JP2006126630A

JP2006126630A - 高圧電源装置およびこれを備えた画像形成装置

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Publication number: JP2006126630A
Application number: JP2004316753A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Uchiyama; 剛宏内山; Takeshi Kawamura; 武志川村; Tomohiro Nakamori; 知宏中森
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: JP4508829B2; US7483644B2; US20060091916A1; CN1770583A; CN100440677C

Abstract

【課題】電子写真方式を用いた画像形成装置で用いる、交流高圧電源と直流高圧電源の出力を重畳した電圧を出力する高圧電源装置において、出力電圧を精度良く制御でき、負荷変動の影響を受けにくい高圧電源装置およびこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】交流高圧電源６２と、直流高圧電源１０とを備え、出力端２５に交流高圧電源６２と直流高圧電源１０の出力電圧を重畳した電圧を出力する高圧電源装置において、正ピーク検出回路６０と、負ピーク検出回路６１とを備え、正ピーク検出回路６０および負ピーク検出回路６１による検出結果を基に、交流高圧電源６２および直流高圧電源１０の出力電圧をそれぞれ制御するようにしたことを特徴とする高圧電源装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置に用いる高圧電源装置およびこれを備えた画像形成装置、特に電子写真方式を用いた画像形成装置に用いる高圧電源装置およびこれを備えた電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を用いた従来の画像形成装置における高圧電源装置の例として、画像形成装置の構成と、そこで使用する高圧電源装置の構成、さらに現像高圧電源の回路構成を順に説明する。

図７は従来例を示す画像形成装置である４ドラム系カラー画像形成装置の構成図である。

先ず、ピックアップローラ１１１によって繰り出される記録媒体１１０は、レジストセンサ１１２によって先端位置が検出され、搬送ローラ対１１３、１１４および搬送ベルト１０５によって搬送される。スキャナユニット１００ａ〜１００ｄは、前記レジストセンサ１１２の検出タイミングに従い、順次感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄにレーザ光を照射する。この時、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄは帯電ローラ１０４ａ〜１０４ｄによって帯電されており、前記レーザ光の照射によって静電潜像を形成し、さらに現像器１０２ａ〜１０２ｄおよび現像スリーブ１０３ａ〜１０３ｄによってトナー像を形成する。そして転写ローラ１０６ａ〜１０６ｄによって、搬送ベルト１０５上に搬送された記録媒体１１０にトナー像が転写される。その後、記録媒体１１０は定着器１０７に搬送され、画像が定着された後、出力される。ここで、各符号の英文字ａはシアン、ｂはマゼンタ、ｃはイエロー、ｄはブラックの構成およびユニットを示す。

次に、図８を用いて図７の画像形成装置における高圧電源装置の構成を説明する。

高圧電源装置は、帯電バイアス３０ａ〜３０ｄ、現像バイアス３１ａ〜３１ｄ、転写バイアス３２ａ〜３２ｄ、転写逆バイアス３３ａ〜３３ｄの４種類を備えている。帯電バイアス３０ａ〜３０ｄは、帯電ローラ１０４ａ〜１０４ｄに印加することで感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの表面にバックグラウンド電位を形成し、レーザ光の照射により静電潜像が形成可能な状態にする。現像バイアス３１ａ〜３１ｄは、現像スリーブ１０３ａ〜１０３ｄに交流電圧を印加することで、離間した状態にある感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄとの間でトナーを往復運動させ、静電潜像にトナー像を形成する。転写バイアス３２ａ〜３２ｄは、転写ローラ１０６ａ〜１０６ｄに印加することで、トナー像を記録媒体１１０に転写する。また、転写逆バイアス３３は、搬送ベルト１０５のクリーニング動作時、転写ローラ１０６ａ〜１０６ｄに印加することで搬送ベルト１０５上の廃トナーを感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに戻す。ここで感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに戻された廃トナーは、クリーニングブレード１１５ａ〜１１５ｄによって掻き落とされ、廃トナー容器１１６ａ〜１１６ｄに収納される。

次に、図９を用いて、図８の高圧電源装置における現像バイアス３１ａの回路構成例を説明する。

直流高圧電源１０は、直流駆動回路１２によって生成される交流電圧を、変圧器１３によって数十倍の振幅を持つ電圧に昇圧した後、整流回路１４によって平滑化することで、出力２０，２１間に直流電圧を出力する。検出回路１５は、出力２０，２１間の電圧を検出する。直流制御回路１６は、検出回路１５の検出結果にもとづき、出力２０，２１間の電圧が直流制御信号２８によって定める所定の値になるよう制御する。一方、交流高圧電源１１は、交流駆動回路１７によって交流パルス信号２９を増幅した後、変圧器１８によって数十倍の振幅を持つ電圧に昇圧し、出力２２、２３間に交流電圧を出力する。ここで、出力２０，２１と、２２，２３は直列に接続されているので、出力端２５には、直流高圧電源１０と交流高圧電源１１の出力電圧を重畳した電圧が出力される（例えば、特許文献１参照）。

また、印字濃度の調整は、直流制御信号２８によって、直流高圧電源１０の出力電圧を変化させることで行う。このとき交流高圧電源１１の出力電圧振幅は一定である。
特開平１０−２８３２８号公報

しかしながら上記従来回路構成においては、交流高圧電源１１は出力電圧の検出および制御を行っていない、所謂オープン制御であるため、負荷変動時に出力電圧が変動しやすく、また出力端の電圧精度は、直流高圧電源の精度と交流高圧電源の精度とを重畳したものであることから、高い出力電圧精度を実現することが困難であるといった問題点があった。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とする処は、出力電圧を精度良く制御でき、負荷変動の影響を受けにくい高圧電源装置およびこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その高圧電源装置は以下の構成を備える。

交流高圧電源と、直流高圧電源とを備え、出力端に前記交流高圧電源と前記直流高圧電源の出力電圧を重畳した電圧を出力する高圧電源装置において、前記出力端の電圧から正のピーク電圧を検出する正ピーク検出手段と、前記出力端の電圧から負のピーク電圧を検出する負ピーク検出手段とを備え、前記正ピーク検出手段および前記負ピーク検出手段による検出結果を基に、前記交流高圧電源および前記直流高圧電源の出力電圧をそれぞれ制御するようにしたことを特徴とする高圧電源装置。

本発明によれば、出力電圧を精度良く制御でき、負荷変動の影響を受けにくい高圧電源装置およびこれを備えた画像形成装置を提供することができる。

以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る高圧電源装置を示す構成図であり、本発明を現像バイアス３１ａに適用した例である。また、図２は図１の回路における、出力端２５の動作波形を示す図である。従来構成である図７と共通の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。従来構成である図７との違いは、出力端２５の正および負のピーク電圧を検出する正ピーク検出回路６０、負ピーク検出回路６１を設けたことと、これらによる検出結果をもとに、直流高圧電源１０および交流高圧電源６２を制御するよう構成したことにある。

正ピーク検出回路６０および負ピーク検出回路６１は、各々ダイオード７０、７１とコンデンサ７２、７３によって正および負のピーク電圧を保持するよう構成されている。直流高圧電源１０に備えられる直流制御回路１６は、負ピーク検出回路６１の検出結果にもとづき、出力端２５の負のピーク電圧が負ピーク制御信号２６によって定める所定の値となるよう出力２０、２１間の直流電圧を制御する。一方、交流高圧電源６２に備えられる交流制御回路１９は、正ピーク検出回路６０の検出結果にもとづき、出力端２５の正のピーク電圧が正ピーク制御信号２７よって定める所定の値となるよう出力２２、２３間の交流電圧振幅を制御する。出力端２５において、直流高圧電源１０と交流高圧電源６２の出力を重畳した電圧を出力するよう構成したことは、従来構成と同様である。

すなわち、図２の電圧波形を用いて説明すると、直流高圧電源１０は、出力端２５における負のピーク電圧（３）を検出し、この電圧が負ピーク制御信号２６に応じた電圧となる様、出力２０、２１間の直流電圧、すなわち出力端２５における出力の平均電圧（２）を制御する。また交流高圧電源６２は、出力端２５における正のピーク電圧（１）を検出し、この電圧が正ピーク制御信号２７に応じた電圧となる様、出力２２、２３間の交流電圧振幅、すなわち出力端２５における（１）、（３）間の電圧振幅を制御するよう構成している。

また、出力端２５からの直流負荷となる、正ピーク検出回路６０の減衰抵抗５１と、負ピーク検出回路６１の減衰抵抗５２は、出力端２５の電圧がピーク電圧に至った時、それぞれ逆方向の電流５４、５５を流す。ここで、矢印５５の方向の電流が、矢印５４の方向の電流より大きく、平均的には矢印５５の方向に電流が流れた場合、一時的に整流回路１４に備えられるコンデンサ５６の電荷量を変化させるものの、ダイオード５３を通じて補われるため影響は無い。

一方、矢印５４の方向の電流が、矢印５５の方向の電流より大きく、平均的には矢印５４の方向に電流が流れた場合、直流高圧電源１０は、コンデンサ５６の電荷量変化を補うことが出来ず、出力端２５の電圧が制御電圧以上に変化してしまうので、制御出来ない状態に陥ってしまう可能性がある。これに対し、出力２０、２１間に負荷抵抗を設けるなどすれば、コンデンサ５６の電荷量変化を補う事が出来るものの、その場合には直流高圧電源１０に対する負荷となり、コストアップや、発熱量の増大等の懸念がある。そこで本実施例では、減衰抵抗５１と減衰抵抗５２に同じ値の抵抗を用いることで、矢印５４の方向の電流と、矢印５５の方向の電流をほぼ等しくし、平均的には矢印５４、矢印５５どちらの方向にも電流が流れないよう構成している。但し、減衰抵抗５１と減衰抵抗５２は必ずしも同じ抵抗値にする必要は無く、減衰抵抗５１を減衰抵抗５２より大きな抵抗値とし、平均的には矢印５５の方向に電流が流れるようにすれば直流高圧電源１０の出力電圧を安定させることが出来る。

また、直流高圧電源１０が出力端２５の負のピーク電圧を制御するために出力を変化させた場合、正のピーク電圧も変化させてしまう。逆に、交流高圧電源６２が出力端２５の正のピーク電圧を制御するために出力を変化させた場合、負のピーク電圧も変化させてしまう。このため、直流高圧電源１０と交流高圧電源６２の応答速度がさほど違わない場合、双方の制御回路が同時に出力端２５の出力電圧を制御することで、出力電圧が安定するまでに時間が掛かってしまう。そこで、本構成では直流高圧電源１０が負ピーク検出回路６１の検出結果をもとに出力電圧を制御する応答速度は、交流高圧電源６２が、正ピーク検出回路６０の検出結果をもとに出力電圧を制御する応答速度と比べ、約２０倍程度遅く設定してある。

また、本回路の起動時は、交流パルス信号２９および正ピーク制御信号２７に対して、負ピーク制御信号２６をわずかに遅延させて立ち上げている。これにより、出力電圧の挙動が安定し、波形のオーバーシュートを防ぐ事が出来る。

本実施例によれば、出力端２５の正および負のピーク電圧を直接検出し、制御することで、交流出力電圧を精度良く制御可能であると共に、負荷変動の影響が少なく、さらに出力電圧が短時間で安定し、立ち上げ時のオーバーシュートを抑えた高圧電源装置を構成することが出来る。

図３は、本発明に係る高圧電源装置の実施例２を示す構成図であり、本発明を４ドラム系カラー画像形成装置における現像バイアス３１ａ〜３１ｄに適用した回路例である。実施例１である図１と共通の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施例の特徴は、負ピーク制御信号２６ａ〜２６ｄおよび、正ピーク制御信号２７ａ〜２７ｄを各回路独立して設け、交流パルス信号２９を４回路共通としたことにある。

本構成では、交流パルス信号２９は常に動作状態とし、負ピーク制御信号２６ａ〜２６ｄと、正ピーク制御信号２７ａ〜２７ｄの設定により、各高圧出力を制御する。ここで、負ピーク制御信号２６ａ〜２６ｄと、正ピーク制御信号２７ａ〜２７ｄの値を共に増減することで、従来回路構成同様に、ピーク間電圧は一定に保ったまま、直流電圧を変化させることを精度良く行うことが可能である。また、白黒画像印刷時には、ブラックステーションの現像バイアス３１ｄのみを動作させることも同様に可能である。

本実施例によれば、複数の現像バイアス回路を備えた画像形成装置において、交流パルス信号２９を共通化した構成でも、従来回路同様の動作が可能であり、なおかつ各回路の出力電圧を独立して精度良く制御可能な高圧電源回路を構成することが出来る。

図４は、本発明に係る高圧電源装置の実施例３を示す構成図であり、実施例２と同様に本発明を現像バイアス３１ａ〜３１ｄに適用した回路例である。実施例２である図３と共通の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施例２との違いは、交流パルス信号２９ａ〜２９ｄを各回路に独立して設け、正ピーク制御信号２７を４回路共通の信号とし、負ピーク制御信号２６ａｂｃ、２６ｄをカラー色３回路は共通の信号を入力すると共に、ブラック色の１回路に対してのみ独立して設けたことにある。

本実施例によれば、交流パルス信号２９ａ〜２９ｄが独立して設けられているので、交流高圧電源６２の出力のデューティ比を独立して制御可能である。また、ブラック色の１回路に対して負ピーク制御信号２６ｄを独立して設けたことにより、白黒画像印刷時には、交流パルス信号２９ａ〜２９ｃおよび負ピーク制御信号２６ａｂｃによってカラー色の現像バイアスを停止させ、ブラック色の現像バイアスのみを出力可能である。ただし本実施例は、ブラック色の負ピーク制御信号を独立して設ける構成に限定するものではない。

以下に本実施例の効果を、本実施例の現像バイアスと従来例の高圧回路を用いた現像バイアスとを比較して説明する。

通常、同一の現像バイアスを用いた場合、現像器の画像形成動作時間および使用環境に応じて、出力画像濃度が変化してしまう。そのため、従来構成では現像器の寿命まで安定した出力画像濃度を得る為に、従来例である図９に記載の高圧電源装置の、交流高圧電源１１の出力電圧振幅は一定のまま、直流高圧電源１０の出力電圧を直流制御信号２８によって変化させることで、出力電圧の平均値（Ｖｄｃ）を変化させ、出力画像濃度を調整している。

ここで、図５（ａ）〜（ｃ）、図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本実施例の現像バイアス波形および従来例の現像バイアス波形を示す図である。図５（ａ）はデューティを５０％に制御した時の波形であり、図５（ｂ）はデューティを７０％に変化させた時、図５（ｃ）はデューティを３０％に変化させた時の波形を示す。図６（ａ）はＶｄｃが制御範囲の中心に位置している時の波形であり、図６（ｂ）はＶｄｃを最大限高く制御した時の波形、図６（ｃ）はＶｄｃを最大限低く制御した時の波形の模式図である。また、図中電位差Ａ、Ｂはそれぞれ感光体ドラムの暗電位（ＶＤ）と現像スリーブ間、感光ドラム明電位（Ｖ_Ｌ）と現像スリーブ間の放電（リーク）電位を示し、図はプラスの電位を下方向に描いてある。

従来例の図９の回路を用いた現像バイアスでは、図６（ａ）〜（ｃ）に示す様に直接Ｖｄｃを制御する濃度調整に伴って、Ｖｍａｘおよび、Ｖｍｉｎも変化する。このとき、Ｖ_ＤもしくはＶ_Ｌと現像スリーブ間の電位差が、リーク電位であるＡ，Ｂを超えてしまう可能性がある。このため、Ｖｄｃを濃度調整範囲内で最大限変化させた時でも、ＶｍａｘおよびＶｍｉｎがリーク電位を超えないような交流振幅を用いる必要がある。

これに対して本実施例では、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、現像バイアスのデューティ比を変化させることで、ＶｍａｘおよびＶｍｉｎを一定に保ったまま、交流電圧振幅の平均値であるＶｄｃを間接的に変えることが出来るので、上記リーク電位を超えない最大の交流電圧振幅を有した現像バイアスを用いることが可能となる。

つまり、本実施例の現像バイアスの交流電圧振幅は、従来例の高圧回路を用いた現像バイアスの交流電圧振幅よりも大きくすることが可能となる。そのため文字画像のドット再現性、画像均一性に優れた出力画像を得ることが出来る。

本発明に係る高圧電源装置の実施例１の形態を示す構成図実施例１の高圧電源装置の動作波形を示す図本発明に係る高圧電源装置の実施例２の形態を示す構成図本発明に係る高圧電源装置の実施例３の形態を示す構成図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は実施例３の高圧電源装置の動作波形を示す図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は従来例の高圧電源装置の動作波形を示す図従来例に係る画像形成装置の構成図従来例の画像形成装置における高圧電源装置の構成図従来例の高圧電源装置における現像バイアスの回路構成図

符号の説明

１０直流高圧電源
１１、６２交流高圧電源
２６負ピーク制御信号
２７正ピーク制御信号
２９交流パルス信号
６０正ピーク検出回路（正ピーク検出手段に対応）
６１負ピーク検出回路（負ピーク検出手段に対応）

Claims

交流高圧電源と、
直流高圧電源とを備え、
出力端に前記交流高圧電源と前記直流高圧電源の出力電圧を重畳した電圧を出力する高圧電源装置において、
前記出力端の電圧から正のピーク電圧を検出する正ピーク検出手段と、
前記出力端の電圧から負のピーク電圧を検出する負ピーク検出手段とを備え、
前記正ピーク検出手段および前記負ピーク検出手段による検出結果を基に、前記交流高圧電源および前記直流高圧電源の出力電圧をそれぞれ制御するようにしたことを特徴とする高圧電源装置。
前記出力端の制御電圧を、正ピーク制御信号および負ピーク制御信号によって設定可能なようにしたことを特徴とする請求項１に記載の高圧電源装置。
前記正ピーク検出手段による検出結果を基に、前記交流高圧電源の出力電圧を制御し、前記負ピーク検出手段による検出結果を基に、前記直流高圧電源の出力電圧を制御するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高圧電源装置。
前記直流高圧電源が負極性の電圧を出力する場合に、前記出力端からの、前記正ピーク検出手段の直流負荷を、前記負ピーク検出手段の直流負荷と比べ、同じもしくは大きく設定したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の高圧電源装置。
前記正ピーク検出手段および前記負ピーク検出手段の検出結果に対する、前記交流高圧電源および前記直流高圧電源の制御の応答速度を、互いに倍以上異なるようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の高圧電源装置。
前記出力端の電圧を変化させる時、前記正ピーク制御信号または前記負ピーク制御信号のいずれかの変化タイミングを遅らせることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか一項に記載の高圧電源装置。
前記交流高圧電源の出力における、デューティを変えることが出来るようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の高圧電源装置。
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の高圧電源装置を、現像高圧電源として用いたことを特徴とする画像形成装置。
複数の現像高圧電源を備えたカラー画像形成装置において、前記高圧電源装置を前記複数の現像高圧電源に設け、前記正ピーク制御信号と、前記負ピーク制御信号の、両方ないし一方を、少なくとも２つ以上の回路間で共通化したことを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。