JP6794270B2 - 電力供給装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタなどの画像形成装置に搭載される加熱定着装置の制御に好適な電力供給装置、及び画像形成装置に関する。

電子写真方式の複写機、プリンタなどの画像形成装置では、記録材上の未定着トナー像を加熱、加圧し、記録材に定着させる加熱定着装置を備えている。そして、加熱定着装置への電力供給を制御する電力供給装置では、交流電源から供給される交流電圧を、双方向サイリスタ（以下、トライアックという）等を用いて制御する方法が広く用いられている。上述した電力供給装置について、例えば特許文献１では、加熱定着装置に流れる電流実効値を検知することで、加熱定着装置に供給される電力を検知する技術が提案されている。

特開２００７−２１２５０３号公報

近年、印刷動作の開始を指示してから１枚目の記録材が排出されるまでの時間（ファーストプリントアウトタイム、以下、ＦＰＯＴという）の短縮化が進んでいる。例えば、加熱定着装置については、ヒータ温度が画像形成に適した温度まで上昇したことを検知してから画像形成動作を開始するのではなく、記録材が加熱定着装置に到達する直前に画像形成に適した温度になるタイミングで、画像形成動作を開始する。これにより、ＦＰＯＴを短縮することができる。

電力供給装置においても、ＦＰＯＴを短縮するために加熱定着装置に対する精度の高い電力供給制御が求められる。そのため、電力供給装置には、加熱定着装置に供給される電力を精度よく検知することが求められている。

本発明はこのような状況のもとでなされたもので、加熱定着装置に供給される電力を精度よく検知することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明では、以下の構成を備える。

（１）負荷に電力を供給する電力供給装置であって、交流電源から交流電圧が入力される第一のラインと第二のラインと、前記第一のラインと前記第二のラインに入力される前記交流電圧を前記交流電圧に比例する電流に変換する変換部材と、一次巻線及び二次巻線を有する第一のトランスを有し、前記変換部材によって変換された前記電流が前記一次巻線に供給されることにより前記第一のトランスの二次巻線から出力される交流電圧波形に基づき、前記交流電圧を検知する電圧検知手段と、一次巻線及び二次巻線を有する第二のトランスを有し、前記負荷に含まれる第一の負荷に供給される電流が前記一次巻線に供給されることにより前記電流に応じて前記第二のトランスの二次側に出力される交流電圧波形に基づき、前記電流の電流値を検知する電流検知手段と、前記電圧検知手段によって検知された前記交流電圧波形に基づき、前記交流電源のゼロクロスタイミングを検知するゼロクロス検知手段と、前記電圧検知手段によって検知された前記交流電圧波形と、前記ゼロクロス検知手段が検知する前記交流電源のゼロクロスタイミングと、に基づいて、前記交流電源の電圧を演算する電圧演算手段と、前記電流検知手段から出力される交流電圧波形に基づいて検知される前記第一の負荷に供給される電流値と、前記電圧演算手段により演算された前記交流電圧の電圧値により、前記交流電源から前記第一の負荷に供給される電力量を演算する電力演算手段と、前記交流電源から、前記負荷に含まれる第二の負荷に所定の直流電圧を出力する電源装置及び前記第一のトランスの前記一次巻線への電流経路を接続又は遮断するスイッチ手段と、前記スイッチ手段の制御と、前記第一の負荷及び前記第二の負荷への電力供給の制御と、を行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記電力演算手段により演算された電力量を、前記電力量を演算したときに前記電圧演算手段により演算された前記交流電源の第一の電圧と、前記スイッチ手段を制御して前記交流電源から前記電源装置及び前記第一のトランスへ電力供給を開始した際に前記電圧演算手段により演算された前記交流電源の第二の電圧と、に基づいて、補正することを特徴とする電力供給装置。

（２）前記（１）に記載の電力供給装置と、記録材に画像を形成する画像形成部と、前記交流電源より電力を供給される抵抗発熱体を有し、記録材上の未定着トナー像を定着させる定着装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。

（３）負荷に電力を供給する電力供給装置と、記録材に画像を形成する画像形成部と、交流電源より電力を供給される抵抗発熱体を有し、記録材上の未定着トナー像を定着させる定着装置と、を備える画像形成装置であって、前記電力供給装置は、交流電源から交流電圧が入力される第一のラインと第二のラインと、前記第一のラインと前記第二のラインに入力される前記交流電圧を前記交流電圧に比例する電流に変換する変換部材と、一次巻線及び二次巻線を有する第一のトランスを有し、前記変換部材によって変換された前記電流が前記一次巻線に供給されることにより前記第一のトランスの二次巻線から出力される交流電圧波形に基づき、前記交流電圧を検知する電圧検知手段と、一次巻線及び二次巻線を有する第二のトランスを有し、前記負荷に含まれる第一の負荷に供給される電流が前記一次巻線に供給されることにより前記電流に応じて前記第二のトランスの二次側に出力される交流電圧波形に基づき、前記電流の電流値を検知する電流検知手段と、前記電圧検知手段によって検知された前記交流電圧波形に基づき、前記交流電源のゼロクロスタイミングを検知するゼロクロス検知手段と、前記電圧検知手段によって検知された前記交流電圧波形と、前記ゼロクロス検知手段が検知する前記交流電源のゼロクロスタイミングと、に基づいて、前記交流電源の電圧を演算する電圧演算手段と、前記電流検知手段から出力される交流電圧波形に基づいて検知される前記第一の負荷に供給される電流値と、前記電圧演算手段により演算された前記交流電圧の電圧値により、前記交流電源から前記第一の負荷に供給される電力量を演算する電力演算手段と、前記交流電源から、前記負荷に含まれる第二の負荷に所定の直流電圧を出力する電源装置及び前記第一のトランスの前記一次巻線への電流経路を接続又は遮断するスイッチ手段と、前記スイッチ手段の制御と、前記第一の負荷及び前記第二の負荷への電力供給の制御と、を行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記電力演算手段により演算された電力量を、前記電力量を演算したときに前記電圧演算手段により演算された前記交流電源の第一の電圧と、前記スイッチ手段を制御して前記交流電源から前記電源装置及び前記第一のトランスへ電力供給を開始した際に前記電圧演算手段により演算された前記交流電源の第二の電圧と、に基づいて、補正することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、加熱定着装置に供給される電力を精度よく検知することができる。

実施例１、２の画像形成装置の構成を示す断面図 実施例１、２の電力供給装置の回路構成を説明する図 実施例１、２の電力供給装置の各部の電圧、電流、電力の波形を示す図 実施例１、２の電力供給装置の制御シーケンスを示すタイムチャート 実施例１の定着装置、各モータの動作状態、入力電圧値、有効電力値の変化を示す図 実施例１の電力演算部における有効電力値の誤差を説明する図 実施例１の電力供給装置の制御シーケンスを示すフローチャート 実施例２の定着装置、各モータの動作状態、入力電圧値、有効電力値の変化を示す図 実施例２の電力供給装置の制御シーケンスを示すフローチャート

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［画像形成装置の構成］
図１は、電子写真方式の画像形成装置１０の一例である、ブラックのトナーを用いて画像形成が行われるモノクロプリンタの概略構成を示す断面図である。図１において、給紙カセット１１に積載された記録材である記録紙は、ピックアップローラ１２によって１枚だけ給紙カセット１１から給送され、給紙ローラ１３によってレジストレーションローラ１４へと搬送される。そして、レジストレーションローラ１４に搬送された記録紙は、所定のタイミングで、更にプロセスカートリッジ１５へと搬送される。画像形成部であるプロセスカートリッジ１５は、帯電装置１６、現像手段としての現像ローラ１７、クリーニング手段であるクリーナ１８、及び図中、矢印方向（反時計回り方向）に回転する感光体である感光ドラム１９により、一体的に構成されている。そして、以下に説明する公知の一連の電子写真プロセス処理によって、未定着トナー像が搬送された記録紙上に転写される。感光ドラム１９は、帯電装置１６によって、その表面を一様に帯電された後、露光手段であるスキャナユニット２１により画像信号に基づいた露光が行われる。スキャナユニット２１内のレーザダイオード２２から出射されるレーザ光は、回転多面鏡２３により偏向され、反射ミラー２４を経て、感光ドラム１９を走査することにより、感光ドラム１９上に静電潜像が形成される。感光ドラム１９上に形成された静電潜像は、現像ローラ１７によってトナーが付着され、トナー像として可視化される。そして、感光ドラム１９上のトナー像は、転写ローラ２０によって、レジストレーションローラ１４から搬送されてきた記録紙に転写される。トナー像が転写された記録紙は、加熱定着装置１００（以下、定着装置１００という）に搬送され、記録紙上（記録材上）の未定着トナー像は、定着装置１００により加熱、加圧処理が行われ、記録紙に定着される。そして、記録紙は、中間排出ローラ２６、排出ローラ２７によって、画像形成装置１０外に排出され、一連のプリント動作が終了する。

給紙搬送モータ３０（図中、Ｍと表示）は、給紙ローラ１３、レジストレーションローラ１４等を駆動する。ドラムモータ３１（図中、Ｍと表示）は、感光ドラム１９を含むプロセスカートリッジ１５内の駆動系を構成する各ローラを駆動する。定着モータ３２（図中、Ｍと表示）は、定着装置１００の加圧ローラ等の各ローラを駆動する。電力供給装置２００は、画像形成装置１０で用いられる電力供給装置であり、不図示の電源ケーブルを介して商用電源である交流電源２０１（図２参照）と接続されている。なお、電力供給装置２００が適用可能な画像形成装置は、図１に例示した画像形成装置に限定されず、例えば複数の画像形成部を備えるカラープリンタのような画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム１９上のトナー像を中間転写ベルトに転写する一次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像を記録紙に転写する二次転写部を備える画像形成装置であってもよい。

コントローラ４０は、操作部（不図示）や外部コンピュータからの画像形成開始指示に応じて、画像形成装置１０の画像形成動作の制御を行う。また、電力供給装置２００は、位相制御や波数制御等の制御方法を用いて、トライアック等のスイッチ素子のデューティ制御を行い、定着装置１００へ供給する電力制御を行っている。本実施例では、スイッチ素子としてトライアックを使用しているが、例えばインバータ等のスイッチング回路を用いて、定着装置１００へ供給する電力の制御を行ってもよい。

［電力供給装置の構成］
図２は、本実施例の電力供給装置２００の回路構成を説明する図である。交流電源２０１（図中、ＡＣと表示）は、第一のライン又は第二のラインであるライブ側ライン（図中、ＬＩＶＥと表示）と、第二のライン又は第一のラインであるニュートラル側ライン（図中、ＮＥＵＴＲＡＬと表示）間に交流電圧を出力している。

（常夜電源装置）
常夜電源装置２２０は、交流電源２０１のライブ側ラインとニュートラル側ラインから交流電圧が入力され、一次側である交流電源２０１と絶縁された二次側の負荷に所定の電圧Ｖｃを出力する。所定の電圧Ｖｃは、後述する制御手段である制御部２６０等に供給される。なお、常夜電源装置２２０は、交流電源２０１から交流電圧が入力されている限り、所定の直流電圧Ｖｃを出力し続ける電源装置である。本実施例においては、常夜電源装置２２０の出力電圧Ｖｃを制御部２６０等に供給しているが、このような回路構成に限定されるものではなく、例えば出力電圧Ｖｃを異なる電圧に変換してから、制御部２６０等に供給するなどしてもよい。また、図２では、常夜電源装置２２０は、電力供給装置２００内に内蔵されている構成となっているが、例えば電力供給装置２００から電力供給される外付けの電源装置であってもよい。

（スイッチ部）
続いて、交流電源２０１からの電流供給経路の接続又は切断を行うことにより、電圧検知手段である電圧検知部２４０と非常夜電源装置２２１への電力供給、又は電力供給の遮断を行うスイッチ部について説明する。電圧検知部２４０及び非常夜電源装置２２１への電力供給を制御するスイッチ部は、フォトトライアックカプラＳＳＲ２、トランジスタＱ６、トライアックＱ７、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３から構成されている。抵抗Ｒ２１、Ｒ２２はトライアックＱ７を駆動するための抵抗で、フォトトライアックカプラＳＳＲ２は、一次・二次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。そして、フォトトライアックカプラＳＳＲ２の二次側発光ダイオードに電流が流れ、導通状態になることにより、フォトトライアックカプラＳＳＲ２の一次側のトライアックＱ７が導通状態になる。トライアックＱ７は、いったん、導通状態となると、交流電源２０１の交流電圧のゼロクロスポイントで消弧するまで、オン状態を保持する。

画像形成装置１０の動作時には、制御部２６０がＤｒｉｖｅ２信号（ドライブ２信号）をハイレベルに設定すると、トランジスタＱ６はオンし、フォトトライアックカプラＳＳＲ２の二次側発光ダイオードは、抵抗Ｒ２３を介して電流が流れ、導通状態になる。その結果、トライアックＱ７がオン状態となり、交流電源２０１からの電流が電圧検知部２４０と非常夜電源装置２２１とに流れ、電流供給が行われる。また、画像形成装置１０がスリープモード等の省電力状態で動作している場合には、制御部２６０は、Ｄｒｉｖｅ２信号をローレベルに設定する。これにより、トランジスタＱ６はオフし、フォトトライアックカプラＳＳＲ２の二次側発光ダイオードには電流が流れなくなり、非導通状態になる。その結果、トライアックＱ７はオフ状態となり、交流電源２０１からの電圧検知部２４０と非常夜電源装置２２１への電力供給が遮断される。このように、電圧検知部２４０と非常夜電源装置２２１をトライアックＱ７の後段に配置することにより、画像形成装置１０のスリープモード時や電源オフ時には、電圧検知部２４０と非常夜電源装置２２１における消費電力を削減することができる。

（非常夜電源装置）
非常夜電源装置２２１は、交流電源２０１のライブ側ラインとニュートラル側ラインから交流電圧が入力され、一次側である交流電源２０１と絶縁された二次側の負荷（第二の負荷）に所定の直流電圧Ｖｐを出力する電源装置である。所定の電圧Ｖｐは、例えば給紙搬送モータ３０やドラムモータ３１、定着モータ３２等に供給される。また、図２では、非常夜電源装置２２１は、電力供給装置２００内に内蔵されている構成となっているが、例えばトライアックＱ７を介して、電力供給装置２００から電力供給される外付けの電源装置であってもよい。

（電圧検知部）
抵抗Ｒ１、Ｒ１’は、交流電源２０１の入力電圧を検知するために用いられる電圧検知抵抗であり、交流電源２０１の交流電圧を交流電圧に比例した電流に変換するための変換部材である。即ち、抵抗Ｒ１、Ｒ１’の抵抗値（所定の固定値）と交流電源２０１の交流電圧値に比例した電流がカレントトランスであるトランスＴ１の一次側に流れる。

交流電源２０１の交流電圧を検知する電圧検知手段である電圧検知部２４０は、第一のトランスであるトランスＴ１とダンピング抵抗Ｒ３により構成されている。抵抗Ｒ１は、一端をライブ側ラインに接続され、他端をトランスＴ１の一次巻線の一端に接続されている。一方、抵抗Ｒ１’は、一端をニュートラル側ラインに接続され、他端を抵抗Ｒ１が接続された一次巻線の端部とは反対側の端部（一次巻線の他端）に接続されている。トランスＴ１の一次巻線側には、所定の抵抗値を有する抵抗Ｒ１、Ｒ１’により、ライブ側ラインとニュートラル側ラインとの間に印加される交流電源２０１の入力電圧（交流電圧）に比例した電流が流れる。そして、トランスＴ１の二次巻線側には、一次側の電流に比例した電流が流れるため、ダンピング抵抗Ｒ３に生成される出力電圧Ｖｏｕｔ１は、交流電源２０１の入力電圧に比例した電圧となるので、交流電源２０１の入力電圧を検知することができる。

（位相調整部）
トランスＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１の位相調整を行う位相調整部２１０は、抵抗Ｒ２１２、コンデンサＣ２１１から構成されている。トランスＴ１の出力電圧の波形では、交流電源２０１の交流電圧の波形に対して、位相進み量ΔＴ１（図３参照）が生じる。そのため、位相調整部２１０は、抵抗Ｒ２１２、コンデンサＣ２１１によって、後述するトランスＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３との位相差を縮小するように位相調整を行い、電圧Ｖｏｕｔ２を出力する。電圧Ｖｏｕｔ２は、電圧、電力演算を行う演算部ＩＣ１に入力される。なお、位相調整部２１０は必ずしも必須ではない。位相調整部２１０の無い場合、トランスＴ１の出力電圧を所定期間（位相進み量ΔＴ１より長い期間)、演算部ＩＣ１に入力されるように設定し、最適な入力電圧を検出すればよい。

（電圧演算部）
演算部ＩＣ１は、電圧演算を行う電圧演算部ＩＣ１−２（以下、電圧演算部２という）と、後述する電力演算部ＩＣ１−１（以下、電力演算部１という）を有している。電圧演算部２には、位相調整部２１０から出力された電圧Ｖｏｕｔ２と所定の基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。電圧演算部２では、電圧Ｖｏｕｔ２と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値の二乗値を演算することで、交流電源２０１の電圧実効値の二乗値を算出する。なお、電圧演算部２では、交流電源２０１の電圧実効値又は電圧平均値等を演算してもよい。また、電圧演算部２は、後述するＺｅｒｏｘ信号（ゼロクロス信号）に基づいて、交流電源２０１の半周期及びその整数倍毎の期間で、交流電源２０１の電圧実効値の二乗値を算出する。なお、電圧演算部２では、後述するＺｅｒｏｘ信号とは非同期の、所定の期間で交流電源２０１の電圧実効値の二乗値を算出してもよい。

（電流検知部）
電力供給装置２００では、定着装置１００（第一の負荷）に供給される電流値を検知するために、トランスＴ２とダンピング抵抗Ｒ１３により構成される電流検知手段である電流検知部２５０を有している。トランスＴ２の一次巻線の一端はトライアックＱ５に接続され、他端はニュートラル側ラインに接続されている。トライアックＱ５が導通状態の場合には、一次巻線には、定着装置１００の抵抗発熱体ＲＨ１（以下、発熱体ＲＨ１という）に供給されている電流が流れる。そして、トランスＴ２の二次側には、定着装置１００の発熱体ＲＨ１に流れる電流に比例した電流が生じる。この電流によりダンピング抵抗Ｒ１３に生成される電圧Ｖｏｕｔ３は、発熱体ＲＨ１に流れる電流に比例した電圧となるので、定着装置１００に供給される電流値を検知することができる。そして、出力電圧Ｖｏｕｔ３と、所定の基準電圧Ｖｒｅｆが演算部ＩＣ１に入力される。

（電力演算部）
電力演算部１では、電圧Ｖｏｕｔ３と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値と、電圧Ｖｏｕｔ２と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値を乗算し、定着装置１００に供給された有効電力値を算出する。電力演算部１は、後述するＺｅｒｏｘ信号に基づき、交流電源２０１の半周期及びその整数倍毎の期間で、定着装置１００に供給された有効電力値を算出する。なお、電力演算部１では、後述するＺｅｒｏｘ信号とは非同期の、所定の期間で定着装置１００に投入された平均電力値を算出してもよい。また、演算部ＩＣ１は、電圧演算部２と電力演算部１で算出された（演算した）実効値電圧と有効電力値の情報を、Ｐｏｗｅｒ信号を用いて制御部２６０に通知する。

［発熱抵抗体への電力投入］
次に、図２の定着装置１００のヒータ部である発熱体ＲＨ１への電力供給の方法について説明する。制御部２６０は、Ｄｒｉｖｅ信号（ドライブ信号）により定着装置１００のヒータ部である発熱体ＲＨ１への電力供給を制御する。制御部２６０は、負荷である発熱体ＲＨ１へ電力供給を行う場合にはＤｒｉｖｅ信号をハイレベルに設定し、発熱体ＲＨ１への電力供給を止める場合にはＤｒｉｖｅ信号をローレベルに設定する。トランジスタＱ４は、制御部２６０からのＤｒｉｖｅ信号がハイレベルの場合にはオン状態となり、Ｄｒｉｖｅ信号がローレベルの場合にはオフ状態となる。なお、抵抗Ｒ１７、Ｒ１６は、トランジスタＱ４を駆動するための抵抗である。

一次・二次間の沿面距離を確保するためのデバイスであるフォトトライアックカプラＳＳＲ１（以下、トライアックカプラＳＳＲ１という）の二次側発光ダイオードは、トランジスタＱ４によりオン／オフされる。即ち、トランジスタＱ４がオン状態になると、トライアックカプラＳＳＲ１の二次側発光ダイオードが導通状態となって、プルアップ抵抗Ｒ８を介して電圧Ｖｃからの電流が流れ、発光する。これにより、トライアックカプラＳＳＲ１の一次側トライアックが導通状態になり、トライアックＱ５が導通状態となる。その結果、ライブ側ライン、発熱体ＲＨ１、トライアックＱ５、ニュートラル側ラインを結ぶ電流経路（電力供給路でもある）が形成される。トライアックＱ５は、交流電源２０１の入力電圧のゼロクロスタイミングまでオン状態を保持する。なお、トライアックＱ５とトライアックカプラＳＳＲ１の一次側トライアックとの間に配置された抵抗Ｒ９、Ｒ１０は、トライアックＱ５を駆動するための抵抗である。一方、トランジスタＱ４がオフ状態になると、トライアックカプラＳＳＲ１の二次側発光ダイオードは非導通状態となり、一次側トライアックも非導通状態になる。これにより、トライアックＱ５も非導通状態となり、交流電源２０１から発熱体ＲＨ１への電力供給が遮断される。

定着装置１００の発熱体ＲＨ１の温度は、温度検知手段であるサーミスタＴＨ１によって検知される。そして、電圧Ｖｃを発熱体ＲＨ１の温度により変化するサーミスタＴＨ１の抵抗値と抵抗Ｒ１１の抵抗値で分圧した電圧が、ＴＨ信号として制御部２６０に入力される。制御部２６０では、サーミスタＴＨ１により検知された発熱体ＲＨ１の温度と、発熱体ＲＨ１の設定目標温度に基づいて、例えばＰＩＤ制御により、発熱体ＲＨ１に供給すべき電力デューティ（Ｄｕｔｙ）を算出する。そして、制御部２６０は、算出された電力デューティを、対応した位相角（位相制御の場合）、波数（波数制御の場合）等の制御レベルに換算し、換算された制御条件に基づいてＤｒｉｖｅ信号によりトランジスタＱ４のオン・オフ状態を制御する。これにより、トライアックＱ５の制御が行われ、発熱体ＲＨ１への電力供給が制御される。

（ゼロクロス検知部）
次に、交流電源２０１のゼロクロス検知方法について説明する。本実施例では、図２において、ゼロクロス検知手段であるゼロクロス検知部２３０は、コンパレータＩＣ２と抵抗Ｒ１２から構成されている。コンパレータＩＣ２の非反転端子（＋）にはトランスＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ２が入力され、反転端子（−）にはトランスＴ１の基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。そして、コンパレータＩＣ２は、２つの端子の入力電圧を比較した比較結果であるＺｅｒｏｘ信号（ゼロクロス信号）を演算部ＩＣ１と制御部２６０に出力する。これにより、制御部２６０は交流電源２０１のゼロクロスタイミングを検知することができる。なお、ゼロクロス検知は、位相調整部２１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２の交流電圧波形に基づいて行われる。なお、位相調整部２１０の無い構成でも良い。位相調整部２１０の無い場合、トランスＴ１の出力電圧に基づくゼロクロスタイミングを位相進み量ΔＴ１分補正すればよい。この場合、位相進み量は固定値として予め演算部ＩＣ１に記憶しておくことになる。

（制御部）
制御部２６０は、Ｄｒｉｖｅ信号により定着装置１００のヒータ部である発熱体ＲＨ１への電力供給を制御する。また、制御部２６０は、Ｄｒｉｖｅ２信号により交流電源２０１から電圧検知部２４０と非常夜電源装置２２１への電力供給、又は電力供給の遮断を行う。更に、制御部２６０では、交流電源２０１から供給される交流電圧の半周期毎の実効値電圧の二乗値や有効電力値情報を後述するＺｅｒｏｘ信号と同期させながら、半波毎（半周期毎）に取得する。そして、制御部２６０は、取得された複数半波の実効値電圧や有効電力値の平均値を求めることにより、交流電源２０１の電圧実効値、及び定着装置１００に供給された有効電力値を算出し、定着装置１００の制御に利用する。なお、電圧演算部２と電力演算部１及び制御部２６０での計算の方法、及びどちらがどの演算を行うかについては、本実施例で説明する方法に限定されるものではない。なお、図２では、制御部２６０は電力供給装置２００の制御手段として示しているが、例えば、前述した画像形成装置１０のコントローラ４０であってもよい。このとき、コントローラ４０は、制御手段として機能する。

以上説明したように、電力供給装置２００で電力量の検知を行うことで、定着装置１００に供給される電流値及び電圧値から発熱体ＲＨ１への供給電力量を直接検知することができる。これにより、制御方式（波数制御、位相制御）による電力デューティの誤差や、定着装置１００の発熱体ＲＨ１のばらつきの影響を受けずに、より高精度に定着装置１００に供給される電力量を検知できる。また、発熱体ＲＨ１の抵抗温度係数（発熱体の温度が上昇すると、抵抗値が変動する）が高い場合にも、精度よく定着装置１００に供給された電力量を検知できる。電力供給装置２００は供給された電力量を直接検知することができる。そのため、電力供給装置２００が抵抗以外の負荷、例えばインバータ等のスイッチング回路や容量性の負荷やインダクタ等に電力投入する場合にも、投入している電力を検知する手段として用いることができる。

［電圧波形、電力波形、Ｚｅｒｏｘ信号波形］
図３は、本実施例の交流電源２０１の交流電圧、トランスＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１、位相調整部２１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２、トランスＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３の電圧波形を示す図である。更に、図３は、コンパレータＩＣ２の出力であるＺｅｒｏｘ信号、出力電圧Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ３の波形を乗算した波形３０８の電圧波形も示す図である。本実施例では、波形３０８を発熱体ＲＨ１の電力波形（出力電圧Ｖｏｕｔ３と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値と、出力電圧Ｖｏｕｔ２と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値と、を乗算した値を示す波形）として説明する。

図３（ａ）は、交流電源２０１の入力電圧の波形３０１を示す波形図である。図３（ａ）において、横軸は時間（単位：ｍｓ（ミリ秒））を示し、縦軸は電圧（単位：Ｖ（ボルト））を示す。なお、図３（ｂ）〜図３（ｄ）の縦軸、横軸も、図３（ａ）と同様であり、以下での説明を省略する。波形３０１は、交流電源２０１の入力電圧波形（１００Ｖｒｍｓ、５０Ｈｚ）を示しており、１周期は２０ｍｓｅｃである。また、図３（ａ）において、交流電源２０１の電圧が０ボルトとなるタイミング、即ち、１０ｍｓｅｃ、２０ｍｓｅｃ、３０ｍｓｅｃ、４０ｍｓｅｃがゼロクロスタイミングである。図３（ｂ）は、トランスＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧波形である電圧波形３０３（実線）、トランスＴ１の基準電圧Ｖｒｅｆの波形３０２（二点鎖線）、位相調整部２１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２の電圧波形３０４（破線）を示している。図３（ｃ）は、トランスＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３の電圧波形３０６（実線）、トランスＴ２の基準電圧Ｖｒｅｆの波形３０２（二点鎖線）を示している。トランスＴ２の二次側インダクタンスの影響によって、出力電圧Ｖｏｕｔ３の電圧波形３０６では、交流電源２０１の波形３０１に対して、位相進み量ΔＴ２が生じていることがわかる。

図３（ｅ）では、出力電圧Ｖｏｕｔ２と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値と、電圧波形３０６で示される出力電圧Ｖｏｕｔ３と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値を乗算することで得られた電力演算値を波形３０８として図示している。図３（ｅ）において、横軸は時間（単位：ｍｓ（ミリ秒））を示し、縦軸は電力（単位：Ｗ（ワット））を示す。出力電圧Ｖｏｕｔ２と出力電圧Ｖｏｕｔ３の位相がズレている場合、電力演算部１の電力演算精度が低下してしまう。図３（ｂ）に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧波形３０３では、交流電源２０１の波形３０１に対して、位相進み量ΔＴ１が生じており、出力電圧Ｖｏｕｔ３の電圧波形３０６の位相進み量ΔＴ２とは異なる位相のズレ量である（ΔＴ１＞ΔＴ２）。そのため、電力演算部１の電力演算精度を向上するため、位相調整部２１０はトランスＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１と、トランスＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３との位相ズレ、即ち（ΔＴ１−ΔＴ２）を縮小するよう、位相調整を行っている。

図３（ｄ）は、コンパレータＩＣ２の出力であるＺｅｒｏｘ信号の電圧波形３０５を示している。Ｚｅｒｏｘ信号は、位相調整部２１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２に基づいて生成されている。その結果、交流電源２０１の交流電圧の波形３０１に対するＺｅｒｏｘ信号の位相進み量は、位相調整部２１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２の電圧波形３０４の位相進み量ΔＴ２と一致する。そのため、同様の位相進み量ΔＴ２が生じるＺｅｒｏｘ信号の電圧波形３０５を用いて、電力演算部１の電力演算を行う積分区間∫Ｔ１（この場合は、交流電源２０１の負の半周期を例として示している）を定める。これにより、位相進み量ΔＴ２に合わせた適切な期間で、電力演算部１は定着装置１００に供給される電力量の演算を行うことができる。交流電源２０１の半周期（∫Ｔ１）以外にも、交流電源２０１の全周期など、交流電源２０１の半周期の整数倍毎の定着装置１００に供給される平均電力を求める場合、Ｚｅｒｏｘ信号を示す電圧波形３０５を用いて演算の積分区間を設定する方法が有効である。

［定着装置立ち上げ時のタイミングチャート］
続いて、画像形成装置１０の印刷プロセスにおける定着装置１００の立ち上げ動作に伴う電力供給装置２００の制御動作について、図４を用いて説明する。図４は、定着装置１００のヒータ温度の変化と、定着装置１００への電力供給状態、給紙搬送モータ３０、ドラムモータ３１、定着モータ３２の動作状態を示すタイミングチャートであり、横軸は時間を示す。なお、図中、＜Ａ＞〜＜Ｄ＞は、時刻（タイミング）を示す。また、定着装置１００のヒータ温度は、定着装置１００内のサーミスタＴＨ１により検知される温度である。定着装置１００への電力供給状態は、定着装置１００への定着目標温度に対する交流電源２０１からの供給電力Ｐｆを示している。

時刻Ａ（図中、＜Ａ＞で表示。以下、同様）で、制御部２６０は外部コンピュータ等からのプリント開始指示を受信すると、Ｄｒｉｖｅ信号をハイレベルに設定する。そして、制御部２６０は、予め決められた固定電力デューティ（例えば５０％）で、Ｚｅｒｏｘ信号の周期で複数周期の間、定着装置１００に電力供給を行う。その際に、制御部２６０は、固定電力デューティで電力供給したときに電力演算部１で算出した定着装置１００に供給した有効電力値を複数の半波分取得し、有効電力値の平均値を算出する。続いて、制御部２６０は、電力供給を行ったときの電力デューティと実際に検知した有効電力値の平均値との比率に供給電力Ｐｆを乗じて、次回の供給電力Ｐｆを供給するときの電力デューティを算出する。そして、次の制御サイクルでは、算出した電力デューティに基づいて定着装置１００に電力供給を行い、次の制御サイクルでも同様に、次回の電力供給時の電力デューティを算出し、随時、電力デューティを更新する。これにより、定着装置１００に定着目標温度に対する供給電力Ｐｆを常に供給することができる。

そして、制御部２６０は、サーミスタＴＨ１により検知されたヒータの温度が、定着モータ３２の回転を開始可能な温度Ｔｍ（第一の温度）になった時刻Ｂで、定着モータ３２を低速で回転を開始させ、定着装置１００の駆動部を駆動させる。時刻Ｂから所定の時間である時間ｔ１０が経過した時刻Ｃで、制御部２６０は一連の画像形成動作を開始可能か否かを判断する。本実施例においては、予め決められた必要電力Ｐｆ＿ｒｄｙ（図４では、Ｐｆ＝１３００Ｗ）以上の電力を定着装置１００に供給可能な場合には、一連の画像形成動作を開始する。制御部２６０は予め決められた必要電力Ｐｆ＿ｒｄｙ以下の電力しか供給できない場合、ヒータ温度が予め決められた第二の温度である温度Ｔ＿ｒｄｙ（後述する図７、図９のＳ８２５の温度Ｔ＿ｒｄｙ）まで上がったタイミングで一連の画像形成動作を開始する。温度Ｔ＿ｒｄｙは、定着装置１００に現在の電力を供給している状態で画像形成動作を開始すると、所定の時間ｔ１１が経過した時点で、記録紙が定着装置１００に到達すると共に、定着装置１００のヒータ温度が印刷温度Ｔ＿ｐｒｉｎｔに到達する温度である。なお、印刷温度Ｔ＿ｐｒｉｎｔは、記録紙上の未定着のトナー像を記録紙に定着可能な温度である。本実施例では、予め決められた必要電力Ｐｆ＿ｒｄｙを投入可能か否かは、時刻Ｃにおいて電力演算部１で算出した定着装置１００に供給された有効電力値の平均値と、電力デューティと、予め決められた必要電力Ｐｆ＿ｒｄｙとに基づいて判断するものとする。しかしながら、供給可能な電力をインレットに流れる電流値を検知する電流検知手段と定着装置１００に投入された電力検知手段の結果等から算出し、一連の画像形成動作を開始するか否かを判断する等、本実施例に限定されるものではない。

時刻Ｃでは、制御部２６０は、一連の画像形成動作を開始するために、給紙搬送モータ３０、ドラムモータ３１を起動し、通常速度で駆動させる。又、制御部２６０は、定着モータ３２も低速回転から通常速度での回転に変更し、駆動させる。そして、その後、サーミスタＴＨ１により検知されたヒータの温度が印刷温度Ｔ＿ｐｒｉｎｔに到達した時刻Ｄで、定着装置１００の起動シーケンスは終了となる。これ以降の供給電力Ｐｆは、サーミスタＴＨ１により検知されたヒータ温度に基づいたＰＩＤ制御により決定される。なお、所定の時間である時間ｔ１１は、時刻Ｃで画像形成を開始した場合に、画像形成開始から１枚目の記録紙が定着装置１００に到達するまでの時間である。

以上説明したように、本実施例の電力供給装置２００は、時刻Ａから時刻Ｄにおいて必要な電力を定着装置１００に過不足なく供給する。これにより、過昇温や昇温不良による定着不良を回避することができる。また、時刻Ｃで一連の画像形成動作を開始する判断を適切に行うことにより、昇温不良による定着不良や、必要以上に画像形成動作の開始を遅くすることにより、ＦＰＯＴを長くすることを回避することができる。このような観点からも、電力演算部１で算出する定着装置１００に投入した有効電力値の検知結果の精度は非常に重要である。

［画像形成動作時の入力電圧と有効電力値］
図５は、定着装置１００への電力供給状態、給紙搬送モータ３０、ドラムモータ３１、定着モータ３２の動作状態と、電圧演算部２で算出する実効値電圧と電力演算部１で算出する定着装置１００に投入した有効電力値を表したタイミングチャートである。図５の横軸は、時間を示す。また、図中、入力電圧値は、電圧演算部２で算出された実効値電圧であり、有効電力値は電力演算部１で算出された有効電力値である。時刻＜Ａ＞〜＜Ｄ＞、時間ｔ１０、ｔ１１は図４と同様であり、ここでの説明を省略する。

図５では、定着モータ３２を低速回転させた時刻Ｂ、及び一連の画像形成動作を開始するために、給紙搬送モータ３０、ドラムモータ３１、定着モータ３２を通常回転させた時刻Ｃで、電圧演算部２で算出した実効値電圧である入力電圧値が低下している。この実効値電圧の低下は、交流電源２０１が電力供給装置２００に供給している電圧が低下しているのではなく、図２のＢ−Ｂ’間の電圧がＡ−Ａ’間の電圧よりも低下していることによるものである。そのため、トランスＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１に基づく出力電圧Ｖｏｕｔ２により実効値電圧を算出する電圧演算部２では、交流電源２０１の入力電圧を正確に検知できない。

図２のＢ−Ｂ’間の電圧が低下するのは、次のような理由によるものである。時刻Ｂで定着モータ３２を低速回転させるために、非常夜電源装置２２１から定着モータ３２に駆動電流が供給される。その際、交流電源２０１から図２のＢ−Ｂ’までのインピーダンスに、非常夜電源装置２２１を動作させた際の電流が流れることにより、Ａ−Ａ’間の電圧よりも電圧降下が生じるためである。この場合の電圧降下を生じさせるインピーダンスは、交流電源２０１から図２のＢ−Ｂ’までの間に存在するノイズフィルタ（不図示）や回路基板のパターン、スイッチ素子などである。更に、時刻Ｃでは、定着モータ３２や給紙搬送モータ３０、ドラムモータ３１を通常回転で動作させるため、交流電源２０１が非常夜電源装置２２１に供給する電流値が増加し、電圧演算部２で算出する実効値電圧は更に低下してしまう。

また、電力演算部１で算出する有効電力値についても、実効値電圧と同様に、定着モータ３２を低速回転させた時刻Ｂ、及び給紙搬送モータ３０、ドラムモータ３１、定着モータを通常回転させた時刻Ｃで有効電力値が低下している。有効電力値の低下は、実際に定着装置１００に供給される有効電力が低下しているわけではなく、図２のＢ−Ｂ’間の電圧がＡ−Ａ’間の電圧よりも低下していることによるものである。すなわち、有効電力値の低下は、交流電源２０１の入力電圧をトランスＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１に基づく出力電圧Ｖｏｕｔ２により有効電力値を算出する電力演算部１で、有効電力を正確に算出できていないことによるものである。電力演算部１では、トランスＴ１によって検知した交流電源２０１の入力電圧波形と、トランスＴ２によって検知した定着装置１００に流れる電流波形を掛け合わせることで、有効電力値を算出している。したがって、電力演算部１にトランスＴ１からの交流電源２０１の入力電圧よりも低い出力電圧Ｖｏｕｔ１に基づいた出力電圧Ｖｏｕｔ２が位相調整部２１０から入力されてしまうと、電圧降下分だけ、有効電力値も低く算出されてしまうことになる。

［電力演算部の検知誤差］
図６は、電力演算部１における検知した有効電力値の検知誤差の具体例を説明するための表である。図６に示す表は、入力電圧、図２のＢ−Ｂ’間電圧、交流電源２０１から定着装置１００に供給される電流値（図中、定着装置の電流値）、定着装置１００の実際の有効電力値の項目を含んでいる。更に、図６に示す表は、電力演算部１により算出された有効電力値（図中、電力演算部による有効電力値と表示）、有効電力値の誤差（図中、検知誤差と表示）の項目を含んでいる。図６では、交流電源２０１の交流電圧である入力電圧は１１０Ｖとしている。また、図２のＢ−Ｂ’間電圧（電圧演算部２により算出された入力電圧値）は１０５Ｖとし、Ｂ−Ｂ’間における電圧降下を５Ｖ（＝１１０Ｖ−１０５Ｖ）としている。定着装置１００に供給される電流値は１２Ａ、１０Ａ、８Ａ、６Ａとしている。定着装置１００の実際の有効電力値には、入力電圧×（定着装置１００に供給される電流値）により求められる電力値が示されている。電力演算部１により算出された有効電力値には、（Ｂ−Ｂ’間電圧）×（定着装置１００に供給される電流値）により求められる電力値が示されている。そして、有効電力値の検知誤差は、（電力演算部１により算出された有効電力値）−（定着装置１００の実際の有効電力値）の算出結果が示されている。

図６より、電力演算部１により算出された有効電力値には、最大６０Ｗ（定着装置の電流値が１２Ａの場合）の検知誤差があることが分かる。また、定着装置１００に供給される電流値によって、電力演算部１により算出される有効電力値の検知誤差も変化することが分かる。図６では、交流電源２０１とＢ−Ｂ’間における電圧降下が５Ｖの場合を例として示した。例えば、非常夜電源装置２２１が動作した際に、交流電源２０１から非常夜電源装置２２１に供給される電流に伴う電圧降下によっても、電力演算部１が算出する有効電力値の検知誤差は変わってしまう。

［有効電力値の検知誤差の補正］
続いて、本実施例の特徴である、上述した電圧降下による電力演算部１の有効電力値の検知誤差を補正する方法について説明する。制御部２６０は、プリント開始指示を受信すると、Ｄｒｉｖｅ２信号をハイレベルに設定することでトライアックＱ７をオン状態にし、交流電源２０１からの電流が電圧検知部２４０及び非常夜電源装置２２１に流れるように電流供給（電力供給）を開始する。そして、制御部２６０は、電流供給を開始した際に電圧演算部２により算出された実効値電圧（入力電圧値）を取得し、取得した実効値電圧を初期電圧Ｖ０（第二の電圧）とする。このタイミングでは、画像形成開始に伴う各モータ等の起動が開始されていないため、非常夜電源装置２２１には交流電源２０１から殆ど電流が供給されていない。そのため、図２のＢ−Ｂ’間では電圧降下が生じておらず、交流電源２０１の入力電圧と初期電圧Ｖ０の電圧値は一致している。

制御部２６０は時刻Ａ〜時刻Ｄ（図５）の期間では、電力演算部１により算出された有効電力値（有効電力検知値）である動作時の有効電力値Ｐ１と電圧演算部２により算出された実効値電圧検知値である動作時の実効値電圧Ｖ１（第一の電圧）を常時取得する。そして、制御部２６０は、取得した動作時の有効電力値Ｐ１と動作時の実効値電圧Ｖ１から、以下の式（１）を用いて、補正後の有効電力値Ｐｆｕを算出する。
Ｐｆｕ＝Ｖ０×（Ｐ１／Ｖ１）・・・（１）

制御部２６０は、補正後の有効電力値Ｐｆｕを、動作時の有効電力値Ｐ１と動作時の実効値電圧Ｖ１を取得するたびに算出する。このように、制御部２６０は、取得した動作時の有効電力値Ｐ１と動作時の実効値電圧Ｖ１から定着装置１００に流れる電流値を式（Ｐ１／Ｖ１）により算出する。そして、制御部２６０は、算出された電流値に、上述した交流電源２０１の入力電圧と一致している初期電圧Ｖ０を乗じることにより、補正後の有効電力値Ｐｆｕを算出する。これにより、非常夜電源装置２２１を動作させた際に交流電源２０１から供給される電流によって、図２のＢ−Ｂ’間の電圧がＡ−Ａ’間よりも電圧降下してしまっても、精度よく有効電力値を算出することが可能になる。本実施例においては、動作時の有効電力値Ｐ１と動作時の実効値電圧Ｖ１から定着装置１００に流れる電流を算出し、算出された電流値に基づいて有効電力値を算出したが、本発明はこの方法に限定されるものではない。例えば、定着装置１００に流れる電流を直接検知し、検知された電流値から有効電力値を算出する方法でもよい。

［定着装置立ち上げの制御シーケンス］
続いて、本実施例の電圧降下による有効電力値の検知誤差の補正を含むプリント立ち上げ時の制御シーケンスについて、図７を用いて説明する。図７は、画像形成動作の開始に伴う定着装置１００の制御シーケンスを示すフローチャートであり、図７に示す処理は、画像形成指示を受信すると制御部２６０により実行される。なお、制御部２６０は、図７に示す処理の実行に先立ち、Ｄｒｉｖｅ２信号をハイレベルに設定することでトライアックＱ７をオン状態にし、交流電源２０１からの電流が電圧検知部２４０及び非常夜電源装置２２１に流れるように電流供給を行うものとする。

ステップ（以下、Ｓという）８０１では、制御部２６０は、カウンタｎの初期設定を行い、カウンタｎに０を設定する。Ｓ８０２では、制御部２６０は、コンパレータＩＣ２より出力されるゼロクロス信号（Ｚｅｒｏｘ信号）のエッジを検知したかどうかを判断する。なお、エッジ検知には、立ち上がりエッジ（ローレベルからハイレベルへの変化）又は立ち下がりエッジ（ハイレベルからローレベルへの変化）の２つがあり、制御部２６０はどちらのエッジ検知も行う。制御部２６０はゼロクロス信号のエッジを検知したと判断した場合には処理をＳ８０３に進め、エッジを検知していないと判断した場合には処理をＳ８０２に戻す。

Ｓ８０３では、制御部２６０は、演算部ＩＣ１の電圧演算部２よりＰｏｗｅｒ信号を用いて、実効値電圧の検知値を取得し、電圧Ｖ０ｎとする。Ｓ８０４では、制御部２６０は、カウンタｎをインクリメント（＋１更新）する。Ｓ８０５では、制御部２６０は、カウンタｎの値が４かどうかを判断し、４と判断した場合には処理をＳ８０６に進め、４ではないと判断した場合には処理をＳ８０２に戻す。

Ｓ８０６では、制御部２６０は、Ｓ８０３の処理で取得した４半波の実効値電圧の検知値Ｖ００、Ｖ０１、Ｖ０２、Ｖ０３の平均値を以下の式（２）により算出し、算出した平均値を初期電圧Ｖ０とする。
Ｖ０＝（Ｖ００＋Ｖ０１＋Ｖ０２＋Ｖ０３）／４・・・（２）
Ｓ８０７では、制御部２６０は、カウンタｋの初期設定を行い、カウンタｋに０を設定し、更に、定着装置１００に供給する電力デューティを示す電力デューティＤｆｋに５０％を設定する。

Ｓ８０８では、制御部２６０は、Ｄｒｉｖｅ信号をハイレベルに設定して、電力デューティＤｆｋに応じて、定着装置１００のヒータ部である発熱体ＲＨ１への電力供給を行う。Ｓ８０９では、制御部２６０は、カウンタｎの初期設定を行い、カウンタｎに０を設定する。Ｓ８１０では、制御部２６０は、Ｓ８０２と同様に、コンパレータＩＣ２より出力されるゼロクロス信号（Ｚｅｒｏｘ信号）のエッジを検知したかどうかを判断する。制御部２６０はゼロクロス信号のエッジを検知したと判断した場合には処理をＳ８１１に進め、エッジを検知していないと判断した場合には処理をＳ８１０に戻す。

Ｓ８１１では、制御部２６０は、演算部ＩＣ１の電力演算部１よりＰｏｗｅｒ信号を用いて、有効電力の検知値を取得し、有効電力値Ｐ１ｎとする。また、制御部２６０は、演算部ＩＣ１の電圧演算部２よりＰｏｗｅｒ信号を用いて、実効値電圧の検知値を取得し、電圧Ｖ１ｎとする。Ｓ８１２では、制御部２６０は、カウンタｎをインクリメント（＋１更新）する。Ｓ８１３では、制御部２６０は、カウンタｎの値が８かどうかを判断し、８と判断した場合には処理をＳ８１４に進め、８ではないと判断した場合には処理をＳ８１０に戻す。

Ｓ８１４では、制御部２６０は、Ｓ８１１の処理で取得した８半波の有効電力の検知値Ｐ１０〜Ｐ１７の平均値を以下の式（３）により算出し、算出した平均値を動作時の有効電力値Ｐ１とする。また、制御部２６０は、Ｓ８１１の処理で取得した８半波の実効値電圧の検知値Ｖ１０〜Ｖ１７の平均値を以下の式（４）により算出し、算出した平均値を動作時の実効値電圧Ｖ１とする。
Ｐ１＝（Ｐ１０＋Ｐ１１＋Ｐ１２＋Ｐ１３＋Ｐ１４＋Ｐ１５＋Ｐ１６＋Ｐ１７）／８・・・（３）
Ｖ１＝（Ｖ１０＋Ｖ１１＋Ｖ１２＋Ｖ１３＋Ｖ１４＋Ｖ１５＋Ｖ１６＋Ｖ１７）／８・・・（４）

Ｓ８１５では、制御部２６０は、Ｓ８１３で算出した動作時の有効電力値Ｐ１、動作時の実効値電圧Ｖ１、及びＳ８０６で算出した初期電圧Ｖ０を用いて、以下の式（５）により、補正後の有効電力値Ｐｆｕを算出する。
Ｐｆｕ＝Ｖ０×（Ｐ１／Ｖ１）・・・（５）
Ｓ８１６では、制御部２６０は、定着装置１００のヒータに供給する電力量が予め決められた定着目標電力Ｐｆ（＝１３００Ｗ）に相当する電力量となるように、次回の電力デューティＤｆ（ｋ＋１）を以下の式（６）により算出する。
Ｄｆ（ｋ＋１）＝（Ｄｆｋ×Ｐｆ）／Ｐｆｕ・・・（６）
Ｓ８１７では、制御部２６０は、カウンタＫをインクリメントする。

Ｓ８１８では、制御部２６０は、後述するＳ８２６の処理により画像形成動作を開始済みかどうか判断する。制御部２６０は既に画像形成動作を開始していると判断した場合には処理をＳ８２７に進め、まだ画像形成動作を開始していないと判断した場合には処理をＳ８１９に進める。Ｓ８１９では、制御部２６０は、後述するＳ８２１の処理により定着モータ３２の低速回転を開始済みかどうかを判断し、開始済みと判断した場合には処理をＳ８２２に進め、開始していないと判断した場合には処理をＳ８２０に進める。Ｓ８２０では、制御部２６０は、ＴＨ信号に基づいて取得した定着装置１００のヒータ温度が定着モータ３２の回転開始温度Ｔｍより高いかどうかを判断する。制御部２６０は、ヒータ温度が、回転開始温度Ｔｍよりも高いと判断した場合には処理をＳ８２１に進め、回転開始温度Ｔｍ以下と判断した場合には処理をＳ８０８に戻す。Ｓ８２１では、制御部２６０は、定着モータ３２を低速で回転開始させ、定着装置１００の駆動部を駆動させる。また、制御部２６０は、定着モータ３２の回転開始からの経過時間を測定するために、タイマをリセットしスタートさせる。

Ｓ８２２では、制御部２６０は、タイマを参照して、定着モータ３２の回転開始から所定時間である時間ｔ１０（図４）が経過したかどうかを判断する。制御部２６０は、時間ｔ１０（図４）が経過したと判断した場合には処理をＳ８２３に進め、経過していないと判断した場合には処理をＳ８０８に戻す。Ｓ８２３では、制御部２６０は、定着装置１００への供給可能電力値Ｐｆｌｉｍを、次の式（７）により算出する。
Ｐｆｌｉｍ＝１００×（Ｐｆｕ／Ｄｆｋ）・・・（７）

Ｓ８２４では、制御部２６０は、Ｓ８２３で算出した供給可能電力値Ｐｆｌｉｍが画像形成動作を開始可能な予め決められている必要電力Ｐｆ＿ｒｄｙ（例えば１３００Ｗ（図４））より大きいかどうかを判断する。制御部２６０は、供給可能電力値Ｐｆｌｉｍが必要電力Ｐｆ＿ｒｄｙより大きい（Ｐｆｌｉｍ＞Ｐｆ＿ｒｄｙ）と判断した場合には処理をＳ８２６に進める。一方、制御部２６０は供給可能電力値Ｐｆｌｉｍが必要電力Ｐｆ＿ｒｄｙ以下（必要電力量以下）である（Ｐｆｌｉｍ≦Ｐｆ＿ｒｄｙ）と判断した場合には処理をＳ８２５に進める。Ｓ８２５では、制御部２６０は、ＴＨ信号に基づいて取得した定着装置１００のヒータ温度が、画像形成開始が可能なヒータ温度である予め決められた温度Ｔ＿ｒｄｙより高いかどうかを判断する。制御部２６０は、ヒータ温度が、温度Ｔ＿ｒｄｙよりも高いと判断した場合には処理をＳ８２６に進め、温度Ｔ＿ｒｄｙ以下と判断した場合には処理をＳ８０８に戻す。

Ｓ８２６では、制御部２６０は、一連の画像形成動作を開始するために、給紙搬送モータ３０、ドラムモータ３１を通常速度で回転を開始させる。また、制御部２６０は、定着モータ３２の回転速度を低速回転から通常速度に変更し、一連の画像形成動作を開始させ、処理をＳ８２７に進める。Ｓ８２７では、制御部２６０は、ＴＨ信号に基づいて取得した定着装置１００のヒータ温度が、記録紙上の未定着のトナー像を記録紙に定着可能な温度である温度Ｔ＿ｐｒｉｎｔ以上かどうかを判断する。制御部２６０は、ヒータ温度が温度Ｔ＿ｐｒｉｎｔ以上と判断した場合には処理を終了し、温度Ｔ＿ｐｒｉｎｔ未満と判断した場合には処理をＳ８０８に戻す。

上述した制御シーケンスにより、交流電源２０１の入力電圧降下による有効電力値の検知誤差の補正を行うことで、電力検知精度が改善され、適切な電力制御及び適切な画像形成開始タイミングの判断が可能になる。その結果、定着不良等の画像不良を発生させることなく、電力供給可能レベルに応じてＦＰＯＴ（ファーストプリントアウトタイム）の短縮を達成することが可能になる。
以上説明したように、本実施例によれば、加熱定着装置に供給される電力を精度よく検知することができる。

実施例１では、電圧降下による有効電力値の検知誤差の補正方法について説明した。実施例２では、交流電源の入力電圧が変動した場合の有効電力値の検知誤差の補正方法について説明する。以下では、本実施例での画像形成装置１０、電力供給装置２００の構成については、実施例１と同様であり、同一の構成については同一の符号を用いることで、ここでの説明を省略する。

［定着装置立ち上げ時のタイミングチャート］
図８は、交流電源２０１の入力電圧が変動したときの定着装置１００への電力供給状態、給紙搬送モータ３０、ドラムモータ３１、定着モータ３２の動作状態と、交流電源２０１の入力電圧値と、定着装置１００の有効電力値を表したタイミングチャートである。図８の横軸は、時間を示す。また、図中、入力電圧値は、電圧演算部２で検知した実効値電圧であり、有効電力値は、電力演算部１で検知した有効電力値である。時刻＜Ａ＞〜＜Ｄ＞、時間ｔ１０、ｔ１１は図４、図５と同様であり、ここでの説明を省略する。

時刻Ｅで交流電源２０１の入力電圧がＶｈボルト低下する方向に変動した場合、電圧演算部２で検知する実効値電圧も同じくＶｈボルト低下してしまう（破線）。更に、交流電源の入力電圧がＶｈボルト低下する方向に変動した場合には、実際の電力や電力演算部１で検知する定着装置１００に供給された有効電力値も同様に低下してしまう（破線）。その結果、交流電源の入力電圧の電圧変動による検知電圧の低下も、図２のＢ−Ｂ’間の電圧降下による検知誤差と誤検知されてしまう可能性がある。そこで、本実施例では、電圧演算部２で検知した実効値電圧が初期電圧Ｖ０よりも所定電圧以上低下した場合は、実施例１で行った電圧降下による有効電力検知値の検知誤差の補正を行わないようにする。これにより、交流電源の入力電圧変動による検知電圧の低下による誤検知を防ぐことができる。

非常夜電源装置２２１を動作させることによる図２のＢ−Ｂ’間の電圧降下の最大値は、交流電源２０１の電圧入力部からトランスＴ１までの抵抗値と、トライアックＱ７のＯＮ電圧と、非常夜電源装置２２１に流れうる最大電流値とから見積もることができる。ここでは、見積もられた電圧降下の最大値を補正閾値電圧Ｖｔｈとする。本実施例では、前述した初期電圧Ｖ０と動作時の実効値電圧Ｖ１との電圧の差が補正閾値電圧Ｖｔｈより大きくなった場合（Ｖ０−Ｖ１＞Ｖｔｈ）には、電圧降下による有効電力検知値の検知誤差の補正は行わないようにする。これにより、交流電源２０１の入力電圧の変動による検知電圧の低下による誤検知を防ぐことが可能になる。

［定着装置立ち上げの制御シーケンス］
続いて、本実施例の電圧降下による有効電力値の検知誤差の補正を含むプリント立ち上げ時の制御シーケンスについて、図９を用いて説明する。図９は、画像形成動作の開始に伴う定着装置１００の制御シーケンスを示すフローチャートであり、図９に示す処理は、画像形成指示を受信すると制御部２６０により実行される。なお、制御部２６０は、図７に示す処理の実行に先立ち、Ｄｒｉｖｅ２信号をハイレベルに設定することでトライアックＱ７をオン状態にし、交流電源２０１からの電流が電圧検知部２４０及び非常夜電源装置２２１に流れるように電流供給を行うものとする。

図９では、実施例１の図７と同じ処理には同じステップ番号を付し、ここでの説明を省略する。制御部２６０は、Ｓ８０１〜Ｓ８０６の処理により初期電圧Ｖ０を取得する。続いて、制御部２６０は、Ｓ８０８にて定着装置１００への電力供給を開始し、Ｓ８０９〜８１５で動作時の有効電力値Ｐ１と動作時の実効値電圧Ｖ１を算出し、補正後の有効電力値Ｐｆｕを算出する。

Ｓ９０１では、制御部２６０は、交流電源２０１の入力電圧変動などによって、動作時の実効値電圧Ｖ１が低下し、初期電圧Ｖ０との電圧差が補正閾値電圧Ｖｔｈより大きいかどうか（（Ｖ０−Ｖ１）＞Ｖｔｈ）を判断する。制御部２６０は、電圧差が補正閾値電圧Ｖｔｈより大きい（（Ｖ０−Ｖ１）＞Ｖｔｈ）と判断した場合には、処理をＳ９０２に進める。一方、制御部２６０は、電圧差が補正閾値電圧Ｖｔｈより大きくない、すなわち電圧差が補正閾値電圧Ｖｔｈ以下である（（Ｖ０−Ｖ１）≦Ｖｔｈ）と判断した場合には、処理をＳ８１６に進める。これにより、電圧差が補正閾値電圧Ｖｔｈ以下の場合の処理は、実施例１の図７と同じ処理が行われることになる。

Ｓ９０２では、制御部２６０は、補正後の有効電力Ｐｆｕを動作時の有効電力値Ｐ１とする（Ｐｆｕ＝Ｐ１）。これにより、交流電源２０１の入力電圧の電圧降下による有効電力検知値の検知誤差補正を行わないようにする。

Ｓ８１６〜Ｓ８２７の処理は、実施例１の図７のＳ８１６〜Ｓ８２７の処理と同様であり、ここでの説明は省略する。本実施例では、電圧降下による有効電力検知値の検知誤差補正を行うかどうかの判断を初期電圧Ｖ０と動作時の実効値電圧Ｖ１の差分値が所定値である補正閾値電圧Ｖｔｈより大きいかどうかで判断しているが、判断基準はこの方法に限定されるものではない。例えば、動作時の実効値電圧Ｖ１と有効電力値Ｐ１から算出した定着装置１００に流れる電流値と、発熱体ＲＨ１の抵抗値を掛け合わせて算出した交流電源２０１の電圧予測値Ｖｒと初期電圧Ｖ０とを比較する方法でもよい。そして、初期電圧Ｖ０と交流電源２０１の電圧予測値Ｖｒの差分値が補正閾値電圧Ｖｔｈより大きい（（Ｖ０−Ｖｒ）＞Ｖｔｈ）場合には、電圧降下による有効電力検知値の検知誤差の補正を行わないとしてもよい。また、本実施例では、補正閾値電圧Ｖｔｈを予め決められた所定の電圧としているが、例えば非常夜電源装置２２１に流れる電流の予測値に応じて補正閾値Ｖｔｈを決定してもよい。

上述した制御シーケンスにより、交流電源の入力電圧の変動が所定の範囲内であれば電圧降下による有効電力検知値の検知誤差補正を行う。一方、交流電源の入力電圧の変動が所定の範囲よりも大きい場合には、交流電源２０１の入力電圧の電圧降下による有効電力検知値の検知誤差補正を行わないようにする。このように、交流電源の入力電圧の変動幅に応じて、有効電力値の検知誤差の補正要否を判断することにより、電力検知精度が改善され、適切な電力制御及び適切な画像形成開始タイミングの判断が可能になる。その結果、定着不良等の画像不良を発生させることなく、電力供給可能レベルに応じてＦＰＯＴ（ファーストプリントアウトタイム）の短縮を達成することが可能になる。
以上説明したように、本実施例によれば、加熱定着装置に供給される電力を精度よく検知することができる。

ＩＣ１−１ 電力演算部
ＩＣ１−２ 電圧演算部
Ｑ７ トライアック
２２１ 非常夜電源装置
２４０ 電圧検知部
２５０ 電流検知部
２６０ 制御部

Claims (17)

1. 負荷に電力を供給する電力供給装置であって、
   交流電源から交流電圧が入力される第一のラインと第二のラインと、
   前記第一のラインと前記第二のラインに入力される前記交流電圧を前記交流電圧に比例する電流に変換する変換部材と、
   一次巻線及び二次巻線を有する第一のトランスを有し、前記変換部材によって変換された前記電流が前記一次巻線に供給されることにより前記第一のトランスの二次巻線から出力される交流電圧波形に基づき、前記交流電圧を検知する電圧検知手段と、
   一次巻線及び二次巻線を有する第二のトランスを有し、前記負荷に含まれる第一の負荷に供給される電流が前記一次巻線に供給されることにより前記電流に応じて前記第二のトランスの二次側に出力される交流電圧波形に基づき、前記電流の電流値を検知する電流検知手段と、
   前記電圧検知手段によって検知された前記交流電圧波形に基づき、前記交流電源のゼロクロスタイミングを検知するゼロクロス検知手段と、
   前記電圧検知手段によって検知された前記交流電圧波形と、前記ゼロクロス検知手段が検知する前記交流電源のゼロクロスタイミングと、に基づいて、前記交流電源の電圧を演算する電圧演算手段と、
   前記電流検知手段から出力される交流電圧波形に基づいて検知される前記第一の負荷に供給される電流値と、前記電圧演算手段により演算された前記交流電圧の電圧値により、前記交流電源から前記第一の負荷に供給される電力量を演算する電力演算手段と、
   前記交流電源から、前記負荷に含まれる第二の負荷に所定の直流電圧を出力する電源装置及び前記第一のトランスの前記一次巻線への電流経路を接続又は遮断するスイッチ手段と、
   前記スイッチ手段の制御と、前記第一の負荷及び前記第二の負荷への電力供給の制御と、を行う制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記電力演算手段により演算された電力量を、前記電力量を演算したときに前記電圧演算手段により演算された前記交流電源の第一の電圧と、前記スイッチ手段を制御して前記交流電源から前記電源装置及び前記第一のトランスへ電力供給を開始した際に前記電圧演算手段により演算された前記交流電源の第二の電圧と、に基づいて、補正することを特徴とする電力供給装置。
2. 前記電圧検知手段の後段に設けられ、前記交流電源の交流電圧波形との位相差が小さくなるように前記電圧検知手段から出力される前記交流電圧波形の位相を調整する位相調整手段を有し、
   前記ゼロクロス検知手段は、前記位相調整手段で位相が調整された前記交流電圧波形を用いて前記ゼロクロスタイミングを検知し、
   前記電圧演算手段は、前記位相調整手段で位相が調整された前記交流電圧波形を用いて前記交流電源の電圧を演算することを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
3. 前記制御手段は、前記第二の電圧から前記第一の電圧を減じた電圧値の差が、所定の電圧値よりも大きい場合には、前記電力量の補正を行わないことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力供給装置。
4. 前記所定の電圧値は、前記交流電源から前記電源装置に供給される電流の最大値に基づいて決定されることを特徴とする請求項３に記載の電力供給装置。
5. 前記変換部材は、第一の抵抗及び第二の抵抗であり、
   前記第一の抵抗の一端は、前記第一のラインに接続され、前記第一の抵抗の他端は、前記第一のトランスの一次巻線の一端に接続され、前記第二の抵抗の一端は、前記第二のラインに接続され、前記第二の抵抗の他端は、前記第一のトランスの一次巻線の他端に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力供給装置。
6. 前記第一の負荷の一端は、前記第一のラインに接続され、前記第一の負荷の他端は、前記第二のトランスの一次巻線の一端に接続され、前記一次巻線の他端は、前記第二のラインに接続されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力供給装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力供給装置と、
   記録材に画像を形成する画像形成部と、
   前記交流電源より電力を供給される抵抗発熱体を有し、記録材上の未定着トナー像を定着させる定着装置と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
8. 画像形成を行うために前記画像形成部及び前記定着装置を駆動する駆動部を備え、
   前記第一の負荷は、前記抵抗発熱体であり、
   前記第二の負荷は、前記駆動部であることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記画像形成部及び前記定着装置を制御するコントローラを備え、
   前記制御手段は、前記コントローラであることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記定着装置は、前記抵抗発熱体の温度を検知する温度検知手段を有し、
    前記コントローラは、前記温度検知手段より検知した前記抵抗発熱体の温度が第一の温度よりも高い場合には、前記定着装置を駆動する前記駆動部の駆動を開始することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記コントローラは、前記定着装置の前記駆動部の駆動を開始してから所定の時間が経過したときの前記抵抗発熱体へ供給可能な電力量が所定の電力量よりも大きい場合には、前記画像形成部による画像形成を開始することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 前記所定の電力量は、画像形成を開始した前記画像形成部により画像形成された記録材が前記定着装置に到達したときに、前記定着装置の前記抵抗発熱体の温度が定着に適した温度に到達するための電力量であることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
13. 前記コントローラは、前記抵抗発熱体へ供給可能な電力量を、前記補正された電力量と、前記抵抗発熱体に電力供給するときの電力デューティと、に基づいて算出することを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の画像形成装置。
14. 前記コントローラは、前記抵抗発熱体へ供給可能な電力量が前記所定の電力量以下で、前記温度検知手段より検知した前記抵抗発熱体の温度が第二の温度よりも高い場合には、前記画像形成部による画像形成を開始することを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
15. 前記第二の温度は、前記所定の時間が経過したときの前記抵抗発熱体へ供給可能な電力量が前記所定の電力量よりも大きい場合の前記抵抗発熱体の温度よりも高い温度であることを特徴とする請求項１４に記載の画像形成装置。
16. 前記コントローラは、前記画像形成装置が省電力状態の場合には、前記スイッチ手段を制御して、前記電源装置及び前記第一のトランスへの電力供給を遮断することを特徴とする請求項９から請求項１５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
17. 負荷に電力を供給する電力供給装置と、
    記録材に画像を形成する画像形成部と、
    交流電源より電力を供給される抵抗発熱体を有し、記録材上の未定着トナー像を定着させる定着装置と、
    を備える画像形成装置であって、
    前記電力供給装置は、
    交流電源から交流電圧が入力される第一のラインと第二のラインと、
    前記第一のラインと前記第二のラインに入力される前記交流電圧を前記交流電圧に比例する電流に変換する変換部材と、
    一次巻線及び二次巻線を有する第一のトランスを有し、前記変換部材によって変換された前記電流が前記一次巻線に供給されることにより前記第一のトランスの二次巻線から出力される交流電圧波形に基づき、前記交流電圧を検知する電圧検知手段と、
    一次巻線及び二次巻線を有する第二のトランスを有し、前記負荷に含まれる第一の負荷に供給される電流が前記一次巻線に供給されることにより前記電流に応じて前記第二のトランスの二次側に出力される交流電圧波形に基づき、前記電流の電流値を検知する電流検知手段と、
    前記電圧検知手段によって検知された前記交流電圧波形に基づき、前記交流電源のゼロクロスタイミングを検知するゼロクロス検知手段と、
    前記電圧検知手段によって検知された前記交流電圧波形と、前記ゼロクロス検知手段が検知する前記交流電源のゼロクロスタイミングと、に基づいて、前記交流電源の電圧を演算する電圧演算手段と、
    前記電流検知手段から出力される交流電圧波形に基づいて検知される前記第一の負荷に供給される電流値と、前記電圧演算手段により演算された前記交流電圧の電圧値により、前記交流電源から前記第一の負荷に供給される電力量を演算する電力演算手段と、
    前記交流電源から、前記負荷に含まれる第二の負荷に所定の直流電圧を出力する電源装置及び前記第一のトランスの前記一次巻線への電流経路を接続又は遮断するスイッチ手段と、
    前記スイッチ手段の制御と、前記第一の負荷及び前記第二の負荷への電力供給の制御と、を行う制御手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、前記電力演算手段により演算された電力量を、前記電力量を演算したときに前記電圧演算手段により演算された前記交流電源の第一の電圧と、前記スイッチ手段を制御して前記交流電源から前記電源装置及び前記第一のトランスへ電力供給を開始した際に前記電圧演算手段により演算された前記交流電源の第二の電圧と、に基づいて、補正することを特徴とする画像形成装置。

Images