JP2007086117A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 交流電圧成分に起因する帯電音を抑制する画像形成装置を提供する。
【解決手段】 複数の作像部で形成された現像剤像を現像剤担持体に転写する電子写真方式の画像形成装置１０である。この画像形成装置では、複数の作像部２６に含まれている複数の帯電部材４２を第１のグループと第２のグループに分けると共に第１と第２のグループにはそれぞれ互いに隣接しない帯電部材を含め、第１のグループに含まれる帯電部材に供給する第１の交流電圧と第２のグループに含まれる帯電部材に供給する第２の交流電圧の位相を９０度ずらしてある。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の作像部を備えた電子写真方式の画像形成装置（例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの装置の機能が複合的に組み込まれた複合機）に関する。

電子写真方式（電子写真プロセス）を用いた複写機やプリンタなどの画像形成装置では、コロナ放電を用いた帯電装置に代わる別の帯電装置として、オゾンの発生が少ないことを特徴とする接触帯電方式の帯電装置が知られている。

接触帯電方式の帯電装置の多くは、直流電圧成分に交流電圧成分を重畳したバイアス電圧を接触帯電部材（例えば、円筒ローラ、ブラシローラ）に印加することで、この接触帯電部材から静電潜像担持体に電荷を注入して帯電している。このように交流電圧成分を重畳したバイアス電圧を接触帯電部材に供給することは、交流電圧成分を重畳しない直流電圧成分だけを含むバイアス電圧を供給することに比べて、静電潜像担持体を均一に帯電できるという利点がある反面、交流電圧成分の周波数をもった帯電音が発生するという問題がある。特に、近年複数の作像部（電子写真方式に必要な感光体、帯電装置、現像装置）を一列に配置した所謂タンデム方式の画像形成装置では、複数の作像部のそれぞれの帯電装置が帯電音の音源となって大きな騒音を発生しかねないという問題がある。

帯電音を抑制するために、帯電部材や静電潜像担持体の物理特性を改良した種々の技術が提案されている。例えば、円筒式帯電部材を構成している個々の層の弾性率や固有振動数を改良したものがある。しかし、実際に使用される帯電部材には、種々の条件、例えば、静電潜像担持体との接触面積、回転時の負荷トルク、耐久性などの機械的特性、電気伝導度や誘電率などの電気的特性、製造コストなどの、種々の条件が課せられる。また、これらの条件を満たしながら帯電音を抑制するためには、微妙な最適化の技術や作業が必要であり、実際の装置でどの程度の効果が得られるかは静電潜像担持体の構造にも依存する。

そこで特許文献１に、複数の帯電部材に供給される交流電圧の位相をずらすことが提案されている。具体的に、特許文献１に開示された技術では、複数の帯電部材から発生する交流帯電音の音圧ピークを時間軸上でずらすことで、瞬間的に大きな帯電音ピークが発生することを防止している。この技術は、原理的に音の大きさに関係なく一定の騒音抑制効果が得られ、帯電部材や静電潜像担持体の特性による制約を受けないという利点がある。
特開２００２−１６９３５７号公報

ところが、位相に関係なく複数の音源から発生した音波は干渉を起こし、そのために、騒音抑制効果は平均値をもって評価されるものの、騒音が弱くなる場所だけでなく、逆に騒音が強くなる場所も発生する。また、比較的音源間の距離が長く、音波の周波数が高い場合、位相をずらした効果は小さく、一つの音源が発生する騒音よりも大きな騒音が発生することもある。さらに、複数の帯電部材のうちの一つの帯電部材に供給される交流電圧成分の位相をずらすだけでは満足できる騒音抑制効果は期待できない。しかし、帯電部材のすべてについて交流電圧成分の位相をずらすには、位相遅れ回路と増幅回路を帯電部材の数だけ必要とするため、それだけ画像形成装置の製造コストが高くなる。

そこで、本発明は、低コストで且つ交流電圧成分に起因する帯電音を確実に抑制できる新たな画像形成装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明は、現像剤像担持体の移動方向に沿って順番に配置された第１〜第４の作像部を備えており、これら第１〜第４の作像部で作成された現像剤像を上記現像剤像担持体に転写する電子写真方式の画像形成装置において、
上記第１の作像部と第３の作像部で第１のグループを形成し、
上記第２の作像部と第４の作像部で第２のグループを形成し、
上記第１のグループを形成する上記第１と第３の作像部にそれぞれ含まれている第１と第３の帯電部材に供給される第１の電圧の位相が、上記第２のグループを形成する上記第２と第４の作像部にそれぞれ含まれている第２と第４の帯電部材に供給される第２の電圧の位相に対して９０度ずらされていることを特徴とする。

本発明の他の形態の画像形成装置は、上記第１〜第４の帯電部材が数２の関係を満足するように配置されていることを特徴とする。

本発明の他の形態の画像形成装置は、発振回路と、上記発振回路の出力をもとに、上記出力信号と同位相の第１の信号と上記第１の信号と９０度位相の異なる第２の信号を得る手段と、上記第１の信号と第２の信号をそれぞれ増幅して上記第１の電圧と第２の電圧を得る手段を備えたことを特徴とする。

本発明の他の形態の画像形成装置は、発振回路と、上記発振回路の出力を所定の電圧まで増幅して第１の増幅信号とこれと同位相の第２の増幅信号を得る手段と、上記第１の増幅信号から上記第１の電圧を得るとともに、上記第２の増幅信号の位相を９０度ずらして上記第２の電圧を得る手段を備えたことを特徴とする。

本発明の他の形態の画像形成装置は、上記第１のグループの第１又は第３の作像部を用いて作像する場合、上記第２のグループの第３又は第４の作像部の帯電部材に上記第２の電圧を供給する手段を備えたことを特徴とする。

本発明の他の形態の画像形成装置は、複数の作像部で形成された現像剤像を現像剤担持体に転写する電子写真方式の画像形成装置において、上記複数の作像部に含まれている複数の帯電部材を第１のグループと第２のグループに分けると共に上記第１と第２のグループにはそれぞれ互いに隣接しない帯電部材を含め、上記第１のグループに含まれる帯電部材に供給する第１の交流電圧と上記第２のグループに含まれる帯電部材に供給する第２の交流電圧の位相を９０度ずらしたことを特徴とする。

このような構成を備えた画像形成装置によれば、第１のグループの第１の音源（帯電部材）と第２のグループの音源（帯電部材）に供給される電圧の位相が９０°ずれているので、これらの電圧が供給された第１の音源から発生する音と第２の音源から発生する音が互いに打ち消し合い、画像形成装置から発生する音が全体として抑制される。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、図面を参照した発明の理解を容易にするために、特定の方向を示す用語、例えば「上」、「下」、「左」、「右」及びそれらを含む用語を使用するが、これらの用語の意味によって発明の技術的範囲が限定されるものではない。

図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態であるプリンタの概略内部構成を示す斜視図である。図示するように、画像形成装置１０は、筐体であるハウジング１２の底部にシート供給部（図示せず）を有し、ハウジング１２の上部にシート排出部１４を有する。ハウジング１２の内部には、図１の右側にシート搬送経路及びシート搬送装置（図示せず）が設けてあり、シート供給部から供給されたシートが、シート搬送装置によってシート搬送経路を搬送され、後に説明する電子写真法によって作成された画像が印刷されて、シート排出部１４に排出されるようにしてある。

シート搬送経路を搬送されるシートに画像を印刷するために、ハウジング内でシート搬送経路の側部には、後述する方法によって形成された画像（現像剤像）をシートに転写する転写部１６と、シートに転写された画像（現像剤像）を加熱して定着する定着装置１８が配置されている。

転写部１６は、シート搬送経路を挟んで対向する転写ベルト２０と転写ローラ２５を有する。転写ベルト２０は、無端状のベルトからなり、左右のローラ２２，２４に巻回されて支持されており、図示しないモータの駆動に基づいて、図上反時計回り方向に回転移動するようにしてある。また、転写ローラ２５は、図上右側のローラ２４に支持された転写ベルト部分に対向して回転駆動可能に配置されている。

左右のローラ２２，２４に支持されている下部転写ベルト部分の下には、複数の色の現像剤像を作成する複数の作像部２６が設けてある。実施の形態では、画像形成装置１０は４つの作像部２６：２６ｙ、２６ｍ、２６ｃ、２６ｋを備えている。各作像部２６は、静電潜像担持体としてドラム状感光体２８を有する。各感光体２８の周囲には、感光体２８の外周面（感光体層）を帯電する帯電装置３０が配置されている。４つの作像部２６の下には、帯電装置３０で帯電された各感光体２８の外周面に光（画像）を露光して静電潜像を形成する光学系（書き込みヘッド）３２が設けてある。各感光体２８の周囲にはさらに、感光体２８上の静電潜像を粉体現像剤で可視像化する現像装置３４が配置されている。実施の形態において、４つの現像装置３４はそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの現像剤を備えている。

このように構成された画像形成装置１０の動作を簡単に説明する。各作像部２６では、感光体２８が時計回り方向に回転し、該感光体２８の外周面が帯電装置３０によって所定電位に帯電される。帯電された感光体２８の外周面には光学系３２から画像が露光されて静電潜像が形成され、対応する現像装置３４で現像剤像として可視像化（現像）される。各作像部２６の感光体２８に形成された現像剤像は、転写ベルト２０との対向部（一次転写領域）で転写ベルト２０に転写される。例えば、フルカラーの画像を作成する場合、４つの作像部２６からイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの現像剤像が転写ベルト２０上に重ね合わされる。転写ベルト２０に担持された現像剤像は、転写ベルト２０の移動と共に、転写ベルト２０と転写ローラ２５の対向部（二次転写領域）に搬送され、そこでシート供給部から供給されてシート搬送経路を移動しているシートに転写される。シートに転写された現像剤像は、定着装置１８で加熱されてシートに定着される。そして、現像剤像が定着されたシートは、シート排出部１４に排出される。

図２は、４つの作像部２６ｙ、２６ｍ、２６ｃ、２６ｋの帯電装置３０と、これら複数の帯電装置３０に所定の帯電バイアス電圧を供給する電圧供給部（電源装置）４０の構成を示す図である。図示するように、帯電装置３０は、ドラム状感光体２８と平行に配置された円筒ローラ又は筒状ブラシからなる帯電部材４２を有する。実施の形態では、ローラの外周面又はブラシの外周毛先が感光体２８の外周面に接触するように配置されている。また、ローラ又はブラシは図示しないモータに駆動連結されて回転駆動するようにしてある。

電圧供給部４０は、直流電圧回路と交流電圧回路を備えており、直流電圧に交流電圧を重畳したバイアス電圧を出力するようにしてある。具体的に、電圧供給部４０は、直流電圧に交流電圧を重畳した所定周波数の電圧信号を出力する発信回路４４を有する。発信回路４４は、第１の増幅器４６と第２の増幅器４８に接続されている。また、第１の増幅器４６と発信回路４４の間には、発信回路４４から出力される電圧信号の位相を９０度遅らせるための位相変換回路５０が接続されており、発振回路４４から出力される電圧信号（第１の信号）の位相を９０度遅らせて第１の増幅器４６に入力するようにしてある。第２の増幅器４８と発信回路４４の間にはそのような位相変換回路は接続されていない。したがって、第１の増幅器４６に入力される電圧信号（第１の信号）は、第２の増幅器４８に入力される電圧信号（第２の信号）の位相に対して９０度遅れる。

第１の増幅器４６と第２の増幅器４８は、隣接しないそれぞれのグループの帯電器と電気的に接続されている。具体的に、第１の増幅器４６の出力部は、一番左側に配置されている作像部２６Ｙの第１の帯電部材４２Ｙと、左から２番目と４番目の間に配置されている作像部２６Ｃの第３の帯電部材４２Ｃに接続されており、これにより、第１の増幅器４６で増幅された第１の電圧Ｖ１（位相：θ−９０°）が第１と第３の帯電部材４２Ｙ，４２Ｃに出力されるようにしてある。一方、第２の増幅器４８の出力部は、一番右側に配置されている作像部２６Ｋの第４の帯電部材４２Ｋと、左から１番目と３番目の間に配置されている作像部２６Ｍの第３の帯電部材４２Ｍに接続されており、これにより、第２の増幅器４８で増幅された第の電圧Ｖ２（位相：θ）が第２と第４の帯電部材４２に出力されるようにしてある。

換言すると、第１の作像部２６Ｙ及び第１の帯電部材４２Ｙと第３の作像部２６Ｃ及び第３の帯電部材４２Ｃが第１のグループを形成し、第２の作像部２６Ｍ及び第２の帯電部材４２Ｍと第４の作像部２６Ｋ及び第４の帯電部材４２Ｋが第２のグループを形成しており、第１のグループを形成する第１と第３の帯電部材４２Ｙ、４２Ｃに供給される第１の電圧Ｖ１の位相（θ−９０°）が、第２のグループを形成する第２と第４の帯電部材４２Ｍ、４２Ｋに供給される第２の電圧Ｖ２の位相（θ）に対して９０度ずらされている（図３参照）。

第１のグループに供給される第１の電圧Ｖ１の位相（θ−９０°）と第２のグループに供給される第２の電圧Ｖ２の位相（θ）を９０°ずらしているのは、ある周期及び周波数をもって規則的に変動する交流電圧成分を含む電圧が供給された帯電部材４２は、交流電圧の一周期中に２回音を発生する（交流の山の部分と谷の部分）し、見かけ上は交流電圧の２倍の周波数をもって音を発振することから、第１と第２の電圧Ｖ１，Ｖ２の間に９０°の位相差を設けることで、第１のグループの帯電部材（第１の音源）から発生する音と第２のグループの帯電部材（第２の音源）から発生する音の位相を１８０°ずらして逆位相とし、これにより第１の音源から発生する音によって第２の音源から発生する音を打ち消しつつ、同時に、第２の音源から発生する音によって第１の音源から発生する音を打ち消すこと（アクティブ消音）が可能となるからである。

このように構成された電圧供給部４０を備えた画像形成装置１０によれば、第１のグループの第１の音源（帯電部材４２Ｙ，４２Ｃ）と第２のグループの音源（帯電部材４２Ｍ，４２Ｋ）に供給される電圧の交流成分の位相が９０°ずれているので、これらの電圧が供給された第１の音源から発生する音と第２の音源から発生する音が互いに打ち消し合い、画像形成装置１０から発生する帯電音が全体として抑制される。また、実施の形態では、４つの帯電部材４２Ｙ，４２Ｍ，４２Ｃ，４２Ｋを２つのグループに分け、一方のグループの帯電部材４２Ｙ，４２Ｃに印加する交流電圧成分の位相を他方のグループの帯電部材４２Ｍ，４２Ｋに印加する交流電圧成分の位相から９０°ずらしているので、すべての帯電部材４２に対して位相変換回路が必要ではなく、位相変換回路５０は一つだけでよい。また、位相変換回路５０は低圧用の位相変換回路が使用できる。

上述の実施の形態では、発振回路４４と第１のグループの帯電部材４２Ｙ、４２Ｃとの間に第１の増幅器４６を設けるとともに発振回路４４と第２のグループの帯電部材４２Ｍ，４２Ｋとの間に第２の増幅器４８を接続したが、図４に示すように、発振回路４４の出力部に一つの増幅器５２を接続し、この増幅器５２の出力を２つに分岐し、一方の分岐回路を第１のグループの帯電部材４２Ｙ，４２Ｃに接続するとともに他方の分岐回路を第２のグループの帯電部材４２Ｍ，４２Ｋに接続してもよい。この場合、例えば、一方の分岐回路（例えば、第１の分岐回路）に位相変換回路５０を接続し、第１のグループの帯電部材４２Ｙ，４２Ｃに供給される交流電圧成分の位相を第２のグループの帯電部材４２Ｍ，４２Ｋに供給される交流電圧成分の位相と９０°ずらすことができる。このような実施形態によれば、図２に示す実施形態に比べて、増幅回路を一つしか必要としないという利点がある。

上述のように、画像形成装置１０はフルカラーの画像を形成できるものであるが、黒色のモノクロ画像を形成する画像形成装置として使用されることも多い。したがって、図５に示す他の形態の画像形成装置１０では、第１及び第２の作像部２６Ｙ，２６Ｍの帯電部材４２Ｙ，４２Ｍは開閉器（開閉手段）５４，５６を介して電圧供給部４０と接続されており、黒色モノクロ画像を作成する場合、これら開閉器５４，５６を開放し、黒色画像作成用の作像部２６Ｋの帯電部材４２Ｋとこれに隣接するシアン画像作成用作像部２６Ｃの帯電部材４２Ｃにそれぞれ第２の電圧Ｖ２と第１の電圧Ｖ１を供給し、帯電部材４２Ｋで発生する帯電音を帯電部材４２Ｃで発生する帯電音によって打ち消す。このとき、黒色画像作成用作像部２６Ｋでは上述した画像作成プロセスが実行されるが、シアン画像作成用作像部２６Ｃの感光体２８及び現像装置３４は停止状態を維持してもよいし、回転してもよい。

音の放射パワーに関して以下の式が知られている。

また、２つの同一音源が１８０°位相の異なる２つの音をそれぞれ発振しているとき、それらの音源から放射される音の放射パワー（合成値）は以下の式で与えられる。

数４から明らかなように、２つの音源が存在する場合の放射パワー（合成値）は、それら音源から出力される放射パワーが干渉しない場合、２・Ｗ１である。また、一方の音源の位相が他方の音源のそれと逆位相で、それら２つの音源から出力される放射パワーが干渉する場合、上述の数４で与えられるＷ２である。したがって、消音効果は、Ｗ２／（２・Ｗ１）〔放射パワーの比〕によって評価することができ、この値が１以下であれば消音効果があると言える。いま、音源間距離ｄを２０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、５００ｍｍとしたときの消音効果〔放射パワーの比〕を図６（ａ）〜（ｄ）のグラフに示す。

図示するように、単に一方の音源の位相を他方の音源の位相に対して１８０°ずらして逆位相とした場合、ｋｄの値によっては消音効果が得られない場合（放射パワーの比が「１」を超える場合）がある。また、これらの図から、放射パワーの比を１以下にするためには、音源間距離ｄの値に拘わらず、ｄｋが３以下であることが必要であることがわかる。このような理由から、帯電音を減衰させるために、画像形成装置１０はそのｋｄが３以下となるように設定することが好ましい。そして、そのために、音発生源間距離ｄと音の周波数ｆ’は、λ＝ｖ／ｆ’（ｖ：音速）の関係より、音速を３４０，０００ｍｍとすると、式５の関係を満足しなければならない。

なお、以上の説明では、４つの作像部を備えた画像形成装置に本発明を適用した実施形態を示したが、作像部の数は４つに限るものでなく、それよりも多くてもよいし、少なくてもよい。ただし、そのような形態にあっても、複数の作像部の帯電部材を上述のように、隣接しない帯電部材を２つのグループに分け、一方のグループの帯電部材に供給する交流電圧成分と他方のグループの帯電部材に供給する交流電圧成分の位相を９０°ずらすことが必要である。

また、一方のグループの帯電部材から発生する音と他方のグループの帯電部材から発生する音を干渉させることにより消音効果を得るためには、上述のように一方のグループの帯電部材に供給する交流電圧成分と他方のグループの帯電部材に供給する交流電圧成分の位相を９０°ずらすことが好ましいが、消音効果が得られることを条件として完全に９０°である必要はない。

本発明に係る画像形成装置の内部構造を示す部分斜視図。 図１の画像形成装置における電圧供給部の構成を示す概略ブロック図。 第１と第２のグループの帯電部材に供給される交流電圧波形を示すグラフ。 他の実施形態に係る電圧供給部の構成を示す概略ブロック図。 他の実施形態に係る電圧供給部の構成を示す概略ブロック図。 画像形成装置におけるｋｄと音源放射パワーとの関係を示す図。

符号の説明

１０：画像形成装置、１２：ハウジング、１４：シート排出部、１６：転写部、１８：定着装置、２０：転写ベルト、２２，２４：ローラ、２６（２６ｙ、２６ｍ、２６ｃ、２６ｋ）：作像部、２８：感光体、３０：帯電装置、３２：光学系、３４：現像装置、４０：電圧供給部、４２：帯電部材、４４：発振回路、４６：第１の増幅器、４８：第２の増幅器、５０：位相変換回路。

Claims (6)

1. 現像剤像担持体の移動方向に沿って順番に配置された第１〜第４の作像部を備えており、これら第１〜第４の作像部で作成された現像剤像を上記現像剤像担持体に転写する電子写真方式の画像形成装置において、
   上記第１の作像部と第３の作像部で第１のグループを形成し、
   上記第２の作像部と第４の作像部で第２のグループを形成し、
   上記第１のグループを形成する上記第１と第３の作像部にそれぞれ含まれている第１と第３の帯電部材に供給される第１の電圧の位相が、上記第２のグループを形成する上記第２と第４の作像部にそれぞれ含まれている第２と第４の帯電部材に供給される第２の電圧の位相に対して９０度ずらされていることを特徴とする画像形成装置。
2. 上記第１〜第４の帯電部材が数１の関係を満足するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
   

   
3. 発振回路と、
   上記発振回路の出力をもとに、上記出力信号と同位相の第１の信号と上記第１の信号と９０度位相の異なる第２の信号を得る手段と、
   上記第１の信号と第２の信号をそれぞれ増幅して上記第１の電圧と第２の電圧を得る手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 発振回路と、
   上記発振回路の出力を所定の電圧まで増幅して第１の増幅信号とこれと同位相の第２の増幅信号を得る手段と、
   上記第１の増幅信号から上記第１の電圧を得るとともに、上記第２の増幅信号の位相を９０度ずらして上記第２の電圧を得る手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２の画像形成装置。
5. 上記第１のグループの第１又は第３の作像部を用いて作像する場合、上記第２のグループの第３又は第４の作像部の帯電部材に上記第２の電圧を供給する手段を備えたこを特徴とする請求項１〜４のいずれかの画像形成装置。
6. 複数の作像部で形成された現像剤像を現像剤担持体に転写する電子写真方式の画像形成装置において、
   上記複数の作像部に含まれている複数の帯電部材を第１のグループと第２のグループに分けると共に上記第１と第２のグループにはそれぞれ互いに隣接しない帯電部材を含め、上記第１のグループに含まれる帯電部材に供給する第１の交流電圧と上記第２のグループに含まれる帯電部材に供給する第２の交流電圧の位相を９０度ずらしたことを特徴とする画像形成装置。
   

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