JP4664101B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、感光体の被帯電面に帯電ローラの帯電面を接触させてニップ部を構成し、交流電圧に直流電圧を重畳させた重畳電圧を帯電ローラに印加して被帯電面を所定の電位に帯電する帯電装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式又は静電記録方式の画像形成装置においては、感光体表面を一様に帯電し、画像露光を行って感光体表面に原稿画像に対応する静電潜像を形成し、この静電潜像を現像し転写することによって画像形成が行われる。帯電ローラを感光体表面に接触又は近接配置し、電源から帯電ローラに帯電電圧を印加することによって、感光体表面との間で放電を行うことで均一に帯電させる帯電装置が知られている。

上記の先行技術では、感光体表面と帯電ローラとの摩擦接触により帯電が行われるため、感光体表面を均一に帯電させることが困難であるという問題があった。帯電開始電圧の２倍のピーク間電圧を有する交流電圧を重ね合わせることによって、帯電ムラの解消を図った帯電装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

一方、帯電ローラの製造方法にはいくつかあるが、金型を必要とせず、小ロット生産が可能な方法として帯電ローラ表面を研削仕上げする方法がある。例えば、帯電ローラの表面導電層を研削加工が容易な材料（例えばエピクロルヒドリンゴム）で形成し、該帯電ローラの表面導電層に当てた研削片を軸方向へ所定速度で移動させ、ローラ表面の形状を高精度に加工していた。

研削によって仕上げられた帯電ローラは、表面導電層の材質に因るが、エピクロルヒドリンゴムの場合には、一定の方向へ凸部が連なる稜線が一定の間隔で形成されている。このような稜線は帯電ローラの軸方向に沿って形成され、帯電ローラの周方向に所定ピッチで現れる。なお、帯電ローラの表面導電層を形成する材料及び表面仕上げ方法によって稜線のでき易さは異なるが、研削加工が容易なエピクロルヒドリンゴムの場合は一般的に周方向に所定ピッチで稜線が形成される。エピクロルヒドリンゴムの場合であっても特殊な表面仕上げ方法によれば平行な稜線の生成をある程度抑制した平滑な表面状態にできるが、オーバーコートによるコスト増大を招くことになる。
特開昭６３−１４９６６９号公報

しかしながら、帯電ローラの軸方向に伸びる稜線がローラ周方向に所定ピッチで形成されていると、交流電圧に直流電圧を重畳させた重畳電圧を帯電ローラに印加した場合に、稜線と交流電圧周期とが干渉して帯電ムラができハーフトーン画質が低下するという問題があることが判明した。

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたものであり、研削仕上げされて周方向に所定ピッチの稜線が形成された帯電ローラを用いた場合であっても帯電ムラを大幅に抑制してハーフトーン画質を改善でき、安価な帯電ローラを用いてコストダウンを図り得る画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、帯電電圧が印加される像担持体と、この像担持体表面に接触又は近接配置され複数の稜線が軸方向に伸びると共にローラ周方向に所定長以上かつ所定範囲の稜線ピッチＷを有した帯電ローラと、前記帯電ローラに印加する交流電圧を発生させる電源と、前記像担持体の回転速度をＶ、前記電源の交流電圧周波数をｆとした場合に定められる前記像担持体表面に印加される交流電圧のピークが該像担持体表面に現れる間隔としてのＡＣピッチＰ（Ｐ＝Ｖ／ｆ）が前記稜線ピッチＷの範囲に含まれない前記所定範囲の下限値より小さくなる前記回転速度Ｖと前記交流電圧周波数ｆとを設定する制御手段と、を備えるものとした。

本発明によれば、研削仕上げされて周方向に所定ピッチの稜線が形成された帯電ローラを用いた場合であっても帯電ムラを大幅に抑制してハーフトーン画質を改善でき、安価な帯電ローラを用いてコストダウンを図り得る画像形成装置を提供できる。

本発明の画像形成装置は、帯電電圧が印加される像担持体と、この像担持体表面に接触又は近接配置され複数の稜線が軸方向に伸びると共にローラ周方向に所定長以上かつ所定範囲の稜線ピッチＷを有した帯電ローラと、前記帯電ローラに印加する交流電圧を発生させる電源と、前記像担持体の回転速度をＶ、前記電源の交流電圧周波数をｆとした場合に定められる前記像担持体表面に印加される交流電圧のピークが該像担持体表面に現れる間隔としてのＡＣピッチＰ（Ｐ＝Ｖ／ｆ）が前記稜線ピッチＷの範囲に含まれない前記所定範囲の下限値より小さくなる前記回転速度Ｖと前記交流電圧周波数ｆとを設定する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

このように構成した画像形成装置によれば、帯電ローラ表面の稜線ピッチＷの範囲の下限値より小さくなるＡＣピッチＰが設定されるように、回転速度Ｖと交流電圧周波数ｆを制御するので、研削仕上げされて周方向に所定ピッチの稜線が形成された帯電ローラを用いた場合であっても帯電ムラを大幅に抑制してハーフトーン画質を改善できる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略構成図である。本実施の形態に係る画像形成装置１００は、画像形成ユニット１１０Ｙ，１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋ、レーザスキャンユニット（ＬＳＵ）１２０、中間転写ユニット１３０、定着装置１４０、給紙ユニット１５０などを備えている。

画像形成ユニット１１０Ｙは、ドラム状の回転体であり像担持体としての感光体１１１Ｙ、帯電ローラ１１２Ｙ、現像装置１１３Ｙ、一次転写ローラ１１４Ｙ、感光体クリーナ１１５Ｙを備えており、イエロー（Ｙ）色のトナー像を感光体１１１Ｙに形成する。現像装置１１３Ｙは、トナーとキャリアからなる二成分現像剤が充填されており、現像ローラ１１６および攪拌スクリュー１１７を備えている。

他の画像形成ユニット１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋも画像形成ユニット１１０Ｙと同様に構成されていて、帯電ローラ１１２Ｍ、１１２Ｃ、１１２Ｋ等を備えると共に各現像装置１１３Ｍ、１１３Ｃ、１１３Ｋには各色（マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ））のトナーが充填される。

レーザスキャンユニット１２０は、４色に色分解された各レーザ光を、図示しないポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー、結像レンズなどを通して、各画像形成ユニット１１０Ｙ，１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋの感光体１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋに照射する。

中間転写ユニット１３０は、中間転写ベルト１３１、駆動ローラ１３２、従動ローラ１３３を備えている。中間転写ベルト１３１は、駆動ローラ１３２および従動ローラ１３３により回転自在に懸架され、駆動ローラ１３２により駆動されて矢印方向に回転する。

定着装置１４０は、定着ローラ１４１、加圧ローラ１４２の他に、図示していない励磁コイルユニットなどを備えている。定着ローラ１４１と加圧ローラ１４２は、互いに圧接回転し、ニップを形成している。

給紙ユニット１５０は、装置本体１０１の下部に配設されており、用紙Ｐを収容する用紙カセット１５１を備えている。用紙カセット１５１内に積層して収容された用紙Ｐは、図示していないピックアップローラおよび分離ローラにより用紙カセット１５１から１枚ずつ分離して給紙される。

図１において、各画像形成ユニット１１０Ｙ，１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋの感光体１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋは、図示しない駆動系により所定のタイミングで所定方向に回転され、帯電ローラ１１２Ｙ，１１２Ｍ，１１２Ｃ，１１２Ｋにより表面が所定の電位に順次帯電される。

帯電された各感光体１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋの表面は、レーザスキャンユニット１２０から照射される各レーザ光により順次露光される。これにより、各感光体１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋの表面に、各色の静電潜像が形成される。

各感光体１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋの表面に形成された各色の静電潜像は、各現像装置１１３Ｙ（１１３Ｍ，１１３Ｃ，１１３Ｋ）の攪拌スクリュー１１７により攪拌され現像ローラ１１６により供給される薄層状のイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナーによって順次現像され、４色のトナー像としてそれぞれ顕像化される。

各感光体１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋの表面に形成された４色のトナー像は、回転する中間転写ベルト１３１の画像転写面（外周面）上に、一次転写ローラ１１４Ｙ（１１４Ｍ，１１４Ｃ，１１４Ｋ）により順次重ね合わせて一次転写される。これにより、中間転写ベルト１３１の画像転写面上にフルカラー画像が形成される。

中間転写ベルト１３１上に一次転写されたフルカラー画像は、給紙ユニット１５０から給紙されてレジストローラ１５２による記録位置制御下で用紙Ｐ上に、二次転写ローラ１０２により一括転写（二次転写）される。

フルカラー画像が二次転写された用紙Ｐは、定着装置１４０のニップでフルカラー画像が定着された後、排紙ローラ１０３により装置本体１０１の上部に設けられた排紙トレイ上に排紙される。

図２は、画像形成ユニット１１０Ｙにおける感光体１１１Ｙの駆動系及び帯電ローラ１１２Ｙの電圧制御系を抜き出した構成図である。感光体１１１Ｙを回転駆動する駆動源となるモーター２０１と、帯電ローラ１１２Ｙに対する印加電圧を発生する高圧電源２０２とを備える。ＣＰＵ２０３はモーター２０１及び高圧電源２０２に対して動作指令を与える。具体的には、ＣＰＵ２０３はモーター２０１に対して動作モードに対応した速度Ｖを指示すると共に高圧電源２０２に対して交流電圧の周波数ｆを指示する。

感光体１１１Ｙは、直径３０ｍｍのアルミニューム管の外周面に２０μｍ程度の有機感光体層を塗布して得られるもので、矢印方向に所定の周速度（Ｖ）＝１０５ｍｍ／ｓで回転駆動するものとする。

帯電ローラ１１２Ｙは、直径８ｍｍの金属シャフトを軸心として所定の抵抗値となるように抵抗調整されたエピクドルヒドリンを主成分とするゴムを巻き付け円筒状に研削加工することにより製作される直径１４ｍｍのローラを用いることができる。

ゴム研磨により製作された帯電ローラの表面は軸方向に細かい稜線を複数持つような表面状態になる。この稜線の長さ、高さ、稜線ピッチ（Ｗ）などの表面性状は研磨加工時の加工パラメータである砥石の回転数や送り、又はワークの回転数によって決まる。上記表面性状のうち稜線の長さや稜線ピッチ（Ｗ）は帯電ローラ表面を顕微鏡等で拡大観察したものから測定することができる。

本実施の形態では、並行する稜線の長さが１ｍｍ以上であって、稜線ピッチ（Ｗ）が０．２〜０．２４ｍｍ程度のものを用いた。

帯電ローラ１１２Ｙは、図示していない押圧バネによって総圧１４００ｇで感光体１１１Ｙに押し付けられていて、感光体１１１Ｙの回転に伴い従動回転する。

帯電ローラ１１２Ｙの軸心には高圧電源２０２から直流電圧（Ｖｄｃ）に周波数（ｆ）の交流電圧（Ｖａｃ）が重畳された重畳電圧が接点バネを介して印加される。

帯電ローラ１１２Ｙと感光体１１１Ｙとは接触することで幅１ｍｍ程度のニップを形成する。ニップの前後には微少な隙間が形成され、帯電ローラ１１２Ｙに印加された電圧により前記微少隙間間隔で放電が発生し、感光体表面は帯電する。この際、交流電圧を印加すること、微少隙間間隔がニップから離れるに従い次第に広がっていくことから、感光体１１１Ｙは順次小さくなる帯電逆帯電を繰り返した後、安定した表面電位を得る。

感光体１１１Ｙの帯電に用いられる交流電圧（Ｖａｃ）のピークツーピーク電圧は、帯電逆帯電を発生させるに足る電圧である必要がある。また、ピークツーピーク電圧が高すぎる場合は、異常放電による白抜けや感光体摩耗が激増する等の不具合があることから適正値が必要とされ、ここでは１８００ｖとした。

本例では交流電圧（Ｖａｃ）の周波数（ｆ）は６２０Ｈｚとした。回転する帯電ローラに６２０Ｈｚの交流電圧（Ｖａｃ）を印加した場合に、交流電圧（Ｖａｃ）のピーク（山）が感光体表面に現れる間隔をＡＣピッチ（Ｐ）とすると、該ＡＣピッチ（Ｐ）は
Ｐ＝Ｖ／ｆ
で表される。周速度（Ｖ）＝１０５ｍｍ／ｓ、周波数（ｆ）＝６２０Ｈｚとすると、Ｐ＝０．１６９ｍｍとなる。

本実施の形態は、ローラ表面の稜線ピッチ（Ｗ）が０．２〜０．２４ｍｍ程度である帯電ローラ１１２Ｙに対して、ＡＣピッチ（Ｐ）が０．１６９ｍｍとなる交流電圧（Ｖａｃ）を印加することにより、稜線ピッチ（Ｗ）とＡＣピッチ（Ｐ）とが一致しないように駆動制御して、感光体表面を均一に帯電させてハーフトーン画像にムラが発生するのを防止するものとした。

図３は、稜線ピッチ（Ｗ）が異なる４種類の帯電ローラを製作し、交流電圧（Ｖａｃ）の周波数（ｆ）を変化させることで、ＡＣピッチ（Ｐ）を様々な値に変化させハーフトーンを印字した結果を示す図である。同図より、ＡＣピッチ（Ｐ）が０．１８ｍｍ以下となる範囲並びに稜線ピッチ（Ｗ）とＡＣピッチ（Ｐ）が一致しない範囲ではムラが発生していないことがわかる。また、稜線ピッチ（Ｗ）とＡＣピッチ（Ｐ）とが一致するとムラが大きくなることがわかる。

図４は稜線ピッチがほぼ０．１８ｍｍ以下（狭い）となる帯電ローラの表面状態を示す顕微鏡写真である。図３の実験結果に示すように、稜線ピッチが０．１３〜０．１８ｍｍの範囲では、稜線ピッチとＡＣピッチが一致する箇所を除き、ハーフトーン画像にムラが発生しなかった。

図５は稜線が並行でない帯電ローラの表面状態を示す顕微鏡写真である。稜線が並行でない場合は、稜線ピッチや稜線長に関係なく、ハーフトーンムラが発生しないことがわかった。これは稜線が並行でないために、ＡＣピッチとの干渉が起こりづらいことに起因していると考えられる。

図６は稜線ピッチがほぼ０．２２ｍｍ以上（広い）となる帯電ローラの表面状態を示す顕微鏡写真である。図３の実験結果に示すように、稜線ピッチが０．２２〜０．３３ｍｍの範囲では、稜線ピッチとＡＣピッチが一致する箇所を除き、ハーフトーン画像にムラが発生しづらい傾向が見られる。

なお、１本の稜線の長さ１ｍｍ以下となるような短い場合もハーフトーンムラが発生しないことがわかった。

以上のことから、上述した本実施の形態のように、並行に伸びる稜線の長さが１ｍｍ以上であって、稜線ピッチ（Ｗ）が０．２〜０．２４ｍｍ程度のものを帯電ローラとして用いた場合には、稜線ピッチとＡＣピッチが一致する箇所で帯電の不均一が顕著に発生することになる。

そこで、本実施の形態では、そのような表面状態の帯電ローラを用いる場合に、稜線ピッチ（Ｗ）とＡＣピッチ（Ｐ）とが一致しないように、ＣＰＵ２０３から高圧電源２０２に交流電圧（Ｖａｃ）の周波数（ｆ）を制御している。

以下、ＣＰＵ２０３による高圧電源２０２及びモーター２０１に対する具体的な制御内容について説明する。

図７は、帯電ローラ１１２Ｙの表面状態（稜線ピッチ）とユーザ設定画質（画像モード）とに応じた制御内容を示している。

ＣＰＵ２０３は、印刷指示を受けると（Ｓ１００）、当該印刷ジョブに対して設定されている画像モードを判定する（Ｓ１０１）。画像モードは予め印刷ジョブ単位で設定されている。画像モード判定の結果、「モノクロ」が設定されていれば、図８に示すモノクロ用制御テーブル（＃１）から速度制御データ（Ｖ）と周波数制御データ（ｆ）とを読み出す（Ｓ１０２）。又は、画像モード判定の結果、「カラー」が設定されていれば、図８に示すカラー用制御テーブル（＃２）から速度制御データ（Ｖ）と周波数制御データ（ｆ）とを読み出す（Ｓ１０３）。又は、画像モード判定の結果、「高詳細」が設定されていれば、図８に示す高詳細用制御テーブル（＃３）から速度制御データ（Ｖ）と周波数制御データ（ｆ）とを読み出す（Ｓ１０４）。

ここで、図８に示す制御テーブル（＃１，＃２，＃３）は、帯電ローラ１１２Ｙの稜線ピッチ（Ｗ）が０．２５ｍｍの場合を前提として制御パラメータ（Ｖ，ｆ）を設定している。上記したように帯電ローラ１１２Ｙの稜線ピッチ（Ｗ）は顕微鏡写真分析などの手法を使うことにより事前に知ることができる。また、好ましくは画像モードに応じて感光体１１１Ｙの回転速度を変化させる。そこで、ＡＣピッチ（Ｐ）と稜線ピッチ（Ｗ）とが一致しないような周波数（ｆ）を計算で求めて、制御テーブル（＃１，＃２，＃３）に設定している。

ＣＰＵ２０３は、ステップＳ１０２，１０３，１０４のいずれかで読み出した速度制御データ（Ｖ）をモーター２０１に指示すると共に（Ｓ１０５）、周波数制御データ（ｆ）を高圧電源２０２に指示する（Ｓ１０６）。このようにＡＣピッチ（Ｐ）と稜線ピッチ（Ｗ）とを一致させない速度（Ｖ）及び周波数（ｆ）を指示した後、印字動作を開始させる。

なお、画像形成ユニット１１０Ｙを例にして説明したが、他の画像形成ユニット１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋにおいても同様の制御が行われるものとする。

このように本実施の形態によれば、ＡＣピッチ（Ｐ）と稜線ピッチ（Ｗ）とを一致させない速度（Ｖ）及び周波数（ｆ）の下で印字動作が行われるので、並行に伸びる稜線の長さが１ｍｍ以上であって、稜線ピッチ（Ｗ）が０．２〜０．２４ｍｍ程度のものを帯電ローラ１１２Ｙ，１１２Ｍ，１１２Ｃ，１１２Ｋとして用いた場合であっても、感光体１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋを均一に帯電することができ、ＡＣ電圧周期と干渉することによる帯電ムラを防止でき、帯電ムラに起因する画像ムラを無くした高画質な画像を形成することができる。

また、並行に伸びる稜線の長さが１ｍｍ以上であって、稜線ピッチ（Ｗ）が０．２〜０．２４ｍｍ程度となる表面状態の帯電ローラを用いても高画質を実現できるので、並行に伸びる稜線が形成されない高価格な帯電ローラを用いる必要が無くなり、コストダウンを図ることができる。

本発明は、感光体の被帯電面に帯電ローラの帯電面を接触させてニップ部を構成し、帯電ローラに交流電圧を印加して被帯電面を所定の電位に帯電する帯電装置に適用可能で、研削仕上げされて周方向に所定ピッチの稜線が形成された帯電ローラを用いた場合であっても帯電ムラを大幅に抑制してハーフトーン画質を改善できる。

一実施の形態に係る画像形成装置の全体構成図 上記実施の形態における感光体及び帯電ローラ部分の駆動系の概略的な構成図 ＡＣ印加条件と稜線ピッチとに応じた画質評価を示す図 稜線ピッチが狭い帯電ローラの表面状態を撮影した顕微鏡写真 稜線が並行でない帯電ローラの表面状態を撮影した顕微鏡写真 稜線ピッチが広い帯電ローラの表面状態を撮影した顕微鏡写真 上記実施の形態における感光体及び帯電ローラの動作制御に関するフロー図 上記実施の形態における制御テーブルの構成図

符号の説明

１００ 画像形成装置
１１０Ｙ，１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋ 画像形成ユニット
１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋ 感光体
１１２Ｙ、１１２Ｍ、１１２Ｃ、１１２Ｋ 帯電ローラ
１１３Ｙ 現像装置
１１４Ｙ 一次転写ローラ
１１５Ｙ 感光体クリーナ
１１６ 現像ローラ
１１７ 攪拌スクリュー
１２０ レーザスキャンユニット
１３０ 中間転写ユニット
１３１ 中間転写ベルト
１３２ 駆動ローラ
１３３ 従動ローラ
１４０ 定着装置
１４１ 定着ローラ
１４２ 加圧ローラ
１５０ 給紙ユニット
２０１ モーター
２０２ 高圧電源
２０３ ＣＰＵ

Claims (1)

1. 帯電電圧が印加される像担持体と、この像担持体表面に接触又は近接配置され複数の稜線が軸方向に伸びると共にローラ周方向に所定長以上かつ所定範囲の稜線ピッチＷを有した帯電ローラと、前記帯電ローラに印加する交流電圧を発生させる電源と、前記像担持体の回転速度をＶ、前記電源の交流電圧周波数をｆとした場合に定められる前記像担持体表面に印加される交流電圧のピークが該像担持体表面に現れる間隔としてのＡＣピッチＰ（Ｐ＝Ｖ／ｆ）が前記稜線ピッチＷの範囲に含まれない前記所定範囲の下限値より小さくなる前記回転速度Ｖと前記交流電圧周波数ｆとを設定する制御手段と、を備えた画像形成装置。