JP2020160245A - 電力制御装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも小型の構成で負荷への電力制御を行う電力制御装置を提供する。【解決手段】電力制御装置は、商用電源から定着ヒータ２１０に供給される交流電力の電圧値を変換して電圧信号を生成する電圧検出部３０１と、交流電力の電流値を表す電流信号を生成する電流検出部３０２と、電圧信号及び電流信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部３０４と、Ａ／Ｄ変換部３０４に電圧信号及び電流信号のいずれかを選択的に入力する切替部３０５と、電圧信号に基づいて電圧値の検出タイミングと電流値の検出タイミングとを決定し、決定した検出タイミングに基づいて切替部３０５の切替動作を制御する信号処理部３０３と、Ａ／Ｄ変換部３０４からデジタル信号を取得して電流値を検出し、検出した当該電流値に基づいて定着ヒータ２１０への交流電力の供給を制御するＣＰＵ２０１と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真プロセス方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に関し、特に画像形成装置に設けられる電力制御装置に関する。

電力制御装置は、商用電源から負荷への電力の供給制御を、商用電源から負荷に印加される交流電圧の電圧値や交流電流の電流値に基づいて行うことがある。電力制御装置は、交流電圧の電圧値や交流電流の電流値の検出を、電圧検出用のトランスや電流検出用のトランスを用いて行うことができる。この場合、交流電圧や交流電流は、電圧検出用のトランスや電流検出用のトランスにより電圧変換され且つ整流されて、別々のＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換器でデジタル信号に変換される。デジタル信号により電圧値や電流値が検出される。商用電源から交流電圧を負荷に印加する構成では、交流電圧の極性が入れ替わるゼロクロスのタイミングに基づいて、負荷に対する電力制御が行われる。ゼロクロスの検出は、別の回路で行われる。

特許文献１は、交流電圧と定着ヒータに流される電流をそれぞれ検出し、これらの検出結果に基づいて定着ヒータの抵抗値の切替制御を行う技術を開示する。

特開２０１１−１９７２４２号公報

従来の構成では、電圧検出用と電流検出用とで２つのＡ／Ｄ変換器が必要である。これは、Ａ／Ｄ変換器を実装する基板サイズが大きくなる原因となる。そのために装置全体の小型化が阻害される。また、部品点数が多くなるために、コストが増大する。特に、ゼロクロスの検出を別の回路で行う構成では、この傾向が大きくなる。

本発明は、上記の問題に鑑み、従来よりも小型の構成で負荷への電力制御を行うことができる電力制御装置を提供することを主たる課題とする。

本発明の電力制御装置は、商用電源から所定の負荷に供給される交流電力の電圧値を変換して、アナログ信号である電圧信号を生成する電圧検出手段と、前記交流電力の電流値を表すアナログ信号である電流信号を生成する電流検出手段と、前記電圧信号及び前記電流信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段に前記電圧信号及び前記電流信号のいずれかを選択的に入力する切替手段と、前記電圧信号に基づいて決定される前記電圧値の検出タイミングと前記電流値の検出タイミングとに基づいて前記切替手段の切替動作を制御する信号処理手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段から前記デジタル信号を取得して前記電流値を検出し、検出した当該電流値に基づいて前記負荷への前記交流電力の供給を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、従来よりも小型の構成で負荷への電力制御を行うことができる。

画像形成装置の構成説明図。 電力制御装置の構成図。 交流電圧、交流電流の検出タイミングの説明図。 起動時の電源制御装置の処理を表すフローチャート。 ジョブ実行中の電源制御装置の処理を表すフローチャート。 ＡＣドライバ基板の変形例示図。 ＡＣドライバ基板の変形例示図。 ＡＣドライバ基板の変形例示図。

本発明の電力制御装置を用いた画像読取装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（画像形成装置）
図１は、本実施形態の電力制御装置を含む画像形成装置の構成説明図である。画像形成装置１００は、記録材に画像を形成する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１００は、補給用の現像剤（以下、「トナー」という）を収容したトナー収容容器１３０Ｙ〜１３０Ｍを備える。トナー収容容器１３０Ｙ〜１３０Ｍは、画像形成装置１００の本体に着脱可能である。画像形成装置１００は、原稿から画像を読み取るための画像読取装置１２０及びユーザによる指示を受け付け且つユーザへ情報を提供するユーザインターフェース（ＵＩ）１２６を備えている。

画像形成装置１００は、一定の間隔をおいて配置された４つの画像形成部１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋを備える。画像形成部１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋは、画像形成装置１００の本体に着脱可能である。画像形成部１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋは、それぞれ異なる色の画像を形成する。画像形成装置１００は、画像形成部１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋによる画像形成時に用いられるレーザ露光器１０８を備える。画像形成装置１００は、画像形成部１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋのそれぞれから画像が転写される中間転写ベルト１０１を有する中間転写ベルトユニット１１５を備える。画像形成装置１００は、中間転写ベルト１０１から記録材に画像を転写する転写部及び画像を記録材に定着させる定着器１５０を備える。

画像形成部１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋは、形成する画像の色が異なるのみであり、同じ構成を有し、同じ処理を行う。画像形成部１０３Ｙはイエロー（Ｙ）の画像を形成する。画像形成部１０３Ｍはマゼンタ（Ｍ）の画像を形成する。画像形成部１０３Ｃはシアン（Ｃ）の画像を形成する。画像形成部１０３Ｋはブラック（Ｋ）の画像を形成する。ここでは、画像形成部１０３Ｙの構成及び処理について説明し、画像形成部１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋの構成及び処理の説明を省略する。

画像形成部１０３Ｙは、像担持体であるドラム型の感光体（以下、「感光ドラム」という）１０４Ｙを備える。感光ドラム１０４Ｙの周囲には、帯電器１０９Ｙ、現像器１０５Ｙ、及びドラムクリーナ１１２Ｙが配置されている。中間転写ベルト１０１を介して感光ドラム１０４Ｙに対向する位置には、一次転写ローラ１１４Ｙが配置されている。

感光ドラム１０４Ｙは、アルミニウム製のドラム基体上に負帯電のＯＰＣ感光体による光導電層を有しており、不図示の駆動モータによって所定のプロセススピードで回転駆動される。帯電器１０９Ｙは、不図示の帯電バイアス電源から印加される帯電バイアスによって感光ドラム１０４Ｙの表面を負極性の所定電位に均一に帯電させる。

レーザ露光器１０８は、形成する画像を表す時系列の電気デジタル画素信号（以下、「画像データ」という）に応じてレーザ光が発光制御される発光部を備える。レーザ露光器１０８は、帯電された感光ドラム１０４の表面をレーザ光により露光することで、画像データに応じた静電潜像を感光ドラム１０４の表面に形成する。ここでは、イエローの画像データに基づいてイエローの静電潜像が形成される。現像器１０５Ｙは、トナー（現像剤）を内蔵しており、感光ドラム１０４Ｙ上に形成された静電潜像にトナー（ここではイエローのトナー）を付着させて、トナー像として現像（可視像化）する。一次転写ローラ１１４Ｙは、中間転写ベルト１０１を介して感光ドラム１０４Ｙ側に付勢される。一次転写ローラ１１４Ｙは、感光ドラム１０４Ｙに形成されたイエローのトナー像を中間転写ベルト１０１に転写する。ドラムクリーナ１１２Ｙは、転写後に感光ドラム１０４Ｙ上に残留した転写残トナーを感光ドラム１０４Ｙから除去する。そのためにドラムクリーナ１１２Ｙは、クリーニングブレード等を有している。

画像形成部１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋも同様にトナー像を形成して、それぞれが中間転写ベルト１０１上にトナー像を転写する。後述のとおり、中間転写ベルト１０１は回転する。各画像形成部１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋは、中間転写ベルト１０１の回転に応じたタイミングで、各色のトナー像を中間転写ベルト１０１に重畳するように転写する。これにより中間転写ベルト１０１にはフルカラーのトナー像が形成される。

中間転写ベルトユニット１１５は、二次転写対向ローラを兼ねる駆動ローラ１１６と、不図示の駆動ローラ軸上のギアとを備える。中間転写ベルト１０１は、駆動ローラ１１６及び駆動ローラ軸上のギアと、同じく不図示の本体上の駆動ギアにより回転駆動される。駆動ローラ１１６は、中間転写ベルト１０１を介して、転写部を構成する二次転写ローラ１１７に対向するよう配置されている。転写部は、駆動ローラ１１６と二次転写ローラ１１７との間に記録材と中間転写ベルト１０１とを挟持して搬送することで、中間転写ベルト１０１から記録材へトナー像を転写させる。

定着器１５０は、記録材の搬送方向で二次転写ローラ１１７の下流側に設けられる。定着器１５０は、定着ローラ１１８と加圧ローラ１１９とを有する。定着ローラ１１８は、後述の定着ヒータにより加熱される。定着器１５０は、定着ローラ１１８と加圧ローラ１１９とによりトナー像が転写された記録材を加熱及び加圧することで、記録材に画像を定着させる。記録材は、給紙カセット１２１又は手差しトレイ１２２から給送されるシート上の記録媒体である。記録材が給送される搬送経路には、転写部に記録材を搬送するレジストローラ１２３と、画像が形成された記録材を排出トレイ１２５に排出する排出ローラ１２４とが設けられる。レジストローラ１２３は、記録材の斜行等を補正し、中間転写ベルト１０１に形成されたトナー像が転写部に搬送されるタイミングに応じて、記録材を転写部へ搬送する。

このような構成の画像形成装置１００は、ユーザがＵＩ１２６により画像形成を指示することで、以下のように画像形成処理を行う。ここでは、画像読取装置１２０で原稿から読み取った画像を記録材に形成する複写処理について説明する。なお、画像形成部１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋは、色を区別して説明する必要がないために、符号末尾のＹ、Ｍ，Ｃ、Ｋを省略する。感光ドラム１０４等も符号末尾のＹを省略して説明する。

画像形成の指示を受け付けた画像形成装置１００は、画像読取装置１２０に原稿の画像を読み取らせる。画像読取装置１２０は、読み取った画像を表す画像データを生成して画像形成装置１００へ送信する。画像データは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色毎に生成される。画像形成装置１００は、この他に、パーソナルコンピュータ等の外部装置や可搬性メモリから画像データを取得することができる。

画像形成部１０３の感光ドラム１０４は、所定のプロセススピードで回転駆動され、表面が帯電器１０９によって一様に負極性に帯電される。レーザ露光器１０８は、画像データに応じて変調されたレーザ光を感光ドラム１０４に照射して、感光ドラム１０４上に静電潜像を形成する。現像器１０５は、感光ドラム１０４の帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加されることで、感光ドラム１０４上に形成された静電潜像にトナーを付着させ、トナー像として可視像化する。トナー像は、感光ドラム１０４と一次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された一次転写ローラ１１４により、回転駆動されている中間転写ベルト１０１に転写される。中間転写ベルト１０１には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー像が順次重畳して転写される。感光ドラム１０４上に残留した転写残トナーは、各ドラムクリーナ１１２に設けられたクリーナブレード等により掻き落とされ、回収される。

中間転写ベルト１０１上のフルカラーのトナー像は、転写部に搬送される。トナー像の先端が転写部に搬送されるタイミングに合わせて、給紙カセット１２１又は手差しトレイ１２２から給送される記録材が、レジストローラ１２３により転写部に搬送される。転写部に搬送された記録材は、二次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された二次転写ローラ１１７により、中間転写ベルト１０１からフルカラーのトナー像が一括して転写される。転写後に中間転写ベルト１０１上に残留した残留トナーは、転写クリーナ１０７で掻き落とされ、廃トナーとして回収される。
フルカラーのトナー像が形成された記録材は、定着器１５０に搬送され、定着ローラ１１８と加圧ローラ１１９との間の定着ニップ部でフルカラーのトナー像が加熱及び加圧される。これにより記録材の表面に画像が熱定着される。記録材は、排出ローラ１２４によって本体上面の排出トレイ１２５上に排出される。以上により、一連の画像形成処理が終了する。

（電力制御装置）
図２は、画像形成装置１００内の電力制御装置の構成図である。ここでは、電力供給の対象となる負荷として、定着ローラ１１８を加熱する定着ヒータ２１０を例に説明する。電力制御装置は、定着ヒータ２１０への電力供給を制御する。図３は、図２の電力制御装置による交流電圧、交流電流の検出タイミングの説明図である。

電力制御装置は、ＡＣドライバ基板３００及び制御基板２００を有する。ＡＣドライバ基板３００は、電圧検出部３０１、電流検出部３０２、信号処理部３０３、及びヒータ駆動部３０６を備える。信号処理部３０３は、Ａ／Ｄ変換器３０４及び切替部３０５を含む。制御基板２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０６、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０７を備える。ＡＣドライバ基板３００の入力側には商用電源が接続される。ＡＣドライバ基板３００の出力側には、低圧電源４００及び定着ヒータ２１０が接続される。低圧電源４００の出力は制御基板２００等の電源として利用される。

商用電源からＡＣドライバ基板３００に供給される交流電力の供給経路は、低圧電源４００への経路と、定着ヒータ２１０への経路とに分岐される。商用電源から供給される電圧は、図３に示すように０［Ｖ］を基準としたＡＣ電圧波形である。ＡＣ電圧波形は、例えば商用電源の実効値が１００［Ｖ］の地域ではピーク値が１４１［Ｖ］の電圧波形となる。低圧電源４００は、供給される交流電力を画像形成装置１００内の部品の駆動に用いる低電圧値の電圧に変換して、各部品に供給する。低圧電源４００は、例えば各部品に応じて複数の電圧値の電圧を生成する。定着ヒータ２１０への経路では、交流電力が電圧検出部３０１、電流検出部３０２、及びヒータ駆動部３０６を介して定着ヒータ２１０に供給される。

電圧検出部３０１は、交流電力（交流電圧）の電圧値を所定の電圧値に変換したアナログ信号である電圧信号を切替部３０５へ送信する。例えば、Ａ／Ｄ変換器３０４の入力レンジが３．３［Ｖ］である場合、電圧検出部３０１は、商用電源の交流電圧のピーク値である１４１［Ｖ］が３．３［Ｖ］以内に収まる割合で電圧変換を行い、電圧信号を生成する。
電流検出部３０２はヒータ駆動部３０６から定着ヒータ２１０に供給される交流電力（交流電流）の電流値を表すアナログ信号である電流信号を切替部３０５へ送信する。例えば、定着ヒータ２１０に流れるピーク電流が１０［Ａ］、且つＡ／Ｄ変換器３０４の入力レンジが３．３［Ｖ］である場合、電流検出部３０２は、電流が１０［Ａ］のときに３．３［Ｖ］以内の電圧値になるように変換を行って電流信号を生成する。
ヒータ駆動部３０６は、例えばトライアックを備える。ヒータ駆動部３０６は、所定のタイミングやモードでトライアックを駆動することで、定着ヒータ２１０への交流電力の供給を制御する。

切替部３０５は、電圧検出部３０１から送信される電圧信号と、電流検出部３０２から送信される電流信号と、のいずれか１つをＡ／Ｄ変換器３０４に送信する。送信する信号の切替は、信号処理部３０３により所定のタイミングで行われる。Ａ／Ｄ変換器３０４は、電圧信号や電流信号をデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は、制御基板２００のＣＰＵ２０１に送信される。このデジタル信号は、商用電源から供給される交流電力の電圧値又は電流値を表す。信号処理部３０３は、交流電圧及び交流電流の検出タイミングを決定するＩＣ（Integrated Circuit）である。交流電圧及び交流電流の検出タイミングの詳細については、後述する。

制御基板２００のＣＰＵ２０１は、画像形成装置１００による画像形成処理の制御を行う。本実施形態では、ＣＰＵ２０１による定着ヒータ２１０への電力供給制御について説明する。ＣＰＵ２０１は、ＡＣドライバ基板３００のＡ／Ｄ変換器３０４からデジタル信号を取得する。ＣＰＵ２０１は、デジタル信号に基づいて、定着ヒータ２１０への電力供給のタイミングを決定する。ＣＰＵ２０１は、決定したタイミングに基づいてヒータ駆動部３０６に制御信号を送信し、ヒータ駆動部３０６内のトライアックを駆動制御することで、定着ヒータ２１０への電力供給を制御する。なお、図２に示した構成ではＣＰＵ２０１からヒータ駆動部３０６に制御信号を直接送信する構成であるが、ＣＰＵ２０１から信号処理部３０３を介してヒータ駆動部３０６に制御信号を送信する構成でもよい。

信号処理部３０３による交流電圧及び交流電流の検出タイミングを、図３を用いて説明する。電流検出部３０２による電流検出は、ジョブの実行中に負荷に供給される交流電力に対して行われる。そのためにスタンバイ時や起動時等は、電流検出が行われない。なお、図３中のハッチング領域がサンプリングを行う検出期間を示している。下向きの矢印は複数設けられるサンプリングポイントの一部を示している。また、ジョブの実行中は、電圧検出の期間と電流検出の期間とが重ならない。

スタンバイ時や起動時には、切替部３０５は、電圧検出部３０１からの電圧信号を常に選択する状態に設定されている。信号処理部３０３は、電圧信号に基づいて、交流電力（交流電圧）の周波数、ゼロクロスタイミング、電圧値等の情報を検出する。信号処理部３０３は、検出した電圧値から交流電圧の実効値を算出する。これにより、画像形成装置１００の設置場所における実際の電圧の実効値が得られる。信号処理部３０３は、交流電圧の実効値をＣＰＵ２０１へ送信する。

ＣＰＵ２０１は、交流電圧の実効値に応じて定着ヒータ２１０の制御方法を選択する。定着ヒータ２１０の制御方法には、例えば位相制御と、波数制御と、位相制御及び波数制御の両方を用いた制御と、がある。ＣＰＵ２０１は、商用電源から供給される交流電圧の実効値に基づいて、これらの制御方法を切り替える。これにより、例えば交流電圧の実効値が１００［Ｖ］の地域と２３０［Ｖ］の地域との違いで、制御方法が切り替えられる。

ジョブの実行中における交流電圧及び交流電流の検出タイミングについて説明する。定着ヒータ２１０への電力供給のタイミングは、交流電圧のＡＣ電圧波形のゼロクロスを基準に決定される。定着ヒータ２１０を位相制御する場合、ＣＰＵ２０１は、例えばゼロクロスの立ち上がりの２ミリ秒後に定着ヒータ２１０に交流電力を供給するようにヒータ駆動部３０６を制御する。つまり定着ヒータ２１０への電力供給のタイミングの決定には、ゼロクロス付近の電圧値が必要となる。電圧値の検出タイミングは、ゼロクロスのタイミング付近となる。

電流値の検出は、交流電流のピークで行われる。抵抗負荷に交流電力を供給する場合、交流電圧と交流電流との間に遅延が発生しないために、ＡＣ電圧波形のピーク付近が交流電流のピークとなる。定着ヒータ２１０が抵抗負荷であるために、商用電源から供給される交流電圧のピークと交流電流のピークとが同じになる。そのために電流値の検出タイミングは、ＡＣ電圧波形における位相９０度及び２７０度のピーク付近となる。
具体的には、交流電圧（ＡＣ電圧波形）の周波数が５０［Ｈｚ］の場合、１周期が２０ミリ秒となる。ゼロクロスの立ち上がりを基準にすると、ＡＣ電圧波形の立ち上がりから５ミリ秒後が位相９０度で、立ち上がりから１５ミリ秒後が位相２７０度である。それぞれの位相において前後所定時間（ここでは２ミリ秒）ずつを検出時間とする場合、電圧値の検出タイミングは、ゼロクロスの立ち上がりを０として、８ミリ秒〜１２ミリ秒、１８ミリ秒〜２２ミリ秒に設定される。電流値の検出タイミングは、ゼロクロスの立ち上がりを０として、３ミリ秒〜７ミリ秒、１３ミリ秒〜１７ミリ秒に設定される。図３に示した例では、ゼロクロスの立ち上がりを検出した時点で電圧値の検出をやめているために、立ち上がり時の電圧値の検出時間が若干短くなっている。

検出タイミングの基準は、立ち上がりのゼロクロスだけでなく、立ち下がりのゼロクロスであってもよい。この場合、電流値の検出タイミングが立ち上がりのゼロクロスから３ミリ秒〜７ミリ秒になり、電圧値の検出タイミングが立ち上がりのゼロクロスから８ミリ秒〜１２ミリ秒になる。電圧値の検出時に立ち下がりを検知した場合、そこから３ミリ秒〜７ミリ秒が電流値の検出タイミングになり、８ミリ秒〜１２ミリ秒が電圧値の検出タイミングになる。この場合も所望のタイミングで電圧値及び電流値を検出することができる。信号処理部３０３は、電圧信号（ＡＣ電圧波形）に基づいて、このように電圧値の検出タイミングと電流値の検出タイミングとを設定することができる。

信号処理部３０３は、このように決定した電圧値の検出タイミング及び電流値の検出タイミングに基づいて、切替部３０５の切替動作を制御する。これによりＣＰＵ２０１は、電圧値の検出タイミングには電圧信号から変換されたデジタル信号を取得し、電流値の検出タイミングには電流信号から変換されたデジタル信号を取得する。

ＣＰＵ２０１は、以上のように設定された検出タイミングで、ジョブの実行中に定着ヒータ２１０に流れる交流電流の電流値を監視する。ＣＰＵ２０１は、監視結果に基づいて、定着ヒータ２１０に供給される電流や電力が所定の電流値（例えば１５［Ａ］）や所定の電力値（例えば１５００［Ｗ］）を超えないように、ヒータ駆動部３０６を制御することができる。そのために、制限値までマージンを持つ必要がなく、可能な限り電力を供給可能となる、高い生産性が実現される。この場合、低圧電源４００側の電流値は、リアルタイムで監視しているわけではなく、予め検討段階で得られたデータに基づいて予測される。ＣＰＵ２０１は、低圧電源４００での予測消費電流と定着ヒータ２１０で検出した電流値との合算値に応じて制御を行う。

図４は、画像形成装置１００の起動時の電源制御装置の処理を表すフローチャートである。図３で説明したように、起動時には電圧検知が行われる。

画像形成装置１００が起動されると、ＡＣドライバ基板３００には商用電源から交流電力が供給される。電圧検出部３０１は、供給される交流電力（交流電圧）から変換した電圧信号を切替部３０５に送信する。切替部３０５は、信号処理部３０３により電圧検出部３０１からの電圧信号を常に選択する状態に設定されている。信号処理部３０３は、切替部３０５により取得した電圧信号に基づいて電圧値の検出を開始する（Ｓ１０１）。

信号処理部３０３は、図３に例示する起動時におけるハッチングした検出期間に所定の間隔で設けられるサンプリングポイントで、電圧信号から電圧値を検出する（Ｓ１０２）。信号処理部３０３は、検出した電圧値の変化に基づいて交流電圧の周波数を算出する（Ｓ１０３）。信号処理部３０３は、検出した電圧値の変化に基づいて交流電圧の実効値を算出する（Ｓ１０４）。信号処理部３０３は、算出した周波数及び実効値を所定のメモリに格納する（Ｓ１０５）。例えば信号処理部３０３は、算出した周波数及び実効値をＣＰＵ２０１へ送信する。ＣＰＵ２０１は、取得した周波数及び実効値をＲＡＭ２０７に格納する。以上により、起動時の電源制御装置の処理が終了する。

図５は、画像形成装置１００のジョブ実行中の電源制御装置の処理を表すフローチャートである。ジョブは、ユーザがＵＩ１２６により実行が指示される。ここでは、ジョブは画像形成処理であり、定着ヒータ２１０への電力供給制御処理を含む。

ジョブの開始が指示されると、電圧検出部３０１は、供給される交流電力（交流電圧）から変換した電圧信号を切替部３０５に送信する。電流検出部３０２は、供給される交流電力（交流電流）から変換した電流信号を切替部３０５に送信する。切替部３０５は、ジョブ開始の初期状態では、信号処理部３０３により電圧検出部３０１からの電圧信号を選択する状態に設定されている。信号処理部３０３は、切替部３０５により取得した電圧信号に基づいて電圧値を検出する（Ｓ２０１）。信号処理部３０３は、すべてのサンプリングポイントで、電圧信号から電圧値を検出する。

信号処理部３０３は、検出した電圧値の変化に基づいて交流電圧の実効値を算出する（Ｓ２０２）。信号処理部３０３は、算出した実効値をＣＰＵ２０１へ送信する。信号処理部３０３は、検出した電圧値の変化に基づいて交流電圧のゼロクロスのタイミングを検出する（Ｓ２０３）。信号処理部３０３は、検出したゼロクロスのタイミングに基づいて、交流電圧の電圧値の検出タイミング及び交流電流の電流値の検出タイミングを決定する（Ｓ２０４）。ここでは、図３に例示するようにゼロクロスのタイミングを位相０度として、交流電圧の電圧値の検出タイミングが０度と１８０度とに決定され、交流電流の電流値の検出タイミングが９０度と２７０度とに決定される。

信号処理部３０３は、決定した検出タイミングで切替部３０５の切替制御を行う。これによりＣＰＵ２０１は、電圧値の検出タイミングには電圧信号から変換されたデジタル信号を取得し、電流値の検出タイミングには電流信号から変換されたデジタル信号を取得する。ＣＰＵ２０１は、電圧値の検出タイミングで取得したデジタル信号に基づいて電圧値を検出し、電流値の検出タイミングで取得したデジタル信号に基づいて電流値を検出する（Ｓ２０５）。

ＣＰＵ２０１は、検出した電流値に基づいて定着ヒータ２１０に供給する電力を決定する（Ｓ２０６）。ＣＰＵ２０１は、検出した電流値と供給可能な上限となる電流値とを比較し、その比較結果に基づいて、供給する電力を決定する。例えば定着ヒータ２１０へ供給可能な電流が１５［Ａ］である場合、ＣＰＵ２０１は、検出した電流値を１５［Ａ］と比較する。比較の結果、検出した電流値が１５［Ａ］に対して余裕があれば、ＣＰＵ２０１は、定着ヒータ２１０により大きい電力（例えば９５０［Ｗ］）を供給することを決定する。比較の結果、検出した電流値が１５［Ａ］に対して余裕がなければ、ＣＰＵ２０１は、定着ヒータ２１０により小さい電力（例えば９００［Ｗ］）を供給することを決定する。ここで、Ｓ２０２の処理で算出された実効値が図４の処理で算出された実効値と異なる場合、ＣＰＵＳ２０３は、Ｓ２０２の処理で算出された実効値を用いて電力を算出する。これによりＣＰＵ２０１は、画像形成装置１００の設置場所の電圧値が変動した場合でも、より正確な電圧実効値に基づいて電力を算出することができる。

ＣＰＵ２０１は、決定した電力に基づいて定着ヒータ２１０の電力供給制御を行う（Ｓ２０７）。ＣＰＵ２０１は、ジョブが終了すると定着ヒータ２１０の電力供給制御を終了する。ＣＰＵ２０１は、供給する電力に応じて、ヒータ駆動部３０６への制御信号を生成する。例えばＣＰＵ２０１は、制御信号のデューティー比を決定する。ヒータ駆動部３０６は、デューティー比に応じて定着ヒータ２１０へ交流電力を供給することになる。制御信号のデューティー比は、位相制御であれば、９００［Ｗ］の電力を供給する場合に半波の８０％の期間がオンになり、９５０［Ｗ］の電力を供給する場合に半波の８５％の期間がオンになる。制御信号のデューティー比は、波数制御であれば、９００［Ｗ］の電力を供給する場合に２０半波のうち１８半波の期間がオンになり、９５０［Ｗ］の電力を供給する場合に２０半波のうち１９半波の期間がオンになる。

以上のように本実施形態の画像形成装置１００は、電圧検出部３０１及び電流検出部３０２とＡ／Ｄ変換器３０４との間に切替部３０５を設け、切替部３０５により、Ａ／Ｄ変換器３０４への電圧信号及び電流信号の入力を所定のタイミングで切り替える。これにより、電圧検知及び電流検知に用いるＡ／Ｄ変換器３０４を１つにすることができる。そのために必要な部品点数が削減でき、実装基板のサイズの低減やコストダウンが可能となる。
また、電力制御装置は、電圧値をサンプリングしてゼロクロスのタイミングを検出し、検出したゼロクロスのタイミングに基づいて電圧値や電流値の検出タイミングを決定する。そのためにゼロクロスを検出するための特別な構成が不要となり、実装基板のサイズの低減やコストダウンが可能となる。

（変形例１）
図６は、ＡＣドライバ基板の変形例示図である。ＡＣドライバ基板３１０は、図２のＡＣドライバ基板３００とは異なり、低圧電源４００への経路と定着ヒータ２１０への経路との分岐が、電流検出部３０２から定着ヒータ２１０への電力供給経路に設けられる。電圧検出部３０１から出力される電圧信号は、図２のＡＣドライバ基板３００の電圧検出部３０１から出力される電圧信号と同じである。また、電圧値及び電流値の検出タイミングも、図２の場合と同じである。

ＡＣドライバ基板３１０では、電流検出部３０２により、低圧電源４００及び定着ヒータ２１０の両方に供給される電流、すなわちＡＣドライバ基板３１０から低圧電源４００及び定着ヒータ２１０の両方に供給されるトータルの電流値を検出することができる。そのためにＡＣドライバ基板３１０を有する電力制御装置は、低圧電源４００による消費電流を予測して制御を行う図２の構成と比べて、電流値をより正確に検出して、電流値制御（電力制御）を高精度に行うことができる。

（変形例２）
図７は、ＡＣドライバ基板の変形例示図である。ＡＣドライバ基板３２０は、定着ヒータ２１０の抵抗値が既知である場合に適用可能である。ＡＣドライバ基板３２０の電流検出部３０２は、商用電源ＡＣと低圧電源４００との間に配置されて、低圧電源４００に供給される交流電流の電流値だけを検出する。定着ヒータ２１０に供給される交流電流の電流値は、電圧検出部３０１を用いて検出された電圧値と定着ヒータ２１０の抵抗値とから算出される。なお、電圧値及び電流値の検出タイミングは、図２の場合と同じである。

電圧検出部３０１から出力される電圧信号と電流検出部３０２から出力される電流信号とは、切替部３０５及びＡ／Ｄ変換器３０４を介してＣＰＵ２０１に入力される。ＣＰＵ２０１は、電圧信号から算出した電圧値と定着ヒータ２１０の抵抗値とから定着ヒータ２１０に供給される交流電流の電流値を算出する。ＣＰＵ２０１は、算出した電流値と電流信号から算出した電流値とを合計することで、ＡＣドライバ基板３２０から低圧電源４００及び定着ヒータ２１０の両方に供給されるトータルな電流値を算出する。定着ヒータ２１０に流れる電流は、起動時の電圧値と定着ヒータ２１０を駆動する際の電圧位相に基づいて算出される。

（変形例３）
図８は、ＡＣドライバ基板の変形例示図である。ＡＣドライバ基板３３０は、図２のＡＣドライバ基板３００に、カード側ＮＦＣ（Near Field Communication）アンテナ４１１、リーダ・ライタ側ＮＦＣアンテナ４１２、及びＮＦＣリーダ・ライタ側制御部４１０を備えた構成である。ＮＦＣリーダ・ライタ側制御部４１０は、信号処理部３０３と制御基板２００との間の通信制御を行うＩＣである。ＡＣドライバ基板３３０は、信号処理部３０３と制御基板２００との通信経路に、ＮＦＣリーダ・ライタ側制御部４１０を用いたＮＦＣ通信を採用する。

信号処理部３０３は、カード側ＮＦＣアンテナ４１１に接続されて、カード側ＮＦＣアンテナ４１１の動作を制御する。信号処理部３０３及びカード側ＮＦＣアンテナ４１１はカード側端末となる。カード側ＮＦＣアンテナ４１１に対向して、リーダ・ライタ側ＮＦＣアンテナ４１２が配置されている。カード側ＮＦＣアンテナ４１１とリーダ・ライタ側ＮＦＣアンテナ４１２とは、電気的に絶縁されており且つ近距離無線通信が行える距離に配置される。リーダ・ライタ側ＮＦＣアンテナ４１２は、ＮＦＣリーダ・ライタ側制御部４１０に接続されている。リーダ・ライタ側ＮＦＣアンテナ４１２及びＮＦＣリーダ・ライタ側制御部４１０はリーダ・ライタ側端末となる。ＮＦＣリーダ・ライタ側制御部４１０は、制御基板２００のＣＰＵ２０１に接続されている。ＮＦＣリーダ・ライタ側制御部４１０は、制御基板２００のＣＰＵ２０１に接続されている。

ＮＦＣリーダ・ライタ側制御部４１０は低圧電源４００で駆動されている。ＮＦＣによる近距離無線通信では、リーダ・ライタ側の端末は、カード側の端末に対して電力の伝送も常時行う。そのために、ＮＦＣリーダ・ライタ側制御部４１０は、商用電源から交流電力が供給され次第、信号処理部３０３に対して近距離無線通信による電力の送信を開始する。

ＡＣドライバ基板３３０は、信号処理部３０３とＮＦＣリーダ・ライタ側制御部４１０とにより電気的な絶縁を確保しつつ、ＡＣドライバ基板３００と同様な制御を行うことができる。

以上のように本実施形態の画像形成装置１００に設けられる電力制御装置は、商用電源から供給される交流電力から変換される電圧信号及び電流信号を１つのＡ／Ｄ変換器３０４によりデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器３０４は切替部３０５を備え、電圧信号及び電流信号のいずれかが選択的にＡ／Ｄ変換器３０４に入力されるようになっている。Ａ／Ｄ変換器３０４を備える信号処理部３０３は、電圧信号に基づいて交流電圧のゼロクロスのタイミングを検出するとともに、ゼロクロスのタイミングン基づいて電圧値の検出タイミングと電流値の検出タイミングとを決定する。このような構成により、電力制御装置は、Ａ／Ｄ変換器３０４の数を削減し、部品削減による基板サイズの低減及びコストダウンを実現しつつ、従来と同様の電力供給制御を行うことができる。

Claims (12)

1. 商用電源から所定の負荷に供給される交流電力の電圧値を変換して、アナログ信号である電圧信号を生成する電圧検出手段と、
   前記交流電力の電流値を表すアナログ信号である電流信号を生成する電流検出手段と、
   前記電圧信号及び前記電流信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   前記Ａ／Ｄ変換手段に前記電圧信号及び前記電流信号のいずれかを選択的に入力する切替手段と、
   前記電圧信号に基づいて決定される前記電圧値の検出タイミングと前記電流値の検出タイミングとに基づいて前記切替手段の切替動作を制御する信号処理手段と、
   前記Ａ／Ｄ変換手段から前記デジタル信号を取得して前記電流値を検出し、検出した当該電流値に基づいて前記負荷への前記交流電力の供給を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする、
   電力制御装置。
2. 前記信号処理手段は、起動時に、前記切替手段により前記電圧信号を前記Ａ／Ｄ変換手段に入力させ、ジョブの実行中に、前記検出タイミングに基づいて前記切替手段の切替動作を制御することを特徴とする、
   請求項１記載の電力制御装置。
3. 前記信号処理手段は、前記電圧信号に基づいて交流電圧のゼロクロスのタイミングを検出し、前記ゼロクロスのタイミングに基づいて前記電圧値の検出タイミングと前記電流値の検出タイミングとを決定し、
   前記制御手段は、前記ゼロクロスのタイミングを基準にして前記負荷へ前記交流電力を供給するタイミングを決定することを特徴とする、
   請求項１又は２記載の電力制御装置。
4. 前記信号処理手段は、前記ゼロクロスのタイミングを基準にして、前記ゼロクロスのタイミングに前記電圧値の検出タイミングを決定し、交流電流のピークとなるタイミングに前記電流値の検出タイミングを決定することを特徴とする、
   請求項３記載の電力制御装置。
5. 前記信号処理手段は、前記ゼロクロスのタイミングを基準にして、前記ゼロクロスのタイミングの前後所定時間を前記電圧値の検出タイミングを決定し、交流電流のピークとなるタイミングの前後所定時間を前記電流値の検出タイミングを決定することを特徴とする、
   請求項４記載の電力制御装置。
6. 前記信号処理手段は、前記切替手段及び前記Ａ／Ｄ変換手段と、前記変換手段に接続されて近距離無線通信を行う第１アンテナと、前記制御手段との間で通信を行う通信制御手段と、前記通信制御手段に接続されて前記第１アンテナとの間で近距離無線通信を行う第２アンテナと、を備え、前記第１アンテナ、前記第２アンテナ、及び前記通信制御手段を介して前記制御手段と通信を行うことを特徴とする、
   請求項１〜５のいずれか１項記載の電力制御装置。
7. 前記電圧検出手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段の入力レンジに応じたピーク値に収まるように前記交流電力の電圧値を変換して前記電圧信号を生成することを特徴とする、
   請求項１〜６のいずれか１項記載の電力制御装置。
8. 前記電流検出手段は、前記負荷にピーク電流が流れるときに前記Ａ／Ｄ変換手段の入力レンジに応じたピーク値に収まる電圧値になるように前記電流信号を生成することを特徴とする、
   請求項１〜７のいずれか１項記載の電力制御装置。
9. 前記負荷へ前記交流電力を供給する経路と、所定の低圧電源に前記交流電力を供給する経路とを備え、
   前記電流検出手段は、前記所定の低圧電源に前記交流電力を供給する経路に設けられることを特徴とする、
   請求項１〜８のいずれか１項記載の電力制御装置。
10. 前記負荷へ前記交流電力を供給する経路と、所定の低圧電源に前記交流電力を供給する経路とを備え、
    前記交流電力を供給する経路と、前記所定の低圧電源に前記交流電力を供給する経路との分岐が、前記電流検出手段から前記負荷への経路に設けられることを特徴とする、
    請求項１〜８のいずれか１項記載の電力制御装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項記載の電力制御装置と、
    前記電力制御装置から交流電力が供給される負荷と、を備えることを特徴とする、
    画像形成装置。
12. 前記負荷は、記録材に画像を定着する際に前記記録材を加熱するヒータであることを特徴とする、
    請求項１１記載の画像形成装置。

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