JP7400603B2 - 電源システム、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源を供給する技術に関する。

特許文献１には、スイッチング電源と、補助電源とを備える電源システムが記載されている。この電源システムでは、スイッチング電源により交流電源の交流電圧を直流電圧に変換して負荷に出力する。また、補助電源は、コンデンサを有しており、交流電源の交流電圧に基づいてコンデンサが充電される。

特開２０１３－３１３３７号公報

交流電圧が変動する環境下において、交流電圧の大きさを判断する必要が生じる場合がある。このような場合、交流電圧を判断するための回路構成が別途必要となり、電源システムの大型化の要因となる。

本発明は、上記課題に鑑みたものであり、既存の回路構成に変更を極力加えることなく、交流電圧の大きさを判断することができる電源システム、及びこのような電源システムを備える画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明では、第１モードと第２モードとを有する電源システムであって、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するスイッチング電源と、第１モードにおいてスイッチング電源から電力を供給され、第２モードにおいてスイッチング電源から電力を供給されない制御部であって、第１モードおよび第２モードのうちいずれかのモードに切り換える制御部と、制御部に接続される供給ラインと、交流電源により充電されるコンデンサと、を有する補助電源であって、第２モードにおいて、供給ラインを介して制御部へコンデンサの電力を供給する補助電源と、を備えている。制御部は、コンデンサを放電させるための放電信号を出力し、放電信号を出力した後のコンデンサの充電電圧を検出し、検出した充電電圧に基づいて、交流電圧の大きさを判断する。

上記構成では、補助電源が有するコンデンサを放電させるための放電信号が出力される。放電信号が出力された後、交流電圧により充電されるコンデンサの充電電圧が検出され、検出された充電電圧に基づいて、交流電圧の大きさが判断される。これにより、第２モードにおいて制御部に電力を供給するための補助電源のコンデンサを流用して、既存の電源システムの回路構成に変更を極力加えることなく、交流電源からの交流電圧の大きさを判断することができる。

制御部は、供給ラインを介して充電電圧を検出してもよい。上記構成では、補助電源の電力を制御部へ供給するための供給ラインを流用して、コンデンサの充電電圧を検出するので、既存の電源システムの回路構成に変更を極力加えることなく、交流電源からの交流電圧の大きさを判断することができる。

補助電源は、スイッチング電源により生成された直流電圧をコンデンサに供給する充電ラインを有し、充電ライン上に設けられており、スイッチング電源からコンデンサへの直流電圧の供給を許容する導通状態と、スイッチング電源からコンデンサへの直流電圧の供給を遮断する遮断状態とに切り換わるスイッチを備え、制御部は、スイッチを遮断状態にした上で、交流電圧の大きさを判断する。上記構成では、スイッチング電源により生成された直流電圧を、充電ラインを介してコンデンサに供給することにより、交流電源からの電力と、スイッチング電源からの電力との２系統でコンデンサを充電することができる。また、交流電圧の大きさを判断する場合は、充電ラインとコンデンサとの間が遮断状態にされることにより、コンデンサは、交流電源からの交流電圧のみで充電されるため、交流電圧の大きさを適正に判断することができる。

制御部は、スイッチを遮断状態にした上で、放電信号を出力してもよい。上記構成では、スイッチング電源からコンデンサへの直流電圧の供給経路となる充電ラインが遮断された状態で、放電信号が出力される。これにより、コンデンサを迅速に放電させることができ、ひいては交流電圧の大きさを迅速に判断することができる。

コンデンサと制御部とに接続される発光素子と、スイッチング電源に接続される受光素子であって、発光素子の発光に伴う信号をスイッチング電源に出力する受光素子と、を有するフォトカプラを備え、第１モードは、スイッチング電源が動作した状態であり、第２モードは、スイッチング電源の動作が停止した状態であり、第１モードおよび第２モードのうち一方のモードにおいて、スイッチング電源がモード切換信号に応じた発光素子の発光に伴う信号を受光素子から受けると、他方のモードに切り換わり、制御部は、一方のモードから他方のモードに切り換える場合に、発光素子へモード切換信号を出力し、交流電圧の大きさを判断する場合に、発光素子へ放電信号を出力してもよい。上記構成では、制御部が発光素子へモード切換信号を出力し、フォトカプラの発光素子が補助電源のコンデンサに充電された電力を消費して発光することにより、電源システムのモードが切り換わる。そして、交流電圧の大きさを判断する場合に、制御部がフォトカプラの発光素子へ放電信号を出力することにより、発光素子がコンデンサに充電された電力を消費して発光し、コンデンサが放電される。このため、電源システムのモードを切り換えるための構成を流用してコンデンサを放電させることができる。

放電信号は、モード切換信号と異なっていてもよい。上記構成では、交流電圧の大きさを判断する場合に、電源システムのモードを切り換えることを意図していないにもかかわらず、電源システムのモードが切り換わってしまうのを抑制することができる。

放電信号は、モード切換信号の１周期において、デューティ比が１００％となる信号であってもよい。上記構成では、交流電圧の大きさを判断する場合に、電源システムのモードを切り換えることを意図していないにもかかわらず、電源システムのモードが切換ってしまうのを抑制しつつ、コンデンサを速やかに放電させることができる。

制御部は、第１モードにおいて、交流電圧の大きさを判断してもよい。

制御部は、充電電圧が第１電圧まで低下した後に、放電信号の出力を停止し、放電信号の出力を停止した後にコンデンサが交流電源により充電されるときに、充電電圧を検出し、検出した充電電圧の上昇度合いが大きい場合、交流電圧が大きいと判断し、上昇度合いが小さい場合、交流電圧が小さいと判断してもよい。充電電圧が第１電圧に低下するまで放電させた後にコンデンサを充電するとき、交流電源からの交流電圧の大きさが大きいほど、充電電圧の上昇度合いが大きくなる。上記構成では、この特性を利用して、交流電圧の大きさを判断することができる。

制御部は、コンデンサの充電電圧が第１電圧まで低下したことを検出する。上記構成では、コンデンサの充電電圧が第１電圧まで低下する時間を実験により求め、求めた時間が経過した後に、放電信号の出力を停止する構成に比べ、コンデンサの充電電圧が第１電圧まで低下するのを確実に待ちつつ、遅くなりすぎないタイミングで放電信号の出力を停止することができる。このため、検出した充電電圧から上昇度合いの大小を適切に把握し、交流電圧の大きさを判断することができる。また、迅速に交流電圧の大きさを判断することができる。

上昇度合いは、単位時間における充電電圧の上昇量を含んでいてもよい。

上昇度合いは、放電信号の出力を停止してから充電電圧が第１電圧よりも大きい第２電圧に上昇するまでの速度を含んでいてもよい。

制御部は、放電信号の出力を停止してから充電電圧が飽和する前の期間内で、充電電圧を検出してもよい。上記構成では、放電信号の出力を停止してからコンデンサの充電電圧が上昇する過渡状態の期間内で、充電電圧を検出し、検出した充電電圧の上昇度合いを把握する。これにより、交流電圧が大きい場合の充電電圧の上昇度合いと、交流電圧が小さい場合の充電電圧の上昇度合いとの差が、充電電圧が飽和した状態を含んだ期間で充電電圧を検出し、検出した充電電圧の上昇度合いを把握する場合と比べて、大きくなる。これにより、交流電圧の大きさを適正に判断することができる。

制御部は、放電信号の出力を継続しながら充電電圧を検出し、検出した充電電圧の上下変動が収束するように、放電信号の出力を調整し、上下変動が収束しているときの充電電圧が大きい場合、交流電圧が大きいと判断し、上下変動が収束しているときの充電電圧が小さい場合、交流電圧が小さいと判断してもよい。充電電圧の上下変動が収束しているとき、コンデンサが交流電源からの電力を充電する量と、コンデンサが放電信号によって放電する量とのバランスが取れている。このとき、交流電源からの交流電圧の大きさが大きいほど、充電電圧の上下変動が収束する値が大きくなる。上記構成では、この特性を利用して、交流電圧の大きさを判断することができる。

制御部は、交流電圧の半周期に応じたタイミング毎に充電電圧を検出してもよい。コンデンサの充電電圧は、交流電圧の半周期における変化に応じたリップルが生じる。上記構成では、交流電圧の半周期に応じたタイミング毎に充電電圧が検出される。これにより、交流電圧を判断することに対する充電電圧のリップルの影響を低減することができ、交流電圧の大きさを適正に判断することができる。

本発明は、電源システムを備える画像形成装置の発明としても捉えることができる。
電源システムと、シートにトナー像を転写する画像形成部と、交流電源から供給される電力に基づいて発熱するヒータを有し、シートにトナー像を定着させる定着部と、交流電源からヒータに供給される電力を制御するヒータ駆動回路と、を備えている。制御部は、ヒータ駆動回路に対して、交流電源からの交流電圧の半周期におけるヒータへの給電を、半周期の開始のゼロクロスタイミングから所定時間経過したタイミングであって交流電圧の位相角に応じたタイミングから、半周期の終了のゼロクロスタイミングまで行う第１制御を実行した後、交流電圧の半周期におけるヒータへの給電を、半周期の開始のゼロクロスタイミングから半周期の終了のゼロクロスタイミングまで行う第２制御を実行し、交流電圧が小さいと判断した場合、第１制御から第２制御に切り換えるタイミングを、交流電圧の大きさが大きいと判断した場合よりも早くする。

上記構成では、制御部は、ヒータ駆動回路に対して、交流電源からの交流電圧の半周期におけるヒータへの給電を、半周期の開始のゼロクロスタイミングから所定時間経過したタイミングであって交流電圧の位相角に応じたタイミングから、半周期の終了のゼロクロスタイミングまで行う第１制御を実行する。これにより、ヒータに大電流が流れることに起因する悪影響を抑制する。第１制御の実行により、ヒータの温度を上昇させた後、交流電圧の半周期におけるヒータへの給電を、半周期の開始のゼロクロスタイミングから半周期の終了のゼロクロスタイミングまで行う第２制御を実行する。これにより、ヒータの温度を第１制御により上昇させる場合よりも早く上昇させることができる。ここで、交流電圧の大きさに応じて、通電開始時におけるヒータに流れる電流量も変化するため、交流電圧が大きいほど、第１制御を行う期間を長くすることが望ましい。しかし、交流電圧の大きさが分から場合、交流電圧の値に余裕を見越して第１制御を行う期間を固定値にすることも考えられる。しかし、第１制御を行う期間を固定値にすると、実際の交流電圧Ｖａｃが想定していた交流電圧よりも小さい場合に、不必要に第１制御を第２制御に切換えるタイミングが遅くなることが懸念される。上記構成では、制御部は、交流電圧が小さいと判断した場合、第１制御から第２制御に切り換えるタイミングを、交流電圧の大きさが大きいと判断した場合よりも早くする。これにより、交流電圧の大きさに応じて、ヒータに対する制御を第１制御から第２制御に切換えるタイミング変更することができ、ヒータに大電流が流れることによる悪影響の抑制と、ヒータの温度を上昇させるのに要する時間の短縮とを適正なバランスで実現することができる。

制御部は、印刷を行っていないタイミングで、交流電圧の大きさを判断してもよい。上記構成では、交流電圧の大きさを判断する処理を、印刷を行っていないタイミングで行うことにより、画像形成装置が行う印刷に要する時間の増加を抑制することができる。

プリンタの概略断面図。 プリンタの電気的構成を説明する図。 電源システムの構成図。 ヒータ制御の手順を説明するフローチャート。 放電信号を説明する図。 モード切換信号を説明する図。 コンデンサの充電電圧の推移を説明する図。 図４のステップＳ１５での判断処理の詳細な手順を説明するフローチャート。 充電電圧の検出タイミングを説明する図。 第２実施形態に係る充電電圧の判断処理の詳細な手順を説明するフローチャート。 第３実施形態に係るヒータ制御の手順を説明するフローチャート。

（第１実施形態）
本実施形態に係る画像形成装置を、プリンタを例に説明する。プリンタは、記録用紙やＯＨＰシート等のシートにトナー像を形成するレーザプリンタである。なお、本実施形態では、プリンタは、単色のトナー像をシートに形成するレーザプリンタである。以下の説明において、方向は、図１に示す方向で説明する。すなわち、図１の左側を「前」とし、右側を「後」とし、上側を「上」とし、下側を「下」とする。

図１，図２に示すように、プリンタ１は、本体筐体２と、シート供給部３と、画像形成部４と、定着部５と、排出ローラ７と、排出トレイ８と、電源システム９と、を備えている。本体筐体２は、上記各部３，４，５，７，１０，２０を収容する。本体筐体２の上面には、画像が形成されたシートＳを支持する排出トレイ８が設けられている。

シート供給部３は、シートＳを収容するシートトレイ３０と、シートトレイ３０上のシートを給紙する給紙ローラ３１と、分離ローラ３２と、搬送ローラ３３と、レジストレーションローラ３４と、シート押圧板３５とを備えている。シート供給部３では、シートトレイ３０内のシートＳが、シート押圧板３５によって給紙ローラ３１に寄せられ、給紙ローラ３１によって分離ローラ３２に送られる。シートＳは、分離ローラ３２によって１枚に分離された後、搬送ローラ３３によって搬送される。レジストレーションローラ３４は、シートＳの先端の位置を揃えた後、画像形成部４に向けてシートＳを搬送する。

画像形成部４は、シートＳにトナー像を形成する。画像形成部４は、感光ドラム４１と、帯電器４２と、転写ローラ４３と、現像ローラ４４と、供給ローラ４５と、トナーを収容するトナー収容部４６と、露光部４７と、を備えている。

帯電器４２は、感光ドラム４１の表面を帯電させる。帯電器４２には、電源ユニット２０により正極の電圧が印加される（図２参照）。露光部４７は、レーザ光源４８、ポリゴンミラー４９、及び符号を省略する反射鏡、及びレンズを備えている。

露光部４７は、画像データに基づくレーザ光をレーザ光源４８から出射し、帯電した感光ドラム４１の表面を露光する。露光部４７は、ポリゴンミラー４９の回転に応じて感光ドラム４１の表面をレーザ光で走査することにより、感光ドラム４１に静電潜像を形成する。

供給ローラ４５は、回転可能であり、トナー収容部４６内のトナーを現像ローラ４４に供給する。現像ローラ４４は、回転可能であり、電源ユニット２０により正極の電圧を印加される。現像ローラ４４は、供給ローラ４５から供給されたトナーを静電潜像が形成された感光ドラム４１に供給する。これにより、静電潜像が可視像化され、感光ドラム４１上に正極のトナー像が形成される。

転写ローラ４３は、回転可能であり、電源ユニット２０により負極の電圧を印加される。正極のトナー像が形成された感光ドラム４１と、負極の電圧が印加された転写ローラ４３は、シート供給部３から供給されたシートＳを挟持しながら回転する。これにより、転写ローラ４３は、感光ドラム４１上に形成された正極のトナー像をシートＳ上に転写する。すなわち、転写ローラ４３は、感光ドラム４１上のトナーをシートＳ上に転写する。

トナー像が転写されたシートＳは、感光ドラム４１及び転写ローラ４３によって、定着部５に搬送される。定着部５は、シートＳに転写されたトナーを熱定着する。定着部５は、加熱ローラ５１と、加圧ローラ５２と、ヒータ５３とを備えている。

排出ローラ７は、シートＳを排出トレイ８に排出するローラであり、シートＳの搬送経路において定着部５よりも下流側に配置されている。定着部５によってトナー像が定着されたシートＳは、排出ローラ７によって排出トレイ８に排出される。

次に、プリンタ１の電気的構成を、図２，図３を用いて説明する。
電源システム９は、制御部１０、電源ユニット２０、及びスイッチＳＷ１を備えている。
まずは、電源ユニット２０の構成を説明する。電源ユニット２０は、スイッチング電源２１、補助電源２２、ヒータ駆動回路２３、ゼロクロス検出回路２４、高圧電源２５、ＤＣ－ＤＣコンバータ２６、ＤＣ－ＤＣコンバータ２７、及びモード切換回路２８を備えている。

スイッチング電源２１及び補助電源２２には、交流電源２００から交流電力が供給される。スイッチング電源２１は、交流電源２００からの交流電圧を直流電圧に変換し、プリンタ１の各部へ直流電力を供給する電源である。図３に示すように、スイッチング電源２１は、整流平滑回路２１１、スイッチング素子Ｑｔ、トランス２１２、直流電圧発生回路２１３、電源制御ＩＣ２１４、平滑回路２１５、電圧検出回路２１６、及び導電ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を有している。

整流平滑回路２１１は、交流電源２００に接続されたダイオードブリッジと、コンデンサとを有している。ダイオードブリッジは、交流電源２００からの交流電圧を、半波の直流電圧に整流して出力する。コンデンサは、ダイオードブリッジから出力された半波の直流電圧を平滑する。

トランス２１２は、１次巻線に接続された１次側の回路と２次巻線に接続された２次側の回路とを絶縁した状態で、１次側の回路から２次側の回路に電力を供給する。トランス２１２の１次巻線の一端は、整流平滑回路２１１から高電位側の電圧が印加される導電ラインＬ１に接続されており、他端は、スイッチング素子Ｑｔを介して整流平滑回路２１１と不図示のグランドＶｇｄとに接続される導電ラインＬ２に接続されている。トランス２１２の２次巻線には、平滑回路２１５が接続されている。平滑回路２１５は、トランス２１２の２次巻線Ｌ２に生じる電圧を平滑する。平滑回路２１５は、ダイオードと、コンデンサとを有するフィルタ回路であり、２次巻線Ｌ２から導電ラインＬ３に生じる電圧のリップル成分を除去する。

導電ラインＬ３と導電ラインＬ４とには、電圧検出回路２１６が接続されている。電圧検出回路２１６は、フォトカプラＰＣ１を有している。フォトカプラＰＣ１は、発光素子が導電ラインＬ３と導電ラインＬ４との間に、抵抗及びダイオードを介して接続されており、受光素子が制御部１０の後述するモード制御ＩＣ１２に接続されている。電圧検出回路２１６は、平滑回路２１５から出力される電圧をモニタし、フォトカプラＰＣ１の出力としての電圧モニタ信号Ｓｖを送出する。

トランス２１２の補助巻線には、直流電圧発生回路２１３が接続されている。直流電圧発生回路２１３は、電源制御ＩＣ２１４の電源である直流電圧を生成する回路であり、ダイオードと、コンデンサとにより構成されている。ダイオードは、アノードで、トランス２１２の補助巻線の一端に接続され、他端は、電源制御ＩＣ２１４の後述するポートＶｃｃに接続されている。コンデンサは、ダイオードのカソードと補助巻線の他端とを接続している。上記構成により、直流電圧発生回路２１３は、補助巻線に生じた直流電圧からリップル成分を除去した電圧を電源制御ＩＣ２１４に供給する。

電源制御ＩＣ２１４は、スイッチング素子Ｑｔをオン状態と、オフ状態とに制御する。電源制御ＩＣ２１４は、ポートＶｃｃで直流電圧発生回路２１３に接続されている。電源制御ＩＣ２１４は、ポートＯＵＴでスイッチング素子Ｑｔのゲートに接続されており、スイッチング素子Ｑｔをオン状態とオフ状態とに切換えるゲート駆動信号を出力する。電源制御ＩＣ２１４は、ポートＦＢで電圧検出回路２１６が有するフォトカプラＰＣ１の受光素子に接続されており、電圧検出回路２１６からの電圧モニタ信号Ｓｖを受信し、スイッチング電源２１の出力電圧が所定値（具体例において２４Ｖ）となるように調整されるゲート駆動信号をスイッチング素子Ｑｔに出力する。

電源制御ＩＣ２１４は、ポートＥＮで、フォトカプラＰＣ２を介して後述するモード制御ＩＣ１２からのモード切換信号Ｓｍを受信する。電源制御ＩＣ２１４は、モード切換信号Ｓｍに応じて、スイッチング電源２１によるスイッチング動作の開始と、スイッチング動作の終了とを制御する。モード切換信号Ｓｍについては詳細に後述する。電源制御ＩＣ２１４は、ポートＶＨで、ダイオード及び抵抗の直列接続体を介して導電ラインＬ１に接続されている。これにより、プリンタ１が交流電源２００に接続された際に、導電ラインＬ１を通じて電源制御ＩＣ２１４を起動させるための電圧を受け取る。

上記構成のスイッチング電源２１では、電源制御ＩＣ２１４のポートＯＵＴから出力されるゲート駆動信号に応じて、スイッチング素子Ｑｔがオンオフ動作し、トランス２１２の２次巻線を介して出力電圧Ｖｏ１を出力する。導電ラインＬ３には、プリンタ１における電力を消費する負荷回路に接続されている。図２，図３では、負荷回路として、導電ラインＬ３には、高圧電源２５と、ＤＣ－ＤＣコンバータ２６と、ＤＣ－ＤＣコンバータ２７とが接続されている。高圧電源２５と、ＤＣ－ＤＣコンバータ２６と、ＤＣ－ＤＣコンバータ２７とは、導電ラインＬ３に対して並列接続されている。スイッチング電源２１は、導電ラインＬ３を介して２４Ｖの出力電圧Ｖｏ１を、高圧電源２５、ＤＣ－ＤＣコンバータ２６，２７、及び不図示の回路に出力する。

高圧電源２５は、スイッチング電源２１からの直流電圧を昇圧して、出力電圧Ｖｏ２を生成する。高圧電源２５は、例えば、スイッチング電源２１からの２４Ｖの直流電圧を、７ｋＶの直流電圧に昇圧した出力電圧Ｖｏ２を生成し、帯電器４２に供給する。ＤＣ－ＤＣコンバータ２６は、スイッチング電源２１からの直流電圧を降圧して出力電圧Ｖｏ３を出力する。ＤＣ－ＤＣコンバータ２６は、例えば、スイッチング電源２１からの２４Ｖの直流電圧を、５．０Ｖの直流電圧に降圧した出力電圧Ｖｏ３を生成する。具体的には、ＤＣ－ＤＣコンバータ２６は、後述する充電ラインＬ１２を介して、生成した出力電圧Ｖｏ３を、補助電源２２に供給する。ＤＣ－ＤＣコンバータ２７は、例えば、スイッチング電源２１からの２４Ｖの直流電圧を、３．３Ｖの直流電圧に降圧した出力電圧Ｖｏ４を生成する。具体的には、ＤＣ－ＤＣコンバータ２７は、生成した出力電圧Ｖｏ４を制御部１０に供給する。

スイッチング電源２１の電圧検出回路２１６は、出力電圧Ｖｏ１をモニタしており、フォトカプラＰＣ１により電圧モニタ信号Ｓｖを送出する。電源制御ＩＣ２１４のポートＯＵＴから出力されるゲート駆動信号のデューティが低下（例えば、０％）になると、スイッチング素子Ｑｔによるスイッチング動作が停止され、スイッチング電源２１は出力電圧Ｖｏ１の生成を停止する。なお、スイッチング電源２１には、高圧電源２５及びＤＣ－ＤＣコンバータ２６，２７以外のＤＣ－ＤＣコンバータが接続されていてもよい。ＤＣ－ＤＣコンバータにより生成された電圧は、プリンタ１を構成する各部に適宜提供される。

図３に示すように、補助電源２２は、入力コンデンサＣ１１，Ｃ１２と、ＡＣ－ＤＣコンバータ２２１と、平滑回路２２２と、電源コンデンサＣｅと、導電ラインＬ１１，Ｌ１３，Ｌ１６と、充電ラインＬ１２と、供給ラインＬ１５とダイオードＤ１とを備えている。入力コンデンサＣ１１の一端は、交流電源２００の一端に接続されている。入力コンデンサＣ１２の一端は、交流電源２００の他端に接続されている。入力コンデンサＣ１１，Ｃ１２の他端は、それぞれＡＣ－ＤＣコンバータ２２１に接続されている。

ＡＣ－ＤＣコンバータ２２１は、入力コンデンサＣ１１，Ｃ１２から出力される交流電圧Ｖａｃを直流電圧に変換する。本実施形態では、ＡＣ－ＤＣコンバータ２２１は、４つのダイオードにより構成されたダイオードブリッジにより構成されている。ＡＣ－ＤＣコンバータ２２１には、導電ラインＬ１１を介して平滑回路２２２が接続されている。平滑回路２２２は、ツェナーダイオードと、コンデンサとを有するフィルタ回路である。

平滑回路２２２には、電源コンデンサＣｅが並列接続されている。具体的には、電源コンデンサＣｅの一端は、抵抗を介して平滑回路２２２からの電圧が印加される充電ラインＬ１２に接続され、他端は、平滑回路２２２とグランドとを接続する導電ラインＬ１３に接続されている。本実施形態では、電源コンデンサＣｅの電源容量は、スイッチング電源２１の電源容量よりも小さい。

充電ラインＬ１２は、スイッチング電源２１と補助電源２２とを接続する。具体的には、充電ラインＬ１２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ２６と電源コンデンサＣｅとを接続する。充電ラインＬ１２を介して、ＤＣ－ＤＣコンバータ２６から電源コンデンサＣｅへ出力電圧Ｖｏ３が供給される。供給ラインＬ１５は、補助電源２１と制御部１０とを接続する。具体的には、供給ラインＬ１５は、電源コンデンサＣｅとモード制御ＩＣ１２とを接続する。ダイオードＤ１は、充電ラインＬ１２上に配置される。ダイオードＤ１のアノードは、ＤＣ－ＤＣコンバータ２６の出力端子に接続されており、ダイオードＤ１のカソードは、スイッチＳＷ１を介して平滑回路２２２及び電源コンデンサＣｅに接続されている。ダイオードＤ１は、ＤＣ－ＤＣコンバータ２６から補助電源２２へ流れる電流が逆流するのを防止する機能を有する。

上記構成の補助電源２２では、電源コンデンサＣｅの端子間に生じる充電電圧Ｖｃを出力電圧Ｖｏ５として出力する。補助電源２２の電源コンデンサＣｅは、交流電源２００からの交流電圧Ｖａｃにより充電される。具体的には、交流電圧Ｖａｃは、入力コンデンサＣ１１，Ｃ１２を通じて、補助電源２２に入力される。入力された交流電圧は、ＡＣ－ＤＣコンバータ２２１により直流電圧に変換された後、平滑回路２２２により平滑されて、電源コンデンサＣｅに供給される。これにより、電源コンデンサＣｅは、充電される。また、電源コンデンサＣｅは、電源システム９が後述する第１モードであれば、充電ラインＬ１２を通じてＤＣ－ＤＣコンバータ２６から供給される出力電圧Ｖｏ３により、充電される。

ヒータ駆動回路２３は、制御部１０とヒータ５３との間に接続される。ヒータ駆動回路２３は、交流電源２００からの交流電力をヒータ５３に供給する通電状態と、交流電力をヒータ５３に供給しない非通電状態とに切り換わる。ヒータ駆動回路２３は、ＡＳＩＣ１１から出力される制御信号により、通電状態と非通電状態とが切り換わるトライアックを有している。トライアックの通電状態が長くなるほど、ヒータ５３の通電率が高くなることにより、ヒータ５３の出力が増加する。一方、トライアックの非通電状態が短くなるほど、ヒータ５３の通電率が低くなることにより、ヒータ５３の出力が減少する。

ゼロクロス検出回路２４は、交流電源２００と制御部１０との間に接続される。ゼロクロス検出回路２４は、交流電源２００の交流電圧Ｖａｃが０Ｖとなるタイミングであるゼロクロスタイミングを検出する。ゼロクロス検出回路２４は、交流電圧Ｖａｃが０Ｖに近い所定電圧値以上となるときは第１レベルとなり、交流電圧Ｖａｃが前述の所定電圧値未満となるときは第１レベルと異なる第２レベルとなる、パルス信号であるゼロクロス信号を、交流電圧Ｖａｃの半周期毎に制御部１０へ出力する。本実施形態では、ゼロクロス検出回路２４が出力するゼロクロス信号は、第１レベルがＨｉレベルであり、第２レベルがＬｏｗレベルとなるパルス信号である。制御部１０は、入力されるゼロクロス信号に基づき、交流電源２００から供給される交流電圧Ｖａｃのゼロクロスタイミングを特定することができ、特定したゼロクロスタイミングに基づいて、ヒータ駆動回路２３を制御する。

モード切換回路２８は、トランジスタＴｒと、フォトカプラＰＣ２とを備えている。トランジスタＴｒのゲートは、モード制御ＩＣ１２のポートＰ３に接続されている。トランジスタＴｒのコレクタは、抵抗を介してフォトカプラＰＣ２に接続される。トランジスタＴｒのエミッタは、グランドＶｇｄに接続された導電ラインＬ１６に接続されている。フォトカプラＰＣ２は、発光素子ＬＥＤ２と、受光素子ＰＴ２とを備えている。発光素子ＬＥＤ２は、具体的には発光ダイオードである。発光素子ＬＥＤ２のアノードは、供給ライン１５に接続されている。発光素子ＬＥＤ２のカソードは、抵抗を介してトランジスタＴｒのコレクタに接続されている。受光素子ＰＴ２は、具体的にはフォトトランジスタである。受光素子ＰＴ２は、電源制御ＩＣ２１４のＥＮポートに接続されている。

スイッチＳＷ１は、例えばトランジスタである。スイッチＳＷ１は、補助電源２２の充電ラインＬ１２上に配置されている。スイッチＳＷ１のゲートは、後述するＡＳＩＣ１１のポートＰ１１に接続されており、操作信号Ｓｓｗが入力される。スイッチＳＷ１のコレクタは、ダイオードＤ１のカソードに接続されている。スイッチＳＷ１のエミッタは、平滑回路２２２及び電源コンデンサＣｅの一端に接続されている。スイッチＳＷ１は、スイッチング電源２１のＤＣ－ＤＣコンバータ２６から電源コンデンサＣｅへの直流電圧Ｖｏ３の供給を許容する導通状態と、スイッチング電源２１のＤＣ－ＤＣコンバータ２６から電源コンデンサＣｅへの直流電圧Ｖｏ３の供給を遮断する遮断状態とに切り換わる。

次に、制御部１０の構成を説明する。
制御部１０は、ＡＳＩＣ１１と、モード制御ＩＣ１２とを有している。ＡＳＩＣ１１は、プリンタ１の所要の動作を制御したり後述する交流電圧Ｖａｃの大きさを判断したりするための回路であり、ＤＣ－ＤＣコンバータ２７から供給される出力電圧Ｖｏ４により駆動する。ＡＳＩＣ１１は、補助電源２２の電源コンデンサＣｅを充電する場合に、ポートＰ１１から操作信号Ｓｓｗを出力する。

モード制御ＩＣ１２は、電源システム９を第１モードと第２モードとに切換えたり後述する交流電圧Ｖａｃの大きさを判断したりするための回路であり、ＤＣ－ＤＣコンバータ２７から供給される出力電圧Ｖｏ４及び補助電源２２から供給される出力電圧Ｖｏ５によって動作する。具体的には、モード制御ＩＣ１２は、ポートＰ１により、ＤＣ－ＤＣコンバータ２７に接続されており、ＤＣ－ＤＣコンバータ２７からの出力電圧Ｖｏ４が入力される。モード制御ＩＣ１２は、ポートＰ２により、供給ラインＬ１５を介して補助電源２２に接続されており、補助電源２２からの出力電圧Ｖｏ５が入力される。モード制御ＩＣ１２のポート４と、ＡＳＩＣ１１のポート１２とは、通信線により接続されており、ポート４とポート１２とを通じて通信を行うことができる。

モード制御ＩＣ１２は、プリンタ１の各部の状態をモニタしており、例えば、第１モードにおいて、印刷指令を長時間受けなかったりスイッチＳＷ２がユーザに操作されたりした際には、プリンタ１を第２モードに移行させるモード切換信号ＳｍをポートＰ３から出力する。また、モード制御ＩＣ１２は、第２モードにおいて、印刷指令を受けたりスイッチＳＷ２がユーザに操作されたりした際には、プリンタ１を第１モードに移行させるモード切換信号ＳｍをポートＰ３から出力する。

上記構成において、モード制御ＩＣ１２のポートＰ３からモード切換信号Ｓｍが出力されると、モード切換信号Ｓｍのデューティ比に応じて、トランジスタＴｒのオンオフ動作が行われる。そのため、トランジスタＴｒがオンする期間において、フォトカプラＰＣ２の発光素子ＬＥＤ２が発光し、モード切換信号Ｓｍは受光素子を介して光伝送され、電源制御ＩＣ２１４のＥＮポートに入力される。なお上述のように本願においては、モード制御ＩＣ１２のポートＰ３の出力と、フォトカプラＰＣ２の出力とを、信号としては同一視して、いずれもモード切換信号Ｓｍと称す。

図６に示すように、モード切換信号Ｓｍは、１スイッチング周期Ｔｓｗにおける所定電圧であるＨｉ状態と、この所定電圧よりも低い電圧であるＬｏｗ状態との組み合わせにより、スイッチング電源２１にスイッチング動作を開始させる指令（以下、開始指令と称す）と、スイッチング動作を停止させる指令（以下、停止指令）とに変化する。スイッチング動作の開始及び停止を示す際のモード切換信号Ｓｍは、１スイッチング周期Ｔｓｗにおいて、１００％以下のデューティ比であるパルス信号である。これらのパルス信号は互いに異なるパルス信号、例えばパルス幅が異なるパルス信号であってもよいが、同一の形態のパルス信号であってもよい。ここで、パルス信号とは、Ｌｏｗ状態からＨｉ状態に変化し、Ｈｉ状態から再びＬｏｗ状態に変化する部分（「パルス」と称す）を１つ以上含む信号である。本実施形態では、スイッチング動作を開始させるモード切換信号Ｓｍと、スイッチング動作を停止させるモード切換信号Ｓｍとは、互いに同一のパルス信号であり、１スイッチング周期Ｔｓｗにおいて、パルスを３つ含み、デューティ比が４０％のパルス信号となっている。

第２モードに移行する場合、モード制御ＩＣ１２は、モード切換信号Ｓｍをモード切換回路２８に出力することで、電源制御ＩＣ２１４からのゲート駆動信号の出力を停止させる。これにより、スイッチング電源２１による出力電圧Ｖｏ１の生成が停止される。出力電圧Ｖｏ１の生成が停止されることにより、高圧電源２５、ＤＣ－ＤＣコンバータ２６，２７による出力電圧Ｖｏ２～Ｖｏ４の生成も停止され、ＡＳＩＣ１１を含む各部の駆動が停止する。一方、第１モードに移行する場合、モード制御ＩＣ１２は、モード切換信号Ｓｍをモード切換回路２８に出力することで、電源制御ＩＣ２１４からのゲート信号の出力を再開させる。これにより、スイッチング電源２１による出力電圧Ｖｏ１の生成が再開される。出力電圧Ｖｏ１の生成が再開されることにより、高圧電源２５及びＤＣ－ＤＣコンバータ２６，２７による出力電圧Ｖｏ２～Ｖｏ４の生成も再開され、ＡＳＩＣ１１を含む各部が駆動する。なお、モード制御ＩＣ１２は、後述する交流電圧Ｖａｃの大きさを判断する処理を行う場合、モード切換信号Ｓｍを出力するポートＰ３を介して、後述する放電信号Ｓｄを出力する。

ＡＳＩＣ１１は、ヒータ５３の通電制御として、まず、第１制御を開始する。第１制御とは、ヒータ５３への給電を、交流電圧Ｖａｃの位相角に応じて行う制御であり、具体的には、ヒータ５３への給電を、交流電圧Ｖａｃの半周期の開始のゼロクロスタイミングから所定位相角だけ経過したタイミングから、半周期の終了のゼロクロスタイミングまで行う制御である。このとき、ヒータ５３への給電期間には、交流電圧Ｖａｃのピークとなる位相角が含まれないようにする。ハロゲンヒータでは、温め当初は抵抗値が低く大電流が流れ易いため、ヒータ５３に大電流が流れることによって電圧降下が起きてプリンタ１と交流電源２００を共通にする蛍光灯がちらつく現象（フリッカ）が発生する場合がある。ＡＳＩＣ１１は、ヒータ５３への交流電圧Ｖａｃの供給開始当初は、フリッカの発生を抑えるため、ヒータ５３が温まって大電流が流れにくくなるまで第１制御を行う。具体的には、ＡＳＩＣ１１は、第１制御によりヒータ駆動回路２３のトライアックを５０％未満のデューティ比でオンオフ操作させるように、ヒータ駆動回路２３に駆動信号を出力する。より詳細には、ＡＳＩＣ１１は、ゼロクロス検出回路２４により検出されたゼロクロス信号に基づいてゼロクロスタイミングを推定する。ＡＳＩＣ１１は、推定したゼロクロスタイミングから交流電圧Ｖａｃの半周期の半分、すなわち交流電圧Ｖａｃの周期の１／４を経過してから、推定したゼロクロスタイミングから交流電圧Ｖａｃの半周期を経過しない期間において、トライアックに駆動信号を出力する。なお、ＡＳＩＣ１１からの駆動信号により通電状態となったトライアックは、ゼロクロスタイミングにおいて非通電状態に切り替わる。

ＡＳＩＣ１１は、第１制御によりヒータ５３が十分に温まることで、ピーク電流が低下した後は、ヒータ５３の制御を、第１制御から第２制御に切換える。第２制御とは、交流電圧Ｖａｃの半周期である半波毎にヒータ５３への通電と遮断とが繰り返される制御であり、具体的には、ヒータ５３への給電を半周期の開始のゼロクロスタイミングから半周期の終了のゼロクロスタイミングまでヒータ駆動回路２３のトライアックを通電状態にするか非通電状態にするかを切り換える制御である。なお、ＡＳＩＣ１１は、加熱ローラ５１が目標温度に到達するまで連続する交流電圧Ｖａｃの半波において、常時ヒータ駆動回路２３のトライアックを通電状態してヒータ５３へ常時通電する第２制御を行う。これにより、加熱ローラ５１が目標温度に到達するまで第１制御を行う構成に比べ、ヒータ５３を目標温度まで近づけるのに要する時間を短くすることができる。ＡＳＩＣ１１は、上述の第２制御において、交流電圧Ｖａｃの半周期毎に、推定したゼロクロスタイミングでヒータ駆動回路２３に駆動信号を出力する。

上記構成のプリンタ１において、交流電源２００から供給される交流電圧Ｖａｃが大きいほど、ヒータ５３に流れる電流が大きくなり、ヒータ５３に流れる電流のピークが小さくなるのが遅くなる。そのため、交流電圧Ｖａｃが大きいほど、第１制御を第２制御に切換えるタイミングを遅くして、フリッカを抑制する必要がある。このとき、交流電圧Ｖａｃの大きさが分からないと、フリッカの発生を抑えるために、交流電圧Ｖａｃの値に余裕を見越して第１制御を行う期間を固定値にすることも考えられる。しかし、第１制御を行う期間を固定値にすると、実際の交流電圧Ｖａｃが想定していた交流電圧Ｖａｃよりも小さい場合に、不必要に第１制御を第２制御に切換えるタイミングが遅くなることが懸念される。そこで、本実施形態では、制御部１０は、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断し、判断した交流電圧Ｖａｃの大きさを用いて、第１制御を適正なタイミングで第２制御に切換えている。

本実施形態では、ヒータ５３に対する第１制御を継続する期間ＣＴを設定すべく、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断するために、電源コンデンサＣｅを放電させた後、モード制御ＩＣ１２のポートＰ２により検出される電源コンデンサＣｅの充電電圧Ｖｃにより、充電電圧Ｖｃの上昇度合いを判断する。そして、判断結果から交流電圧Ｖａｃの大きさを判断し、第１制御を継続する期間ＣＴを設定する。

次に、図４を用いて、第１制御を継続する期間ＣＴを設定する手順を説明する。図４に示す処理は、プリンタ１を第１モードで動作させており、かつ印刷処理を実行していない場合に、制御部１０により実行される処理である。

ステップＳ１１では、ＡＳＩＣ１１は、ポートＰ１１から出力する操作信号Ｓｓｗにより、スイッチＳＷ１をオフ操作する。これにより、充電ラインＬ１２を介したスイッチング電源２１から補助電源２２への出力電圧Ｖｏ３の供給が停止され、電源コンデンサＣｅは、交流電圧Ｖａｃのみで充電される。

ステップＳ１２では、モード制御ＩＣ１２は、ポートＰ３から、放電信号Ｓｄを出力する。図５は、１スイッチング周期Ｔｓｗでの放電信号Ｓｄの波形を示す。図５に示すように、放電信号Ｓｄは、１スイッチング周期Ｔｓｗにおいて常にＨｉ状態である信号であり、言い換えれば、１スイッチング周期Ｔｓｗでのデューティ比が１００％である信号である。一方、上述したように、モード切換信号Ｓｍは、１スイッチング周期Ｔｓｗにおいて、パルスを１つ以上含むパルス信号であり（図６参照）、言い換えれば、１スイッチング周期Ｔｓｗでのデューティ比が１００％よりも小さい信号である。即ち、放電信号Ｓｄと、モード切換信号Ｓｍとは異なっている。放電信号Ｓｄを１スイッチング周期Ｔｓｗでのデューティ比が１００％となる信号とすることにより、トランジスタＴｒをオン状態にする期間を長くすることができるため、電源コンデンサＣｅを速やかに放電させることができる。

ステップＳ１３では、モード制御ＩＣ１２は、ポートＰ２により検出される電源コンデンサＣｅの充電電圧Ｖｃが、第１電圧ＴＨ１よりも小さくなったか否かを判断する。第１電圧ＴＨ１は、電源コンデンサＣｅが十分に放電された場合の充電電圧Ｖｃの値であり、本実施形態では０．２Ｖである。ステップＳ１３を否定判定する場合、モード制御ＩＣ１２は、充電電圧Ｖｃが第１電圧ＴＨ１よりも小さくなるまで、放電信号Ｓｄを出力したままにする。

ステップＳ１３を肯定判定すると、ステップＳ１４に進み、モード制御ＩＣ１２は、放電信号Ｓｄを停止する。これにより、トランジスタＴｒがオフ状態からオン状態に変化する。図７は、電源コンデンサＣｅの放電時と充電時における充電電圧Ｖｃの推移を示している。図７において、放電期間Ｔ１は、スイッチＳＷ１をオフ状態にし、かつトランジスタＴｒをオン状態にした期間である。充電期間Ｔ２は、スイッチＳＷ１をオフ状態にし、かつトランジスタＴｒをオフ状態にした期間である。放電期間Ｔ１では、トランジスタＴｒをオン状態としたことに伴う電源コンデンサＣｅの放電量が、交流電圧Ｖａｃによる充電量よりも高くなっており、充電電圧Ｖｃは下降している。一方、充電期間Ｔ２では、トランジスタＴｒをオフ状態としたことに伴い、充電電圧Ｖｃは上昇している。

ステップＳ１５では、ＡＳＩＣ１１は、充電期間Ｔ２における充電電圧Ｖｃの上昇度合いから、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断する判断処理を行う。図８は、ステップＳ１５で実行される判断処理の手順を示すフローチャートである。

ステップＳ２１では、ＡＳＩＣ１１は、充電期間Ｔ２中にモード制御ＩＣ１２のポートＰ２を通じて検出される充電電圧Ｖｃから、所定の位相での充電電圧Ｖｃを取得する。本実施形態では、交流電圧Ｖａｃの半周期に応じたタイミングでの充電電圧Ｖｃを取得する。図９は、交流電圧Ｖａｃの変化と、充電電圧Ｖｃとの関係を説明する図である。図９（ａ）は、１周期Ｔでの交流電圧Ｖａｃの推移を示し、図９（ｂ）は、１周期Ｔでの充電電圧Ｖｃの推移を示している。

電源コンデンサＣｅの充電電圧Ｖｃには、交流電圧Ｖａｃの半周期毎の変化に応じたリップルが生じる。具体的には、充電電圧Ｖｃは、充電期間Ｔ２において、全体として上昇しているが、交流電圧Ｖａｃの半周期（Ｔ／２）毎に上側で凸状に変化したリップルが生じている。そのため、充電電圧Ｖｃの取得タイミングを、半周期毎に合わせることにより、取得した充電電圧Ｖｃに対するリップルの影響を少なくしている。

具体的には、ＡＳＩＣ１１は、交流電圧Ｖａｃの半周期の中間におけるピークタイミング（ｔ２，ｔ４）での充電電圧Ｖｃを取得する。ＡＳＩＣ１１は、ゼロクロス検出回路２４により検出されたゼロクロスタイミングに基づいて推定した２つの半周期の各ゼロクロスタイミングから９０度位相が遅れた位置を、交流電圧Ｖａｃのピークタイミングとし、それぞれのピークタイミングでの充電電圧Ｖｃを取得すればよい。

また、本実施形態では、ＡＳＩＣ１１は、放電信号Ｓｄの出力を停止してから充電電圧Ｖｃの上昇が飽和する前の期間内で、充電電圧Ｖｃを複数回取得する。図７では、充電期間Ｔ２の後半の時刻ｔｓにおいて、充電電圧Ｖｃの上昇度合いが低下し、飽和に転じている。充電期間Ｔ２において、充電電圧Ｖｃが飽和する時刻ｔｓ以後の期間では、交流電圧Ｖａｃの大きさに関わらず、充電電圧Ｖｃの上昇度合いの差が小さくなる。ＡＳＩＣ１１は、例えば、放電信号Ｓｄの出力を停止してから充電電圧Ｖｃの上昇が飽和すると想定される期間よりも短い検出期間Ｔｄ内で、充電電圧Ｖｃを複数回取得する。検出期間Ｔｄは、ステップＳ１４で放電信号Ｓｄの出力を停止してから充電電圧Ｖｃの上昇が飽和すると想定される期間よりも短い期間であり、例えば、電源コンデンサＣｅの容量に応じて実験的に定められた期間である。

ステップＳ２２では、ＡＳＩＣ１１は、充電電圧Ｖｃの上昇度合いとして、単位時間での充電電圧Ｖｃの上昇量Ａを算出する。具体的には、ステップＳ２１で取得している交流電圧Ｖａｃの半周期毎の充電電圧Ｖｃの差分から充電電圧Ｖｃの上昇量Ａを算出する。図９の例では、時刻ｔ４での充電電圧Ｖｃ２から時刻ｔ２での充電電圧Ｖｃ１を引いた値を、上昇量Ａとして算出している

ステップＳ２３では、ＡＳＩＣ１１は、ステップＳ２２で算出した上昇量Ａが上昇度合い判定値ＴＨ２よりも大きいか否かを判断する。上昇度合い判定値ＴＨ２は、交流電源Ｖａｃが小さいと判断される場合の、充電電圧Ｖｃの上昇量Ａの上限値であり、実験に応じて定められる値である。

ステップＳ２３を肯定判定する場合、即ち、充電電圧Ｖｃの上昇量Ａが上昇度合い判定値ＴＨ２よりも大きい場合、ステップＳ２４に進み、ＡＳＩＣ１１は、交流電圧Ｖａｃが大きいと判断する。一方、ステップＳ２３を否定判定する場合、即ち、充電電圧Ｖｃの上昇量Ａが上昇度合い判定値ＴＨ２以下である場合、ステップＳ２５に進み、ＡＳＩＣ１１は、交流電圧Ｖａｃが小さいと判断する。

ステップＳ２４又はステップＳ２５の処理を終了すると、図４のステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、ＡＳＩＣ１１は、操作信号Ｓｓｗにより、スイッチＳＷ１をオフ状態からオン状態に変化させることにより、充電ラインＬ１２を介した補助電源２２への出力電圧Ｖｏ３の供給を再開させる。

ステップＳ１７で、ＡＳＩＣ１１は、ステップＳ１５の判断処理により交流電圧Ｖａｃを大きいと判断しており、ステップＳ１７を否定判定した場合、ステップＳ１９に進む。ステップＳ１９では、ＡＳＩＣ１１は、第１制御を継続する期間ＣＴを第１期間ＣＴ１に設定する。第１制御を継続する期間ＣＴは、ヒータ５３に対して第１制御を開始してから、第１制御を終了して、第２制御に切換えるまでの期間である。一方、ステップＳ１７において、ＡＳＩＣ１１は、ステップＳ１５での判断処理により、交流電圧Ｖａｃを小さいと判断しており、ステップＳ１７を肯定判定する場合、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、ＡＳＩＣ１１は、第１制御を継続する期間ＣＴを第１期間ＣＴ１よりも短い第２期間ＣＴ２に設定する。即ち、交流電圧Ｖａｃが小さいと判断した場合、交流電圧Ｖａｃが大きいと判断した場合よりも、第１制御を第２制御に切換えるタイミングを早めている。

ステップＳ１８又はステップＳ１９の処理が終了すると、図４の処理を終了する。

以上説明した本実施形態では、以下の効果を奏することができる。
制御部１０は、電源コンデンサＣｅを放電させるための放電信号Ｓｄを出力し、放電信号Ｓｄを出力した後の電源コンデンサＣｅの充電電圧Ｖｃを検出し、検出した充電電圧Ｖｃに基づいて、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断する。これにより、制御部１０に電力を供給するための補助電源２２の電源コンデンサＣｅを流用して、既存の電源システムの回路構成に変更を極力加えることなく、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断することができる。

制御部１０は、モード制御ＩＣ１２のポートＰ２に接続された供給ラインＬ１５を介して充電電圧Ｖｃを検出する。これにより、既存の供給ラインＬ１５を流用して、電源コンデンサＣｅの充電電圧Ｖｃを検出するので、既存の電源システムの回路構成に変更を極力加えることなく、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断することができる。

制御部は１０、充電ラインＬ１２上に設けられたスイッチＳＷ１をオフ状態とした上で、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断する。これにより、スイッチング電源２１からの出力電圧Ｖｏ３を、充電ラインＬ１２を介して電源コンデンサＣｅに供給することにより、交流電源２００からの電力と、スイッチング電源２１からの電力との２系統で電源コンデンサＣｅを充電することができる。また、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断する場合は、充電ラインＬ１２が遮断されることにより、電源コンデンサＣｅは、交流電圧Ｖａｃのみで充電されるため、交流電圧Ｖａｃの大きさを適正に判断することができる。

制御部１０は、充電ラインＬ１２上のスイッチＳＷ１をオフ状態とした上で、放電信号Ｓｄを出力する。これにより、電源コンデンサＣｅを迅速に放電させることができ、ひいては交流電圧Ｖａｃの大きさを迅速に判断することができる。

制御部１０は、フォトカプラＰＣ２の発光素子ＬＥＤ２へモード切換信号Ｓｍを出力し、フォトカプラＰＣ２の発光素子ＬＥＤ２が補助電源２２の電源コンデンサＣｅに充電された電力を消費して発光することにより、プリンタ１のモードが切り換わる。そして、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断する場合に、制御部１０がフォトカプラＰＣ２の発光素子ＬＥＤ２へ放電信号Ｓｄを出力することにより、発光素子ＬＥＤ２が電源コンデンサＣｅに充電された電力を消費して発光し、電源コンデンサＣｅが放電される。このため、電源システムのモードを切り換えるための構成を流用してコンデンサを放電させることができる。

放電信号Ｓｄは、モード切換信号Ｓｍと異なっている。これにより、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断する場合に、プリンタ１のモードを切り換えることを意図していないにもかかわらず、プリンタ１のモードが切り換わってしまうのを、放電信号Ｓｄがモード切換信号Ｓｍと同一である構成に比べて抑制することができる。

放電信号Ｓｄは、モード切換信号Ｓｍの１周期において、デューティ比が１００％となる信号である。これにより、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断する場合に、プリンタ１のモードを切り換えることを意図していないにもかかわらず、プリンタ１のモードが切換ってしまうのを抑制しつつ、電源コンデンサＣｅを速やかに放電させることができる。

制御部１０は、充電電圧Ｖｃが第１電圧ＴＨ１まで低下した後に、放電信号Ｓｄの出力を停止し、放電信号Ｓｄの出力を停止した後に電源コンデンサＣｅが交流電源Ｖａｃにより充電されるときに、充電電圧Ｖｃを検出する。そして、検出した充電電圧Ｖｃの上昇度合いが大きい場合、交流電圧が大きいと判断し、上昇度合いが小さい場合、交流電圧Ｖａｃが小さいと判断する。充電電圧Ｖｃが第１電圧ＴＨ１に低下するまで放電した電源コンデンサＣｅを充電するとき、交流電圧Ｖａｃの大きさが大きいほど、充電電圧Ｖｃの上昇度合いが大きくなる。上記構成では、この特性を利用して、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断することができる。

制御部１０は、電源コンデンサＣｅの充電電圧Ｖｃが第１電圧ＴＨ１まで低下したことを検出する。上記構成では、電源コンデンサＣｅの充電電圧Ｖｃが第１電圧ＴＨ１まで低下する時間を実験により求め、求めた時間が経過した後に、放電信号Ｓｄの出力を停止する構成に比べ、電源コンデンサＣｅの充電電圧Ｖｃが第１電圧ＴＨ１まで低下するのを確実に待ちつつ、遅くなりすぎないタイミングで放電信号Ｓｄの出力を停止することができる。このため、検出した充電電圧Ｖｃから上昇度合いの大小を適切に把握し、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断することができる。また、迅速に交流電圧Ｖａｃの大きさを判断することができる。

制御部１０は、放電信号Ｓｄの出力を停止してから充電電圧Ｖｃが飽和する前の期間内で、充電電圧Ｖｃを検出する。これにより、交流電圧Ｖａｃが大きい場合の充電電圧Ｖｃの上昇度合いと、交流電圧Ｖａｃが小さい場合の充電電圧Ｖｃの上昇度合いとの差が、充電電圧Ｖｃが飽和した状態を含んだ期間で充電電圧Ｖｃを検出し、検出した充電電圧Ｖｃの上昇度合いを把握する場合と比べて、大きくなる。これにより、交流電圧Ｖａｃの大きさを適正に判断することができる。

電源コンデンサＣｅの充電電圧Ｖｃは、交流電圧Ｖａｃの半周期における変化に応じたリップルが生じる。この特性に鑑み、制御部１０は、交流電圧Ｖａｃの半周期に応じたタイミング毎に充電電圧Ｖｃを検出する。これにより、交流電圧Ｖａｃの半周期における所定のタイミングで検出した充電電圧Ｖｃと、所定のタイミングから交流電圧Ｖａｃの半周期とならないタイミングで検出した充電電圧Ｖｃとを用いて、交流電圧の大きさを判断する場合と比べて、交流電圧Ｖａｃを判断することに対する充電電圧Ｖｃのリップルの影響を低減することができ、交流電圧の大きさを適正に判断することができる。

制御部１０は、交流電圧Ｖａｃが小さいと判断した場合、ヒータ５３に対する第１制御から第２制御に切り換えるタイミングを、交流電圧Ｖａｃが大きいと判断した場合よりも早くする。これにより、交流電圧Ｖａｃの大きさに応じて、制御を第１制御から第２制御に切換えるタイミングが変更されるため、ヒータ５３に大電流が流れることによるフリッカの抑制と、ヒータ５３の加熱に要する時間の短縮とを適正なバランスで実現することができる。

制御部１０は、印刷を行っていないタイミングで、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断する。これにより、プリンタ１が印刷を行うのに要する時間の増加を抑制することができる。

（第１実施形態の変形例）
・第１実施形態では、モード制御ＩＣ１２は、ポートＰ２に接続された供給ラインＬ１５を介して、電源コンデンサＣｅの充電電圧Ｖｃを検出した。これに代えて、供給ラインＬ１５とは別の検出ラインを介して、モード制御ＩＣ１２と電源コンデンサＣｅとを接続し、モード制御ＩＣ１２は検出ラインを介して充電電圧Ｖｃを検出してもよい。

・第１実施形態では、電源システム９の第１モードでは、スイッチング電源２１及びＤＣ－ＤＣコンバータ２７を動作させることにより、ＤＣ－ＤＣコンバータ２７から制御部１０に電力を供給した。そして、第２モードでは、スイッチング電源２１の動作を停止させることで、ＤＣ－ＤＣコンバータ２７からの制御部１０への電力の供給を停止した。これに代えて、第２モードでは、スイッチング電源２１を動作させつつ、ＤＣ－ＤＣコンバータ２７の動作のみを停止させることで、ＤＣ－ＤＣコンバータ２７からの制御部１０への電力の供給を停止してもよい。

・第１実施形態では、制御部１０は、第１モードにおいて、電源コンデンサＣｅの充電電圧Ｖｃから交流電圧Ｖａｃの大きさを判断した。これに代えて、制御部１０は、第２モードにおいて、電源コンデンサＣｅの充電電圧Ｖｃから交流電圧Ｖａｃの大きさを判断してもよい。この場合、第２モードにおいて補助電源２２から電力を供給されるモード制御ＩＣ１２により、交流電圧Ｖａｃの大きさの判断と、第１制御から第２制御へ切り替えるタイミングの変更とを実行する構成とすればよい。具体的には、第２モードにおいて、モード制御ＩＣ１２は、図４で示すステップＳ１１～Ｓ１９の処理を実行する。このような構成においては、モード制御ＩＣ１２が「制御部」の一例である。

・第１実施形態では、制御部１０は、ステップＳ１３で、充電電圧Ｖｃが第１電圧ＴＨ１よりも小さくなった場合に、ステップＳ１４で、放電信号Ｓｄを停止した。これに代えて、制御部１０は、充電電圧Ｖｃが第１電圧ＴＨ１まで確実に低下する時間を予め実験等により割り出して設定しておき、ステップＳ１３で、設定した時間が経過した場合に、充電電圧Ｖｃが第１電圧まで低下したと判断してもよい。

・第１実施形態では、補助電源２２は、充電ラインＬ１２を通じて、スイッチング電源２１から供給される電力により充電された。これに代えて、補助電源２２は、充電ラインＬ１２を備えておらず、電源コンデンサＣｅは交流電源２００のみから電力を供給されて充電される構成であってもよい。この場合において、図４のステップＳ１１，Ｓ１６の処理を抹消すればよい。また、この場合において、ＤＣ－ＤＣコンバータ２６、ダイオードＤ１、及びスイッチＳＷ１も抹消すればよい。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態と異なる構成を主に説明を行う。第２実施形態において、第１実施形態と同一の箇所には、同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

第１実施形態では、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断する判断処理において、単位時間での充電電圧Ｖｃの上昇量Ａを算出した。これに代えて、本実施形態では、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断する判断処理において、放電信号Ｓｄの出力を停止してから充電電圧Ｖｃが第１電圧ＴＨ１よりも大きい第２電圧に上昇するまでの上昇速度により充電電圧Ｖｃの上昇度合いを判断する。

図１０は、本実施形態において、図４のステップＳ１５で実行される判断処理である。
ステップＳ３１では、ＡＳＩＣ１１は、充電電圧Ｖｃが第１電圧ＴＨ１よりも大きい第２電圧に上昇するまでの経過時間Ｔ３を計時する。言い換えると、ステップＳ３１では、経過時間Ｔ３により、放電信号Ｓｄの出力を停止してから充電電圧Ｖｃが第１電圧ＴＨ１よりも大きい第２電圧ＴＨ２に上昇するまでの速度を判断している。第２電圧は、第１電圧ＴＨ１よりも大きく、かつ充電電圧Ｖｃが飽和する際の電圧よりも低い値であればよい。

ステップＳ３２では、ＡＳＩＣ１１は、ステップＳ３１で算出した経過時間Ｔ３が、所定の時間判定値ＴＨ３よりも短いか否かを判断する。経過時間Ｔ３が時間判定値ＴＨ３よりも短い場合、放電信号Ｓｄの出力を停止してから充電電圧Ｖｃが第２電圧ＴＨ２に上昇するまでの速度が速いと判断できる。そのため、ＡＳＩＣ１１は、ステップＳ３２を肯定判断する場合、ステップＳ２４に進み、交流電圧Ｖａｃが大きいと判断する。一方、経過時間Ｔ３が時間判定値ＴＨ３よりも長い場合、放電信号Ｓｄの出力を停止してから充電電圧Ｖｃが第２電圧ＴＨ２に上昇するまでの速度が遅いと判断できる。ＡＳＩＣ１１は、ステップＳ３２を否定判断する場合、ステップＳ２５に進み、交流電圧Ｖａｃが小さいと判断する。そして、図４のステップＳ１６に進む。

以上説明した本実施形態では、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態と異なる構成を主に説明を行う。第３実施形態において第１実施形態と同一の箇所については同じ符号を付し、その説明を繰り返さない。

第１実施形態では、制御部１０は放電信号Ｓｄの出力を停止した後に、電源コンデンサＣｅの充電電圧Ｖｃを検出し、検出した充電電圧Ｖｃの上昇度合いを用いて交流電圧Ｖａｃの大きさを判断した。これに代えて、本実施形態では、制御部１０は、放電信号Ｓｄの出力を継続しながら充電電圧Ｖｃを検出し、検出した充電電圧Ｖｃの上下変動が収束するように、放電信号の出力を調整する。そして、上下変動が収束しているときの充電電圧Ｖｃを用いて、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断する。

図１１を用いて、ヒータ制御の手順を説明する。図１１に示す処理は、プリンタ１を第１モードで動作させており、かつ印刷処理を実行していない場合に、制御部１０により実行される処理である。

ステップＳ１１では、ＡＳＩＣ１１は、スイッチＳＷ１をオン状態からオフ状態に変化させる。ステップＳ１２では、モード制御ＩＣ１２は、ポートＰ３から、放電信号Ｓｄを出力する。

ステップＳ４０では、ＡＳＩＣ１１は、ステップＳ１２でモード制御ＩＣ１２が出力を開始した放電信号Ｓｄを調整しつつ、モード制御ＩＣ１２のポートＰ２により検出される電源コンデンサＣｅの充電電圧Ｖｃを取得する。本実施形態では、放電信号Ｓｄの１スイッチング周期Ｔｓｗでのデューティ比を１００％から所定値だけ減少させる。これにより、フォトカプラＰＣ２の発光素子ＬＥＤ２の発光量に応じて、電源コンデンサＣｅの放電量が減少する。

ステップＳ４１では、ＡＳＩＣ１１は、充電電圧Ｖｃの上下変動が収束しているか否かを判断する。例えば、充電電圧Ｖｃの上下変動が所定の電圧範囲内に収まる場合に、充電電圧Ｖｃの上下変動が収束したと判断する。ステップＳ４１を否定判定する場合、ステップＳ４０に戻る。ステップＳ４０に戻ると、ＡＳＩＣ１１は、電源コンデンサＣｅの放電量を減少させるように、放電信号Ｓｄの１スイッチング周期Ｔｓｗにおけるデューティ比を減少させる。即ち、充電電圧Ｖｃの上下変動が収束するまで（ステップＳ４１でＹＥＳ）、ステップＳ４０の処理を繰り返すことにより、電源コンデンサＣｅの放電量を徐々に減少させていく。

ステップＳ４１を肯定判定すると、ステップＳ４２に進む。ステップＳ４２では、ＡＳＩＣ１１は、上下変動が収束した充電電圧Ｖｃが、電圧判定値ＴＨ４よりも大きいいか否かを判断する。電圧判定値ＴＨ４は、交流電圧Ｖａｃが小さいと判断される場合の充電電圧Ｖｃの上限値である。ステップＳ４２を肯定判断すると、ステップＳ４３に進み、ＡＳＩＣ１１は、Ｖａｃが大きいと判断する。一方、ステップＳ４２を否定判断すると、ステップＳ４４に進み。ＡＳＩＣ１１は、Ｖａｃが小さいと判断する。

ステップＳ１６～Ｓ１９は第１実施形態と同一であるので、説明を省略する。

以上説明した本実施形態では、制御部１０は、放電信号Ｓｄの出力を継続しながら充電電圧Ｖｃを検出し、検出した充電電圧Ｖｃの上下変動が収束するように、放電信号Ｓｄの出力を調整し、上下変動が収束しているときの充電電圧Ｖｃが大きい場合、交流電圧Ｖａｃが大きいと判断し、上下変動が収束しているときの充電電圧Ｖｃが小さい場合、交流電圧Ｖａｃが小さいと判断する。これにより、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（その他の実施形態）
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
制御部１０は、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断することができればよく、判断した交流電圧Ｖａｃの大きさを、ヒータ５３に対する第１制御を継続する期間ＣＴを設定するために用いなくともよい。

制御部１０は、ＡＳＩＣ１１とモード制御ＩＣ１２とを別々に備える構成に限定されず、ＡＳＩＣ１１の機能とモード制御ＩＣ１２の機能とを１つのハードウェアとして備えるものであってもよい。

・制御部１０は、充電ラインＬ１２から単位時間当たりに電源コンデンサＣｅが充電される電荷量よりも、放電信号Ｓｄにより単位時間当たりに電源コンデンサＣｅを放電できる電荷量のほうが大きい構成であれば、スイッチＳＷ１をオフ状態にすることなく、交流電圧Ｖａｃの大きさを判断してもよい。この場合、ステップＳ１１，Ｓ１６の処理を抹消すればよい。また、この場合において、スイッチＳＷ１も抹消すればよい。

・放電信号Ｓｄは、１００％のデューティ比である必要はなく、例えば、６０％のデューティ比であってもよい。

・制御部１０は、交流電圧Ｖａｃの大きさの判断を、プリンタ１が交流電源Ｖａｃに接続されたタイミングで行ってもよい。
・制御部１０は、交流電圧Ｖａｃの大きさの判断を、プリンタ１が印刷を行うタイミングで行ってもよい。

・画像形成装置は、プリンタに限らず、プリンタとしての機能と、スキャナ又はファクシミリの機能とを備える複合機であってもよい。プリンタは、複数の色の現像剤をシートに形成するプリンタであってもよい。

１…プリンタ、４…画像形成部、５…定着部、１０…制御部、２０…電源ユニット、高電圧生成回路、２１…スイッチング電源、２２…補助電源、Ｃｅ…電源コンデンサ、２００…交流電源

Claims (17)

1. 第１モードと第２モードとを有する電源システムであって、
   交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するスイッチング電源と、
   前記第１モードにおいて前記スイッチング電源から電力を供給され、前記第２モードにおいて前記スイッチング電源から電力を供給されない制御部であって、前記第１モードおよび前記第２モードのうちいずれかのモードに切り換える制御部と、
   前記制御部に接続される供給ラインと、前記交流電源により充電されるコンデンサと、を有する補助電源であって、前記第２モードにおいて、前記供給ラインを介して前記制御部へ前記コンデンサの電力を供給する補助電源と、を備え、
   前記制御部は、
   前記コンデンサを放電させるための放電信号を出力し、
   前記放電信号を出力した後の前記コンデンサの充電電圧を検出し、
   検出した前記充電電圧に基づいて、前記交流電圧の大きさを判断する電源システム。
2. 前記制御部は、前記供給ラインを介して前記充電電圧を検出する請求項１に記載の電源システム。
3. 前記補助電源は、前記スイッチング電源により生成された直流電圧を前記コンデンサに供給する充電ラインを有し、
   前記充電ライン上に設けられており、前記スイッチング電源から前記コンデンサへの前記直流電圧の供給を許容する導通状態と、前記スイッチング電源から前記コンデンサへの前記直流電圧の供給を遮断する遮断状態とに切り換わるスイッチを備え、
   前記制御部は、前記スイッチを前記遮断状態にした上で、前記交流電圧の大きさを判断する請求項１又は２に記載の電源システム。
4. 前記制御部は、前記スイッチを前記遮断状態にした上で、前記放電信号を出力する請求項３に記載の電源システム。
5. 前記コンデンサと前記制御部とに接続される発光素子と、前記スイッチング電源に接続される受光素子であって、前記発光素子の発光に伴う信号を前記スイッチング電源に出力する受光素子と、を有するフォトカプラを備え、
   前記第１モードは、前記スイッチング電源が動作した状態であり、
   前記第２モードは、前記スイッチング電源の動作が停止した状態であり、
   前記第１モードおよび前記第２モードのうち一方のモードにおいて、前記スイッチング電源がモード切換信号に応じた前記発光素子の発光に伴う信号を受光素子から受けると、他方のモードに切り換わり、
   前記制御部は、
   前記一方のモードから前記他方のモードに切り換える場合に、前記発光素子へ前記モード切換信号を出力し、
   前記交流電圧の大きさを判断する場合に、前記発光素子へ前記放電信号を出力する請求項１～４のいずれか一項に記載の電源システム。
6. 前記放電信号は、前記モード切換信号と異なる請求項５に記載の電源システム。
7. 前記放電信号は、前記モード切換信号の１周期において、デューティ比が１００％となる信号である請求項６に記載の電源システム。
8. 前記制御部は、前記第１モードにおいて、前記交流電圧の大きさを判断する請求項１～７のいずれか一項に記載の電源システム。
9. 前記制御部は、
   前記充電電圧が第１電圧まで低下した後に、前記放電信号の出力を停止し、
   前記放電信号の出力を停止した後に前記コンデンサが前記交流電源により充電されるときに、前記充電電圧を検出し、
   検出した前記充電電圧の上昇度合いが大きい場合、前記交流電圧が大きいと判断し、前記上昇度合いが小さい場合、前記交流電圧が小さいと判断する請求項１～８のいずれか一項に記載の電源システム。
10. 前記制御部は、前記コンデンサの前記充電電圧が前記第１電圧まで低下したことを検出する請求項９に記載の電源システム。
11. 前記上昇度合いは、単位時間における前記充電電圧の上昇量を含む請求項９又は１０に記載の電源システム。
12. 前記上昇度合いは、前記放電信号の出力を停止してから前記充電電圧が前記第１電圧よりも大きい第２電圧に上昇するまでの速度を含む請求項９又は１０に記載の電源システム。
13. 前記制御部は、前記放電信号の出力を停止してから前記充電電圧が飽和する前の期間内で、前記充電電圧を検出する請求項９～１２のいずれか一項に記載の電源システム。
14. 前記制御部は、
    前記放電信号の出力を継続しながら前記充電電圧を検出し、
    検出した前記充電電圧の上下変動が収束するように、前記放電信号の出力を調整し、
    前記上下変動が収束しているときの前記充電電圧が大きい場合、前記交流電圧が大きいと判断し、前記上下変動が収束しているときの前記充電電圧が小さい場合、前記交流電圧が小さいと判断する請求項１～８のいずれか一項に記載の電源システム。
15. 前記制御部は、前記交流電圧の半周期に応じたタイミング毎に前記充電電圧を検出する請求項８～１３のいずれか一項に記載の電源システム。
16. 請求項１～１５のいずれか一項に記載の電源システムと、
    シートにトナー像を転写する画像形成部と、
    前記交流電源から供給される電力に基づいて発熱するヒータを有し、シートにトナー像を定着させる定着部と、
    前記交流電源から前記ヒータに供給される電力を制御するヒータ駆動回路と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記ヒータ駆動回路に対して、
    前記交流電源からの前記交流電圧の半周期における前記ヒータへの給電を、半周期の開始のゼロクロスタイミングから所定時間経過したタイミングであって前記交流電圧の位相角に応じたタイミングから、半周期の終了のゼロクロスタイミングまで行う第１制御を実行した後、
    前記交流電圧の半周期における前記ヒータへの給電を、半周期の開始のゼロクロスタイミングから半周期の終了のゼロクロスタイミングまで行う第２制御を実行し、
    前記交流電圧が小さいと判断した場合、前記第１制御から前記第２制御に切り換えるタイミングを、前記交流電圧の大きさが大きいと判断した場合よりも早くする画像形成装置。
17. 前記制御部は、印刷を行っていないタイミングで、前記交流電圧の大きさを判断する請求項１６に記載の画像形成装置。
    

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