(57)【要約】【課題】  電子写真方式の画像形成装置やネオン看板に適用される高圧電源装置の小型化および低コスト化を図ることにある。【解決手段】  少なくとも高圧トランス３とその高圧トランス３を駆動する駆動回路４とを含み、前記高圧トランス３の二次側に接続された負荷に電圧供給する高圧電源に、前記高圧トランス３の二次側に発生した直流出力電圧の極性を切り替える高圧スイッチ回路５０と、前記直流出力電圧の印加により流れる負荷電流に基づいて前記高圧スイッチ回路５０をスイッチング制御する制御回路６０とを付加する。【選択図】  図１
2005185048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも高圧トランスとその高圧トランスを駆動する駆動回路とを含み、前記高圧トランスの二次側に接続された負荷に電圧供給する高圧電源に、前記高圧トランスの二次側に発生した直流出力電圧の極性を切り替える高圧スイッチ回路と、前記直流出力電圧の印加により流れる負荷電流に基づいて前記高圧スイッチ回路をスイッチング制御する制御回路とを付加したことを特徴とする高圧電源装置。
【請求項２】
複数組の高圧スイッチ回路および制御回路を前記高圧トランスの二次側に並列接続した請求項１に記載の高圧電源装置。
【請求項３】
前記高圧スイッチ回路を制御回路によりＰＷＭ制御して高圧トランスの二次側に発生した直流出力電圧を矩形波の交流出力電圧に変換する請求項１又は２に記載の高圧電源装置。
【請求項４】
前記高圧スイッチ回路は、ワイドバンドギャップ半導体素子をスイッチング素子としてフルブリッジ構成した請求項１乃至３のいずれか一項に記載の高圧電源装置。
【請求項５】
前記ワイドバンドギャップ半導体素子がＳｉＣを母材とする請求項４に記載の高圧電源装置。
【請求項６】
前記負荷が画像形成装置であり、その画像形成装置の感光体を帯電させる帯電プロセス、前記感光体表面に形成されたトナー像を記録紙に移動させる転写プロセス、あるいは、前記感光体に張り付いている記録紙を電気的に中和する分離プロセスのうち、少なくともいずれか一つのプロセスに用いられる請求項１乃至５のいずれか一項に記載の高圧電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置や、複数本のネオン管を組み合わせたネオン看板などのように複数の高電圧負荷に電力供給するための電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を採用する画像形成装置は高圧電源が備えられており、紙などに対する画像形成プロセスには欠かせない存在となっている。この高圧電源は、画像形成プロセスの帯電、転写、分離などの各プロセスに応じて異なった仕様を有している。
【０００３】
画像形成プロセスにおける帯電は、コロナ放電を利用して感光体を帯電させるプロセスである。感光体の種類にはセレン、アモルファス、有機半導体などがあり、感光体の材料に応じて帯電用高圧電源の極性を選ぶ必要がある。
【０００４】
また、画像形成プロセスにおける転写は、潜像形成、定着の各プロセスを経た後に、感光体に付着したトナーを記録紙に移動させるプロセスである。この転写では、帯電と逆極性の高圧電源が必要となる。
【０００５】
さらに、感光体に残留しているトナーを除去するプロセスや、感光体に張り付いている記録紙を分離するプロセスにも高圧電源が用いられることがある。このプロセスでは、記録紙を電気的に中和することを目的とすることから、ＤＣバイアスをかけたＡＣ高圧電源が必要になる。
【０００６】
図７は高圧電源装置の従来例を示す。１は画像形成装置、２はＣＰＵ、３は高圧トランス、４は前記高圧トランス３をスイッチングするトランス駆動回路、５はヒューズ抵抗、６は高圧トランス３への供給電力を制御するトランジスタ、７は電解コンデンサ、８は定電圧制御回路、９はスナバダイオード、１０は高圧ダイオード、１１は高圧コンデンサ、１２はブリーダ抵抗、１０１は出力電圧検出用の補助巻線を有する高圧トランス、１４は高圧トランス１０１をスイッチングするトランス駆動回路、１５はヒューズ抵抗、１６は高圧トランス１０１への供給電力を制御するトランジスタ、１７は電解コンデンサ、１８は定電圧制御回路、１９はスナバダイオード、１０２は高圧トランス１０１の補助巻線により出力電圧を検出する出力電圧検出部、２０は高圧ダイオード、２１は高圧コンデンサ、２２はブリーダ抵抗、２３，２４は出力電圧検出抵抗、２５は交流接地用コンデンサ、２６は負荷電流検出用オペアンプ、２７は負荷電流検出抵抗、２８は位相補償用コンデンサ、２９は直流電源、３０は電流制限用抵抗、３１は負荷である。
【０００７】
この高圧電源装置における正電圧の出力動作を以下に説明する。まず、ＣＰＵ２が所定の周波数／デューティー比のＣＬＫを出力する。前記ＣＬＫはトランス駆動回路４に送られ、トランス駆動回路４は、高圧トランス３をスイッチングする。高圧トランス３は、入力電圧を昇圧し、所定の脈流波形の高圧を発生する。高圧トランス３によって発生した所定の脈流波形の高圧は、高圧ダイオード１０および高圧コンデンサ１１により整流され、プラス極性の高圧ＤＣバイアスが生成される。
【０００８】
次に、ＣＰＵ２は、所望の高圧出力電圧に対応した電圧を、Ｄ／Ａポート１から定電圧制御回路８に出力する。一方、出力電圧は検出抵抗２３、２４の分圧により検出される。定電圧制御回路８は、前記出力検出電圧と、ＣＰＵ２のＤ／Ａポート１からの電圧値とが等しくなるようにトランジスタ６を制御し、高圧トランス３への入力電圧を制御する。
【０００９】
ＣＰＵ２からのＣＬＫは、負電圧出力のためのトランス駆動回路１４にも入力され、高圧トランス１０１がスイッチングされる。しかし、Ｄ／Ａポート２の出力電圧を、定電圧制御回路１８の出力が発生しない値に設定することで、トランス１０１には電圧を供給せず、高圧トランス１０１が高圧出力を発生しないようにする。
【００１０】
次に、高圧電源装置における負電圧の出力動作を以下に説明する。ＣＰＵ２が所定の周波数／デューティー比のＣＬＫを出力する。前記ＣＬＫはトランス駆動回路１４に送られ、トランス駆動回路１４は、高圧トランス１０１をスイッチングする。高圧トランス１０１は、入力電圧を昇圧し、所定の脈流波形の高圧を発生する。高圧トランス１０１によって発生した所定の脈流波形の高圧は、高圧ダイオード２０および高圧コンデンサ２１により整流され、マイナス極性の高圧ＤＣバイアスが生成される。生成された高圧バイアスは、ブリーダ抵抗１２を介して負荷３１に印加される。
【００１１】
次に、ＣＰＵ２は、所望の高圧出力電圧に対応した電圧を、Ｄ／Ａポート２から定電圧制御回路１８に出力する。一方、出力電圧は高圧トランス１０１の補助巻線と出力電圧検出部１０２により検出される。定電圧制御回路１８は、前記検出電圧と、ＣＰＵ２のＤ／Ａポート２からの電圧値とが等しくなるようにトランジスタ１６を制御し、高圧トランス１０１への入力電圧を制御する。
【００１２】
ＣＰＵ２からのＣＬＫは、負電圧のトランス駆動回路４にも入力される。しかし、Ｄ／Ａポート１の出力電圧を、定電圧制御回路８の出力が発生しない値に設定することで、トランス３には電圧を供給せず、高圧トランス３が高圧出力を発生しないようにする（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
他の背景技術として、ネオン看板に適用した高圧電源装置の例を説明する。ネオン看板は多数のネオン管より構成され、ネオン管の点滅や調光にはネオンインバータトランスが使用されている。この種のネオンインバータトランスでは、ネオンガスあるいはアルゴンガスが封入された放電管を点灯させるために、ネオンあるいはアルゴンを励起させる高電圧を出力する必要がある。
【００１４】
図８にネオンインバータトランスの一例を示す。このネオンインバータトランスは、一次側の発振回路としてトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を使用しており、交流電源である商用電源１を整流回路２で直流に変換し、一次コイル３側を所定の周波数でトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を交互にスイッチングすることにより、二次コイル５側に高周波数で高電圧の交流を発生させ、ネオン管６の電極に供給するものである（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２０９９７２号公報
【特許文献２】特開平９−３５８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前述の画像形成装置に適用される従来の高圧電源装置では、出力電圧の極性切り替えなどのようにその出力電圧の種類ごとに複数の高圧トランスや駆動回路が必要となり、また、ネオン看板に適用される従来の高圧電源装置では、通常、ネオン看板が多数のネオン管により構成され、それらネオン管はいくつかのグループに分けて制御されており、低圧側で負荷供給電圧波形の調整を行っているため、ネオン管のグループの数だけトランスが必要となる。このように画像形成装置やネオン看板に適用される従来の高圧電源装置では、装置が大型化、高コスト化するという問題点があった。
【００１６】
そこで、本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、電子写真方式の画像形成装置やネオン看板に適用される高圧電源装置の小型化および低コスト化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、少なくとも高圧トランスとその高圧トランスを駆動する駆動回路とを含み、前記高圧トランスの二次側に接続された負荷に電圧供給する高圧電源に、前記高圧トランスの二次側に発生した直流出力電圧の極性を切り替える高圧スイッチ回路と、前記直流出力電圧の印加により流れる負荷電流に基づいて前記高圧スイッチ回路をスイッチング制御する制御回路とを付加したことを特徴とする。ここで、前述の「少なくとも」とは、必要とする高圧トランスおよび駆動回路の数が従来よりも少なくなって最小個数で済むことを意味し、好ましくは、一組の高圧トランスと駆動回路で済む。また、「高圧トランスとその高圧トランスを駆動する駆動回路とを含み」とは、高圧トランスおよび駆動回路以外の他の構成部品を含むことを意味する。なお、高圧スイッチ回路は、ワイドバンドギャップ半導体素子をスイッチング素子としてフルブリッジで構成することが望ましく、特に、ＳｉＣを母材とするワイドバンドギャップ半導体素子を用いることが好ましい。
【００１８】
本発明では、制御回路により高圧スイッチ回路をスイッチング制御することで、その高圧スイッチ回路で高圧トランスの二次側に発生した直流出力電圧の極性を切り替え、正電圧あるいは負電圧のいずれかを従来よりも少ない個数の高圧トランスおよび駆動回路により負荷に供給することが可能となる。また、高圧スイッチ回路を制御回路によりＰＷＭ制御することにより、高圧トランスの二次側に発生した直流出力電圧を矩形波の交流出力電圧に変換することも可能である。
【００１９】
本発明の高圧電源装置は、画像形成装置の電源装置として適用することが好適であり、その画像形成装置の感光体を帯電させる帯電プロセス、前記感光体表面に形成されたトナー像を記録紙に移動させる転写プロセス、あるいは、前記感光体に張り付いている記録紙を電気的に中和する分離プロセスのうち、少なくともいずれか一つのプロセスに用いられる。
【００２０】
また、複数組の高圧スイッチ回路および制御回路を前記高圧トランスの二次側に並列接続した構成とすれば、多数のネオン管を組み合わせたネオン看板の電源装置として適用することが容易となる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明に係る高圧電源装置は、従来よりも少ない個数の高圧トランスと駆動回路により、正負両方の極性の直流電圧および矩形波交流電圧を出力できるため、これを用いた画像形成装置やネオン看板の電源装置は高圧電源部が簡略化され、装置が小型で安価に構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は本発明の実施形態における高圧電源装置の構成を示す。１は高圧電源装置、２はＣＰＵ、３は高圧トランス、４は前記高圧トランス３をスイッチングするトランス駆動回路、５はヒューズ抵抗、６は高圧トランス３への供給電力を制御するトランジスタ、７は電解コンデンサ、８は定電圧制御回路、９はスナバダイオード、１０は高圧ダイオード、１１は高圧コンデンサ、２３，２４は出力電圧検出抵抗、２６は負荷電流検出回路、２７は共通母線、３１１〜３１ｎは負荷、５０は高圧スイッチ回路、５１〜５４は高圧スイッチ、５１ｄ〜５４ｄは高圧ダイオード、５１ｓ〜５４ｓは高圧スイッチの制御信号、６０はスイッチ制御回路、８１〜８ｎは負荷選択スイッチ、８１ｓ〜８ｎｓは負荷選択スイッチの制御信号、９０はデコーダである。
【００２３】
図２にスイッチ制御回路６０のブロック図を示す。６１はＤ／Ａコンバータ、６２は三角波発生装置、６３はＤ／Ａコンバータ、６４はコンパレータ、６５は遅延回路、６６はＡＮＤ回路、６７は反転回路、６８は遅延回路、６９はＡＮＤ回路、７０〜７３はＥ／Ｏ変換回路である。
【００２４】
次に、動作を説明する。高圧コンデンサ１１を充電するまでの動作は、先に述べた従来装置の動作と同様である。つまり、図１に示すようにＣＰＵ２が所定の周波数／デューティー比のＣＬＫを出力ポート２から出力する。前記ＣＬＫはトランス駆動回路４に送られ、トランス駆動回路４は、高圧トランス３をスイッチングする。高圧トランス３は、入力電圧を昇圧し、所定の脈流波形の高圧を発生する。高圧トランス３によって発生した所定の脈流波形の高圧は、高圧ダイオード１０および高圧コンデンサ１１により整流され、プラス極性の高圧ＤＣバイアスが生成される。
【００２５】
次に、ＣＰＵ２は、所望の高圧出力電圧に対応した電圧を、出力ポート１から定電圧制御回路８に出力する。一方、出力電圧は検出抵抗２３，２４の分圧により検出される。定電圧制御回路８には、抵抗２３および２４により分圧された出力電圧の入力が省略されているが、これは、出力信号２５ｓをＣＰＵ２の内部で演算処理して生成した制御信号を定電圧制御回路８に入力している。定電圧制御回路８は、前記出力検出電圧と、ＣＰＵ２の出力ポート１からの電圧値とが等しくなるようにトランジスタ６を制御し、高圧トランス３への入力電圧を制御する。
【００２６】
図２に示すようにＣＰＵ２の出力ポート３からの出力はＤ／Ａコンバータ６１でアナログ電圧に変換され、さらにこの値に応じた周波数と一定のピーク値を有する三角波を三角波発生装置６２が発生する。また、ＣＰＵ５の出力ポート５は、通常時は真論理に相当する正電圧を発生し、ＣＰＵ２が異常を検知した際には偽論理に相当する零電圧を発生するものとする。
【００２７】
負荷３１１〜３１ｎの少なくとも一つに正の直流電圧を印加する場合には、一旦負荷選択スイッチ８１〜８ｎのすべてを開放する信号をＣＰＵ２の出力ポート６より出力する。次に、ＣＰＵ２の出力ポート４より、Ｄ／Ａコンバータ６３の出力を、三角波発生装置６２の正ピーク値を上回らせるディジタル信号を出力する。コンパレータ４は三角波発生装置６２とＤ／Ａコンバータ６３の出力を比較した結果、真論理に相当する正電圧を発生する。ＡＮＤ回路６６の入力６６−１はコンパレータ６４の出力と同値となり、入力６６−２はコンパレータ６４の出力が正値をとる以前の時刻の状態に係わらず遅延回路６５で定められた遅延時間の後に正値を出力し、前述のように通常時には出力ポート５は正値を出力している。これにより、コンパレータ６４の出力が正電圧をとれば、遅延回路６５による遅延時間の後にＡＮＤ回路６６は真論理に相当する正電圧を出力する。なお、遅延回路６５および後述する遅延回路６８は、瞬間的にＡＮＤ回路６６及び６９の出力の両方が正となることを防ぐために設けてある。
【００２８】
ＡＮＤ回路６６の出力により、Ｅ／Ｏ変換回路７０および７１は真論理に相当する光信号５２ｓおよび５３ｓを出力し、スイッチ５２および５３が導通状態となる。一方、ＡＮＤ回路６９の入力６９−１は、反転回路６７によりコンパレータ６４の出力と異なる論理となるため、コンパレータ６４の出力が正電圧となると同時に、ＡＮＤ回路６９の出力は負電圧となり，Ｅ／Ｏ変換器を経たのちにスイッチ５１および５４を開放状態とする。
【００２９】
以上の動作により、端子１１ｐ→スイッチ５３→共通母線２７、および接地→負荷電流検出回路２６→スイッチ５２→端子１１ｎが導通するため、共通母線２７には正電圧が供給される。次に、ＣＰＵ２は、信号２５ｓにより共通母線２７の電圧が安定したことを確認した後に、出力ポート６より少なくとも一つの負荷を特定する信号を出力し、デコーダ９０を介した負荷選択信号８１ｓ〜８ｎｓにより負荷選択スイッチ８１〜８ｎのうち特定されたものを導通させる。以上により、負荷３１１〜３１ｎのうち特定されたものに、正の直流電圧を供給することができる。
【００３０】
負荷３１１〜３１ｎの少なくとも一つに負の直流電圧を供給する場合には、ＣＰＵ２の出力ポート４より、Ｄ／Ａコンバータ６３の出力を、三角波発生装置６２の負ピーク値を下回らせるディジタル信号を出力する。その他動作については、正電圧を供給する場合と同様である。
【００３１】
この高圧電源装置では、負荷３１１〜３１ｎの少なくとも一つに矩形波交流電圧を供給する動作も可能である。矩形波交流電圧を出力するにあたっては、ＣＰＵ２は出力ポート４より、Ｄ／Ａコンバータ６３の出力が、三角波発生装置６２の正ピーク値以下、負ピーク値以上となるようなディジタル信号を出力する。動作例は図３に示す波形図のようになり、Ｄ／Ａコンバータ６３の出力値が、三角波発生装置６２の出力値を上回るタイミングではコンパレータ６４の出力は正電圧となり、その逆のタイミングではコンパレータ６４の出力は負電圧となる。
【００３２】
すなわち、コンパレータ６４の出力は、ＣＰＵ２の出力ポート３の出力信号により定まる三角波発生装置６２の出力周波数と、ＣＰＵ２の出力ポート４の出力信号により定まるＤ／Ａコンバータ６３の出力値と三角波発生装置６２の出力値の大小関係より定まるデューティ比により特定される正負の値を時間的に交互にとることになる。
【００３３】
コンパレータ６４の出力と負荷３１１〜３１ｎに供給される電圧の関係は、前述の場合と同様であり、且つその他動作については、正電圧もしくは負電圧を供給する場合と同様である。以上のようにＣＰＵ２より制御信号を出力すれば、負荷３１１〜３１ｎに矩形波交流電圧を供給することもできる。
【００３４】
なお、前述の負荷３１１〜３１ｎに正の直流電圧、負の直流電圧および矩形波交流電圧を印加する場合、「負荷３１１〜３１ｎの少なくとも一つ」としたのは、負荷３１１〜３１ｎのうち、一つの負荷に給電する場合や複数の負荷に給電する場合のいずれも含むことを意味する。
【００３５】
以下、前述の高圧電源装置の適用例を説明する。図４は、一般的な電子写真方式の画像形成装置の一例を示す。この電子写真方式の画像形成装置では、基本的には、帯電、潜像形成、現像、転写、分離、定着、除電の各プロセスを経て画像が印刷される。
【００３６】
ここで、帯電とは、５ｋＶの高圧直流電源を用い、コロナ放電により感光体を帯電させるためのプロセスである。なお、図４においては、電源の極性を正極性と仮定している。また、直流電源の電圧値は、本来、感光体の材質や装置の構造などに応じて定めるものであり、特にこれに限定されるものではない。潜像形成は、帯電した感光体に光を照射して電化を除去し、感光体上に画像に応じた電化パターン（静電潜像）を形成するプロセスである。現像とは、感光体表面に形成された静電潜像にトナーを付着させて可視像にするプロセスである。このプロセスでは、トナーを移動させるために数百Ｖ程度の可変電源が用いられる。転写とは、感光体表面に形成されたトナー像を記録紙に移動させるプロセスである。ここでは、帯電と逆極性で、かつ、帯電プロセスと同程度の高圧直流電源が必要となる。分離とは、感光体に張り付いている記録紙を引き剥がすために、周波数１ｋＨｚ程度の高圧交流電源を用いて記録紙を電気的に中和するプロセスである。定着とは、加熱によりトナーを記録紙に定着させるプロセスであり、高圧電源は使用されない。除電とは感光体に残留しているトナーを除去するプロセスである。このように、電子写真方式では、基本的には、帯電、潜像形成、現像、転写、分離、定着、除電の各プロセスを経て画像が印刷され、特に帯電、転写、分離に関して、高電圧電源が必要となる。
【００３７】
図４の適用例では、感光体を反時計回りに回転させ、記録紙を図中左方向から右上方向へ移動させる場合を例示している（図中白抜き矢印参照）。前述の各プロセスでは、記録紙に所望の画像を印刷するために感光体および記録紙の位置に関して同期をとる必要はあるが、これらに関して時間的な制約は存在しない。したがって、感光体および記録紙を移動させるために、例えば精密なステッピングモータを用いれば、感光体の回転および記録紙の移動を一旦停止させた状態で、高圧電源装置を用いた帯電、転写、分離の各動作を時分割的に実施し、かつ、その時点での感光体と記録紙の位置関係から必要となる潜像形成、現像、定着、除電の各プロセスを実施のうえ、感光体および記録紙を次の位置に回転、移動させるという動作を繰り返せば、記録紙上に画像を形成することは可能となる。
【００３８】
これに対して、図１及び図２に示す高圧電源装置においては、コンデンサ１１の充電電圧を５ｋＶとすれば対応できるが、高圧スイッチ５１〜５４及び負荷選択スイッチ８１〜８３（前述の場合、負荷１が帯電、負荷２が転写、負荷ｎ＝３が分離の各プロセスに対応する）については、直流電源５ｋＶに加えスイッチング動作時の過渡過電圧に対応できるように８ｋＶ程度の耐圧値が必要であり、かつ、高圧スイッチ５１〜５４については、１ｋＨｚ程度のスイッチング周波数に対応できるスイッチイングデバイスが必要となる。これらについては、例えば広く普及している耐圧値１．２ｋＶのＩＧＢＴを７個直列接続することにより構成可能であり、前述の電子写真方式による画像形成装置を実現することができる。以上のように、前述の高圧電源装置を用いることにより、高圧電源部が簡略化され、電子写真方式による画像形成装置を小型で安価に構成することが可能となる。
【００３９】
ここで、前述の高圧スイッチ回路５０における高圧スイッチ５１〜５４としては、ワイドバンドギャップ半導体素子を用いることが好適である。ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ダイヤモンドなどを母材としたワイドバンドギャップ半導体素子は、Ｓｉを用いた半導体素子と比べ約１０倍の絶縁破壊電圧を有するため、高耐圧デバイスを実現しやすいと考えられている。中でもＳｉＣは１０ｋＶを越える耐圧の半導体デバイスが既に実現されている。
【００４０】
図５は、定格電圧が８ｋＶのアノードゲート型ＳｉＣのＧＴＯチップ１３１の断面を示す。このＧＴＯチップ１３１は、エミッタとして機能するｎ型ＳｉＣの基板１５０の上面にｐ型ベース層１５１、ｎ型ベース層１５２及びｐ型エミッタ層１５３をこの順序で積層している。基盤１５０の下面にカソード電極１５４を設け、ｐ型エミッタ層１５３にアノード電極１５５を設けている。ｎ型ベース層１５２にアノードゲート電極１５６を設けている。
【００４１】
ＧＴＯチップ１３１は、アノードＡからアノードゲートＧに駆動電流を流すことによりオンになる。オンになった後、カソードＫとアノードＡとの間を流れている電流を、カソードＫとアノードゲートＧとの間に迂回して流すと、ＧＴＯチップ１３１はオフになる。ＧＴＯチップ１３１を構成する各層の厚さは、例えば、基板１５０が約４００ミクロン、ｐ型ベース層１５１が約８０ミクロン、ｎ型ベース層１５２が約３ミクロン、ｐ型エミッタ層１５３が約５ミクロンである。この場合、アノードゲート電極１５６をｐ型ベース層１５１に設けてカソードゲート駆動をするよりは、図５のようにｎ型ベース層１５２に設けてアノードゲート駆動をする方が、ＧＴＯサイリスタのゲートターンオン電流やゲートターンオフ電流を大幅に低減できる。これにより、図示を省略した駆動回路の出力が小電力ですみ、大幅に小型化・軽量化できる。
【００４２】
同一耐圧のＳｉＣデバイスおよびＳｉデバイスを比較した場合、前記の理由により、デバイスの電界緩和層の厚さを約１／１０にできる。したがって、キャリアの走行長の差から、ＳｉＣを用いたＧＴＯのスイッチング時間はＳｉを用いたＧＴＯに比べ１桁以上短くなるため、１０倍程度のスイッチング周波数にも対応できる。さらに、ＳｉＣデバイスはＳｉデバイスよりも少数キャリアの寿命が短いので、さらなるスイッチング速度の高速化も実現できる。これは、一般的にＳｉを用いたＧＴＯが２００Ｈｚ程度のスイッチング周波数で使用されることから、２ｋＨｚ以上のスイッチング周波数にも対応できることに相当する。また同様の理由により、高圧スイッチに逆並列に接続された高圧ダイオード５１ｄ〜５４ｄ（図１参照）についても、ＳｉＣを用いたｐｎダイオードを適用すれば、高速動作が実現できる。
【００４３】
前述の画像形成装置は、耐圧８ｋＶかつ１ｋＨｚ程度のスイッチング周波数に対応できるスイッチングデバイスの使用を前提としていた。これらに１．２ｋＶ級のＳｉ−ＩＧＢＴを用いた場合には、多数のデバイスを直列接続して使用する必要があったが、前述のＳｉＣを用いたＧＴＯを高圧スイッチ５１〜５４、および負荷選択スイッチ８１〜８３に、またＳｉＣを用いたｐｎダイオードを高圧ダイオード５１ｄ〜５４ｄ、および高圧ダイオード１０に用いることにより、それぞれのスイッチを１直列の半導体デバイスで実現できる。
【００４４】
以上のように高圧電源装置の高圧スイッチおよび負荷選択スイッチにＳｉＣによる半導体デバイスを用いることにより、回路の簡素化や、信頼性の向上を図ることができるため、小型で安価という本発明の目的をより効果的に達成できる。また、前述のように高速スイッチングが可能という特徴から、画像形成の高速化、すなわちプリンタの印刷速度の高速化も実現できる。
【００４５】
また、図１および図２に示す高圧電源装置１は、矩形波交流電圧発生機能を用いてＰＷＭ制御を行うことにより、ＣＰＵ２の出力ポート４からの指令値に応じて、正弦波電圧波形や任意電圧波形を出力することも可能になる。これら電圧波形は、高圧スイッチ５１〜５ｎのスイッチングによる高周波を含有するが、負荷選択スイッチと負荷の間、例えば負荷選択スイッチ８１と負荷３１１の間に低周波濾過フィルタを挿入するなどにより容易に対策できる。したがって、高圧電源装置１は出力電圧の連続的な制御が必要となる負荷に対しても適用可能である。
【００４６】
以下、高圧電源装置をネオン看板の電源装置に適用した例を説明する。この適用例では、図６に示すようにコンデンサ１１を直流電源とし、その負荷側に本発明による高圧電源装置１１１〜１１ｎを並列に接続し、それぞれ独立した点滅および調光の制御を行い、ネオン管のグループに対応する負荷３１１から３１ｎに高圧で電力供給を行っている。なお、当然ながらＣＰＵ２の入出力ポートの数には限りがあるが、時分割処理やバッファ回路を設けるなどの対応は容易に可能である。以上のように高圧電源装置１１１〜１１ｎを用いることにより、ネオン看板の高圧電源部が簡略化され、小型で安価に構成することが可能となる。
【００４７】
また、通常、ネオン管の点灯には１０ｋＶ程度の高電圧が必要となり、高圧電源装置１１１〜１１ｎの高圧スイッチおよび高圧ダイオードにはそれに対応できる耐圧が必要となる。また、調光はＰＷＭ制御で容易に実現できるが、精度を高めるためにはより高速なスイッチング周波数が得られることが望ましい。以上の二点より、高圧電源装置の各高圧スイッチおよび高圧ダイオードには、前述のＳｉＣによる半導体デバイスを用いることにより、本発明の目的をより効果的に達成できる。
【００４８】
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、各種の変形応用ができるものである。例えば、ＳｉＣを用いた半導体スイッチングデバイスはＧＴＯに限定されるものではなく、ＩＧＢＴやｎｐｎトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等でもよい。また同様に、高圧スイッチと逆並列に接続する高圧ダイオードについても、ＳｉＣを用いたショットキーダイオードでもよい。また、スイッチングデバイス、ダイオードともに、ＧａＮ等の他のワイドバンドギャップ半導体デバイスを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る高圧電源装置の実施形態を示す回路図である。
【図２】図１のスイッチ制御回路を示す回路図である。
【図３】高圧電源装置の動作例を示す各部波形図である。
【図４】高圧電源装置の適用例を説明するためのもので、一般的な電子写真方式の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図５】高圧スイッチ回路の高圧スイッチに適用されるワイドバンドギャップ半導体素子の一例を示す断面図である。
【図６】複数のネオン管で構成されたネオン看板の電源装置に適用する場合での高圧電源装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図７】高圧電源装置の従来例を示す回路ブロック図である。
【図８】高圧電源装置の他の従来例を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
３  高圧トランス
４  駆動回路
５０  高圧スイッチ回路
６０  スイッチ制御回路
【図１】
2005185048.tif 000003
【図２】
2005185048.tif 000004
【図３】
2005185048.tif 000005
【図４】
2005185048.tif 000006
【図５】
2005185048.tif 000007
【図６】
2005185048.tif 000008
【図７】
2005185048.tif 000009
【図８】
2005185048.tif 000010