JP5264533B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に関し、特に定着器の加熱手段の制御方法に関するものである。ここで電子写真方式を用いた画像形成装置としては、例えば、電子写真複写機、電子写真プリンタ（例えば、ＬＥＤプリンタ、レーザビームプリンタ等）及び電子写真ファクシミリ装置等が含まれる。

従来、電子写真方式を用いた画像形成装置において、交流電圧（以下、ＡＣ電圧）を印加することで加熱手段が発熱するものである場合には、次のような加熱制御を実行し定着処理を行っている。例えば特許文献１では、加熱制御手段が出力する加熱手段駆動信号によって例えばフォトトライアックカプラをオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）することで所望の商用電源電力を加熱手段に印加して加熱制御を行ない、用紙に画像を定着させている。

この場合、商用電源の電源周波数を検知せずとも加熱制御手段は加熱制御駆動信号を出力することで加熱制御を行なうことが可能である。しかしながら、ＩＥＣ６１００００（電磁両立性に関する国際規格）に定められる内容に基づき、加熱手段に印加するＡＣ電圧の正負の対称性を保証しようとする場合には、次のような加熱制御を行なう必要がある。すなわち、商用電源の電源周波数を検知する手段を設けることによって加熱制御手段が商用電源の電源周波数を検知できるような構成とし、電源周波数に基づいた加熱制御を行なう必要がある。商用電源の電源周波数を検知するために、例えば商用電源の周波数信号と同周期のパルス信号を出力する商用電源周波数検知回路を設けているものもある（例えば、特許文献２参照）。

このような構成においては、制御手段がこのパルス信号を用いて商用電源の周波数を検知すると、加熱制御手段が商用電源周波数に基づいて加熱制御を行なうことが可能となり、加熱手段に印加するＡＣ電圧の正負の対称性を保証することができる。

具体的には制御手段は、商用電源周波数検知回路が出力するパルス信号の立ち上がり又は立ち下がりのエッジを検出してエッジからエッジまでの時間を測定し、測定結果から商用電源の周波数信号の周期を算出する。制御手段は算出した周期に基づいて加熱制御駆動信号の出力周期を決定する。そして加熱制御手段は、制御手段が決定した周期の加熱制御駆動信号を出力することで商用電源周波数に応じた加熱制御を行なうことを可能となり、結果として加熱手段に印加するＡＣ電圧の正負の対称性が保証されることとなる。
特開２００７−２４０６４７号公報 特開２００６−２８４４３６号公報

しかしながら、商用電源の周波数信号の周期を測定することで電源周波数に基づいた制御を行ない、加熱手段に印加されるＡＣ電圧の正負の対称性を保証しようとする従来の制御の場合、次のような必要があった。すなわち、商用電源の周期を測定するために、制御手段は、周期測定及び加熱制御駆動信号の周期を算出する処理を行なう必要があり、これには制御手段のリソースを使用する必要があった。つまり、制御手段の処理負荷が大きくなってしまう。

また、加熱制御を行なっている最中に商用電源の周波数が変動した場合、制御手段が測定した周期が商用電源の周期とずれてしまうということもあった。このように商用電源の周波数の変動により、結果として加熱制御駆動信号の周期と商用電源の周期がずれることによって加熱手段に印加するＡＣ電圧の正負の波の対称性を保証することができないこともあった。

本発明は、このような点に着目してなされたもので、加熱手段に印加するＡＣ電圧の正負の波の対称性を保証しつつ、処理負荷を低減した画像形成装置を提供することを目的とする。

この発明は下記の構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。

（１）記録材に形成された現像剤像を加熱手段により加熱して定着し画像形成を行なう画像形成装置において、前記加熱手段を制御するための駆動信号を出力する制御手段と、商用電源の周波数信号と同期した同期信号を前記制御手段に出力する同期信号出力手段と、を備え、前記制御手段は、前記同期信号出力手段が出力した前記同期信号をトリガとして前記駆動信号を所定の範囲内の予め決められた周期で出力することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、加熱手段に印加するＡＣ電圧の正負の波の対称性を保証したままで、処理負荷を低減することができる。

詳しくは、画像形成装置に供給される商用電源の周波数に拠らず一定の周期の駆動信号を出力し、電源の周波数の周期を測定することなく加熱手段に印加するＡＣ電圧の正負対称性を同じにした状態で加熱制御を実現することができる。また、商用電源周波数の測定のための処理負荷を低減した画像形成装置を提供することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

本発明にかかる実施例１として、画像形成装置のうちレーザビームプリンタを例にとって説明する。

［画像形成装置の概略構成について］
本発明は画像形成装置に関するものであるが、実施例では特に電子写真方式を用いたレーザビームプリンタ（以下：ＬＢＰ）を例にして説明する。図１は、本実施例におけるＬＢＰの概略図を示すものである。ＬＢＰにおいてユーザがプリント（画像形成）を指示すると、感光ドラム１０１が転写ローラ１０２と共に例えばモータ等の駆動手段（不図示）によって回転駆動される。感光ドラム１０１表面は、帯電ローラ１０３によって所定の極性・所定の電位に均一に帯電される。帯電後の感光ドラム１０１の表面は、露光器１０４によって画像情報に基づいた露光が行われて静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器１０５によってトナー（現像剤）が付着されてトナー像（現像剤像）として現像される。

このように感光ドラム１０１表面に形成されたトナー像は、転写バイアス電源１０７により転写ローラ１０２に転写バイアスを印加することで、転写ニップ部Ｔに搬送路１０６に沿って供給されてきたシート材Ｐ（記録材）に転写される。このシート材Ｐは、給紙トレイ１０９から、給紙ローラ１１０によって搬送開始される。トナー像転写後の感光ドラム１０１は、その表面に残ったトナー（残留トナー）がクリーナ１０８によって除去され、次回の画像形成に移行する。

一方、トナー像転写後のシート材Ｐは、定着ローラ１１１により加熱、加圧ローラ１１２（加圧手段）により加圧を受けて表面にトナー像が定着される。トナー像定着後のシート材Ｐは、画像形成装置本体の外部に排出され、これによりプリント（画像形成）が終了する。なお、感光ドラム１０１、帯電ローラ１０３、現像器１０５、クリーナ１０８は、画像形成装置本体に着脱可能なカートリッジＣ（図中、破線で示す部分）を構成する。

［定着ローラの駆動に関連する部分の概略構成図］
このようなレーザビームプリンタにおける定着ローラ１１１の駆動に関連する部分の概略構成図を図２に示す。

ＣＰＵ２０４はＨｅａｔ信号（駆動信号）をオン・オフ（ＯＮ・ＯＦＦ）することでフォトトライアックカプラ２０５を駆動する。これによりソリッド・ステート・リレー２０６がＯＮし、ヒータ２０２（加熱手段）にＡＣ電圧が印加され、発熱する。ヒータ２０２近傍に配置されたサーミスタ２０３（温度検知手段）は、その温度によって抵抗値が変化する性質を持つ。サーミスタ２０３の抵抗値が変化すると、低圧電源２０７によって生成され、プルアップ抵抗２０９を介して供給されるＶｃｃ電圧が分圧されたものであるＴｅｍｐ信号の電圧値が変化する。Ｔｅｍｐ信号をＣＰＵ２０４に入力し、ＣＰＵ２０４のリソースであるＡＤコンバータ（不図示）を用いてＴｅｍｐ信号の電圧をＡ／Ｄ変換することでＣＰＵ２０４はサーミスタ２０３の温度を検知する。これによりヒータ２０２の温度をＣＰＵ２０４が検知することができる。ＣＰＵ２０４（制御手段）は検知した温度に基づき、Ｔｅｍｐ信号の電圧が目標値になるようＨｅａｔ信号のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

また、２０８は商用電源周波数信号出力回路（同期信号出力手段）であり、図３に商用電源周波数信号出力回路２０８の詳細な回路図を示す。商用電源周波数信号出力回路２０８は図３の破線で示すような回路であり、商用電源２０１の周波数と同じ周波数のパルス信号（Ｆｒｅｑ信号（同期信号））を出力する回路である。ここで、３０３はフォトカプラである。商用電源周波数信号出力回路２０８がＦｒｅｑ信号をＣＰＵ２０４に入力し、これを用いてＣＰＵ２０４は加熱制御を行なう。

［本実施例における加熱制御について］
図４は加熱制御を説明するための概略図で、本実施例における商用電源の波形、商用電源周波数信号出力回路２０８が出力するＦｒｅｑ信号、制御手段であるＣＰＵ２０４が出力する駆動信号であるＨｅａｔ信号（Ｈｅａｔ１１〜Ｈｅａｔ１４）の状態を示す。

商用電源周波数信号出力回路２０８が出力するＦｒｅｑ信号の立ち下がりエッジＴｒｇ１をトリガとして、ＣＰＵ２０４は予め決めておいた周期ｔ１でＨｅａｔ信号の出力を開始して２周期に渡りＨｅａｔ信号の出力を行なう。その後、ＣＰＵ２０４は次のトリガＴｒｇ２のタイミングよりも前の時刻Ｔ３に出力を終了する。トリガＴｒｇ１入力に同期してＣＰＵ２０４が時刻Ｔ１の時点でＨｅａｔ信号をＯＮ／ＯＦＦした場合でも、その直後にあるゼロクロス点Ｚ１からゼロクロス点Ｚ２までのＡＣ半波をＯＮ／ＯＦＦできるような時間となるよう構成する。すなわち、Ｔ１の時刻の方がゼロクロス点Ｚ１の時刻よりも前となるように商用電源周波数信号出力回路２０８を構成する。

Ｈｅａｔ信号の周期ｔ１は、商用電源周波数が所定の範囲内で変動したとしてもトリガＴｒｇ１の入力に対して時刻Ｔ１でＨｅａｔ信号の出力を開始し、次のトリガＴｒｇ２の前までに出力を終了できる出力時間となるような値に設定する。且つ、Ｈｅａｔ信号の周期ｔ１は、トリガＴｒｇ１とトリガＴｒｇ２の間にあるＡＣ電圧のゼロクロス点Ｚ２を超える出力時間となるような値に設定する。

ここで、商用電源の周波数の変動範囲がｆ１ヘルツからｆ２ヘルツまでとするとき、ヒータ２０２に印加するＡＣ電圧の正負の対称性を保証するようにした場合、Ｈｅａｔ信号の周期ｔ１の値は次のような条件を満たす必要がある。すなわち、Ｈｅａｔ信号の周期ｔ１は、時刻Ｚ１から時刻Ｚ２の時間が最も短くなる（１０００／ｆ２）÷２＝５００／ｆ２ミリ秒よりも短くなる必要がある。且つ、２×ｔ１の値は、時刻Ｚ１から時刻Ｚ２の時間が最も長くなる（１０００／ｆ１）÷２＝５００／ｆ１ミリ秒（以下、ｍｓｅｃとする）よりも長くなる必要がある。

以上のことから、Ｈｅａｔ信号の周期ｔ１は以下の条件を満たす値となる。
（１０００／ｆ１）÷４ ≦ ｔ１ ≦ （１０００／ｆ２）÷２

よって、Ｈｅａｔ信号の周期ｔ１は２５０／ｆ１ ｍｓｅｃ〜５００／ｆ２ ｍｓｅｃの範囲の任意の値となる。

例えば、商用電源周波数が４７Ｈｚ〜６３Ｈｚの間で変動してもヒータ２０２に印加するＡＣ電圧の正負の対称性を保証するようにした場合、Ｈｅａｔ信号の周期ｔ１の値は次のようになる。まず、Ｈｅａｔ信号の周期ｔ１は、時刻Ｚ１から時刻Ｚ２の時間が最も短くなる（１０００／６３）÷２＝７．９３７ミリ秒（以下、ｍｓｅｃとする）よりも短くなる必要がある。且つ、Ｈｅａｔ信号の周期ｔ１は、２×ｔ１の値は時刻Ｚ１から時刻Ｚ２の時間が最も長くなる（１０００／４７）÷２＝１０．６３８ｍｓｅｃよりも長くなる必要がある。

以上のことから、Ｈｅａｔ信号の周期ｔ１は以下の式で求められる。
（１０００／４７）÷４ ≦ ｔ１ ≦ （１０００／６３）÷２

よって、商用電源周波数が４７Ｈｚ〜６３Ｈｚの間で変動するとしたとき、Ｈｅａｔ信号の周期ｔ１は５．３１９ｍｓｅｃ〜７．９３７ｍｓｅｃの範囲の任意の値となる。このように、Ｈｅａｔ信号の周期ｔ１を５．３１９ｍｓｅｃから７．９３７ｍｓｅｃの範囲内の所定の値に予め決めておく。かかる範囲内の予め決められた周期ｔ１の値は、例えばＣＰＵ２０４内部又は外部のＲＯＭに保持しておく。

Ｈｅａｔ信号の周期ｔ１を上述のような時間に設定すると、Ｈｅａｔ信号の出力開始の時刻Ｔ１からＨｅａｔ信号の周期ｔ１が経過した時点の時刻Ｔ２はトリガＴｒｇ１とトリガＴｒｇ２の間にあるＡＣ電圧のゼロクロス点の時刻Ｚ２よりも早い時刻となる。このため、Ｈｅａｔ信号を出力開始した時刻Ｔ１からｔ１後の時刻Ｔ２までをＯＮするかＯＦＦするかで時刻Ｚ１から時刻Ｚ２までのＡＣ半波１波のＯＮ／ＯＦＦを制御することが可能である。そして、同様に時刻Ｔ２から出力終了の時刻Ｔ３までをＯＮするかＯＦＦするかで時刻Ｚ２から時刻Ｚ３までのＡＣ半波１波のＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。

本実施例においては、商用電源周波数に拠らず、Ｆｒｅｑ信号の立下りをトリガとしてＨｅａｔ信号の出力時間を周期ｔ１に固定設定して２周期を出力する。

本実施例においては、Ｈｅａｔ信号の出力方法が４通り考えられ、それぞれＨｅａｔ１１、Ｈｅａｔ１２、Ｈｅａｔ１３、Ｈｅａｔ１４とする（図４参照）。

Ｈｅａｔ信号の状態がＨｅａｔ１１のような場合、時刻Ｚ１から時刻Ｚ３までのＡＣ半波２波がヒータ２０２に印加される。同様に、Ｈｅａｔ１２のような場合は時刻Ｚ１から時刻Ｚ２までのＡＣ半波１波が、またＨｅａｔ１３のような場合は時刻Ｚ２から時刻Ｚ３までのＡＣ半波１波がヒータに印加される。さらに、Ｈｅａｔ１４のような場合は時刻Ｚ１から時刻Ｚ３までの間、ヒータ２０２にＡＣ波は印加されない。

上述した動作において２半波のＡＣ電圧をヒータ２０２に印加する制御を行なうことが可能であり、この繰り返しによってヒータ２０２への電圧印加を継続的に行なうことができる。そして、商用電源２０１の周波数が変動したとしても常にＦｒｅｑ信号の立下りをトリガとしてＨｅａｔ信号２周期を出力することで、ヒータ２０２に印加する電圧の正負対称性をほぼ同じにすることができる。

このように、本実施例によれば、ヒータ２０２に印加する商用電源のＡＣ電圧の正負対称性を保証したままで、使用するリソースを低減することができる。

実施例２においては、レーザビームプリンタの構成と定着ローラ駆動に関する部分の概略構成は実施例１と同じとし、説明を省略し同じ付号を用いることとする。

［本実施例における加熱制御について］
図５は加熱制御を説明するための概略図で、本実施例における商用電源の波形、商用電源周波数信号出力回路２０８が出力するＦｒｅｑ信号、制御手段であるＣＰＵ２０４の駆動信号であるＨｅａｔ信号（Ｈｅａｔ２１〜Ｈｅａｔ２４）の状態を示す。

Ｆｒｅｑ信号の立ち下がりエッジをトリガＴｒｇ１として、時刻Ｔ１からＣＰＵ２０４は予め決めておいた出力時間ｔ２の間、Ｈｅａｔ信号を出力する。すなわち、本実施例では、Ｈｅａｔ信号を出力開始してから出力終了するまでの時間ｔ２を、Ｈｅａｔ信号の周期ｔ１よりも短い時間とする（ｔ２≦ｔ１）。そして時刻Ｔ１から周期ｔ１経過後の時刻Ｔ２から再びｔ２の間、Ｈｅａｔ信号の出力を行なう。実施例２においても、実施例１と同様に時刻Ｔ１の方が時刻Ｚ１よりも前となるように商用電源周波数信号出力回路２０８を構成する。

Ｈｅａｔ信号の出力時間ｔ２は、トリガＴｒｇ１の入力に対して時刻Ｔ１でＨｅａｔ信号の出力を開始し、時刻Ｚ１よりも後の時刻まで出力を継続するような値に設定する。ｔ２の値の最小値は時刻Ｔ１から時刻Ｚ１の時間、ｔ２の値の最大値はｔ１となる。

本実施例においては、Ｈｅａｔ信号の出力方法が４通り考えられ、それぞれＨｅａｔ２１、Ｈｅａｔ２２、Ｈｅａｔ２３、Ｈｅａｔ２４とする。Ｈｅａｔ信号の状態がＨｅａｔ２１のような場合、時刻Ｚ１から時刻Ｚ３までのＡＣ半波２波がヒータに印加される。同様に、Ｈｅａｔ２２のような場合は時刻Ｚ１から時刻Ｚ２までのＡＣ半波１波が、Ｈｅａｔ２３のような場合は時刻Ｚ２から時刻Ｚ３までのＡＣ半波１波がヒータに印加される。また、Ｈｅａｔ２４のような場合は時刻Ｚ１から時刻Ｚ３までの間、ヒータにＡＣ波は印加されない。

上述した動作において、実施例１と同様に２半波のＡＣ電圧をヒータ２０２に印加する制御を行なうことが可能であり、この繰り返しによってヒータ２０２への電圧印加を継続的に行なうことができる。そして、商用電源２０１の周波数が変動したとしても常にＦｒｅｑ信号の立下りをトリガとしてＨｅａｔ信号２周期を出力することでヒータ２０２に印加する電圧の正負対称性をほぼ同じにすることができる。

このように、本実施例によれば、ヒータ２０２に印加する商用電源のＡＣ電圧の正負の波の対称性を保証したままで、使用するリソースを低減することができる。

実施例１、２における画像形成装置の概略図 実施例１、２における画像形成装置の定着ローラの駆動に関連する部分の概略構成図 実施例１、２における画像形成装置の商用電源周波数信号出力回路の詳細な回路図 実施例１における加熱制御を説明するための概略図 実施例２における加熱制御を説明するための概略図

Ｃ カートリッジ
Ｔ 転写ニップ
Ｐ 記録材
１０１ 感光ドラム
１０２ 転写ローラ
１０３ 帯電ローラ
１０４ 露光器
１０５ 現像器
１０６ 搬送路
１０７ 転写バイアス電源
１０８ クリーナ
１０９ 用紙トレイ
１１０ 給紙ローラ
１１１ 定着ローラ
１１２ 加圧ローラ
２０１ 商用電源
２０２ ヒータ
２０３ サーミスタ
２０４ ＣＰＵ
２０５ フォトトライアックカプラ
２０６ ソリッド・ステート・リレー
２０７ 低圧電源
２０８ 商用電源周波数信号出力回路
３０３ フォトカプラ

Claims (3)

1. 記録材に形成された現像剤像を加熱手段により加熱して定着し画像形成を行なう画像形成装置において、
   前記加熱手段を制御するための駆動信号を出力する制御手段と、
   商用電源の周波数信号と同期した同期信号を前記制御手段に出力する同期信号出力手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記同期信号出力手段が出力した前記同期信号をトリガとして前記駆動信号を所定の範囲内の予め決められた周期で出力することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記商用電源の周波数信号の変動範囲をｆ１ヘルツからｆ２ヘルツまでとするとき、
   ２５０／ｆ１ ミリ秒 ≦ ｔ ≦ ５００／ｆ２ ミリ秒
   の条件を満たすｔを前記駆動信号の予め決められた周期とすることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記駆動信号の出力を開始してから終了するまでの時間を前記駆動信号の周期よりも短い時間として前記駆動信号を出力することを特徴とする画像形成装置。

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