(57)【要約】【課題】多段倍電圧整流回路の故障を精度よく判断すること。【解決手段】出力電圧検出回路により検出した電圧の値に基づいてパルス信号の周波数を制御するコントローラ２０６は、電界効果トランジスタＱ１０１をオンオフするために出力するパルス信号の周波数を変更しながら出力電圧検出回路により電圧を検出し、パルス信号の周波数と検出された電圧とに基づく特徴量を算出し、算出した特徴量に基づいて多段倍電圧整流回路の故障を判断する。【選択図】図２
2013219894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧を発生させるための誘導素子と、
前記誘導素子に印加する電圧をオンオフするスイッチング素子と、
複数の容量素子と複数の整流素子を有し、前記誘導素子に発生した電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路から出力された電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出した電圧の値に基づいて前記スイッチング素子をオンオフするために出力するパルス信号の周波数を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、パルス信号の周波数を変更しながら前記検出手段により電圧を検出し、パルス信号の周波数と検出された電圧とに基づく特徴量を算出し、算出した特徴量に基づいて前記昇圧回路の故障を判断することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記制御手段は、パルス信号の周波数の前記変更を行って前記検出手段により電圧を検出した際の周波数と電圧との対応関係である入出力特性を計測し、前記変更を開始したときの周波数に応じて出力された電圧と、前記変更を終了したときの周波数に応じて出力された電圧と、を通る直線を算出し、前記入出力特性と前記直線との乖離量に基づいて特徴量を算出す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】
前記制御手段は、パルス信号の周波数の前記変更を行って前記検出手段により電圧を検出した際の周波数と電圧との対応関係である入出力特性を計測し、前記入出力特性の曲率を特徴量とす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】
前記昇圧回路は、正極性の電圧を出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記昇圧回路は、負極性の電圧を出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記パルス信号のオン時間を可変とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項７】
感光体と、
前記感光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感光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トナーにより現像する現像手段と、
前記現像手段により現像されたトナー像を像担持体に転写する転写手段と、
を備える画像形成装置であって、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電源装置を備え、
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一つに電力を供給す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、高電圧を発生させる電源装置及びその電源装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られている電子写真方式の画像形成装置において、半導電性又は表面に誘電層を有する弾性ローラを現像ローラとして用い、感光体の表面に押し当てながら現像を行う接触現像方式がよく用いられる。このような接触現像方式において、現像部材の表面にトナーを担持させるために、現像部材に印加する電圧として直流電圧を用いている。良好な画像形成を行うためには、通常３００Ｖから８００Ｖ程度の直流電圧を現像部材に印加する必要がある。また、現像ローラのような部材の他に、感光体の表面を一様に帯電する帯電部材としての帯電ローラや感光体に現像されたトナー像を記録紙やベルト等の転写体に転写する転写部材にも高電圧を印加する必要がある。
【０００３】
高電圧を印加するために従来は巻線式の電磁トランスや圧電トランスを使用した高圧電源装置を用いている。出力電圧制御を行う方法として、電磁トランスを用いた回路では、トランスに供給する電圧を可変する方法が主に用いられている。また、圧電トランスを用いた回路では、圧電トランスの１次側に供給する周波数を可変する方法が主に用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０９１７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、高圧電源装置にトランスを用いる上で、次のような課題があった。まず、高圧回路のコストに占めるトランスの部品コストの割合は、他の部品と比較して大きい。また、スペースの面では、高さ、面積ともに他の部品よりも大きい場合が多い。更に、重量においても、特にフェライトや銅線を用いる電磁トランスは、他の部品と比較して重い。特に、複数の高圧回路が必要となるフルカラー画像形成装置に用いられる高圧電源装置では、トランスを使用することに伴う影響は大きくなる。以上のように、トランスを用いた高圧電源装置の低コスト化、小型化、軽量化は大きな課題となっている。
【０００６】
このため、複数の容量素子と複数の整流素子とで多段倍電圧整流回路を構成し、高電圧の出力を可能とする電源装置とすることが考えられる。しかし、高圧電源装置に多段倍電圧整流回路を用いる上で、次のような課題がある。即ち、多段倍電圧整流回路を形成する一つの素子が故障した場合、出力される高圧電圧の出力電圧が若干低下するものの、高圧電圧を出力し続けることはできる。また高圧電源装置に接続される負荷が大きくなった場合においても、出力される高圧電圧の出力電圧が低下する。このように、従来の多段倍電圧整流回路では、出力電圧の低下が多段倍電圧整流回路の故障によるものか負荷変動によるものかを区別することが難しいという課題がある。
【０００７】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、多段倍電圧整流回路の故障を精度よく判断することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の課題を解決するために、本発明は以下の構成を備える。
【０００９】
（１）電圧を発生させるための誘導素子と、前記誘導素子に印加する電圧をオンオフするスイッチング素子と、複数の容量素子と複数の整流素子を有し、前記誘導素子に発生した電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路から出力された電圧を検出する検出手段と、前記検出手段により検出した電圧の値に基づいて前記スイッチング素子をオンオフするために出力するパルス信号の周波数を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、パルス信号の周波数を変更しながら前記検出手段により電圧を検出し、パルス信号の周波数と検出された電圧とに基づく特徴量を算出し、算出した特徴量に基づいて前記昇圧回路の故障を判断することを特徴とする電源装置。
【００１０】
（２）感光体と、前記感光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感光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トナーにより現像する現像手段と、前記現像手段により現像されたトナー像を像担持体に転写する転写手段と、を備える画像形成装置であって、前記（１）の電源装置を備え、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一つに電力を供給することを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、多段倍電圧整流回路の故障を精度よく判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の多段倍電圧整流回路を示す図
【図２】実施例１の高圧電源装置を示すブロック図
【図３】実施例１の多段倍電圧整流回路の動作を示す図
【図４】実施例１の多段倍電圧整流回路を示す図、駆動周波数−高圧出力電圧特性を示すグラフ
【図５】実施例１の特徴量検出方法を示すグラフ、高圧負荷−特徴量特性を示すグラフ
【図６】実施例２の特徴量検出方法を示すグラフ
【図７】実施例３の多段倍電圧整流回路を示す図、特徴量検出方法を示すグラフ、高圧負荷−特徴量特性を示すグラフ
【図８】実施例４の多段倍電圧整流回路の動作を示す図
【図９】実施例５の画像形成装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下本発明を実施するための形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００１４】
［多段倍電圧整流回路］
図１は、実施例１の高圧電源装置の多段倍電圧整流回路（昇圧回路）を示したものである。図１において、インダクタＬ１００（誘導素子）とコンデンサＣ１００で電圧共振回路が構成される。インダクタＬ１００は、スイッチング素子と電源電圧Ｖｃｃ（＋２４Ｖなど）との間に接続された素子であって、スイッチング素子の駆動により断続的に電圧が印加されるインダクタンス成分を有する素子の一例である。また、コンデンサＣ１００は接地される。この電圧共振回路の出力は、整流平滑回路によって正電圧に整流平滑される。整流平滑回路は、順方向に電流を流すダイオードＤ１０１（整流素子）と、ダイオードＤ１０１のカソード端子と電源電圧Ｖｃｃ間に接続されて電荷のチャージを担うコンデンサＣ１０１（容量素子）によって、正極性のフライバック電圧が取り出される。続いて、ダイオードＤ１０２、Ｄ１０３、Ｄ１０４、Ｄ１０５（複数の整流素子）及びコンデンサＣ１０２、Ｃ１０３、Ｃ１０４、Ｃ１０５（複数の容量素子）による多段整流回路が形成されている。その出力は平滑用コンデンサＣ１０６を介して接地されて出力波形が平滑される。尚、コンデンサＣ１０４とダイオードＤ１０４の間には、必要な出力電圧に応じた必要な数のコンデンサとダイオードが接続されるものとし、図示は省略する。
【００１５】
整流平滑回路の出力は、出力端子１０４（Ｖｏｕｔ）に接続されて出力電圧が取り出される。一方、電圧検出抵抗Ｒ１０１、分圧抵抗Ｒ１０２、Ｒ１０３、ノイズ除去用コンデンサＣ１０７により出力電圧検出回路が構成される。出力電圧は、出力電圧検出回路に入力され、出力電圧検出回路の出力は、出力電圧検出端子１０２から検出電圧Ｖｓｅｎｓｅとしてコントローラ２０６（図２参照）へと出力される。コントローラ２０６は、出力電圧検出端子１０２から入力された出力電圧（検出電圧Ｖｓｅｎｓｅ）から、出力電圧が所望の電圧になっていることを判断することができる。もし、出力電圧が所望の電圧となっていない場合、コントローラ２０６は制御周波数入力端子１０３（ｆｃｏｎｔ）に対し出力する駆動周波数を制御する。
【００１６】
また制御周波数入力端子１０３（ｆｃｏｎｔ）は、制限抵抗Ｒ１０７を介し、電界効果トランジスタＱ１０１のゲート端子に接続される。電界効果トランジスタＱ１０１は、コントローラ２０６からのパルス状の出力信号（パルス信号）によってオンオフすることにより駆動されるスイッチング素子の一例である。電界効果トランジスタＱ１０１のドレイン端子は、前述の電圧共振回路に接続され、インダクタＬ１００を介して電源電圧Ｖｃｃ（例えば＋２４Ｖなど）に接続されるとともに、コンデンサＣ１００を介して接地されている。電界効果トランジスタＱ１０１のソース端子は接地される。
【００１７】
このようにインダクタＬ１００とコンデンサＣ１００により構成される電圧共振回路によって増幅された電圧を整流回路によって直接整流し、その整流回路の段数を多段にすることによって、より高い電圧に昇圧して出力することができる。以上が本実施例の回路構成及び回路動作の一例である。
【００１８】
［高圧電源装置の動作］
次に図２に示すブロック図を用いて、高圧電源装置の動きについて説明する。高圧発生部２０２は、図１で示す多段倍電圧整流回路が内包されているブロックである。また、コントローラ２０６は、中央演算装置２０１、特徴量算出部２０３、出力電圧検出部２０４、不揮発メモリ２０５を有する。
【００１９】
高圧発生部２０２の出力電圧検出端子１０２からコントローラ２０６に検出電圧Ｖｓｅｎｓｅが出力される。検出電圧Ｖｓｅｎｓｅは、コントローラ２０６の出力電圧検出部２０４に入力され、出力電圧検出部２０４によりアナログ値からデジタル値で表現されるデジタル検出電圧２０７にアナログデジタル（ＡＤ）変換される。中央演算装置２０１は、出力電圧検出部２０４によりＡＤ変換されたデジタル検出電圧２０７が目標電圧となっているかを判断し、目標値となるように制御周波数を変更する。中央演算装置２０１から出力された制御周波数ｆｃｏｎｔの信号は、高圧発生部２０２の制御周波数入力端子１０３に入力され、高圧発生部２０２は制御周波数ｆｃｏｎｔに応じた高圧電圧（Ｖｏｕｔ）を出力端子１０４から出力する。
【００２０】
出力電圧検出部２０４から出力されるデジタル検出電圧２０７は、特徴量算出部２０３にも入力される。特徴量算出部２０３は、例えば電源装置が自己診断モードである場合に、制御周波数ｆｃｏｎｔを掃引させながら高圧発生部２０２の電圧を検出することにより高圧発生部２０２の入出力特性を計測し、その入出力特性の特徴量を算出する。即ち、特徴量算出部２０３は、ある駆動周波数のパルス信号を高圧発生部２０２の制御周波数入力端子１０３に出力する。そして、その駆動周波数に応じて高圧発生部２０２が出力した出力電圧が、出力電圧検出部２０４を介してデジタル検出電圧２０７として、特徴量算出部２０３に入力される。特徴量算出部２０３は、高圧発生部２０２の制御周波数入力端子１０３に出力する制御周波数を変えながら（掃引動作を行いながら）上述の処理を繰り返す。このようにして、特徴量算出部２０３は、駆動周波数（入力周波数）と、その駆動周波数に対応する高圧出力電圧との対応関係（即ち、入出力特性）を得ることができる。特徴量算出部２０３は、入出力特性から算出した特徴量の情報を中央演算装置２０１に出力する。
【００２１】
特徴量算出部２０３から出力され、中央演算装置２０１に入力された特徴量は、不揮発メモリ２０５に予め記録されている後述するしきい値と比較され、中央演算装置２０１による高圧発生部２０２の故障検出に使用される。
【００２２】
高圧発生部２０２の制御周波数入力端子１０３には、中央演算装置２０１又は特徴量算出部２０３から制御周波数ｆｃｏｎｔのパルス信号が入力される。高圧電源装置が、例えば自己診断モードで動作を開始した際に、制御周波数入力端子１０３への入力を、特徴量算出部２０３から行うように切り替える。図２のコントローラ２０６中の白丸で示した箇所は、例えばセレクタのようなものであり、上述の切り替えを行う。尚、中央演算装置２０１又は特徴量算出部２０３から制御周波数入力端子１０３に入力される信号（パルス信号）の周波数（ｆｃｏｎｔ）を、以下、制御周波数、駆動周波数又は入力周波数等という。
【００２３】
［多段倍電圧整流回路の動作］
図３は、図１に示した各部の動作波形である。ここで、３Ａはコントローラ２０６から電界効果トランジスタＱ１０１のゲートに印加される電圧波形（ゲート電圧の波形）であり、図に示すようなパルス信号である。中央演算装置２０１又は特徴量算出部２０３から制御周波数ｆｃｏｎｔで出力される信号の波形も、３Ａとほぼ等価の波形となる。電界効果トランジスタＱ１０１がオンした場合、電源電圧ＶｃｃからインダクタＬ１００に電流が流れる。このときの電界効果トランジスタＱ１０１に流れるドレイン電流を表した波形（ドレイン電流の波形）が３Ｂである。即ち、電流の流れる時間に応じて、インダクタＬ１００にエネルギーが蓄積される。
【００２４】
次に、電界効果トランジスタＱ１０１がオフした場合、コンデンサＣ１００とインダクタＬ１００の間で電圧共振が起こる。このときの電界効果トランジスタＱ１０１のドレイン電圧波形が３Ｃである。この電圧波形は、一般的にフライバック電圧と呼ばれる。電圧共振により、共振回路のフライバック電圧の最大値Ｖ１ａは、電源電圧Ｖｃｃの数倍の電圧値になる。また、この共振電圧が０Ｖ以下で次の電界効果トランジスタＱ１０１のオン時間が始まるように設定することにより、ハードスイッチングさせることなく効率良く後段の回路に電圧を供給することが可能になる。この共振回路で生成された電圧は、後段の整流回路で整流段の段数分昇圧されることになる。整流回路の最終段に配置されたダイオードＤ１０５のアノード端子の電圧波形（アノード電圧の波形）が３Ｄである。その電圧波形は、電圧最大値Ｖ１ｂで、理想的にはフライバック電圧Ｖ１ａが重畳される。また、ダイオードＤ１０５のカソード端子の電圧は一定電圧Ｖ１ｂ（一点鎖線）となり、それを平滑用コンデンサＣ１０６で平滑して安定化したものが、出力端子１０４（Ｖｏｕｔ）において３Ｅ（高圧出力）で表される電圧波形になる。
【００２５】
次に、整流回路の動作を詳細に説明する。電界効果トランジスタＱ１０１がオフしたときに、インダクタＬ１００とコンデンサＣ１００の共振回路により正極性のフライバック電圧が発生する。発生したフライバック電圧は、ダイオードＤ１０１を介してＣ１０１に電荷がチャージされることで最大電圧Ｖｍａｘ１がホールドされる。次に、電界効果トランジスタＱ１０１がオンすると、インダクタＬ１００で逆起電圧が発生する。今度は、ダイオードＤ１０２を介して電荷が移動し、コンデンサＣ１０２に電荷がチャージされる。これにより、コンデンサＣ１０１での最大電圧Ｖｍａｘ１を基準として、コンデンサＣ１０２においてフライバック電圧Ｖｍａｘ１が加えられ、最大電圧Ｖｍａｘ２（≒２×Ｖｍａｘ１）に増幅される。更に、電界効果トランジスタＱ１０１がオフするタイミングで、コンデンサＣ１０２にチャージされた電荷は、ダイオードＤ１０３を介して移動し、コンデンサＣ１０３に電荷がチャージされる。これにより、コンデンサＣ１０３では最大電圧Ｖｍａｘ２にホールドされる。以下同様に、コンデンサによる電圧ホールドとフライバック電圧分の電圧加算を整流段の段数分繰り返して電圧増幅される。
【００２６】
なお、実際には、コンデンサやダイオードの容量分による損失は避けられないので、共振回路のフライバック電圧が整流段の段数倍に増幅できる訳ではない。整流回路の最終段である、ダイオードＤ１０５のカソードとコンデンサＣ１０５の接続部に発生した電圧は、平滑用のコンデンサＣ１０６により平滑され、出力端子１０４（Ｖｏｕｔ）から安定した電圧として出力される。
【００２７】
［制御周波数による出力電圧の制御］
次に、コントローラ２０６から電界効果トランジスタＱ１０１のゲート端子に入力される制御周波数ｆｃｏｎｔを可変制御した場合の動作について説明する。ここでは、制御周波数のオン（ＯＮ）とオフ（ＯＦＦ）のデューティー比は固定としている。周波数による出力電圧制御は、出力電圧を高くしたい場合は制御周波数を低くし、出力電圧を低くしたい場合は制御周波数を高くすることで可能である。より詳細に説明すると、制御周波数が低くなると、電界効果トランジスタＱ１０１のオン時間ｔｏｎが長くなるのに応じて、よりインダクタＬ１００にエネルギーが蓄えられるようになり、共振回路のフライバック電圧波形の最大値も高くなる。即ち、出力端子１０４から出力される電圧は高くなる。逆に、制御周波数が高くなると、電界効果トランジスタＱ１０１のオン時間ｔｏｎが短くなるのに応じて、インダクタＬ１００に蓄えられるエネルギーが低下し、共振回路のフライバック電圧波形の最大値も低くなる。即ち、出力端子１０４（Ｖｏｕｔ）から出力される電圧は低くなる。このようにして、制御周波数ｆｃｏｎｔを変化させて出力電圧を制御することが可能である。
【００２８】
［多段倍電圧整流回路の出力電圧が低下する要因］
・多段倍電圧整流回路の故障
ここで、前述の多段倍電圧整流回路が故障した場合を考える。図４（ａ）に、整流回路中のコンデンサＣ１０３がオープン故障を起こした場合の回路図を示す。このことは、図１と図４（ａ）を比較すれば、コンデンサＣ１０３が存在しないことからもわかる。この場合、コンデンサＣ１０２にチャージされた電荷は、コンデンサＣ１０４及びダイオードＤ１０５を介して、コンデンサＣ１０５をチャージする。コンデンサＣ１０３が存在しないため、電荷をチャージするコンデンサの数が減り、出力端子１０４（Ｖｏｕｔ）から出力される出力電圧もＶｍａｘ１分だけ低くなる。
【００２９】
・負荷変動
また整流回路が正常であったとしても、出力端子１０４（Ｖｏｕｔ）に接続されている負荷が大きくなった場合、出力される出力電圧も低くなる。
【００３０】
図４（ｂ）に正常時に負荷が重い（重負荷）場合（実線）と、故障時に負荷が軽い（軽負荷）場合（破線）との駆動周波数−高圧出力電圧特性を示す。ここでは、負荷変動による出力電圧の低下と故障による出力電圧の低下とがほぼ同等の状態のものを示している。ここで、故障時と正常時とを比較すると、コンデンサの数が少ない分だけ、同じ制御周波数で駆動したときに得られる出力電圧が高くなり、故障時のほうが、得られる出力電圧の効率が高くなる。
【００３１】
実際のコンデンサには漏れ電流が存在する。そのため駆動周波数が高くフライバック電圧が低いと、コンデンサに蓄えられる電荷が少なく電荷に対する漏れ電流の割合が大きくなり、コンデンサの数が少ない故障時のほうが、高圧出力電圧が高くなる。一方、駆動周波数が低くフライバック電圧が高いと、フライバック電圧をチャージするコンデンサの数が多い分、正常時のほうが、高圧出力電圧が高くなる。このように故障時では、正常時（重負荷）に比べて、駆動周波数−高圧出力電圧特性が、図４（ｂ）に示す曲線のようになだらかになる傾向がある。
【００３２】
［正常時と故障時の切り分け］
次に図５（ａ）を用いて、コントローラ２０６がどのようにして、正常時と故障時とを切り分けるのかについて説明する。まず特徴量算出部２０３が、入力周波数を掃引しながら高圧発生部２０２の高圧出力電圧を検出することにより入出力特性を計測する。尚、入力周波数（制御周波数ｆｃｏｎｔ）を掃引させる周波数の範囲については特に限定するものではなく、例えば、使用する電界効果トランジスタＱ１０１の規格に応じて決定すればよい。例えば、制限周波数ｆｃｏｎｔの下限は使用する電界効果トランジスタＱ１０１のドレイン電流（図３の３Ｂ）により決定され、上限は使用する電界効果トランジスタＱ１０１のドレイン電圧（図３の３Ｃ）により決定される。
【００３３】
特徴量算出部２０３は、開始時の周波数における出力電圧（６Ａ）と終了時の周波数における出力電圧（６Ｂ）との間を例えば等差数列で補間した基準直線（６Ｄ）を算出する。ここで、掃引開始時の入力周波数をｘｓｔａｒｔ、掃引開始時の入力周波数ｘｓｔａｒｔに応じて出力された出力電圧をｙｓｔａｒｔとする。また、掃引終了時の入力周波数をｘｅｎｄ、掃引終了時の入力周波数ｘｅｎｄに応じて出力された出力電圧をｙｅｎｄとする。更に、掃引開始時と終了時の間の測定データについて、入力周波数をｘ１、ｘ２、・・・、ｘｎとし、それぞれの入力周波数に応じて出力された出力電圧をｙ１、ｙ２、・・・、ｙｎとする。そして、特徴量算出部２０３は、計測した入出力特性と基準直線（６Ｄ）との乖離量（６Ｃ）を測定ポイント全体において合算し、乖離特徴量Ｅｃとする。尚、乖離量（６Ｃ）は、例えばｎ番目の測定データについては、入力周波数の関数である基準直線（６Ｄ）にｘｎを代入したときの値と、入力周波数ｘｎに応じて出力された出力電圧ｙｎとの差である。
2013219894.tif 000003
【００３４】
図５（ｂ）に正常時と故障時とにおける高圧負荷−特徴量特性を示す。図５（ｂ）に示すように、正常時の特徴量（７Ｂ：実線）と故障時の特徴量（７Ｃ：破線）との間にしきい値（７Ａ：一点鎖線）を設けることができる。中央演算装置２０１は、特徴量算出部２０３から入力された乖離特徴量Ｅｃ（７Ｂ又は７Ｃ）と、不揮発メモリ２０５に予め定められたしきい値（７Ａ）とを比較し、乖離特徴量Ｅｃがしきい値より小さければ、高圧発生部２０２が故障であると判断する。
【００３５】
中央演算装置２０１は、高圧発生部２０２が故障であると判断した場合、操作部（不図示）に今後故障が発生する可能性がある旨の警告を表示する。その上で、高圧電源装置が設定された高電圧を出力できる間は、動作を継続する。これにより、ユーザは操作部に表示された警告を確認した後、メーカに修理を依頼することが可能となる。メーカによる修理が開始されるまでの間も、必要な高電圧を出力できる場合には高圧電源装置は動作を行えるため、故障によるダウンタイムを最小限に限定することが可能となる。
【００３６】
このように本実施例では、従来の多段倍電圧整流回路においては判別できなかった高圧負荷の増加による出力電圧の低下と故障による出力電圧の低下とを、精度よく判別することができるという効果がある。そして、多段倍電圧整流回路の故障である場合には、ユーザにその旨を適切に報知することができる。本実施例では、多段倍電圧整流回路を用いているため、コスト、空間スペース、重量を高い割合で占めていたトランスを無くすことを可能とし、高圧電源装置を低コスト、小型、軽量にできる。本実施例では高圧電源装置の回路構成、動作波形及び回路動作と故障検出方法について説明した。このように本実施例では、簡易な方法で故障検出が可能な高圧電源装置を構成することができる。
【００３７】
以上、本実施例によれば、多段倍電圧整流回路の故障を精度よく判断することができる。
【実施例２】
【００３８】
実施例２では、特徴量算出部２０３で行う特徴量検出方法以外の基本的な構成は実施例１と同様であるため、基本的な構成に関する詳細な説明は省略する。本実施例では、特徴量検出方法として、入出力特性の曲率を使用する点が実施例１と異なる特徴である。
【００３９】
［特徴量の算出］
まず図６を用いて、本実施例の特徴について説明する。本実施例の回路構成では、電圧共振によって発生するフライバック電圧を多段整流回路に接続しているため、駆動周波数（入力周波数）−高圧出力電圧特性は、図に示すように曲線となる。この曲線は例えば以下の二次関数（式２−１）により近似することができる。
2013219894.tif 000004
ここでａを曲率特徴量とする。前述のように故障時には駆動周波数−高圧出力電圧特性はなだらかになるため、曲率特徴量は小さくなる。また正常時では曲率特徴量は大きくなる。本実施例では、中央演算装置２０１は、曲率特徴量ａが予め不揮発メモリ２０５に記憶されたしきい値より小さい場合に、多段倍電圧整流回路の故障であると判断する。
【００４０】
次に特徴量算出部２０３が、入力周波数を掃引しながら高圧発生部２０２の高圧出力電圧を検出することにより入手した入出力特性から、近似した二次関数を生成する方法について説明する。本実施例では、例えば最小二乗法を使用する。近似式を上述の式２−１とした場合、全ての測定点（（ｘｓｔａｒｔ、ｙｓｔａｒｔ）、（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、・・・、（ｘｎ、ｙｎ）、・・・、（ｘｅｎｄ、ｙｅｎｄ））を次式（式２−１）に代入する。そして、Ｔが最小となるａ，ｂ，ｃの組み合わせを求める。
2013219894.tif 000005
【００４１】
ある測定点における誤差が、
2013219894.tif 000006
で与えられるため、全ての測定点に対する誤差が最小となるａ，ｂ，ｃを求め、曲線を算出すると、駆動周波数−高圧出力電圧特性に近似する曲線を求めることができる。実施例１と同様に、中央演算装置２０１は、特徴量算出部２０３が求めた曲率特徴量ａを不揮発メモリ２０５に保存してあるしきい値と比較し、曲率特徴量ａがしきい値より小さければ、高圧発生部２０２が故障であると判断する。
【００４２】
ここまで説明したように本実施例によれば、駆動周波数−高圧出力電圧特性を二次関数に近似した曲率特徴量を使用することにより、高圧出力部の故障を判断することができる。
【００４３】
尚、特徴量として、実施例１では乖離特徴量Ｅｃを算出し、本実施例では曲率特徴量ａを算出している。いずれも、特徴量算出部２０３が出力した制御周波数ｆｃｏｎｔとそれに応じて出力された出力電圧との入出力特性（図４（ｂ）又は図６）から得られる量であり、あるしきい値により正常時と故障時を切り分けることができる量である。したがって、特徴量としては乖離特徴量Ｅｃや曲率特徴量ａに限定されるものではなく、正常時の入出力特性から故障のために変化した故障時の入出力特性の特徴を抽出できるような量であればよい。
【００４４】
以上、本実施例によれば、多段倍電圧整流回路の故障を精度よく判断することができる。
【実施例３】
【００４５】
実施例３では、回路構成以外の基本的な構成は実施例１と同様であるため、基本的な構成に関する詳細な説明は省略する。本実施例では、負電圧を出力するための回路構成として、多段倍電圧整流回路を構成するダイオードの極性を反転するように接続する点が実施例１と異なる特徴である。
【００４６】
負電圧を出力可能な高圧電源装置の回路構成は、図７（ａ）で示すように簡単に構成できる。正電圧を出力可能な実施例１における回路構成と主に異なる点は、整流回路のダイオードの極性が反転するように接続したことである。これとは別に、出力電圧検出回路やコントローラ２０６についても、負電圧に対応した回路定数及び仕様にする必要がある。また、整流回路が多段の場合は、全てのダイオードの極性を反転させる必要がある。このことは、図１と図７（ａ）を比較すれば、ダイオードＤ１０１、Ｄ１０２、Ｄ１０３、Ｄ１０４、Ｄ１０５が反転していることからもわかる。このように多段倍電圧整流回路を構成することにより、出力端子１０４（Ｖｏｕｔ）において、負極性の安定電圧を取り出すことが可能となる。
【００４７】
図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、本実施例においても、実施例１に記載した乖離特徴量Ｅｃを使用することにより、中央演算装置２０１は高圧発生部２０２の故障を判断することができる。本実施例のように、高圧出力電圧が負電圧である場合でも、正常時に比べて、故障時の駆動周波数−高圧出力電圧特性を示す曲線はなだらかになる傾向がある。即ち、本実施例では、実施例１の図４（ｂ）の縦軸をマイナスとしたグラフとなる。尚、高圧出力電圧が負電圧であるため、図７（ｂ）に示すように乖離特徴量Ｅｃも負数となる。
【００４８】
図７（ｃ）に正常時と故障時とにおける高圧負荷−特徴量特性を示す。図７（ｃ）に示すように、正常時の特徴量（１１Ｂ：実線）と故障時の特徴量（１１Ｃ：破線）との間にしきい値（１１Ａ：一点鎖線）を設けることができる。コントローラ２０６は、特徴量算出部２０３の出力する乖離特徴量Ｅｃ（１１Ｂ又は１１Ｃ）と予め定められたしきい値（１１Ａ：一点鎖線）とを比較する。そして、中央演算装置２０１は、乖離特徴量Ｅｃがしきい値より大きいと判断すれば、高圧発生部２０２が故障であると判断する。尚、本実施例においても、特徴量として実施例２の曲率特徴量ａを用いることができる。このように本実施例によれば、高圧出力部が負電圧を出力する回路構成であっても、高圧出力部の故障を判断することができる。
【００４９】
以上、本実施例によれば、多段倍電圧整流回路の故障を精度よく判断することができる。
【実施例４】
【００５０】
実施例４について図８を参照しながら説明する。ただし、実施例１と重複する内容の説明は省略する。本実施例の回路は、図１で示される実施例１の回路図と同じである。実施例１との主たる相違点は、出力電圧制御の方法として、電界効果トランジスタＱ１０１のゲート端子に入力される制御周波数のパルス信号のオフ時間ｔｏｆｆを固定とし、オン時間ｔｏｎのみを可変としたことである。
【００５１】
図８は、図１に示した各部の動作波形であり、かつ本実施例の動作波形である。低電圧出力時（図上段）と高電圧出力時（図下段）について別々に図示している。まず、１２Ａ及び１２Ｅはコントローラ２０６から電界効果トランジスタＱ１０１のゲートに印加される電圧波形（ゲート電圧の波形）である。電界効果トランジスタＱ１０１がオンした場合、電源電圧ＶｃｃからインダクタＬ１００に電流が流れる。このときの電界効果トランジスタＱ１０１に流れるドレイン電流を表した波形（ドレイン電流）が１２Ｂ及び１２Ｆである。即ち、電流の流れる時間に応じて、インダクタＬ１００にエネルギーが蓄積される。次に、電界効果トランジスタＱ１０１がオフした場合、コンデンサＣ１００とインダクタＬ１００の間で電圧共振が起こる。このときの電界効果トランジスタＱ１０１のドレイン電圧波形が１２Ｃ及び１２Ｇである。電圧共振により、共振回路のフライバック電圧の最大値Ｖ２ａ又はＶ２ｃは、電源電圧Ｖｃｃの数倍の電圧値になる。また、この共振電圧が０Ｖ以下で次の電界効果トランジスタＱ１０１のオン時間が始まるように設定することにより、ハードスイッチングさせることなく効率良く後段の回路に電圧を供給することが可能になる。この共振回路で生成された電圧は、後段の整流回路で整流段の段数分昇圧されることになる。整流回路を経た電圧波形を平滑用コンデンサＣ１０６で平滑して安定化したものが、出力端子１０４（Ｖｏｕｔ）において１２Ｄ及び１２Ｈで表される電圧波形（高圧出力の波形）となり、電圧Ｖ２ｂ又はＶ２ｄが出力される。
【００５２】
次に、コントローラ２０６から電界効果トランジスタＱ１０１のゲート端子に入力される制御周波数を可変制御した場合の動作について説明する。周波数による出力電圧制御は、出力電圧を高くしたい場合は制御周波数を低くし、出力電圧を低くしたい場合は制御周波数を高くすることで可能である。より詳細に説明すると、制御周波数が低くなると、電界効果トランジスタＱ１０１のオン時間ｔｏｎが長くなるのに応じて、よりインダクタＬ１００にエネルギーが蓄えられるようになり、共振回路のフライバック電圧波形の最大値も高くなる。即ち、出力端子１０４から出力される電圧は高くなる。逆に、制御周波数が高くなると、電界効果トランジスタＱ１０１のオン時間ｔｏｎが短くなるのに応じて、インダクタＬ１００に蓄えられるエネルギーが低下し、共振回路のフライバック電圧波形の最大値も低くなる。即ち、出力端子１０４から出力される電圧は低くなる。このようにして、制御周波数を変化させて出力電圧を制御することが可能である。
【００５３】
このとき、制御周波数のオン（ＯＮ）とオフ（ＯＦＦ）のデューティー比を固定にしたまま制御周波数が高くなると、電界効果トランジスタＱ１０１のオン時間ｔｏｎとオフ時間ｔｏｆｆは同じように短くなる。このため、周波数がある領域まで高くなると、電界効果トランジスタＱ１０１のドレイン電圧が電位をもったままオンされてしまい、ハードスイッチングが発生するようになる。このように、ドレイン電圧が高い状態でハードスイッチングが発生した場合、オンした瞬間にドレイン−ソース間に電流が流れることによって、損失が増加する。
【００５４】
そこで、本実施例では、図８に示すように、フライバック電圧が発生するオフ時間ｔｏｆｆは固定にして、フライバック電圧が０Ｖ以下にまで低下してからオンするように、オン時間ｔｏｎのみを可変させる制御を用いている。オフ時間ｔｏｆｆは、インダクタＬ１００とコンデンサＣ１００により構成される電圧共振回路の共振周波数で決まるフライバック電圧波形の時間幅よりも長くしておく。また、低電圧出力時のオン時間ｔｏｎ１と高電圧出力時のオン時間ｔｏｎ２の関係は、
ｔｏｎ１＜ｔｏｎ２
となるように制御する。
【００５５】
このことにより、出力電圧を制御可能な周波数範囲において、ハードスイッチングの発生を防止できるので、回路損失を抑えた安全かつ安定した出力電圧制御が可能となる。本実施例では、多段倍電圧整流回路の故障検出処理を行う際にも、制御周波数入力端子１０３に出力する制御周波数ｆｃｏｎｔのオン時間ｔｏｎを可変とする。特徴量算出部２０３は、オン時間ｔｏｎを可変として制御周波数を掃引し、特徴量として実施例１で説明した乖離特徴量Ｅｃや実施例２で説明した曲率特徴量ａを算出する。そして、中央演算装置２０１は、特徴量としきい値とに基づいて、多段倍電圧整流回路の故障か否かを判断する。
【００５６】
ここまで説明したように本実施例によれば、高圧出力部に与える制御周波数のオフ時間ｔｏｆｆを固定とし、オン時間ｔｏｎのみを可変とした構成であっても、高圧発生部２０２の故障を判断することができる。尚、本実施例は、実施例３の負電圧を出力する回路構成にも適用可能である。
【００５７】
以上、本実施例によれば、多段倍電圧整流回路の故障を精度よく判断することができる。
【実施例５】
【００５８】
実施例１〜４で説明した高圧電源装置は、例えば画像形成装置（電子写真方式）の高圧電源装置に適用可能である。その場合、高圧電源装置は、高電圧の出力対象（負荷）として、帯電部材、現像部材、転写部材等に電力を供給する。以下に、実施例１〜４の高圧電源装置が適用される画像形成装置の構成を説明する。
【００５９】
［画像形成装置の構成］
画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタを例にあげて説明する。図９に電子写真方式のプリンタの一例である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３００は、露光装置３１３（露光手段）により静電潜像が形成される感光体としての感光ドラム３１１、感光ドラム３１１を一様に帯電する帯電部３１７（帯電手段）を備えている。また、レーザビームプリンタ３００は、感光ドラム３１１に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部３１２（現像手段）を備えている。そして、感光ドラム３１１に現像されたトナー像をカセット３１６から供給された記録材（像担持体）としてのシート（不図示）に転写部３１８（転写手段）によって転写して、シートに転写したトナー像を定着器３１４で定着してトレイ３１５に排出する。この感光ドラム３１１、帯電部３１７、現像部３１２、転写部３１８が画像形成部である。また、レーザビームプリンタ３００は、実施例１〜４で説明した、図９には不図示の電源装置を備えている。尚、実施例１〜４の高圧電源装置を適用可能な画像形成装置は、図９に例示したものに限定されず、例えば複数の画像形成部を備える画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム３１１上のトナー像を中間転写ベルト（像担持体）に転写する一次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像をシート（像担持体）に転写する二次転写部を備える画像形成装置であってもよい。
【００６０】
実施例１〜４に記載の高圧電源装置は、帯電部３１７、現像部３１２及び転写部３１８に電力を供給する。即ち、実施例１〜４の出力端子１０４には、負荷として、帯電部３１７や現像部３１２、転写部３１８が接続される。
【００６１】
［画像形成装置における故障判断処理］
実施例１の図２で説明したコントローラ２０６は、画像形成装置における例えばエンジンコントローラに相当する。高圧電源装置の高圧発生部２０２の出力電圧検出端子１０２から出力された検出電圧は、出力電圧検出部２０４によりデジタル検出電圧２０７に変換され、特徴量算出部２０３に出力される。特徴量算出部２０３は、制御周波数を掃引しながら出力電圧を検出し、特徴量である、例えば実施例１で説明した乖離特徴量Ｅｃ又は実施例２で説明した曲率特徴量ａを算出し、中央演算装置２０１に出力する。中央演算装置２０１は、特徴量と不揮発メモリ２０５に予め記憶されたしきい値とに基づいて、多段倍電圧整流回路の故障か否かを判断する。
【００６２】
画像形成装置には、電源が投入された後に、さまざまなチェックを行う自己診断モードを有するものがある。このような画像形成装置において、エンジンコントローラが実行する多段倍電圧整流回路の故障か否かの判断処理は、例えば自己診断モードの際に行う。これにより、画像形成装置の電源投入後の段階で、電源装置の多段倍電圧整流回路が故障であるか否かの判断を行うことができる。また、多段倍電圧整流回路の故障か否かの判断処理を、画像形成動作を行う前に実施してもよい。これにより画像形成動作を行う前に、電源装置の多段倍電圧整流回路が故障であるか否かを判断することができる。
【００６３】
以上、本実施例によれば、画像形成装置に搭載された電源装置の多段倍電圧整流回路の故障を精度よく判断することができる。
【符号の説明】
【００６４】
２０６              コントローラ
Ｃ１０１〜Ｃ１０５  コンデンサ
Ｄ１０１〜Ｄ１０５  ダイオード
Ｌ１００            インダクタ
Ｑ１０１            電界効果トランジスタ
Ｒ１０１            電圧検出抵抗
【図１】
2013219894.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013219894.tif 000011
【図６】
2013219894.tif 000012
【図７】
2013219894.tif 000013
【図８】
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【図９】
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