JP6369060B2 - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電源装置及び画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置では、一様に帯電された像担持体上に静電潜像を形成し、形成した静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成し、形成したトナー像を記録紙に転写して定着することにより、記録紙に画像を形成する。
ところで、記録紙には、通常、凹凸が存在し、凹部は凸部に比べてトナーが転写されにくいため、凹凸の大きい記録紙に画像を形成する場合、凹部にトナーが転写されず画像に白抜けなどの濃度ムラが発生してしまうことがある。
このため、例えば特許文献1には、直流電源と交流電源とを直列に接続し、被転写体の凹凸の大きさに応じて、直流電圧を転写部に印加して被転写体への画像の転写を行うか、直流電圧と交流電圧とを重畳した重畳電圧を転写部に印加して被転写体への画像の転写を行うかを、リレーで切り替える技術が開示されている。
しかしながら、上述したような従来技術では、電源の構成上、直流電源単体の場合に比べ、直流電源が出力する直流電圧の立ち上がりに時間を要してしまう。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電圧の立ち上がり時間を短縮することができる電源装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様にかかる電源装置は、直流電圧の出力を行う直流電源と、前記直流電源と直列に接続され、前記直流電圧に交流電圧を重畳した重畳電圧、及び前記直流電圧のいずれかを出力する交流電源と、前記交流電源からの出力を一部蓄電するバイパスコンデンサと、を備え、前記直流電源は、定電圧制御を行って前記直流電圧の出力を開始し、前記バイパスコンデンサへの所定容量以上の電荷の蓄積されるタイミングで、定電流制御に切り替えて前記直流電圧の出力を行う。
本発明によれば、電圧の立ち上がり時間を短縮することができるという効果を奏する。
図1は、本実施形態の印刷装置の一例を示す機械的構成図である。 図2は、本実施形態の画像形成部の一例を示す機械的構成図である。 図3は、本実施形態の二次転写電源の構成の一例を示すブロック図である。 図4は、本実施形態の二次転写電源の構成の一例を示す回路図である。 図5は、本実施形態の印刷装置が備えるエンジン制御部の構成の一例を示すブロック図である。 図6は、本実施形態との比較例を示す図である。 図7は、本実施形態の切り替え制御例を示す図である。 図8は、本実施形態の直流電源及び電源制御部で行われる制御の一例を示すフローチャートである。 図9は、変形例1の二次転写電源の構成の一例を示す回路図である。 図10は、変形例3のエンジン制御部の構成の一例を示すブロック図である。 図11は、変形例4の二次転写電源の構成の一例を示すブロック図である。 図12は、変形例4の二次転写電源の構成の一例を示す回路図である。 図13は、変形例4の切り替え制御例を示す図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明にかかる電源装置及び画像形成装置の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態では、本発明の画像形成装置を電子写真方式のカラー印刷装置、具体的には、イエロー(Y)、マゼンダ(M)、シアン(C)、及びブラック(K)の4色の色成分画像を記録紙上で重ね合わせて画像を形成する印刷装置に適用した場合を例に取り説明するが、これに限定されるものではない。本発明の画像形成装置は、電子写真方式で画像を形成する装置であれば、カラー、モノクロを問わず適用でき、例えば、電子写真方式の複写機や複合機(MFP:Multifunction Peripheral)などにも適用できる。なお、複合機とは、印刷機能、複写機能、スキャナ機能、及びファクシミリ機能のうち少なくとも2つの機能を有する装置である。
まず、本実施形態の印刷装置の構成について説明する。
図1は、本実施形態の印刷装置1の一例を示す機械的構成図である。図1に示すように、印刷装置1は、画像形成部10Y、10M、10C、及び10Kと、中間転写ベルト60と、支持ローラ61、62と、二次転写部対向ローラ(斥力ローラ)63と、二次転写ローラ64と、用紙カセット70と、給紙ローラ71と、搬送ローラ対72と、定着装置90と、二次転写電源200とを、備える。
画像形成部10Y、10M、10C、及び10Kは、図1に示すように、中間転写ベルト60の移動方向(矢印a方向)の上流側から、画像形成部10Y、10M、10C、10Kの順番で中間転写ベルト60に沿って配置されている。
図2は、本実施形態の画像形成部10Yの一例を示す機械的構成図である。図2に示すように、画像形成部10Yは、感光体ドラム11Yと、帯電装置20Yと、現像装置30Yと、一次転写ローラ40Yと、クリーニング装置50Yとを、備える。画像形成部10Y及び図示せぬ照射装置は、感光体ドラム11Y上で作像プロセス(帯電工程、照射工程、現像工程、転写工程、及びクリーニング工程)を行うことにより、感光体ドラム11Y上にイエローのトナー像(色成分画像)を形成し、中間転写ベルト60に転写する。
なお、画像形成部10M、10C、及び10Kは、いずれも画像形成部10Yと共通の構成要素を備えており、画像形成部10Mは、作像プロセスを行うことによりマゼンタのトナー像を形成し、画像形成部10Cは、作像プロセスを行うことによりシアンのトナー像を形成し、画像形成部10Kは、作像プロセスを行うことによりブラックのトナー像を形成する。このため、以下では、画像形成部10Yの構成要素についての説明を主に行い、画像形成部10M、10C、及び10Kの構成要素については、画像形成部10Yの構成要素の符号に付したYに替えてそれぞれM、C、Kを付すに留め(図1参照)、その説明を省略する。
感光体ドラム11Yは、像担持体であり、図示せぬ感光体ドラム駆動装置により矢印b方向に回転駆動される。感光体ドラム11Yは、例えば、外径60mmの有機感光体である。感光体ドラム11M、11C、及び11Kについても同様に、図示せぬ感光体ドラム駆動装置により矢印b方向に回転駆動される。
なお、ブラック用の感光体ドラム11Kと、カラー用の感光体ドラム11Y、11M、及び11Cとを、独立して回転駆動できるようにしてもよい。これにより、モノクロ画像を形成する場合にはブラック用の感光体ドラム11Kのみを回転駆動し、カラー画像を形成する場合には感光体ドラム11Y、11M、11C、及び11Kを同時に回転駆動させることができる。
まず、帯電工程では、帯電装置20Yは、回転駆動されている感光体ドラム11Yの表面を帯電する。具体的には、帯電装置20Yは、例えばローラ形状の導電性弾性体である帯電ローラ(図示省略)に対して直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加する。これにより、帯電装置20Yは、帯電ローラと感光体ドラム11Yとの間で直接放電を起こし、感光体ドラム11Yを所定の極性、例えば、マイナス極性に帯電する。
続いて、照射工程では、図示せぬ照射装置は、感光体ドラム11Yの帯電面に光変調されたレーザ光Lを照射し、感光体ドラム11Yの表面に静電潜像を形成する。この結果、レーザ光Lが照射され感光体ドラム11Yの表面部分の電位の絶対値が低下した部分が静電潜像(画像部)となり、レーザ光Lが照射されず電位の絶対値が高く保たれた部分が地肌部となる。
続いて、現像工程では、現像装置30Yは、感光体ドラム11Y上に形成された静電潜像をイエロートナーで現像し、感光体ドラム11Y上にイエローのトナー像を形成する。
現像装置30Yは、収容容器31Yと、収容容器31Yに収容された現像スリーブ32Yと、収容容器31Yに収容されたスクリュー部材33Yとを、備える。収容容器31Yには、イエロートナーとキャリアとを有する2成分現像剤が収容されている。現像スリーブ32Yは、現像剤担持体であり、収容容器31Yの開口部を介して感光体ドラム11Yと対向するように配置されている。スクリュー部材33Yは、現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌部材である。スクリュー部材33Yは、現像スリーブ側となる現像剤の供給側と、図示せぬトナー補給装置から供給を受ける受給側とに配置され、図示せぬ軸受け部材によって収容容器31Yに回転自在に支持されている。
続いて、転写工程では、一次転写ローラ40Yは、感光体ドラム11Y上に形成されたイエローのトナー像を中間転写ベルト60に転写する。なお、感光体ドラム11Y上には、トナー像の転写後においても未転写トナーが僅かながら残存する。
一次転写ローラ40Yは、例えば導電性のスポンジ層を有する弾性ローラであり、中間転写ベルト60の裏面から感光体ドラム11Yに対して押し当てられるように配置されている。なお、弾性ローラには、一次転写バイアスとして定電流制御されたバイアスが印加されている。一次転写ローラ40Yは、例えば、外形が16mmであり、心金径が10mmであり、スポンジ層の抵抗Rの値が約3E7Ωである。なお、スポンジ層の抵抗Rの値は、接地された外径30mmの金属ローラを10Nで押し当てた状態で一次転写ローラ40Yの心金に電圧Vを1000V印加したときに流れる電流Iからオームの法則(R=V/I)を用いて算出した値である。
続いて、クリーニング工程では、クリーニング装置50Yは、感光体ドラム11Y上に残存している未転写トナーを払拭する。クリーニング装置50Yは、クリーニングブレード51Yと、クリーニングブラシ52Yとを、備える。クリーニングブレード51Yは、感光体ドラム11Yの回転方向に対してカウンタ方向から感光体ドラム11Yと当接している状態で感光体ドラム11Yの表面をクリーニングする。クリーニングブラシ52Yは、感光体ドラム11Yの回転方向と逆方向に回転しながら感光体ドラム11Yと接触している状態で感光体ドラム11Yの表面をクリーニングする。
図1に戻り、中間転写ベルト60は、支持ローラ61、62や二次転写部対向ローラ63などの複数のローラに掛け回されたエンドレスのベルトであり、支持ローラ61、62の一方が回転駆動させられることにより矢印a方向に無端移動する。中間転写ベルト60には、まず、画像形成部10Yによりイエローのトナー像が転写され、続いて、画像形成部10Mによりマゼンタのトナー像、画像形成部10Cによりシアンのトナー像、画像形成部10Kによりブラックのトナー像が順次重畳して転写される。これにより、中間転写ベルト60上にフルカラーのトナー像(フルカラーの画像)が形成される。そして中間転写ベルト60は、形成されたフルカラーのトナー像を二次転写部対向ローラ63と二次転写ローラ64との間に搬送する。中間転写ベルト60は、例えば、厚さが20〜200μm(好ましくは、60μm程度)、体積抵抗率が6.0〜13.0LogΩcm(好ましくは、7.5〜12.5LogΩcm、より好ましくは、約9LogΩcm)、表面抵抗率が9.0〜13.0LogΩcm(好ましくは、10.0〜12.0LogΩcm)の無端状カーボン分散ポリイミド樹脂で構成される。体積抵抗率は、三菱化学製ハイレスタ HRSプローブ 100V、10secでの抵抗測定値であり、表面抵抗率は、三菱化学製ハイレスタ HRSプローブ 500V、10secでの抵抗測定値である。支持ローラ62は接地されている。
用紙カセット70には、図示せぬ各トレイに複数の記録紙が重ね合わせて収容される。記録紙は、収容されるトレイ毎に用紙の種別やサイズが異なるものとする。本実施形態では、記録紙は、例えば、普通紙や凹凸の大きいレザック紙であるものとするがこれに限定されるものではない。
給紙ローラ71は、用紙カセット70のトレイの最上部に位置する記録紙Pに当接されており、当接している記録紙Pを給紙する。
搬送ローラ対72は、給紙ローラ71により給紙された記録紙Pを、二次転写部対向ローラ63と二次転写ローラ64との間に(矢印c方向)所定のタイミングで搬送する。
二次転写部対向ローラ63及び二次転写ローラ64は、二次転写部対向ローラ63と二次転写ローラ64との間の二次転写ニップ(図示省略)で、中間転写ベルト60により搬送されたフルカラーのトナー像を、搬送ローラ対72により搬送された記録紙P上に一括転写する。
二次転写部対向ローラ63は、例えば、外形が24mmであり、心金径が16mmであり、導電性のNBR系ゴム層である。なお、導電性のNBR系ゴム層の抵抗Rの値は、6.0〜12.0LogΩ(又はSUS)であり、好ましくは、4.0LogΩである。二次転写ローラ64は、例えば、外形が24mmであり、心金径が14mmであり、導電性のNBR系ゴム層である。なお、導電性のNBR系ゴム層の抵抗Rの値は、6.0〜8.0LogΩであり、好ましくは、7.0〜8.0LogΩである。二次転写ローラ64の体積抵抗は、回転測定で測定した抵抗測定値であり、加重:5N/片側、バイアス印加:転写ローラ軸に1KV印加、1min測定間にローラ1回転の抵抗測定し、平均値を体積抵抗としたものである。
二次転写部対向ローラ63には、転写バイアス用の二次転写電源200が接続されている。二次転写電源200(電源装置の一例)は、二次転写ニップでフルカラーのトナー像を記録紙Pに転写するために、二次転写部対向ローラ63に電圧を印加する。具体的には、二次転写電源200は、ユーザ設定に応じて、直流電圧(以下、「DCバイアス」と称する場合がある)のみを二次転写部対向ローラ63に印加したり、直流電圧と交流電圧とを重畳した重畳電圧(以下、「重畳バイアス」と称する場合がある)を二次転写部対向ローラ63に印加したりする。これにより、二次転写部対向ローラ63と二次転写ローラ64との間に電位差が生じ、トナーが中間転写ベルト60から記録紙P側へ向かう電圧が生じるため、フルカラーのトナー像を記録紙Pに転写することができる。ここで、本実施形態における電位差は、(二次転写部対向ローラ63の電位)−(二次転写ローラ64の電位)とする。
定着装置90は、フルカラーのトナー像が転写された記録紙Pを加熱及び加圧することにより、フルカラーのトナー像を記録紙Pに定着する。そして、フルカラーのトナー像が定着された記録紙Pは、印刷装置1の外部に排紙される。
図3は、本実施形態の二次転写電源200の構成の一例を示すブロック図である。図3に示すように、印刷装置1は、電源制御部342と、二次転写電源200とを、備える。二次転写電源200は、直流電源210と、交流電源240と、出力異常検知部270とを、備える。直流電源210は、トナー転写用の電源であり、直流出力制御部211と、直流駆動部212と、直流電圧用トランス213と、直流出力検知部214とを、有する。交流電源240は、トナー振動用の電源であり、交流出力制御部241と、交流駆動部242と、交流電圧用トランス243と、交流出力検知部244とを、有する。電源制御部342は、二次転写電源200を制御するものであり、例えば、CPU(Central Processing Unit)などにより実現できる。
直流出力制御部211には、電源制御部342から、直流電圧の出力の大きさを制御するDC_PWM信号(DCバイアス出力信号)が入力され、また、直流出力検知部214から、直流出力検知部214により検知された直流電圧用トランス213の出力値が入力される。そして直流出力制御部211は、入力されたDC_PWM信号のデューティ比及び直流電圧用トランス213の出力値に基づき、直流電圧用トランス213の出力値がDC_PWM信号で指示された出力値となるように、直流駆動部212を介して直流電圧用トランス213の駆動を制御する。
また直流出力制御部211には、電源制御部342から、定電流制御と定電圧制御との切り替えを指示する切替信号が入力され、直流出力制御部211は、入力された切替信号に応じて、定電流制御と定電圧制御とを切り替える。本実施形態では、直流電源210は、トナーの転写率を一定に保つため、定電流制御を主に行うが、直流電圧の立ち上がり時間を早めるため、定電圧制御を行うこともある。
直流駆動部212は、直流出力制御部211からの制御に従って、直流電圧用トランス213を駆動する。
直流電圧用トランス213は、直流駆動部212により駆動され、負極性の直流の高電圧出力(DCバイアス出力)を行う。
直流出力検知部214は、直流電圧用トランス213の直流の高電圧出力の出力値を検知し、直流出力制御部211に出力する。また、直流出力検知部214は、検知した出力値をFB_DC信号(フィードバック信号)として電源制御部342に出力する。これは、環境や負荷によって転写性が落ちないように、電源制御部342においてDC_PWM信号のデューティを制御させるためである。
交流出力制御部241には、電源制御部342から、交流電圧の出力の大きさを制御するAC_PWM信号(ACバイアス出力信号)、また、交流出力検知部244から、交流出力検知部244により検知された交流電圧用トランス243の出力値が入力される。そして交流出力制御部241は、入力されたAC_PWM信号のデューティ比、及び交流電圧用トランス243の出力値に基づき、交流電圧用トランス243の出力値がAC_PWM信号で指示された出力値となるように、交流駆動部242を介して交流電圧用トランス243の駆動を制御する。
交流駆動部242には、交流電圧の出力周波数を制御するAC_CLK信号が入力される。そして交流駆動部242は、交流出力制御部241からの制御及びAC_CLK信号に基づき、交流電圧用トランス243を駆動する。交流駆動部242は、AC_CLK信号に基づき交流電圧用トランス243を駆動することで、交流電圧用トランス243によって生成される出力波形を、AC_CLK信号で指示された任意の周波数に制御することができる。
交流電圧用トランス243は、交流駆動部242により駆動されて交流電圧を生成し、生成した交流電圧と直流電圧用トランス213から出力された直流の高電圧とを重畳して重畳電圧を生成し、生成した重畳電圧(重畳バイアス)を二次転写部対向ローラ63に出力(印加)する。なお交流電圧用トランス243は、交流電圧を生成しない場合には、直流電圧用トランス213から出力された直流の高電圧(DCバイアス)を二次転写部対向ローラ63に出力(印加)する。二次転写部対向ローラ63に出力された電圧(重畳バイアス又はDCバイアス)は、その後、二次転写ローラ64を介して直流電源210内に帰還する。
交流出力検知部244は、交流電圧用トランス243の交流電圧の出力値を検出し、交流出力制御部241に出力する。また、交流出力検知部244は、検出した出力値をFB_AC信号(フィードバック信号)として電源制御部342に出力する。これは、環境や負荷によって転写性が落ちないように、電源制御部342においてAC_PWM信号のデューティを制御させるためである。
なお本実施形態では、交流電源240は、定電圧制御を行っているものとするが、これに限定されるものではなく、定電流制御を行うようにしてもよい。
また、交流電圧用トランス243(交流電源240)が生成する交流電圧は、正弦波及び矩形波のいずれであってもよいが、本実施形態では、短パルス状矩形波であるものとする。これは、交流電圧の波形を短パルス状矩形波にすることで、より画像品質の向上に寄与できるためである。
出力異常検知部270は、二次転写電源200の出力ライン上に配置されており、電線の地絡等によって出力異常が発生した際には、SC信号を電源制御部342に出力する。これにより、電源制御部342による二次転写電源200からの高圧出力を停止するための制御が可能となる。
図4は、本実施形態の二次転写電源200の構成の一例を示す回路図である。
直流電源210には、電源制御部342からDC(−)_PWM信号及び切替信号が入力され、切替回路229に入力される。切替回路229は、切替信号が定電圧制御(CV)への切り替えを指示する場合(本実施形態では、切替信号がHighの場合)、DC(−)_PWM信号を電流制御回路222(コンパレータ)に出力し、切替信号が定電流制御(CC)への切り替えを指示する場合(本実施形態では、切替信号がLowの場合)、DC(−)_PWM信号を電圧制御回路221(コンパレータ)に出力する。
電流制御回路222に出力されたDC(−)_PWM信号は積分されて、電流制御回路222に入力される。積分されたDC(−)_PWM信号の値は、電流制御回路222における基準電圧となる。また、直流電流検出回路228は、二次転写電源200の出力ライン上で直流電源210が出力した直流電流を検出し、検出した直流電流の出力値を電流制御回路222に入力する。そして電流制御回路222は、基準電圧に対し直流電流が小さい場合には直流高圧トランスの直流駆動回路223を積極的に駆動させ、基準電圧に対し直流電流が大きい場合には直流高圧トランスの直流駆動回路223の駆動を規制する。これにより、直流電源210は、定電流性を確保している。
電圧制御回路221に出力されたDC(−)_PWM信号は積分されて、電圧制御回路221に入力される。積分されたDC(−)_PWM信号の値は、電圧制御回路221における基準電圧となる。また、直流電圧検出回路226は、直流電源210が出力した直流電圧を検出し、検出した直流電圧の出力値を電圧制御回路221(コンパレータ)に入力する。そして電圧制御回路221は、基準電圧に対し直流電圧の出力値が小さい場合には直流高圧トランスの直流駆動回路223を積極的に駆動させ、直流電圧の出力値が基準電圧(上限)に達した際には、直流高圧トランスの直流駆動回路223の駆動を規制する。これにより、直流電源210は、定電圧性を確保している。また、直流電圧検出回路227は、直流電圧検出回路226により検出された直流電圧の出力値をFB_DC(−)信号として電源制御部342にフィードバックする。
電流制御回路222及び電圧制御回路221の制御に従った直流駆動回路223の駆動により、直流高圧トランスの1次側巻線N1_DC(−)224及び直流高圧トランスの2次側巻線N2_DC(−)225にて生成された出力は、ダイオード及びコンデンサによって平滑された後、直流電圧として交流電源入力部257から交流電源240に入力され、交流高圧トランスの2次側巻線N2_AC256に印加される。
交流電源240には、電源制御部342からAC_PWM信号が入力され、電圧制御回路251(コンパレータ)に入力される。入力されたAC_PWM信号の値は、電圧制御回路251における基準電圧となる。また、交流電圧検出回路262は、交流高圧トランスの1次側巻線N3_AC255によって生じる相互誘導電圧から交流電圧の出力値を予測し、予測した交流電圧の出力値を電圧制御回路251に入力する。これは、交流電圧は直流電圧と重畳されるため、交流電源240自身の出力(交流電圧)のみを二次転写電源200の出力ライン上で検出することが困難なためである。そして電圧制御回路251は、基準電圧に対し交流電圧が小さい場合には交流高圧トランスの交流駆動回路253を積極的に駆動させ、基準電圧に対し交流電圧が大きい場合には交流高圧トランスの交流駆動回路253の駆動を規制する。これにより、交流電源240は、定電圧性を確保している。
また、交流電流検出回路260は、二次転写電源200の出力ラインである交流バイパス用コンデンサ259の低圧側で交流電流を検出し、検出した交流電流の出力値を電流制御回路252(コンパレータ)に入力する。そして電流制御回路252は、交流電流の出力値が上限に達した際には、交流高圧トランスの交流駆動回路253の駆動を規制する。また、交流電流検出回路261は、検出した交流電流の出力値をFB_AC信号として電源制御部342にフィードバックする。
交流高圧トランスの交流駆動回路253は、電源制御部342から入力されるAC_CLK信号と電圧制御回路251及び電流制御回路252とのAND論理に従って駆動し、AC_CLKと同一の周期を持つ出力を生成する。
交流駆動回路253の駆動により、交流高圧トランスの1次側巻線N1_AC254にて生成された交流電圧は、2次側巻線N2_AC256に印加されている直流電圧に重畳されて、高圧出力部258から重畳電圧として二次転写部対向ローラ63に出力(印加)される。但し、交流電源240が駆動していない場合は、2次側巻線N2_AC256に印加されている直流電圧がそのまま高圧出力部258から二次転写部対向ローラ63に出力(印加)される。
出力異常検出回路271は、二次転写電源200の出力ライン上で電線の地絡等による出力異常を検知し、SC信号を電源制御部342に出力する。
ここで、二次転写電源200における交流バイパス用コンデンサ259の性質について説明する。
交流バイパス用コンデンサ259は、交流電源240から出力された交流出力が直流電源210に回り込むことを防止するために交流出力を一部蓄電するものである。また直流出力に対しては非常に高いインピーダンスを有するため交流電源240に低損失で直流出力を重畳させることが出来る。
但し、直流電源210の起動時には、交流バイパス用コンデンサ259内に電荷が蓄積されていないため、当該交流バイパス用コンデンサ259のインピーダンスは非常に低く、直流電源210から出力された直流電圧は、当該交流バイパス用コンデンサ259に流れ込んでしまう。このため、直流電源210は、交流バイパス用コンデンサ259内に電荷が蓄積されるまで、二次転写部対向ローラ63に十分な電力を供給することができず、立ち上がり時間に遅延が生じてしまう。
このため本実施形態では、直流電源210は、直流電圧の立ち上げ時には、定電圧制御を行うことで交流バイパス用コンデンサ259内に早期に電荷を蓄積させ、直流電圧の立ち上がり時間を早めている。従って本実施形態によれば、電源オン時間の短縮や紙間を短くすることが可能となり、低電力化や印刷の生産性の向上が可能となる。
図5は、本実施形態の印刷装置1が備えるエンジン制御部300の構成の一例を示すブロック図である。図5に示すように、印刷装置1は、エンジン制御部300と、二次転写電源200と、二次転写部対向ローラ63とを、備える。
エンジン制御部300は、エンジン制御、例えば、画像形成に関わる制御を行うものであり、I/O制御部310と、RAM(Random Access Memory)320と、ROM(Read Only Memory)330と、CPU340とを、備える。
I/O制御部310は、各種信号の入出力を制御するものであり、二次転写電源200との間でやりとりされる信号の入出力などを制御する。
RAM320は、揮発性の記憶装置(メモリ)であり、CPU340などの作業領域として使用される。
ROM330(記憶部の一例)は、不揮発性の読出用の記憶装置(メモリ)であり、印刷装置1で実行される各種プログラムや印刷装置1で実行される各種処理に使用されるデータなどを記憶する。なおROM330をフラッシュメモリなどで実現し、書き込みも行えるようにしてもよい。例えばROM330は、直流電源210に定電圧制御への切り替えを行わせる定電圧切替タイミング及び直流電源210に定電流制御への切り替えを行わせる定電流切替タイミング(所定タイミングの一例)を特定する特定情報を記憶する。特定情報は、例えば、印刷開始基準を示す印刷開始基準信号を基準として定電圧切替タイミング及び定電圧切替タイミングを特定している。
CPU340は、印刷開始基準信号の入力を受け付けたり、オペレーションパネルなどの操作部(図示省略)からユーザ設定を受け付けたりする。ユーザは、例えば、記録紙が普通紙である場合、操作部から、高圧出力のユーザ設定として「DCバイアスのみで高圧出力」を入力し、記録紙が凹凸の大きいレザック紙である場合、操作部から、高圧出力のユーザ設定として「重畳バイアスで高圧出力」を入力する。そしてCPU340は、I/O制御部310を介して、ユーザ設定に応じた高圧出力を二次転写電源200に行わせる。CPU340は、電源制御部342を含む。
電源制御部342は、高圧出力(直流電圧出力又は重畳電圧出力)を二次転写電源200に行わせる場合、ROM330に記憶されている特定情報に基づいて、直流電源210による直流電圧の出力を制御する。具体的には、電源制御部342は、特定情報に基づいて、定電圧制御及び定電流制御への切り替えを直流電源210に行わせる。
以下、図6及び図7を参照しながら、直流電源210が定電流制御のみで直流電圧の出力を行う場合と、直流電源210が定電圧制御及び定電流制御の切り替えを行って直流電圧の出力を行う場合との相違を説明する。
図6は、直流電源210が定電流制御のみでDCバイアスの出力を行う場合のDCバイアスの立ち上がりタイミングの一例を示す図であり、本実施形態との比較例を示す図である。図7は、直流電源210が定電圧制御及び定電流制御の切り替えを行ってDCバイアスの出力を行う場合のDCバイアスの立ち上がりタイミングの一例を示す図であり、本実施形態の切り替え制御例を示す図である。
なお、立ち上がりとは、電位差のない状態(0kV)から、プラスマイナスを問わず電位差のある状態になることである。また、参考まで、立ち下がりとは、プラスマイナスを問わず電位差のある状態から、電位差のない状態(0kV)になることである。
図6に示す例では、直流電源210がDCバイアスの出力を開始してから、バイアス値が狙いの値(−10kV)となるまでに、200ms要している。
これは、前述したように、直流電源210から出力されたDCバイアスは、交流バイパス用コンデンサ259内に電荷が蓄積されるまで、交流バイパス用コンデンサ259に流れ込んでしまうためである。特に定電流制御の場合、DCバイアスとして出力される電荷の量は、電流値で上限が決まるため、交流バイパス用コンデンサ259内に電荷が蓄積されるまでに時間を要するためである。
一方、図7に示す例では、電源制御部342は、CPU340により印刷開始基準信号の入力が受け付けられると、経過時間を計測し、特定情報を参照して、定電圧切替タイミング及び定電流切替タイミングを特定する。
そして電源制御部342は、定電圧切替タイミングになると、I/O制御部310から直流電源210へ定電圧制御(CV)への切り替えを指示する切替信号(Highの切替信号)を出力させる。直流電源210は、I/O制御部310から定電圧制御(CV)への切り替えを指示する切替信号が入力されると、定電流制御から定電圧制御へ切り替える。
続いて、電源制御部342は、直流電源210の定電流制御から定電圧制御へ切り替えが完了するタイミングで、I/O制御部310から直流電源210への逆バイアス出力信号の出力を停止させ、I/O制御部310から直流電源210へDCバイアス出力信号を出力させる。直流電源210は、I/O制御部310からDCバイアス出力信号が入力されると、定電圧制御を行い、DCバイアスの出力を開始する。
この場合も、直流電源210から出力されたDCバイアスは、交流バイパス用コンデンサ259内に電荷が蓄積されるまで、交流バイパス用コンデンサ259に流れ込むが、定電圧制御の場合、DCバイアスとして出力される電荷の量は、理論上、無限大とできるため、交流バイパス用コンデンサ259内に短時間で電荷を蓄積させることができる。
続いて、電源制御部342は、定電流切替タイミングになると、I/O制御部310から直流電源210へ定電流制御(CC)への切り替えを指示する切替信号(Lowの切替信号)を出力させる。なお、定電流切替タイミングは、交流バイパス用コンデンサ259内への電荷の蓄積が完了するタイミングであり、実験データなどから求められる。直流電源210は、I/O制御部310から定電流制御(CC)への切り替えを指示する切替信号が入力されると(所定条件の成立の一例)、定電圧制御から定電流制御へ切り替え、DCバイアスの出力を行う。
図7に示す例では、定電圧制御及び定電流制御の切り替えを行ってDCバイアスの出力を行うため、直流電源210がDCバイアスの出力を開始してから、50msで、バイアス値が狙いの値(−10kV)となっており、DCバイアスの立ち上がり時間を短縮できている。
次に、本実施形態の印刷装置の動作について説明する。
図8は、本実施形態の直流電源210及び電源制御部342で行われる制御の一例を示すフローチャートである。
まず、電源制御部342は、I/O制御部310から直流電源210への逆バイアス出力信号の出力を開始させる(ステップS101)。
続いて、電源制御部342は、特定情報を参照して、定電圧切替タイミングになるまで待機する(ステップS103でNo)。
続いて、電源制御部342は、定電圧切替タイミングになると(ステップS103でYes)、I/O制御部310から直流電源210へ定電圧制御(CV)への切り替えを指示する切替信号を出力させる。直流電源210は、I/O制御部310から定電圧制御(CV)への切り替えを指示する切替信号が入力されると、定電流制御から定電圧制御へ切り替える(ステップS105)。
続いて、電源制御部342は、直流電源210の定電流制御から定電圧制御へ切り替えが完了するタイミングで、I/O制御部310から直流電源210への逆バイアス出力信号の出力を停止させ(ステップS107)、I/O制御部310から直流電源210へDCバイアス出力信号を出力させる(ステップS109)。直流電源210は、I/O制御部310からDCバイアス出力信号が入力されると、定電圧制御を行い、DCバイアスの出力を開始する。
続いて、電源制御部342は、特定情報を参照して、定電流切替タイミングになるまで待機する(ステップS111でNo)。
続いて、電源制御部342は、定電流切替タイミングになると(ステップS111でYes)、I/O制御部310から直流電源210へ定電流制御(CC)への切り替えを指示する切替信号を出力させる。直流電源210は、I/O制御部310から定電流制御(CC)への切り替えを指示する切替信号が入力されると、定電圧制御から定電流制御へ切り替え、DCバイアスの出力を行う(ステップS113)。
以上のように本実施形態では、定電圧制御を行って直流電圧の出力を開始した後、定電流制御に切り替えて直流電圧の出力を行う。このため本実施形態によれば、直流電源から出力された直流電圧が、バイパスコンデンサ内に電荷が蓄積されるまで、バイパスコンデンサに流れ込んでしまうような電源構成であっても、バイパスコンデンサ内に早期に電荷を蓄積させることができ、直流電圧の立ち上がり時間を短縮できる。この結果、電源オン時間の短縮や紙間を短くすることが可能となり、低電力化や印刷の生産性の向上が可能となる。
(変形例)
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
(変形例1)
上記実施形態では、実験データなどから交流バイパス用コンデンサ259内への電荷の蓄積が完了するタイミングを求めておき、このタイミングに基づいて、定電圧制御から定電流制御への切り替えを行う例について説明したが、交流バイパス用コンデンサ259に蓄積されている電荷の容量を検出し、検出結果に基づいて定電圧制御から定電流制御への切り替えを行うようにしてもよい。
図9は、変形例1の二次転写電源400の構成の一例を示す回路図である。図9に示す例では、二次転写電源400は、交流バイパス用コンデンサ259の電圧を検出する電圧検出回路472を備えている。
電圧検出回路472(検出部の一例)は、交流バイパス用コンデンサ259の電圧を検出することで、交流バイパス用コンデンサ259に蓄積されている電荷の容量を検出する。そして電圧検出回路472は、交流バイパス用コンデンサ259に所定容量以上の電荷が蓄積されたことを検知すると、電源制御部342にFB_C信号(フィードバック信号)を出力する。
そして電源制御部342は、電圧検出回路472からFB_C信号を受信すると、I/O制御部310から直流電源210へ定電流制御(CC)への切り替えを指示する切替信号を出力させる。直流電源210は、I/O制御部310から定電流制御(CC)への切り替えを指示する切替信号が入力されると、定電圧制御から定電流制御へ切り替え、DCバイアスの出力を行う。
なおこの場合、特定情報は、定電圧切替タイミングを特定しておけばよく、定電流切替タイミングを特定する必要はない。
(変形例2)
上記実施形態において、電源制御部342は、外部入力に基づいて、ROM330に記憶されている特定情報を書き換えるようにしてもよい。例えば、オペレーションパネルなどの操作部(図示省略)からサービスマンが特定情報の書き換え入力を行い、電源制御部342が、この入力に基づいて、特定情報を書き換えるようにしてもよい。
交流バイパス用コンデンサ259に電荷が蓄積されるまでの時間は、温度や湿度など印刷装置1の設置環境の影響を受けるが、変形例2によれば、設置環境による電荷蓄積時間の変動に対応することができる。
(変形例3)
上記実施形態において、交流バイパス用コンデンサ259の温度及び湿度の少なくとも一方に基づいて、特定情報を書き換えるようにしてもよい。
図10は、変形例3のエンジン制御部500の構成の一例を示すブロック図である。変形例3では、印刷装置1が、交流バイパス用コンデンサ259の温度及び湿度の少なくとも一方を検知する検知部550を備えており、検知部550の検知結果がI/O制御部510からCPU540の電源制御部542に入力される。そして電源制御部542は、検知部550の検知結果(交流バイパス用コンデンサ259の温度及び湿度の少なくとも一方)に基づいて、ROM330に記憶されている特定情報を書き換える。
交流バイパス用コンデンサ259に電荷が蓄積されるまでの時間は、温度や湿度など印刷装置1の設置環境の影響を受けるが、変形例2によれば、設置環境による電荷蓄積時間の変動に自動で対応することができる。
(変形例4)
上記実施形態において、定電流制御(CC)用のDC_CCPWM信号と、定電圧制御(CV)用のDC_CVPWM信号と、を用いるようにしてもよい。
図11は、変形例4の二次転写電源600の構成の一例を示すブロック図である。図11に示す例では、直流電源610の直流出力制御部611には、電源制御部342から、直流電圧の出力の大きさを制御する定電流制御(CC)用のDC_CCPWM信号(定電流制御用の直流制御信号の一例、以下、「DCCCバイアス出力信号」と称する場合がある)と、直流電圧の出力の大きさを制御する定電圧制御(CV)用のDC_CVPWM信号(定電圧制御用の直流制御信号の一例、以下、「DCCVバイアス出力信号」と称する場合がある)と、が入力される。
図12は、変形例4の二次転写電源600の構成の一例を示す回路図である。図12に示す例では、電流制御回路622には、電源制御部342から出力されたDC(−)_CCPWM信号が積分されて入力されるとともに、電源制御部342から出力された切替信号が入力される。なお変形例4では、DC(−)_CCPWM信号は、上記実施形態のDC(−)_PWM信号と同様の信号である。また、積分されたDC(−)_CCPWM信号の値は、電流制御回路622における基準電圧となる。そして電流制御回路622は、切替信号が定電流制御(CC)への切り替えを指示する場合(本実施形態では、切替信号がLowの場合)、基準電圧に対し直流電流が小さければ直流高圧トランスの直流駆動回路223を積極的に駆動させ、基準電圧に対し直流電流が大きければ直流高圧トランスの直流駆動回路223の駆動を規制する。
また、電圧制御回路621には、電源制御部342から出力されたDC(−)_CVPWM信号が積分されて入力されるとともに、電源制御部342から出力された切替信号が入力される。なお変形例4では、DC(−)_CVPWM信号は、常にHighであるものとする。また、積分されたDC(−)_CVPWM信号の値は、電圧制御回路621における基準電圧となる。そして電圧制御回路621は、切替信号が定電圧制御(CV)への切り替えを指示し(本実施形態では、切替信号がHighの場合)、かつDC(−)_CVPWM信号がHighの場合、基準電圧に対し直流電圧の出力値が小さい場合には直流高圧トランスの直流駆動回路223を積極的に駆動させ、直流電圧の出力値が基準電圧(上限)に達した際には、直流高圧トランスの直流駆動回路223の駆動を規制する。つまり、変形例4では、電圧制御回路621は、切替信号とDC(−)_CVPWM信号との論理積がHigh(1)の場合、定電圧制御を行う。
図13は、変形例4の直流電源610が定電圧制御及び定電流制御の切り替えを行ってDCバイアスの出力を行う場合のDCバイアスの立ち上がりタイミングの一例を示す図であり、変形例4の切り替え制御例を示す図である。
図13に示す例では、電源制御部342のI/O制御部310は、直流電源610へDCCVバイアス出力信号を常時出力している。
そして電源制御部342は、定電圧切替タイミングになると、I/O制御部310から直流電源610へ定電圧制御(CV)への切り替えを指示する切替信号(Highの切替信号)を出力させる。直流電源610は、I/O制御部310から定電圧制御(CV)への切り替えを指示する切替信号が入力され、かつDCCVバイアス出力信号がHighの場合、定電流制御から定電圧制御へ切り替え、定電圧制御を行い、DCCVバイアス出力信号に基づくDCバイアスの出力を開始する。
続いて、電源制御部342は、直流電源610の定電流制御から定電圧制御へ切り替えが完了するタイミングで、I/O制御部310から直流電源610への逆バイアス出力信号の出力を停止させ、I/O制御部310から直流電源610へDCCCバイアス出力信号を出力させる。
続いて、電源制御部342は、定電流切替タイミングになると、I/O制御部310から直流電源610へ定電流制御(CC)への切り替えを指示する切替信号(Lowの切替信号)を出力させる。直流電源610は、I/O制御部310から定電流制御(CC)への切り替えを指示する切替信号が入力されると、定電圧制御から定電流制御へ切り替え、DCCCバイアス出力信号に基づくDCバイアスの出力を行う。
以上のように変形例4によれば、DCCCバイアス出力信号に対し、切替信号のタイミングがばらつく場合(例えば、DCCCバイアス出力信号に対し、切替信号のタイミングが早い場合)であっても、切替信号が定電圧制御(CV)への切り替えを指示している間、確実に定電圧制御(CV)を行うことができ、切替信号のばらつきの影響を抑えることができる。
なお、変形例4では、二次転写電源200の回路構成上、HighのDC(−)_CVPWM信号が、定電圧を出力する大きさ(3.3V)を示す場合について説明したが、二次転写電源200の回路構成によっては、LowのDC(−)_CVPWM信号が、定電圧を出力する大きさを示すように設計することも可能である。つまり、定電圧を出力する大きさは、HighのDC(−)_CVPWM信号が示すようにしても、LowのDC(−)_CVPWM信号が示すようにしてもよい。
(変形例5)
上記実施形態では、転写バイアス用の二次転写電源200を二次転写部対向ローラ63に接続して転写バイアスを印加する例について説明したが、転写バイアス用の二次転写電源200を二次転写ローラ64に接続して転写バイアスを印加するようにしても、問題なく記録紙へトナー像を転写することができる。また例えば、転写バイアス用の二次転写電源200の一方を二次転写部対向ローラ63に接続し、他方を二次転写ローラ64に接続する形態でも、問題なく記録紙へトナー像を転写することができる。
(変形例6)
上記実施形態では、高圧出力の出力タイミングをソフトウェアにより特定していたが、ハードウェアで特定するようにしてもよい。
(変形例7)
上記実施形態において、二次転写電源200は、クリーニング用の直流電源を備えるようにしてもよい。
(変形例8)
なお、上述した各実施形態及び各変形例は、一例を示すものであり、構成やプロセス条件が変わっても本発明を実現できることを他の画像形成装置や種々の画像形成環境で確認している。
1 印刷装置
10Y、10M、10C、10K 画像形成部
11Y、11M、11C、11K 感光体ドラム
20Y、20M、20C、20K 帯電装置
30Y、30M、30C、30K 現像装置
31Y 収容容器
32Y 現像スリーブ
33Y スクリュー部材
40Y、40M、40C、40K 一次転写ローラ
50Y、50M、50C、50K クリーニング装置
51Y クリーニングブレード
52Y クリーニングブラシ
60 中間転写ベルト
61、62 支持ローラ
63 二次転写部対向ローラ
64 二次転写ローラ
70 用紙カセット
71 給紙ローラ
72 搬送ローラ対
90 定着装置
200、400、600 二次転写電源
210、610 直流電源
211、611 直流出力制御部
212 直流駆動部
213 直流電圧用トランス
214 直流出力検知部
221、621 電圧制御回路
222、622 電流制御回路
223 直流駆動回路
224 1次側巻線N1_DC(−)
225 2次側巻線N2_DC(−)
226 直流電圧検出回路
227 直流電圧検出回路
228 直流電流検出回路
229 切替回路
240 交流電源
241 交流出力制御部
242 交流駆動部
243 交流電圧用トランス
244 交流出力検知部
251 電圧制御回路
252 電流制御回路
253 交流駆動回路
254 1次側巻線N1_AC
255 1次側巻線N3_AC
256 2次側巻線N2_AC
257 交流電源入力部
258 高圧出力部
259 交流バイパス用コンデンサ
260 交流電流検出回路
261 交流電流検出回路
262 交流電圧検出回路
270 出力異常検知部
271 出力異常検出回路
300、500 エンジン制御部
310、510 I/O制御部
320 RAM
330 ROM
340、540 CPU
342、542 電源制御部
472 電圧検出回路
550 検知部
特開2012−42835号公報

Claims (9)

  1. 直流電圧の出力を行う直流電源と、
    前記直流電源と直列に接続され、前記直流電圧に交流電圧を重畳した重畳電圧、及び前記直流電圧のいずれかを出力する交流電源と、
    前記交流電源からの出力を一部蓄電するバイパスコンデンサと、
    を備え、
    前記直流電源は、定電圧制御を行って前記直流電圧の出力を開始し、前記バイパスコンデンサへの所定容量以上の電荷の蓄積されるタイミングで、定電流制御に切り替えて前記直流電圧の出力を行う電源装置。
  2. 前記直流電源は、前記直流電圧の出力開始後、予め定められた前記タイミングになると、前記定電圧制御から前記定電流制御に切り替えて前記直流電圧の出力を行う請求項1に記載の電源装置。
  3. 前記タイミングは、印刷開始基準信号を基準として特定されるタイミングである請求項2に記載の電源装置。
  4. 前記バイパスコンデンサに蓄積されている電荷の容量を検出する検出部を更に備え、
    前記直流電源は、前記直流電圧の出力開始後、前記バイパスコンデンサに前記所定容量以上の電荷が蓄積されたことが検出されると、前記定電圧制御から前記定電流制御に切り替えて前記直流電圧の出力を行う請求項1に記載の電源装置。
  5. 前記直流電源には、前記直流電圧の出力の大きさを制御する定電圧制御用の直流制御信号と、前記直流電圧の出力の大きさを制御する定電流制御用の直流制御信号と、前記定電圧制御と前記定電流制御との切り替えを指示する切替信号と、が入力され、
    前記直流電源は、前記切替信号が前記定電圧制御への切替を指示し、かつ前記定電圧制御用の直流制御信号が定電圧を出力する大きさの場合、前記定電圧制御に切り替えて前記定電圧制御用の直流制御信号に基づく前記直流電圧を出力し、前記切替信号が前記定電流制御の切り替えを指示する場合、前記定電流制御に切り替えて前記定電流制御用の直流制御信号に基づく前記直流電圧を出力する請求項1〜4のいずれか1つに記載の電源装置。
  6. 前記直流電源の2次側巻き線と、
    前記交流電源の2次側巻き線が直列に接続される、
    請求項1〜5のいずれか1つに記載の電源装置。
  7. 請求項1〜のいずれか1つに記載の電源装置を備える画像形成装置。
  8. 請求項2又は3に記載の電源装置と、
    前記タイミングを特定する特定情報を記憶する記憶部と、
    前記特定情報に基づいて、前記タイミングになると、前記直流電源を前記定電圧制御から前記定電流制御に切り替えさせる電源制御部と、
    を備え、
    前記電源制御部は、外部入力に基づいて、前記記憶部に記憶されている前記特定情報を書き換える画像形成装置。
  9. 請求項2又は3に記載の電源装置と、
    前記タイミングを特定する特定情報を記憶する記憶部と、
    前記特定情報に基づいて、前記タイミングになると、前記直流電源を前記定電圧制御から前記定電流制御に切り替えさせる電源制御部と、
    前記バイパスコンデンサの温度及び湿度の少なくとも一方を検知する検知部と、
    を備え、
    前記電源制御部は、前記検知部により検知された前記バイパスコンデンサの温度及び湿度の少なくとも一方に基づいて、前記記憶部に記憶されている前記特定情報を書き換える画像形成装置。
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