(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デューティ比の異なる制御信号を出力可能な波形発生手段と、
前記制御信号を増幅して交流電圧を生成する交流増幅回路を有し、当該生成した交流電圧に直流電圧を重畳して現像バイアス電圧を生成する高電圧生成手段と、
前記現像バイアス電圧が印加され、現像剤であるトナーを周面に担持して搬送する現像ローラーと、
を備え、前記波形発生手段は、前記制御信号のデューティ比を第１デューティ比から当該第１デューティ比とは異なる第２デューティ比に変化させる際、前記第２デューティ比の制御信号の出力を開始する開始点より前において、前記制御信号の波形平均値の変化量を予め定められた値以下とするべく当該制御信号の電圧レベルを予め定められた傾きをもって線形的に変化させた後、前記開始点において前記第２デューティ比の制御信号を出力するものである現像装置。
【請求項２】
前記波形発生手段はアナログ出力端子を有し、当該アナログ出力端子より前記制御信号を出力するものであり、前記制御信号のデューティ比を前記第１デューティ比から前記第２デューティ比に変化させる際、前記開始点より前において、前記第１デューティ比が示す割合の電圧レベルから前記第２デューティ比が示す割合の電圧レベルまで前記予め定められた傾きをもって線形的に前記制御信号の電圧レベルを変化させた後、前記開始点において第２デューティ比の制御信号を出力するものである請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
現像剤であるトナーを周面に担持して搬送する現像ローラーと、当該現像ローラーに現像バイアス電圧を印加する高電圧生成手段とを有する現像装置と、
画像データに基づいた静電潜像が形成され、当該静電潜像が前記現像ローラーから供給されるトナーによって顕像化したトナー像を担持する像担持体と、
を備え、前記現像装置として請求項１又は２に記載の現像装置が用いられている画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の現像装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を利用した、コピー機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置は、像担持体（例えば、感光体ドラムや転写ベルト）と、画像データに基づいた光を出射して像担持体に静電潜像を形成する露光装置と、像担持体に形成された静電潜像に現像剤（トナー）を供給して該静電潜像を顕像化する現像装置を備えている。
【０００３】
このような現像装置では、現像ローラーに印加される現像バイアス電圧を高くすると、トナー像の形成に必要な量のトナーを像担持体に供給することが容易となる一方で、現像バイアス電圧のピーク値と像担持体の表面電位との間の電位差が大きくなって、像担持体と現像ローラーとの間でリーク（気中放電）が発生しやすくなる。リークが発生すると、像担持体上にランダムな黒点（ノイズ）が発生する、所謂現像リークが発生し、良好な画質のトナー像が形成されない。更に、周辺機器の故障も招きやすくなる。
【０００４】
逆に、リークを避けるために現像バイアス電圧を低くすると、トナー像の形成に必要な量のトナーが像担持体に供給されにくくなり、トナー像に濃度ムラが発生する。その結果、良好な画質のトナー像が形成されない。そこで従来からリークの発生を抑える方法が提案されてきた（特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７１９３６号公報
【特許文献２】特開２００５−２５８２５６号公報
【特許文献３】特開平７−１３４４８０号公報
【特許文献４】特開２００７−２７９２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜４にて提案された方法は、波形発生器が生成した波形を交流増幅回路が増幅して交流電圧を生成し、更に直流電圧を重畳して現像バイアス電圧を生成している。従って、波形発生器が生成した波形が大きく変化すると、この変化分が交流増幅回路によって増幅され、現像バイアス電圧に大きなピーク値となって現れる。ピーク値が大きくなると、像担持体と現像ローラーの間の電位差が放電開始電圧以上となり、リークが発生しやすかった。
【０００７】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、特別な装置を用いずに、現像ローラーと像担持体の間で発生するリークの防止を図った現像装置及び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】
【０００８】
請求項１に記載の発明の現像装置は、デューティ比の異なる制御信号を出力可能な波形発生手段と、前記制御信号を増幅して交流電圧を生成する交流増幅回路を有し、当該生成した交流電圧に直流電圧を重畳して現像バイアス電圧を生成する高電圧生成手段と、前記現像バイアス電圧が印加され、現像剤であるトナーを周面に担持して搬送する現像ローラーと、を備え、前記波形発生手段は、前記制御信号のデューティ比を第１デューティ比から当該第１デューティ比とは異なる第２デューティ比に変化させる際、前記第２デューティ比の制御信号の出力を開始する開始点より前において、前記制御信号の波形平均値の変化量を予め定められた値以下とするべく当該制御信号の電圧レベルを予め定められた傾きをもって線形的に変化させた後、前記開始点において前記第２デューティ比の制御信号を出力するものである。
【０００９】
ここで、波形平均値とは、制御信号のある時点から所定時間前までの期間の電圧平均値のことを言う。制御信号のデューティ比が変化すると、制御信号の波形平均値が急激に変化し、この変化分が交流増幅回路によって増幅され、現像バイアス電圧に大きなピーク値となって現れていた。このようなピーク値が発生すると、現像ローラーと像担持体の間の電位差が放電開始電圧以上となり、リークが発生しやすい状態となっていた。
【００１０】
そこで、制御信号のデューティ比を変更する際は、制御信号の波形平均値の変化量が予め定められた値以下（「予め定められた値」とは、波形平均値の変化量が交流増幅回路による増幅によって現像バイアス電圧にピーク値として現れない程度の値をいう）となるように、制御信号を予め定められた傾きを持って線形的に変化させた後、目標とする第２デューティ比にする。こうすることにより、制御信号の波形平均値の急激な変化がなくなり、変化分が交流増幅回路によって増幅されて現像バイアス電圧にピーク値となって現れることがない。よって、リークの発生を防ぐことができる。そして、気圧が低く放電開始電圧が低い環境においても、簡単な装置でリークの発生を抑えることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の現像装置であって、前記波形発生手段はアナログ端子を有し、当該アナログ端子より前記制御信号を出力するものであり、前記制御信号のデューティ比を前記第１デューティ比から前記第２デューティ比に変化させる際、前記開始点より前において、前記第１デューティ比が示す割合の電圧レベルから前記第２デューティ比が示す割合の電圧レベルまで前記予め定められた傾きをもって線形的に前記制御信号の電圧レベルを変化させた後、前記開始点において第２デューティ比の制御信号を出力するものである。
【００１２】
この構成によれば、波形発生手段のアナログ出力端子を用いることで、特別な装置を用いずに制御信号の電圧レベルを線形的に変化させることができ、リークを防ぐことができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明の画像形成装置は、現像剤であるトナーを周面に担持して搬送する現像ローラーと、当該現像ローラーに現像バイアス電圧を印加する高電圧生成手段とを有する現像装置と、画像データに基づいた静電潜像が形成され、当該静電潜像が前記現像ローラーから供給されるトナーによって顕像化したトナー像を担持する像担持体と、を備え、前記現像装置として請求項１又は２に記載の現像装置が用いられているものである。
【００１４】
この構成によれば、請求項１又は２と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、制御信号の波形平均値の急激な変化がなくなり、波形平均値の変化分が交流増幅回路によって増幅されて現像バイアス電圧にピーク値となって現れることがない。従って、現像ローラーと像担持体の間に発生するリークを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】画像形成装置の機械的構成の一例を示す断面図。
【図２】現像装置の構成の概略を示す断面図。
【図３】高圧電源回路の電気的構成を示した図。
【図４】波形発生器が出力する制御信号と現像バイアス電圧の波形を示した図。
【図５】従来の高圧電源回路において制御信号のデューティ比を１００％から１０％に変化した場合の各波形を示した図。
【図６】本実施の形態の高圧電源回路において制御信号のデューティ比を１００％から１０％に変化した場合の各波形を示した図。
【図７】本実施の形態の高圧電源回路において制御信号のデューティ比を５０％から１０％に変化した場合の各波形を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る現像装置と、この現像装置を備えた画像形成装置の一実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、本実施の形態では画像形成装置１としてプリンターを例に説明するが、電子写真方式のコピー機、ファクシミリ、またこれらの複数の機能を備えた複合機であってもよい。
【００１８】
図１は、本実施の形態における画像形成装置１の機械的構成の一例を示す断面図である。画像形成装置１は、露光装置１１、現像装置１２、帯電器１３、感光体ドラム１４、転写ローラー１５及び定着器１６を備えて構成される。
【００１９】
感光体ドラム１４は、円筒状の部材であり、図略のモータからの駆動力を受けて、図１における時計回りの方向に回転する。帯電器１３は、感光体ドラム１４の表面を略一様に帯電する。露光装置１１は、レーザダイオード等の光源を備え、帯電器１３によって略一様に帯電された感光体ドラム１４の表面に対して、画像データに応じた光を照射して、静電潜像を形成する。尚、画像データは、画像形成装置１に接続されたパーソナルコンピュータ等によって送信されたものを画像形成装置１が受信したものである。
【００２０】
現像装置１２は、トナーを収納するトナーコンテナを備え、静電潜像が形成された感光体ドラム１４の表面にトナーを供給してトナー像を形成する。感光体ドラム１４に形成されたトナー像が、後述する転写ローラー１５によって、搬送路Ｐを搬送される用紙又は転写ベルト（図示省略）に転写される。
【００２１】
感光体ドラム１４と対向する位置には、転写ローラー１５が配設されている。転写ローラー１５は、導電性を有するゴム材料等で構成され、感光体ドラム１４に形成されたトナー像を搬送路Ｐを搬送される用紙又は転写ベルトに転写する。
【００２２】
定着器１６は、ヒータ等を内蔵する加熱ローラー１６０及び加熱ローラー１６０と対向する位置に設けられた加圧ローラー１６１を備え、トナー像が形成された用紙を加熱搬送することにより、用紙に転写されたトナー像を定着させる。
【００２３】
次に、画像形成装置１の画像形成動作について簡単に説明する。先ず、帯電器１３により感光体ドラム１４の表面が略均一に帯電される。そして、帯電された感光体ドラム１４表面が、露光装置１１により露光され、静電潜像が感光体ドラム１４の表面に形成される。そして、現像装置１２により感光体ドラム１４の表面にトナーが供給されることによりこの静電潜像が顕像化してトナー像となり、転写ローラー１５により感光体ドラム１４の表面のトナー像が用紙に転写される。用紙に転写されたトナー像は、定着器１６により固着される。
【００２４】
図２は、現像装置１２の構成の概略を示す断面図であり、図１に示した現像装置１２の周辺部を拡大して示したものである。現像装置１２は、現像ローラー７２、磁気ローラー７３、パドルミキサ７４、攪拌ミキサ７５、穂切りブレード７６、仕切板７７、及び電圧印加部８０を備える。
【００２５】
現像ローラー７２は、表面にトナーを担持して搬送することにより、感光体ドラム１４の表面に形成された静電潜像をトナー像として顕像化する。磁気ローラー７３は、内部に配置された磁石によって２成分現像剤を吸着して磁気ブラシを発生させ、現像ローラー７２にトナーを供給する。
【００２６】
パドルミキサ７４及び攪拌ミキサ７５は、らせん状羽根を有し、互いに逆方向に２成分現像剤を搬送しながら攪拌してトナーを帯電させる。更に、パドルミキサ７４は、帯電させたトナーとキャリアとを含む２成分現像剤を磁気ローラー７３に供給する。穂切りブレード７６は、磁気ローラー７３上に形成された磁気ブラシの厚さを規制する。仕切板７７は、パドルミキサ７４と攪拌ミキサ７５との間に設けられ、仕切板７７の両端側より外側で、２成分現像剤が自由に通過できるようになっている。
【００２７】
高圧電源回路８０は、現像ローラー７２及び磁気ローラー７３に現像バイアス電圧を印加する電源である。図３は、高圧電源回路８０の電気的構成を示した図である。高圧電源回路８０は、波形発生器８０１、交流増幅回路８０２、変圧器８０３、直流電源８０４を有する。波形発生器８０１は、アナログ端子からデューティ比の異なる制御信号を出力可能な回路である。
【００２８】
交流増幅回路８０２は、オペアンプ等で構成され、波形発生器８０１が出力した制御信号（電圧）を増幅し、現像装置１２の現像バイアス電圧として必要とされる電圧レベルへ近付けるための回路である。交流増幅回路８０２が増幅した電圧は、変圧器８０３が昇圧し、変圧器８０３の二次側において直流電源８０４が生成する直流電圧と重畳されて現像バイアス電圧として現像装置１２に印加される。
【００２９】
図４は、波形発生器８０１が出力する制御信号（左側）と現像バイアス電圧の波形（右側）を示した図であり、制御信号のデューティ比が０％、１０％、５０％、９０％及び１００％の時を例に示している。制御信号のデューティ比が０％及び１００％の時は、制御信号に電圧変化がないため、交流増幅回路８０２が機能せず、現像バイアス電圧は０となる。以下、感光体ドラム１４の表面電位と直流電源８０４の直流電圧成分は０として説明する。
【００３０】
制御信号のデューティ比が１０％のとき、制御信号のハイレベルとローレベルの時間比は１：９であり、制御信号の波形平均値は点線で示すようにハイレベル値の１０％になる。現像バイアス電圧は、この波形平均値のレベルを０［Ｖ］としたプラス側に変化が大きい波形となる。ここで波形平均値とは、制御信号のある時点から所定時間前までの期間の電圧平均値のことを言う。
【００３１】
制御信号のデューティ比が５０％のとき、制御信号のハイレベルとローレベルの時間比は５：５であり、制御信号の波形平均値は点線で示すようにハイレベル値の５０％の電圧レベルになる。現像バイアス電圧は、０［Ｖ］を中心に変化する矩形波となる。
【００３２】
制御信号のデューティ比が９０％のとき、制御信号のハイレベルとローレベルの時間比は９：１であり、制御信号の波形平均値は点線で示すようにハイレベル値の９０％の電圧レベルになる。現像バイアス電圧は、波形平均値のレベルを０［Ｖ］としたマイナス側に変化が大きい波形となる。
【００３３】
図５は、従来の高圧電源回路において制御信号のデューティ比を１００％から１０％に変化した場合の各波形を示した図である。制御信号は変化点ｔ１においてデューティ比が変化、即ちハイレベルからローレベルに変化する。従って、点線で示すように、波形平均値が変化点ｔ１の直後に急激に変化することになる。この波形平均値の電圧変化分は交流増幅回路８０２に含まれる結合コンデンサや変圧器によって増幅され、現像バイアス電圧のマイナス側に大きなピーク値となって現れる。このようなピーク値が発生すると、感光体ローラー１４と現像ローラー７２の間の電位差が放電開始電圧以上となり、リークが発生しやすい状態となっていた。
【００３４】
そこで、本実施の形態の画像形成装置における高圧電源回路８０では、波形発生器８０１がデューティ比を変化する際は制御信号の電圧値を線形的に変化させて出力することによって、制御信号の波形平均値の変化分が増幅されてピーク値となって現れることを防ぐよう改良した。以下、詳しく説明する。
【００３５】
図６は、本実施の形態の高圧電源回路８０において制御信号のデューティ比を１００％から１０％に変化した場合の各波形を示した図である。制御信号のデューティ比を１００％から１０％に変化する際、波形発生器８０１は、変化点ｔ２より前に制御信号の電圧レベルを変更前のデューティ比が示す割合の電圧レベル（つまりハイレベル値）から目標とするデューティ比が示す割合の電圧レベル（つまりハイレベル値の１０％の電圧値）まで予め定められた傾きをもって線形的に変化させて出力する。制御信号は波形発生器８０１のアナログ端子から出力されるため、矩形波以外に、図６に示すような連続して変化する波形も出力可能である。
【００３６】
ここで、現像バイアス電圧にリークの原因となるピーク値が現れるか否かは、制御信号の波形平均値の変化量に依存する。従って、デューティ比を変化させる際は、制御信号の波形平均値の変化量が、交流増幅回路８０２による増幅によって現像バイアス電圧にピーク値として現れない変化量以下にする必要がある。その為に、回路設計時において現像バイアス電圧にピーク値として現れ出す波形平均値の変化量を算出し、波形平均値がこの算出された値以下となるように、制御信号を変化させる際の傾きを予め定めておく。波形発生器８０１は、この予め定められた傾きを用いて制御信号を変化させて出力する。そして、波形発生器８０１は、制御信号の電圧レベルが目標とするデューティ比が示す割合の電圧レベル（つまりハイレベル値の１０％の電圧値）に到達した変化点ｔ２以降は、目標とするデューティ比（つまりデューティ比１０％）の制御信号を出力する。
【００３７】
ここで、制御信号の波形平均値は、図４に示すように、制御信号のデューティ比の示す電圧レベルに相当する。従って、波形平均値の無用な変化をなくすために、制御信号の変化開始点は、制御信号が変更前のデューティ比が示す割合の電圧レベル（つまりハイレベル値）にあるときとし、変化点ｔ２を、制御信号の電圧レベルが目標とするデューティ比の示す割合の電圧レベル（つまりハイレベル値の１０％の電圧値）に到達した点とする。この点を分かりやすくするために、別の例について図７を用いて説明する。
【００３８】
図７は、本実施の形態の高圧電源回路８０において制御信号のデューティ比を５０％から１０％に変化した場合の各波形を示した図である。制御信号のデューティ比を５０％から１０％に変化する際、波形発生器８０１は、変化点ｔ３より前に制御信号の電圧レベルを変更前のデューティ比が示す割合の電圧レベル（ハイレベル値の５０％）から目標とするデューティ比が示す割合の電圧レベル（ハイレベル値の１０％）の電圧値まで予め定められた傾きをもって線形的に変化させて出力する。上記と同様に、この間は制御信号の波形平均値が急激に変化することがないため、現像バイアス電圧にピーク値が現れず、リークを防ぐことができる。波形発生器８０１は、変化点ｔ３以降は制御信号をデューティ比１０％の矩形波にして出力する。
【００３９】
以上、説明したように、現像バイアス電圧のデューティ比を決定する制御信号のデューティ比を変更する際は、波形発生器８０１が変更点より前に制御信号の電圧レベルを線形的に変化させた後、目標とするデューティ比にして出力することにより、制御信号の波形平均値の急激な変化がなくなり、電圧変化分が交流増幅回路８０２によって増幅されてピーク値となって現れることがない。よって、リークの発生を防ぐことができる。また、気圧が低く放電開始電圧が低い環境においても、簡単な装置でリークの発生を抑えることができる。
【００４０】
尚、本実施の形態では、制御信号のデューティ比１００％から１０％、５０％から１０％の変化についてのみ例示したが、デューティ比の数値にかかわらず、上記の方法にて制御信号のデューティ比を変化させることによってリーク発生を防ぐことができる。
【００４１】
また、制御信号は波形発生器８０１のアナログ端子から出力される信号として説明したが、デジタル端子から出力されてもよい。但し、制御信号をデジタル端子から出力する場合は、波形発生器８０１の後段にアナログ加算回路を設けることにより、制御信号の波形平均値の電圧レベルの急激な変化を抑えることができる。これにより、上記と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４２】
１      画像形成装置
１２    現像装置
１４    感光体ドラム（像担持体）
７２    現像ローラー
８０    高圧電源回路
８０１  波形発生器（波形発生手段）
８０２  交流増幅回路（高圧電圧生成手段）
８０３  変圧器（高圧電圧生成手段）
８０４  直流電源（高圧電圧生成手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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