JP2006330458A

JP2006330458A - 画像形成装置

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Publication number: JP2006330458A
Application number: JP2005155478A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Uehara; 正裕上原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-05-27
Also published as: JP4920905B2; CN100495226C; US7551871B2; CN1869826A; US20060267664A1

Abstract

【課題】電圧安定用コンデンサへ供給する電圧を制御する電圧制御装置を共通とする、複数の直流電圧発生装置を備えた画像形成装置において、出力電圧のオーバシュート発生を防止できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】複数の直流電圧発生手段と、複数の直流電圧発生手段へ供給する直流電圧を安定化するコンデンサと、コンデンサの電圧を制御し複数の直流電圧発生手段の出力電圧を可変制御する、複数の直流電圧発生手段に共通の電圧制御手段と、複数の直流電圧発生手段における一部の直流電圧発生手段の出力立ち下げと他の一部の直流電圧発生手段の出力立ち上げを順次行う際に、コンデンサへの電圧供給を停止し（出力停止）、一部の直流電圧発生手段を所定時間駆動した後停止し、コンデンサへの電圧供給を開始するとともに他の一部の直流電圧発生手段の駆動を開始する（正バイアス出力）ように、電圧制御手段および直流電圧発生手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置により課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置の電源に関し、特にその出力電圧のオーバシュート防止に関するものである。

従来より、電子写真方式の画像形成装置では、高圧バイアスを生成する高圧バイアス発生回路を設け、一連の電子写真プロセスの各工程で用いている。高圧バイアス生成回路としては、正極性直流バイアス，負極性直流バイアス，交流バイアスを出力するものがあるが、転写装置等では、１つの出力端子から正負両極性の直流バイアスを出力可能な回路が広く用いられている（特許文献１参照）。

また、コストダウン、小型化のため、複数の高圧バイアス発生回路の一部を共通化した回路構成も用いられている。例えば、高圧バイアス発生回路を構成するトランスへの供給電圧の制御回路を共通化した回路構成がある。

１例として、従来の画像形成装置の転写装置について説明する。従来より転写装置としては、像担持体と接触する転写ローラ等の転写装置を用い、比較的低い電圧で像担持体上に形成されたトナー像を記録材に転写する接触式の転写装置が開発されている。この接触式の転写装置は、一般に、記録材の裏面に当接する導電性の転写ローラ等を備え、これに比較的低いバイアス電圧を印加することにより、像担持体としての感光ドラム上のトナー像を記録材に転写するものである。このような接触式の転写装置は、コロナ放電を利用した非接触式の転写装置に比べて低電圧を印加すればよいので、電源が小型にでき、またオゾンの発生量が比較的少ない等のメリットがある。

図３は、従来の接触式の転写装置を用いた画像形成装置の構成を示す断面図である。図３において、１０６は感光ドラム、１２０は帯電ローラ、１１２はスキャナー装置、１０４は現像スリーブ、１０３はトナー容器、１０５は転写ローラ、１０８はクリーニングブレード、１０７は廃トナー容器、１１０は定着器である。

次に動作について説明する。前記感光ドラム１０６は矢印の方向に回転し、帯電ローラ１２０によって一様に帯電される。スキャナー装置１１２より出射されたレーザ光は感光ドラム１０６へ照射され、感光ドラム１０６上に静電潜像が形成される。トナー容器１０３にはトナーが充填されており、現像スリーブ１０４の回転に伴い、適量のトナーが適度の帯電を受けた後、感光ドラム１０６上に供給されている。現像スリーブ１０４上のトナーは感光ドラム１０６の静電潜像に付着し、潜像が現像されトナー像として可視化される。

前記感光ドラム１０６のトナー像形成とタイミングをとって、給紙カセット１１８に積載された記録紙が１枚ずつ給紙され、トナーと逆極性の正極のバイアスを転写ローラ１０５に不図示の高圧電源から印加することにより、可視化された感光ドラム１０６上のトナー像は記録材上に転写される。転写されずに感光ドラム１０６上に残った転写残トナーはクリーニングブレード１０８により廃トナー容器１０７に収納され、表面をクリーニングされた感光ドラム１０６は繰り返し次の画像形成プロセスに入る。

トナー像を乗せた記録紙は定着器１１０によって加熱，加圧を受け、トナー像が記録紙上に永久定着される。

またプリントの前回転時に転写ローラ１０５にはトナーと同極性の負極のバイアスを不図示の高圧電源から印加して、転写ローラ１０５上に付着したトナーを感光ドラム１０６に戻すことで該転写ローラ１０５のクリーニングを行う。転写ローラ１０５がトナーで汚れる原因としては、プリント用紙間において、感光ドラム１０６に転写ローラ１０５が直接触れたときなどに、感光ドラム１０６上にごく微量に付着したトナー（かぶり）が転写ローラ０５に転移する場合がある。あるいはユーザーが誤って、印字領域よりも小さな記録材を通紙した時に記録材からはみ出た部分のトナー像が転写ローラ１０５に転写されてしまう場合等が考えられる。転写ローラ１０５のクリーニングはプリントの後回転や、プリンタの電源投入時、あるいはジヤム処理後の前多回転時に行われる場合もある。

図４は従来の転写ローラ１０５に印加するバイアスを生成する高圧電源内の転写回路部の回路図である。転写回路部は、画像形成装置を制御する中央演算処理装置２１０（以下、ＣＰＵという）、正の転写電圧を生成する転写正極性バイアス生成回路２０２、負の転写電圧を生成する転写負極性バイアス生成回路２０３、転写ローラ１０５に流れる電流を検出する転写電流検出回路２０４、およびトランスへの供給電圧制御回路２０１を有する。

２１９は正極性バイアスを生成するトランスである。トランス２１９はＣＰＵ２１０から出力されるクロック：ＣＬＫ１信号で駆動するＦＥＴ２２２によってドライブされ、２次側にダイオード２２４，抵抗２２６、およびコンデンサ２２５で形成された整流回路が接続されており、正極の直流バイアスが生成される。

一方、２３２はクリーニングバイアスである負極性のバイアスを生成するトランスである。トランス２３２はＣＰＵ２１０から出力されるクロック：ＣＬＫ２信号で駆動するＦＥＴ２３０によってドライブされ、２次側のダイオード２３３，抵抗２３５，コンデンサ２３４で形成された整流回路によって整流平滑されて、負極の直流バイアスが生成される。

トランス２１９、２３２への供給電圧は、抵抗２１４，２１２で分圧されオペアンプ２１３の負入力に接続されている。一方、オペアンプ２１３の正入力はＣＰＵ２１０のアナログ出力ポートより出力される信号：ＣＮＴが接続されている。オペアンプ２１３の出力は、トランジスタ２１８に接続されており、トランジスタ２１８がトランス２１９，２３２への供給電圧すなわちコンデンサ２５０の電圧を制御し、トランス２１９，２３２の出力電圧を制御する。このような構成とすることで、出力レベル制御信号：ＣＮＴのレベルに応じて、所要の転写バイアス電圧を出力端子２２７に出力することができる。

また、オペアンプ２４６、抵抗２３６，２３７，２３８，２４０，２４１，２４２，２４３，２４４、コンデンサ２３９で構成された転写電流検出回路２０４は、転写正バイアス生成回路２０２の出力正電圧が転写ローラ１０５に印加された際の転写ローラ１０５に流れる電流値を検出し、この電流値をＣＰＵ２１０に送出する。ＣＰＵ２１０はＡＤポート：ＴＲＦＶＳで電流値を検出し、所要の電流値になるように出力端子２２７の出力レベルを制御する。

トランス２１９で構成された正極性バイアス生成回路と、トランス２３２で構成された負極性バイアス生成回路は、出力端で直列に接続されており、出力端子２２７には、正極性バイアスと負極性バイアスの両方が出力可能な構成になっている。プリント動作時において、正極性バイアスを転写ローラ１０５に印加する場合は、負極性バイアス回路の出力を停止し、正極性バイアス回路を駆動して出力端子２２７の出力レベルを所要の出力レベルに制御する。

一方、クリーニングバイアスを転写ローラ１０５に印加する場合は、正極バイアス回路の出力を停止し、負極バイアス回路を駆動して出力端子２２７の出力レベルを所要の出力レベルに制御する。
特開２００４−１９８４８１号公報

しかしながら、前述のように、正極および負極を各々生成する直流電圧発生回路の出力端を直列に接続して、正負両極のバイアスを出力する高圧出力回路においては、正極バイアスまたは負極バイアスを連続で切り替えながら出力したとき、出力値が制御値よりも一時的に超えて出力されてしまうオーバシュート現象が発生する場合があった。このオーバシュートが、感光ドラム１０６の電位を部分的に変化させる。その結果、画像不良が発生したり、電流検知回路で検出した電流値を用いて出力レベル制御を行う場合、前述のオーバシュートにより異常な電流値を検出し出力レベル制御不可能となる問題があった。

このオーバシュートは、出力回路を切り替えるとき、供給電圧制御回路内の電圧安定用のコンデンサ２５０で放電されなかった残電荷の影響により発生する。

図５に従来の出力切り替えの制御シーケンスを示す。
例えば負極バイアスから正極バイアスへ出力を切り替える場合、トランス２１９とトランス２３２の入出力特性の違いにより、所要の正バイアスレベルを出力するための入力電圧が、負バイアス出力時の入力電圧より低くなることがある。ＣＰＵ２１０はＣＮＴ信号を正バイアス用の入力電圧へ制御しているが、コンデンサ２５０の容量が大きい場合、その前に制御していた負バイアス出力レベルの入力電圧の電荷がコンデンサ２５０に残っている。その電圧が所要の正バイアスの入力電圧より高い場合、出力電圧はオーバシュート状態となり、所要の制御電圧を超えたレベルにまで上昇してしまう。

この問題に対しては、オーバシュートが発生しないように、一方のバイアスを停止してから他方のバイアスを出力するまでの時間を長くする手法がある。しかしこの手法では、後から出力するバイアスを所要制御電圧で出力開始するまでの時間が長くなり、プリントシーケンスの時間が長くなるという問題があった。

なお、ここまで出力端が共通である転写装置を例として説明したが、出力端が異なる他の高圧バイアスに関しても、入力電圧制御手段を共通としている場合、同様の原理によりオーバシュートが発生することは明らかである。

本発明は，このような状況のもとでなされたもので、電圧安定用コンデンサへ供給する電圧を制御する電圧制御装置を共通とする、複数の直流電圧発生装置を備えた画像形成装置において、出力電圧のオーバシュート発生を防止できる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，画像形成装置を次の（１）、（２）のとおりに構成する。

（１）複数の直流電圧発生手段と、
前記複数の直流電圧発生手段へ供給する直流電圧を安定化するコンデンサと、
前記コンデンサの電圧を制御し前記複数の直流電圧発生手段の出力電圧を可変制御する、前記複数の直流電圧発生手段に共通の電圧制御手段と、
前記複数の直流電圧発生手段における一部の直流電圧発生手段の出力立ち下げと他の一部の直流電圧発生手段の出力立ち上げを順次行う際に、前記コンデンサへの電圧供給を停止し、前記一部の直流電圧発生手段を所定時間駆動した後停止し、前記コンデンサへの電圧供給を開始するとともに前記他の一部の直流電圧発生手段の駆動を開始するように、前記電圧制御手段および前記直流電圧発生手段を制御する制御手段と、を備えた画像形成装置。

（２）複数の直流電圧発生手段と、
前記複数の直流電圧発生手段へ供給する直流電圧を安定化するコンデンサと、
前記コンデンサの電圧を制御し前記複数の直流電圧発生手段の出力電圧を可変制御する、前記複数の直流電圧発生手段に共通の電圧制御手段と、
前記複数の直流電圧発生手段における一部の直流電圧発生手段の出力立ち下げと他の一部の直流電圧発生手段の出力立ち上げを順次行う際に、前記コンデンサへの電圧供給を停止し、前記一部の直流電圧発生手段を所定時間駆動した後停止し、前記コンデンサへの電圧供給を開始するとともに前記他の一部の直流電圧発生手段の駆動を開始するように、前記電圧制御手段および前記直流電圧発生手段を制御する制御手段と、を備えた画像形成装置。

本発明によれば、出力電圧のオーバシュートの発生を防止することができる。また複数の直流電圧発生手段の入力電圧制御手段が共通化でき、コストダウン、回路の小型化が可能となる。

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。

実施例１である“画像形成装置”について説明する。本実施例のハードウエア構成は、図３に示す従来の接触式の転写装置を用いた画像形成装置と同様なので、図３を用いて本実施例のハードウエア構成を説明する。図３において、１０６は感光ドラム、１２０は帯電ローラ、１１２はスキャナー装置、１０４は現像スリーブ、１０３はトナー容器、１０５は転写ローラ、１０８はクリーニングブレード、１０７は廃トナー容器、１１０は定着器である。

次に動作について説明する。前記感光ドラム１０６は矢印の方向に回転し、帯電ローラ１２０によって一様に帯電される。スキャナー装置１１２より出たレーザ光は感光ドラム１０６へ照射され、感光ドラム１０６上に静電潜像が形成される。トナー容器１０２にはトナーが充填されており、現像スリーブ１０４の回転に伴い、適量のトナーが適度の帯電を受けた後、感光ドラム１０６上に供給されている。現像スリーブ１０４上のトナーは感光ドラム１０６の静電潜像に付着し、潜像が現像されトナー像として可視化される。前記感光ドラム１０６のトナー像形成とタイミングをとって、給紙カセット１１８に積載された記録紙が１枚ずつ給紙され、トナーと逆極性の正極のバイアスを転写ローラ１０５に不図示の高圧電源から印加することにより、可視化された感光ドラム１０６上のトナー像は記録材上に転写される。転写されずに感光ドラム１０６上に残った転写残トナーはクリーニングブレード１０８により廃トナー容器１０７に収納され、表面をクリーニングされた感光ドラム１０６は繰り返し次の画像形成プロセスに入る。
またトナー像を乗せた記録紙は定着器１１０によって加熱，加圧を受け、トナー像が記録紙上に永久定着される。

次に本実施例における転写装置について詳細に説明する。転写ローラ１０５は、金属芯金の外周部にＥＰＤＭやＮＢＲなどにカーボンブラック，金属粉などのフィラーを分散させた単泡スポンジゴムや、イオン導電性を持つ発泡ウレタンゴムなどの中抵抗弾性部材をチューブ状に形成している。この転写ローラ１０５は感光ドラム１０６に当接して当接ニップ部を形成し、このニップ部を記録紙が通過する。

転写時には転写高圧電源により転写ローラ１０５芯金にトナー極性と逆極性の正バイアスを印加し、中抵抗弾性部材と感光ドラム１０５の間に形成される電場により感光ドラム上のトナー像を、両者間に介在する記録紙上に引き付け、転写する。一方、転写ローラ１０５上のトナーをクリーニングを行うクリーニングモードにおいては、転写高圧電源により転写ローラ１０５の芯金にトナー極性と同極性の負バイアスを印加し、転写ローラ１０５上のトナーを感光ドラム１０６に転移させる。
なお、正負両極のバイアスを印加する転写高圧電源の回路構成は、従来例で示した図４と同じである。

まず画像形成装置はプリントシーケンスをはじめる前に前回転処理を行う。前回転処理では、所定タイミングでレーザを連続点灯してレーザ露光を行う。転写バイアスは、レーザ露光停止後、負バイアス回路の駆動により負バイアス回路の出力レベルをクリーニングバイアスレベルに制御する。

クリーニングバイアス停止後、正バイアス回路を駆動し、転写出力端子２２７のレベルを前回転ＰＴＶＣ制御における転写正バイアス初期値とし、転写電流検出回路２０４で転写ローラ１０５に流れる電流をＣＰＵ２１０で検出し、転写バイアスのプリントバイアスレベルを決定する。

図１に本実施例における、転写バイアス制御シーケンスを示す。
転写出力を負バイアスから正バイアスへ出力を切り替える制御シーケンスにおいて、負バイアス出力停止時、トランス２３２の駆動信号：ＣＬＫ２の出力を継続し、出力レベル制御信号：ＣＮＴの電圧レベルをＬｏｗとする。すると、トランジスタ２１８はオフとなりトランス２３２への電圧供給を停止する。転写バイアスは電圧安定用コンデンサ２５０に蓄積された電荷分のみの出力を継続することになり、出力レベルは低下していく。ＣＬＫ２を駆動しない場合と比較して、バイアスを出力する分コンデンサ２５０の電荷は早く放電され、正バイアス出力開始前に、コンデンサ２５０の電圧すなわちトランス２１９への供給電圧は十分低下しており、正バイアス出力時にオーバシュートは発生しない。

前回転処理後、プリント開始と同時に不図示の感光ドラムモータの駆動により、感光ドラム１０６が回転を始める。続いて、所定タイミングで帯電バイアス出力，レーザ露光，現像バイアス出力が行われる。転写バイアスは、正バイアス回路を駆動し、転写出力端子２２７のレベルを紙間バイアスレベルとする。その後、記録紙が転写ローラ１０５と感光ドラム１０６で形成されるニップ部に到達する直前のタイミングで正バイアス回路出力を切り替え、転写出力端子２２７のレベルをプリントバイアスレベルまで上昇させ、記録紙へのトナーの転写を行う。続いて、記録紙の後端部が前記ニップ部を通過直後のタイミングで、正バイアス出力を再び低下させて、転写出力端子２２７の電圧レベルを紙間バイアスレベルに切り替える。記録紙１枚目のプリントはこれで終了する。続いて、２枚目以降のプリントを行う場合は、１枚目と同様のシーケンスを繰り返し、１枚目のプリントで終了する場合は、後回転処理に移り動作を終了する。

このように本実施例において、転写負バイアス出力立ち下げ時、トランス入力部への電圧供給を停止し、トランスを駆動するスイッチング素子のスイッチングクロックを一定時間継続した後停止する制御を行う。これにより転写正バイアス出力時のオーバシュートの発生を防止することが可能になり、転写正負バイアス発生回路の入力電圧制御回路が共通化でき、コストダウン、回路の小型化が可能となる。

実施例２である本“画像形成装置”について説明する。本実施例における画像形成装置のハードウエア構成、および基本的な動作は、実施例１と同様なので，その説明を援用する。また、転写高圧回路の基本構成は実施例１のものと同じであるが、転写正バイアス出力直前にトランス２３２の駆動信号：ＣＬＫ２を一時的に出力することにより、正バイアス生成回路の出力立ち上げ時のオーバシュート発生を阻止することを特徴とする。

図２に本実施例における、転写バイアス制御シーケンスを示す。
転写出力を負バイアスから正バイアスへ出力を切り替える制御シーケンスにおいて、負バイアス出力停止時、トランス２３２の駆動信号：ＣＬＫ２の出力を停止し、出力レベル制御信号：ＣＮＴの電圧レベルをＬＯＷとする。すると、コンデンサ２５０に蓄積された電荷は、ダイオード２１６、抵抗２１５を経由してオペアンプ２１３へ放電される。

従って、正バイアス出力直前のコンデンサ２５０の電圧は低いレベルになっている。しかし、部品のバラツキ等により、十分に電荷が放電されない場合、高バイアス出力時にオーバシュートが発生する。そこで、高バイアス出力開始直前にトランス２３２の駆動信号：ＣＬＫ２を正バイアス出力開始まで駆動し、コンデンサ２５０の電圧を確実に低下させることにより、正バイアス出力時にオーバシュートの発生を防止できる。本実施例によれば、実施例１と比較し、負バイアス出力停止から正バイアス出力開始までの間に転写ローラに出力される負バイアスのレベルを低く抑えることが可能である。

実施例１における制御シーケンス図実施例２における制御シーケンス図接触式転写ローラを用いる画像形成装置の構成を示す断面図転写高圧回路の回路図従来例における制御シーケンス図

符号の説明

１０１画像形成装置
１０５転写ローラ
２０１トランスへの供給電圧制御回路
２０２転写正極性バイアス生成回路
２０３転写負極性バイアス生成回路
２１０ＣＰＵ

Claims

複数の直流電圧発生手段と、
前記複数の直流電圧発生手段へ供給する直流電圧を安定化するコンデンサと、
前記コンデンサの電圧を制御し前記複数の直流電圧発生手段の出力電圧を可変制御する、前記複数の直流電圧発生手段に共通の電圧制御手段と、
前記複数の直流電圧発生手段における一部の直流電圧発生手段の出力立ち下げと他の一部の直流電圧発生手段の出力立ち上げを順次行う際に、前記コンデンサへの電圧供給を停止し、前記一部の直流電圧発生手段を所定時間駆動した後停止し、前記コンデンサへの電圧供給を開始するとともに前記他の一部の直流電圧発生手段の駆動を開始するように、前記電圧制御手段および前記直流電圧発生手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
複数の直流電圧発生手段と、
前記複数の直流電圧発生手段へ供給する直流電圧を安定化するコンデンサと、
前記コンデンサの電圧を制御し前記複数の直流電圧発生手段の出力電圧を可変制御する、前記複数の直流電圧発生手段に共通の電圧制御手段と、
前記複数の直流電圧発生手段における一部の直流電圧発生手段の出力立ち下げと他の一部の直流電圧発生手段の出力立ち上げを順次行う際に、前記コンデンサへの電圧供給を停止し、前記一部の直流電圧発生手段を所定時間駆動した後停止し、前記コンデンサへの電圧供給を開始するとともに前記他の一部の直流電圧発生手段の駆動を開始するように、前記電圧制御手段および前記直流電圧発生手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
請求項１または２に記載の画像形成装置において、
前記複数の直流電圧発生手段は、正極性の直流電圧発生手段と、前記正極性の直流電圧発生手段の出力端に、出力端が直列に接続された負極性の直流電圧発生手段とからなる転写高圧発生手段であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記直流電圧発生手段は、前記コンデンサの電圧をスイッチング素子を介してトランスに供給し、該トランスの出力を整流して直流電圧を発生することを特徴とする画像形成装置。