JP5386107B2

JP5386107B2 - 現像バイアス制御装置、現像装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP5386107B2
Application number: JP2008113124A
Authority: JP
Inventors: 浩次藤井
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2028-04-23
Also published as: JP2009265274A

Description

この発明は、現像バイアス制御装置、現像装置および画像形成装置に関するものであり、特に、ソフトウェアによって現像バイアス電圧を制御する現像バイアス制御装置、およびこのような現像バイアス制御装置を備える現像装置、画像形成装置に関するものである。

画像形成装置に備えられる現像装置は、読取った画像データを基に、感光体や、感光体に現像剤を供給する現像スリーブ、マグネットローラ等の現像剤供給回転体等を用いて画像を形成し、用紙に転写して出力する。感光体への適切な現像剤の供給等の観点から、現像スリーブやマグネットローラには、所定の現像バイアス電圧が印加される。

従来においては、図６に示すように、回路等のハードウェアを用いて、メイン基板１０１から現像スリーブ等に現像バイアス電圧を印加する高圧ユニット１０２に対して、矩形波信号１０３を送信して、現像バイアス電圧の制御を行なっていた。具体的には、矩形波信号１０３の出力レベルの変化点１０４を、現像バイアス電圧の切替えのタイミングとし、制御部に処理を割り込ませて制御することとしていた。

現像バイアス電圧の制御に関する技術が、特開２００３−６６６９７号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１によると、現像バイアス電圧の切替え時におけるオーバーシュートやアンダーシュートを防止するために、現像バイアス電圧の交流成分の上限値を降伏電圧とするツェナーダイオード、および現像バイアス電圧の交流成分の下限値をバリスタ電圧とするバリスタを現像トランスに接続することとしている。
特開２００３−６６６９７号公報

上記した矩形波信号のオーバーシュートやアンダーシュートの防止は、より適切な現像バイアス電圧の制御のために必要であるが、特許文献１のように、ツェナーダイオードやバリスタを新たに設けることは、コストの増大を招くことになり、得策ではない。

ここで、画像品質の向上を考慮すると、矩形波信号のデューティー比や出力パターンを任意に変更できる方が有利である。したがって、従来におけるハードウェアによる現像バイアス電圧の制御よりも、ソフトウェアによる現像バイアス電圧の制御の方が好ましい。

ソフトウェアによる現像バイアス電圧の制御において、矩形波信号の出力電圧を段階的に変更して現像バイアス電圧を所定の出力電圧とすることが考えられる。こうすることにより、オーバーシュートやアンダーシュートを防止することができる。

図７は、この場合における現像バイアス電圧の制御用の矩形波信号における入力信号と、その出力を示す概略図である。図７（ａ）は、矩形波信号の立上り部分を拡大して示す図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩで示す立上り部分の一部を拡大して示す図、図７（ｃ）は、図７（ｂ）の矩形波信号から得られる出力信号を示す図である。図７（ａ）〜図７（ｃ）を参照して、矩形波信号１１１ａの立上り部分は、領域１１２ａに示す第一の段階Ｘ_１の低電圧レベル、領域１１２ｂに示す第二の段階Ｘ_２の中電圧レベル、領域１１２ｃに示す第三の段階Ｘ_３の高電圧レベルとなるよう複数の段階を経て電圧が段階的に高くなるよう制御されている。このような矩形波信号１１１ａ、１１１ｂの入力信号により、図７（ｃ）のような矩形波信号の出力信号１１１ｃが得られる。

このように、複数の段階を経て電圧を段階的に変更する場合には、領域１１２ａや領域１１２ｂの間隔、すなわち、第一の段階Ｘ_１の電圧や第二の段階Ｘ_２の電圧を維持する時間を正確に計測する必要がある。この場合、制御部（ＣＰＵ）におけるタイマアレイユニットを占有して時間を計測すると、他の処理における時間計測ができないことになり、不都合が生じる。また、時間計測用のＣＰＵを新たに増加することも考えられるが、このような構成では安価な構成とすることができない。

この発明の目的は、安価な構成で適切に現像バイアス電圧を制御することができる現像バイアス制御装置を提供することである。

この発明の他の目的は、画像品質を向上することができる現像装置を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、画像品質を向上することができる画像形成装置を提供することである。

この発明に係る現像バイアス制御装置は、複数の段階の電圧を経て現像バイアス電圧を所定の電圧にするよう制御する段階制御手段と、タイマアレイユニットを有する制御部と、タイマアレイユニットのタイムアウト割込みによって、各段階の電圧を維持する時間を調整する時間調整手段と、タイマアレイユニットのタイムアウト割込みの数をカウントするカウント手段と、カウント手段によりカウントした数が所定の数に達すれば、電圧を異なる段階の電圧へ変更する変更手段と、制御部の処理の負荷の量に応じて、時間調整手段を作動させるか否かを判断する制御手段とを備える。

さらに好ましくは、制御部の処理の負荷の量が所定の量よりも少なければ、時間調整手段を作動させるよう制御する制御手段を備える。

さらに好ましくは、電圧が所定の電圧に達すれば、タイマアレイユニットのタイムアウト割込みの設定を解除する解除手段を備える。

この発明の他の局面においては、現像装置は、上記したいずれかの現像バイアス制御装置と、現像バイアス制御装置によって制御され、現像剤を供給する現像剤供給回転体とを含む。

この発明のさらに他の局面においては、画像形成装置は、上記した現像装置を含む。

この発明によると、制御部の有するタイマアレイユニットのタイムアウト割込みによって、各段階の電圧を維持する時間を調整する。そうすると、複数の段階を経て所定の電圧とするときに、各段階における電圧を正確に制御することができる。また、このような構成とすると、新たに時間計測用の制御部を設ける必要はない。したがって、安価な構成で適切に現像バイアス電圧を制御することができる。

また、このような現像装置および画像形成装置によると、現像バイアス電圧を適切に制御することができる現像バイアス制御装置を備えるため、画像品質をより向上することができる。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１はこの発明の一実施形態に係る現像バイアス制御装置を備える現像装置を含む画像形成装置を、デジタル複合機１０に適用した場合のデジタル複合機１０の構成を示すブロック図である。図１を参照して、デジタル複合機１０は、デジタル複合機１０全体を制御する制御部１１と、画像データ等の書込みや読出しを行うためのＤＲＡＭ１２と、デジタル複合機１０の有する情報を表示する表示画面を含み、デジタル複合機１０におけるユーザとのインターフェースとなる操作部１３と、原稿を自動的に所定の原稿読取り位置へ搬送する原稿送り装置１４と、原稿送り装置１４によって搬送されてきた原稿の画像を所定の読取り位置で読取る画像読取り部１５と、画像読取り部１５で読取られた原稿等からその画像を形成し、用紙に出力する現像装置１６と、画像データ等を格納するハードディスク１７と、公衆回線２０に接続されるＦＡＸ通信部１８と、ネットワーク２１と接続するためのネットワークＩＦ（インターフェース）部１９とを含む。

制御部１１は、画像読取り部１５から与えられる原稿データをＤＲＡＭ１２に圧縮符号化して書き込み、ＤＲＡＭ１２に書き込んだデータを読出し、伸張符号化して現像装置１６により出力する。

デジタル複合機１０は、画像読取り部１５により読取られた原稿を用いて、ＤＲＡＭ１２を介して現像装置１６において画像を形成することにより、複写機として作動する。また、デジタル複合機１０は、ネットワークＩＦ部１９を通じて、ネットワーク２１に接続されたパソコン２２から送信された画像データを用いて、ＤＲＡＭ１２を介して現像装置１６において画像を形成することにより、プリンターとして作動する。さらに、デジタル複合機１０は、ＦＡＸ通信部１８を通じて、公衆回線２０から送信された画像データを用いて、ＤＲＡＭ１２を介して現像装置１６において画像を形成することにより、また、画像読取り部１５により読取られた原稿の画像データを、ＦＡＸ通信部１８を通じて公衆回線２０に画像データを送信することにより、ファクシミリ装置として作動する。

なお、図１において太線の矢印は画像データの流れを示しており、細線の矢印は制御信号または制御データの流れを示している。

次に、現像装置１６の構成について説明する。図２は、デジタル複合機１０に備えられる現像装置１６の一部を示す概略図である。図２中において、用紙の流れを矢印で示している。図１および図２を参照して、現像装置１６は、フルカラーの画像を形成可能であり、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色に対応する現像器２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄと、各現像器２６ａ〜２６ｄにおいて現像された各色の画像を転写する中間転写体としての転写ベルト２７とを含む。

現像器２６ａは、感光体２５ａへ現像剤（図示せず）を供給する現像スリーブ３１ａと、現像スリーブ３１ａへ現像剤を供給するマグネットローラ３２ａと、マグネットローラ３２ａへ現像剤を補給するトナーホッパー３３ａとを有する１．５成分系の現像方式である。感光体２５ａに最も近い位置に現像スリーブ３１ａが設けられており、その上方にマグネットローラ３２ａ、さらにその上方にトナーホッパー３３ａが設けられている。トナーホッパー３３ａから供給された現像剤（トナー）は、マグネットローラ３２ａにおいてキャリアと共に十分攪拌され、その後、現像スリーブ３１ａに供給され、現像スリーブ３１ａから感光体２５ａへ供給されて現像される。このようにして、現像器２６ａで、画像を形成する。すなわち、現像装置１６に含まれる現像剤供給回転体は、現像スリーブ３１ａと、現像スリーブ３１ａに現像剤を供給するマグネットローラ３２ａとを含む。

なお、その他の現像器２６ｂ〜２６ｄについても、感光体２５ｂ、２５ｃ、２５ｄへそれぞれ現像剤を供給する現像スリーブ３１ｂ、３１ｃ、３１ｄと、現像スリーブ３１ｂ〜３１ｄへ現像剤を供給するマグネットローラ３２ｂ、３２ｃ、３２ｄと、マグネットローラ３２ｂ〜３２ｄへ現像剤を補給するトナーホッパー３３ｂ、３３ｃ、３３ｄとを含む。現像器２６ｂ〜２６ｄの構成は、現像器２６ａと同様であるため、その説明を省略する。

各現像器２６ａ〜２６ｄで形成された各色の画像は、転写ベルト２７上に順次重ね合わせるように転写される。このように４色の画像を重ね合わせて、転写ベルト２７上にフルカラー画像が形成される。すなわち、現像スリーブ３１ａ〜３１ｄ、およびマグネットローラ３２ａ〜３２ｄは、フルカラーの画像を形成するために用いられる。転写ベルト２７上に形成されたフルカラー画像は、カセット２４から転写部２８まで給紙された用紙Ｐに転写される。フルカラー画像を転写された用紙Ｐは、定着部（図示せず）を経て、排出トレイ２９に排出される。

各現像器２６ａ〜２６ｄに設けられた現像スリーブ３１ａ〜３１ｄおよびマグネットローラ３２ａ〜３２ｄには、適切な画像を形成するために、高圧ユニット（図示せず）から現像バイアス電圧が印加される。ここで、現像装置１６は、現像剤を供給する現像剤供給回転体としての現像スリーブ３１ａ〜３１ｄおよびマグネットローラ３２ａ〜３２ｄに印加する現像バイアス電圧をソフトウェアで制御する現像バイアス制御装置（図示せず）を備える。

図３は、現像バイアス制御装置のブロック図である。図３において、矢印は制御信号または制御データの流れを示している。図３を参照して、現像バイアス制御装置４１は、高圧ユニット用の高圧を付与する制御部１１と、デジタル信号をアナログ信号に変換して出力するＤＡＣ（ＤｉｇｉｔａｌＡｎａｌｏｇＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）４２と、アナログ信号のスイッチとなるアナログスイッチ４３と、現像バイアス電圧の制御用の矩形波信号から、現像スリーブ３１ａ等に現像バイアス電圧を印加する高圧ユニット４４とを含む。また、制御部１１は、アナログスイッチ４３への入力信号を生成するタイマアレイユニット（図示せず）を有する。現像バイアス制御装置４１は、後述するように、複数の電圧を経て所定の電圧となるよう、現像バイアス電圧を制御する。

制御部１１は、内蔵のタイマアレイユニット（図示せず）を用い、制御部１１からアナログスイッチ４３へＤＡＣ４２への出力切替え信号を出力する。この出力切替え信号は、後述する矩形波信号である。アナログスイッチ４３は、入力されたＤＡＣ４２の出力切替え信号に従って、ＤＡＣ４２からの出力を切替え、高圧ユニット４４に制御用の矩形波信号を出力する。

ここで、現像バイアス制御装置４１は、複数の段階の電圧を経て現像バイアス電圧を所定の電圧にするよう制御する段階制御手段と、タイマアレイユニットのタイムアウト割込みによって、各段階の電圧を維持する時間を調整する時間調整手段とを備える。また、現像バイアス制御装置４１は、タイマアレイユニットのタイムアウト割込みの数をカウントするカウント手段と、カウント手段によりカウントした数が所定の数に達すれば、電圧を異なる段階の電圧へ変更する変更手段とを備える。

次に、現像装置１６に含まれる現像スリーブ３１ｂの現像バイアス電圧の制御を行なう場合について説明する。図４は、現像バイアス電圧を印加する場合のフローチャートである。図５は、現像バイアス電圧の制御用の矩形波信号４５の立上り部分の一部を示す概略図であり、上記した図７（ｂ）に対応する。ここでは、矩形波信号４５を構成する立上りおよび立下りのうち、立上り部分について説明する。図１〜図５を参照して、現像バイアス電圧の制御の要求を受付けると（図４において、ステップＳ１１、以下、ステップを省略する）、まず、タイマアレイユニットのタイムアウト割込みが可能となるよう設定する（Ｓ１２）。次に、タイマアレイユニットにタイムアウト割込みが発生すれば（Ｓ１３）、割込みカウンタを１増加させる（Ｓ１４）。このようにして、タイマアレイユニットにタイムアウト割込みが発生すれば、その都度割込みカウンタを１ずつ増加させる。

その後、割込みカウンタの数が所定の数に達したか否かを判断する（Ｓ１５）。割込みカウンタの数が所定の数に達すれば（Ｓ１５において、ＹＥＳ）、異なる段階の電圧へ変更する（Ｓ１６）。ここでは、図５を参照して、ポイントＰ_１の位置において、第一の段階Ｌ_１の電圧から第一の段階Ｌ_１よりも高い第二の段階Ｌ_２の電圧まで増加させるよう変更する。具体的には、アナログスイッチ４３への入力周波数を３ＫＨｚ（３０００Ｈｚ）、段階制御時間ｔを１００ｍ秒（０．１秒）とした場合、タイマアレイユニットへのタイムアウト割込みのカウント数が０．１／（１／３０００）＝３００に達すれば、段階制御時間ｔが経過したと判断して、異なる段階の電圧へ変更する。なお、割込みカウンタの数が所定の数に達していなければ（Ｓ１５において、ＮＯ）、そのままの段階の電圧を維持する。

その後、第二の段階Ｌ_２の電圧を維持し、再び、タイマアレイユニットのタイムアウト割込みが発生すれば、割込みカウンタの数を１増加させる。そして、割込みカウンタの数が所定の数まで達すれば、段階制御時間ｔが経過したと判断して、ポイントＰ_２の位置において、第二の段階Ｌ_２の電圧からさらに第三の段階Ｌ_３の電圧まで増加させるよう変更する。このようにして、電圧が所定の段階の電圧である第三の段階Ｌ_３の電圧に達して段階的な制御が終了するまで、電圧を維持する時間を調整する（Ｓ１７）。なお、第一、第二、第三の段階の差は、略均一となるよう構成されている。こうすることにより、より滑らかに矩形波信号の立上り部分を構成することができる。

段階制御が終了すれば（Ｓ１７において、ＹＥＳ）、タイマアレイユニットへのタイムアウト割込みを行なえないよう設定手段による設定を解除する（Ｓ１８）。こうすることにより、メイン処理の処理ルーチンの停滞を防止することができる。ここで、制御部１１は、解除手段として作動する。このようにして、現像バイアス電圧の制御を行なう。

このように構成することにより、複数の段階を経て所定の電圧とするときに、各段階における電圧を正確に制御することができる。また、このような構成とすると、新たに時間計測用の制御部を設ける必要はない。したがって、安価な構成で適切に現像バイアス電圧を制御することができる。

また、このような現像装置１６およびデジタル複合機１０によると、現像バイアス電圧を適切に制御することができる現像バイアス制御装置４１を備えるため、画像品質をより向上することができる。

なお、上記の実施の形態においては、矩形波信号の立上り部分の制御について説明したが、これに限らず、矩形波信号の立下り部分の制御について適用してもよい。また、上記したカウント数は、アナログスイッチへの入力周波数や段階制御時間等によって任意に変更される。

なお、上記の実施の形態においては、３段階で電圧を変更することとしたが、これに限らず、４段階以上または２段階で変更することにしてもよい。さらに、電圧の各段階の差は略均一となるようにしたが、これに限らず、要求される制御内容に応じて、電圧の各段階の差が異なるよう設定してもよい。

また、上記の実施の形態において、制御部の処理の負荷の量に応じて、時間調整手段を作動させるか否かを判断するようにしてもよい。すなわち、制御部の処理の負荷の量が少なければ、上記した時間調整手段を作動させるようにする。こうすることによっても、適切に現像バイアス電圧を制御することができる。

なお、上記の実施の形態においては、デジタル複合機に備えられる制御部によって、現像バイアス制御装置の動作を制御することにしたが、これに限らず、現像バイアス制御装置は、その内部に制御部を備え、この制御部によって制御を行なうよう構成してもよい。

また、上記の実施の形態においては、現像装置に含まれる各現像器は、現像剤供給回転体として、現像スリーブおよびマグネットローラを含む構成としたが、これに限らず、現像装置に含まれる各現像器において、複数の現像スリーブのみ、または複数のマグネットローラのみを有する１成分系の現像装置、または２成分系の現像装置の構成であってもよい。さらに、１つの現像器が現像スリーブおよびマグネットローラを備える構成であってもよい。さらに、１つの現像器について、３以上の現像スリーブや３以上のマグネットローラを備える構成であってもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明の一実施形態に係る現像バイアス制御装置を含む現像装置を備えるデジタル複合機の全体構成を示すブロック図である。現像装置の一部を示す概略図である。現像バイアス制御装置の一部を示すブロック図である。現像バイアス電圧を制御する場合の動作を示すフローチャートである。この発明の一実施形態に係る現像バイアス制御装置によって出力される現像バイアス電圧の制御用の矩形波信号を示す図である。矩形波信号を送信する場合の概念図である。従来において段階的に電圧を増加させた現像バイアス電圧の制御用の矩形波信号を示す図であり、（ａ）立上り部分の一部を示す図、（ｂ）（ａ）のＶＩＩで示す部分の拡大図、（ｃ）（ｂ）の入力信号により得られた出力信号を示す図である。

符号の説明

１０デジタル複合機、１１制御部、１２ＤＲＡＭ、１３操作部、１４原稿送り装置、１５画像読取り部、１６現像装置、１７ハードディスク、１８ＦＡＸ通信部、１９ネットワークＩＦ部、２０公衆回線、２１ネットワーク、２２パソコン、２４カセット、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ感光体、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ現像器、２７転写ベルト、２８転写部、２９排出トレイ、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ現像スリーブ、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄマグネットローラ、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄトナーホッパー、４１現像バイアス制御装置、４２ＤＡＣ、４３アナログスイッチ、４４高圧ユニット、４５矩形波信号。

Claims

複数の段階の電圧を経て現像バイアス電圧を所定の電圧にするよう制御する段階制御手段と、
タイマアレイユニットを有する制御部と、
前記タイマアレイユニットのタイムアウト割込みによって、前記各段階の電圧を維持する時間を調整する時間調整手段と、
前記タイマアレイユニットのタイムアウト割込みの数をカウントするカウント手段と、
前記カウント手段によりカウントした数が所定の数に達すれば、電圧を異なる段階の電圧へ変更する変更手段と、
前記制御部の処理の負荷の量に応じて、前記時間調整手段を作動させるか否かを判断する制御手段とを備える、現像バイアス制御装置。
前記制御手段は、前記制御部の処理の負荷の量が所定の量よりも少なければ、前記時間調整手段を作動させるよう制御する、請求項１に記載の現像バイアス制御装置。
電圧が所定の電圧に達すれば、前記タイマアレイユニットのタイムアウト割込みの設定を解除する解除手段を備える、請求項１または２に記載の現像バイアス制御装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の現像バイアス制御装置と、
前記現像バイアス制御装置によって制御され、現像剤を供給する現像剤供給回転体とを含む、現像装置。
請求項４に記載の現像装置を備える、画像形成装置。