(57)【要約】【課題】長手方向のばらつきや部品交換の際の部品ばらつきも考慮して、帯電ローラと像担持体のギャップを求める【解決手段】像担持体１と、像担持体１に非接触で配置され直流電圧を重畳した交流電圧を印加することにより像担持体１を帯電する帯電ローラ４とを備えた画像形成装置において、像担持体１と帯電ローラ４の間のギャップを測定するセンサ２１と、測定されたギャップに応じて帯電ローラ４に印加する交流電圧を決定する制御手段９を備え、センサ２１は像担持体１と帯電ローラ４の長手方向で複数箇所のギャップを測定できるようになっている。【選択図】      図１
2005004000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、像担持体に非接触で配置され直流電圧を重畳した交流電圧を印加することにより像担持体を帯電する帯電ローラとを備えた画像形成装置において、像担持体と帯電ローラの間のギャップを測定するセンサと、センサにより測定されたギャップの値に応じて帯電ローラに印加する交流電圧を決定する制御手段を備え、センサは像担持体と帯電ローラの長手方向に沿った複数箇所のギャップを測定できるようになっていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
センサは像担持体と帯電ローラの長手方向に移動可能なことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
少なくとも帯電ローラまたは像担持体のどちらか一方が交換された場合に、センサによる最大ギャップ測定動作を実行することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
像担持体と、像担持体に非接触で配置され直流電圧を重畳した交流電圧を印加することにより像担持体を帯電する帯電ローラとを有するカートリッジを備えた画像形成装置において、カートリッジには像担持体と帯電ローラの間のギャップが最大となるギヤの位置の情報が保存された不揮発性の記憶媒体を設けるとともに、記憶媒体に書き込まれた最大ギャップ位置でギャップを測定するセンサと、センサにより測定された最大ギャップ値に応じて帯電ローラに印加する印加電圧の交流成分を決定する制御手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
センサは本体側に設けることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】
帯電ローラのギャップ保持部材の周長を像担持体の周長の整数倍にすることを特徴とする請求項１または４記載の画像形成装置。
【請求項７】
像担持体のギヤと帯電ローラのギヤの歯数を整数倍にすることを特徴とする請求項１または４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、像担持体と、像担持体に非接触で配置され直流電圧を重畳した交流電圧を印加することにより像担持体を帯電する帯電ローラとを備えた画像形成装置に関し、特に、帯電ローラに印加する電圧の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
像担持体と、像担持体に非接触で配置され直流電圧を重畳した交流電圧を印加することにより像担持体を帯電する帯電ローラとを備えた画像形成装置に関連して、例えば、特許文献１には、像担持体と帯電ローラとの間の最大ギャップを検出する手段を有し、その検出結果に応じて印加電圧を変更することにより良好な画像を得る技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−１０８０５９公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、帯電ローラ、像担持体は回転方向だけでなく、長手方向（軸方向）にも外形のばらつきを持っているため、最大ギャップを求めるには長手方向のばらつきも考慮する必要がある。また、帯電ローラと像担持体はそれぞれ機械寿命まで用いられることは少なく、数万枚の通紙後に交換されることが多い。帯電ローラと像担持体の、どちらか一方、または両方を交換することにより、最大ギャップが変わるため、交換後にはそれまでの最大ギャップに合わせた印加電圧ではなく、新しい帯電ローラと像担持体の組み合わせによってできる最大ギャップに応じた電圧を印加する必要がある。
また、実際に最大ギャップを検出することを考えると、ギャップには周方向のばらつきがあるため、最大ギャップを求めるためには、ローラの周長と像担持体の周長の最小公倍数分だけ空回転させる必要がある。それにより像担持体が画像形成時以外にも磨耗したり、帯電ローラが汚れやすくなるという不具合がある。
本発明は、長手方向のばらつきや部品交換の際の部品ばらつきも考慮して、帯電ローラと像担持体のギャップを求めることを目的とする。また不要な空回転を減らし、ギャップに応じた最適な制御を実施することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、像担持体と、像担持体に非接触で配置され直流電圧を重畳した交流電圧を印加することにより像担持体を帯電する帯電ローラとを備えた画像形成装置において、像担持体と帯電ローラの間のギャップを測定するセンサと、測定されたギャップに応じて帯電ローラに印加する交流電圧を決定する制御手段を備え、センサは像担持体と帯電ローラの長手方向で複数箇所のギャップを測定できるようになっている画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、センサは長手方向で移動可能な請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、少なくとも帯電ローラまたは像担持体のどちらか一方が交換されたら、センサによる最大ギャップ測定動作を実行する請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【０００５】
請求項４記載の発明では、像担持体と、像担持体に非接触で配置され直流電圧を重畳した交流電圧を印加することにより像担持体を帯電する帯電ローラとを有するカートリッジを備えた画像形成装置において、カートリッジには像担持体と帯電ローラの間のギャップが最大となるギヤの位置の情報が保存された不揮発性の記憶媒体を設けるとともに、記憶媒体に書き込まれた最大ギャップ位置でギャップを測定するセンサと、測定された最大ギャップに応じて帯電ローラに印加する印加電圧の交流成分を決定する制御手段とを備えた画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、センサは本体側に設ける請求項４記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項６記載の発明では、帯電ローラのギャップ保持部材の周長を像担持体の周長の整数倍にする請求項１または４記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、像担持体のギヤと帯電ローラのギヤの歯数を整数倍にする請求項１または４記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置における作像部の構成図である。
この画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、或いはこれらの少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成されるものである。画像形成装置本体内には、被帯電体の一例であるドラム状の像担持体１が配置される。ここに示した像担持体１は、ドラム状の基体２の外周面に感光層３が積層されたものである。この像担持体１には、帯電ローラ（帯電部材）４が、微小ギャップＧをあけて対向配置されている。
この帯電ローラ４は、導電性の芯金５と、その外周面に積層されたゴムなどから成る弾性層６より成る。弾性層６の代りに、例えば樹脂より成る硬質の外層を用いることもでき、また表面に高抵抗の薄層を設けることもできる。
帯電ローラ４は図２に示すように、像担持体１の軸方向に対して平行に延び、その各長手方向端部には、絶縁性材料より成るスペーサ７が固定されている。ここに示したスペーサ７は、樹脂製のフィルムとその一方の面に塗布された粘着剤とから成り、そのフィルムが帯電ローラ４の外周面に１周分巻き付けられ、粘着剤によって帯電ローラ４に接着されている。フィルムの外周面が像担持体１の周面に圧接し、帯電ローラ４と像担持体１との間にギャップＧが形成される。粘着剤とフィルムの合計の厚さは例えば６０μｍである。
【０００７】
画像形成動作時に、像担持体１は図１における時計方向に回転駆動され、このときスペーサ７を介して像担持体表面に圧接した帯電ローラ４は、像担持体１の回転に従動して回転する。
像担持体１と帯電ローラ４が回転するとき、その帯電ローラ４の芯金５には、電源装置８によって後述する電圧が印加され、これによって帯電ローラ４と像担持体１との間に放電が生ぜしめられ、像担持体表面が所定の極性に帯電される。この例では、像担持体表面がほぼ−７５０Ｖに帯電されるものとする。図１に符号９で示すものは、電源装置８を制御する制御手段としてのＣＰＵである。
帯電装置は、被帯電体の一例である像担持体１に対して微小ギャップＧをあけて対向配置された帯電ローラ４と、ＣＰＵ９より成る制御手段により制御されて、帯電ローラ４に対して電圧を印加する電源装置８とを有し、電源装置８から帯電ローラ４に電圧を印加することにより被帯電体を帯電するように構成されている。
帯電ローラ４によって帯電された像担持体１表面には、露光装置の一例であるレーザ書き込みユニット１０から出射するレーザ光Ｌが照射され、これによって像担持体１表面に静電潜像が形成される。レーザ光Ｌが照射されて表面電位の絶対値が低下した部分が静電潜像、すなわち画像部となり、レーザ光が照射されずに表面電位がほぼ帯電電位に保たれた部分が地肌部となる。次いで、この静電潜像は、現像装置１１を通るとき、マイナスに帯電されたトナーによって、トナー像として可視像化される。
【０００８】
一方、像担持体１に対置された転写装置の一例である転写ローラ１２と像担持体１との間に、所定のタイミングで転写材Ｐが給送され、このとき像担持体１上に形成されたトナー像が転写材Ｐ上に静電的に転写される。トナー像を転写された転写材Ｐは、引き続き図示していない定着装置を通り、このとき熱と圧力の作用によってトナー像が転写材上に定着される。転写材に転写されずに像担持体表面に残された転写残トナーは、クリーニング装置１３によって除去される。
ここで、帯電ローラ４と像担持体１との間のギャップＧは、その帯電ローラ４と像担持体１の外径ばらつきなどによって周期的に変動する。特開２００２−１０８０５９公報に記載されているように、ギャップを介して配置された非接触の帯電装置を用いて良好な画像を得るためには、ギャップの最大値に応じて印加するバイアスを変える必要がある。
このギャップ変動の最大ギャップを検出するために、本発明の画像形成装置にはセンサ２１（２１−１、２１−２）が設けられている。このセンサ２１は発光部２１−１と受光部２１−２から成っており、発光部２１−１からの光がギャップに照射され、ギャップの間から漏れてくる光を受光部２１−２で検出し、その検出した光量からギャップの大きさを算出するようになっている。
帯電ローラ４、像担持体１の素管ともに研削により、中央部が膨らんだ太鼓形状か、中央が凹んだつづみ形状をしていることが多い。よって、センサ２１はギャップの際と中央の３ヶ所に最低限必要となる。また、ギャップは両端のテープ７で形成するため、帯電ローラ４の芯金５のたわみを考えると、帯電ローラ４が重力に対して像担持体１より上側に配置されているときはテープの近傍が、逆に下側に配置されているときは中央部が最大ギャップになりやすい。
例えば、太鼓型の帯電ローラ４が像担持体１の下側に設けられると、帯電ローラ４は両端部が最大ギャップになりやすいが、配置的には中央部が最小ギャップになりやすい。このような組み合わせでは、どこが最大ギャップになるかわからないため、センサ２１を長手方向で複数配置するほうが良い。
【０００９】
（第１の実施例）
本発明の第１の実施例では、このセンサ２１を両端に２個、中央に１個、両端と中央の間に１個ずつ、合計５個設置した。ギャップ測定は帯電ローラ４及び像担持体１の回転中、常時できれば良いのだが、本実施例のセンサ２１は光利用のセンサなので、帯電電位に影響しないようにするために画像形成以外の時に実施する。
ギャップは、像担持体１の外形と帯電ローラ４の外形によって決まるため、ギャップ測定時には像担持体１と帯電ローラ４の周長の整数倍だけ帯電ローラ４と像担持体１を回転させる必要がある。本実施例では直径１０ｍｍの帯電ローラ４と直径３０ｍｍの像担持体１を使用し、像担持体１の１周分だけ回転させた。
なお、帯電ローラ４と像担持体１を回転させると像担持体１は膜削れしやすくなるし、帯電ローラ４は汚れやすくなる。よって、このギャップ検出用の空回転はできるだけ短い時間にする方が良く、そのためには帯電ローラ４と像担持体１の周長の比が整数倍または整数分の一倍になっている方が良い。
【００１０】
第１の実施例の画像形成装置では、装置に電源を投入されたときに５ヶ所でギャップ測定を行い、それ以降は最大ギャップを検出したセンサ位置でのみ、最終紙の画像形成終了後にギャップを検出した。また、ギャップはスペーサ７にトナーがついたり、像担持体１のスペーサ７との当接部が削れたり、トナーがついたりすることで変わる。よって、経時で最大ギャップ位置が変わっていないかを確認するために画像形成２００枚ごとに５ヶ所でギャップを測定した。
ギャップの測定結果は表１のようになった。
【表１】
2005004000.tif 000003
このようにして検出されたギャップから帯電ローラ４に印加する交流電圧を決定する。ギャップと放電開始電圧の間には次の式のような関係があることが特開２００２−２２９３０７公報に示されている。
Ｖｔｈ＝６．２×ｚ＋３１２＋６．２×（Ｌｓ／Ｋｓ）＋｛３１２×（Ｌｓ／Ｋｓ）｝／ｚ
ｚ：ギャップ
Ｌｓ：感光層３の厚み
Ｋｓ：感光層３の比誘電率
良好な画像を得るためには、この放電開始電圧の２倍のピークーピーク電圧を有する交流電圧を印加する必要がある。ギャップとそのギャップにおいて必要な交流電圧の関係は表２のようになる。
【表２】
2005004000.tif 000004
【００１１】
第１の実施例の画像形成装置では、センサ２１の検出結果より算出されたギャップから必要な交流電圧を算出し、それに応じて高圧電源からの出力電圧を変更するＣＰＵ９が設けられており、それにより、最適な電圧が帯電ローラ４に印加される。表１のデータでは最大ギャップが４０μｍだったため、検知誤差も加味して帯電ローラに１．５ｋＶｐｐのＡＣバイアスを印加したところ良好な画像が得られた。
また、ギャップは帯電ローラ４と像担持体１との組み合わせによって変わるのだが、いずれも画像形成で繰り返し使用しつづけると帯電ローラ４は汚れによる帯電特性劣化、像担持体１は膜削れ、光疲労等による静電特性の劣化が生じる。そのため、アモルファスシリコンの像担持体１のように劣化に強い特別な材料を使っていない限り、ある程度の枚数画像形成を行うと、像担持体１と帯電ローラ４のどちらか片方、または両方とも交換する必要がある。
このような交換によってもギャップは変動するため、像担持体１または非接触帯電ローラのいずれか片方が交換されたら、改めてギャップを測定する必要がある。
第１の実施例の画像形成装置ではどちらか片方でも交換されたと判断したら、自動的に次の作像開始前にギャップの測定を行い、交流印加電圧を変更するようになっている。このような動作を行うことにより、帯電ローラ４、像担持体１の交換によるギャップの変動にも対応することができる。
なお、本実施例では発光部２１−１と受光部２１−２からなる、ギャップの透過光を利用したギャップセンサを用いたが、１０μｍ単位で狭ギャップを測定できるようなセンサであれば、本実施例のセンサ２１でなくても本発明の動作を行うことにより、最大ギャップ測定が可能で、それにより帯電ローラ４への印加電圧を適切に制御し、良好な画像を得られることはいうまでもない。
【００１２】
（第２の実施例）
次に第２の実施例を説明する。第２の実施例ではギャップを測定するセンサ２１として、発光部２１−１と受光部２１−２からなる一組のセンサ２１のみ設けられている。そしてこの一組のセンサ２１が長手方向で自由に移動することができるように構成されている。
これにより長手方向全幅でギャップをスキャンすることができる。像担持体１と帯電ローラ４の組み合わせによって決まる最大ギャップの位置は像担持体１や帯電ローラ４を交換したり、ギャップ保持部材（スペーサ７）当接部が経時で変化したり（磨耗によるスペーサ７の厚み変化、像担持体１の厚み変化、当接部へのトナーなどの付着）しない限り変化しない。そのため、帯電ローラ４と像担持体１をセットしたら一度全幅スキャンを実行し最大ギャップ位置を検出し、それ以降は最終紙の画像形成終了後に最大ギャップ位置でギャップを測定した。
また、経時でのギャップ変化はギャップ保持部材近傍で起こるため、一定枚数ごとにギャップ保持部材近傍位置のギャップを検出するようにした。ギャップ保持部材近傍で一定量以上のギャップ変化が見られたら、それに応じて最大ギャップ位置が変わっていないか見るために長手方向のギャップをスキャンした。
具体的には、画像形成装置に最初に電源を投入したときに次のような全幅スキャンを行った。像担持体１は直径３０ｍｍ、帯電ローラ４は直径１０ｍｍのものを使用した。帯電ローラ４は像担持体１からギヤで駆動をとり、像担持体１のギヤの歯数は３６、帯電ローラ４のギヤの歯数は１２と整数倍になるようにした。
【００１３】
これにより像担持体１一周でギャップの周方向のばらつきが見られるようになったためギャップ測定のための空回転を最小にすることができた。スキャンの時には像担持体１が一周する間にセンサ２１が長手方向に５ｍｍ移動するようにし、全幅３００ｍｍのスキャンに像担持体１６０週分の空回転を実施し、このときの最大ギャップに応じたＡＣバイアスを帯電ローラ４に印加した。
さらにここで最大ギャップを検出したセンサ位置にセンサ２１を移動させて、その位置で各画像形成の最終紙通紙後にギャップ測定を行った。また、２００枚ごとにセンサ２１を移動させ、ギャップ保持部材に近い両端部のギャップの測定を行った。両端部での最大ギャップが５μｍ以上変化したら、上記のような全幅スキャンを実行し、最大ギャップ位置を修正するようにした。
さらに帯電ローラ４または像担持体１の少なくとも一方が交換されたら、全幅スキャンを行うようにした。このようにしてギャップを測定することにより、常に適切な交流バイアスを印加することができ、良好な画像を得ることができた。
【００１４】
（第３の実施例）
次に第３の実施例を説明する。図３は本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置における作像部の構成図である。第３の実施例では像担持体１と帯電ローラ４と現像装置１１が一体となったカートリッジ３０になっており、このカートリッジ３０にはＩＣチップ３１がついている。
ＩＣチップ３１を設ける位置は、カートリッジ３０を構成する部材のどの位置でも良い。図示した例ではクリーニング装置１３に設けているが、これは一例に過ぎない。
カートリッジ３０が本体に設置されると、このＩＣチップ３１の情報が本体に読み取られる。ここにはあらかじめこのカートリッジ３０に入った帯電ローラ４と像担持体１の組み合わせでの長手方向最大ギャップ位置の情報が保存されている。この情報に応じて、本体側に備えられたセンサ２１がその位置に移動し、その位置での最大ギャップを測定し、その結果により帯電ローラ４に印加する電圧の交流成分を変化させるようになっている。
【００１５】
長手方向の最大ギャップ位置があらかじめわかっているため、第２の実施例のように長時間のスキャンを行わなくても、像担持体１一周分だけ回転させてスキャンすれば初期の最大ギャップを求めることができる。そのため、空回転を少なくすることができ、空回転に伴う不具合（像担持体１の膜削れ、帯電ローラ４の汚れ）を抑制することができる。
また、このカートリッジ３０の寿命は現像装置１１内のトナー量によって決まっており、約１００００枚の画像形成で交換するようになっている。この範囲内ではカートリッジ３０に異常が発生しない限り、最大ギャップの位置が変化するほどの経時変化は発生しない。よって、長手方向については最初に決まった位置でのみ測定を行っておれば良く、次にセンサ位置を変更するのはカートリッジ交換の時だけで良い。
なお、現像装置１１を別ユニットにして、帯電ローラ４と像担持体１だけのカートリッジ形態にすれば、寿命は長くなるため、その場合には第２の実施例のように決まった枚数ごとに両端部のギャップの測定を行っても良い。また、センサ２１についてはカートリッジ３０側についているほうがよりギャップに近い位置で測定できるため、誤差は少なくなるが、センサ分のコストがカートリッジ３０のコストに上乗せされるため、ランニングコストが高くなる。よって、センサ２１は本体側についているほうが望ましい。
【００１６】
（第１の比較例）
第１の実施例の画像形成装置において、帯電ローラ外径１１ｍｍ、像担持体１径３０ｍｍの組み合わせで第１の実施例と同様にギャップの検出制御を行った。１回のギャップの検出には像担持体１の１１周の空回転が必要となる。これを画像形成後に実施すると、像担持体１の膜削れ量が増加し、第１実施例の場合と比べて像担持体１の寿命までに印刷できる枚数が３割少なくなった。また、その間クリーニングブレードへのトナー供給がほとんどないため、クリーニング不良が起こりやすくなり、帯電ローラ４も汚れやすくなった。
（第２の比較例）
第２の実施例の画像形成装置で帯電ローラ４と像担持体１を交換して全幅スキャンを行い、その時に検出された最大ギャップ位置でセンサ２１を固定し、通紙ランを行った。このときの最大ギャップ位置はギヤ側のギャップ保持部材に近い位置であった。初期２００００枚まではこの位置でのギャップを元にした制御で良好な画像が得られていたが、３００００枚以降、従動側で異常放電によるポチ画像（小径の画像抜け）が見られるようになった。
ここで帯電ローラ４と像担持体１を観察すると従動側のギャップ保持部材がトナーで汚れており、またギヤ側のギャップ保持部材当接位置では像担持体１が削れていた。ギャップを全幅スキャンすると、従動側はギャップ保持部材のトナー汚れによりギャップが広がっており、ギヤ駆動側は逆にギャップが小さくなっていた。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、センサは像担持体と帯電ローラの長手方向で複数箇所のギャップを測定できるようになっていることにより、経時変化により長手方向のギャップがばらついても常に最大ギャップを求めることができ、その測定結果に基づいて帯電ローラに印加する電圧を制御することにより常に良好な画像を得ることができる。
請求項２記載の発明によれば、センサを長手方向移動可能にし、回転方向と長手方向のギャップをスキャンすることにより、経時変化で最大ギャップの位置が変わっても常にその時点の最大ギャップを求めることができ、その測定結果に基づいて帯電ローラに印加する電圧を制御することにより常に良好な画像を得ることができる。
請求項３記載の発明によれば、帯電ローラまたは像担持体が交換されて、それまでと最大ギャップの位置が変わっても、交換後の画像形成を行う前に最大ギャップを測定する動作を行い、その結果に基づいて印加電圧を制御することにより、良好な画像を得ることができる。
【００１８】
請求項４記載の発明によれば、カートリッジに組み込まれた帯電ローラと像担持体を一体で交換する場合、その組み合わせでの最大ギャップの位置をあらかじめＩＣチップ（記憶媒体）に記憶させておくことにより、最大ギャップを測定するための帯電ローラと像担持体の空回転を少なくすることができ、空回転に伴う不具合を抑制することができる。
請求項５記載の発明によれば、センサを本体側に設けることにより、カートリッジのコストが安くなるため、ランニングコストが安くなる。
請求項６記載の発明によれば、帯電ローラと像担持体の周長を整数倍にすることにより、少ない回転数で帯電ローラと像担持体の組み合わせからなるギャップの変化を測定することができるようになり、空回転の時間を短くすることができ、空回転に伴う不具合を抑制することができる。
請求項７記載の発明によれば、帯電ローラと像担持体のギヤの歯数を整数倍にすることにより、少ない回転数で帯電ローラと像担持体１の組み合わせからなるギャップの変化を測定することができるようになり、空回転の時間を短くすることができ、空回転に伴う不具合を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置における作像部の構成図。
【図２】像担持体と帯電ローラを図１において右または左側からみた図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置における作像部の構成図。
【符号の説明】
１  像担持体
４  帯電ローラ
８  電源装置
９  ＣＰＵ（制御手段）
２１  センサ
【図１】
2005004000.tif 000005
【図２】
2005004000.tif 000006
【図３】
2005004000.tif 000007