JP5422950B2 - 電源装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置および画像形成装置に関する。

プリンタ、複写機等の画像形成装置は、感光体を帯電装置で一様に帯電し、露光装置により静電潜像を形成し、トナー像を現像装置で形成し、転写装置でトナー像を用紙に転写する。さらに、用紙への転写後、剥離装置で用紙を感光体または、転写装置等から剥離し画像を出力する。

例えば、カラー印刷装置においては、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色ごとに、感光体、帯電装置、現像器、転写装置のいわゆる画像形成ユニットを構成し、これらの各々を動作させてカラー印刷を行う。

電子写真方式のプリンタ・複写機等は、帯電装置、現像器、転写装置等の負荷に対して規定電圧もしくは電流を与えるための高圧電源を備えている。電圧もしくは電流は、帯電、現像、転写、剥離、清掃等の処理のために供給される。昨今のプリンタ・複写機等は市場での高機能要求を背景に、カラー化、高速化が進んでいる。その要求に対応するべく、感光体、および、帯電、現像、転写機能を含むブロックを各色（例えばＹＭＣＫ色）毎に用意し、ペーパーを１パスで印字するタンデム型エンジンが主流になりつつある。タンデム型の利点は一度に多色（例えばＹＭＣＫ色の４色）を印字できるため、白黒機と同様のスピードパフォーマンスを実現できる。

転写装置として、例えば、−極性のトナー画像が形成された中間転写ベルトから用紙にトナー画像を転写する二次転写装置では、中間転写ベルトを挟んで接地された二次転写ロールと対向するバックアップロールにバイアスが高圧電源としての電源装置により印加される。―バイアスの場合には、マイナス極性であるトナーは反発し転写ロール側へすなわち用紙へ転写される。＋バイアスの場合には、クリーニング(ＣＬＮ)バイアスとなる。このクリーニングバイアスは、トナー画像間に形成された濃度制御用のパッチで二次転写ロールが汚れないように中間転写ベルトにバッチを残すようにするために印加される。

このように異なる極性の電圧を印加する電源装置には、正負出力用の２つのコンバータ(電源回路)を直列に接続するものと、正負出力用の２つのコンバータ(電源回路)を並列にスイッチを介して接続するものとがある。

正負出力用の第１の電源回路および第２の電源回路の出力にバイパス抵抗を設けて直列に接続し、異なる極性の第１および第２の電源回路を選択して出力するものとしては、例えば、特許文献１および特許文献２に開示されるものがある。

上述の転写装置は、高速極性切替応答性が特に要求されるタンデム構成の画像形成装置では、例えば、図２に示すように、一次転写器で形成された中間転写体上の画像などのトナー像を用紙等のシート状記録媒体に転写する二次転写器として使用される。

このような転写装置で、バックアップロールにバイアスを印加する場合、用紙などのシート状の記録媒体にトナーを転写する転写バイアス(−)と、非転写時に濃度制御用パッチが２次転写器としての転写ロールに付着しないようクリーニング(ＣＬＮ)バイアス(＋)との２つの電源回路出力にバイパス抵抗を設けて直列に接続し、極性の異なる出力を持つ第１および第２の電源回路を選択して切替えることにより、負荷としてのバックアップロールに供給している。

高速化に伴い、極性切替え時間の要求が厳しくなり、従来技術の装置では要求をみたすのが困難であることが分かった。−出力から＋出力への極性切替えが遅れると、転写ロールにパッチを形成するトナーが付着し用紙の裏面が汚れる。転写ロールはクリーニング装置を具備しているが、付着したパッチ濃度が高いとクリーニングしきれない。すなわち、このような直列接続の構成だと、マイナス出力からプラス出力に切り替わる際特に出力側のインピーダンスが大きいと、マイナス出力の電荷放電とプラス出力の立上げに時間がかかりプラス出力に切り替わるまでの極性切替えに時間がかかる。特にプロセススピードが速いマシンの場合、プラス出力の立上り遅れによりパッチのトナーが転写ロールに付着し汚れがひどくなってコピー用紙の裏面が汚れ、ロールのインピーダンスが変わり転写不良を起こす可能性があった。＋出力から−出力への極性切替えが遅れると用紙への転写不良による画質欠陥を引き起こしてしまう。

一方、正負コンバータを並列にスイッチを介して接続する構成の電源装置としては、特許文献３に開示されるものがある。この電源装置は、転写材を感光体から分離するためのマイナスの分離バイアスと、プラスの転写バイアスが、スイッチを介して転写手段に印加される。このような並列接続型では、スイッチによる出力切替え時にノイズが発生し、装置及び周辺装置への対策が必要となる。また、切替え装置とノイズ対策のため装置が大型化し、さらに切替えスピードが限定される。

特開２０００−２３２７２９号公報 特公平０２−０１６６５９号公報 特開平０５−２２４５４１号公報

本発明は、極性切替えを行う電源装置において、バイパス抵抗を介することなく、極性切替の応答性を高めた電源装置およびそれを適用した画像形成装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、互いに並列に設けられ、異なる極性の出力電圧を共通の出力端子から出力する第１の電源回路および第２の電源回路と、前記第１の電源回路の出力側に設けられ前記第１の電源回路の出力を導通・非導通する第１のスイッチと、前記第２の電源回路の出力側に設けられ前記第２の電源回路の出力を導通・非導通する第２のスイッチと、入力切替信号に基づいて前記第１および第２の電源回路の出力を切替えて駆動する制御を行う第１の制御手段と、前記第１の電源回路の出力時に前記第１のスイッチを導通とすると共に前記第２のスイッチを非導通とし、前記第２の電源回路の出力時に前記第１のスイッチを非導通とすると共に前記第２のスイッチを導通とする制御を行う第２の制御手段とを備え、前記第１及び第２のスイッチのうち少なくとも一つが、直列接続された複数のスイッチからなり、前記第２の制御手段が、前記複数のスイッチを同一のタイミングで導通・非導通を制御することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数のスイッチの駆動手段として、前記第２の制御手段の出力信号に基づいて駆動されるスイッチング手段と、該スイッチング手段が１次側巻線に接続され同一タイミングで駆動される１以上のトランスと、前記複数のスイッチに対応して設けられ該トランスの二次側巻線に接続される整流平滑回路とを含み、前記整流平滑回路の出力で前記複数のスイッチが駆動される。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数のスイッチが、トランジスタである。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記トランジスタが電界効果トランジスタである。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１及び第２のスイッチの一方が、前記直列接続された複数のスイッチからなり、他方が当該電源回路の出力の低圧側に設けられる。

請求項６記載の発明は、互いに並列に設けられ、異なる極性の出力電圧を共通の出力端子から出力する第１の電源回路および第２の電源回路と、前記第１の電源回路の出力側に設けられ前記第１の電源回路の出力を導通・非導通する第１のスイッチと、前記第２の電源回路の出力側に設けられ前記第２の電源回路の出力を導通・非導通する第２のスイッチと、入力切替信号に基づいて前記第１および前記第２の電源回路の出力を切替えて駆動する制御を行う第１の制御手段と、前記第１の電源回路の出力時に前記第１のスイッチを導通とすると共に前記第２のスイッチを非導通とし、前記第２の電源回路の出力時に前記第１のスイッチを非導通とすると共に前記第２のスイッチを導通とする制御を行う第２の制御手段と、画像を形成する画像形成手段と、前記第１及び第２の電源回路から出力される電源出力に基づいて、前記画像形成手段が形成した画像を記録媒体に転写する転写手段とを備え、前記第１及び第２のスイッチのうち少なくとも一つが、直列接続された複数のスイッチからなり、前記第２の制御手段が、前記複数のスイッチを同一のタイミングで導通・非導通を制御する。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記画像形成手段は、画像を中間転写体に形成する画像形成手段であり、前記転写手段は、前記中間転写体に形成された画像を記録媒体に転写する２次転写手段である。

請求項１記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、極性切替時の応答性を高めることができる。また、本構成を有していない場合に比較して、高速極性切替応答性が高められ、複数のスイッチの合計分の耐圧で電源回路の出力を導通・非導通することができる。

請求項２記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、高速極性切替応答性が高められ、低電圧入力で高耐圧のスイッチを駆動することができる。

請求項３記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、高速極性切替応答性が高められ、電源回路の出力に高耐圧で小型なスイッチが可能となる。

請求項４記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して高速極性切替応答性が高められ、電源回路の出力に高耐圧で小型なスイッチが可能となる。

請求項５記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、高速極性切替応答性が高められ、当該スイッチを低電圧入力で駆動でき、回路構成の簡単化が可能である。

請求項６記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、極性切替え時の応答性が高めることができる。高速極性切替応答性が要求される画像形成の場合にも、記録媒体の汚れや画質欠陥を低減させることができる。また、本構成を有していない場合に比較して、高速極性切替応答性が高められ、複数のスイッチの合計分の耐圧で電源回路の出力を導通・非導通することができる。

請求項７記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、極性切替え時の応答性が高めることができる。高速性極性切替応答性や厳格な濃度管理が要求される画像形成の場合にも、記録媒体の汚れや画質欠陥を低減させることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施例に係る電源装置１００の構成例を示す回路図である。図２は図１の電源装置１００を備えた本発明の実施例に係る画像形成装置の構成図である。

図２の画像形成装置は、タンデム型プリンタの構成例を示す。本実施例では、高圧電源を各色ＹＭＣＫの画像形成ユニット個々に対応して設定した構成例であるが、高圧電源は各画像形成ユニットに対して共通化して設ける構成も可能である。

図２のタンデム型プリンタの構成および動作について説明する。各感光体ドラム２１０１の周囲には、帯電ロールを備えた帯電器２１０２が備えられ、帯電器２１０２により感光体ドラム２１０１が一様に帯電された後、感光体ドラム２１０１上に図示しない露光装置により露光され、静電潜像が形成される。静電潜像が現像器２１０３により現像され、感光体ドラム２１０１上のトナー像は、一次転写器２１０４により中間転写体(例えば、中間転写ベルト)２１０７上に転写される。これらの処理をＹＭＣＫそれぞれ連続して行った後、二次転写器２１０６により用紙（ペーパー）などのシート状の記録媒体上に転写され、剥離器２１０５で用紙を剥離し出力する。

ここで、二次転写器２１０６は、接地される転写ロール２１０６ａと、中間転写体２１０７を挟んで対向するバックアップロール２１０６ｂを含んで構成される。負荷としてのバックアップロール２１０６ｂにバイアスが印加される。図２では、省略されているが、二次転写器２１０６の転写ロール２１０６ａには、転写ロール２１０６ａに付着したトナーを回収するクリーニング装置が設けられ、二次転写位置より下流には、中間転写体２１０７に付着したトナーを回収するクリーニング装置が設けられる。

次に、このようなタンデム型の画像形成装置の二次転写器２１０６に対応して設けられる高圧電源としての電源装置１００の基本構成について、図１を参照して説明する。

本実施例の電源装置１００は、図１に示すように、負荷に対して転写バイアスを与えるマイナス出力の第１の電源回路１０と、負荷に対して非転写バイアス、すなわちクリーニング(ＣＬＮ)バイアスを与えるプラス出力の第２の電源回路２０を備える。入力電源電圧Ｖｃｃ(例えば２４Ｖ)は、共通に電源回路１０、２０に与えられる。

マイナス出力の第１の電源回路１０は、制御部１１、トランジスタ１２、トランス１３、および整流平滑回路１４を備えて構成される。また、整流平滑回路１４と、共通の出力端５０との間の出力ラインには、スイッチ(１)３０が挿入される。

プラス出力の第２の電源回路２０は、第１の電源回路１０に対して並列に設けられ、制御部２１、トランジスタ２２、トランス２３、および整流平滑回路２４を備えて構成される。また、整流平滑回路２４と、共通の出力端５０との間の出力ラインには、スイッチ(２)４０が挿入される。共通の出力端５０は、負荷に接続され、第１および第２の電源回路の出力が、スイッチ(１)３０、スイッチ(２)４０の切替えにより選択的に負荷に供給される。

第１の電源回路１０の制御部１１は、トランジスタ１２をスイッチングして駆動するものであり、−出力電圧検出回路(図示せず)で検出された−出力電圧により定電圧制御する。また、−出力電流検出回路(図示せず)で検出された−出力電流により定電流制御する。これらの制御は、外部制御部から入力される定電圧／定電流選択入力信号(図示せず)により選択される。

トランジスタ１２は電界効果トランジスタで、そのドレインには、トランス１３の一次巻線を介して入力電源電源Ｖｃｃに直列接続されると共に、そのソースが接地される。さらに、そのゲートには、制御部１１の出力が接続される。なおトランジスタ１２は、バイポーラトランジスタで構成してもよい。

整流平滑回路１４は、トランス１３の２次巻線と並列に接続されるコンデンサ１４ａと、カソードが２次巻線の一端(高圧側)に接続されアノードが整流平滑回路１４の出力点に接続されるダイオード１４ｂと、一端がダイオードのアノードに接続され他端が２次巻線の他端(低圧側)に接続される抵抗１４ｃとを含んで構成される。

第２の電源回路２０の制御部２１は、トランジスタ２２をスイッチングして駆動するものであり、＋出力電圧検出回路(図示せず)で検出された＋出力電圧により定電圧制御する。例えば、＋出力電圧検出回路は、整流平滑回路２４の出力で検出してもよいし、トランス２３の検出巻線(図示せず)に励起する電圧を＋出力電圧に対応した電圧として検出してもよい。

トランジスタ２２は、電界効果トランジスタで、そのドレインには、トランス２３の一次巻線を介して入力電源電源Ｖｃｃに直列接続されると共に、そのソースが接地される。さらに、そのゲートには、制御部２１の出力が接続される。なおトランジスタ２２は、バイポーラトランジスタで構成してもよい。

整流平滑回路２４は、トランス２３の２次巻線と並列に接続されたコンデンサ２４ａ、アノードが２次巻線の一端(高圧側)に接続され、カソードが整流平滑回路２４の出力点に接続されるダイオード２４ｂと、一端がアノードに接続され、他端がトランス２３の２次巻線に接続された抵抗２４ｃとを含んで構成される。

スイッチ(１)３０、スイッチ(２)４０は、小型化のため本実施例では、トランジスタで構成される。トランジスタとして、例えば、高耐圧が比較的得やすい電界効果トランジスタが使用されるが、バイポーラトランジスタで構成してもよい。

スイッチ(１)３０は、整流平滑回路１４の出力点側にソース、出力端５０側にドレインが接続され、スイッチ(２)４０は、整流平滑回路２４の出力点側にドレイン出力端５０側にソースが接続される。

スイッチオン／オフ制御部３１、４１は、スイッチ(１)３０、スイッチ(２)４０のオン・オフ(導通・非導通ともいう)制御をする。第１および第２の電源回路１０、２０の動作状態の検出に基づいてオン・オフ制御をする。第１および第２の電源回路１０、２０の動作状態が検出できれば、どこで検出してもよい。例えば、第１および第２の電源回路１０、２０の出力動作を切替えるための外部制御部からの入力切替信号に基づいて制御してもよいし、-出力電圧検出回路、-出力電流検出回路、および＋出力電圧検出回路などで検出して制御してもよい。

次に、以上のように構成された本実施例に係る電源装置の動作を説明する。

まず、転写バイアス(−)を与える転写時の動作について説明する。転写時は、図３に示すように画像区間が転写バイアス(−)を与え、用紙などのシート状の記録媒体上に画像を転写する区間である。転写時には、転写信号(−出力選択信号)を選択する選択信号が外部制御部から−＋出力切替制御部(図示せず)に入力される。転写信号の選択信号を入力した−＋出力切替制御部は、定電圧／定電流選択信号(図示せず)に基づいて、駆動信号を、第１の電源回路１０の制御部１１に入力して、制御部１１が、定電圧制御及び定電流制御のいずれか一方の制御をする。例えば、定電圧制御する場合には、この際、外部制御部から入力された−出力ＰＷＭ信号が制御部１１に入力される。制御部１１は、入力された−出力ＰＷＭ信号の示すデューティに対応した−出力電圧になるように、−出力電圧検出回路で検出された電圧をモニタし、トランジスタ１２を駆動する。これにより、−出力電圧がデューティ値の示す目標値となるように定電圧制御され、トランス１３及び整流平滑回路１４を介して、マイナス出力が２次側に発生する。

一方、−＋出力切替制御部は、転写時には、第２の電源回路２０の制御部２１に対する駆動信号を無効として、非駆動となるように制御し、第２の電源回路２０は非動作となる。

このとき、第１の電源回路１０が動作し、その出力がオン状態であり、第２の電源回路２０が停止し、その出力がオフ状態であることを示す信号をスイッチオン／オフ制御部３１、４１が受け取ると、スイッチオン／オフ制御部３１によりスイッチ(１)３０がオン(導通)状態に制御され、スイッチオン／オフ制御部４１によりスイッチ(２)４０がオフ(非導通)状態に制御される。この結果、第１の電源回路１０の−出力がスイッチ(１)３０を介して負荷に供給される。

次に、クリーニング(ＣＬＮ)バイアスを与える非転写時（クリーニング時）の動作について説明する。図３に示すように、大雑把に言うと、画像と画像の間の濃度調整用パッチが形成された区間がクリーニング(ＣＬＮ)バイアスを与える非転写時（クリーニング時）である。正確に言うと、画像の終端からパッチの先端までの間で−出力から＋出力に切替えを終了すべき切替区間であり、パッチ区間がクリーニング(ＣＬＮ)バイアスを確実に供給すべき期間である。パッチの終端から次の画像までが＋出力から−出力に切替えを終了すべき切替区間である。非転写時には、クリーニング信号(＋出力選択信号)が出力されるように、−＋出力切替制御部(図示せず)に、非転写(クリーニング信号)の選択信号が入力される。この結果、−＋出力切替制御部はクリーニング信号として駆動信号を第２の電源回路２０の制御部２１に入力する。なお、この場合、−＋出力切替制御部は、第１の電源回路１０の制御部１１には、駆動信号を出力しない。よって、制御部１１は第１の電源回路１０を駆動せず、停止状態とする。一方、クリーニング信号が入力された制御部２１は、定電圧制御を開始する。この際、外部制御部から＋出力ＰＷＭ信号が制御部２１に入力される。制御部２１は、入力された＋出力ＰＷＭ信号の示すデューティ値に対応した＋出力電圧になるように、＋出力電圧検出回路(図示せず)で検出された電圧をモニタし、トランジスタ２２を駆動する。これにより、トランス２３および整流平滑回路２４は、２次側にプラス出力を発生させる。

一方、−＋出力切替制御部は、転写時には、第１の電源回路１０の制御部１１に対する駆動信号を無効として、非駆動となるように制御し、第１の電源回路１０は非動作となる。

このとき、第２の電源回路２０が動作し、その出力がオン状態であり、第１の電源回路１０が停止し、その出力がオフ状態であることを示す信号をスイッチオン／オフ制御部３１、４１が受け取ると、スイッチオン／オフ制御部３１によりスイッチ(１)３０がオフ(非導通)状態に制御され、スイッチオン／オフ制御部４１によりスイッチ(２)４０がオン(導通)状態に制御される。この結果、第２の電源回路２０の＋出力がスイッチ(２)４０を介して負荷に供給される。

次に、スイッチ(２)４０側が、トランジスタ１個の耐圧では不足する場合について説明する。本発明による複数のトランジスタとして、複数の電荷効果トランジスタ(ＦＥＴ)を同一タイミングでオン・オフ動作させるために複数の絶縁トランスを設け、これらのトランスは１次側のスイッチング手段によりスイッチング動作に伴い２次側に出力を発生させ、これを整流する事で各々のトランジスタ(ＦＥＴ)を同時に駆動させる。このようなスイッチ２(高耐圧スイッチ回路)を設けた電源装置１０１の詳細構成を図４に示す。

図４に示すように、スイッチ(２)４０は、スイッチオン／オフ制御部４１ａ、トランジスタ４２、トランス４３、駆動回路４４、直列に接続された複数のトランジスタ４５、バランス抵抗４６、および定電圧素子４７を含んで構成される。

スイッチオン／オフ制御部４１ａは、図１のスイッチオン／オフ制御部４１の機能に加えて、トランジスタ４２を介してトランス４３を駆動するために、所定の周波数でスイッチングする機能を有する。なお、このスイッチオン／オフ制御部４１ａは、トランジスタ４２を介してスイッチングを制御することによりトランスを駆動して複数のトランジスタ４５をオン・オフ駆動できればよい。通常の電源におけるスイッチング制御部のように、例えば、目標値として、ＰＷＭ信号と、出力検出により正確に２次側出力を制御してもよいし、ＰＷＭ信号を与えず、２次側出力を所定の範囲で固定的に制御してもよい。

トランジスタ４２は、図４に示すように、そのゲートがスイッチオン／オフ制御部４１に接続され、そのドレインが入力電源電圧(例えば２４Ｖ)に１以上のトランス４３の１次巻線を介して接続され、そのソースが接地される。

トランス４３は、複数のトランジスタ４５を駆動するために１以上で構成される。図４の例では、トランス１個当たり２個のトランジスタ４５を駆動するため、２つの２次巻線を持つ。同図では、２個以上のトランス４３を使用して４個以上のスイッチ４５を駆動する回路を示す。即ち、トランス４３として、トランス４３ａ、４３ｂ・・・を示し、複数のトランジスタ４５として、４個以上のトランジスタ４５１、４５２、４５３、４５４・・・に対応して４個以上の２次巻線４３１、４３２、４３３、４３４・・・が設けられ、２次巻線４３１、４３２、４３３、４３４・・・に対応して駆動回路４４として、２次側の駆動回路４４１、４４２、４４３、４４４・・・が設けられる。

駆動回路４４１、４４２、４４３、４４４・・・は、同一の回路構成を持ち、ダイオード４４ａ、コンデンサ４４ｂ、抵抗４４ｃ、ゲート抵抗４４ｄ、およびバイアス抵抗４４ｅを含んで構成される。ダイオード４４ａは、アノードが２次巻線の一端に接続されカソードがゲート抵抗４４ｄの一端に接続される。コンデンサ４４ｂは、一端がダイオード４４ａのカソードに接続され、他端が２次巻線の他端に接続され、抵抗４４ｃはその両端がコンデンサ４４ｂの両端に並行に接続される。ゲート抵抗４４ｄは、その他端がトランジスタ４５(４５１、４５２、４５３、４５４・・・)のゲートと接続される。バイアス抵抗４４ｅは、トランジスタ４５のゲートとソース間に接続される。

トランジスタ４５(４５１、４５２、４５３、４５４・・・)は、＋側端子、すなわち第２の電源回路２０の出力点と、−端子側、即ち共通の出力端５０との間で直列に接続される。

バランス抵抗４６(４６１、４６２、４６３、４６４・・・)は、トランジスタ４５(４５１、４５２、４５３、４５４・・・)のドレインとソースの間には、＋側端子と−側端子の間にかかる電圧が各トランジスタに均等に分圧してかかるようにするものである。

定電圧素子４７(４７１、４７２、４７３、４７４・・・)は、各トランジスタの耐圧以上の電圧がかかって故障しないように、ドレイン−ソース間の電圧を耐圧以下の定電圧に制御する。

この場合のスイッチ(２)４０ａの内部動作は、次のようである。スイッチ(２)をオンさせるときには、スイッチオン／オフ制御部４１ａは、トランジスタ４２を所定の周波数でスイッチングさせ、トランス４３(４３ａ、４３ｂ・・・)を駆動し、１次側入力電圧を昇圧して２次側(２次巻線)に電圧を生じさせる。この電圧が、各駆動回路で整流平滑化され、トランジスタ４５(４５１、４５２、４５３、４５４・・・)のゲートに印加され、各トランジスタが同一タイミングでオンする。

一方、スイッチ(２)をオフさせるときは、スイッチオン／オフ制御部４１ａよりトランジスタ４２をオフする信号が出力されるので、トランジスタ４２がオフし、トランス４３の２次巻線には出力されない。したがって、２次側に電圧が現れないので、駆動回路４４は複数のトランジスタ４５を同一タイミングでオフする。

このように、第１および第２の電源回路１０、２０のオン・オフ状態(動作状態)を検出した低電圧のトリガー信号(検出信号)で、第１の電源回路１０での最大出力電圧以上の出力をオン・オフ制御する事が可能となる。すなわち、このようなスイッチの構成とする事でトランジスタ(ＦＥＴ)１個の耐圧以上の出力電圧がスイッチ２の両端にかかった場合でも問題なく出力をオン・オフ制御する事が可能となる。

次に、スイッチ１にも上記スイッチ２と同様に、複数のトランジスタ(ＦＥＴ)を同一タイミングでオン・オフ動作させるために複数の絶縁トランスを設け該トランスは１次側のスイッチング手段によりスイッチング動作に伴い２次側に出力を発生させ、これを整流する事で各々のトランジスタ(ＦＥＴ)を同時に駆動させる場合を説明する。このようなスイッチ１、２とも高耐圧スイッチ回路で構成した電源装置１０２の詳細な構成図を図５に示す。

図５に示すように、スイッチ(１)３０ａは、スイッチ(２)４０ａと同様に、スイッチオン／オフ制御部３１ａ、トランジスタ３２、トランス３３、駆動回路３４、直列に接続された複数のトランジスタ３５、バランス抵抗３６、および定電圧素子３７を含んで構成される。

トランジスタ３２は、トランジスタ４２と同様に、図５に示すように、そのゲートがスイッチオン／オフ制御部３１ａに接続され、そのドレインが入力電源電圧(例えば２４Ｖ)に１以上のトランス３３の１次巻線を介して接続され、そのソースが接地される。

トランス３３は、トランス４３と同様に、複数のトランジスタ３５を駆動するために１以上で構成される。図５の例では、トランス１個当たり２個のトランジスタ３５を駆動するため、２つの２次巻線を持つ。同図では、２個以上のトランス３３を使用して４個以上のスイッチ３５を駆動する回路を示す。即ち、トランス３３として、トランス３３ａ、３３ｂ・・・を示し、複数のトランジスタ３５として、４個以上のトランジスタ３５１、３５２、３５３、３５４・・・に対応して４個以上の２次巻線３３１、３３２、３３３、３３４・・・が設けられ、２次巻線３３１、３３２、３３３、３３４・・・に対応して駆動回路３４として、２次側の駆動回路３４１、３４２、３４３、３４４・・・が設けられる。

駆動回路３４(３４１、３４２、３４３、３４４・・・)は、駆動回路４４と同様に、同一の回路構成を持ち、ダイオード３４ａ、コンデンサ３４ｂ、抵抗３４ｃ、ゲート抵抗３４ｄ、およびバイアス抵抗３４ｅを含んで構成される。ダイオード３４ａは、アノードが２次巻線の一端に接続されカソードがゲート抵抗３４ｄの一端に接続される。コンデンサ３４ｂは、一端がダイオード３４ａのカソードに接続され、他端が２次巻線の他端に接続され、抵抗３４ｃはその両端がコンデンサ３４ｂの両端に並行に接続される。ゲート抵抗３４ｄは、その他端がトランジスタ３５(３５１、３５２、３５３、３５４・・・)のゲートと接続される。バイアス抵抗３４ｅは、トランジスタ３５のゲートとソース間に接続される。

トランジスタ３５(３５１、３５２、３５３、３５４・・・)は、第１の電源回路１０は−出力なので、トランジスタ４５の場合と異なり、向きが逆となり、＋側端子(ドレイン側)、すなわち共通の出力端５０と、−端子側(ソース側)、すなわち第１の電源回路１０の出力点との間で直列に接続される。

バランス抵抗３６(３６１、３６２、３６３、３６４・・・)は、バランス抵抗４６と同様に、トランジスタ３５(３５１、３５２、３５３、３５４・・・)のドレインとソースの間には、＋側端子と−側端子の間にかかる電圧が各トランジスタに均等に分圧してかかるようにするものである。

定電圧素子３７(３７１、３７２、３７３、３７４・・・)は、定電圧素子４７と同様に、各トランジスタの耐圧以上の電圧がかかって故障しないように、ドレイン−ソース間の電圧を耐圧以下の定電圧に制御する。

この場合のスイッチ(１)３０ａの内部動作は、次のようである。スイッチ(１)をオンさせるときには、スイッチオン／オフ制御部３１ａは、トランジスタ３２を所定の周波数でスイッチングさせ、トランス３３(３３ａ、３３ｂ・・・)を駆動し、１次側入力電圧を昇圧して２次側(２次巻線)に電圧を生じさせる。この電圧が、各駆動回路で整流平滑化され、トランジスタ３５(３５１、３５２、３５３、３５４・・・)のゲートに印加され、各トランジスタが同一タイミングでオンする。

一方、スイッチ(１)３０ａをオフさせるときは、スイッチオン／オフ制御部３１ａよりトランジスタ３２をオフする信号が出力されるので、トランジスタ３２がオフし、トランス３３の２次巻線には出力されず、電圧が現れないので、駆動回路３４は複数のトランジスタ３５を同一タイミングでオフする。

このように、スイッチ１、２とも高耐圧スイッチ回路にしたので、第１および第２の電源回路１０、２０のオン・オフ状態(動作状態)を検出した低電圧のトリガー信号(検出信号)で、第１および第２の電源回路１０、２０での最大出力電圧以上の出力をオン・オフ制御することが可能となる。すなわち、このようなスイッチの構成とする事でトランジスタ(ＦＥＴ)１個の耐圧以上の出力電圧がスイッチ１、２の両端にかかった場合でも問題なく出力をオン・オフ制御する事が可能となる。このような構成にすれば第１の電源回路１０の出力電圧及び第２の電源回路２０の出力電圧が、高電圧になってもオン／オフ制御が可能となる。

次に、第２の実施例を図６に示す。第２の電源回路２０の出力電圧が低く１個のトランジスタ(ＦＥＴ)でスイッチのオン・オフ制御が可能な場合には第１の
電源回路１０の出力段の低圧側にスイッチ１を設けた電源装置１０３について図６を参照して説明する。

図６に示すように、スイッチ(１)３０は、今まで述べてきた図１などのように、第１の電源回路１０でのトランス１３の２次巻線のダイオード１４ｂが挿入された出力点側(高圧側)ではなく、接地側である低電圧側に設けている。その他は図４の電源装置１０１と同様である。

このように構成すれば、第１および第２の電源回路１０、２０のオン・オフ状態(動作状態)を検出した低電圧のトリガー信号(検出信号)を、そのままスイッチ１に入力しオン・オフ制御するこができるため、回路構成が簡単で動作も速やかに行うことが可能となる。

図７は、スイッチ１、２で説明した高耐圧スイッチ回路の構成を示し、１０個のトランジスタ８５を直列に接続した場合の一例である。トランジスタ８２でスイッチングされるトランス８３は、５個のトランス８３ａ〜８３ｅから成り、各１次巻線は入力電源電圧(例えば２４Ｖ)と、トランジスタ８２の出力点の間に直列に接続される。トランス８３の２次巻線は、１０個のトランジスタ８５(８５０〜８５９)に対応して一つのトランスに２個づつ有し、２次巻線８３０〜８３９から成る。各トランジスタに対応した駆動回路８４(８４０〜８４９)は、バランス抵抗８６(８６０〜８６９)、定電圧素子８７(８７０〜８７９)は、第１および第２の実施例で説明した対応した素子と実質的に同一である。なお、定電圧素子８７(８７０〜８７９)は、１個のトランジスタ８５当たり、直列接続された４個の定電圧素子で実現している。

１個のトランジスタの耐圧が１５００Ｖとすると、＋側端子と、−側端子との間では、論理的には１５ＫＶの耐圧が得られることになる。図８に示すトランス８３(８３ａ〜８３ｅ)の各トランスの１次巻線と２次巻線との間の耐圧は、Ａでは、約３ＫＶ、Ｂでは、約５ＫＶ、Ｃでは、約７ＫＶ、Ｄでは、約９ＫＶ、Ｅでは、約１１ＫＶの耐圧構造が必要となる。

以上説明したように、本実施例によればマイナス出力からプラス出力に切り替わる際 出力側のインピーダンスが大きくてもバイパス抵抗を介することが無くなるのでマイナス出力の電荷放電とプラス出力の立上りが速やかに行われるため、プラス出力に切り替わるまでの極性切替応答時間が大幅に改善される。逆にプラス出力からマイナス出力に切り替わる際も同様にマイナス出力に切り替わる極性切替応答時間が大幅に改善される。 これによりプロセススピードが速いマシンでも転写ロールへのトナー付着を防止する事が出来るため、シート状記録媒体としてのコピー用紙の汚れを防止したり転写不良を防止する事が可能となる。

以上述べた実施例では、スイッチオン／オフ制御部を２つのスイッチに分けて説明したが、スイッチオン／オフ制御部を１つで構成して２つのスイッチのオン・オフ制御をしてもよい。

以上述べた本発明の実施例では、電子写真などのカラーの画像を形成するタンデム型の画像形成装置で使用される高圧電源およびそのような画像形成装置で説明したが、カラーのタンデム型に限らず、白黒の画像形成装置においても、高速極性切替応答性が要求される画像形成装置で使用される高圧電源およびそのような画像形成装置などにおいて有効に利用され得る。さらに、タンデムエンジンなどエンジンの個数に限定されず、白黒機でも4サイクル機など、特に中間転写体上の転写すべき画像間に濃度制御用パッチを書く場合に本発明は有効に適用できる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但しこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えば本発明は、電子写真などの高速極性切替応答性が要求される画像形成装置で使用される高圧電源およびそのような画像形成装置などにおいて利用可能である。

本発明の第１の実施例に係る電源装置１００の基本構成例を示す回路図である。 図１の電源装置が適用される本実施例に係る画像形成装置の構成例を示すブロック図である。 中間転写体上に形成された画像とパッチに対する転写バイアスとクリーニンバイアスの切替関係を示す説明図である。 一方のスイッチを高耐圧スイッチ回路とした電源装置１０１の構成例を示す回路図である。 ２つのスイッチを高耐圧スイッチ回路とした電源装置１０２の構成例を示す回路図である。 本発明の第２の実施例に係る電源装置１０３の構成例を示す回路図である。 本発明に係る実施例における高耐圧スイッチ回路の構成例を示す回路図である。

符号の説明

１０、１０ａ：第１の電源回路
２０、２０ａ：第２の電源回路
１１、２１：制御部
１２、２２、３２、３５、４２、４５、８２、８５：トランジスタ
１３、２３、３３、４３、８３：トランス
１４、１４−１、２４、２４−１：整流平滑回路
１１、２１：制御部
３０、３０ａ：スイッチ１
３１、３１ａ、４１、４１ａ：スイッチオン／オフ制御部
４０、４０ａ：スイッチ２
３４、４４、８４：駆動回路
５０：出力端
５１：−＋出力切替制御部

Claims (7)

1. 互いに並列に設けられ、異なる極性の出力電圧を共通の出力端子から出力する第１の電源回路および第２の電源回路と、
   前記第１の電源回路の出力側に設けられ前記第１の電源回路の出力を導通・非導通する第１のスイッチと、
   前記第２の電源回路の出力側に設けられ前記第２の電源回路の出力を導通・非導通する第２のスイッチと、
   入力切替信号に基づいて前記第１および第２の電源回路の出力を切替えて駆動する制御を行う第１の制御手段と、
   前記第１の電源回路の出力時に前記第１のスイッチを導通とすると共に前記第２のスイッチを非導通とし、前記第２の電源回路の出力時に前記第１のスイッチを非導通とすると共に前記第２のスイッチを導通とする制御を行う第２の制御手段とを備え、
   前記第１及び第２のスイッチのうち少なくとも一つが、直列接続された複数のスイッチからなり、前記第２の制御手段が、前記複数のスイッチを同一のタイミングで導通・非導通を制御することを特徴とする電源装置。
2. 前記複数のスイッチの駆動手段として、前記第２の制御手段の出力信号に基づいて駆動されるスイッチング手段と、該スイッチング手段が１次側巻線に接続され同一タイミングで駆動される１以上のトランスと、前記複数のスイッチに対応して設けられ該トランスの二次側巻線に接続される整流平滑回路とを含み、前記整流平滑回路の出力で前記複数のスイッチが駆動されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記複数のスイッチが、トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
4. 前記トランジスタが電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
5. 前記第１及び第２のスイッチの一方が、前記直列接続された複数のスイッチからなり、他方が当該電源回路の出力の低圧側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
6. 互いに並列に設けられ、異なる極性の出力電圧を共通の出力端子から出力する第１の電源回路および第２の電源回路と、
   前記第１の電源回路の出力側に設けられ前記第１の電源回路の出力を導通・非導通する第１のスイッチと、
   前記第２の電源回路の出力側に設けられ前記第２の電源回路の出力を導通・非導通する第２のスイッチと、
   入力切替信号に基づいて前記第１および前記第２の電源回路の出力を切替えて駆動する制御を行う第１の制御手段と、
   前記第１の電源回路の出力時に前記第１のスイッチを導通とすると共に前記第２のスイッチを非導通とし、前記第２の電源回路の出力時に前記第１のスイッチを非導通とすると共に前記第２のスイッチを導通とする制御を行う第２の制御手段と、
   画像を形成する画像形成手段と、
   前記第１及び第２の電源回路から出力される電源出力に基づいて、前記画像形成手段が形成した画像を記録媒体に転写する転写手段とを備え、
   前記第１及び第２のスイッチのうち少なくとも一つが、直列接続された複数のスイッチからなり、前記第２の制御手段が、前記複数のスイッチを同一のタイミングで導通・非導通を制御することを特徴とする画像形成装置。
7. 前記画像形成手段は、画像を中間転写体に形成する画像形成手段であり、前記転写手段は、前記中間転写体に形成された画像を記録媒体に転写する２次転写手段であることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。

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