(57)【要約】【課題】  電子写真では、現像バイアス等の高圧出力に、ＤＣ成分にＡＣ成分を重畳したものを用いる。ＡＣ成分波形の正／負極性で対象性が崩れる場合には、直流成分が発生してしまい、良好な画像を得るためのＤＣ成分設定値に誤差が生じてしまう。【解決手段】  そこで、交流高圧出力の、正極性部、負極性部それぞれの（電圧＊時間）積分値を検出し、所望の目標値に制御する事で上記問題を解決する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の直流電圧又は電流値に所定の交流電圧又は電流値を重畳させた電圧又は電流を発生させる手段と、該電圧又は電流をデジタル回路にて制御する手段とよりなる電源装置において、
前記交流電圧又は電流値の目標値を与える手段と、
前記交流電圧又は電流検出手段と、
該検出手段の出力を全波整流する手段と、
該全波整流する手段からの出力を積分する手段と、
該積分値と目標値を比較する手段と、
該比較手段の出力に応じて、前記所定の直流電圧又は電流値に所定の交流電圧又は電流値を重畳させた電圧又は電流を発生させる手段の動作を切り替える手段と、
より構成されることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置において、
所定の直流電圧又は電流値に所定の交流電圧又は電流値を重畳させた電圧又は電流を発生させる手段として、トランス、スイッチング手段を用い、
動作を切り替える手段として、前記スイッチング手段のスイッチングタイミングを切り替えることを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源装置に関わるもので、特に電子写真方式を用いた複写機、プリンタに備わる高圧電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のデジタル技術、半導体集積回路技術の急速な進歩により、例えば特許文献１の様に、複写機／プリンタのスイッチング電源、及び高圧電源の制御をデジタル化し制御用チップを作り電源装置内に実装する事が行われている。
【０００３】
図７、図８、図９を用いて概略を説明する。
【０００４】
ここでは高圧Ａという一つの高圧出力のみに着目して説明する。複数の出力がある場合は、マルチプレクサ等を用いて、時分割制御を行うことで複数出力をも実現される。
【０００５】
まず各部品について説明する。Ｔ１は１次側に入力された電圧を１次−２次間の巻き数比に応じて変換して２次側に所定の電圧を出力するインバータトランス、Ｑ４はＴ１のインバータトランスを駆動するスイッチング素子、９は入力信号を所定期間ラッチしておくサンプルホールド回路、１０はアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１１は２入力の大小比較結果を出力する比較器、１２はアップダウンカウンタ、１３はアップダウンカウンタの値に応じたオン／オフ時間比率のパルス信号（ＰＷＭ信号）を作成するＰＷＭ回路である。各要素の制御を司るコントローラ（非図示）により各要素は適切に制御される。
【０００６】
次に、各部品要素の接続、及び一連の動作について説明する。
【０００７】
（１）高圧発生手段
トランスＴ１の１次側入力にはＢ電圧として所定の電圧が入力されており、Ｔ１の他端はスイッチング素子Ｑ４に接続されている。スイッチング素子Ｑ４のゲートには、後述する高圧制御手段内のＰＷＭ回路１３からパルス信号（ＰＷＭ信号）が入力されＱ４は、該ＰＷＭ信号に応じてスイッチング動作を行うことで、トランスＴ１の２次側に巻き数比と前記ＰＷＭ信号に応じたパルス出力を得る。そのパルス出力をダイオード３０１とコンデンサ２０１で整流しダイオード３０１のカソード側に直流高圧出力を発生させる。Ｔ１，Ｑ４，Ｄ３０１，Ｃ２０１は、一般にフライバック型（又はオン／オフ型）・コンバータと呼ばれ、Ｑ４のスイッチング動作におけるのオン時間比率が大きいほど、高い電圧を出力するものである。
【０００８】
高圧出力には抵抗Ｒ１０１と抵抗Ｒ１０２が接続されるとともに、上記各抵抗の抵抗分割により降圧された電圧、すなわち高圧出力の検出信号が出力される。
【０００９】
（２）高圧制御手段
前記高圧発生手段内の抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２により得られた高圧出力検出信号は、サンプルホールド回路９に入力される。サンプルホールド回路では所定期間、高圧出力検出信号をホールドして、Ａ／Ｄ変換器１０により高圧出力検出信号はデジタルデータに変換され比較器１１の入力端子の一方に入力される。
【００１０】
高圧ユニットを制御するシーケンス制御ユニットは、高圧出力Ａの出力設定値（目標値）に対応したデジタルデータを出力しており、該目標値は前記比較器１１のもう一方の入力端子に入力される。
【００１１】
比較器１１では前記デジタルデータに変換された高圧出力検出信号と、シーケンス制御ユニットより与えられる目標値とを比較する。高圧出力検出信号が目標値より小さい場合は、アップダウンカウンタ１２の出力を所定の数だけ大きくし、高圧出力検出信号が目標値より大きい場合は、前記アップダウンカウンタ１２の出力を所定の数だけ小さくする。ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路１３は、前記アップダウンカウンタの値に応じて、適切なＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号は、前記高圧発生手段内のスイッチング素子Ｑ４のドライブ信号であり、Ｑ４のスイッチング時間比率を決める信号である。前記アップダウンカウンタ１２の出力が大きくなると、Ｑ４をオンさせる時間比率を大きくすることで、高圧出力発生手段の発生する高圧電圧を大きくする。また、前記アップダウンカウンタ１２の出力が小さくなると、Ｑ４をオンさせる時間比率を小さくすることで、高圧出力発生手段の発生する高圧電圧を小さくする。以上の動作により、高圧出力Ａは、目標値に応じた所定の値に制御される。
【特許文献１】特開平４−３５２１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
電子写真装置は、さらなる高画質化のためにより複雑な高電圧制御を行うようになっている。例えば、静電潜像にトナーをのせるための現像バイアス高電圧においては、直流高電圧に所望の交流高電圧を重畳させることで、トナーの挙動を制御する等の例が実施されている。
【００１３】
電子写真方式の画像形成装置では、静電潜像を担持した像担持体に、現像器の現像剤を担持した現像スリーブ（現像剤担持体）を対応させて現像を行うことが一般的であり、像担持体と現像スリーブの間には現像電界を形成するために、現像スリーブに現像バイアスが印加される。この現像バイアスとしては、ＤＣ成分にＡＣ成分を重畳したものが用いられてきており、ＡＣ成分としての矩形波は、従来、周波数２ｋＨｚ（１／２周期＝２５０μ秒）程度、ピークツウピーク電圧（Ｖｐｐ）２ｋＶ程度が用いられ、ＤＣ成分としては３００〜８００程度の高電圧が用いられ、良好な現像像が得られていた。
【００１４】
しかしながら、ＤＣ成分に重畳されるＡＣ成分波形の正／負極性で対象性が崩れる場合には、直流成分が発生してしまい、良好な画像を得るためのＤＣ成分設定値に誤差が生じてしまう。例えば、巻き線構造により高圧発生トランスに非対象性が生じた場合や、検出回路や現像スリーブと像担持体間に流れる電流の正／負方向の非対称性等が原因となることでＡＣ成分波形の正／負極性で対象性が崩れる場合がある。
【００１５】
本発明は、以上の点に着目して成されたもので、ＤＣ成分に重畳されるＡＣ成分波形の正／負極性で対象性が崩れる事に起因する直流成分の発生をおさえ、良好な画像を得るためのＤＣ成分設定が実現できる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】
【００１６】
交流高圧出力の、正極性部、負極性部それぞれの（電圧＊時間）積分値を検出し、所望の目標値に応じた値に制御する事で上記問題を解決できる。
【００１７】
すなわち、本発明の技術内容は以下の構成を備えることにより前記課題を解決できた。
【００１８】
（１）所定の直流電圧又は電流値に所定の交流電圧又は電流値を重畳させた電圧又は電流を発生させる手段と、該電圧又は電流をデジタル回路にて制御する手段とよりなる電源装置において、前記交流電圧又は電流値の目標値を与える手段と、前記交流電圧又は電流検出手段と、該検出手段の出力を全波整流する手段と、該全波整流する手段からの出力を積分する手段と、該積分値と目標値を比較する手段と、該比較手段の出力に応じて、前記所定の（直流電圧又は電流値）に所定の（交流電圧又は電流値）を重畳させた電圧又は電流を発生させる手段の動作を切り替える手段とより構成されることを特徴とする電源装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、交流高圧出力の、正極性部、負極性部それぞれの（電圧＊時間）積分値を検出し、所望の目標値に応じた値に制御する事で、ＤＣ成分に重畳されるＡＣ成分波形の正／負極性で対象性が崩れる事に起因する、直流成分の発生をおさえ、良好な画像を得るためのＤＣ成分設定が確実に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図１、２、３、４、５、６を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形である画像形成プロセス形成のための高圧電源装置の構成を示す図であり、図２、図３、図４、図５はそれぞれ直流高圧発生手段、直流高圧制御手段、交流高圧発生手段、交流高圧制御手段の構成を詳述した図であり、図６は交流高圧制御手段の各部動作を示す図である。
【００２３】
１、３は画像形成プロセス形成のための高圧発生手段であり高圧出力はＡとして、例えば画像形成プロセス要素の現像スリーブに給電されている。
【００２４】
まず各部品について説明する。Ｔ１は１次側に入力された電圧を１次−２次間の巻き数比とＰＷＭ信号のオン／オフ時間比率に応じて昇圧変換して２次側に所定の電圧を出力するインバータトランス、Ｑ４はＴ１のインバータトランスを駆動するスイッチング素子である。Ｔ２は１次側に入力された電圧を１次−２次間の巻き数比に応じて昇圧変換して２次側に所定の電圧を出力する交流高圧発生トランス、Ｑ３−１，Ｑ３−２はＴ２の交流高圧発生トランスを駆動するスイッチング素子である。
【００２５】
９、４１は入力信号を所定期間ラッチしておくサンプルホールド回路、１０、４０はアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１１、４２は２入力の大小比較結果を出力する比較器、１２はアップダウンカウンタ、１３はアップダウンカウンタの値に応じたオン／オフ時間比率のパルス信号（ＰＷＭ信号）を作成するＰＷＭ回路、４３は、積分を実行するための加算器である。
【００２６】
次に、各部品要素の接続、及び一連の動作について説明する。
【００２７】
（１）直流高圧発生手段
トランスＴ１の１次側入力にはＢ電圧として所定の電圧が入力されており、Ｔ１の他端はスイッチング素子Ｑ４に接続されている。スイッチング素子Ｑ４のゲートには、後述する高圧制御手段内のＰＷＭ回路１３からパルス信号（ＰＷＭ信号）が入力されＱ４は、該ＰＷＭ信号に応じてスイッチング動作を行うことで、トランスＴ１の２次側に巻き数比と前記ＰＷＭ信号に応じたパルス出力を得る。そのパルス出力をダイオード３０１とコンデンサ２０１で整流しダイオード３０１のカソード側に直流高圧出力を発生させる。Ｔ１，Ｑ４，Ｄ３０１，Ｃ２０１は、一般にフライバック型（又はオン／オフ型）・コンバータと呼ばれ、Ｑ４のスイッチング動作におけるのオン時間比率が大きいほど、高い電圧を出力するものである。
【００２８】
直流高圧出力には抵抗Ｒ１０１と抵抗Ｒ１０２が接続されるとともに、上記各抵抗の抵抗分割により降圧された電圧、すなわち高圧出力の検出信号が出力される。
【００２９】
（２）直流高圧制御手段
前記高圧発生手段内の抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２により得られた高圧出力検出信号は、サンプルホールド回路９に入力される。サンプルホールド回路では所定期間、高圧出力検出信号をホールドして、Ａ／Ｄ変換器１０により高圧出力検出信号はデジタルデータに変換され比較器１１の入力端子の一方に入力される。
【００３０】
高圧ユニットを制御するシーケンス制御ユニットは、高圧出力Ａの出力設定値（目標値）に対応したデジタルデータを出力しており、該目標値は前記比較器１１のもう一方の入力端子に入力される。
【００３１】
比較器１１では前記デジタルデータに変換された高圧出力検出信号と、シーケンス制御ユニットより与えられる目標値とを比較する。高圧出力検出信号が目標値より小さい場合は、アップダウンカウンタ１２の出力を所定の数だけ大きくし、高圧出力検出信号が目標値より大きい場合は、前記アップダウンカウンタ１２の出力を所定の数だけ小さくする。
【００３２】
ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路１３は、前記アップダウンカウンタの値に応じて、適切なＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号は、前記高圧発生手段内のスイッチング素子Ｑ４のドライブ信号であり、Ｑ４のスイッチング時間比率を決める信号である。前記アップダウンカウンタ１２の出力が大きくなると、Ｑ４をオンさせる時間比率を大きくすることで、高圧出力発生手段の発生する高圧電圧を大きくする。また、前記アップダウンカウンタ１２の出力が小さくなると、Ｑ４をオンさせる時間比率を小さくすることで、高圧出力発生手段の発生する高圧電圧を小さくする。以上の動作により、高圧出力Ａは、目標値に応じた所定の値に制御される。
【００３３】
（３）交流高圧発生手段
トランスＴ２の１次側巻き線には、中間タップを設けてあり、電源電圧Ｖｃｃに接続されている。Ｔ２一次巻き線の他端はスイッチング素子Ｑ３−１、Ｑ３−２に接続されている。スイッチング素子Ｑ３−１、Ｑ３−２のゲートには３−６駆動信号発生源に接続される。前記駆動信号発生源では、後述する交流高圧制御手段からの反転信号に応じて、２個の互いに逆極性の矩形波信号を発生させる。また、必要に応じてスイッチング素子Ｑ３−１、Ｑ３−２の両方の素子がｏｆｆする“デットタイム”を設けることもある。
【００３４】
トランスＴ２の二次側には、一次／二次巻き線の巻き数比に応じたピーク電圧、且つスイッチング素子Ｑ３−１、Ｑ３−２のｏｎ／ｏｆｆ時間に応じたパルス幅の矩形波が出力される。トランスＴ２の二次巻き線の一方は、前記直流高圧発生手段の出力である直流高圧ＶＨｄｃに接続され、他方は、画像形成プロセス要素の現像スリーブに給電される。
【００３５】
Ｔ２、Ｑ３−１、Ｑ３−２は、一般にプッシュプル型インバータと呼ばれる構成である。
【００３６】
上記のように、（直流高圧＋交流高圧）よりなる高圧出力は、Ｃ３０１により直流分をカットされ、Ｒ３０１，Ｒ３０２により交流分を分圧し、Ｕ３０２，Ｕ３０３、Ｄ３０１、Ｄ３０２、Ｒ３１１〜Ｒ３１６より構成される回路ブロックにより全波整流される。前記全波整流された信号は、交流検出信号（図６：Ｂ）として後述する交流高圧制御手段に向かって出力される。
【００３７】
（４）交流高圧制御手段
前記交流高圧発生手段より得られた交流検出信号は、サンプルホールド回路４１に入力される。サンプルホールド回路では所定期間、交流検出信号をホールドして、Ａ／Ｄ変換器４０により交流検出信号はデジタルデータに変換され、４３加算機により積分されていく（図６：Ｄ）。積分された値は、４２比較器の入力端子の一方に入力される。
【００３８】
高圧ユニットを制御するシーケンス制御ユニットは、交流高圧出力の半波分の電圧＊時間の積分値（目標値  図６：Ｃ）に対応したデジタルデータを出力しており、該目標値は前記比較器４２のもう一方の入力端子に入力される。
【００３９】
比較器４２では前記デジタルデータに変換された交流検出信号積分値（図６：Ｄ）と、シーケンス制御ユニットより与えられる目標値（図６：Ｃ）とを比較する。交流検出信号積分値が目標値に達すると反転信号（図６：Ｅ）を交流高圧発生手段に出力すると同時に、４３加算機による積分値をリセットしゼロに戻す。その後再び交流検出信号の積分を再開し、上記説明した動作を繰り返す。
【００４０】
以上の動作により、交流高圧出力（図６：Ａ）の、正極性部、負極性部の（電圧＊時間）積分値は、目標値に応じた所定の値に制御される。Ｔ２、Ｑ３−１、Ｑ３−２で構成されるプッシュプル型インバータの構成要素のバラツキ、例えばＴ１の巻き線構造に起因する正／負極性電圧値のずれや、極性反転時の電圧切り替わり速度の差、高圧出力〜現像スリーブなどの負荷へ流れる電流の正／負方向の非対称性などがあっても、直流高圧成分を発生させることがなくなる。
【実施例２】
【００４１】
以下に本発明第二の実施例を図１０、１１、１２を用いて説明する。
【００４２】
現像バイアス高圧としては、ＤＣ成分にＡＣ成分を重畳したものが用いられてきており、ＡＣ成分として、図１０に記すような、矩形波を数周期（図では２周期）出力し、その後数周期（図では２周期）ＡＣ成分無し、というような波形を用いて高画質化を求める事もある。図１０に記した波形は、Ａ，Ｂ，Ｃの３つの期間に分類できる。
【００４３】
（１）直流高圧発生手段、（２）直流高圧制御手段は、実施例１と同一のため説明を省略する。
【００４４】
（３）交流高圧発生手段
図１１を用いて説明する。トランスＴ３の１次側巻き線には、Ｑ３１、Ｑ３２、Ｑ３３、Ｑ３４で構成されるフルブリッジ回路に接続される。スイッチング素子Ｑ３１〜Ｑ３４のゲートには後述する交流高圧制御手段より、ドライブ信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４が接続される。
【００４５】
後述する交流高圧制御手段からのドライブ信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４に応じて、
（Ａ）部：Ｑ３１、Ｑ３３をオン、Ｑ３２、Ｑ３４をオフ
（Ｂ）部：Ｑ３２、Ｑ３４をオン、Ｑ３１、Ｑ３３をオフ
（Ｃ）部：Ｑ３１、Ｑ３２をオン、Ｑ３３、Ｑ３４をオフ
とすることで、図１０の交流波形を実現する。
【００４６】
また、必要に応じてスイッチング素子Ｑ３１、Ｑ３４の両方の素子又は、スイッチング素子Ｑ３２、Ｑ３３の両方の素子がｏｆｆする“デットタイム”を設けることもある。
【００４７】
トランスＴ３の二次側には、一次／二次巻き線の巻き数比に応じたピーク電圧、且つスイッチング素子Ｑ３１、Ｑ３２、Ｑ３３、Ｑ３４のｏｎ／ｏｆｆ時間に応じたパルス幅の矩形波が出力される。トランスＴ３の二次巻き線の一方は、前記直流高圧発生手段の出力である直流高圧ＶＨｄｃに接続され、他方は、画像形成プロセス要素の現像スリーブに給電される。
【００４８】
上記のように、（直流高圧＋交流高圧）よりなる高圧出力は、Ｃ３０１により直流分をカットされ、Ｒ３０１，Ｒ３０２により交流分を分圧し、Ｕ３０２，Ｕ３０３、Ｄ３０１、Ｄ３０２、Ｒ３１１〜Ｒ３１６より構成される回路ブロックにより全波整流される。前記全波整流された信号は、交流検出信号として後述する交流高圧制御手段に向かって出力される。
【００４９】
（４）交流高圧制御手段
前記交流高圧発生手段より得られた交流検出信号は、サンプルホールド回路４１に入力される。サンプルホールド回路では所定期間、交流検出信号をホールドして、Ａ／Ｄ変換器４０により交流検出信号はデジタルデータに変換され、４３加算機により積分されていく。積分された値は、４２比較器の入力端子の一方に入力される。
【００５０】
高圧ユニットを制御するシーケンス制御ユニットは、交流高圧出力の半波分の電圧＊時間の積分値に対応したデジタルデータを出力しており、該目標値は前記比較器４２のもう一方の入力端子に入力される。
【００５１】
比較器４２では前記デジタルデータに変換された交流検出信号積分値と、シーケンス制御ユニットより与えられる目標値とを比較する。交流検出信号積分値が目標値に達すると反転信号を交流高圧発生手段に出力すると同時に、４３加算機による積分値をリセットしゼロに戻す。前記反転信号は、駆動信号生成手段に送られる。該駆動信号生成手段では、反転信号をうけとると、
（１）Ｄ１，Ｄ３：ｏｎ信号  Ｄ２，Ｄ４：ｏｆｆ信号
（２）Ｄ２，Ｄ４：ｏｎ信号  Ｄ１，Ｄ３：ｏｆｆ信号
を繰り返す。ただし、後述するＤＩＳ−ＥＮＡＢＬＥ信号入力時は、
（３）Ｄ１，Ｄ２：ｏｎ信号  Ｄ３，Ｄ４：ｏｆｆ信号
を出力する。
【００５２】
前記反転信号は、４４カウンタにも入力される。該カウンタにて所定の回数（本実施例では４回）カウントすると、オーバーフロー信号を４５タイマーに出力する。該タイマーは所定時間ＤＩＳ−ＥＮＡＢＬＥ信号を前記駆動信号生成手段に出力するとともに、前記４４カウンタをリセットする。
【００５３】
上記動作を繰り返すことにより、図１０に記す交流波形を実現している。
【００５４】
その後再び交流検出信号の積分を再開し、上記説明した動作を繰り返す。
【００５５】
以上の動作により、交流高圧出力の、正極性部、負極性部の（電圧＊時間）積分値は、目標値に応じた所定の値に制御される。構成要素のバラツキ、極性反転時の電圧切り替わり速度の差、高圧出力〜現像スリーブなどの負荷へ流れる電流の正／負方向の非対称性などがあっても、直流高圧成分を発生させることがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明第１の実施例における構成図である。
【図２】本発明第１の実施例における直流高圧発生手段内部の詳図である。
【図３】本発明図１の実施例における直流高圧制御手段内部の詳図である。
【図４】本発明図１の実施例における交流高圧発生手段内部の詳図である。
【図５】本発明図１の実施例における交流高圧制御手段内部の詳図である。
【図６】本発明図１の実施例における交流高圧制御手段内部の各部動作波形図である。
【図７】従来例における構成図である。
【図８】従来例における直流高圧発生手段内部の詳図である。
【図９】従来例における直流高圧制御手段内部の詳図である。
【図１０】本発明第２の実施例において実現する交流波形を示す図である。
【図１１】本発明第二の実施例における交流高圧発生手段内部の詳図である。
【図１２】本発明第二の実施例における交流高圧制御手段内部の詳図である。
【符号の説明】
【００５７】
１      直流高圧発生手段
１−１  駆動手段
１−２  昇圧整流手段
１−３  電圧検出手段
２      直流高圧制御手段
２−１  比較手段
２−２  デジタルＰＷＭ
２−３  ＡＤコンバータ
３      交流高圧発生手段
３−１  スイッチ手段
３−２  スイッチ手段
３−３  ＡＣトランス
３−４  直流カット手段
３−５  全波整流手段
４      交流高圧制御手段
４−１  ＡＤコンバータ
４−２  積分手段
４−３  比較手段
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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