JP5332309B2 - 電源制御装置、電源装置、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
近年、この高圧電源の制御をソフトウエアで行うデジタル制御方式に注目が集まっている(例えば、特許文献1参照)。デジタル制御方式では、ソフトウエアで高圧電源が制御可能なため、従来必要であったオペアンプ等のアナログ制御回路が必要なくなり、制御回路のコストダウン、実装スペースの縮小が達成される。
高圧電源10内の整流手段13に表れる高圧出力の状態を高圧電源10内の検出手段14で検出し、検出値を制御回路30に出力する。制御回路30は、検出値を不図示のA/D変換器(Analog to Digital conversion)でデジタル変換し、制御すべき目標値との差異を判断する。その判断結果により、高圧電源10の出力をオン、オフするスイッチ手段12のオン時間を制御するPWM(Pulse Width Modulation)信号のデューティ値を変化させ、目標値に近づける制御を実行する。
画像形成の開始時には、所定のデューティ値(例えば、25%のオンデューティ)を持つPWM信号が高圧電源10のスイッチ手段12に出力される(図2に示すA−B区間)。スイッチ手段12は、PWM信号のデューティに従って、トランス11の一次側に印加される電圧をオン、オフする。なお、所定のデューティ値は、高圧電源10内の整流手段13に含まれる抵抗や平滑用コンデンサ等の電子部品の電気特性のバラツキを考慮して、高圧電源10の出力値が目標値の半分となることが事前に計算された値を使用する。
10msec後に、検出手段14の検出値の1回目の取得(以下、モニタと呼ぶ)が行われ、2Vのモニタ値が検出されたとする。例えば、検出値の目標電圧が4Vであるときには、2Vの乖離があるため、その半分の1Vを2Vに加算した3VとなるようにPWM信号のデューティ値を計算する。
デューティ値の計算式を以下の式(1)に示す。
25%×{2V+(4V−2V)/2}/2=37.5%
となり、37.5%デューティのPWM信号が設定される。図2に示すB−C区間で、37.5%デューティのPWM信号が制御回路30から高圧電源10に出力される。
上述した計算式(1)に従い、デューティ値は、
37.5%×{3V+(4V−3V)/2}/3=43.8%
となり、43.8%デューティのPWM信号が設定される。図2に示すC−D区間で、43.8%デューティのPWM信号が制御回路30から高圧電源10に出力される。
このため、以下に示すような課題があった。
図3には、感光体ドラム150とその周囲に配置される転写ロール141及びブレード151の配置を示す。
ブレード151は、感光体ドラム150の表面に吸着されたトナーのうち、用紙に転写されずに残ったトナーを感光体ドラム150の表面から掻き落とす目的で使用される。このブレード151は、感光体ドラム150の表面に接しているため、ブレード151まで流れるトナー量が少ないと、ブレード151と感光体ドラム150との摩擦係数が上昇してしまう。
そこで、ブレード151と感光体ドラム150との摩擦係数の上昇を抑制するために、感光体ドラム150の表面にトナーバンドを形成して、このトナーバンドのトナーを用紙に転写することなくブレード151まで搬送し、ブレード151でトナーを掻き落とす方法が一般的に採られている。
図4には、感光体ドラム150の表面に形成されるトナー像を模式的に表している。トナー像とトナー像との間にトナーバンドが形成され、このトナーバンドがブレード151まで到達することで、ブレード151と感光体ドラム150との摩擦係数の上昇を抑制している。
従って、トナーバンドが感光体ドラム150と転写ロール141との接触位置(転写位置)を通過する前には、転写ロール141に供給する電圧出力をオフし、トナーバンドの次に形成されたトナー像が転写位置に来る前に、転写ロール141に供給する電圧出力を目標値に到達させなればならなかった。
本発明によれば、高圧電源の出力値が目標値に到達するまでの到達時間を必要に応じて容易に変更することができる。
従って、動作開始の際と動作再開の際で、高圧電源が目標電圧を出力するまでにかかる時間を調整することができる。
従って、動作再開の際の高圧電源の出力状態の検出精度を高め、高圧電源を最適に制御することができる。
図5に示すように、本実施例の電源装置は、デジタル制御方式の高圧電源構成である。図5に示すように、高圧電源130は負荷140に応じた出力制御を行なう。負荷140は、例えばプリンタ、複写機等における帯電装置、転写装置、現像装置等である。デジタル制御は、前述したようにプログラムで高圧電源130を制御する方式である。
第1検出回路134、第2検出回路135により検出された状態量はA/D変換器113によりデジタル変換がなされ、制御すべき目標値と比較される。その比較結果に応じてパルス発振器112によってSW回路132に与えるPWM信号のデューティ(Duty)値を制御する。SW回路132は、パルス幅信号に基づいて入力電圧をスイッチングしてトランス131の出力制御を実行する。
印刷の開始時には、図6のA−B区間に示すように、高圧電源130の出力電圧が目標電圧の半分の電圧となるように設定されたデューティのPWM信号を制御回路110は高圧電源130に出力する。その後、制御回路110は、上述した式(1)に従ってPWM信号のデューティを算出し、算出したデューティのPWM信号を高圧電源130に出力していく(図6に示すB−C、C−D,D−E区間)。この制御により、高圧電源130の出力電圧が目標電圧に近づいていく。
また、感光体ドラム150のトナー像とトナー像との間にトナーバンドを形成して、ブレード151の摩擦係数を調整するときには、高圧電源130の出力電圧を一旦停止して、トナーバンドが感光体ドラム150と転写ロール141との接触位置を通過した直後に高圧電源130の出力電圧を高速に立ち上げる(以下、この動作を動作再開と呼ぶ)。高圧電源130の動作再開時には、制御回路110は、SW回路132に出力するPWM信号のデューティの初期値を変更する。
まず、制御回路110は、高圧電源130の出力を停止させる前に、高圧電源130が目標電圧を出力したときのPWM信号のデューティをメモリ114に記録しておく。例えば、高圧電源130が目標電圧を出力したときに、第2検出回路135によって検出されるモニタ電圧が4Vであったとする。また、出力停止直前に4Vのモニタ電圧を検出したときのPWM信号のデューティが50%であったとする。制御回路110は、このデューティ50%をメモリ114に記録する。
制御回路110は、デューティを決定すると、決定したデューティのPWM信号を生成し、高圧電源130に出力する(図6に示すJ−K区間)。高圧電源130は、目標電圧を出力した時のデューティに近いPWM信号が入力されるので、出力電圧が急速に立ち上がる。また、目標電圧を出力した時のデューティよりも小さいデューティのPWM信号であるので、オーバーシュートが発生せず、印字不良を防止することができる。
印刷を開始すると(ステップS1/YES)、制御回路110は、高圧電源130の出力電圧を徐々に立ち上げるための第1制御を開始する(ステップS2)。この制御では、まず、PWM信号のデューティとして、目標電圧の半分の電圧となるデューティ(例えば、デューティ25%)に設定される。この値は、デフォルト値としてメモリ114に予め記録されている。
また、制御回路110は、印刷中は、第1検出回路134、第2検出回路135のモニタ値に基づき、式(1)を用いて次のPWM信号のデューティを決定し、決定したデューティのPWM信号を高圧電源130のSW回路132に出力する。
また、目標電圧を出力した時のデューティよりも小さいデューティのPWM信号であるので、オーバーシュートが発生せず、印字不良を防止することができる。
例えば、出力を停止させる前のデューティとそのときの高圧電源130の出力電圧とを5点メモリ114に記録する。そして、これらの平均値によりPWM信号のデューティを決定する。
例えば、図8(A)に示す例では、最初に供給するPWM信号のデューティ及びモニタ電圧として、25%と2Vとを記憶しておく。また、最終のPWM信号のデューティ及びモニタ電圧として、50%と4Vとを記憶しておく。これらの値により、高圧電源130の出力電圧が目標電圧の95%となるPWM信号のデューティを算出する。
また、PWM信号のデューティと、高圧電源130の出力電圧との関係を示す直線が図8(B)に示すように原点を通らない直線であってもよい。
なお、本実施では表記の関係上定電圧制御を例に説明をしたが、転写ロール等へ用いられることの多い定電流制御における動作でもかまわない。
転写装置のうち、感光体ドラム150に接してトナー像を用紙に転写させる部材には、転写ロール141が使用されることが多い。
この転写ロール141はゴム性のため、転写ロール141の抵抗成分が温度、湿度等の環境変動によって変動する。そのため制御回路110は、画像形成の動作開始時に高圧電源130の出力電流を第1検出回路134で測定しながら定電流制御を行い、そのとき転写ロール141に印加されている電圧を第2検出回路135で測定して転写ロール141の抵抗成分を検出している。制御回路110は、検出した抵抗成分により転写ロール141に流す最適な転写電流を決定している。
第1検出回路134で測定される電流モニタ値は、2次側回路133の平滑コンデンサや第1検出回路134のコンデンサに流れ込む電流であるため、2次側回路133や第1検出回路134のコンデンサに電流が流れた瞬間的に電流モニタ値が急上昇する。この瞬間的な電流モニタ値の上昇は、10msec後には安定した電流値となるように回路定数が設定されている。
例えば、高圧電源130の動作再開時に、デューティ25%のPWM信号を高圧電源130に出力したとする。制御回路110が第1検出回路134の測定値を10msec間隔で取得していれば、第1検出回路134の測定値(すなわち、電流モニタ値)は2Vを示すが、5msec後であると、図10に示すように電流値の跳ね上がりにより測定値(電流モニタ値)は3Vを示すことになる。
測定値(電流モニタ値)が2Vであれば、上述した式(1)により制御回路110はPWM信号のデューティとして37.5%を計算するが、測定値(電流モニタ値)が3Vであれば、制御回路110は式(1)により29.2%を出力する。この結果、高圧電源130の出力状態を第1検出回路134で測定して制御回路110に取り込むサンプリング間隔を短くしても、高圧電源130の出力電圧を目的電圧まで到達させる時間の短縮には有効とはならない。
図11に示すように高圧電源130の出力電圧の電圧モニタ値は、高圧電源110の出力電流の電流モニタ値のように瞬間的に上昇することはなく、指数的に上昇する。このため、第2検出回路135の測定値を制御回路110に取り込むサンプリング間隔を5msecとしても、5msecのときの電圧モニタ値が10msecのときの電圧モニタ値よりも低くなる。例えば、5msecの時点でのモニタ結果が1.8Vであるとすると、制御回路110は式(1)に従って、PWM信号のデューティを40.3%と計算することができる。
これにより、高圧電源130の動作再開時には、高圧電源130の出力電圧をより高速に目標電圧に近づけることができる。
111 CPU
112 パルス発振器
113 A/D変換器
114 メモリ
120 安定化電源
130 高圧電源
131 トランス
132 SW回路
133 2次側回路
134 第1検出回路
135 第2検出回路
140 負荷
Claims (6)
- 入力電圧を昇圧して負荷に供給する高圧電源をPWM信号により制御する電源制御装置であって、
前記高圧電源の出力の立ち上げ時に、前記高圧電源に出力する前記PWM信号のデューティの初期値を変更して、前記高圧電源の出力値が有効な状態に立ち上がるまでの時間を変更する制御手段と、
前記高圧電源の出力を停止させる前であって、前記高圧電源が目標値を出力している場合の前記PWM信号の複数のデューティ値を記憶した記憶手段を有し、
前記制御手段は、像担持体の表面に保守のために形成されたトナー像が前記負荷との接触位置を通過する前後で前記高圧電源をオフしてからオンする動作再開時には、前記記憶手段に記憶した前記複数のデューティ値の平均値をデューティ値とする前記PWM信号で前記高圧電源を立ち上げることで前記高圧電源の出力値を有効な状態に立ち上げるまでの時間を短縮させる一方、画像の形成を開始する動作開始時には、前記複数のデューティ値の平均値よりも値の低い、一定のデューティの前記PWM信号で前記高圧電源を立ち上げ、前記動作再開時の前記高圧電源の立ち上がり時間が、前記動作開始時の前記高圧電源の立ち上がり時間よりも短くなるように前記高圧電源を制御することを特徴とする電源制御装置。 - 前記制御手段は、前記動作開始時と前記動作再開時とで前記高圧電源の出力状態を検出する周期を変更することを特徴とする請求項1記載の電源制御装置。
- 前記制御手段は、前記動作再開時には前記高圧電源の出力電圧を検出して、前記高圧電源に出力する前記PWM信号のデューティを制御することを特徴とする請求項2記載の電源制御装置。
- 入力電圧を昇圧して負荷に供給する高圧電源と、該高圧電源をPWM信号により制御する制御装置とを有する電源装置であって、
前記高圧電源の出力を停止させる前であって、前記高圧電源が目標値を出力している場合の前記PWM信号の複数のデューティ値を記憶した記憶手段を有し、
前記制御装置は、前記高圧電源の出力の立ち上げ時に、前記高圧電源に出力する前記PWM信号のデューティの初期値を変更して、前記高圧電源の出力値が有効な状態に立ち上がるまでの時間を変更する装置であり、
前記制御装置は、像担持体の表面に保守のために形成されたトナー像が前記負荷との接触位置を通過する前後で前記高圧電源をオフしてからオンする動作再開時には、前記記憶手段に記憶した前記複数のデューティ値の平均値をデューティ値とする前記PWM信号で前記高圧電源を立ち上げることで前記高圧電源の出力値を有効な状態に立ち上げるまでの時間を短縮させる一方、画像の形成を開始する動作開始時には、前記複数のデューティ値の平均値よりも値の低い、一定のデューティの前記PWM信号で前記高圧電源を立ち上げ、前記動作再開時の前記高圧電源の立ち上がり時間が、前記動作開始時の前記高圧電源の立ち上がり時間よりも短くなるように前記高圧電源を制御することを特徴とする電源装置。 - 入力電圧を昇圧して負荷に供給する高圧電源の制御方法であって、
前記高圧電源の出力の立ち上げ時に、前記高圧電源の出力値を有効な状態に立ち上げるまでの許容時間を判定する判定ステップと、
前記高圧電源を制御するPWM信号のデューティの初期値を、前記許容時間に応じて変更する変更ステップとを有し、
前記変更ステップは、像担持体の表面に保守のために形成されたトナー像が前記負荷との接触位置を通過する前後で前記高圧電源をオフしてからオンする動作再開時には、前記高圧電源の出力を停止させる前であって、前記高圧電源が目標値を出力している場合の前記PWM信号の複数のデューティ値を記憶した記憶手段に記憶された前記複数のデューティ値の平均値をデューティ値とする前記PWM信号で前記高圧電源を立ち上げることで前記高圧電源の出力値を有効な状態に立ち上げるまでの時間を短縮させる一方、画像の形成を開始する動作開始時には、前記複数のデューティ値の平均値よりも値の低い、一定のデューティの前記PWM信号で前記高圧電源を立ち上げ、前記動作再開時の前記高圧電源の立ち上がり時間が、前記動作開始時の前記高圧電源の立ち上がり時間よりも短くなるように前記高圧電源を制御するステップであることを特徴とする制御方法。 - 入力電圧を昇圧して負荷に供給する高圧電源の制御プログラムであって、
コンピュータを、
前記高圧電源の出力値を有効な状態に立ち上げるまでの許容時間を判定する判定手段と、
前記高圧電源を制御するPWM信号のデューティの初期値を、前記許容時間に応じて変更する変更手段として機能させ、
前記変更手段は、像担持体の表面に保守のために形成されたトナー像が前記負荷との接触位置を通過する前後で前記高圧電源をオフしてからオンする動作再開時には、前記高圧電源の出力を停止させる前であって、前記高圧電源が目標値を出力している場合の前記PWM信号の複数のデューティ値を記憶した記憶手段に記憶された前記複数のデューティ値の平均値をデューティ値とする前記PWM信号で前記高圧電源を立ち上げることで前記高圧電源の出力値を有効な状態に立ち上げるまでの時間を短縮させる一方、画像の形成を開始する動作開始時には、前記複数のデューティ値の平均値よりも値の低い、一定のデューティの前記PWM信号で前記高圧電源を立ち上げ、前記動作再開時の前記高圧電源の立ち上がり時間が、前記動作開始時の前記高圧電源の立ち上がり時間よりも短くなるように前記高圧電源を制御する手段であることを特徴とする制御プログラム。
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