JPH0634128B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は画像形成装置に係り、さらに詳細には電子式複
写機ないしはレーザービームプリンタなど感光体および
現像器間に現像バイアスを印加する方式の画像形成装置
に関する。

［従来技術］ 従来電子式複写機、レーザビームプリンタなど電子写真
技術を応用した機器が広く普及している。これらの装置
ではＣｄｓなどの感光体上に画像情報を光学的に与え、
静電潜像を感光体上に形成し、しかる後にジャンピング
現像を行ない、記録紙上に顕像化されたトナー像が転写
される方式が良く知られている。

上記の工程のうち、現像工程においては現像器〜感光体
間に交流信号による現像バイアスを与え、濃度および階
調特性などを適正に保つ技術が知られている。このバイ
アスとしての交流信号は正弦波がよく用いられている。
また、さらにこの交流現像バイアスに直流電圧を重畳さ
せ、トナーの感光体への付着量を適正に保つ、ないしは
準備工程などでのトナーの付着防止を計る技術も知られ
ている。

このような従来の現像器では、交流現像バイアスが単一
スペクトルの正弦波であるので、オーバーシュートや歪
み補正の点で波形が比較的管理しやすいこと、およびこ
の交流バイアスを扱うトランス、アンプなどの帯域が狭
くて済む、などの利点がある反面、次のような欠点が認
められる。

すなわち、正弦波の交流バイアスでは信号の平均レベル
とピークレベルの差が大きく、したがってトナーの移動
エネルギーもこれに応じて変動してしまうこと、また同
じ理由で感光体に対向して設けられる現像スリーブ間で
放電が起きやすいこと。さらにこの傾向は上記の直流電
圧の重畳を行なう場合には、ピーク値がより高められ、
助長されることなどである。

又、従来の技術では現像器への直流電圧の印加、電圧を
変更することにより、画像の濃度を可変制御することは
行なわれていたが、原稿画像の種類に応じて自動的に現
像バイアスの制御は行なわれていなかった。

〔目的〕

本発明は以上の従来装置の欠点に鑑みてなされたもの
で、安定したトナー飛翔が可能で、現像スリーブと感光
体間の放電の危険性が少なく、且つ原稿画像の種類、即
ち中間調画像か文字画像かに応じて、自動的に現像バイ
アスを用いて画質の制御が可能な画像形成装置の提供を
目的とする。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。

第１図に本発明の画像形成装置の現像バイアス発生回路
の一実施例を示す。

第１図において符号１で示されるものは発振器で、その
出力は比較器２に接続されている。比較器２は入力端子
５を有しており、その出力は増幅器３に接続されてい
る。増幅器３は入力端子６を有しており、その出力は昇
圧トランス４に接続されている。昇圧トランス４の出力
は出力端子７に接続され、ここから現像器に与えられ
る。

本発明では、現像バイアスとして従来の正弦波に替えて
矩形波を用いるものとし、それを発生する発振器１は第
２図に詳細に示すように構成されている。

第２図は第１図中の発振器１および比較器２の構造を詳
細に示すもので、図示するように発振器１および比較器
２は高利得、高インピーダンスのＤＰアンプＱ１、Ｑ２
から構成されている。発振器１の回路は抵抗Ｒ１、Ｒ２
により正帰還をかけられ時定数Ｃ１・Ｒ１に応じた周期
で３角波を発生する公知のブロッキング発振回路であ
る。

また比較器２は入力端子５から抵抗Ｒ６を介して入力さ
れた基準電圧と、抵抗Ｒ４を介して入力される発振器１
の出力電圧を比較する公知のコンパレータ回路である。

第２図の各部の電圧波形を第３図（Ａ）〜（Ｅ）に示
す。

第３図（Ａ）は第２図のＯＰアンプＱ１の出力を、第３
図（Ｂ）はＯＰアンプＱ１の負入力端子に発生する３角
波を示している。以下に発振器１の発振動作につき簡単
に説明する。ＯＰアンプＱ１の負入力端子は自定数Ｃ１
・Ｒ１で周期関数的に出力電圧に収束しようとする。正
入力端子には第３図（Ａ）に示した自らの出力電圧が抵
抗Ｒ２、Ｒ３の分圧されて入力されており、負入力端子
の電圧が正入力端子に達すると出力は高レベルから低レ
ベルへ、あるいはその逆方向に反転し、負入力端子の端
子電圧の収束方向も切り変わる。この負入力端子電圧が
所定時間の後に正入力端子に達すると再び出力電圧は反
転する。このようにして発振器１はＣ１・Ｒ１なる関数
の周期で発振を繰り返し、第３図（Ｂ）に示した３角波
が発生される。

次に比較器２において、ＯＰアンプＱ２でこの３角波が
入力端子５から入力された直流電圧と比較される。第３
図（Ｂ）中に符号Ｐ、Ｑ、Ｒで示した３つのレベルの直
流電圧と比較した場合には、その直流レベルを３角波が
横切る度にＯＰアンプＱ２の出力が反転するので、それ
ぞれ第３図（Ｃ）〜（Ｅ）に示すデューティー比の異な
る矩形波が得られる。なおこの際、帰還抵抗Ｒ５によっ
てＯＰアンプＱ２にわずかなヒステリシス特性が持たさ
れ、出力が安定化される。

再び第１図に戻る。以上のようにして発生された入力端
子５の直流電圧に応じたデューティー比を有する矩形波
は増幅器３に入力され、電力増幅されて昇圧トランス４
の１次側に加えられる。昇圧トランス４は昇圧比１００
倍程度のもので２次側に１０００〜２０００ｖｐｐの出
力を発生する。昇圧されたデューティー比の異なる矩形
波は現像器に入力される。ただしここで入力端子６は出
力のオンオフのリモート端子で、非常時などに出力を遮
断するためなどに用いられる。

以上のようにしてデューティー比の異なる矩形波を現像
バイアスとして用いることができる。矩形波ではデュー
ティー比が１：１の場合、平均直流電圧は０Ｖとなる
が、前記のようにしてデューティー比を変えることによ
り平均直流電圧は負から正に変化させることができる。
したがって、第４図に示すように複写機などにおいては
画像濃度調整用ボリウムＶＲ１の両端に電源電圧を印加
し、この分圧を比較器２に入力することにより発生され
る矩形波のデューティー比を変化させ、画像濃度を調整
することができる。なお、第４図において昇圧トランス
４の両端に接続されている抵抗Ｒ８は出力安定化のため
のブリーダ抵抗、出力に接続された抵抗Ｒ９、Ｒ１０は
出力端子短絡時電流制御を行なう保護用のものである。
抵抗Ｒ９には交流バイパス用のコンデンサＣ２が接続さ
れており、短絡時には抵抗Ｒ９が直流阻止を行なう。

またマイクロコンピュータを用いて画像形成条件を制御
するような複写機、レーザビームプリンタなどでは第５
図に示すように画像濃度調整用ボリウムＶＲ１の分圧を
Ａ／Ｄ変換器１１でデジタル量に変換し、マイクロコン
ピュータ１２に入力する。マイクロコンピュータ１２
は、工程に応じてデューティー比に応じたデジタル量を
出力し、このデジタル量がＤ／Ａ変換器１３でアナログ
量に変換されて比較器２に印加され、バイアスのデュー
ティー比が制御される。

この制御の一例を第６図（Ａ）〜（Ｃ）に示す。

複写機、レーザービームプリンタなどにおいて、非画像
部すなわち感光ドラムおよび現像ローラが停止している
スタンバイ中では第６図（Ａ）に示すように矩形波のデ
ューティー比は１：１になるように制御される。これに
より現像バイアスの平均直流電圧は０Ｖに保持される。

画像部、すなわち画像形成時では第６図（Ｂ）に示すよ
うにデューティー比をわずかに負側に変化させ、平均直
流電圧を−１００Ｖ程度にする。この際マイクロコンピ
ュータ１２により濃度調整用ボリウムＶＲ１に応じたデ
ューティー比の調整が可能とされ、画像濃度が操作者の
所望の濃度となるようにデューティー比がこの前後の値
に調整される。

また光学系、原稿台の反転時など、感光ドラムおよび現
像ローラ回転を伴なった非画像部では第６図（Ｃ）に示
すように現像バイアスの平均直流電圧が−５００Ｖ程度
になるように現像バイアスのデューティー比が調整さ
れ、トナーの感光ドラムへの付着が防止される。

さらに、上述の可変デューティー比の矩形波による現像
バイアスに直流電圧を重畳させても良い。この例を第７
図に示す。ここでは第５図と同一ないしは同様の部材に
ついて同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

第７図の実施例は第５図に示した構成に加えて、昇圧ト
ランス４の２次側にインバータを用いた直流の高電圧を
重畳させるようにしたものである。同図においては画像
濃度調整ボリウムＶＲ１〜Ｄ／Ａ変換器１３は比較器１
０を介してインバータ回路８を制御し、インバータトラ
ンス９の出力電圧を制御するようになっている。インバ
ータトランス９の２次側にはダイオードＤ１、コンデン
サＣ３から成る整流、平滑回路が接続されており、発生
された直流の高電圧はダイオードＤ１の一端から昇圧ト
ランス４の２次側に印加される。この際重畳される直流
電圧は抵抗Ｒ１１、Ｒ１２で分圧されて比較器１０にフ
ィードバックされる。比較器１０はこの分圧とＤ／Ａ変
換器１３から入力されるアナログ量が等しくなるように
インバータ回路８を構成するスイッチングトランジスタ
などを制御する。ここでも昇圧トランス４の出力には第
４図の構成と同様のブリーダ抵抗Ｒ８、抵抗Ｒ９、Ｒ１
０、コンデンサＣ２から成る保護回路が接続されてい
る。

このようにして、前述のデューティー比の制御に加えて
画像濃度調整ボリウムＶＲ１から入力された量に応じて
現像バイアスに重畳される直流電圧を制御することによ
り画像濃度の調節、ないしは前述した非画像部における
トナー付着防止制御を行なうことができる。

また、この実施例で画質調整ボリウムＶＲ２のみを調節
し比較器２を介して現像バイアスの交流成分のデューテ
ィー比を制御することにより重畳直流電圧特性〜画像濃
度特性のγを調節でき、これにより解像度、階調性を好
みに応じて調節することができる。以上に述べた矩形波
のデューティー比の制御および重畳直流電圧の制御は第
８図に示すように両方ともマイクロコンピュータで制御
するようにしてもよい。

第８図においては、上記のボリウムＶＲ１、ＶＲ２はと
もにＡ／Ｄ変換器１１に接続されており、ボリウムＶＲ
１、ＶＲ２の入力量はそれぞれＡ／Ｄ変換器１１でデジ
タル量に変換されてマイクロコンピュータ１２に入力さ
れる。マイクロコンピュータ１２で上述した各画像形成
条件に応じて算出された制御量がＤ／Ａ変換器１３に入
力され、それぞれアナログ信号に変換されて比較器２お
よび比較器１０に入力される。このようにして画像濃度
制御、非画像部のトナー付着防止、および画質調整をマ
イクロコンピュータを介して制御することができ、その
際感光体の表面電位などの他の制御条件を加味して制御
を行なうこともできる。

第８図の実施例に加えて、上記の現像バイアスのデュー
ティー比、および重畳直流電圧の制御条件として感光ド
ラムの表面電位をも考慮するようにした例を第９図に示
す。

第９図の実施例では感光ドラム上に形成された潜像電位
を公知の表面電位センサ１４で計測し、測定回路１５で
処理した値が前記のＡ／Ｄ変換器１１に入力されるよう
になっている。表面電位センサの出力は測定回路１５で
表面電位の約１／３００の直流電圧に変換され、Ａ／Ｄ
変換器１１に入力される。この電圧はＡ／Ｄ変換器１１
でデジタル量に変換され、マイクロコンピュータ１２で
前記の画像濃度調整ボリウムＶＲ１および画質調整ボリ
ウムＶＲ２から入力された量を補正するように制御が行
なわれる。ここでは図示していないが、従来同様、測定
された感光ドラムの表面電位は原稿照明用ランプの発光
量、ないしは帯電器の制御さらに原稿画像の種類の判別
などにマイクロコンピュータ１２によって利用される。
このようにして、現像バイアスのデューティー比、およ
び重畳直流電圧のレベルを感光ドラムの表面電位の条件
を加味して制御することができる。

以上のようにして画像形成条件に応じてデューティー比
を変化させた矩形波を現像バイアスとして用いることが
できる。この場合従来の正弦波の現像バイアスに比して
平均レベルとピーク値の差が小さいのでトナー飛翔が安
定するとともに、感光体〜現像スリーブ間での放電が防
止される。また従来行なわれていた正弦波に直流電圧を
重畳させて現像バイアスの平均レベルを調整するプロセ
スはデューティー比調整プロセスに置き換えられるので
同様の制御が容易に低レベルの段階で可能になり、高圧
の直流電圧の発生手段を省略できるなど装置全体の簡略
化、小型化、ローコスト化に役立つ。また、増幅器のパ
ワーロスが従来の正弦波による現像バイアスに比して著
しく小さくなるという利点もある。

また、第７図、第８図に示した実施例のように直流高電
圧を現像バイアスに重畳させる場合には、矩形波パルス
のデューティー比の制御により現像バイアスの平均電圧
が調節できるので、従来例より重畳直流電圧のレンジを
狭くすることができるとともに、階調性および解像度な
どの画質調整が簡単に行なえるようになる。

さらに第９図に示した実施例では矩形波の現像バイアス
のデューティー比、および重畳直流電圧のレベルが感光
ドラムの表面電位の条件を加味して制御されるので、よ
り正確な制御が行なえ、特に感光ドラムの経年変化によ
る疲労が生じていてもこれを自動的に補正できるなど優
れた利点がある。また、感光ドラムの潜像電位、特に下
地の潜像電位を測定することにより、原画像（複写器な
どにおいては原稿画像）が文字原稿などのライン原稿
か、または写真のようなハーフトーン原稿かをマイクロ
コンピュータにより判別できるので、こうした原画像の
種類に応じて現像バイアスのデューティー比ないしその
重畳直流電圧を制御して濃度、γ特性などを制御するよ
うにもできる。

以上本発明の実施例につき説明したが、以下に示すよう
な様々な変形例が考えられる。

デューティー比の調節は上記の画像濃度調整、ないしは
非画像部におけるトナー付着防止の外に、画像の所望の
γ特性に応じて制御することもできる。また、感光ドラ
ムの潜像電位、特に下地の潜像電位を測定することによ
り、原画像（複写器などにおいては原稿画像）が文字原
稿などのライン原稿か、または写真のようなハーフトー
ン原稿かをマイクロコンピュータにより判別できるの
で、こうした原画像の種類に応じて現像バイアスのデュ
ーティー比ないしその重畳直流電圧を制御して濃度、γ
特性などを制御するようにもできる。

また、可変デューティー比を有する矩形波の発生は上に
例示した方法に限らず、矩形波を一旦積分器などを用い
て３角波に変換してからコンパレータによりデューティ
ー比を調整するなど、様々な変形例が考えられる。

さらに、増幅器、昇圧トランスでのオーバーシュートを
防止するために比較器〜増幅器間にフィルタを挿入する
ようにしてもよい。このフィルタはパワーロスを小さく
するために増幅器〜昇圧トランス間に挿入するようにし
てもよい。

また増幅器の代りにスイッチング回路を用いて昇圧トラ
ンスをドライブするようにし、パワーロスを低減させる
ことも考えられる。

また、第５図に示したＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器はハ
ードウエアから構成してもよいが、マイクロコンピュー
タのソフトウエア、ないしはそのハードウエアの一部と
して構成することも可能である。

［効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明は、感光体およ
び現像器間に矩形波パルス電圧に直流電圧を重畳した信
号を現像バイアスとして印加する画像形成装置におい
て、前記感光体上の表面電位を検出する検出手段と、検
出された表面電位に応じて原稿画像が中間調画像か文字
画像かを判別する判別手段と、判別結果に応じて前記矩
形波パルス電圧のデューティー比を可変制御して画像の
γ特性を調節する手段を設けたので、簡単安価に感光体
〜現像器間の放電を防止し、重畳直流電圧を可変すると
しても可変量を少なくでき、更に表面電位に応じて自動
的に検出された原稿画像の種類に応じて画像のγ特性を
調節できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の画像形成装置の基本構成を説明するブ
ロック図、第２図は第１図中の部材のより詳細な回路
図、第３図（Ａ）〜（Ｅ）は第２図に示した回路中の電
圧波形を示す波形図、第４図は本発明の画像形成装置の
異なる実施例を説明するブロック図、第５図は本発明の
さらに異なる実施例を説明するブロック図、第６図
（Ａ）〜（Ｃ）は第５図の実施例における制御を説明す
る波形図、第７図、第８図および第９図はそれぞれさら
に異なる実施例を説明するブロック図である。 １……発振器、２、１０……比較器 ３……増幅器、４……昇圧トランス ７……出力端子、１１……Ａ／Ｄ変換器 １２……マイクロコンピュータ １３……Ｄ／Ａ変換器 ＶＲ１……画像濃度調整ボリウム ＶＲ２……画質調整ボリウム １４……表面電位センサ １５……測定回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】感光体および現像器間に矩形波パルス電圧
   に直流電圧を重畳した信号を現像バイアスとして印加す
   る画像形成装置において、前記感光体上の表面電位を検
   出する検出手段と、検出された表面電位に応じて原稿画
   像が中間調画像か文字画像かを判別する判別手段と、判
   別結果に応じて前記矩形波パルス電圧のデューティー比
   を可変制御して画像のγ特性を調節する手段を設けたこ
   とを特徴とする画像形成装置。