(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧と低圧を交互に出力する矩形波発生装置において、
第１の信号と第２の信号を交互に出力する信号出力部と、
上記信号出力部から出力される第１の信号に応じて高圧調整用の第１のダイナミックレンジを設定し、上記信号出力部から出力される第２の信号に応じて上記高圧調整用の第１のダイナミックレンジよりもデューティ比に対する出力電圧の変化率が小さい低圧調整用の第２のダイナミックレンジを設定する手段と、
高圧出力の調整時には上記第１のダイナミックレンジを用いて高圧ＰＷＭ信号のデューティ比を操作することにより出力電圧を調整し、低圧出力の調整時には第２のダイナミックレンジを用いて低圧ＰＷＭ信号のデューティ比を操作することにより出力電圧を調整する手段を備えたことを特徴とする矩形波発生装置。
【請求項２】
上記出力電圧を調整する手段は、上記出力電圧を参照して上記デューティ比を操作することを特徴とする請求項１記載の矩形波発生装置。
【請求項３】
高圧と低圧を交互に出力する矩形波発生装置において、高圧調整用の第１のダイナミックレンジと、この高圧調整用の第１のダイナミックレンジよりも、デューティ比に対する出力電圧の変化率が小さい低圧調整用の第２のダイナミックレンジを用意し、高圧出力の調整時には第１のダイナミックレンジを用いて高圧ＰＷＭ信号のデューティ比を操作することにより出力電圧を調整し、低圧出力の調整時には第２のダイナミックレンジを用いて低圧ＰＷＭ信号のデューティ比を操作することにより出力電圧を調整することを特徴とする矩形波発生装置の制御方法。
【請求項４】
高圧と低圧を交互に出力する電源回路において、
第１の信号と第２の信号を交互に出力する信号出力部と、
上記信号出力部から出力される第１の信号に応じて高圧調整用の第１のダイナミックレンジを設定し、上記信号出力部から出力される第１の信号に応じて上記高圧調整用の第１のダイナミックレンジよりもデューティ比に対する出力電圧の変化率が小さい低圧調整用の第２のダイナミックレンジを設定する手段と、
高圧出力の調整時には上記第１のダイナミックレンジを用いて高圧ＰＷＭ信号のデューティ比を操作することにより出力電圧を調整し、低圧出力の調整時には第２のダイナミックレンジを用いて低圧ＰＷＭ信号のデューティ比を操作することにより出力電圧を調整する手段を備えたことを特徴とする電源回路。
【請求項５】
上記出力電圧を調整する手段は、上記出力電圧を参照して上記デューティ比を操作することを特徴とする請求項４記載の電源回路。
【請求項６】
高圧と低圧を交互に出力する電源回路の制御方法において、高圧調整用の第１のダイナミックレンジと、この高圧調整用の第１のダイナミックレンジよりも、デューティ比に対する出力電圧の変化率が小さい低圧調整用の第２のダイナミックレンジを用意し、高圧出力の調整時には第１のダイナミックレンジを用いて高圧ＰＷＭ信号のデューティ比を操作することにより出力電圧を調整し、低圧出力の調整時には第２のダイナミックレンジを用いて低圧ＰＷＭ信号のデューティ比を操作することにより出力電圧を調整することを特徴とする電源回路の制御方法。
【請求項７】
請求項１又は２の矩形波発生装置を備えた画像形成装置。
【請求項８】
請求項４又は５の電源回路を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧と低圧を周期的に出力する矩形波発生装置、電源回路、及びそれらの制御方法、並びに画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置として、転写後の感光体に残留するトナーを現像装置に回収し、回収した現像剤を再び現像に再利用する、現像剤再利用型画像形成装置が提案されている。ところで、回収した現像剤の中には、本来の帯電極性と異なる極性に帯電されているものが存在する。また、画像形成中に未転写現像剤が露光部を通過すると、該未転写現像剤によって露光が遮られる恐れがある。そこで、本出願人が特願平７−１８８９４５号で提案した現像剤再利用型の画像形成装置では、ブラシ型の帯電装置に、高圧と低圧を周期的に印加することで、未転写現像剤を分散させたり、画像形成時は帯電装置に未転写現像剤を一時的に保持するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高圧と低圧を周期的に出力可能な従来の電源装置はオペアンプ等の制御ＩＣを使用して高圧レベルと低圧レベルを適正に保つようにしているので、このオペアンプを用いた電源装置には多数の電子部品を必要とし、極めて高価であった。
【０００４】
そこで、ＣＰＵで出力電圧をモニタしてパルス幅変調制御法（ＰＷＭ法）により該ＣＰＵから出力する信号のデューティ比を切り替えることで、帯電装置への出力電圧を適正に保ちながら高圧と低圧に切り替えることが考えられる。ところが、一般に、パルス幅変調制御法を用いた電源装置では、デューティ比と出力電圧の関係は非線形曲線を描く（図３参照）。一方、ＣＰＵの分解能は有限である（例えば、２５６分解能）。そのため、デューティ比に対する出力電圧の変化が小さい領域（高圧領域）ではデューティ比の僅かな変化によって出力電圧が大きく変化することはないが、デューティ比に対する出力電圧の変化が大きな領域（低圧領域）ではデューティ比の僅かな変化によって出力電圧が大きく変化する。その結果、特に、一定の低圧を得ることが難しいという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、オペアンプ等の制御ＩＣを使用することなく、安定した高圧と低圧を周期的に出力する矩形波発生装置、電源回路、及びそれらの制御方法、並びに画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００６】
この目的を達成する本発明の矩形波発生装置、電源回路、及びそれら制御方法、並びに画像形成装置は、概略、高圧と低圧を交互に出力するもので、高圧調整用の第１のダイナミックレンジと、この高圧調整用の第１のダイナミックレンジよりも、デューティ比に対する出力電圧の変化率が小さい低圧調整用の第２のダイナミックレンジを用意し、高圧出力の調整時には第１のダイナミックレンジを用いて高圧ＰＷＭ信号のデューティ比を操作することにより出力電圧を調整し、低圧出力の調整時には第２のダイナミックレンジを用いて低圧ＰＷＭ信号のデューティ比を操作することにより出力電圧を調整するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。図１は、本発明に係る矩形波発生装置の回路図で、矩形波発生装置１０の出力端子１２と基準電圧端子１４との間には２つの抵抗１６、１８が直列に接続され、出力電圧Ｖｏｕｔを分圧した信号がＣＰＵ２０のＡ／Ｄ変換部２２に入力される。ＣＰＵ２０はパルス幅変調（ＰＷＭ）回路（図示せず）を備えており、Ａ／Ｄ変換部２０に入力された信号を参照してパルス幅変調回路において所定のデューティ比のパルス（ＰＷＭ信号）を生成し、これをＰＷＭ信号出力部２４から出力する。ＰＷＭ信号出力部２４はトランジスタ２６のベースに接続されており、ＰＷＭ信号出力部２４から出力されるＰＷＭ信号の出力（デューティ比）に応じて、電源２８から抵抗３０、３２、３４を介してコンデンサ３６に充電される電荷、及び抵抗３４とコンデンサ３６の間のＰ点の電位を制御する。抵抗３０と３２の間のＱ点は、抵抗３８、Ｐ点にベースを接続したトランジスタ４０、巻線４２を介してトランジスタ４４のベースに接続されており、ＰＷＭ信号出力部２４から出力されるＰＷＭ信号の出力（デューティ比）に応じて、抵抗３８、巻線４２を流れる電流が制御される。巻線４２は、トランジスタ４４のエミッタに接続されている巻線４６と共に、トランス４８の入力側（一次側）巻線を構成している。トランス４８の出力側（二次側）巻線５０は、ダイオード５２、コンデンサ５４を含む閉回路に接続され、コンデンサ５４に蓄積された電荷が出力端子１２から出力される。抵抗３０と３２の間のＱ点はまた、並列に配置された電解コンデンサ５６と抵抗５８を介してトランジスタ６０に接続され、ＣＰＵ２０の出力部６２からトランジスタ６０のベースにＨ／Ｌ信号を出力することにより、Ｑ点電位が２種類の電圧（例えば、２４Ｖと５Ｖ）に切り替えられると共に、抵抗３８を流れる電流と巻線４２、４６を流れる電流が切り替えられる。
【０００８】
以上の構成を有する矩形波発生装置１０では、出力端子１２の出力電圧Ｖｏｕｔを分圧した信号がＣＰＵ２０のＡ／Ｄ変換部２２に入力される。ＣＰＵ２０はＡ／Ｄ変換部２０に入力された信号を参照し、パルス幅変調回路で所定のデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、これをＰＷＭ信号出力部２４から出力する。その結果、出力されるパルスのデューティ比に応じて、コンデンサ３６に充電される電圧が変化すると共に、抵抗３８を通じて流れる電流がオン／オフされる。また、一次側巻線４２、４６に疑似交流が流れ、二次側巻線５０に電流が誘起されてコンデンサ５４に電荷が蓄積される。なお、トランジスタ４４を通じて巻線４６に流れる電流は、トランジスタ４４の電流増幅率（ｈFE）と巻線４２を流れる電流（Ｉ）の積に等しい。一方、コンデンサ５４に蓄積された電荷は、トランジスタ４４がオフされた瞬間に出力端子１２から出力される。
【０００９】
ＣＰＵ２０はまた、Ｈ／Ｌ信号出力部６２からＨ／Ｌ（パルス）信号を出力する。これにより、Ｑ点を流れる電流が高圧と低圧（例えば、２４Ｖと５Ｖ）に切り替えられ、抵抗３８を介してトランジスタ４４に流れる電流が変化する。その結果、一次側巻線４２、４６、及び二次側巻線５０に流れる電流が変化してコンデンサ５４に蓄積される電荷、さらに出力端子１２から出力される電圧が変化する。
【００１０】
図２は、Ｈ／Ｌ信号出力部６２から出力されるＨ／Ｌ信号と、この信号の出力に応じて変化するＱ点電位と出力電位Ｖｏｕｔを示しており、本実施形態では、出力部６２からＨ信号／Ｌ信号が出力されることにより出力端子１２から高圧−１３００Ｖと低圧−３５０Ｖを交互に繰り返す矩形波が出力される。
【００１１】
図３は、Ｈ／Ｌ信号に応じて出力される電圧（高圧ＶHと低圧ＶL）の特性と、ＰＷＭ信号のデューティ比との関係を表しており、ＰＷＭ信号のデューティ比を操作することにより各電圧（高圧ＶHと低圧ＶL）を微調整できる。
【００１２】
このように、矩形波発生装置１０では、Ｈ／Ｌ信号出力部からＨ信号とＬ信号を交互に出力することで異なるダイナミックレンジを有する出力電圧特性を得ることができると共に、その切替に同期してＰＷＭ信号のデューティ比を切り替えることで、高圧と低圧（−１３００Ｖと−３５０Ｖ）を含む矩形波を出力できる。また、ＰＷＭ回路部でＰＷＭ信号のデューティ比を操作することにより、各ダイナミックレンジにおいて出力電圧を調節できる。特に、図３に示すように、低圧用のダイナミックレンジは、デューティ比に対する出力電圧の変化率が、高圧用のダイナミックレンジに比べて小さいので、安定した低圧を得ることができる。
【００１３】
矩形波発生装置１０の出力電圧調整について説明する。本実施形態では、矩形波を用いた具体的な動作（例えば、画像形成装置におけるプリント動作）が開始される前に、高圧出力と低圧出力について、粗い電圧調整（粗調）を８回を実行した後、細かい電圧調整（微調）を１０回実行する。なお、連続プリントを行う場合には、昇温による部品の温度特性が変化することから、出力電圧が変わってくるおそれがあるので、微調のみプリント毎に行わせてやればよい。
【００１４】
図４はプリント動作に入る前の出力電圧の変化を示しており、電圧調整のスタート直後、まず図５に示す＃１〜＃９の工程が実行される。その後、図６から図１０に示す＃１０〜＃４７の工程で粗調と微調が所定回数繰り返された後、プリント動作がスタートする。なお、同図に示すＩ〜Ｖの記号は、図６から図１０に示す制御プログラムを指し、それぞれの時間帯は対応する記号の制御プログラムにしたがって出力電圧が調整される。
【００１５】
具体的には、図５に示す制御プログラムでは、まずタイマの値（タイマ値）を“０”にリセットした後該タイマをスタートし（＃１）、Ｈ／Ｌ信号の出力を“Ｈ”に設定して高圧用のダイナミックレンジ（ＶH）を選択する（＃２）。次に、ＰＷＭ信号のデューティ比を０／２５６に設定する（＃３）。なお、“２５６”は本実施形態で使用しているＣＰＵ２０の分解能で、異なる分解能を有するＣＰＵを用いる場合はその分解能の値が使用される。続いて、＃１でスタートしたタイマの値が“１００”までカウントされたか否か判断する（＃４）。
【００１６】
タイマ値が“１００”未満の場合、出力電圧が−１３００Ｖか否か判断し（＃５）、−１３００Ｖであればタイマ値が“１００”になるまで待機する。出力電圧が−１３００Ｖでない場合、出力電圧が−１３００Ｖを越えているか否か判断し（＃６）、−１３００Ｖを越えていればＰＷＭ信号のデューティ比を１デジット増加（デューティ比を増加）し（＃７）、−１３００Ｖ未満であればＰＷＭ信号のデューティ比を１デジット減少（デューティ比を減少）する（＃８）。以上の操作を繰り返すことにより、出力電圧が−１３００Ｖに設定される。なお、プログラムのスタート時点では、ＰＷＭ信号のデューティ比は０／２５６に設定されている（＃３）ので、プログラムは＃６、７の処理を繰り返して出力電圧を上昇する。以上のようにして高圧用ＰＷＭ信号のデューティ比（Ｄ１）が決定されると、その値はＲＡＭ６４（図１参照）に格納される（＃９）。また、低圧用ＰＷＭ信号のデューティ比を決定する数値Ａと、粗調の実行回数をカウントするための数値Ｂを、それぞれ“１２８”、“０”に設定し、これらの数値Ａ，ＢをＲＡＭ６４（図１参照）に格納する（＃１０）。なお、数値Ａを“０”ではなく“１２８”から開始しているので、調整の時間を短縮するためである。
【００１７】
低圧用ＰＷＭ信号のデューティ比を設定する処理（Ｉ）（図６参照）では、タイマ値を“０”にリセットした後該タイマをスタートし（＃１１）、Ｈ／Ｌ信号を“Ｌ”に設定して低圧用のダイナミックレンジ（ＶL）を選択する（＃１２）。その後、ＲＡＭ６４から数値Ａを読み出してＰＷＭ信号のデューティ比を“Ａ／２５６”に設定し（＃１３）、タイマ値が“２５”になるまで待機する（＃１４）。続いて、粗調回数カウンタの数値Ｂを“１”インクリメントする（＃１５）。そして、出力電圧が−３５０Ｖか否か判断する（＃１６）。
【００１８】
出力電圧が−３５０Ｖでない場合、出力電圧が−３５０Ｖよりも高いか否か判断し（＃１９）、高い場合は数値Ａを（Ａ＋Ａ／２）に変更し（＃２０）、逆に低い場合は数値Ａを（Ａ−Ａ／２）に変更し（＃２１）、低圧用ＰＷＭ信号のデューティ比（Ｄ２）が決定される。その後、粗調回数カウンタの数値Ｂが８か否か判断し（＃２２）、Ｂ＝８でなければ後述する高圧出力の微調処理（ＩＩ）に移り、Ｂ＝８でなければ後述する＃１７に移る。
【００１９】
＃１６で出力電圧が−３５０Ｖと判断された場合、上述のようにして決定された低圧用ＰＷＭ信号のデューティ比Ｄ２をＲＡＭ６４（図１参照）に格納し（＃１７）、微調回数カウンタの数値Ｃを“０”に設定し（＃１８）、後述する高圧出力の微調処理（ＩＩＩ）に移る。
【００２０】
高圧出力の微調処理（ＩＩ）（図７参照）では、タイマ値を“０”にリセットした後該タイマをスタートし（＃２３）、Ｈ／Ｌ信号の出力を“Ｈ”に設定して高圧用のダイナミックレンジ（ＶH）を選択し（＃２４）、ＲＡＭ６４からＰＷＭ信号のデューティ比Ｄ１を読み出して該デューティ比に高圧用ＰＷＭ信号を設定する（＃２５）。次に、タイマ値“５０”に達したか否か判断し（＃２６）、タイマ値が“５０”でなければ出力電圧が−１３００Ｖか否か判断する（＃２８）。そして、出力電圧が−１３００Ｖでなければ、出力電圧が−１３００Ｖよりも高いか低いかを判断し（＃２９）、低ければデューティ比Ｄ１を減少し（＃３０）、高ければデューティ比Ｄ１を増加する（＃３１）。
【００２１】
タイマ値が“５０”に達すると、粗調カウンタの数値Ｂが“８”か否か判断し（＃２７）、“８”でなければ上述の処理（Ｉ）を繰り返す。一方、粗調カウンタの数値Ｂが“８”に達すると後述する処理（ＩＶ）を実行する。
【００２２】
高圧出力の微調処理（ＩＩＩ）（図８参照）では、タイマ値を“０”にリセットした後該タイマをスタートし（＃３２）、Ｈ／Ｌ信号の出力を“Ｈ”に設定して高圧用のダイナミックレンジ（ＶH）を選択し（＃３３）、ＲＡＭ６４からＰＷＭ信号のデューティ比Ｄ１を読み出して該デューティ比に高圧用ＰＷＭ信号を設定する（＃３４）。次に、タイマ値が“３００”に達したか否か判断し（＃３５）、タイマ値が“３００”でなければ出力電圧が−１３００Ｖか否か判断する（＃３６）。そして、出力電圧が−１３００Ｖでなければ、出力電圧が−１３００Ｖよりも高いか低いかを判断し（＃３７）、低ければデューティ比Ｄ１を減少し（＃３８）、高ければデューティ比Ｄ１を増加する（＃３９）。そして、タイマ値が“３００”に達すると、低圧出力の微調処理（ＩＶ）に移る。
【００２３】
低圧出力の微調処理（ＩＶ）（図９参照）では、タイマ値を“０”にリセットした後該タイマをスタートし（＃４０）、Ｈ／Ｌ信号を“Ｌ”に設定して低圧用のダイナミックレンジ（ＶL）を選択する（＃４１）。その後、ＲＡＭ６４からＤ２の値を読み出してＰＷＭ信号のデューティ比をＤ２に設定し（＃４２）、タイマ値が“２５”になるまで待機する（＃４３）。続いて、微調回数カウンタの数値Ｃを“１”インクリメントする（＃４４）。そして、出力電圧が−３５０Ｖか否か判断する（＃４５）。
【００２４】
出力電圧が−３５０Ｖの場合、微調回数カウンタＣが“１０”か否か判断し（＃４６）、“１０”であればＰＷＭ信号のデューティ比をＤ２に設定して処理（Ｖ）に移り、“１０”でなければ処理（ＩＩ）に移る。
【００２５】
出力電圧が−３５０Ｖでない場合、出力電圧が−３５０Ｖよりも高いか低いか判断し（＃４８）、高ければデューティ比Ｄ２を“１”インクリメントし（＃４９）、低ければデューティ比率Ｄ２を“１”デクリメントし（＃５０）、その後＃４６で微調回数を判断する。
【００２６】
処理（Ｖ）では、以上のようにして高圧と低圧を所定の値に設定された矩形波を用いて所定の動作（プリント動作）が実行される。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に係る矩形波発生装置、電源回路、及びそれらの制御方法、並びに画像形成装置では、オペアンプを用いることなく、所定の高圧と低圧を含む矩形波を出力できる。また、低圧用の出力電圧範囲（ダイナミックレンジ）は、デューティ比に対する出力電圧の変化率が、高圧用のダイナミックレンジに比べて小さいので、安定した低圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる矩形波発生装置の回路図である。
【図２】  図１に示す回路中のＱ点の電位と、Ｈ／Ｌ信号の出力と、出力電圧との関係を示す図である。
【図３】  高圧用と低圧用のダイナミックレンジを有する出力電圧特性を示す。
【図４】  図１に示す矩形波発生装置の出力調整を示すタイムチャートである。
【図５】  出力調整処理開始時のフローチャートである。
【図６】  出力調整処理（Ｉ）のフローチャートである。
【図７】  出力調整処理（ＩＩ）のフローチャートである。
【図８】  出力調整処理（ＩＩＩ）のフローチャートである。
【図９】  出力調整処理（ＩＶ）のフローチャートである。
【図１０】  出力調整処理（Ｖ）のフローチャートである。
【符号の説明】
１０…矩形波発生装置、２０…ＣＰＵ、６４…ＲＡＭ。
【図１】
0003743104.tif 000002
【図２】
0003743104.tif 000003
【図３】
0003743104.tif 000004
【図４】
0003743104.tif 000005
【図５】
0003743104.tif 000006
【図６】
0003743104.tif 000007
【図７】
0003743104.tif 000008
【図８】
0003743104.tif 000009
【図９】
0003743104.tif 000010
【図１０】
0003743104.tif 000011