JP6478619B2 - 電源装置、画像形成装置 - Google Patents
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Description
本発明は、プリンタ、スキャナ、複写機、あるいはこれらの機能を統合した複合機のような画像形成装置等の電子機器に電力を供給する電源装置に関する。
画像形成装置は、用紙上にトナー像を形成するために、帯電、露光、現像、転写、定着等の各工程を行う。帯電工程、露光工程、及び現像工程により、感光ドラム等の像担持体にトナー像が形成される。転写工程により、像担持体に形成されたトナー像が用紙上に転写される。定着工程により、用紙上に転写されたトナー像が、用紙上に定着する。これらの工程では、高電圧が用いられることがある。画像形成装置は、内蔵する電源装置で高電圧を生成して、必要な構成要素に供給する。
帯電工程に用いられる帯電器及び現像工程に用いられる現像器では、ＡＣ（交流）電圧にＤＣ（直流）電圧を重畳した高電圧が用いられる。重畳するＤＣ電圧を、本明細書では「重畳ＤＣ電圧」という。そのために、電源装置は、ＤＣ高電圧電源回路及びＡＣ高電圧電源回路を備える。
ＡＣ高電圧電源回路は、例えば、フルブリッジ回路によりＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のスイッチング素子を駆動し、トランスにより高電圧のＡＣ電圧を生成する。ＡＣ高電圧電源回路を駆動するためのＤＣ電圧（以下、「駆動ＤＣ電圧」という。）は、商用のＡＣ電圧から生成される。
特許文献１に開示される電源回路は、駆動ＤＣ電圧を、直接、スイッチング素子に印加して、トランスのような電圧変換装置を用いることで、高電圧のＡＣ電圧を生成する。
ＡＣ高電圧電源回路は、例えば、フルブリッジ回路によりＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のスイッチング素子を駆動し、トランスにより高電圧のＡＣ電圧を生成する。ＡＣ高電圧電源回路を駆動するためのＤＣ電圧（以下、「駆動ＤＣ電圧」という。）は、商用のＡＣ電圧から生成される。
特許文献１に開示される電源回路は、駆動ＤＣ電圧を、直接、スイッチング素子に印加して、トランスのような電圧変換装置を用いることで、高電圧のＡＣ電圧を生成する。
ＡＣ高電圧電源回路のスイッチング素子に、直接、駆動ＤＣ電圧を印加する場合、駆動ＤＣ電圧が変動しないことが理想的である。しかし、実際には、駆動ＤＣ電圧を生成するＡＣ／ＤＣコンバータの個体差によるバラツキや、ＡＣ／ＤＣコンバータの使用環境、使用条件により、駆動ＤＣ電圧が変動する。また、画像形成装置では、ＡＣ／ＤＣコンバータで生成された駆動ＤＣ電圧が複数の構成要素（負荷）に同時に用いられることもあり、これも駆動ＤＣ電圧の変動要因となる。
駆動ＤＣ電圧のバラツキや変動は、ＡＣ高電圧電源回路において、トランスの一次側コイルの電圧に影響を及ぼす。その結果、ＡＣ高電圧電源回路で発生するＡＣ電圧の高電圧波形の振幅が変動する。振幅の変動は、例えば、帯電工程において、像担持体の帯電量の変化になる。像担持体の帯電量の変化は、現像工程においてトナーの付着量に影響する。これはトナー像の濃淡の変化要因となり、所望の濃度による画像形成ができなくなってしまう。駆動ＤＣ電圧の変動を抑制するために、レギュレータを用いる等の対策もあるが、回路規模の大型化及びコストアップを招き、決定的な解決策とはなっていない。
本発明は、このような従来の問題を解決するため、駆動ＤＣ電圧の変動の影響を抑制したＡＣ電圧を生成可能な電源装置を提供することを主たる課題とする。
上記課題を解決する本発明の電源装置は、商用交流電源の出力に基づいて駆動ＤＣ電圧としてＤＣ電圧を出力するコンバータと、前記駆動ＤＣ電圧が印加されてＰＷＭ信号により駆動されるブリッジ回路を有し、前記駆動ＤＣ電圧の電圧値及び印加時間に応じて振幅が変化するＡＣ高電圧を生成するＡＣ高電圧生成手段と、前記コンバータから出力される前記駆動ＤＣ電圧の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段で検出した前記駆動ＤＣ電圧の電圧値と基準値との差に基づいて、前記駆動ＤＣ電圧の印加時間に対応する前記ＰＷＭ信号のデューティ比を調整する制御手段と、を備え、前記基準値は、所定のデューティ比の前記ＰＷＭ信号により前記ＡＣ高電圧生成手段が駆動される場合に、前記ＡＣ高電圧生成手段が生成する前記ＡＣ高電圧の振幅が所定の値となるような前記駆動ＤＣ電圧の電圧値であることを特徴とする。
本発明によれば、ＡＣ電圧を生成するためのＤＣ電圧の電圧値とその基準電圧値との差に応じて、ＤＣ電圧の印加時間を調整する。これによりＡＣ電圧の振幅が補正される。そのために、ＤＣ電圧の電圧値が変動した場合でも、ＡＣ電圧への影響を抑制できる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本実施形態の画像形成装置の構成図である。
画像形成装置９００は、直線状に並ぶ４つの画像形成部２０２ｙ、２０２ｍ、２０２ｃ、２０２ｋを備える。画像形成部２０２ｙはイエローのトナー像を形成する。画像形成部２０２ｍはマゼンタのトナー像を形成する。画像形成部２０２ｃはシアンのトナー像を形成する。画像形成部２０２ｋはブラックのトナー像を形成する。
画像形成装置９００は、直線状に並ぶ４つの画像形成部２０２ｙ、２０２ｍ、２０２ｃ、２０２ｋを備える。画像形成部２０２ｙはイエローのトナー像を形成する。画像形成部２０２ｍはマゼンタのトナー像を形成する。画像形成部２０２ｃはシアンのトナー像を形成する。画像形成部２０２ｋはブラックのトナー像を形成する。
画像形成部２０２ｙの構成について説明する。画像形成部２０２ｍ、２０２ｃ、２０２ｋについては、トナー像の形成に用いるトナーの色が異なるが、構成、動作は画像形成部２０２ｙと同じであるため、詳細な説明を省略する。
画像形成部２０２ｙは、図中で反時計回りに回転する像担持体である感光ドラム９０１ｙを備える。感光ドラム９０１ｙは、帯電器となる一次帯電ローラ９０２ｙにより、表面が一様に帯電される。感光ドラム９０１ｙは、レーザユニット９０３ｙからレーザ光が照射されることで、一様に帯電された表面に潜像が形成される。感光ドラム９０１ｙに形成された潜像は、現像器９０４ｙからイエローのトナーが供給されることで現像され、トナー像になる。感光ドラム９０１ｙのトナー像が、一次転写ローラ９０５ｙにより、中間転写ベルト９０６に転写される。
画像形成部２０２ｙ、２０２ｍ、２０２ｃ、２０２ｋで形成された各色のトナー像は、中間転写ベルト９０６に重畳するように転写される。これにより、中間転写ベルト９０６には、フルカラーのトナー像が形成される。中間転写ベルト９０６に形成されたトナー像は、二次転写ローラ９０７及び二次転写外ローラ９０８により、用紙９１２に転写される。用紙９１２への転写後に中間転写ベルト９０６に残留する残トナーは、クリーナ９０９により回収される。
用紙９１２は、用紙カセット９１０に収容されており、画像形成部２０２ｙ、２０２ｍ、２０２ｃ、２０２ｋの画像形成のタイミングに応じて、二次転写ローラ９０７及び二次転写外ローラ９０８まで搬送される。
用紙９１２は、用紙カセット９１０に収容されており、画像形成部２０２ｙ、２０２ｍ、２０２ｃ、２０２ｋの画像形成のタイミングに応じて、二次転写ローラ９０７及び二次転写外ローラ９０８まで搬送される。
トナー像が転写された用紙９１２は、定着器９１１に搬送される。定着器９１１は、トナー像を用紙９１２に、例えば熱圧着により定着させる。トナー像が定着した用紙９１２は、画像形成装置９００の外に排紙される。以上により，用紙９１２への画像形成が行われる。
画像形成装置９００は、各画像形成部２０２ｙ、２０２ｍ、２０２ｃ、２０２ｋにＡＣ電圧を供給する高電圧電源回路を内蔵する。図２は、このような高電圧電源回路の一例であり、現像器９０４ｙに高電圧のＡＣ電圧を供給する現像高電圧電源回路２０１ｙの構成図である。
現像高電圧電源回路２０１ｙは、外部から供給される商用ＡＣ電源から駆動ＤＣ電圧１０６を生成するＡＣ／ＤＣコンバータ１１０に接続される。現像高電圧電源回路２０１ｙは、駆動ＤＣ電圧１０６からＡＣ電圧を生成して現像器９０４ｙに供給する。現像高電圧電源回路２０１ｙは、画像形成装置９００全体の動作制御を行うＣＰＵ１０９から送られるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号１０１、１０２を制御信号として、現像器９０４ｙに供給するＡＣ電圧の電圧値等を制御する。ＡＣ電圧は、この実施形態では矩形波であり、現像器９０４ｙの現像スリーブに印加される。現像器９０４ｙは、現像高電圧電源回路２０１ｙからＡＣ電圧が印加されることで、感光ドラム９０１ｙの表面に形成された潜像を現像する。
現像高電圧電源回路２０１ｙは、現像ＡＣ高電圧電源回路３０１ｙ、現像ＤＣ高電圧電源回路３０２ｙ、及び電圧検出部１０７を備える。
現像ＡＣ高電圧電源回路３０１ｙは、現像器９０４ｙに印加する高電圧のＡＣ電圧（以下、「現像ＡＣ高電圧」という。）を生成する。現像ＡＣ高電圧電源回路３０１ｙで生成される現像ＡＣ高電圧は、画像形成装置９００内で用いられる内部ＡＣ電圧であり、現像ＡＣ高電圧電源回路３０１ｙは内部ＡＣ電圧生成部である。現像ＡＣ高電圧電源回路３０１ｙは、ドライブ回路１０３、１０４、スイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）により構成されるフルブリッジ回路１０５、及びトランスＴ１を有する。
現像ＤＣ高電圧電源回路３０２ｙは、現像ＡＣ高電圧に重畳される高電圧の重畳ＤＣ電圧を生成するＤＣ電圧生成部である。
電圧検出部１０７は、現像ＡＣ高電圧電源回路３０１ｙに印加される駆動ＤＣ電圧１０６の電圧値を検出する。電圧検出部１０７は、検出した駆動ＤＣ電圧１０６を降圧する分圧回路を有する。
電圧検出部１０７は、現像ＡＣ高電圧電源回路３０１ｙに印加される駆動ＤＣ電圧１０６の電圧値を検出する。電圧検出部１０７は、検出した駆動ＤＣ電圧１０６を降圧する分圧回路を有する。
Ａ／Ｄ変換部１０８は、電圧検出部１０７で降圧された駆動ＤＣ電圧１０６をデジタル信号に変換する。ＣＰＵ１０９は、Ａ／Ｄ変換部１０８から送られるデジタル信号に応じてデューティー（Duty）比が調整されたＰＷＭ信号１０１、１０２を生成する。
ＰＷＭ信号１０１、１０２は、ドライブ回路１０３、１０４を動作させて、フルブリッジ回路１０５の状態を制御する。フルブリッジ回路１０５は、ドライブ回路１０３、１０４の制御により、ＰＷＭ信号１０１がハイ（High）状態且つＰＷＭ信号１０２がロー（Low）状態のときに、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４がオン状態、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３がオフ状態になる。このとき、トランスＴ１の一次側コイル（以下、単に「一次側」という。）には間欠的に駆動ＤＣ電圧１０６が印加され、一端に印加される駆動ＤＣ電圧１０６応じて、第１方向Ａに電流が流れる。
逆に、ＰＷＭ信号１０１がロー状態且つＰＷＭ信号１０２がハイ状態のときに、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３がオン状態になり、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４がオフ状態になる。このとき、トランスＴ１の一次側には、他端に印加される駆動ＤＣ電圧１０６応じて、第２方向Ｂに電流が流れる。
逆に、ＰＷＭ信号１０１がロー状態且つＰＷＭ信号１０２がハイ状態のときに、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３がオン状態になり、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４がオフ状態になる。このとき、トランスＴ１の一次側には、他端に印加される駆動ＤＣ電圧１０６応じて、第２方向Ｂに電流が流れる。
ＰＷＭ信号１０１は、ハイ状態とロー状態を所定回数繰り返し、その後所定時間ロー状態を維持することを繰り返す信号である。言い換えれば、トランスＴ１の二次側コイル（以下、単に「二次側」という。）に電圧が出力される期間に対応する一次側の駆動信号（ＰＷＭ信号）の期間を複数のパルスで構成した信号である。ＰＷＭ信号１０１がハイ状態とロー状態との遷移を繰り返す期間をパルス期間と称し、ＰＷＭ信号１０１が所定時間ロー状態を維持する期間をブランク期間と称する。ＰＷＭ信号１０２についても同様である。ＰＷＭ信号１０１がパルス期間で、且つＰＷＭ信号１０２がブランク期間である間、トランスＴ１の一次側には、電流が、第１方向Ａに周期的に流れる。トランスＴ１の二次側には、現像ＤＣ高電圧電源回路３０２ｙから重畳ＤＣ電圧が印加されており、第１方向Ａに流れる電流の起電力により、重畳ＤＣ電圧が正方向に変動する。
ＰＷＭ信号１０２がパルス期間で、且つＰＷＭ信号１０１がブランク期間である間、トランスＴ１の一次側には、電流が、第２方向Ｂに周期的に流れる。第２方向Ｂに流れる電流の起電力により、重畳ＤＣ電圧が負方向に変動する。
これが繰り返されることで、トランスＴ１の二次側に重畳ＤＣ高電圧が重畳された矩形波の現像ＡＣ高電圧が生じる。このように、トランスＴ１は、ＰＷＭ信号１０１、１０２及び駆動ＤＣ電圧１０６により駆動されて、一次側の両端から交互に駆動ＤＣ電圧１０６が印加されて二次側にＡＣ電圧を発生する。なお、トランスＴ１は、二次側の巻き数が大きいために逓昇変圧器として動作し、一次側に印加される電圧が二次側で昇圧されて高電圧となる。
ＰＷＭ信号１０２がパルス期間で、且つＰＷＭ信号１０１がブランク期間である間、トランスＴ１の一次側には、電流が、第２方向Ｂに周期的に流れる。第２方向Ｂに流れる電流の起電力により、重畳ＤＣ電圧が負方向に変動する。
これが繰り返されることで、トランスＴ１の二次側に重畳ＤＣ高電圧が重畳された矩形波の現像ＡＣ高電圧が生じる。このように、トランスＴ１は、ＰＷＭ信号１０１、１０２及び駆動ＤＣ電圧１０６により駆動されて、一次側の両端から交互に駆動ＤＣ電圧１０６が印加されて二次側にＡＣ電圧を発生する。なお、トランスＴ１は、二次側の巻き数が大きいために逓昇変圧器として動作し、一次側に印加される電圧が二次側で昇圧されて高電圧となる。
図３は、ＰＷＭ信号１０１、１０２と、現像ＡＣ高電圧電源回路３０１ｙから出力される現像ＡＣ高電圧の波形の説明図である。上述の通り、トランスＴ１の一次側に駆動ＤＣ電圧１０６（１２［Ｖ］）が印加され、二次側に重畳ＤＣ電圧が印加され、ＰＷＭ信号１０１、１０２によりトランスＴ１の一次側に流れる電流が制御される。
ＰＷＭ信号１０１、１０２の各パルス期間の各パルスの幅（オン幅）は、トランスＴ１の出力電圧に関係し、オン幅が広いほど１つのパルス期間におけるトランスＴ１への駆動ＤＣ電圧１０６の総印加時間が長くなる。総印加時間の長さに比例して、発生する現像ＡＣ高電圧の振幅が大きくなる。ＰＷＭ信号１０１、１０２の各パルス期間は、同一周期のパルス信号の繰り返しであり、周期に対するオン幅（パルス幅）が各パルス信号のデューティー比である。ＰＷＭ信号１０１、１０２のパルス期間のパルス信号は、オン幅が最大のときにデューティー比が１００［％］、オン幅が最小のときにデューティー比が０［％］になる。
駆動ＤＣ電圧１０６の基準となる電圧値（以下、「基準値」という。）を１２［Ｖ］とし、トランスＴ１の二次側出力が所望の振幅の矩形波になるようなＰＷＭ信号１０１、１０２のパルス信号のデューティー比を初期デューティー比とする。このときの現像ＡＣ高電圧の波形は、最大値Ｖａ、最小値Ｖｂ、振幅が（Ｖａ−Ｖｂ）で表される。最大値Ｖａは、トランスＴ１に流れる電流が第１方向Ａのときに生じ、最小値Ｖｂは、第２方向Ｂのときに生じる。
駆動ＤＣ電圧１０６の基準となる電圧値（以下、「基準値」という。）を１２［Ｖ］とし、トランスＴ１の二次側出力が所望の振幅の矩形波になるようなＰＷＭ信号１０１、１０２のパルス信号のデューティー比を初期デューティー比とする。このときの現像ＡＣ高電圧の波形は、最大値Ｖａ、最小値Ｖｂ、振幅が（Ｖａ−Ｖｂ）で表される。最大値Ｖａは、トランスＴ１に流れる電流が第１方向Ａのときに生じ、最小値Ｖｂは、第２方向Ｂのときに生じる。
図４（ａ）は、駆動ＤＣ電圧１０６が１２．６［Ｖ］に増加したときの現像ＡＣ高電圧の波形の例示図である。図４（ｂ）は、駆動ＤＣ電圧１０６が１１．４［Ｖ］に低下したときの現像ＡＣ高電圧の波形の例示図である。それぞれ、基準値のときの現像ＡＣ高電圧の波形を破線で表し、駆動ＤＣ電圧１０６が変動したときの現像ＡＣ高電圧の波形を実線で表している。
図４（ａ）は、駆動ＤＣ電圧１０６が基準値から５％増加した場合の現像ＡＣ高電圧を示しており、現像ＡＣ高電圧の振幅も５％増加する。図４（ｂ）は、駆動ＤＣ電圧１０６が基準値から５％低下した場合の現像ＡＣ高電圧を示しており、現像ＡＣ高電圧の振幅も５％低下する。これは、トランスＴ１において、二次側に生じる電圧が、巻き数比と一次側に印加される電圧の積であり、一次側に印加される駆動ＤＣ電圧１０６の変動に比例して、二次側に発生する現像ＡＣ高電圧の振幅が変動するためである。
本実施形態では、このような駆動ＤＣ電圧１０６の変動に対して、ＣＰＵ１０９が、この変動を検出して、ＰＷＭ信号１０１、１０２により現像ＡＣ高電圧の振幅の変動を抑制する。ＣＰＵ１０９は、変動量検出部として機能して電圧検出部１０７で検出した駆動ＤＣ電圧１０６の基準値からの変動量を検出する。ＣＰＵ１０９は、検出した変動量に応じた補正量となるように、ＰＷＭ信号１０１、１０２のデューティー比を補正して、現像高電圧電源回路２０１ｙに入力する。
図５は、ＰＷＭ信号１０１、１０２補正前後の、現像ＡＣ高電圧の波形の例示図である。ＣＰＵ１０９は、ＰＷＭ信号１０１、１０２のパルス期間のパルスのデューティー比を変化させることで、トランスＴ１への総印加時間を変化させて、現像ＡＣ高電圧の振幅を補正する。図５では、駆動ＤＣ電圧１０６が基準値よりも５％増加した１２．６［Ｖ］である。
図４（ａ）で説明した通り、この場合、現像ＡＣ高電圧の振幅が５％増加し、現像器９０４ｙに基準よりも高い電圧が印加される。この場合、トナー像が濃く形成される。そのために、現像ＡＣ高電圧の振幅を低下させる必要がある。
ＣＰＵ１０９は、電圧検出部１０７で検出した駆動ＤＣ電圧１０６の基準値に対する比を求める。ここでは、検出した駆動ＤＣ電圧１０６が１２．６［Ｖ］であり、基準値が１２［Ｖ］である。この比を、ＰＷＭ信号１０１、１０２における各パルス信号のデューティー比に乗算する。上述の通り、トランスＴ１の二次側に発生する現像ＡＣ高電圧の振幅は、一次側に印加される駆動ＤＣ電圧１０６と巻き数比の積である。そのため、駆動ＤＣ電圧１０６の基準値と電圧検出部１０７で検出した駆動ＤＣ電圧１０６の電圧値との比は、それぞれに対応する現像ＡＣ高電圧の振幅の比と等しい。
つまり、駆動ＤＣ電圧１０６の基準値と検出した電圧値との比（１２／１２．６）を補正前のＰＷＭ信号１０１、１０２のデューティー比に乗算することは、現像ＡＣ高電圧の駆動ＤＣ電圧１０６の変動前後の振幅の比をデューティー比に乗算することと同義になる。
つまり、駆動ＤＣ電圧１０６の基準値と検出した電圧値との比（１２／１２．６）を補正前のＰＷＭ信号１０１、１０２のデューティー比に乗算することは、現像ＡＣ高電圧の駆動ＤＣ電圧１０６の変動前後の振幅の比をデューティー比に乗算することと同義になる。
例えば、初期デューティー比が５０［％］であったときの演算式は、以下のようになる。
１２［Ｖ］／１２．６［Ｖ］＊５０［％］≒４７．６２［％］
１２［Ｖ］／１２．６［Ｖ］＊５０［％］≒４７．６２［％］
このようにして求められるＰＷＭ信号１０１、１０２は、実線で表される補正後のデューティー比が、破線で表される補正前のデューティー比と比較して、減少したものとなる。減少量は、現像ＡＣ高電圧の振幅の変動割合に応じたものとなる。これにより、トランスＴ１への総印加時間が減少して、発生する現像ＡＣ高電圧を所望の振幅に保つことができる。駆動ＤＣ電圧１０６が減少した場合にも、同様に、駆動ＤＣ電圧１０６の基準値と検出した値との比に応じてＰＷＭ信号１０１、１０２のデューティー比を補正することで、現像ＡＣ高電圧を所望の振幅に保つことができる。
このように、駆動ＤＣ電圧１０６の変動量に応じて、ＣＰＵ１０９によりＰＷＭ信号１０１、１０２のデューティー比を補正することで、現像ＡＣ高電圧の振幅の変動を抑制することができる。以上は、イエローの現像器９０４ｙに現像ＡＣ高電圧を供給する現像高電圧電源回路２０１ｙについて説明した。同様に、マゼンタ、シアン、ブラックの各現像器９０４ｍ、９０４ｃ、９０４ｋに現像ＡＣ高電圧を供給する現像高電圧電源回路２０１ｍ、２０１ｃ、２０１ｋでも、現像ＡＣ高電圧の振幅の変動を抑制することができる。
以上のような画像形成装置９００により、以下の第１〜第３実施形態のような運用が可能である。画像形成装置９００は、以下の第１〜第３実施形態のように運用されることで、現像ＡＣ高電圧の振幅の変動を抑制するように電圧制御を行う。
［第１実施形態］
図６は、第１実施形態の、現像ＡＣ高電圧の振幅変動を抑制する処理のフローチャートである。第１実施形態では、駆動ＤＣ電圧１０６の検出及びＰＷＭ信号１０１、１０２の補正が、画像形成装置９００の起動時に行われる。
図６は、第１実施形態の、現像ＡＣ高電圧の振幅変動を抑制する処理のフローチャートである。第１実施形態では、駆動ＤＣ電圧１０６の検出及びＰＷＭ信号１０１、１０２の補正が、画像形成装置９００の起動時に行われる。
電源がオン状態になると画像形成装置９００は、ウォームアップ動作を開始する。ＣＰＵ１０９は、まず、画像形成装置９００の各部の調整動作を開始する（Ｓ１００１）。次に、ＣＰＵ１０９は、電圧検出部１０７で検出された駆動ＤＣ電圧１０６の電圧値（以下、「検出値」という。）を取得する（Ｓ１００２）。ＣＰＵ１０９は、検出値を駆動ＤＣ電圧１０６の基準値と比較して、等しいか否かを判断する（Ｓ１００３）。
検出値と基準値とが等しい場合、ＣＰＵ１０９は、ＰＷＭ信号１０１、１０２のパルス期間のパルス信号の初期デューティー比を維持する（Ｓ１００３：Y、Ｓ１００４）。初期デューティー比の値は予め決められており、例えば５０％である。検出値と基準値とが等しくない場合、ＣＰＵ１０９は、検出値の基準値からの変動量に応じて、上述の通りＰＷＭ信号１０１、１０２のパルス期間のパルス信号のデューティー比を補正する（Ｓ１００３：N、Ｓ１００５）。
その後、ＣＰＵ１０９は、画像形成装置９００の各部の調整動作を終了する（Ｓ１００６）。以上により、ウォームアップ動作が終了する。
検出値と基準値とが等しい場合、ＣＰＵ１０９は、ＰＷＭ信号１０１、１０２のパルス期間のパルス信号の初期デューティー比を維持する（Ｓ１００３：Y、Ｓ１００４）。初期デューティー比の値は予め決められており、例えば５０％である。検出値と基準値とが等しくない場合、ＣＰＵ１０９は、検出値の基準値からの変動量に応じて、上述の通りＰＷＭ信号１０１、１０２のパルス期間のパルス信号のデューティー比を補正する（Ｓ１００３：N、Ｓ１００５）。
その後、ＣＰＵ１０９は、画像形成装置９００の各部の調整動作を終了する（Ｓ１００６）。以上により、ウォームアップ動作が終了する。
ウォームアップ動作の終了後、画像形成装置９００は、ジョブのスタンバイ状態になり、ジョブが発生したときに、ジョブに応じた画像形成処理を行う。画像形成の際にＣＰＵ１０９は、Ｓ１００４、Ｓ１００５で設定したデューティー比のＰＷＭ信号１０１、１０２を現像ＡＣ高電圧電源回路３０１ｙに入力する。ＰＷＭ信号１０１、１０２のデューティー比は、画像形成装置９００の電源オフ時まで維持される。
このように画像形成装置９００は、起動時にＰＷＭ信号１０１、１０２の補正を行うことで、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１０の個体差による駆動ＤＣ電圧１０６のバラツキに対して、現像ＡＣ高電圧の振幅の変動を抑制して一定に保つことが可能である。
［第２実施形態］
図７は、第２実施形態の現像ＡＣ高電圧の振幅変動を抑制する処理のフローチャートである。第２実施形態では、駆動ＤＣ電圧１０６の検出及びＰＷＭ信号１０１、１０２の補正が、画像形成装置９００の起動後、画像形成処理中に行われる。具体的なタイミングとしては、画像形成装置９００のウォームアップ動作終了後になる。画像形成装置９００は、ウォームアップ動作の終了後に、ジョブのスタンバイ状態にある。
図７は、第２実施形態の現像ＡＣ高電圧の振幅変動を抑制する処理のフローチャートである。第２実施形態では、駆動ＤＣ電圧１０６の検出及びＰＷＭ信号１０１、１０２の補正が、画像形成装置９００の起動後、画像形成処理中に行われる。具体的なタイミングとしては、画像形成装置９００のウォームアップ動作終了後になる。画像形成装置９００は、ウォームアップ動作の終了後に、ジョブのスタンバイ状態にある。
スタンバイ状態中に画像形成のジョブが発生すると、ＣＰＵ１０９は、画像形成処理を開始する。画像形成処理において、感光ドラム９０１ｙ、９０１ｍ、９０１ｃ、９０１ｋへの潜像の形成が終了すると、現像工程が行われる。
現像工程では、まず、ＣＰＵ１０９が、電圧検出部１０７で検出された駆動ＤＣ電圧１０６の検出値を取得する（Ｓ２００３）。ＣＰＵ１０９は、検出値を駆動ＤＣ電圧１０６の基準値と比較して、等しいか否かを判断する（Ｓ２００４）。
検出値と基準値とが等しい場合、ＣＰＵ１０９は、ＰＷＭ信号１０１、１０２の初期デューティー比を維持する（Ｓ２００４：Y、Ｓ２００５）。検出値と基準値とが等しくない場合、ＣＰＵ１０９は、検出値の基準値からの変動量に応じて、上述の通りＰＷＭ信号１０１、１０２のパルス期間のパルス信号のデューティー比を補正する（Ｓ２００４：N、Ｓ２００６）。
現像工程では、まず、ＣＰＵ１０９が、電圧検出部１０７で検出された駆動ＤＣ電圧１０６の検出値を取得する（Ｓ２００３）。ＣＰＵ１０９は、検出値を駆動ＤＣ電圧１０６の基準値と比較して、等しいか否かを判断する（Ｓ２００４）。
検出値と基準値とが等しい場合、ＣＰＵ１０９は、ＰＷＭ信号１０１、１０２の初期デューティー比を維持する（Ｓ２００４：Y、Ｓ２００５）。検出値と基準値とが等しくない場合、ＣＰＵ１０９は、検出値の基準値からの変動量に応じて、上述の通りＰＷＭ信号１０１、１０２のパルス期間のパルス信号のデューティー比を補正する（Ｓ２００４：N、Ｓ２００６）。
ＰＷＭ信号１０１、１０２のパルス期間のパルス信号のデューティー比が決定すると、ＣＰＵ１０９は、高電圧の印加開始タイミングを待つために、高電圧スタンバイ状態に移行する（Ｓ２００７）。ＣＰＵ１０９は、画像形成装置９００内の用紙９１２の搬送位置や、その他の画像形成動作の状態により、高電圧開始の判断を行う。ＣＰＵ１０９は、高電圧開始を判断しない場合に、ジョブ終了の判断を行う（Ｓ２００８：N、Ｓ２０１２）。
ＣＰＵ１０９は、高電圧開始を判断した場合に、ＰＷＭ信号１０１、１０２の出力を開始する（Ｓ２００８：Y、Ｓ２００９）。ＰＷＭ信号１０１、１０２の出力により、振幅変動を抑制された現像ＡＣ高電圧が、現像器９０４ｙ、９０４ｍ、９０４ｃ、９０４ｋに供給される。ＣＰＵ１０９は、ＰＷＭ信号１０１、１０２の出力停止が判断されるまで、ＰＷＭ信号１０１、１０２を出力する（Ｓ２０１０：Y、Ｓ２０１１）。例えば、ＣＰＵ１０９は、現像工程の終了によりＰＷＭ信号１０１、１０２の出力を停止する。
ＣＰＵ１０９は、高電圧開始を判断した場合に、ＰＷＭ信号１０１、１０２の出力を開始する（Ｓ２００８：Y、Ｓ２００９）。ＰＷＭ信号１０１、１０２の出力により、振幅変動を抑制された現像ＡＣ高電圧が、現像器９０４ｙ、９０４ｍ、９０４ｃ、９０４ｋに供給される。ＣＰＵ１０９は、ＰＷＭ信号１０１、１０２の出力停止が判断されるまで、ＰＷＭ信号１０１、１０２を出力する（Ｓ２０１０：Y、Ｓ２０１１）。例えば、ＣＰＵ１０９は、現像工程の終了によりＰＷＭ信号１０１、１０２の出力を停止する。
その後、ＣＰＵ１０９はジョブ終了の判断を行い、終了であれば画像形成処理を終了し（Ｓ２０１２：Y）、終了でなければ、高電圧スタンバイの状態に戻る（Ｓ２０１２：N、Ｓ２００７）。
このように画像形成装置９００は、高電圧印加前にＰＷＭ信号１０１、１０２の補正を行うことで、連続稼働中や周囲温度等の使用環境の変化による駆動ＤＣ電圧１０６の変動に対して、現像ＡＣ高電圧の振幅の変動を抑制して一定に保つことが可能である。
［第３実施形態］
図８Ａ、図８Ｂは、第３実施形態の、現像ＡＣ高電圧の振幅変動を抑制する処理のフローチャートである。第３実施形態では、駆動ＤＣ電圧１０６の検出及びＰＷＭ信号１０１、１０２の補正が、画像形成処理中の高電圧印加中に、一定の時間間隔で行われる。具体的に画像形成装置９００は、第２実施形態の、高電圧スタンバイ（Ｓ２００７）の後、高電圧開始の判断が行われたとき（Ｓ２００８）に駆動ＤＣ電圧１０６の検出及びＰＷＭ信号１０１、１０２の補正を行う。高電圧開始の判断までは（Ｓ２００３〜Ｓ２００８：図８Ａ，図８Ｂ）、第２実施形態と同様であるので、説明を省略する。
図８Ａ、図８Ｂは、第３実施形態の、現像ＡＣ高電圧の振幅変動を抑制する処理のフローチャートである。第３実施形態では、駆動ＤＣ電圧１０６の検出及びＰＷＭ信号１０１、１０２の補正が、画像形成処理中の高電圧印加中に、一定の時間間隔で行われる。具体的に画像形成装置９００は、第２実施形態の、高電圧スタンバイ（Ｓ２００７）の後、高電圧開始の判断が行われたとき（Ｓ２００８）に駆動ＤＣ電圧１０６の検出及びＰＷＭ信号１０１、１０２の補正を行う。高電圧開始の判断までは（Ｓ２００３〜Ｓ２００８：図８Ａ，図８Ｂ）、第２実施形態と同様であるので、説明を省略する。
高電圧開始を判断すると、ＣＰＵ１０９は、ＰＷＭ信号１０１、１０２の補正を行う時間間隔として設定される設定時間が経過したかを判断する。設定時間が経過していない場合、ＣＰＵ１０９は、ＰＷＭ信号１０１、１０２を出力する（Ｓ３００９：N、Ｓ３０１４）。設定時間が経過している場合、ＣＰＵ１０９は、電圧検出部１０７で検出された駆動ＤＣ電圧１０６の検出値を取得する（Ｓ３００９：Y、Ｓ３０１０）。ＣＰＵ１０９は、検出値を駆動ＤＣ電圧１０６の基準値と比較して、等しいか否かを判断する（Ｓ３０１１）。
検出値と基準値とが等しい場合、ＣＰＵ１０９は、ＰＷＭ信号１０１、１０２のパルス期間のパルス信号の初期デューティー比を維持する（Ｓ３０１１：Y、Ｓ３０１２）。検出値と基準値とが等しくない場合、ＣＰＵ１０９は、検出値の基準値からの変動量に応じて、上述の通りＰＷＭ信号１０１、１０２のパルス期間のパルス信号のデューティー比を補正する（Ｓ３０１１：N、Ｓ３０１３）。
その後、ＣＰＵ１０９は、ＰＷＭ信号１０１、１０２を出力する（Ｓ３０１４）。ＰＷＭ信号出力後の処理（Ｓ２０１０〜Ｓ２０１２、図８Ｂ）は、第２実施形態のＳ２０１０以降の処理と同じであるので、説明を省略する。
検出値と基準値とが等しい場合、ＣＰＵ１０９は、ＰＷＭ信号１０１、１０２のパルス期間のパルス信号の初期デューティー比を維持する（Ｓ３０１１：Y、Ｓ３０１２）。検出値と基準値とが等しくない場合、ＣＰＵ１０９は、検出値の基準値からの変動量に応じて、上述の通りＰＷＭ信号１０１、１０２のパルス期間のパルス信号のデューティー比を補正する（Ｓ３０１１：N、Ｓ３０１３）。
その後、ＣＰＵ１０９は、ＰＷＭ信号１０１、１０２を出力する（Ｓ３０１４）。ＰＷＭ信号出力後の処理（Ｓ２０１０〜Ｓ２０１２、図８Ｂ）は、第２実施形態のＳ２０１０以降の処理と同じであるので、説明を省略する。
このように画像形成装置９００は、高電圧印加中であっても、駆動ＤＣ電圧１０６の変動に対して、リアルタイムで対応して、現像ＡＣ高電圧の振幅の変動を抑制して一定に保つことが可能である。
以上のように、第１実施形態では画像形成装置９００の起動直後、第２実施形態では画像形成処理時、第３実施形態では所定の時間間隔で、画像形成装置９００は、駆動ＤＣ電圧１０６の変動に対する処理を行う。これらは、排他的ではなく、すべてのタイミングで実行するようにしても良い。また、いずれか２つのタイミングで行うようにしても良い。
本発明によれば、ＡＣ高電圧を生成するためのブリッジ回路の入力電圧となる駆動 ＤＣ電圧の電圧値とその基準値との差に応じて、駆動ＤＣ電圧の印加時間を調整する。これによりＡＣ高電圧の振幅が補正される。そのために、駆動ＤＣ電圧の電圧値が変動した場合でも、生成されるＡＣ高電圧への影響を抑制できる。
９００…画像形成装置、９０１ｙ，９０１ｍ，９０１ｃ，９０１ｋ…感光ドラム、９０２ｙ，９０２ｍ，９０２ｃ，９０２ｋ…一次帯電器、９０３ｙ，９０３ｍ，９０３ｃ，９０３ｋ…レーザユニット、９０４ｙ，９０４ｍ，９０４ｃ，９０４ｋ…現像器、９０５ｙ，９０５ｍ，９０５ｃ，９０５ｋ…一次転写ローラ、９０６…中間転写ベルト、９０７…二次転写ローラ、９０８…二次転写外ローラ、９０９…クリーナ、９１０…用紙カセット、９１１…定着器、９１２…用紙、２０１ｙ，２０１ｍ，２０１ｃ，２０１ｋ…現像高電圧電源回路、２０２ｙ，２０２ｍ，２０２ｃ，２０２ｋ…画像形成部、３０１ｙ…現像ＡＣ高電圧電源回路、３０２ｙ…現像ＤＣ高電圧電源回路、１０１，１０２…ＰＷＭ信号、１０３，１０４…ドライブ回路、１０５…フルブリッジ回路、１０６…駆動ＤＣ電圧、１０７…電圧検出部、１０８…Ａ／Ｄ変換部、１０９…ＣＰＵ、１１０…ＡＣ／ＤＣコンバータ、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…スイッチング素子
Claims (9)
- 商用交流電源の出力に基づいて駆動ＤＣ電圧としてＤＣ電圧を出力するコンバータと、
前記駆動ＤＣ電圧が印加されてＰＷＭ信号により駆動されるブリッジ回路を有し、前記駆動ＤＣ電圧の電圧値及び印加時間に応じて振幅が変化するＡＣ高電圧を生成するＡＣ高電圧生成手段と、
前記コンバータから出力される前記駆動ＤＣ電圧の電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出した前記駆動ＤＣ電圧の電圧値と基準値との差に基づいて、前記駆動ＤＣ電圧の印加時間に対応する前記ＰＷＭ信号のデューティ比を調整する制御手段と、を備え、
前記基準値は、所定のデューティ比の前記ＰＷＭ信号により前記ＡＣ高電圧生成手段が駆動される場合に、前記ＡＣ高電圧生成手段が生成する前記ＡＣ高電圧の振幅が所定の値となるような前記駆動ＤＣ電圧の電圧値であることを特徴とする、
電源装置。 - 前記ＡＣ高電圧生成手段は、前記ブリッジ回路に接続されるトランスを有し、前記トランスは、前記ＰＷＭ信号に応じて一次側コイルに前記駆動ＤＣ電圧が印加されることにより二次側コイルに前記ＡＣ高電圧を発生することを特徴とする、
請求項１記載の電源装置。 - 前記制御手段は、前記一次側コイルへの前記駆動ＤＣ電圧の印加時間を変更するための前記ＰＷＭ信号のデューティ比を決定して、前記ＰＷＭ信号を生成することを特徴とする、
請求項２記載の電源装置。 - 前記トランスの前記二次側コイルの一端に、前記ＡＣ高電圧に重畳するためのＤＣ高電圧を印加するＤＣ高電圧生成手段を備えることを特徴とする、
請求項２又は３記載の電源装置。 - 商用交流電源の出力に基づいて駆動ＤＣ電圧としてＤＣ電圧を生成するコンバータと、
前記駆動ＤＣ電圧が印加されてＰＷＭ信号により駆動されるブリッジ回路を有し、前記駆動ＤＣ電圧の電圧値に応じて振幅が変化するＡＣ高電圧を生成するＡＣ高電圧生成手段と、
前記ＡＣ高電圧生成手段で生成された前記ＡＣ高電圧が供給されて画像形成処理を行う画像形成手段と、
前記コンバータから出力される前記駆動ＤＣ電圧の電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出した前記駆動ＤＣ電圧の電圧値と基準値との差に基づいて、前記駆動ＤＣ電圧の印加時間に対応する前記ＰＷＭ信号のデューティ比を調整する制御手段と、を備え、
前記基準値は、所定のデューティ比の前記ＰＷＭ信号により前記ＡＣ高電圧生成手段が駆動される場合に、前記ＡＣ高電圧生成手段が生成する前記ＡＣ高電圧の振幅が所定の値となるような前記駆動ＤＣ電圧の電圧値であることを特徴とする、
画像形成装置。 - 前記ＡＣ高電圧生成手段は、前記ブリッジ回路に接続されるトランスを有し、前記トランスは、前記ＰＷＭ信号に応じて一次側コイルに前記駆動ＤＣ電圧が印加されることにより二次側コイルに前記ＡＣ高電圧を発生することを特徴とする、
請求項５記載の画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記一次側コイルへの前記駆動ＤＣ電圧の印加時間を変更するための前記ＰＷＭ信号のデューティ比を決定して、前記ＰＷＭ信号を生成することを特徴とする、
請求項６記載の画像形成装置。 - 前記画像形成手段は、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に形成された前記静電潜像をトナーにより現像する現像手段と、を有し、
前記ＡＣ高電圧生成手段は、前記現像手段に供給される前記ＡＣ高電圧を生成することを特徴とする、
請求項５〜７のいずれか１項記載の画像形成装置。 - 前記トランスの前記二次側コイルの一端に、前記ＡＣ高電圧に重畳するためのＤＣ高電圧を印加するＤＣ高電圧生成手段を備えることを特徴とする、
請求項６又は７記載の画像形成装置。
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