JP2007052301A - 画像形成装置、膜厚検出方法及びこれを用いた帯電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用環境に応じて、感光体の長寿命化と画像欠陥の防止とを両立する最適なバイアス電圧／電流を供給することができる画像形成装置を簡易な構成で安価に提供する。
【解決手段】 感光体２と帯電ロール３との間に生じる放電の電荷量Ｑを検出する放電電荷量検出手段３５と、感光体２の膜厚を検出する膜厚検出手段３７と、温度及び湿度を検出する環境検出手段Ｓと、膜厚検出手段３７及び環境検出手段Ｓの検出結果に基づいて、所定の放電電荷量Ｑｐを設定する放電電荷量設定手段３９と、帯電ロール３への印加バイアス電圧／電流を制御する帯電制御手段３０と、放電電荷量Ｑが、放電電荷量設定手段３９により設定された所定の放電電荷量Ｑｐとなるように、帯電ロール３への交流印加電圧／電流を変更制御する帯電制御手段３０とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置及びその制御方法に関し、特に、感光体の長寿命化を図ると共に、感光体層の磨耗に伴う画像欠陥の防止を図った画像形成装置、感光体の膜厚検出方法及びこれを用いた帯電ロールの帯電制御方法に関するものである。

特開２００２−７２６３３号公報 特開平０５−２２３５１３号公報

一般に、プリンターや複写機等の画像形成装置においては、近年のオフィス等における使用頻度の上昇や、メンテナンスフリー化の要望等により、その長寿命化が望まれている。そして、画像形成装置の長寿命化を実現するに当っては、感光体の長寿命化が大きな課題となっている。

このような課題に対処するために、感光体の帯電制御により長寿命化を試みた画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１では、感光体と帯電ロール間に生じる放電電荷量を、感光体の膜厚や帯電ロールの汚れによらず一定に制御し、感光体へのストレスを軽減して、その長寿命化を図った画像形成装置が開示されている。

また、感光体の寿命を検知するための感光体膜厚検知方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この特許文献２では、感光体の全周に亘って、その電位をゼロから所定の電位にした際に流れる電流を測定することにより膜厚を検知する膜厚検出方式が開示されている。

しかしながら、上述の特許文献に開示された先行技術においては、以下のような問題を有していた。

一般に、感光体の磨耗と帯電不良による白点状の画像欠陥は、放電電荷量が主要因であることがわかっている。すなわち、放電電荷量が大きいと、感光体の磨耗が促進され、その寿命が短くなり、一方、放電電荷量が小さいと、帯電不良による白点状の画像欠陥が生じてしまう。このため、特許文献１に開示された先行技術のように、帯電不良による白点状の画像欠陥が発生しない一定の放電電荷量となるよう、帯電ロールに印加する電圧・電流を制御することは、感光体の長寿命化には有効な方式である。

しかしながら、特許文献１に開示された先行技術において、感光体表面が初期の厚膜状態から使用に伴って薄膜状態に至った場合、厚膜時に発生する帯電不良による白点状画像欠陥を防止するよう制御目標放電電荷量を決定し、薄膜時にも、この目標放電電荷量を達成するように印加電圧・電流を制御すると、帯電が不十分となり濃度ムラが発生するという問題が生じていた。また、製造段階から存在する感光体の膜厚ムラが磨耗の進行に伴って増幅され、薄膜時においては、この偏磨耗による膜厚ムラによって濃度ムラが顕著に発生するという問題が生じていた。

一方、感光体の寿命を検知するために、感光体の膜厚を検知するセンサを設ける場合には、装置が大型化し、コストが増大するといった問題が生じてしまう。これに対して、特許文献２に開示された先行技術によれば、このような問題を回避することができるが、当該先行技術においては、帯電ロールが汚れ、抵抗変化が生じた場合に、正しい膜厚を検知することができないという問題が生じていた。

さらに、特許文献２に開示された膜厚検出方法以外にも、感光体電位が０Ｖの状態から電流が飽和するまでの電荷量により膜厚を検知する方法もが考えられるが、感光体の数周に亘って検知する必要があるため、その間感光体に放電によるストレスを与え続けて磨耗が促進されるという問題が生じていた。

そこで、本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、使用環境に応じて、感光体の長寿命化と画像欠陥の防止とを両立する最適なバイアス電圧／電流を供給することができる画像形成装置を簡易な構成で安価に提供することにある。

また、本発明の別の目的は、膜厚検知のための新たなセンサを付加することなく、簡易な構成で安価に感光体の膜厚を検出する膜厚検出方法、及び、この膜厚検出方法を用いて最適なバイアス電圧／電流を供給する帯電制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、その表面に静電潜像が形成される感光体層が被膜された感光体と、直流電圧／電流に交流電圧／電流を重畳したバイアス電圧／電流が印加され、前記感光体を所定の電位に帯電する帯電ロールとを有する画像形成装置において、前記感光体と帯電ロールとの間に生じる放電の電荷量を検出する放電電荷量検出手段と、前記感光体の感光体層の膜厚を検出する膜厚検出手段と、装置内の温度及び湿度を検出する環境検出手段と、前記膜厚検出手段及び環境検出手段の検出結果に基づいて、所定の放電電荷量を設定する放電電荷量設定手段と、前記放電電荷量が、前記放電電荷量設定手段により設定された所定の放電電荷量となるように、前記帯電ロールへの交流印加電圧／電流を変更制御する帯電制御手段とを備えることを特徴とするものである。

ここで、所定の放電電荷量とは、帯電不良に伴うトナーの転移不良等による白点状の画像欠陥が発生しない放電電荷量の下限値をいうものとする。

このように構成した本発明の画像形成装置においては、所定の放電電荷量が、放電電荷量設定手段により、膜厚検出手段及び環境検出手段の検出結果に基づき設定されるので、感光体の長寿命化と画像欠陥の防止とを両立する放電電荷量を、使用に伴って磨耗して薄膜化する感光体の膜厚状況に応じて最適に設定することが可能となると共に、感光体へのストレスとなる放電電荷量が放電電荷量検出手段により検出され、この放電電荷量が膜厚に応じた所定の放電電荷量となるように、帯電ロールへの交流印加電圧／電流が帯電制御手段により変更制御されるので、感光体の長寿命化と画像欠陥の防止とを両立する最適なバイアス電圧／電流を使用環境に応じて供給することが可能となり、併せて、感光体磨耗が進むことによる偏磨耗による濃度ムラを抑制することが可能となる。

また、前記帯電ロールの汚損レベルを設定する汚損グレード設定手段をさらに備え、前記膜厚検出手段は、前記環境検出手段、放電電荷量検出手段及び汚損グレード設定手段の出力に基づいて、当該出力条件における感光体の膜厚を検出してもよい。

このように構成した場合には、帯電ロールの汚損レベルを設定する汚損グレード設定手段をさらに備え、膜厚検出手段が、環境検出手段、放電電荷量検出手段及び汚損グレード設定手段の出力に基づいて、当該出力条件における感光体の膜厚を検出するので、帯電ロールの汚損状況や周囲環境の変化及び当該状況における放電電荷量に応じて感光体の膜厚を検出することができ、これにより、使用環境に応じた感光体の膜厚をより適切に検出することが可能となる。

さらに、前記汚損グレード設定手段は、前記感光体の履歴情報に基づき前記帯電ロールの汚損グレードを設定してもよい。

ここで、感光体の履歴情報とは、感光体の累積帯電履歴情報であり、実質的には、累積プリント枚数や感光体の累積回転数と同等のものである。

このように構成した場合には、汚損グレード設定手段が、感光体の履歴情報である、例えば、累積プリント枚数に基づき帯電ロールの汚損グレードを設定するので、帯電ロールの汚損レベルを検知するための新たなセンサを何ら付加することなく、汚損グレードを設定することができ、コストダウンや小型化に寄与することが可能となる。

また、前記放電電荷量設定手段は、前記膜厚検出手段により検出された膜厚が規定値以下の場合には、前記目標放電電荷量を演算により算出すると共に、前記膜厚検出手段により検出された膜厚が規定値を超えている場合には、前記目標放電電荷量を所定の値に設定してもよい。

一般に、感光体の長寿命化と画像欠陥の防止とを両立する放電電荷量は、膜厚が所定の厚さを越えている場合には一定値であり、所定の厚さ以下になった場合には、膜厚の減少に伴って増大することが判明している。

そこで、このように構成した場合には、放電電荷量設定手段が、膜厚検出手段により検出された膜厚が規定値以下の場合には、目標放電電荷量を演算により算出すると共に、膜厚検出手段により検出された膜厚が規定値を超えている場合には、目標放電電荷量を所定の値に設定するので、膜厚の磨耗状況に応じた、より適切な帯電制御を実現すると共に、演算処理の簡略化が可能となる。

また、本発明の感光体の膜厚検出方法は、その表面に静電潜像が形成される感光体層が被膜された感光体と、直流電圧／電流に交流電圧／電流を重畳したバイアス電圧／電流が印加され、該感光体を所定の電位に帯電する帯電ロールとを用い、前記感光体の履歴情報に基づき、前記帯電ロールの汚損グレードを設定し、所定のバイアス電圧／電流を前記帯電ロールに印加したときの、前記感光体と該帯電ロールとの間に生じる放電の電荷量、周囲温度及び湿度を測定し、これらの測定結果及び前記汚損グレードに基づいて、前記感光体の膜厚を検出することを特徴とするものである。

このように構成した本発明の感光体の膜厚検出方法によれば、帯電ロールの汚損状況や周囲環境の変化及び当該状況における放電電荷量に基づいて感光体の膜厚を検出するので、使用状態に応じた感光体の膜厚を適切に検出することができる。また、放電電荷量により膜厚検出を行うことで、膜厚検出のための検出サイクルを別途設ける必要がなく、帯電制御時における放電電荷量の測定の際に併せて膜厚検出を行うことができ、感光体へのストレスを低減し、感光体の長寿命化が可能となる。

また、本発明の帯電ロールの帯電制御方法発明は、上記膜厚検出方法により、感光体の膜厚、周囲温度及び湿度を検出し、この膜厚、周囲温度及び湿度の検出結果に基づき、放電電荷量の目標値を設定し、前記感光体と帯電ロールとの間に生じる放電の電荷量が前記目標値となるように、帯電ロールに印加するバイアス電圧／電流を制御することを特徴とするものである。

このように構成した本発明の帯電制御方法によれば、使用状態に応じた感光体の膜厚及び周囲環境の変化に基づき、放電電荷量の目標値を設定し、この目標値となるように、帯電ロールに印加するバイアス電圧／電流を制御するので、帯電ロールの汚損状況を加味した環境変化に応じた最適な放電電荷量を実現し、感光体の長寿命化と画像欠陥の防止とを両立する最適なバイアス電圧／電流を使用環境に応じて供給することが可能となり、併せて、感光体磨耗が進むことによる偏磨耗による濃度ムラを抑制することが可能となる。

本発明の画像形成装置によれば、感光体の長寿命化と画像欠陥の防止とを両立する放電電荷量を、使用に伴って磨耗して薄膜化する感光体の膜厚状況に応じて、最適に設定することが可能となると共に、最適なバイアス電圧／電流を使用環境に応じて供給することが可能となり、併せて、感光体磨耗が進むことによる偏磨耗による濃度ムラを抑制することが可能となる。

また、本発明の感光体の膜厚検出方法によれば、放電電荷量により膜厚検出を行うことで、帯電制御時における放電電荷量の測定の際に併せて膜厚検出を行うことができ、感光体へのストレスを低減し、感光体の長寿命化が可能となると共に、膜厚検知のための新たなセンサを付加することなく、使用状態に応じた感光体の膜厚を適切に算出することができる。

さらに、本発明の帯電ロールの帯電制御方法によれば、使用状態に応じた感光体の膜厚及び周囲環境の変化に基づき、放電電荷量の目標値を算出し、この目標値となるように、帯電ロールに印加するバイアス電圧／電流を制御するので、帯電ロールの汚損状況を加味した環境変化に応じた最適な放電電荷量を実現し、感光体の長寿命化と画像欠陥の防止とを両立する最適なバイアス電圧／電流を使用環境に応じて供給することが可能となり、併せて、感光体磨耗が進むことによる偏磨耗による濃度ムラを抑制することが可能となる。

以下に、本発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。

まず、本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の概略構成について、図１を参照して説明する。図１は本発明に係わるタンデム型カラー画像形成装置１００の概略構成図である。

この画像形成装置１００においては、画像読取装置１０２より読み取られたカラー原稿のカラー画像情報、図示しないパーソナルコンピュータや画像データ入力装置等から送られてくるカラー画像情報等が入力され、入力された画像情報に対して画像処理が行われるようになっている。

図１において、１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色トナー画像を形成する画像形成ユニットであり、複数の張架ロールにより張架された無端状の中間転写ベルト９の進行方向に沿って１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの順で直列に配設されている。また、中間転写ベルト９は、これらの画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋで順次形成された各色のトナー像が、互いに重ね合わされた状態で転写される中間転写体であり、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋに対応する静電潜像担持体である感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋのそれぞれに対向して配設される一次転写ロール６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋとの間に挿通され、矢印方向に循環移動可能に形成されている。そして、中間転写ベルト９上に多重に転写された各色のトナー像は、給紙カセット１７等から給紙された記録媒体としての記録用紙１８上に一括して転写された後、定着装置１５によって記録用紙１８上に定着され、カラー画像が形成された記録用紙１８が外部に排出されるようになっている。なお、符号ＣＲは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んで構成され画像形成装置１００における処理全般を制御する装置コントローラである。

ここで、画像読取装置１０２は、プラテンガラス上に載置された原稿を不図示の光源によって照明し、原稿からの反射光像を、走査光学系を介してＣＣＤセンサ等からなる画像読取素子によって所定の解像度で読み取るように構成されている。

また、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、同様に構成されており、大別して、矢印方向に沿って所定の回転速度で回転する感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと、この感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面を一様に帯電する帯電手段としての帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋと、当該感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面に各色に対応した画像を露光して静電潜像を形成する露光装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋと、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ上に形成された静電潜像を現像する現像装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋと、着脱自在に配設され現像装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋに所定の色のトナーを供給するトナーカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、クリーニング装置７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ等とから構成されている。

さらに、本実施の形態において、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋは、矢印方向に回転する金属製ドラムの表面に有機系感光材料、アモルファスセレン系感光材料、アモルファスシリコン系感光材料等からなる感光体層が被膜形成されており、帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは、この感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面と接触し、直流電圧／電流に交流電圧／電流を重畳したバイアスにより、該感光体層を所定の電位に帯電するように構成されている。

このように構成した画像形成装置における画像形成工程について、イエロートナー画像を形成する画像形成ユニット１Ｙを代表例として説明する。

まず、感光体ドラム２Ｙは、所定の直流電圧／電流に交流電圧／電流が重畳されたバイアス電圧／電流が帯電ロール３Ｙに印加されることにより、その表面（感光体層）が一様に帯電される。次に、例えば、画像読取装置１０２によって読み取られた画像情報に基づき、露光装置４Ｙから出力されるレーザービームによりイエロー画像に対応する走査露光がなされ、感光体ドラム２Ｙの表面（感光体層）にはイエロー画像に対応する静電潜像が形成される。

このイエロー画像に対応する静電潜像は現像装置５Ｙによってイエロートナー像となり、一次転写手段の一部を構成する一次転写ロール６Ｙの圧接力及び静電吸引力によって中間転写ベルト９上に一次転写される。一次転写後の感光体ドラム２Ｙ上に残留したイエロートナーは、ドラムクリーニング装置７Ｙよって掻き取られる。その後、感光体ドラム２Ｙの表面は除電装置８Ｙによって除電された後、次の画像形成サイクルのために帯電ロール３Ｙにより再び帯電される。

多色のカラー画像形成を行う本画像形成装置１００では、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの相対的な位置の違いを考慮したタイミングで、上記と同様の画像形成工程が画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｋにおいても行われ、中間転写ベルト９上にフルカラートナー像が重ね合わされた状態で形成される。この中間転写ベルト９としては、例えば、可撓性を有するポリイミド等の合成樹脂フィルムを帯状に形成し、この帯状に形成された合成樹脂フィルムの両端を溶着等の手段によって接続することにより、無端ベルト状に形成したものが用いられる。

中間転写ベルト９上に一次転写されたフルカラートナー像は、所定のタイミングで二次転写位置へと搬送される記録用紙１８上に、中間転写ベルト９を支持するバックアップロール１３と、このバックアップロール１３に所定のタイミングで圧接する二次転写ロール１２との圧接力及び静電吸引力によって二次転写される。

一方、記録用紙１８は、画像形成装置１００内の下部に配置された記録用紙収容部としての給紙カセット１７から、所定のサイズのものが給紙ロール１７ａによって給紙される。給紙された記録用紙１８は、複数の搬送ロール１９及びレジストロール２０によって、所定のタイミングで中間転写ベルト９の二次転写位置まで搬送される。そして、記録用紙１８には、上述したように、二次転写手段としてのバックアップロール１３と二次転写ロール１２とによって、中間転写ベルト９上からフルカラートナー像が一括して転写される。

また、中間転写ベルト９上からフルカラートナー像が二次転写された記録用紙１８は、中間転写ベルト９から分離された後、二次転写手段の下流側に配設された定着装置１５へと搬送され、この定着装置１５によって熱及び圧力でトナー像が記録用紙１８上に定着されるようになっている。定着後の記録用紙１８は、排出ロール２３を介して、排出トレイ２４上に排出される。

さらに、二次転写手段により記録用紙１８上に転写できなかった中間転写ベルト９上の残トナーは、そのまま中間転写ベルト９上に付着した状態でベルトクリーニング装置１４まで搬送され、このベルトクリーニング装置１４により中間転写ベルト９上から除去されて次の画像形成に備える。

ところで、上述のように構成した画像形成装置では、帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋにバイアス電圧／電流を印加する際には、帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋと、これに対応する感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋとの間で放電が生じ、この放電により、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが所定の電位に帯電される。このバイアス電圧／電流を印加する際、特に、その交流電圧／電流成分を大きくすると放電電荷量が増大し、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの磨耗が促進されて、その寿命が短くなってしまう。これは、交流成分の振幅により、感光体表面が、傷等のダメージをより被るためであると考えられる。

一方、バイアス電圧／電流中の交流電圧／電流成分を小さくすると放電電荷量が減少し、スポット的に帯電不良が発生して、白点状の画像欠陥が生じてしまう。

従って、感光体ドラムの長寿命化を図り、帯電不良に伴う白点状の画像欠陥を防止するためには、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋとの間に発生する放電の電荷量が所定の放電電荷量となるように、印加バイアス電圧／電流を制御する必要があるが、この所定の放電電荷量は、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの感光体層の膜厚や、帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの汚損状況及び周囲温度／湿度によって変化することが、本発明者らの研究により判明した。

そこで、本発明に係る画像形成装置においては、感光体ドラムの感光体層の厚さ（以下、膜厚ともいう）等に応じた所定の放電電荷量を求め、この放電電荷量を実現するように、帯電ロールに印加するバイアス電圧／電流中の直流電圧／電流は一定に維持しつつ交流電圧／電流を変更制御するように構成している。

以下に、本発明に係る帯電ロールの帯電制御内容について、図２を参照して説明する。図２は、本発明に係る帯電制御の構成を模式的に示すブロック図である。ここで、各画像形成ユニット１Ｙ〜１Ｋは同様な構成であり、これらの構成機器（例えば、感光体ドラム２Ｙ〜２Ｋ）についても同様な構造であるため、以下、簡単のため、各符号は総称表記（例えば、感光体ドラム２）とする。

図２に示されるように、本実施の形態に係る画像形成装置は、感光体ドラム２の表面に接触して、所定のバイアス電圧／電流が印加される接触式の帯電ロール３と、この帯電ロール３にバイアス電圧／電流を供給する高圧電源３０ａ及び、高圧電源３０ａによる供給電圧／電流を制御する電源コントローラ３０ｂとから構成される帯電制御手段３０と、装置内の温度及び湿度を検出する環境センサＳと、帯電ロール３の汚損状況に応じてその汚損レベル（グレード）を設定する汚損グレード設定手段３３と、バイアス電圧／電流の印加の際、帯電ロール３と感光体ドラム２との間に発生する放電の電荷量を測定する放電電荷量検出手段３５と、これらの環境センサＳ、汚損グレード設定手段３３、放電電荷量検出手段３５の出力を基に、感光体ドラム２の膜厚を検出する膜厚検出手段３７と、環境センサＳと膜厚検出手段３７の出力を基に、最適な放電電荷量の目標値を設定する放電電荷量設定手段３９とを備えている。

ここで、帯電ロール３は、ステンレス等の金属からなる芯金３ａの表面に、抵抗値が所定の値に調整された導電性の合成樹脂や合成ゴム等からなる導電層３ｂを被覆して構成されたものであり、必要に応じて、導電層３ｂの表面に離型層が形成されている。そして、芯金３ａに高圧電源３０ａより、例えば、直流電圧が重畳された交流電圧を印加することによって、帯電ロール３と感光体ドラム２との間の微小ギャップにおいてギャップ放電を発生させ、当該放電によって感光体ドラム２の表面を帯電するようになっている。なお、本実施の形態においては、接触式の帯電ロール３を例示したが、本発明はこのような接触式の帯電ロール３に限定されるものではなく、非接触式の帯電ロールにおいても適用可能である。

この帯電ロールに印加する電圧としては、例えば、直流電圧が感光体ドラム２の帯電電位と略等しいＤＣ７００〜８００Ｖ程度、交流電圧が１．５〜２．０ｋＶ、周波数が１．３ｋＨｚ程度に設定されている。これにより、帯電ロール３には、ギャップ放電時、直流成分に交流成分が重畳された交流電流Ｉａｃが流れるようになっている。

また、放電電荷量検出手段３５は、高圧電源３０ａを介して、帯電ロール３に流れる交流電流Ｉａｃを検出し、当該交流電流Ｉａｃに基づいて、感光体ドラム２と帯電ロール３との間の放電電荷量を算出するようになっている。

すなわち、本実施の形態に係る放電電荷量検出手段３５は、放電電荷量を検出するための特別なセンサを何ら付加することなく、ギャップ放電の際の放電電荷量を容易に検出できるように構成されており、これにより、部品点数の削減や、小型化及びコストダウンを可能としている。

さらに、汚損グレード設定手段３３は、感光体ドラム２の履歴情報に基づき、帯電ロール３の汚損状況に応じた汚損グレードを設定するようになっている。ここで、帯電ロール３の汚損グレードは、感光体ドラム２の累積帯電履歴に応じて設定されるものであり、実質的には、累積プリント枚数や感光体の累積回転数に応じて設定されるものである。そこで、感光体ドラム２の履歴情報としては、例えば、従来公知のプリント枚数カウンタや、感光体ドラム２の累積回転数カウンタの計測結果を用いることができる。

すなわち、本実施の形態に係る汚損グレード設定手段３３においても、何ら新たなセンサを設けることなく、帯電ロール３の汚損グレードが設定されるようになっている。

さらに、放電電荷量設定手段３９は、帯電不良による白点が消失する放電電荷量の下限値、すなわち、白点状の画像欠陥が発生しない放電電荷量の下限値を、環境に応じて設定するものである。なお、環境センサＳとしては、従来公知の温度／湿度センサを用いることができる。

なお、これらの各構成手段の制御機能は、装置コントーローラＣＲを流用して実現してもよいし、当然に、専用のコントローラを設けて実現してもよい。

次に、上述のように構成した各構成手段の具体的な内容及び作用について、図３〜図７を参照して説明する。

まず、本発明に係る膜厚検出手段３７の構成及び作用について、図３の機能ブロック図を参照して説明する。

図３に示されるように、本発明に係る膜厚検出手段３７は、環境センサＳと、汚損グレード設定手段３３と、放電電荷量検出手段３５の出力に基づき、感光体ドラム２の膜厚を算出するように構成されている。

膜厚を算出するにあたって、本実施の形態に係る画像形成装置においては、図４に示されるような、帯電ロール３の汚損グレードごとに、放電電荷量と感光体膜厚との相関を求めた膜厚データベース（例えば、テーブル、若しくはグラフ）を備えている。

この膜厚データべースは、所定の使用範囲（例えば、ＡＣ１．５〜２．５ｋＶ）内における規定の交流電圧／電流を印加した際の放電電荷量と感光体膜厚との関係を、汚損グレード及び所定の使用環境（温度／湿度）範囲ごとに求めたものである。具体的には、基準となる規定電圧Ｖ₀に対して、放電電荷量と感光体膜厚との関係を、汚損グレード及び所定の使用環境（温度／湿度）範囲ごとに求めたものであり、例えば、図４に示される関係は、規定電圧Ｖ₀：ＡＣ１．５ｋＶ、温度：２０℃、湿度：４０％の時の汚損グレード（本例では、汚損グレード１，３，５）ごとに、放電電荷量と感光体膜厚との関係を求めたものである。

膜厚を検出する際には、まず、帯電制御手段３０を構成する電源コントローラ３０ｂを介して、交圧電源３０ａから、上述した膜厚データベースの基準となる規定の電圧／電流（本例では、規定電圧Ｖ₀：１．５ｋＶ）を帯電ロール３に印加する。

そして、この規定電圧Ｖ₀を印加した際に、感光体ドラム２と帯電ロール３との間に発生する放電電荷量Ｑ₀を放電電荷量検出手段３５により検出すると共に、環境センサＳにより周囲温度／湿度を測定し、併せて、汚損グレード設定手段３３により、例えば、図５に示されるような感光体ドラム２の履歴情報を参照して、帯電ロール３の汚損グレードを設定する。なお、図５において、帯電ロール３の汚損グレードは、累積プリント枚数が増大するほど汚損グレードの数値が大きくなり、帯電ロール３の汚損が進んでいる（その抵抗値が増大している）ことを示す。

また、図５では、感光体ドラム２の履歴情報の一例である累積プリント枚数に応じて、帯電ロール３の汚損グレードを間接的に設定しているが、例えば、感光体ドラム２の累積回転数に応じて汚損グレードを設定してもよい。また、従来公知の光学センサを用いて帯電ロール３の表面に光を照射して、その反射率を直接測定することにより、直接的に帯電ロール３の汚損グレードを設定してもよい。

次に、膜厚検出手段３７は、汚損グレード設定手段３３及び環境センサＳの検出結果、並びに放電電荷量Ｑ₀に基づき、使用状態により変化する帯電ロール３の汚損グレード及び周囲環境温度／湿度に応じた感光体膜厚を、上述した放電電荷量と感光体膜厚との関係データベース（図４）を参照することにより検出し、若しくは、このデータベースを基に、補間法等の簡易な演算により適宜算出する。

このように本実施の形態に係る膜厚検出手段３７によれば、膜厚データベースに対応した規定電圧Ｖ₀に基づく、放電電荷量Ｑ₀により膜厚検出を行うことで、従来のように、膜厚検出のための検知サイクルを別途設ける必要がなく、帯電制御時における放電電荷量の測定の際に併せて膜厚検出を行うことができ、感光体へのストレスを低減し、感光体の長寿命化が可能となる。併せて、膜厚検出のための膜厚検知サンサを特に設ける必要がないので、部品点数の削減による小型化、低コスト化が可能となる。

次に、上述のように検出した感光体膜厚に基づいた帯電ロールの帯電制御について、図６のフローチャートを参照してステップごとに説明する。

Ｓ１：まず、膜厚検出手段３７により、使用状態における感光体ドラム２の膜厚を検出し、環境センサＳにより、そのときの周囲温度／湿度を検出する。

なお、本実施の形態においては、上述のように、膜厚検出手段３７を用いて膜厚検出を行っているが、当然に、別途、従来公知の膜厚センサや膜厚検知サイクルを設けて、感光体ドラム２の膜厚を検出してもよい。

Ｓ２：次に、膜厚検出手段３７及び環境センサＳの検出結果に基づき、放電電荷量設定手段３９により、放電電荷量の目標値を設定する。ここで、放電電荷量の目標値は、以下のような関係に基づいて設定する。

一般に、感光体ドラム２にストレスを加えずに、その長寿命化を図り、かつ、帯電不足による帯電不良を防止するための最適な目標放電電荷量Ｑｐは、感光体膜厚に応じて変化する。具体的には、図７に示されるように、感光体膜厚が所定の厚さ（本例では、約２５μｍ）となるまでは、最適な目標放電電荷量Ｑｐは、略一定値（本例では、約５０μＣ）であり、所定の厚さ以下になると、最適な目標放電電荷量Ｑｐは、感光体膜厚の減少量とほぼ比例して、増大していく傾向にある。

ここで、図７は、温度：２０℃、湿度：４０％、許容膜厚範囲（感光体ドラム２が使用可能な膜厚範囲）：約１５〜４０μｍの条件で、感光体膜厚と目標放電電荷量Ｑｐとの関係を求めた例である。そして、このような関係は、周囲環境によって変化し、具体的には、周囲温度／湿度が増大すると、図７の折れ線Ｌが、ほぼ下方に平行移動する。

そこで、本実施の形態に係る放電電荷量設定手段３９は、このような目標放電電荷量Ｑｐと膜厚との関係を適当な周囲温度／湿度範囲ごとに求めた放電電荷量データベースを備えており、膜厚検出手段３７により検出した膜厚と、環境センサＳにより検出した周囲温度／湿度より、この放電電荷量データベースを参照して、最適な目標放電電荷量Ｑｐを適宜設定若しくは、補間法等により算出するようになっている。これにより、感光体ドラム２へのストレスを軽減して長寿命化を図ると共に、帯電不良を防止する目標放電電荷量Ｑｐを使用状態に応じて最適に設定することが可能となる。

なお、目標放電電荷量Ｑｐの設定に当っては、前述したように感光体膜厚が規定値（本例では、約２５μｍ）となるまでは、最適な目標放電電荷量Ｑｐは、略一定値（本例では、約５０μＣ）となる（図７参照）ため、演算処理を簡略化してＣＰＵの負担軽減を図るという観点から、膜厚検出手段３７により検出（算出）された膜厚が、規定値（本例では、約２５μｍ）を超えている場合には、放電電荷量設定手段３９により所定の一定値（例えば、約５０μＣ）を設定し、膜厚検出手段３７により検出（算出）された膜厚が、上記規定値以下の場合のみ、演算にて膜厚を算出するように構成してもよい。

Ｓ３：次に、使用範囲内（例えば、本例では、ＡＣ１．５〜２．５ｋＶ）で、任意の交流電圧を電源コントローラ３０ｂ及び高圧電源３０ａにより、帯電ロール３に印加する。

Ｓ４：この時の放電電荷量Ｑを放電電荷量検出手段３５により測定する。

Ｓ５：測定した放電電荷量Ｑと、目標放電電荷量Ｑｐとを比較し、放電電荷量Ｑが、目標放電電荷量Ｑｐに達していない場合には、交流バイアス電圧を増大し、目標放電電荷量Ｑｐを超えている場合には、交流バイアス電圧を減少させる。そして、このようなステップを放電電荷量Ｑが、目標放電電荷量Ｑｐに一致して収束するまで繰り返す。

Ｓ６：放電電荷量Ｑが目標放電電荷量Ｑｐと一致した時点で、画像形成をスタートさせる。

このように構成した本実施の形態に係る帯電制御方法によれば、使用状態に応じた感光体ドラム２の膜厚及び周囲環境の変化に基づき、放電電荷量の目標値Ｑｐを算出し、この目標値Ｑｐとなるように、帯電ロール３に印加するバイアス電圧／電流を制御するので、帯電ロール３の汚損状況を加味した環境変化に応じた最適な放電電荷量を実現し、感光体ドラム２の長寿命化と画像欠陥の防止とを両立する最適なバイアス電圧／電流を使用環境に応じて供給することが可能となり、併せて、感光体磨耗が進むことによる偏磨耗による濃度ムラを抑制することが可能となる。

なお、本実施の形態においては、膜厚及び目標放電電荷量の算出に当って、関連データベースを参照することにより、それぞれを算出設定したが、膜厚及び目標放電電荷量の変化要因の相関関係について、所定の関係式（関数）が設定できる場合には、当然に、この関係式に基づいて、膜厚及び目標放電電荷量を算出してもよい。

本発明に係る画像形成装置の一実施の形態を示す概略構成図である。 本発明に係る帯電制御の構成を模式的に示すブロック図である。 本発明に係る膜厚検出の構成及び作用を示す機能ブロック図である。 所定の環境における放電電荷量と感光体膜厚との関係を示す図である。 感光体履歴情報の一例である累積プリント枚数と、帯電ロールの汚損グレードとの関係を示す図である。 本発明に係る帯電制御の内容を示すフローチャートである。 所定の環境における感光体膜厚と目標放電電荷量との関係を示す図である。

符号の説明

１Ｙ-１Ｋ：画像形成ユニット、２Ｙ-２Ｋ：感光体ドラム、３Ｙ-３Ｋ：帯電ロール、３ａ：芯金、３ｂ：導電層、４Ｙ-４Ｋ：露光装置、５Ｙ-５Ｋ：現像装置、６Ｙ-６Ｋ：一次転写ロール、７Ｙ-７Ｋ：ドラムクリーニング装置、８Ｙ-８Ｋ：除電装置、９：中間転写ベルト、１０Ｙ-１０Ｋ：トナーカートリッジ、１２：二次転写ロール、１４：ベルトクリーニング装置、１５：定着装置、１７：給紙カセット、１８：記録用紙、３０：帯電制御手段、３０ａ：高圧電源、３０ｂ：電源コントローラ、３３：汚損グレード設定手段、３５：放電電荷量検出手段、３７：膜厚検出手段、３９：放電電荷量設定手段、１００：画像形成装置、ＣＲ：装置コントーローラ、Ｑｐ：目標放電電荷量、Ｓ：環境センサ、Ｖ₀：規定電圧

Claims (6)

1. その表面に静電潜像が形成される感光体層が被膜された感光体と、直流電圧／電流に交流電圧／電流を重畳したバイアス電圧／電流が印加され、前記感光体を所定の電位に帯電する帯電ロールとを有する画像形成装置において、
   前記感光体と帯電ロールとの間に生じる放電の電荷量を検出する放電電荷量検出手段と、
   前記感光体の感光体層の膜厚を検出する膜厚検出手段と、
   装置内の温度及び湿度を検出する環境検出手段と、
   前記膜厚検出手段及び環境検出手段の検出結果に基づいて、所定の放電電荷量を設定する放電電荷量設定手段と、
   前記放電電荷量が、前記放電電荷量設定手段により設定された所定の放電電荷量となるように、前記帯電ロールへの交流印加電圧／電流を変更制御する帯電制御手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記帯電ロールの汚損レベルを設定する汚損グレード設定手段をさらに備え、
   前記膜厚検出手段は、前記環境検出手段、放電電荷量検出手段及び汚損グレード設定手段の出力に基づいて、当該出力条件における感光体の膜厚を検出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記汚損グレード設定手段は、前記感光体の履歴情報に基づき前記帯電ロールの汚損グレードを設定することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記放電電荷量設定手段は、前記膜厚検出手段により検出された膜厚が規定値以下の場合には、前記目標放電電荷量を演算により算出すると共に、前記膜厚検出手段により検出された膜厚が規定値を超えている場合には、前記目標放電電荷量を所定の値に設定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. その表面に静電潜像が形成される感光体層が被膜された感光体と、直流電圧／電流に交流電圧／電流を重畳したバイアス電圧／電流が印加され、該感光体を所定の電位に帯電する帯電ロールとを用い、
   前記感光体の履歴情報に基づき、前記帯電ロールの汚損グレードを設定し、
   所定のバイアス電圧／電流を前記帯電ロールに印加したときの、前記感光体と該帯電ロールとの間に生じる放電の電荷量、周囲温度及び湿度を測定し、
   これらの測定結果及び前記汚損グレードに基づいて、前記感光体の膜厚を検出することを特徴とする感光体の膜厚検出方法。
6. 請求項５に記載の膜厚検出方法により、感光体の膜厚、周囲温度及び湿度を検出し、
   この膜厚、周囲温度及び湿度の検出結果に基づき、放電電荷量の目標値を設定し、
   前記感光体と帯電ロールとの間に生じる放電の電荷量が前記目標値となるように、帯電ロールに印加するバイアス電圧／電流を制御することを特徴とする帯電ロールの帯電制御方法。

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