(57)【要約】【課題】交流電源からの入力電圧にサグ、ノイズ等の電圧異常があっても、入力電圧値をゼロクロス信号から高精度に検出する。【解決手段】ゼロクロス検出部３は商用交流電源１００からの入力電圧からゼロクロス信号を生成し、電源電圧検出部５へ送出する。電源電圧検出部５は、ゼロクロス信号を直流電圧に変換し、電源電圧検出信号として制御部６へ送出する。制御部６は、メモリ１０に保持されている換算値のデータを参照して、電源電圧検出信号を交流電圧値に換算することにより、商用交流電源１００からの入力電圧値を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの入力電圧からゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成手段と、
前記ゼロクロス信号から、その直流成分に対応する直流電圧値を生成する直流電圧生成手段と、
予め取得しておいた、前記ゼロクロス信号生成手段に入力された交流電源の入力電圧値と前記直流電圧生成手段で生成された直流電圧値との対応関係を示すデータを基に、前記交流電源からの入力電圧値を検出する入力電圧値検出手段と、
を備える電源電圧検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載された電源電圧検出装置において、
前記ゼロクロス信号生成手段はフォトカプラを備え、該フォトカプラの順電圧をゼロクロス信号の２値化の閾値とした電源電圧検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載された電源電圧検出装置において、
定格電圧が入力されたときのゼロクロス信号の幅を検出するゼロクロス信号幅検出手段と、前記ゼロクロス信号幅検出手段により検出されたゼロクロス信号の幅と、予め取得しておいた定格電圧入力時のゼロクロス信号幅の基準値とから、前記ゼロクロス信号生成手段及び直流電圧生成手段のバラツキを補正するための補正値を生成する補正値生成手段と、を備える電源電圧検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載された電源電圧検出装置において、
定格電圧が入力されたときに前記直流電圧生成手段により生成される直流電圧値を検出する直流電圧検出手段と、前記直流電圧検出手段により検出された直流電圧値と、予め取得しておいた定格電圧入力時の前記直流電圧の基準値とから、前記ゼロクロス信号生成手段及び直流電圧生成手段のバラツキを補正するための補正値を生成する補正値生成手段と、を備える電源電圧検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載された電源電圧検出装置と、定着ヒータと、前記ゼロクロス信号生成手段で生成されたゼロクロス信号を基に前記定着ヒータの点灯タイミングを制御する手段と、を備える画像形成装置。
【請求項６】
請求項１に記載された電源電圧検出装置と、定着ヒータと、前記直流電圧生成手段が動作するときは前記定着ヒータが動作しないように制御する手段と、を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源からの入力電圧を検出する電源電圧検出装置及びそれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置では、商用交流電源からの入力電圧値を検出し、装置の制御に利用している。即ち、例えばヒータ立上げ時に投入する電力は、検出した入力電圧値と定着目標温度に応じて、予め設定したデューティにより決定することで、オーバーシュートや電力不足の無い制御を行ったり、異常電圧が入力された時は装置の動作を停止させたりしている。
【０００３】
例えば特許文献１に記載された画像形成装置では、商用交流電源からの入力電圧（以下、交流電源からの入力電圧を入力電源電圧と略称することがある。）から生成したゼロクロス信号の幅（以下、ゼロクロス信号幅）をタイマーにて検出し、ゼロクロス信号幅−入力電源電圧値の特性より入力電圧を検出し、異常電圧が検出された場合に定着ヒータへの通電を遮断している。
【０００４】
図７、図８は、それぞれ特許文献１に記載された画像形成装置における入力電源電圧の全波整流波形、ゼロクロス信号波形を示す図である。
図７に示すように、ピーク電圧値がＶＢの定格電圧が入力された時には波形Ｂに示すような全波整流波形になり、ピーク電圧値がＶＡの定格電圧より高い高電圧が入力された時には波形Ａに示すような全波整流波形になる。
【０００５】
ゼロクロス信号は、全波整流波形を所定の閾値（略ゼロレベル）と比較し、所定レベル以上の部分がロウレベル、所定レベル未満の部分がハイレベルとなるように２値化したものであるため、図８に示すように、高電圧入力時のゼロクロス信号幅ｔ１は、定格電圧入力時のゼロクロス信号幅ｔ２より狭くなる。このゼロクロス信号幅が、予め定められた幅より狭くなったときに高電圧入力の異常と判断し、定着ヒータへの通電を遮断する。なお、図におけるＴ１はゼロクロス信号の周期である。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されているようなゼロクロス信号幅をタイマーで測定する構成では、図９に示すように、入力電源電圧にサグ、ノイズ等の電圧異常があった場合、本来のゼロクロス信号ではない信号が検出されてしまい、本来のゼロクロス信号と電圧異常によるゼロクロス信号の区別ができなくなる。この結果、正しい入力電源電圧を検出できず、定着ヒータに対して必要な電力を供給することができないという問題がある。なお、図８と図９では、入力電源電圧と所定の閾値（略ゼロレベル）との大小関係に対するゼロクロス信号のレベル（ハイ／ロウ）が反対である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、交流電源からの入力電圧にサグ、ノイズ等の電圧異常があっても、入力電圧値をゼロクロス信号から高精度に検出できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電源電圧検出装置は、交流電源からの入力電圧からゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成手段と、前記ゼロクロス信号から、その直流成分に対応する直流電圧値を生成する直流電圧生成手段と、予め取得しておいた、前記ゼロクロス信号生成手段に入力された交流電源の入力電圧値と前記直流電圧生成手段で生成された直流電圧値との対応関係を示すデータを基に、前記交流電源からの入力電圧値を検出する入力電圧値検出手段と、を備える電源電圧検出装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、交流電源からの入力電圧にサグ、ノイズ等の電圧異常があっても、入力電圧値をゼロクロス信号から高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る電源電圧検出装置を備えた画像形成装置の電気的構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電源電圧検出装置の各部の入出力波形を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電源電圧検出装置における交流電源からの入力電圧値と直流電圧値との対応関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態に係る電源電圧検出装置を備えた画像形成装置における電源電圧検出処理のフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係る電源電圧検出装置を備えた画像形成装置におけるバラツキ補正処理の第１の例のフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る電源電圧検出装置を備えた画像形成装置におけるバラツキ補正処理の第２の例のフローチャートである。
【図７】従来の電源電圧検出装置における全波整流波形を示す図である。
【図８】従来の電源電圧検出装置におけるゼロクロス信号波形を示す図である。
【図９】従来の電源電圧検出装置において、本来のゼロクロス信号ではない信号が検出される様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
<画像形成装置の構成>
図１は本発明の実施形態に係る電源電圧検出装置を備えた画像形成装置（以下、本実施形態の画像形成装置）の電気的構成を示す図である。
【００１２】
図示のように、本実施形態の画像形成装置は、直流電源部１、定着ヒータリレー駆動部２、ゼロクロス検出部３、定着ヒータ駆動部４、電源電圧検出部５、制御部６、作像部７、搬送部８、操作部９、及びメモリ１０を備えている。ここで、ゼロクロス検出部３、電源電圧検出部５、及び制御部６が本発明に係る電源電圧検出装置を構成している。
【００１３】
直流電源部１は、ノイズ除去フィルタ１１と、整流回路１２を備えており、商用交流電源１００からヒューズＦＵ２を通して入力された交流電力を直流化して、制御基板（制御部６）及び図示されていない電装品を動作させる直流電源を生成する。
【００１４】
定着ヒータリレー駆動部２は、制御部６から出力される定着ヒータリレー駆動信号によりオンオフ（開閉）制御される定着ヒータリレーＲＹ１及びＲＹ２を備えており、定着ヒータリレーＲＹ１及びＲＹ２がオンのとき、商用交流電源１００からヒューズＦＵ１を通して入力される交流電力をゼロクロス検出部３及び定着ヒータ駆動部４に供給する。定着ヒータリレー駆動部２の出力側にはノイズ除去フィルタ１０１が接続されている。
【００１５】
ゼロクロス検出部３は、電流制限抵抗３０、ダイオードブリッジ３１、発光ダイオード３２ａとフォトトランジスタ３２ｂからなるフォトカプラ３２、及びトランジスタ３３を備えており、商用交流電源１００からの入力電圧からゼロクロス信号を生成し、電源電圧検出部５及び制御部６へ送出する。ゼロクロス信号は、制御部６により、定着ヒータユニット１０２への通電開始タイミングや通電時間を制御するタイミング信号として使用される。
【００１６】
定着ヒータユニット１０２は、ハロゲンヒータ，セラミックヒータ，カーボンヒータ等の発熱体を搭載している。定着ヒータ駆動部４は、制御部６から出力される定着ヒータ駆動信号に基づいて定着ヒータユニット１０２に対し、画像形成に必要な電力を供給する。
【００１７】
このとき、制御部６は、定着ヒータユニット１０２の温度を検知するセンサ（図示せず）の出力信号と、電源電圧検出部５からの電源電圧検出信号（電源電圧の電圧情報）と、ゼロクロス検出部３からのゼロクロス信号により、電源電圧周波数の１／２周期の整数倍の一定周期期間内のデューティで定着ヒータ駆動部４を制御することで定着ヒータユニット１０２に供給する電力を制御する。
【００１８】
電源電圧検出部５は、コンパレータCompと、ローパスフィルタ５１と、オペアンプOPampを備えており、入力されたゼロクロス信号から商用交流電源１００からの入力電圧の直流成分に対応する直流電圧である電源電圧検出信号を生成して、制御部６へ送出する。
【００１９】
制御部６は画像形成装置全体を制御する。例えば電源電圧検出部５における直流電圧を取り込み、Ａ／Ｄ変換して、メモリ１０に保持されていている装置の電源電圧仕様の範囲内デ−タと比較し、定着ヒータユニット１０２への給電量を制限したり、装置の電源電圧仕様範囲内ではないと判断したら、電装品等の動作を停止させたり、操作部９により装置の電源電圧範囲外であることをユーザに通知したりする。また、ゼロクロス信号を用いて定着ヒータユニット１０２への通電開始タイミングや通電時間を制御する。
【００２０】
作像部７では、電子写真方式にて作像し、記録紙にトナーを転写し、定着ヒータユニット１０２にて記録紙に定着させる。搬送部８は記録紙を作像部７に搬送する。操作部９は表示パネル等を含み、ユーザにより装置の設定及び動作指示などが入力される。
【００２１】
メモリ１０には、装置の動作に必要なプログラム、設定データ及び動作履歴データ等が保持されている。また、電源電圧検出部５から出力される電源電圧検出信号の直流電圧値から商用交流電源１００からの入力電圧値を検出するための電源電圧換算値のデータが保持されている。この電源電圧換算値の詳細については後述する。
【００２２】
<電源電圧検出装置の動作>
図２は本発明の実施形態に係る電源電圧検出装置の各部の入出力波形を示す図である。以下、図１及び図２を参照して本発明の実施形態に係る電源電圧検出装置（以下、本実施形態の電源電圧検出装置）の動作を説明する。
【００２３】
商用交流電源１００からの入力電圧は、ゼロクロス検出部３のダイオードブリッジ３１に電流制限抵抗３０を介して入力され全波整流される。全波整流された電圧はフォトカプラ３２の発光ダイオード３２ａに入力される。
【００２４】
入力電圧がフォトカプラ３２の順電圧ＶＦ以上のレベルになると、発光ダイオード３２ａが発光し、受光側のフォトトランジスタ３２ｂを通電させ、次段のトランジスタ３３をオフするため、ゼロクロス信号のレベル（＝トランジスタ３３のコレクタ電位）はハイレベルとなる。
【００２５】
一方、入力電圧がフォトカプラ３２の順電圧ＶＦ未満になると、発光ダイオード３２ａが消灯し、フォトトランジスタ３２ｂはオフとなり、次段のトランジスタ３３がオンになるため、ゼロクロス信号のレベルはロウレベルとなる。
【００２６】
このように、フォトカプラ３２の順電圧ＶＦを閾値として、全波整流された電圧が閾値以上の期間をハイレベル、閾値未満の期間をロウレベルに２値化したゼロクロス信号を生成する。
【００２７】
このため、商用交流電源１００からの入力電圧が定格電圧より高い場合、閾値近辺での電圧の時間的な変化が早いので、ゼロクロス信号のロウレベル期間は、商用交流電源１００からの入力電圧が定格電圧の場合より短くなる（ｔ２＜ｔ１）。一方、商用交流電源１００からの入力電圧が定格電圧より低い場合、ゼロクロス近辺での電圧の時間的な変化が遅いので、ゼロクロス信号のロウレベル期間は長くなる。このように商用交流電源１００からの入力電圧の変化に応じて、ゼロクロス信号のロウレベル期間が変化する。
【００２８】
次にゼロクロス信号を電源電圧検出部５に入力する。電源電圧検出部５では、ゼロクロス信号をコンパレータCompにて、基準電圧Vrefと比較し、ローパスフィルタ５１へ入力して、商用交流電源１００からの入力電圧の直流成分に対応する直流電圧値に変換している。コンパレータCompを介する理由は、トランジスタのhfe等の回路による変動要因を少なくする為である。
【００２９】
この直流電圧値は電源電圧検出信号として制御部６に入力される。制御部６では、メモリ１０に保持されている電源電圧換算値のデータを参照して、電源電圧検出信号の直流電圧値を交流電圧値に換算することにより、商用交流電源１００からの入力電圧値を検出する。
【００３０】
下記の表１は電源電圧換算値のデータの一例であり、図３はそれをグラフにしたものである。ここには、商用交流電源の周波数が５０Hzの場合と６０Hzの場合の双方を図示した。表１において、「入力電圧」は商用交流電源からの入力電圧であり、「ＡＣ電圧検出」は電源電圧検出信号の直流電圧値である。また、図３の横軸が表１における「入力電圧」であり、縦軸が「ＡＣ電圧検出」である。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１及び図３に示すように、５０Hz、６０Hzの電源周波数毎に、商用交流電源からの入力電圧値の増減に応じて電源電圧検出信号の直流電圧値も増減し、両者は１対１に対応している。従って、電源電圧検出信号の直流電圧値から交流電源からの入力電圧値を求めることができる。
【００３３】
また、ゼロクロス信号のロウレベル期間による判断ではなく、ゼロクロス信号から変換された電源電圧検出信号の直流電圧値で商用交流電源１００からの入力電圧値を検知する為、サグ等のノイズが発生する電源環境にあっても、より正確に入力電圧値を検出することができる。また、トランスを用いず、フォトカプラ３２を用いるので、軽量化、実装面積の縮小、低コスト化を実現することができる。
【００３４】
<電源電圧検出処理>
図４は本実施形態の画像形成装置における電源電圧検出処理のフローチャートである。この処理は制御部６がメモリ１０に保持されている電源電圧検出処理プログラムを実行することにより実現される。
【００３５】
この処理は、定着ヒータリレーＲＹ１，ＲＹ２をオンし、ゼロクロス検出部３へ商用交流電源１００から電源電圧が入力されることでスタートする。商用交流電源１００から電源電圧が入力されると、ゼロクロス検出部３はゼロクロス信号を生成し、電源電圧検出部５へ出力する。
【００３６】
電源電圧検出部５は、ゼロクロス信号が入力されると電源電圧検出動作を開始する（ステップＳ１０１）。電源電圧を検出している期間は、定着ヒータユニット１０２に電流が流れた時の回路抵抗成分による電圧降下の影響を受けないようにする為に、定着ヒータユニット１０２をオフにしている。
【００３７】
また、定着ヒータリレーＲＹ１，ＲＹ２のチャタリング除去及び電源電圧検出部５の出力を安定させるために、定着ヒータリレーＲＹ１，ＲＹ２のオン後１０００ｍｓ待機（経過）した後に２ｍｓ毎にＤＣ電圧レベル（電源電圧検出信号の直流電圧値）の読み込みを行う（ステップＳ１０２：YES→Ｓ１０３）。
【００３８】
次に、突発的なノイズの影響を除去する為、２ｍｓ毎に１０個のデータを取得してメモリ１０に格納し（ステップＳ１０４：YES）、最大値及び最小値のデータを除去し、残りの８個のデータの平均値をＤＣ電圧レベルとして確定する（ステップＳ１０５→Ｓ１０６）。
【００３９】
次いで、確定したＤＣ電圧レベルと、メモリ１０に保持している電源電圧換算値のデータより、商用交流電源１００からの入力電源電圧値を確定（検出）し、メモリ１０に格納する（ステップＳ１０７→Ｓ１０８）。ここで、電源電圧換算値のデータは仕向け情報及び周波数情報（５０Hz／６０Hz）が保持されているので、装置の設定より選択し、適用する。
【００４０】
<バラツキ補正処理>
ゼロクロス検出部３及び電源電圧検出部５を構成する素子のバラツキにより、交流電源から装置に定格電圧を入力したとしても、電源電圧検出信号の直流電圧値がずれる可能性がある。そこで、本実施形態の画像形成装置ではゼロクロス検出部３及び電源電圧検出部５の装置個別のバラツキを補正する処理を実行する。
【００４１】
《バラツキ補正処理の第１の例》
図５は本実施形態の画像形成装置におけるバラツキ補正処理の第１の例のフローチャートである。この処理は生産工程等など、交流電源から定格電圧（以下、定格電源電圧）を装置に供給できる環境で実施される。
【００４２】
まず定着ヒータリレーＲＹ１，ＲＹ２をオンし（ステップＳ２０１）、ゼロクロス検出部３へ定格電源電圧を入力する。ゼロクロス検出部３は定格電源電圧に対するゼロクロス信号を生成して制御部６へ送出する。
【００４３】
制御部６では、入力されたゼロクロス信号のロウレベル幅（＝ゼロクロス信号のロウレベル期間の長さ＝ゼロクロス信号幅）に対して、十分な分解能を持つタイマーにより、ゼロクロス信号幅：Ｗの検出を開始する（ステップＳ２０２）。
【００４４】
ゼロクロス信号幅：Ｗを検出している期間は、定着ヒータユニット１０２に電流が流れた時の回路抵抗成分による電圧降下の影響を受けないようにする為に、定着ヒータユニット１０２をオフにしている。
【００４５】
また、定着ヒータリレーＲＹ１，ＲＹ２のチャタリング除去のために、定着ヒータリレーＲＹ１，ＲＹ２のオン後１０００ｍｓ待機した後にゼロクロス信号幅：Ｗの読み込みを行う（ステップＳ２０３:YES→Ｓ２０４）。
【００４６】
このとき、突発的なノイズの影響を除去する為、１０個のデータを取得してメモリ１０に格納し（ステップＳ２０４：YES）、最大値及び最小値のデータを除去し、残りの８個のデータの平均値をゼロクロス信号幅として確定する（ステップＳ２０５→Ｓ２０６）。
【００４７】
次いで、予めメモリ１０に記憶されている定格電源電圧入力時のゼロクロス信号幅の補正値情報より、装置に適用する補正値：αを決定し（ステップＳ２０７）、メモリ１０に格納し（ステップＳ２０８）、バラツキ補正処理を終了する。
【００４８】
下記の表２は定格電源電圧入力時のゼロクロス信号幅の補正値情報の一例である。
【００４９】
【表２】
2013217843.tif 000004
【００５０】
表２より、例えばゼロクロス信号幅がW１の場合、１００Ｖの定格電源電圧が入力されたにもかかわらず、ゼロクロス検出部３や電源電圧検出部５のバラツキにより、９７Ｖの入力電圧に対応するゼロクロス信号幅が検出されたことになるため、補正値αを１００／９７、即ち定格電源電圧（１００Ｖ）をゼロクロス信号幅の検出値に対応する電圧（９７Ｖ）で割った値に設定することが判る。この表において、定格電源電圧（１００Ｖ）に対応するゼロクロス信号幅W４が基準値である。
【００５１】
補正値：αは以下のように利用される。即ち、通常動作時に図４に示す処理により確定された電源電圧検出値：Ｖ１に対して、補正値：αにて補正を行った値：Ｖ２（＝Ｖ１×α）を電源電圧の確定値として保持し直す。
【００５２】
《バラツキ補正処理の第２の例》
図６は本実施形態の画像形成装置におけるバラツキ補正処理の第２の例のフローチャートである。
【００５３】
まず定着ヒータリレーＲＹ１，ＲＹ２をオンし（ステップＳ３０１）、ゼロクロス検出部３へ定格電源電圧を入力する。ゼロクロス検出部３は定格電源電圧に対するゼロクロス信号を生成して制御部６へ送出する。
【００５４】
電源電圧検出部５は、ゼロクロス信号が入力されると電源電圧検出動作を開始する（ステップＳ３０２）。電源電圧を検出している期間は、定着ヒータユニット１０２に電流が流れた時の回路抵抗成分による電圧降下の影響を受けないようにする為に、定着ヒータユニット１０２をオフにしている。
【００５５】
また、定着ヒータリレーＲＹ１，ＲＹ２のチャタリング除去及び電源電圧検出部５の出力を安定させるために、定着ヒータリレーＲＹ１，ＲＹ２のオン後１０００ｍｓ待機した後に２ｍｓ毎にＤＶ電圧レベルの読み込みを行う（ステップＳ３０３：YES→Ｓ３０４）。
【００５６】
次に、突発的なノイズの影響を除去する為、２ｍｓ毎に１０個のデータを取得してメモリ１０に格納し（ステップＳ３０５：YES）、最大値及び最小値のデータを除去し、残りの８個のデータの平均値をＤＣ電圧レベル：Ｖｉｎとして確定する（ステップＳ３０６→Ｓ３０７）。
【００５７】
つまり、ステップＳ３０２〜Ｓ３０７の処理は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６において、商用交流電源１００から定格電源電圧が入力されている場合の処理と同じである。次に、予めメモリ１０に記憶されている定格電源電圧入力時のＤＣ電圧レベル：Ｖより、補正値：β（＝Ｖｉｎ÷Ｖ）を算出してメモリ１０に格納し（ステップＳ３０８→Ｓ３０９）、バラツキ補正処理を終了する。
【００５８】
通常動作時に図４に示す処理により確定された電源電圧検出値：Ｖ３に対して、補正値：βにて補正を行った値：Ｖ４（＝Ｖ３×β）を電源電圧の確定値として保持し直す。
【００５９】
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る画像形成装置によれば、商用交流電源１００からの入力電圧にサグ、ノイズ等の電圧異常があっても、入力電圧値をゼロクロス信号から高精度に検出することができる。
また、ゼロクロス検出部３及び電源電圧検出部５の装置個別のバラツキに起因する入力電圧の検出値のバラツキを補正することができる。
この結果、定着ヒータユニット１０２に対して適正な電力を供給することができる。
【符号の説明】
【００６０】
３…ゼロクロス検出部、４…定着ヒータ駆動部、５…電源電圧検出部、６…制御部、１０…メモリ、３２…フォトカプラ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６１】
【特許文献１】特開２０００−１９８９４号公報
【図１】
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【図２】
2013217843.tif 000006
【図３】
2013217843.tif 000007
【図４】
2013217843.tif 000008
【図５】
2013217843.tif 000009
【図６】
2013217843.tif 000010
【図７】
2013217843.tif 000011
【図８】
2013217843.tif 000012
【図９】
2013217843.tif 000013