JP2020076931A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 発光ダイオードの自己発熱を考慮して、発光ダイオードの温度依存特性上の状態を特定する画像形成装置を得る。【解決手段】 順方向電圧検出回路53は、発光ダイオードLEDの順方向電圧Vfを検出する。サーミスターTHは、発光ダイオードLEDの周囲温度Tを測定する。そして、自己発熱推定部54aは、(a)発光ダイオードLEDの発光時に、ある特定時点で、周囲温度Tを特定するとともに順方向電圧Vfを特定し、(b)特定した周囲温度T、特定した順方向電圧Vf、および発光開始から特定時点までの経過時間teに基づいて、経過時間teにおける通電電流による発光ダイオードLEDの自己発熱に基づく順方向電圧の変化分dVfを推定する。コントローラー54は、推定された順方向電圧の変化分dVfに基づいて、発光ダイオードLEDの異常検出を行う。【選択図】 図2
Description
本発明は、画像形成装置に関するものである。
複合機などの画像形成装置では、種々の用途で光学式センサーが使用されている。そのような光学式センサーは、発光ダイオードといった発光素子と、フォトトランジスター、フォトダイオードなどといった受光素子とを備え、発光素子を発光させた際の受光素子の受光量で測定を行う。
ある画像読取装置では、発光ダイオードの順方向電圧Vfを測定し、順方向電圧Vfに応じて発光ダイオードの導通電流を制御している(例えば特許文献1参照)。
一般的に、発光ダイオードでは、PN接合箇所の温度Tjが上昇すると、順方向電圧Vfが低下し、発光量は順方向電圧Vfに比例するため、発光量も低下する。そのため、温度センサーで周囲温度を測定し、周囲温度に応じて発光ダイオードの導通電流を調整する方法が提案されている。
しかしながら、発光ダイオードは導通電流によって自己発熱するため、周囲温度とPN接合箇所の温度Tjとが一致せず、周囲温度だけで発光ダイオードの温度依存特性上の状態を特定することは困難である。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、半導体発光素子の自己発熱を考慮して、半導体発光素子の温度依存特性上の状態を推定し、半導体発光素子の異常を正確に検出する画像形成装置を得ることを目的とする。
本発明に係る画像形成装置は、半導体発光素子を備える光学式センサーと、前記半導体発光素子の導通電流を制御する電流制御回路と、前記半導体発光素子の順方向電圧を検出する順方向電圧検出回路と、前記半導体発光素子の周囲温度を測定する温度センサーと、(a)前記半導体発光素子の発光時に、ある特定時点で、前記周囲温度を特定するとともに前記順方向電圧を特定し、(b)特定した前記周囲温度、特定した前記順方向電圧、および発光開始から前記特定時点までの経過時間に基づいて、前記経過時間における前記通電電流による前記半導体発光素子の自己発熱に基づく前記順方向電圧の変化分を推定する自己発熱推定部と、前記自己発熱推定部により推定された、前記半導体発光素子の自己発熱に基づく前記順方向電圧の変化分に基づいて、前記半導体発光素子の異常検出を行うコントローラーとを備える。
本発明によれば、発光ダイオードの自己発熱を考慮して、発光ダイオードの温度依存特性上の状態を推定し、半導体発光素子の異常を正確に検出する画像形成装置が得られる。
本発明の上記又は他の目的、特徴および優位性は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から更に明らかになる。
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る画像形成装置の機械的な内部構成の一部を示す側面図である。図1に示す画像形成装置は、プリンター、ファクシミリ装置、複写機、複合機などといった、電子写真方式の印刷機能を有する装置である。
この実施の形態の画像形成装置は、タンデム方式のカラー現像装置を有する。このカラー現像装置は、感光体ドラム1a〜1d、露光装置2a〜2dおよび現像装置3a〜3dを備える。感光体ドラム1a〜1dは、シアン、マゼンタ、イエロー、およびブラックの4色のトナー色に対応する感光体である。
露光装置2a〜2dは、感光体ドラム1a〜1dへレーザー光を走査しつつ照射して静電潜像を形成する装置である。レーザー光は、感光体ドラム1a〜1dの回転方向(副走査方向)に垂直な方向(主走査方向)に走査される。露光装置2a〜2dは、レーザー光の光源であるレーザーダイオード、およびそのレーザー光を感光体ドラム1a〜1dへ導く光学素子(レンズ、ミラー、ポリゴンミラーなど)を含むレーザースキャニングユニットを有する。
さらに、感光体ドラム1a〜1dの周囲には、スコロトロン等の帯電器、クリーニング装置、除電器などが配置されている。クリーニング装置は、1次転写後に、感光体ドラム1a〜1d上の残留トナーを除去し、除電器は、1次転写後に、感光体ドラム1a〜1dを除電する。
現像装置3a〜3dは、シアン、マゼンタ、イエロー、およびブラックの4色のトナーがそれぞれ充填されるトナーカートリッジと、トナーカートリッジ内のトナーホッパーから搬送されてくるトナーを感光体ドラム1a〜1dへ付着させる現像器とを備え、そのトナーを感光体ドラム1a〜1d上の静電潜像に付着させてトナー画像を形成する。
感光体ドラム1a、露光装置2aおよび現像装置3aにより、印刷すべき画像のマゼンタ成分の現像が行われ、感光体ドラム1b、露光装置2bおよび現像装置3bにより、印刷すべき画像のシアン成分の現像が行われ、感光体ドラム1c、露光装置2cおよび現像装置3cにより、印刷すべき画像のイエロー成分の現像が行われる。感光体ドラム1d、露光装置2dおよび現像装置3dにより、印刷すべき画像のブラック成分の現像が行われる。
中間転写ベルト4は、感光体ドラム1a〜1dに接触し、感光体ドラム1a〜1d上のトナー画像を1次転写される環状の像担持体(中間転写体)である。中間転写ベルト4は、駆動ローラー5に張架され、駆動ローラー5からの駆動力によって、感光体ドラム1dとの接触位置から感光体ドラム1aとの接触位置への方向へ周回していく。
転写ローラー6は、後述するように搬送されてくる用紙を中間転写ベルト4に接触させ、中間転写ベルト4上のトナー画像を用紙に2次転写する。なお、トナー画像を転写された用紙は、定着器9へ搬送され、トナー画像が用紙へ定着される。
ローラー7は、クリーニングブラシを有し、クリーニングブラシを中間転写ベルト4に接触させ、用紙へのトナー画像の転写後やキャリブレーション後に中間転写ベルト4に残ったトナーを除去する。
トナー濃度センサー8は、中間転写ベルト4に光線を照射し、中間転写ベルト4の表面またはその表面上のトナーパターンからの反射光を検出する。例えば、トナー濃度センサー8は、トナー階調のキャリブレーションの際に、中間転写ベルト4の所定の領域(キャリブレーション用のトナーパッチが転写される領域)に光線を照射し光線の反射光を検出し、その光量に応じた電気信号を出力する。
さらに、この実施の形態に係る画像形成装置は、複数の給紙カセット11,12,13,14を備えている。なお、給紙カセット11,12は、当該画像形成装置の本体に設けられており、給紙カセット13,14は、当該画像形成装置の本体に対して着脱可能なオプション給紙装置に設けられている。
給紙カセット11,12,13,14は、用紙101,102,103,104を収容しており、リフト板21,24,31,34で用紙101,102,103,104を上方に押し上げてピックアップローラー22,25,32,35に当接させる。給紙カセット11,12,13,14に載置された用紙101,102,103,104は上側から1枚ずつピックアップローラー22,25,32,35によって給紙ローラー23,26,33,36へピックアップされる。給紙ローラー23,26,33,36は、給紙カセット11,12,13,14からピックアップローラー22,25,32,35によって給紙された用紙101,102,103,104を1枚ずつ搬送路上へ搬送するローラーである。
搬送ローラー27は、給紙カセット11,12,13,14から搬送されてくる用紙101,102,103,104に共通な搬送路上の搬送ローラーである。
レジストローラー41は、搬送されてくる用紙を一時停止させ、2次給紙タイミングでその用紙を中間転写ベルト4および転写ローラー6による転写位置へ搬送する。2次給紙タイミングは、その用紙上の指定された位置に中間転写ベルト4上のトナー画像が転写されるように後述のコントローラー54によって指定される。
レジストセンサー42は、レジストローラー41の近傍に設置され、搬送路を搬送されてくる用紙101,102,103,104がレジストローラー41に到達したことを検出する光学センサーである。
搬送センサー43は、搬送路上を搬送されている用紙101,102,103,104が所定位置(搬送センサー43の設置位置)に到達したことを検出する光学センサーである。搬送センサー43は、当該画像形成装置の本体において、レジストセンサー42より上流側に設置されている。
搬送センサー44は、搬送路上を搬送されている用紙103,104が所定位置(搬送センサー44の設置位置)に到達したことを検出する光学センサーである。搬送センサー44は、上述のオプション給紙装置に設置されている。
搬送センサー45は、搬送路上を搬送されている用紙101,102,103,104が所定位置(搬送センサー45の設置位置)に到達したことを検出する光学センサーである。搬送センサー45は、当該画像形成装置の本体において定着器9の下流側に設置されている。
図2は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の電気的な構成の一部を示すブロック図である。図2に示すように、この画像形成装置は、光学式センサー51、温度センサーとしてのサーミスターTH、電流制御回路52、順方向電圧検出回路53、コントローラー54、およびメモリー55を備える。
光学式センサー51は、半導体発光素子としての発光ダイオードLEDおよび半導体発光素子としてのフォトトランジスターPTを備える。例えば、光学式センサー51は、反射型フォトインタラプター、透過型フォトインタラプターなどである。光学式センサー51は、上述のトナー濃度センサー8、レジストセンサー42、搬送センサー43,44,45などに使用される。
サーミスターTHは、発光ダイオードLEDの周囲温度を測定する。つまり、発光ダイオードLEDの周囲温度に応じて、サーミスターTHの抵抗値が変化するため、サーミスターTHの導通電流が変化し、抵抗R21の両端電圧が変化する。この抵抗R21の両端電圧が、必要に応じて増幅およびAD変換されて、周囲温度を示す温度検出信号としてコントローラー54に供給される。
電流制御回路52は、コントローラー54からの制御信号に従って発光ダイオードLEDの導通電流を制御する。
図2に示す電流制御回路52は、トランジスターQ1および抵抗R1,R12,R13を備え、制御信号に従って、導通電流のスイッチング(つまり、発光ダイオードLEDの発光のオンオフ)や、導通電流値の調整を行う。
順方向電圧検出回路53は、発光ダイオードLEDの順方向電圧Vfを検出する。この順方向電圧Vfが、必要に応じて増幅およびAD変換されて、順方向電圧Vfを示す電圧検出信号としてコントローラー54に供給される。
コントローラー54は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などを含むコンピューター、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などを備え、ソフトウェアおよび/またはハードウェアで各種処理部を実現し、図1に示すようなプリント装置、画像読取装置などといった内部デバイスを監視および制御するとともに、各種データ処理を行う。例えば、コントローラー54は、上述のローラーなどを駆動する図示せぬ駆動源、1次転写バイアスを印加するバイアス回路、現像装置3a〜3d、露光装置2a〜2dなどを制御して、トナー画像の現像、転写および定着、並びに用紙の給紙、搬送および排紙を実行させる。
メモリー55は、フラッシュメモリーなどの不揮発性の記憶装置である。メモリー55には、コントローラー54用のプログラムやデータなどが予め記憶されている。さらに、メモリー55には、発光ダイオードLEDの温度パラメーターが記憶される。
また、コントローラー54は、自己発熱推定部54aとして動作する。
自己発熱推定部54aは、(a)発光ダイオードLEDの発光時に、ある特定時点tで、周囲温度Tを特定するとともに順方向電圧Vfを特定し、(b)特定した周囲温度T、特定した順方向電圧Vf、および発光開始時点t0から特定時点tまでの経過時間teに基づいて、経過時間teにおける通電電流による発光ダイオードLEDの自己発熱に基づく順方向電圧Vfの変化分dVfを(周囲温度の影響を除外して)特定する。
具体的には、自己発熱推定部54aは、(a)各時点の周囲温度Tを特定し、式(1)に基づいて、その周囲温度Tに対応する順方向電圧Vf0を特定し、(b)特定した順方向電圧Vf0と、その時点での順方向電圧Vfの実際の測定値との差分を、自己発熱に基づく順方向電圧Vfの変化分dVfとして特定する。
この実施の形態では、自己発熱推定部54aは、例えば出荷時、納品時などの初期状態(つまり、正常動作状態)において、発光ダイオードLEDの温度特性パラメーター(ここでは、後述の温度係数Kt1,Kt2)の値を予め測定する。そして、自己発熱推定部54aは、その温度特性パラメーターを使用して、自己発熱に基づく順方向電圧Vfの変化分dVfを特定する。
ここで、その温度特性パラメーターは、温度係数Kt1を含む。次の式(1)のように、温度係数Kt1は、基準温度Tref(例えば摂氏25度)と発光ダイオードLEDの周囲温度Tとの差に対する、基準温度Trefでの順方向電圧Vf_refと周囲温度Tでの順方向電圧Vf0との差の比率を示す。
Kt1=(Vf_ref−Vf0)/(Tref−T) ・・・(1)
図3は、周囲温度と発光開始時点での順方向電圧Vf0との関係を説明する図である。図3に示すように、発光開始時点での順方向電圧Vf0は、周囲温度に依存しているため、上述の式(1)(つまり、温度係数Kt1)によって、その依存性が表現される。
つまり、このとき、周囲温度Tが基準温度Trefである場合と、周囲温度TがTrefとは異なる温度である場合とにおいて、順方向電圧Vf(つまり、式(1)におけるVf_refとVf0)が測定され、温度係数Kt1が導出される。なお、ここでは、発光ダイオードLEDが実機に搭載された状態で、自己発熱推定部54aにより上述の測定が行われるが、その代わりに、発光ダイオードLEDが実機に搭載される前に、図示せぬ検査装置で同様の測定を行うようにしてもよい。
また、その温度特性パラメーターは、温度係数Kt2をさらに含む。次の式(2)のように、温度係数Kt2は、発光ダイオードLEDの発光時の経過時間te(つまり、連続発光時間)に対する、順方向電圧Vf(t)の変化dVf(=Vf0−Vf(t))の比率を示す。
Kt2=(Vf0−Vf(t))/te ・・・(2)
図4は、連続発光時間と順方向電圧Vfとの関係を説明する図である。図4に示すように、順方向電圧Vfは、連続発光時間(発光開始からの経過時間te)に依存しているため、上述の式(2)(つまり、温度係数Kt2)によって、その依存性が表現される。
つまり、このとき、複数のVf0について、発光開始時のVf(つまり、Vf0)と経過時間te後のVf(つまり、Vf(t))とが測定され、温度係数Kt2が導出される。なお、ここでは、発光ダイオードLEDが実機に搭載された状態で、自己発熱推定部54aにより上述の測定が行われるが、その代わりに、発光ダイオードLEDが実機に搭載される前に、図示せぬ検査装置で同様の測定を行うようにしてもよい。
なお、これらの温度係数Kt1,Kt2については、発光ダイオードLEDの種類に応じた一般値が既知となっているが、これらの温度係数Kt1,Kt2には、発光ダイオードLEDの個体差に起因するバラツキがあるため、このように、測定によって、各発光ダイオードLEDの温度係数Kt1,Kt2を特定するのが好ましい。
上述のようにして特定された温度係数Kt1,Kt2は温度パラメーターとしてメモリー55に保存される。
さらに、コントローラー54は、自己発熱推定部54aにより推定された、発光ダイオードLEDの自己発熱に基づく順方向電圧の変化分dVfに基づいて、発光ダイオードLEDの異常検出を行う。
ここでは、コントローラー54は、上述の温度係数Kt2を使用して、発光ダイオードの異常検出を行う。具体的には、コントローラー54は、(a)上述の温度係数Kt1を含む式(1)に従って、現時点の周辺温度Tに対応する発光開始時の順方向電圧Vf0を推定し、(b)上述の温度係数Kt2を含む式(2)に従って、その推定したVf0に対応するKt2を使用して現時点の順方向電圧Vfを推定し、(c)推定した順方向電圧Vf(推定値)と推定した順方向電圧Vf0(推定値)との差分dVf_est(つまり、変化分の推定値)と、上述のようにして得られた、自己発熱に基づく順方向電圧Vfの実際の変化分dVf(つまり、実測値)との差分(dVf_est−dVf)の値が所定範囲外であれば、発光ダイオードLEDが異常であると判定し、その差分(dVf_est−dVf)の値が所定範囲内であれば、発光ダイオードLEDが正常であると判定する。
なお、ここでは、Vf0の推定値の代わりにVf0の実測値を使用してもよい。また、発光開始時点t0での周囲温度Tと現時点(つまり、経過時間te後)での周囲温度Tとが異なる場合には、2時点での周囲温度Tの平均値を周囲温度TとしてVf0の推定値を導出するようにしてもよい。また、このようにして異常を検出した場合、コントローラー54は、発光ダイオードLEDに関連するプロセス(プリント、スキャンなど)を停止し、ユーザーに対して警告を行う。
さらに、コントローラー54は、その自己発熱に基づく順方向電圧の変化分dVfに基づいて、電流制御回路52を使用して、発光ダイオードLEDの導通電流を制御するようにしてもよい。つまり、その場合、コントローラー54は、その自己発熱に起因する発光ダイオードLEDの発光量の低下を補償するように導通電流を制御する。
また、光学式センサー51のフォトトランジスターPTには、受光量に応じた電流が流れ、抵抗R31の両端電圧が、受光量を示す光検出信号として増幅器AMPを介してコントローラー54に供給される。
次に、当該実施の形態に係る画像形成装置の動作について説明する。
コントローラー54は、光学式センサー51で測定や検出を行う場合、電流制御回路52を使用して、発光ダイオードLEDの導通電流を制御しつつ、発光ダイオードLEDを発光させる。そして、コントローラー54は、フォトトランジスターPTの検出信号に基づいて、測定や検出を行う。
自己発熱推定部54aは、発光ダイオードLEDの発光開始後、発光ダイオードLEDの発光開始時点t0からの経過時間teを計測(カウント)し、各時点tで、(a)サーミスターTHを使用して周囲温度Tを特定するとともに順方向電圧検出回路53を使用して順方向電圧Vfを特定し、(b)特定した周囲温度T、特定した順方向電圧Vf、およびその時点tまでの経過時間teに基づいて、経過時間teにおける通電電流による発光ダイオードLEDの自己発熱に基づく順方向電圧Vfの変化分dVfを推定する。これにより、変化分の推定値dVf_estが得られる。
また、自己発熱推定部54aは、順方向電圧検出回路53で、発光開始時のVf(つまり、Vf0)を実測値と、経過時間te後のVfの実測値とを取得し、それらの差分を、経過時間teにおける通電電流による発光ダイオードLEDの自己発熱に基づく順方向電圧Vfの変化分dVfの実測値として計算する。
そして、コントローラー54は、特定した自己発熱に基づく順方向電圧Vfの変化分dVfの推定値と実測値とに基づいて、上述のように、発光ダイオードLEDの異常検出を行う。
以上のように、上記実施の形態によれば、電流制御回路52は、光学式センサー51の発光ダイオードLEDの導通電流を制御する。順方向電圧検出回路53は、発光ダイオードLEDの順方向電圧Vfを検出する。サーミスターTHは、発光ダイオードLEDの周囲温度Tを測定する。そして、自己発熱推定部54aは、(a)発光ダイオードLEDの発光時に、ある特定時点で、周囲温度Tを特定するとともに順方向電圧Vfを特定し、(b)特定した周囲温度T、特定した順方向電圧Vf、および発光開始からその特定時点までの経過時間teに基づいて、経過時間teにおける通電電流による発光ダイオードLEDの自己発熱に基づく順方向電圧の変化分dVfを推定する。そして、コントローラー54は、推定された順方向電圧の変化分dVfに基づいて、発光ダイオードLEDの異常検出を行う。
これにより、発光ダイオードLEDの自己発熱を考慮して、発光ダイオードLEDの温度依存特性上の状態が推定され、周辺温度Tの影響を受けずに発光ダイオードLEDの異常が正確に検出される。
なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。
例えば、上記実施の形態では、光学式センサー51は、搬送センサーおよびトナー濃度センサーに適用されているが、図示せぬ画像読取装置の原稿検知センサー、廃棄トナーセンサーなどにも適用可能である。
また、上記実施の形態では、温度係数Kt2について、発光開始からの経過時間teと順方向電圧Vfとの関係が略線形であると想定されているが、両者の関係が線形ではない場合には、経過時間teと順方向電圧Vfとの関係を示すデータとして、式(2)の代わりに、より高次の近似式や、各Vf0について、各経過時間teでの順方向電圧Vfを示すテーブルを使用するようにしてもよい。
本発明は、例えば、複合機などの画像形成装置に適用可能である。
51 光学式センサー
52 電流制御回路
53 順方向電圧検出回路
54 コントローラー
54a 自己発熱推定部
55 メモリー
52 電流制御回路
53 順方向電圧検出回路
54 コントローラー
54a 自己発熱推定部
55 メモリー
Claims (5)
- 半導体発光素子を備える光学式センサーと、
前記半導体発光素子の導通電流を制御する電流制御回路と、
前記半導体発光素子の順方向電圧を検出する順方向電圧検出回路と、
前記半導体発光素子の周囲温度を測定する温度センサーと、
(a)前記半導体発光素子の発光時に、ある特定時点で、前記周囲温度を特定するとともに前記順方向電圧を特定し、(b)特定した前記周囲温度、特定した前記順方向電圧、および発光開始から前記特定時点までの経過時間に基づいて、前記経過時間における前記通電電流による前記半導体発光素子の自己発熱に基づく前記順方向電圧の変化分を推定する自己発熱推定部と、
前記自己発熱推定部により推定された、前記半導体発光素子の自己発熱に基づく前記順方向電圧の変化分に基づいて、前記半導体発光素子の異常検出を行うコントローラーと、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記自己発熱推定部は、前記半導体発光素子の温度特性パラメーターの値を予め測定し、前記温度特性パラメーターを使用して前記順方向電圧の変化分を特定すること、
を特徴とする請求項1記載の画像形成装置。 - 前記温度特性パラメーターは、第1温度係数を含み、
前記第1温度係数は、基準温度と前記周囲温度との差に対する、前記基準温度での前記順方向電圧と前記周囲温度での順方向電圧との差の比率を示すこと、
を特徴とする請求項2記載の画像形成装置。 - 前記自己発熱推定部は、前記半導体発光素子の温度特性パラメーターの値を予め測定し、
前記温度特性パラメーターは、第2温度係数をさらに含み、
前記第2温度係数は、前記半導体発光素子の発光時の経過時間に対する、前記順方向電圧の変化の比率を示し、
前記コントローラーは、前記第2温度係数を使用して、前記半導体発光素子の異常検出を行うこと、
を特徴とする請求項1記載の画像形成装置。 - 前記コントローラーは、前記自己発熱推定部により推定された、前記半導体発光素子の自己発熱に基づく前記順方向電圧の変化分に基づいて、前記電流制御回路を使用して、前記半導体発光素子の導通電流を制御することを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の画像形成装置。
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