KR100631198B1 - 피드백을 이용하여 전사전압을 제어하는 화상형성장치 및그 제어방법 - Google Patents

피드백을 이용하여 전사전압을 제어하는 화상형성장치 및그 제어방법 Download PDF

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Abstract

전사유닛을 이용하여 인쇄작업을 수행하는 화상형성장치가 개시된다. 본 화상형성장치는, 전사유닛에 소정 크기의 전사전압을 인가하는 전사전압공급부, 전사유닛의 저항값에 대응되는 소정 크기의 상태신호를 검출하는 상태검출부, 및, 상태신호의 크기가 소정의 레퍼런스값과 일치할 때까지 전사전압의 크기를 조정하도록 전사전압공급부를 제어하는 피드백제어부를 포함한다. 이 경우, 피드백제어부는 PID 제어방식에 따라 전사전압의 크기를 조정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 별도의 데이터 테이블 없이도 최적 전사전압을 인가하여 전사작업을 수행할 수 있게 된다.
전사유닛, 전사전압, 피드백, 레퍼런스값, PID

Description

피드백을 이용하여 전사전압을 제어하는 화상형성장치 및 그 제어방법 { Image forming device for determing transfer voltage signal by using of feedback circuit and method thereof }
도 1은 전사유닛을 이용하여 인쇄작업을 수행하는 화상형성장치의 내부구성을 나타내는 모식도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 화상형성장치의 구성을 나타내는 블럭도,
도 3은 도 2의 화상형성장치의 피드백제어부 구성의 일예를 나타내는 블럭도,
도 4는 PID제어방식을 설명하기 위한 그래프,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 화상형성장치의 전사전압제어방법을 설명하기 위한 흐름도, 그리고,
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 화상형성장치의 전사전압제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
* 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 전사유닛 120 : 전사전압공급부
130 : 상태검출부 140 : 피드백제어부
141 : 비교부 142 : PID 제어부
본 발명은 전사유닛을 이용하여 인쇄작업을 수행하는 화상형성장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전사유닛에 공급되는 전사전압의 크기를 피드백을 이용하여 조정하는 화상형성장치 및 그 방법에 관한 것이다.
컴퓨터의 보급이 대중화됨에 따라, 컴퓨터를 보다 다양하게 활용할 수 있도록 하는 컴퓨터 주변기기의 보급도 점차 대중화되고 있다. 이러한 주변기기의 예로는, 프린터, 복사기, 팩스, 및 복합기 등과 같은 화상형성장치를 들 수 있다. 이러한 화상형성장치는 공통적으로 소정의 데이터를 용지상에 인쇄하는 프린터의 구조 및 원리를 채택하고 있다.
화상형성장치는 그 프린팅 원리에 따라 도트 인쇄 방식, 잉크젯 인쇄 방식, 레이저 인쇄 방식 화상형성장치로 구분된다. 이 중 레이저 인쇄 방식의 화상형성장치는 도트 및 잉크젯 방식에 비해 인쇄속도가 빠르고 인쇄 품질도 우수하므로, 최근에 가장 각광받고 있다.
레이저 인쇄 방식 화상형성장치의 동작 프로세스는 크게 대전, 노광, 현상, 전사, 정착 단계로 구분된다. 즉, 인쇄용지가 공급되면, 감광체(Organic Photo Conductive unit) 표면을 (-)전하로 대전시킨 후, 레이저 주사 유닛(Laser Scanning Unit : LSU)을 이용하여 감광체 표면에 레이저 빔을 주사하여 잠상(latent image)을 형성한다. 다음으로, 감광체 표면의 잠상에 토너를 접착시켜 가 시화상으로 현상한 후, 감광체 표면에 형성된 토너를 인쇄용지의 인쇄할 면에 부착시키는 전사(transfering)작업을 수행하게 된다. 인쇄용지 상으로 전사된 토너를 정착시킨 후, 외부로 배출함으로써 인쇄작업이 종료된다.
상술한 인쇄단계 중, 전사과정을 수행하는 유닛을 전사유닛(transfering unit)이라고 한다. 전사유닛은 구체적으로 전사롤러를 인쇄용지 뒷면에 밀착시킨 후, (+)의 고전압을 인가하여, 감광체 표면에 붙은 토너에 정전기력을 가하게 된다. 이에 따라, 토너는 감광체로부터 분리되어 인쇄용지 상으로 전사된다.
도 1은 종래의 화상형성장치의 구성유닛 중 전사유닛(30) 및 감광체(20)의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1에 따르면, 전사유닛(30)은 전사롤러(31) 및 이를 회전시키는 모터부(32)를 포함한다. 전사롤러(31)는 철심(31b) 및 이를 둘러싼 고무(rubber : 31a)로 구성된 일종의 고무롤러이다. 모터부(32)는 전원공급장치(HVPS: High Voltage Power Supply)로부터 공급되는 구동전압에 의해 구동되어 전사롤러(31)를 회전시키게 된다. 한편, 전사롤러(31)의 철심(31b)에는 소정 크기의 전사전압(VT)이 인가된다. 철심(31b)에 전사전압(VT)이 인가되면, 고무(31a) 표면 상으로 (+)전하가 방출된다. 이러한 상태에서, 감광체(20)와 전사롤러(31) 사이의 공간으로 용지(10)가 이송되면 고무(31a) 표면 상으로 방출되는 (+)전하에 의해 (-)전하를 띄는 토너가 인쇄용지(10)방향으로 전사되게 된다.
한편, 전사롤러(31)의 고무(31a)는 전사횟수가 증가할 수록 저항값이 점차 커지게 된다. 또한, 온도나 습도 같은 주변환경 등이 바뀌는 경우에도 저항값이 변 화하게 된다. 하지만, 감광체(20) 표면의 토너를 전사시키기 위한 최적의 전류조건은 변하지 않는다. 즉, 감광체(20) 및 전사롤러(31)의 사이에는 고정된 크기의 전위차가 형성되어야 한다. 종래의 화상형성장치에서는, 전위차를 고정시키기 위해서, 저항값의 변화에 따라 전사전압(VT)의 크기를 조정하였다. 즉, 저항값이 커지게 되면, 전사전압(VT)의 크기를 증대시키고, 저항값이 적어지면 전사전압(VT)의 크기를 축소시켰다. 이를 위해, 다양한 크기의 저항값 및 이에 대응되는 전사전압(VT)의 크기를 기록한 데이터 테이블을 사용하였다. 이에 따라, 종래의 화상형성장치에서는 자체 메모리에 이러한 데이터 테이블을 기록할 공간을 확보하여야 하는 문제점이 있었다.
또한, 저항값은 온도, 습도 등에 따라서 다양하게 변화할 수 있다. 이에 따라서, 다양한 환경하에서의 저항값 및 전사전압에 대한 데이터 테이블을 일일이 작성하여 저장하여 두어야 한다는 문제점이 있었다. 또한, 데이터 테이블을 사용할 경우, 선형적으로 변화하는 저항값에 비해 전사전압의 단계적으로 변화시켜 사용하여야 하므로, 정확한 전사전압을 인가하기 어렵다는 문제점도 있었다. 이에 따라, 화질 저하를 가져올 수 있다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이상과 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명에 따르면, 피드백을 이용하여 전사전압을 조정함으로써 별도의 데이터 테이블 없이도 최적 전사전압을 전사유닛에 공급할 수 있는 화상형성장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 화상형성장치는, 전사유닛에 소정 크기의 전사전압을 인가하는 전사전압공급부, 상기 전사유닛의 저항값에 대응되는 소정 크기의 상태신호를 검출하는 상태검출부, 및, 상기 상태신호의 크기가 소정의 레퍼런스값과 일치할 때까지 상기 전사전압의 크기를 조정하도록 상기 전사전압공급부를 제어하는 피드백제어부를 포함한다.
이 경우, 상기 피드백제어부는, 비례제어(Proportional control) 방식, 비례적분(Proportional Integral : PI) 제어방식, 비례미분(Proportional Differential : PD) 제어방식, 및, 비례적분미분(Proportional Integral Differential : PID) 제어방식 중 하나의 방식을 이용하여 상기 전사전압의 크기를 조정할 수 있다.
한편, 본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 전사유닛을 이용하여 인쇄작업을 수행하는 화상형성장치의 전사전압제어방법은, (a) 상기 전사유닛에 소정 크기의 전사전압을 인가하는 단계, (b) 상기 전사유닛의 저항값에 대응되는 소정 크기의 상태신호를 검출하는 단계, (c) 상기 상태신호의 크기 및 소정의 레퍼런스값을 비교한 후, 비교결과에 따라 상기 전사전압의 크기를 조정하는 단계, 및, (d) 상기 상태신호의 크기 및 상기 레퍼런스값이 일치할 때까지, 상기 (a) 내지 (c)단계를 반복 수행하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 (c)단계는, 인쇄용지가 공급되지 않은 비인쇄상태에서의 제1레퍼런스값 및 상기 인쇄용지가 공급되는 인쇄상태에서의 제2레퍼런스값을 설정하는 단계, 상기 비인쇄상태라고 판단되면, 상기 상태신호의 크기가 상기 제1레퍼런 스값이 되도록 상기 전사전압의 크기를 조정하는 단계, 및, 상기 인쇄상태라고 판단되면, 상기 상태신호의 크기가 상기 제2레퍼런스값이 되도록 상기 전사전압의 크기를 조정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 전사전압제어방법에서, 상기 (c)단계는, 비례 제어방식, 비례적분 제어방식, 비례미분 제어방식, 및, 비례적분미분 제어방식 중 하나의 방식을 이용하여 상기 전사전압의 크기를 조정할 수 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 자세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 화상형성장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 2에 따르면, 본 화상형성장치는, 전사유닛(110), 전사전압공급부(120), 상태검출부(130), 및, 피드백제어부(140)를 포함한다.
전사유닛(110)은 감광체 상의 토너를 인쇄용지 방향으로 전사시키는 역할을 하는 구성유닛이다. 전사유닛(110)의 구체적인 구조 및 동작원리에 대해서는 상술하였으므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
전사전압공급부(120)는 전사유닛(110)에 소정 크기의 전사전압을 인가하는 역할을 한다. 구체적으로는, 전사전압공급부(120)는 소정의 PWM 신호를 출력하는 펄스폭변조회로로 구현될 수 있다. 전사전압공급부(120)는 PWM 신호의 듀티를 조정하는 방식으로 전사전압의 크기를 조정할 수 있다.
상태검출부(130)는 전사유닛(110)의 저항값에 대응되는 소정 크기의 상태신호를 검출하는 역할을 수행한다. 상태신호는 전류, 전압, 저항 등의 다양한 종류의 전기신호가 될 수 있다. 즉, 상태검출부(130)는 전사유닛(110)에 테스트 전압을 인 가한 후, 전사유닛(110) 및 감광체 사이의 노드에서 흐르는 전류를 측정하여 출력할 수도 있다. 또는, 테스트 전압 및 측정 전류값을 옴의 법칙에 대입하여, 저항값을 직접 연산하여 출력할 수도 있다. 또는, 전사유닛(110) 및 감광체 사이의 노드에 걸리는 전압을 측정하여 출력할 수도 있다.
상태검출부(130)에서 검출된 상태신호는 피드백제어부(140)로 입력된다. 피드백제어부(140)는 상태검출부(130)에서 검출된 신호의 크기가 소정의 레퍼런스값(reference value)과 일치할 때까지 전사전압공급부(120)를 제어한다. 전사전압공급부(120)는 피드백제어부(140)의 제어에 따라, 전사전압의 크기를 조정한다.
이 경우, 피드백제어부(140)는 비례제어(Proportional control) 방식, 비례적분(Proportional Integral : PI) 제어방식, 비례미분(Proportional Differential : PD) 제어방식, 및, 비례적분미분(Proportional Integral Differential : PID) 제어방식 중 하나의 방식을 이용하여 전사전압의 크기를 조정할 수 있다.
비례제어방식이란, 전사전압의 크기 조작량을 레퍼런스값과 상태신호의 편차에 비례한 크기가 되도록 하여, 레퍼런스값에 가까워질수록 미세하게 조정하여 일치시키는 방식이다.
비례적분제어방식이란, 그 편차의 적분값에 비례하여 전사전압의 크기를 조정하는 제어방식이다. 비례제어방식에 따르면 레퍼런스값과 완전히 일치시키지 못하고 미소한 잔류편차가 발생하게 되는데, 비례적분제어방식에 따르면 이러한 잔류편차를 제거하여 레퍼런스값과 완전히 일치할 수 있도록 한다.
비례미분제어방식이란, 그 편차의 미분값에 비례하여 전사전압의 크기를 조 정하는 제어방식이다. 비례미분제어방식에 따르면, 이전 제어 과정에서 확인된 편차와 현재 편차와의 차이를 미분연산을 통해 확인하여, 차이가 크다면 조작량을 증대시켜 신속하게 제어되도록 한다.
한편, 비례적분미분제어(PID)방식이란, 비례미분방식에 따라 신속하게 레퍼런스값에 일치시키면서 동시에 적분제어방식을 이용하여 미소한 잔류편차까지 제거하는 제어방식이다.
도 3은 PID 제어방식을 이용하는 피드백제어부(140)의 세부구성을 나타내는 블럭도이다. 도 3에 따르면, 피드백제어부(140)는 감산기(141) 및 PID 제어부(142)를 포함한다. 감산기(141)는 상태검출부(130)에서 검출된 상태신호 및 레퍼런스값의 편차를 연산하여 출력한다. PID 제어부(142)는 편차를 적분한 후, 적분량에 따라 전사전압의 조작량을 결정한다. 이에 따라, 전사전압공급부(120)를 제어하여 조정된 전사전압을 전사유닛(110)에 인가하도록 한다. 레퍼런스값은 전사유닛(110)의 초기 저항값 상태에서 검출된 상태신호의 크기로 설정하여 두는 것이 바람직하다. 이러한 레퍼런스값은 화상형성장치 내부의 RAM, ROM 등에 기록하여 활용할 수 있다.
도 4는 PID 제어에 따른 전사전압의 조정형태를 나타내는 그래프이다. 도 4의 (a)에 따르면, 제어초기에는 상태검출부(130)에서 검출된 상태신호가 레퍼런스값을 초과하였다가, 신속하게 레퍼런스값으로 맞추어진다. 상태검출부(130)에서 전압값 형태의 상태신호를 검출하는 실시예인 경우라면, 전사유닛(110)의 저항값이 커지면 커질수록 상태신호의 크기가 감소하게 된다. 따라서, 도 4의 (a)와 같이 레 퍼런스값 미만의 크기를 가지는 상태신호가 검출된다.
한편, 도 4의 (b)에 따르면, 상태신호 및 레퍼런스값의 편차에 비례하여 전사전압의 조작량이 결정되는 것을 볼 수 있다. 즉, 제어초기에는 편차가 최대이므로, 조작량도 최대가 되나, 제어가 진행될 수록 점차 감소하는 것을 볼 수 있다. 결과적으로, 레퍼런스값 및 상태신호가 일치되면, 조작량도 0%가 되어 전사전압의 크기를 유지하게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 화상형성장치의 전사전압제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5에 따르면, 인쇄작업이 개시되면, 전사유닛(110)에 전사전압을 공급한다(S510).
다음으로, 전사유닛(110)의 저항값에 대응되는 소정 크기의 상태신호를 검출한다(S520).
다음으로, 상태신호의 크기가 레퍼런스값과 일치하는지 여부를 확인한다(S530). 일치한다면, 현재 전사유닛(110)에 인가되고 있는 전사전압의 크기가 최적크기라고 판단하고 그대로 유지한다.
한편, 상태신호의 크기가 레퍼런스값과 불일치하다면, 레퍼런스값과의 편차에 따라 전사전압의 크기를 조정한다(S540). 상술한 바와 같이, 비례제어방식, 비례적분제어방식, 비례미분제어방식, 비례적분미분제어방식 등이 가능하나, 정확하고 신속한 제어를 할 수 있는 비례적분미분제어방식을 사용하는 것이 바람직하다.
전사전압의 크기를 조정하였다면, 조정된 전사전압을 전사유닛(110)에 인가한다. 상태신호 및 레퍼런스값이 일치할때까지(S530), 이러한 피드백 동작을 반복 한다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 화상형성장치의 전사전압제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 인쇄명령이 입력된 경우, 화상형성장치는 실제로 용지상에 인쇄하기에 앞서 워밍업동작을 수행하는 바, 워밍업 상태에서도 전사유닛(110)에 전사전압을 인가하게 된다. 이 경우, 워밍업 상태에서는 전사유닛(110) 및 감광체 사이에 인쇄용지가 존재하지 않으므로, 인쇄상태보다 저항값이 다소 떨어지게 된다. 따라서, 이러한 경우를 반영하여 레퍼런스값을 두가지로 설정할 수 있다. 즉, 워밍업 동작 중인 경우와 같이 인쇄가 진행되지 않는 비인쇄상태에서는 소정의 제1레퍼런스값을 이용하고, 용지상에 실제로 인쇄가 진행되는 인쇄상태에서는 소정의 제2레퍼런스값을 이용하여 전사전압을 조정할 수 있다.
즉, 인쇄명령이 수신되면(S610), 용지가 공급되지 않는 상태라도 일단 전사전압을 공급한다(S620). 이에 따라, 전사유닛(110)의 저항값에 대응되는 상태신호를 검출한 후(S630), 제1레퍼런스값과 비교하여 일치해질 때까지 전사전압을 조정하는 피드백 동작을 반복 수행하게 된다(S640).
이러한 상태에서 용지상에 토너를 전사시키는 인쇄 작업이 개시되었는지 판단한다(S650). 이 경우, 용지 이송 경로 상에 감지센서를 설치함으로써, 인쇄작업 개시 여부를 판단할 수 있다. 즉, 감지센서가 인쇄용지를 감지한 후, 감지센서 및 전사유닛(110)사이의 이송거리에 따른 시간이 경과하면, 그때부터 전사작업이 수행된다고 판단할 수 있다.
이에 따라, 전사작업이 개시되었다면, 전사유닛(110)의 저항값에 대응되는 상태신호를 새로이 검출한 후(S660), 제2레퍼런스값과 비교하여 전사전압의 크기를 조정한다(S670). 다음으로, 조정된 전사전압을 새로이 인가하여 상태신호를 다시 검출한 후, 제2레퍼런스값과의 편차를 다시 연산한다. 이러한 피드백 동작을 제2레퍼런스값 및 상태신호가 일치할 때까지 반복수행함으로써 최적 전사전압을 인가할 수 있도록 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 화상형성장치는, 피드백을 이용하여 전사전압을 조정함으로써, 별도의 데이터 테이블 없이도 최적 전사전압을 결정하여 전사작업을 수행할 수 있게 된다. 이에 따라, 데이터 테이블 저장에 필요한 메모리 용량을 절약할 수 있게 된다. 또한, 선형적으로 변화하는 저항값에 비례하여 전사전압을 결정할 수 있게 되므로, 최적의 환경에서 전사작업을 수행할 수 있게 된다. 결과적으로, 화질의 열화 현상을 방지할 수 있게 된다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (5)

  1. 전사유닛에 소정 크기의 전사전압을 인가하는 전사전압공급부;
    상기 전사유닛의 저항값에 대응되는 소정 크기의 상태신호를 검출하는 상태검출부; 및,
    상기 상태신호의 크기가 소정의 레퍼런스값과 일치할 때까지 상기 전사전압의 크기를 조정하도록 상기 전사전압공급부를 제어하는 피드백제어부;를 포함하며,
    상기 피드백제어부는,
    비례제어(Proportional control) 방식, 비례적분(Proportional Integral : PI) 제어방식, 비례미분(Proportional Differential : PD) 제어방식, 및, 비례적분미분(Proportional Integral Differential : PID) 제어방식 중 하나의 방식을 이용하여 상기 전사전압의 크기를 조정하도록 상기 전사전압공급부를 제어하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  2. 삭제
  3. 전사유닛을 이용하여 인쇄작업을 수행하는 화상형성장치의 전사전압제어방법에 있어서,
    (a) 상기 전사유닛에 소정 크기의 전사전압을 인가하는 단계;
    (b) 상기 전사유닛의 저항값에 대응되는 소정 크기의 상태신호를 검출하는 단계;
    (c) 상기 상태신호의 크기 및 소정의 레퍼런스값을 비교한 후, 비교결과에 따라 비례제어(Proportional control) 방식, 비례적분(Proportional Integral : PI) 제어방식, 비례미분(Proportional Differential : PD) 제어방식, 및, 비례적분미분(Proportional Integral Differential : PID) 제어방식 중 하나의 방식을 이용하여 상기 전사전압의 크기를 조정하는 단계; 및,
    (d) 상기 상태신호의 크기 및 상기 레퍼런스값이 일치할 때까지, 상기 (a) 내지 (c)단계를 반복 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 전사전압제어방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    인쇄용지가 공급되지 않은 비인쇄상태에서의 제1레퍼런스값 및 상기 인쇄용지가 공급되는 인쇄상태에서의 제2레퍼런스값을 설정하는 단계;
    상기 비인쇄상태라고 판단되면, 상기 상태신호의 크기가 상기 제1레퍼런스값이 되도록 상기 전사전압의 크기를 조정하는 단계; 및,
    상기 인쇄상태라고 판단되면, 상기 상태신호의 크기가 상기 제2레퍼런스값이 되도록 상기 전사전압의 크기를 조정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 전사전압제어방법.
  5. 삭제
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