電源装置及び電源装置を有する画像形成装置
【課題】圧電トランスの出力電圧が目標電圧に至るまでの時間を短縮する。
【解決手段】電源装置は、例えば、電圧制御発振器、駆動部、圧電トランス、周波数制御部、保持部および設定部を備える。電圧制御発振器は、入力された制御電圧に応じた周波数の信号を生成する。駆動部は電圧制御発振器から出力された信号が入力される。圧電トランスは、電圧制御発振器から出力された信号に応じて駆動部により駆動される。周波数制御部は、予め定められた初期周波数で駆動部による圧電トランスの駆動を開始させ、出力電圧が予め定められた目標電圧になるように制御電圧を通じて周波数を掃引する。保持部は、電源装置からの出力電圧が目標電圧になるときに電圧制御発振器が出力する信号の周波数に相当する制御電圧を示す情報を保持する。設定部は、初期周波数に代えて、保持部に保持されている情報に対応した掃引開始周波数を周波数制御部に設定する。
【解決手段】電源装置は、例えば、電圧制御発振器、駆動部、圧電トランス、周波数制御部、保持部および設定部を備える。電圧制御発振器は、入力された制御電圧に応じた周波数の信号を生成する。駆動部は電圧制御発振器から出力された信号が入力される。圧電トランスは、電圧制御発振器から出力された信号に応じて駆動部により駆動される。周波数制御部は、予め定められた初期周波数で駆動部による圧電トランスの駆動を開始させ、出力電圧が予め定められた目標電圧になるように制御電圧を通じて周波数を掃引する。保持部は、電源装置からの出力電圧が目標電圧になるときに電圧制御発振器が出力する信号の周波数に相当する制御電圧を示す情報を保持する。設定部は、初期周波数に代えて、保持部に保持されている情報に対応した掃引開始周波数を周波数制御部に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置などの電子機器で使用される電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器において目標性能を達成するためには電子機器に電力を供給する電源装置の能力が重要となる。例えば、電子写真方式の画像形成装置では、画像を形成する際に感光体を帯電する帯電部、現像部、転写部等の画像形成部に高電圧を印加することで、トナー画像を形成している。よって、画像形成装置では、画像の品質は高電圧の精度に依存する。つまり、安定して目標の高電圧を出力することが求められる。また、画像形成開始から画像形成を開始して１枚分画像を形成するまでの時間や単位時間あたりの画像形成枚数を増加して生産性を向上するには、目標電圧に立ち上げるために必要となる時間を如何にして短縮するかが重要となる。
【０００３】
特許文献１には、巻線式の電磁トランスに代えて圧電トランスを採用した小型かつ軽量の高電圧発生装置が提案されている。とりわけ、圧電トランスは電圧制御発振器（ＶＣＯ）から出力される信号の周波数に応じた電圧を出力する。圧電トランスの駆動周波数に対する出力電圧特性は、一般に略山型の特性である。つまり、共振周波数において出力電圧が最大となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
上記の圧電トランスを採用した電源装置では、目標電圧が出力されるようになるまで周波数掃引を行う必要がある。この周波数掃引は、ある初期周波数ｆｉから共振周波数ｆ０に向けて開始される。初期周波数ｆｉは、圧電トランスの共振周波数ｆ０の固体ばらつきや回路のばらつきを考慮して、十分なマージンを与えて決定される。そのため、目標電圧に対応した駆動周波数ｆｘよりもかなり高周波に初期周波数ｆｉが設定されていた。なお、高周波側から周波数の掃引を開始する方法では、駆動周波数が共振周波数ｆ０よりも低周波になってしまうと、制御不能に陥る恐れがある。これを回避するためには、回路全体のフィードバック時定数を遅くする必要がある。これは、掃引動作には多くの時間を要してしまう要因のひとつにもなっている。そこで、本発明は、圧電トランスの出力電圧が目標電圧に至るまでの時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電源装置は、例えば、電圧制御発振器、駆動部、圧電トランス、周波数制御部、保持部および設定部を備える。電圧制御発振器は、入力された制御電圧に応じた周波数の信号を生成する。駆動部は電圧制御発振器から出力された信号が入力される。圧電トランスは、電圧制御発振器から出力された信号に応じて駆動部により駆動される。周波数制御部は、予め定められた初期周波数で駆動部による圧電トランスの駆動を開始させ、出力電圧が予め定められた目標電圧になるように制御電圧を通じて周波数を掃引する。保持部は、電源装置からの出力電圧が目標電圧になるときに電圧制御発振器が出力する信号の周波数に相当する制御電圧を示す情報を保持する。設定部は、初期周波数に代えて、保持部に保持されている情報に対応した掃引開始周波数を周波数制御部に設定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、保持部が、電源装置からの出力電圧が目標電圧になるときに電圧制御発振器が出力する信号の周波数に相当する制御電圧を示す情報を保持しおく。さらに。設定部が、初期周波数に代えて、保持部に保持されている情報に対応した掃引開始周波数を周波数制御部に設定する。よって、掃引開始周波数は、出力電圧が予め定められた目標電圧になるときの圧電トランスの駆動周波数に近いため、そこから掃引を開始することで、圧電トランスの出力電圧が目標電圧に至るまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例における画像形成装置を説明する断面図。
【図２】本発明の関連技術における電源装置の回路構成図。
【図３】本発明の関連技術における圧電トランスの周波数特性を示す図。
【図４】本発明の実施例１における電源装置の回路構成図。
【図５】本発明の実施例における電圧制御発振器の回路構成図。
【図６】本発明の実施例における電圧制御発振器の回路動作を説明する図。
【図７】本発明の実施例における圧電トランスの周波数特性を示す図。
【図８】本発明の実施例１の制御を説明するフローチャート。
【図９】本発明の実施例２における電源装置の回路構成図。
【図１０】本発明の実施例２の制御を説明するフローチャート。
【図１１】本発明の実施例３における電源装置の回路構成図。
【図１２】本発明の実施例３の制御を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施例１］
図１は電子写真プロセスを用いたタンデム方式のカラー画像形成装置の構成図である。画像形成装置１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ねあわせることで多色画像を媒体に形成する画像形成部３０を備えている。コントローラ４０は画像形成部３０を制御する制御部であり、ＭＰＵ（マイクロコンピュータ）４１を備えている。ＭＰＵ４１は、ワークエリアとして機能するＲＡＭ４２、プログラムやデータなどを記憶するＲＯＭ４３、時間を計時するタイマ４４などを備えている。電源装置１０は、コントローラ４０により制御されて、画像形成部３０が備える帯電ローラに帯電バイアスを印加し、現像ローラに現像バイアスを印加し、２次転写ローラ２９に転写バイアスを印加する電源装置である。このように、画像形成部３０は、電源装置１０から電力の供給されて記録媒体に画像を形成する。
【００１０】
＜電源装置１０の基本構成＞
図２を用いて電源装置１０の基本的な構成について説明する。圧電トランス１０１は入力された電圧を昇圧として出力する昇圧手段である。圧電トランス１０１の出力は整流平滑回路１４によって整流平滑され、出力端１０５より負荷である転写ローラなどに供給される。整流平滑回路１４はダイオード１０２、１０３及び高電圧コンデンサ１０４によって構成されている。整流平滑された出力電圧は、抵抗１０６、１０７によって形成された分圧回路によって分圧され、帰還電圧Ｖｆｂとなる。帰還電圧Ｖｆｂは、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。他方、オペアンプ１０９の反転入力端子（−端子）には抵抗１１０を介してコントローラ４０から制御電圧Ｖｃｏｎｔが入力される。制御電圧Ｖｃｏｎｔは電源装置１０を制御するためのアナログ信号である。オペアンプ１０９、抵抗１１０、抵抗１１１およびコンデンサ１１２は差動増幅回路１１を形成している。ＶｃｏｎｔとＶｆｂの差に応じた電圧Ｖ１が差動増幅回路１１の出力ラインに現れる。この電圧は次段の反転増幅回路１２に入力される。反転増幅回路１２は、オペアンプ１２０、抵抗１２１、１２２、１２３、１２４により形成される。抵抗１２１と１２２の抵抗値は同一であり、抵抗１２３と１２４の抵抗値も同一である。よって、反転増幅回路１２は増幅度１のいわゆる反転器として動作する。電圧Ｖ１を反転増幅回路１２が反転して出力するＶ２は制御電圧として電圧制御発振器１３０に入力される。
【００１１】
電圧制御発振器１３０は入力された制御電圧Ｖ２に応じた周波数の信号を生成して出力する。具体的には制御電圧Ｖ２が上がると出力周波数が高周波に推移し、制御電圧Ｖ２が下がると出力周波数が低周波に推移する。つまり、制御電圧Ｖ２を可変制御することで、圧電トランス１０１を駆動するための駆動周波数の掃引が実現される。なお、差動増幅回路１１、反転増幅回路１２、整流平滑回路１４などを含むフィードバック回路が駆動周波数を制御する周波数制御部として機能する。つまり、この周波数制御部が、予め定められた初期周波数で駆動部による圧電トランスの駆動を開始させ、出力電圧が予め定められた目標電圧になるように制御電圧を通じて周波数を掃引する。電圧制御発振器１３０の出力端子はプルダウン抵抗１３４の一端とＦＥＴ１３１のゲート端子とに接続されている。ＦＥＴ１３１、インダクタ１３２およびコンデンサ１３３はＬＣ並列共振回路１３を形成している。圧電トランス１０１は、ＬＣ並列共振回路１３を通じて駆動され、高電圧の出力電圧を発生する。ＬＣ並列共振回路１３は、電圧制御発振器から出力された信号が入力され、圧電トランスを駆動する駆動部の一例である。圧電トランス１０１は、電圧制御発振器から出力された信号に応じて駆動部により駆動される圧電素子の一例である。
【００１２】
図３は圧電トランス１０１の例示的な周波数特性を示した図である。横軸は駆動周波数を示し、縦軸は出力電圧を示している。圧電トランス１０１の特性は、一般的に、共振周波数ｆ０において出力電圧が最大となる特性を有している。図２が示すように、圧電トランス１０１の出力電圧は駆動周波数により制御可能である。電源装置１０の起動時（高電圧の出力開始時）は初期周波数ｆｉから圧電トランス１０１の駆動が開始され、ｆｉから低周波数側に向かって周波数掃引が実行される。周波数掃引によってある駆動周波数ｆｘになったときに、出力電圧が目標電圧Ｅｄｃに到達すると、駆動周波数の掃引が終了する。以降、圧電トランス１０１は、駆動周波数ｆｘで安定的に目標電圧の出力を継続する。
【００１３】
電源装置１０が画像形成装置への高電圧の出力を停止している状態では、制御電圧Ｖｃｏｎｔも帰還電圧Ｖｆｂも０Ｖである。コントローラ４０が高電圧の出力開始を指示すると、制御電圧Ｖｃｏｎｔが目標電圧Ｅｄｃに対応した電圧に設定される。抵抗１１０と抵抗１１１で決定される差動増幅回路１１の増幅度は非常に大きいものに設定されている。よって、高電圧の出力初期において、Ｖ１は０Ｖとなる。帰還電圧Ｖｆｂが制御電圧Ｖｃｏｎｔに近づくにつれ、Ｖ１の電圧レベルが上昇する。
【００１４】
電圧制御発振器１３０の入力電圧であるＶ２は前述したＶ１をオペアンプ１２０の非反転入力端子の電圧を基準電圧として反転させた値となる。前述したように抵抗１２３と抵抗１２４の抵抗値は同じであるため、基準電圧はＶｃｃ／２である。よって、初期においてＶ２はＶｃｃに一致している。そして、帰還電圧Ｖｆｂが制御電圧Ｖｃｏｎｔに近づくにつれ、Ｖ２の電圧レベルは下降する。そして、電圧制御発振器１３０は制御電圧Ｖ２がＶｃｃであったときに初期周波数ｆｉの信号を出力する。制御電圧Ｖ２が下降するにしたがって、電圧制御発振器１３０の出力周波数がｆｉよりも低く推移して行く。
【００１５】
＜電源装置１０の改良構成＞
上述したように出力周波数がｆｉから圧電トランス１０１の駆動を開始すると、出力電圧が目標電圧に到達するまでには相当の時間が必要となる。そこで、目標電圧に対応した駆動周波数ｆｘを求めておき、その近辺から周波数の掃引を開始することで、実施例１では時間短縮を実現する。
【００１６】
図４を用いて実施例１に係る電源装置１０について説明する。図４に示した構成要素のうち、図２に示した構成要素と共通する要素については同一の符号を付与することで、説明の簡潔化を図る。図２と比較すると、図４では、電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２であるオペアンプ１２０からの出力電圧を、保持回路２０を経由してフィードバックし、反転増幅回路１２のオペアンプ１２０の非反転入力端子に印加する点で異なっている。保持回路２０は、電源装置からの出力電圧が目標電圧になるときに電圧制御発振器が出力する信号の周波数に相当する制御電圧を示す情報を保持する保持部として機能する。また、保持回路２０は、制御電圧Ｖ２の電位を保持するサンプルホールド回路を備えている。
【００１７】
保持回路２０の構成について説明する。保持回路２０は、一種の保持部または記憶部として機能するサンプルホールド回路を備えている。保持回路２０において、とりわけ、オペアンプ２０１、２０６、抵抗２０２、２０３、スイッチ２０４およびコンデンサ２０５が、一種のサンプルホールド回路を形成している。スイッチ２０４、２９８は、例えば、ＦＥＴにより実現できる。１つ目の特徴的な点は、サンプルされたオペアンプ１２０の出力電圧（制御電圧Ｖ２）を、抵抗２０２と抵抗２０３による分圧回路によって分圧し、この分圧値Ｖ２’をホールドしている点である。２つ目の特徴的な点は、サンプルホールド回路の出力がオペアンプ１２０の非反転入力端子に接続されている点である。
【００１８】
ここで本回路の動作と効果をよりわかりやすくするために、電圧制御発振器１３０の一例を図５と図６を用いて説明する。図５では鋸波発生回路を用いた電圧制御発振器を一例として説明するが、本発明はそれに限られるものではない。本発明は、電圧制御発振器１３０の内部構造によって依存しない発明だからである。
【００１９】
電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２は抵抗２２０、２２１によって分圧され、オペアンプ２２２の非反転入力端子に入力される。オペアンプ２２２、トランジスタ２２３および抵抗２２４は定電流回路を形成している。オペアンプ２２２の非反転入力端子の入力電圧に応じた電流ｉが抵抗２２４に流れる。
【００２０】
一方、トランジスタ２２３のコレクタと定電圧源Ｖｃｃとの間にはコンデンサ２２９が接続されている。コンデンサ２２９の充放電動作により、コレクタに印加される電圧Ｖａは、図６が示すような鋸波となる。コンデンサ２２９の一方の端子は定電圧源Ｖｃｃに接続されており、他方の端子はトランジスタ２２３のコレクタに接続されている。よって、電流ｉが流れることにより、コンデンサ２２９に充電された電荷が減少し、コンデンサ２２９の他方の端子に発生した電圧Ｖａが低下する。電圧Ｖａは、コンパレータ２２５の非反転入力端子にも印加されている。
【００２１】
電圧Ｖａが抵抗２２６、２２７で決定される閾値電圧Ｖｔｈ以下に低下すると、コンパレータ２２５の出力が反転し、その結果、トランジスタ２２８をオンする。それに伴い、コンデンサ２２９の両端がトランジスタ２２８によってショートされ、コンデンサ２２９が再度で電圧源からの電圧Ｖｃｃによって充電される。つまり、電圧Ｖａは、再度、Ｖｃｃに上昇する。電圧ＶａがＶｃｃになると、コンパレータ２２５の出力が再び反転し、トランジスタ２２８をオフする。そして、電圧Ｖａは電流ｉが流れることでＶｃｃより低下して行く。この動作が繰り返され、図６が示したように電圧Ｖａは鋸波となる。
【００２２】
電圧Ｖａは後段のコンパレータ２３０の非反転入力端子にも印加されている。コンパレータ２３０は、電圧Ｖａと、抵抗２３１、２３２によって決定されるＶｄｕｔｙとを比較し、比較結果を出力する。プルアップ抵抗２３３が接続されたコンパレータ２３０の出力端子には、出力電圧Ｖｏｕｔが発生する。図６が示すように、出力電圧Ｖｏｕｔは矩形波となる。さらにコンパレータ２３０の後段には３ステートバッファ２３４が接続され、制御電圧Ｖｃｏｎｔのレベルによりコンパレータ２３０からの出力電圧を外部に出力するか否かが制御されている。３ステートバッファ２３４の存在により高電圧の出力停止時には、即座に、電圧制御発振器１３０からの出力を停止させることが可能となる。この出力電圧Ｖｏｕｔは図４に示した２のＦＥＴ１３１のゲート端子に入力される。圧電トランス１０１の駆動周波数となる。
【００２３】
図６に示した繰り返し周期Ｔは電圧Ｖａの電圧降下の傾きに依存する。この傾きは電流ｉによって決まる。すなわち、繰り返し周期Ｔは電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２によって下記の式で表すことができる。ここで、Ｃ２２９はコンデンサ２２９の容量値、Ｒ２２４は抵抗２２４の抵抗値である。
【００２４】
Ｔ＝（（Ｖｃｃ − Ｖｔｈ） ／ Ｖ２） × Ｃ２２９ × Ｒ２２４・・・・・・（１）
したがって、電圧制御発振器１３０の出力周波数は制御電圧Ｖ２に比例した周波数となる。
【００２５】
図４の説明に戻り、実施例１における掃引開始周波数の更新方法と回路原理に関して説明する。ここでは、電源装置１０に電力を投入して最初に高電圧を出力する初期の動作と、それ以降の動作について分けて説明することにする。はじめに初期の動作について説明する。
【００２６】
（初期の動作）
図４の回路構成からわかるように、オペアンプ２０６の非反転入力端子に印加される電圧は、スイッチ２０４とスイッチ２０８とによって選択されることになる。初期において、コントローラ４０は初期化信号をスイッチ２０８の制御端子に出力するため、スイッチ２０８がオンする。一方、コントローラ４０は高電圧停止信号をスイッチ２０４の制御端子に出力するため、スイッチ２０４がオフとなっている。この初期の状態では、抵抗２０９、２１０で決定される電圧値がオペアンプ２０６の非反転入力端子に入力されることとなる。この電圧値は、電源装置１０の設計段階で決定された初期周波数ｆｉに対応した電圧値である。オペアンプ２０６は、オペアンプ２０１と同様にボルテージフォロアとして機能する。オペアンプ２０６の出力電圧は、保護抵抗２０７を介して、オペアンプ１２０の非反転入力端子に入力される。実施例２において、抵抗２０９、２１０の各抵抗値は同じ値である。よって、非反転入力端子の電圧は、Ｖｃｃ／２となる。
【００２７】
実施例１において、抵抗１２１、１２２の各抵抗値は其々同じ値が設定されている。よって、反転増幅回路１２は、増幅度１のいわゆる反転器として動作する。つまり、反転増幅回路１２は、非反転入力端子に印加された電圧Ｖｃｃ／２を基準電圧として、前段から入力された電圧Ｖ１を反転させる。
【００２８】
図２を用いて説明したように、電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２は掃引開始時においてＶｃｃであり、そこから降下する。つまり、高電圧を出力する電源回路としての周波数掃引は、初期周波数から掃引が開始され、制御電圧Ｖ２の降下とともに低周波数側に掃引が継続してゆく。
【００２９】
（短縮起動）
次に、短縮起動について説明する。実施例１では、前回において出力電圧が目標電圧に達したときの駆動周波数ｆｘよりも若干高い駆動周波数ｆｘ’を保持しておき、その駆動周波数ｆｘ’から掃引を開始することに特徴がある。初期周波数ｆｉと比較して、駆動周波数ｆｘ’は目標電圧を出力するための駆動周波数ｆｘと同一かそれに非常に近いため、掃引時間が大幅に短縮されることを期待できる。
【００３０】
目標電圧Ｅｄｃが電源装置１０から出力されており、そのときの圧電トランス１０１の駆動周波数をｆｘとする。また、そのときの電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２はＶｄｃであったと仮定する。
【００３１】
コントローラ４０は、高電圧の出力を停止させる前に初期化信号の送出を停止することで、スイッチ２０８をオフにする。続いて、電源装置１０が高電圧の出力を停止する直前に、コントローラ４０は、高電圧の出力を停止させるためのパルス信号（高電圧停止信号）をスイッチ２０４の制御端子に出力する。これにより、所定時間ｔだけスイッチ２０４がオンとなる。これにより、コンデンサ２０５には、抵抗２０２と抵抗２０３によってＶｄｃを分圧した電圧が保持されることとなる。ここで、所定時間ｔとはコンデンサ２０５を充電するために十分な時間であればよい。高電圧停止信号としてのパルス信号は、コントローラ４０が出力してもよいし、高電圧の出力停止時に制御電圧Ｖｃｏｎｔが立ち下がるときの立ち下げ波形から生成してもよい。
【００３２】
コントローラ４０が制御電圧Ｖｃｏｎｔを０Ｖに低下するため、電圧制御発振器１３０が出力する圧電トランス１０１を駆動するための駆動周波数の出力が３ステートバッファ２３４の機能により停止される。その結果、電源装置１０から出力される高電圧の値は低下して行く。
【００３３】
実施例１において特徴的な抵抗２０２と抵抗２０３による分圧は前回の駆動周波数ｆｘに対して、どの程度高い周波数から駆動を開始するかを決定するための重要な要素である。ここで、理解を簡単にするため、前回の駆動周波数ｆｘと同じ周波数から駆動を開始する構成に関して説明する。
【００３４】
抵抗２０２と抵抗２０３の抵抗値は同じである。保持回路２０のサンプルホールド回路によって保持される電圧値はＶｄｃ／２となる、つまり、オペアンプ１２０の入力端子は共にＶｄｃ／２となっている。その状態で次に電源装置１０を起動すると、オペアンプ１２０を中心とした反転器の反転基準電圧がＶｄｃ／２となっている。よって、反転器の前段の電圧Ｖ１が０Ｖとなっている起動開始時にも、オペアンプ１２０の出力電圧（電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２）はＶｄｃとなって、電源装置１０は起動できる。それは、圧電トランス１０１を駆動するための駆動周波数の掃引が、初期周波数ｆｉからではなく、前回の駆動周波数ｆｘから開始されることを意味する。
【００３５】
さて、実際に画像形成装置１００が使用する各種のバイアスに対する負荷は、転写バイアスの負荷に限らず、画像形成中に常に変動する。これは転写ローラや帯電ローラ等の周方向における抵抗値のムラなどが原因である。一方、電源装置１０は一定の周波数で圧電トランス１０１を駆動していたとしても、出力端１０５に接続される負荷の抵抗により出力電圧が変化する。出力電圧を一定に維持するためには、負荷変動に応じて常に周波数を追随変動させる回路構成が必要となる。
【００３６】
図４に示した周波数掃引方式の電源回路は駆動開始した周波数よりも低周波数側にある領域しか制御領域とすることができない。そのため、駆動周波数ｆｘで駆動開始したときにはｆｘより低周波数領域しか駆動周波数を制御できないこととなり、負荷変動に追随して高周波数領域へ推移することもできない。そこで、前回の駆動周波数ｆｘから掃引を開始するのではなく、前回の駆動周波数ｆｘよりも所定量高い周波数から掃引を開始することによって、負荷変動に追随するためのマージンを確保することにする。なお、このようなマージンは、負荷変動が十分に小さい電源装置にとっては不要であろう。なお、前回の駆動周波数ｆｘより所定量高い周波数を決定する構成が、抵抗２０２と抵抗２０３による分圧比である。前回の駆動周波数ｆｘよりも高い周波数を掃引開始周波数とするための回路は、抵抗２０２の抵抗値より抵抗２０３の抵抗値を大きくすることにより実現可能となる。この分圧比によりサンプルホールドされる電圧は、（Ｖｄｃ／２） ＋ αとなる。この電圧がオペアンプ１２０を中心とした反転器の反転基準電圧となったときに初期の電圧Ｖ２は、（２）式により表現できる。
【００３７】
Ｖ２ ＝ Ｖｄｃ ＋ ２α ・・・（２）
つまり、＋２αに相当する周波数分だけ高い周波数から掃引を開始することとなる。なお、掃引開始周波数ｆｉ’の値は、（２）式を（１）式に代入することで算出可能である。掃引開始周波数は、高電圧の出力を再開するために掃引を再開する際に使用される周波数であるため、掃引再開周波数と呼んでもよい。
【００３８】
図７が示すように、初期において初期周波数ｆｉから掃引を開始する。しかし、初期以降においては、コントローラ４０がスイッチ２０４をオンに切り替えることで、オペアンプ１２０の基準電圧をサンプルホールド回路により保持されている、掃引開始周波数ｆｉ’に対応した電圧に設定する。これにより、掃引開始周波数ｆｉ’から掃引が開始される。図７からも明らかなように、掃引開始周波数ｆｉ’は、初期周波数ｆｉよりも前回の駆動周波数ｆｘに近いため、電源装置１０の出力電圧が目標電圧に達するまでの時間を短縮することができる。また、マージンαを見込むことで、負荷変動にも対処可能となる。なお、コントローラ４０（ＭＰＵ４１）やスイッチ２０４は、初期周波数に代えて、保持部に保持されている情報に対応した掃引開始周波数を周波数制御部に設定する設定部として機能している。
【００３９】
実施例１で重要な点は「抵抗１２２と抵抗１２１の抵抗値比」と「抵抗２０２と抵抗２０３の抵抗値比」の関係である。抵抗と抵抗値の関係をわかりやすくするために、抵抗ｘの抵抗値をＲｘと表現する。ｘは参照番号を示している。
【００４０】
まず、抵抗１２２と抵抗１２１との抵抗値比はＲ１２２／Ｒ１２１であるが、これは反転増幅回路１２の増幅度を決定している。実施例１ではＲ１２２／Ｒ１２１＝１と仮定している。増幅度は、反転増幅回路１２に入力される電圧であるＶ１と反転増幅回路１２から出力される制御電圧Ｖ２との比にしたがって決定することができる。よって、増幅度は１に限られるものではない。そして、実施例１の重要な要素である抵抗２０２と抵抗２０３との抵抗値比Ｒ２０２／Ｒ２０３であるが、これは、次の反転基準電圧を決定する値である。
【００４１】
Ｒ１２２／Ｒ１２１＞＝Ｒ２０２／Ｒ２０３ ・・・・（３）
常に（３）式が成り立つように各抵抗値の値を設定することにより、前回の駆動周波数ｆｘと同じかまたはより高い周波数からの掃引を開始することができる。
【００４２】
実施例１における電源装置１０を画像形成装置１００に適用したときの２次転写バイアスの制御について、図８のフローチャートを用いて説明する。ここでは、感光体ドラムまたは中間転写体などの像担持体に連続して複数のトナー画像を形成する際に、あるトナー画像を形成する領域と次のトナー画像を形成する領域との間に生じる非画像領域（いわゆる紙間）に検知パターンを形成するものとする。検知パターンは、色ズレを検知するための色ズレ検知パターンや、転写バイアスを調整するためのトナー画像の濃度を検知するための濃度検知パターンがある。この紙間において、２次転写の正バイアスをオフからオンに切り替えるものと仮定する。なお、本フローチャートにおいて、紙間での正バイアス以外の制御の詳細は公知であるため割愛する。また、本フローチャートに係る制御処理は、予めＲＯＭ４３に格納されたプログラムにしたがってＭＰＵ４１が実行するものとする。ここでは、印刷ジョブが開始された以降の制御処理について説明する。
【００４３】
Ｓ８０１で、ＭＰＵ４１は、初期化信号をスイッチ２０８の制御端子に出力することで、スイッチ２０８をオフからオンに切り替える。これにより、オペアンプ１２０の非反転入力端子に入力される電圧を初期化できる。スイッチ２０８などは、保持部に保持されている情報に対応した周波数とは異なる初期周波数で駆動部による圧電トランスの駆動を開始させるために、周波数制御部に設定される周波数を初期化する初期化部として機能する。ＭＰＵ４１は、高電圧停止信号をオフにしておく。Ｓ８０１の処理は印刷ジョブの開始の前、例えば、画像形成装置１００のメイン電源をオンにした直後に実行してもよい。ちなみに、スイッチ２０８がオンで、高電圧停止信号がオフの状態は、いわゆるスタンバイ状態である。
【００４４】
Ｓ８０２で、ＭＰＵ４１は、転写バイアスの供給を担当する電源装置１０を起動するため、出力電圧を目標電圧にするための電圧（目標相当電圧）を制御電圧Ｖｃｏｎｔに設定して出力する。Ｓ８０３で、電源装置１０は初期周波数ｆｉから圧電トランス１０１の駆動周波数の掃引を開始する。最終的に、電源装置１０からの出力電圧が目標電圧Ｅｄｃに立ち上がる。なお、Ｓ８０３は、ＭＰＵ４１の動作ではなく、電源装置１０の動作であるが、実施例１を理解しやすくするため、本フローチャートに記載している。ただし、ＭＰＵ４１の処理でないことを明示するために、破線にて示している。
【００４５】
Ｓ８０４で、ＭＰＵ４１は、記録紙の後端が２次転写のためのニップを通過するまで待機する。記録紙の後端がニップを通過したかどうかは、不図示の紙検知センサの出力結果からＭＰＵ４１が判断できる。記録紙の後端がニップを通過したことを確認すると、Ｓ８０５に進む。
【００４６】
Ｓ８０５で、ＭＰＵ４１は、ジョブが終了したかどうかを判定する。ＭＰＵ４１は、ジョブのデータから何枚の記録紙に対して画像を形成すべきかを把握している。さらに、ＭＰＵ４１は、何枚の記録紙に対してすでに画像を形成したかをカウントしている。それゆえ、ＭＰＵ４１は、このカウント値からジョブが終了したかどうかを判定できる。ジョブが終了したのであればＳ８１２に進むが、ジョブが終了していなければＳ８０６に進む。
【００４７】
Ｓ８０６で、ＭＰＵ４１は、保持回路２０のサンプルホールド回路により駆動周波数ｆｘに対応した電圧をホールドするために、初期化信号をオフに切り替える。さらに、Ｓ８０７で、ＭＰＵ４１は、高電圧停止信号を１パルス分だけ出力する。これにより、サンプルホールド回路により駆動周波数ｆｘに対応した電圧がホールドされる。Ｓ８０８で、ＭＰＵ４１は、電源装置１０からの高電圧の出力を停止させるために、制御電圧Ｖｃｏｎｔの値を０Ｖに設定する。
【００４８】
Ｓ８０９で、ＭＰＵ４１は、上述した紙間シーケンスを実行する。さらに、Ｓ８１０で、ＭＰＵ４１は、再度高電圧の出力を電源装置１０に開始させるために、制御電圧Ｖｃｏｎｔを目標相当電圧に設定する。Ｓ８１１で、電源装置１０は、保持回路２０によって記憶ないしは保持されている電圧に対応した掃引開始周波数ｆｉ’から駆動周波数の掃引を開始する。その結果、出力電圧は再び目標電圧Ｅｄｃへと立ち上がる。なお、Ｓ８１１もＭＰＵ４１の動作ではなく、電源装置１０の動作である。その後、Ｓ８０４に戻る。
【００４９】
ジョブが終了するまで、Ｓ８０４ないしＳ８１１までの各処理が継続的に実行される。ジョブの最後の一枚について画像形成が終了すると、Ｓ８１２に進む。Ｓ８１２で、ＭＰＵ４１は、制御電圧Ｖｃｏｎｔを０Ｖに切り替えることで、電源装置１０からの高電圧の出力を停止させる。
【００５０】
このように実施例１によれば、圧電トランス１０１を駆動する周波数を制御している電圧制御発振器１３０の制御電圧の分圧値をサンプルホールド回路で保持しておく。さらに、実施例１では、次に圧電トランス１０１の駆動を再開するときには、その保持されている電圧を基準として、掃引開始周波数に対応した制御電圧を生成する。これにより、前回の駆動周波数ｆｘの近辺から圧電トランス１０１の駆動を開始することが可能となり、出力電圧が目標電圧に到達するまで時間が短縮される。前回の駆動周波数ｆｘからではなく、それより高周波数側の近辺から低周波数側の近辺に向かって掃引を開始することで、負荷変動に対しても安定して所望の電圧出力を維持する為の周波数追随を可能とする。
【００５１】
［実施例２］
図９を用いて実施例２について説明する。実施例２が実施例１と異なる点は、掃引開始周波数に対応した電圧の保持手段としてＡ／Ｄコンバータ３０１とＤ／Ａコンバータ３０２を用いている点である。Ａ／Ｄコンバータ３０１は、電圧制御発振器が出力する信号をアナログ値からデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換器として機能する。Ｄ／Ａコンバータ３０２は、デジタル値をアナログ値に変換するデジタル−アナログ変換器として機能し、出力電圧が目標電圧になっているときのデジタル値をラッチして保持する。
【００５２】
実施例２の構成は、実施例１の構成より高価な構成となるが、保持手段としては電力の供給が切断されるまでオペアンプ１２０の非反転入力端子の電圧を維持することが可能である。よって、複数の印刷ジョブにまたがって、掃引開始周波数を保持できる利点がある。なお、実施例１と共通する事項についてはその説明を省略する。
【００５３】
図９によれば、Ａ／Ｄコンバータ３０１とＤ／Ａコンバータ３０２に加えて、電圧制御発振器１３０及びその制御回路類、制御電圧Ｖｃｏｎｔを出力するためのＤ／Ａコンバータ３０４が一体的にＩＣ３００としてＩＣ化されている。コントローラ４０に搭載されたＭＰＵ４１が通信信号を送信して各種のデータやコマンドをレジスタ３０３に書き込む。これにより、ＭＰＵ４１が電源装置１０を制御する。つまり、レジスタ３０３には、Ｄ／Ａコンバータ３０４へのデジタルデータや、Ｄ／Ａコンバータ３０２に対する初期化信号としてのビットと高電圧停止信号としてのビットが格納される。これらのデジタルデータやビットは、ＭＰＵ４１により書き換えが可能となっている。
【００５４】
実施例１と同様に、Ｖｃｃ／２の電圧が出力されるよう、Ｄ／Ａコンバータ３０２へ初期化信号が入力される。例えば、Ｄ／Ａコンバータ３０２自体が初期化信号（単信号）によりＶｃｃ／２を出力するように構成される。あるいは、レジスタ３０３からの初期化信号がデジタルデータであり、Ｖｃｃ／２の電圧が出力されるようなデジタルデータをレジスタ３０３からＤ／Ａコンバータ３０２へ送ってもよい。実施例２では前者の構成を採用している。また、Ｄ／Ａコンバータ３０２はＡ／Ｄコンバータ３０１から出力されるデジタルデータをレジスタ３０３からの高電圧停止信号にしたがってラッチして出力する。具体的には、高電圧停止信号がＬｏｗからＨｉｇｈに変化したときに、Ｄ／Ａコンバータ３０２がラッチ動作を実行する。実施例２の構成は実施例１の構成に比べ複雑となるが、ＩＣ化することにより、部品単価としては比較的安価で、基板上の占有面積を最小限にすることができる。
【００５５】
実施例２における電源装置１０を画像形成装置１００に適用したときの２次転写バイアスの制御について、図１０のフローチャートを用いて説明する。Ｓ１００１で、ＭＰＵ４１は、Ｄ／Ａコンバータ３０２を初期化することを意味するビットをレジスタ３０３に書き込む。Ｄ／Ａコンバータ３０２は、初期周波数ｆｉに相当する電圧を出力する。なお、Ｓ１００１は印刷ジョブ開始の前（例えば、画像形成装置１００の電源をオンにした直後）に実行してもよい。このように、ＭＰＵ４１などは、上述した初期化部として機能する。
【００５６】
Ｓ１００２で、ＭＰＵ４１は、電源装置１０から高電圧の出力を開始させるため、Ｄ／Ａコンバータ３０４に設定されることになる目標電圧相当のデジタルデータをレジスタ３０３に書き込む。Ｄ／Ａコンバータ３０４は、レジスタ３０３に書き込まれたデジタルデータをアナログデータに変換することで、制御電圧Ｖｃｏｎｔを出力する。Ｓ１００３で、電源装置１０は、初期周波数ｆｉから駆動周波数の掃引を開始し、最終的に出力電圧が目標電圧Ｅｄｃに至る。
【００５７】
Ｓ１００４で、ＭＰＵ４１は、記録紙の後端が２次転写のためのニップを通過するまで待機する。記録紙の後端がニップを通過したことを確認すると、Ｓ１００５に進む。Ｓ１００５で、ＭＰＵ４１は、ジョブが終了したかどうかを判定する。ジョブが終了したのであればＳ１０１１に進むが、ジョブが終了していなければＳ１００６に進む。
【００５８】
Ｓ１００６で、ＭＰＵ４１は、高圧停止信号をオンからオフに切り替えるためのビットをレジスタ３０３に書き込む。このビットが書き込まれると、Ｄ／Ａコンバータ３０２はＡ／Ｄコンバータ３０１から出力されたデータをラッチする。ここで、ラッチされるデータは、掃印再開周波数ｆｉ’に相当する電圧の値を示している。
【００５９】
Ｓ１００７で、ＭＰＵ４１は、制御電圧Ｖｃｏｎｔを０Ｖに設定するためのデジタルデータをレジスタ３０３に書き込む。これにより、Ｄ／Ａコンバータ３０４は、制御電圧Ｖｃｏｎｔとして０Ｖを出力するため、電源装置１０からの高電圧の出力が停止する。
【００６０】
Ｓ１００８で、ＭＰＵ４１は、上述した紙間シーケンスを実行する。さらに、Ｓ１００９で、ＭＰＵ４１は、再度高電圧の出力を電源装置１０に開始させるために、制御電圧Ｖｃｏｎｔを目標相当電圧に設定する。Ｓ１０１０で、電源装置１０は、Ｄ／Ａコンバータ３０２にラッチされている前回の駆動周波数ｆｘにマージンを加えた掃引開始周波数ｆｉ’から周波数の掃引を再開する。その後、Ｓ１００４に戻る。ジョブが終了すると、Ｓ１０１１に進む。Ｓ１０１１で、ＭＰＵ４１は、制御電圧Ｖｃｏｎｔを０Ｖに設定するためのデジタルデータをレジスタ３０３に書き込む。これにより、Ｄ／Ａコンバータ３０４は、制御電圧Ｖｃｏｎｔとして０Ｖを出力するため、電源装置１０からの高電圧の出力が停止する。
【００６１】
実施例２では、圧電トランス１０１を駆動する周波数を制御している電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２の分圧値をＡ／Ｄコンバータ３０１及びＤ／Ａコンバータ３０２を用いて保持し、保持している値に対応した掃引開始周波数ｆｉ’から掃引を開始する。よって、実施例２も実施例１と同様に効果を奏することができる。さらに、実施例２では、画像形成装置１００のメイン電源がオンになってからオフにされるまで、掃引開始周波数ｆｉ’に相当する電圧の値を保持できる。そのため、ある印刷ジョブが終了して次の印刷ジョブを実行するときにも、初期周波数ｆｉではなく掃引開始周波数ｆｉ’から掃引を開始できる。
【００６２】
［実施例３］
図１１を用いて実施例３について説明する。実施例３が実施例１、２と異なる点は、掃引開始周波数に対応した電圧の保持手段としてＥＥＰＲＯＭ４０１を用いている点である。図１１が示すように、電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２を抵抗２０２、２０３によって分圧した分圧値はＭＰＵ４１が備えるＡ／Ｄポートに入力される。よって、ＭＰＵ４１は、Ａ／Ｄコンバータ４０２によってアナログの分圧値をデジタルの分圧値に変換することで、その値読み取ることが可能である。ＭＰＵ４１は読み取った値をメモリ（例：ＥＥＰＲＯＭ４０１）に保持しておき、オペアンプ１２０の非反転入力端子に接続されたＤ／ＡポートにＤ／Ａコンバータ４０３を介して出力する。なお、ＭＰＵ４１は、Ｄ／Ａコンバータ４０４を介して制御電圧Ｖｃｏｎｔを出力することができる。実施例３に示した構成は、実施例１及び実施例２の各構成と比較して高価な構成ではあるが、画像形成装置１００のメイン電源をオフにしたとしても掃引開始周波数ｆｉ’を引き継げる利点がある。
【００６３】
さらに、実施例３では、ＭＰＵ４１が分圧値をモニタすることが可能なため、実際に使用されている周波数範囲をモニタしてＥＥＰＲＯＭに格納することができる。したがって、実装されている圧電トランス１０１の個体ごとの共振周波数に応じた適切な初期周波数ｆｉを決定し、初期周波数ｆｉをも可変にすることができる。
【００６４】
図１２を用いて、実装されている圧電トランス１０１に応じた適切な初期周波数の設定方法につい説明する。Ｓ１２０１で、ＭＰＵ４１は、２次転写ローラを回転させるモータの駆動回路（不図示）に対して回転開始を指示する。Ｓ１２０２で、ＭＰＵ４１は、Ｄ／Ａコンバータ４０４から目標電圧相当の値に設定された制御電圧Ｖｃｏｎｔを出力する。これにより、電源装置１０は、高電圧の出力を開始する。ただし、目標電圧相当の値は、画像形成装置１００が使用する電圧のうち最も低い電圧の値とする。Ｓ１２０３で、圧電トランス１０１は駆動周波数の範囲のうちで最も高い駆動周波数から駆動を開始されることとなる。
【００６５】
Ｓ１２０４で、ＭＰＵ４１は、Ａ／Ｄコンバータ４０２を通じて、電圧制御発振器１３０への制御電圧Ｖ２の分圧値をモニタ（測定、計測または監視）する。Ｓ１２０５で、ＭＰＵ４１、モニタした値をＥＥＰＲＯＭ４０１に記憶する。Ｓ１２０６で、Ｄ／Ａコンバータ４０４から０Ｖとの制御電圧Ｖｃｏｎｔを出力することで、電源装置１０からの高電圧の出力を停止する。Ｓ１２０７で、ＭＰＵ４１は、２次転写ローラを回転させるモータの駆動回路（不図示）に対して回転停止を指示する。Ｓ１２０８で、ＭＰＵ４１は、ＥＥＰＲＯＭ４０１から読み出した値をＤ／Ａコンバータ４０３に出力する。これにより、ＥＥＰＲＯＭ４０１から読み出した値に対応した電圧がオペアンプ１２０に印加されることになる。
【００６６】
これにより、電源装置１０が次に高電圧を出力する際には、圧電トランス１０１の初期周波数を、その電源装置における適切な初期周波数に変更することができる。変更後の初期周波数は、共振周波数の固体ばらつきと回路定数のばらつきが反映されている。なお、ＭＰＵ４１は、設計段階で決定された初期周波数をＥＥＰＲＯＭ４０１から読み出して、Ｄ／Ａコンバータ４０３に出力してもよい。これにより、ＭＰＵ４１は、上述した初期化部として機能する。
【００６７】
なお、実施例３の構成は、実施例２と同様に動作することはいうまでもない。実施例２では、Ｄ／Ａコンバータ３０２によって掃引開始周波数に対応した分圧値を保持していたが、実施例３ではＥＥＰＲＯＭ４０１に保持することができる。Ａ／Ｄコンバータ４０２は、電圧制御発振器が出力する信号をアナログ値からデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換器として機能する。また、ＥＥＰＲＯＭ４０１は、出力電圧が目標電圧になっているときのデジタル値を記憶するメモリとして機能している。さらに、Ｄ／Ａコンバータ４０３は、メモリに記憶されているデジタル値をアナログ値に変換するデジタル−アナログ変換器として機能している。
【００６８】
なお、ここでは、メモリの一例としてＥＥＰＲＯＭ４０１を用いたが、フラッシュメモリなど他の不揮発性メモリが採用されてもよい。なお、画像形成装置１００のメイン電源をオフにしたときに掃引開始周波数ｆｉ’を引き継ぐ必要がなければ、ＥＥＰＲＯＭ４０１をＤＲＡＭなどの揮発性のメモリに代えてもよい。
【００６９】
上述した実施では、電子写真方式の画像形成装置に適用される電源装置に本発明を適用した実施例であったため、電源装置１０の出力電圧を高電圧と呼んできた。もちろん、電子写真方式の画像形成装置以外の電子機器の電源装置に本発明を適用してもよい。その場合、電源装置１０の出力電圧を高電圧でなくともよい。
【００７０】
上述した実施例では、周波数掃引方式の電源回路は駆動開始した周波数よりも低周波数側にある領域しか制御領域とすることができない。しかし、本発明は、駆動開始した周波数よりも高周波数側にある領域しか制御領域とすることができない電源回路にも適用できる。さらに、本発明は、周波数を高周波数側でも低周波数側にでも掃引可能な電源回路に適用してもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置などの電子機器で使用される電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器において目標性能を達成するためには電子機器に電力を供給する電源装置の能力が重要となる。例えば、電子写真方式の画像形成装置では、画像を形成する際に感光体を帯電する帯電部、現像部、転写部等の画像形成部に高電圧を印加することで、トナー画像を形成している。よって、画像形成装置では、画像の品質は高電圧の精度に依存する。つまり、安定して目標の高電圧を出力することが求められる。また、画像形成開始から画像形成を開始して１枚分画像を形成するまでの時間や単位時間あたりの画像形成枚数を増加して生産性を向上するには、目標電圧に立ち上げるために必要となる時間を如何にして短縮するかが重要となる。
【０００３】
特許文献１には、巻線式の電磁トランスに代えて圧電トランスを採用した小型かつ軽量の高電圧発生装置が提案されている。とりわけ、圧電トランスは電圧制御発振器（ＶＣＯ）から出力される信号の周波数に応じた電圧を出力する。圧電トランスの駆動周波数に対する出力電圧特性は、一般に略山型の特性である。つまり、共振周波数において出力電圧が最大となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
上記の圧電トランスを採用した電源装置では、目標電圧が出力されるようになるまで周波数掃引を行う必要がある。この周波数掃引は、ある初期周波数ｆｉから共振周波数ｆ０に向けて開始される。初期周波数ｆｉは、圧電トランスの共振周波数ｆ０の固体ばらつきや回路のばらつきを考慮して、十分なマージンを与えて決定される。そのため、目標電圧に対応した駆動周波数ｆｘよりもかなり高周波に初期周波数ｆｉが設定されていた。なお、高周波側から周波数の掃引を開始する方法では、駆動周波数が共振周波数ｆ０よりも低周波になってしまうと、制御不能に陥る恐れがある。これを回避するためには、回路全体のフィードバック時定数を遅くする必要がある。これは、掃引動作には多くの時間を要してしまう要因のひとつにもなっている。そこで、本発明は、圧電トランスの出力電圧が目標電圧に至るまでの時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電源装置は、例えば、電圧制御発振器、駆動部、圧電トランス、周波数制御部、保持部および設定部を備える。電圧制御発振器は、入力された制御電圧に応じた周波数の信号を生成する。駆動部は電圧制御発振器から出力された信号が入力される。圧電トランスは、電圧制御発振器から出力された信号に応じて駆動部により駆動される。周波数制御部は、予め定められた初期周波数で駆動部による圧電トランスの駆動を開始させ、出力電圧が予め定められた目標電圧になるように制御電圧を通じて周波数を掃引する。保持部は、電源装置からの出力電圧が目標電圧になるときに電圧制御発振器が出力する信号の周波数に相当する制御電圧を示す情報を保持する。設定部は、初期周波数に代えて、保持部に保持されている情報に対応した掃引開始周波数を周波数制御部に設定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、保持部が、電源装置からの出力電圧が目標電圧になるときに電圧制御発振器が出力する信号の周波数に相当する制御電圧を示す情報を保持しおく。さらに。設定部が、初期周波数に代えて、保持部に保持されている情報に対応した掃引開始周波数を周波数制御部に設定する。よって、掃引開始周波数は、出力電圧が予め定められた目標電圧になるときの圧電トランスの駆動周波数に近いため、そこから掃引を開始することで、圧電トランスの出力電圧が目標電圧に至るまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例における画像形成装置を説明する断面図。
【図２】本発明の関連技術における電源装置の回路構成図。
【図３】本発明の関連技術における圧電トランスの周波数特性を示す図。
【図４】本発明の実施例１における電源装置の回路構成図。
【図５】本発明の実施例における電圧制御発振器の回路構成図。
【図６】本発明の実施例における電圧制御発振器の回路動作を説明する図。
【図７】本発明の実施例における圧電トランスの周波数特性を示す図。
【図８】本発明の実施例１の制御を説明するフローチャート。
【図９】本発明の実施例２における電源装置の回路構成図。
【図１０】本発明の実施例２の制御を説明するフローチャート。
【図１１】本発明の実施例３における電源装置の回路構成図。
【図１２】本発明の実施例３の制御を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施例１］
図１は電子写真プロセスを用いたタンデム方式のカラー画像形成装置の構成図である。画像形成装置１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ねあわせることで多色画像を媒体に形成する画像形成部３０を備えている。コントローラ４０は画像形成部３０を制御する制御部であり、ＭＰＵ（マイクロコンピュータ）４１を備えている。ＭＰＵ４１は、ワークエリアとして機能するＲＡＭ４２、プログラムやデータなどを記憶するＲＯＭ４３、時間を計時するタイマ４４などを備えている。電源装置１０は、コントローラ４０により制御されて、画像形成部３０が備える帯電ローラに帯電バイアスを印加し、現像ローラに現像バイアスを印加し、２次転写ローラ２９に転写バイアスを印加する電源装置である。このように、画像形成部３０は、電源装置１０から電力の供給されて記録媒体に画像を形成する。
【００１０】
＜電源装置１０の基本構成＞
図２を用いて電源装置１０の基本的な構成について説明する。圧電トランス１０１は入力された電圧を昇圧として出力する昇圧手段である。圧電トランス１０１の出力は整流平滑回路１４によって整流平滑され、出力端１０５より負荷である転写ローラなどに供給される。整流平滑回路１４はダイオード１０２、１０３及び高電圧コンデンサ１０４によって構成されている。整流平滑された出力電圧は、抵抗１０６、１０７によって形成された分圧回路によって分圧され、帰還電圧Ｖｆｂとなる。帰還電圧Ｖｆｂは、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。他方、オペアンプ１０９の反転入力端子（−端子）には抵抗１１０を介してコントローラ４０から制御電圧Ｖｃｏｎｔが入力される。制御電圧Ｖｃｏｎｔは電源装置１０を制御するためのアナログ信号である。オペアンプ１０９、抵抗１１０、抵抗１１１およびコンデンサ１１２は差動増幅回路１１を形成している。ＶｃｏｎｔとＶｆｂの差に応じた電圧Ｖ１が差動増幅回路１１の出力ラインに現れる。この電圧は次段の反転増幅回路１２に入力される。反転増幅回路１２は、オペアンプ１２０、抵抗１２１、１２２、１２３、１２４により形成される。抵抗１２１と１２２の抵抗値は同一であり、抵抗１２３と１２４の抵抗値も同一である。よって、反転増幅回路１２は増幅度１のいわゆる反転器として動作する。電圧Ｖ１を反転増幅回路１２が反転して出力するＶ２は制御電圧として電圧制御発振器１３０に入力される。
【００１１】
電圧制御発振器１３０は入力された制御電圧Ｖ２に応じた周波数の信号を生成して出力する。具体的には制御電圧Ｖ２が上がると出力周波数が高周波に推移し、制御電圧Ｖ２が下がると出力周波数が低周波に推移する。つまり、制御電圧Ｖ２を可変制御することで、圧電トランス１０１を駆動するための駆動周波数の掃引が実現される。なお、差動増幅回路１１、反転増幅回路１２、整流平滑回路１４などを含むフィードバック回路が駆動周波数を制御する周波数制御部として機能する。つまり、この周波数制御部が、予め定められた初期周波数で駆動部による圧電トランスの駆動を開始させ、出力電圧が予め定められた目標電圧になるように制御電圧を通じて周波数を掃引する。電圧制御発振器１３０の出力端子はプルダウン抵抗１３４の一端とＦＥＴ１３１のゲート端子とに接続されている。ＦＥＴ１３１、インダクタ１３２およびコンデンサ１３３はＬＣ並列共振回路１３を形成している。圧電トランス１０１は、ＬＣ並列共振回路１３を通じて駆動され、高電圧の出力電圧を発生する。ＬＣ並列共振回路１３は、電圧制御発振器から出力された信号が入力され、圧電トランスを駆動する駆動部の一例である。圧電トランス１０１は、電圧制御発振器から出力された信号に応じて駆動部により駆動される圧電素子の一例である。
【００１２】
図３は圧電トランス１０１の例示的な周波数特性を示した図である。横軸は駆動周波数を示し、縦軸は出力電圧を示している。圧電トランス１０１の特性は、一般的に、共振周波数ｆ０において出力電圧が最大となる特性を有している。図２が示すように、圧電トランス１０１の出力電圧は駆動周波数により制御可能である。電源装置１０の起動時（高電圧の出力開始時）は初期周波数ｆｉから圧電トランス１０１の駆動が開始され、ｆｉから低周波数側に向かって周波数掃引が実行される。周波数掃引によってある駆動周波数ｆｘになったときに、出力電圧が目標電圧Ｅｄｃに到達すると、駆動周波数の掃引が終了する。以降、圧電トランス１０１は、駆動周波数ｆｘで安定的に目標電圧の出力を継続する。
【００１３】
電源装置１０が画像形成装置への高電圧の出力を停止している状態では、制御電圧Ｖｃｏｎｔも帰還電圧Ｖｆｂも０Ｖである。コントローラ４０が高電圧の出力開始を指示すると、制御電圧Ｖｃｏｎｔが目標電圧Ｅｄｃに対応した電圧に設定される。抵抗１１０と抵抗１１１で決定される差動増幅回路１１の増幅度は非常に大きいものに設定されている。よって、高電圧の出力初期において、Ｖ１は０Ｖとなる。帰還電圧Ｖｆｂが制御電圧Ｖｃｏｎｔに近づくにつれ、Ｖ１の電圧レベルが上昇する。
【００１４】
電圧制御発振器１３０の入力電圧であるＶ２は前述したＶ１をオペアンプ１２０の非反転入力端子の電圧を基準電圧として反転させた値となる。前述したように抵抗１２３と抵抗１２４の抵抗値は同じであるため、基準電圧はＶｃｃ／２である。よって、初期においてＶ２はＶｃｃに一致している。そして、帰還電圧Ｖｆｂが制御電圧Ｖｃｏｎｔに近づくにつれ、Ｖ２の電圧レベルは下降する。そして、電圧制御発振器１３０は制御電圧Ｖ２がＶｃｃであったときに初期周波数ｆｉの信号を出力する。制御電圧Ｖ２が下降するにしたがって、電圧制御発振器１３０の出力周波数がｆｉよりも低く推移して行く。
【００１５】
＜電源装置１０の改良構成＞
上述したように出力周波数がｆｉから圧電トランス１０１の駆動を開始すると、出力電圧が目標電圧に到達するまでには相当の時間が必要となる。そこで、目標電圧に対応した駆動周波数ｆｘを求めておき、その近辺から周波数の掃引を開始することで、実施例１では時間短縮を実現する。
【００１６】
図４を用いて実施例１に係る電源装置１０について説明する。図４に示した構成要素のうち、図２に示した構成要素と共通する要素については同一の符号を付与することで、説明の簡潔化を図る。図２と比較すると、図４では、電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２であるオペアンプ１２０からの出力電圧を、保持回路２０を経由してフィードバックし、反転増幅回路１２のオペアンプ１２０の非反転入力端子に印加する点で異なっている。保持回路２０は、電源装置からの出力電圧が目標電圧になるときに電圧制御発振器が出力する信号の周波数に相当する制御電圧を示す情報を保持する保持部として機能する。また、保持回路２０は、制御電圧Ｖ２の電位を保持するサンプルホールド回路を備えている。
【００１７】
保持回路２０の構成について説明する。保持回路２０は、一種の保持部または記憶部として機能するサンプルホールド回路を備えている。保持回路２０において、とりわけ、オペアンプ２０１、２０６、抵抗２０２、２０３、スイッチ２０４およびコンデンサ２０５が、一種のサンプルホールド回路を形成している。スイッチ２０４、２９８は、例えば、ＦＥＴにより実現できる。１つ目の特徴的な点は、サンプルされたオペアンプ１２０の出力電圧（制御電圧Ｖ２）を、抵抗２０２と抵抗２０３による分圧回路によって分圧し、この分圧値Ｖ２’をホールドしている点である。２つ目の特徴的な点は、サンプルホールド回路の出力がオペアンプ１２０の非反転入力端子に接続されている点である。
【００１８】
ここで本回路の動作と効果をよりわかりやすくするために、電圧制御発振器１３０の一例を図５と図６を用いて説明する。図５では鋸波発生回路を用いた電圧制御発振器を一例として説明するが、本発明はそれに限られるものではない。本発明は、電圧制御発振器１３０の内部構造によって依存しない発明だからである。
【００１９】
電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２は抵抗２２０、２２１によって分圧され、オペアンプ２２２の非反転入力端子に入力される。オペアンプ２２２、トランジスタ２２３および抵抗２２４は定電流回路を形成している。オペアンプ２２２の非反転入力端子の入力電圧に応じた電流ｉが抵抗２２４に流れる。
【００２０】
一方、トランジスタ２２３のコレクタと定電圧源Ｖｃｃとの間にはコンデンサ２２９が接続されている。コンデンサ２２９の充放電動作により、コレクタに印加される電圧Ｖａは、図６が示すような鋸波となる。コンデンサ２２９の一方の端子は定電圧源Ｖｃｃに接続されており、他方の端子はトランジスタ２２３のコレクタに接続されている。よって、電流ｉが流れることにより、コンデンサ２２９に充電された電荷が減少し、コンデンサ２２９の他方の端子に発生した電圧Ｖａが低下する。電圧Ｖａは、コンパレータ２２５の非反転入力端子にも印加されている。
【００２１】
電圧Ｖａが抵抗２２６、２２７で決定される閾値電圧Ｖｔｈ以下に低下すると、コンパレータ２２５の出力が反転し、その結果、トランジスタ２２８をオンする。それに伴い、コンデンサ２２９の両端がトランジスタ２２８によってショートされ、コンデンサ２２９が再度で電圧源からの電圧Ｖｃｃによって充電される。つまり、電圧Ｖａは、再度、Ｖｃｃに上昇する。電圧ＶａがＶｃｃになると、コンパレータ２２５の出力が再び反転し、トランジスタ２２８をオフする。そして、電圧Ｖａは電流ｉが流れることでＶｃｃより低下して行く。この動作が繰り返され、図６が示したように電圧Ｖａは鋸波となる。
【００２２】
電圧Ｖａは後段のコンパレータ２３０の非反転入力端子にも印加されている。コンパレータ２３０は、電圧Ｖａと、抵抗２３１、２３２によって決定されるＶｄｕｔｙとを比較し、比較結果を出力する。プルアップ抵抗２３３が接続されたコンパレータ２３０の出力端子には、出力電圧Ｖｏｕｔが発生する。図６が示すように、出力電圧Ｖｏｕｔは矩形波となる。さらにコンパレータ２３０の後段には３ステートバッファ２３４が接続され、制御電圧Ｖｃｏｎｔのレベルによりコンパレータ２３０からの出力電圧を外部に出力するか否かが制御されている。３ステートバッファ２３４の存在により高電圧の出力停止時には、即座に、電圧制御発振器１３０からの出力を停止させることが可能となる。この出力電圧Ｖｏｕｔは図４に示した２のＦＥＴ１３１のゲート端子に入力される。圧電トランス１０１の駆動周波数となる。
【００２３】
図６に示した繰り返し周期Ｔは電圧Ｖａの電圧降下の傾きに依存する。この傾きは電流ｉによって決まる。すなわち、繰り返し周期Ｔは電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２によって下記の式で表すことができる。ここで、Ｃ２２９はコンデンサ２２９の容量値、Ｒ２２４は抵抗２２４の抵抗値である。
【００２４】
Ｔ＝（（Ｖｃｃ − Ｖｔｈ） ／ Ｖ２） × Ｃ２２９ × Ｒ２２４・・・・・・（１）
したがって、電圧制御発振器１３０の出力周波数は制御電圧Ｖ２に比例した周波数となる。
【００２５】
図４の説明に戻り、実施例１における掃引開始周波数の更新方法と回路原理に関して説明する。ここでは、電源装置１０に電力を投入して最初に高電圧を出力する初期の動作と、それ以降の動作について分けて説明することにする。はじめに初期の動作について説明する。
【００２６】
（初期の動作）
図４の回路構成からわかるように、オペアンプ２０６の非反転入力端子に印加される電圧は、スイッチ２０４とスイッチ２０８とによって選択されることになる。初期において、コントローラ４０は初期化信号をスイッチ２０８の制御端子に出力するため、スイッチ２０８がオンする。一方、コントローラ４０は高電圧停止信号をスイッチ２０４の制御端子に出力するため、スイッチ２０４がオフとなっている。この初期の状態では、抵抗２０９、２１０で決定される電圧値がオペアンプ２０６の非反転入力端子に入力されることとなる。この電圧値は、電源装置１０の設計段階で決定された初期周波数ｆｉに対応した電圧値である。オペアンプ２０６は、オペアンプ２０１と同様にボルテージフォロアとして機能する。オペアンプ２０６の出力電圧は、保護抵抗２０７を介して、オペアンプ１２０の非反転入力端子に入力される。実施例２において、抵抗２０９、２１０の各抵抗値は同じ値である。よって、非反転入力端子の電圧は、Ｖｃｃ／２となる。
【００２７】
実施例１において、抵抗１２１、１２２の各抵抗値は其々同じ値が設定されている。よって、反転増幅回路１２は、増幅度１のいわゆる反転器として動作する。つまり、反転増幅回路１２は、非反転入力端子に印加された電圧Ｖｃｃ／２を基準電圧として、前段から入力された電圧Ｖ１を反転させる。
【００２８】
図２を用いて説明したように、電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２は掃引開始時においてＶｃｃであり、そこから降下する。つまり、高電圧を出力する電源回路としての周波数掃引は、初期周波数から掃引が開始され、制御電圧Ｖ２の降下とともに低周波数側に掃引が継続してゆく。
【００２９】
（短縮起動）
次に、短縮起動について説明する。実施例１では、前回において出力電圧が目標電圧に達したときの駆動周波数ｆｘよりも若干高い駆動周波数ｆｘ’を保持しておき、その駆動周波数ｆｘ’から掃引を開始することに特徴がある。初期周波数ｆｉと比較して、駆動周波数ｆｘ’は目標電圧を出力するための駆動周波数ｆｘと同一かそれに非常に近いため、掃引時間が大幅に短縮されることを期待できる。
【００３０】
目標電圧Ｅｄｃが電源装置１０から出力されており、そのときの圧電トランス１０１の駆動周波数をｆｘとする。また、そのときの電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２はＶｄｃであったと仮定する。
【００３１】
コントローラ４０は、高電圧の出力を停止させる前に初期化信号の送出を停止することで、スイッチ２０８をオフにする。続いて、電源装置１０が高電圧の出力を停止する直前に、コントローラ４０は、高電圧の出力を停止させるためのパルス信号（高電圧停止信号）をスイッチ２０４の制御端子に出力する。これにより、所定時間ｔだけスイッチ２０４がオンとなる。これにより、コンデンサ２０５には、抵抗２０２と抵抗２０３によってＶｄｃを分圧した電圧が保持されることとなる。ここで、所定時間ｔとはコンデンサ２０５を充電するために十分な時間であればよい。高電圧停止信号としてのパルス信号は、コントローラ４０が出力してもよいし、高電圧の出力停止時に制御電圧Ｖｃｏｎｔが立ち下がるときの立ち下げ波形から生成してもよい。
【００３２】
コントローラ４０が制御電圧Ｖｃｏｎｔを０Ｖに低下するため、電圧制御発振器１３０が出力する圧電トランス１０１を駆動するための駆動周波数の出力が３ステートバッファ２３４の機能により停止される。その結果、電源装置１０から出力される高電圧の値は低下して行く。
【００３３】
実施例１において特徴的な抵抗２０２と抵抗２０３による分圧は前回の駆動周波数ｆｘに対して、どの程度高い周波数から駆動を開始するかを決定するための重要な要素である。ここで、理解を簡単にするため、前回の駆動周波数ｆｘと同じ周波数から駆動を開始する構成に関して説明する。
【００３４】
抵抗２０２と抵抗２０３の抵抗値は同じである。保持回路２０のサンプルホールド回路によって保持される電圧値はＶｄｃ／２となる、つまり、オペアンプ１２０の入力端子は共にＶｄｃ／２となっている。その状態で次に電源装置１０を起動すると、オペアンプ１２０を中心とした反転器の反転基準電圧がＶｄｃ／２となっている。よって、反転器の前段の電圧Ｖ１が０Ｖとなっている起動開始時にも、オペアンプ１２０の出力電圧（電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２）はＶｄｃとなって、電源装置１０は起動できる。それは、圧電トランス１０１を駆動するための駆動周波数の掃引が、初期周波数ｆｉからではなく、前回の駆動周波数ｆｘから開始されることを意味する。
【００３５】
さて、実際に画像形成装置１００が使用する各種のバイアスに対する負荷は、転写バイアスの負荷に限らず、画像形成中に常に変動する。これは転写ローラや帯電ローラ等の周方向における抵抗値のムラなどが原因である。一方、電源装置１０は一定の周波数で圧電トランス１０１を駆動していたとしても、出力端１０５に接続される負荷の抵抗により出力電圧が変化する。出力電圧を一定に維持するためには、負荷変動に応じて常に周波数を追随変動させる回路構成が必要となる。
【００３６】
図４に示した周波数掃引方式の電源回路は駆動開始した周波数よりも低周波数側にある領域しか制御領域とすることができない。そのため、駆動周波数ｆｘで駆動開始したときにはｆｘより低周波数領域しか駆動周波数を制御できないこととなり、負荷変動に追随して高周波数領域へ推移することもできない。そこで、前回の駆動周波数ｆｘから掃引を開始するのではなく、前回の駆動周波数ｆｘよりも所定量高い周波数から掃引を開始することによって、負荷変動に追随するためのマージンを確保することにする。なお、このようなマージンは、負荷変動が十分に小さい電源装置にとっては不要であろう。なお、前回の駆動周波数ｆｘより所定量高い周波数を決定する構成が、抵抗２０２と抵抗２０３による分圧比である。前回の駆動周波数ｆｘよりも高い周波数を掃引開始周波数とするための回路は、抵抗２０２の抵抗値より抵抗２０３の抵抗値を大きくすることにより実現可能となる。この分圧比によりサンプルホールドされる電圧は、（Ｖｄｃ／２） ＋ αとなる。この電圧がオペアンプ１２０を中心とした反転器の反転基準電圧となったときに初期の電圧Ｖ２は、（２）式により表現できる。
【００３７】
Ｖ２ ＝ Ｖｄｃ ＋ ２α ・・・（２）
つまり、＋２αに相当する周波数分だけ高い周波数から掃引を開始することとなる。なお、掃引開始周波数ｆｉ’の値は、（２）式を（１）式に代入することで算出可能である。掃引開始周波数は、高電圧の出力を再開するために掃引を再開する際に使用される周波数であるため、掃引再開周波数と呼んでもよい。
【００３８】
図７が示すように、初期において初期周波数ｆｉから掃引を開始する。しかし、初期以降においては、コントローラ４０がスイッチ２０４をオンに切り替えることで、オペアンプ１２０の基準電圧をサンプルホールド回路により保持されている、掃引開始周波数ｆｉ’に対応した電圧に設定する。これにより、掃引開始周波数ｆｉ’から掃引が開始される。図７からも明らかなように、掃引開始周波数ｆｉ’は、初期周波数ｆｉよりも前回の駆動周波数ｆｘに近いため、電源装置１０の出力電圧が目標電圧に達するまでの時間を短縮することができる。また、マージンαを見込むことで、負荷変動にも対処可能となる。なお、コントローラ４０（ＭＰＵ４１）やスイッチ２０４は、初期周波数に代えて、保持部に保持されている情報に対応した掃引開始周波数を周波数制御部に設定する設定部として機能している。
【００３９】
実施例１で重要な点は「抵抗１２２と抵抗１２１の抵抗値比」と「抵抗２０２と抵抗２０３の抵抗値比」の関係である。抵抗と抵抗値の関係をわかりやすくするために、抵抗ｘの抵抗値をＲｘと表現する。ｘは参照番号を示している。
【００４０】
まず、抵抗１２２と抵抗１２１との抵抗値比はＲ１２２／Ｒ１２１であるが、これは反転増幅回路１２の増幅度を決定している。実施例１ではＲ１２２／Ｒ１２１＝１と仮定している。増幅度は、反転増幅回路１２に入力される電圧であるＶ１と反転増幅回路１２から出力される制御電圧Ｖ２との比にしたがって決定することができる。よって、増幅度は１に限られるものではない。そして、実施例１の重要な要素である抵抗２０２と抵抗２０３との抵抗値比Ｒ２０２／Ｒ２０３であるが、これは、次の反転基準電圧を決定する値である。
【００４１】
Ｒ１２２／Ｒ１２１＞＝Ｒ２０２／Ｒ２０３ ・・・・（３）
常に（３）式が成り立つように各抵抗値の値を設定することにより、前回の駆動周波数ｆｘと同じかまたはより高い周波数からの掃引を開始することができる。
【００４２】
実施例１における電源装置１０を画像形成装置１００に適用したときの２次転写バイアスの制御について、図８のフローチャートを用いて説明する。ここでは、感光体ドラムまたは中間転写体などの像担持体に連続して複数のトナー画像を形成する際に、あるトナー画像を形成する領域と次のトナー画像を形成する領域との間に生じる非画像領域（いわゆる紙間）に検知パターンを形成するものとする。検知パターンは、色ズレを検知するための色ズレ検知パターンや、転写バイアスを調整するためのトナー画像の濃度を検知するための濃度検知パターンがある。この紙間において、２次転写の正バイアスをオフからオンに切り替えるものと仮定する。なお、本フローチャートにおいて、紙間での正バイアス以外の制御の詳細は公知であるため割愛する。また、本フローチャートに係る制御処理は、予めＲＯＭ４３に格納されたプログラムにしたがってＭＰＵ４１が実行するものとする。ここでは、印刷ジョブが開始された以降の制御処理について説明する。
【００４３】
Ｓ８０１で、ＭＰＵ４１は、初期化信号をスイッチ２０８の制御端子に出力することで、スイッチ２０８をオフからオンに切り替える。これにより、オペアンプ１２０の非反転入力端子に入力される電圧を初期化できる。スイッチ２０８などは、保持部に保持されている情報に対応した周波数とは異なる初期周波数で駆動部による圧電トランスの駆動を開始させるために、周波数制御部に設定される周波数を初期化する初期化部として機能する。ＭＰＵ４１は、高電圧停止信号をオフにしておく。Ｓ８０１の処理は印刷ジョブの開始の前、例えば、画像形成装置１００のメイン電源をオンにした直後に実行してもよい。ちなみに、スイッチ２０８がオンで、高電圧停止信号がオフの状態は、いわゆるスタンバイ状態である。
【００４４】
Ｓ８０２で、ＭＰＵ４１は、転写バイアスの供給を担当する電源装置１０を起動するため、出力電圧を目標電圧にするための電圧（目標相当電圧）を制御電圧Ｖｃｏｎｔに設定して出力する。Ｓ８０３で、電源装置１０は初期周波数ｆｉから圧電トランス１０１の駆動周波数の掃引を開始する。最終的に、電源装置１０からの出力電圧が目標電圧Ｅｄｃに立ち上がる。なお、Ｓ８０３は、ＭＰＵ４１の動作ではなく、電源装置１０の動作であるが、実施例１を理解しやすくするため、本フローチャートに記載している。ただし、ＭＰＵ４１の処理でないことを明示するために、破線にて示している。
【００４５】
Ｓ８０４で、ＭＰＵ４１は、記録紙の後端が２次転写のためのニップを通過するまで待機する。記録紙の後端がニップを通過したかどうかは、不図示の紙検知センサの出力結果からＭＰＵ４１が判断できる。記録紙の後端がニップを通過したことを確認すると、Ｓ８０５に進む。
【００４６】
Ｓ８０５で、ＭＰＵ４１は、ジョブが終了したかどうかを判定する。ＭＰＵ４１は、ジョブのデータから何枚の記録紙に対して画像を形成すべきかを把握している。さらに、ＭＰＵ４１は、何枚の記録紙に対してすでに画像を形成したかをカウントしている。それゆえ、ＭＰＵ４１は、このカウント値からジョブが終了したかどうかを判定できる。ジョブが終了したのであればＳ８１２に進むが、ジョブが終了していなければＳ８０６に進む。
【００４７】
Ｓ８０６で、ＭＰＵ４１は、保持回路２０のサンプルホールド回路により駆動周波数ｆｘに対応した電圧をホールドするために、初期化信号をオフに切り替える。さらに、Ｓ８０７で、ＭＰＵ４１は、高電圧停止信号を１パルス分だけ出力する。これにより、サンプルホールド回路により駆動周波数ｆｘに対応した電圧がホールドされる。Ｓ８０８で、ＭＰＵ４１は、電源装置１０からの高電圧の出力を停止させるために、制御電圧Ｖｃｏｎｔの値を０Ｖに設定する。
【００４８】
Ｓ８０９で、ＭＰＵ４１は、上述した紙間シーケンスを実行する。さらに、Ｓ８１０で、ＭＰＵ４１は、再度高電圧の出力を電源装置１０に開始させるために、制御電圧Ｖｃｏｎｔを目標相当電圧に設定する。Ｓ８１１で、電源装置１０は、保持回路２０によって記憶ないしは保持されている電圧に対応した掃引開始周波数ｆｉ’から駆動周波数の掃引を開始する。その結果、出力電圧は再び目標電圧Ｅｄｃへと立ち上がる。なお、Ｓ８１１もＭＰＵ４１の動作ではなく、電源装置１０の動作である。その後、Ｓ８０４に戻る。
【００４９】
ジョブが終了するまで、Ｓ８０４ないしＳ８１１までの各処理が継続的に実行される。ジョブの最後の一枚について画像形成が終了すると、Ｓ８１２に進む。Ｓ８１２で、ＭＰＵ４１は、制御電圧Ｖｃｏｎｔを０Ｖに切り替えることで、電源装置１０からの高電圧の出力を停止させる。
【００５０】
このように実施例１によれば、圧電トランス１０１を駆動する周波数を制御している電圧制御発振器１３０の制御電圧の分圧値をサンプルホールド回路で保持しておく。さらに、実施例１では、次に圧電トランス１０１の駆動を再開するときには、その保持されている電圧を基準として、掃引開始周波数に対応した制御電圧を生成する。これにより、前回の駆動周波数ｆｘの近辺から圧電トランス１０１の駆動を開始することが可能となり、出力電圧が目標電圧に到達するまで時間が短縮される。前回の駆動周波数ｆｘからではなく、それより高周波数側の近辺から低周波数側の近辺に向かって掃引を開始することで、負荷変動に対しても安定して所望の電圧出力を維持する為の周波数追随を可能とする。
【００５１】
［実施例２］
図９を用いて実施例２について説明する。実施例２が実施例１と異なる点は、掃引開始周波数に対応した電圧の保持手段としてＡ／Ｄコンバータ３０１とＤ／Ａコンバータ３０２を用いている点である。Ａ／Ｄコンバータ３０１は、電圧制御発振器が出力する信号をアナログ値からデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換器として機能する。Ｄ／Ａコンバータ３０２は、デジタル値をアナログ値に変換するデジタル−アナログ変換器として機能し、出力電圧が目標電圧になっているときのデジタル値をラッチして保持する。
【００５２】
実施例２の構成は、実施例１の構成より高価な構成となるが、保持手段としては電力の供給が切断されるまでオペアンプ１２０の非反転入力端子の電圧を維持することが可能である。よって、複数の印刷ジョブにまたがって、掃引開始周波数を保持できる利点がある。なお、実施例１と共通する事項についてはその説明を省略する。
【００５３】
図９によれば、Ａ／Ｄコンバータ３０１とＤ／Ａコンバータ３０２に加えて、電圧制御発振器１３０及びその制御回路類、制御電圧Ｖｃｏｎｔを出力するためのＤ／Ａコンバータ３０４が一体的にＩＣ３００としてＩＣ化されている。コントローラ４０に搭載されたＭＰＵ４１が通信信号を送信して各種のデータやコマンドをレジスタ３０３に書き込む。これにより、ＭＰＵ４１が電源装置１０を制御する。つまり、レジスタ３０３には、Ｄ／Ａコンバータ３０４へのデジタルデータや、Ｄ／Ａコンバータ３０２に対する初期化信号としてのビットと高電圧停止信号としてのビットが格納される。これらのデジタルデータやビットは、ＭＰＵ４１により書き換えが可能となっている。
【００５４】
実施例１と同様に、Ｖｃｃ／２の電圧が出力されるよう、Ｄ／Ａコンバータ３０２へ初期化信号が入力される。例えば、Ｄ／Ａコンバータ３０２自体が初期化信号（単信号）によりＶｃｃ／２を出力するように構成される。あるいは、レジスタ３０３からの初期化信号がデジタルデータであり、Ｖｃｃ／２の電圧が出力されるようなデジタルデータをレジスタ３０３からＤ／Ａコンバータ３０２へ送ってもよい。実施例２では前者の構成を採用している。また、Ｄ／Ａコンバータ３０２はＡ／Ｄコンバータ３０１から出力されるデジタルデータをレジスタ３０３からの高電圧停止信号にしたがってラッチして出力する。具体的には、高電圧停止信号がＬｏｗからＨｉｇｈに変化したときに、Ｄ／Ａコンバータ３０２がラッチ動作を実行する。実施例２の構成は実施例１の構成に比べ複雑となるが、ＩＣ化することにより、部品単価としては比較的安価で、基板上の占有面積を最小限にすることができる。
【００５５】
実施例２における電源装置１０を画像形成装置１００に適用したときの２次転写バイアスの制御について、図１０のフローチャートを用いて説明する。Ｓ１００１で、ＭＰＵ４１は、Ｄ／Ａコンバータ３０２を初期化することを意味するビットをレジスタ３０３に書き込む。Ｄ／Ａコンバータ３０２は、初期周波数ｆｉに相当する電圧を出力する。なお、Ｓ１００１は印刷ジョブ開始の前（例えば、画像形成装置１００の電源をオンにした直後）に実行してもよい。このように、ＭＰＵ４１などは、上述した初期化部として機能する。
【００５６】
Ｓ１００２で、ＭＰＵ４１は、電源装置１０から高電圧の出力を開始させるため、Ｄ／Ａコンバータ３０４に設定されることになる目標電圧相当のデジタルデータをレジスタ３０３に書き込む。Ｄ／Ａコンバータ３０４は、レジスタ３０３に書き込まれたデジタルデータをアナログデータに変換することで、制御電圧Ｖｃｏｎｔを出力する。Ｓ１００３で、電源装置１０は、初期周波数ｆｉから駆動周波数の掃引を開始し、最終的に出力電圧が目標電圧Ｅｄｃに至る。
【００５７】
Ｓ１００４で、ＭＰＵ４１は、記録紙の後端が２次転写のためのニップを通過するまで待機する。記録紙の後端がニップを通過したことを確認すると、Ｓ１００５に進む。Ｓ１００５で、ＭＰＵ４１は、ジョブが終了したかどうかを判定する。ジョブが終了したのであればＳ１０１１に進むが、ジョブが終了していなければＳ１００６に進む。
【００５８】
Ｓ１００６で、ＭＰＵ４１は、高圧停止信号をオンからオフに切り替えるためのビットをレジスタ３０３に書き込む。このビットが書き込まれると、Ｄ／Ａコンバータ３０２はＡ／Ｄコンバータ３０１から出力されたデータをラッチする。ここで、ラッチされるデータは、掃印再開周波数ｆｉ’に相当する電圧の値を示している。
【００５９】
Ｓ１００７で、ＭＰＵ４１は、制御電圧Ｖｃｏｎｔを０Ｖに設定するためのデジタルデータをレジスタ３０３に書き込む。これにより、Ｄ／Ａコンバータ３０４は、制御電圧Ｖｃｏｎｔとして０Ｖを出力するため、電源装置１０からの高電圧の出力が停止する。
【００６０】
Ｓ１００８で、ＭＰＵ４１は、上述した紙間シーケンスを実行する。さらに、Ｓ１００９で、ＭＰＵ４１は、再度高電圧の出力を電源装置１０に開始させるために、制御電圧Ｖｃｏｎｔを目標相当電圧に設定する。Ｓ１０１０で、電源装置１０は、Ｄ／Ａコンバータ３０２にラッチされている前回の駆動周波数ｆｘにマージンを加えた掃引開始周波数ｆｉ’から周波数の掃引を再開する。その後、Ｓ１００４に戻る。ジョブが終了すると、Ｓ１０１１に進む。Ｓ１０１１で、ＭＰＵ４１は、制御電圧Ｖｃｏｎｔを０Ｖに設定するためのデジタルデータをレジスタ３０３に書き込む。これにより、Ｄ／Ａコンバータ３０４は、制御電圧Ｖｃｏｎｔとして０Ｖを出力するため、電源装置１０からの高電圧の出力が停止する。
【００６１】
実施例２では、圧電トランス１０１を駆動する周波数を制御している電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２の分圧値をＡ／Ｄコンバータ３０１及びＤ／Ａコンバータ３０２を用いて保持し、保持している値に対応した掃引開始周波数ｆｉ’から掃引を開始する。よって、実施例２も実施例１と同様に効果を奏することができる。さらに、実施例２では、画像形成装置１００のメイン電源がオンになってからオフにされるまで、掃引開始周波数ｆｉ’に相当する電圧の値を保持できる。そのため、ある印刷ジョブが終了して次の印刷ジョブを実行するときにも、初期周波数ｆｉではなく掃引開始周波数ｆｉ’から掃引を開始できる。
【００６２】
［実施例３］
図１１を用いて実施例３について説明する。実施例３が実施例１、２と異なる点は、掃引開始周波数に対応した電圧の保持手段としてＥＥＰＲＯＭ４０１を用いている点である。図１１が示すように、電圧制御発振器１３０の制御電圧Ｖ２を抵抗２０２、２０３によって分圧した分圧値はＭＰＵ４１が備えるＡ／Ｄポートに入力される。よって、ＭＰＵ４１は、Ａ／Ｄコンバータ４０２によってアナログの分圧値をデジタルの分圧値に変換することで、その値読み取ることが可能である。ＭＰＵ４１は読み取った値をメモリ（例：ＥＥＰＲＯＭ４０１）に保持しておき、オペアンプ１２０の非反転入力端子に接続されたＤ／ＡポートにＤ／Ａコンバータ４０３を介して出力する。なお、ＭＰＵ４１は、Ｄ／Ａコンバータ４０４を介して制御電圧Ｖｃｏｎｔを出力することができる。実施例３に示した構成は、実施例１及び実施例２の各構成と比較して高価な構成ではあるが、画像形成装置１００のメイン電源をオフにしたとしても掃引開始周波数ｆｉ’を引き継げる利点がある。
【００６３】
さらに、実施例３では、ＭＰＵ４１が分圧値をモニタすることが可能なため、実際に使用されている周波数範囲をモニタしてＥＥＰＲＯＭに格納することができる。したがって、実装されている圧電トランス１０１の個体ごとの共振周波数に応じた適切な初期周波数ｆｉを決定し、初期周波数ｆｉをも可変にすることができる。
【００６４】
図１２を用いて、実装されている圧電トランス１０１に応じた適切な初期周波数の設定方法につい説明する。Ｓ１２０１で、ＭＰＵ４１は、２次転写ローラを回転させるモータの駆動回路（不図示）に対して回転開始を指示する。Ｓ１２０２で、ＭＰＵ４１は、Ｄ／Ａコンバータ４０４から目標電圧相当の値に設定された制御電圧Ｖｃｏｎｔを出力する。これにより、電源装置１０は、高電圧の出力を開始する。ただし、目標電圧相当の値は、画像形成装置１００が使用する電圧のうち最も低い電圧の値とする。Ｓ１２０３で、圧電トランス１０１は駆動周波数の範囲のうちで最も高い駆動周波数から駆動を開始されることとなる。
【００６５】
Ｓ１２０４で、ＭＰＵ４１は、Ａ／Ｄコンバータ４０２を通じて、電圧制御発振器１３０への制御電圧Ｖ２の分圧値をモニタ（測定、計測または監視）する。Ｓ１２０５で、ＭＰＵ４１、モニタした値をＥＥＰＲＯＭ４０１に記憶する。Ｓ１２０６で、Ｄ／Ａコンバータ４０４から０Ｖとの制御電圧Ｖｃｏｎｔを出力することで、電源装置１０からの高電圧の出力を停止する。Ｓ１２０７で、ＭＰＵ４１は、２次転写ローラを回転させるモータの駆動回路（不図示）に対して回転停止を指示する。Ｓ１２０８で、ＭＰＵ４１は、ＥＥＰＲＯＭ４０１から読み出した値をＤ／Ａコンバータ４０３に出力する。これにより、ＥＥＰＲＯＭ４０１から読み出した値に対応した電圧がオペアンプ１２０に印加されることになる。
【００６６】
これにより、電源装置１０が次に高電圧を出力する際には、圧電トランス１０１の初期周波数を、その電源装置における適切な初期周波数に変更することができる。変更後の初期周波数は、共振周波数の固体ばらつきと回路定数のばらつきが反映されている。なお、ＭＰＵ４１は、設計段階で決定された初期周波数をＥＥＰＲＯＭ４０１から読み出して、Ｄ／Ａコンバータ４０３に出力してもよい。これにより、ＭＰＵ４１は、上述した初期化部として機能する。
【００６７】
なお、実施例３の構成は、実施例２と同様に動作することはいうまでもない。実施例２では、Ｄ／Ａコンバータ３０２によって掃引開始周波数に対応した分圧値を保持していたが、実施例３ではＥＥＰＲＯＭ４０１に保持することができる。Ａ／Ｄコンバータ４０２は、電圧制御発振器が出力する信号をアナログ値からデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換器として機能する。また、ＥＥＰＲＯＭ４０１は、出力電圧が目標電圧になっているときのデジタル値を記憶するメモリとして機能している。さらに、Ｄ／Ａコンバータ４０３は、メモリに記憶されているデジタル値をアナログ値に変換するデジタル−アナログ変換器として機能している。
【００６８】
なお、ここでは、メモリの一例としてＥＥＰＲＯＭ４０１を用いたが、フラッシュメモリなど他の不揮発性メモリが採用されてもよい。なお、画像形成装置１００のメイン電源をオフにしたときに掃引開始周波数ｆｉ’を引き継ぐ必要がなければ、ＥＥＰＲＯＭ４０１をＤＲＡＭなどの揮発性のメモリに代えてもよい。
【００６９】
上述した実施では、電子写真方式の画像形成装置に適用される電源装置に本発明を適用した実施例であったため、電源装置１０の出力電圧を高電圧と呼んできた。もちろん、電子写真方式の画像形成装置以外の電子機器の電源装置に本発明を適用してもよい。その場合、電源装置１０の出力電圧を高電圧でなくともよい。
【００７０】
上述した実施例では、周波数掃引方式の電源回路は駆動開始した周波数よりも低周波数側にある領域しか制御領域とすることができない。しかし、本発明は、駆動開始した周波数よりも高周波数側にある領域しか制御領域とすることができない電源回路にも適用できる。さらに、本発明は、周波数を高周波数側でも低周波数側にでも掃引可能な電源回路に適用してもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置であって、
入力された制御電圧に応じた周波数の信号を生成する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器から出力された信号が入力される駆動部と、
前記電圧制御発振器から出力された信号に応じて前記駆動部により駆動される圧電トランスと、
予め定められた初期周波数で前記駆動部による前記圧電トランスの駆動を開始させ、前記電源装置からの出力電圧が予め定められた目標電圧になるように前記制御電圧を通じて前記周波数を掃引する周波数制御部と、
前記出力電圧が前記目標電圧になるときに前記電圧制御発振器が出力する信号の周波数に相当する前記制御電圧を示す情報を保持する保持部と、
前記初期周波数に代えて、前記保持部に保持されている情報に対応した掃引開始周波数を前記周波数制御部に設定する設定部と
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記保持部は、前記制御電圧の電位を保持するサンプルホールド回路であることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記保持部は、
前記電圧制御発振器が出力する信号をアナログ値からデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換器と、
前記デジタル値をアナログ値に変換するデジタル−アナログ変換器と
を備え、
前記デジタル−アナログ変換器は、前記出力電圧が前記目標電圧になっているときの前記デジタル値をラッチして保持することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記保持部は、
前記電圧制御発振器が出力する信号をアナログ値からデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換器と、
前記出力電圧が前記目標電圧になっているときの前記デジタル値を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶されている前記デジタル値をアナログ値に変換するデジタル−アナログ変換器と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記メモリは、不揮発性のメモリであることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記保持部に保持されている情報に対応した周波数とは異なる前記初期周波数で前記駆動部による前記圧電トランスの駆動を開始させるために、前記周波数制御部に設定される周波数を初期化する初期化部をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項７】
画像形成装置であって、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電源装置と、
前記電源装置から電力が供給されることにより記録媒体に画像を形成する画像形成部と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
電源装置であって、
入力された制御電圧に応じた周波数の信号を生成する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器から出力された信号が入力される駆動部と、
前記電圧制御発振器から出力された信号に応じて前記駆動部により駆動される圧電トランスと、
予め定められた初期周波数で前記駆動部による前記圧電トランスの駆動を開始させ、前記電源装置からの出力電圧が予め定められた目標電圧になるように前記制御電圧を通じて前記周波数を掃引する周波数制御部と、
前記出力電圧が前記目標電圧になるときに前記電圧制御発振器が出力する信号の周波数に相当する前記制御電圧を示す情報を保持する保持部と、
前記初期周波数に代えて、前記保持部に保持されている情報に対応した掃引開始周波数を前記周波数制御部に設定する設定部と
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記保持部は、前記制御電圧の電位を保持するサンプルホールド回路であることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記保持部は、
前記電圧制御発振器が出力する信号をアナログ値からデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換器と、
前記デジタル値をアナログ値に変換するデジタル−アナログ変換器と
を備え、
前記デジタル−アナログ変換器は、前記出力電圧が前記目標電圧になっているときの前記デジタル値をラッチして保持することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記保持部は、
前記電圧制御発振器が出力する信号をアナログ値からデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換器と、
前記出力電圧が前記目標電圧になっているときの前記デジタル値を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶されている前記デジタル値をアナログ値に変換するデジタル−アナログ変換器と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記メモリは、不揮発性のメモリであることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記保持部に保持されている情報に対応した周波数とは異なる前記初期周波数で前記駆動部による前記圧電トランスの駆動を開始させるために、前記周波数制御部に設定される周波数を初期化する初期化部をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項７】
画像形成装置であって、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電源装置と、
前記電源装置から電力が供給されることにより記録媒体に画像を形成する画像形成部と
を備え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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１０５４４１（Ｐ２０１２−１０５４４１Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５１２７５（Ｐ２０１０−２５１２７５）
【出願日】平成２２年１１月９日（２０１０．１１．９）
【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５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月９日（２０１０．１１．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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