JP2010008524A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の帯電デバイスを用いた際の長期にわたる帯電安定性を確保することができるばかりでなく、高速処理化及び環境安定性並びに長寿命化をも達成することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体ドラム１８の移動方向に沿って配置されて感光体ドラム１８を帯電させる上流側帯電デバイス２２ａ及び下流側帯電デバイス２２ｂと、各帯電デバイス２２ａ，２２ｂにＤＣ＋ＡＣ電圧を印加する電源デバイス２４と、を備え、電源デバイス２４は、直流方向の電流量を検出する電流検出デバイスを備えると共に、その検出した電流量に基づいて帯電印加の交流電圧値を決定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、プリンタ・複写機・ファクシミリ又はこれらを機能的に備えた複合機等の画像形成装置、特に、像担持体の表面を帯電する複数の帯電デバイスを備えた画像形成装置に関する。

従来から、プリンタ・複写機・ファクシミリ又はこれらを機能的に備えた複合機等の画像形成装置には、像担持体の表面を帯電した後に、パーソナルコンピュータ等から出力された印刷データに含まれる画像データや画像読取部で読み取った画像データに基づいて静電潜像を形成することで像担持体の表面に転写像を形成する画像形成部が搭載されている。

また、像担持体の表面を帯電する帯電デバイスとしては、複数のローラ状のものを用いると共に、これら複数のローラ状の帯電デバイスに独立して電圧を印加するものが知られている（例えば、特許文献１〜４，非特許文献１参照）。

尚、これら各引用文献に開示されている複数の帯電デバイスにおける、各高圧印加パターンを図５の一覧表に示す。

この際、例えば、像担持体としての長寿命化を図るためにアモルファスシリコン（Ａ−Ｓｉ）製の感光体ドラムを用い、その静電容量の大きいＡ−Ｓｉ感光体ドラムを高速で移動させながら潜像形成のために帯電させる場合、複数の帯電デバイスであってもＤＣ電圧のみの印加では電流量が大きいために帯電デバイスで発生する電圧降下量の帯電電位に対するムラが大きくなり易い。

また、複数の帯電デバイスの一方にＡＣ電圧を重畳させる場合、被帯電体が高速である場合には高周波数のＡＣ電圧の重畳が必要となるが、帯電領域を通過する時間が短く、さまざまな環境下や長期間の使用に際してＡＣ電圧の重畳効果が得られ難くなる。

そこで、複数の帯電デバイスにＡＣ＋ＤＣ電圧を印加することで、Ａ−Ｓｉのように静電容量の大きい感光体を高速で移動させた場合であっても、安定した帯電電位を長期間にわたって得ることができる。
特開平０６−０９５４７８号公報 特開平０７−０４３９８８号公報 特開２００１−３１２１２５号公報 特開２００１−３５６５６９号公報 「４回転方式小型カラーレーザープリンターにおけるオゾンレス印写プロセスの開発」 リコーテクニカルレポート Ｎｏ３１（２００５年１２月発行）

ところが、上述した各電圧印加方式にあっては、複数の帯電デバイスにＡＣ電圧を重畳することは、それだけ帯電領域でオゾンやＮＯｘ、その他各種の放電生成物発生量が増加することを意味し、画像形成装置の設置環境への負荷や高湿環境での画像劣化（感光体表面に付着した放電生成物が吸湿することで、露光から現像までの間に感光体表面の潜像電荷が表面で流れてしまう）につながる可能性が大きくなってしまうという問題が生じていた。

また、このような放電生成物の付着は、感光体表面の摩擦係数を大きくしてしまうため、クリーニングブレードのめくれやエッジ欠け、音鳴きの発生にもつながりやすいという問題も生じていた。

そこで、本発明は、上記事情を考慮し、複数の帯電デバイスを用いた際の長期にわたる帯電安定性を確保することができるばかりでなく、高速処理化及び環境安定性並びに長寿命化をも達成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。

本発明の画像形成装置は、像担持体の移動方向に沿って配置され且つ前記像担持体表面を帯電させる複数の帯電デバイスと、該複数の帯電デバイスにＤＣ＋ＡＣ電圧を印加する電源デバイスと、を備え、前記電源デバイスは、直流方向の電流量を検出する電流検出デバイスを備えると共に、その検出した電流量に基づいて帯電印加の交流電圧値を決定することを特徴とする。

この際、前記交流電圧値は、前記像担持体の移動方向下流側に配置された前記帯電デバイスのみの直流電流量検出値に基づいて決定されるのが好ましい。

また、前記像担持体の移動方向上流側に配置された前記帯電デバイスの交流電圧値が下流側に配置された前記帯電デバイスと同じか又はそれよりも小さいのが好ましい。

さらに、前記像担持体が、アモルファスシリコン製の感光体ドラムであることが好ましい。

本発明の画像形成装置は、複数の帯電デバイスを用いた際の長期にわたる帯電安定性を確保することができるばかりでなく、高速処理化及び環境安定性並びに長寿命化をも達成することができる画像形成装置を提供する。

次に、本発明の一実施形態に係る画像形成装置について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタの説明図、図２は本発明の一実施形態に係る画像形成装置の要部の説明図である。

（カラープリンタ１の全体構成）
図１において、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのカラープリンタ１は、プリンタ本体２の一面（例えば、正面）から引き出し可能な給紙カセット３と、プリンタ本体２の一面に起倒可能に設けられた手差し給紙トレイ４と、給紙カセット３又は手差し給紙トレイ４にセットされた転写紙（図示せず）を搬送する搬送経路５と、搬送経路５の上流端を構成する給紙ユニット部６と、搬送経路５の中途部に配置された二次転写ローラ７と、二次転写ローラ７と協働して転写紙の表面にトナー転写像を形成する無端ベルト状の中間転写ベルト８と、中間転写ベルト８の表面に必要に応じた各色（例えば、イエロー（Ｙ）・マゼンダ（Ｍ）・シアン（Ｃ）・ブラック（Ｋ））のトナーをトナー像として転写する複数の画像形成部９と、搬送経路５の終端寄りに配置されて転写紙の表面に形成されたトナー転写像を定着させる定着ユニット１０と、定着後の転写紙を搬送経路５の下流端からプリンタ本体２の排紙トレイ部１１へと排出する排出部１２とを備えている。

中間転写ベルト８は、像担持体としての機能を具備しており、層構成に少なくとも一層の弾性層を用いた弾性中間転写ベルトが採用され、駆動ローラ１３、従動ローラ（テンションローラ）１４、加圧ローラ１５の間で回動移動（図示矢印参照）する。

加圧ローラ１５は中間転写ベルト８を挟んで二次転写ローラ７と対向配置されており、二次転写ローラ７に転写バイアスを印加することによって搬送経路５に搬送された転写紙の表面にトナー像を転写してトナー転写像を形成する。

（画像形成部９の構成）
画像形成部９は、本実施の形態では、中間転写ベルト８の回動移動方向に沿ってマゼンダ用の画像形成部９（Ｍ）、シアン用の画像形成部９（Ｃ）、イエロー用の画像形成部９（Ｙ）の順で配置され、図示右側の端部にブラック用の画像形成部９（Ｋ）が配置されている。尚、以下の説明においては、特に限定の無い限り、各色共通のものとして説明する。

画像形成部９は、本実施の形態では中間転写ベルト８の回動移動方向に沿ってタンデム方式で４ヶ所に配置され、実質的に同一構成のものが配置されている。また、画像形成部９は、図２に示すように、各色のトナーを収納したトナーコンテナ１６と、トナーコンテナ１６に収納したトナーを供給する供給部１７と、表面に供給部１７からトナーが供給されるドラム状の像担持体としての感光体ドラム１８と、中間転写ベルト８を挟んで感光体ドラム１８に対向配置された転写ローラ１９と、感光体ドラム１８の表面に付着した残存トナー等を除去するクリーニングデバイス２０と、感光体ドラム１８の電荷を除去する除電デバイス２１と、感光体ドラム１８の表面を帯電する帯電デバイス２２と、感光体ドラム１８の表面に所定の静電潜像を形成する露光デバイス２３と、を備えている。

また、帯電デバイス２２は、感光体ドラム１８の周囲に沿って並列配置された一対の上流側デバイス２２ａと下流側デバイス２２ｂとを備え、図３に示すように、電源デバイス２４からの電圧を印加によって感光体ドラム１８を帯電する。

帯電デバイス２２に電圧を印加するための電源デバイス２４は、交流発生電源２４ａと直流電源２４ｂとを備え、定電圧と交流電圧とを重畳（ＤＣ＋ＡＣ）させた電圧を印加する。

この際、電源デバイス２４の設定は、帯電デバイス２２への印加出力をＩｄｃとし、上流側デバイス２２ａへの印加出力をＩｄｃ１、下流側デバイス２２ｂへの印加出力をＩｄｃ２とした場合、
Ｉｄｃ＝Ｉｄｃ１＋Ｉｄｃ２
とし、狙いの表面電位になるときの直流電流量をＩｄｃとしたとき、
ΔＩｄｃ＝｜ＩｄｃＴ−Ｉｄｃ｜
が一定以内になるように、電源出力Ｖｄｃを制御する。

ここで、上流側帯電デバイス２２ａと下流側帯電デバイス２２ｂとに同電位の高圧印加を行なうと共に、各帯電デバイス２２ａ，２２ｂに流れる直流電流を同時に検知し、狙いのＩｄｃとの差が一定以内になるようにＶｄｃを決定するようにする。また、上流側帯電デバイス２２ａと下流側帯電デバイス２２ｂとに同じ電圧が印加されるように制御を行なう。

例えば、下流側帯電デバイス２２ｂのＡＣ電圧値を決定する場合、下流側帯電デバイス２２ｂのみの帯電電流（Ｉｄｃ２）が検出できる回路（例えば、上流側帯電デバイス２２ａの電流検知をＯＮ／ＯＦＦする等）を設け（図示せず）、そのＡＣ電圧の増大によるＩｄｃ２の変化量が小さくなるポイント（変曲点）を検出する。

ここで、画像形成時は、下流側帯電デバイス２２ｂには、この変曲点よりも大きいＡＣ電圧を印加する。また、上流側帯電デバイス２２ａには、下流側帯電デバイス２２ｂと同じＡＣ電圧又はそれよりも小さいＡＣ電圧を印加する。

尚、画像形成時の帯電デバイス２２への印加電圧は、上流側と下流側の各帯電デバイス２２ａ，２２ｂとも同一の端子からであってもよいし、それぞれ別の電源トランス（図３ではスイッチング電源トラス２５を配置）を設けても良い。

尚、感光体ドラム１８の表面電位を検知する表面電位センサを設ける場合には、下流側帯電デバイス２２ｂのＩｄｃ２のみを検知すると共にそのＩｄｃ２に応じたＤＣ電圧フィードバック制御を行えば良い。

即ち、帯電デバイス２２の抵抗が低く静電容量も大きい初期においては、図３の括弧内数字で示す各領域、即ち、領域（１）において感光体ドラム１８の設定帯電電位まで電荷を供給することができるため、領域（２），領域（３），領域（４）では実質的に直流電流が流れない。

しかしながら、周辺環境の低温時等の帯電デバイス２２の抵抗が上昇するときは、領域（１）だけでは帯電が完了せず、領域（２）以降においても帯電が行なわれる。

また、帯電デバイス２２の耐久性を考慮すると、帯電デバイス２２の抵抗上昇（ｌｏｇΩ）は直流電流の総量が大きいほど抵抗上昇するため、上流側帯電デバイス２２ａの抵抗が優先的に劣化促進される。

従って、下流側帯電デバイス２２ｂに必要最小限のＡＣ電圧を印加している場合、耐久が進むにつれてＡＣ電圧が不足気味となり、上流側帯電デバイス２２ａでの帯電電位の低下や帯電ムラが大きくなるが、下流側帯電デバイス２２ｂで電荷供給割合が増加することで、寿命を通じて上流側帯電デバイス２２ａでの電荷不足分を下流側帯電デバイス２２ｂが補完するようになり、長期にわたる帯電安定性を確保することができる。

即ち、安定した帯電電位を得るためには、上述した変曲点よりも大きい領域のＡＣ電圧印加が望ましい。

この際、低温環境であったり、長期間使用や連続使用等によって帯電デバイス２２の静電容量が小さくなると変曲点は大きくなる。

従って、図３に示したように、上流側帯電デバイス２２ａ（領域（１））から優先的に電荷が供給される場合、上流側帯電デバイス２２ａ側での電気特性の劣化が下流側帯電デバイス２２ｂよりも促進される。

これにより、上流側帯電デバイス２２ａと下流側帯電デバイス２２ｂとでは、図４（Ａ）に示すように、異なる特性を有することとなるが、下流側帯電デバイス２２ｂに必要最小限のＡＣ電圧を印加することで、図４（Ｂ）に示すように、上流側帯電デバイス２２ａにおける放電生成物の発生量を抑えることができる。

即ち、上流側帯電デバイス２２ａでは、変曲点以下のＡＣ電圧であっても、下流側帯電デバイス２２ｂで変曲点以上のＡＣ電圧を印加していればムラや電位の不足を補うことができる。

尚、これらの効果は、画像形成処理速度が高速になるほど下流側帯電デバイス２２ｂの役割が大きくなるので、例えば、モノクロ印字（又は、単色印字）時における高速画像形成処理時の場合においても威力を発揮することができる。

また、帯電デバイス２２の表面が部分的に汚染されて帯電不良を起こすような場合や、帯電デバイス２２にピンホール等の傷が発生した場合においても、下流側帯電デバイス２２ｂで電荷が補えるために使用が可能となる。

さらに、感光体ドラム１８をアモルファスシリコン製とした場合、ＤＣ＋ＡＣの電圧印加によって感光体ドラム１８の表面に衝突するイオンによるダメージを抑制することができ、画像品質の確保並びに感光体ドラム１８の長寿命化等に貢献することもできる。

（供給部１７の構成）
供給部１７は、トナーコンテナ１６から供給されたトナーをキャリアとともに撹拌・帯電する撹拌ミキサー２６と、撹拌ミキサー２６から供給された二成分現像剤を撹拌・搬送するパドルミキサー２７と、各ミキサー２６，２７の間に介在された仕切板２８と、内部に複数の固定磁石を配設してその周囲を回転可能としたスリーブ状の現像剤担持体としての磁気ローラ２９と、磁気ローラ２９上に形成された磁気ブラシ（図示せず）によってトナー層（図示せず）を形成するトナー担持体としての現像ローラ３０と、磁気ローラ２９上に形成された磁気ブラシの高さを一定に保つための規制ブレード３１と、を備えている。

（画像形成処理）
このような構成のカラープリンタ１においては、図示を略すパーソナルコンピュータ等から印刷データが出力されると、帯電デバイス２２によって感光体ドラム１８の表面が帯電された後（帯電工程）、露光デバイス２３によって感光体ドラム１８の表面が露光されて静電潜像が形成される（露光工程）。

一方、供給部１７においては、二成分現像剤が磁気ローラ２９の表面に担持されて磁気ブラシを形成し、その磁気ローラ２９の表面の磁気ブラシからトナーのみを現像ローラ３０の表面に移送させて現像ローラ３０の表面にトナー層を形成する。

さらに、この現像ローラ３０のトナー層からトナーを飛翔させ、感光体ドラム１８の静電潜像にトナーを付着させて静電潜像をトナー像として現像した後（現像工程）、そのトナー像を転写ローラ１９によって感光体ドラム１８から中間転写ベルト８へと一次転写する（一次転写工程）。

次に、中間転写ベルト８に一次転写されたトナー像は、中間転写ベルト８の回動移動によって二次転写ローラ７へと搬送され、この二次転写ローラ７に印加された転写バイアスによって転写紙へと転写される（二次転写工程）。

尚、この一次転写と二次転写との間では、例えば、反射型の濃度センサ３２を用いて画像濃度が検出される。

また、二次転写ローラ７によってトナー像を二次転写した後の中間転写ベルト８の表面に残存したトナー等は、二次転写ローラ７よりも回動移動方向下流側に配置されたクリーニングデバイス３３によって除去される。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の説明図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置の要部の説明図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置における電源デバイスによる印加出力の説明図である。 （Ａ）は本発明の一実施形態に係る画像形成装置における電源デバイスの特性グラフ図、（Ｂ）は上流側帯電デバイスにおける放電生成物の発生と交流電圧の印加との関係のグラフ図である。 従来の画像形成装置における帯電制御例の比較図表である。

符号の説明

１…カラープリンタ（画像形成装置）
１８…感光体ドラム（像担持体）
２２…帯電デバイス
２２ａ…上流側デバイス
２２ｂ…下流側デバイス
２４…電源デバイス

Claims (4)

1. 像担持体の移動方向に沿って配置され且つ前記像担持体表面を帯電させる複数の帯電デバイスと、該複数の帯電デバイスにＤＣ＋ＡＣ電圧を印加する電源デバイスと、を備え、
   前記電源デバイスは、直流方向の電流量を検出する電流検出デバイスを備えると共に、その検出した電流量に基づいて帯電印加の交流電圧値を決定することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記交流電圧値は、前記像担持体の移動方向下流側に配置された前記帯電デバイスのみの直流電流量検出値に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記像担持体の移動方向上流側に配置された前記帯電デバイスの交流電圧値が下流側に配置された前記帯電デバイスと同じか又はそれよりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記像担持体が、アモルファスシリコン製の感光体ドラムであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の画像形成装置。

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