JP2010060762A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電デバイスの長寿命化を確保することができると共に、高品質画像を確保することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体ドラム１９の表面と接触して感光体ドラム１９の表面を所定の極性・電位に帯電する帯電ローラ２９と、感光体ドラム１９の表面に静電潜像を形成する露光デバイス２５と、露光デバイス２５によって形成された静電潜像に基づいて感光体ドラム１９の表面に未定着トナー像を形成する現像デバイス１８と、帯電ローラ２９の表面の汚染状態を検出する光反射型センサ３４と、光反射型センサ３４の検出結果に基づいて求めた感光体ドラム１９の表面電位の減衰レベルに応じて露光デバイス２５の光量を増幅させる制御回路３７と、を備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真装置に関するものであり、特に帯電ローラを用いた電子写真技術に関するものである。

従来から、電子写真技術を応用したプリンタや複写機等の画像形成装置では、像担持体としての回転ドラム型の感光体を帯電処理する帯電デバイスとしてコロナ帯電器が多用されていた。

これは、コロナ帯電器を感光体に非接触に対向配置し、コロナ帯電器で発生する放電コロナに感光体表面をさらすことで、感光体の表面を所定の極性・電位に帯電させるものである。

一方、近年の帯電装置では、上述したコロナ帯電器よりも低オゾン・低電力等の利点を有することから、直接接触帯電方式が実用化されている。

これは、電圧を印加した帯電デバイスとしての帯電ローラを感光体の表面に接触させて感光体表面を所定の極性・電位に帯電させるものである。

この際、帯電ローラは回転する感光体の表面に接触させながら回転しているために、感光体の表面に形成されたトナー像を転写紙に転写した後の残留トナーをクリーニングデバイスによって完全に除去することができなかったときには、その残留トナーが帯電ローラの表面に付着し、それによって正常な帯電動作ができなくなって転写紙に転写した画像上にスジができる等の異常画像の発生要因となっていた。

そこで、帯電ローラの表面に付着しているトナー量をセンサにて検出し、その検出したトナー量に応じて帯電ローラの表面をクリーニングするクリーニング部材を配置することが考えられている（例えば、特許文献１参照）。

尚、帯電ローラは、帯電バイアス電源により所定のバイアスが印加されるが、このバイアスとしては、交流成分が帯電による感光体の表面電位をならすと共に直流成分により所定の電圧に収束させるため、表面電位の均一性を取得し易いことから、交流電圧に直流電圧を重畳して電圧印加するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この際、帯電バイアス電源から帯電ローラに、交流電圧に直流電圧を重畳して印加する場合、帯電ローラの初期の表面性が良い時と悪い時では、帯電を均一にするために要する交流電流値或いは交流電圧値が異なってくる。

即ち、帯電ローラの初期の表面性が良い時には、比較的多くの交流電流或いは交流電圧が必要とされるため、帯電ローラの初期の表面性が良い状態に応じて帯電条件としての交流電流或いは交流電圧を決めてしまうと、表面性が悪い状態では過剰な交流電流或いは交流電圧が印加されることになり、感光体の表面の削れを促進し、感光体の寿命を低下させる要因となっていた。

そこで、この特許文献２では、帯電バイアス電源から交流電圧に直流電圧を重畳したバイアスが印加される帯電ローラに入射された光の反射光を受光して、帯電ローラの表面性（表面粗さ）を検知し、その帯電ローラの表面性情報に応じて帯電バイアス電源から帯電ローラへ印加する交流電流を変化させることにより、帯電ローラの表面性の状態に関わらず帯電ローラに適正な交流電流を印加している。
特開平０８−２２０８４６号公報 特開平１１−３５２７５４号公報

ところが、上述したように、クリーニング部材によって帯電ローラの表面を常時クリーニング（払拭）する帯電装置にあっては、常に、クリーニング部材が帯電ローラの表面を払拭していることから、クリーニング過多となってしまい、帯電ローラの表面が傷つけられ、異常画像の二次的発生要因となってしまうという問題が発生していた。

また、帯電ローラの表面粗さを検知し、その帯電ローラの表面性情報に応じて帯電バイアス電源から帯電ローラへ印加する交流電流を変化させるだけでは、帯電ローラの長寿命化を維持することができないという問題が生じていた。

即ち、帯電ローラの表面はトナーの外添剤である高抵抗のシリカ等が付着することにより、表面抵抗が上昇し感光体の表面電位が低下してしまうという問題がある。

この表面抵抗の上昇については、感光体の流れ込み電流をモニターし、定電流制御を行うことにより、ある閾値以上に帯電ローラの抵抗が上昇しなければ帯電ローラの汚染による表面電位の補正は可能である。

しかしながら、帯電ローラの表面汚染は印字されるパターンや外添剤のクリーニングブレードからのすり抜けの状態が帯電ローラの軸方向で均一ではないため、その軸方向での帯電ローラの表面汚染状態が異なるといった局部的な汚染が発生した場合には、上記のような定電流制御では感光体の表面電位の補正はできないため、転写紙に転写した画像上にムラやスジの発生を引き起こしてしまうばかりでなく、帯電ローラの寿命を短くしてしまう要因となっていた。

そこで、本発明は、上記事情を考慮し、帯電デバイスの長寿命化を確保することができると共に、高品質画像を確保することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、像担持体の表面と接触して該像担持体の表面を所定の極性・電位に帯電するローラ状の帯電デバイスと、前記像担持体の表面に静電潜像を形成する露光デバイスと、該露光デバイスによって形成された静電潜像に基づいて前記像担持体の表面に未定着トナー像を形成する現像デバイスと、前記帯電ローラの表面の汚染状態を検出する汚染検出センサと、該汚染検出センサの検出結果に基づいて求めた前記像担持体の表面電位の減衰レベルに応じて前記露光デバイスの光量を増幅させる制御回路と、を備えていることを特徴とする。

この際、前記汚染検出センサは、前記帯電デバイスの軸方向に沿う複数箇所での前記帯電ローラの表面の汚染状態を検出するのが好ましい。

また、前記汚染検出センサは、前記帯電デバイスの軸方向に沿って移動可能としても良い。

さらに、前記制御回路は、前記汚染検出センサで検出した前記帯電デバイスの軸方向に沿う検出結果に応じて前記露光デバイスの主走査方向の光量を増幅するのが好ましい。

また、前記汚染検出センサには前記帯電デバイスの表面の汚染状態を検出する光反射型センサを用いることができる。

本発明の画像形成装置は、帯電デバイスの長寿命化を確保することができると共に、高品質画像を確保することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る画像形成装置について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタの説明図、図２は本発明の一実施形態に係る画像形成部の説明図である。

（画像形成装置の全体構成）
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタ１は、画像形成装置本体としてのプリンタ本体２の内部にスライド変位可能に格納された給紙カセット３と、給紙カセット３の収納空間４内に収納した転写紙（図示せず）を取り出す給紙部５と、プリンタ本体２の正面に配置した手差トレイ６と、手差トレイ６にセットした転写紙（図示せず）を取り出す手差給紙部７と、各給紙部５，７から供給された転写紙を搬送する搬送経路８と、搬送経路８のシート搬送方向上流側で各給紙部５，７の合流部よりもシート搬送方向下流側に配置したレジストローラ対９と、レジストローラ対９よりも搬送経路８のシート搬送方向下流側に配置されてトナーコンテナ１０から供給されたトナー等の現像剤により転写紙の一面に転写像を形成する画像形成部１１と、画像形成部１１よりも搬送経路８のシート搬送方向下流側に配置されて転写紙の一面に形成されたトナー画像を定着する定着装置１２と、定着装置１２を通過した転写紙の他面に転写像を形成する場合に搬送経路８の定着装置１２よりも搬送経路下流側からレジストローラ対９よりも搬送経路８の搬送経路上流側へと引き戻す反転経路１３と、搬送経路８の終端部に設けられた排紙部１４とを備えている。

（トナーコンテナ１０の構成）
トナーコンテナ１０は、コンテナ本体１５の内部に補給用トナーが収納されている。また、その補給用トナーは、可撓性樹脂材料等からなるパドル１６によって攪拌されると共に、スパイラル１７によって転写紙幅方向（図１の紙面奥行き方向）に搬送された後、その所定位置で画像形成部１１の現像デバイス１８へと供給される。

（現像デバイス１８の構成）
この現像デバイス１８は、トナーコンテナ１０から供給された補給用トナーを攪拌しつつ画像形成部１１の感光体ドラム１９に供給するもので、その内部には隔壁２０によって仕切られた状態で一対のスパイラル２１，２２が配置されている。

隔壁２０の両端（図１の紙面奥行き方向）は各スパイラル２１，２２の両端間を連通するように開放しており、スパイラル１７の下方に設けられたスパイラル２１により現像デバイス１８の一方側へ向けてトナーを攪拌搬送（往路）した後に、この一方側の隔壁開放端で折り返されてスパイラル２２により現像デバイス１８の他方側へと向けて補給用トナーを攪拌搬送（復路）し、さらにこの他方側の隔壁開放端で再び折り返される循環搬送経路が構成されている。また、スパイラル２２には、感光体ドラム１９に接触して補給用トナーを供給する現像ローラ２３が配置されている。

現像ローラ２３は、その周面が感光体ドラム１９の周面と対向するように配置されている。従って、現像ローラ２３に搬送されつつある補給用トナーは、現像ローラ２３を介して感光体ドラム１９の周面に供給され、これによって感光体ドラム１９の周面にトナー像が形成されることになる。この際、現像ローラ（マグネットローラ）２３は、感光体ドラム１９にトナーを凝集しないよう適度に攪拌しつつ供給する。

（画像形成部１１の構成）
画像形成部１１は、図２に示すように、例えば、アモルファスシリコン製の感光体ドラム１９の周囲に、感光体ドラム１９の回転方向（図示矢印参照）に沿う画像形成プロセス順に、帯電デバイス２４・露光デバイス（ＬＳＵ）２５・現像デバイス１８（現像ローラ２３）・転写デバイス２６・クリーニングデバイス２７・除電デバイス２８を備えている。

これにより、画像形成部１１は、感光体ドラム１９が図示しない駆動手段によって所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動され、その表面が帯電デバイス２４によって所定の極性・電位に帯電される。

帯電後の感光体ドラム１９は、その表面に露光デバイス２５によって静電潜像が形成される。ここで、露光デバイス２５は、パーソナルコンピュータ等から出力された印刷データに含まれる画像データに基づいて、感光体ドラム１９の表面にレーザ光Ｐを照射し、感光体ドラム１９の表面のレーザ光照射部分の電荷を除去して画像情報に応じた静電潜像を形成する。

そして、感光体ドラム１９の表面に形成された静電潜像は、現像デバイス１８によってトナーコンテナ１０から供給された電荷を有するトナーが静電的に付着されて未定着トナー像として現像される。さらに、その未定着トナー像は、転写デバイス２６によって転写紙に転写像として転写される。

この際、転写紙に未定着トナー像を転写した感光体ドラム１９は、クリーニングデバイス２７によって残留トナー等の除去処理が行われた後、次の画像形成時の帯電のために除電デバイス２８により除電処理が施される。

（帯電デバイス２４の構成）
帯電デバイス２４は、感光体ドラム１９の表面に接触する帯電ローラ２９と、帯電ローラ２９の表面付着物を除去するファーブラシ等の除去ローラ３０とを備えている。

帯電ローラ２９は、例えば、ＳＵＭ２２材質に無電解ニッケルメッキした直径６ｍｍ、長さ２３０ｍｍの芯材３１と、芯材３１の外層としての導電性弾性層３２と、導電性弾性層３２を覆う表層３３とを備えている。

一方、帯電デバイス２４は、帯電ローラ２９の表面に付着した汚染物質等を検出する光反射型センサ３４を備えている。

（露光デバイス２５の構成）
露光デバイス２５は、例えば、図示を略するパーソナルコンピュータから送信された印刷データに含まれる画像データを処理して、感光体ドラム１９の表面にレーザ光Ｐを照射する。尚、ここでの印刷データには、上述した画像データの他、例えば、画像形成処理部数・拡大／縮小率・カラー／モノクロ指定・画像濃度等の各種設定に関するデータ等が該当する。また、露光デバイス２５は、画像形成装置として、例えば、複写機能の場合には画像読取部で読み取った画像データ、ファクシミリ機能の場合には電話回線等を介して受信した画像データを処理する。

（転写デバイス２６の構成）
転写デバイス２６には、転写電圧が印加され、感光体ドラム１９の表面に形成されたトナー像を、感光体ドラム１９と協働して転写紙をニップ搬送しつつ、その印加電圧によって転写する。

（クリーニングデバイス２７の構成）
クリーニングデバイス２７は、感光体ドラム１９の表面に接触する研磨ローラ３５と、感光体ドラム１９の表面とカウンタ方向で先端が当接するクリーニングブレード３６とを備え、トナー像転写後の感光体ドラム１９の表面に残存したトナー等を除去する。

（除電デバイス２８の構成）
除電デバイス２８は、ＬＥＤ光源等が用いられ、帯電デバイス２４で帯電された感光体ドラム１９を除電する。

（光反射型センサ３４の機能）
光反射型センサ３４は、感光体ドラム１９の回転に連動して回転する帯電ローラ２９の表面に付着した汚染物質等を検出するもので、帯電ローラ２９の軸方向に沿って変異可能、若しくは帯電ローラ２９の軸方向に沿って複数個所に複数配置されている。また、光反射型センサセンサ３４は、その出力電圧によって表面の粗さを検出するもので、その出力電圧は制御回路３７に出力される。

（制御回路３７の機能）
制御回路３７は、ＲＯＭ３８に格納された画像形成処理全般に係わる各種制御プログラムの他、本発明に係わる露光デバイス２５の光量制御に関する制御プログラムが格納されている。これにより、制御回路３７とＲＯＭ３８とは、本発明に係わる露光デバイス２５の光量制御を実行するマイクロコンピュータを構成している。また、制御回路３７は、光反射型センサ３４による帯電ローラ２９の表面の汚染状態に関する検出結果に基づいて露光デバイス２５を制御する。この際、制御回路３７は、光反射型センサ３４による帯電ローラ２９の表面の汚染状態に応じて、帯電ローラ２９にＤＣにＡＣを重畳させた帯電バイアスを印加する帯電バイアス電源３９を併用して制御しても良い。

（実施例）
次に、本発明の制御回路３７による露光デバイス２５の制御例（実験例）を説明する。

以下の説明において、感光体ドラム１９には、外径３０（ｍｍ）、膜厚２０（μｍ）、長さ２５４（ｍｍ）のものを使用し、その周速は１５０（ｍｍ／ｓ）である。

また、帯電ローラ２９には、外径１２（ｍｍ）、長さ２２０（ｍｍ）、芯材３１の外径６（ｍｍ）のものを使用した。また、帯電ローラ２９の表面電位の設定は約３００（Ｖ）になるように設定し、帯電ローラ２９の印加電圧はＤＣ＝４００（Ｖ）、ＡＣ＝１．４（ＫＶ）、周波数１．５（ｋＨｚ）と設定した。

尚、帯電ローラ２９への印加電圧条件としてＶｄｃ＝４００Ｖ、Ｖｐｐ＝１．４ＫＶ、周波数１．５ｋＨｚにて表面電位を２５０Ｖに設定されている。

ここで、感光体ドラム１９の表面電位と中間調濃度との関係を図３に示す。

この図３に示すように、例えば、感光体ドラム１９の表面電位が２５０Ｖのときに中間調濃度０．６（＝ターゲット濃度）となるように設定した場合、感光体ドラム１９の表面電位が高くなるにつれて中間調濃度は低くなる。

また、ＲＯＭ３８には、予め実験等により求めた帯電ローラ２９の表面粗さと光反射型センサ３４の検知出力値との関係（図４参照）、帯電ローラ２９の表面粗さと感光体ドラム１９の表面電位との関係（図５参照）、ターゲット濃度（例えば、中間濃度＝０．６）を得るための感光体ドラム１９の表面電位と露光デバイス２５の光量との関係（図６参照）、がテーブル方式等で格納されている。

このように、帯電ローラ２９の表面粗さと光反射型センサ３４の出力電圧値の関係においては、帯電ローラ２９の表面が粗くなるにつれて光反射型センサ３４の出力電圧値は下がる。また、帯電ローラ２９の表面が粗くなるにつれて感光体ドラム１９の表面電位も下がる。

これにより、光反射型センサ３４の出力電圧値から感光体ドラム１９の表面電位がわかる。

そして、感光体ドラム１９の表面電位に対して中間調濃度を一定とするための露光デバイス２５の光量を、図６に示す関係で規定することにより、制御回路３７は、先に検知した反射型センサ３４の出力電圧値から求められる汚染情報に基づく感光体ドラム１９の表面電位との関係から補正すべき露光デバイス２５の光量値を決定することができる。

具体的には、制御回路３７は、光反射型センサ３４で帯電ローラ２９の表面を検知し、その光反射型センサ３４で得られた出力電圧値から帯電ローラ２９の粗さを推定して汚染情報とし、帯電ローラ２９の表面粗さから感光体ドラム１９の表面電位を推定した後に、その表面電位から補正すべき露光デバイス２５の光量値を決定することにより、ムラやスジのない均一な画像品質を維持することが可能な帯電システムを具備した画像形成装置を構成することができる。

即ち、光反射型センサ３４を用いて帯電ローラ２９の表面粗さを検出し、その表面粗さから帯電ローラ２９の表面の汚染情報を制御回路３７が取得する。

初期の帯電ローラ２９の表面は平滑性を具備しているが、印刷処理を施すことによって帯電ローラ２９の表面がトナー外添剤であるシリカ等で汚染されてくると、表面粗さは初期と比較して大きくなる（粗くなる）。

また、表面粗さと感光体ドラム１９の表面電位の減衰は負の相関関係が成立しており、外添剤の付着部分の表面粗さを検出することができれば感光体ドラム１９の表面電位の減衰も把握することができる。

また、帯電ローラ２９の表面汚染は軸方向に沿って均一ではないため、感光体ドラム１９の流れ込み電流による定電流制御を行っただけでは局部的なトナー付着による帯電ローラ２９の抵抗上昇に対しては補正機能を有していないため、局部的に付着が発生した部分では感光体ドラム１９の表面電位が低下することに伴う画像ムラやスジの発生を引き起こす。

このため、光反射型センサ３４を軸方向に沿って変位させるか、軸方向に沿って複数配置し、軸方向の複数箇所、好ましくは感光体ドラム１９の主走査方向の解像度・分解能で粗さ情報を得ることにより軸方向の表面電位の把握が可能となる。この際、各箇所から取得した汚染情報は、ＨＤＤ４０等の記憶装置に格納して制御回路３７で汚染状態を確認することによって、局部的に表面電位が低下した部分は、露光デバイス２５による露光光量が見掛け上で強くなることから、画像は他の部分と比較して濃くなってしまう問題が発生する。

従って、制御回路３７は、感光体ドラム１９の軸方向の表面電位情報が得られていれば、静電潜像を書き込む露光デバイス２５の主走査方向の光量を、その情報にしたがって光量変調することにより、帯電ローラ２９が軸方向で汚染ムラが発生した場合でもムラのない、均一な画像品質を維持することが可能であり、帯電ローラ２９の長寿命化を確保することが可能となる。

尚、本実施の形態に示したように、ファーブラシ等の除去ローラ３０によって帯電ローラ２９の表面付着物を除去する構成を採用した場合、その除去ローラ３０によって帯電ローラ２９の表面汚染状態が回復（表面電位が増幅）された際には、光反射型センサ３４の検出結果に応じて、制御回路３７は露光デバイス２５の主走査方向の光量を減衰させることも可能である。

ところで、上記実施の形態では、本発明の画像形成装置をプリンタ１に適用して説明したが、複写機や複合機といった画像形成装置全般に適用することができることは勿論である。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタの説明図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成部の説明図である。 感光体ドラムの表面電位と転写画像の中間濃度との関係を示すグラフ図である。 光反射型センサの出力電圧と表面粗さとの関係を示すグラフ図である。 帯電ローラの表面粗さと感光体ドラムの表面電位との関係を示すグラフ図である。 ターゲット濃度を得るための感光体ドラムの表面電位と露光デバイスの光量との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１８…現像デバイス
１９…感光体ドラム（像担持体）
２５…露光デバイス
２９…帯電ローラ（帯電デバイス）
３４…光反射型センサ
３７…制御回路

Claims (5)

1. 像担持体の表面と接触して該像担持体の表面を所定の極性・電位に帯電するローラ状の帯電デバイスと、前記像担持体の表面に静電潜像を形成する露光デバイスと、該露光デバイスによって形成された静電潜像に基づいて前記像担持体の表面に未定着トナー像を形成する現像デバイスと、前記帯電ローラの表面の汚染状態を検出する汚染検出センサと、該汚染検出センサの検出結果に基づいて求めた前記像担持体の表面電位の減衰レベルに応じて前記露光デバイスの光量を増幅させる制御回路と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記汚染検出センサは、前記帯電デバイスの軸方向に沿う複数箇所での前記帯電ローラの表面の汚染状態を検出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記汚染検出センサは、前記帯電デバイスの軸方向に沿って移動可能であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御回路は、前記汚染検出センサで検出した前記帯電デバイスの軸方向に沿う検出結果に応じて前記露光デバイスの主走査方向の光量を増幅することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記汚染検出センサが前記帯電デバイスの表面の汚染状態を検出する光反射型センサであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の画像形成装置。

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