(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電トランスに所定の駆動周波数及びデューティ比により制御された駆動電圧を印加することにより前記圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、
前記出力電圧と前記出力電圧を略一定に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、前記出力電圧の変動をデジタル変動値として検出する出力電圧検出部と、
前記出力電圧検出部から入力された前記デジタル変動値に応じて、前記駆動周波数及び前記デューティ比を制御する駆動制御部とを備えて、
前記デジタル変動値は、前記出力電圧が前記出力制御電圧より大きい場合、予め設定された第１デジタル値であり、前記出力電圧が前記出力制御電圧より小さい場合、予め設定された第２デジタル値であり、
前記駆動制御部は、前記デジタル変動値に応じて、前記駆動周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、
前記圧電トランスへの前記駆動電圧の印加を停止するオフ時間を設定するオフ時間設定部と、
駆動電圧発生部の出力値に応じて、前記駆動周波数制御部から出力された出力値と前記オフ時間設定部から出力された出力値とを選択し、当該選択した出力値を前記駆動電圧発生部に出力する選択部と、
駆動周波数制御部により制御された前記駆動周波数、前記オフ時間設定部により設定された前記オフ時間、及び前記選択部の出力値に基づいて、前記駆動電圧を発生させる駆動電圧発生部とを有することを特徴とする圧電トランス方式高圧電源装置．
【請求項２】
前記駆動周波数制御部は、前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きいことを示す値である場合には、前記駆動周波数を増加させ、
前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さいことを示す値である場合には前記駆動周波数を減少させることを特徴とする、請求項１に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記駆動周波数の周波数可変範囲が記憶された記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記周波数可変範囲と前記駆動周波数制御部の出力値とに基づいて、前記駆動周波数を前記周波数可変範囲内で可変させるように制御する周波数範囲制御部とをさらに有し、
前記周波数範囲制御部は、前記駆動周波数制御部の出力値が前記周波数可変範囲から外れた場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止させる制御信号を出力し、
前記駆動周波数制御部は、前記周波数範囲制御部からの制御信号が入力された場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止することを特徴とする、請求項２に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項４】
前記駆動制御部は、前記駆動電圧を前記圧電トランスに印加するオン時間を前記駆動周波数制御部により制御し、前記オフ時間を前記オフ時間設定部により制御し、かつ、前記オン時間と前記オフ時間とを切り替えるタイミングを前記選択部で制御することにより、前記デューティ比を制御することを特徴とする、請求項１に記載の圧電トランス方式高圧電源装置。
【請求項５】
潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、
帯電後の前記潜像担持体の表面に潜像を形成させる露光手段と、
前記潜像を現像する現像手段と、
前記潜像担持体に形成されるトナー像を転写材に転写させる転写手段と、
前記帯電手段、前記現像手段、前記転写手段の少なくともいずれかに電圧を供給する電源装置と、を備え、
前記電源装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の圧電トランス方式高圧電源装置であることを特徴とする、画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電トランス方式高圧電源装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスにより画像を形成する画像形成装置において、感光体に転写部材を当接させて転写を行なう直接転写方式を採用する場合、転写部材には、導電体の回転軸を持つローラ状の導電性ゴムが用いられる。転写部材の駆動は、感光体のプロセススピードに合わせて制御される。そして、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、直流バイアス電圧の極性は、通常のコロナ放電式の転写電圧と同じ極性である。
【０００３】
上述のような転写ローラを用いて良好な転写を行なうためには、通常３ｋＶ前後の電圧（所要電流は数μＡ）を転写ローラに印加する必要がある。上述の画像形成処理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が使用されていた。
【０００４】
ところが、この電磁トランスは、銅線、ボビン、磁芯で構成されており、上記のような、３ｋＶ前後の電圧を印加して用いる場合は、出力電流値が数μＡという微小な電流となるため、各部に於いて漏れ電流を最小限にしなければならなかった。そのため、トランスの巻線を有機絶縁物によりモールドにする必要があり、発煙発火の点で問題があった。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。
【０００５】
そこで、これらの欠点を補うために、薄型軽量で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検討されている。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、高電圧を生成する事が可能となる。しかも、一次側および二次側間の結合に関係なく一次側と二次側の電極聞の距離を離すことが可能になるため、特別に絶縁のためのモールド加工をする必要が無く、発煙発火の危険性も無くなる。そのため、高圧電源装置を小型・軽量にできるという優れた特性が得られる。
【０００６】
このような圧電トランスを用いた高圧電源装置として、例えば、特許文献１に示されるものがある。圧電トランスは、一般に周波数による出力電圧の制御が可能であるが、特許文献１に示されるような高圧電源制御回路構成による周波数制御では、以下のような問題があった。
【０００７】
すなわち、圧電トランスには複数の共振点が存在することから、例えば、周波数を高くして出力電圧を低くしようとした場合、周波数を大きく変化させると、次の共振点に達して、却って出力電圧が上昇してしまう。そのため、出力電圧の可変幅を大きくすることができなかった。また、駆動電圧の周波数には、駆動電圧の発生に効率の良い範囲と悪い範囲があり、出力電圧の可変幅を大きくすると、効率の悪い範囲の周波数も使用しなければならないため、全体としての効率が良くなかった。
【０００８】
このような問題に対して、特許文献２には、周波数制御と駆動電圧のデューティ比制御とを同時に実行する技術が提案されている。特許文献２では、周波数及びデューティ比同時制御を採用して出力電圧を一定にすることにより、低い出力電圧及び広い電力的可変幅が容易に得られるので、出力電圧の安定性に優れた定電圧電源を得ることができる、とされている。特許文献２ではさらに、周波数及びデューティ比の効率の良い範囲同士を組み合わせることにより、効率の悪い周波数及びデューティ比を使用しなくても出力電圧の可変幅を広げることができるので効率を向上できる、とされている。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２０６１１３号公報
【特許文献２】特開２００５−１９８４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２における駆動電圧制御部の周波数及びデューティ比同時制御回路は、抵抗とコンデンサによる充放電回路により三角波を作成し、この三角波に基づいて周波数及びデューティ比同時制御を行っていたため、定数値の製造ばらつきや温度による定数値変動のため、負荷電流が急激に大きくなったりした場合、使用可能周波数範囲（共振周波数）を超えて制御不能に陥ったりするなどの問題があった。また、この問題があるため、共振周波数付近まで駆動周波数を使用できなかったため、効率も充分に向上できるものではなかった。
【００１１】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、駆動周波数及びデューティ比の同時制御の際に、部品定数の製造ばらつきや温度変動により制御不能や異常発振状態に陥ることなく、広い出力電圧値範囲で、安定で高効率に駆動周波数及びデューティ比同時制御を行うことを可能とし、かつ、高圧出力の高速立上りを可能とする、圧電トランス方式高圧電源装置及びこれを備える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】
【００１２】
上記目的を達成するためになされた本発明による圧電トランス方式の高圧電源装置は、圧電トランスに所定の駆動周波数及びデューティ比により制御された駆動電圧を印加することにより前記圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する圧電トランス方式高圧電源装置において、前記出力電圧と前記出力電圧を略一定に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、前記出力電圧の変動をデジタル変動値として検出する出力電圧検出部と、前記出力電圧検出部から入力された前記デジタル変動値に応じて、前記駆動周波数及び前記デューティ比を制御する駆動制御部とを備えて、前記デジタル変動値は、前記出力電圧が前記出力制御電圧より大きい場合、予め設定された第１デジタル値であり、前記出力電圧が前記出力制御電圧より小さい場合、予め設定された第２デジタル値であり、前記駆動制御部は、前記デジタル変動値に応じて、前記駆動周波数を可変制御する駆動周波数制御部と、前記圧電トランスへの前記駆動電圧の印加を停止するオフ時間を設定するオフ時間設定部と、駆動電圧発生部の出力値に応じて、前記駆動周波数制御部から出力された出力値と前記オフ時間設定部から出力された出力値とを選択し、当該選択した出力値を前記駆動電圧発生部に出力する選択部と、駆動周波数制御部により制御された前記駆動周波数、前記オフ時間設定部により設定された前記オフ時間、及び前記選択部の出力値に基づいて、前記駆動電圧を発生させる駆動電圧発生部とを有することを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、出力電圧検出部は、圧電トランスから出力された出力電圧を検出し、検出した当該出力電圧と圧電トランス方式高圧電源装置の出力制御電圧との大小を比較して出力電圧の変動をデジタル変動値に変換し、圧電トランス駆動制御部は、出力電圧検出部から入力されたデジタル変動値に応じて、駆動周波数及びデューティ比の制御を行う。本発明に係る圧電トランス方式高圧電源装置は、圧電トランスの駆動周波数及びデューティ比制御をデジタル信号処理によって行うため、部品定数の製造ばらつきや温度変動により異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御を行うことが可能であり、高圧出力の高速立ち上がりを実現可能である。
【００１５】
また、上記のように、前記駆動制御部を構成した場合に、前記駆動周波数制御部は、前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも大きいことを示す値である場合には、前記駆動周波数を増加させ、前記デジタル変動値が、前記出力電圧が前記出力制御電圧よりも小さいことを示す値である場合には前記駆動周波数を減少させるようにしてもよい。
【００１６】
この場合に、前記駆動制御部は、前記駆動周波数の周波数可変範囲が記憶された記憶部と、前記記憶部に記憶された前記周波数可変範囲と前記駆動周波数制御部の出力値とに基づいて、前記駆動周波数を前記周波数可変範囲内で可変させるように制御する周波数範囲制御部と、をさらに有し、前記周波数範囲制御部は、前記駆動周波数制御部の出力値が前記周波数可変範囲から外れた場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止させる制御信号を出力し、前記駆動周波数制御部は、前記周波数範囲制御部からの制御信号が入力された場合に、前記駆動周波数の増加または減少を停止するようにしてもよい。
【００１７】
また、前記駆動制御部は、前記駆動電圧を前記圧電トランスに印加するオン時間を前記駆動周波数制御部により制御し、前記オフ時間を前記オフ時間設定部により制御し、かつ、前記オン時間と前記オフ時間とを切り替えるタイミングを前記選択部で制御することにより、前記デューティ比を制御するようにしてもよい。
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、帯電後の前記潜像担持体の表面に潜像を形成させる露光手段と、前記潜像を現像する現像手段と、前記潜像担持体に形成されるトナー像を転写材に転写させる転写手段と、前記帯電手段、前記現像手段、前記転写手段の少なくともいずれかに電圧を供給する電源装置と、を備え、前記電源装置として、上述した圧電トランス方式高圧電源装置を用いた画像形成装置が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、圧電トランスの駆動周波数及びデューティ比の同時制御の際に、部品定数の製造ばらつきや温度変動により制御不能や異常発振状態に陥ることなく、広い出力電圧値範囲で、安定で高効率に駆動周波数及びデューティ比同時制御を行うことが可能であり、また、高圧出力の高速立上りを実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
［一般的な圧電トランス方式高圧電源装置について］
まず、本発明の実施形態について説明するのに先立ち、後述する本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０と一般的な圧電トランス方式高圧電源装置９００と間の構成上の相違点を明確にするため、一般的な圧電トランス方式高圧電源装置９００の構成例について、図７〜図９を参照しながら簡単に説明する。図７は、一般的な圧電トランス方式高圧電源装置の構成を示すブロック図である。図８および図９は、一般的な圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。
【００２２】
図７において、Т９０１は、高圧電源の圧電トランス（圧電セラミックトランス）である。圧電トランスТ９０１の交流出力は、ダイオードＤ９０２、Ｄ９０３及び高圧コンデンサＣ９０４によって正電圧に整流平滑され、負荷である転写ローラ（図示せず。）に供給される。また、出力電圧は、抵抗Ｒ９０５、Ｒ９０６、Ｒ９０７によって分圧され、保護用抵抗Ｒ９０８を介してオペアンプＱ９０９の非反転入力端子（＋端子）に入力される。
【００２３】
他方、オペアンプの反転入力端子（一端子）には、抵抗Ｒ９１４を介して、ＤＣコントローラから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Ｑ９０９と抵抗Ｒ９１４とコンデンサＣ９１３にて積分回路を構成することにより、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された制御信号（Ｖｃｏｎｔ）が、オペアンプＱ９０９に入力される。
【００２４】
オペアンプＱ９０９の出力端は電圧制御発振器（ＶＣＯ）９１０に接続され、その出力端がインダクタＬ９１２に接続されたトランジスタＱ９１１を駆動することで、圧電トランスの一次側に駆動周波数の電源を供給する。電子写真方式の画像形成装置の高圧電源ユニットは、このような圧電トランスを用いる。
【００２５】
圧電トランスの特性は、一般的に、図８に示すような共振周波数ｆ０において出力電圧が最大となるような裾広がり形状をしており、周波数による出力電圧の制御が可能である。圧電トランスの出力電圧を増加させる場合には、駆動周波数を高周波数側ｆｘから低周波数側ｆ０へ変化させることで可能となる。
【００２６】
電子写真方式画像形成装置の高圧電源ユニットでは、図７に示す高圧電源回路を複数有し、帯電、現像、転写等のバイアスを出力して画像形成を行っている。
【００２７】
ところが、図７に示すような一般的な圧電トランス方式高圧電源装置では、上述したような問題があった。以下、この問題について、図９を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
図９に示すように、圧電トランスには、複数の共振点が存在する。図９には、例えば、圧電トランスに存在する複数の共振点のうちの４つが図示されている。図９から明らかなように、第１共振周波数ｆ１を印加すると約３．５ｋＶという出力電圧が得られる第１共振点が存在し、第１共振周波数ｆ１の更に高周波数側には、出力電圧が極大となる第２共振点（共振周波数：ｆ２）及び第３共振点（共振周波数：ｆ３）が存在する。共振点は出力電圧が極大となる点であるため、駆動周波数を、共振点における共振周波数を基準にして高周波数側又は低周波数側のいずれに変化させたとしても、出力電圧は低下する。
【００２９】
ただし、共振周波数から駆動周波数を変化させても、出力電圧の最大値を数ｋＶ程度に設定すると数１００Ｖ以下の出力電圧を発生させることはできない。なぜなら、出力電圧を小さくしようとして駆動周波数を大きく変化させると、次の共振周波数が近くなるため、却って出力電圧が上昇してしまうからである。
【００３０】
また、駆動周波数には、共振周波数近傍等の効率の良い範囲が存在する。一方、出力電圧の可変幅を大きくするためには（例えば、数ｋＶ〜数１００Ｖの可変幅とするためには）、効率の悪い範囲の周波数も使用しなければならないので、全体としての効率が良くなかった。
【００３１】
このような問題に対して、上述したように、特許文献２に開示されているような周波数制御と駆動電圧のデューティ比制御とを同時に実行する技術がある。この技術では、周波数及びデューティ比同時制御を採用して出力電圧を一定にすることにより、低い出力電圧及び広い電力的可変幅が容易に得られるので、出力電圧の安定性に優れた定電圧電源を得ることができる。また、周波数及びデューティ比の効率の良い範囲同士を組み合わせることにより、効率の悪い周波数及びデューティ比を使用しなくても出力電圧の可変幅を広げることができるので効率を向上できる。
【００３２】
しかしながら、特許文献２における駆動電圧制御部の周波数及びデューティ比同時制御回路は、抵抗ＲとコンデンサＣによる充放電回路により三角波を作成し、この三角波に基づいて周波数及びデューティ比同時制御を行っていたため、定数値の製造ばらつきや温度による定数値変動のため、負荷電流が急激に大きくなる場合がある。このような場合には、使用可能周波数範囲（共振周波数）を超えて制御不能に陥ったりするなどの問題があった。また、この問題があるため、共振周波数付近まで駆動周波数を使用できなかったため、効率も充分に向上できるものではなかった。
【００３３】
［本発明の一実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置の構成及び機能］
そこで、本発明の一実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０では、デジタル信号処理により駆動周波数及びデューティ比の同時制御を行うことにより、部品定数の製造ばらつきや温度変動により制御不能や異常発振状態に陥ることなく、広い出力電圧値範囲（例えば、出力電圧値が数ｋＶ〜数１００Ｖ以下の範囲）で、安定かつ高効率に駆動周波数及びデューティ比同時制御を行うことを可能とするとともに、高圧出力の高速立上りを実現している。
【００３４】
以下、図１〜図４に基づいて、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の構成及び機能について詳細に説明する。なお、図１は、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の全体構成を示すブロック図であり、図２は、本実施形態に係る圧電トランス駆動制御部３０の詳細な構成を示すブロック図である。また、図３は、本実施形態に係るインダクタ電源電圧と昇圧時動作波形との関係を説明するための説明図である。また、図４は、本実施形態に係る圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。
【００３５】
（圧電トランス方式高圧電源装置１０の全体構成）
まず、図１を参照しながら、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の全体構成について説明する。
【００３６】
本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、圧電トランスに所定の駆動周波数及びデューティ比により制御された駆動電圧を印加することにより、圧電トランスが出力した出力電圧を負荷に供給する装置である。具体的には、図１に示すように、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、駆動部２０と、本実施形態に係る駆動制御部の一例としての圧電トランス駆動制御部３０と、整流平滑部４０と、出力電圧検出部５０と、を主に備える。
【００３７】
駆動部２０は、主に、圧電トランスＴ２０１と、インダクタンスＬ２０１と、抵抗Ｒ２０１と、コンデンサＣ２０１と、ＦＥＴ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）やトランジスタ等のスイッチング素子Ｓ２０１とを備える。電源（ＶＤＤ）がインダクタンスＬ２０１に接続されると、後述する圧電トランス駆動制御部３０により周波数制御された駆動電圧が入力されたスイッチング素子Ｓ２０１でオンオフ制御を行うことで、接続された電源電圧に対して、昇圧および疑似正弦波への変換が行われる。その後、変換された電源電圧は、圧電トランスＴ２０１へと印加される。
【００３８】
駆動部２０の圧電トランスＴ２０１は、圧電振動体に一次電極と二次電極とが設けられており、一次側は、厚さ方向に分極し圧電振動体を挟んで対向し、二次側を長さ方向に分極し、これらを図示しない樹脂ケース等に収容したものである。圧電振動体は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックからなり、板状を呈している。圧電振動体の長さ方向において、一端からその長さの例えば半分までに一次電極が設けられ、他端に二次電極が設けられている。一次側に長さ寸法で決まる固有共振周波数の駆動電圧を入力すると、逆圧電効果により強い機械共振を起こし、圧電効果により、その振動に見合った高い出力電圧が出力される。
【００３９】
ここで、図３を参照しながら、電源電圧昇圧時の動作について説明する。図３（ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｓ２０１に駆動電圧が印加されると、スイッチング素子Ｓ２０１がオンとなり、インダクタンスＬ２０１に電流が流れる。この時、スイッチング素子Ｓ２０１に流れる電流Ｉは、駆動電圧が印加されている時間を「ＯＮ  ｔｉｍｅ」、駆動電圧が印加されていない時間を「ＯＦＦ  ｔｉｍｅ」とすると、電流Ｉ＝駆動電圧×（ＯＮ  ｔｉｍｅ／Ｌ）で表される（図３（ｃ）を参照）。すなわち、スイッチング素子Ｓ２０１に流れる電流Ｉは、ＯＮ  ｔｉｍｅ時間に応じて決まり、電流Ｉが流れると、インダクタンスＬ２０１にエネルギーＵ＝（１／２）×（ＬＩ２）が蓄積される。
【００４０】
次に、スイッチング素子Ｓ２０１がオフとなると、圧電トランスＴ２０１の一次側に接続されたコンデンサＣ２０１とインダクタンスＬ２０１との間で共振が起こる。この共振の際に圧電トランスＴ２０１に印加される電圧が、図３（ａ）に示す圧電トランス駆動電圧であり、インダクタンスＬ２０１に蓄積したエネルギーＵの量に応じて電圧値が大きくなる。従って、ＯＮ  ｔｉｍｅ時間を大きくすると、圧電トランスＴ２０１に印加された駆動電圧を圧電トランスＴ２０１が昇圧して出力する出力電圧値が大きくなる。
【００４１】
また、デューティ比が大きくなると、圧電トランス自体の出力効率も良くなることが、一般に知られている。よって、駆動周波数と同時にデューティ比も制御することで、圧電トランスＴ２０１の出力電圧値が大きくなることとの相乗効果により、出力電圧の制御がより容易になる。なお、図３では、ＯＦＦ  ｔｉｍｅ時間を一定としているが、後述するように、ＯＦＦ  ｔｉｍｅ時間を可変としてもよい。
【００４２】
圧電トランス駆動制御部３０は、駆動部２０の圧電トランスＴ２０１に印加する駆動電圧の周波数（駆動周波数）及びデューティ比を、後述する出力電圧検出部５０から入力されたデジタル変動値に応じて制御する。本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、この圧電トランス駆動制御部３０によって、圧電トランスの駆動周波数及びデューティ比をデジタル信号処理により制御するものである。なお、圧電トランス駆動制御部３０については、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の特徴的部分であり、その詳細については後述する。
【００４３】
整流平滑部４０は、主に、コンデンサＣ４０１と、ダイオードＤ４０１、Ｄ４０３とを備える。圧電トランスТ２０１の交流出力は、ダイオードＤ４０１、Ｄ４０３及び高圧コンデンサＣ４０１によって正電圧（直流電圧）に整流平滑され、負荷である転写ローラ（図示せず。）等に供給される。
【００４４】
出力電圧検出部５０は、圧電トランスＴ２０１の出力電圧と、この出力電圧を略一定に制御するための出力制御電圧との比較結果に基づいて、出力電圧の変動をデジタル変動値として検出するものである。このような機能を実現するために、出力電圧検出部５０は、主に、コンデンサＣ５０１、Ｃ５０３と、抵抗Ｒ５０１、Ｒ５０３と、コンパレータ（ＣＯＭＰ）５０１とを備える。整流平滑部４０によって直流電圧に整流平滑された出力電圧は、出力電圧検出部５０内の分圧抵抗Ｒ５０１、Ｒ５０３により分圧され、誤差検出電圧（Ｆｅｅｄ  ｂａｃｋ電圧）として、コンパレータ５０１の反転入力端子（−端子）に入力される。なお、各分圧抵抗Ｒ５０１、Ｒ５０３に並列に接続されたコンデンサＣ５０１、Ｃ５０３は、誤差検出電圧のＡＣ成分とＤＣ成分の調整を行っている。また、コンパレータ５０１の非反転入力端子（＋端子）には、出力電圧を制御するＤＣ電圧である出力制御電圧として、参照電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）が入力される。
【００４５】
コンパレータ５０１は、非反転入力端子に入力されたＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿ＶｏｌｔとＦｅｅｄ  ｂａｃｋの大小（電圧値の大小）を比較し、その比較結果をデジタル変動値として出力する。コンパレータ５０１の出力は、（Ｆｅｅｄ  ｂａｃｋ）＞（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合はＬｏｗ出力となり、（Ｆｅｅｄ  ｂａｃｋ）＜（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）の場合はＨｉｇｈ出力となる。このコンパレータ５０１によって、出力電圧のアナログ的変動を、デジタル変動値に変換することができる。コンパレータ５０１の出力であるデジタル変動値は、圧電トランス駆動制御部３０内における周波数制御部の制御信号（ＵＰ／ＤＯＷＮ）として、圧電トランス駆動制御部３０に入力される。
【００４６】
また、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、リセット信号を供給するリセット１０１と、クロック信号を供給するクロック１０３と、圧電トランスＴ２０１の駆動制御信号を供給するコントローラ１０５と、を更に備える。
【００４７】
コントローラ１０５から供給される駆動制御信号は、駆動制御信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）は、抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０３、Ｒ１０５やスイッチング素子Ｓ１０１によって反転され、オープンコレクタ出力に変換されて圧電トランス駆動制御部３０へ入力される。
【００４８】
（圧電トランス駆動制御部３０の構成及び機能）
次に、図２を参照しながら、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の特徴的構成である圧電トランス駆動制御部３０の構成及び機能について説明する。本実施形態に係る圧電トランス駆動制御部３０は、主に、駆動周波数制御部と、オフ時間設定部と、選択部と、駆動電圧発生部と、を有する。以下、これら各部について詳細に説明する。
【００４９】
＜駆動周波数制御部について＞
駆動周波数制御部は、上述した出力電圧検出部５０が出力したデジタル変動値（本実施形態では、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号）に応じて、圧電トランスＴ２０１の駆動周波数を可変制御する。具体的には、駆動周波数制御部は、例えば、図２に示すように、アップダウンカウンタ３０１と、レジスタ３０３と、コンパレータ３０５と、を主に有する。
【００５０】
周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１には、必要な周波数制御精度に応じた高速クロック信号がクロック１０３から供給され、クロック信号がＨｉｇｈになるたびに、出力電圧検出部５０からの出力電圧検出信号（ＵＰ／ＤＯＷＮ）がＨｉｇｈの時はカウンタ値をＸ増加させ、Ｌｏｗの時はカウンタ値をＸ減少させる。また、周波数制御用カウンタビット数を、駆動電圧発生用カウンタビット数Ｎ＋下位Ｍビットの（Ｎ＋Ｍ）ビット構成とし、下位Ｍビット値を設定することで誤差フィードバックゲインを補正して、安定制御が行われるようにすることが好ましい。（Ｆｅｅｄ  ｂａｃｋ）と（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）とがほぼ平衡状態となりアップダウンカウンタ３０１の変化量が微小になった場合であっても、周波数制御用カウンタビット数を（Ｎ＋Ｍ）ビット構成とすることで、下位Ｍビットが常時上下するが上位Ｎビットは変動しない状態となり、安定したカウントを行うことが可能となる。
【００５１】
ここで、カウンタアップダウン値Ｘは、誤差フィードバックゲインを補正するために自由に設定可能なレジスタ値であり、未図示の外部コントローラにより設定可能としてもよいし、固定値にしてもよい。このカウンタアップダウン値Ｘの設定値は、レジスタ３０３に記憶されており、アップダウンカウンタ３０１により随時参照される。
【００５２】
ここで、圧電トランスＴ２０１は、例えば図４に示したように、印加される駆動電圧が有する周波数に依存して、出力電圧が変化する。圧電トランスＴ２０１の出力電圧は、図４に示したように例えば３種類の極値（共振点）が存在し、低周波数側の第１共振周波数ｆ１前後で一番大きな出力電圧を与え、高周波数側の第２共振周波数ｆ２、第３共振周波数ｆ３となるにつれて、出力電圧の値は小さくなる。従って、最も効率よく圧電トランスＴ２０１の出力電圧を得るためには、第１共振周波数ｆ１の前後の駆動周波数を用いることが好ましい。
【００５３】
そこで、周波数制御用に用いられるアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は、図４に示す周波数可変範囲に収める必要がある。周波数可変範囲は、第１共振周波数ｆ１の製造ばらつきを考慮したｆｍｉｎ値を最小周波数とし、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２との間で出力電圧変動が上昇カーブとなる前のｆｍａｘ値を最大周波数とすることで、求めることが可能である。ここで、上記ｆｍｉｎ，ｆｍａｘは、レジスタ３０３に記憶されているレジスタ値であり、外部コントローラにより設定可能としてもよいし、固定値にしてもよい。
【００５４】
カウンタ値の上位Ｎビットは、コンパレータ３０５、後述するオフ時間設定部３０７およびセレクタ３０９に出力される。アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は、クロックが入力されるたびに、コンパレータ３０５によりｆｍｉｎ，ｆｍａｘレジスタ値と比較される。比較の結果、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値が周波数可変範囲境界になると、カウントアップダウン動作を停止させる制御信号がコンパレータ３０５からアップダウンカウンタ３０１へ出力され、この制御信号が入力されたアップダウンカウンタ３０１は、カウントアップダウン動作を停止（カウンタ値±０）する。
【００５５】
また、詳しくは後述するが、セレクタ３０９は、アップダウンカウンタ３０１からカウンタ値が入力され、オフ時間設定部３０７からオフ時間を自由に設定できるレジスタ値が入力された場合に、これらのいずれか一方を選択することにより、デューティ比を制御することができる。
【００５６】
また、アップダウンカウンタ３０１は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、カウンタ値をｆｍｉｎに設定する。
【００５７】
従って、ＤＣ電圧である出力制御電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｖｏｌｔ）と出力電圧（Ｆｅｅｄ  ｂａｃｋ）との比較の結果、出力電圧が上昇すると、周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は下がり、駆動電圧周波数は高く、デューティ比は小さくなり、圧電トランスＴ２０１から出力される出力電圧が小さくなる。一方、出力電圧が減少すると、周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値は上がり、駆動電圧周波数は低く、デューティ比は大きくなり、圧電トランスＴ２０１から出力される出力電圧が大きくなる。その結果、目的の駆動電圧周波数ｆｔａｒｇｅｔ（図４参照）と等しくなるように制御される。すなわち、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ（ＤＣ電圧）に対応して、駆動周波数とデューティ比を同時に制御することにより、出力電圧値を一定に保つことができる。
【００５８】
また、出力ＯＦＦ時は、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＞出力電圧となるため、駆動周波数は徐々に低くなり、ｆｍｉｎまで変化して停止する。このとき、デューティ比は最大となる。逆に、出力ＯＮ時は、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＜出力電圧となるため、駆動周波数は徐々に高くなり、目標周波数ｆｔａｒｇｅｔになる。このとき、デューティ比は最小となる。
【００５９】
レジスタ３０３は、本実施形態に係る記憶部の一例であって、上述のように、圧電トランスＴ２０１の駆動周波数の最大値（ｆｍａｘ）および最小値（ｆｍｉｎ）を記憶する。さらに、レジスタ３０３は、アップダウンカウンタ３０１のカウンタアップダウン値Ｘを記憶する。このレジスタ３０３は、アップダウンカウンタ３０１にカウンタアップダウン値Ｘを出力したり、コンパレータ３０５にｆｍａｘやｆｍｉｎを出力したりする。
【００６０】
コンパレータ３０５は、本実施形態に係る周波数範囲制御部の一例であって、記憶部としてのレジスタ３０３に記憶された周波数可変範囲とアップダウンカウンタ３０１の出力値とに基づいて、駆動周波数を周波数可変範囲内で可変させるように制御する。具体的には、コンパレータ３０５には、アップダウンカウンタ３０１の上位Ｎビットのカウンタ値と、ｆｍａｘおよびｆｍｉｎとが入力される。コンパレータ３０５は、カウンタ値と、ｆｍａｘおよびｆｍｉｎとの大小関係を比較して、入力されたカウンタ値が、圧電トランスＴ２０１の周波数可変範囲境界に存在するか否かを判定する。カウンタ値の上位Ｎビットが周波数可変範囲の最小値ｆｍｉｎ超過となった場合、または、カウンタ値の上位Ｎビットが周波数可変範囲の最大値ｆｍａｘ未満となった場合には、コンパレータ３０５はＨｉｇｈ出力となり、アップダウンカウンタ３０１のカウントアップダウン動作を停止させる制御信号であるＵＰ／ＤＯＷＮ  ＳＴＯＰ信号を発信する。
【００６１】
＜オフ時間設定部について＞
本実施形態に係るオフ時間設定部は、圧電トランスＴ２０１への駆動電圧への印加を停止するオフ時間を設定する。具体的には、駆動制御部３０は、図２に示すように、オフ時間設定部の一例として、ＯＦＦ  ｔｉｍｅ設定部３０７を有する。このＯＦＦ  ｔｉｍｅ設定部３０７は、駆動電圧がＬｏｗ出力となるオフ時間を設定する基準値となる基準オフ時間設定レジスタ値（図２に示した「基準ＯＦＦ  ｔｉｍｅレジスタ値」）を記憶するとともに、アップダウンカウンタ３０１の出力値に基づいて、オフ時間設定レジスタ値を設定するオフ時間処理部（図示せず）を有している。なお、基準オフ時間設定レジスタ値は、外部コントローラにより設定可能としてもよい。
【００６２】
本実施形態に係るＯＦＦ  ｔｉｍｅ設定部３０７は、オフ時間を変動値及び固定値とすることができるように構成されており、基準オフ時間設定レジスタ値、Ｎビットアップダウンカウンタ３０１の出力値Δ、及びレジスタ３０３から入力されたｆｍｉｎの値を用い、例えば、下記式（１）に基づいて演算処理を行うことにより、オフ時間設定レジスタ値を出力することができる。
【００６３】
オフ時間設定レジスタ値＝基準オフ時間設定レジスタ値＋（ｆｍｉｎ−Δ）×α
（ここで、式（１）において、０≦α＜１）  ・・・（１）
【００６４】
従って、ＯＦＦ  ｔｉｍｅ設定部３０７は、式（１）においてα＝０とすれば、オフ時間設定レジスタ値＝基準オフ時間設定レジスタ値となり、オフ時間を一定とすることができ、０＜α＜１とすれば、（ｆｍｉｎ−Δ）×αの変動幅を有する変動値としてオフ時間設定レジスタ値を設定することができる。
【００６５】
＜選択部について＞
本実施形態に係る選択部は、後述する駆動電圧発生部の出力値に応じて、駆動周波数制御部から出力された出力値とオフ時間設定部から出力された出力値とを選択し、当該選択した出力値を駆動電圧発生部に出力する。具体的には、駆動制御部３０は、図２に示すように、選択部の一例として、セレクタ３０９を有する。
【００６６】
このセレクタ３０９は、アップダウンカウンタ３０１からカウンタ値（上位Ｎビット）が入力され、オフ時間設定レジスタ３０７からオフ時間設定レジスタ値が入力される。そして、後述する１ビットカウンタ３１５の出力がＨｉｇｈ出力の場合、すなわち、駆動電圧がＨｉｇｈの場合には、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値（上位Ｎビット）を選択し、１ビットカウンタ３１５の出力がＬｏｗ出力の場合、すなわち、駆動電圧がＬｏｗの場合には、オフ時間設定レジスタ値を選択する。さらに、セレクタ３０９は、選択した出力値を後述するコンパレータ３１３に出力する。
【００６７】
＜駆動電圧発生部について＞
駆動電圧発生部は、上述した駆動周波数制御部により制御された駆動周波数、オフ時間設定部により設定されたオフ時間、及び選択部の出力値に基づいて、圧電トランスＴ２０１の駆動電圧を発生させる。具体的には、駆動電圧発生部は、例えば、図２に示すように、Ｎビットデジタルリセットカウンタ３１１と、コンパレータ３１３と、１ビットカウンタ３１５と、ＡＮＤゲート３１７、３１９とを主に有する。
【００６８】
Ｎビットデジタルリセットカウンタ３１１（以下、Ｎビットカウンタ３１１とも称する。）は、周波数制御用のアップダウンカウンタ３０１と同期をとるために、アップダウンカウンタ３０１と同じ高速クロックがクロック１０３から供給され、クロックがＨｉｇｈになるたびにカウンタ値を＋１ずつアップして行く。Ｎビットカウンタ３１１のカウンタ値は、後述するコンパレータ３１３に出力される。
【００６９】
また、リセット入力にＬｏｗ信号が入力されると、リセットがかかり、カウンタ値はゼロ（０）になる。Ｎビットカウンタ３１１に入力されるリセット信号は、電源入力時に全てのロジック回路を初期化する、リセット１０１から供給されるシステムリセット信号と、後述するデジタルコンパレータ３１３の出力反転信号（ＣＯＭＰＡＲＥ＿ＯＵＴ）の論理積を取ることで作成される。
【００７０】
コンパレータ３１３は、セレクタ３０９の出力値、すなわち、周波数制御用のカウンタ値であるアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値またはＯＦＦ  ｔｉｍｅ設定部３０７により設定されたオフ時間設定レジスタ値のいずれか一方と、後述する駆動電圧発生用のカウンタ値であるＮビットカウンタ３１１のカウンタ値とが入力される。
【００７１】
これらの値が入力されたコンパレータ３１３は、１ビットカウンタ３１５の出力がＨｉｇｈ（駆動電圧出力がＨｉｇｈ）の場合、セレクタ３０９により選択されたアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値と、Ｎビットカウンタ３１１のカウンタ値とを比較し、これらの値が一致した場合に、Ｈｉｇｈ出力となる。また、１ビットカウンタ３１５の出力がＬｏｗ（駆動電圧出力がＬｏｗ）の場合、セレクタ３０９により選択されたオフ時間設定レジスタ値と、Ｎビットカウンタ３１１のカウンタ値とを比較し、これらの値が一致した場合に、Ｈｉｇｈ出力となる。
【００７２】
そのため、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値により駆動周波数制御が行われる。さらに、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値により駆動電圧出力がＨｉｇｈであるオン時間の制御、オフ時間設定レジスタ値によりオフ時間の制御、及びＮビットカウンタ３１１のリセットタイミングに対応したセレクタ３０９の選択する値の切り替えタイミング制御により、デューティ比制御が行われる。
【００７３】
また、コンパレータ３１３は、Ｎビットカウンタ３１１のカウンタ値がセレクタ３０９の出力値以上となった場合に、Ｈｉｇｈ出力となる。さらに、コンパレータ３１３は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、リセットされる。
【００７４】
１ビットカウンタ３１５は、コンパレータ３１３からの出力信号がトリガーとなっており、デジタルコンパレータ３１３の出力がＨｉｇｈ信号となるたびに出力電圧を反転する。１ビットカウンタ３１５の出力信号は、後述するＡＮＤゲート３１７に入力される。また、１ビットカウンタ３１５は、リセット信号がリセット１０１より供給されると、ゼロにリセットされる。
【００７５】
また、１ビットカウンタ３１５の出力信号は、セレクタ３０９にも入力される。上述したように、１ビットカウンタ３１５の出力がＨｉｇｈのときには、セレクタ３０９は、アップダウンカウンタ３０１のカウンタ値を選択し、１ビットカウンタ３１５の出力がＬｏｗのときには、オフ時間設定レジスタ値を選択する。すなわち、駆動電圧のＨｉｇｈとＬｏｗとが反転するタイミングで、セレクタ３０９の選択する値が、オン時間を制御するアップダウンカウンタ３０１のカウンタ値と、オフ時間を制御するオフ時間設定レジスタ値との間で切り替えられる。従って、１ビットカウンタ３１５とセレクタ３０９の動作により、駆動電圧を圧電トランスＴ２０１に印加したり、その印加を停止したりするタイミングを制御でき、これにより、駆動電圧のデューティ比を制御することができる。
【００７６】
ＡＮＤゲート３１７は、コントローラ１０５から出力されたＯＮ／ＯＦＦ制御信号の反転信号であるＥＮＡＢＬＥ信号の反転信号と、１ビットカウンタ３１５から出力された出力とが入力されるＡＮＤゲートである。このＡＮＤゲート３１７により、高圧電源出力のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。すなわち、ＥＮＡＢＬＥ信号をＬｏｗ信号にすると、駆動電圧出力がそのままＡＮＤゲート３１７から出力されて高圧電源出力が出力し、ＥＮＡＢＬＥ信号をＨｉｇｈ信号にすると、ＡＮＤゲート３１７からの出力は強制的にＬｏｗ信号となり、高圧出力は停止する。この高圧出力が停止する際には、駆動周波数制御部は、出力電圧が最大となるように、駆動周波数を下限値のｆｍｉｎ、デューティ比を最大に制御する。
【００７７】
ＡＮＤゲート３１９は、リセット１０１からのリセット信号と、コンパレータ３１３の出力信号（ＣＯＭＰＡＲＥ  ＯＵＴ）の反転信号と、が入力され、Ｎビットカウンタ３１１のリセット信号が生成されるＡＮＤゲートである。ＡＮＤゲート３１９の出力は、Ｎビットカウンタ３１１のリセット端子に入力される。
【００７８】
また、圧電トランス駆動制御部３０は、上記以外にも、コントローラ１０５の出力信号をアナログ信号に変換してＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿ＶｏｌｔとするＤ／Ａコンバータ３２１を含む。本実施形態に係るＤ／Ａコンバータ３２１は、特定のものに限定されるわけではなく、一般的に用いられるＤ／Ａコンバータを使用することが可能である。Ｄ／Ａコンバータ３２１の変換処理により生成されたＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔは、前述の出力電圧検出部５０内に設けられたコンパレータ５０１に入力される。
【００７９】
また、上記Ｄ／Ａコンバータ３２１の代わりに、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）シグナルジェネレータ等を使用することも可能である。
【００８０】
以上、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【００８１】
［本発明の一実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置の動作］
以上、図１〜図４を参照しながら、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の構成及び機能について説明したが、以下、図５及び図６に基づいて、このような圧電トランス方式高圧電源装置１０の動作について詳細に説明する。なお、図５は、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の動作時のタイミングチャートであり、図６は、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０の動作停止時のタイミングチャートである。また、図５及び図６においては、オフ時間設定レジスタ値が一定（α＝０）の場合を示した。
【００８２】
まず、図５を参照しながら、高圧出力Ｒｅａｄｙ状態（ＯＦＦ状態）→ＯＮ→目標高圧出力となるまでの制御動作タイミングチャートを説明する。Ｒｅａｄｙ状態においては、図５から明らかなように、（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔ）＞出力電圧（Ｆｅｅｄ  ｂａｃｋ）となるため、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）はｆｍｉｎとなっている。また、セレクタの出力値Ｙは、ＣＯＭＰＡＲＥ＿ＯＵＴのＨｉｇｈになる度に、アップダウンカウンタのカウンタ値とオフ時間設定レジスタ値（ＯＦＦ  ｔｉｍｅ）との間で、選択する出力値を切り替えている。ＥＮＡＢＬＥがＬｏｗとなりＯＮ状態になると、Ｆｅｅｄ  ｂａｃｋ電圧は徐々に上昇していき、アップダウンカウンタには、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号としてＵＰが入力される。やがて、Ｆｅｅｄ  ｂａｃｋ電圧がＲｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｖｏｌｔよりも大きくなると、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号としてＤＯＷＮが出力されるようになるため、アップダウンカウンタは、カウンタ値を減少させていく。なお、図４において、「ＣｎｔＤｏｗｎ１」等は、カウンタ値を減少させていく「カウントダウン」を表している。また、Ｎビットカウンタの欄における「ＣＤ１」等は、「Ｃｎｔ  Ｄｏｗｎ１」を示している。また、カウンタ値は、「Ｃｎｔ  Ｄｏｗｎ１」＞「Ｃｎｔ  Ｄｏｗｎ２」となっている。
【００８３】
図５の場合、オフ時間設定レジスタ値は一定であるので、アップダウンカウンタのカウンタ値が減少すると、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）がＨｉｇｈであるオン時間が短くなるので、デューティ比は小さくなり、駆動周波数は高周波数側にシフトしていく。図５中の「Ｈｉ  ｆ」は、駆動周波数は高周波数側にシフトしていくことを示している。また、このようにオン時間が短くなることにより、デューティ比が小さくなり、駆動周波数が増加すると、出力電圧（ＦＲＥＱ＿ＤＲＩＶＥ＿ＯＵＴ）も小さくなる。
【００８４】
このように、駆動周波数が高周波数側にシフトしていき、目標駆動周波数であるｆ  ｔａｒｇｅｔとなるように制御される。ここで、図５において、アップダウンカウンタの欄における「Ｃｎｔ  ｔａｒｇｅｔ１」等は、ｆ  ｔａｇｅｔまでカウントすること意味し、Ｎビットカウンタの欄における「ＣＴ１」等は、「Ｃｎｔ  ｔａｒｇｅｔ１」等を意味している。
【００８５】
続いて、図６を参照しながら、目標高圧出力→ＯＦＦ→高圧出力Ｒｅａｄｙ状態となるまでの制御動作タイミングチャートを説明する。目標としている高電圧を出力している状態では、図６に示したように、Ｎビットカウンタおよびアップダウンカウンタは、カウンタ値がｆｔａｒｇｅｔ（Ｃｎｔ  ＴａｒｇｅｔＮ等）となるまでカウントを繰り返しており、Ｆｅｅｄ  ｂａｃｋ電圧は、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｖｏｌｔ近傍の値となっている。ここで、ＥＮＡＢＬＥがＨｉとなりＯＦＦ状態になると、Ｆｅｅｄ  ｂａｃｋ電圧の値は徐々に減少していき、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｖｏｌｔの電圧値の方が大きくなる。その結果、ＵＰ／ＤＯＷＮ信号としてＵＰが出力されるようになるため、アップダウンカウンタは、カウンタ値を増加させていく。なお、図５において、「Ｃｎｔ  ＵＰ１」等は、カウンタ値を増加させていく「カウントアップ」を表している。
【００８６】
図６の場合、オフ時間設定レジスタ値は一定であるので、アップダウンカウンタのカウンタ値が増加すると、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）がＨｉｇｈであるオン時間が長くなるので、デューティ比は大きくなり、駆動周波数は低周波数側にシフトしていく。図６中の「Ｌｏｗ  ｆ」は、駆動周波数は低周波数側にシフトしていくことを示している。
【００８７】
アップダウンカウンタのカウンタ値が増加していくと、これに伴いＮビットカウンタのカウント上限値も増加していく。その結果、駆動周波数（ＦＲＥＱ＿ＯＵＴ）は、ｆｔａｒｇｅｔから低周波数側へと変化していき、周波数可変範囲の最小値であるｆｍｉｎとなるように制御される。このとき、デューティ比は最大となるように制御される。
【００８８】
［圧電トランス方式高圧電源装置を用いた画像形成装置について］
続いて、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置を用いた画像形成装置について、説明する。
【００８９】
本実施形態に係る画像形成装置は、例えば、潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、帯電後の潜像担持体の表面に潜像を形成させる露光手段と、潜像を現像する現像手段と、潜像担持体に形成されるトナー像を転写材に転写させる転写手段と、を備える。
【００９０】
上記帯電手段、現像手段および転写手段は、各処理を行う際に、画像形成装置に実装されている電源装置から、所定のバイアス（電圧）を印加される必要がある。そこで、本実施形態に係る画像形成装置は、上記帯電手段、現像手段および転写手段の少なくともいずれか一つに対して電圧を供給する電源装置として、前述の本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置を適用する。
【００９１】
本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置１０は、異常発振や制御不能に陥ることなく安定した周波数制御が可能であるため、この圧電トランス方式高圧電源装置１０を用いた画像形成装置の帯電手段、現像手段および転写手段は、安定した処理を行うことが可能となる。また、高圧出力の高速立上り時間が可能となるため、各処理工程に要する時間を短縮することが可能となる。
【００９２】
以上説明したように、本実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置では、圧電トランスの駆動電圧発生部をリセットカウンタであるＮビットカウンタにより構成し、周波数制御部をアップダウンカウンタによるデジタル処理回路で構成するとともに、アップダウンカウンタ値により駆動電圧オン時間を制御し、オフ時間設定レジスタ値で駆動電圧オフ時間を制御し、さらに、周波数可変制御アップダウンカウンタの可変制御範囲を、最低周波数可変範囲設定レジスタｆｍｉｎ及び最高周波数可変範囲設定レジスタｆｍａｘにより設定可能とする。これにより、例えば、数ｋＶ〜数１００Ｖの広範な出力電圧の可変範囲において、部品定数の製造ばらつきや温度変動による異常発振や制御不能に陥ることなく安定かつ高効率の周波数制御及びデューティ比制御が可能になる。
【００９３】
また、本発明の一実施形態および一変形例に係る圧電トランス方式高圧電源装置では、外部ＯＮ／ＯＦＦ制御信号により出力をＯＦＦとした場合に、圧電トランス駆動制御部は、高圧出力値が最大となる可変最低周波数ｆｍｉｎとなるように動作するため、出力ＯＮ時に高圧出力の高速立上り時間を可能とする。
【００９４】
また、圧電トランス駆動制御部をロジック回路により構成することで、既存の特定用途ロジックＩＣ（ＡＳＩＣ）に入れ込むことが可能になり、周波数制御部のコスト低減を図ることが可能となる。
【００９５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００９６】
例えば、上述した実施形態においては、出力電圧の変動を検知して電圧値を一定にする定電圧制御を行う場合について説明したが、定電圧制御のかわりに、出力電流の変動を検知して電流値を一定にする定電流制御を行ってもよい。このような定電流制御を行っても、定電圧制御と同様の動作となる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について説明するためのブロック図である。
【図２】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置について説明するためのブロック図である。
【図３】同実施形態に係るインダクタ電源電圧と昇圧時動作波形との関係を説明するための説明図である。
【図４】同実施形態に係る圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。
【図５】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置の動作時のタイミングチャートである。
【図６】同実施形態に係る圧電トランス方式高圧電源装置の動作停止時のタイミングチャートである。
【図７】一般的な圧電トランスを用いた高圧電源装置の構成を示すブロック図である。
【図８】一般的な圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。
【図９】一般的な圧電トランスの駆動周波数について説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０    圧電トランス方式高圧電源装置
２０    駆動部
３０    圧電トランス駆動制御部
４０    整流平滑部
５０    出力電圧検出部
１０１    リセット
１０３    クロック
１０５    コントローラ
３０１    アップダウンカウンタ
３０３    レジスタ
３０５，３１３    コンパレータ
３０７    ＯＦＦ  ｔｉｍｅ設定部
３０９    セレクタ
３１１    Ｎビットカウンタ
３１５    １ビットカウンタ
３１７，３１９    ＡＮＤゲート
３２１    Ｄ／Ａコンバータ
５０１    コンパレータ
【図１】
0005559457.tif 000002
【図２】
0005559457.tif 000003
【図３】
0005559457.tif 000004
【図４】
0005559457.tif 000005
【図５】
0005559457.tif 000006
【図６】
0005559457.tif 000007
【図７】
0005559457.tif 000008
【図８】
0005559457.tif 000009
【図９】
0005559457.tif 000010