专利名称：成像装置及电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在电子照相成像装置中使用的具有可切换的(switchable)极性的电源。本发明还涉及一种使用该电源的成像装置。
背景技术：
对于电子照相成像装置，随着用于提供直流偏压以在转印单元中形成图像的高压电源的尺寸和重量的减小，成像装置的尺寸和重量减小。因此，通常用于高压电源的变压器，典型地为电磁绕组变压器，被薄的、重量轻的高功率压电变压器取代。与电磁变压器相比，通过利用基于陶瓷的压电变压器，能够更加有效地生成高电压。此外，能够增加主电极与辅电极之间的距离，而不考虑一次绕组与二次绕组之间的耦合。这样能够消除对用于电绝缘的特定模制工序(molding process)的需要，从而提供小型化且重量轻的高压电源。
现在参考图2来说明用于输出正极性及负极性的具有压电变压器的高压电源的典型电路结构。图2示出用于成像装置中的吸引装置(attracting means)的高压电源的电路，该吸引装置通过对转印介质充电来将其吸引到输送带上。该高压电源是用于输出正极性及负极性的高压电源的例子。
该电路主要包括用于生成正极性输出电压的正电压电路部分和用于生成负极性输出电压的负电压电路部分。基本上，负电压电路部分和正电压电路部分相同。通过颠倒(reverse)电压输出段的二极管整流部分的二极管极性，负电压电路部分生成负电压。
正电压电路部分包括断开电路部分220，在该断开电路部分220中，比较器122将由电阻器123和124所分压的电压与正电压设置信号Vcont_+进行比较，以便使用三极管121接通或断开对电感器112的24V供电。考虑到噪声影响，将由电阻器123和124所分压的电压设置为大约0.5V。当正电压设置信号Vcont_+小于或等于约0.5V时，断开对电感器112的供电。即，当输出负电压并且负输出检测信号Vsns被输入到正电压电路部分的运算放大器时，停止对压电变压器101供电。
负电压电路部分的结构与正电压电路部分的结构部分相同。负电压电路部分的结构中相同的组件具有与正电压电路部分的结构中相同的附图标记且具有后缀“’”。在下文中，只说明正电压电路部分。正电压电路部分包括高压压电变压器(压电陶瓷变压器)101。压电变压器101的输出被整流为正电压，并由二极管102和103以及高压电容器104平滑。该输出被提供给吸引辊500(见图3)，该吸引辊500是电路的负载。在输出电压检测电路206中，输出电压由电阻器105、106及107分压。分压后的电压通过保护电阻器108被输入到运算放大器109的非反相输入端(“+”端)。
这里，如图2所示，利用电阻器105、106和107以及电容器115来构成输出电压检测电路206以用作滤波电路。因此，根据由电阻器和电容器的元件常数所确定的电路时间常数，输出电压检测信号Vsns被输入到运算放大器109。相反，高压电源的正输出电压设置信号Vcont_+通过电阻器114被输入到运算放大器109的反相输入端(“-”端)，其中该正输出电压设置信号Vcont_+是来自DC控制器201的模拟信号。这里，如图2所示配置运算放大器109、电阻器114以及电容器113以便将其用作积分电路。该积分电路具有由电阻器和电容器的元件常数所确定的积分时间常数。运算放大器109的输出端被连接到压控振荡器(VCO)110。VCO 110的输出端控制连接到电感器112的三极管111，以便将电源提供给压电变压器的一次侧。
通常，如图5所示，压电变压器具有关于频率的山形输出特性，其中输出电压在共振频率f0处最大。因此，通过改变驱动频率，能够控制输出电压。例如，通过将驱动频率从显著高于共振频率f0的频率改变为较低频率(但仍高于共振频率f0)，能够增加压电变压器的输出电压。在例如日本特开平11-206113号公报中公开了这种具有压电变压器的高压电源。
当该已知的例子被用于要求正极性输出和负极性输出的高压电源时，产生如下问题。
通常，当输出被提供给吸引装置时，当转印介质正在通过吸引装置时施加正极性输出。相反，为了防止调色剂附着在作为吸引装置的吸引辊的表面以及防止污染该表面，当没有纸张通过吸引装置时(即，在纸间间隙中)施加与调色剂极性相同的负极性输出。因此，随着状态从纸张通过状态改变为纸间间隙，并随后改变为纸张通过状态，需要将吸引偏压输出从正极性改变为负极性，随后改变为正极性。例如，在具有大约120mm/sec的处理速度的成像装置中，若要每分钟打印大约21张A4纸，纸间间隙时间大约为400msec。
接下来参考图2及图7说明正/负输出切换控制的例子。
在图2所示的电路中，由1MΩ电阻器114及4700pF电容器113确定用于接收正输出电压设置信号Vcont_+的输入段的积分电路常数。该电路根据大约5V的正输出电压设置信号Vcont_+输出大约1.1kV DC正输出电压。然后，该电路将输出改变为大约-500V DC的负输出电压，然后再次改变为大约1.1kV DC正输出电压。下面说明该改变的控制。
在图7中，横坐标表示时间，纵坐标表示电压。在下部示出正/负输出电压设置信号Vcont。在上部示出输出信号。
首先，断开正输出电压设置信号Vcont_+以将正输出电压断开为0V。随后，接通负输出电压设置信号Vcont_-以施加大约300msec的负预偏压电压。这样输出-500V的负目标电压。之后，为了将负输出切换到正输出，断开负输出电压设置信号Vcont_-以将负输出电压断开为0V。随后，接通正输出电压设置信号Vcont_+以施加大约300msec的正预偏压电压。这样输出+1.1kV的正目标电压。因此，在已知的切换控制中，如图7所示，执行如下控制输出正电压，断开正输出，输出0V，施加负预偏压，输出负电压，断开负输出，输出0V，施加正预偏压，以及输出正电压。即，断开输出以便输出立即变为0V。然后施加预偏压电压以提高下一输出电压。为了执行该控制，施加大约300msec的预偏压，导致需要大约1000msec的切换时间。该相对长的切换时间不允许在纸间间隙时间内完成该切换。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种如下述技术方案1所限定的电源。根据本发明的第二方面，提供一种如下述技术方案2、3和4所限定的成像装置。
本发明提供一种具有压电变压器的高压电源，其能够在短时间内将正输出电压切换到负输出电压，并且反之亦然；本发明还提供一种利用该电源的成像装置。
根据本发明的技术方案1，具有压电变压器的高压电源包括正输出电压生成电路和负输出电压生成电路。该正输出电压生成电路和负输出电压生成电路中的每个均包括压电变压器、压电变压器驱动电路、输出电压检测电路、以及用于输出控制信号的驱动控制电路，该控制信号用于基于来自输出电压检测电路的信号和用于设置输出电压的输出电压设置信号来控制压电变压器驱动电路。当切换该具有压电变压器的高压电源的输出极性时，正输出电压生成电路和负输出电压生成电路被同时接通。根据本发明的技术方案2，可以提供一种使用具有压电变压器的高压电源的成像装置，该成像装置能够在短时间内以简单的方式切换输出电压的极性。
根据本发明的技术方案3，该成像装置能够根据目标输出电压值改变同时接通正输出电压生成电路和负输出电压生成电路的时间段。因此，能在短时间内改变输出电压的极性，而与该具有压电变压器的高压电源的输出电压值无关。
此外，根据本发明的技术方案4，该成像装置能够根据该成像装置的操作环境的温度或湿度改变同时接通正输出电压生成电路和负输出电压生成电路的时间段。因此，能在短时间内改变输出电压的极性，而与该成像装置的操作环境的温度或湿度无关。
通过下面参考附图对典型实施例的说明，本发明的更多特征将变得明显。
图1示出根据本发明第一实施例的具有压电变压器的高压电源的输出控制。
图2示出已知的具有压电变压器的高压电源的电路图的例子。
图3是根据第一实施例的彩色激光打印机的框图。
图4是根据第一实施例的具有压电变压器的高压电源的框图。
图5示出压电变压器关于驱动频率的输出电压特性。
图6示出根据本发明第一实施例的从负输出电压到正输出电压的切换。
图7示出已知的具有压电变压器的高压电源的输出控制。
具体实施例方式
下面参考附图来详细说明本发明的典型实施例。
第一典型实施例下面说明本发明的第一典型实施例。
图3是彩色激光打印机的框图，其是根据本实施例的成像装置的例子。激光打印机401包括纸仓(deck)402，用于贮存记录纸张32(转印介质)；纸仓有纸检测传感器403，用于检测纸仓402中记录纸张32的存在；搓纸辊404，用于从纸仓402拾取记录纸张32；纸仓进给辊405，用于进给由搓纸辊404所拾取的记录纸张32；以及减速(retard)辊406，用于与纸仓进给辊405协作来防止记录纸张32的双重进给。
该激光打印机401还包括一对定位辊407，用于同步进给记录纸张32；以及前定位传感器408，用于检测记录纸张32的输送状态；该定位辊407和前定位传感器408均设置在纸仓进给辊405的下游。静电吸引输送转印带(以下称为“ETB”)409设置在该定位辊对407的下游。在ETB 409上，设置用作吸引装置的吸引辊500，用于对记录纸张32充电以将记录纸张(转印介质)32吸引到ETB 409上。在ETB 409上，由包括四种颜色(分别为黄色Y、品红色M、青色C、以及黑色B)的处理盒410Y、410M、410C和410B以及扫描器单元420Y、420M、420C和420B的成像单元所形成的图像被依次一个叠加在另一个上以形成彩色图像，该彩色图像被转印到记录纸张32上并被输送。需要注意的是，在下面对四种颜色通用的说明中，移去附图标记的后缀“Y”、“M”、“C”和“B”(例如，处理盒410)。
在ETB 409的下游设置用于对转印到记录纸张32上的调色剂图像进行定影的定影单元，该定影单元包括含有加热器432的定影套筒433作为转印部件、用作加压装置的压力辊434、以及用于进给来自定影套筒433的记录纸张32的一对定影输出辊435；还设置定影输出传感器436，用于检测从定影单元的进给状态。每个扫描器单元420包括激光单元421，用于发射由视频控制器440所发出的图像信号调制的激光束；多面镜422，用于使激光束扫描感光鼓305；扫描器马达423；以及调焦透镜组424。
每个处理盒410包括感光鼓305、充电辊303、显影辊302、以及调色剂容器411，这些对电子照相处理来说是众所周知的。处理盒410可拆卸地安装到激光打印机401。当接收到从包括个人计算机的外部装置441发送的图像数据时，视频控制器440将该图像数据展开为位图数据，以便生成用于成像的图像信号。为了控制激光打印机401，DC控制器201包括微型计算机(MPU)207和各种输入/输出控制电路(未示出)，该微型计算机207具有随机存取存储器(RAM)207a、只读存储器(ROM)207b、定时器207c、数字输入/输出端口207d、数字到模拟端口(D/A)207e、以及模拟到数字(A/D)端口。
高压电源单元202包括对应于每个处理盒的充电高压电源(未示出)、显影高压电源(未示出)、对应于每个转印辊430的能输出高电压的转印高压电源(未示出)、以及用于吸引装置的吸引高压电源。
在本实施例中，作为用于切换正、负输出的极性的高压电源的例子以及用于吸引装置的高压电源的例子，使用具有压电变压器的高压电源。
下面参考图4所示的框图来说明根据本实施例的具有压电变压器的高压电源的结构。根据本实施例的结构包括正电压电路部分和负电压电路部分。
正电压电路部分和负电压电路部分具有相同的电路组件，因此，下面只说明正电压电路部分。
从包含在用作控制单元的DC控制器201中的MPU 207的D/A端口207e输出正电压设置信号Vcont_+。该正电压设置信号Vcont_+被输入到包括运算放大器的积分电路(比较电路)203。同样地，从MPU 207的D/A端口207e’输出负电压设置信号Vcont_-。该负电压设置信号Vcont_-被输入到包括运算放大器的积分电路(比较电路)203’。
通过压控振荡器(VCO)电路110将该积分电路(比较电路)203的输出转换为频率。转换后的频率控制切换电路204，以便压电变压器(压电陶瓷变压器)101工作以输出符合压电变压器101的频率特性和升压比的电压。例如，如图4所示，由整流电路205将变压器的输出整流并平滑为正电压。高压输出Vout被提供给负载(例如，吸引辊500)。同时，整流后的电压通过输出电压检测电路206被反馈给比较电路203。比较电路203控制其输出，以便输出电压检测信号Vsns的极性与负电压设置信号Vcont_-的极性相同。
下面参考图2说明具有压电变压器的高压电源。用于高压电源的正电压设置信号Vcont_+通过串联电阻器114和电容器113从DC控制器201(图4)输入到运算放大器109的反相输入端(“-”端)。相反，在输出电压检测电路206中，由电阻器105、106和107分压输出电压Vout。分压后的电压输出通过电容器115和保护电阻器108被输出到运算放大器109的非反相输入端(“+”端)作为输出电压检测信号Vsns。运算放大器109的输出端连接到压控振荡器(VCO)电路110。压控振荡器(VCO)电路110的输出端连接到三极管111的基极。三极管111的集电极通过电感器112连接到电源(+24V)，并且还连接到压电变压器101的一次侧的两个电极中的一个。压电变压器101的输出由二极管102和103以及高压电容器104整流并平滑为正电压。然后，将该输出提供给作为负载的吸引辊500。
图5示出压电变压器101的关于驱动频率的输出电压特性。从图5可以看出，输出电压在共振频率f0处变得最大，因而能由频率控制输出电压。在图5中，在驱动频率fx处输出规定输出电压Edc。随着输入电压增加，压控振荡器(VCO)电路110增加输出频率。此外，随着输入电压降低，压控振荡器(VCO)电路110降低输出频率。在该条件下，如果输出电压Vout略高于对应于规定输出电压Edc的电压，则通过电阻器105增加施加到运算放大器109的非反相输入端(“+”端)的输入电压Vsns，因此，运算放大器109的输出电压增加。换句话说，因为施加到压控振荡器(VCO)电路110的输入电压增加，所以压电变压器101的驱动频率增加。因此由略高于驱动频率fx的频率驱动该压电变压器101。增加的驱动频率降低压电变压器101的输出电压。其结果是，执行控制以便输出电压Vout降低。即，该电路用作负反馈控制电路。
相反，如果输出电压Vout略低于规定输出电压Edc，则施加到运算放大器109的输入电压Vsns降低，因此，运算放大器109的输出电压降低。换句话说，因为压控振荡器(VCO)电路110的输出频率降低，因此驱动压电变压器101以便该压电变压器101增加输出电压Vout。因此，执行恒定输出电压控制，以便输出电压等于由从DC控制器201输入到运算放大器109的反相输入端(“-”端)的输出电压设置信号Vcont的电压(设置电压以下该设置电压也称为“Vcont”)所确定的电压Edc。
下面说明处理从DC控制器201输入到运算放大器109的反相输入端(“-”端)的输出电压设置信号Vcont、以及在检测输出电压后输入到运算放大器109的非反相输入端(“+”端)的输出电压检测信号Vsns的电路。如图2所示配置运算放大器109、电阻器114、以及电容器113，以便将其用作积分电路。根据由电阻器114和电容器113的元件常数所确定的时间常数Tcont而关于输出电压设置信号Vcont变化的信号被输入到运算放大器109。
随着电阻器114的电阻值增加，时间常数Tcont增加。同样地，随着电容器113的电容增加，时间常数Tcont增加。此外，电阻器105、106和107以及电容器115形成滤波电路。根据由电阻器105、106和107以及电容器115的元件常数所确定的时间常数Tsns而变化的输出电压检测信号Vsns被输入到运算放大器109。这里，确定电阻器114和电容器113的元件常数、以及电阻器105、106和107以及电容器115的元件常数，以满足以下条件Tcont＞Tsns、Tcont＝R114×C113、以及Tsns＝Rs×C115，其中R105、R106、R107以及R114分别表示电阻器105、106、107以及114的电阻，C113和C115分别表示电容器113和115的电容，Rs是R105、R106和R107的合成电阻。因此，可以控制该电路而防止振荡。即，因为时间常数Tsns小于时间常数Tcont，并且输出电压检测信号Vsns比输出电压设置信号Vcont上升得快，因此能够正常执行反馈控制而没有振荡。
下面说明输出电压的正/负极性切换控制，其中，这种根据第一实施例的电路用于具有压电变压器的高压电源。
下面参考图1来说明切换控制。
在图1中，横坐标表示时间，纵坐标表示电压。在下部示出正输出电压设置信号Vcont_+和负输出电压设置信号Vcont_-。上部示出输出信号Vout。
根据本实施例的成像装置具有约120mm/sec的处理速度，以每分钟打印约21张A4纸。在连续打印期间，纸间间隙时间约为400msec。前定位传感器408检测纸张移动定时。纸张从前定位传感器408的位置移动到作为吸引装置的吸引辊的位置耗费约120msec。在此说明在纸间间隙时间中的吸引偏压输出的正/负极性切换控制。
在本实施例中，吸引偏压的正电压约为1.1kV，而吸引偏压的负电压约为-500V。
本实施例的特征在于正输出电压设置装置和负输出电压设置装置同时接通并持续一定时间段。
在正到负电压控制中，当在输出正输出电压设置信号Vcont_+期间前定位传感器408检测到转印介质的后边缘时，输出负输出电压设置信号Vcont_-。当转印介质的后边缘到达吸引辊的位置时，断开正输出电压设置信号Vcont_+。
根据第一实施例，正输出电压设置装置和负输出电压设置装置同时接通的时间段T1被确定为约120msec。
在负到正电压控制中，当前定位传感器408检测到下一转印介质的前边缘时，接通正输出电压设置信号Vcont_+，当经过了正输出电压设置装置和负输出电压设置装置同时接通的时间段T2之后，断开负输出电压设置信号Vcont_-。根据第一实施例，正输出电压设置装置和负输出电压设置装置同时接通的时间段T2被确定为约50msec。
在这种情况时，如图6所示，合成来自正电路部分的输出和来自负电路部分的输出以生成输出电压Vout。因此，考虑到来自正电路部分的正输出电压的上升时间，在转印介质的前边缘到达前定位传感器的时刻接通正输出电压设置信号Vcont_+，该时刻早于转印介质的前边缘到达吸引辊的位置的时刻。考虑到当负输出电压设置信号Vcont_-被断开时的下降电压曲线，来确定正输出电压设置装置和负输出电压设置装置同时接通的时间段T2，以便当转印介质的前边缘到达吸引辊的位置时合成输出Vout变为目标正输出电压。在本实施例中，负到正输出切换时间约为120msec。
如上所述，根据本发明第一实施例，成像装置包括具有压电变压器的高压电源。该高压电源包括由压电变压器组成的正输出电压设置装置和负输出电压设置装置；用于生成压电变压器的驱动频率的装置；输出电压设置装置；输出电压检测装置；以及用于通过比较来自输出电压检测装置的信号和输出电压设置信号来控制输出电压的输出控制装置。当具有压电变压器的高压电源切换输出的极性时，同时接通正输出电压设置装置和负输出电压设置装置并持续一定时间。因此，能够减小输出极性切换时间，并且因此能够在连续打印期间的纸间间隙时间内完成切换。
尽管已参考用于吸引装置的高压电源说明了本发明的第一典型实施例，但是根据本发明的电源还适于用作其它装置例如转印装置的高压电源，当执行负/正极性切换时具有相同的优点。
此外，尽管已参考串列式彩色成像装置说明了本发明的第一典型实施例，但是第一实施例还适合于使用高压偏压的任意方法的成像装置。
第二典型实施例下面说明本发明的第二典型实施例。这里，不重复说明在第一实施例中说明的组件。
在第二典型实施例中，根据成像装置的操作环境即吸引偏压的目标值，来改变正输出电压设置装置和负输出电压设置装置同时接通的时间段。
通常，最佳吸引偏压目标电压根据成像装置的操作环境而变化。
表1示出当环境改变时吸引偏压目标值的例子。其中，T1和T2分别是根据操作环境和目标电压，正输出电压设置装置和负输出电压输出装置同时接通的时间段的例子。
在温度为15℃且湿度为10％RH的低温、低湿度环境中(以下称为“L/L”)，转印介质的电阻值变高，吸引偏压目标值变为约+1.6kV的高值。相反，在温度为30℃且湿度为80％RH的高温、高湿度环境中(以下称为“H/H”)，吸引偏压目标值变为约+500V的低值。
表1
因此，因为上升时间根据吸引偏压目标电压而变化，因此改变正输出电压设置装置和负输出电压设置装置同时接通的时间段。
在本实施例中，在L/L期间，目标电压为+1.6kV，时间T2为0msec。在H/H期间，目标电压为+500V。因此，时间T2被设置为100msec。
在本实施例中，时间T1为常数。然而，可以根据环境和目标电压将时间T1改变为最佳值。
因为时间T2对转印介质的前边缘的吸引性有影响，因而根据环境和目标电压将时间T2改变为最佳值。然而，即使时间T1略微改变，纸间间隙时间中的污染防止效果也基本相同。因此，时间T1能够被任意确定为常数，以便控制流程保持简单。
如上所述，根据本发明第二实施例，通过根据成像装置的操作环境即吸引偏压的目标值来改变正输出电压设置装置和负输出电压设置装置同时接通的时间段，能够减少输出极性切换时间，因此能使切换最佳化。
尽管已参考用于吸引装置的高压电源说明了本发明的第二典型实施例，然而该电源还适于用作其它装置例如转印装置的高压电源，当执行正/负极性切换时具有相同的优点。
尽管已参考典型实施例说明了本发明，但是应当理解，本发明并不局限于所公开的典型实施例。下面权利要求的范围符合最宽的解释，以包含全部修改、等同结构和功能。
权利要求
1.一种具有可切换的极性的电源，该电源包括正输出电压生成电路；以及负输出电压生成电路；其中，该正输出电压生成电路和该负输出电压生成电路中的每个均包括压电变压器、压电变压器驱动电路、输出电压检测电路、以及用于输出控制信号的驱动控制电路，该控制信号用于使用来自该输出电压检测电路的信号和用于设置输出电压的输出电压设置信号来控制该压电变压器驱动电路；其中，在切换该电源的输出极性的情况下，该正输出电压生成电路和该负输出电压生成电路两者均被通电。
2.一种成像装置，包括带部件，用于在静电吸引转印介质的同时输送该转印介质；吸引单元，用于对转印介质充电以便将转印介质静电吸引到该带部件上；以及根据权利要求1所述的用于对该吸引单元施加高电压的电源。
3.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于，在切换该电源的输出极性的情况下，根据该成像装置的操作环境的温度或湿度，改变该正输出电压生成电路和该负输出电压生成电路两者均被通电的时间段。
4.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于，在切换该电源的输出极性的情况下，根据施加给该吸引单元的目标电压值，改变该正输出电压生成电路和该负输出电压生成电路两者均被通电的时间段。
全文摘要
本发明提供一种成像装置及电源。该成像装置包括具有压电变压器的高压电源。该电源包括正输出电压生成电路和负输出电压生成电路。正输出电压生成电路和负输出电压生成电路每个均包括压电变压器、压电变压器驱动电路、输出电压检测电路、以及用于输出控制信号的驱动控制电路，该控制信号用于使用来自输出电压检测电路的信号和用于设置输出电压的输出电压设置信号来控制压电变压器驱动电路。当切换该具有压电变压器的高压电源的输出极性时，正输出电压生成电路和负输出电压生成电路同时被接通。
文档编号G03G15/00GK1908823SQ200610001668
公开日2007年2月7日 申请日期2006年1月20日 优先权日2005年8月1日
发明者斋藤亨, 铃木雅博, 长崎修, 铃木浩一 申请人:佳能株式会社