JP4926388B2

JP4926388B2 - 画像形成装置に用いる高圧電源装置

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Description

本発明は、プリンタ、複写機等の、電子写真方式の画像形成装置に使用する高圧電源装置に関し、より詳細には画像形成装置に使用する高圧電源装置の構造に関する。

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、従来、高圧を発生させるために、巻線式の電磁トランスを使用していた。電磁トランスを使用する高圧電源装置の設計においては、（画像形成装置が必要とする）高電圧に対して、安全性を考え、電気絶縁性を保つため、電磁トランスの一次側と二次側とを構造的に、あるいは空間的に分離させる必要があり、このことが、高圧電源装置としての電力の変換効率を非常に悪いものにしていた。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。画像形成装置に高圧電源装置を実装した場合の安全性を確保するために、保護回路等の対策を行う必要があり、このため、回路構成の増大、コストアップを招き、さらに、小型化を行うための障害の一つとなっていた（たとえば、特許文献１を参照）。

電磁トランスを使用した高圧電源装置が有する上述した欠点を解消する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てきた。この圧電トランスを用いることにより、言い換えれば、セラミックス振動体を用いて昇圧することにより、電磁トランスにおける各種の配慮、たとえば巻線のレアショート等に対する配慮は全く必要なくなり、さらに電磁トランスを使用した場合よりも、高圧電源装置の小型化、軽量を図ることができる。さらに、圧電トランスを用いた高圧電源回路は、電力の変換効率が高いなど、優れた特徴を持っている。

これらの特徴は、圧電トランスの用途としては比較的大型の筐体を有する電子写真方式を用いた画像形成装置においても、安定な画質を得るための構造あるいは構成とするために大いに役立つ特徴であり、また従来実施してきた各種の対策をなくすか、あるいはそのためのコストを著しく低減することを可能とする。したがって、圧電トランスは電子写真方式の画像形成装置にも使用されるようになってきている。

図１０に、従来から用いられている高圧電源装置用の圧電トランス３０の構成を示す。図１０に示すように、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２３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２５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２４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。

このような圧電セラミックス振動体では、一次電極６とＧＮＤとの間にその圧電トランスの共振周波数あるいはその近傍の周波数の交流電圧が印加すると、この圧電セラミックスに機械的振動が、図１１では図の上下方向に、図１０の上面図では紙面と垂直方向に、符号１４の部分を節にした撓み振動として、生じる。このとき、ＧＮＤ電極と二次電極８との間に、交流高電圧が生じる。

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の位置で、セラミックス振動体が、保持部材、言い換えれば、セラミック振動体そのものを図１１に示す高圧回路基板に実装するため部材（図１０においては、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、回路基板への孔明部に挿入して、印刷回路基板上の金属からなる導電部材（銅箔のパターン、あるいはランド）への半田付けが可能な突出した形状となっている。

図１１は、図１０に示した圧電トランス３０を実装した、通常の高圧電源回路を構成する印刷回路基板１６の側面図（断面図）の例を示す図である。図１１において、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には低電圧制御回路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。

図１０に示したような圧電トランスを高圧回路基板に実装するため部材（図１０においては、圧電トランス・ケース２５）については、圧電セラミックスのケースの形状及び実装構造に関して各種提案されている（たとえば、特許文献２、３参照）。

特開平０６−２５８８８０号公報特開２００２−１４１５７３号公報特開平１１−１２１８２７号公報

しかしながら、上記のような従来例では以下のような欠点があった。すなわち、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セラミックス保持部材内に収納して圧電トランス・ユニットとして一体化し、この一体化した形状の圧電トランス・ユニットを回路基板に実装すると共に、圧電セラミックス振動体との間を、圧電セラミックス保持部材を介して電気接続することにより高圧電源装置を実現している。そのために、高圧電源装置は、圧電トランス・ユニットの大きさに制限されてしまい、さらなる小型化、薄型化、及び画像形成装置への最適配置が困難であるという問題点があった。

本発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、その目的とするところは、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さらなる小型化、薄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にある。

上記目的を達成するため、本発明に係るプリント基板は、入力電圧が印加される１次側に１次電極とグランド電極が形成され、電圧が出力される２次側に２次電極が形成された圧電トランスを実装したプリント基板において、前記１次電極とリード線を介して接続された入力端子と、前記２次電極とリード線を介して接続された出力端子と、前記グランド電極が形成された面と対向する側に設けられた第１と第２の導電パターンと、前記第１導電パターンと電気的に接続され、且つ、固着されており、前記グランド電極と電気的に接続された第１端子と、前記第２導電パターンと固着されており、前記グランド電極が形成された面の前記２次側に設けられた第２端子とを備え、前記第１導電パターンと前記第１端子とが固着された第１位置と、前記第２導電パターンと前記第２端子とが固着された第２位置は、前記圧電トランスが振動した際の節部であることを特徴とする。

以上の構成によれば、高圧電源回路部を構成する電気部品を実装し、この部品間の接続を含み高圧電源回路部を形成するための長方形の構造体に、圧電トランスを、それを収容するケースを介さずに実装し、さらに高圧電源回路部を構成するそれぞれの回路の配置を、圧電トランスの実装位置あるいはその形状に対して、適切に配置することを可能とするので、電子写真方式の画像形成装置に使用する高圧電源装置として、その安全性、出力性能を含む各種性能を低下させることなく、小型化、薄型化することが可能になり、また画像形成装置への効率的最適配置をも可能とする。

以下、図面を参照して、本発明を各実施形態に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
先ず、本発明による高圧電源装置を実装することが可能な装置の概要を図面に基づいて説明する。なお、図２から図１１において、同じ符号は、全体を通して同じ構成要素を表している。

図１は、本発明による高圧電源装置を実装することが可能な、レーザ・ビーム・プリンタ２００の構成の概略を示す図である。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。

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おり。

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。さらに記録紙Ｐの電荷を除去し、中間転写材２１８からの記録紙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。

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２２３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。

次に、本発明を適用することが可能な高圧電源装置の電気回路の例を説明する。
図２（ａ）は、本発明の形態に係る高圧電源装置の代表的な構成を示すブロック図であり、同図中、符号１は、不図示の画像形成装置本体の制御回路からの制御信号を受ける入力コネクタであり、符号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から出力され、負荷に接続される。この高圧整流回路の出力端（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にも接続される。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の反転入力端子（−）に接続される。このとき、オペ・アンプ１１３の反転入力端子（−）に発生する電圧Ｖｓｎｓ（Ｖ）は、
Ｖｓｎｓ＝Ｅｄｃ＊Ｒ１０９／（Ｒ１０８＋Ｒ１０９）（式１）
で表される。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の制御回路からの制御信号を入力する。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７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。

図２（ｂ）は、圧電セラミックス振動体７の駆動信号の周波数に対する出力電圧の特性を示したものである。図に示すように、出力電圧は、駆動信号の周波数によって変化し、共振周波数ｆ０において出力電圧が最大となり、この共振周波数の前後の周波数では、共振周波数との差に比例するかたちで、出力電圧が低下する。したがって、駆動周波数を変化させることで出力電圧の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、駆動周波数は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。したがって共振周波数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。

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。

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。したがって共振周波数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の駆動周波数が低がると出力電圧は上がるよう制御される。
よって、このＶＣＯへの帰還ループは、フィードバック・ループを形成し、オペ・アンプ１１３の（＋）端子に入力される画像形成装置本体の制御回路からの制御信号電圧と高圧検出回路１１の分圧出力電圧が等しくなるように、出力電圧が定電圧制御されることになる。

以上の説明は、高圧の出力電圧を所望の電圧に制御する場合である。感光ドラムは均一に帯電処理される必要があり、この際に、負荷電流量を制御することも通常行われている。高圧電流値の所定の値に制御する場合は、たとえば、図２（ａ）のダイオード１０５と直列接続される抵抗の両端電圧（を平滑した電圧）を画像形成装置本体の制御回路が入力して、その結果をオペ・アンプ１１３の（＋）端子に加える電圧に反映させることによっても、あるいは、高圧検出回路１１からの信号に代えて、前述したダイオード１０５と直列接続される抵抗の電圧を、オペ・アンプ１１３の（−）端子に加えることによっても、実行することが可能である。また、ＧＮＤに戻る負荷電流を、抵抗を経由するように構成し、その両端電圧を帰還させるようにしてもよい。

図２（ａ）において、抵抗１１０、１１１、オペ・アンプ１１３、コンデンサ１１２、ＶＣＯ１０１、ＦＥＴ１０２、コイル１０３を含む回路は、整流回路１０、あるいは高圧検出回路１１が高圧回路であるのに対して、低電圧制御回路を構成する。

これまでの説明では、高圧電源装置の電気的回路の構成の説明を主にしていた。以下、本発明に係わる高圧電源装置の構造について図３から図９を用いて、それぞれの実施形態について詳細に説明を進める。

図３は、図２に例示した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物理的構造の第１の実施形態を示した図であり、その構造の上面図と側方からの断面図を示した図である。ここで、構造体１２は、上方に開口部を有する箱形状のものであり、その内部に圧電セラミックス振動体７を収容する。図示するように、この構造体１２は、セラミック振動体の長辺方向に長く、セラミック振動体の短辺方向に短い形状を有している。この構造体の場合、上面から見たそれぞれの辺の寸法は、使用するセラミック振動体のそれぞれの辺の２倍以下の寸法で、電子写真方式を用いた画像形成装置の高圧電源装置（たとえば、図２に示した高圧電源装置）を構成することが可能である。この図では、構造体１２が、この圧電セラミックス振動体に関連する電気回路、すなわち高圧電源装置を構成する電気回路部品を、箱形状の内部底面と、この内部底面に対向する外部底面と、に分けて実装することを示そうとしている。一次電極６と二次電極８が形成された圧電セラミックス振動体７を、その機械的変位量の最も少ない節箇所で、構造体１２の内部底面の突出部１４に、固着している。

圧電セラミックス振動体７の一次電極６は、一次電極リード線５及び一次入力端子４により、構造体１２の裏面（外部底面：開口部を上方とした場合の容器の底面で、図面上で下側の面を言う）に実装されている低電圧制御回路２の出力ラインに接続されている。また画像形成装置本体の制御回路との間の、Ｖ_ＣＣ、ＧＮＤ及び端子１（コントローラ）の接続は、構造体１２に実装されている入力コネクタ１により行われる。

圧電セラミックス振動体７の一次電極６の他方は、ＧＮＤ電極として、構造体１２の圧電セラミック振動体側の面（内部底面）上に設けられた電極とリード線を介して接続され、最終的に構造体１２の裏面（外部底面）に実装されている低電圧制御回路２のＧＮＤに接続される。

二次電極８は、二次電極リード線９により、構造体上１２の圧電セラミック振動体側の面（内部底面）に実装されている高圧整流回路１０に接続され、この高圧整流回路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。圧電セラミックス振動体７は、構造体１２によって、その周囲が被われるように囲まれている。

一次電極６に接続される低電圧制御回路２、二次電極８に接続される高圧整流回路１０、電圧検出回路１１等を構成する電気回路部品は、構造体１２に形成された配線（導電）パターン（ランド）等を介して実装され、それぞれの部品間も表面に形成された配線（導電）パターンによって、接続される。

一次電極６に接続される低電圧制御回路２は、構造体１２の外部底面、すなわち、セラミック振動対の一次電極６の近傍で、構造体１２の裏面側に実装される。すなわち、その部分に配線パターン（ランド）を形成し、低電圧制御回路２を構成する部品を実装することで、低電圧制御回路を形成している。二次電極８に接続される高圧整流回路１０、電圧検出回路１１等の電気回路部品は、構造体の外部底面と対向する内部の底面、すなわち、圧電セラミックス振動体が収容される開口部側の面上で、圧電セラミック振動対の二次電極とこの構造体の端部との間の面（内部底面）に、配線パターンを形成し部品を実装することで回路を形成している。

このような、立体的な構造体上に配線パターンを構成する技術は、ＭＩＤ（Molded Interconnection Device）射出成形法（以下、ＭＩＤ法と略す）と呼ばれ、射出成形等から得られた成形品に、所定の方法で電気回路（メッキ配線等）を形成する方法であり、近年、配線パターン成形方法にレーザ加工を用いるなどさまざまな方法が提案されている。ＭＩＤ法によって製作された部材はＭＩＤと呼ばれ、ＭＩＤ法によって３次元立体配線をすることで電気部品の立体的な配置が可能となり、また、射出成型品のために形状精度を出しやすく、小型化が容易となり、高密度実装が可能となる特徴がある。

このように圧電トランスの技術とＭＩＤ法に代表される技術を用い、機構部品即ち圧電セラミックス振動体、低電圧制御回路部、高電圧回路部（高圧整流回路１０、電圧検出回路：１１）の実装配置を、図示するような長方形の形状の構造体の面上に、物理的に（その間の寸法および実装面を、耐圧および放電・漏れ電流等を考慮して、違えることによって）分離して形成することによって、形状の自由度が高く小型が可能な高圧電源装置を提供することが可能となる。また、高圧電源装置の形状自由度が高くかつ小型化できることによって、画像形成装置本体への実装自由度が増し、画像形成装置の小型化、低廉化、高性能化に寄与できる。また、小型化によって、高圧電圧を必要とする部分のそれぞれの近傍に独立に配置することが可能になり、したがって高圧電圧を配線によって引き回すことを回避することが可能になり、このことはそれまでの各種の対策を不要にすることを、あるいは機能縮小することを可能にする。

本実施形態を説明する図では出力端子をファストン・タブ形状として記載してある。しかしながら、この形状についてはファストン・タブ形状に限定したものではなく、画像形成値の接点形状にあわせた形状とすることも、さらに、構造体１２で出力端子部の周囲を囲み、画像形成装置に装着した際の他ユニットとの絶縁距離を保つ構成とすることも可能である。

また、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を適用して、上述したような各種の利点を得ることができる。

（第２の実施形態）
図４、図５は、本発明に係わる第２の実施形態の例を説明する図である。上述した第１の実施形態との主たる相違点は、上述した構造体として、通常の印刷回路基板を使用していることである。また、次の相違点としては、圧電セラミックス振動体および構造体（印刷回路基板）に、固着するため処理を施していることである。さらなる相違点は、低電圧制御回路２の主要電気部品を印刷回路基板のいわゆる部品面に、言い換えれば、圧電セラミックス振動体を実装する側の面に配置したことであり、これに応じて、構造体１６（印刷回路基板）は、第１の実施形態に較べて、圧電セラミックス振動体の一次電極側に延長されている。

ここで、図４は、たとえば図２に示した高圧電源装置を実装した回路基板の上面図とその側面図を示し、図５は、図４の側面の一部を拡大して説明するための図である。図４及び図５を基に、本発明に係わる第２の実施形態について説明を進める。

図中、圧電セラミックス振動体７には、一次電極６、二次電極８、に加え節１４の部分に固着用を兼ねた金属からなる端子１７（図５）を設けている。図１５に示した部分の端子１７は、一次電極６に対向するＧＮＤ電極１８と電気的に接続されている。また、この端子１７は、二次電極側にも形成されており、計４個の端子が圧電セラミックス振動体の上面から見た場合の側面部に形成されている。ただし、二次電極側に設けられる端子は、単に固着のためだけの端子である。この部分は、図４の上面図で圧電セラミックス振動体の周辺部の符号１５に対応する位置である。

圧電セラミックス振動体の一次電極６は一次電極リード線５により、印刷回路基板のいわゆる部品面およびパターン面にその構成部品が実装された低電圧制御回路２に接続されている。また、画像形成装置本体の制御回路との間の、Ｖ_ＣＣ、ＧＮＤおよび端子１（コントローラ）の接続は、入力コネクタ１により行われる。

圧電セラミックス振動体の一次電極６の他方（符号１８）は、ＧＮＤ電極として、圧電セラミック振動体７上で、図５に示す部分の端子１７と接続され、この端子７は、対応する位置にあるパターン（ランド）を介して低電圧制御回路２のＧＮＤ回路と電気的に接続されている。圧電セラミックス振動体の二次電極８は、二次電極リード線により、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を介して画像形成装置本体の負荷に接続される。

圧電セラミックス振動体７と印刷回路基板１６への固定（固着）方法に関して、図５に基づいて説明を進める。圧電セラミックス振動体７上の端子１７は、一次、二次電極と同様に、銀（Ａｇ）等にて形成される。この端子１７は、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の箇所に設けられており、これらの電極厚み１９は約１５μｍである。一方圧電セラミックス振動体が固着される印刷回路基板には、圧電セラミックスを固着するための導電パターン（ランド）１５を形成する。通常、印刷回路基板の配線導体パターンのパターン厚み２０は３５μｍである。印刷回路基板の金属からなる配線導体にて形成された圧電セラミックス保持パターン１５と、圧電セラミックス振動体７に形成された金属からなる端子１７を半田付けすることにより、圧電セラミック振動体７は回路基板１６に固着され、固定されることになる。

なお、図５における圧電セラミックス振動体の位置は、一次電極の位置であり、その部分の端子１７は及びパターン（ランド）１５は、一次電極のＧＮＤ電極と印刷回路基板側のＧＮＤとの電気的接続をすると同時に、圧電セラミックス振動体と印刷回路基板との間の固着をする部分であり、図５に示されていない二次電極側の端子１７とパターン（ランド）１５との間の半田付けは単に相互の固着のみの役割を有し、電気的な接続は意味を持たない。

圧電セラミックス振動体の振動時の変位量（振幅）は、最大で１μｍ程度であるため、印刷回路基板の配線導体パターン厚みにて確保された空間にて、充分な機械振動が可能となるために、図５に示す固着手法を使用しても、圧電トランスとしての性能を損なうことはない。

低電圧制御回路２は、圧電セラミックス振動体７の一次電極６側の回路基板１６上に形成されている金属からなる配線パターン（ランド）に回路部品を半田付けすることにより形成されている。図４においては、高圧電源装置を構成する主要電気部品を圧電セラミックス振動体と同一面に配置した形状としているが、圧電セラミックス振動体７の配置面ではない面に配置すること、さらには、上述した第１の実施形態のように、圧電セラミックス振動体７を実装する面の裏面に位置する箇所に、低電圧制御回路２を配置することも可能である。図４の側面図には、低電圧制御回路２を構成する寸法の小さな電気部品を裏面、すなわちパターン面に実装した構成を示している。

このように、圧電セラミックス振動体７に固着用の金属からなる端子１７を設け、回路基板上に圧電セラミックスを固着するための金属からなるパターン（ランド）１５を設け、両者を半田付けすることにより、樹脂等で形成されていたケースとしての保持部材、すなわち圧電セラミックス振動体を印刷回路基板に実装するための部材の必要がなくなるために、より薄型の高圧電源装置の提供が可能となる。また、図に示したように、圧電セラミックス振動体を実装する印刷回路基板の形状を、圧電セラミックス振動体の形状に似せて、長方形状に形成し、高圧回路と定圧回路とを、圧電セラミックスの実装部分によって分離するように実装することによって電位差を生じる部品あるいはパターン間の距離を大きく取ることが可能になり、高圧電圧を安定した形で、供給することが可能になる。また、本発明に係わる印刷回路基板は、図４に示したように、圧電セラミックス振動体の長辺の近傍には、電気部品を実装することはしていない。また、図示していないが、印刷回路基板の部品面で、圧電セラミックス振動体に面する部分は、パターンを設けていない。高圧整流部１０および電圧検出回路のＧＮＤラインと低電圧制御回路のＧＮＤラインとの間を接続するパターンは、裏面に相当するパターン面上に構成している。

（第３の実施形態）
図６、図７は第３の実施形態の例を説明する図である。第１の実施形態の例との主たる相違点は、上述した構造体として、通常の印刷回路基板としていることであり、第２の実施形態の例との相違点は、圧電セラミックス振動体７の印刷回路基板への固着（固定）方法が、回路基板１６の回路構成部品（チップ部品）の実装時に使用されるチップ部品接着剤を使用して行われることである。したがって、第２の実施形態では必要であった、圧電セラミックス振動体上の端子１７および対応する印刷回路基板側のランド１５は、あってもかまわないが、基本的は不要である。言い換えれば、圧電セラミックス振動体としては、第１の実施形態における圧電セラミックス振動体を使用することができる。その他は、第２の実施形態と何ら変わるところはない。

図６及び図７を基に、第３の実施形態について説明を進める。図中、圧電セラミックス振動体７には、一次電極６、二次電極８、およびＧＮＤ電極のみが設けられ、一次電極６は一次電極リード線５により、低電圧制御回路２に接続されている。また画像形成装置本体の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、図示していないが、リード線あるいは他の何らかの圧電セラミックス振動体の振動を妨げない方法で、低電圧制御回路２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。

圧電セラミックス振動体７と回路基板１６への固定（保持）方法に関して図７に基づいて説明を進める。

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の箇所をチップ部品接着剤にて接着する。この接着部分を図６の上面図における、圧電セラミックス振動体の周囲の黒丸部分で示す。圧電セラミックスの電極厚み１９は約１５μｍである。圧電セラミックス振動体の保持部材と成る回路基板と圧電セラミックス振動体７との間隔は、固化したチップ部品接着剤の厚みで確保される。通常、回路基板に使用されるチップ部品接着剤の厚み２２はチップ部品実装時に調整することが可能であり、圧電セラミックス振動体７のチップ部品接着剤による印刷回路基板への固着においては、実装固定後に３０〜５０μｍの範囲の間隔が維持されるように取付られるよう調整される。このようにチップ部品接着剤２１を使用することによって、圧電セラミックス振動体７を特別な部材を用いることなく、所定の間隔を維持しながらも印刷回路基板に固着（固定）することができる。このチップ部品接着剤により確保された回路基板との間隔によって、圧電セラミックス振動体の振動時の変位量（振幅）は確保され、圧電トランスとしての性能を損なうことがない。

低電圧制御回路２は、圧電セラミックス振動体７の一次電極６側の回路基板１６上に形成されている金属からなる配線パターンに回路部品を半田付けすることにより形成されている。図６において低電圧制御回路２は、圧電セラミックス振動体と同一面に配置した形状としているが、圧電セラミックス振動体７の配置面（部品面）ではない面に配置すること、さらには、圧電セラミックス振動体７の裏面に位置する箇所に配置することも可能である。

このように、圧電セラミックス振動体７をチップ部品接着剤２１で、印刷回路基板上に固着（固定）することにより、従来においては樹脂等で形成されていたケースとしての保持部材の必要がなくなるために、より薄型の高圧電源装置の提供が可能となる。また、この方法は、圧電セラミックス振動体と印刷回路基板の双方に固着のための配慮、たとえば端子１７やパターン（ランド）１５を基本的には必要としないため、印刷基板の寸法が許す限り、異なる大きさの圧電セラミックス振動体を使用することができる特徴を有する。

（第４の実施形態）
図８、図９は第４の実施形態を説明する図である。第４の実施形態の主たる特徴は、上述した構造体として通常の印刷回路基板を使用し、圧電セラミックス振動体を実装する位置に、その圧電セラミックス振動体７の外形よりも大きなスリットを印刷回路基板に設けると共に、この回路基板のスリット内側部分に突出部を形成し、この突出部と圧電セラミックス振動体の機械的変位量の最も少ない節の部分を固定することである。

図８、図９を用いて、第４の実施形態について説明する。なお第１から第３の実施形態と重複する箇所は省略する。

印刷回路基板１６に、圧電セラミックス振動体７の外形よりも大きなスリット２４を設け、スリット２４内に、突出部２３を設ける。この突出部２３は、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の位置に対応した位置であり、図８の上面図に示す通り４箇所に設ける。

圧電セラミックス振動体７の節箇所と回路基板１６の突出部２３は、チップ部品接着剤２１で固着（固定）される。この場合、第２あるいは第３の実施形態のように、圧電セラミックス振動体と印刷回路基板との間の間隔については考慮する必要がない。また双方を固着（固定）する方法は、第２の実施形態で示した方法（半田付け）を用いたものでもよい。この場合、上述したように、圧電セラミックス振動体と印刷回路基板の双方に第２の実施形態で示した処置が必要になる。

このように、回路基板１６にスリットを設けることにより第２および第３の実施形態で示した高圧電源装置の小型化の可能性に加え、圧電セラミックス振動体裏面空間が大きくできるために、製造時の取り扱いが簡単となる効果が得られる。また、圧電セラミックス振動体裏面空間が大きくできるために、印刷回路基板のそり（湾曲）を無視することができる特徴がある。

以上の第１の実施形態例１から第４の実施形態において説明した電気回路の構成については、本発明を説明する上での最小構成を示すものであり、高圧電源装置が実装される装置に対応して高圧電源装置に求められることになる各種の機能を含む電気回路を、本発明を使用して実装することが容易にできることは当業者には明らかであろう。

本発明の高圧電源装置を実装することが可能な画像形成装置の概略を示す図である。本発明を適用可能な高圧電源装置の電気回路の例を示す高圧電源ブロック図である。本発明の第１の実施形態における高圧電源装置の物理的構造の例を示す図である。本発明の第２の実施形態における高圧電源装置の物理的構造の例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る圧電セラミック振動体と構造体との固着の詳細を説明する図である。本発明の第３の実施形態における高圧電源装置の物理的構造の例を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る圧電セラミック振動体と構造体との固着の詳細を説明する図である。本発明の第３の実施形態における高圧電源装置の物理的構造の例を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る圧電セラミック振動体と構造体との固着の詳細を説明する図である。従来の圧電セラミックスのケースの形状例を示す図である。圧電セラミックスのケースの電気回路基板への実装例を示す図である。

符号の説明

１入力コネクタ
２低電圧制御回路
３ＧＮＤ端子
４一次入力端子
５一次リード線
６一次電極
７圧電セラミックス振動体
８二次電極
９二次リード線
１０高圧整流回路
１１電圧検出回路
１２ＭＩＤ（構造体、電気回路基板）
１３高圧（二次）出力端子
１４セラミック振動体保持用突起
１５圧電セラミックス保持用の導電パターン（ランド）
１６構造体（回路基板）
１７圧電セラミックス上に形成された固着用を兼ねた端子
１８ＧＮＤ電極
１９電極厚み
２０回路パターン厚み
２１チップ部品接着剤
２２チップ部品接着剤厚み
２３構造体（回路基板）突出部（固着部）
２４構造体のスリット（切り欠き）部
２５圧電トランス・ケース
２７二次出力端子
２８ＧＮＤ端子
２９一次入力端子
３０圧電トランス
１０１ＶＣＯ
１０２ＦＥＴ
１０３コイル
１０５、１０６ダイオード
１０８、１０９、１１０、１１１抵抗
１１２コンデンサ
１１３ＯＰアンプ
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

Claims

入力電圧が印加される１次側に１次電極とグランド電極が形成され、電圧が出力される２次側に２次電極が形成された圧電トランスを実装したプリント基板において、
前記１次電極とリード線を介して接続された入力端子と、
前記２次電極とリード線を介して接続された出力端子と、
前記グランド電極が形成された面と対向する側に設けられた第１と第２の導電パターンと、
前記第１導電パターンと電気的に接続され、且つ、固着されており、前記グランド電極と電気的に接続された第１端子と、
前記第２導電パターンと固着されており、前記グランド電極が形成された面の前記２次側に設けられた第２端子とを備え、
前記第１導電パターンと前記第１端子とが固着された第１位置と、前記第２導電パターンと前記第２端子とが固着された第２位置は、前記圧電トランスが振動した際の節部であることを特徴とするプリント基板。
前記圧電トランスと対向する位置にスリットと、
前記第１端子と対向する位置に１対の第１突出部と、
前記第２端子と対向する位置に１対の第２突出部と、を備え、
前記第１突出部に前記第１の導電パターンが設けられ、前記第２突出部に前記第２の導電パターンが設けられたことを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。