JP7298401B2 - 画像形成装置および画像形成装置の電力配分方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置および画像形成装置の電力配分方法に関する。

商用電源を使用する画像形成装置は、商用電源の電源容量を超えないように消費電力を制御する必要がある。例えば、画像形成装置は、予め見積もった装置内の各負荷の消費電力のばらつきを考慮して、各負荷の消費電力の合計が電源容量を超えないように負荷へ供給する電力量を制御する。また、画像形成装置は、商用電源からの電流の検出手段と、定着部の温度の検出手段とを有し、検出した電流と温度とに基づいて、定着部の定着電力が制限値を超えないように定着電力を制御しながら、定着部の温度を所望の温度に設定する。

画像形成装置の定着部に使用されるヒータの消費電力（ワット数）は、ヒータの製造ばらつき等によりばらつく。例えば、画像形成装置に搭載されたヒータの消費電力が標準値に対して小さい場合、本来供給されるべき電力がヒータに供給されず、電力の使用効率が低下してしまう。これにより、定着部を所定の温度まで上昇させるウォームアップ時間が長くなり、印刷時間が長くなってしまう。すなわち、ヒータに供給可能な電力が余っているにもかかわらず、印刷時間が長くなるという矛盾した状態が発生する。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、画像形成装置に搭載される定着ヒータの消費電力のばらつきに応じて発生する余剰電力を効率的に使用することを目的とする。

上記技術的課題を解決するため、本発明の一形態の画像形成装置は、ヒータを含む定着部と、前記定着部以外の機構部と、前記定着部に流れる電流と前記定着部に印加される電圧とを検出する電流／電圧検出部と、装置全体で消費されるトータル消費電力が最大使用可能電力を超えることを抑止するために設定されるマージン電力であって、前記定着部のヒータマージン電力と前記機構部の機構マージン電力との和であるトータルマージン電力を算出するマージン算出部と、を有し、前記マージン算出部は、前記電流／電圧検出部で検出された電流と電圧とに基づいて算出される前記ヒータの消費電力に前記電流／電圧検出部での検出ばらつきを加えた検出最大電力が、前記ヒータにおける消費電力のばらつきを含めた公称最大電力以上の場合、前記公称最大電力と前記ヒータの公称平均電力との差である前記ヒータマージン電力と前記機構部の各電子部品の消費電力のばらつきである前記機構マージン電力との二乗和平方根を前記トータルマージン電力として算出し、前記検出最大電力が前記公称最大電力より小さい場合、前記検出最大電力と前記公称平均電力との差である前記ヒータマージン電力と、前記機構部の各電子部品の消費電力のばらつきである前記機構マージン電力の二乗和平方根との和を前記トータルマージン電力として算出する。

画像形成装置に搭載される定着ヒータの消費電力のばらつきに応じて発生する余剰電力を効率的に使用することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の例を示すブロック図である。 図２のプリンタの機構の例を示すブロック図である。 図１の画像形成装置の電力供給に関する要素の例を示すブロック図である。 図３の定着ヒータのヒータマージン電力の計算方法の例を示す説明図である。 図３の画像形成装置の定着ヒータの供給電力の調整方法の例を示す説明図である。 図３の制御部によるマージン電力の算出方法の例を示すフロー図である。

以下、図面を参照して実施の形態の説明を行う。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また、「電圧」は電圧値を示す場合にも使用し、「電力」は電力値を示す場合にも使用する。

図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の例を示すブロック図である。図１に示す画像形成装置１０は、いわゆるＭＦＰ（MultiFunction Printer）と称される複合機である。すなわち、画像形成装置１０は、コピー機能、ファクシミリ機能、プリント機能、スキャナ機能、また、スキャナ機能やファクシミリ機能により入力された画像を保存や配信する機能を有する。図１では、画像形成装置１０の一部を透視して示している。

画像形成装置１０は、自動原稿送り装置（ＡＤＦ；Auto Document Feeder）１２０と、操作ボード１１０と、スキャナ１００と、プリンタ２００との各ユニットで構成されている。例えば、スキャナ１００およびプリンタ２００は、カラーに対応している。操作ボード１１０、ＡＤＦ１２０およびスキャナ１００は、プリンタ２００から分離可能に設けられてもよい。スキャナ１００は、動力機器ドライバ、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おり、図示しない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は、図１のプリンタ２００の機構の例を示すブロック図である。例えば、プリンタ２００は、カラータイプのレーザプリンタである。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）に沿ってこの順に配置されている。即ち、図１の画像形成装置１０は、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。

トナー像形成ユニットａ～ｄにおいて、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が配置されている。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が入射されるスペースが確保されている。

４個ある感光体２０１（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）のそれぞれの周囲に設けられる画像形成用の部品の構成は、現像装置２０４が扱う色材（トナー）が異なることを除き、互いに同じである。各感光体２０１は、その一部が第１転写ベルト２０８に接している。なお、図２では、ドラム状の感光体２０１が設けられるが、ベルト状の感光体２０１が設けられてもよい。

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および張架されており、環状の第１転写ベルト２０８の内周側には、第１転写ローラが感光体２０１の近傍に配置されている。また、環状の第１転写ベルト２０８の外周側には、第１転写ベルト２０８用のクリーニング装置２１１と除電装置２１２とが配置されている。クリーニング装置２１１は、第１転写ベルト２０８より転写紙（用紙）が転写された後、または第２転写ベルト２１５にトナー像が転写され後に、その表面に残留する不要のトナーを拭い去る。第２転写ベルト２１５は、図２において、第１転写ベルト２０８の右側に配置されている。

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２０１の表面に潜像として照射する。露光装置２０３は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）アレイと結像手段とを含むタイプでもよい。

第１転写ベルト２０８と第２転写ベルト２１５とは、一部で互いに接触し、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および張架されており、環状の第２転写ベルト２１５の内周側には、第２転写手段が配置されている。また、環状の第２転写ベルト２１５の外周側には、第２転写ベルト２１５用のクリーニング装置２１３およびチャージャ等が配置されている。クリーニング装置２１３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２の下方の給紙カセット２０９、２１０に収納されており、給紙カセット２０９、２１０の最上に配置される用紙が、給紙ローラで１枚ずつ、複数の用紙ガイドを経てレジストローラ２３３に向けて搬送される。第２転写ベルト２１５の上方には、定着部２１４、排紙ガイド２２４、排紙ローラ２２５および排紙スタック２２６が配置されている。定着部２１４は、定着ローラ２３０と加圧ローラ２３１とを有し、例えば、定着ローラ２３０の内部には図３に示す定着ヒータ２１６が配置される。

第１転写ベルト２０８の上方で、排紙スタック２２６の下方には、補給用のトナーが充填されたカートリッジを収納できる収納部２２７が配置されている。トナーの色は、例えば、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの四色である。カートリッジ内のトナーは、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、レーザダイオード光源ＬＤからの光は、光学部品を経て、帯電装置２０２により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の表面に形成されて保持される。トナー像は、第１転写手段により、感光体２０１の回転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の表面に残存するトナーは、クリーニング装置２１１でクリーニングされ、除電装置２１２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）のみが形成される場合もある。

このとき、第１転写ベルト２０８の動きに同期して第２転写ベルト２１５が矢印方向に移動する。そして、第１転写ベルト２０８と第２転写ベルト２１５との接触部分で、第２転写手段の作用により、第１転写ベルト２０８の表面に作られた画像が第２転写ベルト２１５の表面に転写される。いわゆるタンデム形式では、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転写ベルト２０８および第２転写ベルト２１５が移動し、作像が進められるので、画像の形成時間を短縮することができる。

第１転写ベルト２０８が、所定の位置まで移動すると、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。すなわち、給紙カセット２０９、２１０のいずれか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。そして、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。

さらに、両面印刷では、用紙は上方に搬送され、第２転写ベルト２１５の表面のトナー像が、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、定着部２１４に送られ、用紙上のトナー像（両面）が定着ヒータ２１６（図３）による熱で一度に溶融、定着される。そして、トナー像が定着された用紙は、排紙ガイド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、排紙ガイド２２４、排紙ローラ２２５および排紙スタック２２６を含む排紙機構では、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。このため頁揃えをするには、プリンタ２００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２０１の表面で正像にし、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、正像、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み書き制御によって行っている。

画像が第２転写ベルト２１５から用紙に転写された後、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２１３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、クリーニング装置２１３のブラシローラは、第２転写ベルト２１５の表面から離れた状態にある。ブラシローラは、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。ブラシローラは、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に第２転写ベルト２１５から離され、クリーニングが必要のとき、図２の反時計方向に揺動され第２転写ベルト２１５に接触する。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。一方、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」のいずれかを実施可能である。

第２転写ベルト２１５を用いる片面転写モードが設定された場合、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、用紙の片面に転写される。用紙の他面には画像は転写されない。この場合、排紙スタック２２６に排出された印刷済の用紙の上面が画像面となる。

第１転写ベルト２０８を用いる片面転写モードが設定された場合、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は転写されない。この場合、排紙スタック２２６に排出された印刷済の用紙の下面が画像面となる。

なお、プリンタ２００は、プリンタ２００の動作を制御する制御部２０（エンジンコントローラとも称する）を有している。例えば、制御部２０は、図３に示すように、プリンタ２００の動作を制御する制御プログラムを実行するＣＰＵ２１（Central Processing Unit）と、制御プログラムが記憶されたメモリ２２とを有している。ＣＰＵ２１およびメモリ２２は、制御基板に搭載される。

図３は、図１の画像形成装置１０の電力供給に関する要素の例を示すブロック図である。図３は、画像形成装置１０が商用電源ＡＣ（Alternating Current）に接続された状態を示している。画像形成装置１０は、図１および図２に示した要素以外に、電源ユニット３０１、電圧センサ３０２および電流センサ３０３と、定着部２１４以外の負荷３１０とを有している。負荷３１０は、機構部の一例である。制御部２０は、トータルマージン電力を算出するマージン算出部の一例である。

電源ユニット３０１は、商用電源ＡＣから入力された交流電圧を第１直流電圧（例えば、５Ｖ）に変換する図示しない第１直流電源と、交流電圧を第２直流電圧（例えば、２４Ｖ）に変換する図示しない第２直流電源とを有する。例えば、電源ユニット３０１は、第１直流電圧を制御部２０（制御基板）等の５Ｖ系の回路に供給し、第２直流電圧を定着部２１４以外の負荷３１０に供給する。

例えば、定着部２１４以外の負荷３１０として、図１に示したスキャナ１００およびプリンタ２００（定着部２１４を除く）があり、プリンタ２００では、搬送ローラ等を回転駆動させるモータ等の駆動系が含まれる。また、電源ユニット３０１は、商用電源ＡＣから入力された交流電力を定着部２１４に供給する。

定着部２１４は、ＣＰＵ２１からの制御に基づいて動作し、図示しないトライアック等のスイッチング素子を動作させて、定着ヒータ２１６に供給する交流電圧を断続する制御を実施する。例えば、定着ヒータ２１６として、点灯時に発生する放射熱によって加熱するハロゲンランプ等が使用される。以下では、定着ヒータ２１６を単にヒータ２１６とも称する。

電圧センサ３０２は、ヒータ２１６に供給される交流電圧を検出し、検出した交流電圧を示す情報をＣＰＵ２１に出力する。電流センサ３０３は、ヒータ２１６に供給される交流電流を検出し、検出した交流電流を示す情報をＣＰＵ２１に出力する。電圧センサ３０２および電流センサ３０３は、定着部２１４（定着ヒータ２１６）に流れる電流と定着部２１４に印加される電圧とを検出する電流／電圧検出部の一例である。

ＣＰＵ２１は、例えば、メモリ２２に記憶された制御プログラムを実行することで、画像形成装置１０の全体の動作を制御するとともに、後述するヒータ２１６のマージン電力を算出する。このために、ＣＰＵ２１は、電圧センサ３０２から受ける電圧値および電流センサ３０３から受ける電流値に基づいて、ヒータ２１６の消費電力（ワット数）を算出する。

例えば、画像形成装置１０により使用可能な最大の電力値（最大使用可能電力）は、商用電源ＡＣの交流電圧を１００Ｖ、最大電流値を１５Ａとする場合、１５００Ｗである。このため、ＣＰＵ２１は、定着部２１４の負荷と、画像形成装置１０に含まれる定着部２１４以外の負荷との合計電力を１５００Ｗ以下に抑える制御を行う。なお、図３では、制御部２０、電圧センサ３０２および電流センサ３０３は、負荷３１０の外部に配置されているが、定着部２１４以外の負荷３１０に含まれてもよい。

画像形成装置１０に搭載されるヒータ２１６および各種電子部品の各々の消費電力（ワット数）は、カタログ値等の公称平均電力（標準値、典型（typical）値）に対してばらつき（公差）を有している。このため、画像形成装置１０の最大使用可能電力は、公称平均電力だけでなく、電力が増加する側にばらつく電力を考慮して算出する必要がある。

例えば、消費電力の最大のばらつき量をマージン電力として予め算出し、算出したマージン電力が常時発生する固定の消費電力に設定される。これにより、各電子部品の消費電力がばらついた場合にも、画像形成装置１０の消費電力が最大使用可能電力を超えることを防止することができる。なお、全ての電子部品の消費電力が増加する側に同時にばらつくことは、通常ないため、複数の電子部品のマージン電力を合算する場合、二乗和平方根のように、統計的な手法により平均的なばらつきを算出することが好ましい。

後述する図５に示すように、マージン電力は、定着部２１４以外の負荷に対応するＤＣ（Direct Current）マージン電力と、定着部２１４の負荷（すなわち、ヒータ２１６）に対応するヒータマージン電力とを含む。ＤＣマージン電力は、機構マージン電力の一例である。以下では、ＤＣマージン電力とヒータマージン電力とを足し合わせたものをトータルマージン電力と称する。

なお、電圧センサ３０２および電流センサ３０３等の各種センサも、検出精度にばらつきがある。このため、例えば、ヒータ２１６の消費電力を電圧センサ３０２および電流センサ３０３を用いて算出する場合、算出したヒータ２１６の消費電力に、各センサ３０２、３０３の検出精度のばらつきを考慮した幅を持たせる必要がある。

図４は、図３の定着ヒータ２１６のヒータマージン電力の計算方法の例を示す説明図である。例えば、ヒータ２１６の消費電力の公称平均電力（標準値）が８００Ｗであり、±３％のばらつき（公差）があるとする。例えば、ばらつき量は、ヒータ２１６の製造メーカ等により公開される。ばらつきを考慮した場合、ヒータ２１６の消費電力は最小で７７６Ｗ、最大で８２４Ｗになる。

消費電力が最大のヒータ２１６が画像形成装置１０に搭載された場合にも、画像形成装置１０が最大使用可能電力を超えないようにするため、ヒータマージン電力は２４Ｗに設定される（図４（Ａ））。図４（Ａ）では、ヒータマージン電力は、例えば、ヒータ２１６の製造メーカが公開しているヒータ２１６の最大電力（８２４Ｗ）から公称平均電力（８００Ｗ）を差し引いた値である。以下では、ヒータ２１６の消費電力が最大にばらついたときの電力を公称最大電力と称する。

従来、画像形成装置１０に搭載されたヒータ２１６の実力値である実際の消費電力は、画像形成装置１０では計測されていない。このため、例えば、画像形成装置１０に搭載されたヒータ２１６の実際の消費電力が、公称平均電力以下(例えば、７７６Ｗ)の場合にも、ヒータマージン電力は、最大の消費電力（８２４Ｗ）に合わせて２４Ｗに設定されていた。

例えば、ヒータ２１６の実際の消費電力が７７６Ｗの場合、消費電力が公称平均電力（８００Ｗ）のヒータ２１６に比べてヒータ２１６への供給電力が減少するため、ヒータ２１６が温まるまでのウォームアップ時間が長くなるという問題がある。さらに、ウォームアップ時間が長くなることで、印刷の開始が指示されてから実際に印刷を開始するまでの時間が長くなり、印刷速度が遅くなるという問題がある。

そこで、この実施形態では、画像形成装置１０に搭載されたヒータ２１６の消費電力（ワット数）を予め検出（算出）することで、ヒータ２１６の実際の消費電力の特性に合わせてヒータマージン電力を設定可能にし、ヒータ２１６への供給電力量を増加可能にする。

図３に示した制御部２０（ＣＰＵ２１）は、電圧センサ３０２からの電圧情報および電流センサ３０３からの電流情報に基づいて、ヒータ２１６の消費電力を算出する。例えば、ヒータ２１６の消費電力の算出は、画像形成装置１０のパワーオン時、ヒータ２１６または定着部２１４の交換時、あるいは、画像形成装置１０の製造時等において、画像形成装置１０がイニシャルモードやテストモード等に設定されているときに行われる。

そして、ヒータ２１６の消費電力が算出された後、図５および図６で説明するトータルマージン電力が算出される。例えば、ヒータ２１６または定着部２１４の交換時に、トータルマージン電力を算出することで、交換されたヒータ２１６の消費電力に合わせて、ヒータ２１６に最適な電力を供給することができる。これにより、ヒータ２１６に供給する電力を増やすことが可能になり、ヒータ２１６のウォームアップ時間を短縮することが可能になる。すなわち、十分な電力が必要であるコールドスタート時等に、ヒータ２１６に配分可能な電力を増やすことができ、印刷開始までの時間を短縮することができる。

なお、画像形成装置１０が複数のヒータ２１６を有する場合、動作モードがイニシャルモードまたはテストモード等に移行中に、ヒータ２１６を１つずつオンさせて、電圧情報および電流情報を取得することで、ヒータ２１６毎の消費電力を算出することができる。あるいは、複数のヒータ２１６を同時にオンさせることで、複数のヒータ２１６のトータルの消費電力を算出することができる。さらに、ヒータ２１６毎に、電圧センサ３０２および電流センサ３０３を設けることで、複数のヒータ２１６の消費電力を同時に算出することができる。

例えば、制御部２０が電圧センサ３０２からの電圧情報および電流センサ３０３からの電流情報に基づいて、ヒータ２１６の消費電力が８１２Ｗであることを算出したとする（図４（Ｂ）の検出値）。ここで、電圧センサ３０２および電流センサ３０３の各々の検出精度のばらつきから、算出した消費電力には±２％のばらつきがあるとする。

この場合、ヒータ２１６の実際の消費電力は、最小で７９５Ｗであり、最大で８２９Ｗである。但し、ヒータ２１６の最大の消費電力は、公称最大電力である８２４Ｗであるため、実際の消費電力が８２４Ｗを超えることはない。このため、センサ３０２、３０３の検出により算出したヒータ２１６の消費電力（検出値）の最大値が、ヒータ２１６の公称最大電力以上の場合、ヒータマージン電力は、公称最大電力８２４Ｗと公称平均電力８００Ｗの差（この例では、２４Ｗ）に設定される。

以下では、電圧センサ３０２および電流センサ３０３を使用して算出されたヒータ２１６の電力値を検出値と称し、電圧センサ３０２および電流センサ３０３の検出精度のばらつきを考慮した、検出値が最大にばらついたときの電力を検出最大電力と称する。

一方、制御部２０が電圧センサ３０２からの電圧情報および電流センサ３０３からの電流情報に基づいて、ヒータ２１６の消費電力が７９０Ｗであることを算出したとする（図４（Ｃ）の検出値）。この場合、ヒータ２１６の実際の消費電力は、最小で７７４Ｗであり、最大で８０６Ｗであり、８０６Ｗが検出最大電力となり、これ以上大きくなることはない。

このため、電圧センサ３０２および電流センサ３０３の検出結果に基づいて算出したヒータ２１６の検出最大電力が、ヒータ２１６の公称最大電力より小さい場合、ヒータマージン電力を下げることが可能である。図４（Ｃ）に示す例では、ヒータマージン電力は、検出最大電力（８０６Ｗ）と公称平均電力（８００Ｗ）の差である６Ｗに設定される。そして、ヒータ２１６の公称最大電力（８２４Ｗ）と検出最大電力（８０６Ｗ）との差である１８Ｗを、ヒータ供給電力として使用することが可能である。すなわち、従来に比べて、ヒータ供給電力を比べて１８Ｗ増やすことができ、ヒータ２１６の温度上昇を早くすることができる。

図５は、図３の画像形成装置１０の定着ヒータ２１６の供給電力の調整方法の例を示す説明図である。図５では、予め算出されたＤＣマージン電力は一定であり、定着部２１４以外の負荷に供給される電力であるＤＣ供給電力は一定であるとする。なお、実際には、ＤＣ供給電力は変化し、ＤＣマージン電力が増減するが、ＤＣ供給電力とＤＣマージン電力との合計は、一定である。

また、図５（Ｂ）～（Ｄ）は、公称平均電力（カタログ値）が８００Ｗのヒータ２１６を画像形成装置１０に搭載した場合であって、ヒータ２１６の実際の消費電力が８００Ｗ、８１２Ｗ、７９０Ｗであった場合の供給電力の調整方法の例を示す。図５（Ｅ）は、公称平均電力（カタログ値）が８００Ｗのヒータ２１６を画像形成装置１０に搭載した場合であって、制御部２０が算出したヒータ２１６の消費電力である検出値が７９０Ｗである場合の供給電力の調整方法の例を示す。

図５（Ａ）に示すように、制御部２０により算出された定着ヒータ２１６に供給すべき電力であるヒータ要求電力が８００Ｗであり、画像形成装置１０におけるトータルマージン電力を含めた画像形成装置１０のトータル消費電力が最大使用可能電力を超えるとする。この場合、制御部２０は、ヒータ２１６に供給する電力をヒータ要求電力よりも下げることで供給電力を制限し、トータルマージン電力を含めた画像形成装置１０のトータル消費電力を最大使用可能電力以下に抑止する制御を実施する。

例えば、マージン電力を含めた画像形成装置１０のトータル消費電力を最大使用可能電力以下にするために、ヒータ２１６に供給するヒータ供給電力が算出される。図５に示す例では、ヒータ供給電力を要求電力の８０％にすることで、トータルマージン電力を含めた画像形成装置１０のトータル消費電力が最大使用可能電力以下になるとする。

図５（Ｂ）に示すように、ヒータ２１６の実際の消費電力が８００Ｗの場合、調整後のヒータ供給電力は６４０Ｗとなり、マージン電力を含めた画像形成装置１０の消費電力は、最大使用可能電力と等しくなる。

図５（Ｃ）に示すように、ヒータ２１６の実際の消費電力が８１２Ｗの場合、調整後のヒータ供給電力は６５０Ｗとなり、２４Ｗのヒータマージン電力のうちの１０Ｗが使い込まれる。しかし、ヒータマージン電力は１４Ｗ残っており、残余のヒータマージン電力とＤＣマージン電力とを含めた画像形成装置１０の消費電力は、最大使用可能電力と等しくなる。

図５（Ｄ）は、本実施形態を適用する前のヒータ供給電力の調整方法を示している。ヒータ２１６の実際の消費電力が７９０Ｗの場合、調整後のヒータ供給電力は６３２Ｗとなり、２４Ｗのヒータマージン電力に加えて８Ｗの電力が余り、ヒータマージン電力は３２Ｗになる。そして、８Ｗが追加されたマージン電力を含めた画像形成装置１０の消費電力は、最大使用可能電力と等しくなる。

図５（Ｄ）に示すように、ヒータ２１６の実際の消費電力が公称平均電力（例えば、８００Ｗ）より小さい場合、ヒータマージン電力は増加する。一方、実際にヒータ２１６に供給されるヒータ供給電力は、ヒータマージン電力が２４Ｗである場合に比べて減少する。これにより、上述したように、ヒータ２１６のウォームアップ時間が長くなり、印刷の開始が指示されてから実際に印刷を開始するまでの時間が長くなり、印刷速度が遅くなるという不具合が発生する。

図５（Ｅ）は、本実施形態を適用した場合のヒータ供給電力の調整方法を示している。本実施形態では、制御部２０が電圧センサ３０２からの電圧情報および電流センサ３０３からの電流情報に基づいて、ヒータ２１６の消費電力（検出値）が７９０Ｗであることを算出する。この場合、図４（Ｃ）で説明したように、ヒータ２１６の実際の消費電力の最大値である検出最大電力は８０６Ｗであり、公称最大電力の８２４Ｗに比べて１８Ｗ少ない。したがって、図５（Ｄ）のヒータマージン電力（３２Ｗ）のうち、１８Ｗをヒータ供給電力に使用することができ、図５（Ｄ）に比べて、ヒータ２１６のウォームアップ時間を短縮することができ、印刷速度を速くすることができる。すなわち、ヒータ２１６の消費電力にばらつきがある場合にも、最適な電力をヒータ２１６に供給して、印刷速度を速くすることができる。

ここで、ＤＣマージン電力とヒータマージン電力の和であるトータルマージン電力の算出方法について説明する。ＤＣマージン電力は、定着ヒータ２１６以外の全ての負荷（ＤＣ５Ｖ、ＤＣ２４Ｖ）となる電子部品の電力ばらつきを二乗和平方根により算出する。電力ばらつきは、電子部品の製造メーカ等が公開する情報を利用してもよく、消費電力を実際に計測することで求めてもよい。

ヒータマージン電力の算出方法は、図４で説明したように、電圧センサ３０２および電流センサ３０３を使用して算出された検出最大電力が、公称最大電力より大きいか小さいかにより異なる。

検出最大電力が公称最大電力以上の場合（図４（Ｂ））、ヒータマージン電力は、ＤＣマージン電力と同様に、二乗和平方根より算出される。この場合のトータルマージン電力の求め方を式（１）に示す。一方、検出最大電力が公称最大電力より小さい場合（図４（Ｃ））、ヒータマージン電力は、検出最大電力から公称平均電力を差し引いた値に設定される。この場合のトータルマージン電力の求め方を式（２）に示す。

トータルマージン電力＝ＳＱＲＴ（（ヒータマージン電力）^２＋（ＤＣマージン電力）^２）‥ （１）
トータルマージン電力＝（ヒータマージン電力）＋ＳＱＲＴ（（ＤＣマージン電力）^２）‥ （２）
式（１）、（２）において、符号ＳＱＲＴは平方根を示す。

式（１）、（２）の（ＤＣマージン電力）^２は、ヒータ２１６を除く全ての電子部品の各々の公称平均電力（カタログ上の標準値）に対する電力ばらつきの二乗を加算したものである。また、定着部２１４が複数のヒータ２１６を有する場合、式（１）の（ヒータマージン電力）^２は、ヒータ２１６の各々の公称平均電力に対する電力ばらつきの二乗を加算したものである。ヒータ２１６の消費電力のばらつきは、電圧センサ３０２および電流センサ３０３を使用することで実測可能である。

式（１）では、ヒータ２１６の消費電力が実測できていないため、ヒータマージン電力は、公称最大電力から算出される統計値である。このため、トータルマージン電力は、ヒータマージン電力とＤＣマージン電力との二乗和平方根により算出される。一方、式（２）では、ヒータ２１６の消費電力が実測できているため、トータルマージン電力は、ヒータマージン電力を二乗和平方根に含めることなく、実測値を使用して算出される。

ヒータ２１６の消費電力の実測値に応じて、トータルマージン電力の算出方法を変えることで、ヒータ２１６への供給電力量をヒータ２１６の消費電力に応じて増加させることができる。例えば、式（２）は、ヒータ２１６の消費電力の実測値に基づいて算出したヒータマージン電力を使用するため、式（１）に比べて、トータルマージン電力を下げることができる。したがって、式（２）では、式（１）に比べて、ヒータ２１６の供給電力量を増加することができ、ヒータ２１６を迅速に加熱することができる。すなわち、ヒータ２１６の消費電力にばらつきがある場合にも、最適な電力をヒータ２１６に供給して、ヒータ２１６を迅速に加熱することができる。

なお、定着部２１４が複数のヒータ２１６を有する場合、制御部２０は、ヒータ２１６毎に、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）のいずれかによりヒータマージン電力を設定する。例えば、全てのヒータ２１６の消費電力の検出値が図４（Ｂ）の場合、トータルマージン電力は、式（１）を使用して算出される。全てのヒータ２１６の消費電力の検出値が図４（Ｃ）の場合、トータルマージン電力は、式（２）を使用して算出される。

また、例えば、定着部２１４が２つのヒータ２１６を有し、一方のヒータ２１６の消費電力の検出値が図４（Ｂ）であり、他方のヒータ２１６の消費電力の検出値が図４（Ｃ）であったとする。この場合、制御部２０は、式（３）によりトータルマージン電力を算出する。

トータルマージン電力＝（他方のヒータのヒータマージン電力）＋ＳＱＲＴ（（一方のヒータのヒータマージン電力）^２＋（ＤＣマージン電力）^２）‥ （３）
式（３）においても、式（１）と同様に、一方のヒータ２１６に設定したヒータマージン電力が、公称最大電力と公称平均電力との差に設定される場合、ヒータ２１６の消費電力が既知でないため、二乗和平方根を使用してトータルマージン電力が算出される。また、式（２）と同様に、他方のヒータ２１６に設定したヒータマージン電力が検出最大電力と公称平均電力との差に設定される場合、ヒータ２１６の消費電力が既知であるため、設定したヒータマージン電力をそのまま使用してトータルマージン電力が算出される。

定着部２１４が３本以上のヒータ２１６を有する場合にも、式（３）と同様にトータルマージン電力を算出することができる。この際、まず、制御部２０は、ヒータ２１６毎に、検出最大電力を算出し、算出した検出最大電力と公称最大電力とを比較し、図４（Ｂ）または図４（Ｃ）の手法により、ヒータマージン電力を算出する。制御部２０は、検出最大電力≧公称最大電力の第１ヒータ２１６と検出最大電力＜公称最大電力の第２ヒータ２１６とが混在する場合、式（３）中の「他方のヒータ」を第２ヒータとし、式（３）中の「一方のヒータ」を第１ヒータする。そして、制御部２０は、式（３）を使用してトータルマージン電力を算出する。

この際、他方のヒータ２１６が複数ある場合、式（３）中の「（他方のヒータのヒータマージン電力）」は、ヒータマージン電力の積算値が使用される。一方のヒータ２１６が複数ある場合、式（３）中の「（一方のヒータのヒータマージン電力）^２」は、一方のヒータ２１６のヒータマージン電力を二乗した値の積算値が使用される。

そして、制御部２０は、一方のヒータ２１６のヒータマージン電力を二乗した値の積算値と、ＤＣマージン電力を二乗した値の積算値との和の平方根に、他方のヒータ２１６のヒータマージン電力の積算値が加算することで、トータルマージン電力を算出する。これにより、定着部２１４が複数のヒータ２１６を有する場合にも、ヒータ２１６毎の検出最大電力に基づいてトータルマージン電力を算出することができ、ヒータ２１６の供給電力量を増加することができる。すなわち、ヒータ２１６の消費電力にばらつきがある場合にも、最適な電力をヒータ２１６に供給することができる。

図６は、図３の制御部２０によるマージン電力の算出方法の例を示すフロー図である。例えば、図６に示す動作フローは、制御部２０が、マージン電力を算出する場合に制御プログラムを実行することで開始される。図６は、画像形成装置１０の電力分配方法の一例を示す。

まず、ステップＳ１００において、制御部２０は、定着ヒータ２１６の消費電力を把握するために、定着ヒータ２１６をオンした状態で、図３に示した電圧センサ３０２および電流センサ３０３を動作させる。そして、制御部２０は、電圧センサ３０２からの電圧情報および電流センサ３０３からの電流情報に基づいて、定着ヒータ２１６の消費電力（ワット数）を算出する。

次に、ステップＳ１１０において、制御部２０は、ステップＳ１００で算出したヒータ２１６の消費電力と、予め算出されたヒータ２１６以外の負荷のＤＣ電力とを加算して、画像形成装置１０の消費電力であるトータル電力を算出する。

次に、ステップＳ１２０において、制御部２０は、ステップＳ１１０で算出したトータル電力が、最大使用可能電力（例えば、１５００Ｗ）を超えるかを判定する。トータル電力が最大使用可能電力を超える場合、処理はステップＳ１４０に移行し、トータル電力が最大使用可能電力以下の場合、処理はステップＳ１３０に移行する。

ステップＳ１３０において、制御部２０は、ヒータ２１６の公称最大電力（例えば、８２４Ｗ）から公称平均電力（例えば、８００Ｗ）を差し引いた値をヒータマージン電力に設定する。そして、制御部２０は、設定したヒータマージン電力に、予め算出したＤＣマージン電力を加えて、トータルマージン電力を算出し、処理をステップＳ１７０に移行する。

ステップＳ１４０において、制御部２０は、ステップＳ１００で算出したヒータ２１６の消費電力を使用して、電圧センサ３０２および電流センサ３０３の各々の検出精度のばらつき（±２％）に基づいて、検出最大電力を算出する。そして、制御部２０は、検出最大電力が公称最大電力より大きいかを判定する。検出最大電力が公称最大電力より大きい場合、処理はステップＳ１５０に移行し、検出最大電力が公称最大電力以下の場合、処理はステップＳ１６０に移行する。

ステップＳ１５０において、制御部２０は、検出最大電力が公称最大電力より大きいため、図４（Ｂ）で説明したように、公称最大電力をヒータマージン電力に設定する。そして、制御部２０は、式（１）を用いて、ヒータマージン電力とＤＣマージン電力との二乗和平方根をトータルマージン電力として算出し、処理をステップＳ１７０に移行する。

ステップＳ１６０において、制御部２０は、検出最大電力が公称最大電力以下であるため、図４（Ｃ）で説明したように、検出最大電力と公称平均電力（例えば、８００Ｗ）の差をヒータマージン電力に設定する。そして、制御部２０は、式（２）を用いて、ヒータマージン電力と、ＤＣマージン電力の二乗和平方根との和をトータルマージン電力として算出し、処理をステップＳ１７０に移行する。

ステップＳ１７０において、制御部２０は、ステップＳ１３０、Ｓ１５０、Ｓ１６０のいずれかで算出したトータルマージン電力に基づいて、ヒータ２１６への電力の配分量を決定し、図６に示す処理を終了する。ここで、式（２）を用いて算出したトータルマージン電力は、他のトータルマージン電力より小さいため、ヒータ２１６に供給できる電力量を相対的に増やすことができる。

なお、定着部２１４が複数のヒータ２１６を有する場合、ステップＳ１４０がヒータ２１６毎に判定され、ステップＳ１５０、Ｓ１６０の代わりに、式（３）を用いてトータルマージン電力が算出されることを除き、図６と同様の処理が実行される。

以上、この実施形態では、ヒータ２１６の消費電力の実測値に応じて、トータルマージン電力の算出方法を変えることで、ヒータ２１６への供給電力量をヒータ２１６の消費電力に応じて増加させることができる。ヒータ２１６の消費電力の実測値に基づいて算出したヒータマージン電力を使用する式（２）では、式（１）に比べて、トータルマージン電力を下げることができ、ヒータ２１６の供給電力量を増加することができ、ヒータ２１６を迅速に加熱することができる。

また、ヒータ２１６の検出最大電力と公称最大電力との大小関係に応じて、ヒータマージン電力を設定することで、無駄なマージンを省いてトータルマージン電力を算出することができる。例えば、検出最大電力が公称最大電力より小さい場合に、ヒータマージン電力を小さくすることで、ヒータ２１６に供給する電力を増やすことができ、ヒータ２１６のウォームアップ時間を短縮でき、印刷速度を速くすることができる。

定着部２１４が複数のヒータ２１６を有する場合にも、ヒータ２１６毎の検出最大電力に基づいてトータルマージン電力を算出することができ、ヒータ２１６の供給電力量を増加することができる。

例えば、ヒータ２１６または定着部２１４の交換時に、トータルマージン電力を算出することで、交換されたヒータ２１６の消費電力に合わせて、ヒータ２１６に最適な電力を供給することができる。これにより、ヒータ２１６に供給する電力を増やすことが可能になる。

この結果、ヒータ２１６の消費電力にばらつきがある場合にも、最適な電力をヒータ２１６に供給することができ、画像形成装置１０に搭載される定着ヒータ２１６の消費電力のばらつきに応じて発生する余剰電力を効率的に使用することができる。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０ 画像形成装置
２０ 制御部
２１ ＣＰＵ
２２ メモリ
１００ スキャナ
１１０ 操作ボード
１２０ ＡＤＦ
２００ プリンタ
２１４ 定着部
２１６ 定着ヒータ
３０１ 電源ユニット
３０２ 電圧センサ
３０３ 電流センサ
３１０ 負荷
ＡＣ 商用電源

特許第５４４８４１１号公報

Claims (5)

1. ヒータを含む定着部と、
   前記定着部以外の機構部と、
   前記定着部に流れる電流と前記定着部に印加される電圧とを検出する電流／電圧検出部と、
   装置全体で消費されるトータル消費電力が最大使用可能電力を超えることを抑止するために設定されるマージン電力であって、前記定着部のヒータマージン電力と前記機構部の機構マージン電力との和であるトータルマージン電力を算出するマージン算出部と、を有し、
   前記マージン算出部は、
   前記電流／電圧検出部で検出された電流と電圧とに基づいて算出される前記ヒータの消費電力に前記電流／電圧検出部での検出ばらつきを加えた検出最大電力が、前記ヒータにおける消費電力のばらつきを含めた公称最大電力以上の場合、前記公称最大電力と前記ヒータの公称平均電力との差である前記ヒータマージン電力と前記機構部の各電子部品の消費電力のばらつきである前記機構マージン電力との二乗和平方根を前記トータルマージン電力として算出し、
   前記検出最大電力が前記公称最大電力より小さい場合、前記検出最大電力と前記公称平均電力との差である前記ヒータマージン電力と、前記機構部の各電子部品の消費電力のばらつきである前記機構マージン電力の二乗和平方根との和を前記トータルマージン電力として算出する、画像形成装置。
2. 前記定着部は、前記検出最大電力が前記公称最大電力より小さい場合、前記公称最大電力と前記検出最大電力との電力差分を増加した電力を前記ヒータに供給する、請求項１に記載に画像形成装置。
3. 前記定着部が複数の前記ヒータを有する場合、
   前記マージン算出部は、
   前記検出最大電力と前記公称最大電力とを前記ヒータ毎に比較し、
   前記検出最大電力が前記公称最大電力以上の前記ヒータである第１ヒータと、前記検出最大電力が前記公称最大電力より小さい前記ヒータである第２ヒータとが混在する場合、前記公称最大電力と公称平均電力との差である前記第１ヒータの前記ヒータマージン電力と前記機構部の各電子部品の消費電力のばらつきである前記機構マージン電力との二乗和平方根と、前記第２ヒータの前記検出最大電力と前記公称平均電力との差である前記第２ヒータの前記ヒータマージン電力との和を前記トータルマージン電力として算出する、請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記マージン算出部は、前記ヒータまたは前記定着部が交換された場合、前記トータルマージン電力を算出し直す、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. ヒータを含む定着部と、前記定着部以外の機構部と、前記定着部に流れる電流と前記定着部に印加される電圧とを検出する電流／電圧検出部と、を有する画像形成装置の電力分配方法であって、
   装置全体で消費されるトータル消費電力が最大使用可能電力を超えることを抑止するために設定されるマージン電力であって、前記定着部のヒータマージン電力と前記機構部の機構マージン電力との和であるトータルマージン電力を算出し、
   前記電流／電圧検出部で検出された電流と電圧とに基づいて算出される前記ヒータの消費電力に前記電流／電圧検出部での検出ばらつきを加えた検出最大電力が、前記ヒータにおける消費電力のばらつきを含めた公称最大電力以上の場合、前記公称最大電力と前記ヒータの公称平均電力との差である前記ヒータマージン電力と前記機構部の各電子部品の消費電力のばらつきである前記機構マージン電力との二乗和平方根を前記トータルマージン電力として算出し、
   前記検出最大電力が前記公称最大電力より小さい場合、前記検出最大電力と前記公称平均電力との差である前記ヒータマージン電力と、前記機構部の各電子部品の消費電力のばらつきである前記機構マージン電力の二乗和平方根との和を前記トータルマージン電力として算出し、
   算出した前記トータルマージン電力に応じて、前記ヒータに分配する電力を決定する、画像形成装置の電力分配方法。

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