画像形成装置
【課題】 磁気ブラシ帯電装置を備える画像形成装置において、磁気ブラシを形成する磁性粒子の長期使用による表面性の変化に伴い、磁気ブラシが感光ドラム表層を削る速度が増大していくこと。
【解決手段】 感光ドラムと磁気ブラシとの間にはたらく二方向の力の大きさを測定する。測定された値から磁性粒子の交換等の作像動作の制御を行なう。
【解決手段】 感光ドラムと磁気ブラシとの間にはたらく二方向の力の大きさを測定する。測定された値から磁性粒子の交換等の作像動作の制御を行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気ブラシ方式の帯電装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在広く実用化されている電子写真技術は次のようなものである。最初に、像担持体を帯電器により正・負いずれかの電荷を付与することで帯電をおこなう。そして、レーザスキャナ等の像露光手段により、帯電された像担持面に所望のパターンを像露光し、像担持体の電荷発生層から発生した電荷により、表面電荷を打ち消し、像担持面に静電荷像を形成する。当該静電潜像を摩擦帯電させたトナーにより現像することにより、静電荷像に対応したトナー像を得る。そして、トナー像を紙等の最終支持部材に転写し、加熱等の手段によって最終支持部材上のトナー像を定着して出力画像を得る。
【０００３】
電子写真技術において、感光体を帯電する主な方式として、コロナ帯電方式、ローラ帯電方式、注入帯電方式がある。
【０００４】
コロナ帯電方式は、コロナ放電を発生させる金属製のワイヤーと、感光体近傍に対向して配置された金属製のグリッドを備えるコロナ帯電器による帯電方式である。ワイヤーに直流電圧を印加することにより、コロナ放電を発生させ、コロナ放電により生成されたイオンがグリッドを通過し、感光体表面に到達して感光体表面を帯電させる。グリッドに電圧を印加し、グリッドと感光体表面の間の電界を制御することにより、感光体表面を所望の帯電電位に帯電することができる。
【０００５】
ローラ帯電方式は、導電性のゴムローラを感光体に接触（或いは近接）させて帯電を行う方式である。ローラの芯金に直流、或いは交流電圧を印加することにより、感光体表面とローラ表面の間で放電を発生させ、感光体表面を帯電させる。芯金にかける直流電圧、或いは交流電圧のオフセット電圧を制御することにより、感光体表面を所望の帯電電位に帯電することができる。
【０００６】
注入帯電方式は、感光体表面に導電性の部材を接触させ、この部材に電圧を印加することにより、直接電荷を注入して感光体表面を帯電する方式である。感光体表面に接触させる導電性部材としては、導電性ローラやファーブラシローラ等が用いられることもあるが、感光体との接触性の向上という点から磁気ブラシが用いられることが多い。磁気ブラシは、導電性の磁性粒子をマグネット、或いはマグネットを内包するスリーブ上に磁気的に拘束することにより形成される。マグネット、或いはスリーブを回転させながら感光体表面に磁気ブラシを接触させ、マグネット、或いはスリーブに電圧を印加すると、磁気ブラシを介して、感光体表面に電荷が注入される。そして、感光体表面はマグネット、或いはスリーブに印加した電圧とほぼ等電位に帯電される。
【０００７】
コロナ帯電方式とローラ帯電方式とは、放電現象を積極的に利用する帯電方式であるため、帯電動作に伴い、放電生成物が生成され、感光体表面に付着してしまう。親水性の放電生成物が感光体表面に付着すると、高湿環境下等で水分が吸着し、感光体表面の電荷が移動しやすくなり、それに伴う画像流れ現象が発生する。また、放電が起こると異臭が発生したりすることもある。一方、注入帯電方式は、他の帯電方式とは異なり、放電現象を積極的に利用しないため、放電を伴う帯電方式で発生する弊害を生じさせることがない。
【０００８】
また、コロナ帯電方式とローラ帯電方式は、コロナワイヤや帯電ローラがトナー等で汚染されると、その部分で帯電不良が生じ、画像不良を発生させてしまう。一方、磁気ブラシ注入帯電方式では、多少トナー等の異物が混入しても、磁気ブラシの比表面積が大きいことと、磁気ブラシと感光体との接触機会が多いことから、帯電不良になることはほとんどない。
【０００９】
磁気ブラシ注入帯電方式の課題の一つとして、画像形成中に磁気ブラシは常に感光体と接触して回転しているため、磁気ブラシが感光体表層を削っていってしまうことが挙げられる。感光体表層には、潜像を描くための電荷を保持する像担持体としての役割があるので、この表層が削りとられてしまうと、像担持体としての機能が失われてしまう。つまり、感光体表層の削れ速度が感光体の寿命を決定する。他の要因が感光体の寿命を決定する場合もあるが、感光体表層の削れ速度が感光体の寿命を決定する支配的要因である。
【００１０】
磁気ブラシの厚さを薄くする、つまり磁気ブラシ担持体上の磁性粒子量を減らすことにより、感光体表層の削れ速度を低減することは可能であるが、磁気ブラシと感光体表面との接触性が悪化し、帯電能力が落ちてしまう。十分な帯電能力を確保するには、磁気ブラシと感光体表面との接触性を確保する必要があり、磁気ブラシを形成する磁性粒子量を、感光体の表層の削れ速度を著しく低減させるほどに減らすことは難しい。
【００１１】
しかしより大きな問題は、感光体表層の削れ速度は磁気ブラシを形成している磁性粒子の状態によって変化することである。初期の状態の磁気ブラシでは感光体表層の削れ速度が小さくても、印刷枚数を重ねるに伴い、磁性粒子の状態が変化して、感光体表層の削れ速度が増加してしまうことがある。感光体表層の削れ速度の増分が予測不能になれば、感光体の寿命が予測不能になり、感光体の交換周期を必要以上に短く設定しなければならなくなる。
【００１２】
例えば図１に示すような構成において、シリカ等のトナーの外添剤がクリーニングブレードを擦り抜けて磁気ブラシ中に混入して磁性粒子表面に付着していくと、それらが研磨剤として働き、感光体表層の削れ速度を増やしてしまう。また印刷枚数を重ね、磁気ブラシ中の磁性粒子が磨耗していき、磁性粒子の表面が変質することによっても削れ速度は変化する。
【００１３】
変化してしまった磁性粒子の状態を元の状態に戻すには、特開２００１−０４２６００号公報に記載されているような、状態の変化してしまった磁性粒子を新しい磁性粒子と入れ替える方法が有効である。
【００１４】
また、感光体の交換周期を長く保つには、磁性粒子の状態変化を検出し、その検出値から感光体表層の削れ速度の見積りを行い、磁性粒子の入れ替え時期を決定する制御を行うことが有効である。特開平１１−１４９１９４号公報では、磁性粒子の規制ブレードに対する圧力が帯電性や感光体表層の削れ速度と相関があるとして、その圧力情報から磁性粒子の入れ替え頻度を制御する方法が記載されている。特開２００４−３４７７８２号公報では、磁性粒子の電気抵抗を測定して、電気抵抗がある基準値を超えたときに新しい磁性粒子を補給する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００１−４２６００号公報
【特許文献２】特開平１１−１４９１９４号公報
【特許文献３】特開２００４−３４７７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特開２００１−４２６００号公報等に開示された構成では、磁性粒子の研磨能力を把握して、磁性粒子の交換を行う構成ではない。そのため、磁性粒子がまだ継続して使用可能な状態（感光体表層の削れ速度が許容範囲よりも遅い状態）であっても、磁性粒子の交換を行ってしまう可能性がある。あるいは、磁性粒子が望ましくない使用状態（感光体表層の削れ速度を想定以上に速めてしまうような状態）であっても、磁性粒子の交換が行われない可能性がある。そのため、磁性粒子の入れ替え頻度が過多になったり、逆に磁性粒子の入れ替えが十分に行われず感光体の寿命を著しく短くしてしまったりするおそれがある。
【００１７】
特開平１１−１４９１９４号公報に開示された構成では、以下のような欠点があった。規制ブレードにかかる圧力と感光体表層の削れ速度に相関が見られることもある。しかし、特開平１１−１４９１９４で検知しているのは、スリーブの回転方向に対し規制ブレードの下流に存在している磁性粒子の圧力である。そのため、後述するように、磁性粒子の表面状態と感光体の表面状態との兼ね合いで変化する感光体表面層の削れ速度を予測することが難しく、感光体表面層の削れ速度を完全に制御できるものではない。
【００１８】
特開２００４−３４７７８２号公報に開示された構成では、以下のような欠点があった。磁性粒子の電気抵抗値は帯電能力に相関があるが、感光体表面層の削れ速度に関しては大きく相関があるものではない。磁性粒子の電気抵抗値を変化させる主要因は樹脂成分の付着である。感光体表層の削れは、磁性粒子への外添剤の付着が主要因であり、磁性粒子への樹脂成分の付着の影響は少ない。従って、磁性粒子の電気抵抗値を測定しても、磁性粒子の感光体表層の研磨能力を把握することはできないため、感光体表層の削れ速度を制御できるものではない。
【００１９】
本発明の目的は、感光体表層の削れ速度を精度よく検知し、作像動作を適宜制御することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明の画像形成装置は、像担持体と、回転自在な磁性粒子担持体上に担持した導電性磁性粒子を前記像担持体に接触させて該像担持体を帯電する接触帯電手段とを備え、前記像担持体と前記導電性磁性粒子との接触領域にはたらく力の方向と大きさとを測定する測定手段を有し、前記測定手段により、互いに独立な二方向の力の大きさを測定し、前記測定手段で測定された測定結果に基づいて、作像動作の制御を行う。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、感光体表層の削れ速度を精度よく検知し、作像動作を適宜制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例で用いた電子写真方式画像形成装置の概略構成図
【図２】本発明の実施例で用いた磁気ブラシ帯電器の構成を示す図
【図３】本発明の実施例用いた磁気ブラシ帯電器の取付部の構成を示す図
【図４】本発明の実施例で測定したＦｒ、Ｆθの関係を表す一例図
【図５】画像出力枚数と感光ドラム表層の削れ量との関係を示す図
【図６】画像出力枚数と感光ドラム表層の削れ速度との関係を示す図
【図７】画像出力枚数を変えた場合のＦｒ、Ｆθとの関係の変化の様子を示す図
【図８】感光ドラム表層の削れ速度とμ、Ｎとの関係を示す図
【図９】本発明の実施例１の画像出力枚数と感光ドラム表層の削れ量の関係を示す図
【図１０】実施例で使用したアモルファスシリコン系感光体の層構造を示す図
【図１１】実施例２で用いた、感光ドラムの位相検出手段について示す図
【図１２】実施例２における、ＦｒとＦθとの関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施例１）
図１に、本発明が適用できる、電子写真方式画像形成装置の概略構成図を示す。本実施例で使用する感光ドラム１（像担持体）はアモルファスシリコン系の感光体を用いている。
【００２４】
アモルファスシリコン系感光体は、図１０に示すように、Ａｌなどからなる導電性支持体と、下部電荷注入阻止層と、感光層と、上部電荷注入阻止層と、表面層からなる。全ての層は直径８４ｍｍのアルミニウムの素管上にプラズマＣＶＤ等の成膜法によって作製されたものである。表面層は１０１３Ω・ｃｍ程度の抵抗であり、磁気ブラシ帯電器により、電荷注入が発生するような抵抗になっている。また表面層は、潜像形成の光を充分透過するように成膜してある。表面層の膜厚は約１．２μｍである。上部電荷注入阻止層はｐ型の半導体であり、表面層に注入されたマイナスの電荷が導電性支持体へと流れてしまうのを阻止する役割がある。感光層は潜像形成の光を吸収し、電子−正孔のペアを発生させる。発生した正孔はｐ型半導体である上部電荷注入阻止層を通り、表面層の帯電電子を打ち消し、潜像を形成する役割を担い、発生した電子はｎ型である下部電荷注入阻止層を通り、導電性支持体に達する。下部電荷注入阻止層は導電性支持体から表層への正孔の拡散を阻止するための層である。
【００２５】
磁気ブラシ帯電器２は、図２に示すような構造となっている。帯電容器内に固定のマグネットローラ２６と、このマグネットローラ２６に回転自在に外嵌させた非磁性材料（例えばステンレス）からなる外径１６ｍｍの磁性粒子担持体であるスリーブ２５を有している。スリーブ２５の外周面には、導電性の磁性粒子２７がマグネットローラ２６の磁力でブラシ状に担持され、磁性粒子をスリーブ表面に均一の厚さにコートする非磁性材料（例えばステンレス）からなる規制ブレード２３を有している。導電性の磁性粒子の抵抗値は、１０２Ω・ｃｍ〜１０１０Ω・ｃｍ程度が好ましい。磁性粒子は、感光ドラム表面に接触して電荷を注入を行う。帯電容器の上部には、トナーや外添剤による汚染や磨耗がなされていない新しい磁性粒子を収納した磁性粒子収納部２１と、磁性粒子収納部内の磁性粒子をスリーブ上に補給する磁性粒子補給装置２２が設けられている。磁性粒子収納部内の磁性粒子は、磁性粒子補給装置を通して規制ブレード２３のスリーブの回転方向（矢印ｂ方向）上流側の磁性粒子溜まり部（磁性粒子補給装置の下部近傍）に補給される。磁性粒子はスリーブの回転に伴い矢印ｂ方向に搬送される。磁性粒子収納部２１には、初期状態において５００ｇの磁性粒子が収納されている。搬送スクリュー２４が回転駆動することにより、一定量の磁性粒子が長手奥側へと搬送され、搬送スクリューの先にある磁性粒子回収口（不図示）から磁性粒子回収容器へと回収される。
【００２６】
スリーブ２５は感光ドラム１に対しカウンター方向に回転しており、本実施例においては、感光ドラム１のプロセススピード３００ｍｍ／ｓｅｃに対しスリーブ２５は３６０ｍｍ／ｓｅｃで回転している。また、感光ドラム１に対して形成される磁性粒子の接触ニップ幅は約６ｍｍとなるように調整した。スリーブ２５には帯電バイアス電源（不図示）より帯電バイアス（直流電圧に交流電圧を重畳した帯電バイアス）が印加される。スリーブ２５に帯電バイアスを印加することにより、磁性粒子２７から電荷が感光ドラムの表面層に注入され、帯電電圧に近い電位に帯電される。本実施例における帯電バイアスは、直流電圧が−６５０Ｖで、交流電圧のＶｐｐが５００Ｖ、交流電圧の周波数が１０００Ｈｚであった。
【００２７】
磁性粒子はフェライト表面を酸化、還元処理して抵抗調整を行ったものに対し、シリコン系の樹脂に対してカーボンブラックを分散し抵抗調整されたコート剤を１．０重量％コーティングしたものを用いた。磁性粒子は、平均粒径が２５μｍ、飽和磁化が２００ｅｍｕ／ｃｍ３、抵抗が５×１０６Ω・ｃｍのものを用いた。なお、磁性粒子の抵抗値の測定は、底面積が２２７ｍｍ２の金属セルに磁性粒子を２ｇ入れた後に６．６ｋｇ／ｃｍ２で加重し、金属セルの両端に１００Ｖの電圧を印加して行った。
【００２８】
磁気ブラシ帯電器２によって感光ドラム１は−６５０Ｖに均一に帯電される。次に、露光装置３は、画像信号により変調されたレーザー光Ｌにより走査露光を行い、感光ドラム１上に静電潜像が形成され、現像器４によってこの静電潜像は反転現像され、感光ドラム１上にトナー画像を得る。
【００２９】
本実施例の現像方式には負帯電性トナーと磁性キャリアによる２成分現像方式を用いている。トナーは粉砕法によって作製された平均粒径６μｍの樹脂に顔料やワックスを分散させたものであり、平均粒径２０ｎｍの酸化チタンや、平均粒径１００ｎｍのシリカなどをそれぞれトナーに対して１重量％程度外添したものである。磁性キャリアには飽和磁化が２０５ｅｍｕ／ｃｍ３の平均粒径３５μｍの磁性粒子を用いた。
【００３０】
感光ドラム１上のトナー画像が感光ドラム１と転写ベルト７間の転写ニップ部に到達すると、そのタイミングに合わせて給紙カセット内の転写材Ｐが給紙ローラ８によって給紙されてレジストローラにより搬送される。転写バイアスが印加された転写ブレード５により転写材Ｐの裏側にトナーと逆極性の正電荷が付与されて、転写材Ｐの表面側に感光ドラム１上のトナー像が転写される。そして、トナー像が転写された転写材Ｐは転写ベルト７により定着装置９へ搬送され、定着装置９による加熱、加圧によりトナー像が転写材Ｐ表面に永久固着画像として定着されて排出される。
【００３１】
一方、トナー像転写後の感光ドラム１表面には、転写残トナーが残留している。転写残トナーはクリーニング装置６のクリーニングブレードによってかき取られて回収される。感光ドラム１はその後、ＬＥＤアレー１０からの露光によって０Ｖまで除電され、再び磁気ブラシ帯電器２によって帯電され、トナー画像形成に利用される。
【００３２】
制御手段である、ＣＰＵ１１は作像動作を制御する。本実施例では、後述する磁性粒子補給装置２２を制御して、磁気ブラシ帯電器の磁性粒子の交換を行う。
【００３３】
本願発明の特徴構成である磁気ブラシ帯電器の説明をする。
【００３４】
特開平１１−１４９１９４号公報に開示された構成では、スリーブの回転方向に対し規制ブレードの下流に存在している磁性粒子の圧力を検知している。つまり、特開平１１−１４９１９４号公報では、スリーブの回転方向に対し規制ブレードの下流に存在している磁性粒子の状態のみを見ている。
【００３５】
本願発明者の鋭意検討により、感光ドラム１の削れ量は、スリーブの回転方向に対し規制ブレードの下流に存在している磁性粒子の状態が同じであっても、感光ドラム１や磁性粒子の表面状態によっても変化することがわかった。即ち、磁性粒子の存在状態が同じであっても、感光ドラム１や磁性粒子の表面状態が異なれば、感光ドラム１の削れ速度が異なる。
【００３６】
そこで、本実施例では、感光ドラム１とスリーブ２５との接触領域にはたらく力の方向を測定することで、磁性粒子の表面状態と感光ドラム１の表面状態を考慮して、感光ドラム１の削れ速度を算出する。図３は、画像形成装置本体側に設けられた磁気ブラシ帯電器２を取り付ける部位の構成を示したものである。磁気ブラシ帯電器２は帯電器支持台３０に姿勢を保持している。帯電器支持台３０は、回動ユニット３２に取り付けられたリニアガイド３１の上に固定される。帯電器支持台３０の背面には、帯電スリーブの中心と感光ドラムの中心とを結んだ直線に対して平行な方向（以下、ＳＤ法線方向）の力を測定可能な向きにロードセルＸ３９が取り付けられる。また帯電器支持台３０と回動ユニット３２との間にＳＤ法線方向に力を及ぼすように引張バネＸ４１が設置される。引張バネＸ４１の復元力により、帯電器支持台３０は回動ユニット３２に近づく方向にスライドし、ロードセルＸ３９の測定部が回動ユニット３２に突き当てられることにより、帯電器支持台３０と回動ユニット３２との位置関係が決まる。
【００３７】
本実施例では、帯電器支持台３０側にロードセルＸ３９を取り付ける構成にしたが、回動ユニット３２側にロードセルＸ３９を取り付け、帯電器支持台３０側にロードセルＸ３９の測定部を突き当てるようにしてもよい。ロードセルＸ３９の測定部の被突き当て側の部材は、突き当て力による変形が小さい部材が望ましい。あるいは、被突き当て側の部材の変形が小さくおさまるように、引張バネＸ４１の復元力を設定するとよい。
【００３８】
回動ユニット３２の両側板には回転中心軸３３が設けられる。回動ユニット３２は、スライドユニット３４に設けられた回転中心軸支持部３５に軸受３６を介して取り付けられる。スライドユニット３４には、帯電スリーブの中心と感光ドラムの中心とを結んだ直線に対して垂直な方向（以下、ＳＤ接線方向）の力を測定可能な向きにロードセルＹ４０が取り付けられる。また回動ユニット３２とスライドユニット３４との間にＳＤ接線方向に力を及ぼすように引張バネＹ４２が設置される。回動ユニット３２は、回転中心軸３３を中心に回転可能な状態で取り付けられる。また、引張バネＹ４２の復元力により、回動ユニット３２はスライドユニット３４に近づく方向（反時計回り）に回転する。そして、スライドユニット３４上に設置されているロードセルＹ４０の測定部が回動ユニット３２に突き当てられ、回動ユニット３２とスライドユニット３４の位置関係が決まる。回動ユニット３２側の重心の位置によっては、引張バネＹ４２が不要な場合もあるが、ロードセルＹ４０の測定部と回動ユニット３２との接触状態をより確実に保持するためには、引張バネＹ４２を設けた方が望ましい。
【００３９】
スライドユニット３４はレール部材３８上に取り付けられる。スライドユニット３４の背面側には、スライドユニット３４とは独立に偏心コロ４４が設置される。スライドユニット３４と本体非動作部との間にＳＤ法線方向に力を及ぼすように引張バネＺ４３が設置される。引張バネＺ４３の復元力により、スライドユニット３４は偏心コロ４４に近づく方向にスライドし、スライドユニット３４は偏心コロ４４に突き当てられる。偏心コロ４４を回転させると、偏心コロ４４の回転中心から、偏心コロ４４とスライドユニット３４との突き当て位置までの距離が変わる。
【００４０】
本実施例においては、偏心コロ４４の回転によりスライドユニット３４がスライドすると、帯電スリーブの中心が、感光ドラムの中心と帯電スリーブの中心とを結んだ直線上のみを移動するような設計となっている。感光ドラムと帯電スリーブとが限界まで近づいても接触することがない距離から、磁気ブラシが感光ドラムに接触しない十分な距離を保つことのできる距離までスライドユニット３４が動作可能になるよう偏心コロ４４の形状を設計した。
【００４１】
上記のような構成で、磁気ブラシ帯電器２を画像形成装置本体内に取り付け、まずは、偏心コロ４４を制御し、感光ドラム１と帯電スリーブを離間させ、磁気ブラシが感光ドラム１に接触しない状態にする。この状態での、ロードセルＸ３９による測定値をＦｘ（０）、ロードセルＹ４０による測定値をＦｙ（０）とし、画像形成装置起動時に測定を行う。
【００４２】
次に偏心コロ４４を回転させ、所望の帯電スリーブと感光ドラム１とが長手方向に形成する隙間（以下、ＳＤギャップ）を変化させて、ロードセルＸ３９と、ロードセルＹ４０の測定値を得る。本実施例では、偏心コロ４４がＳＤギャップの幅が調整する調整手段である。具体的には、所望のＳＤギャップより４０μｍ 狭い状態から、所望のＳＤギャップより４０μｍ 広い状態まで、１０μｍ刻みでＳＤギャップを広げていき、合計９点分のＦｘ，Ｆｙのデータを計測する。本実施例においては所望のＳＤギャップを３００μｍとした。
【００４３】
感光ドラム、帯電スリーブともに回転させた状態で測定を行う。感光ドラム、帯電スリーブの偏心により生じるＳＤギャップの変動に起因した測定誤差を低減させるため、１０秒間分（サンプリング周期０．０５秒、合計２００点分）のデータの平均値を測定データとして取り扱う。ロードセルＸ３９により測定されるデータをＦｘ（ｄ）、ロードセルＹ４０により測定されるデータをＦｙ（ｄ）とする。Ｆｘ（ｄ）及びＦｙ（ｄ）には、引張バネの復元力や、支持する部材の質量によるものも含まれている。
【００４４】
ここで磁気ブラシが感光ドラムに接触することにより発生する力の成分のうち、ロードセルＸ３９により測定される力の成分をＦｘ、ロードセルＹ４０により測定される力の成分をＦｙとする。ＦｘとＦｙは、磁気ブラシが感光ドラムに接触させた状態での測定値から、磁気ブラシと感光ドラムとを非接触な状態保持したときの測定値を引いた値となるので以下の式が成り立つ。
Ｆｘ＝Ｆｘ（ｄ）−Ｆｘ（０）
Ｆｙ＝Ｆｙ（ｄ）−Ｆｙ（０）
ここで、磁気ブラシと感光ドラム間において、ＳＤ法線方向に発生する力をＦｒ、ＳＤ接線方向に発生する力をＦθとすると、帯電器支持部の動作は、リニアガイド３１によりＳＤ法線方向に規制されているため、ＦｒはＦｘと等しくなる。また、Ｆθは、回動ユニット３２の回転中心からの距離をモーメントアームとするモーメントの釣り合い式により、算出することができる。上述したように、９点分のＦｘ，ＦｙのデータからＦｒとＦθとの関係を算出する。図４は算出したＦｒ、Ｆθを横軸にＦｒ、縦軸にＦθとし、プロットしたものである。結果から、ＦθはＦｒを変数とする以下に示す一次関数に近似することができる。
Ｆθ＝μ・Ｆｒ＋Ｎ
ここで、μはＦｒにかかる係数（傾き）であり、Ｎは切片の成分とする。μとＮとは、９点分のＦｘ，Ｆｙの測定値のデータに基づいてＦｒとＦθを算出し、ＦｒとＦθの関係を最小二乗法を用いて、一次関数に近似することにより、算出することが可能である。本実施例では、Ｆｒ、Ｆθともに、Ｆｘ、Ｆｙの値から簡単に算出可能な構成である。Ｆｘ、Ｆｙの測定する方向が互いに独立であれば、分力の計算によりＦｒ、Ｆθを算出することができる。
【００４５】
出力する画像の画像印字率は１０００枚毎に３％〜２０％までランダムに変えて画像形成を行い、画像出力枚数に対して感光ドラム表面層の削れ量がどのように変化するか実験した。実験結果を図５に示す。図６は、図５の実験結果を、画像出力枚数と感光ドラム表層の削れ速度（単位枚数あたりの感光ドラム表層の削れ量）との関係に直した図である。また図７は画像出力枚数を１６０００枚、３３０００枚、８００００枚としたときに、ＳＤギャップを変更して測定・算出したＦｒ、Ｆθの関係を示す図である。図８（ａ）は、感光ドラム表層の削れ速度と図７に示したＦｒ、Ｆθの関係から算出されるμ（傾き）、Ｎ（切片）との関係を示す図である。図８（ｂ）は、感光ドラム表層の削れ速度と図７に示したＦｒ、Ｆθの関係から算出されるＮ（切片）との関係を示す図である。
【００４６】
図６から感光ドラム表層の削れ速度は、画像出力枚数の増加に伴い増大していくことが分かる。この現象は、磁性粒子の表面状態の変化により、感光ドラムと磁性粒子の接触状態が徐々に変化していくことに起因する。図７から、画像出力枚数の増加に伴いＦｒ、Ｆθの関係に変化が生じ、μ（傾き）、Ｎ（切片）が増大していくことが分かる。また図８から、感光ドラム表層の削れ速度の増大に伴い、算出したμとＮとも増大していることが分かる。
【００４７】
μとＮとは、画像出力枚数が増加すると、増大する数値であり、感光ドラム表層の削れ速度と相関があることが解かる。画像出力枚数に対する感光ドラム表面層の削れ量を測定する実験において、画像形成途中でＳＤギャップは一定とし、またスリーブ回転方向に対し規制ブレードの下流側に存在する磁性粒子の状態もほぼ一定となるようにしていた。即ち、磁気ブラシと感光ドラム間において、ＳＤ法線方向に発生する力 Ｆｒは画像形成の途中において変化させていなかった。したがって、μとＮとは、磁性粒子の表面状態の変化を示す数値として扱えることが分かる。ここで、注目すべき点は、Ｆｒの値が変わらなくても、μやＮが変化することで感光ドラム表面層の削れ速度が変化することである。したがって、従来技術で説明した、特開平１１−１４９１９４のように、Ｆｒに影響があると思われる規制ブレードの圧力変化だけを見ていたとしても感光ドラムの表面層の削れ速度を把握するのは不十分であることがわかる。また、画像出力枚数が増加することによって、ＳＤ法線方向に発生する力であるＦｒの増大量は、μとＮとの増大量に比較して少ない。したがって、従来技術のように規制ブレードの圧力変化を見ることよりも、本願発明のようにμとＮを見ることの方が、感光ドラム表面層の削れ速度の把握に好適である。μとＮの値を小さくすれば、感光ドラム表層の削れ速度を低減することができる。μとＮの値を小さくするには、長期間使用された磁性粒子を新しい磁性粒子と交換することで達成することが可能である。
【００４８】
画像形成装置起動時に、磁気ブラシと感光ドラム１を接触させない状態にし、Ｆｘ（０）、Ｆｙ（０）を測定する。次に画像形成を開始し一定枚数の画像出力を終える毎に、ＳＤギャップを異ならせて、９点分のＦｘ（ｄ）、Ｆｙ（ｄ）の測定する。そして当該測定されたＦｘ（ｄ）、Ｆｙ（ｄ）の情報に基づいて、Ｆｒ、Ｆθを算出する。そして、Ｆｒ，Ｆθから、μ、Ｎを算出し、画像形成装置に備えられたメモリに記憶させる。メモリに記憶されたμの平均値が、予め設定しておいたμｍａｘを超えたとき、磁性粒子の交換を行う制御動作に入り、磁気ブラシ帯電器２内にある磁性粒子を全量交換し、再び画像形成モードになるよう設定した。なお、μｍａｘは、感光ドラム表層の厚さと、交換用磁性粒子収容スペースとの兼ね合いで設定する。本実施例ではμｍａｘを０．２７とした。
【００４９】
図９は磁性粒子の交換を全く行わない場合（比較例）と、本実施例で示した制御を行い磁性粒子の交換を行った場合の、画像出力枚数と感光ドラム表層の削れ量の関係を示している。感光ドラムの画像出力目標枚数を７５０万枚とすると、比較例１は目標の画像出力枚数に到達する前に、感光ドラム表層が削り取られてしまうが、本実施例の場合は画像出力目標枚数を大幅に上回る９００万枚まで、感光ドラムを使用することが可能である。
【００５０】
前述したように感光ドラム表層の削れ速度は、磁性粒子の表面状態の変化（外添剤の混入）により変わってくる。出力画像の印字率によって、クリーナブレードからすり抜けてくるトナーや外添剤の量が変化するため、画像出力枚数等で磁性粒子の交換タイミングを制御しても、適切なタイミングでの磁性粒子の交換は実現できない。適切なタイミングでの磁性粒子の交換は、本実施例のような、リアルタイムで磁性粒子の状態を把握することで達成される。
【００５１】
本実施例においては、画像出力枚数１０００枚毎に算出するμの平均値がμｍａｘを超えたときに、磁気ブラシ帯電器内部にある磁性粒子を全量交換する構成にした。表面状態の変化した磁性粒子と未使用の磁性粒子とが混ざることがないため、感光ドラムの削れ速度を最小まで下げることにより、感光ドラムをより長期間継続して使用することができる。
【００５２】
一方、少量交換を行う場合でも、全量交換を行う場合よりは効果は小さいが、μを低減させることが可能であり、また交換を行う際に画像出力を止めなくてもよいというメリットもある。生産性を落とすことなく、感光ドラムを長期間継続して使用することが可能にする有効な手段である。
【００５３】
本実施例では、ＳＤギャップを制御して９点分のＦｒ、Ｆθを測定し、μとＮを算出したが、最小で２点分の測定ができれば、μとＮを算出することが可能である。
【００５４】
本実施例においては、Ｆｒ、Ｆθの関係から算出したμを磁性粒子の交換タイミングを決めるパラメータとして用いたが、μと共に算出されるＮを交換タイミングを決めるパラメータとして用いても良い。
【００５５】
画像形成装置起動時に、磁気ブラシと感光ドラム１を接触させない状態にし、Ｆｘ（０）、Ｆｙ（０）を測定する。次に画像形成を開始し一定枚数（本実施例においては１０００枚）の画像出力を終える毎に、Ｆｘ（ｄ）、Ｆｙ（ｄ）の測定し、Ｆｒ、Ｆθを算出、およびμ、Ｎを算出し、画像形成装置に備えられたメモリに記憶される。メモリに記憶されたＮの平均値が、予め設定しておいたＮｍａｘを超えたとき、磁性粒子の交換を行う制御動作に入り、磁気ブラシ帯電器２内にある磁性粒子を全量交換し、再び画像形成モードになるよう設定した。なお、Ｎｍａｘは、感光ドラム表層の厚さと、交換用磁性粒子収容スペースとの兼ね合いで設定する。
【００５６】
上記のように、磁性粒子の交換制御パラメータをＮにした場合であっても、μを磁性粒子の交換制御パラメータとした場合とほぼ同様な結果が得られた。
【００５７】
以上説明したように、磁気ブラシと感光ドラムとの間にかかる互いに独立な二方向の成分の力（本実施例では、Ｆｒ（第１の力）、Ｆθ（第２の力））を測定し磁性粒子の交換という作像動作の制御を行っている。具体的には、ＦｒとＦθを異なる条件において測定し、複数の測定値を得る。ここで、異なる条件とは、偏心コロ４４によりＳＤギャップを異ならせた条件である。そして、複数の測定値をＦｒを一方の軸、Ｆθをもう一方の軸とした一次関数で近似したときの、傾きμ、又は切片Ｎに基づいて磁性粒子の交換を行っている。このように、Ｆｒ、Ｆθの関係から算出される磁性粒子の表面性の変化を表す数値であるμとＮとを、磁性粒子の制御パラメータとした。このμ又はＮに基づいて磁性粒子の交換間隔を決定することにより、感光ドラムの削れ速度を正確に把握した上での磁性粒子の交換が可能になり、感光体の交換周期を長くすることができる。
【００５８】
なお、本実施例では、μとＮのみに注目して磁性粒子の交換を行ったが、その他の感光ドラムの削れ速度に影響を与えるような因子も考慮して磁性粒子の交換を行っても良い。例えば、従来技術に開示されているような、規制ブレードの圧力を考慮して磁性粒子を交換するものを併用して用いてもよい。
【００５９】
（実施例２）
本実施例では、図１に示した実施例１の画像形成装置と同じものを用いたため、画像形成装置の概略構成の説明を省略する。本実施例では、実施例１で示したようなＳＤギャップの積極的な制御をすることなく、Ｆｒ、Ｆθのデータを測定可能であることを示す。
【００６０】
図１に示すような一般的な画像形成装置においては、寸法公差、幾何公差、組付公差等の積み上げ公差のため、感光ドラム、スリーブ、ローラ等の円筒形の回転部材は偏心し、回転軸の中心から円周上の各点までの距離が不均一になる。従って、感光ドラムやスリーブが偏心すると、ＳＤギャップが変動する。本実施例の画像形成装置において、感光ドラム１の回転によるＳＤギャップの変動幅は２０μｍ、帯電スリーブの回転によるＳＤギャップの変動幅は１５μｍである。
【００６１】
実施例１においてはＳＤギャップを制御し、所望のＳＤギャップより４０μｍ狭い状態から、所望のＳＤギャップより４０μｍ広い状態まで、１０μｍ刻みでＳＤギャップを広げていき、合計９点分のＦｒ、Ｆθを測定・算出した。図４に示した実施例１の測定結果において、隣り合う２点のデータを結んだ直線からμとＮを算出しても、９点分のデータを一次関数に近似して得られたμとＮとほぼ同等な値を算出することが可能である。図４における隣り合う２点のデータの違いは、測定時のＳＤギャップの平均値が１０μｍ異なっていることである。これらのことから、ＳＤギャップの変動量を実施例１のように大きく取らなくても、Ｆｒの異なる２点のデータをとることができれば、μとＮとを算出することが可能であることが分かる。
【００６２】
Ｆｒの値が変動する主な要因として、規制ブレードにより規制された単位面積当たりの磁性粒子担持量の変動と、感光ドラム１および帯電スリーブの偏心を起因としたＳＤギャップの変動が挙げられる。実施例１において、積極的にＳＤギャップを制御したのは、Ｆｒの変動幅を大きくし、より高精度にμとＮとを算出するためである。
【００６３】
帯電スリーブの偏心により、帯電スリーブと規制ブレードとが形成する隙間（以下、ＳＢギャップ）が狭くなった場合、帯電スリーブに単位面積当たりに担持される磁性粒子量は少なくなる。ＳＢギャップが狭くなる位相が感光ドラムと対向する際には、帯電スリーブの偏心を起因としたＳＤギャップの変動が、ＳＢギャップの変動とほぼ同程度に発生し、ＳＤギャップが狭くなる。つまり、帯電スリーブ上の磁性粒子量が少ないときには、ＳＤギャップは狭くなり、逆に、帯電スリーブの磁性粒子量が多いときには、ＳＤギャップは広くなる。
【００６４】
ＳＢギャップが狭いときほど、磁性粒子の担持量が少なく、Ｆｒが小さくなる。また、ＳＤギャップが狭いときほど、磁性粒子の通過経路に磁性粒子が殺到し、Ｆｒが大きくなる。そして、上記したように、帯電スリーブの偏心を起因してＳＢギャップが狭くなる位相では、同様にＳＤギャップも狭くなることを考慮すると、帯電スリーブの偏心によるＦｒの変動は小さくなるようになっている。従って、Ｆｒの変動は、感光ドラム１の偏心を起因とするＳＤギャップの変動がより支配的要因として現れる。本実施例においては、感光ドラム１の位相を検知し、感光ドラム１における同一位相での測定値を平均化して処理している。帯電スリーブの偏心による影響が大きいと、感光ドラム１の同一位相であっても、測定値にばらつきが生じ、平均値に誤差が生じる可能性があるが、本件に係る磁気ブラシ帯電装置の構成上、上記のような誤差は少ない。
【００６５】
本実施例の画像形成装置は、図１１に示すような感光ドラム１の位相を検知する位相検知器５１を備える。感光ドラム１と共に、感光ドラム１の中心を回転中心として回転する遮断部材５２が、位相検知器５１の光路を遮断すると、位相検知器５１からの出力が途絶える。
【００６６】
ロードセルにより測定される連続的な測定値を、遮断部材５２が位相検知器５１の光路を遮断する時刻毎に分割することで、感光ドラム１が１周する間の、感光ドラム１の位相と、Ｆｒ、Ｆθとの関係を正確に管理することができる。
【００６７】
感光ドラム１の位相と、磁気ブラシと感光ドラムとの間にはたらく力を同時に測定し、感光ドラム１の２０周分の測定値を、１周分毎に分割した測定値の平均値を、感光ドラム１が１周する間のＦｒ、Ｆθの値として取り扱った。即ち、感光ドラム１の回転の同一位相におけるＦｒ、Ｆθを複数回測定し、位相ごとのＦｒ、Ｆθの平均値を算出する。感光ドラム１の１周期を８分割し、８分割された時間毎のＦｒ、Ｆθの関係を図１２に示す。図１２において、プロットされた８点の測定値を一次関数に近似すると、実施例１で示した図４と同様な直線に近似されることが分かる。
【００６８】
本実施例では、感光ドラム１の２０周分の測定値の平均値を、Ｆｒ、Ｆθの値として取り扱ったが、点数を多くとればより高精度にＦｒ、Ｆθの値を算出することができる。
【００６９】
本実施例では、測定をより精度良く行うために、感光ドラム１の位相を検知する手段を設けたが、測定データを感光ドラム１回転周期毎に分割し、その平均値を測定値として扱ってもよい。
【００７０】
本実施例においても実施例１と同様の制御を行い、同様の結果を得た。
【００７１】
本実施例では、異なる条件でＦｒとＦθを測定するために、感光ドラム１の位相の異なる点でＦｒとＦθを測定することにしている。測定を行うモードの際に実施例１で用いたような偏心コロ４４によりＳＤギャップを意図的に変動させる必要がない。従って、データを測定するための特別な制御動作を行う時間を要さないため、画像形成装置のダウンタイムを短くすることが可能である。また、Ｆｒ、Ｆθの測定時の感光ドラム１と磁気ブラシの接触状態を変えることがないため、測定を行いながらより安定した画像出力を行うことが可能である。
【００７２】
（実施例３）
本実施例では、図１に示した実施例１の画像形成装置と同じものを用いたため、画像形成装置の概略構成の説明を省略する。本実施例では、実施例１および２で示したような、μあるいはＮの値から、帯電容器内の磁性粒子を全量交換するタイミングを決定するのでなく、一定間隔毎に磁性粒子の補給を行い、μあるいはＮの値を用いて補給する磁性粒子の量を制御する。
【００７３】
図７で示したように、磁性粒子の表面状態を示すμとＮとは、出力画像の枚数が増えると、増大する。また図８に示したように、μとＮが増大すると、感光体表層の削れ速度が大きくなる。これらの結果から、μとＮの値を一定値以下に保つことにより、感光体表層の削れ速度を一定速度以下に制御することが可能であることが分かる。
【００７４】
μとＮの値を一定値以下に低下させるには、実施例１および２で示したような、帯電容器内の磁性粒子を全量交換することによっても達成される。それ以外にも、一定間隔毎（例えば、画像出力枚数１０００枚毎）に、帯電容器内の磁性粒子を全量以下交換するようにすることによっても、μとＮの値を制御することが可能である。
【００７５】
通常、磁性粒子の補給頻度と補給量とは、例えば補給レートが１０００枚当たり１ｇとする場合には、１００枚出力する毎に０．１ｇ補給する方法や、１０００枚印刷する毎に１ｇ補給する方法等が考えられる。補給頻度が高い方法の場合、磁性粒子の表面状態の変化を小さく保つことが可能であるが、補給一回当たりの補給量が少量になるため、補給量を高い精度で制御しなくてはならなくなる。補給頻度が低い方法の場合、補給一回あたりの補給量が多くなるため、補給頻度が高い場合と比較して、補給量を高精度に制御する必要性はなくなるが、磁性粒子の表面状態が大きく変化する可能性がある。そのため、表面状態が大きく変化した磁性粒子を長時間継続して使用してしまい、感光ドラムの寿命を著しく短くしてしまう可能性がある。
【００７６】
また、上記の例のように、一定間隔毎に一定量の磁性粒子の交換を行う場合、磁性粒子の表面状態が、感光体表層の削れ速度が許容範囲よりも十分遅くなることが見積もられる場合であっても、新しい磁性粒子を補給してしまう場合がある。この場合は、まだ使用可能な磁性粒子にも関わらず交換してしまうことになってしまう。あるいは、感光体表層の削れ速度が許容範囲を超えてしまうような磁性粒子の表面状態であっても、磁性粒子の交換量が不足し、感光体表層の削れ速度の増大を抑制できなくなってしまったりすることがある。
【００７７】
そこで、一定間隔毎に磁性粒子の交換を行うが、磁性粒子の交換量を、磁性粒子の表面状態の変化をモニタした結果から決定し、磁性粒子の交換を行うことが有効である。
【００７８】
本実施例においては、一定間隔毎に磁性粒子の交換を行うが、μあるいはＮの値の大きさと変化の割合に応じて、磁性粒子の交換量を決定する構成について示す。
【００７９】
μとＮの算出方法については、実施例１に示した方法と同様の方法を用いたため、説明を省略する。μとＮの算出は、画像出力枚数１０００枚毎に算出を行う。算出したμとＮは、画像形成装置に備えられたメモリに記憶される。
【００８０】
算出したμの値が、予め設定しておいたμｍａｘを超えた場合、帯電容器内の磁性粒子を１ｇ交換するような制御モードに入る。磁性粒子の交換後、更に１０００枚の画像を出力した後、再びμを算出する。μがμｍａｘを超えており、且つ、磁性粒子の交換を行う直前のμと比較してμが低下しているときには、前回の１ｇの磁性粒子の交換により、μを減少させることができているため、磁性粒子の交換量を変える必要がなく、再び１ｇの磁性粒子を交換する。磁性粒子の交換を行う直前のμと比較してμが増加したときには、交換する磁性粒子の量を２ｇに増やすように設定する。つまり、μが増大し続ける間は、μが減少するまで磁性粒子の交換量を増加させていくように設定する。μがμｍａｘを下回った場合は、磁性粒子の交換を行わない。更に画像出力を重ね、μが再びμｍａｘを上回った場合は、再び磁性粒子を１ｇ交換する。
【００８１】
このようにして、磁性粒子の表面状態を表す数値μの変化状況に応じて、磁性粒子の交換量を制御することにより、μをμｍａｘ近傍の値で安定させることができる。そのため、感光ドラムの削れ速度を許容速度以上に高めることを防止することが可能になり、感光ドラムの交換周期を長く保つことができる。
【００８２】
本実施例においては、μの大きさと変化の割合を磁性粒子の補給量増減の制御パラメータとして用いたが、Ｎの大きさと変化の割合を磁性粒子の補給量増減の制御パラメータとして用いても同様な結果が得られる。
【００８３】
（実施例４）
本実施例では、図１に示した実施例１の画像形成装置と同じものを用いたため、画像形成装置の概略構成の説明を省略する。本実施例では、単位出力画像枚数当たりの磁性粒子の使用量を一定値以下に保ち、かつ感光ドラムの交換周期を長くする手段について示す。
【００８４】
出力画像の印字率が高い場合、クリーナブレードをすり抜けて磁気ブラシ中に混入するシリカ等のトナーの外添剤量が多くなり、磁性粒子の表面状態は大きく変化する。磁性粒子の表面状態が大きく変化すると、感光ドラム表層の削れ速度は著しく増大してしまう。感光ドラム表層の削れ速度を低減する手段として、帯電容器内にある磁性粒子を交換することが有効であった。しかしながら、出力画像の印字率が高い場合は、磁性粒子の交換頻度が多くなってしまうことから、単位出力画像枚数当たりの磁性粒子の使用量が多くなってしまい、単位出力画像枚数当たりのコストがアップしてしまう。従って、コストアップをしないようにするためには、単位出力画像枚数当たりの磁性粒子の使用量を一定値以下に保たなければならない。
【００８５】
本実施例においても、実施例１乃至３で示した方法を用いてμとＮを算出する。μとＮの算出は、画像出力枚数１０００枚毎に算出を行う。算出したμとＮは、画像形成装置に備えられたメモリに記憶される。ここで、１０００枚の画像出力をする前後のμの変化量をΔμとする。Δμが大きい場合、感光ドラム表層の削れ速度が著しく上昇していることを示している。単位出力画像枚数当たりの磁性粒子使用量を一定値以下に保つには、Δμの値を低減させなければならない。
【００８６】
実施例１乃至３においては、磁気ブラシと感光ドラム表層との間にはたらく二方向の成分の力を測定し、測定結果を用いて磁性粒子の表面状態の変化を数値から判断し、磁性粒子の交換を行うことで、感光ドラムの交換周期を長くすることを達成した。それ以外にも、帯電スリーブに印加する交流電圧を下げることでも、感光体表層の削れ速度を低減することが可能である。
【００８７】
注入帯電方式では、直流電圧を印加するだけでも、感光ドラム表層は印加直流電圧とほぼ等電位に帯電させることが可能である。しかしながら、以下の理由により直流電圧だけで感光ドラムを所望の帯電電位に帯電させることは困難である。
【００８８】
磁性粒子の電気抵抗値は、電界強度が強い場合は低く、電界強度が弱い場合は高くなる。感光ドラム表層が、感光ドラムに対して形成される磁性粒子の接触ニップに進入した直後は、帯電スリーブと感光ドラムとの間の電位差が大きく、電界強度が強い。そのため、磁性粒子の電気抵抗値は低くなり、帯電スリーブから感光ドラムへと急速に電荷が注入されていく。感光ドラムに電荷が注入されていくと、感光ドラム表層の電位が高くなっていくが、帯電スリーブにかかる直流電圧値は変わらない。そのため、帯電スリーブと感光ドラムとの間の電位差は小さくなり、電界強度が徐々に下がっていく。電界強度が下がると、磁性粒子の電気抵抗値が上がり、帯電スリーブから感光ドラムへと電荷が注入される速度が遅くなっていく。そのため、感光ドラムが磁性粒子の接触ニップを通過する時間内に、感光ドラム表層を所望の帯電電位に帯電することができなくなってしまうことがある。
【００８９】
感光ドラムが磁性粒子の接触ニップを通過する時間内に、感光ドラム表層を所望の帯電電位を収束させるには、直流電圧に交流電圧を重畳して印加することが有効である。交流電圧を重畳することにより、感光ドラム表層の電位が所望の帯電電位に近づいてきても、印加される交流電圧により帯電スリーブと感光ドラム表層との間の電位差が大きくなる時間が増える。そのため、磁性粒子の電気抵抗値を低く保ち、帯電スリーブから感光ドラムへと電荷が注入する速度を高くすることが可能となる。
【００９０】
印加する交流電圧値が高いほど、帯電スリーブと感光ドラム表層との間の電位差を大きくすることができるため、感光ドラム表層をより短時間で所望の電位に帯電する能力が高まる。しかしながら、印加する交流電圧値が高いほど、磁性粒子が感光ドラムに付着する力が増大し、感光ドラム表層の削れ速度が増大してしまうため、帯電能力と許容削れ速度を両立する交流電圧値を用いる必要がある。本実施例においては、交流電圧のＶｐｐを５００Ｖとしたが、帯電能力の低下の可能性を考慮しなければ、交流電圧のＶｐｐを５００Ｖ以下に落とすことにより、感光ドラム表層の削れ速度の著しい増大を防止することができる。
【００９１】
帯電スリーブに印加する交流電圧を下げると、感光ドラム表層電位の収束性が下がるため、画像品位が落ちてしまう。
【００９２】
この点に関しては、例えば画像形成装置に、寿命優先モードと画像優先モードを用意しておき、出力したい画像の許容品位をもとに、モード選択を可能にしておくことが考えられる。寿命優先モードでは、画像品質を多少落とすことにより、単位出力画像枚数当たりの磁性粒子の使用量を一定値以下に保ちながら、感光ドラムの交換周期を長く保つことも可能である。
【００９３】
寿命優先モードが選択されているときは、帯電スリーブに印加される交流電圧値を少し低下させ、感光体表層の削れ速度を低減させる。画像優先モードが選択されているときは、帯電スリーブに印加される交流電圧値を変化させない。これにより、画像形成装置の使用状況に合わせ、単位出力画像枚数当たりの磁性粒子の使用量を一定値以下に保ちながら、可能な限り感光ドラムの交換周期を遅らせることが可能になる。
【００９４】
また、寿命優先モードが選択されている場合においても、出力画像の生産性を若干落とすことにより、画像品位を維持することも可能である。交流電圧値が低い場合は、高い場合と比較すると、感光ドラム表層の電位を所望の電位にするまでの時間を長くすれば良い。そのため、プロセススピードを落とすことにより、感光ドラムが磁性粒子の接触ニップを通過する時間を長くとれるようにすることで、交流電圧値を下げた場合でも、帯電能力が維持され、画像品位をも維持することが可能となる。
【００９５】
本実施例においては、Δμが予め設定しておいたΔμｍａｘを超えた場合、交流電圧のＶｐｐを３００Ｖに落とし、プロセススピードが２７０ｍｍ／ｓｅｃになるように設定した。これにより、Δμを一定値以下に保つことができ、単位出力画像枚数当たりの磁性粒子の使用量を一定値以下に保ちながら、感光ドラムの交換周期を長くすることが可能になった。
【００９６】
上記したような作像動作のモードを頻繁に変更しても、本実施例では、一定間隔毎に磁性粒子の交換を行うようにしており、磁性粒子の交換量を磁性粒子の表面状態の変化に応じて制御するようにしている。そのため、画像出力ができなくなるダウンタイムを少なくした上で、画像形成を行うことができる。
【００９７】
このように、本実施例では、μの変化量Δμの値を利用して、ＣＰＵ２４により、交流電圧値を下げたり、プロセススピードを下げたりするといった作像動作の制御を行っている。これにより、単位出力画像枚数当たりの磁性粒子の使用量を一定値以下に保ちながら、感光ドラムの交換周期を長くすることが可能になった。
【符号の説明】
【００９８】
１ 感光ドラム
２ 磁気ブラシ帯電器
２１ 磁性粒子収納部
２２ 磁性粒子補給装置
２４ 磁性粒子搬送スクリュー
３９ ロードセルＸ
４０ ロードセルＹ
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気ブラシ方式の帯電装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在広く実用化されている電子写真技術は次のようなものである。最初に、像担持体を帯電器により正・負いずれかの電荷を付与することで帯電をおこなう。そして、レーザスキャナ等の像露光手段により、帯電された像担持面に所望のパターンを像露光し、像担持体の電荷発生層から発生した電荷により、表面電荷を打ち消し、像担持面に静電荷像を形成する。当該静電潜像を摩擦帯電させたトナーにより現像することにより、静電荷像に対応したトナー像を得る。そして、トナー像を紙等の最終支持部材に転写し、加熱等の手段によって最終支持部材上のトナー像を定着して出力画像を得る。
【０００３】
電子写真技術において、感光体を帯電する主な方式として、コロナ帯電方式、ローラ帯電方式、注入帯電方式がある。
【０００４】
コロナ帯電方式は、コロナ放電を発生させる金属製のワイヤーと、感光体近傍に対向して配置された金属製のグリッドを備えるコロナ帯電器による帯電方式である。ワイヤーに直流電圧を印加することにより、コロナ放電を発生させ、コロナ放電により生成されたイオンがグリッドを通過し、感光体表面に到達して感光体表面を帯電させる。グリッドに電圧を印加し、グリッドと感光体表面の間の電界を制御することにより、感光体表面を所望の帯電電位に帯電することができる。
【０００５】
ローラ帯電方式は、導電性のゴムローラを感光体に接触（或いは近接）させて帯電を行う方式である。ローラの芯金に直流、或いは交流電圧を印加することにより、感光体表面とローラ表面の間で放電を発生させ、感光体表面を帯電させる。芯金にかける直流電圧、或いは交流電圧のオフセット電圧を制御することにより、感光体表面を所望の帯電電位に帯電することができる。
【０００６】
注入帯電方式は、感光体表面に導電性の部材を接触させ、この部材に電圧を印加することにより、直接電荷を注入して感光体表面を帯電する方式である。感光体表面に接触させる導電性部材としては、導電性ローラやファーブラシローラ等が用いられることもあるが、感光体との接触性の向上という点から磁気ブラシが用いられることが多い。磁気ブラシは、導電性の磁性粒子をマグネット、或いはマグネットを内包するスリーブ上に磁気的に拘束することにより形成される。マグネット、或いはスリーブを回転させながら感光体表面に磁気ブラシを接触させ、マグネット、或いはスリーブに電圧を印加すると、磁気ブラシを介して、感光体表面に電荷が注入される。そして、感光体表面はマグネット、或いはスリーブに印加した電圧とほぼ等電位に帯電される。
【０００７】
コロナ帯電方式とローラ帯電方式とは、放電現象を積極的に利用する帯電方式であるため、帯電動作に伴い、放電生成物が生成され、感光体表面に付着してしまう。親水性の放電生成物が感光体表面に付着すると、高湿環境下等で水分が吸着し、感光体表面の電荷が移動しやすくなり、それに伴う画像流れ現象が発生する。また、放電が起こると異臭が発生したりすることもある。一方、注入帯電方式は、他の帯電方式とは異なり、放電現象を積極的に利用しないため、放電を伴う帯電方式で発生する弊害を生じさせることがない。
【０００８】
また、コロナ帯電方式とローラ帯電方式は、コロナワイヤや帯電ローラがトナー等で汚染されると、その部分で帯電不良が生じ、画像不良を発生させてしまう。一方、磁気ブラシ注入帯電方式では、多少トナー等の異物が混入しても、磁気ブラシの比表面積が大きいことと、磁気ブラシと感光体との接触機会が多いことから、帯電不良になることはほとんどない。
【０００９】
磁気ブラシ注入帯電方式の課題の一つとして、画像形成中に磁気ブラシは常に感光体と接触して回転しているため、磁気ブラシが感光体表層を削っていってしまうことが挙げられる。感光体表層には、潜像を描くための電荷を保持する像担持体としての役割があるので、この表層が削りとられてしまうと、像担持体としての機能が失われてしまう。つまり、感光体表層の削れ速度が感光体の寿命を決定する。他の要因が感光体の寿命を決定する場合もあるが、感光体表層の削れ速度が感光体の寿命を決定する支配的要因である。
【００１０】
磁気ブラシの厚さを薄くする、つまり磁気ブラシ担持体上の磁性粒子量を減らすことにより、感光体表層の削れ速度を低減することは可能であるが、磁気ブラシと感光体表面との接触性が悪化し、帯電能力が落ちてしまう。十分な帯電能力を確保するには、磁気ブラシと感光体表面との接触性を確保する必要があり、磁気ブラシを形成する磁性粒子量を、感光体の表層の削れ速度を著しく低減させるほどに減らすことは難しい。
【００１１】
しかしより大きな問題は、感光体表層の削れ速度は磁気ブラシを形成している磁性粒子の状態によって変化することである。初期の状態の磁気ブラシでは感光体表層の削れ速度が小さくても、印刷枚数を重ねるに伴い、磁性粒子の状態が変化して、感光体表層の削れ速度が増加してしまうことがある。感光体表層の削れ速度の増分が予測不能になれば、感光体の寿命が予測不能になり、感光体の交換周期を必要以上に短く設定しなければならなくなる。
【００１２】
例えば図１に示すような構成において、シリカ等のトナーの外添剤がクリーニングブレードを擦り抜けて磁気ブラシ中に混入して磁性粒子表面に付着していくと、それらが研磨剤として働き、感光体表層の削れ速度を増やしてしまう。また印刷枚数を重ね、磁気ブラシ中の磁性粒子が磨耗していき、磁性粒子の表面が変質することによっても削れ速度は変化する。
【００１３】
変化してしまった磁性粒子の状態を元の状態に戻すには、特開２００１−０４２６００号公報に記載されているような、状態の変化してしまった磁性粒子を新しい磁性粒子と入れ替える方法が有効である。
【００１４】
また、感光体の交換周期を長く保つには、磁性粒子の状態変化を検出し、その検出値から感光体表層の削れ速度の見積りを行い、磁性粒子の入れ替え時期を決定する制御を行うことが有効である。特開平１１−１４９１９４号公報では、磁性粒子の規制ブレードに対する圧力が帯電性や感光体表層の削れ速度と相関があるとして、その圧力情報から磁性粒子の入れ替え頻度を制御する方法が記載されている。特開２００４−３４７７８２号公報では、磁性粒子の電気抵抗を測定して、電気抵抗がある基準値を超えたときに新しい磁性粒子を補給する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００１−４２６００号公報
【特許文献２】特開平１１−１４９１９４号公報
【特許文献３】特開２００４−３４７７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特開２００１−４２６００号公報等に開示された構成では、磁性粒子の研磨能力を把握して、磁性粒子の交換を行う構成ではない。そのため、磁性粒子がまだ継続して使用可能な状態（感光体表層の削れ速度が許容範囲よりも遅い状態）であっても、磁性粒子の交換を行ってしまう可能性がある。あるいは、磁性粒子が望ましくない使用状態（感光体表層の削れ速度を想定以上に速めてしまうような状態）であっても、磁性粒子の交換が行われない可能性がある。そのため、磁性粒子の入れ替え頻度が過多になったり、逆に磁性粒子の入れ替えが十分に行われず感光体の寿命を著しく短くしてしまったりするおそれがある。
【００１７】
特開平１１−１４９１９４号公報に開示された構成では、以下のような欠点があった。規制ブレードにかかる圧力と感光体表層の削れ速度に相関が見られることもある。しかし、特開平１１−１４９１９４で検知しているのは、スリーブの回転方向に対し規制ブレードの下流に存在している磁性粒子の圧力である。そのため、後述するように、磁性粒子の表面状態と感光体の表面状態との兼ね合いで変化する感光体表面層の削れ速度を予測することが難しく、感光体表面層の削れ速度を完全に制御できるものではない。
【００１８】
特開２００４−３４７７８２号公報に開示された構成では、以下のような欠点があった。磁性粒子の電気抵抗値は帯電能力に相関があるが、感光体表面層の削れ速度に関しては大きく相関があるものではない。磁性粒子の電気抵抗値を変化させる主要因は樹脂成分の付着である。感光体表層の削れは、磁性粒子への外添剤の付着が主要因であり、磁性粒子への樹脂成分の付着の影響は少ない。従って、磁性粒子の電気抵抗値を測定しても、磁性粒子の感光体表層の研磨能力を把握することはできないため、感光体表層の削れ速度を制御できるものではない。
【００１９】
本発明の目的は、感光体表層の削れ速度を精度よく検知し、作像動作を適宜制御することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明の画像形成装置は、像担持体と、回転自在な磁性粒子担持体上に担持した導電性磁性粒子を前記像担持体に接触させて該像担持体を帯電する接触帯電手段とを備え、前記像担持体と前記導電性磁性粒子との接触領域にはたらく力の方向と大きさとを測定する測定手段を有し、前記測定手段により、互いに独立な二方向の力の大きさを測定し、前記測定手段で測定された測定結果に基づいて、作像動作の制御を行う。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、感光体表層の削れ速度を精度よく検知し、作像動作を適宜制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例で用いた電子写真方式画像形成装置の概略構成図
【図２】本発明の実施例で用いた磁気ブラシ帯電器の構成を示す図
【図３】本発明の実施例用いた磁気ブラシ帯電器の取付部の構成を示す図
【図４】本発明の実施例で測定したＦｒ、Ｆθの関係を表す一例図
【図５】画像出力枚数と感光ドラム表層の削れ量との関係を示す図
【図６】画像出力枚数と感光ドラム表層の削れ速度との関係を示す図
【図７】画像出力枚数を変えた場合のＦｒ、Ｆθとの関係の変化の様子を示す図
【図８】感光ドラム表層の削れ速度とμ、Ｎとの関係を示す図
【図９】本発明の実施例１の画像出力枚数と感光ドラム表層の削れ量の関係を示す図
【図１０】実施例で使用したアモルファスシリコン系感光体の層構造を示す図
【図１１】実施例２で用いた、感光ドラムの位相検出手段について示す図
【図１２】実施例２における、ＦｒとＦθとの関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施例１）
図１に、本発明が適用できる、電子写真方式画像形成装置の概略構成図を示す。本実施例で使用する感光ドラム１（像担持体）はアモルファスシリコン系の感光体を用いている。
【００２４】
アモルファスシリコン系感光体は、図１０に示すように、Ａｌなどからなる導電性支持体と、下部電荷注入阻止層と、感光層と、上部電荷注入阻止層と、表面層からなる。全ての層は直径８４ｍｍのアルミニウムの素管上にプラズマＣＶＤ等の成膜法によって作製されたものである。表面層は１０１３Ω・ｃｍ程度の抵抗であり、磁気ブラシ帯電器により、電荷注入が発生するような抵抗になっている。また表面層は、潜像形成の光を充分透過するように成膜してある。表面層の膜厚は約１．２μｍである。上部電荷注入阻止層はｐ型の半導体であり、表面層に注入されたマイナスの電荷が導電性支持体へと流れてしまうのを阻止する役割がある。感光層は潜像形成の光を吸収し、電子−正孔のペアを発生させる。発生した正孔はｐ型半導体である上部電荷注入阻止層を通り、表面層の帯電電子を打ち消し、潜像を形成する役割を担い、発生した電子はｎ型である下部電荷注入阻止層を通り、導電性支持体に達する。下部電荷注入阻止層は導電性支持体から表層への正孔の拡散を阻止するための層である。
【００２５】
磁気ブラシ帯電器２は、図２に示すような構造となっている。帯電容器内に固定のマグネットローラ２６と、このマグネットローラ２６に回転自在に外嵌させた非磁性材料（例えばステンレス）からなる外径１６ｍｍの磁性粒子担持体であるスリーブ２５を有している。スリーブ２５の外周面には、導電性の磁性粒子２７がマグネットローラ２６の磁力でブラシ状に担持され、磁性粒子をスリーブ表面に均一の厚さにコートする非磁性材料（例えばステンレス）からなる規制ブレード２３を有している。導電性の磁性粒子の抵抗値は、１０２Ω・ｃｍ〜１０１０Ω・ｃｍ程度が好ましい。磁性粒子は、感光ドラム表面に接触して電荷を注入を行う。帯電容器の上部には、トナーや外添剤による汚染や磨耗がなされていない新しい磁性粒子を収納した磁性粒子収納部２１と、磁性粒子収納部内の磁性粒子をスリーブ上に補給する磁性粒子補給装置２２が設けられている。磁性粒子収納部内の磁性粒子は、磁性粒子補給装置を通して規制ブレード２３のスリーブの回転方向（矢印ｂ方向）上流側の磁性粒子溜まり部（磁性粒子補給装置の下部近傍）に補給される。磁性粒子はスリーブの回転に伴い矢印ｂ方向に搬送される。磁性粒子収納部２１には、初期状態において５００ｇの磁性粒子が収納されている。搬送スクリュー２４が回転駆動することにより、一定量の磁性粒子が長手奥側へと搬送され、搬送スクリューの先にある磁性粒子回収口（不図示）から磁性粒子回収容器へと回収される。
【００２６】
スリーブ２５は感光ドラム１に対しカウンター方向に回転しており、本実施例においては、感光ドラム１のプロセススピード３００ｍｍ／ｓｅｃに対しスリーブ２５は３６０ｍｍ／ｓｅｃで回転している。また、感光ドラム１に対して形成される磁性粒子の接触ニップ幅は約６ｍｍとなるように調整した。スリーブ２５には帯電バイアス電源（不図示）より帯電バイアス（直流電圧に交流電圧を重畳した帯電バイアス）が印加される。スリーブ２５に帯電バイアスを印加することにより、磁性粒子２７から電荷が感光ドラムの表面層に注入され、帯電電圧に近い電位に帯電される。本実施例における帯電バイアスは、直流電圧が−６５０Ｖで、交流電圧のＶｐｐが５００Ｖ、交流電圧の周波数が１０００Ｈｚであった。
【００２７】
磁性粒子はフェライト表面を酸化、還元処理して抵抗調整を行ったものに対し、シリコン系の樹脂に対してカーボンブラックを分散し抵抗調整されたコート剤を１．０重量％コーティングしたものを用いた。磁性粒子は、平均粒径が２５μｍ、飽和磁化が２００ｅｍｕ／ｃｍ３、抵抗が５×１０６Ω・ｃｍのものを用いた。なお、磁性粒子の抵抗値の測定は、底面積が２２７ｍｍ２の金属セルに磁性粒子を２ｇ入れた後に６．６ｋｇ／ｃｍ２で加重し、金属セルの両端に１００Ｖの電圧を印加して行った。
【００２８】
磁気ブラシ帯電器２によって感光ドラム１は−６５０Ｖに均一に帯電される。次に、露光装置３は、画像信号により変調されたレーザー光Ｌにより走査露光を行い、感光ドラム１上に静電潜像が形成され、現像器４によってこの静電潜像は反転現像され、感光ドラム１上にトナー画像を得る。
【００２９】
本実施例の現像方式には負帯電性トナーと磁性キャリアによる２成分現像方式を用いている。トナーは粉砕法によって作製された平均粒径６μｍの樹脂に顔料やワックスを分散させたものであり、平均粒径２０ｎｍの酸化チタンや、平均粒径１００ｎｍのシリカなどをそれぞれトナーに対して１重量％程度外添したものである。磁性キャリアには飽和磁化が２０５ｅｍｕ／ｃｍ３の平均粒径３５μｍの磁性粒子を用いた。
【００３０】
感光ドラム１上のトナー画像が感光ドラム１と転写ベルト７間の転写ニップ部に到達すると、そのタイミングに合わせて給紙カセット内の転写材Ｐが給紙ローラ８によって給紙されてレジストローラにより搬送される。転写バイアスが印加された転写ブレード５により転写材Ｐの裏側にトナーと逆極性の正電荷が付与されて、転写材Ｐの表面側に感光ドラム１上のトナー像が転写される。そして、トナー像が転写された転写材Ｐは転写ベルト７により定着装置９へ搬送され、定着装置９による加熱、加圧によりトナー像が転写材Ｐ表面に永久固着画像として定着されて排出される。
【００３１】
一方、トナー像転写後の感光ドラム１表面には、転写残トナーが残留している。転写残トナーはクリーニング装置６のクリーニングブレードによってかき取られて回収される。感光ドラム１はその後、ＬＥＤアレー１０からの露光によって０Ｖまで除電され、再び磁気ブラシ帯電器２によって帯電され、トナー画像形成に利用される。
【００３２】
制御手段である、ＣＰＵ１１は作像動作を制御する。本実施例では、後述する磁性粒子補給装置２２を制御して、磁気ブラシ帯電器の磁性粒子の交換を行う。
【００３３】
本願発明の特徴構成である磁気ブラシ帯電器の説明をする。
【００３４】
特開平１１−１４９１９４号公報に開示された構成では、スリーブの回転方向に対し規制ブレードの下流に存在している磁性粒子の圧力を検知している。つまり、特開平１１−１４９１９４号公報では、スリーブの回転方向に対し規制ブレードの下流に存在している磁性粒子の状態のみを見ている。
【００３５】
本願発明者の鋭意検討により、感光ドラム１の削れ量は、スリーブの回転方向に対し規制ブレードの下流に存在している磁性粒子の状態が同じであっても、感光ドラム１や磁性粒子の表面状態によっても変化することがわかった。即ち、磁性粒子の存在状態が同じであっても、感光ドラム１や磁性粒子の表面状態が異なれば、感光ドラム１の削れ速度が異なる。
【００３６】
そこで、本実施例では、感光ドラム１とスリーブ２５との接触領域にはたらく力の方向を測定することで、磁性粒子の表面状態と感光ドラム１の表面状態を考慮して、感光ドラム１の削れ速度を算出する。図３は、画像形成装置本体側に設けられた磁気ブラシ帯電器２を取り付ける部位の構成を示したものである。磁気ブラシ帯電器２は帯電器支持台３０に姿勢を保持している。帯電器支持台３０は、回動ユニット３２に取り付けられたリニアガイド３１の上に固定される。帯電器支持台３０の背面には、帯電スリーブの中心と感光ドラムの中心とを結んだ直線に対して平行な方向（以下、ＳＤ法線方向）の力を測定可能な向きにロードセルＸ３９が取り付けられる。また帯電器支持台３０と回動ユニット３２との間にＳＤ法線方向に力を及ぼすように引張バネＸ４１が設置される。引張バネＸ４１の復元力により、帯電器支持台３０は回動ユニット３２に近づく方向にスライドし、ロードセルＸ３９の測定部が回動ユニット３２に突き当てられることにより、帯電器支持台３０と回動ユニット３２との位置関係が決まる。
【００３７】
本実施例では、帯電器支持台３０側にロードセルＸ３９を取り付ける構成にしたが、回動ユニット３２側にロードセルＸ３９を取り付け、帯電器支持台３０側にロードセルＸ３９の測定部を突き当てるようにしてもよい。ロードセルＸ３９の測定部の被突き当て側の部材は、突き当て力による変形が小さい部材が望ましい。あるいは、被突き当て側の部材の変形が小さくおさまるように、引張バネＸ４１の復元力を設定するとよい。
【００３８】
回動ユニット３２の両側板には回転中心軸３３が設けられる。回動ユニット３２は、スライドユニット３４に設けられた回転中心軸支持部３５に軸受３６を介して取り付けられる。スライドユニット３４には、帯電スリーブの中心と感光ドラムの中心とを結んだ直線に対して垂直な方向（以下、ＳＤ接線方向）の力を測定可能な向きにロードセルＹ４０が取り付けられる。また回動ユニット３２とスライドユニット３４との間にＳＤ接線方向に力を及ぼすように引張バネＹ４２が設置される。回動ユニット３２は、回転中心軸３３を中心に回転可能な状態で取り付けられる。また、引張バネＹ４２の復元力により、回動ユニット３２はスライドユニット３４に近づく方向（反時計回り）に回転する。そして、スライドユニット３４上に設置されているロードセルＹ４０の測定部が回動ユニット３２に突き当てられ、回動ユニット３２とスライドユニット３４の位置関係が決まる。回動ユニット３２側の重心の位置によっては、引張バネＹ４２が不要な場合もあるが、ロードセルＹ４０の測定部と回動ユニット３２との接触状態をより確実に保持するためには、引張バネＹ４２を設けた方が望ましい。
【００３９】
スライドユニット３４はレール部材３８上に取り付けられる。スライドユニット３４の背面側には、スライドユニット３４とは独立に偏心コロ４４が設置される。スライドユニット３４と本体非動作部との間にＳＤ法線方向に力を及ぼすように引張バネＺ４３が設置される。引張バネＺ４３の復元力により、スライドユニット３４は偏心コロ４４に近づく方向にスライドし、スライドユニット３４は偏心コロ４４に突き当てられる。偏心コロ４４を回転させると、偏心コロ４４の回転中心から、偏心コロ４４とスライドユニット３４との突き当て位置までの距離が変わる。
【００４０】
本実施例においては、偏心コロ４４の回転によりスライドユニット３４がスライドすると、帯電スリーブの中心が、感光ドラムの中心と帯電スリーブの中心とを結んだ直線上のみを移動するような設計となっている。感光ドラムと帯電スリーブとが限界まで近づいても接触することがない距離から、磁気ブラシが感光ドラムに接触しない十分な距離を保つことのできる距離までスライドユニット３４が動作可能になるよう偏心コロ４４の形状を設計した。
【００４１】
上記のような構成で、磁気ブラシ帯電器２を画像形成装置本体内に取り付け、まずは、偏心コロ４４を制御し、感光ドラム１と帯電スリーブを離間させ、磁気ブラシが感光ドラム１に接触しない状態にする。この状態での、ロードセルＸ３９による測定値をＦｘ（０）、ロードセルＹ４０による測定値をＦｙ（０）とし、画像形成装置起動時に測定を行う。
【００４２】
次に偏心コロ４４を回転させ、所望の帯電スリーブと感光ドラム１とが長手方向に形成する隙間（以下、ＳＤギャップ）を変化させて、ロードセルＸ３９と、ロードセルＹ４０の測定値を得る。本実施例では、偏心コロ４４がＳＤギャップの幅が調整する調整手段である。具体的には、所望のＳＤギャップより４０μｍ 狭い状態から、所望のＳＤギャップより４０μｍ 広い状態まで、１０μｍ刻みでＳＤギャップを広げていき、合計９点分のＦｘ，Ｆｙのデータを計測する。本実施例においては所望のＳＤギャップを３００μｍとした。
【００４３】
感光ドラム、帯電スリーブともに回転させた状態で測定を行う。感光ドラム、帯電スリーブの偏心により生じるＳＤギャップの変動に起因した測定誤差を低減させるため、１０秒間分（サンプリング周期０．０５秒、合計２００点分）のデータの平均値を測定データとして取り扱う。ロードセルＸ３９により測定されるデータをＦｘ（ｄ）、ロードセルＹ４０により測定されるデータをＦｙ（ｄ）とする。Ｆｘ（ｄ）及びＦｙ（ｄ）には、引張バネの復元力や、支持する部材の質量によるものも含まれている。
【００４４】
ここで磁気ブラシが感光ドラムに接触することにより発生する力の成分のうち、ロードセルＸ３９により測定される力の成分をＦｘ、ロードセルＹ４０により測定される力の成分をＦｙとする。ＦｘとＦｙは、磁気ブラシが感光ドラムに接触させた状態での測定値から、磁気ブラシと感光ドラムとを非接触な状態保持したときの測定値を引いた値となるので以下の式が成り立つ。
Ｆｘ＝Ｆｘ（ｄ）−Ｆｘ（０）
Ｆｙ＝Ｆｙ（ｄ）−Ｆｙ（０）
ここで、磁気ブラシと感光ドラム間において、ＳＤ法線方向に発生する力をＦｒ、ＳＤ接線方向に発生する力をＦθとすると、帯電器支持部の動作は、リニアガイド３１によりＳＤ法線方向に規制されているため、ＦｒはＦｘと等しくなる。また、Ｆθは、回動ユニット３２の回転中心からの距離をモーメントアームとするモーメントの釣り合い式により、算出することができる。上述したように、９点分のＦｘ，ＦｙのデータからＦｒとＦθとの関係を算出する。図４は算出したＦｒ、Ｆθを横軸にＦｒ、縦軸にＦθとし、プロットしたものである。結果から、ＦθはＦｒを変数とする以下に示す一次関数に近似することができる。
Ｆθ＝μ・Ｆｒ＋Ｎ
ここで、μはＦｒにかかる係数（傾き）であり、Ｎは切片の成分とする。μとＮとは、９点分のＦｘ，Ｆｙの測定値のデータに基づいてＦｒとＦθを算出し、ＦｒとＦθの関係を最小二乗法を用いて、一次関数に近似することにより、算出することが可能である。本実施例では、Ｆｒ、Ｆθともに、Ｆｘ、Ｆｙの値から簡単に算出可能な構成である。Ｆｘ、Ｆｙの測定する方向が互いに独立であれば、分力の計算によりＦｒ、Ｆθを算出することができる。
【００４５】
出力する画像の画像印字率は１０００枚毎に３％〜２０％までランダムに変えて画像形成を行い、画像出力枚数に対して感光ドラム表面層の削れ量がどのように変化するか実験した。実験結果を図５に示す。図６は、図５の実験結果を、画像出力枚数と感光ドラム表層の削れ速度（単位枚数あたりの感光ドラム表層の削れ量）との関係に直した図である。また図７は画像出力枚数を１６０００枚、３３０００枚、８００００枚としたときに、ＳＤギャップを変更して測定・算出したＦｒ、Ｆθの関係を示す図である。図８（ａ）は、感光ドラム表層の削れ速度と図７に示したＦｒ、Ｆθの関係から算出されるμ（傾き）、Ｎ（切片）との関係を示す図である。図８（ｂ）は、感光ドラム表層の削れ速度と図７に示したＦｒ、Ｆθの関係から算出されるＮ（切片）との関係を示す図である。
【００４６】
図６から感光ドラム表層の削れ速度は、画像出力枚数の増加に伴い増大していくことが分かる。この現象は、磁性粒子の表面状態の変化により、感光ドラムと磁性粒子の接触状態が徐々に変化していくことに起因する。図７から、画像出力枚数の増加に伴いＦｒ、Ｆθの関係に変化が生じ、μ（傾き）、Ｎ（切片）が増大していくことが分かる。また図８から、感光ドラム表層の削れ速度の増大に伴い、算出したμとＮとも増大していることが分かる。
【００４７】
μとＮとは、画像出力枚数が増加すると、増大する数値であり、感光ドラム表層の削れ速度と相関があることが解かる。画像出力枚数に対する感光ドラム表面層の削れ量を測定する実験において、画像形成途中でＳＤギャップは一定とし、またスリーブ回転方向に対し規制ブレードの下流側に存在する磁性粒子の状態もほぼ一定となるようにしていた。即ち、磁気ブラシと感光ドラム間において、ＳＤ法線方向に発生する力 Ｆｒは画像形成の途中において変化させていなかった。したがって、μとＮとは、磁性粒子の表面状態の変化を示す数値として扱えることが分かる。ここで、注目すべき点は、Ｆｒの値が変わらなくても、μやＮが変化することで感光ドラム表面層の削れ速度が変化することである。したがって、従来技術で説明した、特開平１１−１４９１９４のように、Ｆｒに影響があると思われる規制ブレードの圧力変化だけを見ていたとしても感光ドラムの表面層の削れ速度を把握するのは不十分であることがわかる。また、画像出力枚数が増加することによって、ＳＤ法線方向に発生する力であるＦｒの増大量は、μとＮとの増大量に比較して少ない。したがって、従来技術のように規制ブレードの圧力変化を見ることよりも、本願発明のようにμとＮを見ることの方が、感光ドラム表面層の削れ速度の把握に好適である。μとＮの値を小さくすれば、感光ドラム表層の削れ速度を低減することができる。μとＮの値を小さくするには、長期間使用された磁性粒子を新しい磁性粒子と交換することで達成することが可能である。
【００４８】
画像形成装置起動時に、磁気ブラシと感光ドラム１を接触させない状態にし、Ｆｘ（０）、Ｆｙ（０）を測定する。次に画像形成を開始し一定枚数の画像出力を終える毎に、ＳＤギャップを異ならせて、９点分のＦｘ（ｄ）、Ｆｙ（ｄ）の測定する。そして当該測定されたＦｘ（ｄ）、Ｆｙ（ｄ）の情報に基づいて、Ｆｒ、Ｆθを算出する。そして、Ｆｒ，Ｆθから、μ、Ｎを算出し、画像形成装置に備えられたメモリに記憶させる。メモリに記憶されたμの平均値が、予め設定しておいたμｍａｘを超えたとき、磁性粒子の交換を行う制御動作に入り、磁気ブラシ帯電器２内にある磁性粒子を全量交換し、再び画像形成モードになるよう設定した。なお、μｍａｘは、感光ドラム表層の厚さと、交換用磁性粒子収容スペースとの兼ね合いで設定する。本実施例ではμｍａｘを０．２７とした。
【００４９】
図９は磁性粒子の交換を全く行わない場合（比較例）と、本実施例で示した制御を行い磁性粒子の交換を行った場合の、画像出力枚数と感光ドラム表層の削れ量の関係を示している。感光ドラムの画像出力目標枚数を７５０万枚とすると、比較例１は目標の画像出力枚数に到達する前に、感光ドラム表層が削り取られてしまうが、本実施例の場合は画像出力目標枚数を大幅に上回る９００万枚まで、感光ドラムを使用することが可能である。
【００５０】
前述したように感光ドラム表層の削れ速度は、磁性粒子の表面状態の変化（外添剤の混入）により変わってくる。出力画像の印字率によって、クリーナブレードからすり抜けてくるトナーや外添剤の量が変化するため、画像出力枚数等で磁性粒子の交換タイミングを制御しても、適切なタイミングでの磁性粒子の交換は実現できない。適切なタイミングでの磁性粒子の交換は、本実施例のような、リアルタイムで磁性粒子の状態を把握することで達成される。
【００５１】
本実施例においては、画像出力枚数１０００枚毎に算出するμの平均値がμｍａｘを超えたときに、磁気ブラシ帯電器内部にある磁性粒子を全量交換する構成にした。表面状態の変化した磁性粒子と未使用の磁性粒子とが混ざることがないため、感光ドラムの削れ速度を最小まで下げることにより、感光ドラムをより長期間継続して使用することができる。
【００５２】
一方、少量交換を行う場合でも、全量交換を行う場合よりは効果は小さいが、μを低減させることが可能であり、また交換を行う際に画像出力を止めなくてもよいというメリットもある。生産性を落とすことなく、感光ドラムを長期間継続して使用することが可能にする有効な手段である。
【００５３】
本実施例では、ＳＤギャップを制御して９点分のＦｒ、Ｆθを測定し、μとＮを算出したが、最小で２点分の測定ができれば、μとＮを算出することが可能である。
【００５４】
本実施例においては、Ｆｒ、Ｆθの関係から算出したμを磁性粒子の交換タイミングを決めるパラメータとして用いたが、μと共に算出されるＮを交換タイミングを決めるパラメータとして用いても良い。
【００５５】
画像形成装置起動時に、磁気ブラシと感光ドラム１を接触させない状態にし、Ｆｘ（０）、Ｆｙ（０）を測定する。次に画像形成を開始し一定枚数（本実施例においては１０００枚）の画像出力を終える毎に、Ｆｘ（ｄ）、Ｆｙ（ｄ）の測定し、Ｆｒ、Ｆθを算出、およびμ、Ｎを算出し、画像形成装置に備えられたメモリに記憶される。メモリに記憶されたＮの平均値が、予め設定しておいたＮｍａｘを超えたとき、磁性粒子の交換を行う制御動作に入り、磁気ブラシ帯電器２内にある磁性粒子を全量交換し、再び画像形成モードになるよう設定した。なお、Ｎｍａｘは、感光ドラム表層の厚さと、交換用磁性粒子収容スペースとの兼ね合いで設定する。
【００５６】
上記のように、磁性粒子の交換制御パラメータをＮにした場合であっても、μを磁性粒子の交換制御パラメータとした場合とほぼ同様な結果が得られた。
【００５７】
以上説明したように、磁気ブラシと感光ドラムとの間にかかる互いに独立な二方向の成分の力（本実施例では、Ｆｒ（第１の力）、Ｆθ（第２の力））を測定し磁性粒子の交換という作像動作の制御を行っている。具体的には、ＦｒとＦθを異なる条件において測定し、複数の測定値を得る。ここで、異なる条件とは、偏心コロ４４によりＳＤギャップを異ならせた条件である。そして、複数の測定値をＦｒを一方の軸、Ｆθをもう一方の軸とした一次関数で近似したときの、傾きμ、又は切片Ｎに基づいて磁性粒子の交換を行っている。このように、Ｆｒ、Ｆθの関係から算出される磁性粒子の表面性の変化を表す数値であるμとＮとを、磁性粒子の制御パラメータとした。このμ又はＮに基づいて磁性粒子の交換間隔を決定することにより、感光ドラムの削れ速度を正確に把握した上での磁性粒子の交換が可能になり、感光体の交換周期を長くすることができる。
【００５８】
なお、本実施例では、μとＮのみに注目して磁性粒子の交換を行ったが、その他の感光ドラムの削れ速度に影響を与えるような因子も考慮して磁性粒子の交換を行っても良い。例えば、従来技術に開示されているような、規制ブレードの圧力を考慮して磁性粒子を交換するものを併用して用いてもよい。
【００５９】
（実施例２）
本実施例では、図１に示した実施例１の画像形成装置と同じものを用いたため、画像形成装置の概略構成の説明を省略する。本実施例では、実施例１で示したようなＳＤギャップの積極的な制御をすることなく、Ｆｒ、Ｆθのデータを測定可能であることを示す。
【００６０】
図１に示すような一般的な画像形成装置においては、寸法公差、幾何公差、組付公差等の積み上げ公差のため、感光ドラム、スリーブ、ローラ等の円筒形の回転部材は偏心し、回転軸の中心から円周上の各点までの距離が不均一になる。従って、感光ドラムやスリーブが偏心すると、ＳＤギャップが変動する。本実施例の画像形成装置において、感光ドラム１の回転によるＳＤギャップの変動幅は２０μｍ、帯電スリーブの回転によるＳＤギャップの変動幅は１５μｍである。
【００６１】
実施例１においてはＳＤギャップを制御し、所望のＳＤギャップより４０μｍ狭い状態から、所望のＳＤギャップより４０μｍ広い状態まで、１０μｍ刻みでＳＤギャップを広げていき、合計９点分のＦｒ、Ｆθを測定・算出した。図４に示した実施例１の測定結果において、隣り合う２点のデータを結んだ直線からμとＮを算出しても、９点分のデータを一次関数に近似して得られたμとＮとほぼ同等な値を算出することが可能である。図４における隣り合う２点のデータの違いは、測定時のＳＤギャップの平均値が１０μｍ異なっていることである。これらのことから、ＳＤギャップの変動量を実施例１のように大きく取らなくても、Ｆｒの異なる２点のデータをとることができれば、μとＮとを算出することが可能であることが分かる。
【００６２】
Ｆｒの値が変動する主な要因として、規制ブレードにより規制された単位面積当たりの磁性粒子担持量の変動と、感光ドラム１および帯電スリーブの偏心を起因としたＳＤギャップの変動が挙げられる。実施例１において、積極的にＳＤギャップを制御したのは、Ｆｒの変動幅を大きくし、より高精度にμとＮとを算出するためである。
【００６３】
帯電スリーブの偏心により、帯電スリーブと規制ブレードとが形成する隙間（以下、ＳＢギャップ）が狭くなった場合、帯電スリーブに単位面積当たりに担持される磁性粒子量は少なくなる。ＳＢギャップが狭くなる位相が感光ドラムと対向する際には、帯電スリーブの偏心を起因としたＳＤギャップの変動が、ＳＢギャップの変動とほぼ同程度に発生し、ＳＤギャップが狭くなる。つまり、帯電スリーブ上の磁性粒子量が少ないときには、ＳＤギャップは狭くなり、逆に、帯電スリーブの磁性粒子量が多いときには、ＳＤギャップは広くなる。
【００６４】
ＳＢギャップが狭いときほど、磁性粒子の担持量が少なく、Ｆｒが小さくなる。また、ＳＤギャップが狭いときほど、磁性粒子の通過経路に磁性粒子が殺到し、Ｆｒが大きくなる。そして、上記したように、帯電スリーブの偏心を起因してＳＢギャップが狭くなる位相では、同様にＳＤギャップも狭くなることを考慮すると、帯電スリーブの偏心によるＦｒの変動は小さくなるようになっている。従って、Ｆｒの変動は、感光ドラム１の偏心を起因とするＳＤギャップの変動がより支配的要因として現れる。本実施例においては、感光ドラム１の位相を検知し、感光ドラム１における同一位相での測定値を平均化して処理している。帯電スリーブの偏心による影響が大きいと、感光ドラム１の同一位相であっても、測定値にばらつきが生じ、平均値に誤差が生じる可能性があるが、本件に係る磁気ブラシ帯電装置の構成上、上記のような誤差は少ない。
【００６５】
本実施例の画像形成装置は、図１１に示すような感光ドラム１の位相を検知する位相検知器５１を備える。感光ドラム１と共に、感光ドラム１の中心を回転中心として回転する遮断部材５２が、位相検知器５１の光路を遮断すると、位相検知器５１からの出力が途絶える。
【００６６】
ロードセルにより測定される連続的な測定値を、遮断部材５２が位相検知器５１の光路を遮断する時刻毎に分割することで、感光ドラム１が１周する間の、感光ドラム１の位相と、Ｆｒ、Ｆθとの関係を正確に管理することができる。
【００６７】
感光ドラム１の位相と、磁気ブラシと感光ドラムとの間にはたらく力を同時に測定し、感光ドラム１の２０周分の測定値を、１周分毎に分割した測定値の平均値を、感光ドラム１が１周する間のＦｒ、Ｆθの値として取り扱った。即ち、感光ドラム１の回転の同一位相におけるＦｒ、Ｆθを複数回測定し、位相ごとのＦｒ、Ｆθの平均値を算出する。感光ドラム１の１周期を８分割し、８分割された時間毎のＦｒ、Ｆθの関係を図１２に示す。図１２において、プロットされた８点の測定値を一次関数に近似すると、実施例１で示した図４と同様な直線に近似されることが分かる。
【００６８】
本実施例では、感光ドラム１の２０周分の測定値の平均値を、Ｆｒ、Ｆθの値として取り扱ったが、点数を多くとればより高精度にＦｒ、Ｆθの値を算出することができる。
【００６９】
本実施例では、測定をより精度良く行うために、感光ドラム１の位相を検知する手段を設けたが、測定データを感光ドラム１回転周期毎に分割し、その平均値を測定値として扱ってもよい。
【００７０】
本実施例においても実施例１と同様の制御を行い、同様の結果を得た。
【００７１】
本実施例では、異なる条件でＦｒとＦθを測定するために、感光ドラム１の位相の異なる点でＦｒとＦθを測定することにしている。測定を行うモードの際に実施例１で用いたような偏心コロ４４によりＳＤギャップを意図的に変動させる必要がない。従って、データを測定するための特別な制御動作を行う時間を要さないため、画像形成装置のダウンタイムを短くすることが可能である。また、Ｆｒ、Ｆθの測定時の感光ドラム１と磁気ブラシの接触状態を変えることがないため、測定を行いながらより安定した画像出力を行うことが可能である。
【００７２】
（実施例３）
本実施例では、図１に示した実施例１の画像形成装置と同じものを用いたため、画像形成装置の概略構成の説明を省略する。本実施例では、実施例１および２で示したような、μあるいはＮの値から、帯電容器内の磁性粒子を全量交換するタイミングを決定するのでなく、一定間隔毎に磁性粒子の補給を行い、μあるいはＮの値を用いて補給する磁性粒子の量を制御する。
【００７３】
図７で示したように、磁性粒子の表面状態を示すμとＮとは、出力画像の枚数が増えると、増大する。また図８に示したように、μとＮが増大すると、感光体表層の削れ速度が大きくなる。これらの結果から、μとＮの値を一定値以下に保つことにより、感光体表層の削れ速度を一定速度以下に制御することが可能であることが分かる。
【００７４】
μとＮの値を一定値以下に低下させるには、実施例１および２で示したような、帯電容器内の磁性粒子を全量交換することによっても達成される。それ以外にも、一定間隔毎（例えば、画像出力枚数１０００枚毎）に、帯電容器内の磁性粒子を全量以下交換するようにすることによっても、μとＮの値を制御することが可能である。
【００７５】
通常、磁性粒子の補給頻度と補給量とは、例えば補給レートが１０００枚当たり１ｇとする場合には、１００枚出力する毎に０．１ｇ補給する方法や、１０００枚印刷する毎に１ｇ補給する方法等が考えられる。補給頻度が高い方法の場合、磁性粒子の表面状態の変化を小さく保つことが可能であるが、補給一回当たりの補給量が少量になるため、補給量を高い精度で制御しなくてはならなくなる。補給頻度が低い方法の場合、補給一回あたりの補給量が多くなるため、補給頻度が高い場合と比較して、補給量を高精度に制御する必要性はなくなるが、磁性粒子の表面状態が大きく変化する可能性がある。そのため、表面状態が大きく変化した磁性粒子を長時間継続して使用してしまい、感光ドラムの寿命を著しく短くしてしまう可能性がある。
【００７６】
また、上記の例のように、一定間隔毎に一定量の磁性粒子の交換を行う場合、磁性粒子の表面状態が、感光体表層の削れ速度が許容範囲よりも十分遅くなることが見積もられる場合であっても、新しい磁性粒子を補給してしまう場合がある。この場合は、まだ使用可能な磁性粒子にも関わらず交換してしまうことになってしまう。あるいは、感光体表層の削れ速度が許容範囲を超えてしまうような磁性粒子の表面状態であっても、磁性粒子の交換量が不足し、感光体表層の削れ速度の増大を抑制できなくなってしまったりすることがある。
【００７７】
そこで、一定間隔毎に磁性粒子の交換を行うが、磁性粒子の交換量を、磁性粒子の表面状態の変化をモニタした結果から決定し、磁性粒子の交換を行うことが有効である。
【００７８】
本実施例においては、一定間隔毎に磁性粒子の交換を行うが、μあるいはＮの値の大きさと変化の割合に応じて、磁性粒子の交換量を決定する構成について示す。
【００７９】
μとＮの算出方法については、実施例１に示した方法と同様の方法を用いたため、説明を省略する。μとＮの算出は、画像出力枚数１０００枚毎に算出を行う。算出したμとＮは、画像形成装置に備えられたメモリに記憶される。
【００８０】
算出したμの値が、予め設定しておいたμｍａｘを超えた場合、帯電容器内の磁性粒子を１ｇ交換するような制御モードに入る。磁性粒子の交換後、更に１０００枚の画像を出力した後、再びμを算出する。μがμｍａｘを超えており、且つ、磁性粒子の交換を行う直前のμと比較してμが低下しているときには、前回の１ｇの磁性粒子の交換により、μを減少させることができているため、磁性粒子の交換量を変える必要がなく、再び１ｇの磁性粒子を交換する。磁性粒子の交換を行う直前のμと比較してμが増加したときには、交換する磁性粒子の量を２ｇに増やすように設定する。つまり、μが増大し続ける間は、μが減少するまで磁性粒子の交換量を増加させていくように設定する。μがμｍａｘを下回った場合は、磁性粒子の交換を行わない。更に画像出力を重ね、μが再びμｍａｘを上回った場合は、再び磁性粒子を１ｇ交換する。
【００８１】
このようにして、磁性粒子の表面状態を表す数値μの変化状況に応じて、磁性粒子の交換量を制御することにより、μをμｍａｘ近傍の値で安定させることができる。そのため、感光ドラムの削れ速度を許容速度以上に高めることを防止することが可能になり、感光ドラムの交換周期を長く保つことができる。
【００８２】
本実施例においては、μの大きさと変化の割合を磁性粒子の補給量増減の制御パラメータとして用いたが、Ｎの大きさと変化の割合を磁性粒子の補給量増減の制御パラメータとして用いても同様な結果が得られる。
【００８３】
（実施例４）
本実施例では、図１に示した実施例１の画像形成装置と同じものを用いたため、画像形成装置の概略構成の説明を省略する。本実施例では、単位出力画像枚数当たりの磁性粒子の使用量を一定値以下に保ち、かつ感光ドラムの交換周期を長くする手段について示す。
【００８４】
出力画像の印字率が高い場合、クリーナブレードをすり抜けて磁気ブラシ中に混入するシリカ等のトナーの外添剤量が多くなり、磁性粒子の表面状態は大きく変化する。磁性粒子の表面状態が大きく変化すると、感光ドラム表層の削れ速度は著しく増大してしまう。感光ドラム表層の削れ速度を低減する手段として、帯電容器内にある磁性粒子を交換することが有効であった。しかしながら、出力画像の印字率が高い場合は、磁性粒子の交換頻度が多くなってしまうことから、単位出力画像枚数当たりの磁性粒子の使用量が多くなってしまい、単位出力画像枚数当たりのコストがアップしてしまう。従って、コストアップをしないようにするためには、単位出力画像枚数当たりの磁性粒子の使用量を一定値以下に保たなければならない。
【００８５】
本実施例においても、実施例１乃至３で示した方法を用いてμとＮを算出する。μとＮの算出は、画像出力枚数１０００枚毎に算出を行う。算出したμとＮは、画像形成装置に備えられたメモリに記憶される。ここで、１０００枚の画像出力をする前後のμの変化量をΔμとする。Δμが大きい場合、感光ドラム表層の削れ速度が著しく上昇していることを示している。単位出力画像枚数当たりの磁性粒子使用量を一定値以下に保つには、Δμの値を低減させなければならない。
【００８６】
実施例１乃至３においては、磁気ブラシと感光ドラム表層との間にはたらく二方向の成分の力を測定し、測定結果を用いて磁性粒子の表面状態の変化を数値から判断し、磁性粒子の交換を行うことで、感光ドラムの交換周期を長くすることを達成した。それ以外にも、帯電スリーブに印加する交流電圧を下げることでも、感光体表層の削れ速度を低減することが可能である。
【００８７】
注入帯電方式では、直流電圧を印加するだけでも、感光ドラム表層は印加直流電圧とほぼ等電位に帯電させることが可能である。しかしながら、以下の理由により直流電圧だけで感光ドラムを所望の帯電電位に帯電させることは困難である。
【００８８】
磁性粒子の電気抵抗値は、電界強度が強い場合は低く、電界強度が弱い場合は高くなる。感光ドラム表層が、感光ドラムに対して形成される磁性粒子の接触ニップに進入した直後は、帯電スリーブと感光ドラムとの間の電位差が大きく、電界強度が強い。そのため、磁性粒子の電気抵抗値は低くなり、帯電スリーブから感光ドラムへと急速に電荷が注入されていく。感光ドラムに電荷が注入されていくと、感光ドラム表層の電位が高くなっていくが、帯電スリーブにかかる直流電圧値は変わらない。そのため、帯電スリーブと感光ドラムとの間の電位差は小さくなり、電界強度が徐々に下がっていく。電界強度が下がると、磁性粒子の電気抵抗値が上がり、帯電スリーブから感光ドラムへと電荷が注入される速度が遅くなっていく。そのため、感光ドラムが磁性粒子の接触ニップを通過する時間内に、感光ドラム表層を所望の帯電電位に帯電することができなくなってしまうことがある。
【００８９】
感光ドラムが磁性粒子の接触ニップを通過する時間内に、感光ドラム表層を所望の帯電電位を収束させるには、直流電圧に交流電圧を重畳して印加することが有効である。交流電圧を重畳することにより、感光ドラム表層の電位が所望の帯電電位に近づいてきても、印加される交流電圧により帯電スリーブと感光ドラム表層との間の電位差が大きくなる時間が増える。そのため、磁性粒子の電気抵抗値を低く保ち、帯電スリーブから感光ドラムへと電荷が注入する速度を高くすることが可能となる。
【００９０】
印加する交流電圧値が高いほど、帯電スリーブと感光ドラム表層との間の電位差を大きくすることができるため、感光ドラム表層をより短時間で所望の電位に帯電する能力が高まる。しかしながら、印加する交流電圧値が高いほど、磁性粒子が感光ドラムに付着する力が増大し、感光ドラム表層の削れ速度が増大してしまうため、帯電能力と許容削れ速度を両立する交流電圧値を用いる必要がある。本実施例においては、交流電圧のＶｐｐを５００Ｖとしたが、帯電能力の低下の可能性を考慮しなければ、交流電圧のＶｐｐを５００Ｖ以下に落とすことにより、感光ドラム表層の削れ速度の著しい増大を防止することができる。
【００９１】
帯電スリーブに印加する交流電圧を下げると、感光ドラム表層電位の収束性が下がるため、画像品位が落ちてしまう。
【００９２】
この点に関しては、例えば画像形成装置に、寿命優先モードと画像優先モードを用意しておき、出力したい画像の許容品位をもとに、モード選択を可能にしておくことが考えられる。寿命優先モードでは、画像品質を多少落とすことにより、単位出力画像枚数当たりの磁性粒子の使用量を一定値以下に保ちながら、感光ドラムの交換周期を長く保つことも可能である。
【００９３】
寿命優先モードが選択されているときは、帯電スリーブに印加される交流電圧値を少し低下させ、感光体表層の削れ速度を低減させる。画像優先モードが選択されているときは、帯電スリーブに印加される交流電圧値を変化させない。これにより、画像形成装置の使用状況に合わせ、単位出力画像枚数当たりの磁性粒子の使用量を一定値以下に保ちながら、可能な限り感光ドラムの交換周期を遅らせることが可能になる。
【００９４】
また、寿命優先モードが選択されている場合においても、出力画像の生産性を若干落とすことにより、画像品位を維持することも可能である。交流電圧値が低い場合は、高い場合と比較すると、感光ドラム表層の電位を所望の電位にするまでの時間を長くすれば良い。そのため、プロセススピードを落とすことにより、感光ドラムが磁性粒子の接触ニップを通過する時間を長くとれるようにすることで、交流電圧値を下げた場合でも、帯電能力が維持され、画像品位をも維持することが可能となる。
【００９５】
本実施例においては、Δμが予め設定しておいたΔμｍａｘを超えた場合、交流電圧のＶｐｐを３００Ｖに落とし、プロセススピードが２７０ｍｍ／ｓｅｃになるように設定した。これにより、Δμを一定値以下に保つことができ、単位出力画像枚数当たりの磁性粒子の使用量を一定値以下に保ちながら、感光ドラムの交換周期を長くすることが可能になった。
【００９６】
上記したような作像動作のモードを頻繁に変更しても、本実施例では、一定間隔毎に磁性粒子の交換を行うようにしており、磁性粒子の交換量を磁性粒子の表面状態の変化に応じて制御するようにしている。そのため、画像出力ができなくなるダウンタイムを少なくした上で、画像形成を行うことができる。
【００９７】
このように、本実施例では、μの変化量Δμの値を利用して、ＣＰＵ２４により、交流電圧値を下げたり、プロセススピードを下げたりするといった作像動作の制御を行っている。これにより、単位出力画像枚数当たりの磁性粒子の使用量を一定値以下に保ちながら、感光ドラムの交換周期を長くすることが可能になった。
【符号の説明】
【００９８】
１ 感光ドラム
２ 磁気ブラシ帯電器
２１ 磁性粒子収納部
２２ 磁性粒子補給装置
２４ 磁性粒子搬送スクリュー
３９ ロードセルＸ
４０ ロードセルＹ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、
回転自在な磁性粒子担持体に担持した導電性の磁性粒子を前記像担持体に接触させて前記像担持体を帯電する帯電手段と、
前記像担持体と前記磁性粒子との接触領域にはたらく互いに独立な二方向の力である第１の力の大きさと第２の力の大きさを測定可能な測定手段と、
前記測定手段で測定された互いに独立な二方向の力の大きさの測定値に基づいて、
作像動作の制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
異なる条件において前記測定手段により測定を行って複数の前記測定値を求め、前記複数の測定値を前記第１の力を一方の軸、前記第２の力をもう一方の軸とした一次関数で近似したとき、
前記一次関数の係数に基づいて、
作像動作の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
異なる条件において前記測定手段により測定を行って複数の前記測定値を求め、前記複数の測定値を前記第１の力を一方の軸、前記第２の力をもう一方の軸とした一次関数で近似したとき、
前記一次関数の切片に基づいて、
作像動作の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記像担持体と前記磁性粒子担持体とが形成する隙間の幅の調整手段を有し、
前記異なる条件は、前記像担持体と前記磁性粒子担持体とが形成する隙間の幅を異なる条件にすることであり、前記調整手段により、前記像担持体と前記磁性粒子担持体とが形成する隙間の幅を異なる条件にすることを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記像担持体の回転の位相を検知する位相検知手段を備え、
前記異なる条件は、前記測定手段による測定の時の前記像担持体の位相を異なる条件にすることであることを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記像担持体の回転の位相を検知する位相検知手段を備え、
前記像担持体の同一位相で二方向の力の測定を複数回行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記帯電手段の磁性粒子を交換する交換手段を備え、
前記作像動作は、前記交換手段による磁性粒子の交換であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記作像動作の制御は、前記磁性粒子の交換量を制御であることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記作像動作の制御は、前記磁性粒子の交換間隔を制御であることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記作像動作の制御は、前記帯電手段に印加される電圧の制御であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１】
像担持体と、
回転自在な磁性粒子担持体に担持した導電性の磁性粒子を前記像担持体に接触させて前記像担持体を帯電する帯電手段と、
前記像担持体と前記磁性粒子との接触領域にはたらく互いに独立な二方向の力である第１の力の大きさと第２の力の大きさを測定可能な測定手段と、
前記測定手段で測定された互いに独立な二方向の力の大きさの測定値に基づいて、
作像動作の制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
異なる条件において前記測定手段により測定を行って複数の前記測定値を求め、前記複数の測定値を前記第１の力を一方の軸、前記第２の力をもう一方の軸とした一次関数で近似したとき、
前記一次関数の係数に基づいて、
作像動作の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
異なる条件において前記測定手段により測定を行って複数の前記測定値を求め、前記複数の測定値を前記第１の力を一方の軸、前記第２の力をもう一方の軸とした一次関数で近似したとき、
前記一次関数の切片に基づいて、
作像動作の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記像担持体と前記磁性粒子担持体とが形成する隙間の幅の調整手段を有し、
前記異なる条件は、前記像担持体と前記磁性粒子担持体とが形成する隙間の幅を異なる条件にすることであり、前記調整手段により、前記像担持体と前記磁性粒子担持体とが形成する隙間の幅を異なる条件にすることを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記像担持体の回転の位相を検知する位相検知手段を備え、
前記異なる条件は、前記測定手段による測定の時の前記像担持体の位相を異なる条件にすることであることを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記像担持体の回転の位相を検知する位相検知手段を備え、
前記像担持体の同一位相で二方向の力の測定を複数回行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記帯電手段の磁性粒子を交換する交換手段を備え、
前記作像動作は、前記交換手段による磁性粒子の交換であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記作像動作の制御は、前記磁性粒子の交換量を制御であることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記作像動作の制御は、前記磁性粒子の交換間隔を制御であることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記作像動作の制御は、前記帯電手段に印加される電圧の制御であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２２５６１（Ｐ２０１１−２２５６１Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３４３７（Ｐ２０１０−１１３４３７）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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