(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置の備える複数の負荷に電源を供給する高圧電源装置であって、
トランスと、前記トランスの一次巻線に印加される電圧をスイッチングするスイッチング素子と、前記トランスの二次巻線から出力される交流出力の電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出される前記交流出力の電流値を電圧に変換した電圧値と前記交流出力の電流値を制御する出力可変用信号との誤差を求めて増幅する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力する誤差信号と前記交流出力の周波数を制御する出力周波数信号とを入力し、前記出力周波数信号を、周波数が前記出力周波数信号の周波数に一致し、振幅が前記誤差信号に基づいて設定された振幅を有する正弦波信号に変換する第１変換回路と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御信号の周波数を決定する共振周波数信号を鋸歯状波信号に変換する第２変換回路と、前記第１変換回路から供給される前記正弦波信号と前記第２変換回路から供給される前記鋸歯状波信号との信号レベルを比較し、周波数が前記鋸歯状波信号の周波数に一致し、前記正弦波信号の振幅に応じたオンデューティの前記制御信号を生成する高周波変調回路と、前記高周波変調回路から供給される前記制御信号に従って前記スイッチング素子のオン、オフ切り替えを行うドライブ回路とを前記複数の負荷ごとに備える複数の高圧電源部と、
前記出力周波数信号と前記共振周波数信号と前記出力可変用信号とを前記複数の高圧電源部のそれぞれに送信して、前記交流出力を制御する制御手段と、を備え、
前記第２変換回路を前記高周波変調回路の近接に配置し、前記第２変換回路から前記高周波変調回路に供給される前記鋸歯状波信号を送信する配線の配線長を短くし、
前記出力可変用信号と前記共振周波数信号との周波数を、前記出力周波数信号の周波数の整数倍としたことを特徴とする高圧電源装置。
【請求項２】
前記複数の負荷は、前記画像形成装置が形成する多色画像の色ごとに備えられた帯電装置であることを特徴とする請求項１記載の高圧電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の備える帯電装置に電源を供給する電源装置に、高周波変調方式の交流高電圧電源装置が用いられるようになってきた。高調波変調方式の交流高圧電源装置は、特に、カラープリンタ等の多色画像形成装置での省エネルギー化に非常に有効なものとなっている。
【０００３】
特許文献１は、帯電高圧電源と現像高圧電源とが、１つの基本クロックに基づいて帯電交流電圧および現像交流電圧を生成すると共に、帯電交流電圧の交流周波数と現像交流電圧の交流周波数とが整数比となっており、帯電交流電圧と現像交流電圧との位相関係が固定されていることを特徴とした画像形成装置の発明である。
【０００４】
特許文献２は、感光体と、帯電部材と、現像部材と、第１直流電圧に第１交流電圧を重畳した出力を前記帯電部材に供給する第１供給手段と、第２直流電圧に第２交流電圧を重畳した出力を前記現像部材に供給する第２供給手段を備え、第１交流電圧と第２交流電圧の周波数の比を印字密度に応じた整数に変更する変更手段を備えた電子写真式画像形成装置の発明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０９７１１号公報
【特許文献２】特許第３３５９１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ノイズの影響を低減して、安定した電源供給ができる高圧電源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】
【０００７】
かかる目的を達成するために本発明の高圧電源装置は、画像形成装置の備える複数の負荷に電源を供給する高圧電源装置であって、トランスと、前記トランスの一次巻線に印加される電圧をスイッチングするスイッチング素子と、前記トランスの二次巻線から出力される交流出力の電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出される前記交流出力の電流値を電圧に変換した電圧値と前記交流出力の電流値を制御する出力可変用信号との誤差を求めて増幅する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力する誤差信号と前記交流出力の周波数を制御する出力周波数信号とを入力し、前記出力周波数信号を、周波数が前記出力周波数信号の周波数に一致し、振幅が前記誤差信号に基づいて設定された振幅を有する正弦波信号に変換する第１変換回路と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御信号の周波数を決定する共振周波数信号を鋸歯状波信号に変換する第２変換回路と、前記第１変換回路から供給される前記正弦波信号と前記第２変換回路から供給される前記鋸歯状波信号との信号レベルを比較し、周波数が前記鋸歯状波信号の周波数に一致し、前記正弦波信号の振幅に応じたオンデューティの前記制御信号を生成する高周波変調回路と、前記高周波変調回路から供給される前記制御信号に従って前記スイッチング素子のオン、オフ切り替えを行うドライブ回路とを前記複数の負荷ごとに備える複数の高圧電源部と、前記出力周波数信号と前記共振周波数信号と前記出力可変用信号とを前記複数の高圧電源部のそれぞれに送信して、前記交流出力を制御する制御手段と、を備え、前記第２変換回路を前記高周波変調回路の近接に配置し、前記第２変換回路から前記高周波変調回路に供給される前記鋸歯状波信号を送信する配線の配線長を短くし、前記出力可変用信号と前記共振周波数信号との周波数を、前記出力周波数信号の周波数の整数倍としたことを特徴としている。
【０００９】
上記高圧電源装置において、前記複数の負荷は、前記画像形成装置が形成する多色画像の色ごとに備えられた帯電装置であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、ノイズの影響を低減して、安定した電源供給ができる高圧電源装置を提供することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、画像形成装置の備える複数の帯電装置に安定した電源供給ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】高圧電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】鋸歯状波生成回路の構成を示す回路図である。
【図３】高周波変調回路の変調方法を説明するための図である。
【図４】高圧電源部の回路構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。
【実施例】
【００１５】
図１には、本発明を画像形成装置に搭載された高圧電源装置に適用した実施例の構成を示す。図１に示す高圧電源装置１は、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の多色画像を形成する画像形成装置に用いられる高圧電源装置である。高圧電源装置１は、図１に示すように高圧電源部１１００と、高圧電源部１１００を制御して高圧電源部１１００の出力電圧を制御するＭＣＵ（マシンコントロールユニット）１０００とを備えている。高圧電源部１１００は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色ごとに１つずつ設けられている。なお、以下では、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ色用の高圧電源部をそれぞれ高圧電源部１１００Ｙ，１１００Ｍ，１１００Ｃ，１１００Ｋと表記し、高圧電源部１１００Ｙ，１１００Ｍ，１１００Ｃ，１１００Ｋを特に区別する必要がない場合には、高圧電源部１１００と表記する。また、図１には、高圧電源部１１００Ｙの詳細な構成を示し、その他の高圧電源部１１００Ｍ，１１００Ｃ，１１００Ｋの構成は、高圧電源部１１００Ｙと同一であるため省略する。
【００１６】
高圧電源部１１００Ｙは、交流電圧出力部１２００と、直流電圧出力部１２５０とを備えている。交流電圧出力部１２００は、アナログ電圧変換回路１２０１と、誤差増幅用アンプ（図１には、単にアンプと略記する）１２０２と、第１ローパスフィルタ１２０３と、鋸歯状波生成回路１２０４と、高周波変調回路１２０５と、ＦＥＴ（Field effect transistor）ドライブ回路１２０６と、スイッチ回路（以下、スイッチをＳＷと略記する）１２０７と、第２ローパスフィルタ１２０８と、トランス１２０９と、出力電流検出回路１２１０とを備えている。
なお、直流電圧出力部１２５０の構成については、図１では省略する。
【００１７】
アナログ電圧変換回路１２０１は、ＭＣＵ１０００から送られる交流出力可変用信号を入力する。なお、図１には、ＭＣＵ１０００からアナログ電圧変換回路１２０１に交流出力可変用信号を送信する配線を、配線Ａで示す（他色（Ｍ，Ｃ，Ｋ）のアナログ電圧変換回路１２０１も同様である）。この交流出力可変用信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。交流出力可変用信号は、トランス１２０９の出力である交流出力（正弦波）の電流値を決定する信号であり、例えば、３％〜１００％でオンデューティが変化する信号である。
アナログ電圧変換回路１２０１は、交流出力可変用信号を入力して、入力した交流出力可変用信号のデューティ比（オンデューティとオフデューティとのデューティ比）に応じたアナログ電圧の信号（以下、アナログ電圧信号と呼ぶ）を生成する。例えば、アナログ電圧変換回路１２０１が電圧変換に使用する基準電圧が５［Ｖ］の場合、交流出力可変用信号のオンデューティが２５％であれば、５［Ｖ］×（２５／１００）＝１．２５［Ｖ］のアナログ電圧信号となり、オンデューティが５０％であれば、５［Ｖ］×（５０／１００）＝２．５［Ｖ］のアナログ電圧信号となる。アナログ電圧変換回路１２０１は、生成したアナログ電圧信号を誤差増幅用アンプ１２０２に送る。
【００１８】
誤差増幅用アンプ１２０２は、アナログ電圧変換回路１２０１から出力されるアナログ電圧信号を入力する。また、誤差増幅用アンプ１２０２は、出力電流検出回路１２１０から出力される電圧信号を入力する。出力電流検出回路１２１０は、トランス１２０９が出力する交流出力（正弦波）を入力して、入力した交流出力の電流を検出し、検出した電流を電圧値に変換した電圧信号を生成する。
誤差増幅用アンプ１２０２は、アナログ電圧変換回路１２０１から入力したアナログ電圧信号と、出力電流検出回路１２１０から入力した電圧信号との誤差を算出し、算出した誤差を増幅した誤差増幅信号を生成して第１ローパスフィルタ１２０３に出力する。
【００１９】
第１ローパスフィルタ１２０３は、ＭＣＵ１０００から供給される出力周波数信号を入力する。なお、図１には、ＭＣＵ１０００から第１ローパスフィルタ１２０３に出力周波数信号を送信する配線を、配線Ｂで示す（他色（Ｍ，Ｃ，Ｋ）の第１ローパスフィルタ１２０３も同様である）。また、第１ローパスフィルタ１２０３は、誤差増幅用アンプ１２０２から供給される誤差増幅信号を入力する。出力周波数信号は、矩形波形であって、トランス１２０９の出力する交流出力の周波数を決定する信号である。出力周波数信号の周波数は、トランス１２０９から出力される交流出力の周波数に一致する。また、出力周波数信号のデューティは、５０％に固定されている。
第１ローパスフィルタ１２０３は、カップリングコンデンサを備え、矩型波形の出力周波数信号を入力して、コンデンサカップリングにより出力周波数信号の交流成分を取り出す。また、第１ローパスフィルタ１０３は、出力周波数信号をフィルタ処理し、交流成分となった出力周波数信号の低周波成分を第１ローパスフィルタ１０３の出力側に出力し、又、出力周波数信号の高周波成分を遮断することで、出力周波数信号の周波数と一致する正弦波信号を生成する。なお、誤差増幅用アンプ１２０２から供給された誤差増幅信号は、正弦波信号のピーク間(p-p)の電位差（Ｖp-p）を決定するために使用される。第１ローパスフィルタ１０３は、生成した正弦波信号を高周波変調回路１２０５に出力する。
【００２０】
鋸歯状波生成回路１２０４は、共振周波数信号をＭＣＵ１０００から入力して、この共振周波数信号を鋸歯状波信号に変換する。なお、図１には、ＭＣＵ１０００から鋸歯状波生成回路１２０４に共振周波数信号を送信する配線を、配線Ｃで示す（他色（Ｍ，Ｃ，Ｋ）の鋸歯状波生成回路１２０４も同様である）。共振周波数信号は、高周波変調回路１２０５が変調して生成する変調波信号(制御信号)の周波数を決める信号である。なお、鋸歯状波信号を生成する鋸歯状波生成回路１２０４については、特に限定するものではなく、一般的に知られた鋸歯状波生成回路を用いることができる。
図２に鋸歯状波生成回路１２０４の一例を示す。図２に示す鋸歯状波生成回路１２０４は、基準電圧（本実施例では、５Ｖであり、図２には、Ｖｒｅｆと表記する）に接続した配線１００に、直列に接続したトランジスタＴｒ１、抵抗Ｒ１と、直列に接続したトランジスタＴｒ２、トランジスタＴｒ３、コンデンサＣとがそれぞれ接続されている。トランジスタＴｒ１のエミッタは、配線１００に接続し、コレクタは、抵抗Ｒ１に接続している。また、一端をトランジスタＴｒ１に接続する抵抗Ｒ１の他端は、接地されている。また、トランジスタＴｒ２のエミッタは、配線１００に接続し、コレクタは、トランジスタＴｒ３のエミッタに接続している。トランジスタＴｒ３のコレクタは、コンデンサＣに接続している。一端をトランジスタＴｒ３のコレクタに接続するコンデンサＣの他端は接地されている。また、トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２とのベースが配線１０１で接続され、トランジスタＴｒ２のコレクタと配線１０１とが配線１０２で接続されている。また、トランジスタＴｒ３のベースは、トランジスタＴｒ１と抵抗Ｒ１との接続点に接続している。また、トランジスタＴｒ３とコンデンサＣとの接続点と、トランジスタＴｒ４のコレクタとが配線１０４で接続され、配線１０４に鋸歯状波生成回路１２０４の出力端子が接続されている。さらに、トランジスタＴｒ４のベースには、ＭＣＵ１０００から送られる共振周波数信号が印加される。
【００２１】
図２に示す鋸歯状波生成回路１２０４は、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３により定電流回路を構成する。トランジスタＴｒ１に直列に接続した抵抗Ｒ１と、トランジスタＴｒ３に直列に接続したコンデンサＣとの時定数により、鋸歯状波信号の立ち上がりタイミングが決定され、トランジスタＴｒ４のベースに印加される共振周波数信号の立ち下がりエッジによりトランジスタＴｒ４がオンすることで鋸歯状波信号の立ち下がりタイミングが決定される。
【００２２】
高周波変調回路１２０５は、第１ローパスフィルタ１２０３から出力される正弦波信号と、鋸歯状波生成回路１２０４から出力される鋸歯状波信号とを入力する。図３には、高周波変調回路１２０５に入力される正弦波信号及び鋸歯状波信号の信号波形と、高周波変調回路１２０５の生成する変調波信号の信号波形とを示す。図３に点線で示す信号が鋸歯状波信号である。また、正弦波信号は、正弦波信号の半周期分の信号波形を示している。
高周波変調回路１２０５が生成する変調波信号の周波数は、鋸歯状波信号の周波数に一致する。また、変調波信号のオンデューティは、正弦波信号の振幅がプラス側に極大となる場合に、最小となり、正弦波信号の振幅がマイナス側に極大となる場合に、最大となる。高周波変調回路１２０５は、生成した変調波信号をＳＷ回路１２０７に出力する。
【００２３】
ＦＥＴドライブ回路１２０６は、高周波変調回路１２０５の生成した変調波信号を入力する。ＦＥＴドライブ回路１２０６は、入力した変調波信号の立ち上がりに同期して、ＳＷ回路１２０７のスイッチをオンし、変調波信号の立ち下がりに同期して、ＳＷ回路１２０７のスイッチをオフする。
【００２４】
ＳＷ回路１２０７は、ＦＥＴで構成されたスイッチング素子である。ＦＥＴドライブ回路１２０６によって、ＳＷ回路１２０７が断続的にスイッチングされることにより、トランス１２０９の一次巻線に印加される電圧をスイッチングする。ＳＷ回路１２０７によってスイッチングされた２４Ｖ電圧をトランス１２０９により高電圧化してトランス１２０９の二次巻線に出力する。
【００２５】
第２ローパスフィルタ１２０８は、ＳＷ回路１２０７によってスイッチングされた２４Ｖ電圧の高周波成分を遮断し、低周波成分をトランス１２０９の一次巻線に供給する。
【００２６】
図４に、図１に示す高圧電源部１１００Ｙの詳細な回路構成の一例を示す。高圧電源部１１００Ｙの構成の説明については、すでに一般的に知られた構成であるため、省略する。なお、図４には、図１では図示を省略した直流電圧出力部１２５０の構成も示している。図４に示す直流電圧出力部１２５０は、Ｄ−Ａ（デジタル−アナログ）変換回路１２５１、誤差増幅用アンプ１２５２、ドライブ回路１２５３、トランス１２５４を備えている。なお、図１には、直流電圧出力部１２５０がＭＣＵ１０００から入力する直流出力可変用信号を、直流電圧出力部１２５０に送信する配線を、配線Ｄで示す（他色（Ｍ，Ｃ，Ｋ）の直流電圧出力部１２５０も同様である）。直流出力可変用信号は、トランス１２５４の出力である直流出力の電圧値を決定する信号である。
【００２７】
ＭＣＵ１０００から各高圧電源部１１００Ｙ，１１００Ｍ，１１００Ｃ，１１００Ｋには、出力周波数信号と、共振周波数信号と、交流出力可変用信号と、直流出力可変用信号とが供給される。なお、ＭＣＵ１０００から各高圧電源部１１００Ｙ，１１００Ｍ，１１００Ｃ，１１００Ｋに供給される出力周波数信号と、共振周波数信号と、交流出力可変用信号との周波数は、それぞれ同一である。
ＭＣＵ１０００から高圧電源部１１００Ｙ，１１００Ｍ，１１００Ｃ，１１００Ｋに供給される出力周波数信号と、共振周波数信号と、交流出力可変用信号とは、同期がとられた周波数に設定されている。すなわち、共振周波数信号と交流出力可変用信号との周波数が、周波数がもっとも小さい出力周波数信号の整数倍に設定されている。出力周波数信号と、共振周波数信号と、交流出力可変用信号との同期がとれていない場合、複数の周波数が干渉を起こし、トランス１２０９から出力される交流出力の波形に低周波揺れが発生してしまう。そこで、本実施例では、共振周波数信号と交流出力可変用信号との周波数を、周波数がもっとも小さい出力周波数信号の整数倍に設定し、それぞれの信号が干渉を起こさないようにしている。
また、画像形成装置がプロセススピード（感光体の回転速度、すなわち、画像形成の速度）を変更可能であった場合、プロセススピードの変更に応じて高圧電源部１１００の出力である交流出力の周波数や振幅も変更する必要がある。ＭＣＵ１０００は、プロセススピードの変更に伴い出力周波数信号と、共振周波数信号と、交流出力可変用信号とを変更する際に、共振周波数信号と交流出力可変用信号と出力周波数信号とが同期するように各信号の周波数を変更する。
なお、共振周波数信号の周波数は、出力周波数信号の周波数の５０倍付近であるのが好ましい。例えば、出力周波数信号の周波数を２［ｋＨｚ］とした場合、共振周波数信号の周波数は、１００［ｋＨｚ］とするのが好ましい。
【００２８】
また、本実施例の高圧電源部１１００は、高圧電源部１１００Ｙ，１１００Ｍ，１１００Ｃ，１１００Ｋのそれぞれに鋸歯状波生成回路１２０４を設けて、各高圧電源部内で鋸歯状波信号を生成している。
４つの高圧電源部１１００Ｙ，１１００Ｍ，１１００Ｃ，１１００Ｋに対して鋸歯状波生成回路１２０４を１つ設けて、この鋸歯状波生成回路１２０４で生成した鋸歯状波信号を、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色ごとの高圧電源部１１００に供給するようにした場合、鋸歯状波信号を送信する信号線距離が長くなり、高圧電源部１１００の回路基板上で信号線を引き回すこととなる。すると、この引き回された信号線が、２４Ｖ電源ライン（図１に示す配線Ｅ）やグランド（ＧＮＤ）ラインに近接してしまう場合がある。
高周波変調を行う高周波変調回路１２０５においては、外部から入射するノイズによって、画像形成装置で形成される画像に劣化が生じてしまう場合がある。外部から、例えば、ＲＦＩ（Radio Frequency Interference）ノイズ等のノイズが装置内に侵入した場合、このノイズが２４Ｖ電源ラインやグランドラインをつたわり、高圧電源部１１００の内部にまで侵入してしまう可能性がある。ノイズが、２４Ｖ電源ラインやグランドラインに近接配置された鋸歯状波信号の配線をつたわり、鋸歯状波信号にノイズが重畳された場合、特に、本実施例の高圧電源部１１００は、高周波変調回路１２０５において、鋸歯状波信号と正弦波信号とを比較しながら変調を行うため、高周波変調回路１２０５の変調に異常が生じ、第２ローパスフィルタ１２０８から出力される正弦波信号の波形に歪みが生じる。このため、帯電装置を正常に帯電させることができなくなり、画質の劣化が生じる場合がある。
そこで、本実施例では、高圧電源部１１００Ｙ，１１００Ｍ，１１００Ｃ，１１００Ｋのそれぞれに鋸歯状波生成回路１２０４を設け、さらに、図４に示すように鋸歯状波生成回路１２０４を、高周波変調回路１２０５の近傍に配置することで、鋸歯状波生成回路１２０４から高周波変調回路１２０５に鋸歯状波信号を送信する信号線の線長をできるだけ短くし、高周波変調回路１２０５がノイズの影響を受けないようにしている。
【００２９】
上述した実施例は、本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１０００  ＭＣＵ
１１００  高圧電源部
１２００  交流電圧出力部
１２０１  アナログ電圧変換回路
１２０２  誤差増幅用アンプ
１２０３  第１ローパスフィルタ
１２０４  鋸歯状波生成回路
１２０５  高周波変調回路
１２０６  ＦＥＴドライブ回路
１２０７  スイッチ回路
１２０８  第２ローパスフィルタ
１２０９  トランス
１２１０  出力電流検出回路
１２５０  直流電圧出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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