JP2021015228A

JP2021015228A - 通電制御装置、及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2021015228A
Application number: JP2019130429A
Authority: JP
Inventors: 健大井; Takeshi Oi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2039-07-12
Also published as: US20210011410A1; JP7374637B2; US11137708B2

Abstract

【課題】コストアップを防止するものでありながら、通電制御におけるゼロクロス点に対する時間的なズレを補正し、スイッチングノイズを低減することが可能な通電制御装置を提供する。【解決手段】ゼロクロス検出回路部は、商用電源の電圧が閾値（Ｖｔｈｒｅｓ１）よりも高い場合に第１検出信号（Ｈ）を出力し、閾値（Ｖｔｈｒｅｓ１）よりも低い場合に第２検出信号（Ｌ）を出力する。給電回路部は、ＦＳＲＤ信号を入力し、商用電源の電力を通電対象に対して供給・非供給を切換える。制御部は、第１期間（ｔＨ）と第２期間（ｔＬ）との差分から補正値（（ｔＬ−ｔＨ）／４）を演算し、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジのタイミングを補正値で補正した補正タイミングで切換るＦＳＲＤ信号を給電回路部に出力する。【選択図】図３

Description

本発明は、通電対象に対して通電制御を行う通電制御装置、及び画像形成装置に関する。

例えばレーザ方式のプリンタ、複合機、ＦＡＸ等においては、シートに転写されたトナー画像を加熱してシートに定着する定着装置が備えられている。定着装置には、商用電源の電力によって発熱するヒータが備えられており、ヒータへの通電制御を行う通電制御装置では、トライアック等のスイッチング素子を用いて、商用電源の正半波又は負半波の単位を制御単位とした波数制御が行われている。

ところで、商用電源は交流であるため、スイッチング素子をオンするタイミングを、商用電源の電圧が０となるゼロクロス点に合せないと、スイッチングノイズが増加してしまうという問題がある。そのため、例えば特許文献１にあるような、図１１に示すゼロクロス検出回路を設け、ゼロクロス点を検出する手法が考えられる。

図１１に示すように、ゼロクロス検出回路には、商用電源３０１が接続されていると共に、ダイオード１１０１、抵抗１１０２，１１０３，１１０４，１１０８，１１０９，１１１０、コンデンサ１１０５，１１１１、フォトカプラ１１０７を備えている。ダイオード１１０１によって商用電源３０１を半波整流し、抵抗１１０２〜１１０４とコンデンサ１１０５によってトランジスタ１１０６にベース電圧を印加する。トランジスタ１１０６のベース電圧が閾値Ｖｔｈｒｅｓを下回るとフォトカプラ１１０７の発光側ダイオードがオフ状態となる。また、トランジスタ１１０６のベース電圧が閾値Ｖｔｈｒｅｓを上回るとフォトカプラ１１０７の発光側ダイオードがオン状態となる。これにより、図１２に示すように、パルス信号は、第１の電圧レベルから第２の電圧レベルへと遷移する第１のエッジと、第２の電圧レベルから第１の電圧レベルに変化する第２のエッジとを有する信号となる。

このパルス信号に基づきトライアックの制御を行うと、トライアック制御基準タイミングの第１のエッジは、パルス信号の第１のエッジと同一タイミングである。また、トライアック制御基準タイミングの第２のエッジは、パルス信号の２つのエッジ間の期間からパルス信号の半周期に相当する時間の算出値をそのタイミングとしている。トライアック制御基準タイミングの２つのエッジのタイミングに基づきトライアックを制御することで、商用電源の真のゼロクロス点に対して極性によらない同じ時間ずれ量を有する基準タイミングで制御を行える。しかしながら、電流が流れないとベース電圧の閾値を検知できないため、閾値を０Ｖにすることはできない。そのため、トライアック制御基準タイミングの２つのエッジは、真のゼロクロス点に対して閾値Ｖｔｈｒｅｓによる時間ずれ量を有してしまう。

更に、図１３において商用電源電圧と真のゼロクロス点と時間ずれ量との関係の概略図を示すように、閾値Ｖｔｈｒｅｓのバラつきや商用電源条件等によって時間ずれ量は変化してしまう。図１３では、商用電源の電圧が１００Ｖの場合と１２７Ｖの場合とを示している。ここでは、１００Ｖの場合の方が１２７Ｖの場合よりも時間ずれ量が大きいことが分かる。このように時間ずれ量が大きい程、トライアックの導通開始は真のゼロクロス点からずれてしまい、その際に発生するスイッチングノイズが増加する。このため、画像形成装置の外部へのスイッチングノイズ放出抑制の為のフィルタを設けることがあるが、時間ずれ量ばらつきを加味したフィルタ能力を必要とするため、フィルタ構成部品の小型化が難しく、基板サイズ小型化の妨げとなる。

そこで、商用電源電圧を全波整流し、所定の閾値と比較することでゼロクロス点近傍にパルスを有するパルス信号を出力するものが提案されている（特許文献２参照）。また、ゼロクロス検出回路と商用電源電圧とを検出し、これらの時間的差異に基づきタイミングを補正するものも提案されている（特許文献３参照）。

特許第４６１４３８２号公報特許第３３９７６０７号公報特開２０１７−４９５４１号公報

しかしながら、上記特許文献２のものは、商用電源電圧を全波整流するための回路が必要となり、コストアップとなってしまう問題がある。また、上記特許文献３のものも、商用電源電圧を検出するための回路が必要となり、同じくコストアップとなってしまうという問題がある。

そこで本発明は、コストアップを防止するものでありながら、通電制御におけるゼロクロス点に対する時間的なズレを補正し、スイッチングノイズを低減することが可能な通電制御装置、及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。

本発明の一態様は、画像形成装置が有する通電対象に対して通電制御を実行する通電制御装置において、商用電源に接続され、前記商用電源の電圧が閾値よりも高い場合に第１検出信号を出力し、前記閾値よりも低い場合に第２検出信号を出力するスイッチング素子を有する電圧検出手段と、商用電源に接続され、かつ第１通電信号と第２通電信号を含む通電信号を入力し、前記第１通電信号の入力により前記商用電源の電力を前記通電対象に供給し、前記第２通電信号の入力により前記商用電源の電力を前記通電対象に非供給とする通電切換え手段と、前記電圧検出手段から前記第１検出信号と前記第２検出信号とを入力し、前記第１検出信号が入力された第１期間と前記第２検出信号が入力された第２期間との差分から補正値を演算し、前記第１検出信号と前記第２検出信号とが切換るタイミングを前記補正値で補正した補正タイミングで前記第１通電信号と前記第２通電信号とが切換る前記通電信号を、前記通電切換え手段に出力する制御手段と、を備える、ことを特徴とする通電制御装置である。

本発明によると、通電制御におけるゼロクロス点に対する時間的なズレを補正することができ、スイッチングノイズを低減することができる。また、例えば商用電源電圧を全波整流するための回路や商用電源電圧を検出するための回路が不要とすることができ、コストアップを防止することができる。

第１の実施の形態に係る画像形成装置を示す概略図。第１の実施の形態に係る通電回路及び制御部を示す回路図。第１の実施の形態における、商用電源電圧とＨＷＺＥＲＯＸ信号レベルと制御ＺＥＲＯＸ信号レベルとの関係を示すタイムチャート。第１の実施の形態にあって閾値が異なる場合における、商用電源電圧とＨＷＺＥＲＯＸ信号レベルと制御ＺＥＲＯＸ信号レベルとの関係を示すタイムチャート。第１の実施の形態にあって商用電源電圧が異なる場合における、商用電源電圧とＨＷＺＥＲＯＸ信号レベルと制御ＺＥＲＯＸ信号レベルとの関係を示すタイムチャート。第１の実施の形態に係る制御ＺＥＲＯＸ信号の生成制御を示すフローチャート。第２の実施の形態に係る通電回路及び制御部を示す回路図。第２の実施の形態における、商用電源電圧とＨＷＺＥＲＯＸ信号レベルと制御ＺＥＲＯＸ信号レベルとの関係を示すタイムチャート。第２の実施の形態にあって商用電源電圧が異なる場合における、商用電源の電圧とＨＷＺＥＲＯＸ信号レベルと制御ＺＥＲＯＸ信号レベルとの関係を示すタイムチャート。第２の実施の形態に係る制御ＺＥＲＯＸ信号の生成制御を示すフローチャート。一般的なゼロクロス検出回路を示す回路図。従来の、商用電源電圧と商用電源の半波整流電圧値とパルス信号とトライアック制御基準タイミングとの関係を示すタイムチャート。商用電源電圧と真のゼロクロス点と時間ずれ量との関係を示すタイムチャート。

＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る第１の実施の形態について図１乃至図６を用いて説明する。まず、図１を用いて、第１の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を説明する。

図１に示すように、画像形成装置２００は、大まかに、シート給送部２２０と、シート給送部２２０から給送されたシートに画像を形成する画像形成部２３０と、ＣＰＵ等を有する制御部２１５とを備えている。画像形成部２３０には、トナー画像をシートに転写する転写部２４０と、転写されたトナー画像をシートに定着する定着手段としての定着装置２５０とが備えられている。

詳細には、画像形成部２３０には、表面に感光層が形成された感光ドラム２０１が備えられている。感光ドラム２０１は、帯電ローラ２０２によって表層が帯電された後にレーザスキャナ２０３からのレーザ照射によって潜像が形成され、現像ローラ２０４によってトナー２０５がトナー画像として感光ドラム２０１上に形成される。転写ローラ２０６は、感光ドラム２０１との間に転写ニップを形成することで転写手段としての転写部２４０を構成しており、転写電圧が印加されることでシートに感光ドラム２０１上に形成されたトナー画像を転写する。一方、記録材であるシート２０７は、ピックアップローラ２１７によって給送が開始され、レジストレーションローラ２１８によって感光ドラム２０１に形成されたトナー画像とタイミングを合わせて転写部２４０に搬送される。これにより、シート２０７には未定着画像２０８が転写され、そのシート２０７が定着装置２５０に搬送される。

定着装置２５０は、加熱部としての定着ヒータ２１１を有してシート２０７を加熱する加熱部２５０Ａと、加熱部２５０Ａに対して押圧されてシート２０７を加圧する加圧部２５０Ｂとを備えて構成されている。加熱部２５０Ａは、例えばセラミック製の基材と発熱層と保護層からなる定着ヒータ２１１、定着ヒータ２１１を保持するステイ２１２、補強部材２１３、定着ヒータ２１１の温度を検知するサーミスタ２１４が、定着フィルム２０９に覆われて構成されている。加圧部２５０Ｂは、不図示のスプリング等により加熱部２５０Ａに加圧された加圧ローラ２１０を有して構成されている。このように構成された定着装置２５０は、定着ヒータ２１１の加熱により未定着画像２０８をシート２０７に定着する。その後、シート２０７は、定着装置２５０から排紙ローラ２１９に搬送され、排紙部２１６に排出される。

続いて、第１の実施の形態に係る通電制御装置１における通電回路３００及び制御部２１５の構成について図２を用いて説明する。第１の実施の形態に係る通電制御装置１は、通電回路３００及び制御手段としての制御部２１５で構成されている。通電回路３００は、商用電源３０１に接続され、大まかに、電圧検出手段としてのゼロクロス検出回路部３００Ａと、通電切換え手段としての給電回路部３００Ｂとを有して、商用電源３０１の半波単位を制御単位とする波数制御である通電制御を実行する。

ゼロクロス検出回路部３００Ａは、抵抗３１０，３１３，３１４と、ダイオード３１２と、フォトカプラ３１１とを有しており、詳しくは後述するＨＷＺＥＲＯＸ信号を制御部２１５に出力する。また、給電回路部３００Ｂは、トライアック３０２と、トランジスタ３０３と、抵抗３０４，３０６，３１５と、フォトトライアックカプラ３０５とヒューズ３０７とコイル３０８とを有している。この給電回路部３００Ｂは、制御部２１５からのＦＳＲＤ信号により定着ヒータ２１１に商用電源３０１の電力を供給する。

ゼロクロス検出回路部３００Ａでは、商用電源３０１の瞬時値が高くなることが抵抗３１０によって制限された電流が、ダイオード３１２によりフォトカプラ３１１に対して過剰な逆電圧が印加されることを防止しつつ、フォトカプラ３１１に通電される。フォトカプラ３１１において、発光側ダイオード３１１ａが発光するのに十分な電流値となると受光側トランジスタ３１１ｂが導通状態となる。その結果、ＨＷＺＥＲＯＸ信号は、不図示の電源により生成される電圧Ｖｃｃにて決定される第１検出信号としてのＨレベルから第２検出信号としてのＬレベルとなる。逆にフォトカプラ３１１において、発光側ダイオード３１１ａの通電電流が不足すると受光側トランジスタ３１１ｂは非導通状態となり、ＨＷＺＥＲＯＸ信号はＬレベルからＨレベルとなる。

一方、給電回路部３００Ｂでは、制御素子（給電切換えの切換え素子）としてのトライアック３０２を用いて定着ヒータ２１１に対する商用電源３０１からの電力供給を制御している。制御部２１５は、サーミスタ２１４の温度検知結果に基づき定着ヒータ２１１に対する電力供給量を算出し、算出結果に応じて第１通電信号としてのオン信号又は第２通電信号としてのオフ信号からなる通電信号としてのＦＳＲＤ信号を出力する。ＦＳＲＤ信号のオン信号が入力されるとトランジスタ３０３が導通状態となり、フォトトライアックカプラ３０５において、発光側ダイオード３０５ａが発光し、受光側トライアック３０５ｂが導通状態となる。受光側トライアック３０５ｂが導通状態となることでゲート電流がトライアック３０２に供給され、トライアック３０２が導通して定着ヒータ２１１へ電力が供給される。ＦＳＲＤ信号のオフ信号が入力されるとトランジスタ３０３が遮断状態となり、フォトトライアックカプラ３０５において、発光側ダイオード３０５ａが消灯し、受光側トライアック３０５ｂは商用電源３０１の次のゼロクロス点にて遮断状態となる。受光側トライアック３０５ｂが遮断状態となることでゲート電流はトライアック３０２に供給されず、トライアック３０２は遮断して定着ヒータ２１１への電力が非供給とされる。

なお、ヒューズ３０７は、例えば温度ヒューズからなり、定着ヒータ２１１の温度が過剰に昇温されることを防ぐ過昇温保護素子である。また、コイル３０８は、トライアック３０２が導通開始する際に発生するスイッチングノイズが画像形成装置の外部に放出されることを抑制する。

ついで、第１の実施の形態における、真のゼロクロス点に合わせて制御ＺＥＲＯＸ信号を出力する制御について図３乃至図５を用いて説明する。なお、フォトカプラ３１１がオンする上で必要とする最小電圧値を閾値Ｖｔｈｒｅｓ１としている。電流が流れないと電圧が発生しないため、閾値Ｖｔｈｒｅｓ１を０にすることは実質的に不可能である。また、ＨＷＺＥＲＯＸ信号において、商用電源３０１の瞬時電圧値が閾値Ｖｔｈｒｅｓ１よりも低くなった際のＨレベルからＬレベルへの遷移を第１のエッジ、閾値Ｖｔｈｒｅｓ１よりも高くなった際のＬレベルからＨレベルへの遷移を第２のエッジとする。さらに、第２のエッジから第１のエッジまでの第１期間としての期間をｔ_Ｈ、第１のエッジから第２のエッジまでの第２期間としての期間をｔ_Ｌとする。

ここで、商用電源３０１の瞬時電圧値Ｖ（ｔ＝０）が例えば真のゼロクロス点である０Ｖとした場合、時間ｔにおける商用電源３０１の瞬時電圧値Ｖ（ｔ）と商用電源３０１のピーク電圧Ｖｐｋと商用電源３０１の周波数ｆは次の式（１）で表せる。

この式（１）より、真のゼロクロス点からＶ（ｔ）＝Ｖｔｈｒｅｓ１となり、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第２のエッジとなるまでの期間ｔ_ＬＨは次の式（２）となる。

また、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジから次の真のゼロクロス点までの期間ｔ_ＨＬは期間ｔ_ＬＨと等しい為、期間ｔ_Ｈ及び期間ｔ_Ｌは以下の式（３）及び式（４）となる。

また、期間ｔ_Ｈ及び期間ｔ_Ｌの差分は期間ｔ_ＨＬと期間ｔ_ＬＨの合計値の２倍にあたる値であり、期間ｔ_ＨＬは期間ｔ_ＬＨと等しいことから次の式（５）の様に表せる。

この式（５）から、ｔ_Ｌ−ｔ_Ｈ＝２ｔ_ＨＬ＋２ｔ_ＬＨであって、つまり期間ｔ_Ｈ及び期間ｔ_Ｌの差分の１／４と期間ｔ_ＨＬ又は期間ｔ_ＬＨとが等しいことがわかる。そのため、次の式（６）に表すように、第１の補正値を式（５）の差分の１／４とすることでＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジを起点とした場合、第１のエッジに続く真のゼロクロス点が算出できる。

また、式（３）と式（４）からもわかる様に、期間ｔ_Ｈ及び期間ｔ_Ｌの加算値は商用電源３０１の１周期分の時間と等しい。そのため、式（７）に表す様に、第２の補正値を１周期分の１／２と第１の補正値の合計値とすることでＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジを起点とした場合の次の次の真のゼロクロス点が算出できる。

制御ＺＥＲＯＸ信号がＨレベルからＬレベルへ遷移する際の第１のエッジは、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジに対して１周期前の商用電源３０１の正弦波から算出された第１の補正値の時間経過した第１の基準タイミング（補正タイミング）としている。また、制御ＺＥＲＯＸ信号がＬレベルからＨレベルへ遷移する際の第２のエッジは、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジに対して１周期前の商用電源３０１の正弦波から算出された第２の補正値の時間が経過した第２の基準タイミングとしている。

上記式（６）及び式（７）から分かるように、第１の補正値及び第２の補正値は、共に商用電源３０１のピーク電圧Ｖｐｋや周波数ｆ又は閾値Ｖｔｈｒｅｓ１の変化に応じた値となる。そのため、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジから、その第１のエッジに続く真のゼロクロス点及び次の次のゼロクロス点のタイミングを算出できる。

次に図４において、閾値Ｖｔｈｒｅｓ１が閾値Ｖｔｈｒｅｓ２に変化した場合のＨＷＺＥＲＯＸ信号と制御ＺＥＲＯＸ信号の例を示す。ここで、点線は閾値Ｖｔｈｒｅｓ２におけるＨＷＺＥＲＯＸ信号を示しており、閾値Ｖｔｈｒｅｓ２における第１のエッジから第２のエッジの期間を期間ｔ_Ｌ２、第２のエッジから第１のエッジの期間を期間ｔ_Ｈ２としている。商用電源３０１に対し、閾値の違いによって期間ｔ_Ｌ２と期間ｔ_Ｈ２とは、それぞれ期間ｔ_Ｌと期間ｔ_Ｈとは異なる値となる。

しかしながら、上記のように第１の補正値と第２の補正値とを期間ｔ_Ｌ２と期間ｔ_Ｈ２との差分の１／４で演算する。これにより、閾値Ｖｔｈｒｅｓ２におけるＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジ及び第２のエッジのタイミングに対して、制御ＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジ及び第２のエッジのタイミングは商用電源３０１の真のゼロクロス点のタイミングとなる。

次に図５において、商用電源３０１の電圧が異なる場合におけるＨＷＺＥＲＯＸ信号と制御ＺＥＲＯＸ信号の例を示す。図５において、商用電源３０１のピーク電圧Ｖｐｋ１の場合の電圧波形及びＨＷＺＥＲＯＸ信号波形を点線で表現し、ピーク電圧Ｖｐｋ２の場合の電圧波形及びＨＷＺＥＲＯＸ信号波形を実線にて示している。ピーク電圧Ｖｐｋ１の場合における第１のエッジから第２のエッジの期間を期間ｔ_Ｌ３、第２のエッジから第１のエッジの期間を期間ｔ_Ｈ３としている。ピーク電圧Ｖｐｋ２の場合における第１のエッジから第２のエッジの期間を期間ｔ_Ｌ４、第２のエッジから第１のエッジの期間を期間ｔ_Ｈ４としている。商用電源３０１の電圧の違いによって、期間ｔ_Ｌ３及び期間ｔ_Ｈ３と、期間ｔ_Ｌ４及び期間ｔ_Ｈ４とは異なる値となる。

しかしながら、上述のように閾値Ｖｔｈｒｅｓ１が変化した場合と同様に、商用電源３０１の電圧が異なる場合においても、第１の補正値と第２の補正値とを期間ｔ_Ｌ２と期間ｔ_Ｈ２との差分の１／４で演算する。これにより、制御ＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジ及び第２のエッジのタイミングは、商用電源３０１の真のゼロクロス点のタイミングとなる。

ついで、通電制御装置１による、ＨＷＺＥＲＯＸ信号に基づく制御ＺＥＲＯＸ信号の制御について図６を用いて説明する。制御部２１５は、本制御を開始すると、第１の補正値及び第２の補正値のそれぞれの初期値として例えば０を設定し、また、制御ＺＥＲＯＸ信号の初期値としてＨを設定する。以降、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第２のエッジを検出する毎に図６の制御を繰り返し行う。

制御部２１５は、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第２のエッジを検出した時点からタイマ時間ｔ_Ｈｔ＝０としてタイマをスタートし（Ｓ１）、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジを検知すると（Ｓ２）、その時点のタイマ時間ｔ_Ｈｔを期間ｔ_Ｈとして設定する（Ｓ３）。つまり、第２のエッジを検出した時点から第１のエッジを検知した時点までのＨＷＺＥＲＯＸ信号がＨレベルであった期間ｔ_Ｈを計測したことになる。

また、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジを検知すると（Ｓ２）、タイマ時間ｔ_Ｌｔ＝０としてタイマをスタートし（Ｓ４）、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第２のエッジを検知すると（Ｓ５）、その時点のタイマ時間ｔ_Ｌｔを期間ｔ_Ｌとして設定する（Ｓ６）。つまり、第１のエッジを検出した時点から第２のエッジを検知した時点までのＨＷＺＥＲＯＸ信号がＬレベルであった期間ｔ_Ｌを計測したことになる。

続けて、計測した期間ｔ_Ｈと期間ｔ_Ｌとの差分の１／４の値を第１の補正値とし、計測した期間ｔ_Ｈと期間ｔ_Ｌとの合計の１／２（１／２周期）に、期間ｔ_Ｈと期間ｔ_Ｌとの差分の１／４を加算した値を第２の補正値として更新する（Ｓ７）。次に、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジを検知すると（Ｓ８）、タイマ時間ｔ_ＣＯＮＴ＝０としてタイマを開始し（Ｓ９）、タイマ時間ｔ_ＣＯＮＴ＝第１の補正値となった時点を第１の基準タイミングとし、制御ＺＥＲＯＸをＨからＬに設定する（Ｓ１０）。また、タイマ時間ｔ_ＣＯＮＴ＝第２の補正値となった時点を第２の基準タイミングとし、制御ＺＥＲＯＸをＬからＨに設定する（Ｓ１１）。

そして、制御部２１５は、ＦＳＲＤ信号のオン・オフ信号の駆動タイミングを制御ＺＥＲＯＸ信号の第１の基準タイミング及び第２の基準タイミングを基準に切換える。これにより、商用電源３０１の真のゼロクロス点近傍でトライアック３０２の導通・遮断を行うことができる。また、図４及び図５を用いて説明したように、制御ＺＥＲＯＸ信号の第１の基準タイミング及び第２の基準タイミングは、閾値の変化の影響や商用電源３０１の電圧のばらつきを受けずに商用電源３０１の真のゼロクロス点近傍のタイミングとすることができる。

なお、以上説明した図６に示す制御では、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジに対して第１の補正値と第２の補正値とを演算して補正した制御ＺＥＲＯＸ信号を生成し、ＦＳＲＤ信号のオン・オフ信号の駆動タイミングを制御するものを説明した。しかし、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジに対して第１の補正値で補正して制御ＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジを決定し、それに１／２周期の期間をタイマ等で管理することで制御ＺＥＲＯＸ信号の第２のエッジを決定してもよい。つまり補正値としては第１の補正値だけ演算できれば、あとはタイマ等で制御ＺＥＲＯＸ信号を生成でき、ＦＳＲＤ信号のオン・オフ信号の駆動タイミングを真のゼロクロス点近傍のタイミングで制御することができる。

また、本第１の実施の形態では、第１の補正値及び第２の補正値を、商用電源３０１のひとつ前の周期における期間ｔ_Ｈ及び期間ｔ_Ｌから算出しているが、その限りでは無い。複数周期に亘る期間ｔ_Ｈ及び期間ｔ_Ｌのそれぞれの平均値を用いた場合や、複数周期にわたる第１の補正値及び第２の補正値の平均値等を用いても同様の効果が得られる。また、ＨＷＺＥＲＯＸ信号のＬレベルからＨレベルへの遷移を第１のエッジ、ＨレベルからＬレベルへの遷移を第２のエッジとしてもよい。この場合、式（５）の差分の１／４に期間ｔ_Ｈを加算した値を第１の補正値とすることでも商用電源の真のゼロクロス点近傍でトライアックの導通・遮断を制御できる。

また、本第１の実施の形態では、商用電源３０１の電圧が正（プラス）のときに定着ヒータ２１１へ電力の供給を行うものを説明したが、反対に商用電源３０１の電圧が負（マイナス）のときに定着ヒータ２１１へ電力の供給を行ってもよい。即ち、上記の説明では、第１のエッジのタイミングに第１の補正値で補正した補正タイミングで制御ＺＥＲＯＸをＨからＬに設定した。しかしながら、商用電源３０１の電圧が負のときに定着ヒータ２１１へ電力の供給を行う場合は、第１のエッジのタイミングに第１の補正値で補正した補正タイミングに１／２周期を加算したタイミングで制御ＺＥＲＯＸをＨからＬに設定することになる。また、ＨＷＺＥＲＯＸ信号のＬレベルからＨレベルへの遷移を第１のエッジ、ＨレベルからＬレベルへの遷移を第２のエッジとした場合で、かつ商用電源３０１の電圧が負のときに定着ヒータ２１１へ電力の供給を行う場合も、同様である。

以上説明したように、第１の実施の形態に係る通電制御装置１によると、まず、ゼロクロス検出回路部３００Ａが、商用電源電圧が閾値Ｖｔｈｒｅｓ１よりも高い場合にＨレベル、低い場合にＬレベルのＨＷＺＥＲＯＸ信号（パルス信号）を出力する。ついで、ＨＷＺＥＲＯＸ信号を入力した制御部２１５が、ＨレベルのＨＷＺＥＲＯＸ信号が入力された期間ｔ_ＨとＬレベルのＨＷＸＥＲＯＸ信号が入力された期間ｔ_Ｌとの差分から第１の補正値（（ｔ_Ｌ−ｔ_Ｈ）／４）を演算する。そして、ＨＷＺＥＲＯＸ信号のＨレベルとＬレベルとが切換る第１のエッジのタイミングを、第１の補正値で補正した補正タイミングで、制御ＺＥＲＯＸ信号のＨレベルとＬレベルとを切換え、それに基づきオン・オフされるＦＳＲＤ信号を出力する。これにより、ＦＳＲＤ信号を入力した給電回路部３００Ｂにおいて、真のゼロクロス点近傍で定着ヒータ２１１に対する通電のオン・オフが切換えられる。従って、商用電源電圧や周波数の変化、又はゼロクロス検出回路部３００Ａの閾値のばらつきの影響を受けずに、商用電源の真のゼロクロス点近傍でトライアック３０２の導通・遮断を制御できる。

＜第２の実施の形態＞
ついで、上記第１の実施の形態を一部変更した第２の実施の形態について図７乃至図１０を用いて説明する。なお、本第２の実施の形態の説明においては、上記第１の実施の形態と同様な部分に同符号を付して、その説明を省略する。

本第２の実施の形態においては、第１の実施の形態に比して、図７に示すように通電回路３００のゼロクロス検出回路部３００Ａにおいて、フォトカプラ３１１と並列に接続されたバイパスコンデンサとしてのコンデンサ７０１を有するものである。即ち、コンデンサ７０１は、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の誤動作防止用に設けられたものである。コンデンサ７０１を設置したことにより、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジと第２のエッジとは、コンデンサ７０１と抵抗３１３とによる時定数τを有することになる。

図８において、コンデンサ７０１が無い場合のＨＷＺＥＲＯＸ信号を実線で示し、コンデンサ７０１がある場合のＨＷＺＥＲＯＸ信号を点線で示している。ここで、閾値Ｖｉｈ及び閾値Ｖｉｌは、制御部２１５がＨＷＺＥＲＯＸ信号のそれぞれＨレベルとＬレベルとを検知する閾値である。本第２の実施形態では、閾値Ｖｉｈ＝Ｖｃｃ×０．８と閾値Ｖｉｌ＝Ｖｃｃ×０．２としている。

ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジ及び第２のエッジは、同一の時定数τを有するため、Ｌレベルから閾値Ｖｉｈに達するまでの時間とＨレベルから閾値Ｖｉｌに達するまでの時間は等しくｔ_ｔとなる。そのため、第１のエッジから第２のエッジまでの期間ｔ_Ｌ５と、第２のエッジから第１のエッジまでの期間ｔ_Ｈ５は、時定数τの影響を受けない。しかしながら、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジに対し、上記第１の実施の形態と同様の第１の補正値及び第２の補正値によって演算した第１の基準タイミング及び第２の基準タイミングを制御ＺＥＲＯＸ信号とした場合、時定数τによるずれが発生する。そのため、図８の点線で示すような制御ＺＥＲＯＸ信号となってしまう。このずれを有する制御ＺＥＲＯＸ信号を基準にＦＳＲＤ信号を出力した場合、トライアック３０２は真のゼロクロス点から時定数τによってずれたタイミングで導通・遮断を行い、スイッチングノイズの増加につながってしまう。

そこで、本第２の実施の形態においては、この時定数τによるずれを抑制することを目的に、補正値は以下の式（８）及び式（９）のように演算する。

ここで、固定値ｔ_{ｏｆｆｓｅｔ}は、補正用固定値であり、本第２の実施の形態では−ｔτとする。時定数τは回路定数によって一義的に決定するため、閾値Ｖｔｈｒｅｓ１や商用電源３０１の影響を受けない。従って、第３の補正値及び第４の補正値により、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジから、その第１のエッジに続く真のゼロクロス点及び次の次のゼロクロス点のタイミングを算出できる。

図９に閾値Ｖｔｈｒｅｓ１が変化した場合の時定数τを有するＨＷＺＥＲＯＸ信号と制御ＺＥＲＯＸ信号との例を示す。図９の点線で示すＨＷＺＥＲＯＸ信号は閾値Ｖｔｈｒｅｓ１におけるＨＷＺＥＲＯＸ信号であり、１点鎖線で示すＨＷＺＥＲＯＸ信号は閾値Ｖｔｈｒｅｓ２におけるＨＷＺＥＲＯＸ信号である。第１の実施形態と同様に、閾値Ｖｔｈｒｅｓ１におけるＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジから第２のエッジまでは期間ｔ_Ｈ５であり、第２のエッジから第１のエッジまでは期間ｔ_Ｌ５である。また、閾値Ｖｔｈｒｅｓ２におけるＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジから第２のエッジまでは期間ｔ_Ｈ６であり、第２のエッジから第１のエッジまでは期間ｔ_Ｌ６である。このように、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジから第２のエッジまでの期間と、第２のエッジから第１のエッジまでの期間とは、閾値Ｖｔｈｒｅｓ１及び閾値Ｖｔｈｒｅｓ２の変化により異なる値となる。

一方で、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジに対する時定数τによるずれは、閾値Ｖｔｈｒｅｓ１及び閾値Ｖｔｈｒｅｓ２のどちらの場合であっても固定値ｔ_{ｏｆｆｓｅｔ}によって補正される。その結果、制御ＺＥＲＯＸ信号の第１及び第２のエッジは、第３の補正値及び第４の補正値で補正することで、第１の補正値及び第２の補正値にて補正した場合よりも商用電源３０１の真のゼロクロス点近傍となり、時定数τの影響は抑制される。なお、本第２の実施の形態では、閾値Ｖｔｈｒｅｓ１の変化におけるＨＷＺＥＲＯＸ信号と制御ＺＥＲＯＸ信号との関係について示しているが、商用電源３０１の電圧の変化に対しても同様の効果が得られる。

ついで、第２の実施の形態に係る通電制御装置１による、ＨＷＺＥＲＯＸ信号に基づく制御ＺＥＲＯＸ信号の制御について図１０を用いて説明する。本第２の実施の形態においては、上記第１の実施の形態の制御（図６参照）に比して、第３の補正値及び第４の補正値の演算（Ｓ１０１）、及びそれに基づく制御ＺＥＲＯＸ信号のタイミング（Ｓ１０２，Ｓ１０３）が異なるものである。

詳細には、制御部２１５は、本制御を開始すると、第３の補正値及び第４の補正値のそれぞれの初期値として例えば０を設定し、また、制御ＺＥＲＯＸ信号の初期値としてＨを設定する。以降、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第２のエッジを検出する毎に図１０の制御を繰り返し行う。

続けて、計測した期間ｔ_Ｈと期間ｔ_Ｌとの差分の１／４の値と固定値ｔ_{ｏｆｆｓｅｔ}と加算された値を第３の補正値とする。また、計測した期間ｔ_Ｈと期間ｔ_Ｌとの合計の１／２（１／２周期）に、期間ｔ_Ｈと期間ｔ_Ｌとの差分の１／４と固定値ｔ_{ｏｆｆｓｅｔ}とを加算した値を第４の補正値として更新する（Ｓ１０１）。次に、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジを検知すると（Ｓ８）、タイマ時間ｔ_ＣＯＮＴ＝０としてタイマを開始し（Ｓ９）、タイマ時間ｔ_ＣＯＮＴ＝第３の補正値となった時点を第１の基準タイミングとし、制御ＺＥＲＯＸをＨからＬに設定する（Ｓ１０２）。また、タイマ時間ｔ_ＣＯＮＴ＝第４の補正値となった時点を第２の基準タイミングとし、制御ＺＥＲＯＸをＬからＨに設定する（Ｓ１０３）。

そして、制御部２１５は、ＦＳＲＤ信号のオン・オフ信号の駆動タイミングを制御ＺＥＲＯＸ信号の第１の基準タイミング及び第２の基準タイミングを基準に切換える。これにより、商用電源３０１の真のゼロクロス点近傍でトライアック３０２の導通・遮断を行うことができる。また、図９を用いて説明したように、制御ＺＥＲＯＸ信号の第１の基準タイミング及び第２の基準タイミングは、閾値の変化の影響や商用電源３０１の電圧のばらつきを受けずに商用電源３０１の真のゼロクロス点近傍のタイミングとすることができる。

なお、以上説明した図１０に示す制御では、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジに対して第３の補正値と第４の補正値とを演算して補正した制御ＺＥＲＯＸ信号を生成し、ＦＳＲＤ信号のオン・オフ信号の駆動タイミングを制御するものを説明した。しかし、ＨＷＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジに対して第３の補正値で補正して制御ＺＥＲＯＸ信号の第１のエッジを決定し、それに１／２周期の期間をタイマ等で管理することで制御ＺＥＲＯＸ信号の第２のエッジを決定してもよい。つまり補正値としては第３の補正値だけ演算できれば、あとはタイマ等で制御ＺＥＲＯＸ信号を生成でき、ＦＳＲＤ信号のオン・オフ信号の駆動タイミングを真のゼロクロス点近傍のタイミングで制御することができる。

また、本第２の実施形の形態では、第３の補正値及び第４の補正値を、商用電源３０１のひとつ前の周期における期間ｔ_Ｈ及び期間ｔ_Ｌから算出しているが、その限りでは無い。複数周期に亘る期間ｔ_Ｈ及び期間ｔ_Ｌのそれぞれの平均値を用いた場合や、複数周期にわたる第３の補正値及び第４の補正値の平均値等を用いても同様の効果が得られる。また、ＨＷＺＥＲＯＸ信号のＬレベルからＨレベルへの遷移を第１のエッジ、ＨレベルからＬレベルへの遷移を第２のエッジとしてもよい。この場合、期間ｔ_Ｈと期間ｔ_Ｌとの差分の１／４に期間ｔ_Ｈを加算した値を第３の補正値とすることでも商用電源の真のゼロクロス点近傍でトライアックの導通・遮断を制御できる。

なお、本第２の実施の形態におけるこれ以外の構成、作用、及び効果は第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

なお、以上説明した第１及び第２の実施の形態においては、通電制御装置１によって定着ヒータ２１１の通電を制御するものを説明した。しかしながら、これに限らず、例えば画像形成装置２００におけるモータの通電制御など、通電対象としてどのようなものに用いても構わない。

また、第１及び第２の実施の形態においては、ゼロクロス検出回路部３００Ａにおけるスイッチング素子としてフォトカプラ３１１を用いたものを説明した。しかしながら、これに限らず、例えばフォトインタラプタ等、閾値に応じてレベルの異なる信号を出力できるスイッチング素子であれば、どのようなものでもよい。

また、第１及び第２の実施の形態においては、画像形成装置として定着装置２５０を有するレーザープリンタを一例として説明した。しかしながら、これに限らず、通電対象としてのヒータやモータを有する画像形成装置であれば、例えばインクジェットプリンタ等、どのようなものであってもよい。

１…通電制御装置／２００…画像形成装置／２０７…シート／２１１…通電対象、加熱部（定着ヒータ）／２１５…制御手段（制御部）／２４０…転写手段（転写部）／２５０…定着手段（定着装置）／３００Ａ…電圧検出手段（ゼロクロス検出回路部）／３００Ｂ…通電切換え手段（給電回路部）／３０１…商用電源／３１１…スイッチング素子（フォトカプラ）／７０１…バイパスコンデンサ（コンデンサ）／Ｖｔｈｒｅｓ１，Ｖｔｈｒｅｓ２…閾値／Ｈ…第１検出信号（Ｈレベル）／Ｌ…第２検出信号（Ｌレベル）／ＦＳＲＤ…通電信号（ＦＳＲＤ信号）／ｔ_Ｈ（ｔ_Ｈ２，ｔ_Ｈ３，ｔ_Ｈ４，ｔ_Ｈ５）…第１期間／ｔ_Ｌ（ｔ_Ｌ２，ｔ_Ｌ３，ｔ_Ｌ４，ｔ_Ｌ５）…第２期間／ｔ_{ｏｆｆｓｅｔ}…固定値／τ…時定数

Claims

画像形成装置が有する通電対象に対して通電制御を実行する通電制御装置において、
商用電源に接続され、前記商用電源の電圧が閾値よりも高い場合に第１検出信号を出力し、前記閾値よりも低い場合に第２検出信号を出力するスイッチング素子を有する電圧検出手段と、
商用電源に接続され、かつ第１通電信号と第２通電信号を含む通電信号を入力し、前記第１通電信号の入力により前記商用電源の電力を前記通電対象に供給し、前記第２通電信号の入力により前記商用電源の電力を前記通電対象に非供給とする通電切換え手段と、
前記電圧検出手段から前記第１検出信号と前記第２検出信号とを入力し、前記第１検出信号が入力された第１期間と前記第２検出信号が入力された第２期間との差分から補正値を演算し、前記第１検出信号と前記第２検出信号とが切換るタイミングを前記補正値で補正した補正タイミングで前記第１通電信号と前記第２通電信号とが切換る前記通電信号を、前記通電切換え手段に出力する制御手段と、を備える、
ことを特徴とする通電制御装置。
前記制御手段は、前記第１検出信号から前記第２検出信号に切換るタイミングを第１のエッジ、前記第２検出信号から前記第１検出信号に切換るタイミングを第２のエッジとして、前記第１のエッジのタイミングに前記補正値を加えた補正タイミング、又は前記補正タイミングから前記第１期間と前記第２期間とを加算した期間の１／２が経過したタイミングで前記第２通電信号の出力から前記第１通電信号の出力に切換える、
ことを特徴とする請求項１に記載の通電制御装置。
前記制御手段は、前記第２検出信号から前記第１検出信号に切換るタイミングを第１のエッジ、前記第１検出信号から前記第２検出信号に切換るタイミングを第２のエッジとして、前記第１のエッジのタイミングに前記第１期間と前記補正値とを加えた補正タイミング、又は前記補正タイミングから前記第１期間と前記第２期間とを加算した期間の１／２が経過したタイミングで前記第２通電信号の出力から前記第１通電信号の出力に切換える、
ことを特徴とする請求項１に記載の通電制御装置。
前記制御手段は、前記第１期間と前記第２期間との差分の１／４を前記補正値として演算する、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の通電制御装置。
前記電圧検出手段は、前記スイッチング素子に並列に接続されたバイパスコンデンサを有し、
前記制御手段は、前記第１期間と前記第２期間との差分の１／４と、前記バイパスコンデンサにより生じる時定数に応じた固定値とを加算した値を前記補正値として演算する、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の通電制御装置。
前記通電制御は、前記商用電源の半波単位を制御単位とする波数制御であり、
前記通電切換え手段の制御素子としてトライアックを用いる、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の通電制御装置。
シートに画像を転写する転写手段と、
通電することにより発熱する加熱部を有し、シートを加熱して前記転写手段により転写された画像を定着する定着手段と、
請求項１乃至６の何れか１項に記載の通電制御装置と、を備え、
前記通電対象が前記加熱部である、
ことを特徴とする画像形成装置。