JP2007052126A - 膜厚検出装置、画像形成装置及び膜厚検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 感光体の膜厚を精度よく求めることができる膜厚検出装置を提供する。
【解決手段】 帯電ロール３に所定電圧を印加して、感光体２を帯電させる電源部１０と、帯電ロール３に流れる電流を検出する電流電圧変換抵抗２１と、感光体２を除電した時に流れる電流と、除電しない時に流れる電流との合計に基づき感光体２の厚みを検出する積算部２３とを有する構成としている。このように帯電ロール３に流れる電流の積算値で膜厚を検出することができるので、帯電ロール３の抵抗の汚れ、環境による変動、膜厚の変動など影響を受けず、被帯電体の膜厚を精度よく求めることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放電を帯電原理とする接触帯電方式で、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した電圧を印加して感光体を一様に帯電させる画像形成装置に用いて好適な膜厚検出装置、膜厚検出方法に関する。

画像形成装置に搭載された感光体の表面には各種の部材、例えば、帯電ローラや現像ブラシ、転写ローラ、さらにはクリーニングブラシやクリーニングブレード等が物理的に接触している。これらの部材の物理的接触により、感光層表面が画像形成プロセスの繰返しに伴ない次第に磨耗していく。特に、クリーニングブラシやクリーニングブレードによる摺擦力は大きく、感光層磨耗の大きな要因となる。

このような磨耗に伴ない、感光層の厚みがある程度以上減少すると、光感度が著しく減退したり、帯電特性が劣化して表面を所望の電位に均一帯電させることができなくなったりして、鮮明な画像を形成できなくなる。

このため、感光体の感光層の厚みを経時的に測定し、感光体の余命を検知することが意図されている。

特許文献１では、感光体表面の２点の電位をプローブで測定し、暗減衰特性から帯電直後の表面電位Ｖ０を計算し、この表面電位Ｖ０と、単位放電長あたりの流れ込む電流Ｉから感光体膜厚Ｌを下式により求めている。
Ｉ＝（ε／Ｌ）・ｖ・Ｖ０
なお、εは、感光体誘電率、ｖは感光体移動速度を表す。

また特許文献２では、放電開始電圧以上の２つの電圧Ｖ１，Ｖ２を帯電ローラに印加し、それぞれ流れる電流Ｉ１，Ｉ２を測定する。Ｖ−Ｉ特性の傾きは、（Ｉ２−Ｉ１）／（Ｖ２−Ｖ１）で計算される。このとき膜厚ｄを下式により検出している。
Ｖ−Ｉ特性の傾き＝ε・Ｌ・Ｖｐ・／ｄ
なお、Ｖｐはプロセススピード、εは感光体誘電率、Ｌは有効帯電幅を表し、前提条件としてＶ２−Ｖ１が表面電位の差であることが要求される。

また、特許文献２では、ＡＣバイアスとＤＣバイアスとを帯電ローラに印加し、感光体の表面電位を０からＶｄに帯電させる時に流れる電流Ｉを測定し、膜厚を下式により求めている。
Ｉ＝ε・Ｌ・Ｖｐ・Ｖｄ／ｄ

特開昭５９−６９７７４号公報 特開平５−２２３５１３号公報

しかしながら、特許文献１及び２の開示技術はいずれも、感光体に流れる電流Ｉによって膜厚を検出しているが、電流Iにはリーク電流が含まれるため算出式で求まる膜厚は検出精度が悪い。

また特許文献１では、暗減衰特性が環境に対し安定ではないため電位算出値Ｖ０の精度が悪く、感光体移動速度ｖも変動するという問題がある。

特許文献２では、Ｖ２−Ｖ１が環境による帯電部材の抵抗や汚れによる抵抗変動の影響を受け、表面電位差と一致しない。また第２の方法でも同様にＶｐ、I、の精度の影響で、求まる膜厚精度は悪い。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、被帯電体膜厚を精度よく測定することができる膜厚検出装置、画像形成装置及び膜厚検出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膜厚検出装置は、帯電部材に所定電圧を印加して、被帯電体を帯電させる電圧印加手段と、前記帯電部材に流れる電流を検知する電流検知手段と、前記被帯電体を除電した時に流れる電流と、除電しない時に流れる電流との合計に基づき前記被帯電体の厚みを検出する検出手段と、を有する構成としている。このように本発明は、帯電部材に流れる電流の積算値で膜厚を検出することができるので、帯電部材の抵抗の汚れ、環境による変動、膜厚の変動など影響を受けず、被帯電体の膜厚を精度よく求めることができる。

また上記検出手段は、前記被帯電体を除電した後に、前記被帯電体を除電せずに所定周回転させ、その間に得られる電流に基づき前記被帯電体の厚みを検出するとよい。

また上記検出手段は、前記検出手段は、前記電流を積算して前記被帯電体の帯電電荷量を算出するとよい。

また上記検出手段は、前記所定周の回転後に、前記被帯電体をさらに前記所定周回転させ、該所定周の間に検出した電流をリーク電流として取り除くとよい。リークによる誤差分を取り除き正確な膜厚を検出することができる。

上記膜厚検出装置において、前記帯電部材に流れる電流を前記電流検知手段によって電圧変換し、得られる電圧信号の所定周波数をカットするローパスフィルタを有するとよい。

本発明の画像形成装置は、請求項１から５のいずれか１項記載の膜厚検出装置を備え、該膜厚検出装置によって検出した膜厚により、前記帯電部材に印加する電圧を最適値に制御するとよい。本発明の画像形成装置は、被帯電体膜厚を精度よく検出することができるため、膜厚に応じた電圧を被帯電体に印加することができ、画質の劣化を防止し、被帯電体の長寿命化を図ることができる。

本発明の膜厚検出方法は、帯電部材に所定電圧を印加して、該帯電部材に流れる電流を検知するステップと、前記被帯電体を除電した時に流れる電流と、除電しない時に流れる電流との合計に基づき前記被帯電体の厚みを検出するステップとを有している。

本発明は、感光体の膜厚を精度よく求めることができる。

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１を参照しながら本実施例の構成を説明する。像担持体としての感光体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。

感光体２の周囲には、この感光体２に接触させた帯電ローラ３、露光装置としてのＲＯＳ（Ｒａｓｔｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｃａｎｎｅｒ）４、現像装置５、クリーニングブレード７、除電ランプ８などが配置されている。

帯電ローラ３は感光体２の回転に従動して回転し、また電源部１０からＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳した電圧が印加され、回転する感光体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。

次いで回転する感光体２の帯電処理面に、ＲＯＳ４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２の回転にともなって該潜像が現像器５に対向する現像部位に到来すると、現像器５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２の回転方向に見て現像器５の下流側には導電性の転写ロール６が感光体２に圧接配置してあって、両者２・６のニップ部が転写部位を形成している。

感光体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ル６に印加されて、トナー像が感光体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９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７によってかき落されることで、感光体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２上の静電潜像は、除電ランプ８で消去される。

本実施例ではさらに、帯電ローラ３に交流電圧と直流電圧とを重畳した電圧を供給する電源部１０と、感光体２の帯電電荷量を検知する電荷検知部（電流検知手段）１１と、電荷検知部１１によって検知した電荷量により、電源部１０の供給する電圧を制御する制御部（検出手段）１２とを有している。

図２に電荷検知部１１の構成を示す。電荷検知部１１は、図２に示すように電流電圧変換抵抗２１と、積算部２３の演算回路に供給する電圧の極性を切り替える極性制御部２２と、感光体２に帯電された電荷量を検出する積算部２３とを有している。また積算部２３は、図３に示すように演算増幅器２４と、コンデンサ２５と、スイッチ２６とを備えている。

電流電圧変換抵抗２１は、電源１０から帯電ロール３に流れる電流を電流電圧変換抵抗２１で電圧に変換する。極性制御部２２には、第１経路と第２経路とが設けられており、第２経路にはインバータ２８が配置されている。極性制御部２８と、積算部２３とをつなぐスイッチ２７を第１経路側に接続することで、電流電圧変換抵抗２１で変換された電圧が、演算増幅器２４の反転入力端子にそのまま出力される。またスイッチ２７を第２経路側に接続することで、インバータ２８で極性変換された電圧が、演算増幅器２４の反転入力端子に出力される。

演算増幅器２４とコンデンサ２５とは積分器を構成している。帯電ロール３に電流が流れると、この電流を電流電圧変換抵抗２１で電圧に変換し、積分器で電圧を積算している。スイッチ２６は、コンデンサ２５に蓄積された電荷を放電し、リセットする。

なお、図２に示す電荷検知部１１はアナログ回路で構成しているが、デジタル回路によってこれを構成することもできる。この場合、図３に示すように電流電圧変換抵抗２１の後段にローパスフィルタ（以下、ＬＰＦとも略記する）３０を設ける必要がある。この構成では電流電圧変換抵抗２１で生成した電圧信号をＡＤ変換部１３でＡＤ変換し、制御部１２でデジタル処理し電荷量を求める。デジタル化すれば加算減算リセット等の処理は制御部１２の演算で行なえる。
ただし、電流電圧変換抵抗２１で検出される信号には電源のＡＣ成分とＤＣ成分が重畳されているため、サンプリング定理よりサンプリング周波数としては電源のＡＣ周波数の２倍以上が要求される。しかしＡＤ変換の前に、ＡＣ周波数が例えば６０ｄＢ減衰するＬＰＦ３０を入れ、ＡＣ成分の影響を０．１％に落とせば、精度を落とすことなくサンプリング周波数を下げることもでき、デジタル処理の負荷を減らすことが出来る。

電荷検知部１１で求めた電荷量から膜厚ｄを求める制御部１２の処理について以下に説明する。膜厚ｄは、以下の式によって算出される。
ｄ=ε・帯電有効長・感光体直径・π・V/Q（Q：電荷量、V：印加電圧）
この式からわかるようにＱ,Ｖ以外は定数項であるため先行技術に対し精度良く膜厚を検知できることがわかる。また、この式からわかるようにＱ，Ｖ以外は定数項であるため、ＱとＶの検出精度を上げることが膜厚の精度を上げることになる。なお、帯電有効長とは、感光体２に接触する帯電ロール３の軸方向長さを示す。また、電荷を検知するときは、露光手段、現像手段、転写手段、クリーニング手段等の感光体の接して配置されるものは電気的に高抵抗状態にしておかないと誤差の原因となる。ただし、例えば転写手段等で、感光体に流れる電流が判っている場合はその分を後で補償してＱを求めればいい。

次に具体的に説明する。図４に、帯電が十分に行なわれるレベルのＡＣ電圧とＤＣ電圧を印加した時の感光体表面電位と直流電流の状態を示す。横軸は感光体回転数を表す。除電ランプ８をオンしたままでＡＣ＋ＤＣの電圧を印加すると、ＤＣ電圧として−７５０Ｖを印加しても、除電ランプ８をしていると帯電電位は−７５０Ｖにはならない。帯電ロール３も抵抗として機能しているので、帯電ロール３から感光体２に電流が流れれば、電圧降下が生じて−７５０Ｖにはならない。本実施例では、一例として−７００Ｖに帯電されたものとする。図１の除電ランプ８の位置で電位が０Ｖになった後に、感光体２の回転駆動によって帯電位置に移動すると、帯電ロール３によって−７００Ｖに帯電される。すなわち、感光体２が−７００Ｖに帯電されることによって流れる電流が、図４に示すＡ点の電流となる。

感光体２の１周目が終了し、２周目に入るときに除電ランプ８をＯＦＦにする。すると、除電ランプ８をＯＦＦしたことにより感光体２の表面電位は上がっていき、４周目に−７５０Ｖになる。ＤＣ電流は帯電電位の変化分に相当している。そのため1周目の電流で膜厚を検知した場合は印加したＤＣ電圧−７５０Ｖに対し仮に電位−７００Ｖであった場合、その差５０Ｖ分が検知誤差となる。またその１周目の電位は感光体膜厚、環境、帯電部材の汚れ等により変動するため補正値として補正することは出来ない。１周目に流れる電流は電位を−７００Ｖにするため、２周目は−７００Ｖを−７３０Ｖに、３周目は−７３０Ｖを−７４５Ｖに、４周目は−７４５Ｖを−７５０Ｖにするために流れる電流で、それらを積算すれば電位を−７５０Ｖにするための電荷Ｑが求められる。つまり正確にＱとＶがわかり、後は計算式より膜厚が精度良く検知できる。

次に、リーク電流対応について説明をする。感光体２に流れる電流は数１０ｕＡと小さい値であるため、リーク電流の影響を考慮する必要がある。実際にリーク電流は１ｕＡ程度あるため検知において１０％程度の誤差を生じさせる。特許文献２では、リークの影響を無視して膜厚を測定している。リーク電流は環境などの影響でその値は変化するが感光体数周程度の時間では一定である。図４に示す感光体の１周目から４周目までに流れる電流を積算した積算値として、電位を−７５０Ｖするための電荷Ｑ１とリークによる電荷Ｑ２でＱ１＋Ｑ２が検出される。次に５から８周での電流を積算すると、感光体２はすでに飽和しているので電位は一定であり、リークによる電荷Ｑ２のみが検出される。そこで感光体回転数１から４までの積算値Ｑ１＋Ｑ２から５から８までの積算値Ｑ２を引けば、帯電電流Ｑ１だけを検知することが出来る。

積算値を引くには図２のスイッチ２７を第２経路側に切り替え、インバータ２８によって出力を反転させることで可能となる。またデジタル処理の場合は、制御部１２による演算で行なう。デジタル処理の場合は、感光体回転数5の時の値を3倍して減算することでも同様の結果を得ることができる。そうすれば検知にかかる時間の短縮になる。また、感光体回転数6や7の値を3倍して減算しても良い。つまりは感光体電位が飽和するまでの電流を積算した時間と等しい時間、リーク電流のみが流れる状態の電流を積算し減算するか、積算電流値×倍数で等しい時間になるようにして減算も良い。また、リーク電流であるかの判断を感光体回転数で行なったが、電流値の変化が無くなった時点で判断しても良いし、安価な相対表面電位計で表面電位の変化が無くなった時点で判断しても良い。なお、膜厚を絶対値で求める場合は定数項の精度によって影響を受けてしまうが、初期の検出値を初期値として記憶しておき膜厚が減少したときの値を相対的に見れば影響をなくせる。

図５に示すフローチャートを参照しながら本実施例の動作手順を説明する。
まず、除電ランプ８をオンしたまま、所定電圧（ＡＣ＋ＤＣ）を印加し、帯電ロール３に流れる電流を電荷検知部１１で積算する（ステップＳ１）。

次に、感光体２の１周にわたる測定が終了すると（ステップＳ２）、除電ランプ８をオフし（ステップＳ２）、帯電ロール３に流れる電流を電荷検知部１１で積算する（ステップＳ３）。感光体２が予め設定された回転数Ｎ（感光体が飽和するのに十分な回転数）だけ回転したと判定すると（ステップＳ４／ＹＥＳ）、スイッチ２７をインバータ２８側に切り替え、感光体２がＮ＋１回転するまでリーク電流を減算する（ステップＳ５）。これにより求められた電荷量を用いて感光体２の膜厚を算出する。

このように本発明は、感光体２が帯電するときの積算電流値で膜厚を検知するため、帯電ロール３の抵抗の汚れや、環境による変動の影響や、膜厚が変化した時の影響を受けない。またリーク電流による影響も受けない。さらに、感光体２の膜厚を精度良く検知できるため、感光体膜厚の減少による寿命を正確に知ることが出来、感光体のロングライフ化に役立つ。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。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。

画像形成装置の構成を示す図である。 電荷検知部の構成を示す図である。 デジタル処理による電荷検知部１１の構成を示す図である。 帯電が十分に行なわれるレベルのＡＣ電圧とＤＣ電圧を印加した時の感光体表面電位と直流電流の状態を示す図である。 動作手順を示すフローチャートである。

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 ＲＯＳ
５ 現像器
６ 転写ローラ
７ クリーニングブレード
８ 除電ランプ
９ 定着器
１０ 電源部
１１ 電荷検知部
１２ 制御部
１３ Ａ／Ｄ変換部
２１ 電流電圧変換抵抗
２２ 極性制御部
２３ 積算部
２４ 演算増幅器
２５ コンデンサ
２６、２７ スイッチ
２８ インバータ
３０ ＬＰＦ

Claims (7)

1. 帯電部材に所定電圧を印加して、被帯電体を帯電させる電圧印加手段と、
   前記帯電部材に流れる電流を検知する電流検知手段と、
   前記被帯電体を除電した時に流れる電流と、除電しない時に流れる電流との合計に基づき前記被帯電体の厚みを検出する検出手段と、
   を有することを特徴とする膜厚検出装置。
2. 前記検出手段は、前記被帯電体を除電した後に、前記被帯電体を除電せずに所定周回転させ、その間に得られる電流に基づき前記被帯電体の厚みを検出することを特徴とする請求項１記載の膜厚検出装置。
3. 前記検出手段は、前記電流を積算して前記被帯電体の帯電電荷量を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の膜厚検出装置。
4. 前記検出手段は、前記所定周の回転後に、前記被帯電体をさらに前記所定周回転させ、該所定周の間に検出した電流をリーク電流として取り除くことを特徴とする請求項２記載の膜厚検出装置。
5. 前記帯電部材に流れる電流を前記電流検知手段によって電圧変換し、得られる電圧信号の所定周波数をカットするローパスフィルタを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の膜厚検出装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項記載の膜厚検出装置を備え、該膜厚検出装置によって検出した膜厚により、前記帯電部材に印加する電圧を最適値に制御することを特徴とする画像形成装置。
7. 帯電部材に所定電圧を印加して、該帯電部材に流れる電流を検知するステップと、
   前記被帯電体を除電した時に流れる電流と、除電しない時に流れる電流との合計に基づき前記被帯電体の厚みを検出するステップと、を有することを特徴とする膜厚検出方法。
   

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