JPH04178171A - 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、直流電源装置および定着ヒータ等の交流負
荷を備え、静電潜像技術により画像を形成する画像形成
装置に関する。

〔従来の技術〕

帯電させた感光体を露光して静電潜像を形成し、その静
電潜像を現像によりトナー像に変換して用紙（普通紙）
上に転写した後、転写されたトナー像を加熱、加圧して
用紙上に定着させる静電潜像技術による画像形成装置、
例えば複写機、レーザプリンタ、電子複写機、高速ファ
クシミリ等がある。

これらの画像形成装置の電源回路は、例えば特開昭５８
−２２０１６８号公報に示されたように、交流負荷はメ
インモータ、露光ランプ、帯除電用高圧電源、定着ヒー
タ等と直流電源装置とからなっている。直流電源装置の
負荷としてはクラッチ。

ソレノイド等の駆動負荷と、これらを制御する制御回路
があり、その出力はせいぜい数十Ｗで、殆んどが１００
Ｗ未満のものであった。

しかしながら、最近は画像形成装置の高速化。

多機能化が要求され、従来交流負荷であったものが直流
負荷へと変わってきている。

例えばモータの場合は、交流メインモータ１つでクラッ
チ、ソレノイド等により感光体ドラム。

露光用スキャナ、用紙搬送、現像ユニット駆動と全ての
駆動を行ってきたのに対し、各負荷をそれぞれ個別の直
流モータで高精度に駆動しないと要求に応じられなくな
り、更に作業能率の向上のため自動原稿送り装置等の周
辺装置も不可欠であり、これらの駆動もまた高精度が要
求されるため、機器本体とは独立に多くの直流モータが
使用される。

したがって、これらの直流負荷に電力を供給する直流電
源装置の出力容量の増加は著しく、４００Ｗ〜６００Ｗ
程度まで大型化してきている。

この様な高出力の直流電源装置を従来のようなドロッパ
で構成すると大型で重くなり、その効率が高々５０％で
あるため大量の発熱を供う。

そのため、ドロッパ方式に代えて、例えば特開昭６４−
４０８４９号公報に示されたようなスイッチングレギュ
レータが用いられるようになってきた。

スイッチングレギュレータの効率は８０％〜８５％であ
り、ドロッパに比べて大幅に高く、小型軽量であるため
非常に有効であるが、入力側の１次平滑コンデンサは大
容量が必要になるから、入力電流の波形がピーク状にな
って歪みが増大し、力率が悪くなって有効電力以上に入
力電流が流れ、高調波成分を多く含むためノイズによる
障害が発生する恐れもある。

したがって、効率は高いが力率が悪いため、スイッチン
グレギュレータのＶＡ効率（入力のＶＡに対する出力の
ＶＡ）は５０％程度になるから、直流平均負荷が４００
Ｗであれば入力電力は５００Ｗ程度であっても入力ＶＡ
は８００ＶＡとなり、１００Ｖ入力の時の入力電流は８
Ａ流れることになる。

定着ヒータの容量も高速化に伴って大容量になり、高速
複写機の場合は少なくとも８００Ｗは必要であり、直流
電源装置と合わせた入力電流は、消費電力が１．３ＫＷ
であるにも拘らず１６Ａになって、安全上一般コンセン
ト（１００Ｖ／１５Ａ）が使えなくなる。

この問題を解決するため、例えば特開昭６３−２３５６
１号公報に示されたように、昇圧チョッパ等で構成され
るアクティブフィルタ回路をスイッチングレギュレータ
のＤＣ−ＤＣコンバータの前段に設けるという提案があ
り、力率をほぼ１００％近くまで改善できるので上記の
様な問題は生じない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この提案は構成部品点数が多く制御も複
雑であり、スイッチングレギュレータのＤＣ−ＤＣコン
バータへの入力電圧が程度度に上昇するから高耐圧素子
が必要となる等、コスト高になり信頼性が低下するとい
う問題が新たに発生する。

さらにこれに代わるものとして、既に本出願人は第５図
に示すように交流電源部１と１次整流平滑回路３の平滑
用コンデンサＣＯとの間にチョークコイルＬＯを挿入し
、コンデンサＣＯへの充電ピーク電流を押えて入力電流
波形歪を少なくすることにより、力率を改善し入力電流
低減を図る提案を出願している。

しかるにこの方法の場合は、チョークコイルＬＯの挿入
により電圧降下が発生して、コンデンサＣＯの充電電圧
すなわちＤＣ−ＤＣコンバータ４の入力電圧が低下する
ため、後述する図示しないスイッチングトランジスタＱ
Ｏに過大なストレスがかかり、商用交流電源の電圧が低
下すると直流電源の信頼性が損なわれて所定の出力が得
られなくなる恐れがある。

この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、直流
電源装置の力率を改善して入力電流の低減を図ることに
より、一般コンセントでも使用可能な信頼性の高い高速
多機能の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、商用交流電源
を入力して本体内の直流電源装置およびその他の交流負
荷に接続し、静電潜像技術により画像を形成する画像形
成装置において、商用交流電源と直流電源装置との間に
単巻トランスからなる昇圧手段を設けたものである。

また、商用交流電源と昇圧手段との間、又は昇圧手段と
直流電源装置との間にインダクタンス素子を設けるとよ
い。

〔作　用］ 上記のように構成した画像形成装置は、単巻トランスか
らなる昇圧手段を設けたことにより、そのインダクタン
ス分がチョーク入力型として作用し、入力電流のピーク
が抑えられて力率が上ると共に、コンデンサＣＯの充電
電圧低下を補正することが出来る。

また、昇圧手段のインダクタンス分だけでは不十分な場
合には、別にインダクタンス素子を設けることにより、
無理なく最高のＶＡ効率を得ることが出来る。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面を参照して具体的に説明
する。

第４図は、この発明による画像形成装置の一実施例であ
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２ｏ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、定着ユニット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２
１ｂ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７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７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直流電源装置の前段に
昇圧手段を設けた交流電力系の一例を示す回路図であり
、第５図に示した従来例と同一部分には同一符号を付し
ている。

第２図は、その交流電力系及び直流電源装置内の１次直
流出力にそれぞれ接続される交流負荷とＤＣ−ＤＣコン
バータ、およびそのＤＣ−ＤＣコンバータに接続された
直流負荷の一例を示す回路図である。

第１図に示した交流電力系は、図示しない商用交流電源
から入力する交流電力を各負荷に分配する交流電源部１
と、直流電源装置であり２出力のスイッチングレギュレ
ータ　（以下ｒＳＷレギュレータ」という）２と、主な
る交流負荷である定着ヒータ７とその他の交流負荷８と
、昇圧手段である単巻トランス９とからなっている。

交流電源部１は、商用交流電源のコンセントに着脱可能
に接続される電源プラグ２５と、コンデンサ、チョーク
コイルからなるノイズフィルタ２６と、電源スィッチ２
７およびノンフユーズブレーカ２８とから構成され、電
源スィッチ２７がオンの時に、電源プラグ２５を介して
入力する交流電力からノイズフィルタ２６によりノイズ
を除去して各負荷に出力する。

交流電源部ｌから出力する交流電力は、その−部が単巻
トランス９を介してＳＷレギュレータ２に入力すると共
に、他の一部は定着ヒータ７とその他の交流負荷８に供
給される。

ＳＷレギュレータ２は１次整流平滑回路３と２出力のＤ
Ｃ−ＤＣコンバータ４とから構成され、１次整流平滑回
路３は入力する交流電力をダイオードブリッジＤＢによ
り全波整流し、大容量平滑用のコンデンサＣＯにより平
滑した１次直流電力をＤＣ−ＤＣコンバータ４に出力す
る。

第２図に示したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、１
次コイルＮＰと２個の２次コイルＮＳＩ。

ＮＳ２を備えたトランスＴと、その１次コイルＮＰとス
イッチング素子であるトランジスタＱＯとの直列回路か
らなる１次側回路と、２次コイルＮＳｌ、ＮＳ２にそれ
ぞれ接続された整流用のダイオードＤｉ、Ｄ２と、転流
ダイオードＤＴＩ、ＤＴ２と、チョークコイルＬＬ、Ｌ
２と、大容量平滑用のコンデンサＣＩ、Ｃ２とからなる
互に独立した２個の２次整流平滑回路とにより構成され
、それぞれ電圧安定化されたＤＣ５Ｖを制御用電源とし
て制御部５に、ＤＣ２４Ｖを駆動用電源として駆動部６
に出力する。

１次整流平滑回路３からトランスＴの１次側回路に入力
する１次直流電力は、ドライバ３０から入力するパルス
幅変調されたドライブ信号により駆動されるトランジス
タＱＯによりオン・オフされ、１次側回路の１次コイル
ＮＰの電流がオンの時に２次コイルＮＳＩに誘起された
電力は、ダイオードＤＩ、チョークコイルＬ１を通って
コンデンサＣ１を充電する。

その際、チョークコイルＬ１の平滑効果によりチョーク
コイルＬ１に磁気エネルギとして蓄積された電力は、１
次コイルＮＰの電流がオフの時に電流に再変換され、転
流ダイオードＤＴＩ、チョークコイルＬｌを通ってコン
デンサＣ１を更に充電する。

同様に、２次コイルＮＳ２に誘起された電力は、コンデ
ンサＣ２を充電する。

図示しないが、コンデンサＣ１又はｃ２の何れかの端子
電圧はドライバ３０にフィードバックされ、ドライバ３
０がフィードバックされた電圧に応じてドライブ信号の
デユーティ比を制御することにより、フィードバックさ
れた端子電圧は安定化し、他の端子電圧は準安定化され
る。

制御部５は、このレーザプリンタの各部にタイミングに
応じた信号を出力してシーケンス制御を行なうと共に、
センサ等により各部の状況を検品して最適な状態を保つ
ように制御する。

例えば、駆動部６を構成する高圧電源３１．モータ３２
．ランプ３３．ソレノイド３４．クラッチ３５等の負荷
等にそれぞれ直列に接続され、そのオン・オフを制御す
るスイッチであるトランシタＱ１〜Ｑ５のベースに、制
御部５はそれぞれタイミングに応じて信号を出力するこ
とにより負荷を作動させる。

また、例えば定着ヒータ７により加熱される定着ローラ
２１ａ　（第４図）の表面温度をサーミスタＴＨにより
検知し、定着ヒータ７と直列に接続された双方向性スイ
ッチであるトライアックＴＲをオン・オフすることによ
り、定着ローラ２１ａの表面温度を一定に制御する。

電源側から各負荷を見ると、交流負荷である定着ヒータ
７は電力容量が大きく間欠負荷であるから負荷変動が大
きい。その他の交流負荷８は、−般に定着ヒータ７に比
べれば小さい。

直流負荷の一つである制御部５は、定電圧性に対する要
求は厳しいが電力容量はぽ較的小さく、負荷変動も殆ん
どない。

他の直流負荷である駆動部６は、既に説明したように、
画像形成装置が高速高機能化するに従って電力容量は増
大一方であり、それぞれが制御部５からのタイミングに
よって作動するので負荷変動も大きい。

第２図に示した例はその一部であり、実際には負荷の種
類も多く、ＳＷレギュレータ２の出力数も制御用、駆動
用の２出力になっているが、高速多機能な画像形成装置
になればなるほどその数も多く、６出力以上の場合もあ
って１個のＤＣ−ＤＣコンバータでは容量が不足し、複
数のＤＣ−ＤＣコンバータで構成されることもあるので
、直流電源の負荷容量は６００Ｗ程度になることもある
。

これだけ大容量のＳＷレギュレータを安定して動作させ
るには、１次平滑用のコンデンサＣＯの容量が非常に大
きな値になり、コンデンサ入力方式では力率が低下し交
流入力電流が増加して、定着ヒータ７と合わせると１５
Ａを超えてしまい、一般コンセントが使えない恐れが出
てくる。

そのため、交流ｌｌ電源部とＳＷレギュレータ２との間
に昇圧用の単巻トランス９を設けている。

単巻トランス９は、中間タップ９Ｃを有するチョークコ
イルから構成され、中間タップ９Ｃと一部９ａ間に交流
電源部１の出力を接続し、チョークコイルの両端９ａ、
９ｃ間から昇圧された出力が得られる。

これは同時に端子９ｂ、中間タップ９０間のインダクタ
ンス分が入力交流電源とＳＷレギュレータ２との間に挿
入されたことになり、力率が改善されると共にその昇圧
作用によりＤＣ−ＤＣコンバータ４への入力電圧の低下
は補償される。

第３図は、第１図に示した交流電力系に、更にインダク
タンス素子であるチョークコイルＬＯを設けた交流電力
系の一例を示す回路図であり、同一または同等部分には
同一符号を付すと共に、ＳＷレギュレータ２．直流負荷
、交流負荷は第２図に示した例と共通である。

この実施例は、単巻トランス９の９ｂ、９ｃ間のインダ
クタンスでは充分な力率改善効果が得られなかった場合
に、更に別のチョークコイルＬＯを挿入したものである
。

単巻トランス９のインダクタンス分も直列に存在するの
で、チョークコイルＬＯの値は従来の単巻トランスのな
いものより小さくても同一の力率改善効果が得られると
共に、単巻トランス９の昇圧作用によりＤＣ−ＤＣコン
バータ４への入力電圧が低下する問題も解決できること
は、第１図に示した例と同様である。

第３図に示した例では、交流電源部ｌと単巻トランス９
との間にチョークコイルＬＯを挿入したが、単巻トラン
ス９と１次整流平滑回路３のダイオードブリッジＤＢと
の間、またはダイオードブリッジＤＢとコンデンサＣＯ
との間、あるいはそれらの場所に分割してチョークコイ
ルを挿入しても、全く同様な効果が得られることは明ら
かである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、直流電源装置
の力率を改善して入力電流の低減を図ることにより、一
般コンセントでも使用可能な信頼性の高い高速多機能の
画像形成装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による画像形成装置の交流電力系の一
例を示す回路図、 第２図は同じくその直流電源装置とその直流負荷、なら
びに交流負荷の一例を示す回路図、第３図は同じくその
交流電力系の他の一例を示す回路図、 第４図は同じくそ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、 第５図は交流電力系の従来例を示す回路図である。 １・・・交流電源部 ２・・・ＳＷ（スイッチング）レギュレータ（直流電源
装置） ３・・・１次整流平滑回路 ４・・・ＤＣ−ＤＣコンバータ ７・・・定着ヒータ（交流負荷） ９・・・単巻トランス（昇圧手段） ＬＯ・・・チョークコイル（インダクタンス素子）出願
人　株式会社　リ　　コ　　ｍ ｍ　　　　　　　　　　　Ｕ〕 １−−−−−　　　　　　　−Ｊ 第２図 １−−　−　　＋＋　　　　　＋＋　　　　＋−−」＋
１＋１　　　　　　　　　　ｔ。 −−−−Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　商用交流電源を入力して本体内の直流電源装置およ
   び交流負荷に接続し、静電潜像技術により画像を形成す
   る画像形成装置において、 前記商用交流電源と前記直流電源装置との間に、単巻ト
   ランスからなる昇圧手段を設けたことを特徴とする画像
   形成装置。 ２　請求項１記載の画像形成装置において、前記商用交
   流電源と前記昇圧手段との間、又は前記昇圧手段と前記
   直流電源装置との間にインダクタンス素子を設けたこと
   を特徴とする画像形成装置。 ３　請求項１又は２記載の画像形成装置において、前記
   直流電源装置が、その交流入力を整流平滑して直流に変
   換した後ＤＣ−ＤＣコンバータにより所定の直流出力と
   するスイッチングレギュレータである画像形成装置。 ４　請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装
   置において、前記交流負荷が定着ヒータを含むものであ
   る画像形成装置。