JP2008250159A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電ローラによる非接触帯電方式を採用した画像形成装置において、高温高湿環境も含めて全ての環境で帯電ローラに印加する交流電圧を最適に設定し、高画質、長寿命の画像形成装置を実現する。
【解決手段】マゼンタ画像形成部１Ｍ、シアン画像形成部１Ｃ、イエロー画像形成部１Ｙ、及びブラック画像形成部１Ｂｋには感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄがあり、これに帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが接触する。帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄには直流電圧と交流電圧が重畳した帯電バイアスが印加される。帯電バイアスの交流電圧Ｖｐｐを順次変化させつつ感光体流れ込み電流Ｉｄｃを測定し、１回微分値ΔＩｄｃ／ΔＶｐｐが所定値以下になるときの交流電圧Ｖｐｐを最適電圧として選択する。
【選択図】図４

Description

本発明は電子写真方式の画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置において、像担持体である感光体ドラムを帯電させるのに、大別して二つの方式が存在する。その一はコロナ放電を利用した非接触帯電方式であり、その二は帯電ローラや帯電ブラシを用いる接触帯電方式である。

コロナ放電による非接触帯電方式の場合、帯電を繰り返していると感光体の表面にコロナ生成物が付着する。コロナ生成物は高湿度環境で空気中の水分子と結合しやすい。コロナ生成物に水分子が結合すると感光体の表面抵抗が下がる。その結果、「画像流れ現象」が発生する。これを避けるため、最近では帯電ローラによる接触帯電方式を採用することが一般的になっている。帯電ローラを備えた画像形成装置の例を特許文献１、２に見ることができる。
特開２００１−３１２１２３号公報 特開平１０−２３２５３４号公報

接触帯電方式の帯電ローラには、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電バイアスを印加する。交流電圧が低すぎると帯電の均一性が悪くなり、黒点または筋状のかぶりを生じることがある。逆に交流電圧が高すぎると、特に有機感光体の場合、表面の膜が劣化して削れやすくなる。そのため、交流バイアスを適切に設定しなければならない。

上記問題に対処するため、特許文献２では、帯電バイアスの印加によって帯電部材と被帯電部材との間に流れる総交流電流量を、帯電ニップ部を流れる交流電流量と微少空隙を流れる交流放電電流量とに分けて検知し、交流放電電流が所定の設定範囲内に収まるように、帯電部材に印加する交流電圧または交流電流量を制御する手法を提案している。

しかしながら特許文献２の提案する手法を実施した場合、高温高湿環境で帯電ローラと感光体の界面に水分が入り込むと、帯電ローラから感光体に注入電流が流れ、流入する交流電流量の方が交流放電電流よりも大きくなる場合がある。このようになると交流電圧が過剰に印加され、画像流れなどの画像不良が発生することがある。

また交流電流測定値は、高湿環境下では漏れ電流の影響などで測定誤差が生じる。このことにより、帯電部材に印加する交流電圧が最適値からずれ、画像不良を生じる場合がある。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、帯電ローラによる非接触帯電方式を採用した画像形成装置において、高温高湿環境も含めて全ての環境で帯電ローラに印加する交流電圧を最適に設定し、高画質、長寿命の画像形成装置を実現することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために本発明は、電子写真方式の画像形成装置であって、感光体ドラムに接触する帯電ローラに、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電バイアスを印加するものにおいて、前記帯電バイアスの交流電圧Ｖｐｐを順次変化させつつ感光体流れ込み電流Ｉｄｃを測定し、１回微分値ΔＩｄｃ／ΔＶｐｐが所定値以下になるときの交流電圧Ｖｐｐを最適電圧として選択することを特徴としている。

感光体流れ込み電流Ｉｄｃが飽和するときの交流電圧Ｖｐｐは必要且つ十分な電圧値であり、それ以上上昇させる意味はない。本発明の構成によると、１回微分の処理を行うことにより、感光体流れ込み電流Ｉｄｃが飽和する現象を鋭敏にキャッチすることができる。これにより、確実に最適電圧を設定し、高画質、長寿命の画像形成装置を実現することができる。また低温低湿環境下で交流電圧Ｖｐｐを必要最低限の値に設定することにより、帯電不良によるかぶりなどの画像不良を防止でき、感光体劣化や膜減りも防止でき、長期にわたって良好な画像が得られる。

（２）また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記１回微分値ΔＩｄｃ／ΔＶｐｐの極小値を検知できないときは画像形成動作に入らないことを特徴としている。

この構成によると、最適電圧が設定されないかぎり画像形成は行われないことになり、
交流電圧が低すぎることによるかぶりの発生や、交流電圧が高すぎることによる有機感光体の表面の膜の劣化、帯電ローラから感光体ドラムへのリークによる黒点画像発生などの問題を回避することができる。

本発明によると、帯電バイアスの交流電圧を確実に最適値に設定し、高画質、長寿命の画像形成装置を実現することができる。

本発明の実施形態を図１−５に示す。図１は画像形成装置の概略構成図、図２は部分的ブロック構成図、図３は帯電バイアスの交流電圧と感光体流れ込み電流の相関関係を示すグラフ、図４は図３の交流電圧と感光体流れ込み電流を１回微分してプロットしたグラフ、図５は最適電圧選択のフローチャートである。

図１に示す画像形成装置はタンデム型のフルカラープリンタであり、装置本体Ａの内部に４個の画像形成部を備えている。すなわちマゼンタ画像形成部１Ｍ、シアン画像形成部１Ｃ、イエロー画像形成部１Ｙ、及びブラック画像形成部１Ｂｋである。これらの画像形成部は水平方向に所定間隔でタンデム配置されている。

マゼンタ画像形成部１Ｍには、感光体ドラム２ａ、帯電ローラ３ａ、マゼンタトナーを収納した現像ユニット４ａ、転写ローラ５ａ、及びドラムクリーニングローラ６ａが設置され、また露光のための光学ユニット７ａが組み合わせられている。シアン画像形成部１Ｃには、感光体ドラム２ｂ、帯電ローラ３ｂ、シアントナーを収納した現像ユニット４ｂ、転写ローラ５ｂ、及びドラムクリーニングローラ６ｂが設置され、また露光のための光学ユニット７ｂが組み合わせられている。イエロー画像形成部１Ｙには、感光体ドラム２ｃ、帯電ローラ３ｃ、イエロートナーを収納した現像ユニット４ｃ、転写ローラ５ｃ、及びドラムクリーニングローラ６ｃが設置され、また露光のための光学ユニット７ｃが組み合わせられている。ブラック画像形成部１Ｂｋには、感光体ドラム２ｄ、帯電ローラ３ｄ、ブラックトナーを収納した現像ユニット４ｄ、転写ローラ５ｄ、及びドラムクリーニングローラ６ｄが設置され、また露光のための光学ユニット７ｄが組み合わせられている。

感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、それぞれアルミニウム製の基体の上に負帯電のＯＰＣ感光体（有機感光体）で光導電層を形成したものであり、図示しない駆動装置により、矢印方向（反時計方向）に所定の作像プロセス線速で同期回転せしめられる。

感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの表面に接触する帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄには図示しない帯電バイアス電源から直流電圧と交流電圧が重畳した帯電バイアスが印加される。印加された帯電バイアスにより、帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの表面を負極性の所定電位に均一に帯電させる。

感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの帯電表面は光学ユニット７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄによって露光される。デジタル画像処理部からの画像信号に対応して変調されたレーザ光がレーザ出力部から出力され、高速回転するポリゴンミラーから各光学ユニット７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに送られ、そこから感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの表面に照射される。回転する感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄはレーザ光により走査露光せしめられ、各色の静電潜像を形成する。デジタル画像処理部、レーザ出力部、ポリゴンミラーはいずれも図示しない。

現像ユニット４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの静電潜像に各色のトナーを付着させ、トナー像として現像する。

転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、一次転写ニップ部Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄを介して感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに向き合っている。

一次転写ニップ部Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄには中間転写ベルト８が挟まれる。中間転写ベルト８は無端ベルトであり、駆動ローラ９、二次転写対向ローラ１０、及びテンションローラ１１に巻き掛けられている。中間転写ベルト８は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデンのような誘電体樹脂のフィルムにより構成される。

一次転写ニップ部Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄで中間転写ベルト８にトナー転写を行った後、感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの表面に残留するトナーは、ドラムクリーニングローラ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄにより回収される。

二次転写対向ローラ１０は、二次転写ニップ部Ｔｅを介して二次転写ローラ１２に向き合っている。二次転写ニップ部Ｔｅには中間転写ベルト８と転写材（紙、フィルム）が挟み込まれる。

テンションローラ１１の近傍には、転写材へのトナー転写後中間転写ベルト８の表面に残留するトナーを回収するベルトクリーニング装置１３が設置される。ベルトクリーニング装置１３は、中間転写ベルト８に接触するベルトクリーニングローラ１３ａを有する。

二次転写ニップ部Ｔｅの転写材搬送方向の下流には、定着ローラ１４ａと加圧ローラ１４ｂを有する定着装置１４が設置されている。

画像形成開始信号が発せられると、所定の作像プロセス線速で回転する感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄによって帯電せしめられ、光学ユニット７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄによる露光で静電潜像が形成される。この静電潜像を、感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの帯電極性と同極性の現像バイアス電圧が印加された現像ユニット４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄがトナーで可視像化する。

感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのトナー像は、一次転写ニップ部Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄで、トナーと逆極性の一次転写バイアス電圧が印加された転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄにより、移動している中間転写ベルト８に順次一次転写される。

マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各トナー像をこの順序で重畳転写され、フルカラーのトナー像が形成された中間転写ベルト８は、そのフルカラートナー像を二次転写ニップ部Ｔｅで転写材に転写する。転写材はその後定着装置１４を通過し、トナーは熱と圧力で転写材に定着せしめられる。

モノクロ画像の場合は、ブラック画像形成部１Ｂｋにより中間転写ベルト８に形成されたブラックのトナー像のみが二次転写ニップ部Ｔｅで転写材に転写される。同様にしてブラック以外の単色画像を得ることができる。

帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに印加される帯電バイアスのうち、交流電圧は図２に示す高圧トランス２０によって印加される。高圧トランス２０は単一のものである。高圧トランス２０はＡＣ波形生成部２１からの指令を受けて所定電圧、所定周波数の交流電圧を発生する。ＡＣ波形生成部２１には中央処理部２２から指示が与えられる。中央処理部２２は上位の制御部、例えば画像形成装置全体の制御部に属する。

画像形成装置は、帯電バイアスの交流電圧Ｖｐｐを順次変化させつつ感光体流れ込み電流Ｉｄｃを測定する。その実施例を以下に示す。

（実施例１）
感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの感光体としてアモルファスシリコン感光体を用い、これを周速１４５mm／sで回転させる。アモルファスシリコン感光体はダイオード特性を持ち、表面に正電荷を帯びるとアルミニウム製基体との界面に形成されたＰ＋層で負電荷の注入を阻止する。これにより、ＳｉＣ層表面に正電荷が保持される。アモルファスシリコン感光体の表面が負電荷を帯びると、Ｐ＋層を通じて正電荷が流入し、ＳｉＣ層まで到達する。高電界であるため、正電荷は表面の負電荷と結合し、互いに消滅する。

帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにはイオン系導電剤を用いた。帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにはブラシクリーナーを接触させ、ローラ表面に付着するトナー外添剤や紙粉を除去してローラの長寿命化を図った。帯電バイアスは直流電圧に交流電圧を重畳した交流バイアス制御で制御される。

現像ユニット４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの現像方式は１成分ジャンピング現像とした。トナーはスチレンアクリル系の粉砕トナーで、アモルファスシリコン感光体の表面研磨剤として酸化チタンが外添され、また帯電制御剤として複数種のシリカが外添されている。現像バイアス電圧は直流電圧に周波数２．６ｋＨｚ、Peak-to-Peak電圧１．４ｋＶｐｐ、デューティ比６０％の交流電圧を重畳した。

転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄには抵抗値１０⁷〜１０^7.5ΩのＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）を用いた。

定着装置１４には熱ローラ定着方式を採用した。定着ローラ１４ａは肉厚０．７mmのアルミニウムシリンダに３０μｍのＰＦＡ（４フッ化エチレン樹脂）コートを施した。加圧ローラ１４ｂはＰＦＡチューブを被覆したシリコンゴムローラで構成した。定着装置１４の温度検知手段としては、通紙域の中央に非接触サーミスタ、非通紙域に接触サーミスタを設けた。

クリーニング装置としてはブレードクリーニング方式を採用した。

帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにはエピクロルヒドリンを含むイオン系導電材料に表面処理を施した構成のものを用いた。

画像形成に先立って、帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに印加する帯電バイアスの最適化を行う。それには、予め準備した環境テーブルに交流電圧の基準値を記憶させておく。この基準値は必要最小限の交流電圧付近の値である。次にこの基準値を上回る複数段階の電圧Ｖｐｐと、基準値を下回る複数段階の電圧Ｖｐｐに交流電圧を変化させ、その電圧に対応する感光体流れ込み電流Ｉｄｃを記憶する。対応するＶｐｐとＩｄｃをプロットすると、図３に示すＶｐｐ−Ｉｄｃ曲線が描かれる。

図３のＩｄｃをＶｐｐで１回微分し、１回微分値ΔＩｄｃ／ΔＶｐｐをプロットすると、図４に示すＶｐｐ−ΔＩｄｃ曲線が描かれる。図４のグラフにおいて、１回微分値ΔＩｄｃ／ΔＶｐｐが所定の値以下になるときのＶｐｐの値を必要最小限の電圧、言い換えると最適電圧として選択する。このように１回微分の処理を行うことにより、感光体流れ込み電流Ｉｄｃが飽和する現象を鋭敏にキャッチすることができる。

選択し決定した交流電圧Ｖｐｐを画像形成時に印加することにより、低温低湿環境での帯電不良や高温高湿環境での画像流れによる画像不良を防止できた。

（実施例２）
感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの感光体をアモルファスシリコン感光体から有機感光体に変え、他の条件は実施例１の条件と同じにして画像形成実験を行ったところ、交流バイアスによる膜減りが抑制され、２００Ｋ枚まで高い画像品質を維持できた。

（実施例３）
高温高湿環境で、感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが結露している場合は、１回微分値ΔＩｄｃ／ΔＶｐｐの極小値が明確に出てこないという現象が発生した。このまま交流電圧Ｖｐｐを高めて交流バイアス最適値を探しに行ったり、画像形成を開始したりすると、帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄから感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄへのリークにより黒点画像が発生する。しかしながら、このような場合画像形成動作に入らないこととしたので、リークひいては黒点画像の形成を回避することができた。

（比較例１）
１回微分値ΔＩｄｃ／ΔＶｐｐが極小値以下になる点を確認できないまま交流電圧Ｖｐｐを上げていったところ、感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄへのリークにより黒点画像が発生した。また画像流れも顕著に発生した。

（比較例２）
交流電流の検知による交流電圧の最適化を試みたが、感光体ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの表面が結露していたので、交流放電電流より交流電流（ＡＣ電流）の方が流れやすく、結果的に過剰な交流電圧を帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに印加することになり、画像流れなどの画像不良が発生した。

図５に示すのは最適電圧選択のフローチャートの一例である。以下その内容を説明する。

ステップ＃１０１では、基準電圧を求める過程で使用する置数を設定する。ここでは「−４」が用いられる。

ステップ＃１０２では、外部コンピュータより印刷データを受け取った後、温湿度データ蓄積部２３で温湿度をチェックする。

ステップ＃１０３では、温湿度補正テーブル２４より交流電圧Ｖｐｐ［Ａ］を求める。

ステップ＃１０４では、帯電バイアスの基準直流電圧Ｖｄｃに重畳する交流電圧Ｖｐｐ［Ｎ］をＶｐｐ［Ａ］＋Ｎ×１００Ｖと置き、重畳バイアスを出力する。

ステップ＃１０５では、感光体流れ込み電流Ｉｄｃ［Ｎ］を検出する。

ステップ＃１０６では、ＶｐｐをＶｐｐ［Ｎ］＋１００Ｖに上昇させる。これはＶｐｐをＶｐｐ［Ｎ＋１］Ｖとしたのと同じ意味を持つ。そしてこの時のＩｄｃ［Ｎ＋１］を検出する。

ステップ＃１０７では、ΔＩｄｃ［Ｎ］＝Ｉｄｃ［Ｎ＋１］−Ｉｄｃ［Ｎ］を求め、それをＩｄｃ変化量記憶部２５に記憶させる。

ステップ＃１０８では、ＶｐｐをＶｐｐ［Ｎ］＋２００Ｖに上昇させる。これはＶｐｐをＶｐｐ［Ｎ＋２］Ｖとしたのと同じ意味を持つ。そしてこの時のＩｄｃ［Ｎ＋２］を検出する。

ステップ＃１０９では、ΔＩｄｃ［Ｎ＋１］＝Ｉｄｃ［Ｎ＋２］−Ｉｄｃ［Ｎ＋１］を求め、それをＩｄｃ変化量記憶部２６に記憶させる。なおＩｄｃ変化量記憶部２６はＩｄｃ変化量記憶部２５と共通化することができる。

ステップ＃１１０では、ΔＩｄｃ［Ｎ］からΔＩｄｃ［Ｎ＋１］への変化量が所定値以下であるかどうかを調べる。ここでは変化量の所定値を２μＡとする。変化量が所定値以下であればステップ＃１１１へ進み、変化量が所定値を超えていればステップ＃１１３に進む。

ステップ＃１１１では、交流バイアスをＶｐｐ［Ｎ＋１］Ｖに設定したうえで、Ｖｐｐ［Ｎ＋１］×１．１０を出力する。

ステップ＃１１２では、直流バイアスを最適値に決定する。

ステップ＃１１３に進んだ場合は、置数Ｎに１を加え、ステップ＃１１４に進む。

ステップ＃１１４では、Ｎが最大値に達していないかどうか調べる。最大値未満であればステップ＃１０４に戻り、最大値に達していた場合はステップ＃１１５に進む。

ステップ＃１１５では、印刷指令に関わらず、印刷を中止する。

以上本発明の実施形態につき説明したが、発明の主旨を逸脱しない範囲でさらに種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は、帯電ローラで感光体ドラムの帯電を行う電子写真方式の画像形成装置に広く利用可能である。

画像形成装置の概略構成図 部分的ブロック構成図 帯電バイアスの交流電圧と感光体流れ込み電流の相関関係を示すグラフ 図３の交流電圧と感光体流れ込み電流を１回微分してプロットしたグラフ 最適電圧選択のフローチャート

符号の説明

２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 感光体ドラム
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 帯電ローラ
２０ 高圧トランス
２２ 中央処理部

Claims (2)

1. 電子写真方式の画像形成装置であって、感光体ドラムに接触する帯電ローラに、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電バイアスを印加するものにおいて、
   前記帯電バイアスの交流電圧Ｖｐｐを順次変化させつつ感光体流れ込み電流Ｉｄｃを測定し、１回微分値ΔＩｄｃ／ΔＶｐｐが所定値以下になるときの交流電圧Ｖｐｐを最適電圧として選択することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記１回微分値ΔＩｄｃ／ΔＶｐｐの極小値を検知できないときは画像形成動作に入らない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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