JP2018207674A - 電源装置、画像形成装置、及び駆動周波数の設定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電源装置の出力電圧に生じるノイズや電圧変動を低減する。
【解決手段】駆動部404は、圧電トランス405を駆動周波数の入力電圧V1で駆動する。フィードバック部402は、圧電トランス405により生成した出力電圧Vdcに基づいて入力電圧V1を変更する。検出部407は、検出電圧Vdを検出する。制御部500は、圧電トランス405を複数の周波数の入力電圧V1で駆動し、出力電圧Vdcを大きさの異なる2種類の負荷に供給する。制御部500は、複数の周波数と2種類の負荷のそれぞれの組み合わせで検出した検出電圧Vdに基づいて駆動周波数fcを設定する。
【選択図】図4
【解決手段】駆動部404は、圧電トランス405を駆動周波数の入力電圧V1で駆動する。フィードバック部402は、圧電トランス405により生成した出力電圧Vdcに基づいて入力電圧V1を変更する。検出部407は、検出電圧Vdを検出する。制御部500は、圧電トランス405を複数の周波数の入力電圧V1で駆動し、出力電圧Vdcを大きさの異なる2種類の負荷に供給する。制御部500は、複数の周波数と2種類の負荷のそれぞれの組み合わせで検出した検出電圧Vdに基づいて駆動周波数fcを設定する。
【選択図】図4
Description
本発明は、圧電トランスを有する電源装置、電源装置を備える画像形成装置、及び圧電トランスを駆動する入力電圧の駆動周波数の設定方法に関する。
画像形成装置の高電圧を発生する電源装置において、圧電トランスにより一次側の入力電圧を昇圧させて二次側に高電圧の出力電圧を出力させるものが広く用いられている。圧電トランスを有する電源装置は、圧電トランスの共振周波数と等しい駆動周波数の入力電圧で作動させた場合に大きな昇圧比と高い電力効率とが得られる。
特許文献1には、圧電トランスを用いて生成した出力電圧を帯電ローラ等に印加する電源装置が記載される。特許文献1に記載の電源装置では、圧電トランスを駆動する信号の周波数を掃引することにより、その時に検出した信号の電圧が最小となる周波数を共振周波数として保持し、共振周波数に駆動周波数を調整している。
しかし、特許文献1に記載の電源装置のように、瞬間的又は変動周期が短い負荷変動に対して、その都度周波数掃引を実行して駆動周波数を調整していたのでは、調整そのものが間に合わず、電源装置の出力にノイズや電圧変動が発生することがあった。
本発明は、電源装置の出力電圧に生じるノイズや電圧変動を低減することを目的とする。
本発明の電源装置は、入力電圧を出力電圧に変換する圧電トランスと、前記入力電圧の電圧レベルを検出する検出手段と、前記圧電トランスを複数の周波数の入力電圧で駆動し、前記圧電トランスにより生成した所定の出力電圧を大きさが異なる複数の負荷に供給した時に、同一周波数の時の前記検出手段の検出値の範囲が所定範囲以内となるように前記入力電圧の駆動周波数を設定する設定手段と、を備える、ことを特徴とする。
本発明によれば、電源装置の出力電圧に生じるノイズや電圧変動を低減することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
<実施の形態1>
実施の形態1では、電子写真方式の画像形成装置において像担持体を帯電させる帯電ローラに直流電圧を出力する電源装置について説明する。
実施の形態1では、電子写真方式の画像形成装置において像担持体を帯電させる帯電ローラに直流電圧を出力する電源装置について説明する。
(プリンタ)
図1は実施の形態1のプリンタの構成の説明図である。図1に示すように、画像形成装置の一例であるプリンタ100は、装置本体100Aを備え、装置本体100Aにおいて電子写真方式の画像形成を実行する。装置本体100Aには、下側(上流側)から上側(下流側)に向かってシート給送部10、画像形成部20、定着装置30、シート排出部40が設けられている。
図1は実施の形態1のプリンタの構成の説明図である。図1に示すように、画像形成装置の一例であるプリンタ100は、装置本体100Aを備え、装置本体100Aにおいて電子写真方式の画像形成を実行する。装置本体100Aには、下側(上流側)から上側(下流側)に向かってシート給送部10、画像形成部20、定着装置30、シート排出部40が設けられている。
シート給送部10は、カセット11又は手差しトレイ16に積載されたシートPを画像形成部20へ給送する。シート検知センサS1は、カセット11にシートPが収納されているか否かを検知する。ピックアップローラ12は、カセット11に収納されたシートPを分離部13へ送出する。分離部13は、正転ローラにより最上位のシートPを給送しつつ反転ローラにより重送されたシートを逆送してシートPを1枚に分離する。給送ローラ14は、分離部13が給送パスPS1に送り出したシートPをレジストローラ15へ搬送する。レジ前センサS2は、シートPの先端がレジストローラ15のニップに到達するタイミングを検知する。レジストローラ15は、回転を停止したニップにシートPの先端を突き当ててシートPの斜行を矯正する。レジストローラ15は、シートPを、所定のタイミングで画像形成部20に搬送する。
手差しトレイ16からシートPを給送する場合、供給ローラ17および分離パッド18によってシートPを1枚に分離して装置本体100A内に引き込む。1枚に分離されたシートPは、供給ローラ19から給送ローラ14を経て、レジストローラ15へ搬送される。
画像形成部20は、像担持体の一例である感光ドラム21を有し、感光ドラム21に現像剤像を形成してシートPに転写する。現像剤像を転写されたシートPは、定着装置30へ搬送される。
定着装置30は、加熱ローラ方式であって、内部に配置されたハロゲンランプ等の熱源により周面が所定温度に加熱された定着ローラ31と、定着ローラ31に対して所定の圧力で圧接する加圧ローラ32と、により定着ニップ部N2を形成する。定着装置30は、シートPを定着ニップ部N2で加熱及び加圧することにより、現像剤像を溶融させてシートP上に画像を定着させる。定着センサS3は、シートPの先端が定着ニップ部N2を抜けたことを検知する。画像が定着されたシートPは、シート排出部40へ搬送され、排出ローラ41によって排出トレイ42へ排出される。
なお、定着装置30は、加熱ローラ方式の替わりに、いわゆるオンデマンド定着方式を用いてもよい。オンデマンド定着方式は、セラミックヒータ等の熱源と加圧ローラとの間に無端ベルトを挟み込んで定着ニップ部を形成する。
(両面印刷)
画像形成部20、定着装置30の右側には、両面印刷に対応するためのシート再給送部50が設けられている。シートPの両面に画像を形成する場合、1面目に画像形成されたシートPの先端が定着センサS3を抜けた後、シートPの後端が排出ローラ41を抜ける前に排出ローラ41を停止させる。その後、排出ローラ41を逆回転させることで、シートPを反転させてシート再給送部50へ搬送する。再給送ローラ51、52は、破線で示す再給送パスPS2へシートPを搬送し、再給送ローラ53によってシートPをレジストローラ15へ搬送する。レジストローラ15は、シートPの斜行を修正して転写ニップ部N1へ搬送する。転写ニップ部N1を通過する過程でシートPの2面目にも現像剤像が現像され、1面目と同様に定着ニップ部N2を通過することでシートPに現像剤像が定着される。両面に画像形成されたシートPは、排出ローラ41によって排出トレイ42へ排出される。
画像形成部20、定着装置30の右側には、両面印刷に対応するためのシート再給送部50が設けられている。シートPの両面に画像を形成する場合、1面目に画像形成されたシートPの先端が定着センサS3を抜けた後、シートPの後端が排出ローラ41を抜ける前に排出ローラ41を停止させる。その後、排出ローラ41を逆回転させることで、シートPを反転させてシート再給送部50へ搬送する。再給送ローラ51、52は、破線で示す再給送パスPS2へシートPを搬送し、再給送ローラ53によってシートPをレジストローラ15へ搬送する。レジストローラ15は、シートPの斜行を修正して転写ニップ部N1へ搬送する。転写ニップ部N1を通過する過程でシートPの2面目にも現像剤像が現像され、1面目と同様に定着ニップ部N2を通過することでシートPに現像剤像が定着される。両面に画像形成されたシートPは、排出ローラ41によって排出トレイ42へ排出される。
(画像形成部)
画像形成部20は、感光ドラム21の周囲に配置された、帯電手段の一例である帯電ローラ22、露光手段の一例である露光装置23、現像手段の一例である現像装置24、転写手段の一例である転写ローラ25、及びドラムクリーニング装置27を有する。感光ドラム21は、金属製円筒の周面に感光層を形成され、露光により表面の帯電電荷を放電する性質を有する。帯電ローラ22は、帯電電圧を印加されて感光ドラム21を帯電させる。露光装置23は、感光ドラム21を露光する。露光装置23は、感光ドラム21の周面を露光して画像の静電潜像を形成する。露光装置23は、不図示の画像読取装置によって読取られた画像原稿の画像データや外部から送信された画像形成ジョブの画像データに基づいて出力するレーザビームを制御する。
画像形成部20は、感光ドラム21の周囲に配置された、帯電手段の一例である帯電ローラ22、露光手段の一例である露光装置23、現像手段の一例である現像装置24、転写手段の一例である転写ローラ25、及びドラムクリーニング装置27を有する。感光ドラム21は、金属製円筒の周面に感光層を形成され、露光により表面の帯電電荷を放電する性質を有する。帯電ローラ22は、帯電電圧を印加されて感光ドラム21を帯電させる。露光装置23は、感光ドラム21を露光する。露光装置23は、感光ドラム21の周面を露光して画像の静電潜像を形成する。露光装置23は、不図示の画像読取装置によって読取られた画像原稿の画像データや外部から送信された画像形成ジョブの画像データに基づいて出力するレーザビームを制御する。
現像装置24は、現像ローラ24aに現像剤を担持して感光ドラム21との対向部へ搬送する。直流電圧に交流電圧を重畳した現像電圧を現像ローラ24aに印加することにより、感光ドラム21の静電潜像が現像剤像に現像される。現像剤像は、感光ドラム21の回転に伴って転写ニップ部N1へ搬送される。
レジストローラ15は、現像剤像にタイミングを合わせて転写ニップ部N1へシートPを給送する。転写ローラ25は、現像剤の帯電極性の反対極性の電圧を印加されて、感光ドラム21の現像剤像を、転写ニップ部N1を通過するシートPに転写する。ドラムクリーニング装置27は、転写ニップ部N1を通過した感光ドラム21に付着した残留トナーを回収する。
(静電潜像)
図2は帯電ローラ22に電圧を印加する電源装置200のブロック図である。図2に示すように、帯電ローラ22は、感光ドラム21の周面に当接して従動回転する。制御部500は、CPU501、ROM502及びRAM503を有し、ROM502に記録されたプログラム及びデータをRAM503に保持して、CPU501が必要な演算及び制御を行うことにより装置本体100Aの各ユニットを制御する。制御部500は、交流電圧Vacの目標電圧に応じてデューティ変調されたパルス信号である交流電圧PWM信号AC_PWMと、目標周波数となるクロック信号AC_CLKとを交流高圧電源300へ出力する。また、制御部500は、直流電圧である出力電圧Vdcの目標電圧に応じてデューティ変調されたパルス信号である交流電圧PWM信号DC_PWMと、目標周波数となるクロック信号DC_CLKとを直流高圧電源400へ出力する。交流高圧電源300は、入力された交流電圧PWM信号AC_PWM及びクロック信号AC_CLKに応じて交流電圧Vacを生成し、直流高圧電源400は、入力された直流電圧PWM信号DC_PWM及びクロック信号DC_CLKに応じて出力電圧Vdcを生成する。電源装置200は、交流電圧Vacと出力電圧Vdcとを重畳した高圧出力210を帯電ローラ22に印加する。出力電圧Vdcの目標電圧は、例えば−600[V]である。直流高圧電源400は、制御部500から入力される直流電圧PWM信号DC_PWMに応じて出力電圧Vdcを調整して目標電圧に一致させる。
図2は帯電ローラ22に電圧を印加する電源装置200のブロック図である。図2に示すように、帯電ローラ22は、感光ドラム21の周面に当接して従動回転する。制御部500は、CPU501、ROM502及びRAM503を有し、ROM502に記録されたプログラム及びデータをRAM503に保持して、CPU501が必要な演算及び制御を行うことにより装置本体100Aの各ユニットを制御する。制御部500は、交流電圧Vacの目標電圧に応じてデューティ変調されたパルス信号である交流電圧PWM信号AC_PWMと、目標周波数となるクロック信号AC_CLKとを交流高圧電源300へ出力する。また、制御部500は、直流電圧である出力電圧Vdcの目標電圧に応じてデューティ変調されたパルス信号である交流電圧PWM信号DC_PWMと、目標周波数となるクロック信号DC_CLKとを直流高圧電源400へ出力する。交流高圧電源300は、入力された交流電圧PWM信号AC_PWM及びクロック信号AC_CLKに応じて交流電圧Vacを生成し、直流高圧電源400は、入力された直流電圧PWM信号DC_PWM及びクロック信号DC_CLKに応じて出力電圧Vdcを生成する。電源装置200は、交流電圧Vacと出力電圧Vdcとを重畳した高圧出力210を帯電ローラ22に印加する。出力電圧Vdcの目標電圧は、例えば−600[V]である。直流高圧電源400は、制御部500から入力される直流電圧PWM信号DC_PWMに応じて出力電圧Vdcを調整して目標電圧に一致させる。
帯電ローラ22は、交流電圧Vacにより帯電ローラ22と感光ドラム21との間に放電を発生させて、感光ドラム21の周面を出力電圧Vdcに等しい均一な暗部電位VDに帯電させる。暗部電位VDは例えば−600[V]である。
露光装置23は、不図示の半導体レーザ素子で発生させたレーザビーム28を不図示の回転ミラーにより反射して感光ドラム21の周面を走査露光する。レーザビーム28は、画像情報に基づいて画像形成される画像の画素の濃度に応じて二値変調されている。レーザビーム28は、帯電ローラ22により均一な暗部電位VDに帯電された感光ドラム21の周面を露光して露光された部分の電位を明部電位VLに低下させて画像に応じた静電潜像を形成する。例えば、明部電位VL=−100〜−200[V]である。
現像ローラ24aは、負極性に帯電した現像剤を担持して回転する。現像電源700は、現像ローラ24aに交流電圧と直流電圧とを重畳した現像電圧VBを印加して感光ドラム21の周面の静電潜像へ現像剤を移転させる。例えば、直流電圧は−400[V]である。
これにより、−100〜−200[V]であって現像ローラ24aよりも相対的に正極性となっている感光ドラム21の露光領域に現像剤が付着する。−600[V]であって現像ローラ24aよりも相対的に負極性となっている感光ドラム21の未露光領域に現像剤が付着しない。
転写ローラ25は、感光ドラム21に当接して転写ニップ部N1を形成する。転写電源800は、転写ローラ25に正極性の転写電圧Vtを印加して感光ドラム21の静電潜像に付着していた現像剤像を、転写ニップ部N1で挟持搬送されるシートPへ移転させる。
帯電ローラ22の近傍には、環境センサ510が配置されている。本実施形態では、環境センサ510は、温度を検出する温度センサ511及び湿度を検出する湿度センサ512を有する。この環境センサ510により、装置本体100A内の環境(温度及び湿度)が検出され、その環境情報(温度情報及び湿度情報)である検出値が制御部500にて取得される。これにより、制御部500は、装置本体100Aの内部の環境(温度及び湿度)の変化を計測することができる。
(電源装置)
図3は電源装置200の直流高圧電源400のブロック図である。図4は電源装置200の直流高圧電源400の回路図である。帯電、現像、転写等を含む電子写真方式の画像形成装置では、数百ボルトを超える電圧を生成する高圧の電源装置200が必要となる。感光ドラム21を帯電するため、帯電ローラ22には、高圧の直流電圧(DCバイアス)と交流電圧(ACバイアス)とが印加される。電源装置200に圧電トランス405を使用することで、電力効率が高まり、小型化、高密度実装化、省電力化等のメリットがある。
図3は電源装置200の直流高圧電源400のブロック図である。図4は電源装置200の直流高圧電源400の回路図である。帯電、現像、転写等を含む電子写真方式の画像形成装置では、数百ボルトを超える電圧を生成する高圧の電源装置200が必要となる。感光ドラム21を帯電するため、帯電ローラ22には、高圧の直流電圧(DCバイアス)と交流電圧(ACバイアス)とが印加される。電源装置200に圧電トランス405を使用することで、電力効率が高まり、小型化、高密度実装化、省電力化等のメリットがある。
図3に示すように、直流高圧電源400は、ローパスフィルタ401、フィードバック部402、駆動部404、圧電トランス405、整流部406、及び検出部407を有する。ローパスフィルタ401は、直流電圧PWM信号DC_PWMから制御電圧Vcontを生成してフィードバック部402へ出力する。フィードバック部402は、直流高圧電源400が出力する出力電圧Vdcと制御電圧Vcontとを比較してトランス入力信号Vinを生成し、生成したトランス入力信号Vinを駆動部404へ出力する。
駆動部404は、フィードバック部402が出力したトランス入力信号Vinと、制御部500が出力したクロック信号DC_CLKの入力を受ける。駆動部404は、トランス入力信号Vinに応じた電圧振幅とクロック信号DC_CLKで指令された周波数となる交流電圧を生成して、圧電トランス405へ出力する。クロック信号DC_CLKは、例えば方形波状のパルス信号である。圧電トランス405は、入力された交流電圧を昇圧した交流電圧を出力する。整流部406は、圧電トランス405が出力した交流電圧を整流及び平滑して直流電圧となる出力電圧Vdcを出力する。検出部407は、フィードバック部402から出力されるトランス入力信号Vinを検出し、記憶部600へ入力する。
図4に示すように、ローパスフィルタ401は、直流電圧PWM信号DC_PWMを平滑して、PWM信号DC_PWMのデューティ比に応じたアナログ電圧の制御電圧Vcontを出力する。入力手段の一例であるフィードバック部402は、圧電トランス405により生成した出力電圧Vdcに基づいて入力電圧V1を変更する。フィードバック部402は、分圧抵抗413,414,415と、オペアンプ408を有する。分圧抵抗413,414,415は、整流部406が出力する出力電圧Vdcを分圧して帰還電圧VFBを生成する。
オペアンプ408は、制御電圧Vcontと帰還電圧VFBとを比較してトランス入力信号Vinを生成する。オペアンプ408は、制御電圧Vcontと帰還電圧VFBとが同じになるようにトランス入力信号Vinを変化させる。トランス入力信号Vinの変化が駆動部404及び圧電トランス405を経由して出力電圧Vdcに反映され、出力電圧Vdcが目標電圧と等しい一定の電圧に維持される。
駆動手段の一例である駆動部404は、圧電トランス405を、トランス入力信号Vinの電圧レベルに応じた振幅及びクロック信号DC_CLKのクロック周波数に応じた駆動周波数fcの入力電圧V1で駆動する。駆動部404は、バイポーラ型のトランジスタ419と、LCフィルタ416と、FET403とを有する。トランジスタ419は、入力されたトランス入力信号Vinを電流増幅する。FET403は、クロック信号DC_CLKによりスイッチング動作する。クロック信号DC_CLKによるFET403のスイッチング動作、及びLCフィルタ416により、電流増幅されたトランス入力信号Vinが、正弦波の交流電圧に変換され、圧電トランス405の一次側405aへ出力される。
また、クロック信号DC_CLKの繰り返し周波数(周期)が入力電圧V1の周波数となる。制御部500は、クロック信号DC_CLKの周波数(周期)を変更することにより、圧電トランス405の一次側405aに印加される交流電圧の周波数である駆動周波数fcを変更可能である。
圧電トランス405は、一次側405aに入力された正弦波の入力電圧V1を昇圧した交流電圧の出力電圧V2を二次側405bへ出力する。整流部406は、圧電トランス405の二次側405bに出力された交流電圧を整流及び平滑して−600[V]の出力電圧Vdcを出力する。
検出手段の一例である検出部407は、フィードバック部402から出力されるトランス入力信号Vinの電圧レベルを検出し、記憶部600へ出力する。トランス入力信号Vinの電圧レベルは、圧電トランス405の入力電圧V1の電圧レベル(電圧振幅)に相当するので、検出部407は、圧電トランス405の入力電圧V1の電圧レベルを検出していることと同じである。以下、検出部407の構成について具体的に説明すると、検出部407は、オペアンプで構成されたボルテージフォロア410と、分圧抵抗409とを有し、入力電圧V1(トランス入力信号Vin)の電圧レベルに対応する情報の一例である検出電圧Vdを検出する。分圧抵抗409には、オペアンプ408から出力されたトランス入力信号Vinがボルテージフォロア410を介して入力される。分圧抵抗409は、入力されたトランス入力信号Vinを記憶部600に適した電圧に分圧して検出電圧Vdを生成し、検出電圧Vdの検出値を示す信号を記憶部600へ出力する。
(圧電トランス405の性質)
図5は圧電トランス405の周波数特性の説明図である。図6は直流高圧電源400の負荷の等価回路の説明図である。なお、図5におけるグラフの縦軸は、入力電圧V1の振幅を一定として得られる出力電圧Vdcの絶対値|Vdc|を示している。圧電トランス405は、使用している圧電セラミックの寸法に応じた共振周波数を有する。圧電トランス405は、駆動周波数fcを変化させると入出力の電圧比が変化する。したがって、共振周波数の近傍に駆動周波数fcを設定した場合には、一次側405aから二次側405bへの電力効率が高くなる。
図5は圧電トランス405の周波数特性の説明図である。図6は直流高圧電源400の負荷の等価回路の説明図である。なお、図5におけるグラフの縦軸は、入力電圧V1の振幅を一定として得られる出力電圧Vdcの絶対値|Vdc|を示している。圧電トランス405は、使用している圧電セラミックの寸法に応じた共振周波数を有する。圧電トランス405は、駆動周波数fcを変化させると入出力の電圧比が変化する。したがって、共振周波数の近傍に駆動周波数fcを設定した場合には、一次側405aから二次側405bへの電力効率が高くなる。
圧電トランス405の一次側405aに印加する交流電圧の振幅を一定にして駆動周波数fcを変化させ、駆動周波数fcが共振周波数に一致した場合、二次側405bへ出力される交流電圧の振幅、即ち出力電圧Vdcの絶対値|Vdc|が最大となる。圧電トランス405の周波数特性は、圧電トランス405の製品のばらつきに応じて変動する。
図6に示すように、直流高圧電源400は、帯電ローラ22に出力電圧Vdcを印加して感光ドラム21の表面電位をVdcに維持している。このとき、直流高圧電源400の負荷は、電気的な等価回路として、抵抗成分Rdと容量成分Cdの並列回路として一般的に表すことができる。抵抗成分Rdは、帯電ローラ22と感光ドラム21に出力電圧Vdcを印加したときに直流高圧電源400から見た見かけの抵抗値である。
そして、圧電トランス405の周波数特性は、圧電トランス405の製品のばらつきや帯電ローラ22の抵抗変化等に応じて変動する。抵抗成分Rdが低下すると、直流高圧電源400へ流れ込む電流が増えて、図5に示すように、圧電トランス405の共振周波数が低周波数側へシフトする。帯電ローラ22と感光ドラム21の抵抗成分Rdが20[MΩ]の時、共振周波数はfa0[Hz]である。しかし、帯電ローラ22と感光ドラム21の抵抗成分Rdが8[MΩ]の時、共振周波数はfa0[Hz]よりも低いfb0[Hz]である。
帯電ローラ22や感光ドラム21を含むカートリッジの交換がされた場合には、実際の負荷状態で圧電トランス405の周波数特性を測定して駆動周波数fcを調整することが考えられる。例えば、図4に示すように、一定の出力電圧Vdcを出力させた状態で、周波数掃引を実行する。そして、圧電トランス405に印加する交流電圧が極小となる共振周波数を求めて、駆動周波数fcに設定する。これにより、圧電トランス405の共振周波数に駆動周波数fcを一致させて圧電トランス405の電力効率を回復させる。周波数掃引においては、圧電トランス405に印加する交流電圧の周波数を複数段階に変化させて圧電トランス405に印加する交流電圧を測定する。
しかし、このような調整は、数秒単位の時間で抵抗成分Rdが変動しない「静的な負荷変動」に対処する技術である。このため、その都度周波数掃引を行って駆動周波数を調整する方法は、瞬間的又は秒単位の負荷変動である「動的な負荷変動」に対しては、周波数掃引を行う余裕がなく、対応することができないため、出力電圧にノイズや電圧変動が発生する。
(動的な負荷変動)
プリンタ100においては、画像形成ジョブにおける画像形成シーケンスの実行中において、例えば1秒未満の短い時間に対して負荷が変動する「動的な負荷変動」が存在する。感光ドラム21の周面における露光量の違いが帯電ローラ22を通じて感光ドラム21へ流れ込む電流を変化させて抵抗成分Rdの変動、すなわち負荷変動を引き起こす。
プリンタ100においては、画像形成ジョブにおける画像形成シーケンスの実行中において、例えば1秒未満の短い時間に対して負荷が変動する「動的な負荷変動」が存在する。感光ドラム21の周面における露光量の違いが帯電ローラ22を通じて感光ドラム21へ流れ込む電流を変化させて抵抗成分Rdの変動、すなわち負荷変動を引き起こす。
例えば、現像剤を付着させない白地画像の静電潜像が帯電ローラ22を通過するときの抵抗成分Rdが20[MΩ]である。これに対して、露光装置23の出力最大で形成した現像剤を100%付着させる黒地画像(ベタ画像)の静電潜像が帯電ローラ22を通過するときの抵抗成分Rdが8[MΩ]である。これに呼応して、図5に示すように、圧電トランス405の周波数特性は、白地画像の静電潜像が帯電ローラ22を通過するときと、ベタ画像の静電潜像が帯電ローラ22を通過するときとで異なる。
このため、抵抗成分Rdが20[MΩ]のときの共振周波数fa0に駆動周波数fcを設定した圧電トランス405を用いて画像形成を行うと、画像形成中の「動的な負荷変動」によって圧電トランス405の出力変動が発生する。圧電トランス405の出力変動は、直ちに直流高圧電源400の出力電圧Vdcの変動となって、副走査方向の画像濃度のばらつき、すなわち出力画像品質の低下を招く。
なお、実際に画像形成する際の露光装置23の出力は、最大濃度階調で定着画像が所定の反射濃度を実現できる程度に、最大出力よりも低い値に調整されるが、発生し得る最大の負荷変動を想定すべく、最大出力(レーザビームの最大強度)とする。
(動的な負荷変動に伴う直流電圧の変動)
図7は画像形成中の動的な負荷変動に伴う直流電圧の変動の説明図である。図7中、(a)は負荷変動、(b)は比較例における出力電圧の変動、(c)は実施の形態1における出力電圧の変動である。なお、比較例では、駆動周波数fcを共振周波数fa0に設定して圧電トランス405を駆動している。
図7は画像形成中の動的な負荷変動に伴う直流電圧の変動の説明図である。図7中、(a)は負荷変動、(b)は比較例における出力電圧の変動、(c)は実施の形態1における出力電圧の変動である。なお、比較例では、駆動周波数fcを共振周波数fa0に設定して圧電トランス405を駆動している。
図6に示すように、抵抗成分Rdは、感光ドラム21の帯電ローラ22が接触している領域における露光装置23の露光を受けた面積の大小によって変動する。そして、圧電トランス405を用いた直流高圧電源400の動作において抵抗成分Rdの変動が影響を及ぼす。露光装置23が感光ドラム21を露光すると、感光ドラム21の表面電位が低下する。このため、露光装置23による露光を受けた領域では、露光装置23による露光を受けなかった領域に比較して帯電に必要な電流が増える。露光装置23による露光を受けた領域では、出力電圧Vdcが印加された帯電ローラ22から感光ドラム21へ流れ込む電流が増えて抵抗成分Rdが低下する。
このため、帯電ローラ22が接触している領域が画像の白地部分であれば抵抗成分Rdは高くなる。そして、帯電ローラ22が接触している領域の画像の平均濃度が高いほど出力電圧Vdcが印加された帯電ローラ22から感光ドラム21へ流れ込む電流が増えて、見かけの抵抗成分Rdは低くなる。帯電ローラ22が接触している領域が黒字画像の静電潜像であれば抵抗成分Rdが最も低くなる。画像のハーフトーンを面積階調で表現する二値露光の場合、帯電ローラ22が接触している領域の画像の平均濃度が高いほど露光装置23による露光を受けた面積の割合が高くなって、抵抗成分Rdは高くなる。
表1は、画像形成シーケンスの実行中の動的負荷変動の測定値の一例である。表1は、画像形成シーケンスの実行中に、出力電圧Vdcを−600[V]に固定した状態で、露光装置23の出力、すなわちレーザビームの強度(露光量)を最大〜最小の範囲で振ったときの抵抗成分Rdの測定結果である。
表1に示すように、感光ドラム21表面の露光量が異なると、抵抗成分Rdが変化して、直流高圧電源400の負荷が変動し、圧電トランス405の周波数特性が変動する。実験に基づき、ここでは、抵抗成分Rd=20[MΩ]を画像形成シーケンス中の最小負荷値とし、抵抗成分Rd=8[MΩ]を画像形成シーケンス中の最大負荷値としている。最小負荷値は、画像濃度0、面積階調0、すなわち露光装置23がレーザビームを出力しない状態である。
共振周波数fa0で圧電トランス405を使用した場合、画像形成シーケンスの実行前は、露光がされないので、抵抗成分Rd=20[MΩ]であり、共振周波数fa0で圧電トランス405を駆動すると、出力電圧Vdc=−600[V]が出力される。画像形成シーケンスの実行中は、画像に応じて露光がされるので、画像の有無及び濃度に応じて抵抗成分Rdは、白地画像の最大20[MΩ]から黒地画像の最小8[MΩ]まで変動する可能性がある。
画像形成シーケンスの実行中の動的な負荷変動に対して、その都度、制御部500がクロック信号DC_CLKの周波数を変更して抵抗成分Rdに応じた共振周波数に合わせ直すことは困難である。画像形成シーケンスの実行中の動的な負荷変動のスピードに対して、帰還電圧VFBを介してオペアンプ408が反応できるスピードには限りがあるため、画像濃度の急変に起因する出力電圧Vdcの変動を抑制することも困難である。
画像形成シーケンスの実行中に、白地画像と黒地画像の境界が存在して抵抗成分Rdが20[MΩ]から急に8[MΩ]に低下すると、圧電トランス405の共振周波数が低周波側にシフトして、図4に示す圧電トランス405の出力電圧が急低下し、出力電圧Vdcの絶対値も低下する。このとき、オペアンプ408は、帰還電圧VFBの低下に応答してトランス入力信号Vinの電圧を上昇させることにより出力電圧Vdc=−600[V]を維持しようとする。そして、オペアンプ408の動作によって、定常的には出力電圧Vdc=−600[V]は維持される。しかし、20[MΩ]から8[MΩ]へ負荷変動した瞬間は、フィードバック部402、駆動部404、圧電トランス405の応答時間による制御の遅れが発生して、図7(b)に示すように出力電圧Vdcの変動が生じ、出力電圧Vdcにピークツウピークで28.5[V]の変動が生じていた。
画像形成シーケンスの実行中に、黒地画像と白地画像の境界が存在して抵抗成分Rdが8[MΩ]から20[MΩ]に上昇すると圧電トランス405の共振周波数が高周波側にシフトして、図4に示す圧電トランス405の出力電圧が急上昇し、出力電圧Vdcの絶対値も上昇する。このとき、オペアンプ408は、帰還電圧VFBの上昇に応答してトランス入力信号Vinの電圧を低下させることにより出力電圧Vdc=−600[V]を維持しようとする。そして、オペアンプ408の動作によって、定常的には出力電圧Vdc=−600[V]は維持される。しかし、8[MΩ]から20[MΩ]へ負荷変動した瞬間は、フィードバック部402、駆動部404、圧電トランス405の応答時間による制御の遅れが発生して、図7(b)に示すように出力電圧Vdcの変動が生じ、出力電圧Vdcにピークツウピークで28.5[V]の変動が生じていた。
出力電圧Vdcが閾値、例えば20[V]を超えて変動した場合には、出力画像において主走査方向の画像スジとなって出力画像の品質低下を引き起こすおそれがある。
そこで、実施の形態1では、画像形成中(画像形成シーケンスの実行中)に「動的な負荷変動」が発生しても、直流高圧電源400の出力電圧Vdcの変動が許容範囲に収まるように、画像形成シーケンスを実行する前に、圧電トランス405を駆動する入力電圧V1の駆動周波数fcを設定する。図5に示すように、周波数特性が低周波側では負荷に寄らず、ほぼ重なっていることに着目し、圧電トランス405の最大負荷値の共振周波数fb0よりも低周波側の駆動周波数fcを設定している。低周波側にシフトした駆動周波数fcを使用することで、負荷変動が生じても、出力電圧Vdcの大幅な増加又は減少は起こらない。図7(c)に示すように、実施の形態1では、抵抗成分Rdが20[MΩ]から8[MΩ]に変動した瞬間、または、8[MΩ]から20[MΩ]に負荷が変動した瞬間、出力電圧Vdcの変動はピークツウピークで2.9[V]に抑制された。
これにより、駆動周波数がfa0の場合の変動幅Vppが28.5[V]に対して、小さくなり、抵抗成分Rdの変動に対して、出力電圧Vdcの変動を画像不良が発生しない許容レベルまで抑えることができる。このため、出力画像の品質低下が発生しない。
(プリンタの動作制御)
図8はプリンタの動作制御のフローチャートである。図1を参照して図8に示すように、制御部500のCPU501は、電源投入から画像形成ジョブ終了までのプリンタ100の動作を制御する。CPU501は、プリンタ100の電源が投入されると(S100)、感光ドラム21の回転駆動を開始する(S101)。CPU501は、後述する駆動周波数設定制御を実行して、圧電トランス405の駆動周波数fcを設定する(S102)。CPU501は、設定した駆動周波数fcの条件で前回転シーケンスを行って、帯電電圧、転写電圧、露光強度等のプロセス条件を設定する(S103)。
図8はプリンタの動作制御のフローチャートである。図1を参照して図8に示すように、制御部500のCPU501は、電源投入から画像形成ジョブ終了までのプリンタ100の動作を制御する。CPU501は、プリンタ100の電源が投入されると(S100)、感光ドラム21の回転駆動を開始する(S101)。CPU501は、後述する駆動周波数設定制御を実行して、圧電トランス405の駆動周波数fcを設定する(S102)。CPU501は、設定した駆動周波数fcの条件で前回転シーケンスを行って、帯電電圧、転写電圧、露光強度等のプロセス条件を設定する(S103)。
CPU501は、プロセス条件の設定後、感光ドラム21の回転駆動を停止して(S104)、画像形成ジョブの受信を待機するスタンバイ状態へ移行する(S105)。CPU501は、画像形成ジョブを受信すると(S106のYes)、スタンバイ状態から復帰して感光ドラム21の回転駆動を開始する(S107)。
CPU501は、画像形成を行う画像形成シーケンス(S111)に先立って、駆動周波数fcの変更(再設定)が必要か否かを判断する(S108)。駆動周波数fcの変更が必要な場合とは、温度及び湿度の環境変化が許容範囲を超える場合である。具体的に説明すると、駆動周波数fcの変更が必要な場合とは、以前に駆動周波数fcを設定した時を基準として、環境の変化が許容範囲を超える場合である。環境の変化は、環境センサ510を用いて検出される。本実施形態では、環境センサ510が温度センサ511及び湿度センサ512を有する。したがって、駆動周波数fcの変更が必要な場合とは、以前に駆動周波数fcを設定した時を基準とする基準温度に対し、温度センサ511により検出された温度の変化が許容範囲を超えた場合、又は以前に駆動周波数fcを設定した時を基準とする基準湿度に対し、湿度センサ512により検出された湿度の変化が許容範囲を超えた場合である。温度に対する許容範囲、及び湿度に対する許容範囲は、予め記憶部600等に記憶(設定)されている。
CPU501は、駆動周波数fcの変更が必要な場合(S108のYes)、後述する駆動周波数設定制御を実行して、圧電トランス405の駆動周波数fcを設定(変更)する(S109)。CPU501は、駆動周波数fcの変更が不必要な場合(S108のNo)、前回転シーケンスを行って、帯電電圧、転写電圧、露光強度等のプロセス条件を設定する(S110)。
次に、CPU501は、画像形成シーケンスを実行する(S111)。CPU501は、画像形成シーケンスが終了すると、後回転シーケンスを実行して(S112)、感光ドラム21の回転駆動を停止し(S113)、画像形成ジョブを終了する。以上、装置本体100Aの電源投入時、又は画像形成シーケンスに先立って、圧電トランス405を駆動する入力電圧V1の駆動周波数fcを設定する。
(駆動周波数設定制御)
図9は、制御部500のCPU501による駆動周波数設定制御のフローチャートである。図10は、駆動周波数ごとの検出電圧Vdのサンプリングの説明図である。図9に示すフローチャートに従い、制御部500のCPU501は、直流高圧電源400を制御して駆動周波数fcの設定方法の一例である駆動周波数設定制御を実行する。また、図10に示すように、抵抗成分Rdが最小(8[MΩ])時の検出電圧Vdのサンプリング値をDminとし、抵抗成分Rdが最大(20[MΩ])時の検出電圧Vdのサンプリング値をDmaxとする。駆動周波数設定制御では、図10に示すように、サンプリング値Dminとサンプリング値Dmaxとを、それぞれ周波数f1,f2,・・・に段階的に変更して取得して圧電トランス405の駆動周波数fcを設定する。
図9は、制御部500のCPU501による駆動周波数設定制御のフローチャートである。図10は、駆動周波数ごとの検出電圧Vdのサンプリングの説明図である。図9に示すフローチャートに従い、制御部500のCPU501は、直流高圧電源400を制御して駆動周波数fcの設定方法の一例である駆動周波数設定制御を実行する。また、図10に示すように、抵抗成分Rdが最小(8[MΩ])時の検出電圧Vdのサンプリング値をDminとし、抵抗成分Rdが最大(20[MΩ])時の検出電圧Vdのサンプリング値をDmaxとする。駆動周波数設定制御では、図10に示すように、サンプリング値Dminとサンプリング値Dmaxとを、それぞれ周波数f1,f2,・・・に段階的に変更して取得して圧電トランス405の駆動周波数fcを設定する。
設定手段の一例である制御部500は、抵抗成分Rdが8[MΩ]及び20[MΩ]のうちいずれかの一方の負荷条件となるように設定する。制御部500は、ローパスフィルタ401に出力するPWM信号DC_PWMのデューティ比を、出力電圧Vdcの目標が−600[V]となるように一定とし、FET403に出力するクロック信号DC_CLKの周波数を掃引して、圧電トランス405を複数の周波数f1,f2,・・・の入力電圧V1で駆動する。抵抗成分Rdが8[MΩ]及び20[MΩ]のうち他方の負荷条件となるように設定した場合についても同様に周波数掃引を行う。そして、複数の周波数f1,f2,・・・と8[MΩ]と20[MΩ]の抵抗成分Rdの組み合わせで検出した検出電圧Vdに基づいて駆動周波数fcを設定する。周波数掃引を開始する周波数f1は、予め設定された所定周波数であり、例えば記憶部600に記憶されている。周波数f1は、共振周波数fb0に近い周波数に設定される。周波数の掃引方向は、周波数f1から順次低くなる方向である。
制御部500は、8[MΩ]と20[MΩ]の抵抗成分Rdに出力電圧Vdcを供給したときの入力電圧V1の差が所定範囲内となるように駆動周波数fcを設定する。このため、8[MΩ]から20[MΩ]までの抵抗成分Rdの変動における出力電圧Vdcの変動幅に起因する画像の濃度変動が許容範囲を超えないように駆動周波数fcを設定できる。
制御部500は、大きいほうの負荷の一例である8[MΩ]の抵抗成分Rdに出力電圧Vdcを供給したときの圧電トランス405の共振周波数fb0よりも低くなるように駆動周波数fcを設定する。即ち、本実施形態では、制御部500は、共振周波数fa0,fb0のうち、低い方の共振周波数fb0よりも低い周波数に駆動周波数fcを設定する。このため、共振周波数fb0の近傍の抵抗成分Rdの変動が発生した際に出力電圧Vdcの変動が大きい周波数帯域を避けて駆動周波数fcを設定することができる。
図9のフローチャートについて具体的に説明する。CPU501は、交流高圧電源300により交流電圧Vacと直流高圧電源400により出力電圧Vdc=−600[V]との出力を開始させ(S201)、続いて転写ローラ25に所定の転写電圧を印加する(S202)。
CPU501は、周波数を掃引しながら抵抗成分Rdが最小時における検出電圧Vdのサンプリングを実行し(S203〜S207)、次に、周波数を掃引しながら抵抗成分Rdが最大時における検出電圧Vdのサンプリングを実行する(S208〜S212)。具体的に説明すると、CPU501は、露光装置23の出力を最大値に設定して露光を開始する(S203)。露光装置23の出力を最大に設定したとき、感光ドラム21の電位低下が最大となり、帯電ローラ22を通じて感光ドラム21へ流れ込む電流が増えて抵抗成分Rdが最小になる。CPU501は、共振周波数fb0に近い周波数f1から周波数が低下する方向に周波数を掃引する動作を開始し、検出電圧Vdのサンプリングを開始する(S204)。CPU501は、切り替えたそれぞれの周波数f1,f2,・・・で検出電圧Vdのサンプリング値Dminを周波数f1,f2,・・・と対応付けて記憶部600に記憶する(S205)。記憶部600は、圧電トランス405の駆動周波数fcを設定するために、制御部500とデータのやり取りを行う。記憶部600は、直流高圧電源400によって検出される検出電圧Vdを、制御部500から出力されるDC_CLKの情報と対応付けて記憶する。
CPU501は、検出電圧Vdが閾値電圧Vthを上回るまで(S206のNo)、サンプリングを開始する周波数f1を起点にして周波数を段階的に引き下げて、サンプリング値Dminを繰り返し取得する(S204)。CPU501は、検出電圧Vdが閾値電圧Vth以上となると(S206のYes)、サンプリング値Dminの取得を終了する(S207)。閾値電圧Vthは、出力電圧Vdc=−600[V]を得るためにトランス入力信号Vinの電圧が飽和しないように余裕を持たせた値に設定されている。即ち、オペアンプ408が出力するトランス入力信号Vinは、オペアンプ408を動作させる電源電圧よりも高い電圧とはならないため、飽和することがある。トランス入力信号Vinが飽和するときの検出電圧Vdは、例えば3.0[V]である。したがって、本実施形態では、閾値電圧Vthを、トランス入力信号Vinが飽和するときの検出電圧Vd(3.0[V])よりも低い2.5[V]としている。
次に、CPU501は、露光装置23の出力を最小値に設定して露光を開始する(S208)。露光装置23の出力を最小に設定したとき、感光ドラム21の電位低下が最小となり、帯電ローラ22を通じて感光ドラム21へ流れ込む電流が減って抵抗成分Rdが最大になる。CPU501は、共振周波数fb0に近い周波数f1から周波数が低下する方向に周波数を掃引する動作を開始し、検出電圧Vdのサンプリングを開始する(S209)。CPU501は、切り替えたそれぞれの周波数f1,f2,・・・で検出電圧Vdのサンプリング値Dmaxを周波数f1,f2,・・・と対応付けて記憶部600に記憶する(S210)。
CPU501は、検出電圧Vdが閾値電圧Vthを上回るまで(S211のNo)、サンプリングを開始する周波数f1を起点として周波数を段階的に引き下げて、サンプリング値Dmaxを繰り返し取得する(S209)。CPU501は、検出電圧Vdが閾値電圧Vth以上となると(S211のYes)、サンプリング値Dmaxの取得を終了する(S212)。CPU501は、露光装置23の出力を停止させ(S213)、駆動周波数fcを設定する(S214)。CPU501は、プリンタ100の全出力(交流電圧Vac、出力電圧Vdc及び転写電圧の出力)を停止させ、駆動周波数設定制御のシーケンスを終了する(S215)。
以上説明したように、負荷形成工程の一例であるステップS203及びS208では、露光装置23により感光ドラム21に大きさが異なる8[MΩ]と20[MΩ]の抵抗成分Rdを形成する。負荷形成手段の一例である露光装置23は、像担持体の一例である感光ドラム21に8[MΩ]と20[MΩ]の抵抗成分Rdを形成する。
検出工程の一例であるステップS204、205及びステップS209、S210では、圧電トランス405を複数の周波数f1,f2,・・・の入力電圧V1で駆動し、出力電圧Vdcを負荷形成工程により形成された8[MΩ]と20[MΩ]の抵抗成分Rdに供給する。そして、複数の周波数と8[MΩ]と20[MΩ]の抵抗成分Rdの組み合わせで検出電圧Vdを検出する。設定工程の一例であるステップS214では、ステップS204、205及びステップS209、S210で検出した検出電圧Vdに基づいて駆動周波数fcを設定する。
(駆動周波数の設定)
図10に示すように、抵抗成分Rdが最大時、共振周波数fa0において検出電圧Vdは最小値となり、駆動周波数fcが共振周波数fa0から離れるほど検出電圧Vdは増加する。一方、抵抗成分Rdが最小時、共振周波数fb0において検出電圧Vdは最小値となり、駆動周波数fcが共振周波数fb0から離れるほど検出電圧Vdが増加する。圧電トランス405は共振周波数f0に近いほど出力電圧/入力電圧比が高くなる一方、直流電圧である出力電圧Vdcが−600[V]に固定されているので、結果的に共振周波数fa0、fb0において検出電圧Vdが小さくなる。
図10に示すように、抵抗成分Rdが最大時、共振周波数fa0において検出電圧Vdは最小値となり、駆動周波数fcが共振周波数fa0から離れるほど検出電圧Vdは増加する。一方、抵抗成分Rdが最小時、共振周波数fb0において検出電圧Vdは最小値となり、駆動周波数fcが共振周波数fb0から離れるほど検出電圧Vdが増加する。圧電トランス405は共振周波数f0に近いほど出力電圧/入力電圧比が高くなる一方、直流電圧である出力電圧Vdcが−600[V]に固定されているので、結果的に共振周波数fa0、fb0において検出電圧Vdが小さくなる。
サンプリングを開始する周波数f1から所定の間隔で段階的に入力電圧V1の周波数を低下させて検出電圧Vdのサンプリングが行なわれる。
抵抗成分Rdが最小時の検出電圧Vdのサンプリング値Dminを、周波数f1、f2・・・に対応してDmin1、Dmin2・・・とする。抵抗成分Rdが最大時の検出電圧Vdのサンプリング値Dmaxを、周波数f1、f2・・・に対応してDmax1、Dmax2・・・とする。サンプリング値Dmin、Dmaxの取得は、検出電圧Vdが閾値電圧Vth以上となるまで繰り返される。
図9に示すように、(n+1)回目のサンプリング値であるDmax(n+1)、Dmin(n+1)が閾値電圧Vthを上回っている。このため、サンプリング値Dmax(n+1)、Dmin(n+1)と駆動周波数f(n+1)を記憶部600に記憶した後、検出電圧Vdのサンプリングを終了している。
制御部500は、サンプリングを開始する周波数f1から、閾値電圧Vth=2.5[V]を上回る1つ前の周波数fnまで、サンプリング値Dmin、Dmaxの組を記憶部600から読み出して周波数f1〜fnごとに差分ΔDを計算する。
例えば、制御部500は、周波数f1に対する検出値の差分ΔD1を計算する場合、まず、記憶部600より、同一周波数f1の時のサンプリング値Dmax1=0.626[V]、Dmin1=0.916[V]をそれぞれ読込む。その後、差分ΔDを次式により計算する。
ΔD1=|Dmax1−Dmin1|=|0.626−0.916|[V]=0.290[V]
制御部500は、差分ΔD1から差分ΔDnまで計算を行なった後、差分ΔDが所定範囲以内となる周波数のうち、共振周波数fb0に最も近い周波数を駆動周波数fcとして設定する。即ち、検出電圧Vdが閾値電圧Vth以下であって、差分ΔDが所定範囲以内であれば、駆動周波数fcをどの周波数に設定してもよいが、駆動周波数fcが共振周波数fb0に近いほど、圧電トランス405における電力効率が高いため、共振周波数fb0に最も近い周波数を駆動周波数fcに設定する。
例えば所定範囲を0.05[V]とした場合、制御部500は、表2では、周波数fn−1の時の差分ΔDn−1=0.047[V]が0.05[V]以内となる最初の周波数であるため、駆動周波数fc=fn−1に設定する。制御部500は、駆動周波数fcを設定した後は、再び駆動周波数設定制御のシーケンスが実行されるまで、その値を記憶部600に保持する。
以上、実施の形態1では、画像形成シーケンスに先立って、画像形成シーケンス中に発生し得る動的な負荷変動の最大と最小における検出電圧Vdの周波数特性をそれぞれ検出して比較し、比較結果である差分が、予め設定した所定範囲内となる周波数を、駆動周波数fcに設定する。これにより、実際の画像形成シーケンスの実行中に動的な負荷変動が生じても、圧電トランス405における電力効率はほとんど変化せず、出力電圧V2、即ち出力電圧Vdcが安定し、出力電圧Vdcに生じるノイズや電圧変動を低減することができる。これにより、画像品質の低下が目立たないレベルに収まり、画像形成シーケンス中の動的負荷変動に伴う出力画像の品質低下を回避できる。
<実施の形態2>
実施の形態1では、露光装置23がレーザビームのデューティ比を画像濃度に応じて変化させる二値変調によりハーフトーン画像を露光した場合について説明した。実施の形態2では、露光装置23がレーザビームの強度を画像濃度に応じて変化させる振幅変調によりハーフトーン画像を露光する場合について説明する。
実施の形態1では、露光装置23がレーザビームのデューティ比を画像濃度に応じて変化させる二値変調によりハーフトーン画像を露光した場合について説明した。実施の形態2では、露光装置23がレーザビームの強度を画像濃度に応じて変化させる振幅変調によりハーフトーン画像を露光する場合について説明する。
振幅変調では、露光装置23が出力するレーザビームの出力強度が高いほど、感光ドラム21の表面電位の低下が大きくなって露光領域に付着する現像剤の量が増える。そして、露光装置23が出力するレーザビームの出力強度が高いほど、感光ドラム21の表面電位の低下が大きくなって抵抗成分Rdが小さくなり、帯電ローラ22を通じて感光ドラム21から流れ込む帯電に必要な電流が増える。このため、帯電ローラ22が接触している領域が白地画像であれば抵抗成分Rdは高くなり、帯電ローラ22が接触している領域が黒地画像であれば抵抗成分Rdが低くなる。
そこで、実施の形態2でも、図9に示すフローチャートに従い、抵抗成分Rdが最小時における検出電圧Vdのサンプリングを実行し(S203〜S207)、続いて抵抗成分Rdが最大時における検出電圧Vdのサンプリングを実行する(S208〜S212)。そして、図10に示すように、サンプリングを開始した周波数f1から周波数fnまでのサンプリング値Dmin、Dmaxの組を記憶部600から読み出して周波数f1〜fnごとに差分ΔDを計算する。そして、実施の形態1と同様、差分ΔDが所定範囲内の周波数を駆動周波数fcとして設定する。
<実施の形態3>
実施の形態1、2では、帯電ローラ22に印加する出力電圧Vdcの電源装置における実施の形態を説明した。これに対して、実施の形態3では、転写ローラ25に印加する直流電圧である転写電圧Vtの電源装置の実施の形態を説明する。
実施の形態1、2では、帯電ローラ22に印加する出力電圧Vdcの電源装置における実施の形態を説明した。これに対して、実施の形態3では、転写ローラ25に印加する直流電圧である転写電圧Vtの電源装置の実施の形態を説明する。
(転写電圧の電源装置)
図2に示すように、電源装置の一例である転写電源800は、転写ローラ25に直流電圧の転写電圧Vtを印加して感光ドラム21の現像剤像を転写ニップ部N1のシートPに移転させる。
図2に示すように、電源装置の一例である転写電源800は、転写ローラ25に直流電圧の転写電圧Vtを印加して感光ドラム21の現像剤像を転写ニップ部N1のシートPに移転させる。
転写電源800が図2に示す圧電トランス405を用いた直流高圧電源400である場合、転写ローラ25が感光ドラム21の回転方向に直交する白地画像と黒地画像の境界を通過する際に転写電源800の負荷変動が発生する。そして、転写電源800の負荷変動は、実施の形態1と同様に、転写電源800の出力電圧の変動を発生する。
そこで、実施の形態3では、転写電源800において、抵抗成分Rdが最小時における検出電圧Vdのサンプリングを実行し(S203〜S207)、続いて抵抗成分Rdが最大時における検出電圧Vdのサンプリングを実行する(S208〜S212)。そして、図10に示すように、サンプリングを開始した周波数f1から周波数fnまでのサンプリング値Dmin、Dmaxの組を記憶部600から読み出して周波数f1〜fnごとに差分ΔDを計算する。そして、実施の形態1と同様、差分ΔDが所定範囲内の周波数を駆動周波数fcとして設定する。
<実施の形態4>
実施の形態1、2、3では、直流電圧の電源装置における実施の形態を説明した。これに対して、実施の形態4では、交流電圧の電源装置における実施の形態を説明する。
実施の形態1、2、3では、直流電圧の電源装置における実施の形態を説明した。これに対して、実施の形態4では、交流電圧の電源装置における実施の形態を説明する。
(交流高圧電源)
図2に示すように、交流高圧電源300は、制御部500から入力される交流電圧PWM信号(以下、AC_PWM)及び交流トランス駆動信号(以下、AC_CLK)に応じて交流電圧Vacを出力する。
図2に示すように、交流高圧電源300は、制御部500から入力される交流電圧PWM信号(以下、AC_PWM)及び交流トランス駆動信号(以下、AC_CLK)に応じて交流電圧Vacを出力する。
交流高圧電源300は、図3に示す直流高圧電源400において整流部406が省略され、交流電圧を図2に示す帯電ローラ22へそのまま出力する構成である。
この場合、帯電ローラ22が感光ドラム21の回転方向に直交する白地画像と黒地画像の境界を通過する際に交流高圧電源300の負荷変動が発生する。そして、交流高圧電源300の負荷変動は、実施の形態1と同様に、交流高圧電源300の出力電圧の変動を発生する。
そこで、実施の形態4では、交流高圧電源300において、抵抗成分Rdが最小時における検出電圧Vdのサンプリングを実行し(S203〜S207)、続いて抵抗成分Rdが最大時における検出電圧Vdのサンプリングを実行する(S208〜S212)。そして、図10に示すように、サンプリングを開始した周波数f1から周波数fnまでのサンプリング値Dmin、Dmaxの組を記憶部600から読み出して周波数f1〜fnごとに差分ΔDを計算する。そして、実施の形態1と同様、差分ΔDが所定範囲内の周波数を駆動周波数fcとして設定する。
<実施の形態5>
実施の形態1、2、3、4では露光装置23を制御して感光ドラム21の周面に抵抗成分Rdが8[MΩ]と20[MΩ]の2種類の負荷を形成した。これに対して、実施の形態5では、転写ローラ25及び転写電源800を用いて感光ドラム21の周面に2種類の負荷を形成する。
実施の形態1、2、3、4では露光装置23を制御して感光ドラム21の周面に抵抗成分Rdが8[MΩ]と20[MΩ]の2種類の負荷を形成した。これに対して、実施の形態5では、転写ローラ25及び転写電源800を用いて感光ドラム21の周面に2種類の負荷を形成する。
(転写電源)
電源装置の一例である転写電源800は、転写ローラ25に直流電圧の出力電圧Vdcを出力する。転写電源800は、図3、図4に示される直流高圧電源400と同様に構成され、同様に制御される。転写手段の一例である転写ローラ25は、感光ドラム21に形成された現像剤像をシートに転写させる。そして、図6に示すように、転写ローラ25に印加されていた転写電圧の大小は、感光ドラム21の帯電ローラ22が接触している領域において抵抗成分Rdの変動を引き起こす。転写ローラ25に印加されていた転写電圧が大きいほど帯電に伴って帯電ローラ22へ流れ込む電流が増えて直流高圧電源400の負荷は大きくなる。
電源装置の一例である転写電源800は、転写ローラ25に直流電圧の出力電圧Vdcを出力する。転写電源800は、図3、図4に示される直流高圧電源400と同様に構成され、同様に制御される。転写手段の一例である転写ローラ25は、感光ドラム21に形成された現像剤像をシートに転写させる。そして、図6に示すように、転写ローラ25に印加されていた転写電圧の大小は、感光ドラム21の帯電ローラ22が接触している領域において抵抗成分Rdの変動を引き起こす。転写ローラ25に印加されていた転写電圧が大きいほど帯電に伴って帯電ローラ22へ流れ込む電流が増えて直流高圧電源400の負荷は大きくなる。
(転写電圧の制御)
負荷形成工程では、転写電源800及び転写ローラ25により感光ドラム21に大きさが異なる8[MΩ]と20[MΩ]の抵抗成分Rdを形成する。負荷形成手段の一例である転写電源800は、転写ローラ25に印加する電圧を500[V]とすることにより、感光ドラム21に直流高圧電源400に対する最大の負荷である8[MΩ]の抵抗成分Rdを形成する。また、転写ローラ25に印加する電圧を0[V]とすることにより、感光ドラム21に直流高圧電源400に対する最小の負荷である20[MΩ]の抵抗成分Rdを形成する。
負荷形成工程では、転写電源800及び転写ローラ25により感光ドラム21に大きさが異なる8[MΩ]と20[MΩ]の抵抗成分Rdを形成する。負荷形成手段の一例である転写電源800は、転写ローラ25に印加する電圧を500[V]とすることにより、感光ドラム21に直流高圧電源400に対する最大の負荷である8[MΩ]の抵抗成分Rdを形成する。また、転写ローラ25に印加する電圧を0[V]とすることにより、感光ドラム21に直流高圧電源400に対する最小の負荷である20[MΩ]の抵抗成分Rdを形成する。
検出工程では、圧電トランス405を複数の周波数の入力電圧で駆動し、出力電圧Vdcを負荷形成工程により形成された8[MΩ]と20[MΩ]の抵抗成分Rdに供給する。そして、図10に示すように、複数の周波数と8[MΩ]と20[MΩ]の抵抗成分Rdとによるそれぞれの組み合わせで検出電圧Vdを検出する。そして、複数の周波数f1、f2・・・と8[MΩ]と20[MΩ]の抵抗成分Rdの組み合わせで検出した検出電圧Vdに基づいて駆動周波数fcを設定する。
実施の形態1では、露光装置23のみを使用した負荷形成工程を説明し、実施の形態5では転写ローラ25及び転写電源800を使用した負荷形成工程を説明した。しかし、負荷形成工程においては、露光装置23を最大出力とし、かつ転写ローラ25に最大電圧を印加することで、より大きな負荷を感光ドラム21に形成してもよい。
実施の形態5では、負荷形成工程で転写ローラ25に印加する出力電圧は、ある固定の出力としたが、それに限るものではない。出力電圧の大小は、形成される負荷の大小に影響するので、出力電圧を画像形成で使用する範囲で可変させて良い。例えば、抵抗成分Rdを最小にする場合、露光装置23の出力するレーザビームの強度を最大にすることに加えて、画像形成時に転写ローラ25に印加する電圧の最大出力を印加してもよい。
<その他の実施の形態>
本発明の電源装置は、実施の形態1乃至5で説明した具体的な構成及び制御には限定されない。実施の形態1乃至5における構成及び制御の一部又は全部を等価な構成に置き換えてもよい。
本発明の電源装置は、実施の形態1乃至5で説明した具体的な構成及び制御には限定されない。実施の形態1乃至5における構成及び制御の一部又は全部を等価な構成に置き換えてもよい。
実施の形態1乃至5では、電子写真方式の画像形成装置の一例であるプリンタ100における実施の形態を説明したが、本発明の電源装置を搭載可能な装置は、電子写真方式の画像形成装置には限らない。動的負荷変動を伴う負荷に電力を供給する種々の装置において搭載可能である。
実施の形態1では、制御部500と記憶部600とは個別に構成されているが、それに限らない。制御部500に含まれる記憶部であるRAM503を用いて、図9の制御を行なってもよい。
実施の形態1では、図8のフローチャートのステップS108において、周囲の環境の変化による機内昇温に対して、駆動周波数設定制御のシーケンスを行うかどうかの判断をしたが、これに限定するものではない。環境に対する周波数の変化量が予めわかっていれば、駆動周波数設定制御を行わずに、補正値やテーブル等による駆動周波数の補正を行なっても良い。
実施の形態1では、最小負荷としての抵抗成分Rdの最大値を得る場合に露光装置23の制御を露光無し(レーザ素子を点灯しない)と定義した。しかし、これには限らない。画像形成時のレーザビーム使用範囲において、最小出力がレーザ素子の微弱な点灯である場合、その微弱な点灯レベルを最小値として使用してもよい。
実施の形態1では、帯電ローラ22に印加する出力電圧Vdcを出力する直流高圧電源400における制御を説明した。しかし、これに限らない。現像ローラ24aに印加する直流電圧及び交流電圧、転写ローラ25に印加する直流電圧等においても、圧電トランス405が使用されていれば動的負荷変動に伴うノイズや出力変動が発生する。このため、現像ローラ24aに電圧を供給する電源装置、転写ローラ25に電圧を供給する電源装置においても図8、図9に示す制御を同様に適用できる。
実施の形態1では、画像の静電潜像を形成する露光装置23を用いて感光ドラム21に負荷の急変化を形成した。しかし、露光装置23とは別に、負荷の急変化を形成するための専用の露光装置を設けてもよい。実施の形態5では画像の現像剤像をシートに転写する転写ローラ25及び転写電源800を用いて感光ドラム21に負荷の急変化を形成した。しかし、転写ローラ25及び転写電源800とは別に、負荷の急変化を形成するための専用の電圧印加装置を設けてもよい。
また、実施の形態1では、環境センサ510が温度センサ511と湿度センサ512とを有する場合について説明したが、温度センサ511及び湿度センサ512のうち、いずれか一方のセンサを省略してもよい。
また、実施の形態1〜5では、2つの負荷の状態(負荷抵抗)に変化させた場合に、同一周波数の時の検出部407の検出電圧(検出値)Vdの範囲(ばらつき)が所定範囲以内となるように駆動周波数fcを設定する場合について説明したが、これに限定するものではない。3つ以上の負荷の状態(負荷抵抗)に変化させた場合であっても、本発明は適用可能である。即ち、大きさの異なる複数の負荷に出力電圧Vdcを供給したときに、同一周波数の時の検出部407の検出値の範囲(ばらつき)が所定範囲以内となるように駆動周波数fcを設定すればよい。
21:感光ドラム(像担持体)、22:帯電ローラ(帯電手段)、23:露光装置(露光手段)、25:転写ローラ(転写手段)、100:プリンタ(画像形成装置)、100A:装置本体、200:電源装置、400:直流高圧電源、405:圧電トランス、407:検出部(検出手段)、500:制御部(設定手段)、fc:駆動周波数、P:シート、Rd:抵抗成分(負荷)、V1:入力電圧、V2:出力電圧
Claims (7)
- 入力電圧を出力電圧に変換する圧電トランスと、
前記入力電圧の電圧レベルを検出する検出手段と、
前記圧電トランスを複数の周波数の入力電圧で駆動し、前記圧電トランスにより生成した所定の出力電圧を大きさが異なる複数の負荷に供給した時に、同一周波数の時の前記検出手段の検出値の範囲が所定範囲以内となるように前記入力電圧の駆動周波数を設定する設定手段と、を備える、
ことを特徴とする電源装置。 - 前記設定手段は、前記出力電圧を大きさが異なる2つの負荷に供給したときの前記検出手段の検出値の差が前記所定範囲以内となるように前記駆動周波数を設定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 前記設定手段は、前記圧電トランスを前記入力電圧で駆動する際に、前記入力電圧の周波数を、所定周波数から低くなる方向に周波数掃引する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電源装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電源装置と、
前記電源装置により電圧が印加される像担持体と、
形成する画像に応じて前記像担持体を露光することで前記像担持体上に静電潜像を形成すると共に、前記設定手段の設定に際して前記像担持体を強度の異なる複数の光量で露光することで、前記複数の負荷を形成する露光手段と、を備える、
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記設定手段は、画像形成装置の電源投入時に、前記駆動周波数を設定することを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
- 前記設定手段は、装置本体の内部における環境の変化が予め設定された許容範囲を超えた場合に、前記駆動周波数を設定することを特徴とする請求項4又は5に記載の画像形成装置。
- 入力電圧を出力電圧に変換する圧電トランスに印加する前記入力電圧の駆動周波数を設定する設定方法であって、
前記入力電圧の電圧レベルを検出する検出工程と、
前記圧電トランスを複数の周波数の入力電圧で駆動し、前記圧電トランスにより生成した所定の出力電圧を大きさが異なる複数の負荷に供給した時に、同一周波数の時の前記検出工程における検出値の範囲が所定範囲以内になるように前記入力電圧の駆動周波数を設定する設定工程と、を備える、
ことを特徴とする駆動周波数の設定方法。
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JP2017110745A JP2018207674A (ja) | 2017-06-05 | 2017-06-05 | 電源装置、画像形成装置、及び駆動周波数の設定方法 |
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JP2021048694A (ja) * | 2019-09-18 | 2021-03-25 | キヤノン株式会社 | 電源装置及び画像形成装置 |
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2017
- 2017-06-05 JP JP2017110745A patent/JP2018207674A/ja active Pending
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