JP2005258287A

JP2005258287A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2005258287A
Application number: JP2004072667A
Authority: JP
Inventors: Mikio Ishibashi; 幹生石橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】コストを抑えつつ、定電流制御時において、特に低温低湿環境時に発生する恐れのある転写放電異常の跡が画像にムラや白斑点等を起こすことを防止する。
【解決手段】画像形成装置の系全体の抵抗変動が最大となる状態、例えば、低温低湿環境状態でのみ、転写電圧の最大値を作像条件に依存しない１水準の特定値に規制するように当該特定値を設定しておき（Ｓ１）、この特定値のみを用いて転写電圧の最大値が当該特定値を超えないように規制して（Ｓ７のＹ）、定電流制御させることにより、コストアップなく、高温高湿環境状態での転写不足を防止できるとともに、低温低湿環境状態での過大な転写電圧印加による異常画像の発生を防止することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、接触転写方式の転写手段を備える複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に関する。

転写電圧印加方式として、特許文献１，２等には定電圧制御方式が示され、特許文献３，４等には定電流制御方式が示されている。この定電流方式に関しては、定電流制御方式にして最大電圧を各種条件毎に設定された所定値以下に制御する方式が特許文献５に示されている。

特開平２−２６４２７８号公報特開平２−２８７３８０号公報特開平２−２６４９８７号公報特開平２−０２７２５９号公報特開平１１−３２７３８４号公報

電子写真技術において、現在ではよく知られている転写方式に接触転写方式がある。ローラ若しくはベルト状の部材にトナーと逆極性の転写電圧を印加し、感光体上のトナー像を引き寄せるものである。転写には転写ベルトや転写ローラ上へ直接トナー像を引き寄せる“中間転写”と、用紙上へトナー像を引き寄せる“転写（或いは、２次転写）”が知られている。

また、転写電圧を印加する方式としては、特許文献１，２等のような定電圧制御を行うものや、特許文献３，４等のような定電流制御を行うものもよく知られている。その中で、特許文献５によれば、定電流制御方式でありながら最大電圧を各種条件毎に設定された所定値以下に制御することで、コストを抑えつつ定電流方式に起因する不具合を防止できる方法が提案されている。

ところが、特許文献５では、転写電圧の最大値の規制条件を、転写電流・紙サイズ・印刷モード等の作像条件に応じて細かく設定している。この場合、いわゆる定電圧−定電流（ＡＴＶＣ）のようなコストはかからないが、細かい条件設定に対応して各々転写電圧の最大値を設定するためのソフト設計やプロセス制御検討は複雑となってしまう。

本発明の目的は、特許文献５の方式をより低コスト・簡単な構成で実現することである。

即ち、コストを抑えつつ、定電流制御時において、特に低温低湿環境時に発生する恐れのある転写放電異常の跡が画像にムラや白斑点等を起こすことを防止することである。

請求項１記載の発明は、接触転写方式の転写手段を備える画像形成装置において、前記転写手段に定電流制御で転写電圧を印加する電源と、この電源が印加する前記転写電圧の最大値を作像条件に依存しない１水準の特定値に規制する手段と、を備える。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記特定値は、当該装置の系全体の抵抗変動が最大となる状態に基づき設定された値である。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の画像形成装置において、前記抵抗変動が最大となる状態は、低温低湿環境状態である。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし３の何れか一記載の画像形成装置において、前記手段は、前記電源による転写電圧出力をパルス幅変調方式のデューティ比制御により制御する場合の当該デューティ比の最大値により前記特定値に規制する。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の画像形成装置において、前記デューティ比の最大値は、前記電源の最大出力電圧の５０％以下の値である。

本発明によれば、画像形成装置に対して規制設定が必要な転写電圧の最大値の規制は、各種作像条件に依存せず１水準でよいという発見を利用し、そのことを考慮することで従来の定電流制御方式と全く同一の構成及び制御パラメータのままで、定電流制御方式でありながら転写電圧の最大値の規制を部分的に働かせることで異常画像防止を実現できる。

即ち、本発明によれば、画像形成装置の系全体の抵抗変動が最大となる状態、例えば、低温低湿環境状態でのみ、転写電圧の最大値を作像条件に依存しない１水準の特定値に規制するように当該特定値を設定しておくことにより、コストアップなく、高温高湿環境状態での転写不足を防止できるとともに、低温低湿環境状態での過大な転写電圧印加による異常画像の発生を防止することができる。この際、パルス幅変調方式のデューティ比制御により制御する場合の当該デューティ比の最大値により特定値に規制することにより簡単に実現することができ、また、当該デューティ比の最大値を、電源の最大出力電圧の５０％以下の値とすることにより、電源に余裕のある制御を行わせることができる。

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態の画像形成装置としての複写機を示す縦断正面図である。複写機１は、上側に配置されたスキャナ装置２と、このスキャナ装置２で読み取った原稿の画像を用紙に形成するプリンタ装置３とを有している。

プリンタ装置３内には、シート状の用紙を積層保持する給紙トレイ４或いは手差しでの用紙を受付ける手差しトレイ５から、プリンタエンジン６、定着ユニット７を介して排紙スタッカ部８へ至る用紙搬送路９が形成されている。

図２はプリンタエンジン６のドラム状の感光体１０周りの構成を抽出して示す拡大正面図である。感光体１０周りには、電子写真プロセスに従い、帯電ローラ１１、光書き込み装置１２（図１参照）による書き込み光Ｐの照射露光位置、現像器１３、接触転写方式の転写手段となる転写ローラ１４、クリーニングブレード１５等が順に配置・設定されている。現像器１３は現像スリーブ１６、トナーセンサ１７等を備える。また、１８は感光体１０上に形成されたトナー像のトナー濃度を検出するためのいわゆるＰセンサである。また、１９は転写位置への用紙の給紙搬送タイミングを制御するレジストローラである。

このような構成において、基本的には、帯電ローラ１１により感光体１０表面に一様な電荷を供給することで、一定電位に一様に帯電する。帯電済みの感光体１０表面に光書き込み装置１２からのレーザによる書き込み光Ｐを照射することで潜像が形成され、現像器１３を通過する際に感光体１０上にトナー像が形成される。給紙トレイ４等から給紙されレジスローラ１９により感光体１０に送り込まれた用紙は、転写部を通過する際に、転写ローラ１４による転写作用を受けることにより、感光体１０上のトナー像が当該転写部において用紙上へ転写され、さらに定着ユニット７において溶融・定着する。

このような基本的な構成において、本実施の形態でも採用している接触転写方式について考察する。

まず、本実施の形態で使用している転写ローラ１４は、接触転写方式の転写手段である。当該転写ローラ１４の抵抗値は常温常湿環境２３℃５０％ＲｈでＤＣ５００Ｖ印加で１０^７〜１０^９Ωであり、一般的に低温低湿環境では抵抗値は高く、高温高湿環境では抵抗値は低くなる傾向がある。この抵抗値変動は通紙される際の用紙についても同様の傾向を持つ。そのため、定電流制御を行っている転写装置においては、通紙時に流れる電流値を一定にするように転写ローラ１４に印加する転写バイアスを調整するが、その大きさは環境によって大きく異なるのが一般的である。

転写の基本特性として、用紙裏面にトナーと逆電荷を与えることにより、感光体１０上のトナー像を電気的に用紙表面に引き寄せる働きを持たせる必要がある。転写電流を一定にするということは、このトナー像を引き寄せるのに必要な電荷量を環境によらず用紙裏面に与えるためである。

電流不足になるとトナー像を十分に引き付けることができず、いわゆる転写不足の画像になる。また、電流が大きすぎる場合には、転写ニップ部及びその近傍において強い電位差から生じる放電現象が発生し、その結果、トナーの極性が反転したり、潜像や転写後の画像が乱れたりする等の異常を引き起こす場合がある。また、用紙のサイズが異なる場合には、転写ローラ１４と感光体１０とが直接接する部分で電流が流れやすくなることから、トナー像を引き寄せるために必要な電荷を用紙裏面に与えるための電流量を大きく取る必要がある。

このようなことを考慮すると、一般に、用紙サイズに応じた転写電流の適正値を決定する必要がある。

一方、電子写真方式の画像形成装置の中には、当該装置内に温湿度センサを持ち、その値に応じて転写条件を変化させることができるものも存在するが、当然それに伴うコストアップは避けることができない。温湿度センサを持たない装置においては、環境の変動や特に両面の第二面での抵抗上昇も考慮しつつ、温湿度変化があっても異常を発生しない転写条件とする必要がある。これは大変難しい設定である。先にも述べたように、特許文献５ではこのような異常を防止するために、各作像条件に応じて最大の転写電圧値を決めるパラメータを持ち、異常を抑えるようにしている。しかしながら、この方式では前述したように、細かい条件設定に対応して各々転写電圧の最大値を設定するためのソフト設計やプロセス制御検討は複雑となってしまう。

これに対して、本発明者らは１色の画像形成装置を使用して実験を行った結果、上限として制限すべき転写電圧の最大値に興味深い特徴を発見したものである。

図３に、低温低湿環境（本評価では１０℃１５％Ｒｈ）における転写異常放電による画像不具合の発生状況を示す。作像条件としては、小サイズ普通紙第２面・画像Ｂ、普通紙第２面・画像Ｂ、厚紙第１面・画像Ａ、厚紙第１面・画像Ｂとし、紙種、紙サイズ、両面の第１面／第２面を異ならせた例を示す。この放電異常評価によれば、紙種、紙サイズ、両面の第１面／第２面の差といった作像条件に依らず、ほぼ一定の電圧Ｖｈを超えると画像不具合が発生していることが判る。なお、高温高湿環境では、特に図示しないが、このような画像不具合は発生せず、紙種、紙サイズ、両面の第１面／第２面の差といった作像条件に依らず、電圧Ｖｈを超えることもなかったものである。つまり、１色の画像形成装置の定電流制御においては、制限すべき転写電圧の最大値は紙種やサイズ等の作像条件に依存しない１条件で特定される１水準の特定値、例えば図３中の電圧値Ｖｈでよいということが見出される。

本実施の形態では、このように規制すべき転写電圧の最大値が１水準である特徴に着目し、転写電圧の最大値を作像条件に依存しない当該１水準の特定値のみを用いて規制しつつ定電流制御を行わせるようにしたものである。即ち、当該特定値としては、当該装置の系全体の抵抗変動が最大となる状態、具体的には、低温低湿環境状態に基づき設定された値を用いるように設定されている。

図４に本実施の形態における転写ローラ１４に対する電源・制御系の概略構成例をブロック図で示す。まず、転写ローラ１４に対して転写電圧を印加する電源としての高圧発生回路２１が設けられている。この高圧発生回路２１の転写ローラ１４に対する転写出力は＋，−を有しており、特許文献５等の場合と同様に、転写ローラ１４に対して定電流制御方式で転写電圧を印加するものが用いられている。このような高圧発生回路２１の動作を制御するためのＣＰＵ等を含む制御回路２２が設けられている。この制御方式として、本実施の形態では、高圧発生回路２１による転写電圧出力をパルス幅変調方式（ＰＷＭ方式）のデューティ比ＰＷＭｄｕｔｙ制御により制御するものとされている。

図５は転写用のＰＷＭ制御方式を示すタイミングチャートであり、Ｖ(Hi)とＶ(Lo)との信号によって制御する。本実施の形態では時間ｔ１が５０μs、時間ｔ２が０〜５０μsである。（ｔ２／ｔ１）＊１００％がデューティ比ＰＷＭｄｕｔｙとして制御に使用される信号となる。デューティ比ＰＷＭｄｕｔｙが大きいほど転写バイアスの出力が大きくなり、小さくなれば出力も小さくなる。

ここに、制御回路２２においては、転写電圧の最大値を前述したような１水準の特定値に規制するためのパラメータとしては、デューティ比ＰＷＭｄｕｔｙの最大値が相当するように設定されている。なお、このデューティ比ＰＷＭｄｕｔｙの最大値は、高圧発生回路２１の最大出力電圧の５０％以下の値となるように設定されている。また、この制御回路２２は高圧発生回路２１からフィードバックされる転写電流換算のフィードバック電圧を常に監視しており、所望の転写電流値に相当するフィードバック電圧に足りなければ転写出力をコントロールするデューティ比ＰＷＭｄｕｔｙを上げ、多ければデューティ比ＰＷＭｄｕｔｙを小さくする。このサイクルにより転写電流は常に一定に制御される。転写電流とフィードバック電圧との関係を表１に示す。

このような構成において、制御回路２２中のＣＰＵにより実行される転写動作時の動作制御例を図６に示す概略フローチャートを参照して説明する。まず、通常の画像形成装置においてその制御系が有しているデューティ比ＰＷＭｄｕｔｙの最大値を、当該複写機において規制すべき１水準の転写電圧の最大値に設定する（ステップＳ１）。そして、実際の転写動作に際しては、デューティ比ＰＷＭｄｕｔｙの信号を高圧発生回路２１に出力することにより規定の転写電流を出力させ、転写ローラ１４に転写電圧を印加させる（Ｓ２）。この時、高圧発生回路２１では、常時、転写ローラ１４に流れる転写電流を表１を参照して電圧値に換算する。ＣＰＵ側では、換算されたフィードバック電圧の大きさを常時監視する（Ｓ３）。この結果、フィードバック電圧が定電流制御用の所望の電流値に相当する電圧値よりも大きければ（Ｓ４のＹ）、高圧発生回路２１に対してデューティ比ＰＷＭｄｕｔｙを下げるように制御し（Ｓ５）、ステップＳ３の処理に戻る。一方、フィードバック電圧が定電流制御用の所望の電流値に相当する電圧値よりも小さければ（Ｓ４のＮ，Ｓ６のＹ）、高圧発生回路２１に対してデューティ比ＰＷＭｄｕｔｙを上げるように制御し（Ｓ８）、ステップＳ３の処理に戻る。この際、デューティ比ＰＷＭｄｕｔｙがその最大値に達している否かをチェックし（Ｓ７）、達していない場合には（Ｓ７のＮ）、上述のステップＳ８の処理を行なうが、達している場合には（Ｓ７のＹ）、デューティ比ＰＷＭｄｕｔｙとしてその値を維持しそれ以上デューティ比ＰＷＭｄｕｔｙを上げることなくステップＳ３の処理に戻る。従って、ステップＳ１，Ｓ７のＹの処理により、高圧発生回路２１が印加する転写電圧の最大値を作像条件に依存しない１水準の特定値に規制する手段の機能が実現される。

一方、フィードバック電圧が定電流制御用の所望の電流値に相当する電圧値よりも大きくもなく、小さくもなければ（Ｓ４のＮ，Ｓ６のＮ）、所望の電流値ということとなり、実際に転写動作を実行させる（Ｓ９，Ｓ１０）。

このような処理の繰返しにより、転写電流は常に一定に制御され、かつ、転写電圧の最大値は作像条件に依存しない１水準の特定値により規制される。

このように、本実施の形態によれば、複写機等の画像形成装置に対して規制設定が必要な転写電圧の最大値の規制は、各種作像条件に依存せず１水準でよいという発見を利用し、そのことを考慮することで特許文献５のような従来の定電流制御方式と全く同一の構成及び制御パラメータのままで、定電流制御方式でありながら転写電圧の最大値の規制を部分的に働かせることでの異常画像防止を実現することができる。即ち、複写機の系全体の抵抗変動が最大となる状態、例えば、低温低湿環境状態でのみ、転写電圧の最大値を作像条件に依存しない１水準の特定値に規制するように当該特定値のみを設定しておくことにより、コストアップなく、高温高湿環境状態での転写不足を防止できるとともに、低温低湿環境状態での過大な転写電圧印加による異常画像の発生を防止することができる。この際、ＰＷＭ方式のデューティ比ＰＷＭｄｕｔｙ制御により制御する場合の当該デューティ比ＰＷＭｄｕｔｙの最大値により特定値に規制することにより簡単に実現することができ、また、当該デューティ比ＰＷＭｄｕｔｙの最大値を、高圧発生回路２１の最大出力電圧の５０％以下の値としているので、高圧発生回路２１に余裕のある定電流制御を行わせることができる。

本実施の形態の転写制御方式を用いることで、図３に示した放電異常画像を紙サイズ、紙種、第１面／第２面等の作像条件を問わず防止することができ、かつ１０℃１５％Ｒｈ環境（低温低湿環境）や２８℃８０％Ｒｈ環境（高温高湿環境）においても通常使用時に転写不良等のその他不具合の発生しないことが確認できたものである。

なお、本実施の形態では、直接転写方式の転写手段として転写ローラ１４を用いた例で説明したが、ローラ方式に限ることなく、ブラシ、ブレード、フィルム、ベルト等を用いた転写手段であってもよい。

本発明の一実施の形態の複写機の概略構成を示す縦断正面図である。その感光体周りの構成例を拡大して示す縦断正面図である。低温低湿環境時における転写電流−転写バイアス特性図である。転写ローラに対する電源・制御系の概略構成例を示すブロック図である。ＰＷＭ方式を示すタイミングチャートである。転写制御例を示す概略フローチャートである。

符号の説明

１４転写手段
２１電源
Ｓ１，Ｓ７のＮ規制する手段

Claims

接触転写方式の転写手段を備える画像形成装置において、
前記転写手段に定電流制御で転写電圧を印加する電源と、
この電源が印加する前記転写電圧の最大値を作像条件に依存しない１水準の特定値に規制する手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
前記特定値は、当該装置の系全体の抵抗変動が最大となる状態に基づき設定された値である、ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記抵抗変動が最大となる状態は、低温低湿環境状態である、ことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
前記手段は、前記電源による転写電圧出力をパルス幅変調方式のデューティ比制御により制御する場合の当該デューティ比の最大値により前記特定値に規制する、ことを特徴とする請求項１ないし３の何れか一記載の画像形成装置。
前記デューティ比の最大値は、前記電源の最大出力電圧の５０％以下の値である、ことを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。