(57)【要約】【課題】電圧発生手段にて負荷に供給する以上の無駄な電力の発生を回避し、省電力化、装置の小型化、低価格化を実現し、しかも、発生電圧検出手段にて高速の電圧検出が可能であり、直流電圧装置の出力切換などの高速動作を可能とする高圧電源装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】既知の、或いは、予め設定可能な出力インピーダンスを有する高圧電源装置１００は、負荷電流を検出する負荷電流検出手段１５と、直流電圧を発生する直流電圧発生手段１３と、直流電圧発生手段１３の発生電圧を検出する発生電圧検出手段１４と、を有し、負荷電流検出手段１５の電流検出結果と発生電圧検出手段１４の電圧検出結果とを出力インピーダンスに関連付けて、負荷に印加される出力電圧を検出する。【選択図】        図１
2004222351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既知の、或いは、予め設定可能な出力インピーダンスを有する高圧電源装置において、
負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
直流電圧を発生する直流電圧発生手段と、
前記直流電圧発生手段の発生電圧を検出する発生電圧検出手段と、
を有し、前記負荷電流検出手段の電流検出結果と前記発生電圧検出手段の電圧検出結果とを前記出力インピーダンスに関連付けて、負荷に印加される出力電圧を検出することを特徴とする高圧電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧電源装置、及び、例えば電子写真方式の複写機、ファクシミリ、レーザービームプリンタなどの、高圧電源装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電子写真方式の画像形成装置においては、画像形成プロセスや、転写材のハンドリングなど、様々な工程で夫々の目的に合わせた多様な出力を発生する高圧電源装置が用いられている。
【０００３】
例えば、図１３に概略構成を示すように、電子写真方式の画像形成装置は、像担持体としてのドラム状とされる感光体、即ち、感光体ドラム１０１を備えている。感光体ドラム１は、矢印方向に回転自在に担持されており、帯電装置１０２により一様に帯電される。次いで、感光体ドラム１０１は、露光装置１０３により画像露光が行われ、感光体ドラム１０１上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像剤（トナー）を収容した現像装置１０４により顕像化され、トナー像とされる。
【０００４】
感光体ドラム１０１上のトナー像は、転写装置１０５により転写紙のような記録材Ｐに静電転写される。トナー像を担持した記録材Ｐは、その後定着装置により加熱加圧され装置外へと搬送される。一方、感光体ドラム１０１は、転写残トナーをクリーニング装置１０６により除去した後、次の画像形成に供される。
【０００５】
このような画像形成装置において、感光体ドラム１０１を帯電するための帯電装置１０２には、時には定電圧、時には定電流の高圧電源装置１００Ａが用いられる。また、感光体ドラム１０１に形成された静電潜像にトナーを付着させる現像装置１０４においては、定電圧の交流バイアスに直流バイアスを重畳したバイアス出力を発生する高圧電源装置１００Ｂが一般的に利用されている。更に、転写装置５には高圧電源装置１００Ｃが、更にその他の装置においても、使用される場所や目的、負荷装置の材料や構造などに応じて、様々な出力を発生する高圧電源装置１００（１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ）が利用されている。
【０００６】
また、中には、湿度や温度、使用する転写材の厚みや大きさなどによって変化する負荷装置のインピーダンスを把握して、所望のプロセス工程をより確実に動作させるように、予め定められた所定のタイミングで動作する、所定のインピーダンス測定シーケンスを有する画像形成装置も実現されている。
【０００７】
このような装置では、例えば、インピーダンス測定工程においては、所定の電流出力を発生させて出力電圧を測定し、画像形成プロセスにおいては、測定した出力電圧を発生するように定電圧動作による高圧生成を行うといった具合に、目的に合わせて定電流制御と低電圧制御とが切替えられる高圧電源も利用されている。
【０００８】
また更に、以上のような電子写真方式の画像形成装置に用いられる高圧電源装置１００においては、マイナスからプラスに跨る直流出力を発生するものや、出力のリークや短絡時に高圧電源装置そのもの或いは負荷を保護する目的で、高い出力インピーダンスを持たせた高圧電源装置も利用されている。
【０００９】
図９に、上述した従来の高圧電源装置１００の概略構成図を示す。図９に示す高圧電源装置１００は、マイナスからプラスに跨る直流高圧出力を発生する高圧電源装置の場合である。
【００１０】
図中、Ｖ−ＣＯＮＴ、Ｉ−ＣＯＮＴは、高圧電源装置外部より送信されるそれぞれ電圧制御時の電圧出力値及び電流制御時の電流出力値を指示する、電圧制御信号及び電流制御信号を表す。また、Ｖ−ＥＮ，Ｉ−ＥＮは、高圧電源装置外部より送信されるそれぞれ電圧制御動作の許可及び電流制御動作の許可を指示する、電圧制御許可信号及び電流制御許可信号を表す。
【００１１】
本例にて、高圧電源装置１００は、前記Ｖ−ＥＮ信号により電圧制御動作が許可された時に、前記Ｖ−ＣＯＮＴ信号と後述する出力電圧検出信号とを受けてプラス出力用とマイナス出力用の２つのＰＷＭ信号を出力する定電圧用ＰＷＭ信号出力回路１と、前記Ｉ−ＥＮ信号により電流制御動作が許可された時に、前記Ｉ−ＣＯＮＴ信号と後述する出力電流検出信号とを受けてプラス出力用とマイナス出力用の２つのＰＷＭ信号を出力する定電流用ＰＷＭ信号出力回路２と、前記二つのＰＷＭ信号出力回路１、２からのプラス出力用のＰＷＭ信号に応じた電力パルスを生じさせるプラス出力用駆動回路３と、前記二つのＰＷＭ信号出力回路１、２からのマイナス出力用のＰＷＭ信号に応じた電力パルスを生じさせるマイナス出力用駆動回路４と、前記プラス出力用駆動回路３からの電力パルスを受けて増幅された高圧パルスを出力するプラス出力用昇圧トランス５と、前記マイナス出力用駆動回路４からの電力パルスを受けて増幅された高圧パルスを出力するマイナス出力用昇圧トランス６と、前記プラス出力用駆動回路３からの高圧パルスを整流し、コンデンサＣ＋と抵抗Ｒ＋とにプラス極性の高圧直流電圧を生じさせるプラス用平滑回路７と、前記マイナス出力用駆動回路４からの高圧パルスを整流し、コンデンサＣ−と抵抗Ｒ−とにマイナス極性の高圧直流電圧を生じさせるマイナス用平滑回路８と、前記プラス用平滑回路７とマイナス用平滑回路８との直列回路の両端の電圧を分圧し、出力電圧検出信号として出力する出力電圧検出回路９と、前記直列に接続された二つの平滑回路７、８とグランドとの間に接続され、前記直列接続された二つの平滑回路７、８に対して固定電圧Ｖｃを出力すると共に、グランドから前記直列接続された二つの平滑回路７、８に向かって生じる負荷電流に応じた電圧信号を出力する電流検出回路１０と、前記出力電圧検出回路９からの電圧信号をバッファリングし出力する電圧値送信回路１１と、を備えている。また、当該高圧電源装置１００には負荷Ｌが接続されている。
【００１２】
以上の構成において、外部から送信される信号Ｖ−ＥＮによって定電圧動作が許可され、Ｉ−ＥＮによって定電流動作が禁止されると、定電圧用ＰＷＭ信号出力回路１が有効となりＶ−ＣＯＮＴ信号と出力電圧検出回路９からの信号に応答して二つのＰＷＭ信号が出力される。
【００１３】
このＰＷＭ信号のうちの一つは、例えば、プラス出力を発生するよう指示された場合は、プラス出力用駆動回路３には昇圧トランス５を駆動するようなＰＷＭ信号が送信され、マイナス出力用駆動回路４２には昇圧トランス６の駆動を停止するようなＰＷＭ信号が送信される。
【００１４】
以降、プラス出力を発生する場合を例に説明するが、プラス出力用駆動回路３からは前記ＰＷＭ信号に基づいた電力パルスが出力され、これによって昇圧トランス５はこの電力パルスを昇圧して高圧の交流信号を出力する。
【００１５】
出力された高圧交流信号は、プラス用平滑回路７で平滑され、プラス極性を持った直流高電圧を発生する。
【００１６】
以上のように発生した直流高電圧は、負荷Ｌに供給されると同時に出力電圧検出回路９に入力され、これによって出力される検出信号は前記定電圧用ＰＷＭ信号出力回路１にフィードバックされる。
【００１７】
以上説明したように、プラス出力の定電圧制御が動作するが、マイナス出力に関しては、同様にして、Ｖ−ＣＯＮＴ信号に応じてマイナス出力用駆動回路４にパルス信号が送信されることによって実現されている。
【００１８】
また、定電流制御に関しては、Ｉ−ＥＮ信号により定電流制御が許可され、Ｖ−ＥＮ信号により定電圧制御が禁止されることで、定電流用ＰＷＭ信号出力回路２に入力されるＩ−ＣＯＮＴと出力電流検出回路１０からの検出信号とに応じて、前述の定電圧制御動作と同様にして実現されている。
【００１９】
なお、電圧値送信回路１１は、定電流制御時の出力電圧を検出した電圧検出信号をバッファリングして外部送信し、外部に用意された不図示の制御装置はこの信号を受けて出力電圧を把握、画像形成動作における定電圧制御の出力電圧値を判断し、それに対応したＶ−ＣＯＮＴ信号を出力するよう動作する。
【００２０】
次に、図１０に、他の従来例を説明する高圧電源装置１００の概略構成図を示す。
【００２１】
本例の高圧電源装置１００は、交流の高圧信号を発生する交流高圧発生源１２と、直流の高圧信号を発生する直流高圧発生源１３と、前記交流高圧発生源１２からの交流信号を出力に伝達するためのカップリングコンデンサＣと、前記交流信号が直流高圧発生源１３から放出されることを防止するためのインピーダンス抵抗（交流信号分離抵抗）Ｒｏとを備えている。
【００２２】
以上の構成は、負荷Ｌがインピーダンス抵抗Ｒｏに比べて十分に大きい抵抗を有していることを前提に用いられ、前記直流高圧発生源１３からの高圧直流電圧に、前記交流高圧発生源１２からの高圧交流電圧を重畳して負荷に供給するものである。
【００２３】
なお、本構成においては、出力電圧検出回路９は、前記直流高圧発生源１３の出力電圧を検出し、この検出結果が所定の電圧となるように前記直流高圧発生源１３を動作させることで、負荷に供給する直流電圧を所望の値に制御している。
【００２４】
また、図１１に、上述の高圧電源装置に変更を加えた別の高圧電源装置の概略構成図を示す。
【００２５】
図１１の構成は、出力検出回路９の検出ポイントを変えたもので、この構成によれば、負荷Ｌがインピーダンス抵抗Ｒｏに比較的近い値であったり、さらに負荷抵抗の大きさが変化する場合であっても、負荷Ｌに供給する電圧を一定に保つことを可能にしたものである。
【００２６】
更に、図１２に、他の従来例を説明する高圧電源装置の概略構成図を示す。
【００２７】
本例の高圧電源装置１００は、出力のリークや短絡時に負荷に供給される直流電流を抑制するための電流制限抵抗Ｒｐと、交流電圧発生源１２から出力される交流信号を負荷に供給するために前記電流制限抵抗ＲｐをバイパスさせるためのバイパスコンデンサＣｐと、を備えている。
【００２８】
本例の構成では、図１１の構成と同様、負荷Ｌが変動しても安定した直流高電圧が供給できると同時に、負荷Ｌがリークや短絡した場合に、直流高圧発生源１３からの電流の供給が制限できるため、高圧電源装置１００や負荷Ｌに損傷が生じるのを防ぐことができる。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の高圧電源装置１００は、以下のような問題を有していた。
【００３０】
図１０の構成においては、交流高圧発生源１２で出力した交流信号が直流高圧発生源１３から放出されることを防ぐためにインピーダンス抵抗Ｒｏを比較的大きい値にする必要があり、負荷変動による直流電流の変化に伴うインピーダンス抵抗Ｒｏでの電圧変動が増大して、負荷Ｌに安定した直流電圧を供給できない。
【００３１】
図１１及び図１２の構成では、安定した直流電圧が供給できるものの、出力電圧検出回路９に交流成分を排除する手段が必要となり、これを搭載すると、速い電圧変化を検出することが出来なくなるため、直流高圧発生源１３の出力値を速い動作で切り替えるといった出力電圧の高速制御が不可能になる。
【００３２】
図９の構成では、プラス出力時は抵抗Ｒ−が、マイナス出力時は抵抗Ｒ＋が出力インピーダンスとなるため、出力電圧の検出は出力端で行なう必要があるが、出力電圧として高い電圧が必要とされる場合、以下の問題を生じる。
（１）電圧検出手段自体も負荷となるため、電圧発生源から見た事実上の負荷抵抗を低下させないために、検出用抵抗として高抵抗値の高精度抵抗が必要になるが、高耐圧でこのような性能を有する抵抗は希少、或いは、存在しないため、装置のコストアップを招いたり、装置の実現が困難になる。
（２）電圧検出手段自体も負荷となるため、電圧発生源から見た事実上の負荷抵抗が低下する一方、出力に供給される電圧は前記抵抗Ｒ−、或いは、Ｒ＋と前記負荷抵抗との分圧になるため、所望の出力電圧を得るために、より一層高い高圧発生能力が必要となり、コストアップ、および、装置の大型化が避けられない。（３）電圧検出手段自体も負荷となるため、電圧発生源から見た事実上の負荷抵抗が低下する一方、出力に供給される電圧は前記抵抗Ｒ−、或いは、Ｒ＋と前記負荷抵抗との分圧になるため、所望の出力電圧を得るために、より一層高い高圧発生能力が必要となり、ブリーダ抵抗としての抵抗Ｒ−、Ｒ＋での消費電力がアップし、抵抗が大型化して実装が困難になったり、装置の大型化が避けられない。
【００３３】
従って、本発明の目的は、電圧発生手段にて負荷に供給する以上の無駄な電力の発生を回避し、省電力化、装置の小型化、低価格化を実現し、しかも、発生電圧検出手段にて高速の電圧検出が可能であり、直流電圧装置の出力切換などの高速動作を可能とする高圧電源装置及び画像形成装置を提供することである。
【００３４】
本発明の他の目的は、マイナスからプラスに跨る高圧出力を発生する高圧電源装置において、出力インピーダンスでの電圧降下を最小限に抑えることができ、出力電圧確保に必要以上に高い電圧を発生させる必要を回避でき、また、高電圧、高精度の検出抵抗を出力端に追加する必要がなく、より高電圧の低電圧制御を可能とし、装置の大型化を回避でき、更には、高圧、高精度の特殊抵抗の追加による大幅なコストアップをも回避でき、また更に、必要以上に高い電圧を発生する必要がないことにより電圧発生部に設けられるブリーダ抵抗の耐圧や許容損失を無用に高くする必要がなく、抵抗の大型化、コストアップ、絶縁上の沿面、空間が拡大するといったことを回避することのできる高圧電源装置及び画像形成装置を提供することである。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る高圧電源装置及び画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、下記の構成を特徴とする高圧電源装置及び画像形成装置を提供する。
【００３６】
（１）既知の、或いは、予め設定可能な出力インピーダンスを有する高圧電源装置において、
負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
直流電圧を発生する直流電圧発生手段と、
前記直流電圧発生手段の発生電圧を検出する発生電圧検出手段と、
を有し、前記負荷電流検出手段の電流検出結果と前記発生電圧検出手段の電圧検出結果とを前記出力インピーダンスに関連付けて、負荷に印加される出力電圧を検出することを特徴とする高圧電源装置。
【００３７】
（２）前記負荷に印加される出力電圧が、前記直流電圧発生手段が発生する直流電圧から前記出力インピーダンスに前記負荷電流が流れることで生じる電圧降下を差し引いて検出されることを特徴とする上記（１）に記載の高圧電源装置。
【００３８】
（３）前記電圧降下が前記負荷電流検出手段による電流検出結果に関連付けられ、前記発生電圧検出手段の電圧検出結果が前記電流検出結果に関連付けられて構成されると共に、前記関連付けられた電圧検出結果から前記関連付けられた電流検出結果を差し引くことで、前記負荷に印加される出力電圧が検出されることを特徴とする上記（２）に記載の高圧電源装置。
【００３９】
（４）前記発生電圧検出手段が予め定められる所定の倍率で前記直流電圧発生手段が発生する電圧を分圧して検出すると共に、前記負荷電流検出手段が前記出力インピーダンスを前記所定の倍率で割った値を乗数として出力電流を検出するよう構成されたことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の高圧電源装置。
【００４０】
（５）更に、交流信号を出力する交流電圧発生手段と、該交流電圧発生手段からの出力をコンデンサカップリングで出力端に生じさせるコンデンサと、前記直流電圧発生手段と前記コンデンサから伝達される交流信号とを分離するための交流信号分離抵抗と、を有し、前記交流信号分離抵抗が前記直流電圧発生手段に対する出力インピーダンスとなることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の高圧電源装置。
【００４１】
（６）前記交流電圧発生手段が前記直流電圧発生手段に直列に接続され、前記交流電圧発生手段に直流電流を制限するための直流電流制限抵抗と、該直流電流制限抵抗に並列に接続され、出力端に前記交流信号を伝達させるためのバイパスコンデンサとが接続されると共に、前記直流電流制限抵抗が前記直流電圧発生手段に対する出力インピーダンスとなることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の高圧電源装置。
【００４２】
（７）極性が異なる二つの直流電圧発生手段が直列に接続され、夫々の直流電圧発生手段が自身の有するブリーダ抵抗により相互が発生する直流電圧によって生じる負荷電流を通過させよう接続されると共に、前記相互のブリーダ抵抗のうちの何れか、若しくは、両方が、前記出力インピーダンスとなることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の高圧電源装置。
【００４３】
（８）前記出力電圧の検出結果を基に、出力電圧が制御されることを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれかに記載の高圧電源装置。
【００４４】
（９）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の高圧電源装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高圧電源装置及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００４６】
実施例１
本発明に係る高圧電源装置は、図１３を参照して説明したような、従来の電子写真式の画像形成装置の、例えば、帯電装置１０２、現像装置１０４、転写装置１０５、その他の高圧電源装置として使用することができる。従って、画像形成装置並びに帯電装置１０２、現像装置１０４及び転写装置１０５の説明は省略し、本発明の特徴をなす高圧電源装置について以下に説明する。
【００４７】
図１は、本発明に係る高圧電源装置の一実施例の概略構成図である。
【００４８】
本実施例にて、高圧電源装置１００は、高圧発生手段（直流電圧発生手段）１３の両端電圧を分圧した電圧検出信号を出力する発生電圧検出手段１４と、グランドと前記高圧発生手段１３との間に接続され、高圧発生手段１３から負荷に供給される電流値に比例した電圧レベル信号を出力すると共に、前記高圧発生手段１３への接続点の電圧を予め定められる一定電圧Ｖｃに調整する負荷電流検出手段１５と、前記発生電圧検出手段１４からの電圧検出信号Ｖｄから、前記負荷電流検出手段１５からの電流検出信号Ｉｄを差し引く信号減算手段１６と、を備えている。
【００４９】
ここで、高圧発生手段１３は、信号減算手段１６からの検出信号と外部入力される出力電圧設定信号Ｖ−ＣＯＮＴとを受けて、検出信号とＶ−ＣＯＮＴとが一致するように高圧発生手段１３で発生する電圧値を調整するよう構成されている。
【００５０】
以上の構成において、発生電圧検出手段１４は、高圧発生手段１３の両端電圧を分圧して出力するため、発生した高圧発生手段１３の両端電圧をＶｈ、発生電圧検出手段１４からの検出信号の電圧値をＶｄ、分圧比をαとすると、下式で表される電圧値の検出信号が出力される。
Ｖｄ＝α・Ｖｈ＋Ｖｃ                                        （１−１）
【００５１】
一方、負荷電流検出手段１５は、出力端から出力される負荷電流をＩｏとすると、該Ｉｏに比例した電圧値を有する信号を出力する。従って、比例定数をβとすると、この電流検出信号Ｉｄは、下式のように表される。
Ｉｄ＝β・Ｉｏ＋γ（γは構成上生じるオフセット電圧）        （１−２）
【００５２】
また、信号減算手段１６は、前記電圧検出信号Ｖｄから前記電流検出信号Ｉｄを差し引いた信号を出力するため、この信号の電圧値をＶｏｄとすると以下のように表すことができる。
Ｖｏｄ＝Ｖｄ−Ｉｄ＝α・（Ｖｈ−β／α・Ｉｏ）＋（Ｖｃ−γ）    （１−３）
【００５３】
ところで、出力端から負荷に供給される直流電圧Ｖｏは、高圧発生手段１３の両端電圧を負荷と出力インピーダンスとで分圧した電圧値となるため、インピーダンス抵抗Ｒｏを比較的大きく採った場合、下記のように表すことができる。
Ｖｏ＝Ｖｈ−Ｒｏ・Ｉｏ                                      （１−４）
【００５４】
従って、（１−３）式と（１−４）式とから、予め定められる定数α、β、及び、Ｒｏを以下のように選ぶことによって、信号減算手段１６からの出力信号の電圧レベルは、負荷への供給電圧Ｖｏをα倍に分圧して（Ｖｃ−γ）のオフセットを持たせた電圧となり、出力電圧を検出した信号とすることができる。
β／α＝Ｒｏ                                                （１−５）
【００５５】
以上のことから、本実施例の構成においては、信号減算手段１６からの出力信号を出力電圧検出信号としてフィードバックし、外部入力される電圧値設定信号Ｖ−ＣＯＮＴと一致するように高圧発生手段１３での発生電圧が制御されるので、負荷に供給される電圧は、前記信号Ｖ−ＣＯＮＴで設定される所望の値に制御される。
【００５６】
図２に、高圧発生手段１３の一部の回路と発生電圧検出手段１４の構成例を示す。
【００５７】
本実施例にて、入力される交流電圧を増幅して高圧交流信号を出力する昇圧トランス１７と、前記高圧交流信号を平滑して高圧直流電圧を出力するダイオードとコンデンサを含む平滑手段１８と、前記平滑手段１８から出力される高圧直流電圧を分圧し、該分圧信号をバッファリングして出力する発生電圧検出手段１９を示している。
【００５８】
図２に示す構成により、高圧発生手段１３で発生した高圧直流電圧は抵抗で分圧され、Ｖｃのオフセットが付加された状態でバッファリングされて発生電圧検出信号として出力される。
【００５９】
図３に負荷電流検出手段１５のより詳細な概略構成図を示す。
【００６０】
本実施例にて、負荷電流検出手段１５は、抵抗Ｒｄ、オペアンプＯＰを備えており、図の構成により、負荷電流は図中のａ点からｂ点を通過する。ｂ点の電圧は図中のＶｃと等しくなるようにオペアンプＯＰの出力が制御されるため、負荷電流検出手段１５の出力電圧（ａ点の電圧）は、ＶｃにＲｄ・Ｉｏを足した電圧信号を出力する。即ち、この場合のＩｄは以下のように表される。
Ｉｄ＝Ｒｄ・Ｉｏ＋Ｖｃ                                      （１−６）
【００６１】
従って、上記（１−６）式を（１−３）式にあてはめると下式が得られる。
Ｖｏｄ＝Ｖｄ−Ｉｄ＝α・（Ｖｈ−Ｒｄ／α・Ｉｏ）            （１−７）
これにより、更に下式が得られる。
Ｒｄ／α＝Ｒｏ                                              （１−８）
【００６２】
以上説明したように、図１の構成に図２、図３の構成を用いることで、抵抗Ｒｏ、Ｒｄ、及び、分圧比を決定する二つの抵抗によって、抵抗値の選択といった簡単な設計で上述の構成が実現できることとなる。
【００６３】
なお、本実施例の構成によれば、交流高圧が重畳される出力端に直流電圧用の電圧検出手段を設ける必要がないので、高圧発生手段１３からの高圧出力がインピーダンス抵抗Ｒｏと電圧検出手段の抵抗で分圧されることがなく、これによって、高圧発生手段１３に対して、負荷に供給する以上の無駄な電力を発生する必要がなくなり、省電力化、装置の小型化、低価格化を実現することができる。
【００６４】
また、本実施例の発生電圧検出手段１４は、直流電圧を分圧するのみの構成で実現されるので、交流電圧を排除する必要がなく、これにより高速の電圧検出が可能になり、直流電圧装置の出力切換などの高速動作を可能にすることができる。
【００６５】
実施例２
図４は、本発明の原理を図１２に示した従来の高圧電源装置１００の構成に用いた場合の概略構成図である。
【００６６】
本実施例の場合の検出信号Ｖｏｄも、実施例１と同様に（１−７）式で表すことができる。ただし、この場合のインピーダンス抵抗はＲｐとなるため、実施例１に示した（１−８）式は下記のようになる。
Ｒｄ／α＝Ｒｐ                                              （１−９）
【００６７】
図５に、図４に示す高圧電源装置１００をより詳細に説明する概略構成図を示す。
【００６８】
本実施例にて、平滑手段１８内のコンデンサＣｓは、入力された交流高圧信号をグランドに対して平滑するように構成されている。これによって、交流電圧発生手段１２で発生する交流信号は、図中に示すように出力端に接続されたインピーダンス抵抗Ｒｐを回避するようにコンデンサＣｐを通って負荷Ｌに供給され、更に、グランドからコンデンサＣｓを通過して交流電圧発生手段１２に戻る経路をつたうこととなる。従って、発生電圧検出手段１４と負荷電流検出手段１５での信号の検出に前記交流電圧発生手段１２からの出力信号は影響しないため、実施例１に記載と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
実施例３
図６は、本発明の原理を図９に示した従来例と同様のマイナスからプラスに跨る高圧出力を発生する高圧電源装置に用いた場合の概略構成図である。また、図６に示す本実施例では、簡単のために、本発明の実施により定電圧制御の高圧電源出力を得る場合を例に示している。
【００７０】
本実施例にて、高圧電源装置１００は、プラス、マイナスの負荷電流を極性反転して検出する抵抗とダイオードとを含む、プラス電流検出手段２０及びマイナス電流検出手段２１と、プラス用昇圧トランス５からの高圧出力を平滑するプラス用平滑手段７に発生するプラス直流高電圧Ｖｈｐに比例した検出信号を出力するプラス用発生電圧検出手段２２と、マイナス用昇圧トランス６からの高圧出力を平滑するマイナス用平滑手段８に発生するマイナス直流高電圧Ｖｈｍに比例した検出信号を出力するマイナス用発生電圧検出手段２３と、それぞれプラス高圧出力及びマイナス高圧出力を許可する外部入力される、プラス出力許可信号Ｐ−ＥＮ及びマイナス出力許可信号Ｍ−ＥＮと、それぞれプラス直流高圧出力値及びマイナス直流高圧出力値を設定する外部入力される、プラス出力設定信号Ｖ−ＣＯＮＴ−Ｐ及びマイナス出力設定信号Ｖ−ＣＯＮＴ−Ｍと、プラス出力許可信号Ｐ−ＥＮの状態の基づいて、プラス出力設定信号Ｖ−ＣＯＮＴ−Ｐと後に説明するプラス電圧検出信号とに関連して、プラス用駆動手段３に駆動動作を調整するＰＷＭ信号を発生するプラス用ＰＷＭ信号発生手段２４と、マイナス出力許可信号Ｍ−ＥＮの状態の基づいて、マイナス出力設定信号Ｖ−ＣＯＮＴ−Ｍと後に説明するマイナス電圧検出信号とに関連して、マイナス用駆動手段４に駆動動作を調整するＰＷＭ信号を発生するマイナス用ＰＷＭ信号発生手段２５と、を備えている。
【００７１】
なお、本実施例におけるプラス用昇圧トランス５、及び、マイナス用昇圧トランス６は、それぞれ駆動用巻線、高圧出力用巻線、出力検出巻線を有しており、駆動信号に応じた出力電圧が発生せしめられると共に、検出巻線には高圧巻線に発生した出力電圧に比例した低圧信号が出力される。
【００７２】
以上の構成において、まず、Ｐ−ＥＮ信号によりプラス高圧の出力が許可され、Ｍ−ＥＮ信号によりマイナス高圧の出力が禁止されると、マイナス用ＰＷＭ信号発生手段２５の動作は停止され、プラス用ＰＷＭ信号発生手段２４の動作が開始される。これにより、プラス用ＰＷＭ信号発生手段２４は、入力されるＶ−ＣＯＮＴ−Ｐ信号とプラス用電圧検出信号とに関連したパルス信号が出力される。
【００７３】
プラス用駆動手段３は、前記パルス信号に従ってプラス用昇圧トランス５の駆動巻線に電力パルスを供給し、プラス用昇圧トランス５はこれを受けて高圧出力巻線に交流高圧出力を発生、同時に、この交流高圧出力に比例した検出信号を出力検出巻線に出力する。
【００７４】
前記発生した交流高圧信号は、プラス用平滑手段７によって平滑されその両端に電圧Ｖｈｐなる直流高圧が出力されて負荷Ｌに供給される。
【００７５】
また、前記出力された検出信号は、プラス用発生電圧検出手段２２で平滑され、その両端に電圧Ａ・Ｖｈｐなるプラス用発生電圧検出信号が出力される。
【００７６】
一方、負荷に供給されるプラス電流は、プラス電流検出手段２０に内蔵された抵抗で電圧に変換されて検出され、負荷電流をＩｏｐとすると、−Ｂ・Ｉｏｐ＋Ｃのように極性反転されてプラス電流検出信号として出力される。
【００７７】
ところで、本実施例の構成では、前記プラス電流検出信号に前記プラス用発生電圧検出信号が重畳されてプラス用電圧検出信号とされている。この信号の重畳は、図中に示すようにプラス電流検出信号をプラス用発生電圧検出信号の負極に接続するのみの簡単な構成で実現されている。
【００７８】
以上の構成により、プラス用電圧検出信号Ｖｄｐは下記のように表すことができる。
Ｖｄｐ＝Ａ・Ｖｈｐ＋（−Ｂ・Ｉｏｐ＋Ｃ）＝Ａ・（Ｖｈｐ−Ｂ／Ａ・Ｉｏｐ
）＋Ｃ                                                        （３−１）
【００７９】
なお、負荷に供給される電圧Ｖｏは、マイナス用平滑手段８に内蔵されたブリーダ抵抗Ｒ−を充分大きく設定した場合、前記負荷Ｌと前記ブリーダ抵抗Ｒ−とで前記プラス直流電圧Ｖｈｐを分圧した電圧となる。
【００８０】
従って、出力電圧Ｖｏは負荷電流Ｉｏｐを使って以下のように表すことができる。
Ｖｏ＝Ｖｈｐ−（Ｒ−）・Ｉｏｐ                              （３−２）
【００８１】
以上、（３−１）式、（３−２）式において、Ａ、Ｂ、及び、Ｒ−を下記のように設定すれば、本実施例の構成によりプラス出力を検出することができる。
（Ｒ−）＝Ｂ／Ａ                                            （３−３）
【００８２】
なお、上述のプラス用電圧検出信号が前記プラス用ＰＷＭ信号発生手段２４にフィードバックされ、外部入力されるＶ−ＣＯＮＴ−Ｐと一致するようにＰＷＭ信号が生成されるため、負荷に供給される直流高圧出力は前記Ｖ−ＣＯＮＴ−Ｐによって設定することが可能となる。
【００８３】
次に、マイナス出力電圧の検出、及び、制御について説明する。
【００８４】
基本的にプラス出力の検出、及び、制御と同様にして行うことが可能である。即ち、Ｐ−ＥＮ，及び、Ｍ−ＥＮの設定によってプラス用ＰＷＭ信号発生手段２４の動作は停止され、マイナス用ＰＷＭ信号発生手段２５の動作が開始される。
【００８５】
これにより、マイナス用ＰＷＭ信号発生手段２５は、入力されるＶ−ＣＯＮＴ−Ｍ信号とマイナス用電圧検出信号とに関連したパルス信号を出力する。
【００８６】
これによって駆動されるマイナス用昇圧トランス６はやはり、駆動巻線、高圧出力巻線、及び、出力検出巻線を有しており、前記駆動により交流高圧信号が出力されてマイナス用平滑手段８に入力される。
【００８７】
マイナス用平滑手段８は、その出力に−Ｖｈｍなるマイナス直流高電圧を発生するが、これに比例した電圧（−Ｘ・Ｖｈｍ）が前記マイナス用昇圧トランス６に設けられた電圧検出巻線の信号を平滑するマイナス用発生電圧検出手段２３から同時に出力される。
【００８８】
更に、負荷に供給されるマイナス電流は、マイナス用負荷電流検出手段２１に内蔵された抵抗で電圧に変換されて検出され、負荷電流を−Ｉｏｍとすると、Ｙ・Ｉｏｍ＋Ｚのように極性反転されてマイナス電流検出信号として出力される。
【００８９】
以上により、マイナス用電圧検出信号Ｖｄｍは下記のように表すことができる。
Ｖｄｍ＝−Ｘ・Ｖｈｍ＋（Ｙ・Ｉｏｍ＋Ｚ）＝Ｘ・（（−Ｖｈｍ）−Ｙ／Ｘ・
（−Ｉｏｐ））＋Ｚ                                            （３−４）
【００９０】
なお、負荷に供給される電圧Ｖｏはプラス用平滑手段７に内蔵されたブリーダ抵抗Ｒ＋を充分大きく設定した場合、前記負荷Ｌと前記ブリーダ抵抗Ｒ＋とで前記マイナス直流電圧−Ｖｈｍを分圧した電圧となる。従って、出力電圧Ｖｏは負荷電流Ｉｏｍを使って以下のように表すことができる。
Ｖｏ＝（−Ｖｈｍ）−（Ｒ＋）・（−Ｉｏｍ）                  （３−５）
【００９１】
以上、（３−４）式、（３−５）式において、Ｘ，Ｙ、及び、Ｒ＋を下記のように設定すれば、本実施例の構成によりマイナス出力を検出することができる。
（Ｒ＋）＝Ｙ／Ｘ                                            （３−６）
【００９２】
また更に、上述のマイナス用電圧検出信号が前記マイナス用ＰＷＭ信号発生手段２５にフィードバックされ、外部入力されるＶ−ＣＯＮＴ−Ｍと一致するようにＰＷＭ信号が生成されるため、負荷に供給される直流高圧出力は前記Ｖ−ＣＯＮＴ−Ｍによって設定することが可能となる。
【００９３】
図７に、本実施例におけるプラス、マイナスの電流検出手段２０、２１を含めた電圧検出手段２２、２３をより詳細に示す概略構成図を示す。
【００９４】
本実施例の電圧検出手段２２、２３は、ダイオードＤ１〜Ｄ４、抵抗Ｒ１〜Ｒ６、Ｒｄ１〜Ｒｄ４と、コンデンサＣ１〜Ｃ３とを備え、該プラス電流検出手段２０に基準電源電圧Ｖｓが供給される。
【００９５】
本実施例の構成において、プラス電流検出手段２０では、ダイオードＤ１の作用により負荷に対してプラス方向の電流のみが該プラス電流検出手段２０を通過する。このプラス方向の負荷電流はグランドから流入し、ダイオードＤ１を通ってマイナス平滑手段８へと流れる。従って、プラス電流検出手段２０からの検出信号は、電圧Ｖｓが抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３で分圧された電圧でオフセットされた電圧値から負荷電流が増加するに従って低下する検出信号となる。これを表したものが、前述の、−Ｂ・Ｉｏｐ＋Ｃである。
【００９６】
一方、マイナス電流検出手段２１も同様に説明され、内部のダイオードＤ２によって方向付けされた負荷電流＝マイナス負荷電流が抵抗Ｒ６を通過することによって、検出信号は、電圧Ｖｓが抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６で分圧された電圧でオフセットされた電圧値から負荷電流が増加するに従って上昇する検出信号となる。即ち、これを表したものが、前述の、Ｙ・Ｉｏｍ＋Ｚである。
【００９７】
また更に、プラス用発生電圧検出手段２２は、プラス用昇圧トランス５に設けられた電圧検出巻線の信号をダイオードＤ３、コンデンサＣ１で平滑し、その平滑電圧を抵抗Ｒｄ１、Ｒｄ２で分圧した信号をプラス用発生電圧検出信号として出力する。抵抗Ｒｄ１、Ｒｄ２の分圧とするのは、出力電圧との比例定数の調整用で、例えば、これを可変抵抗で構成することで、トランスの出力比を補正するよう構成することもできる。
【００９８】
なお、以上の構成による発生電圧とその検出信号の関係を表したものが前述のＡ・Ｖｈｐである。
【００９９】
また、マイナス用発生電圧検出手段２３についても同様に説明され、この動作を表したものが、（−Ｘ・Ｖｈｍ）である。
【０１００】
そして、以上説明した各電流検出手段２０、２１からの検出信号に、各発生電圧検出手段２２、２３の信号が重畳されるようにワイヤードＯＲで接続されているので、上述したような出力電圧の検出が可能にできる。
【０１０１】
なお、図中のＣ３は、電源のスイッチング動作によるリプル電流を電流検出手段からバイパスするために設けられたコンデンサである。
【０１０２】
図８に、負荷電流の検出手段をプラス用、マイナス用と分けずに共通にした場合の高圧電源装置１００の概略構成図を示す。この場合には、電流検出手段２０は、例えば、図７のプラス用電流検出手段２０の構成からダイオードＤ１を排除してプラス・マイナスの電流をリニアに検出する構成とし、これを夫々の発生電圧検出手段２２、２３に接続することで同様の出力電圧検出を可能としている。ただし、本実施例では、電流検出手段２０での検出結果を極性反転させない場合を例に説明する。
【０１０３】
図８に示す実施例では、電流検出手段２０としては、図３に示した電流検出手段１５と同様のものを使用する。そして、予め設定する固定電圧Ｖｃを比較的高い値に設定し、プラス、マイナスどちらの電流に対しても検出信号がオペアンプＯＰの飽和電圧に達することがないように調整されている。さらに、この実施例では、プラス用発生電圧検出手段２２及びマイナス用発生電圧検出手段２３の検出出力は、検出する発生電圧に対して極性反転した比例電圧を検出するように構成されている。
【０１０４】
従って、プラス用発生電圧検出手段２２ではマイナス電圧を、マイナス用発生電圧検出手段２３ではプラス電圧を出力するように構成されている。
【０１０５】
以上を式で表すと下記のように表すことができる。
Ｉｏｄ＝Ｊ・Ｉｏ＋Ｖｃ  （Ｉｏｄは電流検出電圧値、Ｉｏは負荷電流値、Ｊ
は正の整数）                                                  （３−７）
Ｖｄｐ＝−Ｋ・Ｖｈｐ  （Ｖｄｐはプラス発生電圧検出値、Ｖｈｐはプラス発生電圧値、Ｋは正の整数）                                      （３−８）
Ｖｄｍ＝−Ｌ・Ｖｈｍ  （Ｖｄｍはプラス発生電圧検出値、Ｖｈｍはプラス発
生電圧値、Ｌは正の整数）                                      （３−９）
【０１０６】
ところで、図８に示す構成では、前述の電流検出信号に前述のプラス発生電圧検出信号、及び、マイナス発生電圧検出信号を重畳するようにワイヤードＯＲ接続の簡単な構成が採用されている。
【０１０７】
従って、これによりプラス出力電圧Ｖｏｐ、及び、マイナス出力電圧マイナスＶｏｍは以下のように表される。
Ｖｏｐ＝Ｖｄｐ＋Ｉｏｄ＝−Ｋ・Ｖｈｐ＋Ｊ・Ｉｏ＋Ｖｃ＝−Ｋ・（Ｖｈｐ−
Ｊ／Ｋ・Ｉｏ）＋Ｖｃ                                        （３−１０）
Ｖｏｍ＝Ｖｄｍ＋Ｉｏｄ＝−Ｌ・Ｖｈｍ＋Ｊ・Ｉｏ＋Ｖｃ＝−Ｌ・（Ｖｈｍ−
Ｊ／Ｌ・Ｉｏ）＋Ｖｃ                                        （３−１１）
【０１０８】
上式は、プラス出力電圧検出信号とマイナス出力電圧検出信号とが、それぞれ出力電圧が上昇すると検出信号が減少する比例関係となっており、これに対応して外部入力信号Ｖ−ＣＯＮＴ−Ｐ、Ｖ−ＣＯＮＴ−Ｍの設定値を決定することによって、出力電圧を所望の出力値に設定できるよう構成することが可能となる。
【０１０９】
以上説明したように、本実施例の構成によれば、マイナスからプラスに跨る高圧出力を発生する高圧電源装置において、出力電圧の検出のためにその出力に検出抵抗を追加する必要がないので、出力インピーダンスでの電圧降下を最小限に抑えることができ、必要以上に高い電圧を発生させる必要を回避できる。
【０１１０】
これによって、絶縁上の沿面や空間が拡大することを回避できるので、装置の大型化を防止できる効果がある。また、高電圧、高精度の検出抵抗を出力端に追加する必要が無いので、検出抵抗の追加に伴う絶縁上の沿面や空間の確保が不要であるため、これによっても装置の大型化を回避できる。
【０１１１】
さらに、前記検出抵抗の追加が不要なので、高圧、高精度の特殊抵抗の追加による大幅なコストアップをも回避できる。また更に、必要以上に高い電圧を発生する必要が無いので、電圧発生部に設けられるブリーダ抵抗の耐圧や許容損失を無用に高くする必要がないので、これによって抵抗の大型化、コストアップ、絶縁上の沿面、空間が拡大することを回避できる効果がある。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、既知の、或いは、予め設定可能な出力インピーダンスを有する高圧電源装置が、負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、直流電圧を発生する直流電圧発生手段と、直流電圧発生手段の発生電圧を検出する発生電圧検出手段と、を有し、負荷電流検出手段の電流検出結果と発生電圧検出手段の電圧検出結果とを出力インピーダンスに関連付けて、負荷に印加される出力電圧を検出する構成とされるので、
（１）電圧発生手段にて負荷に供給する以上の無駄な電力の発生を回避し、省電力化、装置の小型化、低価格化を実現し、しかも、発生電圧検出手段にて高速の電圧検出が可能であり、直流電圧装置の出力切換などの高速動作が可能である。また、
（２）マイナスからプラスに跨る高圧出力を発生する高圧電源装置において、出力インピーダンスでの電圧降下を最小限に抑えることができ、出力電圧確保に必要以上に高い電圧を発生させる必要を回避でき、また、高電圧、高精度の検出抵抗を出力端に追加する必要がなく、より高電圧の低電圧制御を可能とし、装置の大型化を回避でき、更には、高圧、高精度の特殊抵抗の追加による大幅なコストアップをも回避でき、また更に、必要以上に高い電圧を発生する必要がないことにより電圧発生部に設けられるブリーダ抵抗の耐圧や許容損失を無用に高くする必要がなく、抵抗の大型化、コストアップ、絶縁上の沿面、空間が拡大することを回避することができる。
といった効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の高圧電源装置の概略構成図である。
【図２】実施例１における発生電圧検出手段を含む概略構成図である。
【図３】実施例１における負荷電流検出手段のより詳細な概略構成図である。
【図４】本発明の実施例２の高圧電源装置の概略構成図である。
【図５】実施例２における高圧電源装置をより詳細に説明する概略構成図である。
【図６】本発明の実施例３における高圧電源装置の概略構成図である。
【図７】実施例３における電圧検出手段をより詳細に示す概略構成図である。
【図８】負荷電流の検出手段をプラス用とマイナス用と共通にした場合の概略構成図である。
【図９】従来の高圧電源装置の一例を示す概略図である。
【図１０】従来の高圧電源装置の他の例を示す概略図である。
【図１１】従来の高圧電源装置の他の例を示す概略図である。
【図１２】従来の高圧電源装置の他の例を示す概略図である。
【図１３】本発明の高圧電源装置が適用可能な画像形成装置の概略構成図である。
【符号の説明】
３              プラス用駆動手段
４              マイナス用駆動手段
５              プラス用昇圧トランス
６              マイナス用昇圧トランス
７              プラス用平滑手段
８              マイナス用平滑手段
１２            交流電圧発生手段
１３            直流電圧発生手段
１４、１９      発生電圧検出手段
１５            負荷電流検出手段
１６            信号減算手段
１７            昇圧トランス
１８            平滑手段
２０            プラス電流検出手段
２１            マイナス電流検出手段
２２            プラス用発生電圧検出手段
２３            マイナス用発生電圧検出手段
２４            プラス用ＰＷＭ信号発生手段
２５            マイナス用ＰＷＭ信号発生手段
Ｖ−ＣＯＮＴ    電圧値設定信号
Ｒｏ            出力インピーダンス（交流信号分離抵抗）
Ｉｏ            負荷電流
Ｒｐ            出力インピーダンス（直流電流制限抵抗）
Ｃｐ            バイパスコンデンサ
【図１】
2004222351.tif 000003
【図２】
2004222351.tif 000004
【図３】
2004222351.tif 000005
【図４】
2004222351.tif 000006
【図５】
2004222351.tif 000007
【図６】
2004222351.tif 000008
【図７】
2004222351.tif 000009
【図８】
2004222351.tif 000010
【図９】
2004222351.tif 000011
【図１０】
2004222351.tif 000012
【図１１】
2004222351.tif 000013
【図１２】
2004222351.tif 000014
【図１３】
2004222351.tif 000015