(57)【要約】【課題】商業交流電源の電圧に歪が生じても商業交流電源の電圧を従来よりも正確に検知できるようにする。【解決手段】ゼロクロスおよび電圧検出回路１２０は、ダイオードブリッジ２からの出力電圧のピーク値または１次電界コンデンサ３からの直流電圧に対応したデューティ比のパルス波を生成する。ＣＰＵ２９は、パルス波を受信し、パルス波のデューティ比を求め、デューティ比から商業交流電源１の電圧を推定する。ダイオードブリッジ２からの出力電圧のピーク値または１次電界コンデンサ３からの直流電圧は歪みの影響を受けにくいため、本発明では、従来よりも正確に商業交流電源１の電圧を検知できるようになる。【選択図】図１
2012252405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商業交流電源の電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路からの出力電圧を平滑する平滑回路と、
前記平滑回路からの直流電圧、前記整流回路からの出力電圧のピーク値または前記商業交流電源の電圧の積分値に対応したデューティ比のパルス波を生成するパルス波生成回路と、
前記パルス波生成回路が生成したパルス波を入力し、前記パルス波のデューティ比を求め、前記パルス波のデューティ比に対応した電圧を前記商業交流電源の電圧として推定する推定回路と
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記パルス波生成回路は、
前記パルス波の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジのうち一方を、前記商業交流電源の電圧の正負が切り替わるゼロクロスポイントに同期したタイミングで生成し、
前記パルス波の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジのうち他方を、前記平滑回路からの直流電圧、前記整流回路からの出力電圧のピーク値または前記商業交流電源の電圧の積分値に対応したタイミングで生成す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】
商業交流電源の電圧を整流する整流回路と、前記整流回路からの出力電圧を平滑する平滑回路と、前記平滑回路からの直流電圧、前記整流回路からの出力電圧のピーク値または前記商業交流電源の電圧の積分値に対応したデューティ比のパルス波を生成するパルス波生成回路と、前記パルス波を入力し、前記パルス波のデューティ比を求め、前記パルス波のデューティ比に対応した電圧を前記商業交流電源の電圧として推定する推定回路とを備えた電源装置と、
記録媒体にトナー像を定着させる定着装置と、
前記推定回路により推定された前記商業交流電源の電圧の推定値と前記定着装置のヒータ抵抗の抵抗値から前記商業交流電源から前記定着装置に供給される電力を求め、該電力を調整することで前記定着装置の温度を目標温度に維持する制御回路と
を備え、
前記制御回路は、
前記推定回路により推定された前記商業交流電源の電圧の推定値が閾値以上でなければ位相制御方式を用いて前記電力を調整し、前記推定値が前記閾値以上であれば位相制御方式を用いて前記電力を調整することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
前記パルス波生成回路は、
前記パルス波の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジのうち一方を、前記商業交流電源の電圧の正負が切り替わるゼロクロスポイントに同期したタイミングで生成し、
前記パルス波の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジのうち他方を、前記平滑回路からの直流電圧、前記整流回路からの出力電圧のピーク値または前記商業交流電源の電圧の積分値に対応したタイミングで生成することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記制御回路は、
前記商業交流電源の電圧の推定値と前記定着装置のヒータ抵抗の抵抗値とから求められた前記定着装置に供給される電力から、前記ヒータ抵抗に通電する電流を決定することを特徴とすることを特徴とする請求項３または４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記パルス波生成回路は、前記商業交流電源の電圧の積分値に対応したデューティ比のパルス波を生成する回路であることを特徴とする請求項５に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、電源装置にかかり、とりわけ、トナー像を記録媒体に定着させる画像形成装置に電力を供給する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器を国内だけでなく国外でも販売するために、各地域の商業交流電源の電圧に対応させることが望まれている。様々な電圧に対応した電源装置をユニバーサル電源装置と呼ぶことにする。
【０００３】
一方で、トナー像を加熱して記録媒体に定着させる画像形成装置の定着制御方式についてもユニバーサル化することが必要となっている。定着制御方式のユニバーサル化では、商業交流電源の電圧を正確に検出し、検出した電圧に応じて制御方法を選択することが重要である。特許文献１によれば、商業交流電源の電圧のゼロクロスポイントに対して電圧をクランプさせ、商業交流電源の電圧に依存したデューティ比のパルス波を出力させる電圧検知回路が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１０８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の発明では、商業交流電源の電圧をツェナーダイオードでクランプして商業交流電源の電圧に比例してデューティ比が変化するパルス波に変換している。そのため、特許文献１の発明では、商業交流電源の電圧の歪が生じると容易にデューティ比が変化し、電圧を誤検知してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、商業交流電源の電圧に歪が生じても商業交流電源の電圧を従来よりも正確に検知できるようにすることを目的とする。なお、他の副次的な目的については明細書の全体から理解できよう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決すべく、
商業交流電源の電圧を整流する整流回路と、
整流回路からの出力電圧を平滑する平滑回路と、
平滑回路からの直流電圧、整流回路からの出力電圧のピーク値または商業交流電源の電圧の積分値に対応したデューティ比のパルス波を生成するパルス波生成回路と、
パルス波を入力し、パルス波のデューティ比を求め、パルス波のデューティ比に対応した電圧を商業交流電源の電圧として推定する推定回路と
を備えたことを特徴とする電源装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、平滑回路からの直流電圧、整流回路からの出力電圧のピーク値または商業交流電源の電圧の積分値に対応したデューティ比のパルス波が生成される。平滑回路からの直流電圧、整流回路からの出力電圧のピーク値および商業交流電源の電圧の積分値はいずれも商業交流電源の電圧の歪の影響を受けにくい。そのため、本発明では、従来よりも正確に商業交流電源の電圧を検知できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１における画像形成装置の回路図
【図２】実施例１におけるタイムチャート
【図３】商業交流電源の全波整流後の電圧波形
【図４】実施例２における画像形成装置の回路図
【図５】実施例２におけるタイムチャート
【図６】位相制御を説明するタイムチャート
【図７】波数制御を説明するタイムチャート
【図８】実施例３におけるフローチャート
【図９】ヒータ温度についてのタイムチャート
【図１０】基本構成における画像形成装置の回路図
【図１１】基本構成における商業交流電源の電圧を検知する仕組みを説明するタイムチャート
【図１２】基本構成における商業交流電源の電圧に歪が生じた際のタイムチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［基本構成］
＜ＡＣＤＣ電源１１０＞
図１０は画像形成装置に電力を供給する電源装置の基本構成を示すである。記録媒体に画像を形成する画像形成装置は、印刷装置、プリンタ、複写機、複合機、ファクシミリとして製品化されることがある。記録媒体は、記録材、用紙、シート、転写材、転写紙と呼ばれることもある。
【００１１】
商業交流電源１は正弦波の交流電圧を出力する電源である。商業交流電源１の電圧は地域によって異なり、たとえば、１００Ｖ〜２００Ｖである。商業交流電源１の電圧は全波整流するダイオードブリッジ２で整流され、平滑用の１次電解コンデンサ３で直流電圧に変換される。電源ＩＣ４は、画像形成装置の２次側へ絶縁された状態で電力を供給するＡＣＤＣ電源１１０を制御する制御ユニットである。ここでは説明の便宜上、ＡＣＤＣ電源１１０をフライバック方式の電源とするが、他の電源方式であってもよい。
【００１２】
以下に電源ＩＣ４の動作を説明する。電源ＩＣ４を起動する起動抵抗５を経由して電流が電源ＩＣ４へ供給される。電源ＩＣ４の制御部に電力を供給するＶｃｃ端子６には平滑用のＶｃｃ用コンデンサ７が接続されている。そのため、徐々にＶｃｃ端子６の電圧が上昇する。やがて、Ｖｃｃ端子６の電圧が所定の電圧に達すると電源ＩＣ４が起動する。電源ＩＣ４は、電力を２次側に伝達するトランス８へ電力供給するために、トランス駆動用ＦＥＴ９のスイッチングを開始する。トランス駆動用ＦＥＴ９のスイッチングが開始されると、トランス８の２次側端子から２次整流ダイオード１０を経由し電流が２次側へ供給される。この電流は２次平滑コンデンサ１１にて直流電圧に平滑される。やがて２次平滑コンデンサ１１の端子間電圧である２４Ｖ電圧が上昇していくと、トランス８の２次巻線８−１電圧に比例した電圧がトランス８のドライブ巻線８−２に発生する。整流用のドライブ巻線用整流ダイオード１２を経由し、Ｖｃｃ端子６へ電力が供給される。このようにして、継続的に電源ＩＣ４の制御部へ電力が供給される。トランス駆動用ＦＥＴ用電流検出抵抗１３はトランス駆動用ＦＥＴ９へ流れる電流を検出する抵抗である。トランス駆動用ＦＥＴ用電流検出抵抗１３の両端に発生する電圧は電源ＩＣ４へ出力される。電源ＩＣ４は所定の電圧を検知すると、トランス駆動用ＦＥＴ９をＯＦＦさせる。
【００１３】
次に２４Ｖ電圧を一定に制御する回路動作の説明を行う。２４Ｖ電圧は電圧検出抵抗１４で分圧され、分圧された電圧はシャントレギュレータ１５の入力端子へ出力される。シャントレギュレータ１５は基準電圧と入力端子電圧を比較し、その差分をカソード端子から出力する。差分は、フォトカプラＡ１７により２次側から１次側へ伝達され、電源ＩＣ４のフィードバック端子１６へ伝達される。電源ＩＣ４はフィードバック端子１６の電圧に従ってトランス８へ供給する電流量を制御し、２４Ｖ電圧を一定の電圧に制御する。なお、フィードバック保証用コンデンサ１８とフィードバック保証用抵抗１９は２４Ｖ電圧の位相と利得を補償する。シャントレギュレータ電流制限抵抗２０はシャントレギュレータ１５のカソード端子に流れ込む電流を制限する。フィードバック端子ノイズ除去用コンデンサ２１はフィードバック端子１６の耐ノイズ性を向上させる。なお、２４Ｖ電圧は、主に画像形成装置を駆動するアクチュエータ（不図示）へ供給される。
【００１４】
＜３．３Ｖ電圧生成用ＤＣＤＣコンバータ回路１１１＞
次に画像形成装置の制御を司るＣＰＵ２９や低電圧系回路へ電力を供給する３．３Ｖ電圧生成用ＤＣＤＣコンバータ回路１１１の説明を行う。２４Ｖ電圧が上昇すると、２４Ｖから３．３Ｖに電圧を降圧するＤＣＤＣコンバータ制御ＩＣ２２が起動する。ＤＣＤＣコンバータ制御ＩＣ２２は２４Ｖラインと３．３Ｖラインを接続するＤＣＤＣコンバータ用ＦＥＴ２３をＯＮさせる。ＤＣＤＣコンバータ用ＦＥＴ２３がＯＮすると、チョークコイル２４に電流が流れ、３．３Ｖ電圧を平滑するＤＣＤＣコンバータ用電解コンデンサ２５が充電される。これにより３．３Ｖ電圧が上昇を開始する。チョークコイル２４に流れる電流は、この電流を制限するＤＣＤＣコンバータ用電流制限抵抗２６に流れる。その両端に発生する電圧がＤＣＤＣコンバータ制御ＩＣ２２に伝達される。この電圧が所定の電圧に達すると、ＤＣＤＣコンバータ用ＦＥＴ２３がチョークコイル２４の電流を遮断する。チョークコイル２４の電流が遮断されると、その両端に逆起電力が発生し、ＤＣＤＣコンバータ用ＦＥＴ２３のドレイン端子電圧がＧＮＤ電圧よりも低下する。これにより、回生用ダイオード２７を経由してＧＮＤからチョークコイル２４に電流が流れる。
【００１５】
続いて、３．３Ｖ電圧の制御について説明を行う。３．３Ｖ電圧は３．３Ｖ電圧検出抵抗２８により分圧される。ＤＣＤＣコンバータ制御ＩＣ２２はこの分圧値を読み取ることで、３．３Ｖ電圧を検出する。ＤＣＤＣコンバータ制御ＩＣ２２は基準電圧と分圧値を比較し、分圧値が基準値に近づくようにＤＣＤＣコンバータ用ＦＥＴ２３のオン・デューティを制御する。これにより３．３Ｖ電圧が一定に制御される。
【００１６】
＜ゼロクロス検出回路１１２＞
次に商業交流電源１の電圧のゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出回路１１２の説明を行う。商業交流電源１の電圧はゼロクロス用整流ダイオード３０により半波整流され、さらにゼロクロス用分圧抵抗３１により低電圧信号へ降圧される。低電圧信号化された商業交流電源１の電圧はゼロクロス用トランジスタ３２によりパルス波に変換される。このパルス波は商業交流電源１の電圧がゼロクロスするタイミングで変化するゼロクロス信号である。なお、ゼロクロス用トランジスタベース抵抗３３はゼロクロス用トランジスタ３２のベース電流を制限する。ゼロクロス用トランジスタ３２のコレクタに発生したパルス状のゼロクロス信号はゼロクロス用フォトカプラ３４を経由してＣＰＵ２９へ伝達される。ゼロクロス用フォトカプラ３４は、１次側と２次側を絶縁した状態でゼロクロス信号を伝達する。なお、フォトダイオード電流制限抵抗３５はゼロクロス用フォトカプラ３４のダイオード電流を制限する。フォトトランジスタ電流制限抵抗３６は、ゼロクロス用フォトカプラ３４のフォトトランジスタの電流を制限する。
【００１７】
＜入力電圧検知回路１１３＞
続いて、商業交流電源１の電圧の電圧値を検出する入力電圧検知回路１１３の説明を行う。商業交流電源１の電圧は、入力電圧検出用整流ダイオード５２により半波整流される。半波整流された電圧は、ゼロクロス電圧から所定の電圧に至るまでの電圧をクランプさせる入力電圧クランプ用ツェナーダイオード３７を経由して、入力電圧検出用分圧抵抗３８に印加される。入力電圧検出用分圧抵抗３８に分圧作用によって、高電圧信号が低電圧信号に変換される。これにより、半波整流された電圧は、ゼロクロス電圧から所定の電圧だけクランプされた低電圧信号波形に変換される。この低電圧信号化された波形は入力電圧検出用トランジスタ３９によりパルス波に変換される。なお、入力電圧検出用トランジスタベース抵抗４０は入力電圧検出用トランジスタのベース電流を制限する。入力電圧検出用トランジスタ３９によりパルス波に変化された入力電圧検出用信号は、１次側から２次側へ絶縁された状態で信号を伝達する入力電圧検出用フォトカプラ４１を経由しＣＰＵ２９へ伝達される。なお、フォトダイオード電流制限抵抗４２は入力電圧検出用フォトカプラ４１のダイオード電流を制限する。フォトトランジスタ電流制限抵抗４３は、入力電圧検出用フォトカプラ４１のフォトトランジスタの電流を制限する。
【００１８】
＜定着装置１１４＞
続いて記録媒体にトナー像を熱定着させる定着装置１１４の説明を行う。ヒータ４４は記録媒体へトナー像を熱定着させる熱源である。商業交流電源１からの電力はトライアック４５を経由してヒータ４４に供給される。ヒータ４４の温度は、熱検知素子である絶縁処理されたサーミスタ４６で検知される。温度を示す検知信号はＣＰＵ２９のＡＤ変換ポートへ送信される。サーミスタ４６は温度に対応して抵抗値が変化する特性を持つ素子であり、３．３Ｖラインと直列に接続されたヒータ温度検知用固定抵抗４７に接続されている。サーミスタ４６とヒータ温度検知用固定抵抗４７は分圧回路を形成している。よって、その分圧値はヒータ４４の温度により変化する。
【００１９】
このような仕組みでヒータ４４の温度をＣＰＵ２９は検出している。ヒータ４４の温度を所定の温度に制御するために、ＣＰＵ２９はトライアック４５をスイッチングすることによりヒータ４４への投入電力を制御している。トライアック４５は、絶縁を図るためのフォトトライアックカプラ４８を経由してスイッチングされる。ＣＰＵ２９からの信号によりフォトトライアックカプラ通電用のトランジスタ４９が制御され、フォトトライアックカプラ４８のフォトダイオードへの通電が行われる。なお、５０はフォトトライアックカプラ通電用のトランジスタ４９のベース抵抗であり、５１はフォトトライアックカプラ通電用のトランジスタ４９のコレクタ電流制限抵抗である。
【００２０】
図１１は基本構成における商業交流電源１の電圧を検知する仕組みを説明するタイムチャートである。ＶＨ、ＶＬは、入力電圧検出用整流ダイオード５２で整流された後の電圧である。ＶＬは比較的に低い商業交流電源１の電圧の波形を示している。ＶＨは、比較的に高い商業交流電源１の電圧の波形を示している。入力電圧検出用整流ダイオード５２で整流された波形は、入力電圧クランプ用ツェナーダイオード３７で所定の電圧ＶＣでクランプされる。クランプされた波形は、入力電圧検出用トランジスタ３９にてパルス波ＰＷに変換され、入力電圧検出用フォトカプラ４１でＣＰＵ２９へ伝達される。商業交流電源１の電圧が比較的に低い場合は、パルス波ＰＷのＯＦＦ幅ｄＬが狭くなる。逆に商業交流電源１の電圧が比較的に高い場合は、パルス波ＰＷのＯＦＦ幅ｄＷが広くなる。ＣＰＵ２９は、ＯＦＦ幅を計数することで、商業交流電源１の電圧を認識する。パルス波のオフ幅は、商業交流電源１の電圧に対応しているからである。商業交流電源１の電圧情報は、画像形性装置の記録媒体にトナー像を熱定着させる定着制御に用いられる。
【００２１】
図１２は、歪が生じた際の商業交流電源の電圧波形を図示したものである。Ｖｎは正常な商業交流電源電圧波形である。Ｖｄは歪が生じた商業交流電源電圧波形である。この例では、ＣＰＵ２９へ出力されるパルス波のＯＦＦ幅が正常な場合はｄｎである、歪が生じるとｄｄとなり、相対的に狭くなってしまう。ＣＰＵ２９は、オフ幅から商業交流電源電圧を測定しているため、オフ幅が狭くなれば商業交流電源電圧を正確に検出できなくなってしまう。
【００２２】
［実施例１］
実施例１では、商業交流電源１の電圧波形を整流回路により全波整流し、整流回路からの出力電圧のピーク値または平滑回路からの直流電圧に応じてデューティ比が変化するパルス波を生成し、このパルス波から商業交流電源１の電圧を検出する。そのため、商業交流電源の電圧波形にノイズが生じてもデューティ比は変化しにくくなる。よって、実施例１では、従来よりも正確に商業交流電源の電圧を検知できるようになる。
【００２３】
また、基本構成の画像形成装置では、ゼロクロス信号と電圧検出信号の２つの信号で行っていた動作を、実施例１では夫々の情報を損なわずに１つの信号（ゼロクロス兼電圧検出信号）で行うようにする。ゼロクロス兼電圧検出信号の立ち上がりエッジのタイミングはゼロクロスのタイミングに固定し、立ち下がりエッジのタイミングを商業交流電源１の電圧値に応じて変化させる。つまり、ＣＰＵ２９は、ゼロクロス兼電圧検出信号の立ち上がりエッジからゼロクロスのタイミングを認識でき、デューティ比（立ち下がりエッジ）から商業交流電源１の電圧を認識できるようになる。
【００２４】
図１は実施例１における画像形成装置の回路図である。基本的な回路構成は基本構成と共通しているため、同一の参照符号を付与することにより説明の簡潔化を図る。図１０のゼロクロス検出回路１１２と入力電圧検知回路１１３が、図１ではゼロクロスおよび電圧検出回路１２０に置換されている。ゼロクロスおよび電圧検出回路１２０は、上述したゼロクロス兼電圧検出信号を生成する。ゼロクロス兼電圧検出信号は、ゼロクロスポイントで状態が変化し、とりわけ立ち上りエッジが急峻であり、立ち下がりエッジは所定の時定数にて立ち下がる。以下で詳細に説明するように、ゼロクロスおよび電圧検出回路１２０は、平滑回路からの直流電圧または整流回路からの出力電圧のピーク値に対応したデューティ比のパルス波を生成するパルス波生成回路として機能する。
【００２５】
商業交流電源１の電圧はゼロクロス用整流ダイオード３０により半波整流され、ゼロクロス用分圧抵抗３１により低電圧信号へ変換される。低電圧化された商業交流電源１の電圧は、ゼロクロス用トランジスタ３２をゼロクロスのタイミングでＯＮ／ＯＦＦさせる。ゼロクロス用トランジスタ３２がターンＯＮすると、電源ＩＣ４のＶｃｃ端子からゼロクロスポイント固定用ダイオード６１を経由して瞬時に時定数設定用コンデンサ６２に電流が流れ込む。ゼロクロスポイント固定用ダイオード６１は、ゼロクロス用トランジスタ３２のエミッタ電圧を急峻に立ち上がらせるためのダイオードである。
【００２６】
一方、ゼロクロス用トランジスタ３２がターンＯＦＦすると、時定数設定用抵抗６３を経由して時定数設定用コンデンサ６２に充電されていた電荷が放電する。よって時定数設定用コンデンサ６２には、ゼロクロスポイントで状態が変化する電圧波形であって、立ち上りエッジが急峻に立ち上がり、かつ、立ち下がりエッジが所定の時定数にて立ち下がる電圧波形が生じる。なお、コレクタ電流制限抵抗６４はゼロクロス用トランジスタ３２のコレクタ電流を制限する抵抗である。
【００２７】
続いて、商業交流電源１の電圧検出回路の説明を行う。商業交流電源１の交流電圧は、ダイオードブリッジ２により構成された整流回路で整流され、１次電解コンデンサ３により構成された平滑回路で平滑されて直流電圧（ＤＣ電圧）に変換される。ダイオードブリッジ２は商業交流電源の電圧を整流する整流回路として機能し、１次電解コンデンサ３は整流回路からの出力電圧を平滑する平滑回路として機能する。ＤＣ電圧に変換された商業交流電源１の電圧を入力電圧検出抵抗６５で分圧して降圧する。分圧された電圧値は入力電圧−デューティ変換用コンパレータ６６の反転端子に入力される。一方、時定数設定用コンデンサ６２に発生した電圧がコンパレータ６６の非反転端子に入力される。入力電圧−デューティ変換用コンパレータ６６は、立ち上りエッジがゼロクロスポイントで急峻に立ち上り、かつ、立下りエッジが商業交流電源１の電圧のピーク値に依存してデューティ比が変化するパルス状のゼロクロス兼電圧検出信号を出力端子に発生する。ゼロクロス兼電圧検出信号は、ゼロクロス兼電圧検出用フォトカプラ６７を経由してＣＰＵ２９へ伝達される。フォトカプラ６７は、入力側と出力側とを絶縁した状態でＣＰＵ２９へ信号を伝達する。なお、フォトダイオード電流制限抵抗７５はゼロクロス兼電圧検出用フォトカプラ６７のダイオード電流を制限する。フォトトランジスタ電流制限抵抗６８はゼロクロス兼電圧検出用フォトカプラ６７のフォトトランジスタ電流を制限する抵抗である。
【００２８】
図２は実施例１におけるゼロクロス兼電圧検出信号を生成する過程の回路動作を説明するタイムチャートである。Ｖｒ６５は入力電圧検出抵抗６５で分圧された電圧であり、商業交流電源１の電圧のピーク値に比例して変化する。Ｖｃ６２は時定数設定用コンデンサ６２に発生する電圧である。Ｖｃ６６は、この２つの電圧を比較した比較結果であり、入力電圧−デューティ変換用コンパレータ６６の出力電圧波形である。
【００２９】
図３は、商業交流電源１の全波整流後の電圧波形を示す図である。Ｖｎは歪が発生していない波形である。Ｖｄは歪みの発生している波形である。実際の商業交流電源１の電圧では、波形に歪が生じてもピーク電圧が変化しないことが多い。また、ピーク電圧が変化する場合であっても落雷などにより微小な時間だけサージ状に波形が歪むだけにすぎない。よって、ピーク電圧を平滑した後の直流電圧ＶＤＣは安定している。よって、直流電圧ＶＤＣからゼロクロス兼電圧検出信号を生成し、ゼロクロス兼電圧検出信号のデューティ比から商業交流電源１の電圧を求めれば、歪みの影響が緩和された精度の高い電圧を検知できる。ＣＰＵ２９は、ゼロクロス兼電圧検出信号のデューティ比を商業交流電源１の電圧に変換する変換テーブルまたは変換関数をあらかじめ備えている。ここで求められた商業交流電源１の電圧の値はゼロクロス兼電圧検出信号のデューティ比から求められた商業交流電源１の電圧の推定値である。このようにＣＰＵ２９は、パルス波を入力し、パルス波のデューティ比を求め、パルス波のデューティ比に対応した電圧を商業交流電源１の電圧として推定する推定回路として機能する。
【００３０】
以上説明したように、商業交流電源１の電圧を整流平滑して得られた直流電圧（ピーク値）から商業交流電源１の電圧を検知するため、波形歪みの影響を受けにくくなる利点がある。さらに、本実施例では、１つの信号でゼロクロスポイント情報と商業交流電源１の電圧情報をＣＰＵ２９へ伝達できる利点もある。
【００３１】
なお、実施例１では、ゼロクロス兼電圧検出信号の立ち上りエッジを固定とし、立ち下がりエッジを商業交流電源１の電圧で変化させる回路を採用した。しかし、本発明のこの回路にのみ限定されるわけではない。たとえば、ゼロクロス兼電圧検出信号の立ち下がりエッジを固定とし、立ち上りエッジのタイミングを商業交流電源１の電圧で変化するように回路を構成してもよい。このように、ゼロクロスおよび電圧検出回路１２０は、パルス波の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジのうち一方を、商業交流電源の電圧の正負が切り替わるゼロクロスポイントに同期したタイミングで生成すればよい。また、ゼロクロスおよび電圧検出回路１２０は、パルス波の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジのうち他方を、平滑回路からの直流電圧または整流回路からの出力電圧のピーク値に対応したタイミングで生成すればよい。
【００３２】
［実施例２］
実施例２は実施例１で説明した商業交流電源１の電圧波形を平滑した後の電圧値を検出する構成に代えて、商業交流電源１の電圧波形を積分する回路を採用する。さらに、ゼロクロス検出回路から出力されるパルス波を加工して、一方のエッジの切り替えタイミングをゼロクロスポイントで固定し、他方のエッジの切り替えタイミングを積分値に応じて可変とする。つまり、パルス波のデューティ比が積分値に対応して変化することになる。これにより、実施例２でも、ゼロクロスポイントの情報を損なわずに商業交流電源１の電圧をＣＰＵ２９へ伝達できるようになる。
【００３３】
図４は実施例２における画像形成装置の回路図である。図４において、実施例１と共通する部分には同一の参照符号を付与することで説明の簡潔化を図る。図１のゼロクロスおよび電圧検出回路１２０が図４ではゼロクロスおよび電圧検出回路１２１に置換されている。以下で詳細に説明するように、ゼロクロスおよび電圧検出回路１２１は、商業交流電源の電圧の積分値に対応したデューティ比のパルス波を生成するパルス波生成回路として機能する。
【００３４】
まず、積分回路用分圧抵抗７６は、商業交流電源１の電圧を高電圧信号から低電圧信号に変換（分圧）する。分圧された電圧は積分回路用ダイオード７７にて整流され、積分回路用抵抗７８および積分回路用コンデンサ７９により構成されたＣＲ積分回路で積分される。積分回路用コンデンサ７９に発生した積分電圧は、入力電圧−デューティ変換用コンパレータの反転端子に入力される。一方、入力電圧−デューティ変換用コンパレータ６６の非反転端子に入力される信号は、実施例１で説明した信号と同じである。つまり、商業交流電源１の電圧のゼロクロスポイントで波形が変化し、立ち上りエッジが急峻に立ち上り、立ち下がりエッジが所定の時定数にて立ち下がる信号である。
【００３５】
実施例２では商業交流電源１の電圧の１周期毎に積分値を検出する構成とするため、積分回路用コンデンサ７９を商業交流電源１の電圧の１周期毎に放電させる必要がある。そこで、この放電回路１２２について説明する。商業交流電源１の電圧は放電回路整流用ダイオード８０で整流され、放電回路用分圧抵抗８１にて分圧される。さらに、分圧された電圧は、放電回路ゼロクロス用トランジスタ８２のベースへ入力され、商業交流電源１の電圧のゼロクロスポイントで信号が変化するパルス波に変換される。なお、抵抗８３は放電回路ゼロクロス用トランジスタ８２のベース抵抗である。抵抗８４は放電回路ゼロクロス用トランジスタ８２のコレクタ電流を制限するコレクタ電流制限抵抗である。
【００３６】
放電回路ゼロクロス用トランジスタ８２のエミッタから得られたパルス波は、パルス波を分周するためのＤフリップフロップ８５のクロック入力端子へ入力される。反転出力端子とＤ端子が直結されたＤフリップフロップ８５の出力端子はゼロクロス信号を１／２分周した波形を出力する。Ｄフリップフロップ８５の出力信号は２つに分けられる。１つは、積分回路用コンデンサ７９が積分を開始するタイミングで放電を行うための２入力のＥＸＯＲ回路１０８の一方の入力端子に入力される。もう１つは、遅延用コンデンサ８６と遅延用抵抗８７で遅延させられてＥＸＯＲ回路１０８の他方の入力端子に入力される。よって、ＥＸＯＲ回路１０８は、１／２分周されたゼロクロス信号のエッジが切り替わるタイミングでＨｉｇｈレベルとなる細いパルス信号を出力する。ＥＸＯＲ回路１０８の出力は、積分回路用コンデンサ７９を放電させる積分回路用コンデンサ放電用トランジスタ８８のベースに入力される。ＥＸＯＲ回路１０８がＨｉｇｈになったタイミングで積分回路用コンデンサ７９の放電を行う。なお、抵抗８９は積分回路用コンデンサ放電用トランジスタのベース抵抗である。
【００３７】
以上の回路動作により、入力電圧−デューティ変換用コンパレータ６６の出力信号は、商業交流電源１の電圧の１周期毎に積分された積分値がゼロクロス信号のデューティ比に変換される。そして、実施例１で説明したように、ゼロクロス兼電圧検出用フォトカプラ６７にてＣＰＵ２９へ絶縁した状態でゼロクロス兼電圧検出信号が伝達される。
【００３８】
図５は実施例２におけるゼロクロス兼電圧検出信号を生成する過程の回路動作を説明するタイムチャートである。Ｖｄ７７は、積分回路用分圧抵抗７６で分圧され積分回路用ダイオード７７で整流された電圧波形である。Ｖｃ７９は分圧整流された電圧Ｖｄ７７を積分した積分回路用コンデンサ７９の電圧波形である。また、ＶｅｘはＥＸＯＲ回路１０８の出力電圧波形である。商業交流電源１の電圧の１周期毎に積分回路用コンデンサ７９の放電が行われる。
【００３９】
このように生成された電圧波形Ｖｃ７９は、商業交流電源１の電圧の半周期ぶんの積分値に相当し、直流電圧として生成される。Ｖｃ６６は、入力電圧−デューティ変換用コンパレータ６６の出力信号波形であり、実施例１で説明した時定数設定用コンデンサ６２に発生する電圧Ｖｃ６２と、積分回路用コンデンサの電圧波形Ｖｃ７９の比較結果を示している。このように、商業交流電源１の電圧の積分値に対応してデューティ比が変化するパルス波（Ｖｃ６６）が得られる。
【００４０】
実施例２では、実施例１と比較し簡単な回路部品の追加で商業交流電源１の電圧の積分値を検知できる。そのため、実施例２の発明は、画像形成装置のように、商業交流電源１の電圧から負荷（ヒータ４４）に供給される電力を制御する機器において有効であろう。
【００４１】
なお、実施例２では、ゼロクロス兼電圧検出信号の立ち上りエッジを固定とし、立ち下がりエッジのタイミングを商業交流電源１の電圧で変化させる回路について説明した。しかし、実施例１で説明したように、ゼロクロス兼電圧検出信号の立ち下がりエッジを固定とし、立ち上りエッジのタイミングを商業交流電源１の電圧で変化するように回路を構成してもよい。このように、ゼロクロスおよび電圧検出回路１２１は、パルス波の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジのうち一方を、商業交流電源の電圧の正負が切り替わるゼロクロスポイントに同期させて生成する。ゼロクロスおよび電圧検出回路１２１は、パルス波の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジのうち他方を、商業交流電源の電圧の積分値に同期させて生成する。
【００４２】
［実施例３］
実施例３は、実施例１や実施例２で説明したように商業交流電源１の電圧情報に基づいて記録媒体にトナー像を熱定着させるヒータ４４への通電制御方式を切り替えることを特徴とする。これにより、ヒータ４４への通電電圧に有利となる通電制御方式が選択されることになる。
【００４３】
記録媒体へトナー像を熱定着させるために、ヒータ４４は一定の温度で発熱するように制御される。一定の温度で制御するためには、ヒータ４４へ一定の電力を供給する必要がある。供給電力が一定であれば、ヒータ４４への印加電圧と通電電流は互いに反比例した関係となる。つまり、印加電圧が低いと通電電流は多くなり、逆に印加電圧が高いと通電電流は少なくなる。一般的には、ヒータ４４への通電電流が多い場合、商業交流電源１の送電インピーダンスにより商業交流電源１の電圧が減少し、フリッカノイズが発生することがある。フリッカノイズは、画像形成装置の近くに接続されている照明器具から発せられる光の輝度がふらつく現象のことである。商業交流電源１の半周期間においてヒータ４４への通電比率を制御する位相制御を行うことで、フリッカノイズのレベルは人間が感じ取れないレベルまで緩和可能である。このように、位相制御方式は、フリッカノイズについて有利である。
【００４４】
しかし、ヒータ４４への通電電流が少ない状態で位相制御を行った場合、高調波規制の厳しい２００Ｖ系の地域においては規格を満足できなくなる可能性がある。つまり、位相制御方式は、高調波については不利である。そこで、このような地域では、商業交流電源１の半周期を１単位として通電のＯＮ／ＯＦＦを行う波数制御を行えばよい。波数制御方式では、商業交流電源１の電圧のゼロクロスポイントでヒータ４４への通電がＯＮ／ＯＦＦされる。そのため、高調波の発生を無視でき、電源装置としての高調波レベルを大幅に軽減できる。このように、波数制御方式は、高調波に対して有利であるが、フリッカノイズについては不利である。ただし、商業交流電源１の電圧が２００Ｖの地域では、ヒータ４４への通電電流値が低いため、商業交流電源１の電圧が減少しにくい。よって、フリッカノイズのレベルは問題となりにくい。このような考察から導き出せることは、商業交流電源１の電圧が低い地域では位相制御を選択し、電圧が高い地域では波数制御を選択することである。
【００４５】
図６は、位相制御を説明するタイムチャートである。ＶＣは商業交流電源の電圧波形である。ＣＰＵ２９はゼロクロスポイントから所定の位相Ｐｈ１でトライアック４５をＯＮさせることで、ヒータ４４に電流を通電させる。よって、ヒータ４４へ通電される電流Ｉｈは図６に示すような波形となる。
【００４６】
図７は、波数制御を説明するタイムチャートである。Ｖｈは、ヒータ４４への印加電圧である。そのうち、実線部はヒータ４４へ商業交流電源１の電圧が印加されていることを示し、破線部はヒータ４４へ商業交流電源１の電圧が印加されていないことを示している。波数制御では、ゼロクロスポイントで通電をＯＮ／ＯＦＦする。そのため、ヒータ４４への通電は、商業交流電源１の半周期毎になる。
【００４７】
図８は、上記現象に鑑み、位相制御と波数制御の切り替えを行う実施例３を示すフローチャートである。初めに画像形装置への電力の投入が開始されると、ＣＰＵ２９がフローチャートに従って制御を実行する。
【００４８】
Ｓ８０１で、ＣＰＵ２９は、商業交流電源１の電圧を検知する。電圧の検知方式は実施例１または実施例２で説明した通りである。
【００４９】
Ｓ８０２で、ＣＰＵ２９は、検知した電圧を閾値と比較し、検知した電圧が閾値以上であるかどうかを判定する。この判定処理は、電源装置が設置された地域が高電圧の地域かまたは低電圧の地域かを判定する処理である。また、この判定処理は、商業交流電源１の電圧が高電圧（例：２００Ｖ）かまたは低電圧（例：１００Ｖ）の地域かを判定する処理である。閾値は、例えば、１６０Ｖである。ＣＰＵ２９は、検知電圧が１６０Ｖ未満であれば１００Ｖ系地域と判定し、Ｓ８０４に進む。Ｓ８０４で、ＣＰＵ２９は、ヒータ４４への通電制御方式として位相制御方式を選択する。一方、検知電圧が１６０Ｖ以上であれば２００Ｖ系地域と判定し、Ｓ８０５に進む。Ｓ８０５で、ＣＰＵ２９は、ヒータ４４への通電制御方式として波数制御方式を選択する。画像形成が終了すると、Ｓ８０６で、ＣＰＵ２９は、スタンバイ状態へ移行する。スタンバイ状態においてプリント命令を受信すると、ＣＰＵ２９は、画像形成を実行する。
【００５０】
このように、ＣＰＵ２９は、商業交流電源の電圧の推定値が閾値以上でなければ位相制御方式を用いて電力を調整し、推定値が閾値以上であれば位相制御方式を用いて電力を調整する。これにより、高調波とフリッカノイズを緩和することができる。
【００５１】
［実施例４］
実施例４は、実施例１や実施例２で説明した商業交流電源１の電圧情報に基づいてヒータ４４への電力投入を制御する発明である。初めにヒータ４４への電力供給を開始してからヒータ４４が目標温度に達するまでのヒータ立ち上げ制御に関して説明する。
【００５２】
図９は、ヒータ温度についてのタイムチャートである。ＴＩは理想的な電力をヒータ４４へ投入した場合のヒータ温度を示している。実施例３や実施例４では、ＣＰＵ２９が、商業交流電源の電圧の推定値と定着装置１１４のヒータ抵抗の抵抗値Ｒとから商業交流電源１から定着装置に供給される電力を求め、この電力を調整することで定着装置１１４の温度を目標温度に維持する制御回路である。ヒータ４４への通電を開始すると、一定の電力が投入され、ヒータ立ち上げ温度ＴＴ０までヒータ４４の温度は上昇する。ヒータ立ち上げ温度ＴＴ０以上になると、ヒータ温度は、記録媒体にトナー像を定着するための一定温度ＴＴ１に調節される。
【００５３】
次に、理想的な電力よりもヒータ立ち上げ時の投入電力が多かった場合の説明を行う。図９において、ＴＨは過剰な電力をヒータ４４へ投入した場合のヒータ温度を示している。ヒータ温度がヒータ立ち上げ温度ＴＴ０以上になると、ＣＰＵ２９は、ヒータ温度が記録媒体にトナー像を定着するための一定温度ＴＴ１となるようにヒータ４４への電力を制御する。しかし、ヒータ４４や周囲部品の余熱により、ヒータ温度は一定温度ＴＴ１を通過してしまい、いわゆるオーバシュートが発生する。オーバシュート量が大きいと、ＣＰＵ２９は、異常状態が発生したものと判定してしまうおそれがある。一定温度ＴＴ１に収束するまでの時間が通常よりも多く必要となるおそれもある。制御時間が長くなると、画像の形成が遅れるため、画像形成装置のユーザビリティが低下するだろう。
【００５４】
続いて、理想的な電力よりも、ヒータ立ち上げ時の投入電力が少なかった場合の説明を行う。ＴＬは不足した電力をヒータ４４へ投入した場合のヒータ温度である。この場合、ヒータ４４に過剰に電力を投入した場合と異なり、ヒータ温度にオーバシュートが発生することはない。しかし、温度上昇の速度が遅いため、ヒータ温度が目標温度に到達するまでの時間が通常よりも多く必要となってしまう。
【００５５】
このようにヒータ４４の立ち上げ制御時は理想の投入電力から多くても少なくても問題がある。ヒータ４４の温度を短い時間で一定温度ＴＴ１に到達させるためには、ＣＰＵ２９は、理想の電力をヒータ４４に投入する必要がある。
【００５６】
続いて、理想の電力をヒータ４４に投入する方法を説明する。
【００５７】
ヒータ４４への投入電力は、
電力＝Ｉｈ×Ｉｈ×Ｒ
＝Ｖｈ×Ｖｈ／Ｒ
で示される。ここで、Ｉｈはヒータ４４への通電電流である。Ｒは、ヒータ４４の抵抗値である。Ｖｈは、ヒータ４４への印加電圧である。
【００５８】
ヒータ４４への投入電流Ｉｈは、トライアック４５への電流の通電時間を制御することで調整可能である。上記の数式より、ヒータ４４への通電電流Ｉｈとヒータ４４への印加電圧Ｖｈは反比例の関係にある。よって、ＣＰＵ２９は、ヒータ４４への印加電圧Ｖｈを検知できれば、一意的にヒータ４４への通電電流Ｉｈを決定できる。このように、ＣＰＵ２９は、商業交流電源の電圧の推定値と定着装置のヒータ抵抗の抵抗値から求められた定着装置に供給される電力からヒータ抵抗に通電する電流を決定する決定回路として機能する。
【００５９】
そこで、実施例１、実施例２記載の画像形成装置では、ＣＰＵ２９が、ヒータ４４への印加電圧Ｖｈである商業交流電源１の電圧ＶＣを検知し、その検知電圧に基づきヒータ４４への通電電流Ｉｈを決定する。これにより理想的な電力をヒータ４４へ投入できる。特に、実施例２では商業交流電源１の電圧波形の積分値を検知しているため、商業交流電源１の電圧波形が歪んでもヒータ４４への投入電力を一定に出来る利点がある。
【００６０】
続いて、画像形成装置の最大電力規制について説明を行う。画像形成装置では様々なケースにおいて最大電力を規制される場合がある。例えば、ヒータ４４への過度な電力投入の防止のための電力制限や商業交流電源１の電力制限などである。ヒータ４４の抵抗値Ｒは一定のばらつきの個体差を有した固定値であり、電力の上限値も固定である。よって、商業交流電源１の電圧を測定できれば、ＣＰＵ２９は、電力の上限値に対応したヒータ４４への最大投入電流Ｉｈ_ｍａｘを決定できる。ＣＰＵ２９は、決定した最大投入電流Ｉｈ_ｍａｘに対応したトライアック４５の最大ＯＮ幅を算出する。これにより、ヒータ４４への最大電力を制限することが可能となる。
【図１】
2012252405.tif 000003
【図２】
2012252405.tif 000004
【図３】
2012252405.tif 000005
【図４】
2012252405.tif 000006
【図５】
2012252405.tif 000007
【図６】
2012252405.tif 000008
【図７】
2012252405.tif 000009
【図８】
2012252405.tif 000010
【図９】
2012252405.tif 000011
【図１０】
2012252405.tif 000012
【図１１】
2012252405.tif 000013
【図１２】
2012252405.tif 000014