JP2017111301A - 画像形成装置および画像形成装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】感光体の寿命の低下を抑止することのできる画像形成装置および画像形成装置の制御方法を提供する。【解決手段】画像形成装置は、感光体を帯電する帯電ローラーと、１つの変圧器５１を用いて交流成分および直流成分を発生させ、交流成分および直流成分を重畳した帯電電圧を帯電ローラーに印加する帯電電圧印加部２とを備える。画像形成装置は、帯電開始時に、帯電電圧印加部２を制御することにより、交流成分の電圧を第１の電圧に設定する。画像形成装置は、交流成分の電圧を設定した後、帯電電圧印加部２を制御することにより、交流成分の電圧を第１の電圧よりも大きい第２の電圧に設定する。【選択図】図３

Description

本発明は、画像形成装置および画像形成装置の制御方法に関する。より特定的には、本発明は、像担持体を帯電するローラー状の帯電手段を備えた画像形成装置および画像形成装置の制御方法に関する。

電子写真式の画像形成装置には、スキャナー機能、ファクシミリ機能、複写機能、プリンターとしての機能、データ通信機能、およびサーバー機能を備えたＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）、ファクシミリ装置、複写機、プリンターなどがある。

一般的な画像形成装置による画像形成方法は次の通りである。画像形成装置は、帯電装置を用いて感光体（像担持体）を帯電し、露光装置から発生するレーザービームにより感光体上に静電潜像を形成する。画像形成装置は、現像装置を用いて静電潜像を現像してトナー像を形成し、転写ローラーを用いてこのトナー像を用紙へ転写する。画像形成装置は、定着器によってトナー像を用紙に定着させることにより、用紙に画像を形成する。また、画像形成装置の中には、感光体の静電潜像を、現像装置を用いて現像してトナー像を形成し、１次転写ローラーを用いてトナー像を転写ベルトに転写し、２次転写ローラーを用いて転写ベルト上のトナー像を用紙へ２次転写するものも存在する。

電子写真の帯電方式には、主に放電方式と電荷注入方式とがある。このうち放電方式は、帯電ローラーに電圧を印可することで感光体との間で放電を発生させ、感光体表面に電荷を付与する帯電方式である。放電方式では、帯電ローラーに印加する帯電電圧としてＤＣ（直流）成分とＡＣ（交流）成分とを重畳した帯電電圧が用いられることが多い。このような帯電電圧を用いる場合、ＡＣ成分の作用により帯電ローラーと感光体との間で放電が起こり、空気中の気体分子がマイナスにイオン化され、感光体に付着する。これにより、感光体の表面はマイナスに帯電され、ＤＣ成分の電圧値で規定された電圧となる。

ところで、放電を起こすと感光体は劣化するため、感光体の長寿命および印字コストの低減の観点から、帯電ローラーの放電を起こす時間をなるべく短くすることが求められている。従来においては、ＤＣ成分とＡＣ成分とを異なる変圧器（トランス）で発生させ、ＤＣ成分が帯電設定電圧として帯電ローラーに印加された後で、放電を伴うＡＣ成分がＤＣ成分に重畳されている。高圧電源の変圧器がＤＣ成分用とＡＣ成分用とで分かれている場合には、ＤＣ成分用の変圧器がオンされてＤＣ成分が帯電ローラーに印加された後で、ＡＣ成分用の変圧器がオンされてＡＣ成分が帯電ローラーに印加される。これにより、帯電ローラーの放電を起こす時間が最小限に留められている。

なお、画像形成装置における帯電電圧の制御方法は、たとえば下記特許文献１などに開示されている。下記特許文献１には、ＤＣ成分にＡＣ成分を重畳する際、感光体に流れるＡＣ電流を検出し、検出したＡＣ電流が必要最小値以上となるようなＡＣ成分で帯電する画像形成装置が開示されている。下記特許文献１では、直流発振出力から出力された出力電圧が整流回路で整流されてＤＣ成分が発生されている。この整流回路は、ＡＣ成分を発生させるトランスとは別のものである。

特開２００３−３０２８１４号公報

図９は、ＤＣ成分とＡＣ成分とを異なる変圧器で発生させる場合の、帯電電圧の制御方法を示すシーケンス図である。

図９を参照して、ここでは、ＤＣ成分の電圧を−６００Ｖとし、ＡＣ成分の電圧（振幅）を１２００Ｖｐｐとしている。感光体の帯電を開始する場合、時刻Ｔ１０において、ＤＣ成分用の変圧器をオンする。これにより、−６００ＶのＤＣ成分が発生され、帯電ローラーに印加される。次に時刻Ｔ１１において、ＡＣ成分用の変圧器をオンする。これにより、１２００ＶｐｐのＡＣ成分が発生されて帯電ローラーに印加され、時刻Ｔ１１で放電を伴う帯電が開始する。帯電された感光体が現像位置に到達する時刻Ｔ１２において、−５００Ｖの現像バイアスをオンする。これにより、現像が開始する。時間ＴＰ１は、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの時間であり、帯電位置から現像位置までの周方向に沿った距離ｄ（図２）を感光体が回転するだけの時間である。その後、時刻Ｔ１３において、ＤＣ成分用およびＡＣ成分用の変圧器をオフし、時刻Ｔ１３から時間ＴＰ１経過後の時刻Ｔ１４において、現像バイアスをオフする。なお、時間ＴＰ２は、帯電を開始する時刻Ｔ１０から、帯電された感光体が現像位置に到達する時刻Ｔ１２までの時間である。

このように、ＤＣ成分用の変圧器とＡＣ成分用の変圧器とが互いに異なる場合には、ＤＣ成分用の変圧器とＡＣ成分用の変圧器とを独立して制御することができるため、帯電を開始する際のＤＣ成分およびＡＣ成分の立ち上げ順序を制御することが可能である。

近年、画像形成装置の小型化やコストダウンを図るため、帯電電圧を構成するＤＣ成分およびＡＣ成分を１つの変圧器で発生させることが提案されている。この場合、ＤＣ成分は、変圧器から発生したＡＣ電圧を整流平滑することにより得られる。整流平滑に用いられる容量素子の動作に起因して、ＤＣ成分の電圧の立ち上がりには時間を要する。このため、変圧器をオンすると、ＡＣ成分の電圧がＤＣ成分の電圧よりも先に立ち上がり、帯電ローラーに印加され、感光体の表面の電位が規定される前に放電が開始する。その結果、感光体に不要なダメージが蓄積され、感光体の寿命が低下する事態となる。

また、ＡＣ成分の電圧がＤＣ成分の電圧よりも先に立ち上がると、帯電電圧のＤＣ成分で規定される感光体の表面の電位レベルが安定しない状態で放電が開始し、その後の現像の際に、感光体表面の不要な領域にトナーが付着し、画像の品質が低下するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、感光体の寿命の低下を抑止することのできる画像形成装置および画像形成装置の制御方法を提供することである。

また本発明の他の目的は、画像の品質の低下を抑止することのできる画像形成装置および画像形成装置の制御方法を提供することである。

本発明の一つの局面に従う画像形成装置は、像担持体を帯電するローラー状の帯電手段と、１つの変圧器を用いて交流成分および直流成分を発生させ、交流成分および直流成分を重畳した帯電電圧を帯電手段に印加する帯電電圧印加手段と、帯電開始時に、帯電電圧印加手段を制御することにより、交流成分の電圧を第１の電圧に設定する第１の設定手段と、交流成分の電圧を第１の設定手段にて設定した後、帯電電圧印加手段を制御することにより、交流成分の電圧を第１の電圧よりも大きい第２の電圧に設定する第２の設定手段とを備える。

上記画像形成装置において好ましくは、第１の電圧は放電が発生しない電圧であり、第２の電圧は放電が発生する電圧であり、第２の設定手段は、第１の設定手段にて印加した後であって、直流成分が所定の電圧値に達した後、交流成分の電圧を第２の電圧に設定する。

上記画像形成装置において好ましくは、変圧器は、１次側電圧を第１および第２の交流電圧に変圧し、第１の交流電圧は交流成分に相当し、第１および第２の設定手段の各々は、１次側電圧を制御することにより、第１の交流電圧を設定し、帯電電圧印加手段は、１次側電圧を変圧器の１次側に印加する１次側電圧印加手段と、第２の交流電圧を直流電圧に変換する整流手段と、整流手段で変換された直流電圧を直流成分の電圧値に調整する調整手段と、調整手段にて調整された直流成分を交流成分に重畳する重畳手段とを含む。

上記画像形成装置において好ましくは、第１の設定手段は、１次側電圧を、整流手段が第２の交流電圧を直流電圧に変換することのできる最低の電圧値以上に制御する。

上記画像形成装置において好ましくは、整流手段は、第２の交流電圧を直流電圧に変換する第１の整流回路と、第２の交流電圧を、第１の整流回路が変換する直流電圧よりも高い電圧値を有する直流電圧に変換する第２の整流回路と、交流成分の電圧を第１の設定手段にて設定する場合において、第１の整流回路で変換した直流電圧が所定の値よりも低いとき、第２の交流電圧を変換する回路を第２の整流回路に切り替える切替手段とを含む。

上記画像形成装置において好ましくは、１次側電圧印加手段は、直流電源から入力した直流電圧を、入力した制御信号に基づく電圧を有する１次側電圧に変換する増幅回路を含み、第１および第２の印加手段の各々は、増幅回路に入力する制御信号を制御する。

上記画像形成装置において好ましくは、１次側電圧印加手段は、正弦波信号を増幅回路に出力する正弦波発生源をさらに含み、第１および第２の印加手段の各々は、正弦波発生源が発生する正弦波信号を制御し、増幅回路は、直流電源から出力された直流電圧を、正弦波発生源から入力した正弦波信号に基づく電圧を有する１次側電圧に変換する。

上記画像形成装置において好ましくは、１次側電圧印加手段は、第１の正弦波信号を発生する第１の正弦波発生源と、第２の正弦波信号であって第１の正弦波信号とは異なる第２の正弦波信号を発生する第２の正弦波発生源とをさらに含み、第１および第２の印加手段の各々は、第１および第２の正弦波信号を選択的に増幅回路に出力させる。

本発明の他の局面に従う画像形成装置の制御方法は、像担持体を帯電するローラー状の帯電手段と、１つの変圧器を用いて交流成分および直流成分を発生させ、交流成分および直流成分を重畳した帯電電圧を帯電手段に印加する帯電電圧印加手段とを備えた画像形成装置の制御方法であって、帯電開始時に、帯電電圧印加手段を制御することにより、交流成分の電圧を第１の電圧に設定する第１の設定ステップと、第１の設定ステップにて設定した後、帯電電圧印加手段を制御することにより、交流成分の電圧を第１の電圧よりも大きい第２の電圧に設定する第２の設定ステップとを備える。

本発明によれば、感光体の寿命の低下を抑止することのできる画像形成装置および画像形成装置の制御方法を提供することができる。また本発明によれば、画像の品質の低下を抑止することのできる画像形成装置および画像形成装置の制御方法を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態における画像形成装置１００の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における感光体１０４付近の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における帯電電圧を制御する構成を示す回路図である。 帯電ローラー１０５における帯電電圧のＡＣ成分と放電量との関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態における帯電電圧の制御方法を示すシーケンス図である。 本発明の第２の実施の形態における帯電電圧を制御する構成を示す回路図である。 本発明の第３の実施の形態における帯電電圧を制御する構成を示す回路図である。 本発明の第４の実施の形態における帯電電圧を制御する構成を示す回路図である。 ＤＣ成分とＡＣ成分とを異なる変圧器で発生させる場合の、帯電電圧の制御方法を示すシーケンス図である。

以下の実施の形態では、画像形成装置がＭＦＰである場合について説明する。画像形成装置は、ＭＦＰの他、ファクシミリ装置、複写機、またはプリンターなどであってもよい。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態における画像形成装置１００の構成を示す断面図である。

図１を参照して、本実施の形態における画像形成装置１００は、ＭＦＰであり、用紙搬送部１０と、トナー像形成部２０と、定着装置３０とを主に備えている。

用紙搬送部１０は、給紙トレイ１０２と、給紙ローラー１０３ａと、搬送ローラー１０３ｂと、排紙ローラー１０３ｃと、排紙トレイ１１５とを含んでいる。給紙トレイ１０２は、画像を形成するための用紙を収容する。給紙トレイ１０２は複数であってもよい。給紙ローラー１０３ａは、給紙トレイ１０２と搬送経路ＴＲとの間に設けられている。搬送ローラー１０３ｂは、搬送経路ＴＲに沿って設けられている。排紙ローラー１０３ｃは、搬送経路ＴＲの最も下流の部分に設けられている。排紙トレイ１１５は画像形成装置本体１０１の最上部に設けられている。

トナー像形成部２０は、いわゆるタンデム方式でＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、およびＫ（ブラック）の４色の画像を合成し、用紙にトナー像を転写する。トナー像形成部２０は、４組の画像形成ユニット２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、および２１Ｋと、１次転写ローラー１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、および１０８ｄと、中間転写ベルト１０９と、２次転写ローラー１１１と、クリーニング装置１１２と、トナーボトル１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、および１１４ｄなどを含んでいる。

画像形成ユニット２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、および２１Ｋの各々は、中間転写ベルト１０９の直下に並置されている。画像形成ユニット２１Ｙは、感光体１０４ａと、帯電ローラー１０５ａと、露光装置１０６ａと、現像装置１０７ａと、クリーニング装置１１０ａなどを含んでいる。感光体１０４ａは、矢印ＡＲ１で示す方向に回転する。感光体１０４ａの周囲には、帯電ローラー１０５ａ、露光装置１０６ａ、現像装置１０７ａ、およびクリーニング装置１１０ａが配置されている。

画像形成ユニット２１Ｍは、感光体１０４ｂと、帯電ローラー１０５ｂと、露光装置１０６ｂと、現像装置１０７ｂと、クリーニング装置１１０ｂなどを含んでいる。画像形成ユニット２１Ｃは、感光体１０４ｃと、帯電ローラー１０５ｃと、露光装置１０６ｃと、現像装置１０７ｃと、クリーニング装置１１０ｃなどを含んでいる。画像形成ユニット２１Ｋは、感光体１０４ｄと、帯電ローラー１０５ｄと、露光装置１０６ｄと、現像装置１０７ｄと、クリーニング装置１１０ｄなどを含んでいる。画像形成ユニット２１Ｍ、２１Ｃ、および２１Ｋの各々は、画像形成ユニット２１Ｙと同様の構成を有している。

中間転写ベルト１０９は、画像形成ユニット２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、および２１Ｋの上部に設けられている。中間転写ベルト１０９は、環状であり、用紙搬送部１０と連動して、図１中矢印ＡＲ２で示す方向に回転駆動される。１次転写ローラー１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、および１０８ｄの各々は、中間転写ベルト１０９を挟んで感光体１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃおよび１０４ｄの各々と対向している。２次転写ローラー１１１は、搬送経路ＴＲにおいて中間転写ベルト１０９と接触している。２次転写ローラー１１１と中間転写ベルト１０９との間隔は、図示しない圧接離間機構により調整可能である。クリーニング装置１１２は、中間転写ベルト１０９の付近に設けられている。トナーボトル１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、および１１４ｄの各々は、中間転写ベルト１０９の上部に設けられている。

定着装置３０は、加熱ローラー１１６と、加圧ローラー１１７とを含んでいる。定着装置３０は、加熱ローラー１１６と加圧ローラー１１７とのニップ部により、トナー像を担持した用紙を把持しながら搬送経路ＴＲに沿って搬送することで、用紙にトナー像を定着させる。

画像形成装置１００が印字ジョブの実行指示を受け付けると、給紙トレイ１０２に格納された用紙などの記録媒体Ｓは、１枚ずつ給紙ローラー１０３ａによって取り出され、搬送ローラー１０３ｂによって搬送経路ＴＲに沿って搬送される。画像形成は、給紙と並行して行われる。ＹＭＣＫ各色の感光体１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、および１０４ｄの各々の表面は、ＹＭＣＫ各色の帯電ローラー１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、および１０５ｄの各々によって所定の電位に均一に帯電される。感光体１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、および１０４ｄの各々の帯電域には、露光装置１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、および１０６ｄの各々によって画像データに基づく露光が施される。これにより、感光体１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、および１０４ｄの各々の表面に静電潜像が形成される。これらの静電潜像は、ＹＭＣＫ各色の現像装置１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、および１０７ｄの各々によってトナーで現像される。これにより、感光体１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、および１０４ｄの各々の表面に可視トナー像が形成される。これらのトナー画像は、ＹＭＣＫ各色の１次転写ローラー１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、および１０８ｄの各々に印可される転写バイアスによって中間転写ベルト１０９上に転写される。これにより、中間転写ベルト１０９上にはＹＭＣＬ各色のトナー画像が重ねて形成される。その後、感光体１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、および１０４ｄの各々の表面の残留トナーは、ＹＭＣＫ各色のクリーニング装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、および１１０ｄの各々によって除去される。

中間転写ベルト１０９上のトナー像は、２次転写ローラー１１１の方へ搬送され、２次転写ローラー１１１によって中間転写ベルト１０９と２次転写ローラー１１１との間を搬送される記録媒体Ｓに転写される。その後、中間転写ベルト１０９上の残留トナーは、クリーニング装置１１２によって除去される。

記録媒体Ｓは、バイアスが印加された分離部１１３によって中間転写ベルト１０９から剥離され、定着装置３０に搬送される。記録媒体Ｓ上に形成されたトナー像は、定着装置３０を記録媒体Ｓが通過する際に熱と圧力とが加えられ、記録媒体Ｓに定着される。トナー像が定着された記録媒体Ｓは、排紙ローラー１０３ｃによって排紙トレイ１１５に排出される。

画像形成により現像装置１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、および１０７ｄの各々の内部のトナーが少なくなると、ＹＭＣＫ各色のトナーボトル１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、および１１４ｄの各々の内部に保管されたトナーが、現像装置１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、および１０７ｄの各々に供給される。トナーボトル１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、および１１４ｄの各々は着脱可能であり、トナーボトル１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、および１１４ｄのうちいずれかのトナーボトルの内部のトナーが無くなると、ユーザーはそのトナーボトルを交換する。これにより、画像形成装置１００に対してトナーが継続して供給される。

以降、画像形成ユニット２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、および２１Ｋのうち任意の画像形成ユニットにおける感光体、帯電ローラー、および現像装置の各々を、それぞれ感光体１０４（像担持体の一例）、帯電ローラー１０５（帯電手段の一例）、および現像装置１０７と記すことがある。１次転写ローラー１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、および１０８ｄのうち任意のものを１次転写ローラー１０８と記すことがある。

図２は、本発明の第１の実施の形態における感光体１０４付近の構成を示す断面図である。

図２を参照して、画像形成装置１００は、高圧電源５０と、現像バイアス源８１とをさらに備えている。高圧電源５０は、帯電ローラー１０５に印加する帯電電圧を供給する。この帯電電圧は、マイナスのＤＣ成分と、ＡＣ成分とが重畳されたものである。帯電ローラー１０５は、ローラー状であり、帯電位置Ｐ１において感光体１０４に帯電を行う。現像バイアス源８１は、現像装置１０７の現像ローラー１０７ｅに対してマイナスの現像バイアスを供給する。現像装置１０７の現像ローラー１０７ｅは、現像位置Ｐ２において感光体上の静電潜像を現像する。

感光体１０４は接地されている。帯電時には高圧電源５０と感光体１０４との間には帯電ローラー１０５を介して帯電電流が流れる。また現像時には現像バイアス源８１と感光体１０４との間には現像ローラー１０７ｅを介して現像電流が流れる。

図３は、本発明の第１の実施の形態における帯電電圧を制御する構成を示す回路図である。なお、図３および図６〜図８では、帯電電圧のＡＣ成分が印加される部分を「ＡＣ」と記しており、帯電電圧のＤＣ成分が印加される部分を「−ＤＣ」と記している。

図３を参照して、画像形成装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１（第１および第２の設定手段の一例）と、帯電電圧印加部２（帯電電圧印加手段の一例）とをさらに備えている。帯電電圧印加部２は、１つのみの変圧器５１を用いてＡＣ成分およびＤＣ成分を発生させ、ＡＣ成分およびＤＣ成分を重畳した帯電電圧を帯電ローラー１０５に印加する。ＣＰＵ１は、帯電電圧印加部２を制御することにより、帯電電圧のＡＣ成分の電圧を設定する。

帯電電圧印加部２は、変圧器５１と、１次側電圧印加部５２（１次側電圧印加手段の一例）と、整流部５３（整流手段の一例）と、調整部５４（調整手段の一例）と、重畳部５５（重畳手段の一例）と、２４Ｖ電源５６（直流電源の一例）とを含んでいる。

変圧器５１は、高圧電源５０の内部に設けられている。変圧器５１は、１次側電圧を第１および第２のＡＣ電圧に変圧（ここでは昇圧）する。変圧器５１は、１次側コイルＣ１と、２次側コイルＣ２およびＣ３とを含んでいる。１次側コイルＣ１には１次側電圧が印加される。２次側コイルＣ２には第１のＡＣ電圧が発生し、２次側コイルＣ３には第２のＡＣ電圧が発生する。第１のＡＣ電圧は帯電電圧のＡＣ成分に相当する。

１次側電圧印加部５２は、２４Ｖ電源５６から出力されたＤＣ電圧を、ＣＰＵ１から入力した制御信号に基づく電圧を有する１次側電圧に変換し、１次側電圧を１次側コイルＣ１に印加する。１次側電圧印加部５２は、正弦波発生源６２と、増幅回路６３と、コンデンサ６４とを含んでいる。２４Ｖ電源５６および正弦波発生源６２は、高圧電源５０の外部に設けられている。増幅回路６３およびコンデンサ６４は、高圧電源５０の内部に設けられている。

ＣＰＵ１は、高圧電源５０の外部に設けられている。ＣＰＵ１は、帯電電圧印加部２を制御することにより、ＡＣ成分の電圧を設定する。特に本実施の形態では、ＣＰＵ１は、正弦波発生源６２が発生する正弦波信号のオンオフ、クロック、および振幅などを制御することにより、１次側電圧を制御し、それによって第１のＡＣ電圧を設定する。言い換えれば、本実施の形態では、ＣＰＵ１によって制御された正弦波信号を高圧電源５０の外部から高圧電源５０に供給する方式を採用している。

正弦波発生源６２は、ＣＰＵ１の制御に基づいて、正弦波状の信号（以降、正弦波信号と記すことがある）を増幅回路６３に出力する。増幅回路６３は、２４Ｖ電源５６から入力したＤＣ電圧を、正弦波発生源６２から入力した正弦波信号に基づく電圧を有する１次側電圧に変換し、１次側コイルＣ１の一端に出力する。１次側コイルＣ１の一端および増幅回路６３の一端は接地されている。コンデンサ６４は、増幅回路６３の他端に接続されている。コンデンサ６４は、増幅回路６３から出力される１次側電圧に含まれているＤＣ成分をカットする。

２次側コイルＣ２の一端は端子ＴＮ１に接続されている。これにより、２次側コイルＣ２に発生した第１のＡＣ電圧は、帯電電圧のＡＣ成分として帯電ローラー１０５に印加される。

２次側コイルＣ２の他端は端子ＴＮ２に接続されている。２次側コイルＣ２の両方の端子は、整流部５３に接続されている。

整流部５３は、高圧電源５０の内部に設けられている。整流部５３は、第２のＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換し、変換後のＤＣ電圧を抵抗素子６８に印加する。整流部５３は、ここでは半波整流回路であり、ダイオード６６と、コンデンサ６７とを含んでいる。ダイオード６６のカソードは２次側コイルＣ３の一端に接続されている。ダイオード６６のアノードはコンデンサ６７の一方側の電極に接続されている。２次側コイルＣ３の他端およびコンデンサ６７の他方側の電極は、接地されている。ＣＰＵ１は、１次側電圧を、整流部５３が第２のＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換することのできる最低の電圧値以上に制御することが好ましい。

調整部５４は、高圧電源５０の内部に設けられている。調整部５４は、整流部５３で変換されたＤＣ電圧を帯電電圧のＤＣ成分の電圧値に調整する。調整部５４は、抵抗素子６８と、シャントレギュレーター回路６９とを含んでいる。抵抗素子６８の一端は、ダイオード６６のアノードおよびコンデンサ６７の一方側の電極の各々に接続されている。抵抗素子６８の他端は端子ＴＮ３に接続されている。抵抗素子６８は、変換後のＤＣ電圧を、調整部５４によって調整可能な電圧まで降下させる。シャントレギュレーター回路６９は、通電時の端子ＴＮ３の電圧を帯電電圧のＤＣ成分の電圧値に維持（調整）する。

重畳部５５は、端子ＴＮ２と端子ＴＮ３とを接続する導線であり、調整部５４で調整された帯電電圧のＤＣ成分を帯電電圧のＡＣ成分に重畳する。

本構成では、１つの変圧器５１で帯電電圧のＡＣ成分およびＤＣ成分が発生される。変圧器５１の基本的な動作は、交流である１次側電圧による磁界の変化を利用しているため、１次側コイルＣ１への１次側電圧の印加が、帯電電圧のＤＣ成分およびＡＣ成分の発生開始のトリガーとなる。

ところで、ＤＣ成分は、２次側のＡＣ電圧（第２のＡＣ電圧）を整流平滑することで得られる。ＡＣ電圧の整流平滑にはコンデンサ６７が用いられ、コンデンサ６７の充電には時間を要する。このため、変圧器５１がオンされた場合には、帯電電圧のＡＣ成分（第１のＡＣ電圧）の電圧は直ちに立ち上がる一方で、帯電電圧のＤＣ成分の電圧の立ち上がりは、帯電電圧のＡＣ成分の電圧の立ち上がりよりも遅れる。この電圧の立ち上がり順序は、ＤＣ成分およびＡＣ成分を別々の変圧器で発生させる従来の構成における電圧の立ち上がり順序（ＤＣ成分を立ち上げた後でＡＣ成分を立ち上げるという順序）と逆である。

図４は、帯電ローラー１０５における帯電電圧のＡＣ成分と放電量との関係を示すグラフである。

図４を参照して、帯電ローラー１０５と感光体１０４との間で放電が開始する帯電電圧は、放電開始電圧（図４中電圧Ｖ１）と呼ばれている。帯電電圧が電圧Ｖ１未満の場合には、放電は発生せず、感光体１０４は帯電されない。電圧Ｖ２以上電圧Ｖ３以下の範囲ΔＶでは、安定的に放電が起こる（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）。電圧Ｖ１はたとえば９００Ｖｐｐであり、電圧Ｖ２はたとえば１０００Ｖｐｐであり、電圧Ｖ３はたとえば１８００Ｖｐｐである。

本実施の形態では、ＣＰＵ１は、帯電開始時に、帯電電圧印加部２を制御することにより、帯電電圧のＡＣ成分の電圧を第１の電圧ＶＡに設定する。ＣＰＵ１は、帯電電圧のＡＣ成分の電圧を第１の電圧に設定した後、帯電電圧印加部２を制御することにより、帯電電圧のＡＣ成分の電圧を第１の電圧ＶＡよりも大きい第２の電圧ＶＢに設定する。

第１の電圧ＶＡは、放電が発生しない電圧である電圧Ｖ１未満とされることが好ましい。第２の電圧ＶＢは、放電が発生する電圧である電圧Ｖ１以上であることが好ましく、安定的に放電が発生する電圧の範囲である電圧Ｖ２以上電圧Ｖ３以下であることがより好ましい。

また、ＡＣ成分の電圧を第１の電圧ＶＡから第２の電圧ＶＢに切り替えるタイミングは、帯電ローラー１０５に印加するＤＣ成分が所定の電圧値に達した後であることが好ましい。

図５は、本発明の第１の実施の形態における帯電電圧の制御方法を示すシーケンス図である。

図５を参照して、ここでは、帯電電圧のＤＣ成分を−６００Ｖとし、帯電電圧のＡＣ成分の第１の電圧ＶＡを６００Ｖｐｐとし、帯電電圧の第２の電圧ＶＢを１２００Ｖｐｐとしている。感光体の帯電を開始する場合、時刻Ｔ０において画像形成装置１００は、ＡＣ成分が第１の電圧ＶＡとなるように設定した１次側電圧を、変圧器５１に印加する（ステップＳ１）。時刻Ｔ０から時間が経過するにつれ、ＤＣ成分は徐々に増加する。

時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間、画像形成装置１００は、ＡＣ成分を第１の電圧ＶＡに維持する（ステップＳ２）。第１の電圧ＶＡは放電開始電圧よりも低いので、時刻Ｔ０〜時刻Ｔ１では放電は発生せず感光体１０４は帯電されない。

時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの時間Δｔとしては、１次側電圧が変圧器５１に印加されてから、コンデンサ６７が充電されＤＣ成分が所望の電圧値（ここでは−６００Ｖ）に到達し、十分安定するまでの時間が設定されることが好ましい。時間Δｔは、たとえば５０ｍｓ程度である。時間Δｔは、設定するＡＣ成分やＤＣ成分の電圧値や、コンデンサ６７の電気容量などに基づいて設定されてもよい。

時刻Ｔ１において、画像形成装置１００は、ＡＣ成分が第２の電圧ＶＢとなるように１次側電圧を増加させる（ステップＳ３）。これにより、時刻Ｔ１で放電を伴う帯電が開始する。帯電された感光体１０４が現像位置に到達する時刻Ｔ２において、−５００Ｖの現像バイアスをオンする。これにより、現像が開始する。時間ＴＰ１は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの時間であり、帯電位置から現像位置までの周方向に沿った距離ｄ（図２）を感光体が回転するだけの時間である。その後、時刻Ｔ３において、ＤＣ成分用およびＡＣ成分用の変圧器をオフし、時刻Ｔ３から時間ＴＰ１経過後の時刻Ｔ４において、現像バイアスをオフする。

なお、帯電を開始する時刻Ｔ０から、帯電された感光体１０４が現像位置に到達する時刻Ｔ２までの時間ＴＰ２は、ＤＣ成分とＡＣ成分とを異なる変圧器で発生させる場合における時間（図９の時間ＴＰ２）と同じになる。

本実施の形態によれば、帯電ローラーに印加する帯電電圧を１つの変圧器で発生させることにより、画像形成装置の小型化およびコストの低減を図ることができる。加えて、ＤＣ成分の電圧が立ち上がって安定するまでの間、ＡＣ成分の印加による放電の発生を抑止することができる。そして、ＤＣ成分の電圧が安定し感光体の表面の電位を規定した後で、放電を発生させ帯電を開始することができる。これにより、１つの変圧器を用いてＡＣ成分およびＤＣ成分を発生させる構成であっても、感光体の寿命の低下を抑止することができ、画像の品質の低下を抑止することができる。

［第２の実施の形態］

図６は、本発明の第２の実施の形態における帯電電圧を制御する構成を示す回路図である。

図６を参照して、本実施の形態では、異なる２つの正弦波信号をハードウェア（高圧電源５０）で発生させ、増幅回路６３に入力させる正弦波信号をＣＰＵの制御により切り替える方式を採用している。１次側電圧印加部５２は、正弦波発生源６２Ａおよび６２Ｂと、増幅回路６３と、コンデンサ６４と、波形切換回路６５とを含んでいる。正弦波発生源６２Ａおよび６２Ｂ、増幅回路６３、コンデンサ６４、ならびに波形切換回路６５は、いずれも高圧電源５０の内部に設けられている。

正弦波発生源６２Ａおよび６２Ｂの各々は、互いに異なる正弦波信号を波形切換回路６５に出力する。正弦波発生源６２Ａ（第１の正弦波発生源の一例）は、第１の電圧ＶＡ（ここでは６００ＶｐｐのＡＣ電圧）のＡＣ成分を２次側コイルＣ２に発生させる正弦波信号ＳＧ１を発生し、波形切換回路６５に常時出力する。正弦波発生源６２Ｂ（第２の正弦波発生源の一例）は、第２の電圧ＶＢ（ここでは１２００ＶｐｐのＡＣ電圧）のＡＣ成分を２次側コイルＣ２に発生させる正弦波信号ＳＧ２を発生し、波形切換回路６５に常時出力する。

ＣＰＵ１は、正弦波信号ＳＧ１およびＳＧ２のうち一方を波形切換回路６５から増幅回路６３に選択的に出力させる。ＣＰＵ１は、必要なタイミングでＶｐｐ切換信号を波形切換回路６５へ出力する。波形切換回路６５は、ＣＰＵ１から入力されたＶｐｐ切換信号に基づいて、正弦波信号ＳＧ１およびＳＧ２の間で増幅回路６３に出力する正弦波信号を切り替える。増幅回路６３は、２４Ｖ電源５６から入力したＤＣ電圧を、波形切換回路６５から入力した正弦波信号に基づく電圧を有する１次側電圧に変換し、１次側コイルＣ１の一端に出力する。

なお、本実施の形態における画像形成装置１００の上述以外の構成および動作は、第１の実施の形態の場合と同様であるため、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。また、２つの正弦波信号を切り替えることで帯電電圧を切り替えるので、ＣＰＵによる制御が簡易なものとなる。

［第３の実施の形態］

図７は、本発明の第３の実施の形態における帯電電圧を制御する構成を示す回路図である。

図７を参照して、本実施の形態において、変圧器５１は、１次側コイルＣ１と、２次側コイルＣ２、Ｃ３Ａ、およびＣ３Ｂとを含んでいる。２次側コイルＣ３ＡおよびＣ３Ｂの各々には、同一の電圧を有する第２のＡＣ電圧が発生する。

整流部５３は、整流回路５３Ａ（第１の整流回路の一例）と、整流回路５３Ｂ（第２の整流回路の一例）と、スイッチング素子ＳＷ（切替手段の一例）とを含んでいる。整流回路５３Ａは、第１の実施の形態における整流部と同様の構成を有している。整流回路５３Ａは、２次側コイルＣ３Ａに発生した第２のＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換し、変換後のＤＣ電圧を端子ＴＮ４Ａに出力する。

整流回路５３Ｂは、たとえばコッククロフト回路などの逓倍電圧整流回路よりなっている。整流回路５３Ｂは、２次側コイルＣ３Ｂに発生した第２のＡＣ電圧を、整流回路５３Ａが変換するＤＣ電圧よりも高い電圧値を有するＤＣ電圧に変換し、端子ＴＮ４Ｂに出力する。

スイッチング素子ＳＷは、ＣＰＵ１の制御により、抵抗素子６８の一端と接続する端子を端子ＴＮ４Ａと端子ＴＮ４Ｂとの間で切り替える。

高地では大気圧が平地に比べて低いため、放電開始電圧も平地に比べて低くなる。このため、画像形成装置１００が高地で使用される場合には、帯電開始時の帯電電圧のＡＣ成分である第１の電圧ＶＡを、平地で使用される場合の電圧値よりも低く設定し、不要な放電が発生しないようにする必要がある。第１の電圧ＶＡが低く設定されれば、整流回路５３Ａの出力によって規定される端子ＴＮ３の電圧も低くなるので、調整部５４は、端子ＴＮ３の電圧を帯電電圧のＤＣ成分の電圧値に調整することができなくなるおそれがある。

そこでＣＰＵ１は、第１の電圧ＶＡを有するＤＣ成分を帯電ローラー１０５に印加する場合において、整流回路５３Ａで変換したＤＣ電圧が所定の値よりも低いとき、スイッチング素子ＳＷを接続する端子を切り替えることにより、第２のＡＣ電圧を変換する回路を整流回路５３Ｂに切り替える。これにより、端子ＴＮ３の電圧を高くすることができる。

なお、本実施の形態における画像形成装置１００の上述以外の構成および動作は、第１の実施の形態の場合と同様であるため、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。また、整流回路５３Ａで変換したＤＣ電圧が所定の値よりも低くなる場合であっても、整流回路５３Ｂを用いることで帯電電圧のＤＣ成分の電圧を安定させることができる。

［第４の実施の形態］

図８は、本発明の第４の実施の形態における帯電電圧を制御する構成を示す回路図である。

図５および図８を参照して、本実施の形態において、画像形成装置１００は電圧測定部５７をさらに備えている。電圧測定部５７は、端子ＴＮ２の電圧（帯電電圧のＤＣ成分の電圧）を測定し、測定した電圧をＣＰＵ１に出力する。

感光体の帯電を開始する場合、時刻Ｔ０においてＣＰＵ１は、ＡＣ成分が第１の電圧ＶＡとなるように設定した１次側電圧を変圧器５１に印加する。そしてＣＰＵ１は、電圧測定部５７から入力した電圧が所定の電圧値となった時刻Ｔ１において、ＡＣ成分が第２の電圧ＶＢとなるように１次側電圧を増加させる。

なお、本実施の形態における画像形成装置１００の上述以外の構成および動作は、第１の実施の形態の場合と同様であるため、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。また、実際に測定された端子ＴＮ２の電圧に基づいて１次側電圧を増加させるタイミングが決定される。これにより、感光体の寿命の低下をより効果的に抑止することができ、画像の品質の低下をより効果的に抑止することができる。

［その他］

整流回路の構成は任意であり、上述の実施の形態のような半波整流回路である場合の他、全波整流回路などであってもよい。

上述の実施の形態は適宜組み合わせることができる。たとえば、第２の実施の形態の回路構成に対して、第３の実施の形態のような２つの整流回路を有する構成が適用されてもよいし、第４の実施の形態のような電圧測定部を備えた構成が適用されてもよい。

上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）（第１および第２の設定手段の一例）
２ 帯電電圧印加部（帯電電圧印加手段の一例）
１０ 用紙搬送部
２０ トナー像形成部
２１Ｃ，２１Ｋ，２１Ｍ，２１Ｙ 画像形成ユニット
３０ 定着装置
５０ 高圧電源
５１ 変圧器
５２ １次側電圧印加部（１次側電圧印加手段の一例）
５３ 整流部（整流手段の一例）
５３Ａ，５３Ｂ 整流回路（第１および第２の整流回路の一例）
５４ 調整部（調整手段の一例）
５５ 重畳部（重畳手段の一例）
５６ ２４Ｖ電源（直流電源の一例）
５７ 電圧測定部
６２ 正弦波発生源
６２Ａ，６２Ｂ 正弦波発生源（第１および第２の正弦波発生源の一例）
６３ 増幅回路
６４，６７ コンデンサ
６５ 波形切換回路
６６ ダイオード
６８ 抵抗素子
６９ シャントレギュレーター回路
８１ 現像バイアス源
１００ 画像形成装置
１０１ 画像形成装置本体
１０２ 給紙トレイ
１０３ａ 給紙ローラー
１０３ｂ 搬送ローラー
１０３ｃ 排紙ローラー
１０４，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ 感光体
１０５，１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ 帯電ローラー（帯電手段の一例）
１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ 露光装置
１０７，１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ 現像装置
１０７ｅ 現像ローラー
１０８，１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ １次転写ローラー
１０９ 中間転写ベルト
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ クリーニング装置
１１１ ２次転写ローラー
１１２ クリーニング装置
１１３ 分離部
１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ トナーボトル
１１５ 排紙トレイ
１１６ 加熱ローラー
１１７ 加圧ローラー
Ｃ１ １次側コイル
Ｃ２，Ｃ３，Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂ ２次側コイル
ｄ 帯電位置から現像位置までの周方向に沿った距離
Ｐ１ 帯電位置
Ｐ２ 現像位置
Ｓ 記録媒体
ＳＧ１，ＳＧ２ 正弦波信号
ＳＷ スイッチング素子（切替手段の一例）
ＴＮ１，ＴＮ２，ＴＮ３，ＴＮ４Ａ，ＴＮ４Ｂ 端子
ＴＲ 搬送経路

Claims (9)

1. 像担持体を帯電するローラー状の帯電手段と、
   １つの変圧器を用いて交流成分および直流成分を発生させ、前記交流成分および直流成分を重畳した帯電電圧を前記帯電手段に印加する帯電電圧印加手段と、
   帯電開始時に、前記帯電電圧印加手段を制御することにより、前記交流成分の電圧を第１の電圧に設定する第１の設定手段と、
   前記交流成分の電圧を前記第１の設定手段にて設定した後、前記帯電電圧印加手段を制御することにより、前記交流成分の電圧を前記第１の電圧よりも大きい第２の電圧に設定する第２の設定手段とを備えた、画像形成装置。
2. 前記第１の電圧は放電が発生しない電圧であり、前記第２の電圧は放電が発生する電圧であり、
   前記第２の設定手段は、前記第１の設定手段にて印加した後であって、前記直流成分が所定の電圧値に達した後、前記交流成分の電圧を前記第２の電圧に設定する、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記変圧器は、１次側電圧を第１および第２の交流電圧に変圧し、前記第１の交流電圧は前記交流成分に相当し、
   前記第１および第２の設定手段の各々は、前記１次側電圧を制御することにより、前記第１の交流電圧を設定し、
   前記帯電電圧印加手段は、
   前記１次側電圧を前記変圧器の１次側に印加する１次側電圧印加手段と、
   前記第２の交流電圧を直流電圧に変換する整流手段と、
   前記整流手段で変換された直流電圧を前記直流成分の電圧値に調整する調整手段と、
   前記調整手段にて調整された前記直流成分を前記交流成分に重畳する重畳手段とを含む、請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記第１の設定手段は、前記１次側電圧を、前記整流手段が前記第２の交流電圧を直流電圧に変換することのできる最低の電圧値以上に制御する、請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記整流手段は、
   前記第２の交流電圧を直流電圧に変換する第１の整流回路と、
   前記第２の交流電圧を、前記第１の整流回路が変換する直流電圧よりも高い電圧値を有する直流電圧に変換する第２の整流回路と、
   前記交流成分の電圧を前記第１の設定手段にて設定する場合において、前記第１の整流回路で変換した直流電圧が所定の値よりも低いとき、前記第２の交流電圧を変換する回路を前記第２の整流回路に切り替える切替手段とを含む、請求項３または４に記載の画像形成装置。
6. 前記１次側電圧印加手段は、直流電源から出力された直流電圧を、入力した制御信号に基づく電圧を有する前記１次側電圧に変換する増幅回路を含み、
   前記第１および第２の印加手段の各々は、前記増幅回路に入力する制御信号を制御する、請求項３〜５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記１次側電圧印加手段は、正弦波信号を前記増幅回路に出力する正弦波発生源をさらに含み、
   前記第１および第２の印加手段の各々は、前記正弦波発生源が発生する正弦波信号を制御し、
   前記増幅回路は、前記直流電源から入力した直流電圧を、前記正弦波発生源から入力した正弦波信号に基づく電圧を有する前記１次側電圧に変換する、請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記１次側電圧印加手段は、
   第１の正弦波信号を発生する第１の正弦波発生源と、
   第２の正弦波信号であって前記第１の正弦波信号とは異なる第２の正弦波信号を発生する第２の正弦波発生源とをさらに含み、
   前記第１および第２の印加手段の各々は、前記第１および第２の正弦波信号を選択的に前記増幅回路に出力させる、請求項６に記載の画像形成装置。
9. 像担持体を帯電するローラー状の帯電手段と、１つの変圧器を用いて交流成分および直流成分を発生させ、前記交流成分および直流成分を重畳した帯電電圧を前記帯電手段に印加する帯電電圧印加手段とを備えた画像形成装置の制御方法であって、
   帯電開始時に、前記帯電電圧印加手段を制御することにより、前記交流成分の電圧を第１の電圧に設定する第１の設定ステップと、
   前記第１の設定ステップにて設定した後、前記帯電電圧印加手段を制御することにより、前記交流成分の電圧を前記第１の電圧よりも大きい第２の電圧に設定する第２の設定ステップとを備えた、画像形成装置の制御方法。

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