JP2006065113A - プロセスカートリッジ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電位センサを使用せずに感光体の表面電位を検出できるようにするプロセスカートリッジ装置を提供する。
【解決手段】 帯電ローラ２４により帯電された感光体ドラム３の表面電位から中間転写ベルト１９、１次転写ローラ１５を介して流れる電流値を求める。まず感光体が１次転写ローラ上にくる時間を演算し、この時間内の上記電流値を演算する。次に帯電バイアスをＯＮし、感光体の表面電位から中間転写ベルト、１次転写ローラを介して流れる電流値を検出し、また１次転写バイアスの抵抗値を検出する。この抵抗値と前記電流値とを掛け算することにより、帯電ローラにより帯電バイアスが印加された感光体の表面電位を求めることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、タンデム式カラー画像形成装置に用いて好適なプロセスカートリッジ装置に関するものである。

タンデム式のカラー画像形成装置の転写部には、１次転写ローラ、中間転写ベルト、２次転写ローラ、２次転写対抗ローラ、１／２次転写用バイアスの高圧制御部を一体化したプロセスカートリッジ装置がある。一方、帯電バイアス用の高圧電源制御部においては、一般的には帯電ＤＣ電位は定電圧に制御されている。しかし、実際の感光体上に印加された電位は、感光体／帯電ローラの負荷変動や磨耗、作像条件時の環境、バイアス印加用の高圧ハーネスからの漏電流等により、高圧電源制御部で制御している帯電ＤＣ電位とは違った値となっている。そのため、高圧電源制御部による帯電電位制御だけでは、感光体の表面電位の確保、作像仕様条件の確保が困難であり、画像に帯電ムラ、地汚れ等が発生する。

そこで、使用環境にあった感光体の表面電位性確保及び作像仕様条件の確保を目的として、感光体近傍に電位センサを取付け、このセンサによりプロセスコントロール時に感光体の表面電位を検出し、感光体の表面電位が適正な値になるように制御している技術がある。また、感光体のアース電流を検出する手段で高圧電源の故障を検出する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２０８０６２号公報

しかしながら、上記従来技術には以下の問題があった。
プロセスカートリッジ装置を用いた転写部が搭載されているタンデム式カラー画像形成装置においては、４色分の感光体の表面電位を検出するために４ヶの電位センサとそれに伴うハーネスが必要になり、非常にコストアップとなる。また、電位センサを４ヶ使用すると本体制御部の各ポート、素子、コネクタも多く使用することになり、本体制御部の回路の複雑化が生じる。一方、感光体の表面電位を検出するのはプロセスコントロール時のみとなるので、コスト高なセンサに対して使用効率が非常に悪い。また、特許文献１のように感光体のアース電流を検出する手段で高圧電源の故障を検知する装置は、使用環境にあった感光体の表面電位性確保及び作像仕様条件を確保することはできない。
従って、本発明は上記の問題を解決し、電位センサを使用せずに感光体の表面電位を検出できるようにすることを課題とする。

請求項１の発明によるプロセスカートリッジ装置は、帯電ローラにより帯電された感光体に形成されたトナー画像を中間転写ベルトに１次転写する１次転写ローラと、中間転写ベルトに転写されたトナー像を紙に２次転写する２次転写ローラと、帯電ローラに帯電電圧を与える帯電電圧電源部と、１次転写ローラにバイアス電圧を与えるバイアス電圧電源部と、各電源部を制御する制御部とを備えたプロセスカートリッジ装置において、帯電された感光体の表面電位から１次転写ローラに流れ込む電流を、中間転写ベルト、１次転写ローラ、バイアス電圧電源部を介して制御部により検出することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のプロセスカートリッジ装置において、制御部は、１次転写ローラの負荷抵抗値を求め、この負荷抵抗値と電流値に基づいて感光体の表面電位を演算することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載のプロセスカートリッジ装置において、制御部は、演算された感光体の表面電位に基づいて帯電電圧電源部を制御することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載のプロセスカートリッジ装置において、制御部は、帯電電圧の異常を検出することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ装置において、感光体を複数個備え、各感光体についてそれぞれ帯電ローラ及び１次転写ローラを備えたタンデム式カラー画像形成装置に用いられることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、帯電された感光体の表面電位から１次転写部へ流れ込む電流値を検出することができる。
請求項２の発明によれば、電位センサを用いずに感光体の表面電位を検出することができる。これによりコストダウン、本体制御部の簡素化、ハーネスレス、使用効率の向上を図ることができる。

請求項３の発明によれば、プロセスコントロール時に、感光体の表面電位を目標値に設定することができる。
請求項４の発明によれば、プロセスコントロール時に、帯電ＤＣ出力電圧の異常を防止することができる。
請求項５の発明によれば、上記の各効果が得られるタンデム式カラー画像形成装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１は本発明の実施の形態による画像形成装置としてのカラータンデム複写機の全体構成を示すブロック図である。
図１において、露光された原稿からの反射光を光電変換し、信号処理を行うスキャナ部１と、レーザより照射されたレーザ光を感光体３上に投影する書き込み部２と、書き込み部２のレーザ出力のＰＭ、ＰＷＭ変調により潜像を作る感光体ドラム３とを備える。また、感光体ドラム３の表面を一様に帯電させる帯電部４と、潜像を作った感光体３にトナーを付着させる現像部５と、感光体３に付着させたトナー画像を転写紙に転写する転写部（中間転写ベルト）６とを備える。また、これら現像，感光体廻りの作像はＣ（シアン）、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンダ）、Ｂｋ（ブラック）の４色分を独立で行うタンデム方式を備える。また、給紙トレイを本体部７（片面機）と給紙バンク８に、手差し給紙台９を本体部に備える。さらに、搬送部から送られてきた用紙に温度と圧を加えて、トナーを用紙上に融着させるベルト定着ユニット１１と、定着ローラ１２、加圧ローラ１３とを備える。

まず、請求項１に関する第１の実施の形態について説明する。
図２は図１のプロセスカートリッジ装置を備えた転写ユニット部の構成を示す。
図２において、帯電ローラ２２，２３，２４，２５から微小ギャップ方式により帯電される４ヶの感光体ドラム１，２，３，４に潜像を形成し、この潜像を現像する４色の現像ユニット５，６，７，８を有する。これらの４色分の画像形成ユニットによって形成されたトナー像を１次転写ローラ１３，１４，１５，１６により送られる中間転写ベルト１９上に順次１次転写を行うことにより、カラー画像を形成するタンデム方式である。

また、クリーニングユニット９，１０，１１，１２は、感光体ドラム１，２，３，４上の未転写トナーをクリーニングする。２次転写ローラ１７、２次転写対抗ローラ１８は、中間転写ベルト１９上に形成されたトナー像を紙転写する２次転写機構である。クリーニングユニット２０は、中間転写ベルト１９上の未転写トナーをクリーニングする。高圧電源基板２１及びここから出ている各高圧ハーネスは、各ドラム上に画像形成されたトナー像を中間転写ベルト１９に１次転写するために１次転写ローラ１３，１４，１５，１６にバイアス電圧を印加する１次転写出力と、中間転写ベルト１９上に形成されたトナー像を紙転写するために２次転写ローラ１７にバイアス電圧を印加する２次転写出力を有する。
また、この転写ユニット部は、１次転写ローラ１３，１４，１５，１６と、中間転写ベルト１９と、２次転写ローラ１７と、２次転写対抗ローラ１８と、高圧電源基板２１及び各高圧ハーネスとを一体化したプロセスカートリッジ装置を備えている。

１次転写のプロセスは、１次転写ローラ１３，１４，１５，１６に＋極性のバイアス電圧を印加することにより、ドラム上に画像形成された−極性のトナー像を中間転写ベルト１９の内側から引き寄せ、中間ベルト転写１９上に転写する方式である。また、２次転写のプロセスは、２次転写ローラ１７、２次転写対抗ローラ１８、中間転写ベルト１９を用いた押し出しバイアス方式である。中間転写ベルト１９上に転写された−極性のトナー像を、トナーと同極性の−極性のバイアス電圧を２次転写ローラ１８に印加することにより、中間転写ベルト１９の内側からトナーを押し出して紙転写する方式である。

図３は図２の構成における１次転写バイアスの高圧出力制御部を示した構成図である。
図３において、制御部３０は、ＲＯＭ３２に格納されたプログラムやデータに従って演算機能等を実行するＣＰＵ３１と、ＣＰＵ３１が実行するためのプログラムやデータを格納したＲＯＭ３２と、ＣＰＵ３１のワークエリアとして使用されるＲＡＭ３３等を備えている。

高圧電源基板２１は、１次転写ローラにバイアス電圧を与えるバイアス電圧電源部を構成するもので、１次転写高圧を駆動する１次転写高圧駆動回路３４、１次転写高圧を昇圧するトランス３５、コンデンサとダイオードからなる整流平滑回路３６により構成されている。整流平滑されたＤＣ電圧（１次転写バイアス電圧）は１次転写ローラ１５に供給される。尚、ここでは感光体ドラム３及び１次転写ローラ１５が代表して図示されており、他の感光体ドラム及び１次転写ローラについても同様である。また、出力される１次転写バイアス電圧をトランス３５の３次巻線より検出し、ＦＢ：Ｖとして制御部３０に帰還させている。また、出力される１次転写バイアス電流は検出抵抗Ｒ１を介してＦＢ：Ｉとして制御部３０に帰還させている。

１次転写バイアス電圧ＶとＦＢ：Ｖの関係を図４に、上記１次転写バイアス電流ＩとＦＢ：Ｉの関係を図５に示す。いずれの関係も直線的な比例関係となるようにする。制御部３０では、ＦＢ：Ｖ及びＦＢ：Ｉの値から、１次転写バイアス電圧Ｖ、１次転写バイアス電流Ｉを検出することができる。また、１次転写高圧駆動回路３４には、制御部３０よりＰＷＭ信号が入力され、ＰＷＭのデューティ比に応じて出力値を可変している。また、１次転写バイアス電圧の負荷は１次転写ローラ１５、中間転写ベルト１９である。

次に、１次転写バイアス電圧Ｖの制御について説明する。
１次転写バイアス電圧Ｖは画像形成時においては、定電流制御が行われる。図５のＩとＦＢ：Ｉの関係から、目標のＩ（ＦＢ：Ｉ）となるように制御部３０により電流制御を行う。また、環境や負荷に応じて画像調整を行うプロセスコントロール時に、図４のＶとＦＢ：Ｖの関係から１次転写バイアスの出力電圧を検出している。１次転写出力電流値Ｉと１次転写出力電圧Ｖとの関係から１次転写バイアスの負荷抵抗値を求める。画像形成装置には、プロセスコントロール時に、１次転写の出力電流Ｉと出力電圧Ｖを検出して１次転写の負荷抵抗値を求め、求められた抵抗値Ｒから１次転写の目標出力電流値Ｉを決定する。これは、１次転写の抵抗変動差から小出力電圧印加時の１次転写不良、大出力電圧印加時の異常放電の防止として、画像形成装置のプロセスコントロール時に実施する。
求められた抵抗値Ｒと目標出力電流値Ｉの関係を図６に示す。抵抗値Ｒが小さい時は、目標出力電流値を大きくし、抵抗値Ｒが大きい時は、目標出力電流値を小さくする仕様である。

次に図２において、帯電ローラ２２〜２５により帯電バイアス電圧が印加された感光体ドラム１〜４の表面電位から中間転写ベルト１９、１次転写ローラ１３〜１６を介して流れる電流値を、１次転写バイアスの高圧電源基板２１の電流検出抵抗Ｒ１を介して制御部３０で検出する構成について説明する。
まず、帯電ローラ２２〜２５から帯電バイアスが印加された感光体ドラム１〜４が１次転写ローラ１３〜１６上にくる時間を制御部３０で演算し、記憶させる。この時間は、図７より求めることができる。図７において、感光体ドラム３の径：φ１、画像形成装置の線速度：T1mm／sec、帯電ローラ２４から帯電バイアスが印加される感光体位置：Ａ、１次転写ローラ１５上に位置する感光体位置をＢとする。ＡとＢは対角上に位置するものとする。感光体がＡ→Ｂに移動する時間は、（φ１×π）／（２×T1）secになる。

プロセスコントロール時には、バイアスは帯電バイアスのみS1〜S2secの間にＯＮさせる。上記より、感光体がＡ→Ｂに移動する時間は、（φ１×π）／（２×T1） secであることから、帯電ローラ２４より帯電バイアスが印加された感光体の表面電位から中間転写ベルト１９、１次転写ローラ１５を介して電流が流れる時間は、S1＋（φ１×π）／（２×T1）〜S2＋（φ１×π）／（２×T1）secの間となり、この時間内で制御部３０により上記電流をＦＢ：Ｉとして検出する。
制御部３０では、上記S1＋（φ１×π）／（２×T1）〜S2＋（φ１×π）／（２×T1）secの時間にサンプリングした値の平均化を行い、帯電ローラ２４より帯電バイアスが印加された感光体の表面電位から中間転写ベルト１９、１次転写ローラ１５を介して流れる電流値を演算する。

次に、請求項２に関する第２の実施の形態について説明する。
図６で１次転写出力電流値と１次転写出力電圧値から１次転写バイアスの負荷抵抗値を求める方式を説明した。一方、第１の実施の形態では、帯電ローラより帯電バイアスが印加された感光体の表面電位から中間転写ベルト、１次転写ローラを介して流れる電流値を演算することを説明した。そこで、下記プロセスシーケンスにより、感光体の表面電位を電位センサを用いずに検出できることを説明する。

画像形成装置のプロセスコントロール時において、第１の実施の形態で説明した１次転写バイアスの抵抗値検出を行い、検出された抵抗値を制御部３０により記憶させる。次に、バイアスについては帯電バイアスのみＯＮさせ、帯電ローラより帯電バイアスが印加された感光体の表面電位から中間転写ベルト、１次転写ローラを介して流れる電流値を図３の１次転写バイアス用高圧出力制御部により検出し、検出された値を制御部３０で平均化し記憶させる。次に制御部３０により検出、記憶された１次転写バイアスの抵抗検出値と、帯電ローラより帯電バイアスが印加された感光体の表面電位から中間転写ベルト、１次転写ローラを介して流れる電流値と、１次転写バイアス用高圧電源にて検出された抵抗値を制御部にて演算（掛け算）を行う。このような処理を行うことにより、電位センサを用いることなく、帯電ローラより帯電バイアスが印加された感光体の表面電位を求めることができる。

次に、請求項３に関する第３の実施の形態について説明する。
図８は本実施の形態による帯電ローラに帯電バイアスを印加する高圧出力制御部の構成図であり、図３と対応する部分には同一番号を付して重複する説明は省略する。
高圧電源基板２１は、帯電ローラに帯電電圧を与える帯電電圧電源部を構成する。帯電ＤＣ高圧を駆動する帯電ＤＣ高圧駆動回路３７、帯電高圧を昇圧するトランス３５で構成されている。帯電出力電圧は、トランスの２次側出力電圧を抵抗分圧して、ＦＢ：Ｖとして制御部３０に帰還させている。

帯電出力電圧ＶとＦＢ：Ｖの関係を図９に示す。この関係は直線的な比例関係となるようにする。制御部３０は、ＦＢ：Ｖの値から、帯電出力電圧値Ｖを検出することができる。
また、帯電ＤＣ高圧駆動回路３７には、制御部３０よりＰＷＭ信号が入力され、ＰＷＭのデューティ比に応じて出力値を可変している。また、帯電バイアスの負荷は帯電ローラ１５〜感光体ドラム３間である。尚、ここでは感光体ドラム３及び１次転写ローラ１５が代表して図示されており、他の感光体ドラム及び１次転写ローラについても同様である。

帯電出力電圧の制御を行う場合は、まず、予め制御部３０に感光体ドラム３の目標表面電位を記憶させる。次に、この目標表面電位と第２の実施の形態で検出された感光体の表面電位との比較演算を行う。比較演算結果より、目標表面電位の±Ｎ％以内に入るように、帯電ＤＣ高圧駆動回路３７に入力されるＰＷＭ信号のデューティ比を可変させ、帯電出力電圧の可変を行う。

図１０は上記の動作を詳細に示すフローチャートである。
図１０において、プロセスコントロールを開始し（Ｓ１）、感光体モータ及び中間転写モータを駆動する（Ｓ２）。１次転写バイアスをＯＮさせ（Ｓ３）、１次転写抵抗検出のためのサンプリングを行った後（Ｓ４）、１次転写バイアスをＯＦＦする（Ｓ５）。次に、帯電バイアスをＯＮ、又は可変させ（Ｓ６）、感光体表面から１次転写ローラに流れる電流のサンプリングを行い（Ｓ７）、感光体の表面電位を演算する（Ｓ８）。そして、演算結果と目標表面電位とを比較し、目標表面電位の±Ｎ％以内に入るまで帯電出力電圧を制御する（Ｓ９）。

次に、請求項４に関する第４の実施の形態について説明する。
前記第３の実施の形態では、第２の実施の形態で検出された感光体の表面電位から、感光体の目標表面電位になるように、帯電ＤＣ高圧駆動回路３７に入力されるＰＷＭデューティ比を可変させることにより、帯電出力電圧を制御することについて説明した。
図１１は本実施の形態によるフローチャートを示す。
このフローチャートは、図１０のフローチャートに、帯電ＤＣ高圧駆動回路３７に入力されるＰＷＭデューティ比がＫ％を超えた際には、プロセスコントロールを停止させ、画像形成装置の操作部上にエラー表示させる処理（Ｓ１０、Ｓ１１）が追加されたもので、（Ｓ１〜Ｓ９）は図１０と同じ処理が行われる。

通常、感光体の目標表面電位より低い電位を検出した時は、帯電ＤＣ高圧駆動回路３７に入力されるＰＷＭデューティ比を目標表面電位になるまでＵＰさせる。仕様範囲内のいかなる環境、負荷条件においても帯電ＤＣ高圧駆動回路３７に入力されるＰＷＭデューティ比がＮ％以下であるとする。ここで、第３の実施の形態で説明したプロセスコントロール仕様により、感光体の表面電位を演算した結果が、目標表面電位より低いとする。そこで、帯電ＤＣ高圧駆動回路３７に入力されるＰＷＭデューティ比を目標表面電位になるまでＵＰさせるが、ＰＷＭデューティ比がＫ％になっても感光体の表面電位が目標表面電位に到達しない時は、何らかの異常と認識し、プロセスコントロールを停止する構成とする。異常の原因としては、帯電高圧の出力コネクタが抜けている、感光体がアースに落ちていない等の原因により、帯電バイアスが感光体に正常に印加されていない状態である。

本発明の実施の形態による画像形成装置の構成図である。 図１の転写ユニット部の構成図である。 １次転写バイアスの高圧出力制御部の構成図である。 １次転写出力電圧と１次転写出力帰還電圧の関係を示すグラフである。 １次転写出力電流と１次転写出力帰還電圧の関係を示すグラフである。 抵抗値と目標出力電流値の関係を示す構成図である。 １次転写部の構成図である。 帯電バイアスの高圧出力制御部の構成図である。 本発明の第３の実施の形態による帯電出力電圧と帯電出力帰還電圧の関係を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態による動作を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施の形態による動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１，２，３，４ 感光体ドラム
５，６，７，８ 現像ユニット
１３，１４，１５，１６ １次転写ローラ
１９ 中間転写ベルト
２１ 高圧電源基板
２２，２３，２４，２５ 帯電ローラ
３０ 制御部
３４ １次転写高圧駆動回路
３７ 帯電ＤＣ高圧駆動回路

Claims (5)

1. 帯電ローラにより帯電された感光体に形成されたトナー画像を中間転写ベルトに１次転写する１次転写ローラと、前記中間転写ベルトに転写されたトナー像を紙に２次転写する２次転写ローラと、前記帯電ローラに帯電電圧を与える帯電電圧電源部と、前記１次転写ローラにバイアス電圧を与えるバイアス電圧電源部と、各電源部を制御する制御部とを備えたプロセスカートリッジ装置において、
   前記帯電された感光体の表面電位から前記１次転写ローラに流れ込む電流を、前記中間転写ベルト、１次転写ローラ、バイアス電圧電源部を介して前記制御部により検出することを特徴とするプロセスカートリッジ装置。
2. 前記制御部は、前記１次転写ローラの負荷抵抗値を求め、この負荷抵抗値と前記電流値に基づいて前記感光体の表面電位を演算することを特徴とする請求項１記載のプロセスカートリッジ装置。
3. 前記制御部は、前記演算された感光体の表面電位に基づいて前記帯電電圧電源部を制御することを特徴とする請求項２記載のプロセスカートリッジ装置。
4. 前記制御部は、前記帯電電圧の異常を検出することを特徴とする請求項３記載のプロセスカートリッジ装置。
5. 前記感光体を複数個備え、各感光体についてそれぞれ前記帯電ローラ及び１次転写ローラを備えたタンデム式カラー画像形成装置に用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のプロセスカートリッジ装置。

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