(57)【要約】【課題】  圧電トランスを用いた電源装置の小型化を目的とする画像形成装置に用いる高圧電源装置の提供。【解決手段】  圧電トランス、圧電トランス保持部材、圧電トランス支持部材、一次制御回路、高圧整流回路、電圧検知回路及び回路基板を備え、圧電トランス形成基板を支持部材によって電気的に接続し、圧電トランスと回路形成基板との間に電気回路を形成する。【選択図】        図１
2006158033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、静電潜像にトナー像を形成する現像手段と、トナー像を転写材に転写する転写手段と、トナー像を転写された被転写部材にトナーを加熱定着させる定着手段、及び被転写部材を搬送するために搬送手段により構成される画像形成装置に用いる高圧電源装置であって、潜像形成手段、現像手段ならびに転写手段の少なくとも一つ或いは、全てに高圧バイアス発生部からのバイアスが印加される構成であって、前記高圧バイアス発生部は圧電セラミックス振動体に一次電極及び二次電極を形成した圧電トランスにより構成される。前記圧電トランスは一次電極に交流電圧が印加することにより圧電セラミックス振動体に機械的振動が励振され二次電極から高電圧が出力される。前記圧電トランスの無振動箇所、即ち節の部分にて前記圧電トランスを保持するための保持部材と、前記圧電トランスと回路形成基板を電気的に接続する支持部材を有し、前記圧電トランスと前記回路形成基板の間に電気回路を構成することを特徴とする画像形成装置に用いる高圧電源装置。
【請求項２】
圧電トランスと回路形成基板の間に形成する電気回路が、一次電極に印加する交流電圧の周波数を可変するための一次制御回路、二次電極から出力される交流高電圧を整流するための整流回路、整流後の直流高電圧或いは電流を検出し一次制御回路に信号を伝達し、一次制御回路動作により直流高電圧出力値を制御するための出力電圧検出回路の全て、或いは一部であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置に用いる高圧電源装置。
【請求項３】
圧電トランスと回路形成基板の間に形成する電気回路が二つ以上の前記一次制御回路、二つ以上の前記整流回路、二つ以上の前記出力電圧検出回路の全て、或いは一部であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置に用いる高圧電源装置。
【請求項４】
圧電トランスと回路形成基板を電気的に接続する支持部材が回路構成部品であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置に用いる高圧電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、複写機等の、電子写真方式などの画像形成装置に用いる高圧電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた画像形成装置の高圧電源装置においては、巻線式の電磁トランスを使用していたが、高電圧に対する安全性を考え、電気絶縁性を保つため，一次側と二次側とを分離させなければならず、電力の変換効率は悪いものとなっていた。また電磁トランスは、導線、ボビン、磁芯で構成されており、導線は複数回の巻線構造をとっているために巻線相互のレアショート等は、構造上避けられないものとなっていた。この場合の安全性を確保するための保護回路等の対策を行う必要があり、回路構成の増大、コストアップを招き、更に小型化を行うための障害の一つとなっていた。これらの欠点を補うために圧電セラミックス振動体を用いた圧電トランスを用いる検討が行われた。セラミックス振動体を用いることにより、巻線のレアショート等に対する配慮は必要なくなり、更に高圧電源装置の小型化、軽量になり、電力の変換効率が高いなど、優れた特徴を持っている。図６に従来から用いられている圧電トランス３０を使用した高圧電源装置を示す。圧電セラミックス振動体７に一次電極６、二次電極８が塗布されており、圧電セラミックス振動体７を収納するための圧電トランスケース２５に一次入力端子２９、二次出力端子２７、ＧＮＤ端子２８が装着されており、一次入力端子２９からは一次リード線５により一次電極６に接続され、二次出力端子２７からは二次リード線９により二次電極８に接続され、ＧＮＤ端子２８からは圧電セラミックス振動体７のＧＮＤ電極にリード線で接続されている。圧電セラミックス振動体７は、駆動時（即ち振動時）に変位量の最も少ない箇所、これを節１４とし、この節１４にて圧電セラミックス振動体７を保持する圧電トランスケース２５に接着固定されている。一次入力端子２９、二次出力端子２７、ＧＮＤ端子２８の先端は、半田付けが可能な突出した形状となっており、圧電トランス３０が回路基板１６に搭載されている。入力コネクタ１は不図示の画像形成装置本体の制御ユニットに接続され、高圧出力のＯＮ／ＯＦＦ並びに、高圧出力電圧値を設定する。回路基板１６には制御回路２、圧電トランス３０、整流回路１０そして高圧出力電圧検出回路１１が形成されており、出力コネクタ１３から高圧電圧を出力する。
【０００３】
圧電トランスの実装構造に関して各種提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１４１５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例では以下のような欠点があった。
【０００５】
従来の技術で明記した圧電トランスを用いた高圧電源装置の場合、圧電セラミックス振動体を外部接続用端子の形成された圧電トランスケースと一体化した形状の圧電トランスユニットを回路基板に直接実装することにより高圧電源装置を実現しているために、圧電トランスユニットの大きさに制限されてしまい、高圧電源装置の更なる小型化、画像形成装置への最適配置が困難であるという課題があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解消するためになされたもので、圧電セラミックス振動体を用いた圧電トランスの安全性、出力性能を低下させることなく、画像形成装置への効率的最適配置をも可能となる更なる小型化を可能とした圧電トランスを用いた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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、圧電トランスを用いた高圧電源装置において、圧電トランスと回路形成基板を支持部材によって電気的に接続し、圧電トランスと回路形成基板との間に電気回路を形成することを特徴とする。
【０００８】
本出願に係る第２の発明は、請求項１に記載の高圧電源装置において、圧電トランスと回路形成基板との間に形成される電気回路が、交流電圧の周波数発生手段、周波数可変手段などから成る一次制御回路、出力交流電圧を整流するための整流手段、整流後の高圧電圧を検出する電圧検出手段、或いは、負荷に流れる電流を検出する電流検出手段であることを特徴とする。
【０００９】
本出願に係る第３の発明は、請求項１に記載の高圧電源装置において、圧電トランスと回路形成基板との間に形成される電気回路が、交流電圧の複数の周波数発生手段、周波数可変手段などから成る複数の一次制御回路、出力交流電圧を整流するための複数の整流手段、整流後の高圧電圧を検出する複数の電圧検出手段、或いは、負荷に流れる電流を検出する複数の電流検出手段であることを特徴とする。
【００１０】
本出願に係る第４の発明は、請求項１に記載の高圧電源装置において、圧電トランスと回路形成基板を電気的に接続する支持部材として、回路形成部品を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本出願に係る第１、第２の発明によれば、圧電トランスを用いた高圧電源装置において、圧電トランス保持手段としてのケース部材を支持部材によって回路形成基板と接続し、また、その支持部材によって圧電トランスと回路形成基板を電気的に接続することで、圧電トランスと回路形成基板の間に部品を配置し、支持部材の周りに効率的に一次制御回路、整流回路、出力電圧検出回路を形成することが可能となる。このように、従来の圧電トランス実装スペースによる部品配置、パターン形成の制約を減らすことによって、高圧電源装置の更なる小型化が可能となる。
【００１２】
本出願に係る第１、第３の発明によれば、二つ以上の圧電トランスを用いた高圧電源装置において、それぞれの圧電トランスについて、圧電トランス保持手段としてのケース部材を支持部材によって回路形成基板と接続し、また、その支持部材によって圧電トランスと回路形成基板を電気的に接続することで、圧電トランスと回路形成基板の間に部品を配置し、支持部材の周りに効率的に一次制御回路、整流回路、出力電圧検出回路を形成することが可能となる。特に圧電トランスを近接して配置した場合に、高圧部品など大型の部品を複数の圧電トランス実装スペースに跨って効率的に配置することで、高圧電源装置の更なる小型化が可能となる。
【００１３】
本出願に係る第１、第４の発明によれば、圧電トランスを用いた高圧電源装置において、圧電トランス保持手段としてのケース部材を回路形成基板と接続し、また圧電トランスと回路形成基板を電気的に接続する支持部材として回路構成部品を用いることにより、従来基板上に必要であった部品配置領域及び沿面距離が削減でき、高圧電源装置の更なる小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
（第１の実施例）
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図２は、本実施形態のレーザビームプリンタ２００の構成概略図である。レーザプリンタ２００は記録紙Ｐを収納するデッキ２０１を有し、デッキ２０１から記録紙Ｐを繰り出すピックアップローラ２０２、前記ピックアップローラ２０２によって繰り出された記録紙Ｐを搬送するデッキ給紙ローラ対２０３、２０４が設けられている。
【００１６】
そして、記録紙Ｐを同期搬送するレジストローラ対２０５が配設されている。また、レジストローラ対の下流には、レーザスキャナ部２０６，２０７，２０８，２０９からのレーザ光に基づいてトナー像を感光ドラム２１０、２１１，２１２，２１３と、感光ドラムを均一な電位に帯電するための帯電ローラ２３０、２３１，２３２，２３３、潜像にトナーを載せ現像するための現像スリーブ２３４，２３５，２３６，２３７などを具備したプロセスカートリッジが配設されている。
【００１７】
感光ドラム２１０，２１１，２１２，２１３上に形成されたトナー像を中間転写材２１８上に転写するためのローラ部材２１４、２１５，２１６，２１７（以後一次転写ローラと記す）、中間転写材２１８上に形成された画像を記録紙Ｐに転写する転写ローラ２１９部材（以後二次転写ローラ）が二次転写ユニット駆動カム２２１にて駆動される二次転写ユニット２２０に配設されている。更に記録紙Ｐの電荷を除去し中間転写材２１８からの分離を促進するための放電部材２２２（以後除電針と記す）が配設されている。帯電ローラ２３０，２３１，２３２，２３３，現像スリーブ２３４，２３５，２３６，２３７、転写のためのローラ部材２１４，２１５，２１６，２１７、及び、中間転写材２１８上に形成された画像を記録紙Ｐに転写する転写ローラ２１９には、高圧電源装置２３８から高圧バイアスを印加する構成になっている。
【００１８】
さらに、除電針２２２の下流に記録紙Ｐ上に転写されたトナー像を熱定着するために内部に加熱用のハロゲンヒータ２２３を備えた定着ローラ２２４と加圧ローラ２２５対、定着ローラ２２４と加圧ローラ２２５対の下流には、記録紙を排紙する排紙ローラ対２２６，２２７が配設されている。
【００１９】
高圧電源装置詳細を説明するために図３（ａ），（ｂ）及び図１に基づき説明を進める。
【００２０】
図３（ａ）は、本発明の形態に係る高圧電源装置の代表的構成を示すブロック図であり、同図中１は、不図示の画像形成装置本体制御回路に接続される入力コネクタであり、７は圧電セラミックス振動体である。圧電セラミックス振動体７の出力は、ダイオード１０５、１０６及びコンデンサ１０７から構成される高圧整流回路１０にて整流平滑され出力コネクタ１３により出力され負荷に接続される。この高圧整流回路の他端（即ち、ダイオード１０６のカソード側）は抵抗１０８，１０９から成る高圧検出回路１１に接続される。高圧出力Ｅｄｃ（Ｖ）は抵抗１０８、１０９により分圧され抵抗１１０を介してオペアンプ１１３の反転端子（−）に接続される。このときオペアンプ１１３の反転端子（−）に発生する電圧Ｖｓｎｓ（Ｖ）は
Ｖｓｎｓ  ＝  Ｅｄｃ＊Ｒ１０９／（Ｒ１０８＋Ｒ１０９）      （式１）
であらわされる。またオペアンプ１１３の非反転端子（＋）は不図示の画像形成装置本体制御回路に接続される。オペアンプ１１２の出力端は電圧制御発振器（ＶＣＯ）１０１に接続され、この電圧制御発振器１０１の出力端は、電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴ）１０２のゲートに接続される。ＦＥＴ１０２のドレインはインダクタ１０３を介して電源に接続されると同時に圧電トランス３０の一次側電極に接続される。一次電極の他端はＧＮＤ電極として接地される。
【００２１】
図３（ｂ）は、圧電セラミックス振動体７の駆動周波数に対する出力電圧の特性を示したものである。同時に示すように共振周波数ｆ０において出力電圧が最大となり、周波数に依る制御が可能であることがわかる。規定出力電圧Ｅｄｃ出力時に駆動周波数がｆｘである。出力電圧Ｅｄｃが上がると、オペアンプ１０３の電圧Ｖｓｎｓが上がり、オペアンプ１０３の出力端子の電圧は下がる。このとき電圧制御発振器１０１は入力電圧が下がると出力周波数が上がるような動作を行うものとすると、圧電セラミックス振動体７の駆動周波数が上がる。従って共振周波数ｆｘより少し高い周波数で圧電セラミックス振動体７は駆動される。圧電セラミックス振動体７の駆動周波数が上がると出力電圧は下がるよう制御される。
【００２２】
また、出力電圧Ｅｄｃが下がった場合には、オペアンプ１０３の電圧Ｖｓｎｓが下がり、オペアンプ１０３の出力端子電圧は上昇する。
【００２３】
このとき電圧制御発振器１０１は入力電圧が上がると出力周波数が下がるような動作を行うものとすると、圧電セラミックス振動体７の駆動周波数が下がる。従って共振周波数ｆｘより少し低い周波数で圧電セラミックス振動体７は駆動される。圧電セラミックス振動体７の駆動周波数が下がると出力電圧は上がるよう制御される。
【００２４】
よってオペアンプ１１３の（＋）端子に入力される画像形成装置本体制御回路で決定される電圧に等しくなるよう定電圧制御されることとなる。
【００２５】
これまでの説明では、高圧電源回路の説明を主にしているため、圧電セラミックス振動体７の入出力用端子等の詳細説明は省略した。以下  図１を用いて構造について詳細に説明を進める。
【００２６】
図１は、このような動作を行う圧電トランスを用いた高圧電源装置の構成を示したものである。圧電セラミックス振動体７に一次電極６、二次電極８が形成され、圧電セラミックス振動体７の機械的変位量の最も少ない節１４にて、圧電トランスケース２６により固定、保持されている。
【００２７】
一次電極６は一次電極リード線５、一次入力端子３４及び支持部材３１により、制御回路（ＶＣＯ）２に接続されている。また画像形成装置制御回路との接続は、入力コネクタ１により行われる。
【００２８】
一次電極６の他方は、ＧＮＤ電極として、圧電トランスケース２６に形成されたＧＮＤ端子３５、支持部材４１により、制御回路（ＶＣＯ）２のＧＮＤ回路と接続されている。
【００２９】
二次電極８は二次電極リード線９、二次出力端子３６及び支持部材５１により、高圧整流回路１０に接続され、高圧整流回路１０は電圧検出回路１１に接続されている。この高圧電源装置の出力は高圧出力端子１３により画像形成装置本体の負荷に接続される。
【００３０】
このような構造により、支持部材３１、支持部材４１、及び支持部材５１によって圧電トランスと基板１２の間にスペース４を設け、支持部材３１、支持部材４１の周りに制御回路（ＶＣＯ）２を構成する部品を配置できるようにし、また、支持部材５１の周りに高圧整流回路１０を構成する部品を配置できるようにすることで部品配置の自由度を増している。このような構造が可能となるのは、圧電トランス３０が巻線構造を持たず磁気結合の影響がないため、基板と圧電トランスとの間に部品を配置可能であること、また、圧電トランス３０の一次入力端子３４と二次出力端子３６の基板上での距離、及びＧＮＤ端子３５と二次出力端子３６の基板上での距離が高圧整流回路の沿面距離を考慮した際に十分離れていることに起因している。
【００３１】
このように圧電トランスケース２６、支持部材３１、支持部材４１、及び支持部材５１によって圧電トランス３０を保持し、支持部材３１、支持部材４１、及び支持部材５１によって圧電トランス３０と基板１２を電気的に接続し、圧電トランス３０と基板１２の間のスペース４に部品を配置できるようにすることで、高圧電源装置２３８の更なる小型化が可能となる。
【００３２】
又、画像形成装置の説明を、タンデム方式のカラー画像形成装置を例に説明しているが、高圧バイアスを用いた画像形成装置についても本発明の適用範囲とする。
【００３３】
（第２の実施例）
図４は第２の実施例を説明する図である。
【００３４】
第１の実施例との主たる相違点は、一つの圧電トランスを構成する制御回路（ＶＣＯ）と高圧整流回路を二つの圧電トランスと回路形成基板の間に配置していることである。
【００３５】
図４を基に説明を進める。圧電トランス３０の一次電極６は、一次電極リード線５、一次入力端子３４及び支持部材３１により、制御回路（ＶＣＯ）４０２に接続されている。また画像形成装置制御回路との接続は、入力コネクタ１により行われる。一次電極６の他方は、ＧＮＤ電極として、圧電トランスケース２６に形成されたＧＮＤ端子３５、支持部材４１により、制御回路（ＶＣＯ）４０２のＧＮＤ回路と接続されている。二次電極８は、二次電極リード線９、二次出力端子３６及び支持部材５１により、高圧整流回路１０に接続され、高圧整流回路１０は電圧検出回路１１に接続されている。この高圧電源装置の出力は高圧出力端子１３により画像形成装置本体の負荷に接続される。
【００３６】
同様に、圧電トランス３３０の一次電極３０６は、一次電極リード線３０５、一次入力端子３２９及び支持部材３３１により、制御回路（ＶＣＯ）３０２に接続されている。また画像形成装置制御回路との接続は、入力コネクタ３０１により行われる。一次電極３０６の他方は、ＧＮＤ電極として、圧電トランスケース３２５に形成されたＧＮＤ端子３２８、支持部材３４１により、制御回路（ＶＣＯ）３０２のＧＮＤ回路と接続されている。二次電極３０８は、二次電極リード線３０９、二次出力端子３２７及び支持部材３５１により、高圧整流回路３１０に接続され、高圧整流回路３１０は電圧検出回路３１１に接続されている。この高圧電源装置の出力は高圧出力端子３１３により画像形成装置本体の負荷に接続される。
【００３７】
圧電トランス３０、圧電トランス３３０は磁気結合の影響を受けないため互いに近接した配置が可能であり、制御回路（ＶＣＯ）４０２、及び高圧整流回路１０を、支持部材３１、支持部材４１、及び支持部材５１によって基板３１２と圧電トランス３０の間に設けたスペース３２と、支持部材３３１、支持部材３４１、支持部材３５１によって基板３１２と圧電トランス３３０の間に設けたスペース３３２に跨って配置することが可能となる。また、スリット３３も、スペース３２とスペース３３２に跨って設けることができ、回路構成部品やスリットの上部に別の圧電トランスを配置してスペースを有効に活用することで高圧電源装置の更なる小型化が可能となる。このように、複数の圧電トランスを近接して配置した画像形成装置に用いる高圧電源装置の場合、より小型化の効果を発揮する。
【００３８】
本実施例においては制御回路（ＶＣＯ）４０２、及び高圧整流回路１０を二つの圧電トランス実装スペースに配置したものとなっているが、本特許の権利範囲はそれ以外の回路についても適用されるものとし、二つ以上の圧電トランスの場合も同様に適用されるものとする。
【００３９】
（第３の実施例）
図５は第３の実施例を説明する図である。
【００４０】
第１、第２の実施例との主たる相違点は、圧電トランス３０及び圧電トランスケース２６を保持し、二次出力端子４３６と基板４１２を電気的に接続する支持部材７１として、支持部材４５１、支持部材６１及び高圧整流素子であるダイオード３５を使用している点である。
【００４１】
図５を用いて説明する。なお、第１，第２の実施例と重複する箇所は省略する。
二次電極８は、二次電極リード線９、二次出力端子３６、支持部材４３１、高圧ダイオード３５及び支持部材６１によって高圧整流回路１０に接続される。高圧整流回路１０は電圧検出回路１１に接続されている。この高圧電源装置の出力は高圧出力端子１３により画像形成装置本体の負荷に接続される。
【００４２】
このように、支持部材４５１及び支持部材６１と高圧ダイオード３５を併用し圧電トランス３０の出力を基板に接続することにより、基板４１２上で高圧ダイオード３５の占める面積を削減できることに加え、基板上の沿面距離も削減できるため、高圧電源装置のさらなる小型化が可能となる。
【００４３】
本実施例においては高圧整流素子を支持部材７１の一部として用いているが、本特許の権利範囲は高圧整流素子に限るものではない。
【００４４】
実施例１から３にて説明した制御回路については、本発明を説明する上での最小構成を示すものであり、説明に含まれない回路についても本発明に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施例を説明する全体構成図であって、（ａ）は電圧トランスの側面図、（ｂ）は（ａ）の電圧トランスを装置に組み込んだ状態の平面図、（ｃ）は（ｂ）の断面構成図
【図２】本発明の実施例に係る画像形成装置の概略図
【図３】（ａ）は本発明の実施例に係る画像形成装置の高圧電源ブロック図、（ｂ）は駆動周波数と出力電圧との関係を示すグラフ
【図４】本発明の第２の実施例を説明する全体構成図であって、（ａ）、（ｂ）は異なる構成の電圧トランスの側面図、（ｃ）は（ａ）、（ｂ）の電圧トランスを装置に組み込んだ状態の平面図、（ｄ）は電圧トランスを取り外して示す装置の平面図
【図５】本発明の第３の実施例を説明する全体構成図であって、（ａ）は電圧トランスの側面図、（ｂ）は（ａ）の電圧トランスを装置に取り付けた状態の側面説明図、（ｃ）は（ｂ）の要部の拡大説明図
【図６】（ａ）、（ｂ）は従来例の背景技術を示す断面図と平面図
【符号の説明】
【００４６】
１，３０１  入力コネクタ
２，３０２，４０２  制御回路（ＶＣＯ）
４，３２，３３２  スペース
５，３０５  一次リード線
６，３０６  一次電極
７，３０７  圧電セラミックス振動体
８，３０８  二次電極
９，３０９  二次リード線
１０，３１０  高圧整流回路
１１，３１１  電圧検出回路
１２，１６，４１２  回路基板
１３，３１３  高圧出力端子
１４  節（保持突起）
２５，２６，３２５  圧電トランスケース
２７，３６，３２７，４３６  二次出力端子
２８，３５，３２８，４３５  ＧＮＤ端子
２９，３４，３２９，４３４  一次入力端子
３０，３３０  圧電トランス
３１，４１，５１，６１，７１，３３１，３４１，３５１，４３１，４４１，４５１  支持部材
３３，３３３  スリット
２００  画像形成装置
２０１  デッキ
２０２  ピックアップローラ
２０３，２０４  給紙ローラ
２０５  レジストローラ
２０６，２０７，２０８，２０９  レーザスキャナ
２１０，２１１，２１２，２１３  感光ドラム
２１４，２１５，２１６，２１７  一次転写ローラ
２１８  中間転写材
２１９  二次転写ローラ
２２０  二次転写ユニット
２２１  二次転写ユニットカム
２２２  除電針
２２３  ハロゲンヒータ
２２４  定着ローラ
２２５  加圧ローラ
２２６，２２７  排紙ローラ
２３０，２３１，２３２，２３３  帯電ローラ
２３４，２３５，２３６，２３７  現像スリーブ
２３８  高圧電源装置
【図１】
2006158033.tif 000003
【図２】
2006158033.tif 000004
【図３】
2006158033.tif 000005
【図４】
2006158033.tif 000006
【図５】
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【図６】
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