JPH09329947A

JPH09329947A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH09329947A
Application number: JP8168717A
Authority: JP
Inventors: Kan Ogasawara; 款小笠原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-10
Filing date: 1996-06-10
Publication date: 1997-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、最適なジャンピング現像を行うこ
とのできる画像形成装置を、低コストで提供することを
目的としている。【解決手段】現像交流用コンバータ整流電圧をスイッ
チングする回路２において、スイッチングトランジスタ
Ｑ１とスイッチングトランジスタＱ４をカスコード接続
し、Ｑ４の動作状態を、トランジスタＱ５により印加さ
れるＱ４のバイアス電圧及びＱ１の動作状態に応じて制
御する。そして、Ｑ１の動作状態は、現像交流スイッチ
ング周波数により制御し、Ｑ４のバイアス電圧は、Ｑ１
のベース電圧をモニタするＱ５により制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真プロセス方
式のレーザプリンタや、デジタル複写機、ファクシミリ
等の画像形成装置において、像担持体上に形成した静電
潜像を現像し、可視像化する現像装置を備えた画像形成
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式を利用した画像形成装置に
おいては、像担持体上に形成した静電潜像を現像装置に
より現像してトナー像として可視化している。以下に、
一般的な現像装置を備えた画像形成装置の一例を、特に
静電潜像形成部を中心に説明する。

【０００３】まず、図４に示すように静電潜像形成部
は、像担持体として有機半導体からなる感光層を塗布さ
れた感光ドラム３６を備えており、該感光ドラム３６
は、図中矢印方向に所定の速度で回転し、その周囲に配
置された一次帯電器３４により、潜像形成の前準備とし
て例えば−６５０Ｖ前後の負電位に一様に帯電する。

【０００４】図５は、一次帯電部を詳細に示したブロッ
ク図である。この一次帯電器３４はローラ方式であり、
直流バイアスが回転するローラを介して直接感光ドラム
３６に負電荷を与える。また、一次帯電器３４には、感
光ドラム３６表面に帯電された表面電位を均一に保つた
めに、直流バイアスの他に交流バイアスも一緒に重畳さ
れている。このような一次帯電器３４による感光ドラム
３６の表面電位の変化を、図６のステップ１の区間に示
す。

【０００５】次に、図４に示すように、感光ドラム３６
は半導体レーザやＬＥＤ等の発光素子を含む光ビーム出
射部３１から照射された光ビーム３２により、画像情報
に基づいて露光され、露光した部分の電位が−１００Ｖ
程度に変化して、感光ドラム３６上に静電潜像が形成さ
れる。このときの感光ドラム３６の表面電位の変化を、
図６のステップ２の露光区間における明部の表面電位の
変化として示す。

【０００６】一方、露光されなかった感光ドラム３６の
表面の暗部は、図６のステップ２の露光区間における暗
部の表面電位変化として示されるように、一次帯電で供
給された負電荷がそのまま残る。

【０００７】このように、露光された感光ドラム３６表
面の明部は負電荷が除去され、露光されなかった感光ド
ラム３６の表面の暗部は負電荷が残るため、感光ドラム
３６表面上には負電荷分布による画像が形成され、この
画像は人間の目では認識できないところから、一般に静
電潜像と呼ばれている。

【０００８】そして、感光ドラム３６表面に形成された
静電潜像は、感光ドラム３６の周囲に配置された現像装
置により現像剤を付着することにより現像される。この
現像装置は、図４に示すように現像剤として非磁性トナ
ーを収容した現像容器４０と、該現像容器４０内に配設
された現像剤担持体としての現像スリーブ３７と、該現
像スリーブ３７に接するように配設された塗布ローラ３
８及び弾性ブレード３９を備えている。

【０００９】現像スリーブ３７は、該現像スリーブ３７
の下部斜めの位置に当接するように配設された塗布ロー
ラ３８の矢印方向の回転により、現像容器４０内の非磁
性トナーを現像スリーブ３７の表面に擦り付けられ、そ
のトナーを担持しながら、感光ドラム３６と対向した開
口部内で矢印方向に回転することにより、トナーを感光
ドラム３６と対向した現像部分に搬送する。そして、こ
の搬送途上でトナーの層厚が弾性ブレード３８により規
制され、現像スリーブ３７上には一定厚の薄層のトナー
層が塗布される。この弾性ブレード３８はウレタン等か
らなり、現像容器４０の開口部上方に配置されて、上方
から垂下して現像スリーブ３７の表面に弾性的に当接し
ている。

【００１０】以上のような工程でトナーが撹拌されるこ
とにより、現像スリーブ３７上に薄層に塗布されたトナ
ーは、−６．０μＣ／ｇ〜−３０．０μＣ／ｇの帯電電
荷が付与され、上記の感光ドラム３６と現像スリーブ３
７との現像部において形成される現像バイアスにより、
現像スリーブ３７から感光ドラム３６へ、また感光ドラ
ム３６から現像スリーブ３７へと移行するようになって
いる。

【００１１】つまり、この現像部における感光ドラム３
６と現像スリーブ３７は、５０μｍから５００μｍの間
隔、通常は３００μｍ程度離した空間（以下、ＳＤギャ
ップと呼ぶ）を設けて配置され、ＳＤギャップに対して
現像バイアス電源４１により、周波数が８０Ｈｚ〜３０
００Ｈｚ、振幅が４００Ｖ〜３０００Ｖ、波形の積分平
均値が−５０Ｖ〜−５５０Ｖ程度の直流バイアス及び交
流バイアスとを重畳した現像バイアスが印加されて現像
電界が生じている。

【００１２】この現像バイアス波形の一例を図７に示
す。図７に示すように、現像バイアスは、トナーを現像
スリーブ３７から感光ドラム３６に向かう方向に付勢す
る電界を形成する第１のピーク値Ｖｍａｘが印加される
時間ｔ１と、反対にトナーを感光ドラム３６から現像ス
リーブ３７に向かう方向に付勢する電界を形成する第２
のピーク値Ｖｍｉｎが印加される時間ｔ２とから構成さ
れ、いわゆるデューティーバイアス波形となっている。
なお、デューティーバイアス以外にも、サイン波、三角
波、のこぎり波、矩形波などのバイアス波形でも現像す
るが、高画質な可視画像を生成するためには、デューテ
ィーバイアス波形が優れている。

【００１３】さて、現像スリーブ３７上の負電荷を帯び
たトナーは、上記のような現像バイアスにより生ずる現
像電界から受ける力によって、現像部において図８に示
すように現像スリーブ３７表面から感光ドラム３６の表
面に転移し、このトナーによって静電潜像が可視像化さ
れる。

【００１４】つまり、感光ドラム３６上の露光された明
部は、現像スリーブ３７上の負に帯電したトナーより相
対的に高電位なので、この層が現像スリーブ３７上のト
ナー層に近接すると、ＳＤギャップの電位差により、ト
ナーがドラム表面にジャンプして付着するのである。こ
れを一般的にはジャンピング現像と呼んでいる。

【００１５】なお、上記デューティーバイアスのように
直流バイアス（ＶＤＣ（ａｖｅ））の他に交流バイアス
（Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｎ、ｔ１、ｔ２）を重畳するのは、
トナーを感光ドラム表面にジャンプさせ易くし、かつ、
画像のコントラストを向上させるためである。

【００１６】次に、図９及び図１０に基づいて交流現像
バイアス波形の生成過程を詳しく説明する。まず、所定
の回路により、コンバータスイッチング周波数を生成
し、図９に示すように、このコンバ−タスイッチング周
波数をスイッチング回路７１に入力する。このスイッチ
ング回路７１では、昇圧トランス等により、コンバ−タ
スイッチング周波数に応じた昇圧された交流高電圧を出
力し、この交流高電圧が図９に示す現像交流電圧生成回
路７２に出力する。

【００１７】そして、該現像交流電圧生成回路７２は、
この出力を整流することにより直流電圧の生成を行い、
波形整形スイッチング回路７６へと出力する。一方、こ
のようにして得られた直流電圧は、電圧検出回路７３に
よりモニタされ、モニタ出力は定電圧制御回路７４に入
力される。この定電圧制御回路７４には、上記現像交流
バイアス電圧の目標を設定する電圧設定基準ＰＷＭ信号
を積分回路７５で直流化した値も入力されており、定電
圧制御回路７４では上記モニタ出力と現像交流バイアス
電圧の目標値とを比較し、比較結果の出力に応じてスイ
ッチング回路７１のスイッチング時間を制御する。した
がって、以上のようなフィードバックループにより、安
定した現像交流バイアス電圧（Ｖｍｉｎ）が生成され
る。

【００１８】この現像交流バイアス電圧（Ｖｍｉｎ）
は、トナーを感光ドラム３６から現像スリーブ３７に向
かう方向に付勢する電界を形成するものであり、図７に
示すような周波数のデューティーバイアスを形成するた
めには、印加時間をｔ２に設定する必要がある。そこ
で、コンバータスイッチング周波数のスイッチング回路
７１への出力は、図１０に示すようにｔ２の期間のみと
し、ｔ１の期間においては行わない。

【００１９】このようにスイッチング回路７１にコンバ
ータスイッチング周波数の出力を行わない場合は、上記
フィードバックループが動作せず、現像交流電圧生成回
路７２からは、現像交流バイアス電圧としてＶｍａｘが
出力される。このＶｍａｘは、トナーを現像スリーブ３
７から感光ドラム３６に向かう方向に付勢する電界を形
成するもので、印加時間はｔ１である。

【００２０】以上のように、現像交流電圧生成回路７２
からは、ｔ２の期間においてＶｍｉｎの電圧が、また、
ｔ１の期間においてＶｍａｘの電圧が交互に出力される
が、実際に現像交流バイアスとして使用するには、Ｖｍ
ｉｎからＶｍａｘ電圧への偏位スロ−プを急峻に波形整
形する必要があるため、図９に示すように、現像交流電
圧生成回路７２からの出力を波形整形スイッチング回路
７６により整形している。

【００２１】この波形整形スイッチング回路７６は、図
７に示すような周期の現像交流バイアス周波数に基づい
て、トランジスタ等のスイッチング素子によりＶｍｉｎ
及びＶｍａｘをスイッチングするものであり、図１０に
示すような波形の現像交流バイアスを生成している。

【００２２】図１１に、図９に示した現像交流電圧生成
回路７２と波形整形スイッチング回路７６の具体的な回
路例を示す。図１１に示すように、現像交流電圧生成回
路７２は、コンバータトランスＴと整流ダイオードＤ１
と平滑コンデンサＣ１から構成されている。一方、波形
整形スイッチング回路７６は、トランジスタＱ１，Ｑ２
及びデジタルトランジスタＱ３と、抵抗器Ｒ２，Ｒ３で
構成されている。Ｑ１は現像交流スイッチングトランジ
スタである。

【００２３】以上のような回路において、現像交流スイ
ッチング周波数は、トランジスタＱ３のベース端子に供
給され、Ｑ３のコレクタが上記Ｑ１のベースに接続され
ているので、Ｑ１のスイッチングＯＮ／ＯＦＦは現像交
流スイッチング周波数にしたがって制御される。また、
Ｑ１がＯＮ状態の期間は、Ｑ２の動作により、Ｑ１を流
れる吸い込み電流が定電流となっている。つまり、Ｑ１
のエミッタとＱ２のベース、さらにはＱ２のコレクタと
Ｑ１のベースが接続される構成となっているので、Ｑ１
のエミッタとグランド間に接続される抵抗器Ｒ２により
検出される電流量をＱ２ベース端子でモニタし、Ｑ２の
コレクタがＱ１のベースを制御することにより、Ｑ１に
は定電流が流れる。

【００２４】また、Ｑ１コレクタには、抵抗器Ｒ１を介
して現像交流電圧生成回路７２の出力端が接続されてお
り、Ｑ１がＯＦＦ状態の時には抵抗器Ｒ１とコレクタの
接続点における電位をＶｍｉｎとし、Ｑ１がＯＮ状態の
時には抵抗器Ｒ１とコレクタの接続点における電位をＶ
ｍａｘとする。

【００２５】そして、Ｖｍｉｎ電位からＶｍａｘ電位に
遷移する現像交流電圧波形がカップリングコンデンサＣ
２を介して現像交流用コンバータ整流電圧と加算され、
現像交流バイアスが生成される。

【００２６】したがって、現像交流バイアスは、Ｖｍａ
ｘからＶｍｉｎに遷移する立ち上がりに関しては、上記
のフィードバックループの応答特性により支配され、Ｖ
ｍｉｎからＶｍａｘに遷移する立ち下がりに関しては、
波形整形スイッチング回路７６の応答特性により支配さ
れる関係にある。

【００２７】また、上記で説明した現像交流波形のパラ
メータのいくつかは、設定範囲が制限されている。

【００２８】まず、Ｖｍａｘは、気圧の低い高地地方で
は平地に比較して火花の発生する電位（リークする限
界）が低くなること、トナーカートリッジ容量が大きく
なると使用耐久期間が延びるために、コロがけずれて火
花の発生する可能性があることなどを考慮して、−１３
００Ｖ〜−１５００Ｖ程度に設定される。

【００２９】次に、ＶＤＣ（ａｖｅ）は、反転現像にお
ける地肌かぶり除去の点から感光体帯電電位に対して設
定されるので、これも設定範囲が限られ、感光体帯電電
位を−６５０Ｖ程度に設定すると−５５０Ｖ〜−１７０
Ｖ程度に設定される。

【００３０】さらに、現像交流スイッチング周波数は、
感光体帯電の一次交流周波数が決定されると、モアレの
ない範囲で選択範囲が決定され、一次交流スイッチング
周波数が１００８Ｈｚとすると、現像交流スイッチング
周波数は２０１６Ｈｚのようになる。

【００３１】以上のような制約の中で、トナーは、微粒
子化による違い、粒形状が円または楕円であるかの違
い、または材料の違いなどにより特性が異なるために、
最適なジャンビング現像を実現するには、現像交流周波
数のデューティー、ＳＤギャップの変更などを行うこと
となる。

【００３２】したがって、Ｖｍａｘ、ＶＤＣ、現像交流
周期Ｔ（ｔ１＋ｔ２）、トナーを現像スリーブ３７から
感光ドラム３６に向かう方向に付勢する電界を形成する
第１のピーク値Ｖｍａｘが印加される時間ｔ１が規定さ
れると、現像交流バイアス振幅ＶＤＥＶは、ＶＤＥＶ＝
（−ＶＤＣ−（−Ｖｍａｘ））×Ｔ／ｔ２で決まってし
まう。一例として、Ｖｍａｘ：−１５００Ｖ、ＶＤＣ：
−２００Ｖ、ｔ２／Ｔ：０．５５とすると、ＶＤＥＶ：
２３６４Ｖ_P-Pとなり、グランド電位に対するＶｍｉｎ
は、ＶＤＥＶ−｜Ｖｍａｘ｜＝１８６４Ｖ ∴Ｖｍｉｎ＝１８６４−｜ＶＤＣ｜＝１６６４Ｖとなる。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
で説明した波形整形スイッチング回路７６のトランジス
タＱ１として一般に入手可能なものは、最大耐圧電圧が
２０００Ｖ〜２１００Ｖであるのに対して、上記のよう
な２３６４Ｖ_P-Pの場合、素子Ｑ１のＡＳＯマージンを
考慮すると、２５００Ｖ耐圧以上のものが必要であり、
このような高耐圧な素子は現段階では入手困難である。
また、仮に入手可能であってもコストが大幅に増加する
ことがあった。したがって、２３６４Ｖ_P-Pのような高
電圧交流振幅が必要な場合、上記で説明した回路構成で
は、最適なジャンピング現像を行うための現像交流バイ
アスの実現が困難であった。

【００３４】そこで、本発明は、最適なジャンピング現
像を行うことのできる画像形成装置を、低コストで提供
することを目的としている。

【００３５】

【課題を解決するための手段】本出願に係る第１の発明
によれば、上記目的は、現像剤担持体上に現像剤を担持
して像担持体と対向した現像部に搬送し、該現像部にお
いて上記現像剤担持体と像担持体との間に、直流電圧に
交流電圧を重畳した現像バイアス電圧を印加して上記像
担持体上に形成された静電潜像を上記現像剤により現像
する画像形成装置において、上記現像交流バイアス電圧
生成のために現像高電圧をスイッチングするスイッチン
グ回路のスイッチング素子をカスコード接続としたこと
により達成される。

【００３６】また、本出願に係る第２の発明によれば、
上記目的は、上記第１の発明において、現像高電圧に対
し、カスコード接続をする少なくとも二つ以上のスイッ
チング素子の各々で現像高電圧に対する耐圧を分割する
回路としたことにより達成される。

【００３７】さらに、本出願に係る第３の発明によれ
ば、上記目的は、上記第１の発明または第２の発明にお
いて、現像高電圧とグランドの電圧間で、グランド側に
接続される第１のスイッチング素子と、該第１のスイッ
チング素子の出力端と上記現像高電圧から負荷を介した
端子間で該第１のスイッチング素子にカスコード接続さ
れる第２のスイッチング素子とを備え、該第２スイッチ
ング素子のスイッチング制御バイアスを、上記第１スイ
ッチング素子のスイッチング制御バイアスと上記現像高
電圧電位間の任意の電位に設定したことにより達成され
る。

【００３８】つまり、本出願に係る第１の発明において
は、現像交流バイアス波形生成における波形整形スイッ
チング回路部のスイッチング素子をカスコード接続とす
ることにより、各スイッチング素子でそれぞれ耐圧を分
割することが容易であり、最適なジャンピング現像に必
要な振幅が大きい高電圧の現像交流電圧を生成する。ま
た、カスコード接続なので、スイッチング素子のミラー
容量の影響を極力無視できる状態でスイッチング素子を
駆動させ、回路の周波数応答性を広帯域化する。したが
って、現像交流電圧波形のＶｍｉｎ電位からＶｍａｘ電
位に遷移する立ち上がりエッジを急峻にして高画質化を
図る。

【００３９】また、本出願に係る第２の発明において
は、上記第１の発明の現像高電圧に対し、カスコード接
続をする少なくとも二つ以上のスイッチング素子の各々
で現像高電圧に対する耐圧を分割する回路としたので、
通常の耐圧の素子により、最適なジャンピング現像に必
要な振幅の大きい高電圧の現像交流電圧を生成する。

【００４０】さらに、本出願に係る第３の発明において
は、上記第１の発明または第２の発明のスイッチング素
子として、現像高電圧とグランドの電圧間で、グランド
側に接続される第１のスイッチング素子と、該第１のス
イッチング素子の出力端と上記現像高電圧から負荷を介
した端子間で該第１のスイッチング素子にカスコード接
続される第２のスイッチング素子とを備え、該第２スイ
ッチング素子のスイッチング制御バイアスを、上記第１
スイッチング素子のスイッチング制御バイアスと上記現
像高電圧電位間の任意の電位に設定したので、双方のス
イッチング素子の安定した動作を保証し、かつ、現像高
電圧に対する耐圧を適切に分割する。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面の図１ないし図３に基づいて説明する。なお、上述
した従来例との共通箇所には同一符号を付す。

【００４２】本実施形態の画像形成装置は、図２に示す
ように、静電潜像形成部に像担持体として有機半導体か
らなる感光層を塗布された感光ドラム３６を備えてお
り、該感光ドラム３６は、図中矢印に所定の速度で回転
し、その周囲に配置された一次帯電器３４により、潜像
形成の前準備として例えば−６５０Ｖ前後の負電位に一
様に帯電する。

【００４３】また、この感光ドラム３６は半導体レーザ
やＬＥＤ等の発光素子を含む光ビーム出射部３１から照
射された光ビーム３２により、画像情報に基づいて露光
され、露光した部分の電位が−１００Ｖ程度に変化し
て、感光ドラム３６上に静電潜像が形成される。

【００４４】そして、感光ドラム３６表面に形成された
静電潜像は、感光ドラム３６の周囲に配置された現像装
置により現像剤を付着することにより現像される。この
現像装置は、現像剤として非磁性トナーを収容した現像
容器４０と、該現像容器４０内に配設された現像剤担持
体としての現像スリーブ３７と、該現像スリーブ３７に
接するように配設された塗布ローラ３８及び弾性ブレー
ド３９を備えている。

【００４５】現像スリーブ３７は、該現像スリーブ３７
の下部斜めの位置に当接するように配設された塗布ロー
ラ３８の矢印方向の回転により、現像容器４０内の非磁
性トナーを現像スリーブ３７の表面に擦り付けられ、こ
のトナーを担持しながら、感光ドラム３６と対向した開
口部内で矢印方向に回転することにより、トナーを感光
ドラム３６と対向した現像部分に搬送する。そして、こ
の搬送途上でトナーの層厚が弾性ブレード３８により規
制され、現像スリーブ３７上には一定厚の薄層のトナー
層が塗布される。この弾性ブレード３８はウレタン等か
らなり、現像容器４０の開口部上方に配置されて、上方
から垂下して現像スリーブ３７の表面に弾性的に当接し
ている。

【００４６】以上のような工程でトナーが撹拌されるこ
とにより、現像スリーブ３７上に薄層に塗布されたトナ
ーは、−６．０μＣ／ｇ〜−３０．０μＣ／ｇの帯電電
荷が付与され、上記の感光ドラム３６と現像スリーブ３
７との現像部において形成される現像バイアスにより、
現像スリーブ３７から感光ドラム３６へ、また感光ドラ
ム３６から現像スリーブ３７へと移行するようになって
いる。

【００４７】したがって、このようなジャンピング現像
の場合には、トナーの特性の変化等に対応して適切な現
像交流周波数及びデューティーを設定する必要があり、
また、電位のレベルは火花の発生防止、地肌かぶり除去
等を考慮して設定する必要がある。その結果、現像交流
バイアス振幅は、例えば２４００Ｖ程度必要となる。

【００４８】そこで、本実施形態は、現像バイアス電源
１内のスイッチング回路を以下のように構成することに
より、このような高電圧の現像交流バイアスの実現を図
っている。以下、本実施形態におけるスイッチング回路
の構成及び現像交流バイアスの生成過程について説明す
る。

【００４９】図１は、本実施形態における現像交流電圧
生成回路７２と波形整形スイッチング回路２の具体例を
示す図、図３は、本実施形態における現像交流バイアス
生成過程及び図１の回路の電圧関係を示す図である。

【００５０】図１に示すように、本実施形態の回路が図
１１に示す従来例と異なる箇所は、図の一点鎖線で囲ん
だブロックである。即ち、本実施形態においては、第１
のスイッチング素子としてのスイッチングトランジスタ
Ｑ１及び第２のスイッチングトランジスタＱ４がカスコ
ード接続されており、スイッチングトランジスタＱ４の
動作状態は、トランジスタＱ５により印加されるバイア
ス電圧及びスイッチングトランジスタＱ１の動作状態に
応じて制御される。そして、スイッチングトランジスタ
Ｑ１の動作状態は、現像交流スイッチング周波数により
制御され、スイッチングトランジスタＱ４のバイアス電
圧は、スイッチングトランジスタＱ１のベース電圧をモ
ニタするトランジスタＱ５により制御されている。つま
り、トランジスタＱ５のエミッタと電源電圧２４Ｖの間
には抵抗器Ｒ４が接続されており、トランジスタＱ５
は、スイッチングトランジスタＱ１のベース電圧をモニ
タした結果に基づいて、該エミッタから所定のバイアス
電圧を出力するバッファの機能を持っている。

【００５１】また、コンデンサＣ３はＱ４をベース接地
増幅器として動作させるために、交流インピーダンスを
接地電位にする機能をもったバイパスコンデンサであ
る。

【００５２】以下、本実施形態の回路における動作につ
いて説明する。まず、現像交流スイッチング周波数
が、’Ｈ’アクティブ論理の期間は、トランジスタＱ３
がＯＮ状態となり、電源電圧２４Ｖから抵抗器Ｒ３を介
して流れる電流は、Ｑ３のコレクタからエミッタを経て
グランドに流れ、Ｑ３は飽和状態［ＶＣＥ/(sat)- Ｑ
３］となるので、ダイオードＤ３の順方向電圧をＶＦ
（Ｄ３）とすると、スイッチングトランジスタＱ１のベ
ース電位は［ＶＣＥ/(sat)- Ｑ３］となって、Ｑ１は遮
断状態となる。したがって、スイッチングトランジスタ
Ｑ４も遮断状態となり、Ｑ４のコレクタ電圧はＶｍｉｎ
となる。

【００５３】そして、このときのトランジスタＱ５のベ
ース電位はＶＦ（Ｄ３）＋［ＶＣＥ/(sat)- Ｑ３］とな
り、Ｑ５のエミッタ電位は、Ｑ５のベース−エミッタ間
電圧をＶｂｅ（Ｑ５）とすると、［ＶＣＥ/(sat)- Ｑ
３］＋ＶＦ（Ｄ３）＋Ｖｂｅ（Ｑ５）となる。また、ス
イッチングトランジスタＱ４のベース電位は、｛（Ｖｍ
ｉｎ−ＶＦ（Ｄ２））−（［ＶＣＥ/(sat)- Ｑ３］＋Ｖ
Ｆ（Ｄ３）＋Ｖｂｅ（Ｑ５））｝×Ｒ５／（Ｒ５＋Ｒ
６）＋［ＶＣＥ/(sat)- Ｑ３］＋ＶＦ（Ｄ３）＋Ｖｂｅ
（Ｑ５）となる。さらに、Ｑ４のエミッタ電位は、遮断
状態においてはベース電位よりも低くなることはないの
で、このベース電位と同程度と考えることができる。

【００５４】つまり、Ｑ４のエミッタ電位、即ちＱ１の
コレクタ電位は、｛（Ｖｍｉｎ−ＶＦ（Ｄ２））−
（［ＶＣＥ/(sat)- Ｑ３］＋ＶＦ（Ｄ３）＋Ｖｂｅ（Ｑ
５））｝×Ｒ５／（Ｒ５＋Ｒ６）＋［ＶＣＥ/(sat)- Ｑ
３］＋ＶＦ（Ｄ３）＋Ｖｂｅ（Ｑ５）と同程度となり、
このときの現像交流バイアスであるＶｍｉｎを、二つの
スイッチングトランジスタＱ４及びＱ１で分割したこと
になる。

【００５５】ここまでの現像交流バイアス、コンバータ
スイッチング周波数、並びに各電位の関係を、図３のｔ
２の期間に示す。

【００５６】一方、現像交流スイッチング周波数が’
Ｌ’アクティブ論理の期間は、トランジスタＱ３がＯＦ
Ｆ状態となり電源電圧２４Ｖから抵抗器Ｒ３を介してス
イッチングトランジスタＱ１のベースに電流が流れるの
で、Ｑ１は活性化されて導通状態となる。すると、Ｑ１
の導通電流は抵抗器Ｒ２で電圧変換され、Ｑ１のエミッ
タ電位をモニタするトランジスタＱ２のベースに入力さ
れるので、その結果、Ｑ２のコレクタ出力によりＱ１の
ベース電位が制御されて、Ｑ１の導通電流は定電流動作
を行うことになる。

【００５７】この状態では、Ｑ１及びＱ２のベース−エ
ミッタ間電圧をそれぞれＶｂｅ（Ｑ１）、Ｖｂｅ（Ｑ
２）とすると、Ｑ１のベース電位はＶｂｅ（Ｑ１）＋Ｖ
ｂｅ（Ｑ２）となる。また、このとき、Ｑ５のベース電
位はＶＦ（Ｄ３）＋Ｖｂｅ（Ｑ１）＋Ｖｂｅ（Ｑ２）と
なるため、Ｑ５のエミッタからは、ＶＦ（Ｄ３）＋Ｖｂ
ｅ（Ｑ１）＋Ｖｂｅ（Ｑ２）＋Ｖｂｅ（Ｑ５）の電圧が
出力され、スイッチングトランジスタＱ４は活性化され
導通状態となる。

【００５８】したがって、この場合には、Ｑ４のコレク
タ電圧は、Ｖｍａｘ＝Ｖｂｅ（Ｑ２）＋［ＶＣＥ/(sat)
- Ｑ１］＋［ＶＣＥ/(sat)- Ｑ４］となり、Ｑ１のコレ
クタ電圧は、Ｖｍａｘ−［ＶＣＥ/(sat)- Ｑ４］とな
る。

【００５９】ここまでの現像交流バイアス、コンバータ
スイッチング周波数、並びに各電位の関係を、図３のｔ
１の期間に示す。

【００６０】そして、上述のようにして生成した現像交
流電圧は、カップリングコンデンサＣ２を介して現像直
流バイアスに重畳させることにより、現像バイアス電圧
を生成し、出力する。

【００６１】以上に説明したように、本実施形態におい
ては、スイッチングトランジスタＱ４のコレクタ電位を
Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘの電位レンジで推移させるものであ
り、この電位レンジは、従来例でも説明したように、最
適なジャンピング現像の実現のため、最大で２４００Ｖ
程度とされる場合もある。

【００６２】したがって、Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘの電位レ
ンジが１８００Ｖ_p-p程度となった場合に従来と同様の
構成では、スイッチングトランジスタの耐圧は、少なく
とも２０００Ｖ〜２１００Ｖ程度必要であり、入手経路
も限定されトランジスタ素子のコストも高価となること
があった。まして、Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘの電位レンジが
最大２４００Ｖ_p-p程度となり、ＡＳＯマージンを考慮
して耐圧が２５００Ｖ程度となった場合には、このよう
な高耐圧素子を入手するのは困難であり、実現不可能と
なる場合もあった。

【００６３】しかしながら、本発明の回路構成ではＶｍ
ｉｎ〜Ｖｍａｘの電位レンジをスイッチングトランジス
タＱ１及びＱ４で分割するので、それぞれのトランジス
タの耐圧は、従来回路例の要求耐圧の約１／２程度で実
現可能となる。即ち、Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘの電位レンジ
が最大２５００Ｖ程度であっても、Ｑ１及びＱ４に必要
なスイッチングトランジスタ素子耐圧は１３００Ｖ程度
であれば良く、入手も容易で、コストも安価である。

【００６４】また、カスコード接続なので、スイッチン
グトランジスタＱ１のベース／コレクタ間の容量Ｃｏｂ
により発生するミラー容量の影響を極力無視できる状態
でトランジスタを駆動できることによって、現像交流バ
イアス生成スイッチング回路の周波数応答特性を広帯域
化することができる。

【００６５】したがって、現像交流電圧波形のＶｍｉｎ
電位からＶｍａｘ電位に遷移する立ち下がりエッジを急
峻にでき、ジャンピング現像を効率的に動作できるの
で、高画質化に寄与する。

【００６６】なお、トナーの特性によっては、上記立ち
下がりエッジをなだらかとする必要が生じる場合もある
が、そのような場合においても、周波数応答特性を広帯
域化することは容易ではないが、広帯域化から帯域を低
域にシフトすることは容易である。

【００６７】また、以上の説明では、現像剤として、一
成分の非磁性トナーを想定して説明したが、本発明は特
にこれに限定されるものではなく、一成分の磁性トナー
を用いても良く、さらに二成分トナーを用いた現像装置
においても同様に適用できる。また、説明では負に帯電
したトナーを例としたが、正に帯電したトナーを用いて
も良く、この場合には本発明における各バイアス極性の
正負を逆に設定すれば良い。さらに、現像工程は、感光
ドラム上に照射された部分が明部で、トナーが負帯電と
なることを前提とした反転現像法を想定して説明した
が、正転現像法を用いた装置にも同様に適用できる。ま
た、本実施形態の回路構成では、カスコード接続を構成
するスイッチング素子は二つの場合で説明したが、特に
個数は限定されるものではなく、少なくとも二つ以上複
数のスイッチング素子であってもよい。さらに、本実施
形態の回路構成では、スイッチング素子にトランジスタ
を例として用いたが、例えばＦＥＴ、パワーＭＯＳ、Ｉ
ＧＢＴ等高電圧スイッチング素子であれば特に限定され
ない。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本出願に係る第１
の発明によれば、交流現像バイアス波形生成における波
形整形スイッチング回路部のスイッチング素子をカスコ
ード接続とすることにより、現像交流電圧の振幅が大き
い高電圧の場合でも、各スイッチング素子でそれぞれ耐
圧を容易に分割できるので、各スイッチング素子耐圧は
通常の耐圧で良く、素子の入手が容易で、低コストであ
り、最適なジャンピング現像を容易かつ低コストで実現
可能となる。また、カスコード接続なので、スイッチン
グ素子のミラー容量の影響を極力無視できる状態でスイ
ッチング素子を駆動できることによって、回路の周波数
応答性が広帯域化することができる。したがって、現像
交流電圧波形のＶｍｉｎ電位からＶｍａｘ電位に遷移す
る立ち下がりエッジを急峻にでき、高画質化を図ること
ができる。

【００６９】また、本出願に係る第２の発明によれば、
上記第１の発明の現像高電圧に対し、カスコード接続を
する少なくとも二つ以上のスイッチング素子の各々で現
像高電圧に対する耐圧を分割する回路としたので、通常
の耐圧の素子を用いることができ、通常の耐圧の素子に
より、最適なジャンピング現像に必要な振幅の大きい高
電圧の現像交流電圧を生成することができる。

【００７０】さらに、本出願に係る第３の発明によれ
ば、上記第１の発明または第２の発明のスイッチング素
子として、現像高電圧とグランドの電圧間で、グランド
側に接続される第１のスイッチング素子と、該第１のス
イッチング素子の出力端と上記現像高電圧から負荷を介
した端子間で該第１のスイッチング素子にカスコード接
続される第２のスイッチング素子とを備え、該第２スイ
ッチング素子のスイッチング制御バイアスを、上記第１
スイッチング素子のスイッチング制御バイアスと上記現
像高電圧電位間の任意の電位に設定したので、双方のス
イッチング素子の安定した動作を保証することができ、
かつ、現像高電圧に対する耐圧を適切に分割することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における現像交流バイアス
スイッチング回路の構成図である。

【図２】本発明の一実施形態における画像形成装置の概
略構成を示す図である。

【図３】本発明の一実施形態における現像交流バイアス
生成過程及び図１の回路の電圧関係を示す図である。

【図４】従来例における現像装置ブロック図である。

【図５】従来例における一次帯電部の詳細図である。

【図６】従来例における静電潜像生成過程を説明する図
である。

【図７】従来例における現像バイアス波形例である。

【図８】従来例における現像部の詳細図である。

【図９】従来例における現像交流バイアス生成ブロック
図である。

【図１０】従来例における現像交流バイアス生成過程を
示す図である。

【図１１】従来例における現像交流バイアススイッチン
グ回路構成図である。

【符号の説明】

２波形整形スイッチング回路３６感光ドラム（像担持体）３７現像スリーブ（現像剤担持体）Ｑ１スイッチングトランジスタ（第１のスイッチング
素子）Ｑ４スイッチングトランジスタ（第２のスイッチング
素子）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】現像剤担持体上に現像剤を担持して像担
持体と対向した現像部に搬送し、該現像部において上記
現像剤担持体と像担持体との間に、直流電圧に交流電圧
を重畳した現像バイアス電圧を印加して上記像担持体上
に形成された静電潜像を上記現像剤により現像する画像
形成装置において、上記現像バイアス電圧生成のために
現像高電圧をスイッチングする回路のスイッチング素子
をカスコード接続としたことを特徴とする画像形成装
置。
【請求項２】現像高電圧に対し、カスコード接続をす
る少なくとも二つ以上のスイッチング素子の各々で現像
高電圧に対する耐圧を分割する回路としたこととする請
求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】現像高電圧とグランドの電圧間で、グラ
ンド側に接続される第１のスイッチング素子と、該第１
のスイッチング素子の出力端と上記現像高電圧から負荷
を介した端子間で該第１のスイッチング素子にカスコー
ド接続される第２のスイッチング素子とを備え、該第２
スイッチング素子のスイッチング制御バイアスを、上記
第１スイッチング素子のスイッチング制御バイアスと上
記現像高電圧電位間の任意の電位に設定したこととする
請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。