JP2017153182A - 電力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】合成電流の波形をより正弦波に近づけることができる電力制御装置を提供することである。
【解決手段】本発明に係る電力制御装置は、直流負荷と交流負荷とを備えた画像形成装置に用いられる電力制御装置であって、交流電源からの交流電力を整流して直流電力を前記直流負荷に出力する整流回路と、前記交流電源からの交流電力をＰＷＭ制御により振幅変調した交流電力を前記交流負荷に出力する供給回路と、前記整流回路への入力電流と前記交流負荷に流れる電流との合成電流が前記交流電源からの交流電力の半サイクルの正弦波に近い波形を示すように、前記ＰＷＭ制御のデューティー比を制御する制御部と、を備えていること、を特徴とする。
【選択図】図６Ｃ

Description

本発明は、画像形成装置の電力制御装置に関する。

従来の電力制御装置に関する発明としては、例えば、特許文献１に記載の電力制御装置が知られている。該電力制御装置は、２種類の交流負荷を有している。そして、該電力制御装置は、交流負荷に交流電力を供給し、交流電力を整流回路により整流して直流負荷に直流電力を供給する。この際に、電力制御装置は、整流回路への入力電流と交流負荷に流れる電流との合成電流が正弦波に近い波形となるように、入力電流の値に応じて、２つの交流負荷のいずれに交流電力を供給するのかを切り替えている。これにより、合成電流が正弦波に近い波形となるので、力率の低下が抑制される。

特開２０１３−７０５２６号公報

ところで、特許文献１に記載の電力制御装置では、合成電流の波形をより正弦波に近づけることが望まれている。

そこで、本発明の目的は、合成電流の波形をより正弦波に近づけることができる電力制御装置を提供することである。

本発明の第１の形態に係る電力制御装置は、
直流負荷と交流負荷とを備えた画像形成装置に用いられる電力制御装置であって、
交流電源からの交流電力を整流して直流電力を前記直流負荷に出力する整流回路と、
前記交流電源からの交流電力をＰＷＭ制御により振幅変調した交流電力を前記交流負荷に出力する供給回路と、
前記整流回路への入力電流と前記交流負荷に流れる電流との合成電流が前記交流電源からの交流電力の半サイクルの正弦波に近い波形を示すように、前記ＰＷＭ制御のデューティー比を制御する制御部と、
を備えていること、
を特徴とする。

本発明によれば、合成電流の波形をより正弦波に近づけることができる。

画像形成装置１の構成図である。 電力制御装置５０の構成図である。 入力電圧Ｖｉ１及び整流入力電流Ｉｉ１の波形を示したグラフである。 交流電力制御装置５０ｂの動作説明に用いる回路図である。 交流電力制御装置５０ｂの動作説明に用いる回路図である。 ヒーター５２に流れる電流（ヒーター入力電流Ｉｉ２）の波形を示した図である。 ピーク値Ｐｃが大きい場合における整流入力電流Ｉｉ１の波形を示したグラフである。 ピーク値Ｐｃが大きい場合におけるヒーター入力電流Ｉｉ２の波形を示したグラフである。 ピーク値Ｐｃが大きい場合における総合入力電流Ｉｉａの波形を示したグラフである。 ピーク値Ｐｃが小さい場合における整流入力電流Ｉｉ１の波形を示したグラフである。 ピーク値Ｐｃが小さい場合におけるヒーター入力電流Ｉｉ２の波形を示したグラフである。 ピーク値Ｐｃが小さい場合における総合入力電流Ｉｉａの波形を示したグラフである。 第１の実施例に係る制御において制御部３７が行う動作を示したフローチャートである。 整流入力電流Ｉｉ１の波形を示したグラフである。 ヒーター入力電流Ｉｉ２の波形を示したグラフである。 総合入力電流Ｉｉａの波形を示したグラフである。 第２の実施例に係る制御において制御部３７が行う動作を示したフローチャートである。 整流入力電流Ｉｉ１の波形を示したグラフである。 ヒーター入力電流Ｉｉ２の波形を示したグラフである。 総合入力電流Ｉｉａの波形を示したグラフである。 第３の実施例に係る制御において制御部３７が行う動作を示したフローチャートである。 ヒーター入力電流Ｉｉ２の波形を示したグラフである。 総合入力電流Ｉｉａの波形を示したグラフである。 第４の実施例に係る制御において制御部３７が行う動作を示したフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の各実施形態に係る電力制御供給装置が用いられた画像形成装置について詳説する。

まず、図中のｘ軸、ｙ軸及びｚ軸について説明する。本実施形態では、説明の便宜のため、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸はそれぞれ、画像形成装置の左右方向（換言すると横方向）、前後方向（換言すると奥行き方向）及び上下方向（換言すると高さ方向）とする。また、図中、いくつかの構成には、参照番号の右側に添え字ａ，ｂ，ｃ，ｄが付加されるものがある。ａ，ｂ，ｃ，ｄは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）を意味する。例えば、作像手段２９ａは、イエローの作像手段を意味する。

（画像形成装置の構成・動作）
まず、画像形成装置の構成について説明する。図１は、画像形成装置１の構成図である。

画像形成装置１は、例えばＭＦＰ(Multifunction Peripheral)であって、各色用の感光体ドラム３１ａ〜３１ｄを用いて各色のトナー像を形成して合成した後、合成トナー像をシートＳ（印刷媒体）に印刷（形成）する。そのために、画像形成装置１は、図１に示すように、大略的に、供給ユニット３、タイミングローラ対５、プロセスユニット７、定着手段９、排出ローラ対１１、排出トレイ１３、制御部３７及び記憶部３８を備えている。

供給ユニット３は、供給トレイ１５及び供給ローラ１６を含む。供給トレイ１５には未印刷のシートＳが複数積載される。供給ローラ１６は、積載されたシートＳを上から１枚ずつ取り出し、搬送経路Ｒに送り出す。このシートＳは、直ぐ下流のタイミングローラ対５に向けて搬送される。

タイミングローラ対５は、搬送経路Ｒ上で互いに当接する二個一対のローラを含んでおり、制御部３７による制御の下で回転し停止する。シートＳの送出時を除き、各ローラは停止している。よって、搬送されてきたシートＳは、まずローラ同士の当接部分に突き当たり、一旦停止する。タイミングローラ対５は、所定タイミングで回転を開始して、シートＳを二次転写領域（詳細は後述）に向けて送り出す。

プロセスユニット７は、光書き込み装置１７ａ〜１７ｄ、転写手段１９ａ〜１９ｄ、中間転写ベルト２１、駆動ローラ２３、従動ローラ２５、二次転写ローラ２７及び作像手段２９ａ〜２９ｄを含む。作像手段２９ａ〜２９ｄはそれぞれ、大略的には、感光体ドラム３１ａ〜３１ｄと、その周面に沿って配置された帯電手段３３ａ〜３３ｄ及び現像手段３５ａ〜３５ｄと、を有する。

感光体ドラム３１ａ〜３１ｄは、ｙ軸方向に延在している。感光体ドラム３１ａ〜３１ｄは、ｘ軸方向に並ぶように配列される。感光体ドラム３１ａ〜３１ｄはそれぞれ、図示しないモータからの駆動力により、ｙ軸に平行な軸を中心として、ｚｘ面内で反時計回り（矢印ＣＷで示す）に回転する。

帯電手段３３ａ〜３３ｄはそれぞれ、ｙ軸方向に延在しており、対応する感光体ドラム３１ａ〜３１ｄの周面を帯電させる。帯電手段３３ａ〜３３ｄとしては、コロトロン、スコロトロンまたは帯電ローラが典型的である。

光書き込み装置１７ａ〜１７ｄはそれぞれ、対応色の帯電手段３３ａ〜３３ｄを基準として、対応色の感光体ドラム３１ａ〜３１ｄの回転方向ＣＷの直ぐ下流側に、対応色の感光体ドラム３１ａ〜３１ｄの周面近傍に配置される。光書き込み装置１７ａ〜１７ｄはそれぞれ、感光体ドラム３１ａ〜３１ｄの周面を、対応色の光Ｂａ〜Ｂｄで主走査方向（つまり、ｙ軸方向）に走査することが可能となり、これによって、各感光体ドラム３１ａ〜３１ｄの周面には、対応色の静電潜像が形成される。

現像手段３５ａ〜３５ｄはそれぞれ、ｙ軸方向に延在する現像ローラを有する。現像ローラはそれぞれ、光Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄの照射位置の直ぐ下流で、対応色の感光体ドラム３１ａ〜３１ｄの周面と対向配置される。現像手段３５ａ〜３５ｄには、例えば、対応色の二成分現像剤が収容される。現像手段３５ａ〜３５ｄはそれぞれ、内蔵の現像ローラを用いて、感光体ドラム３１ａ〜３１ｄの周面上にトナーを供給する。これによって、感光体ドラム３１ａ〜３１ｄの周面上で、静電潜像は現像され、対応色（単色）のトナー像が形成される。

上記現像プロセスの結果、感光体ドラム３１ａ〜３１ｄはトナー像を周面上に担持する。また、感光体ドラム３１ａ〜３１ｄは、自身の回転により、担持しているトナー像を回転方向ＣＷの下流へと搬送する。

転写手段１９ａ〜１９ｄはそれぞれ、ｙ軸方向に延在しており、対応色の現像手段３５ａ〜３５ｄの直ぐ下流側に、対応色の感光体ドラム３１ａ〜３１ｄの周面と、下記の中間転写ベルト２１を挟んで対向するよう配置されている。

中間転写ベルト２１は無端状のベルトである。この中間転写ベルト２１は、転写手段１９ａ〜１９ｄ及び感光体ドラム３１ａ〜３１ｄの間に介在し、駆動ローラ２３及び従動ローラ２５の間に張り渡される。この中間転写ベルト２１は、転写手段１９ａ〜１９ｄによって、感光体ドラム３１ａ〜３１ｄに圧接される。以下、感光体ドラム３１ａ〜３１ｄと中間転写ベルト２１との圧接部分を一次転写領域という。駆動ローラ２３は、図示しないモータから与えられた駆動力によって回転する。従動ローラ２５は、駆動ローラ２３の回転によって従動して回転する。これによって、中間転写ベルト２１は、時計回り（矢印αの方向）に回転する。

転写手段１９ａ〜１９ｄには一次転写バイアス電圧が印加され、これによって、転写手段１９ａ〜１９ｄが中間転写ベルト２１と接触する部分周辺がトナー像と逆極性に帯電する。その結果、感光体ドラム３１ａ〜３１ｄにより搬送されてくるトナー像が一次転写領域に到達すると、トナー像が中間転写ベルト２１の外周面に移動する。換言すると、中間転写ベルト２１には、感光体ドラム３１ａ〜３１ｄに形成されているトナー像が転写される。以下、中間転写ベルト２１へのトナー像の転写を一次転写という。

ここで、感光体ドラム３１ａ〜３１ｄのそれぞれに担持されているトナー像は、中間転写ベルト２１の表面における同一エリアに順次転写される。このような一次転写の結果、中間転写ベルト２１には、各色のトナー像が重なり合った合成トナー像が形成される。中間転写ベルト２１は、合成トナー像を自身の外周面に担持しながら、回転することにより二次転写ローラ２７に向けて合成トナー像を搬送する。

二次転写ローラ２７は、中間転写ベルト２１を挟んで駆動ローラ２３と対向配置されており、中間転写ベルト２１に押圧される。この中間転写ベルト２１と二次転写ローラ２７との当接部分を、以下、二次転写領域という。上記の通り、この二次転写領域には、シートＳが送り込まれ通過すると共に、回転する中間転写ベルト２１に担持された合成トナー像が搬送されてくる。また、二次転写ローラ２７には、二次転写バイアス電圧が印加され、これにより、二次転写ローラ２７は、シートＳの非転写面側で合成トナー像と逆極性に帯電する。その結果、中間転写ベルト２１の表面からシートＳの表面へと合成トナー像が移動する。換言すると、シートＳには、中間転写ベルト２１に担持された合成トナー像が転写される。以下、シートＳへの転写を、二次転写という。

トナー像が転写されたシートＳは、定着手段９に導入される。定着手段９は、シートＳを加熱・加圧することで、合成トナー像をシートＳに定着させる。以下に、定着手段９について説明する。

定着手段９は、加熱ローラ５１、ヒーター５２、加圧ローラ５３及び温度検出部５４を備えている。加熱ローラ５１と加圧ローラ５３とは互いに圧接してニップを形成している。また、ヒーター５２は、加熱ローラ５１内に設けられている。ヒーター５２は、例えばハロゲンヒーターであって、後述する電力制御装置５０から供給される電流により点灯する。加圧ローラ５３は、制御部３７の制御に従って図示しないモータにより回転させられる。加熱ローラ５１は、加圧ローラ５３の回転に従動して回転させられる。シートＳは、ニップに送り込まれると、加熱ローラ５１及び加圧ローラ５３により加圧されると共に、加熱ローラ５１により加熱される。その結果、シートＳにトナーが定着する。温度検出部５４は、サーミスタであり、ヒーター５２の温度を検出し、検出結果を制御部３７に出力する。

定着プロセス済みのシートＳは、排出ローラ対１１から排出トレイ１３に印刷物として排出され載置される。

上記各部は、画像形成装置１の本体に内蔵された制御部３７により制御される。この制御部３７は、ＣＰＵやメインメモリ等からなり、予め準備されたプログラムに従って動作し、画像形成装置１全体を制御する。記憶部３８は、例えば、不揮発性メモリにより構成され、所定の情報を記憶する。

（電源制御装置の構成について）
次に、画像形成装置１の電力制御装置５０について図面を参照しながら説明する。図２は、電力制御装置５０の構成図である。

電力制御装置５０は、制御部３７、直流電力制御装置５０ａ及び交流電力制御装置５０ｂを含んでいる。

直流電力制御装置５０ａは、整流入力電流検出回路６０、ゼロクロス検出回路６２、コンデンサインプットの整流回路６５、スイッチング回路６８、トランス７０、ダイオード７２、平滑コンデンサ７４及び２次側出力回路７６を備えている。

整流回路６５は、入力された交流電力を整流して直流電力を負荷７８に出力し、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６４及び平滑コンデンサ６６を備える。より詳細には、交流電力は、ブリッジダイオード６４により全波整流され、平滑コンデンサ６６により平滑化される。平滑コンデンサ６６には充電電流Ｉｃが流れる。また、整流回路６５からの出力は、スイッチング回路６８、トランス７０、ダイオード７２及び平滑コンデンサ７４を経由して安定した直流電圧に調整される。なお、整流入力電流検出回路６０及びゼロクロス検出回路６２については後述する。

交流電力制御装置５０ｂは、交流電源３００からの交流電力をＰＷＭ制御により振幅変調した交流電力をヒーター５２に出力し、整流回路８１、フィルタ８２及びチョッパ回路８３を含んでいる。整流回路８１は、交流電源３００に接続される。フィルタ８２は、例えばπ型フィルタであって、整流回路８１の出力側に縦続接続される。具体的には、フィルタ８２は、コイルＬ１及びコンデンサＣ１，Ｃ２を含んでいる。

コイルＬ１，Ｌ２、ヒーター５２及びスイッチング素子８３１は、この順に直列に接続されている。コンデンサＣ１，Ｃ２は、ヒーター５２に並列に接続されている。チョッパ回路８３は、例えば、降圧チョッパ回路であって、フィルタ８２の出力側に縦続接続される。チョッパ回路８３は、コイル（リアクトル）Ｌ２、還流素子Ｄ１、スイッチング素子８３１及び駆動回路８３２を含んでいる。コイルＬ２は、コイルＬ１とヒーター５２との間に直列に接続される。

還流素子Ｄ１は、例えば、ダイオードであって、コイルＬ１とコイルＬ２との間においてヒーター５２と並列に接続される。より詳細には、還流素子Ｄ１のカソードがコイルＬ１とコイルＬ２との間に接続され、還流素子Ｄ１のアノードがヒーター５２とスイッチング素子８３１のコレクタとの間に電気的に接続される。

また、スイッチング素子８３１は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等である。より具体的には、スイッチング素子８３１のコレクタがヒーター５２に接続され、スイッチング素子８３１のエミッタが整流回路８１の出力側に接続される。駆動回路８３２は、スイッチング素子８３１のゲートに接続されており、制御部３７の制御に基づいてスイッチング素子８３１のデューティ比および駆動周波数を設定する。以上のように、ヒーター５２は、チョッパ回路８３の出力端子間に接続されている。

（直流電源制御部の動作）
次に、直流電源制御部５０ａの動作について図面を参照しながら説明する。図３は、入力電圧Ｖｉ１及び整流入力電流Ｉｉ１の波形を示したグラフである。入力電圧Ｖｉ１は、整流入力電流検出回路６０及びゼロクロス検出回路６２に入力する電圧（すなわち、交流電源３００から出力される電圧）であり、交流電圧である。整流入力電流Ｉｉ１は、整流入力電流検出回路６０に入力する電流である。

整流入力電流検出回路６０は、整流入力電流Ｉｉ１に基づいて、整流入力電流検知信号Ｓｉｉ１を生成し、制御部３７に出力する。制御部３７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及び期間Ｔｃを検出する。より詳細には、整流入力電流Ｉｉ１には、図３に示すように、電流が流れない期間Ｔｎｃ１，Ｔｎｃ２及び電流が流れる期間Ｔｃが半サイクルに存在している。交流電力の半サイクルにおいて、期間Ｔｎｃ１、期間Ｔｃ、期間Ｔｎｃ２の順に並んでいる。期間Ｔｃでは、整流入力電流Ｉｉ１は、パルス状の波形を取り、ピーク値Ｐｃを取る。制御部３７は、電流が流れている期間である期間Ｔｃを検出する。なお、期間Ｔｃは、整流入力電流Ｉｉ１が流れている期間であるが、換言すれば、平滑コンデンサ６６への充電電流Ｉｃに起因する入力充電電流Ｉｉ３ が流れている期間である。

なお、期間Ｔｃの検出は、例えば、ゼロクロス検出回路６２により行ってもよい。ゼロクロス検出回路６２は、入力電圧Ｖｉ１に基づいて、入力電圧Ｖｉ１のゼロクロスを示すゼロクロス検出信号Ｓｚを出力する。制御部３７は、ゼロクロス検出回路６２から出力されてくるゼロクロス検出信号Ｓｚから入力電圧Ｖｉ１の半サイクルを検出する。更に、制御部３７は、その半サイクルにおける時間Ｔｃとその半サイクルにおいて期間Ｔｃ以外の期間である期間Ｔｎｃ１，Ｔｎｃ２とを検出する。

（交流電源制御部の動作）
次に、交流電源制御部５０ｂの動作について図面を参照しながら説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、交流電力制御装置５０ｂの動作説明に用いる回路図である。図５は、ヒーター５２に流れる電流（ヒーター入力電流Ｉｉ２）の波形を示した図である。

まず、整流回路８１は、交流電源３００から供給される交流電流を全波整流して直流電流を生成する。フィルタ８２は、整流回路８１の出力電流からノイズを除去する。ここで、フィルタ８２のコンデンサＣ１，Ｃ２は、スイッチング素子８３１を流れるパルス状電流の高周波成分が交流電源３００側に漏れることを防止している。

ここで、制御部３７は、ピーク値Ｐｃ及び期間Ｔｃ等に基づいて決定したデューティー比で、スイッチング素子８３１がオンとオフに切り替わるように、駆動回路８３２をＰＷＭ制御する。駆動回路８３２は、制御部３７が決定したデューティー比でスイッチング素子８３１がオンとオフとに切り替わるように、駆動信号を生成し、該駆動信号をスイッチング素子８３１のゲートに出力する。

スイッチング素子８３１は、交流電源３００の周波数（例えば、５０Ｈｚ）よりもはるかに高い周波数（例えば、２０ｋＨｚ）で駆動される。スイッチング素子８３１がオンに制御されると、図４Ａに示すように、整流回路８１で生成された直流電流がスイッチング素子８３１を介してコイルＬ２及びヒーター５２に流れる。この間、コイルＬ２は、自身を流れる直流電流の一部を磁気エネルギーとして蓄える。一方、スイッチング素子８３１がオフに制御されると、図４Ｂに示すように、スイッチング素子８３１がオンに制御されている期間にコイルＬ２に蓄えられた磁気エネルギーが電流として放出されてヒーター５２に流れる。この電流は、回生ダイオードとしての還流素子Ｄ１を介してコイルＬ２に戻る。以上のような交流電力制御装置５０ｂの動作により、ヒーター５２への入力電流の波形は、図５に示されるように正弦波に近くなる。

また、デューティー比が高くなる（オンの期間が長くなる）と、ヒーター入力電流Ｉｉ２（図５参照）が大きくなり、デューティー比が低くなる（オンの期間が短くなる）と、ヒーター入力電流Ｉｉ２が小さくなる。すなわち、制御部３７は、デューティー比を変化させることにより、ヒーター入力電流Ｉｉ２を変化させることができる。

（第１の実施例）
以下に、第１の実施例に係る制御について図面を参照しながら説明する。図６Ａは、ピーク値Ｐｃが大きい場合における整流入力電流Ｉｉ１の波形を示したグラフである。図６Ｂは、ピーク値Ｐｃが大きい場合におけるヒーター入力電流Ｉｉ２の波形を示したグラフである。図６Ｃは、ピーク値Ｐｃが大きい場合における総合入力電流Ｉｉａの波形を示したグラフである。図７Ａは、ピーク値Ｐｃが小さい場合における整流入力電流Ｉｉ１の波形を示したグラフである。図７Ｂは、ピーク値Ｐｃが小さい場合におけるヒーター入力電流Ｉｉ２の波形を示したグラフである。図７Ｃは、ピーク値Ｐｃが小さい場合における総合入力電流Ｉｉａの波形を示したグラフである。総合入力電流Ｉｉａとは、整流入力電流Ｉｉ１とヒーター入力電流Ｉｉ２との合計である。

第１の実施例に係る制御では、制御部３７は、総合入力電流Ｉｉａが正弦波に近い波形となるように、ピーク値Ｐｃに基づいて、期間Ｔｎｃ１，Ｔｎｃ２におけるデューティー比を決定すると共に、期間Ｔｃにおけるデューティー比を０％とする。より詳細には、図６Ａの実線に示すように、期間Ｔｃでは、整流入力電流Ｉｉ１が流れる。そのため、期間Ｔｃにおいて、図６Ａの点線に示すようなヒーター入力電流Ｉｉ２が流れると、整流入力電流Ｉｉ１とヒーター入力電流Ｉｉ２との合計である総合入力電流Ｉｉａの波形は、正弦波から大きく崩れる。このように、総合入力電流Ｉｉａの波形が正弦波から大きく崩れると、力率が低下してしまう。

そこで、制御部３７は、期間Ｔｎｃ１，Ｔｎｃ２におけるデューティー比よりも期間Ｔｃにおけるデューティー比を小さくする。本実施形態では、制御部３７は、期間Ｔｃにおいてデューティー比を０％に設定する。これにより、図６Ｂに示すように、期間Ｔｃにおいて、ヒーター入力電流Ｉｉ２が流れなくなる。また、図６Ａに示すようにピーク値Ｐｃが大きいので、図６Ｂに示すように期間Ｔｎｃ１，Ｔｎｃ２におけるヒーター入力電流Ｉｉ２は大きい方が好ましい。これにより、総合入力電流Ｉｉａがより正弦波に近づくためである。故に、制御部３７は、ピーク値Ｐｃが大きい場合には、期間Ｔｎｃ１，Ｔｎｃ２におけるデューティー比を大きく設定する。

一方、図７Ａに示すようにピーク値Ｐｃが小さい場合には、図７Ｂに示すように、期間Ｔｎｃ１，Ｔｎｃ２におけるヒーター入力電流Ｉｉ２は小さい方が好ましい。これにより、総合入力電流Ｉｉａがより正弦波に近づくためである。故に、制御部３７は、ピーク値Ｐｃが小さい場合には、期間Ｔｎｃ１，Ｔｎｃ２におけるデューティー比を小さく設定する。

表１は、ピーク値Ｐｃに対応する各期間の長さ及び各期間におけるデューティー比を示した表である。記憶部３８は、表１のテーブルを記憶している。

表１に示すように、ピーク値Ｐｃが大きくなるにしたがって、期間Ｔｎｃ１，Ｔｎｃ２におけるデューティー比が大きくなっていることが分かる。また、期間Ｔｃにおけるデューティー比が０％となっていることも分かる。

ここで、第１の実施例に係る制御において、制御部３７が実行する動作について図面を参照しながら説明する。図８は、第１の実施例に係る制御において制御部３７が行う動作を示したフローチャートである。

整流入力電流検出回路６０には、整流入力電流Ｉｉ１が入力する。そして、整流入力電流検出回路６０は、整流入力電流検知信号Ｓｉｉ１を生成し、制御部３７に出力する。制御部３７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及び期間Ｔｃを特定する（ステップＳ１）。

次に、制御部３７は、ピーク値Ｐｃに基づいて、期間Ｔｎｃ１，Ｔｎｃ２におけるデューティー比を決定する（ステップＳ２）。具体的には、制御部３７は、表１において特定したピーク値Ｐｃに対応するデューティー比を特定する。そして、制御部３７は、デューティー比を駆動回路８３２に出力する（ステップＳ３）。この後、駆動回路８３２は、取得したデューティー比に従って、スイッチング素子８３１のオンとオフとを切り替える。

以上のように構成された電力制御装置５０によれば、制御部３７は、ピーク値Ｐｃに基づいて、期間Ｔｎｃ１，Ｔｎｃ２におけるデューティー比を決定する。具体的には、制御部３７は、ピーク値Ｐｃが高い場合にはデューティー比を高く設定し、ピーク値Ｐｃが低い場合にはデューティー比を低く設定する。これにより、図６Ａ〜図６Ｃ及び図７Ａ〜図７Ｃに示すように、総合入力電流Ｉｉａの波形が正弦波に近づくようになる。その結果、力率の改善が実現される。

（第２の実施例）
以下に、第２の実施例に係る制御について図面を参照しながら説明する。図９Ａは、整流入力電流Ｉｉ１の波形を示したグラフである。図９Ｂは、ヒーター入力電流Ｉｉ２の波形を示したグラフである。図９Ｃは、総合入力電流Ｉｉａの波形を示したグラフである。

第２の実施例に係る制御では、第１の実施例に係る制御よりもより精密な制御によって、総合入力電流Ｉｉａの波形を正弦波に近づける。より詳細には、図３に示すように、整流入力電流Ｉｉ１が増加を開始してから所定時間（本実施例では１ｍｓ）経過するまでの期間を期間Ｔｃ１とする。また、整流入力電流Ｉｉ１が０になる直前の所定時間（本実施例では１ｍｓ）の期間を期間Ｔｃ２とする。また、期間Ｔｃ１と期間Ｔｃ２との間の期間をＴｃＣとする。期間Ｔｃ１では、整流入力電流Ｉｉ１が増加しており、特に、整流入力電流Ｉｉ１の増加率が大きい。そして、期間Ｔｃ１では、ヒーター入力電流Ｉｉ２が所定値Ｑよりも小さい。期間Ｔｃ２では、整流入力電流Ｉｉ１が減少しており、特に、ヒーター入力電流Ｉｉ２の減少率が大きい。そして、期間Ｔｃ２では、ヒーター入力電流Ｉｉ２が所定値Ｑよりも小さい。また、期間ＴｃＣでは、整流入力電流の変化率が小さく、ヒーター入力電流Ｉｉ２が所定値Ｑ（閾値）よりも大きい。そのため、第１の実施例の制御では、期間Ｔｃ１，Ｔｃ２において、総合入力電流Ｉｉａが小さくなってしまう。すなわち、第１の実施例の制御では、期間Ｔｃ１，Ｔｃ２において、総合入力電流Ｉｉａの波形が正弦波からずれやすい。

そこで、第２の実施例に係る制御では、図９Ｂに示すように、期間ＴｃＣではデューティー比が０％である。ただし、期間Ｔｃ１では、デューティー比が時間経過に伴って減少している。また、期間Ｔｃ２では、デューティー比が時間経過に伴って増加している。よって、期間Ｔｃ１では、ヒーター入力電流Ｉｉ２が時間経過に伴って減少し、期間ＴｃＣでは、ヒーター入力電流Ｉｉ２が０となり、期間Ｔｃ２では、ヒーター入力電流が時間経過に伴って増加する。その結果、総合入力電流Ｉｉａの波形が正弦波により近づく。

表２は、ピーク値Ｐｃに対応する各期間の長さ及び各期間におけるデューティー比を示した表である。

表２に示すように、ピーク値Ｐｃが大きくなるにしたがって、期間Ｔｎｃ１，Ｔｎｃ２におけるデューティー比が大きくなっていることが分かる。更に、期間Ｔｃ１では、デューティー比が時間経過に伴って減少し、期間Ｔｃ２ではデューティー比が時間経過に伴って増加していることが分かる。また、期間ＴｃＣにおけるデューティー比が０％となっていることも分かる。

ここで、第２の実施例に係る制御において、制御部３７が実行する動作について図面を参照しながら説明する。図１０は、第２の実施例に係る制御において制御部３７が行う動作を示したフローチャートである。

整流入力電流検出回路６０には、整流入力電流Ｉｉ１が入力する。そして、整流入力電流検出回路６０は、整流入力電流検知信号Ｓｉｉ１を生成し、制御部３７に出力する。制御部３７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及び期間Ｔｃを特定する（ステップＳ１１）。

次に、制御部３７は、ピーク値Ｐｃに基づいて、期間Ｔｎｃ１，Ｔｎｃ２におけるデューティー比を決定する（ステップＳ１２）。具体的には、制御部３７は、表２において特定したピーク値Ｐｃに対応するデューティー比を特定する。更に、制御部３７は、期間Ｔｃ１，Ｔｃ２におけるデューティー比を決定する（ステップＳ１３）。具体的には、制御部３７は、表２において特定したピーク値Ｐｃに対応するデューティー比を特定する。そして、制御部３７は、デューティー比を駆動回路８３２に出力する（ステップＳ１４）。この後、駆動回路８３２は、取得したデューティー比に従って、スイッチング素子８３１のオンとオフとを切り替える。

以上のように構成された電力制御装置５０によれば、総合入力電流Ｉｉａの波形が正弦波からずれやすい期間Ｔｃ１，Ｔｃ２において、デューティー比の制御が行われる。これにより、総合入力電流Ｉｉａの波形がより正弦波に近づくようになり、力率の改善が実現される。

（第３の実施例）
以下に、第３の実施例に係る制御について図面を参照しながら説明する。図１１Ａは、整流入力電流Ｉｉ１の波形を示したグラフである。図１１Ｂは、ヒーター入力電流Ｉｉ２の波形を示したグラフである。図１１Ｃは、総合入力電流Ｉｉａの波形を示したグラフである。表３は、ヒーター投入電力が４００Ｗにおけるピーク値Ｐｃに対応する各期間の長さ及び各期間におけるデューティー比を示した表である。表４は、ヒーター投入電力が４５０Ｗにおけるピーク値Ｐｃに対応する各期間の長さ及び各期間におけるデューティー比を示した表である。

第１の実施例に係る制御及び第２の実施例に係る制御では、制御部３７は、ヒーター入力電流Ｉｉ２が正弦波に近づくように、デューティー比を決定していた。そのため、大きなヒーター入力電流Ｉｉ２が求められる場合には、対応できない場合がある。

そこで、第３の実施例に係る制御では、制御部３７は、大きなヒーター入力電流が求められる場合には、第１の実施例に係る制御及び第２の実施例に係る制御とは、デューティー比の決定の仕方を異ならせている。具体的には、第１の実施例及び第２の実施例では、ヒーターに求められる電力は、表１及び表２に示すように、１４８Ｗ〜３８３Ｗであるのに対して、第３の実施例では、ヒーターに求められる電力は、表３に示すように、４００Ｗ又は４５０Ｗである。

具体的には、第３の実施例に係る制御では、制御部３７は、期間ＴｃＣにおけるデューティー比を０％にしない。更に、期間Ｔｃ１では、デューティー比が時間経過に伴って減少している。ただし、期間Ｔｃ１の終了時に、デューティー比が０％になっていない。また、期間Ｔｃ２では、デューティー比が時間経過に伴って増加している。ただし、期間Ｔｃ２の開始時に、デューティー比が０％になっていない。これにより、期間Ｔｃ２では、ヒーター入力電流Ｉｉ２が時間経過に伴って減少し、期間ＴｃＣでは、ヒーター入力電流Ｉｉ２が０ではない値で一定となり、期間Ｔｃ２では、ヒーター入力電流が時間経過に伴って増加する。その結果、総合入力電流Ｉｉａの波形が正弦波により近づく。更に、期間Ｔｃ２においてデューティー比が０％になっていないので、総合入力電流Ｉｉａが大きくなる。すなわち、大きな電力をヒーター５２に供給できる。

また、表２では、ヒーターに求められる電力が４００Ｗであり、表３では、ヒーター５２に求められる電力が４５０Ｗである。そして、表３におけるデューティー比は、表２におけるデューティー比よりも高くなっていることが分かる。すなわち、制御部３７は、ヒーター５２に供給すべき電力に応じて、表２又は表３のいずれを用いてデューティー比を決定すべきかを判定する。

ここで、第３の実施例に係る制御において、制御部３７が実行する動作について図面を参照しながら説明する。図１２は、第３の実施例に係る制御において制御部３７が行う動作を示したフローチャートである。

制御部３７は、ヒーター投入電力を算出する（ステップＳ２１）。

整流入力電流検出回路６０には、整流入力電流Ｉｉ１が入力する。そして、整流入力電流検出回路６０は、整流入力電流検知信号Ｓｉｉ１を生成し、制御部３７に出力する。制御部３７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及び期間Ｔｃを特定する（ステップＳ２２）。

次に、制御部３７は、ピーク値Ｐｃに基づいて、期間Ｔｎｃ１，Ｔｎｃ２におけるデューティー比を決定する（ステップＳ２３）。例えば、制御部３７は、ステップＳ２１において算出したヒーター投入電力が４００Ｗである場合には、表３を用いて、ピーク値Ｐｃに対応するデューティー比を決定する。また、制御部３７は、ステップＳ２１において算出したヒーター投入電力が４５０Ｗである場合には、表４を用いて、ピーク値Ｐｃに対応するデューティー比を決定する。更に、制御部３７は、期間Ｔｃ１，Ｔｃ２におけるデューティー比を決定する（ステップＳ２４）。そして、制御部３７は、デューティー比を駆動回路８３２に出力する（ステップＳ２５）。この後、駆動回路８３２は、取得したデューティー比に従って、スイッチング素子８３１のオンとオフとを切り替える。

（第４の実施例）
以下に、第４の実施例に係る制御について図面を参照しながら説明する。図１３Ａは、ヒーター入力電流Ｉｉ２の波形を示したグラフである。図１３Ｂは、総合入力電流Ｉｉａの波形を示したグラフである。表５は、ヒーター投入電力の目標値を５００Ｗとした場合におけるピーク値Ｐｃに対応する各期間の長さ及び各期間におけるデューティー比を示した表である。

第３の実施例に係る制御では、制御部３７は、ステップＳ２１においてヒーター投入電力を算出し、例えば、ヒーター投入電力が４５０Ｗの場合には、表４を用いて、期間Ｔｎｃ１，Ｔｎｃ２，Ｔｃ１，Ｔｃ２でのデューティー比を決定していた。ただし、決定したデューティー比によるヒーター投入電力では、目標とするヒーター投入電力（例えば、５００Ｗ）に到達しない場合がある。

そこで、第４の実施例に係る制御では、表４を表５に変更して、デューティー比を全体的に底上げする。これにより、図１３Ａに示すように、ヒーター入力電流Ｉｉ２が大きくなる。その結果、図１３Ｂに示すように、総合入力電流Ｉｉａも大きくなる。よって、表５に示すように、ヒーター投入電力も大きくなる。

ここで、第４の実施例に係る制御において、制御部３７が実行する動作について図面を参照しながら説明する。図１４は、第４の実施例に係る制御において制御部３７が行う動作を示したフローチャートである。

制御部３７は、目標とするヒーター投入電力（例えば、５００Ｗ）を算出する（ステップＳ３１）。

整流入力電流検出回路６０には、整流入力電流Ｉｉ１が入力する。そして、整流入力電流検出回路６０は、整流入力電流検知信号Ｓｉｉ１を生成し、制御部３７に出力する。制御部３７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及び期間Ｔｃを特定する（ステップＳ３２）。

次に、制御部３７は、ピーク値Ｐｃに基づいて、期間Ｔｃ１，Ｔｎｃ２におけるデューティー比を決定する（ステップＳ３３）。例えば、制御部３７は、ステップＳ３１において算出したヒーター投入電力が４００Ｗである場合には、表３を用いて、ピーク値Ｐｃに対応するデューティー比を決定する。また、制御部３７は、ステップＳ３１において算出したヒーター投入電力が４５０Ｗである場合には、表４を用いて、ピーク値Ｐｃに対応するデューティー比を決定する。また、ステップＳ３１において算出したヒーター投入電力が、５００Ｗのように大きな場合には、制御部３７は、大きい方のヒーター投入電力を有する表４を用いる。更に、制御部３７は、期間Ｔｃ１，Ｔｃ２におけるデューティー比を決定する（ステップＳ３４）。

次に、制御部３７は、決定したデューティー比によるヒーター投入電力がステップ３１において算出した目標のヒーター投入電力に不足しているか否かを判定する（ステップＳ３５）。不足している場合には、本処理はステップＳ３５に進む。不足していない場合には、本処理はステップＳ３６に進む。

不足している場合、制御部３７は、デューティー比の底上げ処理を行う（ステップＳ３６）。例えば、目標のヒーター投入電力が５００Ｗであり、制御部３７が表４を用いてデューティー比を決定した場合には、約５０Ｗのヒーター投入電力が不足する。そこで、制御部３７は、不足したヒーター投入電力を補うように、表４のデューティー比を大きくして表５を作成する。この後、本処理はステップＳ３７に進む。

前記ステップＳ３７において、制御部３７は、デューティー比を駆動回路８３２に出力する（ステップＳ３７）。この後、駆動回路８３２は、取得したデューティー比に従って、スイッチング素子８３１のオンとオフとを切り替える。

（その他の実施形態）
本発明に係る電力制御装置は、前記電力制御装置５０に限らず、その要旨の範囲において変更可能である。

なお、直流電力制御装置５０ａへの入力電流の検出は、整流入力電流検出回路６０が行っているが、例えば、負荷７８の負荷電流を検出し、該検出結果に基づいて入力電流を算出してもよい。

また、デューティー比の設定値については入力電圧の検出手段を持たせて、その入力電圧に合せデューティー比の設定演算表を変更してもよい。

なお、デューティー比は、予め設定した設定演算表を用いているが、例えば、整流入力電流検出回路６０からの検出電流に閾値を設けてその閾値を境としてヒーター投入電力供給のオン・オフ切換えを行う様にしてもよい。

また、デューティー比の変更タイミングについてノイズ等の影響を考慮して入力電源のゼロクロスのタイミングつまり交流電圧の０Ｖとなるタイミング付近でデューティー比を変更する様にしても良い。

また、デューティー比の制御については、ハロゲンヒーターをフル点灯させるマシンウォーミングアップのモードでは行わない様にしてもよい。

また、デューティー比の制御については、マシンの直流電源の低負荷条件のモード例えばスタンバイモードだけ行う様にしてもよい。

本発明は、電力制御装置に有用であり、特に、合成電流の波形をより正弦波に近づけることができる点において優れている。

１：画像形成装置
３７：制御部
５０：電力制御装置
５０ａ：直流電力制御装置
５０ｂ：交流電力制御装置
５１：加熱ローラ
５２：ヒーター
５３：加圧ローラ
５４：温度検出部
６０：整流入力電流検出回路
６２：ゼロクロス検出回路
６４：ブリッジダイオード
６５：整流回路
６６：平滑コンデンサ
６８：スイッチング回路
７０：トランス
７２：ダイオード
７４：平滑コンデンサ
７６：２次側出力回路
７８：負荷
８１：整流回路
８２：フィルタ
８２：ノイズフィルタ
８３：チョッパ回路
３００：交流電源
８３１：スイッチング素子
８３２：駆動回路

Claims (9)

1. 直流負荷と交流負荷とを備えた画像形成装置に用いられる電力制御装置であって、
   交流電源からの交流電力を整流して直流電力を前記直流負荷に出力する整流回路と、
   前記交流電源からの交流電力をＰＷＭ制御により振幅変調した交流電力を前記交流負荷に出力する供給回路と、
   前記整流回路への入力電流と前記交流負荷に流れる電流との合成電流が前記交流電源からの交流電力の半サイクルの正弦波に近い波形を示すように、前記ＰＷＭ制御のデューティー比を制御する制御部と、
   を備えていること、
   を特徴とする電力制御装置。
2. 前記制御部は、前記入力電流が流れていない期間における前記デューティー比よりも該入力電流が流れている期間におけるデューティー比を小さくすること、
   を特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記制御部は、前記入力電流が流れている期間には、前記デューティー比を０とすること、
   を特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
4. 前記入力電流は、増加した後に減少する波形を有しており、
   前記制御部は、前記入力電流が増加している第１の期間では前記デューティー比を減少させ、該入力電流が減少している第１の期間では前記デューティー比を増加させること、
   を特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
5. 前記制御部は、前記入力電流が閾値よりも大きくなった場合には、前記デューティー比を０とすること、
   を特徴とする請求項４に記載の電力制御装置。
6. 前記制御部は、前記交流電源からの交流電圧が０Ｖとなるタイミングにおいて、前記デューティー比を変化させること、
   を特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかに記載の電力制御装置。
7. 前記供給回路は、降圧チョッパ回路を含んでいること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電力制御装置。
8. 前記入力電流を検知する第１の検知手段を、
   更に備えており、
   前記制御部は、前記第１の検知手段が検知した前記入力電流に基づいて、前記デューティー比を制御すること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の電力制御装置。
9. 前記直流負荷に流れる電流を検知する第２の検知手段を、
   更に備えており、
   前記制御部は、前記第２の検知手段が検知した前記入力電流に基づいて、前記デューティー比を制御すること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の電力制御装置。

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