ゼロクロス検出装置及び画像形成装置
【課題】交流電圧の波形が歪んで正弦波から外れた場合などにも良好にゼロクロスポイントを検出可能なゼロクロス検出装置、及び、そのゼロクロス検出装置を有する画像形成装置の提供。
【解決手段】交流電圧の絶対値が閾値Ｖｔ１未満に低下するとローアクティブのゼロクロス信号１が出力され、上記絶対値が閾値Ｖｔ２（Ｖｔ１＞Ｖｔ２）未満に低下するとローアクティブのゼロクロス信号２が出力される。Ｔｗ２＊Ｔａ／（Ｔａ＋Ｔｂ）なる式によって算出された時間だけゼロクロス信号２の始点より遅い時点がゼロクロスポイントとして算出される。但し、Ｔｗ１はゼロクロス信号１のパルス幅、Ｔｗ２はゼロクロス信号２のパルス幅、Ｔａはゼロクロス信号１の始点からゼロクロス信号２の始点に至るまでの時間、Ｔｂはゼロクロス信号２の終点からゼロクロス信号１の終点に至るまでの時間。
【解決手段】交流電圧の絶対値が閾値Ｖｔ１未満に低下するとローアクティブのゼロクロス信号１が出力され、上記絶対値が閾値Ｖｔ２（Ｖｔ１＞Ｖｔ２）未満に低下するとローアクティブのゼロクロス信号２が出力される。Ｔｗ２＊Ｔａ／（Ｔａ＋Ｔｂ）なる式によって算出された時間だけゼロクロス信号２の始点より遅い時点がゼロクロスポイントとして算出される。但し、Ｔｗ１はゼロクロス信号１のパルス幅、Ｔｗ２はゼロクロス信号２のパルス幅、Ｔａはゼロクロス信号１の始点からゼロクロス信号２の始点に至るまでの時間、Ｔｂはゼロクロス信号２の終点からゼロクロス信号１の終点に至るまでの時間。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧の絶対値がゼロとなるゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出装置に関し、詳しくは、上記交流電圧の波形が歪んで正弦波から外れた場合などにも良好にゼロクロスポイントを検出可能なゼロクロス検出装置、及び、その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】
従来より、交流電圧の絶対値がゼロとなるタイミングとしてのいわゆるゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出装置が提案されている。検出されたゼロクロスポイントは、例えばヒータのＯＮ／ＯＦＦタイミングを設定するなど、各種電気機器における各種制御に応用される。また、この種のゼロクロス検出装置では、交流電圧の絶対値が所定の閾値未満となる期間に応じたゼロクロスパルスを出力し、そのゼロクロスパルスの始点と終点との中心の時点を上記ゼロクロスポイントとして検出することがなされている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１８６９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記特許文献１のようにゼロクロスパルスの始点と終点との中心の時点をゼロクロスポイントとして検出する場合、次のように正確なゼロクロスポイントが検出できない場合がある。例えば、交流電圧の波形が歪んで正弦波から外れ、ゼロクロスポイントの前後で交流電圧の波形の傾きが異なる場合、上記のようにして検出されたゼロクロスポイントは、正確なゼロクロスポイントから上記波形の傾きが緩い側にずれてしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、交流電圧の波形が歪んで正弦波から外れた場合などにも良好にゼロクロスポイントを検出可能なゼロクロス検出装置、及び、その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を目的としてなされた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達するためになされた本発明のゼロクロス検出装置は、交流電源が出力する交流電圧の絶対値がゼロとなるゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出装置であって、上記交流電圧の絶対値が、予め設定された第１閾値未満となる期間に応じた第１ゼロクロスパルスを出力する第１ゼロクロスパルス出力手段と、上記交流電圧の絶対値が、上記第１閾値よりも小さい値に予め設定された第２閾値未満となる期間に応じた第２ゼロクロスパルスを出力する第２ゼロクロスパルス出力手段と、上記第１ゼロクロスパルス出力手段が出力する上記第１ゼロクロスパルスの始点及び終点と、上記第２ゼロクロスパルス出力手段が出力する上記第２ゼロクロスパルスの始点及び終点とからなる４つの時点に基づいて、上記ゼロクロスポイントを検出するゼロクロスポイント検出手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
このように構成された本発明のゼロクロス検出装置では、第１ゼロクロスパルス出力手段は、交流電圧の絶対値が第１閾値未満となる期間に応じた第１ゼロクロスパルスを出力し、第２ゼロクロスパルス出力手段は、上記交流電圧の絶対値が第２閾値未満となる期間に応じた第２ゼロクロスパルスを出力する。ここで、上記第１閾値及び上記第２閾値は、上記第２閾値の方が上記第１閾値よりも小さい値となるように予め適宜設定された値であればよく、その値に臨界的意義がある必要はない。
【０００８】
この場合、交流電圧が最大値または最小値からゼロクロスポイントを経て最小値または最大値まで変化する際に、通常、第１ゼロクロスパルスの始点，第２ゼロクロスパルスの始点，第２ゼロクロスパルスの終点，第１ゼロクロスパルス終点の順で、その４つの時点が時系列的に配設される。そこで、ゼロクロスポイント検出手段は、上記４つの時点に基づいて、上記交流電圧の絶対値がゼロとなるゼロクロスポイントを検出する。このため、本発明のゼロクロス検出装置では、上記交流電圧の波形が歪んで正弦波から外れた場合などにも良好にゼロクロスポイントを検出することができる。
【０００９】
例えば、ゼロクロスポイントの手前の上記波形の傾きは第１ゼロクロスパルスの始点から第２ゼロクロスパルスの始点に至るまでの時間に反映され、ゼロクロスポイントの後の上記傾きは第２ゼロクロスパルスの終点から第１ゼロクロスパルス終点に至るまでの時間に反映される。このため、上記４つの時点を参照することによって上記ゼロクロスポイントを正確に推定（検出）することができる。なお、上記ゼロクロスポイントは他の方法で推定されてもよい。
【００１０】
また、本発明は以下の構成に限定されるものではないが、上記第１ゼロクロスパルスの始点から上記第２ゼロクロスパルスの始点に至るまでの時間と、上記第２ゼロクロスパルスの終点から上記第１ゼロクロスパルスの終点に至るまでの時間との比が、予め設定された所定範囲を外れた場合、エラーを報知するエラー報知手段を、更に備えてもよい。
【００１１】
上記第１ゼロクロスパルスの始点から上記第２ゼロクロスパルスの始点に至るまでの時間と、上記第２ゼロクロスパルスの終点から上記第１ゼロクロスパルスの終点に至るまでの時間との比が、例えば通常の経年変化で取り得る範囲等として予め設定された所定範囲を外れた場合、いずれかの上記ゼロクロスパルス出力手段が故障しているか、若しくはタコ足配線が行われていたり、大電力を消費する機器が近くで使用されているなどの何らかの異常が想定される。そこで、そのような場合にエラーを報知するエラー報知手段を、更に備えておけば、上記ゼロクロスパルス出力手段の異常や交流電源の異常等にも良好に対応することができる。
【００１２】
また、上記第１ゼロクロスパルス出力手段または上記第２ゼロクロスパルス出力手段のいずれか一方が、上記第１ゼロクロスパルスまたは上記第２ゼロクロスパルスを出力しない場合、上記ゼロクロスポイント検出手段は、出力された方のゼロクロスパルスの始点と終点との中心の時点を上記ゼロクロスポイントとして検出してもよい。
【００１３】
ゼロクロスパルス出力手段の経年変化や交流電源の電圧変化等によって、上記第１ゼロクロスパルスまたは上記第２ゼロクロスパルスのいずれか一方が出力されなくなる場合がある。例えば、発光ダイオードは経年変化によって徐々に光度が低下するので、発光ダイオードを用いたフォトカプラ等を使用したゼロクロスパルス出力手段では、経年変化によっていずれかの上記ゼロクロスパルスが出力されなくなる場合がある。そこで、そのような場合に、上記ゼロクロスポイント検出手段が、出力された方のゼロクロスパルスの始点と終点との中心の時点を上記ゼロクロスポイントとして検出すれば、ゼロクロスポイントの検出が不可能となって他の制御に支障を来たすのを抑制することができる。
【００１４】
また、上記ゼロクロスポイント検出手段は、上記第１ゼロクロスパルスの始点から終点に至るまでの時間と上記第２ゼロクロスパルスの始点から終点に至るまでの時間との差で、上記第１ゼロクロスパルスの始点から上記第２ゼロクロスパルスの始点に至るまでの時間を割り、その値に上記第２ゼロクロスパルスの始点から終点に至るまでの時間をかけた時間だけ上記第２ゼロクロスパルスの始点よりも遅い時点を上記ゼロクロスポイントとして検出してもよい。この場合、前述のように、ゼロクロスポイントの前後における上記波形の傾きを反映したゼロクロスポイントの検出が、簡単な演算処理によって実行することができる。
【００１５】
また、本発明の画像形成装置は、上記いずれかに記載のゼロクロス検出装置を有する画像形成装置であって、被記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、上記交流電源から交流電圧を印加されて加熱を行う加熱部を備え、上記画像形成手段によって上記被記録媒体に形成された画像を熱定着する定着器と、上記ゼロクロス検出装置が検出するゼロクロスポイントに基づいて、上記加熱部を制御する加熱制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１６】
このように構成された本発明の画像形成装置では、画像形成手段によって被記録媒体に画像が形成されると、上記交流電源から交流電圧を印加されて加熱を行う加熱部を備えた定着器が、上記被記録媒体に形成された画像を熱定着する。また、加熱制御手段は、上記ゼロクロス検出装置が検出するゼロクロスポイントに基づいて、上記加熱部を制御する。このため、本発明の画像形成装置では、前述のように正確に検出されたゼロクロスポイントに基づいて加熱部を制御することができる。例えば、上記加熱制御手段が上記検出されたゼロクロスポイントに合わせて加熱部への通電／非通電を切り換える場合、フリッカの発生等を極めて良好に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明が適用されたレーザプリンタの構成を概略的に表す説明図である。
【図２】そのレーザプリンタのヒータを制御するための構成表す回路図である。
【図３】その回路で生成されるゼロクロスパルスの一例を表す説明図である。
【図４】その回路で実行されるゼロクロスポイント検出処理を表すフローチャートである。
【図５】その回路で生成されるゼロクロスパルスの他の例を表す説明図である。
【図６】その回路で実行されるウォームアップ処理を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［レーザプリンタの構成］
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。図１は、本発明が適用された画像形成装置としてのレーザプリンタ１の構成を概略的に表す説明図である。図１に示すように、本実施の形態のレーザプリンタ１は、被記録媒体の一例としての用紙Ｐに電子写真方式によって画像を形成する画像形成手段の一例としての画像形成部１０を備えている。
【００１９】
画像形成部１０は、感光体ドラム１１と転写ローラ１２との間に用紙Ｐを挟んで矢印方向に搬送する間に、その用紙Ｐにトナー像を形成するものである。感光体ドラム１１は、ドラム本体が接地されると共に、その表面に正帯電性の感光層が形成されており、レーザプリンタ１に、図１における反時計方向に回転可能に支持されている。
【００２０】
また、感光体ドラム１１の外周には、帯電器１３，レーザスキャナユニット１４，及び現像ユニット１５が、転写ローラ１２との対向部から感光体ドラム１１の回転方向に沿って順次配設されている。帯電器１３は、タングステンなどの帯電用ワイヤからコロナ放電を発生させる正帯電用のスコロトロン型帯電器であり、感光体ドラム１１の表面を一様に正極性に帯電させるように構成されている。レーザスキャナユニット１４は、外部より入力される画像データに応じたレーザ光Ｌを光源（図示せず）から出射し、ポリゴンモータにより回転駆動されるポリゴンミラー（図示せず）の鏡面などによりレーザ光Ｌを走査して、感光体ドラム１１の表面へ照射する周知のものである。
【００２１】
また、現像ユニット１５は、感光体ドラム１１との対向部に現像ローラ１６を備えている。そして、この現像ユニット１５は、現像ユニット１５の内部に収容された正帯電性の非磁性１成分重合トナー（図示せず）を図示省略した周知の供給ローラ，層厚規制ブレード等によって摩擦帯電させながら、現像ローラ１６を介して感光体ドラム１１の表面まで供給するものである。
【００２２】
このため、感光体ドラム１１の表面は、その感光体ドラム１１の回転に伴って、先ず、帯電器１３により一様に正帯電された後、レーザスキャナユニット１４からのレーザ光Ｌの高速走査により露光され、画像データに応じた静電潜像が形成される。
【００２３】
次いで、現像ユニット１５より、正帯電されているトナーが感光体ドラム１１に供給されると、そのトナーは、感光体ドラム１１の表面上に形成された静電潜像、すなわち、一様に正帯電されている感光体ドラム１１の表面のうち、レーザ光Ｌによって露光され電位が下がっている露光部分に供給され、選択的に担持されることによって可視像化され、これによってトナー像が形成される。
【００２４】
転写ローラ１２は、レーザプリンタ１に図１において時計方向に回転可能に支持されている。この転写ローラ１２は、金属製のローラ軸に、イオン導電性のゴム材料からなるローラが被覆されており、転写時には、転写バイアス（転写順バイアス）が印加されるように構成されている。そのため、感光体ドラム１１の表面上に担持された上記トナー像は、用紙Ｐが感光体ドラム１１と転写ローラ１２との間を通る間に、用紙Ｐに転写される。上記トナー像転写後の用紙Ｐは、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とを備えた定着器２０へ搬送され、上記トナー像が熱定着される。
【００２５】
［ヒータを制御するための回路構成］
ここで、定着器２０は、加熱ローラ２１の表面を加熱するための加熱部の一例としてのハロゲンヒータ２３と、その加熱ローラ２１の表面温度を検出するための温度検出手段の一例としてのサーミスタ２５と（いずれも図２参照）、を備えている。次に、図２を用いて、ハロゲンヒータ２３を制御するための回路構成について説明する。
【００２６】
図２に示すように、レーザプリンタ１が接続される１００Ｖの交流電源１００には、その交流電源１００からの交流電圧を４つのダイオードによって全波整流するダイオードブリッジＤ１が、抵抗器Ｒ１を介して接続されている。ダイオードブリッジＤ１によって全波整流された上記交流電圧は、フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードＰＣ１ａに印加されている。
【００２７】
フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタＰＣ１ｂは、直列接続された抵抗器Ｒ３，Ｒ２を介してコレクタが直流電源Ｖｃｃに接続され、エミッタが接地されている。そして、抵抗器Ｒ３，Ｒ２間の電位は第１ゼロクロスパルス出力手段の一例としての反転バッファＩＣ１に入力され、フォトトランジスタＰＣ１ｂのコレクタの電位は第２ゼロクロスパルス出力手段の一例としての反転バッファＩＣ２に入力されている。このため、反転バッファＩＣ１は、上記交流電圧の絶対値が所定の閾値Ｖｔ１（第１閾値の一例）未満となる期間に応じたローアクティブのゼロクロス信号１（第１ゼロクロスパルスの一例）を出力し、反転バッファＩＣ２は、上記交流電圧の絶対値が所定の閾値Ｖｔ２（第２閾値の一例）未満となる期間に応じたローアクティブのゼロクロス信号２（第２ゼロクロスパルスの一例）を出力する（図３参照）。なお、ゼロクロス信号１，２の発生原理については後に詳述する。
【００２８】
これらのゼロクロス信号１，２は、ＲＯＭ，ＲＡＭ等を内蔵したマイコン６０に入力されている。マイコン６０には、前述の交流電源１００に前述のハロゲンヒータ２３と直列接続され、そのハロゲンヒータ２３への通電を制御するヒータ制御回路７０と、前述のサーミスタ２５と、レーザプリンタ１の筐体表面に設けられたエラー報知手段の一例としての表示パネル８０とが接続されている。
【００２９】
また、図示省略したが、交流電源１００とダイオードブリッジＤ１及びハロゲンヒータ２３との間には、周知のメインスイッチが設けられている。図２では、交流電源１００を便宜上２つに分けて記載しているが、両者は同じもの（より具体的には例えば同一のコンセント）である。なお、抵抗器Ｒ１とダイオードブリッジＤ１からマイコン６０に至る構成が、本発明のゼロクロス検出装置の一例に相当する。
【００３０】
次に、ゼロクロス信号１，２の発生原理について説明する。上記交流電圧の絶対値が高くなるに従って、フォトトランジスタＰＣ１ｂに多くの電流が流れて反転バッファＩＣ１に入力される電位は低下し、反転バッファＩＣ２に入力される電位は更に低下する。このため、反転バッファＩＣ１は、直流電源Ｖｃｃの電圧と反転バッファＩＣ１の特性とフォトカプラＰＣ１の特性と抵抗器Ｒ２，Ｒ３の抵抗値とに応じて定まる閾値Ｖｔ１以上に上記絶対値が上昇するとＨレベルの信号を出力し、その閾値Ｖｔ１未満に上記絶対値が低下するとゼロクロス信号１としてＬレベルの信号を出力する（図３参照）。同様に、反転バッファＩＣ２は、直流電源Ｖｃｃの電圧と反転バッファＩＣ２の特性とフォトカプラＰＣ１の特性と抵抗器Ｒ２，Ｒ３の抵抗値とに応じて定まる閾値Ｖｔ２（Ｖｔ１＞Ｖｔ２）以上に上記絶対値が上昇するとＨレベルの信号を出力し、その閾値Ｖｔ２未満に上記絶対値が低下するとゼロクロス信号２としてＬレベルの信号を出力する（図３参照）。
【００３１】
［本実施の形態における処理］
次に、マイコン６０（ゼロクロスポイント検出手段，加熱制御手段の一例）が内蔵のＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて実行する処理について説明する。図４は、上記メインスイッチがオンされたときに実行され周期的に繰り返し実行されるゼロクロスポイント検出処理を表すフローチャートである。
【００３２】
この処理では、先ず、Ｓ１（Ｓはステップを表す：以下同様）にて、ゼロクロス信号１が検出されたか否かが判断される。なお、このＳ１では、反転バッファＩＣ１の出力が処理開始時からＬレベル（ゼロクロス信号１の出力中）であった場合は否定判断され、実質的には反転バッファＩＣ１の出力がＨレベルからＬレベルに切り換ったか否かが判断される。ゼロクロス信号１が検出されていない場合は（Ｓ１：Ｎ）、処理はＳ２へ移行し、ゼロクロス信号２が検出されたか否かが判断される。なお、このＳ２でも、反転バッファＩＣ２の出力が処理開始時からＬレベル（ゼロクロス信号２の出力中）であった場合は否定判断され、実質的には反転バッファＩＣ２の出力がＨレベルからＬレベルに切り換ったか否かが判断される。そして、ゼロクロス信号２も検出されていない場合は（Ｓ２：Ｎ）、処理は前述のＳ１へ移行する。
【００３３】
こうして、Ｓ１，Ｓ２のループ処理が繰り返し実行される間に、通常は、ゼロクロス信号１が検出された後にゼロクロス信号２が検出される。そこで、上記ループ処理の実行中にゼロクロス信号１が検出されると（Ｓ１：Ｙ）、処理はＳ３へ移行し、マイコン６０に内蔵された第１のタイマがスタートされることによってゼロクロス信号１のパルス幅Ｔｗ１（図３参照）の測定が開始される。続くＳ４では、ゼロクロス信号２が検出されたか否かが、Ｓ２と同様に判断される。ゼロクロス信号２が検出されていないときは（Ｓ４：Ｎ）、処理はＳ４にて待機し、ゼロクロス信号２が検出されると（Ｓ４：Ｙ）、処理はＳ５へ移行する。Ｓ５では、マイコン６０に内蔵された第２のタイマがスタートされることによって、ゼロクロス信号２のパルス幅Ｔｗ２（図３参照）の測定が開始される。
【００３４】
図３に例示するように、通常は、交流電圧が最大値（＋側の極大値）または最小値（−側の極大値）からゼロクロスポイントを経て最小値または最大値まで変化する際に、ゼロクロス信号１の検出，ゼロクロス信号２の検出，ゼロクロス信号２の検出終了（反転バッファＩＣ２出力のＬレベルからＨレベルへの変化），ゼロクロス信号１の検出終了（反転バッファＩＣ１出力のＬレベルからＨレベルへの変化）の順で、その４つの時点が時系列的に配列される。
【００３５】
そこで、Ｓ５に続くＳ６では、ゼロクロス信号２の検出が終了するまで待機し（Ｓ６：Ｎ）、ゼロクロス信号２の検出が終了すると（Ｓ６：Ｙ）、処理はＳ７へ移行する。Ｓ７では、上記第２のタイマが停止されることによってゼロクロス信号２の測定が終了され、ゼロクロス信号２のパルス幅Ｔｗ２が算出される。更に続くＳ８では、ゼロクロス信号１の検出が終了するまで待機し（Ｓ８：Ｎ）、ゼロクロス信号１の検出が終了すると（Ｓ８：Ｙ）、処理はＳ９へ移行する。Ｓ９では、上記第１のタイマが停止されることによってゼロクロス信号１の測定が終了され、ゼロクロス信号１のパルス幅Ｔｗ１が算出される。Ｓ９に続くＳ１０では、上記交流電圧の絶対値がゼロとなるゼロクロスポイントが、次のように算出される。
【００３６】
ここで、交流電源１００からの交流電圧が正確な正弦波であれば、ゼロクロス信号１，２の中心は一致し、その中心がゼロクロスポイントとなる。ところが、交流電源１００からの交流電圧が歪んで正確な正弦波となっていない場合は、ゼロクロス信号１，２の中心はゼロクロスポイントからずれてしまう。例えば、図３に例示するように、ゼロクロスポイントの前後で交流電圧の波形の傾きが異なる場合、ゼロクロス信号１，２の中心（すなわちパルス幅Ｔｗ１、Ｔｗ２の中心）は、正確なゼロクロスポイントから上記波形の傾きが緩い側にずれてしまう。
【００３７】
そこで、Ｓ１０では、Ｔｗ２＊Ｔａ／（Ｔａ＋Ｔｂ）なる式によって算出された時間だけゼロクロス信号２の始点より遅い時点がゼロクロスポイントとして算出されて、処理が一旦終了する。なお、上記式において、図３に例示するように、Ｔａはゼロクロス信号１の始点からゼロクロス信号２の始点に至るまでの時間で、Ｔｂはゼロクロス信号２の終点からゼロクロス信号１の終点に至るまでの時間である。ゼロクロスポイントの手前の上記波形の傾きは時間Ｔａに反映され、ゼロクロスポイントの後の上記傾きは時間Ｔｂに反映される。このため、上記式を利用すれば、ゼロクロスポイントを正確に推定することが、簡単な演算処理によって実行できる。このため、本実施の形態では、上記波形が歪んで正弦波から外れた場合などにも良好にゼロクロスポイントを検出することができる。
【００３８】
なお、上記Ｓ１０では、ゼロクロスポイントを算出する前に時間Ｔａと時間Ｔｂとの比を算出して、その比の値が１／２＜Ｔａ／Ｔｂ＜２の範囲にない場合は表示パネル８０を介してエラーを報知してもよい。すなわち、フォトカプラＰＣ１の経年変化や交流電圧の歪で、上記比の値は変化するが、１／２＜Ｔａ／Ｔｂ＜２の範囲にない場合は何らかの異常が生じていることが想定される。例えば、反転バッファＩＣ１またはＩＣ２が故障しているか、若しくはタコ足配線が行われていたり、大電力を消費する機器が近くで使用されているなどの何らかの異常が想定される。そこで、そのような場合にエラーを報知すれば、反転バッファＩＣ１またはＩＣ２の異常や交流電源の異常等にも良好に対応することができる。
【００３９】
また、経年変化によって、発光ダイオードＰＣ１ａは徐々に光度が低下するので、フォトトランジスタＰＣ１ｂに流れる電流も減少し、図５に例示するようにゼロクロス信号１が出力されなくなる場合がある。また、交流電圧が何らかの事情で低下した場合も、同様にゼロクロス信号１が出力されなくなる場合がある。そこで、本実施の形態では、そのような場合、次のようにゼロクロス信号２のみに基づいてゼロクロスポイントを検出している。
【００４０】
図４に戻って、この場合、ゼロクロス信号１が検出される前に（Ｓ１：Ｎ）、ゼロクロス信号２が検出されるので（Ｓ２：Ｙ）、処理はＳ１５へ移行し、前述のＳ５と同様にゼロクロス信号２のパルス幅Ｔｗ２の測定が開始される。続くＳ１６では、ゼロクロス信号２の検出が終了するまで待機し（Ｓ１６：Ｎ）、ゼロクロス信号２の検出が終了すると（Ｓ１６：Ｙ）、Ｓ１７にて、前述のＳ７と同様にゼロクロス信号２のパルス幅Ｔｗ２が算出される。続くＳ２０では、Ｔｗ２／２なる式によって算出された時間だけゼロクロス信号２の始点より遅い時点、すなわちゼロクロス信号２の中心がゼロクロスポイントとして算出されて、処理が一旦終了する。このため、本実施の形態では、ゼロクロスポイントの検出が不可能となって他の制御に支障を来たすのを抑制することができる。
【００４１】
次に、図６は、上記メインスイッチがオンされ、上記ゼロクロスポイント検出処理によってゼロクロスポイントが最初に算出された後に実行されるウォームアップ処理を表すフローチャートである。図６に示すように、この処理では、先ず、Ｓ５０にて、上記算出されたゼロクロスポイントに合わせてハロゲンヒータ２３がオンされる。
【００４２】
続くＳ５１では、サーミスタ２５を介して検出される加熱ローラ２１の表面温度（以下、定着器２０の温度ともいう）が、ウォームアップ用に予め設定された規定温度に達したか否かが判断される。規定温度に達していない場合は（Ｓ５１：Ｎ）、処理はＳ５２へ移行し、予め設定されたウォームアップタイムアウト時間Ｔが経過したか否かが判断される。ウォームアップタイムアウト時間Ｔが経過していない場合は（Ｓ５２：Ｎ）、処理は前述のＳ５１へ移行する。
【００４３】
そして、このＳ５１，Ｓ５２の処理が繰り返される間に定着器２０の温度が規定温度に達すると（Ｓ５１：Ｙ）、処理はＳ５３へ移行し、ゼロクロスポイントに合わせてハロゲンヒータ２３がオフされた後、処理が終了する。一方、定着器２０の温度が規定温度に達する前に（Ｓ５１：Ｎ）、ウォームアップタイムアウト時間Ｔが経過すると（Ｓ５２：Ｙ）、Ｓ５４にて定着器２０に異常がある旨の定着器エラーが表示パネル８０に表示された後、処理が終了する。なお、Ｓ５０，Ｓ５３の処理では、上記ゼロクロスポイント検出処理によってそれまでに算出されたゼロクロスポイントに基づいて（既知の交流周波数も参照してもよい）、次にゼロクロスポイントが算出されるタイミングが予測されることによって、ハロゲンヒータ２３のオン／オフがゼロクロスポイントに合わせられる。
【００４４】
［本実施の形態の効果及び変形例］
このように、本実施の形態では、交流電圧の波形が歪んで正弦波から外れた場合などにも良好にゼロクロスポイントを検出することができる。このため、本実施の形態において検出（算出）されたゼロクロスポイントに合わせて前述のようにハロゲンヒータ２３のオン／オフを切り換えれば、フリッカの発生等を極めて良好に抑制することができる。また、本実施の形態では、経年変化等によってゼロクロス信号１が出力されなくなってもゼロクロス信号２のみによってゼロクロスポイントを検出することができるので、ゼロクロス信号１の検出が不可能となったことが制御に支障を来たすのを抑制することができる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、ゼロクロス信号１，２の始点，終点に基づいてゼロクロスポイントを推定する形態としては、上記以外の計算式，マップ等を使用することも考えられる。また、上記のように算出されたゼロクロスポイントは、ハロゲンヒータ２３の制御以外にも応用することができ、本発明は、レーザプリンタ１等の画像形成装置以外にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…レーザプリンタ １０…画像形成部 １１…感光体ドラム
１４…レーザスキャナユニット １５…現像ユニット ２０…定着器
２１…加熱ローラ ２２…加圧ローラ ２３…ハロゲンヒータ
７０…ヒータ制御回路 ８０…表示パネル １００…交流電源
Ｄ１…ダイオードブリッジ ＩＣ１，ＩＣ２…反転バッファ
Ｌ…レーザ光 Ｐ…用紙 ＰＣ１…フォトカプラ
ＰＣ１ａ…発光ダイオード ＰＣ１ｂ…フォトトランジスタ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３・・・抵抗器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧の絶対値がゼロとなるゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出装置に関し、詳しくは、上記交流電圧の波形が歪んで正弦波から外れた場合などにも良好にゼロクロスポイントを検出可能なゼロクロス検出装置、及び、その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】
従来より、交流電圧の絶対値がゼロとなるタイミングとしてのいわゆるゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出装置が提案されている。検出されたゼロクロスポイントは、例えばヒータのＯＮ／ＯＦＦタイミングを設定するなど、各種電気機器における各種制御に応用される。また、この種のゼロクロス検出装置では、交流電圧の絶対値が所定の閾値未満となる期間に応じたゼロクロスパルスを出力し、そのゼロクロスパルスの始点と終点との中心の時点を上記ゼロクロスポイントとして検出することがなされている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１８６９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記特許文献１のようにゼロクロスパルスの始点と終点との中心の時点をゼロクロスポイントとして検出する場合、次のように正確なゼロクロスポイントが検出できない場合がある。例えば、交流電圧の波形が歪んで正弦波から外れ、ゼロクロスポイントの前後で交流電圧の波形の傾きが異なる場合、上記のようにして検出されたゼロクロスポイントは、正確なゼロクロスポイントから上記波形の傾きが緩い側にずれてしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、交流電圧の波形が歪んで正弦波から外れた場合などにも良好にゼロクロスポイントを検出可能なゼロクロス検出装置、及び、その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を目的としてなされた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達するためになされた本発明のゼロクロス検出装置は、交流電源が出力する交流電圧の絶対値がゼロとなるゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出装置であって、上記交流電圧の絶対値が、予め設定された第１閾値未満となる期間に応じた第１ゼロクロスパルスを出力する第１ゼロクロスパルス出力手段と、上記交流電圧の絶対値が、上記第１閾値よりも小さい値に予め設定された第２閾値未満となる期間に応じた第２ゼロクロスパルスを出力する第２ゼロクロスパルス出力手段と、上記第１ゼロクロスパルス出力手段が出力する上記第１ゼロクロスパルスの始点及び終点と、上記第２ゼロクロスパルス出力手段が出力する上記第２ゼロクロスパルスの始点及び終点とからなる４つの時点に基づいて、上記ゼロクロスポイントを検出するゼロクロスポイント検出手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
このように構成された本発明のゼロクロス検出装置では、第１ゼロクロスパルス出力手段は、交流電圧の絶対値が第１閾値未満となる期間に応じた第１ゼロクロスパルスを出力し、第２ゼロクロスパルス出力手段は、上記交流電圧の絶対値が第２閾値未満となる期間に応じた第２ゼロクロスパルスを出力する。ここで、上記第１閾値及び上記第２閾値は、上記第２閾値の方が上記第１閾値よりも小さい値となるように予め適宜設定された値であればよく、その値に臨界的意義がある必要はない。
【０００８】
この場合、交流電圧が最大値または最小値からゼロクロスポイントを経て最小値または最大値まで変化する際に、通常、第１ゼロクロスパルスの始点，第２ゼロクロスパルスの始点，第２ゼロクロスパルスの終点，第１ゼロクロスパルス終点の順で、その４つの時点が時系列的に配設される。そこで、ゼロクロスポイント検出手段は、上記４つの時点に基づいて、上記交流電圧の絶対値がゼロとなるゼロクロスポイントを検出する。このため、本発明のゼロクロス検出装置では、上記交流電圧の波形が歪んで正弦波から外れた場合などにも良好にゼロクロスポイントを検出することができる。
【０００９】
例えば、ゼロクロスポイントの手前の上記波形の傾きは第１ゼロクロスパルスの始点から第２ゼロクロスパルスの始点に至るまでの時間に反映され、ゼロクロスポイントの後の上記傾きは第２ゼロクロスパルスの終点から第１ゼロクロスパルス終点に至るまでの時間に反映される。このため、上記４つの時点を参照することによって上記ゼロクロスポイントを正確に推定（検出）することができる。なお、上記ゼロクロスポイントは他の方法で推定されてもよい。
【００１０】
また、本発明は以下の構成に限定されるものではないが、上記第１ゼロクロスパルスの始点から上記第２ゼロクロスパルスの始点に至るまでの時間と、上記第２ゼロクロスパルスの終点から上記第１ゼロクロスパルスの終点に至るまでの時間との比が、予め設定された所定範囲を外れた場合、エラーを報知するエラー報知手段を、更に備えてもよい。
【００１１】
上記第１ゼロクロスパルスの始点から上記第２ゼロクロスパルスの始点に至るまでの時間と、上記第２ゼロクロスパルスの終点から上記第１ゼロクロスパルスの終点に至るまでの時間との比が、例えば通常の経年変化で取り得る範囲等として予め設定された所定範囲を外れた場合、いずれかの上記ゼロクロスパルス出力手段が故障しているか、若しくはタコ足配線が行われていたり、大電力を消費する機器が近くで使用されているなどの何らかの異常が想定される。そこで、そのような場合にエラーを報知するエラー報知手段を、更に備えておけば、上記ゼロクロスパルス出力手段の異常や交流電源の異常等にも良好に対応することができる。
【００１２】
また、上記第１ゼロクロスパルス出力手段または上記第２ゼロクロスパルス出力手段のいずれか一方が、上記第１ゼロクロスパルスまたは上記第２ゼロクロスパルスを出力しない場合、上記ゼロクロスポイント検出手段は、出力された方のゼロクロスパルスの始点と終点との中心の時点を上記ゼロクロスポイントとして検出してもよい。
【００１３】
ゼロクロスパルス出力手段の経年変化や交流電源の電圧変化等によって、上記第１ゼロクロスパルスまたは上記第２ゼロクロスパルスのいずれか一方が出力されなくなる場合がある。例えば、発光ダイオードは経年変化によって徐々に光度が低下するので、発光ダイオードを用いたフォトカプラ等を使用したゼロクロスパルス出力手段では、経年変化によっていずれかの上記ゼロクロスパルスが出力されなくなる場合がある。そこで、そのような場合に、上記ゼロクロスポイント検出手段が、出力された方のゼロクロスパルスの始点と終点との中心の時点を上記ゼロクロスポイントとして検出すれば、ゼロクロスポイントの検出が不可能となって他の制御に支障を来たすのを抑制することができる。
【００１４】
また、上記ゼロクロスポイント検出手段は、上記第１ゼロクロスパルスの始点から終点に至るまでの時間と上記第２ゼロクロスパルスの始点から終点に至るまでの時間との差で、上記第１ゼロクロスパルスの始点から上記第２ゼロクロスパルスの始点に至るまでの時間を割り、その値に上記第２ゼロクロスパルスの始点から終点に至るまでの時間をかけた時間だけ上記第２ゼロクロスパルスの始点よりも遅い時点を上記ゼロクロスポイントとして検出してもよい。この場合、前述のように、ゼロクロスポイントの前後における上記波形の傾きを反映したゼロクロスポイントの検出が、簡単な演算処理によって実行することができる。
【００１５】
また、本発明の画像形成装置は、上記いずれかに記載のゼロクロス検出装置を有する画像形成装置であって、被記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、上記交流電源から交流電圧を印加されて加熱を行う加熱部を備え、上記画像形成手段によって上記被記録媒体に形成された画像を熱定着する定着器と、上記ゼロクロス検出装置が検出するゼロクロスポイントに基づいて、上記加熱部を制御する加熱制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１６】
このように構成された本発明の画像形成装置では、画像形成手段によって被記録媒体に画像が形成されると、上記交流電源から交流電圧を印加されて加熱を行う加熱部を備えた定着器が、上記被記録媒体に形成された画像を熱定着する。また、加熱制御手段は、上記ゼロクロス検出装置が検出するゼロクロスポイントに基づいて、上記加熱部を制御する。このため、本発明の画像形成装置では、前述のように正確に検出されたゼロクロスポイントに基づいて加熱部を制御することができる。例えば、上記加熱制御手段が上記検出されたゼロクロスポイントに合わせて加熱部への通電／非通電を切り換える場合、フリッカの発生等を極めて良好に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明が適用されたレーザプリンタの構成を概略的に表す説明図である。
【図２】そのレーザプリンタのヒータを制御するための構成表す回路図である。
【図３】その回路で生成されるゼロクロスパルスの一例を表す説明図である。
【図４】その回路で実行されるゼロクロスポイント検出処理を表すフローチャートである。
【図５】その回路で生成されるゼロクロスパルスの他の例を表す説明図である。
【図６】その回路で実行されるウォームアップ処理を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［レーザプリンタの構成］
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。図１は、本発明が適用された画像形成装置としてのレーザプリンタ１の構成を概略的に表す説明図である。図１に示すように、本実施の形態のレーザプリンタ１は、被記録媒体の一例としての用紙Ｐに電子写真方式によって画像を形成する画像形成手段の一例としての画像形成部１０を備えている。
【００１９】
画像形成部１０は、感光体ドラム１１と転写ローラ１２との間に用紙Ｐを挟んで矢印方向に搬送する間に、その用紙Ｐにトナー像を形成するものである。感光体ドラム１１は、ドラム本体が接地されると共に、その表面に正帯電性の感光層が形成されており、レーザプリンタ１に、図１における反時計方向に回転可能に支持されている。
【００２０】
また、感光体ドラム１１の外周には、帯電器１３，レーザスキャナユニット１４，及び現像ユニット１５が、転写ローラ１２との対向部から感光体ドラム１１の回転方向に沿って順次配設されている。帯電器１３は、タングステンなどの帯電用ワイヤからコロナ放電を発生させる正帯電用のスコロトロン型帯電器であり、感光体ドラム１１の表面を一様に正極性に帯電させるように構成されている。レーザスキャナユニット１４は、外部より入力される画像データに応じたレーザ光Ｌを光源（図示せず）から出射し、ポリゴンモータにより回転駆動されるポリゴンミラー（図示せず）の鏡面などによりレーザ光Ｌを走査して、感光体ドラム１１の表面へ照射する周知のものである。
【００２１】
また、現像ユニット１５は、感光体ドラム１１との対向部に現像ローラ１６を備えている。そして、この現像ユニット１５は、現像ユニット１５の内部に収容された正帯電性の非磁性１成分重合トナー（図示せず）を図示省略した周知の供給ローラ，層厚規制ブレード等によって摩擦帯電させながら、現像ローラ１６を介して感光体ドラム１１の表面まで供給するものである。
【００２２】
このため、感光体ドラム１１の表面は、その感光体ドラム１１の回転に伴って、先ず、帯電器１３により一様に正帯電された後、レーザスキャナユニット１４からのレーザ光Ｌの高速走査により露光され、画像データに応じた静電潜像が形成される。
【００２３】
次いで、現像ユニット１５より、正帯電されているトナーが感光体ドラム１１に供給されると、そのトナーは、感光体ドラム１１の表面上に形成された静電潜像、すなわち、一様に正帯電されている感光体ドラム１１の表面のうち、レーザ光Ｌによって露光され電位が下がっている露光部分に供給され、選択的に担持されることによって可視像化され、これによってトナー像が形成される。
【００２４】
転写ローラ１２は、レーザプリンタ１に図１において時計方向に回転可能に支持されている。この転写ローラ１２は、金属製のローラ軸に、イオン導電性のゴム材料からなるローラが被覆されており、転写時には、転写バイアス（転写順バイアス）が印加されるように構成されている。そのため、感光体ドラム１１の表面上に担持された上記トナー像は、用紙Ｐが感光体ドラム１１と転写ローラ１２との間を通る間に、用紙Ｐに転写される。上記トナー像転写後の用紙Ｐは、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とを備えた定着器２０へ搬送され、上記トナー像が熱定着される。
【００２５】
［ヒータを制御するための回路構成］
ここで、定着器２０は、加熱ローラ２１の表面を加熱するための加熱部の一例としてのハロゲンヒータ２３と、その加熱ローラ２１の表面温度を検出するための温度検出手段の一例としてのサーミスタ２５と（いずれも図２参照）、を備えている。次に、図２を用いて、ハロゲンヒータ２３を制御するための回路構成について説明する。
【００２６】
図２に示すように、レーザプリンタ１が接続される１００Ｖの交流電源１００には、その交流電源１００からの交流電圧を４つのダイオードによって全波整流するダイオードブリッジＤ１が、抵抗器Ｒ１を介して接続されている。ダイオードブリッジＤ１によって全波整流された上記交流電圧は、フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードＰＣ１ａに印加されている。
【００２７】
フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタＰＣ１ｂは、直列接続された抵抗器Ｒ３，Ｒ２を介してコレクタが直流電源Ｖｃｃに接続され、エミッタが接地されている。そして、抵抗器Ｒ３，Ｒ２間の電位は第１ゼロクロスパルス出力手段の一例としての反転バッファＩＣ１に入力され、フォトトランジスタＰＣ１ｂのコレクタの電位は第２ゼロクロスパルス出力手段の一例としての反転バッファＩＣ２に入力されている。このため、反転バッファＩＣ１は、上記交流電圧の絶対値が所定の閾値Ｖｔ１（第１閾値の一例）未満となる期間に応じたローアクティブのゼロクロス信号１（第１ゼロクロスパルスの一例）を出力し、反転バッファＩＣ２は、上記交流電圧の絶対値が所定の閾値Ｖｔ２（第２閾値の一例）未満となる期間に応じたローアクティブのゼロクロス信号２（第２ゼロクロスパルスの一例）を出力する（図３参照）。なお、ゼロクロス信号１，２の発生原理については後に詳述する。
【００２８】
これらのゼロクロス信号１，２は、ＲＯＭ，ＲＡＭ等を内蔵したマイコン６０に入力されている。マイコン６０には、前述の交流電源１００に前述のハロゲンヒータ２３と直列接続され、そのハロゲンヒータ２３への通電を制御するヒータ制御回路７０と、前述のサーミスタ２５と、レーザプリンタ１の筐体表面に設けられたエラー報知手段の一例としての表示パネル８０とが接続されている。
【００２９】
また、図示省略したが、交流電源１００とダイオードブリッジＤ１及びハロゲンヒータ２３との間には、周知のメインスイッチが設けられている。図２では、交流電源１００を便宜上２つに分けて記載しているが、両者は同じもの（より具体的には例えば同一のコンセント）である。なお、抵抗器Ｒ１とダイオードブリッジＤ１からマイコン６０に至る構成が、本発明のゼロクロス検出装置の一例に相当する。
【００３０】
次に、ゼロクロス信号１，２の発生原理について説明する。上記交流電圧の絶対値が高くなるに従って、フォトトランジスタＰＣ１ｂに多くの電流が流れて反転バッファＩＣ１に入力される電位は低下し、反転バッファＩＣ２に入力される電位は更に低下する。このため、反転バッファＩＣ１は、直流電源Ｖｃｃの電圧と反転バッファＩＣ１の特性とフォトカプラＰＣ１の特性と抵抗器Ｒ２，Ｒ３の抵抗値とに応じて定まる閾値Ｖｔ１以上に上記絶対値が上昇するとＨレベルの信号を出力し、その閾値Ｖｔ１未満に上記絶対値が低下するとゼロクロス信号１としてＬレベルの信号を出力する（図３参照）。同様に、反転バッファＩＣ２は、直流電源Ｖｃｃの電圧と反転バッファＩＣ２の特性とフォトカプラＰＣ１の特性と抵抗器Ｒ２，Ｒ３の抵抗値とに応じて定まる閾値Ｖｔ２（Ｖｔ１＞Ｖｔ２）以上に上記絶対値が上昇するとＨレベルの信号を出力し、その閾値Ｖｔ２未満に上記絶対値が低下するとゼロクロス信号２としてＬレベルの信号を出力する（図３参照）。
【００３１】
［本実施の形態における処理］
次に、マイコン６０（ゼロクロスポイント検出手段，加熱制御手段の一例）が内蔵のＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて実行する処理について説明する。図４は、上記メインスイッチがオンされたときに実行され周期的に繰り返し実行されるゼロクロスポイント検出処理を表すフローチャートである。
【００３２】
この処理では、先ず、Ｓ１（Ｓはステップを表す：以下同様）にて、ゼロクロス信号１が検出されたか否かが判断される。なお、このＳ１では、反転バッファＩＣ１の出力が処理開始時からＬレベル（ゼロクロス信号１の出力中）であった場合は否定判断され、実質的には反転バッファＩＣ１の出力がＨレベルからＬレベルに切り換ったか否かが判断される。ゼロクロス信号１が検出されていない場合は（Ｓ１：Ｎ）、処理はＳ２へ移行し、ゼロクロス信号２が検出されたか否かが判断される。なお、このＳ２でも、反転バッファＩＣ２の出力が処理開始時からＬレベル（ゼロクロス信号２の出力中）であった場合は否定判断され、実質的には反転バッファＩＣ２の出力がＨレベルからＬレベルに切り換ったか否かが判断される。そして、ゼロクロス信号２も検出されていない場合は（Ｓ２：Ｎ）、処理は前述のＳ１へ移行する。
【００３３】
こうして、Ｓ１，Ｓ２のループ処理が繰り返し実行される間に、通常は、ゼロクロス信号１が検出された後にゼロクロス信号２が検出される。そこで、上記ループ処理の実行中にゼロクロス信号１が検出されると（Ｓ１：Ｙ）、処理はＳ３へ移行し、マイコン６０に内蔵された第１のタイマがスタートされることによってゼロクロス信号１のパルス幅Ｔｗ１（図３参照）の測定が開始される。続くＳ４では、ゼロクロス信号２が検出されたか否かが、Ｓ２と同様に判断される。ゼロクロス信号２が検出されていないときは（Ｓ４：Ｎ）、処理はＳ４にて待機し、ゼロクロス信号２が検出されると（Ｓ４：Ｙ）、処理はＳ５へ移行する。Ｓ５では、マイコン６０に内蔵された第２のタイマがスタートされることによって、ゼロクロス信号２のパルス幅Ｔｗ２（図３参照）の測定が開始される。
【００３４】
図３に例示するように、通常は、交流電圧が最大値（＋側の極大値）または最小値（−側の極大値）からゼロクロスポイントを経て最小値または最大値まで変化する際に、ゼロクロス信号１の検出，ゼロクロス信号２の検出，ゼロクロス信号２の検出終了（反転バッファＩＣ２出力のＬレベルからＨレベルへの変化），ゼロクロス信号１の検出終了（反転バッファＩＣ１出力のＬレベルからＨレベルへの変化）の順で、その４つの時点が時系列的に配列される。
【００３５】
そこで、Ｓ５に続くＳ６では、ゼロクロス信号２の検出が終了するまで待機し（Ｓ６：Ｎ）、ゼロクロス信号２の検出が終了すると（Ｓ６：Ｙ）、処理はＳ７へ移行する。Ｓ７では、上記第２のタイマが停止されることによってゼロクロス信号２の測定が終了され、ゼロクロス信号２のパルス幅Ｔｗ２が算出される。更に続くＳ８では、ゼロクロス信号１の検出が終了するまで待機し（Ｓ８：Ｎ）、ゼロクロス信号１の検出が終了すると（Ｓ８：Ｙ）、処理はＳ９へ移行する。Ｓ９では、上記第１のタイマが停止されることによってゼロクロス信号１の測定が終了され、ゼロクロス信号１のパルス幅Ｔｗ１が算出される。Ｓ９に続くＳ１０では、上記交流電圧の絶対値がゼロとなるゼロクロスポイントが、次のように算出される。
【００３６】
ここで、交流電源１００からの交流電圧が正確な正弦波であれば、ゼロクロス信号１，２の中心は一致し、その中心がゼロクロスポイントとなる。ところが、交流電源１００からの交流電圧が歪んで正確な正弦波となっていない場合は、ゼロクロス信号１，２の中心はゼロクロスポイントからずれてしまう。例えば、図３に例示するように、ゼロクロスポイントの前後で交流電圧の波形の傾きが異なる場合、ゼロクロス信号１，２の中心（すなわちパルス幅Ｔｗ１、Ｔｗ２の中心）は、正確なゼロクロスポイントから上記波形の傾きが緩い側にずれてしまう。
【００３７】
そこで、Ｓ１０では、Ｔｗ２＊Ｔａ／（Ｔａ＋Ｔｂ）なる式によって算出された時間だけゼロクロス信号２の始点より遅い時点がゼロクロスポイントとして算出されて、処理が一旦終了する。なお、上記式において、図３に例示するように、Ｔａはゼロクロス信号１の始点からゼロクロス信号２の始点に至るまでの時間で、Ｔｂはゼロクロス信号２の終点からゼロクロス信号１の終点に至るまでの時間である。ゼロクロスポイントの手前の上記波形の傾きは時間Ｔａに反映され、ゼロクロスポイントの後の上記傾きは時間Ｔｂに反映される。このため、上記式を利用すれば、ゼロクロスポイントを正確に推定することが、簡単な演算処理によって実行できる。このため、本実施の形態では、上記波形が歪んで正弦波から外れた場合などにも良好にゼロクロスポイントを検出することができる。
【００３８】
なお、上記Ｓ１０では、ゼロクロスポイントを算出する前に時間Ｔａと時間Ｔｂとの比を算出して、その比の値が１／２＜Ｔａ／Ｔｂ＜２の範囲にない場合は表示パネル８０を介してエラーを報知してもよい。すなわち、フォトカプラＰＣ１の経年変化や交流電圧の歪で、上記比の値は変化するが、１／２＜Ｔａ／Ｔｂ＜２の範囲にない場合は何らかの異常が生じていることが想定される。例えば、反転バッファＩＣ１またはＩＣ２が故障しているか、若しくはタコ足配線が行われていたり、大電力を消費する機器が近くで使用されているなどの何らかの異常が想定される。そこで、そのような場合にエラーを報知すれば、反転バッファＩＣ１またはＩＣ２の異常や交流電源の異常等にも良好に対応することができる。
【００３９】
また、経年変化によって、発光ダイオードＰＣ１ａは徐々に光度が低下するので、フォトトランジスタＰＣ１ｂに流れる電流も減少し、図５に例示するようにゼロクロス信号１が出力されなくなる場合がある。また、交流電圧が何らかの事情で低下した場合も、同様にゼロクロス信号１が出力されなくなる場合がある。そこで、本実施の形態では、そのような場合、次のようにゼロクロス信号２のみに基づいてゼロクロスポイントを検出している。
【００４０】
図４に戻って、この場合、ゼロクロス信号１が検出される前に（Ｓ１：Ｎ）、ゼロクロス信号２が検出されるので（Ｓ２：Ｙ）、処理はＳ１５へ移行し、前述のＳ５と同様にゼロクロス信号２のパルス幅Ｔｗ２の測定が開始される。続くＳ１６では、ゼロクロス信号２の検出が終了するまで待機し（Ｓ１６：Ｎ）、ゼロクロス信号２の検出が終了すると（Ｓ１６：Ｙ）、Ｓ１７にて、前述のＳ７と同様にゼロクロス信号２のパルス幅Ｔｗ２が算出される。続くＳ２０では、Ｔｗ２／２なる式によって算出された時間だけゼロクロス信号２の始点より遅い時点、すなわちゼロクロス信号２の中心がゼロクロスポイントとして算出されて、処理が一旦終了する。このため、本実施の形態では、ゼロクロスポイントの検出が不可能となって他の制御に支障を来たすのを抑制することができる。
【００４１】
次に、図６は、上記メインスイッチがオンされ、上記ゼロクロスポイント検出処理によってゼロクロスポイントが最初に算出された後に実行されるウォームアップ処理を表すフローチャートである。図６に示すように、この処理では、先ず、Ｓ５０にて、上記算出されたゼロクロスポイントに合わせてハロゲンヒータ２３がオンされる。
【００４２】
続くＳ５１では、サーミスタ２５を介して検出される加熱ローラ２１の表面温度（以下、定着器２０の温度ともいう）が、ウォームアップ用に予め設定された規定温度に達したか否かが判断される。規定温度に達していない場合は（Ｓ５１：Ｎ）、処理はＳ５２へ移行し、予め設定されたウォームアップタイムアウト時間Ｔが経過したか否かが判断される。ウォームアップタイムアウト時間Ｔが経過していない場合は（Ｓ５２：Ｎ）、処理は前述のＳ５１へ移行する。
【００４３】
そして、このＳ５１，Ｓ５２の処理が繰り返される間に定着器２０の温度が規定温度に達すると（Ｓ５１：Ｙ）、処理はＳ５３へ移行し、ゼロクロスポイントに合わせてハロゲンヒータ２３がオフされた後、処理が終了する。一方、定着器２０の温度が規定温度に達する前に（Ｓ５１：Ｎ）、ウォームアップタイムアウト時間Ｔが経過すると（Ｓ５２：Ｙ）、Ｓ５４にて定着器２０に異常がある旨の定着器エラーが表示パネル８０に表示された後、処理が終了する。なお、Ｓ５０，Ｓ５３の処理では、上記ゼロクロスポイント検出処理によってそれまでに算出されたゼロクロスポイントに基づいて（既知の交流周波数も参照してもよい）、次にゼロクロスポイントが算出されるタイミングが予測されることによって、ハロゲンヒータ２３のオン／オフがゼロクロスポイントに合わせられる。
【００４４】
［本実施の形態の効果及び変形例］
このように、本実施の形態では、交流電圧の波形が歪んで正弦波から外れた場合などにも良好にゼロクロスポイントを検出することができる。このため、本実施の形態において検出（算出）されたゼロクロスポイントに合わせて前述のようにハロゲンヒータ２３のオン／オフを切り換えれば、フリッカの発生等を極めて良好に抑制することができる。また、本実施の形態では、経年変化等によってゼロクロス信号１が出力されなくなってもゼロクロス信号２のみによってゼロクロスポイントを検出することができるので、ゼロクロス信号１の検出が不可能となったことが制御に支障を来たすのを抑制することができる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、ゼロクロス信号１，２の始点，終点に基づいてゼロクロスポイントを推定する形態としては、上記以外の計算式，マップ等を使用することも考えられる。また、上記のように算出されたゼロクロスポイントは、ハロゲンヒータ２３の制御以外にも応用することができ、本発明は、レーザプリンタ１等の画像形成装置以外にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…レーザプリンタ １０…画像形成部 １１…感光体ドラム
１４…レーザスキャナユニット １５…現像ユニット ２０…定着器
２１…加熱ローラ ２２…加圧ローラ ２３…ハロゲンヒータ
７０…ヒータ制御回路 ８０…表示パネル １００…交流電源
Ｄ１…ダイオードブリッジ ＩＣ１，ＩＣ２…反転バッファ
Ｌ…レーザ光 Ｐ…用紙 ＰＣ１…フォトカプラ
ＰＣ１ａ…発光ダイオード ＰＣ１ｂ…フォトトランジスタ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３・・・抵抗器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源が出力する交流電圧の絶対値がゼロとなるゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出装置であって、
上記交流電圧の絶対値が、予め設定された第１閾値未満となる期間に応じた第１ゼロクロスパルスを出力する第１ゼロクロスパルス出力手段と、
上記交流電圧の絶対値が、上記第１閾値よりも小さい値に予め設定された第２閾値未満となる期間に応じた第２ゼロクロスパルスを出力する第２ゼロクロスパルス出力手段と、
上記第１ゼロクロスパルス出力手段が出力する上記第１ゼロクロスパルスの始点及び終点と、上記第２ゼロクロスパルス出力手段が出力する上記第２ゼロクロスパルスの始点及び終点とからなる４つの時点に基づいて、上記ゼロクロスポイントを検出するゼロクロスポイント検出手段と、
を備えたことを特徴とするゼロクロス検出装置。
【請求項２】
上記第１ゼロクロスパルスの始点から上記第２ゼロクロスパルスの始点に至るまでの時間と、上記第２ゼロクロスパルスの終点から上記第１ゼロクロスパルスの終点に至るまでの時間との比が、予め設定された所定範囲を外れた場合、エラーを報知するエラー報知手段を、
更に備えたことを特徴とする請求項１記載のゼロクロス検出装置。
【請求項３】
上記第１ゼロクロスパルス出力手段または上記第２ゼロクロスパルス出力手段のいずれか一方が、上記第１ゼロクロスパルスまたは上記第２ゼロクロスパルスを出力しない場合、上記ゼロクロスポイント検出手段は、出力された方のゼロクロスパルスの始点と終点との中心の時点を上記ゼロクロスポイントとして検出することを特徴とする請求項１または２記載のゼロクロス検出装置。
【請求項４】
上記ゼロクロスポイント検出手段は、上記第１ゼロクロスパルスの始点から終点に至るまでの時間と上記第２ゼロクロスパルスの始点から終点に至るまでの時間との差で、上記第１ゼロクロスパルスの始点から上記第２ゼロクロスパルスの始点に至るまでの時間を割り、その値に上記第２ゼロクロスパルスの始点から終点に至るまでの時間をかけた時間だけ上記第２ゼロクロスパルスの始点よりも遅い時点を上記ゼロクロスポイントとして検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のゼロクロス検出装置を有する画像形成装置であって、
被記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
上記交流電源から交流電圧を印加されて加熱を行う加熱部を備え、上記画像形成手段によって上記被記録媒体に形成された画像を熱定着する定着器と、
上記ゼロクロス検出装置が検出するゼロクロスポイントに基づいて、上記加熱部を制御する加熱制御手段と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
交流電源が出力する交流電圧の絶対値がゼロとなるゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出装置であって、
上記交流電圧の絶対値が、予め設定された第１閾値未満となる期間に応じた第１ゼロクロスパルスを出力する第１ゼロクロスパルス出力手段と、
上記交流電圧の絶対値が、上記第１閾値よりも小さい値に予め設定された第２閾値未満となる期間に応じた第２ゼロクロスパルスを出力する第２ゼロクロスパルス出力手段と、
上記第１ゼロクロスパルス出力手段が出力する上記第１ゼロクロスパルスの始点及び終点と、上記第２ゼロクロスパルス出力手段が出力する上記第２ゼロクロスパルスの始点及び終点とからなる４つの時点に基づいて、上記ゼロクロスポイントを検出するゼロクロスポイント検出手段と、
を備えたことを特徴とするゼロクロス検出装置。
【請求項２】
上記第１ゼロクロスパルスの始点から上記第２ゼロクロスパルスの始点に至るまでの時間と、上記第２ゼロクロスパルスの終点から上記第１ゼロクロスパルスの終点に至るまでの時間との比が、予め設定された所定範囲を外れた場合、エラーを報知するエラー報知手段を、
更に備えたことを特徴とする請求項１記載のゼロクロス検出装置。
【請求項３】
上記第１ゼロクロスパルス出力手段または上記第２ゼロクロスパルス出力手段のいずれか一方が、上記第１ゼロクロスパルスまたは上記第２ゼロクロスパルスを出力しない場合、上記ゼロクロスポイント検出手段は、出力された方のゼロクロスパルスの始点と終点との中心の時点を上記ゼロクロスポイントとして検出することを特徴とする請求項１または２記載のゼロクロス検出装置。
【請求項４】
上記ゼロクロスポイント検出手段は、上記第１ゼロクロスパルスの始点から終点に至るまでの時間と上記第２ゼロクロスパルスの始点から終点に至るまでの時間との差で、上記第１ゼロクロスパルスの始点から上記第２ゼロクロスパルスの始点に至るまでの時間を割り、その値に上記第２ゼロクロスパルスの始点から終点に至るまでの時間をかけた時間だけ上記第２ゼロクロスパルスの始点よりも遅い時点を上記ゼロクロスポイントとして検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のゼロクロス検出装置を有する画像形成装置であって、
被記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
上記交流電源から交流電圧を印加されて加熱を行う加熱部を備え、上記画像形成手段によって上記被記録媒体に形成された画像を熱定着する定着器と、
上記ゼロクロス検出装置が検出するゼロクロスポイントに基づいて、上記加熱部を制御する加熱制御手段と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１４６８６２（Ｐ２０１１−１４６８６２Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５０１６（Ｐ２０１０−５０１６）
【出願日】平成２２年１月１３日（２０１０．１．１３）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１３日（２０１０．１．１３）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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