(57)【要約】【課題】帯電部材の長手方向の汚れを精度よく検知することができる帯電装置および画像形成装置を提供すること。【解決手段】帯電装置１０５は，帯電ローラ１と，帯電ローラ１の近傍に配置される集音部材２とを備えている。帯電ローラ１は，感光体ドラムに対して長手方向（軸方向）に並行配置されており，モータ等の駆動機構によって所定の速度で回転駆動される。集音部材２は，帯電ローラ１およびその周辺機器から発生する音を採取する。集音部材２から出力された信号を基に，周波数変換部４にて各種の音の周波数が抽出される。そして，その中から帯電ローラ１の固有振動に対応する周波数を抽出し，その周波数を基に帯電ローラ１の汚れの有無を判断する。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電部材を備えた帯電装置において，
前記帯電部材に隣接し，前記帯電部材の近傍の音を採取する集音部材と，
前記集音部材にて採取した音を周波数成分に変換し，前記帯電部材の固有振動に対応する周波数を抽出する周波数抽出部とを備え，
前記周波数抽出部にて抽出した周波数を基に，前記帯電部材の汚れの有無を判断することを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
請求項１に記載する帯電装置において，
前記帯電部材の汚れが検知された場合に，前記帯電部材の清掃を行うことを特徴とする帯電装置。
【請求項３】
帯電部材にて像担持体の表面を帯電する帯電装置を備えた画像形成装置において，
前記帯電部材に隣接し，前記帯電部材の近傍の音を採取する集音部材と，
前記集音部材にて採取した音を周波数成分に変換し，前記帯電部材の固有振動に対応する周波数を抽出する周波数抽出部と，
前記周波数抽出部にて抽出した周波数を基に，前記帯電部材の汚れの有無を判断する制御部とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項３に記載する画像形成装置において，
前記帯電部材の汚れが検知された場合に，前記帯電部材の清掃を行うことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電子写真方式の画像形成装置およびそれに用いる帯電装置に関する。さらに詳細には，像担持体に接触あるいは近接（非接触）して像担持体の表面を帯電させる帯電装置であって，その長手方向の汚れ分布を精度よく検知する帯電装置およびそれを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，電子写真方式の画像形成装置には，導電ローラや導電ブラシ等の帯電部材を利用し，回転する像担持体に接触し，あるいは近接して像担持体の表面を帯電させる帯電装置が実用化されている。これらの帯電装置は，コロナ放電を利用するコロナ放電帯電器と比較して，オゾン発生量が軽微であり，低い印加電圧で作動できるといった利点を有している。
【０００３】
しかしながらこれらの帯電装置は，像担持体の表面に残留するトナーや紙粉を取り込み易い。そして，トナー等の付着物は，抵抗成分や静電容量成分を有しており，結果として帯電ムラや帯電不足が生じてしまう。すなわち，付着物が不特定の部位に集中することによって表面電圧降下が不均一に発生し，表面電位ムラとなる。また，電流供給不足によるドット状放電が発生し，その結果として画像ノイズとなる。
【０００４】
これを防止するため，帯電部材にブラシやパッド，フィルムなどを当接させて機械的に清掃する方法や，所定のタイミングで帯電部材に印加する電圧を変更して電気的に清掃する方法が提案されている。また，帯電部材の汚れを検知する方法として，例えば特許文献１に示すように，像担持体の表面電位を測定する方法，像担持体上の画像濃度を測定する方法，帯電部材表面の光の反射率を測定する方法，帯電部材のインピーダンスの変化により汚れを推測する方法が提案されている。この画像形成装置では，測定箇所を１箇所に限定せず，２箇所以上に検出手段を配置することも提案されている。
【特許文献１】特開平６−２５０５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，前記した従来の汚れ検出方法では，次のような問題があった。すなわち，帯電部材中の付着物の付着箇所は，印字パターンによってばらつきがあり，特定の位置に決まるものではない。従って，複数箇所にセンサ等の汚れ検知手段を配置したとしても，汚れを検知する部位はセンサの検出範囲に限定されてしまい，帯電部材の表面全体の汚れを検知することはできない。そのため，汚れを検知していない部位が存在し，帯電ムラ等を確実に回避することができない。また，センサを長手方向に隙間なく配置することも考えられるが，コストアップは避けられない。
【０００６】
本発明は，前記した従来の帯電装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，帯電部材の長手方向の汚れを高精度に検知することができる帯電装置および画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題の解決を目的としてなされた帯電装置は，帯電部材を備えた帯電装置であって，帯電部材に隣接し，帯電部材の近傍の音を採取する集音部材と，集音部材にて採取した音を周波数成分に変換し，帯電部材の固有振動に対応する周波数を抽出する周波数抽出部とを備え，周波数抽出部にて抽出した周波数を基に，帯電部材の汚れの有無を判断することを特徴としている。
【０００８】
本発明の帯電装置は，ローラ状あるいはブラシ状の帯電部材を有するものであって，その帯電部材の近傍に所定の周波数領域の音を採取する集音部材を備えている。この集音部材では，帯電部材およびその周辺機器から生じる各種の音（帯電バイアスや現像バイアスのＡＣ電源音，ポリゴンミラーの回転音，帯電部材等の振動部材の固有振動音など）を検知する。そして，周波数抽出部にて，採取した音を周波数成分に変換する。具体的には，所定の周波数帯の音圧ピークの周波数を抽出する。これにより，採取した音から各種の音の周波数を取得することができる。そして，抽出された幾つかの周波数から，帯電部材の固有振動に対応する周波数を抽出する。
【０００９】
この帯電部材の固有振動に対応する周波数を基に帯電部材の汚れを判断する。すなわち，帯電部材の表面のいずれかにトナーが付着していると，帯電部材の固有振動の周波数に変化が生じる。そのため，周波数の変化量の大きさを基に帯電部材の汚れを判断することができる。この帯電部材の固有振動の周波数は，帯電部材の特定の部位から得られるものではなく，帯電部材全体から得られるものである。よって，長手方向全長にわたってどこにトナーが付着していたとしても汚れとして検知することができる。
【００１０】
また，本発明の帯電装置は，帯電部材の汚れが検知された場合に，その帯電部材の清掃を行うこととするとよりよい。すなわち，汚れを落とすことにより，帯電ムラや画像ノイズを回避することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば，帯電部材の固有振動の周波数を取得し，その周波数を基に帯電部材の汚れを判断することができる。そのため，帯電部材の長手方向全体における汚れの有無を判断することができる。よって，帯電部材の長手方向の汚れを精度よく検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，本実施の形態は，電子写真方式の画像形成装置に備えられた接触方式の帯電装置に本発明を適用したものである。
【００１３】
本形態の画像形成装置は，電子写真方式のレーザプリンタであり，図１に示すように光学系にレーザ発振器１０２と，ポリゴンミラー１０３と，反射ミラー１０４とが配置され，画像プロセス部に感光体ドラム１０１と，帯電装置１０５と，現像器１０６と，転写チャージャ１０７と，クリーニングブレード１０８とが配置されている。また，搬送部に給紙ローラ１０９と，排紙ローラ１１５と，給紙センサ１１０と，排紙センサ１１４と，定着装置１１１等とが配置されている。
【００１４】
次に，上記のように構成されたレーザプリンタの動作を簡単に説明する。感光体ドラム１０１は，図１中矢印方向に回転している。帯電装置１０５は，接触方式のローラ部材であり，感光体ドラム１０１に接触して感光体ドラム１０１の表面を一様に帯電する。また，画像信号に基づいて，レーザ発振器１０２からレーザ光が変調発光される。このレーザ光は，ポリゴンミラー１０３により主走査方向に走査され，反射ミラー１０４により反射されて感光体ドラム１０１に入射する。これにより，感光体ドラム１０１上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器１０６により現像されてトナー像となる。トナー像は，感光体ドラム１０１に対向して配置された転写チャージャ１０７により，給紙ローラ１０９によって給紙された記録紙Ｐ上に転写される。その後，トナー像が転写された記録紙Ｐは，定着装置１１１において加熱され，その熱によりトナー像が溶融して記録紙Ｐ上に定着される。画像定着後，記録紙Ｐは，排紙ローラ１１５により装置外に排出される。以上の動作により，１枚分のプリントが行われる。
【００１５】
続いて，本形態のレーザプリンタに備えられている帯電装置１０５の構成について説明する。帯電装置１０５は，図２に示すように，帯電ローラ１と，帯電ローラ１に隣接する集音部材２とを備えている。帯電ローラ１は，感光体ドラム１０１に対して長手方向（軸方向）に接触して並行配置されており，感光体ドラム１０１の回転に従動して回転する。
【００１６】
帯電ローラ１は，図３に示すように，導電性の芯金上１１に，弾性層１２，第１被覆層１３，第２被覆層１４が順次積層されている。支持体としての芯金１１には，外径が６ｍｍ程度のＳＵＳ材を用いる。なお，芯金１１は，導電性および防錆性を有していればよい。例えば，ニッケルメッキ鋼棒材を使用することも可能である。
【００１７】
弾性層１２には，厚さが３ｍｍであり，体積抵抗率が１０6 Ωｃｍであり，導電性カーボンブラックを分散し発泡加硫したＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジェン・ゴム）スポンジを用いる。なお，弾性層１２は，帯電ローラ１が所定の硬度（例えば，アスカーＣ硬度で７５度以下）を有していればよい。例えば，ウレタンゴム，エピクロルヒドリンゴム，シリコンゴムなどが適用可能である。また，ソリッド状でもスポンジ状でもよい。また，厚さは，通常，２ｍｍ〜５ｍｍの範囲内である。また，弾性層１２へは，カーボンブラック，金属，金属酸化物などの導電性物質を分散させる。これにより，弾性層１２は導電性を有する。
【００１８】
第１被覆層１３には，厚さが２５０μｍであり，体積抵抗率が１０7 Ωｃｍであり，導電性酸化スズを分散したヒドリンゴムを用いる。また，第２被覆層１４には，厚さが１０μｍであり，体積抵抗率が１０8 Ωｃｍであり，導電性カーボンブラックを分散したナイロン樹脂を用いる。なお，これらの被覆層は，弾性層１２からのオイル等の染み出しの抑制，帯電ローラの電気抵抗の均一化，帯電ローラの表面への付着抑制，帯電ローラの硬度の調節などを目的として弾性層１２上に設けられる。被覆層は，これらの目的を達成していれば単層でも多層でもよい。例えば，ヒドリンゴム，ウレタンゴム，ナイロン樹脂などが適用可能である。また，厚さは，１００μｍ〜１０００μｍの範囲内が望ましい。さらに，体積抵抗率は，１０5 Ωｃｍ〜１０9 Ωｃｍの範囲内が望ましい。また，被覆層にも，カーボンブラック，金属，金属酸化物などの導電性物質を分散し電気抵抗を調節している。これにより，各被覆層も導電性を有する。
【００１９】
集音部材２は，帯電ローラ１に向けて配置され，帯電ローラ１の近傍音をサンプリングしている。集音部材２としては，例えば，１００Ｈｚ〜１００００Ｈｚの音をサンプリング可能な集音マイクがある。
【００２０】
また，帯電装置１０５は，図２に示したように，帯電ローラ１が高圧電源３に接続されており，帯電ローラ１に所定のバイアスが印加される。また，周波数変換部４が集音部材２に接続されており，集音部材２から送られてくる電気信号を周波数ごとの音圧に変換される。さらに，制御部５によりその音圧のサンプリングが行われ，その音圧値を基に帯電ローラ１の汚れの有無が判断される。
【００２１】
また，帯電ローラ１の近傍には，清掃モード時に帯電ローラ１に当接し，帯電ローラ１を清掃する清掃部材６が設けられている。清掃部材６としては，例えばブラシ状に織り込まれたレーヨンを芯金に巻き付けたものがある。
【００２２】
続いて，帯電ローラ１の汚れの検知処理について説明する。汚れの検知処理は，非画像形成時に行われる。非画像形成時としては，例えば画像形成装置の電源投入の直後，プリントジョブ終了時，ジャム処理後の復帰シーケンス中などが該当する。
【００２３】
まず，帯電ローラ１の回転を開始する。汚れの検知処理中，帯電ローラ１は一定の速度で回転し続ける。帯電ローラ１には，所定の電圧を印加する。印加電圧は，放電開始電圧以上であればよく，画像形成時と同様の電圧でもよい。
【００２４】
次に，集音部材２により帯電ローラ１およびその周辺機器から発生する各種の音をサンプリングする。サンプリングされた音は，周波数変換部４にて周波数ごとの音圧に変換される。次に，所定の周波数帯の音圧ピークの周波数を取得する。すなわち，各種の音（帯電バイアスや現像バイアスのＡＣ電源音，ポリゴンミラー１０３の回転音，帯電ローラ１等の振動部材の固有振動音など）の周波数を取得する。そして，その中から，帯電ローラ１の固有振動に関する周波数を取得する。
【００２５】
次に，その帯電ローラ１の固有振動の周波数を基に帯電ローラ１の汚れを判断する。すなわち，帯電ローラ１にトナーや紙屑などが付着している場合には，帯電ローラ１の表面の硬さに変化が生じる。そのため，帯電ローラ１の固有振動の周波数に変化が生じる。そこで，この帯電ローラ１の固有振動の周波数を取得し，その周波数を基に帯電ローラ１の表面全体について汚れの有無を判断する。
【００２６】
判断する方法としては，例えば，基準となる周波数（基準値）を記憶しておき，実測値とのズレ量が許容範囲内であるか否かによって汚れを判断する。すなわち，許容範囲外である場合には，汚れが生じていると判断する。
【００２７】
なお，帯電ローラ１は，その表面の硬さが均一となるように形成されているが，僅かながらにもばらつきがある。さらに，環境変化（温度や湿度による変化）などにより固有振動の周波数は変化する。そのため，これらの変動要因を補正することにより，より帯電ローラの汚れの検知精度を向上させることができる。
【００２８】
具体的に，初期的な固有振動のばらつきについては，帯電装置を画像形成装置にセットした際にあらかじめ帯電ローラ１の固有振動の周波数を測定し，比較データとして制御部５に記憶させておくと補正が可能とになる。また，環境変化は，帯電装置１０５近傍に設置された環境センサ（温度センサ，湿度センサなど）にて取得されるデータによって補正が可能となる。
【００２９】
次に，帯電ローラ１の汚れの判断について説明する。図４は，帯電装置１０５を画像形成装置にセットし，１枚のテストプリントを行った際に生じた音を集音部材２で採取し，その音を周波数成分に変換してノイズを除去した結果の具体例を示している。図４中の横軸は，印字開始から終了までの時間経過を意味する。すなわち，図４のグラフから，およそ２秒目でポリゴンミラー１０３が所定の回転速度に達し，３秒目〜７秒目の間で画像形成が行われ，８秒目以降にポリゴンミラー１０３を停止させていることがわかる。
【００３０】
また，図４では，各種の音の周波数を示している。帯電ローラ１の近傍で検知される音は，主として帯電音（帯電ローラ１に印加したＡＣ電圧のｎ倍の周波数：ｎ＝２，３，４），露光手段からの発生音（ポリゴンミラー１０３の回転音），現像器１０６からの発生音（現像ローラに印加するＡＣ電圧の電源音），帯電ローラ１の振動部材の固有振動音がある。
【００３１】
振動部材としては，帯電ローラ１のほか，例えば感光体ドラム１０１やハウジングがある。図４では，帯電ローラ１の表面の固有振動に対応する周波数を「固有振動」と表記している。このテストプリント時の固有振動の周波数を基準値に設定する。
【００３２】
次に，実際に所定の枚数のプリントを行った後，１枚のテストプリントを行った。そして，その際に生じた音を集音部材２で採取し，帯電ローラ１の表面の固有振動に対応する周波数を抽出した。図５は，抽出した周波数と基準値とのズレ量を示している。図５に示したように，本実験でのプリント後のズレ量は，およそ３０Ｈｚで許容範囲（±１５Ｈｚ以内）外となっている。そのため，帯電ローラ１の表面が汚れていると判断できる。
【００３３】
帯電ローラ１の表面が汚れていると判断したため，帯電装置１０５を清掃モードとし，帯電ローラ１の清掃を行った。清掃後のズレ量は，許容範囲内となった。そのため，帯電ローラ１の汚れが除去されたと判断できる。
【００３４】
なお，本実験では，１回の清掃によりズレ量が許容範囲内になったために１回の清掃により清掃モードを完了したが，１回の清掃では許容範囲内とならないこともある。その場合は，許容範囲内となるまで清掃および汚れ検知処理を繰り返す。ただし，所定の回数を繰り返しても許容範囲内とならない場合には，帯電ローラ１の寿命と判断し，その旨を操作パネル等に通知するととともに汚れ検知処理および清掃モードを完了する。
【００３５】
以上詳細に説明したように実施の帯電装置１０５は，帯電ローラ１の近傍に集音部材２を備えることとしている。この集音部材２は，帯電ローラ１およびその周辺機器から発生した音を採取する。そして，その採取した音から帯電ローラ１の固有振動の周波数を取得することとしている。そして，その取得した周波数と基準値となる周波数とを比較し，その比較結果を基に帯電ローラ１の汚れの有無を判断することとしている。すなわち，帯電ローラ１の表面付着物に伴う固有振動の変化を基に汚れの有無を判断していることから，従来の汚れ検知方法のように汚れの検知箇所が特定の位置に限定されることはない。よって，帯電部材の長手方向の汚れを精度よく検知することができる帯電装置および画像形成装置が実現している。
【００３６】
また，従来の帯電装置では，高精度化を図るために複数のセンサを設置する必要があるが，本形態では１つの集音部材２によって帯電ローラ１の長手方向全体における汚れを判断できるため，少ない部品点数で高精度化を図ることができる。さらに，集音部材２は，帯電ローラ１に対して非接触であるため，摺接によるセンサの劣化がない。そのため，長期の信頼性が確保される。
【００３７】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，実施の形態ではプリンタに本発明を適用しているがこれに限るものではない。すなわち，複写機等であっても適用可能である。また，カラー機であっても，モノクロ機であっても適用可能である。また，帯電装置は，接触式であっても非接触式であってもよい。
【００３８】
また，帯電部材は，ローラ状の導電部材に限らない。すなわち，ブラシ状の導電部材であってもよい。ブラシ状の部材の場合は，その繊維の植設密度などよって初期的な固有振動のばらつきが大きい。そのため，初期的な固有振動のばらつきを補正する処理を行うことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施の形態にかかる画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】帯電装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】帯電ローラの概略構成を示す断面図である。
【図４】汚れの検知処理時における固有振動周波数の基準値の一例を示すグラフである。
【図５】周波数の基準値と測定値とのズレ量の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１      帯電ローラ（帯電部材）
２      集音部材（集音部材）
３      高圧電源
４      周波数変換部（周波数変換部）
５      制御部（制御部）
６      清掃部材
１００  レーザプリンタ（画像形成装置）
１０５  帯電装置（帯電装置）
【図１】
2006349938.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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