JP4871600B2 - 高圧電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧電源装置及び電子写真方式を利用したレーザビームプリンタなどの画像形成装置に関し、特に、像担持体の帯電を行なうための帯電電圧を発生する帯電電圧発生回路を備えた画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真装置、静電記録装置等の画像形成装置において感光体、誘電体等の像担持体表面を帯電させる方法として、細いコロナ放電ワイヤに高電圧を印加して発生するコロナを作用させて帯電を行なう、非接触帯電のコロナ帯電が一般的であった。

近年は、低圧プロセス、低オゾン発生量、低コストなどの点から、ローラ型、ブレード型などの帯電部材を像担持体表面に接触させ、帯電部材に電圧を印加することにより像担持体表面を帯電させる接触帯電方式が主流となりつつある。特にローラ型の帯電部材は長期にわたって安定した帯電を行なうことが可能である。帯電部材に対する印加電圧は直流電圧のみでも良いが、振動電圧を印加し、プラス側、マイナス側への放電を交互に起こすことで帯電を均一に行なわせることができる。例えば、直流電圧を印加したときの被帯電体の放電開始閾値電圧（帯電開始電圧）以上のピーク間電圧を有する交流電圧と、直流電圧とを重畳した振動電圧を印加することで、被帯電体の帯電を均す効果があり、均一な帯電を行なえることが知られている。振動電圧の波形としては正弦波に限らず、矩形波、三角波、パルス波でも良い。振動電圧は直流電圧を周期的にオン／オフすることによって形成された矩形波の電圧や、直流電圧の値を周期的に変化させて交流電圧と直流電圧との重畳電圧と同じ出力としたものも含む。上記のように、帯電部材に振動電圧を印加して帯電する接触帯電方式を以下「ＡＣ帯電方式」と記す。また、直流電圧のみを印加して帯電する接触帯電方式を「ＤＣ帯電方式」と記す。ＡＣ帯電方式においては、ＤＣ帯電方式と比べ、像担持体への放電量が増えるため、像担持体表面の劣化による像担持体削れ等の像担持体劣化や短命化などの問題が起きてしまう。

この問題を改善するために、必要最小限の電圧印加により、プラス側、マイナス側へ交互に起こす放電を最小限にする「放電電流制御方式」により放電量の最適化を行なえることが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

また、像担持体への放電時間を少なくするため、図５のように複数枚のプリントを行う場合には、紙間工程の時間が一定時間を超える場合、帯電部材に印加する交流電圧の電圧レベルを低くし、紙間工程での像担持体の放電による劣化を抑える制御が考えられる。
特開２００１−２０１９２１号公報 特開２００４−０５３６９３号公報

しかしながら、交流電圧と直流電圧とを重畳して出力する高圧電源回路の場合、交流電圧の変化が直流電圧に干渉してしまい、図６に示すように、交流電圧の変化量が大きい場合には直流電圧にオーバシュートが発生してしまう。また、帯電高圧電源の場合には、紙間工程での電圧変更により像担持体上に電位メモリが発生してしまう。

また、紙間工程の長さは、紙サイズ及び定着器の温度等の条件により変動する。図５（ｂ）に示す様に、交流電圧変更直後に次のプリント動作が行われた場合、像担持体上の電位メモリ発生領域の電位と他領域との電位差が大きくなる為、電位メモリによる画像不良が発生してしまう。尚、紙間工程時間が長くなると、この電位差は徐々に解消されていく。

本出願に係る発明は、直流電圧に交流電圧を重畳した高電圧の出力中に交流電圧を変更する際、一定の電圧レベルで段階的に交流電圧発生回路の出力電圧を変化させる制御を行うことにより、直流電圧のオーバシュートの発生を防止することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するため、以下（１）〜（２）の構成を備えるものである。

（１）画像が形成される像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段とを備えた画像形成装置の前記帯電手段に直流電圧と交流電圧を重畳した高電圧を供給する高圧電源装置において、
前記直流電圧を出力する直流電圧発生回路と、
前記交流電圧を出力する交流電圧発生回路と、
前記像担持体を帯電しながら前記像担持体に画像を形成する画像形成期間において、前記帯電手段に前記直流電圧と前記交流電圧を重畳した高電圧として第１電圧を供給し、前記像担持体に画像を形成しない非画像形成期間において、前記帯電手段に前記直流電圧と前記交流電圧を重畳した高電圧として前記第１電圧より低い第２電圧を供給するように、前記交流電圧を切り換えるよう制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記帯電手段に供給する電圧を、前記画像形成期間の前記第１電圧から前記非画像形成期間の前記第２電圧に切り換える場合に、前記第１電圧と前記第２電圧と変化閾値電圧とに基づいて得られた、前記第１電圧から前記第２電圧まで電圧を段階的に切り換える回数と１回あたりの電圧変化量で前記第１電圧から前記第２電圧まで前記交流電圧を切り換えるよう制御することを特徴とする高圧電源装置。
（２）像担持体と前記像担持体を帯電する帯電手段と、前記帯電手段に高電圧を印加する高圧電源と、を有する画像形成装置であって、
前記高圧電源は、前記直流電圧を出力する直流電圧発生回路と前記交流電圧を出力する交流電圧発生回路とを含み、
前記像担持体を帯電しながら前記像担持体に画像を形成する画像形成期間において、前記帯電手段に前記直流電圧と前記交流電圧を重畳した高電圧として第１電圧を供給し、前記像担持体に画像を形成しない非画像形成期間において、前記帯電手段に前記直流電圧と前記交流電圧を重畳した高電圧として前記第１電圧より低い第２電圧を供給するように、前記交流電圧を切り換えるよう制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記帯電手段に供給する電圧を、前記画像形成期間の前記第１電圧から前記非画像形成期間の前記第２電圧に切り換える場合に、前記第１電圧と前記第２電圧と変化閾値電圧とに基づいて得られた、前記第１電圧から前記第２電圧まで電圧を段階的に切り換える回数と１回あたりの電圧変化量で前記第１電圧から前記第２電圧まで前記交流電圧を切り換えるよう制御することを特徴とする画像形成装置。

上述のように、本出願の第１の発明によれば、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を出力する高圧電源装置で、高電圧出力中に交流電圧を変更する際、段階的に交流電圧出力を変化させる制御により、直流電圧のオーバシュートの発生を防止することができる。

また、本出願の第２の発明によれば、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を出力する帯電高圧電源装置で、高電圧出力中に交流電圧を変更する際、段階的に交流電圧出力を変化させる制御により、直流電圧のオーバシュートの発生を防止することできる。その結果、帯電部材へ安定した電圧を供給可能となる。

また、本出願の第３の発明では、直流電圧に交流電圧を重畳した高電圧を出力する帯電高圧電源装置を備えた画像形成装置において、高電圧出力中に交流電圧を変更する際、段階的に交流電圧出力を変化させる制御を行なう。その結果、帯電直流電圧のオーバシュートの発生を防止することができ、画像形成時の画像不良を防止することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

以下、本発明の第１の実施例を図面に基づいて説明する。図２は本実施形態のレーザビームプリンタ１００の構成図である。

レーザプリンタ１００は記録紙Ｐを収納するデッキ１０１を有し、デッキ１０１内の記録紙Ｐの有無を検知するデッキ紙有無センサ１０２、デッキ１０１内の記録紙Ｐのサイズを検知する紙サイズ検知センサ１０３を有する。また、デッキ１０１から記録紙Ｐを繰り出すピックアップローラ１０４、前記ピックアップローラ１０４によって繰り出された記録紙Ｐを搬送するデッキ給紙ローラ１０５を有する。更に、前記デッキ給紙ローラ１０５と対をなし、記録紙Ｐの重送を防止するためのリタードローラ１０６が設けられている。

そして、デッキ給紙ローラ１０５の下流にはデッキ１０１と、後述する両面反転部からの給紙搬送状態を検知するする給紙センサ１０７、下流へと記録紙Ｐを搬送するための給紙搬送ローラ１０８を有する。更に、記録紙Ｐを同期搬送するレジストローラ対１０９、前記レジストローラ対１０９への記録紙Ｐの搬送状態を検知するレジ前センサ１１０が配設されている。

レジストローラ対１０９の下流には、レーザスキャナ部１１１からのレーザ光に基づいて感光ドラム１上にトナー像を形成するプロセスカートリッジ１１２と、トナー像を記録紙Ｐ上に転写するためのローラ部材１１３（以後転写ローラと記す）を備える。

そして、記録紙Ｐ上の電荷を除去し感光ドラム１からの分離を促進するための放電部材１１４（以後除電針と記す）が配設されている。更に、除電針１１４の下流には搬送ガイド１１５、記録紙Ｐ上に転写されたトナー像を熱定着するために内部に加熱用のハロゲンヒータ１１６を備えた定着ローラ１１７と加圧ローラ１１８の対、定着部からの搬送状態を検知する定着排紙センサ１１９を有する。

定着部から搬送されてきた記録紙Ｐを排紙部か両面反転部に行き先を切り替えるための両面フラッパ１２０が配設されており、排紙部側の下流には排紙部の紙搬送状態を検知する排紙センサ１２１、記録紙を排紙する排紙ローラ対１２２が配設されている。

一方記録紙Ｐの両面に印字するために片面印字終了後の記録紙Ｐを表裏反転させ、再度画像形成部へと給紙するための両面反転部側には、記録紙Ｐをスイッチバックさせる反転ローラ対１２３、反転ローラへの紙搬送状態を検知する反転センサ１２４を有する。

そして、横方向レジスト部（不図示）から記録紙Ｐを搬送するためのＤカットローラ１２５、両面反転部の記録紙Ｐの搬送状態を検知する両面センサ１２６、両面反転部から給紙部へと記録紙Ｐを搬送するための両面搬送ローラ対１２７が配設されている。

また、前記スキャナ部１１１は、後述外部装置１２８から送出される画像信号に基づいて変調されたレーザ光を発光するレーザユニット１２９を備える。そして、レーザユニット１２９からのレーザ光を感光ドラム１上に走査するためのポリゴンミラー１３０とスキャナモータ１３１、結像レンズ群１３２、及び折り返しミラー１３３により構成されている。

前記プロセスカートリッジ１１２は公知の電子写真プロセスに必要な感光ドラム１、帯電部材である帯電ローラ２と現像ブレード１３４、トナー格納容器１３５等を具備しており、レーザプリンタ１００に対して着脱可能に構成されている。また、図中３は高圧電源部であり、後述する帯電高圧回路の他に、現像ブレード１３４、転写ローラ１１３、除電針１１４に所望の電圧を給電する高圧回路を有している。

１３６はメインモータで、各部に動力を供給している。更に、４はレーザプリンタ１００を制御するプリンタ制御部である。ＲＡＭ５ａ、ＲＯＭ５ｂ、タイマ５ｃ、デジタル入出力ポート（以下Ｉ／Ｏポートと記す）５ｄ、アナログ−デジタル入力ポート（以下Ａ／Ｄポートと記す）５ｅ、デジタル−アナログ出力ポート（以下Ｄ／Ａポートと記す）５ｆ等を備えたＭＰＵ５を有する。また、及び各種入出力制御回路（不図示）等も有している。

前記プリンタ制御部４はインターフェイス１３８を介してパーソナルコンピュータ等の外部装置１２８に接続されている。

次に図３の帯電出力回路の回路図に基づいて帯電高圧出力制御を説明する。

帯電出力回路は直流高圧に交流高圧が重畳された帯電高圧を生成し、図中２０１の感光ドラムに当接した帯電ローラ２０２に印加する。

交流高圧の出力レベルはプリンタコントローラ４内のＣＰＵ２４５から出力されるレベルコントロール信号（ＰＲＩＡＣＣＮＴ）により制御される。ＣＰＵ２４５のＩ／Ｏポート２４５ｄからクロックパルス（ＰＲＩＡＣＣＬＫ）が出力されると、プルアップ抵抗２６０、ベース抵抗２３８を介してトランジスタ２３９がスイッチング動作する。その後、プルアップ抵抗２３７と、ダイオード２４０を介して接続されているオペアンプ２４３の出力に応じた振幅のクロックパルスに増幅される。この振幅が大きいと後述する高圧トランス２０４に入力される正弦波の駆動電圧振幅も大きくなり、結果として高圧交流電圧レベルも大きくなる。一方、オペアンプ２４３の正出力はＣＰＵ２４５ｅのＤ／Ａポートから出力されるアナログ信号（ＰＲＩＡＣＣＮＴ）が接続されおり、オペアンプ２４３の出力部には、ＰＲＩＡＣＣＮＴ信号に応じたレベルの信号が出力される。よって、交流高圧電圧のレベルはＰＲＩＡＣＣＮＴ信号により制御することができる。クロックパルスはコンデンサ２２４を介し、抵抗２２３、２３２等、コンデンサ２１６、２２０等と、オペアンプ２１７，２２１によって構成される４次のバタワース型フィルタからなるフィルタ回路２３５に入力される。該フィルタ回路２３５からは＋１２Ｖを中心とした正弦波が出力される。そしてこの出力はプッシュプルの高圧トランスドライブ回路２０５を介して高圧トランス２０４の一次巻線に入力され、二次巻線側に正弦波の交流高圧が発生する。

直流高圧の出力レベルはプリンタコントローラ４内のＣＰＵ２４５から出力されるレベルコントロール信号（ＰＲＩＤＣＣＮＴ）により制御される。ＣＰＵ２４５のＩ／Ｏポート２４５ｄからクロックパルス（ＰＲＩＤＣＣＬＫ）が出力されると、ＦＥＴ２５２がスイッチング動作する。そして、高圧トランス２５０が駆動され、２次側でダイオード２４９、コンデンサ２４８で形成された整流回路で負極性の直流電圧が生成される。出力直流電圧は抵抗２６０を介してオペアンプ２５７へフィードバックされ、基準電圧ＰＲＩＤＣＣＮＴ信号と比較され制御される。

また、高圧トランス２０４の二次側の一方は抵抗２４６を介して直流高圧発生回路２４７に接続されていることにより、直流高圧に交流高圧が重畳された高圧が出力保護抵抗２０３を介して帯電ローラ２０２に給電されている。

次に、本実施例の画像形成装置のプリント動作時における帯電高圧制御方法について説明する。

図４は本画像形成装置のプリント動作時のシーケンスを表した図である。装置本体１００のメイン電源がオンされると、定着装置の駆動、定着装置を所定温度まで立ち上げる等の一連の処理を行う前多回転工程を実行し、その後にスタンバイ状態となる。次に、プリント開始の命令を外部パーソナルコンピュータ等の外部装置１２８から受けると、所定の印字準備段階である前回転工程を実行し、その後に一連の電子写真プロセスによって記録紙にプリント動作を行うプリント工程に入る。ここで、複数枚のプリント動作を行うモードの場合には、次の記録紙に対してのプリント動作を行うまでの紙間工程で所定の処理を実行後、２枚目以降のプリント工程に移る。最後の記録紙のプリント工程が終了すると、後回転工程の後、再びスタンバイ状態に戻る。本実施例の画像形成装置においては、紙間工程期間で帯電交流電圧レベルをプリント動作時より低い電圧レベルへ段階的に変更し、帯電放電が発生しない状態とする。そして、次のプリント工程が始まるときにプリント時の帯電交流電圧レベルへ戻すという制御を行うことにより、像担持体の帯電放電による劣化を抑えている。

図１に第１の実施例における、紙間工程時の帯電交流電圧レベル制御シーケンスを示す。

紙間工程時の帯電交流電圧レベル制御シーケンスにおいて、ＣＰＵ２４５は、紙間工程に入りＴａ時間経過後、プリント動作時の交流電圧レベル設定値Ｖｐから、一回の変更レベルをＶｃとし、段階的に設定を変化させる。そして、紙間工程時に像担持体上で帯電放電が緩和される交流電圧レベル設定値Ｖａまで、ＰＲＩＡＣＣＮＴ信号を変化させる。ここで、１回の変更レベルＶｃは、交流電圧がＶｃ分変化しても直流電圧に干渉しない電圧レベルで決定される。その後、プリント工程が開始されると、ＣＰＵ２４５は帯電交流電圧レベル設定値をＶｐに変更する。

このように本実施の形態において、帯電高圧出力の交流電圧出力レベルを一定のレベルで段階的に変更する制御を行うことにより、直流電圧のオーバシュートの発生を防止することができる。その結果、紙間工程時に帯電交流電圧レベルを変更しても、次プリントの画像不良を回避できる。

従って、紙間工程時に交流電圧レベルを下げ帯電放電量を抑えることにより、像担持体の劣化を抑え、像担持体の寿命を長くすることが可能となる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

本実施例における帯電高圧出力回路の基本構成は実施例１のものと同じであり、紙間工程で帯電交流電圧を多段階制御する際の、１回の電圧変更レベル設定値を変更回数により決定することを特徴とする。

図７に第２の実施例における、紙間工程時の帯電交流電圧レベル制御シーケンスを示す。

紙間工程時の帯電交流電圧レベル制御シーケンスにおいて、ＣＰＵ２４５は、帯電交流電圧の１回の変更レベルＶｃ′を、変更回数Ｎとプリント電圧Ｖｐ′及び紙間電圧Ｖａ′より以下の計算式で決定することを特徴とする。

Ｖｃ′＝（Ｖｐ′−Ｖａ′）／Ｎ
ただし、Ｖｃ′が実施例１で説明したＶｃより大きくなる場合にはＶｃ′＝Ｖｃとし、紙間電圧Ｖａ′になるまで変更回数を加算する。

本実施例の制御を行うことにより、Ｖｃ′＜Ｖｃとなる場合、交流電圧変化による直流電圧への干渉が軽減され、直流電圧出力が安定する。

なお、プリント電圧Ｖｐ′はプロセスカートリッジのバラツキや、プロセスカートリッジのプリント枚数、環境条件等により変動する。

本発明の実施例１における、紙間制御時の帯電交流電圧レベル制御信号の制御シーケンスを示す図である。 本発明の実施例１における、画像形成装置本体の構成図である。 本発明の実施例１における、帯電高圧発生回路の図である。 本発明の実施例１における、プリントシーケンスを示す図である。 本発明の実施例１における、紙間工程の時間変化を示したプリントシーケンスを示す図である。 帯電交流電圧のレベル変更により、帯電直流電圧出力にオーバシュートが発生する場合の制御シーケンスを示す図である。 本発明の実施例２における、紙間制御時の帯電交流電圧レベル制御信号の制御シーケンスを示す図である。

符号の説明

２ 帯電ローラ
３ 高圧電源部（高圧電源装置に対応）
１００ 画像形成装置
１１２ プロセスカートリッジ
２０４ 高圧トランス
２４３ 交流電圧レベル制御用オペアンプ
２５７ 直流電圧レベル制御用オペアンプ
２４５ ＣＰＵ（制御手段に対応）
２４７ 直流高圧発生回路

Claims (2)

1. 画像が形成される像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段とを備えた画像形成装置の前記帯電手段に直流電圧と交流電圧を重畳した高電圧を供給する高圧電源装置において、
   前記直流電圧を出力する直流電圧発生回路と、
   前記交流電圧を出力する交流電圧発生回路と、
   前記像担持体を帯電しながら前記像担持体に画像を形成する画像形成期間において、前記帯電手段に前記直流電圧と前記交流電圧を重畳した高電圧として第１電圧を供給し、前記像担持体に画像を形成しない非画像形成期間において、前記帯電手段に前記直流電圧と前記交流電圧を重畳した高電圧として前記第１電圧より低い第２電圧を供給するように、前記交流電圧を切り換えるよう制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記帯電手段に供給する電圧を、前記画像形成期間の前記第１電圧から前記非画像形成期間の前記第２電圧に切り換える場合に、前記第１電圧と前記第２電圧と変化閾値電圧とに基づいて得られた、前記第１電圧から前記第２電圧まで電圧を段階的に切り換える回数と１回あたりの電圧変化量で前記第１電圧から前記第２電圧まで前記交流電圧を切り換えるよう制御することを特徴とする高圧電源装置。
2. 像担持体と前記像担持体を帯電する帯電手段と、前記帯電手段に高電圧を印加する高圧電源と、を有する画像形成装置であって、
   前記高圧電源は、前記直流電圧を出力する直流電圧発生回路と前記交流電圧を出力する交流電圧発生回路とを含み、
   前記像担持体を帯電しながら前記像担持体に画像を形成する画像形成期間において、前記帯電手段に前記直流電圧と前記交流電圧を重畳した高電圧として第１電圧を供給し、前記像担持体に画像を形成しない非画像形成期間において、前記帯電手段に前記直流電圧と前記交流電圧を重畳した高電圧として前記第１電圧より低い第２電圧を供給するように、前記交流電圧を切り換えるよう制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記帯電手段に供給する電圧を、前記画像形成期間の前記第１電圧から前記非画像形成期間の前記第２電圧に切り換える場合に、前記第１電圧と前記第２電圧と変化閾値電圧とに基づいて得られた、前記第１電圧から前記第２電圧まで電圧を段階的に切り換える回数と１回あたりの電圧変化量で前記第１電圧から前記第２電圧まで前記交流電圧を切り換えるよう制御することを特徴とする画像形成装置。

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