JP2010156754A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 交流電圧測定用の回路を特別に設けることなく、交流電圧の変動に対応した制御が実行可能な画像形成装置の提供。
【解決手段】 ゼロクロスパルスの幅ＰＷがＰＷ１≦ＰＷ≦ＰＷ２の範囲にない場合（Ｓ２：Ｙ，Ｓ３：Ｙ）、電源電圧の異常を報知して（Ｓ４，Ｓ５）、ゼロクロスパルスの幅ＰＷが上記範囲内の場合（Ｓ２：Ｎ，Ｓ３：Ｎ）、その幅ＰＷに基づいて商用電源の入力電圧Ｖｉｎを計算し（Ｓ７）、その入力電圧Ｖｉｎに基づいてウォームアップタイムアウト時間Ｔ及びヒータ制御パラメータを計算している（図３の処理ではＳ８にて前者のみを計算）。このため、交流電圧の変動に対応した制御を、交流電圧測定用の回路を特別に設けることなく実行することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、被記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、その画像形成手段によって上記被記録媒体に形成された画像を熱定着する定着器と、を備えた画像形成装置に関し、詳しくは、上記定着器が交流電圧を印加されて加熱を行う加熱部を備えた画像形成装置に関する。

従来より、この種の画像形成装置では、画像形成手段によって、用紙等の被記録媒体に例えば電子写真方式でトナーを付着させるなどの各種方法で画像を形成し、定着器にてそのトナーを溶融させるなどして画像を熱定着することがなされている。また、上記定着器が交流電圧を印加されて加熱を行うハロゲンヒータ等の加熱部を備えている場合、交流電圧の絶対値が０となるいわゆるゼロクロス点を検出して加熱部の制御に応用することが考えられている。

そして、このようにゼロクロス点を検出して加熱部の制御に応用する場合に、ゼロクロス点の間隔が所定値未満の場合は、電源ノイズによる異常と判断し、そのような電源ノイズが頻発する場合は電源ノイズが多い環境と判断することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−６４８９２号公報

ところが、上記公報では、交流電圧を推定しておらず、その交流電圧の変動に対応して制御を調整することはできない。また、交流電圧測定用の回路を特別に設ければ交流電圧の変動に対応した制御が可能となるが、その場合、装置の製造コストが上昇してしまう。そこで、本発明は、交流電圧測定用の回路を特別に設けることなく、交流電圧の変動に対応した制御が実行可能な画像形成装置の提供を目的としてなされた。

上記目的を達するためになされた本発明は、被記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、交流電源から交流電圧を印加されて加熱を行う加熱部を備え、上記画像形成手段によって上記被記録媒体に形成された画像を熱定着する定着器と、を備えた画像形成装置であって、更に、上記交流電圧の絶対値が所定値未満となる期間に応じてゼロクロスパルスを発生するゼロクロスパルス発生手段と、該ゼロクロスパルス発生手段が発生したゼロクロスパルスの幅に基づいて、上記交流電圧を推定する電圧推定手段と、上記定着器の温度を検出する温度検出手段と、上記電圧推定手段が推定した上記交流電圧、及び、上記温度検出手段が検出した上記定着器の温度に基づき、上記加熱部を制御するための加熱制御パラメータを設定する加熱制御パラメータ設定手段と、該加熱制御パラメータが設定した加熱制御パラメータに基づき、上記加熱部を制御する加熱制御手段と、を備えたことを特徴としている。

このように構成された本発明では、ゼロクロスパルス発生手段は、交流電圧の絶対値が所定値（例えば当該手段の回路構成等に応じて定まる閾値）未満となる期間に応じて、ゼロクロスパルスを発生する。交流電圧は、電源ノイズ等を無視すれば一般に略正弦波状の変化を示すので、上記ゼロクロスパルスの幅は交流電圧の大きさに応じて変化する。そこで、電圧推定手段は、上記ゼロクロスパルス発生手段が発生したゼロクロスパルスの幅に
基づいて、上記交流電圧を推定する。

すると、加熱制御パラメータ設定手段は、上記電圧推定手段が推定した上記交流電圧と、温度検出手段を介して検出された上記定着器の温度とに基づいて、上記加熱部を制御するための加熱制御パラメータを設定する。これに応じて、加熱制御手段は、上記設定された加熱制御パラメータに基づいて、上記加熱部を制御する。

このように、本発明では、ゼロクロスパルスの幅に基づいて交流電圧を推定し、その電圧に基づいて加熱制御パラメータを設定しているので、交流電圧の変動に対応した制御を、交流電圧測定用の回路を特別に設けることなく実行することができる。なお、本発明において、上記交流電源は、画像形装置の外部に設けられてもよく、画像形成装置の内部に設けられてもよい。

また、本発明は、被記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、交流電源から交流電圧を印加されて加熱を行う加熱部を備え、上記画像形成手段によって上記被記録媒体に形成された画像を熱定着する定着器と、を備えた画像形成装置であって、更に、上記交流電圧の絶対値が所定値未満となる期間に応じてゼロクロスパルスを発生するゼロクロスパルス発生手段と、該ゼロクロスパルス発生手段が発生したゼロクロスパルスの幅に基づいて、上記交流電圧を推定する電圧推定手段と、上記定着器の温度を検出する温度検出手段と、上記画像形成装置の起動時に上記交流電源から交流電圧を上記加熱部へ印加して、上記温度検出手段が検出する温度が規定温度となるまで上記加熱部を制御する起動制御手段と、上記電圧推定手段が推定した上記交流電圧に基づき、上記起動制御手段の制御に係るタイムアウト時間を設定するタイムアウト時間設定手段と、上記起動制御手段が制御を開始してから、上記タイムアウト時間設定手段に設定されたタイムアウト時間が経過しても上記温度検出手段が検出する温度が上記規定温度に達しない場合、上記定着器の異常を判断する定着異常判断手段と、を備えたことを特徴とするものであってもよい。

この場合も、上記発明と同様に、電圧推定手段は、上記ゼロクロスパルス発生手段が発生したゼロクロスパルスの幅に基づいて、交流電圧を推定する。一方、本発明では、起動制御手段が、画像形成装置の起動時に上記交流電源から交流電圧を上記加熱部へ印加して、温度検出手段に検出される温度が規定温度となるまで加熱部を制御する。また、本発明では、上記電圧推定手段が推定した上記交流電圧に基づき、タイムアウト時間設定手段が、上記起動制御手段の制御に係るタイムアウト時間を設定し、上記起動制御手段が制御を開始してからそのタイムアウト時間が経過しても上記温度検出手段が検出する温度が上記規定温度に達しない場合、定着異常判断手段は上記定着器の異常を判断する。

このように、本発明では、ゼロクロスパルスの幅に基づいて交流電圧を推定し、その電圧に基づいて上記タイムアウト時間を設定しているので、交流電圧の変動に対応した制御を、交流電圧測定用の回路を特別に設けることなく実行することができる。なお、本発明においても、上記交流電源は、画像形装置の外部に設けられてもよく、画像形成装置の内部に設けられてもよい。

また、本発明は以下の構成に何等限定されるものではないが、上記ゼロクロスパルス発生手段が発生したゼロクロスパルスの幅が予め定められた所定範囲にない場合、上記交流電源の異常を判断する電源異常判断手段を、更に備えてもよい。この場合、ゼロクロス幅が上記所定範囲にない場合は、交流電源が異常（例えば交流電圧が高過ぎるまたは低過ぎる）であると電源異常判断手段によって判断することができるので、その異常に対応した制御が可能となる。

［レーザプリンタの構成］
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。図１は、本発明が適用された画像形成装置としてのレーザプリンタ１の構成を概略的に表す説明図である。図１に示すように、本実施の形態のレーザプリンタ１は、被記録媒体の一例としての用紙Ｐに電子写真方式によって画像を形成する画像形成手段の一例としての画像形成部１０を備えている。

画像形成部１０は、感光体ドラム１１と転写ローラ１２との間に用紙Ｐを挟んで矢印方向に搬送する間に、その用紙Ｐにトナー像を形成するものである。感光体ドラム１１は、ドラム本体が接地されると共に、その表面に正帯電性の感光層が形成されており、レーザプリンタ１に、図１における反時計方向に回転可能に支持されている。

また、感光体ドラム１１の外周には、帯電器１３，レーザスキャナユニット１４，及び現像ユニット１５が、転写ローラ１２との対向部から感光体ドラム１１の回転方向に沿って順次配設されている。帯電器１３は、タングステンなどの帯電用ワイヤからコロナ放電を発生させる正帯電用のスコロトロン型帯電器であり、感光体ドラム１１の表面を一様に正極性に帯電させるように構成されている。レーザスキャナユニット１４は、外部より入力される画像データに応じたレーザ光Ｌを光源（図示せず）から出射し、ポリゴンモータにより回転駆動されるポリゴンミラー（図示せず）の鏡面などによりレーザ光Ｌを走査して、感光体ドラム１１の表面へ照射する周知のものである。

また、現像ユニット１５は、感光体ドラム１１との対向部に現像ローラ１６を備えている。そして、この現像ユニット１５は、現像ユニット１５の内部に収容された正帯電性の非磁性１成分重合トナー（図示せず）を図示省略した周知の供給ローラ，層厚規制ブレード等によって摩擦帯電させながら、現像ローラ１６を介して感光体ドラム１１の表面まで供給するものである。

このため、感光体ドラム１１の表面は、その感光体ドラム１１の回転に伴って、先ず、帯電器１３により一様に正帯電された後、レーザスキャナユニット１４からのレーザ光Ｌの高速走査により露光され、画像データに応じた静電潜像が形成される。

次いで、現像ユニット１５より、正帯電されているトナーが感光体ドラム１１に供給されると、そのトナーは、感光体ドラム１１の表面上に形成された静電潜像、すなわち、一様に正帯電されている感光体ドラム１１の表面のうち、レーザ光Ｌによって露光され電位が下がっている露光部分に供給され、選択的に担持されることによって可視像化され、これによってトナー像が形成される。

転写ローラ１２は、レーザプリンタ１に図１において時計方向に回転可能に支持されている。この転写ローラ１２は、金属製のローラ軸に、イオン導電性のゴム材料からなるローラが被覆されており、転写時には、転写バイアス（転写順バイアス）が印加されるように構成されている。そのため、感光体ドラム１１の表面上に担持された上記トナー像は、用紙Ｐが感光体ドラム１１と転写ローラ１２との間を通る間に、用紙Ｐに転写される。上記トナー像転写後の用紙Ｐは、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とを備えた定着器２０へ搬送され、上記トナー像が熱定着される。

［ヒータを制御するための回路構成］
ここで、定着器２０は、加熱ローラ２１の表面を加熱するための加熱部の一例としてのハロゲンヒータ２３と、その加熱ローラ２１の表面温度を検出するための温度検出手段の一例としてのサーミスタ２５と（いずれも図２参照）、を備えている。次に、図２を用いて、ハロゲンヒータ２３を制御するための回路構成について説明する。

図２に示すように、レーザプリンタ１が接続される１００Ｖの交流電源の一例としての商用電源１００には、その商用電源１００から印加される交流電圧を４つのダイオード４２，４３，４４，４５によって全波整流するブリッジ回路４０が、抵抗器４７を介して接続されている。そして、このブリッジ回路４０によって整流された上記交流電圧は、フォトアイソレータ５１を介してトランジスタ５３のベースに入力されている。なお、ブリッジ回路４０は、ダイオード４２，４３，４４，４５の特性に応じて定まる閾値未満に上記交流電圧の絶対値が低下した場合は、電流を通さず、上記交流電圧の絶対値が上記閾値未満の場合にのみ、トランジスタ５３にベース電流が流れる。

トランジスタ５３のコレクタは、抵抗器５４を介して３．３Ｖの直流電源に接続され、エミッタは接地されている。また、トランジスタ５３のコレクタは、ＲＯＭ，ＲＡＭ等を内蔵したＣＰＵ６０に接続されている。このため、上記交流電圧が上記閾値未満となる期間の間、ＣＰＵ６０には、トランジスタ５３から矩形パルス状のＬレベルの信号（以下、ゼロクロスパルスという）が入力される。すなわち、ブリッジ回路４０からトランジスタ５３に到る一連の回路がゼロクロスパルス発生手段に相当する。

更に、ＣＰＵ６０には、商用電源１００に前述のハロゲンヒータ２３と直列接続され、そのハロゲンヒータ２３への通電を制御するヒータ制御回路７０と、前述のサーミスタ２５と、レーザプリンタ１の筐体表面に設けられた表示パネル８０とが接続されている。また、図示省略したが、商用電源１００とブリッジ回路４０及びハロゲンヒータ２３との間には、周知のメインスイッチが設けられている。

［本実施の形態における処理］
次に、ＣＰＵ６０（電源異常判断手段、電圧推定手段、定着異常判断手段、起動制御手段、加熱制御パラメータ設定手段、加熱制御手段、タイムアウト時間設定手段の一例）が内蔵のＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて実行する処理について説明する。図３は、上記メインスイッチがオンされたときに実行されるウォームアップ処理を表すフローチャートである。図３に示すように、この処理では、先ず、Ｓ１（Ｓはステップを表す：以下同様）にて、上記ゼロクロスパルスの幅ＰＷが読み込まれる。

続く電源異常判断手段の一例としてのＳ２，Ｓ３では、Ｓ１にて読み込まれた幅ＰＷが、上記交流電圧が高いと判断するための閾値ＰＷ１より小さいか否か（Ｓ２）、上記交流電圧が低いと判断するための閾値ＰＷ２より大きいか否か（Ｓ３）、が順次判断される。すなわち、交流電圧は、一般に略正弦波状の変化を示すので、上記ゼロクロスパルスの幅ＰＷは、交流電圧が高いほど小さくなる。そこで、Ｓ２，Ｓ３では、ゼロクロスパルスの幅ＰＷに基づき、交流電圧が正常な範囲にあるか否かが判断されるのである。

そして、ＰＷ＜ＰＷ１の場合は（Ｓ２：Ｙ）、Ｓ４にて、入力電圧（上記交流電圧の大きさ）が高い旨の電源電圧異常エラーが、ＰＷ＞ＰＷ２の場合は（Ｓ３：Ｙ）、Ｓ５にて入力電圧が低い旨の電源電圧異常エラーが、それぞれ表示パネル８０に表示された後、処理が終了する。

一方、ＰＷ１≦ＰＷ≦ＰＷ２の場合は（Ｓ２：Ｎ，Ｓ３：Ｎ）、処理は電圧推定手段の一例としてのＳ７へ移行し、ゼロクロスパルスの幅ＰＷに基づいて入力電圧Ｖｉｎが計算される。続くタイムアウト時間設定手段の一例としてのＳ８では、Ｓ７にて計算された入力電圧Ｖｉｎに基づき、ウォームアップタイムアウト時間Ｔが次式によって計算される。なお、次式において、Ｖｒは定格の入力電圧を、Ｔｒは定格電圧入力時に設定されるべきウォームアップタイムアウト時間を、それぞれ表している。

Ｔ＝（Ｖｒ／Ｖｉｎ）＊Ｔｒ
続くＳ９では、ハロゲンヒータ２３が１００％のＤｕｔｙでオンされ、更に続くＳ１１では、サーミスタ２５を介して検出される加熱ローラ２１の表面温度（以下、定着器２０の温度ともいう）が、ウォームアップ用に予め設定された規定温度に達したか否かが判断される。規定温度に達していない場合は（Ｓ１１：Ｎ）、処理は定着異常判断手段の一例としてのＳ１２へ移行し、前述のウォームアップタイムアウト時間Ｔが経過したか否かが判断される。ウォームアップタイムアウト時間Ｔが経過していない場合は（Ｓ１２：Ｎ）、処理は前述のＳ１１へ移行する。そして、このＳ１１，Ｓ１２の処理が繰り返される間に定着器２０の温度が規定温度に達すると（Ｓ１１：Ｙ）、Ｓ１３にてハロゲンヒータ２３がオフされた後、処理が終了する。

一方、定着器２０の温度が規定温度に達する前に（Ｓ１１：Ｎ）、ウォームアップタイムアウト時間Ｔが経過すると（Ｓ１２：Ｙ）、Ｓ１４にて定着器２０に異常がある旨の定着器エラーが表示パネル８０に表示された後、処理が終了する。なお、上記処理において、Ｓ９〜Ｓ１２の処理が起動制御手段に相当する。

次に図４は、外部より画像データが入力されて画像形成部１０による画像形成（以下、印刷ともいう）が開始されたときに実行される印刷時処理を表すフローチャートである。図４に示すように、この処理では、先ず、Ｓ５１〜Ｓ５７にて、前述のＳ１〜Ｓ７と同様の処理が実行される。すなわち、ゼロクロスパルスの幅ＰＷが読み込まれ（Ｓ５１）、ＰＷ＜ＰＷ１の場合は（Ｓ５２：Ｙ）、入力電圧が高い旨の電源電圧異常エラーが表示されて処理が終了し（Ｓ５４）、ＰＷ＞ＰＷ２の場合は（Ｓ５３：Ｙ）、入力電圧が低い旨の電源電圧異常エラーが表示されて処理が終了する（Ｓ５５）。

一方、ＰＷ１≦ＰＷ≦ＰＷ２の場合は（Ｓ５２：Ｎ，Ｓ５３：Ｎ）、処理は電圧推定手段の一例としてのＳ５７へ移行し、ゼロクロスパルスの幅ＰＷに基づいて入力電圧Ｖｉｎが計算される。続く加熱制御パラメータ設定手段の一例としてのＳ５８では、Ｓ５７にて計算された入力電圧Ｖｉｎと、サーミスタ２５の検出温度とに基づき、次の表１に例示するテーブルを用いて制御パラメータが選択される。

すなわち、この制御パラメータは、上記入力電圧Ｖｉｎがどの範囲（入力電圧範囲）に存在するかと、上記検出温度が目標温度に対してどれだけずれているかとに基づいて、ハロゲンヒータ２３を何％のＤｕｔｙでオンさせるかを定義するパラメータである。なお、表１におけるＴ１〜Ｔ１０やＤｕｔｙ１〜Ｄｕｔｙ１０には、所定の数値が設定されている。また、表１にはハロゲンヒータ２３をオフ（ＯＦＦ）する条件も規定されている。

続く、加熱制御手段の一例としてのＳ６１では、ハロゲンヒータ２３が上記制御パラメータに基づいて駆動（若しくはオフ）され、Ｓ６３にて、印刷が終了したか否かが判断される。そして、印刷が終了していない場合は（Ｓ６３：Ｎ）、処理はＳ５１へ移行して前述の処理が繰り返され、印刷が終了すると（Ｓ６３：Ｙ）、処理が終了する。

［本実施の形態の効果及び変形例］
このように、本実施の形態では、ゼロクロスパルスの幅ＰＷに基づいて入力電圧Ｖｉｎを計算し、その入力電圧Ｖｉｎに基づいてウォームアップタイムＴ及びヒータ制御パラメータを設定しているので、交流電圧の変動に対応した制御を、交流電圧測定用の回路を特別に設けることなく実行することができる。また、本実施の形態では、ゼロクロスパルスの幅ＰＷが予め設定されたＰＷ１≦ＰＷ≦ＰＷ２の範囲にない場合、電源電圧の異常を報知して、Ｓ９またはＳ６１にてハロゲンヒータ２３がオンされるのを禁止しているので、定着エラーとなる可能性を低減することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、ゼロクロスパルスの幅ＰＷから計算された入力電圧Ｖｉｎを用いた定着器２０の制御形態は上記以外にも種々考えられ、上記計算された入力電圧Ｖｉｎは他の制御に応用されてもよいことはいうまでもない。

また、上記実施の形態では、商用電源１００からの入力電圧Ｖｉｎを計算しているが、加熱部が画像形成装置内部に設けられたトランス等を有する電源回路によって交流電圧を印加される場合、その電源回路からの入力電圧を計算してもよい。更に、本発明における定着器としては、前述のように加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とを備えたものに限らず、一方がプラテン状であるものなど、種々の形態の定着器を適用することができる。

本発明が適用されたレーザプリンタの構成を概略的に表す説明図である。 そのレーザプリンタのヒータを制御するための構成表す回路図である。 その回路で実行されるウォームアップ処理を表すフローチャートである。 その回路で実行される印刷時処理を表すフローチャートである。

符号の説明

１…レーザプリンタ １０…画像形成部 １１…感光体ドラム
１４…レーザスキャナユニット １５…現像ユニット ２０…定着器
２１…加熱ローラ ２２…加圧ローラ ２３…ハロゲンヒータ
２５…サーミスタ ４０…ブリッジ回路
４２，４３，４４，４５…ダイオード ５１…フォトアイソレータ
５３…トランジスタ ７０…ヒータ制御回路 ８０…表示パネル
１００…商用電源 Ｌ…レーザ光 Ｐ…用紙

Claims (3)

1. 被記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
   交流電源から交流電圧を印加されて加熱を行う加熱部を備え、上記画像形成手段によって上記被記録媒体に形成された画像を熱定着する定着器と、
   を備えた画像形成装置であって、
   更に、
   上記交流電圧の絶対値が所定値未満となる期間に応じてゼロクロスパルスを発生するゼロクロスパルス発生手段と、
   該ゼロクロスパルス発生手段が発生したゼロクロスパルスの幅に基づいて、上記交流電圧を推定する電圧推定手段と、
   上記定着器の温度を検出する温度検出手段と、
   上記電圧推定手段が推定した上記交流電圧、及び、上記温度検出手段が検出した上記定着器の温度に基づき、上記加熱部を制御するための加熱制御パラメータを設定する加熱制御パラメータ設定手段と、
   該加熱制御パラメータが設定した加熱制御パラメータに基づき、上記加熱部を制御する加熱制御手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 被記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
   交流電源から交流電圧を印加されて加熱を行う加熱部を備え、上記画像形成手段によって上記被記録媒体に形成された画像を熱定着する定着器と、
   を備えた画像形成装置であって、
   更に、
   上記交流電圧の絶対値が所定値未満となる期間に応じてゼロクロスパルスを発生するゼロクロスパルス発生手段と、
   該ゼロクロスパルス発生手段が発生したゼロクロスパルスの幅に基づいて、上記交流電圧を推定する電圧推定手段と、
   上記定着器の温度を検出する温度検出手段と、
   上記画像形成装置の起動時に上記交流電源から交流電圧を上記加熱部へ印加して、上記温度検出手段が検出する温度が規定温度となるまで上記加熱部を制御する起動制御手段と、
   上記電圧推定手段が推定した上記交流電圧に基づき、上記起動制御手段の制御に係るタイムアウト時間を設定するタイムアウト時間設定手段と、
   上記起動制御手段が制御を開始してから、上記タイムアウト時間設定手段に設定されたタイムアウト時間が経過しても上記温度検出手段が検出する温度が上記規定温度に達しない場合、上記定着器の異常を判断する定着異常判断手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
3. 上記ゼロクロスパルス発生手段が発生したゼロクロスパルスの幅が予め定められた所定範囲にない場合、上記交流電源の異常を判断する電源異常判断手段を、
   更に備えたことを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。

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