本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関する。

電子写真方式を利用した、コピー機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置は、像担持体（例えば、感光体ドラムや転写ベルト）と、画像データに基づいた光を出射して像担持体に静電潜像を形成する露光装置と、像担持体に形成された静電潜像に現像剤（トナー）を供給して該静電潜像を顕像化する現像装置を備えている。

このような現像装置では、現像ローラーに印加される現像バイアス電圧を高くすると、トナー像の形成に必要な量のトナーを像担持体に供給することが容易となる一方で、現像バイアス電圧のピーク値と像担持体の表面電位との間の電位差が大きくなって、像担持体と現像ローラーとの間でリーク（気中放電）が発生しやすくなる。 リークが発生すると、像担持体上にランダムな黒点（ノイズ）が発生する、所謂現像リークが発生し、良好な画質のトナー像が形成されない。 更に、周辺機器の故障も招きやすくなる。

逆に、リークを避けるために現像バイアス電圧を低くすると、トナー像の形成に必要な量のトナーが像担持体に供給されにくくなり、トナー像に濃度ムラが発生する。 その結果、良好な画質のトナー像が形成されない。

そこで従来からリークの発生を抑える方法が提案されてきた。 特許文献１には、現像器に高電圧を供給するための高圧基板印加端子は、非現像期間は基準電位（ＧＮＤレベル）に接地される方法が記載されている。 特許文献２には、用紙搬送中における用紙の帯電を防ぐために避雷針を設ける方法が記載されている。 特許文献３には、像担持体の周面上の残留トナーを除去するためのクリーニング部材の近くに導電部材を配置し、この導電部材がトナーに蓄えられた電荷を吸収することによってリークを防ぐ方法が記載されている。 そして、特許文献４には、現像バイアス電圧を生成するための交流電圧及び直流電圧の関係が予め設定された関係となるように調整するコントローラ部を設け、このコントローラ部が直流電圧を制御することによってリークを防ぐ方法が記載されている。

しかし、特許文献１の方法は、非現像期間のみ高圧基板印加端子を接地するため、現像期間のリーク発生を防ぐことはできない。 また、特許文献２の方法を現像装置に適用した場合、常時避雷針を機能させることになるため正常なトナー像形成の妨げとなり、印刷画像の画質悪化を引き起こしかねない。 特許文献３の方法は、導電部材が像担持体の周面にある残留トナーに溜まった電荷の放電を促すことはできるが、像担持体と現像ローラーとの間のリークについては書かれていない。 そして、特許文献４の方法は、交流電圧と直流電圧を制御するための回路が必要であり、装置の縮小やコスト削減の妨げとなっていた。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、現像ローラーと感光体ドラムの間で発生するリークの防止を図った画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明の画像形成装置は、現像剤であるトナーを周面に担持して搬送する現像ローラーと、当該現像ローラーに現像バイアス電圧を印加する電圧印加部とを有する現像装置と、前記現像ローラーに対向した位置に配置され、画像データに基づいた静電潜像が形成されて前記現像ローラーから供給されるトナーによって顕像化したトナー像を担持する像担持体と、前記現像ローラーと前記像担持体の間に配置される導電性の電荷除去部材と、前記電荷除去部材と接地電位の導通又は遮断を切り替える切替手段と、前記電圧印加部による前記現像バイアス電圧の印加開始タイミングを含む予め定められた期間内は前記電荷除去部材と前記接地電位を導通させ、前記予め定められた期間以外は前記電荷除去部材と接地電位の間を遮断させる制御を前記切替手段に対して行う制御手段と、を備えている。

電圧印加部が現像バイアス電圧の印加を開始した直後、出力波形にアンダーシュートが発生する。 アンダーシュートが発生すると、この間、像担持体と現像ローラーの間の電位差が放電開始電圧以上となり、リークが発生しやすい状態となっていた。 そこで、像担持体と現像ローラーの間に導電性の電荷除去部材を配置し、電圧印加部による現像バイアス電圧の印加開始タイミングを含む予め定められた時間、即ち、印加直後に発生するアンダーシュートを含んだ時間、電荷除去部材を接地電位レベルにすることによって、リークの発生しやすい現像バイアス電圧印加開始時に像担持体と現像ローラーの間に溜まった電荷を除去し、リーク発生を防ぐことができる。

また、電荷除去部材を接地電位レベルにする期間を、現像バイアス電圧の印加開始タイミングを含む予め定められた時間、即ち、印加直後に発生するアンダーシュートを含んだ時間とし、他の期間は電荷除去部材と接地電位と接続を遮断することによって、電荷除去部材が帯電するトナーや静電潜像に与える影響を最小限にし、正常な画像形成を妨げることなくリーク発生を防ぐことができる。

そして、リークは装置の設置環境の気圧にも依存し、気圧が低いと放電開始電圧も下がり、リークが発生しやすかったが、電荷除去部材を配置することによって、気圧の低下に従って現像バイアス電圧の値を変更する等の制御が必要なく、簡単な装置でリーク発生を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置であって、前記現像ローラーは、当該現像ローラーの長手方向の両端の少なくとも一方における予め定められた範囲にトナーを担持しないトナー非担持領域を有し、前記電荷除去部材は避雷針であり、当該避雷針の先端は、互いに対向する前記現像ローラーのトナー非担持領域と前記像担持体との間に配置されるものである。

この構成によれば、現像ローラーに付着した帯電したトナーに避雷針が与える影響を最小限にすることができ、正常な画像形成を妨げることなくリーク発生を防ぐことができる。

本発明によれば、電荷除去手段がリークの発生しやすい現像バイアス電圧印加開始時に像担持体と現像ローラーの間に溜まった電荷を除去し、リーク発生を防ぐことができる。 また、電荷除去部材を接地電位レベルにする期間を、現像バイアス電圧の印加開始タイミングを挟んだ予め定められた時間、即ち、印加直後に発生するアンダーシュートを含んだ時間とし、他の期間は電荷除去部材と接地電位と接続を遮断することによって、電荷除去部材が帯電するトナーや静電潜像に与える影響を最小限にし、正常な画像形成を妨げることなくリーク発生を防ぐことができる。 更に、電荷除去部材を用いることによって、気圧の低下に従って現像バイアス電圧の値を変更する等の制御が必要がなく、簡単な装置でリーク発生を抑制することができる。

画像形成装置の機械的構成の一例を示す断面図。

現像装置の構成の概略を示す断面図。

感光体ドラムと現像ローラーを装置上方から見たときの概略図。

各点の電圧波形を示した図。

信号Ｓ、ゲート電流、現像バイアス電圧の波形を示したタイミングチャート。

以下、本発明に係る画像形成装置の一実施の形態を図面に基づいて説明する。 尚、本実施の形態では画像形成装置１としてプリンターを例に説明するが、電子写真方式のコピー機、ファクシミリ、またこれらの複数の機能を備えた複合機であってもよい。

図１は、本実施の形態における画像形成装置１の機械的構成の一例を示す断面図である。 画像形成装置１は、露光装置１１、現像装置１２、帯電器１３、感光体ドラム１４、転写ローラー１５及び定着器１６を備えて構成される。

感光体ドラム１４は、円筒状の部材であり、図略のモータからの駆動力を受けて、図１における時計回りの方向に回転する。 帯電器１３は、感光体ドラム１４の表面を略一様に帯電する。 露光装置１１は、レーザダイオード等の光源を備え、帯電器１３によって略一様に帯電された感光体ドラム１４の表面に対して、画像データに応じた光を照射して、静電潜像を形成する。 尚、画像データは、画像形成装置１に接続されたパーソナルコンピュータ等によって送信されたものを画像形成装置１が受信したものである。

現像装置１２は、トナーを収納するトナーコンテナを備え、静電潜像が形成された感光体ドラム１４の表面にトナーを供給してトナー像を形成する。 感光体ドラム１４に形成されたトナー像が、後述する転写ローラー１５によって、搬送路Ｐを搬送される用紙又は転写ベルト（図示省略）に転写される。

感光体ドラム１４と対向する位置には、転写ローラー１５が配設されている。 転写ローラー１５は、導電性を有するゴム材料等で構成され、感光体ドラム１４に形成されたトナー像を搬送路Ｐを搬送される用紙又は転写ベルトに転写する。

定着器１６は、ヒータ等を内蔵する加熱ローラー１６０及び加熱ローラー１６０と対向する位置に設けられた加圧ローラー１６１を備え、トナー像が形成された用紙を加熱搬送することにより、用紙に転写されたトナー像を定着させる。

次に、画像形成装置１の画像形成動作について簡単に説明する。 先ず、帯電器１３により感光体ドラム１４の表面が略均一に帯電される。 そして、帯電された感光体ドラム１４表面が、露光装置１１により露光され、静電潜像が感光体ドラム１４の表面に形成される。 そして、現像装置１２により感光体ドラム１４の表面にトナーが供給されることによりこの静電潜像が顕像化してトナー像となり、転写ローラー１５により感光体ドラム１４の表面のトナー像が用紙に転写される。 用紙に転写されたトナー像は、定着器１６により固着される。

図２は、現像装置１２の構成の概略を示す断面図であり、図１に示した現像装置１２の周辺部を拡大して示したものである。 現像装置１２は、現像ローラー７２、磁気ローラー７３、パドルミキサ７４、攪拌ミキサ７５、穂切りブレード７６、仕切板７７、及び電圧印加部８０を備える。

現像ローラー７２は、感光体ドラム１４に対向する位置にあり、表面にトナーを担持して搬送することにより、感光体ドラム１４の表面に形成された静電潜像をトナー像として顕像化する。 磁気ローラー７３は、内部に配置された磁石によって２成分現像剤を吸着して磁気ブラシを発生させ、現像ローラー７２にトナーを供給する。

パドルミキサ７４及び攪拌ミキサ７５は、らせん状羽根を有し、互いに逆方向に２成分現像剤を搬送しながら攪拌してトナーを帯電させる。 更に、パドルミキサ７４は、帯電させたトナーとキャリアとを含む２成分現像剤を磁気ローラー７３に供給する。 穂切りブレード７６は、磁気ローラー７３上に形成された磁気ブラシの厚さを規制する。 仕切板７７は、パドルミキサ７４と攪拌ミキサ７５との間に設けられ、仕切板７７の両端側より外側で、２成分現像剤が自由に通過できるようになっている。

電圧印加部８０は、現像ローラー７２及び磁気ローラー７３に現像バイアス電圧を印加する電源である。 制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等からなり、現像装置１２を構成する各ローラー及び各ミキサの回転数の制御や、現像ローラー７２及び磁気ローラー７３に電圧印加部８０が印加する現像バイアス電圧の制御を含む画像形成装置１の動作全般を制御する。

現像ローラー７２に印加される現像バイアス電圧を高くすると、トナー像の形成に必要な量のトナーを感光体ドラム７２に供給することが容易となる一方で、現像バイアス電圧のピーク値と感光体ドラム１４の表面電位との間の電位差が大きくなって、感光体ドラム１４と現像ローラー７２との間でリークが発生しやすくなることが知られている。 リークが発生すると、感光体ドラム１４上にランダムな黒点（ノイズ）が発生する、所謂現像リークが発生し、良好な画質のトナー像が形成されない。 更に、周辺機器の故障も招きやすくなる。 また、リーク発生は画像形成装置１の設置環境の気圧にも依存し、気圧が低いと放電開始電圧が低くなり、リークが発生しやすくなっていた。

図４は、電圧印加部８０が現像ローラー７２に供給する現像バイアス電圧の出力波形を示している。 図４に示すように、電圧印加部８０が現像バイアス電圧の印加を開始した直後、現像ローラー７２に供給される電圧波形がアンダーシュートする。 アンダーシュートが発生すると、この間、感光体ドラム１４と現像ローラー７２の間の電位差が放電開始電圧以上となり、リークが発生しやすい状態となっていた。

そこで、本実施の形態の画像形成装置１では、感光体ドラム１４と現像ローラー７２の間に避雷針９１を配置し、現像バイアス電圧印加開始時に避雷針９１をＧＮＤレベルに接続することによって、アンダーシュートの間に発生しやすかったリークを防ぐよう改良した。 この方法について、以下で詳しく説明する。

図２に戻る。 感光体ドラム１４と現像ローラー７２の間に発生する電荷を除去するために、本実施の形態の画像形成装置１は避雷針９１、トランジスタ９２、切替回路９３を有する。 避雷針９１は導電性の針状部材であり、一端（以下「先端」という）は感光体ドラム１４と現像ローラー７２の間に配置され、他端はトランジスタ９２のコレクタに接続される。 トランジスタ９２のゲートには切替回路９３が接続され、切替回路９３がゲート電流を調整することによってトランジスタ９２のオン／オフを切り替える。 トランジスタ９２のエミッタはＧＮＤレベルに接地される。 また、切替回路９３は制御部１００が出力する制御信号Ｓに従ってトランジスタ９２のオン／オフを切り替える。

図３は、感光体ドラム１４と現像ローラー７２を図２の矢印Ａの方向（装置上方）から見たときの概略図である。 現像ローラー７２は回転軸方向（矢印Ｂ方向）の両端の少なくとも何れか一方にトナーを担持しないトナー非担持領域７２１を有する。 避雷針９１の先端は、互いに対向する感光体ドラム１４と現像ローラー７２のトナー非担持領域７２１の間に配置される。 この範囲に避雷針９１の先端を配置する理由は、避雷針９１の先端が現像ローラー７２がトナーを担持する領域（即ち、トナー非担持領域７２１以外の領域）と感光体ドラム１４の間にあると、帯電しているトナーや感光体ドラム１４の静電潜像に影響を与え、正常な画像形成が行えない可能性があるためである。

制御部１００は、通常は、切替回路９３にトランジスタ９２をオフにさせておく旨の制御信号Ｓを出力する。 そして、上記したように、電圧印加部８０による現像バイアス電圧の印加開始直後は、電圧レベルがアンダーシュートし、この間にリークが発生しやすい。 従って、このアンダーシュートの期間に避雷針９１をＧＮＤレベルに接地するべく、制御部１００は、電圧印加部８０に対して出す印加指示より前に切替回路９３に対してトランジスタ９２をオンさせる旨の制御信号Ｓを出力する。 切替回路９３はこの制御信号Ｓを受けて、予め定められた時間（以下「接地時間Ｔ」という）だけゲート電流を流す。 切替回路９３がゲート電流を流している間、トランジスタ９２はオンし、避雷針９１はＧＮＤレベルに接地されるため、感光体ドラム１４と現像ローラー７２の間に溜まった電荷を吸収することができる。

切替回路９３がトランジスタ９２をオンにするタイミングについて詳しく説明する。 図５は、制御信号Ｓ、ゲート電流、現像バイアス電圧の波形を示したタイミングチャートである。 まず、制御部１００は、電圧印加部８０に対して出す印加指示より前に切替回路９３に対してトランジスタ９２をオンさせる旨の制御信号ＳをパルスＰ１としてを送る。 切替回路９３はこのパルスＰ１を受け取ると、接地時間Ｔだけゲートに電流を流してトランジスタ９２をオンにする。

図４に示した波形の場合、現像バイアス電圧のアンダーシュートの期間は６００［μｓ］であるため、例えば、制御部１００は印加開始から２００［μｓ］前にパルスＰ１を切替回路９３へ送り、切替回路９３はパルスＰ１に応答して接地時間Ｔ＝１［ｍｓ］の間ゲート電流を流す。 こうすることで、アンダーシュートが発生している間は確実に避雷針９１をＧＮＤレベルに設置することができる。

尚、アンダーシュートの発生時間等は装置や回路によって異なるため、装置設計時や組み立て時に予め実験を行ってアンダーシュートの発生時間を把握した後、接地時間Ｔを設定する。 切替回路９３は接地時間Ｔが過ぎるとゲート電流の供給を止め、トランジスタ９２をオフ状態にする。 これにより、避雷針９１は電荷吸収する機能を失い、以降の画像形成に影響を与えない。

以上、説明したように、感光体ドラム１４と現像ローラー７２の間に避雷針９１を配置し、現像バイアス電圧の印加開始時に発生するアンダーシュートの期間だけ避雷針９１をＧＮＤレベルに接地することによって、リーク発生を抑制することができる。 また、リークは装置の設置環境の気圧にも依存し、気圧が低いと放電開始電圧も下がり、リークが発生しやすかったが、避雷針９１を配置することによって、気圧の低下に従って現像バイアス電圧の値を変更する等の制御が必要なく、簡単な装置でリーク発生を抑制することができる。

１ 画像形成装置１２ 現像装置１４ 感光体ドラム（像担持体）
７２ 現像ローラー８０ 電圧印加部９１ 避雷針（電荷除去部材）
９２ トランジスタ（切替手段）
９３ 切替回路（切替手段）
１００ 制御部（制御手段）