JP2010102262A - Image forming apparatus and method of controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子写真式の画像形成装置における帯電電圧の制御技術に関する。 The present invention relates to a charging voltage control technique in an electrophotographic image forming apparatus.
電子写真方式の画像形成装置は、一般に、トナー像の転写を促進するために、転写ローラや感光ドラムを帯電させる帯電装置を備えている。帯電装置の帯電方式としては、近年、接触帯電方式が主流になりつつある。接触帯電方式は、伝統的な非接触帯電方式と比較し、プロセスの低電圧化、オゾン発生量の低減、コストの低減などの観点で有利だからである。 In general, an electrophotographic image forming apparatus includes a charging device that charges a transfer roller and a photosensitive drum in order to promote transfer of a toner image. In recent years, the contact charging method is becoming mainstream as the charging method of the charging device. This is because the contact charging method is more advantageous than the conventional non-contact charging method in terms of lowering the process voltage, reducing the amount of ozone generated, and reducing costs.
接触帯電方式では、一般に、電圧を印加した帯電ローラを感光ドラムの表面に当接させることで、感光ドラムの表面を一様に帯電させる。帯電ローラに対する印加電圧は直流電圧のみでも良いが、直流電圧に加えて交流電圧を印加してもよい。交流電圧は、プラス側、マイナス側への放電を交互に発生させるため、帯電を均一にできるからである。 In the contact charging method, generally, the surface of the photosensitive drum is uniformly charged by bringing a charging roller to which a voltage is applied into contact with the surface of the photosensitive drum. The voltage applied to the charging roller may be only a DC voltage, but an AC voltage may be applied in addition to the DC voltage. This is because the alternating voltage causes the discharge to the plus side and the minus side to occur alternately, so that the charging can be made uniform.
帯電ローラに正弦波の交流電圧を印加すると、帯電ローラには、抵抗負荷電流と、容量性負荷電流と、放電電流とが流れる。抵抗負荷電流は、帯電ローラと感光ドラム間の抵抗性負荷に流れる電流である。容量性負荷電流は、帯電ローラと感光ドラム間の容量性負荷に流れる電流である。放電電流は、帯電ローラと感光ドラム間に発生した放電現象に起因した電流である。 When a sinusoidal AC voltage is applied to the charging roller, a resistive load current, a capacitive load current, and a discharge current flow through the charging roller. The resistive load current is a current that flows through a resistive load between the charging roller and the photosensitive drum. The capacitive load current is a current that flows through the capacitive load between the charging roller and the photosensitive drum. The discharge current is a current resulting from a discharge phenomenon generated between the charging roller and the photosensitive drum.
ところで、安定した帯電を得るためには、放電電流の値を所定値以上にすると良いことが経験的にわかっている。ただし、放電電流が多すぎれば、感光ドラムの劣化が進みやすくなる。また、放電生成物によってトナー像が乱れるおそれもある。よって、放電電流の適正値をいかに精度良く設定するかが重要である。 By the way, in order to obtain stable charging, it has been empirically known that the value of the discharge current should be set to a predetermined value or more. However, if the discharge current is too large, deterioration of the photosensitive drum is likely to proceed. Further, the toner image may be disturbed by the discharge product. Therefore, it is important how accurately the appropriate value of the discharge current is set.
放電電流の値は、帯電ローラへの印加電圧によって制御できる。ただし、放電電流の値と、帯電ローラへの印加電圧との関係は常に一定というわけではない。この関係は、感光ドラムの感光体層や誘電体層の膜厚、帯電部材や空気の環境変動等により変化するからである。例えば、高温高湿環境下では帯電ローラの抵抗値が低くなり、逆に、低温低湿環境下では帯電ローラの抵抗値が高くなってしまうため、一定の放電電流を得るための印加電圧は異なる。また、帯電部材の製造ばらつきや汚れによる抵抗値の変動、耐久による感光ドラムの静電容量の変動、画像形成装置本体の高圧発生装置の特性ばらつきなどでも、放電電流の値の変化が発生する。 The value of the discharge current can be controlled by the voltage applied to the charging roller. However, the relationship between the value of the discharge current and the voltage applied to the charging roller is not always constant. This is because the relationship changes depending on the film thickness of the photosensitive layer and dielectric layer of the photosensitive drum, environmental variation of the charging member and air, and the like. For example, the resistance value of the charging roller is low in a high temperature and high humidity environment, and conversely, the resistance value of the charging roller is high in a low temperature and low humidity environment. Therefore, the applied voltage for obtaining a constant discharge current is different. In addition, a change in the value of the discharge current also occurs due to variations in the resistance value due to manufacturing variations and contamination of the charging member, variations in the capacitance of the photosensitive drum due to durability, and variations in the characteristics of the high voltage generator of the image forming apparatus main body.
このような放電電流の量の変化を抑制するために、「放電電流制御方式」が提案されている。放電電流制御方式では、帯電部材に流れる交流電流値を検出し、検出した交流電流値に応じて帯電部材に印加する交流電圧を調整する。ただし、放電現象が発生しないVh未満の電圧レベルと、放電現象が発生するVh以上の電圧レベルとのそれぞれにおいて少なくとも2点以上で交流電流値を電流検出手段で検出する必要がある。Vhを放電開始電圧と呼ぶことにする。 In order to suppress such a change in the amount of discharge current, a “discharge current control method” has been proposed. In the discharge current control method, an alternating current value flowing through the charging member is detected, and an alternating voltage applied to the charging member is adjusted according to the detected alternating current value. However, the AC current value must be detected by the current detection means at at least two points in each of the voltage level lower than Vh where the discharge phenomenon does not occur and the voltage level higher than Vh where the discharge phenomenon occurs. Vh is referred to as a discharge start voltage.
図10は、帯電部材に印加される帯電交流電圧と帯電部材に流れる帯電交流電流との関係を示した図である。横軸が、帯電交流電圧値を示し、縦軸が帯電交流電流値を示している。図10においてA,B,C,Dは、交流電流の検出ポイントを示している。交流電圧がVh以上になると、交流電圧に応じた放電電流量Isが発生する。例えば、交流電圧としてV_tarを印加すると、交流電流値はI_tarとなり、そのうちIs_tarが放電電流に相当する。このように、帯電交流電圧と帯電交流電流との関係は一定でないため、放電開始電圧Vhの前後でそれぞれ特性を測定する必要がある。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the charging AC voltage applied to the charging member and the charging AC current flowing through the charging member. The horizontal axis represents the charging AC voltage value, and the vertical axis represents the charging AC current value. In FIG. 10, A, B, C, and D indicate detection points of alternating current. When the AC voltage becomes Vh or more, a discharge current amount Is corresponding to the AC voltage is generated. For example, when V_tar is applied as an AC voltage, the AC current value is I_tar, and Is_tar corresponds to the discharge current. Thus, since the relationship between the charging AC voltage and the charging AC current is not constant, it is necessary to measure the characteristics before and after the discharge start voltage Vh.
例えば、Vh未満の電圧ではA,Bの2点をサンプルする。これにより、放電電流が発生しない領域の交流電圧Vと交流電流Iの特性が測定される。Vh以上の電圧ではC,Dの2点をサンプルする。これにより、放電電流が発生する領域におけるVとIの特性が測定される。なお、図中のVdは、D点の交流電圧値を示し、IdはD点の交流電圧値を示している。 For example, two points A and B are sampled at a voltage lower than Vh. Thereby, the characteristics of the alternating voltage V and the alternating current I in a region where no discharge current is generated are measured. When the voltage is Vh or higher, two points C and D are sampled. Thereby, the characteristics of V and I in the region where the discharge current is generated are measured. In the figure, Vd indicates the AC voltage value at point D, and Id indicates the AC voltage value at point D.
このような方法で得られた2つの特性から放電電流を所定レベルIs_tarとするための交流電圧V_tar(交流電流I_tar)のレベルを算出し、これを目標値として制御することで、放電電流の値の変動を抑制できるようになる。 By calculating the level of the AC voltage V_tar (AC current I_tar) for setting the discharge current to the predetermined level Is_tar from the two characteristics obtained by such a method, and controlling this as a target value, the value of the discharge current is obtained. Fluctuations can be suppressed.
しかしながら、従来の放電電流制御方式では、下記のような問題があった。 However, the conventional discharge current control method has the following problems.
(1)電流検出回路が検出した検出値に誤差が含まれていると、放電電流の制御精度が大きく悪化してしまう。上述したA点,B点とC点,D点とでは電流のレベルの差が大きいため、検出値に誤差が生じると、放電電流の算出値にも大きな誤差が発生する。 (1) If the detected value detected by the current detection circuit includes an error, the control accuracy of the discharge current is greatly deteriorated. Since the difference in current level is large between the points A and B and the points C and D described above, if an error occurs in the detected value, a large error also occurs in the calculated value of the discharge current.
(2)連続プリント動作の前後で放電電流の値が変化してしまう。プリントを連続で実行すると、感光ドラムの周辺で温度上昇が発生する。よって、帯電ローラへの印加電圧と放電電流の関係も変化し、放電電流の値が変動してしまう。 (2) The value of the discharge current changes before and after the continuous printing operation. When printing is performed continuously, a temperature rise occurs around the photosensitive drum. Therefore, the relationship between the voltage applied to the charging roller and the discharge current also changes, and the value of the discharge current varies.
(3)作像時出力(例:V_tar、I_tar)よりも大きな調整時出力(Vd、Id)を出力できることが高圧電源に求められる。よって、高圧電源のコスト、サイズアップを招いてしまう。 (3) The high-voltage power supply is required to be able to output an adjustment output (Vd, Id) larger than an image output (eg, V_tar, I_tar). Therefore, the cost and size of the high-voltage power supply are increased.
これらの問題を解決する手法が、特許文献1及び特許文献2に記載されている。特許文献1では、放電現象による出力電圧降下を微分することにより得られる、放電が発生しないときの振幅と、放電が実際に発生したときの振幅との差分を、放電電流の値として算出している。特許文献2では、電圧波形を微分することで、放電しなかったときの電流波形を模擬的に作り、この模擬的な電流波形と実電流波形との差分から放電電流の値を算出している。
上述したように、特許文献1及び特許文献2では、印加される交流電圧の微分値を算出することで、放電電流の値を導出している。しかし、微分演算は、ノイズや、理論波形からのバラツキに対して安定性が低くなりやすい。
As described above, in
そこで、本発明は、このような課題および他の課題のうち、少なくとも1つを解決することを目的とする。例えば、本発明は、微分演算を用いずに精度良く放電電流の値を導出することを目的とする。なお、他の課題については明細書の全体を通して理解できよう。 Therefore, an object of the present invention is to solve at least one of such problems and other problems. For example, an object of the present invention is to derive a value of a discharge current with high accuracy without using a differential operation. Other issues can be understood throughout the specification.
本発明の画像形成装置は、例えば、像担持体、帯電部材、電圧印加手段、電流検出手段、積分手段及び電圧指令値制御手段を備える。帯電部材は、像担持体に当接するように配置され、像担持体を帯電させる。電圧印加手段は、帯電部材に交流電圧を印加する。電流検出手段は、帯電部材に交流電圧を印加することで帯電部材に流れる交流電流の値を検出する。積分手段は、電流検出手段で検出された交流電流の値を所定の積分期間にわたり積分する。電圧指令値制御手段は、積分手段の積分値が目標値に近づくよう電圧指令値を生成し、電圧指令値を電圧印加手段に出力する。 The image forming apparatus of the present invention includes, for example, an image carrier, a charging member, a voltage application unit, a current detection unit, an integration unit, and a voltage command value control unit. The charging member is disposed so as to contact the image carrier, and charges the image carrier. The voltage applying means applies an alternating voltage to the charging member. The current detection means detects the value of the alternating current flowing through the charging member by applying an alternating voltage to the charging member. The integrating means integrates the value of the alternating current detected by the current detecting means over a predetermined integration period. The voltage command value control means generates a voltage command value so that the integration value of the integration means approaches the target value, and outputs the voltage command value to the voltage application means.
本発明によれば、微分演算を用いずに精度良く放電電流の値を導出できる。そのため、像担持体をより均一に帯電させることが可能となり、長期間にわたり高画質及び高品質を維持することが可能となる。 According to the present invention, the value of the discharge current can be derived with high accuracy without using a differential operation. Therefore, the image carrier can be more uniformly charged, and high image quality and high quality can be maintained over a long period of time.
以下に本発明の一実施形態を示す。以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念および下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。 An embodiment of the present invention is shown below. The individual embodiments described below will help to understand various concepts, such as the superordinate concept, intermediate concept and subordinate concept of the present invention. Further, the technical scope of the present invention is determined by the scope of the claims, and is not limited by the following individual embodiments.
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態における帯電装置を示すブロック図である。演算装置101は、例えば、CPUやDSP等のデジタル演算器である。演算装置101から出力された電圧指令値V_tarは、DA変換器102を通してアナログ信号V_tar’に変換される。電圧指令値を示すアナログ信号V_tar’は、高圧電源ユニットの交流電圧印加回路103に入力される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a charging device according to the first embodiment. The
交流電圧印加回路103は、信号増幅器104とローパスフィルタ105などを備えている。交流電圧印加回路103は、帯電部材に交流電圧を印加する電圧印加手段の一例である。信号増幅器104は、抵抗R1、R2、R3及びオペアンプOP1を備え、入力されたアナログ信号を増幅する。増幅されたアナログ信号は抵抗R4を通過する。さらに、アナログ信号は、演算装置101から出力された正弦波PWM信号(例:搬送波1kHz、変調波50kHz)に応じて抵抗内蔵トランジスタQ1によりにチョッピングされる。これにより、アナログ信号は矩形波に変換される。このように、抵抗内蔵トランジスタQ1などは、矩形波変換部として機能する。その後、アナログ信号は、コンデンサC1により交流成分が抽出される。すなわち、直流成分は除去される。抽出された交流成分は、ローパスフィルタ105の抵抗R5に入力される。
The AC
ローパスフィルタ105は、抵抗R5、R6、R7、R8、R9、コンデンサC2、C3、及び、オペアンプOP2を備えている。ローパスフィルタ105は、抵抗R5へ入力された入力信号のうち、正弦波PWM信号に基づく矩形波の基本波を通過させる。すなわち、ローパスフィルタ105のカットオフ周波数は、高調波を遮断するように設定されている。なお、図中のVccは交流信号を正の電圧にオフセットさせるための直流電源電圧である。
The low-
ローパスフィルタ105から出力された交流成分は、抵抗R10、R11、コンデンサC4、C5を介して高圧トランスT1の1次巻線(例:巻き数比は120)。高圧トランスT1の2次巻線より制限抵抗R16を通して出力される交流電圧Vは、電圧指令値に応じて可変(例:0Vから1250Vの振幅で可変)となる。交流電圧Vは、直流電圧印加部106が出力する直流電圧Vdcに重畳され、帯電ローラ107に印加される。ここで、印加される電圧は帯電交流電圧と呼ばれるが、以下では、交流電圧と呼ぶことにする。帯電ローラ107は、帯電部材の一例であり、帯電ブレードや帯電ブラシなど、他の形状であってもよい。また、帯電ローラ107は、感光ドラム108に当接するように配置されている。
The AC component output from the low-
交流電圧Vが増加して放電開始電圧(放電開始しきい値)Vhに達するたび、帯電ローラ107と感光ドラム108間で放電現象が発生する。これにより、感光ドラム108の表面電位は直流電圧Vdcとなる。このようにして、感光ドラム108の表面が均一に帯電する。感光ドラム108は、像担持体の一例である。
Every time the AC voltage V increases and reaches a discharge start voltage (discharge start threshold value) Vh, a discharge phenomenon occurs between the charging
交流電流検知回路109は、抵抗R12、R13、R14、R15、コンデンサC6、C7、及び、オペアンプOP3を備えている。交流電流検知回路109は、帯電部材に交流電圧を印加することで帯電部材に流れる交流電流の値を検出する電流検出手段の一例である。コンデンサC6は直流成分を遮断して交流成分のみを通過させる。高圧トランスT1に流れる交流電流は、抵抗R12によって電圧に変換される。この電圧は、コンデンサC7、抵抗R13、R14、R15、及び、オペアンプOP3を介して、電流値電圧Isns’として検知される。電流値電圧は、交流電流の電流値を示す電圧のことであり、電圧の振幅が電流値に対応している。帯電ローラ107及び感光ドラム108が形成する負荷インピーダンスと比較し、コンデンサC7、抵抗R13、R14、R15のインピーダンスは、十分に大きくなるように設計されている。
The alternating
検知された電流値電圧Isns’はアナログ信号であるため、AD変換器110によってデジタル信号(電流値電圧Isns)に変換される。電流値電圧Isnsは、演算装置101に入力される。AD変換器110のサンプリング周波数は、電流値電圧Isns’の周波数に対して十分速いものとする(例:200kHz)。
Since the detected current value voltage Isns ′ is an analog signal, it is converted into a digital signal (current value voltage Isns) by the
演算装置101は、波形パルス発生部111と、積分演算部112と、電圧指令値制御部113とを備えている。波形パルス発生部111は、正弦波PWM信号を抵抗内蔵トランジスタQ1に出力する。積分演算部112は、検知された電流値電圧Isnsを積分する。積分演算部112は、電流検出手段で検出された交流電流の値を所定の積分期間にわたり積分する積分手段の一例である。電圧指令値制御部113は、積分結果に基づいて電圧指令値V_tarを生成し、DA変換器102へ出力する。電圧指令値制御部113は、積分手段の積分値が目標値に近づくよう電圧指令値を生成し、電圧指令値を電圧印加手段に出力する電圧指令値制御手段の一例である。
The
図2は、第1の実施の形態における放電電流の検出及び制御を示すフローチャートである。ステップS201で、波形パルス発生部111は、正弦波をパルス幅変調(PWM)して生成した矩形波(正弦波PWM信号)を抵抗内蔵トランジスタQ1に出力する。
FIG. 2 is a flowchart showing detection and control of the discharge current in the first embodiment. In step S201, the waveform
ステップS202で、積分演算部112は、積分期間の長さ(時間幅)を決定する。例えば、積分演算部112は、積分期間の時間幅として、正弦波PWM信号の1/2周期に相当する時間幅を算出する。なお、積分期間の長さを固定とする場合は、ステップS202を省略できる。
In step S202, the
ステップS203で、積分演算部112は、積分開始タイミングと積分終了タイミングとを決定する。積分演算部112は、検知された帯電交流電流がゼロクロスとなった時刻から位相が90°進んだ時点を、電流値電圧Isnsの積分開始タイミングに決定する。例えば、正弦波の周波数が1kHzであれば、ゼロクロスの時刻から0.25msが経過した時刻が、積分開始タイミングとなる。なお、90°は、1/4周期の時間幅に相当する。なお、正弦波PWM信号と帯電交流電流との位相差は90°である。よって、正弦波PWM信号がゼロクロスとなった時刻は積分開始タイミングに一致する。
In step S203, the
一方、積分演算部112は、帯電交流電流がゼロクロスになった時刻から位相が270°進んだ時刻(例:0.75ms後)を積分終了タイミングとして決定する。なお、帯電交流電流がゼロクロスとなった時刻から位相が90°進んだ時点と位相が270°進んだ時点との間の期間は、正弦波PWM信号の1/2周期に相当する時間幅となる。演算装置101は、正弦波PWM信号(帯電交流電圧)や電流値電圧(帯電交流電流)の波形を監視し、とりわけゼロクロスとなったか否かを監視する。そして、演算装置101は、ゼロクロスを検出すると、タイマーにより積分開始タイミングの到来を待つ。積分開始タイミングが到来すると、ステップS204に進む。このように、演算装置101は、交流電流がゼロクロスとなるタイミングを積分開始タイミングとして決定するタイミング決定手段の一例である。
On the other hand, the
ステップS204で、積分演算部112は、AD変換器110から入力された電流値電圧Isnsを積分する。演算装置101は、積分終了タイミングが到来するのを待ち、積分終了タイミングが到来すると積分演算部112の積分処理を停止させる。このように、積分演算部112は、交流電流がゼロクロスとなるタイミングから270°位相が進んだタイミングを積分終了タイミングとして決定するタイミング決定手段の一例である。積分演算部112は、積分結果(放電電流量Is)を電圧指令値制御部113に出力する。
In step S <b> 204, the
ステップS205で、電圧指令値制御部113、放電電流量Isと目標放電電流量Is_tarとを比較し、放電電流量Isが目標放電電流量Is_tarに近づくような電圧指令値V_tarを生成し、DA変換器102へ出力する。
In step S205, the voltage command
図3、図4は、放電電流量算出の概念を示した図である。上段は、帯電ローラに印加される交流電圧Vを示している。中段は、帯電ローラに流れる交流電流Iを示している。下段は、放電電流量Isを示している。なお、いずれの横軸も時間を示している。 3 and 4 are diagrams showing the concept of discharge current amount calculation. The upper row shows the AC voltage V applied to the charging roller. The middle row shows the alternating current I flowing through the charging roller. The lower part shows the discharge current amount Is. Each horizontal axis indicates time.
交流電圧印加回路103からみた帯電ローラ107と感光ドラム108との負荷については、容量性負荷が支配的である。したがって、印加する交流電圧Vの位相に対し、交流電流Iの位相は90°進んでいる。また、交流電圧Vが正弦波であるため、交流電流Iも正弦波となる。
As regards the load between the charging
図4が示すように、帯電ローラ107と感光ドラム108との間に印加される交流電圧Vが増加して放電開始電圧(放電開始しきい値)Vhを超えると、放電現象が発生する。よって、交流電圧の位相について0°の近傍と180°の近傍で、交流電圧の振幅に応じた時間にわたり放電が発生する。放電が発生すると、交流電流Iは、放電電流量Isの分だけ増加する。例えば、図4において、交流電流Iは、点線部が示す値から実線部が示す値へと増加している。
As shown in FIG. 4, when the AC voltage V applied between the charging
図4からわかるように、交流電圧Vの位相について0°の近傍と180°の近傍では、振幅の大きさに関わらず、放電しない領域が存在する。そのため、交流電流Iを90°から270°まで積分すると、容量性負荷に流れる電流が相殺されることになる。すなわち、容量性負荷電流の積分値は0A・sとなる。 As can be seen from FIG. 4, in the vicinity of 0 ° and 180 ° with respect to the phase of the AC voltage V, there is a region where no discharge occurs regardless of the amplitude. Therefore, when the alternating current I is integrated from 90 ° to 270 °, the current flowing through the capacitive load is canceled out. That is, the integral value of the capacitive load current is 0 A · s.
このように、積分期間の長さを交流電圧波形(正弦波)1/2周期とする。すなわち、積分演算部112は、交流電流Iを90°から270°まで積分することで、一回分の放電電流量Isを導出できる。なお、演算装置101は、帯電部材と像担持体とによって形成される容量性負荷に流れる電流についての積分値が0となるように積分期間を決定する積分期間決定手段の一例である。
In this way, the length of the integration period is set to the AC voltage waveform (sine wave) ½ cycle. That is, the
電圧指令値制御部113は、放電電流量Isの絶対値を算出する。さらに、電圧指令値制御部113は、放電10回分の放電電流量Isの絶対値について平均値Is_aveを算出する。なお、電圧指令値制御部113は、絶対値を取る代わりに、負から正へのゼロクロス時または正から負へのゼロクロス時のうち、いずれか一方のみの積分期間に対する放電電流量Isから平均値を算出してもよい。電圧指令値制御部113は、不図示の上位演算装置から入力される目標放電電流量Is_tarと放電電流量平均値Is_aveとの差分が0に近づくように、電圧指令値V_tarを生成し、DA変換器102へ出力する。これにより、フィードバック制御が実現される。
The voltage command
以上説明したように、本実施形態によれば、微分演算を用いずに精度良く放電電流の値を導出できる。その結果、環境条件や製造による帯電部材の特性ばらつき等にかかわらず、定量の放電を高精度で生じさせることが可能となる。これにより、均一な帯電が実現されるため、像担持体の劣化、トナー融着、画像不良等の問題を軽減できるだろう。また、本発明では、プリント中に放電電流の値を微調整できるため、連続プリント中においてもプリント速度を維持できよう。また、帯電部材の汚れや環境変動にかかわらず、均一な帯電を実現できる。これにより、長期間にわたり高画質及び高品質を維持することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the value of the discharge current can be derived with high accuracy without using the differential operation. As a result, it is possible to generate a fixed amount of discharge with high accuracy regardless of environmental conditions and variations in characteristics of the charging member due to manufacturing. Thereby, since uniform charging is realized, problems such as deterioration of the image carrier, toner fusion, and image defects may be reduced. In the present invention, since the value of the discharge current can be finely adjusted during printing, the printing speed can be maintained even during continuous printing. In addition, uniform charging can be realized regardless of contamination of the charging member and environmental changes. This makes it possible to maintain high image quality and high quality over a long period of time.
また、本実施形態では、作像シーケンス中に放電電流量を検知して放電電流量を制御できる。よって、作像シーケンスとは別に帯電交流電圧(交流電圧)の調整期間を特別に確保する必要がない。また、高圧基板の出力範囲を実使用域に合わせて設計できるため、コストダウンが図れる。 In the present embodiment, the discharge current amount can be controlled by detecting the discharge current amount during the image forming sequence. Therefore, it is not necessary to secure a special adjustment period for the charging AC voltage (AC voltage) separately from the image forming sequence. In addition, since the output range of the high-voltage board can be designed according to the actual usage range, the cost can be reduced.
[第2の実施の形態]
第1の実施の形態においては、交流電流の積分期間を電流波形の位相により制御していた。これに対し、第2の実施の形態は、作像シーケンスに加え、調整シーケンスを備える。この調整シーケンスでは、未放電領域での電流積分値が0となるように積分期間が調整される。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the AC current integration period is controlled by the phase of the current waveform. On the other hand, the second embodiment includes an adjustment sequence in addition to the image forming sequence. In this adjustment sequence, the integration period is adjusted so that the current integration value in the undischarged region becomes zero.
図5は、第2の実施の形態における帯電装置を示すブロック図である。図1と共通する部分には同一の参照符号を付与することで説明を簡潔にする。第1の実施の形態と異なる構成要素は、積分期間調整部501である。積分期間調整部501は、交流電流Isnsの積分期間を調整する。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a charging device according to the second embodiment. The parts that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals to simplify the description. A component different from that of the first embodiment is an integration
図6は、第2の実施の形態における放電電流の検出及び制御を示すフローチャートである。ステップS601で、電圧指令値制御部113は、積分演算部112が出力する積分結果によらず、固定の電圧指令値Vc_tarを出力する。この電圧指令値Vc_tarは、例えば、予め想定された種々の環境や部材のばらつきにおいても放電現象が発生しないことが事前に確認された電圧値である。このように、電圧指令値制御部113は、帯電部材と像担持体との間に放電が発生しないような電圧指令値を電圧印加手段に設定する設定手段の一例である。
FIG. 6 is a flowchart showing detection and control of the discharge current in the second embodiment. In step S601, the voltage command
ステップS602で、波形パルス発生部111は、正弦波PWM信号の出力を開始する。ステップS603で、積分期間調整部501は、正弦波PWM信号の1/4周期に相当する時間幅を算出する。
In step S602, the
ステップS604で、積分期間調整部501は、積分開始タイミングと積分終了タイミングを決定する。積分開始タイミングと積分終了タイミングの決定方法は、第1の実施の形態で説明した通りである。すなわち、ゼロクロスから90°位相が進んだ時刻が積分開始タイミングである。また、ゼロクロスから270°位相が進んだ時刻が積分終了タイミングである。
In step S604, the integration
ステップS605で、積分演算部112は、電流値電圧Isnsについて積分開始タイミングから積分終了開始タイミングまで積分することで、放電電流量Isを算出する。理想的には、積分値である放電電流量Isは0となるが、実際には0とならない。
In step S605, the
図7は、積分期間と放電電流量算出の概念を示した図である。図7が示すように、負荷電流にひずみ(実線)が発生すると、放電電流量(積分値)に誤差が生じる。 FIG. 7 is a diagram showing the concept of integration period and discharge current amount calculation. As shown in FIG. 7, when distortion (solid line) occurs in the load current, an error occurs in the discharge current amount (integrated value).
ステップS606で、積分期間調整部501は、積分値Is_errについて、以下の条件式が成立するか否かを判定する。
|Is_err|<α
αは、放電電流量調整定数であり、目標とする放電電流量Is_tarに対して誤差として許容できる十分小さい値を用いる。なお、図7において、|Is_err|<αは、積分期間において斜線部面積と横線部面積の差がα以下であることを意味する。
In step S606, the integration
| Is_err | <α
α is a discharge current amount adjustment constant, and a sufficiently small value allowable as an error with respect to the target discharge current amount Is_tar is used. In FIG. 7, | Is_err | <α means that the difference between the shaded area and the horizontal line area is less than or equal to α during the integration period.
条件式が成立しなければ、ステップS607に進む。ステップS607で、積分期間調整部501は、積分開始タイミング及び積分終了タイミングを所定の調整量だけずらす。その後、ステップS604に戻る。
If the conditional expression is not satisfied, the process proceeds to step S607. In step S607, the integration
一方、ステップS606で、条件式が成立すると、積分期間調整部501は、そのときときの積分開始タイミング及び積分終了タイミングを作像時に使用すべきタイミングとして決定する。このようにして調整積分期間が確定する。図7からわかるように、調整積分期間の積分開始タイミング及び積分終了タイミングは、理想的な積分期間の積分開始タイミング及び積分終了タイミングからそれぞれオフセットされる。
On the other hand, when the conditional expression is satisfied in step S606, the integration
なお、所定の調整量は、例えば、次のように決定する。|Is_err|>αであれば、積分期間調整部501は、検知した積分値のうち、正から負へのゼロクロス時のみの積分期間に対応する積分値の10回平均値を算出する。この平均値が正であれば、積分期間調整部501は、積分開始タイミングと積分終了タイミングを早める方向にシフトする。逆に平均値が負であれば、積分期間調整部501は、積分開始タイミングと積分終了タイミングを遅らせる方向にシフトする。このように、積分期間調整部501は、設定手段によって電圧指令値が設定されたときに得られる交流電流の積分値が0となるように、積分期間を調整する調整手段の一例である。
The predetermined adjustment amount is determined as follows, for example. If | Is_err |> α, the integration
作像シーケンスが開始されると、積分期間調整部501は、調整シーケンスにおいて確定された調整積分期間を用いて、第1の実施の形態同様の帯電制御を実行する(図2)。
When the image forming sequence is started, the integration
図8は、調整積分期間と放電電流量算出の概念を示した図である。図4と比較するとわかるように、図8ではひずみによって交流電圧Vと交流電流Iとの位相がずれていても、積分期間が調整される。そのため、未放電領域での電流積分値が0となり、放電電流量の誤差を低減できるようになる。 FIG. 8 is a diagram showing the concept of adjustment integration period and discharge current amount calculation. As can be seen from comparison with FIG. 4, in FIG. 8, the integration period is adjusted even if the phase of the AC voltage V and the AC current I is shifted due to distortion. Therefore, the current integration value in the undischarged region becomes 0, and the discharge current amount error can be reduced.
以上説明したように、本実施の形態では、交流電流にひずみが生じるような環境においても、放電電流量を精度良く検知して制御できる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to accurately detect and control the discharge current amount even in an environment where distortion occurs in the alternating current.
図9は、本発明の帯電装置を適用した画像形成装置の一例を示す図である。画像形成装置900は、4つの画像形成ステーションを併置した多色画像形成装置である。なお、本発明は、単色画像形成装置にも適用できる。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an image forming apparatus to which the charging device of the present invention is applied. The
感光体1a〜1dは像担持体であり、上述した感光ドラム108に相当する。帯電装置2a〜2dは、対応する感光体の表面を一様に帯電させる。帯電装置2a〜2dは、上述した帯電ローラ107を備えている。
The
露光装置3a〜3dは、画像信号に応じて対応する感光ドラムの表面を露光し、静電潜像を形成する。現像装置4a〜4dは、それぞれ異なる色のトナーを使用して、対応する静電潜像を現像し、トナー像を形成する。1次転写装置53a〜53dは、感光体上のトナー像を中間転写ベルト51へ転写する。この段階で、それぞれ色の異なるトナー像が重畳された多色のトナー像となる。2次転写装置56は、多色のトナー像を中間転写ベルト(中間転写体)から記録媒体Pへと2次転写する。定着装置7は、記録媒体Pとトナー像を加圧及び加熱することで、トナー像を記録媒体P上に定着させる。
The exposure devices 3a to 3d expose the surface of the corresponding photosensitive drum according to the image signal to form an electrostatic latent image. The developing
Claims (6)
像担持体と、
前記像担持体に当接するように配置された帯電部材と、
前記帯電部材に交流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記帯電部材に前記交流電圧を印加することで前記帯電部材に流れる交流電流の値を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出された交流電流の値を所定の積分期間にわたり積分する積分手段と、
前記交流電流の積分値が目標値に近づくよう電圧指令値を生成し、該電圧指令値を前記電圧印加手段に出力する電圧指令値制御手段と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus,
An image carrier;
A charging member disposed so as to contact the image carrier;
Voltage applying means for applying an alternating voltage to the charging member;
Current detecting means for detecting a value of an alternating current flowing through the charging member by applying the alternating voltage to the charging member;
Integrating means for integrating the value of the alternating current detected by the current detecting means over a predetermined integration period;
An image forming apparatus comprising: a voltage command value control unit that generates a voltage command value so that an integrated value of the alternating current approaches a target value, and outputs the voltage command value to the voltage application unit.
前記設定手段によって前記電圧指令値が設定されたときに得られる前記交流電流の積分値が0となるように、前記積分期間を調整する調整手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 Setting means for setting a voltage command value in the voltage application means so that no discharge occurs between the charging member and the image carrier;
2. The adjusting device according to claim 1, further comprising adjusting means for adjusting the integration period so that an integrated value of the alternating current obtained when the voltage command value is set by the setting means becomes zero. The image forming apparatus described in 1.
前記帯電部材に前記交流電圧を印加することで前記帯電部材に流れる交流電流の値を検出する電流検出工程と、
前記電流検出工程で検出された交流電流の値を所定の積分期間にわたり積分する積分工程と、
前記交流電流の積分値が目標値に近づくよう電圧指令値を生成し、該電圧指令値を前記電圧印加手段に出力する電圧指令値制御工程と
を備えたことを特徴とする制御方法。 A control method for an image forming apparatus, comprising: an image carrier; a charging member arranged to contact the image carrier; and a voltage applying unit that applies an alternating voltage to the charging member.
A current detection step of detecting a value of an alternating current flowing through the charging member by applying the alternating voltage to the charging member;
An integration step of integrating the value of the alternating current detected in the current detection step over a predetermined integration period;
And a voltage command value control step of generating a voltage command value so that the integral value of the alternating current approaches a target value and outputting the voltage command value to the voltage application means.
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