(57)【要約】【課題】帯電ローラの異常放電と電荷蓄積を防止して、良好な画質を維持する。【解決手段】ステンレスブレード１７を帯電ローラ１５の半導電層１５ｂの表面に接触させて、帯電ローラ１５の半導電層１５ｂでの電荷の蓄積を防止すると共に、帯電ローラ１５の半導電層１５ｂの蓄積電荷を減少させている。また、帯電サイクルＳｔｎを時定数τ２の２倍に設定して、帯電ローラ１５の蓄積電荷を放電させて減少させ、帯電ローラ１５の蓄積電荷を略１／８に減少させている。更に、感光体ドラム１１の静電容量Ｃｐ及び感光体ドラム１１と帯電ローラ１５間の静電容量Ｃａを適宜に設定して、帯電電位変動ΔＶｐと初期電位変動ΔＶｐｏの比ΔＶｐｏ／ΔＶｐもしくは帯電変動成分ΔＶｐｐと初期電位変動ΔＶｐｏとの比ΔＶｐｏ／ΔＶｐｐが１／５以下に抑えている。【選択図】図１
2004240307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の芯と該芯周りの円筒状の帯電部材を有する帯電ローラを感光体近傍に配置し、感光体及び帯電ローラを回転させつつ、感光体表面を帯電ローラにより帯電させてから、静電潜像を感光体表面に形成し、感光体表面の静電潜像を現像剤により現像する画像形成装置において、
帯電ローラの帯電部材のいずれの部位についても、感光体及び帯電ローラの回転に伴い、感光体表面より離間してから感光体表面に再び接近するまでの間に、蓄積した電荷を調整する帯電ローラ電荷調整手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
帯電ローラ電荷調整手段は、帯電ローラの帯電部材に接触し、直流電圧もしくは交流電圧を印加された導電性部材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。
【請求項３】
帯電ローラ電荷調整手段は、帯電ローラの帯電部材の比誘電率及び体積抵抗率をεｓｒ及びρ（Ω・ｍ）とし、真空の誘電率をεｏとし、帯電ローラの直径、周速、及び周長をＤ（ｍ）、ｖｒ（ｍ／ｓ）、及びＬ（ｍ）とすると、（Ｌ／ｖｒ）＞２＊（εｓｒ・εｏ・ρ）を満たすことにより設定され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】
感光体表面に蓄積した電荷を調整する感光体電荷調整手段を備え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】
感光体と帯電ローラ間に周速差を設定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の画像形成装置においては、感光体表面を均一に帯電させてから、感光体表面を露光して、感光体表面の電荷を選択的に消失させ、感光体表面に静電潜像を形成し、感光体表面の静電潜像を現像剤により現像し、感光体表面の現像剤像を記録用紙に転写している。
【０００３】
感光体表面を均一に帯電させるには、例えばコロナ放電器を用いる（特許文献１を参照）。しかしながら、コロナ放電器は、湿度や粉塵等の使用環境の影響を受け易く、またコロナ放電に伴い、オゾンが放出されるので、臭気や人体への悪影響が問題となった。
【０００４】
このため、近年は、帯電ローラを感光体近傍に配置し、直流電圧及び交流電圧を帯電ローラに重畳して印加し、帯電ローラにより感光体を帯電させるという方法が提案されている（特許文献２，３，４を参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特公平６−５０４１６号公報
【特許文献２】
特開平５−３０７２７９号公報
【特許文献３】
特開平７−３０１９７３号公報
【特許文献４】
特開２００１−１８８４０３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の帯電ローラの抵抗値を小さく設定した場合は、帯電ローラの異常放電が発生し易くなった。例えば、帯電ローラが正常であれば、図５（ａ）に示す様な白地の画像を記録用紙上に得ることができても、帯電ローラの異常放電が生じると、図５（ｂ）に示す様に多数の汚点が記録用紙に記録され、画質が劣化した。
【０００７】
また、帯電ローラとして、絶縁体のものを用い、帯電ローラの抵抗値を高くすれば、帯電ローラの異常放電を防止することができる。ところが、帯電ローラを絶縁体にすると、帯電ローラに電荷が徐々に蓄積されて、帯電ローラによる感光体の帯電作用が劣化する。このため、例えば図６に示す様に帯電ローラによる感光体の帯電を繰り返す度に、感光体の帯電電位が徐々に低下し、やはり画質が劣化するという問題があった。
【０００８】
更に、帯電ローラの蓄積電荷を除去するには、帯電ローラに印加される直流電圧や交流電圧を高くすることが考えられる。しかしながら、帯電ローラの蓄積電荷が無かったり、トナーもしくは２成分現像剤に含まれるトナー及び磁性体キャリア、紙粉等の異物が帯電ローラと感光体間に侵入したときには、感光体に高電圧が印加されることになり、感光体が絶縁破壊されてしまう。このため、帯電ローラの印加電圧をむやみに高くすることはできない。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、帯電ローラの異常放電と電荷蓄積を防止して、良好な画質を維持することが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、導電性の芯と該芯周りの円筒状の半導電層あるいは半導電層と表面コート層等の組合せからなる帯電部材を有する帯電ローラを感光体近傍に配置し、感光体及び帯電ローラを回転させつつ、感光体表面を帯電ローラにより帯電させてから、静電潜像を感光体表面に形成し、感光体表面の静電潜像を現像剤により現像する画像形成装置において、帯電ローラの帯電部材のいずれの部位についても、感光体及び帯電ローラの回転に伴い、感光体表面より離間してから感光体表面に再び接近するまでの間に、蓄積した電荷を調整する帯電ローラ電荷調整手段を備えている。
【００１１】
この様な構成の本発明によれば、帯電ローラは、導電性の芯と該芯周りの円筒状の帯電部材を有することから、抵抗値が高く、異常放電を起こすことがないものの、その一方で電荷を蓄積し易い。そこで、帯電ローラの帯電部材のいずれの部位についても、感光体及び帯電ローラの回転に伴い、感光体表面より離間してから感光体表面に再び接近するまでの間に、蓄積した電荷を調整している。この結果、帯電ローラによる感光体の帯電作用を維持することができ、感光体の帯電電位の低下を防止して、良好な画質を常に得ることができる。また、帯電ローラの蓄積電荷を除去するために、帯電ローラの印加電圧をむやみに高くする必要がなく、感光体の絶縁破壊を招くことがない。
【００１２】
また、本発明においては、帯電ローラ電荷調整手段は、帯電ローラの帯電部材に接触し、直流電圧もしくは交流電圧を印加された導電性部材である。
【００１３】
この様な導電性部材を帯電ローラの帯電部材に接触させれば、帯電ローラの帯電部材に蓄積した電荷を調整することができる。
【００１４】
更に、本発明においては、帯電ローラ電荷調整手段は、帯電ローラの帯電部材の比誘電率及び体積抵抗率をεｓｒ及びρ（Ω・ｍ）とし、真空の誘電率をεｏとし、帯電ローラの直径、周速、及び周長をＤ（ｍ）、ｖｒ（ｍ／ｓ）、及びＬ（ｍ）とすると、（Ｌ／ｖｒ）＞２＊（εｓｒ・εｏ・ρ）を満たすことにより設定されている。
【００１５】
ここでは、帯電ローラの帯電部材の時定数（εｓｒ・εｏ・ρ）の２倍よりも長い周期で、帯電ローラの帯電部材表面を回転移動させている。これにより、帯電ローラの帯電部材のいずれの部位についても、感光体表面より離間してから感光体表面に再び接近するまでの間に、蓄積した電荷を略１／８以下に減少させることができる。
【００１６】
また、本発明においては、感光体表面に蓄積した電荷を調整する感光体電荷調整手段を備えている。
【００１７】
ここでいう感光体表面の蓄積電荷の調整とは、感光体表面の除電あるいは予備帯電のことである。帯電ローラによる感光体の帯電前に、感光体表面の除電あるいは予備帯電を行なえば、感光体の残留電位を一定にすることができ、帯電ローラによる感光体の帯電を良好に行なうことができ、より良好な画質を常に得ることができる。
【００１８】
更に、本発明においては、感光体と帯電ローラ間に周速差を設定している。
【００１９】
ここでいう周速差は、相互に対向する感光体表面と帯電ローラ表面を同一方向に移動させ（感光体と帯電ローラを異なる方向に回転させ）、かつ感光体と帯電ローラの周速比≠１を設定することであり、又は相互に対向する感光体表面と帯電ローラ表面を異なる方向に移動させること（感光体と帯電ローラを同一方向に回転させること）である。これにより、帯電ローラの帯電部材のいずれの部位も、感光体表面のより長い距離の領域に対向することになり、帯電ローラの蓄積電荷及び感光体の残留電荷を平均化して緩和することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態を示す側面図である。本実施形態の画像形成装置では、電子写真方式により画像を形成しており、感光体ドラム１１の周辺に、現像装置１２、転写装置１３、電荷調整撹乱ブラシ１４、帯電ローラ１５、露光装置１６等を感光体ドラム１１の回転方向の上流側から順に配置している。また、記録用紙Ｐの搬送方向下流側には、定着装置（図示せず）を配置している。
【００２２】
本実施形態の画像形成装置では、感光体ドラム１１を矢印Ａの方向に回転させつつ、感光体ドラム１１の表面の電荷や異物を電荷調整撹乱ブラシ１４により調整撹乱し平均化してから、感光体ドラム１１の表面を帯電ローラ１５により均一に帯電させる。そして、画像を示す画像データに基づいて露光装置１６から感光体ドラム１１へと出射される光ビームを変調しつつ、この光ビームにより感光体ドラム１１の表面を走査し、感光体ドラム１１上に静電潜像を形成する。更に、現像剤を現像装置１２により静電潜像に付着させて、現像剤像を形成し、この現像剤像を転写装置１３により感光体ドラム１１からＰＰＣ用紙等の記録用紙Ｐへと転写し、記録用紙Ｐ上の現像剤像を定着装置により加熱及び加圧して定着させる。
【００２３】
次に、電荷調整撹乱ブラシ１４、帯電ローラ１５、及び現像装置１２について、更に詳しく述べる。
【００２４】
電荷調整撹乱ブラシ１４は、感光体ドラム１１と帯電ローラ１５が対向する帯電領域Ｓの上流に配置されており、感光体ドラム１１が帯電される前に、感光体ドラム１１の表面の電荷や異物を調整撹乱し平均化する。
【００２５】
感光体ドラム１１の表面の異物とは、２成分現像剤に含まれるトナー及び磁性体キャリア、紙粉等である。この異物が電荷調整撹乱ブラシ１４により撹乱されてほぐされると、帯電ローラ１５による異物の回収効率が高くなる。
【００２６】
また、電荷調整撹乱ブラシ１４は、１０＾４Ω・ｃｍ程度の抵抗を有する導電性ブラシであり、直流電源２１の直流電圧を印加され、感光体ドラム１１の表面の電荷もしくは異物の電荷を調整する。直流電源２１の直流電圧は、帯電ローラ１５に印加されている直流電源２２の直流電圧とは逆極性であり、かつ転写装置１３に印加されている直流電源２３の直流電圧と同極性である。
【００２７】
感光体ドラム１１の表面の電荷もしくは異物の電荷を調整することにより、感光体ドラム１１の残留トナーの電荷を消失させることができ、感光体ドラム１１の残留電位を一定化及び平均化することができる。この結果、帯電ローラ１５による感光体ドラム１１の帯電を良好に行なうことができる。
【００２８】
更に、電荷調整撹乱ブラシ１４により異物を撹乱しても、異物が感光体ドラム１１の表面に擦り付けられることはなく、感光体ドラム１１の表面に傷が付くことはない。
【００２９】
ここで、電荷調整撹乱ブラシ１４に印加される直流電源２１の直流電圧を−５００Ｖ、０Ｖ、＋５００Ｖに設定したそれぞれの状態、及び電荷調整撹乱ブラシ１４を除去した状態別に、感光体ドラム１１の回転に伴う、感光体ドラム１１の表面のトナーの帯電量変化を測定したので、この帯電量変化を図２のグラフ及び表１に示す。
【００３０】
【表１】
2004240307.tif 000003
図２のグラフにおいては、横軸は、感光体ドラム１１の表面のトナーが現像装置１２、転写装置１３、電荷調整撹乱ブラシ１４、帯電ローラ１５に対向するそれぞれの位置を示し、また縦軸は、該トナーの帯電量を示している。ただし、直流電源２３の直流電圧を転写装置１３に印加しているものの、感光体ドラム１１のトナーを記録用紙に転写していない。
【００３１】
図２のグラフ及び表１から明らかな様に電荷調整撹乱ブラシ１４を設けた状態の方が、電荷調整撹乱ブラシ１４を除去した状態よりも、帯電ローラ１５による感光体ドラム１１のトナーの帯電量が少なくなる。また、直流電源２１の直流電圧を０Ｖ又は−５００Ｖに設定した状態では、転写装置１３を通過してから帯電ローラ１５までの間、感光体ドラム１１のトナーの帯電量が安定化する。更に、直流電源２１の直流電圧を＋５００Ｖに設定した状態では、電荷調整撹乱ブラシ１４による調整撹乱後に、トナーの帯電量が上昇して、感光体ドラム１１のトナーの帯電量の極性が反転し、感光体ドラム１１の露光による帯電量（露光の履歴）が完全に消去され、更に帯電ローラ１５により感光体ドラム１１のトナーの帯電量の極性が元に戻されて、トナーの帯電量が安定化し、トナーの電位が略＋１００Ｖとなる。
【００３２】
従って、電荷調整撹乱ブラシ１４を設け、電荷調整撹乱ブラシ１４に印加される直流電圧を適宜に設定すれば、感光体ドラム１１の表面のトナーの帯電量及び電位を安定化させることができ、所謂感光体ドラン１１の表面のメモリ作用を低減することができる。
【００３３】
帯電ローラ１５は、金属製の芯１５ａの周りに円筒状の帯電部材である半導電層１５ｂを嵌合させたものであり、感光体ドラム１１に近接配置されている。直流電源２２の直流電圧及び交流電源２４の交流電圧を金属製の芯１５ａに重畳して印加し、感光体ドラム１１及び帯電ローラ１５を回転させつつ、感光体ドラム１１の表面を帯電ローラ１５により均一に帯電させる。ここでは、直流電源２２の直流電圧を−６００Ｖに設定し、交流電源２４の交流電圧の振幅値及び周波数を１．８ｋＶ及び９００ｋＨｚに設定している。
【００３４】
帯電ローラ１５は、感光体ドラム１１の表面を帯電させるだけではなく、直流電圧及び交流電圧を印加されていることから、感光体ドラム１１の表面の逆極性（例えば正極性）に帯電した残留トナーを静電吸着したり、該帯電ローラ１５の磁場により感光体ドラム１１の表面の異物を振動させて、異物の離脱を促進させる。
【００３５】
異物の中の磁性体キャリアについては、その質量が大きいために静電吸着することはできない。ところが、帯電ローラ１５の磁場は、感光体ドラム１１の表面の磁性体キャリアを振動させて帯電ローラ１５へと吸引する。これにより、トナーだけではなく、磁性体キャリアをも除去することができる。
【００３６】
この結果、感光体ドラム１１と帯電ローラ１５のギャップＧに、異物が侵入することを未然に防止することができ、異物により感光体ドラム１１及び帯電ローラ１５が傷付くことを防止することができる。また、逆極性に帯電した残留トナーを除去したことにより、画像のかぶりや画質の劣化を防止することができる。
【００３７】
表２は、帯電ローラ１５により感光体ドラム１１の表面の異物を除去したことの効果を示している。
【００３８】
【表２】
2004240307.tif 000004
感光体ドラム１１と帯電ローラ１５間のギャップＧは、トナーの直径よりも広く、かつ磁性体キャリアの直径よりも狭く設定されている。例えば、トナーの直径が７μｍであり、磁性体キャリアの直径が６０μｍであれば、感光体ドラム１１と帯電ローラ１５間のギャップＧが７μｍよりも広くかつ６０μｍよりも狭く設定される。
【００３９】
これにより、逆極性に帯電した残留トナーを帯電ローラ１５に融着させずに、該残留トナーを感光体ドラム１１から帯電ローラ１５へと静電吸着させることができる。また、帯電ローラ１５への磁性体キャリアの回収効率を向上させることができる。更に、トナー、磁性体キャリア、及び紙粉等の擬集塊を感光体ドラム１１と帯電ローラ１５間のギャップＧでブロックすることができ、擬集塊が感光体ドラム１１と現像装置１２間の現像領域Ｈに侵入することを未然に防止して、擬集塊を原因とする画質の劣化を防止することができる。また、一般的な記録用紙の厚みが磁性体キャリアの直径６０μｍを超える７０μｍ〜１００μｍ程度であって、記録用紙が感光体ドラム１１と帯電ローラ１５間のギャップＧよりも厚いことから、記録用紙がギャップＧに侵入すること、所謂記録用紙のジャムを未然に防止することができる。
【００４０】
また、帯電ローラ１５の矢印Ｂの回転方向を感光体ドラム１１の矢印Ａの回転方向に一致させている。この場合は、相互に対向する感光体ドラム１１の表面と帯電ローラ１５の表面が相互に異なる方向に移動して、帯電ローラ１５の表面のいずれの部位も、感光体ドラム１１の表面のより長い距離の領域に対向することになる。これにより、帯電ローラ１５の蓄積電荷及び感光体ドラム１１の残留電荷を平均化して緩和することができる。
【００４１】
更に、帯電ローラ１５と感光体ドラム１１の回転方向を一致させたことにより、異物が感光体ドラム１１と帯電ローラ１５間のギャップＧに侵入し難くなる。
【００４２】
帯電ローラ１５には、ステンレスブレード１７を付設している。ステンレスブレード１７は、帯電ローラ１５の表面に摺接し、帯電ローラ１５の表面に付着しているトナー及び磁性体キャリアを落とす。帯電ローラ１５の表面から落とされたトナー及び磁性体キャリアは、搬送経路（図示せず）を介して現像装置１２へと回収される。
【００４３】
また、ステンレスブレード１７を直流電源２２に接続し、直流電源２２の直流電圧をステンレスブレード１７を介して帯電ローラ１５の半導電層１５ｂの表面に印加している。これにより、帯電ローラ１５の半導電層１５ｂでの電荷の蓄積を防止すると共に、帯電ローラ１５の半導電層１５ｂの蓄積電荷を減少させている。この結果として、帯電ローラ１５による感光体ドラム１１の帯電作用を維持することができ、感光体ドラム１１の表面の帯電電位を一定に維持することができる。
【００４４】
現像装置１２は、トナーを感光体ドラム１１の表面の静電潜像に供給して、静電潜像を現像するばかりではなく、感光体ドラム１１の表面をクリーニングするという役目も果たす。
【００４５】
現像装置１２は、マグネットを内蔵する現像ローラ１８を備え、トナー及び磁性体キャリアを混合してなる２成分現像剤を収容している。トナー及び磁性体キャリアは、現像ローラ１８のマグネットにより該現像ローラ１８の表面に吸着され、現像ローラ１８の回転に伴い、現像ローラ１８と感光体ドラム１１間の現像領域Ｈに搬送され、現像ローラ１８から感光体ドラム１１の表面の静電潜像へと供給される。これにより、感光体ドラム１１の表面の静電潜像が現像される。
【００４６】
また、帯電ローラ１５によって感光体ドラム１１の表面の逆極性に帯電した残留トナーを静電吸着したことから、感光体ドラム１１の表面には順極性（例えば負極性）に帯電した残留トナーがある。ただし、感光体ドラム１１の表面の順極性に帯電した残留トナーは、転写装置１３、電荷調整撹乱ブラシ１４、及び帯電ローラ１５のそれぞれの部位を既に通過しているので、その帯電量が小さくなっている。このため、現像ローラ１８の矢印Ｃの方向の回転に伴い、感光体ドラム１１の表面の順極性に帯電した残留トナーを現像ローラ１８のマグネットにより吸引して現像装置１２内に回収することができる。
【００４７】
従って、感光体ドラム１１の表面の逆極性及び順極性に帯電した残留トナーは、帯電ローラ１５及び現像ローラ１８によって良好に除去されて回収される。また、帯電ローラ１５の磁場により感光体ドラム１１の表面の異物を振動させて、異物の離脱を促進させたことから、現像ローラ１８による感光体ドラム１１の表面の順極性に帯電した残留トナーの回収効率を高めることができる。更に、帯電ローラ１５及び現像ローラ１８によって感光体ドラム１１の表面の残留トナーを回収していることから、クリーニング装置を格別に必要とせず、画像形成装置の構成の簡単化と小型化を実現することができる。
【００４８】
また、現像ローラ１８の矢印Ｃの回転方向を感光体ドラム１１の矢印Ａの回転方向に一致させている。従って、相互に対向する感光体ドラム１１の表面と現像ローラ１８の表面が相互に異なる方向に移動して、現像ローラ１８の表面のいずれの部位も、感光体ドラム１１の表面のより長い距離の領域に対向することになる。これによっても、感光体ドラム１１の表面の順極性に帯電した残留トナーの回収効率が高められる。
【００４９】
ところで、帯電ローラ１５は、半導電層１５ｂを有することから、抵抗値が高く、異常放電を起こすことがないものの、その一方で電荷を蓄積し易い。また、帯電ローラ１５の蓄積電荷を除去するために、帯電ローラ１５の印加電圧を高くすると、感光体ドラム１１の絶縁破壊を招くので、帯電ローラ１５の印加電圧をむやみに高くすることができない。
【００５０】
そこで、本実施形態の画像形成装置では、先に述べた様に直流電源２２の直流電圧をステンレスブレード１７を介して帯電ローラ１５の半導電層１５ｂの表面に印加し、これにより帯電ローラ１５の半導電層１５ｂでの電荷の蓄積を防止すると共に、帯電ローラ１５の半導電層１５ｂの蓄積電荷を減少させ、帯電ローラ１５による感光体ドラム１１の帯電作用を維持して、感光体ドラム１１の表面の帯電電位を一定に維持している。
【００５１】
また、帯電ローラ１５の半導電層１５ｂの時定数（εｓｒ・εｏ・ρ）の２倍よりも長い周期で、帯電ローラ１５の表面を回転移動させている。これにより、帯電ローラ１５の半導電層１５ｂのいずれの部位についても、感光体ドラム１１の表面より離間してから感光体ドラム１１の表面に再び接近するまでの間に、蓄積した電荷を略１／８以下に減少させることができる。
【００５２】
次に、帯電ローラ１５の半導電層１５ｂの蓄積電荷の減少作用を解析してみる。
【００５３】
まず、帯電ローラ１５の帯電経路は、図３に示す様にモデル化することができる。この帯電経路においては、感光体ドラム１１の静電容量をＣｐとし、感光体ドラム１１と帯電ローラ１５間の静電容量をＣａとし、帯電ローラ１５の静電容量をＣｒとし、帯電ローラ１５の抵抗値をＲｒとしている。また、感光体ドラム１１と帯電ローラ１５間の距離をＬａとし、感光体ドラム１１の感光層の厚み及び比誘電率をＬｐ及びεｓｒとし、帯電ローラ１５の半導電層１５ｂの厚み、比誘電率、及び体積固有抵抗（Ω・ｃｍ）をＬｒ、εｓｒ、ρとし、真空の誘電率をεｏとしている。更に、感光体ドラム１１の初期電圧をＶｐｏとし、帯電ローラ１５の初期電圧をＶｒｏとしている。また、電源電圧をＶｈとし、感光体ドラム１１の表面と帯電ローラ１５の表面との間の放電開始電圧をＶｔｈ（Ｖｔｈ＝３１２＋６．２・Ｌａ）：パッシュの実験式）とし、感光体ドラム１１の有効印加電圧をＥ（Ｖｈ−Ｖｔｈ）としている。
【００５４】
図３に示す帯電経路は、図４（ａ）に示す等価回路で表わされる。また、図４（ａ）の等価回路は、重ね合わせの定理に基づいて分解すると、図４（ｂ）及び（ｃ）に示す様な２つの回路となる。従って、図４（ａ）の等価回路における電荷は、図４（ｂ）の回路における電荷と図４（ｃ）の回路における電荷を重ね合わせることにより求められる。
【００５５】
図４（ｂ）の回路において、時点ｔ＝０で、スイッチＳＷをオンにすると、電荷が感光体ドラム１１へと過渡的に流れ込む。このときの累積蓄積電荷Ｑｂ（ｔ）は、次式（１）で示される。
【００５６】
【数１】
2004240307.tif 000005
同様に、図４（ｃ）の回路において、時点ｔ＝０で、スイッチＳＷをオンにすると、電荷が感光体ドラム１１へと過渡的に流れ込む。このときの累積蓄積電荷Ｑｃ（ｔ）は、次式（２）で示される。
【００５７】
【数２】
2004240307.tif 000006
従って、図４（ａ）の回路において、時点ｔ＝０で、スイッチＳＷをオンにすると、感光体ドラム１１へと過渡的に流れ込む累積蓄積電荷Ｑａ（ｔ）は、次式（３）で示される。
【００５８】
【数３】
2004240307.tif 000007
また、時点ｔ＝０で、スイッチＳＷをオフにすると、帯電ローラ１５の初期電荷がＶｒｏ’であれば、帯電ローラ１５の残留電位Ｖｒが次式（４）で示す様に過渡的に減少する。
【００５９】
【数４】
2004240307.tif 000008
更に、感光体ドラム１１の初期電荷をＱｐｏとすると、Ｑｐｏ＝Ｖｐｏ・Ｃｐであり、帯電ローラ１５の初期電荷をＱｒｏとすると、Ｑｒｏ＝Ｖｒｏ・Ｃｒである。
【００６０】
上記各式を鑑みると、感光体ドラム１１の初期電荷及び帯電ローラ１５の蓄積電荷が感光体ドラム１１の帯電電位に影響することは明らかである。
【００６１】
本実施形態の画像形成装置では、先に述べた様に電荷調整撹乱ブラシ１４により感光体ドラム１１の残留電位（残留電荷）を一定化及び平均化し、またステンレスブレード１７を帯電ローラ１５の半導電層１５ｂの表面に接触させて、帯電ローラ１５の半導電層１５ｂでの電荷の蓄積を防止すると共に、帯電ローラ１５の半導電層１５ｂの蓄積電荷を減少させていることから、感光体ドラム１１の表面の帯電電位を一定に維持することができる。
【００６２】
次に、帯電ローラ１５の半導電層１５ｂの時定数と帯電ローラ１５の帯電量の関係に基づいて、帯電ローラ１５の表面の回転速度を求めるまでの手順を説明する。
【００６３】
帯電ローラ１５のいずれの部位についても、感光体ドラム１１より離間してから感光体ドラム１１に再び最接近するまでの時間、つまり感光体ドラム１１を帯電させてから再び帯電させるまでの時間が同一であり、この時間を帯電サイクルＳｔｎとする。また、帯電ローラ１５の蓄積電荷が放電して減少するときの時定数をτ２とする。
【００６４】
ここで、帯電サイクルＳｔｎを長くする程、帯電ローラ１５の蓄積電荷を放電させて減少させることができ、この蓄積電荷を略１／８に減少させたならば、帯電ローラ１５による感光体ドラム１１の帯電作用を維持することができ、感光体ドラム１１の帯電電位の低下を防止して、良好な画質を常に得ることができる。そこで、帯電サイクルＳｔｎを時定数τ２の２倍に設定して、感光体ドラム１１の蓄積電荷Ｑａを１／７．４（略１／８）に減少させる。
【００６５】
帯電ローラの直径をＤ（ｍ）とし、帯電ローラの周速をｖｒ（ｍ／ｓ）とし、帯電ローラの周長をＬ（ｍ）とすると、帯電サイクルをＬ／ｖｒで表わすことができる。また、帯電ローラ１５の半導電層１５ｂの比誘電率及び体積抵抗率をεｓｒ及びρ（Ω・ｍ）とし、真空の誘電率をεｏとすると、帯電ローラ１５の蓄積電荷が放電して減少するときの時定数τ２をεｓｒ・εｏ・ρで表わすことができる。従って、次式（５）の条件を満たせば、帯電ローラ１５による感光体ドラム１１の帯電作用を維持することができる。
【００６６】
【数５】
2004240307.tif 000009
次に、上記式（２）に基づいて、帯電ローラ１５の初期電荷変動ΔＶｒｏによる感光体ドラム１１の電位変動ΔＶｐｒについて検討する。帯電ローラ１５の初期電荷変動ΔＶｒｏは、帯電履歴や帯電ローラ１５の表面の時定数τ２の不均一性等により生じるものである。
【００６７】
第１回目の帯電サイクルＳｔ１においては、感光体ドラム１１の初期電荷Ｖｐｏ１＝０、帯電ローラ１５の蓄積電荷Ｖｒｏ１＝０である（Ｖｐｏ１及びＶｒｏ１の数字は帯電サイクルを示す）。また、帯電ローラ１５の任意の部位による感光体ドラム１１の帯電時間をＴ１とすると、帯電終了時点での感光体ドラム１１の電位Ｖｐ１及び帯電ローラ１５の電位Ｖｒ１を次式（６）で表わすことができる。
【００６８】
【数６】
2004240307.tif 000010
第２回目の帯電サイクルＳｔ２においては、感光体ドラム１１の放電時間をＴ２とすると、帯電開始時点での帯電ローラ１５の蓄積電荷Ｖｒｏ２を次式（７）で表わすことができる。
【００６９】
【数７】
2004240307.tif 000011
感光体ドラム１１の残留電位の影響を分離するために、感光体ドラム１１の初期電位Ｖｐｏ２＝０と考える。そして、第２回目の帯電サイクルＳｔ２の帯電終了時点での感光体ドラム１１の電位をＶｐ２とすると、第２回目の帯電サイクルＳｔ２の帯電終了時点での感光体ドラム１１の電位変動ΔＶｐｒ２（＝Ｖｐ１−Ｖｐ２）を次式（８）で表わすことができる。
【００７０】
【数８】
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更に、上記各式（５）、（６）、（７）、及び（８）に基づいて、第１回目の帯電サイクルＳｔ１の帯電終了時点での感光体ドラム１１の電位Ｖｐ１と第２回目の帯電サイクルＳｔ２の帯電終了時点での感光体ドラム１１の電位変動ΔＶｐｒ２の比ΔＶｐｒ２／Ｖｐ１を次式（９）で表わす。
【００７１】
【数９】
2004240307.tif 000013
ここで、帯電ローラ１５に電圧を印加する直流電源２２及び交流電源２４の電源効率を高め、電源電圧を低く抑えるには、Ｃｐ’≪Ｃｒという条件を満たす必要がある。この条件が満たされるとき、τ１≒τ２となり、上記式（９）から次式（１０）が導出される。
【００７２】
【数１０】
2004240307.tif 000014
また、Ｔ１≪Ｔ２という条件が満たされるので、上記式（１０）から次式（１１）が導出される。
【００７３】
【数１１】
2004240307.tif 000015
一般に、帯電ローラ１５による帯電直後の感光体ドラム１１の表面電位Ｖｏが−５００Ｖ〜―６００Ｖ程度であり、また光ビームによる露光直後の感光体ドラム１１の表面電位ＶＬが−１００Ｖ以下であることから、感光体ドラム１１の初期電位変動ΔＶｐｏが略５００Ｖ程度である（いずれも振幅電圧）。そして、良好な画質を得るために感光体ドラム１１の帯電電位変動ΔＶｐを５０Ｖ〜１００Ｖ（振幅電圧）に抑えることが要求されることから、帯電電位変動ΔＶｐと初期電位変動ΔＶｐｏの比ΔＶｐｏ／ΔＶｐを１／５に抑える必用がある。従って、良好な画質を得るためには、次式（１２）の条件を満たす必要がある。
【００７４】
【数１２】
2004240307.tif 000016
あるいは、感光体ドラム１１に対する露光の状態、転写後の感光体ドラム１１の残留電位の変動による感光体ドラム１１の初期電位変動をΔＶｐｏとし、ΔＶｐｏに対応する帯電変動成分をΔＶｐｐとすると、上記式（１）に基づいて、帯電変動成分ΔＶｐｐを次式（１３）で表わすことができる。
【００７５】
【数１３】
2004240307.tif 000017
先に述べた様に感光体ドラム１１の初期電位変動ΔＶｐｏが略５００Ｖ程度である。そして、良好な画質を得るためには、感光体ドラム１１の帯電変動成分ΔＶｐｐを５０Ｖ〜１００Ｖ（振幅電圧）に抑えることが要求されることから、帯電変動成分ΔＶｐｐと初期電位変動ΔＶｐｏとの比ΔＶｐｏ／ΔＶｐｐを１／５に抑える必用がある。従って、良好な画質を得るためには、次式（１４）の条件を満たす必要がある。
【００７６】
【数１４】
2004240307.tif 000018
この様に本実施形態では、電荷調整撹乱ブラシ１４により感光体ドラム１１の残留電位を一定化及び平均化している。また、ステンレスブレード１７を帯電ローラ１５の半導電層１５ｂの表面に接触させて、帯電ローラ１５の半導電層１５ｂでの電荷の蓄積を防止すると共に、帯電ローラ１５の半導電層１５ｂの蓄積電荷を減少させている。更に、帯電サイクルＳｔｎを時定数τ２の２倍に設定して、帯電ローラ１５の蓄積電荷を放電させて減少させ、帯電ローラ１５の蓄積電荷を略１／８に減少させている。また、感光体ドラム１１の静電容量Ｃｐ及び感光体ドラム１１と帯電ローラ１５間の静電容量Ｃａを適宜に設定して、帯電電位変動ΔＶｐと初期電位変動ΔＶｐｏの比ΔＶｐｏ／ΔＶｐもしくは帯電変動成分ΔＶｐｐと初期電位変動ΔＶｐｏとの比ΔＶｐｏ／ΔＶｐｐを１／５以下に抑えている。この結果として、帯電ローラ１５による感光体ドラム１１の帯電作用を維持して、感光体ドラム１１の表面の帯電電位を一定に維持することができ、良好な画質を得ることができる。
【００７７】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、２成分現像剤の代わりに、トナーのみを用いる画像形成装置においても、本発明を適用することができる。また、感光体ドラム１１の代わりに、感光体ベルトを用いても構わない。更に、現像装置として、他の構造のものを適用しても良い。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、帯電ローラの絶縁層のいずれの部位についても、感光体及び帯電ローラの回転に伴い、感光体表面より離間してから感光体表面に再び接近するまでの間に、蓄積した電荷を調整している。この結果、帯電ローラによる感光体の帯電作用を維持することができ、感光体の帯電電位の低下を防止して、良好な画質を常に得ることができる。また、帯電ローラの蓄積電荷を除去するために、帯電ローラの印加電圧をむやみに高くする必要がなく、感光体の絶縁破壊を招くことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一実施形態を示す側面図である。
【図２】図１の画像形成装置における感光体ドラム表面のトナーの帯電量変化を示すグラフである。
【図３】図１の画像形成装置における帯電ローラの帯電経路をモデル化して示す図である。
【図４】（ａ）は図３の帯電経路の等価回路を示す図であり、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）の回路を重ね合わせの定理に基づいて分解したそれぞれの回路を示す図である。
【図５】（ａ）は帯電ローラが正常であるときの白地の画像を示す図であり、（ｂ）は帯電ローラの異常放電が生じたときの画像を示す図である。
【図６】帯電ローラによる感光体の帯電回数に対する感光体の帯電電位の変化特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１１    感光体ドラム
１２    現像装置
１３    転写装置
１４    電荷調整撹乱ブラシ
１５    帯電ローラ
１６    露光装置
１７    ステンレスブレード
１８    現像ローラ
２１，２２，２３    直流電源
２４    交流電源
【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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