JP2006267169A - 画像形成装置及び印加電圧制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な回路構成で交流電圧又は交流電流を最適な値に設定することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 回転駆動される感光体ドラム２と、感光体ドラム２に接触又は近接して配置され、感光体ドラム２を帯電させる帯電ローラ３と、感光体ドラム２に対向配置された電極９と、電極９に表れる感光体ドラム２の表面電位の変化量を検出する電圧検出部７と、帯電ローラ３に印加する交流電圧又は交流電流をステップ状に変化させ、電圧検出部７の検出結果をもとに帯電ローラ３に印加する交流電圧または交流電流を制御する制御部８とを有している。したがって、簡単な構成で感光体ドラム２の表面電位の変化量を検出し、帯電ローラ３に印加する最適な交流電圧又は交流電流を検出することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、放電を帯電原理とする接触又は近接帯電方式で、ＡＣバイアスとＤＣバイアスとを印加して感光体を一様に帯電させる画像形成装置及び印加電圧制御方法に関する。

従来より、帯電装置として、電圧を印加したローラやブレード等の帯電部材を感光体等の被帯電体の面に接触させて被帯電体面を所定の極性・電位に帯電させる接触式の帯電装置が用いられている。

この接触式の帯電装置においては、帯電装置に帯電のためのＤＣ、ＡＣ電圧を印加する方式が取られている。ＤＣ電圧の印加だけでは、感光体上の抵抗の低いところにだけ電流が流れるため均一に帯電することができない。また、感光体表面が局所的によごれると、その部分だけ帯電しなくなるという問題が生じる。そのため、ＤＣ電圧とＡＣ電圧の両方を帯電装置に印加し、感光体表面を帯電させている。

しかしながら、ＡＣ電圧は大きすぎると感光体が磨耗するという不具合が生じる。逆に小さすぎると、帯電の均一性が保てなくなり、プリントしたときにむらができる。そのため、ＡＣ電圧を必要最低限の最適な値に設定する必要がある。

特許文献１では、図１に示すように帯電器に印加するＡＣ電圧を順次増やしていき、電位センサでそのときの感光体の帯電電位を検知していって、感光体が飽和したところのＡＣ電圧に基づいてＡＣ電圧又はＡＣ電流を決定している。なお、以下では、飽和した電圧を肩電圧と呼ぶ。

特開平９−１８５２１９号公報

しかしながら、特許文献１では高価な電位センサを用いているため装置費用が高くなるという問題がある。電位センサは、絶対電位を測定するために音叉などの稼働部と、検出回路に高圧回路を必要としており、低コスト化には向いていない。

また、電位センサで測定した測定データを取り込み、演算処理（近似直線算出処理）によって肩電圧を求めるため、処理系が複雑になるという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単な回路構成で交流電圧又は交流電流を最適な値に設定することができる画像形成装置及び印加電圧制御方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために本発明の画像形成装置は、回転駆動される感光体と、前記感光体に接触又は近接して配置され、前記感光体を帯電させる帯電部材と、前記感光体に対向配置された電極と、前記電極に表れる前記感光体の表面電位の変化量を検出する検出部と、前記帯電部材に印加する交流電圧又は交流電流ステップ状に変化させ、前記検出部の検出結果をもとに前記帯電部材に印加する交流電圧または交流電流を制御する制御部と、を有して構成される。このように本発明は、簡単な構成で感光体の表面電位の変化量を検出し、帯電部材に印加する最適な交流電圧又は交流電流を検出することができる。

上記画像形成装置において、前記制御部は、前記帯電部材に印加する交流電圧又は交流電流を上げても前記感光体の表面電位が上がらない飽和電圧の取り得る範囲のデータを保持し、該取り得る範囲の電圧よりも上の交流電圧又は交流電流から徐々に前記交流電圧又は交流電流を下げて前記飽和電圧を検出するとよい。感光体が飽和する電圧又は電流を求めるまでの交流電圧又は交流電流の印加回数を削減し、感光体の磨耗を低減させることができる。

上記画像形成装置において、前記制御部は、前記帯電部材に印加する交流電圧又は交流電流を上げても前記感光体の表面電位が上がらない飽和電圧の取り得る範囲のデータを保持し、該取り得る範囲の電圧よりも下の交流電圧又は交流電流から徐々に前記交流電圧又は交流電流を上げて前記飽和電圧を検出するとよい。感光体が飽和する電圧又は電流を求めるまでの交流電圧又は交流電流の印加回数を削減し、感光体の磨耗を低減させることができる。

上記画像形成装置において、前記制御部は、前記印加する交流電圧又は交流電流を所定ステップ変化させても、前記感光体の表面電位の変化量に変化がみられない場合に、逆方向に前記印加する交流電圧又は交流電流を変化させるとよい。飽和電圧の取り得る範囲が間違っていても、誤りを修正して感光体が飽和する電圧又は電流を求めることができる。

上記画像形成装置において、前記制御部は、前記検出部で検出した検出結果から、次に前記帯電部材に印加する前記交流電圧又は交流電流の値を決定するとよい。感光体が飽和する電圧又は電流を求めるまでの検出時間を早めることができる。

上記画像形成装置において、前記制御部は、周囲の環境データと前記感光体の使用履歴との少なくも１つによって、前記飽和電圧の取り得る範囲を変更するとよい。環境の変動に対応して飽和電圧の取り得る範囲を変更することで、飽和電圧又は電流の検出時間を短縮させることができる。

上記画像形成装置において、前記制御部は、前記帯電部材に印加する交流電圧又は交流電流のステップ量が、前記印加電圧に要求される設定分解能と等しくなるように制御するとよい。帯電部材に印加する交流電圧又は交流電流の設定分解能に等しい飽和電圧の設定誤差を実現できる。

上記画像形成装置において、前記極板は、前記感光体の母線方向（軸線方向）に複数配置され、前記制御部は、前記複数の極板のすべてで前記感光体の表面電位の飽和を検出した時に前記帯電部材に印加していた交流電圧又は交流電流を飽和電圧として検出するとよい。感光体の軸方向に飽和電圧又は電流がばらついても、最適な飽和電圧又は電流を検出することができる。

本発明の印加電圧制御方法は、感光体を帯電させる帯電部材に印加する交流電圧又は交流電流をステップ状に変化させる工程と、前記感光体に対向配置した電極に表れる前記感光体の表面電位の変化量を検出する工程と、前記検出部の検出結果をもとに前記帯電部材に印加する交流電圧または交流電流を制御する工程と、を有している。このように本発明は、簡単な構成で感光体の表面電位の変化量を検出し、帯電部材に印加する最適な交流電圧又は交流電流を検出することができる。

本発明は、簡単な回路構成で交流電圧又は交流電流を最適な値に設定することができる。

添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。

まず、図２を参照しながら本実施例の構成を説明する。２は像担持体としての感光体ドラムである。本例の感光体ドラム２は円筒状ＯＰＣ感光体であり、紙面に垂直方向の中心軸線を中心に矢示の時計方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。

３はこの感光体ドラム２に接触させた帯電部材としての帯電ローラ（以下、ＢＣＲとも表記する）であり、この帯電ローラ３は感光体ドラム２の回転に従動して回転し、またＡＣ電源、ＤＣ電源から所定の電圧が印加され、回転感光体ドラム２の周面が所定の極性・電位に一様に帯電（本例では負帯電）される。

次いで回転感光体ドラム２の帯電処理面に、不図示の露光器から出力される、画像変調されたレーザビームが照射（走査露光）され、露光部分の電位が減衰して静電潜像が形成される。

感光体ドラム２の回転にともなって該潜像が現像器４に対向する現像部位に到来すると、現像器４から負帯電されたトナーが供給されて反転現像によってトナー像が形成される。

感光体ドラム２の回転方向に見て現像器４の下流側には導電性の転写ローラ５が感光体ドラム２に圧接配置してあって、両者２・５のニップ部が転写部位を形成している。

感光体ドラム２表面に形成されたトナー像が感光体ドラム２の回転につれて上記転写部位に到達すると、これとタイミングをあわせて、用紙が転写位置に供給され、これとともに所定の電圧が転写ローラ５に印加されて、トナー像が感光体ドラム２の表面から用紙に転写される。

転写位置でトナー像転写を受けた用紙は定着器６へ搬送されてトナー像の定着を受けて機外へ排出される。

一方、感光体ドラム２の表面に残った転写残りトナーは、クリーニングブレード１０によってかき落されることで、感光体ドラム２はその表面が清掃されて、次の画像形成に備える。また、感光体ドラム２上の静電潜像は、除電ランプ１１で消去される。

また画像形成装置１は、感光体ドラム２の近傍で、感光体ドラム２に対向配置した電極９と、電圧検出部７とを有している。電圧検出部７は、感光体ドラム２の表面電位の変化を検出する演算増幅器７１と、検出用コンデンサ７２と、リセットスイッチ７３とを有している。感光体ドラム２と電極９とでコンデンサを形成し、帯電ローラ３の印加電圧を変化させたときの感光体ドラム２の表面電位の変化を誘導電位として検出している。リセットスイッチ７３は、検出用コンデンサ７２に蓄積された電荷を放電し、リセットする。制御部８は、電圧検出部７によって検出された肩電圧をもとに、帯電ローラ３の印加電圧を最適なものに設定する。

感光体ドラム２の表面電位は、一定値以上の印加電圧Ｖｐｐを帯電ローラ３に印加しても、ある電圧（肩電圧）以上には上がらない。実際には、画質的観点や環境変動に対応するため肩電圧をもとに最適な電圧に設定する。

図２に示す電圧検出部７は、感光体ドラム２の表面電位が変化し入力が変化した場合のみ、その変動量に応じて出力が変化する。逆に入力が変化しない場合には電圧検出部７の出力も変化しない（リセットレベルを出力）。

ここで、感光体ドラム２の表面電位の変化と、電圧検出部７の出力の関係について図３を参照しながら説明する。図３に示すように肩電圧以下の電圧で、帯電ローラ３に印加する印加電圧ＶｐｐをΔＶｐｐだけ変化させると、図３に示すように表面電位はΔＶだけ変化する。このときの電圧検出部７の出力は、表面電位の増加量ΔＶによって誘導される電圧分だけ変化する。所定のタイミングでリセットスイッチ７３によりリセットすると、電圧検出部７の出力がリセットされる。そして、徐々に印加電圧Ｖｐｐを上げていくと、Ｖｐｐが肩電圧以下の場合は、表面電位の変動に対応して電圧検出部７の出力も変動する。

感光体ドラム２の帯電電圧が肩電圧以上になると、印加電圧をΔＶｐｐだけ変化させても感光体ドラム２の帯電電位は変化しない。このため電圧検出部７の出力もリセットレベルを出力したままとなる。従って、電圧検出部７の出力が変化するか否かをモニタすることで、印加した電圧Ｖｐｐが、肩電圧以上であるのか、肩電圧以下であるのかを判定することができ、特別な演算処理を用いなくても肩電圧を求めることができる。

また、帯電ローラ３への印加電圧Ｖｐｐを変化させて肩電圧を求める方法では、感光体に数回高電圧Ｖｐｐの印加を行なうため、少なからず感光体ドラム２を磨耗させてしまう。そこで、制御開始時の印加電圧の設定方法や変動量の与え方で、いかに印加回数を少なく肩電圧を求めるについて、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、制御部８は、肩電圧の取り得る範囲を予測する。制御部８は、肩電圧と予測できる電圧の範囲は、過去に肩電圧と設定した電圧を保持しておいて、これに温度、湿度等の影響を考慮して範囲を変更する。また、肩電圧に印加電圧を近づけていく時に、肩電圧と予測できる電圧よりも大きめの印加電圧を帯電ローラ３に印加し、印加電圧を所定ステップずつ減らしていく手順と、逆に、肩電圧と予測できる電圧よりも小さめの印加電圧を帯電ローラ３に印加し、印加電圧を所定ステップずつ増加させていく手順とがある。以下の説明では、肩電圧と予想される電圧よりも小さい電圧を帯電ローラ３に印加して、印加電圧を所定ステップずつ増加させていく場合を例に説明する。制御部８は、肩電圧の予測範囲よりも小さい電圧を帯電ローラ３に印加して（ステップＳ２）、所定ステップずつ印加電圧を増加させていく。所定ステップ印加電圧を変化させても、引き続き電圧検出部７の出力が変化する場合には（ステップＳ３／ＮＯ、且つステップＳ４／ＹＥＳ）、印加する交流電圧を逆方向にする（ステップＳ５）。肩電圧の予測が間違っていた場合、肩電圧を求められなくなったり、肩電圧の検出に時間がかかるので、今まで印加電圧を増加させていた場合には減少させる方向に、印加電圧を減少させていた場合には増加させる方向に変更する。

また電圧検出部７の出力から肩電圧であると判定できる場合には（ステップＳ６／ＹＥＳ）、この処理を終了する。前回の電圧検出部７の出力から肩電圧ではないと判定される場合には（ステップＳ６／ＮＯ）、前回の電圧検出部７の出力から帯電ローラ３に印加する電圧を決定する（ステップＳ７）。印加電圧Ｖｐｐを徐々に増やして(減らして)いく場合、初期設定Ｖｐｐが実際の肩電圧と大きく異なると印加回数が多くなる。電圧検出部７の出力は、表面電位の増加量ΔＶによって誘導される電圧分だけ変化するので、前回の結果(肩以上か、以下か)を受によって印加電圧Ｖｐｐの値を決定することで肩電圧を求める時間を短縮することができる。図５ではＶｐｐの変化量を順に＋１、−１／２、＋１／４、−１／８として肩電圧に近づけている。

肩電圧が決定すると、この肩電圧をもとに算出した交流電圧を帯電ローラ３に印加する。なお、肩電圧は環境や感光体の使用状況などによって変化する。これらに合わせて予測値を可変とすることで肩電圧を早く求めることが可能となる。また、Ｖｐｐ変動量を予め設定分解能と等しくすることで正確な肩電圧を求めることが可能となる。

また、感光体ドラム２の表面電位は特に肩電圧以下において軸方向にばらつきをもつ。従って、ある一点での検出結果により肩電圧を決定した場合、場所によっては肩電圧以下となり帯電むらとなり画質が劣化してしまう。そこで感光体ドラム２の軸方向に複数個の電極９を取り付け、すべての電極で検出した電圧が肩電圧であると判定された場合のＶｐｐを肩電圧とする。このような構成を取ることで最適な肩電圧を求めることができる。

上述した実施例は本発明の好適な実施例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。上述した実施例では、特に、帯電ローラ３の印加電圧Ｖｐｐで制御する方式について説明したが、肩を求めるためには印加するＡＣ電流値を変化させてもよく、同様にして求めた肩電流値を元に最適な印加電流値を設定することが可能となる。

帯電ローラに印加する電圧と、感光体ドラムの表面電位との関係を示す図であり、肩電圧を示す図である。 画像形成装置の構成を示す図である。 帯電ローラに印加する電圧と、感光体ドラム２の表面電位と、電圧検出部の出力との関係を示す図である。 制御部８の動作手順を示すフローチャートである。 帯電ローラに印加する電圧の変化量を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成装置 ２ 感光体ドラム
３ 帯電ローラ ４ 現像器
５ 転写ローラ ６ 定着器
７ 電圧検出部 ８ 制御部
９ 極板 １０ クリーニングブレード
１１ 除電ランプ

Claims (9)

1. 回転駆動される感光体と、
   前記感光体に接触又は近接して配置され、前記感光体を帯電させる帯電部材と、
   前記感光体に対向配置された電極と、
   前記電極に表れる前記感光体の表面電位の変化量を検出する検出部と、
   前記帯電部材に印加する交流電圧又は交流電流をステップ状に変化させ、前記検出部の検出結果をもとに前記帯電部材に印加する交流電圧または交流電流を制御する制御部と、を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記帯電部材に印加する交流電圧又は交流電流を上げても前記感光体の表面電位が上がらない飽和電圧の取り得る範囲のデータを保持し、該取り得る範囲の電圧よりも上の交流電圧又は交流電流から徐々に前記交流電圧又は交流電流を下げて前記飽和電圧を検出することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、前記帯電部材に印加する交流電圧又は交流電流を上げても前記感光体の表面電位が上がらない飽和電圧の取り得る範囲のデータを保持し、該取り得る範囲の電圧よりも下の交流電圧又は交流電流から徐々に前記交流電圧又は交流電流を上げて前記飽和電圧を検出することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記印加する交流電圧又は交流電流を所定ステップ変化させても、前記感光体の表面電位の変化量に変化がみられない場合に、逆方向に前記印加する交流電圧又は交流電流を変化させることを特徴とする請求項２又は３記載の画像形成装置。
5. 前記制御部は、前記検出部で検出した検出信号から、次に前記帯電部材に印加する前記交流電圧又は交流電流の値を決定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、周囲の環境データと前記感光体の使用履歴との少なくも１つによって、前記飽和電圧の取り得る範囲を変更することを特徴とする請求項２又は３記載の画像形成装置。
7. 前記制御部は、前記帯電部材に印加する交流電圧又は交流電流のステップ量が、前記印加電圧に要求される設定分解能と等しくなるように制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
8. 前記極板は、前記感光体の母線方向に複数配置され、
   前記制御部は、前記複数の極板のすべてで前記感光体の表面電位の飽和を検出した時に前記帯電部材に印加していた交流電圧又は交流電流を飽和電圧として検出することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の画像形成装置。
9. 感光体を帯電させる帯電部材に印加する交流電圧又は交流電流をステップ状に変化させる工程と、
   前記感光体に対向配置した電極に表れる前記感光体の表面電位の変化量を検出する工程と、
   前記検出部の検出結果をもとに前記帯電部材に印加する交流電圧または交流電流を制御する工程と、を有することを特徴とする印加電圧制御方法。
   

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