(57)【要約】  【課題】本発明は、圧電トランスを精度良く駆動制御することで安定した電圧を出力することが可能な高圧電源装置を提供することを目的とする。  【解決手段】本実施形態の高圧電源装置１は、検出回路部４で圧電トランス６から出力された負荷電流から半波の電圧信号の検出信号ＲｉＳが生成され、制御回路部２で検出信号ＲｉＳとスイッチング素子Ｑ１の駆動信号ＤＲｉから、圧電トランス６の固有共振周波数の変動に伴う負荷電流と駆動信号ＤＲｉ間の位相差の情報を含むゲート信号ＲｉＧが生成され、駆動信号ＤＲｉの半時間分のカウント数とゲート信号ＲｉＧのカウント数との差からなる分周比補正量および予め設定された所定の分周比に基づいて、新たな駆動信号ＤＲｉが生成されて、スイッチング素子Ｑ１に入力される構成とされている。【選択図】      図１
2006340413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源が接続され、制御手段により制御された第１状態と第２状態の論理状態をもつ駆動信号が入力されるスイッチング素子と、該スイッチング素子により負荷に流された正弦波の負荷電流を検出する検出手段と、を有して成る高圧電源装置であって、
前記検出手段は、前記負荷電流を半波整流する半波整流器と、該半波整流器により半波整流された前記負荷電流を電圧信号に変換する電圧変換手段と、該電圧信号から第１状態と第２状態の論理状態をもつ検出信号を生成して、前記制御手段に入力する比較手段と、を有し、
前記制御手段は、クロック信号を生成する発信回路部と、前記駆動信号と前記負荷電流との位相差を補正するための分周比補正量および予め設定された所定の分周比に基づいて、前記クロック信号から前記駆動信号を生成して前記スイッチング素子に入力する分周回路部と、前記駆動信号の第１状態への遷移を検出してから前記検出信号の第１状態への遷移を検出するまでの間の信号波形を生成する波形生成回路部と、前記駆動信号の第１状態の半時間分のカウント数と前記信号波形のカウント数との差からなる前記分周比補正量を求めて前記分周回路部に入力する位相比較回路部と、を有して成ることを特徴とする高圧電源装置。
【請求項２】
電源およびインダクタンスが接続され、制御手段により制御された第１状態と第２状態の論理状態をもつ駆動信号の入力により圧電トランスを駆動させるスイッチング素子と、該圧電トランスから出力された正弦波の負荷電流を検出する検出手段と、を有して成る高圧電源装置であって、
前記検出手段は、前記負荷電流を半波整流する半波整流器と、該半波整流器により半波整流された前記負荷電流を電圧信号に変換する電圧変換手段と、該電圧信号から第１状態と第２状態の論理状態をもつ検出信号を生成して、制御手段に入力する比較手段と、を有し、
前記制御手段は、クロック信号を生成する発信回路部と、前記駆動信号と前記負荷電流との位相差を補正するための分周比補正量および予め設定された所定の分周比に基づいて、前記クロック信号から前記駆動信号を生成して前記スイッチング素子に入力する分周回路部と、前記駆動信号の第１状態への遷移を検出してから前記検出信号の第１状態への遷移を検出するまでの間の信号波形を生成する波形生成回路部と、前記駆動信号の第１状態の半時間分のカウント数と前記信号波形のカウント数との差からなる前記分周比補正量を求めて前記分周回路部に入力する位相比較回路部と、を有して成ることを特徴とする高圧電源装置。
【請求項３】
前記分周回路部により生成される前記駆動信号の周波数は、前記圧電トランスに共振する固有共振周波数あるいは該固有共振周波数の近傍の周波数であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高圧電源装置。
【請求項４】
前記高圧電源装置は、画像形成装置に用いられることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の高圧電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、複写機などの画像形成装置等に用いる高圧電源装置に関するものであり、特に圧電トランスの駆動技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、画像形成装置の画像形成においては、感光ドラムの表面を一様な電位に帯電させる帯電器、感光ドラム表面の静電潜像からトナー像を形成する現像器、および感光ドラム表面のトナー像を用紙に転写する転写ローラ等に、高圧電源装置から高電圧が印加されて用紙上にトナー像が形成されている。
【０００３】
また、従来より、画像形成装置の画像形成に用いる高圧電源装置は巻線トランスを使用していたが、巻線トランスは高電圧を扱うために一次、二次間を分離させて絶縁を行う必要があり、そのため電力の変換効率が悪いものになっていた。また、巻線トランスは、銅線を巻くボビンに有機物を使用するために燃焼の危険性があり、そのためその保護対策を十分に行わなければならない。その保護対策により回路構成等が複雑になってしまい、製造コストが増加してしまうという問題があった。
【０００４】
しかし近年、その巻線トランスの代用として有機物を必要性としない圧電トランスが高電圧発生用のトランスに用いられた高圧電源装置が提案されている。この圧電トランスは、その長さや厚みにより決定される固有共振周波数で効率良く動作するが、その寸法の公差により個々の圧電トランス間で固有共振周波数のずれが発生しまう。また、圧電トランスは、負荷変動および温度変化の影響を受けて固有共振周波数が変動してしまう。
【０００５】
そこで、これらの欠点を補うことを目的として、例えば、圧電トランスの入力側（一次側）から接地に向けて流れる駆動電流から、圧電トランスの駆動電流のゼロクロスを検出し、ゼロクロス検出信号により駆動周波数を生成するカウンタのリセット及びセットを行い、駆動電圧と駆動電流の位相を同期する高圧電源装置が開示・提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平１０−３３７０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
確かに、特許文献１に提案された高圧電源装置であれば、圧電トランスの入力側から接地に向けて流れる駆動電流から検出された圧電トランスの駆動電流のゼロクロス検出信号が利用されて、駆動電圧と駆動電流の位相が同期されるため、圧電トランスの固有共振周波数で圧電トランスを駆動することが可能となる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に提案された高圧電源装置は、圧電トランスの入力側（一次側）に流れる駆動電流の振幅をコンパレータで検出するため、圧電トランスの駆動電圧が上昇した場合には、圧電トランスに入力される駆動電流も増加して電流検出信号のパルス幅が広がってしまうことで、圧電トランスの駆動信号が最適な固有共振周波数よりも低く設定されてしまうため、圧電トランスの駆動制御の精度に問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑み、圧電トランスを精度良く駆動制御することで安定した電圧を出力することが可能な高圧電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る高圧電源装置は、電源が接続され、制御手段により制御された第１状態と第２状態の論理状態をもつ駆動信号が入力されるスイッチング素子と、該スイッチング素子により負荷に流された正弦波の負荷電流を検出する検出手段と、を有して成り、前記検出手段は、前記負荷電流を半波整流する半波整流器と、該半波整流器により半波整流された前記負荷電流を電圧信号に変換する電圧変換手段と、該電圧信号から第１状態と第２状態の論理状態をもつ検出信号を生成して、前記制御手段に入力する比較手段と、を有し、前記制御手段は、クロック信号を生成する発信回路部と、前記駆動信号と前記負荷電流との位相差を補正するための分周比補正量および予め設定された所定の分周比に基づいて、前記クロック信号から前記駆動信号を生成して前記スイッチング素子に入力する分周回路部と、前記駆動信号の第１状態への遷移を検出してから前記検出信号の第１状態への遷移を検出するまでの間の信号波形を生成する波形生成回路部と、前記駆動信号の第１状態の半時間分のカウント数と前記信号波形のカウント数との差からなる前記分周比補正量を求めて前記分周回路部に入力する位相比較回路部と、を有して成る構成とされている。
【００１０】
このような構成とすることにより、スイッチング素子の駆動信号と負荷電流が常に一定の位相差を保つように制御されるため、安定した出力電圧を負荷に入力することが可能となる。
【００１１】
本発明に係る高圧電源装置は、電源およびインダクタンスが接続され、制御手段により制御された第１状態と第２状態の論理状態をもつ駆動信号の入力により圧電トランスを駆動させるスイッチング素子と、該圧電トランスから出力された正弦波の負荷電流を検出する検出手段と、を有して成り、前記検出手段は、前記負荷電流を半波整流する半波整流器と、該半波整流器により半波整流された前記負荷電流を電圧信号に変換する電圧変換手段と、該電圧信号から第１状態と第２状態の論理状態をもつ検出信号を生成して、制御手段に入力する比較手段と、を有し、前記制御手段は、クロック信号を生成する発信回路部と、前記駆動信号と前記負荷電流との位相差を補正するための分周比補正量および予め設定された所定の分周比に基づいて、前記クロック信号から前記駆動信号を生成して前記スイッチング素子に入力する分周回路部と、前記駆動信号の第１状態への遷移を検出してから前記検出信号の第１状態への遷移を検出するまでの間の信号波形を生成する波形生成回路部と、前記駆動信号の第１状態の半時間分のカウント数と前記信号波形のカウント数との差からなる前記分周比補正量を求めて前記分周回路部に入力する位相比較回路部と、を有して成る構成とされている。
【００１２】
このような構成とすることにより、負荷電流の変動によって圧電トランスの固有共振周波数が変動しても、スイッチング素子の駆動信号と圧電トランスから出力された負荷電流が常に一定の位相差を保つように制御され、効率良く精度の良い圧電トランスの駆動が可能となる。そのため、安定した出力電圧を負荷に入力することが可能となる。
【００１３】
また、上記構成から成る高圧電源装置における前記分周回路部により生成される前記駆動信号の周波数は、前記圧電トランスに共振する固有共振周波数あるいは該固有共振周波数の近傍の周波数とされている。
【００１４】
このような構成とすることにより、圧電トランスから効率良く昇圧された電圧を出力させることが可能となる。
【００１５】
また、上記構成から成る高圧電源装置は、画像形成装置に用いられる構成とされている。
【００１６】
このような構成とすることにより、用紙上に安定して良好なトナー画像を形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
上記したように、本発明に係る高圧電源装置であれば、効率良く精度の良い圧電トランスの駆動制御が可能となるとともに、安定した出力電圧を負荷に入力することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る高圧電源装置の実施形態について図を参照して以下に説明する。図１は、本実施形態に係る高圧電源装置の構成の一例を示す回路図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の高圧電源装置１は、後述で詳細に説明するが、チタン酸ジルコン酸鉛等の素材からなる圧電トランス６と、電源およびインダクタンスが接続され、制御回路部２により制御された駆動信号が入力されたスイッチング素子により圧電トランス６を駆動させる駆動回路部３と、圧電トランス６の出力側（２次側）から出力された負荷電流を検出し、その負荷電流から新たな検出信号を生成して後述の制御回路部２に入力する検出回路部４と、圧電トランス６の出力電圧の安定化を図るための出力安定化回路部５と、駆動信号、クロック信号および検出回路部４から入力された検出信号から、駆動信号と負荷電流の位相差を補正するための分周比補正量を生成し、分周比補正量および圧電トランスの固有共振周波数の近傍の周波数を生成するために予め設定された分周比に基づいて、スイッチング素子Ｑ１の駆動信号と負荷電流の位相差を常に一定の位相差に保つように、スイッチング素子Ｑ１の駆動信号を生成する制御回路部２と、を有して成る。なお、分周比は、圧電トランス６の固有共振周波数を生成するためのものでもよい。
【００２０】
駆動回路部３は、電圧Ｖｃｃを出力する電源３ａと、バッファ増幅器Ｕ１と、Ｎ型のＦＥＴ[Field Effect Transistor] 等からなるスイッチング素子Ｑ１と、インダクタンスＬ１と、コンデンサＣ１、Ｃ５、抵抗Ｒ１０、Ｒ１１と、Ｎ型のトランジスタＱ２と、を有して成る。
【００２１】
出力電圧安定化回路部５は、演算増幅比較器Ｕ３と、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ１２、Ｒ１３と、コンデンサＣ２〜Ｃ４と、整流器であるダイオードＤ２と、を有して成る。
【００２２】
検出回路部４は、電圧Ｖｃｃを出力する電源４ａ、４ｂと、コンパレータＵ２（比較手段に相当）と、抵抗Ｒ３〜Ｒ９と、整流器であるダイオードＤ１、Ｄ３と、を有して成る。
【００２３】
次に、上記構成から成る高圧電源装置１の回路の接続について以下に説明する。図１に示すように、本実施形態の高圧電源装置１は、制御回路部２の出力端子２１から基準電圧Ｄ／Ａが演算増幅比較器Ｕ３の（＋）入力端子に入力されている。演算増幅比較器Ｕ３の（―）入力端子は、抵抗Ｒ１３の一端およびコンデンサＣ３の一端に接続され、抵抗Ｒ１３のもう一端がコンデンサＣ４の一端に接続されている。コンデンサＣ４のもう一端は、演算増幅比較器Ｕ３の出力端子および抵抗Ｒ１２の一端に接続されている。抵抗Ｒ１２のもう一端は、抵抗Ｒ１１の一端およびトランジスタＱ２のベースに接続されている。抵抗Ｒ１１のもう一端はトランジスタＱ２のコレクタおよび電源３ａに接続され、電源３ａから電圧Ｖｃｃが抵抗Ｒ１１のもう一端およびトランジスタＱ２のコレクタに供給されている。トランジスタＱ２のエミッタは、一端が接地されたコンデンサＣ５のもう一端およびインダクタンスＬ１の一端に接続されている。
【００２４】
更に、インダクタンスＬ１のもう一端は、スイッチング素子Ｑ１のドレイン、一端が接地されたコンデンサＣ１のもう一端、および圧電トランス６の入力側となる一次側の端子６ａに接続されている。また、圧電トランス６の一次側の端子６ｂは、接地されている。
【００２５】
スイッチング素子Ｑ１のゲートは、バッファ増幅器Ｕ１の出力に接続され、バッファ増幅器Ｕ１に制御回路部２の出力端子２２からディーティ比５０％の矩形波の駆動信号ＤＲｉが入力されている。また、スイッチング素子Ｑ１のソースは、抵抗Ｒ１０の一端に接続され、抵抗Ｒ１０のもう一端は接地されている。
【００２６】
また、圧電トランス６の２次側の出力端子６ｃは、ダイオードＤ１のカソードおよびダイオードＤ２のアノードに接続されている。ダイオードＤ２のカソードは、一端が接地されたコンデンサＣ２のもう一端、抵抗Ｒ１の一端、および接地された負荷７に接続されている。抵抗Ｒ１のもう一端は、一端が接地された抵抗Ｒ２のもう一端および一端が接地されたコンデンサＣ３のもう一端に接続されている。
【００２７】
ダイオードＤ１のアノードは、カソードが接地されたダイオードＤ３のアノード、一端が接地された抵抗Ｒ３のもう一端、および抵抗Ｒ４の一端に接続されている。抵抗Ｒ４のもう一端は、抵抗Ｒ７の一端およびコンパレータＵ２の（−）入力端子に接続されている。抵抗Ｒ７のもう一端および抵抗Ｒ５の一端には、電源４ａから電圧Ｖｃｃが供給されるともに、抵抗Ｒ７のもう一端は、抵抗Ｒ５の一端に接続されている。抵抗Ｒ５のもう一端は、一端が接地された抵抗Ｒ６、コンパレータＵ２の（＋）入力端子、および抵抗Ｒ８の一端に接続されている。これにより、抵抗Ｒ３が、電源４ａおよび抵抗Ｒ４、Ｒ７によりプルアップされている。
【００２８】
更に、コンパレータＵ２の出力端子は、抵抗Ｒ８のもう一端、一端に電源４ｂから電圧Ｖｃｃが供給された抵抗Ｒ９のもう一端、および制御回路部２の入力端子２３に接続されている。なお、コンパレータＵ２の出力は、電源４ｂおよび抵抗Ｒ９により安定化される。
【００２９】
なお、前述した駆動信号ＤＲｉの周波数は、後述するように、最初、負荷電流の影響を受けていない圧電トランス６の固有共振周波数の近傍の周波数に設定される。また、前述したように駆動信号ＤＲｉは、ディーティ比５０％の矩形波である。なお、駆動信号ＤＲｉの周波数は、最初、負荷電流の影響を受けていない圧電トランス６の固有共振周波数に設定されていてもよい。
【００３０】
次に、制御回路部２の要部構成について以下に説明する。図２は、制御回路部の一例を示すブロック図である。
【００３１】
図２に示すように、制御回路部２は、基準電圧Ｄ／Ａを生成する基準電圧回路部２４と、クロック信号ＣＬＫを生成する発振回路部２５と、後述の位相比較回路部２７から入力され、駆動信号ＤＲｉと負荷電流の位相差を補正するための分周比補正量ＣＶ、および圧電トランス６の固有共振周波数の近傍の周波数を生成するために予め設定された所定の分周比に基づいて、クロック信号ＣＬＫから駆動信号ＤＲｉを分周して生成する分周回路部２６と、セット入力端子Ｓに入力された駆動信号ＤＲｉの立ち上がりエッジからリセット入力端子Ｒに入力された検出信号ＲｉＳの立ち上がりエッジまでの間、あるいはセット入力端子Ｓに入力された駆動信号ＤＲｉの立ち下がりエッジからリセット入力端子Ｒに入力された検出信号ＲｉＳの立ち下がりエッジまでの間の信号波形を出力端子Ｑからゲート信号ＲｉＧとして出力するフリップフロップ２８（略称、Ｆ／Ｆ２８、波形生成回路部に相当する）と、クロック信号、駆動信号ＤＲｉおよびゲート信号ＲｉＧが入力され、駆動信号ＤＲｉがＨｉｇｈレベルである半時間分およびゲート信号ＲｉＧのＨｉｇｈレベル時がそれぞれクロック信号ＣＬＫの１周期の何周期分であるかをカウントし、それらのカウント数の差を分周比補正量ＣＶとして分周回路部２６に入力する位相比較回路部２７と、を有して成る。
【００３２】
位相比較回路部２７は、発振回路部２５から入力されたクロック信号ＣＬＫを用いて、分周回路部２６から入力されたＤＲｉ信号がＨｉｇｈレベルの半時間分がクロック信号ＣＬＫの１周期の何周期分であるかをカウントして、後述の比較部２７ｃにそのカウント数を入力するカウンタ２７ａと、発振回路部２５から入力されたクロック信号ＣＬＫを用いて、フリップフロップ２８から入力されたゲート信号ＲｉＧのＨｉｇｈレベル時がクロック信号ＣＬＫの１周期の何周期分であるかをカウントして、後述の比較部２７ｃにそのカウント数を入力するカウンタ２７ｂと、カウンタ２７ａおよびカウンタ２７ｂからそれぞれ入力されたカウント数の差を分周比補正量ＣＶとして分周回路２６に入力する比較部２７ｃと、を有して成る。
【００３３】
次に、上記構成から成る本実施形態の高圧電源装置１の動作について図を参照して以下に説明する。図３は、本実施形態の高圧電源装置１の異なるタイミングでの動作波形を示す図である。図３（ａ）は発振回路部２５で生成されたクロック信号ＣＬＫ、図３（ｂ）は制御回路部２の分周回路部２６から出力されるスイッチング素子Ｑ１の駆動信号ＤＲｉ、図３（ｃ）はコンパレータＵ２の（−）入力端子に入力される電圧信号Ｒｉ、図３（ｄ）はコンパレータＵ２から出力された検出信号ＲｉＳ、図３（ｅ）はフリップフロップ２８から出力されたゲート信号ＲｉＧである。
【００３４】
また、図３（ｂ）〜図３（ｅ）にそれぞれ示されている３つの動作波形は紙面左から、タイミングＡが駆動信号ＤＲｉと圧電トランス６から出力された負荷電流の位相が一致している場合の動作波形、タイミングＢが圧電トランス６の固有共振周波数が高くなり、駆動信号ＤＲｉより圧電トランス６から出力された負荷電流の位相が進んでいる場合の動作波形、タイミングＣが圧電トランス６の固有共振周波数が低くなり、駆動信号ＤＲｉより圧電トランス６から出力された負荷電流の位相が遅れている場合の動作波形である。
【００３５】
図４は、異なるタイミングにおける分周比補正量および新たな駆動信号ＤＲｉの生成について説明するための動作波形を示す図である。図４（ａ）はカウンタ２７ｂに入力された検出信号ＲｉＳ、図４（ｂ）はカウンタ２７ａに入力された駆動信号ＤＲｉ、図４（ｃ）は分周回路部２６で生成された新たな駆動信号ＤＲｉ（ＮｅＷ）である。
【００３６】
また、図４（ａ）〜図４（ｃ）にそれぞれ示されている３つの動作波形は、図３と同様に紙面左から、タイミングＡが駆動信号ＤＲｉと圧電トランス６から出力された負荷電流の位相が一致している場合の動作波形、タイミングＢが圧電トランス６の固有共振周波数が高くなり、駆動信号ＤＲｉより圧電トランス６から出力された負荷電流の位相が進んでいる場合の動作波形、タイミングＣが圧電トランス６の固有共振周波数が低くなり、駆動信号ＤＲｉより圧電トランス６から出力された負荷電流の位相が遅れている場合の動作波形である。
【００３７】
図１および図２に示すように、まず、発振回路部２５で圧電トランス６の固有共振周波数よりも十分大きな周波数の図３（ａ）に示すクロック信号ＣＬＫが生成されて、クロック信号ＣＬＫが分周回路部２６に入力される。分周回路部２６では最初、位相比較回路部２７から入力される分周比補正量ＣＶがゼロであるため、固有共振周波数の近傍の周波数を生成するために予め設定された所定の分周比に基づいて、圧電トランス６の固有共振周波数近傍の周波数である矩形波（デューティ比５０％）の図３（ｂ）に示す駆動信号ＤＲｉが生成される。そして、駆動信号ＤＲｉは、分周回路部２６から端子２２を介して出力され、バッファ増幅器Ｕ１を通り、スイッチング素子Ｑ１のゲートに入力される。
【００３８】
また、基準電圧回路部２４から出力された基準電圧Ｄ／Ａが、演算回路比較器Ｕ３に入力される。演算増幅比較器Ｕ３からの出力電圧によりトランジスタＱ２がＯＮし、インダクタンスＬ１、コンデンサＣ５、Ｃ２、圧電トランス６の端子６ａ、スイッチング素子およびＱ１のドレインに電源３ａの電圧が印加される。更に、スイッチング素子Ｑ１のゲートが駆動信号ＤＲｉで駆動されると、スイッチング素子Ｑ１のドレインおよびソース間がＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、圧電トランス６の１次側（入力側）の端子６ａ、６ｂに、インダクタンスＬ１、コンデンサＣ５、Ｃ２との共振に伴う矩形波が印加されて、圧電トランス６が機械的に振動する。そして、圧電トランス６の振動による圧電効果により昇圧された誘起電圧が出力電圧として、圧電トランス６の出力端子６ｃに出力される。
【００３９】
圧電トランス６の出力端子６ｃから出力された出力電圧は、ダイオードＤ１、Ｄ２で整流された後、コンデンサＣ２で平滑されて直流電圧に変換される。コンデンサＣ２で平滑された直流電圧が、負荷７に印加される。
【００４０】
なお、抵抗Ｒ１、Ｒ２は、コンデンサＣ２で平滑された直流電圧を分圧して、圧電トランス６の出力電圧を安定化するためのフィードバック制御に必要となるモニタ電圧を得るための抵抗である。コンデンサＣ３は、モニタ電圧を安定化させるためのフィルタとして作用する。
【００４１】
また、抵抗Ｒ１、Ｒ２から得られたモニタ電圧は、演算増幅比較器Ｕ３の（−）入力端子に入力され、制御回路部２１の出力端子２１から演算増幅比較器Ｕ３の（＋）入力端子に入力された基準電圧Ｄ／Ａと比較される。
【００４２】
そして、演算増幅比較器Ｕ３から出力された出力電圧によりトランジスタＱ２のベース電流が制御され、圧電トランス６の出力電圧の安定化が図られる。なお、抵抗Ｒ１２、Ｒ１３およびコンデサＣ４は、フィルタとして作用する。
【００４３】
このフィードバック制御は、負荷変動、入力変動等に対する圧電トランス６の出力電圧の安定化には対応できるが、圧電トランス６の固有共振周波数は負荷電流によって大きく変動するため、圧電トランス６の固有共振周波数の変動に対する圧電トランス６の出力電圧の安定化には対応できない。
【００４４】
そこで、本実施形態の高圧電源装置１では、圧電トランス６の固有共振周波数の変動に対応して圧電トランス６の出力電圧を安定化させるために以下の動作制御を行う構成とされている。
【００４５】
圧電トランス６の出力端子６ｃから出力された正弦波の負荷電流をダイオードＤ１で半波の負荷電流に整流する。そして、ダイオードＤ１に直列に接続された抵抗Ｒ３に流れる半波の負荷電流が以下のように電圧信号Ｒｉに変換される。抵抗Ｒ３に半波の負荷電流が流れると、抵抗Ｒ３のダイオードＤ１側にマイナスの電圧信号が発生するが、マイナスの電圧信号は、電源４ａの電圧Ｖｃｃおよび抵抗Ｒ４、Ｒ７でプルアップされて、プラスの電圧範囲内にシフトされて電圧信号Ｒｉに変換される。そして、半波の負荷電流から変換された図３（ｃ）に示す電圧信号Ｒｉは、コンパレータＵ２の（−）入力端子に入力される。なお、抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ７および電源４ａは、半波整流された負荷電流を電圧信号Ｒｉに変換する電圧変換手段に相当する。
【００４６】
なお、圧電トランス６の固有共振周波数が負荷電流によって変動すると、図３（ｂ）および図３（ｃ）のタイミングＢ、Ｃに示すように、駆動信号ＤＲｉと電圧信号Ｒｉの位相のずれから、駆動信号ＤＲｉと圧電トランス６から出力された負荷電流の位相がずれていることがわかる。
【００４７】
更に、電源４ａから印加される電圧Ｖｃｃが抵抗Ｒ５、Ｒ６により分圧されてなる基準電圧ＶｒｅｆがコンパレータＵ２の（＋）入力端子に入力される。コンパレータＵ２では、図３（ｃ）に示す基準電圧Ｖｒｅｆと電圧信号Ｒｉが比較されて、コンパレータＵ２の出力端子から図３（ｄ）に示す検出信号ＲｉＳが出力される。そして、検出信号ＲｉＳは、制御回路部２の入力端子２３を介して、図２に示すフリップフロップ２８のリセット入力端子Ｒに入力される。
【００４８】
また、図２に示すように、フリップフロップ２８のセット入力端子Ｓには、分周回路部２６から駆動信号ＤＲｉが入力されている。図３（ｂ）、図３（ｄ）および図３（ｅ）に示すように、フリップフロップ２８では、セット入力端子Ｓに入力された駆動信号ＤＲｉにおける立ち上がりエッジ３１時の駆動信号ＤＲｉの信号レベルが、リセット入力端子Ｒに入力された検出信号ＲｉＳの立ち上がりエッジ３２が検出されるまでの間の保持されて生成されたゲート信号ＲｉＧが出力端子Ｑから出力される。そして、ゲート信号ＲｉＧは、位相比較回路部２７のカウンタ２７ｂに入力される。
【００４９】
なお、フリップフロップ２８で、駆動信号ＤＲｉの立ち上がりエッジ３１および検出信号ＲｉＳの立ち上がりエッジ３２の代わりに、それぞれの立ち下がりエッジが利用されてもよい。
【００５０】
位相比較回路部２７のカウンタ２７ｂでは、フリップフロップ２８の出力端子Ｑから入力されたゲート信号ＲｉＧのＨｉｇｈレベル時が、クロック信号ＣＬＫの１周期の何周期分であるかカウントされる。そして、ゲート信号ＲｉＧのＨｉｇｈレベル時のそのカウント数がカウンタ２７ｂから比較部２７ｃに入力される。
【００５１】
また、位相比較回路部２７のカウンタ２７ａでは、クロック信号ＣＬＫが用いられて、分周回路部２６から入力された駆動信号ＤＲｉのＨｉｇｈレベル間の半時間分が、クロック信号ＣＬＫの１周期の何周期分であるかカウントされる。そして、駆動信号ＤＲｉのＨｉｇｈレベルの半時間分のカウント数が、カウンタ２７ａから比較部２７ｃに入力される。
【００５２】
続いて、比較部２７ｃでは、カウンタ２７ｂから入力されたゲート信号ＲｉＧのＨｉｇｈレベル時のカウント数と駆動信号ＤＲｉのＨｉｇｈレベルの半時間分のカウント数が比較される。
【００５３】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、比較部２７ｃは、駆動信号ＤＲｉと圧電トランス６から出力された負荷電流の位相が一致している場合のタイミングＡの場合には、ゲート信号ＲｉＧのＨｉｇｈレベル時のカウント数と駆動信号ＤＲｉのＨｉｇｈレベル（時間Ｔ）の半時間分（時間１／２Ｔ）のカウント数とが一致するため、分周回路部２６に分周比補正量ＣＶがゼロ値であることが入力される。そして、分周回路部２６では、ゼロ値の分周比補正量ＣＶおよび固有共振周波数の近傍の周波数を生成するために予め設定された所定の分周比に基づいて、クロック信号ＣＬＫが分周されて、図４（ｃ）のタイミングＡに示す新たな駆動信号ＤＲｉ（Ｎｅｗ）が生成される。そして、分周回路部２６からデューティ比５０％の図４（ｃ）のタイミングＡに示す新たな駆動信号ＤＲｉ（Ｎｅｗ）が、出力端子２２およびバッファ増幅器Ｕ１を介して、スイッチング素子Ｑ１に入力される。
【００５４】
また、比較部２７ｃは、圧電トランス６の固有共振周波数が高くなり、駆動信号ＤＲｉより圧電トランス６から出力された負荷電流の位相が進んでいる場合のタイミングＢの場合には、ゲート信号ＲｉＧのＨｉｇｈレベル時のカウント数が、駆動信号ＤＲｉのＨｉｇｈレベル（時間Ｔ）の半時間分（時間１／２Ｔ）のカウント数よりも時間Ｔｄ１分のカウント数が多いため、分周回路部２６に時間Ｔｄ１分のカウント数の分周比補正量ＣＶが入力される。そして、分周回路部２６では、図４（ｃ）のタイミングＢに示すように、時間Ｔｄ１分のカウント数の分周比補正量ＣＶおよび固有共振周波数の近傍の周波数を生成するために予め設定された所定の分周比に基づいてクロック信号ＣＬＫが分周されて、Ｈｉｇｈレベル時の駆動信号ＤＲｉのパルス幅に時間Ｔｄ１分が加算されたデューティ比５０％の新たな駆動信号ＤＲｉ（Ｎｅｗ）が生成される。
【００５５】
このとき、新たな駆動信号ＤＲｉ（Ｎｅｗ）は、先の駆動信号ＤＲｉ（図３（ｂ））よりも周波数が低くなっている。そして、分周回路部２６から図４（ｃ）のタイミングＢに示すデューティ比５０％の新たな駆動信号ＤＲｉ（Ｎｅｗ）が、出力端子２２およびバッファ増幅器Ｕ１を介して、スイッチング素子Ｑ１に入力される。
【００５６】
また、比較部２７ｃは、圧電トランス６の固有共振周波数が低くなり、駆動信号ＤＲｉより圧電トランス６から出力された負荷電流の位相が遅れている場合のタイミングＣの場合には、ゲート信号ＲｉＧのＨｉｇｈレベル時のカウント数が、駆動信号ＤＲｉのＨｉｇｈレベル（時間Ｔ）の半時間分（時間１／２Ｔ）のカウント数よりも時間Ｔｄ２分のカウント数が少ないため、分周回路部２６に時間Ｔｄ２分のカウント数の分周比補正量ＣＶが入力される。そして、分周回路部２６では、図４（ｃ）のタイミングＣに示すように、時間Ｔｄ２分のカウント数の分周比補正量ＣＶおよび固有共振周波数の近傍の周波数を生成するために予め設定された所定の分周比に基づいて、クロック信号ＣＬＫが分周されてＨｉｇｈレベル時の駆動信号ＤＲｉのパルス幅から時間Ｔｄ２分が減算されたデューティ比５０％の新たな駆動信号ＤＲｉ（Ｎｅｗ）が生成される。
【００５７】
このとき、新たな駆動信号ＤＲｉ（Ｎｅｗ）は、先の駆動信号ＤＲｉ（図３（ｂ））よりも周波数が高くなっている。そして、分周回路部２６から図４（ｃ）のタイミングＣに示すデューティ比５０％の新たな駆動信号ＤＲｉ（Ｎｅｗ）が、出力端子２２およびバッファ増幅器Ｕ１を介して、スイッチング素子Ｑ１に入力される。
【００５８】
よって、上記のように分周比補正量ＣＶおよび予め設定された所定の分周比に基づいて、分周回路部２６により、駆動信号ＤＲｉのパルス幅を可変すれば、駆動信号ＤＲｉの周期が変わりその周波数も変わることになり、圧電トランジスタ６の固有共振周波数の負荷電流による変動に対応した駆動信号ＤＲｉをスイッチング素子Ｑ１に入力することが可能となる。
【００５９】
以上で説明したように、本実施形態の高圧電源装置１は、電源３ａおよびインダクタンスＬ１が接続され、制御回路部２により制御された駆動信号ＤＲｉの入力により圧電トランス６を駆動させるスイッチング素子Ｑ１と、圧電トランス６から出力された正弦波の負荷電流を検出する検出回路部４と、を有して成り、検出回路部４は、負荷電流を半波整流するダイオードＤ１と、半波整流された負荷電流を電圧信号Ｒｉに変換する電圧変換手段と、電圧信号Ｒｉと基準電圧Ｖｒｅｆを比較して検出信号ＲｉＳを生成して、制御回路部２に入力するコンパレータＵ２と、を有し、更に制御回路部２は、クロック信号ＣＬＫを生成する発信回路部２５と、駆動信号ＤＲｉと負荷電流との位相差を補正するための分周比補正量ＣＶおよび予め設定された所定の分周比に基づいて、クロック信号ＣＬＫから駆動信号ＤＲｉを生成してスイッチング素子Ｑ１に入力する分周回路部２６と、検出信号ＲｉＳと駆動信号ＤＲｉから、圧電トランス６の固有共振周波数の変動に伴う負荷電流と駆動信号ＤＲｉ間の位相差の情報を含むゲート信号ＲｉＧが生成するフリップフロップ２８と、駆動信号ＤＲｉの半時間分のカウント数とゲート信号ＲｉＧのカウント数との差からなる分周比補正量を求めて分周回路部２６に入力する位相比較回路部２７と、有して成る構成であるが、負荷電流の変動によって圧電トランス６の固有共振周波数が変動しても、駆動信号ＤＲｉと負荷電流が常に一定の位相差を保つように、分周回路部２６で新たな駆動信号ＤＲｉ（Ｎｅｗ）が生成されてスイッチング素子Ｑ１に入力されるため、効率および精度の良い圧電トランス６の駆動が可能となる。そのため、本実施形態の高圧電源装置１は、安定した出力電圧を負荷に入力することが可能となる。
【００６０】
また、本実施形態の高圧電源装置１は、フリップフロップ２８により駆動信号ＤＲｉおよび検出信号ＲｉＳのエッジを使用してセット、リセットを行ってゲート信号ＲｉＧが生成される構成であるため、負荷電流の増減に伴う検出信号ＲｉＳの振幅変動による誤差要因を排除することができ、精度の高い位相差の情報を含むゲート信号ＲｉＧを生成することが可能になる。
【００６１】
なお、本実施形態の高圧電源装置１の制御回路部２を集積回路化してもよい。また、制御回路部２に動作制御をソフトウェア上で制御してもよい。これにより、更に複数個の圧電トランスを搭載しても省エネルギー、低コストで信頼性の高い高圧電源を提供することができる。
【００６２】
また、図５は本発明に係る高圧電源装置１が備えられた画像形成装置の模式的な縦断面図である。本実施形態の高圧電源装置１が、図５に示すように、画像形成装置５０における感光ドラム５５ａの表面のトナー画像を用紙に転写する転写ローラ５５ｇに電力を供給する高圧電源装置として用いられてもよい。これにより、用紙上に安定して良好なトナー画像を形成することができる。なお、図５に示す画像形成装置の構成は、以下のとおりである。
【００６３】
図５に示すように、画像形成装置５０は、原稿を自動搬送する原稿搬送部５１と、原稿搬送部５１から搬送された原稿を取り込んで画像データを生成する原稿取込部５２と、操作手段（テンキーやタッチパネルなど）と表示手段（液晶ディスプレイなど）から成る操作表示部５３と、画像データに基づいて用紙への画像出力を行う画像形成部５５と、画像形成部５５で用紙上に形成されたトナー画像を用紙に定着させる定着部５６と、画像形成部５５に給紙を行う給紙部５４と、定着部５６でトナー画像の定着処理が完了した用紙の排紙先となる排紙部５７と、を有して成る。なお、本図には示していないが、複写機１は、装置全体の動作を制御する中央演算処理装置（以下、ＣＰＵ［Central Processing Unit］と呼ぶ）や各種制御プログラム等が格納されたＲＯＭ［Read Only Memory］やワーク領域として用いられるＲＡＭ［Random Access Memory］から成るメモリ部などを当然に有して成る。なお、図５の実線矢印は、用紙の搬送経路を示す。
【００６４】
また、画像形成部５５は、画像データに基づいてトナー画像がドラム表面に形成される潜像担持体の感光ドラム５５ａと、感光ドラム５５ａの表面を所定の電位に均一に帯電させる帯電器５５ｄと、画像データに基づいてレーザ光を照射して静電潜像を感光ドラム５５ａの表面に形成する露光ユニット５５ｃと、感光ドラム５５ａの表面の静電潜像からトナー画像を感光ドラム５５ａの表面に形成する現像器５５ｂと、感光ドラム５５ａの表面に形成されたトナー画像を搬送されてきた用紙に静電的に転写する転写ローラ５５ｇと、感光ドラム５５ａの表面に残留するトナーを除去して廃トナーを搬送・回収するクリーニング部５５ｆと、感光ドラム５５ａの表面の除電を行う除電器５ｅと、転写ローラ５５ｇに用紙へのトナー画像を静電的に転写するための電力を供給する高圧電源装置１と、を有して成る。
【００６５】
なお、図５に示す画像形成装置５０に備えられた高圧電源装置１は、転写ローラ５５ｇに電力を供給する構成であるが、帯電器５５ｄ、現像器５５ｂ、除電器５５ｅ等のうち少なくとも１つに高圧電源装置１から電力を供給する構成とすることで、更に、用紙上に安定して良好なトナー画像を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、プリンタ、複写機などの画像形成装置等に用いる高圧電源装置全般に広く適用が可能であり、特に圧電トランスの固有共振周波数の変動による出力電圧の変動防止に有用な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】は、本実施形態に係る高圧電源装置の構成の一例を示す回路図である。
【図２】は、制御回路部の一例を示すブロック図である。
【図３】は、本実施形態の高圧電源装置１の異なるタイミングでの動作波形を示す図である。
【図４】は、異なるタイミングにおける分周比補正量および新たな駆動信号ＤＲｉの生成について説明するための動作波形を示す図である。
【図５】は、本発明に係る高圧電源装置１が備えられた画像形成装置の模式的な縦断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１    高圧電源装置
２    制御回路部
６ｃ、２１、２２    出力端子
２３    入力端子
２４    基準電圧回路部
２５    発振回路部
２６    分周回路部
２７    位相比較回路部
２７ａ、２７ｂ    カウンタ
２７ｃ    比較部
２８    フリップフロップ
３    駆動回路部
４    検出回路部
３ａ、４ａ、４ｂ    電源
５    出力電圧安定化回路部
６    圧電トランス
６ａ、６ｂ    端子
７    負荷
５０    画像形成装置
５１    原稿搬送部
５２    原稿取込部
５３    操作表示部
５４    給紙部
５５    画像形成部
５５ａ    感光ドラム
５５ｂ    現像器
５５ｃ    露光ユニット
５５ｄ    帯電器
５５ｅ    除電器
５５ｆ    クリーニング部
５５ｇ    転写ローラ
５６    定着部
５７    排紙部
Ｃ１〜Ｃ５    コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ３    ダイオード
Ｄ／Ａ    基準電圧
ＤＲｉ    駆動信号
Ｌ１    インダクタンス
Ｑ１    スイッチング素子
Ｑ２    トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ１３    抵抗
Ｒｉ    電圧信号
ＲｉＳ    検出信号
ＲｉＧ    ゲート信号
Ｕ１    バッファ増幅器
Ｕ２    コンパレータ
Ｕ３    演算増幅比較器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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