(57)【要約】      （修正有）【課題】狙いの帯電電位の変動を抑制することができる帯電装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供する。【解決手段】像担持体１１に対して非接触で対向する帯電ローラ１２Ａと、該帯電ローラ１２Ａの軸方向両端部に、像担持体１１に当接するように配設されて、帯電ローラ１２Ａの外周面と像担持体１１の外周面との間の帯電ギャップＧを形成するギャップコロ１２Ｂ等の帯電ギャップ形成部材とを備える帯電装置において、帯電ギャップ形成部材は、環境条件の変化による帯電ローラ１２Ａの外径の変化量に応じて、外径が変化するように構成されている。【選択図】図１１
2017142286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に対して非接触で対向する帯電ローラと、該帯電ローラの軸方向両端部に、前記像担持体に当接するように配設されて、前記帯電ローラの外周面と前記像担持体の外周面との間の帯電ギャップを形成する帯電ギャップ形成部材とを備える帯電装置において、
前記帯電ギャップ形成部材は、環境条件の変化による前記帯電ローラの外径の変化量に応じて、外径が変化するように構成されていることを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
請求項１記載の帯電装置において、
前記帯電ギャップ形成部材は少なくとも２つの層で構成され、前記像担持体の外周面に当接する面を有する当接層以外の少なくとも１つの層は、前記当接層よりも、環境条件の変化による径変化が大きいことを特徴とする帯電装置。
【請求項３】
請求項２記載の帯電装置において、
前記１つの層は、前記帯電ローラの材料と同じ材料で形成されることを特徴とする帯電装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の帯電装置において、
前記１つの層は、前記帯電ローラの厚みと同じ厚みであることを特徴とする帯電装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の帯電装置において、
前記１つの層は、前記帯電ローラの材料の吸湿性と同じ吸湿性を有する材料で形成されることを特徴とする帯電装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の帯電装置において、
前記帯電ギャップ形成部材は、その軸部に挿入される転がり軸受を有し、該転がり軸受を介して前記帯電ローラの回転軸に軸支することを特徴とする帯電装置。
【請求項７】
請求項６記載の帯電装置において、
前記帯電ギャップ形成部材は、回転軸芯から、前記転がり軸受、前記帯電ギャップ形成部材の前記１つの層、前記当接層の順で配置されていることを特徴とする帯電装置。
【請求項８】
像担持体と、該像担持体表面を帯電させる帯電手段と、帯電された像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像をトナーを用いて現像して可視像を形成する現像手段と、可視像を記録媒体に転写する転写手段と、記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段とを有する画像形成装置において、
前記帯電手段として、請求項１〜７のいずれか一に記載の帯電装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
像担持体と、該像担持体表面を帯電させる帯電手段を一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、
前記帯電手段として、請求項１〜７のいずれか一に記載の帯電装置を用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置に用いられる帯電装置として、帯電ローラを用いて像担持体たる感光体を帯電する帯電装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、係る帯電装置であって、感光体に対して非接触で対向するよう配置される帯電ローラで構成される帯電装置が開示されている。この帯電装置では、帯電ローラの軸方向両端部に、外周面が感光体の外周面に当接するように配設され、かつ、帯電ローラの外周面と感光体の外周面との間に帯電ギャップを形成する帯電ギャップ形成部材たるコロ状のスペーサ部材が設けられている。そして、作像時、帯電ローラは軸方向から見て感光体の回転方向とは逆方向に回転し、電圧制御された帯電電圧が帯電ローラに印加され、帯電ローラと感光体との帯電ギャップに生じる放電により感光体の表面を帯電している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
環境条件としての湿度や温度が変化したとき、帯電ローラ又は帯電ギャップ形成部材のいずれか一方の外径が変化すると、帯電ギャップの量は変わる。もしくは、帯電ローラと帯電ギャップ形成部材との外径がともに変化する場合、帯電ローラの外径の変化量と帯電ギャップ形成部材の外径の変化量とが互いに異なると、帯電ギャップの量は変わってしまう。その結果、狙いの帯電電位が変動してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明は、像担持体に対して非接触で対向する帯電ローラと、該帯電ローラの軸方向両端部に、前記像担持体に当接するように配設されて、前記帯電ローラの外周面と前記像担持体の外周面との間の帯電ギャップを形成する帯電ギャップ形成部材とを備える帯電装置において、前記帯電ギャップ形成部材は、環境条件の変化による前記帯電ローラの外径の変化量に応じて、外径が変化するように構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、狙いの帯電電位の変動を抑制することができるという特有の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係るプリンタの概略構成図。
【図２】画像形成ユニットの概略構成図。
【図３】プリンタの制御系の説明図。
【図４】帯電ローラにおける周方向の帯電ムラが発生する態様を説明する図。
【図５】帯電ローラにおける周方向の帯電ムラが発生する別の態様を説明する図。
【図６】帯電装置に適用される像担持体と帯電ローラの駆動構成の例を説明する模式図。
【図７】帯電装置に適用される像担持体と帯電ローラの駆動構成の他の例を説明する模式図。
【図８】（ａ）は帯電ローラが像担持体と連れ回りして同周期で回転したときの像担持体の帯電電位の変化を示すグラフ、（ｂ）は帯電ローラが回転周期を長くして回転したときの像担持体の帯電電位の変化を示すグラフ。
【図９】図７の帯電装置のギャップコロを説明する部分断面図。
【図１０】高湿環境下で帯電ギャップが縮小した事象を説明する模式図。
【図１１】本実施形態の帯電装置の別の構成例を説明する模式図。
【図１２】図１１の帯電装置において高湿環境下で帯電ギャップが維持される様子を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を、画像形成装置である電子写真方式のプリンタ（以下、単に「プリンタ」という。）１００に適用した一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。図２は、画像形成ユニットの概略構成図である。なお、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の色用の部材であることを示すものである。
【０００９】
図２に示すように、画像形成ユニット１０は、像担持体１１と、像担持体１１の表面を帯電させる帯電装置１２と、像担持体１１の表面に形成された潜像を各色トナーで可視化する現像装置１３と、トナー像転写後の像担持体１１の表面に残留するトナーを回収するクリーニング装置１４と、像担持体１１の表面を保護するため潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布装置１５とが、像担持体１１の周りにそれぞれ着脱可能に配置されている。また、各画像形成ユニットは、プリンタ本体から着脱可能な構成となっている。
【００１０】
画像形成部１の上方には、潜像形成部としての露光装置１６が設けられている。また、プリンタ１００の上部には、コンタクトガラス上に載置された原稿を走査して読み取る読取装置２０が設けられている。画像形成部１の下方には、中間転写体としての中間転写ベルト３１を備えた転写ユニット３０が設けられている。中間転写ベルト３１は、複数の支持ローラに掛け渡されており、図１中の矢印Ａ方向に移動する。
【００１１】
転写ユニット３０の下方には２次転写装置４０が設けられている。２次転写装置４０は、２次転写ローラ４１を備えている。２次転写ローラ４１は、中間転写ベルト３１における転写対向ローラ４２に対する掛け回し箇所にベルトおもて面から当接して２次転写ニップを形成している。２次転写ローラ４１には２次転写高圧電源によって２次転写バイアスが印加されている。また、転写対向ローラ４２は、電気的に接地されている。これにより、２次転写ニップ内に２次転写電界が形成されている。
【００１２】
２次転写装置４０の図１中の左方には、用紙上に転写されたトナー像を定着するために、内部に発熱体を備えた加熱ローラを有する定着ユニット５０が設けられている。また、２次転写装置４０と定着ユニット５０との間には、トナー像転写後の用紙を定着ユニット５０へと搬送する搬送ベルト６０が設けられている。
【００１３】
また、プリンタ１００の下方には、給紙収容部から１枚ずつ分離して給送された用紙を２次転写装置４０へ給紙する給紙ユニット７０が設けられている。更に、定着ユニット５０を通過した用紙を機外または両面ユニット８０へ搬送する排紙ユニット９０が設けられている。
【００１４】
このプリンタ１００でコピーをとるときは、読取装置２０によりコンタクトガラス上に載置された原稿を読み取る。この原稿読み取りに並行して、中間転写ベルト３１が図１中の矢印Ａ方向に移動する。これと同時に、画像形成部１では、各帯電ユニット１３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋによって表面が帯電せしめられた各像担持体１１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ上に、読み取った原稿内容に基づきイエロー、マゼンタ、シアン、黒の色別情報を用いて露光装置１６によりそれぞれ露光して静電潜像を形成する。その静電潜像は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーが充填されたトナーボトルから所定の補給量だけ補給された現像装置１３によってトナー像に可視化現像され、１次転写装置１７によって中間転写ベルト３１上に転写される。そして、像担持体１１上に残留した転写後のトナーはクリーニング装置１４により回収され、その回収されたトナーはクリーニング装置内の搬送経路を通って本体設置のトナー回収容器に搬送されていく。クリーニング装置１４により残留したトナーを回収されたのち、潤滑剤塗布装置１５により像担持体１１の表面に潤滑剤が塗布され、表面の保護層が形成される。
【００１５】
次いで、各像担持体１１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ上の静電潜像を現像装置１４Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋにより現像し、単色のトナー像を形成する。そして、各像担持体１１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ上のトナー像を中間転写ベルト３１上に互いに重なり合うように順次転写して、中間転写ベルト３１上に合成トナー像を形成する。
【００１６】
このようなトナー像形成動作に並行して、給紙収容部から１枚ずつ用紙を繰り出し、給紙ユニット７０のレジストローラ対７１のニップに突き当てて止める。そして、中間転写ベルト３１上の合成トナー像の形成にタイミングを合わせてレジストローラ対７１を回転させ、中間転写ベルト３１と２次転写装置４０との間に用紙を送り込み、２次転写装置４０で用紙上にトナー像を２次転写する。トナー像転写後の用紙は、搬送ベルト６０で搬送して定着ユニット５０へと送り込み、定着ユニット５０で熱と圧力とを加えてトナー像を定着した後、排紙ユニット９０へ送り込む。排紙ユニット９０では切換爪で切換えて、機外（プリンタ１００の図１中左側）の排紙トレイまたは下方の両面ユニット８０へ案内する。両面ユニット８０では、用紙を反転して再び２次転写位置（２次転写装置４０と中間転写ベルト３１との２次転写ニップ位置）へと導き、裏面にも画像を記録して後、排紙ユニット９０で排紙トレイ上に排出する。なお、画像転写後の中間転写ベルト３１は、中間転写ベルトクリーニングユニット１１０で、中間転写ベルト３１上に残留する残留トナーを除去し、再度の画像形成に備える。
【００１７】
また、このプリンタ１００では、画像濃度制御を行っている。画像濃度制御（電位制御）では、まず、１又は２以上のプロセスカートリッジを用いて、トナー付着量が互いに異なる複数のトナーパターンを作像する。そして、そのトナーパターンの静電潜像の電位を図２に示す電位センサ２４で検知するとともに、中間転写ベルト３１上に転写されたトナーパターンのトナー付着量をトナー付着量センサ２５で検知する。さらに、そのときの当該１又は２以上のプロセスカートリッジにおける現像装置内のトナー濃度をトナー濃度センサ２６で検知する。
【００１８】
そして、複写機内に配置されている画像濃度制御部は、上記各検知結果に基づいて、予め決められた特定画像濃度のトナー付着量が所定の目標付着量になるように、帯電バイアス、現像バイアス、露光量（印加電圧又は印加電流）及びトナー濃度、それぞれの制御目標値（画像濃度条件）を算出する。すなわち、画像濃度制御部は、図１のトナー付着量センサ２５で検知されたトナーパターンのトナー付着量の検出値と、図２のトナー濃度センサ２６によって検出されたトナー濃度の検出値と、図２の電位センサ２４によって検出された像担持体の露光後表面電位の検出値と、現在の現像バイアスの値と、目標付着量の値とが入力される。そして、画像濃度制御部は、画像濃度条件として、図２の帯電装置１２の帯電バイアス、図２の現像装置１３の現像バイアス及び図２の露光装置１６の露光量（露光装置の印加電圧又は印加電流）それぞれの制御目標値と、現像装置１３におけるトナー濃度の制御目標値とを出力する。この最適な画像濃度条件（制御目標値）に従って、その後の画像形成動作時における各装置の印加バイアスやトナー補給を制御することで、安定的な画像濃度を提供している。
【００１９】
図１中の左下側には制御部としての本体制御部２００があり、本体制御部２００は、プリンタ１００の本体内に備えた動作制御が必要な各部及び各部に有した装置等の動作の制御を行うものである。本体制御部２００について、図３を用いて説明する。
【００２０】
図３は、プリンタ１００の制御系の説明図である。図３に示すように、本体制御部２００は、中央演算処理部（ＣＰＵ）２０１と、ＲＯＭ２０２とＲＡＭ２０３からなるメモリと、入出力用のＩ／Ｏポート２０４、２０５などを備えている。また、Ｉ／Ｏポート２０４は操作部２０６と接続されている。Ｉ／Ｏポート２０５は、用紙位置検知部２０７、温湿度センサ２０８、感光体駆動モータ２０９、中間転写ベルト駆動モータ２１０、中間転写接離クラッチ２１１、１次転写高圧電源２１２、２次転写高圧電源２１３、帯電高圧電源２１４、現像高圧電源２１５、ＬＥＤアレイ２１６、画像位置検出器２１７、回転情報検出部２１８、表面電位検知部２１９、帯電電位変動量算出部２２０、帯電ローラ駆動モータ２２１、回転速度切替部２２２等と接続されている。
【００２１】
用紙位置検知部２０７は、用紙検知センサ等からの検知信号から、あるいはレジストローラ対が回転し始めたタイミングから用紙搬送路中の用紙の位置を検知している。温湿度センサ２０８は、プリンタ１００の装置本体内の環境情報（温度と湿度）を取得している。感光体駆動モータ２０９は、画像書込み信号をトリガに図１の像担持体１１を回転駆動する駆動モータである。中間転写ベルト駆動モータ２１０は、画像書込み信号をトリガに図１の中間転写ベルト３１を駆動する駆動モータである。中間転写接離クラッチ２１１は、モノクロ画像形成時、図１の他の色の画像形成ユニット１０Ｙ、Ｍ、Ｃに有した像担持体１１Ｙ、Ｍ、Ｃと中間転写ベルト３１が離間するように、中間転写ベルト３１の軌道を切替る。１次転写高圧電源２１２は、図１の１次転写装置１７に１次転写バイアスを印加する電源である。２次転写高圧電源２１３は、図１の２次転写ローラ４１に２次転写バイアスを印加する電源である。
【００２２】
また、帯電高圧電源２１４は、図１の帯電装置１２に帯電電圧を印加する電源である。その電圧は、直流（ＤＣ）電圧のみでもよいが、ＤＣ電圧に交流（ＡＣ）電圧を重畳させた電圧であることが好ましい。現像高圧電源２１５は、図１の現像装置１３に現像バイアスを印加する電源である。ＬＥＤアレイ２１６は、図１の露光装置１６においてコンタクトガラス上に載置された原稿から光学的に読み取った読取信号に基づいた画像信号を図１の像担持体１１に照射する光源である。画像位置検出器２１７は、図１の各像担持体１１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ上のトナー像を中間転写ベルト３１上に互いに重なり合うように中間転写ベルト３１上のトナー像の位置を検出するセンサである。回転情報検出部２１８は、図１の像担持体１１や中間転写ベルト３１の回転速度等の回転情報を取得するものである。表面電位検知部２１９は、図２の像担持体１１の露光後表面電位を検出する電位センサ２４等の表面電位検知センサである。帯電電位変動量算出部２２０は、表面電位検知部２１９によって検出した表面電位に基づいて、露光後の感光体表面電位の変動量を算出するものである。帯電ローラ駆動モータ２２１は、図１の帯電装置１２を構成する帯電ローラを回転駆動する駆動モータである。回転速度切替部２２２は、帯電ローラ駆動モータ２２１の速度を切替るものである。
【００２３】
次に、画像形成装置の帯電装置及び像担持体の詳細について説明する。
図４は、帯電ローラにおける周方向の帯電ムラが発生する態様を説明する図である。図５は、帯電ローラにおける周方向の帯電ムラが発生する別の態様を説明する図である。
帯電装置は、画像形成動作時に帯電ローラ１２Ａが回転する帯電ローラ方式による構成としている。その帯電ローラ方式では、帯電チャージャー方式等に比べ、放電生成物の発生が少なく、シンプルで安価な構成とすることができる。
【００２４】
図４及び図５を用いて、像担持体１１及び帯電ローラ１２Ａに帯電ムラが発生する理由について以下に説明する。
図４及び図５には、像担持体１１と帯電ローラ１２Ａの対向部の関係と、像担持体１１、帯電ローラ１２Ａにおける周方向の帯電ムラの例をそれぞれ示している。帯電ローラ１２Ａ自体は、周方向でバラツキをもっており、このバラツキにより像担持体１１の表面に周方向の帯電ムラが生じる。帯電ローラ１２Ａの周方向でのバラツキの種類としては２つあり、１つは形状のバラツキ、もう１つは抵抗のバラツキである。
【００２５】
像担持体１１の表面に周方向の帯電ムラが生じると、露光後の表面電位にも帯電ムラと同じ周期のムラが生じてしまい、それを図２の現像装置１３によりトナー像化するため、画像上でトナー像の濃度ムラとなってしまう。
【００２６】
以下に、帯電ローラの形状のバラツキ、抵抗のバラツキ、それぞれが周方向の帯電ムラとなる理由について説明する。
図４（ａ）は、帯電ローラの形状のバラツキの一例として、帯電ローラ１２Ａが楕円形（一方向の長さがａ、もう一方の長さがｂで、ａ＞ｂ）である場合を示している。図４（ｂ）は、接触帯電方式の場合を示す。像担持体１１の軸部と帯電ローラ１２Ａの軸部が固定されて回転駆動しているので、軸部間の長さは一定である。これにより、それぞれの外周面が周方向で振れていると、帯電ローラ１２Ａの表面と像担持体１１の表面で形成するニップ幅が変動する。その結果、接触帯電による像担持体１１の表面電位が変動し、像担持体１１の表面で帯電ムラが生じる。
【００２７】
図４（ｃ）には、非接触帯電方式の場合を示す。像担持体１１の軸部と帯電ローラ１２Ａの軸部が固定されて回転駆動しているので、軸部間の長さは一定である。これにより、それぞれの外周面が周方向で振れていると、帯電ローラ１２Ａの表面と像担持体１１の表面で形成する帯電ギャップＧが周方向で変動する。その結果、放電による像担持体１１の表面電位が変動し、像担持体１１の表面で帯電ムラが生じる。
【００２８】
また、帯電ローラ１２Ａに帯電ギャップＧを形成するためのローラ状の帯電ギャップ形成部材としてのギャップコロを有している。そのギャップコロを像担持体１１の表面に直接当接させている非接触帯電方式においても、ギャップコロの周方向の振れと、像担持体１１を帯電させるための胴部の振れとの組み合わせにより、像担持体１１の表面に対して、周方向で帯電ギャップＧの変動が生じ、像担持体１１の表面で周方向の帯電ムラが生じる。
【００２９】
図５に示す例は、帯電ローラの抵抗値のバラツキの一例である。図５（ａ）に示すように、帯電ローラ１２Ａの導電性材料部の抵抗値が半周ずつで異なっている場合（一方の半周の第１導電性材料部１２Ａａの抵抗値がｃ、他方の半周の第２導電性材料部の抵抗値がｄで、ｃ＞ｄ）を示している。
【００３０】
図５（ｂ）に示すように、接触帯電方式及び非接触帯電方式の両方式とも、帯電ローラ１２Ａでは、回転駆動しているので帯電ローラ１２Ａの導電性材料部が周方向で振れていると、像担持体１１に対向する位置での帯電ローラ１２Ａの抵抗値が変動し、その結果像担持体１１の表面で周方向の帯電ムラが生じる。
【００３１】
帯電ローラ１２Ａは、導電性材料等を用いて形成されているため、環境（温湿度）の変化により、その周方向の傾向（形状や抵抗の振れ）が変わってしまい、周方向の帯電ムラが顕著にあらわれる。
【００３２】
次に、本実施形態の帯電装置に適用される像担持体と帯電ローラの駆動構成の例について、図６及び図７を用いて説明する。
【００３３】
図６に示すように、像担持体１１は、像担持体１１の回転軸１１Ａの軸部に設けられたギヤ１１Ｂと像担持体駆動モータ１１Ｃの駆動軸１１Ｄの軸部に設けられたギヤとを介して、像担持体駆動モータ１１Ｃの駆動によって軸回転する。帯電ローラ１２Ａは、ギャップコロ１２Ｂの外周面が像担持体１１の外周面に当接することで帯電ギャップＧを形成し、像担持体１１に対し連れ回りする。このような構成により、像担持体１１と帯電ローラ１２Ａとの表面線速は、互いにほぼ同一となる。
【００３４】
また、図７に示すように、像担持体１１を駆動する機構は、図６に示すものと同じである。帯電ローラ１２Ａは、帯電ローラ１２Ａの回転軸１２Ｃの軸部に設けられたギヤ１２Ｄと帯電ローラ駆動モータ１２Ｆの駆動軸１２Ｅの軸部に設けられたギヤとを介して、帯電ローラ駆動モータ１１Ｆの駆動によって軸回動する。
なお、ギヤ１１Ｂとギヤ１２Ｄのギヤ比を所定の値とすることで、帯電ローラ１２Ａの表面線速は、像担持体１１の表面線速と同一になっている。図６及び図７に示す例のいずれにおいても、像担持体１１が像担持体駆動軸１１Ａを軸として軸回転する際に、帯電ローラ１２Ａは、図６及び図７中の矢印方向にスプリングなどで付勢されている。それにより、ギャップコロ１２Ｂによって形成される帯電ギャップＧの維持精度が向上する。
【００３５】
しかし、図６、図７の構成によれば、上述のように形状や抵抗のバラツキにより、帯電ローラによる周方向の電位ムラの影響で画像不良が発生する問題がある。その画像不良は、帯電ローラ１２Ａによる帯電処理後の像担持体１１の帯電電位変動により画像に生じるトナー像の濃度変動の勾配が急であるほど発生しやすい。この濃度変動の勾配は、帯電電位変動と、帯電ローラ１２Ａと像担持体１１との回転周期の関係とによって決まり、帯電電位変動を小さくするか、もしくは帯電ローラ１２Ａの回転周期を像担持体１１の回転周期より長くすることで濃度変動の勾配が緩やかとなる。
【００３６】
図８を用いてプリンタの帯電ローラ１２Ａの電位ムラは同等でも画像を良好にすることができる理由について説明する。
図８（ａ）は、図６のように帯電ローラ１２Ａが像担持体１１と連れ回りして若干摺擦し、ほぼ同周期で回転したときの像担持体１１の帯電電位の変化を示すグラフである。図８（ｂ）は、図７のように帯電ローラ１２Ａが回転周期を長くして回転したときの像担持体１１の帯電電位の変化を示すグラフである。帯電ローラ１２Ａの回転周期を長めにすると、帯電ローラの周方向に対して帯電電位変動の勾配は緩やかになる。この勾配は画像としては濃度の変化となるため勾配が緩やかになると画像が良好となる。
【００３７】
以上のように、本実施形態に係るプリンタ１００では、帯電ローラ１２Ａの線速度を像担持体１１の線速度に対して遅くなるようにすることで帯電ローラ１２Ａの回転周期を像担持体１１の回転周期より長くした。これにより、トナー像の濃度変更の勾配が緩やかになり、画像不良を抑制することができる。
【００３８】
また、図７に示すように駆動モータを用いて回転駆動させる帯電ローラの回転数を可変することで、帯電ローラの表面線速を任意に変更できる。この構成により、本実施形態に係るプリンタ１００は、帯電ローラ１２Ａの回転周期を像担持体１１の回転周期より長くすることができるので、トナー像の濃度変更の勾配が緩やかになり、画像不良を抑制することができる。
【００３９】
ところが、上記実施形態のように、帯電ローラ１２Ａの回転周期での像担持体表面の帯電ムラを抑制するために、帯電ローラ１２Ａの線速が像担持体１１の線速よりも遅くなるように帯電ローラ１２Ａの回転速度を落として回転駆動を続けると、ギャップコロ１２Ｂの外周面とそれに接触している像担持体１１の外周面との接触部分の摺擦による摩耗が増長されることとなり、それぞれの寿命を短くすることとなってしまう。そこで、他の構成例の帯電装置では、帯電部材の回転速度を、帯電ムラが生じた場合にのみ帯電ローラ１２Ａの線速が像担持体１１の線速よりも遅くなる第１回転速度と、帯電ムラが生じていない場合は帯電ローラ１２Ａの線速と像担持体１１の線速とが互いに同じになる第２回転速度とに切替る機能を持たせている。以下に、他の構成例の帯電装置について詳細に説明する。
【００４０】
本実施形態のプリンタ１００では、図２に示すように、露光箇所より帯電ローラ１２Ａの像担持体回転方向下流側で現像装置１３の手前位置に、電位センサ２４が配設されている。この電位センサ２４は、上記のように、画像濃度制御に用いているが、本実施形態において帯電電位のムラの検知に使用する。
【００４１】
電位センサ２４により像担持体の帯電電位の時系列的な推移を捉え、その時系列信号を信号記憶手段に記憶させる。その信号記憶手段に記憶された時系列信号から、帯電ローラの回転周期での信号の変動成分を抽出する。帯電ローラの回転周期での信号の変動成分、すなわち帯電ローラの回転周期での帯電ムラが、予め設定された閾値を超えた場合にだけ、帯電ローラの回転数を落とし、帯電ローラの回転周期での帯電ムラが抑制される。これにより、トナー像の濃度変化のあらわれ方が緩やかになり、画像不良を抑制できるとともに、帯電ローラの回転速度が低速になることで、帯電ローラを回転駆動させる駆動モータに加わる負荷も軽減される。一方、帯電ローラの回転周期での帯電ムラが、閾値を超えない場合は、帯電ローラの回転数を落とさず、像担持体と同じ線速度で回転するように駆動させる。これにより、駆動モータへの負荷はさらに軽減される。
【００４２】
このように帯電ローラの回転速度のモード切替え処理を行うことにより、帯電ローラの回転周期での帯電電位の変動を抑えつつ、帯電ローラの駆動手段の負荷を軽減することができる。また、ギャップコロの外周面と像担持体の外周面との接触部分の摺擦状態が減少する。これにより、その接触部分の摺擦による摩耗が減少されることとなる。よって、像担持体の寿命を延ばすことができる。
【００４３】
図９は、図７の帯電装置のギャップコロを説明する部分断面図である。
上述のように、帯電ローラ１２Ａの回転周期での像担持体１１表面の帯電ムラを抑制するために、帯電ローラ１２Ａの線速が像担持体１１の線速よりも遅くなるように帯電ローラ１２Ａの回転速度を落とす制御を行う。ところが、その制御を行う頻度が増えると、ギャップコロ１２Ｂの外周面と、それに接触している像担持体１１の外周面との接触箇所での摺擦による摩耗が増長される。よって、ギャップコロ１２Ａの外周面又は像担持体１１の外周面の少なくとも一方が摩耗して経時での帯電ギャップＧの変動による帯電電位が変動してしまうとともに、ギャップコロ１２Ａや像担持体１１の寿命を短くすることとなってしまう。
【００４４】
そこで、図９に示す帯電装置では、ギャップコロ１２Ｂは当接層１２Ｂ−１と転がり軸受たる玉軸受３０１とで構成され、その玉軸受３０１を介してギャップコロ１２Ｂを帯電ローラ１２Ａの回転軸１２Ｃに軸支させている。それにより、回転軸１２Ｃが回転し、ギャップコロ１２Ｂは像担持体１１と連れ回る。その結果、帯電ローラ１２Ａの線速と像担持体１１の線速との間に線速差を生じさせることができる。具体的には帯電ローラ１２Ａの線速が像担持体１１の線速よりも遅くなるように帯電ローラ１２Ａの回転速度を落として、像担持体１１の外周面とギャップコロ１２Ｂの当接層１２Ｂ−１の外周面との間の摩擦力を軽減することができる。よって、像担持体の外周面とギャップコロの当接部材の外周面との摺擦箇所での摩耗を抑制することができるので、摩耗して帯電電位が変動してしまうことや、ギャップコロ１２Ｂや像担持体１１の寿命を長くすることができる。
【００４５】
通常、帯電ローラは、樹脂材料に導電剤を混ぜ込んだもので形成される。導電剤は高い吸湿性をもっているので、高湿環境下においては帯電ローラが回転軸芯から外周面方向へ向かって吸湿膨張して帯電ローラの外径が拡大し、帯電ギャップＧが変動してしまう。そこで、本実施形態の帯電装置によれば、当接層１２Ｂ−１の内側に、帯電ローラの導電性材料部を形成する材料と同じ材料で形成される帯電ギャップ調整層を設ける。それにより、高湿環境下であっても帯電ローラの外径の変化量分を帯電ギャップ形成部材の外径の変化量で低減できる。よって、湿度変化による帯電ギャップの変動を抑制することができる。
【００４６】
図１０は、高湿環境下において帯電ギャップが縮小した事象を説明する模式図である。
帯電ローラ１２Ａは、その帯電ローラを形成する材料として導電剤が樹脂材料に混在している。そのため、高湿環境下では、図１０中矢印の方向に吸湿膨張し、帯電ギャップＧは図９に示す狙いの値に比べて縮小する。高湿環境下でなくなると、図９に示す狙いの帯電ギャップＧに戻る。このように、湿度が変化すると、帯電ギャップＧが変動してしまう。なお、ギャップコロ１２Ｂは像担持体１１側へ付勢されており、その付勢による圧力が玉軸受３０１の外層（外リング）に加わっている。その圧力に対抗するために、玉軸受３０１の外層は高めの剛性をもつ金属で形成されており、高湿環境下であっても吸湿膨張は少ない。よって、高湿環境下での帯電ギャップＧの変動は、帯電ローラの吸湿膨張によるものであるといえる。
【００４７】
図１１は、本実施形態の帯電装置の別の構成例を説明する模式図である。図１２は、図１１の帯電装置において高湿環境下で帯電ギャップが維持される様子を説明する模式図である。
図１１の帯電装置では、ギャップコロ１２Ｂの当接層１２Ｂ−１と玉軸受３０１との間に、当接層以外の少なくとも１つの層としての帯電ギャップ調整層１２Ｂ−２を介在させる。それにより、ギャップコロ１２Ｂは、当接層１２Ｂ−１と帯電ギャップ調整層１２Ｂ−２との２つの層と玉軸受３０１とで構成される。帯電ギャップ調整層１２Ｂ−２は、帯電ローラ１２Ａの導電性材料部と同じ材料で形成されている。図１２に示すように、高湿環境下において、帯電ローラ１２Ａの導電性材料部と帯電ギャップ調整層１２Ｂ−２とが同じ材料であり、図１２中矢印Ａ、Ｂの各方向に互いに同じ膨張量で膨張する。ギャップコロ１２Ｂの回転軸の軸芯が回転軸１２Ｃの軸芯と一致している（図１２中、帯電ローラ１２Ａとギャップコロ１２Ｂとの共通の軸芯を一点鎖線で示す）。それにより、帯電ギャップＧは、帯電ローラ１２Ａの回転軸１２Ｃの軸芯からの半径ＲＡと、ギャップコロ１２Ｂの回転軸１２Ｃの軸芯からの半径ＲＢとの差で定まる。高湿環境下で帯電ローラ１２Ａの外径（あるいは半径）が増加すると、その増加量だけギャップコロ１２Ｂの外径（あるいは半径）も増加する。その結果、帯電ローラ１２Ａの外径の増加量は、ギャップコロ１２Ｂの外径（あるいは半径）の増加量で軽減されるので、帯電ギャップＧの変動は抑制される。さらに、湿度が下がった場合でも、帯電ローラ１２Ａの外径（あるいは半径）の減少量はギャップコロ１２Ｂの外径（あるいは半径）の減少量で軽減されるので、帯電ギャップＧの変動は抑制される。
【００４８】
なお、ギャップコロ１２Ｂの当接層１２Ｂ−１は、像担持体１１との摺擦摩擦を軽減するために耐摩耗性の材料で形成されているので、高湿環境下での吸湿膨張が少ない。温度や湿度が変化したときに当接層１２Ｂ−１が外側に伸びるには、帯電ギャップ調整層１２Ｂ−２が膨張することで生じる当接層１２Ｂ−１を押す力が、その力に対抗して生じる当接層１２Ｂ−１の応力（抵抗力）よりも大きい必要がある。そのため、温度や湿度が変化したときに、帯電ギャップ調整層１２Ｂ−２を帯電ローラの材質の膨張率よりも大きい膨張率の材質で形成する。あるいは、帯電ギャップ調整層１２Ｂ−２の材質が帯電ローラ１２Ａと同等の膨張率の材質である場合には帯電ギャップ調整層１２Ｂ−２の厚みを帯電ローラ１２Ａの厚みよりも厚くする。
【００４９】
また、ギャップコロを形成する材料が帯電ローラを形成する材料と同じであっても、厚みや容量、さらには当接層１２Ｂ−１の材質等で、帯電ローラ１２Ａの外径（あるいは半径）とギャップコロ１２Ｂの外径（あるいは半径）の差が相違してしまう。そのため、ギャップコロを形成する帯電ギャップ調整層１２Ｂ−２と帯電ローラの導電性材料部で形成する層との厚み等を勘案して帯電ギャップ調整層１２Ｂ−２の容量を調整する。さらに、帯電ギャップ調整層を形成する材料に帯電ローラを形成する材料と同じ材料を用いずに、環境条件としての温度や湿度の変化に応じて、帯電ギャップＧの大きさを変化させる機構でもよい。その一例として、例えば、帯電ギャップ調整層を弾力性をもの部材で構成し、その内部に空気を密閉した機構でもよい。その機構によれば、温度が変化すると、密閉空気の容積が変化し、帯電ギャップ調整層が径変化して帯電ギャップＧの大きさを変化させることができる。
【００５０】
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
像担持体１１に対して非接触で対向する帯電ローラ１２Ａと、該帯電ローラの軸方向両端部に、前記像担持体に当接するように配設されて、前記帯電ローラの外周面と前記像担持体の外周面との間の帯電ギャップを形成するギャップコロ１２Ｂ等の帯電ギャップ形成部材とを備える帯電装置１２において、前記帯電ギャップ形成部材は、環境条件の変化による前記帯電ローラの外径の変化量に応じて、外径が変化するように構成されていることを特徴とするものである。
かかる構成では、環境条件としての湿度や温度が変化すると、帯電ギャップ形成部材の外径が、帯電ローラの外径の変化量に応じて変化する。その結果、帯電ローラの外径の変化量は、帯電ギャップ形成部材の外径の変化量で差し引かれるので、外径が変わり難い構成を有する帯電ギャップ形成部材に比べて、帯電ギャップの量の変動を抑えられる。よって、狙いの帯電電位の変動を抑制することができる。
【００５１】
（態様Ｂ）
（態様Ａ）において、前記帯電ギャップ形成部材は少なくとも２つの層で構成され、前記像担持体の外周面に当接する面を有する当接層１２Ｂ−１以外の少なくとも１つの層は、前記当接層よりも、環境条件の変化による径変化が大きいことを特徴とするものである。
通常、帯電ギャップ形成部材においては、像担持体の外周面に当接する面を有する当接層は、帯電ローラとの摺擦摩擦による摩耗を軽減するために、高い耐摩耗性を有する材料で形成されている。本態様によれば、その当接層以外の少なくとも１つの層が、環境条件の変化による径方向の変化が当接層よりも大きいことにより、帯電ギャップ形成部材の外径は変化する。環境条件が変化すると、帯電ローラの外径と帯電ギャップ形成部材の外径とが共に変化する。それにより、帯電ローラの外径の変化量は帯電ギャップ形成部材の外径の変化量で差し引かれるので、当接層のみの単層構造の帯電ギャップ形成部材に比べて、帯電ギャップの量の変動を抑えられる。よって、狙いの帯電電位の変動を抑制することができる。
【００５２】
（態様Ｃ）
（態様Ｂ）において、前記１つの層は、前記帯電ローラの材料と同じ材料で形成されることを特徴とするものである。
かかる構成では、環境変化としての温度や湿度が変化すると、帯電ローラの外径が変化するのと同様に、帯電ギャップ形成部材の外径も変化する。その結果、帯電ローラの外径の変化量は、帯電ギャップ形成部材の外径の変化量で差し引かれるので、帯電ローラの材料と異なる材料で形成される帯電ギャップ形成部材に比べて、帯電ギャップの量の変動を抑えられる。よって、狙いの帯電電位の変動を抑制することができる。
【００５３】
（態様Ｄ）
（態様Ｂ）又は（態様Ｃ）において、前記１つの層は、前記帯電ローラの厚みと同じ厚みであることを特徴とするものである。
かかる構成では、環境変化としての温度や湿度が変化すると、帯電ローラの厚みが変化し、その変化量と同じ変化量で帯電ギャップ形成部材の少なくとも１つの層の厚みも変化する。その結果、帯電ローラの外径の変化量は帯電ギャップ形成部材の外径の変化量で相殺されるので、帯電ギャップの量は変わらない。よって、環境条件が変化しても帯電ギャップの変動を抑えられ、狙いの帯電電位の変動を抑制することができる。
【００５４】
（態様Ｅ）
（態様Ｂ）〜（態様Ｄ）のいずれかにおいて、前記１つの層は、前記帯電ローラの材料の吸湿性と同じ吸湿性を有する材料で形成されることを特徴とするものである。
本態様によれば、湿度が変化すると、帯電ローラの外径が変化するのと同様に、帯電ギャップ形成部材の外径も変化する。その結果、帯電ローラの外径の変化量は、帯電ギャップ形成部材の外径の変化量で差し引かれるので、帯電ローラの層の材料と異なる材料で形成される帯電ギャップ形成部材に比べて、帯電ギャップの量の変動を抑えられる。よって、湿度が変化しても狙いの帯電電位の変動を抑制することができる。
【００５５】
（態様Ｆ）
（態様Ａ）〜（態様Ｅ）のいずれかにおいて、前記帯電ギャップ形成部材は、その軸部に挿入される玉軸受３０１等の転がり軸受を有し、該転がり軸受を介して前記帯電ローラの回転軸に軸支することを特徴とするものである。
本態様によれば、帯電ギャップ形成部材を帯電ローラの軸部に挿入される転がり軸受を介して帯電ローラの回転軸に軸支することで、帯電ギャップ形成部材を像担持体と連れ回りで回転させる。それにより、帯電ローラの線速と像担持体の線速との間に線速差が生じても、軸部に転がり軸受を有しない帯電ギャップ形成部材に比べて、像担持体の外周面と帯電ギャップ形成部材の外周面との間の摩擦力を軽減することができる。よって、帯電ローラの軸部と帯電ギャップ形成部材の内周面との摺擦箇所及び像担持体の外周面と帯電ギャップ形成部材の外周面との摺擦箇所での摩耗を抑制することができる。
【００５６】
（態様Ｇ）
（態様Ｆ）において、前記帯電ギャップ形成部材は、回転軸芯から、前記転がり軸受、前記帯電ギャップ形成部材の前記１つの層、前記当接層の順で配置されていることを特徴とするものである。
かかる構成では、温度や湿度が変化すると、当接層以外の少なくとも１つの層の体積変化は当接層を押す力の変化となって当接層に作用する。それにより、帯電ギャップ形成部材の外径を変えることができる。
【００５７】
（態様Ｈ）
像担持体１１等の像担持体と、該像担持体表面を帯電させる帯電装置１２等の帯電手段と、帯電された像担持体を露光して静電潜像を形成する露光装置１６等の露光手段と、静電潜像をトナーを用いて現像して可視像を形成する現像装置１３等の現像手段と、可視像を記録媒体に転写する２次転写装置４０等の転写手段と、記録媒体に転写された転写像を定着させる定着ユニット５０等の定着手段とを有するプリンタ１００等の画像形成装置において、前記帯電手段として、（態様Ａ）〜（態様Ｇ）のいずれかの帯電装置を用いたことを特徴とするものである。
本態様では、環境条件としての温度や湿度が変化しても、帯電ギャップの量の変動を抑制することでき、狙いの帯電電位を得ることができる。よって、狙いの帯電電位が変動することによる異常画像の発生を抑制できる画像形成装置を提供できる。
【００５８】
（態様Ｉ）
像担持体と、該像担持体表面を帯電させる帯電手段を一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在な画像形成ユニット１０等のプロセスカートリッジにおいて、前記帯電手段として、（態様Ａ）〜（態様Ｇ）のいずれかの帯電装置を用いたことを特徴とするものである。
本態様では、狙いの帯電電位が変動することによる画質悪化を抑制できる。よって、異常画像の発生を抑制できる帯電装置の画像形成装置本体に対する交換性を高めることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  画像形成部
１０  画像形成ユニット
１１  像担持体
１１Ａ  回転軸
１１Ｂ  ギヤ
１１Ｃ  像担持体駆動モータ
１１Ｄ  駆動軸
１２  帯電装置
１２Ａ  帯電ローラ
１２Ｂ  ギャップコロ
１２Ｂ−１  当接層
１２Ｂ−２  帯電ギャップ調整層
１２Ｃ  回転軸
１２Ｄ  ギヤ
１２Ｅ  駆動軸
１２Ｆ  帯電ローラ駆動モータ
１３  現像装置
１４  クリーニング装置
１５  潤滑剤塗布装置
１６  露光装置
１７  １次転写装置
２０  読取装置
３０  転写ユニット
３１  中間転写ベルト
４０  ２次転写装置
４１  ２次転写ローラ
４２  転写対向ローラ
５０  定着ユニット
６０  搬送ベルト
７０  給紙ユニット
８０  両面ユニット
９０  排紙ユニット
１００  プリンタ
１１０  中間転写ベルトクリーニングユニット
２００  本体制御部
３０１  玉軸受
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６０】
【特許文献１】特開２００７−０６５４８５号公報
【図１】
2017142286.tif 000003
【図２】
2017142286.tif 000004
【図３】
2017142286.tif 000005
【図４】
2017142286.tif 000006
【図５】
2017142286.tif 000007
【図６】
2017142286.tif 000008
【図７】
2017142286.tif 000009
【図８】
2017142286.tif 000010
【図９】
2017142286.tif 000011
【図１０】
2017142286.tif 000012
【図１１】
2017142286.tif 000013
【図１２】
2017142286.tif 000014