JPS6155979A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は電源装置に係り、更に詳しくは圧電セラミック
トランスを用いた高圧の電源装置に関するものである。

［従来技術］ 従来においては複写装置などの高圧発生用の電源装置と
しては巻線トランスを用いたものがほとんどであった・ 一方、巻線トランスとは全く構造の異なったトランスと
しては圧電セラミックトランスが知られている。

圧電セラミックトランスのよく知られた構造例を第１図
に示す。

ｆ５１図において符号１で示すものはセラミックの誘電
体でその一端側には上下に電極２，３が固定されており
、両者間に一次側の交流電圧４が印加される。

この−次側の交流電圧が印加される電極２．３の部分は
駆動部５と呼ばれている。

一方、駆動部５以外の部分は発電部６と呼ばれ、その一
端である誘電体ｌの端部には電極７が固定されており、
この電極が出力電極となっている。

この電極７と駆動部５側の電極３との間から出力８が取
り出される。

以上のような構造のもとに電極２．３側に一次側の交流
電圧が印加されると誘電体１は機械的振動を発生する。

この結果、圧電素子であるセラミックの誘電体１の圧電
性の横効果により誘電体１がｆＪＳ１図において左右方
向に振動され電極５．７間に高電圧が発生する。

このような構造を有する圧電セラミックトランスは巻線
を必要とせず小型で高電圧を取り出すことができ、複写
装置等の高圧電源としては大きなメリットがある。

しかし、入力側である駆動部５と出力側である発電部６
との間を絶縁することができず、電気の専門家ではない
複写装置の利用者にとっては安全上問題がある。

また、構造が簡単であるだけに種々の高圧出力を得るた
めの制御が困難である。

また、構造が簡単であるだけに種々の高圧出力を得るた
めの制御が困難である。

また、巻線トランスでは二次側に複数の巻線を巻いてそ
れぞれ絶縁された複数の出力を得ることができるが、圧
電セラミックトランスの従来構造では複数の出力を得る
ことができない。

［目　的］ 本発明は以上のような従来の欠点を除去するために成さ
れたもので、それぞれ絶縁された出力を得ることができ
るように構成した圧電セラミックトランスを用いた電源
装置を提供することを目的としている。

〔実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

［第１実施例］ 第２図及び第３図は本発明の一実施例を説明するもので
第２図には圧電セラミックトランスの概略構成が示され
ている。

第２図において符号１０で示すものはセラミックの誘電
体で、その上下にセラミックからなる駆動部１１と発電
部１２とが接着剤などによって固定されている。

駆動部１１はセラミック基板１１ａの上下に電極１４．
１５が形成されている。

そして、下側の電極１４の一部は分離されて帰還用［ｆ
ｉ１６を構成している。

帰還用電極１６は電力増幅器１７の入力側に接続され、
電力増幅器１７の出力側は電極１４側へ接続されている
。

発電部ｌｚ側のセラミック基板１３の両端部には電８ｉ
１８．１９が固定されている。

−・方、入力電圧２０は前記電力増幅器１７に入力され
、出力電圧２１は電ａ１８，１９間から取り出される。

以上のような構成のもとに電力増幅器１７に交流の入力
電圧２０を印加すると電力増幅器１７が励振し、その高
圧の出力励振は発電部１１の電極１４を介してセラミッ
ク基板１１ａの機械的励振に変換される。

セラミック基板１１ａがＪ１Ｂ動すると電極１５゜１６
間に電圧が発生し、帰還用電極１６を介してこの電圧が
電力増幅器１８に帰還され電力増幅器１８は自助発振す
るようになる。

この結果、駆動部１８も自動発振するようになる。

一方、駆動部１８のセラミック基板１１ａは第２図に矢
印Ｙで示す方向へ分極しており、前記自助発振によりＹ
方向に交流電界が印加されると圧電性の横効果により第
２図に矢印Ｘで示す方向にセラミック基板が振動される
。

このＸ方向の振動は誘電体１０を介して、発電部１２の
セラミック基板１３に伝達される。

発電部１２のセラミック基板１３はＸ方向に分極処理が
なされており、Ｘ方向に残留分極を有する。

従って圧電性の縦効果により′ｒｒ！、極１８，１９１
！！＋に高電圧が発生する。

駆動部１１側の周波数は自動作用により駆動部１１、誘
電体１０．発電部１２を含めた系の機械的固有振動数に
自動的に一致するため、系全体は機械的共振を生じ、大
振幅へ振動する。

この結果発電部１２の電極１８．１８間には高電界が発
生する。

一方、駆動部１１の電極１４．１５間のインピーダンス
は最小となるため、−次側、二次側の電圧比として極め
て大きな値が得られる。

ところで、以上のようにｍ成された圧電セラミックトラ
ンスを複写装置に適用した例を第３図に示し、発電部を
第４図に示す。

第３図及び第４図において第２図と同一部分には同一符
号を付し、その説明は省略する。

まず、ｌ？ｉ電部の構造について説明する。

発電部は第２図に示した原理を応用して複数種類の出力
が取り出される構造となっている。

すなわち、誘電体１０上にｍ長い複数個のセラミック基
板１３ａ〜１３ｃを固定し、それぞれのセラミック基板
１３ａ〜１３ｃの両端部に電極１８ａ　〜１８ｃ、１９
ａ　〜１９ｃが設けられている。

また、セラミック基板１３ａの途中には電圧検出用の電
極１９ｄが設けられている。

この電極１９ｄは電極１９ａに発生する出力電圧の所定
の分圧比が発生するような位置に設けられている。

このような構造により複数個の出力が得られるように描
威しである。

このような構造を有する圧電セラミックトランス全体を
ｆｊＳ３図において符号Ａで示しである。

次に上述した構造を有する圧電セラミックトランスを用
いた複写装置について説明する。

第３図において、符号２４で示すものは感光ドラムで、
その周囲には一次帯電器２５．現像器２６、転写帯電器
２７．クリーナ除電器２８が配置されている。

符号ｚ９で示すものはトナーをかき落とすブレード、符
号３０で示すものは記録紙、符号３１で示す矢印は原稿
から反射されてきた反射光を示す。

現像ローラ２６には現像バイアスとして電極１９ｄから
１〜２ＫＶの交流電圧が供給される。

また、クリーナー帯電器ｚ８には１！極１９ａから９〜
１２Ｋｖの交流電圧が印加されている。

そして、転写帯電器２７には電極１９ｂの出力を高圧ダ
イオードＤ１により整流し、−５〜−７ＫＶの直流電圧
が印加される。

−成帯電器２２には電極１９ｃの出力を高圧ダイ−オー
ドＤ２により整流して、−５〜−７ＫＶの直流電圧が印
加される。

以上のような構成のもとに感光ドラム２４が矢印で示す
ように第３図中時計方向に回転されると、−次・薪電器
２５により感光ドラム２４の表面は一様に帯電され、さ
らに原稿からの反射光３１により露光部分の電荷を取り
除き、静電潜像が形成される。

続いて、現像器２６により感光ドラム２４上の静電？ｆ
Ｉ像は逆極性の電荷をもつトナーと結合され粉像となる
。

この粉像は記録紙３０に対し転写ｉＦ？ＩＥ器２７によ
り発生されるコロナ（トナーとは逆極性）により転写さ
れる。

粉像を転写された転写紙は図示していない定着器で定着
された後、外部に排出される。

感光ドラム２４上に残ったトナーはブレード２９によっ
てかき落され、残留電荷はクリーナー帯電器２８によっ
て取り除かれる。

なお、第３図において圧電セラミックトランスＡ内に示
された矢印が誘電体１０による駆動部から発電部への機
械的エネルギーの伝達状態を示している。

このようにして駆動部と発電部とがａ８電体１０によっ
て絶縁され、極めて安全であり、かつ複数種類の出力が
安定して得られる圧電セラミックトランスを用いた電源
装置を得ることができる。

［第２実施例］ 第５図は本発明の第２の実施例で図中第２図〜第４図と
同一部分または相当する部分には同一符号を付し、その
説明は省略する。

第５図において符号３１で示すものは圧電セラミックト
ランスで駆動部１１の帰還電極１６の出力は帯域フィル
タ３２を介して差動増ｌ１ｉｌ器３３に入力される。

帯域フィルタ３２は圧電セラミック；・ランス３１全体
の機械的固有振動数ｆＯを中心周波数とするフィルタで
ある。この帯域フィルタ３２によりｆＯ以外のスプリア
ス部分を除去して安定した発振を行なう。

電極１９ｄに発生した電圧は整流回路３６によって整流
された後、差動増幅器３７に導かれる。

差動増幅器３７は端子３８に印加される基準電圧と、整
流された電圧とを比較し、差動増幅器３３と入力側との
間に挿入されている抵抗可変素子３９の抵抗値を制御す
る出力を出す。

抵抗可変素子３９の抵抗値により差動増幅器３３、電力
増幅器１７の出力が変化し、発電部１２の出力は一定に
保たれる。

ところで、帯域フィルタ３２．差動増幅器３３、ＴＬ力
増幅器１７は電圧セラミックトランス３１と閉ループを
形成した時発振条件が最良になるような位相関係を満足
するようにそれぞれの定数が選ばれている。

いま、第５図に示すように抵抗可変素子３９と、差動増
幅器３３の出力との間に挿入された抵抗器Ｒ１の抵抗値
をＲ９抵抗可変素子３９の抵抗値をＲｘとすると差動増
幅器３３の利得Ａは次式％式％ このような回路構成を採用すれば発電部１２の出力を定
電圧化することができる。

なお、第５図に示した実施例にあっては定電圧制御のた
めの電圧検出用の電極１９ａを設けた例を示したがこの
電極１９ａを設けず、出力電圧を抵抗分割し、検出用の
電圧を取り出してもよい。

また、定電圧制御のための検出電圧は駆動部側から取り
出してもよい。

また、１個の駆動回路で複数個の圧電セラミックトラン
スを駆動するようにしてもよい。

なお１発電部側で出力電圧の検出を行なうと一次側だけ
で処理でき、構造が簡略化される。

ところで、圧電セラミックトランスの駆動方式としては
自動方式と他動方式とがあるが、自動方式では圧電セラ
ミックトランスの固有振動数ｆＯに自動的に発振周波数
が一致するため最大出力が得られるどいう利点がある反
面立ち上がり時間が遅く、発振強度を幅広いレンジで安
定して変えることができないという欠点がある。

また他動方式では逆に発振強度を幅広いレンジで安定し
て変化させることができ、立ち上がり時間も早いという
利点を有する反面、電圧セラミックトランスの固有振動
数ｆＯと他動周波数が完全に一致することはないため最
大出力が得られないという決定的な弱点がある。

このような自動方式、他動方式のもつ欠点を補完したも
のが次に示す実施例である。

［第３実施例］ 第６図は本発明の第３の実施例を説明するもので、自助
及び他動の両方式を混合した構造となっている。

第６図において符号４０で示すものは帯域フィルタ３２
と電力増幅器１７との間に設けられた発振器で、立ち上
がり時あるいは発振強度が低い時にこの発振器４０の固
有周波数によって駆動部１１が励振される。

一方、発振強度が大きくなると帰還電極の出力が大きく
なり、発振器４０の出力は自動状態から電圧セラミック
トランスよりの帰還出力に同期するようになる。

圧電セラミックトランスの帰還出力に同期するようにな
ると閉ループが形成されて発振周波数は圧電セラミック
トランスの固有振動数ｆＯに一致するようになる。

このような構造を採用すれば自助及び他動のそれぞれの
方式がもつ弱点を補完した圧電セラミックトランスを備
えた電源装置を得ることができる。

７３７図に発振器４０の具体的な構造を示す。

第７図において符号Ｑで示すものは差動増ｖＡ器で、正
帰還発振回路を構成する。

この発振器４０は同期入力が小さい場合には抵抗Ｒ１−
Ｒ４，コンデンサＣ１，Ｃ２等の差動増幅器Ｑの周辺の
回路定数のみで決定される発振周波数ｆ１で自助発振が
行なわれる。

また、同期入力ｆＯが周波数ｆ１の近傍で振幅が大きく
なるとｆＯに同期して出力周波ｆｉｆＯになる。

［効　果］ 以上の説明から明らかなように１本発明によれば、Ｐｌ
！電体の一方の側に駆動、他方の側に複数個の５１１′
：ｙ、部を設けた構造を採用しているため、複数個の出
力を得られる小型で安価な電源装置を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来構造を示す説明図、第２図〜第４図は本発
明の第１の実施例を説明するもので、第２図は原理を説
明する斜視図、第３図は複写装置に適用した概略構成図
、第４図は発電部の詳細を示す説明図、第５図は本発明
の第２の実施例を説明するブロック回路図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力側に接続される駆動部と出力側に接続 する発電部とを有する圧電セラミックトランスを備えた
   電源装置において、誘電体の一方の側に駆動部を設け、
   他方の側に複数の発電部を設け、駆動部の電極の一部を
   分離して帰還用電極とし、この電極は電力増幅器の入力
   側に接続し、残りの電極部分を電力増幅器の出力側に接
   続し、駆動部を自励発振させ電気的信号を機械的信号に
   変換しこの振動を誘電体を介して発電部に伝え、この発
   電部において機械的信号を電気的信号に変換するように
   構成したことを特徴とする電源装置。