JP2012018234A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源の共通化を図ると共に、バイアス電圧を精度良く印加することにより、無駄な電力消費を低減し、かつ、画像形成装置におけるプロセス部材の耐久性を向上させる電源装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】本電源装置は、それぞれ個別に接続された負荷に対して、第１極性のバイアスを出力する複数の第１バイアス出力手段と、接続された複数の負荷に対して、第１極性と反対の極性である第２極性のバイアスを出力する第２バイアス出力手段とを備え、第１バイアス出力手段及び第２バイアス出力手段のバイアスの出力値を制御するとともに、各負荷に対して第１極性のバイアス又は第２極性のバイアスを出力させ、負荷周辺の温度及び湿度に従って第２バイアス出力手段が出力するバイアスにおける出力値の制御範囲を切り換える。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置に用いる電源装置及び画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を採用する画像形成装置には各種電源回路が備えられており、像担持体としての感光ドラムへの画像形成、紙などに対する画像形成には欠かせない存在となっている。この電源回路としては、例えば、帯電電源、現像電源、転写電源、定着電源等、各種モジュール化された電源が存在する。これらの各モジュールは、電力を供給する対象応じて異なった仕様を有しており、例えば直流電源に交流電源を重畳したものや、直流マイナス電源に直流プラス電源を重畳したもの等様々に構成されている。また、規定電圧や規定電流、定電流制御方式や定電圧制御方式、単一値出力や多段階値制御出力、負荷条件等についても様々な仕様がある。

特許文献１には、画像形成装置における転写用及び転写機吸着用高圧電源において、正負の高圧電源を安定して切り換える高圧電源装置が提案されている。例えば、転写電源において、画像形成装置のクリーニング動作時に転写ローラに付着したトナーを除去する場合、通常の転写時に使用するバイアスとは逆極性のバイアスを印加する必要がある。この場合、直流マイナス電源に直流プラス電源を重畳する手法が用いられる。図１７は、従来の転写電源９００を模式的に示したものである。負荷９０６は転写ローラなどの転写部材である。転写電源９００は、画像形成時には直流プラス電源９０２を出力し、クリーニング時にはブリーダ抵抗９０４を介して直流マイナス電源９０３を出力する。

特開平０６−３１８１１７号公報

しかしながら、上記従来技術には以下に記載する問題がある。直流マイナス電源に直流プラス電源を重畳した転写バイアスでは、クリーニング用直流マイナス電源は構成上、負荷変動の影響を受けやすい。図１７において、直流マイナス電源９０３は回路上の電圧９０８を（抵抗９０５を分圧して）フィードバック制御するのが一般的である。したがって、負荷９０６に印加される負バイアスがブリーダ抵抗９０４と負荷９０６の抵抗成分との分圧によって決定されるため、クリーニング用直流マイナス電源は負荷変動の影響を受けやすい。また、ブリーダ抵抗９０４は、直流プラス電源出力時に負荷と等価であり、直流プラス電源用のトランスの駆動に影響しないような抵抗値として一般的に数１０ＭΩ程度の抵抗値のものが必要である。この値は、環境などによる負荷９０６の抵抗成分変動（数１０ＭΩから数１００ＭΩ）に対して無視できない大きさである。したがって、負荷９０６に印加される負バイアスは負荷９０６の抵抗値変動、抵抗値バラツキの影響を直接受ける構成となる。

また、回路上の電圧９０９を抵抗を用いて分圧し、直流マイナス電源９０３を制御することも可能である。しかし、クリーニング自体にはクリーニング動作時の引火電圧の精度がさほど要求されず、電源装置としてのコスト・スペース制約や新たに抵抗を設けることによる直流プラス電源９０２への負荷増大を考慮し通常は行われない。

このように直流マイナス電源は負荷変動の影響を受けやすいため、クリーニング用直流負バイアスには負荷変動を見越して、マージンを持った大きめのバイアスを印加することにより性能を維持していることが多い。また、低価格化や小型化のために電源の共通化などを図るとさらに負バイアスの精度が悪化し、上記のようにマージンを持った大きな電圧を印加することに繋がる。この大きな電圧は電力消費を増大させる。さらに１次転写電源の場合、１次転写部の静電吸着力が増大して摩擦負荷の増大にも繋がる可能性があり中間転写ベルトの耐久性を劣化させる要因になる。このように、低価格化や小型化した場合における、直流マイナス電源の高精度化が求められる。

本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであり、電源の共通化を図ると共に、バイアス電圧を精度良く印加することにより、無駄な電力消費を低減し、かつ、画像形成装置におけるプロセス部材の耐久性を向上させる電源装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、例えば、電源装置として実現できる。本電源装置は、複数の負荷のそれぞれに対して、個別に第１極性のバイアスを出力する複数の第１バイアス出力手段と、複数の負荷に対して、第１極性と反対の極性である第２極性のバイアスを出力する第２バイアス出力手段と、第１バイアス出力手段及び第２バイアス出力手段のバイアスの出力値を制御するとともに、各負荷に対して第１極性のバイアス又は第２極性のバイアスを出力させる制御手段と、負荷周辺の環境条件に従って第２バイアス出力手段が出力するバイアスにおける出力値の制御範囲を切り換える切換手段とを備えることを特徴とする。

本発明は、電源の共通化を図ると共に、バイアス電圧を精度良く印加することにより、無駄な電力消費を低減し、かつ、画像形成装置におけるプロセス部材の耐久性を向上させる電源装置及び画像形成装置を提供できる。

第１の実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態に係るクリーニング動作を説明する図である。 第１の実施形態に係るクリーニング動作のシーケンス図である。 第１の実施形態に係る１次電源装置での電流の流れを示す図である。 １次転写部の摩擦負荷を説明する図である。 第１の実施形態に係るバイアス設定パターンを説明する図である。 第１の実施形態に係る電源装置の入出力テーブルを示す図である。 第１の実施形態に係るＤ／Ａポート５の設定手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す図である。 第２の実施形態に係る電流検出回路を説明する図である。 第２の実施形態に係るＤ／Ａポート５の設定手順を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係るＩＴＢクリーニング装置の概略構成を示す図である。 第３の実施形態に係るＩＴＢクリーニング装置の概略構成を示す図である。 第３の実施形態に係るＩＴＢクリーニング装置の概略構成を示す図である。 第３の実施形態に係るバイアスタイミングを示す図である。 第３の実施形態に係るＩＴＢクリーニング装置及び電源装置回路を示す図である。 比較例となる構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。

＜第１の実施形態＞
＜画像形成装置の構成＞
まず、図１を参照して、インライン方式・中間転写方式の画像形成装置１００における画像形成部及び１次転写用電源装置の構成について説明する。まず、画像形成部について説明する。画像形成部には４色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のプロセスカートリッジ１１４，２１４，３１４，４１４が配設され、それぞれ感光ドラム１１５，２１５，３１５，４１５が図中矢印方向に回転可能に配設される。各感光ドラムの周囲には、その回転方向に沿って順に、帯電手段としての帯電ローラ１２０，２２０，３２０，４２０、露光手段としての露光装置（レーザスキャナ）１１９，２１９，３１９，４１９、現像手段としての現像器１１７，２１７，３１７，４１７、感光ドラムクリーニング装置１２１，２２１，３２１，４２１が配設されている。また、画像形成部には、負荷周辺の温度及び湿度を検出して信号を出力する温度センサ７０１が設けられる。なお、温度センサ７０１は、その出力が１次転写用電源装置から出力されるバイアスにおける出力値の制御範囲を切り換えるために用いられるため、後述する１次転写用電源装置に接続された負荷、例えば、中間転写ベルト１５６の近傍に配置されることが望ましい。

中間転写ベルト１５６上には感光ドラム１１５，２１５，３１５，４１５上に形成されたトナー像を中間転写ベルト１５６上に転写するためのパッド部材２１４、２１５，２１６，２１７（以下では、１次転写パッドと称する。）、中間転写ベルト１５６上に形成された画像を記録紙（記録材）１５５に転写する転写ローラ部材１５３（以下では、２次転写ローラと称する。）、記録紙１５５にトナー像を転写した後に中間転写ベルト上に残ったトナーをクリーニングするＩＴＢベルトクリーニング装置１５２（以下、ＩＴＢクリーニング装置と称する。）が配設されている。

さらに、画像形成部には、記録紙１５５の電荷を除去し中間転写ベルト１５６からの分離を促進するための放電部材１５７を備える。さらに、画像形成部には、上記放電部材１５７の下流に記録紙１５５上に転写されたトナー像を熱定着する定着器１５８、さらに下流に記録紙１５５を排紙する排紙ローラ（不図示）が配設されている。

次に、画像形成プロセスについて説明する。画像形成装置１００に画像形成開始信号が入力されると、記録紙１５５の給送ローラ（不図示）、感光ドラム１１５，２１５，３１５，４１５、中間転写ベルト１５６を回転駆動する駆動ローラ１５１の回転が開始される。そして、各感光ドラムの表面は、それぞれ帯電ローラ１２０，２２０，３２０，４２０により所望の電位（一般的に負極性）に帯電させられる。次いで、帯電した感光ドラムの表面に、露光装置１１９，２１９，３１９，４１９により画像情報に基づいた画像露光がなされる。これにより、各感光ドラム上に静電潜像が形成される。感光ドラム上（像担持体上）に形成された静電潜像は、現像器１１７，２１７，３１７，４１７によりトナー（負帯電特性のトナー）で現像化される。これにより、感光ドラム上にトナー像が形成される。

次に、各ステーション１１８，２１８，３１８，４１８の１次転写部１２２，２２２，３２２，４２２において、各色のトナー像が中間転写ベルト１５６上に順次に重ね合わせて転写（１次転写）される。この時、１次転写パッド１１３，２１３，３１３，４１３には、１次転写バイアス出力手段としての１次転写電源装置から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の所定の１次転写バイアス（一般的に正極性の電圧）が印加される。なお、１次転写電源装置の詳細は後述する。

一方、記録紙１５５はレジストローラ１５４によって、各ステーション１１８，２１８，３１８，４１８において形成されるトナー像とタイミングが合わされて２次転写部１６０に給送される。そして、中間転写ベルト１５６上に形成されたトナー像は２次転写ローラ１５３の作用により、一括して記録紙１５５に転写（２次転写）される。この時、２次転写ローラ１５３には、２次転写バイアス出力手段としての２次転写電源（不図示）から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の所定の２次転写バイアス（一般的に正極性の電圧）が印加される。

その後、トナー像が転写された記録紙１５５は、中間転写ベルト１５６から分離される。また、２次転写ローラ１５３の下流近傍（定着器１５８より上流）には、接地された放電部材１５７が配置されており、これにより記録紙１５５の除電が行われる。未定着トナー像を担持した記録紙１５５は、次いで定着器１５８へと搬送される。そして、定着器１５８により加熱加圧されることによってトナー像が記録紙１５５に定着される。その後、記録紙１５５は排紙ローラ（不図示）により機外に排出される。

また、１次転写工程後に感光ドラム１１５，２１５，３１５，４１５上に残留したトナー（１次転写残トナー）は、それぞれの感光ドラムクリーニング装置１２１，２２１，３２１，４２１によって除去、回収される。感光ドラムクリーニング装置１２１，２２１，３２１，４２１は、クリーニングブレードと廃トナー容器で構成され、クリーニングブレードによって感光ドラム１１５，２１５，３１５，４１５の表面からトナーを除去し、廃トナー容器へと回収する。一方、２次転写工程後に中間転写ベルト１５６上に残留した２次転写残トナーは、ＩＴＢクリーニング装置１５２により２次転写残トナーの帯電量が調整され１次転写電源電圧の極性及びタイミングにより、４ステーションのカートリッジに振り分けて回収される。以上により、一連の画像形成工程は終了する。なお、２次転写残トナーのクリーニング構成の詳細も上記１次転写電源装置の構成と合わせて後述する。

＜１次転写電源装置の構成＞
次に、１次転写電源装置について説明する。１次転写電源装置は、第１ステーション１１８に正バイアスと負バイアス、第２ステーション２１８と第３ステーション３１８とには共通の正バイアスと負バイアス、第４ステーション４１８には正バイアスを供給する。負荷となる中間転写ベルト１５６の負荷電流検出回路５０３は第４ステーション４１８に印加する電源にのみ設けられる。なお、本実施形態では、正バイアスが第１極性のバイアスの一例であり、負バイアスが第１極性と反対の第２極性のバイアスの一例となる。

本来、４つのステーションにそれぞれ正バイアス、負バイアス、負荷電流検出を用いれば、１次転写やクリーニングに関するより精密なシーケンスを組むことが可能である。しかし、画像形成装置のの小型化・低価格化のためには、電源装置に関しても同様に、電源回路の共通化、負荷電流検出の節減などによる小型化・低価格化が図られている。本実施形態では、小型化・低価格化のため以下の構成を適用する。
・第２ステーション２１８と第３ステーション３１８の電源を共通化。
・負荷電流検出回路５０３は第４ステーション４１８のみ適用する。
・第４ステーション４１８は正バイアスのみ適用する。
・第１ステーション１１８から第３ステーション３１８の負バイアスは１つの圧電トランス３０１で出力する。
正確な画像形成プロセス（１次転写・クリーニング）と上記小型化・低価格化との手法を両立させるためには、プロセスシーケンスや電源装置に工夫が必要である。

まず、本実施形態に係る電源装置の構成と上記小型化・低価格化の特徴を説明する。以下では、圧電トランスを用いた電源装置について説明するが、本発明は巻線トランスを適用することもできる。巻線トランスは、圧電トランスと比較してトランスの制御方法や駆動方法は異なるものの、本発明で特徴となる構成については圧電トランスと同様である。

圧電トランス１０１は第１ステーション１１８に対する正バイアスを出力する。圧電トランス２０１は第２・第３ステーション２１８、３２２に対する共通の正バイアスを出力する。圧電トランス３０１は第１〜第３ステーション１１８、２１８、３１８に対する共通の負バイアスを出力する。第４ステーション４１８についても同様に正バイアスを出力するトランス（不図示）を有する。なお、第４ステーション４１８については本発明に直接関係する構成を有しないので定電圧電源回路５０２のみ示す。

第１ステーション１１８における正バイアスにおいては、まずＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１のＤ／Ａポート１からの電圧が比較回路１０４に入力され、ＶＣＯ回路１０３によってその電圧に応じた周波数に変換される。ＶＣＯ回路１０３で発生した周波数は、トランス駆動回路１０２でトランスの駆動電圧に昇圧され、圧電トランス１０１で所定のＡＣ高圧を発生させる。そのＡＣ高圧は高圧ダイオード１０５，１０６、整流コンデンサ１０７によって整流され、正極性の高圧ＤＣバイアスが生成される。

高圧ＤＣバイアスは１次転写パッド１１３に印加されると共に、検出抵抗１０８、１０９の分圧により検出される。分圧の際基準となる電圧は、電圧源１５０で生成する。電圧源１５０には負荷電流が流れるため、電圧が変化しないようボルテージフォロアなどを用いる必要がある。比較回路１０４は検出電圧とＤ／Ａポート１からの電圧が等しくなるように、フィードバック制御を行う。圧電トランスは周波数によって出力電圧が急峻に変化する特性があるため、上記のようなＶＣＯ回路を用いて周波数を制御する方式が一般的である。

第２・第３ステーション２１８、３１８の正バイアスを生成する構成としては、第１ステーション１１８と共通に電圧源１５０を有する。圧電トランス２０１、トランス駆動回路２０２などそれ以外の構成は同様である。また、上記正バイアスの出力に関わる動作は、第１バイアス出力手段の動作の一例である。このように、本実形態によれば、正バイアスを出力する構成は、それぞれが個別に異なる負荷に対して接続される。しかしながら、第２・第３ステーション２１８、３１８への正バイアスを出力する構成のように、少なくとも２つの構成が同一のユニットによって構成されてもよい。

第１〜第３ステーション１１８、２１８、３１８における負バイアスは、ＭＰＵ１のＤ／Ａポート３からの電圧が比較回路３０４に入力され、ＶＣＯ回路３０３によってその電圧に応じた周波数に変換される。ＶＣＯ回路３０３で発生した周波数は、トランス駆動回路３０２でトランスの駆動電圧に昇圧され、圧電トランス３０１で所定のＡＣ高圧を発生させる。そのＡＣ高圧は高圧ダイオード３０５，３０６、高圧コンデンサ３０７によって整流され、負極性の高圧ＤＣバイアスが生成される。生成された高圧バイアスは、第１ステーション１１８ではブリーダ抵抗１１０を介して転写パッド１１３へ、第２・第３ステーション２１８、３１８ではブリーダ抵抗２１０を介して転写パッド２１３，４１３へ出力される。

高圧ＤＣバイアスは同時に、検出抵抗７０７、３０９、及びフォトカプラ７０８、検出抵抗７０６、高圧トランジスタ７０５による構成での電圧降下分、の分圧により検出される。分圧の際基準となる電圧は、正バイアスと同様の電圧源１５０で生成する。比較回路３０４は上記検出電圧とＤ／Ａポート３からの電圧が等しくなるようにフィードバック制御を行う。

ダイオードアレイ１１２，２１２は、検出抵抗１０８，１０９で分圧されているライン、及び検出抵抗２０８，２０９で分圧されているラインが負電圧にならないように用いられる。負バイアスを出力している間、上記ラインは負バイアスと電圧源１５０により負電圧になる系である。そこでダイオードアレイ１１２，２１２をＧＮＤに対して接続し、負バイアスを出力する場合には抵抗１１１，２１１でプルアップされた電源から上記ラインへ電流を流すことで上記ラインが負電圧にならない（ＧＮＤ電位以下に下がらない）ようにする。これは、比較回路１０４，２０４，３０４がオペアンプを入力段に用いるのが一般的であり、当該オペアンプの入力電圧が負に落ち込むとオペアンプ破壊を起こす可能性があるためである。上記負バイアスの出力に関わる動作は、第２バイアス出力手段の動作の一例である。このように、本実施形態によれば、負バイアスを出力する構成は、複数の負荷に対して共通に設けられる。このように、バイアスの共通化を図ることで、
１次転写電流としては、第４ステーション４１８から中間転写ベルト１５６を介して感光ドラム４１５のＧＮＤまでの電流が負荷電流検出回路５０３によって検出される。中間転写ベルト駆動ローラ１５１でもアースを取っているものの、中間転写ベルト駆動ローラ１５１に流れる電流値は無視できるほど小さいため通常は考慮しない。１次転写プロセスに必要な電流は環境により若干変化するものの、その変化量は数マイクロアンペア程度である。しかしながら、中間転写ベルト１５６の抵抗値は一般的に環境条件によって大きく変化する。１次転写電流（負荷電流検出回路５０３の検出値）が一定となるようにＤ／Ａポート４が最適な設定値を定電圧電源回路５０２に入力する（ＡＴＶＣ制御）。第１〜第３ステーション１１８、２１８、３１８は中間転写ベルト１５６の抵抗値が同じであることを想定し、１次転写バイアスが第４ステーション４１８と同じになるようＭＰＵ１がＤ／Ａポート１，２を設定する。このように、ＭＰＵ１は、各バイアスの出力値を制御するとともに、負荷の動作シーケンスに応じて出力させるバイアスの極性（正負）を切り換える。

＜１次転写電源装置の動作＞
次に、図２乃至図４を参照して、１次転写電源装置の動作について説明する。上述したように、小型化・低価格化のため負バイアス用の圧電トランスは３０１の１つである。しかし、１次転写電源装置は画像形成だけでなく印字後の廃トナー回収用にも使用される。そのため、第１ステーション１１８では負バイアスを必要とし、第２・３ステーション２１８、３１８では正バイアスを必要とするなど、ステーション間で異極性のバイアスを必要とする場合がある。

まず、上記の例として、図２を参照して、連続プリント後の２次転写残トナー回収を例に説明する。中間転写ベルト１５６上に１次転写されたトナー像２２３は負極性トナー及びわずかに含まれる正極性トナーで形成される。そのうちの大部分は２次転写電源装置２５３によって記録紙１５５に転写される。記録紙１５５に転写されず中間転写ベルト１５６上に残った２次転写残トナーのうち負極性トナーは、クリーニングシーケンス実行まで、ＩＴＢクリーニング電源装置２５４によって正に帯電したＩＴＢクリーニング装置１５２において一時的に吸着され保持される。一方、正極性トナーは感光ドラムで回収しやすくなるようＩＴＢクリーニング装置１５２で帯電量を増やし、中間転写ベルト１５６上を第１ステーション１１８方向にそのまま通過する。

連続プリント中は１次転写バイアス（正）を印加すると同時に、２次転写残トナーを感光ドラム上に戻して回収するため、全ての２次転写残トナーが第１ステーション１１８で回収される。しかし、ＣＲＧ（カートリッジ）に同梱される廃トナー容器１７０、２７０（及び不図示の第３、第４ステーション廃トナー容器）を小さくするため、連続プリント終了後の後回転シーケンスでは、各ステーションのＣＲＧに振り分けて回収を行っている。図３を参照して、上記シーケンスについて説明する。

図３では、２枚印字の場合、１次転写バイアス極性と２次転写残トナー回収がどう関係しているかを示している。１枚目印字後に第１ステーション１１８において正バイアスで第１ステーションＣＲＧに残トナーを回収する。また、２枚目印字後は、第１ステーション１１８に負バイアスを印加して２次転写残トナーを中間転写ベルト１５６上に吸着させた状態となり、第１ステーションＣＲＧでは残トナーが回収されない。一方、第２ステーション２１８では、正バイアスが印加され第２ステーションＣＲＧに残トナーが回収される。

このようなクリーニング動作を行う場合、第２・第３ステーション２１８、３１８への正バイアス出力用に圧電トランス２０１を動作させた状態で第１ステーション１１８への負バイアス出力用に圧電トランス３０１を動作させることになる。図４に上記状態での回路の電流を示す。図４では、簡略化のため、図１に示す構成からトランスの入力回路及び画像形成部を省略している。

２７２、２７３は第２・第３ステーション２１８、３１８への正バイアスの電流の流れを示し、３７２，３７３は第１ステーション１１８への負バイアスの電流の流れを示す。１７４，２７４はそれぞれのステーションのドラムアースまでの抵抗を擬似的に示したものである。２７２，２７３が流れるとダイオード３０５のアノード電位は、レギュレート電圧源１５０から電圧降下３７５分を差し引いた電圧だけ負電位にオフセットする。ここで、検出抵抗７０７と、検出抵抗７０６、高圧トランジスタ７０５、フォトカプラ７０８を含む構成との合成抵抗を７０９とし、合成抵抗７０９による電圧降下を３７５とする。また、電圧降下３７５の影響を考慮する場合に、抵抗３０９による電圧降下は電圧降下３７５に比べ非常に小さいため無視する。したがって、この状態において、圧電トランス３０１は電圧降下（オフセット電圧）３７５より低い電圧での制御ができない。

しかしながら、クリーニングバイアスは、トナー吸着やトナー剥離のためにある一定以上の電圧であれば役割を果たすため、低精度でも大きめの電圧を掛けておけばクリーニング性能に影響はない。また、負バイアスはブリーダ抵抗１１０（２１０）と負荷抵抗１７４（２７４）の分圧によって出力されるため、負荷変動によりバイアスが変わるものの、これも負荷抵抗が小さくなった場合を見越して大き目の電圧を印加しておけばクリーニング性能を損なわない。さらに、負バイアスは、ブリーダ抵抗値を切り換えることにより、その出力値の制御範囲を切り換えることができる。

上述したように、コストを抑えた１次転写電源装置であるためクリーニングバイアスには、必要以上の電圧を印加することが多い。しかしながら、ステップ立ち上げなど大きな電圧を印加する時間を短くする、又は、必要以上の電圧を掛けないように電圧を抑えることができれば、１次転写部の摩擦負荷を低減することができる。

＜１次転写部の摩擦負荷＞
次に、図５を参照して、１次転写部の摩擦負荷について説明する。耐久により１次転写シート４０２と中間転写ベルト１５６との摩擦力４０３（＝μＮ：μは摩擦係数、Ｎは垂直抗力４０１）が上がる。垂直抗力４０１は１次転写パッド１１３の圧力と、１次転写シート４０２と中間転写ベルト１５６との静電吸着力から成る。バイアスを抑え、印加時間調整をより細かくすることができればこの静電吸着力を抑えることができる。また、摩擦力４０３を低減することができれば、中間転写ベルト１５６の長寿命化、画像形成装置の長寿命化が達成できる。主に１次転写シート４０２の材質や形状を工夫することで摩擦力４０３を抑える対策を行っている。

＜切換制御＞
以下では、本発明の特徴的な１次転写負バイアスの切換制御について説明する。本実施形態によれば、１次転写電源装置において、フォトカプラ７０８、高圧トランジスタ７０５及び検出抵抗７０６を用いて、１次転写負バイアスの出力値の制御範囲を切り換える。この制御範囲の切り換えは、温度センサ７０１の信号に従って行う。従来は上記切り換え構成を有していないため、図４の合成抵抗７０９が固定値（検出抵抗７０７と検出抵抗７０６との直列合成抵抗）となっていた。

まず、図６を参照して、第１ステーション１１８、第２・３ステーション２１８、３１８の出力（正負）と、それぞれのＤ／Ａポート及び負バイアスにおける制御範囲の切換ポートであるＤ／Ａポート５との関係について説明する。

図６のＮｏ．１は、全てのＤ／ＡポートがＯＦＦであり、Ｄ／Ａポート５の設定は必要ない。Ｎｏ．８は全てのＤ／ＡポートがＯＮの場合であるが、これは出力電圧が共に正であるため負バイアスの設定は不要となる。よってＮｏ．８は非実用的である。Ｎｏ．２，３，４は正バイアスのみを出力する場合であり、このときはＤ／Ａポート５をＬｏｗとする。この場合、フォトカプラ７０８がＯＦＦとなり、検出抵抗７０６を介して高圧トランジスタ７０５にベース電流が流れるため高圧トランジスタ７０５がＯＮとなる。これにより正バイアスの帰還電流を検出抵抗７０６で消費しなくなるため電圧降下３７５を低く抑えることができ、切り換え構成を有しない従来と比較し省電力の効果が得られる。

Ｎｏ．５は負バイアスのみ出力する場合であり、このときはＤ／Ａポート５をＨｉｇｈとする。するとフォトカプラ７０８がＯＮとなり、高圧トランジスタ７０５がＯＦＦ（フォトトランジスタ側に電流を流す）となる。電圧降下３７５は、この場合Ｎｏ．２，３、４と比較し検出抵抗７０６の電圧降下分が加わるため大きくなる。正バイアスを同時に印加しないため正バイアスによるオフセット電圧を考慮しなくてよく、電圧降下３７５を大きくし高い出力電圧を得られる状態にしておく。高温環境である場合など低い電圧で制御を行う場合は、温度センサ７０１の信号をもとにＤ／Ａポート３の設定電圧を落とせばよい。

Ｎｏ．６（Ｎｏ．７も同様）について説明する。Ｎｏ．６のようなステーションごとで異極性出力を必要とするトナー回収シーケンス（例えば図３で説明した。これをシーケンス１とする。）の場合、温度センサ７０１の信号をもとにＤ／Ａポート５を設定する。さらに、負バイアスの制御範囲を適切に切り換えることで省電力や電圧ダウンによるプロセス部材保護が可能となる。

次に、図７を参照して、１次転写負バイアステーブルについて説明する。当該テーブルは、Ｄ／Ａポート５により制御範囲を切り換えた場合の、入力に対する出力電圧の変化を表す。上述したように、中間転写ベルト１５６などのプロセス部材は一般的に高温高湿環境の方が抵抗値は低い。負バイアスはブリーダ抵抗１１０（２１０）と中間転写ベルト１５６の抵抗値との分圧であるため、トナー回収に必要な電圧（出力電圧）も高温高湿の方が低い電圧で行うことが可能である。

図７の８０１と８０２がＤ／Ａポート５をＨｉｇｈに設定した時の出力特性の環境差を示し、８０３と８０４がＤ／Ａポート５をＬｏｗに設定した時の出力特性の環境差を示す。環境がＬ／Ｌ（低温低湿）である場合、クリーニングに必要な最低電圧の８０５を確保するため、Ｄ／Ａポート５をＨｉｇｈ（負バイアスの出力値が第１範囲で制御される。）に設定する必要がある。一方、環境がＨ／Ｈ（高温高湿）である場合、仮にＤ／Ａポート５がＨｉｇｈのままでも必要最低電圧は８０７であるためクリーニング性能は満足することができる。しかし、Ｄ／Ａポート５をＬｏｗ（負バイアスの出力値が第２範囲で制御される。）に設定し８０４の出力テーブルとすることで、より実際に必要な電圧に近い値で制御を行うことが可能となる。これに付随し検出抵抗７０６での省電力、電圧をダウンすることによるプロセス部材保護、低い電圧での分解能アップといったメリットが生まれる。Ｎｏ．６の制御状態（ステーション間異極性出力）でＤ／Ａポート５をＨｉｇｈのまま制御ポイント８０７に電圧を落としていくと、正バイアスの電流がバラついた場合に負バイアスの制御不能領域に入る恐れがあり好ましくない。このように、本実施形態では、図１に示す温度センサ７０１からの信号に従って、Ｄ／Ａポート５の出力を切り換えて、環境に応じた電源制御を行う。

次に、図８を参照して、印字・回収シーケンス開始時のＤ／Ａポート５の設定手順について説明する。なお、以下で説明する処理は、ＭＰＵ１によって統括的に制御される。ここでは図３のような異極性バイアス同時出力が発生する場合をシーケンス１としている。異極性出力がない印字・回収シーケンスの場合は、図６のＮｏ．２からＮｏ．５のように正バイアスのみ（Ｄ／Ａポート１，２設定時）であればＤ／Ａポート５をＬｏｗ、負バイアスのみ（Ｄ／Ａポート３設定時）であればＤ／Ａポート５をＨｉｇｈに設定する。

まず、Ｓ９０１において、ＭＰＵ１は、印字・回収シーケンス等の実行するシーケンスを選択する。続いて、Ｓ９０２において、ＭＰＵ１は、Ｓ９０１で選択されたシーケンスが上記シーケンス１であるか否かを判定する。ここで、シーケンス１であればＳ９０３に進み、シーケンス１でなければＳ９０５に進む。Ｓ９０５において、ＭＰＵ１は、正バイアスのみの出力、即ち、Ｄ／Ａポート１、２をＯＮに設定する場合はＤ／Ａポート５をＬｏｗに設定し、負バイアスのみの出力、即ち、Ｄ／Ａポート３をＯＮに設定する場合はＤ／ＡポートをＨｉｇｈに設定し、処理を終了する。

一方、Ｓ９０３において、ＭＰＵ１は、温度センサ７０１からの信号がＨ／Ｈ（高温高湿）環境を示すか否かを判定する。ここで、Ｈ／Ｈ環境であればＳ９０６に進み、Ｈ／Ｈ環境でなければＳ９０４に進む。Ｓ９０６において、ＭＰＵ１は、Ｈ／Ｈ環境での回収シーケンスであるためＤ／Ａポート５をＬｏｗに設定し、処理を終了する。一方、Ｓ９０４において、ＭＰＵ１は、Ｌ／Ｌ環境での回収シーケンスであるためＤ／Ａポート５をＨｉｇｈに設定し、処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、バイアス共通化というコストを抑えた回路構成としながら負荷の環境変動の影響を考慮して、適切な１次転写負バイアス制御を実行する。これにより、回路動作時の省電力化、また、摩擦負荷の低減によりプロセス部材を保護することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、図９乃至図１１を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態との主たる相違点は、１次転写負バイアスにおける制御範囲の切り換えを、図９に示すようにオペアンプ６０１を用いた電流検出回路を元に行っている点である。それ以外の構成については第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

本実施形態の場合、第４ステーション４１８の負荷電流検出回路５０３の結果に基づいて、第１〜第３ステーション１１８、２１８、３１８の１次転写バイアスを決定する予測制御は行わない。第１〜第３ステーション１１８、２１８、３１８の合算電流検出であるものの、負荷電流を直接モニタすることにより、より精度良く制御範囲の切り換えを行うことが可能となる。

まず、図１０を参照して、電流検出回路の動作を説明する。図１０は、図９におけるトランス入力回路、画像形成部、ＭＰＵ、１次転写第４ステーション４１８を省略し、第１〜第３ステーション１１８、２１８、３１８への１次転写バイアスを出力する際の電流の流れを示す。

第２、第３ステーション２１８、３１８の正バイアス電流６７２（Ｉ２）は、正にチャージされた整流コンデンサ２０７から負荷を通じて、電流検出回路のオペアンプ６０１のＧＮＤ、出力端子、保護抵抗６０５、抵抗６０３と流れ、整流コンデンサ２０７に戻る。不図示の第１ステーション１１８の正バイアス電流（Ｉ１）も同様に整流コンデンサ１０７のチャージポンプによりオペアンプ６０１を通るルートである。

負バイアス電流６７３（Ｉ３）は上記ルートと逆方向になる以外は同様で、整流コンデンサ３０７のチャージポンプによりＩ３が流れる。オペアンプ６０１の＋端子に基準電位６０２を持たせると、イマジナリショートでオペアンプ６０１の−端子も基準電位６０２と同電位となる。抵抗６０３の値をＲとすると、１次転写電流（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）が流れた場合−端子を基準に（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）×Ｒの電圧が生じる。この電圧からＭＰＵ１が電流を演算し、１次転写バイアス等を制御する。画像形成中はＩ３＝０と制御し、カラーの第１乃至第３ステーション１１８、２１８、３１８に流れる電流がほぼ等しい系で実施することが望ましい。また、ブラックの第４ステーション４１８は、モノクロのみ印字する場合があるため第１の実施形態と同様に負荷電流検出回路５０３が必要になる。

次に、図１１を参照して、印字・回収シーケンス時のＤ／Ａポート５の設定手順について説明する。なお、以下で説明する処理は、ＭＰＵ１によって統括的に制御される。第１の実施形態と同様にシーケンス１は図３のようなステーション間異極性バイアス出力を有するものと仮定する。また、第１の実施形態に加え、本実施形態では負荷電流を逐次モニタできるため、回収シーケンス時に異常な汚れ等で突発的に電流が不足した場合も制御範囲の切り換えを行うことが可能である。

まず、Ｓ１１０１において、ＭＰＵ１は、温度センサ７０１からの信号がＨ／Ｈ（高温高湿）環境であるか否かを判定する。ここで、Ｈ／Ｈ環境であればＳ１１０２に進み、Ｈ／Ｈ環境でなければＳ１１０６に進む。Ｓ１１０６において、ＭＰＵ１は、回収シーケンス時のＤ／Ａポート５をＨｉｇｈに設定し、処理を終了する。

一方、Ｓ１１０２において、ＭＰＵ１は、回収シーケンス時のＤ／Ａポート５をＬｏｗに設定する。続いて、Ｓ１１０３において、図９に示す電流検出回路を用いて電流の検出を行う。具体的には、ＭＰＵ１は、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の合算値となる電流を検出する。さらに、Ｓ１１０４において、ＭＰＵ１は、Ｓ１１０３で検出した電流が予め定められた値、例えば、１０μＡ以上であるか否かを判定する。ここで、検出電流が１０μＡ以上であればＳ１１０５に進み、検出電流が１０μＡより小さければＳ１１０７に進む。Ｓ１１０７において、ＭＰＵ１は、検出した電流が異常電流であると判断し、Ｄ／Ａポート５をＨｉｇｈに設定し、処理を終了する。一方、Ｓ１１０５において、ＭＰＵ１は、実行しているジョブが終了したか否かを判定し、終了していれば処理を終了し、終了していなければＳ１１０３に処理を戻し、ジョブ実行中の電流をモニタする。

このように、本実施形態によれば、Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３が突発的に１０ｕＡ以下に落ち込んだ場合にＤ／Ａポート５をＨｉｇｈに設定する。したがって、本実施形態によれば、Ｈ／Ｈ環境での通常時は省電力化し、また、電圧低下によるプロセス部材の保護を行い、かつ異常な汚れにも対応するといった制御範囲の切り換えが可能である。

＜第３の実施形態＞
次に、図１２乃至図１６を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。第１及び第２の実施形態との主たる相違点は、負バイアス制御範囲の切り換えの構成を、図１２のＩＴＢクリーニング装置１５２、９０１用電源に適用している点である。クリーニング性能を向上させるため、ＩＴＢクリーニング装置は図１２のように２系統用いられる場合がある。それぞれの役割を簡単に説明する。実際には紙詰まり時、モノクロモード時、回収ＣＲＧ振り分けなど様々なクリーニングシーケンスがあるものの本発明の本筋ではないため、代表的なシーケンスに絞って説明する。

まず、図１２乃至図１５を参照して、ＩＴＢクリーニング装置が２系統の場合のトナー挙動について説明する。図１２は印字中のトナー挙動を示し、図１３は印字後の後回転シーケンスでのトナー挙動を示し、図１４はクリーニング時のトナー挙動を示す。図１５は図１２乃至図１４を一連の流れとしたシーケンスのＩＴＢクリーニングバイアスを示す。ここでＩＴＢクリーニング装置は、主に負極性トナーの保持・吐き出しを行うＩＴＢクリーニング装置（ブラシ）１５２と、主に回収力をアップするための補助的なＩＴＢクリーニング装置（ローラ）９０１で構成される。

図１２に示す印字中のシーケンスにおいて、負極性トナーは正バイアスのＩＴＢクリーニングブラシ１５２に一時的に保持される。一方、正極性トナーはＩＴＢクリーニングブラシ１５２及びＩＴＢクリーニングローラ９０１で帯電量を増やし、１次転写と同時にＣＲＧに回収される。

図１３に示す印字後のシーケンスにおいて、上記印字中シーケンスでＩＴＢクリーニングブラシ１５２に保持された負極性トナーは、図１５に示すように当該ＩＴＢクリーニングブラシ１５２へのバイアスの極性を定期的に正負反転させることで吐き出される。吐き出された負極性トナーに対し、図１５に示すようにＩＴＢクリーニングローラ９０１へのバイアスの極性を定期的に正負反転させることにより、当該ＩＴＢクリーニングローラ９０１への付着が防止される。その後、当該負極性トナーは、１次転写負バイアスでＣＲＧに回収される。なお、ＩＴＢクリーニングローラ９０１へのバイアスを負バイアスに固定しないのは正トナー付着による汚れを防止するためである。

図１４に示すクリーニングシーケンスでは、負極性トナー回収、正極性トナー回収の順に行う。まず、印字後に吐き出しきれなかった負極性トナーを、図１５に示すようにＩＴＢクリーニングブラシ１５２の正負反転によりＩＴＢクリーニングブラシ１５２から吐き出す。ＩＴＢクリーニングローラ９０１は負バイアスで負極性トナーを通過させ１次転写負バイアスでＣＲＧに回収する。このときＩＴＢクリーニングローラ９０１には正極性トナーが付着するため、後に正負反転で吐き出し、１次転写バイアスで回収する。

図１６は負バイアスにおける制御範囲の切り換え構成をＩＴＢクリーニングブラシ１５２、ＩＴＢクリーニングローラ９０１に適用した図である。ＩＴＢクリーニングブラシ１５２、ＩＴＢクリーニングローラ９０１ともに環境によって抵抗値が変わる特性があるため、第１及び第２の実施形態と同様に温度センサ７０１や電流検出回路によって負バイアスの制御範囲を切り換える。これにより、回路動作時の省電力化、また、プロセス部材（ＩＴＢクリーニングローラ９０１、ＩＴＢクリーニングブラシ１５２、中間転写ベルト１５６）に与えるダメージを軽減し、またＨ／Ｈ環境など負荷が重いときの分解能アップといった効果が得られる。

なお、本発明は上記実施形態に限らず様々な変形が可能である。例えば、第１乃至第３の実施形態で説明した電源装置は負バイアスを共通化した構成であるが、正バイアスを共通化した構成としてもよい。

Claims (6)

1. 電源装置であって、
   複数の負荷のそれぞれに対して、個別に第１極性のバイアスを出力する複数の第１バイアス出力手段と、
   複数の負荷に対して、前記第１極性と反対の極性である第２極性のバイアスを出力する第２バイアス出力手段と、
   前記第１バイアス出力手段及び前記第２バイアス出力手段のバイアスの出力値を制御するとともに、各負荷に対して前記第１極性のバイアス又は前記第２極性のバイアスを出力させる制御手段と、
   負荷周辺の環境条件に従って前記第２バイアス出力手段が出力するバイアスにおける前記出力値の制御範囲を切り換える切換手段と
   を備えることを特徴とする電源装置。
2. 負荷周辺の前記環境条件として温度及び湿度を検出して信号を出力するセンサを備え、
   前記切換手段は、
   前記センサからの信号が低温低湿を示す場合に、前記第２バイアス出力手段が出力するバイアスにおける前記出力値の制御範囲を第１範囲に切り換え、
   前記センサからの信号が高温高湿を示す場合に、前記第２バイアス出力手段が出力するバイアスにおける前記出力値の制御範囲を前記第１範囲よりも低電圧の制御範囲である第２範囲に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記第１バイアス出力手段及び前記第２バイアス出力手段から出力されるバイアスによる電流の合算値を検出する電流検出手段をさらに備え、
   前記切換手段は、
   前記第２バイアス出力手段が出力するバイアスにおける前記出力値の制御範囲が前記第２範囲である場合であって、かつ、前記電流検出手段によって検出された電流の合算値が予め定められた値より小さい場合は、前記第２バイアス出力手段が出力するバイアスにおける前記出力値の制御範囲を前記第２範囲から前記第１範囲に切り換えることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記複数の第１バイアス出力手段のうち少なくとも２つは、同一のユニットにより構成されており、該ユニットは、複数の負荷に対して共通の前記第１極性のバイアスを出力することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
5. 前記切換手段は、ブリーダ抵抗値を切り換えることによって、前記第２バイアス出力手段が出力するバイアスにおける前記出力値の制御範囲を切り換えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電源装置。
6. 像担持体と、
   前記像担持体上に露光することにより静電潜像を形成する露光手段と、
   形成された前記静電潜像をトナーにより現像化する現像手段と、
   現像化されたトナー像を記録材に転写する転写手段と、
   前記転写手段に残留したトナーをクリーニングするクリーニング手段と、
   前記トナー像が転写された記録材にトナーを定着させる定着手段と、
   請求項１乃至５の何れか１項に記載の電源装置と
   を備え、
   前記電源装置は、前記クリーニング手段に対して出力するバイアスの極性を定期的に反転させることを特徴とする画像形成装置。

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