電源装置，電子機器，および画像形成装置
【課題】 低コストの蓄電手段（キャパシタ等）を利用し、電源ラインの最大供給可能電力を越えない範囲で複数の機能を効率的に実現できるようにする。
【解決手段】 電源装置の第１，第２の補助電源手段を構成する制御部２０，キャパシタコンバータ４５ａ，４５ｂ等が、蓄電手段であるキャパシタ４４を電力源とし、それぞれ設定されている下限値が異なる動作可能蓄電電圧範囲に基づいて、キャパシタ４４の蓄電電圧の蓄電エネルギーからそれぞれ異なる所定電圧＋２４Ｖ，＋５Ｖの電源を生成して＋２４Ｖ系負荷４７ｄ，＋５Ｖ系負荷４７ｂに供給する。
【解決手段】 電源装置の第１，第２の補助電源手段を構成する制御部２０，キャパシタコンバータ４５ａ，４５ｂ等が、蓄電手段であるキャパシタ４４を電力源とし、それぞれ設定されている下限値が異なる動作可能蓄電電圧範囲に基づいて、キャパシタ４４の蓄電電圧の蓄電エネルギーからそれぞれ異なる所定電圧＋２４Ｖ，＋５Ｖの電源を生成して＋２４Ｖ系負荷４７ｄ，＋５Ｖ系負荷４７ｂに供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源装置、およびそれを備えたデジタル複写機やデジタル複合機，ファクシミリ装置等の画像形成装置を含む電子機器に関し、特に省エネルギー（以下「省エネ」という）技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、およびこれらの機能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、電子写真プロセスでは、転写プロセスによって用紙上に転写されたトナー画像を定着プロセスによって定着するが、その定着のための定着装置の立ち上がりまでの待ち時間、およびプリント（画像形成）動作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。
【０００３】
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あるので、これが機器を設計する上での大きな制約となっている。
そこで、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、例えば特許文献１に見られるように、キャパシタ（蓄電装置）を使用するシステムが提案されている。また、特許文献２には、画像形成動作中の各部に損傷を与えたりしないようにするため、給電が停電等により遮断されたときには、補助電源装置から作像部に給電を行うように制御して、作像途中のジョブがあっても、そのジョブの作像動作を継続させる構成について開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような、蓄電電力の低下に応じて電圧が低下するキャパシタを使用するシステムでは、一定の電力をシステムに供給しようとした場合、電流が大きくなり、回路負荷が大きくなってしまうため、これを抑えるために所定電圧以下での使用を避けている。そのため、停電対応といった他の機能で蓄電電力を併用活用しようとした場合に、追加した機能動作を満足できるだけのキャパシタ容量を追加する必要があり、コストが大幅に増加するという問題があった。
また、特許文献２に記載のものでも、機能の追加による補助電源装置の容量の追加が必要となり、やはりコストが増加するという問題がある。
【０００５】
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、低コストの蓄電手段（キャパシタ等）を利用し、電源ラインの最大供給可能電力を越えない範囲で複数の機能を効率的に実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、上記の目的を達成するため、以下の電源装置、電子機器、および画像形成装置を提供する。
この発明による電源装置は、電源を供給する電源装置であって、蓄電する蓄電手段と、その蓄電手段を電力源とし、それぞれ設定されている下限値が異なる動作可能蓄電電圧範囲に基づいて、上記蓄電手段の蓄電電圧の蓄電エネルギーからそれぞれ異なる所定電圧の電源を生成して供給する複数の補助電源手段とを設けたものである。
上記複数の補助電源手段を、第１の補助電源手段と第２の補助電源手段とによって構成するとよい。
【０００７】
上記第１の補助電源手段に対して設定されている第１の動作可能蓄電電圧範囲（例えば起動時間短縮対応機能を実現する定着装置内の補助発熱体の動作可能蓄電電圧範囲）の下限値未満に、上記第２の補助電源手段に対して第２の動作可能蓄電電圧範囲（例えば停電対応機能を実現する演算制御手段の動作可能蓄電電圧範囲）の下限値が設定されているのが望ましい。
上記第１の動作可能蓄電電圧範囲の下限値は上記第１の補助電源手段に流れる電流により、上記第２の動作可能蓄電電圧範囲の下限値は上記第２の補助電源手段に流れる電流によりそれぞれ設定されているとよい。
【０００８】
この発明による電子機器は、上記いずれかの電源装置と、その電源装置内の上記第１の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第１の負荷手段と、上記第２の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第２の負荷手段とを備えたものである。
また、上記電源装置内の上記第１の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第１の負荷手段と、上記第２の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第２の負荷手段とを備え、上記第１の動作可能蓄電電圧範囲の下限値と上記第２の動作可能蓄電電圧範囲の下限値との間に、停電に対応できる停電対応機能を実現する上記第２の負荷手段の動作が可能となる蓄電電圧が上記第２の補助電源手段に対して設定されている電子機器であってもよい。
【０００９】
あるいは、上記電源装置内の上記第１の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第１の負荷手段と、上記第２の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第２の負荷手段とを備え、上記第１の動作可能蓄電電圧範囲以内に、停電に対応できる停電対応機能を実現する上記第２の負荷手段の動作が可能となる蓄電電圧が上記第２の補助電源手段に対して設定されている電子機器であってもよい。
これらの電子機器において、上記第２の負荷手段には、停電を検出する停電検出手段と、その停電検出手段によって停電が検出された場合に、上記停電対応機能を実現する上記第２の負荷手段の動作であるシャットダウン処理を行う演算制御手段とが含まれているとよい。
【００１０】
上記電子機器において、上記演算制御手段が、上記蓄電手段の蓄電電圧が上記シャットダウン処理が可能となる蓄電電圧に満たない場合には、自身の制御に制限を与えるのが望ましい。
上記電子機器において、上記第１の動作可能蓄電電圧範囲の上限値が、起動時間短縮に対応できる起動時間短縮対応機能を実現する上記第１の負荷手段の動作が可能となる蓄電電圧が上記第１の補助電源手段に対して設定されているとよい。
上記電子機器が、画像形成装置であり、上記第１の負荷手段には、シート上に転写されたトナー画像を定着するための定着装置内の補助発熱体が含まれており、上記第１の補助電源手段が、当該画像形成装置の立ち上げ動作の際に上記補助発熱体に電源を供給するものであってもよい。
【００１１】
その画像形成装置において、上記蓄電手段を充電する充電手段を備え、上記演算制御手段が、上記蓄電手段の蓄電電圧が、上記立ち上げ動作時に上記シャットダウン処理が可能となる蓄電電圧に満たなくなった場合、あるいは上記立ち上げ動作が終了した後の通常動作モード時又は待機モード時に上記停電検出手段によって停電が検出された後、その停電検出手段によって停電が検出されなくなった場合に、上記シャットダウン処理が可能となる蓄電電圧に達するまで上記充電手段に充電を行わせ、上記待機モードからオフモードに移行した場合には、上記第１の動作可能蓄電電圧範囲の上限値に達するまで上記充電手段に充電を行わせることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、電源装置の複数の補助電源手段が、蓄電手段を電力源とし、それぞれ設定されている下限値が異なる動作可能蓄電電圧範囲に基づいて、蓄電手段の蓄電電圧の蓄電エネルギーからそれぞれ異なる所定電圧の電源を生成して供給することにより、この電源装置を搭載する電子機器では、低電圧で動作可能な負荷手段（停電対応機能を実現する演算制御手段等）やその動作電圧よりも高い電圧で動作可能な負荷手段（起動時間短縮対応機能を実現する定着装置内の補助発熱体等）のような、それぞれ異なる電圧で動作可能な複数の負荷手段を、容量の少ない蓄電手段（キャパシタ等）を利用し、電源ラインの最大供給可能電力を越えない範囲で効率的に動作させることができる。つまり、低コストの蓄電手段を利用し、電源ラインの最大供給可能電力を越えない範囲で複数の機能を効率的に実現させることができる。また、蓄電手段の利用率を高めることができる。
上記の電源装置を備えた電子機器および画像形成装置によれば、低コストで複数の機能を効率的に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明による電源装置を搭載した電子機器の一実施形態である画像形成装置の主要部および電源装置からの電源供給先の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１のキャパシタ４４の電圧遷移と動作モードとの関係の第１例を示すタイミング図である。
【図３】同じくキャパシタ４４の電圧遷移と動作モードとの関係の第２例を示すタイミング図である。
【図４】図１に示した画像形成装置における充電処理の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。
以下の実施形態は、起動時間短縮対応機能を実現する第１の負荷手段（定着装置内の補助発熱体）にキャパシタ等の蓄電手段から給電し（電力を供給し）、システムの起動時間短縮を図ったシステムにおいて、以下の特徴を有する。
すなわち、第１の負荷手段に給電する第１の補助電源手段（キャパシタコンバータ）の動作可能蓄電電圧の下限値と、停電対応機能を実現する第２の負荷手段（ＣＰＵ等）に給電する第２の補助電源手段（キャパシタコンバータ）の動作可能蓄電電圧の下限値とを個別に設定し、第２の補助電源手段の動作可能蓄電電圧の下限値を、第１の補助電源手段の動作可能蓄電電圧の下限値より低い電圧に設定することが特徴になっている。
【００１５】
まず、この発明による電源装置を搭載した電子機器の一実施形態である画像形成装置の主要部の構成およびその基本動作について説明する。
図１は、その主要部および電源装置からの電源供給先（負荷）の構成例を示すブロック図である。
この画像形成装置（以下単に「装置」ともいう）において、ＡＣ（交流）ライン４１から主電源スイッチ（以下「スイッチ」を「ＳＷ」という）４０を介して供給されるＡＣ電源を主電源４２に含まれるＡＣ／ＤＣコンバータ４２ａによりＤＣ（直流）電源に変換し、一部は直接＋５Ｖ、＋２４Ｖ系の各負荷４７ａ，４７ｃの電源として供給する。また、ＡＣ電源は充電手段であるキャパシタ充電器４３にも入力され、キャパシタ４４の充電に使用することが可能となっている。
【００１６】
蓄電手段（補助電源）としてのキャパシタ４４は、電気二重層コンデンサ等の大容量のキャパシタによって構成する。なお、電気二重層コンデンサ以外にもいろいろと選択可能であるが、この実施形態では、短時間での充放電が可能で、且つ長寿命である電気二重層コンデンサを用いている。
キャパシタ４４は、電気二重層コンデンサの特徴として放電するに従い、端子電圧が低くなってしまうため、キャパシタコンバータ４５ａ，４５ｂをキャパシタ４４の後に配置することにより、出力電圧が一定になるようにしている。
【００１７】
キャパシタコンバータ４５ａ，４５ｂは、キャパシタ４４の充電電圧（蓄電電圧）および使用下限電圧の仕様に応じて、昇圧コンバータ、降圧コンバータ、昇降圧コンバータのいずれかを使用する。この各キャパシタコンバータ４５ａ，４５ｂは、いずれもキャパシタ４４を電力源とし、それぞれ設定されている下限値が異なる動作可能蓄電電圧範囲に基づいて、キャパシタ４４の蓄電電圧の蓄電エネルギーからそれぞれ異なる所定電圧の電源（電力）を生成して供給する第１，第２の補助電源手段としての機能を、後述する制御部２０および切換回路４６ａ，４６ｂと共に果す。
【００１８】
切換回路４６ａは、ＡＣライン４１から供給されるＡＣ電源を元にＡＣ／ＤＣコンバータ４２ａにより作られた＋２４Ｖ電源（駆動部用電源）と、キャパシタ４４に蓄電（蓄積）されたエネルギーからキャパシタコンバータ４５ａを通して作られた＋２４Ｖ電源とを、制御部２０による制御に従って切り換えて第１の負荷手段に相当する＋２４Ｖ系負荷４７ｄに供給する働きをする。
切換回路４６ｂは、ＡＣライン４１から供給されるＡＣ電源を元にＡＣ／ＤＣコンバータ４２ａにより作られた＋５Ｖ電源（制御部用電源）と、キャパシタ４４に蓄積されたエネルギーからキャパシタコンバータ４５ｂを通して作られた＋５Ｖ電源とを、制御部２０による制御に従って切り換えて第２の負荷手段に相当する＋５Ｖ系負荷４７ｂに供給する働きをする。
【００１９】
ここで、＋２４Ｖ系負荷４７ｄには、起動時間短縮に対応できる起動時間短縮対応機能を実現する負荷手段として、用紙等のシート上に転写されたトナー画像を定着するための定着手段である定着加熱装置（以下「定着装置」という）４８内の後述する補助ヒータが含まれている。＋５Ｖ系負荷４７ｂには、停電に対応できる停電対応機能を実現する負荷手段として、演算制御手段であるＣＰＵ（中央処理装置）を含む制御部２０が含まれている。＋５Ｖ系負荷４７ｂにはまた、主電源４２、キャパシタ充電器４３、キャパシタコンバータ４５ａ，４５ｂ、切換回路４６ａ，４６ｂ、および電圧検出回路４９，５０の各回路も含まれている。
【００２０】
制御部２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを含むマイクロコンピュータを用いており、ＣＰＵがＲＯＭ内のプログラムをＲＡＭ上に展開して実行することにより、装置（例えばデジタル複写機等）全体の制御を行い、各動作モードに応じてシーケンシャルに各負荷４７ａ〜４７ｄを動作させることができる。なお、この制御部２０は＋５Ｖ系負荷４７ｂの一部であるが、図示しない電池からも＋５Ｖ電源の供給が可能であり、常時動作可能にしている。
【００２１】
制御部２０はまた、キャパシタ４４への充放電の制御も行っており、装置の立ち上げ動作時、および立ち上げ動作後所定の時間までの期間で、電圧検出回路４９によって検出したキャパシタ４４の蓄電電圧が所定電圧以上のときには、キャパシタ４４に蓄電されたエネルギー（蓄電エネルギー）からキャパシタコンバータ４５ａにより作られた＋２４Ｖ電源を＋２４Ｖ系負荷４７ｄに供給するように切換回路４６ａを切り換えて動作させる。このとき、ＡＣライン４１からの供給電力に対して生じる余裕分は、定着ヒータ駆動回路４２ｂを制御し、主発熱体である主ヒータと補助発熱体である補助ヒータとを内蔵した定着ローラ、あるいはそれらのヒータを内蔵した加熱ローラを含む複数のローラによって張架されて回動する定着ベルトを備えた定着装置４８への供給電力量を増大させる。
【００２２】
制御部２０は更に、停電検出手段に相当する電圧検出回路５０により停電状態（実際には停電時の電圧）を検出したときに、電圧検出回路４９で検出したキャパシタ４４の蓄電電圧が所定電圧以上であった場合には、キャパシタ４４に蓄積されたエネルギーからキャパシタコンバータ４５ｂにより作られた＋５Ｖ電源を＋５Ｖ系負荷４７ｂに供給するように切換回路４６ｂを切り換えて制御動作を継続させる。
【００２３】
ここで、図２によって後で説明するが、上記所定電圧は、装置の立ち上げ動作時と停電時とで異なる電圧値に設定している。
また、この実施形態では、装置立ち上げ動作時のキャパシタ４４の電力供給先を＋２４Ｖ系負荷４７ｃとし、ＡＣライン４１からの供給電力に対して生じる余裕分だけ定着装置４８への供給電力量を増大させる構成としたが、キャパシタ４４の電力を定着装置４８へ直接供給するシステム構成でも、この発明は適用できる。
【００２４】
次に、図１のキャパシタ４４の電圧遷移と装置の状態（動作モード）との関係について説明する。
図２は、図１のキャパシタ４４の電圧遷移と動作モードとの関係の第１例を示すタイミングチャートである。
このタイミングチャートは、動作モードに応じたキャパシタ４４の蓄電遷移をグラフ化したものであり、横軸に時間、縦軸にキャパシタ４４の蓄電電圧をそれぞれ示す。
図１の制御部２０は、図示しない操作部上での操作者の操作による動作指示があると（タイミングＡ）、復帰モードに入り、装置の立ち上げ動作（復帰動作）を開始する。
【００２５】
このとき、定着装置４８の立ち上げ時間の短縮のため、キャパシタ４４の蓄電電力を使用する。それによって、キャパシタ４４の電圧は、起動時間短縮対応機能を実現する定着装置内の補助ヒータ（以下単に「起動時間短縮対応機能」ともいう）の動作可能蓄電電圧範囲の下限まで下降する。この電圧下降期間を放電期間Ｔ１として示している。またこのとき（タイミングＢ）、キャパシタ４４から供給される電力量は数１００Ｗと大きく、補助電力供給期間内において一定の電力をシステムに供給する場合、キャパシタ４４は放電するに従って端子電圧が低くなってしまうため、時間とともにキャパシタ４４の出力電流が大きくなる。キャパシタコンバータ４５ａ，４５ｂ等の構成回路には、導通電流に制限があるため、所定電圧以下では使用しないように、その下限値が設定されている。つまり、動作可能蓄電電圧範囲で狙いの起動時間を満足できる補助電源容量を確保するようにキャパシタ４４の容量を設定している。
【００２６】
そして、オフモード以降後は、起動時間短縮のために補助電力が必要なタイミングＦにて満充電状態（キャパシタ４４の蓄電電圧が予め設定された第１の充電電圧Ｖａ）となるようにキャパシタ充電器４３に充電を行わせる充電動作を実施する。その動作期間を、充電期間Ｔ４として示している。「オフモード」とは、待機モードのまま一定時間が経過した後に自動オフ機能によって主電源４２から各負荷への給電をオフにする動作モードのことである。
【００２７】
ここで、オフモード移行タイミングＣと起動時間短縮のために補助電力が必要なタイミングＦに差があるのは、定着装置４８は補助ヒータによる蓄熱によりオフモード移行後しばらくの間は、補助電力の必要なしに狙いの立ち上げ時間で立ち上がることが可能なためである。また、キャパシタ４４は自己放電作用があり、蓄電電圧が低いときの方が消費電力が小さくなるため、必要時のみ電力を蓄積させておくようにすると、省エネ効果を高めることができるためである。
【００２８】
次に、図１に示した画像形成装置における停電時の動作例について説明する。
この例では、復帰動作完了後の画像形成装置のプリント（画像形成）動作を行う通常動作モード中又は待機モード中に、電圧検出回路５０によって停電を検出すると（タイミングＤ）、制御部２０は、次回の起動に備えた処理および各種データの保護処理といったシャットダウン処理を実行する。このとき、先述したように、キャパシタ４４の蓄電電力を使用して制御部２０が動作するため、キャパシタ４４の蓄電電圧は、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限よりも更に低い電圧に設定された停電対応機能を実現する制御部２０（以下単に「停電対応機能」ともいう）の動作可能蓄電電圧範囲の下限近くまで下降する。この電圧下降期間を放電期間Ｔ２として示している。また、この例では、Ｄ−Ｅ間を停電期間Ｔ０としている。
【００２９】
ここで、シャットダウン処理で消費される電力は、数１０Ｗ以下と小さく、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限よりも更に低い電圧でキャパシタ４４の蓄電電力を使用しても回路に負荷を与えることがないため、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲とは別に停電対応機能の動作可能蓄電電圧範囲を設定している。
そして、電圧検出回路５０によって停電状態が検出されなくなると、つまり停電が解消される（停電から復帰される）と、次の停電発生に備え、充電動作を実施する。その動作期間を、充電期間Ｔ３として示している。
【００３０】
充電期間Ｔ４の充電動作で説明したように、オフモード移行後しばらくの間は、補助電力の必要なしに狙いの立ち上げ時間で立ち上がることが可能なため、充電期間Ｔ３の充電動作では、シャットダウン処理に必要な電力のみ蓄電されるように、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限値よりも低い（但し停電対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限値より高い）第２の充電電圧（設定電圧）Ｖｂに達するまで充電するようにしている。
【００３１】
次に、第２の充電電圧Ｖｂの決め方（計算例）について詳述する。
例えば、シャットダウン処理に必要な電力を１０Ｗ（制御電圧５Ｖ×消費電流２Ａ）とし、キャパシタ４４の放電回路の導通電流（つまりキャパシタコンバータ４５ｂに流れる電流）の制限値を５Ａとすると、シャットダウン処理で使用できるキャパシタ４４の蓄電電圧の下限値は２Ｖと決定され、キャパシタ４４の容量を７５Ｆ（６００Ｆのキャパシタを８個直列接続）とすると、このときに残エネルギーは、１５０Ｊとなる。
【００３２】
また、シャットダウン処理に必要な時間を１２０秒とすると、シャットダウン処理で消費される電力量は、５Ｖ×２Ａ×１２０ｓ＝１２００Ｊとなり、前述したエネルギー（１５０Ｊ）を加えた１３５０Ｊのエネルギーが蓄えられていることになるキャパシタ電圧は６Ｖである。これは、１／２×Ｃ（キャパシタ容量）×Ｖ（キャパシタ電圧）２＝Ｗ（蓄電エネルギー）の式から算出される。このキャパシタ電圧（６Ｖ）以上の電圧をキャパシタ４４が維持している場合のみ、正常にシャットダウン処理を実施することが可能になり、この電圧を第２の充電電圧Ｖｂとして予め設定する。
【００３３】
この例では、シャットダウン処理で消費される電力、および処理時間のばらつき、蓄電電圧の検出ばらつき、キャパシタ４４の自己放電作用による電圧低下等を考慮せずに、第２の充電電圧Ｖｂを設定したが、それらも考慮して設定すると、より安定した停電対応機能とすることができる。
【００３４】
以上、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限電圧（下限値）より、第２の充電電圧Ｖｂの方が低く設定された場合の動作について図により説明したが、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限電圧より、第２の充電電圧Ｖｂの方が高く設定された場合の動作について、図３を用いて説明する。なお、通常のシャットダウン処理不可期間Ｇの動作以外については、図２の動作と同一のため、説明を割愛する。
図３は、図１のキャパシタ４４の電圧遷移と動作モードとの関係の第２例を示すタイミングチャートである。
【００３５】
この例では、図２と同様、タイミングＡから復帰動作を開始すると、キャパシタ４４の蓄電電圧は起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限まで下降する。このとき（タイミングＢ）、第２の充電電圧Ｖｂよりも低い電圧となるため、続けて充電動作を実施する。その動作期間を、充電期間Ｔ５として示している。
この第２の充電電圧Ｖｂよりも低い電圧となる区間に停電が発生した場合には、当然、通常のシャットダウン処理が不可能となるため、この区間においては、制御部２０によるメイン制御に制限を与え、例えば図示しないＨＤＤ（ハードディスク）等の記憶装置へのアクセスを止め、停電時にもデータ破壊等が発生しない制御としている。
【００３６】
この例では、データ破壊を防ぎ、次立ち上げ動作に備え、正常にシャットダウン処理を行えるように、上記区間内での制御部２０によるメイン制御に制限を与える制御構成としたが、データ破壊のみは防ぐといった停電時シャットダウン処理自体に優先順位をおいた（割り切り）制御構成としてもよい。
以上、復帰動作完了後のプリント動作又は待機モード中に停電が発生した場合の２つの異なる動作について図２，図３によって説明したが、復帰モードおよびオフモード中に停電が発生した場合には、停電制御開始時（タイミングＤ）のキャパシタ４４の蓄積電圧が高い位置になるだけで、基本動作については同一である。停電対応制御は、図４で詳述する。
【００３７】
次に、図１に示した画像形成装置における充電処理について説明する。
図４は、その充電処理の一例を示すフローチャートである。
図１の制御部２０は、いつ要求されるかわからない復帰動作および停電に備え、常時充電処理を実施する。具体的には、以下に示す通りである。
まず、ステップＳ１でプリント動作中か否かを判断し、プリント動作中でない場合にのみステップＳ２へ進む。
【００３８】
ここで、復帰動作中又はプリント動作中、ＡＣライン（ＡＣ商用電源）の容量を最大限に使用しているシステムでは、充電動作によりＡＣラインの容量を超過させてしまうため、充電動作は実施しない。この実施形態の画像形成装置は、ＡＣライン４１の容量を最大限に使用しているため、ステップＳ１でプリント動作中（復帰動作中を含むものとする）と判断すると、ステップＳ２以降へ進まず、キャパシタ充電器４３に充電を行わせる充電動作を実施することはできない。
また、先述したが、定着装置４８は、蓄熱によりオフモード移行後しばらくの間は、補助電力の必要なしに狙いの立ち上げ時間で立ち上がることが可能なため、復帰時間短縮のために必要な補助電力は、必要時に充電すればよい。
【００３９】
そこで、制御部２０は、ステップＳ２において、復帰時間短縮のためには補助電力（復帰用補助電源）が必要であるか否かを判断し、必要ならステップＳ３へ、必要なければステップＳ５へそれぞれ移行する。
ここで、復帰時間短縮のために必要な補助電力の必要タイミングは、定着装置４８の温度、あるいは定着装置４８の温度の下降遷移を考慮したオフモード移行後の時間で判断する構成としている。定着装置４８の温度、例えば定着ヒータを内蔵している定着ローラの表面温度は、その定着ローラに対向して配置されている図示しない温度センサによって検出することができる。
【００４０】
そして、ステップＳ２にて復帰時間短縮のために補助電力が必要であると判断した場合には、ステップＳ３へ進み、補助電源であるキャパシタ４４の蓄電電圧を確認し、その蓄電電圧が予め設定された第１の充電電圧Ｖａ未満であった場合にのみ、ステップＳ４で充電動作を開始する。それによって、キャパシタ４４の蓄電電圧が第１の充電電圧Ｖａに達するまでキャパシタ充電器４３が充電（満充電）を行う。
ここで、第１の充電電圧Ｖａは、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限値（動作可能蓄電電圧下限値）から、予め予測された起動時間短縮のために定着装置４８の補助ヒータに必要な電力量を加算した電圧値以上に設定している。
【００４１】
一方、ステップＳ２にて復帰時間短縮のために補助電力が不要であると判断した場合には、ステップＳ５へ進み、補助電源であるキャパシタ４４の蓄電電圧を確認し、その蓄電電圧が予め設定された第２の充電電圧Ｖｂ未満であった場合にのみ、ステップＳ６で充電動作を開始する。それによって、キャパシタ４４の蓄電電圧が第２の充電電圧Ｖｂに達するまでキャパシタ充電器４３が充電を行う。
ここで、第２の充電電圧Ｖｂは、図２の例では、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限値に、予め予測されたシャットダウン処理を実施するのに必要な電力量を加算した電圧値以上に設定している。
【００４２】
ステップ５でのスレッシュ電圧（閾値）とステップ６での充電電圧を第２の充電電圧Ｖｂとして同じ電圧に設定したが、自己放電を考慮にいれ、充電電圧をスレッシュ電圧より高めに設定しておくと、短時間での充電動作の繰り返しがなくなり、制御を簡素化できるとともに、充電制御自体の無駄な消費電力を低減できる。なお、ステップ３でのスレッシュ電圧とステップ４での充電電圧の設定についても同様である。
そして、キャパシタ４４は自己放電作用により時間と共に蓄積電力量が低下していくため、充電動作完了後もステップ１に戻り、繰り返し充電処理（蓄電電圧監視処理）を実施する。
【００４３】
このように、この実施形態の画像形成装置では、電源装置の第１，第２の補助電源手段を構成する制御部２０，キャパシタコンバータ４５ａ，４５ｂ等が、蓄電手段であるキャパシタ４４を電力源とし、それぞれ設定されている下限値が異なる動作可能蓄電電圧範囲に基づいて、キャパシタ４４の蓄電電圧の蓄電エネルギーからそれぞれ異なる所定電圧＋２４Ｖ，＋５Ｖの電源を生成して＋２４Ｖ系負荷４７ｄ（第１の負荷手段），＋５Ｖ系負荷４７ｂ（第２の負荷手段）に供給することにより、低電圧で動作可能な＋５Ｖ系負荷４７ｂ（停電対応機能を実現する制御部２０等）やその動作電圧よりも高い電圧で動作可能な＋２４Ｖ系負荷４７ｄ（起動時間短縮対応機能を実現する定着装置４８内の補助ヒータ等）のような、それぞれ異なる電圧で動作可能な複数の負荷手段を、容量の少ないキャパシタ４４を利用し、電源ラインであるＡＣライン４１の最大供給可能電力を越えない範囲で効率的に動作させることができる。
つまり、低コストのキャパシタ４４を利用し、ＡＣライン４１の最大供給可能電力を越えない範囲で複数の機能を効率的に実現させることができる。また、キャパシタ４４の利用率を高めることができる。
【００４４】
なお、電源装置の３つ以上の補助電源手段が、キャパシタ等の蓄電手段を電力源とし、それぞれ設定されている下限値が異なる動作可能蓄電電圧範囲に基づいて、蓄電手段の蓄電電圧の蓄電エネルギーからそれぞれ異なる所定電圧の電源を生成して供給するようにすることもできる。
【００４５】
以上、この発明を電源装置およびそれを備えた画像形成装置に適用した実施形態について説明したが、この発明はこれに限らず、電源装置を備えた他の電子機器にも適用可能である。
なお、この発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが対象となることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、電源装置が、低コストの蓄電手段を利用し、電源ラインの最大供給可能電力を越えない範囲で複数の機能を効率的に実現させることができる。したがって、低コストで複数の機能を効率的に実現させることが可能な電源装置および電子機器を提供することができる。
【符号の説明】
【００４７】
２０：制御部 ４１：ＡＣライン ４２：主電源 ４２ａ：ＡＣ／ＤＣコンバータ
４２ｂ：定着ヒータ駆動回路 ４３：キャパシタ充電器
４４：キャパシタ ４５ａ，４５ｂ：キャパシタコンバータ
４６ａ，４６ｂ：切換回路 ４７ａ，４７ｂ：＋５Ｖ系負荷
４７ｃ，４７ｄ：＋２４Ｖ系負荷 ４８：定着装置 ４９，５０：電圧検出回路
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４８】
【特許文献１】特開２００７−２３６１５９号公報
【特許文献２】特開２００５−１４８５８１号公報
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源装置、およびそれを備えたデジタル複写機やデジタル複合機，ファクシミリ装置等の画像形成装置を含む電子機器に関し、特に省エネルギー（以下「省エネ」という）技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、およびこれらの機能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、電子写真プロセスでは、転写プロセスによって用紙上に転写されたトナー画像を定着プロセスによって定着するが、その定着のための定着装置の立ち上がりまでの待ち時間、およびプリント（画像形成）動作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。
【０００３】
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あるので、これが機器を設計する上での大きな制約となっている。
そこで、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、例えば特許文献１に見られるように、キャパシタ（蓄電装置）を使用するシステムが提案されている。また、特許文献２には、画像形成動作中の各部に損傷を与えたりしないようにするため、給電が停電等により遮断されたときには、補助電源装置から作像部に給電を行うように制御して、作像途中のジョブがあっても、そのジョブの作像動作を継続させる構成について開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような、蓄電電力の低下に応じて電圧が低下するキャパシタを使用するシステムでは、一定の電力をシステムに供給しようとした場合、電流が大きくなり、回路負荷が大きくなってしまうため、これを抑えるために所定電圧以下での使用を避けている。そのため、停電対応といった他の機能で蓄電電力を併用活用しようとした場合に、追加した機能動作を満足できるだけのキャパシタ容量を追加する必要があり、コストが大幅に増加するという問題があった。
また、特許文献２に記載のものでも、機能の追加による補助電源装置の容量の追加が必要となり、やはりコストが増加するという問題がある。
【０００５】
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、低コストの蓄電手段（キャパシタ等）を利用し、電源ラインの最大供給可能電力を越えない範囲で複数の機能を効率的に実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、上記の目的を達成するため、以下の電源装置、電子機器、および画像形成装置を提供する。
この発明による電源装置は、電源を供給する電源装置であって、蓄電する蓄電手段と、その蓄電手段を電力源とし、それぞれ設定されている下限値が異なる動作可能蓄電電圧範囲に基づいて、上記蓄電手段の蓄電電圧の蓄電エネルギーからそれぞれ異なる所定電圧の電源を生成して供給する複数の補助電源手段とを設けたものである。
上記複数の補助電源手段を、第１の補助電源手段と第２の補助電源手段とによって構成するとよい。
【０００７】
上記第１の補助電源手段に対して設定されている第１の動作可能蓄電電圧範囲（例えば起動時間短縮対応機能を実現する定着装置内の補助発熱体の動作可能蓄電電圧範囲）の下限値未満に、上記第２の補助電源手段に対して第２の動作可能蓄電電圧範囲（例えば停電対応機能を実現する演算制御手段の動作可能蓄電電圧範囲）の下限値が設定されているのが望ましい。
上記第１の動作可能蓄電電圧範囲の下限値は上記第１の補助電源手段に流れる電流により、上記第２の動作可能蓄電電圧範囲の下限値は上記第２の補助電源手段に流れる電流によりそれぞれ設定されているとよい。
【０００８】
この発明による電子機器は、上記いずれかの電源装置と、その電源装置内の上記第１の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第１の負荷手段と、上記第２の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第２の負荷手段とを備えたものである。
また、上記電源装置内の上記第１の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第１の負荷手段と、上記第２の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第２の負荷手段とを備え、上記第１の動作可能蓄電電圧範囲の下限値と上記第２の動作可能蓄電電圧範囲の下限値との間に、停電に対応できる停電対応機能を実現する上記第２の負荷手段の動作が可能となる蓄電電圧が上記第２の補助電源手段に対して設定されている電子機器であってもよい。
【０００９】
あるいは、上記電源装置内の上記第１の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第１の負荷手段と、上記第２の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第２の負荷手段とを備え、上記第１の動作可能蓄電電圧範囲以内に、停電に対応できる停電対応機能を実現する上記第２の負荷手段の動作が可能となる蓄電電圧が上記第２の補助電源手段に対して設定されている電子機器であってもよい。
これらの電子機器において、上記第２の負荷手段には、停電を検出する停電検出手段と、その停電検出手段によって停電が検出された場合に、上記停電対応機能を実現する上記第２の負荷手段の動作であるシャットダウン処理を行う演算制御手段とが含まれているとよい。
【００１０】
上記電子機器において、上記演算制御手段が、上記蓄電手段の蓄電電圧が上記シャットダウン処理が可能となる蓄電電圧に満たない場合には、自身の制御に制限を与えるのが望ましい。
上記電子機器において、上記第１の動作可能蓄電電圧範囲の上限値が、起動時間短縮に対応できる起動時間短縮対応機能を実現する上記第１の負荷手段の動作が可能となる蓄電電圧が上記第１の補助電源手段に対して設定されているとよい。
上記電子機器が、画像形成装置であり、上記第１の負荷手段には、シート上に転写されたトナー画像を定着するための定着装置内の補助発熱体が含まれており、上記第１の補助電源手段が、当該画像形成装置の立ち上げ動作の際に上記補助発熱体に電源を供給するものであってもよい。
【００１１】
その画像形成装置において、上記蓄電手段を充電する充電手段を備え、上記演算制御手段が、上記蓄電手段の蓄電電圧が、上記立ち上げ動作時に上記シャットダウン処理が可能となる蓄電電圧に満たなくなった場合、あるいは上記立ち上げ動作が終了した後の通常動作モード時又は待機モード時に上記停電検出手段によって停電が検出された後、その停電検出手段によって停電が検出されなくなった場合に、上記シャットダウン処理が可能となる蓄電電圧に達するまで上記充電手段に充電を行わせ、上記待機モードからオフモードに移行した場合には、上記第１の動作可能蓄電電圧範囲の上限値に達するまで上記充電手段に充電を行わせることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、電源装置の複数の補助電源手段が、蓄電手段を電力源とし、それぞれ設定されている下限値が異なる動作可能蓄電電圧範囲に基づいて、蓄電手段の蓄電電圧の蓄電エネルギーからそれぞれ異なる所定電圧の電源を生成して供給することにより、この電源装置を搭載する電子機器では、低電圧で動作可能な負荷手段（停電対応機能を実現する演算制御手段等）やその動作電圧よりも高い電圧で動作可能な負荷手段（起動時間短縮対応機能を実現する定着装置内の補助発熱体等）のような、それぞれ異なる電圧で動作可能な複数の負荷手段を、容量の少ない蓄電手段（キャパシタ等）を利用し、電源ラインの最大供給可能電力を越えない範囲で効率的に動作させることができる。つまり、低コストの蓄電手段を利用し、電源ラインの最大供給可能電力を越えない範囲で複数の機能を効率的に実現させることができる。また、蓄電手段の利用率を高めることができる。
上記の電源装置を備えた電子機器および画像形成装置によれば、低コストで複数の機能を効率的に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明による電源装置を搭載した電子機器の一実施形態である画像形成装置の主要部および電源装置からの電源供給先の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１のキャパシタ４４の電圧遷移と動作モードとの関係の第１例を示すタイミング図である。
【図３】同じくキャパシタ４４の電圧遷移と動作モードとの関係の第２例を示すタイミング図である。
【図４】図１に示した画像形成装置における充電処理の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。
以下の実施形態は、起動時間短縮対応機能を実現する第１の負荷手段（定着装置内の補助発熱体）にキャパシタ等の蓄電手段から給電し（電力を供給し）、システムの起動時間短縮を図ったシステムにおいて、以下の特徴を有する。
すなわち、第１の負荷手段に給電する第１の補助電源手段（キャパシタコンバータ）の動作可能蓄電電圧の下限値と、停電対応機能を実現する第２の負荷手段（ＣＰＵ等）に給電する第２の補助電源手段（キャパシタコンバータ）の動作可能蓄電電圧の下限値とを個別に設定し、第２の補助電源手段の動作可能蓄電電圧の下限値を、第１の補助電源手段の動作可能蓄電電圧の下限値より低い電圧に設定することが特徴になっている。
【００１５】
まず、この発明による電源装置を搭載した電子機器の一実施形態である画像形成装置の主要部の構成およびその基本動作について説明する。
図１は、その主要部および電源装置からの電源供給先（負荷）の構成例を示すブロック図である。
この画像形成装置（以下単に「装置」ともいう）において、ＡＣ（交流）ライン４１から主電源スイッチ（以下「スイッチ」を「ＳＷ」という）４０を介して供給されるＡＣ電源を主電源４２に含まれるＡＣ／ＤＣコンバータ４２ａによりＤＣ（直流）電源に変換し、一部は直接＋５Ｖ、＋２４Ｖ系の各負荷４７ａ，４７ｃの電源として供給する。また、ＡＣ電源は充電手段であるキャパシタ充電器４３にも入力され、キャパシタ４４の充電に使用することが可能となっている。
【００１６】
蓄電手段（補助電源）としてのキャパシタ４４は、電気二重層コンデンサ等の大容量のキャパシタによって構成する。なお、電気二重層コンデンサ以外にもいろいろと選択可能であるが、この実施形態では、短時間での充放電が可能で、且つ長寿命である電気二重層コンデンサを用いている。
キャパシタ４４は、電気二重層コンデンサの特徴として放電するに従い、端子電圧が低くなってしまうため、キャパシタコンバータ４５ａ，４５ｂをキャパシタ４４の後に配置することにより、出力電圧が一定になるようにしている。
【００１７】
キャパシタコンバータ４５ａ，４５ｂは、キャパシタ４４の充電電圧（蓄電電圧）および使用下限電圧の仕様に応じて、昇圧コンバータ、降圧コンバータ、昇降圧コンバータのいずれかを使用する。この各キャパシタコンバータ４５ａ，４５ｂは、いずれもキャパシタ４４を電力源とし、それぞれ設定されている下限値が異なる動作可能蓄電電圧範囲に基づいて、キャパシタ４４の蓄電電圧の蓄電エネルギーからそれぞれ異なる所定電圧の電源（電力）を生成して供給する第１，第２の補助電源手段としての機能を、後述する制御部２０および切換回路４６ａ，４６ｂと共に果す。
【００１８】
切換回路４６ａは、ＡＣライン４１から供給されるＡＣ電源を元にＡＣ／ＤＣコンバータ４２ａにより作られた＋２４Ｖ電源（駆動部用電源）と、キャパシタ４４に蓄電（蓄積）されたエネルギーからキャパシタコンバータ４５ａを通して作られた＋２４Ｖ電源とを、制御部２０による制御に従って切り換えて第１の負荷手段に相当する＋２４Ｖ系負荷４７ｄに供給する働きをする。
切換回路４６ｂは、ＡＣライン４１から供給されるＡＣ電源を元にＡＣ／ＤＣコンバータ４２ａにより作られた＋５Ｖ電源（制御部用電源）と、キャパシタ４４に蓄積されたエネルギーからキャパシタコンバータ４５ｂを通して作られた＋５Ｖ電源とを、制御部２０による制御に従って切り換えて第２の負荷手段に相当する＋５Ｖ系負荷４７ｂに供給する働きをする。
【００１９】
ここで、＋２４Ｖ系負荷４７ｄには、起動時間短縮に対応できる起動時間短縮対応機能を実現する負荷手段として、用紙等のシート上に転写されたトナー画像を定着するための定着手段である定着加熱装置（以下「定着装置」という）４８内の後述する補助ヒータが含まれている。＋５Ｖ系負荷４７ｂには、停電に対応できる停電対応機能を実現する負荷手段として、演算制御手段であるＣＰＵ（中央処理装置）を含む制御部２０が含まれている。＋５Ｖ系負荷４７ｂにはまた、主電源４２、キャパシタ充電器４３、キャパシタコンバータ４５ａ，４５ｂ、切換回路４６ａ，４６ｂ、および電圧検出回路４９，５０の各回路も含まれている。
【００２０】
制御部２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを含むマイクロコンピュータを用いており、ＣＰＵがＲＯＭ内のプログラムをＲＡＭ上に展開して実行することにより、装置（例えばデジタル複写機等）全体の制御を行い、各動作モードに応じてシーケンシャルに各負荷４７ａ〜４７ｄを動作させることができる。なお、この制御部２０は＋５Ｖ系負荷４７ｂの一部であるが、図示しない電池からも＋５Ｖ電源の供給が可能であり、常時動作可能にしている。
【００２１】
制御部２０はまた、キャパシタ４４への充放電の制御も行っており、装置の立ち上げ動作時、および立ち上げ動作後所定の時間までの期間で、電圧検出回路４９によって検出したキャパシタ４４の蓄電電圧が所定電圧以上のときには、キャパシタ４４に蓄電されたエネルギー（蓄電エネルギー）からキャパシタコンバータ４５ａにより作られた＋２４Ｖ電源を＋２４Ｖ系負荷４７ｄに供給するように切換回路４６ａを切り換えて動作させる。このとき、ＡＣライン４１からの供給電力に対して生じる余裕分は、定着ヒータ駆動回路４２ｂを制御し、主発熱体である主ヒータと補助発熱体である補助ヒータとを内蔵した定着ローラ、あるいはそれらのヒータを内蔵した加熱ローラを含む複数のローラによって張架されて回動する定着ベルトを備えた定着装置４８への供給電力量を増大させる。
【００２２】
制御部２０は更に、停電検出手段に相当する電圧検出回路５０により停電状態（実際には停電時の電圧）を検出したときに、電圧検出回路４９で検出したキャパシタ４４の蓄電電圧が所定電圧以上であった場合には、キャパシタ４４に蓄積されたエネルギーからキャパシタコンバータ４５ｂにより作られた＋５Ｖ電源を＋５Ｖ系負荷４７ｂに供給するように切換回路４６ｂを切り換えて制御動作を継続させる。
【００２３】
ここで、図２によって後で説明するが、上記所定電圧は、装置の立ち上げ動作時と停電時とで異なる電圧値に設定している。
また、この実施形態では、装置立ち上げ動作時のキャパシタ４４の電力供給先を＋２４Ｖ系負荷４７ｃとし、ＡＣライン４１からの供給電力に対して生じる余裕分だけ定着装置４８への供給電力量を増大させる構成としたが、キャパシタ４４の電力を定着装置４８へ直接供給するシステム構成でも、この発明は適用できる。
【００２４】
次に、図１のキャパシタ４４の電圧遷移と装置の状態（動作モード）との関係について説明する。
図２は、図１のキャパシタ４４の電圧遷移と動作モードとの関係の第１例を示すタイミングチャートである。
このタイミングチャートは、動作モードに応じたキャパシタ４４の蓄電遷移をグラフ化したものであり、横軸に時間、縦軸にキャパシタ４４の蓄電電圧をそれぞれ示す。
図１の制御部２０は、図示しない操作部上での操作者の操作による動作指示があると（タイミングＡ）、復帰モードに入り、装置の立ち上げ動作（復帰動作）を開始する。
【００２５】
このとき、定着装置４８の立ち上げ時間の短縮のため、キャパシタ４４の蓄電電力を使用する。それによって、キャパシタ４４の電圧は、起動時間短縮対応機能を実現する定着装置内の補助ヒータ（以下単に「起動時間短縮対応機能」ともいう）の動作可能蓄電電圧範囲の下限まで下降する。この電圧下降期間を放電期間Ｔ１として示している。またこのとき（タイミングＢ）、キャパシタ４４から供給される電力量は数１００Ｗと大きく、補助電力供給期間内において一定の電力をシステムに供給する場合、キャパシタ４４は放電するに従って端子電圧が低くなってしまうため、時間とともにキャパシタ４４の出力電流が大きくなる。キャパシタコンバータ４５ａ，４５ｂ等の構成回路には、導通電流に制限があるため、所定電圧以下では使用しないように、その下限値が設定されている。つまり、動作可能蓄電電圧範囲で狙いの起動時間を満足できる補助電源容量を確保するようにキャパシタ４４の容量を設定している。
【００２６】
そして、オフモード以降後は、起動時間短縮のために補助電力が必要なタイミングＦにて満充電状態（キャパシタ４４の蓄電電圧が予め設定された第１の充電電圧Ｖａ）となるようにキャパシタ充電器４３に充電を行わせる充電動作を実施する。その動作期間を、充電期間Ｔ４として示している。「オフモード」とは、待機モードのまま一定時間が経過した後に自動オフ機能によって主電源４２から各負荷への給電をオフにする動作モードのことである。
【００２７】
ここで、オフモード移行タイミングＣと起動時間短縮のために補助電力が必要なタイミングＦに差があるのは、定着装置４８は補助ヒータによる蓄熱によりオフモード移行後しばらくの間は、補助電力の必要なしに狙いの立ち上げ時間で立ち上がることが可能なためである。また、キャパシタ４４は自己放電作用があり、蓄電電圧が低いときの方が消費電力が小さくなるため、必要時のみ電力を蓄積させておくようにすると、省エネ効果を高めることができるためである。
【００２８】
次に、図１に示した画像形成装置における停電時の動作例について説明する。
この例では、復帰動作完了後の画像形成装置のプリント（画像形成）動作を行う通常動作モード中又は待機モード中に、電圧検出回路５０によって停電を検出すると（タイミングＤ）、制御部２０は、次回の起動に備えた処理および各種データの保護処理といったシャットダウン処理を実行する。このとき、先述したように、キャパシタ４４の蓄電電力を使用して制御部２０が動作するため、キャパシタ４４の蓄電電圧は、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限よりも更に低い電圧に設定された停電対応機能を実現する制御部２０（以下単に「停電対応機能」ともいう）の動作可能蓄電電圧範囲の下限近くまで下降する。この電圧下降期間を放電期間Ｔ２として示している。また、この例では、Ｄ−Ｅ間を停電期間Ｔ０としている。
【００２９】
ここで、シャットダウン処理で消費される電力は、数１０Ｗ以下と小さく、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限よりも更に低い電圧でキャパシタ４４の蓄電電力を使用しても回路に負荷を与えることがないため、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲とは別に停電対応機能の動作可能蓄電電圧範囲を設定している。
そして、電圧検出回路５０によって停電状態が検出されなくなると、つまり停電が解消される（停電から復帰される）と、次の停電発生に備え、充電動作を実施する。その動作期間を、充電期間Ｔ３として示している。
【００３０】
充電期間Ｔ４の充電動作で説明したように、オフモード移行後しばらくの間は、補助電力の必要なしに狙いの立ち上げ時間で立ち上がることが可能なため、充電期間Ｔ３の充電動作では、シャットダウン処理に必要な電力のみ蓄電されるように、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限値よりも低い（但し停電対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限値より高い）第２の充電電圧（設定電圧）Ｖｂに達するまで充電するようにしている。
【００３１】
次に、第２の充電電圧Ｖｂの決め方（計算例）について詳述する。
例えば、シャットダウン処理に必要な電力を１０Ｗ（制御電圧５Ｖ×消費電流２Ａ）とし、キャパシタ４４の放電回路の導通電流（つまりキャパシタコンバータ４５ｂに流れる電流）の制限値を５Ａとすると、シャットダウン処理で使用できるキャパシタ４４の蓄電電圧の下限値は２Ｖと決定され、キャパシタ４４の容量を７５Ｆ（６００Ｆのキャパシタを８個直列接続）とすると、このときに残エネルギーは、１５０Ｊとなる。
【００３２】
また、シャットダウン処理に必要な時間を１２０秒とすると、シャットダウン処理で消費される電力量は、５Ｖ×２Ａ×１２０ｓ＝１２００Ｊとなり、前述したエネルギー（１５０Ｊ）を加えた１３５０Ｊのエネルギーが蓄えられていることになるキャパシタ電圧は６Ｖである。これは、１／２×Ｃ（キャパシタ容量）×Ｖ（キャパシタ電圧）２＝Ｗ（蓄電エネルギー）の式から算出される。このキャパシタ電圧（６Ｖ）以上の電圧をキャパシタ４４が維持している場合のみ、正常にシャットダウン処理を実施することが可能になり、この電圧を第２の充電電圧Ｖｂとして予め設定する。
【００３３】
この例では、シャットダウン処理で消費される電力、および処理時間のばらつき、蓄電電圧の検出ばらつき、キャパシタ４４の自己放電作用による電圧低下等を考慮せずに、第２の充電電圧Ｖｂを設定したが、それらも考慮して設定すると、より安定した停電対応機能とすることができる。
【００３４】
以上、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限電圧（下限値）より、第２の充電電圧Ｖｂの方が低く設定された場合の動作について図により説明したが、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限電圧より、第２の充電電圧Ｖｂの方が高く設定された場合の動作について、図３を用いて説明する。なお、通常のシャットダウン処理不可期間Ｇの動作以外については、図２の動作と同一のため、説明を割愛する。
図３は、図１のキャパシタ４４の電圧遷移と動作モードとの関係の第２例を示すタイミングチャートである。
【００３５】
この例では、図２と同様、タイミングＡから復帰動作を開始すると、キャパシタ４４の蓄電電圧は起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限まで下降する。このとき（タイミングＢ）、第２の充電電圧Ｖｂよりも低い電圧となるため、続けて充電動作を実施する。その動作期間を、充電期間Ｔ５として示している。
この第２の充電電圧Ｖｂよりも低い電圧となる区間に停電が発生した場合には、当然、通常のシャットダウン処理が不可能となるため、この区間においては、制御部２０によるメイン制御に制限を与え、例えば図示しないＨＤＤ（ハードディスク）等の記憶装置へのアクセスを止め、停電時にもデータ破壊等が発生しない制御としている。
【００３６】
この例では、データ破壊を防ぎ、次立ち上げ動作に備え、正常にシャットダウン処理を行えるように、上記区間内での制御部２０によるメイン制御に制限を与える制御構成としたが、データ破壊のみは防ぐといった停電時シャットダウン処理自体に優先順位をおいた（割り切り）制御構成としてもよい。
以上、復帰動作完了後のプリント動作又は待機モード中に停電が発生した場合の２つの異なる動作について図２，図３によって説明したが、復帰モードおよびオフモード中に停電が発生した場合には、停電制御開始時（タイミングＤ）のキャパシタ４４の蓄積電圧が高い位置になるだけで、基本動作については同一である。停電対応制御は、図４で詳述する。
【００３７】
次に、図１に示した画像形成装置における充電処理について説明する。
図４は、その充電処理の一例を示すフローチャートである。
図１の制御部２０は、いつ要求されるかわからない復帰動作および停電に備え、常時充電処理を実施する。具体的には、以下に示す通りである。
まず、ステップＳ１でプリント動作中か否かを判断し、プリント動作中でない場合にのみステップＳ２へ進む。
【００３８】
ここで、復帰動作中又はプリント動作中、ＡＣライン（ＡＣ商用電源）の容量を最大限に使用しているシステムでは、充電動作によりＡＣラインの容量を超過させてしまうため、充電動作は実施しない。この実施形態の画像形成装置は、ＡＣライン４１の容量を最大限に使用しているため、ステップＳ１でプリント動作中（復帰動作中を含むものとする）と判断すると、ステップＳ２以降へ進まず、キャパシタ充電器４３に充電を行わせる充電動作を実施することはできない。
また、先述したが、定着装置４８は、蓄熱によりオフモード移行後しばらくの間は、補助電力の必要なしに狙いの立ち上げ時間で立ち上がることが可能なため、復帰時間短縮のために必要な補助電力は、必要時に充電すればよい。
【００３９】
そこで、制御部２０は、ステップＳ２において、復帰時間短縮のためには補助電力（復帰用補助電源）が必要であるか否かを判断し、必要ならステップＳ３へ、必要なければステップＳ５へそれぞれ移行する。
ここで、復帰時間短縮のために必要な補助電力の必要タイミングは、定着装置４８の温度、あるいは定着装置４８の温度の下降遷移を考慮したオフモード移行後の時間で判断する構成としている。定着装置４８の温度、例えば定着ヒータを内蔵している定着ローラの表面温度は、その定着ローラに対向して配置されている図示しない温度センサによって検出することができる。
【００４０】
そして、ステップＳ２にて復帰時間短縮のために補助電力が必要であると判断した場合には、ステップＳ３へ進み、補助電源であるキャパシタ４４の蓄電電圧を確認し、その蓄電電圧が予め設定された第１の充電電圧Ｖａ未満であった場合にのみ、ステップＳ４で充電動作を開始する。それによって、キャパシタ４４の蓄電電圧が第１の充電電圧Ｖａに達するまでキャパシタ充電器４３が充電（満充電）を行う。
ここで、第１の充電電圧Ｖａは、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限値（動作可能蓄電電圧下限値）から、予め予測された起動時間短縮のために定着装置４８の補助ヒータに必要な電力量を加算した電圧値以上に設定している。
【００４１】
一方、ステップＳ２にて復帰時間短縮のために補助電力が不要であると判断した場合には、ステップＳ５へ進み、補助電源であるキャパシタ４４の蓄電電圧を確認し、その蓄電電圧が予め設定された第２の充電電圧Ｖｂ未満であった場合にのみ、ステップＳ６で充電動作を開始する。それによって、キャパシタ４４の蓄電電圧が第２の充電電圧Ｖｂに達するまでキャパシタ充電器４３が充電を行う。
ここで、第２の充電電圧Ｖｂは、図２の例では、起動時間短縮対応機能の動作可能蓄電電圧範囲の下限値に、予め予測されたシャットダウン処理を実施するのに必要な電力量を加算した電圧値以上に設定している。
【００４２】
ステップ５でのスレッシュ電圧（閾値）とステップ６での充電電圧を第２の充電電圧Ｖｂとして同じ電圧に設定したが、自己放電を考慮にいれ、充電電圧をスレッシュ電圧より高めに設定しておくと、短時間での充電動作の繰り返しがなくなり、制御を簡素化できるとともに、充電制御自体の無駄な消費電力を低減できる。なお、ステップ３でのスレッシュ電圧とステップ４での充電電圧の設定についても同様である。
そして、キャパシタ４４は自己放電作用により時間と共に蓄積電力量が低下していくため、充電動作完了後もステップ１に戻り、繰り返し充電処理（蓄電電圧監視処理）を実施する。
【００４３】
このように、この実施形態の画像形成装置では、電源装置の第１，第２の補助電源手段を構成する制御部２０，キャパシタコンバータ４５ａ，４５ｂ等が、蓄電手段であるキャパシタ４４を電力源とし、それぞれ設定されている下限値が異なる動作可能蓄電電圧範囲に基づいて、キャパシタ４４の蓄電電圧の蓄電エネルギーからそれぞれ異なる所定電圧＋２４Ｖ，＋５Ｖの電源を生成して＋２４Ｖ系負荷４７ｄ（第１の負荷手段），＋５Ｖ系負荷４７ｂ（第２の負荷手段）に供給することにより、低電圧で動作可能な＋５Ｖ系負荷４７ｂ（停電対応機能を実現する制御部２０等）やその動作電圧よりも高い電圧で動作可能な＋２４Ｖ系負荷４７ｄ（起動時間短縮対応機能を実現する定着装置４８内の補助ヒータ等）のような、それぞれ異なる電圧で動作可能な複数の負荷手段を、容量の少ないキャパシタ４４を利用し、電源ラインであるＡＣライン４１の最大供給可能電力を越えない範囲で効率的に動作させることができる。
つまり、低コストのキャパシタ４４を利用し、ＡＣライン４１の最大供給可能電力を越えない範囲で複数の機能を効率的に実現させることができる。また、キャパシタ４４の利用率を高めることができる。
【００４４】
なお、電源装置の３つ以上の補助電源手段が、キャパシタ等の蓄電手段を電力源とし、それぞれ設定されている下限値が異なる動作可能蓄電電圧範囲に基づいて、蓄電手段の蓄電電圧の蓄電エネルギーからそれぞれ異なる所定電圧の電源を生成して供給するようにすることもできる。
【００４５】
以上、この発明を電源装置およびそれを備えた画像形成装置に適用した実施形態について説明したが、この発明はこれに限らず、電源装置を備えた他の電子機器にも適用可能である。
なお、この発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが対象となることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、電源装置が、低コストの蓄電手段を利用し、電源ラインの最大供給可能電力を越えない範囲で複数の機能を効率的に実現させることができる。したがって、低コストで複数の機能を効率的に実現させることが可能な電源装置および電子機器を提供することができる。
【符号の説明】
【００４７】
２０：制御部 ４１：ＡＣライン ４２：主電源 ４２ａ：ＡＣ／ＤＣコンバータ
４２ｂ：定着ヒータ駆動回路 ４３：キャパシタ充電器
４４：キャパシタ ４５ａ，４５ｂ：キャパシタコンバータ
４６ａ，４６ｂ：切換回路 ４７ａ，４７ｂ：＋５Ｖ系負荷
４７ｃ，４７ｄ：＋２４Ｖ系負荷 ４８：定着装置 ４９，５０：電圧検出回路
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４８】
【特許文献１】特開２００７−２３６１５９号公報
【特許文献２】特開２００５−１４８５８１号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源を供給する電源装置であって、
蓄電する蓄電手段と、
該蓄電手段を電力源とし、それぞれ設定されている下限値が異なる動作可能蓄電電圧範囲に基づいて、前記蓄電手段の蓄電電圧の蓄電エネルギーからそれぞれ異なる所定電圧の電源を生成して供給する複数の補助電源手段とを設けたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記複数の補助電源手段は、第１の補助電源手段と第２の補助電源手段とからなることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第１の補助電源手段に対して設定されている第１の動作可能蓄電電圧範囲の下限値未満に、前記第２の補助電源手段に対して第２の動作可能蓄電電圧範囲の下限値が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記第１の動作可能蓄電電圧範囲の下限値は、前記第１の補助電源手段に流れる電流により、前記第２の動作可能蓄電電圧範囲の下限値は、前記第２の補助電源手段に流れる電流によりそれぞれ設定されていることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか一項に記載の電源装置と、該電源装置内の前記第１の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第１の負荷手段と、前記第２の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第２の負荷手段とを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項３又は４に記載の電源装置と、該電源装置内の前記第１の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第１の負荷手段と、前記第２の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第２の負荷手段とを備え、
前記第１の動作可能蓄電電圧範囲の下限値と前記第２の動作可能蓄電電圧範囲の下限値との間に、停電に対応できる停電対応機能を実現する前記第２の負荷手段の動作が可能となる蓄電電圧が前記第２の補助電源手段に対して設定されていることを特徴とする電子機器。
【請求項７】
請求項３又は４に記載の電源装置と、該電源装置内の前記第１の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第１の負荷手段と、前記第２の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第２の負荷手段とを備え、
前記第１の動作可能蓄電電圧範囲以内に、停電に対応できる停電対応機能を実現する前記第２の負荷手段の動作が可能となる蓄電電圧が前記第２の補助電源手段に対して設定されていることを特徴とする電子機器。
【請求項８】
前記第２の負荷手段には、停電を検出する停電検出手段と、該停電検出手段によって停電が検出された場合に、前記停電対応機能を実現する前記第２の負荷手段の動作であるシャットダウン処理を行う演算制御手段とが含まれていることを特徴とする請求項６又は７に記載の電子機器。
【請求項９】
前記演算制御手段は、前記蓄電手段の蓄電電圧が前記シャットダウン処理が可能となる蓄電電圧に満たない場合には、自身の制御に制限を与えることを特徴とする請求項８に記載の電子機器。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子機器において、
前記第１の動作可能蓄電電圧範囲の上限値が、起動時間短縮に対応できる起動時間短縮対応機能を実現する前記第１の負荷手段の動作が可能となる蓄電電圧が前記第１の補助電源手段に対して設定されていることを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電子機器は、画像形成装置であり、
前記第１の負荷手段には、シート上に転写されたトナー画像を定着するための定着装置内の補助発熱体が含まれており、
前記第１の補助電源手段は、当該画像形成装置の立ち上げ動作の際に前記補助発熱体に電源を供給することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の画像形成装置において、
前記蓄電手段を充電する充電手段を備え、
前記演算制御手段は、前記蓄電手段の蓄電電圧が、前記立ち上げ動作時に前記シャットダウン処理が可能となる蓄電電圧に満たなくなった場合、あるいは前記立ち上げ動作が終了した後の通常動作モード時又は待機モード時に前記停電検出手段によって停電が検出された後、該停電検出手段によって停電が検出されなくなった場合に、前記シャットダウン処理が可能となる蓄電電圧に達するまで前記充電手段に充電を行わせ、前記待機モードからオフモードに移行した場合には、前記第１の動作可能蓄電電圧範囲の上限値に達するまで前記充電手段に充電を行わせることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
電源を供給する電源装置であって、
蓄電する蓄電手段と、
該蓄電手段を電力源とし、それぞれ設定されている下限値が異なる動作可能蓄電電圧範囲に基づいて、前記蓄電手段の蓄電電圧の蓄電エネルギーからそれぞれ異なる所定電圧の電源を生成して供給する複数の補助電源手段とを設けたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記複数の補助電源手段は、第１の補助電源手段と第２の補助電源手段とからなることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第１の補助電源手段に対して設定されている第１の動作可能蓄電電圧範囲の下限値未満に、前記第２の補助電源手段に対して第２の動作可能蓄電電圧範囲の下限値が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記第１の動作可能蓄電電圧範囲の下限値は、前記第１の補助電源手段に流れる電流により、前記第２の動作可能蓄電電圧範囲の下限値は、前記第２の補助電源手段に流れる電流によりそれぞれ設定されていることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか一項に記載の電源装置と、該電源装置内の前記第１の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第１の負荷手段と、前記第２の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第２の負荷手段とを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項３又は４に記載の電源装置と、該電源装置内の前記第１の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第１の負荷手段と、前記第２の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第２の負荷手段とを備え、
前記第１の動作可能蓄電電圧範囲の下限値と前記第２の動作可能蓄電電圧範囲の下限値との間に、停電に対応できる停電対応機能を実現する前記第２の負荷手段の動作が可能となる蓄電電圧が前記第２の補助電源手段に対して設定されていることを特徴とする電子機器。
【請求項７】
請求項３又は４に記載の電源装置と、該電源装置内の前記第１の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第１の負荷手段と、前記第２の補助電源手段からの電源供給によって駆動する第２の負荷手段とを備え、
前記第１の動作可能蓄電電圧範囲以内に、停電に対応できる停電対応機能を実現する前記第２の負荷手段の動作が可能となる蓄電電圧が前記第２の補助電源手段に対して設定されていることを特徴とする電子機器。
【請求項８】
前記第２の負荷手段には、停電を検出する停電検出手段と、該停電検出手段によって停電が検出された場合に、前記停電対応機能を実現する前記第２の負荷手段の動作であるシャットダウン処理を行う演算制御手段とが含まれていることを特徴とする請求項６又は７に記載の電子機器。
【請求項９】
前記演算制御手段は、前記蓄電手段の蓄電電圧が前記シャットダウン処理が可能となる蓄電電圧に満たない場合には、自身の制御に制限を与えることを特徴とする請求項８に記載の電子機器。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子機器において、
前記第１の動作可能蓄電電圧範囲の上限値が、起動時間短縮に対応できる起動時間短縮対応機能を実現する前記第１の負荷手段の動作が可能となる蓄電電圧が前記第１の補助電源手段に対して設定されていることを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電子機器は、画像形成装置であり、
前記第１の負荷手段には、シート上に転写されたトナー画像を定着するための定着装置内の補助発熱体が含まれており、
前記第１の補助電源手段は、当該画像形成装置の立ち上げ動作の際に前記補助発熱体に電源を供給することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の画像形成装置において、
前記蓄電手段を充電する充電手段を備え、
前記演算制御手段は、前記蓄電手段の蓄電電圧が、前記立ち上げ動作時に前記シャットダウン処理が可能となる蓄電電圧に満たなくなった場合、あるいは前記立ち上げ動作が終了した後の通常動作モード時又は待機モード時に前記停電検出手段によって停電が検出された後、該停電検出手段によって停電が検出されなくなった場合に、前記シャットダウン処理が可能となる蓄電電圧に達するまで前記充電手段に充電を行わせ、前記待機モードからオフモードに移行した場合には、前記第１の動作可能蓄電電圧範囲の上限値に達するまで前記充電手段に充電を行わせることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１９８３１５（Ｐ２０１２−１９８３１５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６１１３７（Ｐ２０１１−６１１３７）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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