JP2011250549A - 圧電トランス式高圧電源装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電トランスのデジタル制御において、内部の動作クロックを高速化した場合の問題点として、例えば不要輻射ノイズの増大、消費電力の増大、半導体プロセスの微細化が必要になり開発コストの増大、開発期間の長期化はチップコストの増大などの問題がある。上記問題を鑑み、圧電トランスのデジタル制御において、半導体プロセスの微細化をすることなく、圧電トランスの出力電圧を高い分解能の精度で制御する圧電トランス高圧電源装置を提供する。
【解決手段】粗い周波数分解能で、圧電トランスの駆動周波数を変化させ、目標設定電圧Ｖ＋αの範囲であるかを判別し、範囲内であればＤｕｔｙを変更して目標設定電圧に制御することで、ＣＰＵやＡＳＩＣの動作クロックを高速化、即ち半導体プロセスの微細化をすることなく高い精度で出力電圧を制御することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電トランス式高圧電源装置、及び画像形成装置に関する。特に出力電圧もしくは出力電流を制御するための技術に関する。

従来から知られている電子写真プロセスの画像形成装置において、転写部材に印加する電圧として直流バイアス電圧を用いている。この時、画像形成に必要とされる高電圧を生成するために、従来は巻線式の電磁トランスを使用していた。しかし、電磁トランスは、前述のような仕様の画像形成装置に用いる場合は、出力電流値が数μＡ程度という微小な電流のために、各部に於いて漏れ電流を最大限少なくしなければならなかった。そのため、トランスの巻線をモールド等により絶縁する必要が有り、しかも供給電力に比較して大きなトランスを必要としたため、高圧電源装置の小型化・軽量化の妨げとなっていた。

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て高電圧を発生させることが提案されている（特許文献１）。すなわち、セラミックを素材とした圧電トランスを用いることにより、電磁トランス以上の効率で高電圧を生成することが可能となり、しかも、一次側と二次側の電極間の距離を離すことが可能となる。そして、特別に絶縁のためにモールド加工する必要がなく、高圧発生装置を小型・軽量にできるという優れた特性が得られている。

また、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器（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。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

近年部品点数の削減による省スペース化が望まれている。上記で述べたように圧電トランスの制御回路部はアナログ回路で構成するのが主流で部品点数も多い。圧電トランスの制御回路部の削減及び省スペース化を行う方法として、制御回路部をＩＣ化して１チップで構成する方法がある。しかし、ＩＣ化を行う場合は、ＩＣのピン数に制約があることから、小さなパッケージでは使用できない場合がある。また、小さいパッケージの場合、カラープリンタのように十数個の圧電トランスを使用する際、制御用のＩＣが複数個必要となり大きな効果は得られにくい。その為、プリンタのエンジン部のコントローラのＣＰＵやＡＳＩＣとあわせて１チップ化する方法が考えられる。この方法であれば省スペース化の効果は大きく、制御回路を従来のアナログ回路からデジタル回路にするのが望ましい。しかし、圧電トランスの制御回路部をデジタル化した場合、圧電トランスの駆動制御として、特に周波数を可変して出力電圧を制御する方式においては高い周波数精度を要求される。つまり、周波数を高精度に制御するために、ＣＰＵやＡＳＩＣの動作クロックを非常に高速にする必要がある。

例えば、２００ＭＨｚの駆動周波数では、１０ビットカウンタ（ＭＡＸ：１０２４カウント）でＨ，Ｌ共に６０２カウント（１周期として１２０４カウント）で生成した場合、出力周波数の値は、１６６．１１３ＫＨｚとなる。Ｈを６０３カウント、Ｌを６０２カウントした場合（１周期：１２０５カウント）、出力周波数の値は、１６５．９７５ＫＨｚとなる。周波数の差Δｆは、１２０Ｈｚとなる。１００Ｈｚ変化した時の出力電圧の変化量は、２０Ｖ程度であり、画像に影響が出ない為の電圧変化量として、２．０Ｖ以下の精度で変化させる必要がある。よって、１．５Ｖ以下の精度で電圧を変化させる為には、１０Ｈｚ以下単位での周波数分解能が必要である。その場合、ＣＰＵやＡＳＩＣの動作クロックとして、２ＧＨｚ以上を必要とする。つまり、内部の動作クロックを高速化した場合の問題点として、例えば不要輻射ノイズの増大、消費電力の増大、半導体プロセスの微細化によるコスト高になるなどの問題がある。

上記課題を解決するため、本願発明は以下の構成を有する。圧電トランスと、前記圧電トランスの駆動回路と、前記圧電トランスの出力を整流する整流回路とを含む直流高電圧発生回路と、前記直流高電圧発生回路の出力電圧もしくは出力電流を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された出力電圧もしくは出力電流の値が目標値となる駆動信号を前記駆動回路に与えて、前記直流高電圧発生回路を制御する制御部とを有する圧電トランス式高圧電源装置であって、前記制御部は、前記駆動回路に与える駆動信号のデューティを固定して周波数を変化させて、前記出力電圧もしくは出力電流を前記目標値に対して一定の範囲内となる周波数に設定し、前記一定の範囲内となる周波数に設定した後、前記出力電圧もしくは出力電流が前記目標値になるように前記駆動信号のデューティを変化させる。

本発明は、圧電トランスのデジタル制御において、動作クロックを高速化することなく、しかも高い精度で出力電圧を制御することを可能にする。

第一の実施形態に係る圧電トランス高圧電源の構成ブロック図。 第一の実施形態に係る制御フロー図。 第一の実施形態に係る圧電トランスのＦ−Ｖ特性図。 第一、第二の実施形態に係る周波数制御時の動作波形図。 第一、第二の実施形態に係るＤｕｔｙ可変制御時の動作波形図。 第二、第三の実施形態に係る圧電トランス高圧電源の構成ブロック図。 第二の実施形態に係る制御フロー図。 第二の実施形態に係る周波数掃印時のＦ−Ｖ特性図。 第三の実施形態に係る制御フロー図。 本発明に係るカラーレーザプリンタの構成図。 従来例の圧電トランス高圧電源を説明する図。

＜第一の実施形態＞
以下、本発明の第一の実施形態について説明する。但し、本実施形態はあくまで例示であり、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。まず、圧電トランス式高圧電源の従来例を、図１１を用いて簡単に説明する。ここに示す回路は高圧電源であり、高圧電源の圧電トランス（圧電セラミックトランス）１０１を含む。圧電トランス１０１の出力はダイオード１０２、１０３及び高圧コンデンサ１０４によって正電圧に整流平滑され、負荷である転写ローラ（不図示）に供給される。すなわち、ダイオード１０２、１０３及び高圧コンデンサ１０４により整流回路の役割を担う。また、スイッチング素子にＦＥＴ１１１を用いたＬＣ共振回路を駆動回路としている。以上、直流高電圧発生回路は、駆動回路、圧電トランス、整流回路を含むこととなる。

出力電圧は抵抗１０５、１０６、１０７によって分圧され、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。他方オペアンプの反転入力端子（−端子）には抵抗１１４を介してアナログ信号である高圧電源の制御信号（Ｖｃｏｎｔ）が入力される。オペアンプ１０９と抵抗１１４とコンデンサ１１３を図のように構成することにより、制御信号Ｖｃｏｎｔに対する積分回路として機能しており、抵抗とコンデンサの部品定数によって決まる積分時定数で平滑化された制御信号がオペアンプ１０９に入力される。オペアンプ１０９の出力端は電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１０に接続され、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１１０はオペアンプ１０９の出力電圧に応じた周波数でスイッチング素子１１１をスイッチングする。そして、インダクタ１１２で電圧を増幅して圧電トランスの一次側に供給する。

［システム構成］
図１０は、本願発明を適用可能な第一の実施形態として、画像形成装置である“カラーレーザプリンタ”の概略構成を示す断面図である。このカラーレーザプリンタに圧電トランス式高圧電源装置が搭載されている。図１０において、カラーレーザプリンタ４０１は、記録紙３２を収納するデッキ４０２、デッキ４０２内の記録紙３２の有無を検知するデッキ紙有無センサ４０３、デッキ４０２から記録紙３２を繰り出すピックアップローラ４０４を有する。また、カラーレーザプリンタ４０１は、ピックアップローラ４０４によって繰り出された記録紙３２を搬送するデッキ給紙ローラ４０５、デッキ給紙ローラ４０５と対をなし記録紙３２の重送を防止するためのリタードローラ４０６も有する。そして、デッキ給紙ローラ４０５の下流には記録紙３２を同期搬送するレジストローラ対４０７、レジストローラ対４０７への記録紙３２の搬送状態を検知するレジ前センサ４０８が配設されている。

また、レジストローラ対４０７の下流には、静電吸着搬送転写ベルト（以下、ＥＴＢという）４０９が配設されている。本画像形成装置はカラーレーザプリンタであるため、複数色のプロセスカートリッジ４１０を搭載しており、それぞれ交換が可能である。ＥＴＢ４０９上には、４色（イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＢｋ）分のプロセスカートリッジ４１０Ｙ、４１０Ｍ、４１０Ｃ、４１０Ｂｋと、スキャナユニット４２０Ｙ、４２０Ｍ、４２０Ｃ、４２０Ｂｋからなる画像形成部によって形成された画像が、転写ローラ４３０Ｙ、４３０Ｍ、４３０Ｃ、４３０Ｂｋによって順次重ね合わされてゆくことによりカラー画像が形成される。形成されたカラー画像は、記録紙３２上に転写され、記録紙３２は下流に搬送される。下流には記録紙３２上に転写されたトナー像を熱定着するために内部に加熱用のヒータ４３２を備えた定着ローラ４３３と加圧ローラ４３４の対を有する。更に、定着ローラ４３３からの記録紙３２を搬送するための、定着排紙ローラ対４３５、定着部からの搬送状態を検知する定着排紙センサ４３６が配設されている。

また、スキャナユニット４２０のそれぞれは、ビデオコントローラ４４０から送出される各画像信号に基づいて変調されたレーザ光を発光するレーザユニット４２１、各レーザユニット４２１からのレーザ光を感光ドラム３０５上に走査するためのポリゴンミラー４２２とスキャナモータ４２３、結像レンズ群４２４より構成されている。そして、プロセスカートリッジ４１０のそれぞれは、公知の電子写真プロセスに必要な感光ドラム３０５、帯電ローラ３０３と現像ローラ３０２、トナー格納容器４１１を備えている。そして、スキャナユニット４２０はそれぞれカラーレーザプリンタ４０１本体に対して着脱可能に構成されている。さらに、ビデオコントローラ４４０は、パーソナルコンピュータ等の外部装置４４１から送出される画像データを受信すると、受信した画像データをビットマップデータに展開し、画像形成用の画像信号を生成する。

また、カラーレーザプリンタ４０１のエンジンコントローラ２０１は、ＲＡＭ２０７ａ、ＲＯＭ２０７ｂ、タイマ２０７ｃ、デジタル入出力ポート２０７ｄ、Ｄ／Ａポート２０７ｅを備えた制御部であるＣＰＵ２０７、及び各種入出力制御回路（不図示）等で構成されている。また、高圧電源（圧電トランス式高圧電源装置）２０２は、各プロセスカートリッジ４１０に対応した帯電高圧電源（不図示）と、現像高圧電源（不図示）と、各転写ローラ４３０に対応した高圧を出力可能な圧電トランスを使用した転写高圧電源（不図示）とで構成されている。なお、画像形成装置の説明を、タンデム方式のカラー画像形成装置を例に挙げて説明した。しかしながら、高圧バイアスを用いた画像形成装置であれば本発明の適用範囲である。

［圧電トランス高圧電源の制御及び動作フロー］
図１、図２は、本発明における圧電トランス高圧電源のブロック図及び動作フローを示す。なお、本実施形態において、出力を電圧として述べているが、出力電流として扱っても本発明の範囲内であることは言うまでもない。本願発明における圧電トランス式高圧電源と図１１にて示した従来例の圧電トランス式高圧電源において、重複するものは同じ参照番号を付与している。ここで、エンジンコントローラ２０１は、駆動回路へ駆動信号を与えるパルス発生手段２０５１およびＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄコンバータ２０５２を含む。

［周波数制御］
図１に示すような、スイッチング素子にＦＥＴ１１１を用いたＬＣ共振回路を駆動回路にした場合の制御スタート時おける周波数制御時の動作波形を図４に示す。図４では、横軸を時間とし、それぞれ次の波形を示している。図４の（ａ）はＦＥＴ１１１のゲート波形Ｖｇｓ、（ｂ）はＦＥＴ１１１のドレイン波形Ｖｄｓ、即ち圧電トランス１０１の駆動電圧である。図４の（ｃ）はインダクタ１１２の電流波形ＩＬを示す。図４の（ｄ）は、ドレイン電流波形Ｉｄを示す。ここでは、Ｄｕｔｙを固定し、周波数を可変として変更する制御（以下、周波数制御）を行う。ここで、制御スタート時における周波数制御時の、駆動パルスを発生させるパルス発生手段（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）２０５１のオンＤｕｔｙは、スイッチング素子１１１がゼロボルトスイッチング（Ｚｅｒｏ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：ＺＶＳ）できる範囲に設定され、ＰＷＭは周波数の制御を行う。本実施形態では、一例として図４におけるＦＥＴ１１１の駆動パルスのオンＤｕｔｙを５０％として説明する。ＦＥＴ１１１がオン状態の時間Ｔｏｎ（ｔ０〜ｔ１）において、ＩｌとＩｄは一致している。これは、インダクタ１１２の電流が全てＦＥＴ１１１に流れ込むことを表す。ＦＥＴ１１１がオフされると、図４（ｄ）に示されるようにＩｄは瞬時に零となる。それまでＦＥＴ１１１に流れていたインダクタ電流Ｉｌは、共振コンデンサ１１６と圧電トランス１０１の一次側静電容量に流入し、充電する。すると、ＦＥＴ１１１のドレインソース間電圧Ｖｄｓは上昇を始める。つまり、図４の（ｂ）に示されるようにＦＥＴ１１１がオフした直後、Ｖｄｓの電圧値は大きく跳ね上がる。この上昇電圧波形は、インダクタ１１２と、共振コンデンサ１１６と圧電トランス１０１の一次側静電容量のＬＣ共振現象である。その周波数ｆｌ０は概ね次式で表される。

ｆｌ０≒１／２π√ＬＣ ・・・（１）
ＦＥＴオン状態の時間Ｔｏｎ（ｔ１〜ｔ２）において、インダクタ電流波形Ｉｌｐは概ね次式で表される。

Ｉｌｐ≒Ｖ／Ｌ・Ｔｏｎ ・・・（２）
Ｉｌｐによって、インダクタ１１２に蓄えられるエネルギーＥは、インダクタ１１２の抵抗成分、配線抵抗などで損失される。ここで、それらの損失を無視すればＶｄｓの電圧振幅Ｖｄｓｐによって共振コンデンサ１１６と圧電トランス１０１の一次側静電容量に蓄えられるエネルギーＥは等価である。したがって、概ね次式が成立する。

Ｅ≒１／２・ＬＩｄｐ２≒１／２・ＣＶｄｓｐ２・・・（３）
これをＶｄｓｐについて解くと、次式が成立する。

Ｖｄｓｐ≒√Ｌ／Ｃ・Ｉｄｐ・・・（４）
Ｖｄｓｐによって、ｔ１〜ｔ２まで共振コンデンサ１１６と圧電トランス１０１の一次側静電容量に電荷を充電し、ｔ２〜ｔ３間で共振コンデンサ１１６と圧電トランス１０１の一次側静電容量に蓄えられた電荷を放電する。このとき、充電された電荷と放電される電荷は等価である。このＬＣ電圧共振により、入力電圧波形であるフライバック電圧波形を生成し、圧電トランス一次側に供給している。図４（ｂ）のドレイン電圧波形は、インダクタ１１２、共振コンデンサ１１６の定数及び、圧電トランス１０１の入力側の静電容量成分でＶｄｓのｔ２−ｔ３間の時間は決まる。また、ドレイン電圧波形のＶｄｓｐは、ゼロボルトスイッチング領域では、大きく変化しない。この状態で、制御スタート時においては粗い周波数分解能で周波数掃引を行う。ここで用いる“粗い周波数分解能”とは、低い周波数分解能を意味しているが、これは設定電圧に近づけるために必要に応じてよりより高い周波数分解能への制御を行うため、スタート時においては“粗い周波数分解能”で良いとしている。なお、スタート時に用いる具体的な“粗い周波数分解能”については、実験的に求められても良い。

［Ｄｕｔｙ（デューティ）制御］
入力電圧が設定電圧Ｖ＋αの範囲であることを判別したら、パルス発生手段２０５１の周波数を固定して、Ｄｕｔｙを可変として変更する制御（以下、Ｄｕｔｙ制御）に切り替える。ここでの＋αの値（設定電圧Ｖに近似するとして許容される誤差範囲の値）は予め定義されているものとする。入力電圧が、この誤差範囲内になるまでＤｕｔｙ制御を行う。図５に示すＤｕｔｙ制御時の波形を説明する。図５に示した各波形はそれぞれ図４のものと対応している。Ｄｕｔｙ制御時においては、スイッチング素子１１１がゼロボルトスイッチングでない領域のハードスイッチング領域で動作させる。ハードスイッチング領域まで時間Ｔｏｎを短くした場合、図５（ｃ）に示すようにインダクタ１１２の電流Ｉｌｐは、式（２）より時間Ｔｏｎが短くなると減少する。インダクタ１１２の電流Ｉｌｐが減少すると、インダクタ１１２に蓄えられるエネルギーが減少することになる。式（３）、（４）から、インダクタ１１２に蓄えられるエネルギーと電圧振幅Ｖｄｓｐにより共振コンデンサ１１６と圧電トランス１０１の一次側静電容量に蓄えられるエネルギーＥは等価である。従って、インダクタ１１２のエネルギーが減少すると図５の（ｂ）に示すようにＦＥＴ１１１のドレイン電圧Ｖｄｓｐが減少することになる。即ち、圧電トランス１０１の入力電圧が減少することになる。従って、ハードスイッチング領域で駆動パルスのＤｕｔｙである時間Ｔｏｎに対応させて、圧電トランス１０１の入力電圧を可変させることで圧電トランス１０１の出力電圧を制御する。

［動作フロー］
次に、図２の動作フローに基づいて説明する。なお、動作フロー開始時は、図４にて示したように、周波数制御の状態となっている。設定電圧値をエンジンコントローラ２０１の制御部であるＣＰＵ２０７が設定する（Ｓ２０１）。圧電トランス１０１を駆動する為に、ＣＰＵ２０７はパルス発生手段２０５１に対し出力周波数を設定する（Ｓ２０２）。ここで設定される駆動周波数は“粗い周波数分解能”として定義されているものとする。そして、抵抗である電圧検出部１０５，１０６，１０７を用いて、圧電トランス１０１の出力電圧を検出し、Ａ／Ｄコンバータ２０５２が出力電圧をアナログ信号からデジタル信号へ変換する。ＣＰＵ２０７は、Ａ／Ｄコンバータ２０５２が変換した値と設定電圧値とを比較し、設定電圧値との比較結果が予め設定された範囲内であるかを判別する（Ｓ２０３）。比較結果が設定された範囲内でない場合（Ｓ２０３にてＮＯ）は、パルス発生手段２０５１が、駆動信号である出力周波数を高周波側から低周波側に変化させ、駆動周波数を変化させ設定電圧に近似する範囲になるまで繰り返す（Ｓ２０４）。比較結果が設定された範囲内であれば、ＣＰＵ２０７は、その時にパルス発生手段２０５１で設定されている周波数で固定する（Ｓ２０５）。

以降の制御は、図５にて示したようにＤｕｔｙ制御の状態となっている。ＣＰＵ２０７は、パルス発生手段２０５１が出力する周波数を固定した状態で、出力パルスのＤｕｔｙを変更する（Ｓ２０６）。Ｓ２０６におけるＤｕｔｙの変更により、圧電トランス１０１の駆動電圧がＤｕｔｙに対応して変化し（Ｓ２０７）、さらに駆動電圧の変化に対応して出力電圧が変化することとなる（Ｓ２０８）。なお、Ｓ２０７、Ｓ２０８は制御手段ではなく、Ｓ２０６の結果として引き起こされる現象である。この変化した出力電圧を抵抗である電圧検出部１０５，１０６，１０７を用いて検出し、Ａ／Ｄコンバータ２０５２が出力電圧をアナログ信号からデジタル信号へ変換する。そして、ＣＰＵ２０７は、Ａ／Ｄコンバータ２０５２が変換した値と設定電圧値とを比較し、設定電圧値との比較結果が予め設定された範囲内であるかを判別する（Ｓ２０９）。比較結果が設定された範囲内でない場合（Ｓ２０９にてＮＯ）は、Ｓ２０６へ戻り、出力電圧の値が目標の設定電圧値になるまで駆動パルスのＤｕｔｙを変化させる。そして、出力電圧が設定電圧となった場合（Ｓ２０９にてＹＥＳ）には、現在のＤｕｔｙにより電圧を制御することとし（Ｓ２１０）、本処理フローを終了する。

ここで、パルス発生手段２０５１をデジタルカウンタ回路とし、２００ＭＨｚの駆動周波数とした場合を例に取って説明する。Ｓ２０４では、１０ビットカウンタ（ＭＡＸ：１０２４カウント）でＨ，Ｌのカウント数を共に変更し、段階的に周波数を変化させる。例えば、Ｈ，Ｌ共に６０２カウント（１周期として１２０４カウント）で生成した場合、出力周波数の値は、１６６．１１３ＫＨｚとなる。この出力周波数で周波数固定した際、１周期は１２０４カウントである。Ｓ２０６では、Ｄｕｔｙの変更は、パルスのＨを６０３カウントとし、Ｌを６０１カウントとするようにＨのカウント数＋１、Ｌのカウント数−１としてＤｕｔｙを変化させる。すなわち、Ｈレベルのカウント数とＬレベルのカウント数の総和を変えることなく、Ｈ、Ｌのカウントをそれぞれ増減させる。上述の例では、およそ０．０８％毎にＤｕｔｙを変化させられる。Ｄｕｔｙを０．１％変化させたときに、出力電圧はおよそ２Ｖ程度の変化が得られる。

上記説明を圧電トランスのＦ−Ｖ特性を示した図３を用いて説明する。図３（ｂ）は図３（ａ）の一部を拡大したものである。周波数制御を示す実線は、粗い周波数分解能で圧電トランスの共振周波数より十分高い周波数から低い周波数へ周波数を掃引し、設定電圧Ｖ＋αの範囲内であることを判別するまでのＦ−Ｖ特性を示している。設定電圧Ｖ＋αの範囲内であれば、破線にて示すＤｕｔｙ制御に切り替える。周波数固定で分解能の高いＤｕｔｙ制御を行って、Ｄｕｔｙに対応させて圧電トランスの入力電圧を制御することで、Ｆ−Ｖ特性の頂点を微調製して目標値である所望の設定電圧となるように制御する。また、十分低い周波数から高い周波数方向への掃引どちらでも良い。

以上述べたように、まず粗い周波数分解能で、圧電トランスの駆動周波数を変化させ、所望の設定電圧Ｖ＋αの範囲であるかを判別する。そして、設定された電圧の範囲内であればＤｕｔｙを変更して所望の設定電圧に制御する。これにより、ＣＰＵやＡＳＩＣの動作クロックを高速化をすることなく高い精度で出力電圧を制御することができる。

＜第二の実施形態＞
以下、本発明の第二の実施形態について図６、７に基づいて説明する。本実施形態では、周波数掃引を行い、その際の周波数及びそれに対応する出力電圧（もしくは出力電流）を周波数と対応付けて記憶しておき、記憶された情報の中から設定電圧に近似する出力電圧となる周波数を用いて制御を行う。図６、７は、本発明における圧電トランス高圧電源のブロック図及び動作フロー図を示している。第一の実施形態と同一の構成についての説明は省略する。なお、図１と図６との差異は、エンジンコントローラ２０１内に記憶装置２０５３を有する点である。

図６、図７は、本発明における圧電トランス高圧電源のブロック図及び動作フローを示している。図７において、まずカラープリンタの電源投入時にエンジンコントローラ２０１において、ＣＰＵ２０７は、パルス発生手段２０５１の出力周波数を一定範囲の高い周波数から低い周波数方向へ周波数掃引を行う（Ｓ３０１）。そして、ＣＰＵ２０７は、周波数掃引により得られた圧電トランスの出力検出結果を記憶装置２０５３に記憶し、出力値に対応したパルス発生手段２０５１の周波数設定値を記憶装置２０５３に記憶する（Ｓ３０２）。

ここで、図８に周波数掃引時の圧電トランス１０１のＦ−Ｖ特性を示す。周波数掃引時の最高周波数をｆ０とし、対応した電圧検出値をＶ０とする。そして、最低周波数ｆｎまで周波数掃印し、順次、周波数設定値と周波数設定値に対応した電圧検出値を記憶装置２０５３に格納する。

プリント制御開始時（Ｓ３０３）では、ＣＰＵ２０７は、予め設定された設定電圧値と周波数掃引時（Ｓ３０２）に記憶装置２０５３に格納された電圧検出結果とを比較し、比較結果が予め設定された範囲内（設定電圧Ｖ＋α）であるかを判別する（Ｓ３０４）。そして、ＣＰＵ２０７は、比較結果が予め設定された範囲内にある電圧検出結果に対応したパルス発生手段２０５１の出力周波数設定値を記憶装置２０５３から取得し、パルス発生手段２０５１に設定する（Ｓ３０５）。続いて、ＣＰＵ２０７は、パルス発生手段２０５１に設定する出力周波数を固定する（Ｓ３０６）。その後、図２のＳ２０６〜Ｓ２１０と同様に、ＣＰＵ２０７は、パルス発生手段２０５１のＤｕｔｙを変更し、圧電トランスの出力電圧を設定電圧に制御する（Ｓ３０７〜Ｓ３１１）。電圧設定をした後、連続してプリントする場合には（Ｓ３１２にてＹＥＳ）、その処理を行い（Ｓ３１３）、すべてのプリントが完了すると本処理を終了する。

上記説明により、所定タイミングごとに周波数掃引した制御及び出力情報を保持し、比較する際に必要とする圧電トランス１０１のＦ−Ｖ特性における出力電圧と周波数の対応情報を取得する。これにより、制御開始時に設定電圧への到達時間を短縮できる。また、圧電トランスの出力電圧の精度に関して第一の実施形態と同様の効果を得られる。

なお、所定タイミングごとに行う一定周波数範囲の周波数掃引方向は、圧電トランス１０１の共振周波数より十分高い周波数から低い周波数方向に掃引もしくは、十分低い周波数から高い周波数方向への掃引どちらでも良い。

また、所定タイミングごとに行う一定周波数範囲の周波数掃引は、図１１にて示した従来例における画像形成装置の電源投入後または省電力モード復帰後のイニシャル動作時に周波数掃引を実行しても良い。また、圧電トランス１０１の昇温による共振周波数変化、及び、負荷の経時変化を補正する為、画像形成装置において所定枚数のプリント実行後に周波数掃引を実行し、記憶装置２０５３のデータを更新してもよい。更に、プロセスカートリッジ４１０の交換による負荷変動を補正する場合にも適用可能である。画像形成装置のプロセスカートリッジ４１０Ｙ、４１０Ｍ、４１０Ｃ、４１０Ｂｋの少なくとも一つの交換をＣＰＵ２０７が検知した場合に、ＣＰＵ２０７は周波数掃引を実行し、記憶装置２０５３のデータを更新してもよい。

＜第三の実施形態＞
以下、本発明の第三の実施形態を図６，９に基づいて説明する。本実施形態においては、所定タイミングにて設定電圧に出力電圧を近似させた周波数を記憶しておき、その所定タイミング以外には、記憶した周波数を用いて出力電圧（もしくは出力電流）を制御する。図６，９は、本発明における圧電トランス高圧電源のブロック図及び動作フロー図を示している。第一および第二の実施形態と同一の構成に関する説明は省略する。例えば、カラープリンタの電源投入後、或いは、省電力モード復帰後の所定タイミングの始めに行われるプリント制御を考える。その場合、図９におけるＳ４０１〜Ｓ４０５のように、出力電圧が予め設定された設定電圧Ｖ＋αの範囲内であることを判別するまで、ＣＰＵ２０７が圧電トランス１０１の共振周波数より十分高い周波数から低い周波数方向へ周波数を変化させる。第一の実施形態との差異は、図９の処理フローにて設定電圧Ｖ＋αの範囲を判別した際に、ＣＰＵ２０７は、用いたパルス発生手段２０５１の出力周波数設定値を記憶装置２０５３に格納する（Ｓ４０６）。そして、ＣＰＵ２０７は、出力電圧が設定電圧Ｖ＋αの範囲にあるか否かを判別した後、パルス発生手段２０５１の周波数を固定し、Ｄｕｔｙ制御にて設定電圧Ｖへ制御する（Ｓ４０７〜Ｓ４１３）。

次に、カラープリンタがスタンバイ状態（Ｓ４１４）から、プリント制御に状態遷移した際（Ｓ４１５にてＹＥＳ）、ＣＰＵ２０７は、これまでのプリント制御時に記憶装置２０５３に記憶された周波数設定値を取得し、パルス発生手段２０５１に設定する（Ｓ４１６）。そして、これまでの流れと同様に、パルス発生手段２０５１の出力周波数は、ＣＰＵ２０７により設定周波数で固定される（Ｓ４０６）。ＣＰＵ２０７は、パルス発生手段２０５１のＤｕｔｙを制御し（Ｓ４０７）、圧電トランス１０１の出力電圧を設定電圧値に制御する（Ｓ４０８〜Ｓ４１２）。

以上により、プリント制御毎にその都度、圧電トランスの共振周波数より十分高い周波数から周波数を変化させることなく、圧電トランスの出力電圧を制御することができるので、設定電圧への立ち上がり時間を短縮できる。

なお、周波数の変化方向は、圧電トランスの共振周波数より十分低い周波数から高い周波数方向でも良い。また、所定タイミングは圧電トランス１０１の昇温による共振周波数変化、及び、負荷の経時変化を補正するために、画像形成装置において所定枚数後のプリント制御時に実行し、記憶装置２０５３のデータを更新してもよい。更に、プロセスカートリッジ４１０の交換による負荷変動を補正する場合にも適用可能である。画像形成装置におけるプロセスカートリッジ４１０Ｙ、４１０Ｍ、４１０Ｃ、４１０Ｂｋの少なくとも一つが交換されたことをＣＰＵ２０７が検知した場合に、その交換後におけるプリント制御に対しても実行し、記憶装置２０５３のデータを更新してもよい。

Claims (7)

1. 圧電トランスと、前記圧電トランスの駆動回路と、前記圧電トランスの出力を整流する整流回路とを含む直流高電圧発生回路と、
   前記直流高電圧発生回路の出力電圧もしくは出力電流を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された出力電圧もしくは出力電流の値が目標値となる駆動信号を前記駆動回路に与えて、前記直流高電圧発生回路を制御する制御部と
   を有する圧電トランス式高圧電源装置であって、
   前記制御部は、
   前記駆動回路に与える駆動信号のデューティを固定して周波数を変化させて、前記出力電圧もしくは出力電流を前記目標値に対して一定の範囲内となる周波数に設定し、前記一定の範囲内となる周波数に設定した後、前記出力電圧もしくは出力電流が前記目標値になるように前記駆動信号のデューティを変化させることを特徴とする圧電トランス式高圧電源装置。
2. 前記検出手段は、前記整流回路を介した前記圧電トランスの出力値をデジタル信号に変換する変換手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電トランス式高圧電源装置。
3. 前記制御部が周波数を変化させる際に、段階的に前記駆動回路に供給する周波数を切り替え、当該周波数を切り替える範囲は、前記圧電トランスの共振周波数を含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電トランス式高圧電源装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載された圧電トランス式高圧電源装置を搭載した画像形成装置。
5. 圧電トランスと、前記圧電トランスの駆動回路と、前記圧電トランスの出力を整流する整流回路とを含む直流高電圧発生回路と、
   前記直流高電圧発生回路の出力電圧もしくは出力電流を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された出力電圧もしくは出力電流の値が目標値となる駆動信号を前記駆動回路に与えて、前記直流高電圧発生回路を制御する制御部と
   を有する圧電トランス式高圧電源装置であって、
   前記駆動信号の周波数と、前記検出手段にて検出された前記駆動信号の周波数に対応する出力電圧もしくは出力電流の値とを対応付けて記憶する記憶手段を更に有し、
   前記制御部は、
   周波数の掃引時に前記駆動回路に与えた駆動信号の周波数と、周波数の掃引時に前記駆動回路に与えた駆動信号の周波数に対応して出力された出力電圧もしくは出力電流の値とを対応付けて前記記憶手段に記憶させ、
   前記記憶手段に記憶された周波数の掃引時における駆動信号の周波数、および当該周波数に対応する出力電圧もしくは出力電流の値に基づいて、前記出力電圧もしくは出力電流の値が前記目標値に対して一定の範囲内となる駆動信号の周波数を前記駆動回路に供給し、その後、前記出力電圧もしくは出力電流の値を前記目標値になるように前記駆動信号のデューティを変化させることを特徴とする圧電トランス式高圧電源装置。
6. 圧電トランスと、前記圧電トランスの駆動回路と、前記圧電トランスの出力を整流する整流回路とを含む直流高電圧発生回路と、
   前記直流高電圧発生回路の出力電圧もしくは出力電流を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された出力電圧もしくは出力電流が目標値となる駆動信号を前記駆動回路に与えて制御する制御部と
   を有する圧電トランス式高圧電源装置であって、
   前記駆動信号の周波数を記憶する記憶手段を更に有し、
   前記制御部は、
   前記出力電圧もしくは出力電流の値が前記目標値に対して一定の範囲内となるように、前記駆動回路に与える駆動信号のデューティを固定して周波数を変化させ、
   前記目標値から一定の範囲内となる前記駆動信号の周波数を前記記憶手段に記憶させ、
   前記記憶手段に格納された駆動信号の周波数を用いて、前記目標値に対して一定の範囲内となる駆動信号の周波数を前記駆動回路に供給し、その後、前記出力電圧もしくは出力電流の値を目標値になるように前記駆動信号のデューティを変化させることを特徴とする圧電トランス式高圧電源装置。
7. 請求項５または６に記載された圧電トランス式高圧電源装置を搭載した画像形成装置。

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