(57)【要約】【課題】帯電手段の汚れ度合いを精度よく検知できる画像形成装置を提供する。【解決手段】本発明の画像形成装置は、表面に現像剤による画像が形成される像担持体１２と、像担持体１２に接触または近接して配置され、像担持体１２の表面を放電により帯電させる帯電部材１４と、帯電部材１４に接触して配置された導電性を有する接触部材２２と、帯電部材１４に所定電圧を印加したときに帯電部材１４から接触部材２２を介して流れる電流を検出する検出手段１６，２２とを備え、検出手段１６，２２は、帯電部材１４上において像担持体１２の画像形成領域に対応する画像形成幅に接触する接触部材２２を介して流れる第１の電流と、帯電部材１４上において画像形成幅の両側または片側に隣接する非画像形成幅と前記画像形成幅とを含む放電領域幅に接触する接触部材２２を介して流れる第２の電流との差を検出する。【選択図】  図２
2004198587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に現像剤による画像が形成される像担持体と、前記像担持体に接触または近接して配置され、前記像担持体の表面を放電により帯電させる帯電部材と、前記帯電部材に接触して配置された導電性を有する接触部材と、前記帯電部材に所定電圧を印加したときに前記帯電部材から前記接触部材を介して流れる電流を検出する検出手段とを備え、前記検出手段は、前記帯電部材上において前記像担持体の画像形成領域に対応する画像形成幅に接触する前記接触部材を介して流れる第１の電流と、前記帯電部材上において前記画像形成幅の両側または片側に隣接する非画像形成幅と前記画像形成幅とを含む放電領域幅に接触する前記接触部材を介して流れる第２の電流との差を検出することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体の表面を放電により帯電させる帯電部材を有する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平８−１４６７１８号公報
【特許文献２】
特開平９−２１１９３１号公報
【特許文献３】
特開平８−１６０８１３号公報
【０００３】
従来、像担持体の表面を放電により帯電させる帯電部材を有する電子写真方式の画像形成装置が知られている。この画像形成装置では、プリントを重ねていくにつれて、帯電部材の表面に現像剤や現像剤に外添された後処理剤が付着することにより汚れて帯電能力が低下する。帯電能力が低下すると、像担持体の表面を均一帯電させることができなくなって帯電ムラを生じ、この帯電ムラは画像ノイズを発生させることになる。
【０００４】
そこで、従来より帯電部材の帯電能力を判断する方法が種々提案されている。前記特許文献１では、帯電部材に印加される電圧値あるいは電流値を検出することで帯電能力を判別する方法が提案されている。また、前記特許文献２では、帯電部材についての電圧印加時間や回転数から帯電部材の寿命を判断する方法が提案されている。さらに、前記特許文献３では、帯電部材の長手方向の帯電能力のばらつきを検出する方法として、帯電部材に接触する電流検出手段を長手方向に複数に分割し、分割された電流検出手段のそれぞれで電流を検出することで長手方向のばらつきを検出する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した各方法はいずれも初期値との比較において帯電部材の抵抗値を予測して寿命を判別している。しかしながら、抵抗値は環境依存が大きく、また検出手段についても抵抗体を用いるとその抵抗値も環境依存や耐久変動を受けるものであるため、初期値との比較では帯電部材の汚れ度合いを正確に検知して寿命判断を行うことが困難であるという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記問題を解決するために本発明の画像形成装置は、表面に現像剤による画像が形成される像担持体と、前記像担持体に接触または近接して配置され、前記像担持体の表面を放電により帯電させる帯電部材と、前記帯電部材に接触して配置された導電性を有する接触部材と、前記帯電部材に所定電圧を印加したときに前記帯電部材から前記接触部材を介して流れる電流を検出する検出手段とを備え、前記検出手段は、前記帯電部材上において前記像担持体の画像形成領域に対応する画像形成幅に接触する前記接触部材を介して流れる第１の電流と、前記帯電部材上において前記画像形成幅の両側または片側に隣接する非画像形成幅と前記画像形成幅とを含む放電領域幅に接触する前記接触部材を介して流れる第２の電流との差を検出することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の画像形成装置において前記接触部材は、前記帯電部材との接触幅が変化する１部材であってもよいし、あるいは、前記帯電部材との接触幅が異なる２部材であってもよい。
【０００８】
また、本発明の画像形成装置では、検出された電流差が所定値を超えたときに前記帯電部材の寿命と判断してもよい。
【０００９】
また、本発明の画像形成装置では、検出された電流差に基づいて前記帯電部材の帯電出力を制御してもよい。
【００１０】
また、本発明の画像形成装置では、検出された電流差に基づいて帯電部材の清掃を行ってもよい。
【００１１】
また、本発明の画像形成装置では、前記接触部材が前記帯電部材の清掃手段を兼ねていてもよい。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の画像形成装置では、現像剤等が付着して汚れる帯電部材の画像形成幅を流れる第１の電流と、前記画像形成幅と現像剤等が付着しない非画像形成幅とを含む帯電部材の放電領域幅を流れる第２の電流との差を検出するが、この電流差は現像剤等の付着量に応じて変化するものであるため、帯電部材の汚れ度合いを精度よく検知または判断することができる。
【００１３】
また、このようにして帯電部材の汚れ度合いを検知することで帯電能力の低下が分かるため、寿命と判断して交換したり、帯電出力を変更したり、帯電手段を清掃したりすることによって、帯電部材の帯電能力を常に所定レベル以上に保つことができ、その結果、像担持体の帯電ムラが発生することがなく、画像ノイズのない良好な画像を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態である画像形成装置１０の要部構成図である。画像形成装置１０は、回転駆動される円筒状の像担持体１２を備えている。像担持体の周囲には、図示しない現像装置や露光装置などが配置されており、これらの装置により像担持体１２の表面には現像剤による画像が形成されるようになっている。
【００１５】
像担持対１２の上部には、回転駆動可能に保持された帯電ローラ（帯電部材）１４が接触または近接して配置されている。帯電ローラ１４は、帯電電圧が印加されることにより像担持体１２の表面を放電によって帯電させるものである。
【００１６】
帯電ローラ１４には、電流計１６を介して出力可変電源１８に電気的に接続されている。前記電源１８にはＣＰＵ２０が電気的に接続されている。ＣＰＵ２０は、演算部や判断部や記憶部などを含んでおり、後述するような電流差の検出を行うとともに各種の制御を行うことができる。前記電流計１６およびＣＰＵ２０が本発明における検出手段を構成するが、検出手段の構成はこれに限定されるものではない。
【００１７】
前記帯電ローラ１４には、導電性を有するローラ状の接触部材２２が接触配置されている。接触部材２２は、帯電ローラ１４に従動して回転してもよいし、あるいは、積極的に駆動されて回転してもよい。また、接触部材２４は、スイッチング素子２４を介してアースに接続されている。スイッチング素子２４は、画像形成時にはオフされていて接触部材２２をフロート状態とし、後述する電流検出時にはオンされるようになっている。
【００１８】
図２は前記帯電ローラ１４および接触部材２２の斜視図である。帯電ローラ１４上において、像担持体１２の表面の画像形成領域に対応する幅を画像形成幅といい、この画像形成幅が現像剤が付着して汚れる領域となる。一方、帯電ローラ１４上において、画像形成幅の両側に隣接して幅１〜２ｃｍ程度の非画像形成幅がそれぞれ有り、この非画像形成領域は現像剤が付着することのない領域である。そして、非画像形成幅と画像形成幅とを含めた帯電ローラ１４の全幅を放電可能な領域という意味で放電領域幅という。
【００１９】
接触部材２２の両側にはそれぞれ切り欠きが設けられており、これにより接触部材２２には長手方向において帯電ローラ１４の画像形成幅に相当する短尺部Ａと、長手方向において帯電ローラ１４の放電領域幅に相当する長尺部Ｂとが形成されている。これにより、帯電ローラ１４と接触部材２２が共に回転すると、接触部材２２の短尺部Ａが帯電ローラ１４の画像形成幅に接触した状態と、接触部材２２の長尺部Ｂが帯電ローラ１４の放電領域幅に接触した状態とが交互に生じることになる。
【００２０】
図３は第１施形態の画像形成装置１０の要部を等価回路で表したものである。この等価回路において、電流計１６、電源１８、スイッチング素子２４は上述したものであり、抵抗体２２Ｒは接触部材２２の抵抗成分を表す。
【００２１】
電流計１６と接触部材２２の抵抗成分２２Ｒとの間にある並列回路において、抵抗体３０は画像形成幅に相当する部分の帯電ローラ１４の抵抗成分であり、抵抗体３２は帯電ローラ１４の画像形成幅を差し引いた部分、つまり非画像形成幅に相当する部分の帯電ローラ１４の抵抗成分である。また、スイッチング成分３４のオン・オフは、接触部材２２が回転したときに帯電ローラ１４の非画像形成幅の部分が帯電ローラ１４に対して交互に接触・非接触状態になることを表している。さらに、抵抗体３０に接続されたＲＣ回路３６は、帯電ローラ１４の画像形成幅に付着した汚れによる抵抗成分３６Ｒおよび静電容量成分３６Ｃの並列回路である。前記汚れは主に現像剤および現像剤に外添された後処理剤である。現像剤や後処理剤は通常は絶縁物質であり、基本的には静電容量成分だけであるが、帯電ローラ１４の表面に付着した状態は密ではなく多孔質のような状態で付着するため、リークラインが形成されて抵抗成分が生じる。したがって、汚れ量が多くなるにつれて、抵抗成分３６Ｒは大きくなり、静電容量成分３６Ｃは小さくなるものである。
【００２２】
次に、画像形成装置１０における電流検出動作について説明する。
後述する電流検出は、画像形成装置１０の電源投入時、画像形成動作を終えた後に装置が駆動停止するまでの間、マルチプリント中に画像形成動作を一旦停止したときなどに行う。
【００２３】
画像形成動作時、帯電ローラ１４には、像担持体１２に対して放電可能な電圧（例えば１．２ｋＶ）が電源１８から印加されている。また、このときにはスイッチング素子２４はオフされており、電流が接触部材２２に流れることはない。
【００２４】
一方、電流検出時には、スイッチング素子２４がオンされるとともに、電源１６から帯電ローラ１４に印加される電圧は像担持体１２に対する放電が起こらない電圧（例えば１００Ｖ）に変更され、これにより電流は帯電ローラ１４から接触部材２２だけに流れ込む。電流計１６はそのときの電流を測定する。この電流測定時、共に回転する帯電ローラ１４と接触部材２２の接触状態は上述したように交互に変化する。これにより、電流計１６により測定される電流は、図４に示すように、接触部材２２が帯電ローラ１４の画像形成幅にのみ接触するときは低く、接触部材２２が帯電ローラ１４の放電領域幅全体に接触するときは高くなった矩形波状になる。
【００２５】
プリントを重ねるにつれて帯電ローラ１４の画像形成幅の表面が現像剤等の付着により汚れてくると、その付着物の抵抗成分３６Ｒが大きくなってくるために、耐久後の電流は全く汚れがない初期状態に比べると電流値が全体的に低下する。しかし、図３に示すように現像剤等が付着せず汚れることがない帯電ローラ１４の非画像形成幅に相当する部分の抵抗成分３２は並列回路で接続されているため、接続部材２２が帯電ローラ１４の放電領域幅全体に接触しているときの方が接触部材２２が帯電ローラ１４の画像形成幅だけに接触しているときよりも電流の落ち込み量が小さくて済む。
【００２６】
したがって、帯電ローラ１４の画像形成幅のみに接触しているときに接触部材２２に流れる第１の電流と帯電ローラ１４の放電領域全体に接触しているときに接触部材２２に流れる第２の電流との差ΔＩは、帯電ローラ１４の画像形成幅の汚れ量（すなわち現像剤等の付着量）が増すにつれて大きくなる。よって、この電流差ΔＩをＣＰＵ２０で検出することで、帯電ローラ１４の汚れ度合い、すなわち帯電ローラ１４の帯電能力の低下を精度よく検知または判断することができる。この電流差ΔＩは、汚れていない初期状態では例えば０．５ｍＡであるが、耐久後には例えば１ｍＡとなり、１ｍＡを超えると帯電能力の低下から像担持体１２の帯電ムラが生じて画像ノイズが発生することが分かっている。
【００２７】
なお、上述した第１実施形態では、接触部材２２の短尺部Ａと長尺部Ｂの各長さが段階的に変化するように切り欠きを設けたが、短尺部と長尺部との間で長さが連続的に変化するように接触部材２２を形成してもよい。この場合、電流の検出結果としては三角波状の電流波形が検出されるが、その最大値と最小値の差をΔＩとすることで上記と同様になる。
【００２８】
次に、本発明の第２実施形態について図５ないし８を参照して説明する。
なお、第１実施形態と同一の構成については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２９】
図５，６に示すように、第１実施形態では接触部材２２を１部材で構成したが、本実施形態では帯電ローラ１４に接触する幅が異なる２つの板状の導電性接触部材４０，４２を用いている。長さが短い短尺接触部材４０は帯電ローラ１４の画像形成幅に接触して固定配置され、長さが長い長尺接触部材４２は帯電ローラ１４の放電領域幅全体に接触して固定配置されている。また、各接触部材４０，４２をアースに接続可能なスイッチング素子４４は、３方向のスイッチになっており、各接触部材４０，４２がフロートの状態、接触部材４０がアースに接続された状態、および、接触部材４２がアースに接続された状態の何れかにスイッチング可能になっている。
【００３０】
図７は本実施形態の等価回路を示す。この等価回路において第１実施形態の図３に示す等価回路と異なるところは、接触部材４０に対応する抵抗体４０Ｒと接触部材４２に対応する抵抗体４２Ｒとが並列に接続されている点と、スイッチング素子４４が３方向にスイッチング可能である点だけである。
【００３１】
第２実施形態における電流検出動作は、基本的には第１実施形態の場合と同様であるが、スイッチング素子４４を接触部材４０側と接触部材４２側とに交互に切り替えることで図８に示すような電流波形が得られる。図８においては、スイッチング素子４４の切り替えによって、短尺接触部材４０が接地されて電流が流れている状態をＡ、長尺接触部材４２が接地されて電流が流れている状態をＢとする。スイッチング素子４４は、最初はいずれの接触部材４０，４２もフロート状態にしているので電流は検出されないが、Ａの状態にしたときに帯電ローラ１４の画像形成幅から接触部材４０を介して流れる第１の電流が検出され、続けてＢの状態にして帯電ローラ１４の放電領域幅全体から接触部材４２を介して流れる第２の電流が検出され、最後に再びいずれの接触部材４０，４２もフロートにした状態になる。そして、検出されたＡ状態およびＢ状態での各電流の差から、帯電ローラ１４の汚れ度合いを検知または判断するのは第１実施形態の場合と同様である。
【００３２】
なお、第２実施形態では２つの接触部材４０，４２をいずれも板状の固定部材としたが、両方が回転体であってもよいし、あるいは、どちらか一方が回転体であってもよい。また、長尺接触部材４２は、帯電ローラ１４の放電領域全体に接触するようにしたが、例えば画像形成幅とその画像形成幅の片側にある非画像形成幅だけに接触させるようにしてもよい。
【００３３】
次に、上記のようにして検出された電流差ΔＩに基づいて、帯電ローラ１４の寿命を判断する方法について説明する。
図９のグラフに示すように、第１および第２実施形態の帯電ローラ１４では、検出された電流差ΔＩが例えば１．０ｍＡ以上になると帯電能力の低下に起因する像担持体１２の帯電ムラが生じて画像ノイズが発生することが分かっている。そこで、ＣＰＵ２０は、電流差ΔＩが１．０ｍＡ以上になったことを検知したら、帯電ローラ１４が寿命に達したと判断し、図示しない表示部にその旨を表示してユーザに交換を促す。これにより、帯電ローラ１４を寿命まで使い切ることができるとともに、帯電ローラ１４の汚れに起因する帯電ムラによる画像ノイズのない良好な画像を常に得ることができる。
【００３４】
次に、検出された電流差ΔＩに基づいて帯電ローラ１４の帯電出力を制御する方法について説明する。
図１０は帯電ローラ１４への印加電圧と像担持体１２の表面電位との関係を示すグラフであり、このグラフから明らかなように帯電ローラ１４の汚れ度合いが進んで検出される電流差ΔＩが大きくなるにつれて像担持体１２を所望の表面電位に帯電させるのに必要な印加電圧も大きくなる。ＣＰＵ２０は、このグラフに示されるような特性をデータとして格納しており、検出された電流差ΔＩに応じて帯電ローラ１４に印加する電圧を適当な電圧値に制御することができる。これにより、帯電ローラ１４の汚れに伴う像担持体１２の帯電の不均一性を回避することができ、帯電ムラによる画像ノイズのない良好な画像を常に得ることができる。
【００３５】
次に、検出された電流差ΔＩ基づいて帯電ローラ１４を清掃する方法について図１１を参照して説明する。
ＣＰＵ２０は、検出された電流差ΔＩが例えば１．０ｍＡ以上になったことを検出すると、命令を出して帯電ローラ１４の清掃を行う。帯電ローラ１４の清掃は、例えば、帯電ローラ１４の表面に付着した現像剤等が像担持体１２上に静電的に転移するような電界を像担持体１２との間に形成する清掃電圧を電源１８により帯電ローラ１４に印加して行う。
【００３６】
一旦清掃を行うと電流差ΔＩは低下して帯電能力が回復するが、プリントを継続していくうちに帯電ローラ１４がまた汚れてきて電流差ΔＩが再び１．０ｍＡ以上になると、帯電ローラ１４の清掃を再度実行する。このように電流差ΔＩが１．０ｍＡ以上になったときに清掃を行うというサイクルを繰り返すうちに電流差ΔＩの回復が次第に小さくなってゆき、最後には清掃を行っても電流差ΔＩが１．０ｍＡ以下に回復しなくなり、帯電ローラ１４が寿命に達する。ＣＰＵ２０は、帯電ローラ１４の清掃を所定回数（例えば３回）繰り返しても電流差ΔＩが回復しない場合には帯電ローラ１４の寿命と判断し、その旨を表示部に表示して帯電ローラ１４の交換を促す。
【００３７】
このように帯電ローラ１４の清掃を行うことで、帯電ローラ１４の寿命を大幅に延ばすことができる。また、帯電ローラ１４の清掃を所定のタイミングで行うことにより、帯電ローラ１４の帯電能力を常に所定レベル以上に保つことができ、その結果、像担持体１２の帯電ムラが発生することがなく、画像ノイズのない良好な画像を得ることができる。
【００３８】
なお、上述した各実施形態では、帯電手段を帯電ローラ１４としたが、これに限らず、帯電手段が例えば帯電ブラシであってもよい。また、帯電手段に接触する接触部材は、帯電手段を清掃する清掃手段を兼ねてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の画像形成装置の要部構成図。
【図２】帯電ローラおよび１つの接触部材の斜視図。
【図３】第１実施形態の等価回路図。
【図４】第１実施形態の電流波形図。
【図５】第２実施形態の画像形成装置の要部構成図。
【図６】帯電ローラおよび２つの接触部材の斜視図。
【図７】第２実施形態の等価回路図。
【図８】第２実施形態の電流波形図。
【図９】プリント枚数と電流差ΔＩとの関係を示すグラフ。
【図１０】電流差が異なる場合における帯電ローラへの印加電圧と像担持体の表面電位との関係を示すグラフ。
【図１１】所定のタイミングで帯電ローラの清掃を行ったときのプリント枚数と電流差との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…画像形成装置、１２…像担持体、１４…帯電ローラ、１６…電流計、１８…出力可変電源、２０…ＣＰＵ、２２…接触部材、２４…スイッチング素子。
【図１】
2004198587.tif 000003
【図２】
2004198587.tif 000004
【図３】
2004198587.tif 000005
【図４】
2004198587.tif 000006
【図５】
2004198587.tif 000007
【図６】
2004198587.tif 000008
【図７】
2004198587.tif 000009
【図８】
2004198587.tif 000010
【図９】
2004198587.tif 000011
【図１０】
2004198587.tif 000012
【図１１】
2004198587.tif 000013