JP7301692B2 - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電源装置及び画像形成装置に関し、特に、トランス式の高電圧電源装置を用いた画像形成装置に関する。
高電圧電源に関して、従来は、トランスの出力電圧と駆動パルス信号の周波数とを対応させたテーブルを用いてトランスを制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。一方、他の従来例では、トランスの出力電圧に対応する駆動パルス信号のデューティに関する情報を記憶したメモリを用いてトランスを制御する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００８－２２４７７８号公報 特開２００４－０４０９１１号公報
通常、トランスを駆動パルス信号の周波数により制御する場合、所定の周波数で出力電圧はピーク値となり、さらに高い電圧を出力することはできない。また、トランスを駆動パルス信号のデューティにより制御する場合、オン幅が所定の幅まで大きくなるとトランスが飽和したり、駆動パルス信号によりオン／オフされる電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の電力が増大したりする。このため、オン幅は所定の値以下に設定する必要がある。このように、トランスを駆動パルス信号の周波数又はデューティで制御する場合には、出力電圧の可変幅に制約がある。したがって、出力電圧の範囲をさらに広げるためには、より高出力のトランスや大電力のＦＥＴが必要となるため、装置のコストやサイズが増大するという課題がある。
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。
（１）１次巻線及び２次巻線を有するトランスと、前記１次巻線に接続され、入力されたパルス信号に応じて前記トランスの前記１次巻線に印加される電圧をオン又はオフするスイッチング素子と、前記パルス信号を前記スイッチング素子に出力し、前記トランスの駆動を制御する制御手段と、を備え、前記トランスの前記２次巻線に誘起された電圧に応じた出力電圧を出力する電源装置であって、前記出力電圧と前記パルス信号のデューティ及び周波数とを関連付けた情報を記憶した記憶手段を備え、前記制御手段は、前記出力電圧と前記記憶手段に記憶された情報とに基づいて前記周波数及び／又は前記デューティを切り替えることを特徴とする電源装置。
（２）像担持体と、前記像担持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像担持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現像しトナー像を形成する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を記録材に転写する転写手段と、前記（１）に記載の電源装置と、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１つに前記出力電圧を供給することを特徴とする画像形成装置。
本発明によれば、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることができる。
実施例１の電源ユニットのブロック図 実施例１～４のトランスの出力特性を示す図 実施例２の電源ユニットのブロック図、トランスの出力特性を示す図 実施例２の電源ユニットの出力波形を示す図 実施例３の電源ユニットのブロック図 実施例４の画像形成装置の概略断面図
以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
［電源装置］
図１は、実施例１の高電圧電源装置のブロック図及び回路図を示している。高電圧電源装置は、高電圧を生成する電源ユニット１００と、電源ユニット１００を制御するＣＰＵ３とから構成される。電源ユニット１００は、抵抗１１０、平滑コンデンサ１０１、スイッチング素子である電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）１０２、１次巻線及び２次巻線を有するトランス１０３、高電圧ダイオード１０５、高電圧コンデンサ１０６を有している。
ＣＰＵ３は、抵抗１１０を介して駆動信号Ｓ２０１を電源ユニット１００に出力する。電源ユニット１００は、駆動信号Ｓ２０１によりＦＥＴ１０２を断続的にスイッチングすることで、トランス１０３の１次巻線に印加される電圧（電圧Ｖｃ（平滑コンデンサ１０１の電圧））をスイッチングする。すなわち、ＦＥＴ１０２は、１次巻線に接続され、入力されたパルス信号である駆動信号Ｓ２０１に応じてトランス１０３の１次巻線に印加される電圧をオン又はオフする。ＣＰＵ３は、駆動信号Ｓ２０１をＦＥＴ１０２に出力し、トランス１０３の駆動を制御する。これにより、電源ユニット１００はスイッチングされた電圧を高電圧化してトランス１０３の２次巻線に出力する。そして、高電圧化された電圧は高電圧ダイオード１０５及び高電圧コンデンサ１０６によって整流・平滑され、高電圧の直流電圧が生成される。このように、電源ユニット１００は、トランス１０３の２次巻線に誘起された電圧に応じた出力電圧を出力する。
高電圧の直流電圧は、駆動信号Ｓ２０１の周波数及びデューティを変更することにより調整することが可能である。また、電源ユニット１００は、記憶手段として不揮発性メモリ１５０を備えており、ＣＰＵ３は不揮発性メモリ１５０を例えばＩ２Ｃ方式などの通信方式により制御する。
実施例１の電源ユニット１００は、生成された高電圧の直流電圧をフィードバックする手段を有していない。高電圧の直流電圧をフィードバックしない回路構成においては、トランス１０３のインダクタンス値の違いにより出力特性も各々違った特性となる。トランス１０３のインダクタンス値は、製造上のばらつきで自然に生じるものである。
［電源ユニットの出力特性］
図２（ａ）は、図１の電源ユニット１００において、駆動信号Ｓ２０１のオンデューティ（以後、単にデューティと記載する）に対する高電圧の出力特性を示している。なお、駆動信号Ｓ２０１のデューティをオフデューティで制御してもよい。図２（ａ）は、横軸にデューティ（Ｄｕｔｙ）、縦軸に高電圧の直流電圧（以下、出力電圧ともいう）を示す。
トランス１０３は、製造上のばらつきによって生じるインダクタンス値が異なる３つのトランスを用いており、それぞれのインダクタンス値（以下、Ｌ値という）をＬｍｉｎ、Ｌｔｙｐ、Ｌｍａｘとする（Ｌｍｉｎ＜Ｌｔｙｐ＜Ｌｍａｘ）。駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆはｆ１、負荷インピーダンスはＲとする。デューティがＤのときの出力電圧は、図２（ａ）に示すようにトランス１０３によって異なる値となる。具体的には、駆動信号Ｓ２０１のデューティがＤのとき、Ｌ値がＬｍｉｎのトランス１０３の出力電圧はＶＬｍｉｎとなる。駆動信号Ｓ２０１のデューティがＤのとき、Ｌ値がＬｔｙｐのトランス１０３の出力電圧はＶＬｔｙｐとなる。駆動信号Ｓ２０１のデューティがＤのとき、Ｌ値がＬｍａｘのトランス１０３の出力電圧はＶＬｍａｘとなる。なお、ＶＬｍｉｎ＜ＶＬｔｙｐ＜ＶＬｍａｘとの関係が成り立つ。
このように、フィードバック制御を行わない回路構成において出力電圧を一定の値に制御する場合には、トランス１０３のＬ値のばらつきを考慮し、装置ごとに駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆやデューティＤを調整する必要がある。その方法として、電源ユニット１００の出力特性を予め測定し、不揮発性メモリ１５０等に記憶しておく方法が知られている。出力特性は、例えば電源ユニット１００の製造ラインで測定される。このように、電源ユニット１００の出力特性を予め測定しておくことにより、トランス１０３のＬ値ばらつきにかかわらず、出力電圧を任意の値に制御することが可能である。
［駆動信号と出力特性の関係］
図２（ｂ）に示す高電圧出力特性は、図１の電源ユニット１００において駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆ及びデューティＤを変化させた場合の出力電圧を示している。横軸は駆動信号Ｓ２０１のデューティＤ、縦軸は出力電圧であり、それぞれ駆動信号Ｓ２０１の周波数をｆ１、ｆ２（＞ｆ１）に設定した場合の出力特性を示している。なお、負荷インピーダンスは一定の値Ｒとする。一般的に、高圧インバータトランスは、駆動信号のデューティを大きくし過ぎるとトランスが飽和したり、ＦＥＴの消費電力が増大したりする。このため、駆動信号のデューティの値は安全性が確保されるデューティの値に設定する必要がある。また、駆動信号のデューティを小さくし過ぎても出力特性が安定しなくなるおそれがあるため、安定して制御できるデューティの値に設定する必要がある。
これらの観点から、許容できる最小・最大のデューティＤをそれぞれＤｍｉｎ、Ｄｍａｘとする。この場合、図２（ｂ）に示すように、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆがｆ１の場合、最小のデューティＤｍｉｎのときの出力電圧をＶ１ｍｉｎ、最大のオンデューティＤｍａｘのときの出力電圧をＶ１ｍａｘとする。また、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆがｆ２の場合、最小のデューティＤｍｉｎのときの出力電圧をＶ２ｍｉｎ、最大のデューティＤｍａｘのときの出力電圧をＶ２ｍａｘとする。そうすると、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆがｆ１の場合に出力可能な電圧範囲は、Ｖ１ｍｉｎ～Ｖ１ｍａｘとなる。一方、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆがｆ２の場合に出力可能な電圧範囲は、Ｖ２ｍｉｎ～Ｖ２ｍａｘとなる。
ここで、負荷インピーダンスＲにおいて、電源ユニット１００の出力能力として保証される出力電圧値の範囲（以下、保証出力範囲という）をＶｘ～Ｖｙとする。例えば、保証出力範囲の最小値ＶｘはＶ１ｍｉｎとＶ２ｍｉｎの範囲内にあり（Ｖ１ｍｉｎ≦Ｖｘ≦Ｖ２ｍｉｎ）、保証出力範囲の最大値ＶｙはＶ１ｍａｘとＶ２ｍａｘの範囲内にある（Ｖ１ｍａｘ≦Ｖｙ≦Ｖ２ｍａｘ）。駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆがｆ１の場合、Ｖｙ＞Ｖ１ｍａｘのため高電圧側を出力することができなくなる。逆に、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆがｆ２の場合、Ｖｘ＜Ｖ２ｍｉｎのため低電圧側を出力することができなくなる。
そこで、Ｖ２ｍｉｎ以下の出力電圧を出力する場合には、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆをｆ１に設定し、Ｖ１ｍａｘ以上の電圧を出力する場合には、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆをｆ２に設定する。これにより、要求される出力範囲を満足することができる。なお、Ｖ２ｍｉｎ以上かつＶ１ｍａｘ以下の範囲は、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆがｆ１、ｆ２どちらの周波数でも出力可能であるため、任意に選択すれば良い。
以上のように、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆ及びデューティＤをともに可変制御することにより、高電圧の出力範囲を広げることが可能となり、幅広い要求仕様に対応することが可能となる。出力範囲を広げるための別の手段としては、高出力のトランスを用いたり、入力電圧調整回路を用いたりする方法があるが、いずれも装置のコストアップとなるため、実施例１の方法が安価な構成で実現可能な手段と言える。
［駆動信号の周波数及びデューティの選択方法］
次に、実施例１の特徴である、不揮発性メモリ１５０に記憶された情報（テーブル）を用いて、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆ及びデューティＤを選択する方法について説明する。不揮発性メモリ１５０には、電源ユニット１００の出力電圧の特性を表す情報であるテーブルが予め記憶されている。
Figure 0007301692000001
 表１は、不揮発性メモリ１５０に記憶されているテーブルの一例を示している。テーブルは、出力電圧と、その出力電圧を出力するための駆動信号Ｓ２０１のデューティ（Ｄｕｔｙ）及び周波数ｆとの対応関係が定義されている。例えば、出力電圧Ｖｍｉｎに関連付けて、駆動信号Ｓ２０１のデューティＤｍｉｎ、周波数ｆ１が関連付けられている。電源ユニット１００の出力電圧は、駆動信号Ｓ２０１のデューティＤが大きいほど高くなり、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆが高いほど高くなる。
以下、図２（ｂ）の出力特性と対応させて、テーブルの内容を具体的に説明する。出力電圧の範囲はＶ１ｍｉｎ～Ｖ２ｍａｘ、出力電圧の最小値Ｖ１ｍｉｎに対応する周波数ｆはｆ１、デューティＤはＤｍｉｎである。出力電圧が低い領域では、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆはｆ１で固定し、出力電圧が所定の分解能でＶ１、Ｖ２（＞Ｖ１）・・・と変化するのに対応して、デューティＤはＤ１、Ｄ２（＞Ｄ１）・・・と変化する。
出力電圧がＶ２ｍｉｎになると、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆをｆ２に切り替え、デューティＤはＤｍｉｎにリセットされる。出力電圧がＶ２ｍｉｎ以上の領域では、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆはｆ２に固定し、出力電圧が変化するのに対応して、デューティＤはＤ１、Ｄ２・・・と変化する。出力電圧の最大値Ｖ２ｍａｘに対応する周波数ｆはｆ２、デューティＤはＤｍａｘである。
ＣＰＵ３は不揮発性メモリ１５０と通信して、不揮発性メモリ１５０に記憶された表１のテーブルを参照する。ＣＰＵ３は、電源ユニット１００が画像形成装置の負荷に供給する出力電圧に応じて、テーブルから駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆ及びデューティＤを選択する。そして、ＣＰＵ３は、選択した周波数ｆ及びデューティＤで駆動信号Ｓ２０１を制御することで、任意の出力電圧を発生させる。
なお、表１では、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆの切り替えを、出力電圧がＶ２ｍｉｎに到達したタイミングで行っている。上述したように、出力電圧がＶ２ｍｉｎとＶ１ｍａｘとの間の領域では、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆはｆ１でもｆ２でもよい。このため、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆの切り替えを、出力電圧がＶ１ｍａｘ（デューティＤがＤｍａｘ）でｆ１からｆ２に切り替えてもよい。この場合、駆動信号Ｓ２０１のデューティは、周波数ｆ２のときに出力電圧がＶ１ｍａｘに相当するデューティ（＞Ｄｍｉｎ）にリセットされることとなる。
このように、実施例１の表１のテーブルには、次の情報が設定されている。すなわち、第１の電圧範囲であるＶ１ｍｉｎからＶ２ｍｉｎまでに対応する第１の周波数であるｆ１と、第１の電圧範囲に連続する第２の電圧範囲であるＶ２ｍｉｎからＶ２ｍａｘまでに対応する第１の周波数よりも高い第２の周波数であるｆ２とが設定されている。ＣＰＵ３は、第１の電圧範囲内で出力電圧を変化させる場合、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆとしてｆ１を選択した状態で駆動信号Ｓ２０１のデューティＤを変化させる。また、ＣＰＵ３は、第２の電圧範囲内で出力電圧を変化させる場合、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆとしてｆ２を選択した状態で駆動信号Ｓ２０１のデューティＤを変化させる。
以上のように実施例１によれば、安価な構成でトランスのインダクタンス値ばらつきの影響を受けず、かつ幅広い出力電圧範囲に対応した電源装置を提供することが可能となる。なお、実施例１で説明したテーブルでは、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆをｆ１、ｆ２の２水準としたが、３水準以上でもよい。さらに、周波数ｆを切り替え、それぞれの領域で出力電圧とデューティＤとを対応させたテーブルとして説明したが、この周波数ｆとデューティＤの関係は逆にしてもよい。すなわち、デューティＤを複数の領域で切り替え、それぞれの領域で出力電圧と周波数ｆとを対応させたテーブルとしてもよい。
すなわち、表１のテーブルには、次の情報が設定されていてもよい。第１の電圧範囲に対応する第１のデューティと、第１の電圧範囲に連続する第２の電圧範囲に対応する第１のデューティよりも大きい第２のデューティと、が設定されていてもよい。ＣＰＵ３は、第１の電圧範囲内で出力電圧を変化させる場合、駆動信号Ｓ２０１のデューティＤとして第１のデューティを選択した状態で駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆを変化させる。また、ＣＰＵ３は、第２の電圧範囲内で出力電圧を変化させる場合、駆動信号Ｓ２０１のデューティＤとして第２のデューティを選択した状態で駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆを変化させる。これらの変形例は、トランスの特性や回路構成に応じて適切なテーブル構成を選択すればよい。このように、不揮発性メモリ１５０には、電源ユニット２００の出力電圧と駆動信号Ｓ２０１のデューティ及び周波数とを関連付けた情報が記憶されている。ＣＰＵ３は、出力電圧と不揮発性メモリ１５０に記憶された情報であるテーブルとに基づいて、駆動信号Ｓ２０１の周波数又はデューティを切り替える。
以上、実施例１によれば、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることができる。
［電源装置］
図３（ａ）は、実施例２の電源ユニット２００のブロック図及び回路図を示している。図３（ａ）の電源ユニット２００は、部品点数も少なく安価な構成でフィードバック制御ができるという利点がある。一方、電源ユニット２００は、出力電圧のリプルが発生しやすいという課題がある。実施例２では、不揮発性メモリ１５０に記憶されたテーブルを用いて、出力電圧のリプルを抑制する方法について説明する。
［フィードバック制御］
まず、回路動作について、トランス１０３の駆動制御については実施例１と同様であるため説明を省略し、フィードバック制御について説明する。フィードバック手段であるフィードバック部２１０は、コンパレータ１０８、抵抗１０７、１０９、１１１、コンデンサ１１２を有している。フィードバック部２１０では、ＣＰＵ３からのＰＷＭ信号Ｓ２０２が抵抗１１１とコンデンサ１１２により平滑され、ＰＷＭ信号Ｓ２０２のデューティに応じた直流電圧となってコンパレータ１０８の＋入力端子（非反転入力端子）に入力される。このＰＷＭ信号Ｓ２０２のデューティが電源ユニット２００の出力電圧の目標値となり、ＰＷＭ信号Ｓ２０２のデューティと出力電圧とは比例関係を持つ。すなわち、ＰＷＭ信号Ｓ２０２のデューティが長くなるほど出力電圧は高くなる。
コンパレータ１０８の－入力端子（反転入力端子）には、出力電圧が抵抗１０７により降圧され、基準電圧Ｖｒと、抵抗１０７と、抵抗１０９とで分圧されたフィードバック電圧が入力される。出力電圧が増加し、コンパレータ１０８の－入力端子に入力されるフィードバック電圧が＋入力端子に入力される目標電圧を超えると、コンパレータ１０８の出力がローレベルになり、ＦＥＴ１０２のゲート電圧は０Ｖになる。この状態を、「駆動信号Ｓ２０１が間引かれている状態」という。駆動信号Ｓ２０１が間引かれると、トランス１０３の駆動が止まるため出力電圧が低下する。このように、フィードバック部２１０は、フィードバック電圧が目標値よりも高い場合には、駆動信号Ｓ２０１にかかわらず、ＦＥＴ１０２によるトランス１０３の駆動を停止させる。その後、フィードバック電圧が目標電圧を下回ると、ＦＥＴ１０２は発振を再開し、出力電圧は再び増加する。このような動作を繰り返すことによって出力電圧は維持される。
実施例２の電源ユニット２００は、このような回路動作であるため、必然的に出力電圧にリプルが発生しやすい。さらに、出力電圧のリプルは目標となる出力電圧（以下、目標出力電圧という）と相関がある。図３（ｂ）及び図４は、それぞれ電源ユニット２００の出力特性と出力波形とを示している。図３（ｂ）は、横軸に駆動信号Ｓ２０１のデューティ（Ｄｕｔｙ）を示し、縦軸に電源ユニット２００の出力電圧を示す。図４は、（ａ）に出力電圧がＶ（ａ）のときの各波形を示し、（ｂ）に出力電圧がＶ（ｂ）（＜Ｖ（ａ））のときの各波形を示す。具体的には、図４（ａ）、（ｂ）には、（ｉ）に駆動信号Ｓ２０１の波形を示し、（ｉｉ）に電源ユニット２００の出力電圧を示す。なお、（ｉｉ）には目標出力電圧（出力目標値）を破線で示す。
図３（ｂ）から、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆをｆ１、デューティをＤとした場合、電源ユニット２００の最大出力電圧はＶＬｍａｘとなる。ここで、図３（ｂ）では、負荷インピーダンスをＲとし、Ｌ値がＬｍａｘのトランス１０３を用いている。目標出力電圧が最大出力電圧ＶＬｍａｘに近いＶ（ａ）の場合、図４（ａ）の波形が示すように、駆動信号Ｓ２０１の間引きが少ないため出力電圧のリプルは少ない。一方、目標出力電圧がＶ（ａ）よりも低いＶ（ｂ）の場合、図４（ｂ）の波形が示すように、駆動信号Ｓ２０１の間引きが図４（ａ）に比べて多くなり出力電圧のリプルが大きくなる。
すなわち、出力電圧のリプルを抑制するためには、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆ及びデューティＤを調整し、電源ユニット２００の出力電圧と目標出力電圧との差を小さくすればよい。理想的には出力電圧と目標出力電圧とを等しくして、駆動信号Ｓ２０１が全く間引かれない状態で駆動するのが良い。しかしながら、画像形成装置の負荷の部品ばらつきや環境温度・湿度による負荷変動などの影響により電源ユニット２００の出力特性が変化することが考えられる。この影響で電源ユニット２００の出力能力が不足する可能性を考慮し、目標出力電圧よりもやや高めの出力能力を持たせる駆動条件が好ましい。
次に、実施例２の電源ユニット２００に対して、本発明の出力特性テーブルを適用する方法について述べる。実施例１で説明したように、トランス１０３のインダクタンス値のばらつきにより電源ユニット２００の出力特性もばらつきがある。図２（ａ）の出力特性にばらつきがある場合、Ｌｍｉｎでも目標出力電圧を出力できるように駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆ及びデューティＤの値を設定する必要がある。しかし、同じ設定値でインダクタンス値がＬｍａｘとなるような部品を駆動した場合、出力電圧と目標出力電圧との差が大きくなるため、出力電圧のリプルも大きくなってしまう。
そこで、不揮発性メモリ１５０に予め電源ユニット２００の出力特性テーブルを記憶しておくことにより、インダクタンス値のばらつきに応じて適切な周波数ｆ及びデューティＤを選択することができるため、出力電圧のリプルを抑制することができる。テーブルの内容や制御方法に関しては実施例１と同様のため説明を省略する。
以上説明したように、実施例２によれば、駆動信号を間引くことにより出力電圧を一定に保つ安価な回路構成でありながら、出力電圧のリプルを抑制した高電圧電源装置を提供することが可能となる。以上、実施例２によれば、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることができる。
実施例１及び実施例２では、予め電源ユニット１００、２００の出力特性テーブルを不揮発性メモリ１５０に記憶することで、適切な駆動条件を選択する方法について述べた。これらは、画像形成装置の負荷も予め予測できることが前提である。例えば帯電処理であれば用紙と感光ドラム、転写処理であれば用紙と転写ローラ、等負荷が決まっている。このため、画像形成装置の負荷をある程度予測することができる。しかしながら、前述したように部品バラつきや環境温度・湿度、用紙の吸湿状態等によって、負荷の抵抗値は変化するため、このような負荷の抵抗値のばらつきを考慮した設計が必要である。そこで実施例３では、負荷電流検知回路を用いて負荷の抵抗をモニタし、適切な駆動条件を設定する方法について説明する。
［電源装置］
図５は、実施例３における電源ユニット３００のブロック図及び回路図を示している。トランス１０３の駆動制御については実施例１と同様であるため説明を省略し、負荷に流れる電流を検知する検知手段である負荷電流検知回路３５０について説明する。負荷電流検知回路３５０は、抵抗１１３、１１４、１１６、１１７、オペアンプ１１５を有している。
トランス１０３の２次側に流れる電流は、電源ユニット３００から画像形成装置の負荷に供給され、オペアンプ１１５のＧＮＤから抵抗１１３、抵抗１１４を通りトランス１０３に戻る。したがって、抵抗１１４の両端の電圧差が分かれば負荷電流を算出できる。オペアンプ１１５の＋入力端子の電圧は電圧Ｖｒの抵抗１１６、抵抗１１７による分圧で決まるため既知である。また、抵抗１１３と抵抗１１４の間の電圧はＣＰＵ３のＡＤポートに接続されているため、ＣＰＵ３はＡＤポートに入力されたＡＤ値から負荷電流値を算出できる。
［出力特性テーブル］
表２は、実施例３の出力特性テーブルの内容を示している。不揮発性メモリ１５０には、予め負荷電流値に応じた複数のテーブルが記憶されている。これらのテーブルは負荷変動の影響による出力特性の変化に対して、駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆを変化させることで出力特性の変化を相殺するものである。
Figure 0007301692000002
 表２のテーブル１、テーブル２、テーブル３は、それぞれ実施例１の表１で説明したテーブルと同様の情報を有している。不揮発性メモリ１５０は、負荷に流れる電流に応じたテーブル１～３を複数記憶している。なお、テーブル１では周波数ｆをｆ１１とｆ１２（＞ｆ１１）で切り替える。テーブル２では周波数ｆをｆ２１とｆ２２（＞ｆ２１）で切り替える。テーブル３では周波数ｆをｆ３１とｆ３２（＞ｆ３１）で切り替える。
ＣＰＵ３は、負荷電流検知回路３５０による負荷電流の検知結果がＩ１未満（負荷電流＜Ｉ１）であればテーブル１を選択する。ＣＰＵ３は、負荷電流検知回路３５０による負荷電流の検知結果がＩ１以上Ｉ２未満（Ｉ１≦負荷電流＜Ｉ２）であればテーブル２を選択する。ＣＰＵ３は、負荷電流検知回路３５０による負荷電流の検知結果がＩ２以上（Ｉ２≦負荷電流）であればテーブル３を選択する。このようにＣＰＵ３は、負荷電流検知回路３５０により検知した電流に応じて不揮発性メモリ１５０に記憶された複数のテーブル１～３の中から一のテーブルを選択し、駆動信号Ｓ２０１のデューティＤ及び周波数ｆを設定する。そして、ＣＰＵ３は、選択したテーブルに基づいて、テーブルに設定された条件（出力電圧及びデューティに対する周波数）で駆動信号Ｓ２０１を制御する。
なお、実施例３では負荷電流の違いに対して周波数ｆを変化させたテーブルとしたが、これに限るものではない。駆動信号Ｓ２０１のデューティＤを変化させて対応することや、周波数ｆ及びデューティＤともに変化させて複数のテーブルを作ることも可能である。また、表２では負荷電流値に応じて３つのテーブルから選択する構成としたが、テーブルの数は任意である。これらテーブルの内容や数に関しては、電源ユニット３００の負荷特性、画像形成装置の負荷抵抗のばらつき幅、要求される高電圧の出力精度などに応じて、装置ごとに適切に選択すれば良い。
また、実施例３では、負荷電流検知回路３５０によって実際に負荷電流をモニタする方法について説明したが、環境温度・湿度を検知する環境検知手段であるセンサを用いて負荷抵抗の変動を予測することも可能である。この場合は、記憶手段である不揮発性メモリ１５０は、温度及び／又は湿度に応じたテーブルを複数記憶している。ＣＰＵ３は、環境温度・湿度に応じて予め不揮発性メモリ１５０に記憶された複数のテーブルの中から、センサの検知結果に基づいて適切なテーブルを選択すれば良い。すなわち、ＣＰＵ３は、温度及び／又は湿度に応じて不揮発性メモリ１５０に記憶された複数のテーブルの中から一のテーブルを選択し、駆動信号Ｓ２０１のデューティＤ及び周波数ｆを設定すればよい。以上のように実施例３によれば、負荷ばらつきの影響により高電圧電源装置の出力特性が変化した場合においても、安価な構成で安定した出力電圧の制御が可能な高電圧電源装置を提供することができる。なお、実施例３で述べた負荷電流検知回路（モニタ）やセンサは、実施例２で説明した駆動信号Ｓ２０１を間引く回路にも適用可能であり、組み合わせは任意である。
以上、実施例３によれば、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることができる。
実施例１～３の電源ユニット１００、２００、３００は、例えば、レーザプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる高電圧電源装置として適用することができる。高電圧電源装置は、画像形成装置の画像形成手段において高電圧が必要となる負荷に対して高電圧を供給する。例えば、像担持体を帯電する帯電部、像担持体に形成された潜像を現像する現像部、像担持体に形成されたトナー像を記録材に転写する転写部などである。以下に、画像形成装置について説明する。
［レーザビームプリンタの説明］
図６に画像形成装置の一例として、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１０００（以下、プリンタ１０００という）は、感光ドラム１０１０、帯電部１０２０、現像部１０３０を備えている。感光ドラム１０１０は、静電潜像が形成される像担持体である。帯電手段である帯電部１０２０は、感光ドラム１０１０を一様に帯電する。露光手段である露光装置１０２５は、入力された画像データに応じた静電潜像を感光ドラム１０１０に形成する。現像手段である現像部１０３０は、感光ドラム１０１０に形成された静電潜像をトナーにより現像することでトナー像を形成する。感光ドラム１０１０上（像担持体上）に形成されたトナー像をカセット１０４０から供給された記録材としてのシートＰに、転写手段である転写部１０５０によって転写する。シートＰに転写された未定着のトナー像は定着手段である定着器１０６０によって定着され、トレイ１０７０に排出される。この感光ドラム１０１０、帯電部１０２０、現像部１０３０、転写部１０５０が画像形成手段である画像形成部である。
また、プリンタ１０００は、電源装置１０８０を備え、電源装置１０８０からモータ等の駆動部と制御部５０００へ電力を供給している。電源装置１０８０は、実施例１～３の電源ユニット１００、電源ユニット２００又は電源ユニット３００を有している。電源ユニット１００、電源ユニット２００又は電源ユニット３００は、帯電部１０２０、現像部１０３０、転写部１０５０の少なくとも１つに出力電圧である高電圧を供給している。制御部５０００はＣＰＵ３を有している。トランス１０３の出力電圧に対応する駆動信号Ｓ２０１の周波数ｆ及びデューティＤの表１又は表２のテーブルは、電源ユニット１００、電源ユニット２００又は電源ユニット３００が有する不揮発性メモリ１５０に記憶されている。ＣＰＵ３が表１又は表２のテーブルを用いてトランス１０３を制御することにより、安価な構成で、トランス１０３のインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲で出力電圧を出力することが可能となる。なお、本発明の電源ユニット１００、電源ユニット２００又は電源ユニット３００を適用することができる画像形成装置は、図６に例示された構成に限定されず、例えばカラーの画像形成装置であってもよい。
以上、実施例４によれば、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることができる。
３ ＣＰＵ
１０２ ＦＥＴ
１０３ トランス
１５０ 不揮発性メモリ

Claims (8)

  1. １次巻線及び２次巻線を有するトランスと、
    前記１次巻線に接続され、入力されたパルス信号に応じて前記トランスの前記１次巻線に印加される電圧をオン又はオフするスイッチング素子と、
    前記パルス信号を前記スイッチング素子に出力し、前記トランスの駆動を制御する制御手段と、
    を備え、前記トランスの前記２次巻線に誘起された電圧に応じた出力電圧を出力する電源装置であって、
    前記出力電圧と前記パルス信号のデューティ及び周波数とを関連付けた情報を記憶した記憶手段を備え、
    前記制御手段は、前記出力電圧と前記記憶手段に記憶された情報とに基づいて前記周波数及び／又は前記デューティを切り替えることを特徴とする電源装置。
  2. 前記情報には、第１の電圧範囲に対応する第１の周波数と、前記第１の電圧範囲に連続する第２の電圧範囲に対応する第２の周波数と、が設定されており、
    前記制御手段は、前記第１の電圧範囲内で前記出力電圧を変化させる場合、前記パルス信号の周波数として前記第１の周波数を選択した状態で前記パルス信号のデューティを変化させ、前記第２の電圧範囲内で前記出力電圧を変化させる場合、前記パルス信号の周波数として前記第２の周波数を選択した状態で前記パルス信号のデューティを変化させることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  3. 前記情報には、第１の電圧範囲に対応する第１のデューティと、前記第１の電圧範囲に連続する第２の電圧範囲に対応する第２のデューティと、が設定されており、
    前記制御手段は、前記第１の電圧範囲内で前記出力電圧を変化させる場合、前記パルス信号のデューティとして前記第１のデューティを選択した状態で前記パルス信号の周波数を変化させ、前記第２の電圧範囲内で前記出力電圧を変化させる場合、前記パルス信号のデューティとして前記第２のデューティを選択した状態で前記パルス信号の周波数を変化させることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  4. 前記出力電圧に応じたフィードバック電圧が入力されるフィードバック手段を備え、
    前記制御手段は、前記出力電圧の目標値を前記フィードバック手段に出力し、
    前記フィードバック手段は、前記フィードバック電圧が前記目標値よりも高い場合には、前記パルス信号にかかわらず、前記スイッチング素子による前記トランスの駆動を停止させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電源装置。
  5. 前記出力電圧が供給される負荷に流れる電流を検知する検知手段を備え、
    前記記憶手段は、負荷に流れる電流に応じた前記情報を複数記憶し、
    前記制御手段は、前記検知手段により検知した電流に応じて前記記憶手段に記憶された複数の前記情報の中から一の情報を選択し、前記パルス信号のデューティ及び周波数を設定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電源装置。
  6. 前記記憶手段は、温度及び／又は湿度に応じた前記情報を複数記憶し、
    前記制御手段は、前記温度及び／又は前記湿度に応じて前記記憶手段に記憶された複数の前記情報の中から一の情報を選択し、前記パルス信号のデューティ及び周波数を設定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電源装置。
  7. 像担持体と、
    前記像担持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像担持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現像しトナー像を形成する現像手段と、
    前記像担持体上のトナー像を記録材に転写する転写手段と、
    請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電源装置と、
    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１つに前記出力電圧を供給することを特徴とする画像形成装置。
  8. 像担持体と、
    前記像担持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像担持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現像しトナー像を形成する現像手段と、
    前記像担持体上のトナー像を記録材に転写する転写手段と、
    温度及び／又は湿度を検知する環境検知手段と、
    請求項６の電源装置と、
    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１つに前記出力電圧を供給し、
    前記制御手段は、前記環境検知手段の検知結果に基づいて、複数の前記情報の中から一の情報を選択することを特徴とする画像形成装置。
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