JP6823816B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置は、定着ローラーで加熱してトナー画像を印刷用紙に定着する定着器を備える。ある画像形成装置では、定着ローラーに設けられている２つの定着ヒーターが、１つの制御回路によって制御されている（例えば特許文献１参照）。

特開平９−２５８５９８号公報

一般的に、２つの定着ヒーターへの通電をそれぞれ独立に制御するためには、２つのスイッチング素子で２つの定着ヒーターへの通電を制御する必要がある。

上述の画像形成装置では、２つの定着ヒーターが並列に接続されており、２つの定着ヒーターへの通電は制御回路によって同じように制御される。したがって、２つの定着ヒーターへの通電を、１つのスイッチング素子のオンオフで、それぞれ独立に制御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、１つのスイッチング素子で２つの定着ヒーターに対して異なる通電制御を行う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、第１定着ヒーターおよび第２定着ヒーターを備える定着器と、商用電源からの交流電流を全波整流する全波整流回路と、前記商用電源からの交流電流を、前記交流電流の導通方向が順方向であるときには通過させ、前記交流電流の導通方向が逆方向であるときには阻止することで、前記商用電源からの交流電流を半波整流する半波整流回路と、前記２つの定着ヒーターに共通のスイッチング部と、前記スイッチング部を制御するコントローラーとを備える。前記第１定着ヒーターは、前記全波整流回路により全波整流された電流を導通され、前記第２定着ヒーターは、前記半波整流回路により半波整流された電流を導通される。そして、前記コントローラーは、（ａ）前記第１定着ヒーターおよび前記第２定着ヒーターの両方の通電制御を行う場合には、前記交流電流の導通方向が順方向である期間の一部または全部において、前記スイッチング部をオン状態にし、（ｂ）前記第２定着ヒーターの通電制御を行わずに前記第１定着ヒーターの通電制御を行う場合には、前記交流電流の導通方向が逆方向である期間の一部または全部において、前記スイッチング部をオン状態にする。

本発明によれば、１つのスイッチング素子で２つの定着ヒーターに対して異なる通電制御を行う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。

図１は、本発明の実施の形態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回路図である。 図３は、図２における２つの定着ヒーター１１−１，１１−２の配置範囲の一例を示す図である。 図４は、図２および図３における定着ヒーター１１−１，１１−２の印加電圧の波形を示す図である。

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を有する。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色の感光体である。

露光装置２ａ〜２ｄは、レーザー光を感光体ドラム１ａ〜１ｄに照射して静電潜像を形成する。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、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には、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色のトナーが充填されているトナーカートリッジがそれぞれ装着され、トナーカートリッジからトナーが供給され、キャリアとともに現像剤を構成する。現像装置３ａ〜３ｄは、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パターンを形成する。

感光体ドラム１ａ、露光装置２ａ、および現像装置３ａにより、マゼンタの現像が行われ、感光体ドラム１ｂ、露光装置２ｂ、および現像装置３ｂにより、シアンの現像が行われ、感光体ドラム１ｃ、露光装置２ｃ、および現像装置３ｃにより、イエローの現像が行われ、感光体ドラム１ｄ、露光装置２ｄ、および現像装置３ｄにより、ブラックの現像が行われる。

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、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。トナー画像が２次転写された用紙は、定着器９へ搬送される。

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に中間転写ベルト４に残ったトナーを除去する。

センサー８は、トナーパターンの濃度測定に使用される光学式センサーであって、中間転写ベルト４に光線を照射し、その反射光を検出する。例えば、トナー濃度調整の際、センサー８は、中間転写ベルト４の所定の領域に光線を照射しその反射光を検出し、その光量に応じた電気信号を出力する。

定着器９は、２次転写されたトナー画像を、加熱加圧方式で用紙に定着させる。

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回路図である。

図２に示すように、定着器９は、２つの定着ヒーター１１−１，１１−２を備える。定着ヒーター１１−１，１１−２は、抵抗発熱体のヒーターであり、定着ローラー内に配置される。例えば、定着ヒーター１１−１，１１−２は、面状ヒーターである。

図３は、図２における２つの定着ヒーター１１−１，１１−２の配置範囲の一例を示す図である。図３に示すように、定着ヒーター１１−２は、複数箇所に分散されていてもよい。つまり、その複数箇所のヒーター素子が直列に接続されて、１つの定着ヒーター１１−２とされる。

例えば図３に示すように、定着器９の定着ローラーの軸方向における定着ヒーター１１−１の配置範囲の一部または全部と定着器９の定着ローラーの軸方向における定着ヒーター１１−２の配置範囲の一部または全部とは互いに異なる。つまり、定着ヒーター１１−１，１１−２の一方の配置範囲が他方の配置範囲を含んでいてもよいし、定着ヒーター１１−１，１１−２の一方の配置範囲の一部が他方の配置範囲に重なっていてもよいし、つまり、定着ヒーター１１−１，１１−２の一方の配置範囲が（例えば図３に示すように）他方の配置範囲に重なっていなくてもよい。

この実施の形態では、定着器９は、第１サイズの印刷用紙（例えばＡ４）、および第１サイズより大きい第２サイズの印刷用紙（例えばＡ３）にトナー像を定着可能であり、定着ヒーター１１−１，１１−２には、トナー像を定着可能な印刷用紙の幅に応じたヒーター素子が使用される。

また、この実施の形態では、定着器９の定着ローラーの軸方向における定着ヒーター１１−１の配置範囲は、少なくとも第１サイズの印刷用紙（図３ではＡ４）の通過範囲を含む。図３では、定着ヒーター１１−１の配置範囲は、第１サイズの印刷用紙（図３ではＡ４）の通過範囲と略同一とされている。その代わりに、定着ヒーター１１−１の配置範囲は、第２サイズの印刷用紙（図３ではＡ３）の通過範囲と略同一とされていてもよい。

さらに、この実施の形態では、定着器９の定着ローラーの軸方向における定着ヒーター１１−２の配置範囲は、第２サイズの印刷用紙（図３ではＡ３）の通過範囲から第１サイズの印刷用紙（図３ではＡ４）の通過範囲を除いた範囲とされている。

さらに、図２に示すように、商用電源と定着ヒーター１１−１，１１−２との間には、全波整流回路１２、半波整流回路１３、スイッチング部１４、フューズＦＳ１、リレーＣＲ、およびチョークコイルＬＣ１，ＬＣ２が設けられている。

全波整流回路１２は、商用電源からの交流電流を全波整流する。図２では、全波整流回路１２は、ダイオードブリッジである。

半波整流回路１３は、商用電源からの交流電流を、その交流電流の導通方向が順方向であるときには通過させ、その交流電流の導通方向が逆方向であるときには阻止することで、商用電源からの交流電流を半波整流する。図２では、半波整流回路１３は、パワーダイオードである。

定着ヒーター１１−１には、全波整流回路１２により全波整流された電流が導通される。定着ヒーター１１−２には、半波整流回路１３により半波整流された電流が導通される。図４は、図２および図３における定着ヒーター１１−１，１１−２の印加電圧の波形を示す図である。図４に示すように、定着ヒーター１１−１には、全波整流回路１２により全波整流された電圧が印加される。定着ヒーター１１−２には、半波整流回路１３により半波整流された電圧が印加される。

スイッチング部１４は、２つの定着ヒーター１１−１，１１−２に共通のスイッチング素子（ここでは、双方向サイリスター）を備える。このスイッチング素子は、定着ヒーター１１−１および定着ヒーター１１−２に直列に接続されている。

スイッチング部１４は、そのスイッチング素子によって、定着ヒーター１１−１，１１−２への通電のオン／オフを行う。なお、スイッチング部１４のスイッチング素子は、単方向サイリスター、パワートランジスターなどでもよい。

また、図１および図２に示す画像形成装置は、電源回路１５、および電源回路１５から給電される制御基板１６を備える。

電源回路１５は、所定の基準電圧（例えば２４ボルト）で、商用電源から直流電力を生成し、定着ヒーター１１−１，１１−２を制御するコントローラー３１などへの電力供給を行う。

電源回路１５では、商用電源から得られる交流電力がダイオードブリッジＤＢで整流され、整流後の直流電力が、ＤＣ／ＤＣコンバーターで定格電圧へ降圧され出力される。ダイオードブリッジＤＢの前段には、フューズＦＳ２、チョークコイルＬＣ３，ＬＣ４、およびサーミスターＴＨが設けられている。また、ダイオードブリッジＤＢの後段には、平滑用のキャパシターＣ１が設けられている。

電源回路１５のＤＣ／ＤＣコンバーター部分は、コンバータースイッチング素子Ｑ１、制御部２１、トランスＴＲ、および整流回路２２を備える。

コンバータースイッチング素子Ｑ１は、トランスＴＲの１次側巻線に接続され、制御部２１からの制御信号に従ってスイッチング動作する。ここでは、コンバータースイッチング素子Ｑ１は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）である。

制御部２１は、コンバータースイッチング素子Ｑ１をオンオフ制御する制御信号を出力する回路（例えばＩＣチップ）である。

整流回路２２は、ダイオードＤと平滑コンデンサーＣ２とを含み、トランスＴＲの２次側巻線に誘起する交流電力を整流して直流電力を生成する。制御部２１は、整流後の直流電圧が所定の電圧になるように、制御信号のデューティなどを調整する。

また、制御基板１６には、コントローラー３１が設けられている。したがって、電源回路１５の出力電圧が、電源電圧としてコントローラー３１に印加されている。

コントローラー３１は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、制御プログラムに従って動作するプロセッサーなどを備え、ヒーター制御信号をスイッチング部１４のスイッチング素子に印加してスイッチング部１４を制御し、これにより、定着ヒーター１１−１，１１−２の一方または両方をオンオフ制御し、定着器９の定着ローラーの軸方向における定着ローラーの温度分布などを制御する。

具体的には、コントローラー３１は、（ａ）定着ヒーター１１−１および定着ヒーター１１−２の両方の通電制御を行う場合には、商用電源の交流電流の導通方向が順方向である期間Ｔ１の一部または全部において、スイッチング部１４をオン状態にして定着ヒーター１１−１および定着ヒーター１１−２の両方に通電し、（ｂ）定着ヒーター１１−２の通電制御を行わずに定着ヒーター１１−１の通電制御を行う場合には、交流電流の導通方向が逆方向である期間Ｔ２の一部または全部において、スイッチング部１４をオン状態にして定着ヒーター１１−２に通電せずに定着ヒーター１１−１に通電する。

例えば、コントローラー３１は、商用電源の交流電圧の位相（位相０度のゼロクロスタイミングと位相１８０度のゼロクロスタイミング）を検出し、その位相差に基づいて、期間Ｔ１および期間Ｔ２を特定する。

次に、上記画像形成装置の動作について説明する。

上述のように、スイッチング部１４がオン状態にされる期間（期間Ｔ１または期間Ｔ２）に応じて、定着ヒーター１１−１，１１−２の制御を切り替えることができるので、２種類の所望の温度分布に対応して、定着ヒーター１１−１の配置範囲および定着ヒーター１１−２の配置範囲が決定される。

そして、コントローラー３１は、期間Ｔ１および期間Ｔ２の少なくとも一方において、所定のパターンでスイッチング部１４のオンオフ制御を行って、定着ローラーの温度分布を所望の温度分布にする。

定着ヒーター１１−１の配置範囲および定着ヒーター１１−２の配置範囲が、例えば図３に示すように印刷用紙のサイズに対応している場合、Ａ４サイズの印刷用紙で印刷が実行されるときには、コントローラー３１は、期間Ｔ１においては、スイッチング部１４をオン状態にせず、期間Ｔ２においては、定着ヒーター（定着ヒーター１１−１の配置範囲）の温度分布が所望の温度分布となるように、スイッチング部１４を所定時間オン状態にして、定着ヒーター１１−２には通電せずに、定着ヒーター１１−１に通電する。

また、その場合、Ａ３サイズの印刷用紙で印刷が実行されるときには、コントローラー３１は、期間Ｔ１においては、定着ヒーター（定着ヒーター１１−１の配置範囲）の温度分布が所望の温度分布となるように、スイッチング部１４を所定時間オン状態にし、期間Ｔ２においても、定着ヒーター（定着ヒーター１１−２の配置範囲）の温度分布が所望の温度分布となるように、スイッチング部１４を所定時間オン状態にして、定着ヒーター１１−１および定着ヒーター１１−２の両方に通電する。

以上のように、上記実施の形態によれば、定着器９は、定着ヒーター１１−１および定着ヒーター１１−２を備える。全波整流回路１２は、商用電源からの交流電流を全波整流する。半波整流回路１３は、商用電源からの交流電流を、交流電流の導通方向が順方向であるときには通過させ、交流電流の導通方向が逆方向であるときには阻止することで、商用電源からの交流電流を半波整流する。スイッチング部１４は、２つの定着ヒーター１１−１，１１−２に共通に設けられている。コントローラー３１は、スイッチング部１４を制御する。定着ヒーター１１−１は、全波整流回路１２により全波整流された電流を導通され、定着ヒーター１１−２は、半波整流回路１３により半波整流された電流を導通される。そして、コントローラー３１は、（ａ）定着ヒーター１１−１および定着ヒーター１１−２の両方の通電制御を行う場合には、交流電流の導通方向が順方向である期間の一部または全部において、スイッチング部１４をオン状態にし、（ｂ）定着ヒーター１１−２の通電制御を行わずに定着ヒーター１１−１の通電制御を行う場合には、交流電流の導通方向が逆方向である期間の一部または全部において、スイッチング部１４を状態にする。

これにより、１つのスイッチング素子で２つの定着ヒーター１１−１，１１−２に対して異なる通電制御が行われる。したがって、定着ヒーター１１−１，１１−２の数よりスイッチング素子の数が少なくて済むため、装置のコストが低く済む。

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。

本発明は、例えば、電子写真方式の画像形成装置に適用可能である。

９ 定着器
１１−１ 定着ヒーター
１１−２ 定着ヒーター
１２ 全波整流回路
１３ 半波整流回路
１４ スイッチング部
３１ コントローラー

Claims (3)

1. 第１定着ヒーターおよび第２定着ヒーターを備える定着器と、
   商用電源からの交流電流を全波整流する全波整流回路と、
   前記商用電源からの交流電流を、前記交流電流の導通方向が順方向であるときには通過させ、前記交流電流の導通方向が逆方向であるときには阻止することで、前記商用電源からの交流電流を半波整流する半波整流回路と、
   前記２つの定着ヒーターに共通のスイッチング部と、
   前記スイッチング部を制御するコントローラーとを備え、
   前記第１定着ヒーターは、前記全波整流回路により全波整流された電流を導通され、
   前記第２定着ヒーターは、前記半波整流回路により半波整流された電流を導通され、
   前記コントローラーは、（ａ）前記第１定着ヒーターおよび前記第２定着ヒーターの両方の通電制御を行う場合には、前記交流電流の導通方向が順方向である期間の一部または全部において、前記スイッチング部をオン状態にし、（ｂ）前記第２定着ヒーターの通電制御を行わずに前記第１定着ヒーターの通電制御を行う場合には、前記交流電流の導通方向が逆方向である期間の一部または全部において、前記スイッチング部をオン状態にすること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記定着器の定着ローラーの軸方向における前記第１定着ヒーターの配置範囲の一部または全部と前記定着器の定着ローラーの軸方向における前記第２定着ヒーターの配置範囲の一部または全部とは互いに異なり、
   前記コントローラーは、前記定着器の定着ローラーの軸方向における定着ローラーの温度分布を制御するために、前記スイッチング部を制御すること、
   を特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記定着器は、第１サイズの印刷用紙、および前記第１サイズより大きい第２サイズの印刷用紙にトナー像を定着可能であり、
   前記定着器の定着ローラーの軸方向における前記第１定着ヒーターの配置範囲は、少なくとも前記第１サイズの印刷用紙の通過範囲を含み、
   前記定着器の定着ローラーの軸方向における前記第２定着ヒーターの配置範囲は、前記第２サイズの印刷用紙の通過範囲から前記第１サイズの印刷用紙の通過範囲を除いた範囲であること、
   を特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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