JP2016085295A - 電源装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流電圧の調整範囲を広くとれる電源装置を提供すること。【解決手段】現像電源８の出力端１２１には、交流生成回路１０４によって生成された交流電圧と、抵抗Ｒ９によって生成された直流電圧Ｖｄｃとが重畳した電圧が出力される。とりわけ、ツェナーダイオードＺ１を含むクランプ回路によって交流電圧の振幅のうちトナーを引き戻すように作用する第１極性の最大振幅であるＶｍｉｎが一定に制御される。これにより、直流電圧Ｖｄｃの可変範囲を広くとれるようになる。【選択図】 図５

Description

本発明は、電源装置およびこれを備えた画像形成装置に関する。

特許文献１が記載しているように、電子写真方式の現像装置は、交流電圧と直流電圧を重畳して生成した現像電圧を現像ローラに印加することで、感光体上の静電潜像に効率よくトナーを付着させる。交流電圧によってトナーは感光体と現像ローラとの間を往復運動する。これにより静電潜像に対してトナーが付着し、それ以外の部分に付着したトナーは現像ローラに引き戻される。直流電圧は感光体に対して飛翔するトナーの量を制御し、画像の濃度を調整する。

特開２００４−３７６４２号公報

ところで画像形成装置の雰囲気温度や湿度が変化したり、感光体が劣化したりすると、画像濃度が変動してしまう。そのため、現像電位を構成する直流電圧を調整して、画像濃度を所望の濃度に制御することが必要となる。画像濃度の調整範囲を広くするためには、直流電圧の調整範囲を広くしなければならない。そこで、本発明は、直流電圧の調整範囲を広くとれる電源装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、
交流電圧と直流電圧とが重畳された電圧を出力する電源装置であって、
入力されたパルス信号に応じて交流電圧を生成する交流生成回路と、
前記パルス信号において、トナーを引き戻すように作用する第１極性の最大振幅とトナーを飛翔させるように作用する第２極性の最大振幅のうち少なくとも前記第１極性の最大振幅をクランプするクランプ回路と、
前記入力されたパルス信号のデューティに応じた直流電圧を生成する直流生成回路と、
前記交流生成回路により生成された前記交流電圧と、前記直流生成回路とにより生成された前記直流電圧とが重畳された電圧を出力する出力端と
を有することを特徴とする。

本発明によれば、直流電圧の調整範囲を広くとれる電源装置が提供される。

画像形成装置の断面図 画像形成プロセスを説明する図 現像電源の一例を示す回路図 現像電源の電圧波形の一例を示す図 現像電源の一例を示す回路図 現像電源の電圧波形の一例を示す図 現像電源の一例を示す回路図 フィードバック回路の一例を示す回路図 現像電源の一例を示す回路図 直流電圧を検知する検知回路の一例を示す図 デューティを補正する処理を示すフローチャート

以下では本発明の技術思想を適用したいくつかの実施例について図面を参照しながら説明する。

＜実施例１＞
図１は画像形成装置１００の断面図である。感光体１はプロセスカートリッジ５０に回転自在に設けられ、静電潜像およびトナー画像を担持する像担持体である。帯電ローラ２は像担持体を帯電させる帯電手段の一例であり、たとえば、感光体１の表面を均一に帯電させる帯電装置として機能する。レーザースキャナユニット６３は、帯電手段により一様に帯電した像担持体上を露光して静電潜像を形成する露光手段の一例であり、画像データに応じたレーザービーム４を感光体１に照射し、静電潜像を形成する露光装置として機能する。現像ローラ５は像担持体上の静電潜像を、トナーを用いて現像してトナー画像を形成する現像手段の一例であり、トナーを感光体１に飛翔させて静電潜像をトナー画像へと現像する現像装置として機能する。給紙カセット５１には記録媒体９としてのシートが積載されている。シートとしては、普通紙、薄紙、厚紙、ＯＨＴシート、ラフ紙等、種々のシートを用いることができる。記録媒体９は給紙ローラ５２により給送されるととともに分離パッド５３の摩擦力により捌かれて、１枚の記録媒体９だけが搬送ローラ対５４に給送される。その後、記録媒体９は搬送ローラ対５４、レジストローラ対５５を通って感光体１と転写ローラ１０とが当接する転写位置に搬送される。転写位置では、所定の転写電圧を印加された転写ローラ１０が、感光体１上のトナー画像を記録媒体９に転写する。定着ローラ対５６はトナー画像に対して熱と圧力を加えて溶融させ、記録媒体９上に固着させる。定着ローラ対５６により搬送された記録媒体９は、排出ローラ対５７、５８、５９を通過して排出トレイ６０上に排出されて積載される。なお、画像形成装置１００は中間転写体を採用してもよいし、多色画像を形成する画像形成装置であってもよい。いずれの場合も現像装置が使用されるため、本発明を適用可能である。

図２は画像形成プロセスに関与する電源装置の概略を示した図である。図２によれば、帯電電源３は、交流電圧と直流電圧を重畳した帯電電圧を帯電ローラ２に印加する。帯電ローラ２によって所定の直流電圧となるように感光体１の表面が帯電する。帯電電源３で交流電圧を重畳するのは感光体１の表面電位を均一化するためである。感光体１の表面の電荷はレーザービーム４が照射されると減少し、画像信号に応じた静電潜像が形成される。現像ローラ５と現像ブレード６との間には負電位に帯電したトナー７が蓄積されている。現像ローラ５に付着したトナー７は現像ブレード６により付着量が均一化され、感光体１との隙間部に運ばれる。現像電源８は、画像形成中においては交流電圧と直流電圧が重畳された現像電圧を現像ローラ５に印加する。この現像電圧の印加により感光体１と現像ローラ５の隙間部には電界が生じ、現像ローラ５の表面に付着したトナー７が現像ローラ５から感光体１へ飛翔する。ここで感光体１の表面においてレーザービーム４が照射されていない部分（非露光領域）は負電位に帯電しており、その表面電位ＶＤは現像電源８の直流電圧Ｖｄｃより低くなるように設定されている。このため非露光領域においてはトナー７に対して現像ローラ５に押し戻す方向に力が作用し、感光体１の表面の非露光領域にはトナー７が飛翔しない。一方、感光体１の表面のうちレーザービーム４が照射された部分（露光領域）では、表面の負電荷が減少している。露光領域の電位ＶＬは現像電源８の直流電圧Ｖｄｃより高くなる。このため露光領域においてはトナー７に対して感光体１に引き付ける力が作用し、トナー７が感光体１の露光領域に飛翔する。現像電源８の交流電圧は、現像効果の向上を目的としている。交流電圧によってトナー７は、感光体１と現像ローラ５の隙間部を往復運動する。交流電圧の正側はトナー７を現像ローラ５へ引き戻すよう作用し、交流電圧の負側はトナー７を感光体１へ飛ばすよう作用する。このようにして感光体１の表面にはレーザービーム４により形成された静電潜像に応じたトナー画像が形成される。現像電源８の直流電圧Ｖｄｃを可変し、感光体１に飛翔するトナー量を増加ないしは減少させることで、画像濃度を制御することが可能となる。記録媒体９は矢印Ｂの方向に搬送される。転写ローラ１０には、画像形成中において転写電源１１より正極性の直流電圧が印加される。感光体１の表面に形成された負電位のトナー画像は、転写ローラ１０に印加されている正極性の直流電圧によって、記録媒体９に転写される。

図３は現像電源８の一例を示す回路図である。ＣＰＵ１０１はパルス信号ＣＬＫの出力および停止を制御する制御ユニットである。増幅回路１０２は抵抗Ｒ１、Ｒ２、電界効果トランジスタＴｒ１により構成され、ＣＰＵ１０１から出力されるパルス信号ＣＬＫの振幅を電源電圧Ｖ１まで増幅する。キャパシタＣ１は直流成分をカットするカップリングコンデンサであり、電源電圧Ｖ１を分圧回路１０３で分圧した電圧を中間電圧とする交流電圧を生成する。分圧回路１０３は抵抗Ｒ３、Ｒ４とで構成されている。交流生成回路１０４は入力されたパルス信号に応じて交流電圧を生成する交流生成回路の一例である。交流生成回路１０４は、抵抗Ｒ５、Ｒ９、Ｒ７、Ｒ８、トランジスタＴｒ２、Ｔｒ３、キャパシタＣ２とで構成されており、交流電圧を生成してトランスＴ１の一次側に入力する。トランスＴ１は一次側に入力された交流電圧を昇圧して２次側に交流電圧を生成して出力する。トランスＴ１から出力された交流電圧は整流平滑回路１０５によって整流・平滑化される。整流平滑回路１０５は整流ダイオードＤ１とキャパシタＣ３により構成されている。整流平滑回路１０５が出力する整流電圧は抵抗Ｒ１０、Ｒ９によって分圧される。この結果、出力端１２１には、トランスＴ１から出力される交流電圧に対して抵抗Ｒ９に生じる直流電圧Ｖｄｃが重畳された電圧（現像電圧）が出力される。キャパシタＣ４は直流電圧Ｖｄｃを安定させるキャパシタである。ＣＰＵ１０１がパルス信号ＣＬＫのデューティを変化させると整流電圧が変化し、それに伴って抵抗Ｒ９に生じる直流電圧Ｖｄｃが変化する。これによりＣＰＵ１０１は現像電圧の直流成分を制御する。

図３の抵抗Ｒ９に印加される電圧は直流電圧Ｖｄｃに対応する。また、抵抗Ｒ１０にかかる電圧は、出力端１２１の交流電圧における上端波形のピーク電圧Ｖｍｉｎに対応する。つまり、Ｖｍｉｎはトナーを引き戻すように作用する第１極性の最大振幅の一例であり、ここでは正の最大振幅である。Ｖｄｃ、ＶｍｉｎおよびＶｍａｘはそれぞれ式（１）、（２）、（３）で表される。

ここではｒ９は抵抗Ｒ９の抵抗値であり、ｒ１０は抵抗Ｒ１０の抵抗値である。Ｖｐｐは出力端１２１における交流電圧のピークツーピーク値である。Ｖｍａｘはトナーを飛翔させるように作用する第２極性の最大振幅の一例であり、ここでは下端波形のピーク電圧（負の最大振幅）である。Ｄは下端波形が出力される区間の長さ（デューティ）である。

式（１）、（２）、（３）から分かる通り、ピークツーピーク電圧Ｖｐｐを一定とし、デューティＤを大きくした場合、直流電圧Ｖｄｃは低くなる。一方で、ＶｍｉｎとＶｍａｘは上昇する。

図４は現像電源８の出力端１２１に表れる電圧波形の一例を示した図である。ここでは、ピークツーピーク電圧Ｖｐｐを固定する一方でデューティＤを変化させている。波形Ｗ１は、下端波形が出力される区間のデューティをＤｕｔｙ１１としたときの波形である。Ｖｍｉｎ１１は上端波形のピーク電圧である。Ｖｍａｘ１１は下端波形のピーク電圧である。Ｖｄｃ１１は直流電圧である。Ｖｐｐ１１はピークツーピーク電圧である。波形Ｗ２は、デューティをＤｕｔｙ１２に広げた場合の波形である。Ｖｍｉｎ１２は上端波形のピーク電圧である。Ｖｍａｘ１２は下端波形のピーク電圧である。Ｖｄｃ１２は直流電圧である。Ｖｐｐ１２はピークツーピーク電圧である。Ｖｐｐ１１＝Ｖｐｐ１２で、かつ、Ｄｕｔｙ１１＜Ｄｕｔy１２の場合、Ｖｄｃ１１＞Ｖｄｃ１２、Ｖｍｉｎ１１＜Ｖｍｉｎ１２、Ｖｍａｘ１１＜Ｖｍａｘ１２となる。

このように、図３に示した現像電源８ではデューティＤを変化させることで直流電圧Ｖｄｃを変化させることができる。式（１）が示すように、直流電圧ＶｄｃはＶｐｐ×Ｄの値を抵抗Ｒ９、Ｒ１０で分圧された値となる。これは、直流電圧Ｖｄｃの可変範囲ΔＶｄｃが抵抗Ｒ９、Ｒ１０によって制限されることを意味する。なお、十分な直流電圧Ｖｄｃの可変範囲ΔＶｄｃが得られないと、画像形成装置１００の画像濃度の可変範囲が狭くなり、良好な階調の画像が得られなくなるだろう。したがって、直流電圧Ｖｄｃの可変範囲ΔＶｄｃを広くすることが要求される。

図５は実施例１における現像電源８の回路図である。なお、図５においては、図３に示した現像電源８と共通する回路素子には共通の参照符号を付与することで説明を簡明化する。図３と図５とを比較すると分かるように、図５ではトランスＴ１の後段の回路構成が変更されている。とりわけ、トナーを引き戻すように作用する第１極性の最大振幅をクランプするクランプ回路の一例としてツェナーダイオードＺ１が追加されている。

トランスＴ１の２次側端子のうち一方の端子は抵抗Ｒ１２の一端に接続されている。抵抗Ｒ１２の他端は抵抗Ｒ１１の一端と、ツェナーダイオードＺ１のカソードと接続されている。抵抗Ｒ１１の他端は出力端１２１に接続されている。ツェナーダイオードＺ１のアノードは、ダイオードＤ２のアノードに接続されている。ダイオードＤ２のカソードはグランドに接地されている。トランスＴ１の２次側端子のうち他方の端子は、直流生成回路として機能する抵抗Ｒ９の一端とキャパシタＣ４の一端とに接続されている。抵抗Ｒ９の他端とキャパシタＣ４の他端はともに接地されている。

ツェナーダイオードＺ１は定電圧素子であり、トランスＴ１から出力された交流電圧のうち上端波形のピーク電圧Ｖｍｉｎをクランプするクランプ回路として機能する。ダイオードＤ２は、下端波形の電圧が出力される区間において接地（ＧＮＤ）から逆方向に電流が流れることを防止する電流制限素子として機能する。抵抗Ｒ９には、ツェナーダイオードＺ１およびダイオードＤ２を通ってＧＮＤに流れた電流が流れ、その結果、キャパシタＣ４がチャージされ、キャパシタＣ４の両端電圧が直流電圧Ｖｄｃに比例した電圧となる。抵抗Ｒ１２は交流波形を整形する整形回路として機能する。抵抗Ｒ１１は出力端１２１を保護する保護抵抗である。

図中ａにおける直流電圧Ｖｄｃ、上端波形側のピーク電圧Ｖｍｉｎ、下端波形側のピーク電圧Ｖｍａｘはそれぞれ式（４）、（５）、（６）で表される。

ここで、ＶｚはツェナーダイオードＺ１のツェナー電圧である。ＶｆはダイオードＤ２の順方向電圧である。Ｖｐｐは、図中ａにおける交流電圧のピークツーピーク値である。Ｄ１は、下端波形が出力される区間のデューティである。Ｖｚは、たとえば、３００［Ｖ］などであるため、ＶｆはＶｚに比べて十分に小さい。よって、式（４）、（５）、（６）においてＶｆは無視されている。

保護抵抗Ｒ１１の抵抗値は、出力端１２１に接続される負荷のインピーダンスに比べ十分小さい。よって、保護抵抗Ｒ１１における電圧降下は十分小さいため、Ｖｄｃ、Ｖｍｉｎ、Ｖｍａｘは出力端１２１の電圧とみなすことができる。

図６は、出力端１２１に表れる電圧の波形Ｗ１、Ｗ２の一例を示している。波形Ｗ１、Ｗ２は、上述したように、ピークツーピーク電圧を固定しつつデューティを変化させたときの波形である。波形Ｗ１は、下端波形が出力される区間のデューティをＤｕｔｙ２１としたときの波形である。Ｖｍｉｎ２１は上端波形のピーク電圧である。Ｖｍａｘ２１は下端波形のピーク電圧である。Ｖｄｃ２１は直流電圧である。Ｖｐｐ２１はピークツーピーク電圧である。波形Ｗ２はデューティをＤｕｔｙ２２に広げた場合の波形である。Ｖｍｉｎ２２は上端波形のピーク電圧である。Ｖｍａｘ２２は下端波形のピーク電圧である。Ｖｄｃ２２は直流電圧である。Ｖｐｐ２２はピークツーピーク電圧である。

ここで、Ｖｐｐ２１＝Ｖｐｐ２２であり、Ｄｕｔｙ２１＜Ｄｕｔｙ２２である。デューティを変化させてもＶｍｉｎとＶｍａｘは一定である。すなわち、Ｖｍｉｎ２１＝Ｖｍｉｎ２２であり、Ｖｍａｘ２１＝Ｖｍａｘ２２である。式（１）と式（４）を比較すると、式（１）では、１よりも小さい値となる（ｒ９／（Ｒ９＋ｒ１０））の項が乗算係数となっていることがわかる。つまり、式（１）のＶｄｃよりも式（４）のＶｄｃの方がより可変範囲ΔＶｄｃが広くなる。

以上の様な構成とすることで、簡単な構成で、可変範囲ΔＶｄｃが広い電源装置およびこれを備えた画像形成装置を提供することができる。

＜実施例２＞
省資源の観点からトナーの消費量を削減することが求められている。ピーク電圧Ｖｍａｘを低くすること（Ｖｍａｘの絶対値を大きくすること）で、強い鏡像力で現像ローラ５に付着しているトナーであっても感光体１へ飛ばすことが可能となる。これにより、たとえば、ラインパターンなどを印刷する際に、少ないトナーで画像を形成することが可能となる。またり、細線を精度よく再現できるようになろう。

しかし、Ｖｍａｘが低すぎると現像ローラ５でリークが発生するため、Ｖｍａｘをある一定値以下には低下させることができない。よって、トナーの消費量を低減するためには、リークが発生せず、かつ、できる限り低い電圧となるようにＶｍａｘを制御する必要がある。このようにＶｍａｘには高い精度が求められる。デューティを変化させるとＶｍａｘも変化してしまうような電源回路ではＶｍａｘを精度良く出力することができず、トナーの消費量を削減することが難しい。そこで、本実施例では、デューティを変化させるとＶｍａｘも変化してしまうような電源回路であっても、精度よくＶｍａｘを制御し、トナーの消費量を削減できるようにする。

図７は実施例２における現像電源８の回路図である。なお、図７においては、図５に示した現像電源８と共通する回路素子には共通の参照符号を付与することで説明を簡明化する。図５と図７とを比較すると分かるように、図８ではフィードバック回路１０６が追加されている。フィードバック回路１０６は、下端波形のピーク電圧Ｖｍａｘを一定の電圧とするためのフィードバック制御を行う。フィードバック回路１０６は、ＣＰＵ１０１から出力されるパルス信号によって規定された目標値にピーク電圧Ｖｍａｘが一致するように増幅回路１０２の電源電圧（基準電圧）Ｖ１’を調整する。

図８はフィードバック回路１０６の一例を示す回路図である。電圧検知回路１０７はピーク電圧Ｖｍａｘを検知する回路である。電圧検知回路１０７は、たとえば、ダイオードＤ３、キャパシタＣ５、Ｃ６、抵抗Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５により構成される。ダイオードＤ３とキャパシタＣ５により構成される整流平滑回路によってピーク電圧Ｖｍａｘが整流平滑化される。ピーク電圧Ｖｍａｘは、抵抗Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５で分圧されて、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋）に入力される。Ｖ２は電圧検知回路１０７を動作させるための電源電圧である。オペアンプＯＰ１の反転入力端子（−）には、ＣＰＵ１０１から出力されるパルス信号ＰＷＭを抵抗Ｒ１６およびキャパシタＣ７で平滑化された直流電圧Ｖｔが入力される。ＣＰＵ１０１は、パルス信号ＰＷＭのデューティを変化させることでオペアンプＯＰ１の反転入力端子に入力される直流電圧Ｖｔを変化させる。キャパシタＣ８はオペアンプＯＰ１の出力電圧Ｖ１’を安定化させるキャパシタである。オペアンプＯＰ１は反転入力端子と非反転入力端子の電圧が等しくなるように出力電圧Ｖ１’を制御する。つまり、フィードバック回路１０６はピーク電圧Ｖｍａｘが目標電圧Ｖｔに一致するようにフィードバック制御を行っている。ＣＰＵ１０１はパルス信号ＰＷＭのデューティを変化させることで目標電圧Ｖｔを変化させ、ピーク電圧Ｖｍａｘを調整する。図７、図８に示した現像電源８についての出力端１２１の電圧波形も、図６に示した電圧波形と同様となる。

本実施例によれば、フィードバック回路１０６によってＶｍａｘを精度よく制御できるようになる。そのため、たとえば、現像ローラ５でリークが発生せず、かつ、できる限り低い電圧となるようにＶｍａｘを制御できるようになる。これにより、トナーの消費量も削減しやすくなろう。

＜実施例３＞
図３に示した現像電源８では、抵抗Ｒ９、Ｒ１０の抵抗値のばらつきや電源電圧Ｖ１、トランスＴ１のばらつきに依存して直流電圧Ｖｄｃが変化してしまう。その結果、現像電源８は直流電圧Ｖｄｃを精度良く出力できず、画像濃度の制御も精度が落ちてしまう可能性がある。そこで、本実施例では、直流電圧Ｖｄｃの精度を向上させる回路構成について提案する。

図９は実施例３における現像電源８の回路図である。なお、図９においては、図７に示した現像電源８と共通する回路素子には共通の参照符号を付与することで説明を簡明化する。図９と図７とを比較すると分かるように、直流電圧Ｖｄｃを検知して調整する検知回路１０９が追加されている。

図１０は、検知回路１０９の回路構成の一例を示す回路図である。オペアンプＯＰ２の非反転入力端子には電源電圧Ｖ２を抵抗４５３、４５４で構成された分圧回路により分圧された電圧Ｖｒｅｆが入力される。オペアンプＯＰ２の反転入力端子には抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１７が接続されている。よって、オペアンプＯＰ２が出力する検知信号ＳＮＳの電圧はトランスＴ１による直流電圧Ｖｄｃに比例した電圧となる。検知信号ＳＮＳの電圧Ｖｓｎｓは式（７）で表される。

ここで、ｒ１７は抵抗Ｒ１７の抵抗値である。キャパシタＣ９はオペアンプＯＰ２の出力電圧を安定化させるキャパシタである。抵抗Ｒ２０、Ｒ２１はオペアンプＯＰ２の出力電圧を分圧する分圧回路を構成している。この分圧回路はＣＰＵ１０１に対して過電圧が印加されないようにするための保護回路として機能する。検知信号ＳＮＳは、ＣＰＵ１０１のＡ／Ｄ変換ポートへ入力される。

式（７）が示すように、目標となる直流電圧Ｖｄｃは、目標となる検知信号ＳＮＳの電圧Ｖｓｎｓとして算出することができる。その値はＣＰＵ１０１に記憶されている。なお、ＣＰＵ１０１は、直流電圧Ｖｄｃと電圧Ｖｓｎｓとの対応関係を示す関数やテーブルを内部のメモリに記憶していてもよい。ここでは、目標となる検知信号ＳＮＳの値をＶｓｎｓｔとする。検知信号ＳＮＳの検知動作は、画像形成装置１００の画像形成動作の前段階で行われる。

図１１はパルス信号ＣＬＫのデューティを補正する処理のフローチャートである。Ｓ１でＣＰＵ１０１は、所定のデューティを現像電源８に設定し、現像電源８に現像電圧を出力させる。Ｓ２でＣＰＵ１０１は、検知信号ＳＮＳの電圧Ｖｓｎｓと目標電圧Ｖｓｎｓｔを比較し、その差分ΔＶｓｎｓを演算する。Ｓ３でＣＰＵ１０１は差分ΔＶｓｎｓからデューティの補正量を決定する。たとえば、ＣＰＵ１０１は差分ΔＶｓｎｓに相当する現像電圧のデューティ変化量ΔＤを補正量として演算する。デューティと直流電圧Ｖｄｃの関係は実施例１の式（４）が示す関係と同様である。つまり、ＣＰＵ１０１は式（４）を用いてΔＶｓｎｓからΔＤを演算する。Ｓ４でＣＰＵ１０１はパルス信号ＣＬＫのデューティを補正量で補正する。これにより現像電源８は目標電圧に近い直流電圧Ｖｄｃを出力することができる。なお、Ｓ１ないしＳ３については画像形成動作の開始前に実行され、Ｓ４の補正処理は画像形成動作内で現像電圧を出力する際に実行されてもよい。

図３に示した現像電源８では抵抗Ｒ９、Ｒ１０の抵抗値のばらつきや電源電圧Ｖ１、トランスＴ１のばらつきに依存して直流電圧Ｖｄｃが変化してしまう。その結果、直流電圧Ｖｄｃが精度良く出力されず、画像濃度制御の精度も低下する可能性があった。一方で、本実施例は、検知回路１０９によって直流電圧Ｖｄｃを検知し、直流電圧Ｖｄｃが目標値に近づくようにＣＰＵ１０１がパルス信号ＣＬＫのデューティを補正する。これにより、直流電圧Ｖｄｃが精度よく出力されるようになり、画像濃度制御の精度も向上する。

＜まとめ＞
以上の実施例では、交流電圧と直流電圧とが重畳された電圧を出力する電源装置として現像電源８について説明した。図５、図７および図９などを用いて説明したように、トナーを引き戻すように作用する第１極性の最大振幅とトナーを飛翔させるように作用する第２極性の最大振幅のうち少なくとも第１極性の最大振幅をクランプするクランプ回路が採用されている。図４と図６を用いて説明したようにクランプ回路を採用することで、直流電圧の可変範囲ΔＶｄｃを広くとれる電源装置が実現される。

クランプ回路は、たとえば、出力端１２１と接地ＧＮＤとの間に設けられ、第１極性の最大振幅であるＶｍｉｎを所定値（例：ツェナー電圧Ｖｚ）に維持する定電圧素子を有していてもよい。図５などを用いて説明したように、定電圧素子は、たとえば、ツェナーダイオードである。ツェナーダイオードＺ１のアノードは接地側に接続され、ツェナーダイオードのカソードは出力端１２１側に接続される。ツェナーダイオードＺ１は比較的に安価であり、かつ、様々なツェナー電圧のものが普及しており、入手性にも優れている。つまり、安価な回路構成により、クランプ回路を実現できる。なお、ツェナーダイオードとは異なるが、同様の機能有した定電圧素子や回路が採用されてもよい。なお、ＶｍｉｎとＶｍａｘの極性はトナーの極性に応じて変更されてもよい。

図５などを用いて説明したように、ツェナーダイオードＺ１に対して直列に接続された電流制御素子（例、ダイオードＤ２）がさらに設けられてもよい。なお、電流制御素子は、現像電圧の上端波形と下端波形とのうち下端波形が出力される期間において電流がグランドからツェナーダイオードＺ１に対して流れることを防止することができる。電流制御素子は、たとえば、ダイオードＤ２である。図５などが示すように、ダイオードＤ２のアノードは出力端側に接続され、ダイオードＤ２のカソードは接地側に接続される。これによりダイオードＤ２は逆方向の電流を阻止している。なお、ダイオードＤ２とは異なるが、同様の機能有した電流制御素子や回路が採用されてもよい。

図３や図５などを用いて説明したように、直流生成回路は、出力端１２１とグランドとの間に接続されたキャパシタＣ４と、キャパシタＣ４に対して並列に接続された第１の抵抗素子（例：抵抗Ｒ９）とを有していてもよい。このような簡素な回路によって直流生成回路を実現できるが、より複雑な回路構成が採用されてもよい。キャパシタＣ４はオプションであるが、キャパシタＣ４を追加することで、抵抗Ｒ９によって生成される直流電圧が安定化する。

図７や図８を用いて説明したように、第２極性の最大振幅であるＶｍａｘを検知し、Ｖｍａｘが目標値に近づくように交流電圧の振幅を制御する制御回路が採用されてもよい。上述したようにＶｍｉｎは定電圧素子によって一定に制御されるが、ピークツーピーク電圧Ｖｐｐを一定に維持するには、Ｖｍａｘを一定に制御する必要がある。このような制御回路は、第２極性の最大振幅と目標値との差分をパルス信号の振幅へフィードバックするフィードバック回路１０６を含んでもよい。これにより、Ｖｍａｘを一定に制御されるため、ピークツーピーク電圧Ｖｐｐを一定に維持することが可能となる。Ｖｍａｘを精度よく制御できるようになれば、デューティを変化させるとＶｍａｘも変化してしまうような電源回路であっても、トナーの消費量を削減しやすくなる。これは、現像ローラ５でリークが発生しないぎりぎりのＶｍａｘを実現でき、ラインパターンなどを印刷する際に、少ないトナーで画像を形成することが可能となるからである。なお、フィードバック回路１０６は、図３に示した現像電源８に採用されてもよい。

図９や図１０を用いて説明したように、直流生成回路により生成された直流電圧Ｖｄｃが目標電圧に近づくように直流電圧Ｖｄｃに基づきパルス信号のデューティを調整することで交流電圧のデューティを調整する調整回路をさらに有してもよい。図９や図１０を用いて説明したように、このような調整回路は、たとえば、検知回路１０９とＣＰＵ１０１によって実現可能である。検知回路１０９は直流電圧Ｖｄｃを検知する検知手段として機能し、ＣＰＵ１０１は、検知手段により検知された直流電圧Ｖｄｃに対応したパルス信号のデューティを決定する決定手段と、デューティに応じたパルス信号を生成する生成手段として機能してもよい。図１１などを用いて説明したように、ＣＰＵ１０１は検知手段により検知された直流電圧Ｖｄｃと目標電圧との差分に応じてパルス信号のデューティを補正する補正手段として機能してもよい。なお、直流電圧Ｖｄｃと目標電圧との関係は、上述したように検知電圧Ｖｓｎｓと目標電圧Ｖｓｎｓｔとによって実現されてもよい。または、調整回路は、図３に示した現像電源８に採用されてもよい。

現像電源８は画像形成装置１００の現像手段に対して現像電圧を供給する供給手段として機能してもよい。また、図１１を用いて説明したようにＣＰＵ１０１は現像電圧に含まれている直流電圧Ｖｄｃを調整することでトナー画像の濃度を制御する濃度制御手段として機能する。本実施例によれば、直流電圧の可変範囲ΔＶｄｃを広くとれるようになるため、画像濃度の調整範囲も同様に広くとれるようになる。

１・・・感光体、２・・・帯電ローラ、５・・・現像ローラ、７・・・トナー、８・・・現像電源、１０１・・・ＣＰＵ、１０４・・・交流生成回路、Ｚ１・・・ツェナーダイオード、Ｒ９・・・抵抗、１２１・・・出力端

Claims (13)

1. 交流電圧と直流電圧とが重畳された電圧を出力する電源装置であって、
   入力されたパルス信号に応じて交流電圧を生成する交流生成回路と、
   前記交流電圧において、トナーを引き戻すように作用する第１極性の最大振幅とトナーを飛翔させるように作用する第２極性の最大振幅のうち少なくとも前記第１極性の最大振幅をクランプするクランプ回路と、
   前記入力されたパルス信号のデューティに応じた直流電圧を生成する直流生成回路と、
   前記交流生成回路により生成された前記交流電圧と、前記直流生成回路とにより生成された前記直流電圧とが重畳された電圧を出力する出力端と
   を有することを特徴とする電源装置。
2. 前記クランプ回路は、前記出力端と接地との間に設けられ、前記第１極性の最大振幅を所定値に維持する定電圧素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記定電圧素子は、ツェナーダイオードであり、前記ツェナーダイオードのアノードは接地側に接続され、前記ツェナーダイオードのカソードは前記出力端に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記ツェナーダイオードに対して直列に接続された電流制御素子をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
5. 前記電流制御素子は、ダイオードであり、前記ダイオードのアノードは前記出力端側に接続され、前記ダイオードのカソードは接地側に接続されることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
6. 前記直流生成回路は、
   前記出力端と接地との間に接続されたキャパシタと、
   前記キャパシタに対して並列に接続された第１の抵抗素子と
   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１項に記載の電源装置。
7. 前記第２極性の最大振幅を検知し、当該第２極性の最大振幅が目標値に近づくように前記交流電圧の振幅を制御する制御回路をさらに有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電源装置。
8. 前記制御回路は、前記第２極性の最大振幅と前記目標値との差分を前記パルス信号の振幅へフィードバックするフィードバック回路を含むことを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
9. 前記直流生成回路により生成された前記直流電圧が目標電圧に近づくように前記直流電圧に基づき前記パルス信号のデューティを調整することで前記交流電圧のデューティを調整する調整回路をさらに有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電源装置。
10. 前記調整回路は、
    前記直流電圧を検知する検知手段と、
    前記検知手段により検知された前記直流電圧に対応した前記パルス信号のデューティを決定する決定手段と、
    前記デューティに応じた前記パルス信号を生成する生成手段と
    を有することを特徴とする請求項９に記載の電源装置。
11. 前記決定手段は、
    前記検知手段により検知された前記直流電圧と前記目標電圧との差分に応じて前記パルス信号のデューティを補正する補正手段を含むことを特徴とする請求項１０に記載の電源装置。
12. 像担持体と、
    前記像担持体を帯電させる帯電手段と、
    前記帯電手段により一様に帯電した前記像担持体上を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
    前記像担持体上の前記静電潜像を、トナーを用いて現像してトナー画像を形成する現像手段と、
    前記現像手段に対して現像電圧を供給する供給手段と
    を有し、
    前記供給手段は、請求項１ないし１１のうちいずれか１項に記載された電源装置により前記現像電圧を生成することを特徴とする画像形成装置。
13. 前記現像電圧に含まれている直流電圧を調整することで前記トナー画像の濃度を制御する濃度制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。