JPH04246666A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば電子写真複写機・
同プリンタ・静電記録装置等のように感光体・誘電体等
の像担持体に該像担持体を帯電（除電も含む）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
形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のような画像形成装置におい
て像担持体を所定の電位・極性に帯電処理する手段とし
ては均一帯電性のよいコロトロンやスコロトロン等のコ
ロナ放電器が広く利用されている。

【０００３】しかし、コロナ放電器は高価な高圧電源を
必要とする、それ自体や高圧電源のシールド空間等のス
ペースを必要とし、又オゾン等のコロナ生成物の発生が
多くその対処のための付加手段・機構を必要とし、それ
等が装置を大型化・高コスト化等する因子となっている
等の問題点を有している。

【０００４】接触帯電は、電圧（例えば１〜２ＫＶ程度
の直流電圧或いは直流電圧と交流電圧の重畳電圧等）を
印加した帯電部材を像担持体等の被帯電体面に所定の押
圧力をもって当接させて被帯電体面を所定の電位に帯電
させるものである。電源の低電化ができる、オゾン等の
発生は微量である、構造が簡素等の利点がある。帯電部
材はローラ型・ブレード型・ワイヤ型・ロッド型・ブロ
ック型・ブラシ型など適宜の形状・形態の導電性部材を
使用できる。

【０００５】本出願人が先に提案（特開昭６３−１４９
６６９号公報）したように直流電圧を帯電部材に印加し
た時の被帯電体の帯電開始電圧の２倍以上のピーク間電
圧を有する振動電界を帯電部材と被帯電体との間に形成
することにより被帯電体の帯電を均一にすることができ
る。また、特開昭６４−７３３６４号公報の開示のよう
に帯電部材の表層に抵抗層を設けることにより感光体等
の被帯電体表面のピンホール・傷等による電気的リーク
を防止することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記のような接
触帯電装置を画像形成装置の像担持体の帯電処理手段と
して用いた場合には下記のような問題点がある。

【０００７】（１）帯電部材が像担持体面に接触して摺
動するから、帯電部材が像担持体面のクリーニングもれ
トナー等をひろって汚染されやすく、又逆に像担持体面
も帯電部材の圧接でトナー融着等を生じて汚染されたり
、帯電部材からの可塑剤ブリードで汚染されやすく、こ
れにより画像不良が発生することがあった。帯電部材が
像担持体との摺動で摩耗したり、圧接へたりを生じて経
時的に帯電不良を生じたり、像担持体の傷付き発生等で
画像不良を生じることがあった。

【０００８】（２）帯電の均一性をはかるために帯電部
材に交流電圧を含む電圧を印加して像担持体の帯電処理
を実行させたとき、その交流電圧の周波数を高周波にす
ると互いに接触している帯電部材と像担持体の振動現象
で帯電音と称される耳ざわりな騒音を発生するようにな
る。

【０００９】（３）周波数を低くすることで帯電音は低
減化されるが、こんどは画像に干渉縞が生じることがあ
る。例えばレーザビームプリンタのように像担持体の帯
電面にライン走査で画像情報の書き込みをして静電潜像
を形成する画像形成装置においては副走査方向に高密度
で等間隔の画像パターンを出力すると接触帯電部材に印
加する交流電圧の周波数と画像パターンの空間周波数と
が低くなると画像面に干渉縞が発生してしまうことがあ
る。交流電圧の周波数を十分高周波にすれば解決可能で
あるが、そうすると前記（２）の帯電音の発生が顕著化
することになってしまう。

【００１０】本発明は上記に鑑みて開発したもので、接
触帯電と同様の利点を保有していて像担持体を帯電処理
することができ、しかも上記（１）〜（３）のような問
題点なく良好な画像を安定に出力できるようにした画像
形成装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、像担持体に該
像担持体を帯電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、前記像担持
体の帯電処理手段は像担持体に空隙を存して対向配置さ
れ電圧印加がなされる帯電部材であり、前記帯電部材は
、該帯電部材による像担持体の帯電領域が非画像領域の
うちの少なくとも一部で交流定電流制御を行なうととも
にこのときの交流電圧を検知し、画像領域のときは該検
知交流電圧あるいは該検知交流電圧を演算処理した交流
電圧に所定の直流電圧を重畳した振動電圧で定電圧制御
を行なうことを特徴とする画像形成装置である。

【００１２】また上記において、前記帯電部材に印加す
る電圧は帯電部材に直流電圧を印加した時の像担持体の
帯電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有する振動電
圧であることを特徴とする画像形成装置である。

【００１３】

【作用】■．即ち、接触帯電で用いられるようなローラ
型・ブレード型等の帯電部材を像担持体に接触させずに
像担持体に対して例えば１ｍｍ以下の空隙を存して近接
させて対向配設し、この帯電部材に電圧を印加する構成
も接触帯電と同様の利点をもって像担持体の帯電処理を
実行することができるのである。

【００１４】■．従ってこの場合は帯電部材は像担持体
に対して非接触であるから、接触帯電の場合の帯電部材
と像担持体が接触していることによる前記（１）の問題
即ち帯電部材又は／及び像担持体の汚染による画像不良
発生等の問題は生じない。

【００１５】■．また帯電部材に交流電圧成分を含む電
圧を印加した場合の前記（２）の帯電音の発生の問題も
交流電圧の周波数が高くても帯電部材と像担持体とが非
接触だから生じない。

【００１６】■．上記■のように交流電圧の周波数が高
くても帯電音の発生はなくなるから、画像パターンの空
間周波数に対して帯電部材の印加交流成分の周波数を十
分に高くする処置で画像面の干渉縞発生を防止すること
が可能となり、前記（３）の干渉縞発生の問題も解消さ
れる。

【００１７】■．そして、帯電部材は、該帯電部材によ
る像担持体の帯電領域が非画像領域のうちの少なくとも
一部で交流定電流制御を行なう（帯電領域が非画像領域
であるときその全領域期間について交流定電流制御する
必要はなく、その期間中の一部で制御を行なってもよい
）とともに、このときの交流電圧を検知し、画像領域の
ときは該検知交流電圧あるいは該検知交流電圧を演算処
理した交流電圧に所定の直流電圧を重畳した振動電圧で
定電圧制御を行なうことで、像担持体と帯電部材との隙
間距離の変動によって、また温度環境の変動によって、
帯電部材の負荷インピーダンスに変化が生じても、画像
形成中は像担持体と帯電部材との隙間に必要かつ十分な
ピーク間電圧を有する振動電界が一定の定電圧で形成さ
れるため、均一で安定した帯電がなされる。

【００１８】

【実施例】（１）画像形成装置の概略構成図１は本発明
に従う画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の
画像形成装置は電子写真方式のレーザビームプリンタで
ある。

【００１９】１はプリンタ本体、２はこのプリンタにオ
プショナルに組合せて使用される転写材給送装置であり
、プリンタはこの転写材給送装置２上に所定に位置決め
して搭載してセットされる。

【００２０】プリンタ１において１Ａはプリンタの前面
扉部であり、プリンタ本体に対して開閉自在である。開
き操作によりプリンタ内部が大きく開放されてプロセス
カットリッジ３の着脱交換操作やプリンタ内の保守・点
検、ジャム紙の除去処理等ができる。

【００２１】プロセスカートリッジ３は本実施例のもの
は、回転ドラム型の電子写真感光体４と、帯電部材とし
ての帯電ローラ５と、トナー現像装置６と、感光体クリ
ーニング装置７の４つのプロセス機器を包含させたもの
であり、プリンタ本体内に所定に装着されることでプリ
ンタ本体側と機械的・電気的にカップリングした状態と
なる。

【００２２】感光体４は本例のものはアルミニウム基体
４ａ（図２）の表面に厚さ２０μｍの有機半導体・アモ
ルファスシリコンなどの感光層４ｂを形成した直径３０
ｍｍのドラム型感光体である。

【００２３】プリンタ本体１に対して開閉自在の前面扉
部１Ａ側には、ヒンジ軸８を中心に回動して前面扉部１
Ａの前面にたたみ込み格納自由の給紙トレイ９、給紙ガ
イド１０、給送ローラ１１，分離パッド１２、転写ロー
ラ１４、給紙ガイド１５、定着ローラ対１６、排紙ロー
ラ１７、着脱自在の排紙トレイ１８等が配設されている
。前面扉部１Ａがプリンタ本体１に対して閉じ込まれた
図１の状態において、給送ローラ１１はプリンタ本体１
側の搬送ローラ１３に対向して位置し、転写ローラ１４
はプリンタ本体１内に装着されているプロセスカートリ
ッジ３の感光体４の外部露出面に対向して位置する。

【００２４】プリントスタート信号により感光体４が矢
示の反時計方向に所定の周速度（プロセススピード）を
もって回転駆動され、後述する帯電ローラ５によりその
周面が所定の極性・電位に一様に帯電処理される。

【００２５】その帯電処理面に対してプリンタ本体１内
の不図示のレーザスキャナから目的の画像情報の時系列
電気デジタル画素信号に対応して変調されて出力される
レーザビームＬによる走査露光（感光体ドラムの母線方
向を主走査として、ドラムの回転を副走査とする走査露
光）がなされることで、回転感光体１面に目的の画像情
報に対応した静電潜像が形成されていく。レーザスキャ
ナからのレーザビームＬはプロセスカートリッジ３の現
像装置６とクリーニング装置７との間に設けた通路を通
ってカートリッジ内へ進入して感光体４に当たる。

【００２６】感光体４に形成された潜像は現像装置６に
よりトナー像として可視化される。一方、給紙トレイ９
からの給紙が指定されているときは該トレイ９上にセッ
トされている転写材Ｐが給送ローラ１１と分離パッド１
２の共働により１枚宛プリンタ内へ給送されて給送ロー
ラ１１と搬送ローラ１３とのニップ部を通って感光体４
と転写ローラ１４との間（転写部）へ給送される。また
転写材給送装置２からの給送が指定されているときは該
装置２側の給送ローラ２０が１回転駆動されることで該
装置２内の積載収納転写材Ｐの最上位転写材が分離爪２
１との共働で１枚分離給送され、搬送ローラ対（または
レジストローラ）２２で中継ぎされてプリンタ底板の転
写材進入口１９からプリンタ内へ導入されて給送ローラ
１１と搬送ローラ１３とのニップ部を経由して感光体４
と転写ローラ１４との間へ給送される。

【００２７】上記転写材の転写部への給送は感光体４に
形成されたトナー像の先端部が転写部へ到達したとき転
写材の先端も該転写部に丁度到達するタイミングとなる
ように感光体の回転と同期どりされてなされる。転写部
を転写材が通過することで、転写ローラ１４に印加され
た転写バイアスの作用で感光体４側のトナー像が転写材
Ｐ面側に順次に転移（転写）される。

【００２８】転写部を通った転写材はガイド１５で定着
ローラ対１６へ導入されて像定着を受け、排紙ローラ１
７により排紙トレイ１８上に排出される。

【００２９】トナー像転写後の感光体４はクリーニング
装置７により転写残りトナー等の付着残留汚染物の除去
を受けて清浄面化されて繰り返して作像に供される。

【００３０】（２）帯電ローラ５ 図２は帯電ローラ５部分の拡大横断面模型図を示してい
る。本実施例の帯電ローラ５は直径１０ｍｍの鉄・ＳＵ
Ｓ等の導電性芯金５ａの外周面に厚さ１ｍｍで、体積抵
抗１．１×１０９　Ωｃｍのエピクロルヒドリンゴムか
らなる抵抗外層５ｂを被覆形成した直径１２ｍｍのロー
ラ体であり、この帯電ローラ５を感光体４に対して所定
の隙間α、例えば１ｍｍ以下、本実施例では８０μｍの
微小な隙間を存して対向配置するために、該帯電ローラ
５の長手両端部側の外周に抵抗層５ｂと一体に絶縁性部
材からなるスペーサリング部５ｃを形成してある。この
両端側のスペーサリング部間の帯電ローラ有効長は本実
施例では２２０ｍｍとした。

【００３１】上記の帯電ローラ５を感光体４に対して感
光体ドラムの母線に並行にして軸受させると共に不図示
の加圧ばね手段により押圧して両端側のスペーサリング
部５ｃを感光体面に受け止めさせた状態に保たせること
で、スペーサリング部間の帯電ローラ５部分が感光体４
に対してスペーサリング部５ｃの肉厚で規定される所定
の隙間αを存して対向配置される。

【００３２】（３）帯電ローラ５に対する電圧印加制御
図２においてＥは帯電ローラ５に対する印加バイアス電
源であり、交流電源Ｅ１と、直流電源Ｅ２からなり、直
流電圧に交流電圧を重畳した電圧を出力する。

【００３３】交流バイアスの波形としては正弦波・矩形
波・三角波等適宜使用可能である。また交流バイアスは
例えば直流電源を周期的にＯＮ・ＯＦＦすることによっ
て形成された矩形波の電圧を含む。交流バイアスを制御
するとはそのピーク間電圧を制御すればよい。このよう
に交流バイアスは周期的にその電圧値が変化するような
バイアスが使用できる。

【００３４】交流電源Ｅ１は、帯電部材としての帯電ロ
ーラ５による感光体の帯電領域が作像シーケンス中の所
謂前回転や紙間などにおける非画像領域の場合に所定の
電流値（本実施例では周波数１ＫＨｚ、７５０μＡ（Ｒ
ＭＳ））で定電流制御を行ない、このときの交流電圧値
を検知し、画像領域においてはこの電圧に係数Ｒ（本実
施例ではＲ＝１．１）を乗じた値で定電圧制御する。

【００３５】直流電源Ｅ２は定電圧制御によって直流成
分を所定の電圧（本実施例では−８５０Ｖ）に維持する
。この直流電圧によって感光体４の帯電電位が決定され
る。

【００３６】図３は帯電ローラ（帯電部材）に流れる交
流電圧と、このときこれに生ずる交流電圧のピーク間電
圧Ｖｐｐとの関係を示すグラフであって実線Ａは高温高
湿時、破線Ｂは低温低湿時の変化を示すものである。７
５０μＡで定電流制御した場合、高温高湿下では２１５
０Ｖｐｐ、低温低湿下では３０００Ｖｐｐのピーク間電
圧が生ずる。

【００３７】つぎに、帯電部材に印加する交流電圧Ｖｐ
ｐを変化させた場合の被帯電体（感光体）の表面電位Ｖ
ｓを図４に示す。この場合、直流電圧ＶＤＣは８５０Ｖ
に設定してあるものとする。

【００３８】高温高湿環境下（実線Ｃ）では交流分のＶ
ｐｐが放電開始電圧Ｖｔｈ（約１０５０Ｖ）の２倍の２
１００Ｖ以上で、被帯電体の表面電位が安定する。帯電
部材たる帯電ローラ５の外層（抵抗層）５ｂのインピー
ダンスは被帯電体４のそれに比べて十分小さくなってい
るから、交流電源Ｅ１の交流成分中、帯電部材にかかる
分は無視できる程度に小さく、したがって交流分は殆ど
被帯電体に印加されると考えてよい。

【００３９】交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐと帯電開始
電圧Ｖｔｈが、Ｖｐｐ≧２｜Ｖｔｈ｜の関係にあるとき
には均一な帯電が行なわれる。即ち、これは、上記のよ
うな関係が成立するときには、帯電部材から被帯電体へ
の電荷の移動だけでなく、これと反対方向への電荷の移
動が開始され、被帯電体へ局部的に電荷がのって高電位
となっても、逆方向の移動によって一様化されると考え
られるからである。

【００４０】低温低湿環境下（図４の破線Ｄ）では、帯
電部材の前記外層５ｂのインピーダンスが大きくなり、
印加する交流成分のこの部分での減衰が増大するので、
帯電部材の表面電位を安定させるには２７００Ｖ以上を
必要とすると考えられる。ところが、このような設定値
では、高温高湿環境下では帯電部材のインピーダンスが
小さくなるので、交流電流値１．３ｍＡを越える電流が
流れて被帯電体のピンホール発生あるいはオゾン発生の
原因となる。

【００４１】そこで本実施例では前述したように、前回
転、紙間などの、像担持体の非画像領域の帯電時には交
流定電流制御を行ない（７５０μＡ）、この時の交流電
圧を検知して、画像領域に対してはこの検知電圧に係数
１．１を乗じた値の交流電圧に直流電圧（−８５０Ｖ）
を重畳した電圧で定電圧制御を行なうものとする。

【００４２】これによって、高温高湿には約２１５０Ｖ
ｐｐ程度の交流電圧を検知し、通紙時にはこの１．１倍
の２３６５Ｖｐｐ（実効値）の交流電圧に−８５０Ｖの
直流定電圧を重畳した電圧で定電圧制御を行なう。

【００４３】低温低湿環境下では３０００Ｖｐｐを検知
し、通紙時にはその１．１倍の約３３００Ｖｐｐの交流
電圧に−７５０Ｖの直流電圧を重畳した電圧で帯電部材
を定電圧制御する。

【００４４】以上の実施態様においては係数Ｒを１．１
としたが、係数がこの値に限定されるものでないことは
勿論で、１以上、プロセス条件によっては更に大きい値
とすることも可能である。

【００４５】以上のように本実施例では、高温高湿環境
下で帯電部材たる帯電ローラ５の外層５ｃのインピーダ
ンスが小さくなっても交流印加電圧が低下するので、被
帯電体たる感光体４のピンホールの発生またはオゾンの
発生を可及的に防止でき、また低温低湿環境下で前記外
層５ｃのインピーダンスが増大しても印加電圧は上がる
ので、帯電部材によって電圧が減衰しても帯電部材の帯
電能を一定に維持できる。

【００４６】また、感光体４と帯電ローラ５との空隙長
α（図２）が変わることによってもインピーダンスが変
化するため湿度環境の変化と同様な現象が生じる。すな
わち前述図４のグラフにおいて、空隙長が長くなるとイ
ンピーダンスが増大するため低温環境時と同様にグラフ
が右にシフトし、空隙長が短くなるとインピーダンスが
減少するため高湿環境時と同様にグラフが左にシフトす
る。

【００４７】したがって本発明によれば感光体４と帯電
ローラ５の空隙長αにバラツキが生じても空隙長に応じ
た最適な交流電圧とすることができる。微小な空隙αを
部品精度で保証することは困難であり、特に帯電装置を
プロセスカートリッジ３に組み込んだ電子写真装置では
装置本体で本発明の電圧制御を行なうと大きなメリット
となる。

【００４８】画像形成中は定電圧制御とするのは以下の
理由による。定電流制御により湿度環境および帯電部材
の空隙長αに応じた交流電圧を検知することができるが
、実際の画像形成装置を稼働させると稼働中でも回転ム
ラや振動等により帯電ローラの負荷インピーダンスが少
しではあるがある範囲内で変動している。また、感光体
にピンホール等があるとその部分で瞬間的にインピーダ
ンスが変動する。このため画像形成中も定電流制御をす
ると、交流電圧のピーク間電圧が変動する。この変動が
画像ムラとして現われることがあり、特に感光体にピン
ホールがある場合は急激に一瞬ピーク間電圧が下がって
しまうため微小なピンホールでも帯状に帯電不良となり
、画像ムラが目立ってしまうことがある。したがって、
湿度環境および帯電部材の空隙長に応じた交流電圧を検
知してしまえば、画像形成中は定電圧制御することが望
ましい。

【００４９】なお、帯電部材はローラ型に限ぎらず、ブ
レード型・ワイヤ型・ロッド型・ブロック型・ブラシ型
など適宜の形状・形態の導電性部材を使用できる。

【００５０】図５に制御系のブロック図、図６に各動作
のタイミングを示すチャート例を示す。画像形成のため
の画像走査露光を行なう前に、交流電圧制御回路５１は
ＣＰＵ５０の指令によりまず交流電圧電源回路５２が帯
電部材５に対して一定電流値を流すように定電流制御を
行なう。この時の帯電部材５のインピーダンスに基づい
た交流電圧値が電圧検知回路５３で検知され、この検知
信号によりＣＰＵ５０は上記電圧値またはこれを演算処
理した電圧値によって交流電圧を定電圧制御に切り換え
る。５４は直流定電圧電源回路である。その後、画像形
成のための画像走査露光を行ない静電潜像が形成され画
像形成が実行される。。

【００５１】

【発明の効果】以上のように本発明の画像形成装置は、
低電圧化できる、オゾンの発生が少ない、簡素である等
の接触帯電方式と同様の帯電性能・利点を全て具備し、
しかも接触帯電方式で問題の、帯電部材又は／及び像担
持体の汚染による画像不良発生、帯電音の発生、画像面
の干渉縞の発生等なく、像担持体の帯電処理を実行する
ことが可能である。

【００５２】そして帯電部材に交流成分と直流成分を有
する電圧を印加し交流成分を所定の電圧に定電圧制御す
ることにより、帯電部材と像担持体との空隙距離や環境
条件が変化してインピーダンスが変わっても像担持体に
対してリークを防ぐとともに、帯電不良を起こすことな
く均一に安定した帯電を行なうことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　実施例の画像形成装置の概略構成図

【図２
】　　帯電ローラ部分の拡大横断面模型図

【図３】　　
交流電流と帯電部材に生ずる交流電圧（ピーク間電圧）
との関係を示すグラフ

【図４】　　帯電部材に印加する交流成分のピーク間電
圧Ｖｐｐと被帯電体の表面電位Ｖｓの関係を示すグラフ

【図５】　　制御系のブロック図

【図６】　　タイミングチャート例

【符号の説明】

４　　像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体
５　　帯電部材としての帯電ローラ Ｈ　　バイアス印加電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　像担持体に該像担持体を帯電する工程
   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、前記像担持体の帯電処理手段は像担
   持体に空隙を存して対向配置され電圧印加がなされる帯
   電部材であり、前記帯電部材は、該帯電部材による像担
   持体の帯電領域が非画像領域のうちの少なくとも一部で
   交流定電流制御を行なうとともにこのときの交流電圧を
   検知し、画像領域のときは該検知交流電圧あるいは該検
   知交流電圧を演算処理した交流電圧に所定の直流電圧を
   重畳した振動電圧で定電圧制御を行なうことを特徴とす
   る画像形成装置。
2. 【請求項２】　　前記帯電部材に印加する電圧は帯電部
   材に直流電圧を印加した時の像担持体の帯電開始電圧の
   ２倍以上のピーク間電圧を有する振動電圧であることを
   特徴とする請求項１記載の画像形成装置。