JP2006011260A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 精度の高い温度検出を実行するとともに実装面積の低減が可能な温度制御装置を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 温度検出部１９において、平滑回路２１は、パルス信号生成回路４００により生成されたパルス信号を平滑化して、ノードＮ１に伝達する。コンパレータ２０は、ノードＮ１に伝達された電圧レベルと、サーミスタ素子線７と接続されるノードＮ２の電圧レベルとを比較して比較結果を検知信号ＤＴＡとしてヒータ制御部４００に出力する。 温度検出部１９におけるノードＮ１の基準電圧は、パルス信号生成回路４００により出力されるパルス信号のデューティ比により調整することができる。したがって、抵抗素子等の部品を設ける必要もなく、パルス信号のデューティ比の調整のみで基準電圧を調整可能であるため精度の高い温度検出が可能である。
【選択図】 図４

Description

本発明は、プリンタ等の画像形成装置における熱定着に関し、特にホットローラの温度検出に関するものである。

従来の画像形成装置であるレーザプリンタにおいては、ホストからの画像データの入力を受けて、画像形成部で処理する。具体的には、感光体上に対してレーザ光を照射して形成した静電潜像に、帯電させたトナーを吸着させて現像する。そして、感光体上に用紙を密着させて用紙に転写したトナー画像を永久画像とするために熱定着する方式が採用されている。

この熱定着に関して、従来のレーザプリンタにおいては熱定着を実行する熱定着部の内部に可動部である熱定着部材としてのホットローラが設けられ、そのホットローラの表面に接触するようにサーミスタが取付けられている。サーミスタは、熱が加わることにより抵抗値が下がるという性質を有する温度検知素子であり、この温度検知素子を用いて、ホットローラの表面の温度を検知する方式が一般的に行なわれている。この温度検知素子を用いて効率的に熱定着が実行できる温度たとえば１８０度〜２００度付近にホットローラの表面温度が設定されるように制御されている。

この温度制御に関して、サーミスタ等から来るアナログ出力をマイコンあるいはＡＳＩＣ等のアナログポートを用いて電圧値をリニアに読取り、その読取った電圧値に基づいて温度検出し、表面温度を制御することも可能であるが、アナログポートは、電圧値をリニアに読取る機能を有するためその制御は複雑であり、高価な部品でもある。それゆえ、アナログポートの代わりに、アナログ出力をデジタル出力に変換するＡＤコンバータを用いてＡＤコンバータの出力から温度検出を実行することが考えられる。

たとえば、特開平７−５５５８９号公報においては、温度制御用ＡＤコンバータが開示されており測温用のサーミスタの検出温度出力としてＡＤコンバータを用いて温度検出を行なう方式が開示されている。具体的には、この当該公報においては、複数の抵抗素子を用いて抵抗分割により得られるしきい値に基づいて、複数の測温ポイントの温度検出を可能とする方式が開示されている。
特開平７−５５５８９号公報

しかしながら、上記の複数の測温ポイントにおける測温を行なうために複数の抵抗素子を用いる温度制御用ＡＤコンバータの構成においては、各抵抗素子のばらつきにより温度検出を精度よく実行することが困難であるという問題がある。

また、測温ポイントを増やせば増やすほどそれに対応して異なる抵抗値の抵抗素子を複数設ける必要があり、部品点数が増大するとともに実装面積も拡大するという問題も発生する。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、精度の高い温度検出を実行するとともに実装面積の低減が可能な温度制御装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、画像形成において、熱定着するために用いられる発熱体を有する熱定着部と、熱定着部の温度を検出するための温度検出部と、温度検出部の検出結果に基づいて熱定着部の発熱体を制御する温度制御部とを備える。熱定着部は、発熱体による熱伝導により加熱されるホットローラと、挿入される紙をホットローラとの間で加圧する加圧ローラと、温度を所定の電圧として伝達する温度検出素子とを含む。温度制御部は、指示に応答してパルス信号を出力するとともにパルス信号のデューティ比を調整可能なパルス信号生成回路と、パルス信号生成回路からのパルス信号を出力するための第１のデジタルポートと、温度検出部からのデジタル信号である検出結果の入力を受ける第２のデジタルポートとを含む。温度検出部は、パルス信号生成回路から出力されるパルス信号を平滑化して、所定の基準電圧として出力する平滑回路と、温度検出素子から伝達される電圧と、基準電圧とを比較して、比較結果を温度制御部に出力する比較器とを含む。パルス信号生成回路は、モードに応じてパルス信号のデューティ比を調整する。

本発明に係る画像形成装置は、画像形成において、熱定着するために用いられる発熱体を有する熱定着部と、熱定着部の温度を検出するための温度検出部と、温度検出部の検出結果に基づいて熱定着部の発熱体を制御する温度制御部とを備える。熱定着部は、温度を所定の電圧として伝達する温度検出素子を含む。温度制御部は、指示に応答してパルス信号を出力するとともにパルス信号のデューティ比を調整可能なパルス信号生成回路を含む。温度検出部は、パルス信号生成回路から出力されるパルス信号を平滑化して、所定の基準電圧として出力する平滑回路と、温度検出素子から伝達される電圧と、基準電圧とを比較して、比較結果を温度制御部に出力する比較器とを含む。

好ましくは、温度制御部は、パルス信号生成回路からのパルス信号を出力するための第１のデジタルポートと、比較器からのデジタル信号である比較結果の入力を受ける第２のデジタルポートとをさらに含む。

好ましくは、熱定着部は、発熱体による熱伝導により加熱されるホットローラと、挿入される紙をホットローラとの間で加圧する加圧ローラとをさらに含む。

好ましくは、パルス信号生成回路は、モードに応じてパルス信号のデューティ比を調整する。

本発明の画像形成装置は、温度検出部において、基準電圧と温度検出素子から伝達される電圧とを比較して、比較結果を出力する比較器と、パルス信号を平滑化し、所定の基準電圧として出力する平滑回路とを含む。パルス信号は、デューティ比の調整が可能なパルス信号生成回路により出力される。すなわち、温度検出部における基準電圧は、パルス信号生成回路により出力されるパルス信号のデューティ比により調整することができる。したがって、抵抗素子等の部品を設ける必要もなく、パルス信号のデューティ比の調整のみで電圧を調整可能であるため精度の高い温度検出が可能であり、制御が簡易であり、かつ部品点数が少なくて済むため実装面積を縮小することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に従う画像形成装置の外観構成図である。

図１を参照して、パソコン３１０は、画像形成装置であるレーザプリンタ３８０を制御する装置であって、ＵＳＢ制御部３１１と、操作入力部３１２と、コマンド出力部３１３と、印字データ出力部３１４とを含む。

操作入力部３１２は、ユーザからの印刷指示を受け付ける。印字データ出力部３１４は、プログラムおよびそのプログラムを実行するＣＰＵにより実現され、印字データを出力する。コマンド出力部３１３は、プログラムとそのプログラムを実行するＣＰＵにより実現され、給紙コマンド、印字開始コマンドおよび排紙コマンド等の種々のコマンドを出力する。ＵＳＢ制御部３１１は、給紙コマンド、印字開始コマンドおよび排紙コマンド等の種々のコマンドおよび印字データをＵＳＢケーブル３１５へ出力する。

レーザプリンタ３８０は、制御部３２０と、レーザスキャンユニット３３２と、感光ドラム３３３と、トナーカートリッジ３３４と、給紙モータ３２９と、熱定着部３３０と、排紙ローラ３３１と、温度検出部１９とを含む。

制御部３２０は、ＣＰＵ３２１と、ＵＳＢ制御部３２２と、ＲＯＭ３２３と、ＡＳＩＣ３２４とからなる。ＲＯＭ３２３は、ＣＰＵ３２１が実行するプログラムを格納する。ＵＳＢ制御部３２２は、パソコン３１０からＵＳＢケーブル３１５を通じて送られてくる給紙コマンド、印字開始コマンドおよび排紙コマンド等の種々のコマンドおよび印字データを受信する。

ＡＳＩＣ３２４は、給紙モータ制御部３２６と、印字制御部３２７と、ヒータ制御部４００とからなる。ヒータ制御部４００は、熱定着部３３０を制御する。

給紙モータ制御部３２６は、給紙モータ３２９の駆動を制御する。給紙モータ３２９は、図示しないローラを駆動しプリント用紙を搬送する。ローラが回転すると連動して、この回転が熱定着部３３０におけるローラおよび排紙ローラ３３１に伝わり回転して、給紙されたプリント用紙を搬送する。

ＣＰＵ３２１は、給紙コマンドを受け取ると、給紙モータ制御部３２６を指示して、給紙モータ３２９を駆動させる。

ＣＰＵ３２１は、印字開始コマンドとともに印字データを受け取ると、印字制御部３２７からの指示に応答してレーザスキャンユニット３３２（ＬＳＵ：Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎ Ｕｎｉｔ）に印字データを出力する。レーザスキャンユニット３３２は、印刷イメージに対応したレーザ光を感光ドラム３３３に向けて出射する。これにより、感光ドラム３３３上に印刷イメージに対応した潜像が形成される。潜像が形成された感光ドラム３３３を回転させ、該感光ドラム３３３上にトナーカートリッジ３３４からのトナーを供給することで、印刷イメージに対応したパターンで感光ドラム３３３上にトナーが付着する。その後、感光ドラム３３３に紙を接触させることで、感光ドラム３３３上に付着したパターンが紙上に転写される。その際、熱定着部３３０において上述したホットローラによる熱定着が行なわれる。

さらに、ＣＰＵ３２１は、排紙コマンドを受けると、給紙モータ制御部３２６を指示して、給紙モータ３２９を駆動させてプリント用紙を排紙させる。

図２は、本発明の実施の形態に従う熱定着部３３０、温度検出部１９およびヒータ制御部４００の概略構成図である。

図２を参照して、熱定着部３３０は、内部に可動部である熱定着部材としてのホットローラ３と、これに圧接する加圧ローラ５と、ホットローラ３の内部にあり、点灯することによりホットローラ３を加熱するヒータランプ４とを備えている。

サーミスタ６は、上述したように熱が加わることにより抵抗値が下がるという性質を有する温度検知素子である。サーミスタ６は、ホットローラ３の表面に当接するように取付けられ、ホットローラ３の温度に応じて抵抗が変化することにより、ホットローラ３の表面の温度を検知する。サーミスタ６は、合成樹脂部材１５の先端に配置される。

サーミスタ６で検出される温度は、サーミスタ素子線７を介してアナログ電圧として温度検出部１９に送られる。温度検出部１９は、サーミスタ素子線７を介して伝達されるアナログ電圧と基準電圧とを比較して、比較結果に応じた検出信号をヒータ制御部４００に出力する。

ヒータ制御部４００は、温度検出部１９から出力される検出信号に基づいてヒータランプ４を点灯／消灯して、ホットローラ３を所定の温度に制御する。

一般的に、レーザプリンタの種々のモード時において、ホットローラ３の設定すべき温度は異なる。上述したようにたとえば印字モードのときは、温度を高温状態（１８０度〜２００度程度）に保つ必要があるが、スタンバイ状態のとき、あるいはスリープモードのときは、所定の温度状態としておくことが消費電力の観点からも望ましい。

図３は、レーザプリンタの種々のモード時において、ホットローラの設定すべき温度を説明する図である。

印字動作の休止時間である時刻ｔ５１において印字動作を終了すると、ホットローラは、それまでの定着温度Ｈ１１から若干低いスタンバイ温度Ｈ１２（すぐに印字動作に移行できるスタンバイ状態のときの温度）に移行する。

この温度状態で一定時間が経過すると、時刻ｔ５２においてホットローラの加熱を停止する。そのため、ホットローラは、その後自然放熱によって温度が徐々に低下し、最終的にスリープ温度Ｈ１３（余熱が完全になくなったときの温度：ほぼ周囲環境温度に同じ）まで低下する。

そしてこの状態で時刻ｔ５３に再び印字開始コマンドが入力されると、再加熱を行なってホットローラを定着温度Ｈ１１まで上昇させ、定着温度Ｈ１１まで上昇した時刻ｔ５４において印字動作を開始することになる。

したがって、上述したようにモードに応じて設定すべき温度を変える必要がある。

図４は、本発明の実施の形態に従う温度検出部１９の概略構成図である。

図４を参照して、本発明の実施の形態に従う温度検出部１９は、抵抗２２，２４と、キャパシタ２３と、コンパレータ２０とを含む。

コンパレータ２０の入力ノードＮ２は、サーミスタ素子線７と電気的に結合されている。他方の入力ノードＮ１は、平滑回路２１と接続される。

平滑回路２１は、ノードＮ０とノードＮ１との間に設けられた抵抗２２と、ノードＮ１と接地電圧ＧＮＤとの間に設けられたキャパシタ２３とを含む。平滑回路２１は、ヒータ制御部４００のデジタルポートＤＰ２を介して出力されるパルス信号を平滑すなわち平均化し、平滑（平均化）したパルス信号を入力電圧としてノードＮ１に伝達する。

抵抗２４は、ノードＮ０と所定の駆動電圧（５Ｖ）との間に設けられ、ノードＮ０を駆動電圧レベルまでプルアップするために設けられたものである。

コンパレータ２０は、ヒータ制御部４００のデジタルポートＤＰ２から出力されたパルス信号を平滑化したアナログ電圧とサーミスタ素子線７から与えられるアナログ電圧とを比較して検出信号ＤＴＡをデジタルポートＤＰ１に出力する。

ヒータ制御部４００は、デジタルポートＤＰ２に対してパルス信号を出力するパルス信号生成回路４１０を含む。パルス信号生成回路は、指示に応答してパルス信号を生成するとともにパルス信号のデューティ比を調整することができる。

図５は、本発明の実施の形態に従う温度検出部１９における温度検出を実行する方式を説明する図である。

本発明の実施の形態においては、設定すべき温度をパルス信号のデューティ比により調整する。

図５を参照して、ノードＮ０にはヒータ制御部４００からデジタルポートＤＰ２を介して入力される所定のパルス信号が入力される。この所定のパルス信号は平滑回路２１を通過することにより平滑化（平均化）される。具体的には、パルス信号のハイ期間Ｈｓ（「Ｈ」レベル）およびロー期間Ｌｓ（「Ｌ」レベル）を規定するデューティ比に基づいた所定の電圧レベルに平滑化（平均化）される。この所定の電圧レベルと、サーミスタ検出素子から入力されるアナログ電圧とを比較することによりコンパレータ２０は検出信号ＤＴＡを出力する。

たとえば、ノードＮ２のアナログ電圧レベルがノードＮ１の所定の電圧レベルよりも高い場合には、検出信号ＤＴＡは「１」に設定される。

一方、ノードＮ２のアナログ電圧レベルがノードＮ１の所定の電圧レベルよりも低い場合には、検出信号ＤＴＡは「０」に設定される。

ヒータ制御部４００は、デジタルポートＤＰ１を介して入力される検出信号ＤＴＡに基づいて、所定の判定動作を実行し、ヒータランプ４の温度制御を実行する。

具体的には、たとえば検出信号ＤＴＡが「１」であれば、ノードＮ１の基準の所定のアナログ電圧レベルよりもノードＮ２のサーミスタ検出線７から得られるアナログ電圧レベルが高いということであるので、基準の所定のアナログ電圧を表す温度よりも高いと判定することができる。

一方、検出信号ＤＴＡが「０」であれば、ノードＮ１の基準の所定のアナログ電圧レベルよりもノードＮ２のサーミスタ検出線７から得られるアナログ電圧レベルが低いということであるので、基準の所定のアナログ電圧を表す温度よりも低いと判定することができる。この判定により、ヒータランプの点灯／消灯の制御を実行する。

ここで、印字モード時において、所定範囲内の温度にホットローラ３の温度を維持し続ける方式について説明する。

まず、印字モード時において、ヒータランプ４を点灯し、基準の所定のアナログ電圧を印字モードにおける最大温度（たとえば２００度）を表す電圧レベルに設定する。具体的には、ＣＰＵ３２１が印字モードであることをヒータ制御部４００に指示する。ヒータ制御部４００において、パルス信号生成回路４１０は、ＣＰＵ３２１の指示に応答して最大温度（たとえば２００度）を表す電圧レベルに設定されるようなパルス信号のデューティ比に調整し、出力する。そして、コンパレータ２０の検出信号ＤＴＡが「１」になった場合に、ヒータ制御部４００は、ヒータランプ４を消灯する。これにより、最大温度以上の温度上昇を停止することができる。

そして、次に基準の所定のアナログ電圧を印字モードにおける最小温度（たとえば１８０度）を表す電圧レベルに設定する。具体的には、ヒータ制御部４００において、パルス信号生成回路４１０は、ＣＰＵ３２１の指示に応答して最小温度（たとえば１８０度）を表す電圧レベルに設定されるようなパルス信号のデューティ比に調整し、出力する。そして、コンパレータ２０の検出信号ＤＴＡが「０」になった場合に、ヒータ制御部４００は、ヒータランプ４を点灯する。これにより、最小温度以下の温度下降を停止することができる。

この基準の所定のアナログ電圧の電圧レベルの切換えと、上記の判定動作に基づく制御を繰り返し実行することにより、印字モードにおける最大温度（たとえば２００度）および最小温度（たとえば１８０度）の範囲内に常にホットローラ３の温度を維持し続けることが可能になる。

本実施の形態に従う温度検出部１９は、この基準の所定のアナログ電圧の電圧レベルをパルス信号生成回路４１０が生成するパルス信号のデューティ比を調整することにより自由に調整することができる。

たとえば、ＣＰＵ３２１の指示に応答してパルス信号のハイ期間（「Ｈ」レベル）およびロー期間（「Ｌ」レベル）を規定するデューティ比を１：１に設定するなら、平滑回路２１によりノードＮ１の電圧レベルは、駆動電圧（５Ｖ）に対して５０％すなわち２．５Ｖに設定される。一例として駆動電圧（５Ｖ）に対応する温度が３００度であるとするならばデューティ比を１：１に設定した場合、１５０度を表す２．５Ｖの電圧を平滑回路により出力することができる。

上記で説明したように、ヒータ制御部４００のパルス信号生成回路４１０から出力されるパルス信号のデューティ比を制御することにより平滑回路２１通過後の入力ノードＮ１の入力電圧レベルを調整することが可能であるため基準となる基準値に対応する基準温度を自由に調整することができる。

本実施の形態に従う温度検出部１９は、ヒータ制御部４００のパルス信号生成回路４１０から出力されるパルス信号のデューティ比によって基準電圧すなわち対応する基準温度を制御することが可能であり、従来の技術で説明したような抵抗素子を用いたしきい値によりコンパレータで比較する必要はないため実装面積を低減するとともに精度の高い温度検出を実行することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に従う画像形成装置の外観構成図である。 本発明の実施の形態に従う熱定着部３３０、温度検出部１９およびヒータ制御部４００の概略構成図である。 レーザプリンタの種々のモード時において、ホットローラの設定すべき温度を説明する図である。 本発明の実施の形態に従う温度検出部１９の概略構成図である。 本発明の実施の形態に従う温度検出部１９における温度検出を実行する方式を説明する図である。

符号の説明

３ ホットローラ、４ ヒータランプ、５ 加圧ローラ、６ サーミスタ、７ サーミスタ素子線、１５ 合成樹脂部材、１９ 温度検出部、２０ コンパレータ、２１ 平滑回路、２２，２４ 抵抗、２３ キャパシタ、３１０ パソコン、３１１ ＵＳＢ制御部、３１２ 操作入力部、３１３ コマンド出力部、３１４ 印字データ出力部、３１５ ＵＳＢケーブル、３２０ 制御部、３２１ ＣＰＵ、３２２ ＵＳＢ制御部、３２３ ＲＯＭ、３２４ ＡＳＩＣ、３２６ 給紙モータ制御部、３２７ 印字制御部、３２９ 給紙モータ、３３０ 熱定着部、３３１ 排紙ローラ、３３２ レーザスキャンユニット、３３３ 感光ドラム、３３４ トナーカートリッジ、３８０ レーザプリンタ、４００ ヒータ制御部、４１０ パルス信号生成回路。

Claims (5)

1. 画像形成において、熱定着するために用いられる発熱体を有する熱定着部と、
   前記熱定着部の温度を検出するための温度検出部と、
   前記温度検出部の検出結果に基づいて前記熱定着部の発熱体を制御する温度制御部とを備え、
   前記熱定着部は、
   前記発熱体による熱伝導により加熱されるホットローラと、
   挿入される紙を前記ホットローラとの間で加圧する加圧ローラと、
   温度を所定の電圧として伝達する温度検出素子とを含み、
   前記温度制御部は、指示に応答してパルス信号を出力するとともに前記パルス信号のデューティ比を調整可能なパルス信号生成回路と、
   前記パルス信号生成回路からの前記パルス信号を出力するための第１のデジタルポートと、
   前記温度検出部からのデジタル信号である検出結果の入力を受ける第２のデジタルポートとを含み、
   前記温度検出部は、
   前記パルス信号生成回路から出力される前記パルス信号を平滑化して、所定の基準電圧として出力する平滑回路と、
   前記温度検出素子から伝達される電圧と、前記基準電圧とを比較して、比較結果を前記温度制御部に出力する比較器とを含み、
   前記パルス信号生成回路は、モードに応じて前記パルス信号のデューティ比を調整する、画像形成装置。
2. 画像形成において、熱定着するために用いられる発熱体を有する熱定着部と、
   前記熱定着部の温度を検出するための温度検出部と、
   前記温度検出部の検出結果に基づいて前記熱定着部の発熱体を制御する温度制御部とを備え、
   前記熱定着部は、温度を所定の電圧として伝達する温度検出素子を含み、
   前記温度制御部は、指示に応答してパルス信号を出力するとともに前記パルス信号のデューティ比を調整可能なパルス信号生成回路を含み、
   前記温度検出部は、
   前記パルス信号生成回路から出力される前記パルス信号を平滑化して、所定の基準電圧として出力する平滑回路と、
   前記温度検出素子から伝達される電圧と、前記基準電圧とを比較して、比較結果を前記温度制御部に出力する比較器とを含む、画像形成装置。
3. 前記温度制御部は、前記パルス信号生成回路からの前記パルス信号を出力するための第１のデジタルポートと、
   前記比較器からのデジタル信号である比較結果の入力を受ける第２のデジタルポートとをさらに含む、請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記熱定着部は、前記発熱体による熱伝導により加熱されるホットローラと、
   挿入される紙を前記ホットローラとの間で加圧する加圧ローラとをさらに含む、請求項２記載の画像形成装置。
5. 前記パルス信号生成回路は、モードに応じて前記パルス信号のデューティ比を調整する、請求項２記載の画像形成装置。

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