(57)【要約】【課題】装置の小型化及び低コスト化を実現しつつ、力率を改善すること。【解決手段】電源装置５３が接続されている交流電源５０に接続された発熱体１１１、１１２と、発熱体１１１、１１２に供給される電力を制御するＣＰＵ３２と、を備え、ＣＰＵ３２は、発熱体１１１、１１２のうち一方の発熱体に交流電源５０の電圧波形の半波において位相制御による電力の供給を行っているときには、他方の発熱体はその半波において全導通又は非導通として制御する像加熱装置であって、ＣＰＵ３２は、電源装置５３への電流の供給が終了するタイミングで、位相制御が行われる一方の発熱体への電力の供給を開始するよう制御する（Ｓ１０２）。【選択図】図７
2015072333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置が接続されている交流電源に接続された２つの発熱体と、
前記２つの発熱体に供給される電力を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記２つの発熱体のうち一方の発熱体に前記交流電源の電圧波形の半波において位相制御による電力の供給を行っているときには、他方の発熱体は前記半波において全導通又は非導通として制御する像加熱装置であって、
前記制御手段は、前記電源装置への電流の供給が終了するタイミングで、前記位相制御が行われる前記一方の発熱体への電力の供給を開始するよう制御することを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記電源装置及び前記２つの発熱体に流れる合計の電流値を検知する電流検知手段を備え、
前記制御手段は、前記一方の発熱体に供給される電力のデューティ比と、前記電流検知手段による検知結果とに基づいて、前記電源装置への電流の供給が終了するタイミングを求めることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記一方の発熱体に供給される電力のデューティ比を徐々に増加させ、前記デューティ比に対する電流値を前記電流検知手段により検知して前記電流値の二乗を求め、前記デューティ比の変化量に対する前記電流値の二乗の変化量である傾きが所定の傾きから前記所定の傾きよりも大きい傾きに変化したときに、前記電源装置への電流の供給が終了したタイミングであると判断することを特徴とする請求項２に記載の像加熱装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記電源装置への電流の供給が終了したタイミングであると判断した前記デューティ比において、前記傾きの変化が変動した場合には、前記電源装置への電流の供給が終了したタイミングを求めることを特徴とする請求項３に記載の像加熱装置。
【請求項５】
前記一方の発熱体への電力を供給又は遮断する第一電力供給手段と、
前記他方の発熱体への電力を供給又は遮断する第二電力供給手段と、
を備え、
前記第一電力供給手段及び前記第二電力供給手段は、双方向サイリスタを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項６】
前記一方の発熱体への電力を供給又は遮断する第一電力供給手段と、
前記他方の発熱体への電力を供給又は遮断する第二電力供給手段と、
を備え、
前記第一電力供給手段及び前記第二電力供給手段は、電界効果トランジスタを有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記電源装置への電流の供給が開始するタイミングで、前記位相制御が行われる前記一方の発熱体へ電力の供給を終了するよう制御することを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記一方の発熱体に供給される電力のデューティ比と、前記電流検知手段による検知結果とに基づいて、前記電源装置への電流の供給が開始するタイミングを求めることを特徴とする請求項７に記載の像加熱装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記一方の発熱体に供給される電力のデューティ比を徐々に増加させ、前記デューティ比に対する電流値を前記電流検知手段により検知して前記電流値の二乗を求め、前記デューティ比の変化量に対する前記電流値の二乗の変化量である傾きが所定の傾きから前記所定の傾きよりも小さい傾きに変化したときに、前記電源装置への電流の供給が開始したタイミングであると判断することを特徴とする請求項８に記載の像加熱装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記電源装置への電流の供給が開始したタイミングであると判断した前記デューティ比において、前記傾きの変化が変動した場合には、前記電源装置への電流の供給が開始したタイミングを求めることを特徴とする請求項９に記載の像加熱装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記交流電源の電圧波形の４周期を一制御周期とし、前記発熱体に供給される電力の前記一制御周期における平均が所定の電力のデューティ比となるように制御することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記電流検知手段により検知された電流値が所定の電流値よりも小さい場合には、前記一制御周期を前記電圧波形の２周期とすることを特徴とする請求項１１に記載の像加熱装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記一制御周期中の少なくとも２半波以上について、前記一方の発熱体に前記位相制御を行うことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の像加熱装置。
【請求項１４】
像担持体と、
前記像担持体に静電潜像を形成する潜像手段と、
前記潜像手段により形成された前記静電潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、
前記現像手段により形成されたトナー像を記録媒体に転写するための転写手段と、
トナー像が転写された記録媒体を定着する定着手段と、
を備え、
前記定着手段は、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
電源装置が接続されている交流電源に接続された２つの発熱体と、前記２つの発熱体に供給される電力を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段により前記２つの発熱体のうち一方の発熱体に前記交流電源の電圧波形の半波において位相制御による電力の供給を行っているときには、他方の発熱体は前記半波において全導通又は非導通として制御される像加熱装置の電力制御方法であって、
前記電源装置への電流の供給が終了するタイミングで、前記位相制御が行われる前記一方の発熱体への電力の供給を開始するよう前記制御手段により制御する制御工程を備えることを特徴とする電力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像加熱装置、画像形成装置及び像加熱装置の電力制御方法に関し、特に電子写真プロセスを用いた画像形成装置の定着ヒータ制御方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真プロセスを用いた画像形成装置においても、高速化やオプションの多様化に伴い、定着装置が使用する電力が増大し、低圧電源部の容量が増加する傾向にある。このような状況において低圧電源部の力率を上げて最大消費電流を下げるため、例えば特許文献１のように、昇圧型アクティブフィルタ等の力率改善回路を搭載したスイッチング電源を使用する場合が増えてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３０４５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の力率改善回路は、回路構成が複雑であり、低圧電源部のコストアップにつながったり、回路が増えることにより低圧電源部の設置のために大きなスペースが必要であったりする。このため、装置の小型化及び低コスト化を実現しつつ、力率を改善することが望まれている。
【０００５】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、装置の小型化及び低コスト化を実現しつつ、力率を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。
【０００７】
（１）電源装置が接続されている交流電源に接続された２つの発熱体と、前記２つの発熱体に供給される電力を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記２つの発熱体のうち一方の発熱体に前記交流電源の電圧波形の半波において位相制御による電力の供給を行っているときには、他方の発熱体は前記半波において全導通又は非導通として制御する像加熱装置であって、前記制御手段は、前記電源装置への電流の供給が終了するタイミングで、前記位相制御が行われる前記一方の発熱体への電力の供給を開始するよう制御することを特徴とする像加熱装置。
【０００８】
（２）像担持体と、前記像担持体に静電潜像を形成する潜像手段と、前記潜像手段により形成された前記静電潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、前記現像手段により形成されたトナー像を記録媒体に転写するための転写手段と、トナー像が転写された記録媒体を定着する定着手段と、を備え、前記定着手段は、前記（１）に記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、装置の小型化及び低コスト化を実現しつつ、力率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１〜４の画像形成装置、定着装置及びヒータの構成を示す図
【図２】実施例１のヒータ駆動回路及び低圧電源回路を示す図
【図３】実施例１のヒータへの投入電力パターンを示す図
【図４】実施例１の電源電流、ヒータ合成電流及びインレット電流の波形を示す図
【図５】実施例１と従来例の投入電力と力率の関係を示すグラフ
【図６】実施例１と従来例のヒータへの投入電力パターンを示す表
【図７】実施例１の投入電力パターンを設定する処理を示すフローチャート
【図８】実施例２のヒータ駆動回路及び電流検知回路を示す図
【図９】実施例２の電流検知波形を示す図
【図１０】実施例２の投入電力パターンを設定する処理を示すフローチャート
【図１１】実施例３の定着投入電力と実効値電流の二乗値との関係を示すグラフ
【図１２】実施例３のインレット電流を示すグラフ
【図１３】実施例３のタイミングの検出処理を示すフローチャート
【図１４】実施例４のタイミングの変更要否の判断処理を示すフローチャート
【図１５】実施例４のタイミングの変更要否の判断処理を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。即ち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００１２】
［画像形成装置］
図１（ａ）は、実施例１の電子写真プロセスを用いたタンデム方式のカラー画像形成装置の構成図である。本実施例の画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合せることでフルカラー画像を出力できるように構成されている。なお、以下の説明では、特定の色を指定する必要がある場合には、符号にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの記号を添えて記載することとし、特定の色を指定する必要がない場合には、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの記号を省略する。本実施例の画像形成装置には、各色の画像形成のために、レーザスキャナ１１とカートリッジ１２が備えられている。カートリッジ１２は、図中矢印の方向（時計回り方向）に回転する像担持体である感光ドラム１３と、現像ローラ１６を有する現像器から構成されている。カートリッジ１２は、感光ドラム１３に接するように設けられた感光ドラムクリーナ１４、帯電ローラ１５、及び現像ローラ１６を有する。更に各色の感光ドラム１３には中間転写ベルト１９が接して設けられ、中間転写ベルト１９を挟み、対向するように一次転写ローラ１８が設置されている。
【００１３】
給紙部にて用紙２１を格納するカセット２２には、カセット２２内の記録媒体である用紙２１の有無を検出する用紙有無検出センサ２４が設けられている。また、用紙２１の搬送路には給紙ローラ２５、分離ローラ２６ａ、２６ｂ、レジローラ２７が設けられ、レジローラ２７の用紙搬送方向下流側近傍にレジセンサ２８が設けられている。更に、搬送路の用紙搬送方向下流側には、中間転写ベルト１９と接するように二次転写ローラ２９、二次転写ローラ２９の下流には定着装置３０が配設されている。また、画像形成装置の制御部であるコントローラ３１は、ＲＯＭ３２ａ、ＲＡＭ３２ｂ、タイマ３２ｃ等を具備したＣＰＵ（中央演算処理装置）３２、及び各種入出力制御回路（不図示）等で構成されている。
【００１４】
次に電子写真プロセスについて簡単に説明する。カートリッジ１２内の暗所において、帯電ローラ１５は感光ドラム１３表面を均一に帯電させる。次にレーザスキャナ１１は画像データに応じて変調したレーザ光を感光ドラム１３表面に照射し、レーザ光が照射された部分の帯電電荷が除去されることで、感光ドラム１３表面に静電潜像を形成する。ブレード（不図示）の作用により一定量のトナー層が保持された現像ローラ１６は現像電圧を印加されることにより、トナーを感光ドラム１３上の静電潜像に付着させる。これにより、各色のトナー画像が感光ドラム１３表面に形成される。
【００１５】
感光ドラム１３表面上に形成されたトナー画像は、感光ドラム１３と中間転写ベルト１９とのニップ部において一次転写電圧を印加された一次転写ローラ１８によって中間転写ベルト１９側に引きつけられる。更に、ＣＰＵ３２が中間転写ベルト１９の搬送速度に応じたタイミングで、カートリッジ１２における画像形成タイミングを制御する。そして、それぞれのトナー像を中間転写ベルト１９上に順次転写させることにより、最終的に中間転写ベルト１９上にはフルカラー画像が形成される。
【００１６】
一方、カセット２２内の用紙２１は給紙ローラ２５により搬送され、分離ローラ２６ａ、２６ｂにより、用紙２１が一枚だけレジローラ２７を通過して、二次転写ローラ２９へ搬送される。レジローラ２７の下流にある二次転写ローラ２９と中間転写ベルト１９とのニップ部において、中間転写ベルト１９上のトナー像は用紙２１に転写される。そして、最後に用紙２１上のトナー画像は加熱部としての定着装置３０により加熱定着処理され、画像形成装置外に排出される。
【００１７】
［定着装置］
図１（ｂ）は、本実施例の定着装置３０の断面模型図である。定着装置３０は、例えばエンドレスフィルム（円筒状フィルム）を用いた、加圧ローラ駆動タイプのフィルム加熱方式の像加熱装置であり、概略以下の構成を有する。定着装置３０は、加熱手段としての定着ヒータ１００、定着ヒータ１００を固定保持させた半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒータホルダ１０１を備える。また、定着装置３０は、定着ヒータ１００を取り付けたヒータホルダ１０１にルーズに外嵌した円筒状の薄耐熱フィルム（以下、定着フィルムという）１０２を備える。また、定着装置３０は、定着フィルム１０２を挟んで定着ヒータ１００と相互圧接して定着ニップ部Ｎを形成する回転自在な加圧体としての加圧ローラ１０３、定着ヒータ１００の面上に感熱面が当接されるように配設された温度保護素子１０４を備える。
【００１８】
加圧ローラ１０３は、不図示の駆動手段である駆動モータ等により、図中矢印で示す反時計回り方向に所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ１０３の外面と定着フィルム１０２との定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により、加圧ローラ１０３の回転力が円筒状の定着フィルム１０２に作用して、定着フィルム１０２が従動回転状態になる。定着フィルム１０２は、定着フィルム１０２の内面が定着ヒータ１００の下向き面に密着して摺動しながらヒータホルダ１０１の外回りを図中矢印で示す時計回り方向に回転動作を行う。
【００１９】
定着ヒータ１００に電力が供給されることにより、定着ヒータ１００の温度が上昇して所定の温度に立ち上り、所定の温度を維持するために温度制御が行われる。そして温度制御が行われている状態で、定着ニップ部Ｎに未定着トナー像Ｔを担持した用紙２１が用紙搬送方向（図２（ｂ）中、左向き方向）に搬送される。用紙２１は、定着ニップ部Ｎで用紙２１の未定着トナー像Ｔを担持した面側が定着フィルム１０２の外面に密着して定着フィルム１０２と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。用紙２１が挟持搬送されていく過程で、定着ヒータ１００の熱が定着フィルム１０２を介して用紙２１に付与され、用紙２１上の未定着トナー像Ｔが加熱及び加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した用紙２１は定着フィルム１０２から曲率分離される。
【００２０】
図１（ｃ）は定着ヒータ１００の拡大断面模型図である。定着ヒータ１００は、裏面加熱型のセラミックヒータである。セラミックヒータはＳｉＣ，ＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス系の絶縁基板１１０と、絶縁基板１１０上にペースト印刷等で形成されている発熱体１１１、１１２と、２本の発熱体１１１、１１２を保護しているガラス等の保護層１１３から構成されている。発熱体１１１、１１２が印刷されている絶縁基板１１０との対向面側に摺動性を向上させるためにガラス層が形成される場合もある。なお、用紙２１は、図１（ｃ）の右から左に向かって搬送され、右が用紙２１の搬送方向の上流側、左が用紙２１の搬送方向の下流側となっている。
【００２１】
図１（ｄ）は定着ヒータ１００の平面模型図である。発熱体１１１は、発熱部１１１ａと、電極１１１ｃ、１１１ｄと、発熱部１１１ａと電極１１１ｃ、１１１ｄを接続する導電部１１１ｂを有しており、電極１１１ｃ、１１１ｄを介して電力が供給されることで、発熱部１１１ａが発熱する。同様に、発熱体１１２は、２箇所の発熱部１１２ａと、電極１１２ｃ、１１２ｄと、２箇所の発熱部１１２ａを接続する導電部１１２ｂを有しており、電極１１２ｃ、１１２ｄを介して電力が供給されることで、発熱部１１２ａが発熱する。また、電力供給は、図１（ｄ）中、二点鎖線で示す給電用コネクタ１１４、１１５を介して行われる。
【００２２】
図１（ｄ）に示される一点鎖線Ｂは、用紙２１の搬送方向に直交する方向における中央部を、搬送路の搬送方向に直交する方向における中央部に揃えて搬送する場合の中央搬送基準線である。領域Ｌ１は通紙可能な最大サイズ紙の通紙幅領域、領域Ｌ２は通紙可能な最小サイズ紙の通紙幅領域である。通紙幅とは、用紙２１の搬送方向に直交する方向における用紙２１の長さである。発熱体１１１は主に用紙２１の中央部を加熱するために用いられ、発熱体１１２は主に用紙２１の端部を加熱するために用いられる。以下、発熱体１１１をメインヒータ１１１、発熱体１１２をサブヒータ１１２とも称する。
【００２３】
［ヒータ駆動回路］
図２（ａ）は、本実施例のヒータ駆動回路を説明するための回路図であり、電力供給回路を示している。本実施例の画像形成装置が接続される商用電源（交流電源）５０は、インレット５１を介して画像形成装置に交流電力を供給する。電力供給回路は、商用電源５０と直接接続された一次側と、商用電源５０と非接触に接続された二次側とで構成されている。商用電源５０から入力された電力は、ＡＣフィルタ５２を介して発熱体１１１、１１２へ供給され、発熱体１１１、１１２を発熱させる。電源装置（電源部）５３は、商用電源５０の電力がＡＣフィルタ５２を介して入力され、二次側の負荷に所定の電圧を出力している。また、ＣＰＵ３２は、ヒータ駆動制御等にも使用され、各入出力ポートとＲＯＭ３２ａ及びＲＡＭ３２ｂなどから構成される。即ち、画像形成装置において、電力供給回路の一次側は、定着装置３０の発熱体１１１、１１２や、二次側に電力を供給するための電源装置（電源部）５３が、商用電源５０に直接接続されて電力が供給される構成である。また、電力供給回路の二次側は、感光ドラム１３や中間転写ベルト１９を回転させるモータやレーザスキャナ１１等、画像形成時に動作するモータやユニットが、商用電源５０とは非接触に接続されて電力が供給される構成である。
【００２４】
発熱体１１１、１１２は、位相制御回路６０、７０により所定の電力量が供給される。定着ヒータ１００の裏面に配置された温度検出素子５４は、一端をグランド、他端を抵抗５５に接続されており、更に抵抗５６を介してＣＰＵ３２のアナログ入力ポートＡＮ０に接続されている。温度検出素子５４は高温になると抵抗値が低下する特性を持っている。ＣＰＵ３２は、温度検出素子５４と抵抗５５との分圧電圧から予め設定された温度テーブル（不図示）によって、入力された電圧値の情報を温度に変換することにより、定着ヒータ１００の温度を検出する。
【００２５】
一方、商用電源５０から供給される電力は、ＡＣフィルタ５２を介してゼロクロス生成回路５７に入力される。ゼロクロス生成回路５７は、商用電源５０の電圧が０Ｖ近辺のある閾値電圧以下の電圧になっているときにハイレベルの信号を出力し、それ以外の場合にローレベルの信号を出力する構成となっている。そして、商用電源５０の電圧の周期とほぼ等しい周期のパルス信号が、抵抗５８を介してＣＰＵ３２の入力ポートＰＡ１に入力される。なお、ゼロクロス生成回路５７がＣＰＵ３２に出力するパルス信号をゼロクロス信号（図中、ＺＥＲＯＸと記す）という。ＣＰＵ３２は、ゼロクロス信号がハイレベルからローレベルに変化するエッジを検出し、位相制御やスイッチング制御のタイミング制御に利用する。
【００２６】
ＣＰＵ３２は、温度検出素子５４により検出した温度に基づき位相制御回路６０、７０を駆動する点灯タイミングを決定し、出力ポートＰＡ２、ＰＡ３から駆動信号（図中、Ｄｒｉｖｅ１（位相制御）、Ｄｒｉｖｅ２（位相制御）と記す）を出力する。まず、発熱体１１１への電力を供給又は遮断する第一電力供給手段である位相制御回路６０を説明する。ＣＰＵ３２が所定の点灯タイミングで出力ポートＰＡ２からハイレベルの信号を出力すると、ベース抵抗６７を介してトランジスタ６５のベースにハイレベルの信号が入力され、トランジスタ６５がオン状態となる。トランジスタ６５がオン状態となると、フォトトライアックカプラ６２がオン状態となる。なお、フォトトライアックカプラ６２は、一次、二次間の沿面距離を確保するためのデバイスであり、抵抗６６はフォトトライアックカプラ６２の発光ダイオードに流れる電流を制限するための抵抗である。
【００２７】
抵抗６３、６４は双方向サイリスタ（以下、トライアックという）６１のためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ６２がオン状態となることにより、トライアック６１が導通状態となる。トライアック６１は、商用電源５０から電力が供給されているときにオントリガがかかると、商用電源５０からの電力が供給されなくなるまで導通状態が保持される素子である。この場合、トライアック６１のオントリガは、フォトトライアックカプラ６２がオンすることである。これにより、メインヒータ１１１には、トライアック６１のオンタイミングに応じた電力が投入されることとなる。
【００２８】
次に、発熱体１１２への電力を供給又は遮断する第二電力供給手段である位相制御回路７０を説明する。ＣＰＵ３２が所定の点灯タイミングで出力ポートＰＡ３からハイレベルの信号を出力すると、ベース抵抗７７を介してトランジスタ７５のベースにハイレベルの信号が入力され、トランジスタ７５がオン状態となる。トランジスタ７５がオン状態となると、フォトトライアックカプラ７２がオン状態となる。なお、フォトトライアックカプラ７２は、一次、二次間の沿面距離を確保するためのデバイスであり、抵抗７６はフォトトライアックカプラ７２の発光ダイオードに流れる電流を制限するための抵抗である。
【００２９】
抵抗７３、７４はトライアック７１のためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ７２がオン状態となることにより、トライアック７１が導通状態となる。トライアック７１は、商用電源５０から電力が供給されているときにオントリガがかかると、商用電源５０の電力が供給されなくなるまで導通状態が保持される素子である。この場合、トライアック７１のオントリガは、フォトトライアックカプラ７２がオンすることである。これにより、サブヒータ１１２には、トライアック７１のオンタイミングに応じた電力が投入されることとなる。なお、本実施例では、発熱体にセラミックヒータを用いている。しかし、発熱体としては、誘導加熱による発熱やハロゲンヒータ等でもよく、本実施例に限定されるものではない。以降、定着ヒータ１００に電力が投入されているとき、定着ヒータ１００が点灯している、又は定着ヒータ１００がオンしているという。また、定着ヒータ１００に電力が投入されていないとき、定着ヒータ１００が消灯している、又は定着ヒータ１００がオフしているという。
【００３０】
［電源装置］
次に、図２（ｂ）を用いて、電源装置（電源部）５３（図２（ｂ）中破線部）について説明する。商用電源５０の電圧はインレット５１、ＡＣフィルタ５２を介してダイオードブリッジ８１〜８４に入力される。ダイオードブリッジ８１〜８４に入力された交流電圧は全波整流され、平滑コンデンサ８６により平滑される。平滑コンデンサ８６により平滑された電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータであるスイッチング電源８７に入力され、スイッチング電源８７が二次側電圧を出力する。スイッチング電源８７には一次、二次間の絶縁を確保するために絶縁型のトランスが使用されている。スイッチング電源８７から出力された電圧は、平滑コンデンサ８８により平滑されて二次側電圧として出力される。
【００３１】
［定着ヒータへの電力供給制御］
具体的に、定着ヒータ１００に電力を７５％投入しようとした場合のＣＰＵ３２による電力制御について、図３の商用電源電圧の４全波間の各動作波形を用いて説明する。なお、商用電源電圧の４全波とは、商用電源電圧の４周期分の電圧波形を指し、半波で表すと８半波ということになる。ここで、図３（ａ）には商用電源５０の交流電圧（以下、商用電源電圧５０１）の波形を示し、図３（ｂ）にはゼロクロス生成回路５７が出力するゼロクロス信号５０２の波形を示す。また、図３（ｃ）にはメインヒータ１１１に流れる電流の波形（以下、メインヒータ電流波形５０３）を示し、図３（ｄ）にはサブヒータ１１２に流れる電流の波形（以下、サブヒータ電流波形５０４）を示す。更に、図３（ｅ）にはメインヒータ１１１とサブヒータ１１２に流れる電流の合計の電流の波形（以下、合計電流波形５０５）を示す。なお、横軸は時間を示している。
【００３２】
商用電源５０から商用電源電圧５０１がゼロクロス生成回路５７に入力されると、ゼロクロス生成回路５７はゼロクロス信号５０２を生成しＣＰＵ３２に出力する。本実施例では、４全波を一制御周期とする。そして、半波毎に定着ヒータ１００の一方へ位相制御による電力供給を行っているときには、他方へは１００％の電力供給を行う（全導通）、又は電力供給を行わない（０％の電力供給を行う）（非導通）といった電力供給制御を行う。そして、本実施例では、一制御周期中の８半波のうち、少なくとも２半波以上を位相制御による電力供給を行う半波とする。例えば本実施例では、次のような電力供給制御を行う。即ち、一制御周期の１半波目では、一方のヒータであるサブヒータ１１２へ位相制御（投入電力５０％）による電力供給を行い（図３（ｄ））、他方のヒータであるメインヒータ１１１へは１００％の電力供給を行う（図３（ｃ））。なお、各半波における投入電力５０％とは、各半波における電力デューティ比が５０％ということでもある。また、一制御周期の２半波目では、一方のヒータであるメインヒータ１１１へ位相制御（投入電力５０％）による電力供給を行い（図３（ｃ））、他方のヒータであるサブヒータ１１２へは１００％の電力供給を行う（図３（ｄ））。
【００３３】
定着ヒータ１００に電力を７５％投入する場合には、ＣＰＵ３２は、各ヒータにおいて、４全波の平均投入電力が７５％になるように半波毎の投入電力（電力デューティ比）を決定する。なお、一制御周期の各半波について、メインヒータ１１１又はサブヒータ１１２に投入する電力を設定したものを、以降、投入電力パターンという。図３（ｃ）に示すように、メインヒータ１１１への投入電力パターンは、メインヒータ電流波形５０３のように、１００％⇒５０％⇒５０％⇒１００％⇒１００％⇒５０％⇒５０％⇒１００％と半波毎の投入電力が決定される。また、図３（ｄ）に示すように、サブヒータ１１２の投入電力パターンは、サブヒータ電流波形５０４のように、５０％⇒１００％⇒１００％⇒５０％⇒５０％⇒１００％⇒１００％⇒５０％と半波毎の投入電力が決定される。ＣＰＵ３２内のＲＯＭ３２ａには、投入電力に応じた位相制御の点灯タイミング係数のテーブルが格納されており、ＣＰＵ３２は、ＲＯＭ３２ａに格納されたテーブルを用いて点灯タイミングを算出する。ＲＯＭ３２ａに格納されたテーブルは、例えば表１に表されるようなものである。表１は、左欄が投入電力％、右欄が投入電力％に対応する点灯タイミング係数である。表１で、点灯タイミング係数の０は、商用電源電圧５０１の波形の位相が０°のときに相当し、点灯タイミング係数の１は、商用電源電圧５０１の波形の位相が１８０°のときに相当する。このため、表１は、商用電源電圧５０１の波形の位相と投入電力％との対応関係を示す表でもある。
【００３４】
【表１】
2015072333.tif 000003
【００３５】
ＣＰＵ３２は、表１の位相制御の点灯タイミングテーブルを用いて、ゼロクロス信号５０２により検出された商用電源電圧５０１の波形の半周期を掛け合わすことにより、位相を時間に変換する。例えば、５０％の電力を投入する場合、表１から点灯タイミング係数は０．５である。なお、点灯タイミング係数の０．５は、商用電源電圧５０１の波形の位相が９０°のときに相当する。ここで、商用電源電圧５０１の周波数を５０Ｈｚとし、５０％の電力を投入するための点灯タイミングを時間に変換すると、点灯タイミングはゼロクロス信号を検出したタイミングから５．０ｍｓ（ミリ秒）（＝２０ｍｓ／２×０．５０）後と算出される。ＣＰＵ３２は、ゼロクロス信号５０２がハイレベルからローレベル又はローレベルからハイレベルに変化した時間から５ｍｓ後に出力ポートＰＡ２、ＰＡ３にハイレベルの信号を出力する。これにより、ＣＰＵ３２は、メインヒータ１１１、サブヒータ１１２に５０％の電力を供給する。このように、各ヒータの投入電力パターンに応じて半波毎に電力を投入することで、定着ヒータ１００に４全波で７５％の電力を投入することができる。
【００３６】
［電源電流の供給のタイミングとヒータへの電力投入のタイミング］
図４（ａ）は、横軸を時間として、画像形成装置に入力される商用電源電圧５０１と、電源装置（電源部）５３に流れる電流を表した波形を示す図である。なお、図４（ａ）中、商用電源電圧５０１を破線で示し、電源装置５３に流れる電流（電源電流）を実線で示している。また、左側の縦軸に電圧Ｖ［Ｖ］、右側の縦軸に電流Ｉ［Ａ］の値を示しており、図４（ｂ）〜図４（ｄ）も同様とする。力率改善回路を搭載していない電源装置（電源部）５３の場合、図４（ａ）の電流波形のようにＢ点で電流が流れ始め、Ａ点で電流の流れが停止する。このように、Ｂ点は電源電流の供給開始タイミングであり、Ａ点は電源電流の供給終了タイミングである。これにより電流の導通角が狭くなり、電圧波形と電流波形が乖離し、力率が下がってしてしまう。
【００３７】
図４（ｂ）は、横軸を時間として、画像形成装置に入力される商用電源電圧５０１と、ヒータ合成電流を表した波形を示す図である。ここで、ヒータ合成電流は、半波毎に定着ヒータ１００の一方へ位相制御による電力供給を行っているときには、他方へは１００％又は０％の電力を投入する投入電力パターンの場合の電流である。また、図４（ｂ）に示すヒータ合成電流の波形は、図３（ｅ）に示す合計電流波形５０５に相当する。図４（ｂ）は、電源電流の供給終了タイミング（図４（ａ）のＡのタイミング）から位相制御で電力を投入する方の定着ヒータ１００に電流の供給を開始した場合の定着ヒータ１００の合成電流波形を示す図である。例えば、図３に示すような投入電力パターンで電力供給制御を行う場合、一制御周期の１半波目では、メインヒータ１１１に１００％、サブヒータ１１２に５０％の電力を投入する。サブヒータ１１２に電力が投入されるのは、位相が９０°から１８０°までの間であり、位相が０°から９０°までの間では電力が投入されない。このように、定着ヒータ１００の合成電流においても位相制御による電力供給を行っている側のヒータ（例えば、サブヒータ１１２）がオフしている期間がある（例えば位相０°〜９０°）ため、電圧波形と電流波形が乖離し、力率が下がってしまう。
【００３８】
図４（ｃ）は、横軸を時間として、画像形成装置に入力される商用電源電圧５０１とインレット電流の波形を示す図である。ここで、インレット電流とは、電源装置（電源部）５３に流れる電流と定着ヒータ１００に流れる電流の合算電流である。図４（ａ）に示した電源電流と図４（ｂ）に示したヒータ合成電流が合算されることで、インレット電流は、商用電源電圧５０１に近づいて力率が良化している。このように電源電流の供給終了タイミング（Ａのタイミング）に合わせて位相制御による電力供給が行われる側の定着ヒータ１００への電力供給を開始することで、高い力率を達成することが可能になる。
【００３９】
図４（ｄ）は、横軸を時間として、画像形成装置に入力される商用電源電圧５０１の波形を示す図である。図４（ｄ）には、半波毎に定着ヒータ１００の一方へ位相制御による電力供給を行っているときには、他方へは１００％又は０％の電力を供給する投入電力パターンで電力供給制御を行っている場合のインレット電流の波形も示している。図４（ｄ）では、電源電流の供給開始タイミング（図４（ａ）のＢのタイミング）から位相制御による電力供給を行う側の定着ヒータ１００への電力供給を開始した場合のインレット電流波形を記載した図である。この場合、電源電流の供給開始タイミングで片方のヒータの位相制御による電力供給が開始することから、急激に電流が変動している。従ってインレット電流波形と商用電源電圧５０１との間に乖離が発生し、力率が下がってしまう。
【００４０】
［投入電力と力率の関係］
図５は、投入電力と力率の関係を示すグラフである。図５（ａ）は、横軸を投入電力％として、半波毎に定着ヒータ１００の一方へ位相制御による電力供給を行っているときには、他方へは１００％又は０％の電力を供給する従来の投入電力パターンの力率を記載した図である。図５（ａ）では、Ｃ点の投入電力近傍、即ち投入電力が７０％近傍では力率が良化している。Ｃ点は定着ヒータ１００の一方の位相制御による電力供給開始タイミングと電源電流の供給終了タイミングが一致する投入電力ポイントである。Ｃ点における投入電力パターンは、例えば図６（ａ）のようなパターンである。ここで、図６（ａ）は、メインヒータ１１１とサブヒータ１１２のそれぞれについて、各半波における投入電力％を示すものであり、一制御周期である８半波の投入電力％を示している。ここで、Ｐは正の半波を示し、Ｎは負の半波を示す。また、１全波目Ｐとは１半波目に相当し、１全波目Ｎとは２半波目に相当する。なお、図６（ｂ）〜図６（ｄ）の表についても同様である。
【００４１】
図６（ａ）に示す投入電力パターンは、定着ヒータ１００の一方へ電力を１００％投入しているときに他方が４０％の位相制御による電力供給を行っており、電源電流の供給終了タイミングの近傍で位相制御による電力供給を開始している。また、図６（ａ）に示す投入電力パターンでは、平均の投入電力は７０％である。図６（ａ）に示す投入電力パターンで電力供給を行った場合には、インレット電流波形は、図４（ｃ）のようになり、商用電源電圧５０１に近づくため力率が良化する。
【００４２】
一方、図５（ａ）ではＤ点の投入電力近傍、即ち投入電力が８５％近傍では力率が下がっている。Ｄ点は片方のヒータの位相制御による電力供給開始タイミングと電源電流の供給開始タイミングが一致する投入電力ポイントである。Ｄ点における投入電力パターンは、図６（ｂ）のようなパターンである。図６（ｂ）に示す投入電力パターンは、定着ヒータ１００の一方へ電力を１００％投入しているときに他方へは７０％の電力供給を行っており、電源電流の供給開始タイミングの近傍で位相制御による電力供給を開始している。また、図６（ｂ）に示す投入電力パターンでは、平均の投入電力は８５％である。図６（ｂ）に示す投入電力パターンで電力供給を行った場合には、インレット電流波形は図４（ｄ）のようになり、商用電源電圧５０１との乖離が発生し、力率が低下する。本実施例では、電源電流の供給開始タイミング近傍で、片方のヒータへ電力供給を開始するような半波を減らし、電源電流の供給終了タイミング近傍で、片方のヒータへ電力供給を開始するような半波を増やす構成とする。これにより、本実施例では、高い力率を実現する。
【００４３】
［本実施例の投入電力パターン］
次に、図６（ｂ）、図６（ｃ）の投入電力パターンの例を用いて具体的に説明する。図６（ｂ）の投入電力パターンは、定着ヒータ１００の一方のヒータへは投入電力を１００％とし、他方のヒータへは投入電力を７０％としている。図６（ｂ）の投入電力パターンの場合、図４（ｄ）に示すように、電源電流の供給開始タイミング近傍で位相制御による電力供給が開始されているために、力率が低下している。そこで、本実施例では、図６（ｃ）の投入電力パターンのように、図６（ｂ）の投入電力パターンで投入電力を７０％としている箇所を、電源電流の供給終了タイミング付近で力率の良い投入電力４０％と、もともと力率の良い投入電力１００％に置き換えている。なお、図６（ｃ）に示す投入電力パターンでは、平均の投入電力は図６（ｂ）と同じく８５％である。
【００４４】
例えば、図６（ｂ）の１全波目Ｐ（１半波目）でサブヒータ１１２には投入電力７０％としているのに対し、図６（ｃ）の１全波目Ｐ（１半波目）でサブヒータ１１２には投入電力４０％としている。また、例えば、図６（ｂ）の１全波目Ｎ（２半波目）でメインヒータ１１１には投入電力７０％としているのに対し、図６（ｃ）の１全波目Ｎ（２半波目）でメインヒータ１１１には投入電力１００％としている。本実施例ではこのような構成とすることで、定着ヒータ１００の全体への一制御周期における平均の投入電力を８５％とする場合においても、高い力率を達成することが可能になる。
【００４５】
図５（ｂ）は、横軸を投入電力％として、実線で示す従来例の投入電力パターンと、破線で示す本実施例の投入電力パターンの力率を示す図である。図５（ｂ）のＤ点付近において、従来例の場合に比較して本実施例の投入電力パターンの力率が良化していることが分かる。本実施例では、４全波周期の投入電力パターンにおいて電源電流の供給終了タイミングで位相制御による電力供給を開始することと、もともと力率の良い投入電力１００％を用いることで、高い力率を達成しているが、次のようにしてもよい。即ち、一制御周期を増やすことにより、図５（ｂ）のＥ点のような力率が下がっている投入電力％においても力率を向上させることが可能である。例えば、一制御周期を８全波周期にし（即ち、一制御周期を１６半波とする）、Ｃ点における投入電力パターンとＤ点における投入電力パターンを組み合わせることで、Ｅ点の力率を向上させることが可能である。
【００４６】
本実施例の電源電流の供給終了タイミングは、予め用意された電源電流の供給終了タイミングを使用している。しかし、電源電流の供給終了タイミングは、電源電圧や電源電流によっても変化するため、商用電源電圧５０１やインレット電流、画像形成装置のシーケンス等に応じて変更してもよく、本実施例に限定されるものではない。
【００４７】
このように電源電流の供給終了タイミングに合わせた投入電力パターンとすることで、力率改善回路がない電源でも高い力率を実現することが可能になる。なお、定着ヒータ１００の発熱体の本数や一制御周期、投入電力パターンの設定方法に関しては、上述した本実施例に限定されるものではない。
【００４８】
［力率を改善するための電力制御処理］
図７は、力率を良化するための投入電力パターンを設定するシーケンスを説明するためのフローチャートである。図６（ｄ）は、本実施例の投入電力パターンの基本テーブルであり、図６（ｄ）の基本テーブルは例えばＲＯＭ３２ａに格納されている。図６（ｄ）の基本テーブルは、次の３つから構成されている。まず、図６（ｄ）の基本テーブルは、１００％（図中、全通電と記す）又は０％（図中、非通電と記す）の投入電力であるＰｉｓｏ（０）から構成されている。また、図６（ｄ）の基本テーブルは、１つ目の位相制御（図中、位相１と記す）による電力供給を行うＰｉｓｏ（１）、２つ目の位相制御（図中、位相２と記す）による電力供給を行うＰｉｓｏ（２）から構成されている。ここでは、図６（ｄ）の基本テーブルを用いて、力率を良化するための投入電力パターンを設定する処理についてフローチャートにより説明する。
【００４９】
ステップ（以下、Ｓとする）１０１でＣＰＵ３２は、定着ヒータ１００の設定温度、即ち温度制御の目標温度と、温度検出素子５４により検出した現在の温度とに基づいて、定着ヒータ１００への投入電力％Ｐを算出する。なお、Ｓ１０１でＣＰＵ３２が算出する投入電力％Ｐは、定着ヒータ１００全体に一制御周期で供給される平均の投入電力であり、例えば図６（ｃ）の場合、投入電力％Ｐは８５％である。Ｓ１０２でＣＰＵ３２は、予め用意された電源電流の供給終了タイミングから、図５で説明したように、力率が良化する投入電力（以下、力率良化投入電力とする）Ｐａを算出する。図６（ｂ）、図６（ｃ）で説明したように、投入電力Ｐ％が８５％である場合、１半波に投入する電力が７０％では力率が低下し、４０％では力率が良化する。このような場合、ＣＰＵ３２は、力率良化投入電力Ｐａを４０％と算出する。なお、本実施例では、予め用意された電源電流の供給終了タイミングは、例えばＲＯＭ３２ａ等に記憶されているものとする。
【００５０】
Ｓ１０３でＣＰＵ３２は、投入電力％Ｐが５０％以上であるか否かを判断する。Ｓ１０３でＣＰＵ３２は、投入電力％Ｐが５０％以上であると判断した場合には、Ｓ１０４でＰｉｓｏ（０）に１００％を設定する（Ｐｉｓｏ（０）＝１００）。Ｓ１０３でＣＰＵ３２は、投入電力％Ｐが５０％以上ではないと判断した場合には、Ｓ１０５でＰｉｓｏ（０）に０％を設定する（Ｐｉｓｏ（０）＝０）。例えば、Ｓ１０１でＣＰＵ３２が算出した投入電力％Ｐが８５％の場合、Ｐｉｓｏ（０）＝１００となる。Ｓ１０６でＣＰＵ３２は、Ｐｉｓｏ（１）にＳ１０２で算出した力率良化投入電力Ｐａを設定し（Ｐｉｓｏ（１）＝Ｐａ）、Ｓ１０７でＰｉｓｏ（２）に１００％を設定する（Ｐｉｓｏ（０）＝１００）。例えば、Ｓ１０２でＣＰＵ３２が算出した力率良化投入電力Ｐａが４０％である場合、Ｐｉｓｏ（１）＝４０となる。
【００５１】
Ｓ１０８でＣＰＵ３２は、設定された４全波の平均投入電力（（Ｐｉｓｏ（０）×２＋Ｐｉｓｏ（１）＋Ｐｉｓｏ（２））／４）がＳ１０１で算出した投入電力％Ｐと等しくなるか否かを判断する。ここで、図６（ｃ）に示すように、４全波の後半２全波は、前半２全波の要素を逆の順で並べたパターンとなっているため、「（Ｐｉｓｏ（０）×２＋Ｐｉｓｏ（１）＋Ｐｉｓｏ（２））／４」（４は半波の数）としており、以降も同様とする。Ｓ１０８でＣＰＵ３２は、４全波の平均投入電力と投入電力％Ｐが等しくないと判断した場合には、Ｓ１０９で４全波の平均投入電力が投入電力％Ｐより大きいか否かを判断する。Ｓ１０９でＣＰＵ３２は、４全波の平均投入電力が投入電力％Ｐより大きいと判断した場合にはＳ１１０の処理に進み、４全波の平均投入電力が投入電力％Ｐより大きくない、即ち小さいと判断した場合にはＳ１１３の処理に進む。
【００５２】
Ｓ１１０でＣＰＵ３２は、Ｐｉｓｏ（１）が、力率良化投入電力Ｐａから所定電力Ｘを減算した値（Ｐａ−Ｘ）よりも小さいか否かを判断する。ここで、所定電力Ｘは閾値であり、力率良化投入電力ＰａがＰａ−Ｘよりも小さくなると、かえって力率が低下してしまうような電力値に設定されている。Ｓ１１０でＣＰＵ３２は、Ｐｉｓｏ（１）が力率良化投入電力Ｐａから所定電力Ｘを減算した値よりも小さいと判断した場合には、Ｓ１１１の処理に進む。Ｓ１１１でＣＰＵ３２は、Ｐｉｓｏ（１）が力率良化投入電力Ｐａから所定電力Ｘを減算した値よりも小さくないと判断した場合には、Ｓ１１２の処理に進む。
【００５３】
Ｓ１１１でＣＰＵ３２は、Ｐｉｓｏ（１）からこれ以上減算すると力率がかえって低下してしまうため、Ｐｉｓｏ（１）からは減算せず、Ｐｉｓｏ（２）を１％減らす（Ｐｉｓｏ（２）＝Ｐｉｓｏ（２）−１％）。一方、Ｓ１１２でＣＰＵ３２は、Ｐｉｓｏ（１）を１％減らす（Ｐｉｓｏ（１）＝Ｐｉｓｏ（１）−１％）。また、Ｓ１１３でＣＰＵ３２は、Ｐｉｓｏ（１）を１％増やす（Ｐｉｓｏ（１）＝Ｐｉｓｏ（１）＋１％）。なお、Ｓ１０９でＣＰＵ３２がＮｏと判断した場合は、Ｐｉｓｏ（２）（＝１００）には加算できないため、Ｓ１１０のような判断は行わず、Ｓ１１３の処理を行っている。Ｓ１０８でＣＰＵ３２は、４全波の平均投入電力と投入電力％Ｐが等しいと判断した場合は、処理を終了する。例えば、投入電力％Ｐが８５％、力率良化投入電力Ｐａが４０である場合、４全波の平均投入電力は８５（＝（１００×２＋４０＋１００）／４）％となり、投入電力％Ｐと等しくなるため、投入電力パターンの設定処理を終了する。
【００５４】
なお、本実施例の制御シーケンス、テーブル、回路構成は上述した実施例に限定されるものではない。本実施例の電力制御により、電源電流の供給終了タイミングに合わせた投入電力パターンとすることで、力率改善回路がない電源においても高い力率を実現することが可能になる。また、本実施例では、温度制御を行うための目標温度と、温度検出素子５４により検出した現在の温度から投入電力％Ｐを算出した上で、投入電力パターンを設定している。しかし、予め各投入電力％と予め用意された力率良化投入電力Ｐａの候補との組み合わせに対応した複数の投入電力パターンの中から、電源電流の供給終了タイミングに基づいて最適な投入電力パターンを選択する構成としてもよい。このように、投入電力パターンの設定の方法は、本実施例で説明した方法に限定されるものではない。
【００５５】
［その他の実施例］
上述した定着ヒータ１００の駆動回路では、トライアックを用いている。トライアックを用いた場合、上述したように、電源電流の供給終了タイミングと、定着ヒータ１００の一方のヒータへの位相制御による電力供給開始タイミングとが一致するように構成している。本実施例は、トライアックを用いた駆動回路に限定されるものではなく、例えば電界効果トランジスタ（以降、ＦＥＴとする）を用いた駆動回路に適用することも可能である。
【００５６】
定着ヒータ１００の駆動回路にＦＥＴを用いた場合、ＦＥＴのオン又はオフのタイミングを次のように制御すると力率が良化する。ここで、図４（ａ）を用いて説明すると、位相０°のタイミングでＦＥＴをオンし、Ｂのタイミング即ち電源電流の供給開始タイミングでＦＥＴをオフする。そして、Ａのタイミング即ち電源電流の供給終了タイミングでＦＥＴをオンし、位相１８０°のタイミングでＦＥＴをオフする。このため、ＦＥＴを用いた駆動回路に適用する場合、投入電力パターンの設定には、電源電流の供給終了タイミングだけでなく電源電流の供給開始タイミングも必要となる。電源電流の供給開始タイミングは、上述した電源電流の供給終了タイミングと同様、例えばＲＯＭ３２ａに予め保持しておけばよく、実施例２についても同様とする。
【００５７】
以上、本実施例によれば、装置の小型化及び低コスト化を実現しつつ、力率を改善することができる。
【実施例２】
【００５８】
実施例１では、電源電流の供給終了タイミングから算出した力率良化投入電力Ｐａに基づいて力率が良化する投入電力パターンを設定し、１種類の制御周期の投入電力パターンで定着ヒータ１００への電力供給を行う例について説明した。通常、画像形成装置へ供給できる商用電源５０からの最大電流は、規格により規制されており、インレット５１の電流が最大電流規格付近の場合にのみ高い力率が求められる。また、定着ヒータ１００に見られる温度リップルを極力少なくするために、電力制御の制御周期を短くすることが求められる。そこで、実施例２では、インレット電流の検知結果に応じて、力率を改善する制御を行うか否かを判断し、電力制御の制御周期及び投入電力パターンを切り替える例について説明する。なお、画像形成装置や定着装置３０の構成は実施例１と同様であり、実施例１と異なる点を主として説明し、共通する構成については同一符号を付けて説明を省略する。
【００５９】
［インレット電流検知回路］
図８（ａ）を用いて本実施例のヒータ駆動回路におけるインレット電流検知回路について説明する。インレット５１に流れる電流は、カレントトランス１８０を介して、インレット電流検知回路１８１に入力される。インレット電流検知回路１８１では、入力された電流を電圧に変換して出力する。インレット電流検知回路１８１により電圧に変換され出力された電流検知信号（図中、ＨＣＲＲＴ１と図示）は、抵抗１８２を介してＣＰＵ３２の入力ポートＰＡ４に入力され、Ａ／Ｄ変換されてデジタル値で管理される。
【００６０】
図８（ｂ）は、本実施例のインレット電流検知回路１８１の構成を説明するブロック図である。また、図９は、本実施例のインレット電流検知回路１８１の動作を説明するための波形図である。詳細には、図９（ａ）は、インレット５１、ＡＣフィルタ５２を介して供給されるインレット電流Ｉ２の電流波形７０１を示し、インレット電流Ｉ２はカレントトランス１８０によって二次側で電圧に変換される。インレット電流Ｉ２は、発熱体１１１、１１２に流れるヒータ電流Ｉ１と、電源装置５３に流れる電流Ｉ３（電源電流Ｉ３ともいう）との合計の電流である。なお、図９（ｂ）に、発熱体１１１、１１２に流れるヒータ電流Ｉ１の電流波形７０２を示す。図９（ｃ）は、ゼロクロス生成回路５７が出力するゼロクロス信号５０２の波形を示す。横軸はいずれも時間を示す。
【００６１】
カレントトランス１８０から出力された電圧は、図８（ｂ）に示すインレット電流検知回路１８１のダイオード３０１、３０３によって整流され、負荷抵抗として抵抗３０２、３０５が接続されている。図９（ｄ）に示す電圧波形７０３は、ダイオード３０３で半波整流された電圧波形であり、半波整流後電圧波形７０３は、図８（ｂ）に示す抵抗３０５を介して乗算器３０６に入力される。図９（ｅ）に示す波形７０４は、乗算器３０６により２乗された電圧（半波整流後２乗電圧と図示）の電圧波形である。２乗された電圧波形７０４は、図８（ｂ）の抵抗３０７を介してオペアンプ３０９の−端子に入力される。一方、オペアンプ３０９の＋端子には、抵抗３０８を介してリファレンス電圧３１７が入力されており、帰還抵抗３１０により反転増幅される。なお、オペアンプ３０９は、片電源で電力供給されている。リファレンス電圧３１７を基準に反転増幅された波形、即ちオペアンプ３０９の出力である図９（ｆ）に示す波形７０５（反転増幅出力と図示）は、オペアンプ３１２の＋端子に入力される。なお、インレット電流検知回路１８１は、抵抗３０４、バッファ３１６も有する。カレントトランス１８０の基準電位は、リファレンス電圧３１７からバッファ３１６を介して決定されている。
【００６２】
オペアンプ３１２は、−端子に入力されたリファレンス電圧３１７と、＋端子に入力された波形の電圧差と、抵抗３１１により決定される電流が、コンデンサ３１４に流入されるようにトランジスタ３１３を制御している。コンデンサ３１４は、リファレンス電圧３１７とオペアンプ３１２の＋端子に入力された波形の電圧差と抵抗３１１で決定される電流によって充電される。ダイオード３０３による半波整流区間が終わると、コンデンサ３１４への充電電流がなくなるため、図９（ｇ）の波形７０６に示すように、その電圧値Ｖ２ｆがピークホールドされる。ここでダイオード３０１の半波整流期間にトランジスタ３１５をオンすることにより、コンデンサ３１４にチャージされた電圧を放電する。このトランジスタ３１５は、図９（ｈ）に波形７０７で示す、ＣＰＵ３２から出力されるＤＩＳ信号によりオン又はオフされている。ＣＰＵ３２は、図９（ｃ）の波形５０２で示すゼロクロス信号に基づいてトランジスタ３１５を制御している。ＣＰＵ３２が出力するＤＩＳ信号は、ゼロクロス信号５０２の立ち上りエッジから所定時間Ｔｄｌｙ後にハイレベルとなり、ゼロクロス信号５０２の立ち下りエッジでローレベルとなる。これにより、ＣＰＵ３２は、ダイオード３０３の半波整流期間のヒータ電流期間に干渉することなくインレット電流検知回路１８１を制御することができる。
【００６３】
つまり、コンデンサ３１４のピークホールド電圧Ｖ２ｆは、カレントトランス１８０によって電流波形が二次側に電圧変換された波形の２乗値の半周期分の積分値となる。そして、コンデンサ３１４の電圧が図９（ｇ）の波形７０６で示すＨＣＲＲＴ１信号として、インレット電流検知回路１８１からＣＰＵ３２に出力される。ＣＰＵ３２は、入力ポートＰＡ４から入力されたＨＣＲＲＴ１信号７０６をゼロクロス信号５０２の立ち上りエッジから所定時間Ｔｄｌｙ後までに、Ａ／Ｄ変換を行う。Ａ／Ｄ変換されたインレット電流Ｉ２は、商用電源電圧１全波分の電流となり、ＣＰＵ３２は、商用電源電圧４全波分のインレット電流Ｉ２を平均し、予め用意された係数を掛けることで、装置全体にて消費される電力を算出する。ただし、インレット電流Ｉ２の電流検知の方法はこの限りではない。
【００６４】
本実施例では、インレット電流Ｉ２が所定電流Ｉ４を超えている場合、力率の改善が必要と判断し、実施例１で説明した４全波周期の電源電流Ｉ３の供給終了タイミングに合わせた投入電力パターンを設定する。ここで、所定電流Ｉ４は、インレット電流規格に基づいて予め決められた値である。一方、インレット電流Ｉ２が所定電流Ｉ４以下の場合には、力率の改善は不要と判断し、電力供給の制御周期を短くすることを優先して、２全波周期の従来の投入電力パターンを設定する。なお、制御周期を短くすることを優先する場合、一制御周期は、力率改善を行うための投入電力パターン（例えば、８半波）よりも短ければよく、また位相制御を行う半波が少なくとも２半波以上含まれていればよい。
【００６５】
なお、本実施例では、投入電力パターンの切り替え判断を、インレット電流検知回路１８１による検知結果に基づいて行っている。しかし、例えば、商用電源電圧に応じて投入電力パターンの切り替えを行う構成や、画像形成装置におけるウォームアップ、プリント等といったモードに応じて投入電力パターンの切り替えを行う構成等、本実施例に限定されるものではない。また、求められる電力制御の制御周期等に応じて、４全波周期の電源電流Ｉ３の供給終了タイミングに合わせた投入電力パターンと、８全波周期の電源電流Ｉ３の供給終了タイミングに合わせた投入電力パターンを切り替える構成としてもよい。このように、切り替える投入電力パターンの種類及び数は、本実施例に限定されるものではない。
【００６６】
［力率を改善するための電力制御処理］
本実施例の制御処理について図１０のフローチャートを用いて説明する。本実施例では、実施例１の図７で説明した処理と同じ処理を行うステップには、同一ステップ番号を付けて説明を省略する。Ｓ２０１でＣＰＵ３２は、図８、図９を用いて説明したインレット電流検知回路１８１を用いて、４全波平均のインレット電流Ｉ２を算出する。Ｓ２０２でＣＰＵ３２は、インレット電流Ｉ２とインレット電流規格に基づいて予め決められた所定電流Ｉ４とを比較して、インレット電流Ｉ２が所定電流Ｉ４より大きいか否かを判断する。Ｓ２０２でＣＰＵ３２は、インレット電流Ｉ２が所定電流Ｉ４より大きくないと判断した場合、Ｓ２０４で投入電力パターンに予め用意された２全波周期（２周期）の投入電力パターンを設定する。
【００６７】
一方、Ｓ２０２でＣＰＵ３２は、インレット電流Ｉ２が所定電流Ｉ４よりも大きいと判断した場合、Ｓ２０３で電力供給の制御周期を４全波周期に設定する。そして、ＣＰＵ３２は、実施例１で説明したように、Ｓ１０２からＳ１１３までの処理を行うことで、４全波の電源電流Ｉ３の供給終了タイミングに合わせた投入電力パターンを設定する。このように、図１０に示す投入電力パターン設定処理を行うことにより、インレット電流Ｉ２が所定電流Ｉ４より大きい場合に、電源電流Ｉ３の供給終了タイミングに合わせた投入電力パターンを設定する。これにより、力率改善回路がない電源においても高い力率を実現することが可能になる。一方、インレット電流Ｉ２が所定電流Ｉ４よりも小さく力率改善を行う必要がないと判断できる場合には、定着ヒータ１００に見られる温度リップルを極力少なくするために、電力制御の制御周期を短くすることを優先することができる。
【００６８】
以上、本実施例によれば、装置の小型化及び低コスト化を実現しつつ、力率を改善することができる。
【実施例３】
【００６９】
実施例１、２では、電源電流Ｉ３の供給開始タイミングや電源電流Ｉ３の供給終了タイミングは、予め用意されたものとしている。実施例３では、商用電源電圧５０１や一次平滑コンデンサ８６の容量ばらつき等によって、電源電流Ｉ３の供給開始タイミング及び電源電流Ｉ３の供給終了タイミングが変動した場合でも適用できる構成について説明する。即ち、電源電流Ｉ３の供給開始タイミング及び電源電流Ｉ３の供給終了タイミングが変動した場合でも、専用の検知回路を設けずに、電源電流Ｉ３の供給開始タイミング及び電源電流Ｉ３の供給終了タイミングを検知できる方法について説明する。本実施例でも、実施例１、２と異なる点を主として説明し、共通する構成については同一符号を付けて説明を省略する。本実施例では既存のインレット電流検知回路１８１と図８（ａ）に示したヒータ駆動回路を用いることで、電源電流Ｉ３の供給開始タイミング及び電源電流Ｉ３の供給終了タイミングを検知する方法について説明する。なお、力率を改善するための電力制御処理は、実施例１、２と同様であり、説明は省略する。
【００７０】
［ヒータ電流、インレット電流、定着投入電力の関係］
図１１は、投入電力％に対するインレット実効値電流（以下、単にインレット電流という）Ｉ２の二乗値（太い実線）、ヒータ実効値電流（以下、単にヒータ電流という）Ｉ１の二乗値（細い実線）を縦軸に示したグラフである。なお、図１１のグラフの横軸は、１半波の定着装置３０への投入電力％（以下、定着投入電力％という）（電力デューティ比）を示している。図１１のヒータ電流Ｉ１の二乗値は、定着投入電力％が増加すると一定傾きで増加することが分かる。これは以下（式１）からも同じことが言える。
2015072333.tif 000004
ここで、Ｐは定着投入電力、Ｒは定着ヒータ１００の抵抗値である。
【００７１】
一方、インレット電流Ｉ２の二乗値は、定着投入電力％が増加すると、定着投入電力％の領域毎に傾きが異なる。例えば、定着投入電力が０％〜４０％付近、７５％〜１００％付近では、ヒータ電流Ｉ１の二乗値の傾きと同じである。しかし、定着投入電力が４０％〜７５％では、インレット電流Ｉ２の傾き（破線）が、その他の領域に比べ急峻になっているのが分かる。また、定着投入電力４０％〜７５％の領域というのは、電源電流Ｉ３と重なっている領域である。即ち、インレット電流Ｉ２の傾きが大きくなる方向に変化するポイント（図１２では定着投入電力４０％）が電源電流Ｉ３の供給終了タイミングとなる。また、インレット電流Ｉ２の傾きが小さくなる方向に変化するポイント（図１２では定着投入電力７５％）が電源電流Ｉ３の供給開始タイミングとなる。なお、定着投入電力が０％は位相１８０°に、定着投入電力１００％は位相０°に相当する。
【００７２】
次に、図１２と（式２）〜（式６−２）を用いて、図１１において電源電流Ｉ３と重なっている領域のみインレット電流Ｉ２の二乗値の傾きが急峻になることについて説明する。図１２は、横軸は時間、縦軸は電流値を示すグラフである。インレット電流Ｉ２は、（式２）で表され、その二乗値は、（式３）で表される。なお、ｉ２（ｔ）はインレット５１に流れる電流の瞬時値である。
2015072333.tif 000005
【００７３】
（図１２（ａ）の場合）
（式２）、（式３）を用いて、定着ヒータ１００への電力供給開始タイミングが電源電流Ｉ３の供給終了タイミングよりも遅い場合のインレット電流Ｉ２の算出について説明する。図１２（ａ）は、定着ヒータ１００への供給開始タイミングが、電源電流Ｉ３の供給終了タイミングよりも遅い場合のインレット電流Ｉ２を表した図である。ここで、ａを電源電流Ｉ３の供給開始タイミング、ｂを電源電流Ｉ３の供給終了タイミング、ｃを定着ヒータ１００への電力供給開始タイミングとする。なお、Ｔは位相１８０°に相当するタイミングである。このとき、図１２（ａ）のようなケースにおけるインレット電流Ｉ２は、（式４）で表すことができる。なお、ｉ１（ｔ）はヒータに流れる電流の瞬時値、ｉ３（ｔ）は電源電流Ｉ３の瞬時値である。
2015072333.tif 000006
【００７４】
ヒータへの電力供給開始タイミングｃを、ｂからＴの区間で変化させていったとき、インレット電流Ｉ２の二乗値は、（式４）の第二項のヒータ電流Ｉ１の二乗変化分だけ変化することが分かる。ここで、図１２（ａ）のｂからＴの区間は、図１１の定着投入電力％が０％から４０％までの区間に相当する。つまり図１２（ａ）のようなケースでは、図１１でも表されているように半波の定着投入電力％を横軸としたときのインレット電流Ｉ２の傾きとヒータ電流Ｉ１の傾きは同じであることを示している。
【００７５】
（図１２（ｂ）の場合）
続いて、図１２（ｂ）を用いて、定着ヒータ１００への電力供給開始タイミングが電源電流Ｉ３の供給開始タイミングよりも遅く、電源電流Ｉ３の供給終了タイミングよりも早い場合のインレット電流Ｉ２の算出について説明する。図１２（ｂ）は、定着ヒータ１００の電力供給開始タイミングが電源電流Ｉ３の供給開始タイミングよりも遅く、電源電流Ｉ３の供給終了タイミングよりも早い場合のインレット電流Ｉ２を表した図である。ここで、ａを電源電流Ｉ３の供給開始タイミング、ｂを電源電流Ｉ３の供給終了タイミング、ｃをヒータへの電力供給開始タイミングとする。そうすると、図１２（ｂ）のようなケースにおけるインレット電流Ｉ２は、（式５）で表すことができる。
2015072333.tif 000007
【００７６】
（式５）で、ａ〜ｃの区間（第一項）は、電源電流Ｉ３の瞬時値ｉ３（ｔ）のみの区間、ｃ〜ｂの区間（第二項）は、電源電流Ｉ３の瞬時値ｉ３（ｔ）とヒータ電流Ｉ１の瞬時値ｉ１（ｔ）の合算電流区間である。また、（式５）で、ｂ〜Ｔの区間（第三項）はヒータ電流Ｉ１の瞬時値ｉ１（ｔ）のみの区間である。（式５）を展開すると（式５−１）のようになる。（式５−１）をまとめると、（式５−２）のような式でインレット電流Ｉ２の二乗値を表すことができる。（式５−２）の第一項は、ａ〜ｂの区間の電源電流Ｉ３の二乗値を、第二項は、ｃ〜Ｔまでの区間のヒータ電流Ｉ１の二乗値を表している。（式５−２）の第三項は、電源電流Ｉ３の瞬時値ｉ３（ｔ）とヒータ電流Ｉ１の瞬時値ｉ１（ｔ）が合算され二乗されたことにより発生した項である。定着ヒータ１００への電力供給開始タイミングｃを、ａからｂの区間で変化させていったとき、インレット電流Ｉ２の二乗値は、（式５−２）の第二項のヒータ電流Ｉ１の二乗変化分に加え、第三項の変化分も変化することが分かる。ここで、図１２（ｂ）のａからｂの区間は、図１１の定着投入電力％が４０％から７５％までの区間に相当する。つまり図１２（ｂ）のようなケースでは、図１１でも表されているように１半波の定着投入電力％を横軸としたときのインレット電流Ｉ２の傾きは、ヒータ電流Ｉ１よりも急峻になることを示している。
【００７７】
（図１２（ｃ）の場合）
図１２（ｃ）を用いて定着ヒータ１００への電力供給開始タイミングが電源電流Ｉ３の供給開始タイミングよりも早い場合のインレット電流Ｉ２の算出について説明する。図１２（ｃ）は、ヒータの電力供給開始タイミングが電源電流Ｉ３の供給開始タイミングよりも早い場合のインレット電流Ｉ２を表した図である。ａを電源電流Ｉ３の供給開始タイミング、ｂを電源電流Ｉ３の供給終了タイミング、ｃを定着ヒータ１００への供給開始タイミングとする。図１２（ｃ）のようなケースにおけるインレット電流Ｉ２は、（式６）で表すことができる。
2015072333.tif 000008
【００７８】
（式６）で、ｃ〜ａの区間（第一項）は、ヒータ電流Ｉ１の瞬時値ｉ１（ｔ）のみの区間、ａ〜ｂの区間（第二項）は、電源電流Ｉ３の瞬時値ｉ３（ｔ）とヒータ電流Ｉ１の瞬時値ｉ１（ｔ）の合算電流区間である。また、（式６）で、ｂ〜Ｔの区間（第三項）はヒータ電流Ｉ１の瞬時値ｉ１（ｔ）のみの区間である。（式６）を展開すると（式６−１）のようになる。（式６−１）をまとめると（式６−２）のような式でインレット電流Ｉ２の二乗値を表すことができる。（式６−２）の第一項は、ｃ〜Ｔの区間のヒータ電流Ｉ１の二乗値を、第二項は、ａ〜ｂの区間の電源電流Ｉ３の二乗値を表している。（式６−２）の第三項は、電源電流Ｉ３の瞬時値ｉ３（ｔ）とヒータ電流Ｉ１の瞬時値ｉ１（ｔ）が合算され二乗されたことにより発生した項である。定着ヒータ１００の電力供給開始タイミングｃを、０からａの区間で変化させていったとき、インレット電流Ｉ２の二乗値は、（式６−２）の第一項のヒータ電流Ｉ１の二乗変化分だけ変化することが分かる。ここで、図１２（ｃ）の０からａの区間は、図１１の定着投入電力％が７５％から１００％までの区間に相当する。つまり図１２（ｃ）のようなケースでは、図１１でも表されているように、１半波の定着投入電力％を横軸としたときのインレット電流Ｉ２の傾きとヒータ電流Ｉ１の傾きは同じであることを示している。
【００７９】
以上説明した原理により、電源電流Ｉ３と重なっている領域のみインレット電流Ｉ２の二乗値の傾きが急峻になり、この原理を用いることで、電源電流Ｉ３の供給開始タイミングと電源電流Ｉ３の供給終了タイミングを検出することができる。本実施例では、電源電流Ｉ３の供給開始タイミングと電源電流Ｉ３の供給終了タイミングをインレット電流Ｉ２の二乗値の傾きから算出している。しかし電源電流Ｉ３の供給開始タイミングと電源電流Ｉ３の供給終了タイミングを検出する方法としては、計算等を簡単にするため、インレット電流Ｉ２の二乗値からヒータ電流Ｉ１の二乗値を引いた波形から算出する方法がある。また、電源電流Ｉ３の供給開始タイミングと電源電流Ｉ３の供給終了タイミングを検出する方法として、インレット電流値Ｉ２からヒータ電流Ｉ１を引いた値の傾きから算出する方法等もあり、本実施例に限定されるものではない。
【００８０】
［電源電流の供給開始タイミング、供給終了タイミングの検出処理］
本実施例のインレット電流検知回路１８１を用いた電源装置５３に流れる電源電流Ｉ３の供給開始タイミングと電源電流Ｉ３の供給終了タイミングの検出処理を、ＣＰＵ３２が実行する図１３のフローチャートに沿って説明する。Ｓ３０１でＣＰＵ３２は、各変数の初期設定を行う。本実施例では、ｎ番目（ｎ半波目に相当する）に１半波で定着ヒータ１００に投入する電力をＰｎとし、Ｐｎを１０（Ｐｎ＝１０）、カウンタｎを０（ｎ＝０）とする。Ｓ３０２でＣＰＵ３２は、画像形成時に動作するモータ等を起動する。Ｓ３０３でＣＰＵ３２は、ゼロクロス生成回路５７から出力されたゼロクロス信号５０２の立ち下りエッジを検出したか否かを判断し、ゼロクロス信号５０２の立ち下りエッジを検出していないと判断した場合は、Ｓ３０３の処理を繰り返す。Ｓ３０３でＣＰＵ３２は、ゼロクロス信号５０２の立ち下りを検出したと判断した場合、Ｓ３０４で投入電力Ｐｎとカウンタｎをインクリメントする（Ｐｎ＝Ｐｎ＋１、ｎ＝ｎ＋１）。Ｓ３０５でＣＰＵ３２は、Ｐｎ％の電力を定着ヒータ１００に投入する。
【００８１】
Ｓ３０６でＣＰＵ３２は、ゼロクロス生成回路５７から出力されたゼロクロス信号５０２の立ち上りエッジを検出したか否かを判断し、ゼロクロス信号５０２の立ち上りエッジを検出していないと判断した場合はＳ３０６の処理を繰り返す。Ｓ３０６でＣＰＵ３２は、ゼロクロス信号５０２の立ち上りエッジを検出したと判断した場合、Ｓ３０７の処理に進む。Ｓ３０７でＣＰＵ３２は、Ｓ３０５でＰｎ％の電力投入を行った際のインレット電流を、インレット電流検知回路１８１により検知し、インレット電流の二乗を求める。以降、Ｐｎ％の電力を投入した際のインレット電流をＩ２ｎ（二乗値をＩ２ｎ２）として説明する。
【００８２】
Ｓ３０８でＣＰＵ３２は、カウンタｎが２以上か否かを判断し、カウンタｎが２以上でないと判断した場合には、Ｓ３０３の処理に戻る。Ｓ３０８でＣＰＵ３２は、カウンタｎが２以上であると判断した場合には、Ｓ３０９の処理に進む。Ｓ３０９でＣＰＵ３２は、投入電力Ｐｎ％に対するインレット電流Ｉ２ｎの二乗の傾き変化量Ａｎを算出する。ここで、傾き変化量Ａｎは、
Ａｎ＝｛Ｉ２ｎ２−Ｉ２（ｎ−１）２｝／｛Ｐｎ−Ｐ（ｎ−１）｝
−｛Ｉ２（ｎ−１）２−Ｉ２（ｎ−２）２｝／｛Ｐ（ｎ−１）−Ｐ（ｎ−２）｝
である。算出したＡｎの値は、例えばＲＡＭ３２ｂに記憶しておく。
【００８３】
Ｓ３１０でＣＰＵ３２は、投入電力Ｐｎ％が９０以上か否かを判断し、投入電力Ｐｎ％が９０以上ではないと判断した場合、Ｓ３０３の処理に戻る。即ち、ＣＰＵ３２は、投入電力Ｐｎ％が９０以上になるまでの間、Ｓ３０３〜Ｓ３０９の処理で、各投入電力Ｐｎ％におけるインレット電流Ｉ２ｎと、各投入電力Ｐｎ％に対するインレット電流Ｉ２ｎの二乗の傾き変化量Ａｎを算出する。Ｓ３１０でＣＰＵ３２は、投入電力Ｐｎ％が９０以上であると判断した場合、Ｓ３１１の処理に進む。
【００８４】
Ｓ３１１でＣＰＵ３２は、ＲＡＭ３２ｂに記憶したＡｎの値を読み出し、投入電力Ｐｎ％に対するインレット電流Ｉ２ｎの二乗の傾き変化量Ａｎが最大のときの投入電力％ＰＡｍａｘと、最小のときの投入電力％ＰＡｍｉｎを求める。なお、ＰＡｍａｘ、ＰＡｍｉｎは本実施例の求め方に限定されるものではなく、他の公知の最大値、最小値の抽出法を用いてもよい。図１１で説明したように、緩やかな傾きから急峻な傾きに変化するポイントが電源電流Ｉ３の供給終了タイミング、急峻な傾きから緩やかな傾きに変化するポイントが電源電流Ｉ３の供給開始タイミングである。緩やかな傾きから急峻な傾きに変化するポイントでは、傾き変化量Ａは最大となる。一方、急峻な傾きから緩やかな傾きに変化するポイントでは、傾き変化量Ａは最小となる。従って、Ｓ３１１で求めたＰＡｍａｘが電源電流Ｉ３の供給終了タイミング、ＰＡｍｉｎが電源電流Ｉ３の供給開始タイミングとなる。なお、Ｓ３１１でＣＰＵ３２が算出したＰＡｍａｘ及びＰＡｍｉｎは、例えばＲＡＭ３２ｂに記憶しておくものとする。
【００８５】
なお、本実施例の検出処理を実施例１、２に適用する場合には、例えば図７又は図１０のＳ１０２の処理中に本実施例の検出処理を実行する。また、本実施例の検出処理は、図７又は図１０のＳ１０２の処理よりも前に実行してもよい。
【００８６】
以上説明したように、本実施例の検出処理により、電源電流Ｉ３の供給開始タイミング及び電源電流Ｉ３の供給終了タイミングを検出することができる。なお、本実施例では、１０％から９０％まで１％刻みで、投入電力％を徐々に変化させ（図１３のＳ３０４、Ｓ３１０）、電源電流Ｉ３の供給開始タイミング及び電源電流Ｉ３の供給終了タイミングを算出している。しかし、投入電力％を変化させる際に、はじめは大きな刻みで投入電力％を変化させ、大まかな電源電流Ｉ３の供給開始タイミング及び電源電流Ｉ３の供給終了タイミングを算出させてもよい。この場合、算出した各タイミング付近において、投入電力％を細かな刻みで変化させ、電源電流Ｉ３の供給開始タイミング、電源電流Ｉ３の供給終了タイミングを検出する。また、予め分かっている電源電流Ｉ３の供給開始タイミング、電源電流Ｉ３の供給終了タイミング付近のみで、本実施例の検出処理を実施してもよい。この場合は、タイミングの検出処理にかかる時間を短縮することができる。このように、電源電流Ｉ３の供給開始タイミング及び供給終了タイミングを検出する方法、インレット電流Ｉ２ｎの測定回数及び測定の順番は、本実施例に限定されるものではない。
【００８７】
以上、本実施例によれば、装置の小型化及び低コスト化を実現しつつ、力率を改善することができる。
【実施例４】
【００８８】
実施例３では、１０％から９０％まで１％刻みで、投入電力％を変化させ、電源電流Ｉ３の供給開始タイミング及び電源電流Ｉ３の供給終了タイミングを算出する例について説明した。実施例４では、電源電流Ｉ３の供給開始タイミング、電源電流Ｉ３の供給終了タイミングが負荷バラつきや商用電源電圧５０１によって変動したかどうかを確認する構成である。そして、電源電流Ｉ３の供給開始タイミング、電源電流Ｉ３の供給終了タイミングを再検出し変更が必要かどうかを判断する例について説明する。実施例１〜３で説明した構成と同じ構成には同じ符号を付し、説明は省略する。
【００８９】
［変更が必要か否かの判断処理（開始タイミング）］
図１４は、本実施例の電源電流Ｉ３の供給開始タイミング変更要否判断シーケンスのＣＰＵ３２による制御処理を説明するフローチャートである。図１３と同じ処理には同じステップ番号を付し説明を省略する。また、本実施例のインレット電流は、実施例３のインレット電流Ｉ２ｎと区別するためにＩ２ｋ（二乗値をＩ２ｋ２）と符号を付けて説明する。
【００９０】
Ｓ４０１でＣＰＵ３２は、各変数の初期設定を行う。即ち、ＣＰＵ３２は、投入電力ＰｋをＰＡｍｉｎ−１（Ｐｋ＝ＰＡｍｉｎ−１）とし、カウンタｋを０（ｋ＝０）とする。即ち、投入電力Ｐｋには、電源電流Ｉ３の供給開始タイミングＰＡｍｉｎより１％小さい値を設定する。Ｓ３０３は実施例３で説明した処理と同じであるため、説明を省略する。Ｓ４０２でＣＰＵ３２は、投入電力Ｐｋ％の電力を投入する。Ｓ３０６の処理は実施例３で説明した処理と同じであるため、説明を省略する。Ｓ４０３でＣＰＵ３２は、Ｓ４０２でＰｋ％の電力投入を行った際のインレット電流Ｉ２ｋを、インレット電流検知回路１８１により検知し、インレット電流Ｉ２ｋの二乗を求める。Ｓ４０４でＣＰＵ３２は、投入電力Ｐｋ％とカウンタｋをインクリメントする（Ｐｋ＝Ｐｋ＋１、ｋ＝ｋ＋１）。Ｓ４０５でＣＰＵ３２は、カウンタｋが２以上か否かを判断し、カウンタｋが２以上ではないと判断した場合、Ｓ３０３の処理に戻る。
【００９１】
Ｓ４０５でＣＰＵ３２は、カウンタｋが２以上であると判断した場合、Ｓ４０６で投入電力Ｐｋ％に対するインレット電流Ｉ２ｋの二乗の傾き変化量Ａｋを算出する。ここで、傾き変化量Ａｋは、
Ａｋ＝｛Ｉ２ｋ２−Ｉ２（ｋ−１）２｝／｛Ｐｋ−Ｐ（ｋ−１）｝
−｛Ｉ２（ｋ−１）２−Ｉ２（ｋ−２）２｝／｛Ｐ（ｋ−１）−Ｐ（ｋ−２）｝
である。
【００９２】
Ｓ４０７でＣＰＵ３２は、傾き変化量Ａｋの絶対値｜Ａｋ｜が所定の傾き量Ａｘよりも大きいか否かを判断する。ここで、所定の傾き変化量Ａｘは、傾き変化量Ａｋに変化があったか否かを判断するための閾値である。Ｓ４０７でＣＰＵ３２は、傾き変化量Ａｋの絶対値｜Ａｋ｜が所定の傾き量Ａｘより大きいと判断した場合、インレット電流Ｉ２ｋの二乗の傾き変化量Ａｋに変化があったと判断し、Ｓ４０８の処理に進む。ここで、Ｓ４０１でＣＰＵ３２は、電源電流Ｉ３の供給開始タイミングに相当する投入電力ＰＡｍｉｎより１％小さい値を投入電力Ｐｋ％に設定している。このため、Ｓ４０６でＣＰＵ３２は、投入電力ＰＡｍｉｎ％の近傍での傾きの変化量を算出することとなり、インレット電流Ｉ２ｋの二乗の傾きに変化があれば、｜Ａｋ｜は所定の傾き変化量Ａｘよりも大きくなる。Ｓ４０８でＣＰＵ３２は、電源電流Ｉ３の供給開始タイミングは変動していないため変更不要と判断する。
【００９３】
一方、Ｓ４０７でＣＰＵ３２は、傾き変化量Ａｋの絶対値｜Ａｋ｜が所定の傾き量Ａｘよりも大きくないと判断した場合、即ちインレット電流Ｉ２ｋの二乗の傾きに変化がなかった場合、Ｓ４０９の処理に進む。Ｓ４０９でＣＰＵ３２は、電源電流Ｉ３の供給開始タイミングが変動してしまっているため、変更が必要と判断する。ＣＰＵ３２は、Ｓ４０９で電源電流Ｉ３の供給開始タイミングの変更が必要と判断した場合、実施例３で説明した電源電流Ｉ３の供給開始タイミングの検出処理を実施する。
【００９４】
［変更が必要か否かの判断処理（終了タイミング）］
続いて本実施例の電源電流Ｉ３の供給終了タイミング変更要否判断処理について図１５のフローチャートを用いて説明する。なお、図１４で説明したフローチャートと同じ処理を行う箇所には、同一ステップ番号を付し説明を省略する。Ｓ４１１でＣＰＵ３２は、各変数の初期設定を行う。即ち、ＣＰＵ３２は、投入電力ＰｋをＰＡｍａｘ−１（Ｐｋ＝ＰＡｍａｘ−１）とし、カウンタｋを０（ｋ＝０）とする。即ち、投入電力Ｐｋには、電源電流Ｉ３の供給終了タイミングＰＡｍａｘより１％小さい値を設定する。Ｓ３０３〜Ｓ４０６の処理は図１４で説明した処理と同じであるため、説明を省略する。
【００９５】
Ｓ４０７でＣＰＵ３２は、Ｓ４０６で算出したインレット電流Ｉ２ｋの二乗の傾き変化量Ａｋの絶対値｜Ａｋ｜が所定の傾き変化量Ａｘよりも大きいと判断した場合、Ｓ４１２の処理に進む。Ｓ４１２でＣＰＵ３２は、電源電流Ｉ３の供給終了タイミングは変動していないため、変更不要と判断する。一方、Ｓ４０７でＣＰＵ３２は、インレット電流Ｉ２ｋの二乗の傾き変化量Ａｋの絶対値｜Ａｋ｜が所定の傾き変化量Ａｘ以下であると判断した場合、Ｓ４１３の処理に進む。Ｓ４１３でＣＰＵ３２は、電源電流Ｉ３の供給終了タイミングが変動してしまっているため、変更が必要と判断する。ＣＰＵ３２は、Ｓ４１３で電源電流Ｉ３の供給終了タイミングの変更が必要と判断した場合、実施例３で説明した電源電流Ｉ３の供給終了タイミングの検出処理を実施する。
【００９６】
このように、ＣＰＵ３２は、電源電流Ｉ３の供給開始タイミング又は供給終了タイミングが変動してしまったと判断した場合にのみ、実施例３の検出処理を実行する。そして、ＣＰＵ３２は、ＲＡＭ３２ｂに保存されている電源電流Ｉ３の供給開始タイミング又は供給終了タイミングの情報を更新する。そして、ＣＰＵ３２は、例えばＲＡＭ３２ｂに保存されている、更新されなかった（変動がなかった場合の）又は更新された（変動があった場合の）ＰＡｍａｘ又はＰＡｍｉｎを用いて、実施例１、２の力率を改善するための電力制御処理を実行する。
【００９７】
以上、図１４、図１５で説明したように本実施例の処理により電源電圧の変動や負荷の変動によって電源電流Ｉ３の供給開始タイミング、電源電流Ｉ３の供給終了タイミングが変化した場合でもその変化を短い時間で検出することが可能になる。このように、本実施例によれば、装置の小型化及び低コスト化を実現しつつ、力率を改善することができる。
【符号の説明】
【００９８】
３２        ＣＰＵ
５３        電源装置
１１１      メインヒータ
１１２      サブヒータ
【図１】
2015072333.tif 000009
【図２】
2015072333.tif 000010
【図３】
2015072333.tif 000011
【図４】
2015072333.tif 000012
【図５】
2015072333.tif 000013
【図６】
2015072333.tif 000014
【図７】
2015072333.tif 000015
【図８】
2015072333.tif 000016
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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