JP2015206627A - ヒータ負荷の消費電力の検出方法および装置、並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧検出のための補助巻線を設けた特別なトランスを必要としない簡単な構成によって、交流電源により駆動される定着ヒータなどのヒータ負荷の消費電力の検出の高精度化を図ること。
【解決手段】交流電源から供給される交流電力により駆動されるヒータ５３、および交流電力に基づきＰＦＣ回路８３を介して駆動される１つまたは複数のインバータ８４、８５から供給される直流電力により駆動される直流負荷ＬＤを備えた装置において、ヒータ５３の消費電力を検出する方法であって、インバータ８４、８５の少なくとも１つはフライバック型であり、ＰＦＣ回路８３が停止している状態において、ヒータ５３をオンした状態でフライバック型のインバータ８５の２次側電圧を検出し、検出した２次側電圧を用いて、ヒータ５３の消費電力を求める。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ヒータ負荷の消費電力の検出方法および装置、並びに画像形成装置に関する。

従来より、複写機、プリンタ、ファクシミリ、または複合機またはＭＦＰ（Multi Function Peripherals）と呼称される多機能装置などが、画像形成装置として用いられている。

一般的な画像形成装置においては、画像情報を解析して画像データに展開する画像処理を行う画像処理部、画像データに基づいて電子写真方式でトナー像を形成し、形成したトナー像を記録用紙に転写する作像部、および、記録用紙上のトナー像を定着する定着部（定着装置）などが備えられる。定着部に備えられたヒータ（定着ヒータ）は、電源から供給される電力によって発熱し、定着ローラを１９０℃程度まで昇温させる。

画像形成装置において、消費電力の最も多いのは定着ヒータであり、定着ヒータの消費電力をできるだけ正確に管理し、さらには消費電力が低減するような制御を行うことが重要である。その場合に、電力消費による電圧降下などによって電源電圧が変動するので、電源電圧をできるだけ正確に検出することが重要である。

従来より、画像形成装置において消費電力を管理するために、画像形成装置または定着ヒータの消費電力を表示部に表示することが行われている。定着ヒータの消費電力の算出のために、定着ヒータの駆動時間に対応して消費電力を読みだすことのできるテーブルが用いられる。しかし、このような固定的なテーブルを用いた場合には、定着ヒータの定格電力に対応した概略の消費電力が得られるのみであるから、電源電圧の変動、定着ヒータの公差、突入電流の影響、および位相制御電流などによる実際の消費電力のばらつきに対応できない。そのため、±１５％程度の大きな誤差を生じることがあった。

従来より、画像形成装置の消費電力をできるだけ正確に取得するための提案が行われている。

例えば特許文献１には、ヒータの駆動回数を計数し、ヒータの突入電流による補正値を含む基準積算電力を計算し、ヒータの駆動回数と基準積算電力との積を計算してヒータの積算電力とすることが開示されている。また、計算した電力の累計を格納する使用電力累計テーブルを利用することが開示されている。

また、特許文献２には、外部電源から画像形成装置に供給される電流を検出し、検出した電流値から入力電圧を決定して消費電力を算出することが開示されている。

また、特許文献３には、画像形成装置による電源電圧の電圧降下を低減するために、定着ヒータの点灯開始時点にて電圧降下を測定し、電圧降下があると判別したときは点灯制御の方法を変更することが開示されている。

特開２０１０−１５２２１０号公報 特開２０１３−３７０７３号公報 特開２００８−２７６１８１号公報

しかし、特許文献１によると、ヒータの突入電流による補正を行うことは開示されているが、基準積算電力を計算する方法についてはテーブルを利用することのみしか開示されておらず、電源の電圧を検出することについては開示されていない。したがって、電源電圧の変動などによって誤差が生じ、消費電力を正確に検出することができない。

特許文献２によると、検出した電流値から入力電圧を決定するので、電圧値を正確に求めることができず、消費電力を正確に検出することができない。

特許文献３の装置では、定着ヒータの点灯開始時点で無視できない電圧降下があるときに、点灯位相角を次第に増加させるように位相制御を行って電源電圧の電圧降下を低減する。電源電圧の電圧降下を検知するために、交流電源から電力が供給されるトランスに補助巻線を設け、補助巻線の出力電圧に基づいて電圧を検出する。そのため、電圧検出のための補助巻線を設けた特別なトランスが必要である。

ところで、画像形成装置に備えられるスイッチング電源には、画像形成装置の電源容量の関係から、前段としてＰＦＣ（power factor correction ：力率改善）回路が設けられることが多い。ＰＦＣ回路は入力電圧を昇圧して一定の電圧に制御するので、ＰＦＣ回路を経由した後では、トランスに補助巻線を設けたとしても電源電圧を正しく検出することができない。

そこで、ＰＦＣ回路が停止している間に電圧を検出することが考えられる。その場合に、ＰＦＣ回路が停止することによってその出力用の電解コンデンサ（出力コンデンサ、１次電解コンデンサ）の電圧が低下し、その後段に接続されたスイッチング回路が停止してしまうという問題がある。

また、画像形成装置に備えられるハロゲンヒータまたはセラミックヒータなどの定着ヒータは、電源から見た負荷が大きく、配線のインピーダンスに応じた電圧降下が発生する。配線のインピーダンスは装置の設置環境によって種々異なるので、電源の電圧を正確に知るにはそれを直接に検出することが最良である。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、電圧検出のための補助巻線を設けた特別なトランスを必要としない簡単な構成によって、交流電源により駆動される定着ヒータなどのヒータ負荷の消費電力の検出の高精度化を図ることを目的とする。

本発明の実施形態に係る検出方法は、交流電源から供給される交流電力により駆動されるヒータ負荷、および前記交流電力に基づき力率改善回路を介して駆動される１つまたは複数のインバータから供給される直流電力により駆動される直流負荷を備えた装置において、前記ヒータ負荷の消費電力を検出する方法であって、前記インバータの少なくとも１つはフライバック型であり、前記力率改善回路が停止している状態において、前記ヒータ負荷をオンした状態で前記フライバック型のインバータの２次側電圧を検出し、検出した前記２次側電圧を用いて、前記ヒータ負荷の消費電力を求める。

好ましくは、検出した前記２次側電圧と前記ヒータ負荷の定格電圧および定格消費電力とに基づいて、前記ヒータ負荷の消費電力を求める。

本発明によると、簡単な構成によって交流電源により駆動されるヒータ負荷の消費電力の検出の高精度化を図ることができる。

本発明の一実施形態の画像形成装置の構成の例を示す図である。 画像形成装置の制御部の構成の例を示すブロック図である。 消費電力の検出装置の構成例を示す図である。 ＰＦＣ回路およびサブコンバータの構成例を示す回路図である。 フライバックトランスの１次捲線と２次捲線の電圧の例を示す図である。 サブコンバータの２次側電圧の検出回路の例を示す図である。 電圧の検出タイミングの例を示す図である。 直流負荷の変化の様子の例を示す図である。 整流回路の出力電圧の例を示す図である。 ヒータの突入電流とその影響の例を示す図である。 ２次側電圧の検出のための概略の流れの例を示すフローチャートである。 ２次側電圧の検出のための概略の流れの他の例を示すフローチャートである。

〔画像形成装置の全体の構成例〕
図１には、一実施形態の画像形成装置１の全体の構成の例が示されている。なお、ここで例にあげた画像形成装置１は、フルカラーの電子写真方式の作像部、定着部、および制御部などを備えているが、それらの一部の構成について図１では図示が省略されている。画像形成装置１として、原稿読み取り部や後処理部などを備えたＭＦＰ、その他種々の構成の装置であってもよい。

図１において、画像形成装置１は、トナー像形成部１０、転写部３０、給紙部４０、および定着部５０などを備える。

トナー像形成部１０は、ＹＭＣＫの各色のトナー像形成部１０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋからなり、電子写真方式によりＹＭＣＫの各色のトナー像を形成する。各トナー像形成部１０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、感光体１１、帯電器１２、露光器１３、および現像装置２０などを備える。露光器１３は、ページ毎の画像データに基づいて感光体１１上に静電潜像を形成する。現像装置２０は現像ローラ２１を備え、感光体１１の静電潜像を現像する。

転写部３０では、トナー像形成部１０で形成された各色のページ毎のトナー像が、１次転写ローラ３１により転写されて転写ベルト３２上に重ね合わせられる。転写ベルト３２上に形成されたページ毎のフルカラーのトナー像は、２次転写ローラ３３によって記録媒体である用紙ＰＰにページ毎に転写される。

給紙部４０では、収納された用紙ＰＰが給紙ローラ４１によって１枚ずつ送り出され、転写ベルト３２上のトナー像と同期するようにレジストローラ４２によって転写位置（２次転写ローラ３３の位置）に搬送される。

このようにして、転写位置において、画像データに基づいた画像がページ毎に用紙ＰＰ上に作像される。これらトナー像形成部１０、転写部３０、および給紙部４０によって作像部ＳＺが構成される。

定着部５０は、発熱体であるヒータ５３を内蔵した加熱ローラ５１、および加圧ローラ５２などを備える。加熱ローラ５１および加圧ローラ５２は、互いに接した部分でニップ部を形成し、図示しない駆動源によって回転駆動されて回転する。ヒータ５３に電力を供給することによって加熱ローラ５１が加熱昇温される。図示しないサーモパイルなどの温度センサにより、定着部５０の温度、例えば加熱ローラ５１または加圧ローラ５２の温度、またはニップ部の温度が検出される。定着電力制御部７３（図２参照）によって、ヒータ５３に供給する電力が制御され、定着部５０の温度が設定された定着目標温度と一致するように自動的に温度制御される。

転写位置を通過した用紙ＰＰは、加熱ローラ５１と加圧ローラ５２との間のニップ部を通過することにより、トナー像が用紙ＰＰに定着される。定着された用紙ＰＰは、排紙ローラ６１によって排出される。

このように、定着部５０は、設定される定着目標温度となるように温度制御が行われ、用紙ＰＰに対して定着を行う。
〔制御部の構成および消費電力の検出装置の構成〕
図２には画像形成装置１における制御部７０および低圧電源部８０の構成の例が、図３には消費電力の検出装置ＫＳの構成例が、図４にはＰＦＣ回路８３およびサブインバータ８５の構成例を示す回路図が、それぞれ示されている。

図２において、画像形成装置１は、ネットワークＮＷを介して外部機器３に接続され、外部機器３などからプリントジョブやスキャンデータなどが入力される。

制御部７０には、画像処理部７１、エンジン制御部７２、定着電力制御部７３、消費電力算出部７４、電源制御部７５、および操作表示部７７などが設けられる。

制御部７０は、例えば、１つまたは複数のＣＰＵ、ＲＡＭ、プログラムが記憶されたＲＯＭ、Ｉ／Ｆ装置、その他の電子装置などから構成することが可能である。制御部７０は、画像形成装置１において必要な種々の制御を行う。

画像処理部７１は、例えばページ毎の画像情報を解析して画像データＧＤに展開するなどの画像処理を行う。

エンジン制御部７２は、画像処理部７１から出力された画像データＧＤなどを受信し、これらに基づいて作像部ＳＺを制御する。また、画像データＧＤに含まれる解析結果情報などに基づいて定着目標温度を決定し、定着目標温度を含む制御信号Ｓ１を所定のタイミングで定着電力制御部７３に送る。

エンジン制御部７２は、また、作像部ＳＺに設けられたモータ、ソレノイド、クラッチ、その他の機能部材を駆動するための制御も行う。

定着電力制御部７３は、交流電源ＰＤから画像形成装置１に供給される交流電力を入力とし、オンオフ制御、またはスイッチング素子を用いた位相制御などによって、ヒータ５３に供給する電力を制御する。定着電力制御部７３は、エンジン制御部７２から定着目標温度が送られてくると、その温度になるようにヒータ５３を制御する。

消費電力算出部７４は、画像形成装置１における消費電力Ｗ１を算出し、メモリに記録し、必要に応じて操作表示部７７の表示パネルに表示する。つまり、操作表示部７７の表示パネルは、画像形成装置１における消費電力Ｗ１またはヒータ５３の消費電力Ｗｈ１を出力する手段である。これ以外に、適当なインタフェースによって消費電力のデータを外部に出力するようにしてもよい。

消費電力Ｗ１には、ヒータ５３の消費電力Ｗｈ１、低圧電源部８０を介して消費される消費電力Ｗｄ１、およびその他の消費電力Ｗａ１が含まれる。

ヒータ５３の消費電力Ｗｈ１は、定着電力制御部７３を介してヒータ５３に供給される電力の瞬時値および積算値（消費電力量）などである。この消費電力Ｗｈ１は、後で述べるように、電圧検出部８６によって検出されるサブインバータ８５の２次側電圧Ｖ２、ヒータ５３の定格電圧Ｖｈｓ、および、ヒータ５３の定格消費電力Ｗｈｓなどに基づいて求めることができる。

低圧電源部８０を介して消費される消費電力Ｗｄ１およびその他の消費電力Ｗｄ１には、作像部ＳＺに設けられたモータ、ソレノイド、クラッチ、その他の機能部材などの直流負荷ＬＤを駆動することにより消費される電力、電子写真方式による画像形成に必要な直流負荷ＬＤにより消費される電力、直流負荷ＬＤとしての制御部７０などで消費される制御用の電力などがある。

次に、低圧電源部８０について説明する。低圧電源部８０は、画像形成装置１における種々の直流負荷ＬＤに電力を供給する。

図３および図４をも参照して、低圧電源部８０には、電源スイッチ８１、整流回路８２、ＰＦＣ回路８３、メインインバータ８４、サブインバータ８５、および電圧検出部８６などが設けられる。

電源スイッチ８１は、電源プラグＰＧから引き込まれる商用の交流電源ＰＤとの接続をオンまたはオフする。電源スイッチ８１は、操作者が手動で直接に操作するものでもよく、また、操作表示部７７からの操作信号によって遠隔的に操作されるものでもよい。

電源スイッチ８１がオンしたときに、交流電源ＰＤの電源電圧Ｖｐが整流回路８２に入力される。

整流回路８２は、交流電源ＰＤからの交流電力を整流して直流電力に変換する。整流回路８２として例えばダイオードブリッジが用いられ、これにより全波整流が行われる。整流回路８２の出力電圧は、交流電源ＰＤの正弦波の全波整流波形となる。整流回路８２を半波整流とすることも可能である。

ＰＦＣ回路８３は、後段のメインインバータ８４およびサブインバータ８５の動作による高調波を抑制することによって力率の低下を防ぐものである。ＰＦＣ回路８３として種々の回路が用いることが可能であるが、例えば図４に示すように、全波整流された直流（脈流）を電源として、電流をインダクタ（コイル）８３１に交流電源ＰＤの周期よりも早い周期で周期的に流すためのスイッチング素子８３３、インダクタ８３１による逆起電力を取り出すダイオード８３２、ダイオード８３２からの出力電圧を蓄える出力コンデンサ（１次電解コンデンサ）８３４などから構成される。

ＰＦＣ回路８３は、これが動作しているとき（オンのとき）は、出力コンデンサ８３４に高い電圧の直流電圧を発生させる。この電圧は、例えば４００ボルト程度である。ＰＦＣ回路８３が停止しているときは、整流回路８２の出力電圧によって出力コンデンサ８３４が充電される。したがって、直流負荷ＬＤによる消費電力がないときまたは極めて少ないときには、出力コンデンサ８３４の両端には、整流回路８２の出力電圧の最大値（Ｖｐ×１．４１）とほぼ等しい電圧が現れる。また、直流負荷ＬＤによる消費電力が少しあるときは、出力コンデンサ８３４の両端には、図９に示すように整流回路８２の出力電圧の最大値から時間とともに低下する脈流波形が現れる。

出力コンデンサ８３４の両端に現れる電圧が、メインインバータ８４およびサブインバータ８５に入力される電圧、つまりサブインバータ８５の１次側電圧Ｖ１となる。

メインインバータ８４は、ＰＦＣ回路８３から入力される直流電力に基づいて、２４ボルトの直流電力を出力し、２４ボルトで動作する直流負荷ＬＤ２４を駆動する。つまり、メインインバータ８４は、ＤＣ／ＤＣコンバータとして動作する。したがって、メインインバータ８４を「メインコンバータ８４」と言い換えてもよい。メインインバータ８４として、例えば電流共振型のものが用いられる。

サブインバータ８５は、ＰＦＣ回路８３から入力される直流電力に基づいて、５ボルトの直流電力を出力し、５ボルトで動作する直流負荷ＬＤ５を駆動する。つまり、サブインバータ８５は、ＤＣ／ＤＣコンバータとして動作する。したがって、サブインバータ８５を「サブコンバータ８５」と言い換えてもよい。サブインバータ８５の直流負荷ＬＤ５は、主として制御用の回路である。

図４に示すように、サブインバータ８５はフライバック型のものであり、フライバックトランス８５１を備える。フライバックトランス８５１は、１次捲線および２次捲線を備え、スイッチング素子８５２がオンしたときに１次捲線に電流が流れてフライバックトランス８５１にエネルギー（電力）が蓄えられる。スイッチング素子８５２がオフに切り換わると、それによる逆起電力が２次捲線からダイオード８５３を通って出力コンデンサ（２次電解コンデンサ）８５４を充電する。

サブインバータ８５が通常の動作を行っているときは、出力コンデンサ８５４の両端にＤＣ５ボルトの直流電力が現れる。サブインバータ８５の直流負荷ＬＤ５が小さいときは、ＰＦＣ回路８３が停止している状態において、１次側電圧Ｖ１に応じた２次側電圧Ｖ２が出力コンデンサ８５４の両端に現れる。その場合に、１次側電圧Ｖ１は電源電圧Ｖｐに応じた値となるから、結局、この場合の２次側電圧Ｖ２は電源電圧Ｖｐに対応した値となる。つまり、２次側電圧Ｖ２を検出することにより、電源電圧Ｖｐを求めることができる。

なお、サブインバータ８５の２次側電圧Ｖ２を検出するに際し、フライバックトランス８５１の２次側の電圧を検出してもよく、また、出力コンデンサ８５４の両端に現れる電圧Ｖ２Ｄ）を検出してもよく、また、それらを直接的に検出してもよく、またはそれらを間接的に検出してもよい。

このようにして、電圧検出のための補助巻線を設けることなく、フライバックトランスの２次側電圧Ｖ２を検出することができる。

例えば、スイッチング素子８５２がオンしたときに、フライバックトランス８５１の２次側に現れる電圧を２次側電圧Ｖ２として検出する。この場合に、フライバックトランス８５１の１次捲線と２次捲線の捲線比Ｋを、
Ｋ＝Ｎ１／Ｎ２ ……（１）
とすると、１次側電圧Ｖ１と２次側電圧Ｖ２との関係は、次の（２）式のように表すことが可能である。

Ｖ１＝（Ｎ１／Ｎ２）×Ｖ２ ……（２）
したがって、２次側電圧Ｖ２を検出することにより、１次側電圧Ｖ１、さらに電源電圧Ｖｐを検出することができる。

図３における電圧検出部８６は、サブインバータ８５の２次側電圧Ｖ２を検出する。検出のタイミングは、ＰＦＣ回路８３が停止している状態であり、かつ、ヒータ５３をオンした状態のときである。

つまり、サブインバータ８５の前段にＰＦＣ回路８３が入っているため、ＰＦＣ回路８３が動作しているときは、電源電圧Ｖｐが２次側電圧Ｖ２に正しく反映されない。これを回避するため、ＰＦＣ回路８３が停止している間に２次側電圧Ｖ２を検出する。

しかし、上に説明したように、ＰＦＣ回路８３が停止することによって、１次側電圧Ｖ１が低下するので、そのままではサブインバータ８５の動作が停止してしまうことになる。したがって、２次側電圧Ｖ２を検出するタイミングをどのように決めるかが重要である。

本実施形態においては、例えば、画像形成装置１の起動に際し、サブインバータ８５およびヒータ５３をオンした後で所定の時間Ｔ１を経過してからＰＦＣ回路８３およびサブインバータ８５をオンするように起動制御を行い、サブインバータ８５およびヒータ５３をオンした後であってＰＦＣ回路８３がオンするまでの間に、２次側電圧Ｖ２を検出する。

または、例えば、直流負荷の消費する合計電力がＰＦＣ回路８３を停止したときに供給可能な電力よりも小さいときに、ＰＦＣ回路８３を停止させ、２次側電圧Ｖ２を検出する。詳しくは後で説明する。

そして、検出された２次側電圧Ｖ２に基づいて、電源電圧Ｖｐが求められ、さらにヒータ５３の消費電力Ｗｈ１が求められる。ヒータ５３の消費電力Ｗｈ１の算出に際して、種々の方法を用いることが可能である。

例えば、電源電圧Ｖｐと消費電力Ｗｈ１との対応、または２次側電圧Ｖ２と消費電力Ｗｈ１との対応を示すテーブルをメモリに記憶させておき、検出された２次側電圧Ｖ２または電源電圧Ｖｐに基づいて、そのテーブルから消費電力Ｗｈ１を読み出す。

また、サブインバータ８５の２次側電圧Ｖ２に基づいて電源電圧Ｖｐを求め、求めた電源電圧Ｖｐを用いてヒータ５３の消費電力Ｗｈ１を求めることができる。

例えば、電源電圧Ｖｐとヒータ５３の定格電圧Ｖｈｓおよび定格消費電力Ｗｈｓとに基づいて、消費電力Ｗｈ１を求める。その際に、例えば、電源電圧Ｖｐとヒータ５３の定格電圧Ｖｈｓとの比に応じて、ヒータ５３の定格消費電力Ｗｈｓを実際の消費電力Ｗｈ１に換算して求めることが可能である。

具体的には、例えば、ヒータ５３の消費電力Ｗｈ１を次の（３）式によって求める。

Ｗｈ１＝Ｗｈｓ×（Ｖｐ／Ｖｈｓ）^a ……（３）
但し、Ｗｈ１： ヒータの消費電力
Ｗｈｓ： ヒータの定格消費電力
Ｖｈｓ： ヒータの定格電圧
Ｖｐ ： 電源電圧
ａ ： 係数
なお、計数ａとして、例えば、１．５４が用いられる。これ以外の値を用いることも可能である。

例えば、ヒータ５３の定格電圧Ｖｈｓが１００ボルト、定格消費電力Ｗｈｓが１．３キロワットであり、求めた電源電圧（実効値）Ｖｐが９５ボルトであった場合には、実際の消費電力Ｗｈ１は、係数ａを１．５４とすると、
Ｗｈ１＝１３００×（９５／１００）^1.54
＝１２０１．２６
となり、消費電力は約１２０１ワットとして求められる。

なお、図５には、サブインバータ８５のフライバックトランス８５１の１次捲線と２次捲線の電圧の例が示されている。

図５に示す例では、スイッチング素子８５２のオンとオフとの切り換えによって、１次捲線と２次捲線の電圧が互いに逆方向に変化する。例えば、スイッチング素子８５２がオンすると、１次捲線の電圧が増大し、２次側電圧Ｖ２は負の方向に増大する。

また、図６には、サブインバータ８５の電圧検出部８６の例が示されている。

図６に示す例では、電圧検出部８６は、ダイオード８５３とは逆方向に接続されたダイオード８６１、コンデンサ８６２、抵抗器Ｒ３、Ｒ４などからなる。フライバックトランス８５１の２次捲線に発生する電圧を逆バイアスでコンデンサ８６２を充電し、コンデンサ８６２の電圧と２次側電圧Ｖ２とを抵抗器Ｒ３、Ｒ４を介して加算して全振幅電圧を検出し、２次側電圧検出信号ＳＶ２を出力する。

なお、この場合に、２次側電圧検出信号ＳＶ２と１次側電圧Ｖ１との対応関係、または２次側電圧検出信号ＳＶ２と電源電圧Ｖｐとの対応関係を予め計測しておき、計測したデータに基づいて換算のためのテーブルを作成し、または換算式を求めておき、それらをメモリに記憶しておいてもよい。

上に述べたように、ＰＦＣ回路８３が停止した状態で２次側電圧Ｖ２を検出し、これを用いてヒータ５３の消費電力Ｗｈ１を求めるので、画像形成装置１を実際に使用している環境の下での電源電圧Ｖｐに対応した消費電力Ｗｈ１が求められ、固定的なテーブルを用いた場合と比較して消費電力Ｗｈ１をより一層精密に求めることができる。

これにより、例えば、従来では±１５％程度の誤差があったものが±５％程度の誤差とすることが可能である。

しかも、サブインバータ８５のフライバックトランス８５１を利用して２次側電圧Ｖ２を検出するので、電圧検出のための補助巻線を設けた特別なトランスを必要とせず、構成が簡単である。

また、高精度に求めた消費電力Ｗｈ１を用いることによって、消費電力表示機能の高精度化を図ることができ、正確な消費電力を基にして電気料金やＣＯ２排出量の表示などを行って省エネ指標の高精度化を図ることが可能となる。

次に、２次側電圧Ｖ２（２次側電圧検出信号ＳＶ２）を検出するタイミングについて、２つの例を説明する。

図７には、２次側電圧Ｖ２を検出するタイミングの１つの例が示されている。

図７において、画像形成装置１の電源スイッチ８１がオンされた後、定格電圧の低いサブインバータ８５が時刻ｔ１において最初に起動する。サブインバータ８５が立ち上がると、制御部７０が動作可能となり、時刻ｔ２においてヒータ５３がオンする。

サブインバータ８５が立ち上がった後、安定時間を待って、サブインバータ８５の出力するＤＣ５ボルトの電源によってＰＦＣ起動信号が生成され、ＰＦＣ回路８３が時刻ｔ３において起動する。ＰＦＣ回路８３の起動が完了すると、メインインバータ８４が時刻ｔ４において起動し、これによって低圧電源部８０の起動が完了する。

このように、サブインバータ８５の起動とメインインバータ８４の起動との間に時間差があり、ＰＦＣ回路８３が動作することなく停止している時間（期間）Ｔ１がある。この時間Ｔ１において、電圧検出部８６によって２次側電圧Ｖ２を検出する。

２次側電圧Ｖ２の検出を時間Ｔ１において行うこととすると、低圧電源部８０におけるサブインバータ８５、ＰＦＣ回路８３、およびメインインバータ８４の起動を好ましい順序で行うことができ、しかもその間においてヒータ５３をオンすることができ、２次側電圧Ｖ２を容易に検出することができる。なお、時間Ｔ１の長さは、例えば３００ｍｓ程度としておけばよい。

図８には、直流負荷ＬＤの変化の様子とともに、２次側電圧Ｖ２を検出するタイミングの他の１つの例が示されている。

図８において、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までは、直流負荷ＬＤ５、ＬＤ２４が大きく、かなりの電流が流れている。この間においてＰＦＣ回路８３を停止させると必要な電力を供給できずに電源が停止してしまう。時刻ｔ１１から後は、直流負荷ＬＤ５、ＬＤ２４が小さくなり、ＰＦＣ回路８３を停止させても直流負荷ＬＤ５、ＬＤ２４に対して電力の供給が可能であり、電源が停止することなく２次側電圧Ｖ２の検出が可能である。

そこで、直流負荷ＬＤ５、ＬＤ２４の消費する合計電力がＰＦＣ回路８３を停止したときに供給可能な電力よりも小さくなったかどうかを判断し、小さくなったときにＰＦＣ回路８３を停止させて２次側電圧Ｖ２を検出する。

このようなタイミングで２次側電圧Ｖ２を検出することにより、画像形成装置１を起動した後において、適当なタイミングで複数回に渡って２次側電圧Ｖ２を検出することができ、消費電力Ｗｈ１の算出がより一層精密となる。

なお、直流負荷ＬＤに流れる電流の検出のために、適当な電流検出素子を設けてもよく、または、画像形成装置１における種々の動作モードに対応した電流の状態をテーブル化し、これをメモリに記憶しておいてもよい。

図９には、整流回路８２の出力電圧の波形の例が示されている。

図９に示されるように、整流回路８２の出力電圧は、半周期ごとに、その最大値から時間とともに低下する脈流波形となる。ＰＦＣ回路８３が停止した状態では、この脈流波形がフライバックトランス８５１における１次側電圧Ｖ１となるので、２次側電圧Ｖ２の検出に際しては、脈流波形による検出誤差を少なくするために平均化処理を行うのが好ましい。

つまり、２次側電圧Ｖ２を検出する際に、整流回路８２の直流の出力電圧に含まれるリップルの影響を低減するために、交流電源ＰＤの電圧周期の２分の１の周期毎に平均化処理を行う。

図１０には、ヒータ５３の突入電流とその影響の例が示されている。

図１０において、時刻ｔ２１においてヒータ５３がオンすると、突入電流が流れ、その影響で電源電圧Ｖｐが低下する。時刻ｔ２１から時間Ｔ２が経過した時刻ｔ２２において突入電流が終わると、電源電圧Ｖｐが回復し、ヒータ５３がオンする前よりも低い電圧で安定する。時刻ｔ２３でヒータ５３がオフすると、電源電圧Ｖｐは高い元の状態に戻って安定する。

したがって、２次側電圧Ｖ２を検出する際に、ヒータ５３の突入電流による電圧降下の影響をなくすため、ヒータ５３をオンしてから所定の時間Ｔ２の経過後に２次側電圧Ｖ２を検出する。

なお、ヒータ５３に突入電流が流れる時間Ｔ２は、ヒータの種類にもよるが、ハロゲンヒータである場合に１００ｍｓ程度である。

図１１および図１２には、２次側電圧の検出のための概略の流れの例がフローチャートによって示されている。

図１１において、画像形成装置１を起動すると（＃１１）、ＰＦＣ回路８３が停止した状態で、まずサブインバータ８５が起動する（＃１２）。ヒータ５３をオンする（＃１３）。ヒータ５３に突入電流が流れる時間Ｔ２が経過した後（＃１４でイエス）、２次側電圧Ｖ２を検出する（＃１５）。３００ｍｓ程度の時間Ｔ１が経過した後（＃１６でイエス）、ＰＦＣ回路８３を起動し、メインインバータ８４を起動する（＃１７、１８）。

図１２において、メインインバータ８４の直流負荷ＬＤ２４の電流、およびサブインバータ８５の直流負荷ＬＤ５の電流を確認する（＃２１、２２）。直流負荷ＬＤ５、ＬＤ２４の消費する合計電力がＰＦＣ回路８３を停止したときに供給可能な電力よりも小さいかどうかを判断する（＃２３）。

ステップ＃２３でイエスのときは、ＰＦＣ回路８３をオフし（＃２４）、２次側電圧Ｖ２を検出し（＃２５）、ＰＦＣ回路８３をオンする（＃２６）。なお、２次側電圧Ｖ２を検出する際には、ヒータ５３がオンしていることを確認する。

上に述べた実施形態の画像形成装置１によると、簡単な構成によって交流電源ＰＤにより駆動されるヒータ５３の消費電力の検出の高精度化を図ることができる。

上に述べた実施形態において、ヒータ負荷として種々のものを含めることができる。例えば、複数のヒータ５３、消費電力の異なる複数のヒータ５３、種類または方式の異なるヒータ５３、またはランプなどのヒータに類似した特性を持つ負荷などを含めることができる。

また、上に述べた種々のメモリは、制御部７０または低圧電源部８０において、またはこれらを含む適当な箇所に設けておけばよい。

上に述べた実施形態において、消費電力算出部７４、電源制御部７５、操作表示部７７、制御部７０、ＰＦＣ回路８３、メインインバータ８４、サブインバータ８５、電圧検出部８６、低圧電源部８０、または画像形成装置１の各部または全体の構成、構造、回路、個数、配置、電圧値、処理内容、およびタイミングなどは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。

１ 画像形成装置
５３ ヒータ（ヒータ負荷）
７４ 消費電力算出部
７５ 電源制御部
７７ 操作表示部（消費電力を出力する手段）
８２ 整流回路（全波整流回路）
８３ ＰＦＣ回路（力率改善回路）
８４ メインインバータ（インバータ）
８５ サブインバータ（インバータ）
８５２ スイッチング素子
８６ 電圧検出部
ＰＤ 交流電源
ＬＤ，ＬＤ２４，ＬＤ５ 直流負荷
Ｖ１ １次側電圧
Ｖ２ ２次側電圧
Ｔ１ 時間（所定の時間）
Ｔ２ 時間（所定の時間）
ＫＳ 検出装置

Claims (10)

1. 交流電源から供給される交流電力により駆動されるヒータ負荷、および前記交流電力に基づき力率改善回路を介して駆動される１つまたは複数のインバータから供給される直流電力により駆動される直流負荷を備えた装置において、前記ヒータ負荷の消費電力を検出する方法であって、
   前記インバータの少なくとも１つはフライバック型であり、
   前記力率改善回路が停止している状態において、前記ヒータ負荷をオンした状態で前記フライバック型のインバータの２次側電圧を検出し、
   検出した前記２次側電圧を用いて、前記ヒータ負荷の消費電力を求める、
   ことを特徴とするヒータ負荷の消費電力の検出方法。
2. 検出した前記２次側電圧と前記ヒータ負荷の定格電圧および定格消費電力とに基づいて、前記ヒータ負荷の消費電力を求める、
   請求項１記載のヒータ負荷の消費電力の検出方法。
3. 前記ヒータ負荷の消費電力を、次の（１）式によって求める、
   Ｗｈ１＝Ｗｈｓ×（Ｖｐ／Ｖｈｓ）^a ……（１）
   但し、Ｗｈ１： ヒータ負荷の消費電力
   Ｗｈｓ： ヒータ負荷の定格消費電力
   Ｖｈｓ： ヒータ負荷の定格電圧
   Ｖｐ ： 交流電源の電圧
   ａ ： 係数
   請求項２記載のヒータ負荷の消費電力の検出方法。
4. 前記２次側電圧は、前記フライバック型のインバータのスイッチング素子がオンの状態において発生する電圧とする、
   請求項１ないし３のいずれかに記載のヒータ負荷の消費電力の検出方法。
5. 前記インバータは、メインインバータおよび主として制御に用いられるフライバック型のサブインバータを含み、
   前記装置の起動に際し、前記サブインバータおよび前記ヒータ負荷をオンした後で所定の時間Ｔ１を経過してから前記力率改善回路および前記メインインバータをオンするように起動制御を行い、
   前記サブインバータおよび前記ヒータ負荷をオンした後であって前記力率改善回路がオンするまでの間に、前記２次側電圧を検出する、
   請求項１ないし３のいずれかに記載のヒータ負荷の消費電力の検出方法。
6. 前記直流負荷の消費する合計電力が前記力率改善回路を停止したときに供給可能な電力よりも小さいときに、前記力率改善回路を停止させて前記２次側電圧を検出する、
   請求項１ないし３のいずれかに記載のヒータ負荷の消費電力の検出方法。
7. 前記交流電力を直流電力に変換して前記力率改善回路に出力する全波整流回路が設けられており、
   前記２次側電圧を検出する際に、前記全波整流回路の直流の出力電圧に含まれるリップルの影響を低減するために、前記交流電力の電圧周期の２分の１の周期毎に平均化処理を行う、
   請求項１ないし３のいずれかに記載のヒータ負荷の消費電力の検出方法。
8. 前記２次側電圧を検出する際に、前記ヒータ負荷の突入電流による前記交流電源の電圧降下の影響をなくすため、前記ヒータ負荷をオンしてから所定の時間Ｔ２の経過後に前記２次側電圧を検出する、
   請求項１ないし３のいずれかに記載のヒータ負荷の消費電力の検出方法。
9. 交流電源から供給される交流電力により駆動されるヒータ負荷、および前記交流電力に基づき力率改善回路を介して駆動される１つまたは複数のインバータから供給される直流電力により駆動される直流負荷を備えた装置において、前記ヒータ負荷の消費電力を検出する装置であって、
   前記インバータの少なくとも１つはフライバック型であり、
   前記力率改善回路が停止している状態において、前記ヒータ負荷をオンした状態で前記フライバック型のインバータの２次側電圧を検出する手段と、
   検出した前記２次側電圧を用いて、前記ヒータ負荷の消費電力を求める手段と、
   を備えることを特徴とするヒータ負荷の消費電力の検出装置。
10. 画像データに基づいて記録媒体に作像を行い、作像が行われた前記記録媒体に対して定着を行うように構成され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により駆動される定着のためのヒータ負荷と、
    前記交流電力に基づき力率改善回路を介して駆動される１つまたは複数のインバータから供給される直流電力により駆動される直流負荷と、を備え、
    前記インバータの少なくとも１つはフライバック型であり、
    前記力率改善回路が停止している状態において、前記ヒータ負荷をオンした状態で前記フライバック型のインバータの２次側電圧を検出する手段と、
    検出した前記２次側電圧を用いて、前記ヒータ負荷の消費電力を求める手段と、
    求めた前記ヒータ負荷の消費電力を出力する手段と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。

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