JP3462692B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル複写機
およびファクシミリ装置の印刷部や、ディジタルプリン
タ、プロッタ等に適用され、顕像剤を飛翔させることに
より記録媒体上に画像を形成する画像形成装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ、ワープロ、ファクシミリ
等から出力される電気的信号より紙等の記録材上に可視
像を形成する方法として、インクを用いるインクジェッ
ト方式やインクを溶融転写する熱転写方式、昇華する方
法、電子写真方式等による画像形成方法が知られてい
る。

【０００３】近年の高速化、高画質化、低価格化に伴い
ノンインパクト方式でプリントヘッドを一体化し比較的
簡単な装置構成であるインクジェット方式の採用が多く
なってきているが、インクジェット方式では、液体であ
るところのインクを用いることから、紙の上でにじみが
生じて良好な画像が得られない他、カラー印字において
重ね印字を行った場合にはインクの混合による混合色の
発色が期待できないことから、高品質が求められる場合
には電子写真方式のトナーによる印字が採用されてい
る。

【０００４】トナーによる印字はにじみが無く、色調の
濃い視覚的に優れた画像が得られる他、カラー化におい
て複数の色を混合した場合、定着の過程において混合さ
れ良好な混合色が得られる。このようなことから、イン
クジェット方式の簡単なプロセスとトナーによる画像を
組み合わせたトナーによる直接印字方式が提案されてい
る。

【０００５】例えば特開平６−３２８７６９号公報で
は、トナーの流れを制御する開口部を有したトナー流制
御手段と、そのトナー流制御手段に対して、トナーを供
給するトナー供給手段と、そのトナー供給手段とは前記
トナー流制御手段を挟んで反対側に設けられた背面電極
とから構成されており、画像情報に応じてトナー流制御
手段に電圧を印加し、その電圧でトナー流制御手段の開
口部を通過するトナーを制御し、背面電極上を通過する
記録紙上にトナー像を形成する方法が提案されている。

【０００６】ここで、前述した特開平６−３２８７６９
号公報において、トナー流制御手段には制御電圧印加回
路が接続され、この制御電圧印加回路は画像信号出力回
路と圧電トランスとから構成されている。そして、この
圧電トランスで比較的低電圧の画像信号を昇圧して高電
圧とし、トナー流を制御している。

【０００７】例えば、プリンタ等の情報関連機器は、装
置の小型化、低価格化が著しく、装置内を構成する各部
品についても同様に小型化、低価格化が図られている。
その中で、電源回路においても、より一層の小型化、低
価格化が要求されている。しかし、電源回路は構成部品
が比較的多く、また各部品の発熱対策等もあって小型化
が困難であった。中でもトランスは電源回路において必
要不可欠な構成部品であり、これまで巻線トランスの採
用が一般的であった。しかし、巻線トランスは、その構
成から小型化が困難で且つ、トランス自体の重量も重
く、さらに変換効率もあまり高くないという欠点があっ
た。

【０００８】これを解決する手段として、最近になって
入力の電気エネルギーを圧電効果を利用して機械エネル
ギーに変換し、その後再び圧電効果によって電気エネル
ギーに変換することで昇圧する圧電トランスが注目され
ている。この圧電トランスは、巻線トランスのように電
線を巻いて磁気エネルギーに変換する方法ではないた
め、構成上、小型化、薄型化が可能となっている。巻線
トランスで薄型化を実現すると、変換効率が低下してし
まう問題があったが、圧電トランスにはこのようなこと
は無く、高い変換効率を実現できる。

【０００９】これまで、トナー流を制御する手段である
制御電極に対して高電圧を印加する方法として高耐圧ス
イッチング素子を用いて高電圧の切換えを行っていた
が、前記公報では、圧電トランスを用いることで、高耐
圧スイッチング素子を必要としない方法が提案されてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この圧
電トランスの欠点として出力電流が小さいという問題が
あり、例えば制御電極を１つの圧電トランスで制御した
場合、全制御電極を同時にＯＮすると、その電圧源であ
る圧電トランスの出力電流は大幅にアップし、圧電トラ
ンスの最大定格値を超えてしまうような電流を流さなく
てはならない。具体的に説明すると、制御電極の開口部
は、例えば３００dpi (dot per inch) の場合にはＡ４
判用紙に対して２５６０個形成される。この制御電極１
個をＯＮした場合、その電極に流れる瞬間電流は少なく
とも数１０μＡになる。これを単純に２５６０倍した場
合、瞬間的に流れる消費電流は数１００mAに達する。一
般的な圧電トランスの最大定格電流は１０〜２０mAであ
り、当然１個の圧電トランスで賄えるようなものではな
い。

【００１１】最近では特殊なものとして１００mA程度ま
で流せるものも開発されているが、例えばそれを画像形
成装置等に採用した場合、ＵＬ（Underwriters Laborat
ories Inc.）が定める情報処理機器（事務用機器を含
む）の安全性に対する規格において、制限電流回路の最
大許容電流値を尖頭７０mAとするということが明記され
ている。このため、前記のような特殊な圧電トランスを
画像形成装置に搭載することはできない。また、一般的
な圧電トランスを複数用いることは大幅なコストアップ
に繋がり好ましくない。

【００１２】本発明は、上記課題を鑑みてなされたもの
であり、電磁効果に頼ること無く昇圧して安定した高電
圧を供給できると共に、電源回路の小型化、至っては装
置全体の小型化及び低価格化を実現することができる画
像形成装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、顕像
化粒子を担持する担持体と、該担持体に対向配置された
対向電極と、前記担持体と前記対向電極との間に配され
顕像化粒子の通過部となる複数個のゲートを有する制御
電極と、該制御電極に電圧印加する制御電極電源と、画
像形成工程で動作する駆動装置に印加する電圧を発生す
る駆動部と、各部を制御する制御部と、各部に必要な電
圧を供給する電源回路とを備え、前記制御電極に発生す
る電界により顕像化粒子の前記ゲートの通過を制御して
前記制御電極と前記対向電極の間に搬送された前記記録
媒体上に画像を形成する画像形成装置である。前記電源
回路は、少なくとも、前記制御電極電源と前記駆動部に
基準電圧を供給する第１の電源系統と前記制御部に基準
電圧を供給する第２の電源系統とに分離した基準電源
と、前記第２の電源系統から供給された基準電圧に基づ
いて前記担持体と前記対向電極との間に所定の電位差を
生じさせる電位を付与する電位付与手段と、を含むこと
を特徴とする。

【００１４】請求項２の発明は、前記電位付与手段が、
圧電トランスを備えて、入力された基準電圧を昇圧して
所定の電位を得ることを特徴とする請求項１記載の画像
形成装置である。

【００１５】請求項３の発明は、前記電位付与手段が、
画像形成工程時若しくは非画像形成時付与される高圧の
電位において、その極性が同極性の各電位を必要とする
ものに対して、その電位を付与可能とする分圧手段を備
えたことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置であ
る。

【００１６】請求項４の発明は、前記分圧手段の出力を
入力側へ帰還させ、分圧手段から出力される各電圧を、
比例的に一括して補正することを特徴とする請求項３記
載の画像形成装置である。

【００１７】請求項５の発明は、前記圧電トランスの入
力電圧を正弦波とし、該正弦波の周波数を、前記電位付
与手段が所定の最大電圧以上を出力できる値に設定する
ことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置である。

【００１８】請求項６の発明は、前記電位付与手段が、
前記圧電トランス自体の温度変化により電位を可変する
ことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置である。

【００１９】請求項７の発明は、前記圧電トランスの近
傍に発熱素子を設けたことを特徴とする請求項６記載の
画像形成装置である。

【００２０】請求項８の発明は、前記発熱素子の温度を
制御する温度制御部を設けたことを特徴とする請求項７
記載の画像形成装置である。

【００２１】請求項９の発明は、異常発熱が生じた場合
に、発熱素子への電圧供給を遮断する保護手段を備える
ことを特徴とする請求項８記載の画像形成装置である。

【００２２】請求項１０の発明は、前記圧電トランス
は、装置内部の熱源から遠ざけて、熱影響を受けない位
置に配置されたことを特徴とする請求項２記載の画像形
成装置である。

【００２３】請求項１１の発明は、前記圧電トランス
は、装置内部の振動源から遠ざけて、振動の影響を受け
ない位置に配置されたことを特徴とする請求項２記載の
画像形成装置である。

【００２４】上記構成を有する請求項１記載の発明にお
いては、前記電位付与手段に対する基準電源の電源系統
は、少なくとも消費電力の変動率が大きい第１の電源系
統と分離されている構成とする。従って、前記電位付与
手段の電源系統は、消費電力の変動率が大きい第１の電
源系統の影響を受けることが少なく、安定した高電圧を
供給できる。

【００２５】請求項２の発明においては、前記電位付与
手段は、圧電トランスを備えており、電気的エネルギー
を一旦、圧電効果を利用して機械的エネルギーに変換
し、前記圧電効果を利用して再度電気的エネルギーに変
換することで昇圧し、所定の電位を得る。電位付与手段
は、電流をほとんど流さなくともよい対向電極に電位を
付与するので、出力電流がわずかしか流すことのできな
い圧電トランスを用いることができる。圧電トランス
は、通常の電磁効果によるトランスに比べて小型である
ので、電源回路の小型化を図ることができる。

【００２６】請求項３の発明においては、前記電位付与
手段は圧電トランスの後段に分圧手段を備える。画像形
成工程時若しくは非画像形成時付与される高圧の電位に
おいて、その極性が同極性の各電位については、前記電
位付与手段を共有する構成とことで、高電圧を発生する
電源回路を１つにまとめることができる。

【００２７】請求項４の発明においては、圧電トランス
に正弦波を入力するが、これは三角波等と比較して変換
効率が高いためである。また、圧電トランスは、正弦波
のある周波数をピークになり、他の周波数では出力電圧
が低くなる特性を有する。従って、周波数を、必要とす
る最大電圧以上の電圧が出力される範囲で選択して使用
し、所望の高電圧を安定して出力する。

【００２８】請求項５の発明においては、前記電位付与
手段の後段に設けられた前記分圧手段から出力される各
電圧を比例的に一括して補正する。環境変化による前記
顕像剤の飛翔特性等の変化に対して、簡単な回路構成で
電圧を補正することができる。

【００２９】請求項６の発明においては、圧電トランス
自体の温度変化により電位を可変させる。圧電トランス
は、熱により昇圧比が変化する特性があり、これを利用
して電位を可変するものである。複雑な回路（例えば補
正回路）を必要とせず、簡単な回路構成で高電圧を制御
することができる。

【００３０】請求項７の発明においては、圧電トランス
の近傍に発熱素子を設ける。従って、圧電トランスの温
度を発熱素子によって精密な温度制御を行うことが可能
となり、所定の電圧を安定して出力することができる。

【００３１】請求項８の発明においては、前記電位付与
手段の近傍に設けられた前記発熱素子の温度を制御する
温度制御部を設ける。従って、発熱素子の温度を高精度
に制御し、これにより電位付与手段の電圧も高精度に制
御することができる。

【００３２】請求項９の発明においては、予期せぬトラ
ブルで圧電トランスの温度が急激に上昇した場合、発熱
素子への電圧の供給を遮断し、制御を停止させる保護手
段を設ける。従って、安全性が向上すると共に回路を破
壊してしまう等のトラブルの発生を防止することができ
る。

【００３３】請求項１０の発明においては、圧電トラン
スは、少なくとも画像形成装置内部の熱源から発生する
熱の影響を受けない位置に配置する。こうしてできるだ
け、熱により昇圧比が変化する要因を減らし、電位付与
手段の出力電圧が不安定になることを防止できる。

【００３４】請求項１１の発明においては、圧電トラン
スは、少なくとも画像形成装置内部の振動源から発生す
る振動の影響を受けない位置に配置する。前記電位付与
手段の振動以外の振動が前記電位付与手段に影響を与え
て、前記電位付与手段の出力電圧が不安定になることを
防止する。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る
画像形成装置を用いたプリンタの全体構成を示す断面図
であり、図２は、この画像形成装置の主要部分の概略構
成図である。尚、以下の説明においては、負帯電のトナ
ーに対応する構成を備えた画像形成装置について詳述す
るが、正帯電のトナーを使用する場合には、それに応じ
て適宜各印加電圧の極性を設定すれば良い。

【００３６】＜装置の構成＞この画像形成装置は、印刷
部３とトナー供給部４とを有する画像形成部１０２を備
えている。この画像形成部１０２は、画像信号に応じた
画像を、顕像剤としてのトナーを使用して記録媒体であ
る用紙上に顕像化するものである。つまり、本画像形成
装置は、トナーを飛翔させて用紙に付着させると共に、
上記トナーの飛翔を画像信号に基づいて制御することに
より紙上に画像を直接形成するものである。

【００３７】前記画像形成部１０２への用紙の入紙側に
は、給紙部１０１が設けられている。給紙部１０１に
は、記録媒体としての用紙８を収容する用紙カセット
７、この用紙カセット７から用紙８を送り出すピックア
ップローラ５、供給された用紙８をガイドする図示しな
い給紙ガイド及び一対のレジストローラからなる。ま
た、給紙部１０１は、用紙８が供給されたことを検出す
る給紙センサ（図示せず）を備えている。前記のピック
アップローラ５は、図示しない駆動装置によって駆動さ
れる。

【００３８】また、画像形成部１０２からの用紙８の出
紙側には、画像形成部１０２にて用紙８上に形成された
トナー像を加熱及び加圧することにより用紙８に定着さ
せる定着部１０３が設けられている。定着部１０３は、
ヒーター４０、加熱ローラ４１、加圧ローラ４２、温度
センサ４３及び温度制御回路５４からなる。加熱ローラ
４１は、例えば厚さ２mmのアルミニウム管からなる。ヒ
ーター４０は、例えばハロゲンランプからなり加熱ロー
ラ４１に内蔵されている。加圧ローラ４２は、例えばシ
リコーン樹脂からなる。そして、互いに対向して設けら
れた前記加熱ローラ４１及び加圧ローラ４２には、用紙
８を挟んで加圧することができるようにそれぞれの軸の
両端に図示しないスプリング等によって例えば２kgの荷
重が加えられている。温度センサ４３は、加熱ローラ４
１表面の温度を測定する。温度制御回路５４は、後述す
る主制御部によって制御されており、温度センサ４３の
測定結果に基づいてヒーター４０のＯＮ／ＯＦＦ等を制
御し、加熱ローラ４１の表面温度を例えば１５０℃に保
持する。また、定着部１０３は用紙８が排出したことを
検出する排紙センサ（図示せず）を備えている。尚、ヒ
ーター４０、加熱ローラ４１、加圧ローラ４２等の材質
は特に限定されるものではない。また、加熱ローラ４１
表面の温度は特に限定されるものではない。さらに、定
着部１０３は、用紙８を加熱若しくは加圧することによ
りトナー像を定着させる構成となっていても良い。

【００３９】また、図示しないが定着部１０３からの用
紙８の出紙側には、定着部１０３で処理された用紙８を
排紙トレイ上に排出する排紙ローラ、及び排出された用
紙８を受ける排紙トレイが設けられている。前記の加熱
ローラ４１、加圧ローラ４２及び排紙ローラは、図示し
ない駆動装置によって駆動される。

【００４０】画像形成部１０２のトナー供給部４は、顕
像剤としてのトナー１２が収容されているトナー収容槽
１１、トナー１２を磁気力により担持する円筒状の担持
体（スリーブ）としてのトナー担持体１０及びトナー収
容槽１１内部に設けられトナー１２を帯電すると共に、
トナー担持体１０の外周面に担持されるトナー層の厚さ
を規制するドクターブレード１３からなる。ドクターブ
レード１３は、トナー担持体１０の回転方向における上
流側に、トナー担持体１０の外周面からの距離が例えば
６０μｍとなるように設けられている。トナー１２は、
例えば平均粒径が６μｍの磁性トナーであり、ドクター
ブレード１３により、例えば帯電量が−４μＣ／ｇ〜−
５μＣ／ｇとなるように電荷が付与されている。尚、ド
クターブレード１３とトナー担持体１０との距離は特に
限定されるものではない。また、トナー１２の平均粒径
や帯電量等は特に限定されるものではない。

【００４１】トナー担持体１０は、図示しない駆動装置
によって駆動され図中、矢印Ａ方向に例えばその表面の
速度が８０mm/secで回転する。また、トナー担持体１０
は接地されると共に、トナー担持体１０内部におけるド
クターブレード１３と対向する位置及び後述する制御電
極２０と対向する位置に図示しない磁石が配置されてい
る。これにより、トナー担持体１０は、その外周面にト
ナー１２を担持することができるようになっている。ま
た、トナー担持体１０の外周面に担持されたトナー１２
は、該外周面における前記位置に対応する位置で穂立ち
を形成する。尚、トナー担持体１０の回転速度は特に限
定されるものではない。また、トナー担持体１０は、磁
気力によりトナー１２を担持する代わりに、電気力、又
は電気力及び磁気力により担持する構成となっていても
良い。

【００４２】画像形成部１０２の印刷部３は、例えば厚
さ１mmのアルミニウム板からなりトナー担持体１０の外
周面と対向する対向電極３０と、該対向電極３０に印加
する高電圧を発生させる後述する電位付与手段５００
と、前記トナー担持体１０との間に設けられた制御電極
２０と、除電ブラシ３３と、用紙８を帯電させる帯電ブ
ラシ６と、誘電体ベルト３２と、該誘電体ベルト３２を
支持する支持部材３１ａ，３１ｂとを備えている。前記
の対向電極３０は、トナー担持体１０の外周面からの距
離が例えば１．１mmとなるように設けられている。誘電
体ベルト３２はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を基
材とし、体積抵抗率で１０¹⁰Ω・cm、厚さが７５μｍで
ある。該誘電体ベルト３２は図示しない駆動装置によっ
て駆動され、図中矢印方向に例えばその表面での速度が
３０mm/secで回転する。前記除電ブラシ３３は、誘電体
ベルト３２の回転方向における制御電極２０下流側に該
誘電体ベルト３２に圧接するようにして設けられてい
る。尚、対向電極３０の材質は特に限定されるものでは
ない。また、対向電極３０とトナー担持体１０との距離
は特に限定されるものではない。さらに、対向電極３０
の回転速度は特に限定されるものではない。

【００４３】制御電極２０は、対向電極３０表面の接線
方向と平行をなし且つ、対向電極３０と対向して２次元
的に広がっており、トナー担持体１０から対向電極３０
方向へのトナー流が通過可能な構造となっている。そし
て、この制御電極２０に制御電極電圧電源から供給され
る電位により、トナー担持体１０と対向電極３０との間
に付与された電界が変化し、トナー担持体１０から対向
電極３０へのトナー１２の飛翔が制御される。また、制
御電極２０は、トナー担持体１０の外周面からの距離が
例えば１００μｍとなるように設けられており、図示し
ない支持部材により固定されている。

【００４４】図３に示すように、制御電極２０は絶縁性
基板２１、高圧ドライバ（図示せず）、各々独立したリ
ング状の導電体、即ちリング状電極２２及び各リング状
電極２２に対応するように開口部が設けられた板状のシ
ールド電極２３からなっている。絶縁性基板２１は、例
えばポリイミド樹脂からなり、厚さ２５μｍに形成され
ている。また、絶縁性基板２１には後述するゲート２４
となるべき孔が形成されている。リング状電極２２は、
例えば銅箔からなり前記孔の周りに設けられており所定
の配列に従って配置されている。また、各孔の開口部は
例えば１６０μｍに形成されており、トナー担持体１０
から対向電極３０へ飛翔するトナー１２の通過部となっ
ている。以下、この通過部をゲート２４と称することと
する。シールド電極２３は、例えば銅箔からなり前記ゲ
ート２４とその周りに設けられた前記リング状電極２２
に対応するように開口部が設けられている。尚、制御電
極２０とトナー担持体１０との距離は特に限定されるも
のではない。また、各リング状電極２２の上方には開口
部径が２２０μｍの開口部が設けられている。また、ゲ
ート２４の大きさや、絶縁性基板２１、リング状電極２
２及びシールド電極２３の材質や厚さ等は特に限定され
るものではない。

【００４５】前記のゲート２４、即ちリング状電極２２
に形成された孔は、例えば２５６０個形成されており、
各リング状電極２２は、給電線２５及び図示しない高圧
ドライバを介して制御電極電圧電源５７０に電気的に接
続されている。シールド電極２３は、給電線２５を介し
て制御電極電圧電源５７０に電気的に接続されている。
尚、リング状電極２２の個数は特に限定されるものでは
ない。

【００４６】前記リング状電極２２表面、シールド電極
２３表面及び給電線２５表面は、厚さ３０μｍの図示し
ない絶縁体層で覆われており、これによりリング状電極
２２同士の絶縁性、給電線２５同士の絶縁性及び互いに
接続されていないリング状電極２２と給電線２５との間
の絶縁性が確保されていると共に、リング状電極２２表
面、シールド電極２３表面及び給電線２５表面が、他の
部材或いは導電性物質とショートしないように保護され
ている。尚、絶縁体層の材質や厚さ等は特に限定される
ものではない。

【００４７】制御電極２０のリング状電極２２には、制
御電極電圧電源５７０により画像信号に応じたパルス、
即ち電圧が印加される。つまり制御電極電圧電源５７０
はリング状電極２２に対し、トナー担持体１０に担持さ
れたトナー１２を対向電極３０方向に通過させる場合に
は例えば１５０Ｖを印加し、通過させない場合には例え
ば−２００Ｖを印加するようになっている。シールド電
極２３にはトナー１２を通過させない場合に印加すべき
−２００Ｖが印加されている。これは制御電極２０上に
トナー１２が飛翔するのを防ぐためである。

【００４８】＜装置の動作＞ここで、本画像形成装置の
画像形成動作について説明する。先ず、図示しないホス
トコンピュータからの信号を受けたプリンタの主制御部
は画像形成動作を開始する。即ちホストコンピュータか
ら送られてきた画像データを画像処理部で処理し、ＲＡ
Ｍ（ランダムアクセスメモリ）等の画像メモリに一時的
に記憶される。画像メモリに記憶された画像データが、
画像形成制御ユニットに転送され、画像形成制御ユニッ
トでは、入力された画像データを制御電極２０に与える
制御電極制御信号に変換し始める。また、画像形成制御
ユニットは、所定量の前記制御電極制御信号を得ると、
図示しない駆動装置が作動し、この駆動装置に回転駆動
されるピックアップローラ５により、用紙カセット７内
の用紙８が画像形成部１０２方向へ送り出されると共
に、正常な給紙状態であることが給紙センサにて検出さ
れる。ピックアップローラ５によって送り出された用紙
８は帯電ブラシ６と支持部材３１ａの間に搬送される。
支持部材３１ａ，３１ｂには電位付与手段５００によっ
て対向電極３０と同電位が印加される。帯電ブラシ６に
は帯電電位として後述する所定の電位が印加される。用
紙８は帯電ブラシ６と支持部材３１ａ，３１ｂの電位差
による電荷を供給され静電気的に吸着されたまま画像形
成部１０２の印刷部３における誘電体ベルト３２のトナ
ー担持体１０との対向面側に搬送される。

【００４９】その後、画像データに応じて制御電極電圧
電源５７０から制御電極２０に電圧が供給される。この
電圧の供給は、前記の帯電ブラシ６による印刷部への用
紙８の供給に同期したタイミングで行われる。制御電極
電圧電源５７０は画像データの信号により、適宜所定の
制御電極２０に１５０Ｖ若しくは−２００Ｖの電圧が印
加され制御電極２０付近の電界が制御される。即ち、制
御電極２０のゲート２４において、画像データに応じて
トナー担持体１０から対向電極３０へのトナー１２の飛
翔の阻止とその解除とが適宜行われる。これにより、支
持部材３１ａ，３１ｂの回転によって出紙側に向かって
３０mm/secの速度で移動している用紙８上に画像信号に
応じたトナー像が形成される。トナー像が形成された用
紙８は支持部材３１ｂの持つ曲率で誘電体ベルト３２か
ら剥離されて定着部１０３に搬送された後に、この定着
部１０３でトナー像が用紙８に定着される。トナー像が
定着された用紙８は、排紙ローラにて紙トレイ上に排出
されると共に、正常に排出されたことを排紙センサにて
検出される。この検出動作に基づいてプリンタの主制御
部は印刷動作の正常な終了を判断する。

【００５０】以上の画像形成動作により、用紙８上に良
好な画像が形成される。本画像形成装置は、用紙８上に
画像を直接形成するので、従来の画像形成装置で用いら
れている感光体や誘電体ドラム等の顕像体が不要となっ
ている。従って、顕像体から用紙８に画像を転写する転
写動作が省略されるので画像の劣化を生じない。このた
め、装置の信頼性が向上すると共に、装置の構成が簡単
化され、また、部品点数が削減されるので小型化、低廉
化が可能となっている。本実施形態による画像形成装置
は上記のようにプリンタの印刷部として使用されている
が、ファクシミリやディジタル複写機の印刷部としても
使用可能であることは言うまでもない。

【００５１】＜電源回路＞続いて、本発明の一実施形態
における電源回路について説明する。先ず、本画像形成
装置の電源回路における基準電圧の供給経路について図
４を用いて説明する。商用電源であるＡＣ１００Ｖの電
圧から、基準電圧である＋５Ｖ及び＋２４Ｖを発生させ
る基準電圧発生回路５５０があり、該基準電圧発生回路
５５０より各駆動部の回路に前記＋５Ｖ及び＋２４Ｖが
供給される。＋５Ｖ系統の基準電圧は、主に前記主制御
部等から構成されるロジック回路部５６０と、後述する
電位付与手段５００に供給されている。また、＋２４Ｖ
系統の基準電圧は、制御電極２０に印加する電圧を発生
する制御電極電圧電源５７０と、定着部１０３を構成す
るヒーター４０をＯＮするための電圧を発生する定着ラ
ンプ駆動部５８０と、各駆動装置を駆動させるためのモ
ータを駆動するモータ駆動部５９０に供給されている。

【００５２】ここで後者の＋２４Ｖ系統の基準電圧は、
画像形成工程で動作する各駆動装置を駆動するための基
準電圧となっているため、画像形成時の消費電力の変動
率は前者の＋５Ｖ系統の基準電圧よりも大きくなる。例
えば＋２４Ｖ系統の基準電圧で駆動されている定着部１
０３のヒーター４０は、前述した加熱ローラ４１の表面
温度を１５０℃に保持するために頻繁にＯＮ／ＯＦＦ制
御が繰り返される。そのため、ハロゲンランプのＯＮ時
とＯＦＦ時では基準電圧のレベルに違いが生じ、ハロゲ
ンランプが制御されている間は基準電圧は不安定にな
る。ハロゲンランプは立ち上がりに費やす時間が長いた
め、印字速度の高速化を図るために一旦、画像形成装置
のメイン電源をＯＮすると次にメイン電源がＯＦＦされ
るまでの間、ハロゲンランプは断続的にＯＮ／ＯＦＦ制
御が行われる。そのため、＋２４Ｖ系統の基準電圧は絶
えず不安定な状態となる。これ以外にも、モータの駆動
部にも＋２４Ｖは供給されているため、モータがＯＮ／
ＯＦＦされることによっても＋２４Ｖは不安定になって
しまう。

【００５３】このように不安定な基準電圧を電位付与手
段５００に供給した場合、電位付与手段５００を構成す
る後述するトランスの変換効率が低下し、所定の高電圧
が得られないという問題を起こしてしまう。このため、
高電圧を発生する電位付与手段５００の基準電圧は、前
記＋２４Ｖ系統のような消費電力の変動率の大きい系統
とは分離し、安定した電圧が得られる電源系統から基準
電圧を供給しなければならない。本実施形態において
は、基準電圧は２系統しかなく、電位付与手段５００は
比較的安定度の高い＋５Ｖ系統から基準電圧を供給する
構成となっている。

【００５４】次に、前記電位付与手段５００の構成を図
５に基づいて説明する。図５において、電位付与手段５
００は、基準電圧である＋５Ｖをトランスに供給するた
めに増幅する第１増幅回路５０１と、発振器（図記号で
示す）から発振された正弦波を前記第１増幅回路５０１
で増幅された電圧まで増幅するための第２増幅回路５０
２と、該第２増幅回路で所定のレベルまで増幅した電圧
を高電圧に昇圧するためのトランス４００と、昇圧され
た高電圧を用途に応じて調整する調整回路５０３と、調
整された高電圧を分圧し、複数の供給先に供給できるよ
うにする分圧回路５０４と、該分圧回路５０４で分圧す
る高電圧を一括して補正する補正回路５０５と、予期せ
ぬトラブルによる過電流の流入で回路が破壊されるのを
防ぐための過電流保護回路５０６から構成されている。

【００５５】先ず、高電圧を得るために設けられたトラ
ンス４００について説明する。トランスとしては前述し
たように、巻線トランス等の電磁効果を利用して昇圧す
るものが一般的であるが、このようなトランスは、その
構成から小型化が困難で且つ、トランス自体の重量も重
く、さらに変換効率もあまり高くないという欠点があっ
た。これまではこの欠点を補うために補助回路等を設け
ていたが、低廉化を図る上で好ましくなかった。このた
め、本発明では、回路構成上、簡単化でき、且つ前記の
ような問題も無い圧電トランス４００を採用した。圧電
トランス４００の基本的な構成を図６に示す。図６にお
いて、ローゼン型の圧電トランスであり例えばセラミッ
ク材料を粉砕し焼き固め、機械的強度を高めた基材４０
１と、第１電極４０２と、第２電極４０３とから構成さ
れる。第１電極４０２と第２電極４０３は例えば銀焼付
け等により成形され、第１電極４０２は前記基材４０１
を介して互いに対向して配置された一対の電極から構成
されている。ここで、第１電極４０２、第２電極４０３
の材質として特に限定されるものではない。

【００５６】入力側において発振器（図記号で示す）に
より正弦波が作られ、第１電極４０２に印加される。こ
の時このトランスは長さ方向に強い機械振動を生じ出力
側において圧電効果により電荷が発生し、第２電極４０
３と、第１電極４０２を構成するどちらか一方の電極と
の間に高電圧が出力される。

【００５７】圧電トランス４００の入力側に設けられた
発振器は、この圧電トランス４００を駆動するための正
弦波を出力し、その駆動周波数は最小値で５０kHz以上
で最大値で１５０kHz以下としなければならない。なぜ
なら、圧電トランス４００は駆動周波数によって昇圧比
が変化するからである。例えば図９に示すように、出力
電圧と駆動周波数の関係は、１００kHz付近をピークと
して、駆動周波数が低くなっても、高くなっても出力さ
れる電圧が低くなってしまう。このため、この電源回路
から出力される全ての電圧、即ち対向電極、除電ブラシ
印加電圧及び帯電ブラシ印加電圧において各電圧を賄う
ために必要な駆動周波数は最小値で５０kHz以上で最大
値で１５０kHz以下となる。

【００５８】例えば、本実施形態における電圧は、対向
電極３０に２．３kVの電圧が印加され、除電ブラシ３３
には２．５kVが印加され、さらに、帯電ブラシ１．２kV
の電圧が印加される。この場合の駆動周波数は出力され
る電圧の中で最大のもの、ここでは除電ブラシ電圧が得
られる周波数である８０kHzが駆動周波数になる。その
他の電圧は、最大電圧を分圧することにより得られる。
さらに、圧電トランス４００は機械的振動により昇圧す
ることから装置内の振動を起こす振動源からは極力遠ざ
け、圧電トランスの機械的振動に悪影響を及ぼさないよ
うな配置構成にしなければならない。これにより安定し
た高電圧を得ることができる。

【００５９】第１増幅回路５０１は、＋５Ｖの基準電圧
を＋３０Ｖに増幅している。これは、前記圧電トランス
４００の出力側における負荷容量と昇圧比を一定とした
時、入力電圧が高い程、高い電圧を得ることができる。
例えば昇圧比を１００倍としたとき、入力電圧＋５Ｖの
場合、５００Ｖまで昇圧できるが、これを＋３０Ｖとす
ると、３０００Ｖまで昇圧させることができるからであ
る。

【００６０】第２増幅回路５０２は、発振器で発振され
た正弦波を前記第１増幅回路５０１で増幅された電圧レ
ベルまで増幅するためのものである。ここで正弦波を用
いる理由として、圧電トランス４００は圧電効果により
正弦波の振動が生じるため、出力は正弦波の出力とな
る。このため入力電圧の波形を正弦波とすることにより
矩形波や三角波等よりもその振動が伝わり易くなるから
である。このように前記第１増幅回路５０１や第２増幅
回路５０２等の調整手段で基準電圧を調整することによ
り安定した高電圧を得ることができる。

【００６１】出力調整回路５０３は、圧電トランス４０
０から出力された正弦波の高電圧を整流し、直流の高電
圧に変換している。これは、本画像形成装置における各
部材への電圧は、全て直流としているからであり、交流
を用いる場合には変換する部分を省き、整流のみを行う
構成となる。この出力調整回路５０３で整流及び直流変
換若しくは整流のみを行うことで安定した高電圧を作り
出すことが可能となる。

【００６２】分圧回路５０４は、前記圧電トランス４０
０から出力された高電圧を複数の部材に印加できるよう
に例えば抵抗等で分圧して所定の電圧値を作り出力する
構成となっている。この場合、本画像形成装置の中で必
要とされる高電圧の中で、電圧極性が同一なものについ
ては、この分圧回路５０４で分圧することにより回路を
共有することができる。例えば、前記電位付与手段５０
０は前記トナー担持体１０と対向電極３０との間に所定
の電位差を生じさせるために対向電極３０に接続されて
いるが、これ以外に誘電体ベルト３２表面に存在する不
要電荷を除電するために設けられた除電ブラシ３３に対
して高電圧を印加すると共に、用紙８を帯電させるため
に設けられた帯電ブラシ６に対しても高電圧を印加でき
る。この場合、通常、３個の高圧電源回路を必要とする
が、本発明による回路構成にすることにより１個の高圧
電源回路で同様に各高電圧を印加することができる。本
実施形態においては対向電極３０に２．３kVの電圧が印
加され、除電ブラシ３３には２．５kVが印加され、さら
に、帯電ブラシには１．２kVの電圧が印加される。

【００６３】補正回路５０５は、帰還回路となっており
分圧された各電圧を一括して電圧値を補正できる構成に
なっている。例えば、環境の変化に対してトナー１２の
飛翔特性が変化し、トナー１２飛翔量が減少し、印字品
質を劣化させる場合がある。また、同様に環境変化のた
めに用紙８の帯電特性が変化し、常温常湿時における帯
電電圧では、用紙８が帯電せず誘電体ベルト３２に吸着
せず搬送性が悪化し、紙詰まり等のトラブルを発生させ
てしまう。このような問題を解決するために環境変化に
応じて電圧値を補正することでこのような問題を発生さ
せない。さらに、これを一括して行うことで制御がし易
く、高速に制御することができる。

【００６４】過電流保護回路５０６は、予期せぬトラブ
ルにより過電流が流れた場合、前記圧電トランス４００
の入力側に設けられた発振器の発振を停止させること
で、高電圧の出力を停止し、回路が破壊されることを防
止する。また、電位付与手段５００の最大電流供給能力
を７０mA以下としなければならない。これは、前述した
ようにＵＬ（Underwriters Laboratories Inc.）が定め
る情報処理機器（事務用機器を含む）の安全性に対する
規格において制限電流回路の最大許容電流値を尖頭７０
mAということが明記されているためである。

【００６５】続いて、圧電トランス４００を用いること
による新たなメリットとして、圧電トランス４００は、
該圧電トランス４００自体の熱変化により昇圧比が変化
するという特性がある。この特性を利用して圧電トラン
ス４００の温度変化を制御することで、電圧を調整する
回路を必要とする事無く出力電圧を調整することができ
る。図８に示すように圧電トランス４００をパッケージ
し、そのパッケージに近接して発熱素子７００を設け
る。この発熱素子７００を主制御部であるＣＰＵで制御
し、温度制御回路で前記発熱素子７００のＯＮ／ＯＦＦ
制御をすることにより、圧電トランス４００を所望の温
度に保持することができる。

【００６６】圧電トランス４００の出力電圧と温度上昇
値との関係は、図９に示すように例えば常温である２５
℃において約３．０kVの電圧値を出力しているとして、
この温度上昇値が６０degになった場合、その出力電圧
は約１．０kV程度まで降圧する。この時温度上昇値を６
０deg以下とする。例えば高温環境下と言われる３５℃
の環境下において出力電圧を可変させた場合、温度上昇
値が最大の６０degにしても９５℃となり、１００℃以
下の温度で制御できる。温度が１００℃以上になると圧
電トランス４００の出力が所望のレベルまで昇圧しなく
なると共に、近隣にある構成部品に影響を与えてしまう
可能性がある。また、予期せぬトラブルで圧電トランス
４００の温度が急激に上昇した場合、発熱素子７００へ
の電圧の供給を遮断し、制御を停止させる保護回路を設
けることで安全性が向上すると共に、回路を破壊してし
まう等のトラブルの発生を防止することができる。

【００６７】さらに、発熱素子７００の温度だけを作用
させるために圧電トランスの設置場所を極力熱を発する
部材から遠ざけた方が良い。例えば、定着部１０３等の
付近には極力配置させない。これによりより高精度の温
度制御が可能となる。

【００６８】このように本発明における構成を採用する
ことで電源回路の小型化を図り、且つ装置の小型化を図
るために前記圧電トランスを比較的電流が小さく、且つ
高電圧を必要とする電位付与手段に用いることで圧電ト
ランスの欠点を露呈する事無く、圧電トランスの利点を
効果的に活用することで安定した高電圧を供給できると
共に、電源回路の小型化、至っては装置全体の小型化及
び低価格化を実現することができる。

【００６９】

【発明の効果】請求項１記載の構成によれば、電位付与
手段の基準電源は、少なくとも消費電力の変動率が大き
い第１の電源系統と分離されている構成とすることで、
安定した高電圧を供給できると共に、電源回路の小型
化、至っては装置全体の小型化及び低価格化を実現する
ことができる。

【００７０】請求項２記載の構成によれば、電位付与手
段は、圧電トランスを用いることで、電源回路の小型化
を図ることができる。この電位付与手段は、比較的電流
が小さく、且つ高電圧を必要とする部分に電位付与を行
うので、圧電トランスの利点を効果的に活用し、安定し
た高電圧を供給できると共に、電源回路の小型化、至っ
ては装置全体の小型化及び低価格化を実現することがで
きる。

【００７１】請求項３記載の構成によれば、電位付与手
段は、画像形成工程時若しくは非画像形成時付与される
高圧の電位において、その極性が同極性の各電位につい
て、前記電位付与手段を共有する構成とすることで、高
電圧を発生する電源回路を１つにまとめることができ、
装置の小型化、低価格化が実現できる。

【００７２】請求項４記載の構成によれば、圧電トラン
スに正弦波を入力して変換効率を高め、また、圧電トラ
ンスについては、正弦波の周波数を必要とする最大電圧
以上の電圧が出力される範囲で選択して使用し、電位付
与手段に所望の高電圧を安定して出力させる。

【００７３】請求項５記載の構成によれば、圧電トラン
スの後段に設けられた前記分圧手段から出力される各電
圧を比例的に一括して補正することで、環境変化による
前記顕像剤の飛翔特性等の変化に対して、簡単な回路構
成で電圧を補正し、印字品質の高い画像を提供すること
ができる。

【００７４】請求項６記載の構成によれば、圧電トラン
ス自体の温度変化により電位を可変させることで、複雑
な回路を必要とせず簡単な回路構成で高電圧を制御する
ことができる。

【００７５】請求項７記載の構成によれば、圧電トラン
スの近傍に発熱素子を設けることで、より精密な温度制
御が可能となり、所定の電圧を安定して出力することが
できる。

【００７６】請求項８記載の構成によれば、圧電トラン
スの近傍に設けられた発熱素子の温度を制御する温度制
御部を設けたことで、発熱素子の温度を高精度に制御
し、これにより電位付与手段の電圧も高精度に制御する
ことができる。

【００７７】請求項９記載の構成によれば、予期せぬト
ラブルで圧電トランスの温度が急激に上昇した場合、発
熱素子への電圧の供給を遮断し、制御を停止させる保護
回路を設けることで、安全性が向上すると共に回路を破
壊してしまう等のトラブルの発生を防止することができ
る。

【００７８】請求項１０記載の構成によれば、圧電トラ
ンスは、少なくとも画像形成装置内部の熱源から発生す
る熱の影響を受けない位置に配置することで、熱により
圧電トランスの出力電圧が不安定になることを防止し、
常に安定した高電圧を出力することができる。

【００７９】請求項１１記載の構成によれば、圧電トラ
ンスは、少なくとも画像形成装置内部の振動源から発生
する振動の影響を受けない位置に配置することにより、
振動が圧電トランスに影響を与えて、圧電トランスの出
力電圧が不安定になることを防止し、常に安定した所定
の高電圧を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像形成装置を用いたプリンタの
全体構成を示す断面図である。

【図２】この画像形成装置の主要部分を示す概略構成図
である。

【図３】制御電極を示す構成図である。

【図４】電源回路を示すブロック図である。

【図５】電位付与手段を示すブロック図である。

【図６】圧電トランスを示す説明図である。

【図７】圧電トランスの出力電圧と駆動周波数との関係
を示すグラフである。

【図８】圧電トランスに発熱素子を近接させたときの回
路構成を示す説明図である。

【図９】圧電トランスの出力電圧と圧電トランス自体の
温度上昇を示すグラフである。

【符号の説明】

８ 用紙 １０ 担持体 １２ トナー ２０ 制御電極 ２４ ゲート ３０ 対向電極 ５００ 電位付与手段 ５５０ 基準電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永野 雄介 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−273821（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−230226（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−207374（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−235923（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−207375（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/385

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 顕像化粒子を担持する担持体と、該担持
   体に対向配置された対向電極と、前記担持体と前記対向
   電極との間に配され顕像化粒子の通過部となる複数個の
   ゲートを有する制御電極と、該制御電極に電圧印加する
   制御電極電源と、画像形成工程で動作する駆動装置に印
   加する電圧を発生する駆動部と、各部を制御する制御部
   と、各部に必要な電圧を供給する電源回路とを備え、前
   記制御電極に発生する電界により顕像化粒子の前記ゲー
   トの通過を制御して前記制御電極と前記対向電極の間に
   搬送された前記記録媒体上に画像を形成する画像形成装
   置であって、 前記電源回路は、 少なくとも、前記制御電極電源と前記駆動部に基準電圧
   を供給する第１の電源系統と前記制御部に基準電圧を供
   給する第２の電源系統とに分離した基準電源と、前記第２の 電源系統から供給された基準電圧に基づいて
   前記担持体と前記対向電極との間に所定の電位差を生じ
   させる電位を付与する電位付与手段と、を含むことを特
   徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記電位付与手段は、圧電トランスを備
   えて、入力された基準電圧を昇圧して所定の電位を得る
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記電位付与手段は、画像形成工程時若
   しくは非画像形成時付与される高圧の電位において、そ
   の極性が同極性の各電位を必要とするものに対して、そ
   の電位を付与可能とする分圧手段を備えたことを特徴と
   する請求項２記載の画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記分圧手段の出力を入力側へ帰還さ
   せ、分圧手段から出力される各電圧を、比例的に一括し
   て補正することを特徴とする請求項３記載の画像形成装
   置。
5. 【請求項５】 前記圧電トランスの入力電圧を正弦波と
   し、該正弦波の周波数を、前記電位付与手段が所定の最
   大電圧以上を出力できる値に設定することを特徴とする
   請求項２記載の画像形成装置。
6. 【請求項６】 前記電位付与手段は、前記圧電トランス
   自体の温度変化により電位を可変することを特徴とする
   請求項２記載の画像形成装置。
7. 【請求項７】 前記圧電トランスの近傍に発熱素子を設
   けたことを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
8. 【請求項８】 前記発熱素子の温度を制御する温度制御
   部を設けたことを特徴とする請求項７記載の画像形成装
   置。
9. 【請求項９】 異常発熱が生じた場合に、発熱素子への
   電圧供給を遮断する保護手段を備えることを特徴とする
   請求項８記載の画像形成装置。
10. 【請求項１０】 前記圧電トランスは、装置内部の熱源
    から遠ざけて、熱影響を受けない位置に配置されたこと
    を特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
11. 【請求項１１】 前記圧電トランスは、装置内部の振動
    源から遠ざけて、振動の影響を受けない位置に配置され
    たことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。