JP2010079060A - 画像形成装置及び電圧検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 環境や被帯電体の膜厚等が変化しても、被帯電体を好適に帯電させ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２と、感光体２と当接し感光体２を帯電させる帯電ロール３と、帯電ロール３に直流電圧を供給する高圧電源部１０と、帯電ロール３から感光体２に流れる電流を測定する電流モニタ回路１６と、高圧電源部１０を制御して帯電ロール３に供給する直流電圧を測定電圧範囲内で変更し、電流モニタ回路１６で測定される電流を判定しきい値と比較して、判定しきい値よりも大きい電流を検出したときに帯電ロール３に供給していた直流電圧を感光体２の放電開始電圧と判定するＭＰＵ２０とを有している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、画像形成装置及び電圧検出方法に関する。

近年、画像形成装置には低コスト化が求められている。高圧電源装置でのコストダウン対策として、感光体周りの電気仕様のスリム化も検討されている。特に、感光体に帯電部材を接触させて感光体を帯電させる接触帯電方式では、交流出力に直流出力を重畳して感光体を帯電させる方式が主流であったが、直流出力だけで感光体を帯電させる方式も検討されている。交流出力が不要となるため、その分だけコストを削減することができる。

特許文献１では、被帯電体にバイアス電圧を印加する被帯電体用電源と、帯電部材用高圧電源によって帯電部材に高圧電圧を印加しているとき、帯電部材と、被帯電体との間に流れる電流の値を検出する電流値検出部と、被帯電体用電源によって被帯電体にバイアス電圧が印加されている状態で、電流検出部で検出される電流の値がほぼゼロになるように帯電部材用高圧電源から出力される高圧電圧の値を調整し、この調整した高圧電圧値を帯電印加基準電圧値として記憶手段に記憶している。

特許文献２では、被帯電体に接触する電極部材と、この電極部材に異なる複数の電圧を印加する電圧印加手段と、電極部材に流れる電流を検知する電流検知手段とを有し、電極部材に異なる電圧を印加して得られたＶ−Ｉ特性に基づき被帯電体の厚みを検知している。

特許第３３６４５６３号公報 特許第３０６４６４３号公報

本発明は、環境や被帯電体の膜厚等が変化しても、被帯電体を好適に帯電させることができる画像形成装置及び電圧検出方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために請求項１記載の画像形成装置は、被帯電体と、前記被帯電体に当接し、前記被帯電体を帯電させる帯電部材と、前記帯電部材に直流電圧を供給する高圧電源と、前記帯電部材から前記被帯電体に流れる電流を測定する第１測定手段と、前記高圧電源を制御して前記帯電部材に供給する直流電圧を測定電圧範囲内で変更し、前記第１測定手段で測定される電流を判定しきい値と比較して、前記判定しきい値よりも大きい電流を検出したときに前記帯電部材に供給していた直流電圧を前記被帯電体の放電開始電圧と判定する制御手段とを有する構成としている。

請求項２記載の画像形成装置は、請求項１記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記直流電圧を第１電圧値ずつ加算しながら前記第１測定手段で測定される電流を前記判定しきい値と比較し、前記判定しきい値よりも大きい電流を検出したときの前記直流電圧を記憶手段に記憶すると共に、前記直流電圧を第２電圧値ずつ減算しながら前記第１測定手段で測定される電流を前記判定しきい値と比較して、前記判定しきい値よりも大きい電流を検出したときの前記直流電圧を前記記憶手段に記憶し、前記記憶手段に記憶した前記直流電圧を新たな測定電圧範囲として、前記第１電圧値及び前記第２電圧値よりも小さい電圧値ずつ前記帯電部材に供給する直流電圧を加算又は減算しながら前記被帯電体の前記放電開始電圧を絞り込むとよい。

請求項３記載の画像形成装置は、請求項１又は２記載の画像形成装置において、前記高圧電源は、電源電圧を昇圧するトランスと、該トランスをオン、オフさせるスイッチとを有し、該トランスの二次側出力を前記帯電部材に供給するものであり、前記トランスの二次側電圧を測定する第２測定手段、又は前記スイッチをオン、オフさせるＰＷＭ信号のデューティを測定する第３測定手段を前記第１測定手段に代えて具備するとよい。

本発明の電圧検出方法は、被帯電体を帯電させる帯電部材に直流電圧を供給する高圧電源を制御して、前記帯電部材に供給する直流電圧を測定電圧範囲内で変更するステップと、前記直流電圧を前記帯電部材に供給したときに前記帯電部材から前記被帯電体に流れる電流を測定するステップと、測定された電流と判定しきい値と比較して、前記判定しきい値よりも大きい電流を検出したときに前記帯電部材に供給していた直流電圧を前記被帯電体の放電開始電圧と判定するステップとを有している。

請求項１に記載の発明によれば、環境や被帯電体の膜厚等が変化しても、被帯電体を好適に帯電させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、簡単な制御によって被帯電体を好適に帯電させることができる。

請求項３記載の発明によれば、トランスの二次側電圧や、スイッチをオン、オフさせるＰＷＭ信号のデューティによっても被帯電体の放電開始電圧を検出することができる。

請求項４に記載の発明によれば、環境や被帯電体の膜厚等が変化しても、被帯電体を好適に帯電させることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

まず、図１を参照しながら本実施例の構成を説明する。像担持体としての感光体２は、円筒状ＯＰＣ感光体であり、紙面に垂直方向の中心軸線を中心に矢示の時計方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。
感光体２は、アルミニウムドラムの外周にＯＰＣ感光体膜を塗工形成したものであり、この感光体膜は電荷発生層の上に所定の厚みの電荷輸送層（Carrier Transfer Layer）を配置したものである。なお、以下では、感光体膜の下地となっているアルミニウムを感光体の基材と呼ぶ。感光体膜への電界は、この基材と感光体表面の帯電電位との電位差で決定される。

感光体２の周囲には、感光体２に接触させた帯電ロール（接触部材）３、露光器４、現像器５、クリーニングブレード７、除電ランプ８などが配置されている。

帯電ロール３は、感光体２の回転に従動して回転し、また高圧電源部１０からＤＣ（直流）の電圧又は電流が供給され、回転する感光体２の周面が所定の極性・電位に帯電（本例では負帯電）される。

次いで回転する感光体２の帯電処理面に、露光器４から出力される、画像変調されたレーザビームが照射（走査露光）され、露光部分の電位が減衰して静電潜像が形成される。

感光体２の回転にともなって静電潜像が現像器５に対向する現像部位に到来すると、現像器５から負帯電されたトナーが供給されて反転現像によってトナー像が形成される。

感光体２の回転方向に見て現像器５の下流側には導電性の転写ロール６が感光体２に圧接配置してあって、感光体２と転写ロール６とのニップ部が転写部位を形成している。

感光体２表面に形成されたトナー像が感光体２の回転につれて上記転写部位に到達すると、これとタイミングをあわせて用紙が転写位置に供給され、これとともに所定の電圧が転写ロール６に印加されて、トナー像が感光体２の表面から用紙に転写される。

転写位置でトナー像転写を受けた用紙は定着器９へ搬送されてトナー像の定着を受けて機外へ排出される。

一方、感光体２の表面に残った転写残りトナーはクリーニングブレード７によってかき落されることで、感光体２はその表面が清掃されて、次の画像形成に備える。また、感光体２上の静電潜像は、除電ランプ８で消去される。

次に、図２を参照しながら高圧電源部１０の構成を説明する。
図２に示すように高圧電源部１０は、トランス１１と、２次側回路１２と、電流検出回路１３と、制御回路１４と、スイッチ１５と、電流モニタ回路１６とを有している。

トランス１１は、制御回路１４によって出力される、スイッチ１５をオン、オフするＰＷＭ信号によってオン、オフ制御され、入力電圧（例えば、直流２４Ｖ）を所定の電圧に昇圧する。

２次側回路１２は、ダイオード１２１、コンデンサ１２２を備え、トランス１１によって昇圧された交流電圧を整流平滑して直流出力とし、これを帯電ロール３に供給する。

電流検出回路１３は、負荷としての帯電ロール３に流れ込む電流を抵抗１７を介して入力し、２次側回路１２の出力電流を検出する。電流検出回路１３の検出した電流値は電流モニタ回路１６に出力される。
電流モニタ回路１６は、電流検出回路１３の検出した電流値をアナログデータに変換して、電流モニタとしてＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）２０に出力する。

制御回路１４は、出力目標値である出力値信号をＭＰＵ２０から入力する。また、制御回路１４は、抵抗１７で分圧した２次側回路１２の出力電流を入力する。そして、制御回路１４は、出力値信号と、２次側回路１２の出力電流に比例した値と比較し、比較結果によりスイッチ１５をオン、オフ制御するＰＭＷ信号のデューティ比を決定する。決定したデューティ比のＰＷＭ信号を生成してスイッチ１５（スイッチ１５を構成するトランジスタのゲート端子）に供給する。
ＭＰＵ２０は、電流モニタ回路１６から出力される電流モニタに基づいて、高圧電源部１０の出力電圧を制御する。すなわち、ＭＰＵ２０は、高圧電源部１０の出力目標値である出力値信号を制御回路１４に出力する。

なお、高圧電源部１０の構成は図３に示すものであってもよい。図３に示す例では、電流モニタ回路１６がスイッチ１５を構成するトランジスタのソース、ドレイン間に流れる電流をモニタする。トランジスタのソース、ドレイン間に流れる電流を検出することで、制御回路１４から出力されるＰＭＷ信号のデューティを検出することができる。

図４は、帯電ロール３に供給する高圧電圧（直流電圧）と、感光体の表面電位との関係を示す。
感光体２に対して帯電ロール３を加圧当接させると、図４に示すようにしきい値電圧以上の電圧を帯電ロール３に印加すれば感光体２の表面電位が上昇を始め、それ以降は印加電圧に対して所定の傾き（例えば、傾き１）で線形に感光体表面電位が増加する。以後、このしきい値電圧を放電開始電圧Ｖｔｈと呼ぶ。また、このようにして直流電圧のみを帯電ロール３に印加して帯電を行う方式をＤＣ帯電方式と呼ぶ。しかし、ＤＣ帯電方式においては環境変動等によって帯電ロール３の抵抗値が変動するため、また感光体２が削れることによって膜厚が変化すると放電開始電圧Ｖｔｈが図４に示すように変動するため、感光体２の電位を所望の値にすることが難しかった。

そこで、本実施例は、例えば、画像形成装置１の電源投入時に、放電開始電圧の測定を行う測定モードを設けた。
この測定モードでは、ＭＰＵ２０は、高圧電源部１０の出力を図５（Ａ）に示すように予め設定された開始電圧から徐々（例えば、１０Ｖずつ）に上昇させて高圧電源部１０の出力をスイングさせる。また、高圧電源部１０の出力を終了電圧まで出力すると、今度は、高圧電源部１０の出力を図５（Ａ）に示すように徐々に降下させる。なお終了電圧の値は、感光体２の膜厚が最も厚い初期状態での放電開始電圧かその電圧に所定電圧を加算した値を使用することができる。

ＭＰＵ２０は、電流モニタ回路１６の検出値を入力して、この検出値に基づいて放電開始電圧を判定する。感光体２の表面電位が上昇を開始するときには、帯電ロール３から感光体２に流れ込む電流値が急激に大きくなる。そこで、ＭＰＵ２０は、電流モニタ回路１６の検出値を入力して、この値をしきい値と比較することで、放電開始電圧Ｖｔｈの検出を行う。

図５（Ａ）に示す例では、高圧電源部１０の出力を上げていくときには、−３５０Ｖから１００Ｖずつ電圧を上昇させ、−８５０Ｖまで上昇させた。また、高圧電源部１０の出力を下げていくときには、最初に−８５０Ｖから−８００Ｖに５０Ｖ低下させ、その後、１００Ｖずつ高圧電源部１０の電圧を下げていった。
高圧電源部１０の出力を上げていったときには、−６５０Ｖで検出値が急激に変化した。また、高圧電源部１０の出力を下げていったときには、−６００Ｖで検出値が急激に変化した。そこでＭＰＵ２０は、次のステップでは、図５（Ｂ）に示すように高圧電源部１０の出力電圧を−６００Ｖから−６５０Ｖまで１０Ｖずつ変化させ、電流モニタ回路１６の検出値を用いて放電開始電圧を判定する。このようにしてＭＰＵ２０は、高圧電源部１０の出力電圧を上昇させていくステップと、降下させていくステップとを行い、その間で電流モニタ回路１６の検出値が急激に変化した電圧を検出している。また、電流モニタ回路１６の検出値が急激に変化した電圧を新たな測定範囲とし、高圧電源部１０の出力電圧を変更する変更幅を徐々に狭めていくことで放電開始電圧Ｖｔｈを特定する。例えば、高圧電源部１０の出力電圧を上昇させるステップと降下させるステップとで、検出電流値が急激に変化した電圧が一致した場合に、その出力電圧を放電開始電圧Ｖｔｈと判定する。

なお、上述した説明では、ＭＰＵ２０は、電流モニタ回路１６の検出値に基づいて放電開始電圧Ｖｔｈを検出しているが、これ以外にトランス１１の２次側電圧の変化や、図３に示す電流モニタ回路１６で測定される電流値から求められるＰＷＭ信号のデューティの変化に基づいて放電開始電圧Ｖｔｈを検出することもできる。
また、上述した例では、開始電圧を放電開始電圧よりも十分に小さい電圧値としているが、画像形成装置１の起動時に毎回行う場合には、前回検出した放電開始電圧値Ｖｔｈをメモリに保存しておき、この放電開始電圧Ｖｔｈよりも所定値（例えば、３０Ｖ）だけ低い電圧値を測定開始電圧とし、放電開始電圧Ｖｔｈよりも所定値（例えば、３０Ｖ）だけ高い電圧値を測定終了電圧としてもよい。

次に、図６に示すフローチャートを参照しながら本実施例の制御手順を説明する。
まず、ＭＰＵ２０は、予め設定された初期電圧を帯電ロール３に供給する（ステップＳ１）。次に、ＭＰＵ２０は電流モニタ回路１６の検出値を入力する（ステップＳ２）。次に、ＭＰＵ２０は、帯電ロール３に供給する電圧をＶ１だけ上昇させ（ステップＳ３）、供給電圧が上限電圧に到達したか否かを判定する（ステップＳ４）。供給電圧が上限電圧に到達していない場合には、ＭＰＵ２０は電流モニタ回路１６の検出値を入力して（ステップＳ５）、検出値の増加量をしきい値と比較する（ステップＳ６）。検出値の増加量がしきい値よりも大きければ（ステップＳ６／ＹＥＳ）、ＭＰＵ２０は、そのとき帯電ロール３に供給していた供給電圧をメモリに保存する（ステップＳ７）。また、ステップＳ７で、帯電ロール３に供給する電圧をＶ１ずつ上げていき、供給電圧が上限電圧に到達した場合には（ステップＳ４／ＹＥＳ）、ＭＰＵ２０は、今度は帯電ロール３に供給する電圧を上限電圧からＶ２ずつ低下させる（ステップＳ８）。そして、ＭＰＵ２０は電流モニタ回路１６の検出値を入力して（ステップＳ９）、入力した検出値としきい値とを比較する（ステップＳ１０）。検出値の減少量がしきい値よりも大きければ（ステップＳ１０／ＹＥＳ）、ＭＰＵ２０は、そのとき帯電ロール３に供給していた供給電圧をメモリに保存する（ステップＳ１１）。また、ステップＳ７で、帯電ロール３に供給する電圧をＶ２ずつ下げていき、供給電圧が下限電圧に到達した場合には（ステップＳ１２／ＹＥＳ）、ＭＰＵ２０は、メモリに記憶した供給電圧を比較する。ＭＰＵ２０は、供給電圧を上昇させていったときに検出値の増加量がしきい値を超えた供給電圧Ｖ３と、供給電圧を降下させていったときに検出値の減少量がしきい値を超えた供給電圧Ｖ４とが一致するか否かを判定する（ステップＳ１３）。両者が一致しなかった場合には（ステップＳ１３／ＮＯ）、供給電圧Ｖ３を下限電圧、供給電圧Ｖ４を上限電圧として、この範囲内で帯電ロール３に供給する電圧を変更して、再度放電開始電圧を検出する（ステップＳ１４）。このとき、供給電圧の上げ幅は、前回の供給電圧の上げ幅Ｖ１よりも小さくする。同様に、供給電圧の下げ幅は、前回の供給電圧の下げ幅Ｖ２よりも小さくする。また、供給電圧Ｖ３と供給電圧Ｖ４とが一致する場合には、ＭＰＵ２０は、この値を放電開始電圧として検出する。

このように本実施例は、環境や被帯電体等が変化しても、感光体２を好適に帯電させることができる。

画像形成装置の構成を示す構成図である。 高圧電源部の構成を示す構成図である。 高圧電源部の他の構成を示す構成図である。 放電開始電圧を説明するための図である。 ＭＰＵの制御手順を示す図である。 ＭＰＵの制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 感光体
３ 帯電ロール
４ 露光器
５ 現像器
６ 転写ロール
１０ 高圧電源部
２０ ＭＰＵ
２１ ＤＣ電流検出部

Claims (4)

1. 被帯電体と、
   前記被帯電体と当接し、前記被帯電体を帯電させる帯電部材と、
   前記帯電部材に直流電圧を供給する高圧電源と、
   前記帯電部材から前記被帯電体に流れる電流を測定する第１測定手段と、
   前記高圧電源を制御して前記帯電部材に供給する直流電圧を測定電圧範囲内で変更し、前記第１測定手段で測定される電流を判定しきい値と比較して、前記判定しきい値よりも大きい電流を検出したときに前記帯電部材に供給していた直流電圧を前記被帯電体の放電開始電圧と判定する制御手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記直流電圧を第１電圧値ずつ加算しながら前記第１測定手段で測定される電流を前記判定しきい値と比較し、前記判定しきい値よりも大きい電流を検出したときの前記直流電圧を記憶手段に記憶すると共に、前記直流電圧を第２電圧値ずつ減算しながら前記第１測定手段で測定される電流を前記判定しきい値と比較して、前記判定しきい値よりも大きい電流を検出したときの前記直流電圧を前記記憶手段に記憶し、前記記憶手段に記憶した前記直流電圧を新たな測定電圧範囲として、前記第１電圧値及び前記第２電圧値よりも小さい電圧値ずつ前記帯電部材に供給する直流電圧を加算又は減算しながら前記被帯電体の前記放電開始電圧を絞り込むことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記高圧電源は、電源電圧を昇圧するトランスと、該トランスをオン、オフさせるスイッチとを有し、該トランスの二次側出力を前記帯電部材に供給するものであり、
   前記トランスの二次側電圧を測定する第２測定手段、又は前記スイッチをオン、オフさせるＰＷＭ信号のデューティを測定する第３測定手段を前記第１測定手段に代えて具備することを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 被帯電体を帯電させる帯電部材に直流電圧を供給する高圧電源を制御して、前記帯電部材に供給する直流電圧を測定電圧範囲内で変更するステップと、
   前記直流電圧を前記帯電部材に供給したときに前記帯電部材から前記被帯電体に流れる電流を測定するステップと、
   測定された電流と判定しきい値と比較して、前記判定しきい値よりも大きい電流を検出したときに前記帯電部材に供給していた直流電圧を前記被帯電体の放電開始電圧と判定するステップと、
   を有することを特徴とする電圧検出方法。

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