JP2005062334A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源電圧が足りない場合でも、必要な電力を定着装置に供給することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 充電器は、ＡＣ電源からの電力供給によりコンデンサに充電する。定着装置１２１のヒータＨＴ１は、コンデンサから電力の供給を受けることにより発熱する。ヒータＨＴ２は、ＡＣ電源からの電力供給により発熱して定着ローラ２０１を加熱する。ＡＣ電源の出力電圧を検出して、その値があらかじめ設定された所定の値を下回るときは、デジタル複写機が所定の運転状態にあるときにヒータＨＴ１，ＨＴ２の両方により定着部材２０１の加熱を行なう。
【選択図】 図２

Description

この発明は、電子写真方式の画像形成装置に関する。

特許文献１，２には、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置の発熱部材（定着ヒータ）について、商用電源からの電力供給に加えて、大容量コンデンサを使用した充電可能な補助電源を用いることによって、急速な立ち上がりを可能にすることで省電力効果を高めようとした技術が開示されている。

特開２０００−３１５５６７公報

特開２００２−１８４５５４公報

ところで、国内で使用される一般的な電源電圧はＡＣ１００Ｖである。しかし実際に使用される市場では、供給電源の事情、周辺環境、また電源自体を発電機等で作っているところもあり、１００Ｖより低い電圧で使用されることがある。

定着装置の熱源としてはハロゲンヒータが多く採用されている。ハロゲンヒータは供給電圧が低くなると発熱量はもちろん小さくなるが、ヒータ電極材料のタングステンの特性から電源電圧が定格の１０％下がると、発熱量は定格の１５％下がる。電圧が１５％下がると２２％下がり、２０％下がると２９％と、ヒータ定格の近傍では電源電圧の低下に対し約１．５倍で発熱量は低下する（電圧よりも発熱量の方が下げ幅が大きい）
図１０には、電源電圧１００Ｖにて定格１０００Ｗのハロゲンヒータの電圧低下と消費電力低下の関係を示すが、Ａ点では電圧１０％低下に対し消費電力は１５％低下して、Ｂ点での２０％低下に対し２９％低下するのがわかる。

前記したように電源電圧が下がると、１．５倍の割合で発熱量が下がる。すなわち用紙へのトナー定着性が悪くなる。例えば、定着１０００Ｗ（その他制御に使用の電力も含む）、駆動系５００Ｗの合計１５００Ｗのシステムを考えた場合、単純に“供給電圧×入力電流→消費電力”とすれば、電源電圧が１００Ｖだと入力電流が１５Ａとなる。

電源電圧が９０Ｖまで低下すると定着は８５０Ｗとなるが、その他の制御、駆動系はほとんど変動無く５００Ｗのままである。システム合計で１３５０Ｗとなるが、電源電圧は９０Ｖなので入力電流は１５Ａである。すなわち定着の熱量が下がってもコンセントの上限である１５Ａなので、定着での熱量を増やすことは不可能である。

このような理由により、電源電圧はＡＣ１００Ｖであれば、電源投入後の画像形成装置の立ち上げの際や、連続的な画像形成動作の際などでも、十分に定着装置に電力を投入することができる場合にも、電源電圧が足りないために定着装置に必要な電力を確保することができないという不具合がある。

本発明の目的は、電源電圧が足りない場合でも、必要な電力を定着装置に供給して、定着温度を十分に確保することができる画像形成装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、電子写真方式で媒体の上に画像形成を行なう画像形成装置において、コンデンサと、商用電源からの電力供給により前記コンデンサに充電する充電器と、前記コンデンサから電力の供給を受けることにより発熱する第１の発熱部材と、前記商用電源からの電力供給により発熱して前記所定の部材を加熱する第２の発熱部材と、前記第１の発熱部材及び前記第２の発熱部材のうちの少なくとも一方による発熱による加熱及び加圧によって前記媒体に前記画像形成されたトナー画像を前記媒体上に定着する定着装置と、前記商用電源の電圧を判定する判定手段と、前記判定した電圧があらかじめ設定された所定の値を下回るときは、本装置が所定の運転状態にあるときに前記第１の発熱部材及び前記第２の発熱部材の両方により前記加熱を行なう加熱制御手段と、を備えていることを特徴とする画像形成装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記加熱制御手段は、前記所定の運転状態を電源投入後の本装置の立ち上げの際としていること、を特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記加熱制御手段は、前記所定の運転状態を本装置の連続的な前記画像形成の際としていること、を特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの一に記載の画像形成装置において、前記判定手段は、前記商用電源の電圧を検出する電圧センサであること、を特徴とする。

請求項１に記載の発明は、商用電源の電圧が不足するときは画像形成装置が所定の運転状態にあるときに補助電源による加熱も行なって定着装置の加熱不足を補うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、商用電源の電圧が不足するときは画像形成装置が電源投入後の立ち上げの際にあるときに補助電源による加熱も行なって定着装置の加熱不足を補うことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、商用電源の電圧が不足するときは画像形成装置が連続的な画像形成の際にあるときに補助電源による加熱も行なって定着装置の加熱不足を補うことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの一に記載の発明において、現実に検出して商用電源の電圧を判定することができる。

本発明を実施するための最良の一形態について説明する。

図１は、本実施の形態のデジタル複写機１の縦断面図である。このデジタル複写機１は、本発明の画像形成装置を実施するもので、いわゆる複合機である。すなわち、このデジタル複写機１は、複写機能と、これ以外の機能、例えば、プリンタ機能、ファクシミリ機能とを備えていて、図示しない操作部のアプリケーション切り替えキーの操作により、複写機能、プリンタ機能、ファクシミリ機能を順次に切り替えて選択することが可能である。これにより、複写機能の選択時には複写モードとなり、プリンタ機能の選択時にはプリントモードとなり、ファクシミリモードの選択時にはファクシミリモードとなる。

次に、このデジタル複写機１の概略構成及び複写モードの際の動作について説明する。図１において、自動原稿送り装置（以下ＡＤＦという）１０１において、原稿台１０２に画像面を上にして置かれた原稿は、図示しない操作部上のスタートキーが押下されると、給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラスからなる原稿台１０２上の所定の位置に給送される。ＡＤＦ１０１は、一枚の原稿の給送完了毎に原稿枚数をカウントアップするカウント機能を有する。コンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。

原稿セット検知器１０９で原稿台１０２上に次の原稿が存在することが検知された場合には、同様に原稿台１０２上の一番下の原稿が給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラス１０５上の所定の位置に給送される。このコンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。ここに、給送ローラ３、給送ベルト４及び排送ローラ７は搬送モータによって駆動される。

第１給紙装置１１０、第２給紙装置１１１及び第３給紙装置１１２は、それぞれ選択されたときに、その積載された転写紙を給紙し、この転写紙は縦搬送ユニット１１６によって感光体１１７に当接する位置まで搬送される。感光体１１７は、例えば感光体ドラムが用いられていて、図示しないメインモータにより回転駆動される。

画像読取装置１０６で原稿から読み取られた画像データは、図示しない画像処理装置で所定の画像処理が施された後、書き込みユニット１１８によって光情報に変換され、感光体ドラム１１７には図示しない帯電器により一様に帯電された後に書き込みユニット１１８からの光情報で露光されて静電潜像が形成される。この感光体ドラム１１７上の静電潜像は、現像装置１１９により現像されてトナー像となる。書き込みユニット１１８、感光体ドラム１１７、現像装置１１９や、その他の図示しない感光体ドラム１１７回りの周知の装置などにより、プリンタエンジンを構成している。

搬送ベルト１２０は、用紙搬送の手段及び転写の手段を兼ねていて電源から転写バイアスが印加され、縦搬送ユニット１１６からの転写紙を感光体ドラム１１７と等速で搬送しながら感光体ドラム１１７上のトナー像を転写紙に転写する。この転写紙は、定着装置１２１によりトナー像が定着され、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。感光体ドラム１１７は、トナー像転写後に図示しないクリーニング装置により残存トナーのクリーニングがなされる。

以上の動作は、通常のモードで用紙の片面に画像を複写するときの動作であるが、両面モードで転写紙の両面に画像を複写する場合には、各給紙トレイ１１３〜１１５のいずれかより給紙されて表面に上述のように画像が形成された転写紙は、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３側ではなく、両面入紙搬送路１２４側に切り替えられ、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転され、両面搬送ユニット１２６へ搬送される。

この両面搬送ユニット１２６へ搬送された転写紙は、両面搬送ユニット１２６により縦搬送ユニット１１６へ搬送され、縦搬送ユニット１１６により感光体ドラム１１７に当接する位置まで搬送され、感光体ドラム１１７上に上述と同様に形成されたトナー像が裏面に転写されて、定着装置１２１でトナー像が定着されることにより両面コピーとなる。この両面コピーは排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。

また、転写紙を反転して排出する場合には、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転された転写紙は、両面搬送ユニット１２６に搬送されずに反転排紙搬送路１２７を経て排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。

プリントモードでは、前述の画像処理装置からの画像データの代りに、外部からの画像データが書き込みユニット１１８に入力されて、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。

さらに、ファクシミリモードでは、画像読取装置１０６からの画像データが図示しないファクシミリ送受信部により相手に送信され、相手からの画像データがファクシミリ送受信部で受信されて前述の画像処理装置からの画像データの代りに書き込みユニット１１８に入力されることにより、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。

また、このデジタル複写機１には、図示しない大量用紙供給装置（以下、ＬＣＴという）と、及びソート、穴あけ、ステイプルなどを行うフィニッシャーと、原稿読み取りのためのモード、複写倍率の設定、給紙段の設定、フィニッシャー１２で後処理の設定、オペレータに対する表示などを行う操作部とを備えている。

次に、定着装置１２１の構成について図２を参照して説明する。図２に示すように、定着装置１２１は、本発明の定着装置を実施するもので、加熱部材である定着ローラ２０１に、シリコンゴム等の弾性部材からなる加圧ローラ２０２が、図示しない加圧手段により一定の加圧力で押し当てられている。定着部材と加圧部材は、一般的にローラ状である場合が多いが、例えば、いずれか一方又は両方を無端ベルト状に構成するようにしてもよい。この定着装置１２１には、ヒータＨＴ１，ＨＴ２が任意の位置に設けられる。例えば、このヒータＨＴ１，ＨＴ２は、定着ローラ２０１の内部に配置されて定着ローラ１を内側から加熱する。

定着ローラ２０１及び加圧ローラ２０２は、図示しない駆動機構により回転駆動される。温度センサＴＨ２１は、定着ローラ２０１の表面に当接され、定着ローラ２０１の表面温度（定着温度）を検出する。トナー２０６を担持した転写紙等の媒体であるシート２０７は、定着ローラ２０１と加圧ローラ２０２とのニップ部を通過する際に、定着ローラ２０１と加圧ローラ２０２による加熱及び加圧でトナー２０６が定着される。

第２の発熱部材である定着ヒータＨＴ２は、定着ローラ２０１の基準となる最大温度Ｔｔに達していないときにＯＮにされて、定着ローラ２０１を加熱する主たるヒータである。第１の発熱部材である定着ヒータＨＴ１は、省エネのためのオフモード時からコピー可能となるまでの立ち上がり時や、定着ローラ２０１の温度が前述の最大温度Ｔｔより低い所定温度Ｔｍｉｎを割り込みそうなときなどにＯＮにされて、定着ローラ２０１を加熱する補助的なヒータである。

図３は、デジタル複写機１に使用される補助電源２のブロック図である。すなわち、補助電源２は電気二重層コンデンサ４４を利用した補助電源であり、通常のＡＣ電源４１から補助電源２を充電し、定着ヒータＨＴ１（負荷４８に含まれる）を点灯させるために使用して、コピー可能となるまでの立ち上がり時間を短縮し、あるいは温度落ち込みを防ぐ。これは、立ち上がり時間などはヒータの容量により決まってしまうが、ＡＣ電源４１から供給可能な電力には限りがあるため、このような構成としている。

ＡＣ電源４１から供給されるＡＣ電源は、制御部２０により充電器となる充電回路４２、遮断回路４３を制御して、電気二重層コンデンサ４４へ充電することが可能である。また定着ヒータＨＴ１などの負荷４８への電源供給も、制御部２０により放電回路４６、遮断回路４７を制御することにより実現できる。

図４は、ＡＣ電源４１の出力電圧を検出する電圧センサ５１の回路図である。すなわち、ＡＣ電源４１をＮ対１の巻数比のトランス５２に入力することで、電圧センサ５１側とＡＣ電源４１側とを絶縁し、また、電圧センサ５１へ入力する電圧のレベルを下げる。さらに、このトランス５２の２次側の出力電圧をダイオードブリッジ５３で全波整流し、平滑コンデンサ５６で平滑した電圧をそのまま、又は、分圧抵抗５４、５５で分圧してから、図示しない所定のインターフェイスを介して、制御部２０に入力する。これにより、制御部２０ではＡＣ電源４１の出力電圧レベルを判定することができる。

図５は、制御部２０が実行する処理のフローチャートである。制御部２０のＣＰＵは、デジタル複写機１のメイン電源が投入されると、電圧センサ５１でＡＣ電源４１の出力電圧を検出することで、この出力電圧の値を判定する（判定手段）（ステップＳ１）。そして、その値があらかじめ設定された所定の値を下回り（ステップＳ２のＹ）、ＡＣ電源４１の出力電圧が足りないと判断されるときは、その後、デジタル複写機１が所定の運転状態にあるときに（ステップＳ３のＹ）、放電回路４６、遮断回路４７により、ヒータＨＴ１，ＨＴ２の両方により定着ローラ２０１を加熱する（ステップＳ４）。それ以外のときは（ステップＳ３のＮ）、放電回路４６によりヒータＨＴ２だけで加熱する（ステップＳ５）。ステップＳ３〜Ｓ５により加熱制御手段を実現している。但し、前述のとおり、ここで説明する場合以外にも、省エネのためのオフモード時からコピー可能となるまでの立ち上がり時や、定着ローラ２０１の温度が前述の最大温度Ｔｔより低い所定温度Ｔｍｉｎを割り込みそうなときなど、ステップＳ２の判断とは無関係にヒータＨＴ１，ＨＴ２の両方により定着ローラ２０１を加熱する場合がある。

ステップＳ３の所定の運転状態とは、例えば、電源投入後のデジタル複写機１の立ち上げの際や、何枚もの画像を連続的に形成する画像形成の際など、ＡＣ電源４１の電圧レベルが低いときに定着ローラ２０１の加熱が足りないと考えられる場合である。

図５の処理による作用、効果について説明する。

図６に示すように、ＡＣ電源４１が１００Ｖ入力である場合は、（ａ）のような電圧レベルで電力がヒータＨＴ２に給電されるが、例えば、ＡＣ電源４１が９０Ｖまで下がると、（ｂ）のように電圧レベルが小さくなってしまう。そこで、図７に示すように、図５の処理を行なうことにより、ＡＣ電源４１の電圧レベルが低い場合には（ａ）、電気二重層コンデンサ４４からもヒータＨＴ１に給電することにより（ｂ）、定着ローラ２０１での発熱量を確保することができる。

特に、供給されるＡＣ電源４１の電源電圧が低い場合には、電源投入後のデジタル複写機１の立ち上げの際、定着ローラ２０１での温度上昇に時間を要する。すなわち、図８のグラフに示すように、所定の定着設定温度に上昇させるに際し、本来の通常の定着温度の上昇カーブ（Ａ）よりも遅い立上がり曲線となる（Ｂ）。そこで、図５の処理を実行することにより、ＡＣ電源４１の電源電圧が低い場合、電源投入後のデジタル複写機１の立ち上げの際に電気二重層コンデンサ４４からもヒータＨＴ１に給電することにより、本来の立上がりに戻すことが可能となる。

また、供給されるＡＣ電源４１の電源電圧が低い場合には、複数枚の画像形成を連続的に行う場合、定着温度が下降していき、定着性が悪くなる。

これはトナーを定着させるために用紙などの媒体に熱が奪われるからである。すなわち、図９に示す様に、通常ならばヒータＨＴ２を連続点灯することで定着設定温度を保つことが可能であるが（Ｃ）、ＡＣ電源４１の供給電圧が低ければヒータＨＴ２の発熱量が減少してしまうので、供給する発熱量よりも奪われる熱量の方が大きくなり、定着温度が落込んでしまう（Ｄ）。これは、数枚程度の画像形成動作では問題ないが、より多くの枚数の連続的な画像形成動作を実行すると、温度落込みは激しくなる。そこで、ＡＣ電源４１の電源電圧が低い場合、所定枚数以上の連続的な画像形成動作を実行する際は、電気二重層コンデンサ４４からもヒータＨＴ１に給電することにより、本来の定着温度を保つことが可能となる。

本発明を実施するための最良の一形態であるデジタル複写機の縦断面図である。 定着装置の構成を説明する説明図である。 デジタル複写機の補助電源の構成を示す回路図である。 電圧センサの回路図である。 デジタル複写機が実行する処理のフローチャートである。 ＡＣ電源の電圧レベルの低下について説明するグラフである。 電気二重層コンデンサからヒータに給電する場合の入力電圧レベルのグラフである。 電源投入後のデジタル複写機の立ち上げの際における、定着ローラでの温度上昇について説明するグラフである。 複数枚の画像形成を連続的に行う際における、定着ローラでの温度上昇について説明するグラフである。 電源電圧１００Ｖにおける定格１０００Ｗのハロゲンヒータの電圧低下と消費電力低下の関係を示すグラフである。

符号の説明

ＨＴ１ 第１の発熱部材
ＨＴ２ 第２の発熱部材
１ 画像形成装置
４１ 電源
４２ 充電器
４４ コンデンサ
５１ 電圧センサ
１２１ 定着装置

Claims (4)

1. 電子写真方式で媒体の上に画像形成を行なう画像形成装置において、
   コンデンサと、
   所定の電源からの電力供給により前記コンデンサに充電する充電器と、
   前記コンデンサから電力の供給を受けることにより発熱する第１の発熱部材と、
   前記所定の電源からの電力供給により発熱して前記所定の部材を加熱する第２の発熱部材と、
   前記第１の発熱部材及び前記第２の発熱部材のうちの少なくとも一方による発熱による加熱及び加圧によって前記媒体に前記画像形成されたトナー画像を前記媒体上に定着する定着装置と、
   前記所定の電源の電圧を判定する判定手段と、
   前記判定した電圧があらかじめ設定された所定の値を下回るときは、本装置が所定の運転状態にあるときに前記第１の発熱部材及び前記第２の発熱部材の両方により前記加熱を行なう加熱制御手段と、
   を備えていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記加熱制御手段は、前記所定の運転状態を電源投入後の本装置の立ち上げの際としていること、を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記加熱制御手段は、前記所定の運転状態を本装置の連続的な前記画像形成の際としていること、を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記判定手段は、前記所定の電源の電圧を検出する電圧センサであること、を特徴とする請求項１〜３のいずれかの一に記載の画像形成装置。
   

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