JP2006276053A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 帯電部材に印加する交流電圧を最適な値に設定することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 回転駆動される感光体２と、感光体２に接触又は近接して配置され、感光体２を帯電させる帯電ローラ３と、帯電ローラ３に印加する交流電圧の振幅を増大させていく第１の変調と、交流電圧の周波数を所定の周波数に変調する第２の変調とを実行する制御部２０とを有する構成としている。このように本発明は、交流電圧の周波数を所定の周波数に変調する第２の変調を行っているため、この周波数成分を検出することで帯電ローラ３に印加する交流電圧の過不足を判定することができる。また帯電ローラ３に印加する交流電圧を全領域にわたって掃引しなくても最適な交流電圧の設定が可能となり印字開始までの時間を短縮させることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、放電を帯電原理とする接触又は近接帯電方式で、ＡＣバイアスとＤＣバイアスとを印加して感光体を一様に帯電させる画像形成装置に関する。

近年、画像形成装置に採用する帯電手段として、コロナ放電を利用しないで、電圧を印加した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型の帯電手段が多く用いられている。このような接触型の帯電手段は、従来用いられているコロナ帯電方式の帯電チャージャに比べて、オゾン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、電気絶縁の設計が行いやすい等の利点を有している。

接触型の帯電手段では、帯電部材にＤＣ電圧を印加して帯電させるものと、ＤＣにＡＣを重畳した電圧（以下、ＤＣ＋ＡＣ重畳電圧という）を印加して帯電させるものがある。この中でも、ＤＣ＋ＡＣ重畳電圧が帯電均一性に優れるため広く用いられている。

しかしながら、ＡＣ電圧は大きすぎると感光体の磨耗に影響がでる。逆に小さくすると、帯電の均一性が保てなくなり、プリントしたときにむらができる。そのため、ＡＣ電圧を必要最低限の最適な値に設定する必要がある。

特許文献１では、感光体の磨耗に影響の大きいＡＣ電圧を必要最低限の値に設定するための第１の方法として、ＡＣ電圧を順次増やしていきながら、電位センサでそのときの感光体表面電位を測定し、感光体が飽和した所のＡＣ電圧により帯電部材に印加するＡＣ電圧を設定している。また第２の方法として、ＡＣ電圧を順次印加していき、そのとき帯電部材と感光体との間に流れるＡＣ電流を検出する。そして、図１に示すように帯電部材に印加するＡＣ電圧に対するＡＣ電流の傾きが、感光体の飽和によって変化したときのＡＣ電圧により、帯電部材に印加するＡＣ電圧を設定している。

また特許文献２では、除電ランプで表面電位が０Ｖになった感光体を再度帯電させるときに、感光体に流れる直流電流が感光体と帯電部材間との間にできる容量に比例し、さらにこの容量が感光体膜厚に依存する事実を利用している。特許文献２では、図２に示すように感光体の膜厚が薄くなるに従って容量が増え、直流成分量Ｉ_DCが増加する（図２の第１象限にラインＡとして示す）。この事は逆にＩ_DCを検知すれば膜厚が予測される事を示す。そこでこの電流を検知する。その後その電流値に応じて画像形成領域で印加する定電流値を図２の第２象限のラインＢによって決定する。

特開平９−１８５２ 特開平９−１０１６５４号公報

しかしながら特許文献１及び２には以下に示す問題がある。まず、特許文献１に対しては、図１に示す放電電流が流れ始める交流電圧の検出が難しいという問題がある。放電電流が流れ始める付近では、全ＡＣ電流に対し、放電電流は二桁以上小さい。このため、高分解能を備えたＡ／Ｄ変換器とＳ／Ｎ比を上げるための長い測定時間が必要となる。また図１に示す誘起電流の直線と、放電電流の直線との交点を求めるためには、これら２つの直線を特定するために測定点が複数必要で、最終的に交点が確定するには一点の測定時間×測定点数＋演算時間が必要になる。従って、この時間だけ待ってＡＣ電圧を決定していたのでは、印字開始時間にも影響がでる。

また第２の問題点として、感光体と帯電部材との回転に伴って測定値が変動するという問題がある。感光体や帯電部材の偏心、感光体膜厚のばらつきなどが原因となって、特許文献１では感光体と帯電部材との間の容量が変わり、感光体と帯電部材間に流れるＡＣ電流が回転と共に変動する。また特許文献２でも感光体と帯電部材との間を充電する直流電流を求めているため、感光体の回転と共に測定値が変動する。

また第３の問題点として、除電ランプが設けられていないマシンでは、直流電流が流れないのでＡＣ電圧を最適に制御することができない。帯電部材と感光体との間に流れる直流電流は、感光体の表面電荷を除電ランプで一旦除電した後で再度帯電するときに流れる電流である。このため、除電ランプを付けていない印字装置では、画像を書かなければ直流電流は流れず、ＡＣ電圧の制御は行えない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、帯電部材に印加する交流電圧を最適な値に設定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。

かかる目的を達成するために本発明の画像形成装置は、回転駆動される感光体と、前記感光体に接触又は近接して配置され、前記感光体を帯電させる帯電部材と、前記帯電部材に印加する交流電圧の振幅を増大させていく第１の変調と、前記交流電圧の周波数を所定の周波数に変調する第２の変調とを実行する制御部とを有する構成としている。このように本発明は、交流電圧の周波数を所定の周波数に変調する第２の変調を行っているため、この周波数成分を検出することで帯電部材に印加する交流電圧の過不足を判定することができる。また帯電部材に印加する交流電圧を全領域にわたって掃引しなくても最適な交流電圧の設定が可能となり印字開始までの時間を短縮させることができる。

上記画像形成装置において、前記所定の周波数は、前記帯電部材に放電電流が流れ始める周波数を含むように設定されているとよい。従って、帯電部材に放電電流が流れ始めるときの電圧を簡単に検出することができる。

上記画像形成装置において、前記帯電部材に印加された電圧又は電流から、前記所定の周波数に対応する電圧又は電流を検出する検出手段を有しているとよい。このように所定の周波数に対応する電圧又は電流を検出することで、交流電圧の振幅の過小を判定することができる。

上記画像形成装置において、前記制御部は、前記帯電部材に印加する直流電圧の電圧レベルを変調する第３の変調を行うとよい。除電ランプが設けられていない構成であっても、帯電部材に印加する直流電圧を変調することで、帯電部材に流れる電流又は電圧の振幅で帯電部材の交流電圧の過不足を判定することができる。

本発明は、帯電部材に印加する交流電圧を最適な値に設定することができる画像形成装置を提供することができる。

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。

まず、図３を参照しながら本実施例の構成を説明する。２は像担持体としての感光体ドラムである。本例の感光体ドラム２は円筒状ＯＰＣ感光体であり、紙面に垂直方向の中心軸線を中心に矢示の時計方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。

３はこの感光体ドラム２に接触させた帯電部材としての帯電ローラ（以下、ＢＣＲ（Ｂｉａｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｒｏｌｌとも表記する）であり、この帯電ローラ３は感光体ドラム２の回転に従動して回転し、また直流電源２１、交流電源２２から所定の電圧が印加され、回転する感光体ドラム２の周面が所定の極性・電位に一様に帯電（本例では負帯電）される。

次いで回転感光体ドラム２の帯電処理面に、ＲＯＳ（Ｒａｓｔｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｃａｎｎｅｒ）４から出力される、画像変調されたレーザビームが照射（走査露光）され、露光部分の電位が減衰して静電潜像が形成される。

感光体ドラム２の回転にともなって該潜像が現像器５に対向する現像部位に到来すると、現像器５から負帯電されたトナーが供給されて反転現像によってトナー像が形成される。

感光体ドラム２の回転方向に見て現像器５の下流側には導電性の転写ローラ（ＢＴＲ：バイアス・トランスファ・ロールとも表記する）６が感光体ドラム２に圧接配置してあって、両者２・６のニップ部が転写部位を形成している。また、転写ローラ６は、電源部７から電圧又は電流の供給を受けて所定の電圧又は電流を感光体ドラム２に印加する。電源部７には、感光体ドラム２から転写ローラ６に流れ込む電流、又は転写ローラ６にかかる電圧を測定する機能を備えている。電源部７によって測定された電流又は電圧は制御部２０に出力される。

感光体ドラム２の表面に形成されたトナー像が感光体ドラム２の回転につれて上記転写部位に到達すると、これとタイミングをあわせて、用紙が転写位置に供給され、これとともに所定の電圧が転写ローラ６に印加されて、トナー像が感光体ドラム２の表面から用紙に転写される。

転写位置でトナー像転写を受けた用紙は定着器１０へ搬送されてトナー像の定着を受け機外へ排出される。

一方、感光体ドラム２の表面に残った転写残りトナーはクリーニングブレード８によってかき落されることで、感光体ドラム２はその表面が清掃されて、次の画像形成に備える。

さらに、本実施例は図３に示すように帯電ローラ３に電圧を印加する直流電源２１及び交流電源２２と、電源部７で測定された電流値又は電圧値に基づいて帯電ローラ３に印加する電圧を制御する制御部２０とを有している。

また、制御部２０は直流電源２１及び交流電源２２を制御し、帯電ローラ３に印加する直流電圧、又は交流電圧に変調を加える。これによって外乱に影響されずに放電電流を検出して、ＡＣ電圧を最適な値に設定することができる。また除電ランプがない構成であっても帯電ローラ３のＡＣ制御が可能となる。

制御部２０は、図４に示すように帯電ローラ３に印加するＡＣ電圧を第１の変調に加えて、振幅一定の第２の変調を行う。第１の変調は、ＡＣ電圧の振幅を増大させていく変調である。また第２の変調は、帯電ローラ３に放電電流が流れ始める周波数を含むように設定されている。

図５に示すように第１の変調によってＡＣ電圧の振幅を増大させていくと、帯電ローラ３に流れる総ＡＣ電流は放電開始点を境に傾きが変化していくが、第２の変調による電流は振幅が一定のため放電開始までは一定で、放電開始後は放電時の帯電ローラと感光体間の抵抗に応じて増大していく。このため第２の変調の周波数に対応した電流を検出して、この電流が一定以上になったかどうかを判別することで放電開始を判別することができる。第２の変調の周波数に対応した電流を検出は、転写ローラ６に電源を供給する電源部７で測定される。また、第２の変調に対応した周波数の電流は、バンドパスフィルタか同期検波で容易に取り出すことも可能である。この方式によれば二つの直線の交点を演算により求める必要が無いので、比較器等の簡単な回路で帯電ローラ３に印加するＡＣ電圧又はＡＣ電流の制御が実現できる。また二つの直線領域を特定するには少なくとも１直線あたり数ヶ所の測定ポイントが必要であるが、この方式によれば第２の変調電流が一定値より大きいか小さいかで第１のＡＣ振幅の過小が判断できるので制御に要する時間を短縮することが可能である。

次に、感光体２の回転によって容量が変動する場合の対処について説明する。
図６に示すように帯電ローラ３に、第１の変調に加え第２の変調を行った電圧を印加し、そのときに転写ローラ６に流れる電流をモニタすると、放電開始によって第２の変調に対応した周波数成分の信号が増大してピークを迎え、その後減少して飽和し直流成分のみになる。図６（Ａ）にＡＣ電圧にＤＣ電圧を重畳した電圧を示し、図６（Ｂ）に帯電ローラ３に流れる電流を示し、図６（Ｃ）に帯電ローラ３に流れる放電電流を示す。また図６（Ｄ）に転写ローラ６に流れる電流を示し、図６（Ｅ）にＡＣ電圧を一定値以上とした場合の転写ローラ６に流れる電流を示す。

そこで、帯電ローラ３に流れる電流がピークを取る範囲以降の電圧で、帯電ローラ３のＡＣ電圧を振った場合には（図６（Ｆ））、振幅が最小になるよう制御することで帯電ローラ３のＡＣ電圧を最適な値に制御できる。実際の印字装置においては制御終了時のＡＣ電圧を記憶しておき、次にＡＣ電圧を制御する場合には記憶しておいたＡＣ電圧から制御を開始する。

もし記憶しておいたＡＣ電圧が過大であった場合、転写ローラ６に流れる電流はＤＣのみとなる。そこでＡＣ電圧を下げていきＡＣ電流が出力された時点でのＡＣ電圧を最適電圧とする。

また記憶しておいたＡＣ電圧が過小であった場合は（図６（Ｈ））、転写ローラ６に流れる電流には最初からＡＣが含まれているので、今度は帯電ローラ３のＡＣ電圧を上昇していきＤＣに一致したところのＡＣ電圧を求める。このように前の制御電圧を初期値に制御を開始することで効率よく短い時間で最適な帯電ローラ３へのＡＣ電圧を設定することができる。

また、除電ランプ９が無いマシンであった場合には、感光体２の飽和により帯電ローラ３あるいは転写ローラ６に直流電流が流れなくなるが、このときは転写ローラ３への第３の変調として、図７に示すようにＤＣレベルを交流のように変動させる。転写ローラ３へのＡＣ印加電圧が放電閾値以下であれば転写ローラ３に重畳したＤＣレベルの変動は帯電ローラ３のＤＣ電流の脈動となって観察されない。しかし転写ローラ３のＡＣ電圧が放電閾値以上になると、帯電ローラ３に重畳したＤＣレベルの変動がそのまま帯電ローラ３または転写ローラ６の直流電流の変動となる。したがって除電ランプの無いマシンであっても、帯電ローラ３または転写ローラ６の直流電流の脈動（ＡＣ）が飽和する点を検出することで帯電ローラ３へのＡＣ電圧の最適値を設定することができる。

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。

従来の技術を説明するための図である。 従来の技術を説明するための図である。 画像形成装置の構成を示す図である。 第１の変調に加え第２の変調を行った電圧波形を示す図である。 第２の変調をかけた電圧を印加することで測定される電流の変化を示す図である。 帯電ローラに印加される交流電流と、転写ローラに流れる電流とを示す図である。 帯電ローラに印加する電圧の直流レベルに変調をかけた信号波形を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 感光体ドラム
３ 帯電ローラ
４ ＲＯＳ
５ 現像器
６ 転写ローラ
７ 電源部
８ クリーニングブレード
９ 除電ランプ
１０ 定着器
２０ 制御部
２１ 直流電源
２２ 交流電源

Claims (4)

1. 回転駆動される感光体と、
   前記感光体に接触又は近接して配置され、前記感光体を帯電させる帯電部材と、
   前記帯電部材に印加する交流電圧の振幅を増大させていく第１の変調と、前記交流電圧の周波数を所定の周波数に変調する第２の変調とを実行する制御部とを有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記所定の周波数は、前記帯電部材に放電電流が流れ始める周波数を含むように設定されていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記帯電部材に印加された電圧又は電流から、前記所定の周波数に対応する電圧又は電流を検出する検出手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記帯電部材に印加する直流電圧の電圧レベルを変調する第３の変調を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の画像形成装置。
   

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