(57)【要約】【課題】比較的簡単かつ安価な回路構成でゼロクロスポイントを正確に検出する。【解決手段】フォトカプラ１０２（ゼロクロス信号生成回路）は、交流電源１０１に基づいてその交流電圧のゼロクロスポイントを示すゼロクロス信号を生成する。ゲート信号生成手段は、交流電圧を受けて、その本来のゼロクロスポイントの近傍範囲を包含するパルス幅のゲート信号を発生する。ゲート信号生成手段は、ダイオードブリッジ１０３、降圧回路１０４、ノイズフィルタ１０５、方形波生成部１０６の組み合わせにより構成される。論理積回路１０７は、このゲート信号とフォトカプラ１０２（ゼロクロス信号生成回路）の出力との論理積をとる。ラッチ回路１０８（パルス信号形成回路）は、論理積回路１０７の出力中の最初の信号エッジでパルスの前縁を形成し、ゲート信号の後縁でパルスの後縁を形成する。ラッチ回路１０８の出力パルスが、求めるゼロクロス信号となる。【選択図】図１
2006136104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の交流電圧のゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出装置であって、
前記交流電源に基づいてその交流電圧のゼロクロスポイントを示すゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成回路と、
前記交流電圧の本来のゼロクロスポイントの近傍範囲を包含するパルス幅のゲート信号を発生するゲート信号生成手段と、
前記ゼロクロス信号生成回路の出力と前記ゲート信号との論理積をとる論理積回路と、
前記論理積回路の出力中の最初の信号エッジでパルスの前縁を形成し、前記ゲート信号の後縁でパルスの後縁を形成するパルス信号形成回路と
を備えたことを特徴とするゼロクロス検出装置。
【請求項２】
前記ゲート信号生成手段は、前記交流電源に接続された全波整流回路と、この全波整流回路の出力からノイズを除去するノイズフィルタと、このノイズフィルタの出力を所定の閾値と比較して方形波を生成する方形波生成部とにより構成されることを特徴とする請求項１記載のゼロクロス検出装置。
【請求項３】
前記パルス信号形成回路は、論理積回路の出力中の最初の信号エッジをラッチし、前記ゲート信号の後縁でリセットされるラッチ回路により構成されることを特徴とする請求項１または２記載のゼロクロス検出装置。
【請求項４】
前記交流電圧を整流する整流部およびこの整流部の出力電圧を平滑する平滑部を備え、この平滑部の出力電圧を前記所定の閾値として用いることを特徴とする請求項２記載のゼロクロス検出装置。
【請求項５】
交流電源の交流電圧のゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出装置と、前記交流電源に基づいてヒータおよび光源の少なくとも一方を制御する画像形成装置において、
前記ゼロクロス検出装置は、前記交流電源に基づいてその交流電圧のゼロクロスポイントを示すゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成回路と、
前記交流電圧の本来のゼロクロスポイントの近傍範囲を包含するパルス幅のゲート信号を発生するゲート信号生成手段と、
前記ゼロクロス信号生成回路の出力と前記ゲート信号との論理積をとる論理積回路と、
前記論理積回路の出力中の最初の信号エッジでパルスの前縁を形成し、前記ゲート信号の後縁でパルスの後縁を形成するパルス信号形成回路と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記ゲート信号生成手段は、前記交流電源に接続された全波整流回路と、この全波整流回路の出力からノイズを除去するノイズフィルタと、このノイズフィルタの出力を所定の閾値と比較して方形波を生成する方形波生成部とにより構成されることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記パルス信号形成回路は、論理積回路の出力中の最初の信号エッジをラッチし、前記ゲート信号の後縁でリセットされるラッチ回路により構成されることを特徴とする請求項５または６記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記交流電圧を整流する整流部およびこの整流部の出力電圧を平滑する平滑部を備え、この平滑部の出力電圧を前記所定の閾値として用いることを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧のゼロクロス信号を生成するゼロクロス検出装置およびこれを利用する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複写機、プリンタ、ＦＡＸなどの画像形成装置において、ヒータや光源など交流電圧を用いて駆動する方法として、トライアックなどのスイッチング素子を用いて電力制御を行っている。この電力制御には波数制御や位相制御があり、いずれもスイッチング素子をＯＮにするタイミングの基準として、時間軸上、交流電圧波形の半波の切り替わり点を示す信号（以下、ゼロクロス信号という）を基に制御を行っている。
【０００３】
図４に、従来のゼロクロス信号生成回路の一例を示す。抵抗を介してフォトカプラ３２の入力端子に接続された交流電源３１の交流電圧によってフォトカプラ３２内の発光素子３３が点灯し、出力側のフォトトランジスタ３４をＯＮ／ＯＦＦすることで、そのコレクタにゼロクロス信号を得ることが出来る。すなわち、交流電圧の電位（絶対値）に比例して発光素子３３の発光量が変化し、交流電圧の電位が減少することでフォトトランジスタ３４をＯＮすることが出来ない光量となり、結果として出力側にゼロクロスポイントを示す信号が出力される。
【０００４】
このゼロクロス信号を基に、トライアックなどのスイッチング素子を用いて、ヒータや光源などの電力量の制御を行うことができる。以下、従来の画像形成装置における定着ヒータ等の位相制御の例について説明する。
【０００５】
図５はトライアックを用いたヒータ制御回路４０の一例である。交流電源３１に接続されるヒータ４２への通電はトライアック４１のＯＮ／ＯＦＦにより制御される。トライアック４１をＯＮ／ＯＦＦする制御信号は、フォトトライアック４３の出力側のフォトトランジスタ４４により制御される。このフォトトランジスタ４４はフォトトライアック４３の入力側の発光ダイオード４５により制御される。発光ダイオード４５は、ＣＰＵ（図示しない）から駆動トランジスタ４６を介して駆動される。
【０００６】
ＣＰＵには、図４のゼロクロス信号生成回路で生成されたゼロクロス信号が入力され、ゼロクロス信号の立ち上がりエッジ（Ｈｉｇｈアクティブ時）によってＣＰＵの割り込み処理が起動される。例えば、位相制御の場合、ＣＰＵはゼロクロス信号の割り込みによってタイマーをスタートし、所定時間後にトライアックのＯＮ信号を出力する。入力交流電圧が５０Ｈｚであった場合、ゼロクロス信号は１０ｍｓｅｃ毎に発生することになる。ゼロクロス信号発生からトライアックのＯＮ信号出力までのタイマー時間を例えば５ｍｓｅｃに設定した場合、トライアックがＯＮして負荷に加わる交流電圧波形は、９０°〜１８０°、２７０°〜３６０°の位相角範囲になり、電力量は５０％になる。
【０００７】
このように、トライアックのＯＮ信号出力のタイマー設定を、ゼロクロス信号に基づいて変えることで、負荷への電力量を自由に制御することが出来る。
【特許文献１】特開２００２−２６８４５０号公報
【特許文献２】特開２００４−２１２７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のゼロクロス生成回路の場合、入力される交流電圧波形がノイズや変動のないきれいなサイン波であった場合は問題ない。しかし、後述する図３−ａに示したようなスパイクノイズＮが発生した場合や、ゼロクロスポイント付近での電圧変動Ｖが発生した場合、本来のゼロクロスポイント以外の位置でゼロクロス信号が発生したり、またゼロクロスポイント付近で信号変化が多数発生し（図３−ｂ）、真のゼロクロスポイントを判断することが困難となるという問題があった。
【０００９】
このような問題に対して、特許文献１は、監視対象の交流電圧をＡ／Ｄ変換器でデジタル化して、デジタル信号処理により正しくゼロクロスを検出する技術を開示している。しかし、この技術ではＡ／Ｄ変換器等の比較的高価な部品を必要とし、また、デジタル信号処理のため処理装置の処理負荷が増大するという欠点がある。
【００１０】
特許文献２はフォトカプラの入力側に交流波形をフィルタリングするフィルタ手段を設けることによりゼロクロスポイントを正確に検出する技術を開示している。しかし、この技術ではフィルタリングの影響によりゼロクロス検出信号に位相ずれが生じる欠点がある。この欠点に対処するには、何らかの位相補正手段を設ける必要がある。
【００１１】
また、電源の規格値を超えてしまう電源変動に対してはノイズフィルタを用いてゼロクロス検出を行うと正常なゼロクロス信号を検出できない場合があった。
【００１２】
本発明はこのような背景においてなされたものであり、その目的は、比較的簡単かつ安価な回路構成でゼロクロスポイントを正確に検出することができるゼロクロス検出装置およびこれを用いた画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、電源の規格値を超えてしまう電源変動等、種々の電源事情に対しても正常なゼロクロス検出を行うことができるゼロクロス検出装置およびこれを用いた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によるゼロクロス検出装置は、交流電源の交流電圧のゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出装置であって、前記交流電源に基づいてその交流電圧のゼロクロスポイントを示すゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成回路と、前記交流電圧の本来のゼロクロスポイントの近傍範囲を包含するパルス幅のゲート信号を発生するゲート信号生成手段と、前記ゼロクロス信号生成回路の出力と前記ゲート信号との論理積をとる論理積回路と、前記論理積回路の出力中の最初の信号エッジでパルスの前縁を形成し、前記ゲート信号の後縁でパルスの後縁を形成するパルス信号形成回路とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
このゼロクロス検出装置は、まず、ゲート信号生成手段により、本来のゼロクロスポイントの近傍範囲を包含するパルス幅のゲート信号を発生する。このゲート信号を求めることにより、本来のゼロクロスポイントの大凡の範囲が絞られ、このゲート信号とゼロクロス信号生成回路の出力との論理積をとることにより、本来のゼロクロスポイントの近傍範囲以外の範囲で発生したノイズ等の影響を排除する。これにより、求めるゼロクロスパルスの発生範囲を本来のゼロクロスポイントの近傍範囲に限定することができる。
【００１６】
次に、パルス信号形成回路により、前記論理積回路の出力中の最初の信号エッジでパルスの前縁を形成し、前記ゲート信号の後縁でパルスの後縁を形成する。これにより、本来のゼロクロスポイントの近傍範囲内で電源電圧変動等に起因してゼロクロス信号生成回路の出力に複数の検出信号が発生している場合でも、そのうちの最初のレベル変化に基づいて単一個のゼロクロスパルス信号を生成することができる。
【００１７】
前記ゲート信号生成手段は、前記交流電源に接続された全波整流回路と、この全波整流回路の出力からノイズを除去するノイズフィルタと、このノイズフィルタの出力を所定の閾値と比較して方形波を生成する方形波生成部とにより構成することができる。
【００１８】
前記パルス信号形成回路は、論理積回路の出力中の最初の信号エッジをラッチし、前記ゲート信号の後縁でリセットされるラッチ回路により構成することができる。この構成により、ゲート信号の時間幅内に複数の信号変化があっても単一個のゼロクロス信号パルスを出力することができる。
【００１９】
前記交流電圧を整流する整流部およびこの整流部の出力電圧を平滑する平滑部を備え、この平滑部の出力電圧を前記所定の閾値として用いるようにしてもよい。これにより電源の規格値を超えてしまう電源変動等に対処することが可能となる。
【００２０】
また、本発明によるゼロクロス検出装置は、前記交流電源に基づいてヒータおよび光源の少なくとも一方を制御する画像形成装置において利用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のゼロクロス検出装置によれば、本来のゼロクロスポイントの近傍範囲を包含する位置およびパルス幅のゲート信号に基づくノイズの除去、および、そのゲート信号の時間幅内での複数の信号変化の単一個のパルスへの変換、の２段階の処理を行うことにより、比較的簡単かつ安価な回路構成でゼロクロスポイントを正確に検出することが可能となる。
【００２２】
また、このゼロクロス検出装置を画像形成装置に用いることにより、ヒータや光源の適正な電力制御を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施の形態について、さらに他の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態に係るゼロクロス検出装置１００の回路構成を表したブロック図である。図中、交流電源１０１は通常商用の交流の電圧源であり、その交流電圧は、従来のゼロクロス信号生成回路としてのフォトカプラ１０２と、全波整流回路としてのダイオードブリッジ１０３に印加される。ダイオードブリッジ１０３の出力は降圧回路１０４およびノイズフィルタ（低域通過フィルタ）１０５に入力され、降圧およびノイズ除去がなされる。このノイズフィルタ１０５の出力は方形波生成部１０６に入力される。方形波生成部１０６は、この入力信号と所定の閾値とを比較して、パルス状のゲート信号を出力する。このゲート信号は、ＡＮＤ（論理積）回路１０７の一方の入力端（ここでは反転入力端）に入力される。他方の入力端（ここでは非反転入力端）にはフォトカプラ１０２の出力が入力される。ＡＮＤ回路１０７の出力はラッチ回路１０８のラッチ入力端に入力される。ラッチ回路１０８のリセット入力端には方形波生成部１０６からのゲート信号がリセット信号として入力される。
【００２５】
この例では、ダイオードブリッジ１０３、降圧回路１０４、ノイズフィルタ１０５および方形波生成部１０６が本発明におけるゲート信号生成手段を構成している。
【００２６】
図２は図１のゼロクロス検出装置１００の具体的な回路構成の一例を示している。また、図３は図２の回路中の主要箇所の信号を示している。図２の回路図中の記号と、図３の各記号は対応している。降圧回路１０４およびノイズフィルタ１０５は抵抗１１４、１１５による分圧回路および並列コンデンサ１１３により構成されている。方形波生成部１０６は、コンパレータ１１８とこの反転入力端に接続された分圧回路を構成する抵抗１１６、１１７により構成されている。分圧回路は方形波生成部１０６の比較の基準電圧（閾値）を生成している。ラッチ回路１０８は、ラッチ機能を実現するために互いに正帰還関係に接続されたトランジスタ１２２、１２３と、トランジスタ１２２のラッチ機能をＡＮＤ回路１０７の出力で起動させるトランジスタ１２１と、方形波生成部１０６の出力によりラッチ状態をリセットするためのトランジスタ１２４により構成される。なお、フォトカプラ１０２のフォトトランジスタの出力、ＡＮＤ回路１０７の出力および方形波生成部１０６の出力は、それぞれ、プルアップ抵抗を介して直流電圧Ｖｃｃに接続されている。
【００２７】
図１で示した交流電圧波形には、図３−ａで示したようなノイズ成分が重畳されているものとして説明する。ゼロクロス信号は、例えば図４で示したように交流電圧をゼロクロス信号生成回路としてのフォトカプラ１０２を介することで出力側に得ることが出来る。但し、この信号には、交流電圧に重畳されたノイズの影響を受けた信号が出力されている（図３−ｂ）。
【００２８】
また、交流電圧はフォトカプラ１０２とは別に、ゲート信号生成手段にも入力されている。ゲート信号生成手段に入力された交流電圧は、ダイオードブリッジ１０３からなる全波整流回路によって整流され（図３−ｃ）、その後、分圧回路１０４で降圧される。降圧された整流波形は、ノイズ成分を除去するためにノイズフィルタ回路１０５に入力され平滑処理される（図３−ｄ）。尚、本実施の形態では、ノイズフィルタ回路１０５はＲＣフィルタ回路にて構成されているが、これに限定されるものではない。平滑された信号は、最終的なゲート信号にするために、方形波生成部１０６を介して方形波に変換される（図３−ｅ）。また、本実施の形態では、コンパレータを用いて信号処理を行っている。次に上記回路で生成された２つの信号の積をとることで、ゼロクロスポイント以外のタイミングで発生したノイズの影響を除去することが出来る（図３−ｆ）。
【００２９】
ゼロクロスポイント以外のノイズの影響を除去された信号（図３−ｆ）はラッチ回路１０８に入力される。尚、本実施の形態ではトランジスタでラッチ回路を構成しているが、この方法に限定されるものではない。ラッチ回路１０８では、図２の例では、入力された信号（図３−ｆ）の立ち上がりエッジを起点にレベル保持を行う（パルス前縁の形成）。ラッチされた信号のリセットには前述したゲート信号（図３−ｅ）を用い、ゲート信号の立ち上がりエッジによってラッチ回路１０８はリセットされる（パルス後縁の形成）。このラッチ回路１０８によって、ゼロクロスポイント付近で発生したノイズによる影響を受けたゼロクロス信号は、一つの方形波へと修正される（図３−ｇ）。
【００３０】
これらの処理によりノイズ成分を除去されたゼロクロス信号はＣＰＵに入力され、さらにこのＣＰＵから、図５に示したヒータ制御回路４０へ適正なタイミングで制御信号が出力される。
【００３１】
図６は、図１に示したゼロクロス検出装置１００を利用する画像形成装置の制御ハードウェア構成を示すブロック図である。この装置全体はＣＰＵを含む制御部２００により制御される。制御部２００は、メモリ２０１に格納された制御プログラムに従って動作する。メモリ２０１は、制御プログラムの他、画像データ等、各種のデータを一時的に記憶することができる。画像入力部２０２は、複写機の場合にはイメージスキャナ、プリンタの場合には印刷データ通信部、ファクシミリの場合には回線通信部を含み、入力画像データを制御部２００に転送する。各種センサ２０３は、装置の動作に必要な各種のセンサを含むセンサ群であり、センサ出力を制御部２００に入力する。
【００３２】
画像形成部２０４は、周知の電子写真方式等により用紙上にトナー画像を形成する部位である。定着部２０８は、画像形成部２０４で形成されたトナー像を熱および圧力により用紙に定着させる部位であり、内部にヒータ制御回路４０を有し、ゼロクロス検出装置１００で得られたゼロクロス信号をヒータ制御に利用する。
【００３３】
給紙部２０５は、制御部２００の制御下で上記給紙段からの用紙のピックアップおよび給紙を行う機構であり、駆動源の動力をピックアップローラおよび給紙ローラに選択的に伝達するクラッチ等を含む。用紙搬送部２０６は制御部２００の制御下で給紙された用紙の搬送を行う機構であり、駆動源の動力を搬送ローラに選択的に伝達するクラッチ等を含む。操作パネル部２０７は、ユーザに対して種々の情報を提供する表示部（例えばＬＣＤ等）および各種の指示を入力するための入力部（例えばテンキーや操作ボタン等）を有する。各種の指示には、プリント指示、枚数設定、濃度設定、給紙段選択、モード選択、等を含む。なお、図６において交流電源は図示省略してある。
【００３４】
次に、本発明の他の実施の形態について図７および図８により説明する。図７は図１のゼロクロス検出装置１００の具体的な回路構成の他の例を示している。図８は図７の回路中の主要箇所の信号を示している。図７において図２に示したと同じ回路要素には同じ参照番号を付し、重複した説明は省略する。
【００３５】
図２に示した回路構成ではコンパレータ１１８の基準電圧（図３−ｈの波形）を固定電位とした。しかし、入力交流電圧が大幅に変動するような電源事情では、方形波生成部１０６から出力される方形波（図３−ｅ）のパルス幅が入力交流電圧とともに変動してしまい、ゼロクロス信号を正確に検出することができなくなる。そこで、本実施の形態では、図７に示すように、交流電源１０１に接続した整流部７１（ここではダイオード２本で構成）の出力をコンデンサおよび抵抗からなる平滑部７２で平滑して得られる電圧をコンパレータ１１８の基準電圧としている。
【００３６】
図８−ａの波形に示すように電圧の振幅が大幅に変動した場合、全波整流回路１０３の出力（図８−ｃの波形）も大幅に変動する。図７の構成ではこの変動に併せて整流部７１の出力の平滑電圧（図８−ｈ）も変化するので、これを基準電圧として利用するコンパレータ１１８の出力（図８−ｅ）のパルス幅の大幅な変動は抑制される。したがって、最終的なゼロクロス信号（図８−ｇ）もより高精度に生成することが可能となる。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、種々の変形、変更を行うことが可能である。例えば、回路の細部構成や、信号の極性等は図示のものに限定されるものではない。図６では定着装置のヒータの制御に利用する例を示したが、光源の制御に利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係るゼロクロス検出装置の回路構成を表したブロック図である。
【図２】図１のゼロクロス検出装置の具体的な回路構成の一例を示す回路図である。
【図３】図２の回路中の主要箇所の信号を示すタイミング図である。
【図４】従来のゼロクロス信号生成回路の一例を示す図である。
【図５】トライアックを用いたヒータ制御回路の一例を示す図である。
【図６】図１に示したゼロクロス検出装置を利用する画像形成装置の制御ハードウェア構成を示すブロック図である。
【図７】図１のゼロクロス検出装置の具体的な回路構成の他の例を示す回路図である。
【図８】図７の回路中の主要箇所の信号を示すタイミング図である。
【符号の説明】
【００３９】
７１…整流部
７２…平滑部
１０１…交流電源
１０２…フォトカプラ
１０３…ダイオードブリッジ
１０４…降圧回路
１０５…ノイズフィルタ
１０６…方形波生成部
１０７…ＡＮＤ回路
１０８…ラッチ回路
１１８…コンパレータ
【図１】
2006136104.tif 000003
【図２】
2006136104.tif 000004
【図３】
2006136104.tif 000005
【図４】
2006136104.tif 000006
【図５】
2006136104.tif 000007
【図６】
2006136104.tif 000008
【図７】
2006136104.tif 000009
【図８】
2006136104.tif 000010