JP2015118179A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 帯電方式が固定である場合よりも帯電回転体の汚れを抑制することが可能な画像形成装置を提供すること。【解決手段】 感光体の表面に接触して帯電を行う帯電ローラを有する画像形成装置であって、感光体の表面に形成されたトナー像を転写する際に印加する転写電圧を設定する転写設定手段を有し、転写電圧が１０００Ｖ未満である場合には直流電圧を帯電電圧として設定し、転写電圧が１０００Ｖ以上である場合には直流電圧と交流電圧を重畳した電圧を帯電電圧として設定する。【選択図】 図８

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの機能を複数備えた複合機等の電子写真プロセスを利用した画像形成装置に関する。

電子写真プロセスを利用した画像形成装置における感光体を帯電させる方法として、接触帯電方式が実用化されている。この方式では、帯電部材として、導電性支持体（芯金）の外周に導電性弾性体層を設け、該導電性弾性体層の外周に抵抗層を被覆して設けた帯電ローラを用いる。そして、この帯電ローラを感光体の表面に接触させて回転可能に配設し、芯金に帯電電圧を印加し、帯電ローラと感光体の当接ニップの近傍で微小な放電を発生させて感光体の表面を帯電させる。

芯金に印加する帯電電圧を、直流電圧のみにしたＤＣ帯電方式と、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧にしたＡＣ帯電方式がある。ＡＣ帯電方式の場合、帯電の均一性を得るために重畳する交流電圧には、帯電ローラに直流電圧を印加した時に帯電ローラと感光体との間での放電が開始される電圧値である放電開始電圧の絶対値の２倍以上のピーク間電圧Ｖｐｐを持つ交流電圧が使用されている。

近年、画像形成装置の長寿命化や高速化に伴い、帯電ローラの長寿命化が望まれている。帯電ローラの寿命に影響する要因として、転写後に感光体に残留したトナーや外添剤などの異物の帯電ローラへの付着による汚れが挙げられる。転写後に感光体の表面に残留したトナーや外添剤などの異物を除去するためのクリーニングブレードなどの清掃部材が設けられているが、清掃部材をすり抜けたトナーや外添剤などの異物が発生するため、帯電ローラの汚れが発生する。帯電ローラは感光体に接触して回転する部材であるため、感光体上に形成されたトナー像を中間転写ベルト又は記録材等の転写媒体に転写した後に、感光体の表面に残留している上記のような異物が帯電ローラに転移して汚れやすい。このように帯電ローラが汚れることによって、帯電能力の低下及び帯電ムラが発生する。この帯電ローラの汚れによる帯電能力の低下や帯電ムラが帯電ローラの長寿命化を妨げる要因の一つとなる。

そこで、帯電ローラの外周面に帯電清掃部材としてのスポンジローラを当接させて、帯電ローラ表面に付着した異物をスポンジローラに転写させて帯電ローラ表面から異物を除去することによって、帯電ローラの帯電不均一性を改善することが特許文献１に開示されている。

特開平５−２６５３０７号公報

しかしながら、特許文献１のように帯電回転体としての帯電ローラにスポンジローラを当接する方法についても、スポンジローラ自体の汚れによる清掃能力の低下等の限界があり、さらなる長寿命化が求められている。

ところで、上述したＤＣ帯電方式とＡＣ帯電方式とで帯電ローラの汚れの進行度合いには違いがある。

例えば、ネガ帯電方式を用いた系においては、ＤＣ帯電方式とＡＣ帯電方式ともに、転写後に感光体上に残留してクリーニングブレード等の清掃部材をすり抜けて帯電ローラに到達するトナー等の異物の帯電極性が帯電ローラの帯電極性と同じネガ極性を持つ場合の方が、電界の影響で帯電ローラに付着しにくく汚れ難い。

しかしながらＡＣ帯電方式においては、交流電圧の振幅によってトナー等の異物の帯電極性が反転する場合があり、帯電ローラに到達する異物の帯電極性の分布によらず、比較的一定の異物が帯電ローラに付着する。

一方、ＤＣ帯電方式においては、帯電極性がポジ極性である異物が付着し易く、帯電極性がネガ極性の異物は付着し難いという傾向があり、帯電ローラに到達する異物の帯電極性の分布がポジ極性に帯電した異物が多い分布である場合には帯電ローラの汚れレベルが著しく悪化し、ネガ極性に帯電した異物が多い分布である場合には帯電ローラの汚れレベルがＡＣ帯電方式の場合と比較して良い場合もある。

従って、異物の帯電極性の分布によって帯電ローラの汚れレベルが良い帯電方式は異なっており、従来のように帯電方式がＤＣ帯電方式やＡＣ帯電方式に固定された構成のままではこれ以上帯電ローラの汚れを抑制することは困難であった。

そこで、本発明は、帯電方式が固定である場合よりも帯電回転体の汚れを抑制することが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明に関る画像形成装置は、回転可能な感光体と、前記感光体の表面に接触して前記感光体を帯電する帯電回転体と、前記帯電回転体に帯電電圧を印加する帯電印加手段と、前記帯電回転体によって帯電された前記感光体の表面を露光して前記感光体に静電像を形成する露光手段と、前記露光手段によって前記感光体に形成された静電像をトナーで現像して前記感光体の表面にトナー像を形成する現像手段と、前記現像手段によって前記感光体の表面に形成されたトナー像を転写部で転写媒体に転写する転写手段と、前記転写手段がトナー像を転写する際に、前記転写手段に転写電圧を印加する転写印加手段と、前記感光体の回転方向における前記転写部の下流かつ前記帯電回転体の上流に配置され、前記感光体に接触して清掃を行う清掃手段と、前記転写電圧の電圧値を設定する転写設定手段と、前記転写設定手段が設定した前記転写電圧の絶対値が所定値未満である場合には直流電圧を前記帯電電圧として設定し、前記転写電圧の絶対値が前記所定値以上である場合には直流電圧と交流電圧を重畳した電圧を帯電電圧として設定する帯電設定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、帯電方式が固定である場合よりも帯電回転体の汚れを抑制することが可能となる。

画像形成装置の概略断面構成図である。 帯電ローラの概略断面構成図である。 プロセスカートリッジ構成を説明する図である。 帯電電圧制御の構成を説明する図である。 帯電ローラ清掃部材の構成を説明する図である。 帯電ローラ清掃部材の構成を説明する図である。 転写残トナーの帯電量の分布を説明する図である。 帯電ローラ汚染推移を説明する模式図である。 帯電ローラ汚染推移を説明する模式図である。 現像器及びトナー補給装置を説明するための説明図である。 実施例１における制御フローを示す図である。 実施例２における制御フローを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、各図面において同一の符号を付したものは、同一の構成又は作用をなすものであり、これらについての重複説明は適宜省略する。なお、構成部品の寸法、材質、形状、及びその相対位置等は、特に特定的な記載がない限りは、この技術思想の適応範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

［画像形成装置の全体構成及び動作］
先ず、図１を参照して、本実施例の画像形成装置１００の全体構成及び動作について説明する。

本実施例の画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色に対応して設けられ４つの画像形成部（第１、第２、第３、第４の画像形成部）１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋを有するタンデム方式のカラープリンタである。画像形成装置１００は、画像形成装置本体に接続された以下の機器からの画像信号に応じて、カラー画像を記録材（記録用紙、プラスチックフィルム、布等）に形成することができる。その機器とは、原稿読み取り装置（図示せず）、パーソナルコンピュータ等のホスト機器、或いはデジタルカメラなどの外部機器である。

画像形成装置１００は、第１〜第４の画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋにおいて像担持体としての円筒型の感光体、即ち、感光ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋ上に形成されたトナー像を、転写媒体である中間転写体としての中間転写ベルト８上へ転写する。そして、中間転写ベルト８上のトナー像を記録材Ｐ上に転写することで記録画像を形成する。

尚、以下の説明において４つの画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋのそれぞれにおいて共通に設けられる要素には、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの添え字を与えた同一符号を付す。それらを特に区別して説明する必要が場合には、いずれかの色用に設けられた要素であることを表すために符号に付した添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋは省略し、総括的に説明する。

画像形成部１には、像担持体として円筒型の感光体、即ち、感光ドラム２が配設されている。感光ドラム２は、図中矢印方向に回転駆動される。

感光体としての感光ドラム２の周囲には、感光ドラム２に接触して帯電する帯電回転体としての帯電ローラ３、感光ドラム２に形成された静電像をトナーで現像してトナー像を形成する現像手段としての現像器４、感光ドラム２の表面に形成されたトナー像を転写部で転写媒体に転写する転写手段としての一次転写ローラ５、感光ドラム２の回転方向における転写部の下流かつ帯電ローラ３の上流に清掃手段としてのクリーニング装置６が配置されている。又、感光ドラム２の図中上方には、露光手段としてのレーザースキャナ（露光装置）７が配置されている。又、各画像形成部１の感光ドラム２と対向して中間転写体としての中間転写ベルト８が配置されている。転写媒体である中間転写ベルト８は、駆動ローラ９、二次転写対向ローラ１０、従動ローラ１１に掛け回されており、駆動ローラ９に伝達される駆動力により図中矢印方向に周回移動する。一次転写ローラ５と感光ドラム２とが対向する位置で中間転写ベルト８と感光ドラム２が接触して転写部としての一次転写部（一次転写ニップ）Ｎ１が形成される。又、中間転写ベルト８を介して二次転写対向ローラ１０に対向する位置に二次転写手段としての二次転写ローラ１２が設けられている。二次転写対向ローラ１０と対向する位置で二次転写ローラ１５が中間転写ベルト８に接触して二次転写部（二次転写ニップ）Ｎ２が形成される。

本実施例では、画像形成装置１００は、第１〜第４の画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの全てを用いてカラー画像を形成することができるカラー画像形成モードと、第４の画像形成部１Ｂｋのみを用いてブラック単色の画像を形成する単色画像形成モードとを備えている。

先ず、カラー画像形成モードでの画像形成動作を説明する。画像形成動作が開始されると、各画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋにおいて回転する感光ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋの表面が帯電ローラ３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂｋによって一様に帯電される。このとき、帯電ローラ３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂｋには、帯電印加手段としての帯電バイアス電源より帯電電圧としての帯電バイアスが印加される。

次いで、露光装置７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋから、それぞれの画像形成部に対応する分解色の画像信号に従ってレーザー光が発される。これにより、各感光ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋは、対応する分解色の画像情報に応じて露光され、その上にその画像信号に応じた静電像（潜像）が形成される。

各感光ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋ上に形成された静電像は、各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋ内に収容されたトナーによってトナー像として現像される。本実施例では、現像方式として反転現像方式が採用されており、感光ドラム２上の露光部（明部電位部）に現像器４からトナーが付着する。

各感光ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋ上に形成されたトナー像は、転写媒体としての中間転写ベルト８上で重なり合うようにして、各一次転写部Ｎ１において順次に中間転写ベルト８上に転写（一次転写）される。トナー像を中間転写ベルト８上に転写する時、転写手段としての一次転写ローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｂｋには、転写印加手段としての一次転写バイアス電源よりトナーの正規の帯電極性とは逆極性の転写電圧としての一次転写バイアスが印加される。こうして、中間転写ベルト８上に、４色のトナー像が重ね合わされた多重トナー像が形成される。尚、一次転写後に感光ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋの表面に残ったトナー（一次転写残トナー）や外添剤は、クリーニング装置６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋによって感光ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋの表面から除去されて回収される。

一方、中間転写ベルト８上のトナー像の移動とタイミングに合わせて、記録材収納カセット（図示せず）に収容された記録材Ｐが、供給ローラ１３などにより二次転写部Ｎ２に搬送される。

そして、中間転写ベルト８上の多重トナー像は、二次転写部Ｎ２において記録材Ｐ上に一括して転写（二次転写）される。このとき、二次転写ローラ１２には、二次転写バイアス電源よりトナーの正規の帯電極性とは逆極性の二次転写バイアスが印加される。

次いで、記録材Ｐは定着手段としての定着装置１４へと搬送部材等により搬送される。定着装置１４によって加熱、加圧されることで、記録材Ｐ上のトナーは溶融、混合されて、記録材Ｐに定着され、カラーの定着画像となる。その後、記録材Ｐは機外に排出される。尚、二次転写部Ｎ２で記録材Ｐに転写されずに中間転写ベルト８に残留したトナー（二次転写残トナー）は、中間転写ベルトクリーナー１３により回収される。

次に、単色画像形成モードにおける画像形成動作について説明する。単色画像形成モードにおいては、第４の画像形成部１Ｂｋにおいてのみ、感光ドラム２Ｂｋ上にトナー像が形成される。そして、このトナー像が中間転写ベルト８に一次転写された後、記録材Ｐに二次転写される。第４の画像形成部１Ｂｋにおけるトナー像の形成動作、一次転写動作、二次転写動作自体は上述のカラー画像形成モード時と同じである。

［現像器］
次に、図１０を参照して、現像手段としての現像器４及びこれにトナーを補給するトナー補給装置４９について説明する。本実施例では、現像器４は図１０に示す構成を有する。本実施例では、各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋの構成は同一である。又、本実施例では、トナー補給装置４９の構成は、全ての現像器用のもので同一である。図１０において、現像器４は図１における上方から見た平面図として示し、トナー補給装置４９は感光ドラム２の軸線方向（表面移動方向と直交する方向）に沿う断面図として示す。

現像器４は、非磁性トナー粒子（トナー）と磁性キャリア粒子（キャリア）とを主成分として備える二成分現像剤（現像剤）が収納された現像容器（現像器本体）４４を有する。現像容器４４内には、現像剤攪拌搬送部材として第１の攪拌搬送スクリュー４３ａと第２の攪拌搬送スクリュー４３ｂとの２本のスクリューが配置されている。現像容器４４の感光ドラム２と対向する部分は一部開口しており、この開口部から一部露出するように現像剤担持体としての現像スリーブ４１が回転可能に配置されている。現像スリーブ４１の内部には、磁界発生手段としてのマグネットロール（図示せず）が固定配置されている。マグネットロールは周方向に複数の磁極を有し、現像容器４４内の現像剤を磁気力により引きつけて現像スリーブ４１上に担持させると共に、感光ドラム２と対向する現像位置では現像剤の穂立ち（磁気ブラシ）を形成する。

現像スリーブ４１、第１、第２の攪拌搬送スクリュー４３ａ、４３ｂは相互に平行に配設されている。又、これら現像スリーブ４１、第１、第２の攪拌搬送スクリュー４３ａ、４３ｂは、感光ドラム２の軸線方向と平行に配設されている。現像容器４４の内部は、隔壁４４ｄによって第１室（現像室）４４ａと第２室（攪拌室）４４ｂに分割されている。現像室４４ａと攪拌室４４ｂは、現像容器４４の長手方向両端部（図１０中の左端及び右端）において連通している。

第１の攪拌搬送スクリュー４３ａは現像室４４ａ内に、又第２の攪拌搬送スクリュー４３ｂは攪拌室４４ｂ内に配設されている。これら第１、第２の攪拌搬送スクリュー４３ａ、４３ｂは、モータ５２の回転によってギヤ列５４を介して同じ方向に回転駆動される。この回転により、攪拌室４４ｂ内の現像剤は、第２の攪拌搬送スクリュー４３ｂによって攪拌されながら図１０中左方に移動して、連通部を介して現像室４４ａ内へと移動する。又、現像室４４ａ内の現像剤は第１の攪拌搬送スクリュー４３ａによって攪拌されながら図１０中右方に移動して、連通部を介して攪拌室４４ｂ内に移動する。つまり、現像剤は、第１、第２の攪拌搬送スクリュー４３ａ、４３ｂの２本のスクリューによって攪拌されながら現像容器４４内を循環して搬送される。 現像剤中のトナーは、上述のような攪拌搬送によって電荷が付与される。

現像スリーブ４１は、モータ５１によって図１中の矢示方向（反時計回り）に回転駆動される。現像スリーブ４１は、その回転により、規制ブレード（不図示）によって表面に層状に塗布された現像剤を感光ドラム２に対向する現像位置に搬送する。現像位置にて、現像スリーブ４１上の現像剤はマグネットロールの磁気力により穂立ちして、感光ドラム２の表面に接触又は近接する磁気ブラシを形成する。こうして現像位置に搬送された現像剤（二成分現像剤）から、感光ドラム２上の静電像にトナーが供給される。これにより、静電像の画像部にトナーが選択的に付着し、静電像はトナー像として現像される。更に説明すると、感光ドラム２上の静電像が現像位置に達するときに、現像バイアス電源（図示せず）によりＡＣ電圧とＤＣ電圧とが重畳された現像電圧としての現像バイアスが現像スリーブ４１に印加される。このとき、現像スリーブ４１はモータ５１により図１中の矢示方向に回転駆動され、上述の現像バイアスによって現像剤中のトナーが、感光ドラム２の表面の静電像に応じて感光ドラム２上に転移する。

ここで、トナーは、結着樹脂、着色剤、そして必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子とを有している。トナーは、重合法により製造した負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は５μｍ以上８μｍ以下が好ましい。本実施例では、トナーの体積平均粒径は６．２μｍであった。

又、キャリアは、例えば、表面酸化或いは未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金属、及びそれらの合金、又は酸化物フェライトなどが好適に使用可能である。これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。そして、キャリアは、重量平均粒径が２０〜５０μｍ、好ましくは３０〜４０μｍであり、抵抗率が１０７Ω・ｃｍ以上、好ましくは１０８Ω・ｃｍ以上である。本実施例では、キャリアとして抵抗率が１０８Ω・ｃｍのものを用いた。本実施例では、低比重磁性キャリアとして、フェノール系のバインダー樹脂に磁性金属酸化物及び非磁性金属酸化物を所定の比で混合し、重合法により製造した、樹脂磁性キャリアを使用した。本実施例で用いたキャリアの体積平均粒径は３５μｍ、真密度は３．６〜３．７ｇ／ｃｍ^３、磁化量は５３Ａ・ｍ^２／ｋｇである。

［帯電装置］
次に、帯電装置について詳しく説明する。

帯電装置は、感光体に接触して感光体に従動で回転可能なゴムローラ（以下帯電ローラと称す）を用いている。

帯電回転体としての帯電ローラ３の長手方向長さは３２０ｍｍであり、図２に示すように、芯金（支持部材）３ａの外回りに、下層３ｂと、中間層３ｃと、表層３ｄを下から順次に積層した３層構成である。下層３ｂは帯電音を低減するための発泡スポンジ層であり、表層３ｄは、感光ドラム２上にピンホール等の欠陥があってもリークが発生するのを防止するために設けている保護層である。

より具体的には、本実施の形態における帯電ローラ３の仕様は下記の通りである。
芯金３ａ；直径６ｍｍのステンレス丸棒
下層３ｂ；カーボン分散の発泡ＥＰＤＭ、比重０．５ｇ／ｃｍ^３、体積抵抗値１０^２〜１０^９Ωｃｍ、層厚３．０ｍｍ
中間層３ｃ；カーボン分散のＮＢＲ系ゴム、体積抵抗値１０^２〜１０^５Ωｃｍ、層厚７００μｍ
表層３ｄ；フッ素化合物のトレジン樹脂に酸化錫とカーボンを分散、体積抵抗値１０^７〜１０^１０Ωｃｍ、表面粗さ（ＪＩＳ規格１０点平均表面粗さＲａ）１．５μｍ、層厚１０μｍ
図４は帯電ローラ３に対する帯電バイアス印加系のブロック回路図である。

電源Ｓ１から直流電圧に周波数ｆの交流電圧を重畳した所定の振動電圧（バイアス電圧Ｖｄｃ＋Ｖａｃ）が芯金３ａを介して帯電ローラ３に印加されることで、回転する感光体感光体１の周面が所定の電位に帯電処理される。

帯電ローラ３に対して帯電電圧を印加する帯電印加手段である電源Ｓ１は、直流（ＤＣ）電源１１と交流（ＡＣ）電源１２を有している。

６０は帯電設定手段としての制御回路であり、上記電源Ｓ１のＤＣ電源１１とＡＣ電源１２をオン・オフ制御して帯電ローラ３に直流電圧と交流電圧のどちらか、若しくはその両方の重畳電圧を印加するように制御する機能と、ＤＣ電源１１から帯電ローラ３に印加する直流電圧値と、ＡＣ電源１２から帯電ローラ３に印加する交流電圧のピーク間電圧値、もしくは交流電流値を制御する機能を有する。

また、本実施の形態における帯電装置は、帯電ローラ３に弾性的に圧縮して当接し帯電ローラ３（相手部材）表面に付着した転写残トナー及び外添剤を取り込む回転自在な連泡性発泡体ローラとしてのスポンジローラ２０を備えている。帯電清掃手段としてのスポンジローラ２０の最頂点は、帯電ローラ３の回転中心より下方で、帯電ローラ３が感光ドラム２に当接する帯電ニップに対して帯電ローラ３の回転方向下流側に位置しており、帯電ローラ３の回転駆動に伴って従動回転する。スポンジローラ２０の詳細については後述する。

感光ドラム２と帯電装置（帯電バイアス電源を除く帯電ローラ３とスポンジローラ２０）は、図３に示すように、プロセスカートリッジ２１として一体にユニット化されて、画像形成装置に対して着脱可能に構成されており、規定枚数の画像形成により感光ドラム２が寿命に達した場合などによる交換等を容易に行なうことができる。なお、プロセスカートリッジに現像器４を含む構成としても良い。

そして、本実施の形態においても、上述した従来例の画像形成装置と同様にして画像形成動作が行なわれる。本実施の形態では画像形成動作の説明は省略する。

次に、上記した帯電装置の帯電清掃手段としてのスポンジローラ２０について説明する。

スポンジローラ２０は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように支持軸としての金属製の芯金２２と、その周面に気泡部の壁面が連通している導電材分散のウレタンゴム、シリコンゴム、ＥＰＤＭゴム、アクリルゴム等からなるローラ状の発泡体層２３とで構成されている。

スポンジローラ２０は、例えば以下のようにして製造することができる。先ず、発泡剤やカーボンブラック等の導電材の配合剤を一様に分散させた未加硫・未発泡のウレタンゴム層を金属製の芯金２２上に形成する。これらを円筒状の金型の成型キャビネット（不図示）内にセットして加熱することにより、未加硫・未発泡のゴム層を加硫・発泡させ、成型キャビネット内で金型どおりの導電性スポンジ（連泡スポンジ）として成型される。そして、この連泡スポンジの表面を研磨してスキン層を破ることにより、芯金２２周面に発泡体層２３を備えた所望する外径のスポンジローラ２０が得られる。

また、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、芯金２２周面に複数（図では２層）の発泡体層２３ａ、２３ｂを有するスポンジローラの場合は、上記した単層構成の発泡体層２３の製造工程を繰り返すことで形成することができる。

本発明におけるスポンジローラ２０の発泡体層２３（２３ａ、２３ｂ）を形成する材料としては、ウレタンゴム、シリコンゴム、ＥＰＤＭゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、ヒドリンゴム、フッ素ゴムなどが挙げられるが、特に指定はしない。発泡剤としては、一般的に炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウムなどの無機発泡剤や、ニトロソ化合物、アゾ化合物、スルホニルヒドラジド化合物などの有機発泡剤が挙げられるが、特に指定はしない。

また、導電剤は、電子導電剤とイオン導電剤に大別でき、電子導電剤としてはカーボンブラック、金属酸化物などが挙げられ、イオン導電剤としては第４級アンモニウム塩、脂肪族アルコールサルフェート塩などが挙げられるが、特に指定はしない。

また、弾性体としては、特に単層構造に限定する必要はなく、必要で有れば図６（ａ）、（ｂ）に示したような２層以上の複数層でもよい。また、気泡径を芯金２２からローラ表面に向かうに従い小さくするような層構成にする。これにより、帯電ローラ３との当接部近傍で剥ぎ取った転写残トナーをよりスムーズにローラ中心部に移動させることができる。

上記した連泡スポンジの平均セル径はトナーの粒径・形状にもよるが、気泡内にトナーを十分に取り込むためには粉体平均粒径の１０倍以上が好ましい。また、帯電ローラ３に対する侵入量は発泡体層２３の層厚未満であり、発泡体層２３の層厚にもよるがその層厚の半分以下がより好ましい。

スポンジローラ２０の帯電ローラ３との当接圧（線圧）は０．０４９〜０．９８Ｎ／ｃｍが好ましい。帯電ローラ３との当接圧が０．０４９Ｎ／ｃｍ以下であると、帯電ローラ３との当接部において剥ぎ取り不良が生じ、剥ぎ取れなかったトナーが帯電ローラ３表面に残っていると帯電不良を起こしてしまう場合がある。逆に帯電ローラ３との当接圧が０．９８Ｎ／ｃｍ以上であると、回転トルクが増大したり、摺擦力が大きくなるため、スポンジローラ２０内に取り込まれたトナーが摺擦により軟化して帯電ローラ３表面に融着してしまう危険性がある。

ちなみに当接圧（線圧）の測定は次のような方法で行なった。引き抜き板として長さ１００ｍｍ×幅１５ｍｍ×厚さ３０μｍのＳＵＳ薄板を、挟み板として長さ１８０ｍｍ×幅３０ｍｍ×厚さ３０μｍのＳＵＳ薄板を長さが半分になるように折ったものを用意し、その折った挟み板の間に引き抜き板を挿入する。その状態で挟み板を帯電ローラ３とスポンジローラ２０との間に挿入する。そして、引き抜き板に取り付けたばねばかりを引っ張って、引き抜き板を一定速度で引き抜き、そのときのばねばかりの示す値を読み取る。このばねばかりの値を引き抜き板の幅である１．５ｃｍで除することにより、帯電ローラ３とスポンジローラ２０の当接圧（線圧）を測定することができる。

発泡体層２３の連泡度の目安として、発泡体層２３の１０００ｃｍ^３当たりの１分間の通気量は５００〜５０００ｍｌ／（ｍｉｎ・１０００ｃｍ^３）であり、さらに好ましくは１０００〜４０００ｍｌ（ｍｉｎ・１０００ｃｍ^３）である。

５００ｍｌ／（ｍｉｎ・１０００ｃｍ^３）以下であると、硬度が高くなっていき帯電ローラ３との当接圧が高くなってしまうだけでなく、含有できるトナー量も少ないため、頻繁に交換しなければならなくなってしまう。また、５０００ｍｌ／（ｍｉｎ・１０００ｃｍ^３）以上であると、気泡が連通しすぎて所望の平均セル径を維持できず、回収したトナーを気泡内に保持しきれなくなるからである。

そして、本実施の形態では、直径４ｍｍの金属製の芯金２２上に導電材としてカーボンブラックを分散配合した層厚４ｍｍの連泡性ウレタンスポンジゴムからなる単層の発泡体層２３を有するスポンジローラ２０を用いた。このスポンジローラ２０は、発泡体層２３内中に吸引できるトナーｔの量は約３０ｇ程度である。

また、本実施の形態のスポンジローラ２０の条件は、以下のように設定した。

抵抗値は１０５Ω程度、ゴム硬度はアスカーＣＳＣ２硬度で１５°程度、発泡体層２３の表層における平均気泡径は２００μｍ、帯電ローラ３との当接圧（線圧）は０．１９６Ｎ／ｃｍ、発泡体層２３の連泡度を表す通気量は１８００（ｍｉｎ・１０００ｃｍ^３）である。

［帯電電圧条件］
次に、本実施例で用いた帯電ローラに印加する帯電電圧の切り替え動作について詳細に説明する。

転写残トナーの帯電量分布は、負極性に帯電されたトナーが感光体上に現像され、正極性の転写バイアスにより転写体に転写される工程において、転写されずに感光体上に残留するものであり、正極性寄りに分布する。これは、正規極性の負帯電トナーは転写されやすく、逆に反対極性トナーは転写されにくいことと、転写電圧としての一次転写バイアスにより正極性の放電が発生してもともと正規負極性であったものが転写の放電により逆極性に転じたものが感光体上に残留することがあるためである。一次転写電圧は、転写電流が所定の値になるようにＡＴＶＣ（Ａｕｔｏ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ばれている制御によって決定されることが知られている。ＡＴＶＣでは複数種類の転写電圧を１次転写ローラ５に印加し、その時に１次転写ローラに流れる転写電流を検出して転写電圧と転写電流との関係を求め、転写電流が所定の値になる電圧を転写電圧として設定する制御が行われる。本実施例においては、転写設定手段としての制御回路がＡＴＶＣによる制御を実行させる。上記のＡＴＶＣによって設定された転写電圧が高く、放電量が多い場合には転写残トナーも正規極性とは逆の正帯電極性のトナー分布が多くなる傾向にある。転写残トナーは感光ドラム２の回転方向における転写部の下流かつ帯電ローラ３の上流に配置されて感光ドラム２に接触して清掃を行う清掃手段としてのクリーニングブレードによって除去されるが、完全に除去できずにクリーニングブレードをすり抜けた転写残トナーが帯電ローラに到達する。

図７は、転写残トナーの帯電量分布と、それに応じて帯電ローラに付着するトナーの分布を模式的に示している。図７Ａは、転写電圧が小さく、転写残トナーの分布が比較的正規帯電極性側である負極性に偏った場合を示している。ＡＣ帯電方式の場合には、帯電電圧に重畳する交流電圧の振幅により正放電と負放電が交互に繰り返され、転写残トナーはその放電を交互に受けることにより、もともと正帯電極性を帯びている場合であっても負帯電極性を帯びている場合であっても一定の比率で帯電ローラに付着されることになる。

一方ＤＣ帯電方式の場合には、負帯電側のＤＣ放電のみが行われるため、帯電ニップにおいて、負帯電極性を帯びた転写残トナーが電界的に帯電ローラに引きつけられることはなく、正帯電極性を帯びた転写残トナーの一部のみが帯電ローラに付着する。したがってこの場合、ＡＣ帯電方式に比べ、ＤＣ帯電方式の方が帯電ローラに対する汚れ量は少なくなる傾向にある。

逆に図７Ｂは、転写電圧が大きく、転写残トナーの分布が比較的正極性側に偏っている状態を示している。この場合においても、ＡＣ帯電方式における帯電ローラへの転写残トナーの付着量は大きく変わることはないが、ＤＣ帯電方式においては、正帯電極性の転写残トナーを多く帯電ローラに付着させるため、ＡＣ帯電方式よりもむしろ転写残トナーの付着量が多くなる。したがって、転写残トナーの極性分布に応じて適宜、ＡＣ帯電方式とＤＣ帯電方式を切り替えることにより、帯電ローラへの転写残トナーの付着量を帯電方式が固定である場合よりも抑えることが可能となる。

そこで、本実施例においては、転写設定手段としての制御回路が設定した転写手段としての１次転写ローラに印加する転写電圧の絶対値に基づいて、帯電設定手段としての制御回路６０によって直流電圧と交流電圧とを重畳した帯電電圧と、直流電圧のみの帯電電圧とを切り替えて帯電電圧として設定する構成としており、転写電圧の絶対値が所定値未満である場合には直流電圧を帯電電圧として設定し、転写電圧の絶対値が所定値以上である場合には直流電圧と交流電圧を重畳した電圧を帯電電圧として設定する。具体的には、転写電圧の絶対値が１０００Ｖ以上の環境においては直流電圧と交流電圧を重畳した電圧を帯電電圧として設定してＡＣ帯電方式による帯電を実行し、転写電圧の絶対値が１０００Ｖ未満の環境においては直流電圧のみを帯電電圧として設定してＤＣ帯電方式による帯電を実行するように制御した。ここで、帯電ローラに直流電圧を印加した場合に帯電ローラと感光体との間で放電が開始される電圧である放電開始電圧Ｖｔｈが−６００Ｖである場合において、ＡＣ帯電方式で、例えば−６００Ｖの直流電圧と１．５ｋＶの振幅の交流電圧を重畳して帯電を実行した後に、ＤＣ帯電方式に切り替えた場合には、同一の感光体表面の帯電電位を得ることができるように−１２００Ｖの直流電圧を帯電電圧として印加するように切り替える。この帯電電圧の値はあらかじめＲＯＭ１８に記憶された環境、耐久テーブルに基づく。

次に本制御の効果について説明する。図８は、帯電ローラの汚染レベルの耐久推移及び汚染による画像ムラの許容レベルを模式的に示している。一般的に、ＡＣ帯電方式と、ＤＣ帯電方式では同じ汚れ量である場合に汚染部の帯電不良による画像ムラのレベルが異なる。すなわち、ＡＣ帯電方式の方が帯電電位収束性に優れ、形成された画像の画質がＮＧレベルになる汚れ量が、ＤＣ帯電方式に対して２倍以上となる。ＡＣ帯電方式は、清掃手段としてのクリーニング装置から抜けて帯電ローラに到達する転写残トナーの量が一定であれば、環境によらず一定の汚染推移を示すが、ＤＣ帯電方式の場合には、転写電圧の絶対値が比較的高い場合には汚染推移が著しく早くなり、且つ耐久枚数がａの時点でＮＧとなる。逆に転写電圧の絶対値が比較的低い場合においては、ＤＣ帯電方式の方が汚れ量が抑えられ、ｃの時点まで使用することができる。したがって、転写高圧の絶対値が高い時はＡＣ帯電、低い時はＤＣ帯電と適宜変更することにより、汚れ量を最小限に抑えられ、ｂ〜ｃまでの寿命が保証されることになる。

図１１に本実施例における制御のフローチャート図を示す。

画像形成装置の電源投入時や、スリープモードからの復帰時などの定着温度の立ち上げなどのための所定の準備動作が実行される初期回転動作時（前多回転工程）や、画像形成信号が入力されてから実際に画像情報に応じた画像を書き出すまでに所定の準備動作が実行される印字準備回転動作時（前回転工程）や、所定枚数の画像形成実施毎例えば２０枚の画像形成毎等の非画像形成時における所定のタイミングで、制御が開始される。本実施例における制御は帯電設定手段としての制御回路６０によって実行される。

本制御が開始されると、まず、転写設定手段によって設定された転写電圧の絶対値が１０００Ｖ未満であるか否かを判断する（Ｓ１）。そして、転写電圧の絶対値が１０００Ｖ未満である場合には、直流電圧のみを帯電ローラに印加する帯電電圧として設定する（Ｓ２）。転写電圧の絶対値が１０００Ｖ以上である場合、直流電圧と交流電圧とを重畳した電圧を帯電ローラに印加する帯電電圧として設定する（Ｓ３）。上記のＳ２やＳ３における帯電電圧の設定工程では、公知の方法による直流電圧の電圧値や交流電圧のピーク間電圧や周波数の設定が共になされるようにしても良い。

また、本実施例においては、複数の画像形成部と転写媒体としての中間転写ベルトを備えたタンデム方式の画像形成装置における例を説明したが、中間転写ベルトを有しておらず、感光体から搬送ベルトに担持されて搬送される記録材に直接転写する方式でも良く、この場合、１つの画像形成部を備えた構成としても良い。この場合には記録材が転写媒体に相当する。

以上説明したように、本実施例によれば、転写電圧の絶対値に基づいて帯電方式をＤＣ帯電方式とＡＣ帯電方式とで切り替えて画像形成を行うことにより、帯電方式が固定である場合よりも帯電回転体の汚れを抑制することが可能となった。

本実施例においては、図８に示すように例えば絶対値が比較的低い転写電圧が設定されている場合において、ＤＣ帯電方式によりｃで寿命に到達するが、この時、ＡＣ帯電方式に切り替えることによって汚れ量の推移の傾きは増加するものの、ｄまで寿命を延ばすことを可能とした点が実施例１とは異なっている。

本実施例においては、帯電ローラによる累積帯電時間に対応する情報に基づいて帯電ローラの汚れ量を求めることによって汚れ量を検知する汚れ量検知手段が備えられている。

この汚れ量検知手段によって検知された汚れ量が所定量を超えた場合、帯電設定手段は直流電圧と交流電圧を重畳した電圧を帯電電圧として設定する。

この累積帯電時間に対応する情報を取得する手段としての使用履歴検知手段として、例えば画像形成の累積枚数である使用枚数をカウントする通紙枚数カウンターを用いることができる。汚れ量検知手段によって、帯電ローラの汚れ量がＤＣ帯電許容限界の汚れ量に到達したと判断した場合には、帯電設定手段としての制御回路６０によりＡＣ帯電方式に強制的に切り替えられることで帯電ローラの寿命を延ばすことができる。

汚れ量検知手段としての制御回路６０は、累積帯電時間に対応する情報を取得する手段としての通紙枚数カウンターによって取得されたＤＣ帯電方式、ＡＣ帯電方式でのそれぞれの使用枚数（累積枚数）に、図８に示すような予め求められている両帯電方式における耐久枚数（使用枚数）に対する汚れ量推移の傾き、すなわち転写電圧の絶対値に応じた所定の係数をかけたものを加算してトータルの汚れ量を求める。

図９は、転写電圧ごとの、汚れ量推移を模式的に示す図である。転写電圧が５００Ｖから１０００ＶまでのＤＣ帯電方式における汚れ量推移及び１０００Ｖ以上のときのＡＣ帯電における汚れ量推移を示している。

ｂ、ｃはそれぞれ１５０ｋ枚、２００ｋ枚であり、ＡＣ帯電方式における汚れ量の許容値を１００、ＤＣ帯電方式における汚れ量の許容値を５０とした場合に、ＡＣ帯電方式を通産Ｘ枚、ＤＣ帯電を通産Ｙ枚通紙した時点における帯電ローラの汚れ量Ｋは以下の式で表される。
Ｋ＝１００／１５００００×Ｘ＋５０／（１００＋０．２×（１０００−Ｔ））×Ｙ
・・・（１）
上記の式（１）を用いて汚れ量に相当する値Ｋが汚れ量検知手段としての制御回路６０により計算され、汚れ量Ｋが５０を超えた場合に、帯電設定手段としての制御回路６０によって強制的にＡＣ帯電方式に設定される。ここで、式（１）におけるＴは転写設定手段によって設定された転写電圧（Ｖ）であり、転写設定に応じてＹに乗じる係数（耐久枚数（使用枚数）に対する汚れ量推移の傾き）を異ならせている。転写電圧設定における汚れ量推移は必ずしもこれに一致するものではなく、帯電ローラの表面形状等に起因する帯電ローラの汚れ易さ等の特性に応じて上記式（１）を適宜修正することは可能である。なお、上記の式（１）におけるＸにかける係数は１００／１５００００であり、Ｙにかける係数は（１００＋０．２×（１０００−Ｔ））である。

図１２は、本実施例における制御のフローチャート図を示す。

本実施例においても、画像形成装置の電源投入時や、スリープモードからの復帰時などの定着温度の立ち上げなどのための所定の準備動作が実行される初期回転動作時（前多回転工程）や、画像形成信号が入力されてから実際に画像情報に応じた画像を書き出すまでに所定の準備動作が実行される印字準備回転動作時（前回転工程）や、所定枚数の画像形成実施毎例えば２０枚の画像形成毎等の非画像形成時における所定のタイミングで、制御が開始される。本実施例における制御も実施例１と同様に帯電設定手段としての制御回路６０によって実行される。

本制御が開始されると、まず、汚れ量検知手段によって上述した方法により帯電ローラの汚れ量Ｋが求められる。そして、求められた汚れ量Ｋが５０以上である場合は、帯電設定手段としての制御回路６０によって強制的にＡＣ帯電方式に切り替えられる（Ｓ０）。汚れ量Ｋが５０未満である場合には、実施例１と同様の制御が行われる（Ｓ１〜Ｓ４）。

以上のような構成により、ＡＣ帯電方式固定の場合に１００ｋであった帯電ローラの寿命を２００ｋを超える寿命まで延ばすことが可能となった。

本発明によれば、実施例１の効果に加え、更に帯電ローラの寿命を延ばすことが可能とすることができる。

尚、実施例１において、転写電圧の設定をＡＴＶＣによる制御によって設定する例を説明したが、それに限らない。

また、実施例１において、累積帯電時間に対応する情報を取得する手段として通紙枚数カウンターを用いた例を説明したがそれに限らず、実際にそれぞれの帯電方式で帯電を行った累積時間を求める構成でも良く、また、感光ドラム２の累積回転数を求めるようにしても良い。

１ 画像形成部
２ 感光ドラム（像担持体）
３ 帯電ローラ
４ 現像器
５ 一次転写ローラ
６ クリーニング装置
７ 露光装置
８ 中間体転写ベルト
１４ 定着装置
１５ ２次転写ローラ
２０ スポンジローラ（帯電ローラ清掃部材）
４４ 現像容器
４６ トナー容器
４９ トナー補給装置
６０ 制御回路

Claims (7)

1. 回転可能な感光体と、
   前記感光体の表面に接触して前記感光体を帯電する帯電回転体と、
   前記帯電回転体に帯電電圧を印加する帯電印加手段と、
   前記帯電回転体によって帯電された前記感光体の表面を露光して前記感光体に静電像を形成する露光手段と、
   前記露光手段によって前記感光体に形成された静電像をトナーで現像して前記感光体の表面にトナー像を形成する現像手段と、
   前記現像手段によって前記感光体の表面に形成されたトナー像を転写部で転写媒体に転写する転写手段と、
   前記転写手段がトナー像を転写する際に、前記転写手段に転写電圧を印加する転写印加手段と、
   前記感光体の回転方向における前記転写部の下流かつ前記帯電回転体の上流に配置され、前記感光体に接触して清掃を行う清掃手段と、
   前記転写電圧の電圧値を設定する転写設定手段と、
   前記転写設定手段が設定した前記転写電圧の絶対値が所定値未満である場合には直流電圧を前記帯電電圧として設定し、前記転写電圧の絶対値が前記所定値以上である場合には直流電圧と交流電圧を重畳した電圧を帯電電圧として設定する帯電設定手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記帯電回転体の汚れ量を検知する汚れ量検知手段を備え、
   前記帯電設定手段は、前記汚れ量検知手段が検知した汚れ量が所定量を超えた場合には直流電圧と交流電圧を重畳した電圧を帯電電圧として設定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記汚れ量検知手段は、前記帯電回転体による累積帯電時間に対応する情報に基づいて前記帯電回転体の汚れ量を求めることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記累積帯電時間に対応する情報とは、画像形成の累積枚数であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記転写媒体は前記感光体から転写されたトナー像を搬送して第２の転写部で記録材に転写するための中間転写体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１項に記載の画像形成装置。
6. 前記転写媒体は記録材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１項に記載の画像形成装置。
7. 前記帯電回転体に接触して前記帯電回転体の清掃を行う帯電清掃手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
   

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