JP5729980B2 - 電源装置及び電源装置を有する画像形成装置 - Google Patents
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Description
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から電力を供給されて媒体に画像を形成する。
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の2次側には整流平滑回路13が接続されており、圧電トランス101から出力される電圧をダイオード102、103によって整流し、コンデンサ104によって平滑する。整流平滑回路13の出力は、出力端105から負荷である2次転写ローラ29に供給される。一方で、出力電圧は抵抗106、107によって構成された分圧回路14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。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からアナログ信号である高電圧制御信号Vcontが入力される。オペアンプ109と抵抗110と抵抗112及びコンデンサ111にて構成される差動増幅回路11の出力電圧が電圧制御発振器113に入力される。
図2に示した電源装置10の基本構成では、次のような課題がある。電圧Vdsはフライバック波形であり、正弦波とは異なる波形である。正弦波ではない波形を印加して圧電トランス101に電気的振動を与えることにより、図3に示したスプリアス周波数fsp1、fsp2が発生する。スプリアス周波数は、圧電トランス101を構成する圧電素子の幅や厚みといった構造に依存した周波数である。スプリアス周波数fsp1、fsp2において、圧電トランス101はスプリアス電圧を発生する。スプリアス電圧は、一種の極値であるため、制御上の問題となる。
図7を用いて改良した電源装置10について説明するする。なお、すでに説明した個所には同一の参照符号を付与することで、説明の簡潔化を図ることにする。図2と比較すると、図7では、LC共振回路12を構成するコンデンサ116が、2つのコンデンサ201、201とスイッチ203に置換されていることに特徴がある。これは、圧電トランス101を駆動するLC共振回路12の共振周波数を切り替え可能とするためである。LC共振回路12のLC共振周波数は、インダクタ115のインダクタンスとコンデンサ201、201の容量(キャパシタンス)によって決定される。よって、インダクタンスとキャパシタンスとのうちの少なくとも一方を可変な回路構成とすれば、LC共振周波数を変更できるため、スプリアス周波数の発生位置を変更することができる。これにより、目標出力電圧の付近でスプリアス電圧が発生しないように制御可能となる。このように、スイッチ203は、共振回路の共振周波数を設定する設定回路として機能する。また、スイッチ203は、インダクタのインダクタンスの合計値と、キャパシタのキャパシタンスの合計値とのうち少なくとも一方を切り替え信号に応じて変更する設定回路としても機能する。
C201=2200pF
C202=220pF
なお本明細書内では、各コンデンサの容量値をその参照番号を用いて表記することにする。つまり、C201はコンデンサ202の容量値を示している。同様に、各インダクタのインダクタンス値をその参照番号を用いて表記することにする。つまり、L115は、インダクタ115のインダクタンスを示している。本実施例における圧電トランス101の共振周波数は200kHzと仮定する。圧電トランス101の1次側の内部容量値C101は、500pFであるものと仮定する。
<Case A> LC共振周波数fLC=206.5kHz
<Case B> LC共振周波数fLC=405.6kHz
図8に<Case A>と<Case B>のそれぞれについて圧電トランス101に印加される駆動信号の波形を示す。VgsはFET114のゲート端子に入力されるスイッチング信号の波形を示している。VdsAは<Case A>におけるFET114のドレイン端子に現れる電圧の波形を示している。VdsBは、<Case B>におけるFET114のドレイン端子に現れる電圧の波形を示している。
ここでは、画像形成装置の転写バイアスは相対的に低い電圧(例:100V)から相対的に高い電圧(3kV)まで幅広く使用されるものと仮定する。その主な理由は負荷である2次転写ローラ29の抵抗値が空気中の絶対水分量によって大きく変動することである。一般に、空気中の絶対水分量が多い環境では2次転写ローラ29の抵抗値が低くなり、トナーを転写するための電流を流すのに必要な電圧が相対的に低い電圧(100V〜500V程度)となる。一方、空気中の絶対水分量が少ない環境では2次転写ローラ29の抵抗値が高くなり、転写に必要な電圧は相対的に高い電圧(2kV〜3kV程度)となる。
図7では、LC共振周波数を切り替える機構として、直列に2つのコンデンサを接続した回路構成を採用していた。しかし、本発明において重要な点はLC共振回路12のLC共振周波数を少なくとも2つ選択でき、1つが圧電トランス101の共振周波数に近い周波数であり、別の1つが圧電トランス101の共振周波数より高い周波数である点である。そのため、図11に示すように2つのコンデンサを並列に接続した構成を採用しても、図7で説明した構成と同様の効果を奏することができる。また、コンデンサ201、202を単一の容量可変コンデンサにより実現してもよい。容量可変コンデンサの容量値は、MPU41が出力する共振周波数切り替え信号によって変更される。
以下、実施例2について図12及び図13に基づいて説明する。実施例1では、LC共振周波数を切り替える構成として、コンデンサのキャパシタンスの合計値を切り替える構成について説明した。しかし、キャパシタンスに代えて、あるいはキャパシタンスとともにコイル(インダクタ)のインダクタンスを変更する構成でも、LC共振周波数を切り替えることができる。そこで、実施例2では、インダクタンスを変更することで、LC共振周波数を変更する構成ついて説明する。
Claims (21)
- 圧電トランスと、
前記圧電トランスの一次側に接続され、前記圧電トランスを駆動するための駆動信号を出力する共振回路と、
前記共振回路の共振周波数を設定する設定回路と、
前記圧電トランスの二次側から出力される出力電圧の目標値が第一電圧の場合に第一の共振周波数に切り替え、前記目標値が前記第一電圧よりも低い第二電圧の場合に、前記第一の共振周波数よりも低い第二の共振周波数に切り替えるための切り替え信号を前記設定回路に出力する制御回路と
を備えることを特徴とする電源装置。 - 前記制御回路は、前記電源装置が設置される環境パラメータとしての絶対水分量が相対的に低い場合に、前記出力電圧の目標値を前記第一電圧にし、前記絶対水分量が相対的に多い場合に前記出力電圧の目標値を前記第二電圧にすることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記共振回路は、インダクタとキャパシタとを備え、
前記設定回路は、前記インダクタのインダクタンスの合計値と、前記キャパシタのキャパシタンスの合計値とのうち少なくとも一方を前記切り替え信号に応じて変更することを特徴とする請求項1または2に記載の電源装置。 - 前記キャパシタは複数のコンデンサであり、
前記複数のコンデンサはそれぞれ直列に接続されており、
前記設定回路は、前記複数のコンデンサのうちのいくつかのコンデンサを選択的に短絡するように接続されたスイッチを備えていることを特徴とする請求項3に記載の電源装置。 - 前記キャパシタは複数のコンデンサであり、
前記複数のコンデンサはそれぞれ並列に接続されており、
前記設定回路は、前記複数のコンデンサのうちのいくつかのコンデンサを選択的に開放するように接続されたスイッチを備えていることを特徴とする請求項3に記載の電源装置。 - 前記設定回路は、前記圧電トランスの二次側に出力される出力電圧の目標値を第1の目標値から、該第1の目標値よりも大きい第2の目標値に上昇させるときは、前記キャパシタンスの合計値を、前記第1の目標値に対応した第1の合計値から、該第1の合計値よりも大きく、かつ、前記第2の目標値に対応した第2の合計値に変更することを特徴とする請求項3に記載の電源装置。
- 前記設定回路は、前記圧電トランスの二次側に出力される出力電圧の目標値を第2の目標値から、該第2の目標値よりも小さな第1の目標値に低下させるときは、前記キャパシタンスの合計値を、前記第2の目標値に対応した第2の合計値から、該第2の合計値よりも小さく、かつ、前記第1の目標値に対応した第1の合計値に変更することを特徴とする請求項3に記載の電源装置。
- 前記インダクタは複数のコイルであり、
前記複数のコイルはそれぞれ直列に接続されており、
前記設定回路は、前記複数のコイルのうちのいくつかのコイルを選択的に短絡するように接続されたスイッチを備えていることを特徴とする請求項3に記載の電源装置。 - 前記インダクタは複数のコイルであり、
前記複数のコイルはそれぞれ並列に接続されており、
前記設定回路は、前記複数のコイルのうちのいくつかのコイルを開放するように接続されたスイッチを備えていることを特徴とする請求項3に記載の電源装置。 - 前記設定回路は、前記圧電トランスの二次側に出力される出力電圧の目標値を第1の目標値から、該第1の目標値よりも大きい第2の目標値に上昇させるときは、前記インダクタンスの合計値を、前記第1の目標値に対応した第1の合計値から、該第1の合計値よりも小さく、かつ、前記第2の目標値に対応した第2の合計値に変更することを特徴とする請求項3に記載の電源装置。
- 前記設定回路は、前記圧電トランスの二次側に出力される出力電圧の目標値を第2の目標値から、該第2の目標値よりも小さな第1の目標値に低下させるときは、前記インダクタンスの合計値を、前記第2の目標値に対応した第2の合計値から、該第2の合計値よりも大きく、かつ、前記第1の目標値に対応した第1の合計値に変更することを特徴とする請求項3に記載の電源装置。
- 前記キャパシタは容量可変コンデンサであり、
前記設定回路は、前記切り替え信号に応じて前記容量可変コンデンサのキャパシタンスを変更することで、前記共振周波数を切り替えることを特徴とする請求項3に記載の電源装置。 - 前記インダクタは可変コイルであり、
前記設定回路は、前記切り替え信号に応じて前記可変コイルのインダクタンスを変更することで、前記共振周波数を切り替えることを特徴とする請求項3に記載の電源装置。 - 請求項1ないし13のいずれか1項に記載された電源装置と、
前記電源装置から供給されたバイアスを用いて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2に記載された電源装置と、
前記環境パラメータとしての前記絶対水分量を取得するセンサと、
前記電源装置から供給されたバイアスを用いて画像を形成する画像形成部と
を備え、前記電源装置の前記制御回路は前記センサにより取得した前記絶対水分量を用いて前記出力電圧の目標値を決定することを特徴とする画像形成装置。 - 圧電トランスを有する電源装置において、
前記圧電トランスの一次側に接続され、前記圧電トランスを駆動するための駆動信号を出力する共振手段と、
前記共振手段の共振周波数を制御する制御手段と、を備え
前記圧電トランスの二次側から出力される出力電圧が第一電圧の場合に第一の共振周波数に切り替え、前記出力電圧が前記第一電圧よりも低い第二電圧の場合に、前記第一の共振周波数よりも低い第二の共振周波数に切り替えることを特徴とする電源装置。 - 前記共振手段は、インダクタとキャパシタとを備え、
前記制御手段は、前記インダクタのインダクタンスの合計値と、前記キャパシタのキャパシタンスの合計値とのうち少なくとも一方を切り替えることにより前記共振周波数を切り替えることを特徴とする請求項16に記載の電源装置。 - 記録材に画像を形成する画像形成装置において、
画像形成手段と、
前記画像形成手段に電力を供給する電源と、を備え、
前記電源は、
圧電トランスと、
前記圧電トランスの一次側に接続され、前記圧電トランスを駆動するための駆動信号を出力する共振手段と、
前記共振手段の共振周波数を制御する制御手段と、を備え
前記制御手段は、前記圧電トランスの二次側から出力される出力電圧が第一電圧の場合に第一の共振周波数に切り替え、前記出力電圧が前記第一電圧よりも低い第二電圧の場合に、前記第一の共振周波数よりも低い第二の共振周波数に切り替えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記共振手段は、インダクタとキャパシタとを備え、
前記制御手段は、前記インダクタのインダクタンスの合計値と、前記キャパシタのキャパシタンスの合計値とのうち少なくとも一方を切り替えることにより前記共振周波数を切り替えることを特徴とする請求項18に記載の画像形成装置。 - 前記画像形成装置が設置される環境パラメータとしての絶対水分量を検知する検知手段を備え、前記検知手段によって検知された絶対水分量が相対的に低い場合に、前記出力電圧の目標値を前記第一電圧にし、前記絶対水分量が相対的に多い場合に前記出力電圧の目標値を前記第二電圧にすることを特徴とする請求項18または19に記載の画像形成装置。
- 前記画像形成手段は、像担持体の画像を記録材に転写するための転写手段を含み、
前記電源は、前記転写手段に前記第一電圧または前記第二電圧を出力することを特徴とする請求項18乃至19のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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