JP3748764B2

JP3748764B2 - 帯電装置及び画像形成装置

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Publication number: JP3748764B2
Application number: JP2000295292A
Authority: JP
Inventors: 有貴子岩▲崎▼; 眞澄佐藤; 賢雨宮
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: JP2002108059A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被帯電体に対して微小ギャップをあけて対向配置された帯電部材と、その帯電部材に対して電圧を印加する電源装置とを有する帯電装置と、その帯電装置を有する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
帯電部材に電圧を印加し、その帯電部材と被帯電体との間のギャップに放電を生ぜしめることにより被帯電体を帯電させる上記形式の帯電装置は従来より公知である（例えば特開平３−２４００７６号公報）。この形式の帯電装置によると、オゾンの発生を効果的に抑えることができ、しかも帯電部材と被帯電体が互いに離間しているので、帯電部材に含まれている物質が被帯電体の表面に付着して帯電むらを起こす不具合を阻止することができる。
【０００３】
上述の帯電装置は、各種技術分野において広く利用できるものであるが、図１０は、その一例として、画像形成装置に採用された帯電装置を示す。ここに例示した帯電装置１は、回転自在に支持された帯電ローラより成る帯電部材２と、その帯電部材２に電圧を印加する電源装置３とを有し、帯電部材２は、被帯電体の一例であるドラム状の像担持体５に対して微小ギャップＧをあけて対置され、像担持体５と帯電部材２はそれぞれ矢印方向に回転する。ここに例示した像担持体５は、導電性の基体６の表面に感光層７を積層した感光体より成り、帯電部材２は、導電性の芯金８の外周面に弾性層９を積層し、その弾性層９の外周面に高抵抗層１０を積層したローラより成る。
【０００４】
帯電部材２の芯金８に対し、電源装置３から所定の電圧が印加され、これにより帯電部材２と像担持体５の間に生じる放電に伴って、像担持体表面が所定の極性に帯電される。この電圧印加方式として、従来より、帯電部材２に対し定電圧制御された直流電圧を印加するＤＣ印加方式と、帯電部材２に対して直流定電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加するＡＣ印加方式の２つの方式が知られている。以下、そのそれぞれの印加方式の概略と、その欠点を明らかにする。
【０００５】
先ず、ＤＣ印加方式を採用して、帯電部材２に対し、プラス又はマイナスの直流電圧を印加し、その印加電圧の絶対値を徐々に高めていくと、図１１に示すように、或る電圧値Ｖ１から像担持体表面の帯電が開始され、それ以降は印加電圧値と像担持体表面の帯電電位は比例する。従って、像担持体表面を例えば−７５０Ｖに帯電させる場合には、定電圧制御されたＶ２の直流定電圧を帯電部材２に印加すればよい。
【０００６】
ところが、帯電部材２と像担持体５のわずかな偏心や、その作動時に発生する振動などによって、帯電部材２と像担持体５との間のギャップＧは変動する。従って、帯電部材２に直流定電圧を印加した場合、そのギャップＧの変動に伴って、帯電後の像担持体の表面電位が大きく変化する。図１２は、ギャップＧがそれぞれＧ１，Ｇ２及びＧ３であるときの印加電圧値と像担持体５の表面電位の関係を示す説明図である。各ギャップの大小は、Ｇ１＞Ｇ２＞Ｇ３である。この図から判るように、例えば、像担持体表面を−７５０Ｖに帯電させるべく、帯電部材２にＶ２の直流定電圧を印加したとしても、ギャップＧがＧ１からＧ３の範囲で変動した場合、像担持体表面の実際の表面電位は、ΔＶで示す範囲で変化し、像担持体表面を一定の値に帯電させることはできない。従って、帯電後の像担持体表面を露光して静電潜像を形成し、これを現像してトナー像を形成したとき、そのトナー像に著しい濃度むらが発生する。このようにＤＣ印加方式には決定的な欠点があり、特に画像形成装置の帯電装置にこの方式を採用することは不適当である。
【０００７】
一方、従来のＡＣ印加方式は、定電圧制御された直流電圧に、定電流制御された交流電圧を帯電部材２に印加するものである。図１３は、このＡＣ印加方式を採用した場合、像担持体５と帯電部材２との間のギャップＧが、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３と変化したときに、帯電部材２に供給される電流値に対して、像担持体表面の帯電電位がいかに変化するかを示した説明図である。ここでは、Ｇ１は８０μｍ、Ｇ２は６０μｍ、Ｇ３は４０μｍであり、帯電部材２に印加する交流電圧の周波数は一定である。また図１３の横軸は、帯電部材２に供給される交流の電流値（実効値）であり、直流成分の電流値は含まれていない。但し、直流成分の電流値は、交流成分の電流値に比べて極めて低く、従って直流成分の電流値を含めた値と像担持体表面の帯電電位の関係も、実質的に図１３に示したところと変りはない。本明細書における「電流」又は「電流値」なる文言は、特に、ことわりのない限り、帯電部材に印加される交流の電流又はその電流値を意味するものとする。
【０００８】
図１３から判るように、ギャップＧがいかに変動しても、帯電部材２に供給される電流値と像担持体表面の帯電電位の関係はほぼ一定となり、その電流値がＩ０以上になると、像担持体表面の帯電電位はほぼ一定の値に維持され、その値は、帯電部材２に印加した直流定電圧（図の例では−７５０Ｖ）の値にほぼ一致する。帯電部材２に印加する直流定電圧の値が、０Ｖを含めたいかなるときも、帯電部材２に供給される電流値がＩ０となったとき、像担持体表面の帯電電位はほぼ一定の値に保たれる。これは、環境が変化したときも同様である。従って、帯電部材にＩ０以上の定電流を供給することによって、帯電後の像担持体の表面電位を一定に保ち、濃度むらのない高品質な画像を形成することが可能となる。
【０００９】
上述したように、特に画像形成装置においては、ＡＣ印加方式を採用することが有利である。ところが、本発明者が従来のＡＣ印加方式を詳細に検討したところ、この方式にも次に説明する重大な欠点のあることが明らかとなった。
【００１０】
従来のＡＣ印加方式は、帯電部材２と像担持体５との間のギャップＧが変動しても、帯電部材２に常に一定の電流が供給されるように、帯電部材２に印加する交流電圧のピーク間電圧値をそのギャップＧの変動に対応させて変化させる制御方式である。従って、理想的な定電流制御を行うことができれば、その定電流値をＩ０以上に設定することによって、帯電後の像担持体の表面電位を常に一定に保つことができる。
【００１１】
ところが、従来一般に使用されている電源装置３の場合、ギャップＧの変動に追従して、そのギャップＧの大きさに対応した値の電圧を出力するとき、或る応答時間が必要とされるため、その出力のタイミングがギャップＧの変動に追いつかず、或る瞬間のギャップＧの大きさがＧ１であったとしたとき、帯電部材２に例えばＩ０の定電流を供給すべく、そのギャップＧ１に適したピーク間電圧を帯電部材２に印加した時、ギャップＧの大きさは既にＧ１以外の大きさに変化していて、そのギャップＧの大きさに見合っていないピーク間電圧が帯電部材２に印加されることになる。これにより、帯電部材２に過多な電圧が印加されたときには像担持体表面の電位が高くなりすぎ、逆に帯電部材２に過少の電圧が印加されたときは、像担持体表面の電位が低くなってしまい、その表面電位にむらができることになる。かかる像担持体表面を露光して静電潜像を形成し、これをトナー像として可視像化すれば、特にそのハーフトーン画像に濃度むらが発生し、その濃度むらが横すじ模様として現われ、その画質が劣化する欠点を免れない。
【００１２】
被帯電体表面に帯電むらが発生する上述の欠点は、帯電装置を画像形成装置以外の装置に採用したときも同様に発生し得るものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した新規な認識に基づきなされたものであり、その第１の目的は、上述した従来の欠点を効果的に抑制することのできる帯電装置を提供することである。
【００１５】
また、本発明の第２の目的は、上述の帯電装置を有する画像形成装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記第１の目的を達成するため、被帯電体に対して微小ギャップをあけて対向配置された帯電部材と、該帯電部材に対して、定電圧制御された直流電圧に、ピーク間電圧が定電圧制御された交流電圧を重畳した電圧を印加する電源装置と、変動するギャップの大きさを検知するギャップ検知手段とを具備し、前記ギャップ検知手段により検知された最大ギャップの大きさに対応したピーク間電圧を前記帯電部材に印加することを特徴とする帯電装置を提案する（請求項１）。
【００２２】
また、上記請求項１に記載の帯電装置において、定電圧制御される前記ピーク間電圧の値は、前記ギャップ検知手段により検知されたギャップの大きさが最大のときに被帯電体の表面電位がほぼ一定となるピーク間電圧値のうちの最小の電圧値に設定されると有利である（請求項２）。
【００２３】
さらに、本発明は、上記第１の目的を達成するため、被帯電体に対して微小ギャップをあけて対向配置された帯電部材と、該帯電部材に対して、定電圧制御された直流電圧に、ピーク間電圧が定電圧制御された交流電圧を重畳した電圧を印加する電源装置とを具備し、定電流制御された交流電圧を前記帯電部材に印加し、被帯電体の表面電位がほぼ一定の値に飽和したときに前記帯電部材に供給される電流の値を飽和電流値としたとき、前記帯電部材に対し、定電圧制御された互いに異なったピーク間電圧値の交流電圧をそれぞれ印加し、このとき帯電部材に供給される電流の値が前記飽和電流値となったときのピーク間電圧値を、帯電部材に印加する交流電圧のピーク間電圧値とすると共に、前記帯電部材と前記被帯電体が、互いに同期して回転する回転体より成り、帯電部材に対し、定電圧制御された互いに異なったピーク間電圧値の交流電圧をそれぞれ印加して該帯電部材に供給される電流値を検出するとき、その１回の検出につき、帯電部材と被帯電体の周長の最小公倍数に相当する距離、帯電部材と被帯電体を回転させることを特徴とする帯電装置を提案する（請求項３）。
【００３６】
また、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の帯電装置において、前記帯電部材が、被帯電体に対向して回転する帯電ローラより成ると有利である（請求項４）。
【００３８】
また、本発明は、上記第２の目的を達成するため、請求項１乃至４のいずれかに記載の帯電装置と、像担持体より成る被帯電体を有することを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項５）。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に従って詳細に説明する。
【００４０】
図１は画像形成装置の一例を示す概略図であり、この画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ或いはこれらの少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成されるものである。画像形成装置本体内には、被帯電体の一例であるドラム状の像担持体５が配置され、ここに示した像担持体５も、図１０に示したものと同様に、ドラム状の基体６の外周面に感光層７が積層された感光体より成る。この像担持体５には、帯電ローラとして構成された帯電部材２が、微小ギャップＧをあけて対向配置されている。この帯電部材２も、図１０に示した帯電部材と同じく、導電性の芯金８と、その外周面に積層されたゴムなどから成る弾性層９より成る外層と、その外周面に積層された高抵抗層１０より成る。弾性層９の代りに、例えば樹脂より成る硬質の外層を用いることもでき、また高抵抗層１０を省略することもできる。いずれの場合も外層は中抵抗の導電性材料より成ることが好ましい。
【００４１】
帯電部材２は図２に示すように、像担持体５に対して平行に延び、その各長手方向端部には、絶縁性材料より成るスペーサ１１が固定されている。ここに示したスペーサ１１は、樹脂製のフィルムとその一方の面に塗布された粘着剤とから成り、そのフィルムが帯電部材２の外周面に１周分巻き付けられ、粘着剤によって帯電部材２に接着されている。かかるフィルムの外周面が像担持体５の周面に圧接し、帯電部材２と像担持体５との間にギャップＧが形成される。粘着剤とフィルムの合計の厚さは例えば６０μｍである。
【００４２】
画像形成動作時に、像担持体５は図１における時計方向に回転駆動され、このときスペーサ１１を介して像担持体表面に圧接した帯電部材２は、像担持体５の回転に従動して回転する。帯電部材２を図示していない駆動装置によって、矢印方向に回転駆動するように構成することもできる。
【００４３】
像担持体５と帯電部材２が回転するとき、その帯電部材２の芯金８には、電源装置３によって後述する電圧が印加され、これによって帯電部材２と像担持体５との間に放電が生ぜしめられ、これによって像担持体表面が所定の極性に帯電される。この例では、像担持体表面がほぼ−７５０Ｖに帯電されるものとする。図１に符号４で示すものは、電源装置３を制御する制御手段としてのＣＰＵである。
【００４４】
上述のように、帯電装置１は、被帯電体の一例である像担持体５に対して微小ギャップＧをあけて対向配置された帯電部材２と、ＣＰＵ４より成る制御手段により制御されて、帯電部材２に対して電圧を印加する電源装置３とを有し、電源装置３から帯電部材２に電圧を印加することにより被帯電体を帯電するように構成されている。
【００４５】
帯電装置１によって帯電された像担持体表面には、露光装置の一例であるレーザ書き込みユニット１２から出射する光変調されたレーザ光Ｌが照射され、これによって像担持体表面に静電潜像が形成される。レーザ光Ｌが照射されて表面電位の絶対値が低下した部分が静電潜像、すなわち画像部となり、レーザ光が照射されずに表面電位がほぼ帯電電位に保たれた部分が地肌部となる。次いで、この静電潜像は、現像装置２７を通るとき、マイナスに帯電されたトナーによって、トナー像として可視像化される。
【００４６】
一方、像担持体５に対置された転写装置の一例である転写ローラ１３と像担持体５との間に、所定のタイミングで転写材Ｐが給送され、このとき像担持体上に形成されたトナー像が転写材Ｐ上に静電的に転写される。トナー像を転写された転写材Ｐは、引き続き図示していない定着装置を通り、このとき熱と圧力の作用によってトナー像が転写材上に定着される。転写材に転写されずに像担持体表面に残された転写残トナーは、クリーニング装置１４によって除去される。
【００４７】
図１に示した各要素を画像形成装置本体にそれぞれ別個に組み付けてもよいが、図示した例では、帯電装置１の帯電部材２と、像担持体５より成る被帯電体の少なくとも２つが一体的に組み付けられて像担持体ユニットが構成され、そのユニットが画像形成装置本体に着脱可能に装着されている。
【００４８】
また、図２に示すように、芯金８の長手方向各端部は、軸受１６に回転自在に支持され、その各軸受１６は、像担持体ユニットのユニットケース１７の各側板１７Ａに形成された開口１８に、像担持体５に対して接近又は離隔自在に嵌合し、圧縮ばね１９によって像担持体５の側に向けて加圧されている。
【００４９】
ここで、帯電部材２と像担持体５との間のギャップＧは、その帯電部材２と像担持体５の偏心や、その作動時の振動などによって周期的又はランダムに変動する。これにより従来の帯電装置においては、前述のように、像担持体上に形成されたトナー像に濃度むらが発生する欠点を免れなかった。
【００５０】
そこで、本例の帯電装置１においては、電源装置３により、帯電部材２に対して、定電圧制御された直流電圧に、ピーク間電圧が定電圧制御された交流電圧を重畳した電圧が印加されるように構成されている。かかる構成により、ギャップＧが変動しても、帯電後の像担持体５の表面電位をほぼ一定に保つことができる。その理由を図３に基づいて説明する。
【００５１】
図３は、−７５０Ｖの直流定電圧と、ピーク間電圧Ｖppが定電圧制御された交流電圧を重畳した電圧を帯電部材２の芯金８に印加して、像担持体表面を帯電したときの、そのピーク間電圧Ｖppと像担持体の表面電位との関係の一例を示す説明図である。各線Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３及びＸ４は、ギャップＧがそれぞれ８０μｍ、６０μｍ、４０μｍ及び０のときの関係を示している。交流電圧の周波数は一定である。
【００５２】
図３から判るように、ギャップＧがいかなるときも、交流のピーク間電圧Ｖppが或る値以上となると、像担持体の表面電位はほぼ一定の値を示し、その値は帯電部材２に印加した直流定電圧（図の例では−７５０Ｖ）にほぼ一致している。すなわち、ギャップＧが８０μｍのときは、ピーク間電圧がＶp１以上となると像担持体の表面電位はほぼ−７５０Ｖの一定の値となり、同様にギャップＧがそれぞれ６０μｍ、４０μｍ、０のときは、ピーク間電圧がそれぞれＶp２、Ｖp３、Ｖp４以上となると、像担持体の表面電位は、全てほぼ−７５０Ｖの一定の値となる。
【００５３】
一方、帯電部材２を像担持体表面から離間させるスペーサ１１の厚みは予め判っているので、ギャップＧが変動するとしても、その最大ギャップの大きさは、実験等により予め把握することができる。そこで、或る型式の画像形成装置では、その像担持体５と帯電部材２が回転したときの最大のギャップＧが、例えば８０μｍであった場合には、直流定電圧に、Ｖp１以上の定電圧制御されたピーク間電圧値の交流電圧を重畳した電圧を帯電部材２に印加する。最大のギャップＧが６０μｍであったときは、Ｖp２以上の定電圧制御されたピーク間電圧を持つ交流電圧を、また最大のギャップＧが４０μｍであったときは、Ｖp３以上の定電圧制御されたピーク間電圧の交流電圧を直流定電圧と共に帯電部材２に印加するのである。このようにすれば、その各画像形成装置の作動時に、ギャップＧがいかなる大きさになったときも、像担持体表面をほぼ一定の電位（図３の例ではほぼ−７５０Ｖ）に帯電させることができる。しかも、帯電部材２に印加する交流電圧を定電流制御するのではなく、定電圧制御するので、定電流制御の場合にみられたハーフトーン画像の濃度むら、すなわち横すじ模様が現われる不具合を防止できる。このように、定電圧制御されるピーク間電圧の値を、ギャップＧの大きさがいかなるときも、被帯電体の表面電位がほぼ一定となる値に設定することにより、従来のＤＣ印加方式やＡＣ印加方式の場合に発生していた欠点を全て除去することができる。
【００５４】
ところで、本例のＡＣ印加方式の場合、像担持体の表面電位をほぼ一定の値に帯電させることのできるピーク間電圧を帯電部材２に印加すればよいのであるから、例えば図３にＶp５で示した大きな電圧を印加してもよい。このようにすれば、最大ギャップが４０μｍであるときも、またこれよりも大きい６０μｍであるときも、さらにはその最大ギャップが８０μｍであるときも上述の効果を奏することができる。しかも帯電部材２に印加するピーク間電圧値を簡単に設定することができる。
【００５５】
ところが、ピーク間電圧値が大きくなりすぎると、像担持体５が疲労しやすくなる。例えば、最大ギャップが８０μｍであったとき、帯電部材２に対しＶp５のピーク間電圧を印加したとすると、特に、回転する像担持体５と帯電部材２との間のギャップＧが最小となった時、帯電部材２に印加される電圧値が過剰となり、帯電部材２と像担持体５との間に形成される電界の強さが強くなりすぎて像担持体の疲労が促進され、その寿命が短められる。しかも像担持体表面にトナーフィルミングが形成されやすくなり、これによって異常画像が発生するおそれもある。
【００５６】
そこで、定電圧制御されたピーク間電圧の値を、ギャップＧの大きさがいかなるときも、被帯電体たる像担持体の表面電位がほぼ一定となるピーク間電圧値のうちの最小の電圧値に設定することが好ましい。例えば、図３において最大ギャップＧが８０μｍであるときは、ピーク間電圧値をＶp１に設定し、また６０μｍのときはＶp２に、４０μｍのときはＶp３にそれぞれ設定するのである。このようにすれば、回転する像担持体５と帯電部材２の間のギャップＧが最小になったときも、帯電部材２に過剰な電圧が印加されることはなく、上述した不具合の発生を阻止することができる。
【００５７】
ところで、ギャップＧは各種の要因で変動するものであり、その１つに、帯電部材２の温度、又はその近傍の湿度を挙げることができる。帯電部材２の温度が高くなると、その帯電部材２の弾性層９がゴムにより構成されている場合、その弾性層９が軟化し、フィルムより成るスペーサ１１がその弾性層９にくい込む。この結果、ギャップＧが狭くなる。温度が低下すれば、逆にギャップＧは広くなる。また帯電部材２の近傍の湿度が上昇すると、帯電部材２の径がわずかではあるが大きくなり、これによってギャップＧが狭くなり、逆に湿度が低下するとギャップＧは広くなる。
【００５８】
また、本発明者による各種の検討の結果、帯電部材２のまわりの雰囲気が高温高湿環境となると、帯電部材２の弾性層９の抵抗値が変化するため、図３に示した各線Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４がこの図における左方にシフトした状態となり、逆に低温低湿環境下では、右方にシフトした状態となる。
【００５９】
従って、帯電部材２に印加するピーク間電圧値を前述のように設定しただけであると、温湿度の変化により、そのピーク間電圧値が適正な値からずれてしまうおそれがある。例えば、或る型式の画像形成装置の最大ギャップＧが４０μｍであることが実験により確認され、これに対応してピーク間電圧値をＶp３に設定した場合、画像形成装置本体内の温湿度が大きく低下すると、最大ギャップＧは４０μｍよりも広くなり、しかも帯電部材２の抵抗値が変化するので、ピーク間電圧値が不足し、像担持体表面の帯電不足が発生する。
【００６０】
そこで、画像形成装置本体内の適所、例えば帯電部材２の近傍に、帯電部材２の温度と、その帯電部材２の近傍の湿度のうちの少なくとも一方を検知するセンサ１５（図１）より成る環境検知手段を設け、その検知結果に応じて、帯電部材２に印加するピーク間電圧の値を変更するように構成することが好ましい。このようにすれば、温湿度がいかに変化しても、常に適正なピーク間電圧を帯電部材２に印加し、像担持体表面の帯電不足の発生を阻止し、また帯電部材２に過剰な電圧が印加される不具合も防止できる。環境検知手段として、帯電部材２の外周面に当接するサーミスタなどを用いることもできる。また、温度検知センサと湿度検知センサを別々に設け、これらのセンサによって環境検知手段を構成してもよい。
【００６１】
また画像形成装置本体内の温湿度だけでなく、帯電装置の構成要素の経年変化によってもギャップＧが変動する。図２に示した帯電部材２の場合は、そのスペーサ１１が像担持体表面に圧接した状態で帯電部材２が回転するので、スペーサ１１は経時的に摩耗し、ギャップＧが徐々に狭くなる。これによっても、ピーク間電圧値が適正な値からずれるおそれがある。これに対処するため、帯電部材２が使用された時間に応じて、ピーク間電圧の値を変更するように構成することが好ましい。例えば、画像形成回数をカウントし、そのカウント値が或る値に達する毎に、帯電部材２に印加するピーク間電圧の値を小さくする。これにより、スペーサ１１が経年変化しても、適正な値のピーク間電圧を帯電部材２に印加することができる。
【００６２】
また、前述のように、帯電部材２と像担持体５との間の最大ギャップを予め実験的に確認し、その値に応じたピーク間電圧値を設定することができるが、回転する帯電部材２と像担持体５の間の変動するギャップＧの大きさを検知するギャップ検知手段を設け、その検知結果に基づいて、ピーク間電圧の値を設定するように構成することもできる。例えば、図４に示すように、帯電部材２と像担持体５の間のギャップＧを挟んで、発光部２０と受光部２１を対置させ、発光部２０から出射し、ギャップＧを通過した光を受光部２１にて受光し、このときの受光量によって、最大ギャップＧを検知する。そして、その最大ギャップＧの大きさに対応したピーク間電圧値を帯電部材２に印加する。検知された最大ギャップＧが例えば６０μｍであったときは、帯電部材２に印加するピーク間電圧の値をＶp２以上に設定するのである。
【００６３】
上述したギャップＧの検知を、画像形成時、又は非画像形成時の適時に実行し、その検知結果に基づいて、その都度、ピーク間電圧値を設定すれば、温湿度の変化や経年変化により最大ギャップＧが変化しも、常に適正な値のピーク間電圧を帯電部材２に印加することが可能となる。従って、抵抗値の環境変動が少ない材料で帯電部材２が構成されていれば、環境検知手段の検知結果や、帯電部材２の使用時間の検知結果に基づいて、帯電部材２に印加するピーク間電圧値を設定する必要はない。
【００６４】
この場合も、定電圧制御されるピーク間電圧の値を、ギャップ検知手段により検知されたギャップＧの大きさが最大のときに被帯電体、この例では像担持体の表面電位がほぼ一定となるピーク間電圧値のうちの最小の電圧値に設定することが好ましい。検知された最大ギャップＧが例えば６０μｍであったときは、帯電部材２に印加するピーク間電圧の値をＶp２に設定するのである。これにより、帯電部材２に過剰な電圧が印加されて、像担持体の劣化が促進されるような不具合を防止できる。
【００６５】
また、帯電部材２に印加するピーク間電圧値を次のように設定することもできる。
【００６６】
図１３を参照して先に説明したように、従来のＡＣ印加方式を採用した場合、帯電部材２に供給される定電流値がＩ０以上であれば、ギャップＧがいかなるときも像担持体表面をほぼ一定の値（図１３の例では−７５０Ｖ）に維持することができる。電流値がＩ０以上であると、像担持体表面の電位が飽和するのである。そこで、定電流制御された交流電圧を帯電部材２に印加し、被帯電体（この例では像担持体）の表面電位がほぼ一定の値に飽和したときに、帯電部材２に供給される電流の値、すなわちＩ０以上の電流値を飽和電流値ＩＳと称することにすると、この飽和電流値ＩＳを予め実験的に求め、その値を記憶しておく。
【００６７】
一方、画像形成装置のウォームアップ時、或いは画像形成終了後などの非画像形成時に、帯電部材２に対して、定電圧制御された互いに異なったピーク間電圧値の交流電圧をそれぞれ印加する。このときの電圧印加を予備印加と称することにすると、その予備印加時に帯電部材２に供給される電流の値が前述の飽和電流値ＩＳとなったときのピーク間電圧値を検出する。そして、画像形成動作時に、前述の定電圧（本例では−７５０Ｖ）に、上述の如く検出されたピーク間電圧値を重畳した定電圧を帯電部材２に印加して、像担持体表面を帯電する。検出されたピーク間電圧値を、帯電部材２に印加する交流電圧のピーク間電圧値とするのである。
【００６８】
より具体的に示すと、例えば画像形成動作が開始される前のウォームアップ時に、電源装置３から帯電部材２に対して、或るピーク間電圧値ＶＲ１の交流電圧を印加して像担持体５を少なくとも１回転させ、帯電部材２を連れ回りさせる。このとき、ＣＰＵ４において、帯電部材２に供給された電流値ＩＲ１が飽和電流値ＩＳの範囲に入っているかを判定し、電流値ＩＲ１が飽和電流値ＩＳに達していない場合は、電流値ＩＲ１が過少であるので、電源装置３からの出力されるピーク間電圧値を上げてこれをＶＲ２とし、上述したところと全く同様にして、そのＶＲ２のピーク間電圧を帯電部材２に印加し、このとき帯電部材２に供給される電流値ＩＲ２での判定を行う。
【００６９】
上述した動作を繰り返し実行することにより、帯電部材２に供給される電流値が飽和電流値ＩＳとなったときのピーク間電圧値を見い出すことができる。そこで、画像形成動作時に、前述の定電圧（本例では−７５０Ｖ）に、このピーク間電圧値の交流電圧を重畳した電圧を帯電部材２に印加して、像担持体表面を帯電させる。このようにすれば、環境が変化したり、スペーサ１１の摩耗が進んだときも、帯電部材２に対して、必ず飽和電流値ＩＳの電流、換言すれば像担持体表面を所定の電位（本例では−７５０Ｖ）に帯電させることのできる値のピーク間電圧を帯電部材２に印加することができる。この印加電圧設定方法を採用すると、環境検知手段やギャップ検知手段の検知結果、或いは帯電部材２の使用時間の検知結果に基づいて帯電部材２に印加するピーク間電圧値を設定する必要がなくなり、画像形成装置の構成を簡素化することができる。
【００７０】
また、この印加電圧設定方法を採用する場合も、その予備印加時に、帯電部材２に供給される電流の値が、飽和電流値ＩＳのうちの最小の値Ｉ０となったとき、又はその最小の値Ｉ０に最も近くなったときのピーク間電圧値を、帯電部材２に印加する交流電圧のピーク間電圧値とすることが望ましい。
【００７１】
先の具体例に即して説明すると、予備印加時に、帯電部材２に対して、ピーク間電圧値ＶＲ１の交流電圧を印加して像担持体５を少なくとも１回転させ、帯電装置２を連れ回りさせる。このとき、ＣＰＵ４において、帯電部材２に供給された電流値ＩＲ１と飽和電流値のうちの最小の電流値Ｉ０とを比較し、ＩＲ１＜Ｉ０であれば、電源装置３から出力されるピーク間電圧値を上げてこれをＶＲ２とする。次いで、このピーク間電圧値ＶＲ２の交流電圧を帯電部材２に印加し、このとき帯電部材２に供給される電流値ＩＲ２と、基準となる最小の電流値Ｉ０とを比較する。逆にＩＲ１＞Ｉ０であったときは、電源装置３からの出力ピーク間電圧値を下げてＶＲ３とし、このピーク間電圧値ＶＲ３の交流電圧を帯電部材２に印加し、このとき帯電部材２に供給される電流ＩＲ３と最小の値Ｉ０とを比較する。この動作を繰り返すことにより、帯電部材２に供給される電流値が飽和電流値ＩＳのうちの最小の値Ｉ０となったとき、又はその最小の値Ｉ０に最も近くなったときのピーク間電圧値を検出できる。そして、定電圧（例えば−７５０Ｖ）に、その検出された値のピーク間電圧を持つ交流電圧を重畳した電圧を帯電部材２に印加して像担持体を帯電するのである。このようにすれば、像担持体５の帯電時に、帯電部材２に過剰な電圧が印加されて像担持体の劣化が促進される不具合を防止できる。
【００７２】
ところで、上述のように、最小の値Ｉ０を基準にして印加電圧値を設定する際、その予備印加時の様子を詳細に検討すると、このとき像担持体５と帯電部材２は共に回転しているので、その間のギャップＧは時々刻々変動している。従って、予備印加時に、帯電部材２にピーク間電圧値ＶＲ１，ＶＲ２…の各交流電圧を印加したとき、帯電部材２に供給される電流値は、ギャップＧの変動に伴って、図５に示すように変化する。従って、このように変化する電流のうちのどの電流値を飽和電流値ＩＳの最小の値Ｉ０と比較するかが問題となる。
【００７３】
先ず、一番確実な方法は、前述の予備印加時に、帯電部材２に供給される電流の最小値Ｉminと、基準となる電流値Ｉ０とを比較し、その最小値Ｉminが飽和電流値のうちの最小の値Ｉ０に最も近く、かつその最小の値Ｉ０以上になったときのピーク間電圧値を検出する。そして、画像形成動作時に、直流電圧（−７５０Ｖ）に、検出したピーク間電圧の交流電圧を重畳した電圧を帯電部材２に印加して像担持体５を帯電すれば、像担持体表面の電圧が所定の値（−７５０Ｖ）よりも低くなることを防止できる。従ってこれが一番確実な方法であると言える。
【００７４】
帯電部材２を流れる電流が最小値Ｉminであるとき、ギャップＧは最大となっており、このときの最小値Ｉminが、基準となる電流値Ｉ０に一致したときのピーク間電圧値、又はその電流値Ｉ０以上であって、その値Ｉ０に最も近くなったときのピーク間電圧値を、直流電圧と共に帯電部材２に印加して像担持体５を帯電すれば、回転中の像担持体５と帯電部材２の間のギャップＧの大きさがいかなる値になったときも、必ず、像担持体の表面電位が所定値（−７５０Ｖ）となる値のピーク間電圧を帯電部材２に印加することができる。例えば、ギャップＧの最大値が８０μｍである場合、そのギャップＧが８０μｍとなった時点で、帯電部材２に供給される電流値は最小値Ｉminとなるので、このときの最小電流値Ｉminが基準となる電流値Ｉ０となったときのピーク間電圧値を帯電部材２に印加すれば、帯電部材２には必ずＶp１以上の値のピーク間電圧が印加されることになり、像担持体表面の帯電不足が発生するおそれはない。
【００７５】
上述のように、予備印加時に、帯電部材２に供給される電流の最小値Ｉminが、飽和電流値ＩＳのうちの最小の値Ｉ０に最も近く、かつその最小の値Ｉ０以上になったときのピーク間電圧値を、帯電部材２に印加する交流電圧のピーク間電圧値とすることにより、像担持体表面の帯電不足を防止でき、しかも帯電部材に過多な電圧を印加される不具合も防止できる。
【００７６】
ところが、図５に鎖線で示すように、予備印加時に何らかの異常が発生し、帯電部材２に異常に低い電流が流れることがあり、このような場合、その異常電流の最小値と基準となる電流値Ｉ０とを比較したとすれば、適正なピーク間電圧値を検出することはできない。
【００７７】
従って、予備印加時に、帯電部材２に供給される電流の異常電流値を除いた最小の電流値Ｉminが、飽和電流値ＩＳのうちの最小の値Ｉ０に最も近く、かつその最小の値Ｉ０以上になったときのピーク間電圧値を、帯電部材２に印加する交流電圧のピーク間電圧値とすることが望ましい。例えば、帯電部材２に流れる電流の値が、その最大値Ｉmax×０．７以下となったときは、これを異常電流であると判定し、その異常電流値を除いた電流の最小値Ｉminと基準となる電流値Ｉ０とを比較するのである。これにより、より適正なピーク間電圧値を設定することが可能となる。
【００７８】
また、上述の方法に代え、予備印加時に、帯電部材２に供給される電流の平均値Ｉavが、飽和電流値ＩＳのうちの最小の値Ｉ０に所定の値αを付加した基準電流値に最も近くなったときのピーク間電圧値を、帯電部材２に印加する交流電圧のピーク間電圧値とすることもできる。付加する値αの大きさは、予め、この制御方式を行った場合の電位特性を調べておくことにより実験的に求められる。この方法によると、適正なピーク間電圧値を厳格に正しく設定することは困難であり、例えば像担持体の帯電時に、ギャップＧが８０μｍであった時、帯電部材２に印加されるピーク間電圧値が適正な値Ｖp１よりも多少高くなり、又は低くなることもあり得るが、実際上、これは、画質に影響を与えるような値ではない。平均値Ｉavに基づいてピーク間電圧値を設定する方法は、前述の最小値Ｉminに基づいてピーク間電圧値を設定する方法よりも、制御が簡単で実用的である。
【００７９】
上述の最小値Ｉmin、或いは異常電流値を除いた最小値Ｉminを、基準となる電流値Ｉ０と比較する方法は、前述のように、予備印加時に、帯電部材２に供給される電流値が飽和電流値ＩＳとなったときのピーク間電圧値を、帯電部材２に印加する交流電圧のピーク間電圧値とする電圧設定方法にも採用できる。すなわち、予備印加的に、帯電部材２に供給される電流の最小値Ｉminが、飽和電流値となったときのピーク間電圧値を、帯電部材２に印加する交流電圧のピーク間電圧値とし、或いは予備印加時に、帯電部材２に供給される電流の異常電流値を除いた最小の電流値Ｉminが、飽和電流値ＩＳとなったときのピーク間電圧値を、帯電部材２に印加する交流電圧のピーク間電圧値とするのである。
【００８０】
或いは、予備印加時に、帯電部材２に供給される電流の平均値が、飽和電流値ＩＳのうちの最小の値Ｉ０に所定の値αを付加した基準電流値以上になったときのピーク間電圧値を、帯電部材２に印加する交流電圧のピーク間電圧値とすることもできる。
【００８１】
前述の各構成の予備印加時に、交流電圧に適宜な値の直流電圧を重畳した電圧を帯電部材２に印加してもよい。この場合には、帯電部材２には、交流成分の電流と、直流成分の電流の総電流が供給されるが、直流成分の電流値は、交流成分の電流値に比べて非常に低い値であるため、帯電部材２に交流電圧だけを印加したときの前述の印加電圧設定方法によって、ピーク間電圧値を適正に設定することが可能である。
【００８２】
ところで、前述の予備印加時に、像担持体５を１回転させれば、その像担持体自体の偏心などに基づくギャップＧの変動に対応した電流値を検出することができる。ところが、本例の帯電部材２のように、帯電部材２が像担持体の回転と共に回転する回転体より成るときは、両者間のギャップＧは、帯電部材２の偏心などの影響によっても変動する。従って、両者間のギャップＧの変動に対応する電流値を検出するには、両者の周長の最小公倍数に相当する距離、帯電部材２と像担持体５を回転させる必要がある。例えば、ローラより成る帯電部材２の直径が１２mm、ドラムより成る像担持体の直径が３０mmであるとしたとき、その周長はそれぞれ１２π及び３０πとなるので、その最小公倍数の６０πの長さ分、像担持体５と帯電部材２を回転させて前述の予備印加を行い、最適なピーク間電圧値を設定する。この場合には、像担持体５は２回転し、帯電部材２は５回転する。
【００８３】
上述のように、帯電部材と被帯電体が、互いに同期して回転する回転体より成るときは、帯電部材に対し、定電圧制御された互いに異なったピーク間電圧値の交流電圧をそれぞれ印加して帯電部材に供給される電流値を検出するとき、すなわち予備印加時に、その１回の検出につき、帯電部材と被帯電体の周長の最小公倍数に相当する距離、帯電部材と被帯電体を回転させることにより、適正なピーク間電圧値を設定することが可能となるのである。
【００８４】
図６は、電源装置３とＣＰＵ４の機能を説明するブロック図である。この図に基づいて前述の予備印加時の動作の一例を説明すると、先ずＣＰＵ４からの出力信号により、電源装置３の電圧出力部２４から、ＶＲ１のピーク間電圧値の交流電圧が帯電部材２に印加される。このとき、微小固定抵抗ｒの両端にかかる電圧値Ｖ０が検知信号としてＣＰＵ４に取り込まれ、その電圧値に相当する電流値の最小値Ｉminと、基準となる電流値Ｉ０とが比較演算される。その結果に応じて変更された目標電圧値指令がＣＰＵ４から出力され、電源装置３の出力部２４からは、ＶＲ２又はＶＲ３のピーク間電圧値の交流電圧が帯電部材２に印加される。このときも、固定抵抗ｒの両端にかかる電圧値Ｖ０が検知信号としてＣＰＵ４に取り込まれ、上述したところと同様の動作が実行される。かかる動作が繰り返されて適正なピーク間電圧値が検出されると、電源装置３に対して目標値固定信号が出力される。これにより、画像形成動作時に、電源装置３から、固定された適正な電圧が帯電部材２に印加される。
【００８５】
検出電流値の平均値と基準電流値（Ｉ０＋α）とを比較するように構成したときも、その平均値ＩavがＣＰＵ４において演算され、上述したところと同様にして、平均値Ｉavと基準電流値（Ｉ０＋α）とが比較演算される。
【００８６】
ところで、以上説明した実施形態例は、ギャップＧの変動により、像担持体表面の帯電電位が影響される欠点を、帯電部材２に印加する電圧の値を制御することにより解決するものである。これに対し、像担持体５と帯電部材２の間のギャップＧの大きさがほぼ一定に保たれるように、そのギャップＧの大きさを調整するギャップ調整手段を設ければ、ギャップＧを常にほぼ一定に保つことが可能となり、前述のいずれの電圧印加方式を採用しても、また従来のＡＣ印加方式、或いは従来のＤＣ印加方式を採用しても、像担持体表面の電位をほぼ一定の所定値に保ち、高品質な画像を形成することが可能となる。帯電部材２の抵抗の変動による影響は、前述のように温湿度を検知することにより補償することができる。
【００８７】
ここで、例えば、図７に示し、かつ図２に鎖線で付加して示すように、帯電部材２の長手方向各端部を回転自在に支持する各軸受け１６にカム受け部１６Ａを一体に設け、その各カム受け部１６Ａに、軸２２を介して回転自在に支持されたカム２３を圧接させる。そして、そのカム２３を回転させることにより、スペーサ１１を介しての帯電部材２と像担持体５との圧接力を調整し、ギャップＧの大きさを調整することができる。このように、帯電部材２がスペーサ１１を介して被帯電体に圧接している場合、ギャップ調整手段によって、スペーサ１１を介しての帯電部材２と被帯電体との圧接力を調整することにより、ギャップＧを調整することができる。
【００８８】
像担持体５と帯電部材２の偏心に基づくギャップＧの周期的なギャップＧの変動に対応させて、カム２３の回転位置を制御することにより、そのギャップＧの変動を解消することも可能であるが、このギャップ調整手段により、前述の温湿度に基づくギャップＧの変動と、スペーサ１１の摩耗によるギャップＧの変動を、特に効果的になくし、或いはその変動を軽微なものにすることができる。すなわち、前述のセンサ１５（図１）の検知結果に応じて、カム２３の角度位置を調整制御し、また画像形成回数のカウント値が或る値に達する毎にカム２３の角度位置を変え、温湿度と、スペーサ１１の摩耗によるギャップＧの変動を補償して、そのギャップＧが常に一定に保たれるようにするのである。この構成は、帯電部材２が、図９に示したように回転することのない部材より成り、従って帯電部材２と像担持体５との間のギャップＧが、これらの回転により周期的に変動しない場合に特に有利に採用することができる。
【００８９】
上述のように、帯電部材２の温度と該帯電部材２の近傍の湿度のうちの少なくとも一方を検知する環境検知手段の検知結果に応じてギャップＧの大きさを調整するようにギャップ調整手段を構成し、また帯電部材２が使用された時間に応じてギャップＧの大きさを調整するようにギャップ調整手段を構成することにより、温湿度の変化や、スペーサ１１の摩耗にかかわらず、ギャップＧを常にほぼ一定の値に維持して、像担持体上に高品質なトナー像を形成することができる。
【００９０】
図２に示したスペーサ１１は、ローラより成る帯電部材２の外周面に貼り付けられたフィルムによって構成されているが、図８に示すように、ローラより成る帯電部材２の芯金８の長手方向各端部に、例えば硬質樹脂などの絶縁性の剛体から成る円板状のスペーサ１１をそれぞれ固定し、その両スペーサ１１を像担持体５の表面に圧接させて、ギャップＧを形成してもよい。また被帯電体は、図８に示すようなベルト状の像担持体５であってもよい。図８における符号３０で示したローラは、ベルト状の像担持体５を挟んで、スペーサ１１に対向したバックアップローラである。
【００９１】
また、以上説明した各例においては、帯電部材が、被帯電体に対向して帯電する帯電ローラにより構成されているが、図９に示すように、例えば樹脂又はゴムなどから成るブレード状の帯電部材２を用い、その長手方向各端部に、樹脂、ゴム又はセラミックなどから成る絶縁性のスペーサ１１を固定し、その帯電部材２を金属板などから成る支持部材２５に固定し、その支持部材をばね２６によって加圧して、スペーサ１１を像担持体５の外周面に圧接させ、帯電部材２と像担持体５との間にギャップＧを形成するようにしてもよい。この例では、支持部材２５を介して、電源装置３からの電圧が帯電部材２に印加される。
【００９２】
また、本明細書において用いられている文言「交流電圧」は、電圧値が周期的に変化する電圧を意味し、その交流電圧には、正弦波状の交流電圧はもとより、矩形波、三角波、その他の脈流波電圧なども含まれる。
【００９３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、被帯電体の表面を所定のほぼ一定の値に帯電させることができ、その帯電むらの発生を効果的に抑制することができる。しかも、帯電部材と被帯電体との間のギャップが変化しても、被帯電体の表面を所定のほぼ一定の値に帯電させることが可能である。
【００９９】
請求項２に係る発明によれば、上記請求項１に係る発明の効果に加えて、帯電装置に過剰の電圧が印加されることを防止できる。
【０１０２】
請求項３に係る発明によれば、温度や湿度が変化し、また帯電装置の構成要素が劣化しても、被帯電体の表面を所定のほぼ一定の値に帯電させることができる。しかも、帯電部材に印加する交流電圧の適正なピーク間電圧値をより正確に設定することができる。
【０１０６】
請求項４に係る発明によれば、帯電部材が帯電ローラより成るので、被帯電体を均一に帯電する効果を高めることができる。
【０１０８】
請求項５に係る発明によれば、上述の請求項１乃至４に係る各発明の効果を奏する帯電部材を有する画像形成装置を供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の一例を示す概略図である。
【図２】帯電部材と、その支持構造を示す部分断面図である。
【図３】帯電部材に印加するピーク間電圧値と像担持体表面の帯電電位との関係を示す説明図である。
【図４】ギャップ検知手段の一例を示す説明図である。
【図５】帯電部材に流れる電流を示す説明図である。
【図６】電源装置とＣＰＵのブロック図である。
【図７】ギャップ調整手段の一例を示す図である。
【図８】スペーサの他の例を示す斜視図である。
【図９】帯電部材の他の例を示す斜視図である。
【図１０】従来の帯電装置の一例を示す図である。
【図１１】従来のＤＣ印加方式を示す説明図である。
【図１２】従来のＤＣ印加方式の欠点を説明する図である。
【図１３】従来のＡＣ印加方式を説明する図である。
【符号の説明】
１帯電装置
２帯電部材
３電源装置

Claims

被帯電体に対して微小ギャップをあけて対向配置された帯電部材と、該帯電部材に対して、定電圧制御された直流電圧に、ピーク間電圧が定電圧制御された交流電圧を重畳した電圧を印加する電源装置と、変動するギャップの大きさを検知するギャップ検知手段とを具備し、前記ギャップ検知手段により検知された最大ギャップの大きさに対応したピーク間電圧を前記帯電部材に印加することを特徴とする帯電装置。
定電圧制御される前記ピーク間電圧の値は、前記ギャップ検知手段により検知されたギャップの大きさが最大のときに被帯電体の表面電位がほぼ一定となるピーク間電圧値のうちの最小の電圧値に設定される請求項１に記載の帯電装置。
被帯電体に対して微小ギャップをあけて対向配置された帯電部材と、該帯電部材に対して、定電圧制御された直流電圧に、ピーク間電圧が定電圧制御された交流電圧を重畳した電圧を印加する電源装置とを具備し、定電流制御された交流電圧を前記帯電部材に印加し、被帯電体の表面電位がほぼ一定の値に飽和したときに前記帯電部材に供給される電流の値を飽和電流値としたとき、前記帯電部材に対し、定電圧制御された互いに異なったピーク間電圧値の交流電圧をそれぞれ印加し、このとき帯電部材に供給される電流の値が前記飽和電流値となったときのピーク間電圧値を、帯電部材に印加する交流電圧のピーク間電圧値とすると共に、前記帯電部材と前記被帯電体が、互いに同期して回転する回転体より成り、帯電部材に対し、定電圧制御された互いに異なったピーク間電圧値の交流電圧をそれぞれ印加して該帯電部材に供給される電流値を検出するとき、その１回の検出につき、帯電部材と被帯電体の周長の最小公倍数に相当する距離、帯電部材と被帯電体を回転させることを特徴とする帯電装置。
前記帯電部材が、被帯電体に対向して回転する帯電ローラより成る請求項１乃至３のいずれかに記載の帯電装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載の帯電装置と、像担持体より成る被帯電体を有することを特徴とする画像形成装置。