特許 6204342 電力供給装置及び画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6204342

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】電力供給装置及び画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G03G 21/00 20060101AFI20170914BHJP

   G05F 1/455 20060101ALI20170914BHJP

   G03G 15/20 20060101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   G03G21/00 398

   G05F1/455

   G03G15/20 505

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-264107(P2014-264107)

(22)【出願日】2014年12月26日

(65)【公開番号】特開2016-126030(P2016-126030A)

(43)【公開日】2016年7月11日

【審査請求日】2016年11月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006150

【氏名又は名称】京セラドキュメントソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083172

【弁理士】

【氏名又は名称】福井 豊明

(72)【発明者】

【氏名】入谷 一暢

【審査官】 岡▲崎▼ 輝雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−３２９９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２３００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−３３１２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０６８８０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｇ ２１／００

Ｇ０３Ｇ １５／２０

Ｇ０５Ｆ １／４５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力供給対象に対して交流電源からの電力を供給する電力供給装置であって、
前記交流電源と前記電力供給対象との間に設けられ、電力供給状態と電力遮断状態とを切り替えるスイッチ部と、
前記交流電源の交流波形と予め指定された閾値とを比較することにより交流波形のゼロクロスを検出し、ゼロクロス信号を出力するゼロクロス検知部と、
前記ゼロクロス検知部が出力したゼロクロス信号に基づいて、前記スイッチ部を電力遮断状態から電力供給状態に切り替える前記交流波形の位相角を制御することにより、前記電力供給対象への電力供給割合を変化させる供給電力制御部と、
前記電力供給対象と前記交流電源との間の電路に接続され、前記スイッチ部が電力遮断状態から電力供給状態に切り替わることに起因して前記交流波形に発生する歪みを抑制する歪み抑制回路と、
前記歪み抑制回路を、前記電路に電気的に接続する状態と、当該電路から電気的に分離する状態とを切り替える抑制回路接続部と、
前記供給電力制御部が使用する前記位相角が予め指定された範囲に属する場合、前記抑制回路接続部を、前記歪み抑制回路と前記電路とが電気的に接続する状態とし、前記供給電力制御部が使用する前記位相角が予め指定された範囲に属さない場合、前記抑制回路接続部を、前記歪み抑制回路と前記電路とが電気的に分離する状態とする回路接続制御部と、
を備える電力供給装置。

【請求項2】

前記予め指定された範囲が、前記交流波形の波高値、前記交流波形において発生する前記歪みの大きさ、及び前記ゼロクロスの検出に使用される閾値に基づいて設定される請求項１記載の電力供給装置。

【請求項3】

前記歪み抑制回路がダンピング抵抗を含む請求項１又は請求項２記載の電力供給装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力供給装置と、
トナー像を被転写体上に転写する転写部と、
前記電力供給対象であり、前記被転写体上に転写されたトナー像を加熱して前記被転写体に定着させる定着部と、
を備える画像形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、交流電源からの電力を電力供給対象に対して供給する電力供給装置及び画像形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プリンタ、複写機、複合機（ＭＦＰ：Multi Function Peripheral）等の、電子写真方式により画像データを用紙等の被転写体上に印刷する画像形成装置では、被転写体に転写された未定着のトナー像を熱により溶融して被転写体に定着させる定着部が設けられている。定着部は、例えば、ヒーターを内蔵した定着ローラーと、定着ローラーに圧接される加圧ローラーとを備える。トナー像が転写された被転写体が、定着ローラーと加圧ローラーとの間を通過することで、熱と押圧力によってトナー像が被転写体に定着される。

【0003】

定着部のヒーターには、抵抗体やハロゲンランプ等が使用される。このヒーターは、トライアック等のスイッチング素子を介して交流電源（商用電源）に接続されている。また、定着部には、温度センサーは配置されており、当該温度センサーの出力に基づいて、ヒーターの出力が増減される。

【0004】

このようなヒーターの出力制御には、位相制御が広く使用されている。すなわち、交流電源の交流波形のゼロクロスに基づいて出力されるゼロクロス信号を基準として、上述のスイッチング素子をオフ状態からオン状態に切り替える、交流波形の位相角を変動させることでヒーターの出力が制御されている。

【0005】

このような構成において、スイッチング素子をオフ状態からオン状態に切り替える動作に起因して交流電源の交流波形にスパイク状の歪みが発生する。この歪みは、画像形成装置の回路インピーダンス（特に、容量性負荷）と、交流電源のインピーダンス（屋内配線網のインピーダンス）との共振現象に起因する。

【0006】

交流電源の波形にこのような歪みが発生すると、上述のゼロクロスが本来発生すべきでない位置で発生することがある。この場合、ヒーターの制御を正常に実施できなくなる。また、このようなヒーターの制御異常に起因して、同一の交流電源に接続されている機器（例えば、照明器具）が周期的な明暗を生じるフリッカーが発生することもある。

【0007】

この種の問題の対策として、例えば、特許文献１は、消費電力の大きなＬＥＤ照明器具や、蛍光灯インバータ照明器具のちらつきを抑制するため、交流電源を整流するダイオードブリッジと整流用コンデンサとの間にパワー制御素子（ＦＥＴ）を設けた構成を開示している。この構成では、トライアックがターンオンすると同時に、パワー制御素子の導通動作を開始し、当該パワー制御素子を電源装置の入力電流に振動電流が流れないように駆動している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１３−０１２４５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献１が開示する技術では、トライアックがターンオンする都度、ダンピング抵抗として機能するパワー制御素子がオン状態になる。そのため、トライアックがターンオンすると、常にパワー制御素子で電力損失が発生する。すなわち、消費電力が大きいという欠点がある。

【0010】

本発明は、このような従来の事情を鑑みてなされたものであり、従来と比較してより小さい電力損失で、電力供給対象に対する電力供給異常の発生を抑制することができる、電力供給装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上述の目的を達成するために、本発明は以下の技術的手段を採用している。まず、本発明は、電力供給対象に対して交流電源からの電力を供給する電力供給装置を提供することができる。すなわち、本発明に係る電力供給装置は、スイッチ部、ゼロクロス検知部、供給電力制御部、歪み抑制回路、抑制回路接続部、及び回路接続制御部を備える。スイッチ部は、交流電源と電力供給対象との間に設けられ、電力供給状態と電力遮断状態とを切り替える。ゼロクロス検知部は、交流電源の交流波形と予め指定された閾値とを比較することにより交流波形のゼロクロスを検出し、ゼロクロス信号を出力する。供給電力制御部は、ゼロクロス検知部が出力したゼロクロス信号に基づいて、スイッチ部を電力遮断状態から電力供給状態に切り替える交流波形の位相角を制御することにより、電力供給対象への電力供給割合を変化させる。歪み抑制回路は、電力供給対象と交流電源との間の電路に接続され、スイッチ部が電力遮断状態から電力供給状態に切り替わることに起因して交流波形に発生する歪みを抑制する。抑制回路接続部は、歪み抑制回路を、上記電路に電気的に接続する状態と、当該電路から電気的に分離する状態とを切り替える。回路接続制御部は、供給電力制御部が使用する位相角が予め指定された範囲に属する場合、抑制回路接続部を、歪み抑制回路と電路とが電気的に接続する状態とする。また、供給電力制御部が使用する位相角が予め指定された範囲に属さない場合、抑制回路接続部を、歪み抑制回路と電路とが電気的に分離する状態とする。

【0012】

この電力供給装置では、歪み抑制回路を、電力供給対象と交流電源との間の電路に選択的に接続することで、電力供給状態に切り替わることに起因して交流波形に発生する歪みを抑制することができる。すなわち、供給電力制御部が使用する位相角が予め指定された範囲に属する場合、歪み抑制回路が、電力供給対象と交流電源との間の電路に選択的に接続される。したがって、交流波形に発生する歪みを抑制する必要があるときのみ選択的に、歪み抑制回路が接続されるため、従来と比較してより小さい電力損失で、交流電源の波形歪みの発生を抑制することができる。

【0013】

この電力供給装置において、上述の予め指定された範囲は、例えば、交流波形の波高値、交流波形において発生する歪みの大きさ、及びゼロクロスの検出に使用される閾値に基づいて設定することができる。また、歪み抑制回路は、例えば、ダンピング抵抗を含む構成を採用することができる。

【0014】

一方、他の観点では、本発明は画像形成装置を提供することができる。すなわち、本発明に係る画像形成装置は、上述の電力供給装置、転写部、及び定着部を備える。転写部は、トナー像を被転写体上に転写する。定着部は、上述の電力供給対象であり、被転写体上に転写されたトナー像を加熱して被転写体に定着させる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、従来と比較してより小さい電力損失で、電力供給対象に対する電力供給異常の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態における画像形成システムの全体構成を示す概略構成図

【図2】本発明の一実施形態における複合機のハードウェア構成を示す図

【図3】本発明の一実施形態における複合機が備える電力供給部の構成を示す図

【図4】本発明の一実施形態における複合機が備えるゼロクロス検知部を示す回路図

【図5】本発明の一実施形態における複合機が備える電力供給部による電力供給の一例を示す図

【図6】本発明の一実施形態における複合機が備える電力供給部による電力供給の一例を示す図

【図7】本発明の一実施形態における複合機が備える電力供給部による電力供給の一例を示す図

【図8】本発明の一実施形態における複合機が備える電力供給部が実施する電力供給手順の一例を示すフロー図

【図9】本発明の一実施形態における複合機が備える電力供給部に設定される歪み抑制範囲の一例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。以下では、デジタル複合機として本発明を具体化する。

【0018】

図１は本実施形態におけるデジタル複合機の全体構成の一例を示す概略構成図である。図１に示すように、複合機１００は画像読取部１２０及び画像形成部１４０を含む本体１０１と、本体１０１の上方に取り付けられたプラテンカバー１０２とを備える。複合機１００の前面には、ユーザーが複合機１００に複写開始やその他の指示を与えたり、複合機１００の状態や設定を確認したりすることができる操作パネル１７１が設けられている。

【0019】

本体１０１の上部には、画像読取部１２０が設けられている。画像読取部１２０は、走査光学系１２１により原稿の画像を読み取りその画像のデジタルデータ（画像データ）を生成する。

【0020】

生成された画像データは、画像形成部１４０において被転写体である用紙に印刷することができる。また、生成された画像データは、図示しないネットワークを通じて他の機器へ送信することもできる。

【0021】

画像形成部１４０は、画像読取部１２０が生成した画像データや、ネットワークに接続された他の機器から受信した画像データを、被転写体である用紙に印刷する。画像形成部１４０は、手差しトレイ１５１、給紙カセット１５２、１５３、１５４等から、トナー像を転写する転写部１５５へ用紙を給紙する。転写部１５５においてトナー像が転写された用紙は定着器１５６に搬送される。定着器１５６は、ヒーターを内蔵した定着ローラー１５７及び加圧ローラー１５８を有しており、熱と押圧力によってトナー像を用紙に定着する。画像形成部１４０は、定着器１５６を通過した用紙を排紙トレイ１４９へ排紙する。

【0022】

図２は、複合機における制御系のハードウェア構成図である。本実施形態の複合機１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２０４及び画像読取部１２０、画像形成部１４０における各駆動部に対応するドライバー２０５が内部バス２０６を介して接続されている。ＲＯＭ２０３やＨＤＤ２０４等はプログラムを格納しており、ＣＰＵ２０１はその制御プログラムの指令にしたがって複合機１００を制御する。例えば、ＣＰＵ２０１はＲＡＭ２０２を作業領域として利用し、ドライバー２０５とデータや命令を授受することにより上記各駆動部の動作を制御する。また、ＨＤＤ２０４は、画像読取部１２０により得られた画像データや、他の機器からネットワークを通じて受信した画像データの蓄積にも用いられる。

【0023】

内部バス２０６には、操作パネル１７１や各種のセンサー２０７も接続されている。操作パネル１７１は、ユーザーの操作を受け付け、その操作に基づく信号をＣＰＵ２０１に供給する。また、操作パネル１７１は、ＣＰＵ２０１からの制御信号にしたがって自身が備えるディスプレイに操作画面を表示する。センサー２０７は、プラテンカバー１０２の開閉検知センサーや原稿台上の原稿検知センサー、定着器１５６の温度センサー、搬送される用紙又は原稿の検知センサーなど各種のセンサーを含む。

【0024】

図３は、本実施形態の複合機が備える電力供給部を示す機能ブロック図である。ここでは、商用の交流電源から供給される交流電力を、電力供給対象である、定着ローラー１５７のヒーターへ供給する部分のみを示している。なお、上述のＣＰＵ２０１等をはじめとする複合機１００の各部で使用される直流電力は、交流電源から供給される交流電力を使用して図示しないＡＣ−ＤＣコンバータにより生成される。

【0025】

図３の例では、複合機１００の電力供給部３００は、複合機１００が設置される建屋の屋内配線系統４００に接続されている。屋内配線系統４００では、交流電源４０１は屋内配線により電源コンセントに接続されており、電力供給部３００が備えるコンセントプラグを電源コンセントに挿入することで、電源供給部３００と交流電源４０１とが接続される。

【0026】

図３に示すように、電力供給部３００は、スイッチ部３０１、ゼロクロス検知部３０２、供給電力制御部３０３、歪み抑制回路３０４、抑制回路接続部３０５、及び回路接続制御部３０６を備える。

【0027】

スイッチ部３０１は、交流電源４０１とヒーター５００との間の電力供給線（電路）に設けられ、電力供給状態と電力遮断状態とを切り替える。特に限定されないが、本実施形態では、スイッチ部３０１は、トライアック３１１を備える。トライアック３１１の通電状態と遮断状態とを切り替えることで、交流電源４０１とヒーター５００との間の電力供給状態と電力遮断状態とが切り替えられる。

【0028】

また、スイッチ部３０１は、フォトトライアックカプラ３１２を備える。フォトトライアックカプラ３１２は発光ダイオードとフォトトライアックとを備えており、当該発光ダイオードに通電してフォトトライアックに光を入射させたときに、トライアック３１１が通電状態になるようにトライアック３１１に接続されている。また、公知のように、トライアック３１１は、逆電圧が印加される又は自身を流れる電流がゼロになると遮断状態になる。

【0029】

フォトトライアックカプラ３１２の発光ダイオードのアノード側は、電流制限抵抗３１４を介して電圧源に接続されており、発光ダイオードのカソード側はトランジスタ３１３を介して接地されている。この構成では、トランジスタ３１３がオン状態になるとトライアック３１１が通電状態になり、交流電源４０１とヒーター５００との間は電力供給状態になる。なお、トランジスタ３１３のオン状態とオフ状態とを切り替える制御信号は、供給電力制御部３０３からトランジスタ３１３に入力される。

【0030】

ゼロクロス検知部３０２は、交流電源４０１の交流波形と予め指定された閾値とを比較することにより交流波形のゼロクロスを検出し、ゼロクロス信号を出力する。図４は、本実施形態におけるゼロクロス検知部３０２を示す回路図である。

【0031】

図４に示すように、ゼロクロス検知部３０２は、交流電源４０１の交流波形を全波整流するダイオードブリッジ回路３２１を備える。ダイオードブリッジ回路３２１には、電流制限抵抗３２２を介してフォトカプラ３２３の発光ダイオードのアノードが接続されている。フォトカプラ３２３のフォトトランジスタのコレクタ側は、抵抗３２４を介して電圧源に接続されており、エミッタ側は接地されている。また、フォトトランジスタのコレクタには、抵抗３２５、コンデンサ３２６、トランジスタ３２７及び抵抗３２８から構成されるインバータ回路（ＮＯＴ回路）が接続されている。この構成では、フォトカプラ３２３のフォトトランジスタのコレクタの論理レベル（Ｈｉｇｈレベル又はＬｏｗレベル）の否定論理が出力端子３２９から出力される。

【0032】

図４に示すゼロクロス検知部３０２では、例えば、交流電源４０１の出力電圧の絶対値が小さくなると、フォトカプラ３２３の発光ダイオードの発光量が小さくなる。この場合、フォトカプラ３２３のフォトトランジスタの抵抗値が増大し、トランジスタ３２７のベースに入力される電位が大きくなる。そして、交流電源４０１の出力電圧が閾値電圧よりも小さくなると、トランジスタ３２７がオン状態となり、出力端子３２９の電位がＬｏｗレベルになる。

【0033】

また、交流電源４０１の出力電圧の絶対値が大きくなると、フォトカプラ３２３の発光ダイオードの発光量が大きくなる。この場合、フォトカプラ３２３のフォトトランジスタの抵抗値が減少し、トランジスタ３２７のベースに入力される電位が小さくなる。そして、交流電源４０１の出力電圧が閾値電圧よりも大きくなると、トランジスタ３２７がオフ状態となり、出力端子３２９の電位がＨｉｇｈレベルになる。

【0034】

したがって、ゼロクロス検知部３０２は、図５（ａ）に例示するように、交流電源４０１の交流波形が正負の閾値Ｔｈの間の範囲にある間がＬｏｗレベルとなり、当該範囲外にある間がＨｉｇｈレベルとなるゼロクロス信号を出力することになる。当該ゼロクロス信号は、供給電力制御部３０３に入力される。

【0035】

供給電力制御部３０３は、ゼロクロス検知部３０２が出力したゼロクロス信号に基づいて、スイッチ部３０１を電力遮断状態から電力供給状態に切り替える交流波形の位相角を制御することにより、電力供給対象への電力供給割合を変化させる。上述のように、供給電力制御部３０３は、トランジスタ３１３のベースに入力するヒーター制御信号により、ヒーター５００への供給電力量を制御する。供給電力制御部３０３は、ゼロクロス信号における特定のタイミングから所定時間経過後において（すなわち、特定の位相角において）、トランジスタ３１３がオン状態になるように制御するヒーター制御信号をトランジスタ３１３へ入力する。特に限定されないが、本実施形態では、供給電力制御部３０３は、ゼロクロス信号の立ち下がりのエッジを基準とし、当該エッジから所定時間経過後にＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替わる周期的な制御信号をヒーター制御信号として出力する。なお、経過時間の基準は、交流波形における特定のタイミングであればよく、ゼロクロス信号の立ち下がりのエッジに限らずゼロクロス信号の立ち上がりのエッジ等を使用することもできる。

【0036】

図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）は、ヒーター５００への電力供給を説明する図である。図５（ａ）は、ヒーター５００に供給される電力が、交流波形の半波において後半の５０％（位相角９０度、電力割合５０％）である事例に対応する。図６（ａ）は、ヒーター５００に供給される電力が、交流波形の半波において後半の２５％（位相角１３５度、電力割合約９％）の事例に対応する。図７（ａ）は、ヒーター５００に供給される電力が、交流波形の半波において後半の７５％（位相角４５度、電力割合約９１％）の事例に対応する。なお、図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）において横軸は時間に対応する。また、各図では、上方から順に、交流波形、全波整流後の波形、ゼロクロス信号、ヒーター制御信号及びヒーター供給波形を示している。ここでは、交流波形、全波整流後の波形、ヒーター供給波形は電圧の波形である。また、供給電力制御部３０３は、各図において、ヒーター制御信号に示す時刻Ｔｓからヒーター５００の加熱制御を開始している。

【0037】

図５（ａ）に示すように、位相角が９０度である場合、供給電力制御部３０３は、ゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから時間Ｔ１が経過した時点でＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに立ち上がり、ゼロクロス信号の立ち下がりと同時にＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ立ち下がるヒーター制御信号をトランジスタ３１３へ入力する。ここで、時間Ｔ１は、ゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから、位相角が９０度となる時点（交流波形が波高値になる時点）までの時間間隔である。

【0038】

また、図６（ａ）に示すように、位相角が１３５度である場合、供給電力制御部３０３は、ゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから時間Ｔ２が経過した時点でＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに立ち上がり、ゼロクロス信号の立ち下がりと同時にＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ立ち下がるヒーター制御信号をトランジスタ３１３へ入力する。ここで、時間Ｔ２は、ゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから、位相角が１３５度となる時点までの時間間隔である。

【0039】

また、図７（ａ）に示すように、位相角が４５度である場合、供給電力制御部３０３は、ゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから時間Ｔ３が経過した時点でＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに立ち上がり、ゼロクロス信号の立ち下がりと同時にＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ立ち下がるヒーター制御信号をトランジスタ３１３へ入力する。ここで、時間Ｔ３は、ゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから、位相角が４５度となる時点までの時間間隔である。

【0040】

歪み抑制回路３０４は、ヒーター５００と交流電源４０１との間の電路に接続され、スイッチ部３０１が電力遮断状態から電力供給状態に切り替わることに起因して交流波形に発生する歪みを抑制する。交流波形に発生する歪みは、屋内配線系統４００の屋内配線が有する抵抗４０２及びインダクタンス４０３と、電力供給部３００の電力入力側でノイズ除去を目的として交流電源４０１に対して並列に接続されたバイパスコンデンサ３０７とに起因して発生する。図３から理解できるように、抵抗４０２、インダクタンス４０３及びバイパスコンデンサ３０７はローパスフィルターを構成している。

【0041】

このようなローパスフィルターでは、カットオフ周波数において共振現象が発生する。上述したような、スイッチ部３０１が電力遮断状態から電力供給状態に周期的に切り替わる位相制御では、当該スイッチ部３０１の切り替えに起因して高調波成分が含まれるようになる。その結果、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すように、スイッチ部３０１が電力遮断状態から電力供給状態に切り替わる際に、複合機１００の動作状態によっては、交流波形にスパイク状の歪み（信号レベルの低下）が発生することがある。なお、当該歪みの大きさは、交流電源側から見た電力供給部３００のインピーダンスや、スイッチ部３０１が電力遮断状態から電力供給状態に切り替わる際に流れる電流の大きさに応じて変化する。

【0042】

特に限定されないが、本実施形態では、歪み抑制回路３０４は、ダンピング抵抗３４１とコンデンサ３４２とが直列に接続された回路で構成されている。ここで、ダンピング抵抗３４１は共振のＱ値を小さくする機能を有し、コンデンサ３４２は共振周波数をシフトさせる機能を有する。図３に示すように、歪み抑制回路３０４は、ヒーター５００に対して並列に接続される。

【0043】

ここで、交流波形にスパイク状の歪みが発生することに起因する不具合について説明する。以下で詳述するように、交流波形にスパイク状の歪みが発生すると、ゼロクロス信号に乱れが発生することがある。ゼロクロス信号に乱れが発生した場合、条件によっては、ゼロクロス信号の立ち下がりのエッジを基準として供給電力制御部３０３が生成するヒーター制御信号も所望の状態と異なる状態になる。すなわち、意図しないタイミングでヒーター５００がオン状態になってしまう状況が発生する。

【0044】

図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）は、ヒーター５００への電力供給において、交流波形に歪みが発生した場合の様子を説明する図である。図５（ｂ）は、意図した位相角が９０度である事例に対応する。図６（ｂ）は、意図した位相角が１３５度である事例に対応する。図７（ｂ）は、意図した位相角が４５度である事例に対応する。なお、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）において横軸は時間に対応する。また、各図では、上方から順に、交流波形、全波整流後の波形、ゼロクロス信号、ヒーター制御信号及びヒーター供給波形を示している。ここでは、交流波形、全波整流後の波形、ヒーター供給波形は電圧の波形である。また、供給電力制御部３０３は、各図において、ヒーター制御信号に示す時刻Ｔｓからヒーター５００の加熱制御を開始している。

【0045】

図５（ｂ）に示すように、意図した位相角が９０度である場合、図５（ａ）に示す場合と同様に、供給電力制御部３０３は、ゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから時間Ｔ１が経過した時点でＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに立ち上がり、ゼロクロス信号の立ち下がりと同時にＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ立ち下がるヒーター制御信号をトランジスタ３１３へ入力する。

【0046】

この場合、交流波形には、ヒーター制御信号の立ち上がりエッジにおいて、スパイク状の歪み（電圧低下）が発生する。しかしながら、この例では、ヒーター制御信号の立ち上がりエッジは交流波形の波高値近傍に位置するため、歪みが発生した場合であっても、信号レベルは正負の閾値Ｔｈの間の範囲に入らない。そのため、ゼロクロス信号は、交流波形に歪みのない図５（ａ）に示す事例と同一になる。したがって、ヒーター制御信号も交流波形に歪みのない図５（ａ）に示す事例と同一になる。その結果、ヒーター５００に対する電力供給（ヒーター５００の動作）も図５（ａ）に示す事例と同一になる。

【0047】

一方、図６（ｂ）に示すように、意図した位相角が１３５度である場合、図６（ａ）に示す場合と同様に、供給電力制御部３０３は、ゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから時間Ｔ２が経過した時点でＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに立ち上がり、ゼロクロス信号の立ち下がりと同時にＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ立ち下がるヒーター制御信号をトランジスタ３１３へ入力する。

【0048】

この例では、ヒーター制御信号の立ち上がりエッジは交流波形が波高値になる位置から離れているため、ヒーター制御信号の立ち上がりエッジにおいてスパイク状の歪み（電圧低下）が発生すると、信号レベルが正負の閾値Ｔｈの間の範囲に入る。そのため、ゼロクロス信号は、図６（ｂ）に示すように、時刻Ｔｓにおけるゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから時間Ｔ２が経過したときに、歪みの発生に応じて一旦立ち下がった直後にＨｉｇｈレベルに立ち上がる。

【0049】

このようなゼロクロス信号が入力された供給電力制御部３０３が生成するヒーター制御信号は、時刻Ｔｓにおけるゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから時間Ｔ２が経過したときにＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに立ち上がる。しかしながら、立ち上がった時点でゼロクロス信号は歪みに起因してＬｏｗレベルになっているため、ヒーター制御信号はすぐにＬｏｗレベルになる。また、供給電力制御部３０３は、歪みに起因するゼロクロス信号の立ち下がりのエッジをヒーター制御信号の次立ち上がり位置の基準とするため、ヒーター制御信号は、歪みに起因するゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから時間Ｔ２が経過したときにＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに立ち上がる。

【0050】

図６（ｂ）の例では、歪みに起因するゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから時間Ｔ２が経過したときのヒーター制御信号の立ち上がりエッジは交流波形が波高値の近傍に位置する。そのため、当該ヒーター制御信号の立ち上がりエッジにおいてスパイク状の歪みが発生した場合であっても、信号レベルは正負の閾値Ｔｈの間の範囲に入らない。したがって、ゼロクロス信号は、その後に交流波形が正負の閾値Ｔｈの間の範囲に入ったときに立ち下がる。

【0051】

以降、このような動作が繰り返されるため、ゼロクロス信号は、図６（ｂ）に示すように、位相角１３５度の位置で立ち上がる、オン時間が比較的短いパルスと、交流波形が波高値になる位置の近傍で立ち上がる、オン時間が比較的長いパルスとが交互に現れる波形になる。

【0052】

上述のように、トライアック３１１は、トランジスタ３１３がオン状態になったときに通電状態となり、その後、逆電圧が印加される又は自身を流れる電流がゼロになると遮断状態となる。したがって、以上のようなヒーター制御信号がトランジスタ３１３に入力されると、ヒーター供給波形は、位相角１３５度の位置での立ち上がりに対応した通電時間Ｔａの電力供給部分と、交流波形が波高値になる位置の近傍での立ち上がりに対応した通電時間Ｔｂの電力供給部分とが交互に現れる波形になる。

【0053】

図６（ａ）との比較から明らかなように、時間Ｔａの電力供給部分は本来意図した時間であるが、時間Ｔｂの電力供給部分は本来意図した時間Ｔａよりも長い。したがって、ヒーター５００のオン時間が周期的に乱れ、正常なヒーター制御ができなくなる。また、当該乱れの周期は交流波形の周期と一致していないため、このような周期的なヒーター制御異常がフリッカー発生の要因にもなり得る。

【0054】

さらに、図７（ｂ）に示すように、意図した位相角が４５度である場合、図７（ａ）に示す場合と同様に、供給電力制御部３０３は、ゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから時間Ｔ３が経過した時点でＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに立ち上がり、ゼロクロス信号の立ち下がりと同時にＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ立ち下がるヒーター制御信号をトランジスタ３１３へ入力する。

【0055】

この例では、ヒーター制御信号の立ち上がりエッジは交流波形が波高値になる位置から離れているため、ヒーター制御信号の立ち上がりエッジにおいてスパイク状の歪みが発生すると、信号レベルが正負の閾値Ｔｈの間の範囲に入る。そのため、ゼロクロス信号は、図７（ｂ）に示すように、時刻Ｔｓにおけるゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから時間Ｔ３が経過したときに、歪みの発生に応じて一旦立ち下がった直後にＨｉｇｈレベルに立ち上がる。

【0056】

このようなゼロクロス信号が入力された供給電力制御部３０３が生成するヒーター制御信号は、時刻Ｔｓにおけるゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから時間Ｔ３が経過したときにＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに立ち上がる。しかしながら、立ち上がった時点でゼロクロス信号は歪みに起因してＬｏｗレベルになっているため、ヒーター制御信号はすぐにＬｏｗレベルになる。また、供給電力制御部３０３は、歪みに起因するゼロクロス信号の立ち下がりのエッジをヒーター制御信号の次立ち上がり位置の基準とするため、ヒーター制御信号は、歪みに起因するゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから時間Ｔ３が経過したときにＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに立ち上がる。

【0057】

図７（ｂ）の例では、歪みに起因するゼロクロス信号の立ち下がりのエッジから時間Ｔ３が経過したときのヒーター制御信号の立ち上がりエッジは、直前の立ち上がりエッジに起因したトライアック３１１の同一通電期間に含まれている。すなわち、当該ヒーター制御信号の立ち上がりエッジによって、トライアック３１１が遮断状態から通電状態に切り替わることがない。そのため、当該ヒーター制御信号の立ち上がりエッジにおいてスパイク状の歪みは発生しない。ゼロクロス信号は、その後に交流波形が正負の閾値Ｔｈの間の範囲に入ったときに立ち下がる。以降、このような動作が繰り返されるため、ゼロクロス信号は、図７（ｂ）に示すように、位相角が４５度の位置で立ち上がる、オン時間が比較的短いパルスと、その後、トライアック３１１における同一の通電期間内で立ち上がる、オン時間が比較的長いパルスとが交互に現れる波形になる。

【0058】

以上のようなヒーター制御信号がトランジスタ３１３に入力されると、トライアック３１１における同一の通電期間内のヒーター制御信号の乱れは、トライアック３１１の状態に何ら影響を与えない。そのため、ヒーター制御信号に周期的な乱れは発生するが、ヒーター５００に対する電力供給（ヒーター５００の動作）は図７（ａ）に示す事例と同一になる。

【0059】

抑制回路接続部３０５は、歪み抑制回路３０４を、ヒーター５００と交流電源４０１との間の電路に電気的に接続する状態と、当該電路から電気的に分離する状態とを切り替える。本実施形態では、抑制回路接続部３０５は、歪み抑制回路３０４に直列に接続されたトランジスタスイッチにより構成されている。当該トランジスタスイッチをオン状態とすることで、歪み抑制回路３０４はヒーター５００と交流電源４０１との間の電路に電気的に接続される。また、トランジスタスイッチをオフ状態とすることで、歪み抑制回路３０４はヒーター５００と交流電源４０１との間の電路から電気的に分離される。

【0060】

回路接続制御部３０６は、供給電力制御部３０３が使用する位相角が予め指定された範囲に属する場合、抑制回路接続部３０５を、歪み抑制回路３０４と上述の電路とが電気的に接続する状態とする。また、回路接続制御部３０６は、供給電力制御部３０３が使用する位相角が予め指定された範囲に属さない場合、抑制回路接続部３０５を、歪み抑制回路３０４と上述の電路とが電気的に分離する状態とする。

【0061】

上述のように、本実施形態では、抑制回路接続部３０５は、トランジスタスイッチにより構成されている。そのため、本実施形態では、回路接続制御部３０６は、当該トランジスタスイッチの制御端子に、抑制回路接続部３０５のオン状態とオフ状態とを切り替える制御信号を入力する構成になっている。

【0062】

なお、以上の構成において、供給電力制御部３０３や回路接続制御部３０６は、ＣＰＵ２０１が、例えばＲＯＭやＨＤＤに格納されたプログラムを、ＲＡＭを作業領域として実行することで実現することができる。

【0063】

図８は、複合機が備える電力供給部が実施する電力供給手順の一例を示すフロー図である。当該手順は、例えば、ヒーター５００への電力供給指示が供給電力制御部３０３に入力されたことをトリガーとして開始する。このとき、供給電力制御部３０３は、入力された電力供給指示及びヒーター５００の温度に基づいて、位相角を決定する。

【0064】

本手順が開始すると、回路接続制御部３０６は、供給電力制御部３０３から位相角を取得する（ステップＳ８０１）。そして、回路接続制御部３０６は、取得した位相角と予め指定されている角度範囲とを比較する（ステップＳ８０２）。当該角度範囲は、例えば、交流波形の波高値、交流波形において発生する歪みの大きさ、及びゼロクロスの検出に使用される閾値Ｔｈに基づいて設定することができる。より具体的には、角度範囲として、上述のようにヒーター制御信号に乱れが発生する可能性がある角度範囲、すなわち、波高値近傍の角度範囲及びゼロクロス検知部３０２がＬｏｗレベルを出力する角度範囲を除いた範囲を設定することができる。

【0065】

図９は、回路接続制御部３０６に指定される歪み抑制角度範囲の一例を、全波整流後の波形において示した図である。図９は、ゼロクロス信号がＬｏｗレベルとなる位相角の範囲が、０度から２０度、１６０度から２００度、３４０度から３６０度であり、また、上述の波高値近傍の位相角の角度範囲が、位相角が７０度から１１０度、２５０度から２９０度の範囲である事例である。この例では、２０度以上かつ７０度以下、１１０度以上かつ１６０度以下、２００度以上かつ２５０度以下、２９０度以上かつ３４０度以下の各範囲が、ヒーター制御信号に乱れが発生する可能性がある角度範囲として回路接続制御部３０６に指定されている。なお、ここでは、ヒーター制御信号に乱れが発生する可能性がある範囲を上述の角度範囲として設定しているが、上述した位相角１３５度の場合のような、ヒーター制御信号には乱れが発生するが、ヒーター自体の制御には乱れが発生しない位相角の範囲を除いて、角度範囲を設定する構成であってもよい。

【0066】

回路接続制御部３０６は、取得した位相角が指定された角度範囲に属する場合、抑制回路接続部３０５をオン状態にする制御信号を抑制回路接続部３０５に入力することにより、歪み抑制回路３０４を、ヒーター５００と交流電源４０１との間の電路に電気的に接続する（ステップＳ８０２Ｙｅｓ、Ｓ８０３）。一方、取得した位相角が指定された角度範囲に属さない場合、回路接続制御部３０６は、抑制回路接続部３０５をオフ状態にする制御信号を抑制回路接続部３０５に入力することにより、歪み抑制回路３０４を、ヒーター５００と交流電源４０１との間の電路から電気的に分離する（ステップＳ８０２Ｎｏ、Ｓ８０６）。

【0067】

以上の処理は、供給電力制御部３０３に、ヒーター制御の終了指示が入力されるまで継続される（ステップＳ８０４Ｎｏ、Ｓ８０５Ｎｏ）。また、供給電力制御部３０３は、ヒーター制御に使用する位相角を変更した場合、その旨を回路接続制御部３０６に通知する。当該通知に応じて、回路接続制御部３０６は、供給電力制御部３０３から位相角を取得し、取得した位相角に基づいて上述の手順を再度実施する（ステップＳ８０４Ｙｅｓ、Ｓ８０１）。供給電力制御部３０３にヒーター制御の終了指示が入力された場合、手順が終了する（ステップＳ８０５Ｙｅｓ）。

【0068】

以上説明したように、この複合機１００では、歪み抑制回路３０４を、電力供給対象であるヒーター５００と交流電源４０１との間の電路に選択的に接続することで、電力遮断状態から電力供給状態に切り替わることに起因して交流波形に発生する歪みを抑制することができる。すなわち、供給電力制御部３０３が使用する位相角が予め指定された範囲に属する場合、歪み抑制回路３０４が、ヒーター５００と交流電源４０１との間の電路に選択的に接続される。したがって、交流波形に発生する歪みを抑制する必要があるときのみ選択的に、歪み抑制回路３０４が接続されるため、従来と比較してより小さい電力損失で、交流電源４０１の波形歪みの発生を抑制することができる。

【0069】

また、交流波形の周期と異なる周期でヒーター５００が異常駆動されることを防止できるため、当該異常駆動に起因するフリッカーの発生を抑制することもできる。

【0070】

なお、上述した各実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、上記実施形態において示した、スイッチ部３０１、ゼロクロス検知部３０２、歪み抑制回路３０４の回路構成はあくまで例示であり、同様の作用効果を奏する任意の回路構成を採用することができる。また、歪み抑制回路３０４はダンピング抵抗３４１を含むことが好ましいが、スイッチ部３０１が電力遮断状態から電力供給状態に切り替わることに起因して交流波形に発生する歪みを抑制可能であれば、ダンピング抵抗を含まない構成であってもよい。

【0071】

加えて、上述の実施形態では、電力供給部を備えるデジタル複合機として本発明を具体化したが、デジタル複合機に限らず、ヒーターやモーター等の始動時に比較的大きな電流が流れる電力供給対象に電力を供給する任意の電力供給装置に本発明を適用することも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0072】

本発明によれば、従来と比較してより小さい電力損失で、電力供給対象に対する電力供給異常の発生を抑制することができ、電力供給装置及び画像形成装置として有用である。

【符号の説明】

【0073】

１００ 複合機（画像形成装置）
１４０ 画像形成部
１５５ 転写部
１５６ 定着器（定着部）
３００ 電力供給部（電力供給装置）
３０１ スイッチ部
３０２ ゼロクロス検知部
３０３ 供給電力制御部
３０４ 歪み抑制回路
３０５ 抑制回路接続部
３０６ 回路接続制御部
３４１ ダンピング抵抗
４０１ 交流電源
５００ ヒーター（電力供給対象）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】