(57)【要約】【課題】  環境や経時変動によらず像担持体を最適な帯電状態に制御することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】  静電潜像が形成される被帯電面を有する感光体２と、感光体２に接触または近接して配置される帯電ロール２１と、帯電ロール２１に直流電圧と交流電圧とを重畳した帯電バイアスを印加する制御部２６とを有し、制御部２６は、帯電ロール２１と感光体２との間で流れる両極性の放電電流のうち、直流電圧と同極性の成分が所定値となるように交流電圧を制御する。放電電流のうち直流電圧と同極性の成分が、異常放電によって発生する帯電不良と相関があることに着目して、この放電電流のうちの直流電圧と同極性の成分を所定値となるように制御するので、像担持体の膜厚によらず画質欠陥の起こらない最低限の交流電圧に制御することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像が形成される被帯電面を有する像担持体と、
前記像担持体に接触又は近接して配置される帯電部材と、
前記帯電部材に印加する直流電圧と交流電圧とを重畳した帯電バイアスの制御を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記帯電部材から前記像担持体に流れ込む両極性の放電電流のうち、前記直流電圧と同極性の成分が所定値となるように前記交流電圧を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
装置内の温度と湿度とを測定する測定手段を有し、
前記制御手段は、前記測定手段の測定結果に応じて前記所定値を変更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３】
前記制御手段は、前記帯電部材に印加する前記直流電圧の値に応じて、前記所定値を変更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】
像担持体に接触又は近接して配置される帯電部材を用いて、前記被帯電体を所定電位に帯電する帯電制御方法であって、
前記帯電部材に直流電圧と交流電圧とを重畳した帯電バイアスを印加するステップと、
前記帯電部材から前記像担持体に流れ込む両極性の放電電流のうち、前記直流電圧と同極性の成分が所定値となるように前記交流電圧を制御するステップと、を有することを特徴とする帯電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光体に接触又は近接して配置される帯電部材を備え、帯電部材に直流電圧と交流電圧とを重畳した電圧を印加することで、感光体の表面を均一に帯電する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より電圧を印加したロールやブレード等の帯電部材を感光体等の被帯電体に接触させ、放電現象を利用して被帯電体面を所定の極性・電位に帯電させる接触式の帯電装置が用いられている。
【０００３】
この接触式の帯電装置において、帯電装置にＡＣ電圧を印加する方式は、スコロトロン等の非接触型の帯電装置と比較して、感光体磨耗が著しく促進されるといった課題を有しており、画像形成ユニットのロングライフ化を妨げていた。感光体磨耗は、印加するＡＣ電圧のピーク間電圧Ｖｐｐが大きいほど悪化することがよく知られており、前述の課題を解決するためにはＶｐｐをできるだけ低く設定することが望ましい。
【０００４】
しかしながら、均一帯電を行うのに必要な最低限のＶｐｐ電圧が存在するため、この電圧以下では使用することはできない。この最低限の電圧Ｖｍｉｎは、帯電装置にＤＣ電圧だけを印加した際に感光体と帯電装置間で放電が開始される電圧Ｖｔｈの略２倍であることが特許文献１に開示されているが、この最低限の電圧Ｖｍｉｎは、帯電装置の抵抗の環境変動や経時変化によって大きく変動してしまう。
【０００５】
特許文献２〜４では、帯電部材から感光体に流れ込み、感光体の帯電に寄与する放電電流を求めて、この放電電流量を一定に制御する技術を開示している。
【０００６】
【特許文献１】特公平３−５２０５８号公報
【特許文献２】特公平４−８６６８１号公報
【特許文献３】特開２００２−７２６３３号公報
【特許文献４】特開２００２−７２６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の先行技術で定義される放電電流は、感光体の膜減りとともに小さくなっていくため、一定の値に制御したのでは膜減りとともに感光体への放電ストレスが大きくなっていくという問題があった。
【０００８】
放電電流の波形は、感光体膜厚によって変わってしまうため、感光体の使用初期段階から長期間にわたって安定して最適な値を維持するのが困難であるという問題を抱えている。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、膜厚変動によらず像担持体を最適な帯電状態に制御することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するために本発明の画像形成装置は、静電潜像が形成される被帯電面を有する像担持体と、前記像担持体に接触又は近接して配置される帯電部材と、前記帯電部材に印加する直流電圧と交流電圧とを重畳した帯電バイアスの制御を行う制御手段とを有し、前記制御手段は、前記帯電部材から前記像担持体に流れ込む両極性の放電電流のうち、前記直流電圧と同極性の成分が所定値となるように前記交流電圧を制御する構成を備えている。
本発明は、放電電流のうち直流電圧と同極性の成分が、異常放電によって発生する帯電不良と相関があることに着目して、この放電電流のうちの直流電圧と同極性の成分を所定値となるように制御するので、像担持体の膜厚によらず画質欠陥の起こらない最低限の交流電圧に制御することができる。
【００１１】
上記構成の画像形成装置において、装置内の温度と湿度とを測定する測定手段を有し、前記制御手段は、前記測定手段の測定結果に応じて前記所定値を変更するとよい。
環境によって最適な放電電流値が変わってしまうので、温湿度によって所定値を変更することで、環境が変わっても画質欠陥を生じさせない。
【００１２】
上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、前記帯電部材に印加する前記直流電圧の値に応じて、前記所定値を変更するとよい。
直流電圧の値、すなわち被帯電体の帯電電位を変更すると、必要な放電電流量が増えるので、直流電圧の設定に応じて放電電流を変更することで、画質欠陥の起こらない最低限の交流電圧に制御することができる。
【００１３】
本発明の帯電制御方法は、像担持体に接触又は近接して配置される帯電部材を用いて、前記被帯電体を所定電位に帯電する帯電制御方法であって、前記帯電部材に直流電圧と交流電圧とを重畳した帯電バイアスを印加するステップと、前記帯電部材から前記像担持体に流れ込む両極性の放電電流のうち、前記直流電圧と同極性の成分が所定値となるように前記交流電圧を制御するステップと、を有している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、膜厚変動によらず像担持体を最適な帯電状態に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。
【実施例】
【００１６】
まず、図１を参照しながら本発明が適用される画像形成装置１の構成を説明する。図１に示す感光体ドラム２は、図中に矢印で示した方向へ２２０ｍｍ／ｓｅｃのスピードで回転する。この感光体ドラム２の表面には、上流側から順に、帯電器３、露光器（ＲＯＳ）４、黒トナー及びカラートナー現像器５ａ〜５d、転写手段６、感光体クリーナ７、除電ランプ８が取り付けられており、周知の電子写真プロセスによって白黒又はカラーのトナー像が形成されるようになっている。
【００１７】
転写手段６には、一次転写位置において感光体ドラム２の表面に当接するように配置され、感光体ドラム２と略同速で回転する中間転写ベルト２０が含まれる。一次転写ロール１３の作用により中間体ベルト２０に転写されたトナー像は、二次転写部へと進み、トナーと逆極性のバイアスを印加された二次転写ロール１４と二次転写用対向ロール１５により形成される電界の作用を受け、フィードロール１７、レジストロール１８により二次転写位置に送り出された転写材９に転写される。トナー像が転写された転写材９が、搬送ベルト１９により定着器１０に送られて、定着が行われるとともに、中間体ベルト２０上に残留したトナーは、中間体クリーナ１６により回収されて、次の画像形成の準備が整えられる。一方感光体ドラム２上に残ったトナーは、感光体クリーナ７に運ばれ、クリーニングブラシ１１によってかき乱され感光体との付着力を軽減された後、クリーニングブレード１２の摺動による機械的な掻き取り力を受けて、感光体ドラム２の表面より除去される。なお、図１には４サイクル型の画像形成装置１を例示したが、タンデム型の画像形成装置であっても本発明を適用可能である。
【００１８】
さらに、画像形成装置１には、図２に示すように直流電圧を供給する直流電源２２と、交流電圧を供給する交流電源２３とを備え、帯電器３の帯電ロール２１に、直流電圧と交流電圧とが重畳された振動電圧を印加している。
また、帯電ロール２１に所定電圧が印加された時に、帯電ロール２１に流れる（誘導される）電流を検出する電流検知部２７と、帯電ロール２１に所定電圧が印加された時に、帯電ロール２１にかかる電圧を測定する電圧検知部２５と、画像形成装置内の温湿度を測定する温湿度計２８と、これらの測定情報、検出情報から帯電装置３に印加するＡＣ電圧を制御する制御部２６とを有している。
【００１９】
本実施例の画像形成装置１は、環境や経時変動によらず感光体２を最適な帯電状態に制御することを目的としている。
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）には感光体２の膜厚が１４〜３８μｍの範囲で、画質欠陥となる白点などが発生しない良好な帯電を得るために必要な最低限のＡＣ電流（交流実効電流：Ｉａｃ）を高温高湿、常温常湿、低温低湿の環境でそれぞれ求めた結果を示す。なお、図３（ａ）〜（ｃ）には、２種類の帯電装置による測定結果を示している。また、図３（ｄ），（ｅ），（ｆ）は、画質欠陥が生じない帯電を得るのに必要な最低限のＶｐｐ(交流ピークトゥーピーク電圧)を高温高湿、常温常湿、低温低湿の環境でそれぞれ求めた結果を示す。
【００２０】
図３（ａ）〜（ｆ）より分かるように、感光体の膜厚が厚くなると、より高いＩａｃやＶｐｐが必要になる。従って、従来のＩａｃ一定制御では、感光体が経時変化によって磨耗し、膜厚が薄くなっていくと、本来必要な電流値よりもより多くの電流を印加することになる。このため感光体への放電ストレスが増加していく。
図４には、感光体２に印加するＡＣ電流（ｍＡ）の実効値と、そのとき流れる放電電流（Ｑ／ｓ）との関係を示す。なお、図４では感光体の膜厚が１４μｍ、２４μｍ、３２μｍの３種類について測定している。
例えば、感光体の膜厚が３２μｍの時に、白点が消失して良好な帯電を得ることができるＩａｃが１．４ｍＡであったとする。この１．４ｍＡのＡＣ電流を膜厚１４μｍの感光体２に印加すると、図４に示すように２０Ｑ／ｓ以上の余分な放電電流が流れ、感光体２の磨耗を促進することになる。なお、感光体膜厚が１４μｍの時に良好な帯電を得られるＩａｃは、１．２μＡとなる。
【００２１】
図５には、帯電ロール２１に印加するＶｐｐと、感光体２の帯電電位との関係を示す。また、図５に示すＡ点、Ｂ点のＶｐｐを印加した時に、測定されるＡＣ電流波形を図６（Ａ），（Ｂ）に示す。また、図５に示すＣ点、Ｄ点のＶｐｐを印加した時に、測定されるＡＣ電流波形を図７（Ｃ），（Ｄ）に示す。なお、図６、７には、実際に測定されるＡＣ電流波形の他に、感光体２に印加しているＡＣ電圧波形の位相をずらして、放電を含まないＡＣ電流波形に成形したものと、両波形の差分を示した波形とを示している。
【００２２】
図５に示すＡ点、Ｂ点は、感光体２に印加するＡＣ電圧Ｖｐｐが不十分で、感光体２が十分に帯電されていない領域であり、図６には感光体２の帯電が不十分なときに測定されるＡＣ電流の波形が示されている。また、図５に示すＣ点、Ｄ点は、感光体２に印加するＡＣ電圧Ｖｐｐが十分で、感光体２が十分に帯電されている領域であり、図７には感光体２の帯電が十分なときに測定されるＡＣ電流波形が示されている。図６と図７とを比較すると明らかなように、必要電流よりも充分大きな電圧を印加した状態（図７）では、放電電流に対応する「コブ」が＋側と−側の両方ではっきりと発生しているが、必要最低限以下の電圧を印加した状態（図６）では、放電電流に対応する「コブ」が＋側と−側で大きく異なっている。すなわち、放電電流が非対称であることがわかる。
【００２３】
そこで、感光体２に印加するＡＣ電圧を変更しながら白点などの帯電不良が発生しなくなるときの放電電流を、極性別に求めることを行った。感光体の膜厚に対してこの必要最低限の放電電流がどのように変化するかプロットした結果を図８に示す。なお、図８（Ａ）は高温高湿環境で行った結果を示し、（Ｂ）は常温常湿環境で行った結果を示し、（Ｃ）は低温低湿環境で行った結果を示す。
図８よりわかるとおり、＋側の放電（＝感光体の帯電極性とは逆極性の電荷を感光体に与える放電）は、膜厚とともに必要放電電流が増えていくのに対して、−側の放電（＝感光体帯電極性と同極性の電荷を感光体に与える放電）は、膜厚によらずほぼ一定であることがわかる。また、この現象は、高温高湿、常温常湿、低温低湿のいずれの環境においても一致している。
【００２４】
したがって、感光体２の帯電極性と同極性の放電電流を一定の値に保つように制御することで、帯電不良が生じたり、過剰な放電ストレス与えたりすることのない適切な帯電条件を維持することが可能となることが判る。
【００２５】
上記の現象（最適帯電条件では、感光体帯電極性と同極性の放電がほぼ一定になる）については、概略次のような作用によるものと推定している。
白点は、異常放電（大きな電流が一部に集中した放電）によって、感光体２が部分的に過剰に帯電することによって発生している。その発生原因は、帯電ロール２１を感光体２に接触させたニップ部とその近傍の微小空隙内で、放電が発生し始める程度の帯電電流／電圧を印加すると、種々の条件(帯電ロール電気物性の分布や、幾何学形状(帯電器／感光体表面の凹凸)など)により、領域内の一部でのみ放電が発生する。この一部分での放電によりインピーダンスが下がった放電空間に集中的に電流が流れるため、部分的に過剰帯電するからだと考えられる。
【００２６】
また上記の条件よりも高い電流/電圧が印加された状態では、前述ニップ部とその近傍の微小空隙全体で放電が起こり、全領域で空間のインピーダンスが下がるため、電流の集中が起きにくくなり、安定した（均一な）放電になると考えられる。したがって、白点が発生しない条件とは、前述ニップ部とその近傍の全体が放電領域になることである。
【００２７】
また、放電電流の電流量は、放電空間のインピーダンスで決定され、感光体膜厚などに依存しないため、膜厚によらず一定の放電電流で白点が発生しなくなると考えられる。
【００２８】
なお、図８より明らかなように、環境によって最適な放電電流も変わるため、図２に示す制御部２６で温度や湿度によって放電電流の設定値を変更すると、さらに望ましい。また、図９に、感光体２の帯電電位を変更した場合の放電電流量の変化を示す。図９よりわかるとおり、感光体帯電電位を上げると必要な放電電流が増える。したがって、画質安定化のために、感光体２の膜減りに応じて画像形成条件(感光体帯電電位)を変更する場合、帯電電位の設定値に応じて放電電流設定値を変更するのが望ましい。
【００２９】
このような制御を行うことによって、図１０に示すように感光体２の摩耗促進を抑制することができる。
【００３０】
図１１に示すフローチャートを参照しながら制御部２６の処理手順を説明する。
制御部２６は所定タイミングとなると（ステップＳ１）、環境測定（ステップ２）と、感光体２の膜厚の測定（ステップＳ３）とを行う。所定タイミングは任意に設定可能であって、例えば所定枚数のプリントを出力した時や、所定時間を経過するごとに行ってもよい。また、膜厚の測定には従来から一般的に用いられている方法を用いることができる。例えば、帯電装置３により感光体２を帯電して、電流検知部２７で測定されるＡＣ電流値から求めることもできる。
【００３１】
次に、画像形成装置１のスイッチがオンされたり、プリントボタンがオンされると（ステップ４）、制御部２６は、画像を形成するために帯電装置３に印加するＡＣ電圧を制御する（ステップＳ５）。制御部２６は、電流検知部２７で測定されるＡＣ電流波形から感光体の帯電極性と同極性の成分を求め、この値が所定値となるようにＡＣ電圧を制御する。帯電極性と同極性の放電電流量は、環境と膜厚とから予め設定されている。
【００３２】
このように本実施例は、放電電流のうち帯電極性と同極性の成分が、異常放電によって発生する白点などの帯電不良と相関があることに着目し、この同極性の成分を所定値に制御するようにしたので、感光体の膜厚によらず画質欠陥を起こさない最低限のＡＣ電圧に制御することができる。
【００３３】
上述した実施例は、本発明の好適な実施例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】画像形成装置の構成を示す図である。
【図２】帯電制御装置の構成を示す図である。
【図３】画質欠陥となる白点などが発生しない良好な帯電を得るのに必要な最低限のＡＣ電流と、Ｖｐｐとを高温高湿、常温常湿、低温低湿のそれぞれの環境で求めた結果を示す図である。
【図４】感光体に印加するＡＣ電流（ｍＡ）の実効値と、そのとき流れる放電電流（Ｑ／ｓ）との関係を示す図である。
【図５】帯電ロールの印加電圧Ｖｐｐと、感光体帯電電位Ｖｐｒとの関係を示す図である。
【図６】所定のＡＣ電圧を帯電器に印加した時に測定されるＡＣ電流波形を示す図である。
【図７】所定のＡＣ電圧を帯電器に印加した時に測定されるＡＣ電流波形を示す図である。
【図８】感光体の膜厚に対して必要最低限の放電電流がどのように変化するかを示す図である。
【図９】感光体の帯電電位を変更した場合の放電電流量の変化を示す図である。
【図１０】ランサイクルと感光体磨耗量との関係を従来制御と、本制御とで比較した結果を示す図である。
【図１１】制御部の制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１  画像形成装置
２  感光体ドラム
３  帯電器
４  ＲＯＳ
５  現像器
６  転写手段
７  感光体クリーナ
８  除電ランプ
９  転写材
１０  定着器
１１  クリーニングブラシ
１２  クリーニングブレード
１３  フィードロール
１４  二次転写ロール
１５  二次転写用対向ロール
１６  中間体クリーナ
２０  中間転写ベルト
２１  帯電ロール
２２  直流電源
２３  交流電源
２４  電流検知抵抗
２５  電圧検知部
２６  制御部
２７  電流検知部
【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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【図７】
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【図８】
2007293041.tif 000010
【図９】
2007293041.tif 000011
【図１０】
2007293041.tif 000012
【図１１】
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