(57)【要約】【課題】  複数の圧電トランスを近接して配置しても揺らぎの小さい安定した出力を得られる電源装置およびそれを適用した画像形成装置を提供する。【解決手段】  駆動周波数に対応した出力電力を２次側電極に出力する複数の圧電トランス(１０１)と、複数の圧電トランス（１０１）を駆動する駆動手段（１０２、１０３）と、共通電位に接続され、複数の圧電トランスの２次側近傍に共通に設けられる共通導体部材(１２１)とを具備している。本構成によれば、圧電トランスのばらつきに起因する周波数差に従った揺らぎ成分によるノイズを低減させることができる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動周波数に対応した出力電圧を２次側電極に出力する複数の圧電トランスと、
前記複数の圧電トランスを駆動する駆動手段と、
共通電位に接続され、前記複数の圧電トランスの２次側近傍に共通に設けられる共通導体部材と、
を具備することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記共通導体部材が、前記複数の圧電トランスが設けられる基板に、当該複数の圧電トランスの２次側に対応した領域で複数の圧電トランスに亘って形成されるパターン配線であることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記共通導体部材は安定した一定電位部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記共通電位が接地電位であることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記駆動手段が、各圧電トランスの共振周波数を検出し、検出した共振周波数を前記駆動周波数として圧電トランスを駆動するものであることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項６】
駆動周波数に対応した電力を２次側電極に出力する複数の圧電トランスと、
前記複数の圧電トランスを駆動する駆動手段と、
共通電位に接続され、前記複数の圧電トランスの２次側に共通に設けられる共通導体部材と、
前記複数の圧電トランスから出力される電源出力に基づいて画像を形成する画像形成手段と、
を具備することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
画像形成手段は、複数色に対応して前記電源出力を使用するタンデム型画像形成手段であることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、複写機等の画像形成装置は、感光体を帯電装置で一様に帯電し、露光装置により静電潜像を形成する。感光体の表面に形成された静電潜像を現像装置で現像し、現像されたトナー像を転写装置で用紙に転写する。さらに、用紙への転写後、剥離装置で用紙を感光体又は転写装置等から剥離し、用紙に転写されたトナー像を定着装置にて用紙に定着させ画像を出力する。
【０００３】
例えば、カラー印刷装置においては、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色ごとに、感光体、帯電装置、現像器、転写装置のいわゆる画像形成ユニットを構成し、これらの各々を動作させてカラー印刷を行なう。
【０００４】
電子写真方式のプリンタ・複写機等は、帯電装置、現像器、転写装置等の負荷に対して規定電圧もしくは電流を与えるための高圧電源を備えている。電圧もしくは電流は、帯電、現像、転写、剥離、清掃等の処理のために供給される。昨今のプリンタ・複写機等は市場での高機能要求を背景に、カラー化、高速化が進んでいる。その要求に対応するべく、感光体、および、帯電、現像、転写機能を含むブロックを各色（例えばＹＭＣＫ色）毎に用意し、ペーパーを１パスで印字するタンデム型エンジンが主流になりつつある。タンデム型の利点は一度に多色（例えばＹＭＣＫ色の4色）を印字できるため、白黒機と同様のスピードパフォーマンスを実現できる。
【０００５】
このようなタンデム構成では各色毎に高電圧が必要となるため、高圧電源の実装面積が大きくなる。そのため、小型化の要求から昨今では圧電トランスを用いた高圧電源が用いられる。圧電トランスは１次電極間に交流電圧を印加することで駆動する。圧電トランスの１次電極間に印加する交流電圧の周波数Ｆ[Ｈｚ]と昇圧比（２次電圧／１次電圧）の関係は図３のようになる。昇圧比がピークとなる周波数ｆｏを共振周波数という。圧電トランスの駆動周波数を決定する制御手法として、自励発振制御と他励発振制御の二つがある。
【０００６】
自励発振制御では、圧電トランスが実際に駆動している共振周波数を検出し、検出した共振周波数信号を発振回路にフィードバックする。発振回路はフィードバックされた共振周波数を駆動周波数として圧電トランスを駆動する。そのため、外部で駆動周波数を決定する必要がない。さらに、圧電トランス個々の駆動特性（共振特性）をフィードバックするため、圧電トランスの駆動特性ばらつきを考慮する必要がない。
【０００７】
他励発振制御では、制御回路内または外部制御部(ＭＣＵ：Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ)等にて駆動周波数を設定し、設定した駆動周波数により圧電トランスを駆動する。圧電トランスの駆動周波数検出が必要なく各出力間の同期は取りやすい。しかしながら、圧電トランス個々の駆動特性ばらつきを考慮した駆動周波数設定が必要となるため、常に最適状態にて駆動することが困難である。
【０００８】
電圧制御発信器(ＶＣＯ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ)等を用いた他例発振制御では駆動周波数制御が複雑となりやすい。また、所望の出力を得るまでに駆動周波数を掃引する時間がかかり、出力の立ち上がりが遅れる。そのため、圧電トランスが個々に持つ共振周波数をフィードバックし駆動する自励発振による駆動が有利である。さらに回路の簡素化が容易でありコストダウンにつながる。自励発振制御では圧電トランス固有の共振周波数にて駆動させるが、圧電トランスの特性ばらつきにより、共振周波数すなわち駆動周波数は異なる。よって、複数の圧電トランスを近接して配置した際に駆動周波数の差分に応じた周波数で各出力電圧に揺らぎが発生する。
【０００９】
上記で述べたタンデム型のような複数の電源では、各色に対応して各出力はほぼ同一電圧に制御され、各圧電トランスはほぼ同一周波数又は近接する周波数で駆動される。このような電源出力間での干渉に対応する従来技術としては下記のものがある。
【００１０】
圧電トランスを駆動する駆動トランジスタと、制御信号および出力検出信号により駆動トランスに駆動信号を与える電圧制御発振器との間に分周器を設け、駆動周波数を電源間で変えることにより干渉を低減する技術がある(特許文献１参照)。
【００１１】
制御信号および出力検出信号により駆動トランスに駆動信号を与える電圧制御発振器を構成するコンパレータを各電源で異なるものにすることにより、電源間での干渉を低減する技術がある(特許文献２参照)。
【００１２】
圧電トランスに異なる入力電圧を供給し、駆動周波数を各電源出力で異ならせることにより、電源間での干渉を低減する技術がある(特許文献３参照)。
【００１３】
例えば各圧電トランスの出力容量を異ならせることにより、駆動周波数に差をつけ、電源間での干渉を低減する技術がある(特許文献４参照)。
【００１４】
これらの先行技術は他励制御を使用しているが、自励制御の先行技術としては、下記のものがある。各電源の圧電トランスと同じ条件となるように共通の圧電トランスを使用した自励発振回路により、共振周波数を発生する発生回路とし、この発生回路からの共振周波数により各圧電トランスによる複数の電源を駆動制御すると共に、各電源には、その出力および制御信号により、各圧電トランスの駆動電圧を制御するものがある(特許文献５参照)。また、圧電トランスの出力から交流電圧を検出して圧電トランスを駆動すると共に出力電流を検出して圧電トランスの駆動電圧を制御するものがある(特許文献６参照)。更に圧電トランスの二次側に静電誘導などにより電圧を検出する電極を設け、この電極からの検出電圧により、圧電トランスを駆動するものがある(特許文献７、８)。以上の自励発振制御用いた電源装置は、共振周波数を発生する発生回路を除き、圧電トランスの二次側の電極以降で電圧を検出して一次側に帰還させて自励発振を行うものであるが、圧電トランスの一次側電極で自励発振を行うものがある(特許文献９、１０参照)。
【００１５】
【特許文献１】特開２００７−２２８７５５号公報
【特許文献２】特開２００７−０４９８０２号公報
【特許文献３】特開２００７−０２０３４０号公報
【特許文献４】特開２００６−３１１７８７号公報
【特許文献５】特開２００６−１２９６７３号公報
【特許文献６】特開２００６−１２５３０３号公報
【特許文献７】特開２００５−１８４８９６号公報
【特許文献８】特開平１０−１２７０５９号公報
【特許文献９】特開平１０−３３７０１６号公報
【特許文献１０】特開平９−０８４３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、複数の圧電トランスを搭載する電源装置において、複数の圧電トランスを近接して配置しても揺らぎの小さい安定した出力を得られる電源装置およびそれを適用した画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１記載の発明は、駆動周波数に対応した出力電力を２次側電極に出力する複数の圧電トランスと、前記複数の圧電トランスを駆動する駆動手段と、共通電位に接続され、前記複数の圧電トランスの２次側近傍に共通に設けられる共通導体部材と、を具備するものである。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記共通導体部材が、前記複数の圧電トランスが設けられる基板に、当該複数の圧電トランスの２次側に対応した領域で複数のトランスに亘って形成されるパターン配線である。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記共通導体部材は安定した一定電位部に接続されている。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記共通電位が接地電位である。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記駆動手段が、各圧電トランスの共振周波数を検出し、検出した共振周波数を前記駆動周波として圧電トランスを駆動する自励制御をするものである。
【００２２】
請求項６記載の発明は、駆動周波数に対応した電力を２次側電極に出力する複数の圧電トランスと、前記複数の圧電トランスを駆動する駆動手段と、共通電位に接続され、前記複数の圧電トランスの２次側に共通に設けられる共通導体部材と、前記複数の圧電トランスから出力される電源出力に基づいて画像を形成する画像形成手段と、を具備するものである。
【００２３】
請求項７記載の発明は、請求項５記載の発明において、画像形成手段は、複数色に対応して前記電源出力を使用するタンデム型画像形成手段である。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、圧電トランスのばらつきに起因する駆動周波数差に従った揺らぎ成分によるノイズを低減させることができる。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、部品点数を増加させることなく、簡単な構成で揺らぎの少ない安定した電力供給をおこなうことができる。
【００２６】
請求項３記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、共通電位が安定し、簡単な構成で揺らぎの少ない安定した電力供給をおこなうことができる。
【００２７】
請求項４記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、接地電位は容易に得られるので、簡単な構成で揺らぎの少ない安定した電力供給をおこなうことができる。
【００２８】
請求項５記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、自励制御により、簡単な構成で、揺らぎの少ない安定した電力供給を行うことが可能となる。
【００２９】
請求項６記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、揺らぎによる画像欠陥の少ない画像形成を行うことができる。
【００３０】
請求項７記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、小型で効率が比較的良いので、画像形成装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の最良の実施例について図面を参照して説明する。
【実施例】
【００３２】
図１は、実施例としての電源装置の構成例を示す回路図である。又、図２は図１の電源装置を備えた画像形成装置の構成図である。
【００３３】
図２の画像形成装置は、タンデム型プリンタの構成例を示す。本実施例では、高圧電源（ＨＶＰＳ：Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ）を各色ＹＭＣＫの画像形成ユニット個々に対応して設定した構成例であるが、高圧電源（ＨＶＰＳ）は各画像形成ユニットに対して共通化して設ける構成も可能である。
【００３４】
図２のタンデム型プリンタの構成および動作について説明する。Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の各感光体ドラム２１０１の周囲には、帯電ロールを備えた帯電器２１０２が備えられている。この帯電器２１０２により感光体ドラム２１０１が一様に帯電された後、感光体ドラム２１０１上の図示しない露光装置により露光され、感光体ドラム２１０１の表面に静電潜像が形成される。形成された感光体ドラム２１０１上の静電潜像は、現像器２１０３により現像されトナー像となる。現像されたトナー像は、一次転写器２１０４により中間転写体２１０７上に転写される。これらの処理をＹＭＣＫそれぞれ連続して行なった後、二次転写器２１０６により用紙（ペーパー）などのシート状の記録媒体上に転写され、剥離器２１０５で用紙を剥離し、不図示の定着装置にてトナー像を用紙に定着させ出力する。
【００３５】
次に、このような画像形成装置の転写、帯電、現像などで、各色に対応して設けられる高圧電源としての電源装置の構成を図1を参照しながら説明する。
通常、典型的には、ＹＭＣＫの４色で４出力分の電源回路を持つ電源装置を使用するが、説明を簡単にするため、２出力分の電源回路を持つ電源装置について述べる。
【００３６】
電源装置は、図１に示すように、同一の構成を有する電源回路１００ａ、１００ｂを備える。入力電源電圧Ｖｃｃ(例えば２４Ｖ)は、共通に電源回路１００ａ、１００ｂに与えられる。電源回路１００ａは、圧電トランス１０１ａ、トランジスタ１０２ａ、発振回路１０３ａ、インダクタンス１０４ａ、コンデンサ１０５ａ、整流平滑回路１０６ａを備えている。
【００３７】
トランジスタ１０２ａは電界効果トランジスタで、そのドレインには、入力電源電圧Ｖｃｃに直列接続されたインダクタンス１０４ａが接続される。また、ソースは接地されている。また、ゲートには、発振回路１０３の出力が接続される。さらに、ドレインとインダクタンス１０４ａとの接続点には、一端が接地されたコンデンサ１０５ａの他端が接続される。さらに、ドレインとインダクタンス１０４ａとの接続点には、圧電トランス１０１ａの厚み方向に設けられた一次電極１１０ａの一方の電極に接続される。なお、トランジスタ１０２ａは、バイポーラトランジスタで構成してもよい。
【００３８】
インダクタンス１０４ａおよびコンデンサ１０５ａはＬＣ共振により、入力電源電圧Ｖｃｃより大きい電圧で圧電トランス１０１ａを駆動可能とするものである。
【００３９】
圧電トランス１０１ａの一次電極１１０ａのうち他方の電極は接地される。圧電トランス１０１ａの長手方向の２次側端面には、出力電極１１１ａが設けられ、この出力電極１１１ａは整流平滑回路１０６ａに接続される。圧電トランス１０１ａの長手方向の２次側には、自励発振のための交流電圧を検出する検出電極１１２ａが圧電トランス１０１ａの厚み方向の一方に設けられる。検出電極１１２ａは、発振回路１０３ａに接続される。
【００４０】
発振回路１０３ａは、検出電極１１２ａで検出した共振周波数に対応した駆動信号を発生し、トランジスタ１０２ａを駆動する。
【００４１】
整流平滑回路１０６ａは、ダイオードおよびコンデンサなどを含んで構成される。整流平滑回路１０６ａの出力は電源回路の出力端子に接続され、図示しない負荷に接続され、負荷に電力を供給する。
【００４２】
電源回路１００ｂの構成要素は、以上述べた電源回路１００ａの英文字の添え字を除いた参照符号と同一の構成要素は同一である。参照符号にｂを付けて区別している。
【００４３】
なお、図１では、図示していないが、電源回路１００(１００ａ、１００ｂ、・・・・)の圧電トランス１０１(１０１ａ、１０１ｂ、・・・・)の２次側は、共通電位(例えばグランド電位)に接続され、共通のコンデンサの役割を果たす導体が設けられている。
【００４４】
次に、本実施例の構成による電源装置の動作を説明する。なお、電源回路１００ａと、電源回路１００ｂとは同一の構成を備えているため、以下の説明では、電源回路１００ａと電源回路１００ｂとを総称して電源回路１００と呼ぶ。又電源回路１００内の回路素子についても同様に呼ぶものとする。
入力電源電圧Ｖｃｃが各電源回路１００に印加されると、発振回路１０３およびトランジスタ１０２に印加され、設定された電圧でバイアスされると、発振回路１０３がトランジスタ１０２を駆動して圧電トランス１０１の１次電極１１０に交流電圧を印加し、圧電トランス１０１を駆動する。この結果、２次側に昇圧した電圧が発生して出力電極１１１から出力すると共に、検出電極１１２から発振回路１０３に帰還される。発振回路１０３は、検出電極１１２からの交流電圧が示す圧電トランス１０１の共振周波数でトランジスタ１０２を駆動する。共振周波数と、昇圧比の関係は図３に示す通りであり、共振周波数での駆動が一番効率が良いことが分かる。
【００４５】
圧電トランス１０１の出力電極１１１から出力された交流電圧は、整流平滑回路１０６で整流平滑されて出力端子より負荷に供給される。
【００４６】
各圧電トランス１０１の特性ばらつきにより、共振周波数（自励発振では駆動周波数）は一致しない。例えば、圧電トランス１０１ａの共振周波数をｆ１、圧電トランス１０１ｂの共振周波数をｆ２とする。２つの圧電トランス１０１が近接して配置される場合、周波数干渉が生じる。すなわち、出力端子から出力される直流電圧に揺らぎが生じる。揺らぎ成分の周波数は図４に示すように、共振周波数の差分周波数Δｆ=│ｆ１−ｆ２│となる。Δｆが低周波の場合、画質ディフェクトを引き起こす。例えば、転写部材にバイアス電圧を印加する高圧電源で、出力電圧に低周波の揺らぎが発生すると、縞状に印刷濃度が変化してしまう。
【００４７】
これを解決するために本実施例では、図５に示すように、圧電トランス１０１の実装部の２次側下部に基板１２０上のパターン配線１２１を配置する。前記パターン配線１２１は図５に示すように、複数の圧電トランス１０１を跨ぐように配置される。圧電トランス１０１の２次側下部の投影面積にしめるパターン配線１２１の面積をおおきくすると干渉抑制効果にはなお好適である。
【００４８】
図６に圧電トランス１０１の共振駆動時における等価回路を示す。圧電トランス１０１とパターン配線１２１間で容量成分２００を形成させる。パターン配線１２１を共通とすることで圧電トランス等価回路の出力容量が均一化され、相互干渉を抑制することが可能となる。すなわち、各圧電トランス１０１の２次側の容量成分２００より、支配的な容量をもつように、共通電位に接続される。ここでは接地された導体(ここではパターン配線)によりコンデンサ(容量成分)２００を形成している。この結果、揺らぎによるノイズを低減することができる。
【００４９】
以上述べた実施例では、基板１２０上の配線パターンを形成することにより、共通電位に接続された共通導体を形成したが、電源装置が形成された基板１２０の近傍のフレームやシャーシなどの導体(通常接地される)を共通導体として使用してもよい。その様子を図７に示す。図７では、基板１２０上に近接して設けられた電源装置の圧電トランス１０１(１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ)に共通に導体としてのフレーム１３０を接近させ、圧電トランス１０１との間で共通の容量成分を形成している。
【００５０】
このように、本実施例によれば、複数の圧電トランス１０１を近接して配置しても、揺らぎの少ない安定した出力を簡易に得ることができる。別途、回路・部品等を追加する必要がないため、回路が簡単化できコストアップが抑制される。共通導体として、パターン配線を使用した場合、圧電トランス１０１の実装部のスペースに敷設されるため、基板サイズ及び設置スペースの拡大を抑止することができる。
【００５１】
最後に、本実施例の実験による効果確認結果について説明する。図１で述べたように、電源回路が２個の場合(高圧出力が２つの例)に、駆動周波数を調整可能な回路とし、これに対応して図７の構成で、圧電トランス５個を２個とした実験を行った。この際の２つの圧電トランスは近接して配置した。具体的には、実験時の圧電トランス間の距離は１７ｍｍとした。２つの圧電トランスの１次側電極に入力する駆動周波数に差を付け、出力電圧を測定した。駆動周波数以外のパラメータは２つの電源回路で同一とした。この実験による測定結果を図８に示す。図８に示すように、駆動周波数の差分が３．０Ｈｚのとき、共通導体を設けない従来の場合に揺らぎ成分が１１．４Ｖｐ-ｐに対し、圧電トランスの２次側近傍に共通導体を設けた本実施例の場合には、揺らぎ成分が５．４Ｖｐ-ｐと減少し、駆動周波数の差分が１０．０Ｈｚのときも、同様に揺らぎ成分が５．８Ｖｐ-ｐから揺らぎ成分が２．８Ｖｐ-ｐに減少している。すなわち、揺らぎ成分のＶｐ-ｐが従来に比較して約半減している。また駆動周波数の差分を変化させたときも従来に比較して約半減している。
【００５２】
以上の実施例では、圧電トランス１０１の２次側の電極から共振周波数を検出したが、従来技術のように、１次側又は２次側電極以降で検出しても良い。
【００５３】
また、共振周波数で圧電トランス１０１を駆動するとき、圧電トランス１０１の１次側電圧と、２次側電圧とは依存関係があるので、従来技術と同様に、２次側電圧を検出して１次側電圧を制御することにより、出力電圧を所望の出圧となるように制御する電圧制御回路を設けても良い。
【００５４】
さらに、共通導体部材は必ずしも同一部材でなくてもよい。例えば、パターン配線基板上のパターンをジャンパー線により接続して共通導体部材を構成することも可能である。
【００５５】
なお、本発明は、タンデム型の電子写真などの画像形成装置で使用される高圧電源およびそのような画像形成装置などにおいて利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施例に係る電源装置の構成例を示す回路図である。
【図２】図１の電源装置が適用される本実施例に係る画像形成装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】圧電トランスの駆動周波数と昇圧比の関係を示すグラフである。
【図４】共振周波数の揺らぎ成分を説明するグラフである。
【図５】接地された共通導体としてのパターン配線を示す基板図である。
【図６】圧電トランスの共振周波数駆動時における等価回路図である。
【図７】フレームを共通導体とする構成例を示す構成図である。
【図８】実験による効果確認結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１００(１００ａ、１００ｂ・・・)：電源回路
１０１（１０１ａ、１０１ｂ・・・）：圧電トランス
１０２(１０２ａ、１０２ｂ・・・)：トランジスタ
１０３(１０３ａ、１０３ｂ・・・)：発振回路
１０４(１０４ａ、１０４ｂ・・・)：インダクタンス
１０５(１０５ａ、１０５ｂ・・・)：コンデンサ
１０６(１０６ａ、１０６ｂ・・・)：整流平滑回路
１１０(１１０ａ、１１０ｂ・・・)：１次電極
１１１(１１１ａ、１１１ｂ・・・)：出力電極
１１２(１１２ａ、１１２ｂ・・・)：検出電極
１２０：基板
１２１：パターン配線
１３０：フレーム
２００：容量成分
１２０１：感光体
２１０２：帯電器
２１０３：現像器
２１０４：一次転写器
２１０５：剥離器
２１０６：二次転写器
２１０７：中間転写体
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010068602.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010068602.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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