JP2010054891A - 帯電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電ローラの長寿命化に貢献し得て、しかも、安定した帯電電位を得ることができる帯電装置を提供する。
【解決手段】感光体ドラム１９の表面と接触して感光体ドラム１９の表面を所定の極性・電位に均一に帯電する複数の帯電ローラ２９，３０と、複数の帯電ローラ２９，３０の一つを選択的に感光体ドラム１９に接触させ且つ他の複数の帯電ローラ２９，３０を感光体ドラム１９から離間した非帯電位置へと退避させる切換駆動装置３１と、複数の帯電ローラ２９，３０と感光体ドラム１９との接触・退避を所定タイミングで切り換えるように切換駆動装置３１を制御する制御回路３５と、を備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、プリンタ・複写機・ファクシミリ或いはこれらを機能的に備えた複合機といった電子写真方式の画像形成装置に搭載される帯電装置に関し、特に、像担持体の表面を所定の極性・電位に均一に帯電する帯電ローラを用いた帯電装置に関する。

従来から、電子写真技術を応用したプリンタや複写機等の画像形成装置では、像担持体としての回転ドラム型の感光体を帯電処理する帯電デバイスとしてコロナ帯電器が多用されていた。

これは、コロナ帯電器を感光体に非接触に対向配置し、コロナ帯電器で発生する放電コロナに感光体表面をさらすことで、感光体の表面を所定の極性・電位に帯電させるものである。

一方、近年の帯電装置では、上述したコロナ帯電器よりも低オゾン・低電力等の利点を有することから、直接接触帯電方式が実用化されている。

これは、電圧を印加した帯電デバイスとしての帯電ローラを感光体表面に接触させて感光体表面を所定の極性・電位に帯電させるものである。

しかしながら、帯電ローラの表面には、トナー及びトナーの外添剤であるシリカや感光体表面を研磨するための研磨剤として使用されているアルミナ・酸化チタン等、用紙の填料である炭酸カルシウム・タルク・カオリン等、が付着する。

これにより、帯電ローラの表面抵抗が上昇してしまうと共に帯電効率が低下し、帯電ローラの長寿命化を妨げてしまうといった問題が生じていた。

特に、帯電ローラの導電付与のためにイオン導電剤を使用した帯電ローラにあっては、連続して長時間プリントを行う場合、即ち、画像形成処理のインターバルが無く、常時帯電ローラに電流を流している場合には、帯電ローラ内部でのイオン導電剤の偏りが発生し易く、帯電ローラの抵抗が上昇して長寿命化が困難であるという問題が生じていた。

また、直流バイアスに交流バイアスを重畳して印加するシステムにおいては、交流バイアスのスイッチングによりイオン導電剤が帯電ローラの軸芯（シャフト）と表面との間で往復運動を行うため、比較的イオン導電剤の偏在は起こり難いものの、感光体を帯電させるための直流のオフセット電圧が存在するため、休憩することなく帯電ローラに通電することによって抵抗上昇が発生する。

特に、交流を使用しないシステムにおいては連続通電による抵抗上昇が激しく、長寿命化には適さない。

このため、イオン導電剤の偏在による抵抗上昇を抑制するために、画像形成処理動作を行っていない時には、帯電時とは逆極性のバイアスを印加することによって導電剤の偏在を軽減する帯電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−０４８９１４号公報

ところが、上述した帯電装置にあっては、基本的には帯電印加時間の積算と同じ時間の逆極性バイアスを印加しなければ徐々に帯電ローラの抵抗が上昇してしまうことから、連続印字モードでプリントスピードの生産性を考慮すると１本のローラで帯電印加時間と同時間の逆極性バイアスを印加することは実使用上不可能であるといった問題が生じていた。

また、ある程度抵抗上昇が進んだしまった帯電ローラでは、帯電積算時間以上に逆極性バイアスを印加しても抵抗値が戻らないといった問題も生じていた。

そこで、本発明は、上記事情を考慮し、帯電ローラの長寿命化に貢献し得て、しかも、安定した帯電電位を得ることができる帯電装置を提供することを目的とする。

本発明の帯電装置は、像担持体の表面と接触して該像担持体の表面を所定の極性・電位に均一に帯電する複数の帯電ローラと、該複数の帯電ローラの一つを選択的に前記像担持体に接触させ且つ他の前記複数の帯電ローラを前記像担持体から離間した非帯電位置へと退避させる切換駆動部と、前記複数の帯電ローラと前記像担持体との接触・退避を所定タイミングで切り換えるように前記切換駆動部を制御する制御回路と、を備えていることを特徴とする。

この際、前記制御回路は、画像形成処理が終了する毎、所定枚数の画像形成処理が終了する毎、所定帯電積算時間に達する毎、のうちの少なくとも１つのタイミングで前記切換駆動部を制御するのが好ましい。

また、非帯電位置にある前記帯電ローラの対向電極として導電体を配置すると共に、前記制御回路は、前記導電体を介して非帯電位置にある前記帯電ローラに前記像担持体への帯電時とは逆極性バイアスを印加させるのが好ましい。

さらに、前記制御回路は、前記導電体を介して非帯電位置にある前記帯電ローラの抵抗値を測定させるのが好ましい。

即ち、逆極性バイアスを印加する際に対向電極としての導電体を介して電流を測定することにより、帯電ローラの劣化レベルを判断することが可能となり、その検出された電流値に応じて印加電圧や印加時間をコントロールすることにより効率的なイオン導電剤の偏在防止が可能となる。

本発明の帯電装置は、帯電ローラの長寿命化に貢献し得て、しかも、安定した帯電電位を得ることができる。

次に、本発明の一実施形態に係る帯電装置について、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帯電装置を搭載した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帯電装置の要部の説明図、図３及び図４は本発明の一実施形態に係る帯電装置の制御システムの説明図、図５は帯電ローラの連続印字枚数と抵抗上昇との関係を示すグラフ図である。

（画像形成装置の全体構成）
図１に示すように、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１は、画像形成装置本体としてのプリンタ本体２の内部にスライド変位可能に格納された給紙カセット３と、給紙カセット３の収納空間４内に収納した転写紙（図示せず）を取り出す給紙部５と、プリンタ本体２の正面に配置した手差トレイ６と、手差トレイ６にセットした転写紙（図示せず）を取り出す手差給紙部７と、各給紙部５，７から供給された転写紙を搬送する搬送経路８と、搬送経路８のシート搬送方向上流側で各給紙部５，７の合流部よりもシート搬送方向下流側に配置したレジストローラ対９と、レジストローラ対９よりも搬送経路８のシート搬送方向下流側に配置されてトナーコンテナ１０から供給されたトナー等の現像剤により転写紙の一面に転写像を形成する画像形成部１１と、画像形成部１１よりも搬送経路８のシート搬送方向下流側に配置されて転写紙の一面に形成されたトナー画像を定着する定着装置１２と、定着装置１２を通過した転写紙の他面に転写像を形成する場合に搬送経路８の定着装置１２よりも搬送経路下流側からレジストローラ対９よりも搬送経路８の搬送経路上流側へと引き戻す反転経路１３と、搬送経路８の終端部に設けられた排紙部１４とを備えている。

（トナーコンテナ１０の構成）
トナーコンテナ１０は、コンテナ本体１５の内部に補給用トナーが収納されている。また、その補給用トナーは、可撓性樹脂材料等からなるパドル１６によって攪拌されると共に、スパイラル１７によって転写紙幅方向（図１の紙面奥行き方向）に搬送された後、その所定位置で画像形成部１１の現像デバイス１８へと供給される。

（現像デバイス１８の構成）
現像デバイス１８は、トナーコンテナ１０から供給された補給用トナーを攪拌しつつ画像形成部１１の感光体ドラム１９に供給するもので、その内部には隔壁２０によって仕切られた状態で一対のスパイラル２１，２２が配置されている。

隔壁２０の両端（図１の紙面奥行き方向）は各スパイラル２１，２２の両端間を連通するように開放しており、スパイラル１７の下方に設けられたスパイラル２１により現像デバイス１８の一方側へ向けてトナーを攪拌搬送（往路）した後に、この一方側の隔壁開放端で折り返されてスパイラル２２により現像デバイス１８の他方側へと向けて補給用トナーを攪拌搬送（復路）し、さらにこの他方側の隔壁開放端で再び折り返される循環搬送経路が構成されている。また、スパイラル２２には、感光体ドラム１９に接触して補給用トナーを供給する現像ローラ２３が配置されている。

現像ローラ２３は、その周面が感光体ドラム１９の周面と対向するように配置されている。従って、現像ローラ２３に搬送されつつある補給用トナーは、現像ローラ２３を介して感光体ドラム１９の周面に供給され、これによって感光体ドラム１９の周面にトナー像が形成されることになる。この際、現像ローラ（マグネットローラ）２３は、感光体ドラム１９にトナーを凝集しないよう適度に攪拌しつつ供給する。

（画像形成部１１の構成）
画像形成部１１は、図２に示すように、例えば、アモルファスシリコン製の感光体ドラム１９の周囲に、感光体ドラム１９の回転方向（図示矢印参照）に沿う画像形成プロセス順に、帯電デバイス２４・露光デバイス２５・現像デバイス１８（現像ローラ２３）・転写デバイス２６・クリーニングデバイス２７・除電デバイス２８を備えている。

これにより、画像形成部１１は、感光体ドラム１９が図示しない駆動手段によって所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動され、その表面が帯電デバイス２４によって所定の極性・電位に均一に帯電される。

帯電後の感光体ドラム１９は、その表面に露光デバイス２５によって静電潜像が形成される。ここで、露光デバイス２５は、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に基づいて、感光体ドラム１９の表面にレーザ光Ｐを照射し、感光体ドラム１９の表面のレーザ光照射部分の電荷を除去して画像情報に応じた静電潜像を形成する。

そして、感光体ドラム１９の表面に形成された静電潜像は、現像デバイス１８によってトナーコンテナ１０から供給された電荷を有するトナーが静電的に付着されて未定着トナー像として現像される。さらに、その未定着トナー像は、転写デバイス２６によって転写紙に転写像として転写される。

この際、転写紙に未定着トナー像を転写した感光体ドラム１９は、クリーニングデバイス２７によって残留トナー等の除去処理が行われた後、次の画像形成時の帯電のために除電デバイス２８により除電処理が施される。

（帯電デバイス２４の構成）
帯電デバイス２４は、感光体ドラム１９の表面と接触して感光体ドラム１９の表面を所定の極性・電位に均一に帯電する複数（例えば、一対）の帯電ローラ２９，３０と、一対の帯電ローラ２９，３０のうちの一方を選択的に感光体ドラム１９に接触させ且つ他方を感光体ドラム１９から離間した非帯電位置へと退避させる切換駆動装置３１と、一対の帯電ローラ２９，３０間に連結されて切換駆動装置３１の駆動によってシーソ的に変位することで一対の帯電ローラ２９，３０を帯電位置と非帯電位置とに変位させる連結シャフト３２と、非帯電位置にある帯電ローラ２９，３０の対向電極として配置された金属ローラ等の導電体３３と、を備えている。

なお、本実施例では２本の帯電ローラ２９，３０の切り換えとしているが、３本以上での切り換えでも良い。

また、切換駆動装置３１は、所定のタイミングとして、例えば、画像形成処理が終了する毎、所定枚数の画像形成処理が終了する毎、所定帯電積算時間に達する毎、のうちの少なくとも１つのタイミングで図３及び図４に示すように、制御回路３５によって切換制御される。

（制御回路３５の制御機能）
制御回路３５は、ＲＯＭ３６に格納された帯電デバイス制御プログラムに従って切換駆動装置３１等を制御する。尚、ＲＯＭ３６には、画像形成処理全般に係わる制御プログラムが格納されている。また、制御回路３５は、例えば、切換駆動装置３１の切換制御を、上述した所定枚数の画像形成処理が終了する毎や所定帯電積算時間に達する毎に行う場合には、その画像形成処理枚数や帯電積算時間をカウントするカウンタ３７のカウント値によって実行する。尚、このカウント値は、画像データ等を一時的に格納するＨＤＤ３８に格納される。さらに、制御回路３５は、切換駆動装置３１の切換制御と同時に、ＤＣ電源３９に交流電源４０を重畳した帯電バイアスを、帯電ローラ２９，３０のうち感光体ドラム１９に接触している方に印加する切換スイッチ４１を切換制御する。また、制御回路３５は、導電体３３を介して非帯電位置にある帯電ローラ２９，３０に感光体ドラム１９への帯電時とは逆極性バイアスを印加するように、逆極性バイアス電源４２のＯＮ／ＯＦＦスイッチ４３を制御する。さらに、制御回路３５は、導電体３３を介して非帯電位置にある帯電ローラ２９，３０の抵抗値を測定させ、非帯電位置にある帯電ローラ２９，３０に感光体ドラム１９への帯電時とは逆極性バイアスを印加する際に導電体３３を介して電流を測定することにより、帯電ローラ２９，３０の劣化レベルを判断し、その検出した電流値に応じて印加電圧や印加時間をコントロールすることにより効率的なイオン導電剤の偏在を抑制することが好ましい。

（露光デバイス２５の構成）
露光デバイス２５は、例えば、図示を略するパーソナルコンピュータから送信された印刷データに含まれる画像データを処理して、感光体ドラム１９の表面にレーザ光Ｐを照射する。尚、ここでの印刷データには、上述した画像データの他、例えば、画像形成処理部数・拡大／縮小率・カラー／モノクロ指定・画像濃度等の各種設定に関するデータ等が該当する。また、露光デバイス２５は、画像形成装置として、例えば、複写機能の場合には画像読取部で読み取った画像データ、ファクシミリ機能の場合には電話回線等を介して受信した画像データを処理する。

（転写デバイス２６の構成）
転写デバイス２６には、転写電圧が印加され、感光体ドラム１９の表面に形成されたトナー像を、感光体ドラム１９と協働して転写紙をニップ搬送しつつ、その印加電圧によって転写する。

（クリーニングデバイス２７の構成）
クリーニングデバイス２７は、感光体ドラム１９の表面に接触する研磨ローラ４４と、感光体ドラム１９の表面とカウンタ方向で先端が当接するクリーニングブレード４５と、を備え、トナー像転写後の感光体ドラム１９の表面に残存したトナー等を除去する。

（除電デバイス２８の構成）
除電デバイス２８は、ＬＥＤ光源等が用いられ、帯電デバイス２４で帯電された感光体ドラム１９を除電する。

（実施例）
次に、本発明の制御回路３５による帯電デバイス２４の制御例（実験例）を説明する。

以下の説明において、感光体ドラム１９には、外径３０ｍｍ、膜厚２０μｍ、長さ２５４ｍｍのものを使用し、その周速は１５０ｍｍ／ｓである。

また、帯電ローラ２９，３０には、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍ、芯金３４の外径６ｍｍのものを使用した。また、帯電ローラ２９，３０は、芯金３４を金属製のシャフトとすると共に、表面にイオン導電性材料を配合する弾性層（図示せず）を設けた。また、帯電ローラ２９，３０の表面電位の設定は約２５０Ｖになるように設定し、帯電ローラ２９，３０の印加電圧は、直流バイアスとしてＤＣ＝６５０Ｖとした。尚、本実施例では直流バイアスのみ印加であるが、直流に交流を重畳したバイアスの印加においても本発明の効果が発揮されることは言うまでも無い。

制御回路３５は、例えば、画像形成処理を実行するごとにカウンタ３７でカウントした帯電時間をＨＤＤ３８に格納すると共に、その累積帯電時間がＲＯＭ３６に格納された累積帯電時間に達すると、切換駆動装置３１を駆動させ、一対の帯電ローラ２９，３０の感光体ドラム１９との接触（帯電位置）・退避（非帯電位置）を切り換える。

また、制御回路３５は、その一対の帯電ローラ２９，３０の切り換えと同時に、切換スイッチ４１を切り換えて帯電バイアスの印加を帯電ローラ２９，３０で切り換える。

さらに、制御回路３５は、その一対の帯電ローラ２９，３０の切り換え並びに帯電バイアスの印加切り換えと同時に、退避（非帯電位置）位置に切り換えられた帯電ローラ２９，３０に逆極性バイアスを印加するように、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ４３を制御する。尚、制御回路３５は、所定時間の逆極性バイアスの印加が終了すると、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ４３をＯＦＦに切り換える。

図５は、従来の１本の帯電ローラを使用した場合と、本発明の２本の帯電ローラ２９，３０を５分毎、１０分毎、３０分毎に切り換えた場合の、連続印字枚数と抵抗上昇の関係を示す。

この図５に示すように、例えば、帯電ローラ２９，３０は、その抵抗値がｌｏｇ６．５オーム以下であれば問題なく使用できるレベルとすると、１本の帯電ローラの場合では、約１０万枚以下で寿命となってしまう一方、２本の帯電ローラ２９，３０を１０分以下で切り替えて使用すれば、約５０万枚以上の長寿命化を達成することが可能である。

このように、本発明によれば、複数（２本）の帯電ローラ２９，３０を所定のタイミング毎に切り換えて使用すると共に、帯電していない時には、帯電時と逆極性のバイアスを帯電時間の積算帯電時間に応じて（例えば、累積帯電時間と同時間）印加することにより、帯電ローラ２９，３０の長寿命化に貢献することができ、しかも、安定した帯電電位を得ることができる。また、帯電ローラ２９，３０の一方を使用しながら、帯電ローラ２９，３０の他方をリフレッシュすることができるので、画像形成動作の生産性を落とすことも無い。

ところで、上記実施の形態においては、本発明の帯電装置をプリンタ１に適用して説明したが、複写機や複合機といった画像形成装置全般に適用することができることは勿論である。

本発明の一実施形態に係る帯電装置を搭載した画像形成装置としてのプリンタの説明図である。 本発明の一実施形態に係る帯電装置の要部の説明図である。 本発明の一実施形態に係る帯電装置における一方の帯電ローラを用いた状態の制御システムの説明図である。 本発明の一実施形態に係る帯電装置における他方の帯電ローラを用いた状態の制御システムの説明図である。 帯電ローラの連続印字枚数と抵抗上昇との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１９…感光体ドラム（像担持体）
２４…帯電デバイス
２９…帯電ローラ
３０…帯電ローラ
３１…切換駆動装置（切換駆動部）
３３…導電体
３５…制御回路

Claims (6)

1. 像担持体の表面と接触して該像担持体の表面を帯電する複数の帯電ローラと、該複数の帯電ローラの一つを選択的に前記像担持体に接触させ且つ他の前記複数の帯電ローラを前記像担持体から離間した非帯電位置へと退避させる切換駆動部と、前記複数の帯電ローラと前記像担持体との接触・退避を所定タイミングで切り換えるように前記切換駆動部を制御する制御回路と、を備えていることを特徴とする帯電装置。
2. 前記制御回路は、画像形成処理が終了する毎、所定枚数の画像形成処理が終了する毎、所定帯電積算時間に達する毎、のうちの少なくとも１つのタイミングで前記切換駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
3. 非帯電位置にある前記帯電ローラの対向電極として導電体を配置すると共に、前記制御回路は、前記導電体を介して非帯電位置にある前記帯電ローラに前記像担持体への帯電時とは逆極性バイアスを印加させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の帯電装置。
4. 前記制御回路は、前記導電体を介して非帯電位置にある前記帯電ローラの抵抗値を測定させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の帯電装置。
5. 前記帯電ローラは、イオン導電性材料からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の帯電装置。
6. 帯電ローラに印加される帯電バイアスが直流電圧であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の帯電装置。

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