画像形成装置
【課題】自装置のサイズおよびコストに影響を及ぼすことなく、除電効果により、転写抜けを防ぎ高画質な画像を得ること。
【解決手段】画像形成装置は、画像が転写される記録媒体に対する除電手段に除電バイアスを印加する手段と、除電バイアスを印加する手段の出力電圧を帰還する手段と、除電バイアスの出力電圧の帰還値にもとづき除電バイアスの駆動パルスの値を更新制御する制御手段とを備え、制御手段は、除電バイアスの駆動パルスの値が所定の値以上となった場合に除電バイアスの駆動パルスの値を帰還値によらず固定値で制御する。
【解決手段】画像形成装置は、画像が転写される記録媒体に対する除電手段に除電バイアスを印加する手段と、除電バイアスを印加する手段の出力電圧を帰還する手段と、除電バイアスの出力電圧の帰還値にもとづき除電バイアスの駆動パルスの値を更新制御する制御手段とを備え、制御手段は、除電バイアスの駆動パルスの値が所定の値以上となった場合に除電バイアスの駆動パルスの値を帰還値によらず固定値で制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式による複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置において、記録媒体である用紙を一度、画像が形成された感光体や中間転写体に静電吸着させ、転写時の高圧印加により記録媒体（用紙）は帯電されたまま、搬送される。
【０００３】
このように帯電状態での用紙搬送は搬送経路での張り付きや下流の搬送ニップへの用紙突入姿勢が悪ければ紙詰まりを発生する要因となる。
【０００４】
また、用紙に形成された画像が定着前に搬送経路の接触や経路金属などの帯電状態で乱され異常画像となることが懸念されており、これらを防ぐために転写部から定着部にかけて用紙に帯電された電荷を除去するための除電部材（除電針）が配置され、用紙に帯電した過剰電荷を除電するものがある。
【０００５】
また、厚紙／薄紙／光沢紙などの用紙種類や片面／両面など印字条件によっても帯電される電荷量がことなるために、除電部材に高圧（バイアス）を印加することで、さらなる除電効果を狙ったものがある。
【０００６】
さらに、用紙の種類および吸湿状態や装置の設置環境に関わらず、分離不良による搬送品質の低下や画像劣化を防ぐために、転写ローラの排紙側に記録紙とは非接触となるように配置された除電針を設け、高圧電源から除電バイアスを印加するものがある。
【０００７】
しかし、通常状態での用紙の帯電を除去するための除電手段の設定条件、つまり、除電針の形状や用紙との距離などを設定した場合、薄紙やコート紙などで用紙自体が低抵抗なもの、用紙表面を伝って転写手段から除電手段に電流が流れ込んでしまうため、転写に必要な電荷が不足し、画像の白抜けになることがあり、紙種によって転写電流や除電電圧の出力を設定することで画像品質を確保しているものがある。
【０００８】
これ以外に装置の置かれた環境もしくは用紙が置かれていた環境が高温多湿だった場合には用紙自体が吸湿し用紙が低抵抗化することで転写手段から除電手段に電流が流れ込んでしまうため、転写に必要な電荷が不足し、画像の白抜けになることがある。除電手段に転写手段とは逆バイアスを印加することで、この傾向は強くなる。
【０００９】
この除電経路への流れ込みによる白抜けを防ぐため、転写ローラから除電針に流れ込む電流値を測定する手段を設け、その電流値に応じて除電バイアスの電圧値を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３６５９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、定電圧制御している高圧出力に対して除電経路の電流検出を行う手段を設けなければならず、装置の大型化もしくはコストアップを伴うことになる。
【００１１】
そこで、本発明は、上記の課題を解消するため、自装置のサイズおよびコストに影響を及ぼすことなく、除電効果により、転写抜けを防ぎ高画質な画像を得ることができる画像形成装置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】
【００１２】
請求項１記載の発明は、転写手段により画像が転写される記録媒体に蓄積された電荷を除電する除電手段に除電バイアスを印加する除電バイアス印加手段と、該除電バイアス印加手段の出力電圧を帰還する手段と、除電バイアスの出力電圧の帰還値にもとづき除電バイアスの駆動パルスの値を更新制御する除電バイアス制御手段とを備える画像形成装置において、除電バイアス制御手段は、除電バイアスの駆動パルスの値が所定の値以上となった場合に除電バイアスの駆動パルスの値を帰還値によらず固定値で制御することを特徴とする画像形成装置である。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、種々の画像形成条件下における除電バイアス設定値での通常想定負荷で目標出力となる駆動パルスの値を保持している記憶部を備え、所定の画像形成条件下における除電バイアスの出力電圧の帰還値と、記憶部で保持している駆動パルスの値との差分が閾値を越えた場合に、除電バイアス制御手段は、転写電流が流れ込んできているため負荷大になっていると判断して、記憶部で保持している駆動パルスの値に固定して制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項項１または２記載の画像形成装置において、除電バイアスの駆動パルスの値が所定の値以上となった場合に、転写手段にバイアスを印加する手段は転写バイアス設定値を通常の設定値よりも大きくする、または除電バイアス制御手段は除電バイアス設定値を通常の設定値よりも小さくすることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、転写手段に定電流制御により転写バイアスを印加する転写バイアス印加手段と、転写手段に印加される電圧を測定する手段とをさらに備え、転写バイアス印加手段が転写手段に印加する転写バイアスと除電バイアス印加手段が除電手段に印加する除電バイアスの電位差が所定の値以上となった場合に、除電バイアス印加手段が除電手段に印加する除電バイアスの電圧を下げることを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、転写手段に定電流制御により転写バイアスを印加する転写バイアス印加手段と、転写手段に印加される電圧を測定する手段とをさらに備え、転写バイアス印加手段が転写手段に印加する転写バイアスと除電バイアス印加手段が除電手段に印加する除電バイアスの電位差が所定の値以上となった場合に、転写バイアス印加手段は転写バイアスを定電圧制御に切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
自装置のサイズおよびコストに影響を及ぼすことなく、除電効果により、転写抜けを防ぎ高画質な画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本実施の形態に係る画像形成装置の一例であるモノクロプリンタの作像部の概略図である。像担持体である感光体２の周りには書き込み１１から画像データに基づいたビームを発光し、感光体を露光する。感光体２と接触された現像１により露光された部分にトナー付着し感光体に画像形成され、その画像が転写ローラ６によって用紙に転写される。転写ローラには高圧電源から定電流制御された高圧が印加される。用紙の搬送タイミングに合わせて出力開始・停止されることで感光体と転写ローラ間に用紙が存在しないタイミングでは感光体の寿命への影響を極力なくすため、高圧停止しておく必要がある。
【００１９】
用紙はカセット５に収納された状態からピックアップローラ３によって除電搬送され、レジストローラ４位置で感光体との画像位置合わせを行うために搬送待機している。感光体画像先端が用紙のレジスト位置にあうタイミングで搬送を再スタートし、転写バイアス印加しながら用紙を定着ローラ８と加圧ローラ９まで搬送する。感光体への用紙吸着を分離するための除電針７が転写ニップと定着ニップの間に配置される。すなわち除電針７は用紙搬送方向における転写ローラ６の下流側近傍に配置される。この除電針７に転写バイアスとは逆極性の高圧印加することで用紙を感光体から分離し、用紙先端が定着ニップへと突入するようにバイアス印加する。画像形成後の用紙は定着部で定着され、排紙ローラ１０を介して装置外へと搬送される。以上がプリンタ構成と基本的な画像形成手順である。
【００２０】
図２は転写ローラ、除電針に印加する高圧出力の制御ブロックを示したものである。ここでは、最も構成が簡素でコストメリットがでる直接ドライブ方式での出力制御について説明する。直接ドライブ方式とは図３に示すｐｗｍ波形のように所定の周波数(２０ｋＨｚ)のｏｎ＿ｄｕｔｙをｐｗｍ発生器２０３−１で制御し、電源側はそのパルスで高圧トランスの１次側をスイッチングすることで駆動する。ｏｎ＿ｄｕｔｙを０〜１００％に制御することで高圧出力制御を行っているものである。この高圧電源では出力を電源内では帰還しない開ループ制御とし、帰還および制御機能を搭載しないことでコストダウンを図っている。
【００２１】
具体的な構成を除電バイアス発生部２０２について説明する。高圧発生部には低圧(２４V)から昇圧するための高圧トランス２０２−１が備えられ、トランスの１次側をスイッチング素子２０２−２によりｏｎ／ｏｆｆすることで駆動する。ここではバイポーラもしくはＦＥＴによるスイッチングを示している。この高圧トランスにより昇圧された出力を電圧検出部２０２−３において高圧制御部２０３に備えられたＡ／Ｄ変換器２０３−２に入力可能な電圧レベルに変換する。
【００２２】
ここでは、図４に示す出力−帰還特性のように高圧出力範囲が１次式：変換値（＝−１／１２００）＊出力値＋４ （Ｖ）に従って変換される。
【００２３】
具体的な制御を図７の演算更新フローに示す。ｃｐｕ２０３−３は出力開始タイミング（フラグによる判定）ならば（７０１Ｙ）、演算更新の同期をとるために内部のタイマ割り込み（ここでは１０ｍｓ割り込み）が入ったところ（７０２Ｙ）で現在の出力をＡ／Ｄ変換によって取り込み（７０３）、目標出力のＡ／Ｄ値との差分を求め（７０４）、所定の演算式：＝現ｐｗｍ設定値＋（Ａ／Ｄ値差分×演算係数）に従って更新するｐｗｍ設定値を計算し（７０５）、ｐｗｍ更新駆動する。
【００２４】
このように出力が目標出力に対して小さい場合はｐｗｍｄｕｔｙのｏｎ値が大きくなる様に、逆に出力が目標出力に対して大きい場合はｐｗｍｄｕｔｙのｏｎ値が小さくなる様に演算される。また、Ａ／Ｄの差分が大きければ、ｐｗｍｄｕｔｙの増減分も大きくなり、小さければ増減分は小さく更新される。これは１０ｍｓ毎に出力が停止されるまで継続して行われる。
【００２５】
実際の画像形成装置においてはこの２出力のほかにも現像バイアス、帯電出力などがあり、カラープリンタになれば各バイアス出力が各色あると２０種類の高圧出力を備えている装置もある。
【００２６】
図２に示す転写バイアス発生部２０１のように出力検出方式として電圧検出２０１−１と電流検出２０１−２を備え、帰還値としてａ／ｄ変換へ入力しておくことで、定電圧制御／定電流制御のどちらかへ装置の設置環境や出力状態によって切替え選択することも可能となる。
【００２７】
転写バイアスは通常、定電流制御されており、紙サイズや環境（低温／高温／常温）、片面（１面）／両面（２面）によって設定電流値（５〜５０μＡ）を切替えて印字を行っている。
【００２８】
転写バイアス出力にとって、吸湿された用紙では用紙自体のインピーダンスが低くなり用紙を介して他の搬送経路に転写電流が流れ込んでしまうことで転写抜けが発生することがある。同様に表面に光沢のある用紙の場合、用紙表面を介して他の経路に転写電流が流れ込んで転写抜けが発生することがある。これらの転写抜けが発生してしまう電流経路としては感光体からの用紙分離目的に転写―定着間に配置される除電針が転写電流の流れる経路となってしまうことがある。特に除電針にバイアス印加した場合にはバイアス印加電圧が高いほど（転写出力電圧との差が大きい）流れやすくなる。このような吸湿された用紙は吸湿具合で抵抗値が異なるので、どの程度の除電印加バイアスで流れ込み電流を防げるかは一概にはいえない。
【００２９】
また、低温低湿では用紙および転写ローラを含む転写系のインピーダンスが上昇することで転写バイアスの電圧が通常８００Ｖの２〜１０倍（〜８ｋＶ）になることがありえる。転写制御を定電流制御している場合には高圧出力電圧は上昇し、画像形成時に放電現象を発生し、版画画像などの画像劣化を起こすことがある。また、除電バイアス経路を転写バイアス経路近傍に配置する必要があるため、小型化された装置や沿面などが充分に取れない装置では除電バイアスとの電位差が大きくなり、両出力間でリークが発生し、機内ノイズの発生だけではなく、転写バイアスの異常となるために画像自体にも影響を及ぼす可能性がある。これを防ぐには沿面距離の確保、絶縁材で保護が必要となるが、装置の大型化もしくはコストアップを伴うことになる。
【００３０】
上記のような構成を前提とした画像形成装置において、本発明の要旨について具体的に説明する。
【００３１】
図５に示すｐｗｍｄｕｔｙ−出力特性１のようにｐｗｍ設定値αでの負荷による出力は負荷ｍｉｎでは出力ｃとなり、ｔｙｐ（想定定格負荷）ではｂとなる。負荷ｍａｘでは出力ａとなり、定電圧制御では｜ｃ｜＞｜ｂ｜＞｜ａ｜となる。
【００３２】
除電バイアスにとっては転写電流からの流れ込みが多くなることは負荷が大きくなった場合と等価であり、その結果、ｐｗｍ演算更新により通常のｐｗｍ設定より大きなｄｕｔｙで駆動することになる。
【００３３】
このとき、除電バイアス制御フローを示す図８において、たとえば、−１５００Ｖ出力では通常負荷条件（想定負荷条件）でのｐｗｍｄｕｔｙが３０％近傍の高圧電源だったときに、印字動作での除電バイアス制御においてｐｗｍｄｕｔｙ設定値が４０％以上となる演算結果となった場合(８０２−Ｙ)に転写電流が流れ込んできているため負荷大になっていると判断して、ｐｗｍｄｕｔｙを通常負荷想定時に狙った出力となる３０％に固定(８０４)して出力を継続する。
【００３４】
当然、紙種や環境によって狙いの除電バイアス値が異なるので、それぞれの除電バイアス設定値での通常想定負荷で目標出力となるｐｗｍｄｕｔｙを所定の記憶部のテーブル（一例として図９に示すもの）に保持しておき、テーブルに保持しているｐｗｍｄｕｔｙの＋１０％ｕｐとなった時点でｐｗｍｄｕｔｙを固定化（通常想定負荷での保持しているｐｗｍｄｕｔｙ：ここでは３０％）して出力を継続する。
【００３５】
転写電流が流れ込んで負荷大となっているのでｐｗｍｄｕｔｙを固定化して出力継続することはバイアス(出力電圧)は低くなっていることになるが、転写バイアスと除電バイアスとの差が少なくなっていくことで、転写電流の流入を抑え、転写に必要な電流を確保でき転写抜けを防ぐことができる。なお、通常想定負荷での目標出力−１５００Ｖは高圧発生部でのハード的な調整によってあわせこんでおくことで精度を保つことができる。
【００３６】
また、除電出力中の演算ｐｗｍｄｕｔｙを通常想定負荷でのｐｗｍｄｕｔｙ(保持している値)）と比較して出力中のｄｕｔｙとテーブルに保持しているｄｕｔｙの差が所定の閾値を超えたら、転写電流が除電へ流れ込んできていると判断し、転写電流が不足しているものとして転写電流の設定値を大きくすることで転写電流不足を補うことも可能となる。
【００３７】
逆に転写−除電間の電位差が大きいために転写流入が起きているものとして、除電バイアスを小さくすることで、転写電流の流入を小さいものにすることも可能となる。
【００３８】
さらに、このような転写からの流れ込みによる負荷変動を除電バイアスの出力によって補正するのであれば、除電出力をｆｂによる演算制御ではなく、目標値となる除電バイアスごとに固定のｐｗｍｄｕｔｙで駆動することで、出力帰還経路が不要となり、ａ／ｄ変換器などの不足時にも余計なコストｕｐを伴うことなく実現できる。
【００３９】
転写バイアスから見た場合には除電針経路への流入があるとインピーダンスが極端に低くなり、演算更新のｐｗｍｄｕｔｙが小さくなってゆく。また、トランスの特性によってｐｗｍｄｕｔｙが小さい場合には出力できない領域や急激に出力が変化する領域(図６の０〜ｄ領域)があり、制御しきれない場合がある(ｄｕｔｙとしては０〜２％程度)。
【００４０】
そのような領域を使用しないようにｐｗｍｄｕｔｙのｍｉｎ設定値を２％としている。定電流制御されている転写出力は負荷が小さく（抵抗が小さい）なっていくと、更新ｐｗｍｄｕｔｙが小さくなってゆくことになる。このｄｕｔｙ下限値を２％としているため、除電への流れ込みが発生している場合には、このｐｗｍｄｕｔｙがｍｉｎで駆動されてしまう。このように転写バイアス制御のｐｗｍｄｕｔｙがｍｉｎで駆動されている場合に除電バイアスが印加されていることによって流れ込みの経路が形成され、転写のインピーダンスを下げていると判断し、除電バイアスを停止することで流れ込みを防止する。
【００４１】
なお、転写バイアスの出力設定ごとに最小駆動パルス幅を保持することで、転写電流の流れ込みがあるか否かを判断する転写駆動条件は転写設定値ごとに備えることになり、転写条件ごとに除電性能を確保しつつ除電への流れ込みによる転写抜けを防ぎ高画質な画像を得ることができる。
【００４２】
さらに除電バイアス出力を停止しても経路としてアースへの経路が残されるため、この経路を物理的に遮断する手段を備えることで転写電流の流れ込み経路を断つことが可能となる。
【００４３】
逆に低温化で用紙や転写ローラインピーダンスの上昇などにより、定電流制御されている転写出力は高電位（５〜８ｋＶ）となり、除電バイアスとの電位差は１０ｋＶ程度になる可能性がある。
【００４４】
このとき、転写と除電出力間の沿面が８ｋVまでの場合に除電バイアス−３０００V印加条件（低温／２面）では転写バイアスが５kＶを超えるとリークする恐れがでてくる。このように転写出力の電圧をモニタし転写バイアスが５kＶを超えたことを検出したら、除電バイアスの設定値を−５００Ｖとすることで両出力間の電位差を抑える。
【００４５】
また、このとき特別に転写出力の電圧ｆｂ手段を設けなくても電流ｆｂと制御ｐｗｍｄｕｔｙからインピーダンスが上昇していることによって転写バイアスが上昇しているか（具体的にはある閾値以上のｐｗｍｄｕｔｙかつ電流帰還値が所定電流以下となっている場合）否かを判断し、転写バイアスが上昇していてリークの危険ありと判断した場合には同様に除電バイアス設定値を−５００Ｖに設定する。定電流制御された転写出力の電圧値算出を転写駆動条件と電流帰還値から予測するので、転写出力に出力電圧検出手段を設けることなく除電バイアスの電圧を下げて転写出力との電位差を少なくすることで出力間でのリークを防止し、装置の誤動作を防ぐとともにリークによる画像劣化を防ぐ装置が安価な制御システムを提供できる。
【００４６】
また、両出力間の電位差が７ｋＶを越えているような場合には除電バイアスを停止する。
【００４７】
また、上記のような検出手段および判断手段によって除電バイアスの制御を変更せずに転写出力を定電圧制御とすることで、除電バイアスとの電位差を転写側のバイアス制御によって確保し、用紙搬送品質の向上を図れる。転写出力と除電出力の電位差が所定の値以上となったときに転写出力制御を定電圧制御とし、両出力間の電位差を所定の値以下となるように転写出力電圧を制御することで出力間でのリークを防止し、装置の誤動作を防ぐとともにリークによる画像劣化を防ぐことができる。
【００４８】
また、転写バイアスを出力中に定電圧制御に移行する画像形成装置とすれば、転写出力中に定電流制御から、所定の電位差以上を検出した場合に直ちに定電圧制御へと移行するので印字動作途中での急激な負荷変動時にも転写出力電圧を制御することで出力間でのリークを防止し、装置の誤動作を防ぐとともにリークによる画像劣化を防ぐことができる。
【００４９】
なお、上述する各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一例であるモノクロプリンタの作像部の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る転写ローラ、除電針に印加する高圧出力の制御ブロックを示した図である。
【図３】ｐｗｍ波形を示す図である。
【図４】出力−帰還特性を示す図である。
【図５】ｐｗｍｄｕｔｙ−出力特性１を示す図である。
【図６】ｐｗｍｄｕｔｙ−出力特性２を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る演算更新フローを示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態に係る除電バイアス制御フローを示すフローチャートである。
【図９】目標出力となるｐｗｍｄｕｔｙを格納したテーブルの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
２０１ 転写バイアス発生部
２０１−１ 電圧検出
２０１−２ 電流検出
２０２ 除電バイアス発生部
２０２−１ 高圧トランス
２０２−２ スイッチング素子
２０２−３ 電圧検出部
２０３ 高圧制御部
２０３−１ ｐｗｍ発生器
２０３−２ Ａ／Ｄ変換器
２０３−３ ｃｐｕ
２０４ 環境センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式による複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置において、記録媒体である用紙を一度、画像が形成された感光体や中間転写体に静電吸着させ、転写時の高圧印加により記録媒体（用紙）は帯電されたまま、搬送される。
【０００３】
このように帯電状態での用紙搬送は搬送経路での張り付きや下流の搬送ニップへの用紙突入姿勢が悪ければ紙詰まりを発生する要因となる。
【０００４】
また、用紙に形成された画像が定着前に搬送経路の接触や経路金属などの帯電状態で乱され異常画像となることが懸念されており、これらを防ぐために転写部から定着部にかけて用紙に帯電された電荷を除去するための除電部材（除電針）が配置され、用紙に帯電した過剰電荷を除電するものがある。
【０００５】
また、厚紙／薄紙／光沢紙などの用紙種類や片面／両面など印字条件によっても帯電される電荷量がことなるために、除電部材に高圧（バイアス）を印加することで、さらなる除電効果を狙ったものがある。
【０００６】
さらに、用紙の種類および吸湿状態や装置の設置環境に関わらず、分離不良による搬送品質の低下や画像劣化を防ぐために、転写ローラの排紙側に記録紙とは非接触となるように配置された除電針を設け、高圧電源から除電バイアスを印加するものがある。
【０００７】
しかし、通常状態での用紙の帯電を除去するための除電手段の設定条件、つまり、除電針の形状や用紙との距離などを設定した場合、薄紙やコート紙などで用紙自体が低抵抗なもの、用紙表面を伝って転写手段から除電手段に電流が流れ込んでしまうため、転写に必要な電荷が不足し、画像の白抜けになることがあり、紙種によって転写電流や除電電圧の出力を設定することで画像品質を確保しているものがある。
【０００８】
これ以外に装置の置かれた環境もしくは用紙が置かれていた環境が高温多湿だった場合には用紙自体が吸湿し用紙が低抵抗化することで転写手段から除電手段に電流が流れ込んでしまうため、転写に必要な電荷が不足し、画像の白抜けになることがある。除電手段に転写手段とは逆バイアスを印加することで、この傾向は強くなる。
【０００９】
この除電経路への流れ込みによる白抜けを防ぐため、転写ローラから除電針に流れ込む電流値を測定する手段を設け、その電流値に応じて除電バイアスの電圧値を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３６５９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、定電圧制御している高圧出力に対して除電経路の電流検出を行う手段を設けなければならず、装置の大型化もしくはコストアップを伴うことになる。
【００１１】
そこで、本発明は、上記の課題を解消するため、自装置のサイズおよびコストに影響を及ぼすことなく、除電効果により、転写抜けを防ぎ高画質な画像を得ることができる画像形成装置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】
【００１２】
請求項１記載の発明は、転写手段により画像が転写される記録媒体に蓄積された電荷を除電する除電手段に除電バイアスを印加する除電バイアス印加手段と、該除電バイアス印加手段の出力電圧を帰還する手段と、除電バイアスの出力電圧の帰還値にもとづき除電バイアスの駆動パルスの値を更新制御する除電バイアス制御手段とを備える画像形成装置において、除電バイアス制御手段は、除電バイアスの駆動パルスの値が所定の値以上となった場合に除電バイアスの駆動パルスの値を帰還値によらず固定値で制御することを特徴とする画像形成装置である。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、種々の画像形成条件下における除電バイアス設定値での通常想定負荷で目標出力となる駆動パルスの値を保持している記憶部を備え、所定の画像形成条件下における除電バイアスの出力電圧の帰還値と、記憶部で保持している駆動パルスの値との差分が閾値を越えた場合に、除電バイアス制御手段は、転写電流が流れ込んできているため負荷大になっていると判断して、記憶部で保持している駆動パルスの値に固定して制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項項１または２記載の画像形成装置において、除電バイアスの駆動パルスの値が所定の値以上となった場合に、転写手段にバイアスを印加する手段は転写バイアス設定値を通常の設定値よりも大きくする、または除電バイアス制御手段は除電バイアス設定値を通常の設定値よりも小さくすることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、転写手段に定電流制御により転写バイアスを印加する転写バイアス印加手段と、転写手段に印加される電圧を測定する手段とをさらに備え、転写バイアス印加手段が転写手段に印加する転写バイアスと除電バイアス印加手段が除電手段に印加する除電バイアスの電位差が所定の値以上となった場合に、除電バイアス印加手段が除電手段に印加する除電バイアスの電圧を下げることを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、転写手段に定電流制御により転写バイアスを印加する転写バイアス印加手段と、転写手段に印加される電圧を測定する手段とをさらに備え、転写バイアス印加手段が転写手段に印加する転写バイアスと除電バイアス印加手段が除電手段に印加する除電バイアスの電位差が所定の値以上となった場合に、転写バイアス印加手段は転写バイアスを定電圧制御に切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
自装置のサイズおよびコストに影響を及ぼすことなく、除電効果により、転写抜けを防ぎ高画質な画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本実施の形態に係る画像形成装置の一例であるモノクロプリンタの作像部の概略図である。像担持体である感光体２の周りには書き込み１１から画像データに基づいたビームを発光し、感光体を露光する。感光体２と接触された現像１により露光された部分にトナー付着し感光体に画像形成され、その画像が転写ローラ６によって用紙に転写される。転写ローラには高圧電源から定電流制御された高圧が印加される。用紙の搬送タイミングに合わせて出力開始・停止されることで感光体と転写ローラ間に用紙が存在しないタイミングでは感光体の寿命への影響を極力なくすため、高圧停止しておく必要がある。
【００１９】
用紙はカセット５に収納された状態からピックアップローラ３によって除電搬送され、レジストローラ４位置で感光体との画像位置合わせを行うために搬送待機している。感光体画像先端が用紙のレジスト位置にあうタイミングで搬送を再スタートし、転写バイアス印加しながら用紙を定着ローラ８と加圧ローラ９まで搬送する。感光体への用紙吸着を分離するための除電針７が転写ニップと定着ニップの間に配置される。すなわち除電針７は用紙搬送方向における転写ローラ６の下流側近傍に配置される。この除電針７に転写バイアスとは逆極性の高圧印加することで用紙を感光体から分離し、用紙先端が定着ニップへと突入するようにバイアス印加する。画像形成後の用紙は定着部で定着され、排紙ローラ１０を介して装置外へと搬送される。以上がプリンタ構成と基本的な画像形成手順である。
【００２０】
図２は転写ローラ、除電針に印加する高圧出力の制御ブロックを示したものである。ここでは、最も構成が簡素でコストメリットがでる直接ドライブ方式での出力制御について説明する。直接ドライブ方式とは図３に示すｐｗｍ波形のように所定の周波数(２０ｋＨｚ)のｏｎ＿ｄｕｔｙをｐｗｍ発生器２０３−１で制御し、電源側はそのパルスで高圧トランスの１次側をスイッチングすることで駆動する。ｏｎ＿ｄｕｔｙを０〜１００％に制御することで高圧出力制御を行っているものである。この高圧電源では出力を電源内では帰還しない開ループ制御とし、帰還および制御機能を搭載しないことでコストダウンを図っている。
【００２１】
具体的な構成を除電バイアス発生部２０２について説明する。高圧発生部には低圧(２４V)から昇圧するための高圧トランス２０２−１が備えられ、トランスの１次側をスイッチング素子２０２−２によりｏｎ／ｏｆｆすることで駆動する。ここではバイポーラもしくはＦＥＴによるスイッチングを示している。この高圧トランスにより昇圧された出力を電圧検出部２０２−３において高圧制御部２０３に備えられたＡ／Ｄ変換器２０３−２に入力可能な電圧レベルに変換する。
【００２２】
ここでは、図４に示す出力−帰還特性のように高圧出力範囲が１次式：変換値（＝−１／１２００）＊出力値＋４ （Ｖ）に従って変換される。
【００２３】
具体的な制御を図７の演算更新フローに示す。ｃｐｕ２０３−３は出力開始タイミング（フラグによる判定）ならば（７０１Ｙ）、演算更新の同期をとるために内部のタイマ割り込み（ここでは１０ｍｓ割り込み）が入ったところ（７０２Ｙ）で現在の出力をＡ／Ｄ変換によって取り込み（７０３）、目標出力のＡ／Ｄ値との差分を求め（７０４）、所定の演算式：＝現ｐｗｍ設定値＋（Ａ／Ｄ値差分×演算係数）に従って更新するｐｗｍ設定値を計算し（７０５）、ｐｗｍ更新駆動する。
【００２４】
このように出力が目標出力に対して小さい場合はｐｗｍｄｕｔｙのｏｎ値が大きくなる様に、逆に出力が目標出力に対して大きい場合はｐｗｍｄｕｔｙのｏｎ値が小さくなる様に演算される。また、Ａ／Ｄの差分が大きければ、ｐｗｍｄｕｔｙの増減分も大きくなり、小さければ増減分は小さく更新される。これは１０ｍｓ毎に出力が停止されるまで継続して行われる。
【００２５】
実際の画像形成装置においてはこの２出力のほかにも現像バイアス、帯電出力などがあり、カラープリンタになれば各バイアス出力が各色あると２０種類の高圧出力を備えている装置もある。
【００２６】
図２に示す転写バイアス発生部２０１のように出力検出方式として電圧検出２０１−１と電流検出２０１−２を備え、帰還値としてａ／ｄ変換へ入力しておくことで、定電圧制御／定電流制御のどちらかへ装置の設置環境や出力状態によって切替え選択することも可能となる。
【００２７】
転写バイアスは通常、定電流制御されており、紙サイズや環境（低温／高温／常温）、片面（１面）／両面（２面）によって設定電流値（５〜５０μＡ）を切替えて印字を行っている。
【００２８】
転写バイアス出力にとって、吸湿された用紙では用紙自体のインピーダンスが低くなり用紙を介して他の搬送経路に転写電流が流れ込んでしまうことで転写抜けが発生することがある。同様に表面に光沢のある用紙の場合、用紙表面を介して他の経路に転写電流が流れ込んで転写抜けが発生することがある。これらの転写抜けが発生してしまう電流経路としては感光体からの用紙分離目的に転写―定着間に配置される除電針が転写電流の流れる経路となってしまうことがある。特に除電針にバイアス印加した場合にはバイアス印加電圧が高いほど（転写出力電圧との差が大きい）流れやすくなる。このような吸湿された用紙は吸湿具合で抵抗値が異なるので、どの程度の除電印加バイアスで流れ込み電流を防げるかは一概にはいえない。
【００２９】
また、低温低湿では用紙および転写ローラを含む転写系のインピーダンスが上昇することで転写バイアスの電圧が通常８００Ｖの２〜１０倍（〜８ｋＶ）になることがありえる。転写制御を定電流制御している場合には高圧出力電圧は上昇し、画像形成時に放電現象を発生し、版画画像などの画像劣化を起こすことがある。また、除電バイアス経路を転写バイアス経路近傍に配置する必要があるため、小型化された装置や沿面などが充分に取れない装置では除電バイアスとの電位差が大きくなり、両出力間でリークが発生し、機内ノイズの発生だけではなく、転写バイアスの異常となるために画像自体にも影響を及ぼす可能性がある。これを防ぐには沿面距離の確保、絶縁材で保護が必要となるが、装置の大型化もしくはコストアップを伴うことになる。
【００３０】
上記のような構成を前提とした画像形成装置において、本発明の要旨について具体的に説明する。
【００３１】
図５に示すｐｗｍｄｕｔｙ−出力特性１のようにｐｗｍ設定値αでの負荷による出力は負荷ｍｉｎでは出力ｃとなり、ｔｙｐ（想定定格負荷）ではｂとなる。負荷ｍａｘでは出力ａとなり、定電圧制御では｜ｃ｜＞｜ｂ｜＞｜ａ｜となる。
【００３２】
除電バイアスにとっては転写電流からの流れ込みが多くなることは負荷が大きくなった場合と等価であり、その結果、ｐｗｍ演算更新により通常のｐｗｍ設定より大きなｄｕｔｙで駆動することになる。
【００３３】
このとき、除電バイアス制御フローを示す図８において、たとえば、−１５００Ｖ出力では通常負荷条件（想定負荷条件）でのｐｗｍｄｕｔｙが３０％近傍の高圧電源だったときに、印字動作での除電バイアス制御においてｐｗｍｄｕｔｙ設定値が４０％以上となる演算結果となった場合(８０２−Ｙ)に転写電流が流れ込んできているため負荷大になっていると判断して、ｐｗｍｄｕｔｙを通常負荷想定時に狙った出力となる３０％に固定(８０４)して出力を継続する。
【００３４】
当然、紙種や環境によって狙いの除電バイアス値が異なるので、それぞれの除電バイアス設定値での通常想定負荷で目標出力となるｐｗｍｄｕｔｙを所定の記憶部のテーブル（一例として図９に示すもの）に保持しておき、テーブルに保持しているｐｗｍｄｕｔｙの＋１０％ｕｐとなった時点でｐｗｍｄｕｔｙを固定化（通常想定負荷での保持しているｐｗｍｄｕｔｙ：ここでは３０％）して出力を継続する。
【００３５】
転写電流が流れ込んで負荷大となっているのでｐｗｍｄｕｔｙを固定化して出力継続することはバイアス(出力電圧)は低くなっていることになるが、転写バイアスと除電バイアスとの差が少なくなっていくことで、転写電流の流入を抑え、転写に必要な電流を確保でき転写抜けを防ぐことができる。なお、通常想定負荷での目標出力−１５００Ｖは高圧発生部でのハード的な調整によってあわせこんでおくことで精度を保つことができる。
【００３６】
また、除電出力中の演算ｐｗｍｄｕｔｙを通常想定負荷でのｐｗｍｄｕｔｙ(保持している値)）と比較して出力中のｄｕｔｙとテーブルに保持しているｄｕｔｙの差が所定の閾値を超えたら、転写電流が除電へ流れ込んできていると判断し、転写電流が不足しているものとして転写電流の設定値を大きくすることで転写電流不足を補うことも可能となる。
【００３７】
逆に転写−除電間の電位差が大きいために転写流入が起きているものとして、除電バイアスを小さくすることで、転写電流の流入を小さいものにすることも可能となる。
【００３８】
さらに、このような転写からの流れ込みによる負荷変動を除電バイアスの出力によって補正するのであれば、除電出力をｆｂによる演算制御ではなく、目標値となる除電バイアスごとに固定のｐｗｍｄｕｔｙで駆動することで、出力帰還経路が不要となり、ａ／ｄ変換器などの不足時にも余計なコストｕｐを伴うことなく実現できる。
【００３９】
転写バイアスから見た場合には除電針経路への流入があるとインピーダンスが極端に低くなり、演算更新のｐｗｍｄｕｔｙが小さくなってゆく。また、トランスの特性によってｐｗｍｄｕｔｙが小さい場合には出力できない領域や急激に出力が変化する領域(図６の０〜ｄ領域)があり、制御しきれない場合がある(ｄｕｔｙとしては０〜２％程度)。
【００４０】
そのような領域を使用しないようにｐｗｍｄｕｔｙのｍｉｎ設定値を２％としている。定電流制御されている転写出力は負荷が小さく（抵抗が小さい）なっていくと、更新ｐｗｍｄｕｔｙが小さくなってゆくことになる。このｄｕｔｙ下限値を２％としているため、除電への流れ込みが発生している場合には、このｐｗｍｄｕｔｙがｍｉｎで駆動されてしまう。このように転写バイアス制御のｐｗｍｄｕｔｙがｍｉｎで駆動されている場合に除電バイアスが印加されていることによって流れ込みの経路が形成され、転写のインピーダンスを下げていると判断し、除電バイアスを停止することで流れ込みを防止する。
【００４１】
なお、転写バイアスの出力設定ごとに最小駆動パルス幅を保持することで、転写電流の流れ込みがあるか否かを判断する転写駆動条件は転写設定値ごとに備えることになり、転写条件ごとに除電性能を確保しつつ除電への流れ込みによる転写抜けを防ぎ高画質な画像を得ることができる。
【００４２】
さらに除電バイアス出力を停止しても経路としてアースへの経路が残されるため、この経路を物理的に遮断する手段を備えることで転写電流の流れ込み経路を断つことが可能となる。
【００４３】
逆に低温化で用紙や転写ローラインピーダンスの上昇などにより、定電流制御されている転写出力は高電位（５〜８ｋＶ）となり、除電バイアスとの電位差は１０ｋＶ程度になる可能性がある。
【００４４】
このとき、転写と除電出力間の沿面が８ｋVまでの場合に除電バイアス−３０００V印加条件（低温／２面）では転写バイアスが５kＶを超えるとリークする恐れがでてくる。このように転写出力の電圧をモニタし転写バイアスが５kＶを超えたことを検出したら、除電バイアスの設定値を−５００Ｖとすることで両出力間の電位差を抑える。
【００４５】
また、このとき特別に転写出力の電圧ｆｂ手段を設けなくても電流ｆｂと制御ｐｗｍｄｕｔｙからインピーダンスが上昇していることによって転写バイアスが上昇しているか（具体的にはある閾値以上のｐｗｍｄｕｔｙかつ電流帰還値が所定電流以下となっている場合）否かを判断し、転写バイアスが上昇していてリークの危険ありと判断した場合には同様に除電バイアス設定値を−５００Ｖに設定する。定電流制御された転写出力の電圧値算出を転写駆動条件と電流帰還値から予測するので、転写出力に出力電圧検出手段を設けることなく除電バイアスの電圧を下げて転写出力との電位差を少なくすることで出力間でのリークを防止し、装置の誤動作を防ぐとともにリークによる画像劣化を防ぐ装置が安価な制御システムを提供できる。
【００４６】
また、両出力間の電位差が７ｋＶを越えているような場合には除電バイアスを停止する。
【００４７】
また、上記のような検出手段および判断手段によって除電バイアスの制御を変更せずに転写出力を定電圧制御とすることで、除電バイアスとの電位差を転写側のバイアス制御によって確保し、用紙搬送品質の向上を図れる。転写出力と除電出力の電位差が所定の値以上となったときに転写出力制御を定電圧制御とし、両出力間の電位差を所定の値以下となるように転写出力電圧を制御することで出力間でのリークを防止し、装置の誤動作を防ぐとともにリークによる画像劣化を防ぐことができる。
【００４８】
また、転写バイアスを出力中に定電圧制御に移行する画像形成装置とすれば、転写出力中に定電流制御から、所定の電位差以上を検出した場合に直ちに定電圧制御へと移行するので印字動作途中での急激な負荷変動時にも転写出力電圧を制御することで出力間でのリークを防止し、装置の誤動作を防ぐとともにリークによる画像劣化を防ぐことができる。
【００４９】
なお、上述する各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一例であるモノクロプリンタの作像部の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る転写ローラ、除電針に印加する高圧出力の制御ブロックを示した図である。
【図３】ｐｗｍ波形を示す図である。
【図４】出力−帰還特性を示す図である。
【図５】ｐｗｍｄｕｔｙ−出力特性１を示す図である。
【図６】ｐｗｍｄｕｔｙ−出力特性２を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る演算更新フローを示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態に係る除電バイアス制御フローを示すフローチャートである。
【図９】目標出力となるｐｗｍｄｕｔｙを格納したテーブルの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
２０１ 転写バイアス発生部
２０１−１ 電圧検出
２０１−２ 電流検出
２０２ 除電バイアス発生部
２０２−１ 高圧トランス
２０２−２ スイッチング素子
２０２−３ 電圧検出部
２０３ 高圧制御部
２０３−１ ｐｗｍ発生器
２０３−２ Ａ／Ｄ変換器
２０３−３ ｃｐｕ
２０４ 環境センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写手段により画像が転写される記録媒体に蓄積された電荷を除電する除電手段に除電バイアスを印加する除電バイアス印加手段と、
該除電バイアス印加手段の出力電圧を帰還する手段と、
前記除電バイアスの出力電圧の帰還値にもとづき除電バイアスの駆動パルスの値を更新制御する除電バイアス制御手段とを備える画像形成装置において、
前記除電バイアス制御手段は、除電バイアスの駆動パルスの値が所定の値以上となった場合に除電バイアスの駆動パルスの値を前記帰還値によらず固定値で制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
種々の画像形成条件下における除電バイアス設定値での通常想定負荷で目標出力となる駆動パルスの値を保持している記憶部を備え、
所定の画像形成条件下における前記除電バイアスの出力電圧の帰還値と、前記記憶部で保持している前記駆動パルスの値との差分が閾値を越えた場合に、前記除電バイアス制御手段は、転写電流が流れ込んできているため負荷大になっていると判断して、前記記憶部で保持している前記駆動パルスの値に固定して制御す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】
前記除電バイアスの駆動パルスの値が所定の値以上となった場合に、
前記転写手段にバイアスを印加する手段は転写バイアス設定値を通常の設定値よりも大きくする、または前記除電バイアス制御手段は除電バイアス設定値を通常の設定値よりも小さくすることを特徴とする請求項項１または２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記転写手段に定電流制御により転写バイアスを印加する転写バイアス印加手段と、前記転写手段に印加される電圧を測定する手段とをさらに備え、
前記転写バイアス印加手段が前記転写手段に印加する転写バイアスと前記除電バイアス印加手段が前記除電手段に印加する除電バイアスの電位差が所定の値以上となった場合に、前記除電バイアス印加手段が除電手段に印加する除電バイアスの電圧を下げることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記転写手段に定電流制御により転写バイアスを印加する転写バイアス印加手段と、前記転写手段に印加される電圧を測定する手段とをさらに備え、
前記転写バイアス印加手段が前記転写手段に印加する転写バイアスと前記除電バイアス印加手段が前記除電手段に印加する除電バイアスの電位差が所定の値以上となった場合に、前記転写バイアス印加手段は前記転写バイアスを定電圧制御に切り替えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１】
転写手段により画像が転写される記録媒体に蓄積された電荷を除電する除電手段に除電バイアスを印加する除電バイアス印加手段と、
該除電バイアス印加手段の出力電圧を帰還する手段と、
前記除電バイアスの出力電圧の帰還値にもとづき除電バイアスの駆動パルスの値を更新制御する除電バイアス制御手段とを備える画像形成装置において、
前記除電バイアス制御手段は、除電バイアスの駆動パルスの値が所定の値以上となった場合に除電バイアスの駆動パルスの値を前記帰還値によらず固定値で制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
種々の画像形成条件下における除電バイアス設定値での通常想定負荷で目標出力となる駆動パルスの値を保持している記憶部を備え、
所定の画像形成条件下における前記除電バイアスの出力電圧の帰還値と、前記記憶部で保持している前記駆動パルスの値との差分が閾値を越えた場合に、前記除電バイアス制御手段は、転写電流が流れ込んできているため負荷大になっていると判断して、前記記憶部で保持している前記駆動パルスの値に固定して制御す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】
前記除電バイアスの駆動パルスの値が所定の値以上となった場合に、
前記転写手段にバイアスを印加する手段は転写バイアス設定値を通常の設定値よりも大きくする、または前記除電バイアス制御手段は除電バイアス設定値を通常の設定値よりも小さくすることを特徴とする請求項項１または２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記転写手段に定電流制御により転写バイアスを印加する転写バイアス印加手段と、前記転写手段に印加される電圧を測定する手段とをさらに備え、
前記転写バイアス印加手段が前記転写手段に印加する転写バイアスと前記除電バイアス印加手段が前記除電手段に印加する除電バイアスの電位差が所定の値以上となった場合に、前記除電バイアス印加手段が除電手段に印加する除電バイアスの電圧を下げることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記転写手段に定電流制御により転写バイアスを印加する転写バイアス印加手段と、前記転写手段に印加される電圧を測定する手段とをさらに備え、
前記転写バイアス印加手段が前記転写手段に印加する転写バイアスと前記除電バイアス印加手段が前記除電手段に印加する除電バイアスの電位差が所定の値以上となった場合に、前記転写バイアス印加手段は前記転写バイアスを定電圧制御に切り替えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１８０９０１（Ｐ２００９−１８０９０１Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９２６６（Ｐ２００８−１９２６６）
【出願日】平成２０年１月３０日（２００８．１．３０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３０日（２００８．１．３０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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