JP4367285B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、画像形成装置に関し、特に、それに備えられた転写手段への電力供給制御に関する。

この種の画像形成装置では、周囲環境（特に温度や湿度）によって転写手段、像担持体及びそれにニップされる被記録用紙の各電気抵抗値が大きく変動する。従って、この周囲環境変化に応じて適切な電力供給を行う必要がある。例えば電力供給不足になれば被記録媒体上のトナーの付着力が不足することによるトナーの飛散が発生してしまったり、像担持体上に転写しきれなかったトナーが残ってしまい、その転写残トナーが被記録媒体上の他の位置に転写されてしまうことになる。逆に電力供給過剰になれば放電により像担持体が破損してしまうおそれがあるからである。

そこで、下記特許文献１には、転写手段への出力電圧値毎に、最適電圧値−測定電流値の特性曲線を用意しておき、現在の出力電圧値に対応する特性曲線を選択し、その特性曲線に基づき現在測定された電流値に対応する最適な出力電圧値になるよう制御するものである。
特開平６−３０８８４４号公報

しかしながら、上記特許公報１には、どのようにして特性曲線を導き出すのかについて具体的に記載されておらず、最適な電力制御が行えるとは言い難かった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、転写手段系の負荷抵抗値の変動による影響を抑制して精度が高く応答性のよい電力制御を行うことが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明に係る画像形成装置は、像担持体に担持されたトナー像を被記録媒体に転写するための転写手段と、前記転写手段に与える電流値及び電圧値のうち一方を制御対象としてその制御対象値に応じた電力を前記転写手段に供給する電力供給手段と、前記転写手段に対する電圧値を検出する電圧検出手段と、前記転写手段に流れる電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段及び前記電流検出手段の両検出値を取得して、前記両検出値或いは前記制御対象でない他方の検出値と、前記制御対象の最適値との相関関係を示す特性曲線に基づき導き出した制御対象の最適値を、前記電力供給手段における制御対象値として決定する決定手段と、を備える画像形成装置であって、前記特性曲線は、前記転写手段による転写時に転写不良が実質的に発生しない状態が得られた、前記両検出値或いは前記他方の検出値、及び、前記制御対象の最適値の各実験結果値を、Ｎ次整式関数において増減傾向が途中で反転しない非反転部分を利用し、前記非反転部分の範囲外については、当該非反転部分における増減傾向と同じ傾向を有する他の直線または曲線を利用して近似した曲線であることを特徴とする。
なお、「画像形成装置」にはプリンタ（レーザプリンタ）だけでなく、ファクシミリ装置や、プリンタ機能及びスキャナ機能等を備えた複合機も含まれる。また、「被記録媒体」には、用紙以外に、例えばＯＨＰシートなどが含まれる。

また、上記発明には次の構成が含まれる。
（１）電流値が制御対象値の場合
（ａ）電流値及び電圧値の両検出値（即ち、転写手段に連なる回路系の抵抗値）−最適電流値の特性曲線に基づき、両検出値（検出抵抗値）に対応する最適電流値を決定する構成。
（ｂ）電圧値の検出値−最適電流値の特性曲線に基づき、その電圧値の検出値に対応する最適電流値を決定する構成。
（２）電圧値が制御対象値の場合
（ａ）電流値及び電圧値の両検出値（即ち、転写手段に連なる回路系の抵抗値）−最適電圧値の特性曲線に基づき、両検出値（検出抵抗値）に対応する最適電圧値を決定する構成。
（ｂ）電流値の検出値−最適電圧値の特性曲線に基づき、その電流値の検出値に対応する最適電圧値を決定する構成。

なお、「非反転部分における増減傾向と同じ傾向を有する他の直線または曲線」とは、例えば上記非反転部分における増減傾向が増加傾向であれば、それと同様の増加傾向の直線又は曲線、或いは、傾きゼロの直線を意味する。逆に、非反転部分における増減傾向が減少傾向であれば、それと同様の減少傾向の直線又は曲線、或いは、傾きゼロの直線を意味する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記決定手段による前記制御対象値の決定動作は、１枚の前記被記録媒体に対する転写動作時間よりも短い所定の時間間隔で実行されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の画像形成装置において、前記所定の時間間隔は、前記転写手段及び前記像担持体の対向位置に対して前記被記録媒体の先端が到達してから当該被記録媒体の画像形成可能領域が到達するまでの時間よりも短い時間に設定されていることを特徴とする。
なお、「画像形成可能領域」とは、被記録媒体上において一定の画像形成品質が保証される領域であり、通常、被記録媒体の周端部を除く領域を意味する。

請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記転写不良は、転写電力不足による飛散、及び、転写電力過剰による放電のうち少なくともいずれか一方が発生する状態であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の画像形成装置において、前記各実験結果値は、画像形成装置の推奨使用条件での最低湿度下における実験によって得られた結果値であることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の画像形成装置において、前記特性曲線に基づき決定される制御対象値は上限値が設けられていることを特徴とする。

＜請求項１の発明＞
本構成によれば、特性曲線は、整式（＝「（多項式）」：加法・減法及び乗法（累乗含む）以外の演算を含まない式）関数によって近似した曲線である。従って、除算による丸め誤差がなく精度の高い電力制御が可能になる。

また、制御対象値の最適値及び検出値の相関関係は、途中で増減傾向が反転しないと考えられる。そこで、特性曲線は、Ｎ次整式関数において増減傾向が途中で反転しない非反転部分を利用して近似するようにした。また、その非反転部分の範囲外については、当該非反転部分における増減傾向と同じ傾向を有する他の直線または曲線を用いることが望ましい。

＜請求項２の発明＞
１枚の被記録媒体における湿気状態にばらつきある場合、その被記録媒体の各部位によって負荷抵抗が異なってくる。そこで、本構成では、１枚の被記録媒体に対する転写動作時間よりも短い時間間隔で制御対象値を制御し、各部位に対して最適な転写を行えるようにした。

＜請求項３の発明＞
通常、転写手段及び像担持体の対向位置（転写位置）に被記録媒体の先端が介在したときから転写手段に連なる回路系の負荷抵抗値が急激に変動する。そこで、本構成では、上記対向位置に対して被記録媒体の先端が到達してからその画像形成可能領域）が到達するまでの時間よりも短い時間に設定し、画像形成可能領域に対して最適な転写動作を行うことができるようにした。

＜請求項４の発明＞
例えば、転写電流不足の場合、被記録媒体上でトナーが飛び散る、いわゆる飛散や、前の被記録媒体への転写が十分されずに像担持体上に残留したトナーが像担持体１周後に当接する被記録媒体上に乗る、いわゆる転写残ゴーストなどの現象が生じる。また、転写電流が過大である場合、放電によって像担持体を破損させたり、被記録媒体上に放電模様が生じたりするおそれがある。つまり、このような現象が生じず一定の画像形成品質が保たれた状態の実験結果値を用いる（近似する）ことが好ましい。

＜請求項５の発明＞
通常、被記録媒体への転写中における、転写手段に連なる回路系の負荷抵抗値は、温度よりも湿度によって大きく変化する。従って、最低湿度下における実験によって得られた結果値に基づく特性曲線を用いることにより最低湿度を含む全ての推奨使用条件下においても転写不良を防止できる。

＜請求項６の発明＞
特性曲線は、その近似関数によって急激に発散する部分を有する場合があり、その部分で制御対象値を決定すると過剰な電力供給により放電が生じる場合がある。そこで、特性曲線に基づき決定される制御対象値に上限値を設ける構成とし、この上限値を超える場合には、当該上限値を制御対象値として決定する構成とした。

＜参考例＞
参考例を図１〜図５を参照しつつ説明する。
１．画像形成装置の全体構成
図１は、画像形成装置としてのレーザプリンタの参考例を示す要部側断面図である。図１において、レーザプリンタ１は、画像形成装置の装置本体としての本体フレーム２内に、被記録媒体としての用紙３を給紙するためのフィーダ部４や、給紙された用紙３に画像を形成するための画像形成部５などを備えている。

（１）フィーダ部
フィーダ部４は、本体フレーム２内の底部に、着脱可能に装着される給紙トレイ６と、給紙トレイ６内に設けられた用紙押圧板７と、給紙トレイ６の一端側（以下、一端側（図１で紙面右側）を前側、その反対側（図１で紙面左側）を後側とする。）端部の上方に設けられる給紙ローラ８および分離パッド９と、給紙ローラ８に対し用紙３の搬送方向の下流側に設けられる紙粉取りローラ１０，１１と、紙粉取りローラ１０，１１に対し用紙３の搬送方向の下流側に設けられるレジストローラ１２とを備えている。

用紙押圧板７は、用紙３を積層状にスタック可能とされ、給紙ローラ８に対して遠い方の端部（後端部）において揺動可能に支持されることによって、近い方の端部（前端部）が上下方向に移動可能とされている。また、その裏側から図示しないばねによって上方向に付勢されている。そのため、用紙押圧板７は、用紙３の積層量が増えるに従って、給紙ローラ８に対して後端部を支点として、ばねの付勢力に抗して下向きに揺動される。給紙ローラ８および分離パッド９は、互いに対向状に配設され、分離パッド９の裏側に設けられるばね１３によって、分離パッド９が給紙ローラ８に向かって押圧されている。

用紙押圧板７上の最上位にある用紙３は、用紙押圧板７の裏側から図示しないばねによって給紙ローラ８に向かって押圧され、その給紙ローラ８の回転によって給紙ローラ８と分離パッド９とで挟まれた後、１枚毎に給紙される。

給紙された用紙３は、紙粉取りローラ１０，１１によって、紙粉が取り除かれた後、レジストローラ１２に送られる。レジストローラ１２は、１対のローラからなり、用紙３をレジスト後に、画像形成位置に送るようにしている。なお、画像形成位置は、用紙３に感光ドラム２７上のトナー像を転写する転写位置であって、本参考例では、感光ドラム２７と転写ローラ３０との接触位置とされる。

なお、このフィーダ部４は、さらに、マルチパーパストレイ１４と、マルチパーパストレイ１４上に積層される用紙３を給紙するためのマルチパーパス側給紙ローラ１５およびマルチパーパス側分離パッド２５とを備えている。マルチパーパス側給紙ローラ１５およびマルチパーパス側分離パッド２５は、互いに対向状に配設され、マルチパーパス側分離パッド２５の裏側に設けられるばね２５ａによって、マルチパーパス側分離パッド２５がマルチパーパス側給紙ローラ１５に向かって押圧されている。

マルチパーパストレイ１４上に積層される用紙３は、マルチパーパス側給紙ローラ１５の回転によってマルチパーパス側給紙ローラ１５とマルチパーパス側分離パッド２５とで挟まれた後、１枚毎に給紙される。

（２）画像形成部
画像形成部５は、スキャナ部１６、プロセスカートリッジ１７および定着部１８を備えている。
（ａ）スキャナ部
スキャナ部１６は、本体フレーム２内の上部に設けられ、レーザ発光部（図示せず。）、回転駆動されるポリゴンミラー１９、レンズ２０，２１、反射鏡２２，２３，２４を備えている。レーザ発光部からの発光される画像データに基づくレーザビームは、鎖線で示すように、ポリゴンミラー１９、レンズ２０、反射鏡２２，２３、レンズ２１、反射鏡２４の順に通過あるいは反射して、プロセスカートリッジ１７の感光ドラム２７の表面上に高速走査にて照射される。

（ｂ）プロセスカートリッジ
プロセスカートリッジ１７は、スキャナ部１６の下方に設けられている。このプロセスカートリッジ１７は、本体フレーム２に対して着脱自在に装着される感光体カートリッジとしてのドラムカートリッジ２６と、ドラムカートリッジ２６に収容される現像剤カートリッジとしての現像カートリッジ２８とを備えている。なお、本体フレーム２の前面には、図１に示すように、下端部側を中心軸として開閉可能な前面カバー２ａが設けられており、プロセスカートリッジ１７はこの前面カバー２ａを開けて本体フレーム２内に着脱可能に収容される。

現像カートリッジ２８は、ドラムカートリッジ２６に対して着脱自在に収容されており、現像剤担持体としての現像ローラ３１、層厚規制ブレード３２、供給ローラ３３、トナーホッパ３４を備えている。

トナーホッパ３４内には、現像剤として、正帯電性の非磁性１成分のトナーが充填されている。このトナーとしては、重合性単量体、たとえば、スチレンなどのスチレン系単量体や、アクリル酸、アルキル（Ｃ１〜Ｃ４）アクリレート、アルキル（Ｃ１〜Ｃ４）メタアクリレートなどのアクリル系単量体を、懸濁重合などの公知の重合方法によって共重合させることにより得られる重合トナーが使用されている。このような重合トナーは、略球状をなし、流動性が極めて良好であり、高画質の画像形成を達成することができる。
なお、このようなトナーには、カーボンブラックなどの着色剤やワックスなどが配合されるとともに、流動性を向上させるために、シリカなどの外添剤が添加されている。その粒子径は、約６〜１０μｍ程度である。

そして、トナーホッパ３４内のトナーは、トナーホッパ３４の中心に設けられる回転軸３５に支持されるアジテータ３６により攪拌されて、トナーホッパ３４の後側部に開口されたトナー供給口３７から放出される。また、このアジテータ３６は、図示しないモータからの動力の入力により、矢印方向（時計方向）に回転駆動される。なお、トナーホッパ３４の両側壁（図１で紙面奥行き方向における両側壁）には、トナーの残量検知用の窓３８が設けられており、回転軸３５に支持されたワイパ３９によって清掃される。

トナー供給口３７の後方位置には、供給ローラ３３が回転可能に設けられており、また、この供給ローラ３３に対向して、現像ローラ３１が回転可能に設けられている。これら供給ローラ３３と現像ローラ３１とは、そのそれぞれがある程度圧縮するような状態で互いに当接されている。

供給ローラ３３は、金属製のローラ軸に、導電性の発泡材料からなるローラが被覆されている。この供給ローラ３３は、図示しないモータからの動力の入力により、矢印方向（反時計方向）に回転駆動される。

また、現像ローラ３１は、金属製のローラ軸３１ａに、導電性のゴム材料からなるローラが被覆されている。より具体的には、現像ローラ３１のローラは、カーボン微粒子などを含む導電性のウレタンゴムまたはシリコーンゴムからなるローラ本体の表面に、フッ素が含有されているウレタンゴムまたはシリコーンゴムのコート層が被覆されている。なお、現像ローラ３１には、現像時に、所定の現像バイアス電圧が印加される。また、この現像ローラ３１は、図示しないモータからの動力の入力により、矢印方向（反時計方向）に回転駆動される。

また、現像ローラ３１の近傍には、層厚規制ブレード３２が設けられている。この層厚規制ブレード３２は、金属の板ばね材からなるブレード本体の先端部に、絶縁性のシリコーンゴムからなる断面半円形状の押圧部４０を備えている。層厚規制ブレード３２は、現像ローラ３１の近くにおいて現像カートリッジ２８に支持されて、押圧部４０がブレード本体の弾性力によって現像ローラ３１上に圧接されている。

そして、トナー供給口３７から放出されるトナーは、供給ローラ３３の回転により、現像ローラ３１に供給され、この時、供給ローラ３３と現像ローラ３１との間で正に摩擦帯電される。さらに、現像ローラ３１上に供給されたトナーは、現像ローラ３１の回転に伴って、層厚規制ブレード３２の押圧部４０と現像ローラ３１との間に進入し、一定厚さの薄層として現像ローラ３１上に担持される。

ドラムカートリッジ２６は、感光ドラム２７（本発明の「像担持体」に相当）、帯電器としてのスコロトロン型帯電器２９、転写ローラ３０（本発明の「転写手段」に相当）およびクリーニング手段としてのクリーニングブラシ６４を備えている。

このうち、感光ドラム２７は、現像ローラ３１の後方において、その現像ローラ３１と対向配置され、ドラムカートリッジ２６において、矢印方向（時計方向）に回転可能に支持されている。この感光ドラム２７は、筒状のドラム本体と、ドラム本体を支持し、そのドラム本体の軸心に設けられる金属製のドラム軸２７ａとを備えている。ドラム本体は、アルミニウム製の素管からなり、その表面には、ポリカーボネートなどから構成される正帯電性の感光層が形成されている。また、ドラム軸２７ａは接地されている（図２参照）。

スコロトロン型帯電器２９は、図１に示すように、感光ドラム２７の上方に、感光ドラム２７に接触しないように所定間隔を隔てて対向配置され、ドラムカートリッジ２６に支持されている。このスコロトロン型帯電器２９は、タングステンなどの帯電ワイヤ２９ａからコロナ放電を発生させる正帯電用のスコロトロン型の帯電器であり、その帯電ワイヤ２９ａ及び感光ドラム２７間にグリッド２９ｂを備え、感光ドラム２７の表面を一様に正極性に帯電させる。また、帯電ワイヤ２９ａには所定の帯電バイアス電圧が印加される。

そして、感光ドラム２７の表面は、その感光ドラム２７の回転に伴って、まず、スコロトロン型帯電器２９により一様に正帯電された後、スキャナ部１６からのレーザビームの高速走査により露光され、画像データに基づく静電潜像が形成される。

次いで、現像ローラ３１の回転により、現像ローラ３１の表面上に担持されかつ正極性に帯電されているトナーが、感光ドラム２７に対向して接触するときに、感光ドラム２７の表面上に形成された上記静電潜像に供給され、選択的に担持されることで可視化され現像が達成される。

転写ローラ３０は、感光ドラム２７の下方において、この感光ドラム２７に対向配置され、ドラムカートリッジ２６に、矢印方向（反時計方向）に回転可能に支持されている。この転写ローラ３０は、金属製のローラ軸３０ａに、導電性のゴム材料からなるローラが被覆されている。

この転写ローラ３０のローラ軸３０ａには、高電圧電源回路基板５２に実装されたバイアス印加回路６０が接続されており、上記転写位置において現像ローラ３１に担持されたトナー像を用紙３に転写するための転写動作（以下、「順転写動作」という）時には、このバイアス印加回路６０から順転写バイアス電圧Ｖａ１（転写用バイアス電圧）が印加される。また、参考例では、画像形成動作の前後や、画像形成動作中における各用紙３への転写動作の間などにおいて、転写ローラ３０をクリーニングする際には、転写ローラ３０には上記順転写バイアス電圧Ｖａ１とは逆極性の逆転写バイアス電圧Ｖａ２（逆転写用バイアス電圧）がバイアス印加回路６０から印加される（以下、このときの動作を「逆転写動作」という）。これにより、転写ローラ３０に付着したトナーを、感光ドラム２７上に電気的に吐出させて、感光ドラム２７の表面上に残存する残存トナーとともに現像ローラ３１によって回収するようになっている。

クリーニングブラシ６４は、感光ドラム２７のドラム本体と対向接触するように設けられている。クリーニングブラシ６４は、導電性部材から構成されており、所定のクリーニングバイアス電圧が印加され、感光ドラム２７に付着する紙紛を除去する役割を果たす。

（ｃ）定着部
定着部１８は、図１に示すように、プロセスカートリッジ１７の後方に設けられ、加熱ローラ４１、加熱ローラ４１を押圧する押圧ローラ４２、および、これら加熱ローラ４１および押圧ローラ４２の下流側に設けられる１対の搬送ローラ４３を備えている。加熱ローラ４１は、金属製で加熱のためのハロゲンランプを備えており、図示しないモータからの動力の入力により、矢印方向（時計方向）に回転駆動される。また、押圧ローラ４２は、この加熱ローラ４１を押圧した状態で、この加熱ローラ４１に従動して矢印方向（反時計方向）に回転される。そして、定着部１８では、プロセスカートリッジ１７において用紙３上に転写されたトナーを、用紙３が加熱ローラ４１と押圧ローラ４２との間を通過する間に熱定着させ、その後、その用紙３を搬送ローラ４３によって、排紙パス４４に搬送するようにしている。排紙パス４４に送られた用紙３は、排紙ローラ４５に送られて、その排紙ローラ４５によって排紙トレイ４６上に排紙される。

なお、このレーザプリンタ１には、用紙３の両面に画像を形成するために、反転搬送部４７が設けられている。この反転搬送部４７は、排紙ローラ４５と、反転搬送パス４８と、フラッパ４９と、複数の反転搬送ローラ５０とを備えており、これらが協働することにより、片面に画像が形成された用紙３を再度感光ドラム２７と転写ローラ３０との間に送ることで、用紙３の両面に画像を形成する構成になっている。

２．バイアス印加回路
さて、図２には、バイアス印加回路６０の要部構成のブロック図が示されている。前述したように、このバイアス印加回路６０は、転写ローラ３０に対して、上記順転写動作時に順転写バイアス電圧Ｖａ１（負極性の電圧）を、上記逆転写動作時に逆転写バイアス電圧Ｖａ２（正極性の電圧）をそれぞれ印加するためのものである。

このバイアス印加回路６０は、制御手段としてのＣＰＵ６１と、順転写バイアス印加回路６２（本発明の「電力供給手段」に相当）と、逆転写バイアス印加回路６３とを備えている。各バイアス印加回路６２，６３は、転写ローラ３０のローラ軸３０ａに接続される接続ライン９０に、順転写バイアス印加回路６２及び逆転写バイアス印加回路６３の順序で直列に接続されている。また、バイアス印加回路６０には、上記接続ライン９０に流れる電流値に応じた検出信号Ｓ４を出力する出力検出回路８３（本発明の「電流検出手段」としても機能する）を備えている。そして、順転写バイアス印加回路６２は、ＣＰＵ６１のＰＷＭ（Pulse Width Modulation。パルス幅変調）制御によって電流制御され、一方、逆転写バイアス印加回路６３は、ＣＰＵ６１のＰＷＭ制御によって定電圧制御される。また、ＣＰＵ６１にはメモリ１００が接続されている。このメモリ１００には、後述する特性曲線Ｘの情報が記憶されている。

（ａ）順転写バイアス印加回路
まず、順転写バイアス印加回路６２について説明する。この順転写バイアス印加回路６２は、順転写ＰＷＭ信号平滑回路７０、順転写トランスドライブ回路７１、順転写昇圧・平滑整流回路７２、順転写出力電圧検出回路７３（本発明の「電圧検出手段」を構成）を備えている。
このうち、順転写ＰＷＭ信号平滑回路７０は、ＣＰＵ６１のＰＷＭポート６１ａからのＰＷＭ信号Ｓ１を受けて平滑し順転写トランスドライブ回路７１に与える役割を果たす。順転写トランスドライブ回路７１は、受けたＰＷＭ信号Ｓ１に基づき、順転写昇圧・平滑整流回路７２の１次側巻線７５ｂに発振電流を流すよう構成されている。

順転写昇圧・平滑整流回路７２は、トランス７５、ダイオード７６、平滑コンデンサ７７などを備えている。トランス７５は、２次側巻線７５ａ，１次側巻線７５ｂ及び補助巻線７５ｃを備えている。２次側巻線７５ａの一端は、ダイオード７６を介して転写ローラ３０のローラ軸３０ａに接続される接続ライン９０に接続されている。一方、２次側巻線７５ａの他端は、逆転写バイアス印加回路６３の出力端に共通接続されている。また、平滑コンデンサ７７及び放電抵抗７８がそれぞれ２次側巻線７５ａに並列に接続されている。

このような構成により、１次側巻線７５ｂの発振電流は、順転写昇圧・平滑整流回路７２において昇圧及び整流され、このバイアス印加回路６０の出力端Ａに接続された転写ローラ３０のローラ軸３０ａに順転写バイアス電圧Ｖａ１として印加される。

順転写出力電圧検出回路７３は、順転写昇圧・平滑整流回路７２のトランス７５の補助巻線７５ｃと、ＣＰＵ６１とに接続されている。ＣＰＵ６１は、順転写バイアス印加回路６２による順転写動作時において、補助巻線７５ｃの間で発生する出力電圧Ｖｂを検出して、その検出信号Ｓ２をＣＰＵ６１のＡ／Ｄポート６１ｂに入力するように構成されている。

（ｂ）逆転写バイアス印加回路
次に、逆転写バイアス印加回路６３について説明する。この逆転写バイアス印加回路６３は、逆転写ＰＷＭ信号平滑回路８０、逆転写トランスドライブ回路８１、逆転写昇圧・平滑整流回路８２を備えている。

このうち、逆転写ＰＷＭ信号平滑回路８０は、ＣＰＵ６１のＰＷＭポート６１ｃからのＰＷＭ信号Ｓ３を受けて平滑し逆転写トランスドライブ回路８１に与える役割を果たす。逆転写トランスドライブ回路８１は、受けたＰＷＭ信号Ｓ３に基づき、逆転写昇圧・平滑整流回路８２の１次側巻線８５ｂに発振電流を流すよう構成されている。

逆転写昇圧・平滑整流回路８２は、トランス８５、ダイオード８６、平滑コンデンサ８７などを備えている。トランス８５は、２次側巻線８５ａ，１次側巻線８５ｂ及び補助巻線８５ｃを備えている。２次側巻線８５ａの一端は、ダイオード８６を介して上記順転写バイアス印加回路６２の２次側巻線７５ａの他端に接続されている。一方、２次側巻線８５ａの他端は抵抗９１を介して接地されている。また、この２次側巻線８５ａに対し平滑コンデンサ８７及び１対の抵抗８８，８９がそれぞれ並列に接続されている。本参考例では、１対の抵抗８８，８９のうちの一方の抵抗８９が検出抵抗とされ、この検出抵抗８９に流れる電流値に応じた検出信号Ｓ４が増幅回路９２を介してＣＰＵ６１のＡ／Ｄポート６１ｄにフィードバックさせる構成になっている。

このような構成により、１次側巻線８５ｂの発振電流は、逆転写昇圧・平滑整流回路８２において昇圧及び整流され、やはりこのバイアス印加回路６０の出力端Ａに接続された転写ローラ３０のローラ軸３０ａに逆転写バイアス電圧Ｖａ２として印加される。

以上により、ＣＰＵ６１は、順転写動作時には、ＰＷＭ信号Ｓ１を順転写バイアス印加回路６２に与えて駆動させつつ、接続ライン９０に流れる電流値に応じた検出信号Ｓ４に基づきこの電流値が後述する制御目標値である最適出力電流値Ｉｔになるように、デューティ比を適宜変更したＰＷＭ信号Ｓ１を順転写ＰＷＭ信号平滑回路７０に出力する電流制御を実行する。

また、ＣＰＵ６１は、逆転写動作時には、ＰＷＭ信号Ｓ３を逆転写バイアス印加回路６３に与えて駆動させつつ、検出抵抗８９の負荷電圧に応じた検出信号Ｓ４に基づきこの負荷電圧値が所定の定電圧値になるように、デューティ比を適宜変更したＰＷＭ信号Ｓ３を逆転写ＰＷＭ信号平滑回路８０に出力する定電圧制御を実行する。

なお、本参考例では、順転写動作時及び逆転写動作時のいずれの動作時においても共通のＡ／Ｄポート６１ｄによって出力検出回路８３からの検出信号Ｓ４をフィードバックさせる構成になっている。順転写動作時における順転写バイアス電圧Ｖａ１と、逆転写動作時における逆転写バイアス電圧Ｖａ２とはレベル範囲が異なる。そこで、増幅回路９２には、その増幅率を変化させるための増幅率変更手段９３が設けられている。より具体的には、増幅回路９２の増幅率を定める一対の帰還抵抗９４，９５の一方の帰還抵抗９５に並列接続され、ＣＰＵ６１の出力ポート６１ｅから出力される指令信号Ｓ５によってオンオフ動作するスイッチング手段としてのトランジスタ９６（ＴＦＴなどであってもよい。）を備えている。このトランジスタ９６は、コレクタが切替抵抗９７を介して上記一対の帰還抵抗９４，９５の接続点に共通接続され、エミッタが接地されている。

そして、ＣＰＵ６１は、例えばＰＷＭ信号Ｓ１を出力する順転写動作時には出力ポート６１ｅから指令信号Ｓ５を出力しない。このとき、検出信号Ｓ４は１対の帰還抵抗９４，９５の抵抗値によって定まる増幅率で増幅されてＡ／Ｄポート６１ｄに取り込まれる。ＣＰＵ６１は、このとき取り込まれた検出信号Ｓ４を、順転写動作のためのフィードバック信号であるとして順転写バイアス印加回路６２に対するフィードバック制御を行う。

これに対して、ＣＰＵ６１は、例えばＰＷＭ信号Ｓ３を出力する逆転写動作時には出力ポート６１ｅから指令信号Ｓ５を出力する。このとき、検出信号Ｓ４は帰還抵抗９４及び補助抵抗９７の抵抗値によって定まる増幅率で増幅されてＡ／Ｄポート６１ｄに取り込まれる。ＣＰＵ６１は、このとき取り込まれた検出信号Ｓ４を、逆転写動作のためのフィードバック信号であるとして逆転写バイアス印加回路６３に対するフィードバック制御を行う。そして、切替抵抗９７及び帰還抵抗９５の各抵抗値は、順転写動作時及び逆転写動作時におけるそれぞれ検出信号Ｓ４レベルを同じレンジ（範囲）でＡ／Ｄポート６１ｄに取り込めるように調整されている。

３．順転写動作における具体的制御内容
さて、本参考例のレーザプリンタ１においても、周囲環境（特に温度や湿度）によって転写ローラ３０、感光ドラム２７及びそれらにニップされる用紙３の各抵抗値が変動し得る。従って、順転写動作時においては特に、これらの周囲環境の変化に応じた適切な電力供給を行わなければ転写不良が生じるおそれがある。ここで、転写不良とは、転写電力不足による飛散、及び、転写電力過剰による放電のうちいずれかが発生する状態であり、印刷品質に実質的に影響を与える状態をいう。

そこで、本参考例では、転写ローラ３０、感光ドラム２７及び用紙３に流れる電流値、即ち、出力検出回路８３からの検出信号Ｓ４が示す出力電流値Ｉｉ（本発明の「制御対象となる検出値」に相当）を制御対象としている。そして、この出力電流値Ｉｉを、次述する特性曲線Ｘを用いて導き出された最適な値になるよう、ＰＷＭ信号Ｓ１のデューティ比を増減させるようになっている。

（１）特性曲線について
本参考例の特性曲線Ｘは、転写ローラ３０、感光ドラム２７及びそれらにニップされる用紙３の負荷抵抗値Ｒｉに対応する、最適出力電流値Ｉｔ（本発明の「制御対象の最適値」）をそれぞれ実験的に求め、これを累乗関数（ｙ＝ＡｘB。係数Ｂ＜０。）によって近似した曲線である。

図３には、各実験結果のプロットＰと、それを近似して導出された上記特性曲線Ｘが示されている。各実験結果は、レーザプリンタ１の製造メーカが提示する推奨使用条件での最低湿度（本参考例では例えば２０％）下で負荷抵抗値Ｒｉを測定する。そして、このときに、レーザプリンタ１に印刷動作を実行させて実質的に転写不良が生じないような最適出力電流値Ｉｔを実験的に求める。そして、これらの作業を上記最低湿度を維持しつつ周囲温度を変化させて順次行うのである。

次に、本参考例において最低湿度下で実験結果をプロットした理由を説明する。通常、用紙３への転写動作時における負荷抵抗値Ｒｉは、温度よりも湿度によって大きく変動する。また、各負荷抵抗値Ｒｉに対する最適出力電流値Ｉｔを、温度及び湿度を変化させた場合の実験結果は、概ね図４のようになる。同図中のグラフＸは、上記推奨使用条件での最低湿度下で温度を変化させた場合の実験結果を近似して得られた曲線である。一方、グラフＹは、同推奨使用条件での最高湿度下で温度を変化させた場合の実験結果を近似して得られた曲線である。

これらの結果から分かるように、最高湿度下での実験結果を基に導き出した特性曲線Ｙを採用した場合、低湿度下になったときに転写電流不足となって、用紙３上にトナーが飛び散る、いわゆる飛散や、前の用紙３への転写が十分されずに残留したトナーが感光ドラム２７の１周後に当該感光ドラム２７に当接する次の用紙３上に乗る、いわゆる転写残ゴーストなどの転写不良が生じるおそれがある。

これに対して、最低湿度下での実験結果を基に導き出した特性曲線Ｘを採用した場合、たとえ高湿度になったとしても転写電力過剰による放電が印刷品質に影響を与えることは実質的にないことが実験的に確かめられている。そこで、本参考例では、最低湿度下での実験結果に基づく特性曲線Ｘを採用しているのである。

本参考例における特性曲線Ｘは、最低湿度下での各実験結果のプロットＰから、累乗関数（ｙ＝ＡｘB。係数Ｂ＜０。）によって近似した曲線であり、次の数式１で示すことができる。
（数式１）
最適出力電流値Ｉｔ＝Ａ・ＲｉＢ
Ｒｉ：検出された負荷抵抗値
Ａ，Ｂ：係数。Ａ＜０。Ｂ＜０。
（但し、順転写バイアス電圧Ｖａ１が正極性のときはＡ＞０）
なお、累乗関数（ｙ＝ＡｘB。係数Ｂ＜０。）以外に、対数関数によって最低湿度下での各実験結果のプロットＰを近似した曲線（図３で示した一点鎖線Ｚ）であってもよい。同図からも分かるように、特性曲線Ｚも、特性曲線Ｘと同様、各実験結果のプロットＰの軌跡に極めて接近した曲線となる。この近似曲線は、次の数式２で示すことができる。

（数式２）
最適出力電流値Ｉｔ＝Ｃ・ｌｎ（Ｒｉ）＋Ｄ
Ｒｉ：検出された負荷抵抗値
Ｃ，Ｄ：係数。Ｃ＜０。Ｄ＝＜０。
（但し、順転写バイアス電圧Ｖａ１が正極性のときはＣ＞０、Ｄ＞＝０）

（２）順転写動作時における制御内容
ＣＰＵ６１は、所定の制御タイミングで検出信号Ｓ２，Ｓ４を取り込んで現在の負荷抵抗値Ｒｉを算出し、この負荷抵抗値Ｒｉに対応する最適出力電流値Ｉｔを上記特性曲線Ｘを用いて導出し、この最適出力電流値Ｉｔを制御目標値として決定する。このとき、ＣＰＵ６１は本発明の「決定手段」として機能し、この動作が本発明でいう「制御対象値の決定動作」に相当する。そして、この制御目標値としての最適出力電流値Ｉｔと現在の出力電流値Ｉｉとの差分量に応じてデューティ比を増減させたＰＷＭ信号Ｓ１を、次の制御タイミングで出力する。

具体的には、上記負荷抵抗値Ｒｉは、例えばＣＰＵ６１により検出信号Ｓ２，Ｓ４に基づき算出される。つまり、ＣＰＵ６１は、検出信号Ｓ４から転写ローラ３０等に流れる出力電流値Ｉｉを検出する。また、検出信号Ｓ２から補助巻線７５ｃの間で発生する出力電圧Ｖｂを検出する。そして、下記数式３に示すように、この出力電圧Ｖｂに補助巻線７５ｃ及び２次側巻線７５ａの電圧比ｎを乗じた電圧Ｖｃと、抵抗８８，８９に出力電流値Ｉｉを乗じた電圧Ｖｄとの加算によって転写ローラ３０への印加電圧値Ｖｉを求めることができる。そして、印加電圧値Ｖｉを出力電流値Ｉｉで除算した値が現環境下における負荷抵抗値Ｒｉとなる。

（数式３）
負荷抵抗値Ｒｉ＝｛ｎ＊Ｖｂ＋（ｒ１＋ｒ２）＊Ｉｉ｝／Ｉｉ
ｒ１，ｒ２：抵抗８８，８９の抵抗値
次に、ＣＰＵ６１は算出した現在の負荷抵抗値Ｒｉに対応する最適出力電流値Ｉｔを、上記特性曲線Ｘによって導出する。なお、本参考例では、この特性曲線Ｘの情報は、上記数式１の関数情報としてメモリ１００に記憶され、ＣＰＵ６１がこのメモリ１００から特性曲線Ｘの情報を読み出して最適出力電流値Ｉｔを算出する構成になっている。

図３，５に示すように、用紙３が感光ドラム２７と転写ローラ３０とが対向する転写位置に入ってくる前の状態（図５（Ａ）参照）では、負荷抵抗値が「Ｒ１」であり、このときの出力電流値は「Ｉ１」であったとする。次の制御タイミングで用紙３の先端部３ａが転写位置に入ってきたことで（図５（Ｂ）参照）、転写ローラ３０への現在の負荷抵抗値が「Ｒ２」に変動し、これに伴って現在の出力電流値が「Ｉ１'」に一時的に落ち込む。ここで、ＣＰＵ６１は、特性曲線Ｘに基づき、現在の負荷抵抗値「Ｒ２」に対応する最適出力電流値「Ｉ２」を算出するのである。

そして、ＣＰＵ６１は、次の数式４によって次の制御タイミングで出力すべきＰＷＭ信号Ｓ１のデューティ比Ｄｔを決定する。
（数式４）
次のデューティ比Ｄｔ＝Ｄｉ＋（Ｉ２−Ｉ１'）＊Ｋ
Ｄｉ：現在のデューティ比
Ｉ２−Ｉ１'：最適出力電流値と現在の出力電流値との差分量
Ｋ：係数
これにより、用紙３の中央部３ｂが転写位置に位置する頃には、この用紙３の存在による変動後の負荷抵抗値「Ｒ２」に対応する最適出力電流値「Ｉ２」が転写ローラ３０等に付与されることになる。従って、負荷抵抗値の変動による転写不良を回避できる。

（３）制御タイミング
また、レーザプリンタ１等の画像形成装置では、用紙３のうち４辺の端部を除く中央部が印刷可能領域（画像形成可能領域）と定められており、この印刷可能領域内に印刷を行うようになっている。図５では用紙３のうち上記端部３ａが印刷不可領域であり、中央部３ｂが印刷可能領域である。そして、本参考例では、上記ＣＰＵ６１による制御タイミングは、転写位置に対して用紙３の先端が到達してから当該用紙３の印刷可能領域が到達するまでの間の時間よりも短く設定されている。

即ち、転写位置に用紙３の先端が介在し始めて負荷抵抗値Ｒｉが変動したときから、用紙３の印刷不可領域である端部３ａが転写位置を通過中に、少なくとも１回上記制御を実行するのである。そして、変動後の負荷抵抗値Ｒｉに対応する最適出力電流値Ｉｔで用紙３の印刷可能領域である中央部３ｂに対して転写が行えるようにしているである。なお、この制御タイミングは、用紙３の搬送速度と、印刷不可領域の搬送方向における長さとによって定まる。

（４）最適出力電流値の上限値
また、図３に示すように、特性曲線Ｘ及び特性曲線Ｚは、いずれも負荷抵抗値Ｒｉがゼロに近づくに連れて最適出力電流値Ｉｔが急激に増大する曲線である。従って、負荷抵抗値Ｒｉがある程度小さくなったときは、それに対応する最適出力電流値Ｉｔが過電流となって例えば内部回路等を破損させてしまうおそれがある。そこで、本参考例では、最適出力電流値Ｉｔの上限値Ｉthを設けて、特性曲線Ｘ、Ｚによって算出された最適出力電流値Ｉｔが上限値Ｉth以上であったときは、この上限値Ｉthを最適出力電流値Ｉｔとして決定するようにしている。

４．本参考例の効果
（１）図３に示す各実験結果のプロットＰを、線形近似や三角関数近似などを用いて特性曲線を導き出す方法が考えられる。しかし、前者の方法では誤差が大きくなり精度の高い制御ができなくなるおそれがあり、後者の方法では、計算量が大きくなり制御の応答性が低下するという問題が生じる。なお、この制御の応答性が低下すると、搬送中の用紙３の搬送速度に対して転写バイアスの変更を追従させることができなくなる。特に、用紙３が含む水分の変化（湿気状態のばらつき）に追従した電力制御が行えなくなるのである。また、上記制御タイミング間隔を短くすることが困難になる。
そこで、本参考例では、累乗関数（ｙ＝ＡｘB）近似（対数近似）によって特性曲線Ｘ（特性曲線Ｚ）を導出するようにした。これにより、応答性の低下を抑制しつつ精度の高い電力制御が可能になる。
（２）また、１枚の用紙３における湿気状態にばらつきある場合、その用紙３の各部位によって負荷抵抗値Ｒｉが異なってくる。そこで、本参考例では、１枚の用紙３全体に対する転写動作時間（具体的には、転写位置に対して用紙３の先端が到達してから、その用紙３の後部が通過するまでの時間）よりも短い時間間隔の制御タイミングで制御対象である出力電流値Ｉｉを制御し、各部位に対して最適な転写を行えるようにした。

（３）更に、本参考例では、上記ＣＰＵ６１による制御タイミングは、転写位置に対して用紙３の先端が到達してから当該用紙３の印刷可能領域が到達するまでの間の時間よりも短く設定されている。従って、用紙３の印刷可能領域に対して最適な最適出力電流値Ｉｔでの転写動作を行うことができる。なお、この電力制御は、用紙３の先端部だけで行ってもよいし、用紙３の搬送方向における全長に亘って行う構成であってもよい。
（４）また、特性曲線Ｘ（特性曲線Ｚ）は、最低湿度下で実験結果のプロットＰを近似して得たものである。周囲環境（特に湿度や温度）が変動しても転写不良を防止することができる。

（５）また、本参考例では、最適出力電流値Ｉｔの上限値Ｉthを設けて、特性曲線Ｘ、Ｚによって算出された最適出力電流値Ｉｔが上限値Ｉth以上であったときは、この上限値Ｉthを最適出力電流値Ｉｔとして決定するようにしている。これにより過電流を防止できる。

＜実施形態＞
図６は本発明の一実施形態を示す。前記参考例との相違は、特性曲線の導出方法にあり、その他の点は前記参考例と同様である。従って、参考例と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。

１．特性曲線について
図６には、最低湿度下での各実験結果のプロットＰと、特性曲線Ｗとが示されている。この特性曲線Ｗは、最低湿度下での各実験結果のプロットＰを、主として二次関数近似によって導出したものである。より具体的には、同図において負荷抵抗値Ｒｉが略５００ＭΩ以下では２次曲線近似を行っている。最低湿度下での各実験結果は、負荷抵抗値Ｒｉの増加に伴って最適出力電流値の絶対値｜Ｉｔ｜が減少する傾向にあるため、２次関数のうち増減傾向が反転する変曲点より同図面上左側の部分Ｗａ（本発明でいう「非反転部分」に相当。）を使用し、それよりも同図面上右側の部分Ｗｂ（同図で点線で示した曲線）は使用していない。一方、負荷抵抗値Ｒｉが略５００ＭΩを超える部分については直線Ｗｃ（本発明の「非反転部分における増減傾向と同じ傾向を有する他の直線または曲線」に相当）を代用している。なお、同図面上左側の部分Ｗａの左側端部、或いは、当該左側の部分Ｗａの更に左側の部分について同じ増減傾向を有する他の直線や曲線を代用してもよい。

その結果、特性曲線Ｗは次の数式５で示すことができる
（数式５）
最適出力電流値Ｉｔ＝Ｅ（Ｒｉ−Ｆ）2＋Ｇ （Ｒｉ＜Ｒ'のとき）
最適出力電流値Ｉｔ＝Ｉ' （Ｒｉ＞＝Ｒ'のとき）
但し、Ｒ'＝＜Ｆ かつ、Ｉ'＝＜Ｇ
Ｒｉ：検出された負荷抵抗値
Ｅ，Ｆ，Ｇ：係数。Ｅ＜０。Ｆ＞０。Ｇ＝＜０。
（但し、順転写バイアス電圧Ｖａ１が正極性のときはＥ＞０、Ｇ＞＝０，Ｉ'＞＝Ｇ）

２．本実施形態の効果
本実施形態によれば、特性曲線Ｗは、加法・減法及び乗法（累乗含む）以外の演算を含まない整式（多項式）関数によって近似した曲線である。従って、除算による丸め誤差がなく精度の高い電力制御が可能になる。また、その整式は二次関数であるから、更に応答性の高い電力制御が可能になる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記参考例及び実施形態では、負荷抵抗値Ｒｉとそれに対応する最適出力電流値Ｉｔとの相関関係を示す特性曲線Ｘ，Ｚ，Ｗとしたが、これ以外に、印加電圧値Ｖｉ（本発明でいう「制御対象でない検出値」に相当）とそれに対応する最適出力電流値Ｉｔとの相関関係を示す特性曲線を用いてもよい。

（２）上記参考例及び実施形態では、各特性曲線Ｘ，Ｚ，Ｗの情報は、上記数式１，２，５の関数情報としてメモリ１００に記憶され、ＣＰＵ６１がこのメモリ１００から各特性曲線Ｘ，Ｚ，Ｗの情報を読み出して最適出力電流値Ｉｔを算出する構成になっていた。しかし、これに限らず、各特性曲線Ｘ，Ｚ，Ｗ上における、負荷抵抗値Ｒｉと最適出力電流値Ｉｔとの対応データテーブルをメモリ１００に記憶しておく方法であってもよい。このような構成であれば、ＣＰＵ６１による算出処理を軽減することができる反面、記憶容量が大きくなる問題が生じ得る。

（３）特性曲線は、被記録媒体の種類（材質や厚さなど）毎に設けて、印刷すべき特定の種類の被記録媒体に対応する特性曲線を選択して、上記制御を行う構成であってもよい。

参考例に係るレーザプリンタの内部構成を示す側断面図 バイアス印加回路の要部構成のブロック図 各実験結果と特性曲線とを示すグラフ 負荷抵抗値と最適出力電流値との相関関係を示す説明図 転写位置に対する用紙の位置を説明するための模式図 本発明の実施形態の各実験結果と特性曲線とを示すグラフ

１...レーザプリンタ（画像形成装置）
２７...感光ドラム（像担持体）
３０...転写ローラ（転写手段）
６１...ＣＰＵ（決定手段、電圧検出手段）
６２...順転写バイアス印加回路（電力供給手段）
７３...順転写出力電圧検出回路（電圧検出手段）
８３...出力検出回路（電流検出手段）
Ｉｉ...出力電流値（制御対象となる検出値）
Ｉｔ...最適出力電流値（制御対象の最適値）
Ｉth...上限値
Ｐ...プロット（実験結果値）
Ｒｉ...負荷抵抗値
Ｖｉ...印加電圧値（制御対象でない検出値）
Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗ...特性曲線

Claims (6)

1. 像担持体に担持されたトナー像を被記録媒体に転写するための転写手段と、
   前記転写手段に与える電流値及び電圧値のうち一方を制御対象としてその制御対象値に応じた電力を前記転写手段に供給する電力供給手段と、
   前記転写手段に対する電圧値を検出する電圧検出手段と、
   前記転写手段に流れる電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電圧検出手段及び前記電流検出手段の両検出値を取得して、前記両検出値或いは前記制御対象でない他方の検出値と、前記制御対象の最適値との相関関係を示す特性曲線に基づき導き出した制御対象の最適値を、前記電力供給手段における制御対象値として決定する決定手段と、を備える画像形成装置であって、
   前記特性曲線は、前記転写手段による転写時に転写不良が実質的に発生しない状態が得られた、前記両検出値或いは前記他方の検出値、及び、前記制御対象の最適値の各実験結果値を、Ｎ次整式関数において増減傾向が途中で反転しない非反転部分を利用し、前記非反転部分の範囲外については、当該非反転部分における増減傾向と同じ傾向を有する他の直線または曲線を利用して近似した曲線であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記決定手段による前記制御対象値の決定動作は、１枚の前記被記録媒体に対する転写動作時間よりも短い所定の時間間隔で実行されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記所定の時間間隔は、前記転写手段及び前記像担持体の対向位置に対して前記被記録媒体の先端が到達してから当該被記録媒体の画像形成可能領域が到達するまでの時間よりも短い時間に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記転写不良は、転写電力不足による飛散、及び、転写電力過剰による放電のうち少なくともいずれか一方が発生する状態であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記各実験結果値は、画像形成装置の推奨使用条件での最低湿度下における実験によって得られた結果値であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記特性曲線に基づき決定される制御対象値は上限値が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。

Images