JP4480683B2 - 高圧発生回路 - Google Patents

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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高圧の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った。
そこで、本願発明者は、二次側に複数の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、各線形直流レギュレータの出力が二次側に各別に接続された複数の交流トランスと、前記直流トランスの二次側に接続され前記帯電部材と前記像担持体間の直流電流を検出する単一の電流検出回路を備えた高圧発生回路を構成することにより、上述の問題を解消しようと思い至った。
しかしながら、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ため、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という問題が生じた。
このようなベース電流値は低温ほど大きくなるという温度特性を持つため、カラー画像形成装置の設置環境が変動すると、帯電部材と像担持体間の直流電流を計画に検出できないのである。
本発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、環境温度の変動にかかわらず、単一の電流検出回路により複数の帯電部材と像担持体間の直流電流を正確に検出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、全ての線形直流レギュレータの出力を放電開始電圧よりも低圧に調整したときの前記電流検出回路により検出される直流電流と、所定の帯電部材に対応する線形直流レギュレータを除いて他の線形直流レギュレータの出力を放電開始電圧よりも低圧に調整したときの前記電流検出回路により検出される直流電流の差分を当該所定の帯電部材と前記像担持体間の直流電流として検出する点にある。
上述の構成によれば、単一の直流トランスから出力される所定の高圧電圧が各線形直流レギュレータに入力され、各線形直流レギュレータによって各帯電部材に印加すべき直流電圧が調整され、さらに、各交流トランスによって各帯電部材に印加すべき交流電圧が調整され、それらを重畳した振動電圧が各各帯電部材に印加される。全ての線形直流レギュレータを放電開始電圧よりも低圧に調整したときの前記電流検出回路により検出される直流電流には、線形直流レギュレータから流入する電流に起因するオフセット電流が検知される。そこで、その値と所定の帯電部材に対応する線形直流レギュレータを除いて他の線形直流レギュレータの出力を放電開始電圧よりも低圧に調整したときの前記電流検出回路により検出される直流電流との差分を求めることにより、他の線形直流レギュレータから流入する電流によるオフセット電流が排除され、当該所定の帯電部材から像担持体に流れる直流電流を正確に検出できるようになる。例えば、線形直流レギュレータが、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る場合には、当該パストランジスタに流れるベース電流がオフセット電流として電流検出回路で検出されるが、上述の構成によれば、そのようなベース電流の影響が排除された出力が得られる。
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、前記電流検出回路により検出される所定の帯電部材と像担持体間の直流電流が所定の目標値となるように、前記線形直流レギュレータまたは前記交流トランスの出力電圧を調整する制御部を備えている点にある。
上述の構成によれば、環境温度の変動にかかわらず、所定の帯電部材と像担持体間の直流電流が所定の目標値となるように、前記線形直流レギュレータまたは前記交流トランスの出力電圧を正確に調整することができるようになった。
同第三の特徴構成は、同請求項3に記載した通り、上述の第二特徴構成に加えて、前記所定の目標値を記憶する記憶手段を備え、前記制御部は前記記憶手段に記憶された値に基づいて前記線形直流レギュレータまたは前記交流トランスの出力電圧を調整する点にある。
上述の構成によれば、例えば、前記像担持体が所定の帯電電位を備えた際に検出される直流電流値として記憶された前記所定の目標値に基づいて前記線形直流レギュレータまたは前記交流トランスの出力電圧を調整することができるようになった。
同第四の特徴構成は、同請求項4に記載した通り、上述の第三特徴構成に加えて、前記記憶手段に、前記所定の目標値が前記帯電部材の環境温度、環境湿度若しくは累積使用時間、または、それらの何れかの組合せに基づいて複数設定されている点にある。
上述の構成によれば、前記所定の目標値が前記帯電部材の環境温度、環境湿度若しくは累積使用時間、または、それらの何れかの組合せに基づいて異なる値となる像担持体であっても夫々の環境にあった前記所定の目標値を設定することができるようになった。
以上説明した通り、本発明によれば、環境温度の変動にかかわらず、単一の電流検出回路により複数の帯電部材と像担持体間の直流電流を正確に検出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。
前記直流トランス10は、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トランスT10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。
前記交流トランス30は、上述と同様に、前記制御部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内部に備えるトランス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シャントレギュレータ20の出力電圧を抵抗R21、R20により分圧し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を抵抗R43、R44により分圧した電圧が基準電圧として入力されており、前記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間の直流電流を検出する際には、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が調整され、出力が放電開始電圧より低い約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は、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直流電圧が放電開始電圧よりも低圧に調整されることで、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。
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前記パストランジスタ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PCの夫々からグランドに流れた前記帯電部材CHと前記像担持体PC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、まず前記電流検出回路40は全てのシャントレギュレータ20を放電開始電圧よりも低圧に調整したときの直流電流−ΣIbを検出し、その後、所定の帯電部材CHに対応するシャントレギュレータ20を除いて他の出力を放電開始電圧よりも低圧に調整したときの直流電流Idc−ΣIbを検出する。前記制御部CNTは、前記直流電流−ΣIbを記憶し、前記直流電流Idc−ΣIbの入力時に差分演算を行い、当該所定の帯電部材CHと像担持体PC間の直流電流Idcとして検出する。前記制御部CNTは、前記直流電流Idcが所定の目標値となるように、前記シャントレギュレータ20または前記交流トランス30の出力電圧を調整する。
前記所定の目標値は、前記帯電部材の環境温度、環境湿度若しくは累積使用時間、または、それらの何れかの組合せなどの環境条件に基づいて複数設定されたテーブルデータとして前記記憶手段MEMに記憶されている。
前記直流電流値Idcを前記所定の目標値に維持するように前記制御部CNTが行う調整について詳述すると、前記制御部CNTは、前記環境条件に基づき、前記記憶手段MEMの前記テーブルデータを参照して前記所定の目標値を取得する。前記直流電流Idcが前記所定の目標値となるように前記制御部CNTは、前記交流トランス30を制御し、前記交流電圧のピーク間電圧値Vppを調整する。
前記交流トランス30の最大出力電圧値や、前記帯電部材CHや前記像担持PC体の耐電圧特性などにより、必要とされる前記ピーク間電圧値Vppが出力できず、前記直流電流Idcを前記所定の目標値とすることができないときには、前記制御部CNTは、前記ピーク間電圧値Vppを固定し、前記直流電流Idcが前記所定の目標値となるように前記シャントレギュレータ20を制御し、前記直流電圧Vdcを調整する。
ここで、前記直流電圧Vdcを調整することにより前記直流電流Idcを前記所定の目標値としたときには、前記ピーク間電圧値Vppが所定の値に達しておらず前記像担持体PCの帯電状態は安定していないため、前記画質の低下が予想されるが画像形成を実行可能とすると共に、余分なトナーの消費を回避することができる。
以下に、別実施形態を説明する。
上述の構成では、前記帯電部材CHは前記像担持体PCと接触配置される構成としたが、近接配置される構成であっても良い。
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。
上述の構成では、電流検出回路40により検出された直流電流に基づき前記制御部CNTにより検出された直流電流Idcが、記憶手段MEMに記憶された環境条件に基づき複数設定された所定の目標値となるように、前記制御部CNTが前記シャントレギュレータ20または前記交流トランス30の出力電圧を調整したが、図5に示すように、前記ピーク間電圧値Vppと前記直流電流Idcとの関係を表す二次元座標上の想定特性曲線に対して、前記制御部CNTは、前記シャントレギュレータ20の出力を一定に調整した後、前記ピーク間電圧値Vppを昇圧したときに直線の傾きが変化する点の電圧値より低圧側と想定される異なる二つの低圧側ピーク間電圧値Vpp(A),Vpp(B)を印加したときに計測される直流電流値Idc(A),Idc(B)に基づいて得られる座標A(Vpp(A),Idc(A))、B(Vpp(B),Idc(B))を通る直線L1と、前記傾きが変化する点の電圧値より高圧側と想定される高圧側ピーク間電圧値Vpp(C)を印加したときに計測される直流電流値Idc(C)に基づいて得られる座標C(Vpp(C),Idc(C))を通り前記ピーク間電圧値Vppを表す座標軸に平行な直線L2との交点に対応するピーク間電圧値Vppを出力するように前記交流トランス30を制御し、この時、前記交点に対応するピーク間電圧値Vppを出力できない場合は、前記制御部CNTは、前記交流トランス30の出力を一定に調整し、前記直線L2における前記直流電流値Idcが前記所定の目標値となるように前記シャントレギュレータ20を制御することで前記直流電圧Vdcを調整する構成であっても良い。
尚、前記ピーク間電圧値Vpp(A)、Vpp(B)、Vpp(C)は、例えば図6に示すように、夫々の値が定められたテーブルデータとして、前記環境条件毎に予め記憶手段MEMに記憶されており、前記制御部CNTは前記環境条件に基づき前記記憶手段MEMを参照し、前記ピーク間電圧値Vpp(A)、Vpp(B)、Vpp(C)を取得する。
上述の構成では、電流検出回路40により検出された直流電流に基づき、前記制御部CNTにより検出された直流電流Idcが、記憶手段MEMに記憶された環境条件に基づき複数設定された所定の目標値となるように、前記制御部CNTが前記シャントレギュレータ20または前記交流トランス30の出力電圧を調整したが、前記環境条件の夫々において、全てのシャントレギュレータ20を放電開始電圧よりも低圧に調整したときの前記電流検出回路40により検出される直流電流−ΣIbの影響を、前記記憶手段MEMに記憶する所定の目標値へ事前に反映し、所定の帯電部材に対応するシャントレギュレータ20を除いて他の出力を放電開始電圧よりも低圧に調整したときに前記電流検出回路40により検出される直流電流Idc−ΣIbが前記所定の目標値となるように、前記制御部CNTが前記シャントレギュレータ20または前記交流トランス30の出力電圧を調整する構成であっても良い。
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 電流検出回路の回路図 別実施形態で求める直線L1、L2と、座標A、B、Cと、前記直線L1、L2の交点に対応するピーク間電圧値Vppの説明図 別実施形態で使用する温湿度毎に定めたピーク間電圧値Vpp(A)、Vpp(B)、Vpp(C)のテーブルデータの説明図
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
CNT:制御部
CH:帯電部材
MEM:記憶手段
PC:像担持体

Claims (4)

  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、
    全ての線形直流レギュレータの出力を放電開始電圧よりも低圧に調整したときの前記電流検出回路により検出される直流電流と、所定の帯電部材に対応する線形直流レギュレータを除いて他の線形直流レギュレータの出力を放電開始電圧よりも低圧に調整したときの前記電流検出回路により検出される直流電流の差分を当該所定の帯電部材と前記像担持体間の直流電流として検出する高圧発生回路。
  2. 前記電流検出回路により検出される所定の帯電部材と像担持体間の直流電流が所定の目標値となるように、前記線形直流レギュレータまたは前記交流トランスの出力電圧を調整する制御部を備えている請求項1記載の高圧発生回路。
  3. 前記所定の目標値を記憶する記憶手段を備え、前記制御部は前記記憶手段に記憶された値に基づいて前記線形直流レギュレータまたは前記交流トランスの出力電圧を調整する請求項2記載の高圧発生回路。
  4. 前記記憶手段に、前記所定の目標値が前記帯電部材の環境温度、環境湿度若しくは累積使用時間、または、それらの何れかの組合せに基づいて複数設定されている請求項3記載の高圧発生回路。
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