JP2021088419A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】用紙の給送不良および画像不良の発生を抑制する。【解決手段】画像形成装置１００は、用紙を収納する用紙収納部１２４と、用紙収納部に設けられたヒータ１１１と、用紙収納部の温度および湿度を検出するセンサ２０４と、ヒータの給電状態と非給電状態とを切り替える切替手段２００と、用紙の種類およびセンサの温度検出結果に基づいて決まる基準値とセンサの湿度検出結果とに基づいて、ヒータの給電状態と非給電状態とを切り替えるよう切替手段を制御する制御手段１１９と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、給送カセットにヒータが設けられた画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置の使用環境は、地域、季節によって生じる夜間および朝方の冷え込みや、オフィスの空調設備などの条件により温湿度などの環境条件が様々に変化する。環境条件に応じて、給送カセット内の用紙も乾燥・吸湿することで、用紙の給送性能が変化する。特に用紙が吸湿すると給送に必要な用紙の引き剥がし力が大きくなるため、用紙の給送不良（用紙を給送できない事態）が発生する。この給送不良を防止するため、給送カセット内にヒータを設け、給送カセット内の用紙及び／又は空気を加熱することが提案されている。

特開２００３−３１６２０９号公報

給送不良を抑制するためには、給送カセット内の空気を加熱し湿度を下げることが望ましい。一方で、湿度が下がり過ぎると以下のメカニズムにより画像不良が生じる。湿度が下がることで用紙の電気的な抵抗値が増加し、用紙と用紙に転写するトナー像を担持する像担持体（例えば感光体）との間で放電が発生する。この放電は像担持体の局所的に抵抗値が小さい部分に転写電流が集中することにより発生し、放電発生部分ではトナーが用紙に転写されず画像不良となる。

以上のように、給送カセット内の湿度が下がり過ぎると画像不良が生じ、湿度が高いと給送不良が生じる。画像不良と給送不良の発生を許容可能な範囲に抑えるためには、給送カセット内の湿度を所定の範囲内に収める必要がある。所定の範囲の上限は、給送不良の発生を抑える湿度である。所定の範囲の下限は、画像不良の発生を抑える湿度である。実現手段の一つとして、給送カセット内にヒータと湿度センサを設け、湿度センサの検出値が所定の値範囲内に収まるように、ヒータのＯＮ／ＯＦＦを切り替える構成がある。しかし、以下の２点から、給送不良を抑制しきれないという課題がある。

第１に、湿度センサは、センサ近傍の温度により検出精度が変化するという点が挙げられる。図６は、相対湿度とセンサ出力電圧の関係及び用紙収納庫での放置時間と用紙同士の引き剥がし力の関係を示す図である。図６（ａ）は、一般的な抵抗変化型湿度センサの近傍の温度Ｔを変えたときの相対湿度とセンサ出力電圧の関係を示す図である。抵抗変化型湿度センサは、感湿材への吸脱湿により抵抗が変化することで湿度を検出する素子である。そのため、抵抗変化型湿度センサは、湿度が高くなるほど電圧が高くなり、湿度を精度よく検出可能である。しかし、図６（ａ）に示すように低湿環境では電気が流れにくく、温度Ｔに従ってセンサ出力電圧に顕著な差が生じる。例えば、湿度目標電圧値を０．７Ｖに設定した場合、温度Ｔに従って検出湿度が異なる。低温環境においては湿度が高くなってしまうため、給送不良を発生するおそれがある。

第２に、用紙種類によって給送に必要な引き剥がし力が異なる点が挙げられる。図６（ｂ）は、湿度６０％の環境下における用紙種類と引き剥がし力の関係を示す図である。図６（ｂ）に示すように、用紙収納庫内での放置時間が同じでも用紙種類により引き剥がし力が異なる。例えば、給送に必要な引き剥がし力の上限を１００ｇｆとした場合、用紙Ａは湿度６０％においても給送可能であるが、用紙Ｂ及び用紙Ｃは、用紙収納庫内の湿度を下げないと引き剥がし力１００ｇｆ以下を達成できない。

そこで、本発明は、簡易な構成で用紙収納部から給送される用紙の給送不良および用紙に形成される画像の画像不良の発生を抑制することを目的とする。

本発明の一実施例による画像形成装置は、
用紙を収納する用紙収納部と、
前記用紙収納部に設けられたヒータと、
前記用紙収納部の温度および湿度を検出するセンサと、
前記ヒータの給電状態と非給電状態とを切り替える切替手段と、
前記用紙の種類および前記センサの温度検出結果に基づいて決まる基準値と前記センサの湿度検出結果とに基づいて、前記ヒータの前記給電状態と前記非給電状態とを切り替えるよう前記切替手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で、用紙収納部から給送される用紙の給送不良および用紙に形成される画像の画像不良の発生を抑制することができる。

画像形成装置の斜視図。 システムコントローラ及びその周辺のブロック図。 ヒータの制御システムを示すブロック図。 ヒータの制御システムの構造を示す図。 ＣＰＵによって実行されるヒータの制御動作の説明図。 相対湿度とセンサ出力電圧の関係及び用紙収納庫での放置時間と用紙同士の引き剥がし力の関係を示す図。

（画像形成装置）
以下、図面を参照して、画像形成装置１００を説明する。図１は、画像形成装置１００の斜視図である。図１に示す画像形成装置１００は、斜め背面側から見られている。画像形成装置１００は、画像エンジン部１０１、画像読取部１０２及び原稿給送部１０３を有する。画像エンジン部１０１は、画像形成部１２５、給送カセット１２４、カセットヒータ（以下、ヒータという）１１１、リレーボード１１６、システムコントローラ１１７及び本体電源１１８を有する。交流電源ケーブル（以下、ＡＣケーブルという）１０４は、本体電源１１８のインレット１０５に接続されている。ＡＣケーブル１０４は、商用交流電源（以下、商用電源という）を供給するコンセント（不図示）に接続されるプラグ１０４ａを有する。プラグ１０４ａは、画像形成装置１００の仕向け先に応じて異なるプラグ形状を有する。商用電源は、ＡＣケーブル１０４及びインレット１０５を介して画像形成装置１００の本体電源１１８へ供給される。

本体電源１１８は、商用電源が供給されると、交流を直流へ変換して直流電源（以下、ＤＣ電源という）ＶＡを生成する。本体電源１１８は、リレーボード１１６及びシステムコントローラ１１７へＤＣ電源ＶＡを出力する。電源配電部としてのリレーボード１１６は、システムコントローラ１１７及びモータやソレノイドなどの駆動負荷１３５（図２）へＤＣ電源ＶＡを供給する。

給送カセット１２４は、画像形成部１２５によって画像が形成される用紙を収納する用紙収納部である。給送カセット１２４は、用紙を画像形成部１２５へ給送する。給送カセット１２４には、ヒータ１１１が設けられている。ヒータ１１１は、給電されることによって発熱し、給送カセット１２４を加熱する。ヒータ１１１は、所定の抵抗値Ｒｈａを有する抵抗体を有する。ヒータ１１１は、供給される電圧により発熱量（消費電力）が決定される。環境スイッチ１２２がＯＮされている場合に、商用電源からヒータ１１１へ給電が可能になる。

図２は、システムコントローラ１１７及びその周辺のブロック図である。システムコントローラ１１７は、制御手段としてのＣＰＵ１１９、ＲＯＭ１３１、不揮発性メモリ１３２及びＩ／Ｏポート１３３を有する。ＣＰＵ１１９は、アドレスバス及びデータバス１３４によって、ＲＯＭ１３１、不揮発性メモリ１３２及びＩ／Ｏポート１３３に電気的に接続されている。ＲＯＭ１３１は、制御プログラムを保存する。不揮発性メモリ１３２は、画像形成装置１００の電源ＯＦＦ時にもデータを保存しておくことができる。Ｉ／Ｏポートには、画像形成部１２５の感光体ドラム（不図示）や現像ユニット(不図示)を動作させるモータやソレノイドなどの駆動負荷１３５、原稿や用紙の位置を検出するセンサ類１３６及び定着器１３７が電気的に接続されている。ＣＰＵ１１９は、ＲＯＭ１３１に保存された制御プログラムに従ってＩ／Ｏポートを介して駆動負荷１３５及び定着器１３７を制御し、画像形成動作を実行する。

ＣＰＵ１１９は、更に、環境スイッチ検出回路１２０、コンパレータ２０３及び環境センサ（環境検出手段）２０４に電気的に接続されている。システムコントローラ１１７には、更に、メイン電源スイッチ１２３、操作部１３８、リレーボード１１６及び本体電源１１８が電気的に接続されている。メイン電源スイッチ１２３は、省エネモードへの移行や省エネモードからの復帰を促すためのスイッチである。ユーザは、メイン電源スイッチ１２３を押下することによって画像形成装置１００の電力モードを切替えることができる。ユーザは、操作部１３８を介して画像形成装置１００の設定及び操作を行う。

また、ユーザは、操作部１３８を介して給送カセット１２４に収納された用紙の種類（以下、用紙種類という）を設定することができる。用紙種類は、ＣＰＵ１１９に内蔵された記憶部としてのワークＲＡＭ１２６に保存される。用紙種類は、例えば、不揮発性メモリ１３２に保存されてもよい。なお、用紙種類は、Ｉ／Ｏポート１３３を介して接続された外部機器としてのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１３９から入力されることもできる。記録媒体としての用紙の種類（用紙種類）としては、例えば、普通紙、薄紙及び厚紙等の紙、コート紙等の特殊紙、オーバーヘッドプロジェクタ用のプラスチックフィルム及び布などがある。

（制御システム）
図３は、ヒータ１１１の制御システム１５０を示すブロック図である。図３を用いて、環境センサ２０４の検出結果に基づいてヒータ１１１を制御する制御システム１５０を説明する。環境センサ２０４は、給送カセット１２４に設けられている。環境センサ２０４は、給送カセット１２４の中に配置されて、給送カセット１２４の中の環境（温度及び湿度）を検出し、温度検出結果および湿度検出結果を出力する。しかし、環境センサ２０４は、給送カセット１２４の外側又は近傍に配置され、給送カセット１２４の外側又は近傍の環境を検出してもよい。環境センサ２０４は、例えば、温度センサ及び湿度センサを含んでいてもよい。

ＣＰＵ１１９は、環境スイッチ検出回路１２０、環境センサ２０４及びコンパレータ（比較器）２０３に電気的に接続されている。環境スイッチ検出回路１２０は、環境スイッチ１２２がＯＮされているか否かを検出する。環境スイッチ検出回路１２０は、検出結果をＣＰＵ１１９へ入力する。ＣＰＵ１１９のワークＲＡＭ１２６は、ユーザによって操作部１３８で設定された用紙種類と、図５（ｂ）を用いて後述する用紙テーブルと、図５（ｃ）を用いて後述する温度テーブルとを保存している。環境スイッチ１２２がＯＮされている場合に、ＣＰＵ１１９は、用紙テーブル及び温度テーブルを用いて、環境センサ２０４の温度検出結果とワークＲＡＭに保存された用紙種類に基づいて、湿度目標値に相当する電圧値（基準値）を決定する。ＣＰＵ１１９は、決定した電圧値をコンパレータ２０３へ基準電圧値Ｖｒｅｆとして出力する。

環境センサ２０４は、湿度検出結果（湿度検出値）をコンパレータ２０３へ入力する。コンパレータ２０３は、環境センサ２０４の湿度検出結果に相当する電圧値Ｖｉｎと、ＣＰＵ１１９から出力される基準電圧値（湿度目標値）Ｖｒｅｆとしての電圧値とを比較する。コンパレータ２０３は、環境センサ２０４からの電圧値ＶｉｎとＣＰＵ１１９からの基準電圧値Ｖｒｅｆの比較結果（大小関係）に従ってヒータ駆動回路（切替手段）２００のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるための信号を出力する。ヒータ１１１は、ヒータ駆動回路２００に電気的に接続されている。ヒータ駆動回路２００のＯＮ／ＯＦＦに従ってヒータ１１１の状態が給電状態と非給電状態に切り替わる。ヒータ駆動回路２００は、ヒータ１１１の状態をＯＮ状態とＯＦＦ状態とに切り替える。コンパレータ２０３及びヒータ駆動回路２００は、環境センサ２０４の検出結果とＣＰＵ１１９の基準電圧値（湿度目標値）Ｖｒｅｆに基づいてヒータ１１１への給電状態と非給電状態を切り替える切替手段を構成する。

図４は、ヒータ１１１の制御システム１５０の構造を示す図である。画像形成装置１００のＡＣケーブル１０４のプラグ１０４ａが商用電源のコンセント（不図示）に接続されると、商用電源が本体電源１１８へ供給される。本体電源１１８は、ＤＣ電源ＶＡをシステムコントローラ１１７及びヒータ駆動回路２００へ供給する。環境スイッチ１２２がＯＮしている場合に、ヒータ１１１への商用電源の給電が可能になる。ＣＰＵ１１９は、環境スイッチ検出回路１２０の検出結果に基づいて環境スイッチ１２２がＯＮしていると判断すると、後述するヒータ１１１の制御動作を実行する。

ヒータ駆動回路２００は、ヒータ１１１へ商用電源を給電するトライアック２０１と、トライアック２０１を駆動するフォトトライアックカプラ２０２を有する。フォトトライアックカプラ２０２は、コンパレータ２０３の出力に従ってＯＮ／ＯＦＦされる。コンパレータ２０３は、オープンコレクタ出力のため、抵抗ＲによりＤＣ電源ＶＡにプルアップする。環境センサ２０４からの電圧値Ｖｉｎは、コンパレータ２０３の＋端子へ入力される。ＣＰＵ１１９からの基準電圧値Ｖｒｅｆは、コンパレータ２０３の−端子に入力される。基準電圧値Ｖｒｅｆは、湿度目標値に相当する。

ヒータ１１１が給電状態であると、用紙収納庫内の湿度が低下して電圧値Ｖｉｎは低下する。電圧値Ｖｉｎが基準電圧値Ｖｒｅｆより小さくなると（Ｖｉｎ＜Ｖｒｅｆ）、コンパレータ２０３はＬｏｗレベル信号を出力する。フォトトライアックカプラ２０２がＬｏｗレベル信号を受信すると、フォトトライアックカプラ２０２がＯＦＦされ、ヒータ１１１は非給電状態になる。ヒータ１１１が非給電状態であると、湿度が増加して電圧値Ｖｉｎが増加する。電圧値Ｖｉｎが基準電圧値Ｖｒｅｆより大きくなると（Ｖｉｎ＞Ｖｒｅｆ）、コンパレータ２０３はＨｉｇｈレベル信号を出力する。フォトトライアックカプラ２０２がＨｉｇｈレベル信号を受信すると、フォトトライアックカプラ２０２がＯＮされ、ヒータ１１１は給電状態になる。上記のように、ヒータ１１１の給電状態と非給電状態を切り替えることによって、給送カセット１２４内の湿度が湿度目標値を含む所定の範囲内に収まるように制御される。

（ヒータの制御動作）
図５は、ＣＰＵ１１９によって実行されるヒータ１１１の制御動作の説明図である。図５（ａ）は、ヒータ１１１の制御動作を示す流れ図である。ＣＰＵ１１９は、環境スイッチ検出回路１２０の検出結果に基づいて環境スイッチ１２２がＯＮされているか否かを判断する（Ｓ５０１）。環境スイッチ１２２がＯＮされている場合（Ｓ５０１でＹＥＳ）、ＣＰＵ１１９は、給送カセット１２４に収納されている用紙種類を判断する（Ｓ５０２）。用紙種類の判断は、ＣＰＵ１１９のワークＲＡＭ１２６に保存された用紙種類を読み出すことによって判断することができる。

ワークＲＡＭ１２６は、図５（ｂ）に示すような用紙テーブル（用紙種類データ）を保存している。用紙テーブルは、用紙種類と湿度目標値との対応関係を示すデータである。ＣＰＵ１１９は、用紙テーブルを用いてワークＲＡＭ１２６に保存された用紙種類に対応する湿度目標値を決定する（Ｓ５０３）。ＣＰＵ１１９は、環境センサ２０４から検出温度Ｔを取得する（Ｓ５０４）。

ワークＲＡＭ１２６は、図５（ｃ）に示すような湿度目標値テーブル（温度範囲毎）を保存している。湿度目標値テーブルには、湿度目標値と検出温度Ｔから湿度目標電圧値を決定するためのデータが格納されている。Ｓ５０３で決定された湿度目標値をＳ５０４で取得された検出温度Ｔに従って最適化するために、ＣＰＵ１１９は、温度テーブルに基づいて湿度目標電圧値を決定する（Ｓ５０５）。例えば、給送カセット１２４に収納されている用紙種類が用紙Ａであるとすると、図５（ｂ）に示す用紙テーブルから湿度目標値が２０％ＲＨに決定される。環境センサ２０４の検出温度Ｔが２０℃であるとすると、図５（ｃ）に示す温度テーブルの湿度目標値が２０％であり、かつ１０℃＜Ｔ≦３５℃から、湿度目標電圧値は０．６９Ｖに決定される。ＣＰＵ１１９は、Ｓ５０４で決定された湿度目標電圧値を基準電圧Ｖｒｅｆとしてコンパレータ２０３の＋端子へ出力する（Ｓ５０６）。

ＣＰＵ１１９は、処理をＳ５０１へ戻し、Ｓ５０１からＳ５０６を繰り返し実行する。環境スイッチがＯＮされていない場合（Ｓ５０１でＮＯ）、ＣＰＵ１１９は、ヒータ１１１の制御動作を終了する。

給送カセット１２４内の湿度が所定の範囲の上限より高いと、給送不良が発生する。給送カセット１２４内の湿度が所定の範囲の下限より低いと、画像不良が発生する。所定の範囲は、給送カセット１２４内の温度および給送カセット１２４内に収納されているに用紙の用紙種類よって変化する。本実施例によれば、給送カセット１２４の検出温度Ｔおよび給送カセット１２４に収納されている用紙種類に基づいて湿度目標値を決定することができる。湿度目標値を所定の範囲内に設定することで、給送不良及び画像不良の発生を抑制することができる。

本実施例によれば、安価な構成で、給送カセット１２４から給送される用紙の給送不良および用紙に形成される画像の画像不良の発生を抑制することができる。

１００ 画像形成装置
１１１ ヒータ
１１９ ＣＰＵ（制御手段）
１２４ 給送カセット（用紙収納部）
２００ ヒータ駆動回路（切替手段）
２０３ コンパレータ
２０４ 環境センサ

Claims (5)

1. 用紙を収納する用紙収納部と、
   前記用紙収納部に設けられたヒータと、
   前記用紙収納部の温度および湿度を検出するセンサと、
   前記ヒータの給電状態と非給電状態とを切り替える切替手段と、
   前記用紙の種類および前記センサの温度検出結果に基づいて決まる基準値と前記センサの湿度検出結果とに基づいて、前記ヒータの前記給電状態と前記非給電状態とを切り替えるよう前記切替手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記基準値と前記湿度検出結果を比較し、その比較結果に基づいて前記ヒータの状態をＯＮ状態とＯＦＦ状態とに切り替えるための信号を前記切替手段へ出力することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、記憶部を備え、
   前記記憶部は、
   前記用紙の前記種類に基づいて湿度目標値を決定するための用紙種類データと、
   前記温度検出結果と前記湿度目標値に基づいて前記基準値を決定するためのデータと、
   を保存していることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 本体電源と、
   前記本体電源から前記ヒータへの前記給電状態を可能にするスイッチと、
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記用紙の前記種類を設定するための操作部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の画像形成装置。

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