ＡＣ電源装置、帯電装置および画像形成装置
【課題】簡易な構成でＢＴＬ出力の正転と反転との間の直流電位を抑制して、消費電力を低減できるＡＣ電源装置、帯電装置および画像形成装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、トランスを駆動して交流電圧を出力するＡＣ電源装置において、三角波生成部２０５と、オフセットした振幅の正弦波を生成する正弦波生成部２０６と、正弦波生成部２０６による正弦波と三角波生成部２０５による三角波とをもとにＰＷＭ信号を生成する比較器２０７と、ＰＷＭ信号の正転信号および反転信号をそれぞれ正弦波に復元して出力するＬＰＦ２０２と、ＬＰＦ２０２の正転出力側とトランス２０３との間に設けられ、正弦波の振幅のオフセットに対応した直流成分を除去する電解コンデンサ２６１とを備える。
【解決手段】本発明は、トランスを駆動して交流電圧を出力するＡＣ電源装置において、三角波生成部２０５と、オフセットした振幅の正弦波を生成する正弦波生成部２０６と、正弦波生成部２０６による正弦波と三角波生成部２０５による三角波とをもとにＰＷＭ信号を生成する比較器２０７と、ＰＷＭ信号の正転信号および反転信号をそれぞれ正弦波に復元して出力するＬＰＦ２０２と、ＬＰＦ２０２の正転出力側とトランス２０３との間に設けられ、正弦波の振幅のオフセットに対応した直流成分を除去する電解コンデンサ２６１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＣ電源装置、帯電装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置においては、帯電プロセスの一手法であるＡＣ帯電のように高圧ＡＣ電源が必要な場合、トランスを駆動する回路に、オーディオ機器などで用いられるＢＴＬ（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｌｅｓｓ）方式を利用することが既に知られている。
【０００３】
しかし、従来までのＡＣ電源装置において、ＢＴＬ方式Ｄ級アンプでトランスを駆動する回路では、正弦波の振幅中心電圧と三角波の振幅中心電圧とを一致させるのが難しかった。この結果、正弦波の振幅中心電圧と三角波の振幅中心電圧とのずれによりＢＴＬ出力の正転と反転の間にＤＣオフセット成分が生じて無駄なＤＣ電流が流れることで消費電力が高くなるという問題があった。
【０００４】
具体的には、図１５を参照して、従来のトランス駆動ＩＣについて説明する。図１５に示すように、トランス駆動ＩＣ２０１１では、三角波生成部２０５１、正弦波生成部２０６１、比較器２２０７、インバータ２２１０およびスイッチング駆動部２２１１，２２１２によって構成されている。比較器２２０７から配線２２０８に出力され、スイッチング駆動部２２１１から出力されたＰＷＭ信号は、接続点Ａ１０において接続するローパスフィルタ２２０２によって正弦波に復元され、また、配線２２０９に出力され、インバータ２２１０において反転後にスイッチング駆動部２２１２から出力されたＰＷＭ信号の反転信号は、接続点Ａ２０において接続するローパスフィルタ２２０２によって正弦波に復元される。ここで、三角波生成部２０５１および正弦波生成部２０６１において、振幅中心電圧が一致するように三角波および正弦波を生成した場合であっても、トランス駆動ＩＣ２０１１の固体ばらつきや電源電圧、温度などの環境によって、三角波の振幅中心電圧と正弦波の振幅中心電圧とが一致しない場合がある。この状態では、図１５のＬＰＦ出力Ｂ１０に出力される復元後の正転側の正弦波の振幅中心電圧と、図１５のＬＰＦ出力Ｂ２０に出力される復元後の反転側の正弦波の振幅中心電圧とにずれが発生してしまい、この差分を取った波形Ｗ３１１（図１６参照）の振幅中心電圧は、０Ｖに対してＶ３２１分のオフセットを持つこととなる。トランス２２０３の１次側巻き線に、このように振幅中心電圧がそれぞれ一致しない正転側の正弦波および反転側の正弦波が流れ込むと、正転側出力端子と反転側出力端子との間にＤＣ電流が流れ、消費電流が大きくなってしまい、トランス駆動ＩＣ２０１１自体も破損してしまうおそれがある。
【０００５】
従来、この正弦波の振幅中心電圧と三角波の振幅中心電圧とのずれを検出する構成として、２出力端子間に並列ＣＲ回路の時定数によるバイアス回路を有するトランジスタを挿入して、ＢＴＬ出力の正転と反転との間のＤＣ成分を検出する構成が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。ＢＴＬ出力の正転と反転との間のＤＣ成分に対する検出結果はフィードバックされ、正弦波の振幅中心電圧と三角波の振幅中心電圧とがずれないように調整される。
【０００６】
また、交流高圧出力の、正極性部および負極性部の（電圧＊時間）積分値を検出し、所望の目標値に応じた値に制御することで、ＤＣ成分が重畳されるＡＣ成分波形の正／負極性で適切な対称性を維持し、直流成分の発生を防止する構成が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１および特許文献２の構成によると、ＢＴＬ出力の正転と反転との間のＤＣ成分を検出する回路あるいは正弦波の振幅中心電圧と三角波の振幅中心電圧とを一致させるための制御回路といった複雑な構成の回路がさらに必要となるため、トランスを駆動する駆動回路のチップ面積、消費電力および設計コストが増大してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でＢＴＬ出力の正転と反転との間の直流成分を抑制して、消費電力を低減できるＡＣ電源装置、帯電装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるＡＣ電源装置は、トランスを駆動して交流電圧を出力するＡＣ電源装置であって、三角波を生成する三角波生成手段と、オフセットした振幅の正弦波を生成する正弦波生成手段と、前記正弦波生成手段によって生成された正弦波と、前記三角波生成手段によって生成された三角波とをもとにパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、前記パルス幅変調信号の正転信号を正弦波に復元して出力するとともに、前記パルス幅変調信号の反転信号を正弦波に復元して出力する出力手段と、前記出力手段の正転出力側と前記トランスとの間、あるいは、前記出力手段の反転出力側と前記トランスとの間に設けられ、前記正弦波の振幅のオフセットに対応した直流電位を除去する電解コンデンサと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる帯電装置は、上記に記載されたＡＣ電源装置と、前記ＡＣ電源装置と接続し、ＡＣ電源装置から供給される電力をもとに帯電する帯電部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる画像形成装置は、上記に記載されたＡＣ電源装置と、前記ＡＣ電源装置と接続し、ＡＣ電源装置から供給される電力をもとに帯電する帯電装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、オフセットした振幅の正弦波と三角波とをもとに生成されたパルス幅変調信号の正転信号が正弦波に復元されて出力される正転出力側とトランスとの間、あるいは、パルス幅変調信号の反転信号が正弦波に復元されて出力される反転出力側とトランスとの間に電解コンデンサを設けた簡易な構成で、正弦波の振幅のオフセットに対応した直流成分を除去して消費電力を低減可能としている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施の形態にかかるＭＦＰの縦断面図である。
【図２】図２は、図１に示す電源装置を構成するＡＣ電源装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、図２に示す正弦波生成部を説明する図である。
【図４】図４は、図４は、図３に示す振幅生成部の構成を示す図である。
【図５】図５は、図２に示す三角波生成部、正弦波生成部、比較器およびスイッチング制御部から出力される信号波形の一例を示す図である。
【図６】図６は、図２に示す比較器から正転側のスイッチング駆動部に出力されるＰＷＭ信号の一例を示す図である。
【図７】図７は、図２に示す正転側のＬＰＦ出力に出力される出力波形と、反転側のＬＰＦ出力に出力される出力波形の一例を示す図である。
【図８】図８は、図２に示す電解コンデンサとトランスとの間の電位点の波形と、反転側のＬＰＦ出力に出力される出力波形の一例を示す図である。
【図９】図９は、図２に示す電解コンデンサとトランスとの間の電位点の波形と反転側のＬＰＦ出力に出力される出力波形との差分を取った波形の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、従来のトランス駆動ＩＣの構成を説明する図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す三角波生成部、正弦波生成部から出力される信号波形の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、図１０に示す比較器から正転側のスイッチング駆動部に出力されるＰＷＭ信号の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、図１０に示す正転側のＬＰＦ出力および反転側のＬＰＦ出力に出力される出力波形の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、図１０に示す正転側のＬＰＦ出力および反転側のＬＰＦ出力に出力される出力波形の差分を取った波形の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、従来のトランス駆動ＩＣの構成を説明する図である。
【図１６】図１６は、図１５に示す構成における正転側のＬＰＦ出力の波形と反転側のＬＰＦ出力の波形との差分を取った波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる画像形成装置をＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）に適用した例を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。
【００１５】
（実施の形態）
まず、実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかるＭＦＰの縦断面図である。ＭＦＰ１は、複写機能と、これ以外の機能、例えば、プリンタ機能、ファクシミリ機能とを備えていて、図示しない操作部のアプリケーション切り替えキーの操作により、複写機能、プリンタ機能、ファクシミリ機能を順次に切り替えて選択することが可能である。これにより、複写機能の選択時には複写モードとなり、プリンタ機能の選択時にはプリントモードとなり、ファクシミリモードの選択時にはファクシミリモードとなる。
【００１６】
次に、ＭＦＰ１の概略構成および複写モードの際の動作について説明する。図１において、自動原稿送り装置（以下、ＡＤＦという）１０１において、原稿台１０２に画像面を上にして置かれた原稿は、図示しない操作部上のスタートキーが押下されると、給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラス１０５上の所定の位置に給送される。ＡＤＦ１０１は、一枚の原稿の給送完了毎に原稿枚数をカウントアップするカウント機能を有する。コンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。
【００１７】
原稿セット検知器１０９で原稿台１０２上に次の原稿が存在することが検知された場合には、同様に原稿台１０２上の一番下の原稿が給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラス１０５上の所定の位置に給送される。このコンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。ここに、給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４および排送ローラ１０７は搬送モータによって駆動される。
【００１８】
第１給紙装置１１０、第２給紙装置１１１および第３給紙装置１１２は、それぞれ選択されたときに、その積載された転写紙を給紙し、この転写紙は縦搬送ユニット１１６によって感光体１１７に当接する位置まで搬送される。感光体１１７は、例えば感光体ドラムが用いられていて、図示しないメインモータにより回転駆動される。
【００１９】
画像読取装置１０６で原稿から読み取られた画像データは、図示しない画像処理装置で所定の画像処理が施された後、書き込みユニット１１８によって光情報に変換され、感光体１１７には帯電装置１２８により一様に帯電された後に書き込みユニット１１８からの光情報で露光されて静電潜像が形成される。この感光体１１７上の静電潜像は、現像装置１１９により現像されてトナー像となる。書き込みユニット１１８、感光体１１７、現像装置１１９や、その他の図示しない感光体１１７の周りの周知の装置などにより、プリンタエンジンを構成している。帯電装置１２８は、電源装置１３０から供給される電力をもとに帯電する。なお、複数種のインクに対応させて、感光体１１７、現像装置１１９および帯電装置１２８は、それぞれ複数設けられる。
【００２０】
搬送ベルト１２０は、用紙搬送の手段および転写の手段を兼ねていて電源から転写バイアスが印加され、縦搬送ユニット１１６からの転写紙を感光体１１７と等速で搬送しながら感光体１１７上のトナー像を転写紙に転写する。この転写紙は、定着装置１２１によりトナー像が定着され、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。感光体１１７は、トナー像転写後に図示しないクリーニング装置により残存トナーのクリーニングがなされる。
【００２１】
以上の動作は、通常のモードで用紙の片面に画像を複写するときの動作である。両面モードで転写紙の両面に画像を複写する場合には、各給紙トレイ１１３〜１１５のいずれかより給紙されて表面に上述のように画像が形成された転写紙は、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３側ではなく、両面入紙搬送路１２４側に切り替えられ、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転され、両面搬送ユニット１２６へ搬送される。
【００２２】
この両面搬送ユニット１２６へ搬送された転写紙は、両面搬送ユニット１２６により縦搬送ユニット１１６へ搬送され、縦搬送ユニット１１６により感光体１１７に当接する位置まで搬送され、感光体１１７上に上述と同様に形成されたトナー像が裏面に転写されて、定着装置１２１でトナー像が定着されることにより両面コピーとなる。この両面コピーは排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。
【００２３】
また、転写紙を反転して排出する場合には、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転された転写紙は、両面搬送ユニット１２６に搬送されずに反転排紙搬送路１２７を経て排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。
【００２４】
プリントモードでは、前述の画像処理装置からの画像データの代りに、外部からの画像データが書き込みユニット１１８に入力されて、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。
【００２５】
さらに、ファクシミリモードでは、画像読取装置１０６からの画像データが図示しないファクシミリ送受信部により相手に送信され、相手からの画像データがファクシミリ送受信部で受信されて前述の画像処理装置からの画像データの代りに書き込みユニット１１８に入力されることにより、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。
【００２６】
また、このＭＦＰ１には、図示しない大量用紙供給装置（以下、ＬＣＴという）と、およびソート、穴あけ、ステイプルなどを行うフィニッシャーと、原稿読み取りのためのモード、複写倍率の設定、給紙段の設定、フィニッシャーで後処理の設定、オペレータに対する表示などを行う操作部とを備えている。
【００２７】
ここで、本実施形態のＭＦＰ１が有する電源装置１３０のうち交流電流を供給するＡＣ電源装置の構成について説明する。図２は、図１に示す電源装置を構成するＡＣ電源装置の構成を示す図である。
【００２８】
図２に示すように、ＡＣ電源装置は、２組のＳＥＰＰ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｎｄｅｄ Ｐｕｓｈ Ｐｕｌｌ）のＯＴＬ（Ｏｕｔｐｕｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｌｅｓｓ）回路を互いに逆位相で動作させるＢＴＬ方式Ｄ級アンプに１次側巻き線が接続するトランス２０３を駆動して、トランス２０３の２次側巻き線の出力点２０４から交流電流を出力する。
【００２９】
トランス２０３を駆動するトランス駆動ＩＣ２０１は、三角波生成部２０５、正弦波生成部２０６、比較器２０７、インバータ２１０およびスイッチング駆動部２１１，２１２によって構成されている。
【００３０】
三角波生成部２０５は、コントローラ２５０から、生成する三角波の振幅を設定する振幅設定信号と、所定のクロック信号とが入力されることによって、所定の振幅で三角波を生成し、比較器２０７に出力する。
【００３１】
正弦波生成部２０６は、コントローラ２５０から、生成する矩形波の振幅を設定する振幅設定信号と、所定のクロック信号とが入力されることによって、所定の振幅で矩形波を生成し、生成した矩形波を用いて正弦波を生成して比較器２０７に出力する。正弦波生成部２０６は、オフセットした振幅の矩形波を生成し、この矩形波を用いてオフセットした振幅の正弦波を生成する。
【００３２】
比較器２０７は、三角波生成部２０５によって生成された三角波と、正弦波生成部２０６によって生成された正弦波とを比較し、パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成し、出力する。
【００３３】
ＰＷＭ信号は、配線２０８を経由して正転側のスイッチング駆動部２１１に入力し、スイッチング駆動部２１１は、ＰＷＭ信号を出力点Ａ１に出力する。また、ＰＷＭ信号は、配線２０８から分岐する配線２０９を経由して、インバータ２１０に入力され、インバータ２１０において反転された後、反転側のスイッチング駆動部２１２に入力する。スイッチング駆動部２１２は、ＰＷＭ信号の反転信号を出力点Ａ２に出力する。
【００３４】
トランス駆動ＩＣ２０１は、出力点Ａ１，Ａ２においてローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０２と接続する。ＬＰＦ２０２は、出力点Ａ１に出力されたＰＷＭ信号の正転信号を正弦波に復元し、ＬＰＦ出力Ｂ１に出力する。ＬＰＦ２０２は、出力点Ａ２に出力されたＰＷＭ信号の反転信号を正弦波に復元し、ＬＰＦ出力Ｂ２に出力する。ＬＰＦ出力Ｂ２は、トランス２０３の１次側巻き線の一端に接続する。
【００３５】
そして、ＬＰＦ出力Ｂ１とトランス２０３の１次側巻き線の他端との間には、電解コンデンサ２６１が設けられる。電解コンデンサ２６１は、交流成分を通し、直流成分を除去する機能を有する。ここで、ＬＰＦ出力Ｂ１，Ｂ２は、低い周波数（例えば、画像形成装置のＡＣ電源装置では周波数１ｋＨｚである。）であるため、この周波数で交流成分を通すためには大容量のコンデンサが必要となる。
【００３６】
本実施の形態では、電界コンデンサ２６１とトランス２０３との間の電位点Ｂ１１のＤＣ電位よりもＬＰＦ出力Ｂ１のＤＣ電位のほうが高くなるように、正弦波生成部２０６が生成する矩形波の振幅をオフセットさせて、電界コンデンサ２６１のＬＰＦ出力Ｂ１側の極を正極とし、電界コンデンサ２６１のトランス２０３側の極を負極としている。電界コンデンサの極性が上記設定と逆になってしまうと、コンデンサ部材から発煙、電解液の漏れ、破裂等が発生する場合もあるため、上記設定を保持できるように電位点Ｂ１１の電位よりも、ＬＰＦ出力Ｂ１の電位を高く維持する必要がある。
【００３７】
次に、図２に示す正弦波生成部２０６の構成について詳細に説明する。図３は、正弦波生成部２０６を説明する図である。図３に示すように、振幅生成部２２０およびローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３０によって構成される。
【００３８】
振幅生成部２２０には、コントローラ２５０から、生成する矩形波の振幅を設定する振幅設定信号Ｓａと、クロック信号Ｓｃとが入力される。振幅生成部２２０は、振幅設定信号Ｓａによって設定される振幅であって、クロック信号Ｓｃの周期を持った矩形波を生成する。振幅生成部２２０が生成した矩形波は、ＬＰＦ２３０によって正弦波に復元される。振幅生成部２２０には、コントローラ２５０によって、さらにＤＣオフセット調整信号Ｓｅが入力される。
【００３９】
図４を参照して、振幅生成部２２０の構成について説明する。図４は、振幅生成部２２０の構成を示す図である。図４は、振幅生成部２２０を構成する各構成部位とともにＬＰＦ２３０も示す。
【００４０】
図４に示すように、振幅生成部２２０は、クロック信号Ｓｃが入力されるスイッチ２２４、インバータ２２３を介してクロック信号Ｓｃの反転信号が入力されるスイッチ２２５、スイッチ２２４に直列に接続される可変電流源２２１、スイッチ２２５に直列に接続されるとともに接地された可変電流源２２２、抵抗Ｒ１，Ｒ２を有する。さらに、振幅生成部２２０においては、可変電流源２４０が、直列の抵抗Ｒ１、Ｒ２とＬＰＦ２３０との間に接続される。この可変電流源２４０には、ＤＣオフセット調整信号Ｓｅが入力する。
【００４１】
振幅生成部２２０は、振幅設定信号Ｓａによって可変電流源２２１および可変電流源２２２の電流値を調整し、クロック信号ＳｃのＨ信号またはＬ信号にしたがってスイッチ２２４，２２５のＯＮ／ＯＦＦを切り替え、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２に順に電流を流すことによって、所定の振幅を有する矩形波を出力する。
【００４２】
さらに、振幅生成部２２０においては、ＤＣオフセット調整信号Ｓｅにしたがい、可変電流源２４０から抵抗Ｒ２に電流を流すことによって、ＬＰＦ２３０に出力される矩形波の振幅をオフセットする。この結果、正弦波生成部２０６から出力される正弦波も振幅がオフセットされたものとなる。コントローラ２５０は、ＤＣオフセット調整信号Ｓｅを出力することによって、電解コンデンサ２６１におけるトランス２０３側の極のＤＣ電位よりもＬＰＦ出力Ｂ１側極のＤＣ電位が高くなるように、矩形波の振幅をオフセットする。
【００４３】
次に、三角波生成部２０５、正弦波生成部２０６、比較器２０７およびスイッチング制御部２１１，２１２から出力される信号波形について説明する。図５は、三角波生成部２０５から出力される三角波および正弦波生成部２０６から出力される正弦波の一例を示す図である。図６は、比較器２０７から正転側のスイッチング駆動部２１１に出力されるＰＷＭ信号の一例を示す図である。図７は、正転側のＬＰＦ出力Ｂ１に出力される出力波形と、反転側のＬＰＦ出力Ｂ２に出力される出力波形の一例を示す図である。図８は、電解コンデンサ２６１とトランス２０３の１次側巻き線との間の電位点Ｂ１１の波形と、反転側のＬＰＦ出力Ｂ２に出力される出力波形の一例を示す図である。図９は、電位点Ｂ１１の波形と反転側のＬＰＦ出力Ｂ２に出力される出力波形との差分を取った波形の一例を示す図である。
【００４４】
図５に示すように、上述したように、正弦波生成部２０６から出力される正弦波Ｗ２２は、振幅がオフセットしたものとなる。このため、三角波生成部２０５から出力される三角波Ｗ２１の振幅中心電圧Ｖ２３と、正弦波Ｗ２２の振幅中心電圧Ｖ２４とは一致しない。
【００４５】
この状態で、比較器２０７から出力されたＰＷＭ信号Ｓ２５の正転信号（図６参照）およびＰＷＭ信号Ｓ２５の反転信号を正弦波に復元した場合、図７に示すように、復元した正転側のＬＰＦ出力Ｂ１に出力される出力波形Ｗ２７の振幅中心電圧Ｖ２９と、反転側のＬＰＦ出力Ｂ２に出力される出力波形Ｗ２８の振幅中心電圧Ｖ３０とは、正弦波生成部２０６が生成した矩形波の振幅のオフセットに対応して、ずれることとなる。このままの状態で、トランス２０３の１次側巻き線に正転側の正弦波および反転側の正弦波が流れ込むと、正転側出力端子と反転側出力端子との間にはＤＣ電流が流れることとなる。
【００４６】
本実施の形態では、復元した正転側のＬＰＦ出力Ｂ１とトランス２０３の１次側巻き線の接続点との間に電解コンデンサ２６１を設け、この電解コンデンサ２６１によって、正弦波生成部２０６による矩形波のオフセットに応じてずれた復元後の正弦波の正転波形と反転波形とのずれ分に対応するＤＣ電流に相当するＤＣ電位を除去する。
【００４７】
このため、図８に示すように、電解コンデンサ２６１を通った後の正転側の電位点Ｂ１１の正弦波Ｗ２７ｃの振幅中心電圧Ｖ２９ｃと、反転側のＬＰＦ出力Ｂ２に出力される出力波形Ｗ２８の振幅中心電圧Ｖ３０とは一致することとなり、正弦波Ｗ２７ｃと正弦波Ｗ２８との差分を取った波形Ｗ３１（図９参照）の振幅中心電圧は０Ｖとなる。
【００４８】
したがって、正弦波Ｗ２７ｃと正弦波Ｗ２８との差分を取った波形Ｗ３１の振幅中心電圧が０Ｖである状態で、トランス２０３の１次側巻き線に正転側の正弦波および反転側の正弦波が流れ込むと、正転側出力端子と反転側出力端子との間にはＤＣ電流が流れないために、低消費電流での動作が可能となる。
【００４９】
ここで、従来では、フィードバック制御によって三角波の振幅中心電圧と正弦波の振幅中心電圧とのオフセット調整を行っていた。たとえば、図１０に示すトランス駆動ＩＣ２０１２においては、積分器２０４３による三角波中心電圧ダミー回路２５１２の出力値と正弦波中心電圧ダミー回路２５２２の出力値との差分の積分値を参照して、オフセット調整部２４４２が、三角波生成部２０５２が生成する三角波の中心電圧と正弦波生成部２０６２が生成する正弦波の振幅中心電圧とのオフセットを補正して、三角波の振幅中心電圧と正弦波の中心電圧とを一致させている。三角波生成部２０５２において、三角波の振幅中心電圧を電源電圧とグランドの抵抗分圧とにより生成した電圧によって設定していた場合には、その構成と全く同じ回路を三角波中心電圧ダミー回路２５１２として別に設け、積分器２０４３に三角波の振幅中心電圧を入力する。正弦波中心電圧ダミー回路２５２２も同様に、正弦波の振幅中心電圧を入力できる構成で形成される。なお、三角波生成部２０５２および正弦波生成部２０６２と積分器２０４３とが近接して設けられる場合には、三角波の振幅中心電圧を設定する電圧および正弦波の振幅中心電圧を設定する電圧を直接入力してもよい。
【００５０】
この場合には、図１１に示すように、比較器２０７に入力される三角波Ｗ２１２の振幅中心電圧Ｖ２３２と正弦波Ｗ２２２の振幅中心電圧Ｖ２４２とはともに一致するため、比較器２０７から出力されたＰＷＭ信号Ｓ２５２の正転信号（図１２参照）およびＰＷＭ信号Ｓ２５２の反転信号を正弦波に復元した場合、復元した正転側のＬＰＦ出力Ｂ１に出力される出力波形Ｗ２７２の振幅中心電圧Ｖ２９２と、反転側のＬＰＦ出力Ｂ２に出力される出力波形Ｗ２８２の振幅中心電圧Ｖ３０２とは一致する（図１３参照）。この結果、正弦波Ｗ２７２と正弦波Ｗ２８２との差分を取った波形Ｗ３１２（図１４）の振幅中心電圧は０Ｖとなり、正転側出力端子と反転側出力端子との間にはＤＣ電流は流れないため、低消費電流での動作が可能となる。
【００５１】
しかしながら、トランス駆動ＩＣ２０１２においては、三角波および正弦波のオフセットを検出する回路および正弦波の振幅中心電圧と三角波の振幅中心電圧とを一致させるための制御回路をさらに設ける必要があるため、トランスを駆動する駆動回路のチップ面積、消費電力および設計コストが増大してしまう。
【００５２】
これに対し、本実施の形態では、正弦波生成部２０６から出力されるＤＣ電位が増減すると、ＬＰＦ出力Ｂ１の電位も連動して増減することから、電位点Ｂ１１よりもＬＰＦ出力Ｂ１のＤＣ電位を高くするために、正弦波生成部２０６が生成する矩形波の振幅をオフセットし、電解コンデンサ２６１によって、正弦波生成部２０６による矩形波のオフセットに対応した復元後の正弦波の正転波形と反転波形とのずれ分に対応するＤＣ電位を除去している。
【００５３】
このため、本実施の形態においては、電解コンデンサ２６１を追加しただけの簡易な回路構成でＢＴＬ出力の正転と反転との間の直流成分を抑制して、消費電力を低減することができる。これにともない、帯電装置１２８の消費電力およびＭＦＰ１本体における消費電力も低減できる。さらに、複数の帯電装置１２８それぞれに、このＡＣ電源装置を設けた場合にもさらに消費電力を低減できる。また、本実施の形態においては、電解コンデンサ２６１を追加するのみで足りるため、トランス駆動回路のチップ面積および設計コストも増大を抑制できる。
【００５４】
なお、矩形波の振幅をオフセットするには、矩形波の所定の振幅に対応する電流とは別の電流を抵抗Ｒ２に流せばよいため、この抵抗Ｒ２に流す別の電流を、たとえばＡＣ電源装置とは別の画像形成装置内の充電用電流源から供給させてもよい。正弦波生成部２０６に対して矩形波の振幅におけるオフセット調整を、充電用電流源のオン動作あるいはオフ動作をもとに行うことによって、さらに簡易に矩形波の振幅におけるオフセット調整が可能になる。
【００５５】
また、ＬＰＦ出力Ｂ２におけるＤＣ電位変動幅が予め分かっている場合は、コントローラ２５０は、その最大値よりもＬＰＦ出力Ｂ１のＤＣ電位が高くなるように、所定の振幅に対応する電流とは別に供給する電流の供給量を、初期条件として予め設定しておいてもよい。また、コントローラ２５０は、ＭＦＰ１の起動時に、所定の振幅に対応する電流とは別の電流の供給量を設定してもよい。このように、オフセットの調整を、ＭＦＰ１の処理動作中ではなく、ＭＦＰ１の装置起動時に行なうことによって、より効率的に矩形波の振幅におけるオフセット調整を行なうことができる。
【００５６】
また、実施の形態では、正転側のＬＰＦ出力Ｂ１とトランス２０３の１次側巻き線のとの間に電解コンデンサ２６１を設けた場合を例に説明したが、もちろん、反転側のＬＰＦ出力Ｂ２とトランス２０３の１次側巻き線との間に電解コンデンサ２６１を設けてもよい。この場合にも、電界コンデンサ２６１のＬＰＦ出力Ｂ２側の極が正極となり、トランス２０３側の極が負極となるように、正弦波生成部２０６が生成する正弦波にオフセットを持たせる。また、正転側のＬＰＦ出力Ｂ１とトランス２０３のとの間、および反転側のＬＰＦ出力Ｂ２とトランス２０３との間のいずれにも電解コンデンサを設けた場合には、矩形波生成部２０６が生成する矩形波の振幅をオフセットせずとも、いずれの電解コンデンサについてもトランス側の極が負極となる。
【００５７】
また、ＭＦＰに限らず、デジタル複写機、プリンタ、ファクシミリ、スキャナ機能やコピー、ファクシミリ、プリンタなどの画像形成処理を行うものであれば、本実施の形態を適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ デジタル複写機
１０２ 原稿台
１０３ 給紙ローラ
１０４ 給送ベルト
１０５ コンタクトガラス
１０６ 画像読取装置
１０７ 排送ローラ
１０８ 排紙台
１０９ 原稿セット検知器
１１０ 給紙装置
１１１ 給紙装置
１１２ 給紙装置
１１３〜１１５ 各給紙トレイ
１１６ 縦搬送ユニット
１１７ 感光体
１１８ ユニット
１１９ 現像装置
１２０ 搬送ベルト
１２１ 定着装置
１２２ 排紙ユニット
１２３ 排紙トレイ
１２４ 両面入紙搬送路
１２５ 反転ユニット
１２６ 両面搬送ユニット
１２７ 反転排紙搬送路
１２８ 帯電装置
１３０ 電源装置
２０３ トランス
２０５，２０５１，２０５２ 三角波生成部
２０６，２０６１，２０６２ 正弦波生成部
２０７ 比較器
２１０，２２３ インバータ
２１１，２１２ スイッチング駆動部
２２０ 振幅生成部
２２１，２２２ 可変電流源
２２４，２２５ スイッチ
２４０ 可変電流源
２５０ コントローラ
２６１ 電解コンデンサ
２０４３ 積分器
２０５１ 三角波生成部
２４４２ オフセット調整部
２５１２ 三角波中心電圧ダミー回路
２５２２ 正弦波中心電圧ダミー回路
２０１，２０１１，２０１２ トランス駆動ＩＣ
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５９】
【特許文献１】特開平０９−１１６３５３号公報
【特許文献２】特開２００６−２５１０１８号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＣ電源装置、帯電装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置においては、帯電プロセスの一手法であるＡＣ帯電のように高圧ＡＣ電源が必要な場合、トランスを駆動する回路に、オーディオ機器などで用いられるＢＴＬ（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｌｅｓｓ）方式を利用することが既に知られている。
【０００３】
しかし、従来までのＡＣ電源装置において、ＢＴＬ方式Ｄ級アンプでトランスを駆動する回路では、正弦波の振幅中心電圧と三角波の振幅中心電圧とを一致させるのが難しかった。この結果、正弦波の振幅中心電圧と三角波の振幅中心電圧とのずれによりＢＴＬ出力の正転と反転の間にＤＣオフセット成分が生じて無駄なＤＣ電流が流れることで消費電力が高くなるという問題があった。
【０００４】
具体的には、図１５を参照して、従来のトランス駆動ＩＣについて説明する。図１５に示すように、トランス駆動ＩＣ２０１１では、三角波生成部２０５１、正弦波生成部２０６１、比較器２２０７、インバータ２２１０およびスイッチング駆動部２２１１，２２１２によって構成されている。比較器２２０７から配線２２０８に出力され、スイッチング駆動部２２１１から出力されたＰＷＭ信号は、接続点Ａ１０において接続するローパスフィルタ２２０２によって正弦波に復元され、また、配線２２０９に出力され、インバータ２２１０において反転後にスイッチング駆動部２２１２から出力されたＰＷＭ信号の反転信号は、接続点Ａ２０において接続するローパスフィルタ２２０２によって正弦波に復元される。ここで、三角波生成部２０５１および正弦波生成部２０６１において、振幅中心電圧が一致するように三角波および正弦波を生成した場合であっても、トランス駆動ＩＣ２０１１の固体ばらつきや電源電圧、温度などの環境によって、三角波の振幅中心電圧と正弦波の振幅中心電圧とが一致しない場合がある。この状態では、図１５のＬＰＦ出力Ｂ１０に出力される復元後の正転側の正弦波の振幅中心電圧と、図１５のＬＰＦ出力Ｂ２０に出力される復元後の反転側の正弦波の振幅中心電圧とにずれが発生してしまい、この差分を取った波形Ｗ３１１（図１６参照）の振幅中心電圧は、０Ｖに対してＶ３２１分のオフセットを持つこととなる。トランス２２０３の１次側巻き線に、このように振幅中心電圧がそれぞれ一致しない正転側の正弦波および反転側の正弦波が流れ込むと、正転側出力端子と反転側出力端子との間にＤＣ電流が流れ、消費電流が大きくなってしまい、トランス駆動ＩＣ２０１１自体も破損してしまうおそれがある。
【０００５】
従来、この正弦波の振幅中心電圧と三角波の振幅中心電圧とのずれを検出する構成として、２出力端子間に並列ＣＲ回路の時定数によるバイアス回路を有するトランジスタを挿入して、ＢＴＬ出力の正転と反転との間のＤＣ成分を検出する構成が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。ＢＴＬ出力の正転と反転との間のＤＣ成分に対する検出結果はフィードバックされ、正弦波の振幅中心電圧と三角波の振幅中心電圧とがずれないように調整される。
【０００６】
また、交流高圧出力の、正極性部および負極性部の（電圧＊時間）積分値を検出し、所望の目標値に応じた値に制御することで、ＤＣ成分が重畳されるＡＣ成分波形の正／負極性で適切な対称性を維持し、直流成分の発生を防止する構成が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１および特許文献２の構成によると、ＢＴＬ出力の正転と反転との間のＤＣ成分を検出する回路あるいは正弦波の振幅中心電圧と三角波の振幅中心電圧とを一致させるための制御回路といった複雑な構成の回路がさらに必要となるため、トランスを駆動する駆動回路のチップ面積、消費電力および設計コストが増大してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でＢＴＬ出力の正転と反転との間の直流成分を抑制して、消費電力を低減できるＡＣ電源装置、帯電装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるＡＣ電源装置は、トランスを駆動して交流電圧を出力するＡＣ電源装置であって、三角波を生成する三角波生成手段と、オフセットした振幅の正弦波を生成する正弦波生成手段と、前記正弦波生成手段によって生成された正弦波と、前記三角波生成手段によって生成された三角波とをもとにパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、前記パルス幅変調信号の正転信号を正弦波に復元して出力するとともに、前記パルス幅変調信号の反転信号を正弦波に復元して出力する出力手段と、前記出力手段の正転出力側と前記トランスとの間、あるいは、前記出力手段の反転出力側と前記トランスとの間に設けられ、前記正弦波の振幅のオフセットに対応した直流電位を除去する電解コンデンサと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる帯電装置は、上記に記載されたＡＣ電源装置と、前記ＡＣ電源装置と接続し、ＡＣ電源装置から供給される電力をもとに帯電する帯電部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる画像形成装置は、上記に記載されたＡＣ電源装置と、前記ＡＣ電源装置と接続し、ＡＣ電源装置から供給される電力をもとに帯電する帯電装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、オフセットした振幅の正弦波と三角波とをもとに生成されたパルス幅変調信号の正転信号が正弦波に復元されて出力される正転出力側とトランスとの間、あるいは、パルス幅変調信号の反転信号が正弦波に復元されて出力される反転出力側とトランスとの間に電解コンデンサを設けた簡易な構成で、正弦波の振幅のオフセットに対応した直流成分を除去して消費電力を低減可能としている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施の形態にかかるＭＦＰの縦断面図である。
【図２】図２は、図１に示す電源装置を構成するＡＣ電源装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、図２に示す正弦波生成部を説明する図である。
【図４】図４は、図４は、図３に示す振幅生成部の構成を示す図である。
【図５】図５は、図２に示す三角波生成部、正弦波生成部、比較器およびスイッチング制御部から出力される信号波形の一例を示す図である。
【図６】図６は、図２に示す比較器から正転側のスイッチング駆動部に出力されるＰＷＭ信号の一例を示す図である。
【図７】図７は、図２に示す正転側のＬＰＦ出力に出力される出力波形と、反転側のＬＰＦ出力に出力される出力波形の一例を示す図である。
【図８】図８は、図２に示す電解コンデンサとトランスとの間の電位点の波形と、反転側のＬＰＦ出力に出力される出力波形の一例を示す図である。
【図９】図９は、図２に示す電解コンデンサとトランスとの間の電位点の波形と反転側のＬＰＦ出力に出力される出力波形との差分を取った波形の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、従来のトランス駆動ＩＣの構成を説明する図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す三角波生成部、正弦波生成部から出力される信号波形の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、図１０に示す比較器から正転側のスイッチング駆動部に出力されるＰＷＭ信号の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、図１０に示す正転側のＬＰＦ出力および反転側のＬＰＦ出力に出力される出力波形の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、図１０に示す正転側のＬＰＦ出力および反転側のＬＰＦ出力に出力される出力波形の差分を取った波形の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、従来のトランス駆動ＩＣの構成を説明する図である。
【図１６】図１６は、図１５に示す構成における正転側のＬＰＦ出力の波形と反転側のＬＰＦ出力の波形との差分を取った波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる画像形成装置をＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）に適用した例を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。
【００１５】
（実施の形態）
まず、実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかるＭＦＰの縦断面図である。ＭＦＰ１は、複写機能と、これ以外の機能、例えば、プリンタ機能、ファクシミリ機能とを備えていて、図示しない操作部のアプリケーション切り替えキーの操作により、複写機能、プリンタ機能、ファクシミリ機能を順次に切り替えて選択することが可能である。これにより、複写機能の選択時には複写モードとなり、プリンタ機能の選択時にはプリントモードとなり、ファクシミリモードの選択時にはファクシミリモードとなる。
【００１６】
次に、ＭＦＰ１の概略構成および複写モードの際の動作について説明する。図１において、自動原稿送り装置（以下、ＡＤＦという）１０１において、原稿台１０２に画像面を上にして置かれた原稿は、図示しない操作部上のスタートキーが押下されると、給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラス１０５上の所定の位置に給送される。ＡＤＦ１０１は、一枚の原稿の給送完了毎に原稿枚数をカウントアップするカウント機能を有する。コンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。
【００１７】
原稿セット検知器１０９で原稿台１０２上に次の原稿が存在することが検知された場合には、同様に原稿台１０２上の一番下の原稿が給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラス１０５上の所定の位置に給送される。このコンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。ここに、給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４および排送ローラ１０７は搬送モータによって駆動される。
【００１８】
第１給紙装置１１０、第２給紙装置１１１および第３給紙装置１１２は、それぞれ選択されたときに、その積載された転写紙を給紙し、この転写紙は縦搬送ユニット１１６によって感光体１１７に当接する位置まで搬送される。感光体１１７は、例えば感光体ドラムが用いられていて、図示しないメインモータにより回転駆動される。
【００１９】
画像読取装置１０６で原稿から読み取られた画像データは、図示しない画像処理装置で所定の画像処理が施された後、書き込みユニット１１８によって光情報に変換され、感光体１１７には帯電装置１２８により一様に帯電された後に書き込みユニット１１８からの光情報で露光されて静電潜像が形成される。この感光体１１７上の静電潜像は、現像装置１１９により現像されてトナー像となる。書き込みユニット１１８、感光体１１７、現像装置１１９や、その他の図示しない感光体１１７の周りの周知の装置などにより、プリンタエンジンを構成している。帯電装置１２８は、電源装置１３０から供給される電力をもとに帯電する。なお、複数種のインクに対応させて、感光体１１７、現像装置１１９および帯電装置１２８は、それぞれ複数設けられる。
【００２０】
搬送ベルト１２０は、用紙搬送の手段および転写の手段を兼ねていて電源から転写バイアスが印加され、縦搬送ユニット１１６からの転写紙を感光体１１７と等速で搬送しながら感光体１１７上のトナー像を転写紙に転写する。この転写紙は、定着装置１２１によりトナー像が定着され、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。感光体１１７は、トナー像転写後に図示しないクリーニング装置により残存トナーのクリーニングがなされる。
【００２１】
以上の動作は、通常のモードで用紙の片面に画像を複写するときの動作である。両面モードで転写紙の両面に画像を複写する場合には、各給紙トレイ１１３〜１１５のいずれかより給紙されて表面に上述のように画像が形成された転写紙は、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３側ではなく、両面入紙搬送路１２４側に切り替えられ、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転され、両面搬送ユニット１２６へ搬送される。
【００２２】
この両面搬送ユニット１２６へ搬送された転写紙は、両面搬送ユニット１２６により縦搬送ユニット１１６へ搬送され、縦搬送ユニット１１６により感光体１１７に当接する位置まで搬送され、感光体１１７上に上述と同様に形成されたトナー像が裏面に転写されて、定着装置１２１でトナー像が定着されることにより両面コピーとなる。この両面コピーは排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。
【００２３】
また、転写紙を反転して排出する場合には、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転された転写紙は、両面搬送ユニット１２６に搬送されずに反転排紙搬送路１２７を経て排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。
【００２４】
プリントモードでは、前述の画像処理装置からの画像データの代りに、外部からの画像データが書き込みユニット１１８に入力されて、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。
【００２５】
さらに、ファクシミリモードでは、画像読取装置１０６からの画像データが図示しないファクシミリ送受信部により相手に送信され、相手からの画像データがファクシミリ送受信部で受信されて前述の画像処理装置からの画像データの代りに書き込みユニット１１８に入力されることにより、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。
【００２６】
また、このＭＦＰ１には、図示しない大量用紙供給装置（以下、ＬＣＴという）と、およびソート、穴あけ、ステイプルなどを行うフィニッシャーと、原稿読み取りのためのモード、複写倍率の設定、給紙段の設定、フィニッシャーで後処理の設定、オペレータに対する表示などを行う操作部とを備えている。
【００２７】
ここで、本実施形態のＭＦＰ１が有する電源装置１３０のうち交流電流を供給するＡＣ電源装置の構成について説明する。図２は、図１に示す電源装置を構成するＡＣ電源装置の構成を示す図である。
【００２８】
図２に示すように、ＡＣ電源装置は、２組のＳＥＰＰ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｎｄｅｄ Ｐｕｓｈ Ｐｕｌｌ）のＯＴＬ（Ｏｕｔｐｕｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｌｅｓｓ）回路を互いに逆位相で動作させるＢＴＬ方式Ｄ級アンプに１次側巻き線が接続するトランス２０３を駆動して、トランス２０３の２次側巻き線の出力点２０４から交流電流を出力する。
【００２９】
トランス２０３を駆動するトランス駆動ＩＣ２０１は、三角波生成部２０５、正弦波生成部２０６、比較器２０７、インバータ２１０およびスイッチング駆動部２１１，２１２によって構成されている。
【００３０】
三角波生成部２０５は、コントローラ２５０から、生成する三角波の振幅を設定する振幅設定信号と、所定のクロック信号とが入力されることによって、所定の振幅で三角波を生成し、比較器２０７に出力する。
【００３１】
正弦波生成部２０６は、コントローラ２５０から、生成する矩形波の振幅を設定する振幅設定信号と、所定のクロック信号とが入力されることによって、所定の振幅で矩形波を生成し、生成した矩形波を用いて正弦波を生成して比較器２０７に出力する。正弦波生成部２０６は、オフセットした振幅の矩形波を生成し、この矩形波を用いてオフセットした振幅の正弦波を生成する。
【００３２】
比較器２０７は、三角波生成部２０５によって生成された三角波と、正弦波生成部２０６によって生成された正弦波とを比較し、パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成し、出力する。
【００３３】
ＰＷＭ信号は、配線２０８を経由して正転側のスイッチング駆動部２１１に入力し、スイッチング駆動部２１１は、ＰＷＭ信号を出力点Ａ１に出力する。また、ＰＷＭ信号は、配線２０８から分岐する配線２０９を経由して、インバータ２１０に入力され、インバータ２１０において反転された後、反転側のスイッチング駆動部２１２に入力する。スイッチング駆動部２１２は、ＰＷＭ信号の反転信号を出力点Ａ２に出力する。
【００３４】
トランス駆動ＩＣ２０１は、出力点Ａ１，Ａ２においてローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０２と接続する。ＬＰＦ２０２は、出力点Ａ１に出力されたＰＷＭ信号の正転信号を正弦波に復元し、ＬＰＦ出力Ｂ１に出力する。ＬＰＦ２０２は、出力点Ａ２に出力されたＰＷＭ信号の反転信号を正弦波に復元し、ＬＰＦ出力Ｂ２に出力する。ＬＰＦ出力Ｂ２は、トランス２０３の１次側巻き線の一端に接続する。
【００３５】
そして、ＬＰＦ出力Ｂ１とトランス２０３の１次側巻き線の他端との間には、電解コンデンサ２６１が設けられる。電解コンデンサ２６１は、交流成分を通し、直流成分を除去する機能を有する。ここで、ＬＰＦ出力Ｂ１，Ｂ２は、低い周波数（例えば、画像形成装置のＡＣ電源装置では周波数１ｋＨｚである。）であるため、この周波数で交流成分を通すためには大容量のコンデンサが必要となる。
【００３６】
本実施の形態では、電界コンデンサ２６１とトランス２０３との間の電位点Ｂ１１のＤＣ電位よりもＬＰＦ出力Ｂ１のＤＣ電位のほうが高くなるように、正弦波生成部２０６が生成する矩形波の振幅をオフセットさせて、電界コンデンサ２６１のＬＰＦ出力Ｂ１側の極を正極とし、電界コンデンサ２６１のトランス２０３側の極を負極としている。電界コンデンサの極性が上記設定と逆になってしまうと、コンデンサ部材から発煙、電解液の漏れ、破裂等が発生する場合もあるため、上記設定を保持できるように電位点Ｂ１１の電位よりも、ＬＰＦ出力Ｂ１の電位を高く維持する必要がある。
【００３７】
次に、図２に示す正弦波生成部２０６の構成について詳細に説明する。図３は、正弦波生成部２０６を説明する図である。図３に示すように、振幅生成部２２０およびローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３０によって構成される。
【００３８】
振幅生成部２２０には、コントローラ２５０から、生成する矩形波の振幅を設定する振幅設定信号Ｓａと、クロック信号Ｓｃとが入力される。振幅生成部２２０は、振幅設定信号Ｓａによって設定される振幅であって、クロック信号Ｓｃの周期を持った矩形波を生成する。振幅生成部２２０が生成した矩形波は、ＬＰＦ２３０によって正弦波に復元される。振幅生成部２２０には、コントローラ２５０によって、さらにＤＣオフセット調整信号Ｓｅが入力される。
【００３９】
図４を参照して、振幅生成部２２０の構成について説明する。図４は、振幅生成部２２０の構成を示す図である。図４は、振幅生成部２２０を構成する各構成部位とともにＬＰＦ２３０も示す。
【００４０】
図４に示すように、振幅生成部２２０は、クロック信号Ｓｃが入力されるスイッチ２２４、インバータ２２３を介してクロック信号Ｓｃの反転信号が入力されるスイッチ２２５、スイッチ２２４に直列に接続される可変電流源２２１、スイッチ２２５に直列に接続されるとともに接地された可変電流源２２２、抵抗Ｒ１，Ｒ２を有する。さらに、振幅生成部２２０においては、可変電流源２４０が、直列の抵抗Ｒ１、Ｒ２とＬＰＦ２３０との間に接続される。この可変電流源２４０には、ＤＣオフセット調整信号Ｓｅが入力する。
【００４１】
振幅生成部２２０は、振幅設定信号Ｓａによって可変電流源２２１および可変電流源２２２の電流値を調整し、クロック信号ＳｃのＨ信号またはＬ信号にしたがってスイッチ２２４，２２５のＯＮ／ＯＦＦを切り替え、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２に順に電流を流すことによって、所定の振幅を有する矩形波を出力する。
【００４２】
さらに、振幅生成部２２０においては、ＤＣオフセット調整信号Ｓｅにしたがい、可変電流源２４０から抵抗Ｒ２に電流を流すことによって、ＬＰＦ２３０に出力される矩形波の振幅をオフセットする。この結果、正弦波生成部２０６から出力される正弦波も振幅がオフセットされたものとなる。コントローラ２５０は、ＤＣオフセット調整信号Ｓｅを出力することによって、電解コンデンサ２６１におけるトランス２０３側の極のＤＣ電位よりもＬＰＦ出力Ｂ１側極のＤＣ電位が高くなるように、矩形波の振幅をオフセットする。
【００４３】
次に、三角波生成部２０５、正弦波生成部２０６、比較器２０７およびスイッチング制御部２１１，２１２から出力される信号波形について説明する。図５は、三角波生成部２０５から出力される三角波および正弦波生成部２０６から出力される正弦波の一例を示す図である。図６は、比較器２０７から正転側のスイッチング駆動部２１１に出力されるＰＷＭ信号の一例を示す図である。図７は、正転側のＬＰＦ出力Ｂ１に出力される出力波形と、反転側のＬＰＦ出力Ｂ２に出力される出力波形の一例を示す図である。図８は、電解コンデンサ２６１とトランス２０３の１次側巻き線との間の電位点Ｂ１１の波形と、反転側のＬＰＦ出力Ｂ２に出力される出力波形の一例を示す図である。図９は、電位点Ｂ１１の波形と反転側のＬＰＦ出力Ｂ２に出力される出力波形との差分を取った波形の一例を示す図である。
【００４４】
図５に示すように、上述したように、正弦波生成部２０６から出力される正弦波Ｗ２２は、振幅がオフセットしたものとなる。このため、三角波生成部２０５から出力される三角波Ｗ２１の振幅中心電圧Ｖ２３と、正弦波Ｗ２２の振幅中心電圧Ｖ２４とは一致しない。
【００４５】
この状態で、比較器２０７から出力されたＰＷＭ信号Ｓ２５の正転信号（図６参照）およびＰＷＭ信号Ｓ２５の反転信号を正弦波に復元した場合、図７に示すように、復元した正転側のＬＰＦ出力Ｂ１に出力される出力波形Ｗ２７の振幅中心電圧Ｖ２９と、反転側のＬＰＦ出力Ｂ２に出力される出力波形Ｗ２８の振幅中心電圧Ｖ３０とは、正弦波生成部２０６が生成した矩形波の振幅のオフセットに対応して、ずれることとなる。このままの状態で、トランス２０３の１次側巻き線に正転側の正弦波および反転側の正弦波が流れ込むと、正転側出力端子と反転側出力端子との間にはＤＣ電流が流れることとなる。
【００４６】
本実施の形態では、復元した正転側のＬＰＦ出力Ｂ１とトランス２０３の１次側巻き線の接続点との間に電解コンデンサ２６１を設け、この電解コンデンサ２６１によって、正弦波生成部２０６による矩形波のオフセットに応じてずれた復元後の正弦波の正転波形と反転波形とのずれ分に対応するＤＣ電流に相当するＤＣ電位を除去する。
【００４７】
このため、図８に示すように、電解コンデンサ２６１を通った後の正転側の電位点Ｂ１１の正弦波Ｗ２７ｃの振幅中心電圧Ｖ２９ｃと、反転側のＬＰＦ出力Ｂ２に出力される出力波形Ｗ２８の振幅中心電圧Ｖ３０とは一致することとなり、正弦波Ｗ２７ｃと正弦波Ｗ２８との差分を取った波形Ｗ３１（図９参照）の振幅中心電圧は０Ｖとなる。
【００４８】
したがって、正弦波Ｗ２７ｃと正弦波Ｗ２８との差分を取った波形Ｗ３１の振幅中心電圧が０Ｖである状態で、トランス２０３の１次側巻き線に正転側の正弦波および反転側の正弦波が流れ込むと、正転側出力端子と反転側出力端子との間にはＤＣ電流が流れないために、低消費電流での動作が可能となる。
【００４９】
ここで、従来では、フィードバック制御によって三角波の振幅中心電圧と正弦波の振幅中心電圧とのオフセット調整を行っていた。たとえば、図１０に示すトランス駆動ＩＣ２０１２においては、積分器２０４３による三角波中心電圧ダミー回路２５１２の出力値と正弦波中心電圧ダミー回路２５２２の出力値との差分の積分値を参照して、オフセット調整部２４４２が、三角波生成部２０５２が生成する三角波の中心電圧と正弦波生成部２０６２が生成する正弦波の振幅中心電圧とのオフセットを補正して、三角波の振幅中心電圧と正弦波の中心電圧とを一致させている。三角波生成部２０５２において、三角波の振幅中心電圧を電源電圧とグランドの抵抗分圧とにより生成した電圧によって設定していた場合には、その構成と全く同じ回路を三角波中心電圧ダミー回路２５１２として別に設け、積分器２０４３に三角波の振幅中心電圧を入力する。正弦波中心電圧ダミー回路２５２２も同様に、正弦波の振幅中心電圧を入力できる構成で形成される。なお、三角波生成部２０５２および正弦波生成部２０６２と積分器２０４３とが近接して設けられる場合には、三角波の振幅中心電圧を設定する電圧および正弦波の振幅中心電圧を設定する電圧を直接入力してもよい。
【００５０】
この場合には、図１１に示すように、比較器２０７に入力される三角波Ｗ２１２の振幅中心電圧Ｖ２３２と正弦波Ｗ２２２の振幅中心電圧Ｖ２４２とはともに一致するため、比較器２０７から出力されたＰＷＭ信号Ｓ２５２の正転信号（図１２参照）およびＰＷＭ信号Ｓ２５２の反転信号を正弦波に復元した場合、復元した正転側のＬＰＦ出力Ｂ１に出力される出力波形Ｗ２７２の振幅中心電圧Ｖ２９２と、反転側のＬＰＦ出力Ｂ２に出力される出力波形Ｗ２８２の振幅中心電圧Ｖ３０２とは一致する（図１３参照）。この結果、正弦波Ｗ２７２と正弦波Ｗ２８２との差分を取った波形Ｗ３１２（図１４）の振幅中心電圧は０Ｖとなり、正転側出力端子と反転側出力端子との間にはＤＣ電流は流れないため、低消費電流での動作が可能となる。
【００５１】
しかしながら、トランス駆動ＩＣ２０１２においては、三角波および正弦波のオフセットを検出する回路および正弦波の振幅中心電圧と三角波の振幅中心電圧とを一致させるための制御回路をさらに設ける必要があるため、トランスを駆動する駆動回路のチップ面積、消費電力および設計コストが増大してしまう。
【００５２】
これに対し、本実施の形態では、正弦波生成部２０６から出力されるＤＣ電位が増減すると、ＬＰＦ出力Ｂ１の電位も連動して増減することから、電位点Ｂ１１よりもＬＰＦ出力Ｂ１のＤＣ電位を高くするために、正弦波生成部２０６が生成する矩形波の振幅をオフセットし、電解コンデンサ２６１によって、正弦波生成部２０６による矩形波のオフセットに対応した復元後の正弦波の正転波形と反転波形とのずれ分に対応するＤＣ電位を除去している。
【００５３】
このため、本実施の形態においては、電解コンデンサ２６１を追加しただけの簡易な回路構成でＢＴＬ出力の正転と反転との間の直流成分を抑制して、消費電力を低減することができる。これにともない、帯電装置１２８の消費電力およびＭＦＰ１本体における消費電力も低減できる。さらに、複数の帯電装置１２８それぞれに、このＡＣ電源装置を設けた場合にもさらに消費電力を低減できる。また、本実施の形態においては、電解コンデンサ２６１を追加するのみで足りるため、トランス駆動回路のチップ面積および設計コストも増大を抑制できる。
【００５４】
なお、矩形波の振幅をオフセットするには、矩形波の所定の振幅に対応する電流とは別の電流を抵抗Ｒ２に流せばよいため、この抵抗Ｒ２に流す別の電流を、たとえばＡＣ電源装置とは別の画像形成装置内の充電用電流源から供給させてもよい。正弦波生成部２０６に対して矩形波の振幅におけるオフセット調整を、充電用電流源のオン動作あるいはオフ動作をもとに行うことによって、さらに簡易に矩形波の振幅におけるオフセット調整が可能になる。
【００５５】
また、ＬＰＦ出力Ｂ２におけるＤＣ電位変動幅が予め分かっている場合は、コントローラ２５０は、その最大値よりもＬＰＦ出力Ｂ１のＤＣ電位が高くなるように、所定の振幅に対応する電流とは別に供給する電流の供給量を、初期条件として予め設定しておいてもよい。また、コントローラ２５０は、ＭＦＰ１の起動時に、所定の振幅に対応する電流とは別の電流の供給量を設定してもよい。このように、オフセットの調整を、ＭＦＰ１の処理動作中ではなく、ＭＦＰ１の装置起動時に行なうことによって、より効率的に矩形波の振幅におけるオフセット調整を行なうことができる。
【００５６】
また、実施の形態では、正転側のＬＰＦ出力Ｂ１とトランス２０３の１次側巻き線のとの間に電解コンデンサ２６１を設けた場合を例に説明したが、もちろん、反転側のＬＰＦ出力Ｂ２とトランス２０３の１次側巻き線との間に電解コンデンサ２６１を設けてもよい。この場合にも、電界コンデンサ２６１のＬＰＦ出力Ｂ２側の極が正極となり、トランス２０３側の極が負極となるように、正弦波生成部２０６が生成する正弦波にオフセットを持たせる。また、正転側のＬＰＦ出力Ｂ１とトランス２０３のとの間、および反転側のＬＰＦ出力Ｂ２とトランス２０３との間のいずれにも電解コンデンサを設けた場合には、矩形波生成部２０６が生成する矩形波の振幅をオフセットせずとも、いずれの電解コンデンサについてもトランス側の極が負極となる。
【００５７】
また、ＭＦＰに限らず、デジタル複写機、プリンタ、ファクシミリ、スキャナ機能やコピー、ファクシミリ、プリンタなどの画像形成処理を行うものであれば、本実施の形態を適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ デジタル複写機
１０２ 原稿台
１０３ 給紙ローラ
１０４ 給送ベルト
１０５ コンタクトガラス
１０６ 画像読取装置
１０７ 排送ローラ
１０８ 排紙台
１０９ 原稿セット検知器
１１０ 給紙装置
１１１ 給紙装置
１１２ 給紙装置
１１３〜１１５ 各給紙トレイ
１１６ 縦搬送ユニット
１１７ 感光体
１１８ ユニット
１１９ 現像装置
１２０ 搬送ベルト
１２１ 定着装置
１２２ 排紙ユニット
１２３ 排紙トレイ
１２４ 両面入紙搬送路
１２５ 反転ユニット
１２６ 両面搬送ユニット
１２７ 反転排紙搬送路
１２８ 帯電装置
１３０ 電源装置
２０３ トランス
２０５，２０５１，２０５２ 三角波生成部
２０６，２０６１，２０６２ 正弦波生成部
２０７ 比較器
２１０，２２３ インバータ
２１１，２１２ スイッチング駆動部
２２０ 振幅生成部
２２１，２２２ 可変電流源
２２４，２２５ スイッチ
２４０ 可変電流源
２５０ コントローラ
２６１ 電解コンデンサ
２０４３ 積分器
２０５１ 三角波生成部
２４４２ オフセット調整部
２５１２ 三角波中心電圧ダミー回路
２５２２ 正弦波中心電圧ダミー回路
２０１，２０１１，２０１２ トランス駆動ＩＣ
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５９】
【特許文献１】特開平０９−１１６３５３号公報
【特許文献２】特開２００６−２５１０１８号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスを駆動して交流電圧を出力するＡＣ電源装置であって、
三角波を生成する三角波生成手段と、
オフセットした振幅の正弦波を生成する正弦波生成手段と、
前記正弦波生成手段によって生成された正弦波と、前記三角波生成手段によって生成された三角波とをもとにパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、
前記パルス幅変調信号の正転信号を正弦波に復元して出力するとともに、前記パルス幅変調信号の反転信号を正弦波に復元して出力する出力手段と、
前記出力手段の正転出力側と前記トランスとの間、あるいは、前記出力手段の反転出力側と前記トランスとの間に設けられ、前記正弦波の振幅のオフセットに対応した直流成分を除去する電解コンデンサと、
を備えたことを特徴とするＡＣ電源装置。
【請求項２】
前記正弦波生成手段は、矩形波を生成する矩形波生成手段を備え、前記矩形波生成手段によって生成された矩形波を用いて正弦波を生成し、
当該ＡＣ電源装置は、
前記矩形波生成手段が生成する矩形波の振幅をオフセットするオフセット調整手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のＡＣ電源装置。
【請求項３】
前記オフセット調整手段は、前記電解コンデンサにおける前記トランス側の極の電位よりも前記出力手段の正転出力側あるいは前記出力手段の反転出力側の極の電位が高くなるように矩形波の振幅をオフセットすることを特徴とする請求項２に記載のＡＣ電源装置。
【請求項４】
前記矩形波生成手段は、所定の振幅に対応する電流が抵抗に供給されることによって矩形波を形成し、
前記オフセット調整手段は、前記抵抗に対し、前記所定の振幅に対応する電流とは別の電流を供給することによって、前記矩形波生成手段が生成する矩形波の振幅をオフセットさせることを特徴とする請求項２または３に記載のＡＣ電源装置。
【請求項５】
前記オフセット調整手段は、前記所定の振幅に対応する電流とは別の電流として当該ＡＣ電源装置外の充電用電流源から電流を供給させることを特徴とする請求項４に記載のＡＣ電源装置。
【請求項６】
前記オフセット調整手段は、当該ＡＣ電源装置が電力を供給する装置の起動時に、前記所定の振幅に対応する電流とは別の電流の供給量を設定することを特徴とする請求項４または５に記載のＡＣ電源装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載されたＡＣ電源装置と、
前記ＡＣ電源装置と接続し、ＡＣ電源装置から供給される電力をもとに帯電する帯電部と、
を備えたことを特徴とする帯電装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一つに記載されたＡＣ電源装置と、
前記ＡＣ電源装置と接続し、ＡＣ電源装置から供給される電力をもとに帯電する帯電装置と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
前記ＡＣ電源装置および前記帯電装置は、それぞれ複数設けられることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１】
トランスを駆動して交流電圧を出力するＡＣ電源装置であって、
三角波を生成する三角波生成手段と、
オフセットした振幅の正弦波を生成する正弦波生成手段と、
前記正弦波生成手段によって生成された正弦波と、前記三角波生成手段によって生成された三角波とをもとにパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、
前記パルス幅変調信号の正転信号を正弦波に復元して出力するとともに、前記パルス幅変調信号の反転信号を正弦波に復元して出力する出力手段と、
前記出力手段の正転出力側と前記トランスとの間、あるいは、前記出力手段の反転出力側と前記トランスとの間に設けられ、前記正弦波の振幅のオフセットに対応した直流成分を除去する電解コンデンサと、
を備えたことを特徴とするＡＣ電源装置。
【請求項２】
前記正弦波生成手段は、矩形波を生成する矩形波生成手段を備え、前記矩形波生成手段によって生成された矩形波を用いて正弦波を生成し、
当該ＡＣ電源装置は、
前記矩形波生成手段が生成する矩形波の振幅をオフセットするオフセット調整手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のＡＣ電源装置。
【請求項３】
前記オフセット調整手段は、前記電解コンデンサにおける前記トランス側の極の電位よりも前記出力手段の正転出力側あるいは前記出力手段の反転出力側の極の電位が高くなるように矩形波の振幅をオフセットすることを特徴とする請求項２に記載のＡＣ電源装置。
【請求項４】
前記矩形波生成手段は、所定の振幅に対応する電流が抵抗に供給されることによって矩形波を形成し、
前記オフセット調整手段は、前記抵抗に対し、前記所定の振幅に対応する電流とは別の電流を供給することによって、前記矩形波生成手段が生成する矩形波の振幅をオフセットさせることを特徴とする請求項２または３に記載のＡＣ電源装置。
【請求項５】
前記オフセット調整手段は、前記所定の振幅に対応する電流とは別の電流として当該ＡＣ電源装置外の充電用電流源から電流を供給させることを特徴とする請求項４に記載のＡＣ電源装置。
【請求項６】
前記オフセット調整手段は、当該ＡＣ電源装置が電力を供給する装置の起動時に、前記所定の振幅に対応する電流とは別の電流の供給量を設定することを特徴とする請求項４または５に記載のＡＣ電源装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載されたＡＣ電源装置と、
前記ＡＣ電源装置と接続し、ＡＣ電源装置から供給される電力をもとに帯電する帯電部と、
を備えたことを特徴とする帯電装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一つに記載されたＡＣ電源装置と、
前記ＡＣ電源装置と接続し、ＡＣ電源装置から供給される電力をもとに帯電する帯電装置と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
前記ＡＣ電源装置および前記帯電装置は、それぞれ複数設けられることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−５５１４１（Ｐ２０１２−５５１４１Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９７９４１（Ｐ２０１０−１９７９４１）
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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