JP2009251030A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 商用電源電圧に異常が発生した場合においても、低圧電源回路の故障を防止する画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 商用電源に対して、前記低圧電源回路と定着手段とが電気的に並列に接続され、定着器に流れる定着電流を検出する定着電流検知手段を有し、検出した定着電流値情報に応じて画像形成動作を実行するか停止するかを選択する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、記録材上の未定着画像を加熱定着する画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を採用する画像形成装置では、搬送される記録材に現像装置によるトナー像などの未定着像を転写する転写手段と、転写手段によって前記未定着像の転写を受けた記録材を所定の定着処理条件にて加熱及び加圧することにより前記トナー像を記録材に定着させる定着装置が一般的に備えられている。

また、画像形成装置は、定着手段の発熱体の駆動回路とは電気的に並列して商用電源（ＡＣ電圧）をＤＣ電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ回路を含む低圧電源回路を有しており、変換したＤＣ電圧を、記録材に未定着像を形成する未定着画像形成手段の制御手段や駆動手段に供給している。

商用電源電圧が低下すると、低圧電源回路に流れる電流が増加し、回路素子の発熱量が増加する。前記不具合を回避するため、従来の画像形成装置における低圧電源回路には、商用電源側の回路（以降１次側回路と記載）に過電流を検知する回路を設け、異常電流が流れたと判断した場合に画像形成を停止する方法が用いられている。（特許文献１参照）
特願２０００−２９５７５９号公報

しかしながら、１次側回路に流れる電流は、商用電源電圧の低下だけでなく、ＤＣ電圧側回路（以降２次側回路と記載）の消費電流上昇によっても増加する。近年、画像形成装置の大型化、高速化が進み２次側回路の消費電流が増加し、１次側回路の過電流検知電流値も上昇している。その結果、商用電源電圧が大きく低下した場合においても低圧電源回路が停止せず、低圧電源回路の故障を防止することが困難になってきている。

上記目的を解決するため、本発明は、記録材を搬送するとともに、搬送される記録材上に未定着像を形成する未定着画像形成手段と、商用電源に接続されることにより前記未定着画像形成手段に電力供給する低圧電源回路と、通電することにより発熱する電気抵抗発熱体を有し、記録材上に形成された未定着像をこの発熱体の熱により加熱定着させる定着手段であって、商用電源に対して、前記低圧電源回路と電気的に並列に接続される定着手段と、商用電源から前記定着手段に流れる定着電流を検知する定着電流検知手段と、前記定着電流検知手段で検知した定着電流値情報に応じて画像形成動作を実行するか停止するかを選択する動作選択手段と、を有することを特徴とする。

記録材上に形成された未定着像を発熱体によって加熱定着させる定着手段と、商用電源を画像形成装置において、２次側回路の消費電力に依存せず、商用電源電圧が異常に低下した場合は画像形成を停止し、低圧電源の故障を確実に防止することが可能となる。

（実施例１）
図２は本実施例の画像形成装置としてのレーザプリンタの構成図である。

４０１は画像形成装置本体、４０２は記録材３２を収納する給紙カセットである。４０４は給紙カセット４０２から記録材３２を繰り出すピックアップローラ、４０５は前記ピックアップローラ４０４によって繰り出された記録材３２を搬送する給紙ローラ４０６は前記給紙ローラ４０５と対をなし記録材３２の重送を防止するためのリタードローラ、４０７はレジストローラ対である。

４０９は静電吸着搬送転写ベルト（以下ＥＴＢと記す）であり、記録材３２を静電吸着させて搬送する。４１０はプロセスカートリッジであり、画像形成装置本体４０１に対し着脱可能となっている。４２０はスキャナユニットである。

４３１は定着器であり、内部に加熱用のヒータ４３２を備えた定着ローラ４３３と加圧ローラ４３４、定着ローラからの記録材３２を搬送するための定着排紙ローラ対４３５により構成されている。

４５１、４５２、４５３はＤＣブラシレスモータであり、４５１はプロセスカートリッジ４１０を駆動するメインモータ、４５２はＥＴＢを駆動するＥＴＢモータ、４５３は定着器を駆動する定着モータである。

２０１は画像形成装置本体４０１の制御手段であるＤＣコントローラであり、マイクロコンピュータ２０７、及び各種入出力制御回路（不図示）等で構成されている。

２０２は低圧電源回路であり、商用電源２０３からの１次ＡＣ電流を平滑後に降圧し、各ＤＣブラシレスモータ４５１，４５２，４５３や、ＤＣコントローラ２０１などに電力を供給する。

４４０はビデオコントローラであり、パーソナルコンピュータ等のホストコンピュータ４４１から送出される画像データを受け取るとこの画像データをビットマップデータに展開し、画像形成用の画像信号を生成する。

次に画像形成動作を説明する。

まず、ホストコンピュータ４４１からビデオコントローラ４４０に画像データが送信される。ビデオコントローラ４４０は、ＤＣコントローラ２０１に画像形成の開始を指示するＰＲＩＮＴ信号を送信する。ＰＲＩＮＴ信号を受信したＤＣコントローラ２０１は、所定のタイミングでスキャナモータ４２３、及びメインモータ４５１，ＥＴＢモータ４５２，定着モータ４５３の駆動を開始するとともに、ピックアップローラ４０４、給紙ローラ４０５、リタードローラ４０６を駆動して給紙カセット４０２から記録材３２を搬送する。その後、記録材に応じた画像形成速度の変更が必要な場合はメインモータ４５１，ＥＴＢモータ４５２，定着モータ４５３の回転速度を変更する。記録材は、レジストローラ対４０７まで搬送して一旦停止する。次に、スキャナユニット４２０とプロセスカートリッジ４１０を駆動し、レジストローラ対４０７で一旦停止していた記録材３２を所定のタイミングでＥＴＢ４０９に再給紙して未定着像を形成する。記録材３２上に形成された未定着像は定着器４３１に搬送され、所定温度に加熱された定着ローラ４３３と加圧ローラ４３４によって加熱・加圧されて記録材に定着されたのち、定着排紙ローラ対４３５により画像形成装置４０１外に排出される。

図３は本実施例における画像形成装置をより詳しく説明する図である。

２０２は低圧電源回路、５０１はインレット、５０２は商用電源２０３からのノイズ及び低圧電源からのノイズを除去するＡＣフィルタ、５０３はメインスイッチ、５０４はダイオードブリッジである。５０５は２４Ｖを生成するコンバータ、５０６はコンバータ制御回路、５０７はダイオード、５０８はコンデンサ、５０９は定電圧制御回路、５１０はフォトカプラである。５１１は２４Ｖから３Ｖを生成するＤＣ／ＤＣコンバータ、６０１はカレントトランス、６０２は抵抗、６０３は実効電流検知回路、５１５はゼロクロス検知回路である。

５２１は画像形成装置のドアと連動して開閉するインタロックスイッチ、５２２はリレー、５２３はトライアック（商標）、５２４，５２５、５２７は抵抗、５２６はフォトトライアックカプラ、５２８はトランジスタである。また、４３１は定着器、４３３は定着ローラ、４３４は加圧ローラ、４３２は加熱ヒータ、５２９はサーモスイッチ、５３０は定着ローラ４３３の温度を検知するサーミスタ、５３１は抵抗、５８１はコンデンサである。

２０４はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有する動作選択手段であり、低圧電源回路２０２と定着器４３１に接続されるスイッチ２０５の制御を行っている。

続いて、回路動作について説明する。

メインスイッチ５０３がＯＮされると、インレット５０１及びＡＣフィルタ５０２を介して商用電流が流れ、ダイオードブリッジ５０４とコンデンサ５８１で全波整流される。そして、コンバータ制御回路５０６によりコンバータ５０５がスイッチングされ、コンバータ５０５の２次側に脈流電流が励起される。前記脈流電流はダイオード５０７及びコンデンサ５０８により整流される。整流後の電圧を定電圧制御手段５０９が検知し、一定電圧（本実施例では２４Ｖ）になるようにフォトカプラ５１０を介してコンバータ制御回路５０６を制御する。整流された２４Ｖ電圧は、ＤＣブラシレスモータ４５１等に供給されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１１に供給され３Ｖが生成される。生成された３ＶはＤＣコントローラ２０１に供給され、画像形成装置４０１の制御に使用される。

次に、定着器の温度制御動作及び電流検知動作について説明する。

図４は定着器に流れる定着電流波形を説明する図である。

まず、図４−（ａ）を用いて商用電源電圧が通常電圧である場合の動作について説明する。ＤＣコントローラ２０１はサーミスタ５３０と抵抗５３１の分圧電圧をＡ／Ｄ１ポートを介して検知する。サーミスタ５３０は温度の上昇とともに抵抗値が低下する特性をもっており、ＤＣコントローラ２０１はＡ／Ｄポート１の分圧電圧より定着ローラ４３３の温度を検出する。定着器４３１内の加熱ヒータ４３２には、リレー５２２、トライアック５２３及びサーモスイッチ５２９を介して商用電源が供給される。ＤＣコントローラ２０１は、ゼロクロス検知回路５１５を介して、商用電源の正負が切り替わるタイミング、いわゆるゼロクロスを検知する。そして、ゼロクロスを検知してから所定時間後（以降ＴＯＦＦ）にＯＮ／ＯＦＦ１ポートよりトライアックＯＮ信号を出力し、トランジスタ５２８をＯＮする。トランジスタ５２８がＯＮすると、抵抗５２７を介してフォトトライアックカプラ５２６に電流が流れ、フォトトライアックカプラ５２６がＯＮする。フォトトライアックカプラ５２６がＯＮすると抵抗５２４、５２５を介してトライアック５２３にゲート電流が流れ、トライアック５２３がＯＮし、加熱ヒータ４３２に電流が流れ、発熱する。加熱ヒータ４３２の発熱量Ｗは、加熱ヒータ４３２に流れる実効電流（以降 定着電流）をＩｆ＿ｒｍｓ、加熱ヒータ４３２の抵抗値（仕様値）をＲｆとすると、
Ｗ＝Ｉｆ＿ｒｍｓ^２×Ｒｆ ・・・（１）
となる。トライアック５２３はゲート電流がゼロ、すなわち次のゼロクロスのタイミングでＯＦＦする。ＤＣコントローラ２０１はＴＯＦＦを用いて定着電流を制御することで、加熱ヒータ４３２の発熱量をコントロールし、定着ローラ４３３を所定温度に制御する。

一方、定着電流はカレントトランス６０１と抵抗６０２で電圧変換され、実効電流検知回路６０３に出力される。実効電流検知回路６０３はゼロクロス信号の「立ち下がり」から「立ち上がり」までに入力された電圧の実効値に比例した電圧値を出力し、ゼロクロス信号の「立ち上がり」から所定時間後（以降Ｔｄｉｓ）に出力をゼロにする。そして、ゼロクロス信号の「立ち下がり」を基準に上記動作を繰り返す。すなわち、ＡＣ電圧波形の片側半波の実効電流を毎回検出する。ＤＣコントローラ２０１はゼロクロス信号の「立ち上がり」から所定時間後（Ｔｓｎｓ）のＡ／Ｄポート２の出力電圧をモニタし定着電流を検知する。

動作選択手段２０４は、実効電流検知回路６０３により検知した定着電流値と、加熱ヒータ４３２の抵抗値とから商用電圧値を算出する。算出した結果、商用電圧値が所定の電圧値以上であった場合はスイッチ２０５はＯＮされたままとなる。商用電源電圧が所定の電圧値以下であった場合については、以下で後述する。

ここで、所定の電圧値とは、商用電源電圧が低下した場合、画像形成動作を継続すると、過電流による低圧電源回路の故障を防止するための閾値のことである。

商用電源電圧が低下した場合の動作について図４−（ｂ）を用いて説明する。

定着電流は商用電源電圧が低下すると減少し、加熱ヒータ４３２の発熱量も減少する。その結果、ＤＣコントローラ２０１はＴＯＦＦ期間を短くして定着電流を増加させ、定着ローラ４３３を所定温度に保つように動作する。商用電源電圧が所定電圧値以下になるとＴＯＦＦ＝０となり、定着電流は図４−（ｂ）に示すような１００％通電状態となる。前記所定電圧とは定着ローラ４３３を所定温度に保持可能な最低電圧であり、加熱ヒータ４３２の抵抗値と定着ローラ４３３の保持温度に依存する。商用電源電圧が所定電圧値以下となると定着ローラ４３３は所定温度を保持できなくなり温度が低下していく。

このとき、前記動作選択手段２０４によって算出された商用電圧値の値が所定の電圧値以下であった場合、動作選択手段２０４はスイッチ２０５をＯＦＦすることにより、画像形成装置の動作を停止する。

次に、商用電源電圧の検知動作について説明する。

図１は本実施例における商用電源電圧の検知動作を説明するフローチャートである。

まず、Ｓ１０１でカウンタを０にクリアする。Ｓ１０２で定着器への通電が１００％であるかを判断する。１００％通電状態である場合は、Ｓ１０３で定着電流Ｉｆ＿ｒｍｓを検出し、Ｓ１０４で式（１）に基づいて商用電源電圧Ｖを算出する。
商用電源電圧Ｖ＝定着電流Ｉｆ＿ｒｍｓ×ヒータ抵抗値Ｒｆ ・・・（１）
Ｓ１０５では、Ｓ１０４で算出した商用電源電圧Ｖと閾値電圧Ｖｔｈを比較する。閾値電圧Ｖｔｈは低圧電源回路が故障する可能性のある商用電源電圧である。商用電源電圧Ｖが閾値電圧Ｖｔｈよりも低い場合はＳ１０６でカウンタをインクリメントする。Ｓ１０７にてカウンタの値が１０未満である場合はＳ１０２に戻り、上述した一連の動作を繰り返す。Ｓ１０７でカウンタ値が１０以上である場合、すなわち１０回連続で商用電源電圧Ｖが閾値電圧Ｖｔｈよりも低いと検知した場合は、低圧電源回路の故障を防止するためＳ１０８で画像形成動作を停止させる。一方、Ｓ１０２で定着器が１００％通電でない場合と、Ｓ１０５で商用電源電圧Ｖが閾値電圧Ｖｔｈより高い場合はＳ１０９に進み、画像形成動作が終了するまで上述した動作を繰り返す。

（実施例２）
一般的に、加熱ヒータの抵抗値はヒータ温度に依存して変化し、変化量は「抵抗温度係数」と呼ばれる係数で表現される。

本実施例では、サーミスタで検知したヒータ温度でヒータ抵抗値を補正して商用電源電圧を検出する。

図５は本実施例における画像形成動作を説明するフローチャートである。

画像形成装置は、実施例１の図３と同じであるため説明を省略する。

まず、Ｓ３０１でカウンタを０にクリアする。Ｓ３０２で定着器への通電が１００％であるかを判断し、１００％通電状態である場合はＳ３０３で定着電流Ｉｆ＿ｒｍｓを検出する。続いてＳ３０４でサーミスタ５３０と抵抗５３１との分圧電圧により加熱ヒータ４３２の温度Ｔｆを検出し、Ｓ３０５で式（２）に基づいてヒータ抵抗値を補正する。
Ｒｆ２＝Ｒｆ＋Ｒｆ×抵抗温度係数×（Ｔｆ−２５℃） ・・・（２）
Ｒｆ ：２５℃におけるヒータ抵抗値（仕様値）
Ｒｆ２ ：補正後のヒータ抵抗値
仮に、Ｒｆ＝２０Ω、抵抗温度係数＝＋１０００ｐｐｍ／℃、Ｔｆ＝２２５℃とするとＲｆ２は以下のようになる。
Ｒｆ２＝２０Ω＋２０Ω×＋１０００ｐｐｍ／℃×（２２５℃−２５℃）
＝２０Ω＋４Ω
＝２４Ω

次に、Ｓ３０６で式（３）に基づいて商用電源電圧Ｖを算出する。
商用電源電圧Ｖ＝定着電流Ｉｆ＿ｒｍｓ×補正後のヒータ抵抗値Ｒｆ２ ・・・（３）
Ｓ３０７では、Ｓ３０６で算出した商用電源電圧Ｖと閾値電圧Ｖｔｈを比較する。閾値電圧Ｖｔｈは低圧電源回路が故障する可能性のある商用電源電圧である。商用電源電圧Ｖが閾値電圧Ｖｔｈよりも低い場合はＳ３０８でカウンタをインクリメントする。Ｓ３０９にてカウンタの値が１０未満である場合はＳ３０２に戻り、上述した一連の動作を繰り返す。Ｓ３０９でカウンタ値が１０以上である場合、すなわち１０回連続で商用電源電圧Ｖが閾値電圧Ｖｔｈよりも低いと検知した場合は、低圧電源回路の故障を防止するためＳ３１０で画像形成動作を停止させる。一方、Ｓ３０２で１００％通電ではない場合と、Ｓ３０９で商用電源電圧Ｖが閾値電圧Ｖｔｈより高い場合はＳ３１１に進み、画像形成動作が通常通り終了するまで上述した動作を繰り返す。

この結果、実施例１よりも商用電源電圧Ｖの検出精度が向上する。

本実施例においては、補正された抵抗値を用いて、動作選択手段２０４によって商用電圧値が算出される。実施例１と同様に、算出された商用電圧の値が所定の値以下だった場合はスイッチ２０５をＯＦＦすることにより、画像形成動作を停止する。

以上、実施例１、２に記載した制御を行うことで、２次側回路の消費電力に依存せず、商用電源電圧が異常に低下した場合は画像形成を停止させ、低圧電源の故障を確実に防止することが可能となる。

実施例１、２では、レーザプリンタを用いて説明を行った。しかしながら、画像形成装置はレーザプリンタに限定されるものではなく、ＬＥＤプリンタなどであっても構わない。

実施例１における画像形成動作を説明するフローチャート 実施例１におけるレーザビームプリンタの構成図 実施例１における画像形成装置を説明する図 実施例１における定着電流波形を説明する図 実施例２における画像形成装置を説明するフローチャート

符号の説明

４０１ 画像形成装置本体
４０２ 給紙カセット
４０４ ピックアップローラ
４０５ 給紙ローラ
４０６ リタードローラ
４０７ レジストローラ対
４０９ 静電吸着搬送転写ベルト
４１０ プロセスカートリッジ
４２０ スキャナユニット
４４０ ビデオコントローラ
４３１ 定着器
４３２ 加熱用ヒータ
４３３ 定着ローラ
４３４ 加圧ローラ
４３５ 定着排紙ローラ対
４５１、４５２、４５３ ＤＣブラシレスモータ
２０１ ＤＣコントローラ
２０２ マイクロコンピュータ
２０２ 低圧電源回路
２０３ 商用電源
２０４ 動作形成手段
２０５ スイッチ
４４１ ホストコンピュータ
５０１ インレット
５０２ ＡＣフィルタ
５０３ メインスイッチ
５０４ ダイオードブリッジ
５０５ ２４Ｖを生成するコンバータ
５０６ コンバータ制御回路
５０７ ダイオード
５０８ コンデンサ
５０９ 定電圧制御回路
５１０ フォトカプラ
５１１ ２４Ｖから３Ｖを生成するＤＣ／ＤＣコンバータ
５１２ カレントトランス
５１３ 抵抗
５１４ 電流検知回路
５１５ ゼロクロス検知回路
５２１ インタロックスイッチ
５２２ リレー
５２３ トライアック
５２４，５２５、５２７ 抵抗
５２６ フォトトライアックカプラ
５２８ トランジスタ
５２９ サーモスイッチ
５３０ サーミスタ
５３１ 抵抗
５８１ コンデンサ
６０１ カレントトランス
６０２ 抵抗
６０３ 電流検知回路

Claims (3)

1. 記録材を搬送するとともに、搬送される記録材上に未定着像を形成する未定着画像形成手段と、
   商用電源に接続されることにより前記未定着画像形成手段に電力供給する低圧電源回路と、
   通電することにより発熱する電気抵抗発熱体を有し、記録材上に形成された未定着像をこの発熱体の熱により加熱定着させる定着手段であって、商用電源に対して、前記低圧電源回路と電気的に並列に接続される定着手段と、
   商用電源から前記定着手段に流れる定着電流を検知する定着電流検知手段と、
   前記定着電流検知手段で検知した定着電流値情報に応じて画像形成動作を実行するか停止するかを選択する動作選択手段と、
   を有する画像形成装置。
2. 前記動作選択手段は、前記定着電流検知手段が検知した定着電流値情報と、前記発熱体の電気抵抗値とに基づいて前記動作の実行か停止かの選択を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記定着手段の温度を検出する温度検出手段を有し、
   前記動作選択手段は、前記定着電流検知手段が検知した定着電流値情報と、前記温度検出手段で検出された温度情報とで補正された前記発熱体の電気抵抗値に基づいて、前記動作の実行か停止かの選択を行う請求項１または２に記載の画像形成装置。

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