JP2017055625A - 電力供給装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な回路構成で、消費電力を低減すること。
【解決手段】交流電源２０１から交流電圧が入力されるＬＩＶＥラインとＮＥＵＴＲＡＬラインと、ＬＩＶＥラインとＮＥＵＴＲＡＬラインとの間に設けられたＸコンデンサＣ１と、交流電圧を検知するカレントトランスＣＴ１と、ＬＩＶＥラインとＮＥＵＴＲＡＬラインとの間に印加される交流電圧を電流に変換する抵抗Ｒ１、Ｒ２と、カレントトランスＣＴ１と抵抗Ｒ１、Ｒ２との接続及び遮断を切り替えるトライアックカプラＳＳＲ１と、制御部ＣＰＵ１と、を備え、制御部ＣＰＵ１が、トライアックカプラＳＳＲ１を制御してカレントトランスＣＴ１と抵抗Ｒ１、Ｒ２を接続し、ＬＩＶＥラインとＮＥＵＴＲＡＬラインとの間に電流経路を形成した場合には、カレントトランスＣＴ１は交流電源２０１から入力された交流電圧を検知し、ＸコンデンサＣ１に充電された電荷は電流経路を介して放電される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタなどの画像形成装置に搭載される加熱定着装置の制御に好適な電力供給装置に関する。

電子写真方式の複写機、プリンタなどの画像形成装置では、記録材上の未定着トナー像を加熱、定着し、記録材に定着させる定着装置を備えている。そして、定着装置への電力供給を制御する電力供給装置では、交流電源から供給される交流電圧を、双方向サイリスタ（以下、トライアックという）等を用いて位相制御する方法が広く用いられている。上述した電力供給装置が有する主な機能に関する先行技術としては、以下のような提案がなされている。例えば特許文献１では、定着装置に流れる電流実効値を検知することで、定着装置に供給される電力を検知する技術が提案されている。また、例えば特許文献２では、交流電源から供給される電力の位相制御における基準タイミング（以下、ゼロクロスという）に関連して、ゼロクロスを検知する回路の消費電力を低減しつつ、交流電源の正確なゼロクロスを検知する技術が提案されている。更に、例えば特許文献３では、交流電源の２つのライン間に設けられたアクロス・ザ・ラインコンデンサ（以下、Ｘコンデンサという）の放電技術に関連した技術が提案されている。即ち、特許文献３では、電源ケーブルが交流電源から引き抜かれた状態を検知し、Ｘコンデンサに充電された電荷を放電することで、電力供給装置の通常時の消費電力を低減する技術が提案されている。

特開２００７―２１２５０３号公報 特開２０１３−１２３３４８号公報 特許第４４４６１３６号公報

定着装置への電力供給を制御する電力供給装置については、低コストで、消費電力を低減することが求められている。そのため、上述した３つの機能、定着装置に供給される電力量の検知、交流電源の正確なゼロクロス検知、及びＸコンデンサに充電された電荷の放電を小規模の回路構成で実現することが課題となっている。

本発明はこのような状況のもとでなされたもので、簡易な回路構成で、消費電力を低減することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明では、以下の構成を備える。

（１）交流電源から交流電圧が入力される第一のラインと第二のラインと、ノイズを除去するために前記第一のラインと前記第二のラインとの間に設けられた第一のコンデンサと、前記交流電圧を検知する電圧検知手段と、前記第一のラインと前記第二のラインに接続され、前記第一のラインと前記第二のラインとの間に印加される前記交流電圧を前記交流電圧に応じた電流に変換する変換部材と、前記電圧検知手段と前記変換部材との接続及び遮断を切り替えるスイッチ手段と、前記電圧検知手段及び前記スイッチ手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段が、前記スイッチ手段を制御して前記電圧検知手段と前記変換部材とを接続し、前記第一のラインと前記第二のラインとの間に前記電圧検知手段と前記変換部材とを介した電流経路を形成した場合には、前記電圧検知手段は、前記第一のラインと前記第二のラインとの間の前記交流電圧を検知し、前記第一のコンデンサに充電された電荷は、前記電流経路を介して放電されることを特徴とする電力供給装置。

（２）記録材に画像形成する画像形成手段と、前記交流電源より電力を供給される抵抗発熱体を有し、記録材上の未定着トナー像を定着させる定着手段と、前記（１）に記載の電力供給装置と、を備え、前記制御手段は、前記電圧検知手段により検知された前記交流電圧値と、前記抵抗発熱体の抵抗値と、前記抵抗発熱体に供給される電力の電力デューティと、に基づいて、前記抵抗発熱体に供給される電力量を算出することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、簡易な回路構成で、消費電力を低減することができる。

実施例１、２の画像形成装置の概略構成図 実施例１の電力供給装置の回路構成を示す図 実施例１のゼロクロス検知回路の入力、出力波形を示す図 実施例１の電力供給装置の制御シーケンスを示すフローチャート 実施例２の電力供給装置の回路構成を示す図

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［画像形成装置の構成］
図１は、電子写真方式の画像形成装置の一例である、ブラックのトナーを用いて画像形成が行われるモノクロプリンタの概略構成を示す断面図である。図１において、給紙カセット１１に積載された記録材である記録紙は、ピックアップローラ１２によって１枚だけ給紙カセット１１から給送され、給紙ローラ１３によってレジストレーションローラ１４へと搬送される。そして、レジストレーションローラ１４に搬送された記録紙は、所定のタイミングで、更にプロセスカートリッジ１５へと搬送される。画像形成部であるプロセスカートリッジ１５は、帯電装置１６、現像手段としての現像ローラ１７、クリーニング手段であるクリーナ１８、及び感光体である感光ドラム１９により、一体的に構成されている。そして、以下に説明する公知の一連の電子写真プロセス処理によって、未定着トナー像が搬送された記録紙上に形成される。感光ドラム１９は、帯電装置１６によって、その表面を一様に帯電された後、露光手段であるスキャナユニット２１により画像信号に基づいた露光が行われる。スキャナユニット２１内のレーザダイオード２２から出射されるレーザ光は、回転多面鏡２３により偏向され、反射ミラー２４を経て、感光ドラム１９を走査することにより、感光ドラム１９上に潜像が形成される。感光ドラム１９上に形成された潜像は、現像ローラ１７によってトナーが付着され、トナー像として可視化される。そして、感光ドラム１９上のトナー像は、転写ローラ２０によって、レジストレーションローラ１４から搬送されてきた記録紙に転写される。トナー像が転写された記録紙は、定着装置１００に搬送され、記録紙上の未定着トナー像は、定着装置により加熱、加圧処理が行われ、記録紙に定着される。そして、記録紙は、中間排紙ローラ２６、排紙ローラ２７によって、画像形成装置外に排出され、一連のプリント動作が終了する。

モータ３０は、定着装置１００等の各装置の駆動系に駆動力を付与している。また、定着装置１００への電力供給は、後述する交流電源２０１（図２参照）のゼロクロスに基づいて、位相制御、波数制御、若しくは位相制御波形を含む複数周期に渡る制御方法により制御されている。電力供給装置２００は、画像形成装置で用いられる電力供給装置であり、不図示の電源ケーブルを介して商用電源等の交流電源２０１と接続されている。なお、電力供給装置２００が適用可能な画像形成装置は、図１に例示したものに限定されず、例えば複数の画像形成部を備えるカラープリンタのような画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム１９上のトナー像を中間転写ベルトに転写する一次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像を記録紙に転写する二次転写部を備える画像形成装置であってもよい。

［電力供給装置の構成］
図２は、実施例１の電力供給装置２００の回路構成を説明する図である。交流電源２０１（図中、ＡＣと表示）は、第二のラインであるライブ側ライン（図中、ＬＩＶＥと表示）と、第一のラインであるニュートラル側ライン（図中、ＮＥＵＴＲＡＬと表示）間に交流電圧を出力している。交流電源２０１より入力された交流電圧は、ブリッジダイオードＢＤ１により全波整流され、電解コンデンサＣ２により平滑化される。電解コンデンサＣ２で平滑された直流電圧の電位のうち、電位が高い側をＤＣＨ、電位が低い側をＤＣＬとする。

コンバータ１は、電源部である絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、一次側にはコンデンサＣ２に充電された電圧が入力され、二次側には所定の直流電圧である電圧Ｖ２が生成される。そして、生成された電圧Ｖ２は、外部負荷である画像形成装置の駆動系や制御系等の各装置に供給される。また、コンバータ１は、一次側の不図示の補助巻線に直流電圧である電圧Ｖ１を生成し、出力する。コンデンサＣ１は、第一のコンデンサであるＸコンデンサであり、ＡＣライン間（ライブ側ラインとニュートラル側ラインとの間）に配置され、ノイズ除去を目的としたコンデンサである。また、ライブ側ラインと後述するカレントトランスＣＴ１との電流経路には第二の抵抗である抵抗Ｒ１が配置され、ニュートラル側ラインとカレントトランスＣＴ１との電流経路には第一の抵抗である抵抗Ｒ２が配置されている。抵抗Ｒ１、Ｒ２は、交流電源２０１の入力電圧を検知するために用いられる電圧検知抵抗であり、交流電源２０１の入力電圧を電流に変換するための電圧・電流変換部材である。また、後述するように、抵抗Ｒ１、Ｒ２は、ＸコンデンサＣ１に充電された電荷を放電するためにも用いられる。抵抗Ｒ１、Ｒ２は、例えば抵抗Ｒ２を削除して、一つの抵抗を用いても良い。本実施例では、抵抗Ｒ１、Ｒ２のどちらかがショート故障した場合の貫通電流を防止するために二つの抵抗Ｒ１、Ｒ２を用いている。また、抵抗Ｒ１をライブ側ラインに接続し、抵抗Ｒ２をニュートラル側ラインに接続することで、ライブ側のライン及び、ニュートラル側のラインから、カレントトランスＣＴ１に印加されるノーマルノイズを低減させている。カレントトランスＣＴ１に印加されるノーマルノイズが低減すると、カレントトランスＣＴ１を用いた電圧検知精度を高めることができる。

制御手段である制御部ＣＰＵ１（以下、単にＣＰＵ１という）は、電力供給装置２００の制御部として用いている制御手段である。また、ＣＰＵ１は、図１で説明した画像形成装置の制御にも用いられる。ＣＰＵ１による制御の詳細は、後述する。

［電力供給装置の第二の状態における回路動作］
まず、電力供給装置２００が定着装置１００に電力供給可能なスタンバイ状態や、画像形成装置が記録材へのプリント時など、後述するカレントトランスＣＴ１による交流電源２０１の電圧検知が可能な状態である第二の状態における回路動作について説明する。第二の状態では、ＣＰＵ１は、Ｓｔａｎｂｙ信号（スタンバイ信号）をハイ（Ｈｉｇｈ）レベルに設定する。これにより、フォトカプラＰＣ１の二次側フォトダイオードが導通状態となって発光し、フォトカプラＰＣ１の一次側のフォトトランジスタが導通状態になる。そして、コンバータ１の補助巻線に生成された電圧Ｖ１により、コンバータ１の補助巻線からフォトカプラＰＣ１の一次側のフォトトランジスタ、抵抗Ｒ５、ダイオードＤ１を介して、トランジスタＱ１のベース端子に電流が流れる。その結果、トランジスタＱ１が導通状態となる。なお、抵抗Ｒ１５は、トランジスタＱ１のベース端子とエミッタ端子間に接続されている。トランジスタＱ１が導通状態となると、抵抗Ｒ４に電流が流れることにより、スイッチ手段であるフォトトライアックカプラＳＳＲ１（以下、トライアックカプラＳＳＲ１という）の二次側の発光ダイオードが導通状態となって発光する。これにより、トライアックカプラＳＳＲ１の一次側トライアックが導通状態となり、ライブ側ラインとニュートラル側ラインと間に、抵抗Ｒ１、トライアックカプラＳＳＲ１の一次側トライアック、カレントトランスＣＴ１、抵抗Ｒ２による電流経路が構成される。

抵抗Ｒ２は、一端をニュートラル側ラインに接続され、他端をカレントトランスＣＴ１の一次巻線の一端に接続されている。一方、抵抗Ｒ１は、一端をライブ側ラインに接続され、他端をトライアックカプラＳＳＲ１の一次側トライアックに接続されている。また、カレントトランスＣＴ１の抵抗Ｒ２が接続されている一次巻線の他端は、トライアックカプラＳＳＲ１の一次側トライアックに接続されている。抵抗Ｒ１、Ｒ２は、カレントトランスＣＴ１を介して直列に接続される。その結果、カレントトランスＣＴ１の一次巻線側には、所定の抵抗値を有する抵抗Ｒ１、Ｒ２により、ライブ側ラインとニュートラル側ラインと間に印加される交流電源２０１の入力電圧値（交流電圧値）に比例した電流が流れる。一方、カレントトランスＣＴ１の二次巻線側には、一次側の電流に比例した電流が流れるため、ダンピング抵抗Ｒ３に生成される電圧Ｖｏｕｔは、交流電源２０１の入力電圧値に比例した電圧となるので、交流電源２０１の入力電圧を検知することができる。

本実施例では、カレントトランスＣＴ１を交流電源２０１の電圧検知手段として用いている。また、本実施例では、トライアックカプラＳＳＲ１を、交流電源２０１から抵抗Ｒ１、Ｒ２を介してカレントトランスＣＴ１への電流経路を接続・遮断するスイッチ手段として用いており、抵抗Ｒ１、Ｒ２を電圧と電流の変換部材として用いる。

図２において、カレントトランスＣＴ１の一次側に電流が流れると、二次側には一次側の電流に比例した電流が生じ、ダンピング抵抗Ｒ３に出力電圧である電圧Ｖｏｕｔが生成される。そして、電圧演算部ＩＣ１には、電圧Ｖｏｕｔと、所定の基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。電圧演算部ＩＣ１では、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔと、基準電圧Ｖｒｅｆの差分値の二乗値の平均値を演算することで、交流電源２０１の入力電圧の電圧実効値の二乗値を算出する。そして、電圧演算部ＩＣ１は、算出した電圧実効値の二乗値の情報をＶｒｍｓ信号として、制御部であるＣＰＵ１に出力する。なお、電圧演算部ＩＣ１は、交流電源２０１の入力電圧の電圧実効値の二乗値を算出しているが、例えば、電圧実効値の二乗値の代わりに、交流電源２０１の入力電圧の電圧実効値、電圧ピーク値、電圧平均値などを演算しても良い。本実施例では、後述する、定着装置１００に供給されている電力量の演算を精度よく行うため、電圧演算部ＩＣ１は交流電源２０１の入力電圧の電圧実効値の二乗値を演算している。

（定着装置への電力供給）
次に、定着装置１００のヒータ部である抵抗発熱体ＲＨ１（以下、発熱体ＲＨ１という）への電力供給の方法について説明する。ＣＰＵ１は、Ｄｒｉｖｅ信号（ドライブ信号）により定着装置１００のヒータ部である発熱体ＲＨ１への電力供給を制御する。ＣＰＵ１は、発熱体ＲＨ１へ電力供給を行う場合にはＤｒｉｖｅ信号をハイレベルにし、発熱体ＲＨ１への電力供給を止める場合にはＤｒｉｖｅ信号をロー（Ｌｏｗ）レベルに設定する。トランジスタＱ４は、ＣＰＵ１からのＤｒｉｖｅ信号がハイレベルの場合にはオン状態となり、Ｄｒｉｖｅ信号がローレベルの場合にはオフ状態となる。なお、抵抗Ｒ１７、Ｒ１６は、トランジスタＱ４を駆動するための抵抗である。

一次・二次間の沿面距離を確保するためのデバイスであるフォトトライアックカプラＳＳＲ２（以下、トライアックカプラＳＳＲ２という）の二次側発光ダイオードは、トランジスタＱ４によりオン／オフされる。即ち、トランジスタＱ４がオン状態になると、トライアックカプラＳＳＲ２の二次側発光ダイオードが導通状態となって、プルアップ抵抗Ｒ８を介して電圧Ｖ２からの電流が流れ、発光する。これにより、トライアックカプラＳＳＲ２の一次側トライアックが導通状態になると、トライアックＱ５が導通状態となる。これにより、ライブ側ライン、リレーＲＬ１、発熱体ＲＨ１、トライアックＱ５、ニュートラル側ラインを結ぶ電流経路（電力供給路でもある）が形成される。トライアックＱ５は、交流電源２０１の入力電圧のゼロクロスまでオン状態を保持する。なお、トライアックＱ５とトライアックカプラＳＳＲ２の一次側トライアックとの間に配置された抵抗Ｒ９、Ｒ１０は、トライアックＱ５を駆動するための抵抗である。一方、トランジスタＱ４がオフ状態になると、トライアックカプラＳＳＲ２の二次側発光ダイオードは非導通状態となり、一次側トライアックも非導通状態になる。これにより、トライアックＱ５も非導通状態となり、発熱体ＲＨ１への交流電源２０１からの電力供給が遮断される。

定着装置１００の発熱体ＲＨ１の温度は、サーミスタＴＨ１によって検知される。そして、電圧Ｖ２を、発熱体ＲＨ１の温度により変化するサーミスタＴＨ１の抵抗値と抵抗Ｒ１１の抵抗値で分圧された電圧がＴＨ信号としてＣＰＵ１に入力される。そして、ＣＰＵ１では、入力されたＴＨ信号に基づいて検知されたサーミスタＴＨ１による発熱体ＲＨ１の温度と、発熱体ＲＨ１の目標設定温度に基づいて、例えばＰＩ制御により、発熱体ＲＨ１に供給するべき電力デューティ（Ｄｕｔｙ）を算出する。そして、ＣＰＵ１は、算出した電力デューティを、対応した位相角（位相制御の場合）、波数（波数制御の場合）等の制御レベルに換算し、換算された制御条件に基づいてＤｒｉｖｅ信号によりトランジスタＱ４のオン・オフ状態を制御する。これにより、トライアックＱ５の制御が行われ、発熱体ＲＨ１への電力供給が制御される。また、トライアックＱ５がショート（短絡）する故障などにより、ＴＨ信号を介してサーミスタＴＨ１によるヒータ部の検知温度が所定の温度以上であることを検知した場合、ＣＰＵ１は不図示のリレー制御回路を制御して、リレーＲＬ１を非導通状態とする。このようにして、ＣＰＵ１は定着装置１００への電力供給を遮断する。

（定着装置への電力供給量の演算）
次に、定着装置１００に供給されている電力量の演算方法について説明する。定着装置１００の発熱体ＲＨ１に供給されている電力量は、電圧演算部ＩＣ１により演算された電圧実効値の二乗値と、発熱体ＲＨ１の抵抗値、及び定着装置１００に現在供給されている電力の電力デューティから求めることができる。例えば、交流電源２０１の電圧実効値が１００Ｖｒｍｓ、発熱体ＲＨ１の抵抗値が１０Ω、定着装置１００に供給されている電力デューティが１００％とする。この場合、定着装置１００に供給されている電力は、電圧実効値（＝１００Ｖｒｍｓ）の二乗値を発熱体ＲＨ１の抵抗値（＝１０Ω）で除した値であり、１０００Ｗ（＝１００Ｖ×１００Ｖ×１（＝１００％）／１０Ω）になる。また、定着装置１００に現在供給されている電力の電力デューティが５０％の場合には、定着装置１００に供給されている電力は、半分の５００Ｗ（＝１００Ｖ×１００Ｖ×０．５（＝５０％）／１０Ω）となる。

［電力供給装置の第一の状態における回路動作］
続いて、電力供給装置２００の電源オフ時や、定着装置１００等に電力供給を行わないスリープ時など、消費電力を抑えた省電力状態である第一の状態における回路動作について説明する。第一の状態になると、ＣＰＵ１は、フォトカプラＰＣ１に出力するＳｔａｎｂｙ信号をローレベルに設定する。Ｓｔａｎｂｙ信号がローレベル状態になると、フォトカプラＰＣ１の二次側フォトダイオードは非導通状態となり発光しない。その結果、フォトカプラＰＣ１の一次側のフォトトランジスタも非導通状態となり、トランジスタＱ１のベース端子に電流が流れなくなり、トランジスタＱ１はオフ状態となる。そのため、トライアックカプラＳＳＲ１の二次側の発光ダイオードが非導通状態となって発光せず、トライアックカプラＳＳＲ１の一次側トライアックも非導通状態になる。その結果、電圧検知抵抗Ｒ１、Ｒ２、カレントトランスＣＴ１には電流は流れない状態となるため、電圧検知抵抗Ｒ１、Ｒ２における電力消費を低減できるので、電力供給装置２００の電源オフ時やスリープ時における消費電力を低減することができる。

［Ｘコンデンサの放電］
ところで、ユーザが交流電源２０１と電力供給装置２００とを接続する不図示の電源ケーブルを引き抜いた場合に、ＸコンデンサＣ１に電荷が充電されている場合がある。そのため、ユーザが電力供給装置２００の端子等に触れて感電することを防止するには、ＸコンデンサＣ１に充電された電荷を放電する手段が必要となる。しかしながら、抵抗等を用いてＸコンデンサＣ１の電荷を常に放電する方法では、電力供給装置２００における消費電力が増大してしまう。そのため、ＸコンデンサＣ１の放電判断手段を設けて、必要な場合のみＸコンデンサＣ１の放電を行う必要がある。本実施例では、ＸコンデンサＣ１に所定の電圧値以上の直流電圧が印加された状態を検出し、ＸコンデンサＣ１の放電を行う方法について説明する。なお、本実施例では、ＸコンデンサＣ１の放電判断方法の一例を説明しており、本発明の権利の範囲を限定するものではない。例えば、不図示の電源ケーブルが引き抜かれたことを検出する方法としては、センサ等を用いて電力供給装置２００と接続されたケーブルが抜けた状態を検出する方法も含まれる。

（第一の状態におけるＸコンデンサの放電）
まず、電力供給装置２００の電源オフ時やスリープ時などの消費電力を抑えた省電力状態である第一の状態で、交流電源２０１と電力供給装置２００とを接続する不図示の電源ケーブルが抜かれた場合のＸコンデンサＣ１の放電方法について説明する。不図示の電源ケーブルが抜かれたときに、ＸコンデンサＣ１の充電状態が正（ニュートラル側ラインに比べてライブ側ラインの電位が高い）の場合には、抵抗Ｒ７を介して第二のコンデンサであるコンデンサＣ３が充電される。コンデンサＣ３に充電された電圧が検知部であるツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧よりも高くなると、ツェナーダイオードＺＤ１が導通状態となる。これにより、ダイオードＤ２、ツェナーダイオードＺＤ１を介してトランジスタＱ１のベース端子にベース電流が流れる。すると、トランジスタＱ１は導通状態となり、電圧Ｖ１から抵抗Ｒ４に電流が流れることにより、トライアックカプラＳＳＲ１の二次側の発光ダイオードが導通状態となって発光し、トライアックカプラＳＳＲ１の一次側トライアックが導通状態となる。すると、ライブ側ラインから抵抗Ｒ１、カレントトランスＣＴ１、抵抗Ｒ２を介して、ニュートラル側ラインへと電流が流れ、ＸコンデンサＣ１に充電された電荷が放電される。

一方、ＸコンデンサＣ１の充電状態が負（ニュートラル側ラインに比べてライブ側ラインの電位が低い）の場合には、抵抗Ｒ６を介して第三のコンデンサであるコンデンサＣ４が充電される。コンデンサＣ４に充電された電圧がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧よりも高くなると、ツェナーダイオードＺＤ１が導通状態となり、ダイオードＤ３、ツェナーダイオードＺＤ１を介してトランジスタＱ１のベース端子にベース電流が流れる。その結果、トランジスタＱ１は導通状態となり、電圧Ｖ１から抵抗Ｒ４に電流が流れることにより、トライアックカプラＳＳＲ１の二次側の発光ダイオードが導通状態となって発光し、トライアックカプラＳＳＲ１の一次側トライアックが導通状態となる。すると、ニュートラル側ラインから抵抗Ｒ２、カレントトランスＣＴ１、抵抗Ｒ１を介して、ライブ側ラインへと電流が流れ、ＸコンデンサＣ１に充電された電荷が放電される。

次に、電力供給装置２００の電源オフ時やスリープ時において、電源ケーブルを介して交流電源２０１と電力供給装置２００が接続された通常状態におけるＸコンデンサＣ１の放電方法について説明する。

ＸコンデンサＣ１の充電状態が正（ニュートラル側ラインに比べてライブ側ラインの電位が高い）の場合には、ライブ側ラインから、抵抗Ｒ７を介して第二のトランジスタであるトランジスタＱ２のベース端子にベース電流が流れる。これにより、第二の放電部を構成するトランジスタＱ２が導通状態となり、トランジスタＱ２のコレクタ端子とエミッタ端子間に並列接続されたコンデンサＣ４に充電された電荷が放電される。一方、ＸコンデンサＣ１の充電状態が負（ニュートラル側ラインに比べてライブ側ラインの電位が低い）の場合には、ニュートラル側ラインから、抵抗Ｒ６を介して、第一のトランジスタであるトランジスタＱ３のベース端子にベース電流が流れる。これにより、第一の放電部を構成するトランジスタＱ３が導通状態になり、トランジスタＱ３のコレクタ端子とエミッタ端子間に並列接続されたコンデンサＣ３に充電された電荷が放電される。このように、交流電源２０１から入力される交流電圧の交流周期ごと（ライブ側ラインとニュートラル側ラインにおける電位の正負が切り替わるごと）に、交互にコンデンサＣ３、Ｃ４は放電されている。そのため、コンデンサＣ３、Ｃ４に充電される電荷は、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧以下に保たれるので、トランジスタＱ１のベース端子にはベース電流は流れず、トランジスタＱ１は非導通状態に保たれる。この場合には、トランジスタＱ１は導通状態にならないため、電圧検知抵抗である抵抗Ｒ１、Ｒ２に電流が流れることはないので、抵抗Ｒ１、Ｒ２での電力消費を低減することができる。

（第二の状態におけるＸコンデンサの放電）
次に、電力供給装置２００がスタンバイ状態のときや、画像形成装置の記録材へのプリント時など、交流電源２０１の電圧を検知可能な状態である第二の状態におけるＸコンデンサＣ１の放電方法について説明する。この状態では、前述したように、ＣＰＵ１からハイレベルのＳｔａｎｂｙ信号が出力されることにより、トライアックカプラＳＳＲ１の一次側トライアックが導通状態となる。その結果、ライブ側ラインからニュートラル側ラインとの間に、抵抗Ｒ１、カレントトランスＣＴ１、抵抗Ｒ２を介した電流経路が形成される。これにより、ＸコンデンサＣ１に充電された電荷は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、カレントトランスＣＴ１を介して、常に放電可能な状態となる。

［ゼロクロス検知］
次に、交流電源２０１のゼロクロス検知方法について説明する。本実施例では、図２において、ゼロクロス検知手段であるコンパレータＩＣ２の非反転端子（＋）にはカレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔを入力し、反転端子（−）にはカレントトランスＣＴ１の基準電圧Ｖｒｅｆを入力する。そして、コンパレータＩＣ２は、２つの端子の入力電圧を比較した比較結果であるＺｅｒｏｘ（ゼロクロス）信号をＣＰＵ１に出力することにより、ＣＰＵ１は交流電源２０１のゼロクロスを検知できる。なお、ゼロクロス検知は、カレントトランスＣＴ１の二次側出力電圧を利用するため、電力供給装置２００がスタンバイ状態のときに実施される。また、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔは、交流電源２０１の交流電圧の波形に対して位相進みが生じるため（図３（ｂ）の波形３０２参照）、抵抗Ｒ１３、Ｒ１４、及びコンデンサＣ５によって位相調整され、ゼロクロスのタイミング調整が行われる。また、コンパレータＩＣ２の出力端子に接続された抵抗Ｒ１２は、電圧Ｖ２のプルアップ抵抗である。

続いて、ゼロクロス波形については、図を参照して説明を行う。図３は、本実施例の交流電源２０１の交流電圧、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ、及びコンパレータＩＣ２の出力であるＺｅｒｏｘ信号の電圧波形を示す図である。図３（ａ）は、交流電源２０１の入力電圧の波形３０１を示す波形図である。図３（ａ）において、横軸は時間（単位：ｍｓｅｃ（ミリ秒））を示し、縦軸は電圧（単位：Ｖ（ボルト））を示す。なお、図３（ｂ）、（ｃ）の縦軸、横軸も、図３（ａ）と同様であり、以下での説明を省略する。波形３０１は、交流電源２０１の入力電圧波形（１００Ｖｒｍｓ、５０Ｈｚ）を示しており、１周期は２０ｍｓｅｃであり、ピーク電圧は、約１４１Ｖと−約１４１Ｖである。また、図３（ａ）には、交流電源２０１のゼロクロス（交流電圧が０Ｖとなるタイミング）を矢印で示している。

次に、図３（ｂ）は、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔの電圧波形である波形３０２と、カレントトランスＣＴ１の基準電圧Ｖｒｅｆの電圧波形である波形３０３を示している。カレントトランスＣＴ１の二次側の出力電圧波形である波形３０２には、一次側に入力される交流電源２０１の入力電圧の波形３０１である交流電圧波形の交流電圧値に比例した電圧波形が出力される。また、波形３０３に示す基準電源Ｖｒｅｆは、不図示のレギュレータより出力される所定の電圧（図３（ｂ）では１．５Ｖ）である。図２に示す電圧演算部ＩＣ１は、前述したように、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｒｅｆの電位差を検出し、検出された電位差の二乗値の平均値を求めることで、電圧実効値の二乗値を算出する。そして、電圧演算部ＩＣ１は、所定の期間（例えば、１全波、１半波、所定の固定期間）ごとの電圧実効値の二乗平均値を演算し、演算結果をＶｒｍｓ信号として制御部であるＣＰＵ１に出力する。

図３（ｃ）は、コンパレータＩＣ２の出力であるＺｅｒｏｘ信号の電圧波形である波形３０４を示している。図２において、コンパレータＩＣ２の非反転端子（＋）にはカレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔが入力され、反転端子（−）にはカレントトランスＣＴ１の基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。そして、コンパレータＩＣ２は２つの入力端子の入力電圧を比較し、比較結果に基づいてＺｅｒｏｘ信号を出力する。そのため、図３（ｂ）において、出力電圧Ｖｏｕｔの方が電圧Ｖｒｅｆよりも電圧が高い０ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、及び２０ｍｓｅｃ〜３０ｍｓｅｃの期間では、図３（ｃ）に示すＺｅｒｏｘ信号はハイレベルとなる。一方、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖｒｅｆよりも電圧が低くなる１０ｍｓｅｃ〜２０ｍｓｅｃ、及び３０ｍｓｅｃ〜４０ｍｓｅｃの期間では、図３（ｃ）に示すＺｅｒｏｘ信号はローレベルとなる。波形３０４では、波形の立ち上がりタイミング（０ｍｓｅｃ、２０ｍｓｅｃ、４０ｍｓｅｃ）及び立ち下りのタイミング（１０ｍｓｅｃ、３０ｍｓｅｃ）が、図３（ａ）に示す交流電源２０１のゼロクロス（矢印部分）と一致することが分かる。そして、ＣＰＵ１は、Ｚｅｒｏｘ信号に基づいて、交流電源２０１のゼロクロスタイミングや、交流電源２０１の周波数を検知することができる。

［電力供給装置の制御シーケンス］
図４は、本実施例の電力供給装置２００の制御シーケンスを説明するフローチャートである。画像形成装置に設けられた不図示の電源スイッチや、不図示の電源ケーブルを介した交流電源２０１との接続などによって、電力供給装置２００が電源オン状態へ移行したときに図４に示す制御シーケンスが起動され、ＣＰＵ１により実行される。

ステップ（以下、Ｓという）４０１では、ＣＰＵ１は、Ｓｔａｎｂｙ信号をローレベル（Ｌｏｗ）状態に設定して、カレントトランスＣＴ１への電流の供給を遮断して非導通状態とし、電力供給装置２００の状態を第一の状態に移行させる。前述したように、Ｓｔａｎｂｙ信号がローレベル状態になると、フォトカプラＰＣ１の二次側フォトダイオードは非導通状態となり発光しない。その結果、フォトカプラＰＣ１の一次側のフォトトランジスタも非導通状態となり、トランジスタＱ１のベース端子に電流が流れなくなり、トランジスタＱ１はオフ状態となる。そのため、トライアックカプラＳＳＲ１の二次側の発光ダイオードが非導通状態となって発光せず、トライアックカプラＳＳＲ１の一次側トライアックも非導通状態になり、カレントトランスＣＴ１の一次側には電流が流れない非導通状態となる。本実施例の電力供給装置２００では、電力供給装置２００のスリープ状態や電源オフ状態では、消費電力を低減するために第一の状態に移行する。

Ｓ４０２では、ＣＰＵ１は、電力供給装置２００を電源オフ状態へ移行する要求があるかどうかを判断する。ＣＰＵ１は、電源オフ状態に移行する要求があると判断した場合には、処理を終了させ、電源オフ状態に移行する要求がないと判断した場合には処理をＳ４０３に進める。Ｓ４０３では、ＣＰＵ１は、電力供給装置２００をスタンバイ状態へ移行する要求があるかどうかを判断する。ＣＰＵ１は、スタンバイ状態に移行する要求があると判断した場合には、処理をＳ４０４に進め、スタンバイ状態に移行する要求がないと判断した場合には処理をＳ４０２に戻す。

Ｓ４０４では、ＣＰＵ１は、Ｓｔａｎｂｙ信号をハイレベル（ｈｉｇｈ）状態に設定して、カレントトランスＣＴ１に電流を供給して導通状態にし、電力供給装置２００の状態を第二の状態に移行させる。前述したように、Ｓｔａｎｂｙ信号をハイレベルに設定すると、フォトカプラＰＣ１の二次側フォトダイオードが導通状態となって発光し、フォトカプラＰＣ１の一次側のフォトトランジスタが導通状態になる。これにより、フォトカプラＰＣ１の一次側のフォトトランジスタ、抵抗Ｒ５、ダイオードＤ１を介して、トランジスタＱ１のベース端子に電流が流れ、トランジスタＱ１が導通状態となる。トランジスタＱ１が導通状態となると、抵抗Ｒ４に電流が流れ、フォトトライアックカプラＳＳＲ１の二次側の発光ダイオードが導通状態となって、トライアックカプラＳＳＲ１の一次側トライアックが導通状態となる。その結果、カレントトランスＣＴ１は、抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して一次側巻線に電流が流れる導通状態となり、交流電源２０１の入力電圧検知や、ゼロクロス検知が可能な第二の状態となる。

Ｓ４０５では、ＣＰＵ１は、電圧演算部ＩＣ１から出力されるＶｒｍｓ信号に基づき、交流電源２０１の電圧実効値の二乗値を検知する。Ｓ４０６では、ＣＰＵ１は、コンパレータＩＣ２から出力されるＺｅｒｏｘ信号に基づき、交流電源２０１のゼロクロスタイミング、及び周波数を検知する。Ｓ４０７では、ＣＰＵ１は、電力供給装置２００をスリープ状態へ移行する要求があるかどうかを判断する。ＣＰＵ１は、スリープ状態に移行する要求があると判断した場合には、処理をＳ４０１に戻し、スリープ状態に移行する要求がないと判断した場合には処理をＳ４０５に戻す。

以上説明したように、本実施例では、交流電源２０１の電圧検知に用いるカレントトランスＣＴ１への電流供給経路を、ＸコンデンサＣ１の放電経路としても用いている。また、カレントトランスＣＴ１のスイッチ手段であるトライアックカプラＳＳＲ１を、ＸコンデンサＣ１の放電用のスイッチ手段としても用いることを特徴としている。更に、本実施例では、カレントトランスＣＴ１の二次側の出力電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｒｅｆを用いて交流電源２０１のゼロクロスを検知することにより、ゼロクロスを検知する専用回路を設ける必要がない。その結果、低コストで消費電力を低減可能な電圧検知回路を有した電力供給装置を提供することができる。

以上、本実施例によれば、簡易な回路構成で、消費電力を低減することができる。

［電力供給装置の構成］
図５は、実施例２の電力供給装置５００の回路構成を説明する図である。図５に示す回路構成は、実施例１の図２に示す回路構成に比べて、以下の回路が追加されている点が異なる。即ち、図５では、定着装置１００に供給される電力を検知するために、カレントトランスＣＴ２、抵抗Ｒ１３が追加されている。更に、実施例１の図２の電圧演算部ＩＣ１が電力演算部ＩＣ３に変更されている。その他の回路構成については、図２の回路構成と同様であり、ここでの説明を省略する。

電力供給装置５００では、定着装置１００のヒータ部である発熱体ＲＨ１に供給される電流の電流値を検知するための電流検知手段であるカレントトランスＣＴ２を有している。カレントトランスＣＴ２の一次側は、定着装置１００の発熱体ＲＨ１と接続されており、カレントトランスＣＴ２の二次側には、定着装置１００の発熱体ＲＨ１に流れる電流に比例した電流が生じる。そして、二次側に生じた電流によりダンピング抵抗Ｒ１３に発生する電圧Ｉｏｕｔは、定着装置１００の発熱体ＲＨ１に流れる電流に比例した電圧であり、電圧Ｉｏｕｔと、所定の基準電圧Ｖｒｅｆが、電力演算部ＩＣ３に入力される。また、電力演算部ＩＣ３には、前述したカレントトランスＣＴ１の二次側出力電圧Ｖｏｕｔも入力されている。

電力演算部ＩＣ３は、カレントトランスＣＴ２の出力電圧Ｉｏｕｔと基準電圧Ｖｒｅｆの差分値に基づいて、発熱体ＲＨ１に流れる電流値を求める。また、電力演算部ＩＣ３は、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｒｅｆの差分値に基づいて、交流電源２０１の入力電圧を求める。そして、電力演算部ＩＣ３は、求められた電流値と入力電圧とを乗じ、その乗算値の平均値を算出することにより、定着装置１００の発熱体ＲＨ１に供給されている電力値の算出を行う。そして、電力演算部ＩＣ３は算出された電力値を示すＰｏｗｅｒ信号を、制御部であるＣＰＵ１に出力する。

前述した実施例１のカレントトランスＣＴ１を用いた電圧検知方法では、次のような方法で定着装置１００に供給されている電力を演算していた。即ち、カレントトランスＣＴ１で検知した電圧実効値の二乗値と、発熱体ＲＨ１の抵抗値、定着装置１００に現在供給されている電力の電力デューティから、間接的に定着装置１００の発熱体ＲＨ１に供給されている電力を演算していた。一方、本実施例では、カレントトランスＣＴ１により検知された入力電圧と、カレントトランスＣＴ２により検知された発熱体ＲＨ１に流れる電流値により、定着装置１００に供給される電力を直接、検知することができる。そのため、ＣＰＵ１の制御による電力デューティの誤差や、定着装置１００に使用する発熱体ＲＨ１の抵抗値のばらつきの影響を受けずに、高い精度で供給電力値を検知することができる。また、発熱体ＲＨ１の温度が上昇したときの抵抗値が変動する度合いを示す抵抗温度係数が高いと、発熱体ＲＨ１の抵抗値のばらつきが大きくなるが、このような場合にも、精度よく供給電力を算出することができる。また、本実施例では、定着装置１００の発熱体として抵抗発熱体を使用しているが、抵抗以外の負荷、例えば容量負荷やインダクタ等を使用した場合にも、本実施例の構成を定着装置１００の電力検知方法として用いることができる。以上説明したように、本実施例の構成を用いることで、低コストで、消費電力を低減できる電力検知回路を有した電力供給装置、及びこの電力供給装置を備えた画像形成装置を提供することができる。

以上説明したように、本実施例によれば、簡易な回路構成で、消費電力を低減することができる。

Ｃ１ Ｘコンデンサ
ＣＰＵ１ 制御部
ＣＴ１ カレントトランス
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗
ＳＳＲ１ トライアックカプラ

Claims (11)

1. 交流電源から交流電圧が入力される第一のラインと第二のラインと、
   ノイズを除去するために前記第一のラインと前記第二のラインとの間に設けられた第一のコンデンサと、
   前記交流電圧を検知する電圧検知手段と、
   前記第一のラインと前記第二のラインに接続され、前記第一のラインと前記第二のラインとの間に印加される前記交流電圧を前記交流電圧に応じた電流に変換する変換部材と、
   前記電圧検知手段と前記変換部材との接続及び遮断を切り替えるスイッチ手段と、
   前記電圧検知手段及び前記スイッチ手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段が、前記スイッチ手段を制御して前記電圧検知手段と前記変換部材とを接続し、前記第一のラインと前記第二のラインとの間に前記電圧検知手段と前記変換部材とを介した電流経路を形成した場合には、
   前記電圧検知手段は、前記第一のラインと前記第二のラインとの間の前記交流電圧を検知し、
   前記第一のコンデンサに充電された電荷は、前記電流経路を介して放電されることを特徴とする電力供給装置。
2. 前記電圧検知手段は、一次巻線及び二次巻線を有するカレントトランスを有し、
   前記変換部材は、一端を前記第一のラインに接続され他端を前記カレントトランスの一次巻線に接続された第一の抵抗と、一端を前記第二のラインに接続され他端を前記スイッチ手段に接続された第二の抵抗と、であり、
   前記カレントトランスの一次巻線の前記第一の抵抗が接続された他端は、前記スイッチ手段に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
3. 前記交流電源のゼロクロスタイミングを検知するゼロクロス検知手段を備え、
   前記ゼロクロス検知手段は、前記カレントトランスの二次側に出力された前記交流電源に応じた交流電圧波形に基づいて、ゼロクロスタイミングを検知することを特徴とする請求項２に記載の電力供給装置。
4. 第一の放電部と、第二の放電部と、を備え、
   前記第一の放電部は、前記第一のコンデンサの電荷が充電される第二のコンデンサを有し、
   前記第二の放電部は、前記第一のコンデンサの電荷が充電される第三のコンデンサを有し、
   前記制御手段が、前記スイッチ手段を制御して前記電圧検知手段と前記変換部材との接続を遮断し、前記交流電源から前記交流電圧が入力されている場合には、前記第二のコンデンサに充電された電荷と、前記第三のコンデンサに充電された電荷は、前記交流電圧の正負の電位に応じて、交互に放電されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力供給装置。
5. 前記第一の放電部は、コレクタ端子が前記第一のラインに接続され、エミッタ端子が前記第二のラインに接続された第一のトランジスタと、前記第一のトランジスタの前記コレクタ端子と前記エミッタ端子間に並列に接続された前記第二のコンデンサと、を有し、
   前記第二の放電部は、コレクタ端子が前記第二のラインに接続され、エミッタ端子が前記第一のラインに接続された第二のトランジスタと、前記第二のトランジスタの前記コレクタ端子と前記エミッタ端子間に並列接続された前記第三のコンデンサと、を有し、
   前記第一のトランジスタのベース端子は、前記第二のラインに接続され、
   前記第二のトランジスタのベース端子は、前記第一のラインに接続されていることを特徴とする請求項４に記載の電力供給装置。
6. 前記第二のコンデンサ及び前記第三のコンデンサに充電された電圧を検知する検知部を有し、
   前記検知部は、前記充電された電圧が所定の電圧よりも高いことを検知すると、前記スイッチ手段により、前記電圧検知手段と前記変換部材とを接続し、前記第一のコンデンサに充電された電荷を放電させることを特徴とする請求項５に記載の電力供給装置。
7. 前記検知部は、前記充電された電圧が前記所定の電圧よりも高いことを検知するためのツェナーダイオードを有し、
   前記所定の電圧は、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧であることを特徴とする請求項６に記載の電力供給装置。
8. 記録材に画像形成する画像形成手段と、
   前記交流電源より電力を供給される抵抗発熱体を有し、記録材上の未定着トナー像を定着させる定着手段と、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力供給装置と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記電圧検知手段により検知された交流電圧値と、前記抵抗発熱体の抵抗値と、前記抵抗発熱体に供給される電力の電力デューティと、に基づいて、前記抵抗発熱体に供給される電力量を算出することを特徴とする画像形成装置。
9. 前記電力供給装置は、前記抵抗発熱体を流れる電流を検知する電流検知手段を有し、
   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と、前記電圧検知手段により検知された前記交流電圧値と、に基づいて、前記抵抗発熱体に供給される電力量を算出することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記電流検知手段は、一次巻線及び二次巻線を有するカレントトランスを有し、
    前記一次巻線は、前記抵抗発熱体へ電力を供給する電力供給路に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記電力供給装置は、交流電源から入力された交流電圧より生成された直流電圧を出力する電源部を有し、
    前記電源部から出力される前記直流電圧は、前記画像形成装置の負荷に供給されることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。

Images