JP2008058510A - 高圧電源装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定常出力時の安定性を満足しつつ、パッチ画像を感光ドラム上に確実に残す転写高圧制御を行うことのできる高圧電源装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光ドラム上の先行する記録紙の後端相当部から後続の記録紙の先端相当部までの領域にパッチ画像を形成し、該パッチ画像の濃度を検出して、検出結果にもとづいて画像形成条件を決定する画像形成装置で用いる高圧電源装置であって、高圧電源装置は、第１の高圧電源と、第１の高圧電源とは逆極性電圧出力の第２の高圧電源と、第１の高圧電源の出力端と第２の高圧電源の出力端を直列接続する出力回路と、制御部とを備え、制御部は、感光ドラム上の先行する記録紙の後端相当部が転写ニップ部を通過するタイミングを示すタイミング信号（イネーブル信号１）を受信して、第１の高圧電源をオフすると共に第２の高圧電源をオンするように制御する高圧電源装置により前記課題を解決する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子写真式の複写機、プリンタ等の画像形成装置に関し、特にその転写高圧電源の制御に関するものである。

一般に電子写真方式、特に複数色のカラートナーを用いるカラー複写機は、濃度階調性を適正とするために、画像信号をカラー複写機のエンジンの特性にあった信号値に変換している。

この従来例を図５により説明する。図５はカラー複写機の要部構成を示す模式図である。適正な色味の画像を得るために、濃度検出用の画像信号を元に感光ドラム１０１上に静電潜像を形成する。そして感光ドラム１０１上の静電潜像を現像器１０３で現像してトナー画像とし、このトナー画像（パッチ状のトナー画像であり、以下、パッチ画像という。）の濃度をパッチ画像濃度検知センサ１０５で検出し、検出結果により画像形成条件を決定する。なお、現像器は前記複数色に対応する個数あるが、便宜上図５では１個の現像器で表記している。また、画像形成のための構成、動作は良く知られているので、ここでは説明を省略する。

前記パッチ画像濃度の検出は、感光ドラム１０１に対向するＬＥＤの光源からパッチ画像に光を照射し、その反射光を光電素子で受光して出力し、その出力値を濃度値に変換することによって行う。前述のようにパッチ画像を形成し、測定した濃度に従って画像形成条件を決定するようにしたカラー複写機は極めて良好な濃度をもって画像を形成し得る反面、以下のような問題も発生していた。

前記濃度検出用のパッチ画像は、感光ドラムの非画像領域に形成される。ここで非画像領域とは、先行する第１の記録紙に形成されるべき画像の感光ドラム上における後端と、後続の第２の記録紙に形成されるべき画像の感光ドラム上における先端との間の領域である。なお、「記録紙」は記録媒体、転写シートとも言い、紙にかぎらず、合成樹脂製のシートも用いられるが、慣例にしたがい「紙」と表記する、後述の「紙間」についても同様である。

感光ドラム１０１上に形成されたトナー画像のうち、画像領域のトナー画像は転写ニップ部１０６−Ｎにおいて感光ドラム１０１から中間転写体（転写ベルト）１０８に転写される。一方で、感光ドラム１０１に以前の潜像のパターンが現れる現象（ドラムメモリ）を削減する処理が行われる。具体的には、非画像領域に形成されたパッチ画像を中間転写体１０８へ転写しない制御が行われる（感光ドラム上にパッチ画像を残す）。感光ドラム１０１上に残ったパッチ画像はクリーニング装置１０４で清掃され、続いて、一次帯電器１０２で感光ドラム１０１を帯電する。

図５に示すカラー複写機では、感光ドラム１０１上のトナー画像が中間転写体１０８に転写される一次転写と、中間転写体１０８上のトナー画像が記録紙Ｐに転写される二次転写が行われる。

次に、一次転写の際の転写高圧の制御について説明する。

感光ドラム１０１上に形成したパッチ画像の先端が転写ローラ１０６のニップ部１０６−Ｎに到達するまでに、転写ローラ１０６に印加する転写高圧を、トナーが転写されない電圧レベル(非転写電圧)まで低下させるよう高圧制御を行っている。しかし、カラー複写機の高速化にしたがい、図６（ｃ）に示すように、紙間時間が非常に短時間になってきた。このため、転写ニップ部１０６−Ｎを感光ドラム上の記録紙Ｐ１の後端相当部が通過してから転写ニップ部１０６−Ｎにパッチ画像の先端が到着するまでの時間内に、転写高圧を(非転写電圧)まで低下できないという問題が発生した。ここで、「紙間時間」とは、先行する記録紙Ｐ１の後端が転写ニップ部１１０−Ｎを通過してから後続の記録紙Ｐ２の先端が転写ニップ部１１０−Ｎに達するまでの時間である。この時間は、転写ニップ部１０６−Ｎでの、感光ドラム１０１上の記録紙Ｐ１の後端相当部通過から後続の記録紙Ｐ２の先端相当部到着までの時間に対応する。

従来、転写高圧は定常出力時の安定性を優先した回路構成を取っており、転写高圧の立下げの応答に５０ｍｓ〜１００ｍｓ（出力値、本体負荷条件で異なる）が必要だった。図４（実施例の説明図であるが、ここで援用）の“正バイアスオフのみ”が電圧変更例であり、所定の電圧になるよう制御しているため、図示のように、所要の時間（１０〜２０ｍｓ）内に電圧を変更することができない（特許文献１参照）。
特開平１１−１４６５５９号公報

従来は、転写高圧の電圧変更に１００ｍｓ程度の時間がかかることが許されてきたが、紙間時間の短縮化により、転写高圧の電圧を変更するのに要する時間を１０〜２０ｍｓといった時間に短縮する必要が出てきた。転写高圧を変更するのに要する時間が長いことについて、感光ドラム上の紙間相当領域のパッチ画像の長さを短くして対処する手法も考えられる。しかし、安定したパッチ画像の濃度検出を行うためには、所望のサンプリング時間とサンプリング回数が取れる、所定の大きさ以上のパッチ画像の形成が必要であり、パッチ画像長を短くすることは好ましくない。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、次のａに示す高圧電源装置および画像形成装置を提供することを課題とするものである。
ａ 定常出力時の安定性を満足しつつ、パッチ画像を感光ドラム上に確実に残す転写高圧制御を行うことのできる高圧電源装置および画像形成装置。

前記課題を解決するため、本発明では、高圧電源装置を次の（１）のとおりに構成し、画像形成装置を次の（２）のとおりに構成する。

（１）感光ドラム上に形成したトナー画像を、該感光ドラムに接する転写ニップ部で中間転写体または記録紙に転写する転写部を有し、前記感光ドラム上の先行する記録紙の後端相当部から後続の記録紙の先端相当部までの領域にパッチ画像を形成し、該パッチ画像の濃度を検出して、検出結果にもとづいて画像形成条件を決定する画像形成装置で用いる高圧電源装置であって、前記高圧電源装置は、第１の高圧電源と、前記第１の高圧電源とは逆極性電圧出力の第２の高圧電源と、前記第１の高圧電源の出力端と前記第２の高圧電源の出力端を直列接続する出力回路と、制御部とを備え、前記制御部は、前記感光ドラム上の前記先行する記録紙の後端相当部が前記転写ニップ部を通過するタイミングを示すタイミング信号を受信して、前記第１の高圧電源をオフすると共に前記第２の高圧電源をオンするように制御する高圧電源装置。

（２）前記（１）に記載の高圧電源装置を備え、その出力を前記転写装置に印加する画像形成装置。

本発明によれば、紙間時間が非常に短時間になっていても、転写ニップ部で、感光ドラム上の先行する記録紙の後端相当部が通過してからパッチ画像の先端が到着する時間内に、転写高圧を転写しない電圧レベルまで低下させることができる。これにより、感光ドラム上の紙間相当領域に形成されたパッチ画像を中間転写体または記録紙に転写せずに、感光ドラム上に残すことが実現できるので、ドラムメモリを改善することが可能になる。その結果、画質を向上につながる。

本発明を実施するための最良の形態を、カラー複写機の実施例（実施形態の例）により詳しく説明する。

実施例１である“カラー複写機”について説明する。カラー複写機本体のハードウエア構成は、図５と同様なので、その説明を援用する。本実施例の要部は、転写高圧電源にあるので、転写高圧電源の構成を図１に即して詳しく説明する。

転写高圧電源は、正バイアス（プラス極性電圧）と負バイアス（マイナス極性電圧）の領域の高圧出力を発生する。正バイアスはトナー画像（トナーはマイナスに帯電）の転写用、負バイアスは中間転写ベルト上のクリーニング用である。回路の構成は、正バイアス用のトランス１と負バイアス用のトランス１４とを組み合わせで、正／負バイアスの各高圧出力Ｖoutを本体負荷（抵抗１１とコンデンサ１２）に印加する。

正バイアス側の回路を説明する。

トランス１の入力巻線の一方はコンデンサ３に接続され、直流電圧Ｖinが供給される。トランス１の入力巻線の他方には駆動回路のＦＥＴ４とコンデンサ５が接続され、ＦＥＴ４のゲートに入力される固定クロックＣＬＫ１でトランス１の駆動を行う。正バイアスのオフ／オンは、ＦＥＴ４のゲートに接続されたトランジスタ２のイネーブル信号１で行う。

トランス１の出力巻線には、交流電圧を整流平滑するために必要な回路、すなわち高圧整流ダイオード６とコンデンサ７、負バイアス印加時に電流の流れるブリーダ抵抗８が接続され、正バイアスＶａが出力される。

負バイアス側の回路を説明する。

トランス１４の一次側の入力巻線にはトランスの駆動装置１３が接続され、駆動装置１３は負バイアス制御装置１９で生成されたＰＷＭ−ＣＬＫ信号に従ってトランス１４の駆動を行う。負バイアスのオフ／オンは、ＰＷＭ−ＣＬＫの信号線に接続されたトランジスタ２０のイネーブル信号２で行う。

トランス１４の二次側の出力巻線には、交流電圧を整流平滑するために必要な回路、すなわち高圧整流ダイオード１５とコンデンサ１６、負バイアス印加時に電流の流れるブリーダ抵抗１７が接続され、負バイアスＶｂが出力される。

前述の正バイアス側の回路と負バイアス側の回路は、図１に示すように各電源の出力端が直列接続されている。転写のための正バイアスオン時において、負バイアスはオフである。本体負荷（抵抗１１とコンデンサ１２）に正バイアスＶoutを印加すると、高圧電源内の正バイアス電流は、ＧＮＤから負バイアス側の回路のブリーダ抵抗１７、トランス１の出力巻線、ダイオード６、負荷抵抗１１を流れる。

以上の動作より、正バイアス出力はＶout＝（正バイアス出力Ｖａ）−（電圧降下Ｖｂ）になる。なお、電圧降下Ｖｂ＝電流量Ｉ×ブリーダ抵抗１７である。

クリーニング動作の際には、負バイアスオンであるが、正バイアスはオフである。本体負荷（抵抗１１とコンデンサ１２）に負バイアスＶoutを印加すると、高圧電源内の負バイアス電流は、ＧＮＤから負荷抵抗１１、正バイアスのブリーダ抵抗８、ダイオード１５、トランス１４の出力巻線を流れる。以上の動作より、負バイアス出力はＶout＝（負バイアス出力Ｖｂ）−（電圧降下Ｖａ）になる。なお、電圧降下Ｖａ＝電流量Ｉ×ブリーダ抵抗８である。

前述の転写高圧回路で出力されたＶoutの電圧は、直列に接続された高圧抵抗９と検出抵抗１０の分圧比で検出され、正バイアスと負バイアスの各制御装置（正バイアス制御装置１８と負バイアス制御装置１９）にフィードバックされる。正バイアスの出力は、このフィードバックした電圧と正バイアス出力電圧の制御信号ＣＯＮＴ１を元に生成した電圧Ｖｉｎで制御される。他方、負バイアスの出力は、前記フィードバックした電圧と負バイアス出力電圧の制御信号ＣＯＮＴ２を元に生成した制御クロック（ＰＷＭ−ＣＬＫ）で制御される。

感光ドラム１０１上に形成したパッチ画像を感光ドラム１０１上に残すために、図２に示すように、転写ニップ部１０６−Ｎを感光ドラム上の先行する記録紙の後端相当部が通過してから転写ニップ部１０６−Ｎへパッチ画像先端が到着するまでの時間内に転写高圧を所定の電圧まで低下させる。その後、転写ニップ部１０６−Ｎを感光ドラム上のパッチ画像後端が通過してから転写ニップ部１０６−Ｎへ後続の記録紙Ｐ２先端相当部が到着するまでの間に転写に必要な電圧に戻す制御を行う。前記所定の電圧とは、パッチ画像が中間転写体１０８に転写されない電圧レベルである。正バイアス出力は、制御信号ＣＯＮＴ１の電圧レベルを変更することにより所望の値に制御されるが、この制御信号ＣＯＮＴ１の電圧レベルの変更により正バイアスの出力Ｖoutを低下させた場合、図３に示すように、入力電圧Ｖinの電圧変動に類似した電圧変動（Ｖout）となる。

トランス１の入力側(一次側)に設けられたコンデンサ３は、転写出力を安定して制御するために、数百μＦの容量の電解コンデンサが用いられている。このためＶinによりコンデンサ３に蓄積された電荷の放電時間が長くなる。転写高圧の立下げ時間を短縮するためには、コンデンサの容量を大幅に下げたり、正バイアス制御装置１８内のループ応答時間を早くしたりする手法があるが、１０〜２０ｍｓ程度で変化を終了させることができなかった。

次に、入力電圧Ｖinの電圧変動の遅い／早いに関係なく、転写高圧の出力Ｖoutの立下げ時間を短縮する手法について説明する。正バイアスと負バイアスの切り替えタイミングを図４に示す。感光ドラム１０１上の先行する記録紙の後端相当部が転写ニップ部１０６−Ｎを通過するタイミングを示すタイミング信号を複写機本体の制御部（コントローラ）から高圧電源装置の制御部３０が受信する。そして、高圧電源装置の制御部は、イネーブル信号１をオン（正バイアスをオフ）、イネーブル信号２をオフ（負バイアスをオン）に同時に切り替える。なお、負バイアスの制御電圧を、パッチ画像が転写されない、かつ、画像不良を発生しないマイナス数百Ｖに設定する。イネーブル信号１，２の切り替えにより、正バイアス電源側のコンデンサ７と本体負荷のコンデンサ１２に充電されていた電荷が、ブリーダ抵抗８を介して、負バイアス電源に引き込み放電される。これにより、出力Ｖoutの電圧レベルが急激に低下する。なお、負バイアスの立上げ速度が速いほど、出力Ｖoutの低下を早くすることが可能である。

その後、高圧電源装置の制御部３０は、複写機本体の制御部からパッチ画像後端が転写ニップ部１０６−Ｎを通過するタイミングを示すタイミング信号を受信し、正バイアスをオン（イネーブル信号１）、負バイアスをオフ（イネーブル信号２）に同時に切り替える。これにより、正バイアス電源側をオンさせ、所定の正バイアス電圧の出力制御を行う。

紙間時間は、複写機の印刷速度や紙サイズ、紙の向きで変わってくる。所定時間より紙間時間が短い条件では、負バイアスを印加する手法が必須であるが、前記所定時間より紙間時間が長い場合には、従来通り、正バイアスのみの立下げでも、ニップ部へのパッチ画像先端到着までに所望の電圧レベルに制御可能である。そこで、記録紙の後端相当部の通過から、パッチ画像先端到着までの時間を演算し、例えば１００ｍｓを超える場合には、従来通り、正バイアスのみの立ち下げる、負バイアスのみ立ち上げる方式に切り替えてもよい。

以上説明したように、本実施例によれば、紙間時間が非常に短時間になっていても、転写ニップ部での、感光ドラム上の先行する記録紙の後端相当部通過からパッチ画像先端到着までの時間内に、転写高圧をトナーが転写されない電圧レベルまで低下させることができる。これにより、感光ドラム上の紙間相当領域に形成されたパッチ画像を中間転写体に転写せずに、ドラム上に残すことが実現できるので、ドラムメモリ現象を改善することが可能になる。その結果、画質を向上させることにつながる。

なお、本実施例は、１個の感光ドラムを用いる画像形成装置であるが、複数の感光ドラムを順次配列する画像形成装置においても、同様に実施することができる。また、本実施例は、感光ドラムのトナー画像を中間転写体を介して記録紙に転写する画像形成装置であるが、感光ドラムのトナー画像を直接記録紙に転写する画像形成装置においても同様に実施することができる。

実施例１における高圧電源装置の構成を示す図 実施例１における転写電圧制御を示す図 正バイアス電圧の変化を示す図 実施例１の動作を示す図 カラー複写機の概略構成を示す模式図 転写電圧が高速に変化しないことを示す図

符号の説明

１ トランス
８ ブリーダ抵抗
１４ トランス
１７ ブリーダ抵抗
１８ 正バイアス制御装置
１９ 負バイアス制御装置

Claims (5)

1. 感光ドラム上に形成したトナー画像を、該感光ドラムに接する転写ニップ部で中間転写体または記録紙に転写する転写部を有し、前記感光ドラム上の先行する記録紙の後端相当部から後続の記録紙の先端相当部までの領域にパッチ画像を形成し、該パッチ画像の濃度を検出して、検出結果にもとづいて画像形成条件を決定する画像形成装置で用いる高圧電源装置であって、
   前記高圧電源装置は、第１の高圧電源と、前記第１の高圧電源とは逆極性電圧出力の第２の高圧電源と、前記第１の高圧電源の出力端と前記第２の高圧電源の出力端を直列接続する出力回路と、制御部とを備え、
   前記制御部は、前記感光ドラム上の前記先行する記録紙の後端相当部が前記転写ニップ部を通過するタイミングを示すタイミング信号を受信して、前記第１の高圧電源をオフすると共に前記第２の高圧電源をオンするように制御することを特徴とする高圧電源装置。
2. 請求項１に記載の高圧電源装置において、
   前記制御部は、前記感光ドラム上のパッチ画像の後端が前記転写ニップ部を通過するタイミングを示すタイミング信号を受信して、前記第１の高圧電源をオンすると同時に前記第２の高圧電源をオフするように制御することを特徴とする高圧電源装置。
3. 請求項１または２に記載の高圧電源装置において、
   前記第１の高圧電源および前記第２の高圧電源は、それぞれ、トランスを有し、前記トランスの二次側に整流平滑回路とブリーダ抵抗とを有することを特徴とする高圧電源装置。
4. 請求項３に記載の高圧電源装置において、
   前記第１の高圧電源は、前記トランスの一次側に、出力安定用のコンデンサを有することを特徴とする高圧電源装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の高圧電源装置を備え、その出力を前記転写装置に印加することを特徴とする画像形成装置。

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