JP2018049172A - Image forming apparatus and bias power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像形成装置及びバイアス電源装置に関する。 The present invention relates to an image forming apparatus and a bias power supply apparatus.
画像形成装置の備える電源装置に、高周波変調方式、所謂D級アンプ方式の交流高電圧電源装置が用いられるようになってきた。高周波変調方式の交流高電圧電源装置はB級アンプ方式と比較してトランジスタの飽和領域での動作が可能となり損失が小さいため、省エネルギー化及び小型化に有効である。 A high-frequency modulation type, so-called class D amplifier type AC high-voltage power supply device has come to be used for a power supply device included in an image forming apparatus. A high-frequency modulation AC high-voltage power supply device can operate in the saturation region of the transistor and has low loss compared to the class B amplifier method, and is therefore effective for energy saving and miniaturization.
特許文献1には、共振周波数信号の周波数を出力信号周波数信号の周波数の整数倍とすることで、出力変動を抑制する高圧電源装置が記載されている。
ところで、高周波変調方式の交流高電圧電源装置を画像形成装置のバイアス電源に用いた場合、出力される交流高電圧信号に対して、スイッチ素子のスイッチングに用いる変調信号を生成するクロック信号に波形揺れが生じると、変調信号と交流高電圧信号とが干渉し、形成される画像に濃淡の縞が顕在化するおそれがある。
本発明の目的は、変調信号の源振に発振子を用いない場合に比べて、形成される画像に発生する濃淡の縞の顕在化を抑制した画像形成装置などを提供することにある。
By the way, when a high-frequency modulation AC high-voltage power supply device is used as a bias power supply for an image forming apparatus, the waveform of the output AC high-voltage signal fluctuates in a clock signal that generates a modulation signal used for switching of a switch element. If this occurs, the modulation signal and the AC high voltage signal interfere with each other, and there is a risk that gray stripes will appear in the formed image.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image forming apparatus that suppresses the appearance of light and shade stripes generated in an image to be formed as compared with a case where an oscillator is not used for source oscillation of a modulation signal.
請求項1に記載の発明は、像保持体と、前記像保持体を帯電する帯電部と、前記帯電部により帯電された前記像保持体を露光し、当該像保持体に静電潜像を形成する露光部と、前記露光部により露光され前記像保持体に形成された静電潜像を現像する現像部と、前記現像された画像を被転写体に転写する転写部とを、備え、前記帯電部及び前記現像部の少なくとも一方は、交流と直流とを重畳した電界を用い、当該電界は、一次巻線と二次巻線とを有し、当該一次巻線に電流が供給されることにより、当該二次巻線から交流出力信号を出力するトランスと、スイッチ素子を有し、受信した変調出力信号に基づいて当該スイッチ素子をスイッチングさせて前記トランスの前記一次巻線に電流を供給するスイッチ回路と、前記交流出力信号の周波数を設定する周波数設定信号と、変調信号とを受信してパルス幅変調された前記変調出力信号を生成する変調回路と、を備えたバイアス電源によって生成され、前記周波数設定信号及び前記変調信号は、発振子を源振として生成されることを特徴とする画像形成装置である。
請求項2に記載の発明は、前記発振子は、前記周波数設定信号の源振である第1の発振子と、前記変調信号の源振である第2の発振子とであることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置である。
請求項3に記載の発明は、前記第1の発振子は、交流出力信号の電流を設定する交流電流設定信号の源振であることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置である。
請求項4に記載の発明は、前記発振子は、前記周波数設定信号及び前記変調信号の共通の源振であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置である。
請求項5に記載の発明は、前記発振子は、交流出力信号の電流を設定する交流電流設定信号の源振であることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置である。
請求項6に記載の発明は、一次巻線と二次巻線とを有し、当該一次巻線に電流が供給されることにより、当該二次巻線から交流出力信号を出力するトランスと、スイッチ素子を有し、受信した変調出力信号に基づいて当該スイッチ素子をスイッチングさせて前記トランスの前記一次巻線に電流を供給するスイッチ回路と、前記交流出力信号の周波数を設定する周波数設定信号と、変調信号とを受信してパルス幅変調された前記変調出力信号を生成する変調回路と、を備え、前記周波数設定信号及び前記変調信号は、発振子を源振として生成されることを特徴とするバイアス電源装置である。
According to the first aspect of the present invention, an image holding member, a charging unit that charges the image holding member, and the image holding member charged by the charging unit are exposed, and an electrostatic latent image is formed on the image holding member. An exposure unit to be formed; a developing unit that develops an electrostatic latent image that is exposed by the exposure unit and formed on the image holding body; and a transfer unit that transfers the developed image to a transfer target. At least one of the charging unit and the developing unit uses an electric field in which alternating current and direct current are superimposed, and the electric field has a primary winding and a secondary winding, and current is supplied to the primary winding. Thus, a transformer that outputs an AC output signal from the secondary winding and a switch element are provided, and the switch element is switched based on the received modulation output signal to supply a current to the primary winding of the transformer. A switching circuit that performs the frequency of the AC output signal And a modulation circuit that receives the modulation signal and generates the modulation output signal that has been subjected to pulse width modulation, and the frequency setting signal and the modulation signal are generated by a bias power source. An image forming apparatus is generated using an oscillator as a source oscillation.
The invention according to claim 2 is characterized in that the oscillator is a first oscillator that is a source oscillation of the frequency setting signal and a second oscillator that is a source oscillation of the modulation signal. The image forming apparatus according to
The invention according to
The invention according to claim 4 is the image forming apparatus according to
The invention according to claim 5 is the image forming apparatus according to claim 4, wherein the oscillator is a source oscillation of an alternating current setting signal for setting a current of an alternating current output signal.
The invention according to claim 6 has a primary winding and a secondary winding, and when a current is supplied to the primary winding, a transformer that outputs an AC output signal from the secondary winding; A switch circuit that has a switch element, switches the switch element based on the received modulated output signal, and supplies a current to the primary winding of the transformer; and a frequency setting signal that sets a frequency of the AC output signal; A modulation circuit that receives the modulation signal and generates the modulation output signal that is pulse-width modulated, wherein the frequency setting signal and the modulation signal are generated using an oscillator as a source oscillation. This is a bias power supply device.
請求項1の発明によれば、変調信号の源振に発振子を用いない場合に比べて、形成される画像に発生する濃淡の縞の顕在化が抑制される。
請求項2の発明によれば、発振子を複数設けない場合に比べて、分周比の設定が容易になる。
請求項3の発明によれば、発振子を共通にしない場合に比べて、別の基準信号を設けることを要しない。
請求項4の発明によれば、発振子を共通にしない場合に比べて、部品実装面積及び部品コストが削減される。
請求項5の発明によれば、発振子を共通にしない場合に比べて、別の基準信号を設けることを要しない。
請求項6の発明によれば、変調信号の源振に発振子を用いない場合に比べて、信号間による干渉が抑制できる。
According to the first aspect of the invention, compared to the case where the oscillator is not used for the source oscillation of the modulation signal, the appearance of gray stripes generated in the formed image is suppressed.
According to the second aspect of the present invention, the frequency division ratio can be easily set as compared with the case where a plurality of oscillators are not provided.
According to the invention of
According to the invention of claim 4, the component mounting area and the component cost are reduced as compared with the case where the resonator is not shared.
According to the fifth aspect of the present invention, it is not necessary to provide another reference signal as compared with the case where the resonator is not shared.
According to the invention of claim 6, interference between signals can be suppressed as compared with a case where an oscillator is not used for source oscillation of a modulation signal.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
{第1の実施の形態}
<画像形成装置1>
図1は、第1の実施の形態が適用される画像形成装置1の全体構成の一例を示す図である。図1に示す画像形成装置1は、一般にタンデム型と呼ばれる画像形成装置である。この画像形成装置1は、各色の画像データに対応して画像形成を行なう画像形成プロセス部10、画像形成プロセス部10を制御する画像出力制御部30、例えばパーソナルコンピュータ(PC)2や画像読取装置3に接続され、これらから受信された画像データに対して予め定められた画像処理を施す画像処理部40を備える。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
{First embodiment}
<
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of an
画像形成プロセス部10は、予め定められた間隔を置いて並列的に配置される複数の画像形成ユニット11Y、11M、11C、11Kを備える。画像形成ユニット11Y、11M、11C、11Kをそれぞれ区別しないときは、画像形成ユニット11と表記する。
画像形成ユニット11Kは、静電潜像を形成してトナー像を保持する感光体ドラム12K、感光体ドラム12Kの表面を予め定められた電圧(帯電バイアス(帯電電界))に帯電する帯電ロール13K、帯電ロール13Kによって帯電された感光体ドラム12Kを露光するプリントヘッド14K、プリントヘッド14Kによって得られた静電潜像を現像する現像器15Kを備える。
さらに、帯電ロール13Kには感光体ドラム12Kを帯電するための帯電バイアスを供給する帯電バイアス電源ユニット13aKが、現像器15Kには現像器15Kに予め定められた電圧(現像バイアス(現像電界))を供給するための現像バイアス電源ユニット15aKが、それぞれ接続されている。
The image
The
Further, a charging bias power supply unit 13aK for supplying a charging bias for charging the photosensitive drum 12K to the
他の画像形成ユニット11Y、11M、11Cも、同様に構成されている。すなわち、他の画像形成ユニット11Y、11M、11Cでは、画像形成ユニット11Kにおける感光体ドラム12K、帯電ロール13K、プリントヘッド14K、現像器15K、帯電バイアス電源ユニット13aK、現像バイアス電源ユニット15aKのそれぞれのKをY、M、Cに置き換えればよい。これらをそれぞれ区別しないときは、感光体ドラム12、帯電ロール13、プリントヘッド14、現像器15、帯電バイアス電源ユニット13a、現像バイアス電源ユニット15aと表記する。
ただし、現像器15K、15Y、15M、15Cは、収納されたトナーが異なる。これにより、画像形成ユニット11Y、11M、11C、11Kは、それぞれがイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)のトナー像を形成する。
ここで、帯電ロール13は帯電部の一例、感光体ドラム12は像保持体の一例、プリントヘッド14は露光部の一例、現像器15は現像部の一例である。
The other
However, the developers 15K, 15Y, 15M, and 15C differ in the stored toner. As a result, the
Here, the charging roll 13 is an example of a charging unit, the photosensitive drum 12 is an example of an image carrier, the print head 14 is an example of an exposure unit, and the developing device 15 is an example of a developing unit.
ここで、帯電ロール13は、例えば金属製シャフト表面にエピクロルヒドリンゴム層を形成し、さらにこのエピクロルヒドリンゴム層の表面に酸化錫の導電粉を含有させたポリアミドを厚さ3μmほどコートしたものである。
さらに、感光体ドラム12は、例えば金属製の薄肉の円筒形ドラムの表面に有機感光層を形成したもので、有機感光層が負極性に帯電するように構成されている。そして、現像器15による現像は反転現像方式にて行われる。したがって、現像器15で使用されるトナーは負極性帯電タイプのものである。
Here, the charging roll 13 is formed, for example, by forming an epichlorohydrin rubber layer on the surface of a metal shaft and further coating the surface of the epichlorohydrin rubber layer with polyamide containing tin oxide conductive powder to a thickness of about 3 μm.
Further, the photosensitive drum 12 is formed by forming an organic photosensitive layer on the surface of a thin cylindrical drum made of metal, for example, and is configured such that the organic photosensitive layer is negatively charged. The development by the developing device 15 is performed by a reversal development method. Accordingly, the toner used in the developing device 15 is of the negative charge type.
帯電ロール13に帯電バイアスを供給するために、帯電バイアス電源ユニット13aが出力する電圧は、例えば、周波数が2kHzでピーク・ツー・ピーク値(p−p値)が2kVの交流(AC)電圧(後述する交流出力電圧Vac)に−600Vの直流(DC)電圧(後述する直流出力電圧Vdc)を重畳したものである。
また、現像器15に現像バイアスを供給するために、現像バイアス電源ユニット15aが出力する電圧は、例えば、周波数が8kHzでp−p値が1kVのAC電圧に−500VのDC電圧が重畳されたものである。
In order to supply a charging bias to the charging roll 13, the voltage output from the charging bias power supply unit 13a is, for example, an alternating current (AC) voltage having a frequency of 2 kHz and a peak-to-peak value (pp value) of 2 kV ( A direct current (DC) voltage of -600 V (a direct current output voltage Vdc described later) is superimposed on an alternating current output voltage Vac described later.
Further, in order to supply a developing bias to the developing device 15, the voltage output from the developing bias power supply unit 15a is, for example, a DC voltage of −500 V superimposed on an AC voltage having a frequency of 8 kHz and a pp value of 1 kV. Is.
第1の実施の形態における帯電バイアス電源ユニット13a及び現像バイアス電源ユニット15aは、後述するようにスイッチ素子をスイッチング(オンオフ)させて交流又は直流の高電圧の出力電力を得る高周波変調方式(D級アンプ方式)のスイッチング電源である。
高周波変調方式のスイッチング電源は省エネルギー化に有効なものとなっている。
The charging bias power supply unit 13a and the developing bias power supply unit 15a in the first embodiment are a high-frequency modulation method (class D) that switches (turns on and off) the switching element to obtain AC or DC high-voltage output power as will be described later. (Amplifier type) switching power supply.
High frequency modulation switching power supplies are effective for energy saving.
また、画像形成装置1は、各画像形成ユニット11Y、11M、11C、11Kにて形成された各色のトナー像を被転写体の一例としての記録用紙に多重転写させるために、この記録用紙を搬送する用紙搬送ベルト21と、用紙搬送ベルト21を駆動させるロールである駆動ロール22と、感光体ドラム12のトナー像を記録用紙に転写させる転写部の一例としての転写ロール23と、記録用紙にトナー像を定着させる定着器24とを備える。
Further, the
この画像形成装置1において、画像形成プロセス部10は、画像出力制御部30から供給される各種の制御信号に基づいて画像形成動作を行う。そして、画像出力制御部30による制御の下で、パーソナルコンピュータ(PC)2や画像読取装置3から受信した画像データは、画像処理部40によって画像処理が施され、各画像形成ユニット11Y、11M、11C、11Kに供給される。そして、例えば黒(K)色の画像形成ユニット11Kでは、感光体ドラム12Kが矢印A方向に回転しながら、帯電ロール13Kにより予め定められた帯電バイアスに帯電され、画像処理部40から供給された画像データに基づいて発光するプリントヘッド14Kにより露光される。これにより、感光体ドラム12K上には、黒(K)色画像に関する静電潜像が形成される。そして、感光体ドラム12K上に形成された静電潜像は、現像器15Kにより現像され、感光体ドラム12K上には黒(K)色のトナー像が形成される。
In the
ここでは反転現像方式を用いている。感光体ドラム12Kの表面は、帯電バイアス(例えば、AC電圧が重畳されたDC電圧の−600V)に帯電されている。プリントヘッド14Kにより画像が書き込まれると、感光体ドラム12K表面の電気導電率が大きくなり、プリントヘッド14Kにより光が照射された部分の電圧が、例えば−600Vから−200Vになる。一方、トナーを収納する現像器15Kには、現像バイアス(例えば、AC電圧が重畳されたDC電圧の−500V)が供給されている。すると、負極性帯電タイプのトナーは、感光体ドラム12Kの表面の電圧が−200Vの部分に付着する。このようにして、各色のトナー像が形成される。
画像形成ユニット11Y、11M、11Cにおいても、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色トナー像が形成される。
Here, the reversal development method is used. The surface of the photosensitive drum 12K is charged with a charging bias (for example, −600 V of a DC voltage on which an AC voltage is superimposed). When an image is written by the
In the
各画像形成ユニット11で形成された各色トナー像は、矢印B方向に移動する用紙搬送ベルト21の移動に伴って供給された記録用紙に、転写ロール23に印加された転写電界(転写バイアス)により、順次静電転写され、記録用紙上に各色トナーが重畳された合成トナー像が形成される。
その後、合成トナー像が静電転写された記録用紙は、定着器24まで搬送される。定着器24に搬送された記録用紙上の合成トナー像は、定着器24によって熱及び圧力による定着処理を受けて記録用紙上に定着され、画像形成装置1から排出される。
Each color toner image formed by each
Thereafter, the recording paper on which the synthetic toner image is electrostatically transferred is conveyed to the fixing
なお、図1に示した画像形成装置1は、それぞれがイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)に対応する画像形成ユニット11Y、11M、11C、11Kを備えるとした。画像形成装置1は、一つの画像形成ユニット11を備えたものであってもよい。また、画像形成装置1は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)以外の色の画像形成ユニット11を備えていてもよい。
The
<バイアス電源装置100>
[バイアス電源装置100のブロック構成]
ここでは、バイアス電源装置100は、一例として帯電バイアス電源ユニット13aKが構成された電源基板110と、後述するクロック信号S01と交流電流設定信号S3を供給する信号生成基板120とを備えるとする。また、バイアス電源装置100は、帯電バイアス電源ユニット13aKの代わりに、他の帯電バイアス電源ユニット13aY、13aM、13aCのいずれかであってもよい。
また、信号生成基板120は、帯電バイアス電源ユニット13aY、13aM、13aC、13aKのそれぞれの電源基板110に共通に設けられてもよく、帯電バイアス電源ユニット13aY、13aM、13aC、13aKのそれぞれの電源基板110に対してそれぞれ設けられてもよい。
<Bias
[Block Configuration of Bias Power Supply Device 100]
Here, it is assumed that the bias
Further, the
また、バイアス電源装置100は、他の一例として、帯電バイアス電源ユニット13aKの代わりに現像バイアス電源ユニット15aKとしてもよい。また、現像バイアス電源ユニット15aKの代わりに、他の現像バイアス電源ユニット15aY、15aM、15aCのいずれか1つを備えるとしてもよい。
バイアス電源装置100は、帯電バイアス電源ユニット13aと現像バイアス電源ユニット15aとを置き換えても、同様に動作する。
Further, as another example, the bias
The bias
以下では、バイアス電源装置100は、一例として、帯電バイアス電源ユニット13aKが構成された電源基板110と信号生成基板120とを備えるとして説明する。この場合、バイアス電源装置100は、帯電ロール13Kを負荷とする。
Hereinafter, the bias
図2は、帯電バイアス電源ユニット13aKが構成された電源基板110と信号生成基板120とを備えるバイアス電源装置100のブロック構成の一例を説明する図である。
帯電バイアス電源ユニット13aKが構成された電源基板110(以下では、帯電バイアス電源ユニット13aKと表記する。)は、交流出力部1200と直流出力部1250とを備える。
信号生成基板120は、発振子81と分周器71、72とを備える。発振子81は、基準信号S0を生成し、分周器71、72に送信する。分周器71は、基準信号S0を予め定められた分周比で分周した交流電流設定信号S3を、交流出力部1200の後述するアナログ電圧変換回路1201に送信する。また、分周器72は、基準信号S0を予め定められた分周比で分周したクロック信号S01を、交流出力部1200の後述する第1ローパスフィルタ1203に送信する。
クロック信号S01は、後述する交流出力信号S38の周波数を設定する。交流電流設定信号S3は、交流出力信号S38の電流Iacを設定する。
発振子81は、クロック信号S01及び交流電流設定信号S3の源振であって、発振子81の生成する基準信号S0を分周することにより、クロック信号S01及び交流電流設定信号S3の周波数が設定される。
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a block configuration of the bias
A power supply substrate 110 (hereinafter, referred to as a charging bias power supply unit 13aK) on which the charging bias power supply unit 13aK is configured includes an
The
The clock signal S01 sets the frequency of an AC output signal S38 to be described later. The AC current setting signal S3 sets the current Iac of the AC output signal S38.
The
画像出力制御部30は、直流出力部1250に直流電圧設定信号S4を送信する。また、画像出力制御部30は、分周器71、72及び後述する分周器73のそれぞれの分周比を設定する。
The image
基準信号S0及びクロック信号S01は、デューティ比50%の矩形波信号である。交流電流設定信号S3は、パルス幅が変調されたパルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)信号である。
なお、交流電流設定信号S3は、直流電圧設定信号S4と同様に、画像出力制御部30が送信してもよい。
The reference signal S0 and the clock signal S01 are rectangular wave signals with a duty ratio of 50%. The alternating current setting signal S3 is a pulse width modulation (PWM) signal in which the pulse width is modulated.
Note that the AC output setting signal S3 may be transmitted by the image
発振子81は、例えば水晶発振子(水晶振動子)、セラミック発振子(セラミック振動子)など、環境温度の変化(温度ドリフト)に対して発振周波数の変動が抑制された素子であればよい。
The
次に、バイアス電源装置100のブロック構成を詳細に説明する。
交流出力部1200及び直流出力部1250は、共にスイッチ素子をスイッチング(オンオフ)することにより高電圧の出力電力を発生するスイッチング電源である。なお、図2では、一例として、交流出力部1200は他励方式、直流出力部1250は自励方式であるとする。
Next, the block configuration of the bias
The
帯電バイアス電源ユニット13aKの交流出力部1200は、アナログ電圧変換回路1201、増幅回路1202、第1ローパスフィルタ1203、変調回路1204、駆動回路1205、スイッチ回路1206、第2ローパスフィルタ1207、トランス1208、交流電流検出回路1209、交流電圧検出回路1210、積分回路1212、発振子82及び分周器73を備える。
なお、図2では、帯電バイアス電源ユニット13aKの直流出力部1250については、ブロック構成の表記を省略している(後述する図3参照。)。
The
In FIG. 2, the block configuration is not shown for the
以下では、交流出力部1200の構成を、信号の送受信の関係及び動作の概要とで説明する。
アナログ電圧変換回路1201は、信号生成基板120から交流電流設定信号S3を受信する。交流電流設定信号S3は、前述したようにPWM信号であって、デューティ比によりトランス1208が出力する交流(正弦波)電流Iacの値を設定する。このデューティ比は、例えば、3%〜100%である。
そして、アナログ電圧変換回路1201は、受信した交流電流設定信号S3のデューティ比に対応した電圧の信号(以下、アナログ電圧信号S31と表記する。)を生成し、増幅回路1202に送信する。
Below, the structure of the alternating
The analog
Then, the analog
増幅回路1202は、アナログ電圧変換回路1201からのアナログ電圧信号S31と、交流電流検出回路1209からの検出信号S51とを受信する。なお、交流電流検出回路1209については後述する。
そして、増幅回路1202は、アナログ電圧信号S31の電圧と検出信号S51の電圧との差を増幅し、誤差増幅信号S32を生成し、第1ローパスフィルタ1203に送信する。
The
Then, the
第1ローパスフィルタ1203は、クロック信号S01と、増幅回路1202が送信する誤差増幅信号S32とを受信する。そして、第1ローパスフィルタ1203は、クロック信号S01から交流成分を取り出すとともに、ローパスフィルタにより高周波成分を遮断した周波数設定信号S33を生成し、変調回路1204に送信する。なお、この周波数設定信号S33は、正弦波に近い波形になっている。そして、その振幅(p−p値)は、誤差増幅信号S32によって設定される。
The first low-
周波数設定信号S33の周波数は、トランス1208が出力する交流出力信号S38の周波数を設定する。なお、交流出力信号S38は、交流出力電圧Vac、交流出力電流Iacである。
周波数設定信号S33は、デューティ比50%の矩形波信号であるクロック信号S01から正弦波成分を取り出した信号であるので、周波数設定信号S33の周波数は、クロック信号S01の繰り返し周波数である。
The frequency of the frequency setting signal S33 sets the frequency of the AC output signal S38 output from the
Since the frequency setting signal S33 is a signal obtained by extracting a sine wave component from the clock signal S01 that is a rectangular wave signal with a duty ratio of 50%, the frequency of the frequency setting signal S33 is a repetition frequency of the clock signal S01.
変調回路1204は、第1ローパスフィルタ1203から周波数設定信号S33を受信し、積分回路1212から変調信号S11を受信する。変調信号S11は、例えば三角波である。
なお、変調信号S11は、発振子82が送信する基準信号S1を、分周器73が予め定められた分周比で分周し、積分回路1212にて三角波とした信号である。分周器73の分周比は、画像出力制御部30によって設定される。変調信号S11を生成する、発振子82、分周器73及び積分回路1212については、後述する図4で説明する。
The
The modulation signal S11 is a signal obtained by dividing the reference signal S1 transmitted from the
そして、変調回路1204は、周波数設定信号S33の電圧と変調信号S11の電圧とを比較し、変調信号S11の電圧が周波数設定信号S33の電圧以上の期間と周波数設定信号S33の電圧未満の期間とで電圧が異なる変調出力信号S34を生成し、駆動回路1205に送信する。後述するように、変調出力信号S34は、変調信号S11の電圧と周波数設定信号S33との電圧差によってパルス幅が設定されるPWM信号となる。
Then, the
駆動回路1205は、変調回路1204から変調出力信号S34を受信し、スイッチ回路1206を駆動する駆動信号S35に変換して、駆動信号S35をスイッチ回路1206に送信する。駆動信号S35も後述するようにPWM信号である。
スイッチ回路1206は、後述する2つの電界効果トランジスタFET1、FET2をスイッチ素子として備える(後述する図3参照)。駆動信号S35は、PWM信号であって、スイッチ回路1206の電界効果トランジスタFET1、FET2が、交互にオンオフを繰り返す(スイッチングする)。これにより、スイッチ回路1206が第2ローパスフィルタ1207に送信するスイッチ出力信号S36は、駆動信号S35に追従したPWM信号となる。
The
The
第2ローパスフィルタ1207は、スイッチ回路1206から受信したスイッチ出力信号S36の高周波成分を遮断して正弦波信号S37を生成し、トランス1208に送信する。
The second low-
トランス1208は、一次巻線と二次巻線とを有し、一次巻線は第2ローパスフィルタ1207から正弦波信号S37を受信する。トランス1208の二次巻線は、巻線比(一次巻線と二次巻線との巻線比)で設定される交流出力電圧Vac(交流出力電流Iac)の交流出力信号S38を出力する。
The
なお、交流出力信号S38(交流出力電圧Vac(交流出力電流Iac))は、直流出力部1250が出力する直流出力電圧Vdc(直流出力電流Idc)と重畳されて出力電圧Vo(出力電流Io)となって、感光体ドラム12Kを帯電する帯電ロール13Kに印加される。
The AC output signal S38 (AC output voltage Vac (AC output current Iac)) is superimposed on the DC output voltage Vdc (DC output current Idc) output by the
交流電流検出回路1209は、帯電ロール13Kを介して、感光体ドラム12Kに流れる交流出力電流Iacを検知(モニタ)し、交流出力電流Iacに比例するように変換した直流電圧の検出信号S51を増幅回路1202に送信する。
交流電圧検出回路1210は、帯電ロール13Kに印加される交流出力電圧Vacを検知(モニタ)し、交流出力電圧Vacに比例するように変換した直流電圧の検出信号S52を送信する。
The AC
The AC
図2においては、増幅回路1202は、交流電流検出回路1209から検出信号S51を受信し、交流電流設定信号S3によって設定される値と交流出力電流Iacとの差が小さくなるようにフィードバック制御(電流制御)する。すなわち、交流出力電流Iacが交流電流設定信号S3によって設定される値より大きい場合には、交流出力電圧Vacを小さくするように制御し、交流出力電流Iacが交流電流設定信号S3によって設定される値より小さい場合には、交流出力電圧Vacを大きくするように制御する。
In FIG. 2, the
なお、図2では、交流電圧検出回路1210が送信する検出信号S52は、いずれにも受信されていない。増幅回路1202は、交流電流検出回路1209の送信する検出信号S51の代わりに、検出信号S52を受信してもよい。この場合、交流出力電圧Vacが予め定められた値より大きい場合には、交流出力電圧Vacを小さくするように制御し、交流出力電圧Vacが予め定められた値より小さい場合には、交流出力電圧Vacを大きくするように制御する。
すなわち、交流電圧検出回路1210の検出信号52を過電圧制御に用いてもよい。
In FIG. 2, none of the detection signals S52 transmitted by the AC
That is, the
発振子81が第1の発振子の一例であり、発振子82が第2の発振子の一例である。
The
バイアス電源装置100が、帯電バイアス電源ユニット13aKの代わりに、現像バイアス電源ユニット15aK(他の現像バイアス電源ユニット15aY、15aM、15aCのいずれであってもよい。)を備える場合には、交流出力電流Iacの代わりに、交流出力電圧Vacをフィードバックによって制御することがよい。
すなわち、画像形成装置1において、帯電バイアスは、電流が予め定められた値に維持されることがよく、現像バイアスは、電圧が予め定められた値に維持されることがよい。
以下では、交流電圧検出回路1210についての説明を省略する。
When the bias
That is, in the
Hereinafter, description of the AC
ここでは、バイアス電源装置100は、帯電バイアス電源ユニット13aKが構成された電源基板110と、信号生成基板120とを備えるとした。そして、電源基板110及び信号生成基板120は、それぞれが1枚の回路基板であるとした。
しかし、帯電バイアス電源ユニット13aKが構成された電源基板110と信号生成基板120とは、それぞれが個別の回路基板上に構成されてもよく、一枚(一個)の回路基板上に構成されていてもよい。
一方、帯電バイアス電源ユニット13aKを構成する電源基板110は、一枚(一個)の回路基板上に構成されず、複数の回路基板に構成されてもよい。
Here, the bias
However, the
On the other hand, the
[帯電バイアス電源ユニット13aKの回路構成]
図3は、帯電バイアス電源ユニット13aKの回路構成の一例を示す図である。
なお、図3における各ブロックは、説明を容易にするため、図2と異なるように配置されている。また、各ブロックの配置は、模式的であって、この配置に限定されない。
また、図3に示す帯電バイアス電源ユニット13aKの回路構成は、一例であって他の回路構成であってもよく、他の部品(誤差増幅器、比較器、バッファ、抵抗、コンデンサなど)や他の回路をさらに含んでいてもよい。
[Circuit Configuration of Charging Bias Power Supply Unit 13aK]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the charging bias power supply unit 13aK.
Note that the blocks in FIG. 3 are arranged differently from those in FIG. 2 for ease of explanation. Further, the arrangement of each block is schematic and is not limited to this arrangement.
The circuit configuration of the charging bias power supply unit 13aK shown in FIG. 3 is an example and may be other circuit configurations, such as other components (error amplifier, comparator, buffer, resistor, capacitor, etc.) and other A circuit may be further included.
図3では、直流出力部1250の各ブロックの一例及びこれらの各ブロックの回路構成の一例も示している。
FIG. 3 also shows an example of each block of the
(交流出力部1200)
まず、交流出力部1200を説明する。
発振子82、分周器73及び積分回路1212については後述する図4で説明するので、ここでは、発振子82、分周器73及び積分回路1212が生成する変調信号S11以降を説明する。
(AC output unit 1200)
First, the
Since the
アナログ電圧変換回路1201は、バッファB1、抵抗R1、R2、R3、コンデンサC1を備える。
アナログ電圧変換回路1201の入力端子は、抵抗R1の一方の端子であって、画像出力制御部30から交流電流設定信号S3を受信する。抵抗R1の他方の端子は、バッファB1の入力端子に接続されている。また、バッファB1の入力端子は、抵抗R2の一方の端子に接続されている。抵抗R2の他方の端子は接地(接地電圧GND)されている。
バッファB1の出力端子は、抵抗R3の一方の端子に接続されている。抵抗R3の他方の端子は、アナログ電圧変換回路1201の出力端子であって、アナログ電圧信号S31を送信する。さらに、抵抗R3の他方の端子は、コンデンサC1の一方の端子に接続されている。そして、コンデンサC1の他方の端子は接地(接地電圧GND)されている。
また、バッファB1は、基準電圧Vref1と接地電圧GNDとが供給されている。
The analog
The input terminal of the analog
The output terminal of the buffer B1 is connected to one terminal of the resistor R3. The other terminal of the resistor R3 is an output terminal of the analog
The buffer B1 is supplied with the reference voltage Vref1 and the ground voltage GND.
アナログ電圧変換回路1201がPWM信号である交流電流設定信号S3を受信すると、コンデンサC1は基準電圧Vref1と接地電圧GNDの間の電圧に充電される。この電圧は、交流電流設定信号S3のデューティ比で決まる。これにより、PWM信号である交流電流設定信号S3が直流電圧のアナログ電圧信号S31に変換される。
When the analog
増幅回路1202は、誤差増幅器Amp1、抵抗R4、R5、コンデンサC2を備える。
誤差増幅器Amp1の非反転入力端子(以下では、+入力端子と表記する。)は、アナログ電圧変換回路1201の出力端子である抵抗R3の他方の端子に接続され、アナログ電圧信号S31を受信する。誤差増幅器Amp1の反転入力端子(以下では、−入力端子と表記する。)は、抵抗R5の一方の端子に接続されている。そして、抵抗R5の他方の端子は、交流電流検出回路1209に接続され、検出信号S51を受信する。
そして、誤差増幅器Amp1の出力端子は、抵抗R4の一方の端子に接続されている。抵抗R4の他方の端子は、増幅回路1202の出力端子である。
そして、コンデンサC2は、誤差増幅器Amp1の−入力端子と誤差増幅器Amp1の出力端子との間を接続している。
誤差増幅器Amp1は、アナログ電圧信号S31の電圧と検出信号S51との電圧の差を増幅して、誤差増幅信号S32を生成する。そして、誤差増幅信号S32が、増幅回路1202の出力端子である抵抗R4の他方の端子から、第1ローパスフィルタ1203に送信される。
The
A non-inverting input terminal (hereinafter, referred to as a + input terminal) of the error amplifier Amp1 is connected to the other terminal of the resistor R3, which is an output terminal of the analog
The output terminal of the error amplifier Amp1 is connected to one terminal of the resistor R4. The other terminal of the resistor R4 is an output terminal of the
The capacitor C2 connects between the negative input terminal of the error amplifier Amp1 and the output terminal of the error amplifier Amp1.
The error amplifier Amp1 amplifies the difference between the voltage of the analog voltage signal S31 and the detection signal S51 to generate an error amplification signal S32. Then, the error amplification signal S32 is transmitted to the first low-
第1ローパスフィルタ1203は、誤差増幅器Amp2、npnトランジスタTr1、Tr2、抵抗R6、R7、R8、R9、R10、ダイオードD1、コンデンサC3、C4、C5を備える。
抵抗R6の一方の端子は、第1ローパスフィルタ1203の入力端子であって、分周器71からクロック信号S01を受信する(図2参照)。抵抗R6の他方の端子は、npnトランジスタTr1のベース端子に接続されている。npnトランジスタTr1のエミッタ端子は接地(接地電圧GND)され、コレクタ端子はnpnトランジスタTr2のベース端子に接続されている。npnトランジスタTr2のエミッタ端子は接地(接地電圧GND)され、コレクタ端子はダイオードD1のカソード端子に接続されている。そして、npnトランジスタTr1のコレクタ端子(npnトランジスタTr2のベース端子)には、基準電圧Vref2が供給されている。
また、抵抗R7の一方の端子はnpnトランジスタTr1のベース端子に接続され、他方の端子は接地(接地電圧GND)されている。
ダイオードD1のアノード端子は、増幅回路1202の出力端子である抵抗R4の他方の端子に接続されている。また、ダイオードD1のアノード端子は、コンデンサC3の一方の端子に接続されている。
The first low-
One terminal of the resistor R6 is an input terminal of the first low-
One terminal of the resistor R7 is connected to the base terminal of the npn transistor Tr1, and the other terminal is grounded (ground voltage GND).
The anode terminal of the diode D1 is connected to the other terminal of the resistor R4, which is the output terminal of the
コンデンサC3の他方の端子は、抵抗R8の一方の端子と抵抗R9の一方の端子に接続されている。抵抗R8の他方の端子は、誤差増幅器Amp2の−入力端子に接続されるとともに、コンデンサC4の一方の端子に接続されている。コンデンサC4の他方の端子は、誤差増幅器Amp2の出力端子に接続されている。また、抵抗R9の他方の端子も誤差増幅器Amp2の出力端子に接続されている。誤差増幅器Amp2の出力端子はコンデンサC5及び抵抗R10を介して接地(接地電圧GND)される。なお、誤差増幅器Amp2の出力端子は、第1ローパスフィルタ1203の出力端子である。
誤差増幅器Amp2の+入力端子には、基準電圧Vref3が供給されている。
The other terminal of the capacitor C3 is connected to one terminal of the resistor R8 and one terminal of the resistor R9. The other terminal of the resistor R8 is connected to the negative input terminal of the error amplifier Amp2 and to one terminal of the capacitor C4. The other terminal of the capacitor C4 is connected to the output terminal of the error amplifier Amp2. The other terminal of the resistor R9 is also connected to the output terminal of the error amplifier Amp2. The output terminal of the error amplifier Amp2 is grounded (ground voltage GND) via the capacitor C5 and the resistor R10. The output terminal of the error amplifier Amp2 is the output terminal of the first low-
The reference voltage Vref3 is supplied to the + input terminal of the error amplifier Amp2.
ここで、抵抗R6、R7は、npnトランジスタTr1に過剰な電流が流れることを抑制する。
npnトランジスタTr1は入力バッファとして働き、npnトランジスタTr2は、ダイオードD1とともに、誤差増幅信号S32をクロック信号S01で変調する。
コンデンサC3は、カップリングコンデンサであって、クロック信号S01で変調された誤差増幅信号S32から交流成分を取り出す。
誤差増幅器Amp2、抵抗R8、R9、R10、コンデンサC4、C5はローパスフィルタを構成し、高周波成分を遮断して、正弦波である周波数設定信号S33を生成する。
そして、周波数設定信号S33が、第1ローパスフィルタ1203の出力端子である誤差増幅器Amp2の出力端子から、変調回路1204に送信される。
なお、周波数設定信号S33の振幅(p−p値)は、後述するように、誤差増幅信号S32によって設定される。
Here, the resistors R6 and R7 suppress an excessive current from flowing through the npn transistor Tr1.
The npn transistor Tr1 functions as an input buffer, and the npn transistor Tr2 modulates the error amplification signal S32 with the clock signal S01 together with the diode D1.
The capacitor C3 is a coupling capacitor and extracts an AC component from the error amplification signal S32 modulated by the clock signal S01.
The error amplifier Amp2, resistors R8, R9, R10, and capacitors C4, C5 constitute a low-pass filter, which cuts off high frequency components and generates a frequency setting signal S33 that is a sine wave.
Then, the frequency setting signal S33 is transmitted from the output terminal of the error amplifier Amp2, which is the output terminal of the first low-
The amplitude (pp value) of the frequency setting signal S33 is set by the error amplification signal S32 as will be described later.
ここで、図2では表記していない電圧生成回路1211を説明する。電圧生成回路1211は、変調回路1204、駆動回路1205、スイッチ回路1206、第2ローパスフィルタ1207に電源電圧Vs(例えば24V)を供給する。この電源電圧Vsは、論理レベルの電圧(後述する図5のローレベル(以下では「L」と表記する。)及びハイレベル(以下では「H」と表記する。)における「H」の電圧、例えば5V)と異なる。そこで、電圧生成回路1211は、電源電圧Vsを生成するために設けられている。
Here, the
次に、変調回路1204を説明する。
変調回路1204は、比較器Cmpを備える。比較器Cmpの+入力端子は、変調信号S11を受信する。そして、比較器Cmpの−入力端子は、第1ローパスフィルタ1203の出力端子(誤差増幅器Amp2の出力端子)に接続され、周波数設定信号S33を受信する。そして、比較器Cmpの出力端子は、駆動回路1205に接続されている。
比較器Cmpは、周波数設定信号S33の電圧と変調信号S11の電圧とを比較し、変調信号S11の電圧が周波数設定信号S33の電圧より大きい期間において、電源電圧Vsとなり、変調信号S11が周波数設定信号S33より小さい期間において接地電圧GNDとなる変調出力信号S34を生成し、送信する。変調出力信号S34は、変調信号S11の電圧と周波数設定信号S33の電圧との差によって、パルス幅が設定されるPWM信号となる。
Next, the
The
The comparator Cmp compares the voltage of the frequency setting signal S33 and the voltage of the modulation signal S11. During the period in which the voltage of the modulation signal S11 is greater than the voltage of the frequency setting signal S33, the comparator Cmp becomes the power supply voltage Vs. A modulated output signal S34 that becomes the ground voltage GND in a period smaller than the signal S33 is generated and transmitted. The modulation output signal S34 becomes a PWM signal whose pulse width is set by the difference between the voltage of the modulation signal S11 and the voltage of the frequency setting signal S33.
駆動回路1205は、pnpトランジスタTr3、npnトランジスタTr4、抵抗R11を備える。
抵抗R11の一方の端子は、駆動回路1205の入力端子であって、変調回路1204の比較器Cmpの出力端子に接続され、変調出力信号S34を受信する。そして、抵抗R11の他方の端子はpnpトランジスタTr3のベース端子及びnpnトランジスタTr4のベース端子に共通に接続されている。pnpトランジスタTr3のコレクタ端子は接地(接地電圧GND)され、npnトランジスタTr4のコレクタ端子は電源電圧Vsに設定されている。そして、pnpトランジスタTr3のエミッタ端子とnpnトランジスタTr4のエミッタ端子とは接続されて、駆動回路1205の出力端子である。駆動回路1205の出力端子は、駆動信号S35をスイッチ回路1206に送信する。
抵抗R11は、pnpトランジスタTr3及びnpnトランジスタTr4に過剰な電流が流れることを抑制する。
The
One terminal of the resistor R11 is an input terminal of the
The resistor R11 suppresses an excessive current from flowing through the pnp transistor Tr3 and the npn transistor Tr4.
変調出力信号S34が接地電圧GNDであると、pnpトランジスタTr3がオン且つnpnトランジスタTr4がオフとなって、駆動信号S35が接地電圧GNDになる。変調出力信号S34が電源電圧Vsであると、pnpトランジスタTr3がオフ且つnpnトランジスタTr4がオンとなって、駆動信号S35が電源電圧Vsになる。
すなわち、駆動信号S35は、変調出力信号S34と電圧の大小関係が同じPWM信号となる。駆動回路1205は、スイッチ回路1206に駆動のための電流を供給するバッファとして機能する。
When the modulation output signal S34 is the ground voltage GND, the pnp transistor Tr3 is turned on and the npn transistor Tr4 is turned off, and the drive signal S35 becomes the ground voltage GND. When the modulation output signal S34 is the power supply voltage Vs, the pnp transistor Tr3 is turned off and the npn transistor Tr4 is turned on, and the drive signal S35 becomes the power supply voltage Vs.
That is, the drive signal S35 is a PWM signal having the same voltage magnitude relationship as that of the modulation output signal S34. The
スイッチ回路1206は、nチャネルの電界効果トランジスタFET1、pチャネルの電界効果トランジスタFET2、抵抗R12、R13を備える。
抵抗R12の一方の端子及び抵抗R13の一方の端子が共通に接続されて、スイッチ回路1206の入力端子となって、駆動回路1205から駆動信号S35を受信する。抵抗R12の他方の端子は電界効果トランジスタFET1のゲート端子に接続され、抵抗R13の他方の端子は電界効果トランジスタFET2のゲート端子に接続されている。電界効果トランジスタFET1のソース端子は接地(接地電圧GND)され、電界効果トランジスタFET2のソース端子は電源電圧Vsに設定されている。さらに、電界効果トランジスタFET1のドレイン端子と電界効果トランジスタFET2のドレイン端子とが接続されて、スイッチ回路1206の出力端子であって、スイッチ出力信号S36を送信する。
The
One terminal of the resistor R12 and one terminal of the resistor R13 are connected in common and serve as an input terminal of the
駆動信号S35が接地電圧GNDであると、電界効果トランジスタFET1がオフ且つ電界効果トランジスタFET2がオンとなって、スイッチ回路1206のスイッチ出力信号S36は電源電圧Vsになる。一方、駆動信号S35が電源電圧Vsであると、電界効果トランジスタFET1がオン且つ電界効果トランジスタFET2がオフとなって、スイッチ出力信号S36は接地電圧GNDになる。すなわち、スイッチ回路1206のスイッチ出力信号S36は、駆動信号S35と電圧の大小関係が逆のPWM信号になる。
When the drive signal S35 is the ground voltage GND, the field effect transistor FET1 is turned off and the field effect transistor FET2 is turned on, and the switch output signal S36 of the
第2ローパスフィルタ1207は、インダクタンスL、抵抗R14、R15、コンデンサC6、C7、C8を備える。
インダクタンスLの一方の端子は、スイッチ回路1206の出力端子に接続され、スイッチ出力信号S36を受信する。インダクタンスLの他方の端子は、トランス1208の一次巻線の一方の端子に接続されている。そして、電源電圧Vsと接地電圧GNDとの間に、抵抗R14及び抵抗R15が直列に接続されている。その中点(抵抗R14と抵抗R15との接続点)は、トランス1208の一次巻線の他方の端子に接続されている。
そして、コンデンサC8は、トランス1208の一次巻線の一方の端子と他方の端子との間に接続されている。
インダクタンスLとコンデンサC8とで構成されるLC回路でローパスフィルタが構成されている。
また、コンデンサC7は、一方の端子が抵抗R14と抵抗R15との接続点に接続され、他方の端子が接地されている。コンデンサC7は、トランス1208の一次巻線の他方の端子の電圧の変動を抑制する。
そして、コンデンサC6は、電源電圧Vsと接地電圧GNDとの間に設けられ、電源電圧Vsの変動を抑制する。
第2ローパスフィルタ1207は、PWM信号であるスイッチ出力信号S36から正弦波を取り出して正弦波信号S37を生成し、トランス1208に送信する。
The second low-
One terminal of the inductance L is connected to the output terminal of the
The capacitor C8 is connected between one terminal and the other terminal of the primary winding of the
A low-pass filter is configured by an LC circuit including an inductance L and a capacitor C8.
The capacitor C7 has one terminal connected to a connection point between the resistor R14 and the resistor R15, and the other terminal grounded. Capacitor C7 suppresses fluctuations in the voltage at the other terminal of the primary winding of
The capacitor C6 is provided between the power supply voltage Vs and the ground voltage GND, and suppresses fluctuations in the power supply voltage Vs.
The second low-
トランス1208は、一次巻線と二次巻線とを備える。一次巻線が第2ローパスフィルタ1207に接続されている。
そして、二次巻線の一方の端子と他方の端子との間にコンデンサC9が接続されている。さらに、二次巻線の一方の端子は、抵抗R26を介して、帯電ロール13Kに接続されている。二次巻線の他方の端子は、直流出力部1250に接続されている。これにより、帯電ロール13Kには、交流出力部1200が出力する交流出力電圧Vac(交流出力電流Iac)と直流出力部1250が出力する直流出力電圧Vdc(直流出力電流Idc)とが重畳された出力電圧Vo(出力電流Io)が印加される。
The
A capacitor C9 is connected between one terminal and the other terminal of the secondary winding. Furthermore, one terminal of the secondary winding is connected to the charging
交流電流検出回路1209は、ダイオードD2、D3、抵抗R15、コンデンサC10、C11を備える。
コンデンサC10の一方の端子は、交流電流検出回路1209の入力端子であって、トランス1208の二次巻線の他方の端子に接続されている。そして、コンデンサC10の他方の端子は、ダイオードD2のカソード端子とダイオードD3のアノード端子とに接続されている。ダイオードD2のアノード端子は接地されている。ダイオードD3のカソード端子は、抵抗R15の一方の端子とコンデンサC11の一方の端子とに共通に接続されている。そして、抵抗R15の他方の端子及びコンデンサC11の他方の端子は接地されている。
そして、ダイオードD3のカソード端子は、交流電流検出回路1209の出力端子であって、増幅回路1202の抵抗R5を介して誤差増幅器Amp1の−入力端子に接続され、検出信号S51を増幅回路1202に送信する。
The alternating
One terminal of the capacitor C10 is an input terminal of the alternating
The cathode terminal of the diode D3 is an output terminal of the AC
帯電ロール13Kを介して感光体ドラム12Kを帯電するために流れる交流出力電流Iacは、コンデンサC10を介してダイオードD3に入力して、整流される。そして、抵抗R15で電圧に変換され、検出信号S51となる。
The AC output current Iac that flows to charge the photosensitive drum 12K via the charging
(直流出力部1250)
図2では省略した直流出力部1250は、図3に示すように、アナログ電圧変換回路1251、増幅回路1252、制御回路1253、スイッチ回路1254、トランス1255、整流回路1256、直流電圧検出回路1257を備える。
以下、それぞれの回路を説明する。
(DC output unit 1250)
The
Each circuit will be described below.
アナログ電圧変換回路1251は、画像出力制御部30が送信する直流電圧設定信号S4を受信する。交流電流設定信号S3と同様に、この直流電圧設定信号S4は、PWM信号であって、デューティ比により整流回路1256が出力する直流出力電圧Vdcの値を設定する。
アナログ電圧変換回路1251は、交流出力部1200のアナログ電圧変換回路1201と同様な回路構成であって、バッファB2、抵抗R16、R17、R18、コンデンサC12を備える。なお、バッファB2は、インバータとして機能する。
抵抗R16の一方の端子は、アナログ電圧変換回路1251の入力端子であって、直流電圧設定信号S4を受信する。そして、抵抗R16の他方の端子は、バッファB2の入力端子に接続されている。また、バッファB2の入力端子は、抵抗R17の一方の端子に接続されている。抵抗R17の他方の端子は接地(接地電圧GND)されている。
バッファB2の出力端子は、抵抗R18の一方の端子に接続されている。抵抗R18の他方の端子は、アナログ電圧変換回路1251の出力端子であって、アナログ電圧信号S41を、増幅回路1252に送信する。また、抵抗R18の他方の端子は、コンデンサC12の一方の端子に接続されている。そして、コンデンサC12の他方の端子は接地されている。
また、バッファB2には、基準電圧Vref5と接地電圧GNDとが供給されている。
The analog
The analog
One terminal of the resistor R16 is an input terminal of the analog
The output terminal of the buffer B2 is connected to one terminal of the resistor R18. The other terminal of the resistor R18 is an output terminal of the analog
The buffer B2 is supplied with a reference voltage Vref5 and a ground voltage GND.
アナログ電圧変換回路1251が、PWM信号である直流電圧設定信号S4を受信すると、コンデンサC12の電圧が、バッファB2の電源電圧(High(ハイ)側の電圧)である基準電圧Vref5と基準電圧(Low(ロー)側の電圧)との間の電圧に放電される。この電圧は、直流電圧設定信号S4のデューティ比で決まる。これにより、PWM信号である直流電圧設定信号S4が直流電圧のアナログ電圧信号S41に変換される。
When the analog
増幅回路1252は、誤差増幅器Amp3、抵抗R19、R20、R21、R22、コンデンサC13を備える。
抵抗R19の一方の端子は、増幅回路1252の入力端子であって、アナログ電圧変換回路1251からアナログ電圧信号S41を受信する。そして、抵抗R19の他方の端子は、誤差増幅器Amp3の−入力端子に接続されている。一方、誤差増幅器Amp3の+入力端子は、抵抗R21を介して直流電圧検出回路1257に接続され、検出信号S42を受信する。
抵抗R20及びコンデンサC13は直列接続され、抵抗R20のコンデンサC13と接続されていない端子が誤差増幅器Amp3の−入力端子に接続されている。そして、コンデンサC13の抵抗R20と接続されていない端子が誤差増幅器Amp3の出力端子に接続されている。
誤差増幅器Amp3の出力端子は、抵抗R22の一方の端子に接続されている。抵抗R22の他方の端子は、増幅回路1252の出力端子であって、誤差増幅器Amp3がアナログ電圧信号S41と検出信号S42と差を増幅した誤差増幅信号S43を制御回路1253に送信する。
The
One terminal of the resistor R19 is an input terminal of the
The resistor R20 and the capacitor C13 are connected in series, and the terminal of the resistor R20 that is not connected to the capacitor C13 is connected to the negative input terminal of the error amplifier Amp3. A terminal not connected to the resistor R20 of the capacitor C13 is connected to the output terminal of the error amplifier Amp3.
The output terminal of the error amplifier Amp3 is connected to one terminal of the resistor R22. The other terminal of the resistor R22 is an output terminal of the
制御回路1253は、誤差増幅信号S43に基づいて、スイッチ回路1254におけるスイッチ素子であるnpnトランジスタTr5をオンにする駆動信号S44をスイッチ回路1254に送信する。
Based on the error amplification signal S43, the
スイッチ回路1254は、スイッチ素子としてnpnトランジスタTr5を備える。npnトランジスタTr5のベース端子は、制御回路1253に接続され駆動信号S44を受信する。また、npnトランジスタTr5のベース端子及びコレクタ端子は、トランス1255に接続されている。そして、npnトランジスタTr5のエミッタ端子は接地(接地電圧GND)されている。
npnトランジスタTr5の動作は、トランス1255の動作とともに後述する。
The
The operation of the npn transistor Tr5 will be described later together with the operation of the
トランス1255は、一次巻線、一次側補助巻線、二次巻線を備える。一次巻線の一方の端子は電源電圧Vsに設定され、他方の端子はnpnトランジスタTr5のコレクタ端子に接続されている。一方、一次側補助巻線の一方の端子は、スイッチ回路1254のnpnトランジスタTr5のベース端子と制御回路1253とに共通に接続されている。一次側補助巻線の他方の端子は接地(接地電圧GND)されている。
トランス1255の二次巻線の両端子は、整流回路1256に接続されている。
The
Both terminals of the secondary winding of the
整流回路1256は、ダイオードD4、抵抗R23、コンデンサC14を備える。ダイオードD4は、カソード端子がトランス1255の二次巻線の一方の端子に接続され、アノード端子が抵抗R23の一方の端子とコンデンサC14の一方の端子とに接続されている。抵抗R23の他方の端子は、整流回路1256の出力端子であって、交流出力部1200のトランス1208の他方の端子に接続されている。また、コンデンサC14の他方の端子は、トランス1255の二次巻線の他方の端子に接続されている。
整流回路1256は、二次巻線に誘起される電圧を、負(−)の直流出力電圧Vdc(直流出力電流Idc)に変換する。
The
The
直流電圧検出回路1257は、抵抗R24、R25、コンデンサC15を備える。
抵抗R25とコンデンサC15とは並列接続されている。この並列接続された一方の端子は、抵抗R24を介して、整流回路1256の出力端子である抵抗R23の他方の端子に接続されている。また、抵抗R25及びコンデンサC15の並列接続された他方の端子は、整流回路1256のコンデンサC14の他方の端子に接続されるとともに、基準電圧Vref6に設定されている。
なお、基準電圧Vref6は、増幅回路1252における誤差増幅器Amp3の+入力端子の電圧が負にならないように設定する。
直流出力電圧Vdcは抵抗R24と抵抗R25とで分圧される。よって、直流電圧検出回路1257は、抵抗R25に現れた電圧を検出(モニタ)し、直流出力電圧Vdcに比例した検出信号S42を、増幅回路1252に送信する。
The DC
The resistor R25 and the capacitor C15 are connected in parallel. One terminal connected in parallel is connected to the other terminal of the resistor R23 which is the output terminal of the
The reference voltage Vref6 is set so that the voltage at the + input terminal of the error amplifier Amp3 in the
The DC output voltage Vdc is divided by the resistor R24 and the resistor R25. Therefore, the DC
直流出力部1250のスイッチ回路1254及びトランス1255の動作を説明する。
スイッチ回路1254が制御回路1253からnpnトランジスタTr5をオンにする正(+)の駆動信号S44を受信することにより、npnトランジスタTr5がオンになる。すると、トランス1255の一次巻線を介して、npnトランジスタTr5のコレクタ端子−エミッタ端子間に電流が流れる。
The operation of the
The
トランス1255の一次巻線に電流が流れることで、一次側補助巻線にnpnトランジスタTr5のベース端子の電圧を上昇させる電圧が発生する。これにより、npnトランジスタTr5のコレクタ電流が時間とともに増加する。
なお、二次巻線にも電圧が発生するが、ダイオードD4の向きが電圧の向きと逆向きであるため、二次巻線には電流が流れない。
When a current flows through the primary winding of the
A voltage is also generated in the secondary winding, but no current flows through the secondary winding because the direction of the diode D4 is opposite to the direction of the voltage.
npnトランジスタTr5は増幅率が有限であるため、コレクタ電流はある値以上に達するとそれ以上には大きくなれず、一次巻線のコアの磁束の変化が止まる。すると、一次巻線には、流れていた方向と同じ方向に電流を流そうとする力が働き、これまでと逆向きの電圧が発生する。これによって、二次巻線にダイオードD4の向きと同じ向きの電圧が発生し、二次巻線に電流が流れる。 Since the npn transistor Tr5 has a finite amplification factor, when the collector current reaches a certain value or more, the collector current cannot be increased any more, and the change in the magnetic flux of the core of the primary winding stops. As a result, a force is applied to the primary winding to cause a current to flow in the same direction as the flowing direction, and a reverse voltage is generated. As a result, a voltage in the same direction as the direction of the diode D4 is generated in the secondary winding, and a current flows in the secondary winding.
一方、一次巻線に発生した逆向きの電圧により、一次側補助巻線にも逆向きの電圧が発生し、npnトランジスタTr5のベース端子−エミッタ端子間を逆バイアスにする。これにより、npnトランジスタTr5がオフする。
ダイオードD4に流れる電流が0になると、一次巻線、一次側補助巻線、二次巻線に発生していた電圧が0Vになる。これにより、npnトランジスタTr5のベース端子−エミッタ端子間が制御回路1253からの駆動信号S44により、再び正(+)側に上昇する。これにより、npnトランジスタTr5が再びオンになる。
このように、npnトランジスタTr5をスイッチング(オンオフ)させることで、オフの期間に二次巻線に流れる電流により直流出力電圧Vdcが発生する。
On the other hand, due to the reverse voltage generated in the primary winding, a reverse voltage is also generated in the primary side auxiliary winding, and a reverse bias is applied between the base terminal and the emitter terminal of the npn transistor Tr5. As a result, the npn transistor Tr5 is turned off.
When the current flowing through the diode D4 becomes 0, the voltage generated in the primary winding, the primary side auxiliary winding, and the secondary winding becomes 0V. Thus, the base terminal-emitter terminal of the npn transistor Tr5 is raised again to the positive (+) side by the drive signal S44 from the
In this way, by switching (ON / OFF) the npn transistor Tr5, the DC output voltage Vdc is generated by the current flowing through the secondary winding during the OFF period.
[発振子82、分周器73及び積分回路1212]
次に、発振子82、分周器73及び積分回路1212について説明する。
図4は、第1の実施の形態における発振子82、分周器73及び積分回路1212の一例を示す回路図、クロック信号S02及び変調信号S11の波形を示す図である。図4(a)は、発振子82、分周器73及び積分回路1212の回路図、図4(b)は、クロック信号S02及び変調信号S11の波形である。
図4(a)に示すように、発振子82は、基準信号S1を生成して、分周器73に送信する。分周器73は、基準信号S1を予め定められた分周比で分周して、クロック信号S02を生成する。クロック信号S02は、図4(b)に示すように、デューティ比50%の矩形波信号である。なお、分周器73の分周比は、画像出力制御部30によって設定される。
[
Next, the
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the
As shown in FIG. 4A, the
図4(a)に示すように、積分回路1212は、誤差増幅器Amp4、抵抗R61、R62、R63、コンデンサC61、C62を備える。
積分回路1212の入力端子である抵抗R61の一方の端子は、分周器73に接続され、分周器73からクロック信号S02を受信する。
抵抗R61の他方の端子は、誤差増幅器Amp4の−入力端子に接続されている。コンデンサC61は、誤差増幅器Amp4の出力端子と−入力端子との間に設けられている。
そして、誤差増幅器Amp4の+入力端子は、誤差増幅器Amp4の電源電圧Vcc(例えば5V)と接地(接地電圧GND)との間に直列接続された抵抗R62、R63の接続点に接続されている。
また、誤差増幅器Amp4の電源電圧Vccと接地(接地電圧GND)との間に、コンデンサC62が設けられている。
As shown in FIG. 4A, the
One terminal of the resistor R61 which is an input terminal of the integrating
The other terminal of the resistor R61 is connected to the negative input terminal of the error amplifier Amp4. The capacitor C61 is provided between the output terminal and the negative input terminal of the error amplifier Amp4.
The + input terminal of the error amplifier Amp4 is connected to a connection point of resistors R62 and R63 connected in series between the power supply voltage Vcc (for example, 5 V) of the error amplifier Amp4 and the ground (ground voltage GND).
A capacitor C62 is provided between the power supply voltage Vcc of the error amplifier Amp4 and the ground (ground voltage GND).
抵抗R62、R63は、電源電圧Vccと接地(接地電圧GND)との間の電圧を分圧して、誤差増幅器Amp4の+入力端子の電圧を設定する。
コンデンサC62は、電源電圧Vccと接地(接地電圧GND)との間の電圧の変動を抑制するために設けられている。
Resistors R62 and R63 divide the voltage between the power supply voltage Vcc and the ground (ground voltage GND) to set the voltage at the + input terminal of the error amplifier Amp4.
Capacitor C62 is provided to suppress voltage fluctuation between power supply voltage Vcc and ground (ground voltage GND).
誤差増幅器Amp4は、抵抗R61とコンデンサC61とにより、コンデンサC61の充放電時間が決まる積分回路を構成する。これにより、図4(b)に示すように、三角波信号である変調信号S11が得られる。なお、変調信号S11の周波数(繰り返し周波数)は、クロック信号S02の周波数(繰り返し周波数)である。
すなわち、発振子82は、変調信号S11の源振であって、発振子82が生成する基準信号S1を分周することにより、変調信号S11の周波数が設定される。
The error amplifier Amp4 forms an integration circuit in which the charge / discharge time of the capacitor C61 is determined by the resistor R61 and the capacitor C61. As a result, as shown in FIG. 4B, a modulation signal S11 which is a triangular wave signal is obtained. The frequency (repetition frequency) of the modulation signal S11 is the frequency (repetition frequency) of the clock signal S02.
That is, the
発振子82は、発振子81と同様に、例えば水晶発振子(水晶振動子)、セラミック発振子など、環境温度の変化に対する発振周波数の変動が抑制された素子であればよい。
Similarly to the
[帯電バイアス電源ユニット13aKの動作]
次に、タイムチャートを用いて帯電バイアス電源ユニット13aKの動作を説明する。
図5は、第1の実施の形態における帯電バイアス電源ユニット13aKの動作を説明するタイムチャートである。図5では、上から順に、交流電流設定信号S3、アナログ電圧信号S31、クロック信号S01、周波数設定信号S33、変調信号S11、変調出力信号S34、スイッチ出力信号S36、出力電圧Voを示している。
なお、図6では、時刻a、時刻b、時刻c、…で示すように、アルファベット順に時刻が経過するとする。
[Operation of Charging Bias Power Supply Unit 13aK]
Next, the operation of the charging bias power supply unit 13aK will be described using a time chart.
FIG. 5 is a time chart for explaining the operation of the charging bias power supply unit 13aK in the first embodiment. In FIG. 5, an alternating current setting signal S3, an analog voltage signal S31, a clock signal S01, a frequency setting signal S33, a modulation signal S11, a modulation output signal S34, a switch output signal S36, and an output voltage Vo are shown in order from the top.
In FIG. 6, it is assumed that time elapses in alphabetical order as indicated by time a, time b, time c,.
交流電流設定信号S3は、画像出力制御部30から帯電バイアス電源ユニット13aKに送信される。交流電流設定信号S3は、「L」及び「H」の2値を有し、1周期の期間における「L」の期間と「H」の期間とが予め定められた比率(デューティ比)で設定されたPWM信号である。例えば、「L」は接地電圧GND(0V)で、「H」は5Vである。デューティ比により交流出力電流Iacの電流値が設定される。
図5では、交流電流設定信号S3は、時刻aから時刻dまでの期間を1周期とする。そして、交流電流設定信号S3は、時刻aから時刻eまでの期間では、デューティ比が75%、時刻eから時刻fまでの期間では、デューティ比が50%であるとして示している。
The alternating current setting signal S3 is transmitted from the image
In FIG. 5, the alternating current setting signal S3 has a period from time a to time d as one cycle. The alternating current setting signal S3 indicates that the duty ratio is 75% in the period from time a to time e, and the duty ratio is 50% in the period from time e to time f.
アナログ電圧信号S31は、交流電流設定信号S3を受信したアナログ電圧変換回路1201によって生成される。図3に示したように、アナログ電圧変換回路1201は、交流電流設定信号S3によりコンデンサC1が充電されることでアナログ電圧信号S31を生成する。
すなわち、アナログ電圧信号S31は、交流電流設定信号S3のデューティ比が75%である時刻aから時刻eまでの期間では、基準電圧Vref1の75%の電圧に、デューティ比が50%である時刻eから時刻fまでの期間では、基準電圧Vref1の50%の電圧に設定される。すなわち、アナログ電圧信号S31は、その電圧が交流電流設定信号S3のデューティ比で設定される。
The analog voltage signal S31 is generated by the analog
That is, the analog voltage signal S31 has a voltage that is 75% of the reference voltage Vref1 and a time e that has a duty ratio of 50% in a period from time a to time e where the duty ratio of the alternating current setting signal S3 is 75%. Is set to 50% of the reference voltage Vref1 during the period from to f. That is, the voltage of the analog voltage signal S31 is set by the duty ratio of the alternating current setting signal S3.
クロック信号S01は、発振子81の生成する基準信号S0を分周器71が分周して得られた信号である。クロック信号S01は、「L」と「H」との2値を有し、デューティ比が50%であって、繰返し周波数が交流出力信号S38(交流出力電圧Vac、交流出力電流Iac)の周波数である。
図5では、クロック信号S01の周波数は、説明の便宜上、後述する変調信号S11の周波数の1/8であるとして図示している。
The clock signal S01 is a signal obtained by dividing the reference signal S0 generated by the
In FIG. 5, the frequency of the clock signal S01 is illustrated as being 1/8 of the frequency of the modulation signal S11 described later for convenience of explanation.
次に、周波数設定信号S33を説明するため、図3を参照しながら、第1ローパスフィルタ1203の動作及び誤差増幅信号S32を説明する。
図3に示したように、クロック信号S01は、第1ローパスフィルタ1203のnpnトランジスタTr1のベース端子に入力される。npnトランジスタTr1は、クロック信号S01が「H」である期間ではオンになって、コレクタ端子が接地電圧GNDになり、クロック信号S01が「L」である期間ではオフになって、コレクタ端子が基準電圧Vref2になる。ここでは、基準電圧Vref2は正の電圧であって、例えば5Vとする。
npnトランジスタTr1のコレクタ端子は、npnトランジスタTr2のベース端子に接続されている。よって、npnトランジスタTr1のコレクタ端子が基準電圧Vref2である期間(クロック信号S01が「L」の期間)では、npnトランジスタTr2はオンであって、そのコレクタ端子は接地電圧GNDになる。一方、npnトランジスタTr1のコレクタ端子が接地電圧GNDである期間(クロック信号S01が「H」の期間)では、npnトランジスタTr2がオフであって、npnトランジスタTr2のコレクタ端子はフローティング状態になる。
Next, in order to describe the frequency setting signal S33, the operation of the first low-
As shown in FIG. 3, the clock signal S01 is input to the base terminal of the npn transistor Tr1 of the first low-
The collector terminal of the npn transistor Tr1 is connected to the base terminal of the npn transistor Tr2. Therefore, in a period in which the collector terminal of the npn transistor Tr1 is the reference voltage Vref2 (period in which the clock signal S01 is “L”), the npn transistor Tr2 is on and the collector terminal becomes the ground voltage GND. On the other hand, during a period in which the collector terminal of npn transistor Tr1 is at ground voltage GND (period in which clock signal S01 is “H”), npn transistor Tr2 is off and the collector terminal of npn transistor Tr2 is in a floating state.
ここで、増幅回路1202の出力である誤差増幅信号S32は、アナログ電圧信号S31の電圧と交流電流検出回路1209が出力する検出信号S51の電圧との差を、誤差増幅器Amp1が増幅した信号である。すなわち、誤差増幅信号S32はアナログ電圧信号S31に対応した(比例した)信号となる。
誤差増幅信号S32が第1ローパスフィルタ1203に入力されると、ダイオードD1により変調される。npnトランジスタTr2のコレクタ端子が接地電圧GNDの期間(クロック信号S01が「L」の期間)では、ダイオードD1が順方向バイアスになって、誤差増幅信号S32は接地電圧GNDに引き込まれる。一方、npnトランジスタTr2のコレクタ端子がフローティング状態にある期間(クロック信号S01が「H」の期間)ではダイオードD1が順方向バイアスにならず、誤差増幅信号S32が維持される。すなわち、誤差増幅信号S32は、第1ローパスフィルタ1203において、クロック信号S01によって変調される。
Here, the error amplification signal S32 that is the output of the
When the error amplification signal S32 is input to the first low-
そして、クロック信号S01により変調された誤差増幅信号S32は、第1ローパスフィルタ1203における誤差増幅器Amp2などにより構成されるローパスフィルタを通過することで、正弦波である周波数設定信号S33となる。
The error amplification signal S32 modulated by the clock signal S01 passes through a low-pass filter including the error amplifier Amp2 in the first low-
図5に示すように、周波数設定信号S33の振幅(p−p値)は、アナログ電圧信号S31(つまり、図5に示す交流電流設定信号S3)によって設定される。すなわち、時刻aから時刻eまでの交流電流設定信号S3のデューティ比が75%の期間における振幅H1は、時刻eから時刻fまでの交流電流設定信号S3のデューティ比が50%の期間の振幅H2に比べ、大きい(75/50=1.5倍)。
ここでは交流電流検出回路1209が出力する検出信号S51の影響は受けないとしている。
As shown in FIG. 5, the amplitude (pp value) of the frequency setting signal S33 is set by the analog voltage signal S31 (that is, the alternating current setting signal S3 shown in FIG. 5). That is, the amplitude H1 in the period in which the duty ratio of the alternating current setting signal S3 from time a to time e is 75% is the amplitude H2 in the period in which the duty ratio of the alternating current setting signal S3 from time e to time f is 50%. Is larger than (75/50 = 1.5 times).
Here, it is assumed that the detection signal S51 output from the alternating
変調信号S11は、時刻aから時刻cまでの期間を1周期とする三角波であって、時刻aから時刻bまでの期間が三角波の立ち上がりに、時刻bから時刻cまでの期間が三角波の立ち下りに対応する。
なお、図5において、説明の便宜上、交流電流設定信号S3の周波数は、変調信号S11の周波数の1/2として図示している。
The modulation signal S11 is a triangular wave having a period from time a to time c as one cycle. The period from time a to time b is the rising edge of the triangular wave, and the period from time b to time c is the falling edge of the triangular wave. Corresponding to
In FIG. 5, for convenience of explanation, the frequency of the alternating current setting signal S3 is shown as ½ of the frequency of the modulation signal S11.
前述したように変調回路1204の比較器Cmpは、周波数設定信号S33の電圧と三角波である変調信号S11の電圧とを比較し、変調信号S11の電圧が周波数設定信号S33の電圧より大きい期間では電源電圧Vsとなり、変調信号S11の電圧が周波数設定信号S33より小さい期間において接地電圧GNDとなる変調出力信号S34を生成して送信する。
図5では、変調信号S11に重ねて、周波数設定信号S33を破線で示している。変調出力信号S34は、変調信号S11と周波数設定信号S33との大小関係によって、パルス幅が設定されるPWM信号となる。
As described above, the comparator Cmp of the
In FIG. 5, the frequency setting signal S33 is indicated by a broken line so as to overlap the modulation signal S11. The modulation output signal S34 is a PWM signal whose pulse width is set depending on the magnitude relationship between the modulation signal S11 and the frequency setting signal S33.
図3に示したように、スイッチ回路1206の電界効果トランジスタFET1、FET2は、変調出力信号S34と電圧の大小関係が同じ駆動信号S35によって交互にオンオフされる(図5ではS34(S35)と表記する。)。前述したように、変調出力信号S34(駆動信号S35)が接地電圧GNDのとき、電界効果トランジスタFET1がオフ且つ電界効果トランジスタFET2がオンとなって、スイッチ回路1206からのスイッチ出力信号S36は電源電圧Vsとなる。一方、変調出力信号S34(駆動信号S35)が電源電圧Vsのとき、電界効果トランジスタFET1がオン且つ電界効果トランジスタFET2がオフとなって、スイッチ回路1206からのスイッチ出力信号S36は接地電圧GNDとなる。すなわち、図5に示すように、変調出力信号S34(駆動信号S35)とスイッチ出力信号S36とは、電圧の大小関係が逆になる。
As shown in FIG. 3, the field effect transistors FET1 and FET2 of the
第2ローパスフィルタ1207は、スイッチ回路1206の出力であるスイッチ出力信号S36から正弦波信号S37を取り出す。そして、正弦波信号S37が、トランス1208を介して、交流出力信号S38(交流出力電圧Vac)となる。
The second low-
一方、直流出力部1250も同様に動作する。図3に示したように、アナログ電圧変換回路1251は、直流電圧設定信号S4のデューティ比によって電圧が設定されるアナログ電圧信号S41を生成し、増幅回路1252に送信する。増幅回路1252は、アナログ電圧信号S41の電圧と直流電圧検出回路1257からの検出信号S42の電圧との差を増幅し、誤差増幅信号S43を制御回路1253に送信する。制御回路1253は、スイッチ回路1254のnpnトランジスタTr5をオンする電圧を生成する。そして、前述したように、スイッチ回路1254のnpnトランジスタTr5がオンオフ(スイッチング)を繰り返すことにより、トランス1255の二次巻線に電圧が誘起される。
整流回路1256は、誘起された電圧を整流して直流出力電圧Vdcを出力する。
On the other hand, the
The
そして、交流出力電圧Vacと直流出力電圧Vdcとが重畳された出力電圧Voが、帯電バイアス電源ユニット13aKから出力されて、帯電ロール13Kに印加される。これにより、帯電ロール13Kから感光体ドラム12Kに、直流出力電流Idcと共に、交流出力電流Iacが流れる。
前述したように、直流出力電圧Vdcが−600V、交流出力電圧Vacが周波数2kHz、p−p値2kVであるとすると、出力電圧Voは、図5に示すように、接地電圧GND(0V)を挟んで正負に振動する。
An output voltage Vo on which the AC output voltage Vac and the DC output voltage Vdc are superimposed is output from the charging bias power supply unit 13aK and applied to the charging
As described above, when the DC output voltage Vdc is −600 V, the AC output voltage Vac is 2 kHz in frequency, and the pp value is 2 kV, the output voltage Vo is equal to the ground voltage GND (0 V) as shown in FIG. It vibrates positively and negatively.
なお、図3に示したように、交流電流検出回路1209は、交流出力電流Iacを検出(モニタ)し、電圧に変換した検出信号S51を送信する。増幅回路1202の誤差増幅器Amp1の−入力端子は、抵抗R5を介して検出信号S51を受信する。すると、誤差増幅器Amp1は、+入力端子が受信するアナログ電圧信号S31の電圧と−入力端子が受信する検出信号S51の電圧との差を増幅することで、周波数設定信号S33の振幅を制御する。
As shown in FIG. 3, the alternating
一方、直流電圧検出回路1257は、直流出力電圧Vdcを検出(モニタ)し、直流出力電圧Vdcに比例した検出信号S42を送信する。増幅回路1252の誤差増幅器Amp3の+入力端子は、抵抗R21を介して検出信号S42を受信する。すると、誤差増幅器Amp3は、+入力端子が受信する検出信号S42の電圧と−入力端子が受信するアナログ電圧信号S41の電圧との差を増幅することで、直流出力電圧Vdcの値を制御する。
このようにして、帯電バイアス電源ユニット13aKは動作する。
On the other hand, the DC
In this way, the charging bias power supply unit 13aK operates.
帯電バイアス電源ユニット13aKでは、スイッチ回路1206の電界効果トランジスタFET1、FET2を、変調信号S11に基づいてスイッチング(オンオフ)させることで、スイッチ出力信号S36を生成している。スイッチ出力信号S36は、PWM信号である。そして、第2ローパスフィルタ1207により、スイッチ出力信号S36を正弦波信号S37としている。そして、正弦波信号S37が、トランス1208にて昇圧されて、交流出力信号S38(交流出力電圧Vac、交流出力電流Iac)になる。
In the charging bias power supply unit 13aK, the switch output signal S36 is generated by switching (ON / OFF) the field effect transistors FET1 and FET2 of the
図6は、第1の実施の形態が適用されないバイアス電源装置100のブロック構成の一例を説明する図である。第1の実施の形態が適用されないバイアス電源装置100においても、バイアス電源装置100は、帯電バイアス電源ユニット13aKが構成された電源基板110と信号生成基板120とを備える。
しかし、第1の実施の形態が適用されないバイアス電源装置100では、電源基板110の交流出力部1200における変調信号S11を生成する回路が、図2に示した第1の実施の形態が適用されるバイアス電源装置100と異なっている。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a block configuration of the bias
However, in the bias
すなわち、第1の実施の形態が適用されないバイアス電源装置100における変調信号S11を生成する回路は、第1の実施の形態が適用されるバイアス電源装置100における発振子82及び分周器73の代わりに、RC回路1213が用いられている。
RC回路1213は、抵抗(R)とコンデンサ(C)との間で生じる充放電により、クロック信号S02が設定される発振回路である。抵抗(R)及びコンデンサ(C)は環境温度の変動(温度ドリフト)によりそれらの値が変化しやすい。このため、RC回路1213で生成されるクロック信号S02の周波数が変動しやすい。
In other words, the circuit that generates the modulation signal S11 in the bias
The
図7は、クロック信号S02の波形及び交流出力信号S38の波形を模式的に示した図である。図7(a)は、第1の実施の形態が適用されるバイアス電源装置100の場合、図7(b)は、第1の実施の形態が適用されないバイアス電源装置100の場合である。図7(a)、(b)において、上側がクロック信号S02、下側が交流出力信号S38である。クロック信号S02及び交流出力信号S38の波形は、縦軸が電圧(V)、横軸が時間(t)である。なお、クロック信号S02は、クロック信号S01(基準信号S0)を基準にして示している。
FIG. 7 is a diagram schematically showing the waveform of the clock signal S02 and the waveform of the AC output signal S38. FIG. 7A shows the case of the bias
図7(a)に示すように、第1の実施の形態が適用されるバイアス電源装置100では、クロック信号S02は、波形揺れがほとんど見られない。このため、図7(b)に比べて、交流出力信号S38は、電圧(ピーク電圧)の変動が少ない。なお、波形揺れとは、環境温度の変動(温度ドリフト)などによりクロック信号S02の周波数が変動し、波形が時間軸上においてずれる(ばらつく)ことをいう。
第1の実施の形態が適用されるバイアス電源装置100における交流出力信号S38に波形揺れがほとんど見られないことは、発振子82により発振周波数(基準信号S1の周波数)の変動が抑制されていることによる。
すなわち、発振子81が生成する基準信号S0と発振子82が生成する基準信号S1との間の位相関係がずれにくいことによる。
As shown in FIG. 7A, in the bias
The fact that there is almost no waveform fluctuation in the AC output signal S38 in the bias
That is, the phase relationship between the reference signal S0 generated by the
これに対して、図7(b)に示すように、第1の実施の形態が適用されないバイアス電源装置100では、クロック信号S02は、波形揺れが見られる。
第1の実施の形態が適用されないバイアス電源装置100におけるクロック信号S02の揺れは、RC回路1213の発振周波数(クロック信号S02の周波数)が環境温度の変動(温度ドリフト)により絶えずずれる(ばらつく)ことによる。このため、交流出力信号S38は、電圧(ピーク電圧)が大きく変動する。
なお、クロック信号S02の時間軸上におけるずれ量を、クロック信号S02の波形揺れτとする。
On the other hand, as shown in FIG. 7B, in the bias
The fluctuation of the clock signal S02 in the bias
Note that the amount of deviation of the clock signal S02 on the time axis is the waveform fluctuation τ of the clock signal S02.
クロック信号S02の周波数が変動する(ばらつく)と、交流出力信号S38の周波数を設定する周波数設定信号S33と変調信号S11との干渉による周波数(干渉周波数)により交流出力信号S38の電圧(ピーク電圧)が変動して、形成される画像に濃淡の縞(画質ムラ)が発生するおそれがある。なお、濃淡の縞(画質ムラ)は、バンディングと呼ばれる。以下では、バンディング(画質ムラ)と表記する。 When the frequency of the clock signal S02 fluctuates (varies), the voltage (peak voltage) of the AC output signal S38 depends on the frequency (interference frequency) caused by the interference between the frequency setting signal S33 and the modulation signal S11 for setting the frequency of the AC output signal S38. May fluctuate and dark and light stripes (image quality unevenness) may occur in the formed image. The light and shade stripes (image quality unevenness) are called banding. Hereinafter, it is referred to as banding (image quality unevenness).
バンディング(画質ムラ)のピッチ(間隔)をp(mm)、感光体ドラム12の外周の速度(周速)(プロセス速度)をv(mm/s)、干渉周波数をf(Hz)とすると、バンディングのピッチpは、p=v/fで表される。すなわち、バンディングのピッチpは、干渉周波数fに反比例する。
そして、例えば、プロセス速度vが300mm/sであるとき、干渉周波数fが60Hzであると、バンディング(画質ムラ)のピッチpは5mmとなる。
経験上、バンディングは、ピッチpが例えば3mm以下、又は、10mm以上であれば、顕在化しない(視認しづらい)ことが分かっている。
しかし、ピッチpが例えば3mm超且つ10mm未満になると、バンディング(画質ムラ)が顕在化してしまう(視認される)。
If the pitch (interval) of banding (image quality unevenness) is p (mm), the outer peripheral speed (peripheral speed) (process speed) of the photosensitive drum 12 is v (mm / s), and the interference frequency is f (Hz), The banding pitch p is expressed by p = v / f. That is, the banding pitch p is inversely proportional to the interference frequency f.
For example, when the process speed v is 300 mm / s and the interference frequency f is 60 Hz, the banding (image quality unevenness) pitch p is 5 mm.
Experience has shown that banding does not become apparent (it is difficult to see) if the pitch p is, for example, 3 mm or less, or 10 mm or more.
However, if the pitch p is, for example, more than 3 mm and less than 10 mm, banding (image quality unevenness) becomes obvious (visible).
表1は、クロック信号S02の波形揺れτ及び交流出力信号S38の電圧の変動と、形成された画像におけるバンディング(画質ムラ)との関係を示す。ここでは、波形揺れτをnsで表記する。そして、交流出力信号S38の電圧の変動が小さい場合(図7(a)に近い状態)を「α」、交流出力信号S38の電圧の変動が大きい場合(図7(b)に近い状態)を「β」とする。そして、バンディング(画質ムラ)が顕在化しない(視認されにくい)場合を「A」、バンディング(画質ムラ)が軽微な場合を「B」、バンディング(画質ムラ)が顕在化する(視認される)場合を「C」とする。 Table 1 shows the relationship between the waveform fluctuation τ of the clock signal S02 and the voltage fluctuation of the AC output signal S38 and banding (image quality unevenness) in the formed image. Here, the waveform fluctuation τ is expressed in ns. Then, “α” is obtained when the voltage fluctuation of the AC output signal S38 is small (state close to FIG. 7A), and when the voltage fluctuation of the AC output signal S38 is large (state close to FIG. 7B). Let it be “β”. Then, “A” indicates that banding (image quality unevenness) does not become apparent (difficult to be visually recognized), “B” indicates that banding (image quality unevenness) is slight, and banding (image quality unevenness) becomes actual (visible). The case is “C”.
表1に示すように、クロック信号S02の波形揺れτが0nsの場合には、交流出力信号S38の電圧の変動が小さく(「α」)、バンディング(画質ムラ)が顕在化しない(視認されにくい)。クロック信号S02の波形揺れτが5nsの場合には、交流出力信号S38の電圧の変動が小さい(「α」)が、バンディング(画質ムラ)が軽微(「B」)である。クロック信号S02の波形揺れτが15nsの場合には、交流出力信号S38の電圧の変動が大きく(「β」)、バンディング(画質ムラ)が顕在化する(視認される)。
すなわち、バンディング(画質ムラ)を顕在化しない状態又は軽微な状態に抑えるためには、クロック信号S02の波形揺れτを5ns以下にするとよい。
これには、発振子81を源振とするクロック信号S01と同様に、環境温度の変動(温度ドリフト)によるクロック信号S02の周波数の変動が抑制される発振子(第1の実施の形態における発振子82)を源振にするとよい。
As shown in Table 1, when the waveform fluctuation τ of the clock signal S02 is 0 ns, the voltage fluctuation of the AC output signal S38 is small (“α”), and banding (unevenness in image quality) does not become obvious (not easily visible). ). When the waveform fluctuation τ of the clock signal S02 is 5 ns, the fluctuation of the voltage of the AC output signal S38 is small (“α”), but the banding (image quality unevenness) is slight (“B”). When the waveform fluctuation τ of the clock signal S02 is 15 ns, the voltage variation of the AC output signal S38 is large (“β”), and banding (uneven image quality) becomes obvious (visible).
That is, in order to suppress the banding (image quality unevenness) to a state where it is not obvious or a slight state, the waveform fluctuation τ of the clock signal S02 is preferably set to 5 ns or less.
For this purpose, as in the case of the clock signal S01 using the
なお、第1の実施の形態では、発振子81、82の2個の発振子を用いている。
発振子81は、交流出力信号S38の周波数を設定するクロック信号S01の源振であり、交流出力信号S38の電流Iacを設定する交流電流設定信号S3の源振である。発振子82は、変調信号S11の源振である。
交流出力信号S38の周波数は、例えば2kHzであり、変調信号S11の周波数は、例えば、100kHzである。すなわち、交流出力信号S38と変調信号S11とは、周波数が大きく異なる。よって、発振子81の生成する基準信号S0と発振子82の生成する基準信号S1とを異なる周波数とすることで、交流出力信号S38を生成する分周器72及び変調信号S11を生成する分周器73のそれぞれの分周比の設定が容易になる。
In the first embodiment, two
The
The frequency of the AC output signal S38 is 2 kHz, for example, and the frequency of the modulation signal S11 is 100 kHz, for example. That is, the frequency of the AC output signal S38 and the modulation signal S11 is greatly different. Therefore, the reference signal S0 generated by the
また、交流出力信号S38の周波数を設定するクロック信号S01と交流出力信号S38の電流Iacを設定する交流電流設定信号S3とが共通の発振子81を源振とすることで、交流電流設定信号S3に対して、別の基準信号を設けることを要しない。
In addition, the clock signal S01 for setting the frequency of the AC output signal S38 and the AC current setting signal S3 for setting the current Iac of the AC output signal S38 are driven by the
{第2の実施の形態}
第1の実施の形態においては、クロック信号S02を生成する発振子82及び分周器73は、電源基板110に設けられていた。
第2の実施の形態においては、クロック信号S02を生成する発振子82及び分周器73は、信号生成基板120に設けられている。
他の構成は、第1の実施の形態と同様であるので、同様の部分の説明を省略し、異なる部分を説明する。
{Second Embodiment}
In the first embodiment, the
In the second embodiment, the
Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description of similar parts is omitted, and different parts will be described.
図8は、第2の実施の形態が適用されるバイアス電源装置100のブロック構成の一例を説明する図である。第2の実施の形態が適用されるバイアス電源装置100においても、バイアス電源装置100は、帯電バイアス電源ユニット13aKが構成された電源基板110と信号生成基板120とを備える。
そして、発振子82及び分周器73は、信号生成基板120に設けられている。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a block configuration of the bias
The
このようにしても、クロック信号S02は発振周波数の変動が抑えられる発振子(第2の実施の形態における発振子82)を源振にしているので、クロック信号S02の波形揺れが抑制され、交流出力信号S38の電圧の変動によるバンディング(画質ムラ)が抑制される。
Even in this case, since the clock signal S02 is sourced from an oscillator (
{第3の実施の形態}
第2の実施の形態が適用されるバイアス電源装置100では、信号生成基板120に、発振子81と発振子82とが設けられていた。発振子81は、クロック信号S01及び交流電流設定信号S3の源振である。クロック信号S01は、交流出力信号S38の周波数を設定する周波数設定信号S33の周波数を設定する。発振子82は、クロック信号S02の源振である。クロック信号S02は、変調信号S11の周波数を設定する。
このため、部品実装面積の増加及び部品のコストが増加する。
そこで、第3の実施の形態では、信号生成基板120において、発振子82を省略し、発振子81をクロック信号S02の源振としている。
他の構成は、第1の実施の形態と同様であるので、同様の部分の説明を省略し、異なる部分を説明する。
{Third embodiment}
In the bias
For this reason, the increase in a component mounting area and the cost of components increase.
Therefore, in the third embodiment, in the
Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description of similar parts is omitted, and different parts will be described.
図9は、第3の実施の形態が適用されるバイアス電源装置100のブロック構成の一例を説明する図である。第3の実施の形態が適用されるバイアス電源装置100においても、バイアス電源装置100は、帯電バイアス電源ユニット13aKが構成された電源基板110と信号生成基板120とを備える。
そして、分周器73は、信号生成基板120に設けられ、発振子81から基準信号S0を受信する。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a block configuration of the bias
The
このようにしても、クロック信号S02は発振周波数の変動が抑えられる発振子(第3の実施の形態における発振子81)を源振にしているので、クロック信号S02の波形揺れが抑制され、交流出力信号S38の電圧の変動によるバンディング(画質ムラ)が抑制される。
Even in this case, since the clock signal S02 is sourced from an oscillator (
第1の実施の形態から第3の実施の形態では、帯電バイアスを供給するバイアス電源装置100を例として説明した。前述したように、現像バイアスを供給するバイアス電源装置100としてもよい。
In the first to third embodiments, the bias
第1の実施の形態から第3の実施の形態では、負極性帯電タイプのトナーを用いるとしたが、正極性帯電タイプのトナーを用いてもよい。このときには、帯電バイアス電源ユニット13aの出力する直流出力電圧Vdc及び現像バイアス電源ユニット15aの出力する直流出力電圧Vdcの極性を逆(正(+)電圧)に設定すればよい。 In the first to third embodiments, the negatively charged toner is used. However, the positively charged toner may be used. At this time, the polarities of the DC output voltage Vdc output from the charging bias power supply unit 13a and the DC output voltage Vdc output from the developing bias power supply unit 15a may be set to opposite (positive (+) voltage).
そして、第1の実施の形態から第3の実施の形態では、画像出力制御部30が送信する交流電流設定信号S3(図5参照)、直流電圧設定信号S4は、「H」と「L」との2つの電圧を有する信号とした。これは、これらの信号の画像出力制御部30から帯電バイアス電源ユニット13aへの送信において、ノイズの影響を受けにくくするためである。よって、画像出力制御部30が送信する交流電流設定信号S3、直流電圧設定信号S4をアナログ電圧の信号とし、帯電バイアス電源ユニット13aのアナログ電圧変換回路1201、1251を省略してもよい。
In the first to third embodiments, the AC current setting signal S3 (see FIG. 5) and the DC voltage setting signal S4 transmitted by the image
さらに、第1の実施の形態から第3の実施の形態では、画像形成装置1は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)などのそれぞれの色に対応した複数の感光体ドラム12を備えたタンデム型であるとして説明した。画像形成装置1は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)などのそれぞれの色に対応した現像器を回転可能に取り付けた回転式現像装置を備えたマルチプル(ロータリー)型としてもよい。
Further, in the first to third embodiments, the
1…画像形成装置、10…画像形成プロセス部、11、11Y、11M、11C、11K…画像形成ユニット、12、12Y、12M、12C、12K…感光体ドラム、13、13Y、13M、13C、13K…帯電ロール、13a、13aY、13aM、13aC、13aK…帯電バイアス電源ユニット、14、14Y、14M、14C、14K…プリントヘッド、15、15Y、15M、15C、15K…現像器、15a、15aY、15aM、15aC、15aK…現像バイアス電源ユニット、30…画像出力制御部、40…画像処理部、60…波形設定部、71、72、73…分周器、81、82…発振子、100…バイアス電源装置、110…電源基板、120…信号生成基板、1200…交流出力部、1201、1251…アナログ電圧変換回路、1202、1252…増幅回路、1203…第1ローパスフィルタ、1204…変調回路、1205…駆動回路、1206、1254…スイッチ回路、1207…第2ローパスフィルタ、1208、1255…トランス、1209…交流電流検出回路、1210…交流電圧検出回路、1211…電圧生成回路、1212…積分回路、1213…RC回路、1250…直流出力部、1253…制御回路、1256…整流回路、1257…直流電圧検出回路、Amp1、Amp2、Amp3、Amp4…誤差増幅器、Cmp…比較器、FET1、FET2…電界効果トランジスタ、GND…接地電圧、Io…出力電流、Iac…交流出力電流、Idc…直流出力電流、S0、S1…基準信号、S01、S02…クロック信号、S11…変調信号、S3…交流電流設定信号、S33…周波数設定信号、S34…変調出力信号、S35…駆動信号、S36…スイッチ出力信号、S37…正弦波信号、S38…交流出力信号、S4…直流電圧設定信号、Tr1、Tr2、Tr4、Tr5…npnトランジスタ、Tr3…pnpトランジスタ、Vo…出力電圧、Vac…交流出力電圧、Vcc、Vs…電源電圧、Vdc…直流出力電圧、Vref1、Vref2、Vref3、Vref4、Vref5、Vref6…基準電圧
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記像保持体を帯電する帯電部と、
前記帯電部により帯電された前記像保持体を露光し、当該像保持体に静電潜像を形成する露光部と、
前記露光部により露光され前記像保持体に形成された静電潜像を現像する現像部と、
前記現像された画像を被転写体に転写する転写部とを、備え、
前記帯電部及び前記現像部の少なくとも一方は、交流と直流とを重畳した電界を用い、当該電界は、
一次巻線と二次巻線とを有し、当該一次巻線に電流が供給されることにより、当該二次巻線から交流出力信号を出力するトランスと、
スイッチ素子を有し、受信した変調出力信号に基づいて当該スイッチ素子をスイッチングさせて前記トランスの前記一次巻線に電流を供給するスイッチ回路と、
前記交流出力信号の周波数を設定する周波数設定信号と、変調信号とを受信してパルス幅変調された前記変調出力信号を生成する変調回路と、を備えたバイアス電源によって生成され、
前記周波数設定信号及び前記変調信号は、発振子を源振として生成される
ことを特徴とする画像形成装置。 An image carrier,
A charging unit for charging the image carrier;
Exposing the image carrier charged by the charging unit to form an electrostatic latent image on the image carrier; and
A developing unit that develops the electrostatic latent image exposed by the exposure unit and formed on the image carrier;
A transfer unit that transfers the developed image to a transfer target,
At least one of the charging unit and the developing unit uses an electric field in which alternating current and direct current are superimposed.
A transformer having a primary winding and a secondary winding and supplying an AC output signal from the secondary winding by supplying a current to the primary winding;
A switch circuit having a switch element and switching the switch element based on the received modulated output signal to supply a current to the primary winding of the transformer;
A frequency setting signal that sets a frequency of the AC output signal; a modulation circuit that receives the modulation signal and generates the modulation output signal that is pulse-width modulated;
The image forming apparatus, wherein the frequency setting signal and the modulation signal are generated using an oscillator as a source oscillation.
スイッチ素子を有し、受信した変調出力信号に基づいて当該スイッチ素子をスイッチングさせて前記トランスの前記一次巻線に電流を供給するスイッチ回路と、
前記交流出力信号の周波数を設定する周波数設定信号と、変調信号とを受信してパルス幅変調された前記変調出力信号を生成する変調回路と、を備え、
前記周波数設定信号及び前記変調信号は、発振子を源振として生成されることを特徴とするバイアス電源装置。 A transformer having a primary winding and a secondary winding and supplying an AC output signal from the secondary winding by supplying a current to the primary winding;
A switch circuit having a switch element and switching the switch element based on the received modulated output signal to supply a current to the primary winding of the transformer;
A frequency setting signal that sets a frequency of the AC output signal; and a modulation circuit that receives the modulation signal and generates the modulation output signal that is pulse-width modulated, and
The bias power supply apparatus, wherein the frequency setting signal and the modulation signal are generated using an oscillator as a source oscillation.
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