JP2604819B2 - 電源装置、発光装置、定着装置および記録装置 - Google Patents

電源装置、発光装置、定着装置および記録装置

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JP2604819B2 JP63204703A JP20470388A JP2604819B2 JP 2604819 B2 JP2604819 B2 JP 2604819B2 JP 63204703 A JP63204703 A JP 63204703A JP 20470388 A JP20470388 A JP 20470388A JP 2604819 B2 JP2604819 B2 JP 2604819B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は負荷に瞬間的に高電圧の直流を通電させるた
めの電源装置と、その電源装置を用いた発光装置および
定着装置および記録装置に関する。
〔従来の技術〕
電子写真のフラッシュ定着装置などにおいては、低電
圧の交流電源から高電圧の直流を発生し、これをフラッ
シュ用の電源として用いている。このような目的の電源
装置の従来例では、「高電圧工学」90〜91頁（電気学会
発行）に記載のようにコッククロフト回路を用いて低電
圧を高電圧直流に変換していた（この回路はコッククロ
フトウォルトン回路とも呼ばれる）。
第10図は従来の電源装置の回路図である。コッククロ
フトウォルトン回路１は、整流素子，コンデンサ，抵抗
より構成され、交流電源11からの低電圧交流から高電圧
の直流を発生し、制限抵抗24を介して充放電用コンデン
サ23を充電する。この間スイッチ８は開状態にあるが、
十分に充電が行われるとスイッチ８を閉として瞬間的に
負荷12への放電を行う。制限抵抗24は、この放電時に、
コッククロフトウォルトン回路１の整流素子の破損を防
ぐためのものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術においては、充放電用コンデンサおよび
制限抵抗の存在により、容積，重量が大きくなるという
問題があり、また制限抵抗での電力損失が負荷による消
費電力に等しいという問題があった。かかる問題は、と
くにコンパクト性、低電力消費が重視される電子写真の
フラッシュ定着装置や、同電子写真のフラッシュ予熱装
置において深刻なものとなっている。
本発明の目的は、制限抵抗および充放電用コンデンサ
をなくし、その容積，重量および電力損失を低減した電
源装置を提供するにあり、またその電源装置を用いた発
光装置および定着装置および記録装置を提供するにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的は、本発明の電源装置において、コックク
ロフトウォルトン回路の整流素子の少なくとも一部をサ
イリスタやトランジスタ等の整流制御素子とし、昇圧時
には前記整流制御素子を導通状態として整流作用を実行
させ、放電時には前記整流制御素子を遮断状態とし、さ
らに整流制御素子の導通／遮断状態を制御するための制
御信号を与える構成とすることにより達成される。
〔作用〕
本願発明によれば、従来コッククロフトウォルトン回
路を用いた電源装置で必要であった充放電用のコンデン
サを無くして、コッククロフトウォルトン回路を構成す
る整流素子の少なくとも一部を整流制御素子に置き換
え、さらにコッククロフトウォルトン回路のコンデンサ
が充放電用（昇圧用）のコンデンサの機能を兼ねるよう
に制御される。しかも、制御信号は前記整流制御素子を
放電時に絶縁状態とするから、これらの絶縁状態となっ
た整流素子および他の整流素子の放電時電流は零となる
かもしくは減少し、これによって放電時の整流素子の破
損が防止される。従って制限抵抗および充放電用のコン
デンサをなくすことができ、小型化，低損失化が実現で
きる。
〔実施例〕
第１図は本発明の電源装置の第１の実施例を示す回路
図である。コッククロフトウォルトン回路１は、コンデ
ンサ２〜４、サイリスタ5,6、ダイオード７により構成
されている。この回路により、最も負荷12に近い位置で
一次側交流電源11からの交流のピーク値の３倍の電圧を
有する直流が得られる。制御回路10はスイッチ８および
スイッチ９を開閉する。直流5V電源13はサイリスタ5,6
の駆動信号となり、スイッチ９が閉状態のときサイリス
タ5,6は整流作用を持ち、開状態のとき同サイリスタは
絶縁状態となる。このような作用をする素子を整流制御
素子という。このときサイリスタ5,6のゲート端子はフ
ローティング状態で用いる必要があるので直接に接地す
ることができない。このため、スイッチ8,9とサイリス
タ5,6の間にフォトカプラー28が設けられている。スイ
ッチ８は負荷12への放電制御用で、スイッチ８が閉状態
で放電状態となる。
本電源装置では昇圧に約0.5秒を要し、その間制御回
路10はスイッチ８を開、スイッチ９を閉にし、コンデン
サ２〜４を充電する。この時はスイッチ８は開状態とな
っている為、サイリスタ５〜６、ダイオード７に流れる
電流は各々の帯電流値より十分小さい。もし、このまま
スイッチ８を閉じた場合には、瞬時に負荷12に対しコン
デンサ２〜４から放電される。電流ｉは放電電荷ｑの時
間微分、すなわちdq/dtであるから、放電時間がマイク
ロ秒（μ）のオーダーならばサイリスタ5,6、ダイオー
ド７に流れる電流は各々５〜10kAにも達する。これによ
り耐えられる許容電流値を越えるためこれらのサイリス
タおよびダイオードが破損する。それゆえ従来の電源装
置（第10図に示す）には制限抵抗24と充電用コンデンサ
23が必要であった。本発明の実施例では、スイッチ８を
開き、スイッチ９を閉じた状態でコンデンサ２〜４に充
電を行ない、その次のタイミングには、制御回路10はス
イッチ８を開いたままスイッチ９を開く。この時サイリ
スタ5,6は絶縁状態となるので、コンデンサ3,4が充電状
態のまま交流電源の一次側接地からコンデンサ3,コンデ
ンサ4,スイッチ８とたどる直列回路が形成される。その
次のタイミングでは、制御回路10はスイッチ９を開いた
ままスイッチ８を閉じる。この時負荷12に対し、コンデ
ンサ3,4に蓄積された電荷は瞬時に放電する。この状態
ではスイッチ９は開いているので、サイリスタ5,6は絶
縁状態であり、したがってサイリスタ5,6はもちろん、
ダイオード７にも電流は流れず、コンデンサの放電によ
りサイリスタ5,6、ダイオード７が破損することはな
い。
なお、本実施例では制御される整流素子にサイリスタ
を用いるものとしたが、トランジスタを用いても同様の
効果が得られる。また、ダイオード７をサイリスタに置
換し、全ての整流素子に同様の制御を行った場合でも効
果は同じである。さらに、ダイオード７をサイリスタに
置換し、サイリスタ６をダイオードに置換した場合、つ
まり最終段のみをダイオードとした構成で、サイリスタ
を上記と同様に制御する場合には、最終段ダイオードが
放電時電流により破壊される恐れがある。以上で述べた
説明を整理すると、コッククロフトウォルトン回路の偶
数段の整流素子を本実施例で述べたように制御する方法
が最も効果的である。
第２図は本発明の電源装置の第２の実施例を示す回路
図である。本発明実施例では、サイリスタ5,サイリスタ
６を制御回路10により各々別個に制御するためスイッチ
14が設けられている。この点を除けば第２図は第１図の
実施例と同様である。第３図はサイリスタ５およびサイ
リスタ６に流れる電流波形である。この電流は各々
（ａ），（ｂ）で示されるような脈動流である。コンデ
ンサ2,3,4の充電電圧は充電時間とともに増加し、やが
て定常状態、すなわち飽和に至るがサイリスタに流れる
脈動流のピーク値は小さくなる。コンデンサ2,3,4が完
全に飽和状態でサイリスタ5,6が絶縁状態ならばサイリ
スタ5,6に流れる電流はごくわずかであり、第１図に示
した実施例の方法で十分である。しかし放電電圧を制御
する場合は、コンデンサが飽和する以前にコンデンサの
充電電圧に応じてサイリスタ5,6のいずれか一方を絶縁
する必要がある。なぜならばこのときサイリスタの一方
にはまだ電流が流れている可能性があるからである。す
なわち、SW8が開いている状態で各コンデンサが飽和し
ていれば、コンデンサの状態は静的となり各コンデンサ
には電流が流れない。（定常状態という。） この定常状態に至るまでの過渡状態で各コンデンサに
電流が流れており、コンデンサとコンデンサの間にある
サイリスタに電流が流れる。もしこの電流が流れている
ときにそのサイリスタを無理に閉じようとするとそのサ
イリスタを破損するおそれがある。本実施例では、第３
図に示したサイリスタの一方に流れる電流がゼロになっ
たタイミングでサイリスタ5,6が絶縁状態となるように
スイッチを制御するものである。
この制御は次の手順で行なわれる。スイッチ9,14とス
イッチ８との開閉のタイミング関係は第１図の実施例と
同様である。つまりスイッチ８を開き、スイッチ９を閉
じ、スイッチ14を閉じてコンデンサを充電し、サイリス
タ５の電流が零になったタイミングでスイッチ９を閉じ
る。この時スイッチ14は閉状態、スイッチ８は開状態の
ままである。次にサイリスタ６の電流が零になるタイミ
ングでスイッチ14を開く。この時スイッチ９は開状態、
スイッチ８も開状態となっている。次のタイミングでス
イッチ9,14は開状態のままスイッチ８は閉じられ、コン
デンサは負荷に対し放電する。本実施例によればコンデ
ンサ2,3,4が充電途中でもサイリスタ5,6を破損させずに
絶縁状態とすることができるので、放電電圧の調節が出
来るという効果がある。
第４図はフラッシュ発光装置への適用例である。本実
施例は第２図に示した電源回路によりフラッシュランプ
を発光させるもので、一次側低電圧交流電源11の電流を
絶縁トランスを用いて昇圧した後、第２図に示したコッ
ククロフトウォルトン回路１によりさらに昇圧整流す
る。制御回路10はスイッチ14,9およびトリガワイヤ15に
接続され、第２図に示したスイッチ８を閉とするのと同
様のタイミングでトラガワイヤ15に高周波を印加する。
この時キセノンフラッシュランプ16にコンデンサ2,3,4
から放電が行われ、閃光が発生する。従来キセノンフラ
ッシュランプ発光用電源は、第10図に示した充電用コン
デンサ23および制御抵抗24により容積・重量が大きく、
さらに電力損失が大きいという欠点を有していたが、本
実施例によれば制御抵抗も充電用コンデンサも無く、こ
のような問題は生じない。
第５図は、本発明の電源装置を用いたプリンタ，コピ
ー装置，ファクシミリ等の電子写真装置におけるフラッ
シュ定着装置の断面側面図である。電源装置18およびキ
セノンフラッシュランプ16は第４図に示した回路と全く
同様のものである。本定着装置は、印写装置により記録
紙19の上に画像としてトナー20を堆積させた後、キセノ
ンフラッシュランプ16の閃光を記録紙19およびトナー20
に照射し、それによりトナー20のみ加熱し融解させるこ
とによって記録紙19の上にトナー20を固着させるもので
ある。本実施例によれば、電源装置18に制御抵抗および
充電用コンデンサが無いため、容積・重量が小さく電力
損失が小さいフラッシュ定着装置が得られるという効果
がある。
第６図は電子写真のヒートロール定着装置において非
接触予熱装置として本電源装置を適用したものである。
まず、従来の予熱装置を第11図を用いて説明する。第11
図においてヒートロール21は表面にテフロン等の離型層
を有する金属ロールであり、表面は160〜200℃に加熱さ
れる。バックアップロール22はシリコンゴム等からロー
ルでヒートロール21と接触して対をなす様に配置され、
ヒートロール21とバックアップロール22の間に記録紙19
およびトナー20を挟みトナー20を記録紙19に定着せしめ
る。高速印刷の場合には、ヒートロール21のみでは十分
な定着が出来ないため予熱板25が設置される。この予熱
板は、表面の温度が80℃〜120℃で配置はヒートロール2
1の直前であり、記録紙19の裏面より加熱して定着して
いた。ところが最近では、カット紙を用いた両面印刷が
行われる様になりつつある。両面印刷とは記録装置内部
で印写・定着プロセスを同一の記録紙の表面と裏面に施
す印刷である。つまり、第１面の印写・定着、次に記録
紙を反転して第２面の印写・定着という順に印刷する。
そして、高速印刷の場合には、ヒートロール21だけでは
定着は不十分である。しかし、従来の予熱板25を使う
と、記録紙19の裏面の既に定着されたトナーを、融解し
てしまうため、使用することができない。この問題点の
解決方法としてキセノンフラッシュランプによる予熱が
最も有望であると考えられるが、電源装置が大型で消費
電力が大きいという欠点があるため、未だ実用となって
いない。第６図はこの問題を解決した本発明のフラッシ
ュ予熱装置の断面側面図である。ヒートロール21の直前
で、記録紙19上のトナー20をキセノンフラッシュランプ
16により非接触に予熱する。本装置のキセノンフラッシ
ュランプ16およびその発光用電源装置18は第５図に示し
た回路と全く同様のものである。電源装置18には制限抵
抗および充電用コンデンサがなく、容積・重量が小さ
く、消費電力も小さい。以上本実施例によれば、フラッ
シュランプを用いて非接触に予熱を行うため、両面印刷
時でも裏面トナーの再融解による画像の乱れをなくすこ
とがてでき、記録紙搬送装置にあっては再融解トナーに
より記録面が汚れることがない。しかも電源装置18は容
積，重量がともに小さくでき消費電力も低く抑えられる
という効果がある。
第７図は、第５図に示したフラッシュ定着装置を用い
た電子写真のプリンタの断面側面図である。印刷ステー
ション26で記録紙19の上の静電潜像に応じて画像として
付着しているトナー20がフラッシュランプ16により定着
される。電源装置18には制限抵抗がなく充電用コンデン
サもない。従って、本実施例のプリンタは容積，重量が
小さく、消費電力が少ない。なお本実施例ではプリンタ
を用いて示したが、ファクシミリ，コピー器などの電子
写真プロセスを使用する記録装置であれば同様の効果が
得られる。
第８図は本発明の別のフラッシュ定着装置および予熱
装置の断面側面図である。フラッシュランプ16,反射板1
7,電源装置18で示されるフラッシュ定着装置の構成は第
５図の実施例で示したものと同一である。本実施例では
ヒートロール予熱装置27によりトナー20が半融解状態で
フラッシュ定着装置に達するため、フラッシュ定着装置
の必要電力は第５図の実施例の場合より少なくて済む。
従って、本実施例によれば、電源装置18の消費電力はさ
らに少なく、コンデンサ容量もさらに少ないので容積・
重量もさらに少なくできるという効果がある。
第９図は本発明の電源装置の第３の実施例を示す回路
図である。本実施例は２段のコッククロフトウォルトン
回路１（１段目：コンデンサ２、保護抵抗29、サイリス
タ５から成る回路、２段目：サイリスタ5,7、コンデン
サ３から成る回路）により構成されるが、制御回路10の
制御タイミングは第１図の実施例と同様である。サイリ
スタ５はコッククロフトウォルトン回路１の一段目の接
地側に設置されているため、フォトカプラーを必要とし
ない。ダイオード７は放電時電流が流れるが、保護抵抗
29により保護されるため破損することが無い。以上述べ
た本実施例によれば、サイリスタ５の制御信号回路から
フォトカプラーを無くすことが出来るという効果があ
る。
なお、この実施例では、一次側の低電圧交流を絶縁ト
ランスで絶縁し昇圧して二次側に接地を設けたが、単巻
トランス等を使用して接地を設けることができない場合
には制御信号回路にフォトカプラーを設けることによっ
て本実施例が適用できる。この実施例は単巻トランスが
重量，容積が小さく安価であるという利点があるが，独
立に接地できない欠点がある場合で、この欠点を克服し
重量，容積，価格の低減を狙う使途に好適である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、電源装置の制御抵抗および充放電用
コンデンサを無くすることが出来るので、電源装置の容
積・重量を小さくし、電力損失を低減させる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の電源装置の第１の実施例を示す図、第
２図は本発明の電源装置の第２の実施例を示す図、第３
図は第２図の実施例におけるサイリスタの動作波形を示
す図、第４図は本発明の電源装置を適用したフラッシュ
発光装置およびフラッシュ定着装置の実施例を示す図、
第５図は本発明の電源装置を用いた電子写真装置におけ
るフラッシュ定着装置の断面側面図、第６図は本発明の
電源装置を適用すべく改良された非接触予熱装置の実施
例を示す図、第７図は本発明の電源装置を適用したプリ
ンタの実施例を示す図、第８図は本発明の電源装置を適
用したフラッシュ定着装置および予熱装置の実施例を示
す図、第９図は本発明の電源装置の第３の実施例を示す
図、第10図は従来の電源装置の回路図、第11図は従来の
予熱装置の断面側面図である。 １……コッククロフトウォルトン回路、２〜４……コン
デンサ、5,6……サイリスタ、７……ダイオード、8,9…
…スイッチ、10……制御回路、16……キセノンフラッシ
ュランプ、18……電源装置、19……記録紙。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊坂 隆夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 西野 慎一 東京都千代田区大手町２丁目６番２号 日立工機株式会社内 (72)発明者 藤原 重隆 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−28268（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−181463（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−84641（ＪＰ，Ｕ)

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一次側の低電圧交流を負荷側の高電圧直流
    に変換し、前記直流を瞬時に負荷に放電させる電源装置
    であって、 前記電源装置は第１の整流素子とコンデンサと第２の整
    流素子とを直列に配列した閉回路を少なくとも一つ有
    し、前記整流素子のうち少なくとも一が整流作用を実行
    する導通状態と整流作用を実行しない遮断状態とを制御
    可能な整流制御素子であり、 前記電源装置は、オン状態において前記整流制御素子を
    導通状態としオフ状態において前記整流制御素子を遮断
    状態とする第１のスイッチ手段と、オン状態において電
    源装置から出力される前記直流を負荷に供給しオフ状態
    において負荷と電源装置を遮断状態とする第２のスイッ
    チ手段とを有し、 さらに前記電源装置は、前記コンデンサに充電するタイ
    ミングにおいて前記第１のスイッチ手段をオン状態とし
    第２のスイッチ手段をオフ状態とし、かつ前記コンデン
    サに充電された電荷を負荷に放電するタイミングにおい
    て前記第１のスイッチ手段をオフ状態とし第２のスイッ
    チ手段をオン状態とする制御回路を有することを特徴と
    する電源装置。
  2. 【請求項２】一次側の低電圧交流を負荷側の高電圧直流
    に変換し、前記直流を瞬時に負荷に放電させる電源装置
    であって、 前記電源装置は第１の整流素子とコンデンサと第２の整
    流素子とを直列に配列した閉回路を少なくとも一つ有
    し、前記整流素子のうち少なくとも一つがサイリスタも
    しくはトランジスタであり、 前記電源装置は、オン状態において前記サイリスタもし
    くはトランジスタを導通状態としオフ状態において前記
    サイリスタもしくはトランジスタを遮断状態とする第１
    のスイッチ手段と、オン状態において電源装置から出力
    される前記直流を負荷に供給しオフ状態において負荷と
    電源装置を遮断状態とする第２のスイッチ手段とを有
    し、 さらに前記電源装置は、前記コンデンサに充電するタイ
    ミングにおいて前記第１のスイッチ手段をオン状態とし
    第２のスイッチ手段をオフ状態とし、かつ前記コンデン
    サに充電された電荷を負荷に放電するタイミングにおい
    て前記第１のスイッチ手段をオフ状態とし第２のスイッ
    チ手段をオン状態とする制御回路を有することを特徴と
    する電源装置。
  3. 【請求項３】コッククロフトウォルトン回路を使用して
    一次側の低電圧交流を負荷側の高電圧直流に変換し、前
    記直流を瞬時に負荷に放電させる電源装置において、 コッククロフトウォルトン回路の整流素子の少なくとも
    一つがサイリスタもしくはトランジスタから成り、 前記電源装置は、オン状態において前記サイリスタもし
    くはトランジスタを導通状態としオフ状態において前記
    サイリスタもしくはトランジスタを遮断状態とする第１
    のスイッチ手段と、オン状態において電源装置から出力
    される前記直流を負荷に供給しオフ状態において負荷と
    電源装置を遮断状態とする第２のスイッチ手段とを有
    し、 さらに前記電源装置は、前記コンデンサに充電するタイ
    ミングにおいて前記第１のスイッチ手段をオン状態とし
    第２のスイッチ手段をオフ状態とし、かつ前記コンデン
    サに充電された電荷を負荷に放電するタイミングにおい
    て前記第１のスイッチ手段をオフ状態とし第２のスイッ
    チ手段をオン状態とする制御回路を有することを特徴と
    する電源装置。
  4. 【請求項４】コッククロフトウォルトン回路を使用して
    一次側の低電圧交流を負荷側の高電圧直流に変換し、前
    記直流を瞬時に負荷に放電させる電源装置において、 コッククロフトウォルトン回路の偶数段の整流素子の少
    なくとも一つがサイリスタもしくはトランジスタから成
    り、 前記電源装置は、オン状態において前記サイリスタもし
    くはトランジスタを導通状態としオフ状態において前記
    サイリスタもしくはトランジスタを遮断状態とする第１
    のスイッチ手段と、オン状態において電源装置から出力
    される前記直流を負荷に供給しオフ状態において負荷と
    電源装置を遮断状態とする第２のスイッチ手段とを有
    し、 さらに前記電源装置は前記コッククロフトウォルトン回
    路内のコンデンサに充電するタイミングにおいて前記第
    １のスイッチ手段をオン状態とし第２のスイッチ手段を
    オフ状態とし、かつ前記コンデンサに充電された電荷を
    放電するタイミングにおいて前記第１のスイッチ手段を
    オフ状態とし第２のスイッチ手段をオン状態とする制御
    回路を有することを特徴とする電源装置。
  5. 【請求項５】前記コンデンサに充電された電荷を負荷に
    放電するタイミングは、前記サイリスタもしくはトラン
    ジスタの電流値がほぼ零のタイミングであることを特徴
    とする請求項２記載の電源装置。
  6. 【請求項６】前記コンデンサに充電された電荷を負荷に
    放電するタイミングは、前記サイリスタもしくはトラン
    ジスタの電流値がほぼ零のタイミングであることを特徴
    とする請求項３記載の電源装置。
  7. 【請求項７】前記コンデンサに充電された電荷を負荷に
    放電するタイミングは、前記サイリスタもしくはトラン
    ジスタの電流値がほぼ零のタイミングであることを特徴
    とする請求項４記載の電源装置。
  8. 【請求項８】請求項３記載の電源装置により駆動される
    キセノンフラッシュランプを用いたことを特徴とする発
    光装置。
  9. 【請求項９】請求項３記載の電源装置により駆動される
    キセノンフラッシュランプを閃光発生装置として用いて
    定着を行うことを特徴とする電子写真の定着装置。
  10. 【請求項１０】ヒートロール定着装置と予熱装置とから
    成る電子写真装置の定着装置において、予熱装置の加熱
    手段は請求項３記載の電源装置により駆動されるキセノ
    ンフラッシュランプを用いて非接触加熱電源としたこと
    を特徴とする定着装置。
  11. 【請求項１１】記録装置であって、請求項９記載の定着
    装置を用いたことを特徴とする記録装置。
  12. 【請求項１２】定着装置と予熱装置から成る電子写真装
    置の定着装置において、定着装置に請求項９記載の定着
    装置を用いたことを特徴とする記録装置。
  13. 【請求項１３】コッククロフトウォルトン回路の接地側
    整流素子がサイリスタもしくはトランジスタにより構成
    されることを特徴とする請求項３記載の電源装置。
  14. 【請求項１４】２倍昇圧するコッククロフトウォルトン
    回路の第一段接地側整流素子にサイリスタもしくはトラ
    ンジスタを用いたことを特徴とする請求項13記載の電源
    装置。
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