JP3937831B2

JP3937831B2 - 電源装置及びこれを用いた画像形成装置

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Publication number: JP3937831B2
Application number: JP2001385224A
Authority: JP
Inventors: 昌史平塚; 邦廣高橋; 義尚近藤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2021-12-18
Also published as: US20030112297A1; US6759766B2; JP2003189595A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量性の負荷を駆動する電源装置に関し、特にトランスを使わずに高電圧を発生する電源装置に関する。この電源装置は例えば、電子写真方式の画像形成装置において感光体を帯電する帯電器、感光体上にトナー像を現像する現像器、ＥＳＢ(Electrostatic Brush)等にバイアス電圧等の高電圧を供給する為の電源装置に用いる。また、本発明は、別の画像形成装置の一つであるインクジェッ卜記録装置、特に画像を記録する機構として圧電素子に駆動信号を供給し、液体インクを吐出する方式を用いたインクジェッ卜記録装置の駆動装置に用いる電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（第１の従来技術）
従来、この種の電源装置を適用した電子写真方式の画像形成装置として、次に示すようなものがある。画像形成装置では感光体ドラムの表面を1次帯電器によって所定の電圧に一様に帯電した後、この感光体ドラムの表面に画像を露光して画像に対応した静電潜像を形成する。そして、この感光体ドラム上に形成された静電潜像を、現像器によって現像し、トナー像を形成する。感光体ドラム上に形成されたトナー像は、転写帯電器の帯電によって転写用紙上に転写するとともに、これらのトナー像が転写された転写用紙を分離帯電器の帯電によって感光体ドラムから分離し、定着器によってトナー像を転写用紙上に定着して、画像の形成工程を終了する。
【０００３】
例えば、感光体ドラム上に４つの現像器を用いて４色のトナー像を、当該感光体ドラムが４回転する間に順次形成する方式のカラー画像形成装置では、感光体ドラム上に順次形成されたトナー像を乱すことなく、次の色のトナー像を現像する必要がある。そのため、上記カラー画像形成装置の各現像器には、現像中の１つの現像器に対しては、良好な現像を行うために必要なＡＣ電圧を重畳したＤＣ電圧からなる現像バイアス電圧を印加し、現像を行っていない他の３つの現像器に対しては、感光体ドラム上にトナーが付着するのを防止する所定のＤＣ電圧を印加する高圧電源装置が用いられる。
【０００４】
このような高圧電源装置としては、例えば、特開平８−６５８９３号公報に記載された図１５に示すようなものがある。図示する高圧電源装置は、４つの各現像器１０２〜１０５に対応して設けられた４つの高圧電源部１１０〜１１３を備えており、各高圧電源部１１０〜１１３は、すべて同様に構成されている。上記高圧電源部１１０〜１１３は、ＡＣ電圧を発生するＡＣ電圧発生部１１４と、ＤＣ電圧を発生するＤＣ電圧発生部１１５とから構成されている。このＡＣ電圧発生部１１４は、昇圧トランスＴの一次側にＡＣスイッチング制御部１１６を設け、このＡＣスイッチング制御部１１６によって昇圧トランスＴの一次側に印加される電圧をオンオフすることにより、昇圧トランスＴの二次側にＡＣの高電圧を発生させる。また、上記ＡＣ電圧発生部１１６においては、定電圧出力且つ過電流の制御を可能とするため、昇圧トランスＴの二次側に電圧モニター１１７及び過電流モニター１１８を備えており、これらの電圧モニター１１７及び過電流モニター１１８によって出力電圧及び出力電流を検出することにより、ＡＣスイッチング制御部１１６によって昇圧トランスＴの一次側に印加される電圧をオンオフ制御し、出力電圧を一定に保持し、且つ過電流制御を行うようになっている。一方、上記ＤＣ電圧発生部１１５は、昇圧トランスＴの一次側にＤＣスイッチング制御部１１９を設け、このＤＣスイッチング制御部１１９によって昇圧トランスＴの一次側に印加される電圧をオンオフすることにより、昇圧トランスＴの二次側に高電圧を発生させる。そして、上記昇圧トランスＴの二次側に発生した高電圧を、ダイオード等からなる整流回路１２０によって整流した後、ＤＣ出力制御部１２１を介してＤＣの高電圧を出力する。
【０００５】
上記高圧電源装置では、各高圧電源部１１０〜１１３のＡＣ電圧発生部１１４及びＤＣ電圧発生部１１５で発生されたＡＣ電圧とＤＣ電圧を重畳して対応する現像器１０２〜１０５に出力するようになっている。
【０００６】
しかし、上記従来の高圧電源装置では、各現像器１０２〜１０５に対応して４つの高圧電源部１１０〜１１３を備えており、各高圧電源部１１０〜１１３によって４つの現像器１０２〜１０５に所定のタイミングで、現像中の１つの現像器に対しては、ＡＣ電圧を重畳したＤＣ電圧からなる現像バイアス電圧を印加し、現像を行っていない他の３つの現像器に対しては、所定のＤＣ電圧のみを印加するように構成されている。そのため、上記従来の高圧電源装置では、各高圧電源部１１０〜１１３はＡＣ電圧用とＤＣ電圧用の二つのトランスを持つ必要があり、更には負荷としての現像器の数に対応した高圧電源部１１０〜１１３を別個に設ける必要があるため、電源装置の容積が大きくなると共にコスト高となるという問題点があった。
【０００７】
このような画像形成装置の小型化及び機能増加に伴う電源装置の小型化、低コスト化を実現する方法として、特開平８−６５８９３号公報、特開平７−２８７６２０号公報、特開平８−１９４５５１号公報が示される。
【０００８】
特開平８−６５８９３号公報では、図１６に示すように、複数の負荷すなわち現像器４ａ−４ｄに対応して複数の昇圧トランスＴ１〜Ｔ４と、その１次側の入力ラインを独立してON/OFFできる構成とすることにより、複数の負荷４ａ〜４ｄに対し、異なるタイミングで、交流電圧に直流電圧を重畳させた高電圧を供給することが出来るとともに、スイッチング手段ＳＷ１〜ＳＷ４が昇圧トランスの１次側に設けられているため、当該スイッチング手段を構成するスイッチング素子としては、低耐圧のものを使用することができる。
【０００９】
特開平７−２８７６２０号公報では、図１７に示すように高圧直流電源８とグランド間に直列に接続した２個のスイッチング素子１、２の交互の駆動により、２個のスイッチング素子１、２の接続点から高圧矩形波交流電圧を発生させている。さらに高圧直流電圧を重畳する事も可能である。
【００１０】
一方、特開平８−１９４５５１号公報では、周囲温度に応じて最適な直流出力電圧が得られる電源装置を提案している。この方法ではトランスを用いずチャージポンプ回路や、コッククロフト・ウオルトン回路を用いて直流電圧を昇圧しているため、電源装置の小型化が可能である。
【００１１】
しかしながら、特開平８−６５８９３号公報では、使用するトランスの数が少なくなっているが、依然としてトランスを使用する以上、その電源装置のとしての小型化は充分ではない。また、特開平７−２８７６２０号公報でも、スイッチングする元の高圧直流電源は依然として必要であるため、同様に充分な小型化が期待できない。また、高圧直流電源とグランド間を切り替えるスイッチング素子には高耐圧な素子が必要である。特開平８−１９４５５１号公報では、トランスを使わない為、電源装置の小型化に有利であるが、直流電源を意図しており、交流電圧を重畳した出力の生成には適用できない。また、コッククロフト・ウオルトン回路の接続に関しては具体的な記載が無い。
【００１２】
コッククロフト・ウオルトン回路を用いた電源装置としては、例えば特開平２−５５５７７号公報に記載がある。同公報に記載の電源装置は、コッククロフト・ウオルトン回路に一般的なトランスを用いていない。これにより、電源装置の一層の小型化が可能になる。しかしながら、この電源装置は、接地電位に対し正側の直流電圧を生成することができるのみで、正側と負側の両極性の直流電圧を生成することができない。また、直流電源を意図しており、交流電圧を重畳した出力の生成には適用できない。
（第２の従来技術）
次に、別の技術の従来例として、インクジェット記録装置の駆動装置について述べる。画像を記録する機構として、圧電素子に駆動信号を供給し、その変形によってインクで満たされたインク室の体積を変動させ、インクを吐出する方式を用いるインクジェット記録装置における駆動信号は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる帯電や現像器の電圧と比較すると低い電圧であるが、家庭用機器に用いられる電子回路としては高電圧である。この圧電素子に供給する駆動信号は矩形波で与える場合が一般的であるが、近年、吐出されるインク液滴の大きさや形状の安定性や、繰り返し吐出速度の向上を意図して、駆動波形を単純な矩形波ではなく、立上り、立下りに傾きを持たせたり、複数の振動によってひとつの液滴を生成させたりする駆動波形が多くなっている。
このような駆動波形を生成する方法として、特開平１１?２０１６５号公報に記載のＤ／Ａ変換器で生成された低電圧パルス信号を電圧／電流増幅器で増幅する方法がある。
【００１３】
しかしながら、特開平１１‐２０１６５などの電圧／電流増幅器はコストの高い高電圧電源を必要とするので、実用上好ましくない。また、この技術ではインク液滴を吐出する圧電素子は常に通電状態となるため、圧電素子への印加エネルギが高くなるという問題がある。
【００１４】
この問題を解決するひとつの方法として、高電圧電源を用いずに低電圧電源から高電圧パルスを生成する技術が特開平４‐１７６６６１号公報に記載されている。インダクタンスによる直列共振回路とインダクタンスと圧電素子間に整流素子を備えたフライバック電圧の保持回路とを併用した回路である。この技術では、図１８に機能ブロック図として示すように、駆動回路２００は、圧電素子ＴＤに、整流回路２４０，インダクタンス２３０を直列接続し、インダクタンス２３０に低電圧電源２１０からの低電圧が供給されるようにスイッチ回路２２０が接続され構成される。整流回路２４０の圧電素子ＴＤ側に放電回路２５０が接続され、インダクタンス２３０側にはスイッチ回路２７０が接続される。
【００１５】
圧電素子ＴＤを駆動して記録媒体上に画像を形成する場合の作動は、制御信号の入力によるスイッチ回路２２０の作動によって低電圧電源２１０から低電圧がインダクタンス２３０への供給が開始され、充電制御信号の入力によるスイッチ回路２７０の作動による充電制御と、放電制御信号の入力による放電制御とを行うことで、圧電素子への印加エネルギを低減しつつ、圧電素子の充電電圧を所定の期間保持する。
【００１６】
しかしながら、この技術では、容量値の大きい圧電素子に対しては、非常に小さな直列インダクタンスが必要となるため、駆動できる圧電素子が制限される問題がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１の従来技術では、トランスを用いない事によって電源装置の小型化は可能であるが、交流と直流を重畳した出力を得ることは出来ない。特に、トランスを用いないコッククロフト・ウオルトン回路を用いた電源装置は、正側と負側の両極性の直流電圧や直流電流に重畳する交流信号を生成することができないという問題点がある。また、第２の従来技術では、より大きな容量値の負荷に対しては部品的な制約が存在し、電源装置としての汎用性が乏しい。
【００１８】
本発明は、上記従来技術の問題点に着目してなされたもので、小型、軽量で汎用性の高い電源装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、２つの直列に接続されたダイオードを含み、１つのキャパシタに並列に、直列接続された２つのダイオードを備え、隣り合う倍電圧回路同士でダイオードを共有する複数の倍電圧回路を、該複数の倍電圧回路を交互に向きを入れ替えてラダー型に接続したラダー回路と、該ラダー回路の正側の初段に位置する倍電圧回路を構成する前記２つのダイオードが直列に接続されたノードと接地との間に設けられた第１の電荷蓄積素子と、前記ラダー回路の負方向の初段に位置する倍電圧回路を構成する前記２つのダイオードが直列に接続されたノードと接地との間に設けられた第２の電荷蓄積素子と、外部からの交流入力信号を前記正側の初段に位置する倍電圧回路と前記負側の初段に位置する倍電圧回路のいずれかに選択的に供給することで、前記交流入力信号に応じて前記複数の倍電圧回路を交互に向きを入れ替えて負荷に供給するための切替回路と、を有することを特徴とする電源装置である。従来のようにトランスを用いて昇圧すべき電荷を供給するのではなく、外部からの交流入力信号を前記正側の初段に位置する倍電圧回路と前記負側の初段に位置する倍電圧回路のいずれかに選択的に供給することで、前記交流入力信号に応じて前記複数の倍電圧回路を交互に向きを入れ替えて負荷に供給するので、トランスが不要となり電源装置を小型化、軽量化することができる。しかも、電源装置は前記複数の電荷蓄積素子に電荷を順次蓄積する際の昇圧の極性を切り替える切替回路を具備しているため、１つのラダー回路（昇圧回路）で正方向の昇圧と負方向の昇圧の両方を選択的に行え、正側と負側の両極性の昇圧電圧を発生することができる。この点でも、電源装置の小型化、軽量化が可能になるとともに、広い用途に適用できる。
【００３０】
上記電源装置において、前記切替回路は、前記負荷から前記ラダー回路に向けて逆方向に電流が流れるのを防止する逆流防止回路を有する構成とすることができる。逆流を防止して、安定かつ信頼性の高い電源装置を提供することができる。
【００３１】
上記電源装置において、前記切替回路は、前記ラダー回路の出力電圧を所定の電圧値に制限するためのリミッタ回路を有する構成とすることができる。この構成により直流信号又は直流を重畳した交流信号を生成することができる。
【００３３】
上記電源装置において、前記切替回路は、前記ラダー回路の出力電圧を所定の電圧値に制限するための複数の出力制限素子と、外部からの制御信号に従って前記複数の出力制限素子を選択的に動作させるスイッチング素子とを有する構成とすることができる。この構成により異なる直流電圧を生成でき、更には直流を重畳した交流信号を生成することができる。しかも、交流信号のピーク値をリミッタ回路で設定することができる。
【００３４】
上記電源装置において、前記切替回路は、前記ラダー回路の出力電圧を所定の電圧値に制限するとともに、該所定の電圧値に交流電圧を重畳させるリミッタ回路を有する構成とすることができる。この構成により異なる直流電圧を生成でき、更には直流を重畳した交流信号を生成することができる。しかも、交流信号のピーク値をリミッタ回路で設定することができる。
【００３５】
上記電源装置において、前記電源装置は更に、前記交流入力信号を供給する昇圧信号発生回路を有する構成とすることができる。これにより、低電圧電源によって、高電圧は交流信号、直流信号又は直流を重畳した交流信号を生成できる。
【００３６】
上記電源装置において、上記昇圧信号発生回路は、インタクタとコンデンサとを有する共振回路を有する。
【００３７】
上記電源装置において、上記昇圧信号発生回路は、直列共振回路と並列共振回路とのすくなくとも１つを有する。
【００３９】
更に、本発明は請求項８に記載のように、画像形成部と、これに電源を供給する電源装置とを有し、該電源装置は上記の通り構成された画像形成装置である。上記電源装置の作用・効果により、小型かつ軽量で信頼性の高い画像形成装置を提供することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
（第一の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態にかかる、圧電素子を駆動してインク液滴を吐出させるイジェクタＪの概略構造を断面図として示したものである。イジェクタＪは、インク室３１６と、圧電素子ＴＤとから構成されている。インク室３１６は、振動板３１３、及び開口部分であるインタ吐出口３１７が設けられた天板３１５が隔壁３１４により所定間隔離間するべく振動板３１３及び天板３１５の対峙する側に固定されることで構成されている。インク室３１６には、インクが充填され、インクが保持される。圧電素子ＴＤは、第１電極３１１と第２電極３１２とに挟持された圧電体３１０により構成されており、第１電極３１１の圧電体３１０側との反対側が振動板３１３に装着されている。
【００４１】
第１電極３１１は接地され、第２電極３１２はイジェクタＪを駆動するための駆動回路３２０に接続されている。詳細は後述するが、駆動回路３２０では高電圧パルス信号が生成され、この高電圧パルス信号が圧電素子ＴＤに印加される。この駆動回路３２０から入力された高電圧パルス信号は、圧電素子ＴＤに印加されることで、圧電体３１０が変形し、圧電素子ＴＤに装着されている振動板３１３が変形する。この振動板３１３の変形により、インク室３１６が加圧され、インク吐出口３１７からインク液滴３１８が吐出される。
【００４２】
プリントヘッドは、複数の上記イジェクタＪが所定位置に配置されて構成される。
【００４３】
図２に、駆動回路３２０の概略構成図を示す。駆動回路３２０は、低電圧電源３２１、スイッチ回路３２２、正負切替及び放電回路３２３、昇圧回路３２４、選択回路３２５から構成される。スイッチ回路３２２には、圧電素子ＴＤを駆動する波形を生成するための昇圧制御信号が入力される（後述）。このスイッチ回路３２２は、一端が接地された低電圧電源３２１の供給側に接続されると共に、正負切替及び放電回路３２３、昇圧回路３２４を介して選択回路３２５に接続されている。スイッチ回路３２２と選択回路３２５の間には、昇圧回路３２４の入力端子と出力端子を切り替えてスイッチ回路３２２と選択回路３２５に接続する正負切替及び放電回路３２３が接続されている。選択回路３２５の制御側には、複数の圧電素子ＴＤ（イジェクタＪ）が接続されている。選択回路３２５には、複数の圧電素子ＴＤのうち駆動する圧電素子ＴＤを選択するための選択制御信号が入力される。また、正負切替及び放電回路３２３には、駆動波形の正負の切り替えと、その過程での放電を指示するための切替及び放電制御信号が入力される。
【００４４】
上記駆動回路３２０では、入力される昇圧制御信号によってスイッチ回路３２２が低電圧電源３２１をオン／オフ制御し、スイッチ回路３２２から出力される低電圧パルス信号が正負切替及び放電回路３２３に印加される。正負切替及び放電制御信号が正のとき、この正負切替及び放電回路３２３は昇圧回路３２４の入力側をスイッチ回路３２２に、出力側を選択回路３２５に接続する。
【００４５】
昇圧回路３２４はトランスを用いた一般的なコッククロフト・ウオルトン回路を改良したものであり、トランスを用いていない。また、この昇圧回路３２４には極性があり、正方向に使用すると正側に昇圧し、逆方向に使用すると負側に昇圧する様に構成されている。昇圧回路３２４の詳細は後述する。
【００４６】
正負切替及び放電回路３２３により、スイッチ回路３２２と正方向に接続された昇圧回路３２４は昇圧した電圧を保持する。昇圧回路３２４と圧電素子ＴＤとの間に設けられかつ圧電素子ＴＤに直列接続された選択回路３２５は、入力された選択制御信号によって複数の圧電素子ＴＤの各々の作動をオン／オフする選択を行い、昇圧回路３２４によって保持された昇圧電圧を該当する（オン選択した）圧電素子ＴＤに印加する。正負切替及び放電制御信号により、昇圧回路３２４の極性を切り替える時、昇圧回路の電圧は放電され、極性が逆になるように逆方向に接続され、負側に昇圧する。
【００４７】
なお、本実施の形態の駆動回路３２０には、上述のように、各種信号が入力される。このために、駆動回路３２０は、図示を省略するコンピュータなどの装置から転送される画像データに基づいて、イジェクタＪをコントロールするコントローラ３５０に接続されている。詳細には、コントローラ３５０は、昇圧制御信号生成部３５２を介してスイッチ回路３２２に接続され、正負切替及び放電制御信号生成部３５４を介して正負切替及び放電回路３２３に接続され、選択信号生成部３５６を介して選択回路３２５に接続されている。これら昇圧制御信号生成部３５２、正負切替及び放電制御信号生成部３５４、及び選択信号生成部３５６は、コントローラ３５０から出力された各々の制御信号を出力先の回路とマッチングさせるための増幅器などで構成されるが、コントローラ３５０から駆動回路３２０に直接接続する場合には不要である。
【００４８】
画像データがコントローラ３５０に入力されると、コントローラ３５０は、イジェクタＪで出力可能な駆動データを生成し、これに基づいて、昇圧制御信号、正負切替及び放電制御信号、及び選択信号を生成し、出力する。これによって、駆動回路３２０が制御され、所定の圧電素子ＴＤ（イジェクタＪ）が選択されて接続され、記録媒体上に所望の画像を形成することができる。
【００４９】
従って、イジェクタＪからなるプリントヘッド、プリントヘッドを駆動する駆動回路３２０、及び記録するための画像データが入力されて制御を実行するコントローラ３５０を含んでインクジェットプリンタを構成することができる。
【００５０】
図３には、上記昇圧回路３２４と正負切替及び放電回路３２３の回路図の一例を示す。
【００５１】
昇圧回路３２４は、図３に示すように、同一方向に順方向を揃えた６個のダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、隣り合うダイオードのアノードとカソードを接続するように配置される５個のコンデンサＣ１１〜Ｃ１５とからなる５段のラダー回路と、最初の入力の電荷を保持するためのＣ２１とＣ２２のコンデンサを正負用各1個を備えてなる。ノード３２４_１、３２４_２は昇圧回路の端であり、それぞれ入力端及び出力端又は出力端及び入力端として機能する。このラダー回路は所謂電圧倍率回路であり、ここでは、入力の６倍の昇圧が可能である。つまり、このラダー回路は２つのダイオード（例えばＤ１１とＤ１２）と１つのコンデンサ（例えばＣ１１）が倍電圧回路の単位回路を形成し、この単位回路を複数個ラダー型に接続したものである。そして、正方向の初段に位置する単位回路（コンデンサＣ１１を含む単位回路）と接地との間、及び負方向の初段に位置する単位回路（コンデンサＣ１５を含む単位回路）と接地との間に設けられた電荷蓄積素子を有する。別の表現を用いて昇圧回路３２４を特定すれば、第１の端から第２の端の方向に2ｎ個の整流素子を順方向に直列に接続し（1≦ｎ）、前記整流素子のうち、2ｉ+1番目の第１の端側と2ｉ+2番目の第２の端側（0≦ｉ≦ｎ-1）、2ｉ+1番目の第２の端側と2ｉ+3番目の第２の端側（0≦ｉ≦ｎ-2）、をそれぞれ電荷蓄積素子によって接続し、第1番目と第2ｎ-1番目の整流素子の第２の端側をそれぞれ電荷蓄積素子により接地してなる回路である。
【００５２】
正負切替及び放電回路３２３は、２個のｎｐｎトランジスタＱ１１、Ｑ２１と２個のｐｎｐトランジスタＱ１２、Ｑ２２によって構成されている。Ｑ１１とＱ２１は正側Ｅｎａｂｌｅ信号、Ｑ１２、Ｑ２２は負側Ｅｎａｂｌｅ信号で制御されるスイッチとして機能する。トランジスタＱ１１とＱ２１が切替回路及び放電回路３２３の第１の切替回路を構成し、トランジスタＱ１２とＱ２２が第２の切替回路を構成している。スイッチ回路３２２は、コントローラ３５０からの昇圧制御信号により、低電圧のパルスを発生している。同じくコントローラ３５０からの正負切替及び放電制御信号により、正負切替及び放電制御信号生成部３２３は正側Ｅｎａｂｌｅ信号をトランジスタＱ１１、Ｑ２１がオンとなるように、負側Ｅｎａｂｌｅ信号はトランジスタＱ１２、Ｑ２２がオフとなるように生成している。そのため、この状態ではスイッチ回路３２２からの低電圧パルス（交流入力信号）がトランジスタＱ１１から昇圧回路３２４に供給され、昇圧回路３２４で昇圧された出力はトランジスタＱ２１を経て、選択回路の先に接続される容量性の負荷である圧電素子ＴＤに蓄積される。スイッチ回路３２２から供給される低電圧パルスの電圧値がＶｍとすると、昇圧回路３２４で６倍になるので、６Ｖｍの電圧が、スイッチ回路３２２から低電圧パルスが入るたびに負荷である圧電素子に蓄積される。トランジスタＱ２１に接続しているダイオードＤ２１は正側のサンプルホールド用であり、昇圧した電圧を保持する。同様に負側のサンプルホールド用ダイオードはＤ２２である。昇圧制御信号によりスイッチ回路からの低電圧のパルスを停止すると圧電素子の電圧は保持される。
【００５３】
なお、上記トランジスタＱ１１とＱ２１をｎチャネル電界効果型トランジスタ、Ｑ１２とＱ２２をｐチャネル電界効果型トランジスタで置き換えてもよい。ただし、この場合、これらの電界効果型トランジスタのソース・ドレイン間に寄生容量を持たないタイプのトランジスタであることが好ましい。また、正側Ｅｎａｂｌｅ信号並びに負側Ｅｎａｂｌｅ信号の極性を反転させることにより、互いに逆極性のトランジスタを用いることも可能である。
【００５４】
ここで、上記昇圧回路３２４と、トランスを用いた一般的なコッククロフト・ウオルトン回路との相違について説明する。図１９は、トランスを用いた一般的なコッククロフト・ウオルトン回路の回路図である。コッククロフト・ウオルトン回路は、トランスＴとダイオードＤ１〜Ｄ７とコンデンサＣ１〜Ｃ７とからなる。トランスＴの一次側に接続された交流信号源が発生する交流信号はトランスＴの二次側に誘導され、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１とＣ２を充電する。次に、コンデンサＣ１とＣ２に蓄積された電荷は、ダイオードＤ２とＤ３を介してコンデンサＣ３に移される。次に、コンデンサＣ３に蓄積された電荷は、ダイオードＤ４を介してコンデンサＣ４へ移される。このように、倍電圧回路の原理で電荷を積み上げて行き、最終的に６倍の直流電圧を発生する。
【００５５】
これに対し、図３に示す昇圧回路３２４は、図１９に示すようなトランスＴを必要としない。トランスＴを省略するかわりにコンデンサＣ２１とＣ２２を用いている。トランスを省略した代わりに、昇圧に必要な電荷をコンデンサＣ２１とＣ２２に蓄えるものである。コンデンサＣ２１は正方向に電荷を蓄積するときに、ダイオードＤ１１を介して最初に入力する電荷を保持する。コンデンサＣ２１に蓄積された電荷は、ダイオードＤ１２を介してコンデンサＣ１１に移される。このように電荷を順次積み上げていく時に、コンデンサＣ２１は低電圧パルスから蓄積した電荷を供給する。つまり、コンデンサＣ２１は、交流入力信号である低電圧パルスを正側に昇圧するための電荷を供給する回路部である。このようにしてコンデンサＣ２１は、図１９に示すトランスＴに代わる機能を果たす。同様に、コンデンサＣ２２は負方向に電荷を蓄積するときに、グランドから最初に入力する電荷を保持する。コンデンサＣ２２に保持された電荷は、ダイオードＤ１５を介してコンデンサＣ１５に移される。正方向に電荷を蓄積する場合とは、キャパシタＣ１１〜Ｃ１５に電荷を順次蓄積する際の昇圧の極性が異なる。換言すれば、整流素子Ｄ１１−Ｄ１６の向きを変えて昇圧する極性を逆転させたとも言える。このように電荷を積み上げていく時に、コンデンサＣ２２は低電圧パルスから蓄積した電荷を供給する。つまり、低電圧パルスに応じて電荷を負側に昇圧するための電荷を供給する回路部である。従って、コンデンサＣ２１もトランスに代わる機能を果たす。この結果、昇圧回路３２４は、正方向及び負方向の両方向においても６倍の昇圧が可能となる。
【００５６】
次に、本実施の形態の駆動回路３２０の動作を説明する。以下、説明を簡単にするため、選択回路３２５を無視し、圧電素子ＴＤ１つのみが駆動される場合について説明する。
【００５７】
図４には本実施の形態の駆動回路３２０の動作図（タイミングチャート）を示す。図４の（Ａ）、（Ｂ）にそれぞれ示す正側Ｅｎａｂｌｅ信号並びに負側Ｅｎａｂｌｅ信号は、いずれも正負切替及び放電制御信号から生成される信号である。正側Ｅｎａｂｌｅ信号がオンの時、スイッチとして機能するトランジスタＱ１１及びＱ２１は接続状態となり、昇圧回路３２４は正側に電荷を蓄積する向きに接続されていることになる。
【００５８】
図４の（Ｃ）に示す昇圧制御信号に基づく低電圧パルスは、昇圧制御信号生成部３５２で生成される５Ｖのパルス信号をプッシュプル増幅回路などを用いて正負同振幅のパルスに増幅したものである。必ずしも低電圧パルスである必要は無く、高い電圧や正弦波でも動作上の問題は無い。
【００５９】
この状態では、昇圧回路３２４に（Ｃ）の昇圧制御信号に基づく低電圧パルスの正側部分が供給され、（Ｄ）に示す圧電素子ＴＤの電位のように階段状に昇圧される。昇圧された電圧の飽和値と時定数は、昇圧回路３２４の段数に依存する。また、階段状に増加する各段の充電時定数は、昇圧回路３２４を構成するダイオードの抵抗とコンデンサの容量に依存する。したがって、ラダーの段数、コンデンサ容量、パルスの周波数、電圧によって、生成する昇圧波形形状が制御可能である。ここでは、パルスの周波数を変更する事により、圧電素子ＴＤの電位の傾きを変更している。デューティー比５０％の信号を用いているので、パルスの幅によって電位の積上げ量が変わらない範囲にコンデンサ容量値等を決定する事は言うまでも無い。また、積上げ量が変わっても、パルスの周波数とパルスの印加時間で傾きの制御は可能である。
【００６０】
続いて、昇圧制御信号に基づく低電圧パルスが０Ｖになると、圧電素子ＴＤの電位は高いまま保持される。正側Ｅｎａｂｌｅ信号がオフになると、圧電素子ＴＤの電位は放電を開始する。このときの時定数は、負荷の圧電素子ＴＤの容量値と、配線抵抗と、トランジスタＱ１１のオン抵抗と、から決定される。
【００６１】
圧電素子ＴＤの電位をより早く０Ｖにするために、昇圧回路３２４と負荷の間に、接地とフロート間のスイッチングをするトランジスタ等を備え、必要な信号を与える事により、出力の０Ｖを補償することも可能である。
【００６２】
次に、図４の（Ｂ）に示す負側Ｅｎａｂｌｅ信号がオンの時、スイッチとして機能するトランジスタＱ１２及びＱ２２は接続状態となり、昇圧回路３２４は負側に電荷を蓄積する向きに接続されていることになる。正側と同様電荷が積上げられ、放電されて所望の駆動波形が生成できる。すなわち、昇圧制御信号の周波数、印加時間と、正負切替及び放電制御信号のタイミングを変更することにより、出力波形の電圧よりも低い電源電圧を用いて、任意な形状の波形を生成する事が可能である。
【００６３】
本実施の形態では、±４０Ｖ、繰り返しの周波数が２０ｋＨｚ程度の駆動波形の生成が容易に可能である。図４（Ｃ）を生成するプッシュプル増幅回路の電源には±１０Ｖを使用している。図４（Ａ）、（Ｂ）の各Ｅｎａｂｌｅ信号には±４５Ｖの電源を使用している。±４５Ｖの電源の生成には図１４に示す回路を用いることにより、低電圧電源による高圧高周波数の圧電素子駆動波形が生成できる。この回路は、図３の昇圧回路３２４を正側用と負側用に分離した構成である。回路の動作を正側で説明する。低電圧電源から生成する昇圧信号Ａは、正弦波あるいはパルスであり、前記図３の説明と同様にダイオードとコンデンサからなる回路によって６倍の電圧に昇圧される。この回路では、＋４５Ｖの出力端とグランド間に接続されるコンデンサＣ２３１に昇圧された電圧は蓄積する。このとき、＋４５Ｖの出力端には逆方向電圧４５ＶのツェナーダイオードＺＤ２０１のカソード側がアノード側を接地した状態で接続されており、正側昇圧回路出力を+４５Ｖに制限できる。このため、昇圧制御信号Ａは常に入力されていても、出力を常に＋４５Ｖに保てるし、もちろん必要なタイミングで昇圧しても良い。負側の昇圧回路についても同様である。
【００６４】
本実施の形態では、圧電素子を駆動する駆動回路の例で説明しているが、電子写真方式の画像形成装置における帯電器、現像器等にも使用可能である。本実施の形態の特徴は、より高速での信号切替が可能で、小型化が容易な構成である。（第二の実施の形態）
本実施の形態は、電子写真方式の画像形成装置における現像装置とその電源装置の例である。感光体と現像装置の関係は、図１５に示す関係と同様である。
【００６５】
図５には、本発明の実施形態にかかる電源回路３３０の概略構成図を示す。電源回路３３０は、低電圧電源３３１、正側昇圧信号発生回路３３２Ａ、負側昇圧信号発生回路３３２Ｂ、正負切替回路３３３、正側昇圧回路３３４Ａ、負側昇圧回路３３４Ｂから構成される。昇圧信号発生回路３３２Ａ、３３２Ｂには現像器３７０に交流信号に直流バイアスを重畳した信号を供給するための昇圧制御信号が入力され、並列、直列の共振回路を利用し、大振幅の昇圧信号を発生する。昇圧回路３３４Ａ、３３４Ｂはトランスを用いた一般的なコッククロフト・ウオルトン回路を改良したものであり、トランスを用いていない。この昇圧回路３３４Ａ、３３４Ｂで複数倍化された信号は、正負切替回路３３３を介して接続される容量性の負荷に積上げられて行く。このとき正負切替回路３３３の中には４つのリミッタ回路３３３_１〜３３３_４が含まれており、正側と負側の出力電圧をいくつかのパターンで制限する。このときリミッタ回路３３３_１〜３３３_４の数は制限したい正負の電圧値の数に依存して増減する。
【００６６】
なお、本実施の形態の電源回路３３０には、上述のように、各種信号が入力される。このために、電源回路３３０は、コンピュータなどの装置から転送される画像データに基づいて、画像形成装置をコントロールするコントローラ３６０に接続されている。詳細には、コントローラ３６０は、昇圧制御信号生成部３６２を介して昇圧信号発生回路３３２Ａ、３３２Ｂに接続され、正負切替制御信号生成部３６４を介して正負切替回路３３３に接続されている。これら昇圧制御信号生成部３６２および正負切替制御信号生成部３６４は、コントローラ３６０から出力された各々の制御信号を出力先の回路とマッチングさせるための増幅器などで構成されるが、コントローラ３６０から駆動回路３３０に直接接続する場合には不要である。
【００６７】
図６は正側昇圧信号発生回路３３２Ａと正側昇圧回路３３４Ａの回路図の一例である。電源フィルタ等は省略しているが、必要に応じて設けることが好ましい。正側昇圧信号発生回路３３２ＡはｎｐｎトランジスタＱ４１とｐｎｐトランジスタＱ４２と、トランジスタＱ４２のコレクタと低電圧電源間に並列に挿入されたインダクタＬ４１とコンデンサＣ４１、トランジスタＱ４２のコレクタと昇圧回路３２４間に接続されるコンデンサＣ４２とＣ４２の昇圧回路側とグランド間に直列に接続されるインダクタＬ４２と抵抗Ｒ４２から構成されている。低電圧電源に２４Ｖを用いた場合、トランジスタＱ４１に入力された５Ｖの昇圧制御信号は、およそ５〜２４Ｖの信号に反転増幅される。次にトランジスタＱ４２と、インダクタＬ４１、コンデンサＣ４１からなる並列共振回路によって、２４Ｖを中心とする０〜４８Ｖの信号に反転増幅される。更に、コンデンサＣ４２、インダクタＬ４２、抵抗Ｒ４２からなる直列共振回路によって、出力はＱ倍となり、およそ±２００Vの大振幅の信号となって正側昇圧回路３３４Ａに入力される。正側昇圧回路３３４Ａは６倍の倍電圧回路を構成している。通常、トランスの２次側電圧を倍電圧するものであるが、本回路では一つ目のダイオードＤ１１の後端とグランド間に挿入されるコンデンサＣ２１に蓄積される電荷を倍電圧する。各ダイオードの向きからもわかるように、入力は±２００Ｖであるが、正側の２００Ｖのみを利用する。最大６倍、１．２ｋＶの電圧を正負切替回路３３３に供給することが出来る。
【００６８】
なお、トランジスタＱ４１はｎチャネル電界効果トランジスタ、トランジスタＱ４２はｐチャネル電界効果型トランジスタに置き換えてもよい。この場合、ｎチャネル電界効果型トランジスタはソース・ドレイン間に寄生容量を持たないタイプのトランジスタであることが好ましい。
【００６９】
次に、負側昇圧信号発生回路３３２Ｂは、正側昇圧信号発生回路３３２Ａとまったく同一の回路である。後段の負側昇圧回路３３４Ｂへ供給する信号が±２００Ｖと大振幅であり、高速切替が可能な素子が制限されるため昇圧信号発生回路を正負に分離して構成したものである。昇圧回路へ供給する昇圧信号が十分に高速切替可能な電圧であるならば、昇圧信号発生回路を正負で共用することは可能である。
【００７０】
負側昇圧回路３３４Ｂは、正側昇圧回路３３４Ａにおける全てのダイオードの向きを反転させた構造である。つまり、負側昇圧回路３３４Ｂは、第１の端から第２の端の方向に2ｎ個の整流素子を逆方向に直列に接続し（1≦ｎ）、前記整流素子のうち、2ｉ+1番目の第１の端側と2ｉ+2番目の第２の端側（0≦ｉ≦ｎ-1）、2ｉ+1番目の第２の端側と2ｉ+3番目の第２の端側（0≦ｉ≦ｎ-2）、をそれぞれ電荷蓄積素子によって接続し、第1番目の整流素子の第２の端側を電荷蓄積素子により接地してなる昇圧回路である。正側と同様に負側昇圧信号発生回路３３４Ｂで発生する±２００Ｖの信号のうち負側の−２００Ｖを倍電圧して正負切替回路３３３に供給する。
【００７１】
図７は正負切替回路３３３の回路図の一例である。正負切替回路３３３は正側昇圧回路３３４Ａと負側切替回路３３４Ｂの出力を正負切替制御信号にしたがって切り替えるものである。同時に、正側用と負側用の前述の各リミッタ回路３３３_１〜３３３_４により出力を制限する。リミッタ回路３３３_１〜３３３_４の制限電圧値は出力したい波形によって決定される。現像器３７０の電源としては、一例として１．２ｋＶｐ−ｖの交流波に−５００Ｖの直流を重畳したものである。ここでは保証したい電圧値を交流信号重畳時の上限＋１００Ｖ、直流電圧値−５００Ｖ、交流信号重畳時の下限−１１００Ｖ、非現像時の０Ｖとして説明する。両昇圧回路３３４Ａ、３３４Ｂからの昇圧信号は、サンプルホールド用ダイオードＤ３１とＤ３５で保持される。出力側から逆電位の信号が昇圧回路３３４Ａ、３３４Ｂに戻ることを防ぐために、逆止用ダイオードＤ３２、Ｄ３６が接続されている。つまり、逆止用ダイオードＤ３２、Ｄ３６は現像器３７０から正側昇圧回路３３４Ａ及び前記負側昇圧回路３３４Ｂに向けて逆方向に電流が流れるのを防止する逆流防止回路である。また、前述した正負切替回路３３３は４つのリミッタ回路３３３_１〜３３３_４を有する。ダイオードＤ３３、ツェナーダイオードＺＤ１１、トランジスタＱ３１でひとつのリミッタ回路（例えば３３３_１）を形成している。同様に、Ｄ３７、ＺＤ１２、Ｑ３２と、Ｄ３４、ＺＤ１３、Ｑ３３と、Ｄ３８、ＺＤ１４、Ｑ３４がそれぞれのリミッタ（上記の例では３３３_２〜３３３_４）回路を構成している。各ツェナーダイオードはそれぞれ異なる逆方向電圧を持ち、ＺＤ１１は１１００Ｖ、ＺＤ１２は１００Ｖ、ＺＤ１３は５００Ｖ、ＺＤ１４は０Ｖ（通常のダイオード）、に設定されている。図中に示すように４つの独立した正負切替制御信号がそれぞれのリミッタ回路３３３_１〜３３３_４のトランジスタに供給され、ある時間における電圧の制限値を決定すると共に、出力の正負の制御を行っている。
【００７２】
図８に本回路のタイミングチャートを示す。このタイミングチャートは、正負切替回路３３３の切り替えシーケンスを示すとも言える。出力信号波形に示すように、０Ｖの状態から−５００Ｖの直流電圧を生成し、さらに−５００Vの直流電圧に１．２ｋＶｐ−ｐの交流波形を重畳した形状の波形を直接生成し、再び０Ｖに戻る際の回路の動作を順に説明する。
【００７３】
０Ｖの状態から−５００Ｖの直流電圧を印加する場合、負側に昇圧するので、負側昇圧制御信号は１２ｋＨｚ程度のパルスを負側昇圧信号発生回路３３２Ｂに入力する（図８の＊１）。パルスの周波数は昇圧の傾きを制御しており、所望の傾きになるように設定する事が出来る。このとき正負切替制御信号Ｃのみがオンの信号を出している（＊２）。正負切替制御信号Ｃはリミッタ回路のトランジスタＱ３３をオンすることにより、ツェナーダイオードＺＤ１３を有効にする。他のツェナーダイオードは動作しない。負側昇圧回路３３４Ｂからの負の入力は、サンプルホールド用ダイオードＤ３５を経て、ダイオードＤ３７、動作していないツェナーダイオードＺＤ１２のラインと、ダイオードＤ３８と動作していないツェナーダイオードＺＤ１４のラインを経て、現像器３７０が接続される出力ラインに接続する。出力ラインには、唯一動作している５００Ｖ逆方向電圧を持つツェナーダイオードＺＤ１３のアノード側がカソード側を接地した状態で接続されているので、−５００Ｖより低い電圧値をカットすることができる。―５００Ｖを保持する期間中、負側昇圧制御信号はパルスを供給し続け、ツェナーダイオードＺＤ１３は電圧値を制限し続ける。これにより、−５００Ｖの直流電圧出力を保証している（＊３）。
【００７４】
次に１．２ｋＶｐ−ｐ、５ｋＨｚの交流波を重畳する場合は、正側昇圧制御信号に２ＭＨｚのパルスを与える。これは６ｋＨｚの交流波形を生成する為により早い昇圧が必要な為である。−５００Ｖに正側の昇圧を与えて行くと０Ｖを横切って正側に反転するが、そのタイミングで正負切替制御信号Ｃをオフとし、正負切替制御信号Ｂをオンとする（図８の＊４）。なぜならば,逆極性のツェナーダイオードに切り替わる時、電圧値は０Ｖになるからである。したがって、出力波形の形状を乱さないタイミングでの切替が望ましい。正負切替制御信号Ｂは１００Ｖの制限値を持つツェナーダイオードＺＤ１２に接続されたトランジスタＱ３２をオンにする。正側昇圧制御信号は６ｋＨｚの交流波形の正側平坦部を形成する時間の間パルスを供給し続け、ツェナーダイオードも１００Ｖに制限し続ける。
【００７５】
その後、正側昇圧制御信号をオフとし、次に負側昇圧制御信号を与える（＊５）。そして、同じく２ＭＨｚのパルスを供給する。１００Ｖから電圧が負側に昇圧されて、０Ｖを横切る時に、正負切替制御信号Ｂをオフとし、正負切替制御信号Ａをオンとする（＊６）。このオン、オフの理由は前述と同じである。正負切替制御信号Ａは−１１００Ｖの制限値を持つツェナーダイオードＺＤ１１に接続されたトランジスタＱ３１をオンにする。正側と同様、負側でもツェナーダイオードの制限電圧まで、昇圧し、保持する。これを繰り返した後、現像動作を終了して０Ｖ電位に戻る際は、一度−５００Ｖの直流電圧を保持してから行う（＊７）。１００Ｖの状態から２ＭＨｚのパルスを与えて負側に昇圧し、０Ｖを越えるタイミングで正負切替制御信号Ｂをオフとし、正負切替制御信号Ｃをオンにして、−５００Ｖを保持する。続いて正側昇圧制御信号に１２ｋＨｚのパルスを与え（＊８）、−５００Ｖから昇圧させる（＊９）。これまでと同様に０Ｖを横切る前に正負切替制御信号Ｃをオフにし、正負切替制御信号Ｄをオンとする。正負切替制御信号Ｄは０Ｖの制限値を持つツェナーダイオードＺＤ１４（通常のダイオード）に接続されたトランジスタＱ３４をオンにし出力を０Ｖに制限する。
【００７６】
このように、外部からの制御信号Ａ〜Ｄに従い４つのリミッタ回路を図８に示す切り替えシーケンスのように制御することで、現像機３７０への出力線を所定の正又は負電圧に固定することができるとともに、固定した電圧値に交流電圧を重畳させることができる。よって、交流信号を加算回路で直流電圧に加算することなく、直流バイアスされた交流電圧を生成することができる。また、特別な電源回路を用いることなくツェナーダイオードに降伏電圧以上の電圧を与えて昇圧電圧を所定の電圧値に制限できるため、回路構成が簡単である。
【００７７】
本実施の形態では、電子写真方式の画像形成装置における現像器の例をもって説明しているが、帯電器や、圧電素子を駆動する駆動回路にも使用可能である。本実施の形態の特徴は、より高電圧出力の生成が容易な構成である。
（第三の実施の形態）
本実施の形態は、本発明を電子写真方式の画像形成装置における帯電器のような静電バイアス回路に応用した例である。
【００７８】
図９に本発明の実施の形態にかかる電源回路３４０の概略構成図を示す。電源回路３４０は、低電圧電源３４１、正側昇圧信号発生回路３４２Ａ、負側昇圧信号発生回路３４２Ｂ、正負切替回路３４３、正側昇圧回路３４４Ａ、負側昇圧回路３４４Ｂから構成される。昇圧信号発生回路３４２Ａ、３４２Ｂには帯電器に直流バイアス電圧を供給するための昇圧制御信号が入力され、並列、直列の共振回路を利用し、大振幅の昇圧信号を発生する。昇圧回路３４４Ａ、３４４Ｂはトランスを用いた一般的なコッククロフト・ウオルトン回路を改良したものであり、トランスを用いていない。この昇圧回路３４４Ａ、３４４Ｂで複数倍化された信号は、正負切替回路３４３を介して接続される容量性の負荷に積上げられて行く。このとき正負切替回路３４３の中には２つのリミッタ回路３４３_１、３４３_２が含まれており、正側と負側の出力電圧を制限する。
【００７９】
なお、本実施の形態の電源回路３４０には、上述のように、各種信号が入力される。このために、電源回路３４０は、コンピュータなどの装置から転送される画像データに基づいて、画像形成装置をコントロールするコントローラ３８０に接続されている。詳細には、コントローラ３８０は、昇圧制御信号生成部３８２を介して昇圧信号発生回路３４２Ａ、３４２Ｂに接続され、負切替制御信号生成部３８４を介して正負切替回路３４３に接続されている。これら昇圧制御信号生成部３８２および正負切替制御信号生成部３８４は、コントローラ３８０から出力された各々の制御信号を出力先の回路とマッチングさせるための増幅器などで構成されるが、コントローラ３８０から駆動回路３４０に直接接続する場合には不要である。
【００８０】
図１０に、正負切替回路３４３の回路図の一例を示す。正負切替回路３４３は正側昇圧回路３４４Ａと負側切替回路３４４Ｂの出力を正負切替制御信号にしたがって切り替えるものである。同時に、正側用と負側用の各リミッタ３４３_１、３４３_２により出力を制限する。帯電器電源の一例としては、＋５００Ｖと−１ｋVの直流電圧値を交互に切替可能とするものであり、この場合ツェナーダイオードＺＤ６１は１０００Ｖ、ツェナーダイオードＺＤ６２は５００Ｖの逆方向電圧を持つ。また、簡単のために、ツェナーダイオードは各１個で所望の値を持つものとしているが、実際には複数個を持って所望の値に合わせる方が、雑音等の性能から見ても有効である。図１０の回路構成は丁度、図７に示す回路構成からツェナーダイオードＺＤ１３を有するリミッタ回路とツェナーダイオードＺＤ１４を有するリミッタ回路とを取り除いた回路構成である。
【００８１】
図１１に本回路のタイミングチャートを示す。出力信号波形に示すように、０Ｖから−１ｋＶの直流電圧と５００Ｖの直流電圧を交互に生成する際の回路の動作を説明する。０Ｖから−１ｋＶに昇圧する場合、負側昇圧制御信号は６ｋＨｚ程度のパルスを負側昇圧信号発生回路３４４Ｂに入力する。このときのパルスの周波数は、出力の立上り部の傾きを制御している。昇圧信号発生回路３２４Ａ、３４２Ｂでは、第二の実施の形態と同様に、入力されたパルスを反転増幅し、さらに並列共振と直列共振を利用した反転増幅により大振幅の昇圧信号を発生して昇圧回路に供給する。正側昇圧信号発生回路３４２Ａと正側昇圧回路３４４Ａは図６に示した正側の両回路と同様である。負側昇圧信号発生回路３４２Ｂも正側昇圧信号発生回路３４２Ａと同様である。また負側昇圧回路３４４Ｂは、正側昇圧回路３４２Ａのダイオードの向きが逆転した回路構成である。
【００８２】
負側昇圧回路３４４Ｂで昇圧された電圧は、図１０の正負切替回路に入力される。このとき正負切替制御信号Ａはオフ、Ｂはオンにしており、トランジスタＱ５１がオンしてツェナーダイオードＺＤ６１のカソード側を接地した状態になって負側のリミッタ回路が動作した状態になっている。負側昇圧回路３３４Ｂからの入力は、サンプルホールドのダイオードＤ５４を経て、ダイオードＤ５６と動作しないツェナーダイオードＺＤ６２を経て、帯電器３９０の接続される出力ラインに到達する。ツェナーダイオードＺＤ６１は１ｋＶの逆方向電圧を持っており、カソード側が接地されているので、−１ｋＶより低い電圧はカットされる。−１ｋＶを出力している間、負側昇圧制御信号はパルスを供給し続けるので、正負切替回路においても負側のリミッタ回路は動作しつづける。また、帯電によって持ち去られる電荷分は、常にパルスを供給し続けている為に減少しない。続いて、＋５００Ｖの出力に変更する際には、正側昇圧制御信号に負側と同様６ｋＨｚ程度のパルスを与える。−１ｋＶから＋５００Ｖに向かって電荷が積上げられる。出力が０Ｖに近くなった時に正負切替制御信号Ｂをオフし、Ａをオンとする。これにより、出力は一度０Ｖになってから、再度積上げられて行く。このときの回路の動作は、正負切替制御信号Ａがオンであることから、トランジスタＱ５２によってツェナーダイオードＺＤ６２のアノード側が接地され、正側のリミッタ回路が動作した状態になっている。正側昇圧回路からの入力は、サンプルホールドのダイオードＤ５１を経て、ダイオードＤ５３と動作していないツェナーダイオードＺＤ６１を経て、帯電器３９０の接続される出力ラインに接続される。ツェナーダイオードＺＤ６２は５００Ｖの逆方向電圧を持っており、５００Ｖより高い電圧はカットされる。
【００８３】
図１１は説明のために、横軸の時間を適宜変更している。実際は階段状の部分は非常に短い時間であり、殆どの時間は正または負の電圧が与えられている。
【００８４】
図１２に図１０に示す回路の別のタイミングチャートを示す。図１１では、正負切替制御信号の切替を出力電圧が０Ｖ付近で行い、電圧の立上り部、立下り部の形状を整えていたが、図１２のタイミングチャートでは、昇圧の方向が変わるのと同時に行う。そのため、図中に示す出力信号のように正負の最大電圧に向かう時には階段状に昇圧されるが、０Vに向かう時には負荷と回路の持つ時定数で放電される。図１２は説明のために、横軸である時間軸を適宜変更しているので、実用上はこの階段状の部分は影響しない。この方法によれば、昇圧制御信号を基本のクロック信号（不図示）から生成する際のイネーブル信号と正負切替制御信号を共用できるので信号系の簡略化が可能である。
【００８５】
本実施の形態では、電子写真方式の画像形成装置における帯電器の例をもって説明しているが、もちろん現像器や、圧電素子を駆動する駆動回路にも使用可能である。本実施の形態の特徴は、より高電圧出力の生成が容易で、回路が単純な構成である。
（第四の実施の形態）
図１３は、本発明の第四の実施の形態の電源回路の回路図である。この電源回路は、上記第三の実施の形態の正負切替回路３４３をｎｐｎトランジスタＱ１０１、ｐｎｐトランジスタＱ２０１とダイオードＤ１０１、Ｄ２０１とコンデンサＣ１３１で構成したものである。図１０に示す正負切替回路３４３よりも回路構成は簡単であるが、ｐｎｐトランジスタＱ２０１を用いているため耐圧は劣る。なお、上記トランジスタＱ１０１とＱ２０１をｎチャネル及びｐチャネル電界効果型トランジスタで置き換えてもよい。ただし、この場合、これらの電界効果型トランジスタのソース・ドレイン間に寄生容量を持たないタイプのトランジスタであることが好ましい。
【００８６】
正側昇圧回路３４４Ａの最終段のダイオードＤ２１５とダイオードＤ２１６との接続ノードとトランジスタＱ２０１との間には、バイアス抵抗Ｒ１０２が設けられている。コンデンサＣ２１５に電荷が積み上がるとトランジスタＱ２０１にバイアス電流が供給され、トランジスタＱ２０１はオンする。これにより、昇圧電圧はダイオードＤ２０１を通り、キャパシタＣ１３１は充電され、負荷への出力となる。同様に、負側昇圧回路３４４Ｂの最終段のキャパシタＣ１１５に電荷が積み上がると、抵抗Ｒ１０１を介してトランジスタＱ１０１にバイアス電流が供給され、トランジスタＱ１０１はオンする。これにより、キャパシタＣ１３１からダイオードＤ１０１及びトランジスタＱ１０１に電流が流れ、キャパシタＣ１３１は充電され、負荷への出力となる。
【００８７】
本実施の形態では、電子写真方式の画像形成装置における帯電器の例をもって説明しているが、もちろん現像器や、圧電素子を駆動する駆動回路にも使用可能である。本実施の形態の特徴は、より高電圧出力の生成が容易で、回路がより簡素化された構成である。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型、軽量で汎用性の高い電源装置及びこれを用いた画像形成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態の電源装置が供給する電源を用いて圧電素子を駆動してインク液滴を吐出させるイジェクタの概略断面図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態における駆動回路の概略構成図である。
【図３】図２に示す昇圧回路と正負切替及び放電回路の回路図である。
【図４】図３に示す昇圧回路と正負切替及び放電回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第二の実施の形態における電源回路の概略構成図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態における電源回路の正側昇圧信号発生回路と正側昇圧回路の回路図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態における電源回路の正負切替回路の回路図である。
【図８】本発明の第二の実施の形態における電源回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】本発明の第三の実施の形態における駆動回路の概略構成図である。
【図１０】本発明の第三の実施の形態における正負切替回路の回路図である。
【図１１】本発明の第三の実施の形態における駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】本発明の第三の実施の形態における駆動回路の別の動作を示すタイミングチャートである。
【図１３】本発明の第四の実施の形態における駆動回路の回路図である。
【図１４】本発明の各実施の形態におけるＥｎａｂｌｅ信号用の電圧発生回路の回路図である。
【図１５】電子写真方式の画像形成装置における現像装置とその電源装置の従来例を示す図である。
【図１６】電子写真方式の画像形成装置における現像装置とその電源装置の別の従来例を示す図である。
【図１７】スイッチングによる高圧矩形波交流電圧発生回路の従来例を示す図である。
【図１８】インダクタンスよる直列共振回路とフライバック電圧の保持回路を併用したインクジェット駆動回路の従来例を示す図である。
【図１９】コッククロフト・ウオルトン回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
３２０駆動回路３２１低電圧源
３２２スイッチ回路３２３正負切替及び放電回路
３２４昇圧回路３２５選択回路
３３０電源回路３３１低電圧電源
３３２Ａ正側昇圧信号発生回路３３２Ｂ負側昇圧信号発生回路
３３３正負切替回路３３３_１〜３３３_４リミッタ回路
３３４Ａ正側昇圧回路３３４Ｂ負側昇圧回路
３４０電源回路３４１低電圧電源
３４２Ａ正側昇圧信号発生回路３４２Ｂ負側昇圧信号発生回路
３４３正負切替回路３４３_１、３４３_２リミッタ回路
３４４Ａ正側昇圧回路３４４Ｂ負側昇圧回路
３５０コントローラ３５２昇圧制御信号生成部
３５４正負切替及び放電制御信号生成部
３５６選択信号生成部３６０コントローラ
３６２昇圧制御信号生成部３６４正負切替制御信号生成部
３７０現像機３８２昇圧制御信号生成部
３８４負切替制御信号生成部３９０現像機

Claims

２つの直列に接続されたダイオードを含み、１つのキャパシタに並列に、直列接続された２つのダイオードを備え、隣り合う倍電圧回路同士でダイオードを共有する複数の倍電圧回路を、該複数の倍電圧回路を交互に向きを入れ替えてラダー型に接続したラダー回路と、
該ラダー回路の正側の初段に位置する倍電圧回路を構成する前記２つのダイオードが直列に接続されたノードと接地との間に設けられた第１の電荷蓄積素子と、
前記ラダー回路の負方向の初段に位置する倍電圧回路を構成する前記２つのダイオードが直列に接続されたノードと接地との間に設けられた第２の電荷蓄積素子と、
外部からの交流入力信号を前記正側の初段に位置する倍電圧回路と前記負側の初段に位置する倍電圧回路のいずれかに選択的に供給することで、前記交流入力信号に応じて前記複数の倍電圧回路を交互に向きを入れ替えて負荷に供給するための切替回路と、
を有することを特徴とする電源装置。
前記切替回路は、前記負荷から前記ラダー回路に向けて逆方向に電流が流れるのを防止する逆流防止回路を有することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
前記切替回路は、前記ラダー回路の出力電圧を所定の電圧値に制限するためのリミッタ回路を有することを特徴とする請求項１又は２記載の電源装置。
前記切替回路は、前記ラダー回路の出力電圧を所定の電圧値に制限するための複数の出力制限素子と、外部からの制御信号に従って前記複数の出力制限素子を選択的に動作させるスイッチング素子とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の電源装置。
前記切替回路は、前記ラダー回路の出力電圧を所定の電圧値に制限するとともに、該所定の電圧値に交流電圧を重畳させるリミッタ回路を有することを特徴とする請求項１又は２記載の電源装置。
前記電源装置は更に、前記交流入力信号を供給する昇圧信号発生回路を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項記載の電源装置。
前記昇圧信号発生回路は、インタクタとコンデンサとを有する共振回路を有することを特徴とする請求項６記載の電源装置。
前記昇圧信号発生回路は、直列共振回路と並列共振回路とのすくなくとも１つを有することを特徴とする請求項６記載の電源装置。
画像形成部と、これに電源を供給する電源装置とを有し、該電源装置は請求項１ないし８のいずれか一項に記載された電源装置であることを特徴とする画像形成装置。