高圧電源装置およびそれを備えた画像形成装置
【課題】圧電トランスを採用した電源装置において出力電圧の立ち上がり特性を向上させる。
【解決手段】高圧電源装置は、例えば、パルス発生手段、圧電トランス、検出手段、制御手段および記憶手段を備える。パルス発生手段は、制御手段により設定された所定の周波数のパルス信号を発生する。圧電トランスは、パルス信号の周波数に応じて電圧を出力する。検出手段は、圧電トランスの出力電圧を検出する。制御手段は、出力電圧の目標値として設定された目標電圧に出力電圧がなるまで、パルス信号の周波数を順次段階的に増加または減少するようパルス発生手段を制御する。記憶手段は、出力電圧が目標電圧になったときの周波数を示すデータを記憶する。そして、制御手段は、記憶手段に記憶されている周波数の値を用いてパルス発生手段を制御することで出力電圧を目標電圧に維持する。
【解決手段】高圧電源装置は、例えば、パルス発生手段、圧電トランス、検出手段、制御手段および記憶手段を備える。パルス発生手段は、制御手段により設定された所定の周波数のパルス信号を発生する。圧電トランスは、パルス信号の周波数に応じて電圧を出力する。検出手段は、圧電トランスの出力電圧を検出する。制御手段は、出力電圧の目標値として設定された目標電圧に出力電圧がなるまで、パルス信号の周波数を順次段階的に増加または減少するようパルス発生手段を制御する。記憶手段は、出力電圧が目標電圧になったときの周波数を示すデータを記憶する。そして、制御手段は、記憶手段に記憶されている周波数の値を用いてパルス発生手段を制御することで出力電圧を目標電圧に維持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に圧電トランス式の高圧電源装置に係り、その高圧電源装置を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では、数百ボルトを超える電圧（高圧）を生成する高圧電源装置が必要となる。これは、例えば、転写部材に直流のバイアス電圧を印加するためである。従来の高圧電源装置は巻線式の電磁トランスを使用していたが、近年の高圧電源装置は圧電トランス（圧電セラミックトランス）を使用している。
【０００３】
特許文献１は、圧電トランスに入力する周波数を発生させる電圧制御発振回路（ＶＣＯ）を備えた高圧電源装置を示している。圧電トランスは、共振周波数において出力電圧が最大となる特徴を有する。そのため、特許文献１に記載の高圧電源装置は、ＶＣＯから出力される周波数を制御することで圧電トランスの出力電圧を制御している。
【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】
通常、ＶＣＯは、圧電トランスの出力電圧を増加させるために、例えば圧電トランスの周波数を高周波数から低周波数（またはその反対）へ変化させる。また、ＶＣＯは、周波数の変化量を制御することにより出力電圧の立ち上がり時間及び量を制御する。そのため、所望とする電圧が高くなるほど、周波数の変化量が大きくなり、立ち上がり時間が長くなってしまう。例えば、画像形成装置の高圧電源装置においては、立ち上がり時間が長くなると、装置の立ち上げのための時間が長くなり、画像形成のための準備に必要となる時間が長くなる可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、このような課題および他の課題のうち、少なくとも１つを解決することを目的とする。例えば、本発明は、圧電トランスを採用した電源装置において出力電圧の立ち上がり特性を向上させ、立ち上がり時間を短縮することを目的とする。なお、他の課題については明細書の全体を通して理解できよう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の高圧電源装置は、請求項の記載にあわせてください。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、圧電トランスを採用した電源装置において出力電圧の立ち上がり特性を向上させ、立ち上がり時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例に係る圧電トランス式高圧電源を示すブロック図である。
【図２】実施例に係る各主信号を示すシーケンス図である。
【図３】圧電トランスの周波数に対する出力電圧の特性を示す図である。
【図４】圧電トランスの周波数に対する出力電圧の特性において、目標電圧がスプリアス周波数の発生する範囲になる例を示す図である。
【図５】負荷変動の発生前後における圧電トランスの周波数に対する出力電圧の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、本発明の実施例１について説明する。本発明では、圧電トランスに送るパルス信号の周波数を順次段階的に切り替えて行き、各周波数について圧電トランスが出力する電圧を検出し、検出された電圧が予め定めた目標電圧に一致したときの周波数を決定する。この動作をスイープ動作（探索動作）と呼ぶことにする。ちなみに、目標電圧は、高圧電源装置によって電圧を供給される負荷が必要とする電圧である。カラーレーザプリンタなどの画像形成装置であれば、対象となる負荷は、像担持体を帯電する帯電部や像担持体に形成された潜像を現像する現像部、また、像担持体に形成された現像剤像を記録紙に転写する転写部である。そして、これらの負荷に出力する高電圧は、帯電バイアス、現像バイアス、転写バイアスに相当する。なお、画像形成装置は、たとえば、プリンタエンジンと呼ばれる画像形成手段を備えている。電子写真方式の画像形成手段は、一般に、像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、静電潜像を現像する現像手段と、トナー像を転写材に転写する転写手段と、トナー像を転写材に加熱定着させる定着手段とを備えている。
【００１１】
図１は、本実施例における高圧電源装置１００の一例を示す図である。ＤＣコントローラ１２０は、直流（ＤＣ）の負荷への供給を制御するための制御ユニットであり、主にＡＳＩＣ１３０とＣＰＵ１４０によって構成されている。ＡＳＩＣは特定用途向け集積回路の略称（Application Specific Integrated Circuit）である。圧電トランス１０１は、パルス信号の周波数に応じた電圧を出力する。
【００１２】
圧電トランス１０１は、ＡＳＩＣ１３０から供給されたパルス信号の周波数に応じた電圧を出力する。一般に、高圧電源装置では、圧電トランス１０１に接続した電圧制御発振器（ＶＣＯ）を含むアナログ回路からの発振されるパルスの発振周波数により圧電トランス１０１の出力電圧が制御される。とりわけ、ＶＣＯは、周波数の変化量を制御することにより出力電圧の立ち上がり量と時間を制御する。そのため、所望とする電圧が高くなるほど、立ち上がり時間が長くなってしまう。一方、実施例１では、ＡＳＩＣ１３０がパルス信号を生成して圧電トランス１０１へ供給する。このように、周波数発生部や制御部をデジタル回路により構成すれば、出力電圧の立ち上がり時間を短縮することが可能となる。
【００１３】
ＡＳＩＣ１３０は、圧電トランス１０１から出力された電圧を検知するように、フィードバック制御回路を構成している。ＡＳＩＣ１３０は、ＣＰＵ１４０から出力される目標電圧値を取得し、取得した目標電圧値に応じた周波数のパルス信号を圧電トランス１０１へ供給する。ＡＳＩＣ１３０から出力されたパルス信号は、トランジスタ１１１のベース端子（ゲート端子）に入力される。トランジスタ１１１のコレクタ端子（ドレイン端子）はインダクタ１１２を介して正電源電圧Ｖｃｃに接続されている。トランジスタ１１１のエミッタ端子（ソース端子）は接地されている。トランジスタ１１１のコレクタ端子は、圧電トランス１０１の１次側端子にも接続されている。圧電トランス１０１の１次側端子は容量を有している。ＡＳＩＣ１３０から供給されたパルス信号にしたがってトランジスタ１１１はスイッチング動作し、インダクタ１１２及び１次側端子は容量によるＬＣ共振回路によって入力電圧を昇圧して高電圧を発生させる。この高電圧は、圧電トランス１０１の一次側にパルス信号として供給される。圧電トランス１０１は一次側に供給されたパルス信号に応じて振動し、２次側に圧電トランス１０１のサイズに応じた昇圧比で増幅した交流電圧を発生させる。
【００１４】
圧電トランス１０１の後段には整流部が接続されている。すなわち、圧電トランス１０１の出力端子は、整流用のダイオード１０２のカソード端子と、整流用のダイオード１０３のアノード端子とに接続されている。平滑用のコンデンサ１０４の一端は、ダイオード１０３のカソード端子に接続され、かつ、接地されている。平滑用のコンデンサ１０４の他端は接地されている。ダイオード１０２、１０３は整流回路を形成している。よって、圧電トランス１０１の出力端子から出力された交流電圧は、この整流回路およびコンデンサ１０４によって正電圧に整流平滑され、出力端子１１３を通じて負荷に供給される。
【００１５】
圧電トランス１０１の出力電圧を検出するために電圧検出部が設けられている。電圧検出部の構成は以下の通りである。出力端子１１３は、抵抗器１０５の一端と接続されている。抵抗器１０５の他端は、抵抗器１０７の一端と、抵抗器１０８の一端とに接続されている。抵抗器１０８の他端は基準電圧を供給する基準電圧源（例：＋５Ｖ）に接続されている。抵抗器１０７の他端は接地されている。抵抗器１０８の他端はさらにＡＳＩＣ１３０の入力端子（Ａ／Ｄコンバータ１３５）に接続されている。つまり、出力電圧は、抵抗器１０５、１０７によって分圧され、分圧後の電圧が抵抗器１０８を介してＡＳＩＣ１３０へ入力される。このように抵抗器１０５、１０７は、電圧検出回路を形成している。なお、抵抗器１０８も電圧検出回路の一部と考えてもよい。この電圧検出回路は圧電トランスの出力電圧を検出する手段の一例である。
【００１６】
次に、ＡＳＩＣ１３０の内部構成について説明する。レジスタ１３１はＣＰＵ１４０から送られてくるデータを格納する。計測開始信号生成ブロック１３２はレジスタ１３１からのデータ（ＣＰＵ１４０が設定した値）をもとにスイープ動作を開始するための開始信号を生成する。タイミング信号生成ブロック１３３は計測開始信号生成ブロック１３２から送られてくる開始信号をスタートとし、圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数を段階的に切り替えるための契機（トリガ）を示すタイミング信号を生成する。周波数生成ブロック１３４は所定の周波数のパルス信号を発生するパルス発生手段の一例である。周波数生成ブロック１３４はタイミング信号生成ブロック１３３から送られてくるタイミング信号をもとに圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数を切り替えながらパルス信号を生成するブロックである。Ａ／Ｄコンバータ１３５はアナログ信号をデジタル信号に変換する。なお、デジタル変換された値は、レジスタ１３１に格納される。電圧値比較ブロック１３６はレジスタ１３１に格納されているデジタル値と目標電圧値との比較及び差分を演算し、次に圧電トランス１０１に送るべき周波数を周波数生成ブロック１３４に指示するブロックである。本実施例では、電圧値比較ブロック１３６は出力電圧の目標値として設定された目標電圧を出力電圧が横切るようになるまで、パルス信号の周波数を順次段階的に増加または減少するようパルス発生手段を制御する制御手段として機能する。なお、目標電圧を出力電圧が横切るパターンは二通りある。１つ目は目標電圧を出力電圧が上回る（超える）パターンであり、２つ目は目標電圧を出力電圧が下回るパターンである。
【００１７】
図２（ａ）において、ｉ）は計測開始信号生成ブロック１３２の出力信号である。ｉｉ）はタイミング信号生成ブロック１３３の出力信号である。ｉｉｉ）は周波数生成ブロック１３４が出力するパルス信号の周波数である。ｉｖ）はＡ／Ｄコンバータ１３５が生成するデジタル信号を示している。ちなみに、ｉｖ）に関しては、ＶＡ＜ＶＢ＜ＶＣ＜ＶＤの関係が成り立つものとする。
【００１８】
ＣＰＵ１４０が、レジスタ１３１に計測を開始させるためのデータを設定する。レジスタ１３１にこのデータが設定されると、計測開始信号生成ブロック１３２は、タイミング信号生成ブロック１３３に図２（ａ）のｉ）で示した計測開始信号を与える。タイミング信号生成ブロック１３３は、計測開始信号の立ち上がりに反応し、圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数を切り替えるためのタイミング信号を周波数生成ブロック１３４に送る。タイミング信号は、ｉｉ）に示した通りである。タイミング信号生成ブロック１３３が生成する切り替えタイミング信号の発生間隔ｔ１は、ＣＰＵ１４０がレジスタ１３１に設定した値を用いる。周波数生成ブロック１３４は、タイミング信号生成ブロック１３３から送られてくるタイミング信号をもとに図２（ａ）で示すｉｉｉ）のように初期周波数（例：１５０ＫＨｚ）からスイープ動作を開始する。以降、周波数生成ブロック１３４は、タイミング信号の立ち上がりを検出するために、順次段階的に周波数を所定の変更幅（変化量とも呼ばれる、本例：１０ＫＨｚ）ずつ増加または減少させてゆく。図２（ａ）に示した例では増加させている。初期周波数である１５０ＫＨｚは、ＣＰＵ１４０がレジスタ１３１に格納した値である。変化幅である１０ＫＨｚは、電圧値比較ブロック１３６が決定する。
【００１９】
圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数を切り替えていくと、圧電トランス１０１が出力する電圧も徐々に変化する。図２（ａ）のｉｖ）が示すように、圧電トランス１０１から出力される電圧が変わってくることにより、Ａ／Ｄコンバータ１３５からのデジタル値も変わってくる。出力電圧を示すデジタル値は、レジスタ１３１に格納される。ＣＰＵ１４０により設定された目標電圧を出力電圧が超えていないかどうかを判定するために、電圧値比較ブロック１３６が出力電圧の値と目標電圧の値とを比較する。
【００２０】
次に、出力電圧が目標電圧を超えたときのＲＡＭ１４１への周波数記録について説明する。スイープ動作が開始されると、目標電圧を出力電圧が超えたと判定するまで、電圧値比較ブロック１３６は、段階的に所定の変化量でパルス信号の周波数を増加または減少させるよう周波数生成ブロック１３４を制御する。レジスタ１３１に格納された出力電圧の値が目標電圧値を超えたと判断すると、電圧値比較ブロック１３６は、周波数生成ブロック１３４がそのとき出力している周波数をレジスタ１３１に読み込むための信号をレジスタ１３１に出力する。周波数生成ブロック１３４は、レジスタ１３１に設定された周波数読み込み信号をもとに、現在、圧電トランス１０１に送っているパルス信号の周波数の値をレジスタ１３１に書き込む。ＣＰＵ１４０は、レジスタ１３１に書き込まれた周波数の値をＲＡＭ１４１に格納する。このように、レジスタ１３１やＲＡＭ１４１は出力電圧が目標電圧に到達したことに応じて、そのときの周波数を示すデータを記憶する記憶手段として機能する。
【００２１】
本実施例では、出力電圧が目標電圧を超えたときの周波数の値をＲＡＭ１４１に格納しているが、レジスタ１３１にそのまま保持しておいてもよい。ＲＡＭ１４１に周波数の値を格納すると、計測開始信号生成ブロック１３２は、ｉ）が示す計測開始信号を立ち下げる。これにより、スイープ動作が終了する。スイープ動作は、電源投入時やＣＰＵ１４０が必要と判断したときに実施される。
【００２２】
図３は圧電トランス１０１の周波数に対する出力電圧の特性を示している。出力電圧は、共振周波数ｆ０で最大となる。よって、ｆ０未満の周波数領域では周波数を増加させると出力電圧も増加するが、ｆ０を超える周波数領域では周波数を減少させると出力電圧が増加する。つまり、左半分の領域では、初期周波数ｆ１から段階的に周波数を増加させてゆき、目標電圧値ＶＴを横切った（上回った）ときの周波数ｆ２がＲＡＭ１４１に格納される。一方、右半分の領域では、初期周波数ｆ１’から段階的に周波数を減少させてゆき、目標電圧値ＶＴを横切った（下回った）ときの周波数ｆ２’がＲＡＭ１４１に格納される。ない、圧電トランスからの出力電圧の周波数を変更することによって制御する方式においては、共振周波数ｆ０以外でも共振するポイントが発生する。このｆ０以外の共振点における周波数をスプリアス周波数という。このスプリアス周波数が存在するために、この基本特性が当てはまらない領域も存在する。なお、スプリアス周波数を回避する方法については、実施例２において詳述する。
【００２３】
次に、ＲＡＭ１４１に記憶された周波数の値をもとに目標電圧を出力する構成について図１及び図２（ｂ）を用いて説明する。なお、説明の便宜上、図２（ｂ）においては、ＶＥ＞ＶＦ、ＶＦ＜ＶＨ，ＶＨ＞ＶＩの関係が成り立つものと仮定する。
図２（ｂ）において、ｖ）はタイミング信号生成ブロック１３３が生成するタイミング信号を示している。ｖｉ）は周波数生成ブロック１３４が生成する、圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数を示している。ｖｉｉ）はＡ／Ｄコンバータ１３５が出力する、圧電トランス１０１の出力電圧を示すデジタル値を示している。
【００２４】
ＲＡＭ１４１に格納されている周波数（例：２００ＫＨｚ）を初期値とする。初期値は、出力電圧が目標電圧を超えたときの周波数に相当する。よって、電圧値比較ブロック１３６は、出力電圧が目標電圧を超えたときの周波数から順次段階的に周波数を減少または増加させることで、出力電圧が目標電圧に一致するときの周波数の値を探索する。図２（ｂ）のｖ）のタイミング信号に同期して、図２（ｂ）のｖｉ）のように、周波数生成ブロック１３４は、周波数を例えば２００ＫＨｚから１９０ＫＨｚへ減少させる。そのときのＡ／Ｄコンバータ１３５からのデジタル値は２００ＫＨｚのときに検出された電圧値ＶＥから電圧値ＶＦに低下する。つまり、目標電圧ＶＴよりも高い電圧に対応した周波数が初期値に設定されているため、周波数を低く変更することで出力電圧を目標電圧に近づける。
【００２５】
電圧値比較ブロック１３６は、電圧値ＶＦが目標電圧ＶＴと一致したかどうかを判定する。ここでは、目標電圧ＶＴよりも出力電圧が小さくなったと仮定する。目標電圧ＶＴよりも出力電圧が小さいため、電圧値比較ブロック１３６は、周波数生成ブロック１３４に周波数を増加するように命令する。つまり、周波数の変化は減少から増加に転じることになる。周波数生成ブロック１３４は、１９０ＫＨｚだった周波数を１９５ＫＨｚに変更する。なお、ここでの変更幅はスイープ動作における変更幅よりも小さく設定されている。これは、目標電圧を達成するための周波数を探索するためには、微調整が必要だからである。このように、周波数生成ブロック１３４は、出力電圧が目標電圧に一致するときの周波数の値を探索するためにパルス信号の周波数を減少から増加または増加から減少に転じるときに、周波数の段階的な変更幅を小さくする。
【００２６】
圧電トランス１０１からの出力電圧は、図２（ｂ）のｖｉｉ）が示すように、電圧値ＶＦから電圧値ＶＨへと上昇する。電圧値ＶＨが目標電圧ＶＴと一致しているかどうかを、再度、電圧値比較ブロック１３６が判定する。ここでは、目標電圧ＶＴよりも出力電圧が大きくなったと仮定する。
【００２７】
この場合、電圧値比較ブロック１３６は、周波数生成ブロック１３４に周波数を減少させるように命令する。これは、出力電圧を低下させるためである。周波数生成ブロック１３４は、周波数を増加から減少へ転じるため、変化幅をより小さく設定する。例えば、周波数生成ブロック１３４は、１９５ＫＨｚだった周波数を１９２ＫＨｚに変更する。変化幅は５ｋＨｚから３ｋＨｚへと小さくなっている。
【００２８】
これにより圧電トランス１０１からの出力電圧は、図２（ｂ）のｖｉｉ）が示すように電圧値ＶＨから電圧値ＶＩへと低下する。電圧値ＶＩが目標電圧ＶＴと一致しているかどうかを電圧値比較ブロック１３６が判定する。ここでは、目標電圧ＶＴ＝ＶＩであるため、両者は一致していると判定される。電圧値比較ブロック１３６は、１９２ＫＨｚの周波数でパルス信号を出力し続けるよう、周波数生成ブロック１３４に命令する。
【００２９】
このように、電圧値比較ブロック１３６は、記憶手段に記憶されているデータを用いてパルス発生手段を制御することで出力電圧を目標電圧に維持する。すなわち、電源投入時等にスイープ動作を実行して決定した、目標電圧を達成するための周波数の値がＲＡＭ１４１に格納され、この値を用いて目標電圧が達成される。よって、圧電トランス１０１の出力電圧の立ち上がり時間を従来よりも短縮させることができる。
【００３０】
次に、本発明の実施例２を説明する。
【００３１】
本実施例では、上述したスプリアス周波数の影響を回避する方法を提案する。目標電圧が低電圧であると、図４が示すように、圧電トランス１０１の構造上の特性によりスプリアス周波数が発生する。例えば、低電圧に対応した初期周波数のパルス信号を圧電トランス１０１に入力すると、圧電トランス１０１は、目標電圧よりも高い電圧を出力することがある。よって、スプリアス周波数の発生を検知し、この影響を回避して、目標電圧を達成するための周波数をＲＡＭ１４１に格納しなければならない。実施例２では、とりわけ、一度、目標電圧より出力電圧も小さくなったことを検知した後に、出力電圧が目標電圧よりも大きくなるまでスイープ動作を実行することで、この課題を解決する。
【００３２】
図４によれば、圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数を変化させた場合の圧電トランス１０１が出力する電圧を示している。ｆＡ１は、スイープ動作が開始するための初期周波数を表す。図４によれば、ｆＡ１はスプリアス周波数領域に属してしまっている。ＶＯ１は、初期周波数に対して圧電トランス１０１が出力する電圧値を表す。ＶＯ２は、目標電圧値を表す。ｆＡ２は、目標電圧値に対して圧電トランス１０１に送られるべきパルス信号の周波数を表す。ｆＡ３は、圧電トランス１０１からの出力電圧の電圧値が目標電圧値を下回ったときに圧電トランス１０１に送られているパルス信号の周波数を表す。ｆＡ４は、圧電トランス１０１からの出力電圧の電圧値が目標電圧値ＶＯ２を超えたときの圧電トランス１０１に送られているパルス信号の周波数を表す。
【００３３】
ＣＰＵ１４０からレジスタ１３１にスイープ動作の開始を示すデータが設定されると、計測開始信号生成ブロック１３２はタイミング信号生成ブロック１３３に計測開始信号を送出する。計測開始信号が入力されると、タイミング信号生成ブロック１３３は、タイミング信号を生成して周波数生成ブロック１３４に送る。周波数生成ブロック１３４は、タイミング信号を受信するごとに、パルス信号の周波数を段階的に切り替える。周波数生成ブロック１３４の初期周波数ｆＡ１は、ＣＰＵ１４０がレジスタ１３１に設定した値である。実施例１と同様に、ＣＰＵ１４０は、負荷に必要な電圧に応じて初期周波数ｆＡ１を決定する。周波数生成ブロック１３４は、設定された初期周波数ｆＡ１のパルス信号を生成して出力する。初期周波数ｆＡ１の場合、図４に示すように圧電トランス１０１が出力する電圧値はＶＯ１である。よって、電圧値比較ブロック１３６は、電圧値ＶＯ１は目標電圧値ＶＯ２よりも大きいと判定する。電圧値比較ブロック１３６は、初期の電圧値ＶＯ１が目標電圧値ＶＯ２よりも大きいことを示すデータをレジスタ１３１に書き込む。このように、電圧値比較ブロック１３６は、パルス発生手段に初期の周波数である初期周波数を設定したときに検出手段により検出された初期電圧が目標電圧を超えているかどうかを判定する判定手段として機能する。
【００３４】
レジスタ１３１に書き込まれた値をＣＰＵ１４０が検知する。ＣＰＵ１４０は、目標電圧値ＶＯ２よりも小さい電圧値に一旦なった後に目標電圧値ＶＯ２よりも大きい電圧値が出力されるまで、圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数を切り替えるよう、周波数生成ブロック１３４に命令する。すなわち、ＣＰＵ１４０は、出力電圧が目標電圧を下回るまで、初期周波数から順次段階的にパルス信号の周波数を減少または増加するようパルス発生手段を制御する手段として機能する。さらに、ＣＰＵ１４０は、出力電圧が目標電圧を下回ったことを確認すると、出力電圧が目標電圧を超えるようになるまで、周波数から順次段階的にパルス信号の周波数を増加または減少するようパルス発生手段を制御する手段としても機能する。
【００３５】
周波数生成ブロック１３４は、目標電圧値ＶＯ２よりも小さい電圧値になるまで、圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数をタイミング信号生成ブロック１３３から送られてくるタイミング信号をもとに段階的に切り替えていく。この例では、段階的に周波数が減少してゆく。その結果、周波数がｆＡ３になったところで、目標電圧値ＶＯ２よりも出力電圧値が小さくなる。電圧値比較ブロック１３６が、目標電圧値ＶＯ２よりも出力電圧値が小さくなったことを検知すると、さらに、周波数を減少させてゆく。電圧値比較ブロック１３６が、目標電圧値ＶＯ２よりも出力電圧値が大きくなったことを検知すると、周波数生成ブロック１３４は、周波数の切り替えを減少から増加へと転じる。出力電圧が目標電圧以下になったと電圧値比較ブロック１３６が判定するまで、周波数生成ブロック１３４は、パルス信号の周波数を段階的に切り替えていく。なお、減少から増加へと転じたときに、周波数の変更幅を１０ｋＨｚから５ｋＨｚにするなど、変更幅をより小さくすることで、周波数の微調整を実現してもよい。
【００３６】
出力電圧が再び目標電圧以下になったことを電圧値比較ブロック１３６が検知すると、周波数生成ブロック１３４は、そのときの周波数ｆＡ４をレジスタ１３１に書き込む。ＣＰＵ１４０は、周波数ｆＡ４の値をＲＡＭ１４１へ記憶する。なお、周波数記録処理やＲＡＭ１４１に記憶された周波数の値をもとに継続的に目標電圧を出力する構成については、実施例１と同じであるため、説明を省略する。
【００３７】
このように、実施例２によれば、スプリアス周波数の影響を回避して、低電圧を精度良く出力することが可能となる。
【００３８】
次に、実施例３について説明する。実施例３では、負荷変動があった場合に圧電トランス１０１が出力する電圧値が変わってしまうといった課題を解決する方法について説明する。つまり、実施例３では、負荷変動を検出すると、スイープ動作を再度実行することで、この課題を解決する。
【００３９】
図５は負荷変動の発生する前後における圧電トランス１０１の出力電圧値と圧電トランス１０１の周波数との関係を示した図である。周波数特性カーブＣ１は、負荷変動が起こる前の周波数特性を示している。周波数特性カーブＣ２は、負荷変動後の周波数特性を示している。ｆＢ０は、負荷変動前の目標電圧に対するパルス信号の周波数である。ＶＯ３は、負荷変動前の周波数ｆＢ０に対する出力電圧値である。ＶＯ４は、負荷変動後の周波数ｆＢ０に対する出力電圧値である。ｆＢ１は、負荷変動があった場合にＣＰＵ１４０が初期値として設定するパルス信号の周波数である。ＶＯ５は、周波数ｆＢ１に対応した出力電圧値である。
【００４０】
ＣＰＵ１４０は、高圧電源装置に対する負荷の変動を検知する負荷検知手段として機能する。ＣＰＵ１４０は、例えば、負荷から直接的に検出するか、または、周波数と出力電圧との関係が崩れたことを検出することで、負荷の変動を検出する。負荷変動が検出されると、ＣＰＵ１４０は、スイープ動作を再度実行する。スイープ動作をやり直す場合、ＲＡＭ１４１に記憶してある周波数ｆＢ０を参考にして実施する。すなわち、ＣＰＵ１４０は、ＲＡＭ１４１に記憶されている周波数ｆＢ０をレジスタ１３１に設定する。周波数生成ブロック１３４は、レジスタ１３１に設定された周波数ｆＢ０にしたがってパルス信号を出力する。周波数ｆＢ０を送ったときに圧電トランス１０１が出力する電圧値ＶＯ４をもとに、ＣＰＵ１４０は、次に出力させる周波数を決定する。
【００４１】
例えば、図５に示したような負荷変動が起きた場合、出力電圧が負荷変動前より低下しているため、ＣＰＵ１４０は、出力電圧を上昇させるよう周波数を低下させる。すなわち、ＣＰＵ１４０は、レジスタ１３１に周波数ｆＢ１を設定する。周波数生成ブロック１３４は、周波数ｆＢ１のパルス信号を生成して圧電トランス１０１へ出力する。圧電トランス１０１は、図５に示すように、電圧値ＶＯ５の電圧を出力する。この後は、実施例１と同様に目標電圧値ＶＯ３以上の電圧を超えたときの周波数をＲＡＭ１４１に記憶する。
【００４２】
実施例３によれば、ＣＰＵ１４０などは、負荷の変動が検知されると、再度、出力電圧が目標電圧を超えるようになるまで、パルス信号の周波数を順次段階的に増加または減少するようパルス発生手段を制御する。これにより、出力電圧が目標電圧に一致するときの周波数の値が探索される。よって、負荷変動が起きた場合でも、早い段階で目標電圧を回復することができる。
【００４３】
なお、上記の電源装置は、例えば、画像形成装置の電源装置として採用可能である。電子写真方式の画像形成装置は、像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段（例：帯電ローラや露光装置）と、静電潜像をトナー像へ現像する現像手段（例：現像ローラ）と、トナー像を転写材に転写する転写手段（例：転写ローラ）と、トナー像を転写部材に加熱定着させる定着手段（例：定着ローラや加圧ローラ）とを備えている。とりわけ、上記の電源装置は、像担持体へ印加される帯電バイアス、現像手段に印加される現像バイアスおよび転写手段に印加される転写バイアスの少なくとも１つを供給する。電源装置における制御速度が向上すれば、画像形成装置における起動から1枚目の記録媒体に画像を形成して排出するまでの時間も短縮できよう。
【００４４】
なお、上記の実施例１乃至３で説明したＡＳＩＣ１３０をＩＣ化して構成することもできる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に圧電トランス式の高圧電源装置に係り、その高圧電源装置を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では、数百ボルトを超える電圧（高圧）を生成する高圧電源装置が必要となる。これは、例えば、転写部材に直流のバイアス電圧を印加するためである。従来の高圧電源装置は巻線式の電磁トランスを使用していたが、近年の高圧電源装置は圧電トランス（圧電セラミックトランス）を使用している。
【０００３】
特許文献１は、圧電トランスに入力する周波数を発生させる電圧制御発振回路（ＶＣＯ）を備えた高圧電源装置を示している。圧電トランスは、共振周波数において出力電圧が最大となる特徴を有する。そのため、特許文献１に記載の高圧電源装置は、ＶＣＯから出力される周波数を制御することで圧電トランスの出力電圧を制御している。
【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】
通常、ＶＣＯは、圧電トランスの出力電圧を増加させるために、例えば圧電トランスの周波数を高周波数から低周波数（またはその反対）へ変化させる。また、ＶＣＯは、周波数の変化量を制御することにより出力電圧の立ち上がり時間及び量を制御する。そのため、所望とする電圧が高くなるほど、周波数の変化量が大きくなり、立ち上がり時間が長くなってしまう。例えば、画像形成装置の高圧電源装置においては、立ち上がり時間が長くなると、装置の立ち上げのための時間が長くなり、画像形成のための準備に必要となる時間が長くなる可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、このような課題および他の課題のうち、少なくとも１つを解決することを目的とする。例えば、本発明は、圧電トランスを採用した電源装置において出力電圧の立ち上がり特性を向上させ、立ち上がり時間を短縮することを目的とする。なお、他の課題については明細書の全体を通して理解できよう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の高圧電源装置は、請求項の記載にあわせてください。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、圧電トランスを採用した電源装置において出力電圧の立ち上がり特性を向上させ、立ち上がり時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例に係る圧電トランス式高圧電源を示すブロック図である。
【図２】実施例に係る各主信号を示すシーケンス図である。
【図３】圧電トランスの周波数に対する出力電圧の特性を示す図である。
【図４】圧電トランスの周波数に対する出力電圧の特性において、目標電圧がスプリアス周波数の発生する範囲になる例を示す図である。
【図５】負荷変動の発生前後における圧電トランスの周波数に対する出力電圧の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、本発明の実施例１について説明する。本発明では、圧電トランスに送るパルス信号の周波数を順次段階的に切り替えて行き、各周波数について圧電トランスが出力する電圧を検出し、検出された電圧が予め定めた目標電圧に一致したときの周波数を決定する。この動作をスイープ動作（探索動作）と呼ぶことにする。ちなみに、目標電圧は、高圧電源装置によって電圧を供給される負荷が必要とする電圧である。カラーレーザプリンタなどの画像形成装置であれば、対象となる負荷は、像担持体を帯電する帯電部や像担持体に形成された潜像を現像する現像部、また、像担持体に形成された現像剤像を記録紙に転写する転写部である。そして、これらの負荷に出力する高電圧は、帯電バイアス、現像バイアス、転写バイアスに相当する。なお、画像形成装置は、たとえば、プリンタエンジンと呼ばれる画像形成手段を備えている。電子写真方式の画像形成手段は、一般に、像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、静電潜像を現像する現像手段と、トナー像を転写材に転写する転写手段と、トナー像を転写材に加熱定着させる定着手段とを備えている。
【００１１】
図１は、本実施例における高圧電源装置１００の一例を示す図である。ＤＣコントローラ１２０は、直流（ＤＣ）の負荷への供給を制御するための制御ユニットであり、主にＡＳＩＣ１３０とＣＰＵ１４０によって構成されている。ＡＳＩＣは特定用途向け集積回路の略称（Application Specific Integrated Circuit）である。圧電トランス１０１は、パルス信号の周波数に応じた電圧を出力する。
【００１２】
圧電トランス１０１は、ＡＳＩＣ１３０から供給されたパルス信号の周波数に応じた電圧を出力する。一般に、高圧電源装置では、圧電トランス１０１に接続した電圧制御発振器（ＶＣＯ）を含むアナログ回路からの発振されるパルスの発振周波数により圧電トランス１０１の出力電圧が制御される。とりわけ、ＶＣＯは、周波数の変化量を制御することにより出力電圧の立ち上がり量と時間を制御する。そのため、所望とする電圧が高くなるほど、立ち上がり時間が長くなってしまう。一方、実施例１では、ＡＳＩＣ１３０がパルス信号を生成して圧電トランス１０１へ供給する。このように、周波数発生部や制御部をデジタル回路により構成すれば、出力電圧の立ち上がり時間を短縮することが可能となる。
【００１３】
ＡＳＩＣ１３０は、圧電トランス１０１から出力された電圧を検知するように、フィードバック制御回路を構成している。ＡＳＩＣ１３０は、ＣＰＵ１４０から出力される目標電圧値を取得し、取得した目標電圧値に応じた周波数のパルス信号を圧電トランス１０１へ供給する。ＡＳＩＣ１３０から出力されたパルス信号は、トランジスタ１１１のベース端子（ゲート端子）に入力される。トランジスタ１１１のコレクタ端子（ドレイン端子）はインダクタ１１２を介して正電源電圧Ｖｃｃに接続されている。トランジスタ１１１のエミッタ端子（ソース端子）は接地されている。トランジスタ１１１のコレクタ端子は、圧電トランス１０１の１次側端子にも接続されている。圧電トランス１０１の１次側端子は容量を有している。ＡＳＩＣ１３０から供給されたパルス信号にしたがってトランジスタ１１１はスイッチング動作し、インダクタ１１２及び１次側端子は容量によるＬＣ共振回路によって入力電圧を昇圧して高電圧を発生させる。この高電圧は、圧電トランス１０１の一次側にパルス信号として供給される。圧電トランス１０１は一次側に供給されたパルス信号に応じて振動し、２次側に圧電トランス１０１のサイズに応じた昇圧比で増幅した交流電圧を発生させる。
【００１４】
圧電トランス１０１の後段には整流部が接続されている。すなわち、圧電トランス１０１の出力端子は、整流用のダイオード１０２のカソード端子と、整流用のダイオード１０３のアノード端子とに接続されている。平滑用のコンデンサ１０４の一端は、ダイオード１０３のカソード端子に接続され、かつ、接地されている。平滑用のコンデンサ１０４の他端は接地されている。ダイオード１０２、１０３は整流回路を形成している。よって、圧電トランス１０１の出力端子から出力された交流電圧は、この整流回路およびコンデンサ１０４によって正電圧に整流平滑され、出力端子１１３を通じて負荷に供給される。
【００１５】
圧電トランス１０１の出力電圧を検出するために電圧検出部が設けられている。電圧検出部の構成は以下の通りである。出力端子１１３は、抵抗器１０５の一端と接続されている。抵抗器１０５の他端は、抵抗器１０７の一端と、抵抗器１０８の一端とに接続されている。抵抗器１０８の他端は基準電圧を供給する基準電圧源（例：＋５Ｖ）に接続されている。抵抗器１０７の他端は接地されている。抵抗器１０８の他端はさらにＡＳＩＣ１３０の入力端子（Ａ／Ｄコンバータ１３５）に接続されている。つまり、出力電圧は、抵抗器１０５、１０７によって分圧され、分圧後の電圧が抵抗器１０８を介してＡＳＩＣ１３０へ入力される。このように抵抗器１０５、１０７は、電圧検出回路を形成している。なお、抵抗器１０８も電圧検出回路の一部と考えてもよい。この電圧検出回路は圧電トランスの出力電圧を検出する手段の一例である。
【００１６】
次に、ＡＳＩＣ１３０の内部構成について説明する。レジスタ１３１はＣＰＵ１４０から送られてくるデータを格納する。計測開始信号生成ブロック１３２はレジスタ１３１からのデータ（ＣＰＵ１４０が設定した値）をもとにスイープ動作を開始するための開始信号を生成する。タイミング信号生成ブロック１３３は計測開始信号生成ブロック１３２から送られてくる開始信号をスタートとし、圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数を段階的に切り替えるための契機（トリガ）を示すタイミング信号を生成する。周波数生成ブロック１３４は所定の周波数のパルス信号を発生するパルス発生手段の一例である。周波数生成ブロック１３４はタイミング信号生成ブロック１３３から送られてくるタイミング信号をもとに圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数を切り替えながらパルス信号を生成するブロックである。Ａ／Ｄコンバータ１３５はアナログ信号をデジタル信号に変換する。なお、デジタル変換された値は、レジスタ１３１に格納される。電圧値比較ブロック１３６はレジスタ１３１に格納されているデジタル値と目標電圧値との比較及び差分を演算し、次に圧電トランス１０１に送るべき周波数を周波数生成ブロック１３４に指示するブロックである。本実施例では、電圧値比較ブロック１３６は出力電圧の目標値として設定された目標電圧を出力電圧が横切るようになるまで、パルス信号の周波数を順次段階的に増加または減少するようパルス発生手段を制御する制御手段として機能する。なお、目標電圧を出力電圧が横切るパターンは二通りある。１つ目は目標電圧を出力電圧が上回る（超える）パターンであり、２つ目は目標電圧を出力電圧が下回るパターンである。
【００１７】
図２（ａ）において、ｉ）は計測開始信号生成ブロック１３２の出力信号である。ｉｉ）はタイミング信号生成ブロック１３３の出力信号である。ｉｉｉ）は周波数生成ブロック１３４が出力するパルス信号の周波数である。ｉｖ）はＡ／Ｄコンバータ１３５が生成するデジタル信号を示している。ちなみに、ｉｖ）に関しては、ＶＡ＜ＶＢ＜ＶＣ＜ＶＤの関係が成り立つものとする。
【００１８】
ＣＰＵ１４０が、レジスタ１３１に計測を開始させるためのデータを設定する。レジスタ１３１にこのデータが設定されると、計測開始信号生成ブロック１３２は、タイミング信号生成ブロック１３３に図２（ａ）のｉ）で示した計測開始信号を与える。タイミング信号生成ブロック１３３は、計測開始信号の立ち上がりに反応し、圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数を切り替えるためのタイミング信号を周波数生成ブロック１３４に送る。タイミング信号は、ｉｉ）に示した通りである。タイミング信号生成ブロック１３３が生成する切り替えタイミング信号の発生間隔ｔ１は、ＣＰＵ１４０がレジスタ１３１に設定した値を用いる。周波数生成ブロック１３４は、タイミング信号生成ブロック１３３から送られてくるタイミング信号をもとに図２（ａ）で示すｉｉｉ）のように初期周波数（例：１５０ＫＨｚ）からスイープ動作を開始する。以降、周波数生成ブロック１３４は、タイミング信号の立ち上がりを検出するために、順次段階的に周波数を所定の変更幅（変化量とも呼ばれる、本例：１０ＫＨｚ）ずつ増加または減少させてゆく。図２（ａ）に示した例では増加させている。初期周波数である１５０ＫＨｚは、ＣＰＵ１４０がレジスタ１３１に格納した値である。変化幅である１０ＫＨｚは、電圧値比較ブロック１３６が決定する。
【００１９】
圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数を切り替えていくと、圧電トランス１０１が出力する電圧も徐々に変化する。図２（ａ）のｉｖ）が示すように、圧電トランス１０１から出力される電圧が変わってくることにより、Ａ／Ｄコンバータ１３５からのデジタル値も変わってくる。出力電圧を示すデジタル値は、レジスタ１３１に格納される。ＣＰＵ１４０により設定された目標電圧を出力電圧が超えていないかどうかを判定するために、電圧値比較ブロック１３６が出力電圧の値と目標電圧の値とを比較する。
【００２０】
次に、出力電圧が目標電圧を超えたときのＲＡＭ１４１への周波数記録について説明する。スイープ動作が開始されると、目標電圧を出力電圧が超えたと判定するまで、電圧値比較ブロック１３６は、段階的に所定の変化量でパルス信号の周波数を増加または減少させるよう周波数生成ブロック１３４を制御する。レジスタ１３１に格納された出力電圧の値が目標電圧値を超えたと判断すると、電圧値比較ブロック１３６は、周波数生成ブロック１３４がそのとき出力している周波数をレジスタ１３１に読み込むための信号をレジスタ１３１に出力する。周波数生成ブロック１３４は、レジスタ１３１に設定された周波数読み込み信号をもとに、現在、圧電トランス１０１に送っているパルス信号の周波数の値をレジスタ１３１に書き込む。ＣＰＵ１４０は、レジスタ１３１に書き込まれた周波数の値をＲＡＭ１４１に格納する。このように、レジスタ１３１やＲＡＭ１４１は出力電圧が目標電圧に到達したことに応じて、そのときの周波数を示すデータを記憶する記憶手段として機能する。
【００２１】
本実施例では、出力電圧が目標電圧を超えたときの周波数の値をＲＡＭ１４１に格納しているが、レジスタ１３１にそのまま保持しておいてもよい。ＲＡＭ１４１に周波数の値を格納すると、計測開始信号生成ブロック１３２は、ｉ）が示す計測開始信号を立ち下げる。これにより、スイープ動作が終了する。スイープ動作は、電源投入時やＣＰＵ１４０が必要と判断したときに実施される。
【００２２】
図３は圧電トランス１０１の周波数に対する出力電圧の特性を示している。出力電圧は、共振周波数ｆ０で最大となる。よって、ｆ０未満の周波数領域では周波数を増加させると出力電圧も増加するが、ｆ０を超える周波数領域では周波数を減少させると出力電圧が増加する。つまり、左半分の領域では、初期周波数ｆ１から段階的に周波数を増加させてゆき、目標電圧値ＶＴを横切った（上回った）ときの周波数ｆ２がＲＡＭ１４１に格納される。一方、右半分の領域では、初期周波数ｆ１’から段階的に周波数を減少させてゆき、目標電圧値ＶＴを横切った（下回った）ときの周波数ｆ２’がＲＡＭ１４１に格納される。ない、圧電トランスからの出力電圧の周波数を変更することによって制御する方式においては、共振周波数ｆ０以外でも共振するポイントが発生する。このｆ０以外の共振点における周波数をスプリアス周波数という。このスプリアス周波数が存在するために、この基本特性が当てはまらない領域も存在する。なお、スプリアス周波数を回避する方法については、実施例２において詳述する。
【００２３】
次に、ＲＡＭ１４１に記憶された周波数の値をもとに目標電圧を出力する構成について図１及び図２（ｂ）を用いて説明する。なお、説明の便宜上、図２（ｂ）においては、ＶＥ＞ＶＦ、ＶＦ＜ＶＨ，ＶＨ＞ＶＩの関係が成り立つものと仮定する。
図２（ｂ）において、ｖ）はタイミング信号生成ブロック１３３が生成するタイミング信号を示している。ｖｉ）は周波数生成ブロック１３４が生成する、圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数を示している。ｖｉｉ）はＡ／Ｄコンバータ１３５が出力する、圧電トランス１０１の出力電圧を示すデジタル値を示している。
【００２４】
ＲＡＭ１４１に格納されている周波数（例：２００ＫＨｚ）を初期値とする。初期値は、出力電圧が目標電圧を超えたときの周波数に相当する。よって、電圧値比較ブロック１３６は、出力電圧が目標電圧を超えたときの周波数から順次段階的に周波数を減少または増加させることで、出力電圧が目標電圧に一致するときの周波数の値を探索する。図２（ｂ）のｖ）のタイミング信号に同期して、図２（ｂ）のｖｉ）のように、周波数生成ブロック１３４は、周波数を例えば２００ＫＨｚから１９０ＫＨｚへ減少させる。そのときのＡ／Ｄコンバータ１３５からのデジタル値は２００ＫＨｚのときに検出された電圧値ＶＥから電圧値ＶＦに低下する。つまり、目標電圧ＶＴよりも高い電圧に対応した周波数が初期値に設定されているため、周波数を低く変更することで出力電圧を目標電圧に近づける。
【００２５】
電圧値比較ブロック１３６は、電圧値ＶＦが目標電圧ＶＴと一致したかどうかを判定する。ここでは、目標電圧ＶＴよりも出力電圧が小さくなったと仮定する。目標電圧ＶＴよりも出力電圧が小さいため、電圧値比較ブロック１３６は、周波数生成ブロック１３４に周波数を増加するように命令する。つまり、周波数の変化は減少から増加に転じることになる。周波数生成ブロック１３４は、１９０ＫＨｚだった周波数を１９５ＫＨｚに変更する。なお、ここでの変更幅はスイープ動作における変更幅よりも小さく設定されている。これは、目標電圧を達成するための周波数を探索するためには、微調整が必要だからである。このように、周波数生成ブロック１３４は、出力電圧が目標電圧に一致するときの周波数の値を探索するためにパルス信号の周波数を減少から増加または増加から減少に転じるときに、周波数の段階的な変更幅を小さくする。
【００２６】
圧電トランス１０１からの出力電圧は、図２（ｂ）のｖｉｉ）が示すように、電圧値ＶＦから電圧値ＶＨへと上昇する。電圧値ＶＨが目標電圧ＶＴと一致しているかどうかを、再度、電圧値比較ブロック１３６が判定する。ここでは、目標電圧ＶＴよりも出力電圧が大きくなったと仮定する。
【００２７】
この場合、電圧値比較ブロック１３６は、周波数生成ブロック１３４に周波数を減少させるように命令する。これは、出力電圧を低下させるためである。周波数生成ブロック１３４は、周波数を増加から減少へ転じるため、変化幅をより小さく設定する。例えば、周波数生成ブロック１３４は、１９５ＫＨｚだった周波数を１９２ＫＨｚに変更する。変化幅は５ｋＨｚから３ｋＨｚへと小さくなっている。
【００２８】
これにより圧電トランス１０１からの出力電圧は、図２（ｂ）のｖｉｉ）が示すように電圧値ＶＨから電圧値ＶＩへと低下する。電圧値ＶＩが目標電圧ＶＴと一致しているかどうかを電圧値比較ブロック１３６が判定する。ここでは、目標電圧ＶＴ＝ＶＩであるため、両者は一致していると判定される。電圧値比較ブロック１３６は、１９２ＫＨｚの周波数でパルス信号を出力し続けるよう、周波数生成ブロック１３４に命令する。
【００２９】
このように、電圧値比較ブロック１３６は、記憶手段に記憶されているデータを用いてパルス発生手段を制御することで出力電圧を目標電圧に維持する。すなわち、電源投入時等にスイープ動作を実行して決定した、目標電圧を達成するための周波数の値がＲＡＭ１４１に格納され、この値を用いて目標電圧が達成される。よって、圧電トランス１０１の出力電圧の立ち上がり時間を従来よりも短縮させることができる。
【００３０】
次に、本発明の実施例２を説明する。
【００３１】
本実施例では、上述したスプリアス周波数の影響を回避する方法を提案する。目標電圧が低電圧であると、図４が示すように、圧電トランス１０１の構造上の特性によりスプリアス周波数が発生する。例えば、低電圧に対応した初期周波数のパルス信号を圧電トランス１０１に入力すると、圧電トランス１０１は、目標電圧よりも高い電圧を出力することがある。よって、スプリアス周波数の発生を検知し、この影響を回避して、目標電圧を達成するための周波数をＲＡＭ１４１に格納しなければならない。実施例２では、とりわけ、一度、目標電圧より出力電圧も小さくなったことを検知した後に、出力電圧が目標電圧よりも大きくなるまでスイープ動作を実行することで、この課題を解決する。
【００３２】
図４によれば、圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数を変化させた場合の圧電トランス１０１が出力する電圧を示している。ｆＡ１は、スイープ動作が開始するための初期周波数を表す。図４によれば、ｆＡ１はスプリアス周波数領域に属してしまっている。ＶＯ１は、初期周波数に対して圧電トランス１０１が出力する電圧値を表す。ＶＯ２は、目標電圧値を表す。ｆＡ２は、目標電圧値に対して圧電トランス１０１に送られるべきパルス信号の周波数を表す。ｆＡ３は、圧電トランス１０１からの出力電圧の電圧値が目標電圧値を下回ったときに圧電トランス１０１に送られているパルス信号の周波数を表す。ｆＡ４は、圧電トランス１０１からの出力電圧の電圧値が目標電圧値ＶＯ２を超えたときの圧電トランス１０１に送られているパルス信号の周波数を表す。
【００３３】
ＣＰＵ１４０からレジスタ１３１にスイープ動作の開始を示すデータが設定されると、計測開始信号生成ブロック１３２はタイミング信号生成ブロック１３３に計測開始信号を送出する。計測開始信号が入力されると、タイミング信号生成ブロック１３３は、タイミング信号を生成して周波数生成ブロック１３４に送る。周波数生成ブロック１３４は、タイミング信号を受信するごとに、パルス信号の周波数を段階的に切り替える。周波数生成ブロック１３４の初期周波数ｆＡ１は、ＣＰＵ１４０がレジスタ１３１に設定した値である。実施例１と同様に、ＣＰＵ１４０は、負荷に必要な電圧に応じて初期周波数ｆＡ１を決定する。周波数生成ブロック１３４は、設定された初期周波数ｆＡ１のパルス信号を生成して出力する。初期周波数ｆＡ１の場合、図４に示すように圧電トランス１０１が出力する電圧値はＶＯ１である。よって、電圧値比較ブロック１３６は、電圧値ＶＯ１は目標電圧値ＶＯ２よりも大きいと判定する。電圧値比較ブロック１３６は、初期の電圧値ＶＯ１が目標電圧値ＶＯ２よりも大きいことを示すデータをレジスタ１３１に書き込む。このように、電圧値比較ブロック１３６は、パルス発生手段に初期の周波数である初期周波数を設定したときに検出手段により検出された初期電圧が目標電圧を超えているかどうかを判定する判定手段として機能する。
【００３４】
レジスタ１３１に書き込まれた値をＣＰＵ１４０が検知する。ＣＰＵ１４０は、目標電圧値ＶＯ２よりも小さい電圧値に一旦なった後に目標電圧値ＶＯ２よりも大きい電圧値が出力されるまで、圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数を切り替えるよう、周波数生成ブロック１３４に命令する。すなわち、ＣＰＵ１４０は、出力電圧が目標電圧を下回るまで、初期周波数から順次段階的にパルス信号の周波数を減少または増加するようパルス発生手段を制御する手段として機能する。さらに、ＣＰＵ１４０は、出力電圧が目標電圧を下回ったことを確認すると、出力電圧が目標電圧を超えるようになるまで、周波数から順次段階的にパルス信号の周波数を増加または減少するようパルス発生手段を制御する手段としても機能する。
【００３５】
周波数生成ブロック１３４は、目標電圧値ＶＯ２よりも小さい電圧値になるまで、圧電トランス１０１に送るパルス信号の周波数をタイミング信号生成ブロック１３３から送られてくるタイミング信号をもとに段階的に切り替えていく。この例では、段階的に周波数が減少してゆく。その結果、周波数がｆＡ３になったところで、目標電圧値ＶＯ２よりも出力電圧値が小さくなる。電圧値比較ブロック１３６が、目標電圧値ＶＯ２よりも出力電圧値が小さくなったことを検知すると、さらに、周波数を減少させてゆく。電圧値比較ブロック１３６が、目標電圧値ＶＯ２よりも出力電圧値が大きくなったことを検知すると、周波数生成ブロック１３４は、周波数の切り替えを減少から増加へと転じる。出力電圧が目標電圧以下になったと電圧値比較ブロック１３６が判定するまで、周波数生成ブロック１３４は、パルス信号の周波数を段階的に切り替えていく。なお、減少から増加へと転じたときに、周波数の変更幅を１０ｋＨｚから５ｋＨｚにするなど、変更幅をより小さくすることで、周波数の微調整を実現してもよい。
【００３６】
出力電圧が再び目標電圧以下になったことを電圧値比較ブロック１３６が検知すると、周波数生成ブロック１３４は、そのときの周波数ｆＡ４をレジスタ１３１に書き込む。ＣＰＵ１４０は、周波数ｆＡ４の値をＲＡＭ１４１へ記憶する。なお、周波数記録処理やＲＡＭ１４１に記憶された周波数の値をもとに継続的に目標電圧を出力する構成については、実施例１と同じであるため、説明を省略する。
【００３７】
このように、実施例２によれば、スプリアス周波数の影響を回避して、低電圧を精度良く出力することが可能となる。
【００３８】
次に、実施例３について説明する。実施例３では、負荷変動があった場合に圧電トランス１０１が出力する電圧値が変わってしまうといった課題を解決する方法について説明する。つまり、実施例３では、負荷変動を検出すると、スイープ動作を再度実行することで、この課題を解決する。
【００３９】
図５は負荷変動の発生する前後における圧電トランス１０１の出力電圧値と圧電トランス１０１の周波数との関係を示した図である。周波数特性カーブＣ１は、負荷変動が起こる前の周波数特性を示している。周波数特性カーブＣ２は、負荷変動後の周波数特性を示している。ｆＢ０は、負荷変動前の目標電圧に対するパルス信号の周波数である。ＶＯ３は、負荷変動前の周波数ｆＢ０に対する出力電圧値である。ＶＯ４は、負荷変動後の周波数ｆＢ０に対する出力電圧値である。ｆＢ１は、負荷変動があった場合にＣＰＵ１４０が初期値として設定するパルス信号の周波数である。ＶＯ５は、周波数ｆＢ１に対応した出力電圧値である。
【００４０】
ＣＰＵ１４０は、高圧電源装置に対する負荷の変動を検知する負荷検知手段として機能する。ＣＰＵ１４０は、例えば、負荷から直接的に検出するか、または、周波数と出力電圧との関係が崩れたことを検出することで、負荷の変動を検出する。負荷変動が検出されると、ＣＰＵ１４０は、スイープ動作を再度実行する。スイープ動作をやり直す場合、ＲＡＭ１４１に記憶してある周波数ｆＢ０を参考にして実施する。すなわち、ＣＰＵ１４０は、ＲＡＭ１４１に記憶されている周波数ｆＢ０をレジスタ１３１に設定する。周波数生成ブロック１３４は、レジスタ１３１に設定された周波数ｆＢ０にしたがってパルス信号を出力する。周波数ｆＢ０を送ったときに圧電トランス１０１が出力する電圧値ＶＯ４をもとに、ＣＰＵ１４０は、次に出力させる周波数を決定する。
【００４１】
例えば、図５に示したような負荷変動が起きた場合、出力電圧が負荷変動前より低下しているため、ＣＰＵ１４０は、出力電圧を上昇させるよう周波数を低下させる。すなわち、ＣＰＵ１４０は、レジスタ１３１に周波数ｆＢ１を設定する。周波数生成ブロック１３４は、周波数ｆＢ１のパルス信号を生成して圧電トランス１０１へ出力する。圧電トランス１０１は、図５に示すように、電圧値ＶＯ５の電圧を出力する。この後は、実施例１と同様に目標電圧値ＶＯ３以上の電圧を超えたときの周波数をＲＡＭ１４１に記憶する。
【００４２】
実施例３によれば、ＣＰＵ１４０などは、負荷の変動が検知されると、再度、出力電圧が目標電圧を超えるようになるまで、パルス信号の周波数を順次段階的に増加または減少するようパルス発生手段を制御する。これにより、出力電圧が目標電圧に一致するときの周波数の値が探索される。よって、負荷変動が起きた場合でも、早い段階で目標電圧を回復することができる。
【００４３】
なお、上記の電源装置は、例えば、画像形成装置の電源装置として採用可能である。電子写真方式の画像形成装置は、像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段（例：帯電ローラや露光装置）と、静電潜像をトナー像へ現像する現像手段（例：現像ローラ）と、トナー像を転写材に転写する転写手段（例：転写ローラ）と、トナー像を転写部材に加熱定着させる定着手段（例：定着ローラや加圧ローラ）とを備えている。とりわけ、上記の電源装置は、像担持体へ印加される帯電バイアス、現像手段に印加される現像バイアスおよび転写手段に印加される転写バイアスの少なくとも１つを供給する。電源装置における制御速度が向上すれば、画像形成装置における起動から1枚目の記録媒体に画像を形成して排出するまでの時間も短縮できよう。
【００４４】
なお、上記の実施例１乃至３で説明したＡＳＩＣ１３０をＩＣ化して構成することもできる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数のパルス信号を発生するパルス発生手段と、
前記パルス信号の周波数に応じて電圧を出力する圧電トランスと、
前記圧電トランスの出力電圧を検出する検出手段と、
前記出力電圧が目標電圧になるまで、前記パルス信号の周波数を段階的に予め定められた値ずつ、増加または減少するよう前記パルス発生手段を制御する制御手段と、
前記出力電圧が前記目標電圧に到達したことに応じて、前記周波数を示すデータを記憶する記憶手段と
を備え、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記データを用いて前記パルス発生手段からの前記パルス信号の周波数を制御して前記出力電圧を前記目標電圧に維持することを特徴とする高圧電源装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記出力電圧が前記目標電圧に到達したときの前記パルス信号の周波数から段階的に周波数を減少または増加させることで、前記出力電圧が前記目標電圧に一致するように前記周波数を制御することを特徴とする請求項１に高圧電源装置。
【請求項３】
前記制御手段が前記パルス発生手段に初期周波数を設定したときに前記検出手段により検出された初期電圧が前記目標電圧を上回っているかどうかを判定する判定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記出力電圧が前記目標電圧を下回るまで、前記初期周波数から段階的に前記パルス信号の周波数を減少または増加するよう前記パルス発生手段からの前記パルス信号の周波数を制御し、前記出力電圧が前記目標電圧を下回ったことを確認すると、前記出力電圧が目標電圧を上回るようになるまで、前記出力電圧が前記目標電圧を下回ったときの周波数から段階的に前記パルス信号の周波数を増加または減少するよう前記パルス発生手段を制御することで、前記出力電圧が前記目標電圧に一致するように前記パルス信号の周波数を制御することを特徴とする請求項１に高圧電源装置。
【請求項４】
前記高圧電源装置に対する負荷の変動を検知する負荷検知手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記負荷の変動が検知されると、再度、前記出力電圧が目標電圧になるように、前記パルス信号の周波数を順次段階的に増加または減少するよう前記パルス発生手段を制御することで、前記出力電圧が前記目標電圧に一致するときの周波数の値を探索することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高圧電源装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記出力電圧が前記目標電圧に一致するときの周波数の値を探索するために前記パルス信号の周波数を減少から増加または増加から減少に転じるときに、該周波数の段階的な変更幅を小さくすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の高圧電源装置。
【請求項６】
画像形成装置であって、
画像を形成する画像形成手段と、
所定の周波数のパルス信号を発生するパルス発生手段と、前記パルス信号の周波数に応じて電圧を出力する圧電トランスと、前記圧電トランスの出力電圧を検出する検出手段と、を有し、前記画像形成手段に高電圧を印加する高圧電源と、
前記出力電圧が目標電圧になるまで、前記パルス信号の周波数を段階的に予め定められた値ずつ、増加または減少するよう前記パルス発生手段を制御する制御手段と、
前記出力電圧が前記目標電圧に到達したことに応じて、前記周波数を示すデータを記憶する記憶手段と
を備え、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記データを用いて前記パルス発生手段からの前記パルス信号の周波数を制御して前記出力電圧を前記目標電圧に維持することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
前記画像形成手段は、
像担持体と、
前記像担持体を帯電する帯電手段と、
前記像担持体の上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
前記静電潜像を現像してトナー像を形成するする現像手段と、
前記トナー像を転写材に転写する転写手段と、
前記トナー像を転写材に加熱定着させる定着手段と、
を含み、
前記高圧電源から前記帯電手段、現像手段、転写手段のいずれかに高電圧を印加することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項１】
所定の周波数のパルス信号を発生するパルス発生手段と、
前記パルス信号の周波数に応じて電圧を出力する圧電トランスと、
前記圧電トランスの出力電圧を検出する検出手段と、
前記出力電圧が目標電圧になるまで、前記パルス信号の周波数を段階的に予め定められた値ずつ、増加または減少するよう前記パルス発生手段を制御する制御手段と、
前記出力電圧が前記目標電圧に到達したことに応じて、前記周波数を示すデータを記憶する記憶手段と
を備え、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記データを用いて前記パルス発生手段からの前記パルス信号の周波数を制御して前記出力電圧を前記目標電圧に維持することを特徴とする高圧電源装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記出力電圧が前記目標電圧に到達したときの前記パルス信号の周波数から段階的に周波数を減少または増加させることで、前記出力電圧が前記目標電圧に一致するように前記周波数を制御することを特徴とする請求項１に高圧電源装置。
【請求項３】
前記制御手段が前記パルス発生手段に初期周波数を設定したときに前記検出手段により検出された初期電圧が前記目標電圧を上回っているかどうかを判定する判定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記出力電圧が前記目標電圧を下回るまで、前記初期周波数から段階的に前記パルス信号の周波数を減少または増加するよう前記パルス発生手段からの前記パルス信号の周波数を制御し、前記出力電圧が前記目標電圧を下回ったことを確認すると、前記出力電圧が目標電圧を上回るようになるまで、前記出力電圧が前記目標電圧を下回ったときの周波数から段階的に前記パルス信号の周波数を増加または減少するよう前記パルス発生手段を制御することで、前記出力電圧が前記目標電圧に一致するように前記パルス信号の周波数を制御することを特徴とする請求項１に高圧電源装置。
【請求項４】
前記高圧電源装置に対する負荷の変動を検知する負荷検知手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記負荷の変動が検知されると、再度、前記出力電圧が目標電圧になるように、前記パルス信号の周波数を順次段階的に増加または減少するよう前記パルス発生手段を制御することで、前記出力電圧が前記目標電圧に一致するときの周波数の値を探索することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高圧電源装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記出力電圧が前記目標電圧に一致するときの周波数の値を探索するために前記パルス信号の周波数を減少から増加または増加から減少に転じるときに、該周波数の段階的な変更幅を小さくすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の高圧電源装置。
【請求項６】
画像形成装置であって、
画像を形成する画像形成手段と、
所定の周波数のパルス信号を発生するパルス発生手段と、前記パルス信号の周波数に応じて電圧を出力する圧電トランスと、前記圧電トランスの出力電圧を検出する検出手段と、を有し、前記画像形成手段に高電圧を印加する高圧電源と、
前記出力電圧が目標電圧になるまで、前記パルス信号の周波数を段階的に予め定められた値ずつ、増加または減少するよう前記パルス発生手段を制御する制御手段と、
前記出力電圧が前記目標電圧に到達したことに応じて、前記周波数を示すデータを記憶する記憶手段と
を備え、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記データを用いて前記パルス発生手段からの前記パルス信号の周波数を制御して前記出力電圧を前記目標電圧に維持することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
前記画像形成手段は、
像担持体と、
前記像担持体を帯電する帯電手段と、
前記像担持体の上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
前記静電潜像を現像してトナー像を形成するする現像手段と、
前記トナー像を転写材に転写する転写手段と、
前記トナー像を転写材に加熱定着させる定着手段と、
を含み、
前記高圧電源から前記帯電手段、現像手段、転写手段のいずれかに高電圧を印加することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１４２７９９（Ｐ２０１１−１４２７９９Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６１７２７（Ｐ２０１０−２６１７２７）
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【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２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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