JP2009048090A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ヒータへ供給する電力を間引き制御しても蛍光灯がちらつきにくい画像形成装置を提供する。
【解決手段】転写材Ｐ上に形成されたトナー画像を加熱して定着させる定着部を備え、当該定着部の定着ヒータ４２へ供給する電力を商用電源電圧の半波単位のＯＮ／ＯＦＦで間引き制御可能な画像形成装置１であって、前記定着ヒータ４２とは別個に設けられた負荷手段７０と、前記間引き制御中において、前記定着ヒータ４２へ電力が供給されない半周期は前記負荷手段７０へ電力を供給し、前記定着ヒータ４２へ電力が供給される半周期は前記負荷手段７０へ電力を供給しない電力供給制御手段６１とを備える画像形成装置１とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、転写材上に形成されたトナー画像を加熱定着させる定着部を備える画像形成装置に関する。

上記のような構成の画像形成装置において、定着部の定着ヒータへ供給する電力を商用周波数の半波単位で間引き制御することが従来から知られている。例えば、特許文献１に記載の画像形成装置では、定着ヒータの温度制御において、オーバーシュートによる温度リップルの発生を防止するために、上記のような間引き制御を行っている。具体的には、定着ヒータの温度を検出する温度検知手段と、定着ヒータへの通電をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ手段と、加熱ローラを目標温度にすべく検出温度に応じて所定の制御タイミングでスイッチ手段のＯＮ／ＯＦＦ比率を設定するスイッチ制御手段とを備えた画像形成装置において、現在の検出温度とその直前の制御タイミングで検出された検出温度との差分をその間の制御間隔で除した平均変化率を用いて次回の制御タイミングでの定着ヒータの予測温度を算出し、予測温度が目標温度を超えるときは平均変化率を減少させるべくＯＮ／ＯＦＦ比率を変更することが開示されている。
特開２００４−２３３５４３号公報

しかしながら、画像形成装置と蛍光灯とが同じ配電線に接続されている場合に上記のような間引き制御を行うと、定着ヒータは大電力を消費するので通電中の半周期は配電線に大きな電流が流れて配電線のもつ抵抗値にしたがって電圧降下を生じる一方、非通電中の半周期はそれ程電圧降下を生じない結果、蛍光灯がちらついてしまうことがある。
具体的に説明すると、例えば図９（ａ）に示す従来の画像形成装置１０１では、商用電源の電力が低圧電源１０２により低電圧に変圧されて全体制御回路１０３へ供給される。また、商用電源の電力は、スイッチ手段１０４を介して高電圧のまま定着ヒータ１０５へも供給される。そして、定着ヒータ１０５へ供給される電力はスイッチ制御回路１０６により所定のタイミングで間引き制御される。

このような画像形成装置１０１において、３半波に１半波を間引く間引き制御を行った場合、定着ヒータ１０５に至る電流路（図９（ａ）においてＢで示す）の電圧波形は図９（ｃ）に示すようになるため、商用電源からスイッチ手段１０４に至る電流路（図９（ａ）においてＡで示す）の電圧波形は、本来図９（ｂ）に破線で示すようになるところ電圧降下によって図９（ｂ）に実線で示すように乱れる。したがって、画像形成装置１０１と蛍光灯１０７とが同じ配電線１０８に接続されていると、電圧降下のたびに蛍光灯１０７が暗くなってちらつきが生じる。このちらつきは、配電線が細い或いは長い等して配電線の抵抗値が高い場合に顕著である。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、定着ヒータへ供給する電力を間引き制御しても蛍光灯がちらつきにくい画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、転写材上に形成されたトナー画像を加熱定着させる定着部を備え、当該定着部の定着ヒータへ供給する電力を商用電源の半波単位で間引く間引き制御可能な画像形成装置であって、前記定着ヒータとは別個に設けられた負荷手段と、前記間引き制御中において、前記定着ヒータへ電力が供給されない半周期は前記負荷手段へ電力を供給し、前記定着ヒータへ電力が供給される半周期は前記負荷手段へ電力を供給しない電力供給制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置は、間引き制御中において、定着ヒータへ電力が供給されない半周期は負荷手段へ電力を供給し、定着ヒータへ電力が供給される半周期は負荷手段へ電力を供給しない電力供給制御手段を備えるため、間引き制御による電圧変動を抑えることができ、蛍光灯がちらつきにくい。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［第１の実施形態］
＜画像形成装置の構成＞
図１は、第１の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。図１に示すように、画像形成装置１は、電子写真方式の複写機であって、原稿読取部１０、画像形成部２０、給紙部３０、定着部４０、後処理部５０及び制御部６０を備える。

原稿読取部１０は、原稿の画像を読み取ってディジタル画像データを出力するもので、原稿給紙台１１、プラテンローラ１２、プラテンガラス１３、イメージセンサ１４及び原稿排紙台１５を備える。
原稿給紙台１１上に載置された原稿は、プラテンローラ１２によって１枚ずつプラテンガラス１３上の読取位置まで搬送される。イメージセンサ１４は、読取位置まで搬送された原稿からの像光を受光し画像信号に変換する。読み取られた原稿は原稿排紙台１５に集積される。なお、原稿を直接プラテンガラス１３上に載置し、イメージセンサ１４で読み取ることも可能である。

画像形成部２０は、転写材としての記録紙Ｐに電子写真方式により画像を形成するもので、感光体ドラム２１、帯電装置２２、露光装置２３、現像装置２４、転写装置２５及びクリーニング装置２６を備える。
感光体ドラム２１の表面は、帯電装置２２によって所定電位に均一帯電処理される。均一帯電処理後の感光体ドラム２１の表面には、露光装置２３による像露光と、現像装置２４による現像によりトナー像が形成される。形成されたトナー像は転写装置２５により記録紙Ｐに転写される。転写後の感光体ドラム２１の表面に残留したトナーは、クリーニング装置２６によって掻き取られて除去される。

給紙部３０は、画像形成部２０に記録紙Ｐを供給するもので、カセット３１ａ〜３１ｄ、給紙手段３２ａ〜３２ｄ、レジストローラ３３、搬送ベルト３４及び反転搬送装置３５を備える。
カセット３１ａ〜３１ｄに収容された記録紙Ｐは、給紙開始信号を受信して作動する給紙手段３２ａ〜３２ｄによって１枚ずつ分離され給紙される。給紙された記録紙Ｐは、レジストローラ３３によって感光体ドラム２１と転写装置２５との間に供給され、トナー像が転写された後に搬送ベルト３４によって定着部４０へ搬送される。両面印刷の場合は、反転搬送装置３５により記録紙Ｐを反転し、再びレジストローラ３３上流に供給させる。

定着部４０は、記録紙Ｐにトナー画像を定着させる。定着部４０についての詳細は後述する。
後処理部５０は、定着部４０から排出された記録紙Ｐに対して、ソーティング、ステープリング、パンチング等の後処理を施す。
制御部６０は、印刷データ及びプリンタ制御コマンド等に応じて画像形成部２０、給紙部３０、定着部４０及び後処理部５０等の各部の動作を制御するための制御信号を出力して画像形成動作を行わせるもので、後述する電力供給制御手段６１、電力変換回路６２及び全体制御回路６３を含む。

図２は、定着部の構成を示す図である。図２に示すように、定着部４０は、加熱ローラ４１、定着ヒータ４２、加圧ローラ４３、クリーニングローラ４４、分離爪４５，４６、搬送ローラ４７及び温度検出手段４８を備える。
トナー像が転写された記録紙Ｐは、対向配置された加熱ローラ４１と加圧ローラ４３との間のニップ部に搬送される。定着ヒータ４２は、例えば加熱ローラ４１に内蔵されたハロゲンランプであり、加熱ローラ４１を加熱する。記録紙Ｐには、ニップ部を通過する際に、加熱ローラ４１からの熱と加圧ローラ４３の作用による圧力とが加えられ、これら熱と圧力により未定着トナーが溶融し記録紙Ｐに定着する。

ニップ部を通過した記録紙Ｐは、加熱ローラ４１又は加圧ローラ４３に先端が当接するよう配された分離爪４５，４６により加熱ローラ４１又は加圧ローラ４３から剥離され、搬送ローラ４７によって後処理部５０へ搬送される。加熱ローラ４１の表面は常時或いは定期的にクリーニングローラ４４によってクリーニングされる。
温度検出手段４８は、例えばレンズ付きの赤外線温度センサであって、加熱ローラ４１の表面温度を検出し、その検出結果を温度情報として電力供給制御手段６１に出力する。なお、温度検出手段４８は、加熱ローラ４１と加圧ローラ４３の両方の温度を検出し、それらの検出結果を温度情報として電力供給制御手段６１に出力する構成であっても良い。

＜電力供給制御手段の構成＞
電力供給制御手段６１は、温度情報に基づいてハロゲンランプである定着ヒータ４２を点灯・消灯させて加熱ローラ４１の表面温度を目標温度に維持する。さらに、定着ヒータ４２を点灯させる際に、所定のタイミングで、定着ヒータ４２への供給電力を間引き制御する。

所定のタイミングとは、例えば加熱ローラ４１の温度が目標温度に近づいたときであって、このタイミングで間引き制御することによって定着ヒータ４２へ供給される電力を低減して、オーバーシュートによる温度リップルを防止することができる。間引き制御を行うか否かは、温度検出手段４８からの温度情報に基づいて電力供給制御手段６１が判断する。

図３は、第１の実施形態に係る間引き制御を説明する図であって、（ａ）は間引き制御に関する構成を示すブロック図、（ｂ）は（ａ）においてＡで示す電流路の電圧波形図、（ｃ）は（ａ）においてＢで示す電流路の電圧波形図、（ｄ）は（ａ）においてＣで示す電流路の電圧波形図である。
図３（ａ）に示すように、電力供給制御手段６１は、スイッチ手段６１１及びスイッチ制御回路６１２を備え、画像形成装置１に入力された電力を、定着ヒータ４２及び蓄電器７０へ切り換え供給する。蓄電器７０は、例えば二次電池であって、スイッチ手段６１１と蓄電器７０との間に介在する充電装置７１により充電される。

スイッチ手段６１１は、例えば、定着ヒータ４２に至る電流路と、充電装置７１を介して蓄電器７０に至る電流路とに個別に挿入された一対のトライアックであって、スイッチ制御回路６１２から出力される制御信号によって導通制御される。
スイッチ制御回路６１２は、温度検出手段４８からの温度情報に基づいて間引き制御を行うか否かを決定し、間引き制御を行うと決定した場合はスイッチ手段６１１へ間引き制御のための制御信号を出力する。間引き制御は商用電源の半波単位で行われ、定着ヒータ４２へ電力が供給される半周期に蓄電器７０へ電力が供給され、定着ヒータ４２へ電力が供給されない半周期に蓄電器７０へ電力が供給される。

例えば、定着ヒータ４２に印加する電力を、３半波に１半波を間引くような間引き制御を行った場合、定着ヒータ４２に至る電流路（図３（ａ）にＢで示す）の電圧波形は図３（ｃ）に示すようになる。一方、充電装置７１に至る電流路（図３（ａ）にＣで示す）の電圧波形は図３（ｄ）に示すようになる。したがって、商用電源からスイッチ手段６１１に至る電流路（図３（ａ）にＡで示す）の電圧波形は図３（ｂ）に示すように、正負の各半周期においてバランスのとれた安定した電圧波形となり、画像形成装置１と蛍光灯２とが同じ配電線３に接続されていても蛍光灯２がちらつきにくい。

なお、蓄電器７０が定着ヒータ４２と同程度の負荷量を有する場合は、商用電源からスイッチ手段６１１に至る電流路の電圧波形がより安定するため、蛍光灯２がよりちらつきにくい。
図４は、電力供給制御手段の詳細を説明するための回路図である。図５は、間引き制御信号のタイミングテーブルを示す図である。

図４において破線で囲む部分が電力供給制御手段６１である。スイッチ制御回路６１２としてのＣＰＵのＩＮＴ入力端子には、交流電流のゼロクロスを検出するゼロクロス検出回路６４が接続されている。ＣＰＵは、ゼロクロス検出回路６４から送信されるゼロクロスパルスを受信し、図５に示すように、ゼロクロスパルス立ち下がり直後に、定着ヒータ４２へ電力を供給するための制御信号ＯＵＴ１、又は、蓄電器７０へ電力を供給するための制御信号ＯＵＴ２を出力する。

制御信号ＯＵＴ１がＨレベルのときは、トランジスタＴＲ１がＯＦＦとなり、ホトトライアックＰＴ１の発光側の発光ダイオードは消灯しているため、ホトトライアックの受光側もＯＦＦとなり、トライアックＴ１にゲート電流は流れない。したがって、トライアックＴ１はＯＦＦであり、定着ヒータ４２には電力が供給されない。
一方、制御信号ＯＵＴ１がＬレベルのときは、トランジスタＴＲ１はＯＮとなり、ホトトライアックＰＴ１の発光ダイオードが点灯し、ホトトライアックＰＴ１の受光側もＯＮとなり、トライアックＴ１に抵抗Ｒ１またはＲ２によって限流されたゲート電流が流れる。したがって、トライアックＴ１はＯＮとなって、定着ヒータ４２には電力が供給される。

トライアックＴ１に並列に接続された抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１の接続は、いわゆるスナバ回路であり、外来ノイズなどの影響によって電源電圧の急激な変化があったときにトライアックＴ１が自立的にＯＮになるのを防止する。
なお、制御信号ＯＵＴ２出力の流れは、制御信号ＯＵＴ１の場合と同様であるため説明は省略する。

制御信号ＯＵＴ１及び制御信号ＯＵＴ２は、半波単位で規則的に変化する所定回数のＯＮ及び所定回数のＯＦＦからなる信号から構成され、ゼロクロスパルスの数のカウント結果に基づいて、例えば図５に示すようなタイミングで出力される。図５に示す例では、ＣＰＵは、３半波を１周期とする前半の２半波は制御信号ＯＵＴ１を出力し、残りの１半波は制御信号ＯＵＴ２を出力する。定着ヒータ４２は制御信号ＯＵＴ１により３半波中の２半波の期間通電状態になり、蓄電器７０は制御信号ＯＵＴ２により３半波中の１半波の期間通電状態になる。

＜電力変換回路＞
図３に戻って、蓄電器７０に充電された電力は、制御部６０の電力変換回路６２によって電圧レベルを調整した後、定着ヒータ４２へ供給されるか、或いは全体制御回路６３へ供給される。
図６は、電力変換回路の詳細を説明するための回路図である。図６に示すように、電力変換回路６２は、給電制御回路６２１、給電用スイッチ手段６２２、及びＤＣ／ＡＣコンバータ６２３からなる補助給電手段６２４と、放電制御回路６２５、放電用スイッチ手段６２６、及びＤＣ／ＤＣコンバータ６２７からなる放電手段６２８とを備える。

補助給電手段６２４は、蓄電器７０の電力を定着ヒータ４２へ供給する。蓄電器７０と定着ヒータ４２とは給電用スイッチ手段６２２及びＤＣ／ＡＣコンバータ６２３を介して接続されており、所定のタイミングで給電制御回路６２１が給電用スイッチ手段６２２をＯＮにすると、ＤＣ／ＡＣコンバータ６２３により蓄電器７０の電力が直流から交流に変換され定着ヒータ４２に供給される。このようにすることで、蓄電器７０に充電した電力を有効に活用することができる。なお、蓄電器７０の電力を定着ヒータ４２へ供給する際は、商用電源の周波数と同期させるようにして供給することが好ましい。

蓄電器７０の電力を定着ヒータ４２へ供給する所定のタイミングとしては、例えば、画像形成装置１の省エネモード中である。その場合、給電制御回路６２１に画像形成装置１が省エネモードか否かを監視させ、画像形成装置１の省エネモード中において定着ヒータ４２を点灯させる必要が生じれば、給電制御回路６２１に給電用スイッチ手段６２２をＯＮにさせる。なお、所定のタイミングは、省エネモード中に限定されない。但し、定着ヒータ４２へ電力を安定に供給するためには間引き制御中でないことが好ましい。

放電手段６２８は、蓄電器７０の電力を全体制御回路６３から放電させる。蓄電器７０と全体制御回路６３とは放電用スイッチ手段６２６及びＤＣ／ＤＣコンバータ６２７を介して接続されており、蓄電器７０の電圧が所定値を超えると、放電制御回路６２５により放電用スイッチ手段６２６がＯＮにされる。すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２７により蓄電器７０の電力が全体制御回路６３に適した周波数に変換され、全体制御回路６３を介して装置外へ放電される。これにより、蓄電器７０の過電圧を防止することができる。

なお、補助給電手段６２４による給電と放電手段６２８による放電とは同時に行われても構わない。
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、負荷手段が装置内の各部品の除湿を行う除湿ヒータである点が第１の実施形態と大きく異なる。そこで、第１の実施形態と異なる点について重点的に説明し、第１の実施形態と同様の点ついては重複を避けるため説明を省略し、同じ構成要素については同符号を付すものとする。

図７は、第２の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。図７に示すように、画像形成装置４は、原稿読取部１０、画像形成部２０、給紙部３０、定着部４０、後処理部５０及び制御部６０を備える。
さらに、画像形成装置４は、装置内を除湿するための除湿器の除湿ヒータとして、感光体ヒータ８１、結露防止ヒータ８２及び給紙除湿ヒータ８３を備える。感光体ヒータ８１は、感光体ドラム２１の内部に配置されており感光体ドラム２１の結露を防止する。結露防止ヒータ８２は、転写装置２５の近傍に配置されておりその周辺の結露を防止する。給紙除湿ヒータ８３は、カセット３１Ｃの下部に配置されておりその周辺の除湿を行う。

図８は、第２の実施形態に係る間引き制御について説明する図であって、（ａ）は間引き制御に関する構成ブロック図、（ｂ）は（ａ）においてＡで示す電流路の電圧波形図、（ｃ）は（ａ）においてＢで示す電流路の電圧波形図、（ｄ）は（ａ）においてＣで示す電流路の電圧波形図である。
図８（ａ）に示すように、画像形成装置４に入力された電力は、電力制御手段としての電力供給制御手段９０を介して定着ヒータ４２又は除湿ヒータ８１〜８３に供給される。電力供給制御手段９０は、商用電源と定着ヒータ４２との間に介在する定着ヒータ用スイッチ手段９１と、商用電源と除湿ヒータ８１〜８３との間に介在する除湿ヒータ用スイッチ手段９２と、それらスイッチ手段９１，９２を制御するスイッチ制御回路９３とからなる。

スイッチ手段９１，９２は、例えば、定着ヒータ４２に至る電流路と、除湿ヒータ８１〜８３に至る電流路とに個別に挿入された一対のトライアックであって、スイッチ制御回路９３から出力される制御信号によって導通制御される。
スイッチ制御回路９３は、温度検出手段４８からの温度情報に基づいて間引き制御を行うか否かを決定する。間引き制御を行うと決定した場合は、各スイッチ手段９１，９２に対してそれぞれ異なる制御信号を出力する。制御信号は、温度検出手段４８からの温度情報と、ゼロクロス検出回路９４からのゼロクロスパルスとに基づいて出力される。各スイッチ手段９１，９２は、それら制御信号に基づいて、定着ヒータ４２と各除湿ヒータ８１〜８３とをＯＮ／ＯＦＦさせる。

間引き制御は商用電源の半波単位で行われる。両スイッチ手段９１，９２は、定着ヒータ４２へ電力が供給されない半周期は各除湿ヒータ８１〜８３へ電力が供給され、定着ヒータ４２へ電力が供給されない半周期は各除湿ヒータ８１〜８３へ電力が供給されるように、同期して制御される。
例えば、定着ヒータ４２に対して３半波に１半波を間引く間引き制御を行った場合は、定着ヒータ４２に至る電流路（図８（ａ）においてＢで示す）の電圧波形は図８（ｃ）に示すようになる。一方、除湿ヒータ８１〜８３に至る電流路（図８（ａ）においてＣで示す）の電圧波形は図８（ｄ）に示すような波形となる。したがって、商用電源から各スイッチ手段９１，９２に至る電流路（図８（ａ）においてＡで示す）の電圧波形は図８（ｂ）に示すような正負の各半周期においてバランスのとれた安定した波形となり、画像形成装置４と蛍光灯２とが同じ配電線３に接続されていても蛍光灯２がちらつきにくい。

[変形例]
以上、本発明に係る画像形成装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限られない。
例えば、負荷手段は、蓄電器や除湿ヒータに限定されず、大電力を消費する装置等であればよく、定着ヒータと同程度の負荷量を有することが好ましい。

間引き制御は、上記実施の形態に係るような３半波分を１周期として１半波分の波形を間引くものに限定されず、商用電源の半波単位で間引く構成であればよい。また、間引き制御は、上記実施の形態のように点灯中における所定のタイミングで行ってもよく、定着ヒータの点灯中に常に行ってもよい。

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ又はこれらの複合機等の画像形成装置に広く適用することができる。

第１の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。 定着部の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る間引き制御を説明する図であって、（ａ）は間引き制御に関する構成を示すブロック図、（ｂ）は（ａ）においてＡで示す電流路の電圧波形図、（ｃ）は（ａ）においてＢで示す電流路の電圧波形図、（ｄ）は（ａ）においてＣで示す電流路の電圧波形図である。 電力供給制御手段の詳細を説明するための回路図である。 間引き制御信号のタイミングテーブルを示す図である。 電力変換回路の詳細を説明するための回路図である。 第２の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。 第２の実施形態に係る間引き制御について説明する図であって、（ａ）は間引き制御に関する構成ブロック図、（ｂ）は（ａ）においてＡで示す電流路の電圧波形図、（ｃ）は（ａ）においてＢで示す電流路の電圧波形図、（ｄ）は（ａ）においてＣで示す電流路の電圧波形図である。 従来例に係る間引き制御について説明する図であって、（ａ）は間引き制御に関する構成ブロック図、（ｂ）は（ａ）においてＡで示す電流路の電圧波形図、（ｃ）は（ａ）においてＢで示す電流路の電圧波形図である。

符号の説明

１，４ 画像形成装置
４０ 定着部
４２ 定着ヒータ
６３，８１〜８３ 負荷手段
Ｐ 転写材

Claims (7)

1. 転写材上に形成されたトナー画像を加熱定着させる定着部を備え、当該定着部の定着ヒータへ供給する電力を商用電源の半波単位で間引く間引き制御可能な画像形成装置であって、
   前記定着ヒータとは別個に設けられた負荷手段と、
   前記間引き制御中において、前記定着ヒータへ電力が供給されない半周期は前記負荷手段へ電力を供給し、前記定着ヒータへ電力が供給される半周期は前記負荷手段へ電力を供給しない電力供給制御手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記負荷手段は前記定着ヒータと同程度の負荷量を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記負荷手段は蓄電器であ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. 前記蓄電器に充電された電力を前記定着ヒータへ供給するための補助給電手段を備えることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記補助給電手段は、前記間引き制御中でないときに前記定着ヒータへ電力を供給することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記蓄電器に充電された電力を放電するための放電手段を備えることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記負荷手段は、装置内の各部品の除湿を行う除湿ヒータであ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。

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