JP2007189880A - 高圧電源装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動周波数が共振周波数ｆ０を越えてしまうこと無く、なおかつスプリアスの影響を受けずに速く立ち上がる高圧電源装置及びこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 圧電トランスと、圧電トランスの出力電圧を検出する検出手段と、制御電圧により圧電トランスを駆動する信号周波数を変化させるよう構成されて圧電トランスの出力電圧を制御する制御手段と、制御手段の制御電圧値と検出手段の検出電圧値との差に基づいて制御手段のゲインを設定するゲイン設定手段とを備える高圧電源装置で、検出手段の検出電圧値が予め定めた閾値より小さい場合の制御手段のゲインを、検出手段の検出電圧値が予め定めた閾値より大きい場合の制御手段のゲインより大きくするよう制御するゲイン切替手段を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成装置に用いる高圧電源装置及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。特に、電子写真方式を用いた画像形成装置に用いる高圧電源装置及びこれを備えた電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものである。

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、更に圧電トランスを用いた転写高圧電源の回路構成を順に説明する。

図７は、従来の画像形成装置の一例である４ドラム系カラー画像形成装置の構成例を示す図である。

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及び搬送ベルト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する。更に、現像器１０２ａ〜１０２ｄ及び現像スリーブ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に出力される。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はブラックの構成及びユニットを示す。

次に、図８を用いて図７の画像形成装置における高圧電源装置の構成例を説明する。

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に印加することで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、トナー像を記録媒体１１０に転写する。

又、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。

次に、図１０を用いて、図８の高圧電源装置における転写バイアス３２ａの一例として、圧電トランスを用いて構成した回路構成例を説明する。

圧電トランス１３１の出力は、整流回路１２０であるダイオード１３２、１３３及びコンデンサ１３４によって正電圧に整流平滑され、出力端子Ｖｏｕｔから負荷である転写ローラ（不図示）に供給される。又、出力電圧Ｖｏｕｔは、検出回路１２１である抵抗１３５、１３６、１３７によって分圧され、検出信号Ｖ１がオペアンプ１３９の非反転入力端子（＋端子）に入力される。又、制御回路であるオペアンプ１３９の反転入力端子（−端子）には、抵抗１４４を介してＤＣコントローラ（不図示）から制御信号Ｖｃｏｎｔがアナログ信号で入力される。更に、反転入力端子（−端子）には、オペアンプ１３９の出力端子との間にコンデンサ１４３が接続される。

制御値Ｖｃｏｎｔは、電圧Ｖｔを検出回路１２１で検出した値に相当するターゲット値である。オペアンプ１３９と抵抗１４４とコンデンサ１４３とはゲイン設定回路１２２として機能し、制御信号Ｖｃｏｎｔと検出信号Ｖ１との電位差の積分量に基づいて、駆動回路１２３の駆動周波数を制御する。又、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４０は、オペアンプ１３９の出力信号を基に駆動信号を生成し、インダクタ１４２とトランジスタ１４１を通じて圧電トランス１３１の一次側に駆動信号が供給される。

ここで、圧電トランスの周波数特性は、一般に図９に示すようなものである。

共振周波数ｆ０において出力電圧が最大のＶｆｏとなり、その周囲に共振周波数より小さな出力電圧を持つ複数のスプリアス周波数ｆｓｐ１〜ｆｓｐ４がある。全体として裾広がりな形状をしているため、周波数による出力電圧の制御が可能である。本例では、出力オフ時には、駆動周波数を共振周波数ｆ０より十分高い周波数ｆｓｔｏｐにして出力電圧を０Ｖ近傍にしておき、出力オン時には、駆動周波数をオフ時の周波数ｆｓｔｏｐから共振周波数ｆ０に向かって変化させる。そして、制御信号Ｖｃｏｎｔが示すターゲット電圧Ｖｔを出力する周波数ｆｔに制御する。この間、制御信号Ｖｃｏｎｔと検出信号Ｖ１との電位差が大きい程、駆動周波数は素早く変化する。逆に、制御信号Ｖｃｏｎｔと検出信号Ｖ１との電位差が小さい程、駆動周波数は緩やかに変化するよう構成してある。
特開平１１−２０６１１３号公報

しかしながら、上記従来の回路構成では、制御信号Ｖｃｏｎｔと検出信号Ｖ１との電位差を基に駆動周波数の変化速度を制御しているので、スプリアス周波数近傍で出力電圧が大きくなると、駆動周波数の変化が遅くなってしまう。これにより、高圧の立ち上り時間が長くなるといった問題がある。一方、ゲイン設定回路の時定数を調整することで駆動周波数の変化を速くした場合、駆動周波数が共振周波数ｆ０を飛び越えてしまう危険性があるため、立ち上り時間を短くするのには限界がある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、駆動周波数が共振周波数ｆ０を越えてしまうこと無く、なおかつスプリアスの影響を受けずに速く立ち上がる高圧電源装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その高圧電源装置は以下の構成を備える。圧電トランスと、前記圧電トランスの出力電圧を検出する検出手段と、制御電圧により前記圧電トランスを駆動する信号周波数を変化させるよう構成され、前記圧電トランスの出力電圧を制御する制御手段と、前記制御手段の制御電圧値と前記検出手段の検出電圧値との差に基づいて、前記制御手段のゲインを設定するゲイン設定手段とを備える高圧電源装置において、前記検出手段の検出電圧値が予め定めた閾値より小さい場合の前記ゲイン設定手段により設定される前記制御手段のゲインを、前記検出手段の検出電圧値が予め定めた閾値より大きい場合の前記ゲイン設定手段により設定される前記制御手段のゲインより大きくするよう制御するゲイン切替手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、安価で簡単な回路構成によって、高圧の立ち上り時間を短縮することが出来る圧電トランスを用いた高圧電源装置が提供できる。更に、この圧電トランスを用いた高圧電源装置を適用して高スループットな画像形成装置が可能となる。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る高圧電源装置の構成例を示す図であり、本発明を転写バイアス３２ａに適用した例である。又、図２は図１の回路の周波数特性を示す図である。従来例である上述の図１０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。従来例である図１０との違いは、制御信号Ｖｃｏｎｔを、ゲイン切り替え回路１６０を介してゲイン設定回路１２２に接続したことにある。

本実施形態では、オペアンプ１６１の非反転入力端子に閾値Ｖａ１を接続し、反転入力端子に検出信号Ｖ１を接続してある。ここで、閾値Ｖａ１は、高圧電源オン時における出力電圧制御範囲の最小電圧Ｖｍｉｎより小さく、なおかつスプリアスの最大電圧Ｖｓｐより大きな電圧Ｖａを、検出回路１２１によって検出した電圧である。

ここで、検出信号Ｖ１が閾値Ｖａ１より小さい場合、すなわち出力電圧がＶａ以下である場合、オペアンプ１６１は電源電圧Ｖｒｅｆを出力する。これにより、トランジスタ１６３は、エミッタ端とコレクタ端が同じ電位Ｖｒｅｆになるのでオフし、ゲイン切り替え回路１６０は、制御信号Ｖｃｏｎｔに依存せず電源電圧Ｖｒｅｆをゲイン設定回路１２２に出力する。ここで、電源電圧Ｖｒｅｆは、制御信号Ｖｃｏｎｔの最大電圧より大きな電圧にしてある。従って、スプリアス近傍で一時的に出力電圧大きくなった時においても、ゲイン設定回路１２２に入力される制御信号と検出信号の電位差を大きくしておくことが出来る。

この時、ゲイン設定回路１２２に入力される制御信号は、抵抗１４４を介してオペアンプ１３９の反転入力端子側に接続されているので、ゲイン設定回路１２２の出力は、負方向に大きく変化する。これにより、入力電圧が低い程低い周波数を出力する様に構成されている電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４０は、出力周波数を低周波側に大きく変化させる。この結果、駆動周波数をより速く圧電トランス１３１の共振周波数ｆ０近傍に変化させることが出来る。

逆に、検出信号Ｖ１が閾値Ｖａ１より大きい場合、すなわち出力電圧がＶａ以上である場合、オペアンプ１６１は０Ｖを出力する。すると、トランジスタ１６２，１６３、抵抗１６４，１６５によって構成される回路はバッファとして動作し、ゲイン切り替え回路１６０は入力された制御信号Ｖｃｏｎｔをそのままゲイン設定回路１２２に出力する。これによって、前述した検出信号Ｖ１が閾値Ｖａ１より小さい場合と比べ、ゲイン設定回路１２２に入力される制御信号と検出信号の電位差が小さくなる。従って、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４０の、出力周波数変化は緩やかに変化するようになる。この結果、駆動周波数をより緩やかに圧電トランス１３１の共振周波数ｆ０近傍に変化させることが出来る。

以上のように、本実施形態の構成によれば、出力電圧が制御範囲より小さい時には素早く駆動周波数が変化するように設定されて、スプリアスによる立ち上り時間の遅延を少なくすることが出来る。同時に、出力電圧制御範囲の近傍においては緩やかに駆動周波数が変化するように設定されて、駆動周波数が共振周波数ｆ０を超えないように構成することが可能である。

［実施形態２］
図３は、本発明の実施形態２に係る高圧電源装置の構成例を示す図であり、本発明を転写バイアス３２ａに適用した例である。又、図３の回路の周波数特性は、実施形態１と同様であり図２に示す。従来例である上述の図１０及び実施形態１である図１及び図２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。従来例である図１０との違いは、制御信号Ｖ１にゲイン切り替え回路１７０を接続したことにある。

本実施形態では、オペアンプ１７１の非反転入力端子に閾値Ｖａ１を接続し、反転入力端子に検出信号Ｖ１を接続してある。ここで、閾値Ｖａ１は、高圧電源オン時における出力電圧制御範囲の最小電圧Ｖｍｉｎより小さく、なおかつスプリアスの最大電圧Ｖｓｐより大きな電圧Ｖａを、ゲイン切り替え回路１７０が接続されていない状態で、検出回路１２１によって検出した電圧である。

検出信号Ｖ１が閾値Ｖａ１より小さい場合、すなわち出力電圧がＶａ以下である場合、オペアンプ１７１はハイレベルを出力する。すると、トランジスタ１７２はオンし、検出端Ｖ１にプルダウン抵抗１７３が電気的に接続されるので、検出電圧Ｖ１が小さくなる。これにより、ゲイン設定回路１２２に入力される制御信号と検出信号の電位差が大きくなり、実施形態１と同様に、駆動周波数をより速く圧電トランス１３１の共振周波数ｆ０近傍に変化させることが出来る。

逆に、検出信号Ｖ１が閾値Ｖａ１より大きい場合、すなわち出力電圧がＶａ以上である場合、オペアンプ１７１は０Ｖを出力する。すると、トランジスタ１７２はオフし、抵抗１７３は接地端から電気的に切り離されるので、ゲイン切り替え回路１７０が接続されていない状態と同じ制御がなされる。これによって、前述した検出信号Ｖ１が閾値Ｖａ１より小さい場合と比べ、ゲイン設定回路１２２に入力される制御信号と検出信号の電位差が小さくなる。従って、実施形態１と同様に、駆動周波数をより緩やかに圧電トランス１３１の共振周波数ｆ０近傍に変化させることが出来る。

以上のように、本実施形態の構成によれば、出力電圧が制御範囲より小さい時には素早く駆動周波数が変化するように設定されて、スプリアスによる立ち上り時間の遅延を少なくすることが出来るる。同時に、出力電圧制御範囲の近傍においては緩やかに駆動周波数が変化するように設定されて、駆動周波数が共振周波数ｆ０を超えないように構成することが可能である。

［実施形態３］
図４は、本発明の実施形態３に係る高圧電源装置の構成例を示す図であり、本発明を転写バイアス３２ａに適用した例である。又、図４の回路の周波数特性は、実施形態１と同様であり図２に示す。実施形態２である図３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。実施形態２である図３との違いは、検出信号Ｖ１が閾値より大きいか否かの検出を、実施形態２ではオペアンプ１７１を用いていたのに対し、実施形態３ではＦＥＴ１８１を用いて構成したことにある。

本実施形態では、実施形態２のように閾値Ｖａ１を持たず、ＦＥＴ１８１の閾値電圧Ｖｔｈを境にゲインが切り替わるよう構成してある。このため、高圧電源オン時における出力電圧制御範囲の最小電圧Ｖｍｉｎより小さく、なおかつスプリアスの最大電圧Ｖｓｐより大きな電圧Ｖａを、ゲイン切り替え回路１８０が接続されていない状態で検出回路１２１によって検出した電圧が、ＦＥＴ１８１の閾値電圧Ｖｔｈとなるよう検出回路１２１の定数を設定してある。

検出信号Ｖ１がＦＥＴ１８１の閾値電圧Ｖｔｈより小さい場合、すなわち出力電圧がＶａ以下である場合、ＦＥＴ１８１はオフし、ＦＥＴ１８１のドレイン端は抵抗１８４によってハイレベルにプルアップされる。すると、トランジスタ１８２はオンし、検出端Ｖ１にプルダウン抵抗１８３が接続されるので、検出電圧Ｖ１が小さくなる。これにより、ゲイン設定回路１２２に入力される制御信号と検出信号の電位差が大きくなり、実施形態１及び２と同様に、駆動周波数をより速く圧電トランス１３１の共振周波数ｆ０近傍に変化させることが出来る。

逆に、検出信号Ｖ１がＦＥＴ１８１の閾値電圧Ｖｔｈより大きい場合、すなわち出力電圧がＶａ以上である場合、ＦＥＴ１８１はオンし、ＦＥＴ１８１のドレイン端は０Ｖになる。すると、トランジスタ１８２はオフし、抵抗１８３は接地端から電気的に切り離されるので、ゲイン切り替え回路１８０が接続されていない状態と同じ制御がなされる。これによって、前述した検出信号Ｖ１が閾値電圧Ｖｔｈより小さい場合と比べ、ゲイン設定回路１２２に入力される制御信号と検出信号の電位差が小さくなる。従って、実施形態１及び２と同様に、駆動周波数をより緩やかに圧電トランス１３１の共振周波数ｆ０近傍に変化させることが出来る。

以上のように、本実施形態の構成によれば、出力電圧が制御範囲より小さい時には素早く駆動周波数が変化するように設定されて、スプリアスによる立ち上り時間の遅延を少なくすることが出来る。同時に、出力電圧制御範囲の近傍においては緩やかに駆動周波数が変化するように設定されて、駆動周波数が共振周波数ｆ０を超えないように構成することが可能である。

［実施形態４］
図５は、本発明の実施形態４に係る高圧電源装置の構成例を示す図であり、本発明を転写バイアス３２ａに適用した例である。又、図５の回路の周波数特性は、実施形態１と同様であり図２に示す。従来例である上述の図１０及び実施形態１である図１及び図２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。従来例である図１０との違いは、ゲイン設定回路１５７をディジタル信号処理回路１５０で構成するとともに、ディジタル信号処理回路１５０にゲイン切り替え回路１５６を備えたことである。尚、図５ではディジタル信号処理回路１５０の各構成要素をハードウエア構成のように示しているが、これらの要素がコンピュータによるソフトウエアの実行で実現されても良い。

本実施形態では、制御信号Ｖｃｏｎｔ及び後述する閾値Ｖｄ１は、ディジタル値でＤＣコントローラ（不図示）からディジタル信号処理回路１５０に入力される。又、検出信号Ｖ１はＡ／Ｄ変換回路１５２によってディジタル値に変換され、ゲイン設定回路１５７の出力信号はＤ／Ａ変換回路１５３によってアナログ値に変換される。

ゲイン設定手段１５７は、比較器１５５によって検出した制御信号Ｖｃｏｎｔと検出信号Ｖ１との差に基づいて、駆動回路１２３の駆動周波数を制御する。ここで、入力信号の差が大きいほど駆動周波数の変化が大きく、入力信号の差が小さいほど駆動周波数の変化が小さくなるように構成されているのは、従来例と同様である。更に、ディジタル信号に変換された検出信号Ｖ１は、ゲイン切り替え回路１５６によって閾値Ｖｄ１と比較される。閾値Ｖｄ１は、実施形態１における閾値Ｖａ１に相当するディジタル値である。

検出信号Ｖ１のディジタル値が閾値Ｖｄ１より小さい場合、すなわち出力電圧がＶａ以下である場合、ゲイン切り替え回路１５６はゲイン設定回路１５７のゲインを大きくするよう構成されている。これにより、実施形態１乃至３と同様に、駆動周波数をより速く圧電トランス１３１の共振周波数ｆ０近傍に変化させることが出来る。

逆に、検出信号Ｖ１のディジタル値が閾値Ｖｄ１より大きい場合、すなわち出力電圧がＶａ以上である場合、ゲイン切り替え回路１５６はゲイン設定回路１５７のゲインを小さくするよう構成されている。これによって、実施形態１乃至３と同様に、駆動周波数をより緩やかに圧電トランス１３１の共振周波数ｆ０近傍に変化させることが出来る。

以上のように、本実施形態の構成によれば、出力電圧が制御範囲より小さい時には素早く駆動周波数が変化するように設定されて、スプリアスによる立ち上り時間の遅延を少なくすることが出来る。同時に、出力電圧制御範囲の近傍においては緩やかに駆動周波数が変化するように設定されて、駆動周波数が共振周波数ｆ０を超えないように構成することが可能である。

尚、本実施形態は、閾値Ｖｄ１の値を１つに限定している物ではなく、閾値を複数持ち、各々に応じたゲインを設定する構成も可能である。例えば図６に示すように、スプリアス電圧Ｖｓｐ２に対する閾値として、それより少し大きな出力電圧Ｖｂに対する検出値Ｖｄ２を第２の閾値として備えることも可能である。この第２の閾値を備えた構成では、検出値Ｖ１が第２の閾値Ｖｄ２以下である時、すなわち出力電圧がＶｂ以下である場合は、駆動周波数が共振周波数ｆ０より大きく離れている。その時に、ゲイン設定手段１５７のゲインをより高く設定することが可能である。従って、上述した１つの閾値のみを備えた構成と比べ、駆動周波数をより速く圧電トランス１３１の共振周波数ｆ０近傍に変化させることができ、スプリアスによる立ち上り時間の遅延が更に少ないよう構成することが可能である。

本発明に係る高圧電源装置の実施形態１の構成例を示す図である。 実施形態１の高圧電源装置における圧電トランスの周波数特性を示す図である。 本発明に係る高圧電源装置の実施形態２の構成例を示す図である。 本発明に係る高圧電源装置の実施形態３の構成例を示す図である。 本発明に係る高圧電源装置の実施形態４の構成例を示す図である。 実施形態４の高圧電源装置における圧電トランスの周波数特性を示す図である。 本発明に係る画像形成装置の構成例を示す図である。 図７の画像形成装置の高圧電源装置の構成例を示す図である。 圧電トランスの周波数特性を示す図である。 従来の高圧電源装置における転写バイアスの回路構成例を示す図である。

符号の説明

１２０ 整流回路
１２１ 検出回路
１２２ ゲイン設定回路
１３０，１５５ 圧電トランス
１５７，１６０，１７０，１８０ ゲイン切り替え回路

Claims (6)

1. 圧電トランスと、
   前記圧電トランスの出力電圧を検出する検出手段と、
   制御電圧により前記圧電トランスを駆動する信号周波数を変化させるよう構成され、前記圧電トランスの出力電圧を制御する制御手段と、
   前記制御手段の制御電圧値と前記検出手段の検出電圧値との差に基づいて、前記制御手段のゲインを設定するゲイン設定手段とを備える高圧電源装置において、
   前記検出手段の検出電圧値が予め定めた閾値より小さい場合の前記ゲイン設定手段により設定される前記制御手段のゲインを、前記検出手段の検出電圧値が予め定めた閾値より大きい場合の前記ゲイン設定手段により設定される前記制御手段のゲインより大きくするよう制御するゲイン切替手段を備えることを特徴とする高圧電源装置。
2. 前記閾値を、目標電圧値より小さく前記圧電トランスのスプリアス電圧を前記検出手段で検出した値より大きな値にすることを特徴とする請求項１に記載の高圧電源装置。
3. 前記ゲイン切替手段は、前記ゲイン設定手段に入力する前記制御電圧値を変化させるよう構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧電源装置。
4. 前記ゲイン切替手段は、前記ゲイン設定手段に入力する前記検出手段の検出電圧値を変化させるよう構成することを特徴とする請求項又は２に記載の高圧電源装置。
5. 請求項１乃４のいずれか１つに記載の高圧電源装置を有することを特徴とする電子写真方式を用いた画像形成装置。
6. 前記高電圧電源を、少なくとも、帯電バイアス、現像バイアス、転写バイアス、転写逆バイアスのいずれかに使用することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。

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