JP7301692B2 - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電源装置及び画像形成装置に関し、特に、トランス式の高電圧電源装置を用いた画像形成装置に関する。
高電圧電源に関して、従来は、トランスの出力電圧と駆動パルス信号の周波数とを対応させたテーブルを用いてトランスを制御する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。一方、他の従来例では、トランスの出力電圧に対応する駆動パルス信号のデューティに関する情報を記憶したメモリを用いてトランスを制御する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2008-224778号公報 特開2004-040911号公報
通常、トランスを駆動パルス信号の周波数により制御する場合、所定の周波数で出力電圧はピーク値となり、さらに高い電圧を出力することはできない。また、トランスを駆動パルス信号のデューティにより制御する場合、オン幅が所定の幅まで大きくなるとトランスが飽和したり、駆動パルス信号によりオン/オフされる電界効果トランジスタ(FET)の電力が増大したりする。このため、オン幅は所定の値以下に設定する必要がある。このように、トランスを駆動パルス信号の周波数又はデューティで制御する場合には、出力電圧の可変幅に制約がある。したがって、出力電圧の範囲をさらに広げるためには、より高出力のトランスや大電力のFETが必要となるため、装置のコストやサイズが増大するという課題がある。
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。
(1)1次巻線及び2次巻線を有するトランスと、前記1次巻線に接続され、入力されたパルス信号に応じて前記トランスの前記1次巻線に印加される電圧をオン又はオフするスイッチング素子と、前記パルス信号を前記スイッチング素子に出力し、前記トランスの駆動を制御する制御手段と、を備え、前記トランスの前記2次巻線に誘起された電圧に応じた出力電圧を出力する電源装置であって、前記出力電圧と前記パルス信号のデューティ及び周波数とを関連付けた情報を記憶した記憶手段を備え、前記制御手段は、前記出力電圧と前記記憶手段に記憶された情報とに基づいて前記周波数及び/又は前記デューティを切り替えることを特徴とする電源装置。
(2)像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、前記帯電手段により帯電された前記像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、前記露光手段により形成された静電潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を記録材に転写する転写手段と、前記(1)に記載の電源装置と、を備え、前記電源装置は、前記帯電手段、前記現像手段及び前記転写手段の少なくとも1つに前記出力電圧を供給することを特徴とする画像形成装置。
本発明によれば、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることができる。
実施例1の電源ユニットのブロック図 実施例1~4のトランスの出力特性を示す図 実施例2の電源ユニットのブロック図、トランスの出力特性を示す図 実施例2の電源ユニットの出力波形を示す図 実施例3の電源ユニットのブロック図 実施例4の画像形成装置の概略断面図
以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
[電源装置]
図1は、実施例1の高電圧電源装置のブロック図及び回路図を示している。高電圧電源装置は、高電圧を生成する電源ユニット100と、電源ユニット100を制御するCPU3とから構成される。電源ユニット100は、抵抗110、平滑コンデンサ101、スイッチング素子である電界効果トランジスタ(以下、FETという)102、1次巻線及び2次巻線を有するトランス103、高電圧ダイオード105、高電圧コンデンサ106を有している。
CPU3は、抵抗110を介して駆動信号S201を電源ユニット100に出力する。電源ユニット100は、駆動信号S201によりFET102を断続的にスイッチングすることで、トランス103の1次巻線に印加される電圧(電圧Vc(平滑コンデンサ101の電圧))をスイッチングする。すなわち、FET102は、1次巻線に接続され、入力されたパルス信号である駆動信号S201に応じてトランス103の1次巻線に印加される電圧をオン又はオフする。CPU3は、駆動信号S201をFET102に出力し、トランス103の駆動を制御する。これにより、電源ユニット100はスイッチングされた電圧を高電圧化してトランス103の2次巻線に出力する。そして、高電圧化された電圧は高電圧ダイオード105及び高電圧コンデンサ106によって整流・平滑され、高電圧の直流電圧が生成される。このように、電源ユニット100は、トランス103の2次巻線に誘起された電圧に応じた出力電圧を出力する。
高電圧の直流電圧は、駆動信号S201の周波数及びデューティを変更することにより調整することが可能である。また、電源ユニット100は、記憶手段として不揮発性メモリ150を備えており、CPU3は不揮発性メモリ150を例えばI2C方式などの通信方式により制御する。
実施例1の電源ユニット100は、生成された高電圧の直流電圧をフィードバックする手段を有していない。高電圧の直流電圧をフィードバックしない回路構成においては、トランス103のインダクタンス値の違いにより出力特性も各々違った特性となる。トランス103のインダクタンス値は、製造上のばらつきで自然に生じるものである。
[電源ユニットの出力特性]
図2(a)は、図1の電源ユニット100において、駆動信号S201のオンデューティ(以後、単にデューティと記載する)に対する高電圧の出力特性を示している。なお、駆動信号S201のデューティをオフデューティで制御してもよい。図2(a)は、横軸にデューティ(Duty)、縦軸に高電圧の直流電圧(以下、出力電圧ともいう)を示す。
トランス103は、製造上のばらつきによって生じるインダクタンス値が異なる3つのトランスを用いており、それぞれのインダクタンス値(以下、L値という)をLmin、Ltyp、Lmaxとする(Lmin<Ltyp<Lmax)。駆動信号S201の周波数fはf1、負荷インピーダンスはRとする。デューティがDのときの出力電圧は、図2(a)に示すようにトランス103によって異なる値となる。具体的には、駆動信号S201のデューティがDのとき、L値がLminのトランス103の出力電圧はVLminとなる。駆動信号S201のデューティがDのとき、L値がLtypのトランス103の出力電圧はVLtypとなる。駆動信号S201のデューティがDのとき、L値がLmaxのトランス103の出力電圧はVLmaxとなる。なお、VLmin<VLtyp<VLmaxとの関係が成り立つ。
このように、フィードバック制御を行わない回路構成において出力電圧を一定の値に制御する場合には、トランス103のL値のばらつきを考慮し、装置ごとに駆動信号S201の周波数fやデューティDを調整する必要がある。その方法として、電源ユニット100の出力特性を予め測定し、不揮発性メモリ150等に記憶しておく方法が知られている。出力特性は、例えば電源ユニット100の製造ラインで測定される。このように、電源ユニット100の出力特性を予め測定しておくことにより、トランス103のL値ばらつきにかかわらず、出力電圧を任意の値に制御することが可能である。
[駆動信号と出力特性の関係]
図2(b)に示す高電圧出力特性は、図1の電源ユニット100において駆動信号S201の周波数f及びデューティDを変化させた場合の出力電圧を示している。横軸は駆動信号S201のデューティD、縦軸は出力電圧であり、それぞれ駆動信号S201の周波数をf1、f2(>f1)に設定した場合の出力特性を示している。なお、負荷インピーダンスは一定の値Rとする。一般的に、高圧インバータトランスは、駆動信号のデューティを大きくし過ぎるとトランスが飽和したり、FETの消費電力が増大したりする。このため、駆動信号のデューティの値は安全性が確保されるデューティの値に設定する必要がある。また、駆動信号のデューティを小さくし過ぎても出力特性が安定しなくなるおそれがあるため、安定して制御できるデューティの値に設定する必要がある。
これらの観点から、許容できる最小・最大のデューティDをそれぞれDmin、Dmaxとする。この場合、図2(b)に示すように、駆動信号S201の周波数fがf1の場合、最小のデューティDminのときの出力電圧をV1min、最大のオンデューティDmaxのときの出力電圧をV1maxとする。また、駆動信号S201の周波数fがf2の場合、最小のデューティDminのときの出力電圧をV2min、最大のデューティDmaxのときの出力電圧をV2maxとする。そうすると、駆動信号S201の周波数fがf1の場合に出力可能な電圧範囲は、V1min~V1maxとなる。一方、駆動信号S201の周波数fがf2の場合に出力可能な電圧範囲は、V2min~V2maxとなる。
ここで、負荷インピーダンスRにおいて、電源ユニット100の出力能力として保証される出力電圧値の範囲(以下、保証出力範囲という)をVx~Vyとする。例えば、保証出力範囲の最小値VxはV1minとV2minの範囲内にあり(V1min≦Vx≦V2min)、保証出力範囲の最大値VyはV1maxとV2maxの範囲内にある(V1max≦Vy≦V2max)。駆動信号S201の周波数fがf1の場合、Vy>V1maxのため高電圧側を出力することができなくなる。逆に、駆動信号S201の周波数fがf2の場合、Vx<V2minのため低電圧側を出力することができなくなる。
そこで、V2min以下の出力電圧を出力する場合には、駆動信号S201の周波数fをf1に設定し、V1max以上の電圧を出力する場合には、駆動信号S201の周波数fをf2に設定する。これにより、要求される出力範囲を満足することができる。なお、V2min以上かつV1max以下の範囲は、駆動信号S201の周波数fがf1、f2どちらの周波数でも出力可能であるため、任意に選択すれば良い。
以上のように、駆動信号S201の周波数f及びデューティDをともに可変制御することにより、高電圧の出力範囲を広げることが可能となり、幅広い要求仕様に対応することが可能となる。出力範囲を広げるための別の手段としては、高出力のトランスを用いたり、入力電圧調整回路を用いたりする方法があるが、いずれも装置のコストアップとなるため、実施例1の方法が安価な構成で実現可能な手段と言える。
[駆動信号の周波数及びデューティの選択方法]
次に、実施例1の特徴である、不揮発性メモリ150に記憶された情報(テーブル)を用いて、駆動信号S201の周波数f及びデューティDを選択する方法について説明する。不揮発性メモリ150には、電源ユニット100の出力電圧の特性を表す情報であるテーブルが予め記憶されている。
Figure 0007301692000001
表1は、不揮発性メモリ150に記憶されているテーブルの一例を示している。テーブルは、出力電圧と、その出力電圧を出力するための駆動信号S201のデューティ(Duty)及び周波数fとの対応関係が定義されている。例えば、出力電圧Vminに関連付けて、駆動信号S201のデューティDmin、周波数f1が関連付けられている。電源ユニット100の出力電圧は、駆動信号S201のデューティDが大きいほど高くなり、駆動信号S201の周波数fが高いほど高くなる。
以下、図2(b)の出力特性と対応させて、テーブルの内容を具体的に説明する。出力電圧の範囲はV1min~V2max、出力電圧の最小値V1minに対応する周波数fはf1、デューティDはDminである。出力電圧が低い領域では、駆動信号S201の周波数fはf1で固定し、出力電圧が所定の分解能でV1、V2(>V1)・・・と変化するのに対応して、デューティDはD1、D2(>D1)・・・と変化する。
出力電圧がV2minになると、駆動信号S201の周波数fをf2に切り替え、デューティDはDminにリセットされる。出力電圧がV2min以上の領域では、駆動信号S201の周波数fはf2に固定し、出力電圧が変化するのに対応して、デューティDはD1、D2・・・と変化する。出力電圧の最大値V2maxに対応する周波数fはf2、デューティDはDmaxである。
CPU3は不揮発性メモリ150と通信して、不揮発性メモリ150に記憶された表1のテーブルを参照する。CPU3は、電源ユニット100が画像形成装置の負荷に供給する出力電圧に応じて、テーブルから駆動信号S201の周波数f及びデューティDを選択する。そして、CPU3は、選択した周波数f及びデューティDで駆動信号S201を制御することで、任意の出力電圧を発生させる。
なお、表1では、駆動信号S201の周波数fの切り替えを、出力電圧がV2minに到達したタイミングで行っている。上述したように、出力電圧がV2minとV1maxとの間の領域では、駆動信号S201の周波数fはf1でもf2でもよい。このため、駆動信号S201の周波数fの切り替えを、出力電圧がV1max(デューティDがDmax)でf1からf2に切り替えてもよい。この場合、駆動信号S201のデューティは、周波数f2のときに出力電圧がV1maxに相当するデューティ(>Dmin)にリセットされることとなる。
このように、実施例1の表1のテーブルには、次の情報が設定されている。すなわち、第1の電圧範囲であるV1minからV2minまでに対応する第1の周波数であるf1と、第1の電圧範囲に連続する第2の電圧範囲であるV2minからV2maxまでに対応する第1の周波数よりも高い第2の周波数であるf2とが設定されている。CPU3は、第1の電圧範囲内で出力電圧を変化させる場合、駆動信号S201の周波数fとしてf1を選択した状態で駆動信号S201のデューティDを変化させる。また、CPU3は、第2の電圧範囲内で出力電圧を変化させる場合、駆動信号S201の周波数fとしてf2を選択した状態で駆動信号S201のデューティDを変化させる。
以上のように実施例1によれば、安価な構成でトランスのインダクタンス値ばらつきの影響を受けず、かつ幅広い出力電圧範囲に対応した電源装置を提供することが可能となる。なお、実施例1で説明したテーブルでは、駆動信号S201の周波数fをf1、f2の2水準としたが、3水準以上でもよい。さらに、周波数fを切り替え、それぞれの領域で出力電圧とデューティDとを対応させたテーブルとして説明したが、この周波数fとデューティDの関係は逆にしてもよい。すなわち、デューティDを複数の領域で切り替え、それぞれの領域で出力電圧と周波数fとを対応させたテーブルとしてもよい。
すなわち、表1のテーブルには、次の情報が設定されていてもよい。第1の電圧範囲に対応する第1のデューティと、第1の電圧範囲に連続する第2の電圧範囲に対応する第1のデューティよりも大きい第2のデューティと、が設定されていてもよい。CPU3は、第1の電圧範囲内で出力電圧を変化させる場合、駆動信号S201のデューティDとして第1のデューティを選択した状態で駆動信号S201の周波数fを変化させる。また、CPU3は、第2の電圧範囲内で出力電圧を変化させる場合、駆動信号S201のデューティDとして第2のデューティを選択した状態で駆動信号S201の周波数fを変化させる。これらの変形例は、トランスの特性や回路構成に応じて適切なテーブル構成を選択すればよい。このように、不揮発性メモリ150には、電源ユニット200の出力電圧と駆動信号S201のデューティ及び周波数とを関連付けた情報が記憶されている。CPU3は、出力電圧と不揮発性メモリ150に記憶された情報であるテーブルとに基づいて、駆動信号S201の周波数又はデューティを切り替える。
以上、実施例1によれば、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることができる。
[電源装置]
図3(a)は、実施例2の電源ユニット200のブロック図及び回路図を示している。図3(a)の電源ユニット200は、部品点数も少なく安価な構成でフィードバック制御ができるという利点がある。一方、電源ユニット200は、出力電圧のリプルが発生しやすいという課題がある。実施例2では、不揮発性メモリ150に記憶されたテーブルを用いて、出力電圧のリプルを抑制する方法について説明する。
[フィードバック制御]
まず、回路動作について、トランス103の駆動制御については実施例1と同様であるため説明を省略し、フィードバック制御について説明する。フィードバック手段であるフィードバック部210は、コンパレータ108、抵抗107、109、111、コンデンサ112を有している。フィードバック部210では、CPU3からのPWM信号S202が抵抗111とコンデンサ112により平滑され、PWM信号S202のデューティに応じた直流電圧となってコンパレータ108の+入力端子(非反転入力端子)に入力される。このPWM信号S202のデューティが電源ユニット200の出力電圧の目標値となり、PWM信号S202のデューティと出力電圧とは比例関係を持つ。すなわち、PWM信号S202のデューティが長くなるほど出力電圧は高くなる。
コンパレータ108の-入力端子(反転入力端子)には、出力電圧が抵抗107により降圧され、基準電圧Vrと、抵抗107と、抵抗109とで分圧されたフィードバック電圧が入力される。出力電圧が増加し、コンパレータ108の-入力端子に入力されるフィードバック電圧が+入力端子に入力される目標電圧を超えると、コンパレータ108の出力がローレベルになり、FET102のゲート電圧は0Vになる。この状態を、「駆動信号S201が間引かれている状態」という。駆動信号S201が間引かれると、トランス103の駆動が止まるため出力電圧が低下する。このように、フィードバック部210は、フィードバック電圧が目標値よりも高い場合には、駆動信号S201にかかわらず、FET102によるトランス103の駆動を停止させる。その後、フィードバック電圧が目標電圧を下回ると、FET102は発振を再開し、出力電圧は再び増加する。このような動作を繰り返すことによって出力電圧は維持される。
実施例2の電源ユニット200は、このような回路動作であるため、必然的に出力電圧にリプルが発生しやすい。さらに、出力電圧のリプルは目標となる出力電圧(以下、目標出力電圧という)と相関がある。図3(b)及び図4は、それぞれ電源ユニット200の出力特性と出力波形とを示している。図3(b)は、横軸に駆動信号S201のデューティ(Duty)を示し、縦軸に電源ユニット200の出力電圧を示す。図4は、(a)に出力電圧がV(a)のときの各波形を示し、(b)に出力電圧がV(b)(<V(a))のときの各波形を示す。具体的には、図4(a)、(b)には、(i)に駆動信号S201の波形を示し、(ii)に電源ユニット200の出力電圧を示す。なお、(ii)には目標出力電圧(出力目標値)を破線で示す。
図3(b)から、駆動信号S201の周波数fをf1、デューティをDとした場合、電源ユニット200の最大出力電圧はVLmaxとなる。ここで、図3(b)では、負荷インピーダンスをRとし、L値がLmaxのトランス103を用いている。目標出力電圧が最大出力電圧VLmaxに近いV(a)の場合、図4(a)の波形が示すように、駆動信号S201の間引きが少ないため出力電圧のリプルは少ない。一方、目標出力電圧がV(a)よりも低いV(b)の場合、図4(b)の波形が示すように、駆動信号S201の間引きが図4(a)に比べて多くなり出力電圧のリプルが大きくなる。
すなわち、出力電圧のリプルを抑制するためには、駆動信号S201の周波数f及びデューティDを調整し、電源ユニット200の出力電圧と目標出力電圧との差を小さくすればよい。理想的には出力電圧と目標出力電圧とを等しくして、駆動信号S201が全く間引かれない状態で駆動するのが良い。しかしながら、画像形成装置の負荷の部品ばらつきや環境温度・湿度による負荷変動などの影響により電源ユニット200の出力特性が変化することが考えられる。この影響で電源ユニット200の出力能力が不足する可能性を考慮し、目標出力電圧よりもやや高めの出力能力を持たせる駆動条件が好ましい。
次に、実施例2の電源ユニット200に対して、本発明の出力特性テーブルを適用する方法について述べる。実施例1で説明したように、トランス103のインダクタンス値のばらつきにより電源ユニット200の出力特性もばらつきがある。図2(a)の出力特性にばらつきがある場合、Lminでも目標出力電圧を出力できるように駆動信号S201の周波数f及びデューティDの値を設定する必要がある。しかし、同じ設定値でインダクタンス値がLmaxとなるような部品を駆動した場合、出力電圧と目標出力電圧との差が大きくなるため、出力電圧のリプルも大きくなってしまう。
そこで、不揮発性メモリ150に予め電源ユニット200の出力特性テーブルを記憶しておくことにより、インダクタンス値のばらつきに応じて適切な周波数f及びデューティDを選択することができるため、出力電圧のリプルを抑制することができる。テーブルの内容や制御方法に関しては実施例1と同様のため説明を省略する。
以上説明したように、実施例2によれば、駆動信号を間引くことにより出力電圧を一定に保つ安価な回路構成でありながら、出力電圧のリプルを抑制した高電圧電源装置を提供することが可能となる。以上、実施例2によれば、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることができる。
実施例1及び実施例2では、予め電源ユニット100、200の出力特性テーブルを不揮発性メモリ150に記憶することで、適切な駆動条件を選択する方法について述べた。これらは、画像形成装置の負荷も予め予測できることが前提である。例えば帯電処理であれば用紙と感光ドラム、転写処理であれば用紙と転写ローラ、等負荷が決まっている。このため、画像形成装置の負荷をある程度予測することができる。しかしながら、前述したように部品バラつきや環境温度・湿度、用紙の吸湿状態等によって、負荷の抵抗値は変化するため、このような負荷の抵抗値のばらつきを考慮した設計が必要である。そこで実施例3では、負荷電流検知回路を用いて負荷の抵抗をモニタし、適切な駆動条件を設定する方法について説明する。
[電源装置]
図5は、実施例3における電源ユニット300のブロック図及び回路図を示している。トランス103の駆動制御については実施例1と同様であるため説明を省略し、負荷に流れる電流を検知する検知手段である負荷電流検知回路350について説明する。負荷電流検知回路350は、抵抗113、114、116、117、オペアンプ115を有している。
トランス103の2次側に流れる電流は、電源ユニット300から画像形成装置の負荷に供給され、オペアンプ115のGNDから抵抗113、抵抗114を通りトランス103に戻る。したがって、抵抗114の両端の電圧差が分かれば負荷電流を算出できる。オペアンプ115の+入力端子の電圧は電圧Vrの抵抗116、抵抗117による分圧で決まるため既知である。また、抵抗113と抵抗114の間の電圧はCPU3のADポートに接続されているため、CPU3はADポートに入力されたAD値から負荷電流値を算出できる。
[出力特性テーブル]
表2は、実施例3の出力特性テーブルの内容を示している。不揮発性メモリ150には、予め負荷電流値に応じた複数のテーブルが記憶されている。これらのテーブルは負荷変動の影響による出力特性の変化に対して、駆動信号S201の周波数fを変化させることで出力特性の変化を相殺するものである。
Figure 0007301692000002
表2のテーブル1、テーブル2、テーブル3は、それぞれ実施例1の表1で説明したテーブルと同様の情報を有している。不揮発性メモリ150は、負荷に流れる電流に応じたテーブル1~3を複数記憶している。なお、テーブル1では周波数fをf11とf12(>f11)で切り替える。テーブル2では周波数fをf21とf22(>f21)で切り替える。テーブル3では周波数fをf31とf32(>f31)で切り替える。
CPU3は、負荷電流検知回路350による負荷電流の検知結果がI1未満(負荷電流<I1)であればテーブル1を選択する。CPU3は、負荷電流検知回路350による負荷電流の検知結果がI1以上I2未満(I1≦負荷電流<I2)であればテーブル2を選択する。CPU3は、負荷電流検知回路350による負荷電流の検知結果がI2以上(I2≦負荷電流)であればテーブル3を選択する。このようにCPU3は、負荷電流検知回路350により検知した電流に応じて不揮発性メモリ150に記憶された複数のテーブル1~3の中から一のテーブルを選択し、駆動信号S201のデューティD及び周波数fを設定する。そして、CPU3は、選択したテーブルに基づいて、テーブルに設定された条件(出力電圧及びデューティに対する周波数)で駆動信号S201を制御する。
なお、実施例3では負荷電流の違いに対して周波数fを変化させたテーブルとしたが、これに限るものではない。駆動信号S201のデューティDを変化させて対応することや、周波数f及びデューティDともに変化させて複数のテーブルを作ることも可能である。また、表2では負荷電流値に応じて3つのテーブルから選択する構成としたが、テーブルの数は任意である。これらテーブルの内容や数に関しては、電源ユニット300の負荷特性、画像形成装置の負荷抵抗のばらつき幅、要求される高電圧の出力精度などに応じて、装置ごとに適切に選択すれば良い。
また、実施例3では、負荷電流検知回路350によって実際に負荷電流をモニタする方法について説明したが、環境温度・湿度を検知する環境検知手段であるセンサを用いて負荷抵抗の変動を予測することも可能である。この場合は、記憶手段である不揮発性メモリ150は、温度及び/又は湿度に応じたテーブルを複数記憶している。CPU3は、環境温度・湿度に応じて予め不揮発性メモリ150に記憶された複数のテーブルの中から、センサの検知結果に基づいて適切なテーブルを選択すれば良い。すなわち、CPU3は、温度及び/又は湿度に応じて不揮発性メモリ150に記憶された複数のテーブルの中から一のテーブルを選択し、駆動信号S201のデューティD及び周波数fを設定すればよい。以上のように実施例3によれば、負荷ばらつきの影響により高電圧電源装置の出力特性が変化した場合においても、安価な構成で安定した出力電圧の制御が可能な高電圧電源装置を提供することができる。なお、実施例3で述べた負荷電流検知回路(モニタ)やセンサは、実施例2で説明した駆動信号S201を間引く回路にも適用可能であり、組み合わせは任意である。
以上、実施例3によれば、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることができる。
実施例1~3の電源ユニット100、200、300は、例えば、レーザプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる高電圧電源装置として適用することができる。高電圧電源装置は、画像形成装置の画像形成手段において高電圧が必要となる負荷に対して高電圧を供給する。例えば、像担持体を帯電する帯電部、像担持体に形成された潜像を現像する現像部、像担持体に形成されたトナー像を記録材に転写する転写部などである。以下に、画像形成装置について説明する。
[レーザビームプリンタの説明]
図6に画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ1000(以下、プリンタ1000という)は、感光ドラム1010、帯電部1020、現像部1030を備えている。感光ドラム1010は、静電潜像が形成される像担持体である。帯電手段である帯電部1020は、感光ドラム1010を一様に帯電する。露光手段である露光装置1025は、入力された画像データに応じた静電潜像を感光ドラム1010に形成する。現像手段である現像部1030は、感光ドラム1010に形成された静電潜像をトナーにより現像することでトナー像を形成する。感光ドラム1010上(像担持体上)に形成されたトナー像をカセット1040から供給された記録材としてのシートPに、転写手段である転写部1050によって転写する。シートPに転写された未定着のトナー像は定着手段である定着器1060によって定着され、トレイ1070に排出される。この感光ドラム1010、帯電部1020、現像部1030、転写部1050が画像形成手段である画像形成部である。
また、プリンタ1000は、電源装置1080を備え、電源装置1080からモータ等の駆動部と制御部5000へ電力を供給している。電源装置1080は、実施例1~3の電源ユニット100、電源ユニット200又は電源ユニット300を有している。電源ユニット100、電源ユニット200又は電源ユニット300は、帯電部1020、現像部1030、転写部1050の少なくとも1つに出力電圧である高電圧を供給している。制御部5000はCPU3を有している。トランス103の出力電圧に対応する駆動信号S201の周波数f及びデューティDの表1又は表2のテーブルは、電源ユニット100、電源ユニット200又は電源ユニット300が有する不揮発性メモリ150に記憶されている。CPU3が表1又は表2のテーブルを用いてトランス103を制御することにより、安価な構成で、トランス103のインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲で出力電圧を出力することが可能となる。なお、本発明の電源ユニット100、電源ユニット200又は電源ユニット300を適用することができる画像形成装置は、図6に例示された構成に限定されず、例えばカラーの画像形成装置であってもよい。
以上、実施例4によれば、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることができる。
3 CPU
102 FET
103 トランス
150 不揮発性メモリ

Claims (8)

  1. 1次巻線及び2次巻線を有するトランスと、
    前記1次巻線に接続され、入力されたパルス信号に応じて前記トランスの前記1次巻線に印加される電圧をオン又はオフするスイッチング素子と、
    前記パルス信号を前記スイッチング素子に出力し、前記トランスの駆動を制御する制御手段と、
    を備え、前記トランスの前記2次巻線に誘起された電圧に応じた出力電圧を出力する電源装置であって、
    前記出力電圧と前記パルス信号のデューティ及び周波数とを関連付けた情報を記憶した記憶手段を備え、
    前記制御手段は、前記出力電圧と前記記憶手段に記憶された情報とに基づいて前記周波数及び/又は前記デューティを切り替えることを特徴とする電源装置。
  2. 前記情報には、第1の電圧範囲に対応する第1の周波数と、前記第1の電圧範囲に連続する第2の電圧範囲に対応する第2の周波数と、が設定されており、
    前記制御手段は、前記第1の電圧範囲内で前記出力電圧を変化させる場合、前記パルス信号の周波数として前記第1の周波数を選択した状態で前記パルス信号のデューティを変化させ、前記第2の電圧範囲内で前記出力電圧を変化させる場合、前記パルス信号の周波数として前記第2の周波数を選択した状態で前記パルス信号のデューティを変化させることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
  3. 前記情報には、第1の電圧範囲に対応する第1のデューティと、前記第1の電圧範囲に連続する第2の電圧範囲に対応する第2のデューティと、が設定されており、
    前記制御手段は、前記第1の電圧範囲内で前記出力電圧を変化させる場合、前記パルス信号のデューティとして前記第1のデューティを選択した状態で前記パルス信号の周波数を変化させ、前記第2の電圧範囲内で前記出力電圧を変化させる場合、前記パルス信号のデューティとして前記第2のデューティを選択した状態で前記パルス信号の周波数を変化させることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
  4. 前記出力電圧に応じたフィードバック電圧が入力されるフィードバック手段を備え、
    前記制御手段は、前記出力電圧の目標値を前記フィードバック手段に出力し、
    前記フィードバック手段は、前記フィードバック電圧が前記目標値よりも高い場合には、前記パルス信号にかかわらず、前記スイッチング素子による前記トランスの駆動を停止させることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電源装置。
  5. 前記出力電圧が供給される負荷に流れる電流を検知する検知手段を備え、
    前記記憶手段は、負荷に流れる電流に応じた前記情報を複数記憶し、
    前記制御手段は、前記検知手段により検知した電流に応じて前記記憶手段に記憶された複数の前記情報の中から一の情報を選択し、前記パルス信号のデューティ及び周波数を設定することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電源装置。
  6. 前記記憶手段は、温度及び/又は湿度に応じた前記情報を複数記憶し、
    前記制御手段は、前記温度及び/又は前記湿度に応じて前記記憶手段に記憶された複数の前記情報の中から一の情報を選択し、前記パルス信号のデューティ及び周波数を設定することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電源装置。
  7. 像担持体と、
    前記像担持体を帯電する帯電手段と、
    前記帯電手段により帯電された前記像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、
    前記露光手段により形成された静電潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、
    前記像担持体上のトナー像を記録材に転写する転写手段と、
    請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電源装置と、
    を備え、
    前記電源装置は、前記帯電手段、前記現像手段及び前記転写手段の少なくとも1つに前記出力電圧を供給することを特徴とする画像形成装置。
  8. 像担持体と、
    前記像担持体を帯電する帯電手段と、
    前記帯電手段により帯電された前記像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、
    前記露光手段により形成された静電潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、
    前記像担持体上のトナー像を記録材に転写する転写手段と、
    温度及び/又は湿度を検知する環境検知手段と、
    請求項6の電源装置と、
    を備え、
    前記電源装置は、前記帯電手段、前記現像手段及び前記転写手段の少なくとも1つに前記出力電圧を供給し、
    前記制御手段は、前記環境検知手段の検知結果に基づいて、複数の前記情報の中から一の情報を選択することを特徴とする画像形成装置。
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