JP2007171768A - 画像形成装置及び層厚算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電されて現像剤像を担持する像担持体の表面に設けられた帯電層の厚さを精度よく算出する。
【解決手段】非供給電荷量算出部１０４は、電源部が出力する総電荷量に対応する電圧値を総電荷量検出部７８から検出結果として受け入れ、電源部と帯電ロールとの間の既知の容量を容量記憶部１０２から受け入れて、電源部が出力して帯電ロールに供給されない非供給電荷量を算出し、層厚算出部１０６に対して出力する。層厚算出部１０６は、電源部が出力する総電荷量に対応する電圧値を総電荷量検出部７８から検出結果として受け入れ、非供給電荷量算出部１０４が算出した非供給電荷量を受け入れて、帯電ロールに供給される電荷量を算出する。また、層厚算出部１０６は、帯電ロールに供給される電荷量を用いて、感光層の層厚ｄを算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、帯電されて現像剤像を担持する像担持体を有する画像形成装置に関するものである。

帯電されてトナー像を担持する感光体を有する画像形成装置において、感光体の表面に形成された帯電層は、例えば帯電ロール、現像ロール及びクリーニングブレードなどが接触することによって磨耗する。この種の画像形成装置においては、感光体の帯電層が磨耗すると、出力画像の画質が低下してしまうという問題があった。この問題を解決するために、感光体を帯電する帯電ローラへの印加電圧と帯電電流を測定することにより、感光体の層の厚みを検知して、画像不良の発生を未然に防ぐことは公知である（特許文献１参照）。

特開平０５−２２３５１３号公報

しかしながら、上記従来例においては、感光体を所定の電位にするために電源が出力する電流に、感光体に供給されない電流が含まれており、感光体の層の厚みを高精度に検知することができないという問題があった。

そこで、本発明は、帯電されて現像剤像を担持する像担持体の表面に設けられた帯電層の厚さを精度よく算出することができる画像形成装置及び層厚算出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴とするところは、表面に設けられた帯電層によって現像剤像を担持する像担持体と、この像担持体を帯電する帯電装置と、この帯電装置に電荷を供給する給電手段と、この給電手段が出力する総電荷量を検出する総電荷量検出手段と、前記給電手段が出力して前記帯電装置に供給されない非供給電荷量を算出する非供給電荷量算出手段と、この非供給電荷量算出手段が算出した非供給電荷量、及び前記総電荷量検出手段が検出した総電荷量に基づいて、前記帯電層の厚さを算出する層厚算出手段とを有する画像形成装置にある。したがって、給電手段が出力して帯電装置に供給される電荷量を算出することができるので、帯電されて現像剤像を担持する像担持体の表面に設けられた帯電層の厚さを精度よく算出することができる。

好適には、前記非供給電荷量算出手段は、前記給電手段と前記帯電装置との間の容量、及び前記給電手段の出力電圧に基づいて非供給電荷量を算出する。

また、本発明の第２の特徴とするところは、帯電装置により帯電されて現像剤像を担持する像担持体の表面に設けられた帯電層の厚さを算出する層厚算出方法において、前記帯電装置に電荷を供給する給電手段が出力する総電荷量を検出し、前記給電手段が出力して前記帯電装置に供給されない非供給電荷量を算出し、検出した総電荷量及び算出した非供給電荷量に基づいて、前記帯電層の厚さを算出する層厚算出方法にある。

好適には、前記給電手段と前記帯電装置との間の容量、及び前記給電手段の出力電圧に基づいて非供給電荷量を算出する。

また、好適には、既知の互いに異なる厚さの帯電層を設けられた複数の像担持体をそれぞれ帯電するために、前記給電手段が出力する総電荷量をそれぞれ検出した結果に基づいて、非供給電荷量を算出する。

また、本発明の第３の特徴とするところは、帯電装置により帯電されて現像剤像を担持する像担持体の表面に設けられた帯電層の厚さを算出する層厚算出方法において、前記帯電装置に電荷を供給する給電手段が出力する総電荷量を検出し、前記給電手段が出力して前記帯電装置に供給されない非供給電荷量を検出し、検出した総電荷量及び非供給電荷量に基づいて、前記帯電層の厚さを算出する層厚算出方法にある。

好適には、前記像担持体を除去した状態で前記給電手段が出力する総電荷量を検出することにより非供給電荷量を検出する。

本発明によれば、帯電されて現像剤像を担持する像担持体の表面に設けられた帯電層の厚さを精度よく算出することができる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、本発明の実施形態に係る画像形成装置１０の概要が示されている。画像形成装置１０は、画像形成装置本体１２を有し、この画像形成装置本体１２内に像形成手段１４が搭載され、この画像形成装置本体１２の上部に後述する排出部１６が設けられていると共に、この画像形成装置本体１２の下部に例えば２段の給紙ユニット１８ａ，１８ｂが配置されている。さらに、画像形成装置本体１２の下方には、オプションとして着脱装着される２段の給紙ユニット１８ｃ，１８ｄが配置されている。

それぞれの給紙ユニット１８ａ〜１８ｄは、給紙ユニット本体２０と、用紙が収納される給紙カセット２２とを有する。給紙カセット２２は、給紙ユニット本体２０に対して摺動自在に装着され、正面方向（図１の右方向）に引き出される。また、給紙カセット２２の奥端近傍上部には給紙ロール２４が配置され、この給紙ロール２４の前方にリタードロール２６及びナジャーロール２８が配置されている。さらにオプションの給紙ユニット１８ｃ，１８ｄには、それぞれ対をなす送りロール３０が設けられている。

搬送路３２は、最下端の給紙ユニット１８ｄの送りロール３０から排出口３４までの用紙通路であり、この搬送路３２は、画像形成装置本体１２の裏面（図１の左側面）近傍にあって、最下端の給紙ユニット１８ｄの送りロール３０から後述する定着装置３６まで略垂直に形成されている部分を有する。この搬送路３２の定着装置３６の上流側に後述する転写装置４２と像担持体４４が配置され、さらに転写装置４２と像担持体４４の上流側にレジストロール３８が配置されている。さらに、搬送路３２の排出口３４の近傍には排出ロール４０が配置されている。

したがって、給紙ユニット１８ａ〜１８ｄの給紙カセット２２から送りロール２４により送り出された記録媒体は、リタードロール２６びナジャーロール２８により捌かれて搬送路３２に導かれ、レジストロール３８により一次停止され、タイミングをとって後述する転写装置４２と像担持体４４との間を通って現像剤像が転写され、この転写された現像剤像が定着装置３６により定着され、排出ロール４０により排出口３４から排出部１６へ排出される。

ただし、両面印刷の場合は、反転路に戻される。即ち、搬送路３０の排出ロール４０の手前は２股に別れ、その分かれた部分に切換爪４６が設けられていると共に、分かれた部分からレジストロール３８まで戻る反転路４８が形成されている。この反転路４８には搬送ロール５０ａ〜５０ｃが設けられており、両面印刷の場合には、切換爪４６が反転路４８を開く側に切り換えられ、排出ロール４０に記録媒体の後端手前がかかる時点で排出ロール４０が反転し、記録媒体が反転路４８に導かれ、レジストロール３８、転写装置４２と像担持体４４及び定着装置３６を通って排出口３４から排出部１６へ排出されるものである。

排出部１６は、画像形成装置本体に対して回動自在の傾斜部５２を有する。この傾斜部５２は、排出口部分が低く、正面方向（図１の右方向）に向けて徐々に高くなるよう傾斜しており、排出口部分を下端とし、高くなった先端を上端としている。この傾斜部５２は下端を中心に回動自在であるよう画像形成装置本体１２に支持されている。図１で２点鎖線で示すように、傾斜部５２を上方に回転して開いたときには、開放部５４が形成され、この開放部５４を介して後述するプロセスカートリッジ６４が脱着できるようにしてある。

像形成手段１４は、例えば電子写真方式のもので、感光体からなる像担持体４４と、この像担持体４４を圧接によって一様帯電する帯電ロール５６と、この帯電ロール５６により帯電された像担持体４４に、光により潜像を書き込む光書込み装置５８と、この光書込み装置５８により形成された像担持体４４の潜像を現像剤により可視化する現像装置６０と、この現像装置６０による現像剤像を用紙に転写する例えば転写ロールからなる転写装置４２と、像担持体４４に残存する現像剤をクリーニングする例えばブレードからなるクリーニング装置６２と、転写装置４２により転写された用紙上の現像剤像を用紙に定着させる例えば加圧ロールと加熱ロールとからなる定着装置３６とから構成されている。光書込み装置５８は例えば走査型のレーザ露光装置からなり、前述した給紙ユニット１８ａ〜１８ｄと平行で画像形成装置本体１２の正面近傍に配置され、現像装置６０内を横切って像担持体４４を露光する。この像担持体４４の露光位置が潜像書込み位置Ｐとなる。なお、この実施形態においては、光書込み装置５８として走査型のレーザ露光装置を用いたが、他の実施形態としてＬＥＤや面発光レーザ等を用いることができる。

プロセスカートリッジ６４は、像担持体４４、帯電ロール５６、現像装置６０及びクリーニング装置６２を一体化したものである。このプロセスカートリッジ６４は、排出部１６の傾斜部５２の直近下方に配置されており、前述したように、傾斜部５２を開いたときに形成される開放部５４を介してを脱着される。
また、プロセスカートリッジ６４は、像担持体４４、帯電ロール５６及びクリーニング装置６２が配置された像担持体帯電ユニット６６と現像装置６０が配置された現像装置ユニット６８とに着脱自在に分けられている。

また、画像形成装置本体１２の外面には、例えばタッチパネルなどのユーザインターフェイス（ＵＩ）装置７０が設けられている。ＵＩ装置７０は、ユーザによる指示などの入力を受け入れるとともに、画像形成装置１０の処理結果などを表示する。

図２において、像担持体４４、帯電ロール５６及びその周辺の詳細が示されている。
像担持体４４は、円筒状のドラム７２と、このドラム７２の外側表面に形成された感光層７４とを有する。ドラム７２は、アルミニウム等の導電体からなり、接地されている。感光層７４は、無機や有機の光導電体から構成され、帯電ロール５６から供給される電荷によって帯電する帯電層である。

帯電ロール５６は、電源部７６から供給される電荷によって像担持体４４を帯電する。電源部７６は、処理制御部８０の制御に応じて、例えば交流成分及び直流成分が重畳された電圧を帯電ロール５６に対して供給する。総電荷量検出部７８は、電源部７６が出力する総電荷量を検出し、処理制御部８０に対して出力する。処理制御部８０は、図示しないＣＰＵ及びメモリを含み、総電荷量検出部７８から入力される総電荷量を用いて感光層７４の層厚を算出（図５などを用いて後述）し、ＵＩ装置７０などに対して出力するとともに、電源部７６及び総電荷量検出部７８などの画像形成装置１０を構成する各部を制御する。また、算出された膜厚をＵＩ装置７０によって表示するようにしても良い。
容量負荷８２は、電源部７６と帯電ロール５６との間の容量負荷をまとめて示すものであり、負荷容量が予め測定されることなどにより既知となっている。

図３は、総電荷量検出部７８の詳細及びその周辺を示すブロック図である。
図３に示すように、総電荷量検出部７８は、電流電圧変換抵抗８４、極性反転部８６、積算部８８及びＡ／Ｄ変換部９０から構成される。

電流電圧変換抵抗８４は、電源部７６とグランドとの間に設けられ、電源部７６が帯電ロール５６などに対して出力する電流を電圧に変換する。極性反転部８６は、電流電圧変換抵抗８４によって生じる電圧の極性を処理制御部８０の制御に応じて反転し、積算部８８に対して出力する。積算部８８は、電流電圧変換抵抗８４によって生じる電圧を極性反転部８６を介して受け入れ、処理制御部８０の制御に応じて積算し、Ａ／Ｄ変換部９０に対して出力する。Ａ／Ｄ変換部９０は、積算部８８から入力されるアナログの電圧値をデジタル値に変換し、処理制御部８０に対して出力する。

このように、総電荷量検出部７８は、電源部７６が出力する電流に応じて電圧値を積算することにより、電源部７６が出力する総電荷量に対応する電圧値（電圧値の積算）を検出する。
なお、総電荷量検出部７８が出力する値が電源部７６の出力する総電荷量に対応する値であることを処理制御部８０が識別できるようにすることにより、総電荷量検出部７８は、電源部７６が出力する総電荷量を電流値などの他の値によって示すものにされてもよい。

次に、画像形成装置１０が感光層７４の厚さを算出する処理について説明する。
図４は、処理制御部８０が感光層７４の厚さを算出するために実行する層厚算出プログラム１００の構成を示すプログラム構成図である。
図４に示すように、層厚算出プログラム１００は、容量記憶部１０２、非供給電荷量算出部１０４及び層厚算出部１０６から構成される。
容量記憶部１０２は、既知の容量負荷８２の容量を予め記憶しており、層厚算出プログラム１００が実行されると、既知の容量を非供給電荷量算出部１０４に対して出力する。

非供給電荷量算出部１０４は、電源部７６が出力する総電荷量に対応する電圧値を総電荷量検出部７８から検出結果として受け入れ、容量負荷８２の既知の容量を容量記憶部１０２から受け入れて、電源部７６が出力して帯電ロール５６に供給されない非供給電荷量を算出し、層厚算出部１０６に対して出力するとともに非供給電荷量を記憶しておく。
また、非供給電荷量算出部１０４は、既知の互いに異なる厚さの感光層７４を設けられた例えば２つの像担持体４４ａ，４４ｂをそれぞれ帯電するために、電源部７６が出力する総電荷量を総電荷量検出部７８がそれぞれ検出した結果を用いて、非供給電荷量を算出するものであってもよい。

層厚算出部１０６は、電源部７６が出力する総電荷量に対応する電圧値を総電荷量検出部７８から検出結果として受け入れ、非供給電荷量算出部１０４が算出した非供給電荷量を受け入れて、帯電ロール５６に供給される電荷量を下式１により算出する。

Ｑ１＝Ｑ０−Ｑ２ ・・・（１）
Ｑ０：電源部７６が出力する総電荷量
Ｑ１：帯電ロール５６に供給される電荷量
Ｑ２：非供給電荷量算出部１０４が算出した非供給電荷量

また、層厚算出部１０６は、帯電ロール５６に供給される電荷量（Ｑ１）を用いて、感光層７４の層厚ｄを下式２により算出し、算出結果をＵＩ装置７０などに対して出力する。

ｄ＝ε_０・ε・ｌ・Ｄ・π・Ｖ／Ｑ１ ・・・（２）
ε_０：真空誘電率
ε：感光層７４の比誘電率
ｌ：像担持体４４の帯電有効長
Ｄ：感光層７４の直径（≒ドラム７２の外径）
Ｖ：電源部７６の印加電圧
Ｑ１：帯電ロール５６に供給される電荷量

また、層厚算出部１０６は、電源部７６が出力する総電荷量に対応する電圧値と、後述する方法で検出した非供給電荷量とを用いて感光層７４の層厚を算出するようにされてもよい。この際非供給電荷量は、予め非供給電荷量算出部１０４に記憶されている値を用いればよい。

図５は、画像形成装置１０が感光層７４の厚さを算出する処理（Ｓ１０）を示すフローチャートである。
図５に示すように、ステップ１００（Ｓ１００）において、総電荷量検出部７８は、電源部７６が出力する総電荷量Ｑ０を検出する。

ステップ１０２（Ｓ１０２）において、非供給電荷量算出部１０４は、容量負荷８２の既知容量を容量記憶部１０２から読み出す。

ステップ１０４（Ｓ１０４）において、非供給電荷量算出部１０４は、非供給電荷量Ｑ２を算出する。

ステップ１０６（Ｓ１０６）において、層厚算出部１０６は、像担持体４４の帯電電荷量（帯電ロール５６に供給される電荷量：Ｑ１）を算出する。

ステップ１０８（Ｓ１０８）において、層厚算出部１０６は、感光層７４の厚さ（層厚ｄ）を算出する。

このように、処理制御部８０は、非供給電荷量算出部１０４が算出した非供給電荷量（Ｑ２）を、電源部７６が出力する総電荷量（Ｑ０）から差し引くので、感光層７４の層厚ｄを精度よく算出することができる。

次に、感光層７４の厚さ（層厚ｄ）を算出する他の方法について説明する。
図６は、感光層７４の厚さを算出する第１の方法（Ｓ２０）を示すフローチャートである。
図６に示すように、ステップ２００（Ｓ２００）において、感光層７４の層厚が既知のｄ１であり、感光層７４の容量が既知のＣ１である像担持体４４ａを画像形成装置１０に装着することにより、総電荷量検出部７８は、電源部７６が像担持体４４ａを帯電するために出力する総電荷量Ｑａ（対応する電圧値）を検出する。

ステップ２０２（Ｓ２０２）において、感光層７４の層厚が既知のｄ２であり、感光層７４の容量が既知のＣ２である像担持体４４ｂを画像形成装置１０に装着することにより、総電荷量検出部７８は、電源部７６が像担持体４４ｂを帯電するために出力する総電荷量Ｑｂ（対応する電圧値）を検出する。

ステップ２０４（Ｓ２０４）において、非供給電荷量算出部１０４は、Ｓ２００及びＳ２０２の処理結果を用いて、例えば図７に示したグラフのように、容量Ｃ１と容量Ｃ２との差に対する総電荷量Ｑａと総電荷量Ｑｂとの差から、感光層７４の容量が０である場合の切片Ｑ２ａを非供給電荷量として算出する。

ステップ２０６（Ｓ２０６）において、層厚算出部１０６は、像担持体４４の帯電電荷量（帯電ロール５６に供給される電荷量）を算出する。

ステップ２０８（Ｓ２０８）において、層厚算出部１０６は、感光層７４の厚さ（層厚ｄ）を算出する。

また、処理制御部８０は、像担持体４４における感光層７４の容量の初期値と変動後の値との比を用いて、感光層７４の容量が０である場合の切片Ｑ２ａを算出することにより、非供給電荷量を算出するようにされてもよい。

図８は、感光層７４の厚さを算出する第２の方法（Ｓ３０）を示すフローチャートである。
図８に示すように、ステップ３００（Ｓ３００）において、総電荷量検出部７８は、電源部７６が出力する総電荷量Ｑ０を検出する。

ステップ３０２（Ｓ３０２）において、画像形成装置１０から像担持体４４を取り外す。

ステップ３０４（Ｓ３０４）において、総電荷量検出部７８は、像担持体４４を除去した状態で電源部７６が出力する総電荷量を非供給電荷量Ｑ２ｂとして検出する。

ステップ３０６（Ｓ３０６）において、層厚算出部１０６は、図９に示すように、Ｓ３００の処理で検出した総電荷量Ｑ０から、Ｓ３０４の処理で検出した総電荷量（非供給電荷量）Ｑ２ｂを差し引いて、像担持体４４の帯電電荷量（帯電ロール５６に供給される電荷量）を算出する。

ステップ３０８（Ｓ３０８）において、層厚算出部１０６は、感光層７４の厚さ（層厚ｄ）を算出する。

また、処理制御部８０は、像担持体４４が帯電した後に、極性反転部８６によって積算部８８が積算する電圧の極性を反転させることにより、像担持体４４を帯電させるために要した時間と同じ時間のリーク電流を算出し、リーク電流を差し引いた像担持体４４の帯電電荷量を算出するようにされてもよい。

本発明の実施形態に係る画像形成装置を示す側面図である。 像担持体、帯電ロール及びその周辺の詳細を示すブロック図である。 総電荷量検出部の詳細及びその周辺を示すブロック図である。 処理制御部が感光層の厚さを算出するために実行する層厚算出プログラムの構成を示すプログラム構成図である。 画像形成装置が感光層の厚さを算出する処理（Ｓ１０）を示すフローチャートである。 感光層の厚さを算出する第１の方法（Ｓ２０）を示すフローチャートである。 感光層の容量Ｃ１と容量Ｃ２との差に対する総電荷量Ｑａと総電荷量Ｑｂとの差から、感光層の容量が０である場合の切片Ｑ２ａを算出する方法を示すグラフである。 感光層の厚さを算出する第２の方法（Ｓ３０）を示すフローチャートである。 検出した総電荷量Ｑ０から非供給電荷量Ｑ２ｂを差し引いて、像担持体の帯電電荷量（帯電ロールに供給される電荷量）を算出する方法を示すグラフである。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１４ 像形成手段
４４ 像担持体
５６ 帯電ロール
７０ ＵＩ装置
７２ ドラム
７４ 感光層
７６ 電源部
７８ 総電荷量検出部
８０ 処理制御部
８２ 容量負荷
８４ 電流電圧変換抵抗
８６ 極性反転部
８８ 積算部
９０ Ａ／Ｄ変換部
１００ 層厚算出プログラム
１０２ 容量記憶部
１０４ 非供給電荷量算出部
１０６ 層厚算出部

Claims (7)

1. 表面に設けられた帯電層によって現像剤像を担持する像担持体と、この像担持体を帯電する帯電装置と、この帯電装置に電荷を供給する給電手段と、この給電手段が出力する総電荷量を検出する総電荷量検出手段と、前記給電手段が出力して前記帯電装置に供給されない非供給電荷量を算出する非供給電荷量算出手段と、この非供給電荷量算出手段が算出した非供給電荷量、及び前記総電荷量検出手段が検出した総電荷量に基づいて、前記帯電層の厚さを算出する層厚算出手段とを有する画像形成装置。
2. 前記非供給電荷量算出手段は、前記給電手段と前記帯電装置との間の容量、及び前記給電手段の出力電圧に基づいて非供給電荷量を算出する請求項１記載の画像形成装置。
3. 帯電装置により帯電されて現像剤像を担持する像担持体の表面に設けられた帯電層の厚さを算出する層厚算出方法において、前記帯電装置に電荷を供給する給電手段が出力する総電荷量を検出し、前記給電手段が出力して前記帯電装置に供給されない非供給電荷量を算出し、検出した総電荷量及び算出した非供給電荷量に基づいて、前記帯電層の厚さを算出する層厚算出方法。
4. 前記給電手段と前記帯電装置との間の容量、及び前記給電手段の出力電圧に基づいて非供給電荷量を算出する請求項３記載の層厚算出方法。
5. 既知の互いに異なる厚さの帯電層を設けられた複数の像担持体をそれぞれ帯電するために、前記給電手段が出力する総電荷量をそれぞれ検出した結果に基づいて、非供給電荷量を算出する請求項３記載の層厚算出方法。
6. 帯電装置により帯電されて現像剤像を担持する像担持体の表面に設けられた帯電層の厚さを算出する層厚算出方法において、前記帯電装置に電荷を供給する給電手段が出力する総電荷量を検出し、前記給電手段が出力して前記帯電装置に供給されない非供給電荷量を検出し、検出した総電荷量及び非供給電荷量に基づいて、前記帯電層の厚さを算出する層厚算出方法。
7. 前記像担持体を除去した状態で前記給電手段が出力する総電荷量を検出することにより非供給電荷量を検出する請求項６記載の層厚算出方法。

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