JP4480682B2 - 高圧発生回路 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体に接触配置または近接配置された帯電部材に直流電圧と交流電圧が重畳された振動電圧を印加する高圧発生回路に関する。

近年、低圧プロセス、低オゾン発生量、低コスト等の点から、ローラ型或いはブレード型等の帯電部材を像担持体の表面に接触配置または近接配置し、前記帯電部材に直流電圧と交流電圧が重畳された振動電圧を印加することにより像担持体表面を均一に帯電させる接触帯電方式を採用した画像形成装置が主流となりつつある。ここに、振動電圧は正弦波に限らず、矩形波、三角波、パルス波等周期的に変化する任意の振動波形であればよい。

このような接触帯電方式をＹＭＣＫの四色に対応して各別の像担持体を備えたタンデム方式のカラー画像形成装置に採用する場合、各帯電部材に高圧の直流電圧及び交流電圧を発生するトランスを夫々設ける必要があり、部品点数の増加によりコストが嵩むばかりでなく、部品の実装効率が低下するという問題があった。

そこで、特許文献１には、部品のプリント配線板への実装効率を向上させ、安価な電源装置を実現するべく、コンバータトランスにより高圧の直流を出力する単一の直流電源回路と、前記直流電源回路からの直流出力の電圧値を、直流電源回路と対応負荷との間に直列に挿入された各別の高耐圧トランジスタを用いて変換し、各負荷に供給する電圧変換手段を備えた高圧発生回路が提案されている。

特開２００２−１６２８７０号公報

しかし、各像担持体への帯電電位を制御するために各帯電部材と像担持体間の電流を計測して直流出力電圧を制御する必要があり、上述した特許文献１に記載された技術を帯電部材へ印加する高圧発生回路に採用する場合には、個別に電流検出回路を設けなければならず、部品回路点数の増加によるコストの上昇及び実装効率の低下という同様の問題が生じるという不都合があり、さらなる改良の余地があった。

本発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、複数の像担持体を夫々適切に帯電制御するための共通の電流検出回路を備えながらも、部品のプリント配線板への実装効率を向上させ、且つ、安価に実現できる高圧発生回路を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による高圧発生回路の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、複数の像担持体にそれぞれ接触配置または近接配置された帯電部材に各別に直流電圧と交流電圧が重畳された振動電圧を印加する高圧発生回路であって、各帯電部材へ印加する直流電圧を生成する複数の線形直流レギュレータと、二次側端子に各線形直流レギュレータが並列接続された単一の直流トランスと、二次側の一方の端子が各帯電部材に接続され、他方の端子が各線形直流レギュレータの出力端子に接続され、各帯電部材へ印加する交流電圧を生成する複数の交流トランスと、前記直流トランスに流れる直流電流を検出する単一の電流検出回路とを備え、各線形直流レギュレータの一つを除いて他の出力を放電開始電圧よりも低圧に調整して、放電開始電圧以上の電圧が出力される線形直流レギュレータから特定の帯電部材を介して前記像担持体に流れる直流電流を前記電流検出回路で検出する動作を、各帯電部材に対して繰り返すことにより、各帯電部材から像担持体に流れる直流電流を個別に検出するように構成されている点にある。

上述の構成によれば、特定の帯電部材と像担持体間の直流電流を検出する際に、他の帯電部材と像担持体間に直流電流が流れないように、対応する夫々の線形直流レギュレータにより前記直流電圧が放電開始電圧よりも低圧に調整されることにより、当該特定の直流電流値を前記電流検出回路により検出できるようになる。従って、前記像担持体の数に対応して前記電流検出回路を夫々設ける必要が無く、コストの上昇を抑え、且つ、実装効率を高めることができる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、各線形直流レギュレータが、前記直流トランスの出力電圧を降圧制御するパストランジスタと、降圧電圧が目標電圧になるように前記パストランジスタのベース電流をフィードバック制御するオペアンプを備えて構成され、前記直流トランスの二次側出力または三次側出力から各線形直流レギュレータへ制御電源を供給する電源回路が設けられている点にある。

一般的に線形直流レギュレータはオペアンプとオペアンプの出力により駆動されるパストランジスタを備えて構成され、オペアンプの擬似ショート特性を利用してパストランジスタのベース電流が制御されることにより負荷への出力電圧が安定制御されるのであるが、その際にオペアンプの駆動電源が外部から供給される場合には、パストランジスタのベース電流が外部電源から供給され、その影響により前記電流検出回路により検出される電流値が正確に検出されなくなる。上述の構成によれば、前記線形直流レギュレータの出力電圧を調整するためパストランジスタに入力されるベース電流が、前記直流トランスの二次側出力または三次側出力から供給されるので、外部電源から供給される場合に生じる前記ベース電流の影響を受けることなく、前記直流トランスの二次側に接続された前記帯電部材と前記像担持体間の直流電流を正確により検出することができる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、各線形直流レギュレータが、前記直流トランスの出力電圧を降圧制御するパストランジスタと、降圧電圧が目標電圧になるように前記パストランジスタのベース電流をフィードバック制御するオペアンプを備えて構成され、前記パストランジスタがダーリントン接続されている点にある。

前記線形直流レギュレータのパストランジスタをダーリントン接続することで単一のパストランジスタを備える構成に比べて大きな電流増幅率が確保できるので、パストランジスタのベース電流が外部電源から供給される場合であっても少ないベース電流により前記線形直流レギュレータの出力電圧を調整することができる。従って、上述の構成によれば、オペアンプの駆動電源が外部から供給される場合であっても、前記電流検出回路によりほぼ正確に直流電流が検出できるようになる。

以上説明した通り、本発明によれば、複数の像担持体を夫々適切に帯電制御するために使用する共通の電流検出回路を備えながらも、部品のプリント配線板への実装効率を向上させ、且つ、安価に実現できる高圧発生回路を提供することができるようになった。

以下、本発明による高圧発生回路について説明する。図１に示すように、高圧発生回路１は、ＹＭＣＫの四色のトナー像を形成する四本の像担持体ＰＣに夫々接触配置または近接配置された帯電ローラでなる帯電部材ＣＨに印加する直流電圧と交流電圧が重畳された振動電圧を生成する回路であって、二次側に前記像担持体ＰＣの数に対応した線形直流レギュレータとしてのシャントレギュレータ２０が並列接続された単一の直流トランス１０と、各シャントレギュレータ２０の出力が二次側に各別に接続された前記像担持体ＰＣの数に対応した交流トランス３０と、前記直流トランス１０の二次側に接続され前記帯電部材ＣＨと前記像担持体ＰＣ間の直流電流を検出する単一の電流検出回路４０とから構成されている。

図２に示すように、制御部ＣＮＴから入力されるリモート駆動信号に基づいてパルス信号を出力するパルス信号発生手段からのパルス信号が前記直流トランス１０の一次側に入力され、所定電圧に昇圧された高圧交流電圧が二次側から出力され、その高圧交流電圧がダイオードＤ１０とコンデンサＣ１０による整流回路により平滑化されて、出力端子ｔ１、ｔ２から高圧直流電圧が出力されるように構成されている。

上述と同様に、制御部ＣＮＴから入力されるリモート駆動信号に基づいてパルス信号を出力するパルス信号発生手段からのパルス信号が前記交流トランス１０の一次側に入力され、所定電圧に昇圧された高圧交流電圧が二次側から出力されるように構成されている。ここに、前記高圧交流電圧は前記制御部ＣＮＴから前記パルス信号発生手段に入力される可変アナログ入力電圧に基づいて生成されるパルス信号電圧により可変に制御される。

前記シャントレギュレータ２０は、ＹＭＣＫの夫々の像担持体ＰＣに対応した帯電部材ＣＨに各別に直流電圧を供給すべく前記直流トランス１０の端子ｔ１、ｔ２に並列に四回路接続されており、夫々は、図３に示すように、差動増幅器としてのオペアンプＯＰ２０と、前記オペアンプＯＰ２０の出力電流により駆動されるパストランジスタＱ２０と、前記パストランジスタＱ２０のコレクタに接続された降伏電圧が２５０ＶのツェナーダイオードＺＤ２０等を備えて構成されている。

前記オペアンプＯＰ２０の非反転入力端子には前記シャントレギュレータ２０の出力電圧が抵抗Ｒ２１、Ｒ２０により分圧された分圧電圧が入力され、反転入力端子には基準電圧が入力されている。従って、基準電圧と分圧電圧が等しくなるように前記オペアンプＯＰ２０から前記パストランジスタＱ２０にベース電流が供給され、その結果、抵抗Ｒ２３及び前記ツェナーダイオードＺＤ２０に流れる電流により出力電圧Ｖｄｃが調整される。

前記基準電圧は固定の比較電圧Ｖｒｅｆと前記制御部ＣＮＴにより制御される制御電圧Ｖｃｎｔにより可変に調整され、前記制御電圧Ｖｃｎｔの夫々が個別に調整されることにより各帯電部材ＣＨに印加される直流電圧が２５０Ｖから７５０Ｖの間で可変且つ安定に調整される。

図１に示すように、前記シャントレギュレータ２０の出力端子は、交流電圧をバイパスさせるバイパスコンデンサＣを介して各交流トランス３０の二次側端子に接続されており、前記シャントレギュレータ２０からの直流電圧と前記交流トランス３０からの交流電圧が重畳された振動電圧が各帯電部材ＣＨに印加されるように構成されている。

前記電流検出回路４０は、図４に示すように、電流電圧変換用のオペアンプＯＰ４１と増幅用のオペアンプＯＰ４０を備えて構成されている。前記オペアンプＯＰ４１の反転入力端子には前記直流トランス１０の二次低圧側端子ｔ２が接続され、非反転入力端子には前記比較電圧Ｖｒｅｆが抵抗Ｒ４３、Ｒ４４により分圧された電圧が基準電圧として入力されており、基準電圧と二次低圧側端子ｔ２間の電圧が等しくなるようにフィードバック抵抗Ｒ４２を流れる電流値が電圧変換され、さらに前記オペアンプＯＰ４０で増幅された後に前記制御部ＣＮＴに入力される。

前記電流検出回路４０により特定の帯電部材ＣＨと像担持体ＰＣ間の直流電流を計測する際には、当該特定の帯電部材ＣＨに対応するシャントレギュレータ２０を除いて他のシャントレギュレータ２０の出力と、当該特定の帯電部材ＣＨに対応する交流トランスの出力が放電開始電圧よりも低圧に調整される。

具体的には、前記制御部ＣＮＴにより他の三つのシャントレギュレータ２０の制御電圧Ｖｃｎｔが放電停止レベルより低い約２５０Ｖになるように調整され、交流トランスの１つを除いてＯＦＦにされた後に、前記電流検出回路４０の値が読み込まれるのである。このようにして、特定の帯電部材ＣＨと像担持体ＰＣ間の直流電流を検出する際に、他の帯電部材ＣＨと像担持体ＰＣ間に電流が流れないように、対応する夫々のシャントレギュレータ２０と交流トランスにより前記電圧が放電開始電圧よりも低圧に調整されることにより、当該特定の帯電部材ＣＨからの直流電流値を単一の電流検出回路４０により検出できるようになる。

このようにして検出される各帯電部材ＣＨからの直流電流値Ｉｄｃに基づいて、各シャントレギュレータ２０の出力または各交流トランス３０の出力が所定の目標値に維持されるように調整される。

尚、本実施形態では、前記パストランジスタＱ２０のベース電流Ｉｂが前記オペアンプＯＰ２０を駆動する外部電源から供給されるため、前記シャントレギュレータ２０の出力電圧を放電開始電圧よりも低圧に調整する際にパストランジスタＱ２０を介して前記直流トランス１０の二次側に流れ込むベース電流の影響により、前記電流検出回路４０により検出される電流値にオフセットノイズの影響が現れる。具体的には、前記電流検出回路４０により検出される電流値がＩｄｃ−ΣＩｂとして求められるのである。

前記直流電流Ｉｄｃの検出について詳述すると、前記オペアンプＯＰ４１では、前記像担持体の夫々からグランドに流れた前記帯電部材と前記像担持体間の前記電流Ｉａｃ＋Ｉｄｃのうち前記直流電流Ｉｄｃの夫々が、前記オペアンプＯＰ４１に印加される制御電圧のグランド側端子から出力端子に流れる。前記直流電流Ｉｄｃの合計となる直流電流ΣＩｄｃは、抵抗Ｒ４２を経由して前記直流トランス１０の低圧側へと流れ、該高圧発生回路１の直流電流成分のループを形成する。

前記シャントレギュレータ２０の夫々から前記直流トランス１０の低圧側へ流れた前記直流電流Ｉｂ＋Ｉｃ＋Ｉｒの合計となる前記直流電流ΣＩｂ＋ΣＩｃ＋ΣＩｒのうち前記駆動電流ΣＩｂは、前記直流トランス１０から出力されていないためグランドに流れた前記直流電流ΣＩｄｃの全てが前記電流検出回路４０から前記直流トランス１０の低圧側に流れることはなく、前記駆動電流ΣＩｂを打ち消すように直流電流ΣＩｄｃ−ΣＩｂが前記電流検出回路４０から前記直流トランス１０の低圧側に流れ、前記直流トランス１０の二次側の低圧側には高圧側からの出力電流と同じΣＩｄｃ＋ΣＩｃ＋ΣＩｒが流れる。

ここで、該高圧発生回路１では、各シャントレギュレータ２０の中の一つを除いて他の出力を放電開始電圧よりも低圧に調整することにより前記直流電流を各別に検出するように構成されているため、前記電流検出回路４０による電流検出時には１つの前記シャントレギュレータ２０からのみ前記直流電流Ｉｄｃが流れる。つまり、前記電流検出回路４０では、直流電流Ｉｄｃ−ΣＩｂを検出することとなり、正確な前記直流電流Ｉｄｃを検出することができないのである。

このオフセットノイズの値が常に一定であれば特に問題は無いが、前記パストランジスタＱ２０の電流増幅率が温度変動の影響を受けて大きく変動するために、ベース電流Ｉｂの値も大きく変動することになる。このような温度特性のために、前記電流検出回路４０により検出される電流値は誤差による影響を受ける恐れがある。

そこで、図５に示すように、前記パストランジスタＱ２０をダーリントン接続して、小さな値の前記駆動電流Ｉｂで前記パストランジスタＱ２０を駆動する、つまり、前記直流電流Ｉｄｃ＞＞ΣＩｂとすることで、温度変動によるベース電流Ｉｂの変動による影響を小さくすることが可能となる。

さらには、前記直流トランス１０の二次側出力または三次側出力から各シャントレギュレータ２０へ制御電源を供給する電源回路を設けることによりベース電流Ｉｂによる影響を回避するように構成することができる。

つまり、図６に示すように、前記直流トランス１０の二次側出力または三次側出力に整流回路を設けて制御電圧を生成し、その制御電圧を前記シャントレギュレータ２０に備えたオペアンプＯＰ２０へ供給するのである。このように構成することによりオフセットノイズの影響を排除することができるようになる。

前記シャントレギュレータ２０の前記パストランジスタＱ２０をダーリントン接続した場合、本発明者らは１つの前記シャントレギュレータ２０の前記パストランジスタＱ２０の前記駆動電流Ｉｂが前記電流検出回路４０により検出する前記直流電流Ｉｄｃ−ΣＩｂの５％以下であれば測定誤差の範囲内とみなすことができることを確認しており、前記駆動電流Ｉｂが前記直流電流Ｉｄｃ−ΣＩｂの５％以下つまり、全ての駆動電流の合計ΣＩｂが２０％以下となるように前記駆動電流Ｉｂを調整できる場合は、前記パストランジスタＱ２０は１つのトランジスタで構成するものであっても良い。

上述の実施形態では、線形直流レギュレータとしてシャントレギュレータを備える構成としたが、シャントレギュレータ以外の例えばシリーズレギュレータ等を備える構成であってもよい。

上述の実施形態では、像担持体の数、即ち４つの出力に対応した１つの高圧発生回路について説明したが、これに限らず２つ以上の出力に対応したものであればよい。

上述の実施形態は何れも本発明の一実施例に過ぎず、当該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更することができることは言うまでもない。

高圧発生回路の構成図 直流トランスの回路図 シャントレギュレータの回路図 シャントレギュレータのパストランジスタをダーリントン接続した時の回路図 電流検出回路の回路図 直流トランスの三次側からシャントレギュレータのパストランジスタの制御電圧を供給する給電回路を備えた高圧発生回路の構成図

１０：直流トランス
２０：線形直流レギュレータ（シャントレギュレータ）
３０：交流トランス
４０：電流検出回路
ＣＨ：帯電部材
ＰＣ：像担持体

Claims (3)

1. 複数の像担持体にそれぞれ接触配置または近接配置された帯電部材に各別に直流電圧と交流電圧が重畳された振動電圧を印加する高圧発生回路であって、
   各帯電部材へ印加する直流電圧を生成する複数の線形直流レギュレータと、
   二次側端子に各線形直流レギュレータが並列接続された単一の直流トランスと、
   二次側の一方の端子が各帯電部材に接続され、他方の端子が各線形直流レギュレータの出力端子に接続され、各帯電部材へ印加する交流電圧を生成する複数の交流トランスと、
   前記直流トランスに流れる直流電流を検出する単一の電流検出回路とを備え、
   各線形直流レギュレータの一つを除いて他の出力を放電開始電圧よりも低圧に調整して、放電開始電圧以上の電圧が出力される線形直流レギュレータから特定の帯電部材を介して前記像担持体に流れる直流電流を前記電流検出回路で検出する動作を、各帯電部材に対して繰り返すことにより、各帯電部材から像担持体に流れる直流電流を個別に検出するように構成されている高圧発生回路。
2. 各線形直流レギュレータが、前記直流トランスの出力電圧を降圧制御するパストランジスタと、降圧電圧が目標電圧になるように前記パストランジスタのベース電流をフィードバック制御するオペアンプを備えて構成され、前記直流トランスの二次側出力または三次側出力から各線形直流レギュレータへ制御電源を供給する電源回路が設けられている請求項１記載の高圧発生回路。
3. 各線形直流レギュレータが、前記直流トランスの出力電圧を降圧制御するパストランジスタと、降圧電圧が目標電圧になるように前記パストランジスタのベース電流をフィードバック制御するオペアンプを備えて構成され、前記パストランジスタがダーリントン接続されている請求項１記載の高圧発生回路。

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