(57)【要約】【課題】出力電圧を精度良く制御でき、負荷変動の影響を受けにくい省スペースかつ低コストの高圧電源装置およびこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。【解決手段】交流高圧を生成する交流高圧電源６２を備え、交流高圧電源６２の接地側出力端２３と接地端との間にキャパシタ４４を備え、交流高圧電源６２の高圧側出力端２２と接地端との間に直流高圧制御回路４０を備え、前記直流高圧制御回路４０はキャパシタ４４の両端電圧を制御するよう構成し、さらに、出力電圧から正のピーク電圧を検出する正ピーク検出回路６０と、出力電圧から負のピーク電圧を検出する負ピーク検出回路６１とを備え、正ピーク検出回路６０および負ピーク検出回路６１による検出結果を基に、交流高圧電源６２および直流高圧制御回路４０をそれぞれ制御するよう構成したことを特徴とする高圧電源装置。【選択図】図１
2007212761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流高圧と直流高圧を重畳した電圧を出力する高圧電源装置において、
交流高圧を生成する交流高圧電源を備え、
前記交流高圧電源の接地側出力端と接地端との間にキャパシタを備え、
前記交流高圧電源の高圧側出力端と接地端との間に直流高圧制御手段を備え、
前記直流高圧制御手段は前記キャパシタの両端電圧を制御するよう構成し、
さらに、
出力電圧から正のピーク電圧を検出する正ピーク検出手段と、
出力電圧から負のピーク電圧を検出する負ピーク検出手段とを備え、
前記正ピーク検出手段および前記負ピーク検出手段による検出結果を基に、前記交流高圧電源および前記直流高圧制御手段をそれぞれ制御するよう構成したことを特徴とする高圧電源装置。
【請求項２】
前記直流高圧制御手段は、整流素子を介して前記交流高圧電源の高圧側出力端から一方向に流れる電流のみを制御できるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の高圧電源装置。
【請求項３】
前記正ピーク検出手段又は負ピーク検出手段は、整流素子を介してピーク電圧を検出するとともに、前記直流高圧制御手段は、前記正ピーク検出手段又は負ピーク検出手段の前記整流素子を介して前記高圧電源の高圧側出力端から一方向に流れる電流のみを制御できるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の高圧電源装置。
【請求項４】
前記直流高圧制御手段は、トランジスタを用いて電流を制御するとともに、抵抗分圧回路を用いて前記トランジスタに掛かる電圧が小さくなるよう構成したことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の高圧電源装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４いずれか記載の高圧電源装置を、現像高圧電源として用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記高圧電源装置において、交流出力のデューティを変化させることで画像の濃度を調整するよう構成したことを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧電源装置およびこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた従来の画像形成装置における高圧電源装置の例として、画像形成装置の構成と、そこで使用する高圧電源装置の構成、さらに現像高圧電源の回路構成を順に説明する。
【０００３】
図６は従来例を示す画像形成装置である４ドラム系カラー画像形成装置の構成図である。
【０００４】
先ず、ピックアップローラ１１１によって繰り出される記録媒体１１０は、レジストセンサ１１２によって先端位置が検出され、搬送ローラ対１１３、１１４および搬送ベルト１０５によって搬送される。スキャナユニット１００ａ〜１００ｄは、前記レジストセンサ１１２の検出タイミングに従い、順次感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄにレーザ光を照射する。この時、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄは帯電ローラ１０４ａ〜１０４ｄによって帯電されており、前記レーザ光の照射によって静電潜像を形成し、さらに現像器１０２ａ〜１０２ｄおよび現像スリーブ１０３ａ〜１０３ｄによってトナー像を形成する。そして転写ローラ１０６ａ〜１０６ｄによって、搬送ベルト１０５上に搬送された記録媒体１１０にトナー像が転写される。その後、記録媒体１１０は定着器１０７に搬送され、画像が定着された後、出力される。ここで、各符号の英文字ａはシアン、ｂはマゼンタ、ｃはイエロー、ｄはブラックの構成およびユニットを示す。
【０００５】
次に、図７を用いて図６の画像形成装置における高圧電源装置の構成を説明する。
【０００６】
高圧電源装置は、帯電バイアス３０ａ〜３０ｄ、現像バイアス３１ａ〜３１ｄ、転写バイアス３２ａ〜３２ｄ、転写逆バイアス３３ａ〜３３ｄの４種類を備えている。帯電バイアス３０ａ〜３０ｄは、帯電ローラ１０４ａ〜１０４ｄに印加することで感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの表面にバックグラウンド電位を形成し、レーザ光の照射により静電潜像が形成可能な状態にする。現像バイアス３１ａ〜３１ｄは、現像スリーブ１０３ａ〜１０３ｄに交流電圧を印加することで、離間した状態にある感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄとの間でトナーを往復運動させ、静電潜像にトナー像を形成する。転写バイアス３２ａ〜３２ｄは、転写ローラ１０６ａ〜１０６ｄに印加することで、トナー像を搬送ベルト１０５上に搬送された記録媒体１１０に転写する。また、転写逆バイアス３３ａ〜３３ｄは、搬送ベルト１０５のクリーニング動作時、転写ローラ１０６ａ〜１０６ｄに印加することで搬送ベルト１０５上の廃トナーを感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに戻す。ここで感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに戻された廃トナーは、クリーニングブレード１１５ａ〜１１５ｄによって掻き落とされ、廃トナー容器１１６ａ〜１１６ｄに収納される。
【０００７】
次に、図８および図９（ａ）〜（ｃ）を用いて、図７の高圧電源装置における現像バイアス３１ａの回路構成例および出力波形を説明する。
【０００８】
直流高圧電源１０は、駆動回路１２によって生成される交流電圧を、変圧器１３によって数十倍の振幅を持つ電圧に昇圧した後、整流回路１４によって平滑化することで、出力２０、２１間に直流電圧を出力する。検出回路１５は、出力２０、２１間の電圧を検出する。直流制御回路１６は、検出回路１５の検出結果にもとづき、出力２０、２１間の電圧が直流制御信号２８によって定める所定の値になるよう制御する。一方、交流高圧電源１１は、駆動回路１７によって交流パルス信号２９を増幅した後、変圧器１８によって数十倍の振幅を持つ電圧に昇圧し、出力２２、２３間に交流電圧を出力する。ここで、出力２０、２１と、２２、２３は直列に接続されているので、出力端２５には、直流高圧電源１０と交流高圧電源１１の出力電圧を重畳した電圧が出力される（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
ここで、現像器の画像形成動作時間および使用環境に応じた出力画像濃度の変化を補正し、現像器の寿命まで安定した出力画像濃度を得る為に、直流高圧電源１０の出力電圧を直流制御信号２８によって可変制御している。この時、交流高圧電源１１の出力電圧振幅は一定である。ここで、図９（ａ）〜（ｃ）は出力波形を示す図である。図９（ａ）は交流電圧振幅の平均値であるＶｄｃが制御範囲の中心に位置している時の波形、図９（ｂ）はＶｄｃを最大限高く制御した時の波形、図９（ｃ）はＶｄｃを最大限低く制御した時の波形の模式図である。図中電位差Ａ、Ｂはそれぞれ感光体ドラムの暗電位（ＶＤ）と現像スリーブ間、感光ドラムの明電位（ＶＬ）と現像スリーブ間の放電（リーク）電位差を示し、図はプラスの電位を下方向に描いてある。図９（ａ）〜（ｃ）に示す様に、Ｖｄｃの変化に伴ってＶｍａｘおよびＶｍｉｎ電圧も変化する。このため、Ｖｄｃを濃度調整範囲内で最大限変化させた時でも、ＶＤもしくはＶＬと現像スリーブ間の電位差が、リーク電位であるＡ、Ｂを超えない範囲内で、交流高圧電源１１の出力電圧振幅を設定する必要が有る。
【特許文献１】特開平１０−２８３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら上記従来回路構成においては、交流高圧電源１１は出力電圧の検出および制御を行っていない所謂オープン制御であるため、負荷変動時に出力電圧が変動しやすい。さらに出力電圧精度は、直流高圧電源の精度と交流高圧電源の精度とを重畳したものであることから、高い精度を実現することが困難である。
【００１１】
また、濃度調整に伴って感光ドラムと現像スリーブ間でリーク電位を超えないよう、交流電圧振幅をあまり大きく設定することが出来ない。さらに、直流高圧回路および交流高圧回路のそれぞれに変圧器および駆動回路を備えているため、基板面積が大きいと共にコストが高いといった問題点があった。
【００１２】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、出力電圧を精度良く制御でき、負荷変動の影響を受けにくい省スペースかつ低コストの、高圧電源装置およびこれを備えた画像形成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】
【００１３】
本発明は、上述の目的を達成するため、以下の構成を備えるものである。
【００１４】
交流高圧と直流高圧を重畳した電圧を出力する高圧電源装置において、
交流高圧を生成する交流高圧電源を備え、
前記交流高圧電源の接地側出力端と接地端との間にキャパシタを備え、
前記交流高圧電源の高圧側出力端と接地端との間に直流高圧制御手段を備え、
前記直流高圧制御手段は前記キャパシタの両端電圧を制御するよう構成し、
さらに、
出力電圧から正のピーク電圧を検出する正ピーク検出手段と、
出力電圧から負のピーク電圧を検出する負ピーク検出手段とを備え、
前記正ピーク検出手段および前記負ピーク検出手段による検出結果を基に、前記交流高圧電源および前記直流高圧制御手段をそれぞれ制御するよう構成したことを特徴とする高圧電源装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、出力電圧を精度良く制御でき、負荷変動の影響を受けにくい高圧電源装置およびこれを備えた画像形成装置を、省スペースかつ低コストで提供することができる。
【００１６】
さらに、本発明を現像高圧電源として適用した画像形成装置では、文字画像のドット再現性、画像均一性に優れた出力画像を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る高圧電源装置を示す構成図であり、本発明を現像バイアス３１ａに適用した例である。また、図２は図１の回路における出力端２５の動作波形を示す図である。従来構成である図８と共通の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。従来構成である図８との違いは、図８の直流高圧電源１０を直流高圧制御回路４０およびキャパシタ４４によって構成したこと、出力端２５の正および負のピーク電圧を検出する正ピーク検出回路６０、負ピーク検出回路６１を設けたことである。さらに、正ピーク検出回路６０、負ピーク検出回路６１の検出結果をもとに交流高圧電源６２および直流高圧制御回路４０をそれぞれ制御するよう構成したことにある。
【００１９】
直流高圧制御回路４０は、ダイオード４２、制御回路４１、トランジスタ４３を備え、キャパシタ４４の両端電圧を制御出来るよう構成されている。ダイオード４２は出力端２５の電位がＧＮＤより高い時に図１の矢印方向の電流４５を流す。制御回路４１はトランジスタ４３を用いて電流４５を制御する。
【００２０】
キャパシタ４４は、直流制御回路４０が電流４５を流すことで端子２３側に負の電圧を発生し、直流制御回路４０が電流４５を止めると抵抗５０によって放電され端子２３側の電位が０Ｖに近付く。
【００２１】
ここで、キャパシタ４４と交流高圧電源６２は直列に接続されているので、出力端２５には、キャパシタ４４に生じる直流電圧と、交流高圧電源６２が出力する交流高圧とを重畳した電圧が出力される。
【００２２】
また、正ピーク検出回路６０および負ピーク検出回路６１は、各々ダイオード７０、７１とコンデンサ７２、７３によって正および負のピーク電圧を保持するとともに、減衰抵抗５１、５２によって保持したピーク電圧を検出出来るよう構成されている。交流高圧電源６２に備えられる制御回路１９は、正ピーク検出回路６０の検出結果に基づき、出力端２５の正のピーク電圧が正ピーク制御信号２７よって定める所定の電圧となるよう、交流高圧電源６２の出力電圧を制御する。
【００２３】
ここで、駆動回路１７は、制御回路１９の出力に応じてトランス１８の入力電圧振幅を可変できるよう構成されているので、交流高圧電源６２の出力電圧振幅を変化させることが出来る。一方で、直流高圧制御回路４０に備えられる制御回路４１は、負ピーク検出回路６１の検出結果に基づき、出力端２５の負のピーク電圧が負ピーク制御信号２６によって定める所定の電圧となるよう、キャパシタ４４の両端電圧を制御する。
【００２４】
ここで、図２の電圧波形を用いて説明すると、負ピーク検出回路６１は出力端２５における負のピーク電圧（３）を検出し、直流高圧制御回路４０に出力する。直流高圧制御回路４０は、負ピーク検出回路６１の検出結果が負ピーク制御信号２６によって定められた電圧になるよう、出力端２５における平均電圧（２）を制御する。この制御は、出力端２５の電圧がＧＮＤ以上となる周期（４）においてダイオード４２を介した電流４５を制御することで行われる。一方、正ピーク検出回路６０は出力端２５における正のピーク電圧（１）を検出し、交流高圧電源６２に出力する。交流高圧電源は、正ピーク検出回路６０の結果が正ピーク制御信号２７により定まる値となるよう、駆動回路１７が、制御回路１９によってトランス１８の入力電圧振幅を変化させ、出力端２５の（１）、（３）間の電圧振幅を制御するよう構成されている。
【００２５】
さらに、直流高圧制御回路４０が出力端２５の負のピーク電圧を制御するためにキャパシタ４４の両端電圧を変化させた場合、正のピーク電圧も変化させてしまう。逆に、交流高圧電源６２が出力端２５の正のピーク電圧を制御するために交流高圧振幅を変化させた場合も、負のピーク電圧も変化させてしまう。このため、直流高圧制御回路４０がキャパシタ４４の電圧を変化させる応答速度と、交流高圧電源６２が交流出力電圧を変化させる応答速度がさほど違わない場合、双方の制御回路が同時に出力端２５の出力電圧を制御してしまう。この場合、出力電圧が安定するまでに時間がかかってしまうと共に不安定な状態となる。そこで、本構成では直流高圧制御回路４０が負ピーク検出回路６１の検出結果をもとに出力電圧を制御する応答速度を、交流高圧電源６２が正ピーク検出回路６０の検出結果をもとに出力電圧を制御する応答速度と比べ、十分に遅く設定してある。
【００２６】
さらに、本回路の起動時は、交流パルス信号２９および正ピーク制御信号２７に対して、負ピーク制御信号２６を遅延させて立ち上げている。これにより、出力電圧が立ち上がる時の波形が安定するとともに、オーバーシュートを防ぐことが出来る。
【００２７】
ここで、図５（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の現像バイアス波形を示す図である。図５（ａ）は交流高圧のデューティを５０％に制御した時の波形であり、図５（ｂ）は交流高圧のデューティを７０％に変化させた時、図５（ｃ）は交流高圧のデューティを３０％に変化させた時の波形を示す。図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施例の構成ではＶｍａｘおよびＶｍｉｎを直接制御出来るので、交流高圧のデューティ比を変化させることで、交流電圧振幅の平均値であるＶｄｃを間接的に制御することが出来る。この時、Ｖｄｃを濃度調整範囲内で最大限変化させた時でも、ＶｍａｘおよびＶｍｉｎを一定に制御することが出来るので、ＶＤもしくはＶＬと現像スリーブ間のリーク電位差であるＡ、Ｂを超えない最大の電圧を常に用いることが出来る。このため、従来例の構成と比べ、交流電圧振幅をより大きく設定することが可能であり、文字画像のドット再現性、画像均一性に優れた出力画像を得ることが出来る。
【実施例２】
【００２８】
図３は、本発明に係る高圧電源装置の実施例２を示す構成図であり、実施例１と同様に本発明を現像バイアス３１ａに適用した回路例である。実施例１である図１と共通の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施例の特徴は、実施例１では直流高圧制御回路４０が備える整流素子４２を介して制御する電流４５を流していたのに対し、本実施例では正ピーク検出回路６０が備える整流素子７０を介して電流５６を流すよう構成したことにある。
【００２９】
本実施例では、出力端２５の直流電圧を変化させるため直流制御回路４６が電流５６を流すと、電流５６は一時的に正ピーク検出回路６０が備えるキャパシタ７２によって供給される。その後、出力端２５の電位が正ピーク検出回路６０の保持している電位より大きくなった時、電流５４が電流５６の分だけ増し、キャパシタ４４の両端電圧を変化させる。
【００３０】
このため、直流高圧制御回路４６は正ピーク検出回路６０の検出電圧を少なからず変化させてしまうと共に、直流高圧制御回路４６が電流５６を変化させてから、電流５４が流れ、出力端２５の直流電圧が変化するまでに時間がかかるという特徴がある。
【００３１】
従って、実施例１の構成と比べ、正ピーク検出回路６０が備えるキャパシタ７２の容量を大きくすることで、直流高圧制御回路４６が電流５６を流した時に検出電圧が変動するのを抑えるよう構成する必要がある。また、直流高圧制御回路４６の制御時定数を大きくすることで、制御を安定させるよう構成する必要がある。
【００３２】
本実施例によれば、直流高圧制御回路４６が備える高圧ダイオードを削減することが出来るので、省スペースかつ低コストな構成を実現することが出来る。
【実施例３】
【００３３】
図４は、本発明に係る高圧電源装置の実施例３を示す構成図であり、実施例１と同様に本発明を現像バイアス３１ａに適用した回路例である。実施例１である図１と共通の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施例の特徴は、ダイオード４２とトランジスタ４３との間に抵抗４８を設け、さらにトランジスタ４３のコレクタ−エミッタ間に抵抗４９を設けたことにある。
【００３４】
実施例１である図１の構成では、トランジスタ４３にかかる最大電圧は出力端２５の正のピーク電圧となるため、この電圧が大きい場合には高耐圧のトランジスタを用いる必要が有り、コストが高くなってしまう。このため出力端２５の正のピーク電圧が高い回路においては不利である。
【００３５】
本実施例では、出力端２５の正のピーク電圧を抵抗４８、４９で分圧した電圧に抑えることが出来る。このため、出力端２５の正のピーク電圧が高い回路でもトランジスタ４３を比較的低耐圧かつサイズの小さい安価な素子に置き換えることが出来る。ここで、実施例１と比べ抵抗４８、４９を追加する必要があるものの、出力端２５の正のピーク電圧が高い場合は、実施例１の高圧トランジスタを用いた場合と比べ安価に構成できる。
【００３６】
また本実施例では、トランジスタ４３が完全にオフしている状態でも抵抗４８、４９を通じて電流５７が流れると共に、トランジスタが完全にオンしている状態でも抵抗４８によって電流５７の最大値は制限されるといった特徴がある。このため出力端２５の直流電圧制御範囲がある程度限られている用途、例えば電子写真方式を用いた画像形成装置における現像バイアスなどに適している。
【００３７】
本実施例によれば、特に出力端２５の正のピーク電圧が高い場合において、トランジスタの耐圧を下げることが出来るので、低コストな構成を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る高圧電源装置の実施例１の形態を示す構成図である。
【図２】実施例１の高圧電源装置の動作波形を示す図である。
【図３】本発明に係る高圧電源装置の実施例２の形態を示す構成図である。
【図４】本発明に係る高圧電源装置の実施例３の形態を示す構成図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は実施例１の高圧電源装置の動作波形を示す図である。
【図６】従来例に係る画像形成装置の構成図である。
【図７】従来例の画像形成装置における高圧電源装置の構成図である。
【図８】従来例の高圧電源装置における現像バイアスの回路構成図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は従来例の高圧電源装置の動作波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１１、６２  交流高圧電源
１０  直流高圧電源
４０、４６、４７  直流高圧制御回路（直流高圧制御手段に対応）
４４  キャパシタ
２６  負ピーク制御信号
２７  正ピーク制御信号
２９  交流パルス信号
６０  正ピーク検出回路（正ピーク検出手段に対応）
６１  負ピーク検出回路（負ピーク検出手段に対応）
Ａ  感光ドラムの暗電位と現像スリーブ間の放電電位差
Ｂ  感光ドラムの明電位と現像スリーブ間の放電電位差
ＶＤ  感光ドラムの暗電位
ＶＬ  感光ドラムの明電位
Ｖｄｃ  交流電圧振幅の平均値
【図１】
2007212761.tif 000003
【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】
2007212761.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007212761.tif 000011