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JP6946849B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、シートを加熱する加熱部材と、加熱部材を加熱するヒータとを備えた画像形成装置に関する。
従来、定着ローラと、定着ローラ内に設けられるヒータと、ヒータ近傍の温度を検出する温度検出部と、を備えた画像形成装置が知られている(特許文献1参照)。この技術では、ヒータのインピーダンスが低温時に低下することによってヒータに過剰電流が流れるのを抑制すべく、温度検出部の検出結果に基づいて、投入電力を制限している。
特開2001−005537号公報
しかしながら、従来技術では、ヒータ近傍の温度を検出する温度検出部での検出結果に基づいて制御を行うため、ヒータの実際の温度と、温度検出部での検出温度とに乖離が生じ、ヒータに過剰電流が流れるおそれがある。
そこで、本発明は、ヒータに過剰電流が流れるのを良好に抑制することを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、シートを加熱する加熱部材と、前記加熱部材を加熱するヒータと、前記加熱部材の温度を取得する温度センサと、交流電源からの入力電圧を通電状態と非通電状態に切り替えて前記ヒータに電流を供給するスイッチング回路と、制御部と、を備える。
前記制御部は、前記シートに画像を形成する印刷処理と、印刷指令を受けた後であって、かつ、前記印刷処理を開始する前に、前記ヒータに電流を供給する第1通電処理と、
前記印刷処理中において、前記温度センサでの検出結果に基づいて前記スイッチング回路の出力電流のデューティ比を設定して、前記ヒータに電流を供給する第2通電処理と、を実行可能であり、前記第1通電処理を開始する場合には、前回の第2通電処理を終了する際におけるデューティ比と、前回の第2通電処理を終了してからの経過時間とに基づいて、通電パターンを設定する。
この構成によれば、前回の第2通電処理を終了する際のデューティ比と、前回の第2通電処理を終了してからの経過時間とによって、第1通電処理の開始時のヒータの温度を推定することができるので、ヒータに過剰電流が発生しにくい通電パターンを選択することができる。
本発明によれば、ヒータに過剰電流が流れるのを良好に抑制することができる。
一実施形態に係るレーザプリンタの断面図である。 フィラメントの抵抗値と経過時間との関係を示すグラフである。 第1マップを示す図(a)と、第2マップを示す図(b)と、第3マップを示す図(c)である。 第1通電パターンを示す図(a)と、第2通電パターンを示す図(b)である。 制御部の動作を示すフローチャートである。
次に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1に示すように、レーザプリンタ1は、シート5に画像を形成する画像形成装置の一例であり、本体ケーシング2内に、給紙トレイ3および手差トレイ4と、プロセス部6と、定着部7と、スイッチング回路50と、制御部100とを備えて構成されている。シート5は、給紙トレイ3または手差トレイ4から、プロセス部6、定着部7を通過してレーザプリンタ1の外部まで矢印で示した搬送方向に搬送される。
プロセス部6は、シート5に現像剤像を形成する部分であり、スキャナ10、現像カートリッジ13、感光体ドラム17、帯電器18、転写ローラ19等を含む。
スキャナ10は、本体ケーシング2内の上部に配置されており、レーザ発光部(図示せず)、ポリゴンミラー11、複数の反射鏡12および複数のレンズ(図示せず)等を含む。スキャナ10では、レーザ発光部から発射されたレーザ光を、ポリゴンミラー11、反射鏡12、図示しないレンズを介して一点鎖線で示すように感光体ドラム17の表面上に走査する。
現像カートリッジ13は、現像ローラ14と、現像ローラ14にトナーを供給する供給ローラ15が設けられている。現像カートリッジ13内には、トナーが収容されている。現像ローラ14は感光体ドラム17に対向して配置されている。現像カートリッジ13内のトナーは、供給ローラ15の回転により現像ローラ14に供給され、現像ローラ14に担持される。
感光体ドラム17の上方には、帯電器18が間隔を隔てて配置されている。また、感光体ドラム17の下方には、転写ローラ19が感光体ドラム17に対向して配置されている。
感光体ドラム17は、回転しながら帯電器18によって例えば正極性に帯電される。そして、感光体ドラム17は、スキャナ10からのレーザ光により露光されて、表面に静電潜像が形成される。その後、感光体ドラム17上の静電潜像に現像ローラ14からトナーが供給されることによって感光体ドラム17上に現像剤像が形成される。感光体ドラム17上の現像剤像は、シート5が感光体ドラム17と転写ローラ19の間を通る間に、転写ローラ19に印加される転写バイアスによって、シート5に転写される。
定着部7は、プロセス部6に対してシート5の搬送方向の下流側に配置されている。定着部7は、シート5を加熱する加熱部材22と、加熱部材22に押し付けられる加圧ローラ23を備えてなる。加熱部材22は、円筒状の定着ローラである。加熱部材22の内部には、加熱部材22を加熱するヒータ31が設けられている。ヒータ31としては、抵抗体であるフィラメントを有し、輻射熱によって加熱部材22を加熱するハロゲンランプを採用することができる。スイッチング回路50は、レーザプリンタ1の外部の交流電源40に接続され、制御部100によって通電状態と非通電状態に制御される。ヒータ31は、スイッチング回路50に接続され、制御部100によって加熱部材22の温度や電源環境などに応じて制御された電圧が入力される。定着部7は、加熱部材22と加圧ローラ23の間でシート5を挟持しながらヒータ31によりシート5を加熱して現像剤像をシート5に定着させる。
また、定着部7は、加熱部材22の温度を取得する温度センサ32を備える。温度センサ32は、加熱部材22の表面と非接触で対向している。温度センサ32で取得された温度は、制御部100に出力される。
制御部100は、CPU、RAM、ROMおよび入出力回路を備えており、外部のコンピュータから出力されてくる印刷指令と、温度センサ32から出力されてくる情報と、ROM等に記憶されたプログラムやデータに基づいて各種演算処理を行うことによって、制御を実行する。
制御部100は、印刷処理と、第1通電処理と、第2通電処理と、を実行可能となっている。印刷処理は、シート5に画像を形成する処理である。詳しくは、印刷処理は、給紙トレイ3または手差トレイ4からシート5の供給を行うシート供給処理と、感光体ドラム17を帯電させる帯電処理と、感光体ドラム17を露光する露光処理と、感光体ドラム17上の静電潜像に現像剤を供給する現像処理と、感光体ドラム17上の現像剤像をシート5に転写させる転写処理と、シート5に現像剤像を定着させる定着処理を含んでいる。
本実施形態では、シート供給処理の開始によって印刷処理が開始され、定着処理の終了によって印刷処理が終了することとする。つまり、印刷指令において複数枚のシート5の印刷が指示されている場合には、最初の1枚目のシート5がピックアップされた際に印刷処理が開始され、最後のシート5に現像剤像が定着された際に印刷処理が終了することとする。
第1通電処理は、印刷指令を受けた後であって、かつ、印刷処理を開始する前に、ヒータ31に電流を供給する処理である。
第2通電処理は、印刷処理中において、温度センサ32での検出結果に基づいてヒータ31に供給する電流のデューティ比を設定して、ヒータ31に電流を供給する処理である。
制御部100は、第1通電処理、第2通電処理において、通電状態と非通電状態からなる通電パターンを制御する。ここで通電パターンのデューティ比は、出力された電圧の実効値の、連続通電状態に対する比率である。
制御部100は、第1通電処理を開始する場合には、前回の第2通電処理を終了する際におけるデューティ比と、前回の第2通電処理を終了してからの経過時間Tとに基づいて、通電パターンを設定する機能を有している。なお、以下の説明では、「前回の第2通電処理を終了する際におけるデューティ比」を、「終了時デューティ比D」とも称する。
終了時デューティ比Dは、第2通電処理の終了の際にフィラメントに流している電流値に対応している。そのため、終了時デューティ比Dが大きいほど、第2通電処理の終了の際のフィラメントの温度が高くなっているものと推測することができる。
また、前回の第2通電処理を終了してからの経過時間Tは、前回の第2通電処理を終了してからフィラメントの温度がどのくらい下がったかを知るための指標となる。そのため、経過時間Tが長いほど、第1通電処理を開始する際におけるフィラメントの温度が低くなっているものと推測することができる。
なお、ヒータ31が有するフィラメントのインピーダンスは、フィラメントの温度が低いほど低くなる。そのため、前述の記載を言い換えると、終了時デューティ比Dが大きいほど、第2通電処理の終了の際のフィラメントのインピーダンスが高く、経過時間Tが長いほど、第1通電処理を開始する際におけるフィラメントのインピーダンスが低くなると推測することができる。フィラメントのインピーダンスが低い状態で、大きなデューティ比で通電を行うと、フィラメントに過剰電流が流れ、電源電圧の低下などを引起す場合がある。
図2は、フィラメントのインピーダンス(抵抗値)と経過時間Tとの関係を示すグラフである。このグラフより、経過時間Tが長いほど、フィラメントのインピーダンスが低くなっていくことが分かる。
制御部100は、前述したように終了時デューティ比Dと経過時間Tを用いて通電パターンを設定することで、第1通電処理を開始する際におけるフィラメントの温度、つまりインピーダンスに応じた通電パターンを設定することが可能となっている。詳しくは、制御部100は、終了時デューティ比Dと、経過時間Tと、図3(a)〜(c)に示すマップとに基づいて、第1通電処理を開始する際にフィラメントに流す電流の制御を選択することで、通電パターンを設定する。
具体的に、制御部100は、終了時デューティ比Dが100%である場合には、図3(a)に示す第1マップを選択し、この第1マップと経過時間Tとに基づいて、第1位相制御、第2位相制御または波数制御を選択する。詳しくは、制御部100は、第1マップに基づいて、経過時間Tが4秒以下の場合には波数制御を選択し、経過時間Tが4秒より長く、かつ、10秒以下の場合には第2位相制御を選択し、経過時間Tが10秒より長い場合には第1位相制御を選択する。
また、制御部100は、終了時デューティ比Dが30%以上100%未満である場合には、図3(b)に示す第2マップを選択し、この第2マップと経過時間Tとに基づいて、第1位相制御、第2位相制御または波数制御を選択する。詳しくは、制御部100は、第2マップに基づいて、経過時間Tが3秒以下の場合には波数制御を選択し、経過時間Tが3秒より長く、かつ、9秒以下の場合には第2位相制御を選択し、経過時間Tが9秒より長い場合には第1位相制御を選択する。
また、制御部100は、終了時デューティ比Dが30%未満である場合には、図3(c)に示す第3マップを選択し、この第3マップと経過時間Tとに基づいて、第1位相制御、第2位相制御または波数制御を選択する。詳しくは、制御部100は、第3マップに基づいて、経過時間Tが2秒以下の場合には波数制御を選択し、経過時間Tが2秒より長く、かつ、6秒以下の場合には第2位相制御を選択し、経過時間Tが6秒より長い場合には第1位相制御を選択する。
各マップにおける波数制御と第2位相制御を切り替えるための閾値(4秒、3秒、2秒)は、終了時デューティ比Dが高くなるほど大きな値に設定されている。また、各マップにおける第1位相制御と第2位相制御を切り替えるための閾値(10秒、9秒、6秒)は、終了時デューティ比Dが高くなるほど大きな値に設定されている。
なお、図3(a)〜(c)の各マップに示す数値は、一例である。各マップに示す数値は、実験やシミュレーション等によって適宜設定することができる。
制御部100は、第1位相制御または第2位相制御を選択した場合には、通電パターンを、図4(a)に示す第1通電パターンP1に設定する。言い換えると、制御部100は、第1通電処理を開始する場合において、位相制御を実行することで、通電パターンを第1通電パターンP1に設定する。
ここで、第1通電パターンP1は、1つの正弦波に対応したパターンをいう。第1通電パターンP1は、正弦波のピーク値から外れた部分において通電するパターンであり、そのデューティ比は、約20%程度である。制御部100は、第1位相制御において、第1通電パターンP1が例えば40回連続して繰り返されるような通電制御を実行する。
また、制御部100は、第2位相制御においては、第1通電パターンP1が例えば20回連続して繰り返されるような通電制御を実行する。つまり、制御部100は、第2位相制御においては、第1位相制御よりも短い時間の間、第1通電パターンP1を用いた通電を行う。
制御部100は、波数制御を選択した場合には、通電パターンを、図4(b)に示す第2通電パターンP2に設定する。言い換えると、制御部100は、第1通電処理を開始する場合において、波数制御を実行することで、通電パターンを第2通電パターンP2に設定する。
ここで、第2通電パターンP2は、1つの正弦波に対応したパターンをいう。第2通電パターンP2は、正弦波のうち半波に対応した部分において通電するパターンであり、そのデューティ比は、約50%程度である。本実施形態においては、第2通電パターンP2として、正弦波のうち正の半波に対応した部分において通電するパターンを用いている。制御部100は、波数制御を所定時間の間実行する。
図3(a)〜(c)に示すように、経過時間Tの条件が同じ条件の場合には、終了時デューティ比Dの大きさの違いによって、選択される制御が異なるようになっている。例えば、経過時間Tの条件を3秒と同じ条件に揃えた場合においては、終了時デューティ比Dが30%以上であると波数制御が選択され、終了時デューティ比Dが30%未満であると第2位相制御が選択される。
言い換えると、経過時間Tの条件を3秒と同じ条件に揃えた場合においては、終了時デューティ比Dが30%以上であるとデューティ比が約50%程度の第2通電パターンP2が選択され、終了時デューティ比Dが30%未満であるとデューティ比が約20%程度の第1通電パターンP1が選択される。そのため、制御部100は、第1通電処理を開始する際において、経過時間Tの条件が同じ条件の場合には、終了時デューティ比Dが大きいほど、通電パターンのデューティ比を大きくしている。
また、終了時デューティ比Dの条件が同じ条件の場合には、経過時間Tの長さの違いによって、選択される制御が異なるようになっている。例えば、終了時デューティ比Dの条件を100%と同じ条件に揃えた場合においては、経過時間Tが4秒以下であると波数制御が選択され、経過時間Tが4秒より長いと第2位相制御または第1位相制御が選択される。そのため、制御部100は、第1通電処理を開始する場合において、経過時間Tが短いほど、通電パターンのデューティ比を大きくしている。
次に、制御部100の動作について詳細に説明する。
図5に示すように、制御部100は、印刷指令を受信したか否かを判断する(S1)。ステップS1において印刷指令を受信していないと判断した場合には(No)、制御部100は、本制御を終了する。
ステップS1において印刷指令を受信したと判断した場合には(Yes)、制御部100は、前回の第2通電処理を終了した時刻からの経過時間Tを算出する(S2)。ステップS2の後、制御部100は、終了時デューティ比Dが100%であるか否かを判断する(S3)。なお、前回の第2通電処理を終了した時刻と終了時デューティ比Dは、前回の第2通電処理の終了の際において、RAM等の記憶部に記憶されている。
ステップS3においてD=100%であると判断した場合には(Yes)、制御部100は、第1マップを選択し、第1マップと経過時間Tとに基づいて、第1位相制御、第2位相制御または波数制御を選択する(S4)。ステップS3においてD=100%でないと判断した場合には(No)、制御部100は、終了時デューティ比Dが30%以上100%未満であるか否かを判断する(S5)。
ステップS5において30%≦D<100%であると判断した場合には(Yes)、制御部100は、第2マップを選択し、第2マップと経過時間Tとに基づいて、第1位相制御、第2位相制御または波数制御を選択する(S6)。ステップS5において30%≦D<100%でないと判断した場合には(No)、制御部100は、第3マップを選択し、第3マップと経過時間Tとに基づいて、第1位相制御、第2位相制御または波数制御を選択する(S7)。
ステップS4,S6,S7の後、制御部100は、選択した制御で第1通電処理を実行する(S8)。第1通電処理の終了後、制御部100は、温度センサ32による温度検出を開始して(S9)、検出した温度に基づいて第2通電処理を開始する(S10)。
ステップS10の後、画像形成の実行を可能とする所定条件、例えば定着温度の条件などが満たされると、制御部100は、印刷処理を実行する(S11)。印刷処理の終了後、制御部100は、第2通電処理を終了する(S12)。ステップS12の後、制御部100は、今回の第2通電処理の終了の際における終了時デューティ比Dと、今回の第2通電処理の終了時刻とを記憶部に記憶させて(S13)、本制御を終了する。
次に、制御部100の動作の一例について説明する。
図3(a)に示すように、第1通電制御を開始する際において、終了時デューティ比Dが100%で、経過時間Tが4秒以下である場合には、フィラメントの温度が高く、インピーダンスも高いため、制御部100は、波数制御によってフィラメントに通電を行う。これにより、フィラメントの温度を迅速に上昇させて、印刷処理を早いタイミングで行うことができる。
また、第1通電制御を開始する際において、終了時デューティ比Dが100%で、経過時間Tが4秒より長い場合には、フィラメントの温度が低く、インピーダンスも低いため、制御部100は、第2位相制御または第1位相制御によってフィラメントに通電を行う。これにより、第1通電パターンP1、つまり正弦波のピークから外れた部分において通電するパターンによってフィラメントへの通電が行われるので、フィラメントに過剰電流が流れるのを抑えることができる。なお、第1位相制御が選択される状況では、第2位相制御が選択される状況よりもフィラメントの温度が低く、インピーダンスも低いため、制御部100は、第2位相制御のときよりも長い時間の間、第1位相制御を実行する。そのため、第2位相制御のときよりもフィラメントのインピーダンスが所定の値まで回復するのに時間がかかる第1位相制御においても、フィラメントに過剰電流が流れるのを良好に抑えることができる。
以上によれば、本実施形態において以下のような効果を得ることができる。
レーザプリンタ1は、加熱部材22と、ヒータ31と、温度センサ32と、ヒータ31に電流を供給するスイッチング回路50と、制御部100と、を備える構成とすることができる。制御部100は、シート5に画像を形成する印刷処理と、印刷指令を受けた後であって、かつ、印刷処理を開始する前に、ヒータ31に電流を供給する第1通電処理と、印刷処理中において、温度センサ32での検出結果に基づいてスイッチング回路50の出力電流のデューティ比を設定して前記ヒータに電流を供給する第2通電処理と、を実行可能である。制御部100は、第1通電処理を開始する場合には、終了時デューティ比Dと、前回の第2通電処理を終了してからの経過時間Tとに基づいて、通電パターンを設定する。これによれば、第1通電処理の開始時のヒータ31のフィラメントの温度を推定することができるので、フィラメントに過剰電流が発生しない通電パターンを選択することができる。
制御部100は、第1通電処理を開始する場合には、終了時デューティ比Dが大きいほど、第1通電処理の開始時の通電パターンのデューティ比を大きくすることができる。これによれば、加熱部材22を迅速に加熱することができる。
制御部100は、前回の第2通電処理を終了してからの経過時間Tが短いほど、第1通電処理の開始時の通電パターンのデューティ比を大きくすることができる。これによれば、加熱部材22を迅速に加熱することができる。
制御部100は、第1通電処理を開始する場合には、位相制御を実行することができる。これによれば、フィラメントに過剰電流が発生するのをより抑えることができる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、以下に例示するように様々な形態で利用できる。
シート5は、厚紙、はがき、薄紙などの用紙であってもよいし、OHPシートなどであってもよい。
前記実施形態では、加熱部材22として円筒状の定着ローラを例示したが、本発明はこれに限定されず、加熱部材は、例えば、加圧部材との間でエンドレスベルトを挟むニップ板であってもよい。
前記実施形態では、ヒータ31として、抵抗体であるフィラメントを有し、輻射熱によって加熱部材22を加熱するハロゲンランプを例示したが、本発明はこれに限定されず、ヒータ31は抵抗発熱体を有するセラミックヒータなどであり、熱伝導によって加熱部材22を加熱するよう構成されていてもよい。
前記実施形態では、2種類の通電パターンを設定するように制御部100を構成したが、本発明はこれに限定されず、制御部は、3種類以上の通電パターンを設定するように構成されていてもよい。
前記実施形態では、第1位相制御と第2位相制御とで同じ通電パターン(第1通電パターンP1)を設定したが、本発明はこれに限定されず、第1位相制御と第2位相制御とで異なる通電パターンを設定してもよい。この場合、例えば、第1位相制御で設定する通電パターンのデューティ比を、第2位相制御で設定する通電パターンのデューティ比よりも小さくして、第1位相制御の実行時間と第2位相制御の実行時間を同じにしてもよい。
前記実施形態では、レーザプリンタ1に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されず、その他の画像形成装置、例えば複写機や複合機などに本発明を適用してもよい。
また、前記した実施形態および変形例で説明した各要素を、任意に組み合わせて実施してもよい。
1 レーザプリンタ
5 シート
22 加熱部材
31 ヒータ
32 温度センサ
100 制御部

Claims (5)

  1. シートを加熱する加熱部材と、
    前記加熱部材を加熱するヒータと、
    前記加熱部材の温度を取得する温度センサと、
    交流電源からの入力電圧を通電状態と非通電状態に切り替えて前記ヒータに電流を供給するスイッチング回路と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記シートに画像を形成する印刷処理と、
    印刷指令を受けた後であって、かつ、前記印刷処理を開始する前に、前記ヒータに電流を供給する第1通電処理と、
    前記印刷処理中において、前記温度センサでの検出結果に基づいて前記スイッチング回路の出力電流のデューティ比を設定して、前記ヒータに電流を供給する第2通電処理と、を実行可能であり、
    前記第1通電処理を開始する場合には、前回の第2通電処理を終了する際におけるデューティ比と、前回の第2通電処理を終了してからの経過時間とに基づいて、通電パターンを設定し、
    前記第1通電処理を開始する場合において、前回の第2通電処理を終了する際におけるデューティ比が大きいほど、通電パターンのデューティ比を大きくし、
    前記第1通電処理を開始する場合において、前回の第2通電処理を終了してからの経過時間が短いほど、通電パターンのデューティ比を大きくすることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記制御部は、
    前回の第2通電処理を終了する際におけるデューティ比が第1所定値であり、かつ、前回の第2通電処理を終了してからの経過時間が第2所定値より大きい場合には、前記第1通電処理において、位相制御を実行し、
    前回の第2通電処理を終了する際におけるデューティ比が前記第1所定値であり、かつ、前回の第2通電処理を終了してからの経過時間が前記第2所定値以下の場合には、前記第1通電処理において、波数制御を実行することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記ヒータは、フィラメントを有するランプであり、前記加熱部材を輻射熱で加熱することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記制御部は、前記第1通電処理において、デューティ比を一定にすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  5. 前記制御部は、前記第1通電処理において位相制御を実行する場合には、前記通電パターンを、正弦波のピーク値から外れた部分において通電するパターンに設定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。
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