JP6544940B2 - 交流の実効値を検知する検知装置、定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
交流電源から供給された交流電流の実効値を検知する検知装置であって、
前記交流電源から供給された交流電圧のゼロクロスポイントを検知し、当該ゼロクロスポイントを示す第1ゼロクロス信号を出力する検知手段と、
前記検知手段で検知された前記第1ゼロクロス信号に重畳されるノイズをフィルタリングして得られた第2ゼロクロス信号を出力するフィルタ手段と、
前記第1ゼロクロス信号が前記フィルタ手段を通過してフィルタリングされることで生じる、前記第1ゼロクロス信号のタイミングに対して生じる前記第2ゼロクロス信号の遅延時間に基づき、当該第2ゼロクロス信号のタイミングを補正して、前記フィルタ手段を通過する前の前記第1ゼロクロス信号のタイミングを復元する復元手段と、
前記復元手段により復元された前記第1ゼロクロス信号のタイミングを基準として前記交流電源から供給される交流電流の実効値を取得する取得手段と
を有することを特徴とする検知装置を提供する。
<画像形成装置>
図1は実施例の基本的な特徴を具現化した画像形成装置100を示す図である。帯電ローラ102は感光ドラム101の表面を一様に帯電させる帯電装置である。露光装置103は画像データに応じて感光ドラム101の表面にレーザ光を照射して静電潜像を形成する光走査装置である。現像装置104はトナー(現像剤)により静電潜像を可視化して感光ドラム101上にトナー画像を形成する。給紙ローラ107は給紙カセット105に収容されている記録紙106を搬送路へ送り出し、転写ローラ108により構成される転写装置へ搬送する。転写ローラ108は感光ドラム101上のトナー画像を記録紙106上に転写する転写装置である。定着装置2は熱と圧力をトナー画像と記録紙106に加えることにより記録紙106上にトナー画像を定着させる。トナー画像が定着された記録紙106は搬送されて排出トレイ111に排出される。画像形成装置100は外部電源である商用交流電源1に接続されている。CPU109は画像形成装置100の全体を統括的に制御する。また、検知装置110は商用交流電源1から供給され、定着装置2に流れる交流電流の実効値を検知する機能を有する。
図2を用いて商用交流電源1から定着装置2に供給される交流電流を検知する検知装置110の構成例について説明する。定着装置2は電子写真プロセスの定着工程を担当している。定着装置2のヒーターの定着温度は記録紙106の紙種(サイズ、厚み、坪量、コートの有無、紙系素材化や樹脂系素材化など)に応じて調節される。たとえば、A4サイズの記録紙106については定着装置2が備える複数のヒーターのうち一部のヒーターに電力が供給され、A3サイズの記録紙106についてはすべてのヒーターに電力が供給される。また、定着装置2に供給される電力は目標定着温度とサーミスタにより検知されたヒーターの温度との差分に応じて制御される。この制御としては、たとえば、商用交流電源1から供給される交流のゼロクロスポイントに基づく位相制御や波数制御などが採用される。検知装置110の電力制御部6は、スイッチング部であるトライアック9をオン/オフすることにより、ヒーターに供給される電力を制御する。なお、電力制御部6の一部の機能はCPU109により実現されてもよい。なお、電力制御部6は検知装置110の外部に設けられていてもよい。また、定着装置2だけでなく、検知装置110を含めて定着装置や定着システムとよばれてもよい。
図3において、ゼロクロス検知部3は、抵抗10、11、12、13、14、15、コンデンサ16、ダイオード17、トランジスタ18、及び、フォトカプラ19を有している。商用交流電源1の両端Live、Neutralに接続されている。図3では、商用交流電源1のLive端子にダイオード17のアノード端子が接続されている。商用交流電源1のNeutral端子にはコンデンサ16の一端、抵抗12の一端、及び、トランジスタ18のエミッタ端子が接続されている。ダイオード17のカソード端子は抵抗10の一端に接続されている。抵抗10の他端は、コンデンサ16の他端と、抵抗11の一端に接続されている。抵抗11の他端と抵抗12の他端はともにトランジスタ18のベース端子に接続されている。LiveとNeutralは逆であってもよい。
図5を用いてゼロクロスフィルタ7の構成について説明する。論理判定部20はゼロクロス信号ZEROXの論理(HorL)とフィルタ出力信号F_ZEROXの論理が異なっているか否かを判定する。両者が異なっていれば判定結果としてH(ハイ)が出力される。両者が一致していれば判定結果としてL(ロー)が出力される。フィルタカウンタ21は、時間カウンタであり、論理判定部20からHが出力されると、フィルタ時間fltのカウントを開始する。フィルタ時間fltは、ゼロクロスフィルタ7においてフィルタリングが完了するために必要となる処理時間であるため、完了時間と呼ばれてもよい。フィルタカウンタ21は、入力信号のレベルがLに変化するか、または、カウント値がフィルタ時間に達するまでカウントを継続する。カウント値flt_cは完了判定部22に出力される。完了判定部22は、カウント値flt_cとフィルタ時間fltとを比較し、ゼロクロスフィルタ7によるフィルタリングが完了したかどうかを判定する。時間設定部23はフィルタ時間を完了判定部22に設定する。
図7を用いて復元部8の構成について説明する。エッジ生成部24は、入力されたフィルタ出力信号F_ZEROXの立ち下がりエッジを検知し、エッジの位置を示すエッジ信号flt_edgeを生成する。エッジ信号flt_edgeは周期カウンタ25と周期格納部26に入力される。周期格納部26はRAMなどの記憶装置を有している。周期カウンタ25はゼロクロス周期を計測するカウンタである。周期カウンタ25のカウント値ZEROX_Cは周期格納部26に入力される。周期格納部26は周期カウンタ25により直近に計測された、つまり、最新のゼロクロス周期ZEROX_PRDを格納する。エッジ復元部27は、フィルタ処理される前のゼロクロス信号ZEROXの立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングとを復元し、これらのタイミングを示すタイミング信号ZEROX_EDGEを生成する。復元部8には時間設定部23に設定されたフィルタ時間fltが入力されている。
図9を用いて一次検知部4の構成について説明する。一次検知部4は、負荷である定着装置2に流れる一次側の交流電流を示す一次情報を二次側に伝達する回路である。図9によれば、カレントトランス28はライブラインに設けられており、商用交流電源1から供給された交流電流を検知する。抵抗29はカレントトランス28の2次側に出力された交流電流を電圧情報に変換する変換回路である。ADコンバータ31はアナログの電圧情報をデジタルデータに変換する変換回路である。絶対値演算部32は2つの入力値の絶対値を演算する回路である。
図11を用いて実効値取得部5について説明する。実効値取得部5は、乗算器33、積分器34及び除算器35を備えたロジック回路である。乗算器33は、一次検知部4の出力である絶対値Iabsを自乗して、積分器34に出力する。つまり、乗算器33は自乗回路を形成している。積分器34は、復元部8の出力であるエッジ信号ZEROX_EDGEの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジをトリガーにしてN番目の積分演算を開始する。
図13を用いて電力制御部6の構成について説明する。電力制御部6は、実効値取得部5から出力された実効値RMSを評価する実効値評価部36と定着装置2へ供給可能な最大電力を決定する最大電力決定部37を有している。実効値評価部36は、たとえば、実効値RMSの平均値を算出し、実効値RMSの瞬時変動の影響を緩和する。実効値評価部36と最大電力決定部37の機能はCPU109により実現されてもよい。
図14から図15を用いて実施例2について説明する。なお、実施例2において実施例1と同一または類似の構成については同一の参照符号を付与することで説明の簡明化を図る。本実施例の特徴は、図14に示すように、実効値評価部36が、実効値取得部5から出力される実効値RMSを複数回分格納する実効値格納部38と、その平均値RMS_AVEを演算する平均化部39を備えていることである。
図16から図17を用いて実施例3について説明する。なお、実施例1または実施例2と同一または類似の機能については同一の参照符号を付与することで説明の簡明化を図る。本実施例はゼロクロス異常状態に関連している。ゼロクロス異常状態は、実効値取得のトリガーとなるゼロクロス信号が出力されなかったり、ゼロクロス信号の周期が想定される周期から外れた周期となったりした状態である。ゼロクロス異常状態では積分演算の周期が影響を受けるため、実効値RMSが誤った値となる。そこで、本実施例では、ゼロクロス異常状態が発生している期間に取得された実効値RMSを電力制御に反映させないことにする。
本実施例によれば、外部の交流電源である商用交流電源1から供給された交流電流の実効値RMSを検知する検知装置110が提供される。ゼロクロス検知部3は交流電源から供給された交流電圧のゼロクロスポイントを検知し、当該ゼロクロスポイントを示すゼロクロス信号を出力する検知手段の一例である。ゼロクロスフィルタ7はゼロクロス信号に重畳されるノイズをフィルタリングして出力するフィルタ手段の一例である。復元部8はゼロクロス信号がゼロクロスフィルタ7を通過することで生じる遅延時間に基づき当該ゼロクロス信号のタイミングを補正して、ゼロクロスフィルタ7を通過する前のゼロクロス信号のタイミングを復元する復元手段の一例である。実効値取得部5は復元部8により復元されたゼロクロス信号のタイミングを基準として商用交流電源1から供給される交流電流の実効値を取得する取得手段の一例である。なお、商用交流電源1は一例であり、ソーラーパネルやコジェネレーションシステムなどの自家発電設備が交流電源として採用されてもよい。自家発電設備は商用交流電源1よりも交流電流の実効値が変動しやすいため、本実施例を適用するメリットが大きいだろう。
Claims (14)
- 交流電源から供給された交流電流の実効値を検知する検知装置であって、
前記交流電源から供給された交流電圧のゼロクロスポイントを検知し、当該ゼロクロスポイントを示す第1ゼロクロス信号を出力する検知手段と、
前記検知手段で検知された前記第1ゼロクロス信号に重畳されるノイズをフィルタリングして得られた第2ゼロクロス信号を出力するフィルタ手段と、
前記第1ゼロクロス信号が前記フィルタ手段を通過してフィルタリングされることで生じる、前記第1ゼロクロス信号のタイミングに対して生じる前記第2ゼロクロス信号の遅延時間に基づき、当該第2ゼロクロス信号のタイミングを補正して、前記フィルタ手段を通過する前の前記第1ゼロクロス信号のタイミングを復元する復元手段と、
前記復元手段により復元された前記第1ゼロクロス信号のタイミングを基準として前記交流電源から供給される交流電流の実効値を取得する取得手段と
を有することを特徴とする検知装置。 - 前記フィルタ手段は、前記交流電圧の半周期よりも短い継続時間のノイズを低減するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の検知装置。
- 前記フィルタ手段は、当該フィルタ手段に入力された前記第1ゼロクロス信号の立ち上がりと立ち下がりを基準としてそれぞれカウントを実行するカウンタを有し、前記第1ゼロクロス信号の立ち上がりタイミングをトリガーとして前記カウンタのカウントを開始させ、前記カウンタのカウント値が所定値に達すると当該カウント値をリセットするとともに前記フィルタ手段から出力される前記第2ゼロクロス信号を立ち上げ、さらに前記フィルタ手段は、前記第1ゼロクロス信号の立ち下がりタイミングをトリガーとして前記カウンタのカウントを開始させ、前記カウンタのカウント値が前記所定値に達すると当該カウント値をリセットするとともに前記フィルタ手段から出力される前記第2ゼロクロス信号を立ち下げ、前記カウンタが前記所定値のカウントを完了する前に前記フィルタ手段に入力された前記第1ゼロクロス信号のレベルが変化したときは前記フィルタ手段から出力される前記第2ゼロクロス信号のレベルを維持しつつ、前記カウンタのカウント値をリセットすることを特徴とする請求項2に記載の検知装置。
- 前記フィルタ手段は、
前記第1ゼロクロス信号として前記フィルタ手段に入力された信号の論理と前記第2ゼロクロス信号として前記フィルタ手段から出力される信号の論理とが異なっているかを判定する判定手段と、
前記フィルタ手段に入力された信号の論理と前記フィルタ手段から出力される信号の論理とが異なるようになると計時を開始する計時手段と、
前記計時手段の計時値が所定の閾値を超えたかどうかを判別する判別手段と
を有し、
前記フィルタ手段は、前記計時手段の計時値が所定の閾値を超えたことに応じて前記フィルタ手段から前記第2ゼロクロス信号として出力している信号のレベルを変化させることを特徴とする請求項2に記載の検知装置。 - 前記復元手段は、前記フィルタ手段を通過する前の前記第1ゼロクロス信号のタイミングに同期したタイミング信号を生成して出力することで、前記フィルタ手段を通過する前の前記第1ゼロクロス信号のタイミングを復元するように構成されており、
前記取得手段は、前記タイミング信号を基準として前記交流電源から供給される交流電流の実効値を取得するように構成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の検知装置。 - 前記復元手段は、
前記フィルタ手段から出力される前記第2ゼロクロス信号のレベルが変化したタイミングから一周期または半周期が経過するタイミングよりも前記遅延時間だけ早めたタイミングに前記タイミング信号を出力することで、前記第2ゼロクロス信号のタイミングを補正することを特徴とする請求項5に記載の検知装置。 - 前記復元手段は、
前記フィルタ手段から出力される前記第2ゼロクロス信号の周期を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された周期から半周期を求め、前記半周期から前記遅延時間だけ早いタイミングと前記周期から前記遅延時間だけ早いタイミングとのそれぞれに前記タイミング信号を生成して出力する生成手段と
を含むことを特徴とする請求項6に記載の検知装置。 - 前記計測手段は、前記フィルタ手段から出力される前記第2ゼロクロス信号におけるi番目のレベル変化タイミングからi+1番目のレベル変化タイミングまでの時間を前記周期として計測するように構成されており、
前記生成手段は、前記周期の半分から前記遅延時間を減算して得られる補正時間だけ前記i+1番目のレベル変化タイミングから経過したタイミングに前記タイミング信号を生成して出力するとともに、前記周期から前記遅延時間を減算して得られる補正時間だけ前記i+1番目のレベル変化タイミングから経過したタイミングに前記タイミング信号を生成して出力するように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の検知装置。 - 前記計測手段は、前記フィルタ手段から出力される前記第2ゼロクロス信号におけるi番目の立ち下がりタイミングからi+1番目の立ち下がりタイミングまでの時間を前記周期として計測するように構成されていることを特徴とする請求項8に記載の検知装置。
- 前記計測手段により計測された前記周期を記憶する記憶手段と、
前記計測手段により計測された前記周期が所定の範囲内にあるかどうかを判断する判断手段と、
前記計測手段により計測された前記周期が前記所定の範囲内であれば前記記憶手段に記憶されている周期を更新し、前記計測手段により計測された前記周期が前記所定の範囲内でなければ前記記憶手段に記憶されている周期を更新しない更新手段と
をさらに有し、前記生成手段は、前記記憶手段に記憶されている周期を用いて前記タイミング信号を生成して出力するように構成されていることを特徴とする請求項7ないし9のいずれか1項に記載の検知装置。 - 前記取得手段は、複数の前記交流電流の実効値を平均化して出力するように構成されていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の検知装置。
- 前記取得手段は、前記交流電流の実効値が所定の範囲内にないときに当該所定の範囲内にない実効値を廃棄することを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の検知装置。
- 交流電源から供給された交流電流により発熱してトナー画像を記録媒体に定着させる定着手段と、
請求項1ないし12のいずれか1項に記載された検知装置と、
前記検知装置により取得された前記交流電流の実効値に応じて前記定着手段に前記交流電源からの交流電流を供給するか否かを制御する制御手段と
を有することを特徴とする定着装置。 - トナー画像を担持する像担持体と、
前記像担持体から前記トナー画像を記録媒体に転写する転写装置と、
前記トナー画像を前記記録媒体に定着させる、請求項13に記載された定着装置と
を有することを特徴とする画像形成装置。
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