JP2010266786A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電部材に印加する交流バイアスを適正値に設定することにより、帯電部材の長手方向に抵抗ムラがある場合においても画像ムラのない高画質な画像を形成できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】帯電キャリブレーションモードが設定され、初期値Ｖｐｐ［０］を用いて形成されたキャリブレーションパターンＭ〜Ｂの一つ以上に濃度ムラ有りと判断され、且つ濃度ムラが通紙領域内である場合は、濃度ムラの有るキャリブレーションパターンＭ〜Ｂに対応する帯電ローラ２７に印加する交流バイアスの初期値Ｖｐｐ［０］に所定電圧ΔＶｐｐを加える。そして、濃度ムラの生じた色についてのみ再び帯電キャリブレーションを実行してキャリブレーションパターンの濃度を読み取り、濃度ムラ無しと判断された場合は、Ｖｐｐ［０］＋ΔＶｐｐを適正値Ｖｐｐ［Ａ］に決定して印字を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の、電子写真式の画像形成装置に関し、特に、感光体ドラムの表面を接触状態で帯電させる帯電部材を備えた画像形成装置に関するものである。

コピー機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真方式を用いる画像形成装置においては、主に粉末の現像剤（以下、トナーという）が使用され、感光体ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像を現像装置内のトナーによって可視化し、そのトナー像を記録媒体上に転写した後、定着処理を行うプロセスが一般的である。このような画像形成装置においては、感光体表面を帯電させる装置として、例えば細いワイヤー等を電極として、高電圧を印加されることで放電するコロナ放電装置と、導電性の芯材の周囲に導電性ゴム、高抵抗被覆層などを設けた帯電ローラに代表される帯電部材を、感光体表面に接触させた状態で電圧を印加する接触式の帯電装置とが広く利用されてきた。

しかし、コロナ放電装置は高電圧を必要とする上、ワイヤーからの放電により発生するオゾン、ＮＯｘやＳＯｘ等の放電生成物が帯電装置のシールドやグリッド表面に付着する。一方、接触式の帯電装置は、低電圧で動作可能でありオゾンの発生が少ないという長所がある。

接触式帯電装置に電圧を印加する方式には、帯電部材に直流バイアス（Ｖｄｃ）のみを印加する直流帯電方式と、直流バイアス（Ｖｄｃ）に交流バイアス（Ｖｐｐ）を重畳して印加する交流帯電方式とがある。このうち、交流帯電方式は、感光体と帯電部材との間に振動電界を形成し、交流成分が感光体表面の帯電電位の凹凸を均し、直流成分が所定の電位に収束させるため、感光体表面をムラ無く均一に帯電できるという利点がある。

帯電部材として帯電ローラを用い、交流帯電方式によりアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉという）感光体ドラムの表面を帯電させた場合、感光体の表面電位Ｖ０はＶｐｐに比例するが、Ｖｐｐが所定値以上になると一定となる。そして、Ｖｐｐが低すぎると電圧が不足して感光体表面が均一に帯電されず画像ムラが発生する。逆に、Ｖｐｐが高すぎると帯電ローラと感光体の間の放電電流が増大し、放電生成物が感光体表面に付着することによりドラム表面の摩擦係数が上昇し、ブレード鳴きやトナー付着が発生する。また高温高湿環境においては、放電生成物が水分を吸収して表面抵抗が低下することによる像流れが発生する。

従来は、帯電部材から感光体ドラムに流れ込む直流電流や交流電流を検出することで感光体ドラムを帯電させるために必要なＶｐｐを決定していた。例えば特許文献１では、交流電圧を可変したときの交流電流を検出し、検出された電流が必要最小電流以上で、且つ最も小さな値を示した交流電圧を帯電交流電圧として使用する方法が開示されている。

特開２００３−３０２８１４号公報

ところで、帯電部材の表面がトナーや紙粉等により汚染され、帯電部材の長手方向に抵抗ムラが発生している場合がある。特許文献１の方法では、帯電部材全体に流れる電流の平均値に基づいて交流電圧の適正値を決定しているため、帯電部材の高抵抗領域においては決定された交流電圧では感光体表面を十分に帯電させることができず、ハーフトーン画像に濃度ムラが生じるおそれがあった。なお、感光体表面を非接触の状態で帯電させる場合においても、帯電部材と感光体とが近接している場合は上述したような接触帯電方式と同様の問題が生じる。

本発明は、上記問題点に鑑み、帯電部材の長手方向に抵抗ムラがある場合においても帯電部材に印加する交流バイアスを適正値に設定することにより、画像ムラのない高画質な画像を形成できる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、該像担持体の表面に接触若しくは近接して配置され直流バイアス及び交流バイアスを重畳した帯電バイアスを印加することにより像担持体表面を一様に帯電させる帯電部材と、該帯電部材により帯電された像担持体上に静電潜像を形成する露光装置と、該露光装置により形成された静電潜像を現像する現像装置と、を含む画像形成部と、該画像形成部により現像幅全域に亘って形成されたキャリブレーションパターンの濃度を検知する濃度検知手段と、該濃度検知手段の検知結果に基づいて前記帯電部材に印加される交流バイアスのＶｐｐを決定する制御手段と、を備えた画像形成装置である。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、前記濃度検知手段により検知されたキャリブレーションパターンの濃度に前記帯電部材の長手方向において所定以上の濃度差がある場合、前記帯電部材に印加される交流バイアスのＶｐｐを初期値よりも高くすることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記帯電部材に印加される交流バイアスのＶｐｐの初期値は、装置内部の温湿度に基づいて設定されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記交流バイアスのＶｐｐの初期値からの調整量は、４００Ｖ以下であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記交流バイアスのＶｐｐを初期値よりも高くした場合は、印字動作終了後に像担持体表面の摩擦係数を下げるエージング動作の実行時間を延長することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、キャリブレーションパターンに所定以上の濃度差がある部分が引き続き行われる印字動作において記録媒体が通過する領域外である場合は、交流バイアスのＶｐｐの調整を行わないことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記帯電部材が、接触式の帯電ローラであることを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、現像幅全域に亘って形成されたキャリブレーションパターンの濃度を検知し、検知結果に基づいて濃度低下を抑制する適正なＶｐｐが決定されるため、汚れにより帯電部材の長手方向に抵抗ムラがある場合でも濃度ムラが抑制された高画質な画像を形成できる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、帯電部材の長手方向にキャリブレーションパターンの濃度ムラが発生している場合は帯電部材に汚れがあるものと判断し、帯電部材に印加する交流バイアスのＶｐｐを初期値から所定量上昇させることにより、帯電部材の抵抗ムラの有無を簡単に判断し、且つ抵抗ムラに起因する濃度ムラが現れない良好な画像を得ることができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成の画像形成装置において、帯電部材に印加される交流バイアスのＶｐｐの初期値を装置内部の温湿度に基づいて設定することにより、天候や設置場所等による温湿度環境の変化に係わらず、常に適正な交流バイアスの初期値を設定可能となる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第２又は第３構成の画像形成装置において、交流バイアスのＶｐｐの初期値からの調整量を４００Ｖ以下とすることにより、安定した現像性を維持するために必要十分なＶｐｐを設定して、放電生成物の発生を極力抑制することができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第２乃至第４のいずれかの構成の画像形成装置において、交流バイアスのＶｐｐを初期値よりも高くした場合は、印字動作終了後に像担持体表面の摩擦係数を下げるエージング動作の実行時間を延長することにより、Ｖｐｐの上昇に伴い付着量が増加した像担持体表面の放電生成物を十分に除去して高湿環境下での像流れや転写（一次転写）効率の低下、クリーニングブレードの鳴き（摩擦音）や端部の巻き上がり等の不具合を効果的に抑制できる。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第２乃至第５のいずれかの構成の画像形成装置において、キャリブレーションパターンに濃度差がある部分が引き続き行われる印字動作において記録媒体の通過領域外である場合は交流バイアスのＶｐｐの調整を行わないことにより、画像品質に影響を及ぼさない不必要なＶｐｐ調整を省いて放電生成物の生成を抑制することができる。

また、本発明の第７の構成によれば、上記第１乃至第６のいずれかの構成の画像形成装置において、帯電部材として汎用されている接触式の帯電ローラを用いることにより、トナー外添剤や紙粉等により表面が汚染され易い接触式の帯電ローラの汚れに起因する濃度ムラを抑えた高画質な画像を形成できる。

本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略断面図 図１における画像形成部Ｐａ周辺の部分拡大図 本発明の画像形成装置に用いられる制御経路の一例を示すブロック図 本発明の画像形成装置における帯電ローラへ印加する交流バイアスの制御手順の一例を示すフローチャート 本発明の帯電バイアス補正制御に用いられるキャリブレーションパターン、及び濃度検知センサの駆動機構の一例を示す図

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。画像形成装置（ここではタンデム型カラープリンタ）１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（マゼンタ、シアン、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、さらに駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、二次転写ローラ９において用紙Ｐ上に一度に転写され、さらに、定着部７において用紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される用紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。また、二次転写ローラ９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのブレード状のベルトクリーナ１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された有機感光層（ＯＰＣ）を有する感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光装置４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング装置５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

ユーザにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光装置４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向配置された現像ローラ（現像剤担持体）を備え、それぞれマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄの現像ローラにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光装置４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、一次転写ローラ６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング装置５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、従動ローラ１０、駆動ローラ１１、テンションローラ２０を含む複数の懸架ローラに掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、用紙Ｐがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラ９へ搬送され、中間転写ベルト８とのニップ部（二次転写ニップ部）において用紙Ｐ上にフルカラー画像が二次転写される。トナー像が転写された用紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された用紙Ｐは、定着ローラ対１３のニップ部（定着ニップ部）を通過する際に加熱及び加圧されてトナー像が用紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された用紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。用紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ対１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、用紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した用紙Ｐの一部を一旦排出ローラ対１５から装置外部にまで突出させる。その後、用紙Ｐは排出ローラ対１５を逆回転させることにより分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態でレジストローラ対１２ｂに再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラ９により用紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。

画像形成部Ｐｄの下流側且つ二次転写ローラ９の上流側直近には濃度検知センサ２１が配置されている。濃度検知センサ２１は、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいて中間転写ベルト８上に形成される濃度補正パターンに測定光を照射し、濃度補正パターンを構成する各パッチ画像からの反射光量を検出する。検出結果は受光出力信号として後述する制御部９０に送信される。濃度検知センサ２１としては、一般にＬＥＤ等から成る発光素子と、フォトダイオード等から成る受光素子を備えた光学センサが用いられる。濃度補正パターンの濃度を測定する際、発光素子から中間転写ベルト８上の各パッチ画像に対し順次測定光を照射すると、測定光はトナーによって反射される光、及びベルト表面によって反射される光として受光素子に入射する。

トナーの付着量が多い場合には、ベルト表面からの反射光がトナーによって遮光されるので、受光素子の受光量が減少する。一方、トナーの付着量が少ない場合には、逆にベルト表面からの反射光が多くなる結果、受光素子の受光量が増大する。従って、受光した反射光量に基づく受光信号の出力値により各色のパッチ画像のトナー付着量（画像濃度）を検知し、予め定められた基準濃度と比較して露光量や現像バイアスの特性値などを調整することにより、各色について濃度補正が行われる。

濃度検知センサ２１は、測定対象物までの距離を厳密に規定しておく必要があるため、図１に示すように、中間転写ベルト８表面までの距離変動の少ない駆動ローラ１１に対向するような位置に配置されている。

なお、濃度検知センサ２１は中間転写ベルト８上の濃度補正パターンを検知可能な他の位置に配置しても良いが、例えば二次転写ローラ９よりも下流側に配置した場合、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにより濃度補正パターンが形成されてから濃度検知が行われるまでの時間が長くなり、さらに濃度補正パターンが二次転写ローラ９と接触することにより濃度補正パターンの表面状態が変化するおそれもある。そのため、図１のように画像形成部Ｐｄよりも下流側且つ二次転写ローラ９の接触位置よりも上流側に配置することが好ましい。

さらに濃度検知センサ２１は、後述する帯電キャリブレーションの実行時において、現像領域幅全域に形成されるキャリブレーションパターン全体の濃度を検知するために、中間転写ベルト８の幅方向（主走査方向、図１では紙面方向）に往復移動可能に構成されている。

また、画像形成装置１００内部の温度及び湿度を測定する目的で、画像形成部Ｐａに隣接して温湿度センサ２３が設置されている。温湿度センサ２３は装置内部の他の位置に設置しても良いが、感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲の温湿度を精度良く測定するために、なるべく画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの近傍に設置することが好ましい。

図２は、図１における画像形成部Ｐａ付近の拡大図である。なお、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄについても基本的に同様の構成であるため説明を省略する。感光体ドラム１ａの周囲には、ドラム回転方向（図２の反時計回り）に沿って帯電装置２ａ、現像装置３ａ、クリーニング装置５ａ、及び除電ランプ２５が配設され、現像装置３ａとクリーニング装置５ａの間には中間転写ベルト８を挟んで一次転写ローラ６ａが配置されている。

帯電装置２ａは、感光体ドラム１ａに接触してドラム表面を一様に帯電させる帯電ローラ２７と、帯電ローラ２７をクリーニングするための帯電クリーニングブラシ２９とを有している。なお、帯電クリーニングブラシ２９に代えて帯電クリーニングローラを用いても良い。帯電ローラ２７には帯電バイアス電源４２（図３参照）により所定の直流バイアス及び交流バイアスが印加される。

現像装置３ａは、２本の攪拌搬送スクリュー３０と、磁気ローラ３１と、現像ローラ３３とを有する二成分現像式であり、磁気ローラ３１表面に起立する磁気ブラシを用いて現像ローラ３３にトナー薄層を形成し、現像ローラ３３にトナーと同極性（正）の現像バイアスを印加してドラム表面にトナーを飛翔させる。

クリーニング装置５ａは、摺擦ローラ３５、クリーニングブレード３７、及び回収スクリュー３９を有している。摺擦ローラ３５は感光体ドラム１ａに所定の圧力で圧接されており、図示しない駆動手段により感光体ドラム１ａとの当接面において同一方向に回転駆動されるが、その周速は感光体ドラム１ａの周速よりも速く（ここでは１．２倍）制御されている。摺擦ローラ３５としては、例えば金属シャフトの周囲にローラ体としてＥＰＤＭゴム製でアスカＣ硬度６２°の発泡体層を形成したスポンジローラが挙げられる。ローラ体の材質としてはＥＰＤＭゴムに限定されず、他の材質のゴムや発泡ゴム体であっても良く、アスカＣ硬度が１０〜９０°の範囲のものが好適に使用される。

感光体ドラム１ａ表面の、摺擦ローラ３５との当接面よりも回転方向下流側には、クリーニングブレード３７が感光体ドラム１ａに当接した状態で固定されている。クリーニングブレード３７としては、例えばＪＩＳ硬度が７８°のポリウレタンゴム製のブレードが用いられ、その当接点において感光体接線方向に対し所定の角度で取り付けられている。なお、クリーニングブレード３７の材質及び硬度、寸法、感光体ドラム１ａへの食い込み量及び圧接力等は、感光体ドラム１ａの仕様に応じて適宜設定される。

摺擦ローラ３５及びクリーニングブレード３７によって感光体ドラム１ａ表面から除去された残留トナーは、回収スクリュー３９の回転に伴ってクリーニング装置５ａの外部に排出される。また、帯電装置２ａからの放電によりドラム表面に付着した放電生成物を除去するために、感光体ドラム１ａと摺擦ローラ３５の回転は印字終了後においても一定時間継続して行われる（エージング動作）。

クリーニング装置５ａと帯電装置２ａの間には除電ランプ２５が配置されている。除電ランプ２５は、感光体ドラム１ａ表面に光照射することによりドラム表面の残留電荷を除去する。

次に、本発明の画像形成装置の制御経路について説明する。図３は、本発明の画像形成装置に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

画像入力部４０は、画像形成装置１００が図１に示すようなプリンタである場合、パーソナルコンピュータ等から送信される画像データを受信する受信部であり、画像形成装置１００が複写機である場合、複写時に原稿を照明するスキャナランプや原稿からの反射光の光路を変更するミラーが搭載された走査光学系、原稿からの反射光を集光して結像する集光レンズ、及び結像された画像光を電気信号に変換するＣＣＤ等から構成される画像読取部である。画像入力部４０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２、現像バイアス電源４３、及び転写バイアス電源４４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させるものであり、これらの各電源はバイアス制御回路４１からの制御信号によって、帯電ローラ２７、磁気ローラ３１、現像ローラ３３、一次転写ローラ６ａ〜６ｄ、二次転写ローラ９に所定のバイアスを印加する。

操作部５０には、液晶表示部５１、各種の状態を示すＬＥＤ５２、テンキー５３が設けられており、ユーザは操作部５０を操作して指示を入力することで、画像形成装置１００の各種の設定をし、画像形成等の各種機能を実行させる。液晶表示部５１は、画像形成装置１００の状態を示したり、画像形成状況や印刷部数を表示したり、タッチパネルとして、両面印刷や白黒反転等の機能や倍率設定、濃度設定など各種設定を行えるようになっている。テンキー５３は、印刷部数の設定や、画像形成装置１００がＦＡＸ機能も有する場合に相手方のＦＡＸ番号を入力等するためのものである。

その他、操作部５０には、画像形成を開始するようにユーザが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、画像形成装置１００の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き自在の記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンタ９５、画像形成装置１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、画像形成装置１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１００の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、ＲＡＭ９３（或いはＲＯＭ９２）には、後述する帯電キャリブレーションに用いられる帯電交流バイアスの初期値と機内温湿度との関係を規定した初期交流バイアス設定テーブルや、帯電キャリブレーションによりＶｐｐを調整した後の累積印字枚数とエージング時間との関係を規定したエージング時間設定テーブルも格納されている。カウンタ９５は、印字枚数を積算してカウントする。なお、カウンタ９５を別途設けなくても、例えばＲＡＭ９３でその回数を記憶するようにしてもよい。

また、制御部９０は、画像形成装置１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、露光装置４、定着部７、中間転写ベルト８、二次転写ローラ９、濃度検知センサ２１、温湿度センサ２３、画像入力部４０、バイアス制御回路４１、操作部５０等が挙げられる。

さらに制御部９０は、操作部５０のキー操作等により帯電キャリブレーションモードが設定されると、中間転写ベルト８上に形成された各色のキャリブレーションパターンの濃度を濃度検知センサ２１によって読み取り、濃度検知センサ２１からの出力値を目標値と比較する機能、比較結果に応じて帯電バイアスを調整する機能を有している。なお、帯電キャリブレーションモードは、ユーザによるマニュアル設定の他、装置の電源ＯＮ時や所定枚数の画像形成処理が終了した時にも自動的に設定されるようにしてもよい。

また、帯電バイアス調整用のキャリブレーションパターンと濃度補正用のキャリブレーションパターンを同時に形成することも可能である。但し、濃度補正は帯電バイアスの調整に比べて頻繁に行う必要があるため、帯電キャリブレーションモードを濃度補正キャリブレーションモードと同じサイクルで行うと不必要なタイミングで過度に帯電キャリブレーションが入ることになり、印字以外のトナー消費量の増加や画像形成効率の低下に繋がる。そのため、帯電キャリブレーションモードは濃度補正キャリブレーションモードと別個に実行することが好ましい。

次に、本発明の画像形成装置において帯電ローラ２７へ印加する交流バイアスの適正値を決定する制御について具体的に説明する。図４は、本発明の画像形成装置における帯電ローラへ印加する交流バイアスの制御手順を示すフローチャートである。図１及び図２を参照しながら、図４のステップに沿って帯電ローラ２７へ印加する交流バイアスの適正値を決定する手順について説明する。

ユーザの操作により、若しくは所定枚数印字後に帯電キャリブレーションモードが設定されると、先ず、温湿度センサ２３により検知された機内温湿度データとＲＡＭ９３（又はＲＯＭ９２）に記憶された初期交流バイアス設定テーブルを用いて交流バイアスの初期値Ｖｐｐ［０］が決定される（ステップＳ１）。

なお、帯電ローラ２７の帯電特性が温湿度の影響を受けにくい場合はＶｐｐ［０］を固定値としても良いし、感光層が摩耗し易い有機感光層（ＯＰＣ）である感光体ドラムの場合、感光体ドラムの表面電位は感光層の層厚減少（摩耗量）、即ち、装置の累積駆動時間にも相関するため、例えば装置の累積駆動時間をカウントするタイマーを設け、累積駆動時間に応じて初期値Ｖｐｐ［０］を設定するようにしても良い。また、直流バイアスの初期値Ｖｄｃ［０］は、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位が目標値となる常温での直流バイアスの適正値に設定しておく。このようにして決定された初期値Ｖｐｐ［０］を用いて中間転写ベルト８上にキャリブレーションパターンが形成される（ステップＳ２）。

本発明の帯電バイアス補正制御に用いられるキャリブレーションパターン、及び濃度検知センサの駆動機構の一例を図５に示す。図５に示すように、中間転写ベルト８上にはマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各色について、現像領域の幅Ｈに亘って５０％のハーフトーン画像から成るキャリブレーションパターンＭ、Ｃ、Ｙ及びＢがベルト進行方向（矢印Ｘ１方向）に順次形成される。キャリブレーションパターンＭ〜Ｂの濃度設定は５０％に限らず、１０〜１００％の範囲内で適宜設定しても良いが、濃度が濃すぎても薄すぎても濃度検知センサ２１による検知精度が悪くなる。そのため、４０〜６０％程度に設定することが好ましい。

また、濃度検知センサ２１の駆動機構は、保持部材６０と、ガイドシャフト６１と、ドライブシャフト６３及びセンサ移動用モータ６５とで構成されている。ガイドシャフト６１及びドライブシャフト６３は中間転写ベルト８と平行となるように配設されている。そして、保持部材６０にはガイドシャフト６１及びドライブシャフト６３が挿通される図示しない貫通孔が設けられている。

ドライブシャフト６３の外周面にはスクリューが形成されており、保持部材６０に設けられたドライブシャフト６３を挿通する貫通孔の内周面には、ドライブシャフト６３のスクリューに噛合する螺旋溝が形成されている。更に、ドライブシャフト６３の一端にはギアを介してセンサ移動用モータ６５が接続されている。

そして、センサ移動用モータ６５によってドライブシャフト６３を正逆回転させることにより、濃度検知センサ２１を所定のタイミング及び速度で矢印Ｘ２方向へ往復移動させながらキャリブレーションパターンＭ〜Ｂの濃度を読み取り（ステップＳ３）、長手方向全域に亘って濃度データを検出する。

なお、ここでは一つの濃度検知センサ２１をベルト幅方向に走査させる構成としたが、複数の濃度検知センサ２１をベルト幅方向に所定間隔で配置する構成としても良い。また、濃度検知センサ２１を各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向配置し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたキャリブレーションパターンの濃度を直接検知するようにしても良い。

次に、制御部９０においてキャリブレーションパターンＭ〜Ｂの長手方向に濃度ムラがあるか否かを判断する（ステップＳ４）。具体的には、長手方向の濃度データ（ＩＤ；イメジデンシティ）の平均値を１．０としたとき、所定の閾値（ここでは０．９５）以下となる部分が含まれる場合は濃度ムラ有りと判断する。

一般に、画像濃度ムラの発生原因としては、帯電ローラ２７表面の汚れによるドラム表面の帯電ムラの他に、現像装置３ａ〜３ｄや露光装置４の不具合も考えられる。しかし、この長手方向（現像領域の幅方向）の濃度ムラは現像装置３ａ〜３ｄや露光装置４が原因で発生することは稀であり、帯電ローラ２７の長手方向に抵抗ムラが発生し、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面が長手方向（主走査方向）に均一に帯電されないことが原因であると推定される。

本実施形態では帯電ローラ２７を清掃するための帯電クリーニングブラシ２９（図２参照）が設けられているが、トナー外添剤や紙粉等の異物が強固に付着した場合は帯電クリーニングブラシ２９で完全に除去できず、異物が付着した部分の抵抗が他の部分よりも高くなる。その結果、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位が部分的に低下して濃度ムラが発生する。従って、キャリブレーションパターンＭ〜Ｂの濃度ムラの有無を検知することで、帯電ローラ２７の長手方向における抵抗ムラの発生を検知することができる。

ステップＳ４において全てのキャリブレーションパターンＭ〜Ｂに濃度ムラ無しと判断された場合は、初期値Ｖｐｐ［０］を適正値Ｖｐｐ［Ａ］に決定して印字を行い（ステップＳ５）、印字終了後は感光体ドラム１ａ〜１ｄ及び摺擦ローラ３５を所定時間駆動（エージング動作）してドラム表面の摩擦係数を下げ（ステップＳ６）、処理を終了する。

一方、ステップＳ４においてキャリブレーションパターンＭ〜Ｂの一つ以上に濃度ムラ有りと判断された場合は、濃度ムラの有る部分が用紙Ｐの通紙領域内であるか否かを判断する（ステップＳ７）。濃度ムラが通紙領域外である場合は印字画像に影響を及ぼさないため、濃度ムラの無い場合と同様に初期値Ｖｐｐ［０］を適正値Ｖｐｐ［Ａ］に決定して印字動作及びエージング動作を行う（ステップＳ５、Ｓ６）。

ステップＳ７において濃度ムラが通紙領域内である場合は、キャリブレーションパターンＭ〜Ｂのうち濃度ムラの有るパターンに対応する帯電ローラ２７に印加する交流バイアスの初期値Ｖｐｐ［０］に所定電圧（以下、ΔＶｐｐという。ここでは２００Ｖ）を加える（ステップＳ８）。そして、濃度ムラの生じた色についてのみＶｐｐ［０］＋２００Ｖを用いて再び帯電キャリブレーションを実行して（ステップＳ９）キャリブレーションパターンの濃度を読み取り（ステップＳ１０）、キャリブレーションパターンの長手方向に濃度ムラがあるか否かを判断する（ステップＳ１１）。

ステップＳ９において帯電キャリブレーションを実行した全てのキャリブレーションパターンに濃度ムラ無しと判断された場合は、Ｖｐｐ［０］＋２００Ｖを適正値Ｖｐｐ［Ａ］に決定して印字を行う（ステップＳ１２）。また、Ｖｐｐ［０］にΔＶｐｐを加えて適正値Ｖｐｐ［Ａ］とした場合、感光体ドラム表面に付着する放電生成物が増加するために摩擦係数が上昇する。そこで、印字終了後に行うエージング時間を通常よりも延長した後（ステップＳ１３）、エージング動作を行うことにより（ステップＳ６）、ドラム表面の摩擦係数を十分に下げて処理を終了する。

ドラム表面の摩擦係数は帯電ローラ２７による累積帯電時間、即ち累積印字枚数に比例して大きくなるため、Ｖｐｐを調整した後の累積印字枚数に応じてエージング時間を設定することが好ましい。エージング時間設定テーブルの一例を表１に示す。エージング時間設定テーブルは初期交流バイアス設定テーブルと同様にＲＡＭ９３（又はＲＯＭ９２）に記憶されている。

表１では、アモルファスシリコン感光層を有する感光体ドラム１ａ〜１ｄと、アスカ硬度６２°のスポンジローラで構成された摺擦ローラ３５とを用い、摺擦ローラ３５を感光体ドラム１ａ〜１ｄに対し線速比１．２で回転させた場合のエージング時間を設定している。エージング時間は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ及び摺擦ローラ３５の材質や線速比に応じて適宜設定すれば良い。

ステップＳ１１で再び濃度ムラ有りと判断された場合は、Ｖｐｐ［０］＋ΔＶｐｐにさらにΔＶｐｐ（２００Ｖ）を加え、Ｖｐｐ［０］＋４００Ｖとする（ステップＳ１４）。なお、Ｖｐｐを一定量上昇させると感光体ドラムの表面電位は収束し、それ以上Ｖｐｐを上昇させても表面電位は変化しなくなる。ここではＶｐｐ［０］＋４００ＶをＶｐｐの上限値とし、Ｖｐｐ［０］＋４００Ｖを適正値Ｖｐｐ［Ａ］に決定して印字を実行する（ステップＳ１２）。そして、Ｖｐｐ［０］＋２００Ｖの場合と同様に、印字終了後に行うエージング動作の継続時間を通常よりも延長した後（ステップＳ１３）、エージング動作を行うことにより（ステップＳ６）、ドラム表面の摩擦係数を下げて処理を終了する。

上記の制御により、現像領域の幅方向に濃度ムラが発生している場合は帯電ローラ２７に汚れがあるものと判断し、帯電ローラ２７に印加する交流バイアスのＶｐｐを初期値Ｖｐｐ［０］から所定量上昇させて適正値Ｖｐｐ［Ａ］が決定されるため、帯電ローラ２７の汚れに係わらず濃度ムラが抑制された高画質な画像を形成できる。また、初期値Ｖｐｐ［０］からのＶｐｐの調整幅を表面電位の上昇に寄与する４００Ｖ以下としたので、Ｖｐｐが不必要に高く設定されず、放電生成物の発生を極力抑制することができる。

また、交流バイアスのＶｐｐを初期値Ｖｐｐ［０］よりも高く調整したときは印字動作後のエージング時間を延長することにより、高湿環境下での像流れや感光体表面の摩擦抵抗の上昇による転写（一次転写）効率の低下、クリーニングブレードの鳴き（摩擦音）や端部の巻き上がり等の不具合も効果的に抑制できる。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態に記載されている構成部品の材質、形状、その相対配置等は、特定的な記載がない限りはこの発明の範囲を限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、初期値Ｖｐｐ［０］やＶｐｐの増加幅ΔＶｐｐについても一例に過ぎず、帯電ローラ２７や感光体ドラム１ａ〜１ｄの特性等に応じて適宜変更可能である。上記実施形態では交流バイアスのＶｐｐを２段階で上昇させた例を示したが、調整幅をより細かく区分けして３段階以上で上昇させても良い。

また、上記実施形態において、帯電ローラ２７は、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に接触して感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を帯電させるよう構成されているが、帯電ローラ２７が感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に近接して配置され、非接触の状態で帯電させるように構成される実施形態においても、実質的に同じ作用により実質的に同じ効果を奏することができる。

また、本発明は図１に示したタンデム型のカラープリンタに限らず、アナログ又はデジタル式のモノクロ複写機、モノクロプリンタ、ロータリー式或いはタンデム式のカラー複写機、ファクシミリ等の、種々の画像形成装置に適用できるのはもちろんである。例えば、搬送ベルト上に担持されて搬送される記録媒体上に各色の画像を順次転写する直接転写方式のカラー画像形成装置の場合、中間転写ベルトに代えて搬送ベルト上にキャリブレーションパターンを形成すれば良い。

本発明は、感光体ドラムの表面に接触若しくは近接して配置される帯電部材を備えた画像形成装置に利用可能であり、現像幅全域に亘って形成されたキャリブレーション画像の濃度ムラに応じて帯電部材に印加される交流バイアスのＶｐｐを決定するものである。これにより、帯電部材の汚れに起因する抵抗ムラの有無に係わらず濃度ムラが抑制された高画質な画像を形成できる画像形成装置を提供することができる。

また、交流バイアスのＶｐｐを初期値よりも高くした場合は、印字動作終了後に感光体表面の摩擦係数を下げるエージング動作の実行時間を延長することで、像流れや感光体表面の摩擦抵抗の上昇による不具合も抑制できる画像形成装置となる。

Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ 帯電装置
３ａ〜３ｄ 現像装置
４ 露光装置
５ａ〜５ｄ クリーニング装置
６ａ〜６ｄ 一次転写ローラ
８ 中間転写ベルト
９ 二次転写ローラ
２０ 除電ランプ
２１ 濃度検知センサ（濃度検知手段）
２３ 温湿度センサ
２７ 帯電ローラ（帯電部材）
９０ 制御部（制御手段）
９５ カウンタ
１００ 画像形成装置
Ｍ〜Ｂ キャリブレーションパターン

Claims (7)

1. 表面に感光層が形成された像担持体と、
   該像担持体の表面に接触若しくは近接して配置され直流バイアス及び交流バイアスを重畳した帯電バイアスを印加することにより像担持体表面を一様に帯電させる帯電部材と、
   該帯電部材により帯電された像担持体上に静電潜像を形成する露光装置と、
   該露光装置により形成された静電潜像を現像する現像装置と、を含む画像形成部と、
   該画像形成部により現像幅全域に亘って形成されたキャリブレーションパターンの濃度を検知する濃度検知手段と、
   該濃度検知手段の検知結果に基づいて前記帯電部材に印加される交流バイアスのＶｐｐを決定する制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記濃度検知手段により検知されたキャリブレーションパターンの濃度に前記帯電部材の長手方向において所定以上の濃度差がある場合、前記帯電部材に印加される交流バイアスのＶｐｐを初期値よりも高く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. 前記帯電部材に印加される交流バイアスのＶｐｐの初期値は、装置内部の温湿度に基づいて設定されることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記交流バイアスのＶｐｐの初期値からの調整量は、４００Ｖ以下であ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. 前記交流バイアスのＶｐｐを初期値よりも高くした場合は、印字動作終了後に像担持体表面の摩擦係数を下げるエージング動作の実行時間を延長することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、キャリブレーションパターンに所定以上の濃度差がある部分が引き続き行われる印字動作において記録媒体が通過する領域外である場合は、交流バイアスのＶｐｐの調整を行わないことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記帯電部材が、接触式の帯電ローラであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。

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