JP2005169785A - 定電圧生成装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で低コストの定電圧生成装置、およびこの装置を用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 ＣＰＵ３０２は、ＤＣ電源電圧を基準の電圧として、アナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段を備えている。ＣＰＵ３０２はとツェナーダイオード３０８の一定電圧をＡ／Ｄ変換用ポートに入力するが、Ａ／Ｄ変換手段は前述のようにＤＣ電源電圧を基準の電圧としているので、変換後のデジタル値は、電源電圧の変動に応じて変動する。そこで、このデジタル値の変動に応じてＰＷＭ信号のパルス幅を変更することにより、平滑回路３００の出力に一定電圧を得ることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、直流定電圧を生成する定電圧生成装置、およびこの定電圧生成装置を使用した電子写真プロセス（電子写真方式ともいう）のプリンタや複写機などの画像形成装置に関するものである。

従来の技術として、ここでは例としてＣＰＵからＰＷＭ波形などの矩形波を出力し、この波形を積分することで定電圧を生成し、この電圧を基準電圧として使用する画像形成装置について説明する。このような画像形成装置の先行技術としては、例えば下記特許文献１を挙げることができる。

矩形波を積分回路に入力すると、積分回路の出力電圧は矩形波の周波数とオン時間とその時の電圧値（Ｈｉｇｈレベル）とから算出される平均電圧値に比例した電圧値となる。

ＣＰＵから出力される矩形波のパルス幅（オン時間）の精度は使用するＣＰＵの特性に依存するものの、積分回路の出力電圧に与える影響は少ないと考えられる。

また、矩形波の電圧値（Ｈｉｇｈレベル）はＣＰＵに供給されている電源電圧と同等であり、この電源電圧は電源回路の部品バラツキおよび同じ電源に接続されている回路の動作条件（負荷条件）によっては約±５％程度の電圧変動が生じ、この電源電圧値の変動により積分回路の出力電圧も変動してしまう。

ここで、画像形成装置に備えられているスキャナレーザの光量制御回路や高圧回路の出力電圧制御回路を例にとると、これらの回路は回路内の基準電圧をもとにレーザ光量値、高圧出力値の決定を行っており、この基準電圧を可変とすることでレーザ光量値、高圧出力値を可変としている。この基準電圧とは前記のようにＣＰＵからのＰＷＭ波形を積分して生成したものである。

しかしながら画像形成装置の画像（濃度など）に対して、スキャナレーザの光量や高圧出力値が敏感に影響するため、これらの回路に使用される基準電圧は高精度のものが必要とされる。実際には前述のようにＣＰＵからＰＷＭ波形を出力し、この波形を積分した場合では電源電圧の変動の影響を逃れられないため、現状は、図７に示すように、ＣＰＵから出力されたＰＷＭ波形は一旦、高精度の安定化電源をもつバッファを介することにより電源電圧の変動の影響を受けないように設計されている。
特開平０５−２６５３０６号公報

しかしながら高精度の安定化電源をもつバッファはコスト的にも高く、しかもバッファの数も高精度の基準電圧を必要とする回路にそれぞれ使用しなくてはならないため画像形成装置全体でのコストも高くなってしまうという問題があった。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、簡単な構成で低コストの定電圧生成装置、およびこの装置を用いた画像形成装置を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明では、定電圧生成装置を次の（１），（２）のとおりに構成し、画像形成装置を次の（３），（４）のとおりに構成する。

（１）供給されたＤＣ電源電圧に依存する振幅を有し、制御対象の制御量に応じたデューティのＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生手段と、
前記ＰＷＭ信号発生手段により発生したＰＷＭ信号を平滑し、制御信号として出力する平滑手段と、
前記ＤＣ電源電圧を基準の電圧として、アナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記ＤＣ電源電圧に依存しない基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、
を備え、
前記ＰＷＭ信号発生手段は、前記基準電圧発生手段で発生した基準電圧を前記Ａ／Ｄ変換手段によりＡ／Ｄ変換して得たデジタル値にもとづいて、発生するＰＷＭ信号のデューティを補正することを特徴とする定電圧生成装置。

（２）前記ＰＷＭ信号発生手段は、
前記ＤＣ電源電圧が所定の値であるとき、前記基準電圧発生手段で発生した基準電圧を前記Ａ／Ｄ変換手段に入力し、Ａ／Ｄ変換したデジタル値を基準ＡＤ値として予め記憶しておく記憶手段と、
前記基準電圧発生手段で発生した基準電圧を前記Ａ／Ｄ変換手段に入力し、Ａ／Ｄ変換して得たデジタル値と前記記憶手段に記憶している基準ＡＤ値を比較する比較手段とを備え、
前記比較手段による比較結果にもとづいて、発生するＰＷＭ信号のデューティを補正することを特徴とする前記（１）記載の定電圧生成装置。

（３）電子写真プロセスで感光体に潜像を形成する半導体レーザと、
前記半導体レーザの光量を制御する光量制御手段とを備えた画像形成装置において、
前記（１）又は（２）記載の定電圧生成装置により生成した定電圧にもとづいて前記光量制御手段の光量制御を行うことを特徴とする画像形成装置。

（４）電子写真プロセスに用いる高圧電源を備えた画像形成装置において、
前記（１）又は（２）記載の定電圧生成装置により生成した定電圧にもとづいて前記高圧電源の出力制御を行うことを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、簡単な構成で低コストの定電圧生成装置、およびこの装置を用い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、画像形成装置の実施例により詳しく説明する。

図１は、実施例１である“レーザビームプリンタ”の構成を示す断面図である。本レーザビームプリンタは、電子写真プロセスを用いた画像形成装置であり、かつカートリッジに非接触型ＩＣメモリを搭載している例である。

レーザビームプリンタ本体１０１（以下、本体１０１という）は、記録紙Ｓを収納するカセット１０２を有し、カセット１０２の記録紙Ｓの有無を検知するカセット有無センサ１０３、カセット１０２の記録紙Ｓのサイズを検知するカセットサイズセンサ１０４（複数個のマイクロスイッチで構成される）、カセット１０２から記録紙Ｓを繰り出す給紙ローラ１０５等が設けられている。そして、給紙ローラ１０５の下流には記録紙Ｓを同期搬送するレジストローラ対１０６が設けられている。また、レジストローラ対１０６の下流にはレーザスキャナ部１０７からのレーザ光にもとづいて記録紙Ｓ上にトナー像を形成するカートリッジ１０８が設けられている。更に、カートリッジ１０８の下流には記録紙Ｓ上に形成されたトナー像を熱定着する定着器１０９が設けられており、定着器１０９の下流には排紙部の搬送状態を検知する排紙センサ１１０、記録紙Ｓを排紙する排紙ローラ１１１、記録の完了した記録紙Ｓを積載する積載トレイ１１２が設けられている。

また、前記レーザスキャナ１０７は、後述する外部装置１３１から送出される画像信号（画像信号ＶＤＯ）にもとづいて変調されたレーザ光を発光するレーザユニット１１３、このレーザユニット１１３からのレーザ光を後述する感光ドラム１１７上に走査するためのポリゴンモータ１１４、結像レンズ１１５、折り返しミラー１１６等により構成されている。

また、定着器１０９は定着フィルム１０９ａ、加圧ローラ１０９ｂ、定着フィルム内部に設けられた発熱体を備えたセラミックヒータ１０９ｃ、セラミックヒータ１０９ｃの発熱体の表面温度を検出するサーミスタ１０９ｄから構成されている。

また、メインモータ１２３は、給紙ローラ１０５には給紙ローラクラッチ１２４を介して、レジストローラ対１０６にはレジストローラクラッチ１２５を介して駆動力を与えており、更に感光ドラム１１７を含むカートリッジ１０８の各ユニット、定着器１０９、排紙ローラ１１１にも駆動力を与えている。

そして１２６はエンジンコントローラであり、レーザスキャナ部１０７，カートリッジ１０８，定着器１０９による電子写真プロセスの制御、前記本体１０１内の記録紙の搬送制御を行っている。

そして、１２７はビデオコントローラであり、パーソナルコンピュータ等の外部装置１３１と汎用のインタフェース（セントロニクス，ＲＳ２３２Ｃ等）１３０で接続されており、この汎用インタフェース１３０から送られてくる画像情報をビットデータに展開し、そのビットデータをＶＤＯ信号として、エンジンコントローラ１２６へ送出している。

そして、前記カートリッジ１０８内は、公知の電子写真プロセスに必要な、感光ドラム１１７，１次帯電ローラ１１９，現像器１２０，転写帯電ローラ１２１，クリーナ１２２，アンテナ付非接触型ＩＣメモリユニット２０１等から構成されている。また、本体１０１内には非接触ＩＣメモリユニット２０１と通信を行うためにコイルアンテナ２０２、通信制御を行うための変復調回路を搭載した通信制御基板２０３が設けられている。

図２に本実施例におけるレーザ制御回路の回路図を示す。レーザ光量を設定するレーザ光量設定基準電圧Ｖ１を可変とすることで、レーザ光量を可変としている。図２において、３０１はＰＷＭ信号であり、本体１０１のエンジンコントローラ１２６にあるＣＰＵ３０２からレーザ制御回路３００へ、レーザ光量設定基準電圧Ｖ１を設定するため入力される。ここで、このＰＷＭ信号３０１はＣＰＵ３０２の電源電圧と同等の振幅電圧となる。そして、レーザ制御回路３００へ入力されたＰＷＭ信号は平滑回路３０３（本実施例では抵抗とコンデンサからなるＲＣ積分回路）を介して直流電圧へと変換され、レーザドライバ３０４内部の光量設定アンプ３０５の入力端子へレーザ光量設定基準電圧Ｖ１として入力される。

また、図２中の３０６は半導体レーザであり、内部にはレーザの発光量をモニタするための光検出素子ＰＤがある。この光検出素子ＰＤを用いて、レーザ光量を設定するＡＰＣ（オートパワーコントロール）制御を行う。このＡＰＣ制御は以下の通りである。

光検出素子ＰＤは、レーザの発光量を電流に変換する。そのときの電流をＩ１とする。また、光検出素子ＰＤは可変抵抗器ＶＲ２と光量設定アンプ３０５の入力端子に接続されている。ここで光量設定アンプ３０５入力端子の発光量モニタ電圧Ｖ２は、Ｉ１とＶＲ２の設定値により決定され、Ｖ２＝Ｉ１・ＶＲ２となる。そして、光量設定アンプ３０５にてレーザ光量設定基準電圧Ｖ１と発光量モニタ電圧Ｖ２の比較を行う。光量設定アンプ３０５により算出された出力電圧値をＶ３とする。そして光量設定アンプ３０５の出力端子は、半導体レーザ３０６の駆動回路部３０７に接続されている。駆動回路部３０７は、光量設定アンプ３０５の出力電圧Ｖ３に応じて、半導体レーザ３０６の光量設定を行い安定的にレーザを発光させる。

次にＣＰＵ３０２による電源電圧の推測方法について説明する。図２中の３０８は一定電圧保持手段としてツェナーダイオード（保持電圧＝１．７Ｖ）を用いており、抵抗３０９を介して３．３Ｖ電源に接続されている。また、ツェナーダイオート３０８と抵抗３０９の共通接続点はＣＰＵ３０２のＡ／Ｄ変換用ポートに接続されており、ＣＰＵ３０２は、ツェナーダイオードの保持電圧（１．７Ｖ）を、内蔵のＡ／Ｄ変換手段によりデジタル値（ＡＤ値）に変換して認識する。ここで電源電圧Ｖ、ツェナーダイオード３０８の保持電圧Ｖｚ、ＣＰＵ３０２が８ビット（２５６階調）とすると、ＣＰＵ３０２が認識するＡＤ値は次式で計算される（ＣＰＵ３０２内蔵のＡ／Ｄ変換手段は電源電圧Ｖを基準の電圧すなわち“２５６”としてＡ／Ｄ変換するので、ＡＤ値は次式で計算できる）。

ＡＤ値＝（Ｖｚ／Ｖ）×２５６
前述のＶｚ＝１．７Ｖ Ｖ＝３．３Ｖ を代入すると、Ａ／Ｄ値は１３１となる。

ここでツェナーダイオード３０８の保持電圧が一定と考え、電源電圧３．３Ｖのバラツキを±５％とした場合、図３に示すように、ＣＰＵ３０２が認識するＡＤ値が大きく変動する。

そこで、予めＣＰＵ３０２に電源電圧のＴｙｐ値（ここでは３．３Ｖ）のときの基準ＡＤ値を記憶させておき、この記憶した基準ＡＤ値と実際にＣＰＵが認識したＡＤ値がどれだけずれているかによって実際の電源電圧を推測するものである。

また、ＣＰＵ３０２が出力するＰＷＭ信号においても、電源電圧のバラツキ（ＰＷＭ信号の振幅のバラツキ）によって平滑回路後のレーザ光量設定基準電圧Ｖ１も大きく変動してしまう。

そこで、本実施例では、ＣＰＵ３０２が推測した電源電圧値に応じて、ＣＰＵ３０２から出力するＰＷＭ信号に対してパルス幅補正を行い、平滑回路後のレーザ光量設定基準電圧Ｖ１を電源電圧のバラツキに関わらず常に一定の値を出力することが可能となる（図４参照）。

ここで、パルスの補正の仕方としては基準ＡＤ値との差が大きければ大きいほど補正の仕方も当然大きくなる。

以上の流れを図５に示すフローチャートを用いて説明する。

はじめにツェナーダイオード３０８の保持電圧ＶｚをＣＰＵ３０２のＡ／Ｄ変換用ポートに入力する（ＳＴＥＰ １）。ＣＰＵ３０２はその入力されたツェナーダイオード３０８の保持電圧ＶｚをＡＤ値に変換する（ＳＴＥＰ ２）。ＣＰＵ３０８には予め電源電圧がＴｙｐ値の時に相当する基準ＡＤ値が記憶されており、この基準ＡＤ値と実際にＣＰＵが認識したＡＤ値とを比較する（ＳＴＥＰ ３）。その比較の結果、基準ＡＤ値の方が大きい場合（ＳＴＥＰ ４）、つまり、電源電圧がＴｙｐ値よりも高い場合（図３参照）、ＣＰＵ３０２は出力するＰＷＭ信号のパルス幅を細くするという補正を行う（ＳＴＥＰ ５）。逆に基準ＡＤ値の方が小さい場合、つまり、電源電圧がＴｙｐ値よりも低い場合（図３参照）、ＣＰＵ３０２は出力するＰＷＭ信号のパルス幅を太くするという補正を行う（ＳＴＥＰ ６）。ＳＴＥＰ ５およびＳＴＥＰ ６のいずれの場合でも最終的に平滑回路３０３を通過後に出力される電圧値の値は同じとなる（ＳＴＥＰ ７）。

このように、本実施例によれば、高価な高精度の安定化電源をもつバッファを用いることなく、従来の構成を少し変更するだけで、所要の定電圧を得ることができる。

実施例２である“レーザプリンタ”を説明する。本実施例は実施例１と同じ効果を奏するものであるが、使用する回路が異なる。本実施例では高圧制御回路（帯電，現像，転写）の出力制御に用いられた場合について説明する。図６にはその回路例を示す。なお、レーザプリンタの全体構成，動作は実施例１と同様なのでその説明を援用する。

はじめに高圧制御回路３１０の動作説明をする。高圧制御回路３１０内の矩形波発生回路３１２により出力された矩形波はトランジスタ３１３により増幅される。そして増幅された矩形波は正弦波生成回路３１４に入力され、正弦波に変更され出力される。この正弦波生成回路３１４から出力された正弦波はコンデンサ３１５によって直流成分をカットされトランス３１６を介して負荷３１９側に高圧（交流）として送られ、直流高圧生成回路３１７により生成された高圧（直流）と重畳された電圧が高圧出力として負荷３１９に与えられる。ここで高圧出力の制御方法としては、高圧出力を負荷３１９に与える際に流れる交流電流を制御することによって行われている。負荷３１９に流れる交流電流は抵抗３１８の両端に発生する電圧として検知しており、この抵抗３１８に発生した電圧が電流設定アンプ３１１の入力端子に送られる。ここで、負荷３１９の抵抗値はＭΩオーダーで、抵抗３１８の抵抗値はｋΩオーダーのものが用いられており、抵抗３１８が負荷に流れる交流電流値に対して影響しないように設計されている。

一方、エンジンコントローラ１２６側では、実施例１に記載したようにＣＰＵ３０２によって実際の電源電圧を推測し、その推測結果に応じてＣＰＵ３０２から出力するＰＷＭ信号のパルス幅に補正をかけた信号を出力する。ＣＰＵ３０２から出力されたＰＷＭ信号は高圧制御回路３１０に送られ、平滑回路３０３を介して一定電圧となり、電流設定アンプ３１１に基準電圧として入力される。つまり、電流設定アンプでは抵抗３１８と負荷３１９に流れる交流電流によって発生する電圧と、基準電圧の比較を行い、その比較結果に応じて正弦波生成回路３１４に入力される矩形波の振幅を制御することによって負荷に流れる交流電流を制御し、結果として安定した高圧制御を行うことが可能となっている。

なお、実施例１および２では、ＣＰＵ３０２が電源電圧を検知する際に用いる一定電圧保持手段をツェナーダイオード３０８としているが、これはシャントレギュレータなど一定電圧を作り出せるものなら代用可能であることは言うまでもない。

実施例１である“レーザビームプリンタ”の構成を示す断面図 レーザ制御回路の回路図 電源電圧とＣＰＵが認識するＡＤ値の関係を示す図 ＣＰＵがパルス幅補正したときの概念図 実施例１の動作を示すフローチャート 実施例２で用いる高圧制御回路の回路図 従来の技術の参照図

符号の説明

３０２ ＣＰＵ
３００ レーザ制御回路
３０３ 平滑回路
３０８ ツェナーダイオード

Claims (4)

1. 供給されたＤＣ電源電圧に依存する振幅を有し、制御対象の制御量に応じたデューティのＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生手段と、
   前記ＰＷＭ信号発生手段により発生したＰＷＭ信号を平滑し、制御信号として出力する平滑手段と、
   前記ＤＣ電源電圧を基準の電圧として、アナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   前記ＤＣ電源電圧に依存しない基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、
   を備え、
   前記ＰＷＭ信号発生手段は、前記基準電圧発生手段で発生した基準電圧を前記Ａ／Ｄ変換手段によりＡ／Ｄ変換して得たデジタル値にもとづいて、発生するＰＷＭ信号のデューティを補正することを特徴とする定電圧生成装置。
2. 前記ＰＷＭ信号発生手段は、
   前記ＤＣ電源電圧が所定の値であるとき、前記基準電圧発生手段で発生した基準電圧を前記Ａ／Ｄ変換手段に入力し、Ａ／Ｄ変換したデジタル値を基準ＡＤ値として予め記憶しておく記憶手段と、
   前記基準電圧発生手段で発生した基準電圧を前記Ａ／Ｄ変換手段に入力し、Ａ／Ｄ変換して得たデジタル値と前記記憶手段に記憶している基準ＡＤ値を比較する比較手段とを備え、
   前記比較手段による比較結果にもとづいて、発生するＰＷＭ信号のデューティを補正することを特徴とする請求項１記載の定電圧生成装置。
3. 電子写真プロセスで感光体に潜像を形成する半導体レーザと、
   前記半導体レーザの光量を制御する光量制御手段とを備えた画像形成装置において、
   請求項１又は請求項２記載の定電圧生成装置により生成した定電圧にもとづいて前記光量制御手段の光量制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
4. 電子写真プロセスに用いる高圧電源を備えた画像形成装置において、
   請求項１又は請求項２記載の定電圧生成装置により生成した定電圧にもとづいて前記高圧電源の出力制御を行うことを特徴とする画像形成装置。

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