帯電装置

【目的】簡単な構成で感光体の摩耗による影響を低減させた帯電装置を提供する。
【構成】感光体１０の表面を帯電する帯電手段１１と、この帯電手段に交流電流を供給する交流電源１３と、帯電手段１１に前記交流電流と重畳して直流電流を供給する直流電源１４と、電圧を検出する電圧検出手段１７と、電流を検出する電流検出手段１８と、電圧検出手段１７および電流検出手段１８からの検出信号に基づいて直流電源１４を制御する制御手段２１と、温度や湿度等を検出してこの検出信号を制御手段２１に出力する環境検出手段１９とを備えた。
【効果】感光体の劣化により帯電電位が変化するのを防止することができると共に、環境検出手段からの温度や湿度等の検出信号に基づいて制御を行うため、温度や湿度等の影響による帯電手段のインピーダンスの変動を防止することができる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子写真式の画像形成装置に用いられ、その感光体の表面を帯電する帯電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の画像形成装置においては、感光体の劣化、すなわち感光体が印字枚数の増加により表面の帯電層の膜厚が薄くなり、このことにより帯電電位が変化するのを防止するために、帯電手段に供給する電流等の値を調整する必要があった。ここで、感光体表面に帯電できる容量Ｃ₀は理想状態において次式から求められる。
Ｃ₀ ＝（ε₀ ε_S ／ｌ₀ ）Ａ（式１）
但し、ε₀は真空中誘電率、ε_Sは比真空中誘電率、ｌ₀は感光体表面の絶縁層の厚さ、Ａは絶縁層の表面積である。又感光体表面に帯電された電圧Ｖ₀は次式から求められる。
Ｖ₀ ＝Ｉ／（２ωＣ₀ ）（式２）
但し、Ｉは電流値、ωは交流電流の角速度である。この（式２）から分かるようにＶ₀は流れる電流の電流値により変化する。よって電流値を一定にすればＶ₀は一定に保てることになるが、前記絶縁層が摩耗してその厚さｌ₀が薄くなると、前記（式１）から分かるように帯電容量はＣ₀より増加する。このように帯電容量がＣ₀より大きくなると前記（式２）から分かるように帯電電圧はＶ₀より小さくなる。このため帯電電圧をＶ₀に維持するには、（式２）における電流値Ｉを補正する必要があることになる。
【０００３】そして、このような補正を行おうとする従来例としては、たとえば実公昭６３−３６３３６号公報に掲載されたものがある。この従来例は感光体の表面電位検出時に感光体の表面電位を下げるようにすることにより、表面電位検出装置やクリーニング部の負担を軽減化しようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような従来の帯電装置にあっては、その負担を軽減化するとはいえ、表面電位検出装置そのものはやはり高価であると共に、そのスペースの為に大型化を招かざるを得ないという問題がある。そこで本発明は上記問題点を解決することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために本発明は、感光体の表面を帯電する帯電手段と、この帯電手段に交流電流を供給する交流電源と、前記帯電手段に前記交流電流と重畳して直流電流を供給する直流電源と、電圧を検出する電圧検出手段と、電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段および電流検出手段からの検出信号に基づいて前記直流電源を制御する制御手段と、温度や湿度等を検出してこの検出信号を前記制御手段に出力する環境検出手段とを備えた構成としたものである。
【０００６】
【作用】このような構成の帯電装置によれば、交流電源と直流電源が帯電手段に交流電流と直流電流とを重畳して供給し、電圧検出手段と電流検出手段からの検出信号に基づいて、制御手段が直流電源を制御することにより、感光体の絶縁層が摩耗して薄くなった場合に帯電電位が変化するのを防止することができる。また制御手段は環境検出手段からの温度や湿度等の検出信号に基づいて前記制御を行うため、温度や湿度等の影響による帯電手段の抵抗値の変動を防止することができる。
【０００７】
【実施例】以下に本発明を図面に基づいて説明する。図１R>１は本発明の請求項１に対応する帯電装置の機能ブロック図である。図１において、符号１０は感光体であり、１１は感光体１０の表面を帯電する帯電手段である。また符号１３，１４は、帯電手段１１に交流電流と直流電流とを重畳して供給する交流電源と直流電源である。符号１７は電圧を検出する電圧検出手段、１８は電流を検出する電流検出手段、１９は環境の温度や湿度等を検出する環境検出手段である。２１は直流電源１４を制御する制御手段であり、この制御手段２１は電圧検出手段１７、電流検出手段１８、環境検出手段１９からの検出信号に基づいて前記制御動作を行う。
【０００８】図２〜図６は本発明による帯電装置の一実施例を示す図である。図２において、符号３０は感光体ドラムであり、この感光体ドラム３０は図示してない光学系により静電潜像が形成され、その回転に伴ってその静電潜像が現像、転写、クリーニングが行われた後、帯電ローラ３１によりその表面が帯電される。帯電ローラ３１には図３に示すように、交流電源３３からの交流電流ｉと直流電源３４からの直流電流Ｉ₀とが重畳されて供給される。符号３８は回路中を流れる電流の電流値を検出する電流検出回路、３９は環境の温度や湿度等を検出する環境検出回路であり、４１は直流電源３４からの出力電流の電流値を補正するよう直流電源３４を制御するコントロール回路である。
【０００９】このような帯電装置においては、電圧降下前と降下後の間の両端末間には抵抗Ｒ₁とＲ₂が直列に接続されており、この抵抗Ｒ₁をたとえば２ＭΩ、Ｒ₂を３ＭΩとする。直流電源３４からは直流制御電流Ｉ₀の５ｍＡが供給（出力）され、交流電源３３からは交流電圧ｖ₀が５０Ｖの交流電流が供給（出力）されるものとする。
【００１０】図２において、Ａ点において電流は交流・直流共に帯電ローラ３１方向と抵抗Ｒ₁方向に分流される。まず直流について電流の流れをみる。ある時点で直流電流Ｉ₀を５ｍＡに維持するために回路の全降下電圧Ｖ₀が８００Ｖを示したとすると、抵抗Ｒ₁，Ｒ₂方向に分流して流れる電流Ｉ₂は次式により求められる。
Ｉ₂ ＝Ｖ₀ ／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ）＝８００／（５×１０⁶）
＝０．１６／１０³（ｍＡ）（式３）
また帯電ローラ３１方向に分流して流れる電流Ｉ₁は全体の電流から分流を除した分であるから、次式から求められる。
Ｉ₁ ＝Ｉ₀ −Ｉ₂ ＝（５／１０³）−（０．１６／１０³）
＝４．８４／１０³（ｍＡ）（式４）
【００１１】次に交流について考える。交流電圧ｖ₀が５０Ｖで一定で、帯電ローラ３１、感光体ドラム３０に２．５ｍＡの電流ｉ₁が流れたとする。交流に対し感光体ドラム３０のインピーダンスが十分に低いと考えると、この電流は帯電ローラ３１の抵抗分のみを流れた電流と考えることができる。帯電ローラ３１の抵抗分Ｒは次式により求められる。
Ｒ＝ｖ₀ ／ｉ₁ ＝５０／（２．５／１０³）
＝２０×１０₃ ＝２０（ｋΩ）（式５）
（式４）、（式５）より帯電ローラ３１の電圧降下分Ｖ_Rは次式により求められる。
Ｖ_R ＝Ｉ₁ ×Ｒ＝（４．８４／１０³）×（２０×１０³）
＝９６．８（Ｖ）（式６）
【００１２】そして感光体ドラム３０に帯電される電圧Ｖ_Dは前記全電圧降下分から前記帯電ローラ３１の電圧降下分を引けばよいので、次式により求められる。
Ｖ_D ＝Ｖ₀ −Ｖ_R ＝８００−９６．８＝７０３．２（Ｖ）（式７）
このようにして求められた感光体ドラムの帯電電圧Ｖ_Dは、感光体ドラム３０の絶縁層が摩耗により薄くなってくるとその値より小さくなってくる為、その帯電電圧Ｖ_Dの値を一定に保つよう制御する必要がある。
【００１３】そこで抵抗Ｒ₁とＲ₂の間から電圧Ｖ₀を検出する信号成分をコントロール回路４１に入力させると共に、電流検出回路３８が出力する電流Ｉ₀を検出した検出信号をコントロール回路４１に入力させる。感光体ドラム３０の帯電電圧Ｖ_Dが小さくなってくるとこれらの信号値も変化してくるので、予じめ記憶されたデータテーブルを参照しながら、コントロール回路４１は前記入力された信号に基づいて直流電源３４を制御し、電圧Ｖ_Dの値を一定に保つような値に、直流電源３４から出力される電流Ｉ₀を補正するようその電圧を制御する。
【００１４】ところで帯電ローラ３１と感光体ドラム３０は、図４に示すような抵抗ＲとコンデンサＣの等価回路に置換えることができる。そして帯電ローラ３１の抵抗値は温度や湿度等の環境の影響を受けて変化するので可変抵抗とみることができる。このような帯電ローラ３１の抵抗値の変化は上記制御の外乱となるため、環境検出回路３９が検出した温度等の変化を信号としてコントロール回路４１に入力させることにより、上記外乱による影響を防止して感光体ドラム３０の帯電電圧の正確な制御を行うことが可能となる。
【００１５】たとえば図５に線ａで示すように、何もしなければ感光体ドラム３０の帯電電圧は転写枚数が２万枚を越えるとそれまでの７００Ｖから低下を始め、５万枚目位には６００Ｖ位にまで低下してしまう。しかし本発明が適用された帯電装置を用いた場合には図に線ｂで示すように、転写枚数が５万枚目位になっても６８０〜６６０Ｖ位までにしか低下せず、感光体ドラム３０の絶縁層の摩耗による影響を大きく低減させていることが分かる。
【００１６】図６は実験データを表で示す図である。この実験において、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３のデータは温度が２０℃、湿度が３０％の下で、Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６のデータは温度が２５℃、湿度が８０％の下で採取したものである。環境センサー３９の信号は外部よりＯＮ／ＯＦＦさせたものである。この図からも、感光体ドラム３０の帯電電圧が７００Ｖからそれ程低下しておらず、感光体ドラム３０の絶縁層の摩耗による影響を大きく低減させていることが分かる。
【００１７】なお上記実施例においては帯電手段として帯電ローラを用いたが、コロナ放電式の帯電手段を用いてもよい。また上記実施例においては感光体として感光体ドラムを用いたが、ベルト式の感光体を用いてもよい。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、交流電源と直流電源が帯電手段に交流電流と直流電流とを重畳して供給し、電圧検出手段と電流検出手段からの検出信号に基づいて、制御手段が直流電源を制御することにより、感光体の絶縁層が摩耗して薄くなった場合に帯電電位が変化するのを防止することができる。また制御手段は環境検出手段からの温度や湿度等の検出信号に基づいて前記制御を行うため、温度や湿度等の影響による帯電手段のインピーダンスの変動を防止することができる。また、前記従来例のように表面電位検出装置を用いてないので、簡単な構成で、故障も少く、コストアップも防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１に対応する帯電装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明による帯電装置の一実施例を示す回路図である。
【図３】帯電ローラに重畳して供給する交流と直流の電流を示す線図である。
【図４】帯電ローラと感光体ドラムの等価回路を示す図である。
【図５】感光体ドラムの表面電位と転写枚数との関係を示す線図である。
【図６】上記実施例の実験データを表にして示す図である。
【符号の説明】
１０感光体
１１帯電手段
１３交流電源
１４直流電源
１７電圧検出手段
１８電流検出手段
１９環境検出手段
２１制御手段
３０感光体ドラム
３１帯電ローラ
３３交流電源
３４直流電源
３８電流検出回路
３９環境検出回路
４１コントロール回路

【特許請求の範囲】
【請求項１】感光体の表面を帯電する帯電手段と、この帯電手段に交流電流を供給する交流電源と、前記帯電手段に前記交流電流と重畳して直流電流を供給する直流電源と、電圧を検出する電圧検出手段と、電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段および電流検出手段からの検出信号に基づいて前記直流電源を制御する制御手段と、温度や湿度等を検出してこの検出信号を前記制御手段に出力する環境検出手段とを備えたことを特徴とする帯電装置。

【図１】