JP3840448B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置に用いられる感光体ドラムの画像転写機能を良好に発揮するためには、感光体ドラムを、周囲温度、湿度、通紙条件などに応じて適正な温度に保持する必要がある。
従来では、感光体ドラムの近傍に温度センサであるサーミスタを設置し、その検出温度に基づいて感光体ドラム内部のドラムヒータに通電して、感光体ドラムの温度を制御している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平11-84990号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の構成では、サーミスタは感光体ドラムの近傍に設置されているものの離間されているので、サーミスタの検出温度は、機内温度の影響を受け、感光体ドラムの温度を正確に反映したものではなかった。
サーミスタを感光体ドラムの内部に設置できればよいが、こうするとサーミスタの検出温度を外部に伝達するための制御線が必要となり、感光体ドラムから制御線を引き出すフランジ構造が１つ余分に必要となる。このため、現像器全体が大きくなってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、温度センサを感光体ドラムの内部に設置し、かつ温度センサの検出温度情報をドラムヒータ通電用の電源線を通して伝送することが可能な画像形成装置を実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像形成装置は、画像形成装置内の感光体ドラム内部に設置された、ドラムヒータと、感光体ドラムの温度を検出する温度センサと、温度センサの検出温度に基づいて温度信号を作成し、当該温度信号を、ドラム内外を接続するドラムヒータ通電用の電源線に重畳する温度検出回路とを有し、画像形成装置内のドラム外部に設置され、電源線を通じてドラムヒータの通電を制御するヒータ制御回路を有し、前記ヒータ制御回路は、読み取られた温度信号に基づく感光体ドラムの温度が、所定のドラムヒータ設定温度よりも低い場合は、ドラムヒータを通電し、読み取られた温度信号に基づく感光体ドラムの温度が、所定のドラムヒータ設定温度よりも高い場合は、ドラムヒータの通電を切り、所定時間経過後通電を再開する制御を行うものである。
【０００７】
前記の構成によれば、感光体ドラム内部にドラムヒータと、温度センサと、温度検出回路とを設置し、感光体ドラムの温度信号を、電源線に重畳してヒータ制御回路に送信する。前記ヒータ制御回路は、電源線に重畳された温度信号を読み取り、読み取られた温度信号に基づく感光体ドラムの温度と、所定のドラムヒータ設定温度との比較に基づいて、電源線を通じてドラムヒータの通電を制御することができる。したがって、サーミスタの検出温度を外部に伝達するための制御線は特に必要でなくなり、現像器全体の大型化を避けることができる。
【０００８】
前記電源線への重畳は、電源線に温度情報を含む変調電流信号を流して行うことができる。変調方法は、アナログ変調、ディジタル変調など任意であるが、例えば、温度情報をパルス幅に変調したパルス電流信号で行うこともできる。
前記ヒータ制御回路は、読み取られた温度信号に基づく感光体ドラムの温度が、所定のドラムヒータ設定温度よりも低い場合は、ドラムヒータを通電し、読み取られた温度信号に基づく感光体ドラムの温度が、所定のドラムヒータ設定温度よりも高い場合は、ドラムヒータの通電を切り、所定時間経過後通電を再開する制御を行うものである。
【０００９】
すなわち、本発明のヒータ制御回路は、読み取られた温度信号に基づく感光体ドラムの温度と、所定のドラムヒータ設定温度との比較に基づいて、ドラムヒータのオンオフ制御を行うが、ドラムヒータの通電中は電源線に重畳された温度信号を読み取ることができても、ドラムヒータの通電を切れば、電源線に重畳された温度信号を読み取れなくなる。このために、ドラムヒータの通電を切れば、所定時間経過後通電を再開する制御を行って、温度信号を読み取ることのできない期間が長くならないようにする。この「所定時間」は、一定不変の時間としてもよく、環境センサによって測定される感光体ドラムの周囲環境に応じて決定した時間であってもよい。 前記環境センサによって測定される感光体ドラムの周囲環境は、例えば感光体ドラムの周囲温度、通紙条件のいずれか１つ又は両方である。
【００１０】
また、前記ヒータ制御回路は、環境センサによって測定される感光体ドラムの周囲環境に応じて、ドラムヒータ設定温度を決定するものであってもよい。前記環境センサによって測定される感光体ドラムの周囲環境は、例えば感光体ドラムの周囲温度、湿度、通紙条件のいずれか１つ又は複数の組み合わせである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下に述べる本発明の実施形態では、電子写真方式の複写機についてのものであるが、本発明はこれに限らず、プリンタ、ファクシミリ等の各種画像形成装置にも適用できる。
図１は、本発明の実施形態に係る複写機の断面図である。
【００１２】
複写機１は、ロール紙またはカット紙を収容するための用紙収容部２、用紙を画像形成部５へと給紙するための搬送機構３、原稿を読み取るための光学系、光学系から与えられる光に基づいて画像を形成しその画像を用紙に転写するための画像形成部５、および用紙に転写された画像を定着するための定着装置６、原稿テーブル１１などを備えている。
原稿テーブル１１は、可動式となっていて、矢印Ａ方向に動かせば、原稿搬送板１２に接続されるようになっている。
【００１３】
搬送機構３は、複写する用紙の先端を揃えるためのレジストローラ対２３ａ，２３ｂ、用紙を画像形成部５に導くための転写前ローラ対２４ａ，２４ｂなどを含んでいる。
画像形成部５には、感光体ドラム７、感光体ドラム７を帯電させるためのチャージャ８、感光体ドラム７に静電潜像を形成するための露光部４、感光体ドラム７に形成された静電潜像をトナー像に現像するための現像装置９、および残留トナーを清掃するためのクリーナ１０が含まれている。
【００１４】
定着装置６は、用紙を加熱するための定着ローラ６４、定着ローラ６４に圧接する圧ローラ６５、定着後の用紙を排出する排出ローラ６７などを有している。以下、本発明に関連する感光体ドラム７の温度検出機構について詳しく説明する。
図２は、感光体ドラム７の構造を示す正面図である。感光体ドラム７は、円筒構造をしており、その回転軸は、複写機１の本体内面に固定された軸受け（図示せず）に支持されている。感光体ドラム７は、ベルトなどから回転力を受けることにより、回転軸を中心に所定方向に回転することができる。
【００１５】
感光体ドラム７の内面には、感光体ドラム７の表面温度を所定温度に保つためのドラムヒータ３１が設置されている。さらに、感光体ドラム７の内部には、温度検出用のサーミスタ３２と、サーミスタ３２の検出温度を外部に知らせる温度検出回路３３を搭載した制御基板とが設置されている。
感光体ドラム７の回転軸には、ドラムヒータ３１及び温度検出回路３３に電源を供給するための２本のリング３４，３５が装着されている。複写機１の本体側には、これらのリング３４，３５に電源を供給するためのブラシ電極３６，３７が配置されている。供給される電源電圧は、１本は正電圧、他の１本は接地電圧となる。このリング３４，３５とブラシ電極３６，３７との接触により、感光体ドラム７の回転中静止中にかかわらず、感光体ドラム７の内部に電源が供給される構造となっている。
【００１６】
ブラシ電極３６，３７には、前記サーミスタ３２の検出温度に基づいてヒータの通電を制御するヒータ制御回路が接続されている。ヒータ制御回路は、前記温度検出回路３３と協働して、ヒータを通電制御し感光体ドラム７の表面温度を設定温度に保持する。
次に、ヒータ制御回路、温度検出回路３３の構成と動作を説明する。
図３は、ヒータ制御回路３８の回路構成と、感光体ドラム内部のドラムヒータ３１、サーミスタ３２及び温度検出回路３３の回路構成とを示す図である。
【００１７】
感光体ドラム内部から説明すると、ヒータ制御回路３８から供給される電源線４０は、ブラシ電極３６，３７を通してドラムヒータ３１及びこれに直列に接続された温度検出回路３３に接続される。一方、この電源線４０は、電源安定化回路４２にも接続される。電源安定化回路４２は、電源線４０から供給される電源に基づいて安定した電圧の電源を生成する回路である。電源安定化回路４２の定電圧出力端子には、サーミスタ３２が接続される。サーミスタ３２の検出温度信号は、温度検出回路３３に入力される。
【００１８】
温度検出回路３３は、サーミスタ３２の検出温度に対応したパルス電流信号を発生して、電源線４０に重畳して流す働きをする。
温度検出回路３３の具体的構成を、図４に示す。この温度検出回路３３は、サーミスタ３２の抵抗値を検出するための演算増幅器４５、２つのＣＭＯＳタイマ回路４３，４４、電源線４０を流れる電流をパルス幅変調するためのパワートランジスタ４６を備えている。
【００１９】
ＣＭＯＳタイマ回路４３は、パルスのＯＦＦ時間を作るためのもので、このＯＦＦ時間は、所定のＣＲ時定数により一定に定められる。もう一つのＣＭＯＳタイマ回路４４は、パルスのＯＮ時間を作るためのもので、このＯＮ時間は、演算増幅器45によって検出されたサーミスタ３２の抵抗値、すなわち、サーミスタ３２によって検出された感光体ドラム内部の温度に応じて決定される。
図５に、温度検出回路３３によって生成されるパルス電流信号の波形図を示す。パルスのＯＦＦ時間をｔ1、ＯＮ時間をｔ2（Ｔ）で示している。こでＴは、サーミスタ３２によって検出された感光体ドラム内部の温度を表し、ｔ2（Ｔ）は、温度Ｔの関数であることを表している。ｔ1の値、ｔ2（Ｔ）のとりうる範囲は、任意に設計できるが、ｔ1、ｔ2（Ｔ）とも短かすぎると、パルス電流信号の周波数が高くなり、ノイズの形で電磁放射されたり、信号ラインにノイズが入ったときに誤検知するので好ましくない。そこでこのような電磁放射や誤検知のおそれのない十分長い時間に設定することが望ましい。また、ｔ1、ｔ2（Ｔ）が長すぎて、ヒータ制御回路３８からドラムヒータ３１をオンオフする周期に近くなると、パルス電流信号がドラムヒータ３１をオンオフすることとなってしまい、温度検出という本来の目的からはずれてきて、好ましくない。具体的には、ｔ1＝０.１秒、ｔ2（Ｔ）は検出温度に応じて０.１〜３.０秒という値を例示できる。
【００２０】
なお、パルス電流信号のパルス変調方式は、前記のようなパルス幅変調に限られず、パルスコード変調、パルス振幅変調などの他の方式を採用してもよい。また、電流信号を、振幅変調、位相変調などアナログ変調してもよい。
一方、ヒータ制御回路３８は、環境センサ４７、ＲＯＭ４８、ＲＡＭ４９、ヒータの通電を制御するＣＰＵ（中央処理回路）５０、スイッチング回路５１、感光体ドラム内部に供給する電源４０のラインに挿入された抵抗ＲL、その抵抗両端の電圧を検出する検出器５２などを備えている。
【００２１】
環境センサ４７は、複写機の温度を検出するセンサと、湿度センサとを備えている。
ＲＯＭ４８は、複写機の温度、湿度、通紙条件（片面印字／両面印字、複写枚数など感光体ドラム７の負荷に関係する条件）に応じて、最適なドラムヒータ設定温度を記憶したドラムヒータ温度設定テーブルを記憶している。このドラムヒータ温度設定テーブルの例を表１に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
このドラムヒータ温度設定テーブルによれば、機内温度が高いほど、ドラムヒータ設定温度は低くなる傾向にある。湿度が高いほど、ドラムヒータ設定温度は高くなる傾向にある。両面印字、複写枚数が複数枚のときにドラムヒータ設定温度は低く、片面／両面印字、複写枚数が１枚のときにドラムヒータ設定温度はやや高く、片面印字、複写枚数が複数枚のときにドラムヒータ設定温度はもっとも高くなっている。
【００２４】
また、ＲＯＭ４８は、複写機の温度、通紙条件に応じて、最適なドラムヒータＯＦＦ時間を記憶したドラムヒータ温度設定テーブルを記憶している。このドラムヒータＯＦＦ時間設定テーブルを表２に示す。
【００２５】
【表２】

【００２６】
このドラムヒータＯＦＦ時間設定テーブルによれば、気温が高いほど、ドラムヒータＯＦＦ時間は長くなっている。両面印字、複写枚数が複数枚のときと、片面／両面印字、複写枚数が１枚のときにはドラムヒータＯＦＦ時間は比較的長く、片面印字、複写枚数が複数枚のときにはドラムヒータＯＦＦ時間は比較的短くなっている。
前記電源線４０に挿入された抵抗ＲLとその抵抗両端の電圧を検出する検出器５２は、この電源線４０を流れるパルス電流信号を検出するためのもので、検出されたパルス電流信号は、ＣＰＵに入力され、温度が検出される。検出器５２は、例えば演算増幅器により構成される。
【００２７】
スイッチング回路５１は、カスコード接続されたバイポーラトランジスタからなるものである。しかし、電源線４０をスイッチングできるものであれば、この構成に限定されるものではない。例えばＦＥＴ、サイリスタ、機械式リレーであってもよい。
ＣＰＵ５０は、ヒータの通電を制御する回路であり、プログラムによって動作する。このＣＰＵ５０の動作を、図６、図７を用いて説明する。
【００２８】
図６はＣＰＵ５０の動作を説明するための機能ブロック図である。ＣＰＵ５０は、前述した複写機の温度、湿度、通紙条件を入力し、ドラムヒータ温度設定テーブルと比較することにより、現在の最適なドラムヒータ設定温度を決定する（Ｂ１）。また、複写機の温度、通紙条件を入力し、ドラムヒータＯＦＦ時間設定テーブルと比較することにより、現在の最適なドラムヒータＯＦＦ時間を決定する（Ｂ２）。続いて、ＣＰＵ５０は、感光体ドラム７の検出温度を読み込み、ドラムヒータ３１の通電オンオフ制御を行う（Ｂ３）。
【００２９】
図７は、ドラムヒータ３１の通電オンオフ制御を詳細に説明するフローチャートである。ＣＰＵ５０は、感光体ドラム７の検出温度を読み込む(ステップＳ１)。この読み込みは、電源線４０に挿入された抵抗両端の電圧を検出する検出器５２の検出電圧信号の、パルスの長さ又は周期に基づいて行う。
ＣＰＵ５０は、この読み込んだ感光体ドラム７の検出温度と、ドラムヒータ設定温度とを比較して(ステップＳ２)、感光体ドラム７の検出温度が低ければ、スイッチング回路５１を常時ＯＮ状態に保つ(ステップＳ３)。これにより、ドラムヒータ３１に通電して、感光体ドラム内部の温度を上昇させる。
【００３０】
感光体ドラム７の検出温度が高ければ、スイッチング回路をＯＦＦ状態にする(ステップＳ４)。ドラムヒータＯＦＦ時間が経過すれば、(ステップＳ５)、ドラムヒータを再度オンにする(ステップＳ６)。
このドラムヒータＯＦＦ時間は、ドラムヒータＯＦＦ時間設定テーブルを参照して決定された時間である。ドラムヒータ３１をＯＦＦしている間、温度検出回路３３によって生成されるパルス電流信号を読み取ることはできなくなり、その間、感光体ドラム７の温度が低下していくので、ドラムヒータＯＦＦ時間が経過すると、再びドラムヒータ３１をＯＮにして、感光体ドラム７の検出温度を読みに行くのである。
【００３１】
ドラムヒータＯＦＦ時間が長すぎれば、感光体ドラム７の温度がかなり低下してしまってから、再びドラムヒータ３１をＯＮにすることになるので、オンオフ周期が長くなりすぎて、感光体ドラム７の温度を一定に保つことが困難になる。ドラムヒータＯＦＦ時間が短すぎれば、ドラムヒータをＯＮしている間に、ドラムの温度が上がりすぎてしまうことがあるので好ましくない。
以上のように、感光体ドラム７の検出温度がドラムヒータ設定温度よりも低い場合は、ドラムヒータ３１への通電を続けるが、感光体ドラム７の検出温度がドラムヒータ設定温度よりも高い場合は、しばらくドラムヒータ３１をＯＦＦにし、ドラムヒータＯＦＦ時間が経過すると再びＯＮにする。この動作により、電源線が２本しかなく（制御線がなく）、電源ＯＦＦ時は温度情報が取得できないという条件下でも、ヒータ制御回路３８による適切な温度制御が可能になる。
【００３２】
なお、ＣＰＵ５０は、ＲＯＭから読み込んだドラムヒータ設定温度に対して、感光体ドラム７の検出温度が大きく異なるときは、ドラムヒータ３１の断線や温度検出回路３３の異常が考えられるため、システムエラー信号を発生させてユーザに警告することが好ましい。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、温度センサを感光体ドラムの内部に設置し、かつ温度センサの検出温度情報をドラムヒータ通電用の電源線を通して伝送することが可能になり、現像器ひいては画像形成装置全体の小型化が図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る複写機の断面図である。
【図２】感光体ドラム７の構造を示す正面図である。
【図３】ヒータ制御回路３８、感光体ドラム内部のドラムヒータ３１、サーミスタ３２及び温度検出回路３３の回路構成を示す図である。
【図４】温度検出回路３３の具体的回路図である。
【図５】温度検出回路３３によって生成されるパルス電流信号の波形図である。
【図６】ＣＰＵ５０によるヒータ通電動作を説明するためのブロック図である。
【図７】ＣＰＵ５０によるヒータ通電動作説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
７ 感光体ドラム
３１ ドラムヒータ
３２ サーミスタ
３３ 温度検出回路
３４，３５ リング
３６，３７ ブラシ電極
３８ ヒータ制御回路
４０ 電源線
４２ 電源安定化回路
４３，４４ ＣＭＯＳタイマ回路
４５ 演算増幅器
４６ パワートランジスタ
４７ 環境センサ
４８ ＲＯＭ
４９ ＲＡＭ
５０ ＣＰＵ（中央処理回路）
５１ スイッチング回路
５２ 検出器

Claims (8)

1. 画像形成装置内の感光体ドラム内部に設置された、ドラムヒータと、感光体ドラムの温度を検出する温度センサと、温度センサの検出温度に基づいて温度信号を作成し、当該温度信号を、ドラム内外を接続するドラムヒータ通電用の電源線に重畳する温度検出回路とを有し、
   画像形成装置内のドラム外部に設置され、電源線を通じてドラムヒータの通電を制御するヒータ制御回路を有し、
   前記ヒータ制御回路は、読み取られた温度信号に基づく感光体ドラムの温度が、所定のドラムヒータ設定温度よりも低い場合は、ドラムヒータを通電し、読み取られた温度信号に基づく感光体ドラムの温度が、所定のドラムヒータ設定温度よりも高い場合は、ドラムヒータの通電を切り、所定時間経過後通電を再開する制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記温度検出回路によって作成される温度信号は、温度情報を含む変調電流信号であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記温度検出回路によって作成される温度信号は、温度情報をパルス幅に変調したパルス電流信号であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 画像形成装置内のドラム外部に設置された環境センサをさらに有し、前記通電を再開する所定時間は、環境センサによって測定される感光体ドラムの周囲環境に応じて決定されるものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記環境センサによって測定される感光体ドラムの周囲環境は、感光体ドラムの周囲温度、通紙条件のいずれか１つ又は両方であることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 画像形成装置内のドラム外部に設置された環境センサをさらに有し、前記ヒータ制御回路は、環境センサによって測定される感光体ドラムの周囲環境に応じて、ドラムヒータ設定温度を決定するものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記環境センサによって測定される感光体ドラムの周囲環境は、感光体ドラムの周囲温度、湿度、通紙条件のいずれか１つ又は複数の組み合わせであることを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
8. 前記通電を再開する所定時間は、前記ヒータ制御回路のドラムヒータオフ時間設定テーブルに記憶されることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。

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