JP5157118B2

JP5157118B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5157118B2
Application number: JP2006277334A
Authority: JP
Inventors: 幸通染矢
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2026-10-11
Also published as: JP2008096632A

Description

本発明は、静電複写プロセスによる画像形成に用いられる複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に関するものである。

従来、帯電部材を感光体に接触させて感光体を帯電させる接触帯電方式の帯電装置が提案、実用化されている。このような帯電装置は、一例として、ローラ状の帯電部材を感光体上に接触従動させて感光体の帯電を行う（特許文献１参照）。そして、このような接触帯電方式は、従来から広く用いられているコロナ帯電方式に比べて、放電生成物の発生量が極めて少なく、印加電圧が低いため電源コストの低減する等の利点を有している。
しかしながら、接触帯電方式は、帯電の均一性に関しては、その接触部で形成する電界が回転動作で不安定になるため、コロナ放電方式との比較において劣っている。そこで、帯電の均一性を改善するために、帯電部材に印加する直流電圧に、この直流電圧印加時における帯電開始電圧の２倍以上の交流電圧を持つ交流電圧を重畳させる方法が知られている（特許文献２参照）。
また、接触帯電方式では、帯電部材と感光体との間に異物を巻き込み、帯電部材が汚染されて帯電不良が発生したり、感光体にローラが直接触れているために、長期保存した場合に感光体が汚染され、そのために横スジ等の画像不良を生じたりするような不具合がある。
これに対して、接触帯電による帯電部材の汚れという不具合等を改善するために、帯電部材を感光体表面に対して一定のギャップを設け近接配置させる方法が知られている（特許文献３参照）。もっとも、このような非接触帯電方式においても、ギャップ変動による帯電電位のばらつき、放電の安定性などの問題を考慮すると、直流電圧に交流電圧を重畳させる電圧印加方式が望ましい。

しかしながら、前述したような接触帯電方式や非接触帯電方式では、帯電の均一性を保つために十分な交流電圧を帯電部材に印加する必要がある。しかし、交流電圧が増加するにともない、感光体へかかる負荷が増加し、異常画像、フィルミングや感光体の劣化等の不具合が起こり易くなり寿命が短くなる。このため、交流重畳方式における交流電圧は、均一帯電を達成するのに必要最小限の大きさに設定されていることが望まれる。しかし、温度や湿度等の使用環境に応じて帯電部材の抵抗値や誘電率等の電気特性が変化するため、このような変化に応じて上記条件を満たす交流電圧値が変動してしまうという問題がある。
これに対して、帯電プロセスにおいて印加電圧の制御を行う従来技術が知られている（特許文献４参照）。このような従来技術は、感光体の表面電位を制御するために、帯電部材の放電電流と感光体流入電流とを検知し、印加電圧をフィードバック制御する、というものである。しかしながら、検知した信号から所定の電圧を選択し一定の電圧を印加する制御を行っている。このため回転動作による感光体と帯電ローラが形成するニップ（帯電領域）は不安定になることで周方向の回転周期に帯電ムラが発生し、横スジがムラとなる画像ムラとなる異常画像に対してはその効果はなかった。

特開昭６３−１６７３８０号公報特開昭６３−１４９６６８号公報特開２００１−１９４８６８号公報特開平１０−２４７００６号公報

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、異常画像、フィルミング等の放電による感光体への不具合を最小限に抑えつつ感光体を均一帯電させる画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、潜像を形成する像担持体と、像担持体を帯電ローラにより帯電させる帯電装置と、像担持体にトナーを現像する現像装置とを備える画像形成装置において、帯電ローラの回転周期を計測する回転周期計測手段、像担持体への帯電電位を検知する帯電検知手段、帯電ローラに電圧を印加する電源回路、及び電源回路を制御する制御装置を有し、前記帯電検知手段は、前記電源回路内に設けられた電流検知回路であって、前記帯電ローラに電圧を印加した際に前記帯電ローラに流れる電流を検知し、前記制御装置は、非記録動作時に前記電源回路から一定の電圧を前記帯電ローラに印加し、かつ帯電動作時に前記回転周期計測手段と前記電流検知回路の信号から前記帯電ローラの回転周期と同期した電流を記憶し、前記制御装置に予め記憶された帯電ローラへの印加電圧と帯電ローラに流れる電流との関係を用いて、前記帯電ローラの回転周期と同期した電流から前記現像装置へ印加する電圧を選択し、記録動作時に、前記帯電ローラの回転と同期した直流電圧を前記電源回路から前記現像装置へ印加することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、像担持体を帯電させる帯電ローラは像担持体に対し非接触としていることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、像担持体と帯電ローラの回転周期の比は整数倍とすることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、印加電圧を選択する測定モードを有し、非記録時に動作することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、像担持体と帯電装置が一体に構成されたカートリッジを有することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記像担持体に複数色分の静電潜像を形成し、複数色分の静電潜像を複数色で現像して記録材に転写し、記録材にカラー画像を形成することを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、放電を帯電原理とする接触帯電方式または近接帯電方式で、ＤＣバイアス印加方式の帯電装置、該帯電装置を用いた画像形成装置で、オゾン、放電生成物の発生が最小限に抑えつつ、帯電ローラ及び感光体の回転に同期した適正な電圧を印加することで像担持体を均一に帯電させることができ、フィルミング等の像担持体へのダメージを少なくして、像担持体へかかる負荷の増加による異常画像の発生を抑えることができた。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

図１は、画像形成装置における電子写真プロセス部を示す模式図である。
画像形成装置１００は、図示しない本体筐体内に電子写真プロセス部を有している。この電子写真プロセス部は、図１中の時計方向に回転駆動される像担持体としての感光体１０１の周囲に、帯電ローラ１０４、露光装置１０５、現像装置１０６、転写装置としての転写ローラ１０７、クリーニング部材１０８、除電装置１０９、及び帯電ローラ１０４の回転を検知する光センサ１０２と感光体１０１の表面の帯電電位を測定する帯電検知装置１０３が配列されて構成されている。
画像形成装置１００は、更に、帯電ローラ１０４に電圧を印加する電源回路１１１とこの電源回路１１１を制御する手段としての制御装置１１２と有する。電源回路１１１は、高圧電源をソースとする電圧を帯電ローラ１０４に印加し、制御装置１１２は、電源回路１１１が帯電ローラ１０４に印加する電圧を制御する。これらの帯電ローラ１０４、電源回路１１１、及び制御装置１１２は、帯電装置を構成する。
画像形成装置１００は、図示しない複数枚の記録材としての記録紙を収納する給紙カセットを備えており、給紙カセット内の記録紙は、給紙ローラにより給送されて分離機構により１枚ずつ分離され、レジストローラ対でタイミング調整された後、転写ローラ１０７と感光体１０１との間に送り出される。

画像形成装置１００は、感光体１０１を図１中の時計方向に回転駆動し、帯電ローラ１０４で一様に帯電した後、露光装置１０５により画像データで変調されたレーザ光を照射して静電潜像を形成する。そして、感光体１０１に形成された静電潜像を、現像装置１０６によってトナーを付着して現像する。その後、トナー画像を転写ローラ１０７によって記録紙に転写させ、トナー画像の転写された記録紙を図示しない定着部に搬送し、トナー画像が転写された記録紙は、定着部でトナーが定着された後、図示しない排紙トレー上に排出される。
このような画像形成済み記録紙の排紙動作と同時に、画像形成装置１００は、転写ローラ１０７でトナー画像を記録紙に転写した後の感光体１０１を更に回転させる。その過程で、ブレード構成のクリーニング部材１０８で感光体１０１の表面に残留するトナーを掻き落として除去した後、感光体１０１を除電装置１０９で除電する。なお、クリーニング部材１０８は、ブレードで感光体１０１上の残留トナーを掻き落とす構造のものに限るわけではなく、例えばファーブラシで感光体１０１上の残留トナーを掻き落とすものであってもよい。こうして、感光体１０１一回転分の電子写真プロセスが終了するので、その後は、除電後の感光体１０１を帯電ローラ１０４で再度帯電し、同様の処理によって後続する電子写真プロセスが実行される。

図２は、感光体と帯電部材との配置関係を示す一端部の図である。図３は、帯電部材と光センサとの配置関係を示す他方の端部の図である。
図２に示すように、帯電部材としての帯電ローラ１０４は、感光体１０１に接触しておらず、感光体１０１との間にギャップをもって配置されている。このような配置構成を実現するために、本実施形態では、帯電ローラ１０４の両端部には一対のスペーサ１１５が設けられ、帯電ローラ１０４はそれらのスペーサ１１５を介して感光体１０１に当接している。本実施の形態では、一例として、コイルスプリング形態の付勢部材１１６を設けて感光体１０１に当接させる構造としている。
また、図３に帯電ローラ１０４の他方の端部の構成を示す。帯電ローラ１０４の芯がねには溝部１１７を設けている。それに対応する位置に非接触に光センサ１０２が位置する。帯電ローラ１０４の回転を検知している。帯電ローラ１０４は硬質の材料からなるハードローラを用いている。これは、環境を変化させてもギャップが変化しないことが有利となる。ゴムローラである場合は、高湿環境の下ではギャップが狭くなり安定しない。そのため所定の電圧を印加する場合電界強度が高くなり、感光体１０１への劣化を促進することになる。また、トナーによる帯電ローラへの付着で汚れやすくなる。よって、帯電均一性を維持するためにも、帯電ローラ１０４は、ギャップの維持が確実となるハードタイプのものを用いるのがよい。
また、帯電ローラ１０４のトナー汚れを避けるという点では、転写効率の高い球形トナーを用いることも有効である。

電源回路１１１から帯電ローラ１０４へは直流電圧が印加される。その制御は制御装置１１２が行っている。この制御装置１１２は、所定のプロセスを実行するプロセッサ構成のデジタル回路である。もっとも、必要に応じて、マイクロコンピュータ構成としてもよい。その制御を以下に説明する。帯電動作中の感光体１０１及び帯電ローラ１０４は不図示の駆動部により回転し、本実施例では帯電ローラ１０４は感光体１０１に従動して回転する構成としている。光センサ１０２は帯電ローラ１０４に設けられた溝部１１７の通過を検知する。また、帯電検知装置１０３は帯電ローラ１０４へ電圧を印加され感光体１０１表面の帯電電位を検知している。制御装置１１２は非記録動作時に一定の印加電圧を電源回路１１１から帯電ローラ１０４へ印加し、帯電動作中に光センサ１０２と帯電検知装置１０３の信号から回転と同期した帯電電位を記憶する。記憶された帯電電位の経時変化から回転周期と同期した所定の印加電圧を制御装置１１２にあらかじめ記憶された帯電電位と印加電圧の関係から適正値を選択し、記録動作時に帯電ローラ１０４の回転と同期した電圧を電源回路１１１から帯電ローラ１０４へ印加する。
帯電ローラ１０４の回転と同期して帯電ローラ１０４への印加電圧を制御するので感光体１０１表面の帯電電位を補正し帯電ムラを低減することができ、安定した画像を提供できる。

ここでは、あらかじめ制御装置１１２に記憶された帯電電位と印加電圧の関係から印加電圧を選択したが、帯電電位と印加電圧の関係を測定する測定モードを実施するとさらによい。図４は、２つの異なる印加電圧を示す模式図である。たとえば、非記録時に少なくとも２つの異なる一定印加電圧を用いて、帯電検知装置１０３の信号から回転と同期した帯電電位を制御装置１１２に記憶する。図５は、記憶した２つの印加電圧から平均値を算出するのを示した模式図である。記憶した値の平均値を算出し、印加電圧と帯電電位の関係を近似する。図６は、同期した帯電電位の変化から演算処理し回転に対応した時間毎に所望の電圧の印加を示す模式図である。その結果から回転に同期した帯電電位の変化から演算処理し回転に対応した時間毎に所望の電圧を印加する。例えば、帯電電位が大きくなる時には印加電圧を小さくする。このように、制御することで帯電電位が環境変化や部材の経時変化等に影響されても、この影響を補正することが可能で安定した帯電電位を得ることができる。
また、上記制御方法の帯電動作は通常の記録動作時の回転速度より遅くしたほうが帯電検知手段の応答性を考慮すると検出精度が向上するのでより帯電電位を適正に制御できる。

本実施の形態のような非接触ローラ帯電方式は、帯電ローラ１０４を感光体１０１に接触させて配置する接触ローラ帯電方式と同様に、感光体１０１に対する帯電の均一性は、コロナ放電方式と比較した場合に劣るが、本実施の形態では、感光体１０１に対する帯電の均一性を改善することができる。また、交流電圧を印加しないのでフィルミング等の不具合や感光体へのダメージを少なくすることができ寿命に有利となる。
また、別の実施の形態として、帯電ローラ１０４を感光体１０１に接触させて配置する接触ローラ帯電方式においても回転による接触状態の不安定が原因となる帯電ムラを本実施形態の制御により防止することができる。

また、本実施例では光センサ１０２を用いて帯電ローラ１０４の回転を検知したが、帯電ローラ１０４と同期して回転する部材、たとえば、感光体１０１や各部材を駆動するギアやベルトやモータなどの回転を検知し、その回転に帯電ローラの回転を同期させることは容易にできる。ここでは帯電ローラ１０４の回転に同期させるとしたが感光体１０１の回転に同期させてもその効果は同様である。
検知手段としてもこれに限定するものではなく、確実に回転周期を検知できるものであればその目的を達成できる。たとえば駆動モータ軸の回転位置がわかる駆動モータを使用すると部材の追加なく、安定した精度が得られるのでより有効である。

また、感光体１０１と帯電ローラ１０４の回転周期の比は整数となることが望ましい。帯電電位のばらつきは感光体１０１と帯電ローラ１０４の電界強度のばらつきに依存する。これはそれぞれが回転することで電界の状態が変化することで発生する。各部材の周方向の部品精度や状態でその帯電能力が異なる。直流電圧を印加する場合はこれが帯電電位のばらつきに直接影響する。そのため、回転周期の比を整数とすることで帯電電位のばらつきを一定周期とすることができ、この周期に対応した帯電ローラ１０４へ印加する電圧を制御しより安定した帯電電位が得られることになる。

図７を用いて他の実施例を説明する。図７は、本発明の画像形成装置１００の他の構成を示す概略図である。制御装置１１２は電源回路１１１を用いて現像装置１０６に印加する電圧を制御する。他の構成は上記実施例の構成と同様なので説明は省略する。現像装置１０６に印加する電圧は直流電圧に交流電圧を重畳している。
制御装置１１２は非記録動作時に一定の印加電圧を電源回路１１１から帯電ローラ１０４へ印加し、帯電動作中に光センサ１０２と帯電検知装置１０３の信号から回転と同期した帯電電位を記憶する。記憶された帯電電位の経時変化から回転周期と同期した所定の印加電圧を制御装置１１２にあらかじめ記憶された帯電電位と現像装置１０６への直流印加電圧の関係から適正値を選択し、記録動作時に帯電ローラ１０４の回転と同期した直流電圧を電源回路１１１から現像装置１０６へ印加する。

現像バイアスは感光体上の帯電電位の画像部と非画像部の差に対し帯電したトナーを付着させている。帯電ムラはすなわちこの帯電電位差となり、一定の現像バイアスの場合はトナー付着量の差となる。上記制御により帯電電位の差に対応した現像バイアスを印加することでトナー付着量を同等にすることが可能で濃度ムラを低減することができる。
ここでは、あらかじめ制御装置１１２に記憶された帯電電位と直流印加電圧の関係から印加電圧を選択したが、帯電電位と直流印加電圧の関係を測定する測定モードを実施すると好ましい。たとえば、非記録時に少なくとも２つの異なる印加電圧を用いて帯電検知装置１０３の信号から回転と同期した帯電電位を制御装置１１２が記憶する。記憶した値から印加電圧と帯電電位の関係を近似して、その演算結果から回転に同期した所望の電圧を印加する。帯電電位が環境変化や部材の経時変化等に影響されても、この影響を補正することが可能で安定した帯電電位を得ることができる。

上述した実施例は感光体表面の帯電電位を検知するとしたが、図８を用いて他の方法を説明する。図８は、本発明の画像形成装置１００の他の構成を示す概略図である。ここではトナー像の濃度を検知し帯電ローラ１０４へ印加する電圧の制御をおこなう。
濃度検知手段１１３は転写ローラ１０７の回転方向下流でクリーニング部材１０８の間に設置されている。検知信号は制御装置１１２で処理される。制御装置１１２は非記録動作時に一定の印加電圧を電源回路１１１から帯電ローラ１０４へ印加した後、所定の画像パターンを露光手段１０５により潜像形成した後に現像装置１０６でトナー像を形成する。形成されたトナー像は転写ローラ１０７と感光体１０１で形成する転写部を転写動作せずに通過させ濃度検知手段１１３を通過させる。このときの感光体１０１上のトナー画像の濃度を検知し、その信号は制御手段１１２に帯電ローラ１０４の回転と同期させ記憶する。
記憶された検知濃度の帯電ローラの回転に同期した経時変化の信号から回転周期と同期した所定の印加電圧を制御装置１１２にあらかじめ記憶された画像濃度と印加電圧の関係から印加電圧の適正値を選択し、記録動作時に帯電ローラ１０４の回転と同期した電圧を電源回路１１１から帯電ローラ１０４へ印加する。
上記制御により回転動作に同期した帯電ローラ１０４への電圧を印加することでトナー像の安定した画像濃度を得ることができる。作成したトナー像の画像濃度を直接測定し制御するため、より濃度ムラ防止に有利となる。

帯電検知手段として他の方法を図９を用いて説明する。図９は、本発明の画像形成装置の他の構成を示す概略図である。制御装置１１２は電源回路１１１を用いて現像装置１０６に印加する電圧を制御する。他の構成は上記実施例１の構成と同様なので説明は省略する。さらに、電源回路１１１により帯電ローラ１０４に電圧を印加した際にその帯電ローラ１０４に流れる電流を検知する電流検知手段である電流検知回路１１４を電源回路内に有している。
制御装置１１２は非記録動作時に一定の印加電圧を電源回路１１１から帯電ローラ１０４へ印加し、帯電動作中に光センサ１０２と電流検知回路１１４の信号から回転と同期した電流を記憶する。記憶された回転周期と同期した電流値の経時変化から所定の印加電圧を制御装置１１２にあらかじめ記憶された帯電ローラ１０４への印加電圧と電流の関係から適正電圧を選択し、記録動作時に帯電ローラ１０４の回転と同期した直流電圧を電源回路１１１から現像装置１０６へ印加する。
感光体１０１表面の帯電電位と帯電ローラ１０４へ流れる電流には相関があり、所定の電流値を得るための電圧を印加することで感光体１０１表面の帯電を制御できる。
上記制御により回転動作に同期した帯電ローラ１０４への電圧を印加することで帯電電位のばらつきを低減でき、安定した画像濃度を得ることができる。また、電源回路を用いた電流検知を行うので帯電検知手段としての部品を追加することなく装置の小型化が可能になる。

ここでは、帯電ローラ１０４への電流を検知するとしたが、非記録時に帯電動作のみを行い除電装置１０９による動作時に感光体１０１から接地部への電流を検知してもよく、帯電動作のみを行い転写転へ流れる電流を検知しても、同様に感光体１０１表面の帯電電位の経時変化として得ることができる。
上記実施例の、構成部材である感光体１０１と帯電ローラ１０４と現像装置１０６、それに感光体１０１に接触する部材としてクリーニング部材１０８とが一つのユニットに支持されたプロセスカートリッジが設けられている。このプロセスカートリッジは、画像形成装置１００の本体に対して着脱自在に構成することで帯電ローラ１０４と感光体１０１との間の近接ギャップを予め一定に維持することができ、プロセスカートリッジの交換時も、帯電ローラ１０４と感光体１０１との間の近接ギャップの変動を防止することができ、したがって、回転による帯電電位のばらつきが安定し制御しやすくなり、画像濃度のムラを低減できる。

上記実施例の感光体１０１としてアモルファスシリコン感光体を用いるとその構成から表面の強度が高く寸法精度が安定し、放電劣化が少なく経時で安定するので更に有利である。また、表層にフィラーを分散したＯＰＣからなる感光体１０１を用いても放電劣化や寸法精度がよいので有利となる。
また、ここでは単色の記録装置として説明したが、感光体１０１に複数色分の静電潜像を形成し、複数色分の静電潜像を複数色で現像して記録紙に転写し、記録紙にカラー画像を形成するカラー画像形成装置１００に適用してもよい。

画像形成装置における電子写真プロセス部を示す模式図である。感光体と帯電部材との配置関係を示す一端部の図である。帯電部材と光センサとの配置関係を示す他方の端部の図である。２つの異なる印加電圧を示す模式図である。記憶した２つの印加電圧から平均値を算出するのを示した模式図である。同期した帯電電位の変化から演算処理し回転に対応した時間毎に所望の電圧の印加を示す模式図である。本発明の画像形成装置の他の構成を示す概略図である。本発明の画像形成装置の他の構成を示す概略図である。本発明の画像形成装置の他の構成を示す概略図である。

符号の説明

１００画像形成装置
１０１感光体
１０２光センサ
１０３帯電検知装置
１０４帯電ローラ
１０５露光装置
１０６現像装置
１０７転写ローラ
１０８クリーニング部材
１０９除電装置
１１１電源回路
１１２制御装置
１１３濃度検知手段
１１４電流検知回路
１１５スペーサ
１１６付勢部材
１１７溝部

Claims

潜像を形成する像担持体と、
像担持体を帯電ローラにより帯電させる帯電装置と、
像担持体にトナーを現像する現像装置とを備える画像形成装置において、
帯電ローラの回転周期を計測する回転周期計測手段、像担持体への帯電電位を検知する帯電検知手段、帯電ローラに電圧を印加する電源回路、及び電源回路を制御する制御装置を有し、
前記帯電検知手段は、前記電源回路内に設けられた電流検知回路であって、前記帯電ローラに電圧を印加した際に前記帯電ローラに流れる電流を検知し、
前記制御装置は、非記録動作時に前記電源回路から一定の電圧を前記帯電ローラに印加し、かつ帯電動作時に前記回転周期計測手段と前記電流検知回路の信号から前記帯電ローラの回転周期と同期した電流を記憶し、
前記制御装置に予め記憶された帯電ローラへの印加電圧と帯電ローラに流れる電流との関係を用いて、前記帯電ローラの回転周期と同期した電流から前記現像装置へ印加する電圧を選択し、記録動作時に、前記帯電ローラの回転と同期した直流電圧を前記電源回路から前記現像装置へ印加する
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１に記載の画像形成装置において、
像担持体を帯電させる帯電ローラは像担持体に対し非接触としている
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
像担持体と帯電ローラの回転周期の比は整数倍とする
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、
印加電圧を選択する測定モードを有し、非記録時に動作する
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置において、
像担持体と帯電装置が一体に構成されたカートリッジを有する
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置において、
像担持体に複数色分の静電潜像を形成し、複数色分の静電潜像を複数色で現像して記録材に転写し、記録材にカラー画像を形成する
ことを特徴とする画像形成装置。