(57)【要約】【課題】帯電ローラの汚れ度合いを精度よく検出できる画像形成装置を提供する。【解決手段】像担持体１２に接触または近接して配置された帯電ローラ１４を有する画像形成装置１０において、前記帯電ローラ１４の静電容量を検出する検出手段２２，２４，２６を備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
2004191801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に接触または近接して配置された帯電手段を有する画像形成装置において、
前記帯電手段の静電容量を検出する検出手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記帯電手段の静電容量は、前記帯電手段の抵抗値と、前記帯電手段に印加される電圧の周波数と、前記帯電手段についての印加電圧および検出電圧の位相の差とから演算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３】
前記検出手段の検出結果が所定値を超えたとき、前記帯電手段の寿命と判断す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】
前記検出手段の検出結果に基づいて、画像形成時の帯電手段の帯電出力を変更す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】
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記帯電手段の清掃を行う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、像担持体の表面を帯電させる帯電手段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９−１７９３８５号公報
【０００３】
従来、電子写真方式の画像形成装置において、像担持体の表面を均一帯電させるための帯電手段を備えたものが知られている。この帯電手段は、プリント枚数が増加するにつれて、現像剤やこれに外添されている後処理剤などが付着して汚れてくることにより、所望の帯電能力を発揮できなくなってきて、やがては寿命に達する。このように帯電手段が寿命に達したかを判断するために、前記特許文献１では、帯電手段の汚れ度合いを光学的に読み取って寿命判断する方法や帯電手段の表面粗さから寿命判断する方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような帯電手段の汚れを光学的に反射光量で読み取る方法では、表面粗さの影響を受けるために測定精度が悪くなるという問題がある。さらに、表面粗さを測定する方法もあるが、装置が大掛かりになるなどの問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、帯電手段の帯電能力の変化に最も影響を与える帯電手段の汚れ度合いを精度よく検知することができる画像形成装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、像担持体に接触または近接して配置された帯電手段を有する画像形成装置において、前記帯電手段の静電容量を検出する検出手段を備えた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帯電手段の静電容量は、前記帯電手段の抵抗値と、前記帯電手段に印加される電圧の周波数と、前記帯電手段についての印加電圧および検出電圧の位相の差とから演算されてもよい。
【０００８】
また、本発明の画像形成装置では、前記検出手段の検出結果が所定値を超えたとき、前記帯電手段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、前記検出手段の検出結果に基づいて、画像形成時の帯電手段の帯電出力を変更してもよい。
【００１０】
さらに、本発明の画像形成装置では、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記帯電手段の清掃を行ってもよい。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の画像形成装置によれば、現像剤や後処理剤等の付着量に応じて変化する帯電手段の静電容量を検出することで、帯電手段の汚れ度合いを精度よく検知することができる。また、このようにして帯電手段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、帯電手段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。
【００１２】
【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、本発明の一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１２の周囲には、それぞれ図示しない現像装置、露光装置、転写装置およびクリーニング装置などが配置されている。
【００１３】
像担持体１２の外周面には、帯電ローラ（帯電手段）１４が回転可能に接触配置されている。帯電ローラ１４は、電源１６に電気的に接続されており、像担持体１２の表面を均一帯電させるための帯電電圧が印加されるようになっている。なお、帯電手段は、帯電ローラ以外に回転体であれば何でもよく、例えばブラシローラであってもよい。
【００１４】
帯電ローラ１４の下部には、導電性を有するブラシ状の接触部材１８が接触して配置されている。接触部材１８は、スイッチング素子２０を介して、電圧測定部を構成する電圧計２２および抵抗体２４の並列回路に電気的に接続されている。スイッチング素子２０は、帯電電圧測定時にのみオンされ、それ以外の画像形成時に帯電電流が電圧測定部２２，２４に流れ込まないようにするためのものである。
【００１５】
なお、接触部材１８は、帯電ローラ１４の表面を清掃する清掃部材を兼ねていてもよい。また、接触部材１８は、像担持体１２に対して非接触で近接配置されていてもよい。
【００１６】
また、画像形成装置１０は、電源１６によって帯電ローラ１４に印加される電源電圧Ｖと、電圧計２２によって検出される検出電圧Ｖ’とを比較して位相差δを検出する制御部２６を備えている。制御部２６は、演算部や判断部や記憶部を含んでいる。また、制御部２６には、ユーザに対する各種表示を行う表示部２８が接続されている。後述するように前記電圧計２２、前記抵抗体２４、および、制御部２６は、帯電ローラ１４への現像剤等の付着量に応じて変化する帯電ローラ１４の静電容量を検出する検出手段を構成する。なお、前記検出手段の構成はこれに限らず、種々の変更が可能である。
【００１７】
次に、上述した構成を有する画像形成装置１０における帯電ローラ１４の静電容量検出動作について説明する。本実施形態における帯電ローラ１４の静電容量の検出は、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、又は、マルチプリント中に画像形成動作を一旦停止したときに、スイッチング素子２０をオンして行う。
【００１８】
画像形成動作を繰り返し行うと、帯電ローラ１４の表面は、現像剤および現像剤に外添されている後処理剤等が付着して汚れてくる。ここで、帯電ローラ１４は、図２に示すように、抵抗体３０と誘電体３２の並列回路で表せるが、ほぼ抵抗体３０だけと見なすことができる。一方、帯電ローラ１４に付着する付着物は絶縁性物質が殆どであるため、この付着物は誘電体３４と見なすことができる。したがって、現像剤等が付着した帯電ローラ１４は直列接続された抵抗体３０と誘電体３４の等価回路と見なすことができ、この等価回路がスイッチング素子２０を介して電圧測定部の抵抗体２４に直列接続されるとともに電源１６に接続されているものとして考えることができる。なお、接触部材１８は良好な導電性を有し低抵抗であるため、図２に示す回路では省略されている。
【００１９】
帯電ローラ１４の抵抗体３０の電気抵抗値は一般に１０の４乗〜８乗Ωであるが、本実施形態では１０の５乗Ωのものを用いている。帯電ローラ１４の誘電体３２の静電容量は１０００ｐＦ（ピコファラド）以上である。また、付着物を表す誘電体３４の静電容量は、図３のグラフに示すように、プリント枚数に伴って変化し、例えば３００ｐＦ以下になると帯電ムラによる画像ノイズが発生することが分かっている。
【００２０】
帯電ローラ１４に付着物が付着した状態で放電を起こさない電圧（通常はＶｐｐが１０００Ｖ以下の電圧となるが、本実施形態ではＶｐｐ＝１００Ｖで周波数は６０Ｈｚのサイン波とした）を印加すると、電圧計２２で検出される検出電圧Ｖ’（＝Ｖｉ×cos(ωt＋δ)）は、電源１６による印加電圧Ｖ（＝Ｖ０×cosωt）に対して位相差δが発生する。この位相差δは付着物である誘電体３４の静電容量Ｃと振動する電源電圧Ｖおよび検出電圧Ｖ’の角周波数ωと帯電ローラ１４の抵抗体３０の抵抗値Ｒとの積の逆数になるため、制御部２６は、前記位相差δを検出すれば、電源電圧Ｖの周波数ｆと帯電ローラ１４の抵抗値Ｒが予め分かっているので、下記の式▲１▼から付着物である誘電体３４の静電容量Ｃを演算して検出することができる。
【００２１】
【数１】
位相差δ＝１÷（ω×Ｃ×Ｒ）  →  Ｃ＝１÷（ω×Ｒ×δ）
角周波数ω＝２×π×ｆ
静電容量Ｃ＝１÷（２×π×ｆ×Ｒ×δ）……▲１▼
【００２２】
前記式▲１▼から明らかなように位相差δが大きくなると静電容量Ｃが小さくなる。このように算出された静電容量Ｃに基づいて図３のグラフから帯電ローラの汚れ度合いを精度よく検知または把握することができる。
【００２３】
なお、上述した方法は、帯電ローラ１４に接触する接触部材１８の接触面積が変化しても位相のズレ量δに変化がないため、測定精度が高く信頼性が高い。それは、帯電ローラ１４の抵抗体３０がオーミック（すなわちＶ＝Ｉ×Ｒの関係にある）な場合、抵抗値Ｒが接触面積に反比例し、付着物である誘電体３４の静電容量Ｃが接触面積に比例するため、位相のズレ量δの前記関係式では相殺されて接触面積に関係なくなるからである。
【００２４】
一方、上述した帯電ローラ１４の静電容量の検出方法では、電源電圧の周波数を１つに固定していたが、複数の周波数の電源電圧を用いて帯電ローラ１４の静電容量を検出してもよい。この場合、電源電圧を複数の周波数に変更することで位相差が変化することから、各周波数の電源電圧の場合について帯電ローラ１４の静電容量をそれそれ算出して平均すれば、より正確なデータを得ることができる。
【００２５】
次に、上記のようにして検出された帯電ローラ１４の静電容量に基づいて、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３のグラフに示すように、本実施形態の帯電ローラ１４では、静電容量が例えば３００ｐＦ以下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、制御部２６は、図４のフローチャートに示すように、帯電ローラ１４の静電容量を検出し（Ｓ１）、検出された静電容量が３００ｐＦ以下であるかを判断し（Ｓ２）、３００ｐＦ以下になったとき帯電ローラ１４が寿命に達したと判断する（Ｓ３）。そして、制御部２６は表示部２８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。
【００２６】
次に、別のカートリッジ、例えば像担持体１２や現像装置などを含むカートリッジの交換に合わせて帯電ローラ１４も交換する方法について図５を参照して説明する。
像担持体１４を含むカートリッジの交換時期が来たとき（Ｓ４）、制御部２６は、その時点で検出された帯電ローラ１４の静電容量に基づいて図３の相関グラフからその帯電ローラ１４が寿命に達するまでにプリント可能な枚数を演算する（Ｓ５）。そして、帯電ローラ１４があと更にプリント可能な枚数と、像担持体１４を含む新品のカートリッジの寿命までのプリント可能枚数を比較し（Ｓ６）、帯電ローラ１４の残存プリント可能枚数の方が少ない場合には、前記カートリッジの交換と同時に帯電ローラ１４も交換すべきと判断して帯電ローラ１４の交換命令を出し（Ｓ７）、その旨を表示部２８に表示させる。このようにすることで、帯電ローラ１４の交換のためだけに装置を停止させる必要がなくなり、交換に伴う装置停止による生産性の低下と交換の煩わしさとを低減することができる。
なお、帯電ローラ１４の残存寿命が新品カートリッジの寿命の半分以上残っている場合には帯電ローラ１４を交換しないと判断する等の制御を行ってもよい。
【００２７】
次に、静電容量の検出結果に基づいて帯電ローラ１４の帯電出力を変更する方法について図６を参照して説明する。
画像形成時、帯電ローラ１４には電源１６により直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が印加されている。直流電圧は通常−３００Ｖ〜９００Ｖ（本実施形態では−６００Ｖ）であり、交流電圧は通常Ｖｐｐ＝１．３ｋＶ〜２．０ｋＶ（本実施形態では初期１．４ｋＶ）に設定されている。また、交流電圧の波形はサイン波でその周波数は８００Ｈｚとした。
【００２８】
図６は、静電容量の逆数と交流電圧の帯電出力との関係を示すグラフである。このグラフに基づいて、制御部２６は、検出された帯電ローラ１４の静電容量の減少（すなわち静電容量の逆数の増加）に応じて帯電出力を上げていくように制御する。このように帯電ローラ１４の汚れ度合いが増してくるにつれて帯電ローラ１４の帯電出力を上げるように制御することで、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。
【００２９】
なお、帯電出力については、交流電圧ではなく直流電圧を変更してもよいし、交流電圧を重畳していない直流電圧単独の場合には直流電圧を変更すればよい。
【００３０】
次に、静電容量の検出結果に基づいて帯電ローラ１４を清掃する方法について図７，８を参照して説明する。
制御部２６は、帯電ローラ１４の静電容量を検出し（Ｓ８）、その検出結果が例えば３００ｐＦ以上であるかを判断し（Ｓ９）、３００ｐＦ以上であれば帯電手段の清掃は行わないが、３００ｐＦより低下していれば帯電ローラ１４の清掃を行う（Ｓ１０）。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１６により帯電ローラ１４に印加して行う。
【００３１】
一旦清掃を行うと帯電ローラ１４の静電容量は増加して帯電能力が回復するが、図７に示すように静電容量が３００ｐＦより低下したときに清掃を行うというサイクルを繰り返すうちに静電容量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静電容量が３００ｐＦ以上に回復しなくなり、帯電ローラ１４が寿命に達する。制御部２６は、上述したＳ８，Ｓ９，Ｓ１０のステップを所定回数（例えば３回）繰り返しても静電容量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２８に表示して帯電ローラ１４の交換を促す。
【００３２】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の要部構成図。
【図２】帯電ローラとその付着物を表す等価回路図。
【図３】プリント枚数と帯電ローラの静電容量との関係を示すグラフ。
【図４】帯電ローラの寿命を判断するための制御を示すフローチャート。
【図５】像担持体を含むカートリッジの交換時に帯電ローラも交換するか否かを判断する制御を示すフローチャート。
【図６】帯電ローラの静電容量の逆数と帯電ローラの帯電出力との関係を示すグラフ。
【図７】所定のタイミングで帯電ローラを清掃した場合におけるプリント枚数と静電容量との関係を示すグラフ。
【図８】帯電ローラを清掃するか否かを判断するための制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…画像形成装置、１２…像担持体、１４…帯電ローラ、１６…電源、１８…接触部材、２０…スイッチング素子、２２…電圧計、２４…抵抗体、２６…制御部、２８…表示部。
【図１】
2004191801.tif 000003
【図２】
2004191801.tif 000004
【図３】
2004191801.tif 000005
【図４】
2004191801.tif 000006
【図５】
2004191801.tif 000007
【図６】
2004191801.tif 000008
【図７】
2004191801.tif 000009
【図８】
2004191801.tif 000010