画像形成装置及び電圧発生回路
【課題】
直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアス電圧の生成に際して、トランスの磁束密度の最大値を小さく抑えるようにした画像形成装置及び電圧発生回路を提供する。
【解決手段】
画像形成装置は、像担持体の表面に形成された静電潜像に現像剤を付着させて現像を行なう現像剤担持体と、現像バイアス電圧を現像剤担持体に印加する電圧発生回路とを具備する。ここで、電圧発生回路は、一次巻線の作用により二次巻線に交流電圧を発生するトランスと、トランスの一次巻線の一端に接続されるコンデンサと、トランスの一次巻線の一端と異なる他端に接続され、第１の電圧を発生する第１の電圧発生手段と、コンデンサを介してトランスの一次巻線の一端に接続され、第１の電圧と異なる電圧値を持つ第２の電圧を発生する第２の電圧発生手段と、トランスの一次巻線の作用により交流電圧を発生させる前に、第１の電圧及び第２の電圧をコンデンサに蓄電させる制御を行なう制御手段とを具備する。
直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアス電圧の生成に際して、トランスの磁束密度の最大値を小さく抑えるようにした画像形成装置及び電圧発生回路を提供する。
【解決手段】
画像形成装置は、像担持体の表面に形成された静電潜像に現像剤を付着させて現像を行なう現像剤担持体と、現像バイアス電圧を現像剤担持体に印加する電圧発生回路とを具備する。ここで、電圧発生回路は、一次巻線の作用により二次巻線に交流電圧を発生するトランスと、トランスの一次巻線の一端に接続されるコンデンサと、トランスの一次巻線の一端と異なる他端に接続され、第１の電圧を発生する第１の電圧発生手段と、コンデンサを介してトランスの一次巻線の一端に接続され、第１の電圧と異なる電圧値を持つ第２の電圧を発生する第２の電圧発生手段と、トランスの一次巻線の作用により交流電圧を発生させる前に、第１の電圧及び第２の電圧をコンデンサに蓄電させる制御を行なう制御手段とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置及び電圧発生回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式や静電記録方式を採用する画像形成装置が知られている。これら装置における現像処理では、磁性トナーを主成分とした一成分現像剤、又は非磁性トナーと磁性キャリアとを主成分とした二成分現像剤が用いられる。特に、電子写真方式によりフルカラー画像やマルチカラー画像を形成する画像形成装置においては、画像の色味などの観点から、二成分現像剤を使用している場合が多い。
【０００３】
上述した現像処理においては、現像剤担持体において、現像剤を担持し、当該担持した静電潜像を現像する。このとき、現像剤担持体には、直流電圧に交流電圧を重畳した高電圧の電圧が印加される。
【０００４】
現像間隙（像担持体（感光体）と現像剤担持体（現像スリーブ）との間の隙間）に高電圧が印加された場合、記録媒体（例えば、用紙）上において、図６に示すような、リング状又はスポット状の模様が生じてしまう場合がある（以下、リングマークと称する）。図６（ａ）は、背景部に生じるリングマークであり、図６（ｂ）は、画像部に生じるリングマークである。このようなリングマークの発生は、画質を著しく損ねてしまう。
【０００５】
ここで、リングマークの発生メカニズムについて説明する。画像形成装置において、画像形成処理を繰り返し行なうと、現像スリーブの表面がキャリア等で削られたり、金属ビス等からの金属粉が現像器内に混入したりしてしまう。現像器に金属異物が混入すると、現像間隙が狭まり、金属異物と像担持体の表面との間で放電が発生する。リングマークの発生は、この放電現象に起因する。
【０００６】
このようなリングマークの発生原理から、図７に示す現像交流電圧の正の電圧Ｖｐ＋を小さくすることで背景部に生じるリングマークを抑制する技術が知られている。図７には、現像剤担持体及び像担持体の表面電位と、現像剤の移動の概要との一例が示される。Ｖｄａｒｋは、帯電器により一様に帯電され、露光部により露光されていない（現像されない）領域の像担持体の表面電位を示している。Ｖｌｉｇｈｔは、露光により形成された像担持体の潜像の電位を示している。Ｖｄｃは、現像直流発生器により現像スリーブ（現像剤担持体）に印加された直流電位を示しており、Ｖｐ＋、Ｖｐ−は、現像交流発生器により現像スリーブに印加された交流電圧の振幅値を示している。
【０００７】
ここで、ＶｄｃとＶｌｉｇｈｔとの電位差Ｖｃｏｎｔｒａｓｔの大きさが現像濃度、すなわち、可視画像の濃度に作用する。また、ＶｄａｒｋとＶｄｃとの電位差Ｖｂａｃｋは、非露光部が現像されないようにする（いわゆるかぶり防止）ための電位差である。Ｖｐ＋を小さくすることは、ＶｄａｒｋとＶｐ＋との電位差を小さくすることになり、結果的にリングマークを減少させることができる。
【０００８】
また、像担持体上において、高濃度領域の潜像と低濃度領域の潜像とが隣接していると、低濃度領域に付着すべき現像剤が高濃度領域の潜像に引き寄せられてしまう。その結果、本来現像されなくてはならない領域が現像されず、画像が抜けてしまう現象（以下、白抜けと呼ぶ）が生じる場合がある。
【０００９】
ここで、Ｖｐ−が大きい場合、Ｖｐ−とＶｌｉｇｈｔとの電位差が大きくなり、低濃度領域の潜像に対しても現像性が向上することが知られている。また、交流電圧が現像スリーブへ印加されると、現像スリーブから感光体へ現像剤を飛ばす方向に生じる電界Ｖｐ−と、感光体から現像スリーブへ現像剤を戻す方向に生じる電界Ｖｐ＋とが交互に得られ、現像ムラのないように現像剤が揺り動かされる。そのため、交流電圧の印加は、現像濃度の均一化に効果がある。
【００１０】
また、このような現像剤担持体への電圧の印加に偏デューティーブランクパルス波形を用いる技術が提案されている。この波形を用いると、正の電圧Ｖｐ＋を出力している時間と、負の電圧Ｖｐ−を出力している時間とを異ならせることができる。また、Ｖｐ＋の絶対値がＶｐ−の絶対値よりも小さく、且つブランク期間をも設けられる。これにより、上記交流高圧のメリットを生かしつつ、交流電圧を用いた場合のデメリットを抑制させることができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−３３８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
現像剤担持体への電圧の印加に際して、特に、出力開始時の動作シーケンスにおいて、トランスの磁気飽和が生じる場合がある。トランスの磁気飽和は、コアの透磁率が１になることをいい、トランスのコア内の磁束密度が、飽和磁束密度（コアの形状、材質、巻数で決まる）を越えた場合に発生する。トランスが磁気飽和すると、インダクタンスが急激に減少するため、トランスに大電流が流れてしまい、回路の破損に至る。コア内の磁束密度は、トランスのコイルに流れる電流に比例する。
【００１３】
ここで、電流は、以下で表される。
【００１４】
Ｉ＝∫Ｖ／Ｌｄｔ Ｖ：電圧 Ｌ：インダクタンス
すなわち、磁束密度は、トランスに入力される電圧と時間との積（ＶＴ積）に比例する。そのため、例えば、ＶＴ積が大きい場合に磁気飽和を防ぐには、トランスの巻数の増加、コアサイズのアップ、コアを飽和磁束密度の高いコア材に変更、等する必要がある。いずれの対策もトランスのコストアップに繋がってしまう。
【００１５】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアス電圧の生成に際して、トランスの磁束密度の最大値を小さく抑えるようにした画像形成装置及び電圧発生回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の一態様による画像形成装置は、像担持体の表面に形成された静電潜像に現像剤を付着させて現像を行なう現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加する電圧発生回路とを具備し、前記電圧発生回路は、一次巻線の作用により二次巻線に交流電圧を発生するトランスと、前記トランスの前記一次巻線の一端に接続されるコンデンサと、前記トランスの前記一次巻線の前記一端と異なる他端に接続され、第１の電圧を発生する第１の電圧発生手段と、前記コンデンサを介して前記トランスの前記一次巻線の前記一端に接続され、前記第１の電圧と異なる電圧値を持つ第２の電圧を発生する第２の電圧発生手段と、前記トランスの前記一次巻線の作用により前記交流電圧を発生させる前に、前記第１の電圧及び前記第２の電圧を前記コンデンサに蓄電させる制御を行なう制御手段とを具備し、前記トランスの前記二次巻線に生じた前記交流電圧を直流電圧に重畳することにより前記現像バイアス電圧を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、トランスの磁束密度の最大値を小さく抑えることができるため、飽和磁束密度の低い安価なトランスでも、偏デューティーのブランクパルス波形を出力できる。また、出力開始時からトランスが磁気飽和を起こすこともなく、更に、任意の振幅値又はデューティー比、ブランク期間においても所望の出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる画像形成装置１０における画像形成系の構成の一例を示す図。
【図２】現像交流電圧発生回路の概略構成の一例を示す図。
【図３】偏デューティーブランクパルス波形の一例を示す図。
【図４】制御部１００の動作の一例を示すフローチャート。
【図５】制御部１００による制御処理の概要の一例を示す図。
【図６】従来技術の課題の一例を示す図。
【図７】従来技術の課題の一例を示す図。
【図８】従来技術の課題の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係わる画像形成装置及び電圧発生回路の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
なお、本実施形態においては、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの４色のカラーに対応し、電子写真方式を利用して画像を形成する画像形成装置を例に挙げて説明する。これに限られず、例えば、６色のカラーに対応していてもよいし、モノクロのみの対応であってもよい。
【００２１】
また、記録媒体とは、用紙等の紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、トナー等の現像剤を受容可能な媒体を含む。
【００２２】
図１は、本発明の一実施の形態に係わる画像形成装置１０における画像形成系の構成の一例を示す図である。
【００２３】
画像形成装置は、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の４つの像形成ステーションを有している。なお、符号の中の数字の後に付されたａ〜ｄはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、黒の像形成部に対応する。以降の説明ではａ〜ｄの表記を省略する。
【００２４】
画像形成装置は、感光体１と、１次帯電器２と、露光部３と、現像器４と、１次転写ローラ５３と、クリーナー６と、中間転写ベルト５１と、中間転写ベルトクリーナー５５と、２次転写ローラ５６、５７とを具備して構成される。
【００２５】
ここで、感光体１は、像担持体として機能する。感光体１は、１次帯電器（１次帯電ローラ）２が印加する帯電高圧の作用により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。
【００２６】
露光部３は、一様に帯電された感光体１に向けて画像信号に応じた露光処理を行なう。これにより、感光体１上には、例えば、色成分像（例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した静電潜像が形成される。
【００２７】
現像器４は、現像剤（例えば、トナー）を担持する現像剤担持体として機能する。現像器４は、感光体１上に形成された静電潜像に現像剤を付着させる。これにより、感光体１に現像剤が現像される。
【００２８】
一次転写ローラ（１次転写部）４３は、中間転写ベルト５１を挟んで、感光体１の対向位置に配置されている。感光体１上の静電潜像は、一次転写ローラ４３に印加した静電気の作用により中間転写ベルト５１に転写される。中間転写ベルト５１は、感光体１から転写された像を記録媒体（例えば、用紙）上に転写する。これにより、用紙上に画像が形成される。
【００２９】
ここで、図１に示す画像形成装置１０において画像形成を行なう際の流れの一例について簡単に説明する。
【００３０】
まず、１次帯電器２が、感光体１を一様に帯電する。すると、露光部３は、画像信号に応じて感光体１を露光する。これにより、感光体１の表面に静電潜像が形成される。その後、現像器４が、感光体１上に形成された静電潜像に現像剤を付着させる。
【００３１】
感光体１上にトナー像が現像されると、４個の感光体１上のトナー像が、１次転写ローラによって中間転写ベルト５１に重ねて転写されるとともに、２次転写ローラによって記録媒体Ｐに転写される。感光体１上に残った転写残トナーは、クリーナー６によって回収され、中間転写ベルト５１に残った転写残トナーは、中間転写ベルトクリーナー５５によって回収される。記録媒体Ｐに転写されたトナー像は、定着器７によって定着される。これにより、記録媒体Ｐ上にカラー画像が形成される。
【００３２】
図２は、図１に示す画像形成装置１０に設けられた現像交流電圧発生回路の概略構成の一例を示す図である。なお、現像交流電圧発生回路は、直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアス電圧の生成に際して、当該交流電圧を発生する回路である。
【００３３】
駆動電源Ｖｉｎは、現像交流電圧発生回路に電圧（例えば、２４Ｖ）を供給する。現像交流電圧発生回路には、当該駆動電源を入力するための入力部（不図示）が設けられる。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４はそれぞれ、トランスＴ１の１次巻線とコンデンサＣ１とを負荷に持つ、いわゆるフルブリッジ回路を構成する電子スイッチとして機能する。各スイッチング素子には、例えば、ＦＥＴを用いればよい。
【００３４】
コンデンサＣ１は、トランスＴ１の一次側（以下、一次巻線と呼ぶ）のＴｂ端に接続され、交流電圧の正負の電圧の不平衡を吸収する。スイッチング素子Ｑ１は、第１の切替手段として機能し、トランスＴ１の一次巻線のＴａ端と第１の電圧発生部（後述する）との間に接続され、当該接続を接続状態（オン）又は未接続状態（オフ）にする。例えば、トランスのＴａ端に印加される電圧をオンオフする。スイッチング素子Ｑ２は、第２の切替手段として機能し、トランスＴ１の一次巻線のＴａ端とグランド（ＧＮＤ）との間に接続され、当該接続をオンオフする。例えば、トランスＴ１の一次巻線のＴａ端の電位を基準電位（グランド電位）に切り替える。
【００３５】
スイッチング素子Ｑ３は、第３の切替手段として機能し、コンデンサＣ１と第２の電圧発生部（後述する）の間に接続され、当該接続をオンオフする。例えば、トランスのＴｂ端に印加される電圧をコンデンサＣ１を介してオンオフする。スイッチング素子Ｑ４は、第４の切替手段として機能し、コンデンサＣ１とグランド（ＧＮＤ）との間に接続され、当該接続をオンオフする。例えば、トランスＴ１の一次巻線のＴｂ端の電位を基準電位（グランド電位）に切り替える。
【００３６】
トランジスタＱ５は、第１の電圧制御素子として機能し、トランジスタＱ６は、第２の電圧制御素子として機能する。トランジスタＱ５は、駆動電源Ｖｉｎからスイッチング素子Ｑ１に印加される電圧Ｖａを所望の値にするため駆動する。また、トランジスタＱ６は、駆動電源Ｖｉｎからスイッチング素子Ｑ２に印加される電圧Ｖｂを所望の値にするために駆動される。なお、電圧Ｖａ及びＶｂは、異なる電圧値を有する。スイッチング素子Ｑ１及びＱ２は、その出力特性がリニアである領域で駆動される。
【００３７】
コンデンサＣ２及びＣ３、ダイオードＤ１及びＤ２は、それぞれトランジスタＱ５、Ｑ６のベース・エミッタ間に設けられる。ここで、Ｑ５、Ｃ２、Ｄ１は、電圧Ｖａを生成する第１の電圧発生部を構成する。また、Ｑ６、Ｃ３、Ｄ２は、電圧Ｖｂを生成する第２の電圧発生部を構成する。
【００３８】
トランスＴ１の二次側（以下、二次巻線と呼ぶ）の一端は、負荷である現像スリーブ４１に接続されており、もう一端（他端）は、現像直流電圧発生回路Ｖｄｃに接続されている。そして、トランスＴ１の一次巻線の作用により、トランスＴ１の二次巻線に交流電圧が生じる。この構成により、直流電圧と交流電圧とが重畳された高電圧が現像バイアス電圧として現像スリーブ４１に印加される。
【００３９】
現像スリーブ４１は、例えば、トナーとキャリアとで構成される。現像スリーブ４１は、現像剤を担持して回転し、感光体１に形成された静電潜像とトナーとの電位差を利用して、感光体１上にトナーを付着させる。これにより、現像が行なわれる。
【００４０】
上位制御部２００は、例えば、ＣＰＵで構成され、画像形成装置１０全体の制御を司る。上位制御部２００では、例えば、オペレータパネル（不図示）を介したユーザからの指示等を受け、当該指示に基づいて各部の動作を制御する。
【００４１】
制御部１００は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンオフ及びトランジスタＱ５、Ｑ６のベース電圧をそれぞれ独立に制御する。この制御は、上位制御部２００から与えられる指令値（現像スリーブ４１に印加する電圧Ｖｐ＋及びＶｐ−の指令値）に基づいて行なわれる。
【００４２】
制御部１００は、与えられた指令値（Ｖｐ＋、Ｖｐ−）に対し、ｎ２＊Ｖａ＝ｎ１＊｜Ｖｐ−｜を満たすＶａが、コンデンサＣ２の電位となるようにトランジスタＱ５のベース電圧を制御する。ｎ１は、トランスＴ１の一次巻線の巻数を示し、ｎ２はトランスＴ１の二次巻線の巻数を示している。制御部１００は、トランジスタＱ５のベース電圧の制御時と同様に、ｎ２＊Ｖｂ＝ｎ１＊Ｖｐ＋を満たすＶｂが、コンデンサＣ３の電位となるようにトランジスタＱ６のベース電圧を制御する。
【００４３】
また、制御部１００は、図３に示すように、予め決められた交流電圧の周期ｔに対しＶｐ＋：｜Ｖｐ−｜＝ｔｂ：ｔａ、且つｔ＝ｔａ＋ｔｂを満たすｔａ及びｔｂを導出する。制御部１００は、電圧Ｖａと電圧Ｖｂとの絶対値の比が、期間ｔａと期間ｔｂとの比に一致するような期間ｔａ及びｔｂを求める。期間ｔａにおいては、トランスＴ１の一次巻線のＴａ端に電圧Ｖａが印加され、期間ｔｂにおいては、トランスＴ１の一次巻線のＴｂ端に電圧Ｖｂが印加される。なお、各色現像器４に対応して制御部１００を設け、現像器４各々を独立に動作させるように構成してもよいし、また、複数の現像器に対して共有の制御部１００を設けるように構成してもよい。
【００４４】
図４は、図２に示す制御部１００の動作の一例を示すフローチャートである。
【００４５】
画像形成装置１０が停止中の場合、制御部１００は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、トランジスタＱ５及びＱ６をオフ状態に制御する（Ｓ１）。上位制御部２００は、ユーザからの指示を受けると、制御部１００に向けて作像待機信号を出力する。
【００４６】
制御部１００は、作像待機信号の受信待ち状態にある（Ｓ２でＮＯ）。ここで、この信号を受けると（Ｓ２でＹＥＳ）、制御部１００は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ３ゲートをオン状態に制御する（Ｓ３）。このとき、制御部１００は、第１の電圧発生部及び第２の電圧発生部（トランジスタＱ５及びＱ６）の制御も開始する。具体的には、制御部１００は、第１の電圧発生部（Ｑ５、Ｃ２、Ｄ１を含む）により発生される電圧Ｖａが所定の定電圧になるように制御し、第２の電圧発生部（Ｑ６、Ｃ３、Ｄ２を含む）により発生される電圧Ｖｂが所定の定電圧になるように制御する。この制御においては、スイッチング素子Ｑ１及びＱ３をオンした後、トランジスタＱ５及びＱ６の制御を開始するのが望ましいが、トランジスタＱ５及びＱ６に対する制御の開始が先であっても、また、両制御が同時に行なわれても構わない。
【００４７】
上位制御部２００は、感光体１の現像画像が中間転写ベルト５１を介して記録媒体Ｐの所定位置に現像されるタイミングに合わせて、制御部１００に向けて現像交流電圧の出力信号を出力する。なお、作像待機信号から出力信号が出力されるまでの期間、第１の電圧発生部及び第２の電圧発生部それぞれは、電圧Ｖａ及び電圧Ｖｂの出力を安定させる。コンデンサＣ１には、Ｖａ―Ｖｂの電位が蓄電される。
【００４８】
ここで、制御部１００は、現像交流電圧の出力信号の受信待ち状態にある（Ｓ４でＮＯ）。当該出力信号を受けると（Ｓ４でＹＥＳ）、制御部１００は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ４ゲートにオン信号を与えるとともに、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３ゲートにオフ信号を与える（Ｓ５）。これにより、ｔａ期間（第１の制御期間）の間、スイッチング素子Ｑ１及びＱ４を導通させる。このとき、Ｖａ−（Ｖａ−Ｖｂ）＝Ｖｂの電圧がトランスＴ１の一次巻線の両端の電位差として得られる。これにより、トランスＴ１の二次巻線側において、当該電位差に基づく電圧が交流電圧として発生される。
【００４９】
ｔａ期間の経過後、制御部１００は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ４ゲートにオフ信号を与えるとともに、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３ゲートにオン信号を与える（Ｓ６）。これにより、ｔｂ期間（第２の制御期間）の間、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３を導通させる。このとき、Ｖｂ−（Ｖｂ−Ｖａ）＝Ｖａの電圧がトランスＴ１の一次巻線の両端の電位差として得られる。そして、トランスＴ１の二次巻線側において、当該電位差に基づく電圧が交流電圧として発生される。これにより、現像交流電圧発生回路においては、所望のピーク電圧となる矩形波を最初のパルスから出力することができる。また、トランスの磁気飽和に対して余裕のある駆動が実現できる。
【００５０】
ここで、上位制御部２００から与えられた所定の規定回数（図３に示す波形では２回）に連続パルス信号が達していなければ（Ｓ７でＮＯ）、制御部１００は、Ｓ５、Ｓ６で説明した処理を繰り返し行なう。また、所定の規定回数に達した場合には（Ｓ７でＹＥＳ）、制御部１００は、ブランク期間（第３の制御期間）を生成させる。具体的には、規定パルス回数に達した場合、制御部１００は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ３のゲートにオン信号を与えるとともに、スイッチング素子Ｑ２及びＱ４のゲートにオフ信号を与える（Ｓ８）。すなわち、ブランク期間ｔｂｌａｎｋの間、スイッチング素子Ｑ１及びＱ３を導通させる。これにより、トランスＴ１の二次巻線側の出力０Ｖを得る。
【００５１】
現像交流電圧の停止信号を受信するまでの間、制御部１００は、上述した、ｔａ期間、ｔｂ期間、ｔｂｌａｎｋ期間の動作を繰り返し実行する。これにより、偏デューティーブランクパルスを継続出力する。
【００５２】
上位制御部２００は、記録媒体Ｐへの現像処理が終わると、現像交流電圧の停止を示す停止信号を制御部１００に向けて出力する。制御部１００は、上位制御部２００から停止信号を受信したか否かを判断する（Ｓ９）。制御部１００は、当該停止信号を受けると（Ｓ９でＹＥＳ）、スイッチング素子Ｑ２及びＱ４ゲートをオフに制御するとともに、スイッチング素子Ｑ１及びＱ３ゲートをオンに制御する。また、トランジスタＱ５及びＱ６の出力をＶａ、Ｖｂに制御した状態にする（Ｓ１０）。これは、Ｓ３に示す作像待機状態と同じ状態であるといえる。
【００５３】
ここで、制御部１００は、次の現像交流電圧の出力信号、又は待機解除信号のいずれかを上位制御部２００から受信するまで待機する。この待機中に何らかの信号を受信すると、制御部１００は、当該信号が何であるかを判断する。判断の結果、次の現像交流電圧の出力信号であれば（Ｓ１１で現像交流電圧の出力信号受信）、制御部１００は、再度、Ｓ５の動作に移り、上述した動作を実行する。また、待機解除信号であれば（Ｓ１１で待機解除信号受信）、制御部１００は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を全てオフし、トランジスタＱ５及びＱ６の制御を停止する（Ｓ１２）。
【００５４】
次に、図５及び図８を用いて、図４で説明した制御部１００による制御処理の概要の一例について説明する。図５には、各種制御信号（図４参照）、図２に示すコンデンサＣ１の両端の電圧、トランスＴ１の両端の電圧、トランスＴ１の出力タイミングの一例が示される。ここでは、比較例として、本実施形態に係わる構成を有さない場合の制御処理の概要を図８に示す。図８では、制御部は、作像待機信号を受けると、トランジスタＱ５及びＱ６の制御を開始するが、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオフ状態で待機させる。
【００５５】
ＶＣ１は、コンデンサＣ１両端の電位差であり、スイッチング素子Ｑ４側の端を基準にしたもう一端側の電圧を示している。ＶＴａ−Ｔｂは、トランスＴ１の一次巻線の電位差であり、Ｔｂ端を基準にしたＴａ端の電圧を示している。ＩＴａ−Ｔｂは、トランスＴ１の一次巻線のＴａ端からＴｂ端に流れる電流である。また、図中縦の二重波線は、時間軸の省略を示しており、作像待機信号を受けた後、コンデンサＣ１への所定量の蓄電が終わるまでの時間や出力信号を受信するまでの時間が、出力パルス周期に比較して十分に長いことを示している。更に、図中上側のＳ１〜Ｓ８は、図４で説明したフローチャートにおける各処理に対応する。但し、図４の判断ステップであるＳ２、Ｓ４、Ｓ７に関しては、判断のトリガーとなる事象に対応している。図５及び図８の両者に見られるスイッチング素子オンオフ切換え時の電流の変化は、負荷である現像器４の充放電電流である。
【００５６】
ここで、図５及び図８を比較してみると、交流電圧の出力開始前（すなわち、現像交流電圧の出力信号の受信前）に、コンデンサＣ１に電荷が蓄積されているか否かにおいて相違する。図５の場合、Ｖｂ：Ｖａ＝Ｖ＋：｜Ｖ―｜＝ｔｂ：ｔａの関係が成立っている。すなわち、コンデンサＣ１には、Ｖａ−Ｖｂの電荷がかかっているので、スイッチング素子Ｑ１からＱ４に導通させているとき（期間ｔａ）、トランスＴ１の一次巻線の両端の電位差としては、Ｖａ−（Ｖａ−Ｖｂ）＝Ｖｂが得られる。
【００５７】
また、スイッチング素子Ｑ３からＱ２に導通されているとき（期間ｔｂ）、トランスＴ１の一次巻線の両端の電位差としては、Ｖｂ−（Ｖｂ−Ｖａ）＝Ｖａが得られる。図３に示すケースでは、Ｖ＋＜｜Ｖ−｜なので、制御部１００においては、ｔａ＞ｔｂ、Ｖｂ＜Ｖａの関係を有する値を演算する。ＶＴ積は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ４がオン且つスイッチング素子Ｑ２及びＱ３がオフの状態から（Ｓ５参照）、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３がオン且つスイッチング素子Ｑ１及びＱ４がオフの状態に切り換わる時の（Ｓ６参照）、磁束密度の最大値を採る。この値はＶｂ＊ｔａ（＝Ｖｂ＊ｔｂ）となる。
【００５８】
一方、図８では、交流電圧の出力開始時において、コンデンサＣ１電位が０Ｖとなっている。そのため、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に導通させている間、トランスＴ１の一次巻線の両端では、Ｖａ−ΔＶｃ≒Ｖａ（ΔＶｃは、Ｃ１過渡充電電圧）の電位差が得られる。また、スイッチング素子Ｑ３からＱ２に導通させている間、トランスＴ１の一次巻線の両端では、Ｖｂ−ΔＶｃ≒Ｖｂの電位差が得られる。
【００５９】
すなわち、交流電圧の出力開始時のＶＴ積は、Ｑ１及びＱ４がオン且つＱ２及びＱ３がオフの状態から（Ｓ５参照）、Ｑ２及びＱ３がオン且つＱ１及びＱ４がオフの状態に切り換わる時（Ｓ６参照）に磁束密度が最大値を採る。この値は、Ｖａ＊ｔａ（＞Ｖｂ＊ｔａ＝Ｖａ＊ｔｂ）となる。Ｖａ＊ｔａの大きなＶＴ積がトランスにかかり、図８に示すように、トランスは、磁気飽和による大電流に至る。
【００６０】
例えば、Ｖｐ＋：Ｖｐ−を６：４の振幅比すると、
図５の場合、ＶＴ積は、Ｖｂ＊ｔａ＝４ｘ＊６ｙ＝２４＊ｘｙ
ｘ，ｙは定数
図８の場合、ＶＴ積は、Ｖａ＊ｔａ＝６ｘ＊６ｙ＝３６＊ｘｙ
となり、図５に比較し、図８では、磁束密度最大値は１．５倍にも達してしまう。
【００６１】
Ｖｐ＋：Ｖｐ−を７：３の振幅比すると、図５に比較し、図８では、磁束密度最大値は、２．３倍に達してしまう。
【００６２】
以上説明したように本実施形態によれば、トランス磁束密度の最大値を小さく抑えることができるため、飽和磁束密度の低い安価なトランスでも、偏デューティーのブランクパルス波形を出力できる。そのため、例えば、コストの削減を図れる。
【００６３】
また、交流電圧の出力開始時からトランスが磁気飽和を起こすこともなく、更に、任意の振幅値又はデューティー比、ブランク期間においても所望の出力を得ることができる。
【００６４】
なお、上述した実施形態においては、波形が、２周期分のパルスと０Ｖのブランク波形である場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。図２に示す回路構成において、出力可能なパルス数は任意の数、また、ブランク期間の電圧は、０Ｖ以外であってもパルス期間とブランク期間の和で交流波形をなす物であれば、任意の値の場合についても実施可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置及び電圧発生回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式や静電記録方式を採用する画像形成装置が知られている。これら装置における現像処理では、磁性トナーを主成分とした一成分現像剤、又は非磁性トナーと磁性キャリアとを主成分とした二成分現像剤が用いられる。特に、電子写真方式によりフルカラー画像やマルチカラー画像を形成する画像形成装置においては、画像の色味などの観点から、二成分現像剤を使用している場合が多い。
【０００３】
上述した現像処理においては、現像剤担持体において、現像剤を担持し、当該担持した静電潜像を現像する。このとき、現像剤担持体には、直流電圧に交流電圧を重畳した高電圧の電圧が印加される。
【０００４】
現像間隙（像担持体（感光体）と現像剤担持体（現像スリーブ）との間の隙間）に高電圧が印加された場合、記録媒体（例えば、用紙）上において、図６に示すような、リング状又はスポット状の模様が生じてしまう場合がある（以下、リングマークと称する）。図６（ａ）は、背景部に生じるリングマークであり、図６（ｂ）は、画像部に生じるリングマークである。このようなリングマークの発生は、画質を著しく損ねてしまう。
【０００５】
ここで、リングマークの発生メカニズムについて説明する。画像形成装置において、画像形成処理を繰り返し行なうと、現像スリーブの表面がキャリア等で削られたり、金属ビス等からの金属粉が現像器内に混入したりしてしまう。現像器に金属異物が混入すると、現像間隙が狭まり、金属異物と像担持体の表面との間で放電が発生する。リングマークの発生は、この放電現象に起因する。
【０００６】
このようなリングマークの発生原理から、図７に示す現像交流電圧の正の電圧Ｖｐ＋を小さくすることで背景部に生じるリングマークを抑制する技術が知られている。図７には、現像剤担持体及び像担持体の表面電位と、現像剤の移動の概要との一例が示される。Ｖｄａｒｋは、帯電器により一様に帯電され、露光部により露光されていない（現像されない）領域の像担持体の表面電位を示している。Ｖｌｉｇｈｔは、露光により形成された像担持体の潜像の電位を示している。Ｖｄｃは、現像直流発生器により現像スリーブ（現像剤担持体）に印加された直流電位を示しており、Ｖｐ＋、Ｖｐ−は、現像交流発生器により現像スリーブに印加された交流電圧の振幅値を示している。
【０００７】
ここで、ＶｄｃとＶｌｉｇｈｔとの電位差Ｖｃｏｎｔｒａｓｔの大きさが現像濃度、すなわち、可視画像の濃度に作用する。また、ＶｄａｒｋとＶｄｃとの電位差Ｖｂａｃｋは、非露光部が現像されないようにする（いわゆるかぶり防止）ための電位差である。Ｖｐ＋を小さくすることは、ＶｄａｒｋとＶｐ＋との電位差を小さくすることになり、結果的にリングマークを減少させることができる。
【０００８】
また、像担持体上において、高濃度領域の潜像と低濃度領域の潜像とが隣接していると、低濃度領域に付着すべき現像剤が高濃度領域の潜像に引き寄せられてしまう。その結果、本来現像されなくてはならない領域が現像されず、画像が抜けてしまう現象（以下、白抜けと呼ぶ）が生じる場合がある。
【０００９】
ここで、Ｖｐ−が大きい場合、Ｖｐ−とＶｌｉｇｈｔとの電位差が大きくなり、低濃度領域の潜像に対しても現像性が向上することが知られている。また、交流電圧が現像スリーブへ印加されると、現像スリーブから感光体へ現像剤を飛ばす方向に生じる電界Ｖｐ−と、感光体から現像スリーブへ現像剤を戻す方向に生じる電界Ｖｐ＋とが交互に得られ、現像ムラのないように現像剤が揺り動かされる。そのため、交流電圧の印加は、現像濃度の均一化に効果がある。
【００１０】
また、このような現像剤担持体への電圧の印加に偏デューティーブランクパルス波形を用いる技術が提案されている。この波形を用いると、正の電圧Ｖｐ＋を出力している時間と、負の電圧Ｖｐ−を出力している時間とを異ならせることができる。また、Ｖｐ＋の絶対値がＶｐ−の絶対値よりも小さく、且つブランク期間をも設けられる。これにより、上記交流高圧のメリットを生かしつつ、交流電圧を用いた場合のデメリットを抑制させることができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−３３８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
現像剤担持体への電圧の印加に際して、特に、出力開始時の動作シーケンスにおいて、トランスの磁気飽和が生じる場合がある。トランスの磁気飽和は、コアの透磁率が１になることをいい、トランスのコア内の磁束密度が、飽和磁束密度（コアの形状、材質、巻数で決まる）を越えた場合に発生する。トランスが磁気飽和すると、インダクタンスが急激に減少するため、トランスに大電流が流れてしまい、回路の破損に至る。コア内の磁束密度は、トランスのコイルに流れる電流に比例する。
【００１３】
ここで、電流は、以下で表される。
【００１４】
Ｉ＝∫Ｖ／Ｌｄｔ Ｖ：電圧 Ｌ：インダクタンス
すなわち、磁束密度は、トランスに入力される電圧と時間との積（ＶＴ積）に比例する。そのため、例えば、ＶＴ積が大きい場合に磁気飽和を防ぐには、トランスの巻数の増加、コアサイズのアップ、コアを飽和磁束密度の高いコア材に変更、等する必要がある。いずれの対策もトランスのコストアップに繋がってしまう。
【００１５】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアス電圧の生成に際して、トランスの磁束密度の最大値を小さく抑えるようにした画像形成装置及び電圧発生回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の一態様による画像形成装置は、像担持体の表面に形成された静電潜像に現像剤を付着させて現像を行なう現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加する電圧発生回路とを具備し、前記電圧発生回路は、一次巻線の作用により二次巻線に交流電圧を発生するトランスと、前記トランスの前記一次巻線の一端に接続されるコンデンサと、前記トランスの前記一次巻線の前記一端と異なる他端に接続され、第１の電圧を発生する第１の電圧発生手段と、前記コンデンサを介して前記トランスの前記一次巻線の前記一端に接続され、前記第１の電圧と異なる電圧値を持つ第２の電圧を発生する第２の電圧発生手段と、前記トランスの前記一次巻線の作用により前記交流電圧を発生させる前に、前記第１の電圧及び前記第２の電圧を前記コンデンサに蓄電させる制御を行なう制御手段とを具備し、前記トランスの前記二次巻線に生じた前記交流電圧を直流電圧に重畳することにより前記現像バイアス電圧を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、トランスの磁束密度の最大値を小さく抑えることができるため、飽和磁束密度の低い安価なトランスでも、偏デューティーのブランクパルス波形を出力できる。また、出力開始時からトランスが磁気飽和を起こすこともなく、更に、任意の振幅値又はデューティー比、ブランク期間においても所望の出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる画像形成装置１０における画像形成系の構成の一例を示す図。
【図２】現像交流電圧発生回路の概略構成の一例を示す図。
【図３】偏デューティーブランクパルス波形の一例を示す図。
【図４】制御部１００の動作の一例を示すフローチャート。
【図５】制御部１００による制御処理の概要の一例を示す図。
【図６】従来技術の課題の一例を示す図。
【図７】従来技術の課題の一例を示す図。
【図８】従来技術の課題の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係わる画像形成装置及び電圧発生回路の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
なお、本実施形態においては、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの４色のカラーに対応し、電子写真方式を利用して画像を形成する画像形成装置を例に挙げて説明する。これに限られず、例えば、６色のカラーに対応していてもよいし、モノクロのみの対応であってもよい。
【００２１】
また、記録媒体とは、用紙等の紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、トナー等の現像剤を受容可能な媒体を含む。
【００２２】
図１は、本発明の一実施の形態に係わる画像形成装置１０における画像形成系の構成の一例を示す図である。
【００２３】
画像形成装置は、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の４つの像形成ステーションを有している。なお、符号の中の数字の後に付されたａ〜ｄはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、黒の像形成部に対応する。以降の説明ではａ〜ｄの表記を省略する。
【００２４】
画像形成装置は、感光体１と、１次帯電器２と、露光部３と、現像器４と、１次転写ローラ５３と、クリーナー６と、中間転写ベルト５１と、中間転写ベルトクリーナー５５と、２次転写ローラ５６、５７とを具備して構成される。
【００２５】
ここで、感光体１は、像担持体として機能する。感光体１は、１次帯電器（１次帯電ローラ）２が印加する帯電高圧の作用により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。
【００２６】
露光部３は、一様に帯電された感光体１に向けて画像信号に応じた露光処理を行なう。これにより、感光体１上には、例えば、色成分像（例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した静電潜像が形成される。
【００２７】
現像器４は、現像剤（例えば、トナー）を担持する現像剤担持体として機能する。現像器４は、感光体１上に形成された静電潜像に現像剤を付着させる。これにより、感光体１に現像剤が現像される。
【００２８】
一次転写ローラ（１次転写部）４３は、中間転写ベルト５１を挟んで、感光体１の対向位置に配置されている。感光体１上の静電潜像は、一次転写ローラ４３に印加した静電気の作用により中間転写ベルト５１に転写される。中間転写ベルト５１は、感光体１から転写された像を記録媒体（例えば、用紙）上に転写する。これにより、用紙上に画像が形成される。
【００２９】
ここで、図１に示す画像形成装置１０において画像形成を行なう際の流れの一例について簡単に説明する。
【００３０】
まず、１次帯電器２が、感光体１を一様に帯電する。すると、露光部３は、画像信号に応じて感光体１を露光する。これにより、感光体１の表面に静電潜像が形成される。その後、現像器４が、感光体１上に形成された静電潜像に現像剤を付着させる。
【００３１】
感光体１上にトナー像が現像されると、４個の感光体１上のトナー像が、１次転写ローラによって中間転写ベルト５１に重ねて転写されるとともに、２次転写ローラによって記録媒体Ｐに転写される。感光体１上に残った転写残トナーは、クリーナー６によって回収され、中間転写ベルト５１に残った転写残トナーは、中間転写ベルトクリーナー５５によって回収される。記録媒体Ｐに転写されたトナー像は、定着器７によって定着される。これにより、記録媒体Ｐ上にカラー画像が形成される。
【００３２】
図２は、図１に示す画像形成装置１０に設けられた現像交流電圧発生回路の概略構成の一例を示す図である。なお、現像交流電圧発生回路は、直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアス電圧の生成に際して、当該交流電圧を発生する回路である。
【００３３】
駆動電源Ｖｉｎは、現像交流電圧発生回路に電圧（例えば、２４Ｖ）を供給する。現像交流電圧発生回路には、当該駆動電源を入力するための入力部（不図示）が設けられる。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４はそれぞれ、トランスＴ１の１次巻線とコンデンサＣ１とを負荷に持つ、いわゆるフルブリッジ回路を構成する電子スイッチとして機能する。各スイッチング素子には、例えば、ＦＥＴを用いればよい。
【００３４】
コンデンサＣ１は、トランスＴ１の一次側（以下、一次巻線と呼ぶ）のＴｂ端に接続され、交流電圧の正負の電圧の不平衡を吸収する。スイッチング素子Ｑ１は、第１の切替手段として機能し、トランスＴ１の一次巻線のＴａ端と第１の電圧発生部（後述する）との間に接続され、当該接続を接続状態（オン）又は未接続状態（オフ）にする。例えば、トランスのＴａ端に印加される電圧をオンオフする。スイッチング素子Ｑ２は、第２の切替手段として機能し、トランスＴ１の一次巻線のＴａ端とグランド（ＧＮＤ）との間に接続され、当該接続をオンオフする。例えば、トランスＴ１の一次巻線のＴａ端の電位を基準電位（グランド電位）に切り替える。
【００３５】
スイッチング素子Ｑ３は、第３の切替手段として機能し、コンデンサＣ１と第２の電圧発生部（後述する）の間に接続され、当該接続をオンオフする。例えば、トランスのＴｂ端に印加される電圧をコンデンサＣ１を介してオンオフする。スイッチング素子Ｑ４は、第４の切替手段として機能し、コンデンサＣ１とグランド（ＧＮＤ）との間に接続され、当該接続をオンオフする。例えば、トランスＴ１の一次巻線のＴｂ端の電位を基準電位（グランド電位）に切り替える。
【００３６】
トランジスタＱ５は、第１の電圧制御素子として機能し、トランジスタＱ６は、第２の電圧制御素子として機能する。トランジスタＱ５は、駆動電源Ｖｉｎからスイッチング素子Ｑ１に印加される電圧Ｖａを所望の値にするため駆動する。また、トランジスタＱ６は、駆動電源Ｖｉｎからスイッチング素子Ｑ２に印加される電圧Ｖｂを所望の値にするために駆動される。なお、電圧Ｖａ及びＶｂは、異なる電圧値を有する。スイッチング素子Ｑ１及びＱ２は、その出力特性がリニアである領域で駆動される。
【００３７】
コンデンサＣ２及びＣ３、ダイオードＤ１及びＤ２は、それぞれトランジスタＱ５、Ｑ６のベース・エミッタ間に設けられる。ここで、Ｑ５、Ｃ２、Ｄ１は、電圧Ｖａを生成する第１の電圧発生部を構成する。また、Ｑ６、Ｃ３、Ｄ２は、電圧Ｖｂを生成する第２の電圧発生部を構成する。
【００３８】
トランスＴ１の二次側（以下、二次巻線と呼ぶ）の一端は、負荷である現像スリーブ４１に接続されており、もう一端（他端）は、現像直流電圧発生回路Ｖｄｃに接続されている。そして、トランスＴ１の一次巻線の作用により、トランスＴ１の二次巻線に交流電圧が生じる。この構成により、直流電圧と交流電圧とが重畳された高電圧が現像バイアス電圧として現像スリーブ４１に印加される。
【００３９】
現像スリーブ４１は、例えば、トナーとキャリアとで構成される。現像スリーブ４１は、現像剤を担持して回転し、感光体１に形成された静電潜像とトナーとの電位差を利用して、感光体１上にトナーを付着させる。これにより、現像が行なわれる。
【００４０】
上位制御部２００は、例えば、ＣＰＵで構成され、画像形成装置１０全体の制御を司る。上位制御部２００では、例えば、オペレータパネル（不図示）を介したユーザからの指示等を受け、当該指示に基づいて各部の動作を制御する。
【００４１】
制御部１００は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンオフ及びトランジスタＱ５、Ｑ６のベース電圧をそれぞれ独立に制御する。この制御は、上位制御部２００から与えられる指令値（現像スリーブ４１に印加する電圧Ｖｐ＋及びＶｐ−の指令値）に基づいて行なわれる。
【００４２】
制御部１００は、与えられた指令値（Ｖｐ＋、Ｖｐ−）に対し、ｎ２＊Ｖａ＝ｎ１＊｜Ｖｐ−｜を満たすＶａが、コンデンサＣ２の電位となるようにトランジスタＱ５のベース電圧を制御する。ｎ１は、トランスＴ１の一次巻線の巻数を示し、ｎ２はトランスＴ１の二次巻線の巻数を示している。制御部１００は、トランジスタＱ５のベース電圧の制御時と同様に、ｎ２＊Ｖｂ＝ｎ１＊Ｖｐ＋を満たすＶｂが、コンデンサＣ３の電位となるようにトランジスタＱ６のベース電圧を制御する。
【００４３】
また、制御部１００は、図３に示すように、予め決められた交流電圧の周期ｔに対しＶｐ＋：｜Ｖｐ−｜＝ｔｂ：ｔａ、且つｔ＝ｔａ＋ｔｂを満たすｔａ及びｔｂを導出する。制御部１００は、電圧Ｖａと電圧Ｖｂとの絶対値の比が、期間ｔａと期間ｔｂとの比に一致するような期間ｔａ及びｔｂを求める。期間ｔａにおいては、トランスＴ１の一次巻線のＴａ端に電圧Ｖａが印加され、期間ｔｂにおいては、トランスＴ１の一次巻線のＴｂ端に電圧Ｖｂが印加される。なお、各色現像器４に対応して制御部１００を設け、現像器４各々を独立に動作させるように構成してもよいし、また、複数の現像器に対して共有の制御部１００を設けるように構成してもよい。
【００４４】
図４は、図２に示す制御部１００の動作の一例を示すフローチャートである。
【００４５】
画像形成装置１０が停止中の場合、制御部１００は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、トランジスタＱ５及びＱ６をオフ状態に制御する（Ｓ１）。上位制御部２００は、ユーザからの指示を受けると、制御部１００に向けて作像待機信号を出力する。
【００４６】
制御部１００は、作像待機信号の受信待ち状態にある（Ｓ２でＮＯ）。ここで、この信号を受けると（Ｓ２でＹＥＳ）、制御部１００は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ３ゲートをオン状態に制御する（Ｓ３）。このとき、制御部１００は、第１の電圧発生部及び第２の電圧発生部（トランジスタＱ５及びＱ６）の制御も開始する。具体的には、制御部１００は、第１の電圧発生部（Ｑ５、Ｃ２、Ｄ１を含む）により発生される電圧Ｖａが所定の定電圧になるように制御し、第２の電圧発生部（Ｑ６、Ｃ３、Ｄ２を含む）により発生される電圧Ｖｂが所定の定電圧になるように制御する。この制御においては、スイッチング素子Ｑ１及びＱ３をオンした後、トランジスタＱ５及びＱ６の制御を開始するのが望ましいが、トランジスタＱ５及びＱ６に対する制御の開始が先であっても、また、両制御が同時に行なわれても構わない。
【００４７】
上位制御部２００は、感光体１の現像画像が中間転写ベルト５１を介して記録媒体Ｐの所定位置に現像されるタイミングに合わせて、制御部１００に向けて現像交流電圧の出力信号を出力する。なお、作像待機信号から出力信号が出力されるまでの期間、第１の電圧発生部及び第２の電圧発生部それぞれは、電圧Ｖａ及び電圧Ｖｂの出力を安定させる。コンデンサＣ１には、Ｖａ―Ｖｂの電位が蓄電される。
【００４８】
ここで、制御部１００は、現像交流電圧の出力信号の受信待ち状態にある（Ｓ４でＮＯ）。当該出力信号を受けると（Ｓ４でＹＥＳ）、制御部１００は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ４ゲートにオン信号を与えるとともに、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３ゲートにオフ信号を与える（Ｓ５）。これにより、ｔａ期間（第１の制御期間）の間、スイッチング素子Ｑ１及びＱ４を導通させる。このとき、Ｖａ−（Ｖａ−Ｖｂ）＝Ｖｂの電圧がトランスＴ１の一次巻線の両端の電位差として得られる。これにより、トランスＴ１の二次巻線側において、当該電位差に基づく電圧が交流電圧として発生される。
【００４９】
ｔａ期間の経過後、制御部１００は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ４ゲートにオフ信号を与えるとともに、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３ゲートにオン信号を与える（Ｓ６）。これにより、ｔｂ期間（第２の制御期間）の間、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３を導通させる。このとき、Ｖｂ−（Ｖｂ−Ｖａ）＝Ｖａの電圧がトランスＴ１の一次巻線の両端の電位差として得られる。そして、トランスＴ１の二次巻線側において、当該電位差に基づく電圧が交流電圧として発生される。これにより、現像交流電圧発生回路においては、所望のピーク電圧となる矩形波を最初のパルスから出力することができる。また、トランスの磁気飽和に対して余裕のある駆動が実現できる。
【００５０】
ここで、上位制御部２００から与えられた所定の規定回数（図３に示す波形では２回）に連続パルス信号が達していなければ（Ｓ７でＮＯ）、制御部１００は、Ｓ５、Ｓ６で説明した処理を繰り返し行なう。また、所定の規定回数に達した場合には（Ｓ７でＹＥＳ）、制御部１００は、ブランク期間（第３の制御期間）を生成させる。具体的には、規定パルス回数に達した場合、制御部１００は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ３のゲートにオン信号を与えるとともに、スイッチング素子Ｑ２及びＱ４のゲートにオフ信号を与える（Ｓ８）。すなわち、ブランク期間ｔｂｌａｎｋの間、スイッチング素子Ｑ１及びＱ３を導通させる。これにより、トランスＴ１の二次巻線側の出力０Ｖを得る。
【００５１】
現像交流電圧の停止信号を受信するまでの間、制御部１００は、上述した、ｔａ期間、ｔｂ期間、ｔｂｌａｎｋ期間の動作を繰り返し実行する。これにより、偏デューティーブランクパルスを継続出力する。
【００５２】
上位制御部２００は、記録媒体Ｐへの現像処理が終わると、現像交流電圧の停止を示す停止信号を制御部１００に向けて出力する。制御部１００は、上位制御部２００から停止信号を受信したか否かを判断する（Ｓ９）。制御部１００は、当該停止信号を受けると（Ｓ９でＹＥＳ）、スイッチング素子Ｑ２及びＱ４ゲートをオフに制御するとともに、スイッチング素子Ｑ１及びＱ３ゲートをオンに制御する。また、トランジスタＱ５及びＱ６の出力をＶａ、Ｖｂに制御した状態にする（Ｓ１０）。これは、Ｓ３に示す作像待機状態と同じ状態であるといえる。
【００５３】
ここで、制御部１００は、次の現像交流電圧の出力信号、又は待機解除信号のいずれかを上位制御部２００から受信するまで待機する。この待機中に何らかの信号を受信すると、制御部１００は、当該信号が何であるかを判断する。判断の結果、次の現像交流電圧の出力信号であれば（Ｓ１１で現像交流電圧の出力信号受信）、制御部１００は、再度、Ｓ５の動作に移り、上述した動作を実行する。また、待機解除信号であれば（Ｓ１１で待機解除信号受信）、制御部１００は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を全てオフし、トランジスタＱ５及びＱ６の制御を停止する（Ｓ１２）。
【００５４】
次に、図５及び図８を用いて、図４で説明した制御部１００による制御処理の概要の一例について説明する。図５には、各種制御信号（図４参照）、図２に示すコンデンサＣ１の両端の電圧、トランスＴ１の両端の電圧、トランスＴ１の出力タイミングの一例が示される。ここでは、比較例として、本実施形態に係わる構成を有さない場合の制御処理の概要を図８に示す。図８では、制御部は、作像待機信号を受けると、トランジスタＱ５及びＱ６の制御を開始するが、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオフ状態で待機させる。
【００５５】
ＶＣ１は、コンデンサＣ１両端の電位差であり、スイッチング素子Ｑ４側の端を基準にしたもう一端側の電圧を示している。ＶＴａ−Ｔｂは、トランスＴ１の一次巻線の電位差であり、Ｔｂ端を基準にしたＴａ端の電圧を示している。ＩＴａ−Ｔｂは、トランスＴ１の一次巻線のＴａ端からＴｂ端に流れる電流である。また、図中縦の二重波線は、時間軸の省略を示しており、作像待機信号を受けた後、コンデンサＣ１への所定量の蓄電が終わるまでの時間や出力信号を受信するまでの時間が、出力パルス周期に比較して十分に長いことを示している。更に、図中上側のＳ１〜Ｓ８は、図４で説明したフローチャートにおける各処理に対応する。但し、図４の判断ステップであるＳ２、Ｓ４、Ｓ７に関しては、判断のトリガーとなる事象に対応している。図５及び図８の両者に見られるスイッチング素子オンオフ切換え時の電流の変化は、負荷である現像器４の充放電電流である。
【００５６】
ここで、図５及び図８を比較してみると、交流電圧の出力開始前（すなわち、現像交流電圧の出力信号の受信前）に、コンデンサＣ１に電荷が蓄積されているか否かにおいて相違する。図５の場合、Ｖｂ：Ｖａ＝Ｖ＋：｜Ｖ―｜＝ｔｂ：ｔａの関係が成立っている。すなわち、コンデンサＣ１には、Ｖａ−Ｖｂの電荷がかかっているので、スイッチング素子Ｑ１からＱ４に導通させているとき（期間ｔａ）、トランスＴ１の一次巻線の両端の電位差としては、Ｖａ−（Ｖａ−Ｖｂ）＝Ｖｂが得られる。
【００５７】
また、スイッチング素子Ｑ３からＱ２に導通されているとき（期間ｔｂ）、トランスＴ１の一次巻線の両端の電位差としては、Ｖｂ−（Ｖｂ−Ｖａ）＝Ｖａが得られる。図３に示すケースでは、Ｖ＋＜｜Ｖ−｜なので、制御部１００においては、ｔａ＞ｔｂ、Ｖｂ＜Ｖａの関係を有する値を演算する。ＶＴ積は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ４がオン且つスイッチング素子Ｑ２及びＱ３がオフの状態から（Ｓ５参照）、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３がオン且つスイッチング素子Ｑ１及びＱ４がオフの状態に切り換わる時の（Ｓ６参照）、磁束密度の最大値を採る。この値はＶｂ＊ｔａ（＝Ｖｂ＊ｔｂ）となる。
【００５８】
一方、図８では、交流電圧の出力開始時において、コンデンサＣ１電位が０Ｖとなっている。そのため、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に導通させている間、トランスＴ１の一次巻線の両端では、Ｖａ−ΔＶｃ≒Ｖａ（ΔＶｃは、Ｃ１過渡充電電圧）の電位差が得られる。また、スイッチング素子Ｑ３からＱ２に導通させている間、トランスＴ１の一次巻線の両端では、Ｖｂ−ΔＶｃ≒Ｖｂの電位差が得られる。
【００５９】
すなわち、交流電圧の出力開始時のＶＴ積は、Ｑ１及びＱ４がオン且つＱ２及びＱ３がオフの状態から（Ｓ５参照）、Ｑ２及びＱ３がオン且つＱ１及びＱ４がオフの状態に切り換わる時（Ｓ６参照）に磁束密度が最大値を採る。この値は、Ｖａ＊ｔａ（＞Ｖｂ＊ｔａ＝Ｖａ＊ｔｂ）となる。Ｖａ＊ｔａの大きなＶＴ積がトランスにかかり、図８に示すように、トランスは、磁気飽和による大電流に至る。
【００６０】
例えば、Ｖｐ＋：Ｖｐ−を６：４の振幅比すると、
図５の場合、ＶＴ積は、Ｖｂ＊ｔａ＝４ｘ＊６ｙ＝２４＊ｘｙ
ｘ，ｙは定数
図８の場合、ＶＴ積は、Ｖａ＊ｔａ＝６ｘ＊６ｙ＝３６＊ｘｙ
となり、図５に比較し、図８では、磁束密度最大値は１．５倍にも達してしまう。
【００６１】
Ｖｐ＋：Ｖｐ−を７：３の振幅比すると、図５に比較し、図８では、磁束密度最大値は、２．３倍に達してしまう。
【００６２】
以上説明したように本実施形態によれば、トランス磁束密度の最大値を小さく抑えることができるため、飽和磁束密度の低い安価なトランスでも、偏デューティーのブランクパルス波形を出力できる。そのため、例えば、コストの削減を図れる。
【００６３】
また、交流電圧の出力開始時からトランスが磁気飽和を起こすこともなく、更に、任意の振幅値又はデューティー比、ブランク期間においても所望の出力を得ることができる。
【００６４】
なお、上述した実施形態においては、波形が、２周期分のパルスと０Ｖのブランク波形である場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。図２に示す回路構成において、出力可能なパルス数は任意の数、また、ブランク期間の電圧は、０Ｖ以外であってもパルス期間とブランク期間の和で交流波形をなす物であれば、任意の値の場合についても実施可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体の表面に形成された静電潜像に現像剤を付着させて現像を行なう現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加する電圧発生回路と
を具備し、
前記電圧発生回路は、
一次巻線の作用により二次巻線に交流電圧を発生するトランスと、
前記トランスの前記一次巻線の一端に接続されるコンデンサと、
前記トランスの前記一次巻線の前記一端と異なる他端に接続され、第１の電圧を発生する第１の電圧発生手段と、
前記コンデンサを介して前記トランスの前記一次巻線の前記一端に接続され、前記第１の電圧と異なる電圧値を持つ第２の電圧を発生する第２の電圧発生手段と、
前記トランスの前記一次巻線の作用により前記交流電圧を発生させる前に、前記第１の電圧及び前記第２の電圧を前記コンデンサに蓄電させる制御を行なう制御手段と
を具備し、
前記トランスの前記二次巻線に生じた前記交流電圧を直流電圧に重畳することにより前記現像バイアス電圧を生成する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第１の電圧発生手段と前記トランスの前記一次巻線の前記他端との間に接続され、該接続を接続状態又は未接続状態に切り替える第１の切替手段と、
前記トランスの前記一次巻線の前記他端とグランドとの間に接続され、該接続を接続状態又は未接続状態に切り替える第２の切替手段と、
前記第２の電圧発生手段と前記コンデンサとの間に接続され、該接続を接続状態又は未接続状態に切り替える第３の切替手段と、
前記コンデンサとグランドとの間に接続され、該接続を接続状態又は未接続状態に切り替える第４の切替手段と
を更に具備し、
前記制御手段は、
前記トランスの前記一次巻線の作用により前記交流電圧を発生させる前に、前記第１の切替手段及び前記第３の切替手段を接続状態に制御するとともに、前記第２の切替手段及び前記第４の切替手段を未接続状態に制御し、前記第１の電圧及び前記第２の電圧を前記コンデンサに蓄電させる
ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記コンデンサへの所定量の蓄電が済んだ後、前記第１の切替手段及び前記第４の切替手段を接続状態に制御するとともに、前記第２の切替手段及び前記第３の切替手段を未接続状態に制御する第１の制御期間と、
前記第１の制御期間の経過後、前記第２の切替手段及び前記第３の切替手段を接続状態に制御するとともに、前記第１の切替手段及び前記第４の切替手段を未接続状態に制御する第２の制御期間と
を有し、
前記トランスの前記一次巻線の作用により前記交流電圧を発生させるときに、前記第１の制御期間及び前記第２の制御期間による制御を所定の規定回数に達するまで繰り返し実施する
ことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記第２の制御期間の経過後、前記第１の切替手段及び前記第３の切替手段を接続状態に制御するとともに、前記第２の切替手段及び前記第４の切替手段を未接続状態に制御する第３の制御期間
を更に有し、
前記第１の制御期間及び前記第２の制御期間による制御が前記所定の規定回数に達した場合、前記第３の制御期間による制御を実施する
ことを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記トランスの前記二次巻線は、
前記第１の制御期間による制御に際して、前記トランスの前記一次巻線の前記一端及び前記他端の電位差である前記第２の電圧に基づく電圧を前記交流電圧として発生し、前記第２の制御期間による制御に際して、前記トランスの前記一次巻線の前記一端及び前記他端の電位差である前記第１の電圧に基づく電圧を前記交流電圧として発生する
ことを特徴とする請求項３又は４記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記第２の電圧の絶対値に対する前記第１の電圧の絶対値の比と、前記第２の制御期間に対する前記第１の制御期間の比とが等しい
ことを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
像担持体の表面に形成された静電潜像に現像剤を付着させて現像を行なう現像剤担持体に対して現像バイアス電圧を印加する電圧発生回路であって、
一次巻線の作用により二次巻線に交流電圧を発生するトランスと、
前記トランスの一次巻線の一端に接続されるコンデンサと、
前記トランスの前記一次巻線の前記一端と異なる他端に接続され、第１の電圧を発生する第１の電圧発生手段と、
前記コンデンサを介して前記トランスの前記一次巻線の前記一端に接続され、前記第１の電圧と異なる電圧値を持つ第２の電圧を発生する第２の電圧発生手段と、
前記トランスの前記一次巻線の作用により前記交流電圧を発生させる前に、前記第１の電圧及び前記第２の電圧を前記コンデンサに蓄電させる制御を行なう制御手段と
を具備し、
前記トランスの前記二次巻線に生じた前記交流電圧を直流電圧に重畳することにより前記現像バイアス電圧を生成する
ことを特徴とする電圧発生回路。
【請求項１】
像担持体の表面に形成された静電潜像に現像剤を付着させて現像を行なう現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加する電圧発生回路と
を具備し、
前記電圧発生回路は、
一次巻線の作用により二次巻線に交流電圧を発生するトランスと、
前記トランスの前記一次巻線の一端に接続されるコンデンサと、
前記トランスの前記一次巻線の前記一端と異なる他端に接続され、第１の電圧を発生する第１の電圧発生手段と、
前記コンデンサを介して前記トランスの前記一次巻線の前記一端に接続され、前記第１の電圧と異なる電圧値を持つ第２の電圧を発生する第２の電圧発生手段と、
前記トランスの前記一次巻線の作用により前記交流電圧を発生させる前に、前記第１の電圧及び前記第２の電圧を前記コンデンサに蓄電させる制御を行なう制御手段と
を具備し、
前記トランスの前記二次巻線に生じた前記交流電圧を直流電圧に重畳することにより前記現像バイアス電圧を生成する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第１の電圧発生手段と前記トランスの前記一次巻線の前記他端との間に接続され、該接続を接続状態又は未接続状態に切り替える第１の切替手段と、
前記トランスの前記一次巻線の前記他端とグランドとの間に接続され、該接続を接続状態又は未接続状態に切り替える第２の切替手段と、
前記第２の電圧発生手段と前記コンデンサとの間に接続され、該接続を接続状態又は未接続状態に切り替える第３の切替手段と、
前記コンデンサとグランドとの間に接続され、該接続を接続状態又は未接続状態に切り替える第４の切替手段と
を更に具備し、
前記制御手段は、
前記トランスの前記一次巻線の作用により前記交流電圧を発生させる前に、前記第１の切替手段及び前記第３の切替手段を接続状態に制御するとともに、前記第２の切替手段及び前記第４の切替手段を未接続状態に制御し、前記第１の電圧及び前記第２の電圧を前記コンデンサに蓄電させる
ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記コンデンサへの所定量の蓄電が済んだ後、前記第１の切替手段及び前記第４の切替手段を接続状態に制御するとともに、前記第２の切替手段及び前記第３の切替手段を未接続状態に制御する第１の制御期間と、
前記第１の制御期間の経過後、前記第２の切替手段及び前記第３の切替手段を接続状態に制御するとともに、前記第１の切替手段及び前記第４の切替手段を未接続状態に制御する第２の制御期間と
を有し、
前記トランスの前記一次巻線の作用により前記交流電圧を発生させるときに、前記第１の制御期間及び前記第２の制御期間による制御を所定の規定回数に達するまで繰り返し実施する
ことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記第２の制御期間の経過後、前記第１の切替手段及び前記第３の切替手段を接続状態に制御するとともに、前記第２の切替手段及び前記第４の切替手段を未接続状態に制御する第３の制御期間
を更に有し、
前記第１の制御期間及び前記第２の制御期間による制御が前記所定の規定回数に達した場合、前記第３の制御期間による制御を実施する
ことを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記トランスの前記二次巻線は、
前記第１の制御期間による制御に際して、前記トランスの前記一次巻線の前記一端及び前記他端の電位差である前記第２の電圧に基づく電圧を前記交流電圧として発生し、前記第２の制御期間による制御に際して、前記トランスの前記一次巻線の前記一端及び前記他端の電位差である前記第１の電圧に基づく電圧を前記交流電圧として発生する
ことを特徴とする請求項３又は４記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記第２の電圧の絶対値に対する前記第１の電圧の絶対値の比と、前記第２の制御期間に対する前記第１の制御期間の比とが等しい
ことを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
像担持体の表面に形成された静電潜像に現像剤を付着させて現像を行なう現像剤担持体に対して現像バイアス電圧を印加する電圧発生回路であって、
一次巻線の作用により二次巻線に交流電圧を発生するトランスと、
前記トランスの一次巻線の一端に接続されるコンデンサと、
前記トランスの前記一次巻線の前記一端と異なる他端に接続され、第１の電圧を発生する第１の電圧発生手段と、
前記コンデンサを介して前記トランスの前記一次巻線の前記一端に接続され、前記第１の電圧と異なる電圧値を持つ第２の電圧を発生する第２の電圧発生手段と、
前記トランスの前記一次巻線の作用により前記交流電圧を発生させる前に、前記第１の電圧及び前記第２の電圧を前記コンデンサに蓄電させる制御を行なう制御手段と
を具備し、
前記トランスの前記二次巻線に生じた前記交流電圧を直流電圧に重畳することにより前記現像バイアス電圧を生成する
ことを特徴とする電圧発生回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２７９３７（Ｐ２０１１−２７９３７Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７２５６８（Ｐ２００９−１７２５６８）
【出願日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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