(57)【要約】【課題】  異常画像、フィルミング等の放電による感光体への不具合を最小限に抑えつつ感光体を均一帯電させるようにする。【解決手段】  接触帯電方式又は非接触帯電方式の帯電装置１１３において、像担持体（感光体１０３）と帯電部材１０４との間のギャップＨに発生する光の強度を光センサ１１０で検知し、この光センサ１１０が検知した光強度と目標とする放電条件との相関関係に基づいて放電条件を制御する。これにより、帯電部材１０４から感光体１０３に付与する放電エネルギーを正確に評価し、この放電エネルギーが最適値となるように制御することができ、感光体１０３へかかる負荷の増加による異常画像、フィルミング等の不具合の発生を抑制することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に接触もしくは近接させた帯電部材に電圧印加部より電圧を印加し、前記像担持体を近接放電により帯電させる帯電装置において、
前記像担持体と前記帯電部材との間のギャップに発生する光の強度を検知する光センサと、
該光センサが検知した光強度と目標とする放電条件との相関関係に基づいて放電条件を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
前記電圧印加部は、直流電圧と交流電圧とを同時に前記帯電部材に印加し、交流電圧の振幅電圧の絶対値を放電開始電圧の絶対値の２倍以上に規定することを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記電圧印加部が目標とする振幅電圧を前記帯電部材に印加した際に発生する光の強度と前記光センサが検知した光強度との差から振幅電圧に対するフィードバック制御量を決定し、決定したフィードバック制御量で振幅電圧をフィードバック制御することを特徴とする請求項２記載の帯電装置。
【請求項４】
前記像担持体と前記帯電部材との間のギャップを可変調節自在にする調節機構を有し、前記光センサが検知した光強度と前記ギャップとの間の相関関係に基づいて、前記ギャップを可変調節することを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記電圧印加部の起動に際して、前記光センサが検知した光強度をモニタして放電条件を制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の帯電装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記電圧印加部が一時停止した後に再起動するに際して、前記光センサが検知した光強度をモニタして放電条件を制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の帯電装置。
【請求項７】
前記制御手段は、規定の時間毎に、前記光センサが検知した光強度をモニタして放電条件を制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の帯電装置。
【請求項８】
前記制御手段は、規定の周期で、前記光センサが検知した光強度をモニタして放電条件を制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の帯電装置。
【請求項９】
前記光センサは、前記像担持体に対する露光位置から見て、前記帯電部材よりも前記像担持体の回転方向下流側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
【請求項１０】
前記光センサは、前記像担持体に対する露光位置から見て、前記帯電部材よりも前記像担持体の回転方向上流側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
【請求項１１】
像担持体と、この像担持体を一様帯電する請求項１ないし１０のいずれか一記載の帯電装置とを共に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカ−トリッジ。
【請求項１２】
前記像担持体に接触する部材を支持する請求項１４記載のプロセスカートリッジ。
【請求項１３】
像担持体と、
この像担持体を一様帯電する請求項１ないし１０のいずれか一記載の帯電装置と、
画像データに基づいて一様帯電後の前記像担持体を露光して静電潜像を形成する露光装置と、
前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置と、
現像された静電潜像を記録材に転写する転写装置と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
前記像担持体は、アモルファスシリコンからなることを特徴とする請求項１３記載の画像形成装置。
【請求項１５】
前記像担持体は、表層にフィラーを分散したＯＰＣからなることを特徴とする請求項１３記載の画像形成装置。
【請求項１６】
前記像担持体に複数色分の静電潜像を形成し、複数色分の静電潜像を複数色で現像して記録材に転写し、記録材にカラー画像を形成することを特徴とする請求項１３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、電子写真プロセスの一環として像担持体を帯電する帯電装置、帯電装置を有するプロセスカートリッジ、及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、帯電部材を感光体に接触させて感光体を帯電させる接触帯電方式の帯電装置が提案、実用化されている。このような帯電装置は、一例として、ローラ状の帯電部材を感光体上に接触従動させて感光体の帯電を行う（特許文献１参照）。そして、このような接触帯電方式は、従来から広く用いられているコロナ帯電方式に比べて、放電生成物の発生量が極めて少ない、印加電圧が低いため電源のコストが小さくなる、電気絶縁の設計が容易である等の利点を有している。
【０００３】
しかしながら、接触帯電方式は、帯電の均一性に関しては、コロナ放電方式との比較において劣っている。そこで、帯電の均一性を改善するために、帯電部材に印加する直流電圧に、この直流電圧印加時における帯電開始電圧の２倍以上の振幅電圧を持つ交流電圧を重畳させる方法が知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
また、接触帯電方式では、帯電部材と感光体との間に異物を巻き込み、帯電部材が汚染されて帯電不良が発生したり、感光体にローラが直接触れているために、長期保存した場合に感光体が汚染され、そのために横スジ等の画像不良を生じたりするような不具合がある。
【０００５】
これに対して、接触帯電による帯電部材の汚れという不具合等を改善するために、帯電部材を感光体表面に対して一定のギャップを設け近接配置させる方法が知られている（特許文献３参照）。
【０００６】
もっとも、このような非接触帯電方式においても、微小ギャップ変動による帯電電位のばらつき、放電の安定性などの問題を考慮すると、直流電圧に交流電圧を重畳させる電圧印加方式が望ましい。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−１６７３８０号公報
【特許文献２】特開昭６３−１４９６６８号公報
【特許文献３】特開２００１−１９４８６８公報
【特許文献４】特公平７−７２２４号公報
【非特許文献１】中村俊治他、“帯電ローラの帯電機構”、電子写真学会誌、第３０巻第３号、１９９１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したような接触帯電方式や非接触帯電方式では、帯電の均一性を保つために十分な振幅電圧を帯電部材に印加する必要がある一方で、振幅電圧が増加するにともない、感光体へかかる負荷が増加し、異常画像、フィルミング等の不具合が起こり易くなる。このため、交流重畳方式の非接触帯電方式における振幅電圧は、均一帯電を達成するのに必要最小限の大きさに設定されていることが望まれる。しかしながら、温度や湿度等の使用環境に応じて帯電部材の抵抗値や誘電率等の電気特性が変化するため、このような変化に応じて上記条件を満たす振幅電圧値が変動してしまうという問題がある。
【０００９】
これに対して、帯電プロセスにおいて印加電圧の制御を行う従来技術が知られている（特許文献４参照）。このような従来技術は、感光体の表面電位を制御するために、帯電部材の放電電流と感光体流入電流とを検知し、これらの電流比から印加電圧をフィードバック制御する、というものである。しかしながら、このようなフィードバック制御方法では、感光体と帯電部材との間の放電空間を流れる電流を正確に測定することができないため、印加電圧の制御も正確に行うことができない。すなわち、感光体と帯電部材との間には、図１５に示すように、帯電電位制御に直接関わる帯電部材と感光体との間を流れる電流（図１５における領域Ａ）と、帯電電位制御に直接は関わらない帯電部材と感光体とのそれぞれに蓄積される電荷となるコンデンサ成分電流（図１５における領域Ｂ）とが流れる。このため、感光体と帯電部材との間に電流計をセットした場合、領域Ａと領域Ｂとの電流値の和を検知することになり、領域Ａと領域Ｂとの電流値を分けて測定することはできない。このため、電流を検知する方式によれば、放電の程度を近似的に評価することはできるものの、放電の程度を正確に評価することはできないものである。
【００１０】
本発明の目的は、異常画像、フィルミング等の放電による感光体への不具合を最小限に抑えつつ感光体を均一帯電させるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の発明は、像担持体に接触もしくは近接させた帯電部材に電圧印加部より電圧を印加し、前記像担持体を近接放電により帯電させる帯電装置において、前記像担持体と前記帯電部材との間のギャップに発生する光の強度を検知する光センサと、該光センサが検知した光強度と目標とする放電条件との相関関係に基づいて放電条件を制御する制御手段と、を具備する。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の帯電装置において、前記電圧印加部は、直流電圧と交流電圧とを同時に前記帯電部材に印加し、交流電圧の振幅電圧の絶対値を放電開始電圧の絶対値の２倍以上に規定する。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の帯電装置において、前記制御手段は、前記電圧印加部が目標とする振幅電圧を前記帯電部材に印加した際に発生する光の強度と前記光センサが検知した光強度との差から振幅電圧に対するフィードバック制御量を決定し、決定したフィードバック制御量で振幅電圧をフィードバック制御する。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の帯電装置において、前記像担持体と前記帯電部材との間のギャップを可変調節自在にする調節機構を有し、前記光センサが検知した光強度と前記ギャップとの間の相関関係に基づいて、前記ギャップを可変調節する。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の帯電装置において、前記制御手段は、前記電圧印加部の起動に際して、前記光センサが検知した光強度をモニタして放電条件を制御する。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の帯電装置において、前記制御手段は、前記電圧印加部が一時停止した後に再起動するに際して、前記光センサが検知した光強度をモニタして放電条件を制御する。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の帯電装置において、前記制御手段は、規定の時間毎に、前記光センサが検知した光強度をモニタして放電条件を制御する。
【００１８】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の帯電装置において、前記制御手段は、規定の周期で、前記光センサが検知した光強度をモニタして放電条件を制御する。
【００１９】
請求項９記載の発明は、請求項１記載の帯電装置において、前記光センサは、前記像担持体に対する露光位置から見て、前記帯電部材よりも前記像担持体の回転方向下流側に配置されている。
【００２０】
請求項１０記載の発明は、請求項１記載の帯電装置において、前記光センサは、前記像担持体に対する露光位置から見て、前記帯電部材よりも前記像担持体の回転方向上流側に配置されている。
【００２１】
請求項１１記載のプロセスカートリッジの発明は、像担持体と、この像担持体を一様帯電する請求項１ないし１０のいずれか一記載の帯電装置とを共に支持し、画像形成装置本体に着脱自在である。
【００２２】
請求項１２記載の発明は、請求項１４記載のプロセスカートリッジにおいて、前記像担持体に接触する部材を支持する。
【００２３】
請求項１３記載の画像形成装置の発明は、像担持体と、この像担持体を一様帯電する請求項１ないし１０のいずれか一記載の帯電装置と、画像データに基づいて一様帯電後の前記像担持体を露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置と、現像された静電潜像を記録材に転写する転写装置と、を有する。
【００２４】
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の画像形成装置において、前記像担持体は、アモルファスシリコンからなる。
【００２５】
請求項１５記載の発明は、請求項１３記載の画像形成装置において、前記像担持体は、表層にフィラーを分散したＯＰＣからなる。
【００２６】
請求項１６記載の発明は、請求項１３記載の画像形成装置において、前記像担持体に複数色分の静電潜像を形成し、複数色分の静電潜像を複数色で現像して記録材に転写し、記録材にカラー画像を形成する。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１記載の発明によれば、帯電部材から像担持体に付与する放電のエネルギーを正確に評価し、この放電エネルギーが最適値となるように制御することができ、これにより、像担持体へかかる負荷の増加による異常画像、フィルミング等の不具合の発生を抑制することができる。
【００２８】
請求項２記載の発明によれば、交流電圧の振幅電圧が高いと像担持体の異常画像やフィルミング等の不具合が大きくなる一方、振幅電圧が低すぎると像担持体に均一な電位をかけることができないのに対して、交流電圧の振幅電圧の絶対値を放電開始電圧の絶対値の２倍以上に規定することで、像担持体を均一に帯電させることと、像担持体の異常画像やフィルミング等の不具合を最小に抑えることと、を両立することができる。
【００２９】
請求項３記載の発明によれば、交流電圧の振幅電圧が高いと像担持体の異常画像やフィルミング等の不具合が大きくなる一方、振幅電圧が低すぎると像担持体に均一な電位をかけることができないのに対して、電圧印加部が目標とする振幅電圧を帯電部材に印加した際に発生する光の強度と光センサが検知した光強度との差から振幅電圧に対するフィードバック制御量を決定し、決定したフィードバック制御量で振幅電圧をフィードバック制御することで、像担持体を均一に帯電させることと、像担持体の異常画像やフィルミング等の不具合を最小に抑えることと、を両立することができる。
【００３０】
請求項４記載の発明によれば、交流電圧の振幅電圧が高いと像担持体の異常画像やフィルミング等の不具合が大きくなる一方、振幅電圧が低すぎると像担持体に均一な電位をかけることができないのに対して、光センサが検知した光強度とギャップとの間の相関関係に基づいて像担持体と帯電部材との間のギャップを可変調節することで、像担持体を均一に帯電させることと、像担持体の異常画像やフィルミング等の不具合を最小に抑えることと、を両立することができる。
【００３１】
請求項５記載の発明によれば、帯電部材の抵抗が温度や湿度によって変化し、電源断時の温度、湿度とその後に電源を投入した時の温度、湿度とが異なる場合には、帯電部材から像担持体に付与する最適な放電エネルギーが一様でなくなること等に着目し、電圧印加部の起動に際して、光センサが検知した光強度をモニタして帯電部材から像担持体に付与する放電エネルギーを制御することで、帯電部材から像担持体に付与する放電エネルギーを最適なものとすることができ、これにより、像担持体へかかる負荷の増加による異常画像、フィルミング等の不具合の発生を抑制することができる。
【００３２】
請求項６記載の発明によれば、異常発生等により装置が停止した場合にはノイズ等の影響により電圧印加部での電圧印加指令値等が変動する可能性があること等に着目し、電圧印加部が一時停止した後に再起動するに際して、光センサが検知した光強度をモニタして帯電部材から像担持体に付与する放電エネルギーを制御することで、帯電部材から像担持体に付与する放電エネルギーを最適なものとすることができ、これにより、像担持体へかかる負荷の増加による異常画像、フィルミング等の不具合の発生を抑制することができる。
【００３３】
請求項７記載の発明によれば、帯電装置を使用し続けた場合、帯電部材の抵抗が変動したり帯電部材の表面が汚れたりすることで、帯電部材から像担持体に付与する最適な放電エネルギーも一様でなくなること等に着目し、規定の時間毎に、光センサが検知した光強度をモニタして帯電部材から像担持体に付与する放電エネルギーを制御することで、帯電部材から像担持体に付与する放電エネルギーを最適なものとすることができ、これにより、像担持体へかかる負荷の増加による異常画像、フィルミング等の不具合の発生を抑制することができる。
【００３４】
請求項８記載の発明によれば、帯電装置を使用し続けた場合、帯電部材の抵抗が変動したり帯電部材の表面が汚れたりすることで、帯電部材から像担持体に付与する最適な放電エネルギーも一様でなくなること等に着目し、規定の周期で、光センサが検知した光強度をモニタして帯電部材から像担持体に付与する放電エネルギーを制御することで、帯電部材から像担持体に付与する放電エネルギーを最適なものとすることができ、これにより、像担持体へかかる負荷の増加による異常画像、フィルミング等の不具合の発生を抑制することができる。
【００３５】
請求項９記載の発明によれば、像担持体を露光するための光が光センサに検知されてしまうと光センサによる正確なモニタ結果が得られなくなること等に着目し、像担持体に対する露光位置から見て記帯電部材よりも像担持体の回転方向下流側に光センサを配置することで、光センサの検知に像担持体を露光するための光が影響を及ぼしにくくすることができ、したがって、光センサが検知した光強度をモニタして制御される帯電部材から像担持体に付与する放電エネルギーを最適なものとすることができ、これにより、像担持体へかかる負荷の増加による異常画像、フィルミング等の不具合の発生を抑制することができる。
【００３６】
請求項１０記載の発明によれば、像担持体を露光するための光が光センサに検知されてしまうと光センサによる正確なモニタ結果が得られなくなること等に着目し、像担持体に対する露光位置から見て帯電部材よりも像担持体の回転方向上流側に光センサを配置することで、光センサの検知に像担持体を露光するための光が影響を及ぼしにくくすることができ、したがって、光センサが検知した光強度をモニタして制御される帯電部材から像担持体に付与する放電エネルギーを最適なものとすることができ、これにより、像担持体へかかる負荷の増加による異常画像、フィルミング等の不具合の発生を抑制することができる。
【００３７】
請求項１１記載の発明によれば、帯電装置と像担持体が別々に脱着交換されると交換時に帯電部材と像担持体との間の近接ギャップを一定に維持できず、ギャップが制御可能な範囲から外れてしまう可能性があること等に着目し、像担持体と、この像担持体を一様帯電する請求項１ないし１０のいずれか一記載の帯電装置とを共に支持し、画像形成装置本体に着脱自在とすることで、帯電部材と像担持体との間の近接ギャップを予め一定に維持することができ、プロセスカートリッジの交換時も、帯電部材と像担持体との間の近接ギャップの変動を防止することができ、したがって、安定した帯電状態を得ることができる。
【００３８】
請求項１２記載の発明によれば、像担持体に接触する部材を交換する際には像担持体に触れなければならないため、この時に帯電部材と像担持体との間の近接ギャップが変動してしまう可能性があること等に着目し、像担持体に接触する部材を支持することで、プロセスカートリッジの交換時も、帯電部材と像担持体との間の近接ギャップの変動を防止することができ、したがって、安定した帯電状態を得ることができる。
【００３９】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１から１０のいずれか一記載の帯電装置が有する効果を有する。
【００４０】
請求項１４記載の発明によれば、像担持体にアモルファスシリコンを用いることで、像担持体の平滑性を劇的に向上させることができ、したがって、帯電部材と像担持体との間の近接ギャップの一様化を図ることができ、したがって、安定した帯電状態を得ることができる。
【００４１】
請求項１５記載の発明は、像担持体に表層にフィラーを分散したＯＰＣを用いることで、
帯電部材と像担持体との間の近接ギャップのギャップ変動、特にギャップ拡大による放電の不安定化（ストリーマ放電への移行）を防止することができ、したがって、安定した帯電状態を得ることができる。
【００４２】
請求項１６記載の発明は、カラー画像形成装置の場合には単色の画像形成装置より像担持体の帯電均一性が重要になるのに対して、長期に渡り帯電の均一性を安定に保つことができ、また、像担持体の劣化が起きにくいために画質の劣化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】
【００４３】
本発明の実施の一形態を図１ないし図１４に基づいて説明する。
【００４４】
図１は、画像形成装置における電子写真プロセス部を示す模式図である。画像形成装置１０１は、図示しない本体筐体内に電子写真プロセス部１０２を有している。この電子写真プロセス部１０２は、図１中の時計方向に回転駆動される像担持体としての感光体１０３の周囲に、ローラ状の帯電部材１０４、露光装置１０５、現像装置１０６、転写装置１０７、クリーニング部１０８、除電装置１０９、及び光センサ１１０が配列されて構成されている。
【００４５】
電子写真プロセス部１０２は、更に、帯電部材１０４に電圧を印加する電圧印加部１１１とこの電圧印加部１１１を制御する制御手段としての電圧制御装置１１２と有する。電圧印加部１１１は、電源ＰＳをソースとする電圧を帯電部材１０４に印加し、電圧制御装置１１２は、電圧印加部１１１が帯電部材１０４に印加する電圧を制御する。これらの帯電部材１０４、電圧印加部１１１、及び電圧制御装置１１２は、帯電装置１１３を構成する。
【００４６】
画像形成装置１０１は、複数枚の記録材としての記録紙を収納する給紙カセットを備えており、給紙カセット内の記録紙は、給紙ローラにより給送されて分離機構により１枚ずつ分離され、レジストローラ対でタイミング調整された後、転写装置１０７と感光体１０３との間に送り出される（いずれも図示せず）。
【００４７】
画像形成装置１０１は、感光体１０３を図１中の時計方向に回転駆動し、帯電部材１０４で一様に帯電した後、露光装置１０５により画像データで変調されたレーザ光を照射して静電潜像を形成する。そして、感光体１０３に形成された静電潜像を、現像装置１０６によってトナーを付着して現像する。その後、トナー画像を転写装置１０７によって記録紙に転写させ、トナー画像の転写された記録紙を図示しない定着部に搬送する。したがって、トナー画像が転写された記録紙は、定着部でトナーが定着された後、図示しない排紙トレー上に排出される。
【００４８】
このような画像形成済み記録紙の排紙動作と同時に、画像形成装置１０１は、転写装置１０７でトナー画像を記録紙に転写した後の感光体１０３を更に回転させる。その過程で、ブレード構成のクリーニング部１０８で感光体１０３の表面に残留するトナーを掻き落として除去した後、感光体１０３を除電装置１０９で除電する。なお、クリーニング部１０８は、ブレードで感光体１０３上の残留トナーを掻き落とす構造のものに限るわけではなく、例えばファーブラシで感光体１０３上の残留トナーを掻き落とすものであってもよい。
【００４９】
こうして、感光体１０３一回転分の電子写真プロセスが終了するので、その後は、除電後の感光体１０３を帯電部材１０４で再度一様帯電し、同様の処理によって後続する電子写真プロセスが実行される。
【００５０】
図２は、プロセスカートリッジの正面図である。本実施の形態の画像形成装置１０１では、感光体１０３と帯電部材１０４と現像装置１０６、それに感光体１０３に接触する部材としてクリーニング部１０８とが一つのユニットに支持されたプロセスカートリッジ１１４が設けられている。このプロセスカートリッジ１１４は、画像形成装置１０１の本体に対して着脱自在に構成されている。
【００５１】
図３は、感光体１０３の断面図である。本実施の形態の感光体１０３は、アモルファスシリコン感光体である。このような感光体１０３は、一例として、支持体１０３ａの上にａ−Ｓｉ：Ｈ，Ｘからなり光導電性を有する光導電層１０３ｂが積層されて構成されている（図３（ａ））。別の一例として、感光体１０３は、支持体１０３ａの上に、ａ−Ｓｉ：Ｈ，Ｘからなり光導電性を有する光導電層１０３ｂと、アモルファスシリコン系表面層１０３ｃとが積層されて構成されている（図３（ｂ））。更に別の一例として、感光体１０３は、支持体１０３ａの上に、アモルファスシリコン系電荷注入阻止層１０３ｄと、ａ−Ｓｉ：Ｈ，Ｘからなり光導電性を有する光導電層１０３ｂと、アモルファスシリコン系表面層１０３ｃとが積層されて構成されている（図３（ｃ））。更に別の一例として、感光体１０３は、支持体１０３ａの上に、光導電層１０３ｂとが積層されて構成されている。該光導電層１０３ｂは、ａ−Ｓｉ：Ｈ，Ｘからなる電荷発生層１０３ｂａと電荷輸送層１０３ｂｂとからなり、その上にアモルファスシリコン系表面層１０３ｂｃが設けられて構成されている。
【００５２】
図４は、感光体１０３と帯電部材１０４との配置関係を示す正面図である。図５は、感光体１０３と帯電部材１０４との配置関係を示す側面図である。図４に示すように、帯電部材１０４は、感光体１０３に接触しておらず、感光体１０３との間にギャップＨをもって配置されている。このような配置構成を実現するために、本実施の形態では、図５に示すように、帯電部材１０４の両側部には一対のスペーサ１１５が設けられ、帯電部材１０４はそれらのスペーサ１１５を介して感光体１０３に当接している。帯電部材１０４を感光体１０３に当接させる構造として、本実施の形態では、一例として、コイルスプリング形態の付勢部材１１６が設けられている。なお、図４及び図５では、説明の便宜上、円筒状である感光体１０３を平面状に表現している。したがって、本実施の形態の帯電装置１１３は、非接触ローラ帯電方式となる。
【００５３】
ここで、本実施の形態のような非接触ローラ帯電方式は、ローラ状の帯電部材１０４を感光体１０３に接触させて配置する接触ローラ帯電方式と同様に、感光体１０３に対する帯電の均一性に関しては、コロナ放電方式との比較において劣っているといわざるを得ない。そこで、本実施の形態では、感光体１０３に対する帯電の均一性を改善するために、電圧印加部１１１は、帯電部材１０４に印加する直流電圧に、この直流電圧印加時における帯電開始電圧の２倍以上の振幅電圧を持つ交流電圧を重畳させるようにしている。
【００５４】
もっとも、電圧印加部１１１が、帯電部材１０４に印加する直流電圧に、この直流電圧印加時における帯電開始電圧の２倍以上の振幅電圧を持つ交流電圧を重畳させる構成であれば、別の実施の形態として、ローラ状の帯電部材１０４を感光体１０３に接触させて配置する接触ローラ帯電方式を採用してもよい。
【００５５】
次いで、光センサ１１０は、感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨに発生する光の強度を検知する。つまり、非接触ローラ帯電方式の帯電装置１１３は、電圧印加部１１１が帯電部材１０４に電圧を印加すると、感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨに光が発生する。光センサ１１０は、こうしてギャップＨに発生する光の強度を検知する。本実施の形態において、そのような光センサ１１０は、感光体１０３に対する露光装置１０５の露光位置から見て、帯電部材１０４よりも感光体１０３の回転方向下流側に配置されている。
【００５６】
これに対して、別の実施の形態として、画像形成装置１０１における電子写真プロセス部１０２を示す模式図である図６に示すように、光センサ１１０は、感光体１０３に対する露光装置１０５の露光位置から見て、帯電部材１０４よりも感光体１０３の回転方向上流側に配置されていてもよい。
【００５７】
このような図１又は図６に示す光センサ１１０の配置位置は、感光体１０３を露光するための露光装置１０５からの光が光センサ１１０に検知されてしまうと、光センサ１１０による正確なモニタ結果が得られなくなることに着目して決められている。つまり、図１に示す光センサ１１０の配置位置であっても、図２に示す光センサ１１０の配置位置であっても、光センサ１１０の検知に感光体１０３を露光するための光が影響を及ぼしにくくすることができる。
【００５８】
ここで、電圧印加部１１１が帯電部材１０４に電圧を印加した場合に感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨに光が発生した場合、その光は、図１１に例示するようなスペクトル分布を持つ。図１１より明らかなように、感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨに発生する光のスペクトルは、可視から紫外に渡る波長域の光である。そこで、光センサ１１０としては、このような波長域の光を検知できる必要がある。このような構造の光センサ１１０としては、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタ、ＣｄＳセル、光電子増倍管、光電管、ＣＣＤイメージセンサ、イメージインテンシファイア、もしくはこれらの組み合わせたものを用いることができる。
【００５９】
図７は、電圧制御装置１１２での処理手順の一例を示すフローチャートである。この電圧制御装置１１２は、所定のプロセスを実行するプロセッサ構成のデジタル回路である。もっとも、必要に応じて、マイクロコンピュータ構成としてもよい。
【００６０】
電圧制御装置１１２は、電圧印加部１１１を駆動制御して帯電部材１０４に電圧を印加させた後（ステップＳ１０１）、光センサ１１０の出力信号、つまり、感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨに発生する光の強度に関する信号を受信し、光強度Ｉを検出する（ステップＳ１０２）。そして、検知した光強度Ｉを基準強度Ｉｒｅｆと比較する（ステップＳ１０３）。この基準強度Ｉｒｅｆは、帯電部材１０４によって均一帯電を行うことができ、かつ、異常画像等の不具合を最小にする交流電圧の振幅電圧を印加したときに発生する光の強度として規定されている。そこで、検知した光強度Ｉと基準強度Ｉｒｅｆとの比較の結果、光強度Ｉと基準強度Ｉｒｅｆとの差の絶対値がある規定値の範囲に収まっていれば（ステップＳ１０３のＹ）、そのまま処理を終了する。この場合、光強度Ｉと基準強度Ｉｒｅｆとの差の絶対値を比較すべきある規定値の範囲は、一例として、基準強度Ｉｒｅｆに０．０５を掛けた値である。これに対して、光強度Ｉと基準強度Ｉｒｅｆとの差の絶対値がその規定値の範囲から外れていた場合には（ステップＳ１０３のＮ）、光強度Ｉと基準強度Ｉｒｅｆとの差の絶対値に基づいて帯電部材１０４に印加する交流電圧の振幅電圧Ｖｐｐに対するフィードバック制御量を決定し（ステップＳ１０４）、決定したフィードバック制御量で振幅電圧Ｖｐｐをフィードバック制御した状態で電圧印加部１１１を駆動制御して帯電部材１０４に電圧を印加させる（ステップＳ１０１）。これにより、感光体１０３を均一に帯電させることと、感光体１０３の異常画像やフィルミング等の不具合を最小に抑えることと、を両立することができる。その理由は、次の通りである。
【００６１】
前述したように、感光体１０３に接触もしくは近接させた帯電部材１０４によって感光体１０３を近接放電により帯電させると、感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨ中に可視から紫外の波長域の光が発生する。既に説明した図１１に示すグラフは、感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨから約１ｃｍの位置に光ファイバを設置し、感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨ中に発生する光を光ファイバによって光電子増倍管を検知器とした分光器に導入して測定した光スペクトルである。このような測定実験を行った際の帯電部材１０４の電圧印加条件及び帯電部材１０４の種類は次の通りである。
【００６２】
帯電部材１０４への印加バイアス：
ＡＣ成分：Ｖｐｐ ２．２ｋＶ    ｆ１．３５ｋＨｚ
ＤＣ成分：−６００Ｖ
また、分光器には日本分光株式会社製ＦＰ６５００を用いた。
【００６３】
帯電部材１０４：非接触型で硬質タイプの帯電ローラ
図１１のグラフに示す光スペクトルの強度は、電圧印加条件により変化する。図１２は、振幅電圧Ｖｐｐを変化させたときの感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨ中に発生する３３７ｎｍの波長の光強度を表すグラフである。実験条件を下記に記す。
【００６４】
帯電部材１０４への印加バイアス
ＡＣ成分：Ｖｐｐ １．４〜３．０ｋＶ    ｆ１．３５ｋＨｚ
ＤＣ成分：−６００Ｖ
図１２に示すグラフより明らかなように、振幅電圧Ｖｐｐを増加させると光強度Ｉが増大することが分かる。したがって、光強度Ｉから振幅電圧Ｖｐｐが定まることになり、そのため、光強度Ｉを検知することで振幅Ｖｐｐを制御することが可能となる。この場合の制御量は、例えば、図１２に示すグラフの値を参照して決定すればよい。
【００６５】
つまり、本発明の発明者は、感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨ中に発生する光の光強度Ｉと帯電部材１０４に印加する交流電圧の振幅電圧Ｖｐｐとの間に図１２のグラフに示されるような相関関係があることを実験によって確かめた。そこで、本実施の形態では、感光体１０３を均一に帯電させることと、感光体１０３の異常画像やフィルミング等の不具合を最小に抑えることと、を両立し得るように、電圧制御装置１１２によって放電条件を制御する。より詳細には、光強度Ｉと基準強度Ｉｒｅｆとの差の絶対値に基づいて帯電部材１０４に印加する交流電圧の振幅電圧Ｖｐｐに対するフィードバック制御量を決定し（図７のステップＳ１０４）、決定したフィードバック制御量で振幅電圧Ｖｐｐをフィードバック制御した状態で電圧印加部１１１を駆動制御して帯電部材１０４に電圧を印加させる（図７のステップＳ１０１）。これにより、感光体３０１へかかる負荷の増加による異常画像、フィルミング等の不具合の発生を抑制することができる。
【００６６】
ここで、本実施の形態において、放電条件を制御しなければならない必然性について付言する。
【００６７】
まず、感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨの温度、湿度に伴う変動の不具合について説明する。労働環境を考慮すると、オフィスにおいては最も吸湿が促進する使用環境限界は、おおよそ温度３０℃で湿度８０％程度と考えられる。同様に、オフィスで想定される低湿度環境限界は、高温の３０℃程度においては湿度２０％程度と考えられる。本発明の帯電装置は、このような環境条件内で経時品質に優れる帯電装置１１３を提供するように考えられている。
【００６８】
吸湿の影響が小さい温度３０℃で湿度２０％の条件下において、感光体１０３と帯電部材１０４との間に微小なギャップＨが形成されている時、従来のゴム帯電ローラを使用すると、図１３の部分Ａに示すように、吸湿作用による中抵抗層の吸湿膨張によって帯電部材１０４と感光体１０３との間のギャップＨが狭まる場合がある。これは、非接触ローラ帯電方式の場合、帯電部材１０４の両側部に設けられたスペーサ１１５が存在するために帯電部材１０４が延伸できないことや、部分Ｂとして示す吸湿部位が帯電部材１０４の中央に集中することがあること等の理由から発生する。部分Ａのような部分の発生は、スペーサ１１５に延伸性を付与することにより軽減できるのに対して、部分Ｂとして示す吸湿部位が帯電部材１０４の万一帯電部材１０４の中央に集中した場合には、スペーサ１１５に延伸性を付与するという手法では、その部分Ｂの膨張を軽減することはできない。
【００６９】
そこで、帯電部材１０４として、ゴムローラとハードローラを用いた場合の比較として、環境とギャップＨとの関係を表１に示す。
【００７０】
【表１】
2005092117.tif 000003
【００７１】
表１から明らかなように、帯電部材１０４が硬質の材料からなるハードローラである場合は、環境を変化させてもギャップＨが変化しないのに対して、ゴムローラである場合は、高湿環境の下でギャップＨが非常に狭くなってしまった。ギャップＨが狭くなるということは、感光体１０３に帯電部材１０４が接触している可能性も考えられるため、帯電部材１０４のトナー汚れが発生してしまう可能性がある。よって、帯電均一性を維持するためにも、帯電部材１０４は、ギャップＨの維持が確実となるハードタイプのものを用いるのがよい。
【００７２】
また、帯電部材１０４のトナー汚れを避けるという点では、転写効率の高い球形トナーを用いることも有効である。
【００７３】
次いで、感光体帯電電位のローラ抵抗依存性について説明する。表１から明らかなように、樹脂等で構成されている帯電部材１０４は、温度、湿度の環境により、その特性が変化し易い。特に、抵抗は湿気により容易に変化し、抵抗が変化すると感光体１０３に帯電する電位も変化する。図１４は、一定の交流電圧を帯電部材１０４に印加し、帯電部材１０４の抵抗を変化させたときの感光体１０３の帯電電位を示すグラフである。このグラフから分かるように、感光体１０３の帯電電位は帯電部材１０４のローラ抵抗が増大するとある閾値で急激に減少する。したがって、感光体１０３の帯電電位は、温度、湿度環境により容易に変動するため、その環境変化による帯電電位の変化分を、振幅電圧Ｖｐｐを変えて制御する必要がある。
【００７４】
次いで、本実施の形態では、図７に示すように、帯電を開始した直後、例えば放電開始直後のセルフチェックモード時に、感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨに発生する光を検知し、放電条件を制御している。これは、帯電部材１０４の抵抗が温度や湿度によって変化し、電源断時の温度、湿度とその後に電源を投入した時の温度、湿度とが異なる場合には、帯電部材１０４から感光体１０３に付与する最適な放電エネルギーが一様でなくなることに着目したものである。電圧印加部１１１の起動に際して、光センサ１１０が検知した光強度Ｉをモニタして帯電部材１０４から感光体１０３に付与する放電エネルギーを制御することで、帯電部材１０４から感光体１０３に付与する放電エネルギーを最適なものとすることができ、これにより、感光体１０３へかかる負荷の増加による異常画像、フィルミング等の不具合の発生を確実に抑制することができる。
【００７５】
これに対して、放電条件を制御するタイミングとしては、その他のタイミングを規定することも可能である。別のタイミングで放電条件を制御する各種の例を図８ないし図１０のフローチャートを参照して説明する。この場合、図７に示したフローチャート中の処理と同一部分は同一のステップ数を付してその説明を省略する。
【００７６】
まず、図８では、帯電部材１０４に電圧印加してコピー動作実行中（ステップＳ１１）、紙詰まり等の異常処理により電圧印加部１１１が一時停止した後（ステップＳ１２）、再び帯電部材１０４に電圧を印加し（ステップＳ１０１）、例えばセルフチェックモードになったときに感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨに発生する光を検知する（ステップＳ１０２）、という処理を実行する。このタイミング例は、異常発生等により装置が停止した場合にはノイズ等の影響により電圧印加部１１１での電圧印加指令値等が変動する可能性があることに着目したものである。この場合、電圧印加部１１１が一時停止した後に再起動するに際して、光センサ１１０が検知した光強度Ｉをモニタして帯電部材１０４から感光体１０３に付与する放電エネルギーを制御することで、帯電部材１０４から感光体１０３に付与する放電エネルギーを最適なものとすることができ、これにより、感光体１０３へかかる負荷の増加による異常画像、フィルミング等の不具合の発生を確実に抑制することができる。
【００７７】
次いで、図９では、帯電部材１０４に電圧印加してコピー動作実行中（ステップＳ１１）、一定枚数、ここでは２００枚をコピーしたとき（ステップＳ２１）、感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨに発生する光を検知する（ステップＳ１０２）、という処理を実行する。このタイミング例は、帯電装置１１３を使用し続けた場合、帯電部材１０４の抵抗が変動したり帯電部材１０４の表面が汚れたりすることで、帯電部材１０４から感光体１０３に付与する最適な放電エネルギーも一様でなくなることに着目したものである。この場合、規定の時間毎に、光センサ１１０が検知した光強度Ｉをモニタして帯電部材１０４から感光体１０３に付与する放電エネルギーを制御することで、帯電部材１０４から感光体１０３に付与する放電エネルギーを最適なものとすることができ、これにより、感光体１０３へかかる負荷の増加による異常画像、フィルミング等の不具合の発生を確実に抑制することができる。
【００７８】
次いで、図１０では、図７のフローチャートに示す処理の実行後、電源をＯＮにしてコピー動作を続ける間（ステップＳ１１）、常に（規定の周期で）感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨに発生する光を検知する（ステップＳ２０１）、という処理を実行する。つまり、光センサ１１０の出力信号から光強度Ｉを検出すると（ステップＳ２０１）、検知した光強度Ｉを基準強度Ｉｒｅｆと比較する（ステップＳ２０２）。この基準強度Ｉｒｅｆは、帯電部材１０４によって均一帯電を行うことができ、かつ、異常画像等の不具合を最小にする交流電圧の振幅電圧を印加したときに発生する光の強度として規定されている。そこで、検知した光強度Ｉと基準強度Ｉｒｅｆとの比較の結果、光強度Ｉと基準強度Ｉｒｅｆとの差の絶対値がある規定値の範囲に収まっていれば（ステップＳ２０２のＹ）、そのまま処理を終了する。この場合、光強度Ｉと基準強度Ｉｒｅｆとの差の絶対値を比較すべきある規定値の範囲は、一例として、基準強度Ｉｒｅｆに０．０５を掛けた値である。これに対して、光強度Ｉと基準強度Ｉｒｅｆとの差の絶対値がその規定値の範囲から外れていた場合には（ステップＳ２０２のＮ）、光強度Ｉと基準強度Ｉｒｅｆとの差の絶対値に基づいて帯電部材１０４に印加する交流電圧の振幅電圧Ｖｐｐに対するフィードバック制御量を決定し（ステップＳ２０３）、決定したフィードバック制御量で振幅電圧Ｖｐｐをフィードバック制御した状態で電圧印加部１１１を駆動制御して帯電部材１０４に電圧を印加させる（ステップＳ１０１）。このタイミング例は、帯電装置１１３を使用し続けた場合、帯電部材１０４の抵抗が変動したり帯電部材１０４の表面が汚れたりすることで、帯電部材１０４から感光体１０３に付与する最適な放電エネルギーも一様でなくなることに着目したものである。この場合、規定の周期で、光センサ１１０が検知した光強度Ｉをモニタして帯電部材１０４から感光体１０３に付与する放電エネルギーを制御することで、帯電部材１０４から感光体１０３に付与する放電エネルギーを最適なものとすることができ、これにより、感光体１０３へかかる負荷の増加による異常画像、フィルミング等の不具合の発生を確実に抑制することができる。
【００７９】
なお、実施に際しては、感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨを可変調節自在にする図示しない調節機構を設け、光センサ１１０が検知した光強度ＩとギャップＨとの間の相関関係に基づいて、ギャップＨを可変調節する用に構成してもよい。これにより、交流電圧の振幅電圧Ｖｐｐが高いと感光体１０３の異常画像やフィルミング等の不具合が大きくなる一方、振幅電圧Ｖｐｐが低すぎると感光体１０３に均一な電位をかけることができないのに対して、光センサ１１０が検知した光強度ＩとギャップＨとの間の相関関係に基づいて感光体１０３と帯電部材１０４との間のギャップＨを可変調節することで、感光体１０３を均一に帯電させることと、感光体１０３の異常画像やフィルミング等の不具合を最小に抑えることと、を両立することができる。
【００８０】
また、本実施の形態においては、アモルファスシリコンからなる感光体１０３を例示したが、実施に際しては、表層にフィラーを分散したＯＰＣからなる感光体１０３を用いてもよい。
【００８１】
加えて、感光体１０３に複数色分の静電潜像を形成し、複数色分の静電潜像を複数色で現像して記録紙に転写し、記録紙にカラー画像を形成するカラー画像形成装置に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本実施の形態の画像形成装置における電子写真プロセス部を示す模式図である。
【図２】プロセスカートリッジの正面図である。
【図３】像担持体（感光体）の断面図である。
【図４】像担持体（感光体）と帯電部材との配置関係を示す正面図である。
【図５】像担持体（感光体）と帯電部材との配置関係を示す側面図である。
【図６】光センサの配置位置に関する別の構成例を示す電子写真プロセス部の模式図である。
【図７】電圧制御装置での処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】電圧制御装置での処理手順の別の一例を示すフローチャートである。
【図９】電圧制御装置での処理手順の別の一例を示すフローチャートである。
【図１０】電圧制御装置での処理手順の別の一例を示すフローチャートである。
【図１１】像担持体（感光体）と帯電部材との間のギャップに発生する光のスペクトル分布を示すグラフである。
【図１２】振幅電圧Ｖｐｐを変化させたときの像担持体（感光体）と帯電部材との間のギャップ中に発生する３３７ｎｍの波長の光強度を表すグラフである。
【図１３】吸湿膨張している帯電部材を例示する像担持体（感光体）と帯電部材との模式図である。
【図１４】一定の交流電圧を帯電部材に印加し、帯電部材の抵抗を変化させたときの感光体の帯電電位を示すグラフである。
【図１５】感光体と帯電部材との間に流れる、帯電電位制御に直接関わる帯電部材と感光体との間を流れる電流（領域Ａ）と、帯電電位制御に直接は関わらない帯電部材と感光体とのそれぞれに蓄積される電荷となるコンデンサ成分電流（領域Ｂ）とを示すグラフである。
【符号の説明】
【００８３】
１０１    画像形成装置
１０３    像担持体（感光体）
１０４    帯電部材
１０５    露光装置
１０６    現像装置
１０７    転写装置
１１１    電圧印加部
１１３    帯電装置
１１０    光センサ
１１２    制御手段（電圧制御装置）
１１４    プロセスカ−トリッジ
Ｈ        ギャップ
Ｉ        光の強度
【図１】
2005092117.tif 000004
【図２】
2005092117.tif 000005
【図３】
2005092117.tif 000006
【図４】
2005092117.tif 000007
【図５】
2005092117.tif 000008
【図６】
2005092117.tif 000009
【図７】
2005092117.tif 000010
【図８】
2005092117.tif 000011
【図９】
2005092117.tif 000012
【図１０】
2005092117.tif 000013
【図１１】
2005092117.tif 000014
【図１２】
2005092117.tif 000015
【図１３】
2005092117.tif 000016
【図１４】
2005092117.tif 000017
【図１５】
2005092117.tif 000018