JP2007108444A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像領域における感光体の表面電位を正確に知ることのできる画像形成装置を実現する。
【解決手段】感光体の表面電位の暗減衰曲線が、ａを既知とするＶ（ｔ）＝（Ｖ０＋ａ）ｅｘｐ（−ｂ−ｃｔ）で表されるとし、帯電してから時間ＳＰ１・ＳＰ２が経過した２箇所で測定したＶ０１・Ｖ０２を用いてｂおよびｃを求めて、暗減衰曲線を決定する。これにより、帯電してから現像領域に達する時間ｔｄｅｖにおける表面電位Ｖｄｅｖを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置における感光体の電気特性の測定に関するものである。

近年、電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置に対して、高速機対応の要求が強くなっているため、長寿命の感光体を搭載する必要性が生じている。感光体を長寿命にするためには、感光体膜厚を大きくして、膜減りに対して余裕を持たせる。しかし、それにより、感光体の帯電特性の環境依存性が大きくなって、感度変化がより大きくなるという問題が起こる。また、膜減りに対する感度補正も困難になる。従って、感光体の劣化の程度に対応して正確な帯電補正や現像バイアス補正を行う技術が重要になっている。

特許文献１には、感光体疲労により感光体の帯電量が減少することに対して、感光体の帯電電位を所定位置で検知し、この帯電電位が許容誤差を越えてずれている場合には、帯電チャージャによる感光体の帯電量を変更することが記載されている。このとき、感光体ドラム電位の減衰特性は図７で示されるとしている。この図において、露光後、時間ｔ０（トランジエントタイム）が経過した時点で電位は安定し、Ｖ０（明）電位に達するとされている。この場合には、電位検知が露光後、時間Ｌ０／Ｖで行われる（ただし、Ｌ０：露光位置と電位検知位置との間の距離、Ｖ：感光体ドラムの回転速度）と、検知電位Ｖ０’と明電位Ｖ０とにずれが生じる。そのため、露光後、電位検知位置で感光体ドラムを停止させてから電位検知を行ったり、明電位となる点に電位検知手段を設けるなどして、検知電位Ｖ０’が明電位Ｖ０を示すようにしている。そして、検知電位Ｖ０’が基準値に対して許容誤差αの範囲内にあるか否かを判断して、上記帯電チャージャによる帯電量の変更を行うか否かを決定する。

特許文献２には、帯電直後の感光体上の初期表面電位をＶ_０、帯電後、時間ｔで測定した感光体の表面電位をＶ（ｔ）とすると、
Ｖ_０＝Ｖ_ＧＲＩＤ＋Ａ
Ｖ（ｔ）＝Ｖ_０＋（Ｂ_０＋Ｂ_１Ｖ_ＧＲＩＤ）ｔ^１／４
が成り立つことが記載されている。ただし、Ｖ_ＧＲＩＤは帯電コロナ発生器のグリッド上での電圧、Ａは帯電装置および感光体表面電圧間の関係によって定められるシステム利得パラメータ、Ｂ_０は感光体に対する暗減衰率のフィールド独立成分、Ｂ_１は感光体に対する暗減衰率のフィールド依存成分である。この関係を図示したのが図８である。これにより、Ｖ_ＧＲＩＤに対応したＶ（ｔ）が分るとともに、望ましいＶ（ｔ）とするためのＶ_ＧＲＩＤを決定することができるとしている。

また、特許文献３には、帯電装置への高圧印加時間を積算することにより感光体の寿命を検知することが記載されており、これは、これまでの製品において実施されている技術の１つである。
特開平１−２４４４７８号公報（１９８９（平成１）年９月２８日公開） 特開平６−５９５６０号公報（１９９４（平成６）年３月４日公開） 特開平５−２２４４８２号公報（１９９３（平成５）年９月３日公開） 「電子写真技術の基礎と応用」,電子写真学会編,コロナ社, １９８８年６月発行,第９４頁〜第９７頁

しかしながら、上記従来技術のいずれにおいても、帯電した感光体が現像領域でいかなる表面電位となるかの正確な値を知ることはできない。

特許文献１には所定位置で感光体の帯電電位を検知して帯電チャージャの出力にフィードバックすることが記載されているが、現像領域でどのような帯電電位になっているかについての記載はない。

特許文献２には、暗減衰によるＶ（ｔ）の変化が時間の１／４乗の関数になっていることが記載されているが、理論的にはｅｘｐ（−ｋｔ）の関数であるので、正しい暗減衰曲線を表していない。また、帯電コロナ発生器直下の感光体の表面電位であるＶ_０は、図８のように直線で表されるものではない上、感光体の寿命で変動するものである。さらには、帯電コロナ発生器直下の感光体の表面電位は式で求められるものを用い、それを除く感光体の表面電位を１点しか測定せずに暗減衰曲線を求めているので、暗減衰曲線を正確にプロットすることができない。従って、特許文献２の技術によっても、現像領域における感光体の表面電位を正確に知ることはできない。

特許文献３には現像領域における感光体の表面電位を求める技術は開示されていない。

このように、従来の技術では現像領域における感光体の正確な表面電位を知ることができないので、感光体のライフに応じた適切な帯電電圧や現像バイアスなどのプロセス条件を設定することができないという問題があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、現像領域における感光体の表面電位を正確に知ることのできる画像形成装置を実現することにある。

本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、帯電器による帯電から時間ｔ後の感光体の表面電位をＶ（ｔ）、上記感光体の使用初期の上記帯電器のグリッド電圧をＶ０、上記感光体の使用開始からの回転時間に応じた上記帯電器の既知のグリッド電圧補正値をａ、上記感光体の使用時間に応じた定数をｂおよびｃとして、上記感光体の表面電位の暗減衰曲線を、Ｖ（ｔ）＝（Ｖ０＋ａ）ｅｘｐ（−ｂ−ｃｔ）で表し、上記帯電器直下以外における上記感光体の上記Ｖ（ｔ）を測定することにより、上記ｂおよびｃを求めて上記暗減衰曲線を決定し、決定した上記暗減衰曲線から、現像領域における上記Ｖ（ｔ）を求めることを特徴としている。

上記の発明によれば、暗減衰曲線をＶ（ｔ）＝（Ｖ０＋ａ）ｅｘｐ（−ｂ−ｃｔ）で表し、Ｖ（ｔ）を測定することでｂおよびｃを求めて暗減衰曲線を決定する。このとき、測定箇所に、帯電器直下の感光体の表面を含めないようにする。すなわち、帯電器直下以外の感光体表面の少なくとも２箇所に対応するｔについて表面電位を測定して暗減衰曲線を決定する。従って、暗減衰曲線の式として正しいものを用い、正確にパラメータを決定するので、現像領域におけるＶ（ｔ）も正確に求めることができる。

以上により、現像領域における感光体の表面電位を正確に知ることのできる画像形成装置を実現することができるという効果を奏する。

本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記Ｖ（ｔ）を測定する箇所に、上記現像領域よりも上記感光体の回転方向下流側の箇所が含まれていることを特徴としている。

上記の発明によれば、Ｖ（ｔ）として、現像領域を通過した感光体表面の電位が含まれ、画像形成装置に現像槽が装着されている状態でもＶ（ｔ）を測定することができる。従って、画像形成装置の機内スペースの関係から帯電−現像プロセス間で２つの電位計を設置できない場合でも、実際の画像形成時に近い感光体の表面電位を測定することができるという効果を奏する。

本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、求めた上記現像領域における上記Ｖ（ｔ）に応じて決定する新たなプロセス条件として、大きさが上記現像領域における上記Ｖ（ｔ）の大きさよりも小さく、上記現像領域における上記Ｖ（ｔ）との差が１００Ｖ〜２００Ｖの範囲内にある現像バイアスを設定することを特徴としている。

上記の発明によれば、求めた現像領域におけるＶ（ｔ）に対して、現像に二成分現像剤を用いる場合の、ベタ画像の濃度不足やキャリア上がり、および現像かぶりを防止することのできる現像バイアス条件を、新たなプロセス条件して設定することができるという効果を奏する。

本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記Ｖ（ｔ）を測定する表面電位センサを１つ用い、上記感光体の周速を複数通りに変化させることにより、複数の上記ｔについて１箇所で上記Ｖ（ｔ）を測定することを特徴としている。

上記の発明によれば、１つの表面電位センサを用いて複数箇所に相当するＶ（ｔ）を測定することができるので、表面電位センサの数を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の画像形成装置は、以上のように、上記感光体の表面電位の暗減衰曲線を、Ｖ（ｔ）＝（Ｖ０＋ａ）ｅｘｐ（−ｂ−ｃｔ）で表し、上記帯電器直下の感光体以外における上記Ｖ（ｔ）を測定することにより、上記ｂおよびｃを求めて上記暗減衰曲線を決定し、決定した上記暗減衰曲線から、現像領域における上記Ｖ（ｔ）を求める。

それゆえ、現像領域における感光体の表面電位を正確に知ることのできる画像形成装置を実現することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態について図１ないし図６に基づいて説明すると以下の通りである。

図２に、本実施の形態に係る画像形成装置の感光体付近の構成を示す。

この画像形成装置は、感光体ドラム１、帯電器２、現像槽３、および電位計４・５を備えている。感光体ドラム１は外周に有機感光体からなる感光体を備えており、矢印方向に回転駆動される。帯電器２はコロナ帯電器であり、感光体ドラム１の感光体を帯電させる。現像槽３はトナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いて、感光体上に形成された静電潜像を現像する。電位計４・５は表面電位センサであり、感光体ドラム１の周辺の、帯電器２と現像槽３との間に設けられている。電位計４は感光体ドラム１の回転方向上流側に、電位計５は感光体ドラム１の回転方向下流側に設けられており、それぞれ、感光体の表面電位を測定する。

なお、図示しないが、この他に帯電器２により帯電した感光体の表面に静電潜像を形成するための露光を行う露光装置、現像槽３によって現像されたトナー像を記録用紙や転写ベルトに転写する転写装置、転写後に感光体表面に残ったトナーをクリーニングするクリーニング装置、クリーニング後の感光体表面を除電する除電装置などが感光体ドラム１の周辺に設けられる。また、画像が転写された記録媒体上の画像を定着させる定着装置などが記録媒体の搬送経路上に設けられる。

本実施の形態では、感光体の表面電位の暗減衰曲線を、
Ｖ（ｔ）＝（Ｖ０＋ａ）ｅｘｐ（−ｂ−ｃｔ） （１）
で表す。
ここで、
Ｖ（ｔ）：帯電器２による帯電からｔ秒後の感光体の表面電位
Ｖ０：感光体使用初期の帯電器２のグリッド電圧Ｖ_ＧＲＩＤ
ａ：感光体ドラム１（感光体）の回転時間に応じた帯電器２のグリッド電圧の補正値
ｂ：トラップ電位による影響分
ｃ：自由電子による放出係数
この暗減衰曲線は後述の図１のような曲線となり、ａ、ｂ、およびｃの値により、すなわち感光体のライフ（例えば使用開始からの回転数）により図のように異なった曲線となる。上記式（１）は、非特許文献１に記載されている次の暗減衰の理論曲線を簡易変形したものである。

Ｖ＝Ｖ_０ｅｘｐ{（−Ａ_１／α）（１−ｅ^−αｔ）−Ａ_２ｔ} （２）
（ただし、Ａ_１，Ａ_２は定数、αはトラップにある電子の寿命に関係した確率因子）
式（１）において、ａは感光体のライフに応じた値であり、表１のように予め求められている。

ａは、感光体がライフに応じて膜減りすることによる帯電電位への影響を補正するために用いられ、画像形成装置の内部のメモリに補正テーブルとして予め記憶されている。ライフが長くなるほどａの値は大きくなる。Ｖ０＋ａがライフに応じたグリッド電圧Ｖ_ＧＲＩＤとなる。

このように、ａは既知であるから、異なる少なくとも２つのｔに対応するＶ（ｔ）を測定すれば、式（１）のｂおよびｃを求めることができ、暗減衰曲線を決定することができる。本実施の形態では、電位計４・５により、２箇所の表面電位を測定する。また、この測定箇所を、測定の困難な帯電器２の直下を除く箇所とする。

次に、式（１）のｂおよびｃを求める例を説明する。

感光体ドラム１がプロセス速度で回転し、このとき、電位計４がｔ＝６３ｍｓの位置の表面電位を測定し、電位計５がｔ＝１４７ｍｓの位置の表面電位を測定するものとする。感光体が、使用初期のものと、画像形成を行った記録用紙の枚数が３００Ｋ（ライフ３００Ｋ）のものとのそれぞれについて、電位計４・５により測定した表面電位の結果を表２に示す。ライフが３００Ｋのものについては、表１からａ＝２０となる。なお、このとき、露光は行っていない。また、現像バイアスは低下させた状態にある。

これをグラフにプロットすると、図３のようになる。図３から分かるように、使用初期の感光体と、ライフが３００Ｋの感光体とでは、表面電位そのものだけでなく、電位計４による測定箇所から電位計５による測定箇所に達するまでの電位変化量が異なっている。

この測定結果を用いてｂおよびｃを求め、式（１）のパラメータを全て決定することにより決定した暗減衰曲線を図１に示す。図１において、ＳＰ１は電位計４により表面電位が測定されるｔ、Ｖ０１はその測定電位を表す。ＳＰ２は電位計５により表面電位が測定されるｔ、Ｖ０２はその測定電位を表す。実線で表される曲線が、使用初期の感光体の暗減衰曲線であり、破線で表される曲線が、３００Ｋのライフの感光体の暗減衰曲線である。２つの上記曲線のそれぞれについて、現像領域に達するｔｄｅｖにおける表面電位を求めることにより、現像領域における感光体の正確な表面電位Ｖｄｅｖを知ることができる。上記パラメータの決定および表面電位Ｖｄｅｖの算出には、画像形成装置が内部に備えるマイクロプロセッサでの演算を用いることができる。

このように、本実施の形態では、暗減衰曲線の式として式（１）という正しいものを用い、正確にパラメータを決定するので、現像領域におけるＶ（ｔ）も正確に求めることができる。電位測定箇所を帯電器３直下以外とすることによる正確なプロットも、暗減衰曲線の正確な導出に寄与している。これにより、現像領域における感光体の表面電位Ｖｄｅｖを正確に知ることのできる画像形成装置を実現することができる。

次に、こうして求めた現像領域における表面電位Ｖｄｅｖを基に、現像バイアスを設定し、新たなプロセス条件とする。ここで、使用初期の感光体と、３００Ｋのライフの感光体とのそれぞれについて、現像バイアスを何通りか変えて形成される画像の質を評価した。評価結果を表３に示す。表３においてＶｂｉａｓは現像バイアスを表す。

表３から分るように、Ｖｄｅｖ−Ｖｂｉａｓの大きさが大きくなりすぎると、ベタ画像の濃度が得られなくなり、さらにはキャリア上がりが発生し、Ｖｄｅｖ−Ｖｂｉａｓの大きさが小さくなりすぎると、トナーが過剰に感光体に付着して現像かぶりが発生することが理解できる。このような対応関係をつぶさに調べた結果、求めたＶｄｅｖに対して、大きさがＶｄｅｖの大きさよりも小さく、Ｖｄｅｖとの差｜Ｖｄｅｖ―Ｖｂｉａｓ｜が１００Ｖ〜２００Ｖの範囲内にあるＶｂｉａｓを採用するのが好ましい。

また、感光体の表面電位測定時の現像バイアスＶｂｉａｓは、キャリア上がりの発生を抑えるために、使用初期のＶｄｅｖより２００Ｖ低い値に設定する。その設定により、ライフにおいて、｜Ｖｄｅｖ―Ｖｂｉａｓ｜が小さくなってきた場合には、若干のトナーが感光体に乗ることになるが、それは後のクリーニング工程で除去することができる。

図４に、以上の暗減衰曲線の決定およびプロセス条件の設定についての処理の流れを示す。

Ｓ１で表面電位の測定処理を開始するために感光体ドラム１の１回転目の回転を行い、帯電器２により感光体表面を帯電させる。Ｓ２では、電位計４・５により表面電位Ｖ０１・Ｖ０２を測定する。Ｓ３では、感光体ドラム１に形成されて使用された感光体のこれまでの回転数を検知して、式（１）のａを求める。Ｓ４では、Ｓ３で求めたａおよびＳ２で測定したＶ０１・Ｖ０２を用いて暗減衰曲線を決定し、現像領域における感光体の表面電位Ｖｄｅｖを算出する。Ｓ５では、Ｓ４で算出された表面電位Ｖｄｅｖを基に、現像バイアスを決定して新たなプロセス条件として設定し、感光体ドラム１の２回転目から、この新たなプロセス条件による画像形成プロセスを可能とする。

なお、本実施の形態では、帯電器２と現像槽３との間に電位計４・５を設けたが、電位計の少なくとも１つを、現像像３よりも感光体ドラム１（感光体）の回転方向下流側の箇所に設ける、すなわち、Ｖ（ｔ）を測定する箇所に、現像領域よりも感光体ドラム１（感光体）の回転方向下流側の箇所が含まれるようにしてもよい。

その場合には、上述したように現像バイアスＶｂｉａｓは初期のＶｄｅｖより２００Ｖ低い値に設定し、キャリア上がりを抑えた状態をキープして測定する。そうすれば、画像形成装置に装着されている現像槽３の有無に係わらず、現像領域を通過した感光体表面の電位Ｖ（ｔ）が得ることができる。従って、画像形成装置の機内スペースの関係から帯電−現像プロセス間で２つの電位計を設置できない場合でも、実際の画像形成時に近い感光体の表面電位を測定することができる。

また、本実施の形態では、電位計を２つ設けたが、電位計を１つとすることもできる。電位計を１つ用い、例えば、感光体ドラム１（感光体）の周速を複数通りに変化させることにより、複数のｔについて１箇所でＶ（ｔ）を測定する構成が挙げられる。このようにすれば、１つの電位計を用いて複数箇所に相当するＶ（ｔ）を測定することができるので、電位計の数を抑制することができる。

また、暗減衰曲線は、感光体周辺の環境によっても変化する。

図５および図６に、環境の相違による暗減衰曲線の相違を示す。図５（ａ）・（ｂ）は、温度／湿度が２４℃／１４％である環境下のものを示し、図６（ａ）・（ｂ）は、温度／湿度が５℃／２０％である環境下のものを示している。

さらに図５（ａ）および図６（ａ）は、使用初期の感光体（初期感光体と称する）の表面電位Ｖ０１と表面電位Ｖ０２との差が露光量に応じてどのように異なるのかを示している。図５（ｂ）および図６（ｂ）は、ある程度使用した感光体（ライフ感光体と称する）の表面電位Ｖ０１と表面電位Ｖ０２との差が露光量に応じてどのように異なるのかを示している。全図において露光量を階調で表して横軸としている。図５（ａ）および図６（ａ）から分かるように、初期感光体では、露光量の違いによってもＶ０１とＶ０２との差が変化していることが分るが、この差は、図５（ｂ）および図６（ｂ）のライフ感光体では小さくなる。

そして、図５（ａ）と図６（ａ）との比較により、また、図５（ｂ）と図６（ｂ）との比較により、環境が異なれば暗減衰曲線が異なることが分かる。従って、環境が変化する場合に、予め定めた環境ごとに、表面電位Ｖ０１・Ｖ０２を測定して暗減衰曲線を決定するようにすれば、各環境に応じた正確な表面電位Ｖｄｅｖを知ることができ、それだけ適切な現像バイアスを求めることができる。

また、図５（ｂ）および図６（ｂ）から分かるように、ライフ感光体ではＶ０１とＶ０２との差が小さい。これは、感光体が膜減りすることによって、感光体中に発生したキャリアの移動距離が小さくなって感光体に対するキャリアの移動が各点で充分となり、各点間での電位差が減少するからである。従って、本実施の形態のように、２箇所以上で感光体の表面電位を測定することにより、各ｔ間の微小な差を正確に把握することができるので、暗減衰曲線をそれだけ高い精度で決定することができる。従来のように帯電器より下流側で１点しか測定しないシステムでは、このような微小な電位変化を正確に捉えることはできない。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置に好適に使用することができる。

本発明の実施形態を示すものであり、画像形成装置が用いる暗減衰曲線を示すグラフである。 本発明の実施形態を示すものであり、画像形成装置の感光体ドラム周辺の構成を示す断面図である。 感光体の表面電位の測定結果の例を示すグラフである。 図２の画像形成装置が暗減衰曲線を決定して新たなプロセス条件を設定する処理を示すフローチャートである。 （ａ）および（ｂ）は、第１の環境下における、測定した２つの表面電位の差の露光量依存性を示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、第２の環境下における、測定した２つの表面電位の差の露光量依存性を示すグラフである。 第１の従来技術における暗減衰曲線を示すグラフである。 第２の従来技術における暗減衰曲線を示すグラフである。

符号の説明

１ 感光体ドラム
２ 帯電器
３ 現像槽
４ 電位計（表面電位センサ）
５ 電位計（表面電位センサ）

Claims (4)

1. 帯電器による帯電から時間ｔ後の感光体の表面電位をＶ（ｔ）、上記感光体の使用初期の上記帯電器のグリッド電圧をＶ０、上記感光体の使用開始からの回転時間に応じた上記帯電器の既知のグリッド電圧補正値をａ、上記感光体の使用時間に応じた定数をｂおよびｃとして、上記感光体の表面電位の暗減衰曲線を、
   Ｖ（ｔ）＝（Ｖ０＋ａ）ｅｘｐ（−ｂ−ｃｔ）
   で表し、上記帯電器直下以外における上記感光体の上記Ｖ（ｔ）を測定することにより、上記ｂおよびｃを求めて上記暗減衰曲線を決定し、決定した上記暗減衰曲線から、現像領域における上記Ｖ（ｔ）を求めることを特徴とする画像形成装置。
2. 上記Ｖ（ｔ）を測定する箇所に、上記現像領域よりも上記感光体の回転方向下流側の箇所が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 求めた上記現像領域における上記Ｖ（ｔ）に応じて決定する新たなプロセス条件として、大きさが上記現像領域における上記Ｖ（ｔ）の大きさよりも小さく、上記現像領域における上記Ｖ（ｔ）との差が１００Ｖ〜２００Ｖの範囲内にある現像バイアスを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。
4. 上記Ｖ（ｔ）を測定する表面電位センサを１つ用い、上記感光体の周速を複数通りに変化させることにより、複数の上記ｔについて１箇所で上記Ｖ（ｔ）を測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。

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