JP5478020B2 - 波形生成装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、波形生成装置及び当該波形生成装置を備えた画像形成装置に関する。

従来では、プリンタ等の画像形成装置において、現像バイアス波形などの複雑且つ高精度なコントロール波形（複数の電圧、任意の周波数を有する波形）を生成するために、Ｄ／Ａコンバータを任意のタイミングで任意の電圧に設定を繰り返す方法が用いられている。また、Ｄ／Ａコンバータの制御には、コントロール波形をユニバーサルに変化できるようにマイコンを用いることが一般的であり、これにより状況に応じた複雑なコントロール波形の生成が可能となる。例えば、下記特許文献１には、４つのＤ／Ａコンバータを用いて、４つのデジタル画像データを並列的にアナログ信号に変換し、これら４つのアナログ信号をアナログスイッチにより順次切り替えて１つのビデオ信号とする技術が開示されている。
特開平６−１９４３５号公報

ところで、制御チャネル数が増加したり、周波数が高くなる等、Ｄ／Ａコンバータの制御間隔が短くなるに従ってマイコンのソフトウェア処理負荷が増加してしまい、所望のタイミングに処理を行うことができず、処理が遅れて実行されるという不具合が発生する（特に制御チャネルが増加して複数のチャネルを同時に制御する必要がある場合など）。この場合、コントロール波形は意図したものと異なる波形となってしまう。また、Ｄ／Ａコンバータ自体についてもセトリングタイム（デジタルデータを設定してからアナログ出力が設定値に到達するまでの時間）が存在し、制御間隔を短くできない要因となっている。
このような問題に対応するためには、高性能・高速度のマイコンやＤ／Ａコンバータを使用する必要があり、コストの増大を招いていた。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、コストの増大を抑制しつつ高精度且つ高速にユニバーサルなコントロール波形を生成することが可能な波形生成装置及び当該波形生成装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、波形生成装置に係る第１の解決手段として、複数の出力ポートを有し、各出力ポートに対応して設定された電圧値を有する直流電圧を前記各出力ポートから出力するＤ／Ａコンバータと、前記Ｄ／Ａコンバータの各出力ポートから出力される直流電圧と、各直流電圧の選択タイミングを規定するタイミング信号とを入力とし、前記タイミング信号に従って各直流電圧を選択的に出力する電圧選択手段と、所望の電圧波形が得られるように前記タイミング信号を生成して前記電圧選択手段に出力するタイミング信号発生手段と、前記Ｄ／Ａコンバータの各出力ポートに対応する電圧値を設定するとともに、前記タイミング信号発生手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

また、波形生成装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記タイミング信号発生手段は、前記制御手段に内蔵されたタイマーであることを特徴とする。

さらに、本発明は、画像形成装置に係る解決手段として、上述した波形生成装置を備え、前記波形生成装置によって生成された所定の電圧波形を使用することを特徴とする。

本発明によれば、従来のようにマイコン（制御手段）のソフトウェア処理能力やＤ／Ａコンバータのセトリングタイムに制約されることなく電圧波形の生成が可能であり、その波形の切り換え速度は電圧選択手段の切り換え応答性にのみ依存する。これにより、安価なＤ／Ａコンバータ及びマイコンを用いることができるため、コストの増大を抑制しつつ高精度且つ高速にユニバーサルな電圧波形を生成することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る波形生成装置及び画像形成装置の一実施形態について説明する。
〔波形生成装置〕
図１は、本実施形態に係る波形生成装置のブロック構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る波形生成装置は、ｎ個のコントロール波形生成回路１−１〜１−ｎ及びマイコン５を備えている。１番目のコントロール波形生成回路１−１は、Ｄ／Ａコンバータ２−１、アナログスイッチ３−１及び増幅器４−１から構成されている。２番目のコントロール波形生成回路１−２は、Ｄ／Ａコンバータ２−２、アナログスイッチ３−２及び増幅器４−２から構成されている。以下同様に、ｎ番目のコントロール波形生成回路１−ｎは、Ｄ／Ａコンバータ２−ｎ、アナログスイッチ３−ｎ及び増幅器４−ｎから構成されている。このように、各コントロール波形生成回路１−１〜１−ｎは同様の構成であるため、以下では１番目のコントロール波形生成回路１−１を代表的に用いて説明する。また、マイコン５はタイマー６を内蔵している。

コントロール波形生成回路１−１において、Ｄ／Ａコンバータ２−１は、シリアルデジタルデータの入力ポートＰＩとＮ個の出力ポートＰＯ１〜ＰＯＮとを有し、マイコン５から入力ポートＰＩに入力されるシリアルデジタルデータによって各出力ポートＰＯ１〜ＰＯＮに対応する電圧値が設定されると共に、当該設定された電圧値を有する直流電圧を各出力ポートＰＯ１〜ＰＯＮから出力する。

アナログスイッチ（電圧選択手段）３−１は、例えばＭＯＳ（Positive Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ等の高速スイッチング素子から構成されており、Ｄ／Ａコンバータ２−１の各出力ポートＰＯ１〜ＰＯＮから出力される直流電圧と、マイコン５（詳細にはタイマー６）から出力される、各直流電圧の選択タイミングを規定するタイミング信号とを入力とし、このタイミング信号に従って各直流電圧を選択的に１番目のコントロール波形Ｗ１として増幅器４−１に出力する。増幅器４−１は、アナログスイッチ３−１から出力される直流電圧（コントロール波形Ｗ１）を増幅して出力する。

マイコン（制御手段）５は、Ｄ／Ａコンバータ２−１の各出力ポートＰＯ１〜ＰＯＮに対応する電圧値を設定するためのシリアルデジタルデータをＤ／Ａコンバータ２−１の入力ポートＰＩに出力する。なお、このマイコン５は、Ｄ／Ａコンバータ２−２〜２−ｎの入力ポートＰＩにも同様にシリアルデジタルデータを出力する。タイマー６は、マイコン５の制御の下、所望のコントロール波形Ｗ１が得られるように、Ｄ／Ａコンバータ２−１の各出力ポートＰＯ１〜ＰＯＮから出力される各直流電圧の選択タイミングを規定するタイミング信号を生成し、このタイミング信号をアナログスイッチ３−１に出力する。なお、このタイマー６は、アナログスイッチ３−２〜３−ｎにも同様にタイミング信号を出力する。

続いて、上記のように構成された本実施形態に係る波形生成装置の動作について図２のタイミングチャートを参照して説明する。なお、説明の簡略化のため、動作についても１番目のコントロール波形生成回路１−１を代表的に用いて説明すると共に、Ｄ／Ａコンバータ２−１の出力ポートがＰＯ１〜ＰＯ４の４つの場合を想定して説明する。

図２に示すように、時刻Ｔ１において、マイコン５は、Ｄ／Ａコンバータ２−１の出力ポートＰＯ１に対応する電圧値（本実施形態では０Ｖとする）を設定するためのシリアルデジタルデータを、Ｄ／Ａコンバータ２−１の入力ポートＰＩに出力する。これによりＤ／Ａコンバータ２−１の出力ポートＰＯ１から０Ｖの直流電圧が出力される。また、時刻Ｔ２において、マイコン５は、Ｄ／Ａコンバータ２−１の出力ポートＰＯ２に対応する電圧値（本実施形態では１．０Ｖとする）を設定するためのシリアルデジタルデータを、Ｄ／Ａコンバータ２−１の入力ポートＰＩに出力する。これによりＤ／Ａコンバータ２−１の出力ポートＰＯ２から１．０Ｖの直流電圧が出力される。

また、時刻Ｔ３において、マイコン５は、Ｄ／Ａコンバータ２−１の出力ポートＰＯ３に対応する電圧値（本実施形態では２．０Ｖとする）を設定するためのシリアルデジタルデータを、Ｄ／Ａコンバータ２−１の入力ポートＰＩに出力する。これによりＤ／Ａコンバータ２−１の出力ポートＰＯ３から２．０Ｖの直流電圧が出力される。また、時刻Ｔ４において、マイコン５は、Ｄ／Ａコンバータ２−１の出力ポートＰＯ４に対応する電圧値（本実施形態では３．０Ｖとする）を設定するためのシリアルデジタルデータを、Ｄ／Ａコンバータ２−１の入力ポートＰＩに出力する。これによりＤ／Ａコンバータ２−１の出力ポートＰＯ４から３．０Ｖの直流電圧が出力される。

マイコン５は、上述したＤ／Ａコンバータ２−１の電圧設定と並列的にタイマー６のタイマーセットを行っており、これに従ってタイマー６はＤ／Ａコンバータ２−１の各出力ポートＰＯ１〜ＰＯ４から出力される各直流電圧（０Ｖ〜３．０Ｖ）の選択タイミングを規定するタイミング信号をアナログスイッチ３−１に出力する。例えば、図２に示すように、時刻Ｔ５に到達する前の期間において、直流電圧０Ｖ（つまり出力ポートＰＯ１の出力電圧）を選択するようなタイミング信号がアナログスイッチ３−１に出力された場合、アナログスイッチ３−１は直流電圧０Ｖをコントロール波形Ｗ１として選択的に出力する。

また、時刻Ｔ５−Ｔ６の期間において、直流電圧１．０Ｖ（つまり出力ポートＰＯ２の出力電圧）を選択するようなタイミング信号がアナログスイッチ３−１に出力された場合、アナログスイッチ３−１は直流電圧１．０Ｖを時刻Ｔ５−Ｔ６の期間におけるコントロール波形Ｗ１として選択的に出力する。また、時刻Ｔ６−Ｔ７の期間において、直流電圧３．０Ｖ（つまり出力ポートＰＯ４の出力電圧）を選択するようなタイミング信号がアナログスイッチ３−１に出力された場合、アナログスイッチ３−１は直流電圧３．０Ｖを時刻Ｔ６−Ｔ７の期間におけるコントロール波形Ｗ１として選択的に出力する。

また、時刻Ｔ７−Ｔ８の期間において、直流電圧１．０Ｖ（つまり出力ポートＰＯ２の出力電圧）を選択するようなタイミング信号がアナログスイッチ３−１に出力された場合、アナログスイッチ３−１は直流電圧１．０Ｖを時刻Ｔ７−Ｔ８の期間におけるコントロール波形Ｗ１として選択的に出力する。また、時刻Ｔ８−Ｔ９の期間において、直流電圧３．０Ｖ（つまり出力ポートＰＯ４の出力電圧）を選択するようなタイミング信号がアナログスイッチ３−１に出力された場合、アナログスイッチ３−１は直流電圧３．０Ｖを時刻Ｔ８−Ｔ９の期間におけるコントロール波形Ｗ１として選択的に出力する。

また、時刻Ｔ９−Ｔ１０の期間において、直流電圧２．０Ｖ（つまり出力ポートＰＯ３の出力電圧）を選択するようなタイミング信号がアナログスイッチ３−１に出力された場合、アナログスイッチ３−１は直流電圧２．０Ｖを時刻Ｔ９−Ｔ１０の期間におけるコントロール波形Ｗ１として選択的に出力する。また、時刻Ｔ１０−Ｔ１１の期間において、直流電圧１．０Ｖ（つまり出力ポートＰＯ２の出力電圧）を選択するようなタイミング信号がアナログスイッチ３−１に出力された場合、アナログスイッチ３−１は直流電圧１．０Ｖを時刻Ｔ１０−Ｔ１１の期間におけるコントロール波形Ｗ１として選択的に出力する。

以上のように、本実施形態に係る波形生成装置では、従来のようにマイコン５のソフトウェア処理能力やＤ／Ａコンバータ２−１のセトリングタイムに制約されることなくコントロール波形Ｗ１の生成が可能であり、その波形の切り換え速度はアナログスイッチ３−１の切り換え応答性にのみ依存する（アナログスイッチ３−１としてＭＯＳトランジスタを用いればｎｓｅｃ単位で切り換え可能）。これにより、安価なマイコン５及びＤ／Ａコンバータ２−１を用いることができるため、コストの増大を抑制しつつ高精度且つ高速にユニバーサルなコントロール波形を生成することが可能となる。

〔画像形成装置への応用例〕
次に、上述した波形生成装置を備える画像形成装置について説明する。なお、以下では、本波形生成装置をレーザプリンタや複写機等の画像形成装置における現像ロールバイアス波形及び磁気ロールバイアス波形の生成に適用した場合を例示して説明する。現像ロールと磁気ロールに特定の交流バイアス波形を印加することで、トナーを感光体の静電潜像に現像させる画像形成装置では、交流バイアス波形の電圧、周波数、Ｄｕｔｙ比が画質に大きな影響を与えることがわかっており、高精度な波形制御が必要である。

図３に、レーザプリンタや複写機等の画像形成装置における現像ロールバイアス波形及び磁気ロールバイアス波形の生成を行う波形生成装置のブロック構成図を示す。図３に示すように、Ｄ／Ａコンバータ１０は、シリアルデジタルデータの入力ポートＰＩと３つの出力ポートＰＯ１〜ＰＯ３とを有し、マイコン５０から入力ポートＰＩに入力されるシリアルデジタルデータによって各出力ポートＰＯ１〜ＰＯ３に対応する電圧値が設定されると共に、当該設定された電圧値を有する直流電圧を各出力ポートＰＯ１〜ＰＯ３から出力する。

アナログスイッチ２０は、第１スイッチ２０ａ、第２スイッチ２０ｂ及び第３スイッチ２０ｃから構成されている。第１スイッチ２０ａの一方の入力端子はグランド（０Ｖ）と接続されており、他方の入力端子はＤ／Ａコンバータ１０の出力ポートＰＯ１と接続されており、出力端子は第２スイッチ２０ｂの一方の入力端子と接続されている。この第１スイッチ２０ａは、Ｄ／Ａコンバータ１０の出力ポートＰＯ１から出力される直流電圧の選択タイミングを規定するＰＷＭ信号Ｓ１に応じて、２つの入力端子と出力端子との接続状態を切り替える。具体的には、第１スイッチ２０ａは、ＰＷＭ信号Ｓ１がローレベルの場合に一方の入力端子（グランド）と出力端子とを接続し、ハイレベルの場合に他方の入力端子（出力ポートＰＯ１）と出力端子とを接続する。

第２スイッチ２０ｂの一方の入力端子は第１スイッチ２０ａの出力端子と接続されており、他方の入力端子はＤ／Ａコンバータ１０の出力ポートＰＯ２と接続されており、出力端子は増幅器３０の入力端子と接続されている。この第２スイッチ２０ｂは、Ｄ／Ａコンバータ１０の出力ポートＰＯ２から出力される直流電圧の選択タイミングを規定するＰＷＭ信号Ｓ２に応じて、２つの入力端子と出力端子との接続状態を切り替える。具体的には、第２スイッチ２０ｂは、ＰＷＭ信号Ｓ２がローレベルの場合に一方の入力端子と出力端子とを接続し、ハイレベルの場合に他方の入力端子（出力ポートＰＯ２）と出力端子とを接続する。

第３スイッチ２０ｃの一方の入力端子はグランド（０Ｖ）と接続されており、他方の入力端子はＤ／Ａコンバータ１０の出力ポートＰＯ３と接続されており、出力端子は増幅器４０の入力端子と接続されている。この第３スイッチ２０ｃは、Ｄ／Ａコンバータ１０の出力ポートＰＯ３から出力される直流電圧の選択タイミングを規定するＰＷＭ信号Ｓ３に応じて、２つの入力端子と出力端子との接続状態を切り替える。具体的には、第３スイッチ２０ｃは、ＰＷＭ信号Ｓ３がローレベルの場合に一方の入力端子（グランド）と出力端子とを接続し、ハイレベルの場合に他方の入力端子（出力ポートＰＯ３）と出力端子とを接続する。

増幅器３０は、第２スイッチ２０ｂの出力端子から出力される直流電圧（グランド、出力ポートＰＯ１、ＰＯ２のいずれかの電圧）を増幅して現像ロールバイアス波形ＷＬ１を出力する。増幅器４０は、第３スイッチ２０ｃの出力端子から出力される直流電圧（グランド、出力ポートＰＯ３のいずれかの電圧）を増幅して磁気ロールバイアス波形ＷＬ２を出力する。

マイコン５０は、Ｄ／Ａコンバータ１０の各出力ポートＰＯ１〜ＰＯ３に対応する電圧値を設定するためのシリアルデジタルデータをＤ／Ａコンバータ１０の入力ポートＰＩに出力する。タイマー６０は、マイコン５０の制御の下、所望の現像ロールバイアス波形ＷＬ１が得られるように、Ｄ／Ａコンバータ１０の出力ポートＰＯ１、ＰＯ２から出力される各直流電圧の選択タイミングを規定するＰＷＭ信号Ｓ１、Ｓ２を生成し、ＰＷＭ信号Ｓ１を第１スイッチ２０ａに出力すると共にＰＷＭ信号Ｓ２を第２スイッチ２０ｂに出力する。また、このタイマー６０は、所望の磁気ロールバイアス波形ＷＬ２が得られるように、Ｄ／Ａコンバータ１０の出力ポートＰＯ３から出力される直流電圧の選択タイミングを規定するＰＷＭ信号Ｓ３を生成し、このＰＷＭ信号Ｓ３を第３スイッチ２０ｃに出力する。

続いて、上記のように構成された波形生成装置の動作について図４のタイミングチャートを参照して説明する。
図４に示すように、時刻Ｔ１において、マイコン５０は、Ｄ／Ａコンバータ１０の出力ポートＰＯ１に対応する電圧値（本実施形態では２．０Ｖとする）を設定するためのシリアルデジタルデータを、Ｄ／Ａコンバータ１０の入力ポートＰＩに出力する。これによりＤ／Ａコンバータ１０の出力ポートＰＯ１から２．０Ｖの直流電圧が出力される。また、時刻Ｔ２において、マイコン５０は、Ｄ／Ａコンバータ１０の出力ポートＰＯ２に対応する電圧値（本実施形態では１．０Ｖとする）を設定するためのシリアルデジタルデータを、Ｄ／Ａコンバータ１０の入力ポートＰＩに出力する。これによりＤ／Ａコンバータ１０の出力ポートＰＯ２から１．０Ｖの直流電圧が出力される。また、時刻Ｔ３において、マイコン５０は、Ｄ／Ａコンバータ１０の出力ポートＰＯ３に対応する電圧値（本実施形態では１．５Ｖとする）を設定するためのシリアルデジタルデータを、Ｄ／Ａコンバータ１０の入力ポートＰＩに出力する。これによりＤ／Ａコンバータ１０の出力ポートＰＯ３から１．５Ｖの直流電圧が出力される。

マイコン５０は、上述したＤ／Ａコンバータ１０の電圧設定と並列的にタイマー６０のタイマーセットを行っており、これに従ってタイマー６０はＰＷＭ信号Ｓ１〜Ｓ３を生成してアナログスイッチ２０に出力する。例えば、図４に示すように、時刻Ｔ４に到達する前の期間において、ＰＷＭ信号Ｓ１、Ｓ２がローレベルであった場合、第２スイッチ２０ｂの出力端子からはグランドレベルである０Ｖが現像ロールバイアス波形ＷＬ１として出力される。一方、時刻Ｔ６に到達する前の期間において、ＰＷＭ信号Ｓ３がローレベルであった場合、第３スイッチ２０ｃの出力端子からはグランドレベルである０Ｖが磁気ロールバイアス波形ＷＬ２として出力される。

ここで、図４に示すように、時刻Ｔ４−Ｔ５の期間において、ＰＷＭ信号Ｓ１がハイレベルになり、ＰＷＭ信号Ｓ２がローレベルに維持された場合、第１スイッチ２０ａの出力端子と他方の入力端子（出力ポートＰＯ１）とが接続されるため、第２スイッチ２０ｂの出力端子からは出力ポートＰＯ１の２．０Ｖが現像ロールバイアス波形ＷＬ１として出力される。また、時刻Ｔ８−Ｔ９の期間において、ＰＷＭ信号Ｓ２がハイレベルになった場合、第２スイッチ２０ｂの出力端子と他方の入力端子（出力ポートＰＯ２）とが接続されるため、ＰＷＭ信号Ｓ１の状態に拘わらず第２スイッチ２０ｂの出力端子からは出力ポートＰＯ２の１．０Ｖが現像ロールバイアス波形ＷＬ１として出力される。一方、時刻Ｔ６−Ｔ７の期間において、ＰＷＭ信号Ｓ３がハイレベルになった場合、第３スイッチ２０ｃの出力端子と他方の入力端子（出力ポートＰＯ３）とが接続されるため、第３スイッチ２０ｃの出力端子からは出力ポートＰＯ３の１．５Ｖが磁気ロールバイアス波形ＷＬ２として出力される。

以上のように、本実施形態に係る波形生成装置を画像形成装置に適用することで、安価なマイコン５０及びＤ／Ａコンバータ１０を用いて、電圧、周波数、Ｄｕｔｙ比が安定した高精度な現像ロールバイアス波形磁及び磁気ロールバイアス波形を生成することができる。

なお、上記実施形態では、画像形成装置における現像ロールバイアス波形磁及び磁気ロールバイアス波形の生成に本波形生成装置を適用した場合を例示したが、この他、帯電ローラバイアス波形などのコントロール波形の生成にも適用しても良い。その場合には、Ｄ／Ａコンバータ１０とアナログスイッチ２０を複数設ける構成としても良い。

本発明の一実施形態に係る波形生成装置のブロック構成図である。 本発明の一実施形態に係る波形生成装置の動作に関するタイミングチャートである。 本発明の一実施形態に係る波形生成装置を画像形成装置に適用した場合のブロック構成図である。 本発明の一実施形態に係る波形生成装置を画像形成装置に適用した場合の動作に関するタイミングチャートである。

符号の説明

１−１〜１−ｎ…コントロール波形生成回路、２−１〜２−ｎ、１０…Ｄ／Ａコンバータ、３−１〜３−ｎ、２０…アナログスイッチ、２０ａ…第１スイッチ、２０ｂ…第２スイッチ、２０ｃ…第３スイッチ、４−１〜４−ｎ、３０、４０…増幅器、５、５０…マイコン、６、６０…タイマー

Claims (3)

1. 複数の出力ポートを有し、各出力ポートに対応して設定された電圧値を有する直流電圧を前記各出力ポートから出力するＤ／Ａコンバータと、
   前記Ｄ／Ａコンバータの各出力ポートから出力される直流電圧と、各直流電圧の選択タイミングを規定するタイミング信号とを入力とし、前記タイミング信号に従って各直流電圧を選択的に出力する電圧選択手段と、
   所望の電圧波形が得られるように前記タイミング信号を生成して前記電圧選択手段に出力するタイミング信号発生手段と、
   前記Ｄ／Ａコンバータの各出力ポートに対応する電圧値を設定するとともに、前記タイミング信号発生手段を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする波形生成装置。
2. 前記タイミング信号発生手段は、前記制御手段に内蔵されたタイマーであることを特徴とする請求項１記載の波形生成装置。
3. 請求項１または２に記載の波形生成装置を備え、
   前記波形生成装置によって生成された所定の電圧波形を使用することを特徴とする画像形成装置。

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