JP2017062287A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】安価で容易な回路構成によって放電電流を制御し、かつ、半速モードや3分の1速モードにおいても適切な電圧または電流を印加し、良好な画像を出力できる画像形成装置を提供すること。【解決手段】像担持体の表面を帯電するための交流電圧を帯電部材に印加する電圧印加手段と、帯電部材に流れる電流を検出する電流検出手段と、を有し、電圧印加手段は、第1の交流周波数f1と第2の交流周波数f2を備え、f1>f2であって、印加された交流電圧の周波数の定数倍の周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタの出力から定まる計測量と、帯電部材から像担持体への放電電流量を制御するために予め定められた基準量とを用いて、印加手段が印加する交流電圧を制御する制御手段と、を有し、第1の交流周波数f1のバンドパスフィルタを、第2の交流周波数f2のバンドパスフィルタとして用いることを特徴とする。【選択図】図1

Description

本発明は、画像形成装置、特に帯電部材に交流電圧を印加するものに関する。
従来、電子写真方式や静電記録方式を用いた画像形成装置においては、電子写真感光体、静電記録誘電体等の像担持体の帯電処理手段としてコロナ帯電器が使用されてきた。
近年は、低オゾン、低電力等の利点を有することから、像担持体の帯電処理手段として、被帯電体である像担持体に電圧を印加した帯電部材を当接させて被帯電体の帯電を行う方式の接触帯電装置が実用化されている。
このような接触帯電装置での帯電方式には、帯電部材にDC電圧のみを印加して被帯電体を帯電させる「DC帯電方式」がある。また、AC電圧成分とDC電圧成分を有し、時間と共に電圧値が周期的に変化する電圧振動電圧を印加して被帯電体を帯電させる「AC帯電方式」がある。近年においては帯電均一性に優れている「AC帯電方式」が広く用いられている。
このようなAC帯電方式の帯電制御を行う画像形成装置での帯電制御は、印加電圧として正負の電圧を交互にし、放電・逆放電を繰り返すため、放電により被帯電体である感光体ドラム表面の劣化が大きくなる。そして、劣化した感光体ドラム表面部分がクリーニングブレードなどの当接部材との摩擦により削りとられてしまうという課題があり、AC帯電方式における放電電流量を適正な必要最小限に制御する方法が多く提案されている(特許文献1参照)。
特許文献1で提案されている画像形成装置では、図2に示されるとおり、複数のバンドパスフィルタを用いて、放電電流を検出し、放電電流成分を直接制御している。
特開2014−106459号公報
しかしながら、上記特許文献1の技術では、画像形成装置の印刷速度に関する言及がない。通常、画像形成装置は装置の最大印刷速度(等速モード)のほかに、種々の条件によって、半分の速度にする場合(半速モード)や、3分の1の速度にする場合(3分の1速モード)で、帯電に印加する交流周波数を変更する。
従来の画像形成装置では、生産性を下げないために印刷速度を変更した場合は、等速モードの制御結果から推定された計算値を用いたり、等速モードと同じ電圧や電流を印加したりしていた。このように制御すると、印加電圧や印加電流が低すぎると砂地、高すぎると画像流れという画像不良が発生する場合があった。
本発明の目的は、安価で容易な回路構成によって放電電流を制御し、かつ、半速モードや3分の1速モードにおいても適切な電圧または電流を印加し、良好な画像を出力できる画像形成装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は、
像担持体と、前記像担持体に接触して該像担持体の表面を帯電する帯電部材とを備えた画像形成装置において、前記像担持体の表面を帯電するための交流電圧を前記帯電部材に印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段から交流電圧が印加される際、前記帯電部材に流れる電流を検出する電流検出手段と、を有し、前記電圧印加手段は、第1の交流周波数f1と第2の交流周波数f2を備え、f1>f2であって、前記電圧印加手段より印加された交流電圧の周波数の定数倍の周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタの出力から定まる計測量と、前記帯電部材から前記像担持体への放電電流量を制御するために予め定められた基準量とを用いて、前記印加手段が印加する交流電圧を制御する制御手段と、を有し、前記第1の交流周波数f1のバンドパスフィルタを、前記第2の交流周波数f2のバンドパスフィルタとして用いることを特徴とする。
本発明に係る画像形成装置によれば、帯域フィルタを最小限の個数で構成でき、回路基板の小型化、低コスト化しながら、半速モードであっても、ダウンタイムの発生を最小にし、放電電流を精度よく制御することができた。
本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 図1における画像形成装置の放電電流量を制御する制御回路の概略構成を示す図である。 図1における帯電電源により帯電ローラに印加される交流バイアスの電圧と電流の波形を示す図である。 交流電圧振幅と出力電流量の関係を示す図である。 図2における制御部により実行される放電電流制御処理の手順を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
(第1の実施形態)
図1は本発明の実施の形態に係る画像形成装置200の概略構成を示す図である。
図1において、感光体ドラム1は被帯電体たる像担持体であり、この感光体ドラム1は導電性支持体1aに感光層1bが形成されたものである。さらに、感光体ドラム1の回りには、その回転方向である矢印A方向に沿って、帯電手段である帯電ローラ12、現像装置14、転写ローラ15、クリーナ16等が配置されている。また、感光体ドラム1の上方にはスキャナユニット13が配置されている。帯電ローラ12は、感光体ドラム1に圧接して感光体ドラム1を帯電させる。
帯電電源18は、感光体ドラム1を帯電するための交流電圧を帯電ローラ12に印加する印加手段に対応し、帯電ローラ12に直流電圧を重畳した交流電圧を印加する。現像電源19は現像装置14の現像装置14aに現像バイアスを供給する。転写電源20は転写ローラ15に転写バイアスを供給する。また、画像形成装置200には、除電針24、搬送ガイド21、22、定着装置17が設けられている。
次に、画像形成装置200における画像形成動作について説明する。画像形成動作が開始されると、まず不図示の駆動手段によって矢印A方向に回転駆動された感光体ドラム1は、帯電ローラ12によって所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。そして、表面が帯電された感光体ドラム1は、その表面がパーソナルコンピュータ等の外部情報機器より送られた文字、図形などの画像情報に応じてスキャナユニット13から照射されるレーザーLにより露光される。この結果、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。
この静電潜像は、現像装置14によってトナー現像され、感光体ドラム1にトナー像が形成される。現像装置14は、現像電源19から現像装置14aに供給されるACバイアスとDCバイアスの重畳電圧により現像装置14aと感光体ドラム1の静電潜像との間に電位差を形成する。この電位差によってトナーが静電潜像に転移されることにより、感光体ドラム1にトナー像が形成される。
一方、トナー像形成動作に並行して不図示の給紙カセットに収納されていた記録紙Sは、感光体ドラム1と転写ローラ15との間のニップに所定のタイミングで搬送され、転写ローラ15に印加される転写バイアスにより感光体ドラム1のトナー像が記録紙上の所定の位置に転写される。
転写によって表面に未定着トナー像を担持した記録紙Sは、接地された除電針24により感光体ドラム1より分離され、搬送ガイド22により定着装置17に導入される。そして、転写材Sは、この定着装置17で加圧加熱され、トナー画像が定着された記録紙Sは、機外に排出される。
記録紙Sに転写されずに表面に残ったトナーがクリーナ16によってトナー像転写後の感光体ドラム1から除去され、次の画像形成に備える。以上の動作を繰り返すことで、次々と画像形成を行うことができる。
図2は図1における画像形成装置200の放電電流量を制御する制御回路300の概略構成を示す図である。
図2において、高圧トランスドライブ回路61はCPU99を有する制御部100により入力された周波数設定信号及び電圧設定信号に基づいて正弦波を作成する。この高圧トランスドライブ回路61で作成された正弦波は、高圧トランス60により昇圧されるようになっている。
また、直流高圧発生回路62は、直流高圧を発生する。発生された直流電圧と高圧トランス60により昇圧された交流高圧とが帯電ローラ12に印加される。
電流検出回路64は、帯電電源18により交流電圧が印加された帯電ローラ12を流れる電流を検出する電流検出手段に対応し、高圧トランスドライブ回路61及び直流高圧発生回路62から印加される電圧により帯電ローラ12に流れる電流を全波整流を用いて検知する。バンドパスフィルタ102〜105は、それぞれ高圧トランスに印加される周波数設定の1次〜4次の周波数を通過帯域に設定されている。
具体的に、バンドパスフィルタ102は、1次の周波数を通過帯域とするように設定されている。バンドパスフィルタ103は、2次の周波数を通過帯域とするように設定されている。バンドパスフィルタ104は、3次の周波数を通過帯域とするように設定されている。バンドパスフィルタ105は、4次の周波数を通過帯域とするように設定されている。
このように、バンドパスフィルタは複数設けられ、当該複数のバンドパスフィルタの各々が通過帯域とする整数次数周波数は異なっている。
平滑回路101a〜101dはピークホールド回路であり、それらの出力は図示しないD/Aポートを通じて制御部100に入力される。
図3は図1における帯電電源18により帯電ローラ12に印加される交流バイアスの電圧と電流の波形を示す図である。図3において、縦軸は電圧または電流を示し、横軸は時間軸である。
図3に示される交流バイアス電圧(Vo)を帯電ローラ12に印加すると、帯電ローラ12と感光体ドラム1との間の抵抗性負荷には、交流バイアス電圧(Vo)と同位相の抵抗負荷電流(Izr)が流れる。
また帯電ローラ12と感光体ドラム1との間の容量性負荷には交流バイアス電圧(Vo)より90°位相が進んだ容量負荷電流(Izc)が流れる。さらに、交流バイアス電圧(Vo)の電圧振幅ピーク時には帯電ローラ12と感光体ドラム1との間にパルス的な放電電流(Is)が流れる。
そして、これら抵抗負荷電流(Izr)、容量負荷電流(Izc)及び放電電流(Is)をトータルすると、電流Ioが流れる。検出電流波形Imは、帯電ローラから高圧電源に引き込まれる交流電流を検出した場合の波形を示している。
図4は交流電圧振幅と出力電流量の関係を示す図である。図4において、縦軸は出力電流量を示し、横軸は交流電圧振幅を示している。
図4では、一定電圧振幅以下では電圧振幅と出力電流はほぼ比例していることが示されている。これは抵抗負荷電流(Izr)と容量負荷電流(Izc)が電圧振幅に比例し、かつ電圧振幅が小さいために放電現象が発生せず、放電電流(Is)が流れないためである。
一方、出力電圧振幅を大きくしていくと所定の電圧振幅(Vs)で放電現象が始まるので、トータル出力電流(Io)と比例せずに、放電電流(Is)分だけ多く流れるようになる。
図5は図2における制御部100により実行される放電電流制御処理の手順を示すフローチャートである。
図5において、作像動作や調整動作が開始されると、紙種などの設定によって等速モードか否かが判断される。等速モードであれば(S180でYES)、等速モードに設定される(S191)。等速モードでなければ(S180でNo)、半速モードに設定(S192)される。
そして、AC帯電出力が開始されると(ステップS201でYES)、制御部100は高圧トランスドライブ回路61に対し、等速モードでのAC帯電の周波数を設定する周波数(f1)設定信号(クロック)を出力する(ステップS202)。
さらに、AC帯電の電圧レベルを設定する電圧設定信号(初期値)を出力する(ステップS203)。ここで用いられる電圧設定信号(初期値)は予め記憶されている。
次いで、環境テーブルより目標放電電流量を取得する(ステップS204)。この環境テーブルは、画像形成装置200のそのときの状況に応じて最適な帯電を実現するための目標放電電流量を示すテーブルである。目標放電電流量は、帯電ローラ12から感光体ドラム1への放電電流量を制御するために予め定められた基準量であり、使用環境や、耐久履歴に応じて定まるものであり、予め実験等において得られた値が環境テーブルに用いられる。
一方、図2に示した帯電電源18においては、電圧設定信号(初期値)に基づいて帯電動作が開始されており、電流検出回路64においては図3に示した検出電流波形が得られている。
この波形信号はAC帯電周波数の1次〜4次に設定された各バンドバスフィルタ(102〜105)とピークホールドの平滑回路101a〜dを介して、制御部100のA/D変換ポートに入力されている。
CPU99はこれらの平滑回路101a〜101dより出力値を取得する(ステップS205)。
そして、計測放電電流量H(計測量)を演算する(ステップS206)。この計測放電電流量Hは、以下の式1で演算された値である。
H=K×V+K×V+K×V+K×V+C…(式1)
:バンドパスフィルタ102出力
:バンドパスフィルタ103出力
:バンドパスフィルタ104出力
:バンドパスフィルタ105出力
C:実験で得られた予め定められた係数
このように、計測量は、各々のバンドバスフィルタの出力の線形和であって帯電ローラ12から感光体ドラム1への放電電流量を示す。
このように、放電電流量に相当する計測量を各バンドパスフィルタの出力の線形和で構成することで、計測量が放電電流量に良く合致するようなKCを実験から得ることができる。
次いで、計測放電電流量Hと上記目標放電電流量の比較を行い、その差分が小さくなるように、電圧設定信号に印加する電圧補正設定量が演算される(ステップS207)。この補正を重畳した電圧設定信号(補正値)が高圧トランスドライブ回路61に対し出力される(ステップS208)。このステップS208は、バンドパスフィルタの出力から定まる計測量と、帯電ローラ12から感光体ドラム1への放電電流量を制御するために予め定められた基準量とを用いて、帯電電源18が印加する交流電圧を制御する制御手段に対応する。
電圧設定信号の逐次補正はAC帯電が終了するまで(ステップS209でYES)、一定サンプリング間隔で続けられる。
同様に、半速モードに設定された(S192)場合、AC帯電出力が開始される(S211でYes)と、制御部100は高圧トランスドライブ回路61に対し、半速モードでのAC帯電の周波数を設定する周波数(f2)設定信号(クロック)を出力する(ステップS212)。
ここで、周波数f1は周波数f2の2倍である。さらに、等速モードと同様に、AC帯電の電圧レベルを設定する電圧設定信号(初期値)を出力し(ステップS213)、次いで、環境テーブルより目標放電電流量を取得する(ステップS214)。さらに、等速モード時と同様、CPU99は平滑回路101a〜dより出力値を取得する(ステップS215)。
そして、計測放電電流量H(計測量)を演算する(ステップS216)。この計測放電電流量Hは、以下の式1で演算された値である。
H=L×V+L×V+L×V+L×V+C…(式1)
:バンドパスフィルタ102出力
:バンドパスフィルタ103出力
:バンドパスフィルタ104出力
:バンドパスフィルタ105出力
C:実験で得られた予め定められた係数
ここで、すでに述べたとおり、バンドパスフィルタ102〜105は、等速モードでの周波数f1に対応したバンドパスフィルタである。半速モードでの周波数f2の場合、バンドパスフィルタ102は、2次の周波数の通過帯域に対応する。バンドパスフィルタ103は、4次の周波数の通過帯域に対応する。バンドパスフィルタ104は、6次の周波数の通過帯域に対応する。バンドパスフィルタ105には8次の周波数の通過帯域に対応する。
表1に、周波数f2に関し、1〜4次数次周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタを用いた場合に計算された放電電流量と、2,4,6,8次数次周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタを用いた場合に計算された放電電流量とを比較した表を示す。
表1のように、2,4,6,8次数次周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタを用いた場合でも、1〜4次数次周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタと用いた場合と同等の精度でもって放電電流を計算することができた。
以上説明したように本実施の形態においては、耐久や環境で変化する放電電流量の常時適正維持に必要な放電電流量リアルタイム検知を、安価で容易なバンドパスフィルタを用いた回路構成によって、半速モードでもバンドパスフィルタを増設することなしに、実現することができる。
(第2の実施形態)
本実施形態では、3分の1速モード、つまり、周波数f1が周波数f2の3倍である場合について解説する。具体的な動作は実施形態1と同様であるので省略し、計測放電量Hを演算する処理について解説する。
この計測放電電流量Hは、以下の式1で演算された値である。
H=M×V+M×V+M×V+M×V+C…(式1)
:バンドパスフィルタ102出力
:バンドパスフィルタ103出力
:バンドパスフィルタ104出力
:バンドパスフィルタ105出力
C:実験で得られた予め定められた係数
ここで、すでに述べたとおり、バンドパスフィルタ102〜105は、等速モードでの周波数f1に対応したバンドパスフィルタである。3分の1速モードでの周波数f2の場合、バンドパスフィルタ102は、3次の周波数の通過帯域に対応する。バンドパスフィルタ103は、6次の周波数の通過帯域に対応する。バンドパスフィルタ104は、9次の周波数の通過帯域に対応する。バンドパスフィルタ105には12次の周波数の通過帯域に対応する。
以上説明したように本実施の形態においては、耐久や環境で変化する放電電流量の常時適正維持に必要な放電電流量リアルタイム検知を、安価で容易なバンドパスフィルタを用いた回路構成によって、3分の1速モードでもバンドパスフィルタを増設することなしに、実現することができる。
1 感光ドラム、12 帯電ローラ、18 帯電電源、31,32 定電流回路、
61 高圧トランスドライブ回路、62 直流高圧発生回路、99 CPU、
100 制御部、101 平滑回路、102〜105 バンドパスフィルタ

Claims (4)

  1. 像担持体と、前記像担持体に接触して該像担持体の表面を帯電する帯電部材とを備えた画像形成装置において、
    前記像担持体の表面を帯電するための交流電圧を前記帯電部材に印加する電圧印加手段と、
    前記電圧印加手段から交流電圧が印加される際、前記帯電部材に流れる電流を検出する電流検出手段と、を有し、
    前記電圧印加手段は、第1の交流周波数f1と第2の交流周波数f2を備え、f1>f2であって、
    前記電圧印加手段より印加された交流電圧の周波数の定数倍の周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタと、
    前記バンドパスフィルタの出力から定まる計測量と、前記帯電部材から前記像担持体への放電電流量を制御するために予め定められた基準量とを用いて、前記印加手段が印加する交流電圧を制御する制御手段と、を有し、
    前記第1の交流周波数f1のバンドパスフィルタを、前記第2の交流周波数f2のバンドパスフィルタとして用いることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記第1の交流周波数f1の周波数は前記第2の交流周波数f2の周波数の2倍であり、前記第1の交流周波数f1の1次数次周波数を帯域とするバンドパスフィルタを、前記第2の交流周波数f2の2次数次周波数を帯域とするバンドパスフィルタとして用いることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記第1の交流周波数f1は1次数次周波数、2次数次周波数を帯域とする2つのバンドパスフィルタを有し、前記2つのバンドパスフィルタを前記第2の交流周波数f2の2次数次周波数のバンドパスフィルタ、4次数次周波数のバンドパスフィルタとして用いることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  4. 請求項1の画像形成装置において、前記第1の交流周波数f1の周波数が前記第2の交流周波数f2の周波数のn倍であり、前記第1の交流周波数f1のm次数次周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタを、前記第2の交流周波数f2のm×n次数次周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタとして用いることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
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