JP2007330078A - 高圧電源装置、高圧電源制御方法、高圧電源制御プログラム、および記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】トランスを１つのみ用いた回路において負荷に出力される電圧の正負を切り替える高圧電源装置を、簡単な構成で実現すること。
【解決手段】トランス１０２によって昇圧された電圧を、第１のダイオード１０３および第２のダイオード１０５によって正側の出力と負側の出力に分圧し、それぞれの出力を第１のコンデンサ１０４および第２のコンデンサ１０６によって平滑する。さらに、可変抵抗１０８の抵抗値を変化させることによって、抵抗１０７の抵抗値との比から負荷１０９にかかる電圧の正負を切り替える。
【選択図】図１

Description

この発明は、出力される電圧の正負を切り替える高圧電源装置、高圧電源制御方法、高圧電源制御プログラム、および記録媒体に関する。

従来、電子複写機装置やレーザプリンタ装置などの画像形成装置においては、制御装置、帯電装置、転写装置、現像装置などが内蔵されており、これらの装置を動作させる場合には、高圧電源装置の出力が用いられている。画像形成装置における制御装置では、高圧電源装置の出力電圧を調整しながら画像形成処理をおこなっている。

また、複数色で構成されたカラー画像を形成するためのカラー画像形成装置においては、各色、つまりシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのそれぞれの画像を形成するために、各色に対応した帯電装置、転写装置、現像装置などが設けられている。これらの装置の中には、供給される高圧出力の正負を切り替える必要があるものもあるため、高圧電源装置は、出力される電圧が正負の異極性間の範囲で可変であることが求められる。

高圧電源装置としては、トランスに供給される入力電圧の大きさを変化させる装置がある。この高圧電源装置においては、トランスの１次側にオペアンプや切替装置を設けることにより、トランスに供給される入力電圧の大きさを変化させることで正負の切り替えをおこなう（たとえば、下記特許文献１参照。）。

また、高圧電源装置としては、トランスの１次側に極性の異なるコイルを複数用いる装置がある。この高圧電源装置においては、１次側のコイルをスイッチで切り替えることによって、２次側に出力する電圧の大きさを変化させることで正負の切り替えをおこなう（たとえば、下記特許文献２参照。）。

特許第３３３４４６９号公報 特開平９−２１３５３１号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載された技術では、トランスの２次側に高耐圧のリレーなどを設けたり、複数のトランスを設けたりする必要はないが、トランスの１次側に入力電圧の大きさを変化させるための装置が必要であり、部品数が増えることからコストがかかりスペースも必要であるという問題がある。

また、上述の特許文献２に記載された技術では、トランスの１次側に入力電圧の大きさを変化させるための装置を設ける必要はないが、トランスの１次側にリレーを高耐圧の回路素子を用いて構成しなければならないうえ、リレーの動作を安定したものにするためにリレー以外の回路素子も大型のものを用いる必要があり、コストがかかり装置全体が大型化するという問題がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、部品数の増大や装置の大型化をすることなく、１つのトランスで出力される電圧の正負を切り替えることができる高圧電源装置、高圧電源制御方法、高圧電源制御プログラム、および記録媒体を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる高圧電源装置は、入力電圧を昇圧する昇圧手段と、前記昇圧手段によって昇圧された電圧を、正側の出力と負側の出力とに分圧する分圧手段と、前記分圧手段によって分圧された正側の出力と負側の出力との分圧比を制御して、負荷に供給する電圧の正負を切り替える制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明にかかる高圧電源装置は、請求項１に記載の発明において、前記分圧手段は、第１のコンデンサおよび第１のダイオードを直列に接続した正側の出力用と、前記第１のコンデンサとの接続点が接地している第２のコンデンサおよび第２のダイオードを直列に接続した負側の出力用と、を互いに並列に接続することによって形成され、第１のダイオードおよび第２のダイオードによって正側の出力と負側の出力とに分圧された電圧を、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサによって平滑することを特徴とする。

また、請求項３の発明にかかる高圧電源装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記制御手段は、抵抗および可変抵抗を直列に接続することによって形成され、当該可変抵抗の抵抗値を変えることで分圧比を制御することを特徴とする。

また、請求項４の発明にかかる高圧電源装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記可変抵抗は、フォトカプラであり、前記制御手段は、当該フォトカプラの抵抗値を制御することを特徴とする。

また、請求項５の発明にかかる高圧電源装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明において、前記制御手段は、直列に接続された抵抗および可変抵抗を互いに並列になるように複数接続し、それぞれを制御することを特徴とする。

また、請求項６の発明にかかる高圧電源装置は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の発明において、前記制御手段は、分圧比を連続的に制御することを特徴とする。

また、請求項７の発明にかかる高圧電源制御方法は、入力電圧を昇圧する昇圧工程と、前記昇圧工程によって昇圧された電圧を、正側の出力と負側の出力とに分圧する分圧工程と、前記分圧工程によって分圧された正側の出力と負側の出力との分圧比を制御して、負荷に供給する電圧の正負を切り替える制御工程と、を含むことを特徴とする。

また、請求項８の発明にかかる高圧電源制御プログラムは、請求項７に記載の方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。

また、請求項９の発明にかかる記録媒体は、請求項８に記載のプログラムを記録したコンピュータに読み取り可能であることを特徴とする。

本発明にかかる高圧電源装置、高圧電源制御方法、高圧電源制御プログラム、および記録媒体によれば、トランスを１つのみ用いて、出力される電圧の正負を切り替えることができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる高圧電源装置、高圧電源制御方法、高圧電源制御プログラム、および記録媒体の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
（実施の形態１にかかる高圧電源装置の構成の一例）
はじめに、本発明の実施の形態１にかかる高圧電源装置１００の構成の一例について説明する。図１は、実施の形態１にかかる高圧電源装置１００の構成の一例を示す説明図である。図１において、実施の形態１にかかる高圧電源装置１００は、電源１０１と、昇圧部ａと、分圧部ｂと、制御部ｃと、負荷１０９と、を含み構成されている。昇圧部ａは、入力電圧を昇圧する。昇圧部ａは、トランス１０２によって構成される。トランス１０２は、入力電圧が入力される１次側と、昇圧させた電圧を出力する２次側とで構成される。

分圧部ｂは、昇圧部ａによって昇圧された電圧を、正側の出力と負側の出力とに分圧する。分圧部ｂは、第１のダイオード１０３および第１のコンデンサ１０４を直列に接続した正側の出力用の回路と、第２のダイオード１０５および第２のコンデンサ１０６を直列に接続した負側の出力用の回路と、を並列に接続することによって構成される。分圧部ｂにおいて、まず、第１のダイオード１０３および第２のダイオード１０５は、昇圧部ａによって昇圧された電圧を正側の出力と負側の出力とに分圧する。図１の高圧電源装置１００においては、第１のダイオード１０３は、Ａ地点に正の電圧を出力する向きに備えられ、第２のダイオード１０５は、Ｂ地点に負の電圧を出力する向きに備えられる。

つぎに、第１のコンデンサ１０４は、第１のダイオード１０３によって分圧された電圧を平滑し、Ａ地点に正の電圧を印加する。また、第２のコンデンサ１０６は、第２のダイオード１０５によって分圧された電圧を平滑し、Ｂ地点に負の電圧を印加する。第１のコンデンサ１０４と、第２のコンデンサ１０６との接続点であるＣ地点は、接地されており、電圧は±０Ｖである。また、Ｃ地点は、分圧部ｂにおける分圧点としての役割も果たしている。

制御部ｃは、分圧部ｂによって分圧された正側の出力と負側の出力との分圧比を制御して、負荷１０９に供給する電圧の大きさを変化させる。制御部ｃは、抵抗１０７と、可変抵抗１０８と、を直列に接続することによって構成される。抵抗１０７と、可変抵抗１０８との接続点であるＤ地点における電圧は、Ａ地点およびＢ地点の電圧差と、抵抗１０７および可変抵抗１０８のそれぞれの抵抗値によって決定する。また、制御部ｃは、分圧部ｂによって分圧された正側の出力と負側の出力との分圧比を制御して、負荷１０９に供給する電圧の正負を切り替える。分圧比の制御は、可変抵抗１０８の抵抗値を変えることによって制御する。これによって、高圧電源装置１００は、可変抵抗１０８の抵抗値を連続的に制御することで、外部信号に対して直線性の高い電圧を出力することができる。

可変抵抗１０８は、具体的には、たとえば、フォトカプラなどである。フォトカプラは、発光素子と受光素子とを組み合わせた構成で、光を介してデジタル信号を中継する。フォトカプラは、発光側（入力側）と受光側（出力側）とを電気的に絶縁することができ、発光側に異常電圧が発生したときは、受光側にそれを伝播させず、回路素子を破壊から防止する。また、フォトカプラは、温度変動を少なくするとともに、漏洩電流等の電気的効率を向上させる。

フォトカプラの抵抗値の制御は、ＰＷＭ制御によって電気的に制御する。ＰＷＭ制御は、電力の制御によって発光側のパルスの幅を変更する制御である。したがって、フォトカプラの抵抗値の制御は、連続的に制御することができる。

負荷１０９は、制御部ｃによって制御された電圧が供給される。負荷１０９は、具体的には、たとえば、画像形成装置などに内蔵された制御装置、帯電装置、転写装置、現像装置などである。制御装置は、供給された電圧にしたがって画像形成処理をおこなう。また、帯電装置、転写装置、現像装置などは、たとえば、カラー画像形成装置において、供給された電圧にしたがって画像処理をおこなうことで、複数色で構成されたカラー画像をそれぞれ形成する。

つぎに、制御部ｃにおける可変抵抗１０８の抵抗値の変化による負荷１０９に供給する電圧の変化について説明する。図２−１〜図２−３は、図１に示した高圧電源装置１００において、制御部ｃにおける可変抵抗１０８の抵抗値のみがそれぞれ異なる。なお、図２−１〜図２−３においては、上述した図１と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。

（可変抵抗の抵抗値が１００Ωの制御部の一例）
図２−１は、可変抵抗の抵抗値が１００Ωの制御部の一例を示す説明図である。図２−１においては、Ａ地点における電圧が＋５００Ｖ、Ｂ地点における電圧が−５００Ｖ、制御部ｃにおける抵抗１０７の抵抗値が４００Ω、可変抵抗１０８の抵抗値が１００Ωの場合の、負荷１０９にかかる電圧を表している。Ａ地点とＢ地点との電圧差は１０００Ｖであり、負荷１０９にかかる電圧は＋３００Ｖである。

（可変抵抗の抵抗値が４００Ωの制御部の一例）
図２−２は、可変抵抗の抵抗値が４００Ωの制御部の一例を示す説明図である。図２−２における制御部ｃは、図２−１に示した制御部ｃと、可変抵抗１０８の抵抗値が異なる。図２−２においては、可変抵抗１０８の抵抗値は、４００Ωである。Ａ地点とＢ地点との電圧差は１０００Ｖであり、負荷１０９にかかる電圧は±０Ｖである。

（可変抵抗の抵抗値が６００Ωの制御部の一例）
図２−３は、可変抵抗の抵抗値が６００Ωの制御部の一例を示す説明図である。図２−３における制御部ｃは、図２−１および図２−２に示した制御部ｃと、可変抵抗１０８の抵抗値が異なる。図２−３においては、可変抵抗１０８の抵抗値は、６００Ωである。Ａ地点とＢ地点との電圧差は１０００Ｖであり、負荷１０９にかかる電圧は−１００Ｖである。

（負荷にかかる電圧と、可変抵抗の抵抗値との関係）
つぎに、図２−１〜図２−３によって得られた負荷１０９にかかる電圧と、可変抵抗１０８の抵抗値との関係を表す。図３は、負荷１０９にかかる電圧と、可変抵抗１０８の抵抗値の関係を示したグラフである。図３において、可変抵抗１０８の抵抗値が大きい値から小さい値になるにつれて、負荷１０９にかかる電圧は大きくなる。また、可変抵抗の抵抗値が４００Ωを境界として、負荷１０９にかかる電圧の正負が切り替わることがわかる。

したがって、図１の高圧電源装置１００によれば、トランスが１つの場合も、可変抵抗１０８の抵抗値を変更するだけで負荷１０９にかかる電圧の正負を切り替えることができる。さらに、入力電圧などの正負の切り替えなど、スイッチングによって電圧が断続的になる手順がないため、外部信号に対して直線性の高い電圧を出力することができる。

（高圧電源装置の高圧電源制御処理手順）
つぎに、高圧電源装置１００の高圧電源制御処理手順の内容について説明する。図４は、高圧電源装置１００の高圧電源制御処理手順の内容を示すフローチャートである。図４においては、まず、電源１０１から入力電圧が供給されるまで待って（ステップＳ４０１Ｎｏのループ）、入力電圧が供給された場合（ステップＳ４０１：Ｙｅｓ）、昇圧部ａのトランス１０２によって、入力電圧を昇圧する（ステップＳ４０２）。

そして、分圧部ｂの第１のダイオード１０３および第２のダイオード１０５によって、ステップＳ４０２において昇圧された電圧を分圧する（ステップＳ４０３）。ステップＳ４０３において分圧された電圧が正側の出力か否かを判断して（ステップＳ４０４）、正側の出力の場合（ステップＳ４０４：Ｙｅｓ）、電圧の正側の出力を第１のコンデンサ１０４によって平滑する（ステップＳ４０５）。

一方、ステップＳ４０４において正側の出力ではない場合（ステップＳ４０４：Ｎｏ）、つまり、負側の出力の場合、電圧の負側の出力を第２のコンデンサ１０６によって平滑する（ステップＳ４０６）。つぎに、負荷１０９に出力する電圧に併せた抵抗値に、可変抵抗１０８の抵抗値を変化させる（ステップＳ４０７）。そして、ステップＳ４０７において変化された抵抗値に応じた電圧を負荷１０９に出力して（ステップＳ４０８）、一連の処理を終了する。

なお、図４の高圧電源制御処理においては、ステップＳ４０７において可変抵抗１０８の抵抗値を抵抗１０７の抵抗値より大きくすることで、ステップＳ４０８において負荷１０９に出力する電圧を負側の出力にすることができる。

以上説明したように、高圧電源装置１００、高圧電源制御方法、高圧電源制御プログラム、および記録媒体によれば、昇圧部ａによって昇圧された電圧を分圧部ｂによって分圧し、制御部ｃによって負荷１０９にかかる電圧の正負を制御することができる。したがって、トランスが１つの回路において、１次側での切替スイッチや入力電圧の大きさを変化させるための装置などがなくても、出力される電圧の正負を切り替えることができる。

（実施の形態２）
つぎに、負荷１０９の要求する出力特性に正負のどちらかに偏った出力が求められる場合の高圧電源装置１００の構成について説明する。

まず、負荷１０９の要求する出力特性に負側に偏った出力が求められる場合、具体的には、たとえば、要求される電圧値の範囲（要求電圧範囲）が＋１６０Ｖ〜−３６０Ｖのように要求電圧範囲の中心が±０Ｖより負側に偏っている場合などは、抵抗１０７の抵抗値を可変抵抗１０８の抵抗値に対し十分に大きな値を設定する。抵抗１０７を可変抵抗１０８の抵抗値に対し十分に大きな値を設定することにより抵抗１０７部分での電圧降下分が大きくなるため、要求電圧範囲の中心を±０Ｖより負側にすることが可能となる。

（実施の形態２にかかるダイオードの向きを変更した高圧電源装置の一例）
つぎに、負荷１０９の要求する出力特性に正側に偏った出力が求められる場合について説明する。図５は、実施の形態２にかかるダイオードの向きを変更した高圧電源装置の一例について示す説明図である。図５における高圧電源装置５００は、図１に示した高圧電源装置１００における分圧部ｂを、分圧部ｂ１に置き換えた点で異なる。分圧部ｂ１は、図１における分圧部ｂと、第１のダイオード５０１の向きと、第２のダイオード５０２の向きが異なる。なお、図５においては、上述した図１と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。

図５においては、負荷１０９の要求する出力特性に正側に偏った出力が求められる場合、具体的には、たとえば、要求電圧範囲が−１６０Ｖ〜＋３６０Ｖのように要求電圧範囲の中心が±０Ｖより正側に偏っている場合などに、図１に示した第１のダイオード１０３および第２のダイオード１０５の向きをそれぞれ変更する。

したがって、図５に示すように分圧部ｂ１における第１のダイオード５０１および第２のダイオード５０２の向きを図１に示した第１のダイオード１０３および第２のダイオード１０５の向きを逆にすることにより、Ａ地点およびＢ地点にかかる電圧の極性を逆転させる。そして、抵抗１０７の抵抗値を可変抵抗１０８に対して十分に大きな値を設定することにより要求電圧範囲の中心を±０Ｖより正側にすることが可能となる。

以上説明したように、高圧電源装置５００、高圧電源制御方法、高圧電源制御プログラム、および記録媒体によれば、負荷１０９の要求する出力特性に正側に偏った出力が求められる場合、分圧部ｂ１における第１のダイオード５０１および第２のダイオード５０２の向きにより要求電圧範囲の中心を±０Ｖより正側にすることができる。これによって、高圧電源装置５００は要求する出力特性の異なる様々な負荷に対応することができる。

（実施の形態３）
（実施の形態３にかかる複数の制御部を並列に接続した高圧電源装置の一例）
つぎに、複数の制御部を並列に接続した高圧電源装置の一例について説明する。図６は、実施の形態３にかかる複数の制御部を並列に接続した高圧電源装置の一例について示す説明図である。図６における高圧電源装置６００は、図１に示した高圧電源装置１００と、制御部ｃが接続されている点で異なる。図６の高圧電源装置６００は、制御部ｃと、制御部ｃ１とが、Ａ地点およびＢ地点を接続点として、互いに並列に接続されている。なお、図６においては、上述した図１と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。

図６において、Ａ地点には常に正の電圧が、Ｂ地点には常に負の電圧が印加されている。制御部ｃは、抵抗１０７と可変抵抗１０８とが直列に接続されている。制御部ｃ１は、抵抗６０１と可変抵抗６０２とが直列に接続されている。さらに、制御部ｃおよび制御部ｃ１は、Ａ地点とＢ地点とに互いに並列に接続されている。制御部ｃおよび制御部ｃ１の可変抵抗１０８および可変抵抗６０２の抵抗値をそれぞれ変化させることにより、負荷１０９および負荷６０３に出力する電圧をそれぞれ制御することができる。

したがって、制御部ｃおよび制御部ｃ１は、それぞれ正負の異極性間で連続的に負荷１０９および負荷６０３に出力する電圧を変化させることが可能である。これによって、高圧電源装置６００は、１つのトランス１０２で複数の負荷への出力を個別に異極性間の範囲において制御することができる。

なお、図６の説明では、制御部ｃおよび制御部ｃ１の２つの制御部を互いに並列に接続しているが、これに限るものではない。たとえば、３つ以上の制御部を互いに並列に接続する構成としてもよい。この場合、それぞれの制御部は、負荷１０９および負荷６０３にかかる電圧をそれぞれ正負の異極性間の範囲において連続的に変化させることが可能である。

以上説明したように、高圧電源装置６００、高圧電源制御方法、高圧電源制御プログラム、および記録媒体によれば、負荷が並列に複数接続されている場合、それぞれの制御部によって負荷にかかる電圧の正負を制御することができる。したがって、トランスが１つの回路において、複数の負荷に出力する電圧をそれぞれ個別に異極性間の範囲において連続的に変化させることができる。これによって、高圧電源装置６００は、自装置１つのみで複数の負荷に異極性間の範囲において制御することができる。

なお、本実施の形態で説明した高圧電源制御方法は、あらかじめ用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネットなどのネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。

以上のように、本発明にかかる高圧電源装置、高圧電源制御方法、高圧電源制御プログラム、および記録媒体は、高圧電源を必要とする負荷を備えた装置に有用であり、特に、画像形成装置に適している。

実施の形態１にかかる高圧電源装置の構成の一例を示す説明図である。 可変抵抗の抵抗値が１００Ωの制御部の一例を示す説明図である。 可変抵抗の抵抗値が４００Ωの制御部の一例を示す説明図である。 可変抵抗の抵抗値が６００Ωの制御部の一例を示す説明図である。 負荷にかかる電圧と、可変抵抗の抵抗値の関係を示したグラフである。 高圧電源装置の高圧電源制御処理手順の内容を示すフローチャートである。 実施の形態２にかかるダイオードの向きを変更した高圧電源装置の一例について示す説明図である。 実施の形態３にかかる複数の制御部を並列に接続した高圧電源装置の一例について示す説明図である。

符号の説明

１００ 高圧電源装置
１０１ 電源
１０２ トランス
１０３ 第１のダイオード
１０４ 第１のコンデンサ
１０５ 第２のダイオード
１０６ 第２のコンデンサ
１０７ 抵抗
１０８ 可変抵抗
１０９ 負荷

Claims (9)

1. 入力電圧を昇圧する昇圧手段と、
   前記昇圧手段によって昇圧された電圧を、正側の出力と負側の出力とに分圧する分圧手段と、
   前記分圧手段によって分圧された正側の出力と負側の出力との分圧比を制御して、負荷に供給する電圧の正負を切り替える制御手段と、
   を備えることを特徴とする高圧電源装置。
2. 前記分圧手段は、第１のコンデンサおよび第１のダイオードを直列に接続した正側の出力用と、前記第１のコンデンサとの接続点が接地している第２のコンデンサおよび第２のダイオードを直列に接続した負側の出力用と、を互いに並列に接続することによって形成され、第１のダイオードおよび第２のダイオードによって正側の出力と負側の出力とに分圧された電圧を、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサによって平滑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. 前記制御手段は、抵抗および可変抵抗を直列に接続することによって形成され、当該可変抵抗の抵抗値を変えることで分圧比を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の高圧電源装置。
4. 前記可変抵抗は、フォトカプラであり、
   前記制御手段は、当該フォトカプラの抵抗値を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の高圧電源装置。
5. 前記制御手段は、直列に接続された抵抗および可変抵抗を互いに並列になるように複数接続し、それぞれを制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の高圧電源装置。
6. 前記制御手段は、分圧比を連続的に制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の高圧電源装置。
7. 入力電圧を昇圧する昇圧工程と、
   前記昇圧工程によって昇圧された電圧を、正側の出力と負側の出力とに分圧する分圧工程と、
   前記分圧工程によって分圧された正側の出力と負側の出力との分圧比を制御して、負荷に供給する電圧の正負を切り替える制御工程と、
   を含むことを特徴とする高圧電源制御方法。
8. 請求項７に記載の高圧電源制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とする高圧電源制御プログラム。
9. 請求項８に記載の高圧電源制御プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータに読み取り可能な記録媒体。
   
   

Images