JP6380336B2

JP6380336B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP6380336B2
Application number: JP2015216778A
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Inventors: 愛 ▲高▼上; 寿向▲高▼; 雅樹門田; 村田　貴彦; 貴彦村田; 麻希池
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Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2018-08-29
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Description

本発明は、記録紙上に画像を形成する画像形成装置に関し、特に、表面にトナー像が形成される像担持体を帯電する帯電バイアスの制御方法に関する。

プリンター、複写機、ファクシミリ或いはこれらの機能を備えた複合機等の画像形成装置においては、電子写真感光体の一例である感光体ドラムと、感光体ドラムの表面を帯電させる帯電ローラー等の帯電部材と、感光体ドラム表面に接触して配置され且つ感光体ドラム表面に残留するトナーや外添剤を除去するクリーニングブレードとを備えたものが知られている。

このような帯電部材は、像担持体に接触又は近接して配置されており、帯電部材からの放電により生成した放電生成物が像担持体表面に付着する。すると、像担持体表面とクリーニングブレードとの間の摩擦抵抗が上昇し、クリーニングブレードのビビリや欠損、スティックスリップが引き起こされやすくなり、クリーニングブレードのクリーニング能力が低下する。その結果、トナーや外添剤のすり抜け量が増加し、帯電部材が汚染されたり、クリーニングされずに残されたトナーや外添剤が像担持体表面に固着して、画質低下や画像形成不良が発生したりする原因となる。

特に感光層として表面にアモルファスシリコン層が形成された像担持体を用いた場合、使用開始初期は、アモルファスシリコン層の形成時に生じる結晶粒の凹凸により像担持体表面とクリーニングブレードとの接触面積が小さいため摩擦抵抗も小さいが、使用されているうちに像担持体表面の凹凸が摩耗して平滑化され、像担持体表面とクリーニングブレードとの間の摩擦抵抗が上昇し、上記の問題が生じやすくなる。

そこで、例えば特許文献１には、表面粗さの大きなアルミ素管にアモルファスシリコン層を形成し、予めアモルファスシリコン層の表面粗さを大きくしておくことにより、摩擦抵抗の上昇を抑制し、クリーニングブレードのクリーニング能力の低下を抑制する構成が開示されている。また、特許文献２には、像担持体の駆動電流を監視し、駆動電流が所定の値よりも大きくなると帯電デバイスに印加する交流電圧を低下させて放電生成物の発生を抑制する構成が開示されている。

特開２００１−３３７４７０号公報特開２００９−１９２５６８号公報

しかし、特許文献１の構成の場合、像担持体の初期の表面粗さを大きくしすぎると、クリーニングブレードと像担持体表面との間の隙間から外添剤のすり抜けが起こりやすくなり、帯電デバイスの汚染が引き起こされるという問題がある。また、すり抜けた外添剤が像坦持体表面に固着すると、画質低下や画像形成不良が発生することとなる。また、特許文献２の構成の場合、像担持体の表面粗さが大きい使用初期の段階では、像担持体表面とクリーニングブレードとの間の摩擦抵抗が小さく、像担持体の駆動電流を低く抑えることができるが、上記のような使用初期における外添剤のすり抜けの問題に対応することができない。

本発明は、上記問題点に鑑み、像担持体表面の表面粗さが大きい使用初期の段階における外添剤のすり抜けを抑制することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、像担持体と、クリーニング部材と、帯電部材と、バイアス印加装置と、制御部と、を有する画像形成装置である。像担持体は、表面にトナー像が形成される。クリーニング部材は、像担持体の表面に接触するように配置され、像担持体の表面をクリーニングする。帯電部材は、像担持体を帯電させる。バイアス印加装置は、帯電部材に直流バイアスと交流バイアスとを重畳した帯電バイアスを印加する。制御部は、バイアス印加装置から帯電部材に印加される帯電バイアスを制御する。制御部は、像担持体の使用開始から所定時間が経過するまでの第１の期間において帯電部材に印加される交流バイアスを第１交流バイアスとし、第１の期間に続く第２の期間において、交流バイアスを第１交流バイアスよりも高い第２交流バイアスとする。

本発明の第１の構成によれば、使用開始から所定時間が経過するまでの第１の期間では、その後に続く第２の期間において帯電部材に印加する第２交流バイアスよりも低い第１交流バイアスを帯電部材に印加するため、第１の期間においては放電生成物の発生が抑制される。これにより、像担持体の表面とクリーニング部材との摩擦抵抗を小さくできる。従って、クリーニング部材のエッジが像担持体の回転方向に引き込まれることによるスティックスリップの発生が抑制され、外添剤のすり抜けを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１１としてのタンデム方式のカラープリンターの概略構成を示す摸式断面図本実施形態の画像形成装置１１の画像形成処理部１５を含む要部の概略構成を示す図スキューネスＲｓｋが０より大きいときの凹凸形状を示す図スキューネスＲｓｋが０より小さいときの凹凸形状を示す図感光体ドラム２０の表面電位と帯電ローラー２６に印加する交流電圧との関係を示すグラフ本実施形態の画像形成装置１１において帯電ローラー２６に印加する交流バイアスと感光体ドラム２０の使用開始からの期間との関係を示すグラフ本実施形態の画像形成装置１１において実行される交流バイアス設定制御の処理内容を示すフローチャート

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１１の概略構成を示す摸式断面図である。図２は、図１に示す画像形成装置１１の画像形成処理部１５を含む要部の概略構成を示す図である。

１．画像形成装置１１の構成
（全体構成）
図１に示すように、本実施形態に係る画像形成装置１１は、タンデム方式のカラープリンターである。画像形成装置１１は、プリンター本体１２の内部に、記録紙（不図示）を収納する給紙カセット１３と、給紙カセット１３から記録紙を一枚ずつ給送する給紙部１４と、給紙カセット１３又は手差しトレイ（不図示）から供給された記録紙に画像形成処理を行う画像形成処理部１５と、給紙カセット１３又は手差しトレイから供給された記録紙を搬送する記録紙搬送経路１６と、画像形成処理部１５において形成されたトナー像を記録紙搬送経路１６に沿って搬送される記録紙に転写する二次転写部１７と、二次転写部１７において転写されたトナー像を記録紙に定着する定着部１８と、を備える。

（画像形成処理部１５の構成）
画像形成処理部１５は、例えば、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を用いて画像形成処理を行うタンデム方式が採用されている。なお、以下の説明では、特に色指定に関する場合にのみ、各算用数字の符号に括弧書きで（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の色を付し、共通の場合には算用数字のみの符号を付して説明する。

画像形成処理部１５は、各色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）に対応して、補給用トナーを収納した複数のトナーコンテナ１９と、パーソナルコンピューター等の外部接続機器から送信された印字データ（画像データ）に基づいて各色のトナー像を形成するための複数の感光体ドラム２０と、各感光体ドラム２０にトナーを供給する複数の現像装置２１と、各感光体ドラム２０に形成されたトナー像が一次転写される無端状の中間転写ベルト２２と、中間転写ベルト２２の回動移動方向最上流側の感光体ドラム２０の上流側に配置されて中間転写ベルト２２の表面に付着した残トナー等を除去するベルトクリーニング装置２４と、各感光体ドラム２０にビーム光を出射する露光ユニット２５と、を備えている。

（感光体ドラム２０の構成）
感光体ドラム２０は、支持体（基体）の表面に感光層が形成されてなる。ここでは、感光体ドラム２０は、金属製の円筒状の素管と、素管表面に形成された感光層とからなる。なお、素管が本発明の「支持体」の一例に相当する。素管を形成する金属としては、アルミニウム、鉄、チタン、マグネシウム等が挙げられる。感光層としては、有機光伝導体を利用した有機感光層や無機光電体を利用した無機感光層等を利用できるが、耐久性の高さからシランガス等の蒸着等により製膜されたアモルファスシリコン感光層が好ましい。各感光体ドラム２０は、その表面に露光ユニット２５から出射されたビーム光に基づいて各色のトナー像を担持して中間転写ベルト２２にトナー像を転写するためのものであり、図１に示すように、現像装置２１と共に中間転写ベルト２２の下方に配置されている。なお、感光体ドラム２０の使用初期における表面状態については後述する。

また、図１及び図２に示すように、感光体ドラム２０の周囲には帯電ローラー（帯電部材）２６、露光ユニット２５、現像装置２１、クリーニング装置２８、除電装置２９が配置されており、中間転写ベルト２２を挟んで一次転写ローラー２７が感光体ドラム２０に対向配置されている。

感光体ドラム２０と一次転写ローラー２７との協働によって構成された各一次転写部で中間転写ベルト２２上に転写されたトナー像は、給紙カセット１３又は手差トレイから記録紙搬送経路１６を通って搬送されてきた記録紙に対し二次転写部１７で転写される。

（現像装置２１の構成）
各現像装置２１は、基本的に同一構成のものが中間転写ベルト２２の下方に回動移動方向に沿って列設されている。現像装置２１は、酸化チタン等の金属粒子からなるトナー外添剤（研磨粒子）を含むトナーを付着させて感光体ドラム２０の表面に形成された静電潜像をトナー像に現像する。なお、現像装置２１は従来公知のものを使用することができる。

（中間転写ベルト２２の構成）
中間転写ベルト２２は、プリンター本体１２内で駆動ローラーと従動ローラーとに水平方向に張架された無端ベルトであり、ベルト駆動モーター（図示せず）による駆動ローラーの回転に伴い画像形成動作に伴って循環駆動される。

（トナー濃度検知センサー２３の構成）
トナー濃度検知センサー２３は、中間転写ベルト２２のトナー像の反射濃度を測定し、その検知値を制御回路３０（図２参照）に出力する。なお、トナー濃度検知センサー２３は、中間転写ベルト２２の回動移動方向並びに回動移動方向と直交する幅方向のそれぞれに沿った複数箇所に設けることができる。この際、トナー濃度検知センサー２３は、中間転写ベルト２２の幅方向片側だけのトナー濃度を検知したのでは、例えば、中間転写ベルト２２の幅方向両端側で濃度差が生ずる現象（片焼け現象）が発生した場合に対応できないため、幅方向両端付近に配置するのが好ましい。

（帯電ローラー２６の構成）
帯電ローラー２６は、例えば導電性ゴムで形成されており、感光体ドラム２０に当接するように配置されている。そして、図２に示すように、感光体ドラム２０が時計回り方向に回転すると、感光体ドラム２０の表面に接触する帯電ローラー２６が反時計回り方向に従動回転する。このとき、帯電ローラー２６に所定の電圧を印加することにより、感光体ドラム２０の表面が一様に帯電されることとなる。また、帯電ローラー２６の回転に伴い、帯電ローラー２６に接触する帯電クリーニングローラー（図示せず）が時計回り方向に従動回転して帯電ローラー２６の表面に付着した異物を除去する。

（クリーニング装置２８の構成）
クリーニング装置２８は、記録紙幅方向（記録紙搬送方向に直交する方向）に奥行きのあるクリーニングハウジング４０と、クリーニングハウジング４０の内部下方寄りに配置されて図２において時計回り方向に回転することで記録紙幅方向の一方に回収トナーを搬送して廃トナー容器（図示せず）へと送り出す回収スパイラル４１と、クリーニングハウジング４０の外部下方寄りに取り付けられたクリーニングブレード４２と、クリーニングハウジング４０の内部上方寄りに配置されて感光体ドラム２０の表面と接触する摺擦ローラー（クリーニングローラー）４３と、摺擦ローラー４３の上方に配置されて摺擦ローラー４３の表面と接触するスクレーパー４４とを備えている。

クリーニングブレード４２は、ウレタンゴム等から構成されている。クリーニングブレード４２は、感光体ドラム２０の回転軸よりも下方から感光体ドラム２０の表面に先端が当接するように配置されている。この際、クリーニングブレード４２の先端は、感光体ドラム２０の回転方向（図２の矢印参照）に対してカウンター方向に当接している。

摺擦ローラー４３は、感光体ドラム２０の表面から廃トナーを回収すると共に、摺擦ローラー４３の表面に付着した廃トナーによって感光体ドラム２０の表面を研磨する。このため、摺擦ローラー４３は、廃トナーの保持性を高く維持するために発泡ゴム（例えば、カーボン含有導電性発泡ＥＰＤＭ）を用いて記録紙幅方向に延びる円筒形状に構成され、クリーニングブレード４２の先端よりも感光体ドラム２０の回転方向上流側に配置される。また、摺擦ローラー４３の回転方向は感光体ドラム２０の回転方向とは逆方向である。スクレーパー４４は、耐久性を確保した薄肉板金製のものが用いられており、摺擦ローラー４３の表面付着トナーの付着量を均一にするために、摺擦ローラー４３の回転方向下流側にカウンター方向で先端が当接している。

（除電装置２９の構成）
除電装置２９は、感光体ドラム２０の回転方向に沿って、クリーニング装置２８の下流側に配置されている。除電装置２９にはＬＥＤ（発光ダイオード）が用いられ、必要に応じて反射板が設けられる。除電装置２９は、除電光（イレース光）を感光体ドラム２０に照射することにより、その表面の帯電電荷を除去し、次回の画像形成動作時における帯電工程のための準備を整える。

（制御回路３０の構成）
制御回路３０は、ＲＯＭ３１に格納した画像形成処理全般に係わる各種制御プログラムに基づいて画像形成処理（プリントジョブ）を実行すると共に、その画像形成処理の際に、帯電ローラー２６に帯電バイアスとして直流バイアスと交流バイアスの重畳バイアスを印加する高圧電源３４を制御する。

バイアス回路３４の印加電圧は、画像形成処理枚数をカウントするカウンター３９のカウント値（累積印字枚数、本発明の「累積値」に相当する）Ｎに基づいて設定された乗算値Ｇを用いて制御される。乗算値Ｇは、バイアス電圧の交流成分の電圧を規定する。なお、カウンター３９の累積カウント数Ｎは、感光体ドラム２０が交換される毎にリセットされる。

また、制御回路３０は、モーター駆動ドライバー３５を介して感光体ドラム２０を回転させる駆動モーター（駆動装置）３６を制御する。さらに、制御回路３０には、累積の画像形成処理枚数（累積印字枚数）をカウントするカウンター３９のカウント値が入力される。

ＲＯＭ３１には、本発明の画像形成処理補正に係わる制御プログラムも格納されており、この画像形成処理制御プログラムを実行する制御回路３０とでマイクロコンピューターを構成している。尚、画像形成処理を実行する際の画像データ等は、ＲＡＭ３２又はＨＤＤ３３に一時的に記憶される。また、制御回路３０は、トナー濃度検知センサー２３からの検知結果をＲＡＭ３２又はＨＤＤ３３に記憶する。

制御回路３０は、上記制御の他、各現像装置２１へのトナー補給や現像装置２１に印加するバイアス電圧等の現像条件、露光ユニット２５から出射されるレーザー光Ｐ（図１参照）のレーザーパワー等の露光条件、除電装置２９の除電光量等のキャリブレーションを実行する。

２．画像形成手順
次に、画像形成装置１１の画像形成手順について説明する。パーソナルコンピューター等の外部接続機器から画像データが入力されると、先ず、帯電ローラー２６によって感光体ドラム２０の表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット２５によって感光体ドラム２０の表面にレーザー光Ｐを照射し、各感光体ドラム２０上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置２１には、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置２１内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ１９から各現像装置２１にトナーが補給される。この現像剤中のトナーは、現像装置２１により感光体ドラム２０上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット２５からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

一方、画像形成処理部１５でのトナー像の形成タイミングに合わせて給紙カセット１３（又は手差しトレイ）から記録紙が給送され、記録紙搬送経路１６を通ってレジストローラー対３０ａに搬送される。

そして、一次転写ローラー２７により一次転写ローラー２７と感光体ドラム２０との間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム２０上のイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックのトナー像が中間転写ベルト２２上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、一次転写後に感光体ドラム２０の表面に残留したトナー等がクリーニング装置２８により除去される。また、感光体ドラム２０表面の残留電荷が除電装置２９により除去される。

中間転写ベルト２２が図１の反時計回り方向に回転を開始すると、記録紙がレジストローラー対３０ａから中間転写ベルト２２に隣接して設けられた二次転写部１７へ所定のタイミングで搬送され、中間転写ベルト２２上のフルカラー画像が記録紙上に二次転写される。トナー像が二次転写された記録紙は定着部１８へと搬送される。なお、中間転写ベルト２２の表面に付着した残トナー等はベルトクリーニング装置２４により除去される。

定着部１８に搬送された記録紙は、加熱及び加圧されてトナー像が記録紙の表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された記録紙は記録紙搬送経路１６の終端部へと案内され、排出ローラー対３０ｂによってプリンター本体１２の上面を兼ねる排出トレイ１２ａ上に排出される。

３．感光体ドラム２０の使用初期における表面状態
本実施形態の画像形成装置１１に用いられる感光体ドラム２０は、使用初期における感光層表面の算術平均粗さＲａが２０［ｎｍ］以上１００［ｎｍ］以下の範囲内にあり、十点平均粗さＲｚが０．２［μｍ］以上１．０［μｍ］以下の範囲内にあり、凹凸の平均間隔Ｓｍが２０［μｍ］以下であり、凹凸の平均間隔Ｓｍ［μｍ］に対する算術平均粗さＲａ［ｎｍ］の比（Ｒａ［ｎｍ］／Ｓｍ［μｍ］）が３以上、スキューネスＲｓｋが０．３以上である表面粗さを有することが好ましい。なお、本明細書において、感光体ドラム２０の使用初期とは、耐久印字前の新品の状態をいう。また、上記の表面状態は、少なくとも感光体ドラム２０の使用初期（使用開始時の状態であり、換言すると、工場出荷後の状態である。）に有していればよい。算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、平均間隔Ｓｍは触針式２次元粗さ測定器を用いて１９９４年版のＪＩＳＢ０６０１で規定されている表面粗さ測定法により測定される。

（１）算術平均粗さＲａ
算術平均粗さＲａが２０［ｎｍ］より小さい場合、長期間の使用によりクリーニングブレード４２が摩耗し、画像不良に至る外添剤のすり抜け量が多くなる。算術平均粗さＲａが１００［ｎｍ］より大きい場合、耐久印字の比較的早い段階から帯電ローラー２６の汚染が始まってしまい、長期間の使用が困難となる。つまり、感光体ドラム２０の表面の凹凸が大きくなると、トナーの外添剤のすり抜けが使用初期の段階で生じてしまう。従って、使用初期における感光層表面の算術平均粗さＲａは、２０［ｎｍ］以上１００［ｎｍ］以下の範囲内にあることが好ましい。

（２）十点平均粗さＲｚ
感光体ドラム２０の使用初期における感光層表面の算術平均粗さＲａが、２０［ｎｍ］以上１００［ｎｍ］以下の範囲にある場合、感光体ドラム２０の使用初期における感光層表面の十点平均粗さＲｚは、０．２［μｍ］以上１．０［μｍ］以下の範囲にあることが好ましい。

これは、算術平均粗さＲａが上記範囲内にあっても、大きな凹凸が存在する場合、クリーニングブレード４２はある程度変形するものの感光ドラム２０表面に追従できず、感光体ドラム２０とクリーニングブレード４２との間に生じる隙間が大きくなる傾向にあり、これを防ぐための規定である。なお、感光体ドラム２０とクリーニングブレード４２との間隔が大きくなると、外添剤等のすり抜けが発生する。

換言すると、大きな凸部分が感光体ドラム２０の表面に存在して、この凸部分の先端がクリーニングブレード４２に接触してしまうと、大きな凸部分の間に位置する凹部分がクリーニングブレード４２と接触しないことになり、算術平均粗さＲａの大きさを規定した意味がなくなるからである。つまり、感光体ドラム２０の表面は、突飛的な凹凸が存在せず、微小な凹凸が存在するのが好ましく、この条件を十点平均粗さＲｚと算術平均粗さＲａとで規定している。なお、突飛的な凹凸が存在しないことを十点平均粗さＲｚで規定している。

（３）凹凸の平均間隔Ｓｍ
算術平均粗さＲａや十点平均粗さＲｚが上記範囲内にあったとしても、大きな凸部分が離れて存在する場合、クリーニングブレード４２は大きな凸部分に接触する（支持される）ことになる。ここでは、大きな凸部分が離れているか否かの判断に凹凸の平均間隔Ｓｍを利用している。

クリーニングブレード４２は、弾性変形可能であり、大きな凸（部分）間では感光体ドラム２０に接触するように変形する。特に、凸部分の間隔が広い場合はクリーニングブレード４２と感光体ドラム２０との接触面積が増大することとなる。接触面積が増大すると、クリーニングブレード４２との摩擦により感光体ドラム２０の駆動トルクが増大すると共に、クリーニングブレード４２の摩耗がひどくなり、やがて、クリーニングブレード４２のスティックスリップを生じ、外添剤のすり抜けが生じたり、クリーニングブレード４２のエッジが欠損したりする。なお、クリーニングブレード４２のエッジが欠損すると、良好な画像が得られないのは言うまでもない。

また、平均間隔Ｓｍが大きくなると、凸部分（山）が大きく（山の裾が広く）なり、長期使用により凸部分の頂部が摩耗すると、頂部に広い平坦部分が生じ、クリーニングブレード４２との接触面積が増大してしまう。従って、感光体ドラム２０の使用初期における感光層表面の算術平均粗さＲａが２０［ｎｍ］以上１００［ｎｍ］以下の範囲であり、十点平均粗さＲｚが０．２［μｍ］以上１．０［μｍ］以下の範囲にある場合、凹凸の平均間隔Ｓｍは２０［μｍ］以下であることが好ましい。

表面粗さが上記範囲を満たすような凹凸を、感光層表面に感光体ドラム２０の軸方向及び周方向に不規則的に形成することで、感光体ドラム２０とクリーニングブレード４２との摩擦を低減し、感光体ドラム２０の駆動トルク及びクリーニングブレード４２のエッジの摩耗の低減を達成することができる。特に、Ｒａ［ｎｍ］／Ｓｍ［μｍ］≧３を満たすことで、平均間隔Ｓｍに対して３倍以上の高さ（深さ）を有する凹凸形状となるため、感光体ドラム２０とクリーニングブレード４２との接触面積が減少し、摩擦が効果的に低減される。上記範囲を満たすような感光層表面の凹凸は、例えば、支持体としてのアルミ等の金属筒（アルミ素管等）の外周面に、ブラスト加工等により粗面化処理を行った後、その表面にアモルファスシリコン層（感光層）を形成することにより調整することができる。

（４）スキューネスＲｓｋ
また、スキューネスＲｓｋ≧０．３を満たすことで、感光体ドラム２０とクリーニングブレード４２との接触面積が減少し、摩擦が効果的に低減される。スキューネスＲｓｋが０．３以上である表面粗さを有する。算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ、平均間隔Ｓｍの測定方法は第１、第２実施形態と同様である。

ここで、スキューネスＲｓｋとは表面粗さの強弱を表すパラメーターの一つであり、平均線を中心としたときの山部と谷部の対称性（凹凸のゆがみ度）を表し、以下の式（１）のように二乗平均平方根高さＲｑの三乗によって無次元化した基準長さにおいて、Ｚ（ｘ）の三乗平均で表される。
・・・（１）

Ｒｓｋが０より大きいときは、図３に示すように凹凸は平均線Ｌに対して下側に偏った形状となる。一方、Ｒｓｋが０より小さいときは、図４に示すように凹凸は平均線に対して上側に偏った形状となる。つまり、感光層のスキューネスＲｓｋが０より大きい方がクリーニングブレード４２に対してより点接触となるため、接触面積が減少すると考えられる。

（５）ＤＵＨ硬度
感光体ドラム２０の使用初期における感光層のＤＵＨ硬度が５００［ｋｇｆ／ｍｍ²］以上１２００［ｋｇｆ／ｍｍ²］以下の範囲にあることが好ましい。ＤＵＨ硬度が５００［ｋｇｆ／ｍｍ²］より小になると、クリーニングブレード４２や摺擦ローラー４３との接触により、感光体ドラム２０の感光層が摩耗しやすく、長期間の使用ができないからである。この観点からは、ＤＵＨ硬度が高い方が好ましい。このため、ＤＵＨ硬度の上限は、現在使用することができる最も硬度の高い感光層の硬度で規定されている。なお、ＤＵＨ硬度とは、ダイナミック超微小硬度計（ＤＵＨシリーズ、島津製作所社製）により測定された押しこみ硬度（マルテンス硬度）を指す。

（６）凹凸の形態
ドラム表面の凹凸は、感光体ドラム２０の軸方向及び周方向に不規則的に存在するのが好ましい。不規則的とは、ある面内の任意の一方向で凹凸を見たときに、凹凸の存在に一定の規則性がないことをいう。

（７）領域
算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ及び平均間隔Ｓｍは、感光体ドラム２０の表面における画像形成領域の全域において、上記範囲であることが好ましい。

（８）トナー外添剤
トナーには外添剤として導電性研磨微粒子である酸化チタンやシリカが外添されているが、感光層表面の算術平均粗さＲａが大きい場合は、クリーニングブレード４２が追従できない凹凸の隙間から外添剤がすり抜けていく。そのため、本実施形態の感光体ドラム２０に用いるトナーの外添剤は平均一次粒子径が１０ｎｍ以上であることが好ましい。

４．帯電ローラー２６に印加する交流バイアスの設定
以下、本発明の画像形成装置１１の特徴部分について説明する。本発明の画像形成装置１１においては、感光体ドラム２０の使用初期からの累積印字枚数に応じて帯電ローラー２６に印加する交流バイアスを設定する。なお、帯電ローラー２６には直流バイアスと交流バイアスの重畳バイアスが印加されるが、直流バイアスは適正な値とする。

図５は、感光体ドラム２０の表面電位とバイアス回路３４から帯電ローラー２６に印加される交流バイアスのピークツーピーク値との関係を示すグラフである。図５に示すように、交流バイアスのピークツーピーク値を増加させると、感光体ドラム２０の表面電位は直線的に上昇していくが、ある交流バイアス値を境に感光体ドラム２０の表面電位は略一定となる。この境の交流バイアス値（基準交流バイアス）を基準とした交流バイアスの比が乗算値Ｇである。

感光体ドラム２０を帯電させるために必要な交流バイアスは、設計条件や環境条件によって異なり、どの場合においても適正な値が存在するが、一般に乗算値Ｇが１以上であれば感光体ドラム２０の表面電位は安定する。また、Ｇ＝１となる境の交流バイアス値は、一般に、直流バイアスの放電開始電圧の２倍である。直流バイアスだけでも放電は起こるが、交流バイアスを重畳することで安定した表面電位を得ることができる。

図５では、常温環境スタート時、常温環境連続印字中、および低温環境スタート時の３つの場合について感光体ドラム２０の表面電位とバイアス回路３４が印加する交流バイアスとの関係を示している。画像形成処理を続けていると、感光体ドラム２０や帯電ローラー２６が温まり、耐久の進んでない新品に近い帯電ローラー２６の場合は感光体ドラム２０の帯電に必要な交流バイアスは小さくて済むようになる。その結果、交流バイアスが必要以上に印加されることになり、感光体ドラム２０の表面に放電生成物が発生し易くなる。例えば、画像形成装置１１本体の機内温度が常温環境下（例えば、機内温度２３℃）の場合、画像形成処理開始時は交流バイアス１０００（Ｖ）付近が適正な値であるが、連続した画像形成処理中においては９００（Ｖ）付近の交流バイアスが適正な値になることもある。また、画像形成処理開始時の機内環境が低温環境下（例えば、機内温度１０℃）であった場合、交流バイアス１５００（Ｖ）付近が適正な値である。

本実施形態の画像形成装置１１における感光体ドラム２０の使用開始からの期間Ｔとバイアス回路３４から帯電ローラー２６に印加される交流バイアスＶの関係の一例を表１に示す。使用開始からの期間Ｔは、感光体ドラム２０の使用開始からの印字枚数の累積値（累積印字枚数）を示すカウンター３９の累積カウント数Ｎで表わされる。交流バイアスＶは乗算値Ｇで表わされる。

図６は、表１に示す累積カウント数Ｎと乗算値Ｇとの関係の一例をグラフに示したものである。表１および図６に示すように、累積カウント数Ｎが１０，０００枚未満である第１の期間Ｔ１においては、０．９７≦Ｇ＜１．００を満たす乗算値Ｇの第１交流バイアスＶ１を印加する。累積カウント数Ｎが１０，０００枚以上で３００，０００枚未満である第２の期間Ｔ２においては、１．００≦Ｇ＜１．２０を満たす乗算値Ｇの第２交流バイアスＶ２を印加する。累積カウント数Ｎが３００，０００枚以上である第３の期間Ｔ３においては、０．９７≦Ｇ＜１．１０を満たす乗算値Ｇの第３交流バイアスＶ３を印加する。

５．帯電ローラー２６に印加する交流バイアスの設定制御
図７は、本実施形態に係る画像形成装置１１において制御回路３０がバイアス回路３４を介して帯電ローラー２６に印加する交流バイアスの設定を行うバイアス設定制御の処理内容を示すフローチャートである。なお、画像形成装置１１全体を制御する不図示のメインルーチンがあり、図７に示すフローは当該メインルーチンのサブルーチンである。図７に示す画質低下抑制制御のサブルーチンは、画像形成装置１１の電源がオンになるとスタートする。

制御回路３０は、先ず、プリントジョブを受け付けたかどうかを監視する（ステップＳ１）。プリントジョブの受け付けは、画像形成装置１１の操作パネルを介したユーザーからの入力や、ＬＡＮやインターネット等の通信回線を介して接続されたＰＣ等からの入力により行われる。プリントジョブを受け付けていない場合には（ステップＳ１でＮｏ）、制御回路３０はそのまま監視を継続する。

プリントジョブを受け付けた場合には（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御回路３０は、カウンター５５によりカウントされた累積カウント数（感光体ドラム２０の使用初期からの累積印字枚数）Ｎが１０，０００枚未満であるかどうかを判定する（ステップＳ２）。累積カウント数Ｎが１０，０００枚未満である（第１の期間Ｔ１である）場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、制御回路３０は、バイアス回路３４から帯電ローラー２６に０．９７≦Ｇ＜１．００の範囲内の乗算値Ｇで第１交流バイアスＶ１を印加させる（ステップＳ３）。

累積カウント数Ｎが１０，０００未満でない場合、即ち、累積カウント数Ｎが１０，０００以上である（第２の期間Ｔ２又は第３の期間Ｔ３である）場合は（ステップＳ２でＮｏ）、次に累積カウント数Ｎが３００，０００枚未満であるかどうかを判定する（ステップＳ４）。

累積カウント数Ｎが３００，０００枚未満である（第２の期間Ｔ２である）場合は（ステップＳ４でＹｅｓ）、制御回路３０は、バイアス回路３４から帯電ローラー２６に１．００≦Ｇ≦１．２０の範囲内の乗算値Ｇで第２交流バイアスＶ２を印加させる（ステップＳ５）。

累積カウント数Ｎが３００，０００枚未満でない場合、即ち、累積カウント数Ｎが３００，０００枚以上である（第３の期間Ｔ３である）場合は（ステップＳ４でＮｏ）、制御回路３０は、バイアス回路３４から帯電ローラー２６に０．９７≦Ｇ≦１．１０の範囲内の乗算値Ｇで第３交流バイアスＶ３を印加させる（ステップＳ６）。その後、ステップＳ１に戻り、制御回路３０はプリントジョブを受け付けたかどうかを監視し、以下同様の手順を繰り返す（ステップＳ１〜Ｓ６）。

本実施形態の画像形成装置１１では、感光体ドラム２０の使用初期である第１の期間Ｔ１（Ｎ＜１０，０００）において、第２の期間Ｔ２（１０，０００≦Ｎ≦３００，０００）の場合よりも乗算値Ｇを低く設定しており、Ｖ１＜Ｖ２となっている。これにより、第１の期間Ｔ１において放電生成物の発生を抑制し、スティックスリップによる外添剤のすり抜けを抑制することができる。感光体ドラム２０の使用初期の第１の期間Ｔ１においては、感光体ドラム２０や帯電ローラー２６も比較的きれいな状態なので、乗算値Ｇを低く設定して交流バイアスＶを低くしても画質劣化は無視できる程度であると考えられる。

さらには、交流バイアスＶを比較的低くすることにより、帯電された感光体ドラム２０の表面電位が比較的低くなり、感光体ドラム２０の表面に対するトナー及び外添剤の付着力が小さくなる。その結果、除電装置２９による除電やクリーニングブレード４２、摺擦ローラー４３によるクリーニングでトナー及び外添剤が除去されやすくなり、感光体ドラム２０の表面とクリーニングブレード４２との間をすり抜ける外添剤の量も少なくなる。

これにより、感光体ドラム２０の使用初期である第１の期間Ｔ１における第１交流バイアスＶ１を、第２の期間Ｔ２における第２交流バイアスＶ２よりも低くすることで、画質を犠牲にすることなく外添剤のすり抜けを抑制することができる。

一方、累積カウント数Ｎが３００，０００＜Ｎである第３の期間Ｔ３においては、それまでの使用により既に放電生成物が感光体ドラム２０の表面に付着し、また感光体ドラム２０表面の凹凸も摩耗して表面粗さが小さくなっているため、スティックスリップが発生しやすくなっている。従って、乗算値Ｇを第２の期間Ｔ２よりも低めに設定して、放電生成物の発生を抑制する。ここで、使用初期の場合と異なり、帯電ローラー２６は既にある程度汚れているので、交流バイアスＶを低くし過ぎると画質劣化が顕著に表れるおそれがある。そのため、第３の期間Ｔ３に印加される第３交流バイアスＶ３においては、乗算値Ｇの上限を第１の期間Ｔ１よりも高く設定している。

以上説明したように、本実施形態に係る画像形成装置１１によると、感光体ドラム２０表面の表面粗さが大きい使用初期の段階における外添剤のすり抜けを抑制することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の画像形成装置１１について実施形態を例に説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、以下のような変形例であってもよい。また、実施形態と変形例、変形例同士を組み合わせたものであってもよい。また、実施形態に記載していていない例や、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。

（変形例１）乗算値Ｇは、それぞれの範囲内において予め所定の値が設定されていてもよい。
（変形例２）乗算値の基準となるＧ＝１の電圧は、画像形成装置１１が設置されている環境（気温や湿度等）や帯電ローラー２６のゴムの基材の抵抗によって異なる。従って、乗算値Ｇは、それぞれの範囲におけるその時の環境に基づいて決定される最適値であってもよい。
（変形例３）累積印字枚数を計数する方法は、カウンター５５による計数に限られるものではなく、例えば、ＲＡＭ５３等でその回数を記憶するようにしてもよい。
（変形例４）上記実施形態では第１の期間Ｔ１〜第３の期間Ｔ３をカウンター３９の累積カウント数Ｎで表しているが、これに限らず、感光体ドラム２０の累積駆動時間で表してもよい。
（変形例５）第３の期間Ｔ３において、乗算値Ｇの範囲を第２の期間Ｔ２と同じにしてもよい。即ち、Ｖ２＝Ｖ３であってもよい。

本発明は、表面にトナー像が形成される像担持体を備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、像担持体表面の表面粗さが大きい使用初期の段階における外添剤のすり抜けを抑制することができる画像形成装置を提供することができる。

１１画像形成装置
２０感光体ドラム（像担持体）
２１現像装置
２６帯電ローラー（帯電部材）
３０制御回路（制御部）
３１ＲＯＭ
３３ＨＤＤ
３４バイアス回路（バイアス印加装置）
３６駆動モーター
３９カウンター（印字枚数カウント部）
４２クリーニングブレード（クリーニング部材）

Claims

表面にトナー像が形成される像担持体と、
前記像担持体の表面に接触するように配置され、前記像担持体の表面をクリーニングするクリーニング部材と、
前記像担持体を帯電させる帯電部材と、
前記帯電部材に直流バイアスと交流バイアスとを重畳した帯電バイアスを印加するバイアス印加装置と、
前記バイアス印加装置から前記帯電部材に印加される帯電バイアスを制御する制御部と、
を有する画像形成装置であって、
前記制御部は、前記像担持体の使用開始から所定時間が経過するまでの第１の期間において前記帯電部材に印加される交流バイアスを第１交流バイアスとし、前記第１の期間に続く第２の期間において、前記交流バイアスを前記第１交流バイアスよりも高い第２交流バイアスとし、
前記制御部は、前記バイアス印加装置から前記帯電部材に印加される交流バイアスを増加させたとき前記像担持体の表面電位が略一定となる交流バイアスを基準交流バイアスとし、前記基準交流バイアスに対する前記第１交流バイアスまたは前記第２交流バイアスの比をそれぞれ第１乗算値、第２乗算値として、前記第１乗算値および前記第２乗算値が所定の範囲となるように前記第１交流バイアス及び前記第２交流バイアスを設定し、
前記第２乗算値を前記第１乗算値よりも高くすることを特徴とする画像形成装置。
前記制御部は、前記第２の期間に続く第３の期間において前記帯電部材に印加される交流バイアスを第３交流バイアスとし、前記基準交流バイアスに対する前記第３交流バイアスの比を第３乗算値とするとき、前記第３乗算値の最大値を、前記第１乗算値の最大値よりも高く、且つ前記第２乗算値の最大値よりも低くすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記制御部は、前記第３乗算値の最小値を、前記第１乗算値の最小値と等しく、且つ前記第２乗算値の最小値よりも低くすることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記像担持体の使用開始からの累積印字枚数をカウントする印字枚数カウント部を備え、
前記制御部は、前記印字枚数カウント部によりカウントされた累積印字枚数に基づいて前記第１の期間及び前記第２の期間を決定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
前記像担持体の使用初期における前記像担持体の表面の算術平均粗さＲａが２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、十点平均粗さＲｚが０．２μｍ以上１．０μｍ以下、表面硬度がＤＵＨ硬度で５００ｋｇｆ／ｍｍ ² 以上１２００ｋｇｆ／ｍｍ ² 以下の範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
前記像担持体の表面にはアモルファスシリコン感光層が形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。