(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ワイヤー，
該放電ワイヤーに高電圧を与えるための圧電トランス，
前記放電ワイヤーの一端と前記圧電トランスの出力を接続する手段，
前記圧電トランスの入力を電気的に励振する手段、および、
前記圧電トランスの振動を前記放電ワイヤーに伝達する手段、
を備えたことを特徴とする荷電装置。
【請求項２】
前記放電ワイヤーの一端と前記圧電トランスの出力を近接して格納する手段、および、前記圧電トランスの機械振動の節を該格納手段に固定する手段、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の荷電装置。
【請求項３】
圧電トランスの固有振動と放電ワイヤーの固有振動が異なる、放電ワイヤーの長さとしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の荷電装置。
【請求項４】
前記圧電トランスの出力端と前記放電ワイヤーを直接に接続したことを特徴とする請求項１，請求項２又は請求項３に記載の荷電装置。
【請求項５】
前記圧電トランスの出力を整流平滑する手段を更に備え、前記接続手段は、この整流平滑手段の出力と前記放電ワイヤーの一端とを接続することを特徴とする請求項１，請求項２又は請求項３に記載の荷電装置。
【請求項６】
前記圧電トランスの入力端が２次側に接続された、１次と２次が絶縁された巻線トランス，
前記巻線トランスの１次側巻線と直列に、直流電源に接続されたトランジスター，
前記整流平滑手段で整流平滑された直流電圧のＧＮＤ側に直列に挿入された出力電流検出用抵抗、および、
該出力電流検出抵抗の電圧が目標電圧と一致するように、前記トランジスターを駆動するパルスの幅を制御する制御手段、
を備えたことを特徴とする請求項５に記載の荷電装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の荷電装置，
該荷電装置によって荷電される感光体，
該感光体を露光して静電潜像を形成する手段，
前記静電潜像を現像する手段，
該現像により形成された顕像を用紙に転写する手段、および、
前記顕像を前記用紙に定着する手段、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ワイヤー、ならびにそれに高圧を印加する、圧電トランスを用いた高圧電源、を備える荷電装置およびそれを用いる画像形成装置に関する。この荷電装置は、最も代表的な用途は、電子写真方式の画像形成において感光体を荷電する荷電装置であるが、その他の用途、例えば、コロナ放電を用いた、感光体上のトナー像を記録紙に転写する装置，空気清浄器，殺菌装置あるいは除電装置にも応用できる。
【０００２】
【従来の技術】
いずれの用途においても、放電ワイヤーに高電圧が加わるので、主に静電吸着により、放電ワイヤーに微粒塵が付着し、これを長時間放置すると付着物が定着し、除去が難かしくなる。したがって従来は、定期的にあるいは所要時に、クリ−ニングパッドで放電ワイヤーを拭って汚れを取ることが行なわれている。また、放電ワイヤーに逆極性の高電圧を印加することにより、放電ワイヤーに付着した、異物を排斥する汚れ防止法もある。
【０００３】
一方、放電ワイヤーの使用休止中に、それに振動を与えて放電ワイヤーに付着した異物を振り落す提案もある。特開昭５８−１８９６６号公報および特開昭５８−１９４０６３号公報には、振動子を金属振動片に圧電素子板を貼り付けたものとし、圧電素子に高圧交流を印加することにより、振動子を励振する。
【０００４】
ところで、放電ワイヤーに印加する高圧を発生する昇圧トランスは比較的に嵩張りかつ高重量である。そこで特公平６−２４４３４号公報には、巻線トランスの二次側に直列にコンデンサーを入れこれで圧電トランスを駆動する事により巻線トランスを小型化した高圧直流電源回路が提示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、放電ワイヤーを用いた荷電装置においては、印加電圧と逆極性の物質が放電ワイヤーに付着する、あるいは浮遊物が放電ワイヤーに付着するという問題が有った。そこで放電ワイヤーに付着した異物を除去するために、所定のタイミングで放電ワイヤーに通常と逆極性の高電圧を印加する方式、またワイヤーの表面を機械的に清掃するためのクリーニング装置を用いる方式が知られている。
【０００６】
しかしながら、いずれの方式も装置が大型，高価，重量になるという問題、及び荷電動作中にはクリーニング動作をすることができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、特別なクリーニング装置を付加することなく、放電ワイヤーの汚れを防止する荷電装置を提供することを第１の目的とし、これに加えて荷電装置の電源装置を小型，軽量，安価とすることを第２の目的とし、更に、荷電装置を高信頼性とすることを第３の目的とし、また、荷電装置の出力を定電流制御する電源装置を、簡素，安価に提供することを第４の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）放電ワイヤー(5)，
該放電ワイヤーに高電圧を与えるための圧電トランス(9)，
前記放電ワイヤーの一端と前記圧電トランスの出力を接続する手段(7/16)，
前記圧電トランスの入力を電気的に励振する手段(30〜48)，
および、
前記圧電トランスの振動を前記放電ワイヤーに伝達する手段(7/15)、
を備えたことを特徴とする荷電装置(QC,MC)。
【０００９】
なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の記号を、参考までに付記した。
【００１０】
これによれば、手段(30〜48)が、圧電トランス(9)の入力を電気的に励振することにより、圧電トランス(9)が高電圧を発生し、放電ワイヤーに高電圧が加わり、放電ワイヤー(9)が荷電、例えば感光体OPCの荷電、を行なう。圧電トランス(9)が電気的に励振されることにより、圧電トランス(9)は機械的に振動する。伝達手段(7/15)が圧電トランス(9)の振動を放電ワイヤー(5)に伝達するので、放電ワイヤー(5)が荷電(例えば感光体OPCの荷電)を行なっているときに、放電ワイヤー(5)が振動し、異物の付着を妨げる。すなわち荷電動作中に放電ワイヤーへの異物の付着防止効果があり、これによって安定した荷電特性を長時間に渡って維持することができる。特別の加振器を用いないので、専用の加振器を必要としない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（２）前記放電ワイヤーの一端と前記圧電トランスの出力を近接して格納する手段(6)、および、前記圧電トランスの機械振動の節(B,D)を該格納手段に固定する手段(8)、をさらに備えたことを特徴とする上記（１）に記載の荷電装置。
【００１２】
手段(6)に、放電ワイヤー(9)の一端と圧電トランス(9)が近接して格納されているので、高電圧のリ−クあるいは減衰の可能性は低く、荷電装置(QC,MC)の信頼性が高い。また周囲に対する高周波ノイズが少い。圧電トランス(9)の振動(B,D)の節すなわち静止点が、固定手段(8)により格納手段(6)に固定され、振動(B,D)の節すなわち静止点で固定手段(8)が圧電トランス(9)を支持するので、固定手段(8)およびこれを支持する格納手段(6)は機械的に振動せず、したがって荷電装置(QC,MC)の基体(1,2,6)は振動しないので、荷電装置(QC,MC)の、それを使用する装置(例えば複写機;図5)への装着に格別な問題を生じない。
【００１３】
（３）圧電トランス(9)の固有振動と放電ワイヤー(5)の固有振動が異なる、放電ワイヤーの長さとしたことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の荷電装置(QC,MC)。これによれば、放電ワイヤー(5)がその固有振動数(共振周波数）で共振（大振幅で振動）することが無いので、大振幅の発生による荷電特性の変動や、異常放電が起きない。また、放電ワイヤー(5)の振動の安定性が高く、大振幅による過大な機械的ストレスが放電ワイヤー(5)に加わらず、放電ワイヤー(5)の疲労が少い。
【００１４】
（４）圧電トランス(9)の出力端と放電ワイヤー(5)を直接に接続したことを特徴とする上記（１），（２）又は（３）に記載の荷電装置(QC;図1)。
【００１５】
（５）圧電トランス(9)の出力を整流平滑する手段(12,13)を更に備え、前記接続手段(16)は、この整流平滑手段の出力と放電ワイヤー(5)の一端とを接続することを特徴とする上記（１），（２）又は（３）に記載の荷電装置(MC;図2)。
【００１６】
（６）前記圧電トランス(9)の入力端が２次側に接続された、１次と２次が絶縁された巻線トランス(48)，
前記巻線トランスの１次側巻線と直列に、直流電源(27/29間のDC24V)に接続されたトランジスター(47)，
前記整流平滑手段(12,13)で整流平滑された直流電圧のＧＮＤ側に直列に挿入された出力電流検出用抵抗(58)、および、
該出力電流検出抵抗の電圧が目標電圧と一致するように、前記トランジスターを駆動するパルスの幅を制御する制御手段(44)、
を備えたことを特徴とする上記（５）に記載の荷電装置(MC;図2)。
【００１７】
これによれば、巻線トランス(48)の２次高圧を更に圧電トランス(9)で昇圧するので巻線トランス(48)の１次／２次巻数比は低くコイル巻回数および鉄心共に小型で済むので、電源回路(HVM)が小型，軽量かつ安価なものとなる。高圧電源の出力基準電位端(60)を、荷電装置(MC)を使用する装置（図5）の構造体（ＧＮＤ）に直接接続し、荷電対象物(OPC)を該構造体（ＧＮＤ）に直接に接続できるので、荷電装置装着のための、使用装置(図5)の構成を簡素にできる。
【００１８】
（７）上記（１）乃至（６）のいずれか１つに記載の荷電装置(QC,MC)，
該荷電装置によって荷電される感光体(OPC)，
該感光体を露光して静電潜像を形成する手段，
前記静電潜像を現像する手段(YD,MD,CD)，
該現像により形成された顕像を用紙に転写する手段(TC)、および、
前記顕像を前記用紙に定着する手段、
を備えたことを特徴とする画像形成装置(図5)。
【００１９】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【００２０】
【実施例】
−第１実施例−
第１実施例の荷電装置ＭＣを図１に示す。この第１実施例は、図５に示す電子写真方式のカラ−プリンタに装着されている。図５に示すカラ−プリンタをまず説明すると、このカラ−プリンタは、感光体ＯＰＣを主帯電器ＭＣで均一に帯電して、そこに光の３原色イエロー（Ｙ），マゼンダ（Ｍ），シアン（Ｃ）に分解した画像情報を書き込み、すなわち画像情報で変調した光で感光体ＯＰＣを露光して各色対応の静電潜像を形成し、それを各色に対応した現像器ＹＤ，ＭＤ，ＣＤで現像して感光体ＯＰＣ上に各色トナー像を重ねて生成し、次に転写紙に転写帯電器ＴＣでトナー像を移動し、すなわち転写し、分離荷電器ＱＣで感光体から転写紙を分離し、分離した転写紙を図示しない定着器に送って、加熱，加圧によりトナー像を転写紙に定着させるものである。
【００２１】
主帯電器ＭＣの放電ワイヤーには、直流高圧電源ＨＶＭにより直流高電圧が印加され、放電ワイヤーが発生するコロナ放電により、感光体が一定の電位に帯電する。複合高圧電源ＨＶＴＱにより、直流高圧が転写帯電器ＴＣに、交流高電圧が分離荷電器ＱＣに印加され、それぞれの放電ワイヤーからのコロナ放電で転写のための電荷発生、分離のための電荷除去が行われる。
【００２２】
電子写真方式のプリンタの中では、現像器からのトナー，転写紙からの紙粉，定着器からのシリコンガス等の浮遊物が僅かながら存在する。放電ワイヤーにはこれらの浮遊物が荷電中あるいは、非作動中に付着するという問題があり、従来は定期的にワイヤーを清掃する必要があった。特にカラープリンタにおいては、転写前に感光体上に３色の現像を行うので、感光体上のトナーが放電ワイヤーに付着しやすい。
【００２３】
本発明の荷電装置の第１実施例である分離荷電器ＱＣを示す図１を参照する。放電ワイヤー５の一端はスプリング４の一端に結合しており、該スプリング４の他端が樹脂ケース１のピン３に係合している。放電ワイヤー５の他端（受電端）は、圧電トランス９の出力端から出たフックの付いた導線７に引っかけて連結されている。圧電トランス９は、その振動（後述）の節の位置で、樹脂ケース６内の該ケ−ス６と一体の固定用突起８に接着剤で固定されている。圧電トランス９の入力リード線１０は、コネクター１１に接続され、複合高圧電源ＨＶＴＱから交流駆動電圧を受ける。両端の樹脂ケース１，６は、両側を金属の板（金属ケ−ス）２で連結されている。この金属ケース２は、ＧＮＤ（機器ア−ス電位）に接続され、コロナ放電の均一性を高める作用を持っている。
【００２４】
圧電トランス９は、入力に電気的振動（振動電圧）を加えると、機械的振動が発生し、圧電トランスの長手方向の寸法にほぼ比例した固有振動で共振する。この機械振動は電気振動に変換され出力に交流電圧が現われる。入力電圧と出力電圧の比は、ほぼ厚みと長さの比であり、大きな昇圧比が得られる。
【００２５】
図４は圧電トランス９の機械的振動の様子を示す図である。Ｂ，Ｄ点は振動の節で、機械的変位が無い。すなわち静止点である。圧電トランス９の固定は、上述のようにこの節Ｂ，Ｄで行っている。Ａ，Ｃ，Ｅは変位が最大と成るところ（振動の腹）である。本実施例における圧電トランス９の共振周波数は７３ＫＨｚである。
【００２６】
図１に示すように、圧電トランス９から得られた交流高電圧を直接放電ワイヤー５に印加することにより、放電ワイヤー５の周りに＋電荷と−電荷が交互に発生し、近傍の帯電物体を除電する働きがある。第１実施例の荷電装置（図１）は、図５の分離荷電器ＱＣに用いられており、感光体ＯＰＣと転写紙との間の密着電荷を除電して、転写紙を感光体から剥離するために用いられている。
【００２７】
圧電トランス９の機械的変位が最大となる出力端７と放電ワイヤー５が、リ−ド７の接続用のフックを介して接続されているので、放電ワイヤー５は、圧電トランス９の振動を受け振動する。樹脂ケース６には、放電ワイヤー５が接触しない様に切り欠きが設けられている。リ−ド７の接続用フックは、圧電トランス９の出力端に一方をフック状にした導線を導電性接着剤で固定したものである。圧電トランス９の出力端に穴を開けてそれを放電ワイヤーの接続部とすることもできる。
【００２８】
−第２実施例−
図２に、第２実施例の荷電装置を示す。これは、図５に示す主帯電器ＭＣとして用いられているものであり、直流高電圧が放電ワイヤー５に加わる。放電ワイヤー５，スプリング４，樹脂ケース１，ピン３，圧電トランスの固定部８，金属ケ−ス２は図１と同じ構成および機能である。放電ワイヤー５の他の受電端は、樹脂ケース６のピン１７に引っかけて固定される。圧電トランス９の入力リード線１０は、コネクター１１に接続され、外部からの駆動信号を受ける。圧電トランス９の出力はリード線１６を介してダイオード１２，コンデンサー１３で整流平滑して、直流高電圧をピン１７に供給する。ピン１７に接続された放電ワイヤー５は直流高電圧により、電荷を発生し近傍の物体を帯電させる。
【００２９】
軽量な絶縁材でできたＬ型の振動伝達材１５の一端は、圧電トランス９の出力端に接着固定されている。他端にはくさび状の切欠きがあり、そこで放電ワイヤー９を挾み込み支持し、圧電トランス９の振動を放電ワイヤー５に伝達する。
【００３０】
圧電トランス９と振動伝達材１５は、圧電トランスの出力端に穴を設けそこに振動伝達材１５を挿入固定、あるいは圧電トランスに接続する状態で置かれる構造でも良い。放電ワイヤー５と振動伝達材１５は接着固定、あるいは先端をフック状にしてワイヤーに引っかける構造、あるいは接触する状態で置かれる構造でも良い。振動伝達材１５は、圧電トランス９と放電ワイヤー５の位置により、Ｌ型以外の任意の形状としうる。
【００３１】
放電ワイヤー５は長さで決まる固有振動数を持っている。この固有振動数と同じ振動をワイヤー５に与えると、放電ワイヤー５は大きな振幅で振れる。放電ワイヤーが大きく振動すると、放電ワイヤー５と金属ケ−ス２との距離が近づき異常放電を起こす。あるいは放電ワイヤー５と感光体ＯＰＣとの距離が変動するために、安定した帯電あるいは除電ができないという問題を生じる。また、大振幅のワイヤー振動はワイヤーに機械的なストレス又は疲労をもたらす。そこで圧電トランス９の振動数と放電ワイヤー５の固有振動数を異なる様に、すなわち、圧電トランス９の振動に放電ワイヤー５が共振しないように、放電ワイヤー５の長さを決めている。
【００３２】
図３に、図２の圧電トランス９を励振する高圧電源ＨＶＭの構成を示す。電源入力端子２７，２９にＤＣ２４Ｖを接続し、トリガー端子２８を低レベルＬにするとトランジスター３８がＯＮ（導通）して、スイッチングレギュレ−タ（ＳＷレギュレータ）ＩＣ  ４４に電源が供給される。ここでＩＣ  ４４は、テキサスインスツルメント（ＴＩ）社製ＴＬ４９４を用いた。ＩＣ  ４４はコンデンサー４２と抵抗４３で決まる周波数でスイッチングを行う。ここでは該周波数を７３ＫＨｚとした。ＩＣ  ４４からのステッチング信号でトランジスター４７をＯＮ／ＯＦＦ（非導通）駆動することにより、巻線トランス４８の一次側を励磁し、巻線トランス４８の２次側に昇圧交流を得る。
【００３３】
巻線トランス４８の２次側は圧電トランス９の入力に接続され、圧電トランス９を駆動し、圧電トランス９の出力側にさらに昇圧した高電圧交流を得る。ダイオード１２とコンデンサー１３が、この高電圧交流を整流し平滑化して直流高電圧とする。出力電圧は抵抗１４，５５で降圧してＩＣ  ４４に帰還する。出力電流は抵抗５８で検出してＩＣ  ４４に帰還する。コンデンサー５４，５７は高周波成分除去用である。トランス４８は１次と２次が絶縁されている。この絶縁型トランスを用いない場合は、感光体ＯＰＣをプリンタのＧＮＤから絶縁して、高圧電源ＨＶＭの出力基準電位端であるＧＮＤ（６０）に直接接続する必要があるが、本実施例では、絶縁トランス  ４８を用いることにより、感光体ＯＰＣはプリンタのＧＮＤに直接に接続される。すなわち感光体ＯＰＣは最も一般的な形で機器ア−ス接続される。
【００３４】
図３に示す高圧電源ＨＶＭの出力電流の目標値及び出力電圧の目標値は、ＩＣ  ４４の内部の基準電源回路と抵抗３２，３３によって作られ、ＩＣ  ４４はこれと検出値を比較して、その差に応じてトランジスター（４７）を駆動するパルス幅を制御する。本実施例では、出力電圧の目標値は無負荷等による出力最大電圧を制限する値であり、出力電圧が該最大電圧未満の間は、ＩＣ  ４４は、抵抗５８で検出した出力電流が目標値となるように、トランジスター４７のＯＮ／ＯＦＦ駆動をＰＷＭ（Pulse Width Modulation)制御する。定電圧制御を優先とし、出力短絡等の負荷異常による最大電流を制限する使用態様では、検出抵抗５８を、出力短絡等の異常時の電流を検出する値のものに変更する。
【００３５】
図２に示す第２実施例の荷電装置ＭＣは、図５の主帯電器ＭＣとして用いられ、図３に示す高圧電源ＨＶＭが図５に示す高圧電源ＨＶＭであるが、図５に示す転写帯電器ＴＣも、図２に示す第２実施例と同一構造の荷電装置が用いられており、この転写帯電器ＴＣの高圧電源（ＨＶＴＱ内）も、図３に示す高圧電源と同様な回路構成となっている。図５において、主帯電器ＭＣは感光体ＯＰＣに電荷を与えその表面電位を所定の値にするために用いられ、転写帯電器ＴＣは転写紙の裏側から電荷を与え感光体ＯＰＣ上のトナーを転写紙側に引き寄せるために用いられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の荷電装置ＱＣの平面図である。
【図２】本発明の第２実施例の荷電装置ＭＣの平面図である。
【図３】図２に示す荷電装置ＭＣの放電ワイヤー５に給電する高圧電源ＨＶＭの電気回路図である。
【図４】図１および図２に示す圧電トランス９の平面図であり、その振動による長手方向各部の変位をも誇張してグラフで示す。
【図５】図１および図２に示す荷電装置ＱＣ，ＭＣを装備したカラ−プリンタの構成概要を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：樹脂ケ−ス    ２：金属ケ−ス
３：ピン          ４：スプリング
５：放電ワイヤー  ６：樹脂ケ−ス
７：フック付のリ−ド
８：固定用突起    ９：圧電トランス
１０：入力リ−ド線
１１：コネクター  １２：ダイオ−ド
１３：コンデンサ  １４：抵抗
１５：振動伝達材  １６：リ−ド線
１７：ピン        ２７，２９：直流電源入力端子
２８：トリガ−端子
４４：レギュレ−タＩＣ
【図１】
0003591557.tif 000002
【図２】
0003591557.tif 000003
【図３】
0003591557.tif 000004
【図４】
0003591557.tif 000005
【図５】
0003591557.tif 000006