッチの上流側は非インターロック電源であり、リレーやスイッチの下流側がインターロック電源となる。インターロック絶縁は、この非インターロック電源とインターロック電源とを絶縁することをいう。いかでは、インターロック絶縁を単に、インターロックと呼ぶことにする。
回路構成から明らかなように、3.3V電源ユニット24は、メインスイッチSW3に依存することはない。つまり、3.3V電源ユニット24は、商用電源から電力を供給され続ける限り、直流電圧を出力できる。一方、24V電源ユニット25は、リレーRL2によって、商用電源からの電力の供給を制御される。リレーRL2は、画像形成制御ブロック41が出力する制御信号RLD12によりリモート制御される。制御信号RLD12がH(High)になるとトランジスタQ2がオンに切り替わり、リレーRL2もオンに切り替わる。これにより、交流電力が供給され、24V電源ユニット25が直流電圧の供給を開始する。
ヒータ駆動回路22は、画像形成制御ブロック41から出力される制御信号FSRD1、FSRD2によって制御され、定着ユニット6が備える抵抗R1、R2に流される電流の値を制御する。これにより、抵抗R1、R2によって構成されたヒータの温度調整が行われる。
リレーRL3は、定着ユニット6の安全回路である。リレーRL3は、画像形成制御ブロック41から出力される制御信号RLD11により制御される。リレーRL3は、制御信号RLD11がHになるとトランジスタQ1がオンとなり、リレーRL3もオンに切り替わる。定着ユニット6もカバー開に連動してインターロックを実現する必要がある。そのため、リレーRL3は、+24VIL1で駆動される。つまり、カバー27が開放されると、+24VIL1の供給は停止するため、リレーRL3も開放される。
コントロール部31は、画像形成制御ブロック41とシステム制御ブロック42を備えている。画像形成制御ブロック41は、主に画像形成や熱定着、用紙搬送などの制御を担当している。画像形成制御ブロック41は、両面ユニット33、光学ユニット3、高圧ユニット35、定着モータ36、ドラムモータ37、現像モータ38、給紙モータ39、冷却ファン40、給紙オプションユニット32および定着ユニット6を制御する。とりわけ、画像形成制御ブロック41や後述するインターロック機構は、第1リレー及び第2リレーの動作を制御する制御手段として機能する。例えば、画像形成制御ブロック41や後述するインターロック機構は、検知回路によりカバーが開いたことを検知すると、第1リレーおよび第2リレーのリレー接点をそれぞれ開いて第1供給系統および第2供給系統を遮断する。一方で、画像形成制御ブロック41は、検知回路によりカバーが閉じたことを検知すると、第1リレーのリレー接点を閉じて第1供給系統を接続し、第1リレーのリレー接点を閉じた後に第2リレーのリレー接点を閉じる。
両面ユニット33は、記録紙12の両面に画像を形成する際に記録紙12の表裏を判定させるユニットである。高圧ユニット35は、転写ベルト5などに高電圧を印加するユニットである。定着モータ36は、定着ユニット6が備える加圧ローラ14や定着ローラ15を駆動するモータである。ドラムモータ37は、感光体ドラム9a〜9dを駆動するモータである。現像モータ38は、現像ローラを駆動するモータである。給紙モータ39は、ピックアップローラ11を駆動するモータである。冷却ファン40は、画像形成装置1の本体内部を冷却するためのファンである。給紙オプションユニット32は、画像形成装置1の本体外部に接続されて、記録紙2を画像形成装置1へ供給するユニットである。
システム制御ブロック42は、ADFリーダ部8や、ネットワークに接続されたPC等から受信した画像データや電話回線を介して受信したFAX信号に対して画像処理を行い、画像形成制御ブロック41に画像情報を渡す。また、システム制御ブロック42は、画像形成装置1のスタンバイ状態やスリープ状態など、電力供給モードの管理なども行っている。
カバー27は、前扉19と右扉18の開閉に機械的に連動するリンク機構48を備えている。リンク機構48は、前扉19と右扉18のいずれか一方が開くと、インターロックスイッチSW1、SW2をオフに切り替える。一方で、リンク機構48は、前扉19と右扉18の双方が閉じる(閉塞する)と、インターロックスイッチSW1、SW2をともにオンに切り替える。インターロックスイッチSW1、SW2は、5V電源ユニット26から供給される5Vの電圧を遮断するか供給するかを制御している。インターロックスイッチSW1、SW2は、カバーの開閉を検知する検知回路の一例である。インターロックスイッチSW1、SW2の下流側の電源系統が+5VILになっている。インターロックスイッチSW1、SW2がオフになると、+5VILの電源系統が遮断されるため、リレーRL10、RL11、RL12およびRL13のすべてが開放される。インターロックスイッチSW1、SW2がオンになると、+5VILの電源系統が接続されるため、リレーRL10、RL11、RL12およびRL13のすべてが閉じる。
このように、カバー27が開いているときには、インターロックスイッチSW1、SW2も開き、+5VIL、+24VIL1〜+24VIL3の各電源系統が遮断される。+5VILはインターロックスイッチSW1、SW2が開くと直接遮断される。一方、+24VIL1はリレーRL10の駆動電圧が+5VILであることから、+5VILが遮断されると、+24VIL1が遮断される。+24IL2および+24VIL3の各電源系統からの電力は、+24VILからリレーRL11、RL12を経由して出力される電力である。そのため、+24IL2および+24VIL3の各電源系統は、+24VIL1が遮断されると直ちに遮断される。上述したように、+3.3V、+5V、+24Vの各電源系統は、カバー27の開閉に連動しない非インターロック電源であり、+5VIL、+24VIL1〜+24VIL3はカバー開に連動して遮断されるインターロック電源である。
カバー27が開くと、+5VILで光学ユニット3をインターロックすることができる。同様に、+24VIL1で定着モータ36及びリレーRL3をインターロックする。さらに、+24VIL2でドラムモータ37、高圧ユニット35および冷却ファン40をインターロックする。また、+24VIL3で現像モータ38、給紙モータ39、両面ユニット33および光学ユニット3をインターロックする。つまり、インターロックによって、これらへの電力の供給が遮断される。
一方、カバー27が閉まると、+5VIL、+24VIL1〜+24VIL3の各インターロック電源系統の遮断が解除される。コントロール部31の画像形成制御ブロック41が制御信号RLD1、RLD2、RLD3をLからHに切り替える。これにより、トランジスタQ10〜Q12がオンに切り替わり、リレー駆動回路120の内部に設けられたリレーRL10、RL11、RL12がオンに切り替わる。
図3を用いてリレー駆動回路120の詳細を説明する。リレーRL10はインターロック電源系統である+5VILにより駆動される。リレーRL11、RL12はメインスイッチSW3を介して非インターロック電源である+3.3Vにより駆動される。これについて詳細に説明する。
画像形成装置1は記録紙12の排紙速度が上がってくるとそのトナー画像の定着性を維持するために、定着ユニット6のヒータ温度を上げたり、加圧ローラ14の加圧力を上げたりする必要がある。加圧ローラ14と定着ローラ15との間には、いわゆるニップ部が形成される。このニップ部に高い圧力が付与されたまま長期間にわたって放置されると、加圧ローラ14の表面の形状が変形してしまう。つまり、ニップ部とニップ部以外とで表面形状が異なってしまう。これが発生するとトナー画像の定着ムラが発生する。特に光沢紙などでは、画像不良を引き起こしてしまう。このため、画像形成装置1のメインスイッチSW3をオフにする際に、加圧ローラ14と定着ローラ15とを当接状態から離間状態に移行する機構が設けられている。
メインスイッチSW3をオフした後に、加圧ローラ14と定着ローラ15とを離間状態に移行可能とするには、メインスイッチSW3をオフしても定着モータ36に+24VIL1により供給されていた電力を直ちに遮断しないようにしなければならない。そこで、メインスイッチSW3の状態を検知する回路が必要となる。本実施形態では、定着モータ36を駆動する電圧を供給する+24IL1の電源系統のみがメインスイッチSW3と連動して遮断される。メインスイッチSW3がオフになったことを示すスイッチオフ信号SWDET(図2)をコントロール部31が検知し、定着ユニット6の離間動作を行う。定着ユニット6が離間状態に移行した後で、コントロール部31は、24V電源ユニット25を制御するための制御信号RLD12をオフする必要がある。そこで、本実施形態では、+24VIL1がインターロックスイッチSW1、SW2により遮断されるものの、メインスイッチSW3に連動して直ちに遮断しないように構成されている。一方、+24VIL2および+24VIL3は、インターロックスイッチSW1、SW2、メインスイッチSW3のいずれかがオフになると、直ちに遮断されるように構成されている。
メインスイッチSW3がオンになると、画像形成装置1はイニシャル動作をスタートする。給紙オプションユニット32とADFリーダ部8は、それぞれ独自のカバー、カバー開閉の検知回路及びインターロック機構を備えている。そのため、これらの説明については省略する。
操作部7は、カバー27が開放されても警告表示等を行うために非インターロック電源系統である+24Vおよび+3.3Vで駆動されている。光学ユニット3備える半導体レーザは、+5VILで駆動されている。よって、カバー27が開放されれば、直ちに発光を停止する。
リレー駆動回路120とその各リレーの駆動タイミングについて説明する。はじめに図3を用いて比較例について説明する。比較例では、+24Vの直流電圧を供給する電源系統は、4つに分岐されている。4つの分岐系統には、インターロックを実現するためのリレーRL10、RL11、RL12およびRL13が設けられている。
リレーRL10の下流側は、インターロック電源系統である+24VIL1であり、定着モータ駆動回路301に電力を供給する。定着モータ駆動回路301は、定着モータ36を駆動する回路である。定着モータ駆動回路301は、容量成分としてコンデンサC1を備えている。リレーRL10は、トランジスタQ10を介して制御信号RLD1により制御される。
リレーRL11の下流側は、インターロック電源系統である+24VIL2であり、ドラムモータ駆動回路302に電力を供給する。ドラムモータ駆動回路302は、ドラムモータ37を駆動する回路である。ドラムモータ駆動回路302は、容量成分としてコンデンサC2を備えている。リレーRL11は、トランジスタQ11を介して制御信号RLD2により制御される。
リレーRL12の下流側は、インターロック電源系統である+24VIL3であり、現像モータ駆動回路303、給紙モータ駆動回路304、両面ユニット駆動回路305に電力を供給する。現像モータ駆動回路303は現像モータ38を駆動する回路である。給紙モータ駆動回路304は給紙モータ39を駆動する回路である。両面ユニット駆動回路305は両面ユニット33を駆動する回路である。現像モータ駆動回路303は、容量成分としてコンデンサC3を備えている。給紙モータ駆動回路304は、容量成分としてコンデンサC4を備えている。両面ユニット駆動回路305は、容量成分としてコンデンサC5を備えている。なお、+24VIL3のインターロック電源系統には、突入電流を抑制するための突入電流抑制回路310Aが挿入されている。突入電流抑制回路310Aは、コンデンサC21、抵抗R21、R22およびFET(電界効果トランジスタ) Q22により構成されている。リレーRL12は、トランジスタQ12を介して制御信号RLD3により制御される。
リレーRL13の下流側は、インターロック電源系統である+24VIL4であり、高圧電源駆動回路306およびファン駆動回路307に電力を供給する。高圧電源駆動回路306は高圧ユニット35を駆動する回路である。ファン駆動回路307は冷却ファン40を駆動する回路である。高圧電源駆動回路306は、容量成分としてコンデンサC6を備えている。ファン駆動回路307は、容量成分としてコンデンサC7を備えている。なお、+24VIL4のインターロック電源系統には、突入電流を抑制するための突入電流抑制回路310Bが挿入されている。突入電流抑制回路310Bは、コンデンサC31、抵抗R31、R32およびFET Q32により構成されている。リレーRL13は、トランジスタQ13を介して制御信号RLD4により制御される。
図4は、比較例における各リレーの定格を示す図である。図4によれば、リレーRL10ないしRL13のすべてについて、接点ギャップは1mm以上であり、耐突入電流性能もTV−5定格である。各リレーに持たせる機能はインターロック絶縁とオンオフ制御である。
図5は、第1実施形態に係るリレー駆動回路の構成例を示す回路図である。既に説明した個所には同一の参照符号を付与することで、説明の簡潔化を図る。図5によれば、リレーRL10が+24Vの電源系統の最上流に配置されている。リレーRL10の下流に、リレーRL11、RL12が配置されている。すなわち、リレーRL11の出力側接点がリレーRL11とRL12の入力側接点に接続されている。+24VIL1の電源系統(第1供給系統)から電力を供給され定着モータ駆動回路301は、電源回路の2次側から出力される電力を供給されて動作する第1負荷の一例である。リレーRL10は、電源回路から第1負荷への電力の第1供給系統を遮断または接続する第1リレーの一例である。+24VIL2、+24VIL3は、第1リレーの出力側から伸びる第1供給系統から分岐した第2供給系統の一例である。リレーRL11、RL12は、第2供給系統が入力側に接続され、出力側に第2負荷が接続された第2リレーの一例である。カバーが開くと、第1リレー(RL10)および第2リレー(RL11、RL12)はそれぞれリレー接点を開いて第1供給系統および第2供給系統を遮断する。また、カバーが閉じると、第1リレーはリレー接点を閉じて第1供給系統を接続し、第2リレーは第1リレーのリレー接点が閉じた後に第2リレーのリレー接点を閉じる。
図6によれば、第1実施形態に係る複数のリレーのうち、接点ギャップが1mm以上のリレーはRL10のみである。RL11、RL12は接点ギャップが0.7mmのリレーである。つまり、第2リレー(RL11、RL12)の接点間距離が第1リレー(RL10)の接点間距離よりも短い。よって、リレーRL11及びRL12はそれぞれ単体ではインターロックの絶縁距離が不足している。安全規格上は、接点ギャップを1mm以上確保することが義務付けられているからである。しかし、本実施形態では、リレーRL10に対して、リレーRL11、RL12をカスケード(多段)接続しているため、リレー駆動回路120の全体としては、接点ギャップが1mm以上確保されていることになる。よって、安全規格も満たされる。リレーRL11、RL12は、インターロック電源系統である+24VIL1を入力側に接続されている。そのため、リレーRL11の下流側の電源系統である+24VIL2もインターロック電源系統となり、同様に、リレーRL12の下流側の電源系統である+24VIL3もインターロック電源系統となる。
このように第1実施形態では、上記の回路構成を採用することで、安全規格を満たしつつ、インターロック機構を実現できる。さらに、比較例では、4つあるリレーがすべてについて接点ギャップが1mm以上確保されなければならないが、第1実施形態では、リレーRL10のみが接点ギャップを1mm以上確保されればよい。つまり、リレーRL11、RL12については、接点ギャップが1mm未満の安価なリレーを採用できる。また、リレーの総数も1つ削減できる利点もある。なお、接点ギャップを短くすることで、リレーの耐久性も向上する。なお、図6に示すように、リレーRL10のみがインターロック絶縁機能とオンオフ制御機能を備えているが、リレーRL11、RL12にはオンオフ制御機能のみを備えていればよい。
一般に、リレーはその接点ギャップが広いものほど、接点を閉じた際のバウンス時間が長く、かつ、バウンス回数が多くなる。バウンス時間が長く、かつ接点開閉時にアークが発生する場合、リレー接点の表面のメッキ処理が荒れやすく、リレーの耐久性を劣化させる傾向がある。一方、接点ギャップが狭いリレーはバウンス時間が短くなる。よって、接点ギャップが狭いリレーの接点にアークが発生しても、突入電流に対する耐久性が相対的に良く、かつ、接点開閉で発生するノイズが小さい。突入電流とはリレーの接点が閉じた際に、そのリレーの下流に接続された負荷の容量成分へ流れるラッシュ電流である。また接点に生じるアーク放電の放電量は、突入電流と出力電圧の積が大きくなればなるほど、多くなる傾向がある。そこで、第1実施形態では、リレーRL10として、インターロックの絶縁距離を十分に確保するために、接点ギャップの広いリレーを採用している。また、リレーRL11、RL12として、耐久性向上のため、接点ギャップの狭いリレ−を使用している。
図6に示すように、リレーRL10のTV定格は、TV−5定格であり、リレーRL11、RL12のTV定格はTV−8定格である。つまり、第2リレー(RL11、RL12)の耐久性は第1リレー(RL10)の耐久性よりも高い。この点について補足する。TV定格はUL規格やCSA規格で採用されているリレーの耐久性に関する定格である。TV−5定格とは、入力120V、負荷5A、突入電流78Aで、2万5千回の開閉回数を達成しうる規格である。TV−8定格とは、入力120V、負荷8A、突入電流118Aで、2万5千回の開閉回数を達成しうる規格である。なお、第1実施形態ではリレーを電源装置の2次側における電源系統を開閉するために使用しており、このTV定格の耐久条件をそのまま満たすことは要求されない。しかし、相対比でTV−8定格を満たしたリレーはTV−5定格を満たしたリレーに対し、突入電流の耐ラッシュ性に関して1.5倍(118A/78A=1.51倍)の性能を持っている。TV−8定格のリレーは接点ギャップが相対的に狭く、インターロック絶縁のためのギャップ長が不足する。しかし、TV−8定格のリレーは接点がバウンスしにくいため、TV−5定格のリレーよりも耐久性やノイズ性能で優れる。そこで、第1実施形態では、接点ギャップが相対的に広いリレーと狭いリレーとを混在させている。すなわち、電源系統において上流側のリレーでインターロックとしての絶縁距離を確保している。さらに、下流側のリレーに耐ラッシュ性の良いものを使用することで、リレー駆動回路120の全体として耐久性を改善している。
+24VIL1の電源系統における下流側の容量性負荷は定着モータ駆動回路301が備えるコンデンサC1のみである。+24VIL2の電源系統における下流側の容量性負荷は、ドラムモータ駆動回路302が備えるコンデンサC2、高圧電源駆動回路306が備えるコンデンサC6およびファン駆動回路307が備えるコンデンサC7である。+24VIL3の電源系統の下流側に接続された容量性負荷は、現像モータ駆動回路303のコンデンサC3、給紙モータ駆動回路304のコンデンサC4および両面ユニット駆動回路305のコンデンサC5である。具体的には、リレーRL10の下流側における容量性負荷の総容量はC1=47uFである。リレーRL11の下流側における容量性負荷の総容量はC2+C6+C7=47+47+10uF=104uFである。そして、リレーRL12の下流側における容量性負荷の総容量はC3+C4+C5=47+47+22uF=116uFである。つまり、第1負荷の容量(47uF)は第2負荷の容量(116uF)よりも小さいのである。このように、リレーRL11、RL12の下流側には、図3の比較例よりも多くの容量性負荷を接続することが可能になる。図3の比較例では、リレーRL11の下流側の総容量は47uFであるが、本実施形態では104uFに増やすことができる。なお、第1実施形態では、比較例のように突入電流抑制回路310A、310Bを追加してもよい。この追加により、さらに、容量性負荷を増やすことが可能となる。
上述したように、比較例のリレーRL10〜RL13はそのすべてがインターロックの絶縁距離が確保されたリレーである。さらに、これらのリレーはすべてTV−5定格を満たすリレーであった。一方、第1実施形態ではリレーRL11、RL12に絶縁距離の短いTV−8定格品を使用している。よって、リレーRL11、RL12の下流側に接続される容量性負荷の許容容量が大きくなっている。ちなみに、許容容量に対して実際の容量性負荷の総容量がこえてしまうと、リレー接点が融着するなど、リレーの不具合が発生しやすくなる。よって、総容量が許容容量を超えるか、許容容量に近い場合、突入電流抑制回路が必要となる。
第1実施形態では上記の回路構成を採用することで、+24Vの電源系統の分配数を比較例よりも削減することができる。その結果、リレーの使用個数も比較例の4個から3個へ削減できる。さらに、比較例では2回路分の突入電流抑制回路310A、310Bが必要であったが、第1実施形態ではそれらを省略できる。第1実施形態ではリレーや突入電流抑制回路を削減できるため、部品価格のコストダウン、基板占有面積の軽減、24V電源の電源系統数の削減に伴う電線やコネクタ数量の削減を実現できる。さらには、画像形成装置内部の配線の煩雑さを改善できる。また、電源系統の数を削減できるため、カバー開閉時のインターロック動作によるロック(カバー閉)およびアンロック(カバー開)で発生するノイズ放射の量を削減できる。
図7および図8を用いて、リレーの駆動シーケンスについて説明する。制御信号RLD1〜RLD3は其々リレーRL10〜RL12の駆動信号である。電流I1〜I3は其々リレーRL10〜RL12に流れる電流である。IA〜IDは各リレーの突入電流を示している。前述したように、リレーRL10は接点ギャップが相対的に広く、耐久性はTV−5定格を満たしている。また、リレーRL10に接続される負荷はとしては定着モータ36のみである。よって、残りの24V系の負荷は、+24VIL2と+24VIL3の電源系統から電力の供給を受ける。
図8に示された駆動シーケンスは画像形成制御ブロック41が実行するシーケンスである。S801で、画像形成制御ブロック41は、インターロックが終了したか否かを、+5VILの信号レベルに基づいて判定する。インターロックは、カバー27が開いたときに所定ユニットへの電力供給を遮断することである。よって、インターロックの終了は、インターロック電源の電力供給の開始或いは再開を意味する。上述したように、カバー27が開放されて、+5VILの電源系統がインターロックスイッチSW1、SW2によって遮断されると、インターロックが開始される。また、カバー27が閉じられ、インターロックスイッチSW1、SW2が閉じられると、+5VILの信号レベルがHになる。よって、画像形成制御ブロック41は、+5VILの信号レベルがHになるとインターロックが終了したと判定できる。インターロックが終了すると、S802に進む。
S802で、画像形成制御ブロック41が制御信号RLD1をHにする。これにより、トランジスタQ10がONに切り替わり、それに引き続いてリレーRL10がONに切り替わる。リレーRL10をオンに切り替えるにはコイルの励磁が必要となる。すなわち、リレーRL10の接点をクローズさせるためには、ある程度の動作時間t1が必要となる。よって、図7が示すように、制御信号RLD1がHになってからt1秒が経過すると、リレー接点が閉じて+24VIL1の電源系統が電力の供給を開始する。ここで動作時間とは、リレーの励磁開始(ここでは制御信号RLD1信号がHになった時点)から、リレー接点がクローズしてリレーの出力端子に電圧が現れるまでの期間である。動作時間は、リレーが備えるコイルの励磁完了時間や、リレーの接点バネの特性などで決まる期間である。+24VIL1の電源系統が電力の供給を開始すると、定着モータ36への突入電流IAが流れる。
S803で、画像形成制御ブロック41は、内部のタイマの計時をスタートさせる。これは、制御信号RLD1をHにしてからの経過時間tを計測するためである。Hの制御信号RLD1はリレーRL10を閉じることを指示するための制御信号である。S803で、画像形成制御ブロック41は、制御信号RLD1をHにしてからT秒が経過したかどうか、すなわち、tがT以上になったかどうかを判定する。tがT以上になると、S805に進む。このように、タイマは、第1リレーがリレー接点を閉じることを指示して(制御信号RLD1をHにして)からの経過時間を計時する計時手段として機能する。
S805で、画像形成制御ブロック41は、制御信号RLD2、RLD3をHにする。このように、画像形成制御ブロック41は、経過時間が所定時間を経過すると、第2リレーの駆動端子にリレー接点を閉じることを示す駆動信号を供給する駆動信号供給手段として機能する。図7が示すように、制御信号RLD1をHにしてからT秒が経過した時点で、制御信号RLD2、RLD3をHになる。ここで、時間Tは時間t1より長い時間に設定する必要がある。つまり、所定時間(T)は、第1リレーに対する励磁を開始してから第1リレーのリレー接点が閉じるまでに必要となる動作時間(t1)よりも長く設定される。時間t1はリレーRL10の動作時間に相当する。よって、時間t1は、使用するリレーやコイルの励磁電圧に依存し、例えば、15mS程度である。同様に、時間Tは、例えば、100mS程度である。
制御信号RLD2、RLD3がHになってからt2秒が経過した時点で、リレーRL11、RL12の接点が閉じ、+24VIL2と+24VIL3との各電源系統が電力の供給を開始する。t2は、リレーRL11、RL12の動作時間である。このとき、リレーRL11の下流側の回路に突入電流ICが流れ、リレーRL12の下流側の回路に突入電流IDが流れる。この突入電流IC、突入電流IDは、上流側に配置されたリレーRL1の電流I1にも突入電流IBとなって流れる。突入電流IBはICとIDの加算値になる。
図7に示したシーケンスでは、制御信号RLD2、RLD3を同時にHに切り替えているため、+24VIL2と+24VIL3の双方の電源系統が同時に起動している。リレーRL11、RL12として同タイプのリレーを使用していたとしても、これらの動作時間は同じとは限らない。リレーには個体差が存在するからである。この個体差によって、突入電流ICと突入電流IDのピーク位置は時間軸上で多少ずれる。この場合、突入電流IBの波高値は、ICの波高値とIDの波高値との単純和よりも低くなる。なお、突入電流IBの波高値が低くなることは、突入電流による回路へに負担が軽減されるため、何ら問題とならない。
リレーRL10には突入電流IAとIBが流れることになる。突入電流IBはリレーRL10の接点が閉じた後に流れる突入電流であるため、突入電流IBが流れる際にはリレーRL10の接点にはアークが発生しない。すなわち、リレーRL10の接点に発生するアークは突入電流IAが流れるときにのみ発生する。アークの大きさは突入電流の波高値に相関がある。よって、リレーの耐久性を保証するために、突入電流IAは、リレーの限界値である60A以下に設定しなければならない。この60Aという値は、リレーの製品寿命中におけるリレーの耐久性を確保するために守るべき突入電流の限界値である。例えば製品寿命中に達成すべきリレー接点の開閉可能回数が30万回であると仮定する。30万回は、画像形成装置1の製品寿命に相当する画像形成枚数から求められたリレーの開閉回数である。つまり、30万回は、1枚の画像を形成する際にリレーの接点が開閉する回数と、製品寿命に相当する画像形成枚数との積となる。リレーの開閉可能回数は、この30万回以上でなければならない。また、リレーの限界値は、突入電流に対する限界耐量であり、実験から求められる。突入電流の限界耐量は、使用するリレーや、印加される電圧のレベル、使用温度などに依存する。よって、使用条件に応じて実験値から求められる。使用条件が厳しい地域では、突入電流の限界耐量も上がる。
リレーRL11、RL12に流れる突入電流IC、IDは突入電流IAより小さいが、リレーRL11、RL12としては接点ギャップが狭い耐久性の良いリレー(TV−8定格品)が採用されている。前述したように、TV−8定格品はTV−5定格品に比べ耐ラッシュ電流特性が1.5倍も優れている。リレーRL10としてはTV−5定格のリレーを採用して、突入電流を60A以下に抑える必要がある。リレーRL11を流れる電流I2については、突入電流を90Aまで許容できる。TV−8定格品の耐ラッシュ性はTV−5定格の1.5倍だからである。そのため、リレーRL11は、比較的大きな突入電流を許容できる。
このように、第1実施形態では突入電流IAを60A以下とし、突入電流IC及びIDを90A以下とすることができる。そのため、リレーRL10〜RL12の耐久回数について30万回をクリアすることができる。第1実施形態によれば、接点ギャップの異なる複数のリレーを直列に接続している。さらに、上流側に接点ギャップの広いリレーを採用し、下流側に接点ギャップの狭いリレーを採用している。よって、リレーの耐久性を上げることが可能となり、24Vを供給する電源系統の分岐数を比較例もより削減できる。さらに、第1実施形態では突入電流抑制回路も省略できる。
なお、時間Tが時間t1よりも短すぎると、リレーRL10には突入電流IAが流れきる前に、突入電流IBが流れ始めてしまう。突入電流IAによるアーク放電が終了する前に突入電流IBが流れ始めると、リレーRL10の接点に生じるアーク放電が継続し、リレーの寿命を短くしてしまうおそれがある。よって、時間Tは時間t1より長くなるように設定される。
カバー27が開放され、インターロックスイッチSW1、SW2がオフになると、+5VILの電源系統による電力の供給が遮断される。リレーRL10は、制御信号RLD1によって基本的には駆動されるが、トランジスタQ10への+5VILによる電力の供給が停止すれば、リレーRL10がオフになる。これによる、+24VIL1の電源系統による電力の供給が停止するため、底から分岐している+24VIL2および+24VIL3の各電源系統による電力の供給も停止する。このように、インターロックが始動するときは、画像形成制御ブロック41が関与しない。
図8のフローチャートにおいて、S801でインターロックが終了したことをトリガーとして、S802ないしS805を実行している。もちろん、メインスイッチSW3がオンとなったことや、スリープモードや待機モードから画像形成モードへ復帰したこともトリガーとして、S802ないしS805を実行してもよい。画像形成制御ブロック41は、スリープモードや待機モードに移行すると、制御信号RLD1、RLD2およびRLD3をHighからLowに切り替えることで、各ユニットの電力消費を削減する。よって、スリープモードや待機モードからの復帰時にも、インターロックの終了と同様の通電再開処理が必要となるのである。
(第2実施形態)
第1実施形態では、リレーRL11とリレーRL12がそれぞれ画像形成制御ブロック41からの制御信号により制御されていた。第2実施形態では、これらの制御信号を省略可能な構成について説明する。
図9は、第2実施形態のリレー駆動回路の構成例を示す回路図である。図10は、第2実施形態のリレー駆動回路のシーケンスを示す図である。第1実施形態と共通する事項には同一の参照符号を付与している。第2実施形態で使用するリレーは、第1実施形態と同じものである。同様に、インターロックの構成も第1実施形態と同様である。つまり、第2実施形態が第1実施形態と異なる部分はトランジスタQ11、Q12の駆動回路のみである。
第1実施形態では、トランジスタQ11、Q12を駆動するための駆動信号が画像形成制御ブロック41から出力される制御信号RLD2、RLD3であった。第2実施形態では、制御信号RLD2、RLD3に代えて、リレーRL10の出力電圧(+24VIL1の電源系統によって供給される電圧)によって、トランジスタQ11、Q12が駆動される。つまり、第1供給系統(+24VIL1)から分岐した第3供給系統が第2リレー(RL11、RL12)の駆動端子に接続されている。これにより、画像形成制御ブロック41から出力されるリレー駆動信号としては制御信号RLD1だけになる。
第1実施形態では、最上流のリレーRL10を駆動した後、その下流側のリレーRL11、RL12を駆動する必要があった。このため、画像形成制御ブロック41は、時間Tを計時するタイマを用いて、制御信号RLD2、RLD3の出力タイミングを、制御信号RLD1の出力タイミングに対して遅延させていた。一方、第2実施形態では、リレーRL11、RL12を駆動するトランジスタQ11、Q12のベース電圧をリレーRL10の出力電圧とすることで、リレーRL11を駆動した後でリレーRL11、RL12を準じ駆動できるようにしている。第1実施形態では、時間t1を15mSとし、さらにリレーのバラツキを考慮してTの値を100mSに設定していた。一方、第2実施形態でタイマを用いた遅延処理は不要となる。
第2実施形態に係る回路構成では、+24VIL1の電源系統が起動した後に、すみやかにトランジスタQ11、Q12がオンすることで+24VIL2、+24VIL2の電源系統を起動できる。そのため、画像形成装置1が画像信号を受信してから記録紙を出力するまでの時間であるファーストプリントタイムを短縮させることができる。図7と図10とを比較するとわかるように、第1実施形態では、T+t2(例:115mS)の時間が必要であったが、第2実施形態ではt1+t2(例:30mS)の時間に短縮できる。また、第2実施形態では、制御信号RLD2、RLD3が不要になる。そのため、回路構成がシンプルになるだけでなく、Tを計測するためのタイマも不要になる。
(第3実施形態)
第3実施形態では、第2実施形態と同様で下流側のリレーRL11を上流側のリレーRL10の出力電圧(+24VIL1)によりトリガーしている。第1および第2実施形態と同様に、上流側のリレーRL10はTV−5定格のインターロック用のリレーであり、下流側のリレーRL11はTV−8定格のリレーである。
第3実施形態が第2実施形態と異なる点は、リレーRL12を省略している点と、定着モータ駆動回路301を除く他の24V系の負荷をリレーRL11の下流側に接続している点である。つまり、+24VIL2によって、ドラムモータ駆動回路302、現像モータ駆動回路303、給紙モータ駆動回路304、両面ユニット駆動回路305、高圧電源駆動回路306およびファン駆動回路307に電力が供給される。
注意すべき点は、+24VIL2の電源系統に接続される容量性負荷の総容量が多くなってしまう点である。コンデンサC2〜C7の総容量は、47uF×4個+22uF+10uF=220uFとなる。これは、第1実施形態の総容量(C3+C4+C5=47+47+22=116uF)のほぼ2倍である。よって、このままでは大きな突入電流が容量性負荷に流れてしまい、リレーRL11の耐久性を十分に確保できなくなってしまう。
そこで、第3実施形態では、リレーRL11の下流側の電源系統に突入電流抑制回路310Aを挿入することで、突入電流の波高値を低減している。突入電流抑制回路310Aは、第2リレー(RL11)の出力側から第2負荷(ドラムモータ駆動回路302など)へ伸びる第2供給系統に、第2負荷の容量成分へ流れようとする突入電流の電流値を低下させる突入電流抑制回路の一例である。突入電流抑制回路310Aは、図11に示すように、抵抗R21、R22、コンデンサC21で組まれた時定数回路によってFET Q22をソフトスタートさせている。これは比較例における突入電流抑制回路310A、310Bと同様である。
図12によれば、突入電流抑制回路310Aを除いてしまったときの突入電流はIBである。一方、突入電流抑制回路310Aを追加することで、リレーRL11の突入電流の波高値はIBからICへと低減している。よって、リレーRL11としてTV−8定格品(許容突入電流90A)を採用できる。
このように、第3実施形態では、第2実施形態よりもリレーと電源系統をさらに減らすことができる。ただし、それに伴う突入電流のピーク値の上昇を突入電流抑制回路により抑圧している。つまり、突入電流抑制回路が必要となるものの、24V系の電源系統数を3系統から2系統に減らすことができる。リレーの数を減らすことできるため、スペース効率で優れている。また、電源系統数を減らすことができるため、ノイズ放射も削減できる。突入電流抑制回路によるコストアップがあるものの、リレーや電源系統の削減によるコストダウンがある。
このように、第1実施形態ないし第3実施形態のうちどの構成を採用するかは、どの効果を優先するかに依存する。ノイズ放射やスペース効率を重要視する場合は、第3実施形態が有用である。このように、電源系統をさらに減らすか、あるいは突入電流抑制回路を入れずにリレーを配置するかは、画像形成装置の種類に応じて個別に決定すればよい。第3実施形態における突入電流抑制回路の導入は、設計自由度を広げる長所をもたらす。