(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置に組み込まれた被帯電体に当接して該被帯電体を帯電するための帯電装置であって、
定電圧の直流成分と所定の交流成分とを重畳して前記帯電部材に印加する重畳印加手段と、
該印加される電流を検出すると共にその検出した電流の変化に対して遅い応答特性をもって検出値を出力する電流検出手段と、
前記電流検出手段により出力された検出値に基づいて前記交流成分を定電流に制御すると共に該交流成分が所定の周波数となるよう制御する交流成分制御手段と、
始動時には前記所定の周波数より大きな初期周波数を設定し、その設定した初期周波数から周波数を段階的に小さくして所定時間経過後に前記所定の周波数の交流成分となるよう前記交流成分制御手段を制御する始動時制御手段と、
を備え、
前記始動時制御手段は、周波数が大きい交流成分ほど長い時間に亘って印加されるよう交流成分の周波数を制御する帯電装置。
【請求項２】
前記始動時制御手段は、前記交流成分の周波数を予め設定された周波数に順次切り換えながら小さくする請求項１に記載の帯電装置。
【請求項３】
前記始動時制御手段は、周波数を設定する信号を出力する手段であり、
前記交流成分制御手段は、前記始動時制御手段から出力される信号に基づいて前記交流成分の周波数を設定する手段である請求項１または２に記載の帯電装置。
【請求項４】
前記画像形成装置は、該装置をコントロールする制御部を備え、該制御部が前記始動時制御手段を兼ねる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の帯電装置。
【請求項５】
前記始動時制御手段は、交流成分の周波数と同一の周波数でハイ・ローを切り換えてなる１ビット信号を出力する手段であり、
前記交流成分制御手段は、前記始動制御手段から出力される１ビット信号をベース入力するトランジスタと、前記電流検出手段により検出された電流に基づいて該トランジスタの出力に制限を加える回路とから構成されてなる請求項４記載の帯電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電装置に関し、詳しくは、画像形成装置に組み込まれる帯電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置に用いられる帯電装置では、被帯電体であるドラム形状の感光体と感光体を帯電する帯電ロールに関するインピーダンスが下がったときに印加する電圧を下げて感光体に生じ得るピンホールなどのダメージを回避するよう、定電圧に制御された直流成分と定電流に制御された交流成分とを重畳して帯電ロールに印加している（例えば、特開平１−２６７６６７号公報など）。また、インピーダンスが上がったときに過大な電圧が印加されることにより生じる電荷のリークを防止するために印加電圧の振幅に上限値を設定して制御するものも提案されている（例えば、特開平４−１７１４６４号公報など）。
【０００３】
さらに、感光体と帯電ロールの回転駆動の開始時、即ち立ち上げ時に、瞬間的に過大な電圧が印加されるのを防止するため、まず、必要な電圧よりも十分に低い電圧の交流成分を印加し、印加される電圧がその後徐々に必要な電圧になるよう制御する装置も提案されている（例えば、特開昭６３−２０８８７６号公報など）。
【０００４】
こうした帯電装置では、帯電不良を防止するために、インピーダンスの変化に対して定電流制御の応答性を鈍くしている。帯電ロールは、使用されない状態で長時間放置されると、感光体に押圧された状態で当接しているため、変形する場合がある。この変形は、回転駆動の際にインピーダンスの急激な変化として現われる。定電流の応答速度を速くすると、この変化に追従する結果、場合によっては、感光体の帯電不良を生じてしまうからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の立ち上げ時に電圧の制御を行なう装置では、電圧の振幅を制御する回路が必要となり、装置が複雑になるという問題があった。回路の追加や装置の複雑化は、装置の小型化と低コスト化を阻害する。また、インピーダンスの変化に対して定電流の応答性を低くしている帯電装置では、応答速度を上げて立ち上げ時の過大な電圧を防止するのは困難なものとなってしまう。
【０００６】
本発明の帯電装置は、立ち上げ時に生じうる過大な電圧が帯電部材に印加されることなく立ち上げを行なうことを目的の一つとする。また、本発明の帯電装置は、帯電部材の変形に伴うインピーダンス変化が生じても帯電不良を防止することを目的の一つとする。さらに、本発明の帯電装置は、安価で簡易な構成により上述の目的を達成することを目的の一つとする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の帯電装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００８】
本発明の帯電装置は、画像形成装置に組み込まれた被帯電体に当接して該被帯電体を帯電するための帯電装置であって、定電圧の直流成分と所定の交流成分とを重畳して前記帯電部材に印加する重畳印加手段と、該印加される電流を検出すると共にその検出した電流の変化に対して遅い応答特性をもって検出値を出力する電流検出手段と、前記電流検出手段により出力された検出値に基づいて前記交流成分を定電流に制御すると共に該交流成分が所定の周波数となるよう制御する交流成分制御手段と、始動時には前記所定の周波数より大きな初期周波数を設定し、その設定した初期周波数から周波数を段階的に小さくして所定時間経過後に前記所定の周波数の交流成分となるよう前記交流成分制御手段を制御する始動時制御手段とを備え、前記始動時制御手段は、周波数が大きい交流成分ほど長い時間に亘って印加されるよう交流成分の周波数を制御することを要旨とする。
【０００９】
この本発明の帯電装置では、始動するときに、所定の周波数より大きな周波数の交流成分が定電圧の直流成分に重畳されて帯電部材に印加される。帯電部材と被帯電部材からなる系のインピーダンスは、近似的にコンデンサによるものと考えることができるから、周波数の逆数に比例することになる。したがって、周波数を大きくすれば、インピーダンスは小さくなり、定電流制御をしている場合には、電圧は小さくなる。したがって、始動時に交流成分の周波数を定常状態の周波数より大きくすることにより、過大な電圧が印加されるのを防止することができる。また、始動時に電圧を徐々に大きくするタイプの帯電装置に比してデジタル−アナログ変換出力などが不要となるから、簡易な構成とすることができると共に安価にすることができる。また、前記電流検出手段に、前記印加される電流の変化に対して遅い応答特性をもって検出値を出力させるようにしたので、帯電部材の変形に伴ってインピーダンスが急激に変化しても、印加される電圧は急激に変化しないから、帯電不良を生じるといった問題を回避することができる。
【００１０】
また、前記交流成分の周波数が前記所定の周波数に向けて段階的に小さくなるよう制御することで、周波数の変更を簡易に行なうことができる。
【００１３】
また、段階的または連続的に周波数を変更する態様の本発明の帯電装置において、前記始動時制御手段は、前記交流成分の周波数を予め設定された周波数に順次切り換えながら小さくすることもできる。こうすれば、周波数や電圧が許容の値を超えないようにすることができる。したがって、被帯電体にダメージを与えることもない。
【００１４】
本発明の帯電装置において、前記始動時制御手段は周波数を設定する信号を出力する手段であり、前記交流成分制御手段は前記始動時制御手段から出力される信号に基づいて前記交流成分の周波数を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、周波数を設定する信号を変更するだけで交流成分を制御することができる。この結果、装置を簡易で安価なものにすることができる。
【００１５】
本発明の帯電装置において、前記画像形成装置は、該装置をコントロールする制御部を備え、該制御部が前記始動時制御手段を兼ねるものとすることもできる。この場合、画像形成装置の制御部には、始動時制御手段のみを兼ねるものの他、交流成分制御手段をも兼ねるものも含まれる。こうすれば、画像形成装置全体として簡易な構成とすることができる。この態様の本発明の帯電装置において、前記始動時制御手段は交流成分の周波数と同一の周波数でハイ・ローを切り換えてなる１ビット信号を出力する手段であり、前記交流成分制御手段は、前記始動制御手段から出力される１ビット信号をベース入力するトランジスタと、前記電流検出手段により検出された電流に基づいて該トランジスタの出力に制限を加える回路とから構成されてなるものとすることもできる。こうすれば、装置を簡易で安価なものとすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は本発明の一実施例である帯電装置２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は実施例の帯電装置２０が組み込まれた画像形成装置４０の構成の概略を示す構成図である。説明の都合上、まず図２を用いて実施例の帯電装置２０が組み込まれた画像形成装置４０の構成について簡単に説明し、その後、図１を用いて実施例の帯電装置２０の構成について詳述する。
【００１８】
画像形成装置４０は、図２に示すように、用紙トレイ４１，４２から供給される用紙４３に画像を現像する画像現像部５０と、現像された画像を用紙４３に定着する定着部６０と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット７０とを備える。実施例の帯電装置２０は、画像現像部５０に組み込まれている。図２中破線は、用紙の搬送通路である。用紙４３は、給紙コロ４４により用紙トレイ４１，４２から一枚ずつ搬送通路に送り出され、一対のローラからなる搬送ローラ４６，４８により画像現像部５０に供給されるようになっている。なお、搬送ローラ４８と画像現像部５０の間の通路には、用紙４３の供給を確認する給紙センサ６８が取り付けられている。
【００１９】
画像現像部５０は、画像の担持体としての円筒形の感光体ドラム２２と、この感光体ドラム２２と接触して回転し感光体ドラム２２の表面を一様に帯電させる帯電ローラ２４と、露光により一様に帯電した感光体ドラム２２の表面に静電潜像を形成する露光装置５２と、感光体ドラム２２の表面に形成された静電潜像に対応したトナー像を現像する現像ローラ５４と、感光体ドラム２２とにより用紙４３を挟持しながら搬送すると共に感光体ドラム２２の表面に現像されたトナー像を用紙４３に転写する転写ローラ５６とを備え、供給された用紙４３の表面に未定着のトナー像を形成し、定着部６０に用紙４３を送り出す。現像ローラ５４は、感光体ドラム２２の表面に形成された静電潜像の電荷と逆極性の電荷を帯びるトナーを静電潜像に供給して付着させることによりトナー像を現像する。トナーはトナータンク５５から現像ローラ５４に供給されるようになっている。帯電ローラ２４や現像ローラ５４や転写ローラ５６は、感光体ドラム２２に連れ回されることにより回転するようになっている。実施例の帯電装置２０は、感光体ドラム２２と帯電ローラ２４とを中心として構成されている。
【００２０】
定着部６０は、加熱ローラ６２および加圧ローラ６４からなり熱と圧力とにより未定着のトナー像を用紙４３に定着させる一対のローラと、用紙４３を搬送する複数対の搬送ローラ６６とを備え、未定着のトナー像が表面に形成された用紙４３のトナー像を定着させて装置外に送り出す。この定着部６０の一対のローラ６２，６４の後段には、用紙４３の有無を検出する排紙センサ６９も取り付けられている。
【００２１】
電子制御ユニット７０は、前述したように画像形成装置４０全体をコントロールする制御装置であり、図１に示すように、ＣＰＵ７２を中心として構成されたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ７４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。電子制御ユニット７０は、画像形成装置４０が備える各種センサからの信号を入力ポートを介して入力すると共に、処理プログラムに沿って各処理を行ない、各駆動部、例えば感光体ドラム２２の回転や給紙コロ４４による給紙タイミング，露光装置５２からの露光タイミングなどを制御している。また電子制御ユニット７０は、実施例の帯電装置２０に用いる交流成分の周波数を設定するための信号を出力ポートから出力している。実施例では、この信号は、設定する交流成分の周波数でハイレベルとローレベルとを切り換える１ビットの信号である。
【００２２】
図１に示すように、実施例の帯電装置２０は、被帯電体としての感光体ドラム２２と、帯電部材としての帯電ローラ２４と、帯電ローラ２４に印加する電圧を出力するトランス２６と、方形波を正弦波に変形するローパスフィルタ２８と、帯電ローラ２４に印加する電流を検出する電流検出回路３０と、電子制御ユニット７０からの交流成分の周波数を設定する信号と電流検出回路３０からの信号を入力して帯電ローラ２４に低電流の交流成分が印加されるよう印加される交流成分に相当する方形波信号を出力する制御回路３２と、電子制御ユニット７０とを備える。
【００２３】
図示するように、電流検出回路３０は、帯電ローラ２４に印加される電流のうちコンデンサＣ１，Ｃ２を用いることにより交流成分のみを取り出し、それを比較器Ａの一方の入力端子に入力している。比較器Ａの他方の入力端子には比較用の電圧Ｖｒｅｆを生じる電源が接続されている。また、比較器Ａの交流成分の入力側と出力側は、抵抗と容量の比較的大きなコンデンサＣ３とを介して接続されている。このコンデンサＣ３の容量を大きくしているのは、交流成分の変化に対する感度を低くするためである。したがって、電流検出回路３０からは、交流成分の電流の変化がなまされて出力されることになる。
【００２４】
制御回路３２は、電子制御ユニット７０からの信号をベース入力するｎｐｎ型のトランジスタＴと、電流検出回路３０からの出力を逆バイアスで入力するダイオードＤ１とを備える。トランジスタＴのコレクタは、抵抗Ｒ１を介して１２Ｖ電源に接続されており、エミッタは接地されている。トランジスタＴのコレクタの電位は、電子制御ユニット７０からの信号がハイレベルのときにはトランジスタＴはオンとなるから低くなり、電子制御ユニット７０からの信号がローレベルのときにはトランジスタＴはオフとなるから高くなる。したがって、電子制御ユニット７０により信号のハイ−ローの切り換え制御を行なうことにより、所望の周波数の方形波を制御回路３２から出力することができる。なお、制御回路３２の出力には、電流検出回路３０からの出力を逆バイアスで入力するダイオードＤ１を備えるから、方形波の波高は、電流検出回路３０からの出力によって制限されることになる。電流検出回路３０は、帯電ローラ２４に印加する交流成分の電流の大きさに基づいて出力を変化させるから、制御回路３２から出力される方形波の波高は、交流成分の電流を打ち消す方向に変化するよう制限を受けることになる。
【００２５】
次に、こうして構成された帯電装置２０の動作、特に始動する際の動作について説明する。図３は、始動時に電子制御ユニット７０により実行される始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、画像形成装置４０が始動されたときに実行される。
【００２６】
始動時制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、ハイレベルとローレベルとを切り換える周波数Ｆを初期周波数Ｆ０に設定する（ステップＳ１００）。この初期周波数Ｆ０は、定常状態における周波数より２〜５倍程度高い周波数として設定されている。そして、第１の所定時間が経過するのを待って（ステップＳ１０２）、切り換える周波数Ｆを初期周波数Ｆ０より小さい第１の周波数Ｆ１に設定する（ステップＳ１０４）。更に、第２の所定時間が経過するのを待って（ステップＳ１０６）、切り換える周波数Ｆを第１の周波数Ｆ１より更に小さい第２の周波数Ｆ２に設定する（ステップＳ１０８）。このように順次周波数を小さくし、最後に第ｎの所定時間が経過するのを待って（ステップＳ１１０）、切り換える周波数Ｆを定常状態における周波数Ｆｓｅｔに設定して（ステップＳ１１２）、本ルーチンを終了する。各周波数は、Ｆ０＞Ｆ１＞Ｆ２＞・・・＞Ｆｓｅｔの関係を有している。また、実施例では、各周波数で継続される時間は周波数が高いほど長い時間継続されるようになっている。なお、図３の始動時制御ルーチンが起動されてから終了するまでの時間は、帯電装置の仕様にもよるが、実施例では、５０〜２００ｍｓｅｃ程度とした。
【００２７】
こうした図３の始動時制御ルーチンを実行することにより電子制御ユニット７０から制御回路３２に向けて出力される信号は、図４に例示するように、順次周波数が低くなって定常状態の周波数に移行する矩形波となる。そして、帯電ローラ２４に印加される交流成分は、図５に示すように、順次周波数が低くなって定常状態の周波数に移行する正弦波になる。なお、帯電ローラ２４に印加される交流成分の波高は、前述したように定電流となるよう制御されている。
【００２８】
このように始動時に交流成分の周波数を大きくするのは、瞬間的に過大な電圧が印加されるのを防止するためである。感光体ドラム２２と帯電ローラ２４とからなる系のインピーダンスは、近似的にコンデンサによるものと考えることができ、次式（１）に示すことができる。したがって、インピーダンスは周波数の逆数に比例することになる。いま、周波数を大きくすれば、インピーダンスは小さくなるから、定電流を流すものとすれば電圧は低いものとなる。したがって、始動時に交流成分の周波数を定常状態の周波数より大きくすることにより、過大な電圧が印加されるのを防止することができるのである。
【００２９】
ｚ＝１／ｊωＣ＝１／ｊ２πｆＣ    （１）
【００３０】
また、実施例では、図１に示すように、電流検出回路３０の比較器Ａの応答速度を遅くするために、比較的容量の大きなコンデンサＣ３を介して電流を入力する端子と出力端子とを接続している。そして、この構成により、帯電装置２０が使用されない状態で長時間放置されたときに生じ得るインピーダンスの急激な変化に伴う帯電不良を防止している。即ち、帯電装置２０が長時間使用されないと、帯電ローラ２４は感光体ドラム２２に押圧された状態で当接しているため、変形する場合がある。この変形は、感光体ドラム２２と帯電ローラ２４とを回転駆動した際にインピーダンスの急激な変化として現われる。図６にこの場合の感光体ドラム２２と帯電ローラ２４の回転の様子を示す。帯電ローラ２４には、長時間の放置によりへこみ２５が形成されている。帯電ローラ２４が感光体ドラム２２と当接した状態で回転駆動すると、このへこみ２５が感光体ドラム２２に接触する際に、回転駆動の滑らかさが失われ、インピーダンスの急激な変化を生じる。コンデンサＣ３の容量を小さくして比較器Ａの応答速度を速くすると、このインピーダンスの急激な変化に追従する結果、良好な帯電を行なうことができない場合が生じる。実施例では、こうした帯電不良を防止するために比較的容量の大きなコンデンサＣ３を用いて比較器Ａの応答速度を遅くしているのである。
【００３１】
このように、実施例の帯電装置２０では、定電流制御における応答速度を低くして帯電不良などの弊害を防止するが、始動時の交流成分の周波数を大きくすることにより始動時の応答速度を速くしているのである。
【００３２】
以上説明した実施例の帯電装置２０によれば、瞬間的に過大な電圧を印加することなく始動することができる。しかも、周波数を変更するだけであるから、電圧を順次大きくしていくものに比して簡易な構成とすることができ、安価なものとすることができる。また、定電流制御における応答速度を十分に遅くしたので、帯電装置２０が使用されない状態で長時間放置されたときに生じ得るインピーダンスの急激な変化に伴う帯電不良を防止することができる。
【００３３】
実施例の帯電装置２０では、始動時の交流の周波数を段階的に小さくして定常状態の周波数としたが、周波数を連続的に小さくして定常状態の周波数とするものとしてもよい。また、実施例の帯電装置２０では、周波数の大きいときほど長い時間となるようにしたが、同じ時間となるようにしても差し支えない。
【００３４】
実施例の帯電装置２０では、制御回路３２や電流検出回路３０をハードウエアで構成したが、マイクロプロセッサを用いてハードウエアとソフトウエアとにより構成するものとしてもよい。この場合、電子制御ユニット７０がその一部を兼ねるように構成してもよい。例えば、電流センサにより検出された信号を電子制御ユニット７０が受け取り、その信号に対してなまし処理を行なってローパスフィルタ２８に対して直接交流成分に相当する方形波を出力するものとしてもよい。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例である帯電装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】  実施例の帯電装置２０が組み込まれた画像形成装置４０の構成の概略を示す構成図である。
【図３】  始動時に電子制御ユニット７０により実行される始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】  始動時に電子制御ユニット７０から制御回路３２に出力される信号の一例を示す説明図である。
【図５】  始動時に帯電ローラ２４に印加される交流成分を例示する説明図である。
【図６】  長時間放置されたときの感光体ドラム２２と帯電ローラ２４との動作を説明する説明図である。
【符号の説明】
２０  帯電装置、２２  感光体ドラム、２４  帯電ローラ、２５  へこみ、２６  トランス、２８  ローパスフィルタ、３０  電流検出回路、３２  制御回路、４０  画像形成装置、４１，４２  用紙トレイ、４３  用紙、４４  給紙コロ、４６，４８  搬送ローラ、５０  画像現像部、５２  露光装置、５４  現像ローラ、５５  トナータンク、５６  転写ローラ、６０  定着部、６２  加熱ローラ、６４  加圧ローラ、６６  搬送ローラ、６８  給紙センサ、６９  排紙センサ、Ａ  比較器、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  コンデンサ、Ｒ１  抵抗、Ｄ１  ダイオード、Ｔ  トランジスタ。
【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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