JPH0479761A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は画像形成装置に関し、特に各種の電力負荷を
備えた画像形成装置に関する。

〔従来の技術〕

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置には
、マイクロコンピュータ等の制御用または各機構部の朴
動用として直流電力を供給する直流電源部の他に、機種
しこよりそれぞれ異なるが、商用電源を直接あるいは変
圧して使用するモータや露光ランプ（複写機）等、また
静電潜像方式を採用した機器では更に除電ランプ、定着
ヒータ。

各種の高圧電源部等、各種の電力負荷が設けられている
。

これらの負荷に電力を供給する電源回路としては、例え
ば特開昭５８−２２０１６８号公報に示された複写機の
例のように、制御用電源あるいはクラッチ、ソレノイド
等の駆動用電源には、それぞれ電源トランスで降圧し整
流平滑したのちドロッパにより安定化した直流電力を供
給し、それ以外のメインモータ、露光ランプ、高圧電源
部、定着ヒータその他の交流負荷は商用電源に直接接続
されたものがあった。

このようなドロッパ型の直流安定化電源は、その効率が
せいぜい５０％程度と低く、電源トランスも大きくなる
欠点があるが、その出力も数十Ｗ級と１００Ｗ未満であ
ったから、余り問題になることはなかった。

しかしながらＯＡ機器の発達は目覚ましく、特に静電潜
像方式により普通紙に画像を形成する画像形成装置は高
速化、高画質化、多機能化に供って、その直流電源の容
量の増加が著しい。

例えば訃動源であるモータはその回転数を正確に制御す
るためにＡＣモータからＤＣモータに変り、高圧電源も
その厳しい要求に応して定電圧直流電源からのコンバー
タ方式に変ってきた。

また、作業性の点から高速自動原稿給送装置等の周辺機
器が増え、その電源も供給するため、従来１００ＶＡ程
度であった直流電源の容量か４００ＶＡ級から５００Ｖ
Ａ級になり、なかには６００ＶＡを超える機種も現れ、
しかも厳しい電圧安定性が要求されている。

このように出力が大容量化すると、ドロッパ型電源はサ
イズの大型化と電力損失による大量の発熱を供なう点が
大きな問題となる。

そのため、近年はドロッパ型に代って、例えば特開昭６
４−４０８４９号公報に示されたように、１次整流平滑
回路とスイッチングＤＣ−ＤＣコンバータとを組合せた
スイッチングレギュレータが用いられるようになった。

スイッチングレギュレータは、効率が８０％〜８５％と
ドロッパ型に比へてはるかに高く、高周波でスイッチン
グするためトランス、チョークを含めて小型軽量になる
が、１次整流平滑回路がコンデンサ入力型でその容量が
大きいため、力率か悪化して入力電流の波高値が高くな
り、高周波による障害も発生し易い。

そのため、（電力）効率はよいがＶＡ効率（入力ＶＡに
対する出力ＶＡＯ比）は５０％程度となる。従って、直
流電源部の出力が４００ＶＡであれば入力は８００ＶＡ
、すなわち入力電流は８Ａに達する。

定着ヒータをｓｏｏｗ、直流電源部の効率８０％とすれ
ば、入力電力は４００Ｗ１０．８　＋８００Ｗ＝１．３
ＫＷ　であるが、入力ＶＡは８００ＶＡ＋８００ＶＡ＝
　　１．６ＫＶＡ、即ち入力電流は１６Ａになるから、
事務所等で一般的に使われているコンセント（１００Ｖ
、１５Ａ）の容量をオーバして、このままではスイッチ
ングレギュレータでも安全に使用出来ない。

この力率またはＶＡ効率を改善するために、例えば昇降
圧チョッパ回路（特開昭６３−２３５６１号公報参照）
からなるアクティブフィルタをスイッチングレギュレー
タの１次整流平滑回路の平滑コンデンサの代りに挿入す
る方式と、スイッチングレギュレータの前にチョークコ
イルを挿入する方式とがあった。

〔発明が解決しようとする課題〕

前者のチョッパ回路を用いた方式は、力率を１００％近
くまで改善出来るのでＶＡ効率の点では望ましいが、チ
ョッパ回路とＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチングをそ
れぞれ独立に制御しなければならないので回路が複雑に
なり、部品点数が多くなって、コストも大幅に上昇する
という問題があった。

また、後者のチョークコイルを用いた方式では、このチ
ョークコイルが商用周波数（５０Ｈｚ。

６０Ｈｚ）で動作するため、ＤＣ−ＤＣコンバータのス
イッチング周波数（５０ＫＨｚ〜２００ＫＨｚ　）で動
作する２次整流平滑回路のチョークコイルに比べて、ど
うしても大型化して重くなるから、小型軽量化の目的に
合致しないという問題があった。

この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、負荷
が大きい時に直流電源部の１次整流平滑回路における充
電ピーク電流を抑制して力率を改善し、総合的にＶＡ効
率の改善された画像形成装置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〕

この発明は、上記の目的を達成するため、商用電源を入
力して、直流電力に変換する直流電源部と随時オンオフ
を繰返す比較的大電力の間欠負荷とに供給する画像形成
装置において、 直流電源部の初段の平滑用コンデンサと商用電源との間
に直列に挿入するチョークコイルとバイパススイッチ素
子との並列回路と、間欠負荷のオンオフに応じてバイパ
ススイッチ素子のオンオフを制御するスイッチ制御手段
とを設けたものである。

〔作　用〕

このように構成した画像形成装置は、スイッチ制御手段
が、比較的大電力の間欠負荷がオフの時はバイパススイ
ッチ素子をオンにしてチョークコイルの両端子間をショ
ートし、コンデンサ入力型として作用させているが、間
欠負荷がオンの時にはバイパススイッチ素子をオフにし
て、チョーク入力型として作用させる。

そのため、大負荷時の力率が改善されて直流電源部の充
電ピーク電流が抑制されるから、総合的にＶＡ効率が改
善される。

また、チョークコイルは常時作動していないから比較的
小型軽量のものでよい。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面を参照して具体的に説
明する。

第２図は、この発明の一実施例であるレーザプリンタの
内部機構を示す概略構成図である。

矢示したように時計方向に回転する感光体ドラム１０の
周辺には、その回転方向順に帯電チャージャ１１．光書
込ユニット１２．現象ユニット１３、転写チャージャ１
４．クリーニングユニット１５がそれぞれ配置されてい
る。

感光体ドラム１０は、先ず帯電チャージャ１１によりそ
の表面を一様に帯電された後、光書込ユニット１２から
の画像データにより変調され主走査方向に偏向されたビ
ームが結像するスポットにより主走査され、静電潜像が
形成される。

その静電潜像は、現像ユニット１３により現像され、顕
像化したトナー像に変換された後、そのトナー像は転写
チャージャ１４によって一点鎖線で示したルート上を搬
送されて来た用紙に転写される。

感光体ドラム１０上に残留するトナー及び電荷は、クリ
ーニングユニット１５によりそれぞれ除去され、除去さ
れたトナーはクリーニングユニット１５に回収される。

その用紙は、給紙カセット１７上の用紙スタック１８か
ら給紙ローラ１９により給紙され、レジストローラ対２
０に当接して一時停止した後、光書込ユニット１２によ
り書込まれた感光体ドラム１０上の画像に合わせたタイ
ミングをとって、レジストローラ対２０により転写チャ
ージャ１４の位置に搬送されトナー像が転写される。

トナー像が転写された用紙は、定着ユニッ）−２１に搬
送され、加熱されている定着ローラ２１ａに加圧ローラ
２１ｂにより圧接され、その熱と圧力とにより定着され
た後、排紙ローラ２２に搬送されて排紙口２３から排紙
トレー２４上に排出される。

定着ローラ２１ａの内部に同心的に配置された定着ヒー
タ６が定着ローラ２１ａを加熱し、その表面温度は、作
動中には所定の搬送速度で通過する用紙上のトナーを瞬
時に溶融するだけの作動温度に保たれ、スタンバイ中は
それより低い保持温度に保たれている。

定着ヒータ６は、スタンバイから作動状態に移行した時
に速やかに作動温度に達するために、十分余裕をもった
発熱量すなわち電力容量に設定されているから、定着ロ
ーラ２１ａの表面温度は常に図示しないサーミスタから
なる温度センサによりモニタされ、作動温度に達した後
その温度を保つ間は間欠的にオンオフ制御され、スタン
バイ時の保持温度に保つ時はさらに低いデユーティ比で
制御されている。

第１図は、このレーザプリンタの電力系の一例を示す回
路図である。

商用電源１から入力するＡＣ電力は、高周波チョークと
２個のバイパスコンデンサからなり外部ノイズの侵入と
内部ノイズのリークとを防止するノイズフィルタ２６と
、電源スィッチ２７と、ノーフユーズブレーカ２８とか
らなる電源入力部を通過した後、直流電源部２と定着ヒ
ータ６とに供給される。

直流電源部２は、バイパススイッチ素子である双方向３
端子サイリスタいわゆるトライアック４とチョークコイ
ル３との並列回路と、ダイオードブリッジからなる整流
器２９と初段の平滑用コンデンサである大容量のコンデ
ンサＣＰとから構成される１次整流平滑回路と、トラン
ス３ｏを中心として構成されるＤＣ−ＤＣコンバータと
からなっている。

入力するＡＣ電力は、チョークコイル３とトライアック
４との並列回路を介して整流器２９のＡＣ端子に供給さ
れ、そのＤＣ端子から出力するリップルを含んで整流さ
れたＤＣ電力はコンデンサＣＰを充電し、平滑化される
。

ＤＣ−ＤＣコンバータは、１次巻線ＮＰと３個の２次巻
線ＮＳＬ、ＮＳ２．ＮＳ３とを有するトランス３ｏと、
その１次巻線ＮＰと直列回路を形成しコンデンサＣＰか
ら入力する１次直流電力を定電圧制御回路３４からの制
御信号に応じてオンオフするスイッチング素子でありＦ
ＥＴからなるトランジスタＱと、トランス３０の３個の
２次巻線ＮＳＩ、ＮＳ２．ＮＳ３にそれぞれ接続された
整流平滑回路３１．３２および整流回路３３とから構成
されている。

整流平滑回路３１．３２は、それぞれ整・流ダイオード
Ｄｉ、Ｄ２と転流ダイオードＣＤ１．ＣＤ２と小容量の
チョークコイルＬｌ、Ｌ２と大容量のコンデンサＣ１，
Ｃ２とから構成される。

整流平滑回路３１は、コンデンサＣ１に充電されている
直流電力をＤＣ５Ｖの制御用電源とし、て制御回路５に
供給する。

整流平滑回路３２は、コンデンサＣ２に充電されている
直流電力をＤＣ２４Ｖの即動用電源として各種の負荷４
５〜５０に供給する。

整流平滑回路３１．３２の何れか一方、例えば制御用電
源である整流平滑回路３１の出力電圧（ＤＣ５Ｖ）が、
定電圧制御回路３４にフィードバックされる。

定電圧制御回路３４は、フィードバックされた出力電圧
信号に応じてトランジスタＱにデユーティ比を変えた制
御信号を出力することにより、商用電源１の電圧や負荷
電力の変動があっても、制御用電源の出力電圧を５ｖに
安定化する。

トランジスタＱのオンオフにより断続される電流がトラ
ンス３０の１次巻線ＮＰに流れると、２次巻線Ｎ　Ｓ　
１　、　Ｎ　Ｓ　２　、　Ｎ　Ｓ　３には１次巻線ＮＰ
に対するそれぞれの巻数比に応じた電圧の電力が誘起さ
れる。

整流平滑回路３１は、トランジスタＱがオンの時に２次
巻線ＮＳＬに誘起された電力を整流ダイオードＤ１で整
流し、チョーク入力型を構成するチョークコイルＬ１を
通してコンデンサＣ１を充電する。

この時に脈流を平滑することにより磁気の形でチョーク
コイルＬ１に蓄積されたエネルギは、トランジスタＱが
オフの時に電流に再変換され、転流ダイオードＣＤＩを
通ってコンデンサＣ１を充電する。

整流平滑回路３２も全く同様であるから、説明を省略す
る。

整流回路３３は整流ダイオードＤ３とリミッタ抵抗Ｒ３
とからなり、整流ダイオードＤ３により整流された直流
電流（ゲート電流）がリミッタ抵抗Ｒ３とホトカプラ３
６のホトトランジスタからなる受光部３６ｂを介してト
ライアック４のゲート電極に供給されるように接続され
ていて、ホトカプラ３６の発光部３６ａが点灯している
間は受光部３６ｂがオンになってグー１〜電流が流れ、
トライアック４はトリガされてチョークコイル３の両端
子間がショートされ、チョークコイル３は作用しない。

電源入力部のノーフユーズブレーカ２８を通過したＡＣ
電力は、もう一方の比較的大電力（例えばｓｏｏｗ）の
間欠負荷である定着ヒータ６とトライアック３８との直
列回路にも接続されている。

トライアック３８のゲート電極はホトカプラ３５の受光
部３５ｂを含むゲー１へ回路３９に接続され、ホトカプ
ラ３５の発光部３５ａが点灯して受光部３５ｂがオンに
なっている間は、ゲート回路３９がトライアック３８を
トリガして定着ヒータ６がオンになり、発光部３５ａが
点灯していなければ定着ヒータ６はオフになる。

整流平滑回路３１が出力する制御用の定電圧ＤＣ５Ｖを
電源とする制御回路５は、図示しないホストマシンから
レーザプリンタに入力する指令に応して、同じく入力す
る画像データを処理し、ビデオデータとして光書込ユニ
ット１２（第２図）に送って画像を書込ませると共に、
レーザプリンタの各機構部をシーケンシアル制御して、
書込まれた画像を現像し、用紙上に転写、定着して排出
する一連の動作を実行させる。

そのために、整流平滑回路３２が出力する跣動用の定電
圧ＤＣ２４Ｖを電源とする例えば高圧電源４５．モータ
４６．ソレノイド４７．クラッチ４８、除電ランプ４９
９表示ランプ５０等の（トランジスタからなる）各ドラ
イバ４５ａ、４６ａ・５０ａに随時制御信号を出力する
。

また、制御回路５は、定着ヒータ６により加熱される定
着ローラ２１ａに接してその表面温度を検出するサーミ
スタからなる温度センサ４ｏからの温度信号を入力し、
スタンバイ、動作中のモードに応じてそれぞれ保持温度
２作動温度になるように、温度が低下すればホトカプラ
３５の発光部３５ａを点灯し、上昇すれば消灯すること
により、定着ヒータ６をオンオフ制御する。

ホトカプラ３６の発光部３６ａには、発光部３５ａに印
加される信号と逆のノット信号が印加されているから、
定着ヒータ６がオンの時はトライアック４がオフになっ
てチョークコイル３が有効に動作し、定着ヒータ６がオ
フの時はトライアック・１がオンになってチョークコイ
ル３がショートされる。

第３図は、直流電源部２に入力するＡＣ電力の一例を示
す波形図であり、同図（Ａ）は入力電圧波形、同図（Ｂ
）、（Ｃ）はトライアック４のオンとオフ即ちチョーク
コイル３がショートされている時と有効に作動している
時の入力電力波形をそれぞれ示している。

第３図（Ｂ）に示した入力電流波形はコンデンサ入力型
の波形であるから、同図（Ａ）に示した入力電圧の瞬時
値がコンデンサＣＰの端子間電圧を超えた期間に、直流
電源部２が必要とする電力をコンデンサＣＰに充電する
ため、コンデンサＣＰの容量が大きい程その端子間電圧
が上昇し、充電時間が短くなるから、電流のピーク値が
上昇する。

コンデンサＣＰの容量を小さくすれば、端子間電圧（Ｄ
Ｃ）が降下し充電時間が長くなって電流のピーク値は減
少するが、端子間のＤＣ電圧すなわちＤＣ−ＤＣコンバ
ータの入力電圧の変動率が大きくなり、従ってトランジ
スタＱのデユーティ比（駆動パルス幅）の変動も大きく
なって、特に跣動用電流のＤＣ負荷の変化によってはそ
の定電圧性が保たれなくなる恐れが生じる。

第３図（Ｃ）に示した入力電流波形はチョーク入力型の
波形であるから、コンデンサＣＰの端子間電圧が若干下
って充電時間もやや長くなり、同図（Ｂ）に示した電流
波形に比べて変化がなだらかになって電流のピーク値が
大幅に減少する。

チョークコイル３のインダクタンスが大きくなるほど、
その傾向は増大して、電流波形の点では望ましいが、も
ともと小型になり難いチョークコイル３のサイズがます
ます大型化するので、余り大きなインダクタンスは期待
し難い。

第３図（Ｂ）、（Ｃ）に示した電流波形は、直流電源部
２の入力電流を示すものであると共に、定着ヒータ６が
オフの場合のレーザプリンタの総入力電流でもある。

第４図は、定着ヒータ６がオンになった場合の入力電流
の一例を示す波形図であり、同図（Ａ）は定着ヒータ６
の入力電流波形を示し、同図（Ｂ）。

（Ｃ）は同図（Ａ）に第３図（Ｂ）、（Ｃ）に示した電
流がそれぞれ重なった総入力波形を示している。

両図から明らかなように、比較的大容量の間欠負荷であ
る定着ヒータ６がオフてあれば、第３図（Ｂ）、（Ｃ）
に示した何れの場合もピーク電流が１５Ａを超えること
はない。

しかしながら、定着ヒータ６がオンの場合は、直流電源
部２が第４図（Ｂ）に示したコンデンサ入力型であると
ピーク電流が１５Ａを超える場合が生じるから、高速、
高性能、従って消費電力の大きい画像形成装置は、専用
の電力用コンセントを設けるか、２個所のコンセントに
分けて接続する必要があり、実用的でない。

同じ画像形成装置であっても、第４図（Ｃ）に示したチ
ョーク入力型であれば、定着ヒータ６がオンになっても
ピーク電流が１５Ａを超えないから、一般のコンセント
（１個）に接続することが出来る。

直流電源装置２がコンデンサ入力型で、定着ヒータ６が
オンの時にもピーク電流が１５Ａを超えない画像形成装
置であっても、１５Ａ近いピーク電流が流れることは、
無効電流が流れることによる配線のロスが増えるから、
チョーク入力型にして力率を改善することが望ましい。

チョークコイル３のインダクタンスが大きくなるほど力
率、ＶＡ’Ｊ率が改善され、ピーク電流値が抑えられる
が、サイズが大型化するので余り大きなインダクタンス
はとり難い。

以上の長所、欠点は、直流電源部の前にチョークコイル
を設けた従来例と同じであるが、消費電力の極めて少な
いスタンバイ時および比較的少ない安定時に力率を改善
しても、力率と電力効率との積であるＶＡ効率を消費電
力とその時間積分を考慮した総合的なＶＡ効率の向上に
はあまり影響せず、？′Ｖ４費電力がピークになる大電
流出力時に力率を改善すれば非常に有効である。

また、一般にチョークコイルのインダクタンスと電流容
量とを変えないまま小型化しようとすると、損失が増え
て発熱が大きくなる傾向があるので、放熱板や場合によ
っては冷却ファンが必要となって小型化の目的に合わな
くなる。

しかしながら、常時チョークコイルに＠流を流さずにバ
イパスさせて置き、短時間の電力ピーク時のみチョーク
コイルを作動させるようにすれは、多少発熱が大きくな
っても、比較的無理なくチョークコイルを小型軽量化す
ることが出来る。

ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数は数十乃至
数百ＫＨｚと高いので、トランス３０およびその２次側
に設けたチョークコイルＬＬ、Ｌ２は電力の割に極めて
小型であるが、商用５０〜６０　Ｈｚの交流電力を対象
とするチョークコイル３は大型で重く、コストも高いも
のになる。

このチョークコイル３を小型化する効果、および大電流
時に力率を改善することによるピーク電流の減少により
商用電源側への負担および画像形成装置側の整流器２９
の耐通電圧、最大許容順電流が４）さくで済み、コンデ
ンサＣＰに流れる無効電力が減少して発熱が抑制される
効果は大きい。

さらに、電源スィッチ２７をオンする時には、トライア
ック４がオフになっているから、コンデンサＣＰの初期
充電のサージ電流を抑える突入電流抑制効果もある。

チョークコイル３とトライアック４とからなる並列回路
を商用電源１と整流器２９（の交流入力端子）との間に
設ける代りに、整流器２９（の直流出力端子）とコンデ
ンサＣＰとの間に設けても。

その効果は全く同じである。

すなわち、チョークコイルとそのバイパススイッチ素子
とからなる並列回路を交流電源１とコンデンサＣＰとの
間に設ければよく、整流器２９の前後は問題でない。

ただし、バイパススイッチ素子として、整流器２９の前
は交流回路側であるから双方向性のトライアック４を、
整流器２９の後は直流回路側であるから（単方向性の）
トランジスタをそれぞれ使用すればよい。

以上、レーザプリンタを例として説明したが、静電潜像
技術により普通紙上に画像を形成する画像形成装置すな
わち複写機、デジタル複写機、ＬＥＤやＬＣＡ　（液晶
）プリンタ等の光プリンタ。

高速ファクシミリ等の電源装置にも適用出来ることはい
うまでもない。

また、間欠負荷の例として定着ヒータについて説明した
が、複写機においては、原稿を照明する露光ランプも比
較的大電力の間欠負荷と考えるこトカ出来るし、複数の
間欠負荷のオンオフの状態に応してトライアック４がオ
ンオフするように制御してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明による画像形成装置は、
負荷が大きい時に直流電源部の１次整流平滑回路におけ
る充電ピーク電流を抑制して力率を改善し、総合的にＶ
Ａ効率を改善することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例であるレーザプリンタの電
力系の一例を示す回路図、 第２図は同しくその内部機構を示す概略構成図、第３図
及び第４図は同じくその入力電圧、電流の一例を示す波
形図である。 １・・商用電源　　　　　　２・・直流電源部３・チョ
ークコイル ４・・トライアック（バイパススイッチ素子）５・・・
制御回路（スイッチ制御手段）６・・・定着ヒータ（間
欠負荷） ＣＰ・・・コンデンサ（初段の平滑用コンデンサ）第３
図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　商用電源を入力して、直流電力に変換する直流電源
   部と随時オンオフを繰返す比較的大電力の間欠負荷とに
   供給する画像形成装置において、前記直流電源部の初段
   の平滑用コンデンサと前記商用電源との間に直列に挿入
   するチョークコイルとバイパススイッチ素子との並列回
   路と、前記間欠負荷のオンオフに応じて、前記バイパス
   スイッチ素子のオンオフを制御するスイッチ制御手段と
   を設けたことを特徴とする画像形成装置。