JP6093984B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置、特に、直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスを現像器に印加することで像担持体上の潜像を現像する画像形成装置に関する。

直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスを現像器に印加することで像担持体上の潜像を現像する画像形成装置として、特許文献1に記載の画像形成装置が知られている。この種の画像形成装置（以下で、従来の画像形成装置と称す）は、複数色毎に設けられた像担持体と、複数色毎に設けられ、現像バイアスが印加されることで対応する色の像担持体上に描画される潜像を現像する複数の現像器とを備えている。また、従来の画像形成装置は、現像バイアスの直流成分を出力する複数色毎に設けられた直流電源回路、及び現像バイアスの交流成分を出力し全色で共通である交流電源回路を有する現像バイアス電源を備えている。

ところで、従来の画像形成装置では、現像バイアスの交流成分を出力する交流電源回路を全色で共通にしたことで、モノクロプリント時に、カラープリントに対応する像担持体に現像器からトナーの一部が移動し、これが現像された画像の品質に影響を及ぼすという問題があった。

特開昭６１−１６６５５８号公報

本発明の目的は、現像バイアスの交流成分を出力する交流電源回路を全色で共通にした画像形成装置において、モノクロ印刷時に、カラープリントに対応する像担持体に現像器からトナーの一部が移動することを抑制することができる画像形成装置を提供することである。

本発明に係る画像形成装置は、
帯電したトナーを現像器から像担持体に移動させることにより現像を行う画像形成装置であって、
複数色毎に設けられた複数の像担持体と、
複数色毎に設けられ、現像バイアスが印加されることで、対応する色の像担持体上に描画される潜像を現像する複数の現像器と、
複数色毎に設けられ直流電圧を出力する複数の直流電源回路、全色で共通であり交流電圧を出力する交流電源回路、及び複数色のうち黒色以外の色の少なくとも一つの色に設けられ、前記トナーが帯びる電位に対して反対の極性の一定電位を維持する素子を有し、カラープリント時には、該複数の直流電源回路が出力する直流出力電圧のそれぞれに、該交流電源回路から出力される交流出力電圧を重畳した現像バイアスを対応する現像器に印加し、モノクロプリント時には、該交流電源回路から出力される交流出力電圧に前記素子による一定電圧を重畳した現像バイアスを、黒色以外の少なくとも一つの色に対応する現像器に印加する現像バイアス電源と、
を備えることを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置では、現像バイアス電源が、モノクロプリント時に、黒色以外の少なくとも一つの色に対応する現像バイアスに、トナーが帯びる電位に対して反対の極性の一定電位を維持する素子からの一定電圧をさらに重畳して現像器に印加する。従って、モノクロプリントの際、つまりカラープリントに対応した直流電源回路からの出力が０Ｖの際に、カラープリントに対応した現像バイアスに、トナーの電位と反対極性の一定電圧が重畳される。結果として、モノクロプリントの際に、カラーの色に対応した現像器は、トナーと反対極性の電位を帯びる。そして、モノクロプリント時は、カラープリントに対応した像担持体の表面の帯電電位は０Ｖである。これにより、モノクロプリント時に、トナーは現像器に引きよせられる。従って、本発明に係る画像形成装置では、モノクロプリント時に、現像器からカラー用の像担持体にトナーが移動することを抑制することができる。

本発明によれば、現像バイアスの交流成分を出力する交流電源回路を全色で共通にした画像形成装置において、モノクロ印刷時に、カラー用の像担持体に対応する現像器からトナーの一部が移動することを抑制することができる。

画像形成装置の内部構造を示す概略図である。 第１実施例に係る画像形成装置に備えられた現像バイアス電源の電気回路の概略と現像器との接続関係を示す図である。 現像バイアス電源が有する交流電源回路からの、カラープリント時の出力電圧を示す図である。 現像バイアス電源が有する直流電源回路からの、カラープリント時の出力電圧を示す図である。 現像バイアス電源が有する交流電源回路からの出力に、カラープリント時の直流電源回路からの出力を加えた出力電圧を示す図である。 現像バイアス電源の電気回路における交流電源回路及び直流電源回路の節点での、カラープリント時の電位を示す図である。 現像バイアス電源の電気回路における交流電源回路及び直流電源回路の節点での、モノクロプリント時の電位を示す図である。 制御手段、交流電源回路、直流電源回路、及び排紙センサの関係を示すブロック図である。 現像バイアス電源が有する各電源回路の出力制御を示すフローチャートである。 第２実施例に係る画像形成装置に備えられた現像バイアス電源の電気回路の概略と現像器との接続関係を示す図である。 第３実施例に係る画像形成装置に備えられた現像バイアス電源の電気回路の概略と現像器との接続関係を示す図である。

（画像形成装置の概略構成、図１参照）
以下、第１実施例である画像形成装置１Ａについて、添付図面を参照して説明する。各図においては、同じ部材、部分について共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

第１実施例である画像形成装置１Ａは、図１に示すように、タンデム方式の電子写真プリンタであり、画像形成装置１Ａの各部及び各手段を制御する制御部４、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の各色のトナー画像を形成するためのイメージングユニット１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）と、中間転写ユニット２０を備えている。

イメージングユニット１０は、それぞれ、感光体ドラム１１を中心として帯電チャージャ１２、現像器１３などを配置したもので、レーザー走査光学ユニット１４から照射される光によってそれぞれの感光体ドラム１１上に描画される静電潜像を、マイナスに帯電したトナーを現像器１３から感光体ドラム１１に移動させることにより、現像して各色のトナー画像を形成する。中間転写ユニット２０は、矢印Ｗ方向に無端状に回転駆動される中間転写ベルト２１を備え、各感光体ドラム１１と対向する１次転写ローラ２２から付与される電界により、各感光体ドラム１１上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト２１上に１次転写して合成する。なお、このような電子写真法による画像形成プロセスは周知であり、詳細な説明は省略する。

装置本体の下部には、被転写材（以下、用紙と称する）を１枚ずつ給紙する自動給紙ユニット３０が配置され、用紙は図示しない給紙ローラからタイミングローラ対３１を経て、前記中間転写ベルト２１と２次転写ローラ２５とのニップ部に搬送され、２次転写ローラ２５から付与される電界にてトナー画像（合成カラー画像）が２次転写される。その後、用紙は定着ユニット３５に搬送されてトナーの加熱定着を施され、装置本体の上面に配置されたトレイ部２に排出される。

（現像バイアス電源の構成 図２〜図４参照）
画像形成装置は、図２に示すような現像バイアス電源４０をさらに備える。

現像バイアス電源４０は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋで共通の交流電源回路５０、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色に対応する直流電源回路６０（６０Ｙ，６０Ｍ，６０Ｃ，６０Ｋ）、各色に対して設けられた４つのコンデンサー５６、各色に対して設けられた抵抗Ｒ１，Ｒ２、及びＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色に対応しツェナー電圧が２００Ｖであるツェナーダイオード７０（７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋ）を有する。

交流電源回路５０は、本実施例では、交流電源５２及び交流トランス５４から構成されており、制御部４の制御下で交流電圧（以下で、交流出力電圧と称す）ＡＣを出力する。具体的には、交流トランス５４の一次側に交流電源５２が接続され、交流電源５２からの交流電圧は、交流トランス５４により昇圧され、図３に示すような、１２００Ｖｐ−ｐの交流出力電圧ＡＣとして出力される。

また、交流トランス５４の二次側、つまり交流電源回路５０の出力端は、本実施例では４つに分岐され、各色に対応した４つのコンデンサー５６の一端と接続されている。これにより、交流出力電圧ＡＣは、コンデンサー５６によりカップリングされて現像器１３に向かう。また、コンデンサー５６の他端は、現像器１３へ流れる電流を制限するための抵抗Ｒ１の一端が接続されている。

各直流電源回路６０Ｙ，６０Ｍ，６０Ｃ，６０Ｋは、本実施例では、直流電源６２、及び直流トランス６４から構成されており、制御部４の制御下で、図４に示すような、電位が−４００Ｖの直流電圧（以下で、直流出力電圧と称する）ＤＣＹ，ＤＣＭ，ＤＣＣ，ＤＣＫを出力する。ここで、色毎でトナー特性が相違する等の理由から、各直流出力電圧ＤＣの電位は、安定化制御により色毎に調整される。それゆえ、直流電源回路６０は上記のとおり、色毎に個別的に設けられている。また、直流電源回路６０の出力端は、現像器１３へ流れる電流を制限するための抵抗Ｒ２の一端が接続されている。

また、抵抗Ｒ２の他端には、ツェナーダイオード７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋのアノード側の端子が接続されている。つまり、各直流電源回路６０Ｙ，６０Ｍ，６０Ｃ，６０Ｋから現像器１３に向かう方向が、ツェナーダイオード７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋの順方向となるように各ツェナーダイオード７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋは接続されている。

そして、ツェナーダイオード７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋのカソード側の端子は、現像器１３に向かう交流出力電圧ＡＣが通過する節点４２Ｙ，４２Ｍ，４２Ｃ，４２Ｋと接続されている。この節点４２Ｙ，４２Ｍ，４２Ｃ，４２Ｋにおいて、直流出力電圧ＤＣＹ，ＤＣＭ，ＤＣＣ，ＤＣＫは、ツェナーダイオードを介して、交流出力電圧ＡＣと重畳され、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの色毎の現像バイアス１２０Ｙ、１２０Ｍ、１２０Ｃ、１２０Ｋが生成される。

（現像バイアスの詳細 図２、図３、図５〜図７参照）
カラープリント時は、直流電源回路６０Ｙ，６０Ｍ，６０Ｃ，６０Ｋから−４００Ｖの直流出力電圧ＤＣＹ，ＤＣＭ，ＤＣＣ，ＤＣＫが出力される。従って、直流出力電圧ＤＣＹ，ＤＣＭ，ＤＣＣ，ＤＣＫそれぞれに、１２００Ｖｐ−ｐの交流出力電圧ＡＣを単純に重畳すると、図５に示すような、最高電圧が２００Ｖ、最低電圧が−１０００Ｖの交流電圧となる。しかし、本実施例では、図２に示すように、各直流電源回路６０Ｙ，６０Ｍ，６０Ｃ，６０Ｋの出力端と、節点４２Ｙ，４２Ｍ，４２Ｃ，４２Ｋとの間にツェナーダイオード７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋが設けられている。これにより、各現像バイアス１２０Ｙ、１２０Ｍ、１２０Ｃ、１２０Ｋは、図６に示すような、最高電圧が２００Ｖ、最低電圧が−８００Ｖの交流電圧となる。

一方、モノクロプリント時は、Ｙ，Ｍ，Ｃに対応した現像器１３から感光体ドラム１１にトナーを移動させる必要はないため、直流電源６２はオフの状態であり、各直流出力電圧ＤＣＹ，ＤＣＭ，ＤＣＣは、０Ｖである。ただし、交流電源回路５０はＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色で共用されているため、図３で示した１２００Ｖｐ−ｐの交流出力電圧ＡＣが、交流電源回路５０から出力される。ここで、本実施例では、各直流電源回路６０Ｙ，６０Ｍ，６０Ｃ，６０Ｋの出力端と、節点４２Ｙ，４２Ｍ，４２Ｃ，４２Ｋとの間にツェナーダイオード７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋが設けられている。これにより、各現像バイアス１２０Ｙ、１２０Ｍ、１２０Ｃは、図７に示すような、最高電圧が６００Ｖ、最低電圧が−４００Ｖの交流電圧となる。つまり、ツェナーダイオード７０により、各現像バイアスが、マイナスに帯電しているトナーの反対極性であるプラス側にオフセットされている。

（現像バイアスの出力制御 図６〜図９参照）
画像形成装置１Ａは、図８に示すように、操作パネル７０をさらに備えている。また、制御部４は、ＣＰＵ８０及びデータ記憶部Ｍを含んでいる。画像形成装置１Ａにおいて、図８に示すように、ユーザーからの入力を受け付ける操作パネル７０からのデータは、画像形成装置１Ａの各部を制御する制御部４内のＣＰＵ８０に送信される。これを受けてＣＰＵ８０は、制御部４内のデータ記憶部Ｍに格納された各種数値を参照して、現像バイアスを制御する。以下で、制御部４による現像バイアスの制御の詳細を説明する。

ユーザーからの入力によって本制御はスタートする。ユーザーからの入力とは、例えば、カラープリントやモノクロプリントといったプリントモードの選択をする画面の表示を要求する入力などである。

図９に示すように、ステップＳ１では、制御部４が、ユーザーによるプリントモードの選択結果を記憶する。

ステップＳ２では、制御部４が、ステップＳ１での記憶内容に基づいて、交流電源５２からの出力電圧、及び直流電源６２からの出力電圧を決定する。具体的には、プリントモードがカラープリントの場合には、制御部４は、データ記憶部Ｍに格納された各種数値を参照して、交流電源回路５０から出力される交流出力電圧が１２００Ｖｐ−ｐとなるように交流電源５２の出力電圧を決定し、直流電源回路６０から出力される直流出力電圧が−４００Ｖとなるように直流電源６２の出力電圧を決定する。また、プリントモードがモノクロプリントの場合には、制御部４は、交流電源回路５０から出力される交流出力電圧が１２００Ｖｐ−ｐとなるように交流電源５２の出力電圧を決定し、直流電源５２からの出力は０Ｖに決定する。

ステップＳ３では、制御部４が、ユーザーからの印刷要求があったか、すなわちプリントジョブが開始されるか否かを判定する。プリントジョブが開始される場合には、本処理はステップＳ４に進み、ユーザーからの印刷要求がない場合には、本処理は、本ステップＳ３で待機する。

ステップＳ４では、制御部４が、交流電源５２及び直流電源６２に電圧出力を開始させる。これにより、カラープリントの場合は図６に示した現像バイアスが現像器１３に印加され、モノクロプリントの場合は図７に示した現像バイアスが現像器１３に印加される。

ステップＳ５では、本プリントジョブにおける最終用紙が排紙トレイ２に排紙されたか否かを判定する。そして、最終用紙が排紙されたと判断された場合には、本処理はステップＳ６に進み、最終用紙が排紙されていないと判断された場合には、本処理は、本ステップＳ５で待機する。なお、排紙されたか否かの判断は、排紙センサ７からの信号に基づいて行われる。

ステップＳ６では、制御部４が、交流電源５２及び直流電源６２による電圧出力を停止させる。これにより、本処理は終了する。

（効果）
画像形成装置１Ａでは、現像バイアス電源４０が、現像バイアス１２０Ｙ，１２０Ｍ，１２０Ｃ，１２０Ｋに、ツェナーダイオード７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋによる電圧をさらに重畳して現像器１３に印加している。これにより、現像バイアス電圧１２０Ｙ，１２０Ｍ，１２０Ｃ，１２０Ｋは、マイナスに帯電したトナーの電位に対して反対のプラス側にオフセットしている。しかも、このオフセットは、直流電源回路６０Ｙ，６０Ｍ，６０Ｃ，６０Ｋからの出力に依らない。従って、モノクロプリントの際、つまりカラープリントに対応した直流電源回路６０Ｙ，６０Ｍ，６０Ｃからの出力が０Ｖの際に、カラープリントに対応した現像バイアスは、マイナスに帯電したトナーの電位と反対極性のプラスの電位となる。結果として、モノクロプリントの際に、カラープリントに対応した現像器１３Ｃ，１３Ｙ，１３Ｍは、トナーと反対極性の電位であるプラスの電位を帯びる。そして、モノクロプリント時は、カラープリントに対応した感光体ドラム１１の表面の帯電電位は０Ｖである。従って、モノクロプリント時に、マイナスに帯電したトナーは、感光体ドラム１１に対してプラス側に帯電した現像器１３に引きよせられる。これにより、画像形成装置１Ａでは、モノクロプリント時に、現像器１３からカラープリントに対応した感光体ドラム１１にトナーが移動することを抑制することができる。

また、モノクロプリント時に、現像器１３からカラー用の感光体ドラム１１にトナーが移動することを抑制することができるため、感光体白筋や感光体トナー付着といった画像の品質に影響を及ぼす事態を回避でき、さらに無駄なトナー消費を抑えることができる。

（第２実施例 図１０参照）
第２実施例である画像形成装置１Ｂと第１実施例である画像形成装置１Ａとの相違点は、現像バイアス電源４０の電気回路における、ツェナーダイオード７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋが設けられている位置である。具体的には、画像形成装置１Ｂでは、図１０に示すように、ツェナーダイオード７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋは、節点４２Ｙ，４２Ｍ，４２Ｃ，４２Ｋと現像バイアス電源４０の出力端との間に設けられている。本変形例の他の構成や作用効果は、第１実施例と同様である。

（第３実施例 図１１参照）
第３実施例である画像形成装置１Ｃと第１実施例である画像形成装置１Ａとの相違点は、現像バイアス電源４０の電気回路における、ツェナーダイオード７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋが設けられている位置である。具体的には、画像形成装置１Ｃでは、図１１に示すように、ツェナーダイオード７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋは、節点４２Ｙ，４２Ｍ，４２Ｃ，４２Ｋとコンデンサー５６との間に設けられている。本実施例の他の構成や作用効果は、第１実施例と同様である。

（第４実施例）
第４実施例である画像形成装置１Ｄと第１実施例である画像形成装置１Ａとの相違点は、第４実施例である画像形成装置１Ｄの現像バイアス電源５０の電気回路には、ツェナーダイオード７０Ｋが設けられていない点である。本実施例の他の構成や作用効果は、第１実施例と同様である。

（他の実施例）
なお、本発明に係る画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、各電圧の詳細な電位や、現像バイアスの出力制御のスタート条件などは任意である。

以上のように、本発明は、画像形成装置に有用であり、特に、モノクロ印刷時に、カラー用の像担持体に対応する現像器からトナーの一部が移動することを抑制することができる点で優れている。

ＡＣ 交流出力電圧
ＤＣ （ＤＣＹ，ＤＣＣ，ＤＣＭ，ＤＣＫ）直流出力電圧
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 画像形成装置
１１ 感光体ドラム（像担持体）
１３ 現像器
４０ 現像バイアス電源
４２（４２Ｙ，４２Ｍ，４２Ｃ，４２Ｋ）節点
５０ 交流電源回路
６０（６０Ｙ，６０Ｍ，６０Ｃ，６０Ｋ） 直流電源回路
７０（７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋ） ツェナーダイオード（素子）
１２０（１２０Ｙ，１２０Ｍ，１２０Ｃ，１２０Ｋ）現像バイアス

Claims (7)

1. 帯電したトナーを現像器から像担持体に移動させることにより現像を行う画像形成装置であって、
   複数色毎に設けられた複数の像担持体と、
   複数色毎に設けられ、現像バイアスが印加されることで、対応する色の像担持体上に描画される潜像を現像する複数の現像器と、
   複数色毎に設けられ直流電圧を出力する複数の直流電源回路、全色で共通であり交流電圧を出力する交流電源回路、及び複数色のうち黒色以外の色の少なくとも一つの色に設けられ、前記トナーが帯びる電位に対して反対の極性の一定電位を維持する素子を有し、カラープリント時には、該複数の直流電源回路が出力する直流出力電圧のそれぞれに、該交流電源回路から出力される交流出力電圧を重畳した現像バイアスを対応する現像器に印加し、モノクロプリント時には、該交流電源回路から出力される交流出力電圧に前記素子による一定電圧を重畳した現像バイアスを、黒色以外の少なくとも一つの色に対応する現像器に印加する現像バイアス電源と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記素子は、ツェナーダイオードであり、電気回路における、前記直流電源回路から前記現像器に向かう方向、又は交流電源回路から前記現像器に向かう方向が、該ツェナーダイオードの順方向となるように設けられていること、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記素子は、電気回路において、前記直流電源回路と該直流電源回路及び前記交流電源回路の節点との間に設けられていること、
   を特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記素子は、電気回路において、前記直流電源回路及び前記交流電源回路の節点と前記現像器との間に設けられていること、
   を特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
5. 前記素子は、電気回路において、前記交流電源回路と前記直流電源回路及び該交流電源回路の節点との間に設けられていること、
   を特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
6. 黒色用の直流電源回路には、前記素子は接続されていないこと、
   を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記複数の直流電源回路は、個別に制御されること、
   を特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。

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