JP2009036792A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な制御のみで、感光体ドラムの帯電不良による「トナー帯」発生を解消しつつ、像担持体の膜削れ量を減少できる画像形成装置の提供。
【解決手段】放電により像担持体に表面電位を付与する帯電手段と、帯電手段に交流成分と直流成分とからなる帯電電圧を印加する電圧印加手段と、電圧印加手段の交流成分により像担持体に流れる電流を所定の値となるように交流成分の振幅を制御する定電流制御手段と、電圧印加手段の交流成分による電流値を切り換え制御する電流値切り換え制御手段と、電圧印加手段の交流成分の周波数を切り換え制御する周波数制御手段とを具備し、帯電手段に印加する交流成分の電流値と周波数を切り換えて放電の量を増加または減少させる際は、電流値の切り換え制御と、周波数の切り換え制御とに時間差をもたせることにより、切り換え時の「トナー帯」発生を解消しつつ像担持体の膜削れ量を減少できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式を採用した白黒やフルカラーの画像などを形成することが可能な画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を用いる複写機やプリンタなどの画像形成装置では、像担持体の表面を所定の電位で帯電させるために様々な帯電手段が実用化されている。コロナ放電を利用したコロトロン、スコロトロン、鋸歯帯電などは非接触帯電方式の代表的なものであり、帯電効率が低くオゾンの発生量が多いなどの問題があるものの、帯電均一性に優れ高速化が比較的安易である点から現在も広く用いられている。

一方、接触帯電方式としては、ローラ帯電、ブレード帯電、ブラシ帯電などが知られている。その中でも、近年では、金属製の心金の周囲に導電性の弾性部材をロール状に形成した帯電ローラを、像担持体に接触もしくは僅かな間隙を介して対向配置し、像担持体との間隙に発生する放電を利用して像担持体の表面に所定の電位を付与するローラ帯電方式が用いられている。

このローラ帯電方式は、帯電効率が高くオゾン発生量が比較的少ないことから、内部に画像プロセスユニットを複数設置するようなフルカラー複写機やフルカラープリンタを中心に採用されるようになった。

ローラ帯電方式では、帯電ローラの心金に電圧を印加することで弾性部材の表面と像担持体との間に電位差を生じさせ、この電位差が空気の絶縁破壊電圧を超えたところで発生する放電現象を利用して像担持体の表面に電荷を付与する。

像担持体に付与する表面電位は、一定かつ均一でムラが無いことがより重要である。というのは、像担持体表面に付着するトナー量は表面電位に大きく依存するため、表面電位がばらつくと像担持体へのトナー付着量が不均一となってしまい、結果として画像濃度ムラが発生するからである。

さらに、像担持体の表面電位が現像手段に印加される電圧よりも高くなりすぎると「キャリア飛び」と呼ばれる２成分現像剤中のキャリアが像担持体に付着する不具合が発生し、逆に像担持体の表面電位が現像手段に印加される電圧より低すぎる場合には、像担持体にトナーが付着する「トナーかぶり」と呼ばれる不具合が発生するからである。

帯電ローラの心金に電圧を印加する方式としては、直流成分のみを印加する直流電圧方式と直流成分に加えて交流成分を重畳する交流電圧重畳方式とがあるが、次のような理由から、一定かつ均一な表面電位を得易いため、交流電圧重畳方式が広く用いられている。

すなわち、直流電圧方式では使用環境の温度変化や像担持体の膜厚変化の影響による放電量の変化が大きいため、所定の表面電位を得るには放電量の変化に対応して入力電圧を変えるなどの複雑な制御が必要となる。

一方、交流電圧重畳方式では任意の直流電圧に振幅電圧を重畳し、ある一定以上の放電量を確保すれば、使用環境の温度変化や像担持体の膜厚変化の影響を受けること無しに像担持体の表面電位を一定にできる。

したがって、直流電圧方式と比較して、交流電圧重畳方式は、像担持体の表面電位の一定かつ均一な制御が容易である。

さらに、この交流電圧重畳方式における振幅電圧の制御方法としては、定電圧方式と定電流方式とがあるが、一般的に定電流方式がよく用いられている。その理由は、定電圧方式では、直流電圧方式のように、所定の表面電位を得るために、使用環境温度などによる放電量の変化に対応して定電圧の設定値を変えるなどの複雑な制御が必要となるが、定電流方式では、常に一定の電流量が像担持体に流れるように交流成分の振幅電圧を自動制御できるため、放電量を予測して電圧を切り換える複雑な制御をしなくても、像担持体の所定の表面電位を得るために必要な放電量を安定して確保することができるからである。

そこで、交流電圧重畳方式において像担持体に任意の表面電位を付与するためには、帯電ローラに、ある一定以上の振幅電圧を与えて放電現象を発生させ、十分な放電量を確保する必要があるが、その放電量は次のようにして得られる。

図９は、直流電圧を−４００Ｖとし、周波数を６００Ｈｚと１４００Ｈｚとして帯電ローラに印加した交流成分の、振幅電圧に対する電流値と放電量の関係を示すものである。同図から、どちらの周波数の交流成分においても、振幅電圧と電流値は初期には比例関係にあるが、振幅電圧のある閾値（図９では、１．２ｋＶ付近）以上では二次関数的な関係を示すことがわかる。

これは、閾値以上の振幅電圧にて放電現象が急増したために、入力した振幅電圧に対する電流量が増加したためであって、この初期の比例関係の延長からの乖離量が放電量となる。この時の電流の閾値は、同図に示すように、周波数が６００Ｈｚの交流成分の場合で約５００μＡ、周波数が１４００Ｈｚの交流成分の場合で約１１００μＡであった。

また、図１０は、図９と同じ装置で、周波数が６００Ｈｚと１４００Ｈｚで帯電ローラに印加した交流成分の、電流値に対する像担持体の表面電位の関係を示すものである。同図から、どちらの周波数においても、電流値に対する表面電位はある点から上昇し始め、初期は比例関係にあるが、電流値がある閾値以上では、入力した直流電圧が−４００Ｖ付近で表面電位が一定となる関係を示すことがわかる。

同図において表面電位が一定となった交流成分の電流値の閾値は、周波数が６００Ｈｚの場合で約５００μＡ、周波数が１４００Ｈｚの場合で約１１００μＡであり、図９における放電量が急増した閾値と一致することがわかる。

したがって、定電流方式を実施して安定的に像担持体に任意の表面電位を付与するためには、交流成分の電流値を上記閾値である乖離点以上に設定し、十分な放電量を確保する必要がある。

しかし、交流成分の電流値を乖離点直近に設定した場合には、帯電ローラ表面の抵抗値のバラツキや微小なゴミなどの外乱により部分的に放電量が減少し、像担持体の表面電位がばらついて画像ムラが発生することがある。これに対し、放電量が十分に大きければ、外乱の影響を受けにくくなるので、像担持体の表面電位ムラも発生しにくくなる。そのため、交流成分の電流値はやや高めに設定するのが通例であるが、この電流値を高くしすぎると放電量が増えすぎて像担持体表面へのダメージが増加し、像担持体の膜削れ量が増加するという問題が発生する。

一方、交流電圧重畳方式の交流成分の周波数は、印字スピードに対応して決定される。印字スピードに対して交流成分の周波数が低すぎると、像担持体表面の周波数ピッチの表面電位ムラが濃度ムラによる画像ムラとして認識される。この濃度ムラは周波数を高くし、人間の目では濃度ムラを識別できない程度に微細化することで解決できる。

ところが、このような接触帯電方式では、交流成分の振幅電圧は、放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧が必要とされており、したがって、図９および図１０からも分かるように、周波数が高い場合には、低い場合に比べて、その振幅電圧を得るために必要な交流成分の電流値はさらに高く設定する必要がある。そうすると、放電量が増加することになり、やはり像担持体の膜削れ量が増加するという問題が発生する。

ここで、像担持体の膜削れ量の増加とは、静電潜像を担持するために像担持体表面に存在する機能性塗布膜の磨耗レートの増加のことである。像担持体の膜削れが進行すると、像担持体は表面電位を維持することが困難となり、本来トナーが付着しないように高い電位で維持されるべき領域の表面電位が降下して「トナーかぶり」が発生する。そのため、像担持体は、表面電位を維持できる最小膜厚に達する前に、像担持体のみを交換、もしくは帯電機構やクリーニング機構や現像機構などが一体となった画像プロセスユニットごと交換せねばならず、磨耗レートの増加はこの交換メンテナンスの頻度を増大させることにつながる。

従って、以上のことから、定電流方式を採用した交流電圧重畳方式における交流成分の電流値や周波数は、放電開始電圧や像担持体の表面電位や像担持体の膜削れ量を考慮し、表面電位が安定して画像ムラが発生しない範囲において、膜削れ量が可能な限り少なくなるように設定される。

ここで、従来、画像ムラの発生を抑えつつ、像担持体の膜削れ量を少なくして像担持体の寿命を延ばす方法として、例えば、特許文献１〜３に開示されたものが知られている。

特許文献１に開示された方法は、交流成分と直流成分からなる交流電圧重畳方式を採用する接触帯電を用いた画像形成装置において、交流成分の周波数を２種類以上切り換えられる手段を具備し、交流成分の周波数を切り換えるのに応じて、交流成分の電流値も切り換える方法であって、必要最小限の場合のみ交流成分の電流値を大きくするものである。

特許文献２に開示された方法は、非画像形成時には、画像形成時よりも像担持体の帯電手段による帯電量を低下させるとともに、現像手段に印加する現像印加電圧を変化させる方法であって、画像形成に関与しない非画像形成時は、例えば交流成分を除去して帯電量を低下させるものである。

特許文献３に開示された方法は、非画像形成時に印加する帯電電圧の周波数を、画像形成時に印加する帯電電圧の周波数よりも低くするように制御する方法であって、画像形成に関与しない非画像形成時に、印加する帯電電圧の周波数を低くするものである。
特開平１１−５２６８４号公報 特開２００１−３２４８４３号公報 特開２００５−２４１９３９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、交流成分の電流値と周波数を所定値から別の所定値に切り換える際に、帯電手段に印加する振幅電圧が瞬間的に途切れたり、途切れないまでも減少したりすることによって放電量が減少し、それによって像担持体の表面電位が低下してトナーが現像される「トナー帯」が生じる不具合があり、無駄なトナーを消費したり、画像不良が発生するという欠点があった。

また、上記特許文献２に開示された方法では、帯電量を低下させて像担持体の表面電位を低下させてしまうため、帯電量の制御を行う時に「トナー帯」が発生し易いほか、現像印加電圧をも変化させるための複雑な制御が必要となるため、コストアップになるなどの欠点があった。

さらに、上記特許文献３に開示された方法では、一般に定電流方式においては、周波数を下げると、像担持体に流れる電流量を一定とするために交流成分の振幅電圧が自動的に大きく制御されるため、結果として放電量の総量は殆ど変わらず、膜削れ量を下げる効果があるとは言えなかった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、「トナー帯」が発生し難く、画像ムラの発生を抑えて、安定した画像を提供するとともに、膜削れ量を低下させて像担持体の寿命を効果的に延長できる画像形成装置を提供するものである。

本発明の画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、放電により像担持体に表面電位を付与する帯電手段と、帯電手段に交流成分と直流成分とからなる帯電電圧を印加する電圧印加手段と、電圧印加手段の交流成分により像担持体に流れる電流を所定の値となるように交流成分の振幅を制御する定電流制御手段と、電圧印加手段の交流成分による電流値を切り換え制御する電流値切り換え制御手段と、電圧印加手段の交流成分の周波数を切り換え制御する周波数切り換え制御手段とを具備し、帯電手段に印加する交流成分の電流値と周波数を切り換えて放電の量を増加または減少させる際は、電流値切り換え制御手段による電流値の切り換え制御と、周波数切り換え制御手段による周波数の切り換え制御とに時間差をもたせるようにしたものである。

これによれば、例えば印字を開始する場合のように、交流成分の電流値と周波数をより高い値へと切り換えて放電量を増加させる際に、または、例えば印字を中断する場合のように、交流成分の電流値と周波数を低い値へと切り換えて放電量を減少させる際に、電流値切り換え制御手段による電流値の切り換え制御と、周波数切り換え制御手段による周波数の切り換え制御とに時間差をもたせることで、帯電手段に印加する電圧の切り換わりタイミングで充分な放電量を確保し、帯電手段に印加する交流成分の電圧が瞬間的に途切れたり減衰したりすることにより生じる表面電位の低下を相殺し、結果として像担持体の膜削れ量を効果的に減少させながら「トナー帯」が発生するのを防ぐことができる。

本発明の画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、放電により像担持体に表面電位を付与する帯電手段と、帯電手段に交流成分と直流成分とからなる帯電電圧を印加する電圧印加手段と、電圧印加手段の交流成分により像担持体に流れる電流を所定の値となるように交流成分の振幅を制御する定電流制御手段と、電圧印加手段の交流成分による電流値を切り換え制御する電流値切り換え制御手段と、電圧印加手段の交流成分の周波数を切り換え制御する周波数切り換え制御手段とを具備し、帯電手段に印加する交流成分の電流値と周波数を切り換えて放電の量を増加させる際は、電流値切り換え制御手段による電流値の切り換え制御を、周波数切り換え制御手段による周波数の切り換え制御よりも先行するようにしたものである。

これによれば、例えば交流成分の電流値と周波数を高い値へと切り換えて放電量を増加させる際に、周波数に先行して電流値を高い値へと切り換えることで、帯電手段に印加する電圧の切り換わりタイミングで放電量を先行して一時的に増加させ、帯電手段に印加する交流成分の電圧が瞬間的に途切れたり減衰したりすることにより生じる表面電位の低下を相殺し、結果として像担持体の膜削れ量を効果的に減少させながら「トナー帯」が発生するのを防ぐことができる。

また、本発明の画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、放電により像担持体に表面電位を付与する帯電手段と、帯電手段に交流成分と直流成分とからなる帯電電圧を印加する電圧印加手段と、電圧印加手段の交流成分により像担持体に流れる電流を所定の値となるように交流成分の振幅を制御する定電流制御手段と、電圧印加手段の交流成分による電流値を切り換え制御する電流値切り換え制御手段と、電圧印加手段の交流成分の周波数を切り換え制御する周波数切り換え制御手段とを具備し、帯電手段に印加する交流成分の電流値と周波数を切り換えて放電の量を減少させる際は、周波数切り換え制御手段による周波数の切り換え制御を、電流値切り換え制御手段による電流値の切り換え制御よりも先行するようにしたものである。

これによれば、例えば交流成分の電流値と周波数を低い値へと切り換えて放電量を減少させる際に、電流値に先行して周波数を低い値へと切り換えることで、帯電手段に印加する電圧の切り換わりタイミングで放電量を減少させない状態を一時的に維持し、帯電手段に印加する交流成分の電圧が瞬間的に途切れたり減衰したりすることにより生じる表面電位の低下を相殺し、結果として像担持体の膜削れ量を効果的に減少させながら「トナー帯」が発生するのを防ぐことができる。

本発明の画像形成装置によれば、帯電手段に印加する交流成分の電流値と周波数を切り換えて放電の量を増加または減少させる際に、電流値の切り換え制御と周波数の切り換え制御とに時間差をもたせるという簡単な制御のみで、像担持体の帯電不良による画像ムラや「トナー帯」を解消しつつ像担持体の膜削れ量を減少し、効果的に寿命を延長することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態にかかる画像形成装置の全体構成を示した図であり、いわゆるタンデム構成のデジタルカラープリンタを示している。

図１において、本実施の形態にかかる画像形成装置１００は、帯電、現像、クリーニングなどの処理を行う、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色に対応した画像プロセスユニット１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋと、各画像プロセスユニット１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋに潜像形成のための露光を行うレーザスキャンユニット（ＬＳＵ）１２０と、各画像プロセスユニット１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋで現像された画像が一次転写される中間転写ユニット１３０と、記録紙Ｐを給紙する給紙ユニット１４０と、給紙ユニット１４０から給紙された記録紙Ｐに、中間転写ユニット１３０によって転写された画像を定着する定着装置１５０とを備えている。

画像プロセスユニット１１０Ｙは、ドラム状の回転体であり像担持体としての感光体ドラム１１１Ｙと、感光体ドラム１１１Ｙを一様に帯電させる装置としての帯電ローラ１１２Ｙと、イエロー（Ｙ）のトナーが充填されたトナー供給装置としての現像装置１１３Ｙと、中間転写ユニット１３０へのトナー転写装置としての一次転写ローラ１１４Ｙと、クリーニングブレードを有し感光体ドラム１１１Ｙの表面に残留するトナーを掻き取る装置としての感光体クリーナ１１５Ｙとを備えている。

現像装置１１３Ｙには、トナーとキャリアからなる二成分現像剤が充填されており、トナーを感光体ドラム１１１Ｙに供給する現像ローラ１１６と、トナーおよびキャリアを均一に攪拌する攪拌スクリュー１１７とを備えている。

これによって、画像プロセスユニット１１０Ｙは、現像装置１１３Ｙからのトナー供給を受けてイエロー（Ｙ）のトナー像を感光体ドラム１１１Ｙに形成する。

他の画像プロセスユニット１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋも画像プロセスユニット１１０Ｙと同様に構成されており、感光体ドラム１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋ、帯電ローラ１１２Ｍ、１１２Ｃ、１１２Ｋ、現像装置１１３Ｍ、１１３Ｃ、１１３Ｋ、一次転写ローラ１１４Ｍ、１１４Ｃ、１１４Ｋ、感光体クリーナ１１５Ｍ、１１５Ｃ、１１５Ｋなどを備えると共に、各現像装置１１３Ｍ、１１３Ｃ、１１３Ｋにはそれぞれマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナーが充填されている。

レーザスキャンユニット１２０は、４色に色分解された各レーザ光を、図示しないポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー、結像レンズなどを通して、各画像プロセスユニット１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋの各感光体ドラム１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋに、矢印に示すようにそれぞれ照射する。

中間転写ユニット１３０は、中間転写体としての中間転写ベルト１３１、駆動ローラ１３２、従動ローラ１３３を備えている。中間転写ベルト１３１は、駆動ローラ１３２および従動ローラ１３３により回転自在に懸架され、駆動ローラ１３２により駆動されて矢印方向に回転する。

給紙ユニット１４０は、装置本体１０１の下部に配設されており、用紙Ｐは、図示していないピックローラおよび分離ローラにより用紙カセット１４１から１枚ずつ分離して給紙される。

定着装置１５０は、定着ローラ１５１、加圧ローラ１５２の他に、図示していない励磁コイルユニットなどを備えている。定着ローラ１５１と加圧ローラ１５２は、互いに圧接回転し、ニップを形成している。

図１において、各画像プロセスユニット１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋの各感光体ドラム１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋは、図示しない駆動系により所定のタイミングにより所定方向に回転され、帯電ローラ１１２Ｙ、１１２Ｍ、１１２Ｃ、１１２Ｋにより表面が所定の電位に順次帯電される。

帯電された感光体ドラム１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋの各表面は、レーザスキャンユニット１２０から照射される各レーザ光により順次露光される。これにより、各感光体ドラム１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋの表面に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の静電潜像が形成される。

各感光体ドラム１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋの表面に形成された各色の静電潜像は、各現像装置１１３Ｙ、１１３Ｍ、１１３Ｃ、１１３Ｋの攪拌スクリュー１１７により攪拌されて現像ローラ１１６により供給される薄層状のイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の４色のトナーによって順次現像され、４色のトナー像としてそれぞれ顕像化される。

各感光体ドラム１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋの表面に形成された４色のトナー像は、回転する中間転写ベルト１３１の画像転写面（外周面）上に、一次転写ローラ１１４Ｙ、１１４Ｍ、１１４Ｃ、１１４Ｋにより順次重ね合わせて一次転写される。これにより、中間転写ベルト１３１の画像転写面上にフルカラー画像が形成される。

トナー像転写後の各感光体ドラム１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋには、未転写のトナーや外添剤、放電生成物が残存している。これらは、感光体クリーナ１１５Ｙ、１１５Ｍ、１１５Ｃ、１１５Ｋにより掻き取られる。

中間転写ベルト１３１上に一次転写されたフルカラー画像は、給紙ユニット１４０から給紙されて、レジストローラ１４２による記録位置制御下で、用紙Ｐ上に、二次転写ローラ１０２により一括転写（二次転写）される。

フルカラー画像が二次転写された用紙Ｐは、定着装置１５０のニップでフルカラー画像が定着された後、排紙ローラ１０３により装置本体１０１の上部に設けられた排紙トレイ上に排紙される。

図２は、本実施の形態の画像形成装置の画像プロセスユニットと帯電制御用の高圧電源を示す概略構成図である。図２では、イエロー（Ｙ）に対応する画像プロセスユニット１１０Ｙを示しており、以下の説明では、イエロー（Ｙ）に対応する画像プロセスユニット１１０Ｙを代表として説明するが、他のマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）に対応する画像プロセスユニット１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋについても同様である。

図２において、感光体ドラム１１１Ｙは、直径３０ｍｍのアルミニウム管の外周面に２０μｍ程度の有機感光層を塗布して得られるもので、矢印方向に所定の周速度Ｖ＝１０５ｍｍ／ｓで回転駆動されている。

帯電ローラ１１２Ｙは、直径８ｍｍの金属シャフトを軸芯（芯金）として、所定の抵抗値となるように抵抗調整されたエピクロルヒドリンを主成分とするゴムを巻きつけ、円筒状に研削加工することにより製作される直径１４ｍｍのローラである。帯電ローラ１１２Ｙは、図示しない押圧バネによって感光体ドラム１１１Ｙに押付けられており、感光体ドラム１１１Ｙの回転に伴い従動回転する。

帯電ローラ１１２Ｙの軸芯には、電圧印加手段２００内の直流電源（直流成分）２０３から供給される−１０００Ｖから−４００Ｖの直流電圧と、周波数および電流値が制御される、電圧印加手段２００内の交流電源（交流成分）２０２から供給される振幅電圧とが印加される。

交流電源２０２は、定電流制御手段２０４および電流値切り換え制御手段２０５によって、感光体ドラム１１１Ｙに流れる電流値が、例えば、６００μＡから２０００μＡの間で、周波数に対応した所定の値となるようにその振幅電圧が制御される。また、交流電源２０２は、周波数切り換え制御手段２０６によって、振幅電圧の周波数が、例えば、６００Ｈｚから２０００Ｈｚの間で印字スピード等に対応した所定の値となるように適宜切り換え制御される。

電流値切り換え制御手段２０５と周波数切り換え制御手段２０６は、一般に用いるタイミング制御手段（図示せず）により、１〜５００ミリ秒の時間差タイミングで切り換え制御される。

帯電ローラ１１２Ｙは感光体ドラム１１１Ｙに接触することで幅１ｍｍ程度のニップを形成しており、ニップの前後に形成された微少間隙では、帯電ローラ１１２Ｙに印加された電圧により放電が発生して感光体ドラム１１１Ｙの表面が帯電する。この際、微少間隙がニップから離れるに従いしだいに広がっていくことから、感光体ドラム１１１Ｙは順次小さくなる帯電、逆帯電を繰り返したのち安定した表面電位を得る。

なお、図２において、感光体クリーナ１１５Ｙは、感光体ドラム１１１Ｙの表面の未転写のトナーなどを掻き取るクリーニングブレード１６５Ｙと、掻き取られた未転写のトナーなどを収容するクリーニング容器１６２Ｙとを有している。

以上の構成からなる画像プロセスユニット１１０Ｙを用い、中間転写ベルト１３１の上流側（図１の左側）からイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の順に各画像プロセスユニット１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋを配置するような、図１に示す本実施の形態のタンデム構成の画像形成装置において、次のような制御を実施して実験を行った。

すなわち、画像形成領域Ａと非画像形成領域Ｂで、帯電ローラ１１２Ｙに印加する交流成分による電流値および周波数を、それぞれ所定の値に切り換え制御して、その結果の「トナー帯」の発生や感光体ドラム１１１Ｙの印字可能枚数を評価した。

ここで、本発明では、画像形成領域Ａとは、感光体ドラム１１１Ｙ上の、実際にトナー像が形成される領域をいい、非画像形成領域Ｂとは、感光体ドラム１１１Ｙ上の、トナー像の形成されない領域であって、感光体ドラム１１１Ｙ上の、行間などの印字部間に対応する領域だけでなく、感光体ドラム１１１Ｙ上の、用紙と用紙の間である紙間に対応する領域を含んだ領域をいう。

帯電ローラ１１２Ｙに印加する交流成分の所定の電流値を、電流値切り換え制御手段２０５によって、画像形成領域Ａでは１０００μＡ、非画像形成領域Ｂでは６００μＡと切り換え制御した。この交流成分のそれぞれの電流値を、定電流制御手段２０４で交流成分の振幅電圧を制御することによってそれぞれ一定に制御した。

また、帯電ローラ１１２Ｙに印加する交流成分の振幅電圧の周波数を、画像形成領域Ａでは８００Ｈｚ、非画像形成領域Ｂでは６００Ｈｚとなるように、周波数切り換え制御手段２０６によって切り換え制御した。

この交流成分に重畳する直流電圧は、画像形成領域Ａ、非画像形成領域Ｂに関わらず、−４００Ｖの一定電圧とし、電流値切り換え制御手段２０５と周波数切り換え制御手段２０６は、８０ミリ秒の時間差を持って切り換えのタイミングを制御した。

図３は、実施例１における、感光体ドラム１１１Ｙの表面電位Ｖｓと、交流成分の電流値Ｉと周波数ｆの切り換えタイミングの制御を示すタイミングチャートである。

実施例１では、同図に示すように、交流成分の電流値Ｉと周波数ｆの切り換えは、画像形成領域Ａと非画像形成領域Ｂとで行い、放電量を増加する場合、すなわち、交流成分の電流値Ｉと周波数ｆを、それぞれ６００μＡ、６００Ｈｚから１０００μＡ、８００Ｈｚへ切り換える場合には、タイミングＰ１、Ｐ２で示すように、電流値Ｉの高い値（１０００μＡ）への切り換えを周波数ｆの高い値（８００Ｈｚ）への切り換えよりも、非画像形成領域Ｂで、８０ミリ秒（Ｔ１）先行して行った。

また、放電量を減少する場合、すなわち、交流成分の電流値Ｉと周波数ｆを、それぞれ１０００μＡ、８００Ｈｚから６００μＡ、６００Ｈｚへ切り換える場合には、タイミングＱ１、Ｑ２で示すように、周波数ｆの低い値（６００Ｈｚ）への切り換えを電流値Ｉの低い値（６００μＡ）への切り換えよりも、画像形成領域Ａで、８０ミリ秒（Ｔ１）先行して行った。

実施例１の電流値Ｉと周波数ｆの組み合わせは放電を得るための閾値以上であるため、感光体ドラム１１１Ｙの表面電位Ｖｓは一定の電位−４００Ｖに帯電され、表面電位Ｖｓが低下して「トナーかぶり」が発生することがなく、画像ムラもない。

また、画像形成領域Ａでは印字スピードに対して十分な周波数ｆと電流値Ｉとを設定することで画像ムラを防ぎつつ、非画像形成領域Ｂにて過剰な放電を与えないことで感光体ドラム１１１Ｙの膜削れ量を有効に減少させることができる。

この画像形成装置を用い、画像被覆率（用紙面の全体領域に対する画像が形成されている領域の割合）５％にてＡ４普通紙の４枚間欠コピーのテストを行い、「トナー帯」発生の有無と、感光体ドラム１１１Ｙの磨耗による画像不良が発生するまでに印字可能なコピー枚数の測定を行なった。その結果を、図４の「実施例１」に示す。

図４の「実施例１」に示すように、実施例１では、各色のいずれの画像プロセスユニットにおいても、画像形成領域Ａ、紙間および印字部間の非画像形成領域Ｂのいずれの領域でも「トナー帯」は発生せず、印字可能枚数は約４０，０００枚で良好あった。

すなわち、実施例１では、図３に示すように、放電量が増加する場合には交流成分の電流値Ｉの高い値への切り換えを周波数ｆの高い値への切り換えより８０ミリ秒（Ｔ１）先行したことにより、また、放電量が減少する場合には、交流成分の周波数ｆの低い値への切り換えを電流値Ｉの低い値への切り換えより８０ミリ秒（Ｔ１）先行したことにより、切り換えによる表面電位の低下を防止でき、「トナー帯」を発生させることなく感光体ドラム１１１Ｙの膜削れ量を有効に抑制し、画像プロセスユニット１１０Ｙの寿命を延長することができた。

これは、放電量が増加する場合には、交流成分の電流値Ｉと周波数ｆの両者の切り換えが完了する前に先行して大きい電流（１０００μＡ）を帯電ローラ１１２Ｙに供給しており、また放電量が減少する場合には、交流成分の電流値Ｉと周波数ｆの両者の切り換えが完了するまでに先行して周波数ｆを切り換えて、この大きい電流（１０００μＡ）を帯電ローラ１１２Ｙに供給し続けることにより、従来のような、交流成分の電流値Ｉと周波数ｆとを切り換える制御の時に、印加する電圧が瞬間的に途切れる状態を相殺して、放電量を維持できるためと考えられる。

次に、実施例１と同様の構成とした画像形成装置において、交流成分の電流値Ｉと周波数ｆの切り換えの時間差を実施例１とは異ならせて同様の実験を行った。

図５は、実施例２における、感光体ドラム１１１Ｙの表面電位Ｖｓと、交流成分の電流値Ｉと周波数ｆの切り換えタイミングの制御を示すタイミングチャートである。

実施例２では、同図に示すように、各画像プロセスユニットの帯電ローラに印加する交流成分の電流値Ｉと周波数ｆは、実施例１と同様に、画像形成領域Ａではそれぞれ１０００μＡ、８００Ｈｚ、非画像形成領域Ｂではそれぞれ６００μＡ、６００Ｈｚとした。

この交流成分に重畳する直流電圧は、画像形成領域Ａ、非画像形成領域Ｂに関わらず−４００Ｖの一定電圧とし、交流成分の電流値Ｉと周波数ｆの切り換えは、画像形成領域Ａと非画像形成領域Ｂとで行い、放電量を増加する場合、すなわち、交流成分の電流値Ｉおよび周波数ｆを、それぞれ６００μＡ、６００Ｈｚから１０００μＡ、８００Ｈｚへ切り換える場合には、タイミングＰ３、Ｐ４に示すように、電流値Ｉの高い値（１０００μＡ）への切り換えを、非画像形成領域Ｂで、周波数ｆの高い値（８００Ｈｚ）への切り換えよりも３０ミリ秒（Ｔ２）先行した。

また、放電量を減少する場合、すなわち、交流成分の電流値Ｉおよび周波数ｆを、それぞれ１０００μＡ、８００Ｈｚから６００μＡ、６００Ｈｚへ切り換える場合には、タイミングＱ３、Ｑ４に示すように、周波数ｆの低い値（６００Ｈｚ）への切り換えを、画像形成領域Ａにおいて、電流値Ｉの低い値（６００μＡ）への切り換えよりも３０ミリ秒（Ｔ２）先行した。

実施例２の電流値Ｉと周波数ｆの組み合わせは放電を得るための閾値以上であるため、感光体ドラム１１１Ｙの表面電位Ｖｓは一定の電位−４００Ｖに帯電され、表面電位Ｖｓが低下して「トナーかぶり」が発生することがなく、画像ムラも発生しない。

この画像形成装置を用い、実施例１と同様に、画像被覆率５％にてＡ４普通紙の４枚間欠コピーのテストを行い、「トナー帯」発生の有無と感光体ドラム１１１Ｙの磨耗による画像不良が発生するまでに印字可能なコピー枚数の測定を行なった。その結果を、図４の「実施例２」に示す。

図４の「実施例２」に示すように、実施例２では、各色のいずれの感光体ドラムの印字可能枚数も約４０，０００枚と良好であったが、各色のいずれの感光体ドラムにおいても、ごく薄い「トナー帯」Ｌが発生した。この「トナー帯」Ｌはごく薄いものであって、トナーのムダな消費は実用上大きな問題にはならなかった。

すなわち、実施例２では、図５に示すように、放電量が増加する場合には、交流成分の電流値Ｉの高い値への切り換えを周波数ｆの高い値への切り換えより３０ミリ秒（Ｔ２）先行したことにより、また、放電量が減少する場合には、周波数ｆの低い値への切り換えを電流値Ｉの低い値への切り換えより３０ミリ秒（Ｔ２）先行したことにより、切り換え時に発生する表面電位Ｖｓの低下を減少することができたが、交流成分の電流値Ｉ、周波数ｆの切り換えの先行時間が実施例１に比較して短かったために、薄い「トナー帯」Ｌの発生を完全に防止することはできなかった。

これは、感光体ドラム１１１Ｙに印加する交流成分の電流値Ｉまたは周波数ｆが、それぞれ周波数ｆまたは電流値Ｉに他に対して先行するタイミングが短いために、実施例１に比較して、放電量が増加する場合には、帯電ローラ１１２Ｙに大きい電流（１０００μＡ）を先行して実施例１ほども長い時間供給できず、したがって、感光体ドラム１１１Ｙに充分な放電量を事前に供給されず、また放電量が減少する場合には、大きい電流（１０００μＡ）を帯電ローラ１１２Ｙに実施例１ほども長い時間供給し続けることができず、したがって、感光体ドラム１１１Ｙに充分な放電量を維持できず、それによってごく薄い「トナー帯」Ｌが発生したものと考えられる。

このごく薄い「トナー帯」Ｌは、薄いものであるが、気になるようであれば、ごく薄い「トナー帯」Ｌを、印字部間でなく紙間である非画像形成領域Ｂで発生するように交流成分の電流値Ｉおよび周波数ｆを切り換え制御すれば、印字部間にはごく薄い「トナー帯」Ｌが発生しないので、画像品質上全く問題にならないようにできる。

なお、上記実施例１、２以外にも、交流成分の電流値Ｉおよび周波数ｆを実用上使用される値に設定して同様の実験を行ったところ、交流成分の電流値Ｉおよび周波数ｆの切り換えタイミングの時間差と「トナー帯」発生の関係について、図６に示す結果を得た。

図６は、交流成分の電流値Ｉおよび周波数ｆを、各タイミングの時間差で、それぞれ周波数ｆおよび電流値Ｉに先行させて切り換えた際の、「トナー帯」発生の状況を示している。

例えば、図６の第５列のタイミング「５０ｍｓ」の場合では、放電の量を増加させる際は、交流成分の電流値Ｉを、５０ｍｓの時間差で周波数ｆに先行させて切り換えた際に、「トナー帯」が薄く発生した（「△」で表示）ことを示しており、また、放電の量を減少させる際は、交流成分の周波数ｆを、５０ｍｓの時間差で電流値Ｉに先行させて切り換えた際に、「トナー帯」が発生しなかった（「○」で表示）ことを示している。

すなわち、本実施の形態によれば、図６に示すように、切り換えタイミングの時間差が１ミリ秒から５００ミリ秒程度の範囲において、各色のいずれの感光体ドラムにおいても、「トナー帯」を抑制する効果があり、印字可能枚数も約４０，０００枚と良好であった。しかし、「トナー帯」を殆ど発生させなくするためには、好ましくは、８０〜５００ミリ秒程度の時間差が必要と思われる。

次に、本実施の形態と同様の構成とした画像形成装置において、各画像プロセスユニットの帯電ローラに印加する交流成分の電流値Ｉ、および交流成分の周波数ｆをそれぞれ変化させて、以下の比較例１、２に示す比較実験を行った。
（比較例１）
比較例１は、交流成分の電流値Ｉと周波数ｆの切り換え制御を行わない比較例である。

図７は、比較例１における、感光体ドラム１１１Ｙの表面電位Ｖｓと、交流成分の電流値Ｉと周波数ｆの関係を示すタイミングチャートである。

比較例１では、同図に示すように、各画像プロセスユニットの帯電ローラに印加する交流成分の電流値Ｉを、画像形成領域Ａおよび非画像形成領域Ｂで１０００μＡの一定とし、交流成分の周波数ｆは、画像形成領域Ａおよび非画像形成領域Ｂで８００Ｈｚの一定とし、この交流成分に重畳する直流電圧は、画像形成領域Ａ、非画像形成領域Ｂに関わらず−４００Ｖの一定電圧とした。

比較例１の電流値Ｉと周波数ｆの組み合わせは放電を得るための閾値以上であるため、感光体ドラム１１１Ｙの表面電位Ｖｓは一定の電位−４００Ｖに帯電され、表面電位が低下して「トナーかぶり」が発生することがなく、画像ムラも発生しない。

この画像形成装置を用い、実施例１、２と同様に、画像被覆率５％にてＡ４普通紙の４枚間欠コピーのテストを行い、「トナー帯」発生の有無と感光体ドラム１１１Ｙの磨耗による画像不良が発生するまでに印字可能なコピー枚数の測定を行なった。その結果を、図４の「比較例１」に示す。

図４の「比較例１」に示すように、比較例１では、各色のいずれの画像プロセスユニットにおいても「トナー帯」は発生せず良好であったが、各画像プロセスユニットにおいて印字可能枚数は約３０，０００枚であり、実施例１、２より相当少ない印字可能枚数であった。

すなわち、比較例１では、図７に示したように、画像を形成しない非画像形成領域Ｂにおいても交流成分の電流値Ｉと周波数ｆが高く設定されているため、常に放電量が多く、感光体ドラム１１１Ｙの膜削れ量は実施例１、２と比較して非常に多くなり、結果として画像プロセスユニットの寿命を短縮してしまったと考えられる。
（比較例２）
比較例２は、交流成分の電流値Ｉと周波数ｆの切り換え制御を同時に行った比較例である。

図８は、比較例２における、感光体ドラム１１１Ｙの表面電位Ｖｓと、交流成分の電流値Ｉと周波数ｆの切り換えタイミングの制御を示すタイミングチャートである。

比較例２では、同図に示すように、各画像プロセスユニットの帯電ローラに印加する交流成分の電流値Ｉと周波数ｆは、画像形成領域Ａではそれぞれ１０００μＡ、８００Ｈｚ、非画像形成領域Ｂではそれぞれ６００μＡ、６００Ｈｚとした。

電流値Ｉと周波数ｆの切り換えは、画像形成領域Ａと非画像形成領域Ｂとで行い、電流値Ｉの切り替えと周波数ｆの切り換えは同時のタイミングで実行し、これに重畳する直流電圧は画像形成領域Ａ、非画像形成領域Ｂに関わらず−４００Ｖで一定とした。

比較例２の電流値Ｉと周波数ｆの組み合わせは放電を得るための閾値以上であるため、感光体ドラム１１１Ｙの表面電位Ｖｓは一定の電位−４００Ｖに帯電され、表面電位Ｖｓが低下して「トナーかぶり」が発生することがなく、画像ムラも発生しなかった。

同実施例においては、実際に印字される領域を画像領域Ａとし、印字部の隙間や用紙領域間の空白部を非画像形成領域Ｂとして適応した。

この画像形成装置を用い、実施例１、２と同様に、画像被覆率５％にてＡ４普通紙の４枚間欠コピーのテストを行い、「トナー帯」発生の有無と感光体ドラム１１１Ｙの磨耗による画像不良が発生するまでに印字可能なコピー枚数の測定を行なった。その結果を、図４の「比較例２」に示す。

図４の「比較例２」に示すように、比較例２では、各色のいずれの感光体ドラムにおいても、印字可能枚数は約４０，０００枚と実施例１、２と同様に良好であったが、各色の感光体ドラムにおいて、比較例１のごく薄い「トナー帯」Ｌよりも濃い「トナー帯」Ｄ１、Ｄ２が発生し画像品質上問題となったばかりでなく、濃い「トナー帯」Ｄ１、Ｄ２であるためトナーの消費量が著しく増加した。

すなわち、比較例２では、図８に示すように、交流成分の電流値Ｉと周波数ｆの切り換えを同時に実行したことにより、帯電ローラ１１２Ｙに印加する振幅電圧が瞬間的に途切れるなどの原因により、Ｒ１、Ｒ２に示すように、振幅電圧の切り換えの際に感光体ドラム１１１Ｙの表面電位Ｖｓが低下し、これによって大きい電流が供給されず、「トナー帯」Ｌよりも濃い「トナー帯」Ｄ１、Ｄ２が発生し、画像品質上の悪化やトナーの無駄な消費が問題となった。したがって、比較例２では、画像プロセスユニットの寿命を有効に延長できなかった。

以上、各実施例および比較例を用いて説明したように、本発明によれば、放電量が増加する場合には交流成分の電流値の切り換えを周波数の切り換えより先行することにより、また、放電量が減少する場合には、交流成分の周波数の切り換えを電流値の切り換えより先行することにより、画像かぶりや帯電ムラなく切り換えによる表面電位の低下を防止でき、「トナー帯」を発生させることなく像担持体の膜削れ量を有効に抑制し、画像プロセスユニットの寿命を延長することができる。

なお、上記実施の形態においては、画像形成装置としてタンデム構成のデジタルカラープリンタを用いた例を示したが、本発明においてはこれに限定されるものではない。

また、上記実施の形態においては、接触式の帯電ローラを用いたが、本発明においてはこれに限定されるものではなく、感光体ドラム１１１Ｙに対して数μｍから１００μ程度の間隙を介して用いられる非接触式帯電ローラにおいても同様に実施可能である。

本発明にかかる画像形成装置によれば、簡単な制御のみで像担持体の帯電不良による「トナー帯」を解消しつつ像担持体の膜削れ量を減少でき、効果的に画像プロセスユニットの寿命を延長できるので、カラープリンターやカラー複合機などの画像形成装置に適している。

本発明の一実施の形態にかかる画像形成装置を示す全体構成図 同実施の形態にかかる画像プロセスユニットと電圧印加手段を示す全体構成図 同実施の形態にかかる画像形成装置の制御動作を示す第１のタイミングチャート 同実施の形態と比較例の実験結果を示す図 同実施の形態にかかる画像形成装置の制御動作を示す第２のタイミングチャート 同実施の形態にかかる画像形成装置の切り換えタイミングの時間差と「トナー帯」発生の関係を示す図 比較例１にかかる画像形成装置の制御動作を示すタイミングチャート 比較例２にかかる画像形成装置の制御動作を示すタイミングチャート 一般の画像形成装置における振幅電圧に対する電流値と放電量の関係を示す図 一般の画像形成装置における帯電ローラの電流値と像担持体の表面電位の関係を示す図

符号の説明

１００ 画像形成装置
１０１ 装置本体
１０２ 二次転写ローラ
１０３ 排紙ローラ
１１０Ｙ，１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋ 画像プロセスユニット
１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋ 感光体ドラム
１１２Ｙ，１１２Ｍ，１１２Ｃ，１１２Ｋ 帯電ローラ
１１３Ｙ，１１３Ｍ，１１３Ｃ，１１３Ｋ 現像装置
１１４Ｙ，１１４Ｍ，１１４Ｃ，１１４Ｋ 一次転写ローラ
１１５Ｙ，１１５Ｍ，１１５Ｃ，１１５Ｋ 感光体クリーナ
１１６ 現像ローラ
１１７ 攪拌スクリュー
１２０ レーザスキャンユニット（ＬＳＵ）
１３０ 中間転写ユニット
１３１ 中間転写ベルト
１４０ 給紙ユニット
１４１ 用紙カセット
１４２ レジストローラ
１５０ 定着装置
１５１ 定着ローラ
１５２ 加圧ローラ
２００ 電圧印加手段
２０２ 交流電源
２０３ 直流電源
２０４ 定電流制御手段
２０５ 電流値切り換え制御手段
２０６ 周波数切り換え制御手段

Claims (3)

1. 静電潜像を担持する像担持体と、放電により前記像担持体に表面電位を付与する帯電手段と、前記帯電手段に交流成分と直流成分とからなる帯電電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段の交流成分により前記像担持体に流れる電流を所定の値となるように前記交流成分の振幅を制御する定電流制御手段と、前記電圧印加手段の交流成分による電流値を切り換え制御する電流値切り換え制御手段と、前記電圧印加手段の交流成分の周波数を切り換え制御する周波数切り換え制御手段とを具備し、前記帯電手段に印加する交流成分の電流値と周波数を切り換えて前記放電の量を増加または減少させる際は、前記電流値切り換え制御手段による電流値の切り換え制御と、前記周波数切り換え制御手段による周波数の切り換え制御とに時間差をもたせることを特徴とする画像形成装置。
2. 静電潜像を担持する像担持体と、放電により前記像担持体に表面電位を付与する帯電手段と、前記帯電手段に交流成分と直流成分とからなる帯電電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段の交流成分により前記像担持体に流れる電流を所定の値となるように前記交流成分の振幅を制御する定電流制御手段と、前記電圧印加手段の交流成分による電流値を切り換え制御する電流値切り換え制御手段と、前記電圧印加手段の交流成分の周波数を切り換え制御する周波数切り換え制御手段とを具備し、前記帯電手段に印加する交流成分の電流値と周波数を切り換えて前記放電の量を増加させる際は、前記電流値切り換え制御手段による電流値の切り換え制御を、前記周波数切り換え制御手段による周波数の切り換え制御よりも先行することを特徴とする画像形成装置。
3. 静電潜像を担持する像担持体と、放電により前記像担持体に表面電位を付与する帯電手段と、前記帯電手段に交流成分と直流成分とからなる帯電電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段の交流成分により前記像担持体に流れる電流を所定の値となるように前記交流成分の振幅を制御する定電流制御手段と、前記電圧印加手段の交流成分による電流値を切り換え制御する電流値切り換え制御手段と、前記電圧印加手段の交流成分の周波数を切り換え制御する周波数切り換え制御手段とを具備し、前記帯電手段に印加する交流成分の電流値と周波数を切り換えて前記放電の量を減少させる際は、前記周波数切り換え制御手段による周波数の切り換え制御を、前記電流値切り換え制御手段による電流値の切り換え制御よりも先行することを特徴とする画像形成装置。
   

Images