画像形成装置
【課題】画像濃度の制御の可変幅を拡大させて、適切に画像濃度を制御する。
【解決手段】静電潜像を担持する像担持体と、像担持体上の静電潜像をトナーによって現像する現像手段と、交流電圧出力部と、交流電圧出力部によって出力された交流電圧を整流するための整流及び平滑する整流平滑部と、整流平滑部によって整流された電圧から直流電圧を出力する直流電圧生成部とを有し、交流電圧出力部から出力された交流電圧に直流電圧生成部から出力された直流電圧を重畳した電圧を現像手段に対して出力する現像電源部３４と、現像電源部３４から現像手段に印加する電圧を制御することにより、像担持体上に現像されるトナー画像の濃度を制御するＣＰＵ４０１と、整流平滑部と接地電位との間に定電圧素子とを備える。
【解決手段】静電潜像を担持する像担持体と、像担持体上の静電潜像をトナーによって現像する現像手段と、交流電圧出力部と、交流電圧出力部によって出力された交流電圧を整流するための整流及び平滑する整流平滑部と、整流平滑部によって整流された電圧から直流電圧を出力する直流電圧生成部とを有し、交流電圧出力部から出力された交流電圧に直流電圧生成部から出力された直流電圧を重畳した電圧を現像手段に対して出力する現像電源部３４と、現像電源部３４から現像手段に印加する電圧を制御することにより、像担持体上に現像されるトナー画像の濃度を制御するＣＰＵ４０１と、整流平滑部と接地電位との間に定電圧素子とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子写真プロセス等を用いた複写機・ファクシミリ・プリンタ等の画像形成装置に関し、特に、像担持体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の画像形成装置としては、帯電ローラ等の帯電部によってその表面を一様に帯電した像担持体をレーザ露光して静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置から供給されるトナーによって現像する。そして、現像によって得られたトナー像を転写手段で記録媒体上に転写し、記録媒体上に転写したトナー像を定着器により、定着させることによって画像形成を行うものが知られている。
【０００３】
図５は、画像形成装置の一例としてのレーザビームプリンタの概略構成を示した図である。
【０００４】
図５において、１は像担持体である感光ドラムを表し、１１は感光ドラムの導体部、１２は感光層である。なお、導体部１１はグラウンドに接地されている。
【０００５】
２は帯電ローラを表し、２１は帯電ローラの導体軸、２２は弾性のある抵抗体である。ここで、感光層１２と抵抗体２２は接触しており、印字動作中は、感光ドラム１、及び帯電ローラ２は、不図示の駆動部により、矢印方向に回転動作を行っている。
【０００６】
２３は帯電電源部を表し、印字動作中は交流電圧と直流電圧を重畳した電圧を帯電ローラ２の導体軸２１に印加する。このとき、感光層１２と抵抗体２２の接触部近傍では、放電が発生して感光層１２の表面が帯電される。なお、帯電された感光層１２の表面電位は、帯電電源部２３により印加される直流電圧とほぼ等しい電位となる。また、帯電電源部２３で交流電圧を重畳するのは、放電を促進して感光層１２の表面電位を均一化するためである。
【０００７】
９はレーザ走査光を表している。不図示のレーザ及びレーザを駆動するドライバ回路により画像信号に応じて射出されたレーザ走査光９は、帯電された感光層１２の表面に照射される。感光層１２の表面は、レーザ走査光９が照射されると、生成された光電子により等価的に抵抗率が下がるため、帯電電源部２３により帯電された表面電荷が減衰する。その結果、レーザ走査光９が照射された部分の電位の絶対値が減少し、感光層１２の表面には画像信号に応じた静電潜像が形成される。
【０００８】
３は現像ローラであり、３１は中空の導体部、３２は導体部３１の内部に埋め込まれたマグネットである。導体部３１の表面には、弾性のある現像ブレード３３が接している。現像ローラ３と現像ブレード３３の間には、不図示の攪拌棒の回転によって攪拌され、負電位に帯電されたトナー１００が蓄積されている。なお、図示されていないが、現像ローラ３とトナー１００の収容器は消耗部材であり、それらを含むプロセスカートリッジは、プリンタ本体に着脱可能となっており、トナー１００が無くなるとユーザによって交換可能である。
【０００９】
トナー１００自体は磁性体であり、導体部３１の表面とマグネット３２で生じる電気鏡像効果による静電気力により、現像ローラ３の表面に引き付けられる。導体部３１表面に付着したトナー１００の多くは、現像ブレード３３により剥ぎ取られ、表面近傍のトナー１００のみが、導体部３１と感光層１２との隙間部に運ばれる。なお、感光層１２と導体部３１の間には、微小な隙間が設けてある。
【００１０】
３４は現像電源部を表し、印字動作中は交流電圧と直流電圧が重畳された電圧を現像ローラ３の導体部３１に印加する。この現像電源部３４の電圧印加により、感光層１２と導体部３１の隙間部には電界が生じて、導体部３１の表面に付着したトナー１００が導体部３１から飛翔する。ここで、感光層１２の表面においてレーザ走査光９が照射されていない部分は負電位に帯電されており、その表面電位ＶＤは現像電源部３４の直流電圧Ｖｄｃより低くなるように設定されている。このため、トナー１００に対し、直流的には導体部３１に押し戻す方向に力が作用することとなり、飛翔したトナー１００は現像ローラ３に戻されることになる。
【００１１】
一方、感光層１２の表面において、レーザ走査光９が照射された部分は、表面の負電荷が減衰しているため、その部分の電位ＶＬは現像電源部３４の直流電圧Ｖｄｃより高くなる。このため、トナー１００に対し、直流的には感光層１２に引き付ける力が作用することとなり、飛翔したトナー１００は感光層１２に付着することになる。その結果、感光層１２の表面には、レーザ走査光９により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。このように、現像電源部３４の直流電圧Ｖｄｃを可変し、飛翔するトナー量を増加ないしは減少させることにより、画像濃度を制御することが可能となる。
【００１２】
４は転写ローラを表し、４１は導体軸、４２は弾性のある抵抗体である。感光層１２の表面上に形成されたトナー像は、転写ローラ４の方向に引き付けられる。また、抵抗体４２の表面は感光層１２と接していて、記録紙は抵抗体４２と感光層１２との間を搬送される。
【００１３】
続いて、図６は、図５の現像電源部３４の内部構成を示した回路図である。
【００１４】
図６において、４０１は、パルス信号の出力及び停止を制御することによりプリンタ全体の動作を制御するＣＰＵである。４０２は、ＣＰＵ４０１から出力されたパルス信号を一定の増幅率で増幅を行う増幅部である。
【００１５】
４０３は、増幅部４０２からの出力の直流成分をカットするためのカップリングコンデンサである。４０４は、カップリングコンデンサ４０３を介して入力された電圧を昇圧するための昇圧部であり、昇圧部４０４からは昇圧された交流電圧が出力される。４０５は整流ダイオード、４０６、４０９はコンデンサ、４０７、４０８は抵抗器である。
【００１６】
昇圧部４０４より出力された交流電圧は、整流ダイオード４０５、平滑コンデンサ４０６により整流・平滑化される。平滑コンデンサ４０６の両端には抵抗器４０７、４０８が接続されており、共にグラウンドに接地されている。
【００１７】
平滑コンデンサ４０６には、昇圧部４０４より出力された交流電圧を整流した電圧がチャージされる。この整流電圧は、抵抗器４０７、４０８によって分圧される。この結果、現像電源部３４の出力端には、昇圧部４０４から出力された交流電圧に、抵抗器４０７に生じた直流電圧Ｖｄｃが重畳された電圧（以下、「現像バイアス」という）が出力されることになる。そして、ＣＰＵ４０１が、その出力するパルス信号の１周期における信号の時間幅（以下、「デューティ」という）を変化させると整流電圧が変化し、それに伴って、抵抗器４０７に生じる直流電圧Ｖｄｃも変化する。このように、ＣＰＵ４０１が現像バイアスの直流電圧成分を制御することにより、画像濃度の制御が行われる。
【００１８】
例えば、特許文献１では、プロセスカートリッジの使用状況に応じて、現像電源部３４の交流電圧のデューティを可変制御することにより、画像濃度の低下を防止する手法が提案されている。
【００１９】
続いて、現像バイアスの直流電圧成分の制御を、上述したパルス信号のデューティの可変制御ではなく、交流電圧の振幅Ｖｐｐ（以下、「交流振幅Ｖｐｐ」という）の可変制御により行う例について、図７を用いて説明する。
【００２０】
図７は、上述した図６のデューティ可変制御の場合と同様の回路であるが、図６と比べて、昇圧部４０４の入力である増幅部４０２の回路が異なる。現像バイアスの交流振幅Ｖｐｐを可変するために、基準電源Ｖ２は可変電源４１９となっており、ＣＰＵ４０１によって制御される。ＣＰＵ４０１は、可変電源４１９を制御することによって昇圧部４０４の交流入力電圧の振幅を可変し、その結果、昇圧部４０４の出力、すなわち現像バイアスの交流振幅Ｖｐｐが制御される。このように、ＣＰＵ４０１により制御された交流振幅Ｖｐｐに応じて、平滑コンデンサ４０６にチャージされる電圧が変化することで、現像バイアスの直流電圧Ｖｄｃが制御され、その結果、画像濃度も制御される。
【００２１】
上述したどちらの現像バイアス制御方式においても、現像バイアスの直流電圧Ｖｄｃを可変することにより、感光体に飛翔するトナー量を増減させることができるので、画像濃度の制御を行うことができる。
【００２２】
さらに、どちらの現像バイアス制御方式においても、現像バイアスの直流電圧成分を可変制御するための高圧出力部のフィードバック制御回路、もしくは直流電圧成分を別途生成するための昇圧トランスのような高圧出力回路は不要である。その結果、高価な高耐圧トランジスタや昇圧トランス等を使用することなく、安価に回路を構成することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開２００４−０３７６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、上述した従来の現像バイアス制御方式では、画像の濃度制御が充分でないことがあり、意図した濃度可変幅が得られない可能性がある。
【００２５】
図８は、図６に示す、現像バイアス制御方式であるデューティ可変制御方式の現像電源部３４の出力波形の模式図である。図８の（ａ）、（ｂ）は、図６において、現像バイアスの交流電圧の振幅Ｖｐｐを１４００Ｖ一定にし、抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を１０ＭΩ、４ＭΩに設定し、ＣＰＵ４０１より出力されるパルス信号のデューティを２５％、４５％にした時の出力波形を示す。図８における現像バイアスの直流電圧Ｖｄｃ、及び波形上端電圧Ｖｍｉｎは、図６の抵抗器４０７、及び４０８にかかる電圧に対応する。
【００２６】
抵抗器４０７、４０８の抵抗値をＲ１、Ｒ２とし、現像バイアスの交流振幅をＶｐｐ、波形下端電圧をＶｍａｘ、波形下端電圧が出力される区間のデューティをＤとすると、Ｖｄｃ、Ｖｍｉｎ、及びＶｍａｘは、式（１）、（２）、（３）により表される。
【００２７】
例えば、交流振幅Ｖｐｐを一定とし、デューティＤを大きくした場合、式（１）より直流電圧Ｖｄｃは低くなり、前述したように、レーザ走査光９が照射された部分の感光層１２の表面のＶＬ電位との相対電位差が大きくなる。その結果、より多くの飛翔したトナーが感光体に付着し、画像濃度が濃くなることになる。しかしながら、このとき、交流振幅Ｖｐｐは一定であるが、デューティＤを大きくしたことから、式（２）、（３）より、電圧Ｖｍｉｎは増大し、電圧Ｖｍａｘはその電圧が＋（プラス）側に向かって上昇する。電圧Ｖｍａｘは、その電圧が−（マイナス）方向に大きい程、トナーを感光層１２に飛翔させ、電圧Ｖｍｉｎは、その電圧が＋（プラス）方向に大きい程、トナーを感光層１２から引き戻すように働く。このことから、直流電圧Ｖｄｃは濃度が濃くなる方向に制御されるのに対して、電圧Ｖｍａｘと電圧Ｖｍｉｎはトナーが感光層１２へ飛翔するのを抑制する方向、即ち濃度を薄くする方向へ制御されてしまう。
【００２８】
逆に、デューティＤを一定にし、交流振幅Ｖｐｐを可変して、直流電圧Ｖｄｃを制御した場合も、交流振幅Ｖｐｐを大きくすることにより、式（１）よりＶｄｃが低下し、画像濃度が濃くなることになる。ところが、交流振幅Ｖｐｐを大きくすると、式（２）、（３）より電圧Ｖｍｉｎ、及び電圧Ｖｍａｘも大きくなる。電圧Ｖｍａｘが大きくなることにより、画像濃度は濃くなるが、電圧Ｖｍｉｎも大きくなることで画像濃度を薄くする方向に制御されるため、画像濃度を濃くしようとする制御が抑制される。
【００２９】
このように、従来方式では、電圧Ｖｍｉｎ、Ｖｍａｘが画像濃度を濃くしようとする制御が上手くいかない場合があり、画像濃度の制御が充分でなく、意図した濃度可変幅が得られないという課題があった。
【００３０】
本発明は、このような状況に鑑み、画像濃度の制御の可変幅を拡大させて、適切に画像濃度を制御す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】
【００３１】
前記課題を解決するため、本発明では、画像形成装置を次のとおりに構成する。
【００３２】
静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体上の静電潜像をトナーによって現像する現像手段と、交流電圧出力部と、前記交流電圧出力部によって出力された交流電圧を整流するための整流及び平滑する整流平滑部と、前記整流平滑部によって整流された電圧から直流電圧を出力する直流電圧生成部と、を有し、前記交流電圧出力部から出力された交流電圧に前記直流電圧生成部から出力された直流電圧を重畳した電圧を前記現像手段に対して出力する電圧印加手段と、前記電圧印加手段から前記現像手段に印加する電圧を制御することにより、前記像担持体上に現像されるトナー画像の濃度を制御する濃度制御手段と、前記整流平滑部と接地電位との間に定電圧素子とを有する画像形成装置。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、画像濃度の制御の可変幅を拡大させて、適切に画像濃度を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１の現像バイアス回路の構成を示す図
【図２】実施例１の現像バイアス回路の各電圧値の変化例を示す図
【図３】実施例２の現像バイアス回路の構成を示す図
【図４】実施例２の現像バイアス回路の各電圧値の変化例を示す図
【図５】従来例の画像形成装置の概略構成を示す図
【図６】従来例のデューティ可変制御方式による現像バイアス回路の構成を示す図
【図７】従来例のＶｐｐ可変制御方式による現像バイアス回路の構成を示す図
【図８】従来例のデューティ可変制御方式の現像バイアス回路の出力波形図
【図９】従来例のデューティ可変制御方式の現像バイアス回路の各電圧値の変化例を示す図
【図１０】従来例のＶｐｐ可変制御方式の現像バイアス回路の各電圧値の変化例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明を実施するための形態について、画像形成装置の実施例を詳しく説明する。
【実施例１】
【００３６】
最初に、本実施例における画像形成装置の画像形成について簡単に説明する。画像形成装置においては、まず、帯電手段により、像担持体（感光ドラム）が一様に帯電される。次に、画像信号に応じて、レーザ走査光が像担持体に照射され、画像信号に応じた静電潜像が像担持体上に形成される。現像手段の現像ローラにはトナーが付着しており、現像手段の電源部から現像バイアス電圧を印加することにより、現像ローラに付着したトナーが像担持体のレーザ走査光が照射された部分に飛翔し、像担持体に付着する。これにより、像担持体上の静電潜像がトナー画像として現像され、可視化される。また、現像バイアス電圧を可変することにより、飛翔するトナー量の増減ができ、画像濃度を制御することができる。そして、現像によって得られたトナー画像は、転写手段によって記録材に転写され、転写されたトナー画像を定着手段によって記録材に定着させることにより、画像形成が行われる。
【００３７】
図１は、本実施例の画像形成装置の現像電源部３４（電圧印加手段）の内部構成を示した回路図である。
【００３８】
図１において、４０１は、パルス信号の出力及び停止を制御することによりプリンタ全体の動作を制御するＣＰＵ（濃度制御手段）であり、出力するパルス信号のデューティ制御を行う。４０２は、ＣＰＵ４０１より出力されたパルス信号を一定の増幅率で増幅を行うための増幅部である。増幅部４０２はトランジスタ４１０、４１２からなるプッシュプル増幅回路で構成されており、基準電源Ｖ２の電位と接地電位を基準として増幅された矩形波を出力する。
【００３９】
４０３は、増幅部４０２からの出力の直流成分をカットするためのカップリングコンデンサである。４０４は、カップリングコンデンサ４０３を介して入力される電圧を昇圧するための昇圧部であり、本実施例では昇圧トランスを使用している。交流電圧出力部である昇圧トランス４０４からは昇圧された矩形波状の交流電圧が出力される。４０５は整流素子である整流ダイオード、４０６及び４０９はコンデンサ、４０７、４１８は抵抗器である。昇圧トランス４０４から出力された交流電圧は、整流平滑部を構成する整流ダイオード４０５、平滑コンデンサ４０６により、整流・平滑化される。そして、現像電源部３４の出力端には、昇圧部４０４から出力された交流電圧に、直流電圧生成部である抵抗器４０７に生じた直流電圧が重畳された電圧が出力され、現像ローラに電圧印加される。
【００４０】
図１では、ＣＰＵ４０１によって出力されるパルス信号のデューティによらず、現像バイアス出力の波形上端電圧Ｖｍｉｎを一定にするために、整流ダイオード４０５のカソード端子と接地電位の間に定電圧素子であるツェナーダイオード４１７を挿入している。さらに、接地電位とツェナーダイオード４１７のアノードに直列に接続された抵抗器４１８は、ツェナーダイオード４１７に過大なツェナー電流が流れるのを防止するために挿入されている。なお、抵抗器４１８は、その抵抗値が抵抗器４０７に比して十分に小さいものを選定する必要がある。
【００４１】
現像バイアスの交流振幅をＶｐｐ、直流電圧をＶｄｃとし、波形上端電圧をＶｍｉｎ、波形下端電圧をＶｍａｘ、波形下端電圧が出力される区間のデューティをＤとすると、本実施例におけるＶｄｃ、Ｖｍｉｎ、及びＶｍａｘは式（４）〜（６）で表される。なお、式中のＶｚは、ツェナーダイオード４１７のツェナー電圧を示す。
【００４２】
例えば、交流振幅Ｖｐｐを１４００Ｖ、直流電圧Ｖｄｃの可変範囲を−２５０Ｖから−４５０Ｖまでとし、電圧Ｖｍｉｎの中心設定値を１４０Ｖとする。そして、前述した従来の現像バイアス制御方式の図６において、抵抗器Ｒ１を１０ＭΩ、抵抗器Ｒ２を４ＭΩに設定し、直流電圧Ｖｄｃを−２５０Ｖから−４５０Ｖまで変化させるために、デューティを２５％から４５％まで変化させる。この時のデューティＤの変化に対する直流電圧Ｖｄｃ、及び電圧Ｖｍｉｎの出力値をプロットしたものが、図９である。前述した式（２）より、交流振幅Ｖｐｐが１４００Ｖで、デューティＤが２５％の時には電圧Ｖｍｉｎは１００Ｖであり、デューティＤが４５％の時には電圧Ｖｍｉｎは１８０Ｖであり、８０Ｖも変化してしまう。同様に、Ｖｍａｘについても、前述した式（３）より、Ｖｍｉｎが１００Ｖの時には−１３００Ｖになり、Ｖｍｉｎが１８０Ｖの時には−１２２０Ｖとなり、８０Ｖも変化してしまう。
【００４３】
これに対して、本実施例において、従来方式の図９と同様に、交流振幅Ｖｐｐを１４００Ｖとし、直流電圧Ｖｄｃを−２５０Ｖから−４５０Ｖまで変化させるために、デューティＤを２５％から４５％まで変化させる。この時の、本実施例における直流電圧Ｖｄｃと電圧ＶｍｉｎのデューティＤによる電圧変化をプロットしたものが、図２である。本実施例では、ツェナー電圧Ｖｚ＝１４０Ｖとなるツェナーダイオードを選定している。これにより、電圧Ｖｍｉｎは１４０Ｖ一定となるため、電圧Ｖｍａｘも、式（６）より−１２６０Ｖ一定となる。従って、直流電圧Ｖｄｃを−２５０Ｖから−４５０Ｖまで変化させても、電圧Ｖｍｉｎや電圧Ｖｍａｘが変動せず、従来方式のように直流電圧Ｖｄｃの変化と相反して、濃度変化が抑制されるような影響を受けない。また、電圧Ｖｍｉｎを固定させるためのフィードバック回路が不要となるため、コストアップせずに、画像濃度の制御可変幅を拡大することができる。
【００４４】
以上説明したように、本実施例では、直流電圧Ｖｄｃ制御のためのデューティ可変制御方式の回路において、ツェナーダイオードを用いて、現像バイアス出力の波形上端電圧Ｖｍｉｎを一定にする。電圧Ｖｍｉｎを一定にしたことによって、電圧Ｖｍａｘも一定となり、濃度制御の効果が抑制されることなく、画像濃度の制御の可変幅を拡大させて、適切に画像濃度を制御することができる。さらに、電圧Ｖｍｉｎを固定させるためのフィードバック回路を必要としないため、コストアップを防止することもできる。
【実施例２】
【００４５】
図３は、本実施例の画像形成装置の現像電源部３４の内部構成を示す回路図である。実施例１は、現像バイアスのデューティＤを可変制御する例であったが、本実施例では、交流振幅Ｖｐｐを可変制御する例を示す。
【００４６】
図３において、４０１は、パルス信号の出力及び停止を制御することによりプリンタ全体の動作を制御するＣＰＵであり、出力するパルス信号のデューティは一定である。４０２は、ＣＰＵ４０１より出力されたパルス信号を一定の増幅率で増幅を行うための増幅部である。増幅部４０２は、トランジスタ４１０、４１２からなるプッシュプル増幅回路で構成されており、基準電源Ｖ２の電位と接地電位を基準として増幅された矩形波が出力される。本実施例では、この基準電源Ｖ２を可変制御するために、可変電源４１９を設け、ＣＰＵ４０１によって可変電源４１９の出力電圧を制御する。
【００４７】
４０３は、増幅部４０２からの出力の直流成分をカットするためのカップリングコンデンサである。４０４は、カップリングコンデンサ４０３を介して入力される電圧を昇圧するための昇圧部であり、本実施例では昇圧トランスを使用している。昇圧トランス４０４からは、昇圧された矩形波状の交流電圧が出力される。ここで、ＣＰＵ４０１が可変電源４１９の出力電圧を可変することによって、昇圧トランス４０４の交流電圧を制御することが可能となる。
【００４８】
４０５は、整流ダイオード、４２５、４２６はコンデンサ、４２０、４２１は抵抗器である。
【００４９】
本実施例では、現像バイアス出力の波形上端電圧Ｖｍｉｎを一定にするために、整流ダイオード４０５のカソード端子と接地電位の間に、４２２、４２３、４２４の３つのツェナーダイオードを挿入している。必要とされるツェナー電圧を複数個に分割することによって、ツェナー電圧が５０Ｖ以下の入手しやすい安価なツェナーダイオードを使用することができる。
【００５０】
ＣＰＵ４０１により制御される昇圧部４０４の交流振幅Ｖｐｐが変化することによって、平滑コンデンサ４２５、４２６により整流される電圧が変化する。ツェナーダイオード４２２、４２３、４２４を使用することによって、平滑コンデンサ４２６により平滑される電圧は一定となる。但し、抵抗器４２１の抵抗値は、抵抗器４２０に比して十分に小さい必要がある。
【００５１】
交流振幅Ｖｐｐの総平滑電圧から平滑コンデンサ４２６の平滑電圧を引いた電圧が、平滑コンデンサ４２５にチャージされる。よって、平滑コンデンサ４２５にチャージされる電圧が現像バイアスの直流電圧Ｖｄｃ、平滑コンデンサ４２６にチャージされる電圧が現像バイアスの波形上端電圧Ｖｍｉｎとなる。そこで、現像バイアスの交流振幅をＶｐｐ、波形下端電圧をＶｍｉｎ、波形下端電圧をＶｍａｘ、波形下端電圧が出力される区間のデューティをＤとすると、Ｖｄｃ、Ｖｍｉｎ、及びＶｍａｘは、式（７）、式（８）、式（９）で表される。なお、式中のＶｚ１、Ｖｚ２、Ｖｚ３は、ツェナーダイオード４２２，４２３，４２４のツェナー電圧を示す。
【００５２】
例えば、デューティＤを３５％一定とし、交流振幅Ｖｐｐの中心設定値を１４００Ｖ、電圧Ｖｍｉｎの中心設定値を１４０Ｖとする。そして、前述した従来の現像バイアス制御方式の図７の回路図において、抵抗器Ｒ１を１０ＭΩ、抵抗器Ｒ２を４ＭΩに設定し、直流電圧Ｖｄｃの可変範囲を−２５０Ｖから−４５０Ｖまでとする。その結果、交流振幅Ｖｐｐ変化に対する電圧Ｖｄｃ、Ｖｍｉｎ、Ｖｍａｘの出力値は、前述した式（１）、式（２）、式（３）で表され、図１０に示すように変化する。
【００５３】
図１０に示すように、直流電圧Ｖｄｃを−２５０Ｖから−４５０Ｖまで変化させるためには、前述した式（１）より、交流振幅Ｖｐｐを１０００Ｖから１８００Ｖまで変化させる必要がある。このとき、前述した式（１）、（２）より、直流電圧Ｖｄｃが−２５０Ｖの時には、交流振幅Ｖｐｐは１０００Ｖ、電圧Ｖｍｉｎは１００Ｖとなり、直流電圧Ｖｄｃが−４５０Ｖの時には、交流振幅Ｖｐｐは１８００Ｖ、電圧Ｖｍｉｎは１８０Ｖとなる。その結果、電圧Ｖｍｉｎは１００Ｖから１８０Ｖまで、８０Ｖも変化してしまう。
【００５４】
これに対して、本実施例において、従来方式の図１０と同様に、デューティＤを３５％一定とし、直流電圧Ｖｄｃを−２５０Ｖから−４５０Ｖまで変化させるために、交流振幅Ｖｐｐを１０００Ｖから１８００Ｖまで変化させる。この時の本実施例における電圧Ｖｄｃ、Ｖｍｉｎ、Ｖｍａｘの交流振幅Ｖｐｐによる変化をプロットしたものが、図４である。本実施例では、図３のツェナーダイオード４２２、４２３、４２４のツェナー電圧Ｖｚ１、Ｖｚ２、Ｖｚ３は、全て４７Ｖとしている。これにより、図４からも分かるように、電圧Ｖｍｉｎは１４０Ｖ一定となる。従って、直流電圧Ｖｄｃを変化させても電圧Ｖｍｉｎは変動しないため、前述した従来方式のようにＶｍｉｎが大きくなることによる濃度抑制の影響を受けない。
【００５５】
さらに、従来方式の図１０と同じ交流振幅Ｖｐｐの可変幅では、従来方式よりも大きな直流電圧Ｖｄｃの変化量を得ることができる。すなわち、図１０と同じ交流振幅Ｖｐｐの可変幅が許容された場合、式（７）より、交流振幅Ｖｐｐが１０００Ｖでは、直流電圧Ｖｄｃは−２１０Ｖ、交流振幅Ｖｐｐが１８００Ｖでは、直流電圧Ｖｄｃは−４９０Ｖとなる。その結果、直流電圧Ｖｄｃは、−２１０Ｖから−４９０Ｖまで２８０Ｖの範囲で可変させることができる。上述した図１０における２００Ｖに比べて、本実施例では１．４倍の直流電圧Ｖｄｃの電圧可変幅を得ることができ、濃度可変幅の増加を実現することができる。
【００５６】
以上説明したように、本実施例では、直流電圧Ｖｄｃ制御のための交流振幅Ｖｐｐ可変制御方式の回路において、ツェナーダイオードを用いて、現像バイアス出力の波形上端電圧Ｖｍｉｎを一定にする。電圧Ｖｍｉｎを一定にすることによって、濃度制御の効果が抑制されることなく、画像濃度の制御の可変幅を拡大させて、適切に画像濃度を制御することができる。さらに、電圧Ｖｍｉｎを固定させるためのフィードバック回路が不要となるため、コストアップを防止することもできる。
【符号の説明】
【００５７】
３４ 現像電源部（電圧印加手段に相当）
４０１ ＣＰＵ（濃度制御手段に相当）
４０２ 増幅部
４０４ 昇圧トランス（交流電圧出力部に相当）
４０５ ダイオード（整流素子）
４０７，４１８、４２０，４２１ 抵抗器
４１７，４２２，４２３，４２４ ツェナーダイオード（定電圧素子）
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子写真プロセス等を用いた複写機・ファクシミリ・プリンタ等の画像形成装置に関し、特に、像担持体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の画像形成装置としては、帯電ローラ等の帯電部によってその表面を一様に帯電した像担持体をレーザ露光して静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置から供給されるトナーによって現像する。そして、現像によって得られたトナー像を転写手段で記録媒体上に転写し、記録媒体上に転写したトナー像を定着器により、定着させることによって画像形成を行うものが知られている。
【０００３】
図５は、画像形成装置の一例としてのレーザビームプリンタの概略構成を示した図である。
【０００４】
図５において、１は像担持体である感光ドラムを表し、１１は感光ドラムの導体部、１２は感光層である。なお、導体部１１はグラウンドに接地されている。
【０００５】
２は帯電ローラを表し、２１は帯電ローラの導体軸、２２は弾性のある抵抗体である。ここで、感光層１２と抵抗体２２は接触しており、印字動作中は、感光ドラム１、及び帯電ローラ２は、不図示の駆動部により、矢印方向に回転動作を行っている。
【０００６】
２３は帯電電源部を表し、印字動作中は交流電圧と直流電圧を重畳した電圧を帯電ローラ２の導体軸２１に印加する。このとき、感光層１２と抵抗体２２の接触部近傍では、放電が発生して感光層１２の表面が帯電される。なお、帯電された感光層１２の表面電位は、帯電電源部２３により印加される直流電圧とほぼ等しい電位となる。また、帯電電源部２３で交流電圧を重畳するのは、放電を促進して感光層１２の表面電位を均一化するためである。
【０００７】
９はレーザ走査光を表している。不図示のレーザ及びレーザを駆動するドライバ回路により画像信号に応じて射出されたレーザ走査光９は、帯電された感光層１２の表面に照射される。感光層１２の表面は、レーザ走査光９が照射されると、生成された光電子により等価的に抵抗率が下がるため、帯電電源部２３により帯電された表面電荷が減衰する。その結果、レーザ走査光９が照射された部分の電位の絶対値が減少し、感光層１２の表面には画像信号に応じた静電潜像が形成される。
【０００８】
３は現像ローラであり、３１は中空の導体部、３２は導体部３１の内部に埋め込まれたマグネットである。導体部３１の表面には、弾性のある現像ブレード３３が接している。現像ローラ３と現像ブレード３３の間には、不図示の攪拌棒の回転によって攪拌され、負電位に帯電されたトナー１００が蓄積されている。なお、図示されていないが、現像ローラ３とトナー１００の収容器は消耗部材であり、それらを含むプロセスカートリッジは、プリンタ本体に着脱可能となっており、トナー１００が無くなるとユーザによって交換可能である。
【０００９】
トナー１００自体は磁性体であり、導体部３１の表面とマグネット３２で生じる電気鏡像効果による静電気力により、現像ローラ３の表面に引き付けられる。導体部３１表面に付着したトナー１００の多くは、現像ブレード３３により剥ぎ取られ、表面近傍のトナー１００のみが、導体部３１と感光層１２との隙間部に運ばれる。なお、感光層１２と導体部３１の間には、微小な隙間が設けてある。
【００１０】
３４は現像電源部を表し、印字動作中は交流電圧と直流電圧が重畳された電圧を現像ローラ３の導体部３１に印加する。この現像電源部３４の電圧印加により、感光層１２と導体部３１の隙間部には電界が生じて、導体部３１の表面に付着したトナー１００が導体部３１から飛翔する。ここで、感光層１２の表面においてレーザ走査光９が照射されていない部分は負電位に帯電されており、その表面電位ＶＤは現像電源部３４の直流電圧Ｖｄｃより低くなるように設定されている。このため、トナー１００に対し、直流的には導体部３１に押し戻す方向に力が作用することとなり、飛翔したトナー１００は現像ローラ３に戻されることになる。
【００１１】
一方、感光層１２の表面において、レーザ走査光９が照射された部分は、表面の負電荷が減衰しているため、その部分の電位ＶＬは現像電源部３４の直流電圧Ｖｄｃより高くなる。このため、トナー１００に対し、直流的には感光層１２に引き付ける力が作用することとなり、飛翔したトナー１００は感光層１２に付着することになる。その結果、感光層１２の表面には、レーザ走査光９により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。このように、現像電源部３４の直流電圧Ｖｄｃを可変し、飛翔するトナー量を増加ないしは減少させることにより、画像濃度を制御することが可能となる。
【００１２】
４は転写ローラを表し、４１は導体軸、４２は弾性のある抵抗体である。感光層１２の表面上に形成されたトナー像は、転写ローラ４の方向に引き付けられる。また、抵抗体４２の表面は感光層１２と接していて、記録紙は抵抗体４２と感光層１２との間を搬送される。
【００１３】
続いて、図６は、図５の現像電源部３４の内部構成を示した回路図である。
【００１４】
図６において、４０１は、パルス信号の出力及び停止を制御することによりプリンタ全体の動作を制御するＣＰＵである。４０２は、ＣＰＵ４０１から出力されたパルス信号を一定の増幅率で増幅を行う増幅部である。
【００１５】
４０３は、増幅部４０２からの出力の直流成分をカットするためのカップリングコンデンサである。４０４は、カップリングコンデンサ４０３を介して入力された電圧を昇圧するための昇圧部であり、昇圧部４０４からは昇圧された交流電圧が出力される。４０５は整流ダイオード、４０６、４０９はコンデンサ、４０７、４０８は抵抗器である。
【００１６】
昇圧部４０４より出力された交流電圧は、整流ダイオード４０５、平滑コンデンサ４０６により整流・平滑化される。平滑コンデンサ４０６の両端には抵抗器４０７、４０８が接続されており、共にグラウンドに接地されている。
【００１７】
平滑コンデンサ４０６には、昇圧部４０４より出力された交流電圧を整流した電圧がチャージされる。この整流電圧は、抵抗器４０７、４０８によって分圧される。この結果、現像電源部３４の出力端には、昇圧部４０４から出力された交流電圧に、抵抗器４０７に生じた直流電圧Ｖｄｃが重畳された電圧（以下、「現像バイアス」という）が出力されることになる。そして、ＣＰＵ４０１が、その出力するパルス信号の１周期における信号の時間幅（以下、「デューティ」という）を変化させると整流電圧が変化し、それに伴って、抵抗器４０７に生じる直流電圧Ｖｄｃも変化する。このように、ＣＰＵ４０１が現像バイアスの直流電圧成分を制御することにより、画像濃度の制御が行われる。
【００１８】
例えば、特許文献１では、プロセスカートリッジの使用状況に応じて、現像電源部３４の交流電圧のデューティを可変制御することにより、画像濃度の低下を防止する手法が提案されている。
【００１９】
続いて、現像バイアスの直流電圧成分の制御を、上述したパルス信号のデューティの可変制御ではなく、交流電圧の振幅Ｖｐｐ（以下、「交流振幅Ｖｐｐ」という）の可変制御により行う例について、図７を用いて説明する。
【００２０】
図７は、上述した図６のデューティ可変制御の場合と同様の回路であるが、図６と比べて、昇圧部４０４の入力である増幅部４０２の回路が異なる。現像バイアスの交流振幅Ｖｐｐを可変するために、基準電源Ｖ２は可変電源４１９となっており、ＣＰＵ４０１によって制御される。ＣＰＵ４０１は、可変電源４１９を制御することによって昇圧部４０４の交流入力電圧の振幅を可変し、その結果、昇圧部４０４の出力、すなわち現像バイアスの交流振幅Ｖｐｐが制御される。このように、ＣＰＵ４０１により制御された交流振幅Ｖｐｐに応じて、平滑コンデンサ４０６にチャージされる電圧が変化することで、現像バイアスの直流電圧Ｖｄｃが制御され、その結果、画像濃度も制御される。
【００２１】
上述したどちらの現像バイアス制御方式においても、現像バイアスの直流電圧Ｖｄｃを可変することにより、感光体に飛翔するトナー量を増減させることができるので、画像濃度の制御を行うことができる。
【００２２】
さらに、どちらの現像バイアス制御方式においても、現像バイアスの直流電圧成分を可変制御するための高圧出力部のフィードバック制御回路、もしくは直流電圧成分を別途生成するための昇圧トランスのような高圧出力回路は不要である。その結果、高価な高耐圧トランジスタや昇圧トランス等を使用することなく、安価に回路を構成することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開２００４−０３７６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、上述した従来の現像バイアス制御方式では、画像の濃度制御が充分でないことがあり、意図した濃度可変幅が得られない可能性がある。
【００２５】
図８は、図６に示す、現像バイアス制御方式であるデューティ可変制御方式の現像電源部３４の出力波形の模式図である。図８の（ａ）、（ｂ）は、図６において、現像バイアスの交流電圧の振幅Ｖｐｐを１４００Ｖ一定にし、抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を１０ＭΩ、４ＭΩに設定し、ＣＰＵ４０１より出力されるパルス信号のデューティを２５％、４５％にした時の出力波形を示す。図８における現像バイアスの直流電圧Ｖｄｃ、及び波形上端電圧Ｖｍｉｎは、図６の抵抗器４０７、及び４０８にかかる電圧に対応する。
【００２６】
抵抗器４０７、４０８の抵抗値をＲ１、Ｒ２とし、現像バイアスの交流振幅をＶｐｐ、波形下端電圧をＶｍａｘ、波形下端電圧が出力される区間のデューティをＤとすると、Ｖｄｃ、Ｖｍｉｎ、及びＶｍａｘは、式（１）、（２）、（３）により表される。
【００２７】
例えば、交流振幅Ｖｐｐを一定とし、デューティＤを大きくした場合、式（１）より直流電圧Ｖｄｃは低くなり、前述したように、レーザ走査光９が照射された部分の感光層１２の表面のＶＬ電位との相対電位差が大きくなる。その結果、より多くの飛翔したトナーが感光体に付着し、画像濃度が濃くなることになる。しかしながら、このとき、交流振幅Ｖｐｐは一定であるが、デューティＤを大きくしたことから、式（２）、（３）より、電圧Ｖｍｉｎは増大し、電圧Ｖｍａｘはその電圧が＋（プラス）側に向かって上昇する。電圧Ｖｍａｘは、その電圧が−（マイナス）方向に大きい程、トナーを感光層１２に飛翔させ、電圧Ｖｍｉｎは、その電圧が＋（プラス）方向に大きい程、トナーを感光層１２から引き戻すように働く。このことから、直流電圧Ｖｄｃは濃度が濃くなる方向に制御されるのに対して、電圧Ｖｍａｘと電圧Ｖｍｉｎはトナーが感光層１２へ飛翔するのを抑制する方向、即ち濃度を薄くする方向へ制御されてしまう。
【００２８】
逆に、デューティＤを一定にし、交流振幅Ｖｐｐを可変して、直流電圧Ｖｄｃを制御した場合も、交流振幅Ｖｐｐを大きくすることにより、式（１）よりＶｄｃが低下し、画像濃度が濃くなることになる。ところが、交流振幅Ｖｐｐを大きくすると、式（２）、（３）より電圧Ｖｍｉｎ、及び電圧Ｖｍａｘも大きくなる。電圧Ｖｍａｘが大きくなることにより、画像濃度は濃くなるが、電圧Ｖｍｉｎも大きくなることで画像濃度を薄くする方向に制御されるため、画像濃度を濃くしようとする制御が抑制される。
【００２９】
このように、従来方式では、電圧Ｖｍｉｎ、Ｖｍａｘが画像濃度を濃くしようとする制御が上手くいかない場合があり、画像濃度の制御が充分でなく、意図した濃度可変幅が得られないという課題があった。
【００３０】
本発明は、このような状況に鑑み、画像濃度の制御の可変幅を拡大させて、適切に画像濃度を制御す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】
【００３１】
前記課題を解決するため、本発明では、画像形成装置を次のとおりに構成する。
【００３２】
静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体上の静電潜像をトナーによって現像する現像手段と、交流電圧出力部と、前記交流電圧出力部によって出力された交流電圧を整流するための整流及び平滑する整流平滑部と、前記整流平滑部によって整流された電圧から直流電圧を出力する直流電圧生成部と、を有し、前記交流電圧出力部から出力された交流電圧に前記直流電圧生成部から出力された直流電圧を重畳した電圧を前記現像手段に対して出力する電圧印加手段と、前記電圧印加手段から前記現像手段に印加する電圧を制御することにより、前記像担持体上に現像されるトナー画像の濃度を制御する濃度制御手段と、前記整流平滑部と接地電位との間に定電圧素子とを有する画像形成装置。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、画像濃度の制御の可変幅を拡大させて、適切に画像濃度を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１の現像バイアス回路の構成を示す図
【図２】実施例１の現像バイアス回路の各電圧値の変化例を示す図
【図３】実施例２の現像バイアス回路の構成を示す図
【図４】実施例２の現像バイアス回路の各電圧値の変化例を示す図
【図５】従来例の画像形成装置の概略構成を示す図
【図６】従来例のデューティ可変制御方式による現像バイアス回路の構成を示す図
【図７】従来例のＶｐｐ可変制御方式による現像バイアス回路の構成を示す図
【図８】従来例のデューティ可変制御方式の現像バイアス回路の出力波形図
【図９】従来例のデューティ可変制御方式の現像バイアス回路の各電圧値の変化例を示す図
【図１０】従来例のＶｐｐ可変制御方式の現像バイアス回路の各電圧値の変化例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明を実施するための形態について、画像形成装置の実施例を詳しく説明する。
【実施例１】
【００３６】
最初に、本実施例における画像形成装置の画像形成について簡単に説明する。画像形成装置においては、まず、帯電手段により、像担持体（感光ドラム）が一様に帯電される。次に、画像信号に応じて、レーザ走査光が像担持体に照射され、画像信号に応じた静電潜像が像担持体上に形成される。現像手段の現像ローラにはトナーが付着しており、現像手段の電源部から現像バイアス電圧を印加することにより、現像ローラに付着したトナーが像担持体のレーザ走査光が照射された部分に飛翔し、像担持体に付着する。これにより、像担持体上の静電潜像がトナー画像として現像され、可視化される。また、現像バイアス電圧を可変することにより、飛翔するトナー量の増減ができ、画像濃度を制御することができる。そして、現像によって得られたトナー画像は、転写手段によって記録材に転写され、転写されたトナー画像を定着手段によって記録材に定着させることにより、画像形成が行われる。
【００３７】
図１は、本実施例の画像形成装置の現像電源部３４（電圧印加手段）の内部構成を示した回路図である。
【００３８】
図１において、４０１は、パルス信号の出力及び停止を制御することによりプリンタ全体の動作を制御するＣＰＵ（濃度制御手段）であり、出力するパルス信号のデューティ制御を行う。４０２は、ＣＰＵ４０１より出力されたパルス信号を一定の増幅率で増幅を行うための増幅部である。増幅部４０２はトランジスタ４１０、４１２からなるプッシュプル増幅回路で構成されており、基準電源Ｖ２の電位と接地電位を基準として増幅された矩形波を出力する。
【００３９】
４０３は、増幅部４０２からの出力の直流成分をカットするためのカップリングコンデンサである。４０４は、カップリングコンデンサ４０３を介して入力される電圧を昇圧するための昇圧部であり、本実施例では昇圧トランスを使用している。交流電圧出力部である昇圧トランス４０４からは昇圧された矩形波状の交流電圧が出力される。４０５は整流素子である整流ダイオード、４０６及び４０９はコンデンサ、４０７、４１８は抵抗器である。昇圧トランス４０４から出力された交流電圧は、整流平滑部を構成する整流ダイオード４０５、平滑コンデンサ４０６により、整流・平滑化される。そして、現像電源部３４の出力端には、昇圧部４０４から出力された交流電圧に、直流電圧生成部である抵抗器４０７に生じた直流電圧が重畳された電圧が出力され、現像ローラに電圧印加される。
【００４０】
図１では、ＣＰＵ４０１によって出力されるパルス信号のデューティによらず、現像バイアス出力の波形上端電圧Ｖｍｉｎを一定にするために、整流ダイオード４０５のカソード端子と接地電位の間に定電圧素子であるツェナーダイオード４１７を挿入している。さらに、接地電位とツェナーダイオード４１７のアノードに直列に接続された抵抗器４１８は、ツェナーダイオード４１７に過大なツェナー電流が流れるのを防止するために挿入されている。なお、抵抗器４１８は、その抵抗値が抵抗器４０７に比して十分に小さいものを選定する必要がある。
【００４１】
現像バイアスの交流振幅をＶｐｐ、直流電圧をＶｄｃとし、波形上端電圧をＶｍｉｎ、波形下端電圧をＶｍａｘ、波形下端電圧が出力される区間のデューティをＤとすると、本実施例におけるＶｄｃ、Ｖｍｉｎ、及びＶｍａｘは式（４）〜（６）で表される。なお、式中のＶｚは、ツェナーダイオード４１７のツェナー電圧を示す。
【００４２】
例えば、交流振幅Ｖｐｐを１４００Ｖ、直流電圧Ｖｄｃの可変範囲を−２５０Ｖから−４５０Ｖまでとし、電圧Ｖｍｉｎの中心設定値を１４０Ｖとする。そして、前述した従来の現像バイアス制御方式の図６において、抵抗器Ｒ１を１０ＭΩ、抵抗器Ｒ２を４ＭΩに設定し、直流電圧Ｖｄｃを−２５０Ｖから−４５０Ｖまで変化させるために、デューティを２５％から４５％まで変化させる。この時のデューティＤの変化に対する直流電圧Ｖｄｃ、及び電圧Ｖｍｉｎの出力値をプロットしたものが、図９である。前述した式（２）より、交流振幅Ｖｐｐが１４００Ｖで、デューティＤが２５％の時には電圧Ｖｍｉｎは１００Ｖであり、デューティＤが４５％の時には電圧Ｖｍｉｎは１８０Ｖであり、８０Ｖも変化してしまう。同様に、Ｖｍａｘについても、前述した式（３）より、Ｖｍｉｎが１００Ｖの時には−１３００Ｖになり、Ｖｍｉｎが１８０Ｖの時には−１２２０Ｖとなり、８０Ｖも変化してしまう。
【００４３】
これに対して、本実施例において、従来方式の図９と同様に、交流振幅Ｖｐｐを１４００Ｖとし、直流電圧Ｖｄｃを−２５０Ｖから−４５０Ｖまで変化させるために、デューティＤを２５％から４５％まで変化させる。この時の、本実施例における直流電圧Ｖｄｃと電圧ＶｍｉｎのデューティＤによる電圧変化をプロットしたものが、図２である。本実施例では、ツェナー電圧Ｖｚ＝１４０Ｖとなるツェナーダイオードを選定している。これにより、電圧Ｖｍｉｎは１４０Ｖ一定となるため、電圧Ｖｍａｘも、式（６）より−１２６０Ｖ一定となる。従って、直流電圧Ｖｄｃを−２５０Ｖから−４５０Ｖまで変化させても、電圧Ｖｍｉｎや電圧Ｖｍａｘが変動せず、従来方式のように直流電圧Ｖｄｃの変化と相反して、濃度変化が抑制されるような影響を受けない。また、電圧Ｖｍｉｎを固定させるためのフィードバック回路が不要となるため、コストアップせずに、画像濃度の制御可変幅を拡大することができる。
【００４４】
以上説明したように、本実施例では、直流電圧Ｖｄｃ制御のためのデューティ可変制御方式の回路において、ツェナーダイオードを用いて、現像バイアス出力の波形上端電圧Ｖｍｉｎを一定にする。電圧Ｖｍｉｎを一定にしたことによって、電圧Ｖｍａｘも一定となり、濃度制御の効果が抑制されることなく、画像濃度の制御の可変幅を拡大させて、適切に画像濃度を制御することができる。さらに、電圧Ｖｍｉｎを固定させるためのフィードバック回路を必要としないため、コストアップを防止することもできる。
【実施例２】
【００４５】
図３は、本実施例の画像形成装置の現像電源部３４の内部構成を示す回路図である。実施例１は、現像バイアスのデューティＤを可変制御する例であったが、本実施例では、交流振幅Ｖｐｐを可変制御する例を示す。
【００４６】
図３において、４０１は、パルス信号の出力及び停止を制御することによりプリンタ全体の動作を制御するＣＰＵであり、出力するパルス信号のデューティは一定である。４０２は、ＣＰＵ４０１より出力されたパルス信号を一定の増幅率で増幅を行うための増幅部である。増幅部４０２は、トランジスタ４１０、４１２からなるプッシュプル増幅回路で構成されており、基準電源Ｖ２の電位と接地電位を基準として増幅された矩形波が出力される。本実施例では、この基準電源Ｖ２を可変制御するために、可変電源４１９を設け、ＣＰＵ４０１によって可変電源４１９の出力電圧を制御する。
【００４７】
４０３は、増幅部４０２からの出力の直流成分をカットするためのカップリングコンデンサである。４０４は、カップリングコンデンサ４０３を介して入力される電圧を昇圧するための昇圧部であり、本実施例では昇圧トランスを使用している。昇圧トランス４０４からは、昇圧された矩形波状の交流電圧が出力される。ここで、ＣＰＵ４０１が可変電源４１９の出力電圧を可変することによって、昇圧トランス４０４の交流電圧を制御することが可能となる。
【００４８】
４０５は、整流ダイオード、４２５、４２６はコンデンサ、４２０、４２１は抵抗器である。
【００４９】
本実施例では、現像バイアス出力の波形上端電圧Ｖｍｉｎを一定にするために、整流ダイオード４０５のカソード端子と接地電位の間に、４２２、４２３、４２４の３つのツェナーダイオードを挿入している。必要とされるツェナー電圧を複数個に分割することによって、ツェナー電圧が５０Ｖ以下の入手しやすい安価なツェナーダイオードを使用することができる。
【００５０】
ＣＰＵ４０１により制御される昇圧部４０４の交流振幅Ｖｐｐが変化することによって、平滑コンデンサ４２５、４２６により整流される電圧が変化する。ツェナーダイオード４２２、４２３、４２４を使用することによって、平滑コンデンサ４２６により平滑される電圧は一定となる。但し、抵抗器４２１の抵抗値は、抵抗器４２０に比して十分に小さい必要がある。
【００５１】
交流振幅Ｖｐｐの総平滑電圧から平滑コンデンサ４２６の平滑電圧を引いた電圧が、平滑コンデンサ４２５にチャージされる。よって、平滑コンデンサ４２５にチャージされる電圧が現像バイアスの直流電圧Ｖｄｃ、平滑コンデンサ４２６にチャージされる電圧が現像バイアスの波形上端電圧Ｖｍｉｎとなる。そこで、現像バイアスの交流振幅をＶｐｐ、波形下端電圧をＶｍｉｎ、波形下端電圧をＶｍａｘ、波形下端電圧が出力される区間のデューティをＤとすると、Ｖｄｃ、Ｖｍｉｎ、及びＶｍａｘは、式（７）、式（８）、式（９）で表される。なお、式中のＶｚ１、Ｖｚ２、Ｖｚ３は、ツェナーダイオード４２２，４２３，４２４のツェナー電圧を示す。
【００５２】
例えば、デューティＤを３５％一定とし、交流振幅Ｖｐｐの中心設定値を１４００Ｖ、電圧Ｖｍｉｎの中心設定値を１４０Ｖとする。そして、前述した従来の現像バイアス制御方式の図７の回路図において、抵抗器Ｒ１を１０ＭΩ、抵抗器Ｒ２を４ＭΩに設定し、直流電圧Ｖｄｃの可変範囲を−２５０Ｖから−４５０Ｖまでとする。その結果、交流振幅Ｖｐｐ変化に対する電圧Ｖｄｃ、Ｖｍｉｎ、Ｖｍａｘの出力値は、前述した式（１）、式（２）、式（３）で表され、図１０に示すように変化する。
【００５３】
図１０に示すように、直流電圧Ｖｄｃを−２５０Ｖから−４５０Ｖまで変化させるためには、前述した式（１）より、交流振幅Ｖｐｐを１０００Ｖから１８００Ｖまで変化させる必要がある。このとき、前述した式（１）、（２）より、直流電圧Ｖｄｃが−２５０Ｖの時には、交流振幅Ｖｐｐは１０００Ｖ、電圧Ｖｍｉｎは１００Ｖとなり、直流電圧Ｖｄｃが−４５０Ｖの時には、交流振幅Ｖｐｐは１８００Ｖ、電圧Ｖｍｉｎは１８０Ｖとなる。その結果、電圧Ｖｍｉｎは１００Ｖから１８０Ｖまで、８０Ｖも変化してしまう。
【００５４】
これに対して、本実施例において、従来方式の図１０と同様に、デューティＤを３５％一定とし、直流電圧Ｖｄｃを−２５０Ｖから−４５０Ｖまで変化させるために、交流振幅Ｖｐｐを１０００Ｖから１８００Ｖまで変化させる。この時の本実施例における電圧Ｖｄｃ、Ｖｍｉｎ、Ｖｍａｘの交流振幅Ｖｐｐによる変化をプロットしたものが、図４である。本実施例では、図３のツェナーダイオード４２２、４２３、４２４のツェナー電圧Ｖｚ１、Ｖｚ２、Ｖｚ３は、全て４７Ｖとしている。これにより、図４からも分かるように、電圧Ｖｍｉｎは１４０Ｖ一定となる。従って、直流電圧Ｖｄｃを変化させても電圧Ｖｍｉｎは変動しないため、前述した従来方式のようにＶｍｉｎが大きくなることによる濃度抑制の影響を受けない。
【００５５】
さらに、従来方式の図１０と同じ交流振幅Ｖｐｐの可変幅では、従来方式よりも大きな直流電圧Ｖｄｃの変化量を得ることができる。すなわち、図１０と同じ交流振幅Ｖｐｐの可変幅が許容された場合、式（７）より、交流振幅Ｖｐｐが１０００Ｖでは、直流電圧Ｖｄｃは−２１０Ｖ、交流振幅Ｖｐｐが１８００Ｖでは、直流電圧Ｖｄｃは−４９０Ｖとなる。その結果、直流電圧Ｖｄｃは、−２１０Ｖから−４９０Ｖまで２８０Ｖの範囲で可変させることができる。上述した図１０における２００Ｖに比べて、本実施例では１．４倍の直流電圧Ｖｄｃの電圧可変幅を得ることができ、濃度可変幅の増加を実現することができる。
【００５６】
以上説明したように、本実施例では、直流電圧Ｖｄｃ制御のための交流振幅Ｖｐｐ可変制御方式の回路において、ツェナーダイオードを用いて、現像バイアス出力の波形上端電圧Ｖｍｉｎを一定にする。電圧Ｖｍｉｎを一定にすることによって、濃度制御の効果が抑制されることなく、画像濃度の制御の可変幅を拡大させて、適切に画像濃度を制御することができる。さらに、電圧Ｖｍｉｎを固定させるためのフィードバック回路が不要となるため、コストアップを防止することもできる。
【符号の説明】
【００５７】
３４ 現像電源部（電圧印加手段に相当）
４０１ ＣＰＵ（濃度制御手段に相当）
４０２ 増幅部
４０４ 昇圧トランス（交流電圧出力部に相当）
４０５ ダイオード（整流素子）
４０７，４１８、４２０，４２１ 抵抗器
４１７，４２２，４２３，４２４ ツェナーダイオード（定電圧素子）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像を担持する像担持体と、
前記像担持体上の静電潜像をトナーによって現像する現像手段と、
交流電圧出力部と、前記交流電圧出力部によって出力された交流電圧を整流するための整流及び平滑する整流平滑部と、前記整流平滑部によって整流された電圧から直流電圧を出力する直流電圧生成部と、を有し、前記交流電圧出力部から出力された交流電圧に前記直流電圧生成部から出力された直流電圧を重畳した電圧を前記現像手段に対して出力する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段から前記現像手段に印加する電圧を制御することにより、前記像担持体上に現像されるトナー画像の濃度を制御する濃度制御手段と、
前記整流平滑部と接地電位との間に定電圧素子とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記定電圧素子はツェナーダイオード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。
【請求項３】
前記ツェナーダイオードと前記接地電位との間に、抵抗が直列に接続されたことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記濃度制御手段は、前記交流電圧出力部から出力される交流電圧を可変することにより、画像の濃度を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１】
静電潜像を担持する像担持体と、
前記像担持体上の静電潜像をトナーによって現像する現像手段と、
交流電圧出力部と、前記交流電圧出力部によって出力された交流電圧を整流するための整流及び平滑する整流平滑部と、前記整流平滑部によって整流された電圧から直流電圧を出力する直流電圧生成部と、を有し、前記交流電圧出力部から出力された交流電圧に前記直流電圧生成部から出力された直流電圧を重畳した電圧を前記現像手段に対して出力する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段から前記現像手段に印加する電圧を制御することにより、前記像担持体上に現像されるトナー画像の濃度を制御する濃度制御手段と、
前記整流平滑部と接地電位との間に定電圧素子とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記定電圧素子はツェナーダイオード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。
【請求項３】
前記ツェナーダイオードと前記接地電位との間に、抵抗が直列に接続されたことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記濃度制御手段は、前記交流電圧出力部から出力される交流電圧を可変することにより、画像の濃度を制御することを特徴とする請求項１ないし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１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２３２４５０（Ｐ２０１１−２３２４５０Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０１１７２（Ｐ２０１０−１０１１７２）
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【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１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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