JP2008224778A - 画像形成装置、電圧電源装置及びそれらの方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電トランスから出力される電圧の立ち上がり時間を低減させる画像形成装置及び電圧電源装置を提供する。
【解決手段】本発明は、例えば、入力される駆動周波数に応じて電圧を出力する圧電トランスと、駆動周波数を制御して、圧電トランスからの出力電圧を制御する制御手段と、圧電トランスから出力された電圧を用いて画像を形成する画像形成手段とを備える画像形成装置として実現できる。制御手段は、圧電トランスから出力させる電圧値を取得する取得手段と、複数の駆動周波数と各駆動周波数に対応する出力電圧との対応関係が予め定義されたテーブルを用いて、取得した電圧値に対応する駆動周波数を設定する設定手段と、設定された駆動周波数に従って、圧電トランスへ入力する駆動周波数のパルスを生成するパルス生成手段とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子写真プロセスを用いた画像形成装置及びその方法に関する。特に、画像形成装置に用いる電圧を出力する電圧電源装置及びその方法に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、記録材へ画像を転写する際に使用する転写電圧を発生させる必要がある。この転写電圧は、通常、３ｋＶ以上の電圧（所要電流は数μＡ）を必要とする。従来、画像形成装置は、所望の電圧を発生させるために巻線式の電磁トランスを使用した電圧電源装置を備えていた。しかし、画像形成装置では数μＡ程度という微小な電流が利用されるため、漏れ電流を可能な限り低減させる必要がある。したがって、電磁トランスの巻線をモールド等により絶縁し、さらに、供給電力と比較して大きなトランスを必要とするため、電圧電源装置の小型化・軽量化の妨げとなっていた。

そこで、これらの問題を解決するために、薄型で軽量の高出力の圧電トランスを用いた電圧電源装置が知られている。圧電トランスは、巻線を必要としないため構造が簡単で薄型化・軽量化に有利である。また、圧電トランスは、高周波化に有利であり、電磁ノイズが発生しないという特徴がある。なお、圧電トランスは、圧電振動子の共振現象を利用することにより、低電圧入力で高電圧を発生することができる。

特許文献１は、圧電トランスに入力する駆動周波数を、アナログ回路である電圧制御発振回路（ＶＣＯ）によって発生させる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ため、周波数による出力電圧の制御が可能となる。なお、駆動周波数と出力電圧の関係は、共振周波数で出力電圧が最大となり、共振周波数より高い周波数ほど、或いは、共振周波数より低い周波数ほど出力電圧が低下する特徴がある。これにより、特許文献１に記載の高圧電源装置は、ＶＣＯから出力す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。
特開平１１−２０６１１３号公報

しかしながら、従来技術には以下のような問題がある。通常、ＶＣＯは、圧電トランスの出力電圧を増加させる場合、この圧電トランスの駆動周波数を高い方から低い方へ変化させることで実現する。また、ＶＣＯは、周波数を変化させる周波数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を制御している。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るとう問題があった。

本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであり、圧電トランスから出力される電圧の立ち上がり時間を低減させる画像形成装置及び電圧電源装置を提供することを目的とする。

本発明は、例えば、入力される駆動周波数に応じて電圧を出力する圧電トランスと、駆動周波数を制御して、圧電トランスからの出力電圧を制御する制御手段と、圧電トランスから出力された電圧を用いて画像を形成する画像形成手段とを備える画像形成装置として実現できる。制御手段は、圧電トランスから出力させる電圧値を取得する取得手段と、複数の駆動周波数と各駆動周波数に対応する出力電圧との対応関係が予め定義されたテーブルを用いて、取得した電圧値に対応する駆動周波数を設定する設定手段と、設定された駆動周波数に従って、圧電トランスへ入力する駆動周波数のパルスを生成するパルス生成手段とを備える。

本発明は、例えば、圧電トランスから出力される電圧の立ち上がり時間を低減させる画像形成装置及び電圧電源装置を提供できる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施の形態は特許請求の範囲に記載された発明を限定するものでなく、また本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。また、本発明は、一適用例として、電子写真方式のプリンタによって実現される。しかしながら、本発明は、インクジェットプリンタ等、他の画像形成方式を採用した画像形成装置によって実現されてもよい。

まず、図１を参照して、プリンタの概要について説明する。図１は、本発明に係るプリンタの概要を示す図である。ここでは、主に、本発明に関する要素について説明を記載する。

プリンタ１００は、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＢのトナーごとに画像形成手段として機能する画像形成部１０１ａ、ｂ、ｃ、ｄを備える。また、プリンタ１００は、転写ベルト１０７、記録材カセット１０８及び定着装置１０９を備える。さらに、プリンタ１００は、当該プリンタ１００を制御するＤＣコントローラ１１０、電圧電源装置１１３及びビデオコントローラ１１５を含む。また、プリンタ１００内には、記録材を搬送するための複数のローラや記録材を検知するための複数のセンサが配置されている。

各画像形成部１０１（ａ〜ｄ）が同一の構成であるため、ここでは、画像形成部１０１ａを例に詳細を説明する。画像形成部１０１ａは、露光器１０２、感光ドラム１０３、帯電ローラ１０４、現像器１０５及び転写ローラ１０６を備える。帯電ローラ１０４は、感光ドラム１０３を一様に帯電する。一様に帯電された感光ドラム１０３には、形成する画像信号に基づいた露光器１０２からの露光によって静電潜像が形成される。現像器１０５は、担当するトナー色の現像剤を備え、当該現像剤によって感光ドラム１０３に形成された静電潜像を現像する。転写ローラ１０６は、感光ドラム１０３に形成された現像剤像を記録材に転写させる。具体的に、転写ローラ１０６と感光ドラム１０３とが搬送されてきた記録材を狭持搬送することにより、感光ドラム１０３上に形成された現像剤像が記録材に転写される。

転写ベルト１０７は、駆動ローラ及び従属ローラによって配設され、駆動ローラの駆動力により記録材の搬送を制御する。記録材カセット１０８は、記録材を積載し、印刷ジョブに応じて記録材を画像形成部１０１へ供給する。定着装置１０９は、画像形成部１０１ａから出力される記録材に形成された現像剤像を加圧、加熱することにより当該記録材に定着させる。定着装置１０９から出力された記録材は、プリンタ１００の機外へ排出される。

ＤＣコントローラ１１０は、１チップマイクロコンピュータ（以下では、ＣＰＵと称す。）１１１、特定用途向け集積回路（以下では、ＡＳＩＣと称す。）１１２、各種入出力制御回路（不図示）及びＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリを備える。ここで、また、ＡＳＩＣ１１２は、電圧電源装置１１３へ入力する駆動周波数を制御して、当該電圧電源装置１１３から出力される出力電圧を制御する制御手段として機能する。

ビデオコントローラ１１５は、パーソナルコンピュータ等の外部装置１１６から入力される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に変換する。また、ビデオコントローラ１１５は、プリンタ１００に含まれるスキャナーから読み込んだ画像データを画像形成用の画像信号に変換する。

電圧電源装置（圧電トランス式高圧電源装置）１１３は、帯電ローラ１０４へ印可する帯電高圧電源、現像剤へ印可する現像高圧電源及び各画像形成部１０１に対応した転写ローラ１０６へ印可する転写高圧電源を備える。さらに、電圧電源装置１１３は、圧電トランスを備える。圧電トランスは、セラミックを素材として構成され、電磁トランス以上の効率で高電圧を生成する事が可能である。さらに、一次側と二次側の電極間の距離を離すことが可能であり、特別に絶縁のためのモールド加工を施す必要がなく、電圧電源装置の小型化、軽量化に有効である。

次に、図２乃至図４を参照して、従来から知られている電圧制御発信器（ＶＣＯ）２１０を利用した電圧電源装置２００について説明する。図２は、ＶＣＯ２１０を利用した電圧電源装置２００の回路を示す図である。ＶＣＯ２１０は、圧電トランス２０１に接続され、発信周波数により圧電トランス２０１の出力電圧を制御する。

電圧電源装置２００は、圧電トランス２０１、整流ダイオード２０２、２０３、平滑用コンデンサ２０４及び抵抗器２０５、２０６、２０７、２０８、２１４を備える。さらに、電圧電源装置２００は、オペアンプ２０９、トランジスタ２１１、インダクタ２１２及びコンデンサ２１３を備える。

次に、従来例における電圧電源装置２００の動作について説明する。ここでは、転写電圧を発生させる際の動作を一例に説明する。まず、オペアンプ２０９の反転入力端子（−端子）に抵抗素子２１４を介して不図示のコントローラから出力されたアナログ信号である出力制御信号（以降Ｖｃｏｎｔと記載）が入力される。一方、オペアンプ２０９の非反転入力端子（＋端子）には出力電圧（以降Ｖｏｕｔと記載）を抵抗器２０５、２０６、２０７によって分圧した電圧が、保護用抵抗２０８を介して入力される。ここで、オペアンプ２０９は、反転入力端子（−端子）に入力されるＶｃｏｎｔの電圧値と、Ｖｏｕｔを抵抗器２０５、２０６、２０７によって分圧した分圧電圧とが同じになるように出力端子から電圧を出力する。オペアンプ２０９の出力端子はＶＣＯ２１０に接続される。ＶＣＯ２１０はオペアンプ２０９からの出力電圧に応じた周波数でトランジスタ２１１をスイッチングさせ圧電トランス２０１の一次側にパルスを供給する。圧電トランス２０１は一次側に供給されたパルスに応じて振動し、２次側に圧電トランス２０１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。発生した交流電圧は、整流ダイオード２０２、２０３及び平滑用コンデンサ２０４によって正電圧に整流平滑され、転写ローラ１０６に供給される。

図３は、圧電トランス２０１の駆動周波数と出力電圧の関係を示す図である。横軸に圧電トランス２０１へ入力する駆動周波数［Ｈｚ］を示し、縦軸に圧電トランス２０１から出力される電圧［Ｖ］を示す。一般に圧電トランス２０１の特性は、図３に示すように共振周波数ｆ０において出力電圧が最大となるような裾広がりな形状をしている。ｆＺはＶＣＯ２１０で動作可能な最低周波数、ｆＡはＶＣＯ２１０で動作可能な最高周波数である。通常は、最高周波数ｆＨと共振周波数ｆ０との間で駆動パルスを変化させることにより圧電トランスの出力電圧を制御している。また、図３に示すスプリアス周波数は、共振周波数ｆ０以外の不要な共振周波数を示す。

しかし、ＶＣＯ２１０を利用した電圧電源装置２００は、圧電トランス２０１から所望の電圧を得るために駆動周波数を制御する時間が長い。具体的に、ＶＣＯ２１０は、まず最高周波数ｆＡを圧電トランス２０１へ入力する。その後、ＶＣＯ２１０は、圧電トランス２０１から所望の電圧が出力されるまで、一定の変化量で駆動周波数を下げる。したがって、電圧電源装置２００は、所望の電圧が高いほど、圧電トランス２０１へ入力する駆動周波数の制御に多くの時間を要する。さらに、所望の電圧範囲を広く必要とする場合、スプリアス周波数の影響を受けやすく、低い電圧での制御が困難である。

本発明に係るプリンタ１００は、ＶＣＯ２１０の代わりに、圧電トランス２０１を制御するＣＰＵ又はＡＳＩＣ等のデジタル回路を備える。この場合、デジタル回路から出力したクロックやパルスでトランジスタ２１１をスイッチングさせることで、圧電トランスを直接制御する。さらに、本発明に係るプリンタ１００は、複数の駆動周波数と各駆動周波数に対応する出力電圧との対応関係が予め定義されたテーブルを用いて、所望の電圧値に対応する駆動周波数を設定する。これにより、圧電トランス２０１へ最初に入力する駆動周波数が所望の電圧を得るための駆動周波数であるため、その後の駆動周波数の制御を省略できる。以下では、図４乃至図９を参照して、第１の実施形態について説明する。

［第１の実施形態］
図４は、第１の実施形態に係る電圧電源装置１１３の回路図である。図２を用いて説明した電圧電源装置２００と同一の構成は、同一の記号を付し、説明を省略する。

電圧電源装置１１３は、電圧電源装置２００と異なり、駆動周波数をＶＣＯ２１０ではなくＡＳＩＣ１１２が出力する。また、ＡＳＩＣ１１２は、圧電トランス２０１から出力された電圧を検知するように、フィードバック系で電圧電源装置１１３に接続される。また、ＡＳＩＣ１１２は、ＣＰＵ１１１からから出力させる電圧値を取得し、取得した電圧値に応じた駆動周波数を圧電トランス２０１へ入力する。

次に、図５を参照して、本実施形態における電圧電源の制御回路構成と特性について説明する。図５は、第１の実施形態に係るＡＳＩＣ１１２の詳細な制御ブロックを示す図である。

ＡＳＩＣ１１２は、取得部５０１、選択部５０２及びパルス生成部５０３を備える。また、ＡＳＩＣ１１２は、複数の駆動周波数と各駆動周波数に対応する出力電圧との対応関係が予め定義されたテーブルを生成するために、切り換え部５０４、Ａ／Ｄコンバータ５０５及びテーブル生成部５０６を備える。さらに、ＡＳＩＣ１１２は、タイミング生成部５０７及びＲＡＭ５０８を含む。

取得部５０１は、圧電トランス２０１から出力させる電圧値を取得する取得手段として機能する。具体的に、ＣＰＵ１１１から通知される所望の電圧値（以下、ターゲット電圧と称す。）を取得する。選択部５０２は、複数の駆動周波数と各駆動周波数に対応する出力電圧との対応関係が予め定義されたルックアップテーブル（以下、ＬＵＴと称す。）を用いて、取得した電圧値に対応する駆動周波数を設定する設定手段として機能する。具体的に、選択部５０２は、ＬＵＴから、取得部５０１によって取得された電圧値に対応する駆動周波数を選択する選択手段として機能する。また、選択部５０２は、選択した駆動周波数をパルス生成部５０３へ通知する。ここで、ＬＵＴは、プリンタ１００の電源投入時のイニシャル処理でテーブル生成部５０６によって生成され、ＲＡＭ５０８に格納されている。パルス生成部５０３は、選択された駆動周波数に従って、圧電トランス２０１へ入力する駆動周波数のパルスを生成するパルス生成手段として機能する。

切り換え部５０４は、駆動周波数を予め定められた変化量で切り換える切り換え手段として機能する。なお、パルス生成部５０３は、タイミング生成部５０７から通知されるタイミングに従って、切り換え部５０４から通知される変化量を現在の周波数に加算してパルスを生成する。Ａ／Ｄコンバータ５０５は、切り換え部５０４によって切り換えられた駆動周波数で生成された出力電圧を検出する検出手段として機能する。具体的に、Ａ／Ｄコンバータ５０５は、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。

図６は、第１の実施形態に係る圧電トランス２０１の駆動周波数に対する出力電圧（Ｖｏｕｔ）の特性を示した図である。図６に示すように、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な形状をしている。ｆＺはＡＳＩＣ１１２で発生させることができる最低周波数を示し、ｆＡはＡＳＩＣ１１２で発生させることができる最高周波数を示す。

また、図６に示す丸（〇）は、ＬＵＴの生成時に切り換え部５０４によって切り換えられる駆動周波数を示す。図６に示す丸の数（サンプリング数）は一例であり、切り換え部５０４は、電圧をサンプリングする際に、変化量を制御することでサンプリング数を制御することができる。テーブル生成部５０６は、イニシャル処理時において、複数の駆動周波数に応じた圧電トランス２０１から出力される出力電圧をサンプリングすることで、圧電トランス２０１の特性を把握する。具体的に、プリンタ１００は、共振周波数ｆ０や複数のスプリアス周波数を特定することができ、スプリアス周波数が存在する低電圧領域においても、出力電圧の制御が可能となる。実際に、本実施形態に係るプリンタ１００は、圧電トランス２０１から出力させる電圧を、ｆＡからｆ０までの周波数範囲で制御する。

図７は、第１の実施形態に係るＬＵＴ７００の内容を示す図である。ここでは、一適用例として、ＲＡＭ５０８のアドレスに従って生成されたＬＵＴ７００について説明する。例えば、ＬＵＴ７００は、ＲＡＭ５０８のアドレス０、１、２の順に駆動周波数と出力電圧とを対応付けて格納される。ここで、ＬＵＴ７００は、１００種類の駆動周波数及び出力電圧を保持している。この１００種類という数は一例であり、本実施形態におけるＬＵＴに保持する出力電圧と駆動周波数の種類は、できるかぎり多い数が望ましい。選択部５０２は、取得部５０１で取得されたターゲット電圧に対応した駆動周波数をＬＵＴ７００から選択する。また、ＲＡＭ５０８は、ＣＰＵ１１１から設定された他のデータを格納する領域も保持し、ＡＳＩＣ１１２内の各制御ブロックはそのデータを検知して処理を行う。

次に、図８を参照して、本実施形態におけるＬＵＴ７００の生成処理について説明する。図８は、第１の実施形態に係るＬＵＴ７００を生成する処理手順を示すフローチャートである。なお、以下に記載する処理は、ＡＳＩＣ１１２が統括的に制御を行う。

ステップＳ８０１において、パルス生成部５０３は、イニシャル処理時に、まず最高周波数ｆＡで複数のパルスを生成する。生成された複数のパルスは、駆動周波数として圧電トランス２０１の一次側へ入力される。これにより、圧電トランス２０１の二次側から最高周波数ｆＡに対応した電圧ＶＡが出力される。次に、ステップＳ８０２において、Ａ／Ｄコンバータ５０５は、出力された電圧を検出するために、出力される電圧に応じて入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。その後、ステップＳ８０３において、テーブル生成部５０６は、デジタル値に変換された出力電圧ＶＡと、パルス生成部５０３で生成された駆動周波数ｆＡとをＲＡＭ５０８のアドレス０に格納する。

続いて、ステップＳ８０３において、ＡＳＩＣ１１２は、圧電トランス２０１に入力した駆動周波数がＡＳＩＣ１１２で生成可能な駆動周波数ｆＺであるか否かを判定する。最低駆動周波数ｆＺである場合、ＡＳＩＣ１１２は処理を終了する。一方、最低周波数ｆＺでない場合、ＡＳＩＣ１１２は処理をＳ８０５へ遷移させる。

ステップＳ８０５において、パルス生成部５０３は、タイミング生成部５０７によって発生されたタイミング信号を取得する。パルス生成部５０３は、このタイミング信号の取得を契機に生成しているパルスの周波数を切り換える。具体的に、タイミング生成部５０７は、駆動周波数ｆＡと出力電圧ＶＡがアドレス０に格納された後にタイミング信号が発生させる。このタイミング信号が通知されると、ステップＳ８０６において、パルス生成部５０３は、切替え部５０４から駆動周波数の変化量を取得して、取得した変化量を現在の駆動周波数ｆＡに加算する。さらに、ステップＳ８０１において、パルス生成部５０３は、切り換えた駆動周波数でパルスを生成する。その後、ＡＳＩＣ１１２は、出力電圧を検出してＲＡＭ５０８に格納する。このように、駆動周波数が最低周波数ｆＺとなるまで、ＡＳＩＣ１１２は、Ｓ８０１からＳ８０６の処理を繰り返し実行する。

次に、図９を参照して、本実施形態におけるターゲット電圧の出力処理について説明する。図９は、第１の実施形態に係るプリンタ１００のターゲット電圧を出力する処理手順を示すフローチャートである。なお、以下に記載する処理は、ＡＳＩＣ１１２が統括的に制御を行う。

ステップＳ９０１において、取得部５０１は、図６に示すターゲット電圧ＶＤを取得する。具体的に、まず、ターゲット電圧ＶＤがＣＰＵ１１１からＲＡＭ５０８に送られる。取得部５０１は、ＲＡＭ５０８に格納されたターゲット電圧ＶＤを取得して、選択部５０２に通知する。

続いて、ステップＳ９０２において、選択部５０２は、取得されたターゲット電圧に対応する電圧値をＬＵＴ７００から検索する。ここで、図７に示すように、選択部５０２は、ＲＡＭ５０８のアドレス４０に格納された電圧値がターゲット電圧と同一であると判断する。したがって、選択部５０２は、アドレス４０に格納されている駆動周波数ｆＤをＬＵＴ７００から取得する。さらに、選択部５０２は、ＬＵＴ７００から取得した駆動周波数ｆＤをパルス生成部５０３へ通知する。

最後に、ステップＳ９０３において、パルス生成部５０３は、生成する駆動周波数を駆動周波数ｆＤに変更して、圧電トランス２０１にパルスを入力する。以上の処理を行うことにより、プリンタ１００は、ターゲット電圧ＶＤを圧電トランス２０１から出力させることができる。

このように、本実施形態に係るプリンタ１００は、駆動周波数を複数回切り換えて、ターゲット電圧に近づける制御を必要とせず、ＬＵＴ７００を利用することにより最初からターゲット電圧に対応する駆動周波数でパルスを生成することが可能である。したがって、ターゲット電圧が圧電トランス２０１の出力電圧の中で、比較的高い電圧であっても高速に圧電トランス２０１を立ち上げることができる。

［第２の実施形態］
次に、図１０乃至図１２を参照して、第２の実施形態について説明する。本実施形態は、ＬＵＴ１２００を生成する際の周波数の変化量を第１の実施形態と比較して大きく設定する。したがって、ターゲット電圧とＬＵＴ１２００に格納されている電圧値が１対１で対応しない場合が想定される。このような場合、本実施形態では、ＲＡＭ５０８に格納された複数の出力電圧及び駆動周波数と、ターゲット電圧とから、ターゲット電圧に対応する駆動周波数を導出する。

図１０は、第２の実施形態に係るＡＳＩＣ１００１の詳細な制御ブロックを示す図である。ここでは、図５に示す第１の実施形態に係るＡＳＩＣ１１２の制御ブロックと異なる制御ブロックについてのみ説明を記載する。

ＡＳＩＣ１００１は、ＡＳＩＣ１１２の選択部５０２の代わりに、導出部１００２を備える。導出部１００２は、ＬＵＴ１２００を用いて、ターゲット電圧に対応する駆動周波数を設定する設定手段として機能する意味では、選択部５０２と同様の機能を有する。しかしながら、導出部１００２は、選択部５０２と異なり、ＬＵＴ１２００から、ターゲット電圧に近い複数の電圧値に対応する各駆動周波数を抽出して、ターゲット電圧に対応する駆動周波数を導出する導出手段として機能する。即ち、本実施形態に係るＬＵＴ１２００は、ターゲット電圧に対応する駆動周波数を必ずしも定義しているわけではない。

導出部１００２は、ＲＡＭ５０８に格納された複数の出力電圧と駆動周波数とからターゲット電圧ＶＤを出力する駆動周波数ｆＤを導出する。例えば、導出部１００２は、ＲＡＭ５０８に格納された複数の出力電圧と駆動周波数とを用いて比例積分を行うことによりターゲット電圧ＶＤに対応する駆動周波数ｆＤを導出する。

また、導出部１００２は、ＲＡＭ５０８に格納された出力電圧のうち、ターゲット電圧に最も近い出力電圧に対応する駆動周波数を選択してパルス生成部５０３に通知してもよい。この場合、ＡＳＩＣ１００１は、Ａ／Ｄコンバータ５０５によって検出された電圧値と、ターゲット電圧値との差分を導出部１００２に通知し、再び、導出部１００２に駆動周波数を調整させることが望ましい。さらに、ＡＳＩＣ１００１は、このような処理を圧電トランス２０１からの出力電圧がターゲット電圧に近づくまで繰り返すことによりターゲット電圧を出力させる。これにより、本実施形態に係るプリンタ１００は、ＬＵＴを作成するイニシャル処理の処理時間を第１の実施形態と比較して低減させることができる。さらに、プリンタ１００は、最初の駆動周波数をＡＳＩＣ１００１の最高周波数ｆＡに設定し、その後、出力電圧を検出して調整する手法と比較して、ターゲット電圧ＶＤを得るための処理時間も低減させることができる。もちろん、このターゲット電圧ＶＤを得るための処理時間は、ＬＵＴを生成する際のサンプル数に依存する。

次に、図１１及び図１２を参照して、本実施形態に係るＬＵＴ１２００について説明する。図１１は、第２の実施形態に係る圧電トランス２０１の駆動周波数に対する出力電圧（Ｖｏｕｔ）の特性を示した図である。図１２は、第２の実施形態に係るＬＵＴ１２００の内容を示す図である。

テーブル生成部５０６は、図１１に示す丸（○）のように、図６と比較して大きい間隔で圧電トランス２０１からの出力電圧をサンプリングする。これにより、第１の実施形態と比較して、出力電圧のサンプリング数が低減される。このサンプリング数の調整は、切り換え部５０４が設定する変化量によって決定される。図１２に示すように、ＬＵＴ１２００は、一例として、最高駆動周波数ｆＡから最低駆動周波数ｆＺの間で、出力電圧のサンプリング数を２０としている。

次に、図９を参照して、本実施形態におけるターゲット電圧ＶＤの出力処理について説明する。ここでは、第１の実施形態におけるＬＵＴ７００の生成処理と異なる処理についてのみ説明を記載する。即ち、Ｓ９０２の処理についてのみ説明を記載する。

ステップＳ９０２において、導出部１００２は、ＬＵＴ１２００から、Ｓ９０１で取得されたターゲット電圧ＶＤに近い複数の出力電圧と、それに対応した複数の駆動周波数とを取得する。続いて、導出部１００２は、取得した複数の出力電圧と、複数の駆動周波数と、ターゲット電圧ＶＤとを用いて、例えば、比例積分を行うことにより、ターゲット電圧ＶＤに対応する駆動周波数を導出する。その後、導出部１００２は、導出した駆動周波数ｆＤをパルス生成部５０３に通知する。

以上説明したように、本実施形態に係るプリンタ１００は、ＬＵＴ１２００を生成するための出力電圧のサンプリング数を低減させ、ターゲット電圧に対応する駆動周波数を、複数の値から導出する。これにより、本実施形態に係るプリンタ１００は、イニシャル処理の処理時間を低減させるとともに、短い時間で圧電トランス２０１からの出力電圧をターゲット電圧に近づけることができる。さらに、本実施形態に係るプリンタ１００は、第１の実施形態と比較してＲＡＭ５０８の容量を削減することができる。

［第３の実施形態］
次に、図１３を参照して、第３の実施形態について説明する。本実施形態に係るプリンタ１００は、スプリアス周波数の影響を低減させるＬＵＴを作成する。図１３は、第３の実施形態に係る圧電トランス２０１の駆動周波数に対する出力電圧（Ｖｏｕｔ）の特性を示した図である。

圧電トランス２０１の駆動回路は、トランジスタ２１１、インダクタ２１２及び圧電トランス入力容量（不図示）を用いてＬＣ共振型フライバックコンバータを形成している。この構成は安価であり、かつ、高い入力電圧実効値が得られるという点で有効である。しかし、電圧波形は、図１３に示すように高調波成分を含むため、圧電トランス２０１の構造上の特性により発生するスプリアス周波数（共振周波数ｆ０以外の不要共振周波数）の影響を受けやすい構成となってしまう。この場合、ターゲット電圧の範囲を広くすると、スプリアス周波数の影響を受けるため、低い電圧で制御するのことが困難となる。

図１３に示すように、圧電トランス２０１の特性は、共振周波数ｆ０において出力電圧が最大となるようなスプリアス周波数を含んだ裾広がりな形状をしている。ここで、図２に示すＶＣＯ２１０で圧電トランス２０１を制御する電圧電源装置２００の制御に関する問題について説明する。なお、以下では、出力電圧が図１３に示す出力電圧Ｖｌｏｗの範囲内で転写電圧の制御を行う場合について説明する。

通常、ＶＣＯ２１０の動作周波数は、圧電トランス２０１の個体ばらつきによって共振周波数ｆ０が動作範囲外になることがないように広めに設定されており、スプリアス周波数を含んだものとなる。図１３において、共振周波数ｆ０よりも高周波側で制御を行う場合、駆動周波数は高周波側から開始されるため、Ｖｌｏｗ範囲内の電圧ＶＬが必要な場合は、駆動周波数ｆＬ１のポイントで制御が成立する。しかし、駆動周波数ｆＬ１において、転写ローラ１０６等の負荷が瞬間的に僅かに重くなると、周波数特性カーブ１３０１が周波数特性カーブ１３０２のように瞬間的に低い電圧に落ち込む。その際、スプリアス電圧（スプリアス周波数における出力電圧）が電圧ＶＬよりも低くなるため、制御ポイントが駆動周波数ｆＬ１から駆動周波数ｆＬ３まで移動することとなる。したがって、駆動周波数ｆＬ１から駆動周波数ｆＬ３までに制御される過程で電圧変動を伴うため、画像不良等の不具合が発生しうる。転写ローラ１０６等の負荷が元に戻ると動作点は駆動周波数ｆＬ２となる。つまり、高周波側から制御を開始し電圧ＶＬを出力する場合、スプリアス電圧よりも大きい電圧でないと安定した制御ができないといえる。

本実施形態に係るプリンタ１００では、ターゲット電圧が低電圧である場合、スプリアス周波数の影響を受けずに、出力電圧を安定させることができる。具体的に、第１及び第２の実施形態と同様に、本実施形態に係るプリンタ１００は、電源投入後のイニシャル処理時に駆動周波数と出力電圧をＲＡＭ５０８に格納し、ＬＵＴを生成する。

ＬＵＴを生成する際、パルス生成部５０３は、まず駆動周波数ｆＡでパルスを生成する。さらに、切り換え部５０４は、駆動周波数の変化量を第１変化量となる小さい値、即ち、スプリアス周波数の特性カーブを検知可能な値に設定する。また、ＣＰＵ１１１からスプリアス周波数の検出を目的とした図１３に示す閾値ＶＴがＡＳＩＣ１１２に通知される。ここで、閾値ＶＴは、図１３に示すように、スプリアス周波数における出力電圧と、共振周波数ｆ０における出力電圧との間に設定される。ＡＳＩＣ１１２は、選択部５０２又は導出部１００２を用いて、出力電圧と閾値ＶＴの比較を行う。切り換え部５０４は、圧電トランス２０１からの出力電圧が閾値ＶＴ以下の間、変化量を上述した第１変化量に設定する。一方、出力電圧が閾値ＶＴを超えると、切り換え部５０４は、変化量を第１変化量よりも大きい第２変化量とする。

このように、本実施形態に係るプリンタ１００は、ＬＵＴを生成する際に、スプリアス周波数が存在する周波数領域では通常の変化量より小さい変化量でサンプリングし、スプリアス周波数が存在しない周波数領域では通常の変化量でサンプリングする。したがって、ターゲット電圧が閾値ＶＴ以下である場合、選択部５０２又は導出部１００２は、ＬＵＴから、ターゲット電圧に対応する複数の駆動周波数を取得することとなる。この場合、選択部５０２又は導出部１００２は、複数の駆動周波数の中から、最も低周波側の駆動周波数を選択して、パルス生成部５０３に通知する。これにより、本実施形態に係るプリンタ１００は、低電圧を出力する場合において、スプリアス周波数の影響を受けることなく、安定して電圧を出力することができる。

［第４の実施形態］
次に、図１４を参照して、第４の実施形態について説明する。本実施形態に係るプリンタ１００は、イニシャル処理時のＬＵＴの生成とは別に、画像形成部１０１であるプロセスカートリッジの交換をＣＰＵ１１１が検知した場合にＬＵＴの生成を行う。図１４は、第４の実施形態に係る圧電トランス２０１の駆動周波数に対する出力電圧（Ｖｏｕｔ）の特性を示した図である。以下では、プロセスカートリッジが交換された場合にＬＵＴを生成する必要性について説明する。

周波数特性カーブ１４０１は、プロセスカートリッジが交換されて一定の期間使用された後の駆動周波数に対する出力電圧を示す。また、周波数特性カーブ１４０２は、プロセスカートリッジが交換された直後の駆動周波数に対する出力電圧を示す。図１４に示すように、各プロセスカートリッジの使用頻度が多くなるにつれ、プロセスカートリッジの感光ドラム１０３が削れるため、高圧出力から見た負荷側のインピーダンスの低下に伴い、圧電トランス２０１からの出力電圧も低下する。例えば、共振周波数ｆ０における出力電圧は、交換直後の出力電圧Ｖ０２から、使用回数が増加するにつれて出力電圧Ｖ０１まで低下する。したがって、ターゲット電圧を生成する際に、ＬＵＴを生成したイニシャル処理時の装置の状況と、現在の装置の状況とが異なり、電圧制御の精度が低下してしまう。例えば、イニシャル処理時に、出力電圧ＶＤ１に対応する駆動周波数をｆＤ１と定義した場合に、プロセスカートリッジを交換すると駆動周波数ｆＤ１に対応する出力電圧はＶＤ２となってしまう。

したがって、本実施形態に係るＣＰＵ１１１は、各トナー色ごとのプロセスカートリッジについての情報を管理する。ＣＰＵ１１１は、この情報からプロセスカートリッジの交換を検知した際に、ＡＳＩＣ１１２へＬＵＴの生成を依頼する。ＡＳＩＣ１１２は、第１乃至第３の実施形態の何れかの方法で、ＬＵＴを生成する。これにより、本実施形態に係るプリンタ１００は、プロセスカートリッジが交換された場合の圧電トランス２０１の周波数特性の変化に対応でき、安定した電圧を出力させることができる。

以上説明した各実施形態では、圧電トランス２０１へ入力する駆動周波数の生成手段であるデジタル回路としてＡＳＩＣを用いたものの、１チップマイクロコンピュータでの代用も可能である。また、ＡＳＩＣ上のＲＡＭ５０８に出力電圧と駆動周波数とを格納したものの、ＣＰＵ１１１上にＲＡＭを保持してもよい。

本発明に係るプリンタの概要を示す図である。 ＶＣＯ２１０を利用した電圧電源装置２００の回路を示す図である。 圧電トランス２０１の駆動周波数と出力電圧の関係を示す図である。 第１の実施形態に係る電圧電源装置１１３の回路図である。 第１の実施形態に係るＡＳＩＣ１１２の詳細な制御ブロックを示す図である。 第１の実施形態に係る圧電トランス２０１の駆動周波数に対する出力電圧（Ｖｏｕｔ）の特性を示した図である。 第１の実施形態に係るＬＵＴ７００の内容を示す図である。 第１の実施形態に係るＬＵＴ７００を生成する処理手順を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るプリンタ１００のターゲット電圧を出力する処理手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係るＡＳＩＣ１００１の詳細な制御ブロックを示す図である。 第２の実施形態に係る圧電トランス２０１の駆動周波数に対する出力電圧（Ｖｏｕｔ）の特性を示した図である。 第２の実施形態に係るＬＵＴ１２００の内容を示す図である。 第３の実施形態に係る圧電トランス２０１の駆動周波数に対する出力電圧（Ｖｏｕｔ）の特性を示した図である。 第４の実施形態に係る圧電トランス２０１の駆動周波数に対する出力電圧（Ｖｏｕｔ）の特性を示した図である。

符号の説明

１００：プリンタ
１１０：ＤＣコントローラ
１１１：ＣＰＵ
１１２：ＡＳＩＣ
１１３：電圧電源装置
２０１：圧電トランス

Claims (10)

1. 入力される駆動周波数に応じて電圧を出力する圧電トランスと、前記駆動周波数を制御して、前記圧電トランスからの出力電圧を制御する制御手段と、該圧電トランスから出力された電圧を用いて画像を形成する画像形成手段とを備える画像形成装置であって、
   前記制御手段は、
   前記圧電トランスから出力させる電圧値を取得する取得手段と、
   複数の前記駆動周波数と各駆動周波数に対応する前記出力電圧との対応関係が予め定義されたテーブルを用いて、前記取得した電圧値に対応する前記駆動周波数を設定する設定手段と、
   前記設定された駆動周波数に従って、前記圧電トランスへ入力する駆動周波数のパルスを生成するパルス生成手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、
   前記駆動周波数を予め定められた変化量で切り換える切り換え手段と、
   前記切り換えられた駆動周波数で生成されたパルスに応じて出力された前記出力電圧を検出する検出手段と、
   前記変化量ごとに切り換えられた複数の駆動周波数と、各駆動周波数に応じて出力された出力電圧とを対応づけて格納することにより、前記テーブルを生成するテーブル生成手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記テーブル生成手段は、
   前記画像形成装置に電源が投入された場合及び前記画像形成装置に含まれるプロセスカートリッジが交換された場合の少なくとも一方で、前記テーブルを生成することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、デジタル回路であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記設定手段は、
   前記テーブルから、前記取得した電圧値に対応する前記駆動周波数を選択する選択手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記設定手段は、
   前記テーブルから、前記取得した電圧値に近い複数の電圧値に対応する各駆動周波数を抽出して、該取得した電圧値に対応する前記駆動周波数を導出する導出手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記切り換え手段は、
   前記圧電トランスの不要共振周波数における出力電圧と、該圧電トランスの共振周波数における出力電圧との間に設定される出力電圧の閾値に基づき、前記圧電トランスからの出力電圧が閾値以下となる周波数領域では前記パルスの周波数を切り換える変化量を第１変化量に変更し、前記閾値を超える周波数領域では前記変化量を該第１変化量よりも大きい第２変化量に変更することを特徴とする請求項２乃至６の何れか１項に記載の画像形成装置。
8. 入力される駆動周波数に応じて電圧を出力する圧電トランスと、前記駆動周波数を制御して、前記圧電トランスからの出力電圧を制御する制御手段とを備える電圧電源装置であって、
   前記制御手段は、
   前記圧電トランスから出力させる電圧値を取得する取得手段と、
   複数の前記駆動周波数と各駆動周波数に対応する前記出力電圧との対応関係が予め定義されたテーブルを用いて、前記取得した電圧値に対応する前記駆動周波数を設定する設定手段と、
   前記設定された駆動周波数に従って、前記圧電トランスへ入力する駆動周波数のパルスを生成するパルス生成手段と
   を備えることを特徴とする電圧電源装置。
9. 入力される駆動周波数に応じて電圧を出力する圧電トランスと、前記駆動周波数を制御して前記圧電トランスからの出力電圧を制御する制御手段と、該圧電トランスから出力された電圧を用いて画像を形成する画像形成手段とを備える画像形成装置を制御する方法であって、
   前記制御手段は、
   前記圧電トランスから出力させる電圧値を取得するステップと、
   複数の前記駆動周波数と各駆動周波数に対応する前記出力電圧との対応関係が予め定義されたテーブルを用いて、前記取得した電圧値に対応する前記駆動周波数を設定するステップと、
   前記設定された駆動周波数に従って、前記圧電トランスへ入力する駆動周波数のパルスを生成するステップと
   を備えることを特徴とする方法。
10. 入力される駆動周波数に応じて電圧を出力する圧電トランスと、前記駆動周波数を制御して、前記圧電トランスからの出力電圧を制御する制御手段とを備える電圧電源装置であって、
    前記制御手段は、
    前記圧電トランスから出力させる電圧値を取得するステップと、
    複数の前記駆動周波数と各駆動周波数に対応する前記出力電圧との対応関係が予め定義されたテーブルを用いて、前記取得した電圧値に対応する前記駆動周波数を設定するステップと、
    前記設定された駆動周波数に従って、前記圧電トランスへ入力する駆動周波数のパルスを生成するステップと
    を備えることを特徴とする方法。

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