JP4417594B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ等に応用される電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、複数個の作像装置を備える画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる帯電装置として、被帯電体に電圧を印加した帯電部材を接触または非接触で近接させて被帯電体を帯電する近接方式の帯電装置が実用化されてきている。
近接帯電装置は、像担持体等の被帯電体に、ローラ型（帯電ローラ）、ファーブラシ型、磁気ブラシ型、ブレード型等の導電性の帯電部材を接触させ、この帯電部材（接触帯電部材・接触帯電器、以下、接触帯電部材と記す）に所定の帯電バイアスを印加して被帯電体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。
【０００３】
接触帯電方式においては、帯電機構（帯電のメカニズム、帯電原理）には、遠隔帯電系と直接注入帯電系の２種類の帯電機構が混在しており、どちらが支配的であるかにより各々の特性が現れる。
遠隔帯電系は、接触帯電部材と被帯電体との空隙に生じる遠隔帯電であるコロナ放電などの放電現象による放電生成物で被帯電体表面が帯電する系である。例えば、接触帯電部材として導電ローラ（帯電ローラ）を用いたローラ帯電方式は帯電の安定性という点で好ましく広く用いられている。このローラ帯電の帯電機構はコロナ帯電系が支配的である。
帯電ローラは導電あるいは中抵抗のゴム材あるいは発泡体を用いて作成される。さらに、これらを積層して所望の特性を得たものもある。帯電ローラは被帯電体との一定の接触状態を得るために弾性を持たせているが、そのため摩擦抵抗が大きく、多くの場合、被帯電体に従動あるいは若干の速度差をもって駆動される。従って、絶対的帯電能力の低下や接触性の不足やローラ上のムラや被帯電体の付着物による帯電ムラは避けられないため、従来のローラ帯電ではその帯電機構はコロナ帯電系が支配的である。
帯電性能としては、帯電ローラ等の帯電部材と被帯電体とが接触している必要はなく、これら二者が非接触で近接していてもバイアスの印加条件を制御することで接触帯電と変わらず帯電を行うことが可能である。尚、接触、非接触に関わらず、以下、近接帯電方式と総称する。
【０００４】
この近接帯電方式は、帯電手段を被帯電体に直接当接あるいは近接させて配設し、帯電部材に電圧を印加することにより、被帯電体である像担持体（例えば光導電性の感光体）の表面を帯電処理（除電処理を含む）する方式である。
ローラ状、鋸歯状、ブレード状、ブラシ状等といった近接帯電方式でよく用いられている帯電部材へのバイアス印加方式は、直流電圧のみを印加するＤＣバイアス方式と、交流電圧あるいは交流電圧に直流電圧を重畳させた振動電圧を印加するＡＣバイアス方式とがある。後者のＡＣバイアス方式は、ＤＣバイアス方式よりも、帯電均一性に優れているため、好まれて使用されている。
【０００５】
また、近年はオフィスでも大量のカラー文書が取り扱われるようになり、以前にも増して高速のフルカラープリンタ、フルカラー複写機が望まれている。一般に、近年普及し始めたカラーレーザープリンタは、一つの感光体に複数の現像装置が接触可能に配置され、感光体一回転毎に各々の色のトナー像を作成し、その像を感光体から中間転写体、もしくは転写ドラムなどに保持された記録媒体（記録用紙、ＯＨＰシート等）に順次転写して行き、カラートナー像を作成する、いわゆる１ドラム方式が主流である。その中にも前述の中間転写体上で複数色のトナー像を重ね合わせ、その後、記録用紙に一括転写する中間転写方式と、転写ドラムなどに保持された記録用紙に順次転写していきカラートナー像を作成する直接転写方式とがある。直接転写方式は構造が簡単で低コストだが、記録用紙に複数回転写する場合に記録用紙の抵抗や含水分によって条件が異なるため、安定した作像が難しい。また、中間転写方式は、画像の記録用紙への転写は一回で済むので、画質の安定性、紙種対応性がよい、などの特徴がある。
【０００６】
しかし、いずれの機種も４色を使用したカラー像を得るためには、感光体が４回回転せねばならず、生産性が上がらなかった。そこで、高速化に対応するために、像担持体である感光体を色の数だけ増やし（通常３本か４本）、それに対応してそれぞれの現像器を配置し、記録用紙を複数の感光体に連続して接触させ、各感光体上の各色の画像を記録用紙上に順次重ね合わせて転写させカラー画像を得る、いわゆるタンデム方式又はインライン方式の機種も市販されており、特許出願としても、例えば、特開昭５３−７４０３７号公報（対応米国特許第４，１６２，８４３号明細書）には、カラー画像出力の高速化のために感光体を複数個積載して、記録用紙等の転写材をベルト状の搬送手段で搬送しながら、順次トナー画像を多重転写する画像形成装置の提案がなされている。
この場合、１ドラム方式と感光体の外周速度が等速で有れば、４倍以上の速度で印刷することが可能である。しかしながら、上述のように感光体から記録用紙に直接転写を行う直接転写方式の場合は、紙転写の際の不安定性や、紙搬送の際の位置合わせの問題なども多い。そこで、タンデム方式で且つ中間転写体を使用する、いわゆるタンデム中間転写方式が実開昭５９−１９２１５９号公報などを始めとして多数提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述した帯電方式のうち、ＡＣバイアス方式は帯電均一性に優れているが、その反面、印加した交流電圧によりローラが振動し音が発生する問題がある。これまで発売されてきた機種は概ね１ドラム方式の機種であり、帯電による音も単音であり、対策も容易であった。すなわち、感光体ドラムなどの被帯電体内部に金属などの錘を挿入する、帯電ローラに発泡ゴムを使用して硬度を下げる、などの工夫がなされている。しかし、タンデム型で複数の感光体ユニット（作像装置）を備える機械では、各々のユニットから出る帯電音が４色機であれば４倍にもなり、従来の対策のみでは音による不快感を軽減することが難しい。
【０００８】
また、帯電音のみならず、ＡＣバイアスを用いる箇所では音が発生する可能性がある。例えば音の発生源としては、現像スリーブに印加されるＡＣ重畳の現像バイアスや、現像後の転写前画像をチャージアップさせるための転写前チャージャー（ＰＴＣ）、転写後の転写残トナーをクリーニングしやすくするためのクリーニング前チャージャー（ＰＣＣ）、トナーの極性を揃えつつトナーのクリーニングを行うクリーニングローラやクリーニングブラシなどが挙げられる。これらの部位に印加されたＡＣバイアスも、帯電と同様に感光体を振動させ、音を発生させるうえに、複数個の感光体ユニットがあれば、それだけ騒音も大きくなる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、複数の作像装置を備えたタンデム型の画像形成装置において、各作像装置の像担持体周りから発せられる騒音を低減することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、複数の像担持体を備え、各々の像坦持体を帯電させる帯電手段と、帯電された像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、該像担持体上の静電潜像を現像剤で現像して顕像化する現像手段と、該像担持体上の顕像を記録媒体に転写する手段を備えた画像形成装置において、前記像坦持体、帯電手段、現像手段からなる複数の作像装置を備え、該複数の作像装置のそれぞれから作像の際に発せられる音波の位相が、各々打ち消し合い減衰するように制御し、単色のみの画像出力を行う際にも、目的色の作像装置以外の少なくとも一個の作像装置を動作させ、その発生音と、目的色の作像装置の発生音とが各々打ち消し合い減衰するように制御し、動作させる作像装置が、目的色の作像装置に対して、最隣接の少なくとも一個の作像装置であることを特徴とするものである。
通常、複数個の作像装置（感光体ユニットなど）はほぼ同一の条件で使用されているので、発せられる騒音の周波数、強度などもほぼ一致している。音波は縦波であり、干渉を起こすことが広く知られているので、複数個の作像装置の像担持体（感光体）周りから発せられる各々の音が干渉し、減衰するように位相を制御すれば騒音を減じることができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の画像形成装置において、音の位相を制御する手段が、前記帯電手段で用いられる交流電圧の位相制御手段であることを特徴とするものである。
また、請求項３に係る発明は、請求項１記載の画像形成装置において、音の位相を制御する手段が、前記現像手段で用いられる交流電圧の位相制御手段であることを特徴とするものである。
さらに、請求項４に係る発明は、請求項２または３記載の画像形成装置において、隣り合う作像装置の交流電圧の位相を互いに１２０度以上、２４０度以下の範囲でずらすことを特徴とするものである。
さらにまた、請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一つに記載の画像形成装置において、前記帯電手段の帯電部材と、被帯電体である像担持体とが、非接触で放電が行われ、空隙距離が２０μｍ以上１００μｍ以内で配置されることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
画像形成装置の像担持体（例えば光導電性の感光体）周りで発せられる騒音源としては、前述の通り、感光体の帯電手段、現像手段、ＰＣＣ、ＰＴＣ、クリーニング手段など様々ある。それらには各々最適に調整されたバイアスが印加されているが、これらの複合効果で騒音が発生している。これらのＡＣバイアス印加が起源の騒音に関しては、通常、複数個の作像装置（感光体ユニット）などはほぼ同一の条件で使用されているので、ほぼ同一の周波数、強度で発振している。音波は縦波であり、干渉を起こすことが広く知られているので、よって、複数個の感光体周りから発せられる、機械的なランダムノイズ（例えば、感光体駆動のギアの音、クリーニングブレードの鳴きなど、予測制御が困難な物）を除いた、ＡＣバイアス起源の騒音は、各々の音が干渉するように位相を制御すれば、騒音を減じることができる。
【００１４】
上述の感光体周りの騒音源の中で、最も寄与の大きいものは帯電手段に印加される帯電バイアスである。帯電バイアスは、通常、直流電圧と交流電圧の重畳された構成になっている。感光体と帯電部材との間に電位差が生じると、その電界強度に応じたＭaxwell応力が発生し、そのＭaxwell応力によって帯電ローラなどの帯電部材の変形が生じる。ＡＣ重畳のバイアスの場合、時間と共に印加される電圧が周期的に変動するため、Ｍaxwell応力も時間応答で変化し、その結果、ＡＣの周波数に応じて帯電部材の変形（振動）が発生して騒音となる。特に帯電ローラはゴムで構成され、感光体に対してバネ荷重等で加圧固定されていることが多く、Ｍaxwell応力の変動によって感光体への当接条件が変わり騒音が発生しやすい。また、感光体と帯電部材との間に微小ギャップを設けた非接触の近接帯電方式では、帯電ローラと感光体の間に隙間があり、より帯電ローラが変形、振動しやすい条件となっている。このため、音の発生が大きい。
【００１５】
また、帯電部材に限らず、その他のＡＣバイアスが印加されている部材でも強弱の程度があるが同様の現象が生じる。例えば、近年は高画質化対応のため、磁性二成分現像方式でＡＣ重畳の現像バイアスが用いられることが多い。現像バイアスを印加されている現像スリーブは管形状であり、帯電ローラと同様に発生した応力によって変形しやすく騒音を発しやすい。
これらのＡＣバイアス印加によって発生した騒音は、感光体が管状であるため共振などを起こして増幅され、外に騒音として伝わっていく。
【００１６】
これらの騒音は起源がＡＣバイアスであるので、ＡＣバイアス電源の発振位相を制御することで、音の位相も同様に制御できる。
より具体的には、音の位相を制御する手段の一例としては、帯電手段で用いられる交流電圧の位相制御手段が上げられる。
また、音の位相を制御する手段の別の例としては、現像手段で用いられる交流電圧の位相制御手段が上げられる。
【００１７】
ここで、一例として図５、図６に二つのサイン波の音波の干渉により、合成された音波の振幅強度が、組み合わせる位相によって変化していく様子を示した。最も振幅強度が強くなるのは位相差０度の場合であり、単純に元の振幅の２倍となっている。ここから二つの音波の位相を少しずつずらしていくと、合成波の振幅強度も次第に減じていき、位相差１２０度から元の一つの音波の振幅レベルにまで下がり、理想的には位相差１８０度で振幅は消滅する。さらに位相がずれていくとまた振幅レベルが上がり、２４０度で元の振幅レベル、３６０度で再び二倍となる。
よって、隣接する二つの音源となる作像装置間において、音源の位相を１２０度以上、２４０度以下の範囲でずらすことにより、少なくとも元々の１つの音波の振幅強度以下に騒音を抑えることができる。より好ましくは１８０度（逆位相）にすることで、この状態では騒音を著しく減ずることができる。また、位相を操作するには、前述の通り、帯電手段あるいは現像手段で用いるＡＣバイアス電源の発振位相を制御すればよい。騒音を打ち消すには波形がなるべく同じ形状をしていて、発振点が近いほど効果がある。よって、タンデム型の画像形成装置などにおいては、隣り合う作像装置同士で騒音を打ち消し合うようにするのが効果が大きく出てよい。
【００１８】
また、一つの作像装置内部で複数の音源をもっているため、それらの音源の位相を組み合わせて、一つの作像装置から発せられる音そのものを減衰させることも可能である。例えば帯電ローラとクリーニングローラを同一の構成として同じ感光体に二本接触させ、それぞれに同一周波数、同一振幅のＡＣバイアスを位相を１８０度ずらして印加すれば、感光体の振動がそれぞれのローラによってキャンセルされて騒音が小さくなる。
こういった場合も完全に騒音をなくすことはできないので、複数ある作像装置間でもまた騒音の位相を制御して騒音を減らすことは効果がある。
【００１９】
一般に使用されるＡＣ周波数は、帯電ムラとの関係から、
周波数（Ｈｚ）／プロセス線速（ｍｍ／ｓ）＞６（振動／ｍｍ）
以上であれば、帯電ムラとして目立ちにくいことが分かっているので、一般的には線速２００ｍｍ／ｓ程度の機械であれば、１２００Ｈｚ程度の周波数で用いられることが多い。この際、常温では、
音速Ｃ（ｍ／ｓ）＝３３１．５＋０．６１ｔ（ｔはＣelsius温度）
なので、約３４３ｍ／ｓ程度であり、周波数１２００Ｈｚの音波は一波長２８０ｍｍ程度である。
タンデム型の電子写真方式の画像形成装置の感光体間距離（帯電ローラ間距離）は約９５ｍｍ程度であるので、波長に対して短く、音源間距離をあまり考慮に入れず議論することが可能である。
また、ユーザーが立つ位置は機械の正面方向であり、ある程度の距離が離れれば、複数の感光体とのユーザーの距離はそれぞれほぼ等しいと考えて良く、干渉の効果をある程度推測することができる。
【００２０】
このようなタンデム型の電子写真方式の画像形成装置などにおいては、単色のプリントの要求もある。特にブラック色を用いたモノクロ画像の要求が強いが、このようなときには、通常、ブラック色の作像装置のみを動作させてプリントすることが多い。感光体周りから発せられる騒音は単色でのプリント時にはある程度以下には下げられないが、上述の考えを応用し、単色のプリント時に発生する騒音を打ち消すように他の作像装置からも騒音を発生させれば、騒音同士が干渉し合って単色プリント時よりも騒音を抑えることができる。
【００２１】
この場合も目的色以外に動作させる作像装置は、なるべく近接した装置（例えば目的色の作像装置に対して、最隣接の少なくとも一個の作像装置）であることが効果の点では望ましい。
しかし、例えばブラック色を単色で取ることが多いため、ブラック作像装置に一番近い色、例えばシアン作像装置を常に稼働させると、シアン作像装置の帯電手段や現像手段の消耗が激しくなり、耐久性を制限してしまうことになる。
従って、効果は小さくなるが、最隣接の作像装置以外にも、他の装置も順番に使う（すなわち、動作させる作像装置が、目的色の作像装置に対して、常に一定ではないようにする）ことによって、装置全体の寿命を延ばし、利用者のコストを抑えることができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は、カラー原稿の読み取りが可能な原稿読取部（スキャナ）１と、原稿自動給紙装置（ＡＤＦ）２と、複数の作像装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋを有するタンデム型のカラー画像形成部３と、各種サイズの転写材（記録用紙等）を収納した給紙カセット５，６，７を有する給紙部（ペーパーバンク）を備えており、モノクロ画像、多色画像、フルカラー画像の形成が可能なカラー複写機の例である。
【００２３】
画像形成部３には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の各色の画像を作像する４つの作像装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋが並設されており、各作像装置の像坦持体（本実施例では光導電性の感光体ドラム）１１が４本、水平方向に並列に配列されている。各作像装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋの感光体ドラム１１の廻りには帯電ローラ１２、現像ユニット１３、１次転写ローラ１４、クリーニングユニット１５、除電ランプ１６が配設されている。また、各感光体ドラム１１の上側には書込みユニット１７が配設されている。書込みユニット１７としては、光源に半導体レーザ（ＬＤ）を用い偏向器で感光体面上を走査するレーザ走査方式の書込み装置や、光源にＬＥＤアレイを用いて感光体面に書込みを行うＬＥＤアレイ方式の書込み装置等があるが、どちらの方式でも良い。また、各感光体ドラム１１の下部には中間転写体（本実施例では中間転写ベルト）１８が配設され、１次転写ローラ１４の位置で各感光体ドラム１１と接触しているが、この中間転写ベルト１８は３本の支持ローラ１９，２０，２１で張架されている。尚、支持ローラは３本以上で張架してあっても良く、例えば、ベルト寄りを調整するローラなどを設けてもよい。
【００２４】
感光体ドラム１１には中間転写ベルト１８を介して１次転写ローラ１４が押し付けられている。ここでは転写装置は転写ローラの例であるが、転写ブラシや非接触の転写チャージャであっても良い。中間転写ベルト１８にはベルトクリーニングユニット２２が支持ローラ１９の位置に設けられている。ベルトクリーニングユニット２２の位置は支持ローラ１９の位置に限らず、別に対向ローラを設けてそれに対してベルトクリーニングユニットを設けても良い。中間転写ベルト１８を支持しているローラのうちの１本（本実施例では支持ローラ２１）は２次転写手段の対向ローラの機能を持ち、その対向位置には２次転写手段である２次転写ユニット２４が配設されている。本実施例では２次転写ユニット２４は２次転写ベルト２４ａで構成され、この２次転写ベルト２４ａは２本の支持ローラで張架されている。尚、本実施例では無いが、２次転写手段として２次転写ローラやチャージャが配設されていても良い。また、図示していないが、２次転写ベルト２４ａにはクリーニングユニットが配設されている。
【００２５】
２次転写ベルト２４ａは定着手段である定着ユニット２５の入口まで転写材を搬送できるように配設されている。定着ユニット２５は無端状の定着ベルト２５ａとそれを支持する２本のローラと、定着ベルト２５ａに圧接している加圧ローラ２５ｂで構成されている。この定着ユニット２５は中間転写ベルト１８の支持ローラ１９の下側で２次転写の対向ローラ側に入り込んで配設されている。定着ユニット２５と２次転写ベルト２４ａの下側には、水平方向に両面転写のための両面反転ユニット２６が配設されている。両面反転ユニット２６は反転ローラ２７と送り出しローラ２９と複数の搬送ローラ対２８から構成されている。
【００２６】
次に図１に示す構成の画像形成装置の一連の動作について説明する。
原稿をコピーする場合、ＡＤＦ２により図示しないＡＤＦトレイから原稿がスキャナ１のコンタクトガラス面に送られ、スキャナ１で原稿の画像が各色に分解されて読み取られる。その各色の画像データが画像形成部３の書込みユニット７に送信され、書込みユニット１７が読み取られた各色の画像データを基に、各作像装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋの帯電ローラ１２で帯電された感光体ドラム１１を露光し、静電潜像を形成する。各感光体ドラム１１は反時計回りに回転しており、静電潜像は現像ユニット１３によって可視像に現像される。各作像装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋの感光体ドラム１１上には、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの各色の顕像が現像され、各作像装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋの感光体ドラム１１からＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの各色の顕像が順次中間転写ベルト１８に重ね合わせて１次転写される。一方、ペーパーバンク４からは、転写材である記録用紙がレジストローラ２３の位置に給紙・搬送されて停止して待機している。そして上記中間転写ベルト１８上に重ね合わせて１次転写された画像が２次転写部に搬送されてくるタイミングに合わせて、レジストローラ２３から記録用紙が２次転写部に送り出され、２次転写ユニット２４により中間転写ベルト１８上の画像が一括して記録用紙に２次転写される。２次転写された記録用紙はそのまま２次転写ベルト２４ａで定着ユニット２５まで搬送されて定着部に入って行き、定着ベルト２５ａと加圧ローラ２５ｂにより画像が記録用紙に定着される。画像が定着された記録用紙はそのまま排紙されて排紙トレイ９にスタックされるか、あるいは両面コピーされるときは、定着後下側に搬送され、一旦両面反転ユニット２６のスタック部３０に送り込まれる。そして今度は紙後端から送り出しローラ２９によって反転ローラ２７に送られ、記録用紙はＵターンして複数の搬送ローラ対２８によってレジストローラ２３まで搬送される。以降は表面側のコピーと同様の作像動作となる。
【００２７】
次に図２は各作像装置の感光体ドラム廻りのより具体的な構成例を示した概略要部構成図である。まず現像ユニット１３について説明する。
現像ユニット１３は、現像ローラ１３−１、ドクタブレード１３−５、２本のスクリュ１３−２，１３−３、トナー濃度センサ１３−６、外ケース１３−４から構成されている。現像ローラ１３−１とスクリュ１３−２，１３−３の位置関係は、現像ローラ１３−１よりスクリュ１３−２，１３−３が斜め下方向の位置にあり、２本のスクリュ１３−２，１３−３は水平方向に並列に配設されている。外ケース１３−４には２本のスクリュ１３−２，１３−３を２室に分ける仕切り板が設けられている。この仕切り板の奥と手前は、現像剤が２本のスクリュ間を循環できるように切り欠かれている。また、外ケース１３−４は感光体ドラム１１と対面する部分は開口しており、この開口部から現像ローラ１３−１の一部が露出するようになっている。このように外ケース１３−４は、図２のように現像ローラ横でスクリュ１３−２の上の空間を少し多めにして現像ローラ１３−１、スクリュ１３−２，１３−３、ドクタブレード１３−５を囲っている。
【００２８】
現像ローラ１３−１は回転可能な非磁性の現像スリーブ１３−１ａと内側に磁界発生手段であるマグネット１３−１ｂが固定されて構成されている。現像剤は非磁性トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤である。現像剤は送り方向が反対の２本のスクリュ１３−２，１３−３によって攪拌されながら搬送され、２室を常に循環している。攪拌搬送されて循環している現像剤はスクリュ１３−２によって現像スリーブ１３−１ａに供給され、マグネット１３−１ｂの磁力によって表面に磁気ブラシ状で保持されて現像スリーブ１３−１ａの回転方向に汲み上げられる。汲み上げられた磁気ブラシ上の現像剤は、ドクターブレード１３−５によって適正な量に穂切りされて感光体ドラム１１と対向している現像部へと送られる。ドクターブレード１３−５で穂切りされて残った現像剤は、重力で現像スリーブ表面の磁気ブラシ上の外側を落ちてスクリュ１３−２に戻され、スクリュ１３−２とスクリュ１３−３で再度攪拌搬送されながら現像スリーブ１３−１ａに供給することが繰り返される。一方、現像部に送られた現像剤により、感光体ドラム１１上の静電潜像が現像され、磁気ブラシから感光体ドラム１１上の静電潜像にトナーが移行して顕像化される。顕像化に使われなかった現像剤は外ケース１３−４内に戻り、マグネット１３−１ｂの磁力が働かない部分で現像スリーブ１３−１ａから離れてスクリュ１３−２に回収される。このように現像剤は２本のスクリュ１３−２，１３−３により攪拌搬送されて循環しながら現像スリーブ１３−１ａに供給されると共に現像スリーブ１３−１ａから回収される。また、画像を繰り返し出力するとトナー濃度が薄くなるので、現像剤中のトナー濃度をトナー濃度センサ１３−６で検知しながら、トナー濃度が一定濃度になるように、図示しないトナー補給部からトナーが補給される。
【００２９】
次にクリーニングユニット１５について説明する。クリーニングユニット１５は、１次転写後、感光体ドラム１１上に残留したトナーを除去するものであり、弾性体のクリーニングブレードや、ファーブラシ、あるいはそれらを併用したものが用いられる。本実施例では、弾性体（例えばポリウレタンゴム）のクリーニングブレード１５−２とファーブラシ１５−１及びファーブラシ１５−１に接触して配設された電界ローラ１５−３と電界ローラのスクレーパ１５−４、さらに回収スクリュ１５−５で構成されている。ファーブラシ１５−１は導電性で電界ローラ１５−３は金属である。
【００３０】
クリーニングユニット１５の動作としては、まず感光体ドラム１１の回転方向とは逆方向のカウンタで回転しているファーブラシ１５−１で、感光体ドラム上の残留トナーを掻き落とし、ファーブラシ１５−１に付着したトナーはファーブラシ１５−１に対してカウンタで回転している電界ローラ１５−３で取り除き、電界ローラ１５−３はスクレーパ１５−４でクリーニングされる。このとき電界ローラ１５−３にはバイアスが印加されており、静電気力で残留トナーが感光体ドラム１１からファーブラシ１５−１、ファーブラシ１５−１から電界ローラ１５−３へと移動して最後スクレーパ１５−４で掻き落とされ、回収スクリュ１５−５で図示しない廃トナーボトルに回収される（または現像ユニット１３に戻して再利用する）。尚、クリーニングユニット１５と現像ユニット１３の位置関係は、クリーニングユニット１５の回収スクリュ１５−５の部分が現像ユニット１３のスクリュ１３−３の上側外ケースに対して上側に重なって配設されている。
【００３１】
次に上述した画像形成装置に用いられる帯電装置の例を説明する。
まず接触式の帯電装置の例を説明する。図３は接触式の帯電装置を用いた画像形成装置の一例を示す概略要部構成図である。被帯電体である像担持体としての感光体ドラム１１は矢印の方向に所定の速度（プロセススピード）で回転駆動される。この感光ドラム１１に接触させた帯電部材である帯電ローラ１２は、芯金１２−１と、この芯金１２−１の外周に同心一体にローラー状に形成された導電ゴム層１２−２を基本構成として、芯金１２−１の両端を図示しない軸受け部材などで回転自由に保持させると共に、図示しない加圧手段によって感光ドラム１１に所定の加圧力で押圧させており、図示の例の場合は、この帯電ローラ１２は感光ドラム１１の回転駆動に従動して回転する。帯電ローラ１２は、直径９ｍｍの芯金上に１０００００Ω・ｃｍ程度の中抵抗ゴム層を被膜して直径１６ｍｍに形成されている。帯電ローラ１２の芯金と図示の電源１２−３とは電気的に接続されており、電源１２−３により帯電ローラ１２に対して所定のバイアスが印加される。これにより感光体ドラム１１の周面が所定の極性、電位に一様に帯電処理される。また、帯電ローラ１２を用いる場合、芯金上に１０００００Ω・ｃｍ程度の中抵抗ゴム層を被膜して用いるのが一般的である。
【００３２】
尚、本発明に係る画像形成装置においては、感光体、帯電手段、現像手段及びクリ−ニング手段等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを複写機やプリンター等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成する。
本発明に係るプロセスカートリッジを有する画像形成装置においては、感光体が所定の周速度で回転駆動される。感光体は回転過程において、帯電手段によりその周面に正または負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレーザビーム走査露光等の像露光手段からの画像露光光を受け、こうして感光体の周面に静電潜像が順次形成され、形成された静電潜像は、次いで現像手段によりトナー現像され、現像されたトナー像は、給紙部から感光体と転写手段との間に感光体の回転と同期されて給送された転写材に、転写手段により順次転写されていく。像転写を受けた転写材は感光体面から分離されて像定着手段へ導入されて像定着され、複写物（コピー）やプリントとして装置外へ排出される。像転写後の感光体の表面は、クリーニング手段によって転写残りトナーの除去を受けて清浄面化され、さらに除電された後、繰り返し画像形成に使用される。尚、これらの一連の動作の具体例としては、図１を参照して説明した通りである。
【００３３】
次に非接触近接帯電方式の場合の帯電部材と感光体への圧接方法について説明する。図４は非接触近接帯電方式を用いた場合の実施例を示す図である。本実施例では、帯電ローラ１２’は近接帯電部材としての中抵抗帯電ローラである。本例の帯電ローラ１２’は芯金上に硬度ＪＩＳ−Ａで５０度のゴム層を設け、軸とローラ表面間の抵抗が、１０×１０^７Ω・ｃｍのローラを使用した。ローラ表面は、フッ素コートが施されており、表面が放電により発生した生成物がローラ表面に付着しにくくなるようフッ素で表層処理を施している。一般的にローラ形状の帯電部材では、感光体の回転に連れ回りさせたり、駆動を取ることで回転させてローラ表面にクリーニング部材を当てることができるため、帯電部材の清掃が容易なため安定した放電状態を作ることができるという利点がある。
【００３４】
帯電ローラ１２’の両端部には、厚さが６０μｍの絶縁性であるフッ素樹脂製（例えば、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）（テフロン（商品名）とも言う））のテープ（以下、この部材をギャップ材とする）３１が巻いてあり、ローラ両端部の軸３２にはバネ３３により片側それぞれ４Ｎ（両側合わせて８Ｎ）の一定の加重をかけて帯電ローラ１２’の両端部のギャップ材３１を感光体ドラム１１に接触させた。この状態では、図４に示すようにローラ両端部のギャップ材３１の間に挟まれた領域（有効画像領域）では、帯電ローラ表面と感光体表面とでは間が５０μｍで非接触で対向している。尚、帯電ローラ１２’の端部に巻き付けるテープ（ギャップ材）３１は、フッ素樹脂に限らず絶縁性の材質であれば特に問わない。但し、帯電ローラの軸方向に対するギャップ材３１の間の距離は、感光体上の有効画像領域よりも長くする必要がある。その理由はギャップ材３１は絶縁性であるため、その箇所では感光体への帯電ができないからである。
【００３５】
帯電ローラを感光体と非接触とすることのメリットは、以下の通りである。
（１）感光体のクリーニング残トナーなどが帯電ローラに付着しにくく、帯電ローラが汚れにくく、クリーニング装置などを省くことができる。
（２）ローラ表面が汚れにくいため、経時で帯電が安定する。
（３）感光体と帯電ローラが常時接触していると、感光体側の接触していた部分に帯電不良がおき画像に現れたりするが、それを防止できる。
（４）同じく、常時接触で停止していた時間が長い場合、帯電ローラが変形して帯電不良を起こすことがあるが、それを防止できる。
以上の様にメリットが多いため、近年盛んに研究されている。
【００３６】
次に帯電バイアスの印加方法について説明する。
帯電バイアスは直流電圧に交流電圧を重畳して使用しており、同一の周波数発生装置によって発振した交流電圧波形を、位相をずらしたもの二種を発生させ、各々を増幅して各帯電装置に供給している。
動作モードであるが、二種類有り、図１に示したような実施例の機種では４色フルカラーモードと単色モードでは線速が異なり、帯電で使用する交流の周波数も異なっている。
フルカラーモードの場合はＡＣ周波数９００Ｈｚ、振幅はピーク間で２ｋＶ、ＤＣ成分は−７５０Ｖ印加されている。
また、モノクロモードではＡＣ周波数１３５０Ｈｚ、振幅はピーク間で２ｋＶ、ＤＣ成分は−７５０Ｖ印加されている。
【００３７】
実施例中のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの各作像装置（作像ユニット）１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋにおいて、互いに最隣接の帯電ローラ１２に印加される帯電バイアスがそれぞれ位相が異なるように、ＹとＣの帯電バイアスは同一の位相、ＭとＢｋの帯電バイアスは同一の位相で、Ｙ，Ｃの帯電バイアスとＭ，Ｂｋの帯電バイアスとが位相が１８０度ずれるように設定されている。この状態で、機械正面から３ｍの距離において、Ｙ，Ｃの帯電バイアスとＭ，Ｂｋの帯電バイアスを同一位相にして動作させた場合と、位相をずらした場合とで官能評価を行ったところ、Ｙ，Ｃの帯電バイアスとＭ，Ｂｋの帯電バイアスとが位相が１８０度ずれるように設定した方が明らかに体感騒音は減少した。
また、モノクロモードの場合、Ｂｋの作像ユニット１０Ｂｋ以外のユニットは停止し、中間転写ベルト１８もＢｋの感光体ドラム以外は、感光体ドラムに当たらないよう待避している。このときにＢｋの作像ユニット１０Ｂｋに隣接するＣの作像ユニット１０Ｃを駆動し、画像形成は行わず（反転現像であるので、書き込みを行わない）、作動時にＣの作像ユニット１０Ｃの帯電装置の印加ＡＣバイアスの位相を、Ｂｋの作像ユニット１０Ｂｋの帯電装置の印加ＡＣバイアスの位相と１８０度ずらしたところ、こちらでも体感騒音は減少した。
また、モノクロモードではＢｋの作像ユニット１０Ｂｋのみのプリントが多いので、隣接するＣの作像ユニット１０Ｃばかりを駆動すると感光体ドラムの摩耗や現像ユニット内での現像剤の劣化が起こりやすくなるので、機械が省エネ待機モード（通常のコピー機などは一定時間以上のプリント要求がない場合、定着機への通電などをやめ、エネルギーを節約する、待機モードに入る）に入る毎に、Ｂｋ作像ユニット１０Ｂｋと同時に稼働させるユニットをＣ→Ｙ→Ｍの順に変えるようにしている。これによって各作像ユニットの現像剤の劣化を最小限に抑えている。
【００３８】
次に現像バイアスの印加方法について説明する。
図１、図２に示した実施例の画像形成装置に用いる現像ユニット１３においては、現像時、現像ローラ１３−１の現像スリーブ１３−１ａには、図示しない電源により現像バイアスとして、直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加される。この振動バイアス電圧の最大値と最小値の差（ピーク間電圧）は、０．５〜５ＫＶが好ましく、周波数は１〜１０ＫＨｚが好ましい。振動バイアス電圧の波形は、矩形波、サイン波、三角波等が使用できる。振動バイアスの直流電圧成分は、背景部電位（地肌部電位）と画像部電位の間の値であるが、画像部電位よりも背景部電位に近い値である方が、背景部電位領域へのかぶりトナーの付着を防止する上で好ましい。
【００３９】
振動バイアス電圧の波形が矩形波の場合、デューティ比を５０％以下とすることが望ましい。ここでデューティ比とは、振動バイアスの１周期中でトナーが感光体に向かおうとする時間の割合である。このようにすることにより、トナーが感光体に向かおうとするピーク値とバイアスの時間平均値との差を大きくすることができるので、トナーの運動がさらに活発化し、トナーが潜像面の電位分布に忠実に付着してざらつき感や解像力を向上させることができる。また、トナーとは逆極性の電荷を有するキャリアが感光体に向かおうとするピーク値とバイアスの時間平均値との差を小さくすることができるので、キャリアの運動を沈静化し、潜像の背景部にキャリアが付着する確率を大幅に低減することができる。
【００４０】
ここでも前述の帯電の場合と同様に、各作像ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋの現像ユニット１３におけるＡＣバイアスの位相をずらすことによって、現像周りで発振する騒音を減少することができる。各作像ユニット間の現像バイアスの設定方法の詳細については帯電の場合と同様であり、実施例中のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの各作像ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋにおいて、互いに最隣接の現像ユニット１３の現像ローラ１３−１に印加される現像バイアス（ＡＣバイアス成分）がそれぞれ位相が異なるように、ＹとＣの現像バイアスは同一の位相、ＭとＢｋの現像バイアスは同一の位相で、Ｙ，Ｃの現像バイアスとＭ，Ｂｋの現像バイアスとが位相が１８０度ずれるように設定されている。
さらに、モノクロモードでの制御方法も帯電の場合と同様であり、Ｂｋの作像ユニット１０Ｂｋに隣接するＣの作像ユニット１０Ｃを駆動し、画像形成は行わず（反転現像であるので、書き込みを行わない）、作動時にＣの作像ユニット１０Ｃの現像ユニットのＡＣバイアスの位相を、Ｂｋの作像ユニット１０Ｂｋの現像ユニットのＡＣバイアスの位相と１８０度ずらしている。
また、モノクロモードではＢｋの作像ユニット１０Ｂｋのみのプリントが多いので、隣接するＣの作像ユニット１０Ｃばかりを駆動すると感光体ドラムの摩耗や現像ユニット内での現像剤の劣化が起こりやすくなるので、機械が省エネ待機モード（通常のコピー機などは一定時間以上のプリント要求がない場合、定着機への通電などをやめ、エネルギーを節約する、待機モードに入る）に入る毎に、Ｂｋ作像ユニット１０Ｂｋと同時に稼働させるユニットをＣ→Ｙ→Ｍの順に変えるようにしている。これによって各作像ユニットの現像剤の劣化を最小限に抑えている。
【００４１】
尚、帯電も現像も近年では高画質・高速化の影響によって高周波数側へのシフトが進んでいる。人間の可聴域は２０〜２００００Ｈｚと言われており、なかでも２００〜２０００Ｈｚの範囲に感度が強い。４ｋＨｚ以上の周波数になれば騒音として認知されにくく本発明の効果も少ないが、現行の機種ではコストや機械の耐久性の問題で、ちょうど人間の耳の感度の高い領域で使用されているのが現状であり、本発明の効果は大きい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の画像形成装置においては、像坦持体、帯電手段、現像手段からなる複数の作像装置を備え、該複数の作像装置のそれぞれから作像の際に発せられる音波の位相が、各々打ち消し合い減衰するように制御するので、複数の作像装置を備えたタンデム型の画像形成装置で、特に機械的に部品追加することなく、現状部品の制御方法を変更することのみで、騒音を解消することができる。
【００４３】
請求項１記載の画像形成装置においては、上記の構成に加え、単色のみの画像出力を行う際にも、目的色の作像装置以外の少なくとも一個の作像装置を動作させ、その発生音と、目的色の作像装置の発生音とが各々打ち消し合い減衰するように制御するので、単色プリントの場合、通常は動作するのが一色のみであるので、干渉音を生じさせる手段がないため、騒音を解消することができないが、上記のように他のユニットを動作させることで、干渉音を生じさせ騒音を解消することができる。
また、請求項１記載の画像形成装置においては、上記の構成に加え、動作させる作像装置が、目的色の作像装置に対して、最隣接の少なくとも一個の作像装置であることを特徴とするので、より近いユニット同士ほど音波の干渉が生じやすく、騒音解消に効果がある。
【００４４】
請求項２記載の画像形成装置においては、請求項１の構成に加えて、音の位相を制御する手段が、帯電手段で用いられる交流電圧の位相制御手段であることを特徴としており、帯電手段が一番の騒音源であるので、帯電手段で用いられる交流電圧の位相制御手段を、音の位相を制御する手段とすることにより、騒音を解消する効果が大きい。
また、請求項３記載の画像形成装置においては、請求項１の構成に加えて、音の位相を制御する手段が、現像手段で用いられる交流電圧の位相制御手段であることを特徴としており、現像手段も騒音源であるので、現像手段で用いられる交流電圧の位相制御手段を、音の位相を制御する手段とすることにより、騒音解消に効果がある。
さらに、請求項４記載の画像形成装置においては、請求項２または３の構成に加え、隣り合う作像装置の交流電圧の位相を互いに１２０度以上、２４０度以下の範囲でずらすことを特徴としており、より近いユニット同士ほど音波の干渉が生じやすいので、隣り合う作像装置の交流電圧の位相を互いに１２０度以上、２４０度以下の範囲でずらすことにより、騒音解消に効果がある。
また、請求項５記載の画像形成装置においては、請求項１〜４の何れか一つの構成に加え、帯電手段の帯電部材と、被帯電体である像担持体とが、非接触で放電が行われ、空隙距離が２０μｍ以上１００μｍ以内で配置されることを特徴としており、このような非接触帯電方式の場合、接触方式より騒音が大きくなるため問題が大きいが、請求項１〜４の何れか一つの構成を備えているため騒音を解消することができ、特にこの非接触帯電方式の帯電手段を搭載した画像形成装置においてより大きな効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す画像形成装置の感光体ドラム廻りのより具体的な構成例を示した概略要部構成図である。
【図３】接触式の帯電装置を用いた画像形成装置の一例を示す概略要部構成図である。
【図４】非接触式の帯電装置を用いた画像形成装置の一例を示す概略要部構成図である。
【図５】二つのサイン波を位相差を持って重ねあわせた場合の波形を示す図である。
【図６】二つのサイン波を位相差を持って重ねあわせた場合の振幅強度推移（元の単独のサイン波の振幅強度を１とした場合の、二波の位相差に対する合成波の振幅強度）を示す図である。
【符号の説明】
１：原稿読取部（スキャナ）
２：原稿自動給紙装置（ＡＤＦ）
３：画像形成部
４：給紙部（ペーパーバンク）
５，６，７：給紙カセット
８：原稿排紙トレイ
９：排紙トレイ
１０Ｙ：イエロー（Ｙ）の作像装置（作像ユニット）
１０Ｍ：マゼンタ（Ｍ）の作像装置（作像ユニット）
１０Ｃ：シアン（Ｃ）の作像装置（作像ユニット）
１０Ｂｋ：ブラック（Ｂｋ）の作像装置（作像ユニット）
１１：感光体ドラム（像担持体）
１２，１２’：帯電ローラ
１２−３：電源
１３：現像ユニット
１４：１次転写ローラ
１５：クリーニングユニット
１６：除電ランプ
１７：書込みユニット
１８：中間転写ベルト
１９，２０，２１：支持ローラ
２２：ベルトクリーニングユニット
２３：レジストローラ
２４：２次転写ユニット
２４ａ：２次転写ベルト
２５：定着ユニット
２６：両面反転ユニット

Claims (5)

1. 複数の像担持体を備え、各々の像坦持体を帯電させる帯電手段と、帯電された像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、該像担持体上の静電潜像を現像剤で現像して顕像化する現像手段と、該像担持体上の顕像を記録媒体に転写する手段を備えた画像形成装置において、
   前記像坦持体、帯電手段、現像手段からなる複数の作像装置を備え、該複数の作像装置のそれぞれから作像の際に発せられる音波の位相が、各々打ち消し合い減衰するように制御し、
   単色のみの画像出力を行う際にも、目的色の作像装置以外の少なくとも一個の作像装置を動作させ、その発生音と、目的色の作像装置の発生音とが各々打ち消し合い減衰するように制御し、
   動作させる作像装置が、目的色の作像装置に対して、最隣接の少なくとも一個の作像装置であることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   音の位相を制御する手段が、前記帯電手段で用いられる交流電圧の位相制御手段であることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１記載の画像形成装置において、
   音の位相を制御する手段が、前記現像手段で用いられる交流電圧の位相制御手段であることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項２または３記載の画像形成装置において、
   隣り合う作像装置の交流電圧の位相を互いに１２０度以上、２４０度以下の範囲でずらすことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１〜４の何れか一つに記載の画像形成装置において、
   前記帯電手段の帯電部材と、被帯電体である像担持体とが、非接触で放電が行われ、空隙距離が２０μｍ以上１００μｍ以内で配置されることを特徴とする画像形成装置。

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