圧電トランス方式高圧電源装置および画像形成装置
【課題】異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御を行うことが可能であり、高圧出力の高速立ち上がりを可能とする圧電トランス方式高圧電源装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】本発明によれば、圧電トランスに所定の駆動周波数により制御された駆動電圧を印加することにより圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、出力電圧と出力電圧を所定の値に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、出力電圧の変動をデジタル変動値として検出する出力電圧検出部と、出力電圧検出部から入力されたデジタル変動値に応じて圧電トランスの駆動制御を行う駆動制御部と、を備える。
【解決手段】本発明によれば、圧電トランスに所定の駆動周波数により制御された駆動電圧を印加することにより圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、出力電圧と出力電圧を所定の値に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、出力電圧の変動をデジタル変動値として検出する出力電圧検出部と、出力電圧検出部から入力されたデジタル変動値に応じて圧電トランスの駆動制御を行う駆動制御部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電トランス方式高圧電源装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスにより画像を形成する画像形成装置において、感光体に転写部材を当接させて転写を行なう直接転写方式を採用する場合、転写部材には、導電体の回転軸を持つローラ状の導電性ゴムが用いられる。転写部材の駆動は、感光体のプロセススピードに合わせて制御される。そして、転写部材に印加する電圧として、直流バイアス電圧を用いている。この時、直流バイアス電圧の極性は、通常のコロナ放電式の転写電圧と同じ極性である。
【０００３】
上述のような転写ローラを用いて良好な転写を行なうためには、通常３ｋＶ前後の電圧（所要電流は数μＡ）を転写ローラに印加する必要がある。上述の画像形成処理に必要とされる高電圧を生成するために、従来は、巻線式の電磁トランスが使用されていた。
【０００４】
しかし、電磁トランスは、銅線、ボビン、磁芯で構成されており、上記のような、３ｋＶ前後の電圧を印加して用いる場合は、出力電流値が数μＡという微小な電流となるため、各部に於いて漏れ電流を最小限にしなければならなかった。そのため、トランスの巻線を有機絶縁物によりモールドにする必要があり、発煙発火の点で問題があった。しかも供給電力に比較して大きなトランスを必要としたため、高圧電源装置の小型化・軽量化の妨げとなっていた。
【０００５】
そこで、これらの欠点を補うために、薄型軽量で高出力の圧電トランスを用いて高電圧を発生させることが検討されている。すなわち、セラミックを素材とした圧電トランスを用いることにより、電磁トランス以上の効率で、高電圧を生成する事が可能となる。しかも、一次側および二次側間の結合に関係なく一次側と二次側の電極聞の距離を離すことが可能になるため、特別に絶縁のためのモールド加工をする必要が無く、発煙発火の危険性も無くなる。そのため、高圧電源装置を小型・軽量にできるという優れた特性が得られる。
【０００６】
かかる圧電トランスを用いた高圧電源装置として、例えば、特許文献１に示されるものがある。しかしながら、この圧電トランスを用いた高圧電源装置は、周波数制御をアナログ信号処理回路で行っていたため、制御動作が不安定となる。そのため、下記に示すような不具合が発生し、各種不具合対策が提案されてきた。
【０００７】
例えば、高圧出力電圧の立上り（立下り）を早くするために制御電圧を急激に変化させると、共振周波数を超えてしまい、出力電圧が制御できなくなってしまうという問題があった。かかる問題を解決するために、例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４のような装置が提案されている。
【０００８】
また、不測の事態により圧電トランスの能力以上の電力が必要になった場合には、圧電トランスの駆動周波数が共振周波数を越えてしまい、圧電トランスを制御不能となって、画像不良が発生してしまうという問題があった。かかる問題を解決するために、例えば、特許文献５に記載の装置が提案されている。
【０００９】
また、圧電トランスからの出力電圧を制御できずに、高圧電源装置において回路動作の発振が発生する場合がある。かかる問題を解決するために、例えば、特許文献６のような装置が提案されている。
【００１０】
また、高電圧電源オン時の制御信号がオペアンプに入力された時点から所望の設定電圧値に立ち上がるまでの間に、スプリアス周波数に起因する立ち上がり時間の遅延が発生するという問題があった。かかる問題を解決するために、例えば、特許文献７に記載の装置が提案されている。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−２０６１１３号公報
【特許文献２】特開２００６−９１７５７号公報
【特許文献３】特開２００７−１１０８７号公報
【特許文献４】特開２００７−５３８８７号公報
【特許文献５】特開２００６−２０１３５１号公報
【特許文献６】特開２００６−３０９１５４号公報
【特許文献７】特開２００７−４３８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記文献に記載の装置は、圧電トランスの周波数制御にアナログ信号処理回路を用いているため、問題の根本的な解決を図るには至っていなかった。
【００１３】
また、圧電トランスには複数の共振点が存在するが、圧電トランスによって得られる出力電圧の可変幅を大きくするためには、効率の悪い範囲の周波数も使用しなければならず、装置全体としての効率が悪いという問題もあった。
【００１４】
さらに、出力電圧を小さくしようとして共振周波数から周波数を大きく変化させると、次の共振周波数が近くなるために却って出力電圧が上昇してしまい、低電圧出力を実現することが困難であるという問題もあった。
【００１５】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御を行うことが可能であり、高圧出力の高速立ち上がりを可能とする、新規かつ改良された圧電トランス方式高圧電源装置および画像形成装置を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の更に別の目的は、安定した周波数制御および高圧出力の高速立ち上がり時間を可能とし、かつ、低電圧出力および安定出力制御が可能で高効率である新規かつ改良された圧電トランス方式高圧電源装置および画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、圧電トランスに所定の駆動周波数により制御された駆動電圧を印加することにより前記圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、前記出力電圧と前記出力電圧を所定の値に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、前記出力電圧の変動をデジタル変動値として検出する出力電圧検出部と、前記出力電圧検出部から入力された前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動制御を行う駆動制御部と、を備える圧電トランス方式高圧電源装置が提供される。
【００１８】
かかる構成によれば、出力電圧検出部は、出力電圧と出力電圧を所定の値に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、出力電圧の変動をデジタル変動値として検出し、駆動制御部は、出力電圧検出部から入力されたデジタル変動値に応じて、圧電トランスの駆動制御を行う。本発明に係る圧電トランス方式高圧電源装置は、圧電トランスの駆動周波数制御をデジタル信号処理によって行うため、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御を行うことが可能であり、高圧出力の高速立ち上がりを実現可能である。
【００１９】
前記駆動制御部は、前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、前記駆動周波数制御部の出力値に応じて前記圧電トランスを駆動する駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、を更に備え、前記駆動周波数制御部は、前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を増加させ、前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を減少させてもよい。
【００２０】
前記駆動制御部は、前記駆動周波数の周波数可変範囲を記憶した記憶部と、前記記憶部に記憶されている前記周波数可変範囲と前記駆動周波数制御部の出力値とに基づいて、前記駆動周波数を前記周波数可変範囲内で可変させるように制御する周波数範囲制御部と、を更に備え、前記周波数範囲制御部は、前記駆動周波数制御部の出力値が前記駆動周波数の可変範囲から外れた場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止させる制御信号を出力し、前記駆動周波数制御部は、前記周波数範囲制御部からの制御信号が入力された場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止してもよい。
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、圧電トランスに所定の駆動周波数により制御された駆動電圧を印加することにより前記圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、前記圧電トランスから出力された出力電圧および前記圧電トランス方式高圧電源装置の出力制御電圧に基づいて前記出力電圧の変動分を演算し、前記出力電圧の変動分の演算結果に基づいて前記圧電トランスの駆動周波数をデジタル信号処理により制御する駆動制御部を備える圧電トランス方式高圧電源装置が提供される。
【００２２】
かかる構成によれば、駆動制御部は、圧電トランスから出力された出力電圧および圧電トランス方式高圧電源装置の出力制御電圧に基づいて出力電圧の変動分を演算し、出力電圧の変動分の演算結果に基づいて圧電トランスの駆動周波数をデジタル信号処理により制御する。本発明に係る圧電トランス方式高圧電源装置は、圧電トランスの駆動周波数制御をデジタル信号処理によって行うため、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御を行うことが可能であり、高圧出力の高速立ち上がりを実現可能である。
【００２３】
前記駆動制御部は、前記出力電圧をデジタルデータへと変換するＡＤ変換部と、前記デジタル変換された出力電圧と前記出力制御電圧とに基づいて前記出力電圧のデジタル変動値を演算するデジタル変動値演算部と、前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、前記駆動周波数制御部の出力値に応じて前記圧電トランスを駆動する駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、
を更に備え、前記駆動周波数制御部は、前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を増加させ、前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を減少させてもよい。
【００２４】
前記駆動制御部は、前記駆動周波数の周波数可変範囲を記憶した記憶部と、前記記憶部に記憶されている前記周波数可変範囲と前記駆動周波数制御部の出力値とに基づいて、前記駆動周波数を前記周波数可変範囲内で可変させるように制御する周波数範囲制御部と、を更に備え、前記周波数範囲制御部は、前記駆動周波数制御部の出力値が前記駆動周波数の可変範囲から外れた場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止させる制御信号を出力し、前記駆動周波数制御部は、前記周波数範囲制御部からの制御信号が入力された場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止してもよい。
【００２５】
前記デジタル変動値演算部は、デジタルフィルタによる演算処理またはＰＩＤ制御により、前記デジタル変動値を演算してもよい。
【００２６】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、圧電トランスに所定の駆動周波数により制御された駆動電圧を印加することにより前記圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、前記出力電圧と前記出力電圧を所定の値に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、前記出力電圧の変動をデジタル変動値として検出する出力電圧検出部と、前記出力電圧検出部から入力された前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動制御を行う駆動制御部と、前記出力電圧と前記出力制御電圧との比較結果に応じて前記圧電トランスに印加される電源電圧を可変制御するドライブ電圧制御部と、を備える圧電トランス方式高圧電源装置が提供される。
【００２７】
かかる構成によれば、出力電圧検出部は、出力電圧と前記出力電圧を所定の値に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、前記出力電圧の変動をデジタル変動値として検出し、駆動制御部は、出力電圧検出部から入力された前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動制御を行い、ドライブ電圧制御部は、出力電圧と出力制御電圧との比較結果に応じて圧電トランスに印加される電源電圧を可変制御する。本発明に係る圧電トランス方式高圧電源装置は、圧電トランスの駆動周波数をデジタル信号処理によって可変制御し、かつ、圧電トランスの駆動電圧の可変制御も行うために、安定した周波数制御および高圧出力の高速立ち上がり時間を可能とし、かつ、低電圧出力および安定出力制御が可能であり、装置の効率を向上させることができる。
【００２８】
前記ドライブ電圧制御部は、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さい場合には、前記電源電圧を増加させ、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きい場合には、前記電源電圧を減少させてもよい。
【００２９】
前記駆動制御部は、前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、前記駆動周波数制御部の出力値に応じて前記圧電トランスを駆動する駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、を更に備え、前記駆動周波数制御部は、前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を増加させ、前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を減少させてもよい。
【００３０】
前記駆動制御部は、前記駆動周波数の周波数可変範囲を記憶した記憶部と、前記記憶部に記憶されている前記周波数可変範囲と前記駆動周波数制御部の出力値とに基づいて、前記駆動周波数を前記周波数可変範囲内で可変させるように制御する周波数範囲制御部と、を更に備え、前記周波数範囲制御部は、前記駆動周波数制御部の出力値が前記駆動周波数の可変範囲から外れた場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止させる制御信号を出力し、前記駆動周波数制御部は、前記周波数範囲制御部からの制御信号が入力された場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止してもよい。
【００３１】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、帯電後の前記潜像担持体の表面に潜像を形成させる露光手段と、前記潜像を現像する現像手段と、前記潜像担持体に形成されるトナー像を転写材に転写させる転写手段と、前記帯電手段、前記現像手段、前記転写手段の少なくともいずれかに電圧を供給する電源装置と、を有し、前記電源装置は、前述の圧電トランス方式高圧電源装置であることを特徴とする画像形成装置置が提供される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、異常発振や制御不能に陥ることなく圧電トランスを安定して周波数制御することができ、高圧出力の高速立ち上がりを実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３４】
［一般的な圧電トランス方式高圧電源装置について］
まず、本発明の実施形態について説明するのに先立ち、後述する本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０と一般的な圧電トランス方式高圧電源装置１０００と間の構成上の相違点を明確にするため、一般的な圧電トランス方式高圧電源装置１０００の構成例について、図１５〜図１７を参照しながら簡単に説明する。図１５は、一般的な圧電トランス方式高圧電源装置を説明するためのブロック図である。図１６および図１７は、一般的な圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。
【００３５】
図１５において、Т１００１は、高圧電源の圧電トランス（圧電セラミックトランス）である。圧電トランスТ１００１の交流出力は、ダイオードＤ１００２、Ｄ１００３及び高圧コンデンサＣ１００４によって正電圧に整流平滑され、負荷である転写ローラ（図示せず。）に供給される。また、出力電圧は、抵抗Ｒ１００５、Ｒ１００６、Ｒ１００７によって分圧され、保護用抵抗Ｒ１００８を介してオペアンプＱ１００９の非反転入力端子（＋端子）に入力される。
【００３６】
他方、オペアンプの反転入力端子（一端子）には、抵抗Ｒ１０１４を介して、ＤＣコントローラからアナログ信号である高圧電源の制御信号（ｖｃｏｎｔ）が入力される。オペアンプＱ１００９と抵抗Ｒ１０１４とコンデンサＣ１０１３にて積分回路を構成することにより、抵抗とコンデンサの部品定数によって決まる積分時定数で平滑された制御信号（Ｖｃｏｎｔ）が、オペアンプＱ１００９に入力される。
【００３７】
オペアンプＱ１００９の出力端は電圧制御発振器（ＶＣＯ）１０１０に接続され、その出力端がインダクタＬ１０１２に接続されたトランジスタＱ１０１１を駆動することで、圧電トランスの一次側に駆動周波数の電源を供給する。電子写真方式の画像形成装置の高圧電源ユニットは、かかる圧電トランスを用いる。
【００３８】
圧電トランスの特性は、一般的に、図１６に示すような共振周波数ｆ０において出力電圧が最大となるような裾広がり形状をしており、周波数による出力電圧の制御が可能である。圧電トランスの出力電圧を増加させる場合には、駆動周波数を高周波数側ｆｘから低周波数側ｆ０へ変化させることで可能となる。
【００３９】
電子写真方式画像形成装置の高圧電源ユニットでは、図１６に示す高圧電源回路を複数有し、帯電、現像、転写等のバイアスを出力して画像形成を行っている。
【００４０】
しかしながら、図１６から明らかなように、一般的な圧電トランス方式高圧電源装置は、アナログ信号処理により圧電トランスの駆動周波数制御を行っているため、上述のような様々な問題が発生する。
【００４１】
また、圧電トランスには、複数の共振点が存在する。例えば、図１７には、圧電トランスに存在する複数の共振点のうちの４つが図示されている。図１７から明らかなように、第１共振周波数ｆ１を印加すると約３．５ｋＶという出力電圧が得られる第１共振点が存在し、第１共振周波数ｆ１の更に高周波数側には、出力電圧が極大となる第２共振点（共振周波数：ｆ２）及び第３共振点（共振周波数：ｆ３）が存在する。図１７より明らかなように、共振点は出力電圧が極大となる点であるため、駆動電圧の周波数を、共振点における共振周波数を基準にして高周波数側又は低周波数側のいずれに変化させたとしても、出力電圧は低下する。
【００４２】
しかしながら、共振周波数から周波数を変化させても、出力電圧の最大値を数ｋｖ程度に設定すると数１００Ｖ以下にはならない。なぜなら、周波数を大きく変化させると、次の共振周波数が近くなるため、却って出力電圧が上昇してしまうからである。
【００４３】
更に、駆動電圧の周波数には、共振周波数近傍等の効率の良い範囲が存在する。しかしながら、出力電圧の可変幅を大きくするために、効率の悪い範囲の周波数も使用しなければならないので、全体としての効率が良くなかった。
【００４４】
（第１の実施形態）
［本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について］
そこで、本発明の第１の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０では、上記課題を解決するために、デジタル信号処理により圧電トランスの駆動周波数制御を行い、圧電トランスの安定動作を可能とするとともに、高圧出力の高速立ち上がりを実現した。
【００４５】
以下では、図１〜図５を参照しながら、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０について、詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０について説明するためのブロック図であり、図２は、本実施形態に係る圧電トランス駆動制御部３０を説明するためのブロック図である。また、図３は、本実施形態に係る圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。また、図４および図５は、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０のタイミングチャートである。
【００４６】
本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、図１に示したように、駆動部２０と、圧電トランス駆動制御部３０と、整流平滑部４０と、出力電圧検出部５０と、を主に備える。
【００４７】
駆動部２０は、主に、圧電トランスＴ２０１と、インダクタンスＬ２０１と、抵抗Ｒ２０１と、コンデンサＣ２０１と、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子Ｓ２０１とを備える。電源（ＶＤＤ）がインダクタンスＬ２０１に接続されると、後述する圧電トランス駆動制御部３０により周波数制御された駆動電圧が入力されたスイッチング素子Ｓ２０１でオンオフ制御を行うことで、接続された電源電圧に対して、昇圧および疑似正弦波への変換が行われる。その後、変換された電源電圧は、圧電トランスＴ２０１へと印加される。
【００４８】
駆動部２０の圧電トランスＴ２０１は、圧電振動体に一次電極と二次電極とが設けられており、一次側は、厚さ方向に分極し圧電振動体を挟んで対向し、二次側を長さ方向に分極し、これらを図示しない樹脂ケース等に収容したものである。圧電振動体は、ジルコン酸チタン酸鉛セラミック（ＰＺＴ）等の圧電セラミックからなり、板状を呈している。圧電振動体の長さ方向において、一端からその長さの例えば半分までに一次電極が設けられ、他端に二次電極が設けられている。一次側に長さ寸法で決まる固有共振周波数の駆動電圧を入力すると、逆圧電効果により強い機械共振を起こし、圧電効果により、その振動に見合った高い出力電圧が出力される。
【００４９】
圧電トランス駆動制御部３０は、駆動部２０の圧電トランスＴ２０１を制御する駆動電圧の周波数を制御する。本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、この圧電トランス駆動制御部３０によって、圧電トランスの駆動周波数をデジタル信号処理により制御することを特徴とする。かかる圧電トランス駆動制御部３０については、後に詳細に説明する。
【００５０】
整流平滑部４０は、主に、コンデンサＣ４０１と、ダイオードＤ４０１、Ｄ４０３とを備える。圧電トランスТ２０１の交流出力は、ダイオードＤ４０１、Ｄ４０３及び高圧コンデンサＣ４０１によって正電圧（直流電圧）に整流平滑され、負荷である転写ローラ（図示せず。）等に供給される。
【００５１】
出力電圧検出部５０は、主に、コンデンサＣ５０１、Ｃ５０３と、抵抗Ｒ５０１、Ｒ５０３と、コンパレータ（ＣＯＭＰ）５０１とを備える。整流平滑部４０によって直流電圧に整流平滑された出力電圧は、出力電圧検出部５０内の分圧抵抗Ｒ５０１、Ｒ５０３により分圧され、誤差検出電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧）として、コンパレータ５０１の反転入力端子（−端子）に入力される。なお、各分圧抵抗Ｒ５０１、Ｒ５０３に並列に接続されたコンデンサＣ５０１、Ｃ５０３は、誤差検出電圧のＡＣ成分とＤＣ成分の調整を行っている。また、コンパレータ５０１の非反転入力端子（＋端子）には、出力電圧を制御するＤＣ電圧である出力制御電圧が参照電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）として入力される。
【００５２】
コンパレータ５０１は、非反転入力端子に入力されたＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿ＶｏｌｔとＦｅｅｄ ｂａｃｋの大小（電圧値の大小）を比較し、その比較結果を出力する。コンパレータ５０１の出力は、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＞（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合はＬｏｗ出力となり、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＜（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合はＨｉｇｈ出力となる。かかるコンパレータ５０１によって、出力電圧のアナログ的変動を、デジタル変動値に変換することができる。コンパレータ５０１の出力であるデジタル変動値は、圧電トランス駆動制御部３０内における周波数制御部の制御信号（ＵＰ／ＤＯＷＮ）として、圧電トランス駆動制御部３０に入力される。
【００５３】
また、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、リセット信号を供給するリセット１０１と、クロック信号を供給するクロック１０３と、圧電トランスＴ２０１の駆動制御信号を供給するコントローラ１０５と、を更に備える。
【００５４】
コントローラ１０５から供給される駆動制御信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）は、抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０３、Ｒ１０５やスイッチング素子Ｓ１０１によって反転され、オープンコレクタ出力に変換されて圧電トランス駆動制御部３０へと入力される。
【００５５】
［圧電トランス駆動制御部３０について］
本実施形態に係る圧電トランス駆動制御部３０は、主に、圧電トランスＴ２０１駆動するための駆動電圧の周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、を含む。
【００５６】
＜駆動周波数制御部について＞
駆動周波数制御部は、例えば図２に示したように、アップダウンカウンタ３０１と、レジスタ３０３と、コンパレータ３０５とを主に含む。
【００５７】
周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１には、必要な周波数制御精度に応じた高速クロック信号がクロック１０３から供給され、クロック信号がＨｉｇｈになるたびに、出力電圧検出部５０からの出力電圧検出信号（ＵＰ／ＤＯＷＮ）がＨｉｇｈの時はカウンタ値をＸ増加させ、Ｌｏｗの時はカウンタ値をＸ減少させる。また、周波数制御用カウンタビット数を、駆動電圧発生用カウンタビット数Ｎ＋下位Ｍビットの（Ｎ＋Ｍ）ビット構成とし、下位Ｍビット値を設定することで誤差フィードバックゲインを補正して、安定制御が行われるようにすることが好ましい。（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）と（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）とがほぼ平衡状態となりアップダウンカウンタ３０１の変化量が微小になった場合であっても、周波数制御用カウンタビット数を（Ｎ＋Ｍ）ビット構成とすることで、下位Ｍビットが常時上下するが上位Ｎビットは変動しない状態となり、安定したカウントを行うことが可能となる。
【００５８】
ここで、カウンタアップダウン値Ｘは、誤差フィードバックゲインを補正するために自由に設定可能なレジスタ値であり、未図示の外部コントローラにより設定可能としてもよいし、固定値にしてもよい。このカウンタアップダウン値Ｘの設定値は、レジスタ３０３に記憶されており、アップダウンカウンタ３０１により随時参照される。
【００５９】
ここで、圧電トランスＴ２０１は、例えば図３に示したように、印加される駆動電圧が有する周波数に依存して、出力電圧が変化する。圧電トランスＴ２０１の出力電圧は、図３に示したように例えば３種類の極値（共振点）が存在し、低周波数側の第１共振周波数ｆ１前後で一番大きな出力電圧を与え、高周波数側の第２共振周波数ｆ２、第３共振周波数ｆ３となるにつれて、出力電圧の値は小さくなる。従って、最も効率よく圧電トランスＴ２０１の出力電圧を得るためには、第１共振周波数ｆ１の前後の駆動周波数を用いることが好ましい。
【００６０】
そこで、周波数制御用に用いられるアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は、図３に示す周波数可変範囲に収める必要がある。周波数可変範囲は、第１共振周波数ｆ１の製造ばらつきを考慮したｆｍｉｎ値を最小周波数とし、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２との間で出力電圧変動が上昇カーブとなる前のｆｍａｘ値を最大周波数とすることで、求めることが可能である。ここで、上記ｆｍｉｎ，ｆｍａｘは、レジスタ３０３に記憶されているレジスタ値であり、外部コントローラにより設定可能としてもよいし、固定値にしてもよい。
【００６１】
カウンタ値の上位Ｎビットは、コンパレータ３０５およびコンパレータ３０９に出力される。アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は、クロックが入力されるたびに、コンパレータ３０５によりｆｍｉｎ，ｆｍａｘレジスタ値と比較される。比較の結果、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値が周波数可変範囲境界になると、コンパレータ３０５から制御信号がアップダウンカウンタ３０１へ出力され、アップダウンカウンタ３０１は、カウントアップダウン動作を停止（カウンタ値±０）する。
【００６２】
また、アップダウンカウンタ３０１は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、カウンタ値をｆｍｉｎに設定する。
【００６３】
したがって、ＤＣ電圧である出力制御電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔ）と出力電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）との比較の結果出力電圧が上昇すると、周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は下がり、駆動電圧周波数は高くなる。また、出力電圧が減少すると、周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は上り、駆動電圧周波数は低くなる。その結果、目的の駆動電圧周波数ｆｔａｒｇｅｔ（図３参照。）として、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ（ＤＣ電圧）に対応して出力電圧値を一定に保つ。
【００６４】
また、出力ＯＦＦ時は、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＞出力電圧となるため、駆動周波数は徐々に低くなり、ｆｍｉｎまで変化して停止する。逆に、出力ＯＮ時は、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＜出力電圧となるため、駆動周波数は徐々に高くなり、目標周波数ｆｔａｒｇｅｔになる。
【００６５】
レジスタ３０３は、記憶部の一例であって、上述のように、圧電トランスＴ２０１の駆動周波数の最大値（ｆｍａｘ）および最小値（ｆｍｉｎ）を記憶する。さらに、レジスタ３０３は、アップダウンカウンタ３０１のカウンタアップダウン値Ｘを記憶する。このレジスタ３０３は、アップダウンカウンタ３０１にカウンタアップダウン値Ｘを出力したり、コンパレータ３０５にｆｍａｘやｆｍｉｎを出力したりする。
【００６６】
コンパレータ３０５は、周波数範囲制御部の一例であって、このコンパレータ３０５には、アップダウンカウンタ３０１の上位Ｎビットのカウンタ値と、ｆｍａｘおよびｆｍｉｎとが入力される。コンパレータ３０５は、カウンタ値と、ｆｍａｘおよびｆｍｉｎとの大小関係を比較して、入力されたカウンタ値が、圧電トランスＴ２０１の周波数可変範囲境界に存在するか否かを判定する。カウンタ値の上位Ｎビットが周波数可変範囲の最小値ｆｍｉｎ超過となった場合、または、カウンタ値の上記Ｎビットが周波数可変範囲の最大値ｆｍａｘ未満となった場合には、コンパレータ３０５はＨｉｇｈ出力となり、アップダウンカウンタ３０１のカウントアップダウン動作を停止させる制御信号であるＵＰ／ＤＯＷＮ ＳＴＯＰ信号を発信する。
【００６７】
＜駆動電圧発生部について＞
駆動電圧発生部は、例えば図２に示したように、Ｎビットデジタルリセットカウンタ３０７と、コンパレータ３０９と、１ビットカウンタ３１１と、ＡＮＤゲート３１３、３１５とを主に含む。
【００６８】
Ｎビットデジタルリセットカウンタ３０７（以下、Ｎビットカウンタ３０７とも称する。）は、周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１と同期をとるために、アップダウンカウンタ３０１と同じ高速クロックがクロック１０３から供給され、クロックがＨｉｇｈになるたびにカウンタ値を＋１ずつアップして行く。Ｎビットカウンタ３０７のカウンタ値は、後述するコンパレータ３０９に出力される。
【００６９】
また、リセット入力にＬｏｗ信号が入力されると、リセットがかかり、カウンタ値はゼロ（０）になる。Ｎビットカウンタ３０７に入力されるリセット信号は、電源入力時に全てのロジック回路を初期化する、リセット１０１から供給されるシステムリセット信号と、後述するデジタルコンパレータ３０９の出力信号（ＣＯＭＰＡＲＥ＿ＯＵＴ）の反転信号の論理積を取ることで作成される。
【００７０】
後述するように、コンパレータ３０９の出力は、周波数制御用のカウンタ値であるアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値と、駆動電圧発生用のカウンタ値であるＮビットカウンタ３０７のカウンタ値とが等しくなるときにＨｉｇｈ出力となる。そのため、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値により駆動電圧周波数制御が行われる。
【００７１】
コンパレータ３０９には、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値（上位Ｎビットのカウンタ値）と、Ｎビットカウンタ３０７のカウンタ値とが入力され、Ｎビットカウンタ３０７のカウンタ値がアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値以上となった場合に、Ｈｉｇｈ出力となる。また、コンパレータ３０９は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、リセットされる。
【００７２】
１ビットカウンタ３１１は、コンパレータ３０９からの出力信号がトリガーとなっており、デジタルコンパレータ３０９の出力がＨｉｇｈ信号となるたびに出力電圧を反転する。１ビットカウンタ３１１の出力信号は、後述するＡＮＤゲート３１３に入力される。また、１ビットカウンタ３１１は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、ゼロにリセットされる。
【００７３】
ＡＮＤゲート３１３は、コントローラ１０５から出力されたＯＮ／ＯＦＦ制御信号の反転信号であるＥＮＡＢＬＥ信号の反転信号と、１ビットカウンタ３１１から出力された出力とが入力されるＡＮＤゲートである。このＡＮＤゲート３１３により、高圧電源出力のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。すなわち、ＥＮＡＢＬＥ信号をＬｏｗ信号にすると、駆動電圧出力がそのままＡＮＤゲート３１３から出力されて高圧電源出力が出力し、ＥＮＡＢＬＥ信号をＨｉｇｈ信号にすると、ＡＮＤゲート３１３からの出力は強制的にＬｏｗ信号となり、高圧出力は停止する。
【００７４】
ＡＮＤゲート３１５は、リセット１０１からのリセット信号と、コンパレータ３０９の出力信号（ＣＯＭＰＡＲＥ ＯＵＴ）の反転信号と、が入力され、Ｎビットカウンタ３０７のリセット信号が生成されるＡＮＤゲートである。ＡＮＤゲート３１５の出力は、Ｎビットカウンタ３０７のリセット端子に入力される。
【００７５】
また、圧電トランス駆動制御部３０は、上記以外にも、コントローラ１０５の出力信号をアナログ信号に変換してＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿ＶｏｌｔとするＤ／Ａコンバータ３１７を含む。本実施形態に係るＤ／Ａコンバータ３１７は、特定のものに限定されるわけではなく、一般的に用いられるＤ／Ａコンバータを使用することが可能である。Ｄ／Ａコンバータ３１７の変換処理により生成されたＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔは、前述の出力電圧検出部５０内に設けられたコンパレータ５０１に入力される。
【００７６】
また、上記Ｄ／Ａコンバータ３１７の代わりに、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）シグナルジェネレータ等を使用することも可能である。
【００７７】
以上、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。したがって、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【００７８】
［圧電トランス方式高圧電源装置の動作について］
続いて、図４および図５を参照しながら、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の動作について、詳細に説明する。
【００７９】
まず、図４を参照しながら、高圧出力Ｒｅａｄｙ状態（ＯＦＦ状態）→ＯＮ→目標高圧出力となるまでの制御動作タイミングチャートを説明する。Ｒｅａｄｙ状態においては、図４から明らかなように、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＞出力電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）となるため、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）はｆｍｉｎとなっている。ＥＮＡＢＬＥがＬｏｗとなりＯＮ状態になると、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧は徐々に上昇していき、アップダウンカウンタには、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号としてＵＰが入力される。やがて、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧がＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔよりも大きくなると、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号としてＤＯＷＮが出力されるようになるため、アップダウンカウンタは、カウンタ値を減少させていく。なお、図４において、「ＣｎｔＤｏｗｎ」は、カウンタ値を減少させていく「カウントダウン」を表している。
【００８０】
アップダウンカウンタのカウンタ値が減少していくと、これに伴いＮビットカウンタのカウント上限値も減少していく。その結果、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）は、ｆｍｉｎから高周波数側へと変化していき、目標駆動周波数であるｆｔａｒｇｅｔとなるように制御される。ここで、図４において、Ｎビットカウンタの欄における「ｆｔ」は、「ｆｔａｒｇｅｔ」を意味している。
【００８１】
続いて、図５を参照しながら、目標高圧出力→ＯＦＦ→高圧出力Ｒｅａｄｙ状態となるまでの制御動作タイミングチャートを説明する。目標としている高電圧を出力している状態では、図５に示したように、Ｎビットカウンタおよびアップダウンカウンタは、カウンタ値がｆｔａｒｇｅｔ（ｆｔ）となるまでカウントを繰り返しており、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧は、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔ近傍の値となっている。ここで、ＥＮＡＢＬＥがＨｉとなりＯＦＦ状態になると、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧の値は徐々に減少していき、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔの電圧値の方が大きくなる。その結果、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号としてＵＰが出力されるようになるため、アップダウンカウンタは、カウンタ値を増加させていく。なお、図５において、「ＣｎｔＵＰ」は、カウンタ値を増加させていく「カウントアップ」を表している。
【００８２】
アップダウンカウンタのカウンタ値が増加していくと、これに伴いＮビットカウンタのカウント上限値も増加していく。その結果、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）は、ｆｔａｒｇｅｔから低周波数側へと変化していき、周波数可変範囲の最小値であるｆｍｉｎとなるように制御される。
【００８３】
［圧電トランス方式高圧電源装置を用いた画像形成装置について］
続いて、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置を用いた画像形成装置について、説明する。
【００８４】
本実施形態に係る画像形成装置は、例えば、潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、帯電後の潜像担持体の表面に潜像を形成させる露光手段と、潜像を現像する現像手段と、潜像担持体に形成されるトナー像を転写材に転写させる転写手段と、を備える。
【００８５】
上記帯電手段、現像手段および転写手段は、各処理を行う際に、画像形成装置に実装されている電源装置から、所定のバイアス（電圧）を印加される必要がある。そこで、本実施形態に係る画像形成装置は、上記帯電手段、現像手段および転写手段の少なくともいずれか一つに対して電圧を供給する電源装置として、前述の本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置を適用する。
【００８６】
本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御が可能であるため、この圧電トランス方式高圧電源装置１０を用いた画像形成装置の帯電手段、現像手段および転写手段は、安定した処理を行うことが可能となる。また、高圧出力の高速立上り時間が可能となるため、各処理工程に要する時間を短縮することが可能となる。
【００８７】
（第１の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置の第１変形例）
続いて、図６を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の第１変形例について、詳細に説明する。図６は、本変形例に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０について説明するためのブロック図である。
【００８８】
本変形例に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、駆動部２０と、圧電トランス駆動制御部３０と、整流平滑部４０と、フィードバック回路部６０と、を主に備える。
【００８９】
駆動部２０および整流平滑部４０については、本発明の第１の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０における駆動部２０および整流平滑部４０と同様の構成を有し、同一の機能を奏するため、詳細な説明は省略する。
【００９０】
圧電トランス駆動制御部３０は、駆動部２０の圧電トランスＴ２０１を制御する駆動電圧の周波数を制御する。本変形例に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、この圧電トランス駆動制御部３０によって、圧電トランスの駆動周波数をデジタル信号処理によって制御することを特徴とする。かかる圧電トランス駆動制御部３０については、後に詳細に説明する。
【００９１】
フィードバック回路部６０は、主に、コンデンサＣ６０１、Ｃ６０３と、抵抗Ｒ６０１、Ｒ６０３とを備える。整流平滑部４０によって直流電圧に整流平滑された出力電圧は、フィードバック回路部６０内の分圧抵抗Ｒ６０１、Ｒ６０３により分圧され、誤差検出電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧）としてアナログ信号のまま圧電トランス駆動制御部３０に入力される。なお、各分圧抵抗Ｒ６０１、Ｒ６０３に並列に接続されたコンデンサＣ６０１、Ｃ６０３は、誤差検出電圧のＡＣ成分とＤＣ成分の調整を行っている。
【００９２】
また、本変形例に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、リセット信号を供給するリセット１０１と、クロック信号を供給するクロック１０３と、圧電トランスＴ２０１の駆動制御信号を供給するコントローラ１０５と、を更に備える。
【００９３】
コントローラ１０５から供給される駆動制御信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）は、抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０３、Ｒ１０５やスイッチング素子Ｓ１０１によって反転され、オープンコレクタ出力に変換されて圧電トランス駆動制御部３０へと入力される。
【００９４】
［圧電トランス駆動制御部３０について］
続いて、図６を参照しながら、本変形例に係る圧電トランス駆動制御部３０について、詳細に説明する。
【００９５】
本実施形態に係る圧電トランス駆動制御部３０は、主に、圧電トランスＴ２０１駆動するための駆動電圧の周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、を含む。
【００９６】
＜駆動周波数制御部について＞
駆動周波数制御部は、例えば図６に示したように、コンパレータ３０５と、Ａ／Ｄコンバータ３５１と、デジタルフィルタ３５３と、アップダウンカウンタ３５５と、を主に含む。
【００９７】
Ａ／Ｄコンバータ３５１は、フィードバック回路部６０から入力されたアナログ信号であるＦｅｅｄ ｂａｃｋ信号を、デジタル信号へと変換する。本変形例に係るＡ／Ｄコンバータ３５１は、特定のものに限定されるわけではなく、一般的に用いられるＡ／Ｄコンバータを使用することが可能である。Ａ／Ｄコンバータ３５１によりデジタル信号に変換されたＦｅｅｄ ｂａｃｋ信号は、後述するデジタルフィルタ３５３へと出力される。
【００９８】
デジタル変動値演算部の一例であるデジタルフィルタ３５３には、Ａ／Ｄコンバータ３５１から入力されるデジタル変換されたＦｅｅｄ ｂａｃｋ信号と、Ｄ／Ａコンバータ３１７から入力されるＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ信号とが入力され、これらのＦｅｅｄ ｂａｃｋ信号とＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ信号とを比較演算して、カウンタアップダウン値Ｘを算出する。算出されたカウンタアップダウン値Ｘは、アップダウンカウンタ３５５へと出力される。
【００９９】
周波数制御用のアップダウンカウンタ３５５には、必要な周波数制御精度に応じた高速クロック信号がクロック１０３から供給され、クロック信号がＨｉｇｈになるたびに、デジタルフィルタ３５３から供給されるカウンタアップダウン値Ｘに応じて、カウンタ値を増減する。すなわち、デジタルフィルタ３５３からカウンタ値をＸ増加させる旨の信号が伝送された場合には、アップダウンカウンタ３５５はカウンタ値をＸ増やし、デジタルフィルタ３５３からカウンタ値をＸ減少させる旨の信号が伝送された場合には、アップダウンカウンタ３５５はカウンタ値をＸ減らす。また、周波数制御用カウンタビット数を、駆動電圧発生用カウンタビット数Ｎ＋下位Ｍビットの（Ｎ＋Ｍ）ビット構成とし、下位Ｍビット値を設定することで誤差フィードバックゲインを補正して、安定制御が行われるようにすることが好ましい。（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）と（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）とがほぼ平衡状態となりアップダウンカウンタ３５５の変化量が微小になった場合であっても、周波数制御用カウンタビット数を（Ｎ＋Ｍ）ビット構成とすることで、下位Ｍビットが常時上下するが上位Ｎビットは変動しない状態となり、安定したカウントを行うことが可能となる。
【０１００】
また、本発明の第１の実施形態に係るアップダウンカウンタ３０１と同様に、周波数制御用に用いられるアップダウンカウンタ３５５のカウンタ値は、図３に示す周波数可変範囲に収める必要がある。周波数可変範囲は、第１共振周波数ｆ１の製造ばらつきを考慮したｆｍｉｎ値を最小周波数とし、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２との間で出力電圧変動が上昇カーブとなる前のｆｍａｘ値を最大周波数とすることで、求めることが可能である。ここで、上記ｆｍｉｎ，ｆｍａｘは、レジスタ３５７に記憶されているレジスタ値であり、外部コントローラにより設定可能としてもよいし、固定値にしてもよい。
【０１０１】
カウンタ値の上位Ｎビットは、コンパレータ３０５およびコンパレータ３０９に出力される。アップダウンカウンタ３５５のカウンタ値は、クロックが入力されるたびにコンパレータ３０５によりｆｍｉｎ，ｆｍａｘレジスタ値と比較され、周波数可変範囲境界になると、アップダウンカウンタ３５５は、カウントアップダウン動作を停止（カウンタ値±０）する。
【０１０２】
また、アップダウンカウンタ３５５は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、カウンタ値をｆｍｉｎに設定する。
【０１０３】
したがって、ＤＣ電圧である出力制御電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔ）と出力電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）の比較の結果出力電圧が上昇すると、周波数制御用のアップダウンカウンタ３５５のカウンタ値は下がり、駆動電圧周波数は高くなる。また、出力電圧が減少すると、周波数制御用のアップダウンカウンタ３５５のカウンタ値は上り、駆動電圧周波数は低くなる。その結果、目的の駆動電圧周波数ｆｔａｒｇｅｔ（図３参照。）として、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ（ＤＣ電圧）に対応して出力電圧値を一定に保つ。
【０１０４】
また、出力ＯＦＦ時は、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＞出力電圧となるため、駆動周波数は徐々に低くなり、ｆｍｉｎまで変化して停止する。逆に、出力ＯＮ時は、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＜出力電圧となるため、駆動周波数は徐々に高くなり、目標周波数ｆｔａｒｇｅｔになる。
【０１０５】
レジスタ３５７は、可変範囲記憶部の一例であって、上述のように、圧電トランスＴ２０１の駆動周波数の最大値（ｆｍａｘ）および最小値（ｆｍｉｎ）を記憶する。このレジスタ３５７は、コンパレータ３０５にｆｍａｘやｆｍｉｎを出力する。
【０１０６】
本変形例に係るコンパレータ３０５は、本発明の第１の実施形態に係るコンパレータ３０５と同様の構成を有し、同一の効果を奏するため、詳細な説明は省略する。
【０１０７】
＜駆動電圧発生部について＞
駆動電圧発生部は、例えば図６に示したように、Ｎビットデジタルリセットカウンタ３０７と、コンパレータ３０９と、１ビットカウンタ３１１と、ＡＮＤゲート３１３、３１５とを主に含む。本変形例に係る駆動電圧発生部については、本発明の第１の実施形態に係る駆動電圧発生部と同様の構成を有し、同一の効果を奏するため、詳細な説明は省略する。
【０１０８】
また、圧電トランス駆動制御部３０は、上記以外にも、コントローラ１０５の出力信号をアナログ信号に変換してＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔとする、Ｄ／Ａコンバータ３１７を含む。本変形例に係るＤ／Ａコンバータ３１７は、特定のものに限定されるわけではなく、一般的に用いられるＤ／Ａコンバータを使用することが可能である。Ｄ／Ａコンバータ３１７の変換処理により生成されたＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔは、前述のデジタルフィルタ３５３に入力される。
【０１０９】
なお、上述の説明においては、フィードバック回路部６０から供給されたアナログ変動量であるＦｅｅｄ ｂａｃｋ電圧を、Ａ／Ｄコンバータ３５１によりデジタルデータに変換して変動量をサンプリングし、デジタルフィルタ３５３によって演算処理を行う場合について説明したが、本変形例は上記の場合に限定されるわけではなく、例えば、フィードバック回路部６０から供給されたアナログ変動量であるＦｅｅｄ ｂａｃｋ電圧について、ＰＩＤ制御により変動量算出を行う構成としてもよい。
【０１１０】
以上、本変形例に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。したがって、本変形例を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１１１】
（第２の実施形態）
［本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について］
以下で説明する本発明の第２の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０では、上記課題を解決するために、デジタル信号処理により圧電トランスの駆動周波数制御を行い、圧電トランスの安定動作を可能とするとともに、高圧出力の高速立ち上がりを実現した。また、圧電トランスの駆動周波数制御とともに圧電トランスに印加される電源電圧の制御も行うことで、圧電トランスから得られる出力電圧の効率を向上させることが可能である。
【０１１２】
以下では、図７〜図１２を参照しながら、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０について、詳細に説明する。図７は、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０について説明するためのブロック図であり、図８は、本実施形態に係るインダクタ電源電圧と昇圧時動作波形との関係を説明するための説明図であり、図９は、本実施形態に係る圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。また、図１０は、同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について説明するためのブロック図であり、図１１および図１２は、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０のタイミングチャートである。
【０１１３】
本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、図７に示したように、駆動部２０と、圧電トランス駆動制御部３０と、整流平滑部４０と、ドライブ電圧制御部７０と、出力電圧検出部８０と、を主に備える。
【０１１４】
駆動部２０は、主に、圧電トランスＴ２０１と、インダクタンスＬ２０１と、抵抗Ｒ２０１と、コンデンサＣ２０１と、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子Ｓ２０１とを備える。後述するドライブ電圧制御部７０から供給された電源電圧（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）がインダクタンスＬ２０１に接続されると、後述する圧電トランス駆動制御部３０により周波数制御された駆動電圧が入力されたスイッチング素子Ｓ２０１でオンオフ制御を行うことで、ドライブ電圧制御部７０から出力された電圧に対して、昇圧および疑似正弦波への変換が行われる。その後、変換された電圧は、圧電トランスＴ２０１へと印加される。
【０１１５】
駆動部２０の圧電トランスＴ２０１は、圧電振動体に一次電極と二次電極とが設けられており、一次側は、厚さ方向に分極し圧電振動体を挟んで対向し、二次側を長さ方向に分極し、これらを図示しない樹脂ケース等に収容したものである。圧電振動体は、ジルコン酸チタン酸鉛セラミック（ＰＺＴ）等の圧電セラミックからなり、板状を呈している。圧電振動体の長さ方向において、一端からその長さの例えば半分までに一次電極が設けられ、他端に二次電極が設けられている。一次側に長さ寸法で決まる固有共振周波数の駆動電圧を入力すると、逆圧電効果により強い機械共振を起こし、圧電効果により、その振動に見合った高い出力電圧が出力される。
【０１１６】
ここで、図８を参照しながら、インダクタ電源電圧と昇圧時動作波形との関係について、詳細に説明する。スイッチング素子Ｓ２０１（ＦＥＴ ｏｒ トランジスタ）に対して、後述する圧電トランス駆動制御部３０から駆動電圧（図８（ｃ））が印加されると、スイッチング素子Ｓ２０１がオン状態となり、インダクタンスＬ２０１に電流が流れる。このとき、スイッチング素子Ｓ２０１には、電流（図８（ｄ））Ｉ＝駆動電圧×（ＯＮ ｔｉｍｅ／Ｌ）が流れる。従って、電源電圧の大きさに応じた電流Ｉが流れ、インダクタンスＬ２０１には、エネルギーＵ＝１／２×（ＬＩ２）が蓄積される。次に、スイッチング素子Ｓ２０１がオフ状態となると、圧電トランスＴ２０１の一次側に接続したコンデンサＣ２０１とインダクタンスＬ２０１との間で、共振が発生する。この時の圧電トランスに印加される電圧の大きさで、インダクタ蓄積エネルギー量Ｕに応じて、電圧値が大きくなる。したがって、インダクタ電源電圧、すなわち、ドライブ電圧制御部７０から供給された電源電圧（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）を大きくすると、圧電トランスから出力される出力を大きくすることができる。
【０１１７】
圧電トランス駆動制御部３０は、駆動部２０の圧電トランスＴ２０１を制御する駆動電圧の周波数を制御する。本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、この圧電トランス駆動制御部３０によって、圧電トランスの駆動周波数をデジタル信号処理により制御することを特徴とする。かかる圧電トランス駆動制御部３０については、後に詳細に説明する。
【０１１８】
整流平滑部４０は、主に、コンデンサＣ４０１と、ダイオードＤ４０１、Ｄ４０３とを備える。圧電トランスТ２０１の交流出力は、ダイオードＤ４０１、Ｄ４０３及び高圧コンデンサＣ４０１によって正電圧（直流電圧）に整流平滑され、負荷である転写ローラ（図示せず。）等に供給される。
【０１１９】
ドライブ電圧制御部７０は、主に、コンデンサＣ７０１、Ｃ７０３、Ｃ７０５と、抵抗Ｒ７０１、Ｒ７０３、Ｒ７０５、Ｒ７０７と、バイポーラトランジスタ等のトランジスタＴＲ７０１と、演算比較増幅器（ＡＭＰ）７０１とを備える。整流平滑部４０によって直流電圧に整流平滑された出力電圧は、ドライブ電圧制御部７０内の分圧抵抗Ｒ７０１、Ｒ７０３により分圧され、誤差検出電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧）として、演算比較増幅器７０１の反転入力端子（−端子）に入力される。また、演算比較増幅器７０１の非反転入力端子（＋端子）には、出力電圧を制御するＤＣ電圧である出力制御電圧が参照電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）として入力される。
【０１２０】
演算比較増幅器７０１は、入力された誤差検出電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）と、出力制御電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）との大小を比較し、比較結果に応じて電圧値の増加や減少を行う。具体的には、演算比較増幅器７０１は、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＞（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合には電圧値を減少させ、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＜（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合には電圧値を増加させる。演算比較増幅器７０１の出力は、トランジスタバッファにより出力電流増強され、駆動部２０内のインダクタンスＬ２０１への供給電源電圧出力（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）となる。
【０１２１】
圧電トランスから出力される出力電圧の大きさは、圧電トランスに印加される駆動周波数の値に依存するだけでなく、圧電トランスに供給される電源電圧の大きさにも依存することが知られている。これは、例えば図９に示したように、圧電トランスに供給される電源電圧の大きさに依存して、複数の曲線が存在するということを表している。例えば、同一の駆動周波数を圧電トランスに印加した場合には、図９に示したように、供給されている電源電圧が大きいほうが、より大きな出力電圧を得ることができる。また、圧電トランスから所定の出力電力を得たい場合には、圧電トランスに印加する駆動周波数を制御することでも実現可能であるが、圧電トランスに供給される電源電圧を制御することでも実現可能である。
【０１２２】
そこで、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、上述のように圧電トランスからの出力電圧と出力制御電圧との大小を比較することで、インダクタンスＬ２０１に供給される電源電圧の大きさを可変制御するとともに、圧電トランスに印加する駆動周波数を並行制御することで、圧電トランスから効率良く目標とする出力電圧を得ることができる。
【０１２３】
例えば、小さな値の出力電圧が必要な場合、インダクタンスに一定の電圧が供給されるような従来の装置においては、圧電トランスに印加される駆動周波数を高周波数側へとシフトさせ、第２共振周波数ｆ２近傍の効率の良くない周波数範囲を使用しなければならなかった。しかしながら、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、インダクタンスＬ２０１に印加する電源電圧を小さくすることで、ｆｍｉｎ近傍の効率の良い周波数範囲で制御を行うことが可能である。
【０１２４】
なお、図９においては、駆動周波数と出力電圧との関係を表す曲線が２種類しか記載されていないが、本実施形態においては上記の場合に限定されるわけではなく、これらの曲線は供給される電源電圧の値によって複数種類存在する。
【０１２５】
また、本実施形態に係るドライブ電圧制御部７０は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号がＯＦＦを表す信号となった場合には、インダクタンスＬ２０１に供給される電圧が最大電圧となるように制御を行う。
【０１２６】
出力電圧検出部８０は、主に、コンデンサＣ８０１、Ｃ８０３と、抵抗Ｒ８０１、Ｒ８０３と、コンパレータ（ＣＯＭＰ）８０１とを備える。整流平滑部４０によって直流電圧に整流平滑された出力電圧は、出力電圧検出部８０内の分圧抵抗Ｒ８０１、Ｒ８０３により分圧され、誤差検出電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧）として、コンパレータ８０１の反転入力端子（−端子）に入力される。なお、各分圧抵抗Ｒ８０１、Ｒ８０３に並列に接続されたコンデンサＣ８０１、Ｃ８０３は、誤差検出電圧のＡＣ成分とＤＣ成分の調整を行っている。また、コンパレータ８０１の非反転入力端子（＋端子）には、出力電圧を制御するＤＣ電圧である出力制御電圧が参照電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）として入力される。
【０１２７】
コンパレータ８０１は、非反転入力端子に入力されたＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿ＶｏｌｔとＦｅｅｄ ｂａｃｋの大小（電圧値の大小）を比較し、その比較結果を出力する。コンパレータ８０１の出力は、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＞（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合はＬｏｗ出力となり、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＜（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合はＨｉｇｈ出力となる。かかるコンパレータ８０１によって、出力電圧のアナログ的変動を、デジタル変動値に変換することができる。コンパレータ８０１の出力であるデジタル変動値は、圧電トランス駆動制御部３０内における周波数制御部の制御信号（ＵＰ／ＤＯＷＮ）として、圧電トランス駆動制御部３０に入力される。
【０１２８】
また、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、リセット信号を供給するリセット１０１と、クロック信号を供給するクロック１０３と、圧電トランスＴ２０１の駆動制御信号を供給するコントローラ１０５と、を更に備える。
【０１２９】
コントローラ１０５から供給される駆動制御信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）は、抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０３、Ｒ１０５やスイッチング素子Ｓ１０１によって反転され、オープンコレクタ出力に変換されて圧電トランス駆動制御部３０へと入力される。
【０１３０】
［圧電トランス駆動制御部３０について］
本実施形態に係る圧電トランス駆動制御部３０は、主に、圧電トランスＴ２０１駆動するための駆動電圧の周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、を含む。
【０１３１】
＜駆動周波数制御部について＞
駆動周波数制御部は、例えば図１０に示したように、アップダウンカウンタ３０１と、レジスタ３０３と、コンパレータ３０５とを主に含む。
【０１３２】
周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１には、必要な周波数制御精度に応じた高速クロック信号がクロック１０３から供給され、クロック信号がＨｉｇｈになるたびに、出力電圧検出部８０からの出力電圧検出信号（ＵＰ／ＤＯＷＮ）がＨｉｇｈの時はカウンタ値をＸ増加させ、Ｌｏｗの時はカウンタ値をＸ減少させる。また、周波数制御用カウンタビット数を、駆動電圧発生用カウンタビット数Ｎ＋下位Ｍビットの（Ｎ＋Ｍ）ビット構成とし、下位Ｍビット値を設定することで誤差フィードバックゲインを補正して、安定制御が行われるようにすることが好ましい。（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）と（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）とがほぼ平衡状態となりアップダウンカウンタ３０１の変化量が微小になった場合であっても、周波数制御用カウンタビット数を（Ｎ＋Ｍ）ビット構成とすることで、下位Ｍビットが常時上下するが上位Ｎビットは変動しない状態となり、安定したカウントを行うことが可能となる。
【０１３３】
ここで、カウンタアップダウン値Ｘは、誤差フィードバックゲインを補正するために自由に設定可能なレジスタ値であり、未図示の外部コントローラにより設定可能としてもよいし、固定値にしてもよい。このカウンタアップダウン値Ｘの設定値は、レジスタ３０３に記憶されており、アップダウンカウンタ３０１により随時参照される。
【０１３４】
ここで、圧電トランスＴ２０１は、例えば図９に示したように、印加される駆動電圧が有する周波数に依存して、出力電圧が変化する。圧電トランスＴ２０１の出力電圧は、図９に示したように複数の極値（共振点）が存在し、低周波数側の第１共振周波数ｆ１前後で一番大きな出力電圧を与え、高周波数側の第２共振周波数ｆ２、第３共振周波数ｆ３となるにつれて、出力電圧の値は小さくなる。従って、最も効率よく圧電トランスＴ２０１の出力電圧を得るためには、第１共振周波数ｆ１の前後の駆動周波数を用いることが好ましい。
【０１３５】
そこで、周波数制御用に用いられるアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は、図９に示す周波数可変範囲に収める必要がある。周波数可変範囲は、第１共振周波数ｆ１の製造ばらつきを考慮したｆｍｉｎ値を最小周波数とし、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２との間で出力電圧変動が上昇カーブとなる前のｆｍａｘ値を最大周波数とすることで、求めることが可能である。ここで、上記ｆｍｉｎ，ｆｍａｘは、レジスタ３０３に記憶されているレジスタ値であり、外部コントローラにより設定可能としてもよいし、固定値にしてもよい。
【０１３６】
カウンタ値の上位Ｎビットは、コンパレータ３０５およびコンパレータ３０９に出力される。アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は、クロックが入力されるたびに、コンパレータ３０５によりｆｍｉｎ，ｆｍａｘレジスタ値と比較される。比較の結果、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値が周波数可変範囲境界になると、コンパレータ３０５から制御信号がアップダウンカウンタ３０１へ出力され、アップダウンカウンタ３０１は、カウントアップダウン動作を停止（カウンタ値±０）する。
【０１３７】
また、アップダウンカウンタ３０１は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、カウンタ値をｆｍｉｎに設定する。
【０１３８】
したがって、ＤＣ電圧である出力制御電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔ）と出力電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）との比較の結果出力電圧が上昇すると、周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は下がり、駆動電圧周波数は高くなる。また、出力電圧が減少すると、周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は上り、駆動電圧周波数は低くなる。その結果、目的の駆動電圧周波数ｆｔａｒｇｅｔ（図９参照。）として、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ（ＤＣ電圧）に対応して出力電圧値を一定に保つ。
【０１３９】
また、出力ＯＦＦ時は、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＞出力電圧となるため、駆動周波数は徐々に低くなり、ｆｍｉｎまで変化して停止する。逆に、出力ＯＮ時は、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＜出力電圧となるため、駆動周波数は徐々に高くなり、目標周波数ｆｔａｒｇｅｔになる。
【０１４０】
レジスタ３０３は、記憶部の一例であって、上述のように、圧電トランスＴ２０１の駆動周波数の最大値（ｆｍａｘ）および最小値（ｆｍｉｎ）を記憶する。さらに、レジスタ３０３は、アップダウンカウンタ３０１のカウンタアップダウン値Ｘを記憶する。このレジスタ３０３は、アップダウンカウンタ３０１にカウンタアップダウン値Ｘを出力したり、コンパレータ３０５にｆｍａｘやｆｍｉｎを出力したりする。
【０１４１】
コンパレータ３０５は、周波数範囲制御部の一例であって、このコンパレータ３０５には、アップダウンカウンタ３０１の上位Ｎビットのカウンタ値と、ｆｍａｘおよびｆｍｉｎとが入力される。コンパレータ３０５は、カウンタ値と、ｆｍａｘおよびｆｍｉｎとの大小関係を比較して、入力されたカウンタ値が、圧電トランスＴ２０１の周波数可変範囲境界に存在するか否かを判定する。カウンタ値の上位Ｎビットが周波数可変範囲の最小値ｆｍｉｎ超過となった場合、または、カウンタ値の上記Ｎビットが周波数可変範囲の最大値ｆｍａｘ未満となった場合には、コンパレータ３０５はＨｉｇｈ出力となり、アップダウンカウンタ３０１のカウントアップダウン動作を停止させる制御信号であるＵＰ／ＤＯＷＮ ＳＴＯＰ信号を発信する。
【０１４２】
＜駆動電圧発生部について＞
駆動電圧発生部は、例えば図１０に示したように、Ｎビットデジタルリセットカウンタ３０７と、コンパレータ３０９と、１ビットカウンタ３１１と、ＡＮＤゲート３１３、３１５とを主に含む。
【０１４３】
Ｎビットデジタルリセットカウンタ３０７（以下、Ｎビットカウンタ３０７とも称する。）は、周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１と同期をとるために、アップダウンカウンタ３０１と同じ高速クロックがクロック１０３から供給され、クロックがＨｉｇｈになるたびにカウンタ値を＋１ずつアップして行く。Ｎビットカウンタ３０７のカウンタ値は、後述するコンパレータ３０９に出力される。
【０１４４】
また、リセット入力にＬｏｗ信号が入力されると、リセットがかかり、カウンタ値はゼロ（０）になる。Ｎビットカウンタ３０７に入力されるリセット信号は、電源入力時に全てのロジック回路を初期化する、リセット１０１から供給されるシステムリセット信号と、後述するデジタルコンパレータ３０９の出力信号（ＣＯＭＰＡＲＥ＿ＯＵＴ）の反転信号の論理積を取ることで作成される。
【０１４５】
後述するように、コンパレータ３０９の出力は、周波数制御用のカウンタ値であるアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値と、駆動電圧発生用のカウンタ値であるＮビットカウンタ３０７のカウンタ値とが等しくなるときにＨｉｇｈ出力となる。そのため、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値により駆動電圧周波数制御が行われる。
【０１４６】
コンパレータ３０９には、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値（上位Ｎビットのカウンタ値）と、Ｎビットカウンタ３０７のカウンタ値とが入力され、Ｎビットカウンタ３０７のカウンタ値がアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値以上となった場合に、Ｈｉｇｈ出力となる。また、コンパレータ３０９は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、リセットされる。
【０１４７】
１ビットカウンタ３１１は、コンパレータ３０９からの出力信号がトリガーとなっており、デジタルコンパレータ３０９の出力がＨｉｇｈ信号となるたびに出力電圧を反転する。１ビットカウンタ３１１の出力信号は、後述するＡＮＤゲート３１３に入力される。また、１ビットカウンタ３１１は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、ゼロにリセットされる。
【０１４８】
ＡＮＤゲート３１３は、コントローラ１０５から出力されたＯＮ／ＯＦＦ制御信号の反転信号であるＥＮＡＢＬＥ信号の反転信号と、１ビットカウンタ３１１から出力された出力とが入力されるＡＮＤゲートである。このＡＮＤゲート３１３により、高圧電源出力のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。すなわち、ＥＮＡＢＬＥ信号をＬｏｗ信号にすると、駆動電圧出力がそのままＡＮＤゲート３１３から出力されて高圧電源出力が出力し、ＥＮＡＢＬＥ信号をＨｉｇｈ信号にすると、ＡＮＤゲート３１３からの出力は強制的にＬｏｗ信号となり、高圧出力は停止する。
【０１４９】
ＡＮＤゲート３１５は、リセット１０１からのリセット信号と、コンパレータ３０９の出力信号（ＣＯＭＰＡＲＥ ＯＵＴ）の反転信号と、が入力され、Ｎビットカウンタ３０７のリセット信号が生成されるＡＮＤゲートである。ＡＮＤゲート３１５の出力は、Ｎビットカウンタ３０７のリセット端子に入力される。
【０１５０】
また、圧電トランス駆動制御部３０は、上記以外にも、コントローラ１０５の出力信号をアナログ信号に変換してＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿ＶｏｌｔとするＤ／Ａコンバータ３１７を含む。本実施形態に係るＤ／Ａコンバータ３１７は、特定のものに限定されるわけではなく、一般的に用いられるＤ／Ａコンバータを使用することが可能である。Ｄ／Ａコンバータ３１７の変換処理により生成されたＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔは、前述のドライブ電圧制御部７０内に設けられた演算比較増幅器７０１および出力電圧検出部８０内に設けられたコンパレータ８０１に入力される。
【０１５１】
また、上記Ｄ／Ａコンバータ３１７の代わりに、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）シグナルジェネレータ等を使用することも可能である。
【０１５２】
以上説明したように、本実施形態に係る高圧電源装置では、ＤＣ電圧である出力制御電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔ）と出力電圧とを比較し、出力電圧が上がると周波数制御用カウント値（アップダウンカウンタのカウンタ値）が下がって駆動周波数は高くなり、同時に駆動部２０内のインダクタンスへの供給電源電圧出力（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）も小さくなって、圧電トランスから出力される電圧が小さくなる。逆に、出力電圧が下がると、周波数制御用カウント値（アップダウンカウンタのカウンタ値）が上がって駆動周波数は低くなり、同時に駆動部２０内のインダクタンスへの供給電源電圧出力（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）は大きくなって、圧電トランス駆動電圧昇圧出力は大きくなる。出力制御電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔ）と出力電圧とが目標高圧出力になったところで、駆動電圧周波数ｆｔａｒｇｅｔとして、駆動電圧周波数とインダクタンスへの供給電源電圧出力（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）を並行制御し、圧電トランスからの出力電圧値を一定に保つことが可能である。
【０１５３】
なお、上述の実施形態においては、出力電圧のアナログ的変動を出力制御電圧と比較してデジタル変動値に変換する出力電圧検出部として、簡単な回路構成で高速変動量デジタルデータ変換が可能なコンパレータを用いる場合について説明したが、上述の場合に限定されるわけではなく、例えば、Ａ／Ｄコンバータによりアナログ変動量をデジタルデータに変換して変動量をサンプリングし、デジタフィルタ等による演算処理、または、ＰＩＤ制御により変動量算出を行う構成としてもよい。
【０１５４】
以上、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。したがって、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１５５】
［圧電トランス方式高圧電源装置の動作について］
続いて、図１１および図１２を参照しながら、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の動作について、詳細に説明する。
【０１５６】
まず、図１１を参照しながら、高圧出力Ｒｅａｄｙ状態（ＯＦＦ状態）→ＯＮ→目標高圧出力となるまでの制御動作タイミングチャートを説明する。Ｒｅａｄｙ状態においては、図１１から明らかなように、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＞出力電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）となるため、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）はｆｍｉｎとなり、電源電圧（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）は最大値となっている。ＥＮＡＢＬＥがＬｏｗとなりＯＮ状態になると、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧は徐々に上昇していき、アップダウンカウンタには、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号としてＵＰが入力される。やがて、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧がＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔよりも大きくなると、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号としてＤＯＷＮが出力されるようになるため、アップダウンカウンタは、カウンタ値を減少させていく。同時に、ドライブ電圧制御部７０の制御によって電源電圧（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）も減少していく。なお、図１１において、「ＣｎｔＤｏｗｎ」は、カウンタ値を減少させていく「カウントダウン」を表している。
【０１５７】
アップダウンカウンタのカウンタ値が減少していくと、これに伴いＮビットカウンタのカウント上限値も減少していく。その結果、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）は、ｆｍｉｎから高周波数側へと変化していき、目標駆動周波数であるｆｔａｒｇｅｔとなるように制御される。ここで、図１１において、Ｎビットカウンタの欄における「ｆｔ」は、「ｆｔａｒｇｅｔ」を意味している。また、圧電トランスに供給される電源電圧は、徐々に減少していくように制御されるため、圧電トランスから出力される出力電圧（ＦＲＥＱ＿ＤＲＩＶＥ＿ＯＵＴ）は徐々に減少していき、目標電圧となると、この目標電圧を保つように制御される。
【０１５８】
続いて、図１２を参照しながら、目標高圧出力→ＯＦＦ→高圧出力Ｒｅａｄｙ状態となるまでの制御動作タイミングチャートを説明する。目標としている高電圧を出力している状態では、図１１に示したように、Ｎビットカウンタおよびアップダウンカウンタは、カウンタ値がｆｔａｒｇｅｔ（ｆｔ）となるまでカウントを繰り返しており、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧は、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔ近傍の値となっている。ここで、ＥＮＡＢＬＥがＨｉとなりＯＦＦ状態になると、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧の値は徐々に減少していき、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔの電圧値の方が大きくなる。その結果、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号としてＵＰが出力されるようになるため、アップダウンカウンタは、カウンタ値を増加させていく。同時に、ドライブ電圧制御部７０の制御によって電源電圧（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）も増加していく。なお、図１２において、「ＣｎｔＵＰ」は、カウンタ値を増加させていく「カウントアップ」を表している。
【０１５９】
アップダウンカウンタのカウンタ値が増加していくと、これに伴いＮビットカウンタのカウント上限値も増加していく。その結果、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）は、ｆｔａｒｇｅｔから低周波数側へと変化していき、周波数可変範囲の最小値であるｆｍｉｎとなるように制御される。また、圧電トランスに供給される電源電圧は、徐々に増加していき、最終的に最大電圧となるように制御される。
【０１６０】
［圧電トランス方式高圧電源装置を用いた画像形成装置について］
続いて、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置を用いた画像形成装置について、説明する。
【０１６１】
本実施形態に係る画像形成装置は、例えば、潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、帯電後の潜像担持体の表面に潜像を形成させる露光手段と、潜像を現像する現像手段と、潜像担持体に形成されるトナー像を転写材に転写させる転写手段と、を備える。
【０１６２】
上記帯電手段、現像手段および転写手段は、各処理を行う際に、画像形成装置に実装されている電源装置から、所定のバイアス（電圧）を印加される必要がある。そこで、本実施形態に係る画像形成装置は、上記帯電手段、現像手段および転写手段の少なくともいずれか一つに対して電圧を供給する電源装置として、前述の本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置を適用する。
【０１６３】
本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御が可能であるため、この圧電トランス方式高圧電源装置１０を用いた画像形成装置の帯電手段、現像手段および転写手段は、安定した処理を行うことが可能となる。また、高圧出力の高速立上り時間が可能となるため、各処理工程に要する時間を短縮することが可能となる。
【０１６４】
（第３の実施形態）
［本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について］
続いて、図１３および図１４を参照しながら、本発明の第３の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０について、詳細に説明する。図１３は、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０について説明するためのブロック図であり、図１４は、本実施形態におけるＵＰ／ＤＯＷＮ信号とＶ＿ＤＲＩＶＥ信号との関係を説明するための説明図である。
【０１６５】
本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、図１３に示したように、駆動部２０と、圧電トランス駆動制御部３０と、整流平滑部４０と、出力電圧検出部８０と、ドライブ電圧整流平滑出力部９０と、を主に備える。
【０１６６】
ここで、駆動部２０、圧電トランス駆動制御部３０および整流平滑部４０については、本発明の第１および第２の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０における駆動部２０、圧電トランス駆動制御部３０および整流平滑部４０と同様の構成を有し、同一の機能を奏するため、詳細な説明は省略する。
【０１６７】
出力電圧検出部８０は、主に、コンデンサＣ８０１、Ｃ８０３と、抵抗Ｒ８０１、Ｒ８０３と、コンパレータ（ＣＯＭＰ）８０１とを備える。整流平滑部４０によって直流電圧に整流平滑された出力電圧は、出力電圧検出部８０内の分圧抵抗Ｒ８０１、Ｒ８０３により分圧され、誤差検出電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧）として、コンパレータ８０１の反転入力端子（−端子）に入力される。なお、各分圧抵抗Ｒ８０１、Ｒ８０３に並列に接続されたコンデンサＣ８０１、Ｃ８０３は、誤差検出電圧のＡＣ成分とＤＣ成分の調整を行っている。また、コンパレータ８０１の非反転入力端子（＋端子）には、出力電圧を制御するＤＣ電圧である出力制御電圧が参照電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）として入力される。
【０１６８】
コンパレータ８０１は、非反転入力端子に入力されたＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿ＶｏｌｔとＦｅｅｄ ｂａｃｋの大小（電圧値の大小）を比較し、その比較結果を出力する。コンパレータ８０１の出力は、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＞（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合はＬｏｗ出力となり、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＜（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合はＨｉｇｈ出力となる。かかるコンパレータ８０１によって、出力電圧のアナログ的変動を、デジタル変動値に変換することができる。コンパレータ８０１の出力であるデジタル変動値は、圧電トランス駆動制御部３０内における周波数制御部の制御信号（ＵＰ／ＤＯＷＮ）として、圧電トランス駆動制御部３０に入力される。また、コンパレータ８０１から出力されるＵＰ／ＤＯＷＮ信号は、後述するドライブ電圧整流平滑出力部９０にも入力される。
【０１６９】
ドライブ電圧整流平滑出力部９０は、出力電圧検出部８０から出力されたＵＰ／ＤＯＷＮ信号を利用して、圧電トランスＴ２０１のドライブ電圧（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）を制御する。このドライブ電圧整流平滑出力部９０は、主に、インバータ（ＩＮＶＥＲＴ）９０１と、トランジスタＴＲ９０１、ＴＲ９０２と、抵抗Ｒ９０１、Ｒ９０２と、コンデンサＣ９０１と、ダイオードＤ９０１と、を備える。
【０１７０】
出力電圧検出部８０から出力されたＵＰ／ＤＯＷＮ信号は、インバータ９０１により極性反転され、ＶＤＤ電圧変換トランジスタであるトランジスタＴＲ９０１のベースに入力される。トランジスタＴＲ９０１のベースに入力された信号は再度極性反転され、ＶＤＤレベルに変換されることとなる。ＶＤＤレベルに変換されたＵＰ／ＤＯＷＮ信号は、バッファトランジスタであるトランジスタＴＲ９０２のベースに入力され、トランジスタＴＲ９０２からの出力信号は、ダイオードＤ９０１およびコンデンサＣ９０１で整流平滑されて、供給電源電圧出力（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）として出力される。
【０１７１】
例えば、図１４に示したように、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号が常にＨｉ出力であれば、ドライブ電圧整流平滑出力部９０から出力されるＶ＿ＤＲＩＶＥは、ＶＤＤ（実際には、「ＶＤＤ−バッファトランジスタＴＲ９０２の電圧Ｖｂｅ−ダイオードＤ９０１の電圧Ｖｆ」）となり、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号がＬｏｗ出力であれば、Ｖ＿ＤＲＩＶＥは０Ｖとなる。また、Ｈｉ出力とＬｏｗ出力との時間が等しくなると、ＶＤＤ／２となる。
【０１７２】
［圧電トランス方式高圧電源装置を用いた画像形成装置について］
続いて、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置を用いた画像形成装置について、説明する。
【０１７３】
本実施形態に係る画像形成装置は、例えば、潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、帯電後の潜像担持体の表面に潜像を形成させる露光手段と、潜像を現像する現像手段と、潜像担持体に形成されるトナー像を転写材に転写させる転写手段と、を備える。
【０１７４】
上記帯電手段、現像手段および転写手段は、各処理を行う際に、画像形成装置に実装されている電源装置から、所定のバイアス（電圧）を印加される必要がある。そこで、本実施形態に係る画像形成装置は、上記帯電手段、現像手段および転写手段の少なくともいずれか一つに対して電圧を供給する電源装置として、前述の本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置を適用する。
【０１７５】
本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御が可能であるため、この圧電トランス方式高圧電源装置１０を用いた画像形成装置の帯電手段、現像手段および転写手段は、安定した処理を行うことが可能となる。また、高圧出力の高速立上り時間が可能となるため、各処理工程に要する時間を短縮することが可能となる。
【０１７６】
以上説明したように、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置では、圧電トランスの駆動電圧発生部をリセットカウンタであるＮビットカウンタにより構成し、周波数制御部をアップダウンカウンタによるデジタル処理回路で構成するとともに、周波数可変制御アップダウンカウンタの可変制御範囲を、最低周波数可変範囲設定レジスタｆｍｉｎ及び最高周波数可変範囲設定レジスタｆｍａｘにより設定可能とする。これにより、周波数可変範囲が設定され、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御が可能になる。
【０１７７】
以上説明したように、本発明の各実施形態および変形例に係る圧電トランス方式高圧電源装置では、圧電トランスの駆動電圧発生部をリセットカウンタであるＮビットカウンタにより構成し、周波数制御部をアップダウンカウンタによるデジタル処理回路で構成するとともに、周波数可変制御アップダウンカウンタの可変制御範囲を、最低周波数可変範囲設定レジスタｆｍｉｎ及び最高周波数可変範囲設定レジスタｆｍａｘにより設定可能とする。これにより、周波数可変範囲が設定され、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御が可能になる。
【０１７８】
また、本発明の各実施形態および変形例に係る圧電トランス方式高圧電源装置では、外部ＯＮ／ＯＦＦ制御信号により出力をＯＦＦとした場合に、圧電トランス駆動制御部は、高圧出力値が最大となる可変最低周波数ｆｍｉｎとなるように動作するため、出力ＯＮ時に高圧出力の高速立上り時間を可能とする。
【０１７９】
更に、本発明の第２および第３の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置では、上記周波数可変制御と同時に、高圧出力の変動を検出して、駆動部２０への供給電源電圧可変制御を行うことで、効率の悪い最高周波数可変範囲ｆｍａｘを、効率の良い最低周波数可変範囲ｆｍｉｎに近付けて使用することが可能になり、効率が改善される。
【０１８０】
従って、本発明の第２および第３の実施形態に係る圧電トランスを用いた高圧電源駆動電圧回路において、安定した周波数制御及び高圧出力の高速立上り時間を可能とし、かつ最大出力電圧数Ｋｖ〜数百Ｖ以下の出力安定制御が可能であって効率の良い圧電トランス方式高圧電源装置および画像形成装置を提供することが可能になる。
【０１８１】
更に、圧電トランス駆動制御部をロジック回路により構成することで、既存の特定用途ロジックＩＣ（ＡＳＩＣ）に入れ込むことが可能になり、周波数制御部のコスト低減を図ることが可能となる。
【０１８２】
従って、本発明により異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御を行い、かつ高圧出力の高速立上り時間を可能とした低価格圧電トランス方式高圧電源装置及びそれを用いた画像形成装置の提供が可能となる。
【０１８３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１８４】
例えば、上述した実施形態においては、出力電圧の変動を検知して電圧値を一定にする定電圧制御を行う場合について説明したが、定電圧制御のかわりに、出力電流の変動を検知して電流値を一定にする定電流制御を行ってもよい。かかる定電流制御を行っても、定電圧制御と同様の動作となる。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について説明するためのブロック図である。
【図２】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について説明するためのブロック図である。
【図３】同実施形態に係る圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。
【図４】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置のタイミングチャートである。
【図５】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置のタイミングチャートである。
【図６】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置の第１変形例を説明するためのブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について説明するためのブロック図である。
【図８】同実施形態に係るインダクタ電源電圧と昇圧時動作波形との関係を説明するための説明図である。
【図９】同実施形態に係る圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。
【図１０】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について説明するためのブロック図である。
【図１１】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置のタイミングチャートである。
【図１２】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置のタイミングチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について説明するためのブロック図である。
【図１４】同実施形態におけるＵＰ／ＤＯＷＮ信号とＶ＿ＤＲＩＶＥ信号との関係を説明するための説明図である。
【図１５】一般的な圧電トランスを用いた高圧電源装置について説明するためのブロック図である。
【図１６】一般的な圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。
【図１７】一般的な圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。
【符号の説明】
【０１８６】
１０ 圧電トランス方式高圧電源装置
２０ 駆動部
３０ 圧電トランス駆動制御部
４０ 整流平滑部
５０ 出力電圧検出部
６０ フィードバック回路部
７０ ドライブ電圧制御部
８０ 出力電圧検出部
９０ ドライブ電圧整流平滑出力部
１０１ リセット
１０３ クロック
１０５ コントローラ
３０１，３５５ アップダウンカウンタ
３０３，３５７ レジスタ
３０５，３０９ コンパレータ
３１１ １ビットカウンタ
３１３，３１５ ＡＮＤゲート
３１７ Ｄ／Ａコンバータ
３５１ Ａ／Ｄコンバータ
３５３ デジタルフィルタ
５０１ コンパレータ
７０１ 演算比較増幅器
８０１ コンパレータ
９０１ インバータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電トランス方式高圧電源装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスにより画像を形成する画像形成装置において、感光体に転写部材を当接させて転写を行なう直接転写方式を採用する場合、転写部材には、導電体の回転軸を持つローラ状の導電性ゴムが用いられる。転写部材の駆動は、感光体のプロセススピードに合わせて制御される。そして、転写部材に印加する電圧として、直流バイアス電圧を用いている。この時、直流バイアス電圧の極性は、通常のコロナ放電式の転写電圧と同じ極性である。
【０００３】
上述のような転写ローラを用いて良好な転写を行なうためには、通常３ｋＶ前後の電圧（所要電流は数μＡ）を転写ローラに印加する必要がある。上述の画像形成処理に必要とされる高電圧を生成するために、従来は、巻線式の電磁トランスが使用されていた。
【０００４】
しかし、電磁トランスは、銅線、ボビン、磁芯で構成されており、上記のような、３ｋＶ前後の電圧を印加して用いる場合は、出力電流値が数μＡという微小な電流となるため、各部に於いて漏れ電流を最小限にしなければならなかった。そのため、トランスの巻線を有機絶縁物によりモールドにする必要があり、発煙発火の点で問題があった。しかも供給電力に比較して大きなトランスを必要としたため、高圧電源装置の小型化・軽量化の妨げとなっていた。
【０００５】
そこで、これらの欠点を補うために、薄型軽量で高出力の圧電トランスを用いて高電圧を発生させることが検討されている。すなわち、セラミックを素材とした圧電トランスを用いることにより、電磁トランス以上の効率で、高電圧を生成する事が可能となる。しかも、一次側および二次側間の結合に関係なく一次側と二次側の電極聞の距離を離すことが可能になるため、特別に絶縁のためのモールド加工をする必要が無く、発煙発火の危険性も無くなる。そのため、高圧電源装置を小型・軽量にできるという優れた特性が得られる。
【０００６】
かかる圧電トランスを用いた高圧電源装置として、例えば、特許文献１に示されるものがある。しかしながら、この圧電トランスを用いた高圧電源装置は、周波数制御をアナログ信号処理回路で行っていたため、制御動作が不安定となる。そのため、下記に示すような不具合が発生し、各種不具合対策が提案されてきた。
【０００７】
例えば、高圧出力電圧の立上り（立下り）を早くするために制御電圧を急激に変化させると、共振周波数を超えてしまい、出力電圧が制御できなくなってしまうという問題があった。かかる問題を解決するために、例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４のような装置が提案されている。
【０００８】
また、不測の事態により圧電トランスの能力以上の電力が必要になった場合には、圧電トランスの駆動周波数が共振周波数を越えてしまい、圧電トランスを制御不能となって、画像不良が発生してしまうという問題があった。かかる問題を解決するために、例えば、特許文献５に記載の装置が提案されている。
【０００９】
また、圧電トランスからの出力電圧を制御できずに、高圧電源装置において回路動作の発振が発生する場合がある。かかる問題を解決するために、例えば、特許文献６のような装置が提案されている。
【００１０】
また、高電圧電源オン時の制御信号がオペアンプに入力された時点から所望の設定電圧値に立ち上がるまでの間に、スプリアス周波数に起因する立ち上がり時間の遅延が発生するという問題があった。かかる問題を解決するために、例えば、特許文献７に記載の装置が提案されている。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−２０６１１３号公報
【特許文献２】特開２００６−９１７５７号公報
【特許文献３】特開２００７−１１０８７号公報
【特許文献４】特開２００７−５３８８７号公報
【特許文献５】特開２００６−２０１３５１号公報
【特許文献６】特開２００６−３０９１５４号公報
【特許文献７】特開２００７−４３８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記文献に記載の装置は、圧電トランスの周波数制御にアナログ信号処理回路を用いているため、問題の根本的な解決を図るには至っていなかった。
【００１３】
また、圧電トランスには複数の共振点が存在するが、圧電トランスによって得られる出力電圧の可変幅を大きくするためには、効率の悪い範囲の周波数も使用しなければならず、装置全体としての効率が悪いという問題もあった。
【００１４】
さらに、出力電圧を小さくしようとして共振周波数から周波数を大きく変化させると、次の共振周波数が近くなるために却って出力電圧が上昇してしまい、低電圧出力を実現することが困難であるという問題もあった。
【００１５】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御を行うことが可能であり、高圧出力の高速立ち上がりを可能とする、新規かつ改良された圧電トランス方式高圧電源装置および画像形成装置を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の更に別の目的は、安定した周波数制御および高圧出力の高速立ち上がり時間を可能とし、かつ、低電圧出力および安定出力制御が可能で高効率である新規かつ改良された圧電トランス方式高圧電源装置および画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、圧電トランスに所定の駆動周波数により制御された駆動電圧を印加することにより前記圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、前記出力電圧と前記出力電圧を所定の値に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、前記出力電圧の変動をデジタル変動値として検出する出力電圧検出部と、前記出力電圧検出部から入力された前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動制御を行う駆動制御部と、を備える圧電トランス方式高圧電源装置が提供される。
【００１８】
かかる構成によれば、出力電圧検出部は、出力電圧と出力電圧を所定の値に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、出力電圧の変動をデジタル変動値として検出し、駆動制御部は、出力電圧検出部から入力されたデジタル変動値に応じて、圧電トランスの駆動制御を行う。本発明に係る圧電トランス方式高圧電源装置は、圧電トランスの駆動周波数制御をデジタル信号処理によって行うため、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御を行うことが可能であり、高圧出力の高速立ち上がりを実現可能である。
【００１９】
前記駆動制御部は、前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、前記駆動周波数制御部の出力値に応じて前記圧電トランスを駆動する駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、を更に備え、前記駆動周波数制御部は、前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を増加させ、前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を減少させてもよい。
【００２０】
前記駆動制御部は、前記駆動周波数の周波数可変範囲を記憶した記憶部と、前記記憶部に記憶されている前記周波数可変範囲と前記駆動周波数制御部の出力値とに基づいて、前記駆動周波数を前記周波数可変範囲内で可変させるように制御する周波数範囲制御部と、を更に備え、前記周波数範囲制御部は、前記駆動周波数制御部の出力値が前記駆動周波数の可変範囲から外れた場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止させる制御信号を出力し、前記駆動周波数制御部は、前記周波数範囲制御部からの制御信号が入力された場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止してもよい。
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、圧電トランスに所定の駆動周波数により制御された駆動電圧を印加することにより前記圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、前記圧電トランスから出力された出力電圧および前記圧電トランス方式高圧電源装置の出力制御電圧に基づいて前記出力電圧の変動分を演算し、前記出力電圧の変動分の演算結果に基づいて前記圧電トランスの駆動周波数をデジタル信号処理により制御する駆動制御部を備える圧電トランス方式高圧電源装置が提供される。
【００２２】
かかる構成によれば、駆動制御部は、圧電トランスから出力された出力電圧および圧電トランス方式高圧電源装置の出力制御電圧に基づいて出力電圧の変動分を演算し、出力電圧の変動分の演算結果に基づいて圧電トランスの駆動周波数をデジタル信号処理により制御する。本発明に係る圧電トランス方式高圧電源装置は、圧電トランスの駆動周波数制御をデジタル信号処理によって行うため、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御を行うことが可能であり、高圧出力の高速立ち上がりを実現可能である。
【００２３】
前記駆動制御部は、前記出力電圧をデジタルデータへと変換するＡＤ変換部と、前記デジタル変換された出力電圧と前記出力制御電圧とに基づいて前記出力電圧のデジタル変動値を演算するデジタル変動値演算部と、前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、前記駆動周波数制御部の出力値に応じて前記圧電トランスを駆動する駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、
を更に備え、前記駆動周波数制御部は、前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を増加させ、前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を減少させてもよい。
【００２４】
前記駆動制御部は、前記駆動周波数の周波数可変範囲を記憶した記憶部と、前記記憶部に記憶されている前記周波数可変範囲と前記駆動周波数制御部の出力値とに基づいて、前記駆動周波数を前記周波数可変範囲内で可変させるように制御する周波数範囲制御部と、を更に備え、前記周波数範囲制御部は、前記駆動周波数制御部の出力値が前記駆動周波数の可変範囲から外れた場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止させる制御信号を出力し、前記駆動周波数制御部は、前記周波数範囲制御部からの制御信号が入力された場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止してもよい。
【００２５】
前記デジタル変動値演算部は、デジタルフィルタによる演算処理またはＰＩＤ制御により、前記デジタル変動値を演算してもよい。
【００２６】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、圧電トランスに所定の駆動周波数により制御された駆動電圧を印加することにより前記圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、前記出力電圧と前記出力電圧を所定の値に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、前記出力電圧の変動をデジタル変動値として検出する出力電圧検出部と、前記出力電圧検出部から入力された前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動制御を行う駆動制御部と、前記出力電圧と前記出力制御電圧との比較結果に応じて前記圧電トランスに印加される電源電圧を可変制御するドライブ電圧制御部と、を備える圧電トランス方式高圧電源装置が提供される。
【００２７】
かかる構成によれば、出力電圧検出部は、出力電圧と前記出力電圧を所定の値に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、前記出力電圧の変動をデジタル変動値として検出し、駆動制御部は、出力電圧検出部から入力された前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動制御を行い、ドライブ電圧制御部は、出力電圧と出力制御電圧との比較結果に応じて圧電トランスに印加される電源電圧を可変制御する。本発明に係る圧電トランス方式高圧電源装置は、圧電トランスの駆動周波数をデジタル信号処理によって可変制御し、かつ、圧電トランスの駆動電圧の可変制御も行うために、安定した周波数制御および高圧出力の高速立ち上がり時間を可能とし、かつ、低電圧出力および安定出力制御が可能であり、装置の効率を向上させることができる。
【００２８】
前記ドライブ電圧制御部は、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さい場合には、前記電源電圧を増加させ、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きい場合には、前記電源電圧を減少させてもよい。
【００２９】
前記駆動制御部は、前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、前記駆動周波数制御部の出力値に応じて前記圧電トランスを駆動する駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、を更に備え、前記駆動周波数制御部は、前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を増加させ、前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を減少させてもよい。
【００３０】
前記駆動制御部は、前記駆動周波数の周波数可変範囲を記憶した記憶部と、前記記憶部に記憶されている前記周波数可変範囲と前記駆動周波数制御部の出力値とに基づいて、前記駆動周波数を前記周波数可変範囲内で可変させるように制御する周波数範囲制御部と、を更に備え、前記周波数範囲制御部は、前記駆動周波数制御部の出力値が前記駆動周波数の可変範囲から外れた場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止させる制御信号を出力し、前記駆動周波数制御部は、前記周波数範囲制御部からの制御信号が入力された場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止してもよい。
【００３１】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、帯電後の前記潜像担持体の表面に潜像を形成させる露光手段と、前記潜像を現像する現像手段と、前記潜像担持体に形成されるトナー像を転写材に転写させる転写手段と、前記帯電手段、前記現像手段、前記転写手段の少なくともいずれかに電圧を供給する電源装置と、を有し、前記電源装置は、前述の圧電トランス方式高圧電源装置であることを特徴とする画像形成装置置が提供される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、異常発振や制御不能に陥ることなく圧電トランスを安定して周波数制御することができ、高圧出力の高速立ち上がりを実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３４】
［一般的な圧電トランス方式高圧電源装置について］
まず、本発明の実施形態について説明するのに先立ち、後述する本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０と一般的な圧電トランス方式高圧電源装置１０００と間の構成上の相違点を明確にするため、一般的な圧電トランス方式高圧電源装置１０００の構成例について、図１５〜図１７を参照しながら簡単に説明する。図１５は、一般的な圧電トランス方式高圧電源装置を説明するためのブロック図である。図１６および図１７は、一般的な圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。
【００３５】
図１５において、Т１００１は、高圧電源の圧電トランス（圧電セラミックトランス）である。圧電トランスТ１００１の交流出力は、ダイオードＤ１００２、Ｄ１００３及び高圧コンデンサＣ１００４によって正電圧に整流平滑され、負荷である転写ローラ（図示せず。）に供給される。また、出力電圧は、抵抗Ｒ１００５、Ｒ１００６、Ｒ１００７によって分圧され、保護用抵抗Ｒ１００８を介してオペアンプＱ１００９の非反転入力端子（＋端子）に入力される。
【００３６】
他方、オペアンプの反転入力端子（一端子）には、抵抗Ｒ１０１４を介して、ＤＣコントローラからアナログ信号である高圧電源の制御信号（ｖｃｏｎｔ）が入力される。オペアンプＱ１００９と抵抗Ｒ１０１４とコンデンサＣ１０１３にて積分回路を構成することにより、抵抗とコンデンサの部品定数によって決まる積分時定数で平滑された制御信号（Ｖｃｏｎｔ）が、オペアンプＱ１００９に入力される。
【００３７】
オペアンプＱ１００９の出力端は電圧制御発振器（ＶＣＯ）１０１０に接続され、その出力端がインダクタＬ１０１２に接続されたトランジスタＱ１０１１を駆動することで、圧電トランスの一次側に駆動周波数の電源を供給する。電子写真方式の画像形成装置の高圧電源ユニットは、かかる圧電トランスを用いる。
【００３８】
圧電トランスの特性は、一般的に、図１６に示すような共振周波数ｆ０において出力電圧が最大となるような裾広がり形状をしており、周波数による出力電圧の制御が可能である。圧電トランスの出力電圧を増加させる場合には、駆動周波数を高周波数側ｆｘから低周波数側ｆ０へ変化させることで可能となる。
【００３９】
電子写真方式画像形成装置の高圧電源ユニットでは、図１６に示す高圧電源回路を複数有し、帯電、現像、転写等のバイアスを出力して画像形成を行っている。
【００４０】
しかしながら、図１６から明らかなように、一般的な圧電トランス方式高圧電源装置は、アナログ信号処理により圧電トランスの駆動周波数制御を行っているため、上述のような様々な問題が発生する。
【００４１】
また、圧電トランスには、複数の共振点が存在する。例えば、図１７には、圧電トランスに存在する複数の共振点のうちの４つが図示されている。図１７から明らかなように、第１共振周波数ｆ１を印加すると約３．５ｋＶという出力電圧が得られる第１共振点が存在し、第１共振周波数ｆ１の更に高周波数側には、出力電圧が極大となる第２共振点（共振周波数：ｆ２）及び第３共振点（共振周波数：ｆ３）が存在する。図１７より明らかなように、共振点は出力電圧が極大となる点であるため、駆動電圧の周波数を、共振点における共振周波数を基準にして高周波数側又は低周波数側のいずれに変化させたとしても、出力電圧は低下する。
【００４２】
しかしながら、共振周波数から周波数を変化させても、出力電圧の最大値を数ｋｖ程度に設定すると数１００Ｖ以下にはならない。なぜなら、周波数を大きく変化させると、次の共振周波数が近くなるため、却って出力電圧が上昇してしまうからである。
【００４３】
更に、駆動電圧の周波数には、共振周波数近傍等の効率の良い範囲が存在する。しかしながら、出力電圧の可変幅を大きくするために、効率の悪い範囲の周波数も使用しなければならないので、全体としての効率が良くなかった。
【００４４】
（第１の実施形態）
［本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について］
そこで、本発明の第１の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０では、上記課題を解決するために、デジタル信号処理により圧電トランスの駆動周波数制御を行い、圧電トランスの安定動作を可能とするとともに、高圧出力の高速立ち上がりを実現した。
【００４５】
以下では、図１〜図５を参照しながら、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０について、詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０について説明するためのブロック図であり、図２は、本実施形態に係る圧電トランス駆動制御部３０を説明するためのブロック図である。また、図３は、本実施形態に係る圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。また、図４および図５は、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０のタイミングチャートである。
【００４６】
本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、図１に示したように、駆動部２０と、圧電トランス駆動制御部３０と、整流平滑部４０と、出力電圧検出部５０と、を主に備える。
【００４７】
駆動部２０は、主に、圧電トランスＴ２０１と、インダクタンスＬ２０１と、抵抗Ｒ２０１と、コンデンサＣ２０１と、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子Ｓ２０１とを備える。電源（ＶＤＤ）がインダクタンスＬ２０１に接続されると、後述する圧電トランス駆動制御部３０により周波数制御された駆動電圧が入力されたスイッチング素子Ｓ２０１でオンオフ制御を行うことで、接続された電源電圧に対して、昇圧および疑似正弦波への変換が行われる。その後、変換された電源電圧は、圧電トランスＴ２０１へと印加される。
【００４８】
駆動部２０の圧電トランスＴ２０１は、圧電振動体に一次電極と二次電極とが設けられており、一次側は、厚さ方向に分極し圧電振動体を挟んで対向し、二次側を長さ方向に分極し、これらを図示しない樹脂ケース等に収容したものである。圧電振動体は、ジルコン酸チタン酸鉛セラミック（ＰＺＴ）等の圧電セラミックからなり、板状を呈している。圧電振動体の長さ方向において、一端からその長さの例えば半分までに一次電極が設けられ、他端に二次電極が設けられている。一次側に長さ寸法で決まる固有共振周波数の駆動電圧を入力すると、逆圧電効果により強い機械共振を起こし、圧電効果により、その振動に見合った高い出力電圧が出力される。
【００４９】
圧電トランス駆動制御部３０は、駆動部２０の圧電トランスＴ２０１を制御する駆動電圧の周波数を制御する。本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、この圧電トランス駆動制御部３０によって、圧電トランスの駆動周波数をデジタル信号処理により制御することを特徴とする。かかる圧電トランス駆動制御部３０については、後に詳細に説明する。
【００５０】
整流平滑部４０は、主に、コンデンサＣ４０１と、ダイオードＤ４０１、Ｄ４０３とを備える。圧電トランスТ２０１の交流出力は、ダイオードＤ４０１、Ｄ４０３及び高圧コンデンサＣ４０１によって正電圧（直流電圧）に整流平滑され、負荷である転写ローラ（図示せず。）等に供給される。
【００５１】
出力電圧検出部５０は、主に、コンデンサＣ５０１、Ｃ５０３と、抵抗Ｒ５０１、Ｒ５０３と、コンパレータ（ＣＯＭＰ）５０１とを備える。整流平滑部４０によって直流電圧に整流平滑された出力電圧は、出力電圧検出部５０内の分圧抵抗Ｒ５０１、Ｒ５０３により分圧され、誤差検出電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧）として、コンパレータ５０１の反転入力端子（−端子）に入力される。なお、各分圧抵抗Ｒ５０１、Ｒ５０３に並列に接続されたコンデンサＣ５０１、Ｃ５０３は、誤差検出電圧のＡＣ成分とＤＣ成分の調整を行っている。また、コンパレータ５０１の非反転入力端子（＋端子）には、出力電圧を制御するＤＣ電圧である出力制御電圧が参照電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）として入力される。
【００５２】
コンパレータ５０１は、非反転入力端子に入力されたＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿ＶｏｌｔとＦｅｅｄ ｂａｃｋの大小（電圧値の大小）を比較し、その比較結果を出力する。コンパレータ５０１の出力は、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＞（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合はＬｏｗ出力となり、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＜（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合はＨｉｇｈ出力となる。かかるコンパレータ５０１によって、出力電圧のアナログ的変動を、デジタル変動値に変換することができる。コンパレータ５０１の出力であるデジタル変動値は、圧電トランス駆動制御部３０内における周波数制御部の制御信号（ＵＰ／ＤＯＷＮ）として、圧電トランス駆動制御部３０に入力される。
【００５３】
また、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、リセット信号を供給するリセット１０１と、クロック信号を供給するクロック１０３と、圧電トランスＴ２０１の駆動制御信号を供給するコントローラ１０５と、を更に備える。
【００５４】
コントローラ１０５から供給される駆動制御信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）は、抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０３、Ｒ１０５やスイッチング素子Ｓ１０１によって反転され、オープンコレクタ出力に変換されて圧電トランス駆動制御部３０へと入力される。
【００５５】
［圧電トランス駆動制御部３０について］
本実施形態に係る圧電トランス駆動制御部３０は、主に、圧電トランスＴ２０１駆動するための駆動電圧の周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、を含む。
【００５６】
＜駆動周波数制御部について＞
駆動周波数制御部は、例えば図２に示したように、アップダウンカウンタ３０１と、レジスタ３０３と、コンパレータ３０５とを主に含む。
【００５７】
周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１には、必要な周波数制御精度に応じた高速クロック信号がクロック１０３から供給され、クロック信号がＨｉｇｈになるたびに、出力電圧検出部５０からの出力電圧検出信号（ＵＰ／ＤＯＷＮ）がＨｉｇｈの時はカウンタ値をＸ増加させ、Ｌｏｗの時はカウンタ値をＸ減少させる。また、周波数制御用カウンタビット数を、駆動電圧発生用カウンタビット数Ｎ＋下位Ｍビットの（Ｎ＋Ｍ）ビット構成とし、下位Ｍビット値を設定することで誤差フィードバックゲインを補正して、安定制御が行われるようにすることが好ましい。（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）と（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）とがほぼ平衡状態となりアップダウンカウンタ３０１の変化量が微小になった場合であっても、周波数制御用カウンタビット数を（Ｎ＋Ｍ）ビット構成とすることで、下位Ｍビットが常時上下するが上位Ｎビットは変動しない状態となり、安定したカウントを行うことが可能となる。
【００５８】
ここで、カウンタアップダウン値Ｘは、誤差フィードバックゲインを補正するために自由に設定可能なレジスタ値であり、未図示の外部コントローラにより設定可能としてもよいし、固定値にしてもよい。このカウンタアップダウン値Ｘの設定値は、レジスタ３０３に記憶されており、アップダウンカウンタ３０１により随時参照される。
【００５９】
ここで、圧電トランスＴ２０１は、例えば図３に示したように、印加される駆動電圧が有する周波数に依存して、出力電圧が変化する。圧電トランスＴ２０１の出力電圧は、図３に示したように例えば３種類の極値（共振点）が存在し、低周波数側の第１共振周波数ｆ１前後で一番大きな出力電圧を与え、高周波数側の第２共振周波数ｆ２、第３共振周波数ｆ３となるにつれて、出力電圧の値は小さくなる。従って、最も効率よく圧電トランスＴ２０１の出力電圧を得るためには、第１共振周波数ｆ１の前後の駆動周波数を用いることが好ましい。
【００６０】
そこで、周波数制御用に用いられるアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は、図３に示す周波数可変範囲に収める必要がある。周波数可変範囲は、第１共振周波数ｆ１の製造ばらつきを考慮したｆｍｉｎ値を最小周波数とし、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２との間で出力電圧変動が上昇カーブとなる前のｆｍａｘ値を最大周波数とすることで、求めることが可能である。ここで、上記ｆｍｉｎ，ｆｍａｘは、レジスタ３０３に記憶されているレジスタ値であり、外部コントローラにより設定可能としてもよいし、固定値にしてもよい。
【００６１】
カウンタ値の上位Ｎビットは、コンパレータ３０５およびコンパレータ３０９に出力される。アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は、クロックが入力されるたびに、コンパレータ３０５によりｆｍｉｎ，ｆｍａｘレジスタ値と比較される。比較の結果、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値が周波数可変範囲境界になると、コンパレータ３０５から制御信号がアップダウンカウンタ３０１へ出力され、アップダウンカウンタ３０１は、カウントアップダウン動作を停止（カウンタ値±０）する。
【００６２】
また、アップダウンカウンタ３０１は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、カウンタ値をｆｍｉｎに設定する。
【００６３】
したがって、ＤＣ電圧である出力制御電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔ）と出力電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）との比較の結果出力電圧が上昇すると、周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は下がり、駆動電圧周波数は高くなる。また、出力電圧が減少すると、周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は上り、駆動電圧周波数は低くなる。その結果、目的の駆動電圧周波数ｆｔａｒｇｅｔ（図３参照。）として、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ（ＤＣ電圧）に対応して出力電圧値を一定に保つ。
【００６４】
また、出力ＯＦＦ時は、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＞出力電圧となるため、駆動周波数は徐々に低くなり、ｆｍｉｎまで変化して停止する。逆に、出力ＯＮ時は、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＜出力電圧となるため、駆動周波数は徐々に高くなり、目標周波数ｆｔａｒｇｅｔになる。
【００６５】
レジスタ３０３は、記憶部の一例であって、上述のように、圧電トランスＴ２０１の駆動周波数の最大値（ｆｍａｘ）および最小値（ｆｍｉｎ）を記憶する。さらに、レジスタ３０３は、アップダウンカウンタ３０１のカウンタアップダウン値Ｘを記憶する。このレジスタ３０３は、アップダウンカウンタ３０１にカウンタアップダウン値Ｘを出力したり、コンパレータ３０５にｆｍａｘやｆｍｉｎを出力したりする。
【００６６】
コンパレータ３０５は、周波数範囲制御部の一例であって、このコンパレータ３０５には、アップダウンカウンタ３０１の上位Ｎビットのカウンタ値と、ｆｍａｘおよびｆｍｉｎとが入力される。コンパレータ３０５は、カウンタ値と、ｆｍａｘおよびｆｍｉｎとの大小関係を比較して、入力されたカウンタ値が、圧電トランスＴ２０１の周波数可変範囲境界に存在するか否かを判定する。カウンタ値の上位Ｎビットが周波数可変範囲の最小値ｆｍｉｎ超過となった場合、または、カウンタ値の上記Ｎビットが周波数可変範囲の最大値ｆｍａｘ未満となった場合には、コンパレータ３０５はＨｉｇｈ出力となり、アップダウンカウンタ３０１のカウントアップダウン動作を停止させる制御信号であるＵＰ／ＤＯＷＮ ＳＴＯＰ信号を発信する。
【００６７】
＜駆動電圧発生部について＞
駆動電圧発生部は、例えば図２に示したように、Ｎビットデジタルリセットカウンタ３０７と、コンパレータ３０９と、１ビットカウンタ３１１と、ＡＮＤゲート３１３、３１５とを主に含む。
【００６８】
Ｎビットデジタルリセットカウンタ３０７（以下、Ｎビットカウンタ３０７とも称する。）は、周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１と同期をとるために、アップダウンカウンタ３０１と同じ高速クロックがクロック１０３から供給され、クロックがＨｉｇｈになるたびにカウンタ値を＋１ずつアップして行く。Ｎビットカウンタ３０７のカウンタ値は、後述するコンパレータ３０９に出力される。
【００６９】
また、リセット入力にＬｏｗ信号が入力されると、リセットがかかり、カウンタ値はゼロ（０）になる。Ｎビットカウンタ３０７に入力されるリセット信号は、電源入力時に全てのロジック回路を初期化する、リセット１０１から供給されるシステムリセット信号と、後述するデジタルコンパレータ３０９の出力信号（ＣＯＭＰＡＲＥ＿ＯＵＴ）の反転信号の論理積を取ることで作成される。
【００７０】
後述するように、コンパレータ３０９の出力は、周波数制御用のカウンタ値であるアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値と、駆動電圧発生用のカウンタ値であるＮビットカウンタ３０７のカウンタ値とが等しくなるときにＨｉｇｈ出力となる。そのため、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値により駆動電圧周波数制御が行われる。
【００７１】
コンパレータ３０９には、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値（上位Ｎビットのカウンタ値）と、Ｎビットカウンタ３０７のカウンタ値とが入力され、Ｎビットカウンタ３０７のカウンタ値がアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値以上となった場合に、Ｈｉｇｈ出力となる。また、コンパレータ３０９は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、リセットされる。
【００７２】
１ビットカウンタ３１１は、コンパレータ３０９からの出力信号がトリガーとなっており、デジタルコンパレータ３０９の出力がＨｉｇｈ信号となるたびに出力電圧を反転する。１ビットカウンタ３１１の出力信号は、後述するＡＮＤゲート３１３に入力される。また、１ビットカウンタ３１１は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、ゼロにリセットされる。
【００７３】
ＡＮＤゲート３１３は、コントローラ１０５から出力されたＯＮ／ＯＦＦ制御信号の反転信号であるＥＮＡＢＬＥ信号の反転信号と、１ビットカウンタ３１１から出力された出力とが入力されるＡＮＤゲートである。このＡＮＤゲート３１３により、高圧電源出力のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。すなわち、ＥＮＡＢＬＥ信号をＬｏｗ信号にすると、駆動電圧出力がそのままＡＮＤゲート３１３から出力されて高圧電源出力が出力し、ＥＮＡＢＬＥ信号をＨｉｇｈ信号にすると、ＡＮＤゲート３１３からの出力は強制的にＬｏｗ信号となり、高圧出力は停止する。
【００７４】
ＡＮＤゲート３１５は、リセット１０１からのリセット信号と、コンパレータ３０９の出力信号（ＣＯＭＰＡＲＥ ＯＵＴ）の反転信号と、が入力され、Ｎビットカウンタ３０７のリセット信号が生成されるＡＮＤゲートである。ＡＮＤゲート３１５の出力は、Ｎビットカウンタ３０７のリセット端子に入力される。
【００７５】
また、圧電トランス駆動制御部３０は、上記以外にも、コントローラ１０５の出力信号をアナログ信号に変換してＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿ＶｏｌｔとするＤ／Ａコンバータ３１７を含む。本実施形態に係るＤ／Ａコンバータ３１７は、特定のものに限定されるわけではなく、一般的に用いられるＤ／Ａコンバータを使用することが可能である。Ｄ／Ａコンバータ３１７の変換処理により生成されたＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔは、前述の出力電圧検出部５０内に設けられたコンパレータ５０１に入力される。
【００７６】
また、上記Ｄ／Ａコンバータ３１７の代わりに、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）シグナルジェネレータ等を使用することも可能である。
【００７７】
以上、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。したがって、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【００７８】
［圧電トランス方式高圧電源装置の動作について］
続いて、図４および図５を参照しながら、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の動作について、詳細に説明する。
【００７９】
まず、図４を参照しながら、高圧出力Ｒｅａｄｙ状態（ＯＦＦ状態）→ＯＮ→目標高圧出力となるまでの制御動作タイミングチャートを説明する。Ｒｅａｄｙ状態においては、図４から明らかなように、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＞出力電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）となるため、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）はｆｍｉｎとなっている。ＥＮＡＢＬＥがＬｏｗとなりＯＮ状態になると、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧は徐々に上昇していき、アップダウンカウンタには、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号としてＵＰが入力される。やがて、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧がＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔよりも大きくなると、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号としてＤＯＷＮが出力されるようになるため、アップダウンカウンタは、カウンタ値を減少させていく。なお、図４において、「ＣｎｔＤｏｗｎ」は、カウンタ値を減少させていく「カウントダウン」を表している。
【００８０】
アップダウンカウンタのカウンタ値が減少していくと、これに伴いＮビットカウンタのカウント上限値も減少していく。その結果、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）は、ｆｍｉｎから高周波数側へと変化していき、目標駆動周波数であるｆｔａｒｇｅｔとなるように制御される。ここで、図４において、Ｎビットカウンタの欄における「ｆｔ」は、「ｆｔａｒｇｅｔ」を意味している。
【００８１】
続いて、図５を参照しながら、目標高圧出力→ＯＦＦ→高圧出力Ｒｅａｄｙ状態となるまでの制御動作タイミングチャートを説明する。目標としている高電圧を出力している状態では、図５に示したように、Ｎビットカウンタおよびアップダウンカウンタは、カウンタ値がｆｔａｒｇｅｔ（ｆｔ）となるまでカウントを繰り返しており、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧は、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔ近傍の値となっている。ここで、ＥＮＡＢＬＥがＨｉとなりＯＦＦ状態になると、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧の値は徐々に減少していき、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔの電圧値の方が大きくなる。その結果、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号としてＵＰが出力されるようになるため、アップダウンカウンタは、カウンタ値を増加させていく。なお、図５において、「ＣｎｔＵＰ」は、カウンタ値を増加させていく「カウントアップ」を表している。
【００８２】
アップダウンカウンタのカウンタ値が増加していくと、これに伴いＮビットカウンタのカウント上限値も増加していく。その結果、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）は、ｆｔａｒｇｅｔから低周波数側へと変化していき、周波数可変範囲の最小値であるｆｍｉｎとなるように制御される。
【００８３】
［圧電トランス方式高圧電源装置を用いた画像形成装置について］
続いて、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置を用いた画像形成装置について、説明する。
【００８４】
本実施形態に係る画像形成装置は、例えば、潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、帯電後の潜像担持体の表面に潜像を形成させる露光手段と、潜像を現像する現像手段と、潜像担持体に形成されるトナー像を転写材に転写させる転写手段と、を備える。
【００８５】
上記帯電手段、現像手段および転写手段は、各処理を行う際に、画像形成装置に実装されている電源装置から、所定のバイアス（電圧）を印加される必要がある。そこで、本実施形態に係る画像形成装置は、上記帯電手段、現像手段および転写手段の少なくともいずれか一つに対して電圧を供給する電源装置として、前述の本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置を適用する。
【００８６】
本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御が可能であるため、この圧電トランス方式高圧電源装置１０を用いた画像形成装置の帯電手段、現像手段および転写手段は、安定した処理を行うことが可能となる。また、高圧出力の高速立上り時間が可能となるため、各処理工程に要する時間を短縮することが可能となる。
【００８７】
（第１の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置の第１変形例）
続いて、図６を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の第１変形例について、詳細に説明する。図６は、本変形例に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０について説明するためのブロック図である。
【００８８】
本変形例に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、駆動部２０と、圧電トランス駆動制御部３０と、整流平滑部４０と、フィードバック回路部６０と、を主に備える。
【００８９】
駆動部２０および整流平滑部４０については、本発明の第１の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０における駆動部２０および整流平滑部４０と同様の構成を有し、同一の機能を奏するため、詳細な説明は省略する。
【００９０】
圧電トランス駆動制御部３０は、駆動部２０の圧電トランスＴ２０１を制御する駆動電圧の周波数を制御する。本変形例に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、この圧電トランス駆動制御部３０によって、圧電トランスの駆動周波数をデジタル信号処理によって制御することを特徴とする。かかる圧電トランス駆動制御部３０については、後に詳細に説明する。
【００９１】
フィードバック回路部６０は、主に、コンデンサＣ６０１、Ｃ６０３と、抵抗Ｒ６０１、Ｒ６０３とを備える。整流平滑部４０によって直流電圧に整流平滑された出力電圧は、フィードバック回路部６０内の分圧抵抗Ｒ６０１、Ｒ６０３により分圧され、誤差検出電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧）としてアナログ信号のまま圧電トランス駆動制御部３０に入力される。なお、各分圧抵抗Ｒ６０１、Ｒ６０３に並列に接続されたコンデンサＣ６０１、Ｃ６０３は、誤差検出電圧のＡＣ成分とＤＣ成分の調整を行っている。
【００９２】
また、本変形例に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、リセット信号を供給するリセット１０１と、クロック信号を供給するクロック１０３と、圧電トランスＴ２０１の駆動制御信号を供給するコントローラ１０５と、を更に備える。
【００９３】
コントローラ１０５から供給される駆動制御信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）は、抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０３、Ｒ１０５やスイッチング素子Ｓ１０１によって反転され、オープンコレクタ出力に変換されて圧電トランス駆動制御部３０へと入力される。
【００９４】
［圧電トランス駆動制御部３０について］
続いて、図６を参照しながら、本変形例に係る圧電トランス駆動制御部３０について、詳細に説明する。
【００９５】
本実施形態に係る圧電トランス駆動制御部３０は、主に、圧電トランスＴ２０１駆動するための駆動電圧の周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、を含む。
【００９６】
＜駆動周波数制御部について＞
駆動周波数制御部は、例えば図６に示したように、コンパレータ３０５と、Ａ／Ｄコンバータ３５１と、デジタルフィルタ３５３と、アップダウンカウンタ３５５と、を主に含む。
【００９７】
Ａ／Ｄコンバータ３５１は、フィードバック回路部６０から入力されたアナログ信号であるＦｅｅｄ ｂａｃｋ信号を、デジタル信号へと変換する。本変形例に係るＡ／Ｄコンバータ３５１は、特定のものに限定されるわけではなく、一般的に用いられるＡ／Ｄコンバータを使用することが可能である。Ａ／Ｄコンバータ３５１によりデジタル信号に変換されたＦｅｅｄ ｂａｃｋ信号は、後述するデジタルフィルタ３５３へと出力される。
【００９８】
デジタル変動値演算部の一例であるデジタルフィルタ３５３には、Ａ／Ｄコンバータ３５１から入力されるデジタル変換されたＦｅｅｄ ｂａｃｋ信号と、Ｄ／Ａコンバータ３１７から入力されるＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ信号とが入力され、これらのＦｅｅｄ ｂａｃｋ信号とＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ信号とを比較演算して、カウンタアップダウン値Ｘを算出する。算出されたカウンタアップダウン値Ｘは、アップダウンカウンタ３５５へと出力される。
【００９９】
周波数制御用のアップダウンカウンタ３５５には、必要な周波数制御精度に応じた高速クロック信号がクロック１０３から供給され、クロック信号がＨｉｇｈになるたびに、デジタルフィルタ３５３から供給されるカウンタアップダウン値Ｘに応じて、カウンタ値を増減する。すなわち、デジタルフィルタ３５３からカウンタ値をＸ増加させる旨の信号が伝送された場合には、アップダウンカウンタ３５５はカウンタ値をＸ増やし、デジタルフィルタ３５３からカウンタ値をＸ減少させる旨の信号が伝送された場合には、アップダウンカウンタ３５５はカウンタ値をＸ減らす。また、周波数制御用カウンタビット数を、駆動電圧発生用カウンタビット数Ｎ＋下位Ｍビットの（Ｎ＋Ｍ）ビット構成とし、下位Ｍビット値を設定することで誤差フィードバックゲインを補正して、安定制御が行われるようにすることが好ましい。（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）と（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）とがほぼ平衡状態となりアップダウンカウンタ３５５の変化量が微小になった場合であっても、周波数制御用カウンタビット数を（Ｎ＋Ｍ）ビット構成とすることで、下位Ｍビットが常時上下するが上位Ｎビットは変動しない状態となり、安定したカウントを行うことが可能となる。
【０１００】
また、本発明の第１の実施形態に係るアップダウンカウンタ３０１と同様に、周波数制御用に用いられるアップダウンカウンタ３５５のカウンタ値は、図３に示す周波数可変範囲に収める必要がある。周波数可変範囲は、第１共振周波数ｆ１の製造ばらつきを考慮したｆｍｉｎ値を最小周波数とし、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２との間で出力電圧変動が上昇カーブとなる前のｆｍａｘ値を最大周波数とすることで、求めることが可能である。ここで、上記ｆｍｉｎ，ｆｍａｘは、レジスタ３５７に記憶されているレジスタ値であり、外部コントローラにより設定可能としてもよいし、固定値にしてもよい。
【０１０１】
カウンタ値の上位Ｎビットは、コンパレータ３０５およびコンパレータ３０９に出力される。アップダウンカウンタ３５５のカウンタ値は、クロックが入力されるたびにコンパレータ３０５によりｆｍｉｎ，ｆｍａｘレジスタ値と比較され、周波数可変範囲境界になると、アップダウンカウンタ３５５は、カウントアップダウン動作を停止（カウンタ値±０）する。
【０１０２】
また、アップダウンカウンタ３５５は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、カウンタ値をｆｍｉｎに設定する。
【０１０３】
したがって、ＤＣ電圧である出力制御電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔ）と出力電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）の比較の結果出力電圧が上昇すると、周波数制御用のアップダウンカウンタ３５５のカウンタ値は下がり、駆動電圧周波数は高くなる。また、出力電圧が減少すると、周波数制御用のアップダウンカウンタ３５５のカウンタ値は上り、駆動電圧周波数は低くなる。その結果、目的の駆動電圧周波数ｆｔａｒｇｅｔ（図３参照。）として、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ（ＤＣ電圧）に対応して出力電圧値を一定に保つ。
【０１０４】
また、出力ＯＦＦ時は、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＞出力電圧となるため、駆動周波数は徐々に低くなり、ｆｍｉｎまで変化して停止する。逆に、出力ＯＮ時は、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＜出力電圧となるため、駆動周波数は徐々に高くなり、目標周波数ｆｔａｒｇｅｔになる。
【０１０５】
レジスタ３５７は、可変範囲記憶部の一例であって、上述のように、圧電トランスＴ２０１の駆動周波数の最大値（ｆｍａｘ）および最小値（ｆｍｉｎ）を記憶する。このレジスタ３５７は、コンパレータ３０５にｆｍａｘやｆｍｉｎを出力する。
【０１０６】
本変形例に係るコンパレータ３０５は、本発明の第１の実施形態に係るコンパレータ３０５と同様の構成を有し、同一の効果を奏するため、詳細な説明は省略する。
【０１０７】
＜駆動電圧発生部について＞
駆動電圧発生部は、例えば図６に示したように、Ｎビットデジタルリセットカウンタ３０７と、コンパレータ３０９と、１ビットカウンタ３１１と、ＡＮＤゲート３１３、３１５とを主に含む。本変形例に係る駆動電圧発生部については、本発明の第１の実施形態に係る駆動電圧発生部と同様の構成を有し、同一の効果を奏するため、詳細な説明は省略する。
【０１０８】
また、圧電トランス駆動制御部３０は、上記以外にも、コントローラ１０５の出力信号をアナログ信号に変換してＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔとする、Ｄ／Ａコンバータ３１７を含む。本変形例に係るＤ／Ａコンバータ３１７は、特定のものに限定されるわけではなく、一般的に用いられるＤ／Ａコンバータを使用することが可能である。Ｄ／Ａコンバータ３１７の変換処理により生成されたＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔは、前述のデジタルフィルタ３５３に入力される。
【０１０９】
なお、上述の説明においては、フィードバック回路部６０から供給されたアナログ変動量であるＦｅｅｄ ｂａｃｋ電圧を、Ａ／Ｄコンバータ３５１によりデジタルデータに変換して変動量をサンプリングし、デジタルフィルタ３５３によって演算処理を行う場合について説明したが、本変形例は上記の場合に限定されるわけではなく、例えば、フィードバック回路部６０から供給されたアナログ変動量であるＦｅｅｄ ｂａｃｋ電圧について、ＰＩＤ制御により変動量算出を行う構成としてもよい。
【０１１０】
以上、本変形例に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。したがって、本変形例を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１１１】
（第２の実施形態）
［本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について］
以下で説明する本発明の第２の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０では、上記課題を解決するために、デジタル信号処理により圧電トランスの駆動周波数制御を行い、圧電トランスの安定動作を可能とするとともに、高圧出力の高速立ち上がりを実現した。また、圧電トランスの駆動周波数制御とともに圧電トランスに印加される電源電圧の制御も行うことで、圧電トランスから得られる出力電圧の効率を向上させることが可能である。
【０１１２】
以下では、図７〜図１２を参照しながら、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０について、詳細に説明する。図７は、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０について説明するためのブロック図であり、図８は、本実施形態に係るインダクタ電源電圧と昇圧時動作波形との関係を説明するための説明図であり、図９は、本実施形態に係る圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。また、図１０は、同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について説明するためのブロック図であり、図１１および図１２は、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０のタイミングチャートである。
【０１１３】
本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、図７に示したように、駆動部２０と、圧電トランス駆動制御部３０と、整流平滑部４０と、ドライブ電圧制御部７０と、出力電圧検出部８０と、を主に備える。
【０１１４】
駆動部２０は、主に、圧電トランスＴ２０１と、インダクタンスＬ２０１と、抵抗Ｒ２０１と、コンデンサＣ２０１と、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子Ｓ２０１とを備える。後述するドライブ電圧制御部７０から供給された電源電圧（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）がインダクタンスＬ２０１に接続されると、後述する圧電トランス駆動制御部３０により周波数制御された駆動電圧が入力されたスイッチング素子Ｓ２０１でオンオフ制御を行うことで、ドライブ電圧制御部７０から出力された電圧に対して、昇圧および疑似正弦波への変換が行われる。その後、変換された電圧は、圧電トランスＴ２０１へと印加される。
【０１１５】
駆動部２０の圧電トランスＴ２０１は、圧電振動体に一次電極と二次電極とが設けられており、一次側は、厚さ方向に分極し圧電振動体を挟んで対向し、二次側を長さ方向に分極し、これらを図示しない樹脂ケース等に収容したものである。圧電振動体は、ジルコン酸チタン酸鉛セラミック（ＰＺＴ）等の圧電セラミックからなり、板状を呈している。圧電振動体の長さ方向において、一端からその長さの例えば半分までに一次電極が設けられ、他端に二次電極が設けられている。一次側に長さ寸法で決まる固有共振周波数の駆動電圧を入力すると、逆圧電効果により強い機械共振を起こし、圧電効果により、その振動に見合った高い出力電圧が出力される。
【０１１６】
ここで、図８を参照しながら、インダクタ電源電圧と昇圧時動作波形との関係について、詳細に説明する。スイッチング素子Ｓ２０１（ＦＥＴ ｏｒ トランジスタ）に対して、後述する圧電トランス駆動制御部３０から駆動電圧（図８（ｃ））が印加されると、スイッチング素子Ｓ２０１がオン状態となり、インダクタンスＬ２０１に電流が流れる。このとき、スイッチング素子Ｓ２０１には、電流（図８（ｄ））Ｉ＝駆動電圧×（ＯＮ ｔｉｍｅ／Ｌ）が流れる。従って、電源電圧の大きさに応じた電流Ｉが流れ、インダクタンスＬ２０１には、エネルギーＵ＝１／２×（ＬＩ２）が蓄積される。次に、スイッチング素子Ｓ２０１がオフ状態となると、圧電トランスＴ２０１の一次側に接続したコンデンサＣ２０１とインダクタンスＬ２０１との間で、共振が発生する。この時の圧電トランスに印加される電圧の大きさで、インダクタ蓄積エネルギー量Ｕに応じて、電圧値が大きくなる。したがって、インダクタ電源電圧、すなわち、ドライブ電圧制御部７０から供給された電源電圧（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）を大きくすると、圧電トランスから出力される出力を大きくすることができる。
【０１１７】
圧電トランス駆動制御部３０は、駆動部２０の圧電トランスＴ２０１を制御する駆動電圧の周波数を制御する。本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、この圧電トランス駆動制御部３０によって、圧電トランスの駆動周波数をデジタル信号処理により制御することを特徴とする。かかる圧電トランス駆動制御部３０については、後に詳細に説明する。
【０１１８】
整流平滑部４０は、主に、コンデンサＣ４０１と、ダイオードＤ４０１、Ｄ４０３とを備える。圧電トランスТ２０１の交流出力は、ダイオードＤ４０１、Ｄ４０３及び高圧コンデンサＣ４０１によって正電圧（直流電圧）に整流平滑され、負荷である転写ローラ（図示せず。）等に供給される。
【０１１９】
ドライブ電圧制御部７０は、主に、コンデンサＣ７０１、Ｃ７０３、Ｃ７０５と、抵抗Ｒ７０１、Ｒ７０３、Ｒ７０５、Ｒ７０７と、バイポーラトランジスタ等のトランジスタＴＲ７０１と、演算比較増幅器（ＡＭＰ）７０１とを備える。整流平滑部４０によって直流電圧に整流平滑された出力電圧は、ドライブ電圧制御部７０内の分圧抵抗Ｒ７０１、Ｒ７０３により分圧され、誤差検出電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧）として、演算比較増幅器７０１の反転入力端子（−端子）に入力される。また、演算比較増幅器７０１の非反転入力端子（＋端子）には、出力電圧を制御するＤＣ電圧である出力制御電圧が参照電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）として入力される。
【０１２０】
演算比較増幅器７０１は、入力された誤差検出電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）と、出力制御電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）との大小を比較し、比較結果に応じて電圧値の増加や減少を行う。具体的には、演算比較増幅器７０１は、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＞（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合には電圧値を減少させ、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＜（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合には電圧値を増加させる。演算比較増幅器７０１の出力は、トランジスタバッファにより出力電流増強され、駆動部２０内のインダクタンスＬ２０１への供給電源電圧出力（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）となる。
【０１２１】
圧電トランスから出力される出力電圧の大きさは、圧電トランスに印加される駆動周波数の値に依存するだけでなく、圧電トランスに供給される電源電圧の大きさにも依存することが知られている。これは、例えば図９に示したように、圧電トランスに供給される電源電圧の大きさに依存して、複数の曲線が存在するということを表している。例えば、同一の駆動周波数を圧電トランスに印加した場合には、図９に示したように、供給されている電源電圧が大きいほうが、より大きな出力電圧を得ることができる。また、圧電トランスから所定の出力電力を得たい場合には、圧電トランスに印加する駆動周波数を制御することでも実現可能であるが、圧電トランスに供給される電源電圧を制御することでも実現可能である。
【０１２２】
そこで、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、上述のように圧電トランスからの出力電圧と出力制御電圧との大小を比較することで、インダクタンスＬ２０１に供給される電源電圧の大きさを可変制御するとともに、圧電トランスに印加する駆動周波数を並行制御することで、圧電トランスから効率良く目標とする出力電圧を得ることができる。
【０１２３】
例えば、小さな値の出力電圧が必要な場合、インダクタンスに一定の電圧が供給されるような従来の装置においては、圧電トランスに印加される駆動周波数を高周波数側へとシフトさせ、第２共振周波数ｆ２近傍の効率の良くない周波数範囲を使用しなければならなかった。しかしながら、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、インダクタンスＬ２０１に印加する電源電圧を小さくすることで、ｆｍｉｎ近傍の効率の良い周波数範囲で制御を行うことが可能である。
【０１２４】
なお、図９においては、駆動周波数と出力電圧との関係を表す曲線が２種類しか記載されていないが、本実施形態においては上記の場合に限定されるわけではなく、これらの曲線は供給される電源電圧の値によって複数種類存在する。
【０１２５】
また、本実施形態に係るドライブ電圧制御部７０は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号がＯＦＦを表す信号となった場合には、インダクタンスＬ２０１に供給される電圧が最大電圧となるように制御を行う。
【０１２６】
出力電圧検出部８０は、主に、コンデンサＣ８０１、Ｃ８０３と、抵抗Ｒ８０１、Ｒ８０３と、コンパレータ（ＣＯＭＰ）８０１とを備える。整流平滑部４０によって直流電圧に整流平滑された出力電圧は、出力電圧検出部８０内の分圧抵抗Ｒ８０１、Ｒ８０３により分圧され、誤差検出電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧）として、コンパレータ８０１の反転入力端子（−端子）に入力される。なお、各分圧抵抗Ｒ８０１、Ｒ８０３に並列に接続されたコンデンサＣ８０１、Ｃ８０３は、誤差検出電圧のＡＣ成分とＤＣ成分の調整を行っている。また、コンパレータ８０１の非反転入力端子（＋端子）には、出力電圧を制御するＤＣ電圧である出力制御電圧が参照電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）として入力される。
【０１２７】
コンパレータ８０１は、非反転入力端子に入力されたＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿ＶｏｌｔとＦｅｅｄ ｂａｃｋの大小（電圧値の大小）を比較し、その比較結果を出力する。コンパレータ８０１の出力は、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＞（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合はＬｏｗ出力となり、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＜（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合はＨｉｇｈ出力となる。かかるコンパレータ８０１によって、出力電圧のアナログ的変動を、デジタル変動値に変換することができる。コンパレータ８０１の出力であるデジタル変動値は、圧電トランス駆動制御部３０内における周波数制御部の制御信号（ＵＰ／ＤＯＷＮ）として、圧電トランス駆動制御部３０に入力される。
【０１２８】
また、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、リセット信号を供給するリセット１０１と、クロック信号を供給するクロック１０３と、圧電トランスＴ２０１の駆動制御信号を供給するコントローラ１０５と、を更に備える。
【０１２９】
コントローラ１０５から供給される駆動制御信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）は、抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０３、Ｒ１０５やスイッチング素子Ｓ１０１によって反転され、オープンコレクタ出力に変換されて圧電トランス駆動制御部３０へと入力される。
【０１３０】
［圧電トランス駆動制御部３０について］
本実施形態に係る圧電トランス駆動制御部３０は、主に、圧電トランスＴ２０１駆動するための駆動電圧の周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、を含む。
【０１３１】
＜駆動周波数制御部について＞
駆動周波数制御部は、例えば図１０に示したように、アップダウンカウンタ３０１と、レジスタ３０３と、コンパレータ３０５とを主に含む。
【０１３２】
周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１には、必要な周波数制御精度に応じた高速クロック信号がクロック１０３から供給され、クロック信号がＨｉｇｈになるたびに、出力電圧検出部８０からの出力電圧検出信号（ＵＰ／ＤＯＷＮ）がＨｉｇｈの時はカウンタ値をＸ増加させ、Ｌｏｗの時はカウンタ値をＸ減少させる。また、周波数制御用カウンタビット数を、駆動電圧発生用カウンタビット数Ｎ＋下位Ｍビットの（Ｎ＋Ｍ）ビット構成とし、下位Ｍビット値を設定することで誤差フィードバックゲインを補正して、安定制御が行われるようにすることが好ましい。（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）と（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）とがほぼ平衡状態となりアップダウンカウンタ３０１の変化量が微小になった場合であっても、周波数制御用カウンタビット数を（Ｎ＋Ｍ）ビット構成とすることで、下位Ｍビットが常時上下するが上位Ｎビットは変動しない状態となり、安定したカウントを行うことが可能となる。
【０１３３】
ここで、カウンタアップダウン値Ｘは、誤差フィードバックゲインを補正するために自由に設定可能なレジスタ値であり、未図示の外部コントローラにより設定可能としてもよいし、固定値にしてもよい。このカウンタアップダウン値Ｘの設定値は、レジスタ３０３に記憶されており、アップダウンカウンタ３０１により随時参照される。
【０１３４】
ここで、圧電トランスＴ２０１は、例えば図９に示したように、印加される駆動電圧が有する周波数に依存して、出力電圧が変化する。圧電トランスＴ２０１の出力電圧は、図９に示したように複数の極値（共振点）が存在し、低周波数側の第１共振周波数ｆ１前後で一番大きな出力電圧を与え、高周波数側の第２共振周波数ｆ２、第３共振周波数ｆ３となるにつれて、出力電圧の値は小さくなる。従って、最も効率よく圧電トランスＴ２０１の出力電圧を得るためには、第１共振周波数ｆ１の前後の駆動周波数を用いることが好ましい。
【０１３５】
そこで、周波数制御用に用いられるアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は、図９に示す周波数可変範囲に収める必要がある。周波数可変範囲は、第１共振周波数ｆ１の製造ばらつきを考慮したｆｍｉｎ値を最小周波数とし、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２との間で出力電圧変動が上昇カーブとなる前のｆｍａｘ値を最大周波数とすることで、求めることが可能である。ここで、上記ｆｍｉｎ，ｆｍａｘは、レジスタ３０３に記憶されているレジスタ値であり、外部コントローラにより設定可能としてもよいし、固定値にしてもよい。
【０１３６】
カウンタ値の上位Ｎビットは、コンパレータ３０５およびコンパレータ３０９に出力される。アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は、クロックが入力されるたびに、コンパレータ３０５によりｆｍｉｎ，ｆｍａｘレジスタ値と比較される。比較の結果、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値が周波数可変範囲境界になると、コンパレータ３０５から制御信号がアップダウンカウンタ３０１へ出力され、アップダウンカウンタ３０１は、カウントアップダウン動作を停止（カウンタ値±０）する。
【０１３７】
また、アップダウンカウンタ３０１は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、カウンタ値をｆｍｉｎに設定する。
【０１３８】
したがって、ＤＣ電圧である出力制御電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔ）と出力電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）との比較の結果出力電圧が上昇すると、周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は下がり、駆動電圧周波数は高くなる。また、出力電圧が減少すると、周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は上り、駆動電圧周波数は低くなる。その結果、目的の駆動電圧周波数ｆｔａｒｇｅｔ（図９参照。）として、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ（ＤＣ電圧）に対応して出力電圧値を一定に保つ。
【０１３９】
また、出力ＯＦＦ時は、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＞出力電圧となるため、駆動周波数は徐々に低くなり、ｆｍｉｎまで変化して停止する。逆に、出力ＯＮ時は、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＜出力電圧となるため、駆動周波数は徐々に高くなり、目標周波数ｆｔａｒｇｅｔになる。
【０１４０】
レジスタ３０３は、記憶部の一例であって、上述のように、圧電トランスＴ２０１の駆動周波数の最大値（ｆｍａｘ）および最小値（ｆｍｉｎ）を記憶する。さらに、レジスタ３０３は、アップダウンカウンタ３０１のカウンタアップダウン値Ｘを記憶する。このレジスタ３０３は、アップダウンカウンタ３０１にカウンタアップダウン値Ｘを出力したり、コンパレータ３０５にｆｍａｘやｆｍｉｎを出力したりする。
【０１４１】
コンパレータ３０５は、周波数範囲制御部の一例であって、このコンパレータ３０５には、アップダウンカウンタ３０１の上位Ｎビットのカウンタ値と、ｆｍａｘおよびｆｍｉｎとが入力される。コンパレータ３０５は、カウンタ値と、ｆｍａｘおよびｆｍｉｎとの大小関係を比較して、入力されたカウンタ値が、圧電トランスＴ２０１の周波数可変範囲境界に存在するか否かを判定する。カウンタ値の上位Ｎビットが周波数可変範囲の最小値ｆｍｉｎ超過となった場合、または、カウンタ値の上記Ｎビットが周波数可変範囲の最大値ｆｍａｘ未満となった場合には、コンパレータ３０５はＨｉｇｈ出力となり、アップダウンカウンタ３０１のカウントアップダウン動作を停止させる制御信号であるＵＰ／ＤＯＷＮ ＳＴＯＰ信号を発信する。
【０１４２】
＜駆動電圧発生部について＞
駆動電圧発生部は、例えば図１０に示したように、Ｎビットデジタルリセットカウンタ３０７と、コンパレータ３０９と、１ビットカウンタ３１１と、ＡＮＤゲート３１３、３１５とを主に含む。
【０１４３】
Ｎビットデジタルリセットカウンタ３０７（以下、Ｎビットカウンタ３０７とも称する。）は、周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１と同期をとるために、アップダウンカウンタ３０１と同じ高速クロックがクロック１０３から供給され、クロックがＨｉｇｈになるたびにカウンタ値を＋１ずつアップして行く。Ｎビットカウンタ３０７のカウンタ値は、後述するコンパレータ３０９に出力される。
【０１４４】
また、リセット入力にＬｏｗ信号が入力されると、リセットがかかり、カウンタ値はゼロ（０）になる。Ｎビットカウンタ３０７に入力されるリセット信号は、電源入力時に全てのロジック回路を初期化する、リセット１０１から供給されるシステムリセット信号と、後述するデジタルコンパレータ３０９の出力信号（ＣＯＭＰＡＲＥ＿ＯＵＴ）の反転信号の論理積を取ることで作成される。
【０１４５】
後述するように、コンパレータ３０９の出力は、周波数制御用のカウンタ値であるアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値と、駆動電圧発生用のカウンタ値であるＮビットカウンタ３０７のカウンタ値とが等しくなるときにＨｉｇｈ出力となる。そのため、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値により駆動電圧周波数制御が行われる。
【０１４６】
コンパレータ３０９には、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値（上位Ｎビットのカウンタ値）と、Ｎビットカウンタ３０７のカウンタ値とが入力され、Ｎビットカウンタ３０７のカウンタ値がアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値以上となった場合に、Ｈｉｇｈ出力となる。また、コンパレータ３０９は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、リセットされる。
【０１４７】
１ビットカウンタ３１１は、コンパレータ３０９からの出力信号がトリガーとなっており、デジタルコンパレータ３０９の出力がＨｉｇｈ信号となるたびに出力電圧を反転する。１ビットカウンタ３１１の出力信号は、後述するＡＮＤゲート３１３に入力される。また、１ビットカウンタ３１１は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、ゼロにリセットされる。
【０１４８】
ＡＮＤゲート３１３は、コントローラ１０５から出力されたＯＮ／ＯＦＦ制御信号の反転信号であるＥＮＡＢＬＥ信号の反転信号と、１ビットカウンタ３１１から出力された出力とが入力されるＡＮＤゲートである。このＡＮＤゲート３１３により、高圧電源出力のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。すなわち、ＥＮＡＢＬＥ信号をＬｏｗ信号にすると、駆動電圧出力がそのままＡＮＤゲート３１３から出力されて高圧電源出力が出力し、ＥＮＡＢＬＥ信号をＨｉｇｈ信号にすると、ＡＮＤゲート３１３からの出力は強制的にＬｏｗ信号となり、高圧出力は停止する。
【０１４９】
ＡＮＤゲート３１５は、リセット１０１からのリセット信号と、コンパレータ３０９の出力信号（ＣＯＭＰＡＲＥ ＯＵＴ）の反転信号と、が入力され、Ｎビットカウンタ３０７のリセット信号が生成されるＡＮＤゲートである。ＡＮＤゲート３１５の出力は、Ｎビットカウンタ３０７のリセット端子に入力される。
【０１５０】
また、圧電トランス駆動制御部３０は、上記以外にも、コントローラ１０５の出力信号をアナログ信号に変換してＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿ＶｏｌｔとするＤ／Ａコンバータ３１７を含む。本実施形態に係るＤ／Ａコンバータ３１７は、特定のものに限定されるわけではなく、一般的に用いられるＤ／Ａコンバータを使用することが可能である。Ｄ／Ａコンバータ３１７の変換処理により生成されたＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔは、前述のドライブ電圧制御部７０内に設けられた演算比較増幅器７０１および出力電圧検出部８０内に設けられたコンパレータ８０１に入力される。
【０１５１】
また、上記Ｄ／Ａコンバータ３１７の代わりに、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）シグナルジェネレータ等を使用することも可能である。
【０１５２】
以上説明したように、本実施形態に係る高圧電源装置では、ＤＣ電圧である出力制御電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔ）と出力電圧とを比較し、出力電圧が上がると周波数制御用カウント値（アップダウンカウンタのカウンタ値）が下がって駆動周波数は高くなり、同時に駆動部２０内のインダクタンスへの供給電源電圧出力（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）も小さくなって、圧電トランスから出力される電圧が小さくなる。逆に、出力電圧が下がると、周波数制御用カウント値（アップダウンカウンタのカウンタ値）が上がって駆動周波数は低くなり、同時に駆動部２０内のインダクタンスへの供給電源電圧出力（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）は大きくなって、圧電トランス駆動電圧昇圧出力は大きくなる。出力制御電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔ）と出力電圧とが目標高圧出力になったところで、駆動電圧周波数ｆｔａｒｇｅｔとして、駆動電圧周波数とインダクタンスへの供給電源電圧出力（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）を並行制御し、圧電トランスからの出力電圧値を一定に保つことが可能である。
【０１５３】
なお、上述の実施形態においては、出力電圧のアナログ的変動を出力制御電圧と比較してデジタル変動値に変換する出力電圧検出部として、簡単な回路構成で高速変動量デジタルデータ変換が可能なコンパレータを用いる場合について説明したが、上述の場合に限定されるわけではなく、例えば、Ａ／Ｄコンバータによりアナログ変動量をデジタルデータに変換して変動量をサンプリングし、デジタフィルタ等による演算処理、または、ＰＩＤ制御により変動量算出を行う構成としてもよい。
【０１５４】
以上、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。したがって、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１５５】
［圧電トランス方式高圧電源装置の動作について］
続いて、図１１および図１２を参照しながら、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の動作について、詳細に説明する。
【０１５６】
まず、図１１を参照しながら、高圧出力Ｒｅａｄｙ状態（ＯＦＦ状態）→ＯＮ→目標高圧出力となるまでの制御動作タイミングチャートを説明する。Ｒｅａｄｙ状態においては、図１１から明らかなように、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＞出力電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）となるため、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）はｆｍｉｎとなり、電源電圧（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）は最大値となっている。ＥＮＡＢＬＥがＬｏｗとなりＯＮ状態になると、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧は徐々に上昇していき、アップダウンカウンタには、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号としてＵＰが入力される。やがて、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧がＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔよりも大きくなると、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号としてＤＯＷＮが出力されるようになるため、アップダウンカウンタは、カウンタ値を減少させていく。同時に、ドライブ電圧制御部７０の制御によって電源電圧（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）も減少していく。なお、図１１において、「ＣｎｔＤｏｗｎ」は、カウンタ値を減少させていく「カウントダウン」を表している。
【０１５７】
アップダウンカウンタのカウンタ値が減少していくと、これに伴いＮビットカウンタのカウント上限値も減少していく。その結果、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）は、ｆｍｉｎから高周波数側へと変化していき、目標駆動周波数であるｆｔａｒｇｅｔとなるように制御される。ここで、図１１において、Ｎビットカウンタの欄における「ｆｔ」は、「ｆｔａｒｇｅｔ」を意味している。また、圧電トランスに供給される電源電圧は、徐々に減少していくように制御されるため、圧電トランスから出力される出力電圧（ＦＲＥＱ＿ＤＲＩＶＥ＿ＯＵＴ）は徐々に減少していき、目標電圧となると、この目標電圧を保つように制御される。
【０１５８】
続いて、図１２を参照しながら、目標高圧出力→ＯＦＦ→高圧出力Ｒｅａｄｙ状態となるまでの制御動作タイミングチャートを説明する。目標としている高電圧を出力している状態では、図１１に示したように、Ｎビットカウンタおよびアップダウンカウンタは、カウンタ値がｆｔａｒｇｅｔ（ｆｔ）となるまでカウントを繰り返しており、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧は、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔ近傍の値となっている。ここで、ＥＮＡＢＬＥがＨｉとなりＯＦＦ状態になると、Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧の値は徐々に減少していき、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔの電圧値の方が大きくなる。その結果、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号としてＵＰが出力されるようになるため、アップダウンカウンタは、カウンタ値を増加させていく。同時に、ドライブ電圧制御部７０の制御によって電源電圧（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）も増加していく。なお、図１２において、「ＣｎｔＵＰ」は、カウンタ値を増加させていく「カウントアップ」を表している。
【０１５９】
アップダウンカウンタのカウンタ値が増加していくと、これに伴いＮビットカウンタのカウント上限値も増加していく。その結果、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）は、ｆｔａｒｇｅｔから低周波数側へと変化していき、周波数可変範囲の最小値であるｆｍｉｎとなるように制御される。また、圧電トランスに供給される電源電圧は、徐々に増加していき、最終的に最大電圧となるように制御される。
【０１６０】
［圧電トランス方式高圧電源装置を用いた画像形成装置について］
続いて、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置を用いた画像形成装置について、説明する。
【０１６１】
本実施形態に係る画像形成装置は、例えば、潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、帯電後の潜像担持体の表面に潜像を形成させる露光手段と、潜像を現像する現像手段と、潜像担持体に形成されるトナー像を転写材に転写させる転写手段と、を備える。
【０１６２】
上記帯電手段、現像手段および転写手段は、各処理を行う際に、画像形成装置に実装されている電源装置から、所定のバイアス（電圧）を印加される必要がある。そこで、本実施形態に係る画像形成装置は、上記帯電手段、現像手段および転写手段の少なくともいずれか一つに対して電圧を供給する電源装置として、前述の本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置を適用する。
【０１６３】
本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御が可能であるため、この圧電トランス方式高圧電源装置１０を用いた画像形成装置の帯電手段、現像手段および転写手段は、安定した処理を行うことが可能となる。また、高圧出力の高速立上り時間が可能となるため、各処理工程に要する時間を短縮することが可能となる。
【０１６４】
（第３の実施形態）
［本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について］
続いて、図１３および図１４を参照しながら、本発明の第３の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０について、詳細に説明する。図１３は、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０について説明するためのブロック図であり、図１４は、本実施形態におけるＵＰ／ＤＯＷＮ信号とＶ＿ＤＲＩＶＥ信号との関係を説明するための説明図である。
【０１６５】
本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、図１３に示したように、駆動部２０と、圧電トランス駆動制御部３０と、整流平滑部４０と、出力電圧検出部８０と、ドライブ電圧整流平滑出力部９０と、を主に備える。
【０１６６】
ここで、駆動部２０、圧電トランス駆動制御部３０および整流平滑部４０については、本発明の第１および第２の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０における駆動部２０、圧電トランス駆動制御部３０および整流平滑部４０と同様の構成を有し、同一の機能を奏するため、詳細な説明は省略する。
【０１６７】
出力電圧検出部８０は、主に、コンデンサＣ８０１、Ｃ８０３と、抵抗Ｒ８０１、Ｒ８０３と、コンパレータ（ＣＯＭＰ）８０１とを備える。整流平滑部４０によって直流電圧に整流平滑された出力電圧は、出力電圧検出部８０内の分圧抵抗Ｒ８０１、Ｒ８０３により分圧され、誤差検出電圧（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ電圧）として、コンパレータ８０１の反転入力端子（−端子）に入力される。なお、各分圧抵抗Ｒ８０１、Ｒ８０３に並列に接続されたコンデンサＣ８０１、Ｃ８０３は、誤差検出電圧のＡＣ成分とＤＣ成分の調整を行っている。また、コンパレータ８０１の非反転入力端子（＋端子）には、出力電圧を制御するＤＣ電圧である出力制御電圧が参照電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）として入力される。
【０１６８】
コンパレータ８０１は、非反転入力端子に入力されたＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿ＶｏｌｔとＦｅｅｄ ｂａｃｋの大小（電圧値の大小）を比較し、その比較結果を出力する。コンパレータ８０１の出力は、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＞（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合はＬｏｗ出力となり、（Ｆｅｅｄ ｂａｃｋ）＜（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合はＨｉｇｈ出力となる。かかるコンパレータ８０１によって、出力電圧のアナログ的変動を、デジタル変動値に変換することができる。コンパレータ８０１の出力であるデジタル変動値は、圧電トランス駆動制御部３０内における周波数制御部の制御信号（ＵＰ／ＤＯＷＮ）として、圧電トランス駆動制御部３０に入力される。また、コンパレータ８０１から出力されるＵＰ／ＤＯＷＮ信号は、後述するドライブ電圧整流平滑出力部９０にも入力される。
【０１６９】
ドライブ電圧整流平滑出力部９０は、出力電圧検出部８０から出力されたＵＰ／ＤＯＷＮ信号を利用して、圧電トランスＴ２０１のドライブ電圧（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）を制御する。このドライブ電圧整流平滑出力部９０は、主に、インバータ（ＩＮＶＥＲＴ）９０１と、トランジスタＴＲ９０１、ＴＲ９０２と、抵抗Ｒ９０１、Ｒ９０２と、コンデンサＣ９０１と、ダイオードＤ９０１と、を備える。
【０１７０】
出力電圧検出部８０から出力されたＵＰ／ＤＯＷＮ信号は、インバータ９０１により極性反転され、ＶＤＤ電圧変換トランジスタであるトランジスタＴＲ９０１のベースに入力される。トランジスタＴＲ９０１のベースに入力された信号は再度極性反転され、ＶＤＤレベルに変換されることとなる。ＶＤＤレベルに変換されたＵＰ／ＤＯＷＮ信号は、バッファトランジスタであるトランジスタＴＲ９０２のベースに入力され、トランジスタＴＲ９０２からの出力信号は、ダイオードＤ９０１およびコンデンサＣ９０１で整流平滑されて、供給電源電圧出力（Ｖ＿ＤＲＩＶＥ）として出力される。
【０１７１】
例えば、図１４に示したように、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号が常にＨｉ出力であれば、ドライブ電圧整流平滑出力部９０から出力されるＶ＿ＤＲＩＶＥは、ＶＤＤ（実際には、「ＶＤＤ−バッファトランジスタＴＲ９０２の電圧Ｖｂｅ−ダイオードＤ９０１の電圧Ｖｆ」）となり、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号がＬｏｗ出力であれば、Ｖ＿ＤＲＩＶＥは０Ｖとなる。また、Ｈｉ出力とＬｏｗ出力との時間が等しくなると、ＶＤＤ／２となる。
【０１７２】
［圧電トランス方式高圧電源装置を用いた画像形成装置について］
続いて、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置を用いた画像形成装置について、説明する。
【０１７３】
本実施形態に係る画像形成装置は、例えば、潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、帯電後の潜像担持体の表面に潜像を形成させる露光手段と、潜像を現像する現像手段と、潜像担持体に形成されるトナー像を転写材に転写させる転写手段と、を備える。
【０１７４】
上記帯電手段、現像手段および転写手段は、各処理を行う際に、画像形成装置に実装されている電源装置から、所定のバイアス（電圧）を印加される必要がある。そこで、本実施形態に係る画像形成装置は、上記帯電手段、現像手段および転写手段の少なくともいずれか一つに対して電圧を供給する電源装置として、前述の本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置を適用する。
【０１７５】
本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御が可能であるため、この圧電トランス方式高圧電源装置１０を用いた画像形成装置の帯電手段、現像手段および転写手段は、安定した処理を行うことが可能となる。また、高圧出力の高速立上り時間が可能となるため、各処理工程に要する時間を短縮することが可能となる。
【０１７６】
以上説明したように、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置では、圧電トランスの駆動電圧発生部をリセットカウンタであるＮビットカウンタにより構成し、周波数制御部をアップダウンカウンタによるデジタル処理回路で構成するとともに、周波数可変制御アップダウンカウンタの可変制御範囲を、最低周波数可変範囲設定レジスタｆｍｉｎ及び最高周波数可変範囲設定レジスタｆｍａｘにより設定可能とする。これにより、周波数可変範囲が設定され、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御が可能になる。
【０１７７】
以上説明したように、本発明の各実施形態および変形例に係る圧電トランス方式高圧電源装置では、圧電トランスの駆動電圧発生部をリセットカウンタであるＮビットカウンタにより構成し、周波数制御部をアップダウンカウンタによるデジタル処理回路で構成するとともに、周波数可変制御アップダウンカウンタの可変制御範囲を、最低周波数可変範囲設定レジスタｆｍｉｎ及び最高周波数可変範囲設定レジスタｆｍａｘにより設定可能とする。これにより、周波数可変範囲が設定され、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御が可能になる。
【０１７８】
また、本発明の各実施形態および変形例に係る圧電トランス方式高圧電源装置では、外部ＯＮ／ＯＦＦ制御信号により出力をＯＦＦとした場合に、圧電トランス駆動制御部は、高圧出力値が最大となる可変最低周波数ｆｍｉｎとなるように動作するため、出力ＯＮ時に高圧出力の高速立上り時間を可能とする。
【０１７９】
更に、本発明の第２および第３の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置では、上記周波数可変制御と同時に、高圧出力の変動を検出して、駆動部２０への供給電源電圧可変制御を行うことで、効率の悪い最高周波数可変範囲ｆｍａｘを、効率の良い最低周波数可変範囲ｆｍｉｎに近付けて使用することが可能になり、効率が改善される。
【０１８０】
従って、本発明の第２および第３の実施形態に係る圧電トランスを用いた高圧電源駆動電圧回路において、安定した周波数制御及び高圧出力の高速立上り時間を可能とし、かつ最大出力電圧数Ｋｖ〜数百Ｖ以下の出力安定制御が可能であって効率の良い圧電トランス方式高圧電源装置および画像形成装置を提供することが可能になる。
【０１８１】
更に、圧電トランス駆動制御部をロジック回路により構成することで、既存の特定用途ロジックＩＣ（ＡＳＩＣ）に入れ込むことが可能になり、周波数制御部のコスト低減を図ることが可能となる。
【０１８２】
従って、本発明により異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御を行い、かつ高圧出力の高速立上り時間を可能とした低価格圧電トランス方式高圧電源装置及びそれを用いた画像形成装置の提供が可能となる。
【０１８３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１８４】
例えば、上述した実施形態においては、出力電圧の変動を検知して電圧値を一定にする定電圧制御を行う場合について説明したが、定電圧制御のかわりに、出力電流の変動を検知して電流値を一定にする定電流制御を行ってもよい。かかる定電流制御を行っても、定電圧制御と同様の動作となる。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について説明するためのブロック図である。
【図２】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について説明するためのブロック図である。
【図３】同実施形態に係る圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。
【図４】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置のタイミングチャートである。
【図５】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置のタイミングチャートである。
【図６】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置の第１変形例を説明するためのブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について説明するためのブロック図である。
【図８】同実施形態に係るインダクタ電源電圧と昇圧時動作波形との関係を説明するための説明図である。
【図９】同実施形態に係る圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。
【図１０】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について説明するためのブロック図である。
【図１１】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置のタイミングチャートである。
【図１２】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置のタイミングチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について説明するためのブロック図である。
【図１４】同実施形態におけるＵＰ／ＤＯＷＮ信号とＶ＿ＤＲＩＶＥ信号との関係を説明するための説明図である。
【図１５】一般的な圧電トランスを用いた高圧電源装置について説明するためのブロック図である。
【図１６】一般的な圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。
【図１７】一般的な圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。
【符号の説明】
【０１８６】
１０ 圧電トランス方式高圧電源装置
２０ 駆動部
３０ 圧電トランス駆動制御部
４０ 整流平滑部
５０ 出力電圧検出部
６０ フィードバック回路部
７０ ドライブ電圧制御部
８０ 出力電圧検出部
９０ ドライブ電圧整流平滑出力部
１０１ リセット
１０３ クロック
１０５ コントローラ
３０１，３５５ アップダウンカウンタ
３０３，３５７ レジスタ
３０５，３０９ コンパレータ
３１１ １ビットカウンタ
３１３，３１５ ＡＮＤゲート
３１７ Ｄ／Ａコンバータ
３５１ Ａ／Ｄコンバータ
３５３ デジタルフィルタ
５０１ コンパレータ
７０１ 演算比較増幅器
８０１ コンパレータ
９０１ インバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電トランスに所定の駆動周波数により制御された駆動電圧を印加することにより前記圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、
前記出力電圧と前記出力電圧を所定の値に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、前記出力電圧の変動をデジタル変動値として検出する出力電圧検出部と、
前記出力電圧検出部から入力された前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動制御を行う駆動制御部と、
を備えることを特徴とする、圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項２】
前記駆動制御部は、
前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、
前記駆動周波数制御部の出力値に応じて前記圧電トランスを駆動する駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、
を更に備え、
前記駆動周波数制御部は、
前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を増加させ、
前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を減少させる
ことを特徴とする、請求項１に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項３】
前記駆動制御部は、
前記駆動周波数の周波数可変範囲を記憶した記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記周波数可変範囲と前記駆動周波数制御部の出力値とに基づいて、前記駆動周波数を前記周波数可変範囲内で可変させるように制御する周波数範囲制御部と、
を更に備え、
前記周波数範囲制御部は、前記駆動周波数制御部の出力値が前記駆動周波数の可変範囲から外れた場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止させる制御信号を出力し、
前記駆動周波数制御部は、前記周波数範囲制御部からの制御信号が入力された場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止する
ことを特徴とする、請求項２に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項４】
圧電トランスに所定の駆動周波数により制御された駆動電圧を印加することにより前記圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、
前記圧電トランスから出力された出力電圧および前記圧電トランス方式高圧電源装置の出力制御電圧に基づいて前記出力電圧の変動分を演算し、前記出力電圧の変動分の演算結果に基づいて前記圧電トランスの駆動周波数をデジタル信号処理により制御する駆動制御部
を備えることを特徴とする、圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項５】
前記駆動制御部は、
前記出力電圧をデジタルデータへと変換するＡＤ変換部と、
前記デジタル変換された出力電圧と前記出力制御電圧とに基づいて前記出力電圧のデジタル変動値を演算するデジタル変動値演算部と、
前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、
前記駆動周波数制御部の出力値に応じて前記圧電トランスを駆動する駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、
を更に備え、
前記駆動周波数制御部は、
前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を増加させ、
前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を減少させる
ことを特徴とする、請求項４に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項６】
前記駆動制御部は、
前記駆動周波数の周波数可変範囲を記憶した記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記周波数可変範囲と前記駆動周波数制御部の出力値とに基づいて、前記駆動周波数を前記周波数可変範囲内で可変させるように制御する周波数範囲制御部と、
を更に備え、
前記周波数範囲制御部は、前記駆動周波数制御部の出力値が前記駆動周波数の可変範囲から外れた場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止させる制御信号を出力し、
前記駆動周波数制御部は、前記周波数範囲制御部からの制御信号が入力された場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止する
ことを特徴とする、請求項５に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項７】
前記デジタル変動値演算部は、
デジタルフィルタによる演算処理またはＰＩＤ制御により、前記デジタル変動値を演算する
ことを特徴とする、請求項５に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項８】
圧電トランスに所定の駆動周波数により制御された駆動電圧を印加することにより前記圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、
前記出力電圧と前記出力電圧を所定の値に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、前記出力電圧の変動をデジタル変動値として検出する出力電圧検出部と、
前記出力電圧検出部から入力された前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動制御を行う駆動制御部と、
前記出力電圧と前記出力制御電圧との比較結果に応じて前記圧電トランスに印加される電源電圧を可変制御するドライブ電圧制御部と、
を備えることを特徴とする、圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項９】
前記ドライブ電圧制御部は、
前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さい場合には、前記電源電圧を増加させ、
前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きい場合には、前記電源電圧を減少させる
ことを特徴とする、請求項８に記載の圧電トランス方式高圧電源装置
【請求項１０】
前記駆動制御部は、
前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、
前記駆動周波数制御部の出力値に応じて前記圧電トランスを駆動する駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、
を更に備え、
前記駆動周波数制御部は、
前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を増加させ、
前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を減少させる
ことを特徴とする、請求項８に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項１１】
前記駆動制御部は、
前記駆動周波数の周波数可変範囲を記憶した記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記周波数可変範囲と前記駆動周波数制御部の出力値とに基づいて、前記駆動周波数を前記周波数可変範囲内で可変させるように制御する周波数範囲制御部と、
を更に備え、
前記周波数範囲制御部は、前記駆動周波数制御部の出力値が前記駆動周波数の可変範囲から外れた場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止させる制御信号を出力し、
前記駆動周波数制御部は、前記周波数範囲制御部からの制御信号が入力された場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止する
ことを特徴とする、請求項１０に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項１２】
潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、
帯電後の前記潜像担持体の表面に潜像を形成させる露光手段と、
前記潜像を現像する現像手段と、
前記潜像担持体に形成されるトナー像を転写材に転写させる転写手段と、
前記帯電手段、前記現像手段、前記転写手段の少なくともいずれかに電圧を供給する電源装置と、を有し、
前記電源装置は、請求項１〜請求項１１に記載の圧電トランス方式高圧電源装置である
ことを特徴とする、画像形成装置。
【請求項１】
圧電トランスに所定の駆動周波数により制御された駆動電圧を印加することにより前記圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、
前記出力電圧と前記出力電圧を所定の値に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、前記出力電圧の変動をデジタル変動値として検出する出力電圧検出部と、
前記出力電圧検出部から入力された前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動制御を行う駆動制御部と、
を備えることを特徴とする、圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項２】
前記駆動制御部は、
前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、
前記駆動周波数制御部の出力値に応じて前記圧電トランスを駆動する駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、
を更に備え、
前記駆動周波数制御部は、
前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を増加させ、
前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を減少させる
ことを特徴とする、請求項１に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項３】
前記駆動制御部は、
前記駆動周波数の周波数可変範囲を記憶した記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記周波数可変範囲と前記駆動周波数制御部の出力値とに基づいて、前記駆動周波数を前記周波数可変範囲内で可変させるように制御する周波数範囲制御部と、
を更に備え、
前記周波数範囲制御部は、前記駆動周波数制御部の出力値が前記駆動周波数の可変範囲から外れた場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止させる制御信号を出力し、
前記駆動周波数制御部は、前記周波数範囲制御部からの制御信号が入力された場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止する
ことを特徴とする、請求項２に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項４】
圧電トランスに所定の駆動周波数により制御された駆動電圧を印加することにより前記圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、
前記圧電トランスから出力された出力電圧および前記圧電トランス方式高圧電源装置の出力制御電圧に基づいて前記出力電圧の変動分を演算し、前記出力電圧の変動分の演算結果に基づいて前記圧電トランスの駆動周波数をデジタル信号処理により制御する駆動制御部
を備えることを特徴とする、圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項５】
前記駆動制御部は、
前記出力電圧をデジタルデータへと変換するＡＤ変換部と、
前記デジタル変換された出力電圧と前記出力制御電圧とに基づいて前記出力電圧のデジタル変動値を演算するデジタル変動値演算部と、
前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、
前記駆動周波数制御部の出力値に応じて前記圧電トランスを駆動する駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、
を更に備え、
前記駆動周波数制御部は、
前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を増加させ、
前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を減少させる
ことを特徴とする、請求項４に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項６】
前記駆動制御部は、
前記駆動周波数の周波数可変範囲を記憶した記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記周波数可変範囲と前記駆動周波数制御部の出力値とに基づいて、前記駆動周波数を前記周波数可変範囲内で可変させるように制御する周波数範囲制御部と、
を更に備え、
前記周波数範囲制御部は、前記駆動周波数制御部の出力値が前記駆動周波数の可変範囲から外れた場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止させる制御信号を出力し、
前記駆動周波数制御部は、前記周波数範囲制御部からの制御信号が入力された場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止する
ことを特徴とする、請求項５に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項７】
前記デジタル変動値演算部は、
デジタルフィルタによる演算処理またはＰＩＤ制御により、前記デジタル変動値を演算する
ことを特徴とする、請求項５に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項８】
圧電トランスに所定の駆動周波数により制御された駆動電圧を印加することにより前記圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、
前記出力電圧と前記出力電圧を所定の値に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、前記出力電圧の変動をデジタル変動値として検出する出力電圧検出部と、
前記出力電圧検出部から入力された前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動制御を行う駆動制御部と、
前記出力電圧と前記出力制御電圧との比較結果に応じて前記圧電トランスに印加される電源電圧を可変制御するドライブ電圧制御部と、
を備えることを特徴とする、圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項９】
前記ドライブ電圧制御部は、
前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さい場合には、前記電源電圧を増加させ、
前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きい場合には、前記電源電圧を減少させる
ことを特徴とする、請求項８に記載の圧電トランス方式高圧電源装置
【請求項１０】
前記駆動制御部は、
前記デジタル変動値に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、
前記駆動周波数制御部の出力値に応じて前記圧電トランスを駆動する駆動電圧を発生する駆動電圧発生部と、
を更に備え、
前記駆動周波数制御部は、
前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を増加させ、
前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さいことを表す値である場合には、前記駆動周波数を減少させる
ことを特徴とする、請求項８に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項１１】
前記駆動制御部は、
前記駆動周波数の周波数可変範囲を記憶した記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記周波数可変範囲と前記駆動周波数制御部の出力値とに基づいて、前記駆動周波数を前記周波数可変範囲内で可変させるように制御する周波数範囲制御部と、
を更に備え、
前記周波数範囲制御部は、前記駆動周波数制御部の出力値が前記駆動周波数の可変範囲から外れた場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止させる制御信号を出力し、
前記駆動周波数制御部は、前記周波数範囲制御部からの制御信号が入力された場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止する
ことを特徴とする、請求項１０に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項１２】
潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、
帯電後の前記潜像担持体の表面に潜像を形成させる露光手段と、
前記潜像を現像する現像手段と、
前記潜像担持体に形成されるトナー像を転写材に転写させる転写手段と、
前記帯電手段、前記現像手段、前記転写手段の少なくともいずれかに電圧を供給する電源装置と、を有し、
前記電源装置は、請求項１〜請求項１１に記載の圧電トランス方式高圧電源装置である
ことを特徴とする、画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−３８８９２（Ｐ２００９−３８８９２Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２００７９３（Ｐ２００７−２００７９３）
【出願日】平成１９年８月１日（２００７．８．１）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１日（２００７．８．１）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
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