JP6671879B2 - 高圧電源装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
本発明は、正電圧と負電圧を選択的に切り換えて出力する高圧電源装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置としてのレーザービームプリンタは、画像形成のためのプロセス部材として帯電装置、現像装置、転写装置、定着装置等を備えている。このようなプロセス部材のうち、例えば、転写装置としての転写ローラには正負両極性の電圧（転写バイアスともいう）を選択的に印加しているものがある。許文献１には、記録材に画像を転写する位置（トナー像を担持している感光ドラムと転写ローラで形成される転写ニップ部ともいう）に記録材がある時にはトナーと逆極性のバイアスを印加することで転写を行う。そして、紙間など転写ニップ部に記録材がない時にはトナーと同極性のバイアスを印加することで、転写ローラに付着したトナーをクリーニングすると共に像担持体（感光ドラム）の電位変動（ドラム上のメモリともいう）を防止することが記載されている。
転写ニップ部において記録材がある通紙状態から記録材が無い非通紙状態へ切り替わる際、転写バイアスはトナーと逆極性のバイアスから同極性のバイアスへ切り替わる。この切り替え動作は、記録材の後端の余白部（画像が形成された領域から紙後端の間の部分）が転写ニップを通過する期間内で行われるのが望ましい。転写バイアスの切り替わりがこの余白部の期間内に行われない場合、非通紙状態で転写バイアスが所定電位になっていないために、対向にある感光ドラムの電位に影響をあたえてしまい画像不良が発生するという問題があった。製品の生産性向上のための搬送速度の上昇により、記録材の後端余白部が転写ニップを通過する期間（時間）が短くなってきており、転写バイアスの切り替わり時間を短縮する必要がある。
本発明は、上記の課題に鑑み、簡易な構成で出力電圧の極性の切り替わり時間を短縮することができる装置を提供することを目的とする。
所定極性の第一の高電圧を出力する第一の高電圧発生手段と、前記第一の高電圧発生手段と接続されており、前記第一の高電圧と逆極性の第二の高電圧を出力する第二の高電圧発生手段と、前記第一の高電圧発生手段から出力される前記第一の高電圧及び前記第二の高電圧発生手段から出力される前記第二の高電圧が選択的に出力される出力端と、前記第一の高電圧発生手段から出力される前記第一の高電圧と前記第二の高電圧発生手段から出力される前記第二の高電圧を制御するために、前記第一の高電圧発生手段と前記第二の高電圧発生手段に供給する駆動信号の設定値を制御する制御手段と、を備えた高圧電源装置において、前記出力端に接続された負荷に流れる電流を検知する電流検知手段と、前記電流検知手段の検知結果を用いて前記出力端に接続された前記負荷の抵抗値を判別する判別手段と、を有し、前記制御手段は、前記第一の高電圧を出力した状態から前記第二の高電圧を出力した状態に切り替わるまでの遷移期間において、前記第一の高電圧を出力するために、前記設定値を第一の高電圧に対応する第一の値に設定した前記駆動信号を前記第一の高電圧発生手段に出力し、前記第一の値に設定した前記駆動信号の出力を停止して前記第一の高電圧の出力を停止してから前記設定値を前記第二の高電圧の目標電圧に対応する第二の値に設定した駆動信号を前記第二の高電圧発生手段に出力する前に、所定期間、前記設定値を前記第二の値に対して、前記判別手段で判別した前記負荷の抵抗値に応じた補正値を加算して得られた第三の値に設定した前記駆動信号を出力してから前記第二の値の前記駆動信号を出力するように制御し、前記補正値は、前記設定値の前記第一の値と前記第二の値と判別された前記負荷の抵抗値と前記電流検知手段によって検知された電流を用いて所定の演算式で演算されて求められ、前記制御手段は、前記負荷の劣化状態に応じて前記補正値と前記所定期間を切り替えることを特徴とする。
記録材に画像を形成する画像形成装置において、画像形成手段と、前記画像形成手段に高電圧を出力する高圧電源と、を有し、前記高圧電源は、所定極性の第一の高電圧を出力する第一の高電圧発生手段と、前記第一の高電圧発生手段と接続されており、前記第一の高電圧と逆極性の第二の高電圧を出力する第二の高電圧発生手段と、前記第一の高電圧発生手段から出力される前記第一の高電圧及び前記第二の高電圧発生手段から出力される前記第二の高電圧が選択的に出力される出力端と、前記第一の高電圧発生手段から出力される前記第一の高電圧と前記第二の高電圧発生手段から出力される前記第二の高電圧を制御するために、前記第一の高電圧発生手段と前記第二の高電圧発生手段に供給する駆動信号の設定値を制御する制御手段と、を備えた高圧電源装置において、前記出力端に接続された負荷に流れる電流を検知する電流検知手段と、前記電流検知手段の検知結果を用いて前記出力端に接続された前記負荷の抵抗値を判別する判別手段と、を有し、前記制御手段は、前記第一の高電圧を出力した状態から前記第二の高電圧を出力した状態に切り替わるまでの遷移期間において、前記第一の高電圧を出力するために、前記設定値を第一の高電圧に対応する第一の値に設定した前記駆動信号を前記第一の高電圧発生手段に出力し、前記第一の値に設定した前記駆動信号の出力を停止して前記第一の高電圧の出力を停止してから前記設定値を前記第二の高電圧の目標電圧に対応する第二の値に設定した駆動信号を前記第二の高電圧発生手段に出力する前に、所定期間、前記設定値を前記第二の値に対して、前記判別手段で判別した前記負荷の抵抗値に応じた補正値を加算して得られた第三の値に設定した前記駆動信号を出力してから前記第二の値の前記駆動信号を出力するように制御し、前記補正値は、前記設定値の前記第一の値と前記第二の値と判別された前記負荷の抵抗値と前記電流検知手段によって検知された電流を用いて所定の演算式で演算されて求められ、前記制御手段は、前記負荷の劣化状態に応じて前記補正値と前記所定期間を切り替えることを特徴とする。
本発明によれば、簡易な構成で出力電圧の極性の切り替えに要する時間を短縮することができる。
以下では本発明の技術思想を適用したいくつかの実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は画像形成装置１００の断面図である。感光体１はプロセスカートリッジ５０として一体化されて画像形成装置に着脱可能な構成となっている。この感光体１は不図示のモータ等の駆動部によって回転自在に設けられておりトナー画像を担持する像担持体である。帯電ローラ２は像担持体を帯電させる帯電手段の一例であり、例えば、感光体１の表面を均一に帯電させる帯電部材として機能する。スキャナユニット６３は、帯電手段により一様に帯電した像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段の一例である。スキャナユニット６３は、画像データに応じたレーザービーム４を感光体１に照射し、静電潜像を形成する露光ユニットとして機能する。現像ローラ５は像担持体に形成された静電潜像をトナーを用いて現像してトナー画像を形成する現像手段の一例である。現像ローラ５はトナーを感光体１に飛翔させて静電潜像をトナー画像へと現像する現像部材として機能する。給紙カセット５１には記録材９としてのシートが積載されている。シートとしては、普通紙、薄紙、厚紙、ＯＨＴシート、ラフ紙等、種々のシートを用いることができる。記録材９は給紙ローラ５２により給送されるととともに分離パッド５３の摩擦力により捌かれて、１枚の記録材９だけが搬送ローラ対５４に給送される。その後、記録材９は搬送ローラ対５４、レジストローラ対５５を通って感光体１と転写ローラ１０が当接する転写ニップ部（転写位置）に搬送される。ＴＯＰセンサ６１はシートの搬送路における所定位置において記録材９の有無を検知するセンサであり、記録材９の有無により信号レベルがＨｉｇｈとＬｏｗに切り替わるＴＯＰ信号を後述するＣＰＵへ送信する。ＴＯＰ信号は、垂直方向（記録材９の搬送方向）の同期信号であり、感光体１に形成されたトナー画像の先端と記録材９の先端を同期して、記録材９の所定の位置に画像を転写せるために用いられる。また、記録材の後端における転写バイアスの極性切り替えを行うタイミングを決定するために用いられる。転写位置では、所定の転写電圧を印加された転写ローラ１０が、感光体１に形成されたトナー画像を記録材９に転写する。定着ローラ対５６はトナー画像に対して熱と圧力を加えて溶融させ、トナー画像を記録材９上に固着させる。定着ローラ対５６により搬送された記録材９は、排出ローラ対５７、５８、５９を通過して排出トレイ６０上に排出されて積載される。なお、画像形成装置１００として中間転写体を用いた構成でもよいし、多色画像を形成するカラー画像形成装置であってもよい。いずれの場合も記録材に画像を転写するための転写部材が使用されるため、本発明を適用することが可能である。
図２は画像形成プロセスに関与する部材に電力を供給する高圧電源装置の概略を示した図である。図２おいて、帯電電源３は、交流電圧と直流電圧を重畳した帯電電圧（帯電バイアス）を帯電ローラ２に印加する。感光体１は不図示のモータにより矢印Ａの方向に回転されている。そして帯電ローラ２に所定の電圧が印加されて感光体１の表面の電位が一様に帯電する。帯電電源３で交流電圧を重畳するのは感光体１の表面電位を均一化するためである。感光体１の表面の電荷はレーザービーム４が照射されると減少し、画像信号に応じた静電潜像が感光体１に形成される。現像ローラ５と現像ブレード６との間には負電位に帯電したトナー７が蓄積されている。現像ローラ５に付着したトナー７は現像ブレード６により付着量が均一化され、感光体１との隙間部に運ばれる。現像電源８は、画像形成中においては交流電圧と直流電圧が重畳された現像電圧を現像ローラ５に印加する。この現像電圧の印加により感光体１と現像ローラ５の隙間部には電界が生じ、現像ローラ５の表面に付着したトナー７が現像ローラ５から感光体１へ飛翔する。ここで感光体１の表面においてレーザービーム４が照射されていない部分（非露光領域ともいう）は負電位に帯電しており、その表面電位ＶＤは現像電源８の直流電圧Ｖｄｃより低くなるように設定されている。このため非露光領域においてはトナー７に対して現像ローラ５に押し戻す方向に力が作用し、感光体１の表面の非露光領域にはトナー７が飛翔しない。一方、感光体１の表面のうちレーザービーム４が照射された部分（露光領域）では、表面の負電荷が減少している。露光領域の電位ＶＬは現像電源８の直流電圧Ｖｄｃより高くなる。このため露光領域においてはトナー７に対して感光体１に引き付ける力が作用し、トナー７が感光体１の露光領域に飛翔する。現像電源８の交流電圧は、現像効果の向上を目的としている。交流電圧によってトナー７は、感光体１と現像ローラ５の隙間部を往復運動する。交流電圧の正極性の電圧はトナー７を現像ローラ５へ引き戻すよう作用し、交流電圧の負極性の電圧はトナー７を感光体１へ飛翔するように作用する。このようにして感光体１の表面にはレーザービーム４により形成された静電潜像に応じたトナー画像が形成される。現像電源８の直流電圧Ｖｄｃを変化させ、感光体１に飛翔するトナー量を増加ないしは減少させることで、画像濃度を制御することが可能となる。記録材９は矢印Ｂの方向に搬送される。転写ローラ１０には、画像形成中において転写電源１１より正極性の直流電圧が印加される。感光体１の表面に形成された負電位のトナー画像は、転写ローラ１０に印加されている正極性の直流電圧によって記録材９に転写される。
図３は正極性の電圧と負極性の電圧を選択的に発生することが可能な転写電源１１の回路図である。１１０はＣＰＵであり、正極性の電圧（正バイアス）用のパルス信号１１１、負極性の電圧（負バイアス）用のパルス信号１１２の出力および停止、また、ＰＷＭ信号１１３の出力、停止およびＤＵＴＹの変更、電流検知信号１１４の検知を行う機能を有する。ＣＰＵ１１０は、不図示のＲＯＭに格納された制御プログラムに基づき、以下で説明するＰＷＭ信号、又駆動回路に出力するパルス信号の出力及び制御を行う。また、本実施例ではトナーの極性が負極性であり、トナー像を記録材に転写する際の正極性の電圧を所定極性の電圧とし、転写ローラをクリーニングする際の負極性の電圧を所定極性とは逆極性（負極性）の電圧である。１２１は正バイアス用のトランス１０１を駆動する回路である。パルス信号１１１を受信してトランス１０１の一次側に交流電圧を印加する。トランス１０１の二次側には、一次側の交流電圧を昇圧した高圧交流電圧が発生し、ダイオード１０２とコンデンサ１０３で平滑されて直流電圧となる。１０６はブリーダ抵抗（抵抗素子）である。生成された正電圧（正バイアス）は、保護抵抗１０７を介して出力端１０４へ供給される。パルス信号１１１を出力／停止することで、正バイアスを出力／停止することができる。１０５は負荷（転写ローラ）である。１２２は負バイアス用のトランス１３１を駆動する回路である。パルス信号１１２を受信してトランス１３１の一次側に交流電圧を印加する。トランス１３１の二次側には、一次側の交流電圧を昇圧した交流の高電圧が発生し、ダイオード１３２とコンデンサ１３３で平滑されて直流電圧となる。１３６はブリーダ抵抗（抵抗素子）である。生成された負電圧（負バイアス）は、ブリーダー抵抗１０６、保護抵抗１０７を介して出力端１０４へ供給される。パルス信号１１２を出力／停止することで、負バイアス電圧を出力／停止することができる。なお、駆動回路１２１、トランス１０１、ダイオード１０２、コンデンサ１０３、ブリーダー抵抗１０６からなる回路は正電圧を発生する高電圧発生手段である。また、駆動回路１２２、トランス１３１、ダイオード１３２、コンデンサ１３３、ブリーダー抵抗１３６からなる回路は負電圧を発生する高電圧発生手段である。
また、ＰＷＭ信号１１３は、ＤＵＴＹを０％〜１００％に可変可能な信号である。電圧制御回路１２３は基準電圧Ｖ１に接続されており、ＰＷＭ信号１１３を受信してＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹに応じた電圧を正バイアス用のトランス１０１と負バイアス用のトランス１３１の一次側へ供給する。供給された電圧はトランス１０１とトランス１３１を駆動する為に用いられる。つまり、ＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹを変えることで、正バイアスおよび負バイアス出力のレベルを夫々変更することができる。ＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹのＣＰＵ１１０内部における設定値は、１６進数や１０進数の値が用いられる。例えば８ｂｉｔデータを用いた場合、ＤＵＴＹ０％〜１００％を（００）１６〜（ＦＦ）１６や（０）１０〜（２５５）１０の値で扱う。１２４は電流検知回路であり、負荷１０５（転写ローラ）に流れる電流を検知する回路である。電流検知信号１１４は、負荷１０５に流れる電流に応じたアナログ電圧であり、電流が大きい時は高い電圧、電流が小さい時は低い電圧となる。電流検知信号１１４は、ＣＰＵ１１０のＡ／Ｄ変換ポートへ送信され、ＣＰＵ１１０内部において、８ｂｉｔの場合（００）１６〜（ＦＦ）１６や（０）１０〜（２５５）１０の値で扱われる。
続いて、記録材９の後端が転写ニップ部を通過する際における転写ローラに印加される電圧の制御について、従来例と対比しながら説明をする。図４、図５に従来と本実施例の夫々における正電圧を発生した状態から負電圧を発生した状態になるまでの遷移期間におけるＰＷＭ信号と出力電圧のタイミングチャートを示す。図４は従来のタイミングチャート、図５は本実施例のタイミングチャートであり、正バイアス用のパルス信号１１１及び負バイアス用のパルス信号１１２のオン／オフ、ＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹ設定値、出力端１０４の電圧波形を示している。尚、説明の中で正バイアス、負バイアス共に絶対値が増加する方向を“立ち上がる”、絶対値が減少する方向を“立ち下がる”と表現する。まず図４を参照して従来の制御について説明する。
図４のタイミングＴ１は、正バイアス用のパルス信号１１１がオフし、負バイアス用のパルス信号１１２がオンするタイミングであり、正バイアスから負バイアスへの切り替えが開始されるタイミングである。タイミングＴ１は、ＴＯＰ信号が記録材９の後端を検知したタイミングから所定時間後のタイミングであり、ＣＰＵ１１０によって正バイアスから負バイアスへの切り替えが最適なタイミングで行われるように制御される。タイミングＴ１より前の期間ではＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹ設定値をＤｐとし、これは正バイアスのＤＵＴＹ設定値である。また、その時の出力端１０４の電圧をＶｐｓとする。タイミングＴ１からＴ２の期間Ｔａは負バイアスの整流電圧（コンデンサ１３３の電圧）が立ち上がる期間であり、出力端１０４の電圧は所定の傾きで負側に変化する。タイミングＴ２からＴ３の期間Ｔｂは、出力端１０４の電圧が回路内部の抵抗、コンデンサと負荷１０５の抵抗値で決まる時定数で、負バイアスの目標電圧Ｖｎｓまで立ち上がる期間である。従来の制御ではタイミングＴ１において、負バイアスの定常状態における目標電圧に相当するＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹ設定値Ｄｎに切り替えている。この結果、出力端１０４の電圧が目標電圧になるまで、負バイアス整流電圧の立ち上がり期間Ｔａと、上記時定数で決まる期間Ｔｂの時間を要している。ここで、タイミングＴ２の出力端１０４の電圧と目標電圧Ｖｎｓの差を補正電圧Ｖｃとする。従来の制御では、期間Ｔｂの間で記録材９の後端が転写ニップ部を通過してしまい、転写ローラに印加される電圧が目標電圧Ｖｎｓとなる前に転写ニップが非通紙状態となる。これによって、感光ドラム上の電位変動（メモリ）が発生してしまう。
一方、本発明では、期間Ｔｂにおいて出力端１０４の電圧が目標電圧Ｖｎｓとなる様にＰＷＭ信号１１３の制御を行ってこの課題に対応している。また、負荷１０５の抵抗値は、画像形成装置の周囲環境や動作時間（例：転写ローラの回転時間）などで変化し、それに伴い上記の補正電圧Ｖｃと期間Ｔｂも変化する。本発明では、負荷１０５（転写ローラ）の抵抗値の判別を行い、負荷１０５の抵抗値が変化しても最適なバイアスに切り替えが行えるように制御を行う。その内容については、以下に図５、図６、図７、図８、図９を用いて説明する。
まず、図５は本発明の制御を説明するタイミングチャートである。正バイアス用のパルス信号１１１と、負バイアス用のパルス信号１１２については図４の説明と同様である。タイミングＴ１において、ＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹ設定値は、ＤＵＴＹ設定値Ｄｎに補正電圧Ｖｃに相当するＤＵＴＹ補正値Ｄｃを加算したＤＵＴＹ設定値Ｄｎ´に切り替えている。期間Ｔａの間、設定値Ｄｎ´を維持した後、タイミングＴ２からタイミングＴ３にかけて、設定値をＤｎ´からＤｎへ段階的に切り替えている。期間Ｔａと期間Ｔｂにおいて、前述した回路の時定数による立ち上がりカーブを考慮したＤＵＴＹ設定値とすることで、タイミングＴ２から出力端１０４の電圧を目標電圧Ｖｎｓまで立ち上げることができる。
この制御を実行するに際し、補正値Ｄｃと期間Ｔｂを算出する必要がある。補正値Ｄｃと期間Ｔｂは、ＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹ設定値と電流検知信号１１４の値を用いて算出することができる。その計算式について算出過程を含め下記に説明する。
所定のＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹ設定値で正バイアスを出力した時、電流検知信号１１４の電圧は、負荷１０５の抵抗値が高い時、流れる電流が小さいため低い電圧となり、負荷１０５の抵抗値が低い時、流れる電流が大きいため高い電圧となる。ＣＰＵ１１０が取得する電流検知信号１１４のＤｉｇｉｔａｌ（ディジタル）値をＶｓｎｓ、負荷１０５の抵抗値をＲｔとすると、図６（ａ）の特性となり、下記の式（１）で近似できる。
※ａ１とｎ１は固定値。
ＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹ設定値をＤ、負荷１０５に印加される正バイアスをＶｐとすると、ＤＵＴＹ設定値Ｄを変数とするＶｐの特性は図６（ｂ）の様になり、下記の式（２）で近似できる。また、負荷１０５に印加される負バイアス電圧の絶対値をＶｎとすると、ＤＵＴＹ設定値Ｄを変数とするＶｎの特性は同様に下記の式（３）で近似できる。
Ｖｐ＝ＳｐＤ ・・・（２）
Ｖｎ＝ＳｎＤ ・・・（３）
Ｖｐ＝ＳｐＤ ・・・（２）
Ｖｎ＝ＳｎＤ ・・・（３）
ＳｐとＳｎは図６（ｂ）のグラフの傾きであり、Ｖｐ、Ｖｎの分解能（ＤＵＴＹ設定値Ｄが“１”変化した時のＶｐ、Ｖｎの変化量）である。傾きＳｐとＳｎは負荷抵抗値Ｒｔの値により変化し、Ｒｔが大きい時、傾きＳｐ、Ｓｎも大きく、Ｒｔが小さい時、傾きＳｐ、Ｓｎも小さくなる。傾きＳｐ、Ｓｎと負荷抵抗値Ｒｔは図６（ｃ）に示す特性となり、下記の式（４）（５）で近似できる。
※ａｐ、ｎｐ、ａｎ、ｎｎは固定値。
上記の式（１）〜（５）より、
※ａ、ｂ、ｍ、ｎは固定値。
上記の式（６）（７）より、正バイアス出力電圧Ｖｐと負バイアス出力電圧の絶対値Ｖｎは、ＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹ設定値Ｄと電流検知信号１１４のＤｉｇｉｔａｌ（ディジタル）値Ｖｓｎｓから算出することができる。
続いて、上記正バイアスＶｐと負バイアスの絶対値Ｖｎを用いて、補正値Ｄｃと期間Ｔｂを算出する計算式を導く過程を説明する。まず、補正値Ｄｃについて説明する。図７は、図４で説明した出力端１０４の電圧波形の説明図である。タイミングＴ１からＴ２の期間はタイミングＴ２からＴ３と比べ短時間であり、本発明の特徴となる制御を行う期間はタイミングＴ２からＴ３である為、タイミングＴ１からＴ２の期間は省略している。出力端１０４の電圧をＶｏｕｔとする。出力電圧Ｖｏｕｔは、負荷１０５に印加される正バイアス成分と負バイアス成分に分けて考えることができる。図７（ａ）はタイミングＴ１からＴ３における、負荷１０５に印加される正バイアス成分の出力電圧の波形を示した図である。正バイアス成分の出力電圧について、タイミングＴ１及びＴ２をｔ＝０とした時間ｔの関数で表すと下記の式（８）となる。
上記式の各記号は、以下の通りである。
Ｖｐｓ：タイミングＴ１より以前の正バイアス出力電圧
ｒｐ：正バイアス用のブリーダー抵抗１０６の抵抗値
ｒｎ：負バイアス用のブリーダー抵抗１３６の抵抗値
Ｃｐ：正バイアス用の平滑コンデンサ１０３の静電容量
Ｖｐｓ：タイミングＴ１より以前の正バイアス出力電圧
ｒｐ：正バイアス用のブリーダー抵抗１０６の抵抗値
ｒｎ：負バイアス用のブリーダー抵抗１３６の抵抗値
Ｃｐ：正バイアス用の平滑コンデンサ１０３の静電容量
Ｖｐ（ｔ）は、コンデンサ１０３にチャージされた電圧が、パルス信号１１１が停止したタイミングＴ１から、ブリーダー抵抗１０６の経路と負荷１０５とブリーダー抵抗１３６の直列接続の経路で放電する波形となる。出力端の保護抵抗１０７の抵抗値は、負荷１０５とブリーダー抵抗１３６の抵抗値と比べ十分低いため、計算上は省略している。
図７（ｂ）は負荷１０５に印加される負バイアス成分の出力電圧の波形を示した図である。負バイアス成分の出力電圧について、タイミングＴ１及びＴ２をｔ＝０とした時間ｔの関数で表すと下記の式（９）（１０）となる。
負バイアスの整流電圧をＶ１３３とすると、Ｖｎ（ｔ）は正バイアス用の平滑コンデンサ１０３と正バイアスのブリーダー抵抗１０６の並列接続回路と、並列接続回路に直列に接続された負荷１０５の回路における、入力電圧Ｖ１３３のステップ応答である。Ｖ１３３とＶｎｓの差分の電圧をＶｎｔとし、ＶｎｔとＶｎｓの関係は上記の式（１０）となる。出力端の保護抵抗１０７の抵抗値は、負荷１０５の抵抗値と比べ十分低いため、計算上は省略している。
図７（ｃ）は負荷１０５に印加される出力電圧Ｖｏｕｔの波形であり、正バイアス成分の出力電圧Ｖｐ（ｔ）と負バイアス成分の出力電圧Ｖｎ（ｔ）を合成することで得られる。式（８）と式（９）から下記の式（１１）で表すことができる。
補正電圧Ｖｃは、目標電圧Ｖｎｓとｔ＝０における出力電圧Ｖｏｕｔの差である為、下記の式（１２）で表すことができる。
式（７）を用いて、補正電圧Ｖｃに相当するＤＵＴＹ設定値Ｄｃを算出できる。
式（１２）（６）（７）より、
上記（１３）式の各記号は、以下の通りである。
※Ｄｐ：Ｖｐｓに相当するＤＵＴＹ設定値
※Ｄｎ：Ｖｎｓに相当するＤＵＴＹ設定値
Ｒｔは式（１）より算出できる。従って、式（１３）によりＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹ設定値Ｄｐ、Ｄｎと電流検知信号１１４のＤｉｇｉｔａｌ（ディジタル）値Ｖｓｎｓを用いて、ＤＵＴＹ設定値の補正値Ｄｃを算出することができる。
※Ｄｐ：Ｖｐｓに相当するＤＵＴＹ設定値
※Ｄｎ：Ｖｎｓに相当するＤＵＴＹ設定値
Ｒｔは式（１）より算出できる。従って、式（１３）によりＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹ設定値Ｄｐ、Ｄｎと電流検知信号１１４のＤｉｇｉｔａｌ（ディジタル）値Ｖｓｎｓを用いて、ＤＵＴＹ設定値の補正値Ｄｃを算出することができる。
続いて、期間Ｔｂについて説明する。期間Ｔｂは出力電圧Ｖｏｕｔと目標電圧Ｖｎｓの差が負バイアスの分解能Ｓｎとなった時間とすると、式（１１）より、
計算を簡易的に行うため、ｅの指数部分を合わせる。Ｒ１とＲ２で値の低い、Ｒ２の方で合わせると、
式（５）（６）（７）より、
Ｒｔは式（１）より算出できる。従って、式（１４）によりＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹ設定値Ｄｐ、Ｄｎと電流検知信号１１４のＤｉｇｉｔａｌ（ディジタル）値Ｖｓｎｓを用いて、ＤＵＴＹ設定値の期間Ｔｂを算出することができる。
図８を参照して、ＤＵＴＹ設定値の補正値Ｄｃと期間Ｔｂの演算フローを説明する。図８の２０１において正バイアス用のパルス信号１１１をオン、ＰＷＭ信号１１３をオンし、正バイアスを出力する。２０２において、ＣＰＵ１１０は電流検知Ｄｉｇｉｔａｌ（ディジタル）値Ｖｓｎｓを取得する。２０３において、（１３）式より補正値Ｄｃを算出し、２０４において、（１４）式より期間Ｔｂを算出する。以上で、補正値Ｄｃと期間Ｔｂの演算は終了である。このフローは画像形成前の前回転時など、図９で説明する転写正バイアスから負バイアスへの切り替え制御を行う前の段階で行われる。
図９を参照して、記録材の後端が転写ニップ部を通過する際に行われる正バイアスから負バイアスへの切り替え動作の流れを説明する。図９の３０１において、正バイアス用のパルス信号１１１をオフし負バイアス用のパルス信号１１２をオンする。３０２において、ＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹ設定値ＤをＤｐからＤｎ´に切り替える。Ｄｎ´は負バイアスの目標電圧Ｖｎｓに相当するＤＵＴＹ設定値Ｄｎに、図８のフローで演算した補正値Ｄｃを加算した値である。３０３において、負バイアス整流電圧が立ち上がる期間Ｔａの時間待つ。３０４において、時間Ｔｂ／Ｄｃ待つ。時間Ｔｂ／Ｄｃは、図８のフローで演算した値から算出される値である。３０５において、ＰＷＭ設定値Ｄを１下げる。３０６において、ＰＷＭ設定値Ｄと目標電圧Ｖｎｓに相当するＤＵＴＹ設定値Ｄｎを比較し、Ｄ＞Ｄｎであれば３０４へ戻り、３０５と３０６を繰り返す。Ｄ＝Ｄｎであれば、転写正バイアスから負バイアスへの切り替え動作が終了となる。本実施例では、時間Ｔｂ／Ｄｃ毎にＰＷＭ信号１１３のＤＵＴＹ設定値Ｄを１ずつ変化させる制御を説明したが、ＤＵＴＹ設定値Ｄの変化量及び変化させる時間間隔はこの限りではなく、ドラムメモリが許容できる電圧範囲内で、制御を変えることができる。
以上、上記の構成とすることで、簡易な構成で、出力電圧の極性の切り替えに要する時間を短縮した高圧電源装置を提供することができる。また、転写ローラの抵抗値の変化に対応して出力電圧の極性切り替え制御を行うことができる。
転写ローラの抵抗値は、周囲環境や動作時間によって変化する。転写ローラの抵抗値が変化すると、実施例１で説明した補正電圧Ｖｃと期間Ｔｂも変化する。本実施例では、温度センサと転写ローラの劣化状態に関する情報から負荷抵抗値を判別し、その結果を用いて正バイアスから負バイアスへの切り替え制御を行う構成について説明する。
図１、図２、図３、図４、図５、図７については、実施例１と同様であるため説明を省略する。図１０は、本実施例における温度センサの回路図である。温度センサ１２５は画像形成装置の周囲温度が検知できる場所に配置される。例えば、不図示の吸気用ファンの近傍等に設けられる。温度センサ１２５はプルアップ抵抗１２６（抵抗素子）に接続されており、プルアップ抵抗１２６は基準電源Ｖ２に接続されている。温度センサ１２５は周囲温度によって抵抗値が変化し、温度センサ信号１１５の電圧レベルが変化することで、ＣＰＵ１１０は周囲温度を検知することができる。
図１１（ａ）は、ＣＰＵ１１０内の不図示のＲＯＭ等に記憶されている負荷抵抗値Ｒｔテーブル情報（以下、テーブルという）である。Ｒｔ１からＲｔ５は所定の数値を表している。周囲温度と転写ローラの劣化状態によって、Ｒｔ１からＲｔ５の５つのモードの内、何れに該当するかの判別を行う。縦軸のＨ、Ｎ、Ｌは周囲温度を表しており、高い方からＨ（高温）、Ｎ（常温）、Ｌ（低温）と表している。温度センサ信号１１５の検知結果について所定の閾値を設け、Ｈ、Ｎ、Ｌの判別を行う。横軸は転写ローラの劣化状態を表しており、初期、中期、後期と３段階に分かれている。劣化状態は、ＣＰＵ１１０に記録されている耐久枚数（使用初期からの累積の画像形成枚数）の情報に所定の閾値を設け、初期、中期、後期の判別を行う。例えば、周囲温度をＮ、耐久条件を中期と判別した場合はＲｔ３となる。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）で判別したそれぞれのＲｔに対応した補正値Ｄｃと期間Ｔｂを表すテーブルである。例えば、図１１（ａ）のテーブルでＲｔ３と判別された場合には、Ｄｃ３とＴｂ３を制御で使用する。Ｄｃ１、Ｔｂ１からＤｃ５、Ｔｂ５には所定の数値が記憶されている。
図１１（ａ）と図１１（ｂ）のテーブルから、周囲温度と転写ローラの劣化状態に応じた補正値Ｄｃと期間Ｔｂを決定して正バイアスから負バイアスへの切り替え制御を行う。この判別は画像形成の動作を開始する前の前処理時（前回転時ともいう）など、実際に正バイアスから負バイアスへの切り替え制御を行う前の段階で行われる。その後、実施例１の図９のフローチャートに基づき、補正値Ｄｃと期間Ｔｂを図１１（ａ）（ｂ）のテーブルを用いて記録材後端が転写ニップ部を通過する際の正バイアスから負バイアスへの切り替え制御を行う。
上記の構成とすることで、簡易な構成で、出力電圧の極性の切り替えに要する時間を短縮した高圧電源装置を提供することができる。また、画像形成装置の周囲温度変化や転写ローラの劣化状態などによる負荷抵抗値の変化に対応した、出力電圧の極性切り替え制御を行うことができる。
なお、上記の実施例においては、正バイアスから負バイアスの切り替え動作について説明したが、負バイアスから正バイアスへの切り替え動作においても、上記で説明した制御を適用することが可能である。
１ 感光体
１０ 転写ローラ
１１ 転写電源
１０５ 負荷
１１０ ＣＰＵ
１２４ 電流検知回路
１０６、１３６ ブリーダ抵抗
１０３、１３３ 平滑コンデンサ
１０ 転写ローラ
１１ 転写電源
１０５ 負荷
１１０ ＣＰＵ
１２４ 電流検知回路
１０６、１３６ ブリーダ抵抗
１０３、１３３ 平滑コンデンサ
Claims (9)
- 所定極性の第一の高電圧を出力する第一の高電圧発生手段と、
前記第一の高電圧発生手段と接続されており、前記第一の高電圧と逆極性の第二の高電圧を出力する第二の高電圧発生手段と、
前記第一の高電圧発生手段から出力される前記第一の高電圧及び前記第二の高電圧発生手段から出力される前記第二の高電圧が選択的に出力される出力端と、
前記第一の高電圧発生手段から出力される前記第一の高電圧と前記第二の高電圧発生手段から出力される前記第二の高電圧を制御するために、前記第一の高電圧発生手段と前記第二の高電圧発生手段に供給する駆動信号の設定値を制御する制御手段と、を備えた高圧電源装置において、
前記出力端に接続された負荷に流れる電流を検知する電流検知手段と、
前記電流検知手段の検知結果を用いて前記出力端に接続された前記負荷の抵抗値を判別する判別手段と、を有し、
前記制御手段は、前記第一の高電圧を出力した状態から前記第二の高電圧を出力した状態に切り替わるまでの遷移期間において、前記第一の高電圧を出力するために、前記設定値を第一の高電圧に対応する第一の値に設定した前記駆動信号を前記第一の高電圧発生手段に出力し、前記第一の値に設定した前記駆動信号の出力を停止して前記第一の高電圧の出力を停止してから前記設定値を前記第二の高電圧の目標電圧に対応する第二の値に設定した駆動信号を前記第二の高電圧発生手段に出力する前に、所定期間、前記設定値を前記第二の値に対して、前記判別手段で判別した前記負荷の抵抗値に応じた補正値を加算して得られた第三の値に設定した前記駆動信号を出力してから前記第二の値の前記駆動信号を出力するように制御し、
前記補正値は、前記設定値の前記第一の値と前記第二の値と判別された前記負荷の抵抗値と前記電流検知手段によって検知された電流を用いて所定の演算式で演算されて求められ、
前記制御手段は、前記負荷の劣化状態に応じて前記補正値と前記所定期間を切り替えることを特徴とする高圧電源装置。 - 前記制御手段は、前記第二の高電圧が前記目標電圧に達するまでの期間において、前記設定値を前記第三の値から前記目標電圧に対応した前記第二の値に向けて段階的に小さい値に設定することを特徴とする請求項１に記載の高圧電源装置。
- 前記設定値は、前記第一の高電圧発生手段または前記第二の高電圧発生手段を制御するための前記駆動信号のオン時間であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の高圧電源装置。
- 周囲環境を検知する検知手段を有し、
前記制御手段は、前記負荷の劣化状態と前記検知手段で検知した周囲温度とに基づいて前記補正値と前記所定期間を切り替えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高圧電源装置。 - 記録材に画像を形成する画像形成装置において、
画像形成手段と、
前記画像形成手段に高電圧を出力する高圧電源と、を有し、
前記高圧電源は、
所定極性の第一の高電圧を出力する第一の高電圧発生手段と、
前記第一の高電圧発生手段と接続されており、前記第一の高電圧と逆極性の第二の高電圧を出力する第二の高電圧発生手段と、
前記第一の高電圧発生手段から出力される前記第一の高電圧及び前記第二の高電圧発生手段から出力される前記第二の高電圧が選択的に出力される出力端と、
前記第一の高電圧発生手段から出力される前記第一の高電圧と前記第二の高電圧発生手段から出力される前記第二の高電圧を制御するために、前記第一の高電圧発生手段と前記第二の高電圧発生手段に供給する駆動信号の設定値を制御する制御手段と、を備えた高圧電源装置において、
前記出力端に接続された負荷に流れる電流を検知する電流検知手段と、
前記電流検知手段の検知結果を用いて前記出力端に接続された前記負荷の抵抗値を判別する判別手段と、を有し、
前記制御手段は、前記第一の高電圧を出力した状態から前記第二の高電圧を出力した状態に切り替わるまでの遷移期間において、前記第一の高電圧を出力するために、前記設定値を第一の高電圧に対応する第一の値に設定した前記駆動信号を前記第一の高電圧発生手段に出力し、前記第一の値に設定した前記駆動信号の出力を停止して前記第一の高電圧の出力を停止してから前記設定値を前記第二の高電圧の目標電圧に対応する第二の値に設定した駆動信号を前記第二の高電圧発生手段に出力する前に、所定期間、前記設定値を前記第二の値に対して、前記判別手段で判別した前記負荷の抵抗値に応じた補正値を加算して得られた第三の値に設定した前記駆動信号を出力してから前記第二の値の前記駆動信号を出力するように制御し、
前記補正値は、前記設定値の前記第一の値と前記第二の値と判別された前記負荷の抵抗値と前記電流検知手段によって検知された電流を用いて所定の演算式で演算されて求められ、
前記制御手段は、前記負荷の劣化状態に応じて前記補正値と前記所定期間を切り替えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記第二の高電圧が前記目標電圧に達するまでの期間において、前記設定値を前記第三の値から前記目標電圧に対応した前記第二の値に向けて段階的に小さい値に設定することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
- トナー像が形成される像担持体を有し、
前記画像形成手段は、前記像担持体に形成されたトナー像を記録材に転写するための転写手段を含み、前記負荷は前記転写手段であって、
前記像担持体と前記転写手段で形成される転写位置において記録材にトナー像を転写する際に、前記高圧電源は、前記転写手段に前記第一の高電圧を出力し、前記転写位置において記録材が無い状態で前記転写手段に前記第二の高電圧を出力することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の画像形成装置。 - 前記画像形成装置の周囲環境を検知する検知手段を有し、
前記制御手段は、前記負荷の劣化状態と前記検知手段で検知した周囲温度とに基づいて前記補正値と前記所定期間を切り替えることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。 - 前記設定値は、前記第一の高電圧発生手段または前記第二の高電圧発生手段を制御するための前記駆動信号のオン時間であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
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