電源、制御回路、画像形成装置の電源
【課題】 圧電トランスを用いた画像形成装置用の電源ユニットにおいて、回路発振することのない安定した電圧制御を実現し、もって画像形成装置の印刷品質の低下を防止する。
【解決手段】 圧電トランス（１０１）と、圧電トランス（１０１）の出力電圧を検出する出力電圧検出回路（２０６）と、出力電圧設定信号（Ｖｃｏｎｔ）を入力すると共に、出力電圧検出回路（２０６）からの出力電圧検出信号（Ｖｓｎｓ）をフィードバック入力して、両者の比較を行う比較回路（２０３）と、比較回路（２０３）での比較結果に応じて圧電トランス（１０１）の駆動周波数を発生してこれを圧電トランス（１０１）に供給する駆動周波数供給回路（１１０，２０４）とを備え、出力電圧設定信号（Ｖｃｏｎｔ）の時定数を、出力電圧検出回路（２０６）の応答時間より長くする。
【解決手段】 圧電トランス（１０１）と、圧電トランス（１０１）の出力電圧を検出する出力電圧検出回路（２０６）と、出力電圧設定信号（Ｖｃｏｎｔ）を入力すると共に、出力電圧検出回路（２０６）からの出力電圧検出信号（Ｖｓｎｓ）をフィードバック入力して、両者の比較を行う比較回路（２０３）と、比較回路（２０３）での比較結果に応じて圧電トランス（１０１）の駆動周波数を発生してこれを圧電トランス（１０１）に供給する駆動周波数供給回路（１１０，２０４）とを備え、出力電圧設定信号（Ｖｃｏｎｔ）の時定数を、出力電圧検出回路（２０６）の応答時間より長くする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置における電源ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の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う直接転写方式を採る場合、転写部材には導電体の軸を持つローラ状の導電性ゴム（転写ローラ）を用い、感光体のプロセススピードに合わせ回転駆動させている。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】
しかし、こういった転写ローラを用いて良好な転写を行うためには、通常３ｋＶ以上の電圧（所要電流は数μＡ）を転写ローラに印加する必要があった。従来は、画像形成処理に必要とされる高電圧を生成するために、巻線式の電磁トランスを使用していた。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、上記のような仕様に用いる場合は、出力電流値が数μＡという微小な電流のために各部に於いて漏れ電流を最大限少なくしなければならなかった。そのため、トランスの巻線を絶縁物によりモールドする必要が有り、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。
【０００４】
そこで、かかる欠点を補うために、薄型で軽量の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。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ことが可能となり、しかも、一次側と二次側との間の結合に関係なく一次側と二次側の電極間の距離を離すことが可能となるので、特別に絶縁のためにモールド加工する必要がなく、高圧発生装置を小型・軽量にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２０６１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の圧電トランスを用いた高圧電源装置では、出力電圧を制御できずに回路動作の発振が発生する場合があった。このような現象は印刷品質の低下を招く。要するに、従来の圧電トランスを用いた高圧電源装置を画像形成装置の電源ユニットとして単純に適用するのは困難である。したがって、圧電トランスを用いた高圧電源においては、回路発振することのない安定した電圧制御の実現が求められている。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、圧電トランスを用いた画像形成装置用の電源ユニットにおいて、回路発振することのない安定した電圧制御を実現し、もって画像形成装置の印刷品質の低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係る画像形成装置における電源ユニットは、圧電トランスと、前記圧電トランスの出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電圧設定信号を入力すると共に、前記出力電圧検出回路からの出力電圧検出信号をフィードバック入力して、両者の比較を行う比較回路と、前記比較回路での比較結果に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を発生してこれを前記圧電トランスに供給する駆動周波数供給回路とを備え、前記出力電圧設定信号の時定数を、前記出力電圧検出回路の応答時間より長くしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本出願に係る発明によれば、圧電トランスを用いた画像形成装置用の電源ユニットにおいて、回路発振することのない安定した電圧制御を実現し、もって画像形成装置の印刷品質の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る圧電トランスを用いた高圧電源ユニットの回路図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る画像形成装置の構成を示す図である。
【図３】圧電トランスの駆動周波数に対する出力電圧の特性を表す図である。
【図４】本発明の実施形態１における転写高圧電源ユニットの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る圧電トランスを用いた高圧電源ユニットの回路特性を表した図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る圧電トランスを用いた高圧電源ユニットのブロック図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る圧電トランスを用いた高圧電源ユニットの回路図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る圧電トランスを用いた高圧電源ユニットの回路特性を表した図である。
【図９】本発明の実施形態３に係る圧電トランスを用いた高圧電源ユニットのブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係る圧電トランスを用いた高圧電源ユニットの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決手段として必須のものであるとは限らない。
【００１２】
（実施形態１）
図２は、本実施形態に係る画像形成装置の一例である、カラーレーザプリンタの構成例を示す図である。ただし、本発明はカラーレーザプリンタに限定されるものではなく、各種の画像形成装置に適用が可能である。
【００１３】
この画像形成装置は例えば、いわゆるタンデム方式のカラーレーザプリンタである。図２に示したカラーレーザプリンタ４０１において、デッキ４０２は記録紙３２を収納する。デッキ紙有無センサ４０３は、デッキ４０２内の記録紙３２の有無を検知する。ピックアップローラ４０４は、デッキ４０１から記録紙３２を繰り出す。デッキ給紙ローラ４０５は、ピックアップローラ４０４によって繰り出された記録紙３２を搬送する。リタードローラ４０６は、デッキ給紙ローラ４０５と対をなし、記録紙３２の重送を防止する。
【００１４】
レジストローラ対４０７は、デッキ給紙ローラ４０５の下流に設けられ、記録紙３２を同期搬送する。紙搬送センサ４０８は、レジストローラ対４０７への記録紙３２の搬送状態を検知する。また、レジストローラ対４０７の下流には静電吸着搬送転写ベルト（以下「ＥＴＢ」と記す。）４０９が配設されている。画像形成部は、後述する４色（イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＢ）分のプロセスカートリッジ４１０Ｙ、４１０Ｍ、４１０Ｃ、４１０Ｂと、スキャナユニット４２０Ｙ、４２０Ｍ、４２０Ｃ、４２０Ｂを含む。この画像形成部によって形成された画像が転写ローラ４３０Ｙ、４３０Ｍ、４３０Ｃ、４３０ＢによってＥＴＢ４０９上に順次重ね合わされて行くことにより、カラー画像が形成され、記録紙３２上に転写、搬送される。
【００１５】
さらに下流には、記録紙３２上に転写されたトナー像を熱定着するための定着部４３１が設けられている。この定着部４３１は、内部に加熱用のヒータ４３２を備える定着ローラ４３３、この定着ローラ４３３を押圧する加圧ローラ４３４、定着ローラ４３３からの記録紙３２を搬送するための一対の定着排紙ローラ４３５を備える構成である。さらに、定着部４３１の下流には、定着部４３１からの搬送状態を検知する定着排紙センサ４３６が配設されている。
【００１６】
各スキャナ部４２０は、レーザユニット４２１、ポリゴンミラー４２２、スキャナモータ４２３、結像レンズ群４２４を含む。レーザユニット４２１は、後述するビデオコントローラ４４０から送出される各画像信号に基づいて変調されたレーザ光を発光する。また、ポリゴンミラー４２２、スキャナモータ４２３、および結像レンズ群４２４は、各レーザユニット４２１からのレーザ光を各感光ドラム３０５上に走査するためのものである。
【００１７】
各プロセスカートリッジ４１０は、公知の電子写真プロセスに必要な感光ドラム３０５、帯電ローラ３０３と現像ローラ３０２、トナー格納容器４１１を具備しており、レーザプリンタ４０１に対して着脱可能に構成されている。
【００１８】
ビデオコントローラ４４０は、外部装置であるホストコンピュータ４４１から送出される画像データを受け取ると、その画像データをビットマップデータに展開し、画像形成用の画像信号を生成する。
【００１９】
ＤＣコントローラ２０１はレーザプリンタの制御部である。このＤＣコントローラ２０１は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０７および、図示しない各種入出力制御回路を含む。ＭＰＵ２０７は、図示の如く、ＲＡＭ２０７ａ、ＲＯＭ２０７ｂ、タイマ２０７ｃ、デジタル入出力ポート２０７ｄ、Ｄ／Ａポート２０７ｅ、Ａ／Ｄポート２０７ｆを備える。
【００２０】
また、２０２は高圧電源ユニットである。この高圧電源ユニット２０２は例えば、各帯電ローラ３０３に電圧を印加する帯電高圧電源ユニット、各現像ローラ３０２に電圧を印加する現像高圧電源ユニットをはじめ、各転写ローラ４３０に電圧を印加する転写高圧電源ユニットを含む。
【００２１】
次に、本実施形態における転写高圧電源ユニットの構成を、図４のブロック図に基づいて説明する。なお、本発明に係わる高圧電源ユニットは、正電圧、負電圧どちらの出力回路に対しても有効であるため、ここでは代表的に正電圧を必要とする転写高圧電源ユニットについて説明を行う。また、転写高圧電源ユニットは各転写ローラ４３０Ｙ、４３０Ｍ、４３０Ｃ、４３０Ｂに対応し、４回路設けられているが、回路構成は各回路とも同じであるため、図４では１回路のみの説明を行う。
【００２２】
出力電圧設定手段としてのＤＣコントローラ２０１は、ＭＰＵ２０７の制御処理によって出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔを出力する。ＤＣコントローラ２０１からの出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔは、高圧電源ユニット２０２上に設けられたオペアンプ等により構成される出力電圧制御回路としての積分回路（比較回路）２０３に入力される。入力電圧は電圧制御発振回路（ＶＣＯ）１１０を介して周波数に変換され、その周波数によりスイッチング回路２０４が駆動される。これにより、圧電トランス（圧電セラミックトランス）１０１が動作し、素子の周波数特性及び昇圧比に応じた電圧を出力する。圧電トランス１０１の出力は整流回路２０５により正電圧に整流平滑され、高圧出力Ｖｏｕｔ２０８にて負荷である転写ローラ（不図示）に高電圧が印加される。また、この整流後の電圧は出力電圧検出回路２０６を介して比較回路２０３にも帰還され、出力電圧検出信号Ｖｓｎｓが出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔと同電位になるように制御が行われる。
【００２３】
図４に示した構成の転写高圧電源ユニットは、図１の回路で実現することができる。上記のとおり、出力電圧設定信号ＶｃｏｎｔはＤＣコントローラ２０１から出力される。図１において、この出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔは、抵抗１１４を介して積分回路２０３を構成するオペアンプ１０９の反転入力端子（−端子）に入力される。
【００２４】
他方、出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電圧検出回路２０６の抵抗１０５、１０６、１０７によって分圧され、出力電圧検出信号Ｖｓｎｓがコンデンサ１１５及び保護用抵抗１０８を介してオペアンプ１０９の非反転入力端子（＋端子）に入力される。オペアンプ１０９の出力端は電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１０に接続され、この電圧制御発振器１１０の出力端はスイッチング回路としてのトランジスタ２０４のベースに接続される。トランジスタ２０４のコレクタはインダクタ１１２を介して電源（＋２４Ｖ）に接続されていると同時に、圧電トランス１０１の一次側の電極の一方に接続される。圧電トランス１０１の出力は、整流回路２０５を構成するダイオード１０２、１０３及び高圧コンデンサ１０４によって正電圧に整流平滑され、負荷である転写ローラ（不図示）に印加される。
【００２５】
圧電トランス１０１の特性は一般的に図３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の形状をなしており、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１０１の出力電圧を増加させる場合は、駆動周波数を高い方から低い方へ変化させることで可能となる。
【００２６】
ここで、規定出力電圧Ｅｄｃ出力時の駆動周波数をｆｘとする。また、駆動周波数発生手段としての電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１０は入力電圧が上がると出力周波数は上がり、入力電圧が下がると出力周波数は下がるような動作を行うものとする。この条件において、圧電トランス１０１の出力電圧Ｅｄｃが上がると、オペアンプ１０９の非反転入力端子（＋端子）の入力電圧Ｖｓｎｓも上がり、これによりオペアンプ１０９の出力端子の電圧が上がる。そうすると、電圧制御発振器１１０の入力電圧が上がるので、圧電トランス１０１の駆動周波数が上がる。したがって、圧電トランス１０１は駆動周波数ｆｘより少し高い周波数で駆動され、この駆動周波数が上がることにより圧電トランス１０１の出力電圧は下がる。その結果、出力電圧を下げる方向に制御が行われることとなる。すなわち、この回路は負帰還制御回路を構成している。
【００２７】
一方、出力電圧Ｅｄｃが下がると、オペアンプ１０９の入力電圧Ｖｓｎｓが下がり、これによりオペアンプ１０９の出力端子の電圧が下がる。そうすると、電圧制御発振器１１０の出力周波数が下がるので、圧電トランス１０１は出力電圧を上げる方向に制御を行うこととなる。このように、オペアンプ１０９の反転入力端子（−端子）に入力されるＤＣコントローラ２０１からの出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの電圧（設定電圧：以下、この設定電圧もＶｃｏｎｔで表す）で決定される電圧に等しくなるよう、出力電圧が定電圧制御される。
【００２８】
図１に示すように、出力電圧制御回路（積分回路）２０３は、オペアンプ１０９、抵抗１１４、およびコンデンサ１１３によって構成される。出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔは、抵抗１１４とコンデンサ１１３の部品定数で決まる時定数Ｔｃｏｎｔに依存して、オペアンプ１０９に入力される。ここで、抵抗１１４の抵抗値が大きいほど、時定数Ｔｃｏｎｔは大きくなる。一方、コンデンサ１１３の容量が大きいほど、出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓは大きくなる。
【００２９】
また、出力電圧検出回路２０６は、抵抗１０５，１０６，１０７、およびコンデンサ１１５によって構成される。出力電圧検出信号Ｖｓｎｓは、抵抗１０５，１０６，１０７とコンデンサ１１５の部品定数によって決まる時定数Ｔｓｎｓに依存して、オペアンプ１０９に入力される。
【００３０】
以上の構成により、出力電圧の立ち上がり、立ち下がり時間は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１０の周波数変化量Δｆによって制御される。周波数変化量Δｆは、オペアンプ１０９の出力電圧によって決定される。ここでオペアンプ１０９は、反転入力端子（−端子）に積分回路２０３を介して入力される出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔと、非反転入力端子（＋端子）に入力される出力電圧検出信号Ｖｓｎｓとの比較結果に応じた電圧を出力する。
【００３１】
ここで、出力電圧が出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔによって設定された目標電圧に立ち上がる場合について、仮に、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの時定数Ｔｃｏｎｔが出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓよりも早い場合、すなわち、Ｔｃｏｎｔ＜Ｔｓｎｓの場合を考える。
【００３２】
この場合は、立ち上り始めから目標値に達するまで常に、Ｖｃｏｎｔ＞Ｖｓｎｓの関係となる。そうすると、フィードバックが追いつかずオペアンプ１０９の出力電圧が増加して、周波数変化量Δｆは非常に大きなものとなる。このため、圧電トランス１０１の駆動周波数が共振周波数ｆ０以下になってしまい、出力電圧が制御できなくなる可能性がある。
【００３３】
また、一般的にも、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔと出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの比較において、検出側が常に遅れるために、正常なフィードバック動作が行えなくなり、回路動作で発振が発生する場合がある。
【００３４】
このように、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１０の周波数変化量△ｆの制御において発振が起こると、出力電圧に電圧リップルが発生する。このため、印字画像にスジ模様となって現れるなど、印刷品質が低下するという問題がある。したがって、圧電トランスを用いた高圧電源ユニットには、回路発振することなく電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１０を制御することが求められる。
【００３５】
これに対し、本実施形態では、
Ｔｃｏｎｔ＞Ｔｓｎｓ，
Ｔｃｏｎｔ＝Ｒ１１４×Ｃ１１３，
Ｔｓｎｓ＝Ｒｓ×Ｃ１１５（ただし、ＲｓはＲ１０５，Ｒ１０６，Ｒ１０７の合成抵抗）となるような、抵抗１１４およびコンデンサ１１３の定数、ならびに、抵抗１０５，１０６，１０７およびコンデンサ１１５の定数を決定する。これにより、発振のない制御が可能となる。具体的には、本実施例では、Ｔｃｏｎｔは５ｍｓｅｃ、Ｔｓｎｓは１ｍｓｅｃに設定した。Ｔｃｏｎｔ，Ｔｓｎｓの時定数が大きいと、フィードバック制御が遅くなるため、出力バイアスの立ち上がり時間が遅くなってしまう。また、Ｔｃｏｎｔ，Ｔｓｎｓの時定数が小さいと、フィードバックする駆動周波数の変化が大きくなり、圧電トランス１０１の共振周波数ｆ０を超えてしまい、フィードバック制御が破綻してしまう。このため、Ｔｃｏｎｔ，Ｔｓｎｓとしては、約０．５ｍｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃ程度の範囲（より好ましくはＴｃｏｎｔは約１から約１０ｍｓｅｃ，Ｔｓｎｓは約０．５ｍｓｅｃ〜約５ｍｓｅｃ程度の範囲）で適時最適な値を設定することが望ましい。
【００３６】
ここで、本実施形態の回路動作について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、高電圧出力の立ち上がりおよび立ち下がり時の出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの電圧波形である。立ち上がり時、立ち下がり時共に時定数Ｔｓｎｓをもった波形となる。また、図５（ｂ）は、高電圧出力の立ち上がり及び立ち下がり時の出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの電圧波形である。立ち上がり時、立ち下がり時共に時定数Ｔｃｏｎｔをもった波形となる。このとき、Ｔｃｏｎｔ＞Ｔｓｎｓであるため、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの傾きの方が出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの傾きよりも緩やかになる。これにより、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの時定数Ｔｃｏｎｔを、出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓよりも遅らせることができる。言い換えると、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの時定数Ｔｃｏｎｔは、出力電圧検出回路２０６の応答時間よりも長くなる。このようにして、発振の無いフィードバック回路が構成できる。
【００３７】
本実施形態では、出力電圧設定信号と出力電圧検出信号の各々の時定数について、回路を構成する部品の定数を調整することにより、簡単かつ安価な構成で、圧電トランスを用いた高圧電源ユニットにおける電圧制御発振器（ＶＣＯ）が周波数制御不能に陥ることを防ぎ、発振のない理想的な回路制御を可能とした。
【００３８】
（実施形態２）
上述の実施形態１では、出力電圧設定信号と出力電圧検出信号の各々の時定数について、回路を構成する抵抗、コンデンサの部品定数を適切にすることにより時定数を調整する点を説明した。本実施形態では、上述の実施形態１の構成とは異なる構成で時定数を調整することのできる圧電トランス式高圧電源ユニットについて図６、図７及び図８を参照して説明する。なお、実施形態１と同様の構成に関しては、その説明を省略する。
【００３９】
本実施形態と実施形態１との主たる相違点は、出力電圧設定信号の時定数の調整を、ファームウェアによって行う構成としたことである。
【００４０】
図６は、本実施形態における圧電トランスを用いた高圧電源ユニットの構成を表すブロック図である。図示の構成は実施形態１に係る図４の構成と概ね同様である。ただし、図６では、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔが、ＤＣコントローラ２０１のＭＰＵ２０７におけるＤ／Ａ端子２０７ｅから出力することが明らかにされている。
【００４１】
図７は、図６に示した転写高圧電源ユニットの実際の回路構成を示す図である。この図７の回路は、実施形態１に係る図１の回路と概ね同様の構成であるが、本実施形態における出力電圧制御回路２０３はコンデンサ１１３を含んでいない点で相違する。
【００４２】
出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓは、抵抗１０５，１０６，１０７、およびコンデンサ１１５で構成される出力電圧検出回路２０６の部品定数によって決定される。一方、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔについては、出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓよりも確実に遅れるように制御するための設定テーブルをもったファームウェアにより制御を行う。
【００４３】
次に、本実施形態の回路動作について図８を用いて説明する。図８（ａ）は、高電圧出力の立ち上がり及び立ち下がり時の出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの電圧波形である。立ち上がり時、立ち下がり時共に時定数Ｔｓｎｓをもった波形となる。また、図８（ｂ）は、高電圧出力の立ち上がり及び立ち下がり時の出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの電圧波形である。立ち上がり時、立ち下がり時共に時定数Ｔｃｏｎｔをもった波形となるように設定された設定テーブルに従って、ファームウェアが制御を行う。このとき、Ｔｃｏｎｔ＞Ｔｓｎｓであるため、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの傾きの方が出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの傾きよりも緩やかになる。これにより、ファームウェアによっても確実に出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの時定数Ｔｃｏｎｔを出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓよりも遅らせることができ、発振の無いフィードバック回路が構成できる。
【００４４】
本実施形態では、ＭＰＵのＤ／Ａ出力から出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔを得る構成とし、これをファームウェアにより制御することにより、従来の回路とは異なる構成で電圧制御発振器（ＶＣＯ）が周波数制御不能に陥ることを防ぎ、発振のない回路制御を可能とした。
【００４５】
（実施形態３）
上述の実施形態２では、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの時定数Ｔｃｏｎｔをファームウェアによって調整し、出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓを回路定数で調整する構成を説明した。本実施形態では、上述の実施形態２の構成を発展させた構成で時定数を調整することのできる圧電トランス式高圧電源ユニットについて、図９及び図１０を参照して説明する。なお、実施形態１と同様の構成に関しては、その説明を省略する。
【００４６】
本実施形態と実施形態２との主たる相違点は、出力電圧検出信号ＶｓｎｓをＭＰＵ２０７に入力し、ＭＰＵ２０７の内部で比較を行った後、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔを出力する構成としたことである。
【００４７】
図９は、本実施形態の圧電トランスを用いた高圧電源ユニットの構成を表すブロック図である。ＤＣコントローラ２０１に搭載されたＭＰＵ２０７のＤ／Ａ端子２０７ｅから出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔが出力される。一方、整流後の出力電圧Ｖｏｕｔは出力電圧検出回路２０６に帰還され、出力電圧検出信号ＶｓｎｓがＭＰＵ２０７のＡ／Ｄ端子２０７ｆに入力される。ＭＰＵ２０７は、出力電圧検出信号Ｖｓｎｓと出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔが同電位になるように制御を行う。
【００４８】
図１０は、図９に示した転写高圧電源ユニットの実際の回路構成を示す図である。
【００４９】
出力電圧検出信号Ｖｓｎｓは、抵抗１０５，１０６，１０７により一定電圧以下に分圧された状態でＭＰＵ２０７のＡ／Ｄ端子２０７ｆに入力される。このときの入力時定数をＴｓｎｓとする。
【００５０】
一方、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔは、ＭＰＵ２０７による処理により、常に出力電圧検出信号Ｖｓｎｓとの比較が行われ、Ｔｃｏｎｔ＞Ｔｓｎｓとなるように、時定数Ｔｓｎｓよりも遅い時定数Ｔｃｏｎｔにより出力される。
【００５１】
このように、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔと出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの比較処理をＭＰＵ２０７に行わせるようにしても、実施形態１，２と同様に、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの時定数Ｔｃｏｎｔを出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓよりも遅らせることができ、発振の無いフィードバック回路が実現される。さらに、本実施形態では出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔと出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの比較処理をＭＰＵ２０７に行わせるようにしたので、基板にオペアンプなどの比較回路を設ける必要がなくなるという利点もある。
【００５２】
なお、上述の実施形態では、代表的に、画像形成装置における転写ローラに電圧を印加する転写高圧電源ユニットの構成を示したが、同様な構成でもって帯電ローラに電圧を印加する帯電高圧電源ユニットや現像ローラに電圧を印加する現像高圧電源ユニットを実現可能であることはいうまでもない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置における電源ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の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う直接転写方式を採る場合、転写部材には導電体の軸を持つローラ状の導電性ゴム（転写ローラ）を用い、感光体のプロセススピードに合わせ回転駆動させている。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】
しかし、こういった転写ローラを用いて良好な転写を行うためには、通常３ｋＶ以上の電圧（所要電流は数μＡ）を転写ローラに印加する必要があった。従来は、画像形成処理に必要とされる高電圧を生成するために、巻線式の電磁トランスを使用していた。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、上記のような仕様に用いる場合は、出力電流値が数μＡという微小な電流のために各部に於いて漏れ電流を最大限少なくしなければならなかった。そのため、トランスの巻線を絶縁物によりモールドする必要が有り、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。
【０００４】
そこで、かかる欠点を補うために、薄型で軽量の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。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ことが可能となり、しかも、一次側と二次側との間の結合に関係なく一次側と二次側の電極間の距離を離すことが可能となるので、特別に絶縁のためにモールド加工する必要がなく、高圧発生装置を小型・軽量にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２０６１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の圧電トランスを用いた高圧電源装置では、出力電圧を制御できずに回路動作の発振が発生する場合があった。このような現象は印刷品質の低下を招く。要するに、従来の圧電トランスを用いた高圧電源装置を画像形成装置の電源ユニットとして単純に適用するのは困難である。したがって、圧電トランスを用いた高圧電源においては、回路発振することのない安定した電圧制御の実現が求められている。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、圧電トランスを用いた画像形成装置用の電源ユニットにおいて、回路発振することのない安定した電圧制御を実現し、もって画像形成装置の印刷品質の低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係る画像形成装置における電源ユニットは、圧電トランスと、前記圧電トランスの出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電圧設定信号を入力すると共に、前記出力電圧検出回路からの出力電圧検出信号をフィードバック入力して、両者の比較を行う比較回路と、前記比較回路での比較結果に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を発生してこれを前記圧電トランスに供給する駆動周波数供給回路とを備え、前記出力電圧設定信号の時定数を、前記出力電圧検出回路の応答時間より長くしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本出願に係る発明によれば、圧電トランスを用いた画像形成装置用の電源ユニットにおいて、回路発振することのない安定した電圧制御を実現し、もって画像形成装置の印刷品質の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る圧電トランスを用いた高圧電源ユニットの回路図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る画像形成装置の構成を示す図である。
【図３】圧電トランスの駆動周波数に対する出力電圧の特性を表す図である。
【図４】本発明の実施形態１における転写高圧電源ユニットの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る圧電トランスを用いた高圧電源ユニットの回路特性を表した図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る圧電トランスを用いた高圧電源ユニットのブロック図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る圧電トランスを用いた高圧電源ユニットの回路図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る圧電トランスを用いた高圧電源ユニットの回路特性を表した図である。
【図９】本発明の実施形態３に係る圧電トランスを用いた高圧電源ユニットのブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係る圧電トランスを用いた高圧電源ユニットの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決手段として必須のものであるとは限らない。
【００１２】
（実施形態１）
図２は、本実施形態に係る画像形成装置の一例である、カラーレーザプリンタの構成例を示す図である。ただし、本発明はカラーレーザプリンタに限定されるものではなく、各種の画像形成装置に適用が可能である。
【００１３】
この画像形成装置は例えば、いわゆるタンデム方式のカラーレーザプリンタである。図２に示したカラーレーザプリンタ４０１において、デッキ４０２は記録紙３２を収納する。デッキ紙有無センサ４０３は、デッキ４０２内の記録紙３２の有無を検知する。ピックアップローラ４０４は、デッキ４０１から記録紙３２を繰り出す。デッキ給紙ローラ４０５は、ピックアップローラ４０４によって繰り出された記録紙３２を搬送する。リタードローラ４０６は、デッキ給紙ローラ４０５と対をなし、記録紙３２の重送を防止する。
【００１４】
レジストローラ対４０７は、デッキ給紙ローラ４０５の下流に設けられ、記録紙３２を同期搬送する。紙搬送センサ４０８は、レジストローラ対４０７への記録紙３２の搬送状態を検知する。また、レジストローラ対４０７の下流には静電吸着搬送転写ベルト（以下「ＥＴＢ」と記す。）４０９が配設されている。画像形成部は、後述する４色（イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＢ）分のプロセスカートリッジ４１０Ｙ、４１０Ｍ、４１０Ｃ、４１０Ｂと、スキャナユニット４２０Ｙ、４２０Ｍ、４２０Ｃ、４２０Ｂを含む。この画像形成部によって形成された画像が転写ローラ４３０Ｙ、４３０Ｍ、４３０Ｃ、４３０ＢによってＥＴＢ４０９上に順次重ね合わされて行くことにより、カラー画像が形成され、記録紙３２上に転写、搬送される。
【００１５】
さらに下流には、記録紙３２上に転写されたトナー像を熱定着するための定着部４３１が設けられている。この定着部４３１は、内部に加熱用のヒータ４３２を備える定着ローラ４３３、この定着ローラ４３３を押圧する加圧ローラ４３４、定着ローラ４３３からの記録紙３２を搬送するための一対の定着排紙ローラ４３５を備える構成である。さらに、定着部４３１の下流には、定着部４３１からの搬送状態を検知する定着排紙センサ４３６が配設されている。
【００１６】
各スキャナ部４２０は、レーザユニット４２１、ポリゴンミラー４２２、スキャナモータ４２３、結像レンズ群４２４を含む。レーザユニット４２１は、後述するビデオコントローラ４４０から送出される各画像信号に基づいて変調されたレーザ光を発光する。また、ポリゴンミラー４２２、スキャナモータ４２３、および結像レンズ群４２４は、各レーザユニット４２１からのレーザ光を各感光ドラム３０５上に走査するためのものである。
【００１７】
各プロセスカートリッジ４１０は、公知の電子写真プロセスに必要な感光ドラム３０５、帯電ローラ３０３と現像ローラ３０２、トナー格納容器４１１を具備しており、レーザプリンタ４０１に対して着脱可能に構成されている。
【００１８】
ビデオコントローラ４４０は、外部装置であるホストコンピュータ４４１から送出される画像データを受け取ると、その画像データをビットマップデータに展開し、画像形成用の画像信号を生成する。
【００１９】
ＤＣコントローラ２０１はレーザプリンタの制御部である。このＤＣコントローラ２０１は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０７および、図示しない各種入出力制御回路を含む。ＭＰＵ２０７は、図示の如く、ＲＡＭ２０７ａ、ＲＯＭ２０７ｂ、タイマ２０７ｃ、デジタル入出力ポート２０７ｄ、Ｄ／Ａポート２０７ｅ、Ａ／Ｄポート２０７ｆを備える。
【００２０】
また、２０２は高圧電源ユニットである。この高圧電源ユニット２０２は例えば、各帯電ローラ３０３に電圧を印加する帯電高圧電源ユニット、各現像ローラ３０２に電圧を印加する現像高圧電源ユニットをはじめ、各転写ローラ４３０に電圧を印加する転写高圧電源ユニットを含む。
【００２１】
次に、本実施形態における転写高圧電源ユニットの構成を、図４のブロック図に基づいて説明する。なお、本発明に係わる高圧電源ユニットは、正電圧、負電圧どちらの出力回路に対しても有効であるため、ここでは代表的に正電圧を必要とする転写高圧電源ユニットについて説明を行う。また、転写高圧電源ユニットは各転写ローラ４３０Ｙ、４３０Ｍ、４３０Ｃ、４３０Ｂに対応し、４回路設けられているが、回路構成は各回路とも同じであるため、図４では１回路のみの説明を行う。
【００２２】
出力電圧設定手段としてのＤＣコントローラ２０１は、ＭＰＵ２０７の制御処理によって出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔを出力する。ＤＣコントローラ２０１からの出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔは、高圧電源ユニット２０２上に設けられたオペアンプ等により構成される出力電圧制御回路としての積分回路（比較回路）２０３に入力される。入力電圧は電圧制御発振回路（ＶＣＯ）１１０を介して周波数に変換され、その周波数によりスイッチング回路２０４が駆動される。これにより、圧電トランス（圧電セラミックトランス）１０１が動作し、素子の周波数特性及び昇圧比に応じた電圧を出力する。圧電トランス１０１の出力は整流回路２０５により正電圧に整流平滑され、高圧出力Ｖｏｕｔ２０８にて負荷である転写ローラ（不図示）に高電圧が印加される。また、この整流後の電圧は出力電圧検出回路２０６を介して比較回路２０３にも帰還され、出力電圧検出信号Ｖｓｎｓが出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔと同電位になるように制御が行われる。
【００２３】
図４に示した構成の転写高圧電源ユニットは、図１の回路で実現することができる。上記のとおり、出力電圧設定信号ＶｃｏｎｔはＤＣコントローラ２０１から出力される。図１において、この出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔは、抵抗１１４を介して積分回路２０３を構成するオペアンプ１０９の反転入力端子（−端子）に入力される。
【００２４】
他方、出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電圧検出回路２０６の抵抗１０５、１０６、１０７によって分圧され、出力電圧検出信号Ｖｓｎｓがコンデンサ１１５及び保護用抵抗１０８を介してオペアンプ１０９の非反転入力端子（＋端子）に入力される。オペアンプ１０９の出力端は電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１０に接続され、この電圧制御発振器１１０の出力端はスイッチング回路としてのトランジスタ２０４のベースに接続される。トランジスタ２０４のコレクタはインダクタ１１２を介して電源（＋２４Ｖ）に接続されていると同時に、圧電トランス１０１の一次側の電極の一方に接続される。圧電トランス１０１の出力は、整流回路２０５を構成するダイオード１０２、１０３及び高圧コンデンサ１０４によって正電圧に整流平滑され、負荷である転写ローラ（不図示）に印加される。
【００２５】
圧電トランス１０１の特性は一般的に図３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の形状をなしており、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１０１の出力電圧を増加させる場合は、駆動周波数を高い方から低い方へ変化させることで可能となる。
【００２６】
ここで、規定出力電圧Ｅｄｃ出力時の駆動周波数をｆｘとする。また、駆動周波数発生手段としての電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１０は入力電圧が上がると出力周波数は上がり、入力電圧が下がると出力周波数は下がるような動作を行うものとする。この条件において、圧電トランス１０１の出力電圧Ｅｄｃが上がると、オペアンプ１０９の非反転入力端子（＋端子）の入力電圧Ｖｓｎｓも上がり、これによりオペアンプ１０９の出力端子の電圧が上がる。そうすると、電圧制御発振器１１０の入力電圧が上がるので、圧電トランス１０１の駆動周波数が上がる。したがって、圧電トランス１０１は駆動周波数ｆｘより少し高い周波数で駆動され、この駆動周波数が上がることにより圧電トランス１０１の出力電圧は下がる。その結果、出力電圧を下げる方向に制御が行われることとなる。すなわち、この回路は負帰還制御回路を構成している。
【００２７】
一方、出力電圧Ｅｄｃが下がると、オペアンプ１０９の入力電圧Ｖｓｎｓが下がり、これによりオペアンプ１０９の出力端子の電圧が下がる。そうすると、電圧制御発振器１１０の出力周波数が下がるので、圧電トランス１０１は出力電圧を上げる方向に制御を行うこととなる。このように、オペアンプ１０９の反転入力端子（−端子）に入力されるＤＣコントローラ２０１からの出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの電圧（設定電圧：以下、この設定電圧もＶｃｏｎｔで表す）で決定される電圧に等しくなるよう、出力電圧が定電圧制御される。
【００２８】
図１に示すように、出力電圧制御回路（積分回路）２０３は、オペアンプ１０９、抵抗１１４、およびコンデンサ１１３によって構成される。出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔは、抵抗１１４とコンデンサ１１３の部品定数で決まる時定数Ｔｃｏｎｔに依存して、オペアンプ１０９に入力される。ここで、抵抗１１４の抵抗値が大きいほど、時定数Ｔｃｏｎｔは大きくなる。一方、コンデンサ１１３の容量が大きいほど、出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓは大きくなる。
【００２９】
また、出力電圧検出回路２０６は、抵抗１０５，１０６，１０７、およびコンデンサ１１５によって構成される。出力電圧検出信号Ｖｓｎｓは、抵抗１０５，１０６，１０７とコンデンサ１１５の部品定数によって決まる時定数Ｔｓｎｓに依存して、オペアンプ１０９に入力される。
【００３０】
以上の構成により、出力電圧の立ち上がり、立ち下がり時間は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１０の周波数変化量Δｆによって制御される。周波数変化量Δｆは、オペアンプ１０９の出力電圧によって決定される。ここでオペアンプ１０９は、反転入力端子（−端子）に積分回路２０３を介して入力される出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔと、非反転入力端子（＋端子）に入力される出力電圧検出信号Ｖｓｎｓとの比較結果に応じた電圧を出力する。
【００３１】
ここで、出力電圧が出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔによって設定された目標電圧に立ち上がる場合について、仮に、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの時定数Ｔｃｏｎｔが出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓよりも早い場合、すなわち、Ｔｃｏｎｔ＜Ｔｓｎｓの場合を考える。
【００３２】
この場合は、立ち上り始めから目標値に達するまで常に、Ｖｃｏｎｔ＞Ｖｓｎｓの関係となる。そうすると、フィードバックが追いつかずオペアンプ１０９の出力電圧が増加して、周波数変化量Δｆは非常に大きなものとなる。このため、圧電トランス１０１の駆動周波数が共振周波数ｆ０以下になってしまい、出力電圧が制御できなくなる可能性がある。
【００３３】
また、一般的にも、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔと出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの比較において、検出側が常に遅れるために、正常なフィードバック動作が行えなくなり、回路動作で発振が発生する場合がある。
【００３４】
このように、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１０の周波数変化量△ｆの制御において発振が起こると、出力電圧に電圧リップルが発生する。このため、印字画像にスジ模様となって現れるなど、印刷品質が低下するという問題がある。したがって、圧電トランスを用いた高圧電源ユニットには、回路発振することなく電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１０を制御することが求められる。
【００３５】
これに対し、本実施形態では、
Ｔｃｏｎｔ＞Ｔｓｎｓ，
Ｔｃｏｎｔ＝Ｒ１１４×Ｃ１１３，
Ｔｓｎｓ＝Ｒｓ×Ｃ１１５（ただし、ＲｓはＲ１０５，Ｒ１０６，Ｒ１０７の合成抵抗）となるような、抵抗１１４およびコンデンサ１１３の定数、ならびに、抵抗１０５，１０６，１０７およびコンデンサ１１５の定数を決定する。これにより、発振のない制御が可能となる。具体的には、本実施例では、Ｔｃｏｎｔは５ｍｓｅｃ、Ｔｓｎｓは１ｍｓｅｃに設定した。Ｔｃｏｎｔ，Ｔｓｎｓの時定数が大きいと、フィードバック制御が遅くなるため、出力バイアスの立ち上がり時間が遅くなってしまう。また、Ｔｃｏｎｔ，Ｔｓｎｓの時定数が小さいと、フィードバックする駆動周波数の変化が大きくなり、圧電トランス１０１の共振周波数ｆ０を超えてしまい、フィードバック制御が破綻してしまう。このため、Ｔｃｏｎｔ，Ｔｓｎｓとしては、約０．５ｍｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃ程度の範囲（より好ましくはＴｃｏｎｔは約１から約１０ｍｓｅｃ，Ｔｓｎｓは約０．５ｍｓｅｃ〜約５ｍｓｅｃ程度の範囲）で適時最適な値を設定することが望ましい。
【００３６】
ここで、本実施形態の回路動作について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、高電圧出力の立ち上がりおよび立ち下がり時の出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの電圧波形である。立ち上がり時、立ち下がり時共に時定数Ｔｓｎｓをもった波形となる。また、図５（ｂ）は、高電圧出力の立ち上がり及び立ち下がり時の出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの電圧波形である。立ち上がり時、立ち下がり時共に時定数Ｔｃｏｎｔをもった波形となる。このとき、Ｔｃｏｎｔ＞Ｔｓｎｓであるため、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの傾きの方が出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの傾きよりも緩やかになる。これにより、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの時定数Ｔｃｏｎｔを、出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓよりも遅らせることができる。言い換えると、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの時定数Ｔｃｏｎｔは、出力電圧検出回路２０６の応答時間よりも長くなる。このようにして、発振の無いフィードバック回路が構成できる。
【００３７】
本実施形態では、出力電圧設定信号と出力電圧検出信号の各々の時定数について、回路を構成する部品の定数を調整することにより、簡単かつ安価な構成で、圧電トランスを用いた高圧電源ユニットにおける電圧制御発振器（ＶＣＯ）が周波数制御不能に陥ることを防ぎ、発振のない理想的な回路制御を可能とした。
【００３８】
（実施形態２）
上述の実施形態１では、出力電圧設定信号と出力電圧検出信号の各々の時定数について、回路を構成する抵抗、コンデンサの部品定数を適切にすることにより時定数を調整する点を説明した。本実施形態では、上述の実施形態１の構成とは異なる構成で時定数を調整することのできる圧電トランス式高圧電源ユニットについて図６、図７及び図８を参照して説明する。なお、実施形態１と同様の構成に関しては、その説明を省略する。
【００３９】
本実施形態と実施形態１との主たる相違点は、出力電圧設定信号の時定数の調整を、ファームウェアによって行う構成としたことである。
【００４０】
図６は、本実施形態における圧電トランスを用いた高圧電源ユニットの構成を表すブロック図である。図示の構成は実施形態１に係る図４の構成と概ね同様である。ただし、図６では、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔが、ＤＣコントローラ２０１のＭＰＵ２０７におけるＤ／Ａ端子２０７ｅから出力することが明らかにされている。
【００４１】
図７は、図６に示した転写高圧電源ユニットの実際の回路構成を示す図である。この図７の回路は、実施形態１に係る図１の回路と概ね同様の構成であるが、本実施形態における出力電圧制御回路２０３はコンデンサ１１３を含んでいない点で相違する。
【００４２】
出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓは、抵抗１０５，１０６，１０７、およびコンデンサ１１５で構成される出力電圧検出回路２０６の部品定数によって決定される。一方、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔについては、出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓよりも確実に遅れるように制御するための設定テーブルをもったファームウェアにより制御を行う。
【００４３】
次に、本実施形態の回路動作について図８を用いて説明する。図８（ａ）は、高電圧出力の立ち上がり及び立ち下がり時の出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの電圧波形である。立ち上がり時、立ち下がり時共に時定数Ｔｓｎｓをもった波形となる。また、図８（ｂ）は、高電圧出力の立ち上がり及び立ち下がり時の出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの電圧波形である。立ち上がり時、立ち下がり時共に時定数Ｔｃｏｎｔをもった波形となるように設定された設定テーブルに従って、ファームウェアが制御を行う。このとき、Ｔｃｏｎｔ＞Ｔｓｎｓであるため、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの傾きの方が出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの傾きよりも緩やかになる。これにより、ファームウェアによっても確実に出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの時定数Ｔｃｏｎｔを出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓよりも遅らせることができ、発振の無いフィードバック回路が構成できる。
【００４４】
本実施形態では、ＭＰＵのＤ／Ａ出力から出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔを得る構成とし、これをファームウェアにより制御することにより、従来の回路とは異なる構成で電圧制御発振器（ＶＣＯ）が周波数制御不能に陥ることを防ぎ、発振のない回路制御を可能とした。
【００４５】
（実施形態３）
上述の実施形態２では、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの時定数Ｔｃｏｎｔをファームウェアによって調整し、出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓを回路定数で調整する構成を説明した。本実施形態では、上述の実施形態２の構成を発展させた構成で時定数を調整することのできる圧電トランス式高圧電源ユニットについて、図９及び図１０を参照して説明する。なお、実施形態１と同様の構成に関しては、その説明を省略する。
【００４６】
本実施形態と実施形態２との主たる相違点は、出力電圧検出信号ＶｓｎｓをＭＰＵ２０７に入力し、ＭＰＵ２０７の内部で比較を行った後、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔを出力する構成としたことである。
【００４７】
図９は、本実施形態の圧電トランスを用いた高圧電源ユニットの構成を表すブロック図である。ＤＣコントローラ２０１に搭載されたＭＰＵ２０７のＤ／Ａ端子２０７ｅから出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔが出力される。一方、整流後の出力電圧Ｖｏｕｔは出力電圧検出回路２０６に帰還され、出力電圧検出信号ＶｓｎｓがＭＰＵ２０７のＡ／Ｄ端子２０７ｆに入力される。ＭＰＵ２０７は、出力電圧検出信号Ｖｓｎｓと出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔが同電位になるように制御を行う。
【００４８】
図１０は、図９に示した転写高圧電源ユニットの実際の回路構成を示す図である。
【００４９】
出力電圧検出信号Ｖｓｎｓは、抵抗１０５，１０６，１０７により一定電圧以下に分圧された状態でＭＰＵ２０７のＡ／Ｄ端子２０７ｆに入力される。このときの入力時定数をＴｓｎｓとする。
【００５０】
一方、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔは、ＭＰＵ２０７による処理により、常に出力電圧検出信号Ｖｓｎｓとの比較が行われ、Ｔｃｏｎｔ＞Ｔｓｎｓとなるように、時定数Ｔｓｎｓよりも遅い時定数Ｔｃｏｎｔにより出力される。
【００５１】
このように、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔと出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの比較処理をＭＰＵ２０７に行わせるようにしても、実施形態１，２と同様に、出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔの時定数Ｔｃｏｎｔを出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの時定数Ｔｓｎｓよりも遅らせることができ、発振の無いフィードバック回路が実現される。さらに、本実施形態では出力電圧設定信号Ｖｃｏｎｔと出力電圧検出信号Ｖｓｎｓの比較処理をＭＰＵ２０７に行わせるようにしたので、基板にオペアンプなどの比較回路を設ける必要がなくなるという利点もある。
【００５２】
なお、上述の実施形態では、代表的に、画像形成装置における転写ローラに電圧を印加する転写高圧電源ユニットの構成を示したが、同様な構成でもって帯電ローラに電圧を印加する帯電高圧電源ユニットや現像ローラに電圧を印加する現像高圧電源ユニットを実現可能であることはいうまでもない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置における電源ユニットであって、
圧電トランスと、
前記圧電トランスの出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、
出力電圧設定信号を入力すると共に、前記出力電圧検出回路からの出力電圧検出信号をフィードバック入力して、両者の比較を行う比較回路と、
前記比較回路での比較結果に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を発生してこれを前記圧電トランスに供給する駆動周波数供給回路と、
を備え、
前記出力電圧設定信号の時定数を、前記出力電圧検出回路の応答時間より長くしたことを特徴とする画像形成装置における電源ユニット。
【請求項２】
前記画像形成装置は、
像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
静電潜像にトナー像を形成する現像手段と、
トナー像を転写材に転写する転写手段と、
転写材に転写されたトナーを当該転写材に定着させる定着手段と、
を含み、
前記圧電トランスから出力される電圧が、前記潜像形成手段、現像手段、転写手段の少なくともいずれかに印加されることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置用の電源ユニット。
【請求項３】
前記出力電圧設定信号の時定数は、回路時定数により可変としたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置における電源ユニット。
【請求項４】
前記出力電圧設定信号の時定数は、ファームウェアにより可変としたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置における電源ユニット。
【請求項５】
前記出力電圧検出回路の応答時間は、回路時定数により可変としたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置における電源ユニット。
【請求項６】
前記出力電圧検出手段の応答時間は、ファームウェアにより可変としたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置における電源ユニット。
【請求項１】
画像形成装置における電源ユニットであって、
圧電トランスと、
前記圧電トランスの出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、
出力電圧設定信号を入力すると共に、前記出力電圧検出回路からの出力電圧検出信号をフィードバック入力して、両者の比較を行う比較回路と、
前記比較回路での比較結果に応じて前記圧電トランスの駆動周波数を発生してこれを前記圧電トランスに供給する駆動周波数供給回路と、
を備え、
前記出力電圧設定信号の時定数を、前記出力電圧検出回路の応答時間より長くしたことを特徴とする画像形成装置における電源ユニット。
【請求項２】
前記画像形成装置は、
像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
静電潜像にトナー像を形成する現像手段と、
トナー像を転写材に転写する転写手段と、
転写材に転写されたトナーを当該転写材に定着させる定着手段と、
を含み、
前記圧電トランスから出力される電圧が、前記潜像形成手段、現像手段、転写手段の少なくともいずれかに印加されることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置用の電源ユニット。
【請求項３】
前記出力電圧設定信号の時定数は、回路時定数により可変としたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置における電源ユニット。
【請求項４】
前記出力電圧設定信号の時定数は、ファームウェアにより可変としたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置における電源ユニット。
【請求項５】
前記出力電圧検出回路の応答時間は、回路時定数により可変としたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置における電源ユニット。
【請求項６】
前記出力電圧検出手段の応答時間は、ファームウェアにより可変としたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置における電源ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１５０５００（Ｐ２０１２−１５０５００Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−６２１２２（Ｐ２０１２−６２１２２）
【出願日】平成２４年３月１９日（２０１２．３．１９）
【分割の表示】特願２００６−２０９７３（Ｐ２００６−２０９７３）の分割
【原出願日】平成１８年１月３０日（２００６．１．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月１９日（２０１２．３．１９）
【分割の表示】特願２００６−２０９７３（Ｐ２００６−２０９７３）の分割
【原出願日】平成１８年１月３０日（２００６．１．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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