JP2013066334A - 電力制御方法、電力制御装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサインプット形の整流回路を用いているにもかかわらず、入力電流のピーク値を抑えることのできる電力制御を低コストで実現すること。
【解決手段】交流電源３５からの交流電力をコンデンサインプット形のレギュレーター１０により整流して二次側負荷に供給し、かつ、交流電源３５からの交流電力をヒーター３８に供給するための電力制御方法である。この電力制御方法は、ヒーター３８に流れ込むヒーター入力電流Ｉｉ２を各半サイクルの全期間においてオンとする第１モード、および、ヒーター入力電流Ｉｉ２の各半サイクルにおいて、レギュレーター１０においてコンデンサの充電電流Ｉｃに起因する入力充電電流Ｉｉ３が流れている期間はヒーター入力電流Ｉｉ２をオフとしそれ以外の期間はヒーター入力電流Ｉｉ２をオンとする第２モード、が設けられ、第１モードまたは第２モードを選択して用いることにより制御を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、電力制御方法、電力制御装置および画像形成装置に関する。本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、およびこれらの複合機などの電子写真方式の画像形成装置などの電力制御に利用される。

電子写真方式の画像形成装置は、通常、商用電源から交流電力を供給されることにより作動する。画像形成装置は、一般的に直流負荷と交流負荷とを有し、供給された交流電力の一部を直流電力に変換して直流負荷に供給し、交流負荷には交流電力を整流することなく供給する。

図１１は一般的な画像形成装置１０１の各部に供給される電力の種類を示す図である。図１１に示すように、交流電源１３５から電力制御装置１３０に供給された交流電力のうち、一部は直流電力に変換され、イメージングユニットＧＵ、中間転写部１４０、定着部１５０、制御部１３４、および操作部１３９に供給される。直流負荷として、例えば、各ローラーや各ファンを駆動させるためのモーター、制御部１３４および操作部１３９における電子部品または電子回路などがある。

また、交流電源１３５から供給された交流電力の一部は、整流されることなく、定着部１５０に供給される。交流負荷として、定着部１５０において定着処理を行うための熱源であるヒーターが挙げられる。近年は、ショートウォームアップや高速プリントを実現するために大電力のヒーターが用いられている。

交流負荷の一般的な電力制御方法として、位相制御および波数制御がある。位相制御は、負荷に対して、交流電力を半サイクル内の任意の位相角からゼロクロス点まで電力を供給し、この位相角を変化させることで供給電力を可変する制御方法である。

また、波数制御は、交流電力の半サイクルを１つの単位として、半サイクルごとにＯＮまたはＯＦＦすることで、負荷への供給電力を可変する制御方法である。

また、これらの制御方法をさらに改良した制御方法も提案されている。このような制御方法は、例えば特許文献１および特許文献２に開示されている。

電力制御装置１３０は、交流電力を直流電力に変換するレギュレーターを備える。レギュレーターは、交流電力を整流するための整流回路を備えている。一般的に、整流回路としては、コンデンサインプット形整流回路が用いられる。

図１２は従来の電力制御装置１３０の構成を示す図である。図１２に示すように、電力制御装置１３０は、交流電源１３５からの交流電力を直流電力へと変換して二次側負荷１３７に供給するレギュレーター１１０、および、交流電力を制御してヒーター１３８に供給するヒーター制御用スイッチング部１３１を備える。

レギュレーター１１０は、コンデンサインプット形の整流回路１１８、スイッチング回路１１７、トランス１１３、ダイオード１１４、第２平滑コンデンサ１１５、および二次側出力回路１１６を備える。

整流回路１１８は、４本のダイオードにより構成されたブリッジダイオード１１１、および第１平滑コンデンサ１１２を備える。整流回路１１８は、交流電源１３５から入力された交流電力を整流する。交流電力は、ブリッジダイオード１１１により全波整流され、第１平滑コンデンサ１１２により平滑化される。

第１平滑コンデンサ１１２からの平滑化された出力は、スイッチング回路１１７がオンとオフを繰り返すことにより高周波の交流波形となる。スイッチング回路１１７は、例えばバイポーラトランジスター、またはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor ）などを用いて構成することができる。

高周波の交流電力は、トランス１１３により変圧され、ダイオード１１４により整流され、第２平滑コンデンサ１１５により平滑化されることで、直流電力に変換される。二次側出力回路１１６は、所望の電圧を生成することができるように、スイッチング回路１１７に対するフィードバック制御を行う。電力制御装置１３０により生成された直流電力が二次側負荷１３７に供給される。

また、ヒーター１３８には、ヒーター制御用スイッチング部１３１を介して、交流電源１３５から交流電力が供給される。ヒーター制御用スイッチング部１３１は、上述した電力制御方法を用いて電力の供給量を制御し、ヒーター１３８の温度を調整する。

特開２０１０−１８６２１８号公報 特開２０１０−２８６６４９号公報

上述の制御方法により、画像形成装置１０１において二次側負荷１３７およびヒーター１３８にそれぞれ直流電力および交流電力が供給されるが、以下に示す問題がある。

すなわち、整流回路１１８において交流電力が整流される際に、第１平滑コンデンサ１１２に充電電流が流れる。整流回路１１８には、整流入力電流Ｉｉ１０１が流れ込んでいるが、整流入力電流Ｉｉ１０１には、この充電電流に対応した入力充電電流が含まれる。入力充電電流は、時間幅が短くピーク値が高いという特徴を有する。整流入力電流Ｉｉ１０１において、入力充電電流が流れていない期間の電流値は略ゼロである。

図１３はコンデンサインプット形整流回路１１８の入力電圧Ｖｉ１０１および整流入力電流Ｉｉ１０１の波形を示す図である。図１３に示すように、入力電圧Ｖｉ１０１は正弦波であるのに対して、整流入力電流Ｉｉ１０１の波形は急峻に立ち上がりかつ立ち下がるので尖ったような形状の部分を有する。尖ったような形状の部分が入力充電電流の波形である。図１３では、入力充電電流が流れている期間以外は電流値がゼロであり、整流入力電流Ｉｉ１０１は、時間幅が短く、ピーク値が高い。

整流入力電流Ｉｉ１０１は時間幅が短いことから、力率が低く、効率が悪いという問題がある。また、整流入力電流Ｉｉ１０１はピーク値が大きくなり易いので、スイッチング制御部１３１を介してヒーター１３８に入力されるヒーター入力電流Ｉｉ１０２と整流入力電流Ｉｉ１０１との和である総合入力電流のピーク値が大きくなり易いという問題がある。

総合入力電流のピーク値が大きくなりすぎると、電気機器に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、電源の接続に用いられるコンセントまたはプラグなどが損傷する可能性がある。これらの損傷を防ぐためには、総合入力電流のピーク値をできるだけ抑え、例えば電流規制値内（例えば１５Ａ）に抑制すればよい。

これに対応するために、ヒーター１３８の電力仕様を低くすることにより、総合入力電流を抑えることが考えられる。また、ヒーター１３８と二次側負荷１３７とに同時に電力が供給されることがないよう、ヒーター１３８への電力供給を一時的に停止させるウエイト制御を行うことで総合入力電流を抑えることが考えられる。

しかし、これらの方法では、画像形成装置１０１の設計の自由度が低くなり、また、画像形成装置１０１の性能の低下を招いてプリントの生産性を損なう可能性がある。

また、ヒーター制御用スイッチング部１３１として、トライアックなどの自己消弧能力を有さない素子を用いた場合には、交流の半サイクル内における自由なスイッチング制御が不可能であるため、きめ細かな位相制御を行うことができない。

また、コンデンサインプット形整流回路の代わりにチョークインプット形の整流回路を用いた場合は、コストが高くなり装置が重量化し大型化する。

また、ＰＦＣ（Power Factor Correction ）電源を用いることにより力率を改善することもできるが、この場合もコストが高くなるという問題がある。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされた発明であり、その目的は、コンデンサインプット形の整流回路を用いているにもかかわらず、入力電流のピーク値を抑えることのできる電力制御を低コストで実現することである。

本発明に係る電力制御方法は、交流電源からの交流電力をコンデンサインプット形の整流スイッチング回路により整流して直流負荷に供給し、かつ、前記交流電源からの交流電力を交流負荷に供給するための電力制御方法であって、前記交流負荷に流れ込む交流負荷入力電流を各半サイクルの全期間においてオンとする第１モード、および、前記交流負荷入力電流の各半サイクルにおいて、前記整流スイッチング回路においてコンデンサの充電電流に起因する入力充電電流が流れている期間は前記交流負荷入力電流をオフとしそれ以外の期間は前記交流負荷入力電流をオンとする第２モード、が設けられ、前記第１モードまたは第２モードを選択して用いることにより制御を行う。

また、本発明に係る画像形成装置は、交流電力によって動作する交流負荷および直流電力によって動作する直流負荷を備えた画像形成装置であって、交流電源から供給される交流電力を整流して前記直流負荷に直流電力を供給するためのコンデンサインプット形の整流スイッチング回路と、前記交流電源から供給される交流電力を前記交流負荷に供給する際に前記交流負荷に流れ込む交流負荷入力電流のオンまたはオフを制御するスイッチ手段と、前記整流スイッチング回路においてコンデンサの充電電流に起因する入力充電電流が流れている期間である充電電流期間を検出するための充電電流期間検出手段と、前記スイッチ手段の制御動作を決定して前記スイッチ手段に指示を与える制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記交流負荷に流れ込む前記交流負荷入力電流を各半サイクルの全期間においてオンとする第１モード、または、前記交流負荷入力電流の各半サイクルにおいて前記充電電流期間は前記交流負荷入力電流をオフとしそれ以外の期間は前記交流負荷入力電流をオンとする第２モード、を選択し、前記スイッチ手段の制御動作を決定する。

コンデンサインプット形の整流回路を用いているにもかかわらず、入力電流のピーク値を抑えることのできる電力制御を低コストで実現することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の内部構成の例を示す図である。 画像形成装置の電力制御に関係する部分のブロック図である。 画像形成装置の電力制御装置の構成を示す図である。 入力電圧および整流入力電流の波形の例を示す図である。 画像形成装置における動作モードの選択処理を示すフローチャートである。 第１モードの動作を示すフローチャートである。 第２モードの動作を示すフローチャートである。 第１モードにおける各部の電流波形の例を示す図である。 第２モードにおける各部の電流波形の例を示す図である。 画像形成装置の動作状態による動作モードの切り換えを示すフローチャートである。 一般的な画像形成装置の各部に供給される電力の種類を示す図である。 従来の画像形成装置の電力制御装置の構成を示す図である。 コンデンサインプット形整流回路の各部の電圧または電流の波形を示す図である。

図１は本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の内部構成の例を示す図である。

図１に示すように、画像形成装置１はタンデム型のプリントエンジンを内蔵した電子写真方式のフルカラー画像形成装置である。画像形成装置１は、一般に複合機またはＭＦＰ（Multi Function Peripherals）と呼ばれる装置であって、コピー、ネットワークプリンティング（ＰＣプリント）、ファックス、およびスキャナなどの機能を集約した装置である。

画像形成装置１は、画像形成部２０および給紙部６０などを備える。給紙部６０は、各サイズの用紙ＹＳを収納するための給紙カセット６１、および、給紙カセット６１に収納された用紙ＹＳを１枚ずつ取り出して搬送路ＨＲへと送るローラー群６２〜６６を備える。給紙カセット６１から搬送路ＨＲへと送られた用紙ＹＳは、矢印Ｍ１方向に進む。

ローラー群６２〜６６は、具体的には、ピックアップローラー６２、給紙ローラー６３、分離ローラー６４、搬送ローラー対６５、およびレジストローラー対６６である。ピックアップローラー６２は、給紙カセット６１から用紙ＹＳを取り出す。給紙ローラー６３は、取り出された用紙ＹＳを搬送路ＨＲへと送る。分離ローラー６４は、給紙ローラー６３に対して用紙ＹＳを挟んで対向する位置に設置されている。分離ローラー６４は、複数枚重なったままの用紙ＹＳが搬送路ＨＲに送られることがないよう、用紙ＹＳを一枚ずつに分離する。搬送ローラー対６５は、一枚ずつ送られてくる用紙ＹＳを搬送路ＨＲに沿って送る。レジストローラー対６６は、用紙ＹＳを一時待機させた後、所定のタイミングで中間転写部４０に供給する。

画像形成部２０は、電子写真方式によって用紙上に画像を形成するものであって、イメージングユニットＵ、中間転写部４０、および定着部５０を備えている。

イメージングユニットＵは、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マジェンダ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の４色にそれぞれ対応するイメージングユニットＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＫから構成されている。各イメージングユニットＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＫは、この順で中間転写ベルト４１に沿って配置されている。各イメージングユニットＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＫは、それぞれ、感光体ドラム２１、帯電チャージャー２２、感光体ドラム２１の表面を露光して静電潜像を形成する露光部２３、静電潜像を各色のトナーで現像してトナー像を形成する現像部２４、トナー像を中間転写ベルト４１に転写（一次転写）するための転写チャージャー２５、感光体ドラム２１の表面をクリーニングするクリーナー２６、および、図示しない転写ローラーなどを備えている。イメージングユニットＵにより、矢印Ｍ２方向に走行している中間転写ベルト４１上に各色のトナー像（トナー画像）が、順次、転写位置が合うように重なって転写される。

中間転写部４０には、トナー像が転写される中間転写ベルト４１と、複数のローラー４２、４３、４４と、二次転写ローラー４５とが設けられている。中間転写ベルト４１は、ローラー４２〜４４により支持されていて、これらが回転駆動することにより矢印Ｍ２方向に走行する。二次転写ローラー４５は、中間転写ベルト４１を介してローラー４４に対向するように設置されている。二次転写ローラー４５は、中間転写ベルト４１に対して接離可能であり、二次転写ローラー４５が中間転写ベルト４１に圧接されることで二次転写ローラー４５とローラー４４との間に転写ニップ部が形成される。

用紙ＹＳは中間転写ベルト４１の走行と同期して搬送され、転写ニップ部においてトナー像が形成された中間転写ベルト４１と接する。二次転写ローラー４５にバイアス電圧が加えられることで、中間転写ベルト４１上に形成されたトナー像が用紙ＹＳ上に転写（二次転写）される。二次転写によってトナー像が転写された用紙ＹＳは定着部５０に搬送される。

定着部５０には、内部に熱源を有する加熱ローラー５１、加熱ローラー５１との間にニップ部を形成する加圧ローラー５２、および用紙搬送ガイド５３が設けられる。トナー像が形成された用紙ＹＳは定着部５０に搬送される。用紙ＹＳは、用紙搬送ガイド５３に案内されて搬送路ＨＲ上を搬送されて、加熱ローラー５１と加圧ローラー５２とにより形成されたニップル部において加熱される。加熱によりトナーが溶融し、トナー像が用紙ＹＳに定着する。なお、加熱ローラー５１の内部に設置された熱源については図示していない。熱源として、例えばハロゲンヒーターなどが用いられる。

トナー像が定着された用紙ＹＳは、搬送路ＨＲ上を搬送されてトレイ７０上に排出される。

次に、画像形成装置１における電力制御について説明する。図２には画像形成装置１の電力制御に関係する部分について説明するためのブロック図が、図３には画像形成装置１の電力制御装置３０の構成が、それぞれ示されている。

図２に示すように、画像形成装置１は、図１を用いて説明した要素以外に、電力制御装置３０および制御部３４を備えている。なお、二次側負荷３７は、画像形成装置１のうちの直流電力が供給される要素である。二次側負荷３７は「直流負荷」の例である。

二次側負荷３７は、例えば、イメージングユニットＵ、中間転写部４０、定着部５０、給紙部６０などにおける各ローラーや各ファンを駆動するためのモーターなどである。制御部３４の電子回路（電子部品）を動作させるためにも直流電力が供給されていることから、これらの電子回路も二次側負荷３７に含まれる。また、感光体ドラム２１への静電潜像の形成、中間転写ベルト４１へのトナー像の転写および用紙ＹＳへのトナー像の転写などの各工程においても直流電力が用いられる。したがって、これらの各工程による負荷も二次側負荷３７に含まれることがある。

加熱ローラー５１の内部には、上述したように熱源であるハロゲンヒーターなどのヒーター３８が設置されている。ヒーター３８には交流電力が供給される。また、加熱ローラー５１の内部には、ヒーター３８の温度を検知し、検知したヒーター３８の温度を温度検知信号Ｓｔとして制御部３４に送る温度センサー３９が設置されている。温度センサー３９として、例えば熱電対または半導体センサーなどが用いられる。なお、ヒーター３８は「交流負荷」の例である。

制御部３４は、加熱ローラー５１が所定の温度となるように、温度検知信号Ｓｔに基づいてヒーター３８に対してフィードバック制御を行う。

交流電源３５は、商用の交流電力を画像形成装置１に供給する。画像形成装置１に供給された交流電力は、その一部が電力制御装置３０を介してヒーター３８に供給される。また、その一部が電力制御装置３０により直流電力に変換されて、二次側負荷３７および制御部３４に供給される。

電力制御装置３０は、レギュレーター１０、整流入力電流検出回路３３、ゼロクロス検出回路３２、およびヒーター制御用スイッチング部３１を備える。

図３に示すように、レギュレーター１０は、コンデンサインプット形の整流回路１８、トランス１３、ダイオード１４、第２平滑コンデンサ１５、二次側出力回路１６、およびスイッチング回路１７を備える。

整流回路１８は、４本のダイオードにより構成されたブリッジダイオード１１および第１平滑コンデンサ１２を備える。整流回路１８は、交流電源３５から入力された交流電力を整流する。交流電力はブリッジダイオード１１により全波整流され、第１平滑コンデンサ１２により平滑化される。第１平滑コンデンサ１２には充電電流Ｉｃが流れる。

なお、整流回路１８は、コンデンサインプット形整流回路であり、ブリッジダイオード１１の出力の直後にコイルなどが接続されることなく、直接に第１平滑コンデンサ１２が接続された構成である。

整流回路１８からの出力は、整流回路１８の後段に接続された回路により、所定の一定の電圧となるように調整される。整流回路１８の後段にはスイッチング回路１７を介してトランス１３が接続される。二次側出力回路１６からの制御信号Ｓｄによってスイッチング回路１７がオン／オフを所定の間隔で繰り返すことにより、整流回路１８の直流出力（脈流出力）は高周波の交流波形となる。スイッチング回路１７は、例えばバイポーラトランジスターまたはＭＯＳＦＥＴなどを用いて構成することができる。

高周波の交流波形は、トランス１３により変圧され、ダイオード１４により整流され、第２平滑コンデンサ１５により平滑化されることで、直流電力に変換される。レギュレーター１０によって所定の電圧を生成するよう、二次側出力回路１６はスイッチング回路１７の位相制御を行い、フィードバック制御を行う。電力制御装置３０により生成された直流電力が二次側負荷３７に供給される。

整流入力電流検出回路３３は、レギュレーター１０の入力電流つまり整流回路１８の入力電流である整流入力電流Ｉｉ１の大きさを検出し、検出値を整流入力電流検知信号Ｓｉｉ１として制御部３４に送る。整流入力電流Ｉｉ１の成分は、第１平滑コンデンサ１２への充電電流Ｉｃが主な成分であり、これに、漏れ電流、ノイズ電流、およびその他の電流成分が加わる。整流入力電流検出回路３３は、例えば電流検出用の抵抗などを用いて構成される。

ゼロクロス検出回路３２は、交流電源３５の交流電圧のゼロクロスポイントを検出し、検出したゼロクロスポイントをゼロクロス検知信号Ｓｚとして制御部３４に送る。

ヒーター制御用スイッチング部３１は、制御部３４から送られてくるヒーター制御信号Ｓｈに応じてオンまたはオフする。これにより、ヒーター制御用スイッチング部３１は、ヒーター３８に供給する交流電力の位相制御を行う。ヒーター３８には位相制御されたヒーター入力電流Ｉｉ２が流れ込む。

後で出てくる総合入力電流Ｉｉａは、ヒーター３８に流れ込むヒーター入力電流（交流負荷入力電流）Ｉｉ２と、整流回路１８に流れ込む整流入力電流Ｉｉ１との和である。

なお、ヒーター制御用スイッチング部３１は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor ）などの自己消弧能力のある素子により構成されている。これにより、任意の位相タイミングでオンしまたはオフすることができ、後述のような波形のヒーター入力電流Ｉｉ２を生成することができる。

制御部３４は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース回路、その他の周辺回路またはハードウエア回路などを用いて構成され、画像形成装置１の各部の動作を制御する。画像形成装置１の各部は、制御部３４からの指令を受けて動作し、制御部３４は各部の動作状態を各部からの信号などにより把握し管理する。

制御部３４は、整流入力電流検知信号Ｓｉｉ１に基づいて、そのピーク値を検出する。上に述べたように、整流入力電流Ｉｉ１の主成分は第１平滑コンデンサ１２への充電電流Ｉｃであり、交流の各半サイクルにおいて比較的短い所定の時間幅Ｔｃと大きいピーク値Ｐｃとを持つ。ピーク値Ｐｃおよび時間幅Ｔｃ、特にピーク値Ｐｃは、二次側負荷３７の大きさに応じて変化する。

また、制御部３４は、整流入力電流Ｉｉ１についてのしきい値Ｉｔｈをあらかじめ記憶している。しきい値Ｉｔｈは、総合入力電流Ｉｉａのピーク値（Ｐａ）が大きくなり過ぎないように制御するために用いられる。すなわち、画像形成装置１の使用によって、交流電源３５との接続のために用いられるコンセントまたはプラグなどの電気機器に悪影響を及ぼさないよう、または電気機器を損傷させないよう、総合入力電流Ｉｉａのピーク値（Ｐａ）が抑制される。

例えば、総合入力電流Ｉｉａのピーク値（Ｐａ）が、それら電気機器の電流規制値（Ｉｋ）を越えることが予想されると、越えないようにヒーター入力電流Ｉｉ２の位相制御を行う。しきい値Ｉｔｈは、整流入力電流Ｉｉ１の大きさ例えばピーク値（Ｐａ）がその限界に達したことを検知するためのしきい値として用いられる。

以下、さらに詳しく説明する。

すなわち、制御部３４は、総合入力電流Ｉｉａのピーク値Ｐａが、例えば電気機器の電流規制値Ｉｋよりも小さい値となるように、ヒーター制御用スイッチング部３１の動作を制御する。

画像形成装置１が動作中（稼働中）である場合に、動作状態が変化してもヒーター３８は所定の温度が必要であることからヒーター入力電流Ｉｉ２のピーク値はあまり変化しない。これに対して、整流入力電流Ｉｉ１のピーク値Ｐｃは画像形成装置１の動作状態に応じて大きく変化する。そのため、整流入力電流Ｉｉ１の大きさに応じて、ヒーター入力電流Ｉｉ２の位相制御を行うことにより、総合入力電流Ｉｉａのピーク値Ｐａを抑制し、例えばピーク値Ｐａが電流規制値Ｉｋを越えないように制御することができる。

このような制御を行うために、制御部３４は、整流入力電流検知信号Ｓｉｉ１に基づいて、整流入力電流Ｉｉ１の変化に応じてヒーター制御用スイッチング部３１の位相制御を行う。ヒーター制御用スイッチング部３１の位相制御によって、ヒーター３８に流れ込むヒーター入力電流Ｉｉ２のオン期間が制御される。

具体的には、例えば、整流入力電流Ｉｉ１のピーク値Ｐｃがしきい値Ｉｔｈを越えた場合に、整流入力電流Ｉｉ１の充電電流Ｉｃに対応した期間（充電期間）において、ヒーター入力電流Ｉｉ２をオフし、充電期間以外の期間においてのみヒーター入力電流Ｉｉ２をオンする。

ここで、整流入力電流Ｉｉ１について説明する。

図４には、入力電圧Ｖｉ１および整流入力電流Ｉｉ１の波形の例が示されている。図４において、整流入力電流Ｉｉ１の波形うち、実線で表された部分は後述の入力充電電流Ｉｉ３の波形であり、破線で表された部分は入力充電電流Ｉｉ３以外の波形である。

図４において、入力電圧Ｖｉ１は、正弦波であり、１サイクル（時間０〜ｔ６）のみが示されている。入力電圧Ｖｉ１において、時間０、ｔ３、およびｔ６がゼロクロスポイントである。

整流入力電流Ｉｉ１は、時間０〜ｔ１においてゼロであり、時間ｔ１で立ち上がり、ピークに達した後に立ち下がり、時間ｔ２でゼロとなる。時間ｔ２〜ｔ４ではゼロであり、時間ｔ４で負の側に立ち上がり、ピークに達した後に立ち下がり、時間ｔ５でゼロとなる。

整流回路１８において、ブリッジダイオード１１により整流された電力は第１平滑コンデンサ１２に充電される。第１平滑コンデンサ１２に充電された電圧がブリッジダイオード１１から供給される電圧よりも大きい場合に、第１平滑コンデンサ１２が放電する。そして、第１平滑コンデンサ１２に充電された電圧がブリッジダイオード１１から供給される電圧よりも小さい場合には、第１平滑コンデンサ１２は放電を行うことなく、ブリッジダイオード１１の出力によって充電される。

時間０〜ｔ１、ｔ２〜ｔ４、およびｔ５〜ｔ６では、第１平滑コンデンサ１２に充電された電荷によって負荷側の回路に電流が流れる。このとき、第１平滑コンデンサ１２への充電は行われないので充電電流Ｉｃは流れない。

一方、時間ｔ１〜ｔ２およびｔ４〜ｔ５では、ブリッジダイオード１１の出力によって第１平滑コンデンサ１２が充電され、充電電流Ｉｃが流れる。

整流回路１８に流れ込む整流入力電流Ｉｉ１のうち、時間ｔ１〜ｔ２および時間ｔ４〜ｔ５の期間に流れる電流である入力充電電流Ｉｉ３は、充電電流Ｉｃに起因して流れる電流成分である。

入力電圧Ｖｉ１の各半サイクルの間に、それぞれ１パルス（１回）の入力充電電流Ｉｉ３が流れる。

さて、上に述べたヒーター制御用スイッチング部３１の位相制御を行うために、そのための動作モード（制御モード）が制御部３４に設定されている。

次に、制御部３４による動作モードについて説明する。

動作モードには、第１モード（第１制御モード）および第２モード（第２制御モード）がある。

第１モードでは、交流負荷であるヒーター３８に流れ込むヒーター入力電流Ｉｉ２を、各半サイクルの全期間においてオンとする。つまり、第１モードでは位相制御は行われない。

第２モードでは、ヒーター入力電流Ｉｉ２の各半サイクルにおいて、充電電流Ｉｃに起因する入力充電電流Ｉｉ３が流れている期間（充電電流期間Ｔｃ）はヒーター入力電流Ｉｉ２をオフとし、それ以外の期間はヒーター入力電流Ｉｉ２をオンとする。

本実施形態において、制御部３４は、整流入力電流検知信号Ｓｉｉ１に基づいて整流入力電流Ｉｉ１のピーク値Ｐｃを取得し、その値がしきい値Ｉｔｈよりも小さい場合は第１モードを選択し、第１モードによる制御を行う。整流入力電流Ｉｉ１のピーク値がしきい値Ｉｔｈ以上である場合は第２モードを選択し、第２モードによる制御を行う。

このように、第２モードにおける位相制御のために、ゼロクロス検知信号Ｓｚ、つまり時間ｔ１、ｔ２、ｔ４、ｔ５などのゼロクロスポイントが用いられる。ゼロクロスポイントの検出のために、ゼロに近い値のしきい値Ｉｔｈｚを用いることができる。この場合には、整流入力電流Ｉｉ１（または入力充電電流Ｉｉ３、充電電流Ｉｃ）がしきい値Ｉｔｈｚをクロスした時点が、ゼロクロスポイントとなる。この場合のゼロクロスポイントは、整流入力電流Ｉｉ１がゼロになるタイミングではなく、また入力充電電流Ｉｉ３または充電電流Ｉｃが正確にゼロになるタイミングでもないこともある。このように、ゼロクロスポイントとして、整流入力電流Ｉｉ１などがほぼゼロとなるタイミング、またはゼロ近辺の所定の値となるタイミングなどを用いることが可能である。

上での説明において、動作モードの選択のために、総合入力電流Ｉｉａのピーク値Ｐｃをしきい値Ｉｔｈと比較した。しかし、ピーク値Ｐｃのみではなく、時間幅Ｔｃの大小などをも考慮して動作モードを決定してもよい。

また、上に述べた実施形態では、しきい値Ｉｔｈを、総合入力電流Ｉｉａのピーク値Ｐａが電流規制値Ｉｋを越えないように制御を行うために設定するものとして説明した。しかし、その場合に、電流規制値Ｉｋそれ自体を用いるのではなく、電流規制値Ｉｋに対応した適当な規制値Ｉｋａを用いてもよい。つまり、規制値Ｉｋａとして、例えば、電流規制値Ｉｋに適当な係数ｋａを掛け合わせた値（Ｉｋ×ｋａ）、電流規制値Ｉｋに適当な定数ｋｂを加算した値（Ｉｋ＋ｋｂ）などを用いてもよい。

また、電流規制値Ｉｋとして、電気機器の電流規制値それ自体を用いるのではなく、入力充電電流Ｉｉ３の時間幅Ｔｃなどを考慮に入れた電流規制値、例えば、整流入力電流Ｉｉ１の実効値または総合入力電流Ｉｉａの実効値などを考慮に入れた場合の電流規制値を用いてもよい。

このように、第２モードにおいては、総合入力電流Ｉｉａについて、ピーク値Ｐａまたはこれ以外の代表値が大きくなり過ぎないように制御される。

次に、画像形成装置１の電力制御方法の一例について、フローチャートおよび各電流波形を参照して説明する。

図５は画像形成装置１における動作モードの選択処理を示すフローチャート、図６は第１モードの動作を示すフローチャート、図７は第２モードの動作を示すフローチャートである。また、図８は第１モードにおける各部の電流波形の例を示す図、図９は第２モードにおける各部の電流波形の例を示す図である。また、図１０は画像形成装置１の動作状態による動作モードの切り換わりを示すフローチャートである。

図５において、整流入力電流Ｉｉ１が検出される（＃５０１）。整流入力電流Ｉｉ１、つまりこれに含まれるピーク値Ｐｃは、整流入力電流検出回路３３において常に検出されている。

検出されたピーク値Ｐｃとしきい値Ｉｔｈとが比較される（＃５０２）。ピーク値Ｐｃがしきい値Ｉｔｈよりも小さい場合（＃５０２でＮｏ）は、第１モードが選択される（＃５０３）。ピーク値Ｐｃがしきい値Ｉｔｈ以上である場合（＃５０３でＹｅｓ）は、第２モードが選択される（＃５０４）。

図６において、第１モードが選択されると（＃６０１）、ヒーター制御信号Ｓｈに基づき、ヒーター制御用スイッチング部３１において、ヒーター入力電流Ｉｉ２がその各半サイクルの全期間においてオンとなるように制御が行われる（＃６０２）。

図８に示すように、第１モードでは、整流入力電流Ｉｉ１のピーク値Ｐｃはしきい値Ｉｔｈよりも小さい。ヒーター入力電流Ｉｉ２は、入力電圧Ｖｉ１と同位相であり、各半サイクルの全期間においてオンである。総合入力電流Ｉｉａは、各半サイクルの中央部付近で突出した波形となっているが、そのピーク値Ｐａは電流規制値Ｉｋよりも小さく抑えられている。なお、総合入力電流Ｉｉａは、整流入力電流Ｉｉ１とヒーター入力電流Ｉｉ２との和である。

図７において、第２モードが選択されると（＃７０１）、充電電流期間（時間幅）Ｔｃが検出される（＃７０２）。そして、ヒーター入力電流Ｉｉ２の各半サイクルにおいて、充電電流期間Ｔｃはヒーター入力電流Ｉｉ２がオフとなるように、充電電流期間Ｔｃ以外の期間はヒーター入力電流Ｉｉ２がオンとなるように、制御が行われる（＃７０３）。

図９に示すように、第２モードでは、整流入力電流Ｉｉ１のピーク値Ｐｃはしきい値Ｉｔｈよりも大きい。ヒーター入力電流Ｉｉ２は、入力電圧Ｖｉ１と同位相であるが、各半サイクルの所定の期間ｔｂ１〜ｔｂ２、ｔｂ４〜ｔｂ５…において、つまり各充電電流期間Ｔｃにおいて、オフとなっている。これにより、総合入力電流Ｉｉａのピーク値Ｐａは、中央部付近においても突出することなく、電流規制値Ｉｋよりも小さく抑えられている。

このように、整流入力電流Ｉｉ１のピーク値Ｐａを検出し、その大きさに応じて動作モードを選択することにより、コンデンサインプット形の整流回路を用いているにもかかわらず、入力電流（総合入力電流Ｉｉａ）のピーク値Ｐａを抑えることができる。

これにより、コンセントまたはプラグなどの電気機器の電流規制値Ｉｋに適合するように制御を行うことが可能となり、これら電気機器に悪影響を及ぼさないようにすることができる。

しかも、ヒーター３８への電力供給についてウエイト制御を行うことが避けられるので、画像形成装置１のショートウオームアップ、および高速プリントの実現に支障をきたすことがない。

上に述べた実施形態では、整流入力電流Ｉｉ１のピーク値Ｐｃなどを検出することによって、動作モードを選択した。しかし、これ以外の方法によって動作モードを選択しまたは決定してもよい。つまり、例えば、整流入力電流Ｉｉ１のピーク値Ｐｃの大きさ以外に、二次側負荷３７の大きさを示すパラメータを検出することによってもよい。

例えば、二次側負荷３７の大きさが所定値よりも少ないときに第１モードを選択し、所定値よりも大きくなったときに第２モードを選択する。

また、整流入力電流Ｉｉ１の大きさは画像形成装置１の動作状態に応じて変化するので、画像形成装置１の動作状態を検出し、動作状態に応じて動作モードを選択し決定してもよい。

具体的には、例えば、画像形成装置１が、ウォームアップ中であるか、初期動作中であるか、スタンバイ中であるか、または印刷中（プリント中）であるかなどによって動作モードを決定してもよい。

すなわち、整流入力電流Ｉｉ１は、ウォームアップ中またはスタンバイ中である場合には例えば１Ａ程度、初期動作中である場合に例えば３Ａ程度、印刷中である場合には例えば５Ａ程度である。

したがって、例えば、ウォームアップ中またはスタンバイ中である場合に、動作モードとして第１モードを選択する。また、初期動作中または印刷中である場合に、動作モードとして第２モードを選択する。

なお、スタンバイ中とは、画像形成装置１の電源は入っているが休止している状態である。つまり、二次側負荷３７のうち電子回路などの制御系は動作しているが、モーターはほとんど駆動していない状態であり、整流入力電流Ｉｉ１は小さい。しかし、ユーザが印刷をしようとする場合には速やかに印刷可能状態とならねばならないため、加熱ローラー５１はある程度の温度である。したがって、ヒーター入力電流Ｉｉ２も流れている。

また、ウォームアップ中とは、画像形成装置１がスタンバイ中から印刷可能状態になるまでの状態である。印刷が行われる前であるので、スタンバイ中と同様に二次側負荷３７のうち制御系は動作しているが、モーターはほとんど動作していない状態であり、整流入力電流Ｉｉ１は小さい。そのときの温度にもよるが、通常は加熱ローラー５１の温度を上げなければならないので、ヒーター入力電流Ｉｉ２が流れている。

また、初期動作中とは、印刷は行われていないが、各部の位置決めなどが必要な状態である。各部の位置決めのためにモーターが駆動しているため、スタンバイ中およびウォームアップ中に比べて整流入力電流Ｉｉ１は大きい。印刷が可能な状態にするために加熱ローラー５１の温度を上げなければならないので、ヒーター入力電流Ｉｉ２も流れている。

また、印刷中とは、用紙ＹＳに画像を形成している状態であり、二次側負荷３７における各部のモーターなどがほとんど動作している状態である。ヒーター３８も加熱されていて、ヒーター入力電流Ｉｉ２も流れている。

このように、画像形成装置１の動作状態に応じて動作モードを選択するようにすると、整流入力電流Ｉｉ１を検出する必要がないので、整流入力電流検出回路３３を省略することも可能である。

この場合に、制御部３４において、画像形成装置１の動作状態に対応する好ましい動作モードを予め記憶しておけばよい。

次に、画像形成装置１の動作状態に応じて動作モードを選択する例をフローチャートに沿って説明する。

図１０は画像形成装置１の動作状態に応じて動作モードを選択する処理動作の例を示すフローチャートである。

図１０において、画像形成装置１がウォーミングアップ（ＷＵ）中である場合は（＃１００１）、第１モードが選択される（＃１００２）。これにより、ヒーター３８など、必要なヒーターは全てが全サイクルにおいてオン状態となる。

初期動作中である場合は（＃１００３でＹｅｓ）、第２モードが選択される（＃１００４）。これにより、ヒーター３８などに供給される電力が位相制御され、総合入力電流Ｉｉａのピーク値Ｐａが抑えられる。初期動作中でない場合は（＃１００３でＮｏ）、第１モードが選択される（＃１００５）。

ウォームアップが完了し（＃１００６）、スタンバイ中となった場合は（＃１００７）、第１モードが選択される（＃１００８）。

印刷が開始された場合は（＃１００９）、第２モードが選択される（＃１０１０）。印刷が終了し、スタンバイ中に移行した場合は（＃１０１１）、第１モードが選択される（＃１０１２）。

このように、本実施形態に係る画像形成装置１では、交流負荷に流れ込む交流負荷入力電流（ヒーター入力電流Ｉｉ２）と、レギュレーター１０に流れ込む整流入力電流Ｉｉ１との和が、所定の電流規制値Ｉｋを超えないように、交流負荷入力電流の各半サイクルにおけるオンまたはオフのタイミングを制御するのである。

本実施形態に係る画像形成装置１では、上述のようにコンデンサインプット整流形の整流回路を備えていて、ＰＦＣ電源などを用いていないにもかかわらず、総合入力電流Ｉｉａを抑制することができる。したがって、総合入力電流Ｉｉａのピーク値Ｐａが電気機器の電流規制値を超えないようにすることを、容易に低コストで実現できる。

また、ヒーター３８の電力仕様が限定されることがないので、大電力のヒーター３８を使用でき、ショートウォームアップや高速プリントを実現できる。

また、第２モードにおいて、総合入力電流Ｉｉａの波形を入力電圧Ｖｉ１と同位相の正弦波形に近づけることが可能であるので、力率の改善にも寄与する。

なお、ヒーター３８としてハロゲンヒーターを用いた構成を例示した。しかし、ハロゲンヒーター以外に、カーボンヒーター、電熱線、セラミックヒーターまたは誘導加熱（ＩＨ：Induction Heating ）コイルなどを用いてもよい。

上に述べた実施形態において、レギュレーター１０、整流回路１８、電力制御装置３０、ヒーター制御用スイッチング部３１、整流入力電流検出回路３３、または画像形成装置１の全体または各部の構成、構造、形状、寸法、回路、個数、材質、処理の内容または順序またはタイミングなどは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

１ 画像形成装置
１０ レギュレーター
１２ 第１平滑コンデンサ
１８ 整流回路
３０ 電力制御装置
３１ ヒーター制御用スイッチング部（スイッチ手段）
３２ ゼロクロス検出回路
３３ 整流入力電流検出回路
３４ 制御部（制御手段、充電電流期間検出手段）
３５ 交流電源
３７ 二次側負荷（直流負荷）
３８ ヒーター（交流負荷）
３９ 温度センサー
５１ 加熱ローラー
Ｉｉ２ ヒーター入力電流（交流負荷入力電流）
Ｉｉ１ 整流入力電流
Ｉｉ３ 入力充電電流
Ｉｉａ 総合入力電流
Ｉｔｈ しきい値
Ｉｃ 充電電流
Ｔｃ 充電電流期間
Ｐｃ ピーク値

Claims (12)

1. 交流電源からの交流電力をコンデンサインプット形の整流スイッチング回路により整流して直流負荷に供給し、かつ、前記交流電源からの交流電力を交流負荷に供給するための電力制御方法であって、
   前記交流負荷に流れ込む交流負荷入力電流を各半サイクルの全期間においてオンとする第１モード、および、
   前記交流負荷入力電流の各半サイクルにおいて、前記整流スイッチング回路においてコンデンサの充電電流に起因する入力充電電流が流れている期間は前記交流負荷入力電流をオフとしそれ以外の期間は前記交流負荷入力電流をオンとする第２モード、が設けられ、 前記第１モードまたは第２モードを選択して用いることにより制御を行う、
   ことを特徴とする電力制御方法。
2. 前記整流スイッチング回路に流れる整流入力電流を検出し、
   前記整流入力電流が所定のしきい値よりも小さい場合は前記第１モードを選択し、
   前記整流入力電流が前記しきい値以上である場合は前記第２モードを選択する、
   請求項１記載の電力制御方法。
3. 交流電源からの交流電力を整流して直流電力を出力するコンデンサインプット形の整流スイッチング回路を有し、直流負荷に当該直流電力を供給し、かつ、前記交流電源からの交流電力を交流負荷に供給する電力制御装置であって、
   前記交流電源からの交流電力を前記交流負荷に供給する際に、前記交流負荷に流れ込む交流負荷入力電流のオンまたはオフを制御するスイッチ手段と、
   前記整流スイッチング回路においてコンデンサの充電電流に起因する入力充電電流が流れている期間である充電電流期間を検出するための充電電流期間検出手段と、
   前記スイッチ手段の制御動作を決定して前記スイッチ手段に指示を与える制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記交流負荷に流れ込む前記交流負荷入力電流を各半サイクルの全期間においてオンとする第１モード、または、前記交流負荷入力電流の各半サイクルにおいて前記充電電流期間は前記交流負荷入力電流をオフとしそれ以外の期間は前記交流負荷入力電流をオンとする第２モード、を選択し、前記スイッチ手段の制御動作を決定する、
   ことを特徴とする電力制御装置。
4. 前記整流スイッチング回路に流れる整流入力電流を検出する整流入力電流検出手段を備え、
   前記制御手段は、検出された当該整流入力電流が所定のしきい値よりも小さい場合は前記第１モードを選択し、検出された当該整流入力電流が前記しきい値以上である場合は前記第２モードを選択する、
   請求項３記載の電力制御装置。
5. 交流電力によって動作する交流負荷および直流電力によって動作する直流負荷を備えた画像形成装置であって、
   交流電源から供給される交流電力を整流して前記直流負荷に直流電力を供給するためのコンデンサインプット形の整流スイッチング回路と、
   前記交流電源から供給される交流電力を前記交流負荷に供給する際に前記交流負荷に流れ込む交流負荷入力電流のオンまたはオフを制御するスイッチ手段と、
   前記整流スイッチング回路においてコンデンサの充電電流に起因する入力充電電流が流れている期間である充電電流期間を検出するための充電電流期間検出手段と、
   前記スイッチ手段の制御動作を決定して前記スイッチ手段に指示を与える制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記交流負荷に流れ込む前記交流負荷入力電流を各半サイクルの全期間においてオンとする第１モード、または、前記交流負荷入力電流の各半サイクルにおいて前記充電電流期間は前記交流負荷入力電流をオフとしそれ以外の期間は前記交流負荷入力電流をオンとする第２モード、を選択し、前記スイッチ手段の制御動作を決定する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
6. 前記整流スイッチング回路に流れる整流入力電流を検出する整流入力電流検出手段を備え、
   前記制御手段は、検出された当該整流入力電流が所定のしきい値よりも小さい場合は前記第１モードを選択し、検出された当該整流入力電流が前記しきい値以上である場合は前記第２モードを選択する、
   請求項５記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、当該画像形成装置の動作状態に基づいて、前記第１モードまたは前記第２モードを選択する、
   請求項５記載の画像形成装置。
8. 前記制御手段は、当該画像形成装置がウォームアップ中である場合に前記第１モードを選択する、
   請求項７記載の画像形成装置。
9. 前記制御手段は、当該画像形成装置が印刷中である場合に前記第２モードを選択する、 請求項７記載の画像形成装置。
10. 前記制御手段は、当該画像形成装置がスタンバイ中である場合に前記第１モードを選択する、
    請求項７記載の画像形成装置。
11. 前記制御手段は、当該画像形成装置が初期動作中である場合に前記第２モードを選択する、
    請求項７記載の画像形成装置。
12. 交流電源からの交流電力をコンデンサインプット形の整流スイッチング回路により整流して直流負荷に供給し、かつ、前記交流電源からの交流電力を交流負荷に供給するための電力制御方法であって、
    前記交流負荷に流れ込む交流負荷入力電流と、前記整流スイッチング回路に流れ込む整流入力電流との和が、所定の電流規制値を超えないように、前記交流負荷入力電流の各半サイクルにおけるオンまたはオフのタイミングを制御する、
    ことを特徴とする電力制御方法。

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