JP7010134B2 - 画像形成装置、及び画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置、及び画像形成方法に関する。

電子写真方式の画像形成装置において、像担持体を帯電する帯電部材に対する電圧印加方式として、定電圧制御されたＤＣ（Direct Current）電圧に、定電流制御されたＡＣ（Alternating Current）電圧を重畳させた帯電バイアスを印加するＡＣ帯電方式が知られている。ＡＣ帯電方式によれば、帯電部材と像担持体の間で正側の放電と負側の放電が交互に発生することで、像担持体の表面が所望の電位で均一に帯電する。

但し、ＡＣ帯電方式では、帯電部材から像担持体への放電に伴う負荷変動等により、帯電バイアスのＡＣ電圧に歪みが発生する場合がある。ＡＣ電圧の歪みは、像担持体の表面電位を変動させ、形成される画像の品質を低下させる。

これに対し、理想波形と検出したＡＣ電圧波形との比較に基づき、ＡＣ電圧波形を理想波形に近付けるように補正することで、帯電バイアスのＡＣ電圧の歪みを抑制し、像担持体の表面電位を安定させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１の装置では、ＡＣ電圧の歪みが大きくなった場合に、補正のために出力容量が大きい高圧電源が必要となり、装置を構成する部品コストが増大するという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、出力容量の大きい高圧電源を用いずに、像担持体の表面電位を安定させることを課題とする。

開示の技術の一態様に係る画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電部材と、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳させた帯電バイアスを前記帯電部材に印加する電源と、を有する画像形成装置であって、前記電源は、前記帯電バイアスのＡＣ成分の電圧の、正側のピーク値及び負側のピーク値を検出するピーク検出手段と、前記ＡＣ電圧を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、検出された、前記正側のピーク値の絶対値と、前記負側のピーク値の絶対値と、を比較する比較手段と、前記正側のピーク値の絶対値が小さい場合は、前記負側のピーク値の絶対値を前記正側のピーク値の絶対値に合わせ、前記負側のピーク値の絶対値が小さい場合は、前記正側のピーク値の絶対値を前記負側のピーク値の絶対値に合わせるように、前記ＡＣ電圧を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、出力容量の大きい高圧電源を用いずに、像担持体の表面電位を安定させることができる。

第１の実施形態の画像形成装置の構成の一例を示す図である。 第１の実施形態の画像形成装置の有する作像装置の構成の一例を示す図である。 ＡＣ電圧波形の歪みを説明する図である。 ＡＣ電圧波形と電流波形を示す図である。 ＡＣ電圧が印加された場合の感光体ドラムの表面電位を示す図である。 感光体ドラムの表面電位の時間変動を示す図である。 第１の実施形態のＡＣ電圧波形の歪み抑制方法の概念を説明する図である。 第１の実施形態の帯電用高圧電源のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態の制御マイコンの構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。 コンパレータ回路によるＰＷＭ信号の生成処理を説明する図である。 第１の実施形態のＰＷＭ信号生成部で実行される処理の一例を説明する図である。 第１の実施形態の帯電用高圧電源で帯電ローラに帯電バイアスを印加するための処理の一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態のＰＷＭ制御によるＡＣ電圧波形の歪み抑制方法の概念を説明する図である。 第２の実施形態のＰＷＭ制御を説明する図である。 第２の実施形態の制御マイコンの構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。 ＡＣ電圧波形の形状の歪みを説明する図である。 第３の実施形態の制御マイコンの構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。 第４の実施形態の制御マイコンの構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

実施形態における記録媒体は、用紙、又はプラスチックシート等である。以下では、記録媒体が用紙である場合を例に説明し、記録媒体を単に「用紙」と称する。尚、実施形態の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷等はいずれも同義語とする。

［第１の実施形態］
第１の実施形態の画像形成装置を、図面を参照しながら説明する。以下、タンデム方式といわれる二次転写機構を有する電子写真方式の画像形成装置を例に説明する。

図１は、本実施形態の画像形成装置の構成の一例を示す図である。図１に示されているように、画像形成装置１００は、中間転写ユニットと、各色の作像装置２０と、露光部２１と、二次転写ユニット２２と、定着ユニット２５とを有する。

中間転写ユニットは、無端ベルトである中間転写ベルト１０と、３つの支持ローラ１４～１６と、中間転写体クリーニングユニット１７とを有する。中間転写ベルト１０は支持ローラ１４～１６に掛け回され、時計回りに回転する。中間転写体クリーニングユニット１７は、第２の支持ローラ１５と第３の支持ローラ１６の間に設けられ、画像を転写後に中間転写ベルト１０の表面に残留する残留トナーを除去する。

作像装置２０は、第１の支持ローラ１４と第２の支持ローラ１５との間に設置される。また、作像装置２０は、中間転写ベルト１０の搬送方向に、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの順で設置される。

作像装置２０は、クリーニングユニットと、帯電ローラ１８と、除電器と、現像器と、感光体ドラムとを、色毎に有し、各色の作像を行う。尚、作像装置２０は、画像形成装置１００に対して脱着が可能であってもよい。

露光部２１は、作像装置２０の上方に設けられる。露光部２１は、画像形成を行うため、各色の感光体ドラム４０にレーザ光を照射し、露光する。

二次転写ユニット２２は、中間転写ベルト１０の下方に設けられ、２つのローラ２３と、二次転写ベルト２４とを有する。二次転写ベルト２４は、無端ベルトであり、２つのローラ２３に掛けられ、回転する。ローラ２３及び二次転写ベルト２４は、中間転写ベルト１０を押し上げて、第３支持ローラ１６に押し当てるように設置される。二次転写ベルト２４は、中間転写ベルト１０の上に形成される画像を、用紙Ｐに転写する。

定着ユニット２５は、二次転写ユニット２２の側方に設けられ、定着ベルト２６と、加圧ローラ２７とを有する。トナー画像が転写された用紙Ｐが定着ユニット２５に送られると、定着ユニット２５はトナー画像を用紙Ｐに定着させる。定着ベルト２６は無端ベルトであり、定着ベルト２６に押し当てるように加圧ローラ２７が設置される。

シート反転ユニット２８は、二次転写ユニット２２及び定着ユニット２５の下方に設けられる。シート反転ユニット２８は、送られる用紙Ｐの表面と裏面を反転させる。尚、シート反転ユニット２８は、表面に画像形成した後、裏面に画像形成する場合に用いられる。

自動給紙装置（ＡＤＦ；Auto Document Feeder）４００は、操作部に備えられたスタートボタンが押され、かつ給紙台５０１の上に用紙Ｐがある場合に、用紙Ｐをコンタクトガラス５０２の上に搬送する。一方、給紙台５０１の上に用紙Ｐがない場合に、自動給紙装置４００は、ユーザによって置かれるコンタクトガラス５０２の上の用紙Ｐを読み取るために、画像読み取りユニット５００を起動させる。

画像読み取りユニット５００は、第１キャリッジ５０３と、第２キャリッジ５０４と、結像レンズ５０５と、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）５０６と、光源とを有する。画像読み取りユニット５００は、コンタクトガラス５０２の上の用紙Ｐを読み取るために、第１キャリッジ５０３及び第２キャリッジ５０４を駆動する。

第１キャリッジ５０３が有する光源は、コンタクトガラス５０２に向かって、光を発する。光源からの光は、コンタクトガラス５０２の上の用紙Ｐで反射した後、第１キャリッジ５０３にある第１ミラーで第２キャリッジ５０４に向かって反射する。第２キャリッジ５０４での反射光は、結像レンズ５０５により、読み取りセンサであるＣＣＤ５０６で結像する。

画像形成装置１００は、ＣＣＤ５０６から取得されるデータに基づいて、Ｙ、Ｍ、Ｃ及びＫ、すなわち、各色の画像データを作成する。

画像形成装置１００は、操作部に備えられたスタートボタンが押される場合、ＰＣ（Personal Computer）等の外部装置から画像形成の指示がある場合、又はファクシミリの出力指示がある場合には、中間転写ベルト１０の回転を開始する。

中間転写ベルト１０の回転が開始されると、作像装置２０は、作像工程を開始する。トナー画像が転写された用紙Ｐは、定着ユニット２５に送られる。定着ユニット２５によりトナー画像が用紙Ｐに定着され、用紙Ｐに画像が形成される。

給紙テーブル２００は、給紙ローラ４２と、給紙ユニット４３と、分離ローラ４５と、搬送コロユニット４８とを有する。また、給紙ユニット４３は複数の給紙トレイ４４を有し、搬送コロユニット４８は搬送ローラ４７を有する。

給紙テーブル２００は、給紙ローラ４２のうち、１つの給紙ローラを選択する。給紙テーブル２００は、選択される給紙ローラ４２を回転させる。

給紙ユニット４３は、複数の給紙トレイ４４のうち、１つの給紙トレイを選択し、給紙トレイ４４から用紙Ｐを供給する。供給された用紙Ｐは、分離ローラ４５によって１枚に分離され、搬送路４６に搬送される。搬送路４６では、搬送ローラ４７によって用紙Ｐが画像形成装置１００に搬送される。

画像形成装置１００に搬送される用紙Ｐは、給紙路５３を介してレジストローラ４９へ搬送され、レジストローラ４９に突き当たり停止する。そしてトナー画像が二次転写ユニット２２に進入するタイミングで、二次転写ユニット２２に送られる。

尚、用紙Ｐは、手差しトレイ５１から送られてもよい。手差しトレイ５１から用紙Ｐが供給される場合、画像形成装置１００は、給紙ローラ５０を回転させる。給紙ローラ５０は、手差しトレイ５１上にある複数の用紙から１枚の用紙を分離させ、分離させた用紙Ｐを給紙路５３へ搬送する。給紙路５３に搬送された用紙Ｐは、さらにレジストローラ４９へ搬送される。用紙Ｐがレジストローラ４９に搬送された以降の処理は、給紙テーブル２００から用紙Ｐを搬送する場合と同様である。

用紙Ｐは、定着ユニット２５によって定着工程が実施された後に排出される。排出された用紙Ｐは、切換爪５５によって、排出ローラ５６に送られる。排出ローラ５６は、用紙Ｐを排紙トレイ５７に送り、排紙する。

切換爪５５は、定着ユニット２５から排出された用紙Ｐをシート反転ユニット２８に搬送してもよい。シート反転ユニット２８は、搬送されてきた用紙Ｐの表面と裏面を反転させる。反転させられた用紙Ｐは、表面と同様に裏面に画像形成が行われ、排紙トレイ５７に搬送される。以上のようにして画像形成装置１００は、用紙Ｐに画像形成を行う。

次に、本実施形態の画像形成装置１００が有する作像装置２０について説明する。図２は、本実施形態の作像装置２０の構成の一例を説明する図である。図２は、黒色用の作像装置２０Ｋの構成の一例を示している。その他の３色の作像装置２０Ｙ、２０Ｍ、及び２０Ｃは、それぞれ作像プロセスに用いられるトナーの色が異なる点を除き、黒色用の作像装置２０Ｋとほぼ同じに構成される。そのため、図示と説明を省略し、黒色用の作像装置２０Ｋのみを説明する。

作像装置２０Ｋは、感光体ドラム４０と、帯電ローラ１８と、現像器２９と、クリーニングブレード１３と、除電器１９とを有する。尚、感光体ドラム４０は、特許請求の範囲に記載の「像担持体」の代表的な一例であり、帯電ローラ１８は、特許請求の範囲に記載の「帯電部材」の代表的な一例である。

感光体ドラム４０は、負帯電性の有機感光体であり、ドラム状導電性支持体上に感光層等を設けたものである。感光体ドラム４０は、基層としての導電性支持体上に、絶縁層である下引き層と、感光層としての電荷発生層及び電荷輸送層と、保護層等の表面層とが順次積層されている。感光体ドラム４０の導電性支持体には、例えば体積抵抗が１０１０Ωｃｍ以下の導電性材料を用いることができる。

帯電ローラ１８は、導電性芯金の外周に中抵抗の弾性層を被覆してなるローラ部材である。帯電用高圧電源１８０から帯電ローラ１８に、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳させた帯電バイアスが印加され、帯電ローラ１８に対向する感光体ドラム４０の表面は帯電する。帯電ローラ１８の汚れを除去するクリーニングローラを帯電ローラ１８に接触させて設ける構成としてもよい。尚、帯電用高圧電源１８０は、特許請求の範囲に記載の「電源」の代表的な一例である。

現像器２９は、感光体ドラム４０に対向する現像ローラ２９ａを有する。現像ローラ２９ａは、内部に固設されてローラ周面に磁極を形成するマグネットと、マグネットの周囲を回転するスリーブとを有する。マグネットによって現像ローラ２９ａ上に複数の磁極が形成され、現像ローラ２９ａ上に現像剤が担持される。

クリーニングブレード１３は、感光体ドラム４０表面に付着する未転写トナー等の付着物を機械的に掻き取る。クリーニングブレード１３は、ウレタンゴム等のゴム材料からなり略板状に形成されたブレード状部材であり、感光体ドラム４０表面に所定角度かつ所定圧力で当接する。

除電器１９は、トナー像が転写された後に、感光体ドラム４０表面の電荷を除去する。

帯電ローラ１８で帯電された感光体ドラム４０は、画像データに応じて露光部２１で露光される。感光体ドラム４０表面には静電潜像が形成される。現像器２９は、感光体ドラム４０表面に形成された静電潜像にトナーを付着させる。これにより感光体ドラム４０表面にトナー像が現像される。

転写用高圧電源６２１で生成された電圧が一次転写ローラ６２に印加されることで、感光体ドラム４０表面のトナー像は、中間転写ベルト１０に転写される。中間転写ベルト１０のトナー像は、二次転写ユニット２２で媒体に転写され、定着ユニット２５で媒体に定着される（図１参照）。感光体ドラム表面の残トナー等は、クリーニングブレード１３で除去される。感光体ドラム４０表面の電荷は、除電器１９により除去される。

カラー印刷の場合、同様の構成が色毎に４つ備えられ、色毎で中間転写ベルト１０にトナー像が転写され、その後に二次転写、及び定着プロセスが実行される。

本実施形態では、帯電ローラ１８は感光体ドラム４０に近接している。即ち、帯電ローラ１８は、感光体ドラム４０に対し非接触な状態で配置されている。このように、感光体ドラム４０と帯電ローラ１８との間に微小な空隙（以下、ギャップと称する）を設定する帯電方式は、非接触帯電方式と呼ばれる。この方式によれば、感光体ドラム４０と帯電ローラ１８を接触させて用いる接触帯電方式に比べ、感光体ドラム４０上に残留するトナーや潤滑剤などの異物が帯電ローラ１８に付着しづらいため、異物の付着による帯電ムラを抑えることができる等の効果が得られる。但し、本実施形態は、非接触帯電方式に限定されることはなく、接触帯電方式であっても構わない。

ここで、帯電ローラ１８から感光体ドラム４０に印加される帯電バイアスのＡＣ電圧の歪みについて説明する。図３は、ＡＣ電圧波形の歪みを説明する図である。図３において、横軸は時間を表し、縦軸は、帯電バイアスのＡＣ電圧を表す。横軸を挟んで上方が正側、下方が負側である。

破線で示されている理想波形３１は、正弦波状に変化するＡＣ電圧波形であり、歪みのない理想的なＡＣ電圧波形である。一方、実線で示されている実波形３２は、歪みを有するＡＣ電圧波形である。

ＡＣ帯電方式では、帯電ローラ１８から感光体ドラム４０に放電することで、感光体ドラム４０の表面を帯電させる。帯電ローラ１８と感光体ドラム４０の間で放電が発生すると、急激な負荷変動によりＡＣ電圧波形に歪みが生じ、理想波形３１に対して実波形３２は振幅が小さくなる。この歪みの大きさは、放電による電荷移動量に依存するところ、放電は正側と負側の両極性で発生するため、ＡＣ電圧波形の歪みは、正側および負側の両方で生じる。

感光体ドラム４０の表面には、１次転写時に残存する電荷や、非接触ＡＣ帯電方式における感光体ドラム４０と帯電ローラ１８との間のギャップ変動等により、正側の放電の電荷移動量と負側の放電の電荷移動量に差が生じる場合がある。例えば、感光体ドラム４０の表面電位が正側に帯電されている場合、後の帯電プロセスでは、正側の放電よりも負側の放電の方が起こりやすくなり、その分、負側の放電における電荷移動量が大きくなる。その結果、図３に示すように、ＡＣ電圧波形の負側の歪み量３３が正側の歪み量３４よりも大きくなる。

図４は、正側の放電の電荷移動量と負側の放電の電荷移動量に差が生じた場合のＡＣ電圧波形と電流波形を示す図である。横軸は時間を表す。横軸を挟んで上方が正側、下方が負側である。ＡＣ電圧の理想波形３１及び実波形３２とともに、一点鎖線の電流波形３５が示されている。図４に示されるように、ＡＣ電圧波形の負側の歪み量３３は、正側の歪み量３４より大きい。また電流波形３５の負側の歪み量は正側の歪み量より大きい（負側の電流値の絶対値３７は正側の電流値の絶対値３６より小さい）。このようなＡＣ電圧波形及び電流波形の正側と負側の歪みの差は、感光体ドラム４０や帯電ローラ１８の特性やばらつき、経時変化等によっても異なる。

図５は、ＡＣ電圧が印加された場合の感光体ドラム４０の表面電位を示す図である。横軸方向は時間を表し、太い破線で示されている目標電位７０を挟んで上方が正側、下方が負側を表しており、ＡＣ電圧の理想波形３１、ＡＣ電圧の実波形３２、及び電流波形３５が示されている。目標電位７０は、歪みがない場合の感光体ドラム４０の表面電位を示し、太い実線で示されている電位７１は、歪みがある場合の感光体ドラム４０の表面電位を示す。

図５において、理想波形３１では、ＡＣ電圧の波形の歪み量が正側と負側で等しいため、感光体ドラム４０の表面電位は目標電位７０に一致する。これに対し、実波形３２では、ＡＣ電圧の波形の歪み量が正側と負側で異なり、正側に対して負側の振幅が小さいため、感光体ドラム４０の表面電位は、目標電位７０に対し正方向にずれる。正側と負側の歪み量の差が時間変動すると、これに伴い、感光体ドラム４０の表面電位は時間変動する。図６は、感光体ドラム４０の表面電位の時間変動を示す図である。二点鎖線で示されている領域７３において、正側と負側の歪み量の差に伴い、感光体ドラム４０の表面電位が正方向に変動している。

帯電バイアス印加時の負荷の変動により、ＡＣ電圧の正側と負側の歪み量の差が変動し、これに応じて感光体ドラム４０の表面電位が変動する。表面電位が正方向にずれるほど形成される画像は薄くなり、表面電位が負方向にずれるほど形成される画像は濃くなる。このように、表面電位の変動で、形成される画像に濃淡ムラ等の品質劣化が生じる場合がある。

非接触ＡＣ帯電方式の場合、例えば、感光体ドラム４０、及び帯電ローラ１８の偏心等によるギャップ変動で負荷が変動し、ＡＣ電圧の正側と負側の歪み量の差が変動する。これに伴う感光体ドラム４０の表面電位の変動で、形成される画像に濃淡ムラ等の品質劣化が生じる場合がある。

図７は、本実施形態のＡＣ電圧の波形の歪み抑制方法の概念を説明する図である。図３と同様に、図７の横軸は時間を表し、縦軸は、帯電バイアスのＡＣ電圧を表す。横軸を挟んで上方が正側、下方が負側である。図７では、理想波形３１と実波形３２が示され、実波形３２の負側の歪み量３３と正側の歪み量３４との間に差が生じている。換言すると、ＡＣ電圧の負側のピーク値の絶対値は、正側のピーク値の絶対値より小さくなっている。

本実施形態では、ＡＣ電圧の正側のピーク値の絶対値と負側のピーク値の絶対値とを比較し、絶対値が大きい方のピーク値の絶対値を、小さい方のピーク値の絶対値に一致させるように補正する。図７の例では、負のピーク値の絶対値が小さいため、正側のピーク値の絶対値と負側のピーク値の絶対値が一致するように、正側の出力電圧が太い矢印で示される方向に補正される。このような補正の詳細は、別途、図９～図１２を用いて説明する。

図８は、本実施形態の帯電用高圧電源１８０のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。帯電用高圧電源１８０は、制御マイコン（マイクロコンピュータ；Micro Computer）３００と、ＡＣ電圧生成回路１８１と、高圧ＤＣ生成回路１８２と、高圧ＡＣトランス１８３と、ＡＣ電圧検出回路１８４と、ピーク検出回路１８５とを有する。制御マイコン３００は、プリンタコントローラ３５０に電気的に接続し、プリンタコントローラ３５０からＡＣ周波数信号と、ＡＣ電圧信号と、ＤＣ電圧信号とを受信する。また制御マイコン３００は、ＡＣ電圧検出回路１８４が検出するＡＣ電圧に応じた電流値を、プリンタコントローラ３５０に送信する。

ＡＣ電圧生成回路１８１は、制御マイコン３００から入力されるパルス幅変調されたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に基づいてＡＣ電圧を生成し、高圧ＡＣトランス１８３に出力する。ＡＣ電圧生成回路１８１は、例えば、ハーフブリッジ回路、又はフルブリッジ回路等で構成される。ＡＣ電圧生成回路１８１は、特許請求の範囲に記載の「ＡＣ電圧生成手段」の一例である。

高圧ＤＣ生成回路１８２は、制御マイコン３００から入力されるＤＣ電圧を所定の変圧比で昇圧し、高圧ＡＣトランス１８３に出力する。

高圧ＡＣトランス１８３は、ＡＣ電圧生成回路１８１から入力されるＡＣ電圧を所定の変圧比で昇圧する。また高圧ＡＣトランス１８３は、高圧ＤＣ生成回路１８２から入力されたＤＣ電圧に、昇圧されたＡＣ電圧を重畳させた帯電バイアスを、帯電ローラ１８に印加する。

ＡＣ電圧検出回路１８４は、高圧ＡＣトランス１８３から帯電ローラ１８に印加される帯電バイアスのＡＣ電圧を検出する。検出されたＡＣ電圧を示す信号は入力Ｉ／Ｆ３０５を介して制御マイコン３００に入力される。検出されたＡＣ電圧に応じた電流値を示す信号が、プリンタコントローラ３５０にフィードバックされ、所望の放電電流を得るための制御に用いられる。

ピーク検出回路１８５は、正ピーク検出回路１８６と、負ピーク検出回路１８７とを有する。高圧ＡＣトランス１８３が帯電ローラ１８に印加する帯電バイアスから、分圧回路とコンデンサ等によりＤＣ成分が除去され、帯電バイアスのＡＣ電圧のみがピーク検出回路１８５に入力される。正ピーク検出回路１８６は、入力されたＡＣ電圧の正側のピーク値を検出し、制御マイコン３００に出力する。負ピーク検出回路１８７は、入力されたＡＣ電圧の負側のピーク値を検出し、制御マイコン３００に出力する。

正側のピーク値、及び負側のピーク値を示す信号は、それぞれ入力Ｉ／Ｆ３０６を介して制御マイコン３００に入力される。正側のピーク値、及び負側のピーク値を示す信号をＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換回路等でデジタル信号に変換してから制御マイコン３００に入力させてもよい。ピーク検出回路１８５は、特許請求の範囲に記載の「ピーク検出手段」の一例である。

制御マイコン３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１と、ＲＯＭ(Read Only Memory)３０２と、ＲＡＭ(Random Access Memory)３０３と、入力Ｉ／Ｆ（Inter／Face）３０４～３０６と、出力Ｉ／Ｆ３０７とを有する。これらはシステムバス３０８を介して相互に電気的に接続されている。制御マイコン３００は、特許請求の範囲に記載の「制御手段」の一例である。

ＣＰＵ３０１は、制御マイコン３００の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ３０１は、ＲＡＭ３０３をワークエリア（作業領域）として、ＲＯＭ３０２に格納されたプログラムを実行することで、制御マイコン３００全体の動作を制御し、後述する各種機能を実現する。

プリンタコントローラ３５０は、画像形成装置１００の動作を制御するコントローラである。プリンタコントローラ３５０は、帯電用高圧電源１８０を制御するためのＡＣ周波数を示す信号、ＡＣ電圧値を示す信号、及びＤＣ電圧値を示す信号を制御マイコン３００に送信する。これらの信号は、入力Ｉ／Ｆ３０４を介して制御マイコン３００に入力される。またプリンタコントローラ３５０は、ＡＣ電圧検出回路１８４が検出するＡＣ電圧に応じた電流値を示す信号を、制御マイコン３００から出力Ｉ／Ｆ３０７を介して受信する。

制御マイコン３００は、図８に示されているハードウェア構成によって、次に説明する機能構成を実現することができる。

図９は、本実施形態の制御マイコン３００の構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。尚、図９に図示される制御マイコン３００の各機能ブロックは概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。各機能ブロックの全部又は一部を、任意の単位で機能的又は物理的に分散・結合して構成することが可能である。制御マイコン３００の各機能ブロックにて行われる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、上述のＣＰＵ３０１にて実行されるプログラムにて実現され、或いはワイヤードロジックによるハードウェアとして実現されうる。

図９に示されているように、制御マイコン３００は、ＡＣ電圧信号受信部３１０と、ＤＣ電圧信号受信部３１１と、ＡＣ周波数信号受信部３１２と、ＡＣ電圧受信部３１３と、電流送信部３１４と、ＤＣ出力演算部３１５と、比較部３１６と、補正部３１７と、制御信号有無判定部３２０とを有する。

ＡＣ電圧信号受信部３１０は、プリンタコントローラ３５０からＡＣ電圧値を示す信号を受信し、振幅算出部３１８とＰＷＭ信号生成部３１９に出力する。ＤＣ電圧信号受信部３１１は、プリンタコントローラ３５０からＤＣ電圧値を示す信号を受信し、ＤＣ出力演算部３１５に出力する。ＡＣ周波数信号受信部３１２は、プリンタコントローラ３５０からＡＣ周波数を示す信号を受信し、ＰＷＭ信号生成部３１９に出力する。

ＡＣ電圧受信部３１３は、ＡＣ電圧検出回路１８４からＡＣ電圧値を示す信号を受信し、電流送信部３１４は、受信したＡＣ電圧に応じた電流値を示す信号をプリンタコントローラ３５０に送信する。

ＤＣ出力演算部３１５は、ＤＣ電圧信号受信部３１１から入力されたＤＣ電圧値を示す信号に対し、所望の演算等を実施した後、ＤＣ電圧を高圧ＤＣ生成回路１８２に出力する。

制御信号有無判定部３２０は、プリンタコントローラ３５０から制御マイコン３００に入力される、ＡＣ周波数を示す信号、ＡＣ電圧値を示す信号、及びＤＣ電圧値を示す信号の制御信号の有無を判定する。

比較部３１６は、正ピーク検出回路１８６の検出するＡＣ電圧の正側のピーク値を示す信号を入力する。また比較部３１６は、負ピーク検出回路１８７の検出するＡＣ電圧の負側のピーク値を示す信号を入力する。正側のピーク値を示す信号と負側のピーク値を示す信号がアナログ信号として入力される場合、比較部３１６は、これらをデジタル信号にＡ／Ｄ変換する。比較部３１６は、正側のピーク値の絶対値と負側のピーク値の絶対値を比較し、大小の比較結果、正側のピーク値を示す信号、及び負側のピーク値を示す信号を補正部３１７に出力する。比較部３１６は、特許請求の範囲に記載の「比較手段」の一例である。

補正部３１７は、振幅算出部３１８と、ＰＷＭ信号生成部３１９とを有する。振幅算出部３１８は、入力される正側のピーク値の絶対値と負側のピーク値の絶対値の大小の比較結果と、正側のピーク値を示す信号と、負側のピーク値を示す信号とに基づき、正弦波の正側の振幅値と負側の振幅値を算出する。正側のピーク値の絶対値が負側のピーク値の絶対値より小さい場合は、負側の振幅値は正側の振幅値に一致するように算出される。一方、負側のピーク値の絶対値が正側のピーク値の絶対値より小さい場合は、正側の振幅値は負側の振幅値に一致するように算出される。振幅算出部３１８は、算出した正側、及び負側の振幅値をＰＷＭ信号生成部３１９に出力する。尚、この場合の「一致」では、一般にノイズと認められる程度の誤差は許容される。この点は以下においても同様である。補正部３１７は、特許請求の範囲に記載の「補正手段」の一例である。

ＰＷＭ信号生成部３１９は、入力された正側、及び負側の振幅値で正弦波信号を生成し、この正弦波信号とキャリヤ信号とを入力にコンパレータ回路と同様に作用するコンパレータ処理を実行する。ＰＷＭ信号生成部３１９はコンパレータ処理により正弦波信号を時分割し、時分割したそれぞれの期間で正弦波信号の電圧に応じてパルス幅が変調されたパルス幅変調信号、即ちＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号生成部３１９は、生成したＰＷＭ信号をＡＣ電圧生成回路１８１に出力し、ＡＣ電圧生成回路１８１はＰＷＭ信号に基づきＡＣ電圧を生成する。

ここで、図１０は、コンパレータ回路によるＰＷＭ信号の生成処理を説明する図である。図１０に示されているように、正弦波信号４０２とキャリヤ信号４０３は、コンパレータ回路４０１に入力する。キャリヤ信号４０３の波形は、ノコギリ波、又は三角波等である。コンパレータ回路４０１は、２つの入力信号を時分割して期間毎で両者の電圧値を比較し、大きい方の電圧値を出力する。この結果、期間毎でパルス幅が変調されたＰＷＭ信号が生成される。

本実施形態のＰＷＭ信号生成部３１９は、このようなコンパレータ回路によるＰＷＭ信号の生成処理を、ソフトウェア上で実行する。

具体例として、例えば、ＡＣ電圧の正側、及び負側の振幅値がともに１００を示す制御信号に基づき帯電バイアスが生成され、帯電ローラ１８に印加されて、放電の負荷により、正側のピーク値が９０、負側のピーク値が８０に歪んだ場合を考える。この１００、９０、及び８０の単位は任意であるが、例えばパーセント等である。

このような例の場合、比較部３１６は、ピーク検出回路１８５で検出された正側、及び負側のピーク値を比較し、負側のピーク値の絶対値が小さいと判定する。比較部３１６は、正側のピーク値９０を示す信号と、負側のピーク値８０を示す信号と、負側のピーク値の絶対値が小さいという比較結果を示す信号とを、補正部３１７に出力する。

補正部３１７において、振幅算出部３１８は、正側のピーク値の絶対値が負側のピーク値の絶対値に一致するように、制御信号が示す振幅値を補正して正側の振幅値を算出する。この例の場合、正側の振幅値は、歪んだ結果が８０になるように、８０／９０×１００として算出される。一方、負側の振幅値は補正されず、制御信号の示す振幅値に応じて１００のままである。振幅算出部３１８は、このようにして算出した正側の振幅値と負側の振幅値をＰＷＭ信号生成部３１９に出力する。

ＰＷＭ信号生成部３１９は、入力された正側の振幅値と負側の振幅値に基づき、正弦波信号を生成する。図１１は、本実施形態のＰＷＭ信号生成部３１９で実行される処理の一例を説明する図である。３３２は生成された正弦波信号を示し、３３３はキャリヤ信号を示す。正弦波信号３３２において、３３４は正側の振幅値に基づく正側のピークを示し、３３５は負側の振幅値に基づく負側のピークを示す。正弦波信号３３２における黒色線部は正側の電圧波形を示し、灰色線部は負側の電圧波形を示す。

正弦波信号３３２とキャリヤ信号３３３は、コンパレータ３３１に入力され、ＰＷＭ信号が生成されて出力される。生成されたＰＷＭ信号に基づきＡＣ電圧生成回路１８１はＡＣ電圧を生成し、高圧ＡＣトランス１８３は帯電ローラ１８に帯電バイアスを印加する。印加時の放電の負荷によりＡＣ電圧波形は歪み、結果的にＡＣ電圧の正側のピーク値の絶対値が８０で、負側のピーク値の絶対値が８０の帯電バイアスが、帯電ローラ１８に印加される。このようにピーク値の絶対値が小さい負側に一致するように、正側のピーク値の絶対値を補正することで、印加される帯電バイアスで正側と負側のピーク値の絶対値を等しくすることができる。その結果、感光体ドラム４０では表面電位が変動せず、目標電位が安定して得られる。

尚、本実施形態では、上記のように、絶対値が大きい方のピーク値の絶対値を小さい方のピーク値の絶対値に一致するように補正が行われるため、放電電流が小さくなって適正な放電電流が得られなくなる場合がある。このような場合は、ＡＣ電圧検出回路１８４が検出したＡＣ電圧に応じた電流値を利用して帯電バイアスが制御される。

ＡＣ電圧検出回路１８４が検出したＡＣ電圧に応じた電流値を示す信号は、出力Ｉ／Ｆ３０７を介してプリンタコントローラ３５０にフィードバックされる。プリンタコントローラ３５０は、フィードバックされた電流値を示す信号に基づき、適正な放電電流量が得られるような帯電バイアスのＡＣ電圧値、又はＤＣ電圧値を算出し、算出結果を制御マイコン３００に出力する。入力Ｉ／Ｆ３０４を介して入力されたＡＣ電圧値、又はＤＣ電圧値を示す信号に基づいて、帯電バイアスが生成され、帯電ローラ１８に印加される。これにより所望の放電電流を得ることができる。

また本実施形態では、ＰＷＭ信号生成部３１９の機能をソフトウェアで実現する例を示したが、高速処理が要求される場合は、コンパレータ電気回路を用いる等、ＰＷＭ信号生成部３１９の機能をハードウェアで実現してもよい。

図１２は、本実施形態の帯電用高圧電源１８０で帯電ローラ１８に帯電バイアスを印加するための処理の一例を示すフローチャートである。

先ず、プリンタコントローラ３５０から帯電用高圧電源１８０の有する制御マイコン３００に、ＡＣ電圧値を示す信号と、ＤＣ電圧値を示す信号と、ＡＣ周波数を示す信号とが、制御信号として入力される（ステップＳ１２１）。ＡＣ電圧値を示す信号は、ＡＣ電圧信号受信部３１０を介して振幅算出部３１８とＰＷＭ信号生成部３１９に入力される。ＤＣ電圧値を示す信号は、ＤＣ電圧信号受信部３１１を介してＤＣ出力演算部３１５に入力される。ＡＣ周波数を示す信号は、ＡＣ周波数信号受信部３１２を介してＰＷＭ信号生成部３１９に入力される。

次に、ＰＷＭ信号生成部３１９は、入力されたＡＣ周波数を示す信号に応じた周波数のキャリヤ信号を生成する（ステップＳ１２２）。

次に、ＰＷＭ信号生成部３１９は、入力されたＡＣ電圧値を示す信号、及びＡＣ周波数を示す信号に応じた振幅と周波数の正弦波信号を生成する（ステップＳ１２３）。

次に、ＰＷＭ信号生成部３１９は、キャリヤ信号と正弦波信号を入力信号としてコンパレータ処理を実行し、パルス幅変調されたＰＷＭ信号を生成し、ＡＣ電圧生成回路１８１に出力する（ステップＳ１２４）。

次に、ＡＣ電圧生成回路１８１は、入力されたＰＷＭ信号に基づき、ＡＣ電圧を生成し、高圧ＡＣトランス１８３に出力する（ステップＳ１２５）。

一方、ＤＣ出力演算部３１５は、入力されたＤＣ電圧値を示す信号に対し、所望の演算等を実施した後、ＤＣ電圧を高圧ＤＣ生成回路１８２に出力する。高圧ＤＣ生成回路は入力されたＤＣ電圧を所定の変圧比で昇圧し、高圧ＡＣトランス１８３に出力する。

次に、高圧ＡＣトランス１８３は、入力されたＡＣ電圧を所定の変圧比で昇圧した後、入力されたＤＣ電圧に重畳させて帯電バイアスを生成し、帯電ローラ１８に印加する（ステップＳ１２６）。また分圧回路とコンデンサ等により、帯電バイアスからＤＣ成分が除去され、帯電バイアスのＡＣ電圧のみが抽出される。抽出されたＡＣ電圧を示す信号は、ピーク検出回路１８５に入力される。

次に、ピーク検出回路１８５において、正ピーク検出回路１８６は、入力されたＡＣ電圧から正側のピーク値を検出し、正側のピーク値を示す信号を比較部３１６に出力する。また負ピーク検出回路１８７は、入力されたＡＣ電圧値から負側のピーク値を検出し、負側のピーク値を示す信号を比較部３１６に出力する（ステップＳ１２７）。

次に、比較部３１６は、正ピーク検出回路１８６から入力された正側のピーク値と、負ピーク検出回路１８７から入力された負側のピーク値とを比較し、両者の絶対値が等しいかを判定する（ステップＳ１２８）。両者の絶対値が等しい場合は（ステップＳ１２８、Ｙｅｓ）、比較部３１６は、その旨を示す信号と、正側のピーク値を示す信号と、負側のピーク値を示す信号とを補正部３１７に出力する。補正部３１７において、振幅算出部３１８は、制御信号が示す振幅値を補正せず、正側の振幅値と負側の振幅値を算出する。その後、ステップＳ１３２に移る。

両者の絶対値が等しくない場合は（ステップＳ１２８、Ｎｏ）、比較部３１６は負側のピーク値の絶対値が正側のピーク値の絶対値より小さいかを判定する（ステップＳ１２９）。

負側のピーク値の絶対値が正側のピーク値の絶対値より小さい場合は（ステップＳ１２９、Ｙｅｓ）、比較部３１６は、その旨を示す信号と、正側のピーク値を示す信号と、負側のピーク値を示す信号とを補正部３１７に出力する。補正部３１７において、振幅算出部３１８は、絶対値が小さい負側のピーク値の絶対値に、正側のピーク値の絶対値が一致するように、制御信号が示す振幅値を補正して正側の振幅値を算出する（ステップＳ１３０）。負側の振幅値は補正されず、制御信号が示す振幅値のままとなる。

負側のピーク値の絶対値が正側のピーク値の絶対値より大きい場合は（ステップＳ１２９、Ｎｏ）、比較部３１６は、その旨を示す信号と、正側のピーク値を示す信号と、負側のピーク値を示す信号とを補正部３１７に出力する。補正部３１７において、振幅算出部３１８は、絶対値が小さい正側のピーク値の絶対値に、負側のピーク値の絶対値が一致するように、制御信号が示す振幅値を補正して負側の振幅値を算出する（ステップＳ１３１）。正側の振幅値は補正されず、制御信号が示す振幅値のままである。

次に、制御信号有無判定部３２０は、プリンタコントローラ３５０から帯電用高圧電源１８０に入力する制御信号の有無を判定する（ステップＳ１３２）。制御信号がある場合は（ステップＳ１３２、Ｙｅｓ）、ステップＳ１２３に戻り、振幅算出部３１８が算出した正の振幅値、及び負の振幅値に基づいてステップＳ１２３以降の処理が継続される。一方、制御信号がない場合は（ステップＳ１３２、Ｎｏ）、処理は終了する。

このようにして、帯電用高圧電源１８０は、ＡＣ電圧の波形の歪みを抑制して帯電ローラ１８に帯電バイアスを印加することができる。

以上説明してきたように、本実施形態によれば、帯電バイアスのＡＣ成分の正側のピーク値、及び負側のピーク値が検出される。正側のピーク値の絶対値が小さい場合は、負側のピーク値の絶対値が正側のピーク値の絶対値に一致するように、帯電バイアスのＡＣ電圧が補正される。負側のピーク値の絶対値が小さい場合は、正側のピーク値の絶対値が負側のピーク値の絶対値に一致するように、帯電バイアスのＡＣ電圧が補正される。

これにより、ＡＣ電圧の正側、及び負側のピーク値が等しい帯電バイアスを生成することができ、感光体ドラム４０等の像担持体の表面電位を安定させることができる。パルス幅を補正しないため、電源の出力容量の制限を受けず、出力容量の大きい電源を用いることなく、像担持体の表面電位を安定させることができる。

尚、本実施形態では比較部３１６はピーク検出回路１８５で検出された正側のピーク値の絶対値と負側のピーク値の絶対値とを比較し、比較結果に基づき、処理を実行する例を示したが、ピーク値に代えて実効値を用いてもよい。つまり正側の実効値と負側の実効値とを比較し、比較結果に基づき、処理を実行してもよい。尚、実効値とは、各瞬間の値の２乗を１周期間で平均し、平方根を求めたものである。例えば、実効値は、ＡＣ電圧の振幅値の１／√２（倍）として算出される。実効値を用いることで、ピーク値を用いる場合と比較して、例えば、突発的なノイズ等の影響を受けにくくなるため、補正の精度を向上させることができる。これ以外の効果は、ピーク値を用いる場合と同様である。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態の画像形成装置の一例を説明する。尚、第１の実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

本実施形態では、ＡＣ電圧の波形の歪みの画質への影響を抑制するために、所定の条件下で、ＰＷＭ信号のパルス幅を制御してＡＣ電圧の歪みを補正するＰＷＭ制御を行う。

図１３は、本実施形態のＰＷＭ制御によるＡＣ電圧の歪み抑制方法の概念を説明する図である。図３等と同様に、図１３の横軸は時間を表し、縦軸は、帯電バイアスのＡＣ電圧を表す。横軸を挟んで上方が正側、下方が負側である。図１３では理想波形３１と実波形３２が示され、実波形３２の負側の歪み量３３と正側の歪み量３４との間に差が生じている。

ＰＷＭ制御では、理想波形３１に近付けるように実波形３２が補正される。例えば太い矢印で示されるように、正側で理想波形のピーク値に近付けるように実波形３２の正側のピーク値が補正され、また負側で理想波形の電圧のピーク値に近付けるように実波形３２の負側のピーク値が補正される。

図１４は、本実施形態のＰＷＭ制御を説明する図である。ＰＷＭ制御は、パルス波のデューティ比を変化させて電力を変調制御する方式である。図１４において、横軸は時間を示し、時間領域８１～９０は時分割された時間領域を示す。パルス波８１ｐは時間領域８１で印加されるパルス波を示す。同様に、パルス波８２ｐ～９０ｐは時間領域８２～９０のそれぞれに対応して印加されるパルス波を示す。電圧のオンを示すパルス幅が長いほど出力電圧は高くなる。デューティ比でパルス幅の長さを変化させることで、正弦波状の電圧波形のＡＣ電圧が生成される。

図１４に示される例では、時間領域８３～８７において、ＡＣ電圧の理想波形３１に対して実波形３２が歪んでいる。パルス波８３ｐ～８７ｐのデューティ比をそれぞれ上げ、時間領域８３～８７における出力電圧を上げることで、実波形３２の歪みをなくし、実波形３２を理想波形３１に近付けるように補正することができる。これにより、ＡＣ電圧の波形の正側、負側でのピーク値の絶対値が等しくなり、感光体ドラム４０への放電電流が等しくなるため、感光体ドラム４０の表面電位を安定させることができる。

但し、デューティ比は最大で１００％であるため、１００％を超えるデューティ比でないと補正できないような大きな歪みがある場合は、デューティ比の調整だけでは、歪みを補正することができない。つまり、デューティ比が１００％より小さいパルス波のみで所望のＰＷＭ信号を生成できない。このような場合の対応策として、帯電用高圧電源１８０の出力容量を大きくすることが考えられる。即ち、放電により負荷電流が大きくなっても、電圧波形が歪まないような出力容量を有する帯電用高圧電源１８０を使用することである。しかし出力容量が大きい帯電用高圧電源は高価であるため、画像形成装置１００を構成する部品コストが増大する。

本実施形態では、デューティ比が１００％より小さいパルス波のみで所望のＰＷＭ信号を生成できる場合は、ＰＷＭ制御によりＡＣ電圧の歪みを補正し、デューティ比が１００％より小さいパルス波のみでは所望のＰＷＭ信号を生成できない場合は、第１の実施形態で説明した方法により、ＡＣ電圧の歪みを補正する。

図１５は、本実施形態の制御マイコン３００ａの構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。制御マイコン３００ａは、ＰＷＭ制御部３２１と、デューティ比判定部３２２と、温度入力部３２３と、温度判定部３２４とを有する。ＰＷＭ制御部３２１は、ＡＣ成分抽出回路１８８と電気的に接続し、デューティ比判定部３２２は、ＡＣ電圧生成回路１８１と電気的に接続し、温度入力部３２３は、温度センサ１８９と電気的に接続する。

ＡＣ成分抽出回路１８８は、高圧ＡＣトランス１８３が帯電ローラ１８に印加する帯電バイアスからＤＣ成分を除去し、ＡＣ成分の電圧のみを抽出する。ＡＣ成分抽出回路１８８は、例えば分圧回路とコンデンサ等により構成される。ＡＣ成分抽出回路１８８は、特許請求の範囲に記載の「ＡＣ成分抽出手段」の一例である。

ＰＷＭ制御部３２１は、ＡＣ成分抽出回路１８８からＡＣ成分の電圧を入力する。ＰＷＭ制御部３２１は、入力されたＡＣ成分の電圧を時分割して、時分割したそれぞれの期間においてＡＣ成分の電圧を変換処理した電圧値と理想電圧値とを比較する。比較の結果、変換処理した電圧値と理想電圧値とが異なるＡＣ電圧歪み発生期間において、変換処理した電圧値と理想電圧値との差分を求める。

求めた差分に基づいてＡＣ電圧歪み発生期間の次の期間におけるＰＷＭ信号のデューティ比を調整したＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ信号とデューティ比をデューティ比判定部３２２に出力する。ＰＷＭ制御部３２１によるＰＷＭ制御の詳細は、特許第４４４４５５６号公報を参照されたい。尚、ＰＷＭ制御部３２１は、特許請求の範囲に記載の「ＰＷＭ制御手段」の一例である。

デューティ比判定部３２２は、デューティ比が１００％より小さいパルス波のみで所望のＰＷＭ信号を生成できる場合は、入力されたＰＷＭ信号をＡＣ電圧生成回路１８１に出力する。一方で、デューティ比が１００％より小さいパルス波のみでは所望のＰＷＭ信号を生成できない場合は、ＰＷＭ制御を実施しないことを示す信号を比較部３１６ａに送信する。デューティ比判定部３２２は、特許請求の範囲に記載の「デューティ比判定手段」の一例である。

温度入力部３２３は、画像形成装置の内部、又は外部に設けられた温度センサ１８９が検出した温度データを入力し、温度判定部３２４に出力する。温度センサ１８９は、特許請求の範囲に記載の「温度検出手段」の一例である。

温度判定部３２４は、入力された温度データが予め規定した閾値以下の場合は、ＰＷＭ制御を実施しないことを示す信号を比較部３１６ａに送信する。画像形成装置の内部、又は外部の温度が低下すると、帯電用高圧電源１８０の周辺の温度が低くなり、帯電用高圧電源１８０による電圧の出力効率の低下や感光体ドラム４０等の負荷のインピーダンスが変化して、本実施形態を実施しても状態が良化しない場合が増加する。そのため、本実施形態では、入力された温度データが予め規定した閾値以下の場合は、ＰＷＭ制御を実施しないこととしている。尚、温度判定部３２４は、特許請求の範囲に記載の「温度判定手段」の一例である。

温度の閾値は予め規定され、ＲＯＭ３０２やＲＡＭ３０３に記憶されている。温度判定部３２４は、ＲＯＭ３０２やＲＡＭ３０３を参照して温度の閾値を取得することができる。温度センサ１８９を画像形成装置の内部に設けた場合と、外部に設けた場合で、閾値を異ならせてもよい。

尚、温度によらずデューティ比のみに基づいて、ＰＷＭ制御の実施可否を判定してもよい。

比較部３１６ａは、ＰＷＭ制御を実施しないことを示す信号を受信した場合、第１の実施形態で説明した処理を実行する。比較部３１６ａの出力に基づいて、補正部３１７等が行う処理、又は動作は、第１の実施形態で説明した処理、又は動作と同様である。

以上説明したように、本実施形態によれば、デューティ比が１００％より小さいパルス波のみで所望のＰＷＭ信号を生成できる場合は、ＰＷＭ制御によりＡＣ電圧の歪みを補正し、デューティ比が１００％より小さいパルス波のみでは所望のＰＷＭ信号を生成できない場合は、第１の実施形態で説明した方法により、ＡＣ電圧の歪みを補正する。

これにより、デューティ比が１００％より小さいパルス波のみでは所望のＰＷＭ信号を生成できない場合に、出力容量の大きい帯電用高圧電源１８０を用いることなく、感光体ドラム４０の表面電位を安定させることができる。また、画像形成装置の内部、又は外部に設けられた温度センサ１８９の出力に基づき、ＰＷＭ制御の実施可否を判定することで、帯電用高圧電源１８０の周辺温度が低くなった場合に、出力容量の大きい帯電用高圧電源１８０を用いることなく、感光体ドラム４０の表面電位を安定させることができる。

尚、上記では帯電バイアスのＡＣ成分を抽出するためにＡＣ成分抽出回路１８８を備える構成を示したが、ピーク検出回路１８５によりＡＣ成分の抽出を行わせてもよい。この場合は、ＡＣ成分抽出回路１８８は不要となる。

また上記以外の効果は、第１の実施形態で説明したものと同様である。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態の画像形成装置の一例を説明する。尚、第１～２の実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図１６は、ＡＣ電圧波形の形状の歪みを説明する図である。図３等と同様に、横軸は時間を示し、理想波形３１と実波形３２が示されている。第１～２の実施形態では、ＡＣ電圧波形の歪みにより、正側のピーク値と負側のピーク値が異なる場合を説明したが、図１６では、実波形３２の波形形状が左右で非対称になるような歪みの一例を示している。ＡＣ電圧波形の形状が左右で非対称になると、ピーク値の絶対値を一致させるだけでは正側と負側で、電圧波形の形状が対称にならず、帯電された感光体ドラム４０の表面電位に傾き成分等が含まれる場合がある。

本実施形態では、帯電バイアスから抽出したＡＣ成分の電圧から電圧波形データを生成し、この電圧波形データに基づいてＰＷＭ信号を生成することで、ピーク値の歪みだけでなく、実波形３２の波形形状が左右で非対称になるような歪みの影響も除去する。

図１７は、本実施形態の制御マイコン３００ｂの構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。制御マイコン３００ｂは、波形生成部３２５を有し、波形生成部３２５はＡＣ成分抽出回路１８８と電気的に接続している。

波形生成部３２５は、ＡＣ成分抽出回路１８８からＡＣ成分の電圧値を入力し、Ａ／Ｄ変換して電圧波形のデジタルデータを取得する。また波形生成部３２５は、比較部３１６からＡＣ電圧の正側のピーク値の絶対値と負側のピーク値の絶対値の大小の比較結果を受け取る。

正側のピーク値の絶対値が小さい場合は、波形生成部３２５は、取得した電圧波形のデジタルデータのうち、正側のデータを用いて電圧波形データを生成する。例えば、正側のデータに－１を乗じて符号を変換したものを負側のデータとし、これを、取得した電圧波形のデジタルデータの負側のデータと入れ替えて、電圧波形データを生成する。

一方、負側のピーク値の絶対値が小さい場合は、波形生成部３２５は、取得した電圧波形のデジタルデータのうち、負側のデータを用いて電圧波形データを生成する。例えば、負側のデータに－１を乗じて符号を変換したものを正側のデータとし、これを、取得した電圧波形のデジタルデータの正側のデータと入れ替えて、電圧波形データを生成する。

このように生成された電圧波形データはＰＷＭ信号生成部３１９に入力され、キャリヤ信号とコンパレータ処理されることで、ＰＷＭ信号が生成される。電圧波形データの振幅と周波数は、ＡＣ電圧信号受信部３１０、及びＡＣ周波数信号受信部３１２を介してプリンタコントローラ３５０から入力される制御信号に基づき、適宜調整される。

本実施形態によれば、ＡＣ電圧の正側と負側で、ピーク値だけでなく波形形状の対称性も合わせる。これにより、帯電された感光体ドラム４０の表面電位の傾き成分等を除去し、均一で安定した表面電位を得ることができる。

尚、これ以外の効果は、第１～２の実施形態で説明したものと同様である。また第２の実施形態で説明したように、ＰＷＭ制御と組み合わせてもよい。例えば、デューティ比が１００％より小さいパルス波のみでＰＷＭ信号を生成できる場合は、ＰＷＭ制御によりＡＣ電圧の歪みを補正し、デューティ比が１００％より小さいパルス波のみでは所望のＰＷＭ信号を生成できない場合は、本実施形態で説明した方法により、ＡＣ電圧の歪みを補正する。

［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態の画像形成装置の一例を説明する。尚、第１～３の実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

本実施形態では、正側のピーク値の絶対値に対応付けられた正側の電圧波形と、負側のピーク値の絶対値に対応付けられた負側の電圧波形を予め実験等で取得し、記憶部に記憶しておく。そして検出されたＡＣ電圧の正側、又は負側のピーク値に応じ、記憶部を参照して正側、又は負側の電圧波形を取得し、電圧波形データを生成する。

これを用いてＡＣ電圧波形を生成することで、ピーク値の歪みだけでなく、実波形３２の波形形状が左右で非対称になるような歪みの影響も除去する。第３の実施形態では、正側、又は負側の電圧波形をＡＣ成分抽出回路１８８により抽出したのに対し、本実施形態では、正側、又は負側の電圧波形を記憶部から取得する点が第３の実施形態との相違点である。

図１８は、本実施形態の制御マイコン３００ｃの構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。制御マイコン３００ｃは、波形生成部３２５ｃと、記憶部３２６とを有する。記憶部３２６は、ＲＯＭ３０２やＲＡＭ３０３により実現される。記憶部３２６は、特許請求の範囲に記載の「記憶部」の一例である。

波形生成部３２５ｃは、比較部３１６からＡＣ電圧の正側のピーク値の絶対値と負側のピーク値の絶対値の大小の比較結果を受け取る。

正側のピーク値の絶対値が小さい場合は、波形生成部３２５ｃは、記憶部３２６を参照して、正側のピーク値に基づく正側の電圧波形を取得し、これに基づき電圧波形データを生成する。例えば、記憶部３２６を参照して取得した正側の電圧波形に－１を乗じて符号を変換したものを負側の電圧波形とし、これを正側の電圧波形と合体させて電圧波形データを生成する。

一方、負側のピーク値の絶対値が小さい場合は、波形生成部３２５ｃは、記憶部３２６を参照して、負側のピーク値に基づく負側の電圧波形を取得し、これに基づき電圧波形データを生成する。例えば、記憶部３２６を参照して取得した負側の電圧波形に－１を乗じて符号を変換したものを正側の電圧波形とし、これを負側の電圧波形と合体させて電圧波形データを生成する。

このように生成された電圧波形データはＰＷＭ信号生成部３１９に入力され、キャリヤ信号とコンパレータ処理されて、ＰＷＭ信号が生成される。電圧波形データの振幅と周波数は、ＡＣ電圧信号受信部３１０、及びＡＣ周波数信号受信部３１２を介してプリンタコントローラ３５０から入力される制御信号に基づき、適宜調整される。

本実施形態によれば、ＡＣ電圧の正側と負側で、ピーク値だけでなく波形形状の対称性も合わせる。これにより、帯電された感光体ドラム４０の表面電位の傾き成分等を除去し、均一で安定した表面電位を得ることができる。

尚、これ以外の効果は、第１～３の実施形態で説明したものと同様である。また第２の実施形態で説明したように、ＰＷＭ制御と組み合わせてもよい。例えば、デューティ比が１００％より小さいパルス波のみでＰＷＭ信号を生成できる場合は、ＰＷＭ制御によりＡＣ電圧の歪みを補正し、デューティ比が１００％より小さいパルス波のみでは所望のＰＷＭ信号を生成できない場合は、本実施形態で説明した方法により、ＡＣ電圧の歪みを補正する。

以上、実施形態に係る画像形成装置、及び画像形成方法について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

１８ 帯電ローラ（帯電部材の一例）
１８０ 帯電用高圧電源（電源の一例）
１８１ ＡＣ電圧生成回路（ＡＣ電圧生成手段の一例）
１８２ 高圧ＤＣ生成回路
１８３ 高圧ＡＣトランス
１８４ ＡＣ電圧検出回路
１８５ ピーク検出回路（ピーク検出手段の一例）
１８６ 正ピーク検出回路
１８７ 負ピーク検出回路
１８８ ＡＣ成分抽出回路（ＡＣ成分抽出手段の一例）
１８９ 温度センサ（温度検出手段の一例）
４０ 感光体ドラム（像担持体の一例）
１００ 画像形成装置
３００ 制御マイコン（制御手段の一例）
３１０ ＡＣ電圧信号受信部
３１１ ＤＣ電圧信号受信部
３１２ ＡＣ周波数信号受信部
３１３ ＡＣ電圧受信部
３１４ 電流送信部
３１５ ＤＣ出力演算部
３１６、３１６ａ 比較部（比較手段の一例）
３１７、３１７ｂ、３１７ｃ 補正部（補正手段の一例）
３１８ 振幅算出部
３１９ ＰＷＭ信号生成部
３２０ 制御信号有無判定部
３２１ ＰＷＭ制御部（ＰＷＭ制御手段の一例）
３２２ デューティ比判定部（デューティ比判定手段の一例）
３２３ 温度入力部
３２４ 温度判定部（温度判定手段の一例）
３２５、３２５ｃ 波形生成部
３２６ 記憶部（記憶部の一例）
３５０ プリンタコントローラ

特許４４４４５５６号公報

Claims (8)

1. 像担持体と、
   前記像担持体を帯電させる帯電部材と、
   ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳させた帯電バイアスを前記帯電部材に印加する電源と、を有する画像形成装置であって、
   前記電源は、
   前記帯電バイアスのＡＣ成分の電圧の、正側のピーク値及び負側のピーク値を検出するピーク検出手段と、
   前記ＡＣ電圧を制御する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、
   検出された、前記正側のピーク値の絶対値と、前記負側のピーク値の絶対値と、を比較する比較手段と、
   前記正側のピーク値の絶対値が小さい場合は、前記負側のピーク値の絶対値を前記正側のピーク値の絶対値に合わせ、前記負側のピーク値の絶対値が小さい場合は、前記正側のピーク値の絶対値を前記負側のピーク値の絶対値に合わせるように、前記ＡＣ電圧を補正する補正手段と、を有する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記電源は、
   パルス幅変調信号から前記ＡＣ電圧を生成するＡＣ電圧生成手段を有し、
   前記補正手段は、
   前記正側のピーク値の絶対値が小さい場合は、前記正側のピーク値に基づく振幅の正弦波から前記パルス幅変調信号を生成し、前記負側のピーク値の絶対値が小さい場合は、前記負側のピーク値に基づく振幅の正弦波から前記パルス幅変調信号を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記電源は、
   パルス幅変調信号から前記ＡＣ電圧を生成するＡＣ電圧生成手段と、
   前記帯電バイアスのＡＣ成分の電圧を抽出するＡＣ成分抽出手段と、を有し、
   前記補正手段は、
   前記正側のピーク値の絶対値が小さい場合は、抽出された前記ＡＣ成分の電圧の正側の電圧波形から前記パルス幅変調信号を生成し、
   前記負側のピーク値の絶対値が小さい場合は、抽出された前記ＡＣ成分の電圧の負側の電圧波形から前記パルス幅変調信号を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記電源は、
   パルス幅変調信号から前記ＡＣ電圧を生成するＡＣ電圧生成手段を有し、
   前記制御手段は、
   検出された、前記正側のピーク値の絶対値に対応付けられた正側の電圧波形と、検出された前記負側のピーク値の絶対値に対応付けられた負側の電圧波形と、を記憶する記憶部を有し、
   前記補正手段は、
   前記正側のピーク値の絶対値が小さい場合は、前記正側のピーク値の絶対値に応じて、前記記憶部を参照して取得される前記正側の電圧波形から前記パルス幅変調信号を生成し、
   前記負側のピーク値の絶対値が小さい場合は、前記負側のピーク値の絶対値に応じて、前記記憶部を参照して取得される前記負側の電圧波形から前記パルス幅変調信号を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記電源は、
   パルス幅変調信号から前記ＡＣ電圧を生成するＡＣ電圧生成手段と、
   前記帯電バイアスのＡＣ成分の電圧を抽出するＡＣ成分抽出手段と、を有し、
   前記制御手段は、
   前記ＡＣ成分の電圧を時分割したそれぞれの期間において、前記ＡＣ成分の電圧を変換処理した電圧値と理想電圧値とを比較し、前記変換処理した電圧値と前記理想電圧値とが異なるＡＣ電圧歪み発生期間において、前記変換処理した電圧値と前記理想電圧値との差分を求め、求めた差分に基づいて前記ＡＣ電圧歪み発生期間の次の期間におけるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のデューティ比を調整して、前記ＡＣ電圧をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段と、
   前記デューティ比に基づき、前記ＰＷＭ制御の実施可否を判定するデューティ比判定手段と、を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記画像形成装置の内部、又は外部の温度を検出する温度検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記温度に基づき、前記ＰＷＭ制御の実施可否を判定する温度判定手段と、を有する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記正側のピーク値は正側の実効値であり、前記負側のピーク値は負側の実効値である
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像形成装置。
8. 像担持体と、
   前記像担持体を帯電させる帯電部材と、
   ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳させた帯電バイアスを前記帯電部材に印加する電源と、を有する画像形成装置で実行される画像形成方法であって、
   前記帯電バイアスのＡＣ成分の電圧の、正側のピーク値及び負側のピーク値を検出する工程と、
   検出された、前記正側のピーク値の絶対値と、前記負側のピーク値の絶対値と、を比較する工程と、
   前記正側のピーク値の絶対値が小さい場合は、前記負側のピーク値の絶対値を前記正側のピーク値の絶対値に合わせ、前記負側のピーク値の絶対値が小さい場合は、前記正側のピーク値の絶対値を前記負側のピーク値の絶対値に合わせるように、前記ＡＣ電圧を補正する工程と、を含む
   ことを特徴とする画像形成方法。

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