JP4426410B2 - 接触帯電ローラ装置 - Google Patents

Description

この発明は、接触帯電ローラ装置に関し、特に、電子写真複写機の感光体の表面を帯電させるローラに関する。

この発明の背景技術としては、
（１）被帯電体に被帯電体面を帯電処理する工程を含む作像プロセスを適用して画像形成を実行する画像形成装置において、被帯電体の帯電処理手段は、電圧を印加した帯電部材を被帯電体に当接させて被帯電体面を帯電し、帯電部材が被帯電体の非画像形成領域に対応しているときに帯電部材を直流定電流制御し、このときの直流電圧を検知し、帯電部材が被帯電体の画像形成領域に対応しているときは検知した直流電圧で帯電部材を定電圧制御するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

（２）温度、湿度等の環境条件によって抵抗値が変動する高抵抗材料を用いた帯電ローラを感光体に接触させてその表面を帯電させる接触帯電装置において、前記帯電ローラに一定電圧を印加する定電圧制御手段と、前記帯電ローラに一定電流を流す定電流制御手段と、前記環境条件を検出する環境条件検出手段と、該手段による検出結果に応じて前記定電圧制御手段と前記定電流制御手段を切り換える切換手段とを設けたことを特徴とする接触帯電装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

（３）交番電界に直流電界を重畳して印加した帯電部材を被帯電体に当接させて被帯電体面を帯電処理する接触式帯電装置において、前記被帯電体の厚みを検知する厚み検知手段を設け、厚み検知手段によって検知された被帯電体の厚み或いは変化量に応じて交番電界の印加方式として定電流制御又は定電圧制御の何れか一方を選択するようにしたことを特徴とする接触式帯電装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開平４−９８８３号公報 特開平９−１７９３８３号公報 特開平１１−８４８２３号公報

しかしながら、このような従来の接触帯電ローラ装置においては、感光体表面にピンホール（傷）が発生するなどして、部分的に極端に抵抗が小さい状態が起きるとピンホールに電流が流れ込み定電流電源の出力電圧が低下し、ピンホール以外の部分に電流が配分されず帯電不足となってしまうため、黒スジ状の画像欠陥が生じる。また、帯電ローラ表面への紙粉などの異物の付着など部分的に極端な抵抗の上昇があると、定電流電源は所定の電流を流そうと出力電圧が上昇するため、正常部分で電圧が高すぎ、帯電圧過多となり異常放電、絶縁破壊などを引き起こし、白スジ状の画像欠陥が生じる。
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、環境や経時変化などによってローラや感光体の特性が変動しても、その影響を十分に吸収して安定した帯電を行うことが可能な接触帯電ローラ装置を提供するものである。

この発明は、帯電ローラを接触させて感光体表面を帯電させる接触帯電ローラ装置において、直流定電流を出力する定電流供給部と、直流定電圧を出力する定電圧供給部と、定電流又は定電圧供給部の出力を切り換えて帯電ローラに直流定電圧又は直流定電流を選択的に供給する切換部と、帯電ローラの電圧を検出する電圧検出部と、帯電ローラに直流定電流を供給しながら感光体を帯電させ帯電ローラの電圧変動幅が所定値以上になると切換部を制御して帯電ローラに直流定電圧を供給する制御部を備える接触帯電ローラ装置を提供するものである。

この発明によれば、感光体や帯電ローラに異常が生じた時には定電圧駆動に切り替えられるので、帯電不足、あるいはた帯電圧過多を起こすことなく帯電を行うことができる。

この発明による接触帯電ローラ装置は、帯電ローラを接触させて感光体表面を帯電させる接触帯電ローラ装置において、直流定電流を出力する定電流供給部と、直流定電圧を出力する定電圧供給部と、定電流又は定電圧供給部の出力を切り換えて帯電ローラに直流定電圧又は直流定電流を選択的に供給する切換部と、帯電ローラの電圧を検出する電圧検出部と、帯電ローラに直流定電流を供給しながら感光体を帯電させ帯電ローラの電圧の変動幅が所定値以上になると切換部を制御して帯電ローラに直流定電圧を供給させる制御部を備えることを特徴とする。

この発明において、帯電ローラには、中心の芯金（シャフト）と、その外周に形成された導電層と、さらにその外周に形成された抵抗層で形成される一般的な構造のものを用いることができる。
また、感光体には、ドラムや帯状のものが使用できるが、例えば、アルミニウムの導電層と、その外面に形成した感光層を備えたものが好適に使用される。
定電流供給部は、一般的な定電流電源（回路）で構成でき、定電圧供給部は、一般的な定電圧電源（回路）で構成できる。
切替部は、スイッチングトランジスタで構成でき、電圧検出部には例えば分圧抵抗器が使用される。
また、制御部は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭからなるマイクロコンピュータで構成できる。
この発明において定電流供給部は、出力電圧の最大値を制限する電圧制限部を備えることが好ましい。それにより、感光体の高電圧による破損が防止される。
この発明において定電圧供給部は、出力電流の最大値を制限する電流制限部を備えることが好ましい。それにより、帯電ローラのピンホールなどに電流が流れ込んで帯電ローラが破損するようなことが防止される。
この発明において制御部は直流定電流の供給時の定電流供給部の出力電圧の平均値を定電圧供給時に定電圧供給部に出力させる電圧制御部を備えてもよい。
この発明は感光体の膜厚検知部をさらに備え、制御部が、膜厚に応じて定電流供給部の出力電流を制御する電流制御部を備えることが好ましい。この場合には、感光体が経時的に摩耗しても適切な帯電々位が得られる。

この発明において帯電ローラに直流定電圧が供給されているとき定電圧供給部の出力電流値の変動幅が所定値を越えたときに警告を発する警告発生部をさらに備えることが好ましい。
それによって、使用者は、画像劣化の存在を認識することができる。
この発明は帯電ローラの電圧変動周期と感光体の移動周期とを比較する比較部と、比較結果を出力する出力部をさらに備えることが好ましい。電圧変動周期と感光体の移動周期とが等しい場合には、感光体に異常があることが分かる。
この発明において帯電ローラの電圧変動周期と帯電ローラの回転周期とを比較する比較部と、比較結果を出力する出力部をさらに備えることが好ましい。
電圧変動周期と帯電ローラの回転周期とが等しい場合には、帯電ローラに異常があることが分かる。

以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。これによって、この発明が限定されるものではない。

図１は、この発明に係る画像形成装置の構成を示す説明図である。
画像形成装置Ａは、外部から伝達された画像データに応じて、所定のシート（記録用紙）に対して多色および単色の画像を形成するものである。そして、図に示すように、画像形成装置Ａは、露光ユニット１、現像器２ａ〜２ｄ、感光体ドラム３ａ〜３ｄ、ローラ型帯電器（帯電ローラ）５ａ〜５ｄ、クリーナユニット４ａ〜４ｄ、中間転写ベルトユニット８、定着ユニット１２、用紙搬送路Ｓ、給紙トレイ１０，排紙トレイ１５および手差しトレイ２０を備えている。

なお、画像形成装置Ａにおいて扱われる画像データは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色を用いたカラー画像に応じたものである。従って、（現像器２ａ、感光体ドラム３ａ、帯電器５ａ、クリーナユニット４ａ、中間転写ローラ６ａ）、（現像器２ｂ、感光体ドラム３ｂ、帯電器５ｂ、クリーナユニット４ａ、中間転写ローラ６ｂ）、（現像器２ｃ、感光体ドラム３ｃ、帯電器５ｃ、クリーナユニット４ａ、中間転写ローラ６ｃ）、（現像器２ｄ、感光体ドラム３ｄ、帯電器５ｄ、クリーナユニット４ａ、中間転写ローラ６ｄ）は、各色に応じた４種類の潜像を形成するようにそれぞれ４つの画像ステーションを構成している。
なお、感光体ドラム３ａ〜３ｄは、画像形成装置の上部に配置され、帯電器５ａ〜５ｄは、感光体ドラム３ａ〜３ｄの表面を所定の電位に均一に帯電させるための、帯電手段であり、ここでは接触ローラ型のものが用いられる。

露光ユニット１には、レーザ照射部１ａ、コリメータレンズ１ｂおよび反射ミラー１ｃ〜１ｉを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）を用いる。
そして帯電された感光体ドラム３ａ〜３ｄを入力された画像データに応じて露光することにより、その表面に、画像データに応じた静電潜像を形成する機能を有するものである。
現像器２ａ〜２ｄはそれぞれ感光体ドラム３ａ〜３ｄ上に形成された静電潜像をＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙのトナーにより顕像化するものである。クリーナユニット４ａ〜４ｄは、現像・画像転写後における感光体ドラム３ａ〜３ｄ上の表面に残留したトナーを、除去・回収するものである。

感光体ドラム３ａ〜３ｄの上方に配置されている中間転写ベルトユニット８は、中間転写ベルト７、中間転写ベルト駆動ローラ７１、中間転写ベルトテンションローラ７３ａ〜７３ｃ、中間転写ベルト従動ローラ７２、中間転写ローラ６ａ〜６ｄ、および中間転写ベルトクリーニングユニット９を備えている。
中間転写ベルト駆動ローラ７１、中間転写ベルトテンションローラ７３ａ〜７３ｃ、中間転写ローラ６ａ〜６ｄ、中間転写ベルト従動ローラ７２等は、中間転写ベルト７を張架し、矢印Ｂ方向に回転駆動させる。また、中間転写ローラ６ａ〜６ｄは、回転可能に支持されており、感光体ドラム３ａ〜３ｄのトナー像を、中間転写ベルト７上に転写するための転写バイアスを与える。

中間転写ベルト７は、それぞれの感光体ドラム３ａ〜３ｄに接触するように設けられている、そして、感光体ドラム３ａ〜３ｄに形成された各色のトナー像を中間転写ベルト７に順次的に重ねて転写することによって、中間転写ベルト７上にカラーのトナー像（多色トナー像）を形成する機能を有している。この中間転写ベルト７は、厚さ１００μｍ〜１５０μｍ程度の導電性ポリカーボネートのフィルムを用いて無端状（エンドレス）に形成されている。
感光体ドラム３ａ〜３ｄから中間転写ベルト７へのトナー像の転写は、中間転写ベルト７の裏側に接触している中間転写ローラ６ａ〜６ｄによって行われる。中間転写ローラ６ａ〜６ｄには、トナーを転写するために高電圧の転写バイアス（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）が印加されている。中間転写ローラ６ａ〜６ｄは、直径８〜１０ｍｍの金属（例えばステンレス）軸をベースとし、その表面は、導電性の弾性材（例えばＥＰＤＭ、発泡ウレタン等）により覆われているローラである。この導電性の弾性材により、中間転写ベルトに対して均一に高電圧を印加することができる。

上述のように各感光体３ａ〜３ｄ上で各色に応じた顕像化された静電像は中間転写ベルト７で積層され、画像情報となる。このように、積層された画像情報は中間転写ベルト７の回転によって、シート（後述）と中間転写ベルト７の接触位置に配置される転写ローラ１１によってシート上に転写される。
この時、中間転写ベルト７と転写ローラ１１は所定ニップで圧接されると共に、転写ローラ１１にはトナーをシートに転写させるための電圧が印加（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）が印加される。

さらに、転写ローラ１１は上記ニップを定常的に得るために、転写ローラ１１もしくは中間転写ベルト駆動ローラ７１のいずれか一方を硬質材料（金属等）のローラとし、他方には軟質材料のローラ（弾性ゴムローラ、または発泡性樹脂ローラ等々）が用いられる。
また、上記のように、感光体ドラム３ａ〜３ｄとの接触により中間転写ベルト７に付着したトナー、若しくは、転写ローラ１１によってシート上に転写が行われず中間転写ベルト７上に残存したトナーは、次工程でトナーの混色を発生させる原因となるために、中間転写ベルトクリーニングユニット９によって除去・回収されるように設定されている。中間転写ベルトクリーニングユニット９には、中間転写ベルト７に接触する例えばクリーニング部材としてクリーニングブレードが備えられており、クリーニングブレードが接触する中間転写ベルト７は、裏側から中間転写ベルト従動ローラ７２で支持されている。

給紙トレイ１０は、画像形成に使用するシート（記録用紙）を蓄積しておくためのトレイであり、露光ユニット１の下側に設けられている。
また、画像形成装置Ａの上部に設けられている排紙トレイ１５は、印刷済みのシートをフェイスダウンで載置するためのトレイである。
また、画像形成装置Ａには、給紙トレイ１０のシートを転写部１１や定着ユニット１２を経由させて排紙トレイ１５を送るための、略垂直形状の用紙搬送路Ｓが設けられている。
さらに、給紙トレイ１０から排紙トレイ１５までの用紙搬送路Ｓには、ピックアップローラ１６ａ、レジストローラ１４、転写部１１、定着部１２、シートを搬送する搬送ローラ２５ａ〜２５ｈ等が配されている。

搬送ローラ２５ａ〜２５ｈは、シートの搬送を促進・補助するための、小形ローラであり、用紙搬送路Ｓに沿って設けられている。ピックアップローラ１６ａは、給紙トレイ１０の端部に備えられ、給紙トレイ１０から、シートを１枚毎に用紙搬送路Ｓに供給する呼び込みローラである。
また、レジストローラ１４は、用紙搬送路Ｓを搬送されているシートをいったん保持するものである。そして、感光体ドラム３上のトナー像の先端とシートの先端を合わせるタイミングでシートを転写部１１に搬送する機能を有している。

定着ユニット１２は、ヒートローラ３１、加圧ローラ３２、等を備えており、ヒートローラ３１および加圧ローラ３２は、シートを挟んで回転するようになっている。
また、ヒートローラ３１は、所定の定着温度となるように管理されており、加圧ローラ３３とともにシートを熱圧着することにより、シートに転写された多色トナー像を溶融・混合・圧接し、シートに熱定着させる機能を有している。
なお、多色トナー像の定着後のシートは、搬送ローラ２５ｂ、２５ｃによって用紙搬送路Ｓの反転排紙経路に搬送され、反転された状態で（多色トナー像を下側に向けて）、排紙トレイ１５上に排出されるようになっている。

次に、シート搬送経路を詳細に説明する。画像形成装置Ａには予めシートを収納する給紙カセット１０が配置されると共に、ユーザが少数枚の印字を行う時に前記給紙カセット１０を使用しなくても良い手差しトレイ２０が配置されている。
手差しトレイ２０にはピックアップローラ１６ｂが配置され、１枚ずつを搬送路に導くようになっている。
給紙カセット１０から搬送されるシートは搬送路中の搬送ローラ２５ａによってレジストローラ１４まで搬送され、シートの先端と中間転写ベルト７上の画像情報の先端を整合するタイミングで転写ローラ１１に搬送され、シートの上に画像情報が書き込まれる。その後、シート定着部１２を通過することによってシート上の未定着トナーが熱で溶融・固着され搬送ローラ２５ｂを経て排紙ローラ２５ｃから排紙トレイ１５上に排出される（片面印字要求の時）。

他方、手差し給紙トレイ２０に積載されるシートはピックアップローラ１６ｂによって給紙され、搬送ローラ２５ｄ〜２５ｆを経てレジストローラ１４に到達し、それ以降は給紙カセット１０から給紙されるシート同様の経過を経て排紙トレイ１５に排出される（片面印字要求の時）。
この時、印字要求内容が両面印字要求の時は、上記のように片面印字が終了し定着部が終了し定着部１２を通過したシートの後端が排紙ローラ２５ｃでチャックされ、排紙ローラ２５ｃが逆回転することによって搬送ローラ２５ｇ、２５ｈに導かれた後、レジストローラ１４を経て裏面印字が行われた後に排紙トレイ１５に排出される。

図２は図１に示す画像形成装置Ａの感光体ドラム３ａを帯電させる接触帯電ローラ装置の構成を示すブロック図である。
図２に示す接触帯電ローラ装置は、感光体ドラム３ａに接触するローラ型帯電器５ａと、定電流供給部としての定電流電源１０１と、定電圧供給部としての定電圧電源１０２と、定電流電源１０１と定電圧電源１０２の出力を切り換えて帯電器５ａに供給する切換部１０３と、定電流電源１０１および定電圧電源１０２の出力電流と出力電圧をそれぞれ検出する電流検出部１０４および電圧検出部１０５と、制御部１０６とを備える。

制御部１０６は、電圧制御部１０７、電流制御部１０８、出力制御部１０９、第１および第２比較部１１０、１１１を備え、電流検出部１０４と電圧検出部１０５と膜厚検知部１１２からの出力を受けて、定電流電源１０１と定電圧電源１０２の出力制御と切換部１０３の切換制御を行うと共に、警告発生部１１３と、出力部としての表示部１１４へ出力するようになっている。
定電流電源１０１は、定電流電源回路から構成され、その出力電圧の最大値を制限する電圧制限部１０１ａとして電圧リミッタ回路を内蔵する。定電圧電源１０２は定電圧電源回路から構成され、その出力電流の最大値を制限する電流制限部１０２ａとして電流リミッタ回路を内蔵する。なお、出力電圧の最大値は感光体ドラム３ａの絶縁耐力２０００Ｖから決定され、出力電流の最大値は帯電器５ａの焼損電流５０μＡから決定される。

切換部１０３はスイッチングトランジスタ回路で構成され、電流検出部１０４は抵抗器からなり、電圧検出部１０５は分圧抵抗器からなる。警告発生部１１３は音声により警告を発するスピーカ又はブザーであり、膜厚検知部１１２は感光体ドラム３ａの膜厚の変化を検出するセンサでるが、膜厚の変化は印刷枚数にほぼ比例するので、これには画像形成装置Ａの印刷枚数を累積するカウンタ（図示しない）が用いられる。
電圧制御部１０７は定電圧電源１０２の出力電圧を制御し、電流制御部１０８は定電流電源１０１の出力電流を制御する。第１比較部１１０は帯電器５ａの電圧変動周期と感光体ドラム３ａの回転周期を比較し、第２比較部１１１は帯電器５ａの電圧変動周期と帯電器５ａの回転周期を比較するようになっている。
制御部１０６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭからなるマイクロコンピュータで構成される。
図１に示す画像形成装置Ａの他の感光体ドラム３ｂ〜３ｄをローラ型帯電器５ｂ〜５ｄを用いてそれぞれ帯電させる接触帯電ローラ装置も図２と同等の構成を有する。

このような構成における動作を図３と図４に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、感光体ドラム３ａが回転駆動を開始すると（ステップＳ１）、膜厚検知部１１２が画像形成装置Ａに設けられた累積印刷枚数カウンタ（図示しない）から累積印刷枚数を読取る（ステップＳ２）。電流制御部１０８は予め制御部１０６に格納されているテーブル（表１）を参照して定電流電源１０１の出力電流値を設定する（ステップＳ３）。切換部１０３が定電流電源１０１を選択し、それによって定電流が定電流電源１０１から帯電器５ａに供給され、感光体ドラム３ａを帯電させる（ステップＳ４）。

制御部１０６は、電圧検出部１０５を介して定電流電源１０１の出力電圧値を測定し（ステップＳ５）、中心電圧に対する変動幅（つまり、最大電圧と最小電圧との差）と出力電圧の平均値とを算出する（ステップＳ６、Ｓ７）。そして、算出した変動幅が許容範囲を越えずに（ステップＳ８）、印刷が終了すると（ステップＳ９）、感光体ドラム３ａの回転が停止する（ステップＳ１０）。
しかし、ステップＳ８において、ステップＳ６で算出した変動幅が許容範囲を越えた場合には、電圧制御部１０７が定電圧電源１０２の出力を、ステップＳ７で算出された平均値に設定する（ステップＳ１１）。ここで、変動幅の許容範囲とは、例えば、−１２００Ｖ±１０％つまり−１２００Ｖを中心電圧とした２４０Ｖの範囲であり、ステップＳ７で算出される平均値は、例えば−１２００Ｖ〜−１５００Ｖである。

次に、切換部１０３が定電圧電源１０２を選択し、それによって定電圧が定電圧電源１０２から帯電器５ａに印加され、感光体ドラム３ａを帯電させる（ステップＳ１２）。
制御部１０６は、電流検出部１０４を介して定電圧電源１０２の出力電流値を測定する（ステップＳ１３）。そして、測定した出力電流値が許容範囲を越えずに（ステップＳ１４）、印刷が終了すると（ステップＳ１５）、感光体ドラム３ａの回転が停止する（ステップＳ１０）。しかし、ステップＳ１４において、出力電流値が許容範囲を越えた場合、つまり、許容範囲外の出力電流値が発生した場合には（ステップＳ１４）、その発生が周期的か否かが判定される（ステップＳ１６）。周期的である場合には、その周期が帯電器の回転周期（例えば、０．６８秒）であれば「帯電器不良」が、その周期が感光体ドラム３ａの回転周期（例えば、１．４５秒）であれば「感光体ドラム不良」がそれぞれ表示部１１４に表示され（ステップＳ１７、Ｓ１８、Ｓ１９、Ｓ２０）、印刷が停止される（ステップＳ２３）。

また、許容範囲外の出力電流が非周期的に発生した場合（ステップＳ１６）や、発生周期が帯電器の回転周期でも感光体ドラムの回転周期でない場合は、「帯電不良」が表示部１１４に表示され（ステップＳ２２）、印刷が停止される（ステップＳ２３）。
このようにして、ローラ型帯電器５ａは、感光体ドラム３ａを帯電させる。ローラ型帯電器５ｂ〜５ｄもまた図２に示す接触帯電ローラ装置と同様の装置に組込まれ、感光体ドラム３ｂ〜３ｄをそれぞれ帯電させる。

この発明に係る画像形成装置の構成を示す構成説明図である。 この発明に係る接触帯電ローラ装置を示すブロック図である。 図２に示す接触帯電ローラ装置の動作を示すフローチャートである。 図２に示す接触帯電ローラ装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

３ａ 感光体ドラム
５ａ 帯電器
１０１ 定電流電源
１０２ 定電圧電源
１０３ 切換部
１０４ 電流検出部
１０５ 電圧検出部
１０６ 制御部

Claims (8)

1. 帯電ローラを接触させて感光体ドラムの表面を帯電させる接触帯電ローラ装置において、
   直流定電流を出力する定電流供給部と、直流定電圧を出力する定電圧供給部と、
   定電流又は定電圧供給部の出力を切り換えて帯電ローラに直流定電圧又は直流定電流を選択的に印加／供給する切換部と、帯電ローラへの印加電圧および供給電流を検出する検出部と、前記定電流供給部から帯電ローラに直流定電流を供給しながら回転する感光体ドラムを帯電させ帯電期間中の帯電ローラへの印加電圧の中心電圧に対する変動幅が所定幅以上になると切換部を制御して帯電ローラに直流定電圧を印加させる制御部を備え、制御部は、帯電ローラへの供給電流の変動を監視して感光体ドラムの帯電状態の良否を判定することを特徴とする接触帯電ローラ装置。
2. 定電流供給部は、出力電圧の最大値を制限する電圧制限部を備える請求項１記載の接触帯電ローラ装置。
3. 定電圧供給部は、出力電流の最大値を制限する電流制限部を備える請求項１記載の接触帯電ローラ装置。
4. 制御部は、直流定電流の供給時の定電流供給部の出力電圧の平均値を定電圧供給時に定電圧供給部に出力させる電圧制御部を備える請求項１記載の接触帯電ローラ装置。
5. 感光体の膜厚検知部をさらに備え、制御部は、膜厚に応じて定電流供給部の出力電流を制御する電流制御部を備える請求項１記載の接触帯電ローラ装置。
6. 帯電ローラに直流定電圧が供給されているとき定電圧供給部の出力電流値の変動幅が所定値を越えたときに警告を発する警告発生部をさらに備える請求項１記載の接触帯電ローラ装置。
7. 制御部は前記供給電流の変動が感光体ドラムの回転周期と一致するか否かを監視する請求項１記載の接触帯電ローラ装置。
8. 制御部は前記供給電流の変動が帯電ローラの回転周期と一致するか否かを監視する請求項１記載の接触帯電ローラ装置。

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