JP2002014578A

JP2002014578A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2002014578A
Application number: JP2000196477A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Saito; 聖史齋藤; Masaru Shimura; 大紫村; Tomohiro Nakamori; 知宏中森; Hiroshi Takami; 洋高見
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】精度の良い像担持体の寿命検知の実現を図
り、ユーザビリティの向上並びに、ランニングコストを
最小限に抑えることが可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】第１の電流検出手段４３により検出され
た瞬時電流が一定値となるように電源の出力を制御する
画像形成装置において、合成出力電流の検出電流を検出
する第２の電流検出手段４４と、第２の電流検出手段４
４により検出された検出電流に基づいて、感光ドラム１
の膜厚を判断する膜厚判断手段４６と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シート等の記録媒
体上に画像を形成する機能を備えた、例えば、複写機、
プリンタ、あるいは、ファクシミリ装置などの画像形成
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１は、画像形成装置の全体構成を示す
概略図である。

【０００３】従来、この種の画像形成装置としては、そ
の略中央に像担持体としての感光ドラム１を有し、その
周りに帯電部材２０、現像装置１０、転写手段２、クリ
ーニング部材３１を有するクリーニング装置３０を備え
ている。また、その上部にはレーザ発光露光手段３、及
び図中左方には不図示の定着器を具備している。

【０００４】現像装置１０は、トナー容器１０ａに現像
剤である磁性一成分トナーＴを収容し、トナー容器１０
ａの開口部には像担持体１に対向し且つ非接触で回転可
能な現像ローラ１１を備え、また、現像ローラ１１上に
担持されるトナーＴ層厚を規制する現像剤層厚規制部材
１２を備えている。

【０００５】また、現像ローラ１１の内部には現像ロー
ラ１１の周面にトナーＴを保持し、現像領域に搬送する
ための不図示の磁石が固定されている。

【０００６】感光ドラム１、現像装置１０、クリーニン
グ装置３０、及び帯電部材２０は、プロセスカートリッ
ジとして一体に構成され、寿命による交換等のために装
置本体に対して着脱可能となっている。

【０００７】尚、装置本体には、図１に示すように、上
記のレーザ発光露光手段３、転写手段２の他、電源２
１，１４，ＣＰＵ２３及び、不図示の記録紙搬送手段等
が配設されている。

【０００８】感光ドラム１は矢印方向に回転し、帯電部
材２０は感光ドラム１に対して所定の押圧力をもって圧
接されており、感光ドラム１の回転に伴って従動回転す
る。高圧電源２１により帯電部材２０には、定電流に制
御した交流バイアスと直流バイアスを重畳した振動電圧
が印加される。この帯電部材２０により、感光ドラム１
が一様に帯電された後、画像に応じたレーザ露光Ｌの照
射を受けて静電潜像が形成される。

【０００９】現像装置１０においてトナーＴがトナー容
器１０ａ内の攪拌部材１６により攪拌され、現像ローラ
１１に搬送される。現像ローラ１１の周面に保持された
トナーＴは、回転する現像ローラ１１との摩擦や、現像
剤層厚規制部材１２との摩擦で所定の帯電量を付与され
る。

【００１０】現像バイアス電源１４から現像ローラ１１
に供給されるＡＣバイアスとＤＣバイアスの重畳電圧に
より現像ローラ１１と感光ドラム１上の静電潜像との間
に電位差をつくり、トナーＴを現像ローラ１１上から静
電潜像上に転移させる。

【００１１】トナーＴにより現像された感光ドラム１上
の画像は転写手段２によって記録紙４に転写する。記録
紙４は不図示の定着器に搬送され、ここでトナーＴが永
久定着されて、機外に排出される。感光ドラム１上のト
ナーＴは、クリーニング部材３１に清掃されクリーニン
グ容器内に蓄積される。

【００１２】上述の感光ドラム１は、その使用時間に応
じて次第に劣化するため、所定の使用期間を経過した後
は新しいものと交換する必要がある。すなわち、カート
リッジそのものの交換時期となる。

【００１３】この交換が必要となる理由としては、感光
ドラム１表面をクリーニング部材によりトナーＴを除去
する際に、トナーＴと共に感光ドラム表面も徐々に削り
とってしまい、感光ドラムの膜厚が所定以下になったと
きに帯電不良、現像不良、転写不良などを引き起こして
しまうためである。

【００１４】したがって、適当な時期に感光ドラムまた
は、カートリッジを交換すべく、従来は以下のような寿
命検知手段によって、その寿命を検知するようにしてい
た。

【００１５】例えば、プリント枚数を積算し所定の枚数
になると寿命と判断する方法や、感光ドラムの回転数を
積算する方法も開示されている（特開平５−１８８６７
４号公報）。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術の場合には、１回のプリントに対して、
紙サイズが異なったり、１ジョブあたりのプリント枚数
が異なることにより誤差が生じ、使用可能な状態におい
ても寿命と検知されたり、逆に寿命に達していてもこれ
が検知されずに不良画像が発生するといった問題が発生
した。

【００１７】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、精度
の良い像担持体の寿命検知の実現を図り、ユーザビリテ
ィの向上並びに、ランニングコストを最小限に抑えるこ
とが可能な画像形成装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、像担持体と、前記像担持体を帯電
させる帯電手段と、前記帯電手段に交流電圧及び交流電
流を印加する電源と、前記電源から前記帯電手段に印加
される、各因子に基づく合成出力電流であって、前記交
流電圧の電圧振幅ピーク時の瞬時電流を検出する第１の
電流検出手段と、を備え、前記第１の電流検出手段によ
り検出された前記瞬時電流が一定値となるように前記電
源の出力を制御する画像形成装置において、前記合成出
力電流の検出電流を検出する第２の電流検出手段と、前
記第２の電流検出手段により検出された検出電流に基づ
いて、前記像担持体の膜厚を判断する膜厚判断手段と、
を備えることを特徴とする。

【００１９】前記各因子に基づく合成出力電流とは、前
記交流電圧と同位相で、前記帯電手段と像担持体間の抵
抗性負荷に流れる抵抗負荷電流と、前記交流電圧より９
０度位相が進んだ、前記帯電手段と像担持体間の容量性
負荷電流と、前記交流電圧の電圧振幅ピーク時にパルス
的に流れる、前記帯電手段と像担持体間の放電電流と、
の合成によることも好適である。

【００２０】前記膜厚判断手段により判断された膜厚
が、所定の値以下である場合、前記像担持体は寿命であ
ると判断することも好適である。

【００２１】周囲の環境を検知する環境検知手段を備
え、前記所定の値は、前記環境検知手段により検知され
た環境に基づいて設定されることも好適である。

【００２２】前記環境検知手段は、周囲の温湿度を検知
することも好適である。

【００２３】前記第２の電流検出手段は、前記合成出力
電流のピーク値または実効値を検出することも好適であ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される
装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきもので
あり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣
旨のものではない。なお、従来技術の項で説明した構成
と同様の構成部分については同一の符号を付して、その
説明は省略する。

【００２５】（実施の形態１）図１は、実施の形態１に
係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。本実
施の形態において、プリンタとされる画像形成装置は、
その略中央に像担持体としての感光ドラム１を有し、そ
の周りに帯電手段としての帯電ローラ２０、現像装置１
０、転写手段２、クリーニング部材３１を有するクリー
ニング装置３０を備えている。また、その上部にはレー
ザ発光露光手段３、及び図中左方には不図示の定着器を
具備している。

【００２６】現像装置１０は、トナー容器１０ａに現像
剤である磁性一成分トナーＴを収容し、トナー容器１０
ａの開口部には感光ドラム１に対向し且つ非接触で回転
可能な現像ローラ１１を備え、また、現像ローラ１１上
に担持されるトナーＴ層厚を規制する現像剤層厚規制部
材１２を備えている。また、現像ローラ１１の内部には
現像ローラ１１の周面にトナーＴを保持し、現像領域に
搬送するための不図示の磁石が固定されている。

【００２７】本実施の形態においては、感光ドラム１、
現像装置１０、クリーニング装置３０、及び帯電ローラ
２０がプロセスカートリッジとして一体に構成され、寿
命による交換等のために装置本体に対して着脱可能とな
っている。

【００２８】尚、装置本体には、図１に示すように、上
記のレーザ発光露光手段３、転写手段２の他、（高圧）
電源２１，１４、ＣＰＵ２３及び、不図示の記録紙搬送
手段等が配設されている。

【００２９】像担持体としての感光ドラム１は矢印方向
に回転し、帯電ローラ２０は感光ドラム１に対して所定
の押圧力をもって圧接されており、感光ドラム１の回転
に伴って従動回転する。高圧電源２１により帯電ローラ
２０に、出力電流の実効値を定電流に制御した交流バイ
アスと直流バイアスを重畳した振動電圧が印加される。
この帯電ローラ２０により、感光ドラム１が一様に帯電
された後、画像に応じたレーザ露光Ｌの照射を受けて静
電潜像が形成される。

【００３０】現像装置１０においてトナーＴがトナー容
器１０ａ内の撹拌部材１６により撹拌され、現像ローラ
１１に搬送される。現像ローラ１１の周面に保持された
トナーＴは、回転する現像ローラ１１との摩擦や、現像
剤層厚規制部材１２との摩擦で所定の帯電量を付与され
る。

【００３１】現像バイアス電源１４から現像ローラ１１
に供給されるＡＣバイアスとＤＣバイアスの重畳電圧に
より現像ローラ１１と感光ドラム１上の静電潜像との間
に電位差をつくり、トナーＴを現像ローラ１１上から静
電潜像上に転移させる。

【００３２】トナーＴにより現像された感光ドラム１上
の画像は転写手段２によって記録紙４に転写する。記録
紙４は不図示の定着器に搬送され、ここでトナーＴが永
久定着されて、機外に排出される。感光ドラム１上のト
ナーＴは、クリーニング部材３１に清掃されクリーニン
グ容器内に蓄積される。

【００３３】本実施の形態では、帯電ローラ２０には、
図２に示すような波形の交流電圧及び交流電流が印加さ
れる。

【００３４】つまり、正弦波交流電圧Ｖｏを帯電ローラ
２０に印加すると、この交流電圧Ｖｏと同位相の電流、
すなわち帯電ローラ２０と感光ドラム１の間の抵抗性負
荷に流れる抵抗負荷電流Ｉｚｒと、交流電圧Ｖｏより９
０°位相が進んだ電流、すなわち帯電ローラ２０と感光
ドラム１間の容量性負荷電流Ｉｚｃと、交流電圧Ｖｏの
電圧振幅ピーク時にパルス的に流れる電流、すなわち帯
電ローラ２０と感光ドラム１間の放電電流Ｉｓが流れ、
トータルするとＩｏに示した波形の電流（トータル（合
成）出力電流）が流れる。

【００３５】但し、図２中のＩｍは帯電ローラから高圧
電源に引き込まれる交流電流を検出した場合の検出電流
波形である。

【００３６】具体的には、図３に示すように不図示のプ
リンタ制御部よりクロックパルスを高圧トランスドライ
ブ回路４１で受け取り、正弦波を作成し高圧トランス４
０により交流成分を昇圧し、直流高圧発生回路４２から
発生される直流高圧と交流高圧を重畳し帯電ローラ２０
に印加している。

【００３７】このとき、第１の電流検出手段４３により
交流電圧の正のピーク電圧時または、負のピーク電圧時
の瞬時電流（図２中のＩｔ）を検出して、比較回路４５
において所定値と比較し瞬時電流Ｉｔが一定値となるよ
うに制御を行っている。

【００３８】このように、交流電圧の正のピーク電圧時
または、負のピーク電圧時の瞬時電流Ｉｔを所定値とな
るように制御し、本実施の形態における画像形成装置は
使用される。

【００３９】繰り返し使用される状況下では、感光ドラ
ム１の膜厚は帯電ローラ２０の放電現象による表面劣化
および、クリーニング部材との摩擦により削られ、徐々
に薄くなる。

【００４０】ここで、感光ドラム１の膜厚は、コンデン
サーと抵抗の並列回路としての特性を利用することがで
きるため、感光ドラム１の膜厚が薄くなることにより、
コンデンサーとしての容量が大きくなり、また、抵抗は
小さくなる。すなわち、図２における容量負荷電流Ｉｚ
ｃ及び、抵抗負荷電流Ｉｚｒが大きくなる。

【００４１】本実施の形態における制御方法によると、
瞬時電流Ｉｔを検出する位置（出力電圧ピーク時）にお
いては、容量負荷電流Ｉｚｃはゼロ点を通過する瞬間で
あるため、本制御に対して影響を及ぼさない。

【００４２】しかしながら、抵抗負荷電流Ｉｚｒが大き
くなると検出電流波形に影響を及ぼし、本発明者等の検
討によると、第２の電流検出手段４４により検出される
検出電流は、耐久初期の状態（図４（ａ））と、感光ド
ラムの寿命に近づいた状態（図４（ｂ））を比較すると
波形が異なっていることがわかった。

【００４３】すなわち、耐久により感光ドラム１の膜厚
が徐々に減少することにより、第２の電流検出手段４４
により検出される検出電流のピーク値が図５に示すよう
に、徐々に減少することとなる。このとき、第２の電流
検出手段４４により検出された電流のピーク値を、膜厚
判断手段４６において演算することにより、感光ドラム
１の膜厚情報として、ユーザに知らせることが可能とな
る。

【００４４】また、本発明者等の検討から感光ドラム１
の寿命に達したときのＩｐ′（所定の値）を求めること
により、膜厚判断手段４６において、感光ドラム１の寿
命情報として、ユーザに知らせることが可能となる。

【００４５】以上の方法により、感光ドラム１の膜厚に
応じた検出電流のピーク値を逐次読み取ることが可能と
なるため、感光ドラム１の使用状態がリアルタイムに確
認することができ、Ｉｐ′に達したときに感光ドラム１
としての寿命とすることで、精度の良い寿命判断が可能
となるため、画像不良の起こらない範囲で最大限に感光
ドラム１としての性能を活用することができる。このた
め、ユーザビリティの向上ならびに、ランニングコスト
を最小限に抑えることが可能となる。

【００４６】なお、本実施の形態において、第２の電流
検出手段４４では、検出電流のピーク値により感光ドラ
ム１の膜厚ならびに寿命を判断しているが、特にこれに
制限されるものではなく、実効値電流や、積分電流値な
どを利用することによっても同様の効果が得られる。

【００４７】（実施の形態２）以下、本発明の実施の形
態２について説明する。

【００４８】本実施の形態において、実施の形態１と異
なるところは、第２の電流検出手段４４により検出され
た検出電流を所定の回数だけサンプリングを行い、平均
するところである。

【００４９】帯電ローラ２０は、一般的には導電性のゴ
ムローラからなっている。このため、抵抗ムラや、硬度
ムラ等により、第２の電流検出手段４４により検出され
る電流のピーク値にバラツキが生じる。

【００５０】このバラツキを回避するために、第２の電
流検出手段４４により検出されたピーク値は所定回数サ
ンプリングされ、平均化された後、膜厚判断手段４６に
おいて膜厚情報として変換され、ユーザに知らせること
が可能となる。但し、サンプリング回数としては、帯電
ローラが１回転する時間よりは短くすることが好まし
い。

【００５１】上述の方法により、更に精度が向上した感
光ドラム１の膜厚検知方法を提供することが可能とな
り、感光ドラム１の寿命検知においても精度の向上を図
ることが可能となる。

【００５２】（実施の形態３）以下、本発明の実施の形
態３について説明する。本実施の形態において、実施の
形態１と異なるところは、環境により感光ドラム１が寿
命に達したときの電流値、すなわち、膜厚判断レベルを
切り替えるところにある。

【００５３】感光ドラム１は、先述の通り繰り返し使用
されることにより、徐々に表面層が削れてゆく。その
後、感光ドラム１としての寿命に達すると、この感光ド
ラム１は電荷保持能力が低下、すなわち、感光ドラム表
面に電荷がのらなくなり、画像表面にカブリなどが発生
し、不良画像となる。

【００５４】また、感光ドラム１の電荷保持能力が周り
の温湿度により左右されるため、周囲の環境によりカブ
リなどの画像不良が発生するレベルが異なる。

【００５５】具体的には、周囲の温湿度を図６に示すよ
うに３水準（ａ，ｂ，ｃ）に分けている。感光ドラム１
としては、有機感光ドラム（ＯＰＣ）を使用した。この
際ａ，ｂ，ｃにおける感光ドラム１としての寿命時の膜
厚は表１に示す通りとなる。

【００５６】

【表１】これらの、情報を予め膜厚判断手段４６に記憶させてお
くことで、環境検知手段などにより周囲の環境（温湿度
等）を検知することで、感光ドラム１としての寿命判断
を精度良く行うことが可能となる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
像担持体の膜厚を直接的に検知することが可能となり、
像担持体の使用状態にリアルタイムに像担持体の膜厚を
確認することができるので、精度の良い像担持体の寿命
検知を実現することが可能となり、ユーザビリティの向
上、並びに、ランニングコストを最小限に抑えることが
できる画像形成装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における画像形成装置を示す概略断面図
である。

【図２】本発明の実施の形態１において帯電ローラに印
加される電流を説明する図である。

【図３】本発明の実施の形態１を説明する制御回路図で
ある。

【図４】本発明の実施の形態１において検出電流の変化
を説明する図である。

【図５】本発明の実施の形態１を説明する図である。

【図６】本発明の実施の形態３を説明する図である。

【符号の説明】

１感光ドラム２転写手段３レーザ発光露光手段４記録紙１０現像装置１１現像ローラ１２現像剤層厚規制部材１４現像バイアス電源１６撹拌部材２０帯電ローラ２１高圧電源３０クリーニング装置３１クリーニング部材４０高圧トランス４１高圧トランスドライブ回路４２直流高圧発生回路４３第１の電流検出手段４４第２の電流検出手段４６膜厚判断手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中森知宏東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者高見洋東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2F063 AA16 BA30 BC02 BD11 BD13 CA40 DA02 DD02 FA20 KA01 LA16 LA30 2H003 AA11 CC05 DD03 EE12 2H027 DA01 DA03 DA13 DA14 DD09 DE04 DE07 HA02 HA12 HB14 2H034 FA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電手段と、前記帯電手段に交流電圧及び交流電流を印加する電源
と、前記電源から前記帯電手段に印加される、各因子に基づ
く合成出力電流であって、前記交流電圧の電圧振幅ピー
ク時の瞬時電流を検出する第１の電流検出手段と、を備
え、前記第１の電流検出手段により検出された前記瞬時電流
が一定値となるように前記電源の出力を制御する画像形
成装置において、前記合成出力電流の検出電流を検出する第２の電流検出
手段と、前記第２の電流検出手段により検出された検出電流に基
づいて、前記像担持体の膜厚を判断する膜厚判断手段
と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記各因子に基づく合成出力電流とは、前記交流電圧と同位相で、前記帯電手段と像担持体間の
抵抗性負荷に流れる抵抗負荷電流と、前記交流電圧より９０度位相が進んだ、前記帯電手段と
像担持体間の容量性負荷電流と、前記交流電圧の電圧振幅ピーク時にパルス的に流れる、
前記帯電手段と像担持体間の放電電流と、の合成による
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】前記膜厚判断手段により判断された膜厚
が、所定の値以下である場合、前記像担持体は寿命であ
ると判断することを特徴とする請求項１または２に記載
の画像形成装置。
【請求項４】周囲の環境を検知する環境検知手段を備
え、前記所定の値は、前記環境検知手段により検知された環
境に基づいて設定されることを特徴とする請求項３に記
載の画像形成装置。
【請求項５】前記環境検知手段は、周囲の温湿度を検
知することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装
置。
【請求項６】前記第２の電流検出手段は、前記合成出
力電流のピーク値または実効値を検出することを特徴と
する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装
置。