JP2018013720A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
温度係数が負の抵抗層を持つ現像部材と、
前記現像部材に当接し、前記現像部材の抵抗層の表面に付着するトナーの量を規制する規制部材と、
前記規制部材と前記現像部材とに電圧を印加する電源と、
前記電源により前記電圧を印加することで前記規制部材と前記現像部材とに流れる電流の経路に設けられた抵抗器と、を有し、
前記抵抗器の抵抗値は、前記画像形成装置の動作が保証される温度範囲における上限温度において前記抵抗層に流れる電流の値が第一の値を超えないように設定された抵抗値であり、前記第一の値はカブリ現象が発生しない上限値であることを特徴とする。
[画像形成装置の構成]
本発明の第一の実施例として図1(A)にモノクロレーザプリンタの断面図を示す。図1(A)において、101は印刷対象の紙を格納しておく給紙部であり、内部には紙が積載されている。102はレーザスキャナ、103はトナータンクで磁性体トナーが入っている。104は現像ローラ(現像部材)であり、アルミニウム製の芯にゴムとウレタン樹脂をコーティングしたローラである。105は感光ドラム、106は転写ローラ、107は帯電ローラ、108は廃トナータンク、109は定着ローラ、110は加圧ローラ、111は排紙部、112は紙の搬送経路、113はレーザ光路である。なお、114は現像ローラ104上に付着するトナー量を規制するブレードであり、これは鉄をベースとして表面にウレタン樹脂をコーティングしたものである。
続いて画像形成装置の動作説明を行う。まず印刷ジョブを受信すると各ローラとレーザスキャナ102が動作を開始する。帯電ローラ107は回路基板からの給電を受け負の高電圧を発生させ、感光ドラム105の表面を帯電させる。パソコン等から画像信号が送られてくるとそれに伴いレーザスキャナ102がレーザ113を画素に応じて点滅させながら感光ドラム105表面を長手方向に走査する。感光ドラム105はレーザの当たった部分の電荷が消滅し、潜像が形成される。現像ローラ104は負の高圧が供給されていると同時に、中には磁石が入っており、トナータンク103内の磁性体トナーを磁力によって引き寄せ、静電気力によって潜像に応じてトナーを感光ドラム105に移動させる。また、ブレード114には現像ローラ104に対して−300Vの電位差をつけられており、ブレード本体による物理的な規制と共に静電気力によっても現像ローラ104上のトナーは一様にコーティングされる。
続いて図1(A)のプリンタの現像ローラ104周辺に関する回路の説明を図1(B)にて行う。図1(A)と同じ物には同じ記号を記している。なお、以下で説明する電圧や電流、抵抗値、容量などの値は説明の便宜上の一例にすぎない。図1(B)において、115は現像及びブレードバイアスを生成している負電圧のスイッチング電源回路であり、図中の現像バイアスの電圧を一定にするようにフィードバック制御している。116は帯電バイアスを生成している負電圧の電源回路であり、帯電ローラ107の電圧が一定になるようにフィードバック制御している。ZD1・ZD2・ZD3は100Vツェナーダイオード(定電圧素子)、R1・R2は抵抗である。帯電ローラ107には−1500Vの電圧が印加されている。感光ドラム105の表面電位はパッシェンの法則によって500V程度電圧降下し、約−1000Vになる。一方、現像ローラ104には現像バイアスが印加されており、出力電圧は任意に設定可能であるが、本実施例では−300Vに設定した場合を示している。また、ブレードバイアスはツェナーによって現像バイアスと接続されているため、常に現像バイアスに対し−300Vの電位差を持って従動する。従って対GNDのブレードバイアスは−600Vである。ブレードバイアスが加わるブレード114は現像ローラ104と接触しており、現像バイアスの加わる芯の部分141と表面までの間の非金属層(抵抗層)142があり、ブレードバイアスと現像バイアスは短絡することなく、抵抗層で電圧を維持する。なお、抵抗層を以降は現像ローラ抵抗層142、そしてそこに加わる電圧(=ブレード114と現像ローラ104の芯との電位差)を以降はブレード電圧と記す。
しかしながらこの構成であると問題が生じる。現像ローラ抵抗層142の抵抗値は温度特性を持ち、高温環境になると抵抗値が低下する。具体的には現像ローラ抵抗層142は15℃環境では37MΩ〜80MΩであるが、32.5℃環境では16MΩ〜25MΩまで低下する。抵抗値が範囲を持つのはローラを量産した時のばらつきを表しており、その範囲が広い理由は現像ローラが抵抗素子として作られたものではなく、物性値による意図しない抵抗変化であるためである。また、現像ローラ抵抗層142を通り、ブレードバイアスへ流れる電流(以降、ブレード電流と記す)はカブリに大きな影響を持ち、実験から15℃環境にて2uA以下及び32.5℃環境にて15uA以上流れるとカブリが発生し始めることが分かっている。これは、ブレード電流が少なすぎるとトナーへの負電荷の付与量が足りず、反発力が低下するためカブリの原因となる。逆に、ブレード電流が多すぎると今度は現像ローラ上の負の電荷が流出してしまい、相対的に正の電荷が多くなってしまいカブリが発生していると考えられる。従って本実施例の様にブレード電圧が300Vの場合、環境が15℃と32.5℃では電流値にして3.75uA〜8.11uAの範囲から12.0uA〜18.8uAの範囲まで増加することになる。これにより、図2に示すように15℃環境ではカブリの発生を防ぐことができるが、32.5℃環境ではブレード電流が多すぎてカブリが発生してしまう。現像ローラ抵抗層の温度特性は変えられないという前提でこの課題を解決するためには、環境に応じてブレード電圧を変化させるしかない。
本発明を説明する前にまず最も単純な手法を説明する。図3にその方法を2種類紹介する。図3(A)は図1(B)の定電圧回路117に含まれるツェナーダイオードの一つに並列にスイッチを追加したものである。このスイッチは概念上のものであり、実態は半導体素子やメカニカルスイッチなど、制御機能のあるものであれば何でも良い。このように直列接続されているツェナーダイオードをバイパスする経路を作ることによりブレード電圧は300Vから200Vへと減少させることができる。しかし追加されるスイッチは100V以上の耐圧を持つスイッチであり、GNDから浮いた状態で動作させることを考えると、フォトモスリレーやメカニカルリレーなどが考えられるが、どちらも大量生産される製品に搭載するには高価である。また、図3(B)のようにそもそもブレードバイアスを現像バイアスに従動させず、独立した電源とする方法もある。この方法のであればブレード電圧を無段階にとれるので自由度が高いが、電源回路が丸ごと一つ増えるので回路面積とコストに対するインパクトが大きい。
そこで本発明は図4のようにブレード電流経路に抵抗器R3を設け、その抵抗値r3を下記の2つの条件で決まる範囲に設定することを提案する。
条件2:Vb÷{r3+rb}>2uA
ここでVbはブレード電圧である。raは32.5℃の環境での現像ローラ抵抗層142の抵抗値のばらつき範囲における下限値であり、rbは15℃の環境での現像ローラ抵抗層142の抵抗値のばらつき範囲における上限値である。条件1において左辺はカブリ現象の発生しないブレード電流の上限値を示している。条件2において左辺はカブリ現象の発生しないブレード電流の下限値を示している。条件1、2を満たすような抵抗値r3を有する抵抗器R3を採用することで、特別な切替手段を持たなくとも15℃と32.5℃の両方の環境においてカブリを発生させない範囲にブレード電流を設定することが可能となる。抵抗値r3が大きすぎると条件2を満足することができなくなり、抵抗値r3小さすぎると条件1を満足することができなくなる。そのため抵抗値r3の目安としては、32.5℃の環境での現像ローラ抵抗層142の抵抗値のばらつき範囲における下限値に近い値が良い。
実施例2の説明図を図6に示す。図6は図4に対して抵抗器R3をR4に置き換え、そしてコンデンサC1を並列に加えたものである。図1と同じ物は同じ記号を記す。
実施例1、2において説明したように現像ローラ104は温度係数が負の抵抗層142を持つ現像部材の一例である。現像ブレード114は現像ローラ104に当接し、現像ローラ104の抵抗層142の表面に付着するトナーの量を規制する規制部材の一例である。電源回路151は、現像ブレード114と現像ローラ104とに電圧を印加する電源の一例である。抵抗器R3、R4は電源回路151により電圧を印加することで現像ブレード114と現像ローラ104とに流れるブレード電流の経路に設けられた抵抗器の一例である。実施例1で説明したように、抵抗器R3の抵抗値r3は、所定の条件を満たすように設定され得る。図3に示したような上限温度(例:32.5℃)において抵抗層142に流れる電流の値がカブリ現象の発生しない上限値である第一の値を超えてしまうケースでは上述した条件1を満たすことが必要となる。つまり、条件1が示すように、この温度範囲における上限温度において抵抗層142に流れる電流の値が第一の値(例:15uA)を超えないように抵抗器R3の抵抗値r3が設定される。このように抵抗器R3、R4を採用することで環境に応じてブレード電流が制御されるため、低コストでカブリ現象を低減可能な画像形成装置が提供される。一方で、上記の温度範囲の下限温度(例:15℃)において抵抗層142に流れる電流の値が第二の値(例:2uA)未満になってしまうとカブリ現象が発生してしまう。このようなケースでは、条件2を満たすことが必要となる。条件2が示すように、画像形成装置100の動作が保証される温度範囲における下限温度において抵抗層142に流れる電流の値がカブリ現象の発生しない下限値である第二の値(例:2uA)を超えるように抵抗器R3の抵抗値r3が設定される。なお、抵抗層142に流れる電流の値が第二の値を超え、かつ、第一の値を超えないように抵抗器R3の抵抗値r3が設定されれば、画像形成装置100の動作が保証されるすべての温度範囲においてカブリ現象が低減される。
Claims (15)
- 画像形成装置であって、
温度係数が負の抵抗層を持つ現像部材と、
前記現像部材に当接し、前記現像部材の抵抗層の表面に付着するトナーの量を規制する規制部材と、
前記規制部材と前記現像部材とに電圧を印加する電源と、
前記電源により前記電圧を印加することで前記規制部材と前記現像部材とに流れる電流の経路に設けられた抵抗器と、を有し、
前記抵抗器の抵抗値は、前記画像形成装置の動作が保証される温度範囲における上限温度において前記抵抗層に流れる電流の値が第一の値を超えないように設定された抵抗値であり、前記第一の値はカブリ現象が発生しない上限値であることを特徴とする画像形成装置。 - 前記抵抗器の抵抗値は、さらに、前記画像形成装置の動作が保証される前記温度範囲における下限温度において前記抵抗層に流れる電流の値が第二の値を超えるように設定された抵抗値であり、前記第二の値は前記第一の値より小さくかつカブリ現象が発生しない下限値であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記抵抗層と前記抵抗器とは直列に接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記抵抗器と前記抵抗層に対して並列に接続され、前記規制部材と前記現像部材とに印加される前記電圧を一定の電圧に制限する定電圧回路をさらに有することを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
- 前記定電圧回路は、複数の定電圧素子を直列に接続することで構成されていることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
- 前記複数の定電圧素子はそれぞれツェナーダイオードであることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 前記抵抗器の温度係数は正の温度係数であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記抵抗器はPTCサーミスタであることを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
- 前記抵抗器に並列に接続されたコンデンサをさらに有することを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記コンデンサは、当該コンデンサの温度が25℃より高い温度領域で容量が減少する温度特性を持つコンデンサであることを特徴とする請求項9に記載の画像形成装置。
- 前記コンデンサは、F特性を有するセラミックコンデンサであることを特徴とする請求項9または10に記載の画像形成装置。
- 前記抵抗器の抵抗値は、前記上限温度における前記抵抗層の抵抗値の公差の下限値に対して±50%以内の抵抗値であることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 画像形成装置であって、
温度係数が負の抵抗層を持つ現像部材と、
前記現像部材に当接し、前記現像部材の抵抗層の表面に付着するトナーの量を規制する規制部材と、
前記規制部材と前記現像部材とに電圧を印加する電源と、
前記電源により前記電圧を印加することで前記規制部材と前記現像部材とに流れる電流の経路に設けられた抵抗器と、を有し、
前記抵抗器の抵抗値は、前記画像形成装置の動作が保証される温度範囲における上限温度における前記抵抗層の抵抗値の公差の下限値に対して±50%以内の抵抗値であることを特徴とする画像形成装置。 - 温度係数が負の抵抗層を持つ現像部材と、
前記現像部材に当接し、前記現像部材の抵抗層の表面に付着するトナーの量を規制する規制部材と、
前記規制部材と前記現像部材とに電圧を印加する電源と、
前記電源により前記電圧を印加することで前記規制部材と前記現像部材とに流れる電流の経路に設けられ、正の温度係数を持つ抵抗器と、を有することを特徴とする画像形成装置。 - 温度が上昇すると抵抗値が低下する抵抗層を持つ現像部材と、
前記現像部材に当接し、前記現像部材の抵抗層の表面に付着するトナーの量を規制する規制部材と、
前記規制部材と前記現像部材とに電圧を印加する電源と、
前記電源により前記電圧を印加することで前記規制部材と前記現像部材とに流れる電流の経路に設けられ、温度が上昇すると抵抗値が増加することで前記抵抗層の抵抗値の低下を補償する抵抗器と、を有することを特徴とする画像形成装置。
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- 2016-07-22 JP JP2016144755A patent/JP6745666B2/ja active Active
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