JP2005292262A - 帯電装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

帯電装置およびそれを備えた画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 被帯電体を均一に帯電できるとともに、被帯電体上の残留トナーに逆電荷が付与されるのを防止できる帯電装置を提供すること。
【解決手段】 回転される被帯電体の周りの表面に対向する帯電部材を備える。その帯電部材と被帯電体との間に、直流電圧成分と周期的に変化する電圧成分とを重畳させた脈流電圧Vspを印加する電圧印加部を備える。脈流電圧Vspのピーク間電圧値Vppと被帯電体の帯電開始電圧値Vthとの間で、Vpp≦|Vth|なる関係を満たす。
【選択図】図2

Description

この発明は帯電装置およびそれを備えた画像形成装置に関し、より詳しくは、被帯電体としての静電潜像担持体を帯電させるのに適した帯電装置およびそれを備えた電子写真方式の画像形成装置に関する。画像形成装置としては、典型的には複写機、プリンタ、ファクシミリやこれらの複合機等が挙げられる。
従前より、この種の画像形成装置の帯電装置としては、感光体ドラムに対してローラ、パッド、シート等の帯電部材を接触または近接させた方式のもの(以下「接触帯電装置」と呼ぶ。)が広く知られている。例えば特許文献1(特開昭63−149668号公報)に記載されているように、一般的には、その帯電部材と感光体ドラムとの間に、直流電圧Vdcと交流電圧Vacとを重畳させた脈流電圧(Vdc+Vac)が印加されるとともに、均一帯電を得るために、脈流電圧のピーク間電圧値(Vpp)が感光体ドラムの帯電開始電圧値(Vth)の2倍以上に設定されている。つまり、Vpp≧2Vthに設定されている。
特開昭63−149668号公報
しかし、そのような設定では、帯電部材のところを通過する時に、転写工程で感光体ドラム表面に残留したトナーに帯電部材から逆電荷が付与(注入)されるため、帯電部材に対しトナーが付着してしまい、帯電不良を起こすという問題がある。また、感光体ドラムに接触配置した現像装置(以下「接触現像装置」と呼ぶ。)と上記帯電装置とが組み合わされ、接触現像装置で残留トナーを回収しつつ現像を行う方式(いわゆるクリーナレス方式)では、感光体ドラム上の残留トナーに逆電荷が付与されると、接触現像装置でのトナー回収が不十分となり、画像不良が発生するという問題もある。
そこで、この発明の課題は、被帯電体を均一に帯電できるとともに、被帯電体上の残留トナーに逆電荷が付与されるのを防止できる帯電装置を提供することにある。
また、この発明の課題は、そのような帯電装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、この発明の帯電装置は、
回転される被帯電体の周りの表面に対向する帯電部材と、
上記帯電部材と被帯電体との間に、直流電圧成分と周期的に変化する電圧成分とを重畳させた脈流電圧を印加する電圧印加部とを備え、
上記脈流電圧のピーク間電圧値をVpp、上記被帯電体の帯電開始電圧値をVthとしたとき、
Vpp≦|Vth|
なる関係を満たすことを特徴とする。
ここで、帯電部材が被帯電体に「対向」しているとは、当接または近接している場合を含む。
この発明の帯電装置を用いて電子写真方式で画像形成を行う場合、上記関係を満たすお蔭で、帯電部材のところを通過する時に被帯電体としての静電潜像担持体上の残留トナーに逆電荷が付与されるのが防止されて、残留トナーの荷電性が安定する。これにより、上記帯電部材に対するトナー付着が防止されて、帯電不良を起こすことが無くなる。これにより長期間にわたり画像品質を良好に保つことができる。また、上記帯電装置と接触現像装置とが組み合わされ、クリーナ装置が省略された場合であっても、接触現像装置で確実なトナー回収が行われる。これにより長期間にわたり画像品質を良好に保つことができる。
さらに、帯電部材の清掃を目的とした清掃手段(機械的あるいは電気的手法)を備える必要がなくなる。また、この帯電装置は、上記脈流電圧のピーク間電圧値(Vpp)を規制するものであるから、放電電界切換えなどの複雑な制御を要しない。したがって、この帯電装置は、簡素で低コストに構成される。
一実施形態の帯電装置では、上記脈流電圧の直流電圧成分をVdcとしたとき、
|Vth|≦|Vdc|
なる関係を満たすことを特徴とする。
この一実施形態の帯電装置によれば、帯電部材のところを通過する時に被帯電体上の残留トナーに対する逆電荷付与がさらに防止される。したがって、上記帯電部材に対するトナー付着が有効に防止されて、帯電不良を起こすことがさらに無くなる。
一実施形態の帯電装置では、
上記帯電部材がローラ状、パット状またはシート状であることを特徴とする。
この一実施形態の帯電装置では、上記帯電部材がローラ状、パット状またはシート状であるから、被帯電体に対して当接または近接して配置されて、接触帯電装置が構成される。このため、本来は、被帯電体上の残留トナーが帯電部材に付着する可能性がある。よって、この発明を適用する効果が大きい。つまり、上記帯電部材に対するトナー付着が有効に防止されて、帯電不良を起こすことが無くなる。
この発明の画像形成装置は、電子写真方式の画像形成装置であって、被帯電体としての回転される静電潜像担持体の周りに、この静電潜像担持体の表面を一様に帯電させる上記発明の帯電装置と、上記静電潜像担持体表面を露光して潜像を形成する露光装置と、上記潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、上記トナーを被転写材に転写させる転写装置とを順に備えたことを特徴とする。
言い換えれば、この発明の画像形成装置は、被帯電体としての回転される静電潜像担持体の周りに、この静電潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電装置と、上記静電潜像担持体表面を露光して潜像を形成する露光装置と、上記潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、上記トナーを被転写材に転写させる転写装置とを順に備えた電子写真方式の画像形成装置であって、
上記帯電装置が上記静電潜像担持体の周りの表面に対向する帯電部材を含み、
上記帯電部材と静電潜像担持体との間に、直流電圧成分と周期的に変化する電圧成分とを重畳させた脈流電圧を印加する電圧印加部を備え、
上記脈流電圧のピーク間電圧値をVpp、上記静電潜像担持体の帯電開始電圧値をVthとしたとき、
Vpp≦|Vth|
なる関係を満たすことを特徴とする。
この発明の画像形成装置によれば、上記関係を満たすお蔭で、帯電部材のところを通過する時に静電潜像担持体上の残留トナーに逆電荷が付与されるのが防止されて、残留トナーの荷電性が安定する。これにより、上記帯電部材に対するトナー付着が防止されて、帯電不良を起こすことが無くなる。これにより長期間にわたり画像品質を良好に保つことができる。
さらに、帯電部材の清掃を目的とした清掃手段(機械的あるいは電気的手法)を備える必要がなくなる。また、この画像形成装置は、上記脈流電圧のピーク間電圧値(Vpp)を規制するものであるから、放電電界切換えなどの複雑な制御を要しない。したがって、この画像形成装置は、簡素で低コストに構成される。
一実施形態の画像形成装置は、上記脈流電圧の直流電圧成分をVdcとしたとき、
|Vth|≦|Vdc|
なる関係を満たすことを特徴とする。
この一実施形態の画像形成装置によれば、帯電部材のところを通過する時に静電潜像担持体上の残留トナーに対する逆電荷付与がさらに防止される。したがって、上記帯電部材に対するトナー付着が有効に防止されて、帯電不良を起こすことがさらに無くなる。
一実施形態の画像形成装置は、上記帯電部材がローラ状、パット状またはシート状であることを特徴とする。
この一実施形態の画像形成装置では、上記帯電部材がローラ状、パット状またはシート状であるから、静電潜像担持体に対して当接または近接して配置されて、接触帯電装置が構成される。このため、本来は、静電潜像担持体上の残留トナーが帯電部材に付着する可能性がある。よって、この発明を適用する効果が大きい。つまり、上記帯電部材に対するトナー付着が有効に防止されて、帯電不良を起こすことが無くなる。
一実施形態の画像形成装置では、上記現像装置は、上記転写装置による転写後に上記静電潜像担持体表面に残留したトナーを回収するトナー回収部を含むことを特徴とする。
この一実施形態の画像形成装置では、現像装置のトナー回収部で確実なトナー回収が行われる。したがって、上記転写装置による転写後に上記静電潜像担持体表面に残留したトナーを回収するために、別途クリーナ装置を設ける必要が無い。そのようなクリーナ装置が省略された場合であっても、長期間にわたり画像品質を良好に保つことができる。
図1(a)は、この発明の一実施形態である帯電装置を備えた、電子写真方式のタンデム型画像形成装置の概略構成を示している。画像形成装置は、具体的には、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等である。尚、本実施形態では、タンデム型の画像形成装置を例示したが、作像方式はタンデム型に限定されるものではない。
図1(a)に示すように、この画像形成装置は、二つのローラ51,52に巻回され矢印92の向きに循環される環状の中間転写ベルト6と、この中間転写ベルト6上に上流側から順に配置されたイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(Bk)の4色分の画像形成ユニット1Y、1M、1C、1BKを備えている。
例えば、イエロー(Y)の画像形成ユニット1Yは、被帯電体および静電潜像担持体としての感光体ドラム(図示しないモータによって矢印91の向きに回転される。)2の周りに、荷電制御部材5および帯電部材3と、露光装置13と、現像装置4と、1次転写装置7とを順に備えている。この例では、荷電制御部材5と帯電部材3はそれぞれ感光体ドラム2の表面に当接または近接した導電性ローラからなっている。これらの荷電制御部材5および帯電部材3は、後述する仕方で感光体ドラム2の残留トナーの荷電性を安定させるとともに感光体ドラム2の表面を一様に帯電させる。露光装置13は、例えば半導体レーザ素子からなり、一様に帯電された感光体ドラム2の表面を露光してそこに潜像を形成する。現像装置4は、その潜像にトナー(この画像形成ユニット1Yではイエロートナー)を付着させて現像する。この例では、現像装置4は、感光体ドラム表面に当接または近接した現像ローラ4aを有する接触現像装置であり、上記感光体ドラム表面に残留したトナーを回収するトナー回収部としても働く(いわゆるクリーナレス方式)。1次転写装置7は、中間転写ベルト6を挟んで感光体ドラム2に対向する転写ローラを有し、この転写ローラに所定のバイアス電圧が印加されることによって、感光体ドラム表面上のトナーを被転写材としての中間転写ベルト6に転写する。
残りの色の画像形成ユニット1M、1C、1BKは、トナーの色の違いを除いて、画像形成ユニット1Yと同じ構成になっている。中間転写ベルト6が各画像形成ユニットを通過するごとに色が重ねられて、最終的にフルカラー画像が中間転写ベルト6上に形成される。
4色分の画像形成ユニット1Y、1M、1C、1BKよりも下流の位置、この例では中間転写ベルト6を挟んでローラ52に対向する位置に、転写ローラからなる2次転写装置8が設けられている。2次転写装置8は、その転写ローラに所定のバイアス電圧が印加されることによって、中間転写ベルト表面上のカラー画像を紙などのシート9に一括して転写する。カラー画像が転写されたシート9は、矢印93で示すように上方へ搬送され、図示しない定着部を通過することによってカラー画像が定着される。
また、ローラ52の上方にはクリーニングブレード10が設けられている。2次転写工程後に中間転写ベルト6上に残留したトナーはこのクリーニングブレード10によって中間転写ベルト6上から除去され、図示しない搬送スクリューで搬送され、やはり図示しない廃トナー容器に回収される。
また、図1(b)に示すように、この画像形成装置は、この装置全体の動作を制御する制御コントローラ19と、この制御コントローラ19による指示に応じて、この画像形成装置の各部へ電力を供給するバイアス電源20を備えている。上述の荷電制御部材5、帯電部材3、現像装置4、1次転写装置7、2次次転写装置8等へは、このバイアス電源20から所定の電圧が供給される。このバイアス電源20は、直流電圧成分Vdcと周期的に変化する矩形波の電圧成分Vacとを重畳させた脈流電圧Vspを供給できるようになっている。
なお、この実施形態では、脈流電圧Vspの最大値、最小値、ピーク間電圧値をそれぞれVmax、Vmin、Vppと表す。Vpp=|Vmax−Vmin|である。周期的に変化する電圧成分Vacの周期は、感光体ドラム2の表面が各部材のところを対向して通過する期間に比して十分小さいものとする。
さて、転写工程で感光体ドラム2の表面に残留したトナーに帯電部材3から逆電荷が付与(注入)されると、感光体ドラム2の表面に当接した帯電部材3に対してトナーが付着して帯電不良を起こしたり、接触現像装置でのトナー回収が不十分となって画像不良が発生したりする可能性がある。そこで、この画像形成装置では、感光体ドラム2上の残留トナーに逆電荷が付与されるのを防止するために、荷電制御部材5と感光体ドラム2との間、帯電部材3と感光体ドラム2との間に、以下のようにしてバイアス電圧を印加する。
なお、感光体ドラム2は、筒状の導体ドラムの外周面に公知の有機半導体・アモルファスシリコン・セレン等の光導電性半導体材料層を設けて構成されている。この感光体ドラム2の導体ドラムは接地されている。
(第1のバイアス印加例)
前提として、まず図4に示すように、帯電部材3に直流電圧Vdcを印加したとき感光体ドラム2がとる表面電位(以下「感光体表面電位」と略称する。)Voを測定した(Vdc−Vo特性)。感光体ドラム2は、Vdc≒−600Vから帯電を開始し(帯電開始電圧Vth=−600V)、|Vdc|がその|Vth|よりも大きい領域では、VdcとVoとはほぼ直線的な関係を示した。
また、図5に示すように、帯電部材3に脈流電圧(Vdc+Vac)を印加したときの、脈流電圧のピーク間電圧値Vppと感光体表面電位Voとの関係を、Vdcをパラメータとして測定した。Vpp値の小さい領域では、Vo値はVpp値に比例して直線的に増加し、Vppが或る値を超えるとVo値は飽和してほぼ一定値になる(その飽和したVo値はほぼVdc値に等しい。)。Vo値がVpp値に比例する領域と飽和する領域との境界は、前述の直流電圧印加時のVth値のほぼ2倍の値(2Vth)に等しい。
図3は、参考のために、特許文献1(特開昭63−149668号公報)に開示されているようなVpp≧2Vthの関係を満足する場合の、帯電部材に到達した後の感光体表面電位Voを示している。図中、横軸は時間、縦軸は電圧を表している。図5に示した結果に対応して、Vo値は、バイアス印加を受けて既にほぼVdc値に等しくなっている。このようなバイアス印加条件では、Vmax−Vo≧Vthの時には感光体ドラム2に対して正規の帯電が行われる一方、Vmin−Vo≧Vthの時には感光体ドラム2に対して逆帯電(除電)が行われることとなる。特許文献1(特開昭63−149668号公報)の技術は、この逆帯電(除電)によって感光体表面電位Voの一様化を図ったものであるが、それによって感光体ドラム2上の残留トナーに対し逆電荷が付与(注入)される。このため、既述のように、上記帯電部材に対しトナーが付着し均一な帯電が困難となり、あるいは、トナー回収部(現像部)で確実なトナー回収が行われなくなるため、画像不良を引き起こすこととなる。
そこで、この第1のバイアス印加例では、図2に示すように、帯電部材3に印加される脈流電圧Vsp=Vdc+Vacと感光体ドラム2の帯電開始電圧値Vthとの間で、
Vpp≦|Vth|≦|Vdc| …(1)
なる関係を満たすものとする。この図2は、帯電部材3に到達した後の感光体表面電位Voを示している。図中、横軸は時間、縦軸は電圧を表している。なお、既述のように、Vpp=|Vmax−Vmin|である。Vmax、Vminはそれぞれ脈流電圧Vspの最大値、最小値を表す。
なお、帯電部材3に「到達した後」とは、帯電部材3のところを通過中であって既にバイアス印加を受けたとき、および帯電部材3のところを通過した後を含む意味である(以下同様。)。
現像装置4の現像方式として、感光体ドラム2の帯電極性と同一極性(今回は負極性)のトナーを用いた反転現像方式の場合の、各電圧値の例は、次の通りである。
まず、帯電部材3に印加される脈流電圧Vspについては、Vdc=−900V、Vmax=−1100V、Vmin=−700V、Vpp=400Vである。
また、感光体ドラム2については、帯電部材3との間での帯電開始電圧Vth=−600Vである。
感光体ドラム2の表面電位は、Vo=−500V(帯電部材3に到達した後)となる。
図6に示すように、図3に示した従来例ではVpp≧2|Vth|である領域D0を使用しているのに対して、この第1のバイアス印加例ではVpp≦|Vth|である領域D1、つまりVo値がVpp値に比例して直線的に増加する領域を使用している点に特徴がある。
上記式(1)のバイアス印加条件では、|Vmax−Vo|>|Vth|の時には感光体ドラム2に対して正規の帯電が行われるが、|Vmin−Vo|<|Vth|のときには感光体ドラム2に対して逆帯電(除電)が行われないこととなる。したがって、感光体ドラム2上の残留トナーに逆電荷が付与されるのが防止されて、残留トナーの荷電性が安定する。これにより、帯電部材3に対するトナー付着が防止されて、帯電不良を起こすことが無くなる。これにより長期間にわたり画像品質を良好に保つことができる。また、現像装置4がトナー回収部として働いて、確実なトナー回収が行われる。したがって、1次転写装置7による転写後に感光体ドラム表面に残留したトナーを回収するために、別途クリーナ装置を設ける必要が無い。この画像形成装置のように、そのようなクリーナ装置が省略された場合であっても、長期間にわたり画像品質を良好に保つことができる。
さらに、帯電部材3の清掃を目的とした清掃手段(機械的あるいは電気的手法)を備える必要がなくなる。また、この画像形成装置は、上記脈流電圧Vspのピーク間電圧値Vppを規制するものであるから、放電電界切換えなどの複雑な制御を要しない。したがって、この画像形成装置は、簡素で低コストに構成される。
図7は、上記式(1)のバイアス印加条件を用いた場合と、図3に示した従来のバイアス印加条件を用いた場合とについて、耐刷テストの結果を比較して示している。図中、横軸は印刷枚数(単位1000枚)を示し、縦軸は画像ノイズを5段階で評価したノイズレベルを示す。図3に示した従来のバイアス印加条件を用いた場合は、破線グラフC0で示すように、帯電部材(導電性ローラ)3の汚れ(トナー汚染)に起因して、2000枚印字時にはノイズレベル3になり、それ以降ではレベル1まで画像ノイズが悪化する。これに対して、上記式(1)のバイアス印加条件を用いた場合は、実線グラフC1で示すように、2万枚までレベル4以上を維持している。
なお、この第1のバイアス印加例では、上記式(1)のバイアス印加条件を帯電部材3に適用したが、上記式(1)のバイアス印加条件は、帯電部材3に限らず、荷電制御部材5を含むすべての荷電手段に適用でき、同様の作用効果を奏することが可能である。
(第2のバイアス印加例)
図8は第2のバイアス印加例を示している。この第2のバイアス印加例では、帯電部材3に印加される脈流電圧Vsp=Vdc+Vacと感光体ドラム2の帯電開始電圧値Vthとの間で、
|Vmax−Vo|>|Vth|>|Vmin−Vo| …(2)
、および
|Vmin|≧|Vo| …(3)
なる関係を満たしている。この図8の左半分(A)中には帯電部材3に到達する前の感光体表面電位VoをVo(ii)で表し、図8の右半分(B)中には帯電部材3に到達した後の感光体表面電位VoをVo(iii)で表している。図中、横軸は時間、縦軸は電圧を表している。なお、既述のように、Vmax、Vminはそれぞれ脈流電圧Vspの最大値、最小値を表す。
現像装置4の現像方式として、感光体ドラム2の帯電極性と同一極性(今回は負極性)のトナーを用いた反転現像方式の場合の、各電圧値の例は、次の通りである。
まず、帯電部材3に印加される脈流電圧Vspについては、Vdc=−900V、Vmax=−1100V、Vmin=−700V、Vpp=400Vである。
また、感光体ドラム2については、帯電部材3との間での帯電開始電圧Vth=−600Vである。
感光体ドラム2の表面電位は、Vo=−500V(帯電部材3に到達した後)となる。
上記式(2)のバイアス印加条件では、既述の式(1)のバイアス印加条件の場合と同様に、|Vmax−Vo|>|Vth|の時には感光体ドラム2に対して正規の帯電が行われるが、|Vmin−Vo|<|Vth|のときには感光体ドラム2に対して逆帯電(除電)が行われないこととなる。したがって、帯電部材3のところを通過する時に感光体ドラム2上の残留トナーに逆電荷が付与されるのが防止されて、残留トナーの荷電性が安定する。これにより、帯電部材3に対するトナー付着が防止されて、帯電不良を起こすことが無くなる。これにより長期間にわたり画像品質を良好に保つことができる。また、現像装置4がトナー回収部として働いて、確実なトナー回収が行われる。したがって、1次転写装置7による転写後に感光体ドラム表面に残留したトナーを回収するために、別途クリーナ装置を設ける必要が無い。この画像形成装置のように、そのようなクリーナ装置が省略された場合であっても、長期間にわたり画像品質を良好に保つことができる。
さらに、帯電部材3の清掃を目的とした清掃手段(機械的あるいは電気的手法)を備える必要がなくなる。また、この画像形成装置は、上記脈流電圧Vspのピーク間電圧値Vppを規制するものであるから、放電電界切換えなどの複雑な制御を要しない。したがって、この画像形成装置は、簡素で低コストに構成される。
上記式(3)のバイアス印加条件、すなわち|Vmin|≧|Vo|なる関係を満たすべき理由は、次の通りである。
参考のために、図9と図10にそれぞれ、上記式(3)のバイアス印加条件、すなわち|Vmin|≧|Vo|なる関係を満たさないようなバイアス印加例を示している。帯電部材3に到達する前の感光体表面電位VoをVo(ii)で表し、帯電部材3に到達した後の感光体表面電位VoをVo(iii)で表すものとすると、図9は|Vo(ii)|>|Vo(iii)|の場合に相当し、図10は|Vo(ii)|<|Vo(iii)|の場合に相当する。
図9の左半分(A)から分かるように、帯電部材3に到達する前には、|Vmax−Vo|<|Vth|の時には感光体ドラム2に対して帯電が行われないが、|Vmin−Vo|>|Vth|の時には感光体ドラム2に対して逆帯電(除電)が行われるバイアス関係になっている。このバイアス関係は、図9の右半分(B)に示すように、帯電部材3に到達した後も、同様である。このため、|Vmin−Vo|>|Vth|の時に、感光体ドラム2上の残留トナーに対し逆電荷が付与(注入)される。それによって、帯電部材3に対しトナーが付着し均一な帯電が困難となり、あるいは、トナー回収部(現像装置4)で確実なトナー回収が行われなくなるため、画像不良を引き起こすこととなる。
また、図10の左半分(A)から分かるように、帯電部材3に到達する前には、|Vmax−Vo|>|Vth|の時には感光体ドラム2に対して正規の帯電が行われるが、|Vmin−Vo|<|Vth|の時には感光体ドラム2に対して逆帯電(除電)が行われないバイアス関係になっている。しかし、図10の右半分(B)に示すように、帯電部材3に到達した後は、|Vmin−Vo|>|Vth|の時に、感光体ドラム2上の残留トナーに対し逆電荷が付与(注入)される。それによって、帯電部材3に対しトナーが付着し均一な帯電が困難となり、あるいは、トナー回収部(現像装置4)で確実なトナー回収が行われなくなるため、画像不良を引き起こすこととなる。
このように、|Vmin|≧|Vo|なる関係を満たさない場合は、帯電部材3のところを通過する時に感光体ドラム2上の残留トナーに対し逆電荷が付与されることになる。したがって、感光体ドラム2上の残留トナーに対する逆電荷付与を防止するためには、上記式(3)のバイアス印加条件、すなわち|Vmin|≧|Vo|なる関係を満たすことが望ましい。
図11は、上記式(2)および(3)のバイアス印加条件を用いた場合と、図3に示した従来のバイアス印加条件を用いた場合とについて、耐刷テストの結果を比較して示している。図中、横軸は印刷枚数(単位1000枚)を示し、縦軸は画像ノイズを5段階で評価したノイズレベルを示す。図3に示した従来のバイアス印加条件を用いた場合は、破線グラフC0で示すように、帯電部材(導電性ローラ)3の汚れ(トナー汚染)に起因して、2000枚印字時にはノイズレベル3になり、それ以降ではレベル1まで画像ノイズが悪化する。これに対して、上記式(2)および(3)のバイアス印加条件を用いた場合は、実線グラフC2で示すように、2万枚までレベル4以上を維持している。
なお、この第2のバイアス印加例では、上記式(2)および(3)のバイアス印加条件を帯電部材3に適用したが、上記式(2)および(3)のバイアス印加条件は、帯電部材3に限らず、荷電制御部材5を含むすべての帯電手段に適用でき、同様の作用効果を奏することが可能である。
(第3のバイアス印加例)
図12は第3のバイアス印加例を示している。この第3のバイアス印加例では、この図12の左半分(A)中に示すように1次転写装置7による転写工程後で荷電制御部材5に到達する前の感光体ドラム2の表面電位をVo(i)とし、図12の右半分(B)中に示すように荷電制御部材5に到達した後で帯電部材3に到達する前の感光体ドラム2の表面電位をVo(ii)としたとき、
|Vo(i)|<|Vo(ii)| …(4)
なる関係を満たし、かつ、荷電制御部材5に印加される脈流電圧(これを帯電部材3に印加される脈流電圧Vspと区別するために、Vspfと表す。)と感光体ドラム2の帯電開始電圧値Vthの間で、
|Vmax−Vo|>|Vth|>Vpp …(5)
なる関係を満たす例を示している。図中、横軸は時間、縦軸は電圧を表している。なお、Vmax、Vminはそれぞれ脈流電圧Vspfの最大値、最小値を表す。
なお、荷電制御部材5に「到達した後」とは、荷電制御部材5のところを通過中であって既にバイアス印加を受けたとき、および荷電制御部材5のところを通過した後を含む意味である(以下同様。)。
現像装置4の現像方式として、感光体ドラム2の帯電極性と同一極性(今回は負極性)のトナーを用いた反転現像方式の場合の、各電圧値の例は、次の通りである。
まず、荷電制御部材5に印加される脈流電圧Vspfについては、Vdc=−900V、Vmax=−1100V、Vmin=−700V、Vpp=400Vである。
また、感光体ドラム2については、荷電制御部材5との間での帯電開始電圧Vth=−600Vである。
感光体ドラム2の表面電位Voは、Vo(i)=−300V、Vo(ii)=−500Vとなる。
図12から分かるように、荷電制御部材5に到達する前、到達した後にわたって、|Vmax−Vo|>|Vth|の時には感光体ドラム2に対して正規の帯電が行われるが、|Vmin−Vo|<|Vth|の時には感光体ドラム2に対して逆帯電(除電)が行われないバイアス関係になっている。したがって、荷電制御部材5のところを通過する時に感光体ドラム2上の残留トナーに逆電荷が付与されるのが防止されて、残留トナーの荷電性が安定する。これにより、帯電部材3に対するトナー付着が防止されて、帯電不良を起こすことが無くなる。これにより長期間にわたり画像品質を良好に保つことができる。また、現像装置4がトナー回収部として働いて、確実なトナー回収が行われる。したがって、1次転写装置7による転写後に感光体ドラム表面に残留したトナーを回収するために、別途クリーナ装置を設ける必要が無い。この画像形成装置のように、そのようなクリーナ装置が省略された場合であっても、長期間にわたり画像品質を良好に保つことができる。
さらに、帯電部材3の清掃を目的とした清掃手段(機械的あるいは電気的手法)を備える必要がなくなる。また、この画像形成装置は、上記脈流電圧Vspのピーク間電圧値Vppを規制するものであるから、放電電界切換えなどの複雑な制御を要しない。したがって、この画像形成装置は、簡素で低コストに構成される。
参考のために、図13、図14、図15にそれぞれ、上記式(4),(5)のバイアス印加条件を満たさないようなバイアス印加例を示している。
まず図13は、
|Vo(i)|>|Vo(ii)|
であり、かつ
|Vmin−Vo|>|Vth|>Vpp
であるようなバイアス印加例を示している。この図13のバイアス印加例では、荷電制御部材5に到達する前、到達した後にわたって、|Vmax−Vo|<|Vth|の時に感光体ドラム2に対して正規の帯電が行われないし、|Vmin−Vo|>|Vth|の時に感光体ドラム2に対して逆帯電(=除電)がバイアス関係になっている。このため、|Vmin−Vo|>|Vth|の時に、感光体ドラム2上の残留トナーに対し逆電荷が付与(注入)される。それによって、帯電部材3に対しトナーが付着し均一な帯電が困難となり、あるいは、トナー回収部(現像装置4)で確実なトナー回収が行われなくなるため、画像不良を引き起こすこととなる。
次の図14は、
|Vo(i)|<|Vo(ii)|
であり、かつ
|Vmax−Vo|≧|Vmin−Vo|≧|Vth|
であるようなバイアス印加例を示している。このバイアス印加例では、図14の左半分(A)に示すように、荷電制御部材5に到達する前には、|Vmax−Vo|>|Vth|の時には感光体ドラム2に対して正規の帯電が行われるが、|Vmin−Vo|<|Vth|の時には感光体ドラム2に対して逆帯電(除電)が行われないバイアス関係になっている。しかし、図14の右半分(B)に示すように、荷電制御部材5に到達した後は、|Vmax−Vo|≧|Vth|の時には感光体ドラム2に対して正規の帯電が行われるが、|Vmin−Vo|≧|Vth|の時に、感光体ドラム2上の残留トナーに対し逆電荷が付与(注入)される。それによって、帯電部材3に対しトナーが付着し均一な帯電が困難となり、あるいは、トナー回収部(現像装置4)で確実なトナー回収が行われなくなるため、画像不良を引き起こすこととなる。
次の図15は、
|Vo(i)|>|Vo(ii)|
であり、かつ
|Vmin−Vo|≧|Vmax−Vo|≧|Vth|
であるようなバイアス印加例を示している。このバイアス印加例では、図15の左半分(A)に示すように、荷電制御部材5に到達する前には、|Vmin−Vo|>|Vth|の時には感光体ドラム2に対して逆帯電(除電)が行われるバイアス関係になっている。また、図15の右半分(B)に示すように、荷電制御部材5に到達した後は、|Vmax−Vo|≧|Vth|の時には感光体ドラム2に対して正規の帯電が行われ、|Vmin−Vo|≧|Vth|の時に、感光体ドラム2上の残留トナーに対し逆電荷が付与(注入)される。それによって、帯電部材3に対しトナーが付着し均一な帯電が困難となり、あるいは、トナー回収部(現像装置4)で確実なトナー回収が行われなくなるため、画像不良を引き起こすこととなる。
このように、上記式(4)または(5)のバイアス印加条件を満たさない場合は、荷電制御部材5のところを通過する時に感光体ドラム2上の残留トナーに対し逆電荷が付与されることになる。したがって、感光体ドラム2上の残留トナーに対する逆電荷付与を防止するためには、上記式(4)および(5)のバイアス印加条件を満たすことが望ましい。
なお、この第3のバイアス印加例では、上記式(4)および(5)のバイアス印加条件を荷電制御部材5に適用したが、上記式(4)および(5)のバイアス印加条件は、荷電制御部材5に限らず、帯電部材3を含むすべての帯電手段に適用でき、同様の作用効果を奏することが可能である。
(第4のバイアス印加例)
図16は第4のバイアス印加例を示している。この第4のバイアス印加例では、この図16の左端部(A)に示すように1次転写装置7による転写工程後で荷電制御部材5に到達する前の感光体ドラム2の表面電位(非画像部)をVo(i)とし、図16の中央部(B)に示すように荷電制御部材5に到達した後で帯電部材3に到達する前の感光体ドラム2の表面電位をVo(ii)と、図16の右端部(C)に示すように帯電部材3に到達した後の感光体ドラム2の表面電位をVo(iii)としたとき、
|Vo(i)|<|Vo(ii)|<|Vo(iii)| …(6)
なる関係を満たし、かつ、荷電制御部材5に印加される脈流電圧Vspfと感光体ドラム2の帯電開始電圧値Vthとの間、帯電部材3に印加される脈流電圧Vspと感光体ドラム2の帯電開始電圧値Vthとの間でそれぞれ、
|Vmax−Vo|>|Vth|>Vpp …(7)
なる関係を満たす例を示している。図中、横軸は時間、縦軸は電圧を表している。なお、Vmax、Vminはそれぞれ脈流電圧Vspf、Vspの最大値、最小値を表す。Vi(i)は、1次転写装置7による転写工程後で荷電制御部材5に到達する前の感光体ドラム2の画像部の表面電位を示している。
現像装置4の現像方式として、感光体ドラム2の帯電極性と同一極性(今回は負極性)のトナーを用いた反転現像方式の場合の、各電圧値の例は、次の通りである。
まず、荷電制御部材5に印加される脈流電圧Vspfについては、Vdc=−500V、Vmax=−700V、Vmin=−300V、Vpp=400Vである。
次に、帯電部材3に印加される脈流電圧Vspについては、Vdc=−900V、Vmax=−1100V、Vmin=−700V、Vpp=400Vである。
感光体ドラム2については、荷電制御部材5との間の帯電開始電圧値Vth=−400V、帯電部材3との間の帯電開始電圧値Vth=−600Vである。
感光体ドラム2の表面電位Voは、Vo(i)=−100V、Vo(ii)=−300V、Vo(iii)=−500Vとなる。
図16から分かるように、荷電制御部材5に到達する前、到達した後にわたって、|Vmax−Vo|>|Vth|の時には感光体ドラム2に対して正規の帯電が行われるが、|Vmin−Vo|<|Vth|の時には感光体ドラム2に対して逆帯電(除電)が行われないバイアス関係になっている。したがって、荷電制御部材5のところを通過する時に感光体ドラム2上の残留トナーに逆電荷が付与されるのが防止されて、残留トナーの荷電性が安定する。また、帯電部材3に到達する前、到達した後にわたって、|Vmax−Vo|>|Vth|の時には感光体ドラム2に対して正規の帯電が行われるが、|Vmin−Vo|<|Vth|の時には感光体ドラム2に対して逆帯電(除電)が行われないバイアス関係になっている。したがって、帯電部材3のところを通過する時に感光体ドラム2上の残留トナーに逆電荷が付与されるのが防止されて、残留トナーの荷電性が安定する。これにより、帯電部材3に対するトナー付着が防止されて、帯電不良を起こすことが無くなる。これにより長期間にわたり画像品質を良好に保つことができる。また、現像装置4がトナー回収部として働いて、確実なトナー回収が行われる。したがって、1次転写装置7による転写後に感光体ドラム表面に残留したトナーを回収するために、別途クリーナ装置を設ける必要が無い。この画像形成装置のように、そのようなクリーナ装置が省略された場合であっても、長期間にわたり画像品質を良好に保つことができる。
さらに、帯電部材3の清掃を目的とした清掃手段(機械的あるいは電気的手法)を備える必要がなくなる。また、この画像形成装置は、上記脈流電圧Vspのピーク間電圧値Vppを規制するものであるから、放電電界切換えなどの複雑な制御を要しない。したがって、この画像形成装置は、簡素で低コストに構成される。
図18は、上記式(6)および(7)のバイアス印加条件を用いた場合と、上記式(6)または(7)のバイアス印加条件を満たさない場合とについて、耐刷テストの結果を比較して示している。図中、横軸は印刷枚数(単位1000枚)を示し、縦軸は画像ノイズを5段階で評価したノイズレベルを示す。図18中の破線グラフC9は、上記式(6),(7)を満たさない参考例として、
|Vo(i)|≧|Vo(ii)|
であり、かつ
|Vmax−Vo|=|Vmin−Vo|=Vpp≧|Vth|
であるようなバイアス印加条件で耐刷テストを行った結果を示している。このバイアス印加例(破線グラフC9)では、帯電部材(導電性ローラ)3の汚れ(トナー汚染)に起因して、2000枚印字時にはノイズレベル3になり、それ以降ではレベル1まで画像ノイズが悪化する。これに対して、上記式(6)および(7)のバイアス印加条件を用いた場合は、実線グラフC3で示すように、2万枚までレベル4以上を維持している。
図17は、図1(a)中の画像形成ユニットを変形した例を示している。図1(a)中の画像形成ユニット1Y,…,1BKはそれぞれ荷電制御部材5を1個だけ備えていたが、この図17の画像形成ユニットは導電性ローラからなる複数(この例では2個)の荷電制御部材51,52を備えている。これらの荷電制御部材51,52は、感光体ドラム2の表面の移動方向91に関して互いに上流側、下流側となる位置に設けられている。これらの荷電制御部材51,52には、それぞれバイアス電源20(図1(b)参照)によって、直流電圧成分Vdcと周期的に変化する電圧成分Vacとを重畳させた脈流電圧Vspf1,Vspf2が互いに独立に印加されるようになっている。
このように複数の荷電制御部材51,52を備えた構成では、各荷電制御部材51,52に到達する前、到達した後の感光体ドラム2の表面電位をそれぞれVo(α)、Vo(β)としたとき、
|Vo(α)|<|Vo(β)| …(8)
なる関係を満たし、かつ
感光体ドラム2の各荷電制御部材51,52との間の帯電開始電圧値をVthで総称し、感光体ドラム2の表面電位をVoで総称し、さらに各荷電制御部材51,52に印加される脈流電圧Vspf1,Vspf2の最大値、ピーク間電圧値をそれぞれVmax、Vppと総称したとき、各荷電制御部材51,52について
|Vmax−Vo|>|Vth|>Vpp …(9)
なる関係を満たすのが望ましい。
これらのバイアス印加条件(8)および(9)を満たせば、各荷電制御部材51,52を通過した後の感光体ドラム2上の残留トナーの荷電性(極性)が安定する。また、荷電制御部材51,52によるバイアス印加期間中に、|Vmax−Vo|>|Vth|の時には感光体ドラムに対して正規の帯電が行われる一方、|Vmin−Vo|<|Vth|の時には感光体ドラムに対して逆帯電が行われない。したがって、その荷電制御部材51,52のところを通過する時に感光体ドラム2上の残留トナーに逆電荷が付与されるのが防止されて、残留トナーの荷電性が安定する。
なお、上述の実施形態では、荷電制御部材5や帯電部材3は導電性ローラからなるものとしたが、これに限られるものではなく、感光体ドラム2の表面に当接または近接したパッドやシートの形態をとっても良い。さらに、荷電制御部材5や帯電部材3は、被帯電体としての感光体ドラム2の表面電位Voをこの発明の思想にしたがって制御できれば良く、必ずしも接触タイプのものでなくても良い。また、被帯電体および静電潜像担持体は、感光体ドラムだけでなく、ベルト等であっても良い。
また、脈流電圧Vspの周期的に変化する電圧成分Vacの波形は一例として矩形波であるものとしたが、正弦波、三角波、台形波のようなパルス波形であっても良い。
図1(a)はこの発明に係る帯電装置を備えた一実施形態の電子写真方式のタンデム型画像形成装置の概略構成を示す図であり、図1(b)はその画像形成装置の制御コントローラとバイアス電源を示す図である。 上記画像形成装置に対する第1のバイアス印加例を示す図である。 従来のバイアス印加例による、帯電部材に到達した後の感光体表面電位Voを示す図である。 帯電部材と感光体ドラムとの間での、直流印加電圧Vdcと感光体表面電位Voとの関係を示す図である。 帯電部材に脈流電圧を印加したときの、脈流電圧のピーク間電圧値Vppと感光体表面電位Voとの関係を、直流電圧成分Vdcをパラメータとして示す図である。 図3に示した従来例のバイアス印加例で使われるバイアス領域と、図2に示した第1のバイアス印加例で使われるバイアス領域とを比較して示す図である。 図2に示した第1のバイアス印加例と、図3に示した従来のバイアス印加例とについて、耐刷テストの結果を比較して示す図である。 上記画像形成装置に対する第2のバイアス印加例を示す図である。 図8に示した第2のバイアス印加例とは反するバイアス印加例を示す図である。 図8に示した第2のバイアス印加例とは反する別のバイアス印加例を示す図である。 図8に示した第2のバイアス印加例と、図3に示した従来のバイアス印加例とについて、耐刷テストの結果を比較して示す図である。 上記画像形成装置に対する第3のバイアス印加例を示す図である。 図12に示した第3のバイアス印加例とは反するバイアス印加例を示す図である。 図12に示した第3のバイアス印加例とは反する別のバイアス印加例を示す図である。 図12に示した第3のバイアス印加例とは反するさらに別のバイアス印加例を示す図である。 上記画像形成装置に対する第4のバイアス印加例を示す図である。 図1(a)中の画像形成ユニットを変形した例を示す図である。 図16に示した第4のバイアス印加例と、第4のバイアス印加例とは反するバイアス印加例とについて、耐刷テストの結果を比較して示す図である。
符号の説明
1Y,1M,1C,1BK 画像形成ユニット
2 感光体ドラム
3 帯電部材
4 現像装置
5,51,52 荷電制御部材
6 中間転写ベルト
7 1次転写装置
8 2次転写装置
9 シート
10 クリーニングブレード

Claims (7)

  1. 回転される被帯電体の周りの表面に対向する帯電部材と、
    上記帯電部材と被帯電体との間に、直流電圧成分と周期的に変化する電圧成分とを重畳させた脈流電圧を印加する電圧印加部とを備え、
    上記脈流電圧のピーク間電圧値をVpp、上記被帯電体の帯電開始電圧値をVthとしたとき、
    Vpp≦|Vth|
    なる関係を満たすことを特徴とする帯電装置。
  2. 請求項1に記載の帯電装置において、
    上記脈流電圧の直流電圧成分をVdcとしたとき、
    |Vth|≦|Vdc|
    なる関係を満たすことを特徴とする帯電装置。
  3. 請求項1に記載の帯電装置において、
    上記帯電部材がローラ状、パット状またはシート状であることを特徴とする帯電装置。
  4. 電子写真方式の画像形成装置であって、
    被帯電体としての回転される静電潜像担持体の周りに、この静電潜像担持体の表面を一様に帯電させる請求項1に記載の帯電装置と、上記静電潜像担持体表面を露光して潜像を形成する露光装置と、上記潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、上記トナーを被転写材に転写させる転写装置とを順に備えたことを特徴とする画像形成装置。
  5. 請求項4に記載の画像形成装置において、
    上記脈流電圧の直流電圧成分をVdcとしたとき、
    |Vth|≦|Vdc|
    なる関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。
  6. 請求項4に記載の画像形成装置において、
    上記帯電部材がローラ状、パット状またはシート状であることを特徴とする画像形成装置。
  7. 請求項4に記載の画像形成装置において、
    上記現像装置は、上記転写装置による転写後に上記静電潜像担持体表面に残留したトナーを回収するトナー回収部を含むことを特徴とする画像形成装置。
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