JP4885007B2

JP4885007B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4885007B2
Application number: JP2007040407A
Authority: JP
Inventors: 康夫詫間; 雅也藤田; 正樹土谷; 信明深沢
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2027-02-21
Also published as: JP2007310357A; US7962055B2; US20070286633A1

Description

本発明は、帯電装置を使用した電子写真方式のプリンタ、複写機等の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式のプリンタ、複写機等の画像形成装置では、一方向に回転する感光体と呼ばれる被帯電体上を、コロナ放電によって所定電位Ｖ０に帯電させる帯電装置が広く用いられている。このコロナ放電による帯電は、感光体を均一に帯電させる優れた特性を有する反面、直流４〜６ｋＶ程度の高電圧を使用するため、コロナ発生時にオゾンが生成され環境に影響を及ぼすという課題を有する。

この対策として、比較的低電圧で所望の帯電電位が得られ、且つオゾンの発生が極微量であるブラシやローラを感光体に接触させる接触式の帯電装置に交流電圧を印加する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、均一な表面電位を感光体に付与でき、交流電圧源を用いることなく、感光体の電位履歴を除去する能力の大きい帯電方法が開示されている（例えば、特許文献２から９参照）。

また、環境変化が生じても高画質が得られる画像形成装置について提案されている（例えば、特許文献１０参照）。

特公平３−５２０５８号公報特公昭４１−２１４３２号公報特開昭６４−３５４５９号公報特開平１−３５４６０号公報特開平４−２１８７５号公報特開平４−３０１８６号公報特許第３２３００１９号公報特開平６−２８９６８８号公報特開２００５−３３１８４６号公報特開２００１−１００４６９号公報

特許文献１に記載の帯電装置は、極めて僅かなオゾン発生（コロナ放電による帯電装置比約１／１０〜１／１００）で均一な帯電を実現し、また、感光体の電位履歴を除去する能力が大きいので、帯電工程前の除電工程を必要とせず、電子写真装置全体としての小型化が図れる等の利点を持つ一方で、交流電圧源の大型化、また、交流電界によりニップ部で生じる振動音の発生等の欠点を有する。

特許文献２から８に記載の方法においては、１次帯電器および２次除電器として、前記接触式の帯電器や針状電極による放電装置を組み合わせ、１次帯電器によって、感光体表面を所定電位Ｖ０より高いＶ１にまで帯電させた後、２次除電器で所定電位Ｖ０にならす方式を採っている。以上のような帯電装置を用いた画像形成装置においては、所望電位Ｖ０に帯電された感光体は、露光装置により静電潜像が形成された後、現像装置で前記静電潜像上にトナーによる可視像が形成される。次いで転写装置において、感光体の可視像を転写材である用紙、或いは用紙と感光体の間に設けられた中間転写媒体上に転写、後者は更に中間転写媒体から用紙に転写される。

上記のように用紙上に転写されたトナー像は、次いで、定着装置に搬送され、ここで用紙上に固着される。一方、転写動作によって、用紙上に転写されず、感光体上に残留するトナーがある。これは、転写動作の際の放電によって、トナーが所定の極性とは逆に帯電するためである。この感光体上に残留したトナーは、次のクリーニングブレードによって、感光体上からクリーニングされる。

しかし、前記残留したトナーに外添された小粒径の成分、例えばシリカは、前記クリーニングブレードで完全に感光体上から除去されず、クリーニングブレードを通過して帯電装置の位置まで到達する。この構成の帯電装置としては、１次帯電器としてブラシ状のものを用いると、ここで、帯電装置が接触式の場合、微小空隙でパッシェン放電が起こり、感光体表面を帯電するのであるが、この際、感光体上の小径残留物があると、これを起点とした局部的な電界集中により、強放電が起こり、画像が乱れてしまう。特に、この小径残留物を起点とした電界集中の現象は、湿度環境が低いほど、強放電への移行が起こりやすく、更に表面が平滑なローラ状帯電器において発生しやすい。

そこで本願の課題は、１次帯電器と２次除電器を組合せた帯電装置において、帯電制御の主要部位である２次除電器での異常放電を軽減し、感光体表面電位を安定させ、画像が乱れのない画像形成装置を提供することにある。

上記目的は、所定方向に移動する感光体の表面に接触し前記感光体表面を像露光工程前の所望電位Ｖ０と極性が同じで、かつ絶対値が所望電位Ｖ０よりも大きい電位Ｖ１に帯電する帯電器と、前記感光体に接触し前記帯電器よりも前記感光体移動方向の下流側に該帯電器と併設して配置され、前記感光体の電位を所望電位Ｖ０近傍に除電する除電器とで構成された帯電手段と、前記感光体の表面を露光する露光手段と、前記感光体の表面にトナーを供給して可視化する現像手段と、前記可視化されたトナー像を被記録媒体に転写する転写手段と、前記被記録媒体上に前記トナー像を定着する定着手段とを有する電子写真方式の画像形成装置において、使用環境を判定する環境判定手段と、前記環境判定手段で判定した値に基づいて電位Ｖ１の値を調整する制御手段とを有し、前記環境判定手段により判定された絶対湿度量が１立方メートルあたり４グラム以下の場合は、前記制御手段により、電位Ｖ１の値を基準となる値よりも絶対値で１００Ｖ以上大きくなるように前記帯電器に印加する電圧を調整することを特徴とする画像形成装置により達成される。

本発明の帯電器と除電器を組合せた帯電装置を用いた画像形成装置においては、極低湿度の環境下においても２次除電器での異常な放電が軽減し、画像の乱れのない画像形成装置を提供できる。

実施例を用いて実施の形態を以下に説明する。

図１は、本発明の画像形成装置の概略構成図である。感光体１の回転方向（図中、矢印Ａで示す）に沿って、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写装置５、クリーニング装置６が順次、配置されている。尚、本実施例では、図示しないが、転写装置５とクリーニング装置６の間に、イレーズ装置が配置され、帯電装置２直前の感光体表面電位は零電位付近に初期化されている。

また帯電装置２内には、感光体回転方向の上流側に１次帯電器２０、下流側に２次除電器２１が、それぞれ感光体１に接触するように配置されている。

通常の画像形成時は、１次帯電器２０が感光体１を帯電し始めるときの１次帯電器２０と感光体１の電位差の絶対値Ｖｔｈ１（＝４５０Ｖ）より絶対値が高く、感光体１を電位Ｖ１に帯電させる電圧（−１０５０Ｖ）が、電源３０から１次帯電器２０に印加される。

また２次除電器２１が感光体１を除電し始めるときの２次除電器２１と感光体１の電位差の絶対値Ｖｔｈ２（＝５５０Ｖ）、２次除電器２１に印加する電圧をＶ２としたときに、｜Ｖ１−Ｖ２｜≧Ｖｔｈ２を満足する電圧Ｖ２（＝１５０Ｖ）が電源３１から２次除電器２１に印加される。これによって、帯電装置２を通過した後の感光体表面電位Ｖ０は所望電位Ｖ０に均一化される。尚、本実施例では、感光体表面電位は、Ｖ０＝−４００Ｖ、Ｖ１＝−５５０Ｖである。

続いて、露光装置３が感光体１の表面を露光し、静電潜像が感光体１上に形成される。次いで、現像装置４において、感光体１の静電潜像上にトナーを供給して、可視像とする。さらに転写装置５において、用紙ホッパー８より経路９を経て、矢印Ｂの方向に搬送される用紙１０に、感光体１の可視像を転写する。用紙１０上に転写されたトナー像は、定着装置７に搬送され、ここで用紙１０上に固着される。一方、転写動作によって、用紙１０に転写されず、感光体１に残留するトナーがある。この感光体１上に残留したトナーは、次のクリーニング装置６によって、感光体１上からクリーニングされる。しかしトナーに外添された小径の粒子成分は、クリーニング装置６では完全に感光体１から除去されず
、帯電装置２の位置まで到達する。この場合、感光体１の表面の残留物には、帯電極性が正負両方のものが存在し、一方（ここでは主に正極性のもの）が１次帯電器２０に捕獲されるようになる。

本実施例では、接触帯電方式として、汚染に比較的強いブラシを用いた１次帯電器２０を採用し、感光体１の回転方向に対して逆方向に回転させるようにしている。この場合、残留物は、ブラシの毛と毛の隙間に潜り込みやすく、残留物によって１次帯電器２０表面が覆われてしまうことが低減されている。

また本発明では、２次除電器２１は、感光体１の表面電位を均一にならす必要から、ブラシに比べ、より表面の凹凸が小さい、ゴムローラ式の接触除電器が使用されており、感光体１の回転に従動して回転するようになっている。ここで問題となるのが、１次帯電器２０で捕獲されずに、感光体１上に残留したもう一方の帯電極性成分（ここでは負極性のもの）である。本発明の２次除電器２１では、感光体１の滑らかな表面と、２次除電器２１に使用するゴムローラの滑らかな表面とで形成される微小空隙において、安定したパッシェン放電による除電を行うように構成されているものである。しかし感光体１の表面上に前記の小径残留物があると、この残留物が微小突起となって、これを中心とした局部的な電界集中により強除電が起こりやすくなり、微視的に感光体１表面の電位が通常より低下した部分が存在するようになる。この電位が低下した部分には、次の現像工程において、意図しないトナーが現像されてしまい、画像を乱すようになる。

尚、この強除電は特に低湿度の環境で起こりやすいことは、一般に知られている事象である。本発明に用いた画像形成装置１１では、使用可能な環境条件として、温度が１０℃から３２℃、相対湿度が１０％ＲＨから８０％ＲＨの間に結露しない条件が設定されている。

図２は、画像形成装置１１の使用可能環境範囲（図中、１点鎖線で示した稼動条件と記述された部分）を示したもので、図中に、その環境における絶対湿度曲線を示している。表１は、本発明に用いた画像形成装置１１を用い、使用可能範囲での前記画像乱れの発生状況を調査した結果である。

表中、○印は、画像乱れ無し、△印は画像乱れの発生はあるが、許容できるレベル、×印は許容できないレベルの画像乱れが発生していることを示す。表１において、１次帯電器２０への印加電圧（ここでは−１０５０Ｖ）では、各環境温度共、絶対湿度量が４ｇ／ｍ^３以下において、画像乱れが発生する。一方、１次帯電器２０への印加電圧を上げていくと、画像乱れの発生が抑制され、通常より絶対値で１００Ｖ程度まで印加電圧値（数値的には−１１５０Ｖ）を上げることにより、使用可能環境範囲で考え得る最低の絶対湿度が２ｇ／ｍ^３でも、画像乱れの発生を許容できるレベルまで抑制可能で、更に印加電圧−１２００Ｖでは、ほとんど発生が皆無となることがわかった。

この要因を説明すると以下のようになる。通常、２次除電器２１に使用されるゴムローラは、所定量の抵抗値を有しているので、ゴムローラの表面に電荷が移動するまでに、ある程度の時間を要する。従って強除電のような瞬時的に多くの電荷が移動する放電では、ローラ表面に蓄積される電荷量が少ないほど、強放電としての持続ができない。１次帯電器２０に印加する電圧を上げることで、２次除電器２１に進行する感光体１表面の電位の絶対値は大きくなり、２次除電器２１で除電すべき電荷の量も増大する。この場合、強放電の際と同様に、除電電荷にはローラ表面に蓄積された電荷が使用される。即ち、１次帯電器２０に印加する電圧を上げることの効果は、２次除電器２１に使用するローラ表面の電荷が正規の除電に使用される比率を増やすことによって、強放電が発生しやすい状況でも、強放電に使用すべき電荷が存在しない状況を作り、強放電への移行を阻止することにある。

ここで、本発明に用いた２次除電器２１のローラ抵抗値は、０.１ＭΩから０.３ＭΩ程度のものを使用している。尚、抵抗値は、図７に示すように、ローラ２２の軸両端に５００ｇｆ程度の荷重をかけて、円筒状の金属電極５２に押し付け、金属電極５２を所定の周速度で回転させながら、帯電ローラ２の軸部分に１００Ｖの直流電圧を印加し、３０秒経過後の電流計５３に流れる電流の測定値から換算したものを使用している。この際、金属電極５２の直径を０．０３ｍ、周速度を０．２ｍ／ｓ、ローラ２２と金属電極５２のニップ面積を１．６×１０^−４ｍ^２、ローラ２２の軸と金属電極５２の表面との距離を２×１０^−３ｍの条件で測定した。

以上のように１次帯電器２０に印加する電圧値を上げることの弊害としては、高温度多湿の条件下で感光体１の耐圧が低下した場合、感光体１を破損してしまう恐れがあることである。そこで本実施例では、環境判定手段として図１中に示した温度センサ４１と湿度センサ４２を設け、環境に応じて１次帯電器２０に印加する電圧値を変えている。具体的には、温度センサ４１と湿度センサ４２によって、検知した温度値および湿度値を制御手段である制御部４０に取り込み、環境中の絶対湿度量を換算し、絶対湿度が４ｇ／ｍ^３以下となる場合に、電源３０から１次帯電器２０に印加する電圧の絶対値を通常より１００Ｖ以上引き上げて、−１２００Ｖの電圧を印加、絶対湿度が４ｇ／ｍ^３を超える場合に、電源３０から１次帯電器２０に印加する電圧の絶対値を通常の−１０５０Ｖの電圧を印加するよう制御する。これにより、感光体１を破損することなく、低湿の条件下での強放電を回避し、画像乱れのない画像形成装置を提供できる。

尚、本実施例では、感光体１のドラム状基体は零電位に接地したものを使用するが、これは例えば、感光体１の基体に電圧を印加しても構わない。この場合、帯電装置２に印加する電圧は、感光体１の基体に印加される電圧を重畳した値となる。

本実施例は、湿度センサ４２を用いない場合の画像形成装置１１に関するものであり、基本的な動作は実施例１と同様である。

本実施例では、図３の如く、環境判定手段として、温度センサ４１しか持たない。その代用として、転写装置５としてローラ転写方式を採用し、転写装置５に流れる電流値から湿度環境を判定するものである。具体的には、被記録媒体である用紙１０が感光体１と転写装置５の間に介在しない状態で、転写装置５に電圧を印加する電源３２より所定の基準電圧を印加し、その際に流れる電流値を制御部４０に取り込むと同時に、温度センサ４１で検知した温度情報を前記制御部４０に取り込み、環境情報を判定する。更に詳述すれば、環境温度が高く、あるいは絶対湿度量が多くなるほど、転写装置５に流れる電流が多くなる特性を利用している。今、本実施例で使用している転写装置５に流れる電流（ｙ）は、温度をＴ（℃）、絶対湿度をＨ（ｇ／ｍ^３）とすると、ｙ＝５２＋１.３７×Ｔ＋１.２５×Ｈで示される特性を持っている。この関係式を用いて、（ｙ）に前記検知した電流情報、（Ｔ）に前記検知した温度情報を与えることにより、絶対湿度量（Ｈ）を、制御部４０において換算する。この換算絶対湿度が４ｇ／ｍ^３以下となる場合に、電源３０から１次帯電器２０に印加する電圧の絶対値を通常より１００Ｖ以上引き上げて、−１２００Ｖの電圧を印加、絶対湿度が４ｇ／ｍ^３を超える場合に、電源３０から１次帯電器２０に印加する電圧の絶対値を通常の−１０５０Ｖの電圧を印加するよう制御する。尚、ここで用いる電流値（ｙ）は電源に流れ得る電流の最大値を２５６、最小値を０として換算した数値を用いている。また前記関係式は、本実施例に使用した装置のものであり、これは、用いる転写装置５と感光体１の特性により種々異なるものであることは言うまでもない。

上記の動作によって、本実施例においても、実施例１と同様に、感光体１を破壊することなく、低湿の条件下での強放電を回避し、画像乱れのない画像形成装置を提供できる。

ここで本実施例では、感光体１に当接する転写装置５に流れる電流値を利用しているが、これは、例えば、感光体１から中間転写体に画像を転写し、この中間転写体上の画像を用紙に転写するような構成の場合、中間転写体に当接する転写装置に流れる電流値を利用しても良い。

本実施例は、実施例２で示した転写装置５に流れる電流を利用した方法の別の制御動作を示すものであり、基本的な動作は実施例１および２と同様である。

本実施例では、図４の如く、温度センサ４１や湿度センサ４２を持たず、転写装置５としてローラ転写方式を採用し、転写装置５に流れる電流値から環境に対する制御動作を決定するものである。具体的には、用紙１０が感光体１と転写装置５の間に介在しない状態で、転写装置５に電圧を印加する電源３２より所定の基準電圧を印加し、その際に流れる電流値を制御部４０に取り込む。尚、ここで用いる検知電流は電源３２に流れ得る電流の最大値を２５６、最小値を０として換算した数値を用いている。初期に決められた最大電流Ｉ（μＡ）を２５６分割（電流０を０）し、表示したものである。実際に流れた電流ｉ（μＡ）に対し、検知電流値はｉ／Ｉ＊２５６（単位無）となる。尚、Ｉを超える電流が流れた場合は、２５６として出力される。

図５は本画像形成装置１１の使用可能環境範囲（図中、１点鎖線で示した稼動条件と記述された部分）を、本実施例で用いた転写装置５に流れる検知電流と環境温度との関係で示した図であり（使用可能環境範囲は、図中、１点鎖線で示した稼動条件と記述された部分）、図中に、その環境における絶対湿度曲線を示してある。図から、使用可能環境範囲において、画像乱れが発生する絶対湿度４ｇ／ｍ^３以下となるのは、検知電流値が９０未満のときのみであることがわかる。また検知電流が９０未満のときの使用可能環境は２１℃未満であり、高温多湿の条件となることはない。そこで本実施例では、制御部４０に取り込まれた前記検知電流が９０未満となる場合に、電源３０から１次帯電器２０に印加する電圧の絶対値を通常より１００Ｖ以上引き上げて、−１２００Ｖの電圧を印加、絶対湿度が４ｇ／ｍ^３を超える場合に、電源３０から１次帯電器２０に印加する電圧の絶対値を通常の−１０５０Ｖの電圧を印加するよう制御する。

尚、本実施例でも、感光体から中間転写体に画像を転写し、この中間転写体上の画像を用紙に転写するような構成の場合、中間転写体に当接する転写装置に流れる電流値を利用しても良い。

本実施例は、温度センサ４１のみを利用した画像形成装置１１に関するものであり、基本的な動作は実施例１と同様である。

本実施例では、図６の如く、環境判定手段として、温度センサ４１しか持たない。その場合の制御動作に関して詳述する。

図２は前述の如く、本画像形成装置１１の使用可能環境範囲（図中、１点鎖線で示した稼動条件と記述された部分）を示したもので、図中に、その環境における絶対湿度曲線を示してある。図から、使用可能環境範囲において、画像乱れが発生する絶対湿度４ｇ／ｍ^３以下となるのは、温度が２１℃未満のときのみであり、この温度以下では絶対湿度も１５ｇ／ｍ^３以下と高湿の条件になることはない。そこで本実施例では、温度センサ４１によって検知した温度値を制御部４０に取り込み、温度が２１℃未満である場合に、電源３０から１次帯電器２０に印加する電圧の絶対値を通常より１００Ｖ以上引き上げて、−１２００Ｖの電圧を印加、温度が２１℃以上である場合に、電源３０から１次帯電器２０に印加する電圧の絶対値を通常の−１０５０Ｖの電圧を印加するよう制御する。これにより、本実施例でも、感光体１を破壊することなく、低湿の条件下での強放電を回避し、画像乱れのない画像形成装置を提供できる。

図８は、本発明の他の実施形態の画像形成装置の概略構成図であって、感光体として感光体ベルト１００を用いた以外は、図１に示した画像形成装置と基本構成は同一である。つまり、感光体ベルト１００の回転方向（図中、矢印Ａで示す）に沿って、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写装置５、クリーニング装置６が順次、配置されている。本実施例において、感光体ベルト１００は、感光体ベルト１００を所定方向に回転させる駆動ローラ１０１と、２本の従動ローラ１０２および１０３によって懸架されている。尚、本実施例では、図示しないが、転写装置５とクリーニング装置６の間に、イレーズ装置が配置され、帯電装置２直前の感光体ベルト１００表面電位は零電位付近に初期化されている。

また帯電装置２内には、感光体ベルト１００回転方向の上流側に１次帯電器２０、下流側に２次除電器２１が、感光体ベルト１００に接触するように配置されている。

上記実施例と同様の評価結果を得たため、説明は省略する。

画像形成装置の置かれた環境を判定することにより、２次除電器での異常放電が発生しない最良の１次帯電器の状態を選択し、帯電装置部分を通過した感光体表面の電位状態を安定化させることで、画像乱れが発生しない良好な画像形成装置を実現した。

また、被帯電体に安定な帯電を施す装置で、各環境下で帯電装置の異常放電を防止する必要があるような用途にも適用できる。

本発明の画像形成装置の概略構成図。画像形成装置の使用可能環境範囲を示した図。本発明における他の画像形成装置の概略構成図。本発明における他の画像形成装置の概略構成図。画像形成装置の使用可能環境範囲を、転写装置の電流と温度との関係で示した図。本発明における他の画像形成装置の概略構成図。ローラ抵抗の測定方法の概略説明図。本発明の他の実施形態における画像形成装置の概略構成図。

符号の説明

１感光体
２帯電装置
３露光装置
４現像装置
５転写装置
６クリーニング装置
７定着装置
８用紙ホッパー
９搬送経路
１０用紙
２０１次帯電器
２１２次除電器
２２ローラ
３０電源
３１電源
３２電源
４０制御部
４１温度センサ
４２湿度センサ
５２電極
５３電流計
１００感光体ベルト
１０１駆動ローラ
１０２従動ローラ
１０３従動ローラ

Claims

所定方向に移動する感光体の表面に接触し前記感光体表面を像露光工程前の所望電位Ｖ０と極性が同じで、かつ絶対値が所望電位Ｖ０よりも大きい電位Ｖ１に帯電する帯電器と、前記感光体に接触し前記帯電器よりも前記感光体移動方向の下流側に該帯電器と併設して配置され、前記感光体の電位を所望電位Ｖ０近傍に除電する除電器とで構成された帯電手段と、前記感光体の表面を露光する露光手段と、前記感光体の表面にトナーを供給して可視化する現像手段と、前記可視化されたトナー像を被記録媒体に転写する転写手段と、前記被記録媒体上に前記トナー像を定着する定着手段とを有する電子写真方式の画像形成装置において、
使用環境を判定する環境判定手段と、前記環境判定手段で判定した値に基づいて電位Ｖ１の値を調整する制御手段とを有し、前記環境判定手段により判定された絶対湿度量が１立方メートルあたり４グラム以下の場合は、前記制御手段により、電位Ｖ１の値を基準となる値よりも絶対値で１００Ｖ以上大きくなるように前記帯電器に印加する電圧を調整することを特徴とする画像形成装置。
前記環境判定手段が温度センサと湿度センサとを有し、前記絶対湿度量を演算することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記環境判定手段が温度センサを有し、前記温度センサの出力値と前記転写手段に流れる電流値とを用いて前記絶対湿度量に換算することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記環境判定手段による判定に、前記被記録媒体が前記像担持体と前記転写手段との間に介在しない状態で前記転写手段に基準電圧を印加した時に該転写手段に流れる検知電流値を用いることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記環境判定手段が温度センサを有し、該温度センサにより検知された温度が２１℃未満の場合は、前記絶対湿度量が１立方メートルあたり４グラム以下であると判定し、前記制御手段により、電位Ｖ１の値を基準となる値よりも絶対値で１００Ｖ以上大きくなるように前記帯電器に印加する電圧を調整することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記帯電手段が、前記帯電器であるブラシ状帯電器と、前記除電器であるローラ状除電器とで構成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の画像形成装置。