JP7211245B2 - 画像形成装置及び電源制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置及び電源制御方法に関し、特に、電子写真方式の画像形成に利用される高圧電源を備える画像形成装置及び当該画像形成装置における電源制御方法に関する。

電子写真方式で画像形成を行うＭＦＰ（Multi-Functional Peripherals）などの画像形成装置では、帯電や現像、転写の際に高圧を印加するための高圧電源を備えている。帯電ローラ方式では、高圧電源から直流電圧に正弦波等の交流電圧を重畳した電圧を帯電ローラに印加し、帯電ローラを放電開始電圧以上にして放電を発生させることで、像担持体である感光体の表面を帯電させている。

この放電に関して、感光体への放電量が過小の場合は、帯電ムラによって白点（白ポチと呼ぶ。）等の画像不良が発生する。一方、感光体への放電量が過大の場合は、感光体や帯電ローラの摩耗がより促進されて寿命が短くなる。そのため、感光体への放電量が適切になるように帯電ローラに印加する電圧値を設定する必要がある。

このような感光体への放電に関して、例えば、下記特許文献１には、回転可能な感光体と、前記感光体を帯電する帯電装置と、前記帯電装置に交流電圧を印加する印加手段と、前記感光体と前記帯電装置の間に流れる電流のうち、前記交流電圧に対応する交流電流成分を除去することによって放電電流成分を抽出する処理部と、前記処理部によって抽出された前記放電電流成分に基づき、前記交流電圧のピーク間電圧値を制御する制御手段と、を有する画像形成装置が開示されている。

また、下記特許文献２には、像担持体と、前記像担持体の表面を帯電する帯電部材と、帯電された前記像担持体表面に形成された静電潜像を可視化するために、現像バイアス電圧によって前記静電潜像を可視像にする現像手段と、前記可視像を転写バイアス電圧によって転写材に転写する転写手段と、基準電圧を前記帯電部材に印加し、前記帯電部材から前記像担持体に流れる電流値を検出し、検出された電流値に基づいて前記帯電部材に印加する交流電圧の電圧値を算出する制御部と、を備え、前記制御部は、前記算出した交流電圧の電圧値が異常値であるかを判断し、前記算出された交流電圧の電圧値が異常値であった場合は、前記基準電圧とは異なった電圧を前記帯電部材に再印加し、再算出された交流電圧の電圧値が異常値でなければ、再算出された交流電圧の電圧値によって前記帯電部材による前記像担持体の帯電をおこなう画像形成装置が開示されている。

また、下記特許文献３には、静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体表面を所定の表面電位に帯電させる帯電手段とを備え、前記帯電手段は、前記静電潜像担持体表面と所定のギャップを隔てて対向配置された帯電部材と、直流電圧と交流電圧とを重畳した帯電バイアスを出力し前記帯電部材に印加するバイアス出力部とを有しており、前記帯電バイアスの印加により前記帯電部材に流れる電流波形において、前記交流電圧のピークに対して９０度進み位相角に相当するタイミングで現れる第１のピークの高さをＰ１、前記第１のピークよりも前記交流電圧のピークに近いタイミングで現れる第２のピークの高さをＰ２としたとき、両者の間に、０．８Ｐ１＜Ｐ２＜１．３Ｐ１の関係が成立している画像形成装置が開示されている。

特開２０１０－２３１１８８号公報 特開２０１１－１３３６８６号公報 特開２００８－０９６５３３号公報

上記放電によって、感光体ドラム及び帯電ローラは次第に摩耗・劣化していき、最終的に帯電ムラ（画像不良）が発生すると、ユニット交換が必要となる。このユニット交換の時期について、現在はプリント枚数や感光体ドラムの回転数等の積算で交換タイミングを判断しているが、使用条件（紙サイズ、１ジョブ当たりの枚数など）や使用環境、部品ばらつき等で誤差が生じるため、実際の寿命より早いタイミングで交換される。また、ＹＭＣＫの一つでも寿命を迎えると、ＹＭＣＫすべてのユニットを交換しなければならない場合がある。

感光体への放電量は、放電開始電圧以上での電圧精度が関係しているため、画像不良の発生を防いで部品の寿命を長くするためには、より詳細に電圧を制御することが重要である。そこで、高圧電源としてデジタル高圧電源を用い、デジタル高圧電源を駆動する制御部は、ＤＭＡ（Direct Memory Access）転送により詳細な制御を行っている。

ここで、カラー電子写真方式ではＹＭＣＫの４色が必要であり、各色の感光体に放電するために、上記ＤＭＡ転送を行うＤＭＡチャンネルは４つ必要となり、制御部が高価になる傾向がある。この問題に対して、１つのＤＭＡチャンネルを用いてＹＭＣＫの４色に対して同一の制御を行う方法が考えられるが、ＹＭＣＫの各色には放電開始電圧の違いや感光体ドラムの表面組成の個体差があり、同一の制御では寿命にばらつきが生じるため、望ましくない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、帯電ローラ方式において、１つのＤＭＡチャンネルを用いて、複数の感光体への放電量を適切に制御することができる画像形成装置及び電源制御方法を提供することにある。

本発明の一側面は、複数の像担持体と、前記複数の像担持体を帯電させる複数の帯電部材と、前記複数の帯電部材に交流波形の電圧を印加する複数の電源と、前記複数の電源を制御する制御部と、を備える画像形成装置において、前記制御部は、１つのＤＭＡチャンネルを使用してＤＭＡ転送を制御するＤＭＡコントローラを備え、各々の前記電源に、前記交流波形の位相をずらした電圧を出力させる電源制御部と、各々の前記電源から出力される電圧が所定電圧以上となる前記交流波形の領域を特定する領域特定部と、して機能し、前記電源制御部は、特定された前記領域は前記ＤＭＡコントローラを用いたＤＭＡ転送を利用して前記複数の電源を制御することを特徴とする。

本発明の一側面は、複数の像担持体と、前記複数の像担持体を帯電させる複数の帯電部材と、前記複数の帯電部材に交流波形の電圧を印加する複数の電源と、前記複数の電源を制御する制御部と、を備える画像形成装置における電源制御方法であって、前記制御部は、１つのＤＭＡチャンネルを使用してＤＭＡ転送を制御するＤＭＡコントローラを備え、各々の前記電源に、前記交流波形の位相をずらした電圧を出力させる第１処理と、各々の前記電源から出力される電圧が所定電圧以上となる前記交流波形の領域を特定する第２処理と、を実行し、前記第１処理では、特定された領域は前記ＤＭＡコントローラを用いたＤＭＡ転送を利用して前記複数の電源を制御することを特徴とする。

本発明の画像形成装置及び電源制御方法によれば、帯電ローラ方式において、１つのＤＭＡチャンネルを用いて、複数の感光体への放電量を適切に制御することができる。

その理由は、複数の像担持体と、複数の像担持体を帯電させる複数の帯電部材と、複数の帯電部材に交流電圧を印加する複数の電源と、複数の電源を制御する制御部と、を備える画像形成装置において、制御部は、１つのＤＭＡチャンネルを使用してＤＭＡ転送を制御するＤＭＡコントローラを備え、各々の電源に、交流波形の位相をずらした電圧を出力させる電源制御部と、各々の電源から出力される電圧が所定電圧以上となる領域を特定する領域特定部と、して機能し、電源制御部は、特定した領域はＤＭＡコントローラを用いたＤＭＡ転送を利用して複数の電源を制御するからである。

本発明の一実施例に係る画像形成装置の構成を示す模式図である。 本発明の一実施例に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。 帯電ローラ方式での帯電メカニズムを説明する模式図である。 帯電電圧（Ｖｐｐ）と電流（Ｉａｃ）との関係を示す図である。 帯電電圧／電流波形を示す図である。 従来の高圧電源基板の構成を示す回路図である。 帯電電圧波形の生成方法を説明する模式図である。 帯電電圧波形の例を示す模式図である。 ＹＭＣＫのＤＭＡ転送を説明する模式図である。 本発明の一実施例に係る高圧電源基板の構成を示す回路図である。 本発明の一実施例に係るＹＭＣＫの交流波形を示す図である。 本発明の一実施例に係るＹＭＣＫの交流波形の他の例を示す図である。 本発明の一実施例に係るＹＭＣＫの交流波形の他の例を示す図である。

背景技術で示したように、電子写真方式で画像形成を行うＭＦＰなどの画像形成装置では、帯電ローラを放電開始電圧以上にして放電を発生させることで、像担持体である感光体の表面を帯電させているが、上記放電によって、感光体ドラム及び帯電ローラは次第に摩耗・劣化し、ユニット交換が必要となる。このユニット交換の時期について、使用条件や使用環境、部品ばらつき等で誤差が生じるため、実際の寿命より早いタイミングで交換され、ＹＭＣＫの一つでも寿命を迎えると、ＹＭＣＫすべてのユニットを交換しなければならない場合がある。

画像不良の発生を防いで部品の寿命を長くするためには、放電開始電圧以上での電圧をより詳細に電圧を制御することが重要であることから、高圧電源としてデジタル高圧電源を用い、デジタル高圧電源を駆動する制御部は、ＤＭＡ転送により詳細な制御を行っているが、カラー電子写真方式ではＹＭＣＫの４色の感光体に放電するために、上記ＤＭＡ転送を行うＤＭＡチャンネルは４つ必要となり、制御部が高価になる。この問題に対して、１つのＤＭＡチャンネルを用いてＹＭＣＫの４色に対して同一の制御（複数の電源から同じ交流波形の電圧を同時に出力させる制御）を行う方法が考えられるが、ＹＭＣＫの各色には放電開始電圧の違いや感光体ドラムの表面組成の個体差があり、同一の制御では寿命にばらつきが生じる。

そこで、本発明の一実施の形態では、各々の電源から出力される交流波形の位相をずらすことによって、１つのＤＭＡチャンネルを用いてＹＭＣＫの４色を個別に制御できるようにする。具体的には、複数の像担持体と、複数の像担持体を帯電させる複数の帯電部材と、複数の帯電部材に交流電圧を印加する複数の電源と、複数の電源を制御する制御部と、を備える画像形成装置において、制御部は、１つのＤＭＡチャンネルを用いたＤＭＡ転送を制御するＤＭＡコントローラを備え、各々の電源（例えば、ＹＭＣＫ各色の電源）に、交流波形の位相をずらした（例えば、各々４５°ずらした）電圧を出力させる電源制御部と、各々の電源から出力される電圧が所定電圧（例えば、放電開始電圧）以上となる領域を特定する領域特定部と、して機能し、電源制御部は、特定した領域はＤＭＡコントローラを用いたＤＭＡ転送を利用して複数の電源を制御する。また、電源制御部は、複数の交流波形の放電開始電圧以上の領域が重なる場合、放電開始電圧以上の領域が重ならないように、交流波形を変形させる。

このように、各々の電源から、交流波形の位相をずらした（好ましくは、ＹＭＣＫ各色で４５°ずらした）電圧を出力させ、出力される電圧が放電開始電圧以上となる領域（すなわち、放電電流が流れる領域）だけ、ＤＭＡ転送による高精細な波形制御を行い、また、放電開始電圧が低下して放電開始電圧以上となる領域が重なってしまう場合は、交流波形を変形して放電電流量（電荷量）を適正化することにより、安価な制御部を使用して、出力電圧の精密なコントロールを行うことができ、各色の感光体ドラムや帯電ローラの長寿命化を図ることができる。

上記した本発明の一実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係る画像形成装置及び電源制御方法について、図１乃至図１３を参照して説明する。図１は、本実施例の画像形成装置の構成を示す模式図であり、図２は、本実施例の画像形成装置の構成を示すブロック図である。また、図３は、帯電ローラ方式での帯電メカニズムを説明する模式図であり、図４は、帯電電圧と電流との関係を示す図、図５は、帯電電圧／電流波形を示す図である。また、図６は、従来の高圧電源基板の構成を示す回路図であり、図７は、帯電電圧波形の生成方法を説明する模式図、図８は、帯電電圧波形の例を示す模式図である。また、図９は、ＹＭＣＫのＤＭＡ転送を説明する模式図であり、図１０は、本実施例の高圧電源基板の構成を示す回路図、図１１乃至図１３は、本実施例のＹＭＣＫの交流波形を示す図である。

図１に示すように、本実施例の画像形成装置１０は、原稿を読み取って取得した画像データ、又は、通信ネットワークを介して外部の情報機器（例えばクライアント装置）から入力された画像データに基づいて、用紙に色を重ね合わせることにより画像を形成する装置であり、例えば、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色に対応する感光体としての感光体ドラム８３Ｙ、８３Ｍ、８３Ｃ、８３Ｋが、被転写体（中間転写ベルト）の走行方向に直列配置されたタンデム方式の画像形成装置である。

この画像形成装置１０は、図２（ａ）に示すように、制御部２０、高圧電源部３０、表示操作部４０、画像読取部５０、画像処理部６０、搬送部７０、画像形成部８０などで構成される。

制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２やＲＡＭ（Random Access Memory）２３等のメモリと、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶部２４と、ＮＩＣ（Network Interface Card）やモデム等のネットワークＩ／Ｆ部２５などで構成される。ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２又は記憶部２４から処理内容に応じたプログラムを読み出し、ＲＡＭ２３に展開して実行することにより、画像形成装置１０の各部の動作を集中制御する。記憶部２４は、ＣＰＵ２１が各部を制御するためのプログラム、自装置の処理機能に関する情報、画像読取部５０が読み取った画像データ、図示しないクライアント装置などから入力された画像データ、後述する電圧波形変更部が作成するテーブルなどを記憶する。ネットワークＩ／Ｆ部２５は、画像形成装置１０をＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続し、外部の情報機器（例えばクライアント装置）との間で各種データの送受信を行う。

高圧電源部３０は、帯電や現像、転写の際に利用される高圧を発生する回路であり、後述する帯電装置８４や現像装置８２、一次転写ローラ８６、中間転写ユニット８７に交番波形（交流波形）の高圧を出力する。特に、本実施例では、帯電装置８４に高圧を出力することにより、像担持体である感光体ドラムを適切に帯電させる。この高圧電源部３０の詳細な構成は後述する。

表示操作部４０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイなどの表示部上に、透明電極が格子状に配置された感圧式や静電容量式などの操作部（タッチセンサ）を設けたタッチパネルなどで構成され、表示部及び操作部として機能する。表示部は、制御部２０から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態表示、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部は、ユーザによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部２０に出力する。

画像読取部５０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と呼ばれる自動原稿給紙装置５１及び原稿画像走査装置（スキャナー）５２などで構成される。自動原稿給紙装置５１は、原稿トレイに載置された原稿を搬送機構により搬送して原稿画像走査装置５２へ送り出す。原稿画像走査装置５２は、自動原稿給紙装置５１からコンタクトガラス上に搬送された原稿又はコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサの受光面上に結像させて原稿画像を読み取る。画像読取部５０によって読み取られた画像（アナログ画像信号）は、画像処理部６０において所定の画像処理が施される。

画像処理部６０は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換処理を行う回路及びデジタル画像処理を行う回路などで構成される。画像処理部６０は、画像読取部５０からのアナログ画像信号にＡ／Ｄ変換処理を施すことによりデジタル画像データを生成する。また、画像処理部６０は、外部の情報機器（例えばクライアント装置）から取得した印刷ジョブを解析し、原稿の各ページをラスタライズしてデジタル画像データを生成する。そして、画像処理部６０は、必要に応じて、画像データに対して、色変換処理、補正処理（シェーディング補正等）、及び圧縮処理等の画像処理を施し、画像処理後の画像データを画像形成部８０に出力する。

搬送部７０は、図１に示すように、給紙装置７１、搬送機構７２、及び排紙装置７３などで構成される。本実施例では、給紙装置７１は、給紙トレイユニットを備えており、給紙トレイユニットには、用紙の坪量やサイズ等に基づいて識別された規格用紙や特殊用紙が予め設定された種類ごとに収容される。給紙トレイユニットに収容されている用紙は、最上部から一枚ずつ送出され、レジストローラ等の複数の搬送ローラを備えた搬送機構７２により画像形成部８０に搬送される。このとき、レジストローラが配設されたレジスト部により、給紙された用紙の傾きが補正されると共に搬送タイミングが調整される。そして、画像形成部８０によって画像が形成された用紙は、排紙ローラを備えた排紙装置７３により機外の排紙トレイに排紙される。

画像形成部８０は、図１及び図２（ｃ）に示すように、異なる色成分Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに対応して設けられた、露光装置８１（８１Ｙ、８１Ｍ、８１Ｃ、８１Ｋ）、現像装置８２（８２Ｙ、８２Ｍ、８２Ｃ、８２Ｋ）、感光体ドラム８３（８３Ｙ、８３Ｍ、８３Ｃ、８３Ｋ）、帯電装置８４（８４Ｙ、８４Ｍ、８４Ｃ、８４Ｋ）、クリーニング装置８５（８５Ｙ、８５Ｍ、８５Ｃ、８５Ｋ）、一次転写ローラ８６（８６Ｙ、８６Ｍ、８６Ｃ、８６Ｋ）、中間転写ユニット８７、定着装置８８等を備えて構成される。なお、以下の説明では、必要に応じて、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを除いた符号を使用する。

各色成分Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの感光体ドラム８３は、アルミ材よりなる円筒状の金属基体の外周面上に、保護層としてのオーバーコート層を設けた有機感光体層（ＯＰＣ）が形成された像担持体である。感光体ドラム８３は、接地された状態で後述する中間転写ベルトに従動して図１における反時計方向に回転される。

各色成分Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの帯電装置８４は、帯電ローラ方式であって、表面に極性ゴムなどの抵抗層が形成された帯電部材（帯電ローラ８４ａ）が、その長手方向を感光体ドラム８３の回転軸方向に沿わせた状態で、対応する感光体ドラム８３に近接配設されており、当該感光体ドラム８３の表面に一様な電位を与える。この帯電に際して、高圧電源部３０から高圧が出力される。

各色成分Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの露光装置８１は、例えばポリゴンミラーなどによって感光体ドラム８３の回転軸と平行に走査を行い、一様に帯電された対応する感光体ドラム８３の表面上に画像データに基づいて像露光を行うことにより静電潜像を形成させる。

各色成分Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの現像装置８２は、対応する色成分の小粒径のトナーと磁性体とからなる二成分現像剤を収容しており、トナーを感光体ドラム８３の表面に搬送して、当該感光体ドラム８３に担持された静電潜像をトナーにより顕像化する。この現像に際して、必要に応じて、高圧電源部３０から高圧が出力される。

各色成分Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの一次転写ローラ８６は、中間転写ベルトを感光体ドラム８３に圧接し、対応する感光体ドラム８３に形成された各色トナー像を順次重ねて中間転写ベルトに一次転写する。この一次転写に際して、必要に応じて、高圧電源部３０から高圧が出力される。

各色成分Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋのクリーニング装置８５は、一次転写後に対応する感光体ドラム８３上に残留した残留トナーを回収する。また、クリーニング装置８５の感光体ドラム８３の回転方向下流側には図示しない潤滑剤の塗布機構が隣接状態で設けられており、対応する感光体ドラム８３の感光面に潤滑剤の塗布を行っている。

中間転写ユニット８７は、像担持体である無端状の中間転写ベルト８７ａと支持ローラ８７ｂと二次転写ローラ８７ｃと分離装置（図示せず）と中間転写クリーニング部８７ｄなどを備え、複数の支持ローラ８７ｂに中間転写ベルト８７ａが張架されて構成される。一次転写ローラ８６Ｙ、８６Ｍ、８６Ｃ、８６Ｋによって各色トナー像が一次転写された中間転写ベルト８７ａが、二次転写ローラ８７ｃによって用紙に圧接されると、圧接部（二次転写ニップ部と呼ぶ。）にて用紙にトナー像が二次転写され、定着装置８８に送られる。この二次転写ニップの下流側（用紙搬送方向の下流側）に、分離装置（例えば、二次転写ローラ８７ｃの軸方向に延設された鋸歯状の除電針）が設置されている。中間転写クリーニング部８７ｄは、中間転写ベルト８７ａの表面に摺接されるベルトクリーニングブレード（ＢＣＬブレード）を有する。二次転写後に中間転写ベルト８７ａの表面に残存する転写残トナーは、ＢＣＬブレードによって掻き取られ、除去される。この二次転写や紙分離に際して、必要に応じて、高圧電源部３０から高圧が出力される。

定着装置８８は、熱源となる加熱ローラ８８ａと定着ローラ８８ｂとこれらに掛け渡された定着ベルト８８ｃと加圧ローラ８８ｄなどを備え、定着ベルト８８ｃを介して定着ローラ８８ｂに加圧ローラ８８ｄが圧接されており、当該圧接部がニップ部を構成している。そして、加熱ローラ８８ａで加熱された定着ベルト８８ｃと各ローラとによりニップ部を通過する用紙を加熱加圧し、用紙に形成された未定着のトナー像を定着させる。

そして、定着装置８８によりトナー像が定着された用紙は、排紙ローラを備えた排紙装置７３により機外の排紙トレイに排紙される。

次に、帯電ローラ方式の帯電メカニズムについて、図３を参照して説明する。図３に示すように、帯電ローラ方式による感光体ドラム８３への帯電は、パッシェンの法則に従って行われ、使用状況や環境条件に応じた所定の電圧以上で、帯電ローラ８４ａと感光体ドラム８３との間隔が所定範囲の時に放電が発生する。この放電に際して、放電量が過小の場合は帯電ムラによる白ポチなどの画像不良が発生し、放電量が過大の場合は感光体ドラム８３や帯電ローラ８４ａの摩耗が促進されるため、最適な帯電電圧値に設定する必要がある。

図４は、帯電電圧／電流の関係図（Ｖｐｐ－Ｉａｃ特性）を示している。高圧電源部３０から供給されるＡＣ電流（Ｉａｃ）は誘電電流と放電電流とに分類されるが、感光体ドラム８３表面への帯電は放電電流によって実行される。帯電電圧（Ｖｐｐ）を大きくしていくと、始めのうちは誘導電流によってＡＣ電流は直線的に大きくなる（図のＦ１（Ｖｐｐ）参照）。さらにＶｐｐを大きくし、ある閾値（図中の破線で示す放電開始電圧Ｖ０）を超えると、感光体ドラム８３表面への放電が始まり、誘電電流と放電電流とを加算したＩａｃは指数関数的に増大する（図のＦ２（Ｖｐｐ）参照）。この放電制御では、上記のＶｐｐ－Ｉａｃ特性において、Ｉａｃの変曲点から放電電流（ΔＩａｃ）を予測設定している。

図５は、帯電電圧／電流波形を示している。帯電電圧（ＡＣ電圧）の振幅が放電開始電圧Ｖ０未満の場合、誘電電流のみが流れる。この誘電電流は感光体ドラム８３全体が構成する容量へのチャージ成分となり、感光体ドラム８３表面の帯電には寄与しない。放電開始電圧Ｖ０を超えると、その領域で放電電流が流れ始める。よって、高圧電源部３０から供給されるＡＣ電流は、誘電電流と放電電流の和で表されて、放電電流が発生した箇所が歪んだような波形（放電コブが発生した波形）として観測される。

このような放電電流を発生させる従来の高圧電源部３０の構成について、図６を参照して説明する。図６に示すように、従来の高圧電源部３０は、高圧電源基板３０ａに、制御部３１と電源（駆動アンプ部３２、スイッチ素子３３、トランス（変換機）３４、整流回路３５、出力モニター回路３６、出力端子３７）とを備えている。また、制御部３１は、ＣＰＵ３１ａと記憶部３１ｂとＤＭＡコントローラ（ＤＭＡＣ）３１ｃとＰＷＭ出力部３１ｄとＡ／Ｄ変換部３１ｅとを備えている。なお、図６では、駆動アンプ部３２、スイッチ素子３３、トランス３４、整流回路３５、出力モニター回路３６は、ＹＭＣＫの１色のみ記載している。

トランス３４の一次側コイル（駆動コイル）と二次側コイル（高圧発生コイル）とは絶縁された構造になっている。一次側コイル（駆動コイル）の一端は、低圧電源（例えば、２４Ｖの直流電圧を供給する電源）に接続されており、他端は、トランジスタのコレクタ端子に接続されている。二次側コイル（高圧発生コイル）は、整流回路３５に接続されている。トランジスタは、トランスの一次側コイルをスイッチングするスイッチ素子３３として用いられ、ベース端子は、駆動アンプ部３２に接続され、エミッタ端子は、アースされている。

制御部３１のＰＷＭ出力部３１ｄは、トランジスタをオン／オフするための駆動パルス（制御信号）を出力する回路であり、ＣＰＵ３１ａの演算結果に応じて駆動パルスのパルス幅を変調させる構成になっている。トランジスタは、駆動パルスのオン時に導通（オン）、オフ時に非導通（オフ）の状態になる。従って、駆動パルスのオン時間が長くなると、二次側コイルからの出力電圧を高くすることができ、逆に、駆動パルスのオン時間が短くなると、二次側コイルからの出力電圧を低くすることができる。

このＰＷＭ出力部３１ｄから出力される制御信号（ＰＷＭ信号）は、駆動アンプ部３２に入力されて増幅され、スイッチ素子３３のベース端子に入力される。なお、ＰＷＭ出力部３１ｄから出力される制御信号によってスイッチ素子３３を駆動できる場合は、駆動アンプ部３２を省略することができる。そして、スイッチ素子３３のスイッチング動作に応じて駆動コイルに電圧が印加され、高圧発生コイルからスイッチ素子３３の駆動周波数に同期した交番波形の高圧が発生する。

整流回路３５は、ダイオード、コンデンサ等からなる回路であり、高圧発生コイルから出力された交番波形の高圧を直流に変換し、高圧電源基板３０ａに配置される出力端子３７から画像形成部８０に出力する。本実施例では、出力端子３７は１つであり、ＰＷＭ出力部３１ｄから駆動パルスのデューティー比を変化させた制御信号を出力することにより、１つの出力端子３７から複数の交番波形の高圧を出力することができる。なお、スイッチ素子３３の駆動周波数は６０ｋＨｚ～１００ｋＨｚとなるため、整流回路３５では、この周波数を平滑する１７μｓｅｃ以上、１７０μｓｅｃ以下の時定数となるように回路を構成する。

また、出力端子３７の高圧出力電圧は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２からなる出力モニター回路３６の抵抗分圧により、出力モニター信号として、制御部３１のＡ／Ｄ変換部３１ｅに入力される。制御部３１のＣＰＵ３１ａは、出力モニター信号から誤差を算出し、出力制御を行う。例えば、ＣＰＵ３１ａは、出力モニター信号をサンプリングし、その電圧値と、規定の電圧が出力されるとしたときにＡ／Ｄ変換部３１ｅに入力されるべき電圧値（目標値）との差をとり、その差ができるだけ小さくなるようにＰＷＭ出力部３１ｄから出力される制御信号のデューティー比を変化させ、出力電圧が規定の電圧で維持されるようにフィードバック制御を行う。

具体的には、正弦波を出力するとき、制御部３１は図７に示す矢印のタイミングで指令値を変えていき（出力電圧を徐々に大きくする時は制御信号のデューティー比を徐々に大きくし）、スイッチ素子３３のオン／オフを制御する。なお、制御部３１のＣＰＵ３１ａは交番波形の１周期分の制御信号を随時演算し、ＰＷＭ出力部３１ｄはＣＰＵ３１ａが演算した制御信号を出力するようにしてもよいし、制御部３１の記憶部３１ｂに交番波形の１周期分の制御信号を予め記憶しておき、ＰＷＭ出力部３１ｄは記憶部３１ｂに記憶された制御信号を出力するようにしてもよい。

同様に、図８に示すように、正弦波、矩形波、台形波、また、その立ち上がりや立ち下がりの傾きも自由に設定、変更できる。その際、制御部３１は、波形生成のためにＰＷＭ信号を常時切り替える必要があるため、ＤＭＡ転送にて、ＰＷＭ信号が出力される。上記高圧電源部３０では、制御部３１内のＤＭＡＣ３１ｃにより、ＹＭＣＫの各ＤＭＡチャンネルを用いて制御を行っている。

ここで、従来の制御部３１の構造では、高精細な電圧出力により帯電量をコントロールする場合、図９に示すように、高精細な出力の数だけの（ＹＭＣＫの４つの）ＤＭＡチャンネルを必要としてきた。このＤＭＡチャンネルが多いとコストが上がる傾向にあり、ＤＭＡチャンネル数を少なくすることが望ましい。

そこで、本実施例では、高圧電源部３０の制御部３１を図１０のように構成し、ＤＭＡチャンネルを１つ（ＹＭＣＫ－ＤＭＡ）のみ使用し、ＹＭＣＫの４色のＤＭＡ転送を制御する。そのために、図２（ｂ）に示すように、制御部３１を、電源制御部、領域特定部として機能させる。

電源制御部は、各々の電源に制御信号を送信し、交流波形の位相をずらした（好ましくは、各々４５°ずらした）電圧を出力させる。また、領域特定部は、各々の電源から出力される電圧が所定電圧（好ましくは、放電開始電圧）以上となる交流波形の領域を特定する。

そして、電源制御部は、領域特定部が特定した領域は、ＤＭＡＣ３１ｃを用いたＤＭＡ転送を利用して複数の電源を制御（ＤＭＡＣ３１ｃを用いて制御信号をＤＭＡ転送）し、他の領域はＤＭＡ転送を利用しないで複数の電源を制御（ＣＰＵ３１ａを用いて制御信号を転送）するようにする。また、電源制御部は、複数の交流波形の放電開始電圧以上の領域が重なる場合、放電開始電圧以上の領域が重ならないように、交流波形を変形させる。その際、交流波形の変形前後で、放電開始電圧以上の領域の波形の面積が同等となるようにすることが好ましく、放電開始電圧以上の領域の波形を矩形波又は台形波とする場合、変形後の最大電圧が変形前の最大電圧を超えないようにすることが好ましい。また、電源制御部は、領域特定部が特定した領域が繋がるように、所定電圧又は交流波形の位相のずれを調整することができる。

以下、図１１乃至図１３を参照して、制御部３１による電源制御方法について具体的に説明する。図１１乃至図１３は、ＹＭＣＫの４色の交流波形を示す図であり、図１１は、放電開始電圧以上の領域が連続する場合の例、図１２は、図１１に対して放電開始電圧が高い場合の例、図１３は、図１１に対して放電開始電圧が低い場合の例である。

例えば、図１１（ａ）に示すように、ＹＭＣＫのＡＣ出力タイミングをずらす（ここでは各々４５°ずらす）ことにより、出力電圧の絶対値が放電開始電圧以上で帯電電流に関連がある領域（図のドットのハッチング部分）のみ、高精細な制御が可能なＤＭＡ転送を利用し（ＤＭＡＣ３１ｃを用いて制御信号をＤＭＡ転送し）、それ以外の領域はＤＭＡ転送を利用せず（ＣＰＵ３１ａを用いて制御信号を転送し）、高精度な制御は行わない。具体的には、図１１（ａ）のハッチング部において、１つのＤＭＡチャンネルを用いて、ＹＭＣＫの各色のＤＭＡ転送を連続的に行う。なお、図１１（ａ）の１色の交流波形を取り出した図１１（ｂ）に示すように、放電開始電圧以下の領域の波形は、正弦波（図の実線参照）としてもよいし、直線（図の破線参照）としてもよい。

また、図１１では、ＹＭＣＫの各色の放電開始電圧以上の領域が繋がる場合を例示したが、放電開始電圧の絶対値が大きく、ＹＭＣＫの各色の放電開始電圧以上の領域が繋がらない場合は、図１２（ａ）に示すように、ＹＭＣＫの各色のＤＭＡ転送を断続的に行ってもよいし、図１２（ｂ）に示すように、放電開始電圧よりも絶対値が小さい所定電圧を基準にして、ＤＭＡ転送の領域が連続するようにしてもよいし、図１２（ｃ）に示すように、ＹＭＣＫの各色の交流波形の位相のずれを調整（０°から４５°の範囲で調整、ここでは３５°に調整）して、ＤＭＡ転送の領域が連続するようにしてもよい。

また、図１３（ａ）に示すように、放電開始電圧が感光体ドラム８３の劣化などにより低下した場合、ＹＭＣＫの各色の放電開始電圧以上の領域が重なってしまう。この場合は、図１３（ｂ）に示すように、放電開始電圧以上の領域が重ならないように、交流波形を変形させ（図の破線の波形参照）、ＹＭＣＫの各色の放電開始電圧以上の電圧の出力時に、ＤＭＡ転送が利用できるようにする。その際、放電開始電圧以上の領域の波形の面積（放電開始電圧以上の領域の交流波形と放電開始電圧の直線とで囲まれる部分の面積）が同等となるように（図の右上がりの斜線のハッチング部分の面積と右下がりの斜線のハッチング部分の面積とがほぼ等しくなるように）交流波形を変形させることが好ましい。また、放電開始電圧以上の領域の波形は、矩形波、台形波、三角波、正弦波のいずれかとすることができ、放電開始電圧以下の領域の波形は、直線又は正弦波とすることができる。

なお、電源から出力される電圧が高いと感光体ドラム８３の摩耗が進むため、電圧は低くする方が良い。そこで、図１３（ｃ）に示すように、放電開始電圧以上の領域の波形を矩形波又は台形波とする場合、変形後の最大電圧が変形前の最大電圧を超えないようにすることができる。ただし、交流波形の変形前後で、放電開始電圧以上の領域の波形面積が同等とならない場合は、変形後の最大電圧を上げて、波形面積を同等にすることが好ましい。

以上説明したように、各々の電源から、交流波形の位相をずらした（好ましくは、ＹＭＣＫ各色で４５°ずらした）電圧を出力させ、出力される電圧が放電開始電圧以上となる領域だけ、ＤＭＡ転送による高精細な波形制御を行い、また、放電開始電圧以上となる領域が重なってしまう場合は、交流波形を変形して放電電流量（電荷量）を適正化することにより、安価な制御部３１を使用して、出力電圧の精密なコントロールを行うことができ、各色の感光体ドラム８３や帯電ローラ８４ａの長寿命化を図ることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、その構成や制御は適宜変更可能である。

例えば、図１１乃至図１３では変形前の交流波形を正弦波とし、図１３では変形後の交流波形を台形波又は矩形波と直線とで構成する場合について記載したが、変形前後の交流波形は図の構成に限定されない。

本発明は、電子写真方式の画像形成に利用される高圧電源を備える画像形成装置及び当該画像形成装置における電源制御方法に利用可能である。

１０ 画像形成装置
２０ 制御部
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
２４ 記憶部
２５ ネットワークＩ／Ｆ部
３０ 高圧電源部
３０ａ 高圧電源基板
３１ 制御部
３１ａ ＣＰＵ
３１ｂ 記憶部
３１ｃ ＤＭＡＣ
３１ｄ ＰＷＭ出力部
３１ｅ Ａ／Ｄ変換部
３２ 駆動アンプ部
３３ スイッチ素子
３４ トランス
３５ 整流回路
３６ 出力モニター回路
３７ 出力端子
４０ 表示操作部
５０ 画像読取部
５１ 自動原稿給紙装置
５２ 原稿画像走査装置
６０ 画像処理部
７０ 搬送部
７１ 給紙装置
７２ 搬送機構
７３ 排紙装置
８０ 画像形成部
８１、８１Ｙ、８１Ｍ、８１Ｃ、８１Ｋ 露光装置
８２、８２Ｙ、８２Ｍ、８２Ｃ、８２Ｋ 現像装置
８３、８３Ｙ、８３Ｍ、８３Ｃ、８３Ｋ 感光体ドラム
８４、８４Ｙ、８４Ｍ、８４Ｃ、８４Ｋ 帯電装置
８４ａ 帯電ローラ
８５、８５Ｙ、８５Ｍ、８５Ｃ、８５Ｋ クリーニング装置
８６、８６Ｙ、８６Ｍ、８６Ｃ、８６Ｋ 一次転写ローラ
８７ 中間転写ユニット
８７ａ 中間転写ベルト
８７ｂ 支持ローラ
８７ｃ 二次転写ローラ
８７ｄ 中間転写クリーニング部
８８ 定着装置
８８ａ 加熱ローラ
８８ｂ 定着ローラ
８８ｃ 定着ベルト
８８ｄ 加圧ローラ

Claims (18)

1. 複数の像担持体と、前記複数の像担持体を帯電させる複数の帯電部材と、前記複数の帯電部材に交流波形の電圧を印加する複数の電源と、前記複数の電源を制御する制御部と、を備える画像形成装置において、
   前記制御部は、１つのＤＭＡ（Direct Memory Access）チャンネルを使用してＤＭＡ転送を制御するＤＭＡコントローラを備え、
   各々の前記電源に、前記交流波形の位相をずらした電圧を出力させる電源制御部と、
   各々の前記電源から出力される電圧が所定電圧以上となる前記交流波形の領域を特定する領域特定部と、して機能し、
   前記電源制御部は、特定された前記領域は前記ＤＭＡコントローラを用いたＤＭＡ転送を利用して前記複数の電源を制御する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記所定電圧は、放電開始電圧である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記交流波形の位相のずれは、各々４５°である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記電源制御部は、複数の前記交流波形の前記放電開始電圧以上の領域が重なる場合、前記放電開始電圧以上の領域が重ならないように、前記交流波形を変形させる、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
5. 前記電源制御部は、前記交流波形の変形前後で、前記放電開始電圧以上の領域の波形の面積が同等となるように、前記交流波形を変形させる、
   ことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記放電開始電圧以下の領域の波形は、直線又は正弦波である、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装置。
7. 前記放電開始電圧以上の領域の波形は、矩形波、台形波、三角波、正弦波のいずれかである、
   ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一に記載の画像形成装置。
8. 前記電源制御部は、前記放電開始電圧以上の領域の波形を矩形波又は台形波とする場合、変形後の最大電圧が変形前の最大電圧を超えないように、前記交流波形を変形させる、
   ことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記電源制御部は、複数の前記交流波形の前記所定電圧以上の領域が繋がるように、前記所定電圧又は前記交流波形の位相のずれを調整する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
10. 複数の像担持体と、前記複数の像担持体を帯電させる複数の帯電部材と、前記複数の帯電部材に交流波形の電圧を印加する複数の電源と、前記複数の電源を制御する制御部と、を備える画像形成装置における電源制御方法であって、
    前記制御部は、１つのＤＭＡ（Direct Memory Access）チャンネルを使用してＤＭＡ転送を制御するＤＭＡコントローラを備え、
    各々の前記電源に、前記交流波形の位相をずらした電圧を出力させる第１処理と、
    各々の前記電源から出力される電圧が所定電圧以上となる前記交流波形の領域を特定する第２処理と、を実行し、
    前記第１処理では、特定された前記領域は前記ＤＭＡコントローラを用いたＤＭＡ転送を利用して前記複数の電源を制御する、
    ことを特徴とする電源制御方法。
11. 前記所定電圧は、放電開始電圧である、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電源制御方法。
12. 前記交流波形の位相のずれは、各々４５°である、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電源制御方法。
13. 前記第１処理では、複数の前記交流波形の前記放電開始電圧以上の領域が重なる場合、前記放電開始電圧以上の領域が重ならないように、前記交流波形を変形させる、
    ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電源制御方法。
14. 前記第１処理では、前記交流波形の変形前後で、前記放電開始電圧以上の領域の波形の面積が同等となるように、前記交流波形を変形させる、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電源制御方法。
15. 前記放電開始電圧以下の領域の波形は、直線又は正弦波である、
    ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の電源制御方法。
16. 前記放電開始電圧以上の領域の波形は、矩形波、台形波、三角波、正弦波のいずれかである、
    ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一に記載の電源制御方法。
17. 前記第１処理では、前記放電開始電圧以上の領域の波形を矩形波又は台形波とする場合、変形後の最大電圧が変形前の最大電圧を超えないように、前記交流波形を変形させる、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の電源制御方法。
18. 前記第１処理では、複数の前記交流波形の前記所定電圧以上の領域が繋がるように、前記所定電圧又は前記交流波形の位相のずれを調整する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電源制御方法。

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