説明

ゼロクロス検出装置及び画像形成装置

【課題】 低消費電力で駆動して交流電圧のゼロクロス点を検出することが可能なゼロクロス検出装置及び該ゼロクロス検出装置を有する画像形成装置を提供する。
【解決手段】
交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出装置において、交流電圧を整流して全波整流電圧を出力する全波整流手段と、全波整流電圧の印加で所定の充電電圧に充電され、全波整流電圧が充電電圧以下になると、充電電流を出力する充電手段と、充電電流の入力でゼロクロス検出信号を出力する信号出力手段とを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、交流電圧のゼロ電位点(ゼロクロス点)を検出するゼロクロス検出装置及び該ゼロクロス検出装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電子写真プリンタなどの画像形成装置は、交流電源(交流電圧)により駆動しており、定着ローラを加熱するためのヒータへの通電制御をTRIAC等のスイッチング素子を用いて行っている。
【0003】
ところで、定着ローラ加熱用のヒータの温度に対する抵抗値変化は大きく、該ヒータへの通電開始時には、ヒータが冷えて内部抵抗が小さくなっていると、ヒータに定格電流の何倍もの電流に相当する突入電流が瞬間的に流れてしまうことがあった。そして、このように過大電流である突入電流が流れると、ヒータに負荷がかかるため、ヒータが損壊する虞れがあった。
【0004】
そのため、上記ヒータへの突入電流を抑えるべく、交流電圧がゼロ電位点(ゼロクロス点)を通過するタイミングに合わせてスイッチング素子がONになるよう制御するために、交流電圧のゼロクロス点を検出し、検出する毎にゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出回路を有する画像形成装置が提案されている。このゼロクロス検出回路として、例えば特許文献1に開示されているように、交流電圧の正側の半波を検出し、該半波に対応する矩形波を出力する第1のフォトカプラと、交流電圧の負側の半波を検出し、該半波に対応する矩形波を出力する第2のフォトカプラとを有し、各フォトカプラから出力される矩形波に基づいてゼロクロス点を検出してゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出回路が提案されている。
【特許文献1】特開2006−258698号公報
【0005】
図5は、従来のゼロクロス検出回路300を示す図であり、図6は、従来のゼロクロス検出回路300の各部の出力する信号波形を示す図である。
従来のゼロクロス検出回路300では、図6(a)に示す交流電圧Eの正側の半波に基づいてフォトカプラ301内のフォトダイオード(発光素子)に図6(b)に示す波形の電流I1が流れると、該フォトダイオードは、発光する。この発光した光は、フォトカプラ301内のフォトトランジスタ(受光素子)により受光される。
【0006】
フォトカプラ301内のフォトトランジスタは、上記フォトダイオードからの光を受光するとONになるので、図6(d)に示す矩形波の出力信号F1を信号変換手段303に出力する。
【0007】
一方、従来のゼロクロス検出回路300では、図6(a)に示す交流電圧Eの負側の半波に基づいてフォトカプラ302内のフォトダイオードに図6(c)に示す波形の電流I2が流れると、該フォトダイオードは、発光する。この発光した光は、フォトカプラ302内のフォトトランジスタにより受光される。
【0008】
フォトカプラ302内のフォトトランジスタは、上記受光によりONになるので、図6(e)に示す矩形波の出力信号F2を信号変換手段303に出力する。
【0009】
信号変換手段303は、図6(d)に示す矩形波の出力信号F1と、図6(e)に示す矩形波の出力信号F2とが入力されると、各出力信号F1、F2をOR(論理和)に基づいて変換し、各信号の立ち上がりタイミングを示すパルス信号であるゼロクロス信号P0を出力する。図6(f)に、ゼロクロス信号P0の波形図を示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、上記従来のゼロクロス検出回路300では、ゼロクロス信号P0を出力するために、常時フォトカプラ301、302に電流を流す構成なので、該回路をゼロクロス検出装置、又は画像形成装置に組み込むと、装置の消費電力が大きくなってしまうという問題があった。
【0011】
以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、低消費電力で駆動して交流電圧のゼロクロス点を検出することが可能なゼロクロス検出装置及び該ゼロクロス検出装置を有する画像形成装置を提供することにある。
【0012】
本発明は、以上の点を解決するために、次の構成を採用する。
<構成1>
本発明のゼロクロス検出装置は、交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出装置において、交流電圧を整流して全波整流電圧を出力する全波整流手段と、全波整流電圧の印加で所定の充電電圧に充電され、全波整流電圧が充電電圧以下になると、充電電流を出力する充電手段と、充電電流の入力でゼロクロス検出信号を出力する信号出力手段とを含むことを特徴とする。
【0013】
<構成2>
本発明の画像形成装置は、構成1に記載のゼロクロス検出装置を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、全波整流手段が交流電圧を整流して全波整流電圧を出力すると、充電手段は、交流電圧がゼロクロス点近傍になるまでは全波整流電圧の印加で所定の充電電圧に充電され、交流電圧が該充電電圧以下となるゼロクロス点近傍になると充電電流を出力するので、これにより、ゼロクロス点近傍の短時間のみ信号出力手段に充電電流を流してゼロクロス信号を出力することができる。
【0015】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【実施例1】
【0016】
<実施例1の構成>
図2は、本発明に係る実施例1のゼロクロス検出装置100の構成を示すブロック図である。
先ず、本発明に係る実施例1のゼロクロス検出装置100の構成について説明する。
ゼロクロス検出装置100は、図2に示すように、商用電源1と、全波整流手段2と、放電手段3と、充電手段4と、ゲート手段5と、ゼロクロス信号出力手段6とから構成される。
【0017】
図1は、本発明に係る実施例1のゼロクロス検出装置100の回路構成を示す回路図であり、図3は、本発明に係る実施例1のゼロクロス検出装置100の各部の出力する信号波形を示す図である。
商用電源1は、電力会社から工業用や家庭用として供給される交流電源であり、図1、図2に示すように、全波整流手段2に図3(a)に示す波形の交流電圧Eを供給する。
【0018】
全波整流手段2は、図1に示すように、ダイオードD1、D2、D3、D4から成るブリッジ回路を有し、該ブリッジ回路を用いて上記交流電圧Eを全波整流し、図3(b)に示す実線の波形の全波整流電圧Aを出力する。
【0019】
放電手段3は、図1に示すように、抵抗R1を有する。
【0020】
一方、放電手段3は、図1に示すように、ゲート手段5から後述する電流I7が供給されると、該電流I7を抵抗R1を用いてグランドに放電する。
【0021】
充電手段4は、図1に示すように、ダイオードD5と、ツェナーダイオードZD1と、突入電流防止用の抵抗R2と、ゼロクロス信号出力手段6に供給する電荷を充電するためのコンデンサC1とから構成される。充電手段4では、上記全波整流電圧Aに基づく電流が供給されると、該全波整流電圧AがツェナーダイオードZD1、抵抗R2、コンデンサC1の定数により決まる図3(b)に示す電圧V1を越えると、ダイオードD5は、該電流を流す。ダイオードD5を通過する電流は、ツェナーダイオードZD1、抵抗R2、コンデンサC1の順に流れ、該コンデンサC1において電荷として充電される。
【0022】
コンデンサC1が電荷の充電を開始すると、該コンデンサC1の容量は、図3(b)に示す点線波形の充電電圧Bになる。そして、コンデンサC1は、充電電圧Bが図3(b)に示す飽和電圧V2になるまで充電を続ける。
【0023】
その後、図3(b)に示すように、全波整流電圧Aが交流電圧Eの電源周期により立ち下がってコンデンサC1の充電電圧B以下、即ち、ゼロクロス点近傍になると、コンデンサC1は、充電した電荷を放電する。この放電された電荷は、ゲート手段5によりゼロクロス信号出力手段6に供給される。
【0024】
ゲート手段5は、ダイオードD6から成り、充電手段4のコンデンサC1が放電した電荷をゼロクロス信号出力手段6のフォトカプラ7のフォトダイオードに流すために用いられる。そして、フォトカプラ7のフォトダイオードを通過した後、ゲート手段5に流れた電流I7は、放電手段3に出力される。
【0025】
ゼロクロス信号出力手段6は、フォトカプラ7と、直流電源5Vの電圧の変動を防止するためのプルアップ抵抗R3とから構成される。即ち、ゼロクロス信号出力手段6では、ゲート手段5により充電手段4から電荷が供給され、フォトカプラ7のフォトダイオードに図3(c)に示す波形の電流I7が流れると、該フォトダイオードが発光する。この発光した光は、フォトカプラ7のフォトトランジスタにより受光される。
【0026】
フォトカプラ7内のフォトトランジスタは、上記受光により短時間だけONになるので、図3(d)に示すように、交流電圧Eがゼロクロス点を通過するタイミングと同期して直流電源5Vからの電流、即ち、矩形波のゼロクロス検出信号Pを出力する。
【0027】
<実施例1の効果>
本実施例1のゼロクロス検出装置100によれば、全波整流電圧Aがゼロクロス点近傍になるまでフォトカプラ7に電流I7が流れず、フォトトランジスタが発光しないので、低消費電力での駆動によりゼロクロス検出信号Pを出力することが可能である。
【適用例】
【0028】
<適用例の構成>
本実施例1のゼロクロス検出装置100は、ゼロクロス検出信号Pに基づいて供給電力を位相制御により制御する画像形成装置などの電子機器に内蔵される。下記に、ゼロクロス検出装置100の適用例として、ゼロクロス検出装置100を有し、該装置から出力されたゼロクロス検出信号Pに基づいて定着器の加熱ローラ内部に配設されたヒータの加熱制御を行う画像形成装置について説明する。ここで、上記画像形成装置は、例えば、カラープリンタ、モノクロプリンタ、複写機、ファクシミリ、MFP(MultiFunction Peripheral)などである。
【0029】
図4は、本発明に係る実施例1のゼロクロス検出装置100を有する画像形成装置の定着器のヒータ制御回路200の構成を示す図である。
画像形成装置は、図4に示すようなヒータ制御回路200を用いて、上記ヒータを加熱するタイミングを制御している。
【0030】
ヒータ制御回路200は、図4に示すように、図示しない定着器の加熱ローラ内のヒータ201と、フォトトライアック202と、トライアック203と、交流電源204とから構成される。
【0031】
ヒータ制御回路200は、画像形成装置のCPUにより制御されている。CPUは、ゼロクロス検出装置100から出力される図3(d)に示すゼロクロス検出信号Pの立ち上がりに同期させてヒータ制御回路200のフォトトライアック202にヒータを加熱するためのパルス信号Sを出力する。ここで、CPUは、定着器の加熱ローラの表面の温度を検出するための温度センサが検出した表面温度に基づいて、パルス信号Sの出力時間などを制御する。
【0032】
フォトトライアック202のフォトダイオードは、パルス信号Sが入力されると発光する。この発光した光は、フォトトライアック202内のトライアックにより受光される。
【0033】
フォトトライアック202内のトライアックは、フォトダイオードから光を受光するとONになり、トライアック203を導通させる。
【0034】
トライアック203が導通すると、交流電源204から出力される交流電圧に基づく電流がヒータ201に流れるので、ヒータは、熱を発生して定着器の加熱ローラを内部から加熱する。
【0035】
<適用例の効果>
適用例の実施例1のゼロクロス検出装置及びヒータ制御回路200を有する画像形成装置によれば、該ゼロクロス検出装置100を低消費電力で駆動できるので、これにより、低消費電力で装置を駆動することが可能である。
【実施例2】
【0036】
<実施例2の構成>
実施例2のゼロクロス検出装置100aは、実施例1のゼロクロス検出装置100の上記構成に対し、商用電源1から出力される交流電圧Eにノイズが混入した場合、ゼロクロス点だけではなく該ノイズを検出してゼロクロス検出信号として出力してしまうことを防止するために、ゲート手段5aにツェナーダイオードZD2を追加する構成にしたものである。
【0037】
図7は、本発明に係る実施例1のゼロクロス検出装置100の商用電源1にノイズ混入時の各部の出力する信号波形を示す図である。
図7(a)に示すように、商用電源1から出力される交流電圧Eに図中Gに示すようなノイズが生じると、全波整流手段2は、該交流電圧Eに基づいて、図7(b)に示すようなノイズ入りの全波整流電圧Aを出力する。
【0038】
充電手段4は、放電手段3を介して全波整流電圧Aに基づく電流が入力されると、該電流をダイオードD5、ツェナーダイオードZD1、抵抗R2を介してコンデンサC1に充電させる。
【0039】
図7(b)に示すように、コンデンサC1への充電時に全波整流電圧Aがノイズにより充電電圧Bより小さくなると、充電手段4から電流(電荷)が供給され、フォトカプラ7のフォトダイオードに充電電流が流れてしまうため、該フォトダイオードが発光する。
【0040】
フォトカプラ7内のフォトトランジスタは、上記受光によりONになるので、図7(d)に示すように、交流電圧Eのノイズ部分によって雑音信号を出力してしまう。このように、本実施例1のゼロクロス検出装置100では、交流電圧Eにノイズが混入すると、該ノイズ部分をゼロクロス点として検出してしまう場合があった。
【0041】
図8は、本発明に係る実施例2のゼロクロス検出装置100aの構成を示すブロック図である。
実施例2のゼロクロス検出装置100aは、交流電圧Eのノイズ部分をゼロクロス点として検出することを防止するために、図8に示すように、商用電源1と、全波整流手段2と、放電手段3と、充電手段4と、ゲート手段5aと、ゼロクロス信号出力手段6とから構成される。
【0042】
ゲート手段5aは、図9に示すように、ダイオードD6及びツェナー電圧ΔVのツェナーダイオードZD2から構成されている。図10(b)に示すように、全波整流電圧AがコンデンサC1の充電電圧B及びツェナーダイオードZD2のツェナー電圧ΔVより下がった電圧になると、該コンデンサC1は充電電圧Bにより放電を開始すべくツェナーダイオードZD2にこの充電電圧B(ツェナー電圧ΔVより大きい)を印加する。これにより、図10(c)に示すように、ツェナーダイオードZD2は導通し、電流I7がフォトカプラ7に出力される。
【0043】
一方、全波整流電圧Aにノイズ成分が重畳されている場合、図10(b)及び(c)の図中Gに示すように該全波整流電圧AがノイズによりツェナーダイオードZD2にツェナー電圧ΔV以下の電圧として加わるだけなので、ツェナーダイオードZD2が導通せず、コンデンサC1からフォトカプラ7のフォトダイオードに電荷が供給されない。従って、ノイズ部分をゼロクロス点として検出することはない。ここで、ツェナーダイオードZD2のツェナー電圧ΔVは、充電電圧Bより僅かに小さい値である。
【0044】
図9は、本発明に係る実施例2のゼロクロス検出装置100aの回路構成を示す図であり、図10は、本発明に係る実施例2のゼロクロス検出装置100aの各部の出力する信号波形を示す図である。
以下に、ゼロクロス検出装置100aの動作を説明する。
商用電源1から図10(a)に示すような交流電圧Eが出力され、全波整流手段2において該交流電圧Eが全波整流されて図10(b)に示すような全波整流電圧Aが出力され、その後、放電手段3を介して充電手段4に全波整流電圧Aに基づく電流が供給され、コンデンサC1が図10(b)に示すように充電電圧Bが飽和電圧V2になるまで充電を続けるまでの構成は、実施例1のゼロクロス検出装置100と同じである。
【0045】
その後、図10(b)に示すように、全波整流電圧Aが交流電圧Eの電源周期により立ち下がってゼロクロス点に近づいていき、コンデンサC1の充電電圧B及びツェナーダイオードZD2のツェナー電圧ΔVより下がった電圧値になる、即ち、ゼロクロス点近傍になると、コンデンサC1は充電電圧Bにより放電を開始すべくツェナーダイオードZD2にこの充電電圧Bを印加する。これにより、図10(c)に示すように、ツェナーダイオードZD2は導通し、電流I7がフォトカプラ7に出力される。
【0046】
ゼロクロス信号出力手段6は、ゲート手段5aにより充電手段4から電荷が供給され、フォトカプラ7のフォトダイオードに図10(c)に示す矩形波の電流I7が流れると、該フォトダイオードが発光する。この発光した光は、フォトカプラ7のフォトトランジスタにより受光される。ここで、フォトカプラ7のフォトダイオードを通過した後、ゲート手段5aに流れた電流I7は、放電手段3に出力される。
【0047】
フォトカプラ7のフォトトランジスタは、上記受光により短時間だけONになるので、ゼロクロス信号出力手段6は、図10(d)に示すように、交流電圧Eがゼロクロス点を通過するタイミングと同期して直流電源5Vからの電流、即ち、矩形波のゼロクロス検出信号Pを出力する。
【0048】
一方、図10の図中Gに示すように、ノイズが重畳されていると、全波整流電圧Aがツェナー電圧ΔVより小さいため、ツェナーダイオードZD2が導通せず、従って電流I7が流れず、ノイズ信号が出力されない。
【0049】
尚、実施例2のゼロクロス検出装置100aのその他の構成は、実施例1のゼロクロス検出装置100の構成と同じである。
【0050】
また、実施例2のゼロクロス検出装置100aを有する画像形成装置の定着器の加熱ローラ内部に配設されたヒータの加熱制御の構成は、上記適用例の実施例1のゼロクロス検出装置100を有する画像形成装置の定着器の加熱ローラ内部に配設されたヒータの加熱制御の構成と同じである。
【0051】
<実施例2の効果>
本実施例2のゼロクロス検出装置100aによれば、商用電源1にノイズが混入し、全波整流電圧Aにノイズ成分が重畳されている場合、該全波整流電圧AがノイズによりツェナーダイオードZD2にツェナー電圧ΔV以下の電圧として加わるだけなので、ツェナーダイオードZD2が導通せず、コンデンサC1からフォトカプラ7のフォトダイオードに電荷が供給されないため該フォトダイオードに電流I7が流れず、フォトトランジスタが発光しないので、該ノイズ部分を検出せずにゼロクロス点に基づくゼロクロス検出信号Pを出力することができる。
【産業上の利用可能性】
【0052】
上記した実施例2では、ゲート手段5aにツェナーダイオードZD2を用いた例を説明したが、これに限る必要はなく、例えばダイアック(DIAC)を用いた構成にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】本発明に係る実施例1のゼロクロス検出装置の回路構成を示す図である。
【図2】本発明に係る実施例1のゼロクロス検出装置の構成を示す図である。
【図3】本発明に係る実施例1のゼロクロス検出装置の各部の出力する信号波形を示す図である。
【図4】本発明に係る適用例の画像形成装置の定着器のヒータ制御回路を示す図である。
【図5】従来のゼロクロス検出回路を示す図である。
【図6】従来のゼロクロス検出回路の各部の出力する信号波形を示す図である。
【図7】本発明に係る実施例1のゼロクロス検出装置の商用電源に重畳ノイズ混入時の各部の出力する信号波形を示す図である。
【図8】本発明に係る実施例2のゼロクロス検出装置の構成を示す図である。
【図9】本発明に係る実施例2のゼロクロス検出装置の回路構成を示す図である。
【図10】本発明に係る実施例2のゼロクロス検出装置の各部の出力する信号波形を示す図である。
【符号の説明】
【0054】
100 ゼロクロス検出装置
1 商用電源
2 全波整流手段
3 放電手段
4 充電手段
5 ゲート手段
6 ゼロクロス信号出力手段

【特許請求の範囲】
【請求項1】
交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出装置において、
交流電圧を整流して全波整流電圧を出力する全波整流手段と、
前記全波整流電圧の印加で所定の充電電圧に充電され、前記全波整流電圧が前記充電電圧以下になると、充電電流を出力する充電手段と、
前記充電電流の入力でゼロクロス検出信号を出力する信号出力手段とを含むことを特徴とするゼロクロス検出装置。
【請求項2】
前記充電手段は、少なくともダイオードと、ツェナーダイオードと、コンデンサとを有することを特徴とする請求項1に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項3】
前記信号出力手段は、少なくともフォトカプラを有することを特徴とする請求項1に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項4】
前記充電手段により出力された充電電流を前記信号出力手段に流すゲート手段を含むことを特徴とする請求項1に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項5】
前記ゲート手段は、少なくともダイオードを有することを特徴とする請求項4に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項6】
前記ゲート手段は、少なくともダイオード及びツェナーダイオードを有することを特徴とする請求項4に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項7】
前記信号出力手段に入力された充電電流を前記全波整流手段のグランド側に放電する放電手段を含むことを特徴とする請求項1に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項8】
前記放電手段は、少なくとも抵抗を有することを特徴とする請求項7に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項9】
請求項1乃至8のいずれか1項に記載のゼロクロス検出装置を有することを特徴とする画像形成装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2010−50820(P2010−50820A)
【公開日】平成22年3月4日(2010.3.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−214220(P2008−214220)
【出願日】平成20年8月22日(2008.8.22)
【出願人】(591044164)株式会社沖データ (2,444)
【Fターム(参考)】