JP2010164641A

JP2010164641A - 画像形成装置

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Abstract

【課題】像保持体上の各箇所における磨耗状態の均一化が図られた画像形成装置を提供する。
【解決手段】制御部１６２Ｙが、環境センサ１６５Ｙから温度と湿度との情報を各々受け取って感光体ロール１１Ｙが高温高湿環境下（Ｈ／Ｈ環境）にあると判断したときには、電圧印加部１６３Ｙに指示して帯電ロール１２Ｙを介して感光体ロール１１Ｙに印加する電圧を、直流電圧と交流電圧の重畳電圧から直流電圧のみの非重畳電圧へと切り替える。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

画像形成装置には、感光体の表面の感光層を帯電するために交流電圧を重畳した直流電圧を帯電ロールを介して感光体に印加する帯電装置を備えているものがある。このような帯電装置を備えた画像形成装置においては、装置内の温度や湿度に応じて帯電電位や帯電電流をある程度の範囲にする制御を実施して感光層の磨耗を抑制したり、画像形成工程の１サイクルごとに帯電ロールへの電圧の印加を停止させる制御を行なって感光層の磨耗を抑制したりしている（特許文献１から特許文献３参照）。
特開平０７−２４４４１９号公報特開平１０−２２１９３１号公報特開平０９−１０１６５５号公報

本発明は、像保持体上の各箇所における磨耗状態の均一化が図られた画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１の画像形成装置は、表面に固体潤滑剤が供給され、その表面に像が形成されてその像を保持する像保持体と、
電圧が印加され上記像保持体に接触してその像保持体に電荷を付与する帯電部材と、
上記帯電部材に電圧を印加する、その電圧として、直流電圧と交流電圧とが重畳された重畳電圧、および直流電圧のみの非重畳電圧の切換が可能な電圧印加部と、
上記帯電部材により帯電された上記像保持体の表面にトナー像を形成する像形成部と、
上記像保持体の表面に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写器と、
上記トナー像が上記被転写体に転写された後の上記像保持体の表面に接触してその表面から不要物を掻き落とす清掃部材と、
上記電圧印加部による上記帯電部材への印加電圧を、上記像保持体上における上記固体潤滑剤の多寡に応じて、上記重畳電圧と上記非重畳電圧とに切り換える電圧切換部とを備えたことを特徴とする。

請求項２の画像形成装置は、
上記電圧切換部が、
上記像保持体上の環境を検知する環境検知部と、
上記環境検知部による検知結果が、上記固体潤滑剤の量が他の環境下よりも相対的に多くなる予め決められた環境を示している場合に上記印加電圧を上記重畳電圧から上記非重畳電圧へと切り換える環境応答切換部とを備えたものであることを特徴とする。

請求項３の画像形成装置は、
上記電圧切換部が、
上記像保持体の温湿度環境を検知する温湿度検知部と、
上記環境検知部による検知結果が、予め決められた高温高湿環境を示している場合に上記印加電圧を上記重畳電圧から上記非重畳電圧へと切り換える温湿度応答切換部とを備えたものであることを特徴とする。

請求項４の画像形成装置は、
上記電圧切換部が、
上記帯電部材の抵抗を検知する抵抗検知部と、
上記抵抗検知部による検知結果が、予め決められた低抵抗状態を示している場合に上記印加電圧を上記重畳電圧から上記非重畳電圧へと切り換える抵抗応答切換部とを備えたものであることを特徴とする。

請求項５の画像形成装置は、
上記電圧切換部が、
上記像保持体上における上記固体潤滑剤の多寡を直接あるいは間接に検知する多寡検知部と、
上記多寡検知部による検知結果が、予め決められた前記固体潤滑剤が多量となる状態を示している場合に上記印加電圧を上記重畳電圧から上記非重畳電圧へと切り換える多寡応答切換部とを備えたものであることを特徴とする。

請求項６の画像形成装置は、
上記電圧切換部が、
上記清掃部材による掻き落としに伴うその像保持体の表面と上記清掃部材との擦れ合いの強度を検知する擦れ合い検知部と、
上記擦れ合い検知部による検知結果が、予め決められた強度範囲を外れた場合に上記印加電圧を上記重畳電圧から上記非重畳電圧へと切り換える擦れ合い応答切換部とを備えたものであることを特徴とする。

請求項１の画像形成装置によれば、像保持体上の各箇所における磨耗状態の偏在を抑制することができる。

請求項２の画像形成装置によれば、磨耗状態の偏在を各環境下で抑制することができる。

請求項３の画像形成装置によれば、磨耗状態の偏在を各温湿度環境下で抑制することができる。

請求項４の画像形成装置によれば、帯電部材の抵抗値を介して間接的に環境を確認することができる。

請求項５の画像形成装置によれば、磨耗状態の偏在を固体潤滑剤の各量の下で抑制することができる。

請求項６の画像形成装置によれば、擦れ合いの強度を介して間接的に固定潤滑剤の量を確認することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、画像形成装置の一実施形態であるプリンタの主要部の概略構成図である。

図１に示すプリンタ１には、４つの画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋが備えられている。各画像形成部には、それぞれ、感光体ロール１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ、帯電ロール１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ、露光部１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ、現像部１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ、一次転写ロール１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ、帯電制御装置１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋ、クリーニング部材１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋ、および、除電ランプ１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋが備えられている。尚、このプリンタ１は、フルカラーの印刷が可能となっており、上記の各構成要素の末尾に付された符号Ｙ、Ｍ、Ｃ、およびＫは、それぞれイエロ、マゼンタ、シアン、および黒の画像形成用の構成要素であることを示している。

また、このプリンタ１には、中間転写ベルト３０、二次転写ロール３２、定着器３３、テンションローラ３４、および制御部３５も備えられている。

このプリンタ１におけるカラー画像形成動作について説明する。

先ず、イエロ用の画像形成部１０Ｙによるトナー像形成が開始され、矢印Ａ方向に回転する感光体ロール１１Ｙの表面が除電ランプ１８Ｙにより除電された後、回転する感光体ロール１１Ｙに接触して回転する帯電ロール１２Ｙにより所定の電荷が付与される。この帯電ロール１２Ｙには、帯電制御装置１６Ｙによって予め決められた直流電圧に交流電圧が重畳された電圧（以降、重畳電圧という）が印加されている。

次に、露光部１３Ｙにより感光体ロール１１Ｙ表面にイエロ画像に相当する露光光が照射され潜像が形成される。その潜像は現像部１４Ｙによりイエロの現像剤で現像されて感光体ロール１１Ｙ上にイエロの現像像が形成される。その現像像は、一次転写ロール１５Ｙにより中間転写ベルト３０に転写され転写像を形成する。中間転写ベルト３０は矢印Ｂ方向に循環移動しており、中間転写ベルト３０上に転写されたイエロの転写像が、中間転写ベルト３０の移動方向下流側のマゼンタ用の画像形成部１０Ｍの一次転写ロール１５Ｍに到達するタイミングに合わせて、マゼンタの現像像が一次転写ロール１５Ｍに到達するように、マゼンタの画像形成部１０Ｍではトナー像形成が行われる。形成されたマゼンタの現像像は、一次転写ロール１５Ｍにおいて中間転写ベルト３０上のイエロの転写像の上に重ねて転写される。

続いて、シアンおよび黒の画像形成部１０Ｃ、１０Ｋによる現像像形成が上述したのと同様のタイミングで行われ、一次転写ロール１５Ｃ、１５Ｋそれぞれによって中間転写ベルト３０のイエロおよびマゼンタの転写像の上に順次重ねて転写される。

こうして、中間転写ベルト３０上に転写された多色転写像は、二次転写ロール３２により用紙２００上に二次転写され、用紙２００とともに矢印Ｃ方向に搬送され、定着器３３により用紙２００上に定着されてカラー画像が形成される。

図２は、イエロ用の画像形成部の概略構成図である。尚、イエロ以外の他の色用の画像形成部も、図２に示す構成と同じ構成、かつ同じ機能を有したものであるので、以下では、イエロ用の画像形成部１０Ｙを代表的に取り挙げて説明する。

図２には、この画像形成部１０Ｙを構成する各部が示されており、現像部１４Ｙは、現像バイアスが印加された現像ロール１４１Ｙと、現像剤を収容したハウジングを備えている。この現像剤は、トナーと磁性キャリアとを含んでおり、このトナーには固体潤滑剤の一種である金属石鹸（例えばステアリン酸亜鉛）が付着している。また磁性キャリアは、磁性体粒子であって、トナーとの摩擦によりトナーを帯電させる。帯電したトナーは、この磁性キャリアに静電的に付着する。現像ロール１４１Ｙは、図示は省略するが、矢印Ｃ方向に回転する円筒形状のスリーブと、このスリーブ内部にこのスリーブとは独立に固定された、このスリーブの周回方向に複数の磁石が配列されたマグネットロールとで構成されており、ハウジングに収容されている現像剤は、スリーブ内部に配備されたマグネットロールからの磁力によってスリーブ表面に吸着される。また、現像ロール１４１Ｙには、交流電圧と現像バイアスとが重畳されて印加されており、これにより、現像ロール１４１Ｙ（スリーブ表面）に吸着されている現像剤中のトナーが静電潜像の背景部分に付着するのを妨げる向きの電界が現像ロール１４１Ｙと感光体ロール１１Ｙの静電潜像の背景部分との間に発生する。これらの間の電位差については、この電位差が大き過ぎることによる逆極トナーの背景部分への付着と、この電位差が小さ過ぎることによる低帯電トナーの背景部分への付着との双方を抑制するための調整が図られている。一方、現像ロール１４１Ｙと感光体ロール１１Ｙの静電潜像との間に発生する電界により、現像ロール１４１Ｙの表面に吸着された現像剤のうちのトナーが、感光体ロール１１Ｙとの間に形成された現像領域において、感光体ロール１１Ｙの静電潜像側に静電的に引っ張られて静電潜像に付着してトナー像が形成される。

そしてその感光体ロール１１Ｙ上のトナー像が一次転写ロール１５Ｙで中間ベルト２００上に転写される。また感光体ロール１１Ｙ上に残留するトナーはクリーニング部材１７Ｙで取り除かれ感光体ロール１１Ｙは除電ランプにより除電される。このクリーニング部材１７Ｙが、本発明にいう清掃部材の一例に相当する。このクリーニング部材１７Ｙは、感光体ロール１１Ｙの表面に弾力的に接触して、表面に残留するトナーを感光体ロールの表面に傷をつけずに掻き取ることが可能な、ゴムや樹脂等からなる部材である。

図２には、イエロ用の画像形成部１０Ｙに備えられている帯電制御装置１６Ｙの詳細な構成が示されているので、その構成を説明する。

この帯電制御装置１６Ｙは、制御部１６２Ｙと、電圧印加部１６３Ｙ、および環境センサ１６５Ｙを有している。この制御部１６２Ｙおよび環境センサ１６５Ｙが本発明にいう電圧切替部の一例を構成し、電圧印加部１６３Ｙが本発明にいう電圧印加部の一例に相当し、環境センサが本発明にいう環境検知部の一例に相当するとともに本発明にいう温湿度検知部の一例にも相当し、制御部１６２Ｙが本発明にいう環境応答切替部の一例に相当するとともに温湿度応答切替部の一例にも相当する。

制御部１６２Ｙは、後述する高温高湿環境下にならない限り、電圧印加部１６３Ｙに指示して帯電ロール１２Ｙに重畳電圧（ＡＣ＋ＤＣ）を印加させることで感光体ロール１１Ｙの帯電を実施する。こうして重畳電圧で感光体ロール１１Ｙを帯電すると、帯電の均一性が時間的にも場所的にも保たれる。

ここで、本実施形態のプリンタ１では、感光体ロール１１Ｙの感光層の磨耗を防ぐためと低温低湿環境下でのクリーニング性能を向上させるためとの２つ理由で金属石鹸（例えばステアリン酸亜鉛）を含む現像剤を用いてその金属石鹸で感光体ロール１１Ｙの表面に保護膜を形成する構成を採用している。なおこの金属石鹸はブラシ等で感光体ロール表面に塗布されても保護膜を形成するが、本実施形態では、部品点数の少ない上記構成を採用している。

この現像剤中の金属石鹸が本発明にいう固体潤滑剤の一例に相当する。この金属石鹸により感光体ロール１１Ｙの表面に保護膜が形成されると、その保護膜により感光体ロール１１Ｙの表面が保護されるとともに感光体ロール１１Ｙからのトナーの除去が容易となる。

ところで、図１のプリンタでは用紙サイズが操作により指示されて画像形成が行なわれるため、用紙サイズでの像形成時には、感光体ロール１１Ｙ上の領域のうち、最大の用紙サイズでの画像形成に用いられる画像形成領域の範囲内には、画像形成領域と非画像形成領域とが生じる。このような画像形成領域と非画像形成領域とでは、後で後述するように、金属石鹸が感光体ロールの表面に付着し易い高温高湿環境下の場合に、金属石鹸の量に極端な違いが生じる傾向がある。

そこで、本実施形態のプリンタでは、帯電制御を実施する制御部１６２Ｙが、環境センサ１６５Ｙからの温度情報と湿度情報とが予め決められた高温高湿環境を示していると判断した場合に、電圧印加部１６３Ｙに指示して帯電ロール１２Ｙに印加する電圧を上述した重畳電圧から直流電圧のみの印加電圧（以降、非重畳電圧という）へと切り替えている。この電圧の切替の作用を図３、図４を参照して説明する。

図３は、感光体ロール１１Ｙの表面の感光層上に形成される金属石鹸の膜の状態とその膜の上に位置するトナーの状態とを示す図である。また図４は、電圧切替の作用を説明するための模式図である。

前述した様にクリーニング部材１７Ｙは弾力性を有するゴムや樹脂等で構成されていて図３（ａ）に示す様に、感光体ロール１１Ｙの表面に接触している。この感光体ロール１１Ｙの表面に、感光体ロール１１Ｙを保護するための金属石鹸による保護膜が形成される。図３（ｂ）には、感光体ロール１１Ｙの表面に適正量の金属石鹸による保護膜が形成された場合の、その保護膜上に位置するトナーとクリーニング部材１７Ｙとの位置関係が示されている。

また図４（ａ）には、感光体ロール１１Ｙと帯電ロール１２Ｙとが示され、さらに今回の画像形成（最大の画像サイズよりも小さい画像サイズでの画像形成）における感光体ロール１１Ｙ上の画像形成領域と非画像形成領域がそれぞれ示されている。また図４（ｂ）には、２８℃以上かつ８５％以上の高温高湿環境下（以下この環境をＨ／Ｈ環境という）における感光体ロール１１Ｙの表面つまり感光層上の画像形成領域と非画像形成領域との金属石鹸の量の違いが示されている。また図４（ｃ）には、図４（ｂ）の、Ｈ／Ｈ環境から１０℃以下かつ１０％以下の低温低湿環境下（以下Ｌ／Ｌ環境という）に変化したときの感光層上の画像形成領域と非画像形成領域に対応する帯電ロールの各領域の抵抗値の違いが示されており、図４（ｄ）には、図４（ｃ）と同様に、Ｈ／Ｈ環境からＬ／Ｌ環境に変化したときの感光層上の画像形成領域と非画像形成領域の表面電位の違いが示されている。また図４（ｅ）には図４（ａ）に示すＨ／Ｈ環境下における、画像形成領域と非画像形成領域におけるＺｎＳｔ被覆率に対応した感光体表面の磨耗量の違いが示されている。

図３（ａ）に示す様に、クリーニング部材１７Ｙは、感光体ロール１１Ｙの表面に接触している。このため感光体ロール１１Ｙ上に残留するトナーがクリーニング部材１７Ｙで取り除かれるときには、金属石鹸により形成されている保護膜とその保護膜上のトナーとがクリーニング部材１７Ｙで取り除かれる。

ここで感光体ロール１１Ｙに重畳電圧が印加されている状態でＨ／Ｈ環境になると、画像形成領域の金属石鹸が熱量と水分とを多く含んで感光体ロール上への付着率が高まる。このとき画像形成領域ではトナーが存在するためクリーニング部材１７Ｙで金属石鹸の膜とトナーとの双方が取り除かれるが、非画像形成領域ではトナーが存在しないために金属石鹸が除去されにくく膜厚が厚くなってしまうという事態が発生する。この状況を示しているのが、図４（ｂ）と図４（ｅ）である。

図４（ｂ）には、Ｈ／Ｈ環境において重畳電圧（ＡＣ＋ＤＣ）が印加された状態では、上述した様に感光体ロール表面の感光層上の非画像形成領域の膜厚が画像形成領域に比べて厚くなることが示されている。こうしてＨ／Ｈ環境になると、画像形成領域の膜厚と非画像形成領域の膜厚とに極端な違いが生じる。

このため、図４（ｅ）に示す様に、クリーニングされた後の感光層の磨耗量に極端な違いが生じる。その後に画像サイズが変更されて非画像形成領域が画像形成領域になって画像形成が行なわれる際には非画像形成領域であったところに像流れが引き起こされてしまう場合もある。

また、感光体ロール周辺の環境が、図４（ｂ）のＨ／Ｈ環境からＬ／Ｌ環境に変化するようなことが起こると、保護膜の膜厚の違いによって、図４（ｃ）に示す様に、非画像形成領域に対応する領域の帯電ロールの抵抗値と、画像形成領域に対応する領域の帯電ロールの抵抗値とに違いが生じる。さらに、このような抵抗値の違いは、図４（ｄ）に示す様に、感光体ロール１１Ｙの表面電位の違いを生む。このため、Ｈ／Ｈ環境下で抵抗値の違いを生じてからＬ／Ｌ環境に変化すると、非画像形成領域であった部分は画像濃度が濃くなった画像が得られてしまう。

そこで、本実施形態では、Ｈ／Ｈ環境においては帯電ロール１２Ｙに重畳電圧を印加せずに非重畳電圧を印加する構成を提案している。

つまり、制御部１６２Ｙは、環境センサ１６５Ｙからの検出結果がＨ／Ｈ環境を示していると判断した場合には、電圧印加部１６３Ｙに指示して重畳電圧（ＡＣ＋ＤＣ）から非重畳電圧（ＤＣ）に切り替えて非重畳電圧（ＤＣ）を帯電ロール１２Ｙに印加する。

図４（ｂ）と図４（ｅ）には、非重畳電圧（ＤＣ）が印加された場合の状態も重ねて示されている。これらの図から分かる様に、非重畳電圧（ＤＣ）が印加された場合には、Ｈ／Ｈ環境においても、Ｌ／Ｌ環境においても、重畳電圧（ＡＣ＋ＤＣ）が印加された場合に比べて画像形成領域の膜厚と非画像形成領域の膜厚との均一性が高いということが分かる。

従って、制御部１６２Ｙの制御により電圧印加部１６３Ｙが非重畳電圧（ＤＣ）を印加すると、図４（ｂ）に示す様に、膜厚が均一化し、図４（ｅ）の非重畳電圧（ＤＣ）のラインが示す様に、Ｈ／Ｈ環境においても感光層の画像形成領域と非画像形成領域とで磨耗量が均一化する。その結果、Ｈ／Ｈ環境においてサイズの異なる画像形成が連続して行なれても像流れが回避される。

また、Ｈ／Ｈ環境で非重畳電圧に切り替えておけば、保護膜の膜厚が均一化しているので、その後、図４（ｃ）や図４（ｄ）で説明したようにＬ／Ｌ環境に変化しても帯電ロールの抵抗値も感光層の表面電位もより均一に近づくことになる。従って、図４（ｃ）および図４（ｄ）を参照して説明した非画像形成領域であった部分の濃い画像も回避される。

次に第２実施形態を説明する。

この第２実施形態は、制御部１６２Ｙにおける制御の違いが第１実施形態との主な相違であるので、以下、制御部１６２Ｙにおける制御に着目して説明する。

図４（ｃ）で説明した様な、保護膜の膜厚に起因した抵抗値の違いとは別に、帯電ロール１２Ｙは、温湿度環境が変化すると抵抗値が変化するという特性を一般的に持つ。

そこで、第２実施形態では、制御部１６２Ｙが環境変化を判断するために、帯電ロールの抵抗値の変化を利用している。即ち、制御部１６２Ｙは、帯電ロール１２Ｙの抵抗を検知してこの抵抗が予め決められた低抵抗値を示しているときにはＨ／Ｈ環境にあるとして重畳電圧から非重畳電圧への切替を実施する。

図５は、第２実施形態を示す図である。

この第２実施形態の構成は、図２に示す第１実施形態の構成に出力交流電圧ピーク検出部１６６Ｙが付加された構成となっている。また、この第２実施形態の電圧印加部１６３０Ｙは、直流電圧に交流電圧を重畳するときには交流電流を一定値とする定電流出力を行なう。

この図５の構成において、出力交流電圧ピーク検出部１６６Ｙは、交流電圧の正弦波における山と谷の電圧差（ピークトウピーク）を検出する。そして制御部１６２Ｙは、出力交流電圧ピーク検出部１６６Ｙで検出された電圧差が予め決められた値以下になると、Ｈ／Ｈ環境になったと判断して、重畳電圧から非重畳電圧への切替を実施する。この例では、出力交流電圧ピーク検出部が、本発明にいう、環境検知部の一例に相当する。またこの交流電圧のピーク値に限らず、直流成分の印加電圧と電流特性や、直流印加電圧と感光体表面電位などを検知する事で制御する事も可能である。

最後に、第３実施形態を説明する。

この第３実施形態も、制御部１６２Ｙにおける制御の違いが第１実施形態との主な相違点であるので、以下の説明でも、制御部１６２Ｙにおける制御に着目した説明を行なう。

この第３実施形態では、環境変化ではなく、金属石鹸の付着量変化を検知して印加電圧を切り替える。金属石鹸の付着量が変化すると、感光体ロール１１Ｙとクリーニング部材１７Ｙとの擦れ合いの強度も変化するので、感光体ロール１１Ｙの回転トルクが変化する。安定な画像形成の必要上、感光体ロールを回転させる駆動部の駆動電流は、感光体ロールが定常回転するように制御されているので、この回転トルクの変化は駆動部１６８Ｙの駆動電流の変化をもたらす。そこで、第３実施形態では、感光体ロール１１Ｙを回転させるための駆動電流を検知することで金属石鹸の多寡を判断し、その判断に基づいて印加電圧を切り替える構成となっている。

図６、図７は、第３実施形態を説明する図である。

この図６には、図２では図示が省略されていた、感光体ロール１１Ｙを回転させる駆動部１６８Ｙが図示されている。この駆動部１６８Ｙには感光体ロール１１Ｙを回転させるためのモータが含まれており、そのモータに流れる駆動電流は制御部１６２Ｙで検出される。

制御部１６２Ｙは、この検出した駆動電流が、予め決められた電流範囲外にあるときに重畳電圧から非重畳電圧への切替を実施する。この例では、制御部１６２Ｙが、本発明にいう擦れ合い応答切替部の一例に相当するとともに、本発明にいう摺れ合い検知部の一例にも相当する。

ここで、上述した予め決められた電流範囲について説明する。

図７は、金属石鹸の量と駆動電流との関係を示したグラフである。図７の横軸は時間、縦軸は駆動電流を示している。

この図７には、重畳電圧が印加されている状態では時間経過とともに固体潤滑剤である金属石鹸の量が増して膜厚が厚くなり、トナーの掻き取り力が増すので駆動電流が大きくなることが示されている。その後、さらに固体潤滑剤の量が増えると、ついには、保護膜がへき開を起こして擦れ合いの強度が急激に小さくなって駆動電流が減少することも示されている。図７の矢印で示した部分がへき開を起こしたタイミングを示している。

このへき開を起こす直前の高電流値（グラフのピーク値）およびへき開を起こした後の低電流値（グラフの右側のすそ）はいずれも金属石鹸が過多であることを意味するので、駆動電流がこれら高電流置や低電流値を示したときに非重畳電圧に切り替えることで金属石鹸の量が抑制される。図７に示す様に非重畳電圧（ＤＣ）の場合には金属石鹸の量が適正量で安定し、駆動電流も安定値となる。

つまり、上述した電流範囲は、上記高電流値と上記低電流値との間に、上記安定値を含むように設定されている。

尚、以上の実施形態では、本発明の画像形成装置の一例としてプリンタを例に挙げて説明したが、本発明の画像形成装置が複写機であってもよく、またファクシミリ等でもあっても良い。

また、本実施形態では、本発明にいう画像形成装置として、転写ベルトを介してトナー像を記録用紙に転写する間接転写方式の画像形成装置の例を説明したが、本発明の画像形成装置は、搬送されてきた記録用紙に、転写ロール等を用いてトナー像を直接転写する直接転写方式の画像形成装置であっても良い。

最後に各実施形態に対応する実施例を掲げておく。

まず上述した第１実施形態に対応する実施例１と、この実施例１と比較するための比較例１を説明する。
＜実施例１＞
富士ゼロックス社製ＡＰＥＯＳＰＯＲＴＣ６５５Ｉの黒画像形成エンジン内の帯電器をコロトロンから帯電ロールに変更し、ステアリン酸亜鉛の外部供給部材（棒状ステアリン酸亜鉛と供給ブラシ）は取り外すことで、図２に示す構成とした実験機において、Ａ４用紙をＨ／Ｈ環境下（２８℃、８５％）で３万枚出力し、その後Ｌ／Ｌ環境下（１０℃、１５％）で１万枚出力する合計で４万枚の実機走行を実施した。

Ａ４用紙上の画像パターンとしては、ＣＭＹＫの各色について網点面積率が３０％であるハーフトーン画像を用いた。感光体の端部には３ｃｍ幅の非画像領域が形成された。実機走行中には定期的に最大用紙サイズで画像形成を行ない、画質を確認した。

現像剤としては、平均粒径３μｍのステアリン酸亜鉛粉末をトナーとの重量比で０．２重量％添加した現像剤を使用し、クリーニング部材には厚さ２ｍｍのウレタンゴム製のものを使用し、自由長７．５ｍｍ，当接角度２３°，喰い込み量１．０ｍｍで設置した。

上記実験機には改造前から温湿度センサーが内蔵されており、ここからの温度および湿度情報を使用して帯電ロールへの印加電圧の切替を実施した。印加電圧の切替制御としては、上記の通り、高温高湿環境下では非重畳電圧での帯電とし、それ以外の環境では１．６ｋＨｚの交流成分を有する重畳電圧での帯電とした。尚、交流の電流値は２．１ｍＡの定電流とした。

４万枚の出力が終了するまで、最大用紙サイズでの画像形成時に像流れ等は全く生じなった。また実機走行後に感光体ロールの膜厚を測定したところ、画像形成領域と非画像形成領域との差は１μｍ以下に抑えられていた。

＜比較例１＞
上記実施例と比較するために、実施例１における実機走行の条件と同様の条件において、全ての温湿度環境下で重畳電圧を印加した。特にＨ／Ｈ環境下での試験終了後においてＬ／Ｌ環境に変更し、上記と同じハーフトーン画像を用いて最大用紙サイズでの画像形成を行なったところ、非画像形成部に対応した領域が高濃度となる画質不良が発生することが確認された。

感光体の画像形成領域の膜厚と非画像形成領域の膜厚とを測定すると、画像形成領域と非画像形成領域とで残膜厚が異なり、非画像形成領域の残膜厚が２．５μｍ多い状態であることが判明した。したがって、上記濃度差は、この感光体の残膜厚の差に起因するものであると考えられる。

次に上述した第２実施形態に対応する実施例２を説明する。

＜実施例２＞
富士ゼロックス社製ＡＰＥＯＳＰＯＲＴＣ６５５Ｉの画像形成エンジン内の帯電器をコロトロンから帯電ロールに変更しステアリン酸亜鉛の外部供給部材（棒状ステアリン酸亜鉛と供給ブラシ）は取り外すことで図５に示す構成とした実験機において、Ａ４用紙をＨ／Ｈ環境下（２８℃、８５％）で３万枚出力し、その後Ｌ／Ｌ環境下（１０℃、１５％）で１万枚出力する合計で４万枚の実機走行を実施した。

上記実験機では、帯電ロールに印加される交流電圧の出力値を検知する制御がなされており、この帯電ロールに印加される出力電圧から帯電ロールへの非重畳電圧の値を第１実施形態と同様に決定した。帯電ロールに印加される重畳電圧と非重畳電圧との切替制御としては、セットアップサイクル時やマシン内制御コントロール時に重畳電圧の交流成分（周波数１．６ｋＨｚ、２．１ｍＡの定電流制御）を用いて、帯電ロールに印加される出力交流電圧の山と谷のピーク差（ピークトウピーク）を検知してこのピーク差が予め決められた値（１．６ｋＶ）以下では非重畳電圧を印加し、この値以上では重畳電圧を印加した。走行開始時のＨ／Ｈ環境下では非重畳電圧を印加しての帯電から始まり、そのまま３万枚の出力が終わるまで、最大用紙サイズでの確認時に像流れ等は発生せず画質は正常であった。

３万枚の実機走行後に感光体の膜厚を測定したところ、画像形成部，非画像形成部での残膜厚さの差は１μｍ以下と小さく、良好な結果が得られた。

その後、環境をＨ／Ｈ環境からＬ／Ｌ環境に変更して１万枚の実機走行を行なっても、ブレードの異音などが発生することがなく、ハーフトーンの画質異常やブレードカケに起因する帯電ロールの表面上への筋状汚れも未発生であった。これはＨ／Ｈ環境で非重畳電圧による帯電が行なわれたために、感光体の表面への過剰な量のステアリン酸亜鉛の付着が防止されてＬ／Ｌ環境においても感光体ロールの回転に必要なトルクの上昇が抑制されたためであると考えられる。

次に上述した第３実施形態に対応する実施例３を説明する。

＜実施例３＞
富士ゼロックス社製ＡＰＥＯＳＰＯＲＴＣ６５５Ｉの黒画像形成エンジン内の帯電器をコロトロンから帯電ロールに変更し、ステアリン酸亜鉛の外部供給部材（棒状ステアリン酸亜鉛と供給ブラシ）は取り外すことで、図６に示す構成とした実験機において、Ａ４用紙をＨ／Ｈ環境下（２８℃、８５％）で３万枚出力し、その後Ｌ／Ｌ環境下（１０℃、１５％）で１万枚出力する合計で４万枚の実機走行を実施した。

Ａ４用紙上の画像パターンとしては、ＣＭＹＫの各色について網点面積率が５％であるハーフトーン画像を用いた。感光体の端部には３ｃｍ幅の非画像領域が形成された実機走行中には定期的に最大用紙サイズで画像形成を行ない、画質を確認した。

実験機には感光体を駆動するモータの電流出力値を検知するセンサが内蔵されており、このセンサを利用してモータの回転トルクの状態を検知して、帯電ロールに重畳電圧を印加するか、非重畳電圧を印加するかを決定した。感光体ロールへの印加電圧の切替制御としては２００ｍＡ（≒推定負荷トルク２ｋｇｆ・ｃｍ）以下では、感光体ロールの感光層上の金属石鹸が少ないとして重畳電圧による帯電とし、これ以上では金属石鹸が多いとして非重畳電圧による帯電とした。この重畳電圧による帯電のときの交流電流成分は正弦波，周波数１．６ｋＨｚ、２，１ｍＡの定電流制御とした。

その結果、Ｈ／Ｈ環境で開始時には重畳電圧による帯電であったが、およそ５０００枚出力時にトルク低下が検知され、非重畳電圧による帯電に切り替えられた。その後は、３万枚の出力が終了するまで非重畳電圧の印加が続いた。Ｈ／Ｈ環境下での約３万枚の走行試験が終了した後の、最大用紙サイズによるハーフトーン画像の形成においては画像形成部と非画像形成部とでの濃度差は、未発生であり、感光体表面の膜圧測定結果においても画像形成部、非画像形成部での残膜厚さの差は約１μｍ以下と小さく抑えることができた。その後のＬ／Ｌ環境下ではトルクの上昇は４．１ｋｇｆ・ｃｍ程度まであったものの、安定状態となりクリーニングブレードの摺察音も未発生であった。

最後に、第３実施形態に対応する実施例４と、この実施例４と比較するための比較例２を説明する。

＜実施例４＞
富士ゼロックス社製ＡＰＯＳＰＯＲＴＣ６５５Ｉの黒画像形成エンジン内の帯電器をコロトロンから帯電ロールに変更し、ステアリン酸亜鉛の外部供給部材（棒状ステアリン酸亜鉛と供給ブラシ）は取り外して図６の構成とした実験機において、Ａ４用紙をＨ／Ｈ環境下（２８℃、８５％）×３万枚出力し、その後Ｌ／Ｌ環境下（１０℃、１５％）で２万枚出力する合計で５万枚の実機走行を実施した。

現像剤としては、平均粒径３μｍのステアリン酸亜鉛粉末をトナーとの重量比で０．２重量％添加した現像剤を使用し、クリーニング部材には厚さ２ｍｍのウレタンゴム製のものを使用し、自由長９．５ｍｍ，当接角度２７°，喰い込み量１．０ｍｍで設置した。

実験機には、感光体を駆動するモータの電流出力値を検知するセンサが内蔵されており、このセンサを利用して回転トルクの状態を検知して、帯電ロールへの重畳電圧の印加、又は非重畳電圧の印加の切替を実施した。切替を行なうにあたっては、２００ｍＡ（≒負荷トルク２ｋｇｆ・ｃｍ）以下、および５００ｍＡ（≒負荷トルク５ｋｇｆ・ｃｍ）を超えた範囲では非重畳電圧による帯電とし、２００〜５００ｍＡの範囲では重畳電圧による帯電とした。なお重畳電圧の交流成分の電流値は２．１ｍＡの定電流とした。

出力開始時は重畳電圧による帯電であったが、Ｈ／Ｈ環境下で開始後５０００枚の出力が終了した時点で非重畳電圧による帯電に切り替わった。これは重畳電圧による帯電での５０００枚出力によりステアリン酸亜鉛が感光体表面へ過剰に付着してへき開が発生して感光体の回転トルクが低下しモータの駆動電流値が１５０ｍＡ程度に低下したためである。非重畳電圧による帯電に切り替わった後も１５０ｍＡ程度を維持しており、このまま３万枚の出力まで非重畳電圧が印加された。非重畳電圧による帯電では、重畳電圧による帯電よりも放電ストレスが小さいため、もともと感光体とクリーニングブレードの間の擦れ合いを示す摩擦係数の上昇が小さく、かつ感光体の表面上の非画像形成部もステアリン酸亜鉛の過剰状態となりにくい為、負荷トルクが１．５ｋｇｆ・ｃｍ近辺のほぼ安定した状態となったと考えられる。またステアリン酸亜鉛が過剰では無いことと、非重畳電圧による帯電では重畳電圧による帯電より摩耗率が低いため画像形成部の磨耗と非画像形成部の摩耗の差が小さくなったと考えられる。結果、画質上の問題を生じることなく走行終了し、走行後の感光体の膜厚測定結果においても画像形成部，非画像形成部での残膜厚さの差は１μｍ以下と小さく抑えることができた。またＬ／Ｌ環境での２万枚出力の後においても感光体の表面は均一な汚れ方であり、この感光体表面の汚れに起因する画質上の欠陥は未発生であった。

＜比較例２＞
富士ゼロックス社製ＡＰＯＳＰＯＲＴＣ６５５Ｉの黒画像形成エンジン内の帯電器をコロトロンから帯電ロールに変更し、ステアリン酸亜鉛の外部供給部材（棒状ステアリン酸亜鉛と供給ブラシ）は取り外して図６の構成とした実験機において、Ａ４用紙をＨ／Ｈ環境下（２８℃、８５％）で３万枚出力し、その後Ｌ／Ｌ環境下（１０℃、１５％）で２万枚出力する合計で５万枚の実機走行を実施した。

現像剤としては、平均粒径３μｍのステアリン酸亜鉛粉末をトナーとの重量比で０．２重量％添加した現像剤を使用した。常に重畳電圧を印加して実施例４と同様の走行試験を行った。

結果、Ｈ／Ｈ環境の試験は、非画像形成部に対応した領域に像流れが発生した。このときの画像形成領域の膜厚と非画像形成領域の膜厚の差はおよそ２μｍであった。このままＬ／Ｌ環境にして走行試験を行なうと、駆動電流の値が上昇して感光体ロールの回転停止時などに異音がわずかに発生した。この異音はクリーニング部材のスティックアンドスリップによるものであり、感光体表面とクリーニング部材の擦れ合い強度が上昇したためにおきたものと考えられる。Ｌ／Ｌ環境での２万枚の走行試験後においては、帯電ロールに筋状のトナー成分の汚れが発生しており、この筋状汚れに対応したハーフトーンでの高濃度筋が画質欠陥として画像上に発生した。

画像形成装置の一実施形態であるプリンタの主要部の概略構成図である。イエロ用の画像形成部の概略構成図である。感光体ロール１１Ｙの表面の感光層上に形成される金属石鹸の膜の状態とその膜の上に位置するトナーの状態とを示す図である。電圧切替の作用を説明する模式図である。第２実施形態を示す図であり、図２の構成に出力交流電圧ピーク検出部１６６Ｙを付加した図である。第３実施形態を説明する模式図である。金属石鹸の量と駆動電流との関係を示したグラフである。

１プリンタ
１０Ｙ画像形成部
１１Ｙ感光体ロール
１２Ｙ帯電ロール
１３Ｙ露光部
１４Ｙ現像部
１４１Ｙ現像ロール
１５Ｙ一次転写ロール
１６Ｙ帯電制御装置
１６２Ｙ制御部
１６３Ｙ電圧印加部
１６４Ｙ直流電流検出部
１６５Ｙ環境センサ
１６６Ｙ出力交流電圧ピーク検出部
１７Ｙクリーニング部材
１８Ｙ除電ランプ

Claims

表面に固体潤滑剤が供給され、該表面に像が形成されて該像を保持する像保持体と、
電圧が印加され前記像保持体に接触して該像保持体に電荷を付与する帯電部材と、
前記帯電部材に電圧を印加する、該電圧として、直流電圧と交流電圧とが重畳された重畳電圧、および直流電圧のみの非重畳電圧の切換が可能な電圧印加部と、
前記帯電部材により帯電された前記像保持体の表面にトナー像を形成する像形成部と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写器と、
前記トナー像が前記被転写体に転写された後の前記像保持体の表面に接触して該表面から不要物を掻き落とす清掃部材と、
前記電圧印加部による前記帯電部材への印加電圧を、前記像保持体上における前記固体潤滑剤の多寡に応じて、前記重畳電圧と前記非重畳電圧とに切り換える電圧切換部とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
前記電圧切換部が、
前記像保持体上の環境を検知する環境検知部と、
前記環境検知部による検知結果が、前記固体潤滑剤の量が他の環境下よりも相対的に多くなる予め決められた環境を示している場合に、前記印加電圧を前記重畳電圧から前記非重畳電圧へと切り換える環境応答切換部とを備えたものであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記電圧切換部が、
前記像保持体の温湿度環境を検知する温湿度検知部と、
前記環境検知部による検知結果が、予め決められた高温高湿環境を示している場合に前記印加電圧を前記重畳電圧から前記非重畳電圧へと切り換える温湿度応答切換部とを備えたものであることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
前記電圧切換部が、
前記帯電部材の抵抗を検知する抵抗検知部と、
前記抵抗検知部による検知結果が、予め決められた低抵抗状態を示している場合に前記印加電圧を前記重畳電圧から前記非重畳電圧へと切り換える抵抗応答切換部とを備えたものであることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
前記電圧切換部が、
前記像保持体上における前記固体潤滑剤の多寡を直接あるいは間接に検知する多寡検知部と、
前記多寡検知部による検知結果が、予め決められた前記固体潤滑剤が多量となる状態を示している場合に前記印加電圧を前記重畳電圧から前記非重畳電圧へと切り換える多寡応答切換部とを備えたものであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記電圧切換部が、
前記清掃部材による掻き落としに伴う該像保持体の表面と前記清掃部材との擦れ合いの強度を検知する擦れ合い検知部と、
前記擦れ合い検知部による検知結果が、予め決められた強度範囲を外れた場合に前記印加電圧を前記重畳電圧から前記非重畳電圧へと切り換える擦れ合い応答切換部とを備えたものであることを特徴とする請求項１または４記載の画像形成装置。