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バイアス電源装置および画像形成装置
説明

バイアス電源装置および画像形成装置

【課題】複数の負荷を駆動する場合においても高周波成分の干渉が抑制できるバイアス電源装置等を提供する。
【解決手段】バイアス電源装置100は、帯電バイアス電源12aと現像バイアス電源14aとを備えている。帯電バイアス電源12aは、交流電圧出力部1200aと直流電圧出力部1250aとを備え、現像バイアス電源14aは、交流電圧出力部1200bと直流電圧出力部1250bとを備えている。交流電圧出力部1200aは、変調回路1205a、スイッチ回路1207a、トランス1209aを備えている。同様に、現像バイアス電源14aの交流電圧出力部1200bも、変調回路1205b、スイッチ回路1207b、トランス1209bを備えている。鋸歯状波生成回路1204は、交流電圧出力部1200aおよび交流電圧出力部1200bで共通に使用されるように設けられている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バイアス電源装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電子写真複写機等の画像形成装置では、感光体ドラムに静電潜像が形成され、静電潜像が現像されてトナー像が形成された後、そのトナー像が記録用紙等に転写される。このような画像形成装置では、感光体ドラムに静電潜像を形成するため、感光体ドラムの表面を予め定められた電位(帯電バイアス)に帯電する。また、感光体ドラムに形成された静電潜像を現像してトナー像を形成するため、現像器に予め定められた電位(現像バイアス)を印加する。このような帯電バイアスおよび現像バイアスの発生には、高調波変調方式の交流電源装置が用いられるようになってきた。高調波変調方式の交流電源装置は省エネルギー化に非常に有効なものとなっている。
【0003】
特許文献1には、電子写真方式の画像形成装置の感光体に当接して帯電させる帯電部材に、高圧直流電圧に高圧交流電圧を重畳させた出力を供給する帯電高圧生成回路と、前記感光体に形成された静電潜像を可視像とするための現像部材に、高圧直流電圧に高圧交流電圧を重畳させた出力を供給する現像高圧生成回路と、前記帯電高圧生成回路の高圧交流と現像高圧生成回路の高圧交流を同期させる同期回路とを備え、前記現像高圧生成回路の高圧交流の周波数は、印字密度に応じて、前記帯電高圧生成回路の高圧交流の周波数の整数倍に変更する構成の高圧電源装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第3359111号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、複数の負荷を駆動する場合においても高周波成分の干渉が抑制できるバイアス電源装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1に記載の発明は、それぞれが、接続される複数の負荷のそれぞれの負荷に対応して設けられ、一次巻線と二次巻線とを有し、当該複数の負荷のそれぞれに当該二次巻線を介して電力を供給する複数のトランスと、それぞれが、前記複数のトランスのそれぞれのトランスに対応して設けられ、当該トランスの前記一次巻線に印加する電圧を切り替える複数のスイッチ回路と、それぞれが、前記複数のスイッチ回路のそれぞれのスイッチ回路に対応して設けられ、当該スイッチ回路を駆動するパルス幅変調された駆動信号を生成する複数の変調回路と、鋸歯状波信号を生成するとともに、前記複数の変調回路に共通に当該鋸歯状波信号を送信する鋸歯状波生成回路とを備えるバイアス電源装置である。
請求項2に記載の発明は、前記鋸歯状波生成回路から前記複数の変調回路のそれぞれの変調回路に前記鋸歯状波信号を送信する複数の配線のうち、少なくとも1つの配線の長さが他の配線の長さに比べて短く設定されていることを特徴とする請求項1に記載のバイアス電源装置である。
請求項3に記載の発明は、少なくとも前記複数の変調回路と前記鋸歯状波生成回路とが1の回路基板に搭載されていることを特徴とする請求項1または2に記載のバイアス電源装置である。
請求項4に記載の発明は、像保持体と、一次巻線と二次巻線とを有し、当該二次巻線を介して電力を供給するトランスと、当該トランスの当該一次巻線に印加する電圧を切り替えるスイッチ回路と、当該スイッチ回路を駆動するパルス幅変調された駆動信号を生成する変調回路と、鋸歯状波信号を生成するとともに、当該変調回路に当該鋸歯状波信号を送信する鋸歯状波生成回路とを備え、前記像保持体を帯電する帯電手段と、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手段と、一次巻線と二次巻線とを有し、当該二次巻線を介して電力を供給する他のトランスと、当該他のトランスの当該一次巻線に印加する電圧を切り替える他のスイッチ回路と、前記鋸歯状波生成回路から前記鋸歯状波信号が送信されるとともに、当該他のスイッチ回路を駆動するパルス幅変調された他の駆動信号を生成する他の変調回路とを備え、前記露光手段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手段と、前記現像された画像を被転写体に転写する転写手段とを備えた画像形成装置である。
請求項5に記載の発明は、前記鋸歯状波生成回路から前記変調回路に前記鋸歯状波信号が送信される配線の長さは、当該鋸歯状波生成回路から前記他の変調回路まで当該鋸歯状波信号が送信される配線の長さより短い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、少なくとも前記変調回路、前記他の変調回路および前記鋸歯状波生成回路は1の回路基板に搭載されていることを特徴とする請求項4または5に記載の画像形成装置である。
【発明の効果】
【0007】
請求項1の発明によれば、鋸歯状波生成回路を負荷ごとに設ける場合に比較して、複数の負荷を駆動する場合においても高周波成分の干渉が抑制できる。
請求項2の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、ノイズの影響を受けやすい負荷へのノイズをより少なくできる。
請求項3の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、回路基板の部品点数を抑制しつつ、ノイズの影響をより抑制できる。
請求項4の発明によれば、鋸歯状波生成回路を個別に設ける場合に比較して、高周波成分の干渉による画質の劣化をより抑制できる。
請求項5の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、ノイズによる画質の劣化をより抑制できる。
請求項6の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、回路基板の部品点数を抑制しつつ、ノイズによる画質の劣化をより抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成の一例を示した図である。
【図2】バイアス電源装置のブロック構成の一例を示す図である。
【図3】帯電バイアス電源の回路構成の一例を示す図である。
【図4】鋸歯状波生成回路の一例を示す図である。
【図5】帯電バイアス電源の動作を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態(本実施の形態)について詳細に説明する。
<画像形成装置1>
図1は、本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した図である。
図1に示す画像形成装置1は、一般にマルチプル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、矢印A方向に回転可能に配設される像保持体の一例としての感光体ドラム11、矢印B方向に回転可能に配設される中間転写ベルト21に感光体ドラム11上に形成された各色成分トナー像を順次転写(一次転写)させる一次転写部20、中間転写ベルト21上に転写された重ねトナー像を被転写体の一例としての用紙Pに一括転写(二次転写)させる転写手段の一例としての二次転写部30、二次転写された画像を用紙P上に定着させる定着部50、画像形成装置1の各機構部を制御する制御部60を備えている。
【0010】
感光体ドラム11の周囲には、感光体ドラム11を帯電させる帯電ロール12、感光体ドラム11上に静電潜像を書込む露光手段の一例としてのレーザ露光器13(図中露光ビームを符号Bmで示す)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色成分トナーが収容されて感光体ドラム11上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器14Y、14M、14C、14Kを回転可能に取り付けた回転式現像装置14、感光体ドラム11上に形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト21に転写する一次転写ロール15、感光体ドラム11上の残留トナーのうち通常の極性と逆極性に帯電したトナーを一時的に回収するリフレッシャ16などの電子写真用デバイスが順次配設されている。
【0011】
ここで、帯電ロール12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。また、リフレッシャ16は、例えば導電化したナイロン繊維を束ねて形成されたブラシである。
【0012】
さらに、感光体ドラム11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、回転式現像装置14は、4個の現像器14Y、14M、14C、14Kを備えている。現像器14Y、14M、14C、14Kによる現像は反転現像方式にて行われる。従って、現像器14Y、14M、14C、14Kで使用される粉体の一例としてのトナーは負極性帯電タイプのものである。帯電ロール12には負荷の一例としての感光体ドラム11に帯電バイアスを印加するための帯電バイアス電源12aが、回転式現像装置14には他の負荷の一例としての各現像器14Y、14M、14C、14Kに現像バイアスを印加するための現像バイアス電源14aが、一次転写ロール15には一次転写バイアスを印加するための一次転写バイアス電源15aが、それぞれ接続されている。また、回転式現像装置14には、回転により予め定められた現像器を感光体ドラム11に対向させるための現像装置駆動モータ14bが取り付けられている。なお、感光体ドラム11は接地されている。
なお、感光体ドラム11の帯電ロール12に帯電バイアスを与えるために帯電バイアス電源12a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)電圧に、−600Vの直流(DC)電圧が重畳されたものである。また、各現像器14Y、14M、14C、14Kに現像バイアスを与えるために、現像バイアス電源14a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。
ここで、感光体ドラム11、帯電ロール12および帯電バイアス電源12aが、帯電手段の一例である。また、現像器14Y、14M、14C、14Kおよび現像バイアス電源14aが、現像手段の一例である。
【0013】
中間転写ベルト21は、複数(図1では6つ)のロール22〜27に掛け渡されるように構成されている。これらのうち、ロール22、26は従動ロール、ロール23は中間転写ベルト21の位置決めや平坦な一次転写面の形成に用いられる金属製のアイドルロール、ロール24は中間転写ベルト21の張力を一定とするために用いられるテンションロール、ロール25は中間転写ベルト21の駆動ロール、ロール27は後述する二次転写用のバックアップロール(以下ではバックアップロール27と表記する。)である。また、中間転写ベルト21は、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル、塩化ビニル等の樹脂または各種ゴム等に導電剤としてカーボンブラックを適量含有させたものからなり、例えば、その表面抵抗率を1011Ω/□、体積抵抗率を1011Ω・cm、厚さを150μmとしたものである。
【0014】
二次転写部30は、中間転写ベルト21のトナー像保持面側に配置される二次転写ロール31とバックアップロール27等とによって構成される。バックアップロール27は、表面にカーボンを分散したEPDMとNBRとのブレンドゴムのチューブ、内部はEPDMゴムからなり、その表面抵抗率が7〜10logΩ/□となるように形成され、硬度は例えば70°(アスカC)に設定される。このバックアップロール27には二次転写バイアス電圧を印加するための二次転写バイアス電源31aが接続されている。一方、二次転写ロール31は接地されている。また、二次転写部30の上流側には、搬送されてくる用紙Pを二次転写部30に案内する用紙搬送ガイド32が取り付けられている。
【0015】
一方、二次転写部30の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト21上に付着する残留トナーを除去するベルトクリーナ40が設けられており、中間転写ベルト21を挟んでベルトクリーナ40に対向する位置には、中間転写ベルト21の内面に沿って板金部材28が配置されている。ベルトクリーナ40は、ステンレスプレート等で構成され中間転写ベルト21のトナー像保持面側に配設されるスクレーパ41と、このスクレーパ41が収容されるクリーナハウジング42とを有している。また、スクレーパ41の一端側はブロック43に挟み込まれることで固定されている。このブロック43は軸44aを中心に揺動するホルダ44に取り付けられている。さらに、ホルダ44の下端側に設けられた凹部44bとクリーナハウジング42下部に設けられた突出部42aとの間には、スクレーパ41を中間転写ベルト21に向けて押し当てるバネ45が取り付けられている。スクレーパ41からみて中間転写ベルト21の移動方向上流側には、除去した異物の外部への飛び散りを抑制するためのフィルムシール46が取り付けられている。
【0016】
また、ホルダ44は、クリーナ駆動モータ44cに接続された図示しないカムによりバネ45の押し当て方向とは逆方向に引っ張るあるいは押し当てを解除できるようになっており、これによりスクレーパ41が中間転写ベルト21に対して接触または離間するようになっている。そして、本実施の形態では、複数色からなるカラー画像が形成される場合には、最終色の一つ前のトナー像が二次転写ロール31およびベルトクリーナ40を通過するまで、これら二次転写ロール31およびベルトクリーナ40が中間転写ベルト21から離間するようになっている。
【0017】
さらに、定着部50は、ハロゲンランプ等の加熱源を内蔵する加熱ロール51と、この加熱ロール51に押し当てられる加圧ロール52とを備えており、これら加熱ロール51と加圧ロール52との間に形成される定着ニップ域にトナー像が転写された用紙Pを通過させることで、定着を行うようになっている。
【0018】
次に、図1に示す画像形成装置1の作像プロセスについて説明する。図示外のスタートスイッチがオンされると、作像プロセスが実行される。まず、帯電ロール12により感光体ドラム11の表面が帯電バイアスに帯電され、次いでレーザ露光器13により画像に対応した静電潜像が書き込まれる。次に、現像バイアスが印加された、対応する現像器14Y、14M、14C、14Kのいずれかによってこの静電潜像が現像される。例えば、この感光体ドラム11上に書き込まれた静電潜像がイエロー(Y)に対応したものであれば、この静電潜像はイエロー(Y)のトナーを内包する現像器14Yで現像され、感光体ドラム11上にはイエロー(Y)のトナー像が形成される。
【0019】
なお、ここでは反転現像方式を用いている。前述したように、感光体ドラム11の表面は、帯電ロール12により帯電バイアス(例えば、DC電圧の−600V)に帯電されている。レーザ露光器13により画像が書き込まれると、感光体ドラム11の表面の電気導電率が大きくなり、レーザ光が照射された部分の表面の電位が、例えば−600Vから−200Vになる。一方、現像器14Y、14M、14C、14Kは、現像バイアス(例えば、DC電圧の−400V)が印加されている。すると、負極性帯電タイプのトナーは、感光体ドラム11の表面の電位が−200Vの部分に付着する。このようにして、トナー像が形成される。
【0020】
そして、感光体ドラム11上に形成されたトナー像は、感光体ドラム11と中間転写ベルト21とが接する一次転写部20において一次転写ロール15に印加される一次転写バイアスにより感光体ドラム11から中間転写ベルト21に一次転写される。一方、一次転写後に感光体ドラム11上に残留したトナーはリフレッシャ16によって逆極性(本実施の形態では正極性)に帯電したトナーが除去されると共に機械的に均される。
【0021】
このとき、単色画像を形成する場合には、中間転写ベルト21に一次転写されたトナー像を直ちに用紙Pに二次転写する。一方、複数色のトナー像を重ね合わせたカラー画像を形成する場合には、感光体ドラム11上でのトナー像の形成並びに感光体ドラム11上に形成されたトナー像の一次転写が色数分だけ繰り返される。例えば、四色のトナー像を重ね合わせたフルカラー画像を形成する場合には、感光体ドラム11上に順次イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)および黒(K)のトナー像が形成され、これら各色のトナー像が順次中間転写ベルト21に一次転写される。一方、中間転写ベルト21は、一次転写されたトナー像を保持したまま感光体ドラム11と同一周期で回転し、中間転写ベルト21上にはその一回転毎にイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)および黒(K)のトナー像が転写され、重ねられる。
【0022】
このようにして中間転写ベルト21に一次転写されたトナー像は、中間転写ベルト21の回転に伴って二次転写部30へと搬送される。一方、用紙Pは、図示しないレジストロールにて予め定められたタイミングで用紙搬送ガイド32を介して二次転写部30に供給され、中間転写ベルト21(バックアップロール27)に対して二次転写ロール31が用紙Pをニップする。すると、二次転写部30では、二次転写ロール31とバックアップロール27との間に働く二次転写電界の作用で、中間転写ベルト21に保持されたトナー像が用紙Pに静電転写(二次転写)される。その後、トナー像が転写された用紙Pは定着部50へと搬送されて用紙P上のトナー像が加熱加圧定着され、一方、二次転写部30を通過した中間転写ベルト21上に残留した残留トナーは、ベルトクリーナ40によって除去される。
【0023】
<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]
図2は、バイアス電源装置100のブロック構成の一例を示す図である。なお、信号の流れを矢印で示している。バイアス電源装置100は、帯電バイアス電源12aと現像バイアス電源14aとを備えている。そして、帯電バイアス電源12aは、交流電圧出力部1200aと直流電圧出力部1250aとを備え、現像バイアス電源14aは、交流電圧出力部1200bと直流電圧出力部1250bとを備えている。交流電圧出力部1200a、1200b、直流電圧出力部1250a、1250bは、スイッチ素子をスイッチングすることにより高電圧を発生するスイッチング電源である。なお、交流電圧出力部1200a、1200bは他励方式、直流電圧出力部1250a、1250bは自励方式である。
【0024】
帯電バイアス電源12aの交流電圧出力部1200aは、アナログ電圧変換回路1201a、増幅回路1202a、第1ローパスフィルタ1203a、鋸歯状波生成回路1204、変調回路1205a、FET(Field Effect Transistor)駆動回路1206a、スイッチ回路1207a、第2ローパスフィルタ1208a、トランス1209a、交流電流検出回路1210a、交流電圧検出回路1211aを備えている。なお、帯電バイアス電源12aの直流電圧出力部1250aの構成については、図2では表記を省略している。
【0025】
一方、現像バイアス電源14aの交流電圧出力部1200bも、帯電バイアス電源12aの交流電圧出力部1200aと同様であって、アナログ電圧変換回路1201b、増幅回路1202b、第1ローパスフィルタ1203b、鋸歯状波生成回路1204、変調回路1205b、FET駆動回路1206b、スイッチ回路1207b、第2ローパスフィルタ1208b、トランス1209b、交流電流検出回路1210b、交流電圧検出回路1211bを備えている。なお、帯電バイアス電源12aの直流電圧出力部1250aと同様に、現像バイアス電源14aの直流電圧出力部1250bの構成については、図2では表記を省略している。
ここで、鋸歯状波生成回路1204は、帯電バイアス電源12aの交流電圧出力部1200aと現像バイアス電源14aの交流電圧出力部1200bとで共通に使用されている。すなわち、鋸歯状波生成回路1204が出力(送信)する鋸歯状波信号S31は、帯電バイアス電源12aの交流電圧出力部1200aの変調回路1205aと、現像バイアス電源14aの交流電圧出力部1200bの変調回路1205bとに並行して送信される。
【0026】
そして、図2では、帯電バイアス電源12aと現像バイアス電源14aとを、1つの回路基板110上に構成されている。そして、図2においては、帯電バイアス電源12aと現像バイアス電源14aとを、図2上において、上下にずらすように配置されている。そして、鋸歯状波生成回路1204は、帯電バイアス電源12a側に設けられている。
【0027】
帯電バイアス電源12aと現像バイアス電源14aとは同様の構成であって、同様に動作するので、以下では帯電バイアス電源12aを説明する。
【0028】
アナログ電圧変換回路1201aは、制御部60が送信する交流電流設定信号S1aを入力とする。この交流電流設定信号S1aは、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)信号であって、デューティ比によりトランス1209aの出力する交流(正弦波)電流IACaの電流値が設定される。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1201aは、入力された交流電流設定信号S1aのデューティ比に対応したアナログ電圧の信号(以下、アナログ電圧信号S11aと呼ぶ)を生成し、出力とする。
【0029】
増幅回路1202aは、アナログ電圧変換回路1201aが出力するアナログ電圧信号S11aと、交流電流検出回路1210aが出力する電圧信号S12aとを入力とする。なお、交流電流検出回路1210aについては後述する。そして、増幅回路1202aは、アナログ電圧信号S11aの電位と電圧信号S12aの電位との差を増幅し、誤差増幅信号S13aを生成し、出力とする。
【0030】
第1ローパスフィルタ1203aは、制御部60が送信する出力周波数信号S2aを入力とするとともに、増幅回路1202aが出力する誤差増幅信号S13aを入力とする。出力周波数信号S2aは、デューティ比は50%の信号であって、トランス1209aが出力する交流電圧VACa、交流電流IAVaの周波数を決定する。すなわち、トランス1209aが出力する交流電圧VACa、交流電流IAVaの周波数は、出力周波数信号S2aの繰返し周波数(=1/周期)と一致する。なお、交流電流IAVaの周波数と交流電圧VACaの周波数とは一致するので、以下では交流電圧VACaを表記し、交流電流IACaの表記を省略する。
そして、第1ローパスフィルタ1203aは、出力周波数信号S2aから交流成分を取り出すとともに、ローパスフィルタを通過させることで、高周波成分を遮断して正弦波信号S21aを生成し、出力とする。なお、この正弦波信号S21aの振幅(p−p値)は、誤差増幅信号S13aによって設定される。
【0031】
鋸歯状波生成回路1204は、共振周波数信号S3を入力とし、この共振周波数信号S3を鋸歯状波信号S31に変換して、出力とする。共振周波数信号S3は、鋸歯状波信号S31の繰返し周波数を設定する。
【0032】
変調回路1205aは、第1ローパスフィルタ1203aが出力する正弦波信号S21aと、鋸歯状波生成回路1204が出力する鋸歯状波信号S31とを入力とする。そして、変調回路1205aは、正弦波信号S21aの電位と鋸歯状波信号S31の電位とを比較し、鋸歯状波信号S31の電位が正弦波信号S21aの電位より大きい期間と小さい期間とで、異なる電位の駆動信号S22aを生成し、出力とする。駆動信号S22aは、鋸歯状波信号S31と正弦波信号S21aとの電位の差によってパルス幅が設定されるPWM信号である。
【0033】
FET駆動回路1206aは、変調回路1205aが出力する駆動信号S22aを入力とし、スイッチ回路1207aを駆動する。
スイッチ回路1207aは、後述するように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構成されている。駆動信号S22aはPWM信号であるので、スイッチ回路1207aの電界効果トランジスタFET1、FET2は、交互にオンオフを繰り返す。よって、スイッチ回路1207aが出力するスイッチ出力信号S23aも、駆動信号S22aに追従したパルス幅変調(PWM)されている。
【0034】
第2ローパスフィルタ1208aは、スイッチ回路1207aが出力するスイッチ出力信号S23aを、ローパスフィルタを通過させることで、高周波成分を遮断して正弦波である正弦波出力信号S24aを生成し、出力とする。
【0035】
トランス1209aは、一次巻線と二次巻線を有し、第2ローパスフィルタ1208aが出力する正弦波出力信号S24aを一次巻線の入力とし、巻線比で設定される交流電圧VACaを二次巻線の出力とする。すなわち、トランス1209aは、二次巻線を介して、電力を供給する。
そして、交流電圧VACaは、直流電圧出力部1250aが出力する直流電圧VDCaと重畳されて、感光体ドラム11の表面を帯電する帯電ロール12に印加される。
【0036】
交流電流検出回路1210aは、帯電バイアス電源12aが帯電ロール12を介して、感光体ドラム11の表面を帯電する交流電流IACaを検知(モニタ)し、交流電流IACaに比例するとともに電圧に変換された電圧信号S12aを出力とする。
交流電圧検出回路1211aは、帯電バイアス電源12aが帯電ロール12を介して、出力する交流電圧VACaを検知(モニタ)し、交流電圧VACaに比例した電圧信号S14aを出力とする。
図2においては、交流電流検出回路1210aの出力する電圧信号S12aが、増幅回路1202aに入力され、交流電流設定信号S1aによって設定される値と交流電流IACaとの差を小さくするように制御(電流制御)している。
【0037】
なお、図2においては、交流電圧検出回路1211aが出力する電圧信号S14aはいずれにも接続されていない。電圧信号S14aを交流電流検出回路1210aが出力する電圧信号S12aとともに増幅回路1202aに入力し、交流電圧VACaが予め定められた値より大きくなった場合に、交流電圧VACaを小さくするように制御してもよい。すなわち、交流電圧検出回路1211aを過電圧制御に用いてもよい。以下では、交流電圧検出回路1211aについての説明を省略する。
また、現像バイアス電源14aについては、鋸歯状波生成回路1204、共振周波数信号S3、鋸歯状波信号S31を除いて、上記の帯電バイアス電源12aの説明において、符号のサフィックスをaからbに変更すればよい。なお、現像バイアス電源14aでは、帯電バイアス電源12aと異なって、交流電圧検出回路1211bの出力信号が、増幅回路1202bに入力されている。
【0038】
[帯電バイアス電源12aの回路構成]
図3は、帯電バイアス電源12aの回路構成の一例を示す図である。現像バイアス電源14aの回路構成は、帯電バイアス電源12aと同様であるので図面および説明を省略する。
なお、図3における各回路の配置は、説明を容易にするために、図2と異なっている。図3は、各回路を模式的に示したものであって、各回路の配置はこの配置に限定されない。
【0039】
(交流電圧出力部1200a)
まず、交流電圧出力部1200aを説明する。
アナログ電圧変換回路1201aは、バッファB1、抵抗R1、R2、R3、コンデンサC1を備えている。
アナログ電圧変換回路1201aの入力端子は、抵抗R1の一方の端子であって、制御部60が送信する交流電流設定信号S1aが入力される。そして、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。さらに、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(接地電位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1201aの出力端子であって、アナログ電圧信号S11aを出力する。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されている。
また、バッファB1には、基準電位Vref1と接地電位GNDとが供給されている。
【0040】
アナログ電圧変換回路1201aにPWM信号である交流電流設定信号S1aが入力されると、コンデンサC1は基準電位Vref1と接地電位GNDの間の電位に充電される。この電位は、交流電流設定信号S1a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S1aがアナログ電圧で設定されるアナログ電圧信号S11aに変換される。
【0041】
増幅回路1202aは、誤差増幅器Amp1、抵抗R4、R5、コンデンサC2を備えている。
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1201a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S11aが入力される。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1210aに接続され、電圧信号S12aが入力される。
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1202aの出力端子であって、誤差増幅器Amp1がアナログ電圧信号S11aと電圧信号S12aとの電位の差を増幅した誤差増幅信号S13aを出力する。
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。
【0042】
第1ローパスフィルタ1203a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を備えている。
抵抗R6の一方の端子は、第1ローパスフィルタ1203aの入力端子であって、制御部60が送信する出力周波数信号S2aが入力される。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のコレクタ端子は、基準電位Vref2が供給されている。
そして、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、
他方の端子は接地されている。
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S13aを出力周波数信号S2aで変調する。
なお、抵抗R6、R7は、npnトランジスタTr1に過電流が流れることを抑制する。
【0043】
コンデンサC3は、カップリングコンデンサであって、出力周波数信号S2aで変調された誤差増幅信号S13a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、正弦波である正弦波信号S21aを生成する。なお、誤差増幅器Amp2には基準電位Vref3が供給されている。
なお、正弦波信号S21aの振幅(p−p値)は、誤差増幅信号S13aによって設定される。また、正弦波信号S21aの周波数は、出力周波数信号S2aの繰返し周波数と一致する。
【0044】
ここで、図2では示さなかった電圧生成回路1212を説明する。電圧生成回路1212は、変調回路1205a、FET駆動回路1206a、スイッチ回路1207a、第2ローパスフィルタ1208aに電源電位Vsを供給する。なお、電源電位Vsは、例えば24Vである。電源電位Vsは、論理レベルの電位、例えば5Vと異なるため、電圧生成回路1212が設けられている。
【0045】
次に、変調回路1205aを説明する。
変調回路1205aは、比較器Cmpを備えている。比較器Cmpの+入力端子は、鋸歯状波生成回路1204に接続され、鋸歯状波信号S31が入力される。そして、比較器Cmpの−入力端子は、第1ローパスフィルタ1203aの出力端子に接続され、正弦波信号S21aが入力される。そして、比較器Cmpの出力端子は、FET駆動回路1206aに接続され、駆動信号S22aを出力する。
比較器Cmpは、正弦波信号S21aの電位と鋸歯状波信号S31の電位とを比較し、鋸歯状波信号S31の電位が正弦波信号S21aの電位より大きい期間において、電源電位Vsになり、鋸歯状波信号S31が正弦波信号S21aより小さい期間において接地電位GNDとなる駆動信号S22aを生成し、出力する。
【0046】
FET駆動回路1206aは、pnpトランジスタTr3、npnトランジスタTr4、抵抗R11を備えている。
抵抗R11の一方の端子は、FET駆動回路1206aの入力端子であって、駆動信号S22aが入力される。そして、抵抗R11の他方の端子はpnpトランジスタTr3のベース端子および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され、npnトランジスタTr4のコレクタ端子は電源電位Vsに接続されている。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、出力端子となっている。この出力端子は、スイッチ回路1207aに接続されている。抵抗R11は、pnpトランジスタTr3およびnpnトランジスタTr4に過電流が流れることを抑制する。
【0047】
そして、FET駆動回路1206aは、駆動信号S22aが接地電位GNDであると、pnpトランジスタTr3がオン、npnトランジスタTr4がオフであって、出力端子が接地電位GNDになる。駆動信号S22aが電源電位Vsであると、pnpトランジスタTr3がオフ、npnトランジスタTr4がオンであって、出力端子が電源電位Vsになる。
すなわち、FET駆動回路1206aの出力端子の電位は、変調回路1205aの出力端子の駆動信号S22aと同じとなる。FET駆動回路1206aは、スイッチ回路1207aの駆動のための電流を供給するバッファとして機能する。
【0048】
スイッチ回路1207aは、電界効果トランジスタFET1、FET2、抵抗R12、R13を備えている。
抵抗R12の一方の端子と抵抗R13の一方の端子とは接続されて、スイッチ回路1207aの入力端子であって、FET駆動回路1206aの出力端子(pnpトランジスタTr3のエミッタ端子およびnpnトランジスタTr4のエミッタ端子)に接続されている。そして、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され、電界効果トランジスタFET2のソース端子は電源電位Vsが供給されている。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のドレイン端子とは接続され、スイッチ回路1207aの出力端子となっていて、スイッチ出力信号S23aを出力する。
【0049】
駆動信号S22aが接地電位GNDであると、電界効果トランジスタFET1がオフ、電界効果トランジスタFET2がオンであって、スイッチ回路1207aが出力するスイッチ出力信号S23aは電源電位Vsになる。一方、駆動信号S22aが電源電位Vsであると、電界効果トランジスタFET1がオン、電界効果トランジスタFET2がオフであって、スイッチ出力信号S23aは接地電位GNDになる。すなわち、スイッチ回路1207aが出力するスイッチ出力信号S23aの電位は、駆動信号S22aと逆になる。なお、スイッチ出力信号S23aは、パルス幅が交流電流設定信号S1aで定められるPWM信号である。
【0050】
第2ローパスフィルタ1208aは、インダクタンスL、抵抗R14、R15、コンデンサC6、C7、C8を備えている。
インダクタンスLの一方の端子は、スイッチ回路1207aの出力端子に接続され、他方の端子は、トランス1209aの一次巻線の一方の端子に接続されている。そして、電源電位Vsと接地電位GNDとの間に、抵抗R14および抵抗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1209a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1209aの一次巻線の一方の端子と他方の端子との間を接続している。
インダクタンスLとコンデンサC8とのLC回路でローパスフィルタを構成する。
また、コンデンサC7は、一方の端子が抵抗R14と抵抗R15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1209aの一次巻線の他方の端子の電位の変動を抑制する。
そして、コンデンサC6は、電源電位Vsと接地電位GNDとの間に設けられ、電源電位Vsの変動を抑制する。
第2ローパスフィルタ1208aは、ローパスフィルタによりPWM信号であるスイッチ出力信号S23aを正弦波出力信号S24aに変換して、出力する。
【0051】
トランス1209aの一次巻線は、前述したように第2ローパスフィルタ1208aに接続されている。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。そして、二次巻線の一方の端子は、抵抗R26に接続され、帯電ロール12を介して感光体ドラム11に接続されている。二次巻線の他方の端子は、直流電圧出力部1250aに接続されている。これにより、帯電ロール12には、交流電圧出力部1200aが出力する交流電圧VACaと、直流電圧出力部1250aが出力する直流電圧VDCaとが重畳された出力電圧Vaが印加され、出力電流Iaが流れる。
【0052】
交流電流検出回路1210aは、ダイオードD2、D3、抵抗R15、コンデンサC10、C11を備えている。
コンデンサC10の一方の端子は、交流電流検出回路1210aの入力端子であって、トランス1209a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の一方の端子とに接続されている。そして、抵抗R15の他方の端子およびコンデンサ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1210aの出力端子であって、抵抗R5を介して、増幅回路1202aの誤差増幅器Amp1の−入力端子に接続されている。
【0053】
感光体ドラム11を帯電するために流れる交流電流IACaは、コンデンサC10を介して、交流電流検出回路1210aに入力される。そして、抵抗R15で電圧に変換され、電圧信号S12aとして出力される。
そして、電圧信号S12aが、抵抗R5を介して、増幅回路1202aの誤差増幅器Amp1の−入力端子に入力される。
【0054】
(直流電圧出力部1250a)
図2においては説明を省略したが、直流電圧出力部1250aは、アナログ電圧変換回路1251a、増幅回路1252a、制御回路1253a、トランス1254a、整流回路1255aを備えている。
以下、それぞれの回路を説明する。
【0055】
アナログ電圧変換回路1251aは、制御部60が送信する直流電圧設定信号S4aを入力とする。この直流電圧設定信号S4aは、PWM信号であって、デューティ比により整流回路1255aの出力する直流電圧VDCaの値が設定される。
アナログ電圧変換回路1251aは、交流電圧出力部1200aのアナログ電圧変換回路1201aと同様に、バッファB2、抵抗R16、R17、R18、コンデンサC12を備えている。
抵抗R16の一方の端子は、アナログ電圧変換回路1251aの入力端子であって、制御部60が送信する直流電圧設定信号S4aが入力される。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R2の他方の端子は接地されている。
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1251aの出力端子であって、アナログ電圧信号S41aを出力する。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は、基準電位Vref6が供給されている。
【0056】
アナログ電圧変換回路1251aにPWM信号である直流電圧設定信号S4aが入力されると、コンデンサC12が基準電位Vref6と接地電位GNDとの間の電位に充電される。この電位は、直流電圧設定信号S4a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S4aがアナログ電圧のアナログ電圧信号S41aに変換される。
【0057】
増幅回路1252aは、誤差増幅器Amp3、抵抗R19、R20、R21、R22、コンデンサC13を備えている。
抵抗R19の一方の端子は、増幅回路1252aの入力端子であって、アナログ電圧変換回路1251aからアナログ電圧信号S41aが入力される。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VDCaを検出(モニタ)する直流電圧検出回路1256aに接続され、電圧信号S42aが入力される。
抵抗R20およびコンデンサC13は直列接続され、抵抗R20側の端子が誤差増幅器Amp3の−入力端子に接続されている。そして、コンデンサC13側の端子が誤差増幅器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1252aの出力端子であって、誤差増幅器Amp3がアナログ電圧信号S41aと電圧信号S42aと差を増幅した誤差増幅信号S43aを出力する。
【0058】
制御回路1253aは、誤差増幅信号S43aに基づいて後述するトランス1254aの自励発信動作を制御して出力を制御する。
【0059】
トランス1254aは、一次巻線が2段に分けて設けられている。一段目の一次巻線の一方の端子は、電源電位Vsに接続され、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、二段目の一次巻線である補助巻線の一方の端子は、npnトランジスタTr5のベース端子と制御回路1253aとに接続され、他方の端子は接地されている。そして、npnトランジスタTr5のエミッタ端子は接地されている。
トランス1254aの二次巻線の両端子は、整流回路1255aに接続されている。
【0060】
制御回路1253aは、npnトランジスタTr5をオン、オフする信号をトランス1254aの二段目の一次巻線である補助巻線に発生させるためのスイッチとして働く。
【0061】
整流回路1255aは、ダイオードD4、抵抗R23、コンデンサC14を備えている。ダイオードD4は、カソード端子がトランス1254a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、交流電圧出力部1200aのトランス1209a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1254aの二次巻線の他方の端子に接続されている。
整流回路1255aは、二次巻線に誘起される矩形波状の電圧を、負(−)の直流電圧VDCaに変換する。
【0062】
直流電圧検出回路1256aは、抵抗R24、R25、コンデンサC15を備えている。
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1255a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、並列接続された他方の端子は、整流回路1255aのコンデンサC14の他方の端子に接続されるとともに、基準電位Vref7が供給されている。
なお、基準電位Vref7は、増幅回路1252aの誤差増幅器Amp3の+入力端子および−入力端子の電位が負にならないようにしている。
直流電圧VDCaは抵抗R24と抵抗R25とで分圧されるので、直流電圧検出回路1256aは、抵抗R25に現れた電圧を検出(モニタ)し、電圧信号S42aとして出力する。電圧信号S42aは、増幅回路1252aの誤差増幅器Amp3の+入力端子に抵抗R21を介して入力される。
【0063】
(鋸歯状波生成回路1204)
次に、鋸歯状波信号S31を生成する鋸歯状波生成回路1204について説明する。
図4は、鋸歯状波生成回路1204の一例を示す図である。なお、鋸歯状波生成回路1204は、ここで示す回路に限定されるものではなく、一般的に知られた鋸歯状波生成回路を用いることができる。
図4に示す鋸歯状波生成回路1204は、pnpトランジスタTr11、Tr12、Tr13、npnトランジスタTr14、抵抗R30、コンデンサC30を備えている。
pnpトランジスタTr11のコレクタ端子と抵抗R30の一方の端子とは接続されている。pnpトランジスタTr11のエミッタ端子は基準電位Vref5が供給されている。抵抗R30の他方の端子は接地されている。
一方、pnpトランジスタTr12のコレクタ端子とpnpトランジスタTr12のエミッタ端子とは接続されている。pnpトランジスタTr12のエミッタ端子は基準電位Vref5が供給される。一方、pnpトランジスタTr13のコレクタ端子は、コンデンサC30の一方の端子(鋸歯状波生成回路1204の出力端子)に接続されている。コンデンサC30の他方の端子は接地されている。
そして、pnpトランジスタTr11のベース端子とpnpトランジスタTr12のベース端子とは接続されるとともに、これらのベース端子はpnpトランジスタTr12のコレクタ端子に接続されている。
さらに、pnpトランジスタTr13のコレクタ端子はnpnトランジスタTr14のコレクタ端子(鋸歯状波生成回路1204の出力端子)に接続されるとともに、変調回路1205aの比較器Cmpの+入力端子および変調回路1205bの比較器の+入力端子(図示せず)に接続されている。
さらに、npnトランジスタTr14は、エミッタ端子が接地されるとともに、ベース端子に制御部60から送信された共振周波数信号S3が入力される。
npnトランジスタTr14のコレクタ端子は、鋸歯状波生成回路1204の出力端子であって、鋸歯状波信号S31を出力する。
【0064】
pnpトランジスタTr11、Tr12、Tr13により定電流回路が構成され、コンデンサC30と抵抗R30とにより設定される時定数により、鋸歯状波信号S31における鋸歯状波の立ち上がり波形が設定される。一方、共振周波数信号S3の立ち上りエッジでnpnトランジスタTr4がオンすることで、鋸歯状波の立ち下り波形が設定される。
すなわち、共振周波数信号S3の繰返し周波数と、鋸歯状波信号S31の繰返し周波数とは同じとなる。なお、共振周波数信号S3および鋸歯状波信号S31の繰返し周波数は、例えば50kHz〜100kHzである。
このように、鋸歯状波信号S31は、電位がアナログ電圧で変化するアナログ信号である。
【0065】
上記のようにして帯電バイアス電源12aが構成される。なお、図面および説明を省略するが、現像バイアス電源14aは、帯電バイアス電源12aと同様な構成であるので、帯電バイアス電源12aにおける符号につけたサフィックスをaからbに置き換えればよい。
【0066】
[帯電バイアス電源12aの動作]
次に、帯電バイアス電源12aの動作を説明する。
図5は、帯電バイアス電源12aの動作を説明するタイムチャートである。図5では、交流電流設定信号S1a、アナログ電圧信号S11a、出力周波数信号S2a、正弦波信号S21a、共振周波数信号S3、鋸歯状波信号S31、駆動信号S22a、スイッチ出力信号S23a、出力電圧Vaを示している。
以下では、図3、4を参照しつつ、図5により帯電バイアス電源12aの動作を説明する。
なお、図5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。
【0067】
交流電流設定信号S1aは、制御部60から帯電バイアス電源12aに送信される。交流電流設定信号S1aは、ローレベル(以下では「L」と表記する。)とハイレベル(以下では「H」と表記する。)との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。デューティ比により交流電流IACaの電流値が設定される。ここで、「L」は、例えば接地電位GND(0V)で、「H」は、例えば論理レベルの電位で5Vである。
図5では、交流電流設定信号S1aは、時刻aから時刻dまでの期間を1周期とし、時刻aから時刻fまでの期間のデューティ比を75%、時刻fから時刻gまでの期間のデューティ比を50%として示している。
【0068】
アナログ電圧信号S11aは、交流電流設定信号S1aが入力されたアナログ電圧変換回路1201a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1201aは、交流電流設定信号S1a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S11aを生成する。
すなわち、アナログ電圧信号S11aは、交流電流設定信号S1aのデューティ比が75%の時刻aから時刻fまでの期間では、基準電位Vref1の75%の電位に、デューティ比が50%の時刻fから時刻gまでの期間では、基準電位Vref1の50%の電位に設定される。すなわち、アナログ電圧信号S11aは、その電位が交流電流設定信号S1aのデューティ比で設定されるアナログ信号である。
【0069】
出力周波数信号S2aは、制御部60から帯電バイアス電源12aに送信される。そして、出力周波数信号S2aは、「L」と「H」との2値を有し、デューティ比が50%の信号であって、繰返し周期が交流電圧VACa、交流電流IACaの周波数となる。
図3に示したように、出力周波数信号S2aは、第1ローパスフィルタ1203a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のコレクタ端子は、出力周波数信号S2aが「L」である期間ではnpnトランジスタTr1はオフであるため、基準電位Vref2になり、「H」である期間ではnpnトランジスタTr1がオンであるため、接地電位GNDになる。ここでは、基準電位Vref2は正の電位であって、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Tr2のコレクタ端子は、npnトランジスタTr1のコレクタ端子が基準電位Vref2である期間(出力周波数信号S2aが「L」の期間)ではnpnトランジスタTr2がオンであるため、接地電位GNDになる。一方、npnトランジスタTr2のコレクタ端子は、npnトランジスタTr1のコレクタ端子が接地電位GNDである期間(出力周波数信号S2aが「H」の期間)ではnpnトランジスタTr2がオフであるため、基準電位Vref2になる。
【0070】
ここで、増幅回路1202aの出力である誤差増幅信号S13aを考える。誤差増幅信号S13aは、アナログ電圧信号S11aの電位と、交流電流検出回路1210aが出力する電圧信号S12aの電位との差を増幅した信号である。すなわち、誤差増幅信号S13aはアナログ電圧信号S11aに対応した(比例した)信号である。
誤差増幅信号S13aは、npnトランジスタTr2のコレクタ端子が接地電位GNDの期間(出力周波数信号S2a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、接地電位GNDになる。一方、npnトランジスタTr2のコレクタ端子が基準電位Vref2の期間(出力周波数信号S2aが「H」の期間)ではダイオードD1が逆方向バイアス(誤差増幅信号S13a<基準電位Vref2)になって、アナログ電圧信号S11aの電位になる。すなわち、誤差増幅信号S13aが、出力周波数信号S2aによって変調される。
【0071】
そして、出力周波数信号S2aにより変調された誤差増幅信号S13aが、第1ローパスフィルタ1203aの誤差増幅器Amp2が構成するローパスフィルタを通過することで、正弦波信号S21aとなる。
なお、図5に示すように、正弦波信号S21aの振幅(p−p値)は、誤差増幅信号S13a(つまり、図5に示す交流電流設定信号S1a)によって設定される。すなわち、時刻aから時刻fまでの交流電流設定信号S1aのデューティ比が75%の期間の振幅A1は、時刻fから時刻gまでの交流電流設定信号S1aのデューティ比が50%の期間の振幅A2に比べ、大きく(75/50=1.25倍)なっている。なお、ここでは交流電流検出回路1210aが出力する電圧信号S12aの影響は受けないとしている。
【0072】
次に、鋸歯状波信号S31について説明する。
図3、図4に示したように、鋸歯状波生成回路1204には、共振周波数信号S3が入力される。図5に示すように、共振周波数信号S3は、「L」と「H」との2値を有するパルス状の信号である。そして、時刻aから時刻bまでの「L」の期間が、鋸歯状波信号S31の立ち上がりに、時刻bから時刻cまでの「H」の期間が、鋸歯状波信号S31の立ち下りに対応する。そして、時刻aから時刻cまでの期間(1周期)を繰り返す。
なお、共振周波数信号S3の1周期(時刻aから時刻cまでの期間)は、交流電流設定信号S1aの1周期(時刻aから時刻dまでの期間)、出力周波数信号S2aの1周期(時刻aから時刻fまでの期間)のいずれよりも短いとする。すなわち、共振周波数信号S3の繰返し周波数が最も高い。図5では、共振周波数信号S3の周期が、交流電流設定信号S1aの周期の1/2、出力周波数信号S2aの周期の1/10となっているが、このような関係になくともよい。交流電流設定信号S1aと出力周波数信号S2aとの関係も同様である。
【0073】
図4で示したように、時刻aから時刻bまでの共振周波数信号S3が「L」である期間では、pnpトランジスタTr12とpnpトランジスタTr13とに流れる電流により、コンデンサC30に電荷が蓄積され、鋸歯状波生成回路1204の出力端子(npnトランジスタTr14のコレクタ端子)の電位が時間とともに大きくなる。そして、共振周波数信号S3が「L」から「H」に移行(立ち上りエッジ)すると、npnトランジスタTr4がオンになり、コンデンサC30の電荷が放電され、出力端子の電位が接地電位GNDに向かって小さくなる。そして、時刻cにおいて、共振周波数信号S3が「H」から「L」に移行すると、npnトランジスタTr4がオフになり、再びコンデンサC30に電荷が蓄積され、出力端子の電位が時間とともに大きくなる。これを繰り返すことで、鋸歯状波信号S31が生成される。
【0074】
駆動信号S22aは、変調回路1205aの出力信号である。変調回路1205aは、正弦波信号S21aの電位と鋸歯状波信号S31の電位とを比較し、鋸歯状波信号S31の電位が正弦波信号S21aの電位より大きい期間において電源電位Vsであり、鋸歯状波信号S31が正弦波信号S21aより小さい期間において接地電位GNDである駆動信号S22aを生成し、出力する。
図5では、鋸歯状波信号S31に重ねて正弦波信号S21aを破線で示している。これから分かるように、駆動信号S22aは、正弦波信号S21aの変化によってパルス幅が設定されるPWM信号である。
【0075】
図3に示したスイッチ回路1207aの電界効果トランジスタFET1、FET2は、駆動信号S22aによって交互にオンオフされる。なお、前述したように、駆動信号S22aが接地電位GNDのとき、電界効果トランジスタFET1がオフ、電界効果トランジスタFET2がオンであって、スイッチ回路1207aのスイッチ出力信号S23aが電源電位Vsとなる。一方、駆動信号S22aが電源電位Vsのとき、電界効果トランジスタFET1がオン、電界効果トランジスタFET2がオフであって、スイッチ回路1207aのスイッチ出力信号S23aが接地電位GNDとなる。
すなわち、駆動信号S22aとスイッチ回路1207aのスイッチ出力信号S23aとは、電位の関係が逆になる。
スイッチ回路1207aの出力信号から第2ローパスフィルタ1208aによって正弦波が取り出され、トランス1209aを介して、交流電圧VACaとなる。
【0076】
一方、直流電圧出力部1250aも同様に動作する。すなわち、アナログ電圧変換回路1251aは、直流電圧設定信号S4aのデューティ比によって電位が設定されるアナログ電圧信号S41aを生成し、増幅回路1252aに出力する。増幅回路1252aは、アナログ電圧信号S41aの電位と直流電圧検出回路1256aからの電圧信号S42aの電位との差を増幅し、誤差増幅信号S43aを制御回路1253aに出力する。制御回路1253aは、npnトランジスタTr5をオンオフして、トランス1254aの二次巻線に電圧を誘起する。そして、整流回路1255aは、誘起された電圧を整流して直流電圧VDCaを出力する。
【0077】
そして、交流電圧VACaと直流電圧VDCaとが重畳された出力電圧Vaが、帯電バイアス電源12aから出力されて、帯電ロール12に印加される。例えば、直流電圧VDCaは−600V、交流電圧VACaは周波数が2kHzでp−p値が2kVである。すると、図5に示すように、出力電圧Vaの交流成分(交流電圧VACa)は、接地電位GNDを挟んで、正負に振動する。
そして、この出力電圧Vaが、帯電ロール12を介して感光体ドラム11に印加される。そして、帯電ロール12から感光体ドラム11を介して、直流電流IDCaと共に、交流電流IACaが流れる。
【0078】
交流電流検出回路1210aは、この交流電流IACaを検出(モニタ)し、電圧に変換した電圧信号S12aを、増幅回路1202aの誤差増幅器Amp1の−入力端子に抵抗R5を介して出力する。すると、誤差増幅器Amp1は、+入力端子に入力されたアナログ電圧信号S11aの電位と−入力端子に入力された電圧信号S12aの電位との差を増幅することで、正弦波信号S21aの振幅を制御する。すなわち、交流電流IACaが交流電流設定信号S1aで定められる値より小さい場合には、交流電流IACaを大きくするように交流電圧VACaを大きくする。一方、交流電流IACaが交流電流設定信号S1aで定められる値より大きい場合には、交流電流IACaを小さくするように交流電圧VACaを小さくする。このようして、交流電流IACaと交流電流設定信号S1aで定められる値との差が小さくなるように制御(電流制御)する。
この電流制御の代わりに、交流電流設定信号S1aに代えて交流電圧設定信号を用い、交流電圧VACaが交流電圧設定信号により定められる値との差が小さくなるように制御(電圧制御)することもできる。
【0079】
同様に、直流電圧検出回路1256aは、この直流電圧VDCaを検出(モニタ)し、直流電圧VDCaに比例した電圧信号S12aを、増幅回路1252aの誤差増幅器Amp3の+入力端子に抵抗R21を介して出力する。すると、誤差増幅器Amp3は、+入力端子に入力された電圧信号S12aの電位と−入力端子に入力されたアナログ電圧信号S41aの電位との差を増幅することで、直流電圧VDCaの値を制御する。
【0080】
ここでは、詳細な説明を省略するが、現像バイアス電源14aにおいても同様である。
すなわち、制御部60は、交流電流設定信号S1b、出力周波数信号S2b、直流電圧設定信号S4bを現像バイアス電源14aに送信する。
これにより、現像バイアス電源14aは、帯電バイアス電源12aと同様に、出力周波数信号S2bで定められた周波数の正弦波の交流電圧VACbと、直流電圧設定信号S4bで定められた直流電圧VDCbとが重畳された出力電圧Vbを出力する。交流電流IACbは、交流電流設定信号S1bで定められた値からのずれを小さくするように制御される(電流制御)。
現像バイアス電源14aでは、例えば、交流電圧VACbの周波数が8kHz、p−p値は1kVである。そして、直流電圧VDCbは−500Vである。
【0081】
以上説明したように、帯電バイアス電源12aと現像バイアス電源14aとでは、出力される交流電圧VACa、VACbの周波数およびp−p値、直流電圧VDCa、VDCbの値が異なっている。よって、帯電バイアス電源12aと現像バイアス電源14aとを共用することは好ましくない。
【0082】
これに対し、鋸歯状波信号S31を生成するための共振周波数信号S3は、交流電圧VACa、VACbの周波数を設定するものではない。そこで、本実施の形態では、鋸歯状波生成回路1204を、帯電バイアス電源12aと現像バイアス電源14aとで共通に使用している。これにより、鋸歯状波生成回路1204と同様な鋸歯状波生成回路を個別に設ける場合に比べ、回路規模が小さくなり、低コスト化できる。
【0083】
また、鋸歯状波生成回路1204と同様な鋸歯状波生成回路を、帯電バイアス電源12aおよび現像バイアス電源14aにそれぞれ設けると、それぞれに設けた鋸歯状波生成回路から送信(出力)される鋸歯状波信号S31の周波数の差や位相がずれにより、干渉が生じる。この干渉によって、帯電バイアス(出力電圧Va、出力電流Ia)および静電バイアス(出力電圧Vb、出力電流Ib)にノイズが発生する。この干渉によるノイズにより、形成される画像の画質が劣化する。
したがって、帯電バイアス電源12aと現像バイアス電源14aとで、鋸歯状波生成回路1204を共通に使用することで、帯電バイアス電源12aおよび現像バイアス電源14aにおける高周波成分の干渉が抑制される。
【0084】
さらに、鋸歯状波信号S31の周波数は、例えば50kHz〜100kHzの、帯電バイアス電源12aおよび現像バイアス電源14aにおいて最も周波数が高い(高周波の)アナログ信号である。よって、鋸歯状波信号S31は、PWM信号である他の信号に比べ、外部からのノイズ(外来ノイズ)の影響を受けやすい。
よって、鋸歯状波生成回路1204を共通に使用する場合、鋸歯状波信号S31を供給する配線を引き回さないことが好ましい。もし、アナログ信号である鋸歯状波信号S31を供給する配線を長い距離において引き回すと、外部からのノイズが鋸歯状波信号S31に重畳して画質が劣化する。
このため、帯電バイアス電源12aと現像バイアス電源14aとを1つの回路基板110に、バイアス電源装置100として構成することが好ましい。
【0085】
さらに、帯電バイアスと現像バイアスとを比較すると、交流電圧のムラが画質に及ぼす影響は、帯電バイアスの方が大きい。これは、帯電バイアスの交流電圧は感光体ドラム11への帯電に直接影響するため画質に反映されやすいのに対し、現像の交流電圧はトナーの現像をより良くするアシスト的な働きであるため画質に影響が表れにくいためである。
よって、帯電バイアスの交流電圧のムラを、現像バイアスの交流電圧のムラに比べて小さくするため、鋸歯状波生成回路1204を帯電バイアス電源12a側に設けることが好ましい。すなわち、鋸歯状波生成回路1204の出力端子と帯電バイアス電源12aの変調回路1205a入力端子とを結ぶ配線の長さを、鋸歯状波生成回路1204の出力端子と現像バイアス電源14aの変調回路1205aの入力端子とを結ぶ配線の長さより小さく設定することが好ましい。
【0086】
また、本実施の形態では、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12aの直流電圧VDCaおよび現像バイアス電源14aの直流電圧VDCbの極性を逆に設定すればよい。
【0087】
さらに、本実施の形態では、図5で示したように、制御部60が送信する交流電流設定信号S1a、S1b、出力周波数信号S2a、S2b、共振周波数信号S3、直流電圧設定信号S4a、S4bは、「H」と「L」との2つの電位を有する信号とした。これは、制御部60から帯電バイアス電源12aおよび現像バイアス電源14a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、制御部60が送信する信号の一部をアナログ電圧の信号(アナログ信号)とし、帯電バイアス電源12aおよび現像バイアス電源14aの一部の回路(アナログ電圧変換回路1201a、1251aなど)を省略してもよい。
【0088】
さらにまた、図3および図4で示した、帯電バイアス電源12aおよび鋸歯状波生成回路1204の回路構成は一例であって、別の回路構成としてもよい。
【0089】
さらに、本実施の形態では、画像形成装置1はマルチプル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複数の感光体ドラムを有するタンデム型であってもよい。この場合、それぞれの感光体ドラムに対応して設けられた帯電ロールを帯電バイアスに帯電する帯電バイアス電源と、同様にそれぞれの感光体ドラムに対応して設けられた現像器に現像バイアスを印加する現像バイアス電源とに、本実施の形態で説明した鋸歯状波生成回路1204を共通にした帯電バイアス電源12aと現像バイアス電源14aとを1つの回路基板110上に構成したバイアス電源装置とすればよい。
また、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)などの複数の感光体ドラムに対応する複数の帯電バイアス電源と複数の現像バイアス電源とを1つの回路基板110上に構成し、それぞれに対応する帯電バイアス電源と現像バイアス電源とで鋸歯状波生成回路を共通にしてもよく、すべての帯電バイアス電源および現像バイアス電源で鋸歯状波生成回路を共通にしてもよい。
【符号の説明】
【0090】
1…画像形成装置、11…感光体ドラム、12…帯電ロール、12a…帯電バイアス電源、14…回転式現像装置、14Y、14M、14C、14K…現像器、14a…現像バイアス電源、15…一次転写ロール、15a…一次転写バイアス電源、20…一次転写部、21…中間転写ベルト、22〜27…ロール、30…二次転写部、31…二次転写ロール、31a…二次転写バイアス電源、40…ベルトクリーナ、50…定着部、60…制御部、100…バイアス電源装置、110…回路基板、1200a、1200b…交流電圧出力部、1201a、1201b、1251a…アナログ電圧変換回路、1202a、1202b、1252a…増幅回路、1203a、1203b…第1ローパスフィルタ、1204…鋸歯状波生成回路、1205a、1205b…変調回路、1206a、1206b…FET駆動回路、1207a、1207b…スイッチ回路、1208a、1208b…第2ローパスフィルタ、1209a、1209b、1254a…トランス、1210a、1210b…交流電流検出回路、1211a、1211b…交流電圧検出回路、1212…電圧生成回路、1250a、1250b…直流電圧出力部、1253a…制御回路、1255a…整流回路、1256a…直流電圧検出回路、Amp1、Amp2、Amp3…誤差増幅器、Cmp…比較器、FET1、2…電界効果トランジスタ、Tr1、Tr2、Tr4、Tr5、Tr14…npnトランジスタ、Tr3、Tr11、Tr12、Tr13…pnpトランジスタ、Vref1、Vref2、Vref3、Vref4、Vref5、Vref6、Vref7…基準電位、Vs…電源電位

【特許請求の範囲】
【請求項1】
それぞれが、接続される複数の負荷のそれぞれの負荷に対応して設けられ、一次巻線と二次巻線とを有し、当該複数の負荷のそれぞれに当該二次巻線を介して電力を供給する複数のトランスと、
それぞれが、前記複数のトランスのそれぞれのトランスに対応して設けられ、当該トランスの前記一次巻線に印加する電圧を切り替える複数のスイッチ回路と、
それぞれが、前記複数のスイッチ回路のそれぞれのスイッチ回路に対応して設けられ、当該スイッチ回路を駆動するパルス幅変調された駆動信号を生成する複数の変調回路と、
鋸歯状波信号を生成するとともに、前記複数の変調回路に共通に当該鋸歯状波信号を送信する鋸歯状波生成回路と
を備えるバイアス電源装置。
【請求項2】
前記鋸歯状波生成回路から前記複数の変調回路のそれぞれの変調回路に前記鋸歯状波信号を送信する複数の配線のうち、少なくとも1つの配線の長さが他の配線の長さに比べて短く設定されていることを特徴とする請求項1に記載のバイアス電源装置。
【請求項3】
少なくとも前記複数の変調回路と前記鋸歯状波生成回路とが1の回路基板に搭載されていることを特徴とする請求項1または2に記載のバイアス電源装置。
【請求項4】
像保持体と、
一次巻線と二次巻線とを有し、当該二次巻線を介して電力を供給するトランスと、当該トランスの当該一次巻線に印加する電圧を切り替えるスイッチ回路と、当該スイッチ回路を駆動するパルス幅変調された駆動信号を生成する変調回路と、鋸歯状波信号を生成するとともに、当該変調回路に当該鋸歯状波信号を送信する鋸歯状波生成回路とを備え、前記像保持体を帯電する帯電手段と、
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手段と、
一次巻線と二次巻線とを有し、当該二次巻線を介して電力を供給する他のトランスと、当該他のトランスの当該一次巻線に印加する電圧を切り替える他のスイッチ回路と、前記鋸歯状波生成回路から前記鋸歯状波信号が送信されるとともに、当該他のスイッチ回路を駆動するパルス幅変調された他の駆動信号を生成する他の変調回路とを備え、前記露光手段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手段と、
前記現像された画像を被転写体に転写する転写手段と
を備えた画像形成装置。
【請求項5】
前記鋸歯状波生成回路から前記変調回路に前記鋸歯状波信号が送信される配線の長さは、当該鋸歯状波生成回路から前記他の変調回路まで当該鋸歯状波信号が送信される配線の長さより短いことを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
【請求項6】
少なくとも前記変調回路、前記他の変調回路および前記鋸歯状波生成回路は1の回路基板に搭載されていることを特徴とする請求項4または5に記載の画像形成装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−115985(P2013−115985A)
【公開日】平成25年6月10日(2013.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−261893(P2011−261893)
【出願日】平成23年11月30日(2011.11.30)
【出願人】(000005496)富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Fターム(参考)】