JP3556312B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、感光体ドラムのような静電潜像担持体の帯電された表面上の静電潜像を形成した後、この静電潜像をトナー像に現像する方式を用いた電子複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に係り、特に画像形成動作における静電潜像担持体の表面電流の検出に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から複写機においては、感光体を塗布した回転ドラムに直流バイアスと交流化した画像のデータを重畳してコロナ放電によって帯電させ、画像の図形に応じた形状にトナーを付着させ、コピー用紙に転写することが一般的である。このような転写方法を取るかぎり、安定した複写画像を得るためには、何らかの形で上述の回転ドラムの帯電電位を管理することが必要となるのは、自明であろう。
【０００３】
図３は、そのような従来の複写機における電流検出回路の具体的構成とその周辺回路を示すブロック図である。同図において、２１はコロナ放電器、２２は高電圧交流電源、２３は直流電源、３５は電流検出回路、３６は制御回路である。ここで、この電流検出回路３５は、図示のような感光体に流れるコロナ放電電流を電圧に変換する電流電圧変換回路５０と、この電流電圧変換回路５０の入力に定電流を供給する定電流供給回路５１と、回路５０の出力電圧を整流して交流成分の検出電圧信号として制御回路３６に入力する整流回路５３および回路５０の出力に含まれる直流成分を抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１からなる低域通過フィルタで交流成分を除去して増幅し、直流成分の検出電圧信号として制御回路３６に入力するフィルタ回路５２から成る。以上のように構成された従来の複写機における電流検出回路につき、以下にその動作を説明する。
【０００４】
コロナ放電器２１の陽極１Ｐには高電圧交流電源２２から交流高電圧が印加される。コロナ放電器２１は感光体４の表面に約１０ｍｍ程度離して配置されており、前記交流電圧が印加されることにより、感光体表面との間および陰極１Ｎとの間でコロナ放電が発生する。このコロナ放電時の放電電流はマイナスであり、感光体２４に流れる電流を電流検出回路３５で検出され、制御回路３６に入力される。制御回路３６には、通常ワンチップのマイクロコンピュータが用いられる。
【０００５】
これら直流電圧信号と交流電圧信号をそれぞれ独立にアナログ・ディジタル（以下「ＡＤ」と略す）変換して、所定値と一致するよう、比例（以下「Ｐ」と略す）演算あるいは比例・積分（以下「ＰＩ」と略す）演算して、これをディジタル・アナログ（以下「ＤＡ」と略す）変換し、高電圧交流電源２２および直流電源２３を駆動制御する。これにより、コロナ電流を一定とするための一種の負帰還制御ループを構成するものである（例えば、実公平６−２２６４９号公報など）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の複写機における電流検出回路では、次のような問題点があった。すなわち、まず第１に直流電圧信号と交流電圧信号をそれぞれ独立にＡＤ変換する必要があるため、少なくとも２個のＡＤ変換器を制御回路６に内蔵しなければならず、構成が複雑となるという問題点がある。また、通常ＡＤ変換器は、マイクロコンピュータ上に形成した場合、チップ面積が大きくなるため、マイクロコンピュータそのものが高価なものを要するという問題点がある。
【０００７】
また、第２に２個の演算増幅器を用いた電流検出回路３５は、回路部品の点数が多く、かつそれぞれの演算増幅器には図示こそないが、各演算増幅器の出力オフセット補正や増幅器を位相補償して安定化する、微調整のための半固定抵抗器が必要となるという問題点がある。
【０００８】
また、この演算増幅器は、電流電圧変換を行うためのものを含むから、入力は電流インターフェイスである上、高電圧回路の近傍に設置しなければならず、この高電圧のリークや回転する感光体２４による接点雑音によって容易に破壊されるために信頼性に問題があったり、あるいはこの破壊を防止するためにはシールドケースを実装しなければならず、このシールドケースにより部品点数や実装面積の増加と、製造時の工数の増加を招くうえに扱う電流がμＡオーダーの電流であることからその実装すら困難であるという問題点がある。
【０００９】
また、定電流供給回路５１には、定電圧源としてツェナー・ダイオードＺＤが単独で用いられているが、このツェナー・ダイオードＺＤは、温度特性が悪いことは周知の事実である。この温度特性を補償するためには、更にＺＤとは逆の温度特性を持つダイオードを直列接続しなければならないという問題点もある。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み成されたものであり、簡便かつ安価な構成で温度特性の優れた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、表面に感光体層が形成され、少なくとも帯電部、露光部、現像部および除電部をその順序で移動して上記帯電部に戻る静電潜像担持体と、この担持体に直流成分を含む交流電圧を印加する帯電手段と、この帯電手段によって電圧が印加されるとき上記担持体に流れる電流を計測する計測回路とを備える画像形成装置において、上記計測回路は、上記担持体に流れる電流を取り出す電流取り出し手段と、この電流の交流成分を電圧振幅として検出する交流電圧検出回路と、上記電流の直流成分を電圧レベルとして検出する直流電圧検出回路と、上記電流取り出し手段によって取り出された電流を上記交流電圧検出回路と上記直流電圧検出回路の一方に供給するためのスイッチ手段とを備え、前記帯電手段は分離チャージャであり、かつこの分離チャージャと同時に動作する転写チャージャが分離チャージャの近くに設けられており、前記計測回路は、前記分離チャージャによる交流電流を計測する場合には、上記交流電圧検出回路を動作させて計測し、上記分離チャージャによる直流電流を計測する場合は、分離チャージャと転写チャージャを同時に動作させたときに上記直流電圧検出回路から出力される電圧値から転写チャージャのみを動作させたときに上記直流電圧検出回路からの得られる電圧値を減算した結果から電流値を算出することを特徴とするものである。
【００１２】
また、表面に感光体層が形成され、少なくとも帯電部、露光部、現像部および除電部をその順序で移動して上記帯電部に戻る静電潜像担持体と、この担持体に直流成分を含む交流電圧を印加する帯電手段と、この帯電手段によって電圧が印加されるとき上記担持体に流れる電流を計測する計測回路と、を備える画像形成装置において、上記計測回路は、上記担持体に流れる電流を取り出す電流取り出し手段と、この電流の交流成分を電圧振幅として検出する交流電圧検出回路と、上記電流の直流成分を電圧レベルとして検出する直流電圧検出回路と、上記電流取り出し手段によって取り出された電流を上記交流電圧検出回路と上記直流電圧検出回路の一方に供給するためのスイッチ手段と、を備え、前記電流取り出し手段に前記交流電圧検出回路が接続され、該交流電圧検出回路の出力側に前記直流電圧検出回路が接続され、前記交流電圧検出回路に並列に前記スイッチ手段が接続され、前記交流電圧検出回路は直流を阻止するコンデンサと検波回路とから成り、前記直流電圧検出回路は平滑回路であることを特徴とするものである。
【００１３】
【作用】
上記した構成により、静電潜像担持体の表面に感光体層が形成され、少なくとも帯電部、露光部、現像部および除電部をその順序で移動して上記帯電部に戻り、この担持体に直流成分を含む交流電圧を帯電手段によって印加し、かつこの帯電手段によって電圧が印加されるときに担持体に流れる電流を計測回路によって計測する。このとき、計測回路は、電流取り出し手段によって担持体に流れる電流を取り出してこの電流の交流成分を交流電圧検出回路によって電圧振幅として検出するとともに、直流電圧検出回路によって電流の直流成分を電圧レベルとして検出し、スイッチ手段においてこの電流取り出し手段で取り出された電流を交流電圧検出回路と直流電圧検出回路の一方に供給するので、簡便かつ安価な構成となる。
【００１４】
また、前記帯電手段は分離チャージャであり、かつこの分離チャージャと同時に動作する転写チャージャが分離チャージャの近くに設けられており、前記計測回路は、前記分離チャージャによる交流電流を計測する場合には、上記交流電圧検出回路を動作させて計測し、上記分離チャージャによる直流電流を計測する場合は、分離チャージャと転写チャージャを同時に動作させたときに上記直流電圧検出回路から出力される電圧値から転写チャージャのみを動作させたときに上記直流電圧検出回路からの得られる電圧値を減算した結果から電流値を算出するので、簡便かつ安価な構成で温度特性の優れたものとなる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の画像形成装置を適用する電子複写機の構成を模式的に示している。同図において、１は静電潜像担持体としての感光体ドラムであって、このドラム１はアルミニウムなどの金属材料製ドラム基体の表面にセレン系の感光体材料を蒸着してなる感光体層を形成した物で、図上の時計回り方向に定速度で回転するように構成されている。
【００１６】
このドラム１の周辺にはその回転方向（移動方向）に沿って帯電部Ａ、露光部Ｂ、現像部Ｃ、転写部Ｄ、分離部Ｅ、クリーニング部Ｆ、除電部Ｇがその順序で配置されている。
【００１７】
帯電部Ａには一対の帯電チャージャー２が隣合って配接されている。各帯電チャージャー２は、いずれもドラム１の軸心に向かい、かつ該ドラム表面と近接対向して配置してあり、それぞれドラム１との対向面が開口し、かつドラム軸心方向に平行に配置されたシールドケース２ａ内に、タングステン細線からなるメインワイヤ２ｂをその長さ方向に沿って張設するとともに、シールドケース２ａの開口面に導電性の部材で複数の開口を有する電極としてのグリッド電極２ｃを配設下ものである。
【００１８】
帯電チャージャー２に高電圧が印加されると、コロナ放電が発生し、ドラム表面に電荷が付与される。このようにして帯電されたときのドラム１の表面電位は通常１０００Ｖ程度である。
【００１９】
ドラム１の帯電された表面部分は、該ドラム１が回転して露光部Ｂに至ると、図外の光学系を通じて原稿画像の反射光Ｌ_１が該ドラム表面部分に照射されることにより、露光が施される。この場合、露光を受けた部分のみ、その表面電位が露光量に対応して光減衰して低くなり、その結果、静電潜像が形成される。
【００２０】
ドラム回転方向における現像部Ｃの直前には、表面電位計４が配設されている。この表面電位計の計測値は現像部Ｃに至ったときのドラム表面の帯電電位を目標値にするのに利用する。なお、帯電部Ａで帯電されたドラム表面は現像部Ｃに至る間に暗減衰するため、現像部到達時の表面電位は８２０Ｖ程度まで低下している。即ち、現像部Ｃにおけるドラム表面電位は８２０Ｖ程度必要であり、帯電部Ａでは暗減衰を見込んだ電位（１０００Ｖ）になるように帯電チャージャー２に印加する電圧を設定している。
【００２１】
５は表面電位４に隣接して配設された画像消去用のブランクランプであって、ＬＥＤ列により構成されており、画像領域を特定するなどの目的のために静電潜像の一部分を消したいような場合に、所要のＬＥＤを選択的に点灯することにより、該点灯したＬＥＤに照射された静電潜像部分を光減衰されることにより消去するものである。
【００２２】
現像部Ｃには現像器６と、該現像部６にトナーを供給するトナーホッパ７とが配設されている。この構成では、トナーホッパ７に収納されたトナーがスポンジローラ８を介して現像器６内へ所要量だけ投入され、この現像器６内でトナーとキャリア（鉄粉）とが撹拌ローラ９により撹拌され、現像ローラ１０の表面にキャリアに保持されたトナーを現出する。そして、ドラム１の静電潜像形成部が現像部Ｃに至ると、現像ローラ１０を介して現像器６のトナーがその静電潜像に応じてドラム表面に着電され、これによって顕像であるトナー像が形成される。
【００２３】
転写部Ｄには転写チャージャー１１が配設されており、ドラム１が転写部Ｄに至ると、給紙部の給紙ローラ対１２を通して用紙Ｐがドラム表面上に給紙され、転写チャージャー１１にトナーとは逆極性の電圧が印加され、ドラム表面のトナー像が用紙Ｐに転写される。また、分離部Ｅには分離チャージャー１３が配設されており、該分離チャージャー１３からドラム表面に交流電界が投じられることによってドラム１と用紙Ｐとの吸引状態が解除され、転写済用紙Ｐがドラム１から分離される。
【００２４】
クリーニング部Ｆにはクリーニング装置１４が配設されている。このクリーニング装置１４はドラム表面を摺擦することにより、ドラム表面のトナーなどの付着物を除去するもので、ドラム表面に残留したトナーはクリーニング部Ｆに至って、クリーニング装置１４により払拭作用を受ける。さらに、次の除電部Ｇでは除電ランプ１５の除電光Ｌ_２がドラム表面に照射されることにより、該ドラム１の表面電位が光減衰し電荷が除去される。
【００２５】
この後、ドラム１は帯電部Ａに戻り、次の複写動作に備えられる。また、連続複写に設定したときは上記した複写プロセスが任意に設定した回数だけ繰り返し実行される。
【００２６】
さて、図２は、本発明の一実施例における画像形成装置をのブロック図を示すものである。同図において、コロナ放電器２１、高電圧交流電源２２、直流電源２３および感光体２４は、従来例におけるそれらとほぼ同一であり、説明を省略する。また、２７は検波回路、２８は平滑回路、２９はリレーから成る切り換え回路、３１はマイクロコンピュータ、３０はノイズ防止用のコイルである。なお、コイル３０は単なるノイズ防止のための部品であり、動作の本質に影響を与えないので、詳しい説明を省略する。以上のように構成された本発明の一実施例における複写機における電流検出回路につき、以下にその動作を説明する。
【００２７】
さて、本実施例の特徴は、除電用の接地点から時分割処理によってコロナ放電の直流成分と交流成分を検出し、高電圧交流電源２２と直流電源２３を時分割的に負帰還制御することにある。即ち、まず直流電流を検出する場合は、マイクロコンピュータ３１は、切り換え回路２９に対して出力ポートＰＯ０から開閉信号Ｓ１を出力し、切り換え回路２９を閉じる。これによって、コイル３０を介して検出されたコロナ放電電流は、コンデンサ７１とダイオード７２、７３をバイパスし、平滑回路２８においてコンデンサ８１と抵抗器８２によって平滑された電圧信号Ｓ_Ｄがマイクロコンピュータ３１の入力ポートＰＩに印加される。
【００２８】
マイクロコンピュータ３１では、この電圧信号Ｓ_ＤをＡＤ変換し、所定の係数を乗じて直流電源２３に制御信号Ｓ_Ｃ１を出力する。この出力形式は、パルス幅変調でもよいし、ＤＡ変換器を通して振幅値として与えてもよい。さらに精度を向上するために累積加算などによる積分ディジタルフィルタを時分割的かつ並列的に処理して出力してもよい。
【００２９】
さて、交流電流を検出する場合には、マイクロコンピュータ３１は、切り換え回路２９に対して出力ポートＰＯ０から開閉信号Ｓ１を解除し、切り換え回路２９を開く。これによって、コイル３０を介して検出されたコロナ放電電流は、コンデンサ７１によって直流成分を除去され、ダイオード７２と７３において半波整流される。この整流された結果は、平滑回路２８においてコンデンサ８１と抵抗器８２によってピークホールドされ、電圧信号Ｓ_Ａとしてマイクロコンピュータ３１の入力ポートＰＩに印加される。
【００３０】
マイクロコンピュータ３１では、この電圧信号Ｓ_ＡをＡＤ変換し、所定の係数を乗じて交流電源２２に制御信号Ｓ_Ｃ２として出力する。この出力形式は、パルス幅変調でもよいし、ＤＡ変換器を通して振幅値として与えてもよい。さらに精度を向上するために累積加算などによる積分ディジタルフィルタを時分割的かつ並列的に処理して出力してもよい。
【００３１】
さて、このような動作によって抵抗器８２の両端に生じる電圧Ｖｏによってコロナ電流の値Ｉ_ＴＣが、例えばＭＣ（メインチャージ）時などのように流れ込んでくる電流が直流のみの場合となり、次式（１）によって求められる。
【００３２】
Ｉ_ＴＣ＝Ｖｏ_（ＴＣ）×１００ 〔μＡ〕 （１）
一方、例えばＳＣ（分離チャージ）時などの流れ込んでくる電流が交流を含む場合には分離チャージャーとともに転写チャージャーもマイクロコンピュータ１０によってオンし、次式（２）と（３）によって求められる。交流成分の電流Ｉ_ＡＣは、
Ｉ_ＡＣ＝２×（１００＋ａ）×Ｖｏ_（ＡＣ） 〔μＡ〕 （２）
なる式で与えられる。
【００３３】
また、シフトバイアス成分については、切り換え回路２９をオンした場合であり、
Ｉ_ＳＢ＝−ｂ×（Ｖｏ_（ＡＣ）−Ｖｏ_（ＴＣ）） 〔μＡ〕 （３）
で与えられる。ここで、定数ａとｂは、交流周波数ｆによって、
ａ＝１４．２９×（１．２／ｆ）^１／４ （４）
ｂ＝１２２．０２−０．１４６７×〔Ｉ_ＡＣ＋２１４．３×（１．２−ｆ）〕・・・ （５）
なる式（４）および（５）で変動することを発明者らは実験的に確認した。これにより、容易に図２に示した回路構成によってコロナ放電電流の直流成分と交流成分を検出することが出来るものである。
【００３４】
以上のように本実施例によれば、回路を構成する部品の点数が少なく、かつ単純な受動部品主体に構成できるので、安価で無調整とできるうえに、高電圧の雑音にも強くなるという効果がある。また元来、実際の複写動作時には、分離電流が単独で作用するものでなく、転写電流が同時に印加されているので、分離電流と転写電流を同時に切り換え回路２９を実質的に同時に測定できるため、現実の現象との相関性が高く出来るという効果がある。
【００３５】
なお、以上の実施例では、転写と分離についてのみ述べたが、クリーニングチャージャーや転写前チャージャーにも応用が可能である。また、必ずしも上述のように常時負期間を行う必要はなく、複写動作の合間に検査モードとして確認のための検出動作を行ってもよいし、単なる異常検出として検出してもよい。その他、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々変形実施可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、静電潜像担持体の表面に感光体層が形成され、少なくとも帯電部、露光部、現像部および除電部をその順序で移動して上記帯電部に戻り、この担持体に直流成分を含む交流電圧を帯電手段によって印加し、かつこの帯電手段によって電圧が印加されるときに担持体に流れる電流を計測回路によって計測する。このとき、計測回路は、電流取り出し手段によって担持体に流れる電流を取り出してこの電流の交流成分を交流電圧検出回路によって電圧振幅として検出するとともに、直流電圧検出回路によって電流の直流成分を電圧レベルとして検出し、スイッチ手段においてこの電流取り出し手段で取り出された電流を交流電圧検出回路と直流電圧検出回路の一方に供給するので、制御手段に内蔵すべきは１個のＡＤ変換器のみでよくなるので、簡便かつ安価に構成できるという効果がある。
【００３７】
また元来、実際の複写動作時には、分離電流が単独で作用するものでなく、転写電流が同時に印加されているので、分離電流と転写電流を同時に切り換え回路を実質的に同時に測定できるため、現実の現象との相関性が高く出来るという効果もある。
【００３８】
また、前記帯電手段は分離チャージャであり、かつこの分離チャージャと同時に動作する転写チャージャが分離チャージャの近くに設けられており、前記計測回路は、前記分離チャージャによる交流電流を計測する場合には、上記交流電圧検出回路を動作させて計測し、上記分離チャージャによる直流電流を計測する場合は、分離チャージャと転写チャージャを同時に動作させたときに上記直流電圧検出回路から出力される電圧値から転写チャージャのみを動作させたときに上記直流電圧検出回路からの得られる電圧値を減算した結果から電流値を算出するので、簡便かつ安価な構成で温度特性の優れたものとなる。しかも回路を構成する部品の点数が少なく、かつ単純な受動部品主体に構成できるので、無調整とできるうえに、高電圧の雑音にも強くなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】複写機一般における複写経路の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例における複写機における電流検出回路の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の従来例における複写機における電流検出回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ コロナ放電器
２ 高電圧交流電源
３ 直流電源
４ 感光体
７ 電流検出回路
８ 整流回路
９ 平滑回路
１０ ノイズ除去用コイル
１１ マイクロコンピュータ

Claims (2)

1. 表面に感光体層が形成され、少なくとも帯電部、露光部、現像部および除電部をその順序で移動して上記帯電部に戻る静電潜像担持体と、
   この担持体に直流成分を含む交流電圧を印加する帯電手段と、
   この帯電手段によって電圧が印加されるとき上記担持体に流れる電流を計測する計測回路と、
   を備える画像形成装置において、上記計測回路は、
   上記担持体に流れる電流を取り出す電流取り出し手段と、
   この電流の交流成分を電圧振幅として検出する交流電圧検出回路と、
   上記電流の直流成分を電圧レベルとして検出する直流電圧検出回路と、
   上記電流取り出し手段によって取り出された電流を上記交流電圧検出回路と上記直流電圧検出回路の一方に供給するためのスイッチ手段と、
   を備え、
   前記帯電手段は分離チャージャであり、かつこの分離チャージャと同時に動作する転写チャージャが分離チャージャの近くに設けられており、前記計測回路は、前記分離チャージャによる交流電流を計測する場合には、上記交流電圧検出回路を動作させて計測し、上記分離チャージャによる直流電流を計測する場合は、分離チャージャと転写チャージャを同時に動作させたときに上記直流電圧検出回路から出力される電圧値から転写チャージャのみを動作させたときに上記直流電圧検出回路からの得られる電圧値を減算した結果から電流値を算出することを特徴とする画像形成装置。
2. 表面に感光体層が形成され、少なくとも帯電部、露光部、現像部および除電部をその順序で移動して上記帯電部に戻る静電潜像担持体と、
   この担持体に直流成分を含む交流電圧を印加する帯電手段と、
   この帯電手段によって電圧が印加されるとき上記担持体に流れる電流を計測する計測回路と、
   を備える画像形成装置において、上記計測回路は、
   上記担持体に流れる電流を取り出す電流取り出し手段と、
   この電流の交流成分を電圧振幅として検出する交流電圧検出回路と、
   上記電流の直流成分を電圧レベルとして検出する直流電圧検出回路と、
   上記電流取り出し手段によって取り出された電流を上記交流電圧検出回路と上記直流電圧検出回路の一方に供給するためのスイッチ手段と、
   を備え、
   前記電流取り出し手段に前記交流電圧検出回路が接続され、該交流電圧検出回路の出力側に前記直流電圧検出回路が接続され、前記交流電圧検出回路に並列に前記スイッチ手段が接続され、前記交流電圧検出回路は直流を阻止するコンデンサと検波回路とから成り、前記直流電圧検出回路は平滑回路であることを特徴とする画像形成装置。

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