JP2009205110A

JP2009205110A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2009205110A
Application number: JP2008050184A
Authority: JP
Inventors: Takuo Hagiwara; 拓郎萩原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2009-09-10

Abstract

【課題】画像形成装置において、像保持体の感光体層の膜厚を、帯電部材から感光体層に供給される交流電流に基づき算出する。
【解決手段】放電により帯電部材１６から感光体層１２に流れた電流（放電電流）を検出し、これと感光体層の膜厚との関係から、膜厚を算出する。放電電流の積分値を求め（放電電流情報算出部３６）、この積分値に基づき膜厚を算出する（膜厚算出部３８）。または、放電電流のピーク値のばらつきから膜厚を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置に搭載された像保持体の表面は、各種の部材、例えば帯電ローラや現像ブラシ、転写ローラ、クリーニングブラシ、クリーニングブレード等の物理的接触にさらされる。この接触により、像保持体表面の感光体の層が摩耗し、その膜厚が、使用の繰り返しに伴い、次第に減少していく。感光体層の膜厚が減少すると、光感度が減退し、帯電特性が劣化して像保持体表面を均一に帯電できなくなる場合がある。この結果、画像の品質を維持できなくなる。このため、下記特許文献１のように感光体層の膜厚を経時的に測定することが行われている。

この特許文献１においては、帯電ローラを帯電する際に流れる直流電流に基づき、感光体層の膜厚が検知できるとしている。

特開平９−１０１６５４号公報

感光体層にピンホール等の低耐圧欠陥部が存在または発生した場合、直流電流には、前記低耐圧欠陥部を流れる帯電に寄与しないリーク電流が含まれる。これが、膜厚の検出に誤差を生じる原因となっている。

本発明に係る画像形成装置は、静電潜像が形成される感光体層を表面に有する像保持体と、像保持体に接触して、感光体層を帯電させる帯電部材と、帯電部材に対し、振動電流を供給する給電部と、帯電部材と像保持体の間の放電電流に係る情報を算出する放電電流情報算出部と、前記放電電流に係る情報に基づき感光体層の膜厚を算出する膜厚算出部と、を有する。

前記放電電流情報算出部は、給電部より供給される供給電流を検出する供給電流検出部を含んでよく、放電が発生したときと、しないときの前記供給電流の差に基づき前記放電電流情報を算出する。

さらに、前記放電電流情報は、前記放電が発生したときと、しないときの供給電流の差の積分値としてよい。

さらに、帯電部材と像保持体の間の電位差を制御する電位差制御手段を有してもよい。この電位差を制御することにより帯電部材と像保持体の間の放電の発生を制御する。

また、前記電位差制御手段は、像保持体が帯電部材に接触する前にあらかじめ像保持体を除電する除電部を有してよく、除電部を動作させて放電が発生するように制御し、除電部を動作させずに放電が発生しないように制御してよい。

また、前記電位差制御手段は、前記給電部を含んでよく、給電部により供給される振動電流の、直流成分を高くして前記放電が発生するように制御し、直流成分を低くして前記放電が発生しないように制御してよい。

また、前記放電電流情報は、放電電流の針状のピーク値のばらつきの程度を示す情報としてよい。

また、前記画像形成装置は、算出された膜厚に基づき像保持体の交換時期に関する情報を提供する交換情報提供部を有してよい。

また、本発明の別の側面による画像形成装置は、静電潜像が形成される感光体層を表面に有する像保持体と、像保持体に接触して、感光体層を帯電させる帯電部材と、帯電部材に対し、振動電流を供給する給電部と、帯電部材と像保持体の間の放電電流に係る情報を算出する放電電流情報算出部と、前記放電電流に係る情報に基づき、像保持体の交換時期に関する情報と提供する交換情報提供部と、を有する。

本発明によれば、放電電流に係る情報に基づき、感光体層の膜厚を測定することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、画像形成装置１０の概略構成図である。画像形成装置１０は、電子写真方式の装置であり、表面に感光体の層（以下、感光体層と記す。）１２が形成された像保持体１４を有する。この画像形成装置１０においては、像保持体１４は、円柱表面を有するロールとして形成されるが、無端ベルト状のものも知られている。像保持体１４の周囲には、感光体層１２を帯電させる帯電部材１６、感光体層１２を露光して静電潜像を形成する露光装置１８、静電画像を現像する現像器２０が配置されている。帯電部材１６は、画像形成装置１０においては、円筒または円柱形状の帯電ロールである。

図１において時計回りの像保持体１４の回転により、感光体層１２上の特定位置は、帯電部材１６、露光装置１８、現像器２０に対向する位置を順に通過する。帯電部材１６は、感光体層１２に接触または近接し、電荷を供給して、感光体層１２の幅方向、すなわち感光体層１２の移動の方向に直交する方向の全体にわたってこれを帯電させる。帯電した感光体層１２の表面を露光装置１８のレーザにより照射し、露光部分の電荷が消える。レーザは、形成される画像に応じて変調されており、この変調に応じて感光体層１２の表面電位が変化し、これにより感光体層１２上に静電潜像が形成される。現像器２０は、感光体層１２の表面にトナー等の現像材を供給し、これにより静電潜像が現像され、現像材画像が像保持体１４の表面上に形成される。

像保持体１４の周囲には、更に像保持体１４と共に狭い隙間、いわゆるニップを形成する転写ロール２２が配置されている。現像された現像材画像は、像保持体１４に保持された状態で、これの回転により転写ロール２２と対向する位置（ニップ）へと移動される。ニップにおいて、現像材画像は、この移動に同期して搬送される用紙等の記録媒体シートに転写される。

現像材が転写された後の感光体層１２を、次の工程に備えた状態とするために、さらに像保持体１４の周囲には、清掃部材２４および除電器２６が配置される。清掃部材２４および除電器２６により、帯電部材１６による感光体層１２の帯電処理が実行される領域の手前で、あらかじめ感光体層１２の状態を帯電に備えた状態とする。具体的には、クリーニングブレード等の清掃部材２４により、転写されずに残った現像材をかき落とし、その後、除電ランプ等の除電器２６により、感光体層１２、つまり像保持体１４の表面の電荷を除去する。除電器２６は、除電制御部２７により、その動作が制御される。

帯電部材１６には、給電部２８より電圧が印加され、電流が供給される。給電部２８は、直流電源３０と交流電源３２を含み、直流成分に交流成分を重畳した振動電流を供給する。以下、供給される電流の直流成分を直流電流Ｉdc、交流成分を交流電流Ｉacと記す。交流成分は典型的には正弦波であるが、方形波、三角波などの波形であってもよい。交流電流Ｉacを重畳することにより、感光体層１２の帯電電位のむらが減少する。

図２に、直流電流Ｉdc、すなわち帯電した感光体層１２の表面電位と、交流電流Ｉacの振幅との概略の関係を示す。交流電流Ｉacの振幅が小さい領域では、感光体層１２の表面電位は、交流電流Ｉacの増加と共に上昇するが、ある値以上となると、振幅を大きくしても、つまり交流電流Ｉacを増加しても、一定値となり、飽和する。この飽和に達する点を飽和点Ｓと記す。飽和点Ｓより左側、すなわち直流電流Ｉdcが飽和に達するより交流電流Ｉacが小さい場合においては、感光体層１２に帯電むらが発生する。飽和点Ｓよりも交流電流Ｉａｃを大きくしても、しばらくは画像に白点が生じる。実際に印加される交流電流Ｉacの振幅は、余裕をとって、飽和点Ｓより更に右、つまりより大きい振幅としている。しかし、交流電流Ｉacが大きいと、像保持体１４と帯電部材１６の間での放電が増加し、像保持体１４が劣化する場合がある、このため、交流電流Ｉacは、白点が発生しない範囲でなるべく小さい値とすることが望まれる。また、飽和点Ｓの位置、すなわち飽和時の交流電流Ｉacの振幅は、温度、湿度、感光体層１２の膜厚等の関数となっており、例えば膜厚が変化すれば、飽和点Ｓの位置も変化する。したがって、そのときの条件に応じて、交流電流Ｉacの振幅を変更することが提案されている。

直流電流Ｉdcおよび交流電流Ｉacは、給電部２８を制御する給電制御部３４により制御される。画像形成装置１０においては、給電制御部３４は、供給電流の制御パラメータの一つとして感光体層１２の膜厚を採用している。膜厚は、放電電流情報算出部３６により供給電流または交流電流Ｉacに基づき算出される放電電流に係る情報に基づき、膜厚算出部３８により算出される。放電電流は極短時間に流れ、供給電流の交流成分に含まれる。供給電流を直流電流Ｉdcと交流電流Ｉacごとに検出している場合には、交流電流から放電電流に係る情報を得られる。膜厚の算出については、後に詳述する。監視部４０は、感光体層１２の膜厚の経時変化を監視し、予想される変化を示さなくなった場合には、膜厚の算出を停止させる。また、交換情報提供部４２は、感光体層１２の膜厚が、使用できない程度まで減少したら、像保持体１４、またはこれを含むユニットの交換時期になったことを報知する。また、交換時期に達する前に、事前にその予告を行ってもよく、さらに過去の使用状況を考慮して推定される交換時期までの時間、日数等を報知してもよい。

図３，４は、交流電流Ｉacの時間変化を示す図である。図３は、交流電流Ｉacの略１周期の変化を示し、図４は、帯電部材１６から像保持体１４への放電が生じた時間帯ｔ1 からｔ2 付近を拡大した図である。また、図中実線は、除電器２６を動作させたときの交流電流Ｉacを示し、破線は除電器２６を非動作としたときの交流電流Ｉacを示している。除電器２６が動作していない場合、感光体層１２の電荷が消去されずに残り、像保持体１４と帯電部材１６の形成するニップに進入するときの感光体層１２の表面電位は、前回帯電した電位Ｖh である。このため、帯電部材１６と感光体層１２の間の電位差が大きくならず、放電が生じない。一方、除電器２６が動作している場合、感光体層１２の電荷が消去され、ニップに進入するときの感光体層１２の表面電位はほぼ０であり、帯電部材１６との間の電位差が大きい。飽和点Ｓよりも低い交流電流Ｉacでは、ニップの上流側で、
（Ｖdc＋Ｖpp/２）−Ｖth
ただし、Ｖdc：直流電圧、Ｖpp：交流電圧（両振幅）、Ｖth：放電開始電圧
の放電が発生する。放電の発生により、図示するような、針状のピーク４４と、それに続くなだらかな部分４６が現れる。この放電特有の波形が観察される、または観察しやすいのは、飽和点Ｓ（図２参照）の近傍、特に飽和点Ｓより交流電流Ｉacがやや小さいときであり、図３，４は、このような条件により得たデータである。

図５は、図４に示す除電器２６のＯＮ／ＯＦＦのとき、すなわち放電の有無による交流電流Ｉacの差分を示す図である。したがって、図５は、交流電流Ｉacの内、放電による電流分を示すものである。また、直流電流Ｉdcも含んだ供給電流における放電有無による差分をとっても、直流電流は相殺されるので、同様の波形が得られる。この放電分の電流（Ｉeff ）と、感光体層１２の膜厚には、関連がある。時刻ｔ1 からｔ2 までの間の、放電により移動した電荷量Ｑは、この期間において、放電分の電流Ｉeff を積分して得られる。この電荷量Ｑは、感光体層１２を帯電させることに使われ、帯電したときの表面電位をＶh とする。また、感光体を誘電体と見なしたとき、その誘電層の静電容量Ｃは、誘電層の膜厚をｄ、像保持体１４の軸方向の長さをＬ、像保持体１４の円筒半径をｒとすれば、次式で表される。
Ｃ＝ε₀ε（２πｒＬ）／ｄ・・・（１）
ただし、ε₀：真空の誘電率、ε：誘電層の比誘電率
また、放電電荷量Ｑ、静電容量Ｃ、表面電位Ｖｈの間には、次式の関係がある。
Ｑ＝ＣＶh ・・・（２）
式（１）、（２）より、誘電層の膜厚ｄ、すなわち感光体層の膜厚は、次式で表される。
ｄ＝ε₀ε（２πｒＬ）Ｖh ／Ｑ・・・（３）
式（３）より、放電電荷量Ｑ、すなわち交流電流Ｉacの放電分Ｉeff と膜厚ｄが関連していることが理解される。

また、式（３）において、表面電位Ｖh は直流電流により定まるので、これを既知としておけば、放電電荷量Ｑ、すなわち交流電流Ｉacの放電分Ｉeff に基づき膜厚ｄが算出できることが理解される。具体的には、以下の手順で感光体層の膜厚の算出が行われる。

まず、給電制御部３４により、給電部２８に対し、膜厚の算出のための振動電流の設定を行う。典型的には、交流電流Ｉacの振幅が、飽和点Ｓまたは、これより若干小さくなるように設定する。また、除電制御部２７により、除電器２６を非動作に制御し、この状態で、像保持体１４を回転させ、帯電部材１６より電圧を印加する。このときの給電部２８から供給される交流電流Ｉacを放電電流情報算出部３６に備えられる交流電流センサにより検出し、その波形を、同じく放電電流情報算出部３６に備えられる格納部に格納する。次に、除電制御部２７により除電器２６を動作させ、このときの交流電流Ｉacを除電器非動作の場合と同様に検知し、その波形を格納する。放電電流情報算出部３６は、除電器２６が動作中、非動作のときのそれぞれの交流電流Ｉacの波形の差分をとり、更にこの差分を時刻ｔ1 からｔ2 の区間で積分する。時刻ｔ1 は、交流電流の差分が０と見なせなくなった時刻であり、時刻ｔ2 は０と見なせるようになった時刻である。よって、積分区間を時刻ｔ1 からｔ2 までより長くとっても、積分値はほぼ変わらない。したがって、積分区間は、交流電流Ｉacの１周期としてもよい。この積分値が放電電流に関する情報として、膜厚算出部３８に送られる。膜厚算出部３８では、式（３）に基づき膜厚ｄを算出する。

算出された膜厚ｄに基づき、交換情報提供部４２は、使用者または保守技術者に対し、像保持体１４の交換時期に関する情報を提供する。この情報は、例えば交換時期に達していること、また交換時期が近づいていることなどである。このような情報を、例えば画像形成装置１０の操作部に設けられた表示部に表示してもよく、音声により報知してもよい。

膜厚ｄは、また給電制御部３４に送出され、給電制御部３４においては、膜厚ｄを考慮して給電部２８の制御を行う。例えば、前述のように、飽和点Ｓは膜厚ｄにより変化するため、飽和点Ｓに基づき制御される交流電流Ｉac等を膜厚ｄに応じて制御する。また、監視部４０により膜厚ｄの経時変化が監視される。膜厚ｄが、画像形成処理の量に応じて想定される変化をしている場合には、膜厚ｄに応じた給電部２８の制御を実行するが、想定される変化から外れたときには、この制御を中止する。

像保持体１４と帯電部材１６の間で放電しないように制御するには、これらが対向し感光体層１２を帯電させる領域において、両者の間の電位差が放電を生じない程度に小さければよい。前述の除電器２６を用いた方法によれば、除電器２６を非動作に制御することにより、前回帯電された電荷が残存して帯電部材１６との電位差が小さくなり放電の発生が抑制される。これに替えて、帯電部材１６の電位を制御して、前記の電位差を小さくしてもよい。感光体層１２の帯電電位は、供給電流のうち直流電流Ｉdcにほぼ依存するので、この直流電流Ｉdcを０に、または小さくすることにより、像保持体１４と帯電部材１６間の電位差を小さくすることもできる。つまり、除電器２６により電位がほぼ０となった感光体層１２と、供給する直流電流を小さくして帯電部材１６の電位を小さくすることで、これらの電位差を小さくし放電を抑制する。直流電流Ｉdcは、放電が生じない程度の値に制御される。

以上は、放電により流れた電荷量を基に膜厚を算出する方法である。これとは別に、放電時に生じる波形の針状のピーク４４の電流値のばらつきの程度と、感光体層１２の膜厚ｄの関係より、膜厚を算出することができる。図６には、交流電流Ｉacの針状のピーク４４のピーク値の分散と、膜厚ｄの関係が示されている。図６から理解されるように、膜厚が厚くなるほどピーク値の分散が大きくなる。ピーク値は、図３等から分かるように負の値であり、交流電圧の１周期中の最小値となっている。このピーク電圧を所定数取得し、その分散を求め、あらかじめ求めておいた、分散と膜厚の関係から、そのときの膜厚を算出する。ばらつきの程度を示す指標として、分散の他、標準偏差を用いることもできる。

交流電流Ｉacのばらつきに基づき膜厚の算出を行う場合、放電電流に係る情報は、交流電流Ｉacのピーク値の分散等であり、放電電流情報算出部３６は、算出された分散の値を膜厚算出部３８に送出する。膜厚算出部３８には、分散と膜厚の関係があらかじめ格納されており、この関係と送られた分散の値とに基づき膜厚の算出が行われる。膜厚が算出されれば、これの利用については、放電による移動電荷量に基づき膜厚算出した場合と同様である。このピーク値を用いた膜厚算出においては、放電の起きるときと、起きないときの比較をする必要がなく、除電器２６のオン、オフの制御は必要としない。

以上の感光体層１２の膜厚算出は、放電による移動電荷量を利用する場合も、交流電流Ｉacのピーク値を利用する場合も、供給される振動電流を通常使用されている値と異なる値で制御するものであり、通常の画像形成処理の中で実行することができない。したがって、時期をあらかじめ定めて実行する。例えば、画像形成装置１０の電源が投入されたとき、また画像形成処理の通算回数があらかじめ定められた回数になったときなどに実行するよう設定される。

以上の膜厚算出方法は、ロール形状の像保持体１４以外の形態、例えばベルト状などの像保持体についても同様に適用してよい。また、交流電流Ｉacを用いて帯電部材１６への供給電流の制御を行っている画像形成装置においては、交流電流Ｉacを検出する交流電流センサをすでに備えており、本実施形態の放電電流情報算出部３６に含まれる交流電流センサは、これを利用してよい。

本実施形態の画像形成装置の概略構成を示す図である。感光体層の表面電位と交流電流Ｉacの振幅の関係を示す図である。交流電流Ｉacの波形を示す図である。図３の一部を拡大して示した図である。除電器をオンとしたときと、オフとしたときの交流電流Ｉacの差分を示す図である。交流電流Ｉacのピーク値の分散と膜厚との関係を示す図である。

符号の説明

１０画像形成装置、１２感光体層、１４像保持体、１６帯電部材、２６除電器、２７除電制御部、２８給電部、３０直流電源、３２交流電源、３４給電制御部。

Claims

静電潜像が形成される感光体層を表面に有する像保持体と、
像保持体に接触または接近して、感光体層を帯電させる帯電部材と、
帯電部材に対し、振動電流を供給する給電部と、
帯電部材と像保持体の間の放電電流に係る情報を算出する放電電流情報算出部と、
前記放電電流に係る情報に基づき感光体層の膜厚を算出する膜厚算出部と、
を有する、画像形成装置。
請求項１に記載の画像形成装置であって、
前記放電電流情報算出部は、給電部より供給される供給電流を検出する供給電流検出部を含み、放電が発生したときと、しないときの前記供給電流の差に基づき前記放電電流情報を算出する、
画像形成装置。
請求項２に記載の画像形成装置であって、前記放電電流情報は、前記放電が発生したときと、しないときの供給電流の差の積分値である、画像形成装置。
請求項２または３に記載の画像形成装置であって、帯電部材と像保持体の間の電位差を制御する電位差制御手段を有し、前記電位差を制御することによって、帯電部材と像保持体の間の放電の発生を制御する、画像形成装置。
請求項４に記載の画像形成装置であって、前記電位差制御手段は、像保持体が帯電部材に接触する前にあらかじめ像保持体を除電する除電部を有し、除電部を動作させて放電が発生するように制御し、除電部を動作させずに放電が発生しないように制御する、画像形成装置。
請求項４に記載の画像形成装置であって、前記電位差制御手段は、前記給電部を含み、給電部により供給される振動電流の、直流成分を高くして前記放電が発生するよう制御し、直流成分を低くして前記放電が発生しないように制御する、画像形成装置。
請求項１に記載の画像形成装置であって、前記放電電流に係る情報は、放電電流の針状のピーク値のばらつきの程度を示す情報である、画像形成装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置であって、さらに、算出された膜厚に基づき像保持体の交換時期に関する情報を提供する交換情報提供部を有する、画像形成装置。
静電潜像が形成される感光体層を表面に有する像保持体と、
像保持体に接触または接近して、感光体層を帯電させる帯電部材と、
帯電部材に対し、振動電流を供給する給電部と、
帯電部材と像保持体の間の放電電流に係る情報を算出する放電電流情報算出部と、
前記放電電流に係る情報に基づき、像保持体の交換時期に関する情報と提供する交換情報提供部と、
を有する、画像形成装置。