JP2008301692A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電トランスを使用した電源回路は、広い電圧範囲が必要な場合は、スプリアス周波数の影響を受け易いため、低い電圧で安定して制御するのが困難であった。
【解決手段】 圧電トランス５０１と、圧電トランス５０１を駆動する駆動回路と、駆動回路による駆動周波数を制御する制御回路５１０と、圧電トランス５０１の出力電圧を整流して負荷に供給する整流回路とを具備し、整流回路の基準電位は、負荷のグランドレベルとの間に直列に接続された定電圧素子５２１により決定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真プロセス（電子写真法）により画像を形成する画像形成装置に好適な電源装置に関し、特に圧電トランスを用いる電源装置とその電源装置を含む画像形成装置に関するものである。

電子写真プロセスにより画像を形成する画像形成装置では、感光体に転写ローラを当接させて転写する直接転写方式を採用するものがある。この転写方式では、転写ローラに導電体の軸を持つローラ状の導電性ゴムを用い、感光体のプロセススピードに合わせて、その転写ローラを回転駆動している。そして、この転写ローラに印加する電圧に直流バイアス電圧を用いている。この時、直流バイアス電圧の極性は、通常のコロナ放電式の転写電圧と同じ極性である。しかし、この転写ローラを用いて良好に転写を行うには、通常、３ｋＶ以上の電圧（所要電流は数μＡ）を転写ローラに印加する必要があった。

このような画像形成処理に必要な高電圧を生成するために、従来は巻線式の電磁トランスを使用していた。しかし、この電磁トランスは、銅線、ボビン、磁芯で構成されており、上記のような仕様に用いる場合は、出力電流値が数μＡという微小な電流のために各部の漏れ電流を最大限小さくしなければならない。このため、トランスの巻線を絶縁物でモールドする必要があり、しかも供給電力に比較して大きなトランスを必要とするため、高圧電源装置の小型化・軽量化の妨げとなっていた。そこで、これらの問題点を補うために、薄型で軽量の高出力の圧電トランスを用いて高電圧を発生させることが検討されている。これはセラミックを素材とした圧電トランスを用いて、電磁トランス以上の効率で高電圧を生成するものである。また、この圧電トランスを用いることにより、一次側及び二次側間の結合に関係なく、一次側と二次側の電極間の距離を離すことが可能になる。従って、絶縁のためのモールド加工が不要になり高電圧発生装置を小型、軽量にできるという優れた特性が得られている。

圧電トランスを用いた高電圧電源回路の構成は特許文献１に記載されている。

図８は、この文献１に記載された高電圧電源回路の構成を説明する図である。

高圧電源の圧電トランス（圧電セラミックトランス）１０１の出力は、ダイオード１０２，１０３及び高電圧コンデンサ１０４によって正電圧に整流平滑されて、負荷である転写ローラに供給される。この出力電圧Ｖoutは、抵抗１０５，１０６，１０７によって分圧され、保護用抵抗１０８を介してオペアンプ１０９の非反転入力端子（＋端子）に入力される。このオペアンプ１０９の反転入力端子（−端子）には、端子１１８から抵抗１１４を介してアナログ信号である高圧電源の制御信号（Ｖcont）が入力される。オペアンプ１０９と抵抗１１４とコンデンサ１１３にて積分回路を構成することにより、これら抵抗とコンデンサの部品定数によって決まる積分時定数で平滑された制御信号Ｖcontがオペアンプ１０９に入力される。オペアンプ１０９の出力端は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１０に接続され、その出力端がインダクタ１１２及びコンデンサ１１６に接続されたトランジスタ１１１のベースに接続されている。こうしてトランジスタ１１１をオン／オフ駆動することにより、圧電トランス１０１の一次側に電力を供給する。電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１０は、入力電圧が上がると出力周波数を上げ、入力電圧が下がると出力周波数を下げるように動作する。この条件において、出力電圧Ｖoutが上昇するとオペアンプ１０９の非反転入力端子（＋端子）の入力電圧が上がり、オペアンプ１０９の出力端子の電圧が上がる。これにより電圧制御発振器１１０は、圧電トランス１０１の駆動周波数を上げるように動作をする。こうして電圧制御発振器１１０は、出力電圧と制御電圧との比較結果に応じて、その駆動周波数を変更している。

図９は、圧電トランス１０１の周波数特性を示す図である。

こうして圧電トランス１０１の駆動周波数がｆxより高くなると、図９に示す通り出力電圧が下がる。こうして出力電圧Ｖoutが目標電圧より上がると、その出力電圧Ｖoutを下げるように制御が行われる。

また逆に、出力電圧Ｖoutが下がると、オペアンプ１０９の非反転入力端子（＋端子）の入力電圧も低下してオペアンプ１０９の出力電圧も下がる。これにより電圧制御発振器１１０は、出力周波数をｆxより下げるように動作をする。これにより圧電トランス１０１の駆動周波数がｆxよりも下がると図９に示す通り出力電圧Ｖoutが上がる。こうして、出力電圧Ｖoutが目標電圧よりも下がると、その出力電圧Ｖoutを上げるように制御している。このようにして、オペアンプ１０９の反転入力端子（−端子）に入力される出力制御信号（Ｖcont）の電圧で決定される電圧に等しくなるよう、出力電圧Ｖoutが定電圧制御される。

ここで圧電トランス１０１の特性は、一般的には図９に示すように共振周波数ｆ0において出力電圧が最大となるような裾広がりな形状をしており、周波数に応じた出力能力（昇圧比）での出力電圧の制御が可能である。

しかしながら、圧電トランスへの入力電圧波形や、圧電セラミックスの寸法比などの条件によっては、図３に示すように共振周波数ｆ0以外に、不要共振周波数（以下、スプリアス周波数と記す）ｆsp1〜fsp４などが存在する。

従来例において、電圧を立ち上げる際、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１０は十分に高い駆動周波数から動作を開始し、出力電圧が所望の電圧Ｅdc5となる駆動周波数ｆxまで駆動周波数を掃引する動作をする。

前述の様に、十分に高い駆動周波数から、共振周波数ｆ0付近の所望の出力電圧Ｅdc5を得る駆動周波数ｆxまで掃引する場合、圧電トランスの駆動周波数の掃引時に、各スプリアス周波数ｆsp1，ｆsp2を順次通過する過程において出力電圧の起伏がある。このため、電圧フィードバックによる周波数の掃引時間が遅くなり、出力電圧Ｅdcまでの立ち上り時間が長くなる。そのため、必要とされる高電圧制御タイミングよりも早く、出力電圧をスプリアス周波数における電圧値以上に立ち上げておく方法などが採られている。
特開平１１−２０６１１３号公報

以上説明したように圧電トランスを使用した高電圧電源回路は、広い電圧範囲が必要な場合（例えば、環境によって負荷変動の大きい転写ローラに対して電圧を印加する場合等）は、スプリアス周波数の影響を受け易い。従って、低い電圧で安定して制御するのが困難であった。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解決することにある。

本願発明の特徴は、圧電トランスの共振周波数での電圧を維持しながらスプリアス周波数での電圧を低下させることにより、広い電圧範囲を制御できる電源装置及び画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の一態様に係る電源装置は以下のような構成を備える。即ち、
圧電トランスと、前記圧電トランスを駆動する駆動回路と、前記駆動回路による駆動周波数を制御する制御回路と、前記圧電トランスの出力電圧を整流して負荷に供給する整流回路とを具備する電源装置であって、
前記整流回路の基準電位は、前記負荷のグランドレベルとの間に直列に接続された定電圧素子により決定されていることを特徴とする。

上記目的を達成するために本発明の一態様に係る電源装置は以下のような構成を備える。即ち、
圧電トランスと、前記圧電トランスを駆動する駆動回路と、前記駆動回路による駆動周波数を制御する制御回路と、前記圧電トランスの出力電圧を整流して負荷に供給する整流回路とを、各負荷に対応つけてそれぞれ具備する電源装置であって、
各負荷に対応する前記整流回路の基準電位は、前記負荷のグランドレベルとの間に直列に接続された定電圧素子の数により決定されていることを特徴とする。

上記目的を達成するために本発明の一態様に係る画像形成装置は以下のような構成を備える。即ち、
少なくとも帯電ローラ、現像用ローラ及び転写ローラを有し、電子写真法により画像を形成する画像形成装置であって、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電源装置を具備し、
前記電源装置から供給される電圧を、負荷である前記帯電ローラ、現像用ローラ及び転写ローラにそれぞれ供給することを特徴とする。

本発明によれば、安価で簡単な構成によって、圧電トランスを使用して広範囲の電圧を出力できる。

また、低電圧の出力時にスプリアス周波数の影響を受けることなく電圧制御を行うことができるので、低電圧領域での電圧出力を安定化できる。

更には、共振周波数での電圧低下を抑えることができるため、広い電圧範囲での電圧制御が可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。尚、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る本発明を限定するものでなく、また本実施の形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。

図２は、本発明の実施の形態に係るカラーレーザプリンタ（カラー画像形成装置）の構成を示すブロック図である。

レーザプリンタ４０１は、複数枚の記録紙（記録シート）３２を収納するデッキ４０２を有している。４０３は、デッキ４０２内の記録紙３２の有無を検知するデッキ紙有無センサである。４０４は、デッキ４０２から記録紙３２を繰り出すピックアップローラである。４０５は、ピックアップローラ４０４によって繰り出された記録紙３２を搬送するデッキ給紙ローラである。そして４０６は、デッキ給紙ローラ４０５と対をなし、記録紙３２の重送を防止するためのリタードローラである。そして、デッキ給紙ローラ４０５の下流には、記録紙３２を同期搬送するレジストローラ対４０７、レジストローラ対４０７への記録紙３２の搬送状態を検知するレジ前センサ４０８が配設されている。

レジストローラ対４０７の下流には、静電吸着搬送転写ベルト（以下、ＥＴＢ）４０９が配設されている。このＥＴＢ４０９の移動経路には、後述する４色（イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＢ）分のプロセスカートリッジ４１０Ｙ，４１０Ｍ，４１０Ｃ，４１０Ｂが配設されている。各プロセスカートリッジは、対応するスキャナユニット４２０Ｙ，４２０Ｍ，４２０Ｃ，４２０Ｂからのレーザ光で形成された画像に従って像形成し、各ドラム（３０５）上に各色のトナー像が形成される。こうして形成されたトナー像は、転写ローラ４３０Ｙ，４３０Ｍ，４３０Ｃ，４３０Ｂによって順次、ＥＴＢ４０９により搬送される記録紙３２上に転写される。

これらプロセスカートリッジの下流には、記録紙３２上に転写されたトナー像を熱定着するための定着器が設けられている。この定着器は、内部に加熱用のヒータ４３２を備えた定着ローラ４３３と、加圧ローラ４３４、及び定着ローラ４３３からの記録紙３２を搬送するための定着排紙ローラ対４３５が設けられている。４３６は、定着器から排出された記録紙３２の有無を検知する定着排紙センサである。

次に、各スキャナ部４２０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ）を説明する。尚、ここで、各色に対応するスキャナ部は同じ構成であるため、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ用の構成を示す文字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂを除く参照符号を用いて説明する。４２１は、ビデオコントローラ４４０から送出される各画像信号に基づいて変調されたレーザ光を発光するレーザユニットである。４２２は、各レーザユニット４２１からのレーザ光を各感光ドラム３０５上に走査するためのポリゴンミラーである。４２３は、このポリゴンミラー４２２を回転駆動するスキャナモータである。そして４２４は、レーザ光を感光ドラム３０５上に結像して静電潜像を形成させるための結像レンズ群である。

次に、各プロセスカートリッジ４１０について説明する。ここでも各色に対応するスキャナ部は同じ構成であるため、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ用の構成を示す文字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂを除く参照符号を用いて説明する。３０５は、公知の電子写真プロセスに必要な感光ドラム（像担持体）である。３０３は帯電ローラ、そして３０２は現像ローラである。更に４１１は、各対応する色のトナーを収容しているトナー格納容器である。これらプロセスカートリッジ４１０はそれぞれ、レーザプリンタ４０１に対して着脱可能に構成されている。

ビデオコントローラ４４０は、パーソナルコンピュータ等の外部装置（ホストコンピュータ）４４１から送出される画像データを受信すると、その画像データをビットマップデータに展開して画像形成用の画像信号を生成する。コントローラ２０１は、このレーザプリンタ４０１の制御部であり、ＲＡＭ２０７ａ，ＲＯＭ２０７ｂ、タイマ２０７ｃ、デジタル入出力ポート２０７ｄ、Ｄ／Ａポート２０７ｅを具備したＭＰＵ２０７、及び各種入出力制御回路（不図示）等を具備している。ＲＯＭ２０７ｂは、このＭＰＵ２０７で実行されるプログラムを記憶しており、ＲＡＭ２０７ａはＭＰＵ２０７による制御処理時に各種データを一時的に保存するワークエリアとしても使用される。

高電圧電源部２０２は、各プロセスカートリッジに対応した帯電ローラ３０３に供給する帯電用高電圧電源、現像ローラ３０２に供給する現像用電圧電源と、転写ローラ４３０に供給する転写用高電圧を出力可能である。この高電圧電源部２０２は、圧電トランスもしくは巻線トランスを使用した電源回路を有している。

次に本発明の実施の形態に係る圧電トランスを用いた高電圧電源回路の構成を図１を参照して説明する。尚、本実施の形態に係る高電圧電源回路の構成は、正電圧、負電圧どちらの出力回路に対しても有効である。ここでは代表的に正電圧を必要とする転写用の高電圧電源回路について説明する。また、転写用の高電圧電源回路は、各転写ローラ４３０Ｙ，４３０Ｍ，４３０Ｃ，４３０Ｂに対応して４回路設けられている。ここでＹ（黄色），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン）， Ｂ（黒）用の回路の基本構成は同様であるので、ここではＹ（参照符号の末尾に記号Ｙを付している）の場合を代表して説明する。

［実施の形態１］
図１は、本実施の形態１に係るカラーレーザプリンタの転写用の高電圧を生成する電源回路の構成を示すブロック図である。

５０１Ｙは高電圧電源回路の圧電トランス（圧電セラミックストランス）である。この圧電トランス５０１Ｙの出力は、ダイオード５０２Ｙ，５０３Ｙ及び高電圧コンデンサ５０４Ｙを具備する整流回路で正電圧に整流平滑され、出力端子５１７Ｙから負荷である転写ローラ４３０Ｙに出力電圧Ｖoutが供給される。この整流回路と接地（ＧＮＤ：グランドレベル）との間には、定電圧素子として機能するツェナーダイオード５２１及びコンデンサ５２２が挿入されている。従って、この整流回路の基準電位は、ＧＮＤよりもツェナーダイオード５２１の降伏電圧分低い電圧となる。尚、負荷である転写ローラ４３０Ｙは、ＧＮＤに接地されているものとする。

この出力電圧Ｖoutは、抵抗５０５Ｙ，５０６Ｙ，５０７Ｙによって分圧され、コンデンサ５１５Ｙ及び保護用抵抗５０８Ｙを介して，比較回路であるオペアンプ５０９Ｙの非反転入力端子（＋端子）に入力される。他方オペアンプ５０９Ｙの反転入力端子（−端子）には、直列抵抗５１４Ｙを介してコントローラ２０１からアナログ信号である高圧電源の出力制御信号（Ｖcont）が接続端５１８Ｙより入力される。またオペアンプ５０９Ｙの出力はコンデンサ５１３Ｙを介して反転入力端子（−端子）に接続されている。

またオペアンプ５０９Ｙで比較された比較結果は、駆動回路として機能する電圧制御発振器（ＶＣＯ）５１０Ｙに接続され、この電圧制御発振器５１０Ｙの出力は電界効果トランジスタ５１１Ｙのゲートに接続される。電界効果トランジスタ５１１Ｙのドレインは、インダクタ５１２Ｙを介して電源（＋２４Ｖ：Ｖcc）に接続されている。また、この電界効果トランジスタ５１１Ｙのドレインはコンデンサ５１６Ｙを介して接地され、さらに圧電トランス５０１Ｙの一次側電極の一方に接続される。尚、この圧電トランス５０１Ｙの一次側電極の他方及び電界効果トランジスタ５１１Ｙのソースは接地されている。

他のマゼンタ、シアン及び黒用の転写ローラの電源回路の構成及び動作も同様であるため、その説明を省略する。

次に、圧電トランスの周波数特性について説明する。

図９に示すように共振周波数ｆ0において出力電圧が最大となり、周波数による出力電圧の制御が可能であることが判る。図９において、任意の出力電圧Ｅdc出力時の駆動周波数をｆxとする。また電圧制御発振器（ＶＣＯ）５１０Ｙは、入力電圧が上昇すると出力周波数を上げ、入力電圧が下がると出力周波数を下げる動作を行う。この条件において、出力電圧Ｅdcが上昇すると、オペアンプ５０９Ｙの非反転入力端子（＋端子）の入力電圧Ｖsnsが上昇しオペアンプ５０９Ｙの出力端子の電圧が上昇する。これにより電圧制御発振器５１０Ｙは、圧電トランス５０１Ｙの駆動周波数を上げるように動作をする。そして圧電トランス５０１Ｙの駆動周波数がｆxより高くなると、図９に示すように、圧電トランス５０１Ｙの出力電圧が低下する。こうして出力電圧が目標電圧より上昇すると出力電圧を下げるような制御が行われる。

また逆に、出力電圧Ｅdcが低下すると、オペアンプ５０９Ｙの非反転入力端子（＋端子）の入力電圧Ｖsnsが低下し、オペアンプ５０９Ｙの出力端子電圧も低下する。こうして電圧制御発振器５１０Ｙは、入力電圧が下がると出力周波数をｆxより下げる動作をする。図９に示すように、圧電トランス５０１Ｙの駆動周波数がｆxより高くなると、出力電圧が低下する。こうして出力電圧Ｖoutが目標電圧よりも下がると、その駆動周波数を低下させて出力電圧を上げるように制御する。

このように、オペアンプ５０９Ｙの反転入力端子（-端子）に入力されるコントローラ２０１からの出力制御信号（Ｖcont）の電圧（以下、出力制御値と記す）で決定される電圧に等しくなるよう、出力電圧が定電圧制御される。このような回路動作は、Ｍ，Ｃ，Ｂ用の回路のそれぞれにおいても同様である。

次に、本実施の形態１に係る圧電トランス５０１Ｙの出力側の整流回路と接地の間に、ツェナーダイオード５２１及びコンデンサ５２２を挿入した場合について説明する。尚、本実施の形態による効果を分かりやすくするために、従来例と比較しながら説明する。

図４は、図１に示す回路で圧電トランスを動作させた時の周波数特性と出力電圧の立ち上りの動作を示す図である。

図３は、従来例として、図８に示す回路で圧電トランスを動作させた時の周波数特性と出力電圧立ち上がりの動作を示す図である。尚、電圧を立ち上げる際、電圧制御発振器（ＶＣＯ）５１０Ｙは、充分に高い駆動周波数から動作を開始し、その後、出力電圧が所望の電圧Ｅdc5となる駆動周波数ｆxまで駆動周波数を掃引する動作をする。

図３に示す従来例では、所望の電圧Ｅdc5を立ち上げる際に、スプリアス周波数ｆsp1及びｆsp2において出力電圧の歪みが生じ、スムーズに電圧を立ち上げることができない。また、負荷変動や圧電トランスの能力の微小な変化により、出力電圧が図のように起伏を持って変動するため、スプリアス周波数ｆsp2付近での出力電Ｅdc4の電圧制御が安定しない。そのため電圧Ｅdc4より低い電圧は安定して制御することができない。

そこで本実施の形態では、図１に示す様に圧電トランス５０１の出力側の整流回路と接地の間に、ツェナーダイオード５２１及びコンデンサ５２２を挿入している。但し、コンデンサ５２２は、高周波ノイズを除去して出力電圧を安定させる目的で挿入しているもので、必要に応じて挿入すれば良く、必要不可欠な素子ではない。

このように圧電トランス５０１の出力側の整流回路と接地との間にツェナーダイオード５２１を挿入すると、整流回路の基準電位はツェナーダイオード５２１に流れ込む電流量と、その電流条件におけるツェナーダイオード５２１の降伏電圧によって決定される。但し、ツェナーダイオード５２１の降伏電圧は電流変化の影響を比較的受けにくい。ここで、ツェナーダイオード５２１の選定は、スプリアス周波数ｆsp2での出力電圧Ｅdc4が０Ｖ以下となるように、出力電圧Ｅdc4に近い降伏電圧特性を持つものを選定する。

このように、スプリアス周波数ｆsp2での出力電圧Ｅdc4に近い値の降伏電圧特性をもつツェナーダイオード５２１を、圧電トランス５０１の出力側の整流回路と接地の間に挿入し、整流回路の基準電圧をＧＮＤレベルよりも低いマイナス側にシフトさせる。これにより、図４に示すように、図３の従来例よりも早い時間で所望の電圧Ｅdc5まで立ち上げることが可能となる。また同時に、共振周波数ｆ0における出力電圧Ｅdc6の電圧低下を極力抑えることができる。

このように、スプリアス特性をもった圧電トランスを用いた高電圧電源において、整流回路の基準電位をマイナス方向にオフセットし、制御回路側からスプリアス電圧が見えなくなるようにすることで、低い電圧を安定して出力できるようになる。また、高電圧の立ち上げ時にスプリアス周波数を越えるのに要する時間を短縮することができるため、高電圧の立ち上げ時間を短くできる。

更に、基準電位のオフセット電位量を最適化することにより、共振周波数ｆ0における電圧低下を極力抑えることができ、広い電圧範囲での電圧制御が可能となる。

以上、本実施の形態に係る高電圧電源回路を、カラー画像形成装置の転写用の高電圧電源回路を例に説明したが、本発明はこの電源回路に限らず、例えば帯電、現像用などの高電圧電源回路にも適用できる。

［実施の形態２］
次に本発明の実施の形態２について説明する。尚、前述の実施の形態１と同様の回路構成に関して説明は省略する。

図５は、本実施の形態２に係るカラーレーザプリンタの転写用の高電圧を生成する電源回路の構成を示すブロック図である。尚、図５において、前述の図１と共通する部分は同じ記号で示している。

本実施の形態２では、図５に示す様に圧電トランス５０１の出力側の整流回路と接地との間に、定電圧素子であるバリスタ８２１及びコンデンサ８２２を挿入している。但し、コンデンサ８２２は高周波ノイズを除去し出力電圧を安定させる目的で挿入している。よって、このコンデンサ８２２は必要に応じて挿入すれば良く、必要不可欠な素子ではない。

このように圧電トランス５０１の出力側の整流回路と接地の間にバリスタ８２１を挿入した場合、整流回路の基準電位はバリスタ８２１に流れ込む電流量と、その電流条件におけるバリスタ電圧によって決まる。但し、バリスタ８２１の降伏電圧は電流変化の影響を比較的受けにくい。

このバリスタ８２１の選定は、スプリアス周波数ｆsp2での出力電圧Ｅdc4が０Ｖ以下となるように、Ｅdc4に近いバリスタ電圧特性を持つものを選定する。

このように本実施の形態２によれば、スプリアス周波数ｆsp2での出力電圧Ｅdc4に近い値のバリスタ電圧特性をもつバリスタ８２１を圧電トランス８０１の出力側の整流回路と接地（ＧＮＤ）との間に挿入する。これにより、整流回路の基準電圧をマイナス側にシフトさせることにより、前述の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また一般的に、バリスタは、前述の実施の形態１で用いたツェナーダイオードより部品単価が安価である。このため、より安価な構成で、圧電トランス５０１の出力電圧を広いレンジで制御することが可能となる。

但し、バリスタ電圧は、電流の変化をツェナーダイオードより受けやすいため、広い電圧範囲で制御を行う必要がある場合にはを、前述の実施の形態１で用いたツェナーダイオードを整流回路と接地（ＧＮＤ）との間に挿入することが好ましい。

以上、本実施の形態に係る高電圧電源回路を、カラー画像形成装置の転写用の高電圧電源回路を例に説明したが、本発明はこの電源回路に限らず、例えば帯電、現像用などの高電圧電源回路にも適用できる。

［実施の形態３］
以下、実施の形態３について図６を用いて説明する。

図６は、本実施の形態３に係るカラーレーザプリンタのイエロー及びマゼンタ用の帯電、び現像用の高電圧を生成する電源回路の構成を示すブロック図である。尚、図６においても前述の図１，図５と同様に、記号Ｙ，Ｍはそれぞれイエロー用、マゼンタ用の回路を示している。そして６０１〜６１８、７０１〜７１８のそれぞれは、前述の図１の５０１〜５１８と同じ構成であるため、それらの説明を省略する。

本実施の形態３では、画像形成上必要な各部の電圧範囲に合わせて、各バイアスの整流回路の基準電位を設定することを特徴としている。そして、整流回路と接地との間に直列に接続するツェナーダイオードの数を、各用途ごとに変えることを特徴とする。

尚、本実施の形態に係る高電圧電源回路の構成は、正電圧、負電圧どちらの回路に対しても有効である。ここでは代表的に負電圧を必要とする現像用の高電圧電源と帯電用の高電圧電源について説明する。

現像用の高電圧電源は、各色用の現像ローラ３０２Ｙ，３０２Ｍ，３０２Ｃ，３０２Ｂに対応して設けられている。また帯電用の高電圧電源回路は、各色用の帯電ローラ３０３Ｙ，３０３Ｍ，３０３Ｃ，３０３Ｂに対応して、各４回路設けられている。尚、ここで各電源回路の基本構成は、前述の実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。また図の簡略化のため、図６では、Ｙ及びＭ用の現像及び帯電用の電源回路のみ記載している。

本実施の形態３では、圧電トランス７０１Ｙ，７０１Ｍの出力側の整流回路と接地との間に、直列にツェナーダイオード６２１，６２３を接続している。またここでも前述の実施の形態と同様に、コンデンサ６２２，６２４がそれぞれ各ツェナーダイオードに並列に接続されている。また圧電トランス６０１Ｙ，６０１Ｍの出力側の整流回路と接地との間には、ツェナーダイオード６２３及び、コンデンサ６２４が挿入されている。但し、コンデンサ６２２、６２４は高周波ノイズを除去して出力電圧を安定させる目的で挿入しているため、必要不可欠な素子ではない。

図７（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、出力端６１７Ｙと出力端７１７Ｙの出力電圧特性を説明する図である。

ここでは圧電トランス６０１Ｙと圧電トランス７０１Ｙの出力に設けられている各整流回路の基準電位が異なる。本実施の形態３に係るツェナーダイオード６２１、ツェナーダイオード６２３は同じ特性を持った素子である。

ここでは、圧電トランス７０１Ｙの出力側の整流回路の基準電位は、圧電トランス６０１Ｙの出力側の整流回路の基準電位の２倍、プラス側にシフトしている。このため共振周波数ｆ0における出力端７１７Ｙの出力電圧Ｅdc4は、同じ共振周波数における出力端６１７Ｙの出力電圧Ｅdc4より低くなっている（負電圧としては高い）。

一方、低い負電圧を制御する場合は、圧電トランス６０１Ｙは電圧Ｅdc2に近い電圧範囲以下では安定して制御することができない。逆に、圧電トランス７０１Ｙは低い負電圧範囲でも安定して制御することができる。

画像形成中、図７（Ａ）に示すように、出力端６１７Ｙには、電圧Ｅdc3_Aが出力される。また出力端７１７Ｙには、図７（Ｂ）に示すように、電圧Ｅdc3_Bが出力される。

圧電トランス６０１Ｙの制御回路では、周波数ｆspXで電圧Ｅdc3_Aを安定して出力できるが、電圧Ｅdc3_Bを安定して出力することができない。逆に、圧電トランス７０１Ｙの制御回路では、周波数ｆspXで電圧Ｅdc3_Bを安定して出力できるが、電圧Ｅdc3_Aを安定して出力することができない。

また電子写真プロセスによる画像形成装置では、一般的に現像ローラと帯電ローラとの間に大きな電位差が必要であり、帯電ローラには、現像ローラよりも低い電圧を印加している。このため、帯電ローラに電圧を印加する帯電用の高圧電源回路には高い負電圧を、現像用ローラに電圧を印加する現像用の高電圧電源回路には低い負電圧を出力、及び、制御できる高電圧電源回路が必要となる。

以上説明したように、画像形成に必要な電圧範囲に合わせて、各バイアスの整流回路の基準電位を最適化することにより、画像形成に必要な各電圧を、必要とする電圧範囲で安定して制御することが可能となる。

以上、本実施の形態に係る高電圧電源回路を、カラー画像形成装置の帯電及び現像用の高電圧電源回路を例に説明したが、本発明はこの電源回路に限らず、例えば転写用などの高電圧電源回路にも適用できる。

また、ツェナーダイオード６２１、ツェナーダイオード６２３の代わりに、前述の実施の形態２に係るバリスタ素子を用いても良い。

本実施の形態１に係るカラーレーザプリンタの転写用の高電圧を生成する電源回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るカラーレーザプリンタ（カラー画像形成装置）の構成を示すブロック図である。 従来例として、図８に示す回路で圧電トランスを動作させた時の周波数特性と出力電圧立ち上がりの動作を示す図である。 図１に示す回路で圧電トランスを動作させた時の周波数特性と出力電圧の立ち上りの動作を示す図である。 本実施の形態２に係るカラーレーザプリンタの転写用の高電圧を生成する電源回路の構成を示すブロック図である。 本実施の形態３に係るカラーレーザプリンタのイエロー及びマゼンタ用の帯電、び現像用の高電圧を生成する電源回路の構成を示すブロック図である。 図６の出力端６１７Ｙと出力端７１７Ｙの出力電圧特性を説明する図である。 文献１に記載された高電圧電源回路の構成を説明する図である。 一般的な圧電トランスの周波数特性を示す図である。

Claims (8)

1. 圧電トランスと、前記圧電トランスを駆動する駆動回路と、前記駆動回路による駆動周波数を制御する制御回路と、前記圧電トランスの出力電圧を整流して負荷に供給する整流回路とを具備する電源装置であって、
   前記整流回路の基準電位は、前記負荷のグランドレベルとの間に直列に接続された定電圧素子により決定されていることを特徴とする電源装置。
2. 圧電トランスと、前記圧電トランスを駆動する駆動回路と、前記駆動回路による駆動周波数を制御する制御回路と、前記圧電トランスの出力電圧を整流して負荷に供給する整流回路とを、各負荷に対応つけてそれぞれ具備する電源装置であって、
   各負荷に対応する前記整流回路の基準電位は、前記負荷のグランドレベルとの間に直列に接続された定電圧素子の数により決定されていることを特徴とする電源装置。
3. 前記駆動回路は、
   前記整流回路の出力電圧と、前記出力電圧を設定するための出力制御信号とを比較する比較回路と、
   前記比較回路による比較結果に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を変更する電圧制御発振器とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 前記定電圧素子は、ツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 前記定電圧素子は、バリスタであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。
6. 前記整流回路の基準電位は、前記負荷のグランドレベルよりも低く設定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電源装置。
7. 少なくとも帯電ローラ、現像用ローラ及び転写ローラを有し、電子写真法により画像を形成する画像形成装置であって、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電源装置を具備し、
   前記電源装置から供給される電圧を、負荷である前記帯電ローラ、現像用ローラ及び転写ローラにそれぞれ供給することを特徴とする画像形成装置。
8. 前記帯電ローラに対応する前記整流回路の基準電位は、他の負荷に対応する前記整流回路の基準電位よりも高く設定されていることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。

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