JP2007240961A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 感光体の表面性の耐久変化に左右されること無く、画像濃度推移を安定化させる。特にドラム上画像濃度検知手段の無い画像形成装置において有効。
【解決手段】 次式により、ドラム表面電位を補正する。
（１） Vd補正後←Vd+α＊ΔV α：暗減衰補正値
但し
ΔV＝V１―V２
Ｖ１：現像器動作時での感光体表面電位
Ｖ２：現像器停止時での感光体表面電位
（２）Vd補正後←Vd+α＊ΔV α：暗減衰補正値
（３）Vd補正後←Vd（電位制御時）-β＊ΔI（摩擦帯電）
（４）Vdc補正後←Vdc（電位制御時）-β＊ΔI（摩擦帯電）
（１）〜（４））のＶｄ，Vdc補正値は、感光体の表面性のばらつき、耐久変化、環境変化を加味したものとなり、これを使用することで、ドラム上の画像濃度安定性が図れる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置に関する。

図３に、画像形成装置の一例として、レーザービームプリンタの概略構成を示す。

感光ドラム１は、円筒状の導電基体上に感光体（光導電層）を設けたもので、図中の矢印Ｒ１方向に回転自在に軸支されている。感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿ってほぼ順に、感光ドラム１表面を帯電する帯電器（スコロトロン帯電器）２、原稿を読み取り、画像信号に基づいて感光ドラム１を露光し、静電潜像を形成する露光装置３、静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する現像装置４、現像位置近傍での感光ドラム表面電位を検知する表面電位センサ４１、感光ドラム１上に形成されたトナー像を紙等の転写材（他部材）Ｐ上に転写する転写帯電器（コロナ転写帯電器）８、トナー像が転写された転写材Ｐを感光ドラム１から分離する分離帯電器（静電分離帯電器）９、トナー像を転写した後に、感光ドラム１上に残ったトナー（残留トナー）を除去するクリーニング装置１３、感光ドラム１の残留電荷を除去する前露光ランプ３０などが配置されている。

トナー像転写後の転写材Ｐは、感光ドラム１から分離された後に定着装置１２に搬送され、ここにおいて表面のトナー像が定着され、所望のプリント画像が形成されて画像形成装置本体の外部に排出される。

イメージスキャナ部１８は、原稿ガラス台１４上に載置されている原稿１５を照明ランプ１６により走査して読み取り、光電変換素子１９によって画像情報を電気信号に変換するもので、照明ランプ１６によって走査した原稿１５からの反射光は、ミラー１７ａ、１７ｂ、１７ｃに導かれてレンズ１７ｄにより、光電変換素子１９上に結像される。この光電変換素子１９によって変換された電気信号は、Ａ／Ｄコンバータ２１によりデジタル化された後、濃度処理部２２によって画像濃度に比例した画像信号に変換される。信号は、信号発生部としてのレーザードライバ２４に送られ、画像信号に応じてレーザー発振器２０の発光を変調する。信号に応じて変調されたレーザー光Ｌは画像情報としてポリゴンミラー２８、ミラー１７ｅを介して感光ドラム１に静電潜像を書き込む。

感光ドラム１は、製造上のばらつきにより感度の良いもの、悪いものが存在する。また、耐久や画像形成装置を使用する環境変化による、感光体の感度特性の変化等によっても変化する。

これらのばらつきを吸収するために、画像形成装置内に、上述の表面電位センサ４１を設け、感光体表面電位を所望の電位に保つよう感光体表面電位制御技術が知られている。

感光体表面電位の制御方法としては、例えば、環境コントラスト制御によって設定された現像コントラスト電圧（以下Ｖcont）および、かぶり取り電圧（以下Ｖback）が得られるように、感光ドラムの表面電位、および現像DCバイアス電圧を制御する。

電位制御は、図３の1次帯電器のグリッドバイアスと現像バイアスを調整する。
より具体的には、環境コントラスト制御に基づいて目標Vcontおよび目標Vback設定される。次に、予め決められた2水準のグリッドバイアス値、300Vおよび700Vにおいて00Hデータ発光により露光された感光ドラムの暗部電位（V00）およびFFHデータ発光により露光された明部電位（Vff）が測定される。さらに、測定されたV00およびVffより、図４に示されるように、設定された上記目標Vcontおよび目標Vbackが得られるグリッドバイアス電圧値Vgtgtおよび現像バイアス電圧値Vdevtgtが算出され設定される。その後、設定されたVgtgtおよびVdevtgtにより画像形成プロセスが実行される。

また図５に電位制御シーケンスの概要を示す。

環境制御によって設定されたVcontおよび、Vbackが得られるよVgを調整して帯電電位を制御し、帯電電位にあわせてVdevを調整する。

電位補正
電位制御により目標Vcontが得られるV00電位が算出される。算出された目標のV00電位を一定に維持するために電位補正を行う。電位制御によって設定されたグリッドバイアス値、Vgtgtにおいて00Hデータ発光により露光された感光ドラムの暗部電位（V00）が測定される。測定されたV00電位と上記目標のV00電位から目標のV00電位を得るためのグリッドバイアスの補正値Vgadjを算出する。その後、設定されたVgadjにより画像形成プロセスが実行される。

図６にグリッドバイアスの補正とシーケンスの概要を示す。

本特許に関わる現象として、感光体と磁気ブラシによる摩擦帯電というものが、特許文献１に上げられている。前記従来例では、帯電器と感光体との摩擦帯電電位を測定するものである。
特開2003-156925号公報

上述の感光体表面電位の制御方法によると、感光体の感度、帯電能のばらつきや、耐久変化、環境変化等に応じて、適切な値にドラム表面電位を制御することができる。

本来感光体表面電位制御は、感光体上に現像された現像剤量が所定量になるように制御するものである。しかしながら、上述の感光体表面電位制御法は、感光体の帯電能、感度についてのみになり、ドラム表面の特性変化によるものを含まない。

特に、高耐久性を持つ感光体系においては、感光体の帯電能、感度推移だけでなく、感光体表面の特性推移にも注目する必要がある。

本出願では、現像部と感光体のニップ部の現像剤と感光体表面の相互作用に注目している。ニップ部では現像剤が感光体表面を摺擦する。感光体表面電位が摩擦帯電分によりシフトする。現像位置での感光体表面電位がシフトするため、感光体上の現像剤量もその分シフトし、感光体上の現像剤量を所定値に合わせることが出来なくなる。

この摩擦帯電性の変化は、感光体が削れない長寿命の系において顕著である。感光体表面に当接する部材が多ければ、当接部材による感光体表面の劣化。多種多様なメデイアを使用した場合にも、感光体表面の特性変化が想定される。

本発明は、上述事情に鑑みてなされたものであり、感光体表面の摩擦帯電性のばらつきに左右されることなく、また、耐久変化や環境変化に対しても短時間で感光体表面電位を所望の目標値に電位制御することのできる画像形成装置を提供することを目的とするものである。

（請求項１） 感光体表面を均一に帯電し、露光して静電潜像を形成し、該静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像した後、該トナー像を他部材に転写して画像形成を行い、転写残現像剤を像担持体から除去する画像形成装置において、
露光光を発光することにより帯電後の前記感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
前記感光体表面電位を変更する制御手段と、
前記感光体表面電位を検知する表面電位検知手段と、を備え、
前記静電潜像を現像剤により可視画像化して前記像担持体にトナー画像を形成する現像装置を備え備えると共に、
前記現像装置を動作、非動作時の感光体表面電位の差分ΔVを検知し、其の感光体表面電位の差分ΔVを、ドラム表面電位制御に反映させることを特徴とする画像形成装置。

（請求項２） 前記ドラム表面電位の差分は、ドラム表面電位Vd、VLに反映させることを特徴とする画像形成装置
Vd補正後←Vd+α＊ΔV α：暗減衰補正値
（請求項３） 前記ドラム表面電位の差分は、現像バイアスVdcに反映させることを特徴とする画像形成装置
Vd補正後←Vd+α＊ΔV α：暗減衰補正値
（請求項４） 前記現像装置は２成分現像剤をもつ画像形成装置。

（請求項５） 前記現像装置の動作と非動作は、現像剤保持部材の回転と停止によってなされることを特徴とする画像形成装置。

（請求項６） 感光体表面を均一に帯電し、露光して静電潜像を形成し、該静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像した後、該トナー像を他部材に転写して画像形成を行う画像形成装置において、
露光光を発光することにより帯電後の前記感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
前記感光体表面電位を変更する制御手段と、
前記感光体表面電位を検知する表面電位検知手段と、を備え、
前記静電潜像を現像剤により可視画像化して前記像担持体にトナー画像を形成する現像装置を備え備えると共に、
前記現像装置を動作、非動作時の転写電流差分ΔIを検知し、其の転写電流差分ΔIを、ドラム表面電位制御に反映させることを特徴とする画像形成装置。

（請求項７） 実際のVd←Vd（電位制御時）-β＊ΔI（摩擦帯電）
（請求項８） 実際のVdc←Vdc（電位制御時）-β＊ΔI（摩擦帯電）

以上説明したように、本発明によると、感光体の耐久変動などによる摩擦帯電の影響分を感光体表面電位制御に反映することができるので、感光体上の現像剤量を所定の値に制御することができる。耐久中もより精度良く感光体上の現像剤量を制御できる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。

図３に、本発明に係る画像形成装置の一例を示す。同図は、画像形成装置としてのレーザービームプリンタの概略構成を示す縦断面図である。

同図に示す画像形成装置は、ドラム型に形成された感光ドラム１を備えている。感光ドラム１は、円筒状の導電基体上に、光導電層として電子写真感光体（以下単に「感光体」という。）を設けたものであり、駆動手段（不図示）によって矢印１方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿ってほぼ順に、感光ドラム１表面を帯電する帯電器（例えば、スコロトロン帯電器）２、原稿を読み取り、画像信号に基づいて感光ドラム１を露光し、静電潜像を形成する露光装置３、静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する現像装置４、現像位置近傍での感光ドラム表面電位を検知する表面電位センサ４１、感光ドラム１上に形成されたトナー像を紙等の転写材（他部材）Ｐ上に転写する転写帯電器（例えば、コロナ転写帯電器）８、トナー像が転写された転写材Ｐを感光ドラム１から分離する分離帯電器（例えば、静電分離帯電器）９、トナー像を転写した後に、感光ドラム１上に残ったトナー（残留トナー）を除去するクリーニング装置１３、感光ドラム１の残留電荷を除去する前露光ランプ３０などが配置されている。

トナー像転写後の転写材Ｐは、感光ドラム１から分離された後に定着装置１２に搬送され、ここにおいて表面のトナー像が定着され、所望のプリント画像が形成されて画像形成装置本体の外部に排出される。

イメージスキャナ部１８は、原稿ガラス台１４上に載置されている原稿１５を照明ランプ１６により走査して読み取り、光電変換素子１９によって画像情報を電気信号に変換するもので、照明ランプ１６によって走査した原稿１５からの反射光は、ミラー１７ａ、１７ｂ、１７ｃに導かれてレンズ１７ｄにより、光電変換素子１９上に結像される。この光電変換素子１９によって変換された電気信号は、Ａ／Ｄコンバータ２１によりデジタル化された後、濃度処理部２２によって画像濃度に比例した画像信号に変換される。信号は、信号発生部としてのレーザードライバ２４に送られ、画像信号に応じてレーザー発振器２０のレーザー光Ｌの発光を変調する。信号に応じて変調されたレーザー光Ｌは画像情報としてポリゴンミラー２８、ミラー１７ｅを介して感光ドラム１に静電潜像を書き込む。

本実施の形態においては、所定時間おきに（例えば、１時間おきに）感光体表面の電位制御を行っている。これは、感光ドラム１の感光体の帯電特性（感度）、本実施例で特徴的な感光体表面性の、環境変化や経時変化による画像への影響を抑えるためである。なお、所定時間おきとは、例えば、画像形成を所定時間行うごととすることができる。

次に、現像部と感光体部の摩擦帯電による、感光体上の現像剤量が影響を受けることについて述べる。

図１のように、感光体表面とキャリアが摺擦すると、摩擦帯電により感光体表面電位Vd（帯電電位）及びVh（露光後中間調電位）、VL（明部電位）がそれぞれシフトする場合がある。図の場合は、感光体表面電位が帯電電位側にシフトしている。図１―２
両者で現像バイアスはVdcは変わらないので、図１―２の感光体表面上の現像剤量は、図１―１に比べ、減ることとなる。つまり濃度が薄くなる。特に現像γ傾きが高い中間調濃度域での濃度変化が顕著となる。（図１０）
上述の摩擦帯電性のメカニズムは、明確とはなっていない。現像剤と感光体の物性、表面形状、劣化の度合いによって、摩擦帯電性の方向(ポジかネガか)、レベルも変わってくる。

図２に感光体表面電位がキャリアとの摺擦により変化していくのを示す。

この図は縦軸が感光体表面電位、横軸が時間である。

実験条件は、感光体と現像器(キャリアのみ)を当接して、感光体表面電位を測定したものである。電位測定位置は、現像器の直下(感光体の回転方向に対して、現像器位置の下流側)である。１、初期感光体、２、耐久済みの感光体である。時間0〜2000msecは現像器は停止している。

現像器が停止している間（キャリアと感光体の摺擦が無い）ときは感光体は帯電していない。しかし、現像器を動かし始めると２の耐久品は、感光体１周ごと（この場合、約1000ｍsec）に電位の上昇が見られる。一方、１新品感光体は変化が小さいことが解る。この耐久感光体は、ある加速試験によって得られたものである。摩擦帯電量は画像形成装置の使用条件によっては、初期に対して変化しない場合や、大きく変化する場合もある。（図７）
特に、感光体は、市場の要望により感光体の長寿命化が期待されている。つまり傷や磨耗に強い必要性がある。そのため感光体表面はリフレッシュされず、常に表面性の劣化が深刻な課題となる。しかしながら、市場の要望によっては、多種多様なメデイアを使用するケースがある。そのため感光体表面は、様々なメデイアから発生する、化学物質の影響を受けやすく、感光体表面の劣化が危惧される。本実施例は、感光体表面性の変化に応じて、感光体表面電位を補正するものである。

以下に本実施例のシーケンスの1例を示す。

本シーケンスは、本体電源ONの立ち上げ時、画像形成毎などに行われる。また従来の電位制御とは独立に行い、其の都度補正値を保存し、その後の電位制御に反映させることも可能である。従来の感光体表面電位制御と組み合わせて行うことも可能である。

シーケンス1（図８参照）
本シーケンスにおいては、感光体上の現像剤が除去された感光体クリーニング通過後の感光体表面電位を測定するため、帯電、像露光、現像バイアス、前露光もOFFとする。

但し、帯電バイスを印加する場合は、現像位置での感光体電位と現像バイアスのDC成分が同電位に合わせることによっても、ΔV（摩擦帯電）を測定できる。

シーケンス２（図８参照）
この場合は、現像部の摩擦帯電がポジになる場合の例（ネガでも問題無し）である。通常、ネガ帯電性の感光体をポジ化させるのは好ましくない。それが結えに、帯電器で感光体をネガ帯電させ。現像位置でVdcになるような、帯電設定とする。

まずは、帯電を安定化させるため、前露光で除電しながら帯電を行う。現像部ではドラム電位と同様なVdcを印加し、現像器を駆動した場合と停止した場合の感光体表面電位差を測定する。

図８の様に現像モータ停止時と動作時のドラム表面電位を電位センサーでサンプリングする。其の時は、前露光をOFFし、現像部の摩擦帯電の履歴が残るようにする。

電位センサで、摩擦帯電電位差は
ΔV（摩擦帯電）＝V現像停止―V現像動作
となる。

このΔV（摩擦帯電）値を感光体表面電位制御値に反映させる。実際の現像位置での電位差分は、現像器ニップ位置と電位センサー位置までの到達時間による暗減衰分を考慮に入れて補正する必要がある。

Vd補正後←Vd+α＊ΔV α：暗減衰補正値
となる。

暗減衰補正値αは、現像―電位センサー間の距離と感光体速度によって決定される係数となる。

実施例1の場合は、感光体側のVd,VL値を補正したが、
本実施例の様に
Vdc補正後←Vdc+α＊ΔV α：暗減衰補正値
の様に現像バイアスを補正するのも良い。

もちろん実施例1、2を組み合わせ、感光体Vd,VLと現像バイアスVdcを両方補正し、感光体電位を制御するのも可である。

前述の実施例１，２では、現像ニップ部での摩擦帯電による感光体表面電位の変化を感光体周囲に配置する電位センサーで検知した。

本実施例では、摩擦帯電による感光体表面電位の変化を転写部の転写電流値を検知し、其の値で電位制御を補正することを特徴とする。実施例１，２では、電位センサーの上流位置に感光体クリーニング部材が当接してある。感光体上の、摩擦帯電により誘起された電位と現像部の電位差で、一部のトナーが感光体上に移行するが、クリーニング部で除去される。それ故、感光体の表面電位を電位センサーで測定可能であった。

一方、本実施例の場合は、感光体表面に現像剤がある場合について対応しなければならない。

図９に現像動作時と非動作時の転写部の模式図を示す。

図９の１，２ともに転写位置では、感光体表面にはかぶりトナー（トリボ無し）が存在している。それ故、電位センサーで直接、表面電位を測定するのが困難であった。

しかし、転写電流量を測定すれば、現像器動作と非動作時の感光体表面の摩擦帯電の電位が測定可能となる。図１１に本実施例の画像形成装置を説明する。

本実施例の場合は1Tr部に中間像担持体を持つ。

V（感光体表面電位）=Q（電荷量）/C（感光体静電容量）
=I（転写電流）・Δｔ（転写電流測定時間）/C（感光
体静電容量）
ΔV（摩擦帯電）＝V（感光体表面電位 現像停止時）―V（感光体表面電位
現像動作時）
＝ΔI（転写電流）・Δｔ/C
上記関係式から
電位制御の摩擦帯電分の補正として
実際のVd←Vd（電位制御時）-β＊ΔI（摩擦帯電）
βはサンプリング時間、感光体静電容量、暗減衰（現像位置―転写位置）の関係を含む係数となる。このβは、感光ドラムの材料、構成、感光体速度、現像部と転写部の位置関係などによって変わってくる。

上述内容は、Vd、VLの補正であったが、実施例２の様に
実際のVdc←Vdc（電位制御時）-β＊ΔI（摩擦帯電）
と補正しても良い。

本実施例では、摩擦帯電電位差を測定するのに、転写電流を用いた。転写部材だけでなく、例えば、帯電部材（ローラ）、ファーブラシなどにも、電流を測定する手段をもうければ、転写と同様に、摩擦電位測定を行える。

実施の形態１の摩擦帯電と濃度変動の関係の概略を示す図。 実施の形態１の摩擦帯電により感光体表面電位が推移するのを示す図。 本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す縦断面図。 従来の感光体表面電位制御に関する図。 従来の感光体表面電位制御のシーケンスに関する図。 従来の感光体表面電位制御に関する図。 感光体表面の摩擦帯電性が変動する様子を示す図。 本実施例１の感光体周囲の部材の動作シーケンスを示す図。 本実施例３において、転写部の感光体表面の状態を示す図。 感光体の耐久変化 摩擦帯電により、濃度変動が発生していることを示す図。 本実施例３の画像形成装置。

Claims (8)

1. 感光体表面を均一に帯電し、露光して静電潜像を形成し、該静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像した後、該トナー像を他部材に転写して画像形成を行い、転写残現像剤を像担持体から除去する画像形成装置において、
   露光光を発光することにより帯電後の前記感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
   前記感光体表面電位を変更する制御手段と、
   前記感光体表面電位を検知する表面電位検知手段とを備え、
   前記静電潜像を現像剤により可視画像化して前記像担持体にトナー画像を形成する現像装置を備えると共に、
   前記現像装置を動作、非動作時の感光体表面電位の差分ΔVを検知し、其の感光体表面電位の差分ΔVを、ドラム表面電位制御に反映させることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ドラム表面電位の差分は、ドラム表面電位Vd、VLに反映させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置
   Vd補正後←Vd+α＊ΔV α：暗減衰補正値
   但し
   ΔV＝V１―V２
   Ｖ１：現像器動作時での感光体表面電位
   Ｖ２：現像器停止時での感光体表面電位
3. 前記ドラム表面電位の差分は、現像バイアスVdcに反映させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置
   Vdc補正後←Vdc+α＊ΔV α：暗減衰補正値
   但し
   ΔV＝V１―V２
   Ｖ１：現像器動作時での感光体表面電位
   Ｖ２：現像器停止時での感光体表面電位
4. 前記現像装置は２成分現像剤をもつことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記現像装置の動作と非動作は、現像剤保持部材の回転と停止によってなされることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 感光体表面を均一に帯電し、露光して静電潜像を形成し、該静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像した後、該トナー像を他部材に転写して画像形成を行う画像形成装置において、
   露光光を発光することにより帯電後の前記感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
   前記感光体表面電位を変更する制御手段と、
   前記感光体表面電位を検知する表面電位検知手段とを備え、
   前記静電潜像を現像剤により可視画像化して前記像担持体にトナー画像を形成する現像装置を備えると共に、
   前記現像装置を動作、非動作時の転写電流差分ΔIを検知し、其の転写電流差分ΔIを、ドラム表面電位制御に反映させることを特徴とする画像形成装置。
7. 電位制御の摩擦帯電分の補正として
   実際のVd←Vd（電位制御時）-β＊ΔI（摩擦帯電）
   と補正することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
   但し
   ΔI＝I１―I２
   I１：現像器動作時での転写電流
   I２：現像器停止時での転写電流
   βはサンプリング時間、感光体静電容量、暗減衰（現像位置―転写位置）の関係を含む係数。
8. 電位制御の摩擦帯電分の補正として
   実際のVdc←Vdc（電位制御時）-β＊ΔI（摩擦帯電）
   と補正することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
   但し
   ΔI＝I１―I２
   I１：現像器動作時での転写電流
   I２：現像器停止時での転写電流
   βはサンプリング時間、感光体静電容量、暗減衰（現像位置―転写位置）の関係を含む係数。

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