JP6312478B2 - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式を採用する画像形成装置には高電圧を生成する高圧電源装置（以下、高圧電源ともいう）が備えられており、記録材などに対する画像形成プロセスには欠かせない存在となっている。この高圧電源装置には、用途に応じて、例えば、帯電高圧電源、現像高圧電源、転写高圧電源、定着高圧電源等、各種モジュール化された電源が存在する。これらモジュール化された高圧電源は、画像形成装置の構成に応じて異なる仕様を有しており、例えば帯電高圧電源などには、交流電圧に直流電圧を重畳させた直流重畳交流高圧電源が用いられる。直流重畳交流高圧電源は、画像形成プロセスにおいて良好な画像形成を行うために、負荷条件（例えば、帯電ローラの負荷容量など）に応じて、交流電圧値や直流電圧値を制御している。

直流重畳交流高圧電源の一般的な構成としては、交流電圧生成用トランスと直流電圧生成用トランスをそれぞれ備え、２つのトランスを用いて直流電圧が重畳された交流電圧を生成する構成がある。安価で省スペースの高圧電源の構成として、上述した構成からトランスの数を減らし、１つのトランスとトランジスタから構成された高圧電源がある。図６（ａ）は、負電位の直流電圧を重畳した正弦波交流電圧を出力する高圧電源の回路図である。図６（ａ）の高圧電源は、トランス１０３、駆動回路１０４、１０６、交流電流検知回路１０５、直流電圧検知回路１０７、半波整流回路１５０、トランジスタ１６２から構成されている。駆動回路１０６はトランジスタ１６２の駆動を制御する回路であり、直流電圧検知回路１０７における検知結果と目標の直流電圧値を示す直流電圧制御信号１０２を比較し、出力端１０８に生成される直流電圧値が所定の電圧値となるように制御を行う。半波整流回路１５０の出力電圧である平滑コンデンサ１４２の高位側の電圧がＧＮＤ電位よりも高い電圧である場合には、トランジスタ１６２に電流が流れる。すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔ１７１のピーク電圧がＧＮＤ電位よりも高い電圧であれば、トランジスタ１６２に電流が流れる。出力電圧Ｖｏｕｔ１７１のピーク電圧がＧＮＤ電位よりも高い場合は、トランジスタ１６２に電流が流れるため、駆動回路１０６は、トランジスタ１６２を駆動して、直流電圧の制御をすることができる。なお、図６（ａ）の回路構成、動作については後述する。

特開２００９−１３３９９７号公報

例えば、高圧電源の負荷である帯電ローラ等の小型化や材料変更に伴い、帯電高圧電源の交流電圧の振幅範囲は小さくなってきている。図６（ａ）に示す従来の直流重畳交流高圧電源では、直流電圧の絶対値より交流電圧の振幅が小さくなると、出力電圧Ｖｏｕｔ１７１のピーク電圧がＧＮＤ電位よりも低くなり、その結果、平滑コンデンサ１４２に正電位の電圧を発生させることができない。そのため、トランジスタ１６２に電流が流れないので、駆動回路１０６はトランジスタ１６２を駆動して、直流電圧の制御をすることができなくなり、上述した１つのトランスとトランジスタを用いた構成を使用することができない。一方、トランスを２つ使用する構成にすると、トランスが増えることによるコストアップや、トランス設置のためのスペースの増加が生じることになる。

本発明はこのような状況のもとでなされたもので、交流電圧の振幅が小さくなっても直流電圧の出力を可能とし、装置の小型化及び低コスト化を実現することを目的とする。

前述した課題を解決するため、本発明では次の通りに構成する。

（１）交流電圧と負電位の直流電圧とを重畳させた電圧を出力する電源装置であって、一次側と二次側が絶縁されたトランスと、前記トランスの二次側に接続され、前記交流電圧を複数回、整流及び平滑して正電位の直流電圧を生成する倍電圧生成手段と、前記倍電圧生成手段からグランドの間に接続されたスイッチ手段と、前記トランスの二次側から前記交流電圧を出力した際に流れる交流電流を検知する電流検知手段と、前記トランスの一次側に接続され、前記電流検知手段の検知結果に基づき、前記トランスの二次側から出力される前記交流電圧が所定値になるように前記トランスの一次側を駆動する第一の駆動手段と、前記直流電圧を検知する直流電圧検知手段と、前記直流電圧検知手段の検知結果に基づき、前記スイッチ手段を駆動する第二の駆動手段と、を備え、前記負電位の直流電圧に前記倍電圧生成手段で生成した前記正電位の直流電圧を加えた電圧は正電位の電圧であることを特徴とする電源装置。

（２）静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体を所定の電位で帯電する帯電手段と、前記像担持体の静電潜像をトナーにより現像し、トナー像を形成する現像手段と、前記像担持体のトナー像をシートに転写する転写手段と、前記シートに転写されたトナー像を前記シートに定着させる定着手段と、前記（１）に記載の電源装置と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。

（３）静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体を所定の電位で帯電する帯電手段と、前記像担持体の静電潜像をトナーにより現像し、トナー像を形成する現像手段と、トナー像を担持する中間転写体と、前記像担持体に形成されたトナー像を前記中間転写体に一次転写するための一次転写手段と、前記中間転写体に一次転写されたトナー像をシートに二次転写するための二次転写手段と、前記シートに転写されたトナー像を前記シートに定着させる定着手段と、前記（１）に記載の電源装置と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、交流電圧の振幅が小さくなっても直流電圧の出力を可能とし、装置の小型化及び低コスト化を実現することができる。

実施例１の高圧電源装置の回路図 実施例１の高圧電源装置の電圧波形を示す図 実施例２の高圧電源装置の回路図、及び電圧波形を示す図 実施例３の高圧電源装置の回路図、及び電圧波形を示す図 実施例４の画像形成装置の模式図 従来例の高圧電源装置の回路図、及び電圧波形を示す図

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［従来の高圧電源装置の回路構成］
まず、後述する実施例との比較のために、従来の一般的な高圧電源装置について、図６を用いて説明する。図６（ａ）は、負電位の直流電圧を重畳した正弦波交流電圧を出力する高圧電源装置の回路図である。図６（ａ）の高圧電源装置は、トランス１０３、駆動回路１０４、１０６、交流電流検知回路１０５、直流電圧検知回路１０７、半波整流回路１５０、トランジスタ１６２から構成されている。トランス１０３はトランス１０３の一次側の一次巻線に接続された駆動回路１０４により駆動される。トランス１０３の二次側に生成された出力電圧Ｖｏｕｔ１７１は、出力端１０８から出力されて負荷に供給される。負荷に流れる交流電流（負荷電流）は、カップリングコンデンサ１２１、整流ダイオード１２２、１２３、電流検知抵抗１２４、コンデンサ１２５から構成される交流電流検知回路１０５で検知され、検知結果は駆動回路１０４にフィードバックされる。駆動回路１０４は、負荷電流の目標電流値を示す交流電流制御信号１０１と交流電流検知回路１０５における検知結果を比較し、負荷に流れる交流電流が交流電流制御信号１０１により示される所定値となるように、トランス１０３の駆動を制御する。

直流電圧検知回路１０７は、検出抵抗１３１、コンデンサ１３２、分圧抵抗１３３、１３４、定電圧源ＲＧＶ１から構成され、検出抵抗１３１の両端に発生する電圧を検知する。駆動回路１０６はトランジスタ１６２のベース端子に接続され、トランジスタ１６２を駆動する回路である。駆動回路１０６は、直流電圧検知回路１０７における検知結果と目標とする直流電圧値を示す直流電圧制御信号１０２を比較し、出力端１０８に生成される直流電圧値が直流電圧制御信号１０２で示される所定の電圧値となるように制御を行う。トランス１０３の出力電圧は、ダイオード１４１、平滑コンデンサ１４２から構成される半波整流回路１５０により直流電圧に変換され、その直流電圧はトランジスタ１６２のコレクタ端子に入力される。図中、破線の矢印１１２、１１３はそれぞれ直流電流が流れる経路（方向）を示している。トランジスタ１６２に流れる電流値を変化させると、直流電圧検知回路１０７の検出抵抗１３１に流れる電流値も変化し、検出抵抗１３１で発生する電圧降下量も変化する。この検出抵抗１３１による電圧降下量が出力の直流電圧として現れ、トランス１０３の二次側に生成される交流電圧に重畳される。トランジスタ１６２に電流が流れるためには、半波整流回路１５０後段の電圧である平滑コンデンサ１４２の高位側の電圧がＧＮＤ電位よりも高い電圧である必要がある。平滑コンデンサ１４２に電荷が充電されるためには、ダイオード１４１が導通状態になる必要があり、そのためには、出力端１０８から出力される出力電圧Ｖｏｕｔ１７１のピーク電圧はＧＮＤ電位よりも高い電圧でなければならない。すなわち、トランジスタ１６２に電流が流れるためには、出力電圧Ｖｏｕｔ１７１のピーク電圧がＧＮＤ電位よりも高い電圧でなければならない。出力電圧Ｖｏｕｔ１７１のピーク電圧がＧＮＤ電位よりも低い場合は、トランジスタ１６２に電流が流れないため、駆動回路１０６は、トランジスタ１６２を駆動して、直流電圧の制御をすることができない。出力可能な交流電圧範囲と直流電圧範囲に制限があり、具体的には、トランス１０３の二次側に生成される交流電圧の振幅が、検出抵抗１３１による電圧降下により生じる直流電圧の絶対値より大きくなければならない。

次に、図を参照して実施例１の直流重畳交流高圧電源装置について説明する。本実施例では、上述した従来の高圧電源装置の半波整流回路が半波倍電圧整流回路となっている点が異なる。

［高圧電源装置の回路構成］
図１は、本実施例の負電位の直流電圧を重畳した正弦波交流電圧を出力する高圧電源装置の回路図である。図１の高圧電源装置は、トランス２０３、駆動回路２０４、２０６、交流電流検知回路２０５、直流電圧検知回路２０７、半波倍電圧整流回路２５０、トランジスタ２６２から構成されている。第一の検知手段である交流電流検知回路２０５は、カップリングコンデンサ２２１、整流ダイオード２２２、２２３、電流検知抵抗２２４、コンデンサ２２５から構成され、上述した従来の交流電流検知回路１０５と同様である。また、第一の制御信号である交流電流制御信号２０１及び交流電流検知回路２０５からの検知結果が入力され、トランス２０３の一次側を駆動する駆動手段である駆動回路２０４の構成も、上述した従来の駆動回路１０４と同様である。第二の検知手段である直流電圧検知回路２０７は、生成手段である検出抵抗２３１、コンデンサ２３２、分圧抵抗２３３、２３４、定電圧源ＲＧＶ２から構成され、上述した従来の直流電圧検知回路１０７と同様である。また、第二の制御信号である直流電圧制御信号２０２及び直流電圧検知回路２０７からの検知結果が入力され、トランジスタ２６２の駆動を制御する制御手段である駆動回路２０６の構成も、上述した従来の駆動回路１０６と同様である。更に、トランス２０３、トランジスタ２６２も従来のトランス１０３、トランジスタ１６２と同様である。破線の矢印２１２と２１３は、従来と同様、それぞれ直流電圧検知回路２０７、トランジスタ２６２を流れる直流電流の経路を示している。

本実施例では、トランス２０３の出力は、従来の半波整流回路１５０とは異なり、コンデンサ２４１、整流ダイオード２４２、２４３、平滑コンデンサ２４４で構成される、整流平滑手段である半波倍電圧整流回路２５０で正電位の直流電圧に変換される。そして、半波倍電圧整流回路２５０で生成された直流電圧は、電流制限抵抗２６１を介して、トランジスタ２６２のコレクタ端子に入力される。駆動回路２０６は、トランジスタ２６２に流れる直流電流２１３の電流値を変化させることにより、直流電圧検知回路２０７の検出抵抗２３１に流れる直流電流２１２の電流値を変化させる。そして、直流電流２１２の電流値が変化することにより、検出抵抗２３１の電圧降下量が変化し、交流電圧に重畳される直流電圧が制御される。

［高圧電源装置の電源波形］
図２は、本実施例の高圧電源装置の電圧波形を示した図である。図２において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示し、図中の「＋」は正（プラス）電位、「−」は負（マイナス）電位、ＧＮＤは接地電位（０ボルト）を示す。図２に示された電圧波形Ｖｏｕｔ、Ｖｄｃ、Ｖｂは、それぞれ図１に記載の回路箇所Ｖｏｕｔ、Ｖｄｃ、Ｖｂにおける電圧波形を示している。すなわち、電圧波形Ｖｏｕｔは、出力端２０８における出力電圧Ｖｏｕｔの電圧波形、電圧波形Ｖｄｃは、トランス２０３の二次側に生成される交流電圧に重畳される直流電圧Ｖｄｃの電圧波形を示している。また、電圧波形Ｖｂは、平滑コンデンサ２４４の高電位側である半波倍電圧整流回路２５０の出力電圧の電圧波形を示している。出力端２０８の電圧波形Ｖｏｕｔは、直流電圧Ｖｄｃを中心電圧とした正弦波であり、図中のＶｐｐ１は、トランス２０３の二次側に生成された交流電圧のピーク−ピーク間電圧である。半波倍電圧整流回路２５０では、トランス２０３の二次側に生成された交流電圧が入力され、入力された交流電圧の２倍の電圧振幅の直流電圧、すなわち（Ｖｐｐ１／２）×２倍の直流電圧が生成される。従って、図２に示すように、電圧Ｖｂは、電圧Ｖｄｃから電圧Ｖｐｐ１（＝（Ｖｐｐ１／２）×２）だけ上昇した電圧となる。

ここで、トランジスタ２６２に電流が流れるためには、電圧ＶｂがＧＮＤ電位よりも高い電圧でなければならない。すなわち、以下に示す式（１）が成立すれば、トランジスタ２６２に電流を流すことができ、駆動回路２０６は直流電圧の制御を行うことができる。
Ｖｂ＝Ｖｄｃ＋Ｖｐｐ１＞０ （１）

前述した図６（ａ）に示す従来の高圧電源装置における電圧波形を図６（ｂ）に示す。図６（ａ）において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示し、図中の「＋」は正（プラス）電位、「−」は負（マイナス）電位、ＧＮＤは接地電位（０ボルト）を示す。図６（ｂ）に示された電圧波形Ｖｏｕｔ１７１、Ｖｄｃ１７２、Ｖａ１７３は、それぞれ図６（ａ）に記載の回路箇所Ｖｏｕｔ１７１、Ｖｄｃ１７２、Ｖａ１７３における電圧波形を示している。すなわち、電圧波形Ｖｏｕｔ１７１は、出力端１０８における出力電圧Ｖｏｕｔ１７１の電圧波形、電圧波形Ｖｄｃ１７２は、トランス１０３の二次側に生成される交流電圧に重畳される直流電圧Ｖｄｃ１７２の電圧波形を示している。また、電圧波形Ｖａ１７３は、平滑コンデンサ１４２の高電位側の電圧である半波整流回路１５０の出力電圧の電圧波形を示している。また、図中のＶｐｐ１７４は、トランス１０３の二次側に生成された交流電圧のピーク−ピーク間電圧である。

ここで、トランジスタ１６２に電流が流れるためには、電圧Ｖａ１７３がＧＮＤ電位よりも高い電圧でなくてはいけない。すなわち、以下に示す式（２）が成立すれば、トランジスタ１６２に電流を流すことができ、駆動回路１０６は直流電圧の制御を行うことができる。
Ｖａ１７３＝Ｖｄｃ１７２＋（Ｖｐｐ１７４／２）＞０ （２）
式（１）、（２）より、ピーク−ピーク間電圧が同じ場合には、式（１）で示す本実施例の高圧電源装置は、式（２）で示す従来の高圧電源装置よりも、広い電圧範囲の直流電圧を出力することができる。式（１）より、本実施例の高圧電源装置における直流電圧Ｖｂと直流電圧Ｖｄｃの電圧差はＶｐｐ１である。一方、式（２）より、従来の高圧電源装置における直流電圧Ｖａ１７３と直流電圧Ｖｄｃ１７２の電圧差は（Ｖｐｐ１７４／２）である。式（１）、（２）におけるピーク−ピーク間電圧Ｖｐｐ１、Ｖｐｐ１７４は同じ電圧値なので、本実施例の高圧電源装置では、従来の高圧電源装置に比べて、直流電圧の出力範囲が２倍になっていることがわかる。

以上のような構成にすることにより、トランス２０３の二次側に生成される交流電圧の振幅電圧に依存することなく、直流電圧の出力電圧の範囲を大きくすることができる。更に、必要なトランスを１つにすることにより、設置スペースを削減することができるので、高圧電源装置の小型化やコストダウンを実現することができる。以上説明したように、本実施例によれば、交流電圧の振幅が小さくなっても直流電圧の出力を可能とし、装置の小型化及び低コスト化を実現することができる。

図を参照して実施例２の直流重畳交流高圧電源装置について説明する。実施例１では、半波倍電圧整流回路を用いた高圧電源装置について説明したが、本実施例では、半波倍電圧整流回路が半波４倍電圧整流回路となっている点が異なる。

［高圧電源装置の回路構成］
図３（ａ）は、本実施例の負電位の直流電圧を重畳した正弦波交流電圧を出力する高圧電源装置の回路図である。図３（ａ）の高圧電源装置は、トランス３０３、駆動回路３０４、３０６、交流電流検知回路３０５、直流電圧検知回路３０７、半波４倍電圧整流回路３５０、トランジスタ３６２から構成されている。交流電流検知回路３０５は、カップリングコンデンサ３２１、整流ダイオード３２２、３２３、電流検知抵抗３２４、コンデンサ３２５から構成され、上述した実施例１の交流電流検知回路２０５と同様である。また、交流電流制御信号３０１及び交流電流検知回路３０５からの検知結果が入力され、トランス３０３の駆動を制御する駆動回路３０４の構成も、実施例１の駆動回路２０４と同様である。直流電圧検知回路３０７は、検出抵抗３３１、コンデンサ３３２、分圧抵抗３３３、３３４、定電圧源ＲＧＶ３から構成され、実施例１の直流電圧検知回路２０７と同様である。また、直流電圧制御信号３０２及び直流電圧検知回路３０７からの検知結果が入力され、トランジスタ３６２のベース端子に接続され、トランジスタ３６２の駆動を制御する駆動回路３０６の構成も、実施例１の駆動回路２０６と同様である。更に、トランス３０３、トランジスタ３６２も実施例１のトランス２０３、トランジスタ２６２と同様である。破線の矢印３１２と３１３は、実施例１と同様、それぞれ直流電圧検知回路３０７、トランジスタ３６２を流れる直流電流の経路を示している。

本実施例では、トランス３０３の出力は、実施例１の半波倍電圧整流回路２５０とは異なり、コンデンサ３４１、３４３、３４５、３４７とダイオード３４２、３４４、３４６、３４８から構成される半波４倍電圧整流回路３５０で直流電圧に変換される。そして、半波４倍電圧整流回路３５０で生成された直流電圧は、電流制限抵抗３６１を介して、トランジスタ３６２のコレクタ端子に入力される。駆動回路３０６は、トランジスタ３６２に流れる直流電流３１３の電流値を変化させることにより、直流電圧検知回路３０７の検出抵抗３３１に流れる直流電流３１２の電流値を変化させる。そして、直流電流３１２の電流値が変化することにより、検出抵抗３３１の電圧降下量も変化し、交流電圧に重畳される直流電圧が制御される。

［高圧電源装置の電源波形］
図３（ｂ）は、本実施例の高圧電源装置の電圧波形を示した図である。図３（ｂ）において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示し、図中の「＋」は正（プラス）電位、「−」は負（マイナス）電位、ＧＮＤは接地電位（０ボルト）を示す。図３（ｂ）に示された電圧波形Ｖｏｕｔ３、Ｖｄｃ３、Ｖｂ３、Ｖｄ３は、それぞれ図３（ａ）に記載の回路箇所Ｖｏｕｔ３、Ｖｄｃ３、Ｖｂ３、Ｖｄ３における電圧波形を示している。すなわち、電圧波形Ｖｏｕｔ３は、出力端３０８における出力電圧Ｖｏｕｔ３の電圧波形、電圧波形Ｖｄｃ３は、トランス３０３の二次側に生成される交流電圧に重畳される直流電圧Ｖｄｃ３の電圧波形を示す。また、電圧波形Ｖｂ３はコンデンサ３４３の高電位側の電圧波形である半波倍電圧部の出力電圧の電圧波形、電圧波形Ｖｄ３はコンデンサ３４７の高電位側である半波４倍電圧整流回路３５０の出力電圧の電圧波形をそれぞれ示している。出力端３０８の電圧波形Ｖｏｕｔ３は、直流電圧Ｖｄｃ３を中心電圧とした正弦波であり、図中のＶｏｕｔ３ｐｐは、トランス３０３の二次側に生成された交流電圧のピーク−ピーク間電圧である。半波４倍電圧整流回路３５０では、トランス３０３の二次側に生成された交流電圧が入力され、入力された交流電圧の４倍の電圧振幅の直流電圧、すなわち（Ｖｏｕｔ３ｐｐ／２）×４倍の直流電圧が生成される。従って、図３（ｂ）に示すように、電圧Ｖｂ３は、電圧Ｖｄｃ３から電圧Ｖｏｕｔ３ｐｐ（＝（Ｖｏｕｔ３ｐｐ／２）×２）だけ上昇した電圧となる。同様に、電圧Ｖｄ３は、電圧Ｖｂ３から電圧Ｖｏｕｔ３ｐｐ（＝（Ｖｏｕｔ３ｐｐ／２）×２）だけ上昇した電圧となり、電圧Ｖｄｃ３からは電圧Ｖｏｕｔ３ｐｐ×２（＝（Ｖｏｕｔ３ｐｐ／２）×２×２）だけ上昇した電圧となる。

ここで、トランジスタ３６２に電流が流れるためには、電圧Ｖｄ３がＧＮＤ電位よりも高い電圧でなければならない。すなわち、以下に示す式（３）が成立すれば、トランジスタ３６２に電流を流すことができ、駆動回路３０６は直流電圧の制御を行うことができる。
Ｖｄ３＝Ｖｄｃ３＋（Ｖｏｕｔ３ｐｐ×２）＞０ （３）
式（１）、（２）、（３）より、ピーク−ピーク間電圧が同じ場合には、式（３）で示す本実施例の高圧電源装置の方が、式（１）、（２）で示す実施例１、従来例よりも、広い電圧範囲の直流電圧を出力することができる。前述した式（１）より、実施例１の高圧電源装置における直流電圧Ｖｂと直流電圧Ｖｄｃの電圧差はＶｐｐ１である。また、前述した式（２）より、従来の高圧電源装置における直流電圧Ｖａ１７３と直流電圧Ｖｄｃ１７２の電圧差は（Ｖｐｐ１７４／２）である。そして、式（３）より、本実施例の高圧電源装置における直流電圧Ｖｄ３と直流電圧Ｖｄｃ３の電圧差は（Ｖｏｕｔ３ｐｐ×２）である。式（１）、（２）、（３）におけるピーク−ピーク間電圧Ｖｐｐ１、Ｖｐｐ１７４、Ｖｏｕｔ３ｐｐは同じ電圧値なので、本実施例の高圧電源装置では、実施例１の高圧電源装置に比べて、直流電圧の出力範囲が２倍になっていることがわかる。更に、本実施例の高圧電源装置では、従来の高圧電源装置に比べて、直流電圧の出力範囲が４倍になっていることがわかる。

以上のような構成にすることにより、トランス３０３の二次側に生成される交流電圧の振幅電圧に依存することなく、直流電圧の出力電圧の範囲を大きくすることができる。更に、必要なトランスを１つにすることにより、設置スペースを削減することができるので、高圧電源装置の小型化やコストダウンを実現することができる。なお、半波４倍電圧整流回路３５０の部分を、倍数を増やした多段倍電圧整流回路にすることにより、更に広い直流電圧が出力できる直流重畳交流高圧電源とすることが可能となる。以上説明したように、本実施例によれば、交流電圧の振幅が小さくなっても直流電圧の出力を可能とし、装置の小型化及び低コスト化を実現することができる。

図を参照して実施例３の直流重畳交流高圧電源装置について説明する。実施例１では、半波倍電圧整流回路を用いた高圧電源装置について説明したが、本実施例では、ツェナーダイオードを追加した構成にしている点が異なる。

［高圧電源装置の回路構成］
図４（ａ）は、本実施例の負電位の直流電圧を重畳した正弦波交流電圧を出力する高圧電源装置の回路図である。図４（ａ）の高圧電源装置は、トランス４０３、駆動回路４０４、４０６、交流電流検知回路４０５、直流電圧検知回路４０７、半波倍電圧整流回路４５０、トランジスタ４６２、ツェナーダイオード４６３から構成されている。交流電流検知回路４０５は、カップリングコンデンサ４２１、整流ダイオード４２２、４２３、電流検知抵抗４２４、コンデンサ４２５から構成され、実施例１の交流電流検知回路２０５と同様である。また、交流電流制御信号４０１及び交流電流検知回路４０５からの検知結果が入力され、トランス４０３の駆動を制御する駆動回路４０４の構成も、実施例１の駆動回路２０４と同様である。直流電圧検知回路４０７は、検出抵抗４３１、コンデンサ４３２、分圧抵抗４３３、４３４、定電圧源ＲＧＶ４から構成され、実施例１の直流電圧検知回路２０７と同様である。また、直流電圧制御信号４０２及び直流電圧検知回路４０７からの検知結果が入力され、トランジスタ４６２のベース端子に接続され、トランジスタ４６２の駆動を制御する駆動回路４０６の構成も、実施例１の駆動回路２０６と同様である。更に、トランス４０３、トランジスタ４６２も実施例１のトランス２０３、トランジスタ２６２と同様である。破線の矢印４１２と４１３は、実施例１と同様、それぞれ直流電圧検知回路４０７、トランジスタ４６２を流れる直流電流の経路を示している。

また、トランス４０３の出力は、実施例１の半波倍電圧整流回路２５０と同様に、コンデンサ４４１、整流ダイオード４４２、４４３、平滑コンデンサ４４４で構成される半波倍電圧整流回路４５０で直流電圧に変換される。そして、半波倍電圧整流回路４５０で生成された直流電圧は、電流制限抵抗４６１を介して、トランジスタ４６２のコレクタ端子に入力される。なお、トランジスタ４６２のコレクタ端子に入力される電圧は、後述するツェナーダイオード４６３により電圧の上限が制限される。駆動回路４０６は、トランジスタ４６２に流れる直流電流４１３の電流値を変化させることにより、直流電圧検知回路４０７の検出抵抗４３１に流れる直流電流４１２の電流値を変化させる。そして、直流電流４１３の電流値が変化することにより、検出抵抗４３１による電圧降下量も変化し、交流電圧に重畳される直流電圧が制御される。

更に、本実施例では、定電圧素子であるツェナーダイオード４６３が追加されている。ツェナーダイオード４６３の一端であるアノード端子はトランス４０３の低電位側に、他端であるカソード端子は、半波倍電圧整流回路４５０との接続点であるトランジスタ４６２のコレクタ端子に接続されている。ツェナーダイオード４６３のツェナー電圧をＶｚｄとする。そうすると、ツェナーダイオード４６３のカソード端子の電圧である電圧Ｖｂ４は、負電位の直流電圧Ｖｄｃ４にツェナー電圧Ｖｚｄ分を加えた電圧となり（Ｖｂ４＝Ｖｄｃ４＋Ｖｚｄ）、これよりも高い電圧にはならない。

［高圧電源装置の電源波形］
図４（ｂ）は、本実施例の高圧電源装置の電圧波形を示した図である。図４（ｂ）において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示し、図中の「＋」は正（プラス）電位、「−」は負（マイナス）電位、ＧＮＤは接地電位（０ボルト）を示す。図４（ｂ）に示された電圧波形Ｖｏｕｔ４、Ｖｄｃ４、Ｖｂ４は、それぞれ図４（ａ）に記載の回路箇所Ｖｏｕｔ４、Ｖｄｃ４、Ｖｂ４における電圧波形を示している。すなわち、電圧波形Ｖｏｕｔ４は出力端４０８における出力電圧Ｖｏｕｔ４の電圧波形、電圧波形Ｖｄｃ４はトランス４０３の二次側に生成される交流電圧に重畳される直流電圧Ｖｄｃ４の電圧波形である。また、電圧波形Ｖｂ４はツェナーダイオード４６３のカソード端子における電圧波形を示している。出力端４０８の電圧波形Ｖｏｕｔ４は、直流電圧Ｖｄｃ４を中心電圧とした正弦波である。また、前述したように、電圧Ｖｂ４は、電圧Ｖｄｃ４からツェナー電圧Ｖｚｄだけ上昇した電圧であり、それ以上の電圧にはならない。ここで、電流制限抵抗４６１に発生する電圧は十分小さいため、無視できる。ツェナーダイオード４６３を設けることにより、トランジスタ４６２のエミッタ端子−コレクタ端子間にかかる電圧を一定電圧以下にクランプすることができるため、耐圧の低いトランジスタを用いることが可能となる。トランジスタは耐圧が高くなると価格も上昇するため、ツェナーダイオードと耐圧の低いトランジスタを使用することにより、実施例１と比べて安価な回路構成とすることができる。なお、本実施例では、実施例１の半波倍電圧整流回路を用いた高圧電源装置にツェナーダイオードを追加した構成について説明したが、例えば実施例２の半波４倍電圧整流回路についても同様にツェナーダイオードを追加した構成とすることが可能である。以上説明したように、本実施例によれば、交流電圧の振幅が小さくなっても直流電圧の出力を可能とし、装置の小型化及び低コスト化を実現することができる。

次に、実施例１〜３の電源装置が適用される画像形成装置の構成を説明する。

［画像形成装置の構成］
画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタを例にあげて説明する。図５に電子写真方式のプリンタの一例であるレーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ５００は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム５１１、感光ドラム５１１を一様に帯電する帯電部５１７（帯電手段）、感光ドラム５１１に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部５１２（現像手段）を備えている。そして、感光ドラム５１１に現像されたトナー像をカセット５１６から供給された記録材としてのシート（不図示）に転写部５１８（転写手段）によって転写して、シートに転写したトナー像を定着器５１４（定着手段）で定着してトレイ５１５に排出する。この感光ドラム５１１、帯電部５１７、現像部５１２、転写部５１８が画像形成部である。また、レーザビームプリンタ５００は、実施例１〜３で説明した電源装置５５０を備え、画像形成部による画像形成動作や、シートの搬送動作を制御するコントローラ５２０を備えている。なお、実施例１〜３の電源装置５５０を適用可能な画像形成装置は、図５に例示したものに限定されず、例えば、複数の画像形成部を備える画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム５１１上のトナー像を中間転写体である中間転写ベルトに転写する一次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像をシートに転写する二次転写部を備える画像形成装置であってもよい。

実施例１〜３に記載の電源装置５５０は、負電位の直流電圧に交流電圧を重畳させた高電圧を帯電時、現像時、転写時、定着時に、帯電部５１７、現像部５１２、転写部５１８、定着器５１４に供給する。図５では、高圧電源装置は電源装置５５０だけであるが、例えば、帯電部５１７、現像部５１２、転写部５１８、定着器５１４それぞれに専用の高圧電源装置を設けてもよい。また、カラー画像形成装置の構成であれば、感光ドラム５１１から中間転写ベルトにトナー像を一次転写する際に、一次転写部としての一次転写ローラに電源装置５５０から高電圧を印加する。また、中間転写ベルトからシート（不図示）にトナー像を二次転写する際に、二次転写部としての二次転写ローラに電源装置５５０から高電圧を印加する。以上説明したように、本実施例によれば、交流電圧の振幅が小さくなっても直流電圧の出力を可能とし、装置の小型化及び低コスト化を実現することができる。

２０３ トランス
２０４ 駆動回路
２０６ 駆動回路
２３１ 検出抵抗
２５０ 半波倍電圧整流回路

Claims (7)

1. 交流電圧と負電位の直流電圧とを重畳させた電圧を出力する電源装置であって、
   一次側と二次側が絶縁されたトランスと、
   前記トランスの二次側に接続され、前記交流電圧を複数回、整流及び平滑して正電位の直流電圧を生成する倍電圧生成手段と、
   前記倍電圧生成手段からグランドの間に接続されたスイッチ手段と、
   前記トランスの二次側から前記交流電圧を出力した際に流れる交流電流を検知する電流検知手段と、
   前記トランスの一次側に接続され、前記電流検知手段の検知結果に基づき、前記トランスの二次側から出力される前記交流電圧が所定値になるように前記トランスの一次側を駆動する第一の駆動手段と、
   前記直流電圧を検知する直流電圧検知手段と、
   前記直流電圧検知手段の検知結果に基づき、前記スイッチ手段を駆動する第二の駆動手段と、を備え、
   前記負電位の直流電圧に前記倍電圧生成手段で生成した前記正電位の直流電圧を加えた電圧は正電位の電圧であることを特徴とする電源装置。
2. 前記倍電圧生成手段は、複数のコンデンサとダイオードを有し、前記交流電圧の２倍又は４倍の電圧値の直流電圧を生成する回路であることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記トランスの二次側において、前記倍電圧生成手段と前記スイッチ手段の間と前記直流電圧検知手段との間に接続された定電圧素子を有することを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記第二の駆動手段は、前記スイッチ手段の導通時間を制御することにより、前記負電位の直流電圧に前記倍電圧生成手段で生成した前記正電位の直流電圧を加えた電圧を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 静電潜像が形成される像担持体と、
   前記像担持体を所定の電位で帯電する帯電手段と、
   前記像担持体の静電潜像をトナーにより現像し、トナー像を形成する現像手段と、
   前記像担持体のトナー像をシートに転写する転写手段と、
   前記シートに転写されたトナー像を前記シートに定着させる定着手段と、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源装置と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
6. 前記電源装置は、前記帯電手段、前記現像手段、前記転写手段、前記定着手段のうちの少なくとも１つに電圧を出力することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 静電潜像が形成される像担持体と、
   前記像担持体を所定の電位で帯電する帯電手段と、
   前記像担持体の静電潜像をトナーにより現像し、トナー像を形成する現像手段と、
   トナー像を担持する中間転写体と、
   前記像担持体に形成されたトナー像を前記中間転写体に一次転写するための一次転写手段と、
   前記中間転写体に一次転写されたトナー像をシートに二次転写するための二次転写手段と、
   前記シートに転写されたトナー像を前記シートに定着させる定着手段と、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源装置と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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