JP2009081979A - 高圧電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電トランスを用いた高圧電源装置において、駆動周波数が圧電トランスの共振周波数を越えてしまうことなく、速く立ち上げることができる高圧電源装置及びそれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】制御回路５０は、ｆ_ｍａｘ以外の初期周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ}から制御を開始し、初期周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ}に応じた検出値Ｖｓｎｓが、制御値Ｖｃｏｎｔと比べて小さい場合には、駆動周波数ｆの値を圧電トランス３１の共振周波数ｆ_０の値へ近づけるように変化させ、初期周波数ｆに応じた検出値Ｖｓｎｓが、制御値Ｖｃｏｎｔと比べて大きい場合には、駆動周波数ｆの値を圧電トランス３１の共振周波数の値から遠ざけるように変化させることを特徴とする高圧電源装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧電源装置及び画像形成装置に関するものであり、特に電子写真方式を用いた画像形成装置に用いる高圧電源装置及びこれを備える電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を用いた従来の画像形成装置及びそこで用いる高圧電源装置の例として、画像形成装置の構成と、そこで使用する高圧電源装置の構成、そして圧電トランスを用いた転写高圧電源の回路構成を順に説明する。

図７は従来例を示す画像形成装置である４ドラム系カラー画像形成装置の断面構成図である。まず、ピックアップローラ１１１によって繰り出される記録紙１１０（記録媒体）は、レジストセンサ１１２によって先端位置が検出され、搬送ローラ対１１３、１１４及び搬送ベルト１０５によって搬送される。スキャナユニット１００ａ〜１００ｄは、レジストセンサ１１２の検出タイミングに従い、順次感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄにレーザ光を照射する。このとき、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄは帯電ローラ１０４ａ〜１０４ｄによって帯電されており、レーザ光の照射によって静電潜像を形成し、さらに現像器１０２ａ〜１０２ｄ及び現像スリーブ１０３ａ〜１０３ｄによってトナー像を形成する。そして転写ローラ１０６ａ〜１０６ｄによって、搬送ベルト１０５上に搬送された記録紙１１０にトナー像が転写される。この際、記録紙１１０に転写されず感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに残ったトナーは、クリーニングブレード１１５ａ〜１１５ｄによって掻き落とされ、廃トナー容器１１６ａ〜１１６ｄに収納される。その後、記録紙１１０は定着器１０７に搬送され、画像が定着された後、出力される。ここで、各符号の英文字ａはシアン、ｂはマゼンタ、ｃはイエロー、ｄはブラックの構成及びユニットを示す。

次に、図８を用いて図７の画像形成装置における高圧電源装置の構成を説明する。高圧電源装置は、帯電バイアス９０ａ〜９０ｄ、現像バイアス９１ａ〜９１ｄ、転写バイアス９２ａ〜９２ｄの３種類を備えている。帯電バイアス９０ａ〜９０ｄは、帯電ローラ１０４ａ〜１０４ｄに印加することで感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの表面にバックグラウンド電位を形成し、レーザ光の照射により静電潜像を形成可能な状態にする。現像バイアス９１ａ〜９１ｄは、現像スリーブ１０３ａ〜１０３ｄに印加することで静電潜像にトナー像を形成する。転写バイアス９２ａ〜９２ｄは、転写ローラ１０６ａ〜１０６ｄに印加することで、トナー像を搬送ベルト１０５上に搬送された記録紙１１０に転写する。

次に図９及び図１０を用いて、図８の高圧電源装置における転写バイアス９２ａを、圧電トランスを用いて構成した回路構成例を説明する。

圧電トランスの周波数特性は、一般に図９に示すようなものである。共振周波数ｆ_０において出力電圧が最大のＶ_ｆ０となり、その周囲に共振周波数ｆ_０より小さな出力電圧を持つ複数の不要共振周波数ｆ_ｓｐ１〜ｆ_ｓｐ４がある。全体として裾広がりとなる特性であるため、駆動周波数（ｆ）による出力電圧（Ｖｏｕｔ）の制御が可能である。

図１０の回路では、高圧直流発生部３０を構成する圧電トランス３１の出力は、整流回路３５を構成するダイオード３２、３３及びコンデンサ３４によって正の直流出力Ｖｏｕｔに整流平滑され、負荷である転写ローラ１０６ａに供給される。また、制御回路１０を構成するオペアンプ１１の非反転入力端子（＋端子）には、出力Ｖｏｕｔが検出回路４０の抵抗４１、４２によって検出値Ｖｓｎｓに分圧された状態で入力される。一方、オペアンプ１１の反転入力端子（−端子）には、抵抗１２を介して制御値Ｖｃｏｎｔがアナログ信号で入力される。ここで制御値Ｖｃｏｎｔは、出力Ｖｏｕｔのターゲット電圧を検出回路４０で検出したＶｓｎｓに相当する。オペアンプ１１の出力には電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４が接続されており、入力信号の電位差に基づいて出力周波数を可変制御する。ここで、オペアンプ１１に接続される抵抗１２とコンデンサ１３はゲイン設定回路として機能するので、制御値Ｖｃｏｎｔと検出値Ｖｓｎｓとの電位差の積分量に基づいて電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４の周波数が変化する。駆動回路２０は、インダクタ２２とトランジスタ２３によって、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４の出力パルス信号を増幅し、圧電トランス３１の一次側を駆動する。

従来例では、出力オン時は駆動周波数を最大周波数ｆ_ｍａｘ（駆動周波数の可変制御範囲の上限）から共振周波数ｆ_０に向かって可変制御することで、ターゲット電圧Ｖ_ｔの周波数ｆ_ｔに制御している（横軸の太矢印線）。ここで、最大周波数ｆ_ｍａｘは、回路や負荷等のバラツキを考慮しても出力電圧範囲の下限値を出力できるよう高い周波数に設定してある。また出力オフ時は、駆動周波数はｆ_ｍａｘまでしか増すことができないので、制御値Ｖｃｏｎｔが出力電圧制御範囲の下限以下に設定された場合には、制御回路１０に備えたオフ回路１５が電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４を停止するように構成されている。
特開平１１−２０６１１３号公報

しかしながら、画像形成装置における転写バイアスは、環境温度の変化に対し負荷の特性が大きく変わってしまうので、様々な環境温度で安定した出力画像を得るために、広い範囲で出力電圧を可変制御する必要がある。このため、駆動周波数範囲を広く設定する必要があるので、最大周波数から共振周波数に向かって可変制御する従来の回路では、ターゲット電圧が比較的大きい場合には、駆動周波数を変化させるのに時間がかかってしまうといった問題があった。なお、制御回路のゲイン設定を調整することで、駆動周波数の変化を速く設定した場合には、駆動周波数が共振周波数を超え、それ以下の帯域になってしまう可能性がある。この場合は以降の出力制御ができなくなってしまうので、ゲイン設定を高くすることは難しい。

このように、従来の圧電トランスを用いた高圧電源装置は、立ち上げを速くすることが困難であったため、高スループットな画像形成装置に適用するのが難しいといった課題があった。

本発明は以上の点に着目して成されたもので、その課題は、駆動周波数が共振周波数ｆ_０を越えてしまうことなく、出力を速く立ち上げることができる高圧電源装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その高圧電源装置は以下の構成を備える。

（１）圧電トランスと、前記圧電トランスを駆動する駆動手段と、前記圧電トランスの出力を検出する検出手段と、前記圧電トランスの出力を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、出力の制御値と、前記検出手段による出力の検出値との差に基づいて、前記駆動手段が前記圧電トランスを駆動する駆動周波数を可変制御する高圧電源装置において、前記制御手段は、前記駆動周波数の可変制御範囲の上限または下限以外の初期周波数から制御を開始し、前記初期周波数に応じた前記出力の検出値が、前記出力の制御値と比べて小さい場合には、前記駆動周波数の値を前記圧電トランスの共振周波数の値に近づけるように変化させ、前記初期周波数に応じた前記出力の検出値が、前記出力の制御値と比べて大きい場合には、前記駆動周波数の値を前記圧電トランスの共振周波数の値から遠ざけるように変化させることを特徴とする高圧電源装置。

（２）電子写真方式を用いた画像形成装置であって、前記（１）に記載の高圧電源装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、高圧電源装置の立ち上がり時間を短縮することができるので、圧電トランスを用いた高圧電源装置を、より高スループットの画像形成装置に適用することが可能となる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る高圧電源装置を示す構成図であり、本発明を転写バイアス９２ａに適用した例である。また、図２は図１の回路の周波数特性を示す図である。従来例である図１０、図９と共通の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

従来例である図１０との違いは、従来例では最大周波数ｆ_ｍａｘを起点として共振周波数ｆ_０に近づく方向に制御していたのに対し、本実施例では次のようにする点にある。すなわち、共振周波数ｆ_０に最も近い不要共振周波数ｆ_ｓｐ１（駆動周波数の可変制御範囲の上限または下限以外の初期周波数）を起点周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ}とし、ここから制御を開始するよう構成したことにある。

本実施例では、制御回路５０において、オペアンプ１１と電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４との間に、抵抗５１、５２、ＦＥＴ５３、コンデンサ５４を備え、さらにＦＥＴ５３は電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４と共にオフ回路１５によって制御されている。

ここで出力オフ時には、オフ回路１５は反転入力端子の制御値Ｖｃｏｎｔが０Ｖなのに対し、非反転入力端子のＶｏｆｆが０Ｖより大きいので、Ｈｉｇｈレベルを出力する。これにより、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４が発振を停止すると共に、ＦＥＴ５３がオンする。またオペアンプ１１は反転入力端子の制御値Ｖｃｏｎｔが０Ｖなのに対し、非反転入力端子のＶｓｎｓはそれより大きいＶｒｅｆになるので、Ｈｉｇｈレベルを出力する。これにより、オペアンプ１１のＨｉｇｈレベル出力を抵抗５１、５２とで分圧した電圧が、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４に入力される。この電圧は電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４が初期周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ}で発振する値に設定されている。

次に出力オン時には、オフ回路１５のＶｏｆｆは検出回路４０のＶｒｅｆより小さな値に設定してある。このため、制御値Ｖｃｏｎｔの立ち上がりに伴って先ずオフ回路１５の出力がＬｏｗレベルに転じ、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４が初期周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ}で発振を開始する。このとき、ＦＥＴ５３もオフするものの、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４の入力電圧はコンデンサ５４によって一時的に保持される。その後すぐ、従来例と同様にオペアンプ１１は検出値Ｖｓｎｓが制御値Ｖｃｏｎｔと等しくなるよう、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１４を介して圧電トランス３１の駆動周波数を可変制御する。

次に、上記回路動作を図２の周波数特性に従って説明する。出力をオンした瞬間、制御回路５０は抵抗５１，５２によって決められた周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ}によって制御を開始するので、出力Ｖｏｕｔには電圧Ｖ_ｓｐが出力される。その後、制御値Ｖｃｏｎｔの示す出力がＶ_ｓｐより大きい場合には、オペアンプ１１の出力は小さくなり、駆動周波数はｆ_{ｓｔａｒｔ}から低い側に変化（共振周波数の値に近づけるように変化）する。逆に制御値Ｖｃｏｎｔの示す出力がＶ_ｓｐより小さい場合には、オペアンプ１１の出力は大きくなり、駆動周波数はｆ_{ｓｔａｒｔ}から高い側に変化（共振周波数の値から遠ざけるように変化）する。

本実施例によれば、特に広範囲の出力電圧範囲（可変制御範囲）に対応した高圧電源回路において、従来例と比べ出力オン時における駆動周波数の変化量を少なくすることができる。このため、起動時間を短縮することができると共に、出力電圧による起動時間のバラツキを抑えることができる。

但し、本実施例は本発明の適用を画像形成装置の転写高圧に限定するものではなく、他の高圧に適用することも可能である。また、本実施例は初期周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ}を不要共振周波数ｆ_ｓｐ１に限定するものではなく、起動時間の短縮に適した周波数を選択すれば良い。

図３は、本発明の実施例２に係る高圧電源装置を示す構成図であり、本発明を転写バイアス９２ａに適用した例である。また、図４は図３の回路におけるＡＳＩＣ６０の内部構成を示す図である。図３に示す回路の周波数特性を示す図は、実施例１の図２と同様である。従来例である図１０及び実施例１である図１、図２と共通の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

実施例１である図１との違いは、制御回路５０をＡＳＩＣ６０によって構成したことと、初期周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ}を環境温度センサ８０（ＴＥＭＰ ＳＮＳ）による検出値に基づき選択できるよう構成したことにある。

ＡＳＩＣ６０は、制御値Ｖｃｏｎｔと検出回路４０の検出値Ｖｓｎｓとを、ＡＤ変換器６１、６２（ＡＤ Ｃｏｎｖ）によってディジタル値に変換した後、比較回路６３（Ｃｏｍｐ）によって差を検出する。この比較結果は、周波数シンセサイザ６４（Ｓｙｎｔｈ．）に入力され、出力周波数を少しずつ変化させるよう構成されている。オフ回路６５（ＯＦＦ Ｃｉｒ．）は、制御値Ｖｃｏｎｔが出力停止を示しているときに、次のように動作する。すなわち、マルチプレクサ６７（ＭＵＸ）によって複数の不揮発メモリ領域ＲＯＭ１〜ＲＯＭＮ ６８（記憶手段）のうち１つから初期周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ}を読み出し、周波数シンセサイザ６４に出力する。このとき、マルチプレクサ６７には環境温度センサ８０（温度検知手段）の検出値ＶｔｍｐがＡＤ変換器６６（ＡＤＣｏｎｖ）を介して接続してあり、読み出すメモリ領域を切り替えるよう構成されている。また周波数シンセサイザ６４は、マルチプレクサ６７から初期周波数を設定されている間、パルス信号の出力を停止すると共に、発振周波数を設定値に初期化する。ここで、複数の不揮発メモリ領域ＲＯＭ１〜ＲＯＭＮ ６８には、予め決めておいた各環境温度における初期周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ１}〜ｆ_{ｓｔａｒｔＮ}を収めてある。初期周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ１}〜ｆ_{ｓｔａｒｔＮ}は、環境温度に伴う圧電トランス３１自身の特性変動や、負荷特性の変動を考慮し、最適な初期周波数が予め格納してある。

出力オン時にはオフ回路６５が初期化動作を停止し、周波数シンセサイザ６４が初期周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ}でパルス信号を出力する。その後、検出回路４０によって検出した検出値Ｖｓｎｓが制御値Ｖｃｏｎｔに満たない場合、圧電トランス３１に出力する駆動周波数を共振周波数ｆ_０に向かって変化させる。逆に、検出回路４０によって検出した検出値Ｖｓｎｓが制御値Ｖｃｏｎｔより大きい場合には、周波数を共振周波数ｆ_０から遠ざける方向に変化させる。

本実施例の構成によれば、実施例１と同様に起動時間を短縮することができると共に、周波数シンセサイザを用いているので初期周波数を精度良く設定することができ、環境温度毎に最適な初期周波数を設定することが可能である。

図５は、本発明の実施例３に係る高圧電源装置を示す構成図であり、本発明を転写バイアス９２ａに適用した例である。また、図６は図５に示す回路に係る制御のフローチャートを示す。図５に示す回路の周波数特性を示す図は、実施例１の図２と同様である。従来例である図１０及び実施例１である図１、図２と共通の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

実施例１である図１との違いは、制御回路５０を１チップマイクロコンピュータ（以下ＣＰＵと記す）７０によって構成したことと、初期周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ}を環境温度センサ８０による検出値Ｖｔｍｐに基づき可変制御できるよう構成したことにある。

ここで、ＣＰＵ７０は、制御値Ｖｃｏｎｔ及び検出回路４０による検出値Ｖｓｎｓ、環境温度センサ８０（ＴＥＭＰ ＳＮＳ）による検出値ＶｔｍｐがＡＤ変換入力ポートに接続されており、具体的なシーケンスは図６に示す通りである。ＣＰＵ７０は、回路の電源オン（ＯＮ）に伴い（ステップＳ１２０、以下「ステップ」を省略する）、制御値Ｖｃｏｎｔを読み込み、出力オンの状態、すなわち制御値Ｖｃｏｎｔが０以外の値になるのを待つ（Ｓ１２１）。ここで、制御値Ｖｃｏｎｔに０以外の値が入力されると、環境温度センサ８０の検出値Ｖｔｍｐを読み込む（Ｓ１２２）。そして、読み込んだ検出値Ｖｔｍｐと、予め記憶していた不要共振周波数ｆ_ｓｐ（図中、ｆｓｐと記す）とから、初期周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ}（図中、ｆｓｔａｒｔと記す）を計算によって決定する（Ｓ１２３）。ここで、図中のαは所定の係数である。そして、計算した初期周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ}で、駆動回路２０に駆動信号の出力を出力周波数ｆ_ｏｕｔ（図中、ｆｏｕｔと記す）で開始する（Ｓ１２４）。

その後、制御値Ｖｃｏｎｔが０になっていないかを確認し（Ｓ１２５）、０でなければ検出回路４０による検出値Ｖｓｎｓと、制御値Ｖｃｏｎｔとを比較する（Ｓ１２６）。検出値Ｖｓｎｓが制御値Ｖｃｏｎｔより大きい場合には、出力周波数ｆ_ｏｕｔを１００Ｈｚ減じる（Ｄｏｗｎ）（Ｓ１２７）。一方、検出値Ｖｓｎｓが制御値Ｖｃｏｎｔ以下である場合には、出力周波数ｆ_ｏｕｔを１００Ｈｚ増し（Ｕｐ）（Ｓ１２８）、その後制御値Ｖｃｏｎｔが０になっていないかの確認に戻る（Ｓ１２５）。なお、出力の停止状態により、制御値Ｖｃｏｎｔが０となった場合は、発振を停止し（ｆ_ｏｕｔ＝０）（Ｓ１２９）、シーケンスの最初に戻る（Ｓ１２１）。

本実施例の構成によれば、実施例１と同様に起動時間を短縮することができると共に、環境温度毎に最適な初期周波数から立ち上げることができるので、より短時間で高圧を立ち上げることが可能である。

実施例１に係る高圧電源装置を示す構成図 実施例１に係る高圧電源装置の圧電トランスの周波数特性を示す図 実施例２に係る高圧電源装置を示す構成図 実施例２に係る高圧電源装置のＡＳＩＣの内部構造を示す図 実施例３に係る高圧電源装置を示す構成図 実施例３に係る高圧電源装置のＣＰＵのフローチャートを示す図 従来例に係る画像形成装置の構成図 従来例に係る画像形成装置に用いる高圧電源装置の構成図 圧電トランスの周波数特性を示す図 従来例に係る高圧電源装置の転写バイアスの回路構成図

符号の説明

１０ 制御回路（制御手段）
２０ 駆動回路（駆動手段）
３１ 圧電トランス
３５ 整流回路
４０ 検出回路（検出手段）
５０ 制御回路（制御手段）
６０ ＡＳＩＣ（制御手段）
６８ 不揮発メモリ領域ＲＯＭ１〜ＲＯＭＮ（記憶手段）
７０ ＣＰＵ（制御手段）
８０ 環境温度センサ（温度検知手段）

Claims (5)

1. 圧電トランスと、前記圧電トランスを駆動する駆動手段と、前記圧電トランスの出力を検出する検出手段と、前記圧電トランスの出力を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、出力の制御値と、前記検出手段による出力の検出値との差に基づいて、前記駆動手段が前記圧電トランスを駆動する駆動周波数を可変制御する高圧電源装置において、
   前記制御手段は、前記駆動周波数の可変制御範囲の上限または下限以外の初期周波数から制御を開始し、
   前記初期周波数に応じた前記出力の検出値が、前記出力の制御値と比べて小さい場合には、前記駆動周波数の値を前記圧電トランスの共振周波数の値に近づけるように変化させ、
   前記初期周波数に応じた前記出力の検出値が、前記出力の制御値と比べて大きい場合には、前記駆動周波数の値を前記圧電トランスの共振周波数の値から遠ざけるように変化させることを特徴とする高圧電源装置。
2. 請求項１に記載の高圧電源装置において、
   前記制御手段は、複数の不要共振周波数の中で前記圧電トランスの共振周波数に最も近い不要共振周波数を前記初期周波数とすることを特徴とする高圧電源装置。
3. 請求項１または２に記載の高圧電源装置において、
   前記初期周波数を記憶する記憶手段を備えることを特徴とする高圧電源装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の高圧電源装置において、
   温度を検知する温度検知手段を備え、
   前記制御手段は、前記温度検知手段により検知された温度に基づき、前記初期周波数を可変制御することを特徴とする高圧電源装置。
5. 電子写真方式を用いた画像形成装置であって、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の高圧電源装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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