JP2008111958A - 画像形成装置および電位センサーの補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 感光体対向に、複数個電位センサーを配置した場合の電位センサー間の測定誤差補正。
【解決手段】 感光体の表面電位を検出する電位センサーを１つ以上備え、表面電位を測定する手段を備えた画像形成装置において、感光体の基体に基準電位点から、所定のタイミングで、前記基準電位から、感光体の基体に帯電極性と同じＡＣ＋ＤＣ高圧を印加する手段と、その切り替え手段とを備え、前記所定のタイミングで、感光体の基体に高圧を印加して、各電位センサー間の測定値差の補正、および、応答速度の調整機能を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、記録媒体上に画像を形成する電子写真方式の画像形成装置に関し、特に画像形成時に感光体の電位ムラ起因で発生する画像濃度ムラを解消する技術に用いる表面電位測定装置の補正方法に関する。

電子写真方式を利用する画像形成装置は、通常は導電性基体が接地される感光体と、この感光体上に帯電手段を用いて、一様に帯電され、露光装置を用いて像露光を行うことにより、静電潜像を形成する。

この潜像形成には、ＰＣ、または、複写機の画像読み取り装置により、画像形成装置に転送された画像データは、画像処理した各画素の階調デ−タを光信号に変換し、その光信号を回転するポリゴンミラ−などの光走査系で反射させてラスタ走査し、感光体表面にそのラスタした光信号を照射して、潜像を形成する露光装置が用いられている。

前記画像データに応じた画像を照射して潜像を形成し、現像手段を用いて、トナ−により顕在化した後、中間転写を介して、あるいは、直接記録体に転写した後、定着装置に搬送されて画像が形成される。

また、感光体上に形成した帯電電位、または、露光部電位を測定するために、
表面電位検知手段としての電位センサーを有する複写機、プリンタなどがある。

電子写真方式の画像形成によって、プリントされる画像の画質は、年々向上してきているが、印刷画質に近づけていくために、その濃度均一性や、画像安定性に対して、電位センサーに対しても、測定精度の向上が求められている。

従来技術の電位センサーの構成を、図２に示す。

図２は一般的な表面電位測定装置の構成を示す図である。測定の対象物体としての感光体ドラム１の表面（ターゲット）に近接した位置には、表面電位測定装置３が配置されている。

この表面電位測定装置３は、感光体ドラム１の表面に対向配置された測定電極Ｄと、この測定電極Ｄと感光体ドラム１との間に配置されたチョッピング手段である音叉型振動子（以下、フォークという）Ｃと、交流電圧を測定する測定回路Ｅと、直流電圧を測定する測定回路Ｆとから構成される。

図３は一般的な表面電位測定装置の電気的な回路構成を示す図である。測定回路Ｅは、測定電極Ｃに流れる交流電流Ｉ（ｔ）を検出する検出抵抗Ｒｓと、２段接続されたトランジスタ（ＭＯＳ型、ＮＰＮ型）の増幅回路Ｅａとから構成される。

図４は従来の表面電位測定装置とターゲットの面との位置関係を示す図である。測定電極Ｄを含むフォークＣは、ケースＧ内に収納され、ターゲットとしての感光体ドラム１の表面に対向配置されている。

そして、フォークＣの支点Ｓ側にある腕の一側面には駆動用圧電素子Ｃａが配設され、対向する他方の側面には振動検出用圧電素子Ｃｂが配設されている。

そして、図示しないフォ−ク駆動回路より、フォーク本体を基準電位として、駆動用圧電素子Ｃａに駆動信号を印加して、振動検出用圧電素子Ｃｂからの電気信号を元に、図示しない駆動信号を生成するＯＰアンプ、抵抗、コンデンサ等の多数のディスクリート部品で構成されている。

上記構成よりなり表面電位センサーは、フォ−クＣを、圧電素子等により振動させ、測定電極Ｄと感光体ドラム１の表面との間の有効な対向面積を周期的に変化させる。具体的には、フォ−クＣの片腕に取付けられた駆動用圧電素子Ｃａに方形波の駆動信号を加えて、メカニカルな振動を発生させる。

その振動を振動検出用圧電素子Ｃｂにおいて検出して電気信号に変換して帰還させる。そしてその電気信号と前記駆動信号との位相関係が或る所定値になる様に、ＯＰアンプにより駆動用圧電素子Ｃａに加える駆動信号の周波数を制御することで、フォークＣをメカニカルに共振させる方法が用いられている。

ところで、感光体表面電位には、周方向の電位ムラ、軸方向で異なる軸ムラとよばれる電位ムラが存在し、感光体１周期で見た場合には、３次元的な面ムムラが存在している。

このような大きな電位ムラは、アモルファスシリコンドラム感光体を用いた場合に発生しやすい。

アモルファスシリコン感光体を用いた場合には、高耐久性、誘電率が大きく、Ｅ−Ｖ特性のリニアリティー性に優れている面から、ＯＰＣに比べて優れた潜像形成が可能なメリットがあるにもかかわらず、逆に、電位ムラも大きいとユデメリットが存在する。

画像信号に応じた濃度を目標とおりに再現させる為には、潜像電位の面ムラを低減することが重要な課題となってきている。

上述した、感光体上に形成される電位ムラを補正制御するような方式が、これまでに数多く提案がさている。

たとえば、感光体の軸方向に電位センサーを複数個備え、感光体の表面電位を測定することにより、感光体の軸方向、または、面ムラ電位を測定した結果より、電位ムラを検知し、レーザー露光手段の露光量を調整するというような方式が提案されている。

例えば、特許文献１で提案されている方法がある。

この方法は、ドラムの回転位相を検知できるセンサーを設け、ドラム１回転の平均電位と、１回転を分割した各エリアの、平均電位との差分を計算して電位オフセット値として記憶し、各エリアのオフセト値に応じて、帯電手段、露光手段の調整を行って電位の補正を行う電位補正方法が提案されている。

しかしながら、感光対の状態、例えば、膜厚の変動や、帯電手段の劣化などによって変化する、感光体の表面電位を逐次２次元的に測定するためには、軸方向に複数個の電位センサーを配列して、表面電位を測定する必要がある。

このとき、その測定結果を元に表面電位を制御する場合、測定に用いる電位センサー間の特性差によって発生する電位測定精度の差が大変重要である。

電位センサーの測定精度は、測定電極に印加した高圧を測定した場合、図８に示す世に、０Ｖ時の測定誤差であるオフセット電位、及び、高圧電位のレベルによって、測定誤差存在し、オフセット量を調整しても、電位測定値に誤差が存在する。

また、画像形成装置で、感光体上に形成した潜像電位を測定するためには、表面電位応答速度も重要な要因となり、各電位センサーの応答速度のバラツキも、測定誤差を発生させる要因となっている。

前記電位センサーの読み取り誤差が発生する要因としては、取り付け精度、環境変動、耐久劣化などによる振動板の動作状況が変化により、図２の検知電極Ｄで受け取る信号量が変化する為である。

このような、電位センサーの読み取り精度を補正する調整方法として、下記の方法が知られている。

第１の方法として、感光体上に残電荷があっても、電位測定手段の出力直線式を正確に算出できるようにすることを目的とした発明が、特許文献２、３で提案されている。

補正制御の方法は、感光体表面を除電手段で除電し、高圧電源より感光体に既知の電圧を印加して、電位センサーで読み取ることにより経時的変化によって発生するオフセット量を検出して、電位センサーの測定値を補正するというものである。

第３に、電位センサーの測定精度、特にセンサー検出部と感光体の距離差、環境変動などの測定誤差要因を解消するために、特許文献４にしめされるようなフィードバック方の表面電位センサーも提案され、最近では、表面電位センサーの方式としてかなり広くもちられている。
特登録３０２２０４０号公報 特開平７−３１９２３７号公報 特開平７−１４０７３９号公報 特公昭６３−６１６６５号公報

上記のごとき従来技術の状況において、近年、画像均一性の目標レベルもかなり高いレベルで要求されてきており、求められる表面電位の測定精度に対する要求がかなり高くなってきている。

さらには、画像形成中において、電位制御を行うなどのダウンタイムをなくし、生産性を高上させることも求められてきているため、画像形成中に、小さな画像パターンの潜像電位を正確によみとるために高速応答性も要求されてきている。

本発明の目的は、感光体上に形成する潜像電位の面内均一性を向上させるために、ドラム表面の対抗上に複数の電位センサーを配置した場合に発生する、電位センサーの個体特性差、および取り付け位置の誤差等によって発生する測定バラツキや、応答性のバラツキによる測定誤差を補正する制御手段の提供することである。

また、特許文献２，３，４では、オフセット電位、及び、対向電位のＤＣレベルのみ補正しており、表面電位測定の動きに追従する為に、前記要因により発生する振動板の変位量の変化による、表面電の測定誤差を補正する手段を備えた、
ことを特徴とする画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成する為、請求項１に係る発明は、
感光体表面に帯電を施す帯電手段と、感光体の表面電位を検出する電位センサーを１つ以上備え、その測定電位の結果に基づいて、表面電位を制御する制御手段と、
画像形成中には、感光体の基体に基準電位点から、基準電位が与えられ感光体の表面電位を測定し、
所定のタイミングで、前記基準電位より、感光体の基体に高圧を印加する手段と、その切り替え手段とを備えた画像形成装置において、
前記所定のタイミングで、感光体の基体に高圧を印加して、電位センサー単体、または複数個間の測定値差の補正し、応答速度の調整機能を備えたことにより、
表面電位をドラム面の対抗の複数箇所で測定した場合でも、測定誤差を小さくすることができる。

感光体の表面を除電する手段、および、感光体の表面電位を検出する電位センサーをｎ個備え、その結果に基づいて感光体の表面電位を制御する制御する画像形成装置において、
感光体の表面を前記除電手段で除電し、基体に高圧電源より、ＤＣ高圧を印加して、各電位センサーで感光体の表面電位を測定し、
「ドラム基体の高圧値―電位センサーの読み取り値＝ΔＶ」としてその結果を画像形成装置内に記憶する手段を備え
前記ＤＣ高圧にＡＣ高圧を重畳した条件で感光体の表面電位を測定し、
かつ、ＡＣ電圧の振幅を測定した結果に基づいて、
複数個の電位センサーの、静電容量を変化させる振動部の振動数を補正し、
各電位センサーの応答速度を補正する手段を備えることにより、電位センサー間で測定バラツキの少ない、高精度表面電位の測定を行うことを可能とする。

本発明の電位センサーの読み取り値補正、および、電位センサーの振動板の振動数補正を実施することにより、感光体上の母線軸方向に複数の電位センサーを配置した場合でも、
各電位センサーの、取り付け精度、および尾、環境、耐久による各電位センサーの間の測定バラツキを低減することが可能となり、ドラム回転方向、または、軸方向で存在する表面電位を、より正確に測定し、表面電位制御の補正制御が正確に実施できるようになった。

（実施例１）
図１は、本発明画像形成装置の感光体周辺の概略図を示している。

図１に示される感光体の周囲には、一般的な電子写真装置の概略的な構成を示している。

帯電手段７によって、全面が帯電された感光体１は、像露光手段によって、画像信号に応じて、像露光手段８により像露光れて、潜像が形成される。

その後、現像手段１３により可視化され、さらに、中間転体１０に転写された後、最終的に紙などの被転写体に可視像が転写される。

被転写体は、その後定着装置５に搬送されて、熱、圧力を与えられてトナ−は記録媒体に定着される。

また、転写された後の、感光体上のされた転写残トナ−は、転写後のクリ−ニング手段２２で除去される。

このとき、感光体は、中間転写体１０に転写されずに残った残トナ−を、クリ−ニング手段１２で清掃し、その後、１次帯電の前に、図示しない光除電手段によって除電され、ひとつのサイクルが完了する。

前記電位検知手段３は、小型電位センサーが用いられている。

従来の電位センサーは形状が大きく、感光体の軸方向に複数個配列するようなことは不可能であったが、本発明で用いる小型デンイセンサーは、最近の半導体製造技術の進化により従来方式の電位センサーのチョッパ−部分を小型化し、□５ｍｍ程度の大きさのものである。

本発明では、このような小型電位センサーを搭載している。

但し、本発明の構成に関しては、特に電位センサーの種類に関しては何ら関係なく、軸方向で複数箇所測定可能であり、振動部に所定の周波数で駆動動信号を加えて、メカニカルな振動を発生させ、感光体と検知電極との間の空間で形成される静電容量を変化させることで表面電位を測定する方式であればかまわない。

次に、本発明の電位センサーで行う、複数の電位センサー間の電位補正方法について解説する。

本発明の画像形成装置に備えられている電位センサーの制御回路、及び、電位検出部の構成を図５に示す。

図５に示すように、本発明の画像形成装置に搭載している感光体の基体には、通常画像形成時には、基準点電位にするために接地されており、任意のタイミングで、装置内に備えている高圧電源部より、ＤＣ高圧を単独で出力し、かつ、ＡＣ高圧を重畳して印加することが可能な高圧電源が備えられている。

本発明の電位センサーを補正するタイミングは、サ−ビズＳＷにより図示しない本体装置の操作部より実行可能であり、また、図示しない本体装置内部に備えている環境センサーの測定値、あるいは、出力カウンタ−枚数に応じて任意のタイミングで実施することが可能な構成となっている。

電位センサーの補正制御動作を、図６のシ−ケンスモデル図を用いて解説する。

（１）感光体が回転開始されると、感光体の回転開始と共に、１次帯電手段１と、感光体のＣＬＮ手段１２の間に配置されている、光除電手段も同時に点灯する。

（２）その後、光除電された領域が、電位センサーに到達したタイミングより、感光体１周を８分割した位置で測定する。

（３）電位センサーで検知した値は、像形成装置内のＣＰＵを備えるコントロ−ラに送信され、Ａ／Ｄ変換された信号を、コントロ−ラ内の記憶部に記憶し、前記８点の測定点の平均値を、接地時の電位＝０Ｖに対するオフセット値として記憶する。

本画像形成装置には、図７に示すように、感光体の軸方向に５個の電位センサーが配置されており、各電位センサーの前記オフセット値が、Δｏｆｓｔ（ｎ）；ｎ＝１〜５
として、記憶部に記憶される。

（４）上記、ＯＦＳＴ電圧の測定が終了した後、感光体の基体には、図５に示すＳＷにより高圧電源から供給されるように切り替えられる。

（５）その後、高圧電源より、ＤＣにＡＣ高圧を重畳させた電位を印加する。
本画像形成措置では、ＤＣ＝５００Ｖに、Ｖｐｐ＝３０Ｖ、基準周波数 ５Ｈｚ（２００ｍｓ周期）のＡＣ高圧が重畳されている。

（６）このとき、各電位センサーの振動板の周波数は、基準の５００Ｈｚより、１０Ｈｚの範囲を、５Ｈｚのステップ間隔で、合計５段階、周波数を変更し、そのときの表面電位を測定する。

（７）振動板の周波数毎に、１０ｍｓ間隔で表面電位を測定し、その最大値、最小値を測定する。

このとき、振動板の周波数を変更した場合の、電位センサーの測定値の状況を、図１０に示す。

図１０の実線部分が、感光体の基体に印加した高圧波形であり、点線が、前記、振動板の周波数を変更した場合に、応答性に遅れが発生し、ＡＣ波形の振幅に対して追従できていない状態の電位センサーの出力波形である。

前記、振動板の周波数を変更することにより、印加した高圧波形のＶｐｐに最も近い波形が得られる周波数を選択する。

図１０に示す高圧波形と、電位センサーの測定値が近接した状況になるように、各電位センサーの振動板の周波数補正を行っている。

周波数の変更により補正を行う場合、図１０に示すように、印加したＡＣ高圧の振幅を最大とし、その内側に許容電位差、本実施例では、ΔＶ≦５Ｖとなる閾値を設けて、印加した高圧値以上の測定値にならず、内側の許容ラインに収まるように調整している。

本画像形成装置では、複数個配列された電位センサーすべてで、このＡＣ高圧の測定に対して、各電位センサー固有の周波数調整を行うことで、同等の測定ができるように補正を行っている。

各周波数に応じて電位センサーで測定した値は、コントロ−ラ内の演算部で、最大値、最小値を算出し、各周波数に対する、振幅電圧Ｖｐｐとして、ＴＢＬ化して記憶部に記憶する。

その後、前記基体に印加したＡＣ高圧のＶｐｐ＝３０Ｖにもっとも近い、周波数を前記ＴＢＬより選択し、前記５つの電位センサー毎に、振動板の周波数として選択する。

その後、ＡＣ高圧をＯＦＦし、ＤＣ高圧を単独で、２００Ｖ、７００Ｖの電圧を印加さして、そのときの表面電位を、前記５つの電位センサーで測定する。

各ＤＣ高圧値に対する、電位センサーの読み取り値を、Ｖｏ（２００）、Ｖｏ（７００）として、コントロ−ラ内の記憶部に記憶する。

その後、前記ＯＦＳＴ値を、除計し、
Ｖ（２００）＝Ｖｏ（２００Ｖ）−Ｖｏｆｓｔ、
Ｖ（７００）＝Ｖｏ（７００Ｖ）−Ｖｏｆｓｔ
とし、前記感光体の機体に印加した、既知の高圧電位ＤＣ＝２００Ｖ，７００Ｖとの差分ΔＶを、下記のように計算する。

ΔＶ（２００Ｖ）＝ＤＣ（２００）−Ｖ（２００Ｖ）
ΔＶ（５００Ｖ）＝ＤＣ（５００）−Ｖ（５００Ｖ）
上記の計算結果をもとに、感光体基体のＤＣ電位に対する、測定誤差ΔＶを、各電位センサー毎に、１次直線の関係式を算出し、記憶部に記憶する。

画像形成時には、感光体の基体の電位を接地した状態で、表面電位を測定し、前記オフセット値と、表面電位毎に応じた電位補正を加算して、画像形成時の表面電位を測定する。

上記、ＡＣ高圧を重畳させた場合のＡＣ高圧の振幅、及び、周波数、変更させる周波数のステップは、本発明の構成に限定されるものではなく、画像形成装置のプロセス速度、感光体の径、及び電位センサーの静電容量を機械的に変化させる、振動板の構成に応じて変更してかまわない。

上記の電位センサー補正制御を実施することにより、感光体の表面電位ムラに相当する、電位ムラに対して、応答できるように振動板の周波数を各電位センサー毎に調整が可能となった。

また、前記周波数の補正性制御を実施した後に、ＤＣ高圧に応じた測定誤差補正を実施することにより、より正確に表面電位のレベルによって異なる測定ばらつきをなくして測定することが可能となった。

（実施例２）
本実施形態における、画像形成装置、及び電位センサーの構成、測定回路の構成は実施例１と同様の形態である為省略する。

本発明において、実施例１とこことなる部分について、図９を用いて解説する。

実施例１では、感光体の帯電手段に、コロナ帯電手段を用いて射た為、電位センサーの測定誤差の測定、及び、応答速度の補正制御を実施する際には、別途装置内に専用の高圧電源を備える必要があった。

本発明では、図９に示すように、感光体の基体に印加する高圧電源に、接触帯電装置に用いているＡＣ＋ＤＣ高圧電源を用いることにより、コストを低減する構成にしたことを特徴とする画像形成装置。

帯電手段の高圧電源を用いることにより、専用の高圧電源を備える無駄なスペ−スや、コストの高い高圧電源を備えることなく、実施例１と同様に、電位センサーの測定誤差、及び、応答速度の補正がより容易にできる構成となった。

（その他の実施形態）
上記実施例２では、接触帯電手段の高圧を用いて、感光体の基体に、ＡＣ＋ＤＣ高圧を印加したが、帯電手段に限るものではなく、感光体上に形成した潜像電位に対して、トナ−を用いて現像する現像手段であっても問題はない。

また、本発明の実施例で用いた、電位センサーは、音叉を用いて、振動を行うことにより、感光体との間に形成した空間で形成する静電容量Ｃ＝Ａ（Ｓ／ｄ）（Ａ；：誘電率等の係数、Ｓ：面積、ｄ：感光体とセンサーの検知電極との距離）
の面積Ｓを音叉の振動により得られた電流信号を用いる方式で解説した。

本実施例は、振動子による面積変調だけでなく、前式に示す、距離ｄを振動子で変調して、静電容量の変化による電流信号を用いて測定する電位センサーの構成であっても何ら問題はない。

（産業上の利用可能性）
複写機、プリンタなどの電位写真方式の画像形成装置において、ドラム周囲に複数個電位センサーを配置し、複数の電位センサー測定ばらつきを補正し、かつ、感光体上の表面電位の電位ムラ補正制御を行う画像形成装置において実施される可能性がある。

画像形成装置の概略図。 一般的な表面電位センサーの構成。 一般的な表面電位センサーの電気回路構成。 一般的な電位センサーの振動板の構成および、検知電極測定概略図。 実施例１の画像形成装置、電位補正回路のモデル図。 電位センサーの誤差補正、及び、振動数補正時のシ−ケンスモデル図。 本発明の画像形成装置の、感光体軸方向に配列された電位センサー図。 一般的な、電位センサーの測定誤差図（オフセット、直線性）。 実施例２の画像形成装置、電位補正回路のモデル図。 振動板の周波数を変更した場合の、電位センサーの測定値の状況を示す図。

符号の説明

１ 感光体
２ ベルト
３ 電位センサー
５ 定着装置
７ 一次帯電器
８ 露光装置
１０ 転写帯電器
１２ クリーナ装置
１３ 現像ユニット
１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ 色現像装置
１４ 黒現像装置
１７，１８，１９，２０ ローラ
２１ 転写ローラ
２２ ベルトクリーナ
２３ 記録紙カセット
２４ ピックアップローラ
２５，２６ ローラ対
３６ 反射型センサー

Claims (3)

1. 感光体表面に帯電を施す帯電手段と、感光体の表面電位を検出する電位センサーを１つ以上備え、測定電位の結果に基づいて、表面電位を制御する制御手段と、
   画像形成中は、感光体の基体に基準電位点から、基準電位が与えられ感光体の表面電位を測定し、所定のタイミングで、前記基準電位から、感光体の基体に帯電極性と同じ高圧を印加する手段と、その切り替え手段とを備えた画像形成装置において、
   前記所定のタイミングで、感光体の基体に高圧を印加して、電位センサー単体、または複数個間の測定値差の補正、および、応答速度の調整機能を備えたこと、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 感光体の表面を除電する手段、および、感光体の表面電位を検出する電位センサーを１つ以上備え、その結果に基づいて感光体の表面電位を制御する制御する画像形成装置において、
   感光体の表面を前記除電手段で除電し、基体に高圧電源より、ＤＣ高圧を印加して、各電位センサーで感光体の表面電位を測定し、「ドラム基体の高圧値―電位センサーの読み取り値」としてその結果を画像形成装置内に記憶する手段を備え
   前記ＤＣ高圧にＡＣ高圧を重畳した条件で感光体の表面電位を測定し、
   その結果に基づいて、
   電位センサーが表面電位を測定して、電位センサー内に備える感光対との間に形成する空間の静電容量を変化させる振動部の周波数数を補正し、
   電位センサーの応答速度を補正する手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
3. 感光体の対向上に、ＡＣ＋ＤＣ高圧を用いて感光体を帯電する帯電手段、又は、現像を行う現像手段を備えた画像形成装置において、
   前記請求項１、２記載の、感光体の基体に、接地状態より、切り替え手段を用いて、高圧を印加する高圧印加手段が、帯電高圧、又は、現像高圧を用いて実施する特徴とする画像形成装置。

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