JP7483521B2

JP7483521B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP7483521B2
Application number: JP2020102094A
Authority: JP
Inventors: 光英室伏
Original assignee: Canon Inc
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Priority date: 2020-06-12
Filing date: 2020-06-12
Publication date: 2024-05-15
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Also published as: JP2021196791A

Description

本発明は、複写機やファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関する。

複写機やファクシミリ、プリンタ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置は、記録材上に転写された未定着トナー画像を、ヒータ等で記録材上に熱定着させる加熱定着装置を備えている。そして、加熱定着装置は、ハロゲンヒータを熱源とする加熱ローラ式や、セラミックヒータを熱源とするフィルム加熱式を用いたものが、一般的に知られている。加熱定着装置を備える画像形成装置では、商用交流電源からの入力電圧がゼロとなるタイミング（以下、ゼロクロスタイミングという）を検知して、ゼロクロスタイミングに同期させて、商用交流電源からヒータ等への電力供給を制御している。また、画像形成装置は、商用交流電源から入力される交流電圧から所定の直流電圧を生成する電源装置を備えている。電源装置は、交流電圧が入力される一次側の回路で検知したゼロクロスタイミングを二次側に伝達し、二次側に設けられたコントローラがヒータ等に供給する電力を制御する方式が採用されている。

近年は、ユーザビリティの向上や省エネルギー化等への要求が高まっており、ユーザへの的確な情報提示や、ヒータ等への無駄な電力投入を防ぐために供給電力の正確な制御等が求められている。そのため、電源装置では、ゼロクロスタイミング情報だけでなく、ヒータ等の電力制御に必要な情報を、二次側のコントローラに伝達することが必要となっている。例えば特許文献１には、一次側の電力供給状態をゼロクロス検知信号によって二次側に伝達し、正常状態か否かを判断する実施例が記載されている。具体的には、特許文献１では、ゼロクロス検知信号の電圧値を電力供給状態に応じて変化させることにより商用交流電源からの電力供給が正常な状態か否かを二次側に伝達している。そして、二次側では、ゼロクロス検知信号の電圧値に基づいて、電力供給が正常な状態かどうかを判断している。

特許第５７１２１８６号公報

上述したように、ヒータ等への供給電力をより正確に制御するためには、電源装置は、ゼロクロスタイミング情報だけでなく、一次側で得られる情報を二次側のコントローラに伝達することが必要になる。また、二次側のコントローラは、電源装置から受信した情報を、ヒータ等への電力供給制御に活用することが益々必要になってきている。更に、電源装置の一次側で発生した異常、例えば商用交流電源から入力される交流電圧の瞬断や電圧異常、電源装置内の素子の故障や異常等が発生した場合には、二次側コントローラは異常検知情報を適切にユーザへ報知する必要がある。そしてこれらにより、ユーザビリティの向上を図ることが求められている。

このように、電源装置の一次側から二次側に伝達するべき情報が増加する一方、一次側の情報を二次側に伝達するためには、例えばフォトカプラや絶縁トランスといった、一次－二次間を絶縁する部品が必要となる。情報量の増加による部品の増加、更にこれら部品を制御するための周辺回路まで考慮すると、コストアップや電源装置の大型化といった課題が生じる。

また、上述した特許文献１に示された構成では、一次側から二次側へ伝達できる情報量に制約があり、一次側から二次側に伝達する情報量を更に増やすためには、一次－二次間を絶縁する部品を更に増やす必要がある。そのため、更なるコストアップや電源装置の大型化を招いてしまうことになる。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、簡易な構成で、一次側の情報を二次側に伝達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）交流電圧から直流電圧を生成し負荷に供給する電源装置を備え、記録材に画像形成を行う画像形成装置であって、前記画像形成装置は、記録材の画像形成を制御する第１の制御手段を備え、前記電源装置は、交流電源から入力される前記交流電圧から前記直流電圧を生成する電圧生成部と、入力される前記交流電圧に応じた電圧情報を含む電圧検知信号を出力する第２の制御手段と、入力される前記交流電圧に応じて前記交流電圧のゼロクロスタイミングを検知し、ゼロクロス信号を出力するゼロクロス検知手段と、前記第２の制御手段から出力された前記電圧検知信号と前記ゼロクロス検知手段から出力された前記ゼロクロス信号とを合成した合成信号を前記第１の制御手段に伝達する伝達手段と、前記交流電圧を整流し、平滑する整流平滑手段と、発光ダイオードを導通状態又は非導通状態に設定する第１のスイッチング素子と、を有し、前記第２の制御手段は、前記整流平滑手段から出力される直流電圧に応じた電圧を示す前記電圧検知信号を出力し、前記電圧検知信号を前記ゼロクロス信号の周期よりも短い周期で出力し、前記伝達手段は、一次側に前記発光ダイオード、二次側にフォトトランジスタを有するフォトカプラであり、前記ゼロクロス検知手段は、前記発光ダイオードと並列に接続され、前記交流電圧に応じてオン状態又はオフ状態に設定される第２のスイッチング素子を有し、前記第２のスイッチング素子は、前記交流電圧が前記第２のスイッチング素子の閾値電圧よりも低い場合にはオフ状態に設定され、前記交流電圧が前記第２のスイッチング素子の閾値電圧以上の場合にはオン状態に設定され、前記発光ダイオードは、前記第２のスイッチング素子がオフ状態の場合には導通状態となり、前記第２のスイッチング素子がオン状態の場合には非導通状態となり、前記電圧検知信号に応じて、前記第１のスイッチング素子がオン状態又はオフ状態に設定されることにより、前記電圧検知信号を前記ゼロクロス信号に重畳し、前記電圧検知信号は、前記第２のスイッチング素子がオフ状態の場合には前記ゼロクロス信号に重畳され、前記第２のスイッチング素子がオン状態の場合には前記ゼロクロス信号に重畳されず、前記第１の制御手段は、前記電源装置から出力された前記合成信号を取得し、前記合成信号から前記電圧検知信号、及び前記ゼロクロス信号を抽出することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、簡易な構成で、一次側の情報を二次側に伝達することができる。

実施例１、２の画像形成装置の構成を示す概略断面図実施例１の電源ユニットの回路構成を示す回路図実施例１の電源ユニットの各部の電圧波形を示すグラフ実施例１の制御シーケンスを示すフローチャート実施例２の電源ユニット等の回路構成を示す回路図実施例２の電源ユニット等の各部の電圧波形を示すグラフ実施例２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、電子写真プロセスを用いた画像形成装置の概略構成を示す断面図である。なお、本実施例では、画像形成装置の一例としてレーザビームプリンタの構成について説明するが、複写機やファクシミリ、複合機等の画像形成装置であっても構わない。

図１に示すレーザビームプリンタ１０１（以下、プリンタ１０１という）は、記録媒体である記録材Ｓを収納する給紙カセット１０４を有している。また、プリンタ１０１は、給紙カセット１０４から記録材Ｓを給送する給送ローラ１４１、搬送ローラ対１４２、そして搬送路下流側には、記録材Ｓの先端を検出するトップセンサ１４３、記録材Ｓを転写ローラ１４５に搬送するレジストローラ対１４４を有する。そして、プリンタ１０１は、レジストローラ対１４４の搬送路の下流側に、レーザスキャナ１０６から照射されるレーザ光に応じて、記録材Ｓ上にトナー像を形成するカートリッジユニット１０５を有する。カートリッジユニット１０５は、公知の電子写真プロセスに必要な像担持体である感光ドラム１４８、帯電ローラ１４７、現像ローラ１４６を有している。帯電ローラ１４７は、感光ドラム１４８の表面を一様な電位に帯電する。帯電ローラ１４７により一様な電位に帯電された感光ドラム１４８の表面には、レーザスキャナ１０６から画像情報に基づいて照射されるレーザ光に応じて、静電潜像が形成される。感光ドラム１４８上に形成された静電潜像は、現像ローラ１４６によりトナーが付着され、トナー像が形成される。そして、感光ドラム１４８上に形成されたトナー像は、転写ローラ１４５により、給紙カセット１０４から搬送された記録材Ｓ上に転写される。

そして、プリンタ１０１は、転写ローラ１４５の搬送路下流側に、記録材Ｓ上に転写されたトナー像を記録材Ｓに熱定着するための加熱定着部である加熱定着器１０３を有している。加熱定着器１０３は、定着フィルム１４９、定着フィルム１４９に当接し、記録材Ｓ上のトナー像を記録材Ｓ上に加圧する加圧ローラ１５０、定着フィルム１４９内部に配置され、記録材Ｓ上のトナーを溶融するヒータ１０２を有している。更に、加熱定着器１０３は、ヒータ１０２近傍に配置され、ヒータ１０２の温度を検出する温度検出手段であるサーミスタ１０９を有している。そして、プリンタ１０１は、加熱定着器１０３の搬送路下流側に排紙ローラ対１５１を有し、トナー像が熱定着された記録材Ｓを排出する。

第１の制御手段であるエンジンコントローラ１２３は、プリンタ１０１の制御部であり、モータやクラッチ等の駆動ユニット（不図示）を制御して各ローラを駆動させ、記録材Ｓの搬送を制御する。更に、エンジンコントローラ１２３は、レーザスキャナ１０６、カートリッジユニット１０５、加熱定着器１０３等を制御して、記録材Ｓへの画像形成制御を行う。また、コントローラ１３１は、汎用の外部インターフェース１３４（例えばＵＳＢ端子等）を介して、パーソナルコンピュータ等の外部装置１３２と接続されている。コントローラ１３１は、外部インターフェース１３４を介して、外部装置１３２から印刷情報（印刷枚数や各種設定等）及び印刷用データ（画像情報）を含んだ印刷指令を受信する。すると、コントローラ１３１は、印刷用データを実際に画像形成が可能な画像データに展開し、その後、コントローラ１３１から、画像形成が可能な画像データをレーザスキャナ１０６へ送信する。また、コントローラ１３１は、外部装置１３２から印刷指令を受信すると、エンジンインターフェース１３３を介して、エンジンコントローラ１２３に画像形成指示を送信する。そして、エンジンコントローラ１２３は、上述した画像形成動作を開始する。

電源ユニット１２０は、内部に電圧生成部１２１を有し、商用交流電源から入力される交流電圧から直流電圧３．３Ｖ、２４Ｖを生成し、プリンタ１０１内の各装置（負荷）に供給する。直流電圧３．３Ｖは、エンジンコントローラ１２３やコントローラ１３１、レーザスキャナ１０６のレーザ発光部（不図示）、トップセンサ１４３等を含む制御系の回路に供給される。一方、直流電圧２４Ｖは、上述した駆動ユニット、カートリッジユニット１０５に高電圧を供給する高圧電源、レーザスキャナ１０６のレーザ光を偏向する回転多面鏡を駆動する駆動部（不図示）等に供給される。また、電源ユニット１２０は、ゼロクロスタイミング情報等を含んだゼロクロス信号（詳細は後述する）をエンジンコントローラ１２３に出力する。エンジンコントローラ１２３は、電源ユニット１２０からのゼロクロス信号のゼロクロスタイミング情報に基づいて、商用交流電源２０１からの交流電圧をヒータ１０２に供給する。また、このとき、エンジンコントローラ１２３は、ヒータ１０２が所定の温度となるように、ゼロクロスタイミングに同期して所望の位相角、又は波数のデューティ比となるようにヒータスイッチング手段を適宜制御する。

［電源ユニットの構成］
図２は、図１に示した電源ユニット１２０の回路構成を示す回路図である。また、図３は、図２に示す電源ユニット１２０における各部の電圧波形やｄａｔａ信号、合成信号の波形を示すグラフである。図３（ａ）は、商用交流電源２０１から入力される交流電圧Ｖａｃの電圧波形を示している。なお、交流電圧Ｖａｃのピーク電圧は、例えば１００Ｖの交流電圧の場合には、√２倍の約１４１ボルトとなる。図３（ｂ）は、図２中に矢印で示した電圧Ｖｅの電圧波形（詳細は後述する）を示している。図３（ｃ）は、後述する情報検知部２３２から出力されるｄａｔａ信号の波形を示している。図３（ｄ）は、電源ユニット１２０からエンジンコントローラ１２３に出力される合成信号の波形を示している。なお、図３の横軸は時間を示している。

図２において、商用交流電源２０１は、交流電圧Ｖａｃ（図３（ａ））をホットライン（図２ではＨｏｔと表示）及びニュートラルライン（図２ではＮｅｕｔｒａｌと表示）の２ラインに出力し、電源ユニット１２０に供給する。商用交流電源２０１から入力された交流電圧Ｖａｃは、整流平滑手段であるブリッジダイオード２０３で整流され、コンデンサ２０４によって平滑化される。平滑化された電圧は、ＤＣＬを基準とした直流電圧Ｖｄｃ（以下、電圧Ｖｄｃという）となる。電圧Ｖｄｃ（ＤＣＨ／ＤＣＬライン）は、電圧生成部１２１、及び情報検知部２３２に入力される。

（電圧生成部）
電圧生成部１２１はスイッチング電源であり、内部に不図示のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有し、電圧Ｖｄｃからプリンタ１０１内で必要な各種電源電圧を生成する。ＣＰＵは、スイッチング素子（不図示）のスイッチング動作を制御して、電圧変換用のスイッチングトランス（不図示）に電圧Ｖｄｃを印加し、二次側に直流電圧３．３Ｖ、２４Ｖを出力する。更に、電圧生成部１２１では、後述するゼロクロス検知回路２１６を動作させるための電源電圧として、ＤＣＬを基準とした比較的低い一定の電圧である直流電圧Ｖｃｃ（以下、電圧Ｖｃｃという）が生成される。そして、電圧Ｖｃｃは電圧生成部１２１内だけでなく、電源ユニット１２０の一次側のその他の制御回路にも供給される。

後述するゼロクロス検知回路２１６は、第１のスイッチング素子であるトランジスタ２１５を介して、電圧Ｖｃｃが供給される。トランジスタ２１５は、エミッタ端子が電圧Ｖｃｃに接続されると共に、コレクタ端子がゼロクロス検知回路２１６に接続されている。そして、トランジスタ２１５のベース端子は、抵抗２１４を介して電圧Ｖｃｃにプルアップされると共に、抵抗２１３を介して情報検知部２３２に接続されている。

なお、電圧生成部１２１は、電源制御用のＩＣによってスイッチング動作を制御する構成であってもよい。また、電圧生成部１２１は、不図示の同一のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭによる構成であってもよい。

（情報検知部）
第２の制御手段である情報検知部２３２には、電圧Ｖｄｃを分圧抵抗２３０、２３１によって分圧した入力電圧情報である電圧Ｖｓｎｓが、ＤＣＬラインを基準とする電圧として入力される。情報検知部２３２は、内部に不図示のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有している。ＣＰＵは、入力された電圧ＶｓｎｓのＡ／Ｄ変換（アナログ・デジタル変換）を行い、電圧Ｖｓｎｓに応じた電圧検知信号であるｄａｔａ信号（図３（ｃ））を、抵抗２１３を介してトランジスタ２１５のベース端子に出力する。また、情報検知部２３２のＣＰＵは、電圧生成部１２１の動作状態や異常情報等を取得するため、電圧生成部１２１のＣＰＵとの通信を行うための通信路を有している。

情報検知部２３２からロー（Ｌ）レベルのｄａｔａ信号が出力されると、トランジスタ２１５がオンし、その結果、トランジスタ２１５を介して、電圧Ｖｃｃがゼロクロス検知回路２１６に供給される。一方、情報検知部２３２からハイ（Ｈ）レベルのｄａｔａ信号が出力されると、トランジスタ２１５がオフし、その結果、ゼロクロス検知回路２１６への電圧Ｖｃｃの供給が停止される。このように、トランジスタ２１５は、ゼロクロス検知回路２１６への電圧供給、供給停止を行う。なお、情報検知部２３２は、不図示の同一のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭによる構成であってもよい。

（ゼロクロス検知回路）
ゼロクロス検知回路２１６は、情報検知部２３２から出力されるｄａｔａ信号と、交流電圧Ｖａｃがほぼゼロとなるゼロクロスタイミング情報を含むゼロクロス信号とを合成した合成信号を、二次側のエンジンコントローラ１２３に伝達する。

図２に示すゼロクロス検知回路２１６では、抵抗２２０、２２１は、ニュートラルラインとＤＣＬラインとの間に直列に接続されており、ＤＣＬラインの電圧を基準としてニュートラルラインから入力される電圧を分圧している。また、コンデンサ２２２は抵抗２２１と並列に接続され、一端は抵抗２２０と抵抗２２１との接続点と接続され、他端はＤＣＬラインと接続されている。第２のスイッチング素子であるトランジスタ２１９のベース端子は、抵抗２２０と抵抗２２１との接続点、及びコンデンサ２２２の一端と接続されている。トランジスタ２１９のコレクタ端子、及び伝達手段であるフォトカプラ２１８の一次側ＬＥＤ（発光ダイオード）のアノード端子は、抵抗２１７を介して、トランジスタ２１５のコレクタ端子と接続されている。一方、トランジスタ２１９のエミッタ端子、及びフォトカプラ２１８の一次側ＬＥＤのカソード端子は、ＤＣＬラインと接続されている。フォトカプラ２１８の二次側フォトトランジスタは、コレクタ端子が電圧３．３Ｖにプルアップ接続されており、エミッタ端子は、抵抗２３３を介してグランド（以下、ＧＮＤという）に接続（接地）されている。なお、フォトカプラ２１８の二次側フォトトランジスタのエミッタ端子は、エンジンコントローラ１２３と接続され、エミッタ端子の電圧は合成信号（図３（ｄ））として、エンジンコントローラ１２３に出力される。

抵抗２２０、２２１により分圧された電圧Ｖｅ（図３（ｂ））は、コンデンサ２２２によって不要なノイズが除去された後、トランジスタ２１９のベース端子に入力され、電圧Ｖｅに応じて、トランジスタ２１９はオン、又はオフする。電圧Ｖｅがトランジスタ２１９の閾値電圧以上の場合にはトランジスタ２１９はオンし、ベース端子に入力される電圧Ｖｅは、トランジスタ２１９のベース－エミッタ間電圧（閾値電圧）によりクランプされる。そのため、電圧Ｖｅの電圧波形は、図３（ｂ）に示すように、トランジスタ２１９のベース－エミッタ間電圧によりクランプされた電圧波形となる。

トランジスタ２１５がオンすると、トランジスタ２１５を介してゼロクロス検知回路２１６に電圧Ｖｃｃが供給される。電圧Ｖｃｃが供給されているときに、電圧Ｖｅがトランジスタ２１９の閾値電圧を超えるとトランジスタ２１９はオンする。これにより、フォトカプラ２１８の一次側ＬＥＤは非導通状態となって消灯し、二次側フォトトランジスタもオフする。その結果、合成信号はローレベルとなる（図３（ｄ））。一方、電圧Ｖｃｃが供給されているときに、トランジスタ２１９のベース端子に入力される電圧Ｖｅがトランジスタ２１９の閾値電圧を下回ると、トランジスタ２１９はオフする。これにより、フォトカプラ２１８の一次側ＬＥＤは導通状態となって点灯し、二次側フォトトランジスタもオンする。その結果、合成信号はハイレベルとなる（図３（ｄ））。このように、トランジスタ２１５がオン状態のときには、合成信号は、交流電圧Ｖａｃのゼロクロスタイミングでハイレベルからローレベル、又はローレベルからハイレベルへの切替えを繰り返すゼロクロス信号となる（図３（ｄ））。

（ｄａｔａ信号）
また、トランジスタ２１５がオン状態で電圧Ｖｃｃが供給されている場合には、トランジスタ２１９がオフ状態の期間は、フォトカプラ２１８の一次側ＬＥＤが導通状態で点灯しているため、合成信号はハイレベルとなる（図３（ｂ）、（ｄ））。一方、トランジスタ２１９がオフ状態の期間でトランジスタ２１５がオフ状態の場合には、トランジスタ２１５を介して供給されていた電圧Ｖｃｃの供給が停止されるため、フォトカプラ２１８の一次側ＬＥＤが非導通状態となって消灯する。その結果、合成信号はローレベルとなる。このように、トランジスタ２１９がオフ状態の期間に、情報検知部２３２がｄａｔａ信号の出力をハイレベル又はローレベルに設定することにより（図３（ｃ））、二次側の合成信号をローレベル又はハイレベルに変化させることができる（図３（ｄ））。すなわち、情報検知部２３２は、トランジスタ２１９がオフ状態の期間だけ、ｄａｔａ信号を合成信号に重畳させて、エンジンコントローラ１２３へ伝達することができる（図３（ｃ）、（ｄ））。

しかしながら、図２に示すように、情報検知部２３２は交流電圧Ｖａｃの状態を検知するための回路を有していない。そのため、情報検知部２３２は、トランジスタ２１９のオン・オフ状態を検知できないので、本実施例では、一次側の電圧Ｖｄｃに応じた電圧Ｖｓｎｓの情報を示すｄａｔａ信号を逐次出力する構成としている。その結果、トランジスタ２１９がオフ状態で、合成信号がハイレベルとなっている期間に、情報検知部２３２からｄａｔａ信号が出力された場合のみ、電圧Ｖｓｎｓの情報を合成信号に重畳させることができる。例えば、情報検知部２３２がｄａｔａ信号を出力するタイミングがゼロクロスタイミングをまたぐタイミングの場合には、ｄａｔａ信号に含まれるデータの一部が欠けてしまうことになる。また、トランジスタ２１９がオン状態の場合には、合成信号はローレベルとなり、ｄａｔａ信号が重畳されない状態となる（図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ））。

このように、１回のゼロクロス検知周期では、ｄａｔａ信号を正しく重畳することができない場合があるため、本実施例では、ｄａｔａ信号を出力するサイクル（周期）を、商用交流電源２０１の電源周波数に比して充分に早くしている。これにより、ｄａｔａ信号を出力するサイクル（周期）が、合成信号がハイレベルの期間（すなわち、トランジスタ２１９がオフ状態の期間）に終了するようになり、なるべくデータ欠けが生じない構成になっている。

情報検知部２３２は、例えば電圧Ｖｓｎｓの情報を出力する際に、ｄａｔａ信号の周波数を変化させたり、ｄａｔａ信号のハイレベル又はローレベル期間の時間幅をそれぞれ変化させたりする。これにより、二次側のエンジンコントローラ１２３は、合成信号のハイレベル／ローレベル状態を検知し、抽出した一次側の情報であるｄａｔａ信号に基づいて、一次側の交流電圧Ｖａｃの情報を把握することができる。また、二次側のエンジンコントローラ１２３は、合成信号のハイレベル／ローレベルの変化がある期間とない期間とを判別することで、トランジスタ２１９がオン状態の期間とオフ状態の期間とを判別することができる。これにより、エンジンコントローラ１２３は、ゼロクロス信号を検知し、交流電圧Ｖａｃのゼロクロスタイミングを把握することができる。すなわち、エンジンコントローラ１２３は、フォトカプラ２１８を経由して二次側に伝達された合成信号から、一次側の情報である電圧Ｖｓｎｓの情報と、ゼロクロスタイミングを通知するゼロクロス信号とに分離することができる。

エンジンコントローラ１２３は、変換テーブルを用いて、電圧Ｖｓｎｓの情報を電圧Ｖｓｎｓの対応する交流電圧Ｖａｃの情報に変換するためのテーブルを有している。また、エンジンコントローラ１２３は、受信したｄａｔａ信号中の電圧Ｖｓｎｓの情報を変換して得られた、商用交流電源２０１の交流電圧Ｖａｃの電圧値データを保持するためのメモリを内部に有している。そして、エンジンコントローラ１２３は、合成信号に重畳されたｄａｔａ信号に含まれる電圧Ｖｓｎｓの情報を正常に受信する毎に、メモリ内の交流電圧Ｖａｃの電圧値データを更新する。また、エンジンコントローラ１２３は、上述したデータ欠けや、ノイズ等による突発的な信号変化によりｄａｔａ信号が正常に受信できない場合は、メモリに保持された直近の交流電圧Ｖａｃの電圧値データを用いて制御を行う。そして、エンジンコントローラ１２３は、メモリ内部に保持する一次側の交流電圧Ｖａｃの情報に基づいて、加熱定着器１０３のヒータ１０２への投入電力の制御を行う。

以上、トランジスタ２１９がオフ状態で、合成信号がハイレベルの期間にのみ、ｄａｔａ信号のエンジンコントローラ１２３への伝達が可能となる構成について説明した。本実施例では、合成信号がハイレベルの期間のみ、ｄａｔａ信号の伝達が可能であるが、例えば、合成信号がローレベルの期間にのみ、ｄａｔａ信号の伝達が可能となるような回路構成にしてもよい。更に、合成信号のハイレベル、ローレベルに関係なく、エンジンコントローラ１２３へｄａｔａ信号の伝達が可能となる回路構成にしてもよい。

本実施例では、情報検知部２３２がトランジスタ２１９のオン・オフ状態を検知できない構成について説明した。例えば、情報検知部２３２がトランジスタ２１９のオン・オフ状態を検知可能な回路構成にして、トランジスタ２１９がオフ状態の期間のみ、情報検知部２３２がｄａｔａ信号を出力するようにしてもよい。これにより、上述したｄａｔａ信号を合成信号に重畳した際のデータ欠けの発生を回避することができる。

また、情報検知部２３２が二次側のエンジンコントローラ１２３へ伝達する情報は、商用交流電源２０１からの入力電圧情報に限ったものではない。例えば、情報検知部２３２は、ホットライン／ニュートラルラインの交流電圧Ｖａｃを検知する構成を有することで、商用交流電源２０１の周波数情報や商用交流電源２０１の一時的な停電（瞬断）や電圧低下といった電源の異常を二次側に伝達することができる。また、情報検知部２３２は、電圧生成部１２１から情報を取得することにより、電圧生成部１２１の動作状態や異常、故障の発生有無といった一次側の情報を二次側に伝達することができる。

また、本実施例では、一次側から二次側へ信号を伝達する手段として、フォトカプラ２１８を使用しているが、フォトカプラに限定されるものではなく、例えば絶縁トランスのような、一次と二次との間を絶縁し信号伝達可能な素子であればよい。更に、本実施例では、一次側の制御手段として、情報検知部２３２のＣＰＵを用いた例について説明したが、制御手段はＣＰＵに限定されるものではなく、例えばＤＳＰのようなデジタル処理を行う制御素子でもよい。

［交流電圧情報の処理シーケンス］
次に、図４を用いて、エンジンコントローラ１２３が、電源ユニット１２０の情報検知部２３２で検知された電圧Ｖｓｎｓの情報を取得し、取得した電圧Ｖｓｎｓに基づいて交流電圧Ｖａｃの状態を判断する処理について説明する。図４は、情報検知部２３２が検知した電圧Ｖｓｎｓをｄａｔａ信号として出力し、エンジンコントローラ１２３が取得した合成信号から抽出した電圧Ｖｓｎｓの情報に基づいて、交流電圧Ｖａｃの状態を判断する制御シーケンスを示すフローチャートである。図４に示す処理は、プリンタ１０１の電源がオンされると起動され、電源ユニット１２０、及びエンジンコントローラ１２３により実行される。

ステップ（以下、Ｓとする）１０１では、電源ユニット１２０が起動され、電源ユニット１２０の電圧生成部１２１から電圧３．３Ｖ、２４Ｖが供給されることにより、二次側のエンジンコントローラ１２３が起動される。Ｓ１０２では、電源ユニット１２０の情報検知部２３２は、交流電圧Ｖａｃに応じて生成される電圧Ｖｄｃを分圧した電圧Ｖｓｎｓを検知し、電圧Ｖｓｎｓの情報をｄａｔａ信号として出力する。フォトカプラ２１８は、情報検知部２３２から出力されたｄａｔａ信号と、ゼロクロス検知回路２１６で検知したゼロクロスタイミング情報を含むゼロクロス信号と、を重畳させた合成信号をエンジンコントローラ１２３に出力する。

Ｓ１０３では、エンジンコントローラ１２３は、電源ユニット１２０から出力された合成信号を取得する。Ｓ１０４では、エンジンコントローラ１２３は、取得した合成信号から電圧Ｖｓｎｓの情報を含むｄａｔａ信号と、ゼロクロスタイミング情報を含むゼロクロス信号を分離する。すなわち、エンジンコントローラ１２３は、取得した合成信号のハイレベル／ローレベルの変化がある期間とない期間とを判別し、交流電圧Ｖａｃのゼロクロスタイミングを検知する。また、エンジンコントローラ１２３は、取得した合成信号のハイレベル／ローレベルの変化がある期間における、ハイレベル／ローレベルの変化に基づいて、情報検知部２３２から出力された電圧Ｖｓｎｓの情報を示すｄａｔａ信号を抽出する。

Ｓ１０５では、エンジンコントローラ１２３は、電圧Ｖｓｎｓと電圧Ｖｓｎｓと対応する交流電圧Ｖａｃとを対応づけた変換テーブルを用いて、ｄａｔａ信号が示す電圧Ｖｓｎｓに対応する交流電圧Ｖａｃを算出する。エンジンコントローラ１２３は、算出した交流電圧Ｖａｃの情報を用いて、エンジンコントローラ１２３のメモリに保存された交流電圧Ｖａｃの電圧値データを更新する。

Ｓ１０６では、エンジンコントローラ１２３は、算出した交流電圧Ｖａｃの電圧値が、正常範囲内かどうか（図４では、交流電圧Ｖａｃは正常？と表示）判断する。エンジンコントローラ１２３は、算出した交流電圧Ｖａｃの電圧値が正常範囲内であると判断した場合には処理をＳ１０２に戻し、算出した交流電圧Ｖａｃの電圧値が正常範囲内ではない（正常範囲外である）と判断した場合には処理をＳ１０７に進める。

Ｓ１０７では、エンジンコントローラ１２３は、交流電圧Ｖａｃ異常時の処理を実行し、処理をＳ１０２に戻す。エンジンコントローラ１２３は、交流電圧Ｖａｃ異常時の処理として、例えば、印刷動作中の場合には画像形成動作を中止し、プリンタ１０１のパネル等の表示装置（不図示）に商用交流電源２０１の異常が発生したことを表示し、ユーザへの報知を行う。

以上説明したように、本実施例によれば、簡易な構成で、一次側の情報を二次側に伝達することができる。

実施例１では、二次側のエンジンコントローラ１２３が、電源ユニット１２０から出力された合成信号を検知し、交流電圧Ｖａｃに応じた電圧Ｖｓｎｓの情報を示すｄａｔａ信号、及びゼロクロスタイミング情報を示すゼロクロス信号に分離する例を説明した。実施例２では、二次側のエンジンコントローラ１２３に情報分離部を設け、情報分離部で合成信号を分離する例について説明する。なお、プリンタ１０１や電源ユニット１２０の構成は、実施例１と同様であり、同じ回路には同じ符号を付すことで、ここでの説明は省略する。

［情報分離部の構成］
図５は、本実施例の電源ユニット１２０、及びエンジンコントローラ１２３の情報分離部２４０の回路構成を示す回路図である。また、図６は、図５に示す電源ユニット１２０、及び情報分離部２４０における各部の電圧波形やｄａｔａ信号、合成信号の波形を示すグラフである。図６（ａ）は、商用交流電源２０１から入力される交流電圧Ｖａｃの電圧波形を示している。なお、交流電圧Ｖａｃのピーク電圧は、例えば１００Ｖの交流電圧の場合には、√２倍の約１４１ボルトとなる。図６（ｂ）は、図５中に矢印で示した電圧Ｖｅの電圧波形を示している。図６（ｃ）は、情報検知部２３２から出力されるｄａｔａ信号の波形を示している。図６（ｄ）は、電源ユニット１２０からエンジンコントローラ１２３に出力される合成信号の波形を示している。また、図６（ｅ）は、情報分離部２４０から出力された一次側情報である入力電圧情報Ｖｄｅｔを示す電圧の波形を示している。図６（ｆ）は、ゼロクロス検知回路２１６で検知されたゼロクロスタイミングを示すゼロクロス信号の波形を示している。なお、図６の横軸は時間を示している。

図５は、実施例１の図２に示す電源ユニット１２０の回路図に、本実施例のエンジンコントローラ１２３内に設けられた情報分離部２４０の回路構成を加えた回路図である。図５において、電源ユニット１２０の回路構成は、実施例１と同様であり、ここでの説明は省略する。

情報分離部２４０には、電源ユニット１２０から出力された合成信号が入力される。情報分離部２４０は、合成信号から一次側情報であるｄａｔａ信号を抽出するフィルタ回路と、合成信号からゼロクロスタイミングを示すゼロクロス信号を抽出するフィルタ回路と、を有している。

ｄａｔａ信号を抽出する回路は、ダイオード２４１、抵抗２４２、２４４、及びコンデンサ２４３を有している。ダイオード２４１のアノード端子には合成信号が入力され、カソード端子は、抵抗２４２の一端に接続されている。抵抗２４２の他端は、コンデンサ２４３の一端、及び抵抗２４４の一端と接続されている。コンデンサ２４３の他端、及び抵抗２４４の他端は、ＧＮＤに接続（地絡）されている。

ダイオード２４１は、合成信号（図６（ｄ））から、電源ユニット１２０の情報検知部２３２から出力された交流電圧Ｖａｃに応じた電圧Ｖｓｎｓの情報を分離する。ダイオード２４１を介して入力された合成信号の電圧は、抵抗２４２及びコンデンサ２４３で構成される積分回路によりコンデンサ２４３に充電される。これにより、合成信号のハイ（Ｈ）レベル、ロー（Ｌ）レベルのパルス波形から、入力電圧情報Ｖｄｅｔ（図６（ｅ））を示す電圧に変換される。合成信号（図６（ｄ））においてローレベルが継続する期間であるゼロクロス信号のローレベルの期間では、コンデンサ２４３の充電電圧である入力電圧情報Ｖｄｅｔは抵抗２４４によって放電され、低下する。

一方、ゼロクロス信号を抽出する回路は、ダイオード２４５、抵抗２４６、２４８、２４９、２５１、コンデンサ２４７、トランジスタ２５０を有している。ダイオード２４５のアノード端子には合成信号が入力され、カソード端子は、抵抗２４６の一端に接続されている。抵抗２４６の他端は、コンデンサ２４７の一端、及び抵抗２４８、２４９の一端と接続されている。コンデンサ２４７の他端、及び抵抗２４８の他端は、ＧＮＤに接続（地絡）されている。抵抗２４９の他端は、トランジスタ２５０のベース端子に接続されている。トランジスタ２５０は、ゼロクロス信号を出力するコレクタ端子が抵抗２５１を介して電圧３．３Ｖにプルアップ接続され、エミッタ端子はＧＮＤに接続されている。

ダイオード２４５は、合成信号（図６（ｄ））から、交流電圧Ｖａｃのゼロクロスタイミングを示すゼロクロス信号を分離する。ダイオード２４５を介して入力された合成信号は、抵抗２４６及びコンデンサ２４７で構成された積分回路によりコンデンサ２４７に充電される。コンデンサ２４７に充電された電圧が抵抗２４９を介して、トランジスタ２５０のベース端子に印加される。トランジスタ２５０のベース端子に印加される電圧が閾値電圧以上、すなわち合成信号がハイレベルの場合（図６（ｄ））には、トランジスタ２５０はオンし、コレクタ端子からローレベルのゼロクロス信号が出力される（図６（ｆ））。一方、トランジスタ２５０のベース端子に印加される電圧が閾値電圧未満、すなわち合成信号がローレベルの場合（図６（ｄ））には、トランジスタ２５０はオフし、ハイレベルのゼロクロス信号が出力される（図６（ｆ））。

上述した実施例では、情報検知部２３２は、検知した一次側情報である電圧Ｖｓｎｓの情報をｄａｔａ信号として出力し、合成信号に重畳されて、二次側のエンジンコントローラ１２３に伝達されていた。例えば、電圧生成部１２１のＣＰＵが電圧生成部１２１内の一次側の素子（不図示）の温度を検知し、検知した温度を情報検知部２３２に通知する構成を有していた場合には、ｄａｔａ信号として、電圧生成部１２１部内の温度情報を出力することができる。情報分離部２４０が入力された合成信号を、電圧生成部１２１の一次側の素子の温度情報とゼロクロス信号とに分離することにより、二次側のエンジンコントローラ１２３は、電圧生成部１２１の温度状態を検知することができる。これにより、電圧生成部１２１が異常状態となり、一次側の素子が発熱した際に、二次側のエンジンコントローラが電圧生成部１２１の異常を検知することが可能となる。

［交流電圧情報の処理シーケンス］
次に、図７を用いて、エンジンコントローラ１２３が、情報分離部２４０から電源ユニット１２０の情報検知部２３２で検知された電圧Ｖｓｎｓの情報を取得し、取得した電圧Ｖｓｎｓに基づいて交流電圧Ｖａｃの状態を判断する処理について説明する。図７は、情報検知部２３２が検知した電圧Ｖｓｎｓをｄａｔａ信号として出力し、情報分離部２４０が合成信号から抽出した入力電圧情報に基づいて、エンジンコントローラ１２３が交流電圧Ｖａｃの状態を判断する制御シーケンスを示すフローチャートである。図７に示す処理は、プリンタ１０１の電源がオンされると起動され、電源ユニット１２０、及びエンジンコントローラ１２３により実行される。なお、エンジンコントローラ１２３は、入力電圧情報Ｖｄｅｔと、入力電圧情報Ｖｄｅｔに対応する交流電圧Ｖａｃとを対応づけた変換テーブルを有しているものとする。

Ｓ２０１、Ｓ２０２の処理は、実施例１の図４に示すＳ１０１、Ｓ１０２と同様の処理であり、ここでの説明を省略する。電源ユニット１２０から出力された合成信号は、エンジンコントローラ１２３の情報分離部２４０に入力される。情報分離部２４０は、入力された合成信号を２つの信号に分離する。１つの信号は、情報検知部２３２から出力されたｄａｔａ信号に対応して、電圧Ｖｓｎｓの情報に対応する入力電圧情報Ｖｄｅｔである。もう１つの信号は、ゼロクロス検知回路２１６から出力されたゼロクロスタイミング情報を示すゼロクロス信号である。

Ｓ２０３では、エンジンコントローラ１２３は、情報分離部２４０により分離された入力電圧情報Ｖｄｅｔと、ゼロクロス信号とを取得する。Ｓ２０４では、エンジンコントローラ１２３は、入力電圧情報Ｖｄｅｔと入力電圧情報Ｖｄｅｔに対応する交流電圧Ｖａｃとを対応づけた変換テーブルを用いて、入力電圧情報Ｖｄｅｔに対応する交流電圧Ｖａｃを算出する。エンジンコントローラ１２３は、算出した交流電圧Ｖａｃの情報を用いて、エンジンコントローラ１２３のメモリに保存された交流電圧Ｖａｃの電圧値データを更新する。Ｓ２０５、Ｓ２０６の処理は、実施例１の図４に示すＳ１０６、Ｓ１０７と同様の処理であり、ここでの説明を省略する。

また、上述したように、情報検知部２３２が電圧生成部１２１の１次側の素子（不図示）の温度を検知してｄａｔａ信号として出力した場合には、エンジンコントローラ１２３は、次のような処理を行う。すなわち、エンジンコントローラ１２３は、情報分離部２４０で分離された入力電圧情報Ｖｄｅｔに準じた、一次側の素子の温度情報を取得し、取得した温度情報に基づいて電圧生成部１２１の状態が正常かどうか判断する。そして、エンジンコントローラ１２３は、電圧生成部１２１の異常発熱状態と判断した場合には、次のような異常時の処理を行う。エンジンコントローラ１２３は、例えば、印刷動作中の場合には画像形成動作を中止し、プリンタ１０１のパネル等の表示装置（不図示）に商用交流電源２０１の異常が発生したことを表示し、ユーザへの報知を行う等の異常時の処理を行う。

１２０電源ユニット
１２１電圧生成部
１２３エンジンコントローラ
２１６ゼロクロス検知回路
２１８フォトカプラ
２３２情報検知部

Claims

交流電圧から直流電圧を生成し負荷に供給する電源装置を備え、記録材に画像形成を行う画像形成装置であって、
前記画像形成装置は、記録材の画像形成を制御する第１の制御手段を備え、
前記電源装置は、
交流電源から入力される前記交流電圧から前記直流電圧を生成する電圧生成部と、
入力される前記交流電圧に応じた電圧情報を含む電圧検知信号を出力する第２の制御手段と、
入力される前記交流電圧に応じて前記交流電圧のゼロクロスタイミングを検知し、ゼロクロス信号を出力するゼロクロス検知手段と、
前記第２の制御手段から出力された前記電圧検知信号と前記ゼロクロス検知手段から出力された前記ゼロクロス信号とを合成した合成信号を前記第１の制御手段に伝達する伝達手段と、
前記交流電圧を整流し、平滑する整流平滑手段と、
発光ダイオードを導通状態又は非導通状態に設定する第１のスイッチング素子と、
を有し、
前記第２の制御手段は、前記整流平滑手段から出力される直流電圧に応じた電圧を示す前記電圧検知信号を出力し、前記電圧検知信号を前記ゼロクロス信号の周期よりも短い周期で出力し、
前記伝達手段は、一次側に前記発光ダイオード、二次側にフォトトランジスタを有するフォトカプラであり、
前記ゼロクロス検知手段は、前記発光ダイオードと並列に接続され、前記交流電圧に応じてオン状態又はオフ状態に設定される第２のスイッチング素子を有し、
前記第２のスイッチング素子は、前記交流電圧が前記第２のスイッチング素子の閾値電圧よりも低い場合にはオフ状態に設定され、前記交流電圧が前記第２のスイッチング素子の閾値電圧以上の場合にはオン状態に設定され、
前記発光ダイオードは、前記第２のスイッチング素子がオフ状態の場合には導通状態となり、前記第２のスイッチング素子がオン状態の場合には非導通状態となり、前記電圧検知信号に応じて、前記第１のスイッチング素子がオン状態又はオフ状態に設定されることにより、前記電圧検知信号を前記ゼロクロス信号に重畳し、
前記電圧検知信号は、前記第２のスイッチング素子がオフ状態の場合には前記ゼロクロス信号に重畳され、前記第２のスイッチング素子がオン状態の場合には前記ゼロクロス信号に重畳されず、
前記第１の制御手段は、前記電源装置から出力された前記合成信号を取得し、前記合成信号から前記電圧検知信号、及び前記ゼロクロス信号を抽出することを特徴とする画像形成装置。
前記第１の制御手段は、取得した前記合成信号において、前記電圧検知信号が前記ゼロクロス信号に重畳されることにより前記合成信号が変化する期間と、前記電圧検知信号が前記ゼロクロス信号に重畳されないことにより前記合成信号が変化しない期間とに基づいて、前記合成信号から前記ゼロクロス信号を抽出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記第１の制御手段は、前記合成信号が変化する期間における前記合成信号の変化に基づいて、前記合成信号から前記電圧検知信号を抽出することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記第１の制御手段は、入力される前記合成信号から重畳された前記電圧検知信号及び前記ゼロクロス信号を抽出する分離部を有し、
前記分離部は、前記合成信号から前記電圧検知信号を抽出するフィルタ回路と、前記合成信号から前記ゼロクロス信号を抽出するフィルタ回路と、を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
交流電圧が供給されるヒータを有し、記録材上に形成された画像を前記ヒータで加熱し記録材に定着させる加熱定着部を備え、
前記第１の制御手段は、抽出された前記ゼロクロス信号が示すゼロクロスタイミングに基づいて、前記交流電源から前記ヒータへの前記交流電圧の供給を制御す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項に記載の画像形成装置。
前記第１の制御手段は、前記電圧検知信号に基づいて前記交流電源から入力される前記交流電圧を算出し、算出された前記交流電圧が正常範囲から外れた電圧値の場合には、前記交流電圧の異常を報知す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項に記載の画像形成装置。