JP2007199377A - 帯電バイアス用電源装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉縞を軽減するために複雑な帯電バイアス制御を行う必要がなく、帯電バイアス条件を変更しても、現像バイアス条件など最初に設定された最適値の変更が不要であり、しかも、簡単な構成で安価なバイアス回路で足りる帯電バイアス用電源装置を提供する。
【解決手段】帯電バイアス電圧の周波数と現像バイアス電圧の周波数が干渉しあって発生する干渉波を、帯電ローラ３０に印加される重畳電圧から干渉波検出回路１０５が検出し、制御部１０１が、当該重畳電圧を当該干渉波の低減する方向に変更して、干渉縞の発生を防ぐ。
【選択図】図２

Description

コピー、ＦＡＸ、プリンタ又は複合機等の電子写真方式の画像形成装置に適用される帯電バイアス用電源装置、及びこれを備えた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では、感光体ドラム表面の帯電方式の一つとして、感光体ドラム表面に帯電部材を接触させて帯電を行う接触帯電方式が採用されている。この接触帯電方式では、帯電部材に印加する帯電バイアス電圧の周波数と、現像装置に印加する現像バイアス電圧の周波数とが干渉して画像に干渉縞が発生する場合があるため、この干渉縞を軽減する技術として、(1)帯電バイアスと現像バイアスに用いる交流電圧の周波数を同一発振器の発振周波数から分周して常に整数倍の周波数に設定する方法が提案されている。(2)また、下記特許文献１に示されるように、帯電バイアスと現像バイアス周波数の位相をずらす技術も提案されている。(3)さらには、特許文献２に示されるように、帯電用バイアスの周波数を変化させ、これに応じて現像バイアス電圧の周波数も同一方向に追随させる技術も提案されている。
特開２００２−２６８４７２号公報 特開平９−１０１６５６号公報

しかし、上記(1)の方法では、帯電バイアス電圧の周波数と現像バイアス電圧の周波数は、常に一定の周波数関係を保つ必要があるため、帯電バイアス又は現像バイアスの周波数を個々に変化させる制御が難しくなるという問題がある。また、上記(2)(3)の技術は、いずれもバイアス回路が複雑になり、コスト上昇を招く結果となる。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、干渉縞を軽減するために複雑な帯電バイアス制御を行う必要がなく、帯電バイアス条件を変更しても、現像バイアス条件など最初に設定された最適値の変更が不要であり、しかも、簡単な構成で安価なバイアス回路で足りるようにすることを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、直流電圧と交流電圧を重畳して帯電装置に印加する重畳電圧印加手段と、
現像装置に電圧が印加されているときに、前記重畳電圧印加手段によって前記帯電装置に印加される重畳電圧に現れる干渉波を検出する干渉波検出手段と、
前記干渉波検出手段によって干渉波が検出されたとき、前記重畳電圧印加手段によって前記帯電装置に印加される重畳電圧を、当該干渉波が低減する方向に変更する補正を行う補正手段と
を備えた帯電バイアス用電源装置である。

この構成では、帯電バイアス電圧と現像バイアス電圧とが干渉しあって発生する干渉波を、帯電装置に印加される重畳電圧から干渉波検出手段が検出し、補正手段が、帯電装置に印加される重畳電圧を、当該干渉波が低減する方向に変更する。この制御によれば、現像バイアス条件など最初に設定された最適値を変えることなく、帯電装置に印加される重畳電圧のみを変更して干渉縞を低減することができる。また、従来技術のように、帯電バイアスと現像バイアス周波数の位相をずらしたり、帯電用バイアスの周波数変化に応じて現像バイアス電圧の周波数を同一方向に追随させたりする場合に必要となる複雑な回路を必要とせずに、簡単なバイアス回路によって帯電装置に印加する重畳電圧を補正でき、安価に帯電バイアス電源装置を製造することができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の帯電バイアス用電源装置であって、前記補正手段は、前記干渉波検出手段によって干渉波が検出されたときに、前記重畳電圧印加手段が前記帯電装置に印加する重畳電圧の交流成分の周波数を変化させることによって、前記補正を行うものである。

この構成では、重畳電圧印加手段が帯電装置に印加する重畳電圧の交流成分の周波数を変化させることで、干渉波が低減する方向に当該重畳電圧を変更する補正を行う。干渉波の発生は、帯電バイアス電圧の周波数と現像バイアス電圧の周波数の互いの干渉で生じるため、帯電装置に印加する重畳電圧の交流成分の周波数を変化させることで、当該重畳電圧を干渉縞が減少する方向に的確に変更させることができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の帯電バイアス用電源装置であって、前記干渉波検出手段は、前記干渉波から低周波数成分のみを抽出して直流電圧に変換し、
前記補正手段は、前記変換された直流電圧に、予め定められた一定値以上の変動があったときに、この変動が当該予め定められた一定値よりも小さくなるまで、前記重畳電圧印加手段によって前記帯電装置に印加される重畳電圧の交流成分の周波数を変化させることによって、前記補正を行うものである。

この構成では、干渉波検出手段が、干渉波から低周波数成分のみを抽出してノイズを除去した上で、干渉波の変動を的確に捉えることができる直流電圧に変換し、補正手段は、この変換された直流電圧に基づいて、帯電装置に印加される重畳電圧の交流成分の周波数を変化させる。これにより、帯電装置に印加する重畳電圧の変更を、干渉波の変動に応じて、より的確に行うことができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の帯電バイアス用電源装置を備えた画像形成装置である。

請求項１に記載の発明によれば、現像バイアス条件など最初に設定された最適値を変えることなく、帯電装置に印加される重畳電圧のみを変更して干渉縞を低減することができる。また、従来技術のように、帯電バイアスと現像バイアス周波数の位相をずらしたり、帯電用バイアスの周波数変化に応じて現像バイアス電圧の周波数を同一方向に追随させたりする場合に必要となる複雑な回路を必要とすることなく、簡単なバイアス回路で帯電装置に印加する重畳電圧を補正でき、安価に帯電バイアス電源装置を製造することができる。

請求項２に記載の発明によれば、帯電装置に印加する重畳電圧の交流成分の周波数を変化させることで、帯電装置に印加する重畳電圧を、干渉縞が減少する方向に的確に変更させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、帯電装置に印加する重畳電圧の変更を、干渉波の変動に応じて、より的確に行うことができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明によって得られる効果を奏することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る帯電バイアス用電源装置及び画像形成装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る帯電バイアス用電源装置が適用されたプリンタの概略構成を示す図である。プリンタ（画像形成装置の一例）１０は、印刷処理に供する用紙Ｐを貯留する用紙貯留部１２と、この用紙貯留部１２に貯留された用紙束Ｐ１から繰り出された１枚ずつの用紙（被転写材）Ｐに対して画像の転写処理を施す画像形成部１３と、この画像形成部１３で転写処理の施された用紙Ｐに対して定着処理を施す定着部１４とが装置本体１１に内装されると共に、定着部１４で定着処理の施された用紙Ｐが排紙される排紙部１５が装置本体１１の頂部に設けられている。

用紙貯留部１２には、所定数（本実施形態では１つ）の用紙カセット１２１が装置本体１１に対して挿脱自在に設けられている。用紙カセット１２１の上流端（図１の右方）には、用紙束Ｐ１から１枚ずつの用紙Ｐを繰り出させるピックアップローラ１２２が設けられている。このピックアップローラ１２２の駆動によって用紙カセット１２１から繰り出された用紙Ｐは、給紙搬送路１２３およびこの給紙搬送路１２３の下流端に設けられたレジストローラ対１２４を介して画像形成部１３に給紙される。

画像形成部１３は、コンピュータ等から電送されてくる画像情報に基づき用紙Ｐに転写処理を施すものであり、感光体ドラム（像担持体）２０の周面に沿うように、帯電ローラ３０、露光装置４０、現像装置５０、転写ローラ６０及びドラムクリーニング装置７０が配設されている。

感光体ドラム２０は、周面に静電潜像及びこの静電潜像に沿ったトナー像（可視像）を形成させるためのものであり、周面には例えばアモルファスシリコン層が積層されている。

帯電ローラ３０は、感光体ドラム２０の周面に一様な電荷を形成させるものであり、周面が感光体ドラム２０の周面と当接しながら従動回転しつつ当該感光体ドラム２０へ電荷を付与する。本発明に係る帯電バイアス用電源装置は、この帯電ローラ３０に帯電用のバイアス電圧を供給するために、プリンタ１０に備えられている。

露光装置４０は、コンピュータ等の外部の機器から電送されてきた画像データに基づき、強弱の付与されたレーザ光を、回転している感光体ドラム２０の周面に照射し、感光体ドラム２０周面におけるレーザ光照射部分の電荷を消去することによって、当該感光体ドラム２０の周面に静電潜像を形成させる。

現像装置５０は、感光体ドラム２０の周面にトナーを供給することによって周面の静電潜像が形成された部分にトナーを付着させ、これによって感光体ドラム２０の周面にトナー像を形成させる。この現像装置５０には、感光体ドラム２０の周面に形成された静電潜像にトナーを付着させるために、交流の現像バイアス電圧が印加されている。

転写ローラ６０は、感光体ドラム２０の直下位置に送り込まれた用紙Ｐに対して当該感光体ドラム２０の周面に形成されているプラスに帯電したトナー像を用紙Ｐに転写させるものであり、トナー像の電荷と逆極性であるマイナスの電荷を用紙Ｐに付与する。

従って、感光体ドラム２０の直下位置に到達した用紙Ｐは、転写ローラ６０と感光体ドラム２０とによって押圧挟持されつつ、プラスに帯電した感光体ドラム２０周面のトナー像がマイナスに帯電した用紙Ｐの表面に向けて引き剥がされ、これによって用紙Ｐに対し転写処理が施される。

定着部１４は、画像形成部１３によって転写処理の施された用紙Ｐのトナー像に加熱による定着処理を施すものであり、内部に通電発熱体が装着されたヒートローラ１４１と、このヒートローラ１４１の下部で周面同士が対向配置された加圧ローラ１４２とを備えて構成されている。そして、転写処理後の用紙Ｐは、ローラ心回りに時計方向に向けて駆動回転しているヒートローラ１４１と、ローラ心回りに反時計方向に向けて従動回転している加圧ローラ１４２との間のニップ部を通過することによって、ヒートローラ１４１からの熱を得て定着処理が施される。定着処理の施された用紙Ｐは、排紙搬送路１４３を通って排紙部１５へ排出される。

排紙部１５は、装置本体１１の頂部が凹没されることによって形成され、この凹没した凹部の底部に排紙された用紙Ｐを受ける排紙トレイ１５１が形成されている。

図２は本発明の一実施形態に係る帯電バイアス用電源のブロック図である。帯電バイアス用電源装置１は、制御部１０１と、ＡＣ（交流）バイアス発生回路１０２と、ＤＣ（直流）バイアス発生回路１０３と、干渉波検出回路１０５とを備える。

制御部（補正手段）１０１は、帯電バイアス電圧の生成及び補正に必要な様々な制御を行うものである。例えば、制御部１０１は、内蔵のタイマにより、帯電バイアス電圧の交流成分の周波数を定めるクロック信号を生成して出力する。また、制御部１０１は、干渉波検出回路１０５によって検出される干渉波をアナログ−デジタル変換し、このアナログ−デジタル変換後の値が示す干渉波の程度に基づいて、上記タイマから出力するクロック信号の周波数を変更する制御を行う。

ＡＣバイアス発生回路１０２は、ＡＣ振幅制御回路１０２１と、分周回路１０２２と、階段状波形生成回路１０２３と、ＡＣトランス駆動回路１０２４と、トランス１０２５を備える。

ＡＣ振幅制御回路１０２１は、制御部１０１から出力されるアナログ出力信号に基づいて交流電圧の振幅を制御する回路である。分周回路１０２２は、制御部１０１に内蔵されるタイマから出力されるクロック信号を1/2に分周する回路である。階段状波形生成回路１０２３は、分周回路１０２２によって分周されたクロック信号を、階段状の波形に整形する。階段状波形生成回路１０２３によって階段状の波形とされたクロック信号は、ＡＣトランス駆動回路１０２４で積分されてＡＣトランス１０２５に出力される。すなわち、ＡＣトランス１０２５の二次側（出力）では、正弦波の交流電圧が得られる。

ＤＣバイアス発生回路１０３は、ＤＣ電圧制御回路１０３１と、ＤＣトランス駆動回路１０３２と、直流抵抗検出回路１０３３と、ＤＣトランス１０３４を備える。

ＤＣ電圧制御回路１０３１は、制御部１０１からのアナログ出力信号に基づいて直流電圧の値を制御する。ＤＣトランス駆動回路１０３２は、ＤＣ電圧制御回路１０３１によって制御される直流電圧でＤＣトランス１０３４を駆動する。直流抵抗検出回路１０３３は、ＤＣトランス１０３４とグランド間に接続されており、帯電ローラ３０の直流抵抗を検出して制御部１０１に出力する。

上記のＤＣバイアス発生回路１０３は、交流成分を発生させるＡＣトランス１０２５の二次側巻線の低電位側とグランド間に接続されている。これにより、ＡＣトランス１０２５の二次側巻線の高圧出力側に、交流成分と直流成分が重畳された高圧を発生させる。当該重畳電圧は、帯電ローラ３０に印加される。ＡＣバイアス発生回路１０２及びＤＣバイアス発生回路１０３が、特許請求の範囲でいう重畳電圧印加手段の一実施形態である。感光体ドラム２０の表面において、帯電ローラ３０よりも感光体ドラム２０の周面回転方向下流側に配置される現像装置５０には、現像バイアス用電源装置８０から、交流電圧の現像バイアス電圧が印加される。

干渉波検出回路（干渉波検出手段）１０５は、R7,C7の間に接続されている。帯電ローラ３０に印加する上記重畳電圧（帯電バイアス電圧）の交流成分は、R7,C7を通りＡＣトランス１０２５に戻るが、当該の交流成分は、現像バイアス用電源装置８０が現像装置５０に印加する現像バイアス電圧の周波数による干渉を受け、R7の両端には、低い交流成分で振幅変調を受けた波形が現われる。例えば、帯電バイアス電圧の周波数の最適周波数が1.6KHzであり、現像バイアス電圧の周波数が2.4KHzとすると、現像バイアス周波数の2倍の周波数成分と帯電バイアス周波数の3倍の周波数成分が差の周波数となってビートが発生する。この例の場合はゼロビートであるが、周波数は周囲の温度等で変動する為に、常に一定に保つことは難しく、仮に、帯電バイアス周波数が1.62KHzと20Hzずれた場合は60Hzの干渉波が現われる。干渉波検出回路１０５は、R7の両端に波形から現れる干渉波を検出するために設けられている。干渉波検出回路１０５は、ローパスフィルタを通して低い周波数の信号のみを通過させ、その後に整流を行って直流電圧に変換して、制御部１０１に出力する。

制御部１０１は、干渉波検出回路１０５から上記直流電圧として出力されてくる干渉波をアナログ−デジタル変換し、当該デジタル変換後の値を、例えば1mS毎にサンプリングする（以下、サンプリングしたデジタル変換後の値を検知電圧値という）。制御部１０１は、1mS毎にサンプリングする検知電圧値に、予め定めた値以上の変動が発生していれば、検知電圧値に当該予め定めた値以上の変動が生じなくなるまで、帯電バイアス電圧生成のために分周回路１０２２に出力するクロック信号の周波数を変更する補正を行う。

ＡＣバイアス発生回路１０２及び干渉波検出回路１０５について更に説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る帯電バイアス用電源の帯電バイアス交流部分を示す回路図、図４はクロック信号から正弦波を生成するまでのタイミングチャート、図５は干渉波を示す図である。

ＡＣ振幅制御回路１０２１は非反転増幅回路を備え、制御部１０１から出力されるアナログ出力信号を増幅して、交流電圧の振幅を定める電圧を出力する（図４のａ）。制御部１０１の内蔵タイマからは、例えば図４のｂに示すように、最初は、予め定めておいた周波数のクロック信号を出力する。このクロック信号は、Ｄ形フリップフロップを備える分周回路１０２２において、1/2に分周されたクロック信号（図４のＱ）と、この分周されたクロック信号を反転させたクロック信号（図４の／Ｑ）とされる。

これら分周回路１０２２からの各出力信号は、階段状波形生成回路１０２３において、制御部１０１から出力されるクロック信号とでＡＮＤ条件をとった図４のｄ，ｃに示す波形の信号とされる（信号ｃは更に反転）。階段状波形生成回路１０２３は、更にトランジスタQ1,Q2を備え、これらトランジスタQ1,Q2には、同じ抵抗値の抵抗R1,R2が図３に示すように接続されている。従って、図３のa点における電圧の1/2が、常に図３のe点に発生する。一方、トランジスタQ1のベースは、上記信号cとでドライブされ、トランジスタQ2のベースは信号ｄでドライブされ、これによりe点における電圧波形は階段状波形になる（図４のｅ）。この階段状波形は、R4,C1,R3で形成されるフィルタを備えるＡＣトランス駆動回路１０２４において積分されて波形が正弦波に変換され（図４のｆ）、この正弦波の交流電圧によりＡＣトランス１０２５が駆動される。

干渉波検出回路１０５は、C3,R8,C4,R5のフィルタにより、R7の両端に現われる信号波形（図５のｇ）の低周波成分のみを抽出し、更にダイオードD1で整流して直流電圧に変換して、図５のｈに示す波形を生成し、これを制御部１０１に出力する。

次に、図６を参照して制御部１０１による帯電バイアス電圧の補正処理を説明する。図６は、帯電バイアス電圧の補正処理を示すフローチャートである。前提として、制御部１０１は、常に干渉波検出回路１０５から出力されてくる電圧値（干渉波）をアナログ−デジタル変換し、例えば1mS毎にサンプリングしている。制御部１０１は、このサンプリングで得た検知電圧値に、予め定めている一定値以上の変動が発生すれば（Ｓ１でＹＥＳ）、内蔵のタイマから分周回路１０２２に出力するクロック信号の周波数を、例えば、10Hz程度高くする（Ｓ２）。ここで、制御部１０１は、サンプリングで得た検知電圧値に上記一定値以上の変動がなくなれば（Ｓ３でＹＥＳ）、処理を終了する。

制御部１０１は、依然として検知電圧値に上記一定値以上の変動がある場合（Ｓ３でＮＯ）、サンプリングで得た検知電圧値が低くなっていれば（Ｓ４で「低下」）、サンプリングで得た検知電圧値に上記一定値以上の変動がなくなるまで、上記タイマから出力するクロック信号の周波数を、例えば、10Hz程度ずつ高くしていく（Ｓ５，Ｓ６）。一方、制御部１０１は、サンプリングで得た検知電圧値が高くなっているのであれば（Ｓ４で「上昇」）、サンプリングで得た検知電圧値に上記一定値以上の変動がなくなるまで、上記タイマから出力するクロック信号の周波数を、例えば、10Hz程度ずつ低くしていく（Ｓ７，Ｓ８）。

例えば、制御部１０１が、図４のｂに示すように、帯電バイアス電圧生成用クロック信号の周期T1を、検知電圧値に応じて周期T2に変更し、分周回路１０２２、階段波形生成回路１０２３，ＡＣトランス駆動回路１０２４から出力される信号波形の周期を図４のｂ、Ｑ、／Ｑ、ｄ、ｃ、ｅ、ｆのように変更すると、上記周期T2への変更後は、図５のｇ、ｈに示すように、干渉波が発生しなくなる。

なお、本発明は上記実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、帯電バイアス用電源装置１の構成を図２及び図３に示し、帯電バイアス電圧の補正処理を図６に示しているが、これは単なる一実施形態に過ぎない。

本発明に係る帯電バイアス用電源装置が適用されたプリンタの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る帯電バイアス用電源のブロック図である。 本発明の一実施形態に係る帯電バイアス用電源の帯電バイアス交流部分を示す回路図である。 クロック信号から正弦波を生成するまでのタイミングチャートである。 干渉波を示す図である。 帯電バイアス電圧の補正処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 帯電バイアス用電源装置
１０ プリンタ
８０ 現像バイアス用電源装置
１０１ 制御部
１０２ ＡＣバイアス発生回路
１０２１ 振幅制御回路
１０２２ 分周回路
１０２３ 階段状波形生成回路
１０２４ トランス駆動回路
１０２５ ＡＣトランス
１０３ ＤＣバイアス発生回路
１０３１ 電圧制御回路
１０３２ トランス駆動回路
１０３３ 直流抵抗検出回路
１０３４ ＤＣトランス
１０５ 干渉波検出回路

Claims (4)

1. 直流電圧と交流電圧を重畳して帯電装置に印加する重畳電圧印加手段と、
   現像装置に電圧が印加されているときに、前記重畳電圧印加手段によって前記帯電装置に印加される重畳電圧に現れる干渉波を検出する干渉波検出手段と、
   前記干渉波検出手段によって干渉波が検出されたとき、前記重畳電圧印加手段によって前記帯電装置に印加される重畳電圧を、当該干渉波が低減する方向に変更する補正を行う補正手段と
   を備えた帯電バイアス用電源装置。
2. 前記補正手段は、前記干渉波検出手段によって干渉波が検出されたときに、前記重畳電圧印加手段が前記帯電装置に印加する重畳電圧の交流成分の周波数を変化させることによって、前記補正を行う請求項１に記載の帯電バイアス用電源装置。
3. 前記干渉波検出手段は、前記干渉波から低周波数成分のみを抽出して直流電圧に変換し、
   前記補正手段は、前記変換された直流電圧に、予め定められた一定値以上の変動があったときに、この変動が当該予め定められた一定値よりも小さくなるまで、前記重畳電圧印加手段によって前記帯電装置に印加される重畳電圧の交流成分の周波数を変化させることによって、前記補正を行う請求項２に記載の帯電バイアス用電源装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の帯電バイアス用電源装置を備えた画像形成装置。

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