JP2009109546A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感光体の回転開始時において感光体の１回転分空転させずに、均一な画像形成を行うことが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体１を帯電し、かつ帯電出力を可変とする第１帯電手段２と、
感光体１を帯電し、かつ帯電出力を可変とする第２帯電手段８と、
第２帯電手段８の帯電出力を複数段階に変更して前記感光体を帯電し、電位センサ１１により感光体１の表面電位を測定することにより第２帯電手段８の帯電出力と感光体１の表面電位との対応関係を測定する電位測定モードを実行し、
感光体１の回転開始時における帯電を、第１帯電手段２とともに第２帯電手段８を作動させることにより実行し、第２帯電手段８作動時における帯電出力を前記電位測定モードの測定結果に基づいて決定する画像形成装置とする。
【選択図】図３

Description

本発明は感光体を用いた画像形成装置に関するものである。

感光体を用いる画像形成装置において、画像形成開始のスタートシーケンスとして一般的には、感光体が回転開始し回転が安定してから帯電手段を作動させ露光手段で感光体上に画像を形成する。画像領域全面に渡って所望の均一な画像を形成するためには、感光体を画像領域全面に渡って均一に帯電させる必要がある。

しかし感光体の帯電電位は、使用回数や画像形成直前の放置時間によっては所望の電位が得られない場合がある。特に感光体が回転開始させるときに、感光体１周分は前の状態によって不均一な帯電電位となりやすい。図７は、長時間放置後に帯電を開始した感光体の帯電電位の推移を示した図である。長時間放置後の１回目の帯電操作では、２回目以降の帯電電位に比して数１０Ｖ低い値にしか帯電されない。

このような問題に対しては画像形成開始時の最初の感光体１回転分は帯電を行うが画像形成領域として用いずに空転させる、いわゆる予備帯電を行い、感光体回転開始から２回転目以降を画像形成領域として用いる制御が行われている。このような制御を行うことにより感光体の帯電電位の均一化が図れる。

しかし、帯電電位の均一化が図れる一方で、感光体１周分の空転は時間の浪費となり、また感光体や帯電手段の使用時間が長くなるという問題がある。特に複写機やプリンター等のような画像形成装置の高速化（特に１枚目）には大きな支障となる。

このような問題に対して、特許文献１に記載の画像形成装置では、主帯電手段と同時に第２の帯電極として機能する分離極を作動させることにより感光体１周分の空転をさせる前に、回転開始時に感光体の分離極に対面していた位置までが像露光域に達すれば像露光動作を開始可能としている。このようにすることにより、画像形成装置の高速化を図ることができる。
特開２０００−２２１７５４号公報

感光体の２回転目以降の帯電電位は、その直前の帯電電位の影響を受けるために１回転目（１回目）の予備帯電時の電位は、それ以降の２回転目以降の帯電電位と同等にする必要がある。その一方で、感光体の帯電電位は、使用時の環境あるいはそれまでの使用回数により異なる値に制御される場合がある。

このように感光体の帯電電位を異ならせた値に変更させるよう制御する場合に、予備帯電時において第１の帯電極は出力を変更させるように制御するが、その一方で第２の帯電極による帯電出力は一律の出力を行っていた。そのために、予備帯電時において、第１の帯電極による帯電電位と第２の帯電極による帯電電位とに乖離が生じるために、帯電電位が不均一となりその影響が画像形成を行う２回転目以降の帯電電位の不均一につながり、ひいては画像領域全面に渡って所望の均一な画像を形成できないという問題が生じていた。

本願発明は上記問題に鑑み、感光体の回転開始時において感光体の１回転分空転させずに、均一な画像形成を行うことが可能な画像形成装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的は、下記に記載する発明により達成される。

（１）用紙に画像形成する画像形成装置であって、
潜像を形成する感光体と、
該感光体を帯電し、かつ帯電出力を可変とする第１帯電手段と、
該感光体を帯電し、かつ帯電出力を可変とする第２帯電手段と、
該感光体の表面電位を測定する電位センサと、
潜像を現像する現像手段と、
制御部と、を有し
該制御部では、前記第２帯電手段の帯電出力を複数段階に変更して前記感光体を帯電し、前記電位センサにより該感光体の表面電位を測定することにより前記第２帯電手段の帯電出力と前記感光体の表面電位との対応関係を測定する電位測定モードを実行し、
前記感光体の回転開始時における帯電を、前記第１帯電手段とともに前記第２帯電手段を作動させることにより実行し、該第２帯電手段作動時における第２帯電手段の帯電出力を前記電位測定モードの測定結果に基づいて決定することを特徴とする画像形成装置。

（２）前記電位測定モードは、画像形成終了後の前記感光体の回転停止前に行うことを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。

（３）前記第１帯電手段に対して前記感光体の回転方向上流側であって、かつ前記第２帯電手段の下流側である箇所に設けられ、前記感光体に光を照射することにより除電を行う第１光除電手段と、
前記第１帯電手段の下流側であって、かつ前記第２帯電手段の上流側である箇所に設けられ、前記感光体に光りを照射することにより除電を行う第２光除電手段と、を有し、
前記電位測定モードにおいては、前記第１光除電手段と前記第２光除電手段により前記感光体の除電を行うことを特徴とする（１）又は（２）に記載の画像形成装置。

（４）前記第２帯電手段は、画像形成時においては感光体を除電する除電極として用いることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の画像形成装置。

本発明によれば、感光体の回転開始時において感光体の１回転分空転させずに、均一な画像形成を行うことが可能な画像形成装置を提供することが可能となる。

本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

［画像形成装置］
図１及び図２に基づいて本実施形態に係る画像形成装置について説明する。図１は画像形成装置の要部を示す図である。画像形成装置１００は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成手段１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、ベルト状の中間転写ベルト６と給紙装置２０及び定着装置３０等から構成されている。

画像形成装置１００の上部には、スキャナー１１０が設置されている。原稿台上に載置された原稿はスキャナー１１０の原稿画像走査露光装置の光学系により画像が走査露光され、ラインイメージセンサに読み込まれる。ラインイメージセンサにより光電変換されたアナログ信号は、制御手段において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、露光部３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに入力される。

５０は制御部でありＣＰＵとメモリを備えており、メモリに記憶しているプログラムをＣＰＵが実行することにより各種制御を実行する。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成手段１０Ｙ、マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成手段１０Ｍ、シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成手段１０Ｃ、及びブラック（Ｋ）色の画像を形成する画像形成手段１０Ｋは、それぞれ像担持体としてのドラム状感光体１の周囲に配置された帯電極２、露光部３、現像装置４及びクリーニング部５を有する（Ｍ、Ｃ、Ｋについては参照符号を省略）。

感光体１は、例えば、有機光導電体を含有させた樹脂よりなる感光層がドラム状の金属基体の外周面に形成されてなる有機感光体よりなり、搬送される用紙Ｐの幅方向（図１において、紙面に対して垂直な方向）に伸びる状態で配設されている。感光層を構成する樹脂としては、例えばポリカーボネイト等を例示することができる。

図２は、画像形成手段１０の周辺を示す図である。同図に示すように、感光体１の周囲には、ＬＥＤの光照射により感光体の除電を行う第１の光除電部Ｌ１と、感光体を帯電するスコロトロン方式の帯電極２と、感光体の表面電位を非接触で測定する表面電位センサ１１と、第２の光除電部Ｌ２と、現像装置４と、中間転写ベルト６と、一時転写ローラ７と、感光体１を除電する除電極８、を配置させている。

そして帯電極２は「第１帯電手段」、除電極８は「第２帯電手段」として機能し、それぞれ第１電源部Ｈ１、第２電源部Ｈ２と接続されており、制御部５０が当該第１電源部Ｈ１、第２電源部Ｈ２の出力を制御することにより第１帯電手段、第２帯電手段からの帯電出力を制御する。

感光体１は、主に帯電極２により帯電され、画像データに基づいて露光部３から露光がなされて潜像が形成される。

現像装置４はそれぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の異なる色の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。感光体１に対向して配置されている現像装置４の現像ローラ４０は、回転可能な外周面（現像スリーブと称す）とその内面に固定された磁界発生手段（マグネットロール）とから構成されている。現像スリーブの表面には、穂切り部により層厚を一定に規制した現像剤層が保持される。保持された現像剤層は現像ローラの回転にともなって感光体１との対向面に搬送され（不図示の）電源により形成された感光体１との現像電界により感光体１に形成された潜像が現像される。

ベルト状の中間転写ベルト６は、複数のローラにより、回転可能に支持されている。中間転写ベルト６は、体積抵抗率１０⁶〜１０¹²Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．０４〜０．１０ｍｍの半導電性シームレスベルトである。

画像形成手段１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより感光体１上に形成された各色のトナー画像は、回転する中間転写ベルト６上に一次転写ローラ７により逐次転写されて（一次転写）、合成されたカラー画像が形成される。一方、画像転写後の感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは各色のクリーニング部５によりにより残留トナーが除去される。

給紙装置２０の用紙収納部（トレイ）２１内に収容された用紙Ｓは、第１給紙部２２により給紙され、給紙ローラ２３，２４，２５Ａ，２５Ｂ、レジストローラ（第２給紙部）２６等を経て、二次転写ローラ９に搬送され、用紙Ｓ上にカラー画像が転写される（二次転写）。

なお、画像形成装置１００の下部に鉛直方向に縦列配置された３段の用紙収納部２１は、ほぼ同一の構成をなすから、同符号を付した。また、３段の給紙部２２も、ほぼ同一の構成をなすから、同符号を付してある。用紙収納部２１、給紙部２２を含めて給紙装置２０と称す。

カラー画像が転写された用紙Ｓは、定着装置３０において用紙Ｓが挟持され、熱と圧力とを加えることにより用紙Ｓ上のカラートナー画像（あるいはトナー画像）が定着されて用紙Ｓ上に固定され、搬送ローラ対３７に挟持されて搬送され、排紙搬送路に設けられた排紙ローラ２７から排出され、機外の排紙トレイ９０上に載置される。

一方、二次転写ローラ９により用紙Ｓにカラー画像を転写した後、用紙Ｓを曲率分離した中間転写ベルト６は、クリーニング部６１により残留トナーが除去される。

用紙Ｓの両面に複写する場合には、用紙Ｓの第１面に形成した画像を定着処理した後、用紙Ｓを分岐板２９により排紙搬送路から分岐させ、両面搬送路２８に導入して表裏反転してから再び給紙ローラ２５Ｂから搬送される。用紙Ｓは画像形成手段１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋによって第２面に各色の画像が両面に形成され、定着装置３０により加熱定着処理され、排紙ローラ２７によって装置外に排出される。

なお図１、図２に示した実施形態においては、ドラム状感光体１を用いた構成例について説明したがこれに限られず、ベルト状感光体を用いてもよい。

［制御フロー］
図３は、本実施形態に係る画像形成装置の制御フローを示す図である。本制御フローは制御部５０により実行される処理である。まずステップＳ１１では、印刷指令に基づいて画像形成を行い、画像形成が終了した後に続いて電位測定モードを実施する（ステップＳ１２）。電位測定モードについて図４のタイムチャート図に基づいて説明する。

図４は、画像形成が終了した後に続く、電位測定モードを実行した際の各構成部の動作タイミングを示したものである。同図において横軸は時間の経過を示すものであり、縦軸は各構成部のドラム状の感光体１周（３６０°）での配置位置を、光除電部Ｌ１を基準に模式的に示したものである。そして黒横線部分では各構成部が作動していることを示している。また同図に示す右斜め下方への線は、感光体１上の同じ位置が各構成部への配置位置に到達したことを示しており、上端、下端の（ａ）、（ｂ）は続きの位置を表している。

画像形成時においては、第２帯電手段として機能する除電極８への第２電源部Ｈ２による帯電出力値は出力Ａである。出力Ａの状態においては、感光体１等の除電を行う、このときの出力は、例えばＡＣ電圧値としては、８．０ｋＶで周波数５００Ｈｚの出力を行っている。また重畳するＤＣ電圧は０Ｖである。

画像形成が終了した後に行う、電位測定モードにおいては除電極８への出力値は以下の出力Ｂに変更する。出力Ｂでは、多段階の出力を行い、それぞれの帯電出力値で帯電された感光体１の表面電位を電位センサ１１で測定することにより、除電極８の帯電性能を調べる。つまり、第２帯電手段として機能する除電極８の作動時における第２電源部Ｈ２の出力と、除電極８により帯電される感光体１の帯電電位との対応関係を調べる。

図５は、第２電源部Ｈ２のＤＣ成分の出力と、電位センサ１１で測定した感光体電位との対応関係を示す例である。同図に示す例では、感光体１の電位を−７００Ｖに帯電させるためには、第２電源部Ｈ２のＤＣ成分の出力をＶ５とすれば良いことが分かる。

なお同図に示した例においては、第２電源部Ｈ２のＡＣ成分の出力として８．０ｋＶで、周波数５００Ｈｚの出力をＤＣ成分の出力に重畳させて出力している。なお、同図に示す例においては、ＤＣ成分のみ変更する例について説明したがこれに限られず、ＡＣ成分を併せて変更するようにしても良い。

このように、第２帯電手段としてのコロトロン電極の除電極により感光体の帯電を行うような場合には、周囲の温度、湿度環境や、除電極の使用状況により帯電性能が変化する場合があるが、本実施形態のように、第２帯電手段による帯電出力とと帯電電位との対応関係を調べることにより精度良く感光体１の帯電を行うことが可能となる。

図４の説明に戻る、図４において、除電極８で帯電した感光体の電位は、電位センサ１１により測定を行った後に、第２の光除電部Ｌ２により除電を行い、帯電領域の全てを除電し終えたタイミング（ｔｅ）で感光体１を回転させている駆動モータを停止させる。

本実施形態によれば、帯電極２の感光体回転方向の下流側であって、かつ除電極８の上流側に第２の光除電部Ｌ２を設けたことにより、電位センサ１１で感光体１の電位を測定した後直ちに、感光体の回転を停止させることができるので、電位測定モード実行時における感光体の回転距離を短くでき、ひいては感光体の耐久を延命させることが可能となる。なお、感光体をその帯電を光除電部で除電した後に停止させるのは、現像ローラ４０の対向面に帯電電位が高い状態の感光体部分が対峙した場合には、キャリア現像等の不具合が生じるからである。

図３の制御フローの説明に戻る。制御部５０では、電位測定モードで電位を測定した後に、感光体の駆動を停止させる（ステップＳ１３）。停止状態で、次の印刷指令が入力されるまで待ち続け（ステップＳ１４のＮｏ）、印刷指令が入力された場合（ステップＳ１４のＹｅｓ）には、次のステップＳ１５で感光体１の帯電電位を決定する。

感光体１の帯電電位を各種条件により決定される。例えば、不図示の温湿度センサが検知した周囲の温度、湿度の検知データ、あるいは、感光体や現像剤の使用履歴、等により制御テーブルを参照して、帯電電位を決定することができる。

ステップ１６では決定した帯電電位に基づいて第２電源部Ｈ２の出力Ｖｏｕｔを決定する。これは、前述の電位測定モードで調べた第２電源部Ｈ２の出力と感光体１の帯電電位との関係に基づいて決定する。例えば前述の図５において、決定した帯電電位が−６００Ｖの場合には、第２電源部Ｈ２のＤＣ成分の出力はＶ１、−７００Ｖの場合にはＶ５となる。

出力Ｖｏｕｔが決定した後に、感光体の駆動を開始し（ステップＳ１７）、続くステップＳ１８では、ステップＳ１６で決定した出力Ｖｏｕｔで第２電源部Ｈ２の出力って除電極８により感光体１の１回目の帯電を実行する。ステップＳ１９では、１回以上の帯電を行った感光体に対して、第１帯電極として機能する帯電極２により帯電を行い、画像形成を実行して終了する。

なお、図３に示す実施形態においては電位測定モードを画像形成の後で、感光体１の回転停止の直前のエンドシーケンスに行う例について説明したが、これに限られず、ユーザからの不図示の操作入力部からの入力指示により行うようにしてもよく、タイマーを作動させることにより定期毎に行うようにしてもよい。

ここで、ステップＳ１７からステップＳ１９のシーケンスについて、もう少し詳しく説明する。図６は、タイムチャート図であり、スタートシーケンス時における各構成部の動作タイミングを示したものである。

制御部５０により感光体を回転させる駆動モータの起動に同期して、光除電部Ｌ１、帯電極２、第２の帯電極として機能する除電極８、の動作を開始させる。このとき除電極８への第２電源部Ｈ２での出力は、図３のステップＳ１６で決定したＶｏｕｔである。また帯電極２の出力は、ステップＳ１５で決定した帯電電位となるように第１電源部Ｈ２の出力を選択している。

このように起動時から帯電極２とともに除電極８でも感光体１への帯電を行うことにより、タイミングｔ０の時点から、画像形成を行うことができる。つまり帯電極２でのみ帯電した場合に比べて、ｔｘの時間分だけ早く２回目の帯電を行うことができ、その分だけ１ページ目の画像形成（画像形成１）を早く行うことができる。

なお除電極８では、帯電極２により帯電された感光体領域が到達したタイミングｔ１以降は、出力を一端停止し、タイミングｔ２以降は、除電極として機能させるため前述の出力Ａ値を出力している。

また同図に示す感光体上の領域Ａは１回目の帯電を除電極８により実行した領域であり、領域Ｂは１回目の帯電も帯電極２により実行した領域である。本実施形態においては、第２電源部Ｈ２の出力と帯電電位との対応関係を調べ、その結果により第２電源部Ｈ２の出力を決定し、決定値に基づいて帯電出力を制御していることから領域Ａと領域Ｂでの１回目の帯電電位を同等にすることが可能となり、１回目の帯電電位が不均一なことに起因した２回目以降の帯電電位が不均一になるという問題の発生を抑えることが可能となる。

次に、本願発明の実施例について説明する。実施例においては図１乃至図６に示した画像形成装置を用いた。詳細な条件は以下のとおりである。

［実験条件］
・感光体表面移動速度：３００ｍｍ／ｓｅｃ
・帯電極２（第１帯電極）：帯電ワイヤ出力−６００μＡ、帯電グリッド出力−４００〜−８００Ｖ
・除電極８（第２帯電極）：コロトロン電極、タングステンワイヤ直径６０μｍ、ワイヤとサイドプレート及びバックプレート間最近接距離７．５ｍｍ
・第２電源部Ｈ２出力印加電圧ＡＣ８ｋＶ、周波数５００Ｈｚ、ＤＣ０〜−２．５ｋＶ
・テスト環境：２２℃５０％ＲＨ
・感光体：有機感光体、直径６０ｍｍ
［実験結果］
以下に、本実施形態における実施例と、本実施形態を行わない従来制御による比較例とを示す。

表１は、実施例であり、表２は比較例である。感光体の目標電位（図３のステップＳ１５の決定した帯電電位）を−４００、−６００、−８００Ｖの異ならせた場合において、除電極８による帯電させた際の帯電電位を目標電位になるように制御した場合（実施例）が表１であり、制御しなかった場合（比較例）が表２である。

前述の図６に示したように「領域Ａ」は１回目の帯電を除電極８により行った後に、帯電極２で２回目の帯電を行った領域であり、「領域Ｂ」は１回目、２回目の帯電を共に帯電極２により行った領域である。

表１に示すように、本実施形態においては、１回目の帯電電位を、目標帯電電位に合わせることができるので、領域Ａと領域Ｂでの２回目の帯電電位を揃えることが可能となる。これにより不均一な画像が生じることを防ぐことが可能となる。

一方、表２に示す比較例においては、１回目の除電極２により帯電した帯電電位と、帯電極２により帯電した帯電電位とを異なることになるので、その影響が２回目の帯電電位に現れている。領域Ａと領域Ｂでの２回目の帯電電位を揃っておらず条件により−４０〜４０Ｖの電位差が生じている。このような電位差は画像形成時に不均一画像となる。特に全面ハーフトーン（中間濃度）の画像を形成した場合には画像不良として認識しやすく問題となる。

画像形成装置の要部を示す図である。 画像形成手段１０の周辺を示す図である。 本実施形態に係る画像形成装置の制御フローを示す図である。 本実施形態に係る画像形成装置のタイムチャート図である。 第２電源部Ｈ２のＤＣ成分の出力と、電位センサ１１で測定した感光体電位との対応関係を示す例である。 本実施形態に係る画像形成装置のタイムチャート図である。 長時間放置後に帯電を開始した感光体の帯電電位の推移を示した図である。

符号の説明

１００ 画像形成装置
１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ 画像形成手段
１ 感光体
２ 帯電極
８ 除電極
４ 現像装置
４０ 現像ローラ
Ｌ１、Ｌ２ 光除電部
１１ 電位センサ
６ 中間転写ベルト

Claims (4)

1. 用紙に画像形成する画像形成装置であって、
   潜像を形成する感光体と、
   該感光体を帯電し、かつ帯電出力を可変とする第１帯電手段と、
   該感光体を帯電し、かつ帯電出力を可変とする第２帯電手段と、
   該感光体の表面電位を測定する電位センサと、
   潜像を現像する現像手段と、
   制御部と、を有し
   該制御部では、前記第２帯電手段の帯電出力を複数段階に変更して前記感光体を帯電し、前記電位センサにより該感光体の表面電位を測定することにより前記第２帯電手段の帯電出力と前記感光体の表面電位との対応関係を測定する電位測定モードを実行し、
   前記感光体の回転開始時における帯電を、前記第１帯電手段とともに前記第２帯電手段を作動させることにより実行し、該第２帯電手段作動時における第２帯電手段の帯電出力を前記電位測定モードの測定結果に基づいて決定することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記電位測定モードは、画像形成終了後の前記感光体の回転停止前に行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第１帯電手段に対して前記感光体の回転方向上流側であって、かつ前記第２帯電手段の下流側である箇所に設けられ、前記感光体に光を照射することにより除電を行う第１光除電手段と、
   前記第１帯電手段の下流側であって、かつ前記第２帯電手段の上流側である箇所に設けられ、前記感光体に光りを照射することにより除電を行う第２光除電手段と、を有し、
   前記電位測定モードにおいては、前記第１光除電手段と前記第２光除電手段により前記感光体の除電を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記第２帯電手段は、画像形成時においては感光体を除電する除電極として用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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