(57)【要約】【課題】感光ドラムに接触させた帯電ローラに、ＤＣ電圧とＡＣ電圧とを重畳させた帯電バイアスを印加することで、感光ドラム表面を所定の極性・電位に均一に帯電させる帯電装置において、低温低湿環境での帯電の均一性を確保し、高温高圧環境での感光ドラムの絶縁破壊を防止する。【解決手段】制御手段のメモリに、温度湿度と、ＤＣ電圧及びＤｕｔｙとを関係付けるテーブルを格納しておく。温・湿度センサの検知結果に基づいて、制御手段は、これらのテーブルからＤＣ電圧及びＤｕｔｙを選択する。低温低湿環境では、Ｄｕｔｙを上げることで、帯電時間を長くして帯電均一性を確保する。高温高湿環境では、Ｄｕｔｙを下げることで、絶縁破壊を防止する。【選択図】図４
2008058722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被帯電体に接触させた帯電部材に、ＤＣ電圧とＡＣ電圧とを重畳させた帯電バイアスを印加することにより前記被帯電体を帯電させる帯電装置を備えた画像形成装置において、
環境条件、前記帯電部材の抵抗、前記被帯電体の耐圧又は膜厚のうちの少なくとも１つの情報を取得する情報取得手段と、
前記情報取得手段が取得した情報に基づいて、ＤＣ電圧の電圧値とＡＣ電圧のＤｕｔｙとを変更する制御手段と、を備える、
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記情報取得手段として、環境条件である温度湿度を検出する温・湿度センサを備え、
前記制御手段は、前記温・湿度センサが低温低湿環境を検知したときには、Ｄｕｔｙを上げる、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記情報取得手段として、環境条件である温度湿度を検出する温・湿度センサを備え、
前記制御手段は、前記温・湿度センサが高温高湿環境を検知したときには、Ｄｕｔｙを下げる、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記情報取得手段として、前記帯電部材の抵抗を検知する抵抗検知手段を備え、
前記制御手段は、抵抗検知手段が検知する前記帯電部材の抵抗が大きいほど、Ｄｕｔｙを上げる、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記帯電部材が、イオン系導電剤を用いて抵抗調整した帯電ローラである、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記被帯電体がａ−Ｓｉ感光体である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被帯電体に接触させた帯電部材に、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳させた帯電バイアスを印加して被帯電体を帯電させる帯電装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置において、感光体（被帯電体）の表面を均一に帯電するための帯電装置が使用される。この帯電装置として、従来から使用されてきた非接触方式のコロナ帯電装置に代わって、近時、接触方式のローラ帯電装置が利用されるようになってきた。ローラ帯電装置は、感光体に接触させた帯電ローラに帯電バイアスを印加することで感光体を帯電させるものであり、コロナ帯電装置と比較して、オゾンの発生量が少なく、また、帯電バイアス電源の低電圧化が図れるなどの利点がある。
【０００３】
この反面、ローラ帯電装置は、コロナ帯電装置に比べて、帯電ローラの表面性や抵抗ムラや環境変化に起因して帯電後の感光体に帯電ムラが発生しやすいという欠点がある。
【０００４】
この欠点を解消する方法の１つとして、帯電ローラに対して、ＤＣ電圧だけでなく、これにＡＣ電圧を重畳させた帯電バイアスを印加する技術が知られている。この技術は、感光体の帯電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有するＡＣ電圧を帯電ローラに印加するものである。これにより、帯電ローラと感光体との間で電荷が何度も往復移動するため、感光体の表面の帯電ムラが解消される。
【０００５】
ところが、上述のようなＡＣ電圧を印加すると、感光体の寿命を短くすることが知られている。帯電ローラは感光体の表面に接触されて入るものの、実際の帯電は、接触部分近傍の極めて狭いニップ部（非接触部）における空中放電（コロナ放電）によるものが支配的であるため、コロナ流の衝撃や帯電生成物の付着によって感光体の劣化、低寿命化が助長されるためである。なお、帯電ローラ自体に起因する帯電ムラを解消するためには、上述のＡＣ電圧のピーク間電圧をあらかじめ高めに設定しておくことが有効ではあるが、この場合には、さらに感光体の劣化、低寿命化を助長してしまうことになる。
【０００６】
また、ミクロな帯電ムラを少なくし、感光体への局部的な電界集中を防止する目的で、帯電ローラを、イオン系導電剤を用いた材料で構成する場合がある。
【０００７】
ところが、このイオン系の帯電ローラは、画像形成の高速化への対応が問題となる。すなわち、導電形態がイオンの移動に関連するため、低温低湿（Ｌ／Ｌ）環境では、帯電ローラ内の電荷の移動が遅くなり、ＡＣ電圧の周波数を高くした場合に帯電電位が低下する現象が発生する。一方、帯電を均一にするためには、感光体が帯電ニップを通過する際に、帯電ローラと感光体との間で、電荷を必要最低限、往復移動させる必要があるので高速化に伴い、周波数は高くなる傾向にある。この結果、特にイオン系の帯電ローラを用いた場合には、帯電ローラから感光体へ移動する往路の時間が十分に取れなくなり帯電電位の低下を招いてしまう。
【０００８】
この対策として、特許文献１では、接触帯電方式において、ＡＣ電圧を変化させてＤＣ電流を検知し、ＤＣ電流を一定の飽和状態にするＡＣ電圧によって、ＡＣ電圧値を決定する方法が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３３３７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の特許文献１におけるＡＣ電圧の決定方法、すなわち、ＤＣ電流の飽和状態に応じてＡＣ電圧を決定する方法には、以下のような問題があった。
【００１１】
イオン系の帯電ローラは、体積抵抗率の環境依存性が大きいため、環境条件によっては、体積抵抗率が高くなる。また、イオン系以外の帯電ローラであっても、長期間使用した場合には、体積抵抗率が高くなる。このような帯電ローラを使用して、感光体を帯電させると、ＤＣ電流を飽和させるためにＡＣ電圧が強くなり過ぎて感光体が絶縁破壊しやすくなる。また、感光体が、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）感光体のように、ダイオード特性を持った感光体である場合には、一律にＡＣ電圧を高める方法は、絶縁破壊を招くおそれがある。なお、上述では、帯電部材が帯電ローラである場合を説明したが、同様の問題は、帯電部材が帯電ローラである場合に限らず、ブレード状やブロック状の帯電部材である場合についても同様に発生する。
【００１２】
そこで、本発明は、環境条件、帯電部材の抵抗、被帯電体の耐圧等に基づいて、帯電バイアスのＤＣ電圧とＡＣ電圧のＤｕｔｙを変化させることにより、ＡＣ電圧を過剰に高めることなく、被帯電体を所定の電位に帯電させることができ、また、ＡＣ電圧のピーク間電圧を抑制して被帯電体や帯電部材の長寿命化を図ることができる画像形成を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明は、被帯電体に接触させた帯電部材に、ＤＣ電圧とＡＣ電圧とを重畳させた帯電バイアスを印加することにより前記被帯電体を帯電させる帯電装置を備えた画像形成装置に関する。この発明に係る画像形成装置は、環境条件、前記帯電部材の抵抗、前記被帯電体の耐圧又は膜厚のうちの少なくとも１つの情報を取得する情報取得手段と、前記情報取得手段が取得した情報に基づいて、ＤＣ電圧の電圧値とＡＣ電圧のＤｕｔｙとを変更する制御手段と、を備える、ことを特徴としている。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る画像形成装置において、前記情報取得手段として、環境条件である温度湿度を検出する温・湿度センサを備え、前記制御手段は、前記温・湿度センサが低温低湿環境を検知したときには、Ｄｕｔｙを上げる、ことを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１に係る画像形成装置において、前記情報取得手段として、環境条件である温度湿度を検出する温・湿度センサを備え、前記制御手段は、前記温・湿度センサが高温高湿環境を検知したときには、Ｄｕｔｙを下げる、ことを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１に係る画像形成装置において、前記情報取得手段として、前記帯電部材の抵抗を検知する抵抗検知手段を備え、前記制御手段は、抵抗検知手段が検知する前記帯電部材の抵抗が大きいほど、Ｄｕｔｙを上げる、ことを特徴としている。
【００１７】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に係る画像形成装置において、前記帯電部材が、イオン系導電剤を用いて抵抗調整した帯電ローラである、ことを特徴としている。
【００１８】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に係る画像形成装置において、前記被帯電体がａ−Ｓｉ感光体である、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、ＤＣ電圧とＤｕｔｙとを変化させることにより、ＡＣ電圧を過剰に高めることなく所定の帯電電位得ることができ、また、被帯電体の耐圧を超えないようにピーク間電圧を制御して被帯電体や帯電部材の長寿命化を図ることができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、低温低湿環境の場合に、Ｄｕｔｙを上げることにより、ＡＣ電圧を不要に高くすることなく、帯電の安定性を確保することができる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、高温高湿環境の場合に、Ｄｕｔｙを下げることにより、ＡＣ電圧のピーク間電圧を下げることができる。これにより、例えば、被帯電体の帯電極性がプラスである場合に、絶対値の大きいマイナスの電圧が印加されることに起因する被帯電体の絶縁破壊を防止することができる。なお、帯電極性がマイナスの被帯電体を使用する場合には、電圧の正負の関係がいずれも逆になる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、帯電部材と被帯電体との間に、過剰な電圧を印加することなく、被帯電体を所定の電位に帯電することができる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、イオン系の帯電ローラを使用した場合に、帯電の安定性を確保するとともに、被帯電体の絶縁破壊を防止することができる。
【００２４】
請求項６の発明によれば、被帯電体がａ−Ｓｉ感光体である場合、その帯電の安定性を確保することができるとともに、感光体の絶縁破壊を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づき詳述する。なお、各図面において、同じ符号を付した部材等は、同じ構成のものであり、これらについての重複説明は適宜省略するものとする。また、各図面においては、説明に不要な部材等は適宜、図示を省略している。
【００２６】
＜実施形態１＞
図１を参照して、本発明に係る画像形成装置１について説明する。図１は、画像形成装置１の全体構成を模式的に示す図である。
【００２７】
図１に示すように、画像形成装置１は、被帯電体として感光ドラム１０を備えている。感光ドラム１０の周囲には、その回転方向（矢印Ｒ１０方向）に沿って上流側からほぼ順に、帯電装置１１、露光装置１２、現像装置１３、転写装置１４、クリーニング装置１５、除電装置１６等が配設されている。また、画像が形成される記録媒体としてのシートＳ（普通紙、透明フィルム等）の搬送路Ｐ（二点鎖線で図示）における、搬送方向（矢印Ｋｓ方向）に沿って上流側から順に、給紙カセット２０、給紙ローラ２１、搬送ローラ対２２、レジストローラ対２３、定着装置２４、排紙ローラ対２５、排紙トレイ２６等が配設されている。
【００２８】
この画像形成装置１は、帯電装置１１、露光装置１２、現像装置１３によって感光ドラム１０の表面（外周面）にトナー像を形成し、このトナー像を転写装置１４でシートＳの表面に転写し、定着装置２４によって定着するものである。以下、感光ドラム１０から順に説明する。
【００２９】
本実施形態では、被帯電体としてドラム形のａ−Ｓｉ感光体（感光ドラム１０）を使用している。感光ドラム１０は、最内側にはアースされた導電性のドラム基体２７を有している。ドラム基体２７は、例えば、アルミニウムシリンダによって構成することができる。本実施形態では、感光ドラム１０は、このドラム基体２７の表面をＰ＋層２８で覆い、さらに、このＰ＋層２８の表面にＳｉＨ層３０及びＳｉＣ層３１を設けることで構成されている。この例では、Ｐ＋層２８とＳｉＨ層３０とＳｉＣ層３１によって感光層が形成されている。この感光ドラム１０は、ダイオード特性を有していて、表面に正電荷を帯びた場合には、Ｐ＋層２８がドラム基体２７からの負電荷の注入を阻止するため、ＳｉＣ層３１に正電荷を保持することができる。これに対し、表面に負電荷を帯びた場合には、この表面の負電荷は、正電荷がドラム基体２７からＰ＋層２８を通過してＳｉＣ層３１まで到達するため、この正電荷と結合して消滅する。つまり、本実施形態では、感光ドラム１０は、正の帯電特性を有している。感光ドラム１０は、画像形成装置本体Ｍによって回転自在に支持されており、駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１０方向に所定のプロセススピード（例えば、３０７ｍｍ／ｓｅｃ）で駆動回転される。
【００３０】
感光ドラム１０は、帯電装置１１によって帯電される。帯電装置１１は、感光ドラム１０に接触させた帯電部材としての帯電ローラ３３と、これに帯電バイアスを印加する帯電バイアス電源３４とを備えている。帯電ローラ３３は、金属性の芯金３５と、この芯金３５の外周面を覆うローラ部３６とを有しており、ローラ部３６は、イオン系導電材によって形成されている。帯電ローラ３３は、その表面に、ブラシクリーナ３７が表面に接触されている。画像形成に伴って、感光ドラム１０の表面に付着した紙粉やトナーの外添剤が、後述するクリーニング装置１５のクリーニングブレード４５をすり抜けて帯電ローラ３３の表面に付着することがある。特に、帯電ローラ３３が劣化して、表面の凹凸が多くなった場合には、付着しやすい。ブラシクリーナ３７は、このような紙粉やトナーの外添剤を除去することにより、帯電ローラ３３、ひいては感光ドラム１０の寿命を延ばすようにしている。帯電ローラ３３は、その芯金３４に、帯電バイアス電源３４によって、帯電バイアスが印加される。この帯電バイアスは、ＤＣ電圧にＡＣ電圧が重畳されたものであり、これらＤＣ電圧やＡＣ電圧のＯＮ／ＯＦＦ、及び電圧の大きさ等は制御手段３８によって制御される。帯電装置１１は、帯電バイアス電源３４によって帯電ローラ３３に印加された帯電バイアスに基づいて感光ドラム１０の表面を所定の極性・電位に均一に帯電する。
【００３１】
帯電後の感光ドラム１０の表面は、露光装置１２によって静電潜像が形成される。露光装置１２としては、例えば、画像情報に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御されるレーザスキャナ（不図示）が使用される。レーザスキャナから発振されたレーザ光は、ポリゴンミラー（不図示）の回転により感光ドラム１０の表面をぼせんに沿って主走査し、また、感光ドラム１０の回転により副走査することによって、帯電後の感光ドラム１０の表面を画像情報に基づいて露光する。この露光走査によって露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。
【００３２】
静電潜像は、現像装置１３によって現像される。本実施形態では、１成分ジャンピング現像を採用した。現像装置１３は、現像剤（トナー）を収納する現像容器４０と、感光ドラム１０の表面に対向配置されるとともに現像容器４０によって回転自在に支持された現像ローラ４１と、この現像ローラ４１に現像バイアスを印加する現像バイアス電源４２とを有している。現像剤としては、スチレンアクリル系の粉砕トナーが使用され、この現像剤に対し、感光ドラム１０の表面研摩剤として酸化チタンが、また、帯電制御剤として複数のシリカが外添されている。現像バイアスとしては、現像バイアス電源４２から現像ローラ４１に対して、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した現像バイアスを印加した。このときのＡＣ電圧は、周波数２．５ｋＨｚ、ピーク間電圧１．７ｋＶ、Ｄｕｔｙ６０％である。現像装置１３は、現像剤を現像ローラ４１の表面に層状に担持し、現像ローラ４１の矢印Ｒ４１方向の回転によって感光ドラム１０の表面に対向する現像位置Ｄに搬送し、現像ローラ４１に現像バイアスを印加することによって、感光ドラム１０の表面の静電潜像に付着させる。これにより、感光ドラム１０の表面の静電潜像をトナー像（現像剤像）として現像する。
【００３３】
こうして、感光ドラム１０上に形成されたトナー像は、転写装置１４によって転写される。転写装置１４は、感光ドラム１０に接触配置されて感光ドラム１０との間に転写ニップ部Ｔを構成する転写ローラ４３と、この転写ローラ４３に転写バイアスを印加する転写バイアス電源４４とを有している。本実施形態では、転写ローラ４３は、材質がＥＰＤＭのものを使用し、全体の抵抗が１０７〜１０７．５Ωとなるようにした。感光ドラム１０上のトナー像は、感光ドラム１０の矢印Ｒ１０方向の回転によって転写ニップ部Ｔに向けて搬送される。一方、給紙カセット内２０に収納されていたシートＳは、給紙ローラ２１によって給紙され、搬送ローラ対２２によって停止中のレジストローラ対２３に突き当てられて斜行が矯正される。このシートＳは、上述の感光ドラム１０上のトナー像が転写ニップ部Ｔに供給されるタイミングに合わせて、レジストローラ対２３が回転することにより転写ニップ部Ｔに供給される。このとき、転写バイアス電源４４によって転写ローラ４３に転写バイアスが印加され、これにより、感光ドラム１０上のトナー像がシートＳの表面に転写される。
【００３４】
転写ニップ部Ｔにおけるトナー像の転写時に、シートＳに転写されないで感光ドラム１０上に残ったトナー（転写残トナー）は、クリーニング装置１５によって除去される。クリーニング装置１５は、感光ドラム１０の表面に当接された、弾性を有するクリーニングブレード４５を有しており、感光ドラム１０の表面に付着している転写残トナーを払拭して、クリーニング容器４６内に掻き落とす。こうして、転写残トナーが除去された感光ドラム１０は、除電装置１６によって電荷が除去され、次の画像形成に供される。
【００３５】
一方、トナー像が転写されたシートＳは、定着装置２４に搬送される。定着装置２４は、定着ローラ４７とこれに圧接された加圧ローラ４８とを有している。定着ローラ４７は、厚さが０．３５ｍｍの鉄製シリンダに３０μｍのＰＦＡコートを施したものを使用した。一方、加圧ローラ４８は、ＰＦＡチューブで被覆したシリコーンゴムローラを使用した。この加圧ローラ４８を上述の定着ローラ４７に圧接させて、定着ニップ部Ｎを構成した。定着ローラ４７をこれに内蔵されたヒータ（不図示）によって定着温度に加熱し、定着ニップ部Ｎにて、未定着トナー像を担持したシートＳを加熱して、シートＳの表面に定着させる。定着温度は、サーミスタの検出温度に基づいて制御される。定着ローラ４７における通紙領域の中央には、非接触サーミスタ（不図示）が、また、非通紙領域には接触サーミスタ（不図示）が配設されていて、これらサーミスタが検知する温度に基づいて、温度制御が行われるようになっている。トナー像定着後のシートＳは、排出ローラ対２５等によって排紙トレイ２６上に排出される。これにより、１枚のシートＳの片面に対する画像形成が終了する。
【００３６】
本実施形態においては、上述の制御手段３８は、感光ドラム１０の表面を均一に帯電させ（帯電の安定性を確保し）、また感光ドラム１０の絶縁破壊を防止するために、帯電バイアスにおけるＤＣ電圧の電圧値、及びＡＣ電圧のＤｕｔｙを制御するようにしている。以下詳述する。
【００３７】
本実施形態では、上述の帯電ローラ３３として、エピクロルヒドリンを用いたイオン系の導電材料に表面処理を施した構成のものを使用した。また、感光ドラム１０の表面近傍に、情報取得手段として、環境条件である温度湿度を検出する温・湿度センサ５０を配設し、その検出結果を制御手段３８に送出するようにした。
【００３８】
一方、制御手段３８には、そのメモリ（不図示）に図２，図３に示すようなテーブルがあらかじめ格納されている。図２に示すテーブルは、温度湿度とＤＣ電圧との対応関係を示すテーブルである。このテーブルの最左欄には、温度Ｔ（℃）がとってあり、下欄から上欄に移動するに連れて温度が高くなっていく。また、最上欄には湿度（相対湿度）ＲＨ（％）がとってあり、左欄から右欄に移動するに連れて湿度が高くなっていく。最左欄及び最上欄以外の欄には、ＤＣ電圧がボルトの単位の数値で表示されている。このテーブルは、あらかじめ、制御手段３８のメモリに格納されている。制御手段３８は、上述の温・湿度センサ５０が検知する温度湿度に対応するＤＣ電圧を選択するようになっている。
【００３９】
図３（ａ）に示すテーブルは、温度湿度とＤｕｔｙとの対応関係を示すテーブルである。このテーブルの最左欄、最上欄は、上述の図２に示すテーブルと同様、それぞれ温度Ｔ（℃）、湿度ＲＨ（％）がとってある。そして、温度Ｔは、下欄から上欄に移動するに連れて温高くなっており、湿度ＲＨは、左欄から右欄に移動するに連れて高くなっていく。最左欄及び最上欄以外の欄には、Ｄｕｔｙがパーセント（％）の数値で表示されている。このテーブルも、あらかじめ、制御手段３８のメモリに格納されている。制御手段３８は、上述の温・湿度センサ５０が検知する温度湿度に対応するＤｕｔｙを選択するようになっている。
【００４０】
図３（ｂ）に示すテーブルは、湿度及びＤｕｔｙと、ＤＣ電圧との対応関係を示すテーブルである。このテーブルの最左欄、最上欄は、それぞれＤｕｔｙ（％）、湿度ＲＨ（％）がとってある。そして、Ｄｕｔｙは、上欄から下欄に移動するに連れて高くなっており、湿度ＲＨは、左欄から右欄に移動するに連れて高くなっていく。最左欄及び最上欄以外の欄には、ＤＣ電圧がボルト（Ｖ）の数値で表示されている。このテーブルも、あらかじめ、制御手段３８のメモリに格納されている。制御手段３８は、図３（ａ）のテーブルに基づいて選択したＤｕｔｙと、湿度とに基づいて、図３（ｂ）のテーブルからＤＣ電圧を決定する。
【００４１】
図２の温度湿度とＤＣ電圧との関係を示すテーブルから明らかなように、ＤＣ電圧は、湿度が一定であれば温度が低いほど小さく、また、温度が一定であれば湿度が高いほど小さくなるように設定されている。また、図３（ａ）に示す温度湿度とＤｕｔｙとの関係を示すテーブルから明らかなように、Ｄｕｔｙは、湿度が一定であれば温度が低いほど小さく、また、温度が一定であれば湿度が高いほど小さくなるように設定されている。また、図３（ｂ）に示す湿度及びＤｕｔｙとＤＣ電圧との関係を示すテーブルから明らかなように、ＤＣ電圧は、湿度が一定であればＤｕｔｙが高いほど小さく、また、Ｄｕｔｙが一定であれば、湿度が高いほど小さくなるように設定されている。
【００４２】
ここで、例えば、低温低湿環境（Ｌ／Ｌ）の一例として温度が１０℃で湿度が２０％の場合、また、常温常湿環境（Ｎ／Ｎ）の一例として温度が２３℃で湿度が５０％の場合、また、高温高湿環境（Ｈ／Ｈ）の一例として温度が３３℃で湿度が８０％の場合を例に説明する。
【００４３】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に、Ｄｕｔｙが異なる場合のＡＣ電圧の波形を模式的に示す。図４（ａ）はＤｕｔｙが２０％、図４（ｂ）は５０％、図４（ｃ）は８０％の場合を示している。Ｄｕｔｙは、ＡＣ電圧の１周期Ｔに対する帯電時間ｔの割合（ｔ／Ｔ×１００％）で表される。本実施形態の場合、感光ドラム１０の帯電極性がプラスであるため、帯電時間ｔは、ＤＣ電圧Ｖｄｃを基準として、ＡＣ電圧がプラス側となる時間、つまりプラスの電荷が帯電ローラ３３から感光ドラム１０に移動する往路の時間であり、感光ドラム１０の表面を帯電する時間でもある。一方、ＡＣ電圧が、ＤＣ電圧Ｖｄｃを基準として、マイナス側となる時間は、プラスの電荷が感光ドラム１０から帯電ローラ３３に戻される復路の時間であり、感光ドラム１０の表面の過剰な電荷を帯電ローラ３３に戻す時間である。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）における帯電時間ｔをこの順に、ｔａ，ｔｂ，ｔｃとすると、図４（ａ）におけるＤｕｔｙ２０％とは、（ｔａ／Ｔ）×１００＝２０（％）となることである。同様に、図４（ｂ）におけるＤｕｔｙ５０％とは、（ｔｂ／Ｔ）×１００＝５０（％）となることであり、図４（ｃ）におけるＤｕｔｙ８０％とは、（ｔｃ／Ｔ）×１００＝８０（％）となることである。
【００４４】
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ｄｕｔｙについては、ＡＣ電圧の１周期ＴにおけるＡＣ電圧のプラス側の面積Ｓ＋と、マイナス側の面積Ｓ−とは等しくなるという関係がある。したがって、Ｄｕｔｙが上がる（大きくなる）ほど、プラス側のバイアスは小さくなり、これに伴って、マイナス側の時間が短くなるとともに、マイナス側の逆バイアスが大きくなる。一方、Ｄｕｔｙが下がる（小さくなる）ほど、プラス側のバイアスは大きくなり、これに伴って、マイナス側の時間が長くなるとともに、マイナス側の逆バイアスが小さくなる。
【００４５】
本実施形態においては、上述の温・湿度センサ５０が検出する温度湿度に基づいて、低温低湿環境が検知された場合には、常温常湿環境と比較して、ＤＣ電圧を下げるとともに、Ｄｕｔｙを上げるようにした。一方、高温高湿環境が検知された場合には、常温常湿環境と比較して、ＤＣ電圧を上げるとともに、Ｄｕｔｙを下げるようにした。具体的には、図２，図３のテーブルに基づいて、低温低湿環境ではＤＣ電圧Ｖｄｃが２３０Ｖ、Ｄｕｔｙが８０％、また、常温常湿環境ではＤＣ電圧Ｖｄｃが３６９Ｖ、Ｄｕｔｙが５０％、また、高温高湿環境ではＤＣ電圧Ｖｄｃが３８９Ｖ、Ｄｕｔｙが２０％となるようにした。
【００４６】
上述のイオン系の帯電ローラ３３においては、帯電の均一性を確保するために、ＡＣ電圧の周波数を高める必要があり、周波数を高めた場合、特に低温低湿環境では、その周波数にイオンが追従できないため、帯電電位が低下する傾向にある。
【００４７】
この対応策として、特許文献１では、ＤＣ電流を一定の飽和状態にするＡＣ電圧によってＡＣ電圧値を決定するようにしていた。
【００４８】
しかしながら、この方法によると、低温低湿環境で帯電ローラ３３の抵抗が高くなった場合には、ＤＣ電流を飽和させるためにＡＣ電圧が高くなりすぎて感光ドラム１０を絶縁破壊させるおそれがあった。
【００４９】
そこで、本実施形態では、低温低湿環境では、上述のように、Ｄｕｔｙを上げるようにした。これにより、ＡＣ電圧の１周期Ｔにおける帯電時間ｔを長く取ることができるので、低温低湿環境で高抵抗化した帯電ローラ３３に、過剰な電圧を印加することなく、感光ドラム１０の表面を均一に帯電することができる。なお、Ｄｕｔｙを上げると、図４（ｃ）に示すように、マイナス側の逆バイアスが低くなる（絶対値は大きくなる）が、図５を参照して後述するように、低温低湿環境では、マイナス側の耐圧Ａ−の絶対値が比較的大きいので、特に、絶縁破壊を起こすようなおそれはない。
【００５０】
これに対して、高温高湿環境では、上述のように、Ｄｕｔｙを下げるようにした。この理由は以下のとおりである。高温高湿環境では、感光ドラム１０は、後に図５を参照して説明するように、マイナス側の耐圧Ａ−の絶対値が小さいため、絶縁破壊を起こしやすい。すなわち、感光ドラム１０がプラスの帯電極性のａ−Ｓｉ感光体によって構成されているため、表面にマイナスの電荷を帯びる逆バイアス状態では、ＳｉＣ層の破壊が発生しやすい。このため、図４（ａ）に示すように、Ｄｕｔｙを下げることで、マイナス側の逆バイアスを小さくし、かつＤＣ電圧を上げることで、その分、電圧の最小値をプラス側にシフトさせることができる。
【００５１】
図５に、感光ドラム１０の耐圧と、本実施形態における帯電バイアス設定との関係を示す。同図の帯電バイアスは、ＤＣ電圧とＡＣ電圧とが重畳された状態を示している。同図中の横軸は環境を示し、左側ほど極端な低温低湿（Ｌ／Ｌ）を示し、また、右側ほど極端な高温高湿（Ｈ／Ｈ）を示す。両者の中間が常温常湿（Ｎ／Ｎ）となる。プラス側の耐圧Ａ＋は、Ｌ／Ｌ側で最大（約２．２ｋＶ）となり、Ｈ／Ｈ側で最小（約１．４ｋＶ）となり、これら最大と最小との間においては、緩やかに下側に凸状に湾曲して、Ｈ／Ｈ側に近づくに従って漸減するカーブを描く。感光ドラム１０は、このプラス側の耐圧Ａ＋よりも、大きい帯電バイアスが印加されると絶縁破壊を起こす。
【００５２】
これに対し、マイナス側の耐圧Ａ−は、Ｌ／Ｌ側で最小（約−１．８ｋＶ：ただし絶対値は最大）となり、Ｈ／Ｈ側で最大（約−０．６ｋＶ：ただし、絶対値は最小））となり、これら最小と最大との間においては、緩やかに上側に凸状に湾曲して、Ｈ／Ｈ側に近づくに従って漸増するカーブを描く。感光ドラム１０は、このマイナス側の耐圧Ａ−よりも、小さい（絶対値は大きい）帯電バイアスが印加されると絶縁破壊を起こす。
【００５３】
同図中のプラス側の耐圧Ａ＋とマイナス側の耐圧Ａ−とを比較すると、全体的に、マイナス側の耐圧Ａ−の絶対値は、プラス側の耐圧Ａ＋の絶対値よりも小さいことがわかる。この傾向は、特に、Ｈ／Ｈ側において顕著である。これは、感光ドラム１０は、全体的にマイナス側の耐圧Ａ−が、プラス側の耐圧Ａ＋よりも低いことを意味し、特に、Ｈ／Ｈにおいてはその傾向が顕著であることを意味している。
【００５４】
本実施形態では、帯電ローラ３３が感光ドラム１０に印加する帯電バイアスのプラス側のバイアスＢ＋は、Ｌ／Ｌ側で最小（約０．７ｋＶ）となり、Ｈ／Ｈ側で最大（約１．２ｋＶ）となり、これら最小と最大との間においては、緩やかに上側に凸状に湾曲して、Ｈ／Ｈ側に近づくに従って漸増するカーブを描く。バイアスＢ＋は、もちろん、プラス側の耐圧Ａ＋よりも小さく設定されている。
【００５５】
これに対して、マイナス側のバイアスＢ−は、Ｌ／Ｌ側で最小（約−１．３ｋＶ：ただし絶対値は最大）となり、Ｈ／Ｈ側で最大（約−０．２ｋＶ：ただし、絶対値は最小））となり、これら最小と最大との間においては、緩やかに上側に凸状に湾曲して、Ｈ／Ｈ側に近づくに従って漸増するカーブを描く。バイアスＢ−は、もちろん、マイナス側の耐圧Ａ−よりも大きく（絶対値は小さく）設定されている。
【００５６】
参考までに、同図中に従来の帯電バイアスのプラス側のバイアスＣ＋、マイナス側のバイアスＣ−を示す。バイアスＣ＋は、Ｌ／Ｌ側で最大（約１．６ｋＶ）となり、Ｈ／Ｈ側で最小（約０．８ｋＶ）となり、これら最大と最小との間においては、緩やかに下側に凸状に湾曲して、Ｈ／Ｈ側に近づくに従って漸減するカーブを描く。一方、バイアスＣ−は、Ｌ／Ｌ側からＨ／Ｈ側までほぼ一定（約０．５〜０．７ｋＶ）となる。
【００５７】
ここで、本実施形態に係るプラス側のバイアスＢ＋と、従来のプラス側のバイアスＣ＋とを比較すると、Ｌ／Ｌ側において、バイアスＢ＋は、バイアスＣ＋よりも小さい。また、バイアスＢ＋は、Ｈ／Ｈ側に向かって漸増するのに対し、バイアスＣ＋は漸減し、両者は、Ｎ／Ｎにおいて交差する。そして、Ｈ／Ｈにおいては、バイアスＢ＋は、バイアスＣ＋よりも大きな値をとっている。
【００５８】
以上のように、本実施形態では、ＡＣ電圧の振幅の基準となるＤＣ電圧を、低温低湿環境では下げる一方、高温高湿環境では上げている。そして、このＤＣ電圧に重畳するＡＣ電圧は、低温低湿環境ではＤｕｔｙを上げる一方、高温高湿環境ではＤｕｔｙを下げている。これにより、ＤＣ電圧やＡＣ電圧のピーク間電圧を不要に上げることなく、あらゆる環境において、感光ドラム１０の表面を均一に帯電し、また絶縁破壊を防止することができる。
【００５９】
すなわち、低温低湿環境下においては、イオン系の帯電ローラ３３の欠点であるイオンの移動度の遅さをＤｕｔｙを上げることで補って、ＡＣ電圧のピーク間電圧やＤＣ電圧を必要以上に（不要に）上げることなく、所定の帯電電位を得ることができる。一方、高温高湿環境下では、感光ドラム１０の絶縁破壊を発生させることなく、必要最低限の電圧で、所定の帯電電位を得ることができる。
【００６０】
＜比較例＞
上述と同じ構成、すなわちイオン系の帯電ローラ３３とａ−Ｓｉ感光体からなる感光ドラム１０を使用し、ＡＣ電圧のＤｕｔｙを５０％に固定して各環境特性と耐久特性とを調べた。この結果、画像形成枚数が増加するとともに、特に低温低湿環境で帯電電位の低下に起因するかぶりが発生した。このためＤＣ電圧及びピーク間電圧を高くしたところ、一時的に所定の帯電電位が得られたが、耐久試験の結果、過剰なピーク間電圧の影響により１０００００枚以内に帯電ローラ３３に汚染が発生し、局部的な帯電ムラが激しくなった。また、過剰な電圧を印加したため、感光ドラム１０のＳｉＣ層３２（図１参照）に局部的な絶縁破壊が生じ、高湿環境下で、画像流れ現象や黒点現象が発生した。
【００６１】
＜実施形態２＞
上述の実施形態１では、図１に示す温・湿度センサ５０が検知する温度湿度に基づいて、制御手段３８が、帯電ローラ３３に印加するＤＣ電圧及びＤｕｔｙを変化させるようにした。
【００６２】
これに対して、本実施形態では、図６に示すように、帯電ローラ３３の抵抗値を測定し、その測定値に基づいて、ＤＣ電圧及びＤｕｔｙを変化させるようにした。ここで、帯電ローラ３３の抵抗は、例えば、帯電ローラ３３の芯金３５とローラ部３６の表面との間に電圧を印加し、そのとき流れる電流に基づいて検知することができる。同図では、帯電ローラ３３の抵抗は、Ω・ｃｍの単位で測定した抵抗ρｖの常用対数をとって表示している。同図に示すように、抵抗が５、６、７、８と増加するのに対応して、Ｄｕｔｙを５０、６０、７０、８０と増加させるとともに、ＤＣ電圧を３６６、３４４、３１９、２９４と低減させている。本実施形態における、抵抗に対するＤＣ電圧及びＤｕｔｙの傾向は、上述の実施形態１の図２，図３に示す、温度湿度に対するＤＣ電圧及びＤｕｔｙの傾向と一致している。
【００６３】
したがって、本実施形態は、上述の実施形態１における効果において、「低温低湿環境」を「抵抗が大きい場合」、また「高温高湿環境」を「抵抗が小さい場合」に置き換えた効果を奏することができる。
【００６４】
以上の説明では、帯電装置１１の帯電部材がローラ状の帯電ローラ３３である場合を例に説明したが、本発明は帯電ローラ３３に限定されるものではなく、例えば、ブレード状の帯電ブレードを使用することもできる。
【００６５】
また、被帯電体としての感光ドラム１０がプラスの帯電極性のａ−Ｓｉ感光体によって形成された場合を例に説明したが、この外に例えば、プラスの帯電極性のアモルファスセレン感光体等を使用することができる。また、マイナスの帯電極性を有するＯＰＣ（有機光半導体）感光体等を使用することもできる。ただし、この場合には、上述の説明文中の極性のプラスとマイナスとが逆になる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
上述では、本発明に係る画像形成装置が単色である場合を例に説明したが、本発明は、感光体を有し、その表面をＤＣ電圧とＡＣ電圧とが重畳された帯電バイアスで帯電させるものであれば、単色であるか複数色であるか、あるいはフルカラーであるかを問わず、あらゆる画像形成装置に対して広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】画像形成装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図２】温度湿度とＤＣ電圧との関係を表すテーブルを示す図である。
【図３】温度湿度とＤｕｔｙとの関係を表すテーブルを示す図である。
【図４】（ａ）は高温高湿環境において、Ｄｕｔｙを２０％にしたＡＣ電圧の波形を示す図である。（ｂ）は常温常湿環境において、Ｄｕｔｙを５０％にしたＡＣ電圧の波形を示す図である。（ｃ）は低温低湿環境において、Ｄｕｔｙを８０％にしたＡＣ電圧の波形を示す図である。
【図５】感光ドラムの耐圧と、帯電バイアスの設定値との関係を示す図である。
【図６】帯電ローラの抵抗と、Ｄｕｔｙ及びＤＣ電圧との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１……画像形成装置、１０……感光ドラム（被帯電体，ａ−Ｓｉ感光体）、１１……帯電装置、３３……帯電ローラ（帯電部材）、３８……制御手段、５０……温・湿度センサ（情報取得手段）、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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