JP2014191067A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印字動作の開始前に像担持体表面の水分を効率良く除去できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、像担持体と、第１導電部材と、バイアス印加手段と、制御手段と、を備え、像担持体を回転させて像担持体表面に画像形成を行う。像担持体は、外周面に感光層が形成される。第１導電部材は、像担持体の感光層に接触する。バイアス印加手段は、第１導電部材に交流バイアスを含むバイアスを印加する。制御手段は、バイアス印加手段を制御する。画像形成装置は、非画像形成時に第１導電部材を像担持体の画像形成領域外に接触させた状態で、第１導電部材と像担持体との間の放電開始電圧の２倍以上のピークツーピーク値を有する交流バイアスを第１導電部材に印加して像担持体表面を昇温する昇温モードを実行可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、感光体ドラムを用いた画像形成装置に関し、特に感光体ドラム表面の水分の除去方法に関するものである。

コピー機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真方式を用いる画像形成装置においては、主に粉末の現像剤（以下、トナーという）が使用され、感光体ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像を現像装置内のトナーによって可視化し、そのトナー像を記録媒体上に転写した後、定着処理を行うプロセスが一般的である。感光体ドラムは円筒基材の表面に十〜数十μｍの感光層が形成されたものであるが、感光層は構成する主材料により有機感光体、セレン砒素感光体、アモルファスシリコン（以下ａ−Ｓｉと記す）感光体等に分類できる。

有機感光体は比較的安価であるが、磨耗しやすく頻繁に交換する必要がある。また、セレン砒素感光体は有機感光体に比べて長寿命であるが、毒性を有する物質であるため取り扱いが困難であるという欠点を持つ。一方、ａ−Ｓｉ感光体は有機感光体に比べて高価であるが、無害な物質で取り扱いが容易であり、高硬度で優れた耐久性（有機感光体の５倍以上）を有しており、長期間使用後も感光体としての特性がほとんど劣化せず高画質が保持できる。そのため、ランニングコストも低く、環境に対する安全性も高い優れた像担持体である。

これらの感光体ドラムを用いた画像形成装置においては、その特性から、使用条件によっては画像がかすれたようになったり、或いは画像の周囲が滲んだようになったりする、いわゆる画像流れが発生しやすいことが知られている。画像流れの発生要因は、帯電装置を用いて感光体ドラム表面の帯電を行うと、帯電装置の放電によりオゾンが発生する。このオゾンにより空気中の成分が分解され、ＮＯｘやＳＯｘ等のイオン生成物が生成される。このイオン生成物は水溶性であることにより、感光体ドラムに付着し、感光体ドラム表面の０．１μｍ程度の粗さ構造内に入り込むために、汎用機で使用されるクリーニングシステムでは取り除くことができず、さらに、これらが大気中の水分を取り込むことで感光体ドラム表面の抵抗が低下する。これにより、感光体ドラム表面に形成された静電潜像のエッジ部で電位の横流れが起こり、その結果、画像流れを生じることがある。この現象は、特にブレード等による表面磨耗が少なく、感光体表面の分子構造が水分を吸着しやすいａ−Ｓｉ感光体において顕著である。

このような画像流れの発生を防止する方法は、従来種々提案されており、例えば、感光体ドラム内部や、感光体ドラムに当接している摺擦部材の内部に発熱体（ヒーター）を設けて、機内の温湿度センサーで検知した温度、湿度により発熱体を制御して加熱し、感光体ドラム表面に付着している水分を蒸発させて、画像流れの発生を防止する方法が知られている。

しかし、感光体ドラムの内部にヒーターを配置する方法では、ヒーターと電源との接続には摺動電極を用いる必要がある。そのため、ヒーターと電源とを接続する摺動部が存在することで、感光体ドラムの総回転時間が長くなってくると、摺動部で接点不良を起こすという問題があった。また、省エネや環境対応の必要性が高まる昨今、待機時や通常印字時における消費電力の低減が強く求められている。特に、タンデム式のフルカラー画像形成装置のように複数のドラムユニットを有するものでは、その消費電力は大きく、ヒーターを搭載することは望ましくない。カセットヒーターや定着装置周囲の熱を感光体ドラム周辺に送る方法等もあるが、周辺の現像器等も加熱されてしまい効率的ではない。

そこで、特許文献１には、直流電圧のみからなる帯電用電圧、若しくは画像形成時よりも低い交流電圧を直流電圧に重畳してなる帯電用電圧を印加する弱帯電期間を、正規の帯電期間の開始前、終了後、または複数の正規の帯電期間の間の所定期間に設定することで、画像形成時以外の帯電バイアスの印加による放電生成物の発生を抑制する画像形成装置が開示されている。

また、特許文献２には、クリーニングブレードにより感光体ドラム表面から水分を除去する第１水分除去工程と、現像ローラー上のトナーを感光体ドラム側に搬送して感光体ドラム表面の水分をトナーに吸着させ、トナーと共に除去する第２水分除去工程と、帯電ローラーに電圧を印加して帯電ローラー及び感光体ドラム表面の水分を除去する第３水分除去工程を順次行う水分除去モードを実行可能な画像形成装置が開示されている。

特開２００７−９４３５４号公報 特開２０１２−１４１５４１号公報

しかしながら、特許文献１の方法は、放電生成物の発生は抑制できるものの、感光体ドラム表面の水分を除去するものではない。そのため、温湿度等の環境条件に応じて感光体ドラム表面の研磨時間を長くとるなどの対策が必要となっていた。一方、特許文献２の方法では、第２水分除去工程において一定量以上のトナーを感光体ドラムに強制的に供給する必要があり、印字動作以外でのトナー消費量が増加してしまう。また、第１〜第３水分除去工程を順次行う必要があるため水分の除去に時間を要するという問題点もあった。

本発明は、上記問題点に鑑み、印字動作の開始前に像担持体表面の水分を効率良く除去できる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、像担持体と、第１導電部材と、バイアス印加手段と、制御手段と、を備え、像担持体を回転させて像担持体表面に画像形成を行う画像形成装置である。像担持体は、外周面に感光層が形成される。第１導電部材は、像担持体の感光層に接触する。バイアス印加手段は、導電部材に交流バイアスを含むバイアスを印加する。制御手段は、バイアス印加手段を制御する。画像形成装置は、非画像形成時に第１導電部材を像担持体の画像形成領域外に接触させた状態で、第１導電部材と像担持体との間の放電開始電圧の２倍以上のピークツーピーク値を有する交流バイアスを第１導電部材に印加して像担持体表面を昇温する昇温モードを実行可能である。

本発明の第１の構成によれば、非画像形成時に第１導電部材と像担持体との間の放電開始電圧の２倍以上のピークツーピーク値を有する交流バイアスを第１導電部材に印加することにより、像担持体自体が昇温するので、像担持体の内部や外部にヒーターを配置する方法に比べて、像担持体周辺の雰囲気（空気）など余分なものまで加熱するエネルギーが不要である。また、第１導電部材を像担持体の画像形成領域外に接触させた状態で交流バイアスを印加するため、像担持体の第１導電部材が接触する部分の感光層が絶縁破壊されても画像に悪影響を与えない。従って、像担持体表面の水分を短時間で効率良く除去することにより、長期間に亘って画像流れの発生を効果的に抑制するとともに、第１導電部材への交流バイアスの印加に伴う像担持体の感光層の絶縁破壊による画像不具合も抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係るカラープリンター１００の全体構成を示す概略断面図 図１における画像形成部Ｐａ周辺の部分拡大図 第１実施形態のカラープリンター１００の制御経路を示すブロック図 帯電ローラー２２への交流バイアスの印加によって感光体ドラム１ａ〜１ｄが昇温する原理を説明するための等価回路を示す図 第１実施形態のカラープリンター１００における、印字動作中及び昇温モード実行時の感光体ドラム１ａ〜１ｄと帯電ローラー２２との位置関係を示す平面図 本発明の第２実施形態に係るカラープリンター１００における、印字動作中及び昇温モード実行時の感光体ドラム１ａ〜１ｄと帯電ローラー２２との位置関係を示す平面図 感光体ドラム１ａ〜１ｄを印字動作中と同一線速で回転駆動させた状態と、感光体ドラム１ａ〜１ｄを印字動作中の１／２の線速で回転駆動させた状態と、感光体ドラム１ａ〜１ｄを停止させた状態とで昇温モードを実行したときの感光体ドラム１ａ〜１ｄの昇温量を示すグラフ 帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数ｆを変化させて昇温モードを実行したときの感光体ドラム１ａ〜１ｄの昇温量を示すグラフ 帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数ｆ、及びＶｐｐを変化させて昇温モードを実行したときの感光体ドラム１ａ〜１ｄの昇温量を示すグラフ 帯電ローラー２２に印加する交流バイアスのＶｐｐを増加させたときの放電電流の推移を示すグラフ 相対湿度６０％、６５％、７０％、８０％、９０％、及び１００％における機内温度（℃）と絶対湿度（ｇ／ｃｍ³）との関係を示すグラフ 感光体ドラム１ａ〜１ｄ付近の相対湿度を６５％以下に下げるのに必要な感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面温度の昇温量を示すグラフ 帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数ｆを０〜１２ｋＨｚまで変化させたときの感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位Ｖ０の変化を示すグラフ 帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数ｆを３０００Ｈｚ、Ｖｐｐを１６００Ｖに固定し、直流バイアスＶｄｃを０、３５０Ｖ、５００Ｖの３段階に変化させたときの感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温量の変化を示すグラフ 帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数ｆを３０００Ｈｚ、Ｖｐｐを１６００Ｖに固定し、直流バイアスＶｄｃを０、３５０Ｖ、５００Ｖの３段階に変化させたときの耐久印字後の帯電ローラー２２の体積抵抗値の変化を示すグラフ

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るカラープリンター１００の構成を示す概略図である。カラープリンター１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、ここではアルミドラムの外周面にａ−Ｓｉ感光層が形成されたａ−Ｓｉ感光体が用いられている。さらに駆動手段（図示せず）により図１において時計回り方向に回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次一次転写されて重畳された後、二次転写ローラー９の作用によって記録媒体の一例としての転写紙Ｐ上に二次転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される。例えば感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回り方向に回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａ及びレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。また、感光体ドラム１ａに対し中間転写ベルト８の回転方向上流側には中間転写ベルト８を挟んでテンションローラー１１に対向するベルトクリーニングユニット１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング装置５ａ〜５ｄが設けられている。

以下、図２を用いて画像形成部Ｐａについて詳細に説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄについても基本的に同様の構成であるため説明を省略する。図２に示すように、感光体ドラム１ａの周囲には、ドラム回転方向（図１の反時計回り方向）に沿って帯電器２ａ、現像装置３ａ、クリーニング装置５ａが配設され、中間転写ベルト８を挟んで一次転写ローラー６ａが配置されている。

帯電装置２ａは、感光体ドラム１ａに接触してドラム表面に帯電バイアスを印加する帯電ローラー２２と、帯電ローラー２２をクリーニングするための帯電クリーニングローラー２３とを有している。帯電ローラー２２は、金属製のシャフトの外周面に、エピクロルヒドリンゴム等の導電性材料で形成されたローラー体が形成された構成である。

現像装置３ａは、２本の攪拌搬送スクリュー２４と、磁気ローラー２５と、現像ローラー２６とを有しており、現像ローラー２６にトナーと同極性（正）の現像バイアスを印加してドラム表面にトナーを飛翔させる。

クリーニング装置５ａは、クリーニングローラー２７、クリーニングブレード２８、及び回収スクリュー２９を有している。クリーニングローラー２７は感光体ドラム１ａに所定の圧力で圧接されており、図示しない駆動手段により感光体ドラム１ａとの当接面において同一方向に回転駆動されるが、その周速は感光体ドラム１ａの周速よりも速く（ここでは１．２倍）制御されている。クリーニングローラー２７としては、例えば金属シャフトの周囲にローラー体としてＥＰＤＭゴム製でアスカＣ硬度５５°の発泡体層を形成した構造が挙げられる。ローラー体の材質としてはＥＰＤＭゴムに限定されず、他の材質のゴムや発泡ゴム体であっても良く、アスカＣ硬度が１０〜９０°の範囲のものが好適に使用される。

感光体ドラム１ａ表面の、クリーニングローラー２７との当接面よりも回転方向下流側には、クリーニングブレード２８が感光体ドラム１ａに当接した状態で固定されている。クリーニングブレード２８としては、例えばＪＩＳ硬度が７８°のポリウレタンゴム製のブレードが用いられ、その当接点において感光体接線方向に対し所定の角度で取り付けられている。なお、クリーニングブレード２８の材質及び硬度、寸法、感光体ドラム１ａへの食い込み量及び圧接力等は、感光体ドラム１ａの仕様に応じて適宜設定される。

クリーニングローラー２７及びクリーニングブレード２８によって感光体ドラム１ａ表面から除去された残留トナーは、回収スクリュー２９の回転に伴ってクリーニング装置５ａの外部に排出され、トナー回収容器（図示せず）に搬送されて貯留される。本発明に用いられるトナーとしては、トナー粒子表面に研磨剤としてシリカ、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等が埋め込まれて表面に一部突出するように保持されたものや、研磨剤がトナー表面に静電的に付着しているものが用いられる。

ユーザーにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向配置された現像ローラーを備え、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄの現像ローラー２６により感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより一次転写ローラー６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング装置５ａ〜５ｄにより除去され、除電ランプ（図示せず）によって残留電荷が除去される。

中間転写ベルト８は、従動ローラー１０、駆動ローラー１１を含む複数の懸架ローラーに掛け渡されており、駆動モーター（図示せず）による駆動ローラー１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回り方向に回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラー９へ搬送され、中間転写ベルト８と二次転写ローラー９とのニップ部（二次転写ニップ部）において転写紙Ｐ上にフルカラー画像が二次転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラー対１３のニップ部（定着ニップ部）を通過する際に加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した転写紙Ｐの一部を一旦排出ローラー対１５から装置外部にまで突出させる。その後、転写紙Ｐは排出ローラー対１５を逆回転させることにより分岐部１４で反転搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態でレジストローラー対１２ｂに再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラー９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。

次に、本発明の画像形成装置の制御経路について説明する。図３は、本発明の第１実施形態のカラープリンター１００に用いられる制御手段の一実施形態を説明するためのブロック図である。なお、カラープリンター１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、カラープリンター１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分について重点的に説明する。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き自在の記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンター９５、カラープリンター１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０からの入力信号を受信したりする複数のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、カラープリンター１００本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、カラープリンター１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、カラープリンター１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、カラープリンター１００の制御途中で発生した必要なデータや、カラープリンター１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。カウンター９５は、印字枚数をカウントする。なお、カウンター９５を別途設けなくても、例えばＲＡＭ９３で印字枚数を記憶するようにしてもよい。

また、制御部９０は、カラープリンター１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や、入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。本実施形態における制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、露光ユニット４、一次転写ローラー６ａ〜６ｄ、定着部７、二次転写ローラー９、画像入力部４０、バイアス制御回路４１、操作部５０等が挙げられる。

画像入力部４０は、パーソナルコンピューター等からカラープリンター１００に送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部４０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２、現像バイアス電源４３、転写バイアス電源４４、及びクリーニングバイアス電源４５と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源４２〜４５を作動させるものである。これらの各電源４２〜４５は、バイアス制御回路４１からの制御信号によって、帯電バイアス電源４２は帯電装置２ａ〜２ｄ内の帯電ローラー２２に、現像バイアス電源４３は現像装置３ａ〜３ｄ内の磁気ローラー２７及び現像ローラー２９に、転写バイアス電源４４は一次転写ローラー６ａ〜６ｄ及び二次転写ローラー９に、クリーニングバイアス電源４５はクリーニング装置５ａ〜５ｄ内のクリーニングローラー２７に、それぞれ所定のバイアスを印加する。

操作部５０には、液晶表示部５１、各種の状態を示すＬＥＤ５２が設けられており、カラープリンター１００の状態を示したり、画像形成状況や印字部数を表示したりするようになっている。カラープリンター１００の各種設定はパーソナルコンピューターのプリンタードライバーから行われる。

その他、操作部５０には、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、カラープリンター１００の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。

機内温度センサー９７ａは、カラープリンター１００内部の温度、特に感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面若しくは周辺の温度を検知するものであり、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの近傍に配置される。機外温度センサー９７ｂは、カラープリンター１００外部の温度を検知するものであり、機外湿度センサー９８は、カラープリンター１００外部の湿度を検知するものである。機外温度センサー９７ｂ、機外湿度センサー９８は、例えば発熱部分の影響を受けにくい図１の用紙カセット１６側方の吸気ダクト（図示せず）近辺に設置されるが、カラープリンター１００外部の温度或いは湿度を正確に検出可能な他の場所に設置することもできる。

本実施形態のカラープリンター１００は、非画像形成時、例えば、カラープリンター１００を電源オフ状態やスリープ（省電力）モードから印字開始状態まで立ち上げる際に、感光体ドラム１ａ〜１ｄの画像形成領域外に帯電ローラー２２を接触させた状態で、帯電ローラー２２に交流（ＡＣ）バイアスを印加して感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を昇温させる昇温モードを実行可能としている。

帯電ローラー２２を構成する金属製のシャフトとエピクロルヒドリンゴム等の導電性材料で形成されたローラー体とは電気抵抗の差が大きい。そのため、帯電ローラー２２に交流バイアスを印加することで、シャフトとローラー体との間、或いはローラー体内部で発熱が生じる。帯電ローラー２２で発生した熱は感光体ドラム１ａ〜１ｄに伝導され、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を昇温させる。

また、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面が昇温する原理については以下のようも考えられる。帯電ローラー２２及び感光体ドラム１ａ〜１ｄは誘電体である。これらの関係は、図４に示すようなコンデンサーと抵抗の等価回路で表される。誘電体に電界を印加すると、誘電体内部に存在する電子やイオンなどが分極して正負の極性双極子が電界の方向に向きを揃えようとする。１秒間に何百万回も極性が入れ替わる数Ｈｚ〜数百ＭＨｚの高周波交流の電界中では、電界の反転に追従しようとする双極子の激しい運動による摩擦が発熱を生みだす。

例えば、図４のような感光体ドラム１ａ〜１ｄと帯電ローラー２２の等価回路において、印加する交流バイアスをＥ、周波数をｆ、系全体の抵抗をＲ、静電容量をＣとすると、印加バイアスＥと同位相であるＩｒについて、Ｐ＝Ｅ×Ｉｒの発熱が起こる。

ここで角周波数ω＝２πｆ、｜Ｉｒ（ｊω）｜／｜Ｉｃ（ｊω）｜＝ｔａｎδとおくと、ｔａｎδ＝１／（２πｆ・ＣＲ）、１／Ｒ＝２πｆ・Ｃ・ｔａｎδとなる。従って、発熱する電力Ｐ＝Ｅ・｜Ｉｒ（ｊω）｜＝Ｅ^２／Ｒ＝Ｅ^２・（２πｆ・Ｃ・ｔａｎδ）となる。このことより、昇温は印加バイアスＥの２乗、周波数ｆ、静電容量Ｃに比例するといえる。

この構成により、感光体ドラム１ａ〜１ｄ自体が昇温するので、感光体ドラム１ａ〜１ｄの内部や外部にヒーターを配置する方法に比べて、感光体ドラム周辺の雰囲気（空気）など余分なものまで加熱するエネルギーが不要であり、効率的な昇温が可能となる。なお、帯電ローラー２２に印加するバイアスが直流（ＤＣ）バイアスである場合は昇温効果がないか、或いは極めて小さいため、交流バイアスを印加する必要がある。

図５は、第１実施形態のカラープリンター１００における、印字動作中及び昇温モード実行時の感光体ドラム１ａ〜１ｄと帯電ローラー２２との位置関係を示す平面図である。印字動作中においては、図５（ａ）に示すように、帯電ローラー２２は感光体ドラム１ａ〜１ｄに対し平行に配置されており、帯電ローラー２２の外周面が感光体ドラム１ａ〜１ｄの画像形成領域Ｒの幅方向全域に亘って接触している。これにより、画像形成領域Ｒを均一に帯電する。

一方、昇温モード実行時においては、図５（ｂ）に示すように、帯電ローラー２２は感光体ドラム１ａ〜１ｄに対し傾斜して配置されており、帯電ローラー２２の一端部のみが感光体ドラム１ａ〜１ｄの画像形成領域Ｒの外側の領域に接触している。これにより、昇温モードの実行時に帯電ローラー２２への交流バイアスの印加によって感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の感光層の静電破壊（絶縁破壊）が進行したとしても、絶縁破壊は帯電ローラー２２の端部が接触する画像形成領域Ｒの外側の領域で進行するため、画像に悪影響を及ぼさない。

従って、昇温モードの実行により感光体ドラム１ａ〜１ｄの水分を短時間で効率良く除去して、長期間に亘って画像流れの発生を効果的に抑制するとともに、帯電ローラー２２への交流バイアスの印加に伴う感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の感光層の絶縁破壊による画像不具合も抑制することができる。また、昇温モードの実行時に帯電ローラー２２の一部しか感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触しないため、感光体ドラム１ａ〜１ｄとの接触による帯電ローラー２２側面の凹みも抑制することができる。

帯電ローラー２２を感光体ドラム１ａ〜１ｄに対し傾斜させる方法としては、例えば帯電ローラー２２のシャフトの両端部を回転可能に支持する軸受部（図示せず）の一方を、カム機構やギア等で感光体ドラム１ａ〜１ｄから離間する方向に移動させる方法が挙げられる。

図６は、本発明の第２実施形態に係るカラープリンター１００における、印字動作中及び昇温モード実行時の感光体ドラム１ａ〜１ｄと帯電ローラー２２との位置関係を示す平面図である。本実施形態では、帯電ローラー２２が、帯電ローラー２２の長手方向中央部に形成され、印字動作中に感光体ドラム１ａ〜１ｄの画像形成領域Ｒに接触する円筒状の第１接触面２２ａと、帯電ローラー２２の長手方向両端部に形成され、昇温モード実行時に感光体ドラム１ａ〜１ｄの画像形成領域Ｒの外側の領域に接触するテーパー形状の第２接触面２２ｂとを有している。

印字動作中においては、図６（ａ）に示すように、帯電ローラー２２は感光体ドラム１ａ〜１ｄに対し平行に配置されており、帯電ローラー２２の第１接触面２２ａが感光体ドラム１ａ〜１ｄの画像形成領域Ｒの幅方向全域に亘って接触している。これにより、画像形成領域Ｒを均一に帯電する。また、この状態では第２接触面２２ｂは感光体ドラム１ａ〜１ｄと接触していない。

一方、昇温モード実行時においては、図６（ｂ）に示すように、帯電ローラー２２は感光体ドラム１ａ〜１ｄに対し傾斜して配置されており、帯電ローラー２２の第２接触面２２ｂが感光体ドラム１ａ〜１ｄの画像形成領域Ｒの外側の領域に接触している。また、この状態では第１接触面２２ａは感光体ドラム１ａ〜１ｄと接触していない。

これにより、昇温モードの実行時に帯電ローラー２２への交流バイアスの印加によって感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の感光層の静電破壊（絶縁破壊）が進行したとしても、第１実施形態と同様に、絶縁破壊は帯電ローラー２２の第２接触面２２ｂが接触する画像形成領域Ｒの外側の領域で進行するため、画像に悪影響を及ぼさない。

また、画像形成時と昇温モードの実行時（画像形成時以外）とで、帯電ローラー２２の異なる部分が感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触するため、昇温モードの実行時に帯電ローラー２２の接触部分（第２接触面２２ｂ）に通電による劣化（抵抗値の上昇）が発生したとしても、画像形成時における帯電ローラー２２の接触部分（第１接触面２２ａ）には影響を与えない。従って、感光体ドラム１ａ〜１ｄの画像形成領域Ｒにおける帯電ムラの発生を防止することができる。

次に、感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転駆動の有無と感光体ドラム１ａ〜１ｄの昇温効果との関係について調査した。図１に示したようなタンデム型のカラープリンター１００において、感光体ドラム１ａ〜１ｄとして外径３０ｍｍ、厚さ２ｍｍのアルミ素管の表面にａ−Ｓｉ感光層を積層したａ−Ｓｉ感光体を用い、外径１２ｍｍ、肉厚２ｍｍの帯電ローラー２２を接触させた。このときの感光体ドラム−帯電ローラー系全体の静電容量Ｃは６００ｐＦ、抵抗Ｒは１．３ＭΩであった。

また、昇温モード中に帯電ローラー２２に印加する帯電バイアスとして、３５０Ｖの直流バイアス（Ｖｄｃ）に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１６００Ｖの交流バイアスを重畳したバイアスを設定した。なお、印字動作中に帯電ローラー２２に印加する帯電バイアスとして、４００Ｖの直流バイアス（Ｖｄｃ）に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１２００Ｖ、周波数２３００Ｈｚの交流バイアスを重畳したバイアスを設定した。

そして、２８℃、８０％ＲＨの環境下、感光体ドラム１ａ〜１ｄを印字動作中と同一線速（１５７ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動させた状態と、感光体ドラム１ａ〜１ｄを印字動作中の１／２の線速（７８．５ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動させた状態と、感光体ドラム１ａ〜１ｄを停止させた状態とで昇温モードを実行したときの、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温量の変化を測定した。結果を図７に示す。

図７に示すように、感光体ドラム１ａ〜１ｄを停止させた状態で昇温モードを実行した場合（図５の太線）は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温量は５分間で４．０ｄｅｇ以上であった。一方、感光体ドラム１ａ〜１ｄを印字動作中の１／２の線速で回転させた状態で昇温モードを実行した場合（図５の破線）は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温量は５分間で２．５ｄｅｇであり、感光体ドラム１ａ〜１ｄを印字動作中と同一線速で回転させた状態で昇温モードを実行した場合（図５の実線）は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温量は５分間で１．５ｄｅｇであった。これは、感光体ドラム１ａ〜１ｄを回転させながら帯電ローラー２２に交流バイアスを印加すると、感光体ドラム１ａ〜１ｄ周りに発生する気流により感光体ドラム１ａ〜１ｄが冷却されてしまい昇温効率が低下するためであると考えられる。

そこで、昇温モード中に感光体ドラム１ａ〜１ｄを画像形成時よりも低速で回転させながら帯電ローラー２１にバイアスを印加することで、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温効率を低下させることなく、筋状の画像不良の発生も抑制することができる。昇温モード中における感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転速度は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温効率を極力低下させないようにするために、画像形成時よりも十分に低速であることが好ましい。さらに、感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転を停止した状態で帯電ローラー２２に交流バイアスを印加することがより好ましい。

なお、感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転を停止した状態で帯電ローラー２１にバイアスを印加すると、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の帯電ローラー２１に接触する部分に放電が集中することにより、その部分の電位が他の部分と比べて電位の低い状態となったり、絶縁破壊が生じたりするおそれがある。しかし、図５（ｂ）、図６（ｂ）に示したように、昇温モード中に帯電ローラー２２が接触する部分は、感光体ドラム１ａ〜１ｄの画像形成領域Ｒの外側である。そのため、感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転を停止した状態で帯電ローラー２２に交流バイアスを印加したとしても出力画像に悪影響を及ぼすおそれはない。

次に、帯電ローラー２２に印加する交流バイアスのファクターと感光体ドラム１ａ〜１ｄの昇温効果との関係について調査した。カラープリンター１００の感光体ドラム１ａ〜１ｄ、帯電ローラー２２の仕様は上記と同様とした。また、昇温モード中及び印字動作中に帯電ローラー２２に印加する帯電バイアスも上記と同様とした。

そして、２８℃、８０％ＲＨの環境下、感光体ドラム１ａ〜１ｄを停止させた状態で昇温モードを実行し、帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数ｆを２４００〜５０００Ｈｚの範囲で変化させたときの感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温量の変化を測定した。結果を図８に示す。なお、図８中、周波数ｆが２４００Ｈｚの昇温量を実線で、周波数ｆが３０００Ｈｚの昇温量を破線で、周波数ｆが４０００Ｈｚの昇温量を点線で、周波数ｆが５０００Ｈｚの昇温量を太線でそれぞれ示す。

図８から明らかなように、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温量は帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数ｆが高くなるほど大きくなる。画像流れの発生しない相対湿度は７０％以下であることが知られており、２８℃、８０％ＲＨ環境下で相対湿度を７０％以下に下げるためには、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面温度を３０．２℃以上に昇温する必要がある。

そこで、昇温量の目標値を（３０．２−２８．０）＝２．２（ｄｅｇ）と設定すると、昇温の所要時間は、図８から周波数ｆが５０００Ｈｚのとき２．８分、４０００Ｈｚのとき４．２分、３０００Ｈｚ以下のとき５分以上であることがわかる。通常、カラープリンター１００のウォームアップの所要時間は５分程度に設定されるため、２８℃、８０％ＲＨ環境下では周波数ｆを４０００Ｈｚ以上とすることで感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面温度をウォームアップの所要時間内に画像流れの発生しない温度まで昇温させることができる。

また、画像流れの防止に必要な感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温量は、カラープリンター１００の周囲環境（温湿度）によって変化する。そのため、予め周囲環境に対応した最適なバイアス印加時間を設定した環境補正テーブルをＲＯＭ９２（或いはＲＡＭ９３）に記憶しておき、昇温モード実行時には感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の水分を除去するのに必要最低限の時間だけ交流バイアスの印加を継続することにより、ユーザーの待ち時間を極力短縮して画像形成効率を最大限に高めることができる。

なお、ここでは記載しないが、周波数ｆを印字動作中と同様の２３００Ｈｚに設定した場合は十分な昇温効果が認められなかった。この結果より、感光体ドラム１ａ〜１ｄを効果的に昇温するためには帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数ｆを印字動作中よりも高くすることが好ましいことが確認された。

ところで、カラープリンター１００で実行される昇温モードは、前述したように帯電ローラー２２に交流バイアスを印加する状態が印字動作中とは異なり、感光体ドラム１ａ〜１ｄは停止状態であり、放電領域が感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の一定箇所に集中する。その結果、帯電ローラー２２に過度な交流バイアスを印加してしまうと、放電電荷の授受による感光層の静電破壊が進行し、色点や色筋などの画像不良を引き起こしてしまうおそれがある。また、帯電ローラー２２を形成する導電性材料の変質や劣化につながるおそれもある。従って、帯電ローラー２２には適切な交流バイアスを印加する必要が生じる。

帯電ローラー２２に印加する適切な交流バイアスのピークツーピーク値（Ｖｐｐ）を設定するために、図７と同様の試験条件で、帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数ｆを３０００Ｈｚと５０００Ｈｚに変化させるとともに、Ｖｐｐを１０００〜１６００Ｖの範囲で変化させたときの感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温量の変化を測定した。結果を図９に示す。なお、図９中、周波数ｆを３０００Ｈｚとし、Ｖｐｐを１０００Ｖとしたときの昇温量を実線、１２００Ｖとしたときの昇温量を点線、１６００Ｖとしたときの昇温量を破線で示す。また、周波数ｆを５０００Ｈｚとし、Ｖｐｐを１２００Ｖとしたときの昇温量を一点鎖線で、１６００Ｖとしたときの昇温量を太線で示す。

図９から明らかなように、帯電ローラー２２に印加する交流バイアスのＶｐｐによって感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温特性は変化し、Ｖｐｐが１２００Ｖの交流バイアスを印加することで、Ｖｐｐが１６００Ｖの交流バイアスを印加した場合と同様の昇温効果を得ることができる。一方、Ｖｐｐが１０００Ｖの交流バイアスを印加した場合、昇温効果はほとんど現れていないことがわかる。このとき、昇温効果が認められた１２００ＶのＶｐｐは、帯電ローラー２２と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間の放電開始電圧Ｖｔｈの２倍となっている。

なお、本明細書中でいう「放電開始電圧」とは、帯電ローラー２２に直流バイアスを印加し、直流バイアスの電圧値を徐々に増加させたとき、帯電ローラー２２と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に放電が発生する電圧値を指すものとする。

即ち、放電開始電圧Ｖｔｈの２倍以上のＶｐｐを有する交流バイアスを帯電ローラー２２に印加する交流バイアス値として設定することによって、感光体ドラム１ａ〜１ｄの昇温を行うことができる。特に、交流バイアスのＶｐｐを放電開始電圧Ｖｔｈの２倍に設定することで、安定した放電状態を維持しながら感光体ドラム１ａ〜１ｄの昇温を行うことができる。その結果、過度な電圧を印加することによる感光層へのダメージを最小限に抑えつつ、画像流れの発生を効果的に抑制することができる。

以上の結果をまとめると、昇温モードの実行時に、帯電ローラー２２と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間の放電開始電圧Ｖｔｈの２倍以上のＶｐｐを有する交流バイアスを帯電ローラー２２に印加する必要があり、印字動作中よりも高い周波数を有する交流バイアスを印加すればより好ましい。

ここで、放電開始電圧Ｖｔｈは、カラープリンター１００の設置環境や帯電ローラー２２の抵抗等によっても変化するため、感光体ドラム１ａ〜１ｄの昇温効率を一定に保つために、所定期間毎に放電開始電圧Ｖｔｈを測定し、測定された放電開始電圧Ｖｔｈに基づいて帯電ローラー２２に印加する交流バイアスのＶｐｐを決定することが好ましい。また、Ｖｐｐが同じであっても、周波数ｆが大きいほど感光体ドラム１ａ〜１ｄの昇温効果は高くなるため、周波数ｆを高めに設定して昇温時間（交流バイアス印加時間）を短縮し、感光層のダメージを低減することが好ましい。

放電開始電圧Ｖｔｈは、例えば次のような方法によって測定される。交流バイアスのＶｐｐを増加させながら放電電流を測定すると、図１０に示すように、放電電流はＶｐｐに比例して増加し、所定のＶｐｐまで達すると増加が止まり、放電電流値はほぼ一定値を示す。この放電電流の回折点となるＶｐｐが、放電開始電圧Ｖｔｈの２倍となる。図１０に示したような傾向は、放電電流値だけでなく、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位等でも同様の傾向を示すため、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位の変化に基づいて放電開始電圧Ｖｔｈを測定することもできる。

なお、上記実施形態では、帯電ローラー２２に交流バイアスを印加して昇温モードを実行しているが、交流バイアスを印加する部材は帯電ローラー２２に限らず、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触する導電部材であれば良い。このような導電部材としては、クリーニングローラー２７等が挙げられる。クリーニングローラー２７への交流バイアスの印加はクリーニングバイアス電源４５によって行われる。

また、帯電ローラー２２のように印字動作中にバイアスを印加して使用する導電部材に印字動作中以外においてもバイアスを印加すると、導電部材の劣化が促進され、耐用期間を縮めるおそれがあるが、印字動作以外にバイアスを印加する導電部材として、クリーニングローラー２７のように印字動作中にバイアスを印加しない部材を用いると、バイアスの印加による耐用期間の短縮を考慮する必要がなくなる。

ところで、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触している導電部材、例えば帯電ローラー２２やクリーニングローラー２７等は、金属製のシャフトに導電性材料で形成されたローラー体を接着剤で固定している場合が多く、高周波数の交流バイアスを印加すると接着剤が剥れるおそれがある。そこで、金属製のシャフトとローラー体との固定に接着剤を用いていない帯電ローラー２２やクリーニングローラー２７を用いるようにすれば、高周波数の交流バイアスを印加したときに導電性材料とシャフトが剥れることなく、短時間で感光体ドラム１ａ〜１ｄを昇温させることができる。接着剤を用いずに金属製のシャフトとローラー体とを固定する方法としては、例えばローラー体にシャフトを圧入固定する方法が挙げられる。

次に、本発明の第３実施形態に係るカラープリンター１００について説明する。カラープリンター１００の構成や制御経路については図１〜図５に示した第１実施形態と同様である。本実施形態のカラープリンター１００は、昇温モードにおいて帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数ｆを、カラープリンター１００の使用環境（温湿度）に応じて変更する。

前述したように、交流バイアスの周波数ｆを大きくするほど感光体ドラム１ａ〜１ｄの昇温効果も高くなる。一方、周波数ｆを大きくすると、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面へ放電生成物が付着し易くなる。その結果、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の摩擦係数μが上昇し、クリーニングブレード２８の捲れや摩擦音が発生する。

しかし、高温高湿環境下等の画像流れが発生しやすい環境においては、感光体ドラム１ａ〜１ｄを十分に昇温させて画像流れを抑制するとともに、ユーザーの待ち時間を短縮して利便性を向上させる必要がある。そこで、カラープリンター１００内部の温度（機内温度）及び湿度（機内湿度）に基づいて帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数ｆを変更する。

図１１は、相対湿度が６０％、６５％、７０％、８０％、９０％、及び１００％における機内温度（℃）と絶対湿度（ｇ／ｃｍ³）との関係を示すグラフ（飽和水蒸気曲線）である。例えば、カラープリンター１００が３０℃、相対湿度８０％の環境下に設置されているとすると、カラープリンター１００内部の感光体ドラム１ａ〜１ｄ付近も同様の環境になっていると考えられる。図１１から、機内温度３０℃、相対湿度８０％での絶対湿度は２４．３ｇ／ｃｍ³である。

ここで、絶対湿度は空気中の水分量を表すから、機内温度が変化しても絶対湿度は変化しないものとすると、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面温度が上昇すると、図９の矢印で示すように相対湿度は低下する。例えば、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面温度が３３．９℃まで上昇すると、相対湿度は６５％となり、画像流れは発生しない。

機内温度をＩＴ［℃］、機内相対湿度をＩＨ［％ＲＨ］、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面温度をＰＴ[℃]、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面付近の相対湿度をＰＨ［％ＲＨ］とすると、機内飽和水蒸気圧ｅ（ＩＴ）、機内飽和水蒸気量ａ（ＩＴ）、機内絶対湿度Ａ（ＩＨ）、感光体ドラム１ａ〜１ｄ付近の飽和水蒸気圧ｅ（ＰＴ）は、それぞれ次の式で表される。
ｅ（ＩＴ）＝６．１０７８＊１０^{7.5*IT/(IT+237.3)} ［ｈＰａ］
ａ（ＩＴ）＝２１７＊ｅ（ＩＴ）／（ＩＴ＋２７３．１５）［ｇ／ｍ³］
Ａ（ＩＨ）＝ａ（ＩＴ）＊ＩＨ／１００［ｇ／ｍ³］
ｅ（ＰＴ）＝６．１０７８＊１０^{7.5*PT/(PT+237.3)} ［ｈＰａ］

図１２は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ付近の相対湿度を６５％以下に下げるのに必要な感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面温度の昇温量を示すグラフである。なお、図１２中、機内温度が１０℃のときの必要昇温量を◇のデータ系列、２０℃のときの必要昇温量を□のデータ系列、３０℃のときの必要昇温量を△のデータ系列、４０℃のときの必要昇温量を○のデータ系列で示す。

図１２から明らかなように、機内温湿度条件によって、必要昇温量が変わり、機内温度、機内相対湿度が高いほど必要昇温量は増加する。従って、図６に示したように、カラープリンター１００の設置環境に応じて周波数ｆを変えるのが効果的である。具体的には、高温高湿環境下では周波数ｆを大きくすることで、感光体ドラム１ａ〜１ｄの昇温効果を高めるとともに、ユーザーの待ち時間を短縮することができる。一方、低温低湿環境下では周波数ｆを小さくすることで、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の摩擦係数μの上昇を抑制することができる。

機内温度は、機内温度センサー９７ａによって所定の時間毎に常に検出される。また、機内相対湿度は、機外と機内の絶対水分量（温度により決まる）が同じものであると見なした上で、機外湿度センサー９８によって所定の時間毎に常に検出される機外湿度と機内温度から算出される。

なお、昇温モードにおける周波数の変更は、なるべく実行直前の検出温度及び湿度を用いて行うことが好ましいが、他のタイミングで検出した温湿度を用いて行ってもよい。また、所定の回数温湿度の検出を行い、各検出値の平均値を用いることもできる。

次に、本発明の第４実施形態に係るカラープリンター１００について説明する。カラープリンター１００の構成や制御経路については図１〜図５に示した第１実施形態と同様である。本実施形態のカラープリンター１００は、昇温モードにおいて帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数ｆを、感光体ドラム１ａ〜１ｄの使用開始時からの累積印字枚数に応じて変更する。

一般に、ａ−Ｓｉ感光体ドラムは、長期間の使用により感光層が酸化され、水分子や放電生成物をより吸着しやすくなる。また、帯電ローラー２２中の配合剤も漏出してくる。そのため、感光体ドラム１ａ〜１ｄを含むドラムユニットの使用期間が長くなるにつれて画像流れの発生が顕著になり、使用初期に比べて画像流れの解消に時間を要する。

本実施形態では、カウンター９５（図３参照）でカウントされた感光体ドラム１ａ〜１ｄの使用開始時からの累積印字枚数（耐久枚数）に応じて帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数を変化させることとした。これにより、ドラムユニットの耐用期間の終期においても短時間で画像流れを解消することができる。

通常、カラープリンター１００のウォームアップ時間は５分程度に設定される。そこで、２８℃、８０％ＲＨの環境下、帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数ｆを変化させて昇温モードを実行し、感光体ドラム１ａ〜１ｄの使用開始時からの各通電時間（累積印字枚数）に対して、５分以内に画像流れを解消できるか否かを調査した。

カラープリンター１００の感光体ドラム１ａ〜１ｄ、帯電ローラー２２の仕様は第１実施形態と同様とした。また、昇温モード中に帯電ローラー２２に印加する帯電バイアスは、第１実施形態と同様に直流バイアス（Ｖｄｃ）を３５０Ｖ、交流バイアスのピークツーピーク値（Ｖｐｐ）を１８００Ｖとし、印字動作中に帯電ローラー２２に印加する帯電バイアスも、第１実施形態と同様に直流バイアス（Ｖｄｃ）を４００Ｖ、交流バイアスのピークツーピーク値（Ｖｐｐ）を１２００Ｖ、周波数を２３００Ｈｚとした。結果を表１に示す。

表１に示すように、累積印字枚数が５０ｋ枚（５０，０００枚）までは周波数４０００Ｈｚの交流バイアスを印加することで５分以内に画像流れが解消された。その後、累積印字枚数が１００ｋ枚（１００，０００枚）、３００ｋ枚（３００，０００枚）、６００ｋ枚（６００，０００枚）と増加するにつれて、５分以内に画像流れを解消するために必要な交流バイアスの周波数も５０００Ｈｚ、６０００Ｈｚ、７０００Ｈｚに上昇した。

この結果より、感光体ドラム１ａ〜１ｄの使用初期においては周波数を小さく（４０００Ｈｚ以下に）設定しておき、累積印字枚数の増加に応じて周波数を段階的に大きくすることで、感光体ドラム１ａ〜１ｄの耐用期間全体に亘って画像流れの発生を効果的に抑制しつつ、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の摩擦係数μの上昇を抑制し、且つウォームアップ時間を短縮することができる。

次に、本発明の第５実施形態に係るカラープリンター１００について説明する。カラープリンター１００の構成や制御経路については図１〜図５に示した第１実施形態と同様である。本実施形態のカラープリンター１００は、昇温モードの実行時に、帯電ローラー２２と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間で放電が発生しない高周波数の交流バイアスを帯電ローラー２２に印加する。

図１３は、帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数ｆを０〜１２ｋＨｚまで変化させたときの感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位Ｖ０の変化を示すグラフである。その他の試験条件は図７及び図８と同様とした。

また、交流バイアスの周波数ｆを４ｋＨｚ〜１０ｋＨｚまで変化させたときに感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面が目標温度（ここでは３０．２℃）に到達するまでの時間と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ及び帯電ローラー２２へのダメージとの関係を表２に示す。表２において、感光体ドラム１ａ〜１ｄ及び帯電ローラー２２へのダメージは、ハーフ画像出力時のローラー筋の発生レベルを目視により観察し、ローラー筋の発生が顕著であり実用上問題のあるレベルを×、ローラー筋の発生が認められるが実用上問題のないレベルを△、ローラー筋の発生が認められないレベルを○とした。

図１３に示すように、帯電ローラー２１に印加する交流バイアスの周波数ｆが１ｋＨｚ〜８ｋＨｚまでは表面電位Ｖ０が２３０〜２５０Ｖと高く、周波数ｆが８ｋＨｚ以上になるとＶ０が急激に低下していることがわかる。この理由は、帯電ローラー２１を構成する導電性材料にはイオン導電剤が使用されており、交流バイアスの周波数ｆをある一定以上の高周波数に設定すると、導電性材料中のイオンが周波数ｆに追従して振動できなくなり、放電が発生しなくなるためである。

また、表２に示すように、周波数ｆが高くなるにつれて感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温スピードは速くなり、８ｋＨｚ以上になると感光体１ａ〜１ｄ及び帯電ローラー２２へのダメージも低減されることが確認された。

そこで、本実施形態では、上記の周波数特性を利用して、帯電ローラー２２と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間で放電が発生しない高周波数の交流バイアスを帯電ローラー２２に印加することによって、電子やイオンの振動のみを引き起こして感光体ドラム１ａ〜１ｄの昇温を行うことができる。その結果、バイアスが一定箇所に集中することによる感光層へのダメージを最小限に抑えつつ、画像流れの発生を効果的に抑制することができる。

次に、本発明の第６実施形態に係るカラープリンター１００について説明する。カラープリンター１００の構成や制御経路については図１〜図５に示した第１実施形態と同様である。本実施形態のカラープリンター１００は、昇温モードの実行時に、交流バイアスに加えて、帯電ローラー２２と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間の放電開始電圧Ｖｔｈ以下の直流バイアスを帯電ローラー２２に印加する。

図１４及び図１５は、それぞれ帯電ローラー２２に印加する交流バイアスの周波数ｆを３０００Ｈｚ、Ｖｐｐを１６００Ｖに固定し、直流バイアスＶｄｃを０、３５０Ｖ、５００Ｖの３段階に変化させたときの感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温量の変化、及び耐久印字後の帯電ローラー２２の体積抵抗値の変化を示すグラフである。その他の試験条件は図７及び図８と同様とした。

図１４に示すように、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温量は、交流バイアスの周波数ｆ、Ｖｐｐが一定であれば、直流バイアスＶｄｃに係わらずほぼ一定であることが確認された。昇温量の目標値を（３０．２−２８．０）＝２．２（ｄｅｇ）と設定すると、昇温の所要時間は直流バイアスＶｄｃが０、３５０Ｖ、５００Ｖのいずれの場合であっても約６分であることがわかる。

また、図１５に示すように、直流バイアスＶｄｃが高くなるにつれて耐久印字後の帯電ローラー２２の体積抵抗値は上昇し、直流バイアスＶｄｃを０とした場合は３００ｋ枚（３００，０００枚）印字後においても帯電ローラー２２の体積抵抗値はほとんど上昇しないことが確認された。

印字動作中においては、所定の抵抗、及び誘電率を有する帯電ローラー２２に直流バイアスＶｄｃを印加することで、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を所望の値となるように帯電させている。一方、昇温モードにおいては、前述したように周期性を有する交流バイアスを印加することで帯電ローラー２２を発熱させるものであり、直流バイアスは帯電ローラー２２を発熱させるために必ずしも必要ではない。

その上、直流バイアスＶｄｃを印加すると、帯電ローラー２２内の配合剤等が感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に流出してしまい、帯電ローラー２２の体積抵抗値が上昇する。その結果、帯電ローラー２２の耐用期間が短くなる。また、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の帯電ローラー２２が接触する部分に放電生成物が付着したり、絶縁破壊によりリークが発生したりするという問題もある。

そこで、本実施形態では、昇温モードの実行時に帯電ローラー２２に印加する直流バイアスをなるべく低くすることで、帯電ローラー２２の劣化を抑制することとした。具体的には、帯電ローラー２２に印加する直流バイアスを放電開始電圧Ｖｔｈ以下とすることで、帯電ローラー２２の耐用期間を確保しつつ、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面への放電生成物の付着や、絶縁破壊によるリークの発生も抑制することができる。

また、昇温モードの実行時に帯電ローラー２２に印加する直流バイアスを０とすれば、帯電ローラー２２及び感光体ドラム１ａ〜１ｄの劣化をより一層抑制することができる。さらに、昇温モードの実行時に、印字動作中に印加する直流バイアス（ここでは正）と逆極性（ここでは負）の直流バイアスを帯電ローラー２２に印加すれば、偏極イオンを戻すことができるため、帯電ローラー２２の耐用期間を延ばすこともできる。

次に、本発明の第７実施形態に係るカラープリンター１００について説明する。カラープリンター１００の構成や制御経路については図１〜図５に示した第１実施形態と同様である。本実施形態のカラープリンター１００は、非画像形成時に、感光体ドラム１ａ〜１ｄの画像形成領域外に帯電ローラー２２を接触させた状態で帯電ローラー２２に交流バイアスを印加するとともに、クリーニングローラー２７にも交流バイアスを印加して感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を昇温させる昇温モードを実行可能としている。

本実施形態の構成によれば、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触する複数の導電部材（ここでは帯電ローラー２２、クリーニングローラー２７）に交流バイアスを印加することで、帯電ローラー２２のみに交流バイアスを印加する第１実施形態に比べて感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の昇温時間が短くなるため、ユーザーの待ち時間を短縮することができる。

その他本発明は、上記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記各実施形態においては、感光体ドラム１ａ〜１ｄとしてａ−Ｓｉ感光体を用いた例について説明したが、有機感光体やセレン砒素感光体を用いた場合についても全く同様に説明される。

また、本発明は図１に示したような中間転写方式のカラープリンター１００に限られるものではなく、直接転写方式のカラー複写機及びプリンター、モノクロ複写機、デジタル複合機、ファクシミリ等の、種々の画像形成装置に適用できる。直接転写方式の場合、感光体ドラムには導電性の転写ローラーが接触して転写ニップ部を形成する。そのため、転写ローラーに交流バイアスを印加して昇温モードを実行することができる。

本発明は、像担持体として感光体ドラムを用いた画像形成装置における感光体ドラム表面の水分の除去に利用可能である。本発明の利用により、感光体ドラム表面の水分を短時間で効率良く除去することができ、長期間に亘って画像流れの発生を効果的に防止可能な画像形成装置を提供することができる。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ 帯電装置
３ａ〜３ｄ 現像装置
４ 露光ユニット
５ａ〜５ｄ クリーニング装置
８ 中間転写ベルト
２２ 帯電ローラー（第１導電部材）
２２ａ 第１接触面
２２ｂ 第２接触面
２７ クリーニングローラー（第２導電部材）
２８ クリーニングブレード
４１ バイアス制御回路（バイアス印加手段）
４２ 帯電バイアス電源（バイアス印加手段）
４３ 現像バイアス電源
４４ 転写バイアス電源（バイアス印加手段）
４５ クリーニングバイアス電源（バイアス印加手段）
９０ 制御部（制御手段）
９７ａ 機内温度センサー
９７ｂ 機外温度センサー
９８ 機外湿度センサー
１００ カラープリンター

Claims (14)

1. 外周面に感光層が形成された像担持体と、
   該像担持体の感光層に接触する第１導電部材と、
   該第１導電部材に交流バイアスを含むバイアスを印加するバイアス印加手段と、
   該バイアス印加手段を制御する制御手段と、
   を備え、前記像担持体を回転させて前記像担持体表面に画像形成を行う画像形成装置において、
   非画像形成時に前記第１導電部材を前記像担持体の画像形成領域外に接触させた状態で、前記第１導電部材と前記像担持体との間の放電開始電圧の２倍以上のピークツーピーク値を有する交流バイアスを前記第１導電部材に印加して前記像担持体表面を昇温する昇温モードを実行可能としたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記昇温モードの実行時に、画像形成時には前記像担持体に接触しない前記導電部材の一部を前記像担持体の画像形成領域外に接触させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記像担持体を画像形成時よりも低速で回転させた状態で前記昇温モードを実行する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. 前記像担持体の回転を停止させた状態で前記昇温モードを実行する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。
5. 前記昇温モードの実行時に、前記第１導電部材に画像形成時よりも高い周波数を有する交流バイアスを印加することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 画像形成装置内部の温度及び湿度を検知する温湿度検知手段が設けられており、
   前記制御手段は、前記昇温モードの実行に前記第１導電部材に印加される交流バイアスの周波数を、前記温湿度検知手段により検知された温度及び湿度に応じて変更することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、前記像担持体の使用開始時からの通電時間に応じて前記昇温モードの実行に前記第１導電部材に印加される交流バイアスの周波数を段階的に高くすることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記昇温モードの実行時に、前記像担持体と前記第１導電部材との間で放電が発生しない領域の周波数を有する交流バイアスを印加することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
9. 前記バイアス印加手段は、直流バイアスに交流バイアスを重畳させたバイアスを前記第１導電部材に印加可能であり、
   前記昇温モードの実行時に、前記第１導電部材と前記像担持体との間の放電開始電圧以下の直流バイアスを前記交流バイアスに重畳して印加することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 前記昇温モードの実行時に、前記第１導電部材に印加される直流バイアスを０とすることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記第１導電部材は、金属製のシャフトの外周面に所定の誘電率を有する導電性材料でローラー体を形成した導電ローラーであることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の画像形成装置。
12. 前記像担持体には、さらに一つ以上の第２導電部材が接触しており、前記制御手段は、前記第１導電部材及び前記第２導電部材に交流バイアスを印加して前記昇温モードを実行することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の画像形成装置。
13. 前記第２導電部材の一部には、画像形成時にバイアスを印加しないことを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
14. 前記像担持体の外周面に形成される感光層が、アモルファスシリコン感光層であることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の画像形成装置。

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