JPS6155980A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は［源装置に係り、更に詳しくは圧電セラミック
トランスを用いた高圧の電源装置に関するものである。

［従来技術］ 従来においては複写装置などの高圧発生用の電源装置と
しては巻線トランスを用いたものがほとんどであった。

一方、巻線トランスとは全く構造の異なったトランスと
しては圧電セラミックトランスが知られている。

圧電セラミックトランスのよく知られた構造例を第１図
に示す。

第１図において符号ｌで示すものはセラミックの誘電体
でその一端側には上下に電極２，３が固定されており、
両者間に一次側の交流電圧４が印加される。

この−次側の交流電圧が印加される電極２．３の部分は
駆動部５と呼ばれている。

一方、駆動部５以外の部分は発電部６と呼ばれ、その一
端である誘電体１の端部には電極７が固定されており、
この電極が出力電極となっている。

この電極７と駆動部５側の電極３との間から出力８が取
り出される。

以上のような構造のもとに電８ｉ２　、３側に一次側の
交流電圧が印加されると誘電体ｌは機械的振動を発生す
る。

この結果、圧電素子であるセラミックの誘電体１の圧電
性の横効果により誘電体１が第１図において左右方向に
振動され電極５，７間に高電圧が発生する。

このような構造を有する圧電セラミックトランスは巻線
を必要とせず小型で高電圧を取り出すことができ、複写
装置等の高圧電源としては大きなメリットがある。

しかし、入力側である駆動部５と出力側である発電部６
との間を絶縁することができず、電気の専門家ではない
複写装置の利用者にとっては安全上問題がある。

また、構造が簡単であるだけに種々の高圧出力を得るた
めの制御が困難である。

また、構造が簡単であるだけに種々の高圧出力を得るた
めの制御が困難である。

また、巻線トランスでは二次側に複数の巻線を巻いてそ
れぞれ絶縁された複数の出力を得ることができるが、圧
電セラミックトランスの従来構造では複数の出力を得る
ことができない。

［目　的］ 本発明は以上のような従来の欠点を除去するために成さ
れたもので、出力を安定化することができる小型で、低
コストの電源装置を提供することを目的としている。

［実施例コ 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

［第１実施例］ 第２図及び第３図は本発明の一実施例を説明するもので
第２図には圧電セラミックトランスの概略構成が示され
ている。

！ｓ２図において９！１０で示すものはセラミックの誘
電体で、その上下にセラミックからなる駆動部１１と発
電部１２とが接着剤などによって固定されている。

駆動部１１はセラミック基板１１ａの上下に電極１４．
１５が形成されている。

そして、下側の電極１４の一部は分離されて帰還用電極
１６を構成している。

帰還用電極１６は電力増幅器１７の入力側に接続され、
電力増幅器１７の出力側は電極１４側へ接続されている
。

発電部１２側のセラミック基板１３の両端部には電極１
８．１９が固定されている。

一方、入力電圧２０は前記電力増幅器１７に入力゛され
、出力電圧２１は［極１　ｇ　、　１９１ＪＪカち取り
出される。

以上のような構成のもとに電力増幅器１７に交流の入力
電圧２０を印加すると電力増幅器１７が励振し、その高
圧の出力励振は発電部１１の電極１４を介してセラミッ
ク基板１１ａの機械的励振に変換される。

セラミック基板１１ａが振動すると電極１５゜１６間に
電圧が発生し、帰還用電極１６を介してこの電圧が電力
増幅器１８に帰還され電力増幅器１８は自助発振するよ
うになる。

この結果、駆動部１８も自動発振するようになる。

一方、駆動部１８のセラミック基板Ｌｅａは第２図に矢
印Ｙで示す方向へ分極しており、前記自動発振によりＹ
方向に交流電界が印加されると圧電性の横効果により第
２図に矢印Ｘで示す方向にセラミック基板が振動される
。

このＸ方向の振動は誘電体ｌＯを介して、発電部１２の
セラミック基板１３に伝達される。

発電部１２のセラミック基板１３はＸ方向に分極処理が
なされており、Ｘ方向に残留分極を有する。

従って圧電性の縦効果により電極１８．１９間に高電圧
が発生する。

駆動部１１側の周波数は自動作用により駆動部１１、誘
電体１０１発電部１２を含めた系の機械的固有振動数に
自動的に一致するため、系全体は機械的共振を生じ、大
振幅へ振動する。

この結果発電部１２の電極１８．１８間には高電界が発
生する。

一方、駆動部１１の電極１４．１５間のインピーダンス
は最小となるため、−次側、二次側の電圧比として極め
て大きな値が得られる。

ところで１以上のように構成された圧電セラミックトラ
ンスを複写装置に適用した例を第３図に示し、Ｒ１１部
を第４図に示す。

第３図及び第４図において第２図と同一部分には同一符
号を付し、七の説明は省略する。

まず、発電部の構造について説明する。

発電部は第２図に示した原理を応用してａ数種類の出力
が取り出される構造となっている。

すなわち、誘電体１０上に細長い複数個のセラミック基
板１３ａ−１３ｃを固定し、それぞれのセラミック基板
１３ａ〜１３ｃの両端部に電極１８ａ　Ｎ１８ｃ、１９
ａ　Ｎ１９ｃが設けられている。

また、セラミック基板１３ａの途中には電圧検出用の電
１１９ｄが設けられている。

この１ｒ１極１９ｄは電極１９ａに発生する出力電圧の
所定の分圧比が発生するような位置に設けろれている。

このような構造によりｊｒｔ数個の出力が得られるよう
に構成しである。

このような構造を有する圧電セラミックトランス全体を
第３図において符号Ａで示しである。

次に上述した構造を有する圧電セラミックトランスを用
いた複写装置について説明する。

第３図において、符号２４で示すものは感光ドラムで、
その周囲には一次帯電器２５．現像器２６、転写帯電器
２７．クリーナ除電器２８が配置されている。

符号ｚ９で示すものはトナーをかき落とすブレード、符
号３０で示すものは記録紙、符号３１で示す矢印は原稿
から反射されてきた反射光を示す。

現像ローラ２６には現像バイアスとして電極１９ｄから
１〜２ＫＶの交流電圧が供給される。

また、クリーナー帯電器２８には電極１９ａがら９〜１
２ＫＶの交流電圧が印加されている。

そして、転写帯電器２７には電極１９ｂの出力を高圧ダ
イオードＤ１により整流し、−５〜−７ＫＶの直流電圧
が印加される。

−成帯電器２２には電極１９ｃの出力を高圧ダイ−オー
ドＤ２により整流して、−５〜−７ＫＶの直流電圧が印
加される。

以上のような構成のもとに感光ドラム２４が矢印で示す
ように第３図中時計方向に回転されると、−成帯電器２
５により感光ドラム２４の表面は一様に帯電され、さら
に原稿からの反射光３１により露光部分の電荷を取り除
き、静電潜像が形成される。

続いて、現像器２６により感光ドラム２４上の静電潜像
は逆極性の電荷をもつトナーと結合され粉像となる。

この粉像は記録紙３０に対し転写帯電器２７により発生
されるコロナ（トナーとは逆極性）により転写される。

粉像を転写された転写紙は図示していない定着器で定着
された後、外部に排出される。

感光ドラム２４上に残ったトナーはブレード２９によっ
てかき落され、残留電荷はクリーナー帯電器２８によっ
て取り除かれる。

なお、第３図において圧電セラミックトランスＡ内に示
された矢印が誘電体ｌｏによる駆動部がら発電部への機
械的エネルギーの伝達状態を示している。

このようにして駆動部と発電部とが誘電体１゜によって
絶縁され、極めて安全であり、かつ複数種類の出力が安
定して得られる圧電セラミックトランスを用いた電源装
置を得ることができる。

［第２実施例］ 第５図は本発明の第２の実施例で図中第２図〜第４図と
同一部分または相当する部分には同一符号を付し、その
説明は省略する。

第５図において符号３１で示すものは圧電セラミックト
ランスで駆動部１１の帰還電極１６の出力は帯域フィル
タ３２を介して差動増幅器３３に入力される。

帯域フィルタ３２は圧電セラミツクトランス３１全体の
機械的固有振動数ｆＯを中心周波数とするフィルタであ
る。このイ；？城フィルタ３２によりｆＯ以外のスプリ
アス部分を除去して安定した発振を行なう。

電極１９ｄに発生した電圧は整流回路３６によって整流
された後、差動増幅器３７に導かれる。

差動増幅器３７は端子３８に印加される基？ｉ！！電圧
と、整流された電圧とを比較し、差動増幅器３３と入力
側との間に挿入されている抵抗可変素子３９の抵抗値を
制御する出力を出す。

抵抗可変素子３９の抵抗値により差動増幅器３３、電力
増幅器１７の出力が変化し、発電部１２の出力は一定に
保たれる。

ところで、帯域フィルタ３２．差動増幅器３３、ｉ力増
幅器１７は電圧セラミックトランス３１と閉ループを形
成した時発振条件が最良になるような位相関係を満足す
るようにそれぞれの定数が選ばれている。

いま、第５図に示すように抵抗可変素子３９と、差動増
幅器３３の出力との間に挿入された抵抗器Ｒ１の抵抗値
をＲ９抵抗可変素子３９の抵抗値をＲｘとすると差動増
幅器３３の利得Ａは次式％式％ このような回路構成を採用すれば発電部１２の出力を定
電圧化することができる。

なお、第５図に示した実施例にあっては定゛ル圧制御の
ための電圧検出用の電極１９ａを設けた例を示したがこ
の電極１９ａを設けず、出力電圧を抵抗分割し、検出用
の電圧を取り出してもよい。

また、定電圧制御のための検出電圧は駆動部側から取り
出してもよい。

また、１個の駆動回路で複数個の圧電セラミックトラン
スを駆動するようにしてもよい。

なお、発電部側で出力電圧の検出を行なうと一次側だけ
で処理でき、構造が簡略化される。

ところで、圧電セラミックトランスの駆動方式としては
自動方式と他動方式とがあるが、自助方式では圧電セラ
ミックトランスの固有振動数ｆＯに自動的に発振周波数
が一致するため最大出力が得られるという利点がある反
面立ち上がり時間が遅く、発振強度を幅広いレンジで安
定して変えることができないという欠点がある。

また他動方式では逆に発振強度を幅広いレンジで安定し
て変化させることができ、立ち上がり時間も早いという
利点を有する反面、電圧セラミックトランスの固有振動
数ｆＯと他動周波数が完全に一致することはないため最
大出力が得られないという決定的な弱点がある。

このような自助方式、他励方式のもつ欠点を補完したも
のが次に示す実施例である。

［第３実施例］ 第６図は本発明の第３の実施例を説明するもので本実施
例においては複数個の発電部を有し、複数の負荷のうち
１個だけ定電流化し、他の負荷に対しては短絡保護機能
を与えた構造を採用している。

即ち、発電部は１２ａ、１２ｂの２個あり、一方の発電
部１２ａは一次帯電器２５側にｖｃ統され、他方の発電
部１２ｂは転写電器２７側に接続されている。

一次帯電電流は抵抗Ｒ４によって検出され、差動増幅器
３７において基準電圧と比較され、常に一定電流値とな
るように発振強度を制御され、定電流化されている。

一方、転写帯電電流は抵抗Ｒ７で検出され、コンパレー
タ４０において基準電圧４１と比較される。

コンパレータ４０の出力はトランジスタＱｌ（７）ベー
スに導かれ、コンパレータ４０の出力が所定位置を越え
るとトランジスタＱ１を導通して発振を停止させる。

このような構造を採用すれば複数の負荷のうち１個だけ
を定電流化させ、他の負荷に対しては短絡保護機能を与
えることができる。

［第４実施例］ 第７図は本発明のｆｊＳ４の実施例を説明するもので、
本実施例は帯域フィルタ３２の位相を変えることによっ
て圧電セラミックトランスの発振強度を制御するように
構成しである。

この帯域フィルタ３２はツインＴ型の帯域として構成さ
れており、フィルタ内部の抵抗Ｒ１３と並列に抵抗可変
素子３９を接続し、差動増幅器３７の出力で抵抗可変素
子３９の抵抗値を変え、帯域フィルタ３２の位相を変化
させて発振強度を制御するように構成されている。

このような構造を採用しても駆動部の発振強度を正確に
制御することができる。

［効　果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、駆動
部の電極の一部を分離して設けられた帰還用電極と、電
力増幅器の間に帯域通過フィルタを設け、このフィルタ
の位相を変化させ発振強度を制御する構成とされている
ため、出力を安定化させた小型で安価な電源装置を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来構造を示す説明図、第２図〜第４図は本発
明のｔ５１の実施例を説明するもので、第２図は原理を
説明する斜視図、第３図は複写装置に適用した概略構成
図、第４図は発電部の詳細を示す説明図、第５図は本発
明の第２の実施例を説明するブロック回路図、第６図は
本発明の第３の実施例を説明するブロック回路図、＠７
図は本発明の第４の実施例を説明するブロック回路図で
ある。 ｌＯ・・・誘電体　　　　　１１・・・駆動部１１ａ、
１３・・・セラミック基板 １０．１５．１８ａ　〜１８ｃ、１９ａ　Ｎ１９ｄ　−
電極１２・・・発電部　　　　　１Ｂ・・・帰還用電極
３１・・・圧’にセラミックトランス ３２・・・帯域フィルタ　　３３　、３７・・・差動増
幅器３６・・・整流器　　　　　３８・・・抵抗可変素
子４０・・・発振回路 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力側に接続される駆動部と、出力側に接続する発電部
   とを有する圧電セラミックトランスを備えた電源装置に
   おいて駆動部と発電部を誘電体を挟んで分離して設け、
   駆動部の電極の一部を分離して帰還用電極とし、この電
   極は電力増幅器の入力側に接続し、残りの電極部分を電
   力増幅器の出力側に接続すると共に帰還用電極と電力増
   幅器の間に帯域通過フィルタを設け、このフィルタの位
   相を変えることにより発電部の出力を制御するように構
   成したことを特徴とする電源装置。