(57)【要約】【課題】出力の切り替え時間を短くすることができる高圧電源を提供する。【解決手段】オン・オフデューティを任意に設定可能なＰＷＭ発生手段２により高圧出力発生手段４のトランスを駆動することでデューティに応じた出力を発生するとともに、制御手段１により出力電流及び出力電圧の帰還値と制御すべき目標値とを一定周期毎に比較し、所定の演算式により次周期のＰＷＭデューティを更新する高圧電源において、制御手段１は、出力電流及び出力電圧の帰還値から高圧負荷のインピーダンスを算出し、高圧出力中に出力値を切り替える際に算出したインピーダンスと出力切り替え前後での出力設定値の差分から演算式を変更する制御を行う。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オン・オフデューティを任意に設定可能なＰＷＭ発生手段と、該ＰＷＭ発生手段によりトランスを駆動することでデューティに応じた出力を発生する高圧出力発生手段と、出力電流及び出力電圧の帰還値と制御すべき目標値とを一定周期毎に比較し、所定の演算式により次周期のＰＷＭデューティを更新する制御手段と、を備えた高圧電源において、
前記制御手段は、出力電流及び出力電圧の帰還値から高圧負荷のインピーダンスを算出し、高圧出力中に出力値を切り替える際に算出したインピーダンスと出力切り替え前後での出力設定値の差分から演算式を変更する制御を行うことを特徴とする高圧電源。
【請求項２】
請求項１記載の高圧電源において、前記制御手段は、インピーダンス算出及び出力切り替え時の演算係数変更を記録紙１枚ごとに実行することを特徴とする高圧電源。
【請求項３】
請求項１記載の高圧電源において、前記制御手段は、出力切り替え時の帰還値から切り替え時間を計測し、所定の時間を超える場合は出力切り替え時の演算係数を補正することを特徴とする高圧電源。
【請求項４】
請求項１記載の高圧電源において、前記制御手段は、出力切り替え時の帰還値からオーバーシュート及びアンダーシュートを計測し、所定の量を超える場合は出力切り替え時の演算係数を補正することを特徴とする高圧電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真プロセスを用いた複写機・ファクシミリ・プリンタ等の画像形成装置に好適な高圧電源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プロセスによる複写機・ファクシミリ・プリンタ等の画像形成装置には、マイクロプロセッサＣＰＵとタイマ、Ａ／Ｄ変換器を備え、各高電圧出力をＡ／Ｄ変換器によりモニタし、一定周期毎にＡ／Ｄ変換からの現出力帰還値と目標出力との比較結果からＣＰＵによる演算更新を行い、高圧トランスを駆動するスイッチングトランジスタのスイッチングデューティを制御することで任意の高電圧を出力する高圧電源が搭載されている。
電子写真プロセスの高圧電源の出力及び負荷は、電圧印加対象のローラや感光体そのもののインピーダンスが広範囲になっていること、また、画像品質向上のために装置がおかれた環境や記録紙の種類、サイズにより出力設定値が異なることが多いため、非常に広範囲となる。
このように、出力範囲・負荷範囲が広いものに対して一定の制御を行っていると、負荷インピーダンスが大きく変化した場合や目標出力の切り替えを行った場合に出力が追従できず、画像に影響を及ぼす可能性がある。
このような問題に対し、特開平８−１８７９１８号公報に記載の技術では、あらかじめ対象負荷に任意の出力を段階的に印加し、ＰＷＭデューティを把握しておき、その対象負荷に最適なＰＷＭデューティを狙って制御することで起動特性の最適化や高精度な出力を達成しようとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、画像転写の際に記録紙のサイズ、種類によって大きくインピーダンスが異なる。また、転写ローラによってはローラ自体のインピーダンスの環境依存性が大きく、実際の転写動作時の負荷が各条件によって異なっている場合が多く、一定の制御を行っている時にはオーバーシュートや立ち上がり時間などの起動特性に違いが出てくる。
また、記録紙の後端が搬送ローラを抜けた際に紙の挙動により転写ニップでの状態が変化することによる画像へ影響を抑えるため、転写出力の設定をそのタイミングで切り替えるものがある。その場合に、出力値の切り替え幅は一定とはならず、切り替え幅が大きい、もしくは追従性が悪ければ、切り替え時間が画像に影響する範囲となる（切り替え時間の間、画像に悪影響がある）ため、切り替え時間はできる限り短時間となることが望ましい。
本発明は、出力の切り替え時間を短くすることができる高圧電源を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、オン・オフデューティを任意に設定可能なＰＷＭ発生手段と、該ＰＷＭ発生手段によりトランスを駆動することでデューティに応じた出力を発生する高圧出力発生手段と、出力電流及び出力電圧の帰還値と制御すべき目標値とを一定周期毎に比較し、所定の演算式により次周期のＰＷＭデューティを更新する制御手段と、を備えた高圧電源において、前記制御手段は、出力電流及び出力電圧の帰還値から高圧負荷のインピーダンスを算出し、高圧出力中に出力値を切り替える際に算出したインピーダンスと出力切り替え前後での出力設定値の差分から演算式を変更する制御を行うことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の高圧電源において、制御手段は、インピーダンス算出及び出力切り替え時の演算係数変更を記録紙１枚ごとに実行する高圧電源を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の高圧電源において、制御手段は、出力切り替え時の帰還値から切り替え時間を計測し、所定の時間を超える場合は出力切り替え時の演算係数を補正する高圧電源を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の高圧電源において、制御手段は、出力切り替え時の帰還値からオーバーシュート及びアンダーシュートを計測し、所定の量を超える場合は出力切り替え時の演算係数を補正する高圧電源を主要な特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る高圧電源のブロック図である。ＣＰＵ１は記録紙搬送のためのモータ制御や各種センサの取り込み、光書き込み制御等の装置全体の制御を行うとともに、内部にタイマ機能を備え、一定間隔で発生するタイマ割り込み時に高圧電源の駆動条件を演算更新し、ＰＷＭ発生器２により必要な駆動条件でスイッチングトランジスタをｏｎ／ｏｆｆさせ、高圧発生部４により出力を発生する。
これにより高圧出力端子に印加される出力を帰還値変換部５により出力電圧及び出力電流モニタするために変換し、Ａ／Ｄ変換器３により取り込み、このＡ／Ｄ変換の結果により駆動条件をＣＰＵ１が演算更新する制御を高圧出力停止タイミングまで繰り返し行う。
温湿度センサ７はこの装置が置かれた環境条件を把握するためのセンサであり、Ａ／Ｄ変換器３により温度及び湿度を取り込む。この情報により転写ローラのインピーダンスを予測するとともに記録紙の吸湿状態を把握することが可能になる。記録紙サイズセンサ６は数ビットのＳＷによって構成され７〜８種の定型紙サイズを検知し画像領域の設定、転写ローラに印加する高圧出力値を決定する。
【０００６】
基本的な演算更新について図２に従い説明する。ＣＰＵ１は出力開始タイミング（フラグによる判定）ならば（２０１Ｙ）、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（２０２Ｙ）で現在の出力をＡ／Ｄ変換によって取り込み（２０３）、目標出力のＡ／Ｄ値との差分を求め（２０４）、所定の演算式１に従って更新するＰＷＭ設定値を計算し（２０５）、ＰＷＭ更新駆動する。これは１０ｍｓ毎に出力が停止されるまで継続して行われる。
計算式は上記で求めたＡ／Ｄ値の目標値との差分にある演算係数を掛け、現在のＰＷＭ設定値に対して増加減する。具体的には式１：新ＰＷＭ設定値＝現ＰＷＭ設定値＋（Ａ／Ｄ値差分×演算係数）となっており、出力が目標出力に対して小さい場合はＰＷＭデューティのｏｎ幅が大きくなる様に、逆に出力が目標出力に対して大きい場合はＰＷＭデューティのｏｎ幅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、ＰＷＭデューティ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。
実際の高圧出力では、出力開始のタイミングにおいて、初期固定ＰＷＭ設定値で駆動を開始し、その時の出力に対するｆｂ値をＡ／Ｄ変換し、次周期のＰＷＭを演算する。この初期ＰＷＭ設定値と目標出力値及び負荷条件によって立ち上がり時間やオーバーシュート等の起動特性が決まってくる。例えば、立ち上がり時間を早くしようとすれば初期ＰＷＭ設定値を大きくすることで可能になるが、負荷が小さい場合にはオーバーシュートを発生する要因となる。
また、同様に演算係数によっても立ち上がり時間は変わってくる。このように起動特性は負荷条件が支配的に作用するため、この負荷条件にあった初期ＰＷＭ設定値、演算係数を設定する。この制御方式を基本とする場合、高圧電源から見て負荷として重い場合を想定すると、出力の立ち上がり時間を考えるとき、演算係数はある程度更新幅が大きくなるように設定して置く必要がある。例えば演算係数を１／１０としておく、演算式によれば出力帰還値と目標値との差（目標値−取り込み帰還値）が３０となれば、ＰＷＭは現在の設定から＋３した値となる。
【０００７】
つまり、演算係数を１／５と大きくすれば帰還値が同量変化してもＰＷＭの更新幅は大きくなり、インピーダンスが同じと想定すれば、出力変化量も大きくなる。逆に１／２０と小さくすれば出力変化量も小さくなる。ただし、ＰＷＭの更新幅が同じ場合、出力の変化量は当然インピーダンスに依存する。ここでは画像転写に際し、定電流によりバイアスを印加する場合を例にＰＷＭ演算式の演算係数を切り替えて制御する方法を説明する。
記録紙への画像転写の際に、記録紙途中で設定電流を変化させることで画像品質を向上させようとする場合、印加中の電流・電圧を取り込みインピーダンスを算出しておき、切り替えタイミングで算出されたインピーダンスと切り替えの設定値差から演算式に使用する演算係数を変更し、追従性の向上を図る。例えば通常時に演算係数１／１０で制御しているところから、記録紙の先端から切り替えタイミングまでのインピーダンス平均を算出し、インピーダンスが５０ＭΩ以下を算出した場合、出力電流の目標設定の差分Δｉ＝１０μＡより小さい場合にはＰＷＭ変化幅は少なく済むはずであり、演算係数を１／２０と小さくする必要がある。
演算係数が大きいままだと変化時のオーバーシュート・アンダーシュートが発生し、画像に影響するとともに出力が安定しない可能性がある。同じインピーダンスが５０ＭΩ以下を算出した場合でも出力電流の目標設定の差分Δｉが１０μＡ以上、２０μＡ以下であれば演算係数を１／１８とすることで追従性を若干、向上させる。更に算出したインピーダンスが３００ＭΩより大きく、切り替え時の設定値との差分が大きい場合（Δｉ＝２０μＡより大きい）に演算係数は最大となり、追従性を良くすることで、切り替わり時間を減少させ、画質を向上させる。
このように記録紙のインピーダンスを測定し、測定したインピーダンスと切り替える出力値の差分から演算式を決定し制御する。また、このような場合でも切り替えた目標値からある範囲に帰還値が近づいたところで演算係数を、安定制御できるある程度小さいものに設定し演算更新することでより安定した出力制御が可能となる。
また、この出力切り替え時に帰還値から切り替えられた目標値へ収束するつまり、目標値からある範囲の帰還値となるまでの時間を計測する手段と、オーバーシュートもしくはアンダーシュート量を計測する手段とを備えて、目標値への収束時間が所定に時間を超えた場合に、使用する演算係数を一段階大きくすることで、追従速度をあげる。逆に切り替え時にオーバーシュートもしくはアンダーシュートしてしまうのであれば、使用する演算係数を一段階小さくすることでこれを防ぐ。図３に演算係数テーブルを示す。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、出力電流及び出力電圧の帰還値から算出したインピーダンスと出力切り替え目標値の差分から切り替え時の演算式を決定し制御するので、出力の切り替わり時間を短くすることができ、画像形成装置に適用して画質の向上を図ることができる。
請求項２記載の発明によれば、インピーダンス算出を記録紙１枚毎に実施して切り替え時の演算式を決定し制御するので、環境や記録紙の違いを吸収できるとともに連続動作時にも最適な演算式で出力の切り替わり時間を短くすることができ、画像形成装置に適用して画質の向上を図ることができる。
請求項３記載の発明によれば、切り替え時の出力帰還値から切り替え時間を計測し、演算式を補正するので出力の切り替わり時間を管理でき、画像形成装置に適用して画質の向上を図ることができる。
請求項４記載の発明によれば、切り替え時の出力帰還値からオーバーシュート及びアンダーシュートを計測し、演算式を補正するので出力の切り替わり時の画像劣化を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る高圧電源のブロック図である。
【図２】本発明の制御動作を示すフローチャートである。
【図３】演算係数テーブルを示す図である。
【符号の説明】
１　ＣＰＵ（制御手段）
２　ＰＷＭ発生器（ＰＷＭ発生手段）
４　高圧発生部（高圧出力発生手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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