JP2019062700A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御用と変調信号生成用の従来２つ必要であった集積回路の数を減少させ、集積回路を電源基板に搭載した場合に比較して、電源基板を小型化するとともに、集積回路が電源基板で発生する熱の影響を受けるのを回避する電源装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】電源装置２００は、交流電圧を生成するために変調された変調信号を生成する変調信号生成用集積回路を有する制御基板と、制御基板の変調信号生成用集積回路から出力される変調信号を復調して交流の高電圧を生成する電源基板と、を備える。【選択図】図３

Description

この発明は、電源装置及び画像形成装置に関する。

従来、画像形成装置に用いられる電源装置としては、例えば特許文献１乃至３等に開示されたものが既に提案されている。

特許文献１は、周波数設定信号により出力周波数を設定され、出力電圧設定信号により出力電圧振幅を設定され、矩形波から正弦波形状の信号を生成する正弦波生成回路と、正弦波生成回路により生成された第１の正弦波形状の信号と三角波形状の信号とを比較し比較結果を出力する比較回路と、比較回路の出力信号に基づいてスイッチング動作及び信号増幅を行うスイッチング増幅回路と、スイッチング増幅回路に係る出力信号の波形形状を第２の正弦波形状の信号に変換するフィルタ回路と、フィルタ回路の出力信号の電圧を昇圧するトランスと、該トランスの入力信号又は出力信号をモニタ用信号とし、モニタ用信号に基づいてトランスの出力信号の振幅レベルが所望の振幅レベルとなるように比較回路に入力される正弦波形状の信号をフィードバック制御する制御回路とを備えたＡＣ電圧生成部と、帯電装置の帯電電位となるＤＣ電圧を生成するＤＣ電圧生成部とを備え、ＡＣ電圧生成部で生成したＡＣ電圧とＤＣ電圧生成部で生成したＤＣ電圧を重畳させて出力する画像形成装置用高圧ＡＣ電源装置において、正弦波生成回路は、スイッチトキャパシタを用いたフィルタ回路と、基準信号として周波数設定信号が入力され、スイッチトキャパシタのサンプリングクロックを生成するＰＬＬ回路とを備え、フィルタの遮断周波数が高圧ＡＣ電源装置の出力周波数設定に追従して変化し、帯電装置の帯電電位の変動を抑制するように構成したものである。

特許文献２は、入力信号を切替選択信号によって切り替え、複数の出力信号を出力する信号切替手段と、信号切替手段から出力される前記複数の出力信号をそれぞれチャンネルの異なるスイッチング素子に入力する複数のＤ級アンプと、を備え、信号切替手段は、複数のＤ級アンプを、負荷を駆動するための駆動用ドライバ、または外付けされた駆動用ドライバ回路に対するプリドライバとするかを切替選択信号により切り替えるように構成したものである。

特許文献３は、高圧ＡＣ電源装置の出力電圧を設定するＰＷＭ入力信号が入力され、ＰＷＭ入力信号に基づいてアナログ設定電圧を生成するＰＷＭ変換回路と、アナログ設定電圧およびモニタ用信号が入力され、アナログ設定電圧とモニタ用信号との差分を積分して制御電圧として出力する制御回路と、高圧ＡＣ電源装置の出力周波数を設定する周波数設定信号および制御電圧が入力され、周波数設定信号に応じた周波数で、制御電圧に応じた振幅のＡＣ信号を生成するＡＣ信号生成部と、ＡＣ信号を増幅し、増幅部出力信号を生成する増幅部と、増幅部出力信号を波形整形し、正弦波出力に変換する変換回路と、正弦波出力の電圧を昇圧するトランスと、を備え、ＰＷＭ変換回路、制御回路、ＡＣ信号生成部、および増幅部は、１の集積回路で構成され、制御回路に入力されるモニタ用信号は、トランスの入力信号または出力信号であって、モニタ用信号に基づいて、トランスの出力信号の振幅レベルが所望の振幅レベルとなるように前記ＡＣ信号の振幅をフィードバック制御するものであり、ＰＷＭ変換回路は、アナログ設定電圧に比例した電流を出力する第１の電圧制御電流源と、アナログ設定電圧にマイナスの傾きで比例した電流を出力する第２の電圧制御電流源と、ＰＷＭ入力信号が入力されアナログ設定電圧を出力するスイッチ部と、アナログ設定電圧のための容量とを備え、第１の電圧制御電流源が出力する電流および第２の電圧制御電流源が出力する電流との合計が一定であるように構成したものである。

特開２０１０−１２４６７７号公報 特開２０１３−０６５９３２号公報 特許第５２８２５８０号公報

この発明の目的は、制御用と変調信号生成用の従来２つ必要であった集積回路の数を減少させることにある。

請求項１に記載された発明は、交流電圧を生成するために変調された変調信号を出力する変調信号生成用集積回路を有する制御基板と、
前記制御基板の前記変調信号生成用集積回路から出力される変調信号を復調して交流の高電圧を生成する電源基板と、
を備える電源装置である。

請求項２に記載された発明は、前記電源装置は、前記制御基板の前記変調信号生成用集積回路から出力される変調信号に基づいてスイッチング動作を行うスイッチング回路を備える請求項１に記載の電源装置である。

請求項３に記載された発明は、前記スイッチング回路は、前記電源基板に設けられている請求項２に記載の電源装置である。

請求項４に記載された発明は、前記スイッチング回路は、前記制御基板に設けられている請求項２に記載の電源装置である。

請求項５に記載された発明は、前記電源基板は、生成された前記交流の高電圧を検出する検出手段を備える請求項１に記載の電源装置である。

請求項６に記載された発明は、前記検出手段からの検出信号が前記制御基板に入力される請求項５に記載の電源装置である。

請求項７に記載された発明は、前記制御基板は、前記検出手段からの検出信号に基づいて前記変調信号生成用集積回路が生成する前記変調信号を制御する請求項５に記載の電源装置である。

請求項８に記載された発明は、交流の高電圧が供給される画像形成部材と、
前記画像形成部材に供給する交流の高電圧を出力する電源装置と、
を備え、
前記電源装置として、請求項１乃至７のいずれかに記載の電源装置を用いた画像形成装置である。

請求項１に記載された発明によれば、制御用と変調信号生成用の従来２つ必要であった集積回路の数を減少させることができる。
また、請求項１に記載された発明によれば、集積回路を電源基板に搭載した場合に比較して、電源基板を小型化することができる。
さらに、請求項１に記載された発明によれば、集積回路を電源基板に搭載した場合に比較して、集積回路が電源基板で発生する熱の影響を受けるのを回避することができる。

請求項２に記載された発明によれば、前記電源装置は、前記制御基板の前記変調信号生成用集積回路から出力される変調信号に基づいてスイッチング動作を行うスイッチング回路を備えない場合に比較して、変調信号を増幅することができる。

請求項３に記載された発明によれば、前記スイッチング回路は、前記電源基板に設けられない場合に比較して、制御基板の構成を簡略化することができる。

請求項４に記載された発明によれば、前記スイッチング回路は、前記制御基板に設けられていない場合に比較して、電源基板の構成を簡略化することができる。

請求項５に記載された発明によれば、前記電源基板は、生成された前記交流の高電圧を検出する検出手段を備えない場合に比較して、交流の高電圧を精度良く制御できる。

請求項６に記載された発明によれば、前記検出手段からの検出信号が前記制御基板に入力されない場合に比較して、交流の高電圧を精度良く制御できる。

請求項７に記載された発明によれば、前記制御基板は、前記検出手段からの検出信号に基づいて前記変調信号生成用集積回路が生成する前記変調信号を制御しない場合に比較して、交流の高電圧を精度良く制御できる。

請求項８に記載された発明によれば、前記電源装置として、請求項１乃至７のいずれかに記載の電源装置を用いない場合に比較して、電源装置の集積回路の数を減少させることができる。

この発明の実施の形態１に係る電源装置を適用した画像形成装置を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態１に係る画像形成装置の制御装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る電源装置を示すブロック図である。 ＰＷＭ信号を示す波形図である。 ＰＷＭ信号及び復調した信号を示す波形図である。 比較例に係る電源装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る電源装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る電源装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４に係る電源装置を示すブロック図である。

以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

[実施の形態１]
図１は、実施の形態１に係る電源装置を適用した画像形成装置の全体の概要を示す構成図である。

＜画像形成装置の全体の構成＞
実施の形態１に係る画像形成装置１は、例えばモノクロプリンタとして構成されたものである。この画像形成装置１は、現像剤を構成するトナーで現像されるトナー像（画像）を形成する画像形成部２と、画像形成部２に記録媒体の一例としての記録用紙３を供給する給紙部４と、給紙部４から１枚ずつ供給される記録用紙３を画像形成部２等に搬送する搬送部５と、画像形成部２によってトナー像が形成された記録用紙３に定着処理を施す定着部６などを備える。

画像形成部２は、現像剤を用いた電子写真プロセスにより、記録用紙３の表面に画像を形成する。画像形成部２は、像保持体の一例としての感光体ドラム２１と、感光体ドラム２１の周面を帯電する帯電装置２２と、感光体ドラム２１を露光して静電潜像を形成する露光装置２３と、感光体ドラム２１の静電潜像に現像剤を供給して現像ロール２４１によって現像する現像装置２４と、感光体ドラム２１に形成されたトナー像を記録用紙３に転写する転写装置２５と、感光体ドラム２１の周面を清掃する清掃装置２６などを備える。帯電装置２２には帯電用電圧が供給される。帯電用電圧としては、現像装置２４が反転現像を行うものである場合、現像装置２４から供給されるトナーの帯電極性と同じ極性の直流電圧又は電流に必要に応じて交流電圧を重畳した帯電バイアス電圧が図示しない電源装置によって供給される。また、現像装置２４には、現像ロール２４１と感光体ドラム２１の間に直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が図示しない電源装置によって供給される。転写装置２５は、感光体ドラム２１からトナー像を記録用紙３に直接転写するものではなく、中間転写ベルトなどの中間転写体を介して記録用紙３にトナー像を転写するものであってもよい。現像剤は、例えば黒色のトナーを含む。また、現像剤は、黒色以外に、イエロー、マゼンタ、シアンなどのカラートナーを含んでも良い。

給紙部４は、記録用紙３を収容する収容容器４１や、収容容器４１から記録用紙３を１枚ずつ給紙する給紙ロール４２などを備える。給紙部４は、収容容器４１を画像形成装置１の装置本体１ａに設置することで、収容容器４１内に収容された記録用紙３が供給可能となる。収容容器４１は、例えば、装置本体１ａの正面（使用者が操作時に向き合う側面）側、図示例では左側面側に引き出すことができるよう取り付けられる。

搬送部５は、給紙部４から給紙される記録用紙３を画像形成部２及び定着部６へと搬送し、画像が形成された記録用紙３を装置本体１ａの上部に設置された排出部７へと排出するように搬送する。また、搬送部５は、両面画像形成時、片面に画像が形成された記録用紙３を排出部７へ排出せず、その表裏を反転して画像形成部２へと再度搬送する。

定着部６は、画像形成部２により記録用紙３の表面に形成されたトナー像を熱及び圧力により溶融して記録用紙３に定着させる。 排出部７は、定着部６により画像が定着された記録用紙３を排出して積載した状態で収容する。

図１中、符号１００は画像形成装置１の動作を統括的に制御する制御装置を示している。

図２はこの実施の形態に係る画像形成装置の制御装置１００を示すブロック図である。

図２において、１０１は画像形成装置１の全体の動作を統括して制御する制御手段としての制御部を示すものであり、制御部１０１は画像形成機能制御基板（ＭＣＵ：Micro Controller Unit）を備えている。制御部１０１は、一つの集積回路にコンピュータシステムをまとめたマイクロプロセッサである。制御部１０１は、制御ＩＣ（Integrated Circuit）の他、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶手段、あるいはこれらＣＰＵやＲＯＭ等を接続するバス、通信インターフェイスなどを備えている。

１０３は画像形成装置１に使用するユーザが記録用紙３のサイズやプリント枚数等の画像形成条件を入力するための操作を行う液晶表示パネル等からなる表示部を備えたユーザインターフェイス等からなる操作表示部を示している。

１０４は画像形成装置１が複写機として機能する場合に原稿の画像を読み取る画像読取部、１０５は画像読取部１０４で読み取られるか又は外部から送られてくる画像情報（データ）を一時的に記憶する画像記憶部、１０６は画像記憶部１０５に記憶された画像データに対して所要の画像処理を施す画像処理部、１０７は画像処理部１０６で所要の画像処理が施された画像データに基づいて画像形成（プリント）動作を行う画像形成手段としての画像形成部（印刷部）をそれぞれ示している。

＜画像形成装置の電源装置の構成＞
電源装置２００は、図３に示されるように、制御部１０１の制御基板の一例としての画像形成機能制御基板（ＭＣＵ）２０１と、電源基板の一例としての高圧電源基板２０２とを備えている。画像形成機能制御基板（ＭＣＵ）２０１は、ドライブ信号に対応した周波数の信号を発生する発振器２１１を備えている。発振器２１１から出力される基準クロック信号としては、例えば、５０ＭＨｚや１００ＭＨｚ等の信号が用いられる。発振器２１１から出力される基準信号は、１つの集積回路の一例としての制御ＩＣ（Integrated Circuit）２１２に入力されている。制御ＩＣ２１２は、当該制御ＩＣ２１２が実現する機能回路としてのドライブ信号生成回路２１３を内蔵している。ドライブ信号生成回路２１３は、高圧電源基板２０２に対してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号からなるドライブ信号を出力する。高圧電源基板２０２は、例えば、画像形成部１０７に配置されるが、他の画像形成装置１の装置本体１ａ内に配置しても良い。

ドライブ信号は、図４（ａ）に示されるように、一定の振幅を有し、パルス幅が出力する電圧値や周波数に応じて異なるように変調されている信号である。ドライブ信号は、図４（ｂ）に示されるように、相対的に低い電圧の場合には、プラス極性とマイナス極性のパルス幅の差が小さい。また、ドライブ信号は、図４（ｃ）に示されるように、相対的に高い電圧の場合には、プラス極性とマイナス極性のパルス幅の差が大きい。さらに、ドライブ信号は、図４（ｄ）に示されるように、相対的に周波数が高い場合には、プラス極性とマイナス極性のパルス幅が変化する周期が短くなる。

このようなドライブ信号は、例えば、正弦波や三角波、あるいは矩形波に対応したものが生成される。ドライブ信号の周波数は、発振器２１１から出力される基準周波数の信号に基づいて決定される。ただし、ドライブ信号の周波数は、発振器２１１から出力される基準周波数と等しい値である必要はない。

画像形成部１０７に備えられる高圧電源基板２０２は、大別して、スイッチング（ＳＷ）回路２２１と、復調用フィルター回路２２２と、昇圧用のトランス２２３と、出力電圧を検出する検出回路２２４とを備えている。スイッチング回路２２１は、画像形成機能制御基板（ＭＣＵ）２０１から入力されるＰＷＭ信号からなるドライブ信号を増幅するものである。スイッチング回路２２１によって増幅されたＰＷＭ信号からなるドライブ信号は、復調用フィルター回路２２２に入力される。

復調用フィルター回路２２２は、ＰＷＭ変調されてスイッチング回路２２１により増幅されたドライブ信号を復調して、元の正弦波や三角波などからなる信号を生成する回路である。復調用フィルター回路２２２は、例えば、ローパスフィルター（ＬＰＦ）等から構成されている。ローパスフィルターは、遮断周波数より低い周波数の成分はほとんど減衰させず、遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させるフィルターである。復調用フィルター回路２２２は、ドライブ信号に基づいて正弦波や矩形波、あるいは三角波などの交流波形を生成する。復調用フィルター回路２２２で生成された交流波形は、トランス２２３に入力される。

トランス２２３は、復調用フィルター回路２２２によって復調された交流波形信号を所要の電圧値となるように昇圧する。トランス２２３で昇圧された交流の高電圧は、負荷３００に供給される。負荷３００としては、画像形成装置１の帯電装置や現像装置などが挙げられる。ただし、負荷３００は、画像形成装置１の帯電装置や現像装置などに限定されないことは勿論である。また、この実施の形態では、トランス２２３の出力電圧をそのまま負荷３００に供給しているが、トランス２２３からの出力電圧を図示しない整流回路を介して直流に整流してから負荷３００に供給しても良い。さらに、トランス２２３の出力電圧に図示しない整流回路を介して整流された直流電圧を重畳して負荷３００に供給するように構成しても良い。

また、トランス２２３で昇圧された交流の高電圧は、検出回路２２４に入力される。検出回路２２４は、負荷３００に出力される交流高電圧の電圧値を検出する電圧検出回路から構成されている。検出回路２２４からの検出信号は、出力モニター信号として画像形成機能制御基板（ＭＣＵ）２０１に入力される。

画像形成機能制御基板（ＭＣＵ）２０１は、アナログ信号からなる出力モニター信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器等からなる検知回路２１４を有している。検知回路２１４によってデジタル信号に変換された出力モニター信号は、制御ＩＣ２１２のドライブ生成回路に入力される。ドライブ生成回路２１３は、出力モニター信号の出力電圧が目標値と等しい値となるように生成するドライブ信号を制御する。

＜画像形成装置の電源装置の動作＞
この実施の形態１では、図３に示されるように、画像形成動作時になると、電源装置２００から画像形成装置１の帯電装置２２や現像装置２４などに交流の高電圧が供給される。

電源装置２００は、図３に示されるように、画像形成動作の開始に伴って制御ＩＣ２１２のドライブ生成回路２１３がＰＷＭ信号からなるドライブ信号を生成する。この画像形成機能制御基板（ＭＣＵ）２０１に設けられた制御ＩＣ２１２のドライブ生成回路２１３から出力されるドライブ信号は、信号線２３１を介して高圧電源基板２０２のスイッチング回路２２１に入力される。ドライブ信号は、スイッチング回路２２１によって増幅された後、復調用フィルター回路２２２に入力されて図５（ｂ）に示されるように正弦波信号などとして復調される。

復調用フィルター回路２２２によって復調された正弦波信号は、トランス２２３によって所要の高電圧まで昇圧されて負荷３００に交流の高電圧として出力される。

このように、上記実施の形態１に係る電源装置２００では、当該電源回路２００を構成する集積回路として、１つの制御ＩＣ２１２のみを備えていれば良く、制御用と変調信号生成用の従来２つ必要であった集積回路の数を減少させることができる。

比較例
図６は従来の電源装置を示す構成図である。

従来の電源装置４００は、図６に示されるように、画像形成機能制御基板（ＭＣＵ）４０１にクロック信号生成回路４１１とＰＷＭ信号生成回路４１２とを有する制御ＩＣ４１３が設けられていた。また、電源基板４０２には、ドライブ信号生成回路４２１と、スイッチング回路４２２と、検知回路４１３とを有する制御ＩＣ４２４が設けられていた。

そのため、従来の電源装置４００は、図６に示されるように、制御用と変調信号生成用の集積回路が２つ必要であり、コストアップを招いていた。また、画像形成機能制御基板（ＭＣＵ）４０１と電源基板４０２にそれぞれ集積回路を搭載した場合には、集積回路自体の大きさと集積回路回りの基板のパターン引き回しの分だけ、電源基板４０２が大きくなるという技術的課題を有している。

[実施の形態２]
図７は、実施の形態２に係る電源装置を示すブロック図である。

この実施の形態２に係る電源装置２００は、図７に示されるように、画像形成機能制御基板（ＭＣＵ）２０１の検知回路２１４が制御ＩＣ２１２と別に構成されているのではなく、検知回路２１４が制御ＩＣ２１２に内蔵されている。

そのため、この実施の形態２では、画像形成機能制御基板（ＭＣＵ）２０１の制御ＩＣ２１２の構成をより一層簡略化することができる。

[実施の形態３]
図８は、実施の形態３に係る電源装置を示すブロック図である。

この実施の形態３に係る電源装置２００は、図８に示されるように、スイッチング回路２２１を高圧電源基板２０２に設けるのではなく、画像形成機能制御基板（ＭＣＵ）２０１の制御ＩＣ２１２に内蔵するように構成されている。

そのため、この実施の形態３では、高圧電源基板２０２の構成をより一層簡略化することができる。

[実施の形態４]
図９は、実施の形態４に係る電源装置を示すブロック図である。

この実施の形態４に係る電源装置２００は、図９に示されるように、図８に示される実施の形態３に係る電源装置２００に対して、画像形成機能制御基板（ＭＣＵ）２０１の検知回路２１４が制御ＩＣ２１２と別に構成されているのではなく、検知回路２１４が制御ＩＣ２１２に内蔵されている。

そのため、この実施の形態２では、画像形成機能制御基板（ＭＣＵ）２０１の制御ＩＣ２１２の構成をより一層簡略化することができる。

なお、前記実施の形態では、画像形成装置としてモノクロの画像を形成する画像形成装置に適用した場合について説明したが、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の４色のトナー像を形成するフルカラー画像形成装置についても同様に適用できることは勿論である。

１…画像形成装置
１ａ…画像形成装置本体
１１…感光体ドラム
１４…現像装置
２００…電源装置
２０１…画像形成機能制御基板（ＭＣＵ）
２０２…高圧電源基板

Claims (8)

1. 交流電圧を生成するために変調された変調信号を出力する変調信号生成用集積回路を有する制御基板と、
   前記制御基板の前記変調信号生成用集積回路から出力される変調信号を復調して交流の高電圧を生成する電源基板と、
   を備える電源装置。
2. 前記電源装置は、前記制御基板の前記変調信号生成用集積回路から出力される変調信号に基づいてスイッチング動作を行うスイッチング回路を備える請求項１に記載の電源装置。
3. 前記スイッチング回路は、前記電源基板に設けられている請求項２に記載の電源装置。
4. 前記スイッチング回路は、前記制御基板に設けられている請求項２に記載の電源装置。
5. 前記電源基板は、生成された前記交流の高電圧を検出する検出手段を備える請求項１に記載の電源装置。
6. 前記検出手段からの検出信号が前記制御基板に入力される請求項５に記載の電源装置。
7. 前記制御基板は、前記検出手段からの検出信号に基づいて前記変調信号生成用集積回路が生成する前記変調信号を制御する請求項５に記載の電源装置。
8. 交流の高電圧が供給される画像形成部材と、
   前記画像形成部材に供給する交流の高電圧を出力する電源装置と、
   を備え、
   前記電源装置として、請求項１乃至７のいずれかに記載の電源装置を用いた画像形成装置。

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