JP2007173709A - 電磁ソレノイド、及び電磁ソレノイドを備える画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 鉄心部材の作動終了時のソレノイドによる無駄な駆動力と動作音の発生を防止して、無駄な電力及び発熱を抑える省資源の電磁ソレノイド、及び電磁ソレノイドを備える画像形成装置を提供する。
【解決手段】 通電により駆動力が発生するソレノイド１と、前記ソレノイド１の駆動力で非作動位置から作動位置へ移動する鉄心部材２と、前記鉄心部材２の駆動時に移動する途中過程の所定位置において前記ソレノイド１の駆動力を所定の駆動力に可変する駆動力可変手段３を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電磁ソレノイド、及び電磁ソレノイドを備える画像形成装置に関する。詳しくは、鉄心が駆動時に電磁手段により非作動位置から作動位置へ移動する電磁ソレノイド、及び電磁ソレノイドを備える印刷装置のインクジェットプリンタ、静電記録方式や電子写真方式などのプロセスでトナーの記録画像を形成する複写機、ファクシミリ装置、プリンタあるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関する。

従来の電磁ソレノイド、及び電磁ソレノイドを備える画像形成装置の複写機、ファクシミリ装置やレーザビームプリンタ等において、対象物を往復制御する場合、電磁ソレノイドを駆動するにあたって作動時は電磁ソレノイドの鉄心を非作動位置から作動位置まで移行させ得る駆動力を発生させるための電流を流し、非作動時は通電しないという方法をとっていた。このような方法において電磁ソレノイドの巻き線温度の変動を小さく抑えることにより、電磁ソレノイドの作動時の騒音を低減することは知られている（特許文献１参照）。
また騒音を低減するために、ソレノイドから一部が突出されて往復運動するプランジャの先端に樹脂製のアクチュエータを結合して、アクチュエータを介して対象物を往復制御するソレノイドにおいて、アクチュエータはその両側に２本の脚を持ち、プランジャがソレノイドに吸引されたときに、前記２本の脚はソレノイドのアクチュエータ側端面に実質的同時に衝突するものであり、さらに、前記２本の脚はソレノイドのアクチュエータ側端面の略四角形部分の対角線方向に沿って配置して、プランジャ吸引時の騒音を低下することも知られている（特許文献２参照）。
さらに電磁ソレノイドに通電開始命令がくると、制御回路により設定された第１の設定時間分だけ第１の駆動制御手段を動作させて、連続したオン信号を駆動回路のトランジスタに供給し、第１の設定時間の終了後、直ちに制御回路により設定された第２の設定時間比率で第２の駆動制御手段を動作させて、トランジスタにＰＷＭ信号を供給した後、ＣＰＵから通電終了命令がきた時点で、第２の駆動制御手段を停止して通電を終了するようにしたものにあって、電磁ソレノイドの長時間の通電による過昇温対策でＰＷＭ駆動を行った場合でも外部回路が最小限で済むとともに、通電時の必要な初期トルクが得られ、騒音も低く抑えられるようにすることも知られている（特許文献３参照）。
しかしながら、これらの従来の電磁ソレノイドは、鉄心部材を引ききった作動終了時に、無駄な駆動力と鉄心部材とフレーム等との衝突による動作音が発生する。鉄心部材を引ききって作動を終了するのに必要な駆動力をＦ、ソレノイドによる駆動力をＦ１とした場合、両者の差であるＦ１−Ｆだけの駆動力が無駄となり、この差が大きいほど動作音が大きくなっていた。
特開平５−２６７０５２号公報 特開２００２−３２４７０９公報 特開２００３−１７８９１６公報

従来の電磁ソレノイド、及び電磁ソレノイドを備える画像形成装置においては、鉄心部材を引ききった作動終了時に、無駄な駆動力と鉄心部材の衝突による動作音が発生するという問題があった。
そこで、本発明はこのような問題点を解決するものであり、鉄心部材の作動終了時のソレノイドによる無駄な駆動力と動作音の発生を防止して、無駄な電力及び発熱を抑える省資源の電磁ソレノイド、及び電磁ソレノイドを備える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に、請求項１に記載の本発明は、鉄心が駆動時に電磁手段により非作動位置から作動位置へ移動する電磁ソレノイドにおいて、通電により駆動力が発生するソレノイドと、前記ソレノイドの駆動力で非作動位置から作動位置へ移動する鉄心部材と、前記鉄心部材の駆動時に前記ソレノイドの駆動力を所定の駆動力に可変する駆動力可変手段を備える電磁ソレノイドであることを特徴とする。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の電磁ソレノイドにおいて、前記鉄心部材は、非駆動時に非作動位置へ復帰させる復帰手段を備えることを特徴とする。
請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の電磁ソレノイドにおいて、前記復帰手段はスプリングを備えることを特徴とする。
請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電磁ソレノイドにおいて、前記駆動力可変手段は、前記ソレノイドに通電するＯＮ信号をトリガとして、前記鉄心部材の駆動時に前記ソレノイドの駆動力を可変することを特徴とする。
請求項５に記載の本発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電磁ソレノイドにおいて、前記駆動力可変手段は、前記鉄心部材が駆動時に移動する途中過程の所定位置で検知して前記ソレノイドの駆動力を可変するトリガにする検知手段を備えることを特徴とする。

請求項６に記載の本発明は、請求項５に記載の電磁ソレノイドにおいて、前記駆動力可変手段は、前記検知手段の検知により前記ソレノイドに印加する電圧を初期値より低くすることを特徴とする。
請求項７に記載の本発明は、請求項５に記載の電磁ソレノイドにおいて、前記駆動力可変手段は、前記検知手段の検知により前記ソレノイドに印加する電圧を初期値より高くすることを特徴とする。
請求項８に記載の本発明は、請求項５乃至７のいずれか一項に記載の電磁ソレノイドにおいて、前記駆動力可変手段は、前記ソレノイドに通電するＯＮ信号が出た後、所定時間が経過した時に前記検知手段が検知しない場合に、前記ソレノイドに印加する電圧を初期値よりも高くすることを特徴とする。
請求項９に記載の本発明は、被記録媒体に記録画像を形成する画像形成装置において、被記録媒体に記録画像を形成する画像形成ユニットと、前記請求項１乃至８のいずれか一項に記載の前記電磁ソレノイドを備える画像形成装置であることを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明は、請求項９に記載の画像形成装置において、前記画像形成ユニットは、電子写真方式の作像プロセスで被記録媒体にトナーの記録画像を形成することを特徴とする。

本発明によれば、鉄心部材の作動終了時のソレノイドによる無駄な駆動力と動作音の発生を防止して、無駄な電力及び発熱を抑える省資源の電磁ソレノイド及び電磁ソレノイドを備える画像形成装置を提供することが出来る。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる電磁ソレノイド１０の基本構成図である。
図１において、鉄心が駆動時に電磁手段により非作動位置から作動位置へ移動する電磁ソレノイド１０は、駆動時に制御部７の通電するＯＮ信号によりソレノイド１に電圧が印加されると、ソレノイド１の駆動力の吸引力Ｆで鉄心部材２は図示の実線の非作動位置から図示の矢印（Ａ）方向の破線の作動位置へのストロークＬで移動して復帰手段４を介して対象物６を引っ張る。対象物６としては、図６に図示する画像形成装置１００内、そのユニットの自動文書搬送装置（ＡＤＦ装置）、用紙後処理装置などの例えば搬送方向変換爪である。
尚、ここで、ソレノイド１に電圧を印加して発生する駆動力は、吸引力Ｆについて説明するが、図示しない反発力で鉄心部材２を非作動位置から作動位置へ移動する構成にすることもできる。
また非駆動時に鉄心部材２は、制御部７の通電するＯＦＦ信号によりソレノイド１への電圧が断たれと、復帰手段４のスプリング４０により図示の矢印（Ａ）方向と逆方向の図示の実線の非作動位置に安価な部品で自動的に復帰して、対象物６はもとの状態に戻る構造となっている。
駆動力可変手段３は、制御部７を介して、ソレノイド１に通電するＯＮ信号、または検知手段５による鉄心部材２の駆動時に移動する途中過程の所定位置での検知をトリガとして、鉄心部材２の駆動時に移動する途中過程の所定位置においてソレノイド１を所定の駆動力の吸引力に可変する。
検知手段５のセンサは、鉄心部材２のプランジャ部２０では非検知状態であり、フランジ部２１で検知する位置に設置されている。そのために検知手段５は、フランジ部２１がセンサ光軸５０上に来ると鉄心部材２を検知し、それをトリガとして、駆動力可変手段３によってソレノイド１に印加する電圧を可変して鉄心部材２を作動終了時の引ききった時に発生する動作音を和らげて無駄な駆動力と動作音の発生を防止するようになっている。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る電磁ソレノイド１０のストロークＬと吸引力Ｆの特性を示すグラフである。
図２のグラフにおいて、Ｘ軸上のＬａは鉄心部材２の図１に示す実線の非作動位置を、Ｌｂは検知手段５の図１に示すセンサ光軸５０の検知位置を、Ｌ０は図１に示す破線の作動位置を示している。
またＹ軸上のＦａは図１に示すソレノイド１に印加する電圧Ｖ＝Ｖａの時の吸引力を、Ｆｂは図１に示すソレノイド１に印加する電圧Ｖ＝Ｖｂの時の吸引力を（Ｖａ＞Ｖｂ）、Ｆは図１に示す対象物６を引っ張るのに必要な負荷を示している。
まず図１に示す制御部７を介して通電するＯＮ信号でソレノイド１に電圧Ｖｂが印加されると、フランジ部２１は図１に示す実線の非作動位置から図１に示す検知手段５のセンサ光軸５０の検知位置に移動する。その時に検知手段５が鉄心部材２を検知し、それをトリガとして、駆動力可変手段３によって図１に示すソレノイド１に印加する電圧を初期値よりも上げるＶｂからＶａに変更する制御を行う仕組みとなっている。
従って、鉄心部材２の引き終わりでソレノイド１に印加される電圧を上げることで、鉄心部材２の引き始めの無駄な電力及び発熱も抑えられて省資源の電磁ソレノイド１０を提供することが出来る。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る電磁ソレノイド１０のストロークＬと吸引力Ｆの特性を示すグラフである。
図３のグラフにおいて、Ｘ軸上のＬａは鉄心部材２の図１に示す実線の非作動位置を、Ｌｂは検知手段５の図１に示すセンサ光軸５０の検知位置を、Ｌ０は図１に示す破線の作動位置を示している。
またＹ軸上のＦａは図１に示すソレノイド１に印加する電圧Ｖ＝Ｖａの時の吸引力を、Ｆｂは図１に示すソレノイド１に印加する電圧Ｖ＝Ｖｂの時の吸引力を（Ｖａ＞Ｖｂ）、Ｆは図１に示す対象物６を引っ張るのに必要な負荷を示している。
まず図１に示す制御部７を介して通電するＯＮ信号でソレノイド１に電圧Ｖａが印加されると、フランジ部２１は図１に示す実線の非作動位置から図１に示す検知手段５のセンサ光軸５０の検知位置に移動する。その時に検知手段５が鉄心部材２を検知し、それをトリガとして、駆動力可変手段３によって図１に示すソレノイド１に印加する電圧を初期値よりも下げるＶａからＶｂに変更する制御を行う仕組みとなっている。
従って、鉄心部材２の引き終わりでソレノイド１に印加される電圧を下げることで、鉄心部材２の引き終わりの動作音を和らげて無駄な駆動力と動作音の発生を防止して、無駄な電力及び発熱も抑えられて省資源の電磁ソレノイド１０を提供することが出来る。

図４は、本発明の実施形態に係る電磁ソレノイド１０の制御系の構成を示すブロック図である。
図４において、制御部７におけるＣＰＵ７０は、ＤＳ１端子７１にＨレベルまたはＬレベルの信号を設定することができ、ソレノイドドライバ７２はＤＳ１端子７１にＨレベルが設定されるとソレノイド１が非駆動状態となり、Ｌレベルが設定されると駆動状態になる。
ここで、例えばＤＳ１端子７１にＬレベルの信号が設定されて、ソレノイド１が駆動状態になり、鉄心部材２が図１に示す実線の非作動位置から図１に示す破線の作動位置まで移行する時間が２００ｍｓ、図１に示す検知手段５のセンサ光軸５０の検知位置に移行するまでの時間が１００ｍｓであることが判っているとすると、駆動力可変手段３によってソレノイド１に通電するＬレベルのＯＮ信号が出てから、１００ｍｓ後にＣＰＵ７０から電圧を可変させる制御を行うことができるようになっている。
従って、検知手段５のセンサを用いることなく、ソレノイド１に通電するＯＮ信号をトリガとして、鉄心部材２の駆動時に移動する途中過程の所定位置においてソレノイド１の駆動力を可変するから、さらに安価の電磁ソレノイド１０を提供することも出来る。

図５は、本発明の実施形態に係る電磁ソレノイド１０の駆動力可変手段３の処理手順を示すフローチャートである。
図５において、図１に示す電磁ソレノイド１０は、さらに駆動力可変手段３によって、次のような処理手順で、ソレノイド１の発熱などで駆動力の吸引力が低下した場合でも鉄心部材２を所定の位置まで確実に引くことが出来る。
スタートで、まず図４に示す制御部７のＣＰＵ７０からソレノイドドライバ７２にＬレベルのＯＮ信号が出てから、例えばＣＰＵ７０の内部タイマで数ｍｓをカウントして（ステップ１）、検知手段５の検知信号をＯＮしているかを確認する（ステップ２）。
もし検知手段５の検知信号がＯＦＦの場合には、ソレノイド１が発熱などによる吸引力の低下で対象物６の負荷を引くことができていないため、その際にはソレノイド１の印加電圧を、例えば１Ｖ増やして（ステップ３）、検知手段５の検知信号がＯＮするまで電圧を徐々に上げる。
しかし（ステップ２）で、検知手段５の検知信号がＯＮしている場合には、ソレノイド１を引くことができているため、ソレノイド１に印加する電圧はそのままで、エンドで終了する。

図６は、本発明の実施形態に係る電磁ソレノイド１０を備える画像形成装置１００の要部構成を示す正面図である。
図６において、画像形成装置１００は、被記録媒体Ｐに画像を形成する画像形成ユニット１０１と、画像形成ユニット１０１の上部には原稿画像読取装置１０２を配置している。画像形成ユニット１０１は、被記録媒体給送ユニット１０３の上に保持されている。
画像形成ユニット１０１は、電子写真方式の作像プロセスで利便性や汎用性に優れ高速で高品質のトナーの記録画像を被記録媒体Ｐの記録用紙上に形成するようになっている。
原稿画像読取装置１０２において、原稿セット部１２０にセットされた原稿Ｏの原稿画像の読み取りが行われて、読み取られた原稿画像は画像形成ユニット１０１のドラム形状の感光体ドラム１１０上に結像される。
感光体ドラム１１０は、図示の矢印（Ｂ）方向の時計方向に回転し、この時帯電器１１１によって表面を一様に帯電され、その帯電面に書き込み装置１１２のレーザビームにより原稿画像が形成される。これによって感光体ドラム１１０上に静電潜像が形成され、この静電潜像は現像装置１１３によってトナー像として可視像化される。
一方、被記録媒体給送ユニット１０３から被記録媒体Ｐの記録用紙が感光体ドラム１１０に向けて給送され、転写器１１４によって感光体ドラム１１０上のトナー像が被記録媒体Ｐに転写される。
この被記録媒体Ｐは定着装置１１５を通り、表面に転写されたトナーの記録画像が被記録媒体Ｐ上に定着され、ついで被記録媒体Ｐは排出トレイ１１６に排出されて収納される。感光体ドラム１１０上に残留するトナーは、クリーニングユニット１１７によって除去されて次工程に備えられる。

定着装置１１５の直後の搬送路に配置されている搬送方向変換爪１１８は、電磁ソレノイド１０によって動作モードに応じて被記録媒体Ｐの搬送方向の経路を切り替えて選択する。
被記録媒体Ｐの片面に１度の記録画像を形成する動作モードにおいては、電磁ソレノイド１０は非駆動で、搬送方向変換爪１１８を図示しない付勢手段で実線で図示する状態に維持して、定着装置１１５から排出トレイ１１６に排出される図示の矢印（Ｃ）方向の経路が選択される。
被記録媒体Ｐの片面に記録画像を形成して定着した後に、裏面にも記録画像を形成する動作モードにおいては、電磁ソレノイド１０を駆動して、搬送方向変換爪１１８を図示しない付勢手段の付勢力に抗して実線の状態から引ききった破線の状態にして、定着装置１１５から反転部１１９に給送される図示の矢印（Ｄ）方向の経路が選択されて、被記録媒体Ｐの両面に記録画像を形成するようになっている。
従って、鉄心部材２の作動終了時のソレノイド１による無駄な駆動力と動作音の発生を防止して、無駄な電力及び発熱を抑える省資源の電磁ソレノイド１０を備える画像形成装置１００を提供することができる。

本発明の実施形態にかかる電磁ソレノイドの基本構成図。 本発明の第１の実施形態に係る電磁ソレノイドのストロークと吸引力の特性を示すグラフ図。 本発明の第２の実施形態に係る電磁ソレノイドのストロークと吸引力の特性を示すグラフ図。 本発明の実施形態に係る電磁ソレノイドの制御系の構成を示すブロック図。 本発明の実施形態に係る電磁ソレノイドの駆動力可変手段の処理手順を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係る電磁ソレノイドを備える画像形成装置の要部構成を示した図。

符号の説明

１ ソレノイド、２ 鉄心部材、３ 駆動力可変手段、４ 復帰手段、５ 検知手段、６ 対象物、７ 制御部、１０ 電磁ソレノイド、２０ プランジャ部、２１ フランジ部、４０ スプリング、５０ センサ光軸、７０ ＣＰＵ、７１ ＤＳ１端子、７２ ソレノイドドライバ、１００ 画像形成装置、１０１ 画像形成ユニット、１０２ 原稿画像読取装置、１０３ 被記録媒体給送ユニット、１１０ 感光体ドラム、１１１ 帯電器、１１２ 書き込み装置、１１３ 現像装置、１１４ 転写器、１１５ 定着装置、１１６ 排出トレイ、１１７ クリーニングユニット、１１８ 搬送方向変換爪、１１９ 反転部、１２０ 原稿セット部

Claims (10)

1. 鉄心が駆動時に電磁手段により非作動位置から作動位置へ移動する電磁ソレノイドにおいて、通電により駆動力が発生するソレノイドと、前記ソレノイドの駆動力で非作動位置から作動位置へ移動する鉄心部材と、前記鉄心部材の駆動時に前記ソレノイドの駆動力を所定の駆動力に可変する駆動力可変手段を備えることを特徴とする電磁ソレノイド。
2. 請求項１に記載の電磁ソレノイドにおいて、前記鉄心部材は、非駆動時に非作動位置へ復帰させる復帰手段を備えることを特徴とする電磁ソレノイド。
3. 請求項２に記載の電磁ソレノイドにおいて、前記復帰手段はスプリングを備えることを特徴とする電磁ソレノイド。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電磁ソレノイドにおいて、前記駆動力可変手段は、前記ソレノイドに通電するＯＮ信号をトリガとして、前記鉄心部材の駆動時に前記ソレノイドの駆動力を可変することを特徴とする電磁ソレノイド。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電磁ソレノイドにおいて、前記駆動力可変手段は、前記鉄心部材が駆動時に移動する途中過程の所定位置で検知して前記ソレノイドの駆動力を可変するトリガにする検知手段を備えることを特徴とする電磁ソレノイド。
6. 請求項５に記載の電磁ソレノイドにおいて、前記駆動力可変手段は、前記検知手段の検知により前記ソレノイドに印加する電圧を初期値より低くすることを特徴とする電磁ソレノイド。
7. 請求項５に記載の電磁ソレノイドにおいて、前記駆動力可変手段は、前記検知手段の検知により前記ソレノイドに印加する電圧を初期値より高くすることを特徴とする電磁ソレノイド。
8. 請求項５乃至７のいずれか一項に記載の電磁ソレノイドにおいて、前記駆動力可変手段は、前記ソレノイドに通電するＯＮ信号が出た後、所定時間が経過した時に前記検知手段が検知しない場合に、前記ソレノイドに印加する電圧を初期値よりも高くすることを特徴とする電磁ソレノイド。
9. 被記録媒体に記録画像を形成する画像形成装置において、被記録媒体に記録画像を形成する画像形成ユニットと、前記請求項１乃至８のいずれか一項に記載の前記電磁ソレノイドを備えることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項９に記載の画像形成装置において、前記画像形成ユニットは、電子写真方式の作像プロセスで被記録媒体にトナーの記録画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
    

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