JP2017200303A - 高圧電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】両極性の出力電圧を出力する高圧電源装置として、従来トランスを用いた高圧電源回路を、両極用にそれぞれ別々に設けるのが一般的であるが、回路の実装面積や製造コストの両面において課題があった。【解決手段】トランス２０７の出力端子間に出力電圧を発生し、一方の出力端子には、第１のプラス電圧を生じるツェナーダイオード（２５０，２５１，２５２）を接続し、他方の出力端子に生じる第１のマイナス電圧を帯電ローラ１４に印加する帯電現像回路２００と、トランス３０７の出力端子間に出力電圧を発生し、一方の出力端子には、前記ツェナーダイオードを接続し、他方の出力端子には、第２のマイナス電圧を生じる負極性現像回路３００と、第１のプラス電圧及び前記第２のマイナス電圧に基づいて出力部に生じる両極の出力電圧を現像ローラ１６に印加する現像電圧出力調整回路３１４とを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、両極性の出力電圧を出力する高圧電源装置とそれを使用する画像形成装置に関するものである。

従来、この種の装置として、トランスを用いた高圧電源回路（例えば、特許文献１参照）を、プラスマイナスの両極用にそれぞれ別々に設けるのが一般的であった。

特開２０１１−２４８０８８号公報（第６頁、図４）

しかしながら、従来の装置では、両極性の電圧を得るためには、各極用の高圧電源装置を別々に用意する必要があり、回路の実装面積や製造コストの両面において課題があった。

本発明による高圧電源装置は、
第１ノードと第２ノードの間に接続する第１負荷と、前記第１ノードと第３ノードの間に接続する第２負荷に電圧を出力させる高圧電源装置において、
一方の出力部を第１極性の電圧でクランプする電圧クランプ素子を介して前記第１ノード側と接続し、他方の出力部を前記第２ノード側と接続することで前記電圧クランプ素子側と前記第２ノード間に接続し、前記第１極性とは逆極性となる第２極性の第１電圧を、前記第１負荷に出力可能とする第１の高電圧出力回路と、一方の出力部を前記電圧クランプ素子の前記第１の高電圧出力回路側に接続し、他方の出力部を出力調整回路に接続し、前記第２極性の第２電圧を印加可能とする第２の高電圧出力回路とを備え、
前記出力調整回路は、前記第３ノード側に接続して、前記電圧クランプ素子よる電圧と前記第２電圧とを用いて、前記第１極性又は第２極性の電圧を調整し、前記第１ノードと前記第３ノードとの間に接続する前記第２負荷に出力することを特徴とする。

本発明による画像形成装置は、上記した高圧電源装置と、前記高圧電源装置の出力を制御する制御回路とを有し、
前記第１の負荷が帯電ローラであり、前記第２の負荷が現像ローラであることを特徴とする。

本発明によれば、簡素化された電源装置によって、第１のマイナス電圧、及び第２のマイナス電圧とプラス電圧を択一的に出力する出力電圧をそれぞれの負荷に印加することができる。

本発明による高圧電源装置を備えた画像形成装置の実施の形態１の要部構成を概略的に示す要部構成図である。 画像形成装置における制御系の回路構成を示すブロック図である。 帯電・現像・供給バイアス発生部に備えられた帯電現像回路及び負極性現像回路の回路構成図である。 帯電・現像・供給バイアス発生部に備えられた現像電圧出力調整回路の回路構成図である。 帯電・現像・供給バイアス発生部に備えられたトナー供給電圧出力回路の回路構成図である。 印刷時に、プリンタエンジン制御部によって制御される、（Ｋ）系統のドラムモータ、帯電現像回路、負極性現像回路、及び（Ｋ）系統の現像電圧出力調整回路の動作タイミングをあらわすシーケンス動作図である。

実施の形態１．
図１は、本発明による高圧電源装置を備えた画像形成装置の実施の形態１の要部構成を概略的に示す要部構成図である。

画像形成装置１１は、例えば、電子写真カラープリンタとしての構成を備え、画像形成部を構成する、４つの独立した画像形成ユニット１２Ｋ、１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ（特に区別する必要がない場合は単に画像形成ユニット１２と称す場合がある）が、記録媒体としての記録用紙３０の搬送方向（矢印Ａ方向）に沿って上流側から順に配設されている。画像形成ユニット１２Ｋはブラック（Ｋ）の画像を形成し、画像形成ユニット１２Ｙはイエロー（Ｙ）の画像を形成し、画像形成ユニット１２Ｍはマゼンタ（Ｍ）の画像を形成し、画像形成ユニット１２Ｃはシアン（Ｃ）の画像を形成する。なお、記録媒体として、記録用紙３０の他に、ＯＨＰ用紙、封筒、複写紙、特殊紙等を使用することができる。

各画像形成ユニット１２Ｋ、１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃには、感光体ドラム１３Ｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ（特に区別する必要がない場合は単に感光体ドラム１３と称す場合がある）と、対応する感光体ドラム１３Ｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃの表面を一様に、且つ、均一に帯電させる帯電ローラ１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ（特に区別する必要がない場合は単に帯電ローラ１４と称す場合がある）と、対応する感光体ドラム１３Ｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃの表面に形成された静電潜像に図示しない現像剤（例えば、トナー）を付着させ、可視像である各色のトナー像を形成する現像ローラ１６Ｋ、１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ（特に区別する必要がない場合は単に現像ローラ１６と称す場合がある）と、対応する現像ローラ１６Ｋ、１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃに圧接させたトナー供給ローラ１８Ｋ、１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ（特に区別する必要がない場合は単にトナー供給ローラ１８と称す場合がある）と、転写後に、対応する感光体ドラム１３Ｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ１に残留するトナーを除去するクリーニングブレード２７Ｋ、２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ（特に区別する必要がない場合は単にクリーニングブレード２７と称す場合がある）が配設されている。

各トナー供給ローラ１８Ｋ、１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃは、画像形成ユニット本体に対して着脱可能に装着された対応するトナーカートリッジ２０Ｋ、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ（特に区別する必要がない場合は単にトナーカートリッジ２０と称す場合がある）から供給された各色のトナーを対応する現像ローラ１６Ｋ、１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃに供給するローラである。各現像ローラ１６Ｋ、１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃには、それぞれ対応する現像ブレード１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ（特に区別する必要がない場合は単に現像ブレード１９と称す場合がある）が圧接されている。現像ブレード１９は、現像ローラ１６上において、トナー供給ローラ１８から供給されたトナーを薄層化するものである。尚、ここでは、トナーカートリッジ２０は、画像形成ユニット１２本体に対して着脱自在に装着されるものとしたが、一体的に形成されていてもよい。

各画像形成ユニット１２Ｋ、１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃにおける、感光体ドラム１３Ｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃの上方には、それぞれ対応するＬＥＤヘッド１５Ｋ、１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ（特に区別する必要がない場合は単にＬＥＤヘッド１５と称す場合がある）が、感光体ドラム１３Ｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃと対向する位置に配設されている。各ＬＥＤヘッド１５は、対応する色の画像データに従って、感光体ドラム１３を露光し、静電潜像を形成する装置である。

４つの画像形成ユニット１２の各感光体ドラム１３の下方には、転写ユニット２１が配設されている。転写ユニット２１は、転写ローラ１７Ｋ、１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ（特に区別する必要がない場合は単に転写ローラ１７と称す場合がある）と、転写ベルト駆動ローラ２１ａ及び転写ベルト従動ローラ２１ｂによって、張架した状態で図１中の矢印Ａ方向へ走行可能に配設された転写ベルト２６を備えている。各転写ローラ１７は、転写ベルト２６を介してそれぞれ対応する感光体ドラム１３に圧接して配置され、このニップ部において用紙をトナーと逆の極性に帯電させ、対応する感光体ドラム１３に形成された各色のトナー像を順次記録用紙３０に重ねて転写する。

画像形成装置１１の下部には、転写ベルト２６に用紙を供給するための給紙機構が配設されている。給紙機構は、ホッピングローラ２２、レジストローラ対２３、用紙収容カセット２４等を備えている。

更に、転写ベルト２６による記録用紙３０の排出側には、定着器２８が設けられている。定着器２８は、加熱ローラ及びバックアップローラを有し、記録用紙３０上に転写されたトナーを加圧、加熱することによって定着させる装置であり、この排出側には、用紙ガイド３１に沿って配置された図示しない排出ローラ及び用紙スタッカ部２９等が設けられている。

以上のように構成された画像形成装置１１における印刷動作について、簡単に説明する。先ず、用紙収容カセット２４内の記録用紙３０は、ホッピングローラ２２によって繰り出され、レジストローラ対２３へ送られて斜行が矯正され、続いてレジストローラ対２３から転写ベルト２６に送られ、この転写ベルト２６の走行に伴って、画像形成ユニット１２Ｋ、１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃへと順次搬送される。レジストローラ対２３の後段には用紙検出センサ２５が配置され、通過する記録用紙３０の通過を接触或いは非接触で検出し、後述するプリンタエンジン制御部１５３（図２）に検出信号を出力する。

一方、各画像形成ユニット１２において、感光体ドラム１３の表面は、帯電ローラ１４によって帯電された後、対応するＬＥＤヘッド１５によって露光され、この露光によって表面に静電潜像が形成される。静電潜像が形成された部分には、現像ローラ１６上で薄層化されたトナーが静電的に付着されて対応する色のトナー像が形成される。各感光体ドラム１３に形成されたトナー像は、対応する転写ローラ１７によって記録用紙３０に順次重ねて転写され、記録用紙上にカラーのトナー像を形成する。転写後に、各感光体ドラム１３上に残留したトナーは、それぞれクリーニングブレード２７によって除去される。

カラーのトナー像が形成された記録用紙３０は、定着器２８に送られる。この定着器２８において、カラーのトナー像が記録用紙３０に定着され、カラー画像が形成される。カラー画像が形成された記録用紙３０は、図示しない排出ローラによって用紙ガイド３１に沿って搬送され、用紙スタッカ部２９へ排出される。以上のような過程を経て、カラー画像が記録用紙３０上に形成される。尚、転写ベルト２６上に付着する残留トナーは、ベルトクリーニングブレード３２によってベルトクリーナ容器３３内に収容される。

図２は、画像形成装置１１における制御系の回路構成を示すブロック図である。

ホストインターフェース部１５０は、コマンド／画像処理部１５１に対してデータを送受信し、コマンド／画像処理部１５１は、ＬＥＤヘッドインターフェース部１５２に画像データを出力する。ＬＥＤヘッドインターフェース部１５２は、プリンタエンジン制御部１５３によってヘッド駆動パルス等を制御され、ＬＥＤヘッド１５Ｋ、１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃを発光させる。

制御回路としてのプリンタエンジン制御部１５３は、帯電・現像・供給バイアス発生部１６１、転写バイアス発生部１６３を備える高圧電源装置としての高圧発生部１８０に電圧設定信号及び制御信号を送る。後述するように帯電・現像・供給バイアス発生部１６１は、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）用の各画像形成ユニット１２の帯電ローラ１４、現像ローラ１６、及びトナー供給ローラ１８（図１）に個別に帯電バイアス電圧、現像バイアス電圧、及び供給バイアス電圧を印加し、転写バイアス発生部１６３は、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）用の各転写ローラ１７（図１）に所定の転写バイアス電圧を供給する。尚、帯電・現像・供給バイアス発生部１６１については後に詳しく説明する。

用紙検出センサ２５（図１参照）は、後述するように、帯電・現像・供給バイアス発生部１６１によるバイアス電圧発生タイミングを調整する為に用いられる。プリンタエンジン制御部１５３は、ホッピングローラ２２を駆動するホッピングモータ１５４、レジストローラ対２３を駆動するレジストモータ１５５、転写ベルト駆動ローラ２１ａを駆動するベルトモータ１５６、定着器２８の各ローラを駆動する定着器モータ１５７、画像形成ユニット１２の感光体ドラム１３等の各回転体を画像形成ユニット毎に個別に駆動する４つのドラムモータ（Ｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃ）１５８を所定のタイミングで駆動する。定着器２８の加熱ローラに備えられる定着器ヒータ１５９は、加熱ローラの温度を検出するサーミスタ１６５の検出値に応じてプリンタエンジン制御部１５３によって温度制御される。

図３は、帯電・現像・供給バイアス発生部１６１に備えられた第１の高電圧出力回路としての帯電現像回路２００及び第２の高電圧出力回路としての負極性現像回路３００の回路構成図であり、図４は、同じく帯電・現像・供給バイアス発生部１６１に備えられた出力調整回路としての現像電圧出力調整回路３１４Ｋの回路構成図であり、図５は、同じく帯電・現像・供給バイアス発生部１６１に備えられたトナー供給電圧出力回路３１５Ｋの回路構成図である。
尚、画像形成装置の説明で、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）を区別する場合には、（ ）系統と記述する場合がある。

図３の帯電現像回路２００において、帰還制御回路２０１の一方の入力には、プリンタエンジン制御部１５３（図２）から帯電出力指示電圧Ｖ１が印加され、他方の入力には、後述する出力電圧変換回路２１１からの帰還電圧が印加される。帰還制御回路２０１の出力部は、抵抗２０２，２０４を介して第１のトランスとしての高圧トランス２０７の第１の一次側コイルの一端に接続され、その他端が順方向に接続されたダイオード２０６を介してＮＰＮトランジスタ２０５のベースに接続されている。抵抗２０２と抵抗２０４の接続部は、コンデンサ２０３を介してアースされている。

ＮＰＮトランジスタ２０５は、そのコレクタが高圧トランス２０７の第２の一次側コイルの他端に接続され、エミッタが直接アースされている。高圧トランス２０７の第２の一次側コイルの一端は、直流のプラス電圧電源Ｖｃ（ここでは＋２４Ｖ）に直接接続されている。

高圧トランス２０７の２次側コイルの一端は、ツェナーダイオード２５０のカソードに接続され、ツェナーダイオード２５０と共に同方向に直列接続された他の２つのツェナーダイオード２５１，２５２を介してアースされている。高圧トランス２０７の２次側コイルの他端は、ダイオード２０９のカソードに接続され、ダイオード２０９のアノードが帯電現像回路２００の出力部２１２となると共に、出力電圧変換回路２１１を介して帰還制御回路２０１の他方の入力部に接続されている。尚、ツェナーダイオード２５０，２５１，２５２が定電圧クランプ素子に相当する。

高圧トランス２０７の２次側コイルの両端間には、コンデンサ２０８が接続され、更にダイオード２０９を介してコンデンサ２１０が接続されている。第２ノードとしての出力部２１２は、（Ｋ）系統、（Ｙ）系統、（Ｍ）系統、（Ｃ）系統の第１の負荷としての４つの帯電ローラ１４Ｋ，１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃに電気的に接続されている。尚、４つの帯電ローラ１４Ｋ，１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃは、それぞれ電気的に、一端側が前記出力部２１２に接続されると共に他端側がアース接続される。ここでは、アースが第１ノードに相当する。

一方図３の負極性現像回路３００において、帰還制御回路３０１の一方の入力には、プリンタエンジン制御部１５３（図２）から負極出力指示電圧Ｖ２が印加され、他方の入力には、後述する出力電圧変換回路３１１からの帰還電圧が印加される。帰還制御回路３０１の出力部は、抵抗３０２，３０４を介して第２のトランスとしての高圧トランス３０７の第１の一次側コイルの一端に接続され、その他端が順方向に接続されたダイオード３０６を介してＮＰＮトランジスタ３０５のベースに接続されている。抵抗３０２と抵抗３０４の接続部は、コンデンサ３０３を介してアースされている。

ＮＰＮトランジスタ３０５は、そのコレクタが高圧トランス３０７の第２の一次側コイルの他端に接続され、エミッタが直接アースされている。高圧トランス３０７の第２の一次側コイルの一端は、直流のプラス電圧電源Ｖｃ（ここでは＋２４Ｖ）に直接接続されている。

高圧トランス３０７の２次側コイルの他端は、ツェナーダイオード２５０のカソードに接続されると共に帯電現像回路２００の高圧トランス２０７の２次側コイルの一端に接続され、高圧トランス３０７の２次側コイルの一端は、ダイオード３０９のカソードに接続され、ダイオード３０９のアノードが負極性現像回路３００の出力部３１２となると共に、出力電圧変換回路３１１を介して帰還制御回路３０１の他方の入力部に接続されている。

高圧トランス３０７の２次側コイルの両端間には、ダイオード３０９を介してコンデンサ３１０が接続されている。出力部３１２は、第１の抵抗としての抵抗２６０を介してツェナーダイオード２５０のカソードに接続されると共に、後述するように、（Ｋ）系統、（Ｙ）系統、（Ｍ）系統、（Ｃ）系統の現像電圧出力調整回路３１４及びトナー供給電圧出力回路３１５に接続されている。

各系統の現像電圧出力調整回路３１４及びトナー供給電圧出力回路３１５は、同一の回路構成であるため、ここでは、代表して図４示す（Ｋ）系統の現像電圧出力調整回路３１４Ｋ、及び図５に示すトナー供給電圧出力回路３１５Ｋについて説明する。

図４に示す現像電圧出力調整回路３１４Ｋにおいて、帰還制御回路３３１の一方の入力端子には、プリンタエンジン制御部１５３から現像出力指示電圧Ｖ３が印加され、他方の入力には、後述する出力電圧変換回路３３５からの帰還電圧が印加される。帰還制御回路３３１の出力部は、抵抗３３２を介してＰＮＰトランジスタ３３３のベースに接続され、ＰＮＰトランジスタ３３３のエミッタは、抵抗３３４を介して直流のプラス電圧電源Ｖｃ（ここでは＋２４Ｖ）に接続され、ＰＮＰトランジスタ３３３のコレクタは、出力電圧変換回路３３５を介して帰還制御回路３３１の他方の入力部に接続されている。

更にＰＮＰトランジスタ３３３のコレクタは、直列接続された第１のツェナーダイオードとしてのツェナーダイオード３３６，３３７の内のツェナーダイオード３３６のアノードに接続され、ツェナーダイオード３３７のカソードが現像電圧出力調整回路３１４Ｋの出力部３５０となる。第３ノードとしての出力部３５０は、パラレルに配置された第２の抵抗としての抵抗３３８と第１のダイオードとしてのダイオード３３９（カソードが出力部３５０に接続されている）を介して接続部Ａ（図３）に接続され、（Ｋ）系統の画像形成ユニット１２Ｋ（図１）に配置された第２の負荷としての現像ローラ１６Ｋに電気的に接続されている。
尚、接続部Ａは、便宜上図３に分離して示される接続部Ａ（３１４Ｋ）に繋がるものである。

一方図５に示すトナー供給電圧出力回路３１５Ｋにおいて、帰還制御回路３７１の一方の入力端子には、プリンタエンジン制御部１５３から供給出力指示電圧Ｖ４が印加され、他方の入力には、後述する出力電圧変換回路３７５からの帰還電圧が印加される。帰還制御回路３７１の出力部は、抵抗３７２を介してＰＮＰトランジスタ３７３のベースに接続され、ＰＮＰトランジスタ３７３のエミッタは、抵抗３７４を介して直流のプラス電圧電源Ｖｃ（ここでは＋２４Ｖ）に接続され、ＰＮＰトランジスタ３７３のコレクタは、出力電圧変換回路３７５を介して帰還制御回路３７１の他方の入力部に接続されている。

更にＰＮＰトランジスタ３７３のコレクタは、トナー供給電圧出力回路３１５Ｋの出力部３９０となる。この出力部３９０は、直列に接続された抵抗３７８とダイオード３７９（アノードが抵抗３７８を介して出力部３９０に接続されている）を介して接続部Ｂ（図３）に接続され、（Ｋ）系統の画像形成ユニット１２Ｋ（図１）に配置されたトナー供給ローラ１８Ｋに電気的に接続されている。
尚、接続部Ｂは、便宜上図３に分離して示される接続部Ｂ（３１５Ｋ）に繋がるものである。

以上の回路構成において、先ず各回路の個々の動作について説明する。

図３に示す帯電現像回路２００において、帰還制御回路２０１は、ＮＰＮトランジスタ２０５に流れるコレクタ電流を制御し、コンバータとして動作する高圧トランス２０７の二次側の出力電圧を制御する。コンデンサ２０８，２１０とダイオード２０９で整流される出力部２１２の電圧である出力電圧ＶＯ１は、出力電圧変換回路２１１で降圧及び平滑されて帰還制御回路２０１に帰還することにより、帯電現像回路２００は、全体として非反転型の負帰還増幅器とし動作するように構成されている。

このとき、帰還制御回路２０１は、入力する２つの電圧レベルが一致するように動作し、帯電現像回路２００の増幅率は、出力電圧変換回路２１１の降圧率で決まる。ここでは、入力電圧Ｖ１が＋３．３Ｖ〜０Ｖの範囲で変化するため、オフセットにより、例えば、
入力電圧Ｖ１＝０Ｖのときに、
最大の出力電圧ＶＯ１＝−１２００Ｖ
が出力されるように増幅率が設定されており、入力電圧Ｖ１が＋３．３Ｖに近づくに比例して、マイナスの出力電圧ＶＯ１の絶対値が低下するように構成されている。

尚、入力電圧が所定の閾値を超えて＋３．３Ｖに接近すると、高圧トランス２０７、ＮＰＮトランジスタ２０５を含むコンバータ回路が動作しなくなる。以後、この不動作状態をオフ出力と称す場合がある。このオフ出力時、出力部２１２は、ツェナーダイオード２５０，２５１，２５２を介してアースされた状態となる。

以上の動作により、帯電現像回路２００は、その出力部２１２が
ＶＯ１＝−１２００Ｖ、
ＶＯ１＝−３００Ｖ、
オフ出力
の３つの状態をとるように、入力電圧Ｖ１を生成するプリンタエンジン制御部１５３によって制御される。この出力電圧ＶＯ１は、（Ｋ）、（Ｙ）、（Ｍ）、（Ｃ）の４系統の帯電ローラ１４に印加される。

高圧トランス２０７の２次側コイルの一端とアースに接続された３つのツェナーダイオード２５０，２５１，２５２は、それぞれが７５Ｖのツェナー電圧を有するもので、帯電現像回路２００の出力電圧ＶＯ１が−１２００Ｖ或は−３００Ｖを出力するとき、逆方向電流が流れ、ツェナーダイオード２５０のカソードが＋２２５Ｖとなるように構成されている。

図３に示す負極性現像回路３００は、前記したように基本的に帯電現像回路２００と同様の構成を有し、帯電現像回路２００と同様に、全体として非反転型の負帰還増幅器として動作するように構成され、帰還制御回路３０１は、入力する２つの電圧レベルが一致するように動作し、負極性現像回路３００の増幅率は、出力電圧変換回路３１１の降圧率で決まる。

ここでも、入力電圧Ｖ２が＋３．３Ｖ〜０Ｖの範囲で変化するため、オフセットにより、例えば、
入力電圧Ｖ２＝０Ｖのときに、
最大の出力電圧ＶＯ２＝−６００Ｖ
が出力されるように増幅率が設定されており、入力電圧Ｖ２が＋３．３Ｖに近づくに比例して、マイナスの出力電圧ＶＯ２の絶対値が低下し、更に入力電圧が所定の閾値を超えて＋３．３Ｖに接近すると、オフ出力状態となる。尚、ここでの出力電圧ＶＯ２は、出力部３１２の電圧である。

以上の動作により、負極性現像回路３００は、その出力部３１２が
ＶＯ２＝−６００Ｖ、
オフ出力
の２つの状態をとるように、入力電圧Ｖ２を生成するプリンタエンジン制御部１５３によって制御される。この出力電圧ＶＯ２は、前記したように、（Ｋ）、（Ｙ）、（Ｍ）、（Ｃ）の４系統の現像電圧出力調整回路３１４及びトナー供給電圧出力回路３１５に供給される。

図４に示す現像電圧出力調整回路３１４Ｋは、その接続部Ａが、
（１）負極性現像回路３００が動作して−６００Ｖの出力電圧ＶＯ２を出力しているときには−６００Ｖがそのまま印加された状態となり、
（２）負極性現像回路３００が動作停止してオフ出力状態となり、且つ帯電現像回路２００の出力電圧ＶＯ１が−１２００Ｖ或は−３００Ｖに設定されている間、抵抗２６０を介して＋２２５Ｖが印加された状態となり、
（３）帯電現像回路２００及び負極性現像回路３００が共に動作停止状態のときには開放された状態、
となる。

帰還制御回路３３１は、接続部Ａへの電圧印加を受けて、ＰＮＰトランジスタ３３３のコレクタ電流を制御して、ＰＮＰトランジスタ３３３のコレクタ電圧ＶＣを制御する。コレクタ電圧ＶＣは、出力電圧変換回路３３５で降圧及び平滑されて帰還制御回路３３１に帰還することにより、現像電圧出力調整回路３１４Ｋの帰還回路は、非反転型の負帰還増幅器とし動作するように構成されている。

帰還制御回路３３１は、入力する２つの電圧レベルが一致するように動作し、ここでの帰還回路の増幅率は、出力電圧変換回路３３５の降圧率で決まる。

ここでも、入力電圧Ｖ３が＋３．３Ｖ〜０Ｖの範囲で変化するため、オフセットにより、例えば、接続部Ａが上記（１）の状態、即ち接続部Ａに−６００Ｖが印加されている状態で、
入力電圧Ｖ３＝０Ｖのときに、出力電圧ＶＯ３＝−２６０Ｖ
入力電圧Ｖ３＝３．３Ｖのときに、出力電圧ＶＯ３＝０Ｖ
が出力されるように増幅率が設定されている。

このとき、ＰＮＰトランジスタ３３３のコレクタ電圧ＶＣは、ツェナーダイオード３３６，３３７を流れる順方向電流による順方向電圧分だけ降下した電圧に制御され、抵抗３３８には、この時の電圧降下−（６００−２６０）Ｖを維持する電流が流れる。

一方、例えば接続部Ａに、抵抗２６０（図５）を介して＋２２５Ｖが印加されている状態で、入力電圧Ｖ３＝３．３Ｖとしたとき、オフセットにより
コレクタ電圧ＶＣ＝０Ｖ
が出力されるように構成されている。このとき、現像電圧出力調整回路３１４Ｋの出力部３５０の出力電圧ＶＯ３は、ダイオード３３９を流れる電流がツェナーダイオード３３６，３３７を逆方向電流として流れ、このときに各ツェナーダイオード３３６，３３７に発生する７５Ｖのツェナー電圧でよって、＋１５０Ｖに固定される。

以上の動作により、現像電圧出力調整回路３１４Ｋは、その出力部３５０が
ＶＯ３＝−２６０Ｖ
ＶＯ３＝０Ｖ
ＶＯ３＝＋１５０Ｖ
の３つの状態をとるように、入力電圧Ｖ３を生成するプリンタエンジン制御部１５３によって制御される。
但し、帯電現像回路２００及び負極性現像回路３００が共にオフ出力のとき、出力部３５０はオープン状態となる。

以上のように設定された出力電圧ＶＯ３は、（Ｋ）系統の現像ローラ１６Ｋに印加される。

ここでは、（Ｋ）系統の現像電圧出力調整回路３１４Ｋについて説明したが、他の系統の現像電圧出力調整回路３１４Ｙ，３１４Ｍ、３１４Ｃ（図示せず）も同様にして形成した出力電圧を対応する現像ローラ１６Ｙ、１６Ｍ，１６Ｃに印加する。

図５に示すトナー供給電圧出力回路３１５Ｋは、前記したように、現像電圧出力調整回路３１４Ｋと同一構成の帰還回路を備え、帰還制御回路３７１は、接続部Ｂへの電圧印加（接続部Ａの電圧印加と同じ）を受けて、ＰＮＰトランジスタ３７３のコレクタ電流を制御して、ＰＮＰトランジスタ３７３のコレクタ電圧ＶＣを制御する。コレクタ電圧ＶＣは、出力電圧変換回路３７５で降圧及び平滑されて帰還制御回路３７１に帰還することにより、トナー供給電圧出力回路３１５Ｋの帰還回路は、非反転型の負帰還増幅器とし動作するように構成されている。

帰還制御回路３７１は、入力する２つの電圧レベルが一致するように動作し、ここでの帰還回路の増幅率は、出力電圧変換回路３７５の降圧率で決まる。

ここでも、入力電圧Ｖ３が＋３．３Ｖ〜０Ｖの範囲で変化するため、オフセットにより、例えば、接続部Ｂに−６００Ｖが印加されている状態で、
入力電圧Ｖ４＝０Ｖのときに、
出力電圧ＶＯ４＝−４００Ｖ
が出力されるように増幅率が設定されている。

このとき、トナー供給電圧出力回路３１５Ｋの出力部３９０の出力電圧ＶＯ４（＝ＶＣ）は、−４００Ｖに固定され、抵抗３７８には、電圧降下によりこの電圧を維持する電流が流れる。

以上の動作により、トナー供給電圧出力回路３１５Ｋは、その出力電圧ＶＯ４が
ＶＯ４＝−４００Ｖ
の状態となるように、入力電圧Ｖ４を生成するプリンタエンジン制御部１５３によって制御される。以上のように設定された出力電圧ＶＯ４は、（Ｋ）系統のトナー供給ローラ１８Ｋに印加される。

トナー供給電圧出力回路３１５Ｋでは、プラス電圧を生成する必要がないため、その出力部３９０にツェナーダイオード２５０のカソードにあらわれる+２２５Ｖが印加されないようにダイオード３７９が抵抗３７８と直列に配置されている。

ここでは、（Ｋ）系統のトナー供給電圧出力回路３１５Ｋについて説明したが、他の系統のトナー供給電圧出力回路３１５Ｙ，３１５Ｍ、３１５Ｃ（図示せず）も同様にして形成した出力電圧を対応するトナー供給ローラ１８Ｙ、１８Ｍ，１８Ｃに印加する。

図６は、印刷時に、プリンタエンジン制御部１５３によって制御される、（Ｋ）系統のドラムモータ１５８Ｋ、帯電現像回路２００、負極性現像回路３００、及び（Ｋ）系統の現像電圧出力調整回路３１４Ｋの動作タイミングをあらわすシーケンス動作図である。

同図に示すように、記録用紙３０を印刷する一連の印刷動作過程の中の時刻ｔ１で、（Ｋ）系統の画像形成ユニット１２Ｋの感光体ドラム１３Ｋ等の回転系を駆動するドラムモータ１５８Ｋがオンとなって回転を開始する。このとき帯電現像回路２００及び負極性現像回路３００は、オフ出力状態、即ち各コンバータ回路が不動作となって、各出力部２１２，３１２は、ツェナーダイオード２５０，２５１，２５２を介してアースされた状態となり、このため、現像電圧出力調整回路３１４Ｋの出力部３５０も同様の状態となっている。
尚、図６のシーケンス動作図では、このオフ出力状態を点線で示している。

その後、時刻ｔ２に至ると、帯電現像回路２００の出力電圧ＶＯ１を−３００Ｖとし、このときツェナーダイオード２５０のカソードに生じる+２２５Ｖを、抵抗２６０及びダイオード３３９を介して現像電圧出力調整回路３１４Ｋの出力部３５０に印加する。同時に現像電圧出力調整回路３１４Ｋのトランジスタ３３３のコレクタ電圧ＶＣを０Ｖに設定する。これにより、ツェナーダイオード３３６，３３７に発生したツェナー電圧+１５０Ｖが、出力電圧ＶＯ３として現像ローラ１６Ｋに印加される。

これにより、現像ローラ１６Ｋ上に存在するマイナス帯電したトナーが、現像ローラ１６Ｋに引き付けられて帯電ローラ１４Ｋに移動しないようにする。

尚、この時に帯電現像回路２００の出力電圧ＶＯ１は−３００Ｖであるが、この−３００Ｖを帯電ローラ１４Ｋに印加しても、感光体ドラム１３Ｋが帯電することはない。即ち、この時の帯電現像回路２００の出力電圧ＶＯ１は、感光体ドラム１３Ｋを帯電せず、且つツェナーダイオード２５０のカソードに＋２２５Ｖを発生することが出来る程度の電圧レベルに設定される。

その後時刻ｔ３で、再び各回路の出力部２１２，３１２，３５０が、ツェナーダイオード２５０，２５１，２５２を介してアースされる状態を経た時刻ｔ４に至ると、負極性現像回路３００の出力電圧ＶＯ２を−６００Ｖに設定し、更に時刻ｔ５で帯電現像回路２００の出力電圧ＶＯ１を−１２００Ｖに設定する。これにより時刻ｔ４の時点で、出力電圧ＶＯ２（−６００Ｖ）を、抵抗３３８を介して現像電圧出力調整回路３１４Ｋの出力部３５０に印加し、現像電圧出力調整回路３１４Ｋは、その出力電圧ＶＯ３が０Ｖとなるように、プリンタエンジン制御部１５３から現像出力指示電圧Ｖ３を受けてＰＮＰトランジスタ３３３のコレクタ電圧ＶＣを調整する。

従って、時刻ｔ５の時点で、４系統の帯電ローラ１４に出力電圧（ＶＯ１）−１２００Ｖが印加され、例えば（Ｋ）系統においては、感光体ドラム１３Ｋへの帯電が開始される。ここでは、帯電現像回路２００を起動する時刻ｔ５より前の時刻ｔ４で、負極性現像回路３００を起動して−６００Ｖを生成しているため、不必要なプラス電圧が現像電圧出力調整回路３１４Ｋの出力部３５０に印加されるのを防ぐことができ、誤動作を未然に防止している。

その後、時刻ｔ６に至ると、現像電圧出力調整回路３１４Ｋは、その出力電圧ＶＯ３が−２６０Ｖ程度となるように、プリンタエンジン制御部１５３から現像出力指示電圧Ｖ３を受けてＰＮＰトランジスタ３３３のコレクタ電圧ＶＣを調整する。これにより、−２６０Ｖ（出力電圧ＶＯ３）を現像ローラ１６Ｋに印加して現像を開始する。

その後、転写処理が終了する時刻ｔ７において、現像電圧出力調整回路３１４Ｋは、その出力電圧ＶＯ３が０Ｖとなるように、プリンタエンジン制御部１５３から現像出力指示電圧Ｖ３を受けてＰＮＰトランジスタ３３３のコレクタ電圧ＶＣを調整し、時刻ｔ８にて印刷処理を終了する。

その後、時刻ｔ９にてトナー廃棄工程を開始する。このトナー廃棄工程は、少量のトナーで連続印刷したときに現像部（現像ローラ１６Ｋとトナーが接触する部分）に発生する劣化したトナーを廃棄することを目的とする。このため、−１２００Ｖを帯電ローラ１４Ｋに印加したまま−２６０Ｖを現像ローラ１６Ｋに印加し、トナーを感光体ドラム１３Ｋに移動させる。感光体ドラム１３Ｋに移動したトナーは、更に転写ベルト１０８に移動してベルトクリーニングブレード３２（図１）によって掻き取られ、ベルトクリーナ容器３３に収容される。一方、転写後に感光体ドラム１３Ｋ上に残留する転写残トナーは、クリーニングブレード２７Ｋによって掻き取られる。

これらの一連のトナー除去が終了する時刻ｔ１０で、帯電現像回路２００の出力電圧ＶＯ１を−３００Ｖとして帯電処理を終了し、現像電圧出力調整回路３１４Ｋの出力電圧ＶＯ３を０Ｖとして、トナー廃棄工程を終了する。

次に、時刻ｔ１１で帯電クリーニング工程を開始する。この帯電クリーニング工程では、例えば印刷時に、転写後に感光体ドラム１３Ｋに残留した転写残トナーが、クリーニングブレード２７Ｙでクリーニングされずに帯電ローラ１４Ｋに付着したトナーなど、種々の要因によって帯電ローラ１４Ｋに付着したトナーを廃棄する工程である。

時刻ｔ１１で帯電ローラ１４Ｋに印加する電圧を−３００Ｖとすることにより、帯電ローラ１４Ｋに付着するトナーが感光体ドラム１３Ｋに移動しやすくする。感光体ドラム１３に移動したトナーは、更に転写ベルト１０８に移動してベルトクリーニングブレード３２（図１）によって掻き取られ、ベルトクリーナ容器３３に収容される。一方、転写後に感光体ドラム１３Ｋ上に残留する転写残トナーは、クリーニングブレード２７Ｋによって掻き取られる。

また、帯電クリーニング工程の間、現像ローラ１６Ｋには＋１５０Ｖが印加されており、これにより、現像ローラ１６Ｋ側のトナーが感光体ドラム１３Ｋに移動することがなく帯電ローラ１４Ｋのクリーニングを円滑に実行することができる。

これらの一連の帯電クリーニングが終了する時刻ｔ１２で、帯電現像回路２００の出力部３１２がオフ出力状態となって、各回路の出力部２１２，３１２，３５０が、ツェナーダイオード２５０，２５１，２５２を介してアースされた状態となって帯電クリーニング工程を終了する。

ここでは、（Ｋ）系統の印刷、トナー廃棄、帯電クリーニング工程について説明したが、（Ｙ）、（Ｍ）、（Ｃ）の各系統も、所定のタイミングで同様の処理過程が実行されるものである。また、これらの印刷、トナー廃棄、帯電クリーニングの一連の各工程は、ここでは一枚の記録用紙３０の印刷毎に繰り返し実行される。

尚、本実施の形態では、正極性の電圧を定電圧クランプする素子として、ツェナーダイオード２５０〜２５２を例に説明したが、これに限定されるものではなく、バリスタなどの他の素子でも適用可能である。

以上のように、本実施の形態の高圧電源装置によれば、帯電現像回路２００、負極性現像回路３００によって出力される出力電圧に基づいて、現像電圧出力調整回路３１４が、プラス、マイナスの両極に変位する両極性電圧を現像ローラ１６に印加できるため、回路構成を簡素化した高圧電源装置によって、印刷、トナー廃棄、帯電クリーニングの各工程において、適切な電圧を帯電ローラ１４、現像ローラ１６に印加することが出来る。

上記した実施の形態では、本発明を、電子写真カラープリンタとしての画像形成装置に採用した例を示したが、本発明はこれ等に限定されるものではなく、複写機、ファクシミリ、ＭＦＰ等の画像処理装置にも利用可能である。またカラープリンタについて説明したが、モノクロプリンタであってもよい。

１１ 画像形成装置、 １２ 画像形成ユニット、 １３ 感光体ドラム、 １４ 帯電ローラ、 １５ ＬＥＤヘッド、 １６ 現像ローラ、 １７ 転写ローラ、 １８ トナー供給ローラ、 １９ 現像ブレード、 ２０ トナーカートリッジ、 ２１ 転写ユニット、 ２１ａ 転写ベルト駆動ローラ、 ２１ｂ 転写ベルト従動ローラ、 ２２ ホッピングローラ、 ２３ レジストローラ対、 ２４ 用紙収容カセット、 ２５ 用紙検出センサ、 ２６ 転写ベルト、 ２７ クリーニングブレード、 ２８ 定着器、 ２９ 用紙スタッカ部、 ３０ 記録用紙、 ３１ 用紙ガイド、 ３２ ベルトクリーニングブレード、 ３３ ベルトクリーナ容器、 １５０ ホストインターフェース部、 １５１ コマンド／画像処理部、 １５２ ＬＥＤヘッドインターフェース部、 １５３ プリンタエンジン制御部、 １５４ ホッピングモータ、 １５５ レジストモータ、 １５６ ベルトモータ、 １５７ 定着器モータ、 １５８ ドラムモータ（Ｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃ）、 １５９ 定着器ヒータ、 １６１ 帯電・現像・供給バイアス発生部、 １６３ 転写バイアス発生部、 １６５ サーミスタ、 １８０ 高圧発生部、 ２００ 帯電現像回路、 ２０１ 帰還制御回路、 ２０２ 抵抗、 ２０３ コンデンサ、 ２０４ 抵抗、 ２０５ ＮＰＮトランジスタ、 ２０６ ダイオード、 ２０７ 高圧トランス、 ２０８ コンデンサ、 ２０９ ダイオード、 ２１０ コンデンサ、 ２１１ 出力電圧変換回路、 ２１２ 出力部、 ２５０ ツェナーダイオード、 ２５１ ツェナーダイオード、 ２５２ ツェナーダイオード、 ２６０ 抵抗、 ３００ 負極性現像回路、 ３０１ 帰還制御回路、 ３０２ 抵抗、 ３０３ コンデンサ、 ３０４ 抵抗、 ３０５ ＮＰＮトランジスタ、 ３０６ ダイオード、 ３０７ 高圧トランス、 ３０９ ダイオード、 ３１０ コンデンサ、 ３１１ 出力電圧変換回路、 ３１２ 出力部、 ３１４Ｋ 現像電圧出力調整回路、 ３１５Ｋ トナー供給電圧出力回路、 ３３１ 帰還制御回路、 ３３２ 抵抗、 ３３３ ＰＮＰトランジスタ、 ３３４ 抵抗、 ３３５ 出力電圧変換回路、 ３３６ ツェナーダイオード、 ３３７ ツェナーダイオード、 ３３８ 抵抗、 ３３９ ダイオード、 ３５０ 出力部、 ３７１ 帰還制御回路、 ３７２ 抵抗、 ３７３ ＰＮＰトランジスタ、 ３７４ 抵抗、 ３７５出力電圧変換回路、 ３７８ 抵抗、 ３７９ ダイオード、 ３９０ 出力部。

Claims (13)

1. 第１ノードと第２ノードの間に接続する第１負荷と、前記第１ノードと第３ノードの間に接続する第２負荷に電圧を出力させる高圧電源装置において、
   一方の出力部を第１極性の電圧でクランプする電圧クランプ素子を介して前記第１ノード側と接続し、他方の出力部を前記第２ノード側と接続することで前記電圧クランプ素子側と前記第２ノード間に接続し、前記第１極性とは逆極性となる第２極性の第１電圧を、前記第１負荷に出力可能とする第１の高電圧出力回路と、
   一方の出力部を前記電圧クランプ素子の前記第１の高電圧出力回路側に接続し、他方の出力部を出力調整回路に接続し、前記第２極性の第２電圧を印加可能とする第２の高電圧出力回路と
   を備え、
   前記出力調整回路は、前記第３ノード側に接続して、前記電圧クランプ素子よる電圧と前記第２電圧とを用いて、前記第１極性又は第２極性の電圧を調整し、前記第１ノードと前記第３ノードとの間に接続する前記第２負荷に出力することを特徴とする高圧電源装置。
2. 前記第１の高電圧出力回路の前記一方の出力部及び前記第２の高電圧出力回路の前記一方の出力部は、第１の抵抗を介して前記第２の高電圧出力回路の前記他方の出力部に接続され、
   前記第２の高電圧出力回路の前記他方の出力部は、第２の抵抗を介して前記出力調整回路の出力部に接続され、且つカソードが前記出力調整回路の前記出力部に接続された第１のダイオードのアノードに接続されている
   ことを特徴とする請求項１記載の高圧電源装置。
3. 前記出力調整回路は、前記出力部にカソードが接続された第１のツェナーダイオードを介して前記出力部の電圧を制御することを特徴とする請求項２記載の高圧電源装置。
4. 前記第１の高電圧出力回路の一方の出力部は、前記第１の高電圧出力回路を構成する第１のトランスの２次側コイルの一端側に接続され、前記第１の高電圧出力回路の他方の出力部は、前記第１の高電圧出力回路を構成する第１のトランスの２次側コイルの他端側に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の高圧電源装置。
5. 前記第２の高電圧出力回路の一方の出力部は、前記第２の高電圧出力回路を構成する第２のトランスの２次側コイルの一端側に接続され、前記第２の高電圧出力回路の他方の出力部は、前記第２の高電圧出力回路を構成する第２のトランスの２次側コイルの他端側に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の高圧電源装置。
6. 前記電圧クランプ素子は第２の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５の何れかに記載の高圧電源装置。
7. 前記第１ノードは、アースされていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の高圧電源装置。
8. 前記第１極性はプラスで、前記電圧クランプ素子は第１のプラス電圧をクランプし、前記第２極性はマイナスで、前記第１の高電圧出力回路は、前記第２極性の第１電圧として第１のマイナス電圧を出力し、前記第２の高電圧出力回路は、前記第２極性の第２電圧として第２のマイナス電圧を出力することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の高圧電源装置。
9. 請求項１乃至７の何れかの高圧電源装置と、
   前記高圧電源装置の出力を制御する制御回路と
   を有し、
   前記第１負荷が帯電ローラであり、
   前記第２負荷が現像ローラである
   ことを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項８の高圧電源装置と、
    前記高圧電源装置の出力を制御する制御回路と
    を有し、
    前記第１負荷が帯電ローラであり、
    前記第２負荷が現像ローラである
    ことを特徴とする画像形成装置。
11. 前記制御回路は、
    前記第１の高電圧出力回路を制御して、前記第１のマイナス電圧のレベルを、帯電を行う第１のレベルと帯電を行わない第２のレベルに設定し、
    前記第２の高電圧出力回路を制御して、前記第２のマイナス電圧のレベルを、現像に必要なレベル以上に設定し、
    前記出力調整回路を制御して、前記現像ローラに印加する出力電圧を、現像に必要なレベルのマイナス電圧と、プラス電圧とに切り替える
    ことを特徴とする請求項１０記載の画像形成装置。
12. 前記第１のマイナス電圧のレベルを、前記第１のレベルとする前に、前記第２のマイナス電圧を出力することを特徴とする請求項１１記載の画像形成装置。
13. 前記第１のマイナス電圧のレベルを、前記第２のレベルとし、前記出力調整回路の前記出力電圧をプラス電圧として前記帯電ローラに付着するトナーのクリーニングを行うことを特徴とする請求項１１又は１２記載の画像形成装置。

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