JP2010281884A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 センサ等を用いずに転写逆電圧印加手段により電圧を印加した場合の転写電流の値を検出し、プリントシーケンス開始前に環境条件を判断し、最適な条件でプリントを開始する。
【解決手段】 転写ローラに電圧を印加し、該転写ローラを介して得られる転写電流値を検出し、この時の該転写ローラのＶ−Ｉ特性から周辺環境の温湿度を算出し、該画像形成装置と転写材が置かれている温度と湿度を検出する画像形成装置において、
前記転写手段に電圧を印加する転写電圧印加手段と、逆極性の電圧を印加する転写逆電圧印加手段により電圧を印加した場合の転写電流の値を検出する検出手段の検出結果により、該画像形成装置と転写材が置かれている温度と湿度を検知する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般には、電子写真を利用したレーザビームプリンタなどの画像形成装置に関し、特に、環境条件の検知を転写クリーニングバイアスを用いて行なう画像形成装置に関するものである。

従来より、電子写真方式を利用した画像形成装置において転写装置は、像担持体と接触する転写ローラ等の転写手段を用い、比較的低い電圧で像担持体上に形成されたトナー像を記録材に転写する接触式の転写装置が開発されている。この接触式の転写装置は、一般に、記録材の裏面に当接する導電性の転写ローラ等を備え、これに比較的低いバイアス電圧を印加することにより、像担持体としての感光ドラム上のトナー像を記録材に転写するものである。このような接触式の転写装置はコロナ放電を利用した非接触式の転写装置に比べて低電圧を印加すればよいので、電源が小型にでき、またオゾンの発生量が比較的少ない等のメリットがある。

図２は従来の接触式の転写装置を用いた画像形成装置を示す構成図であり、図において、１０６は感光ドラム、１２０は帯電ローラ、１１２はスキャナー装置、１０４は現像スリーブ、１０３はトナー容器、１０５は転写ローラ、１０８はクリーニングブレード、１０７は廃トナー容器、１１０は定着器である。

次に動作について説明する。前記感光ドラム１０６は矢印の方向に回転し、帯電ローラ１２０によって一様に帯電される。スキャナー装置１１２より出たレーザ光は感光ドラム１０６へ照射され、感光ドラム１０６上に静電潜像が形成される。トナー容器１０３にはトナーが充填されており、現像スリーブ１０４の回転に伴い、適量のトナーが適度の帯電を受けた後、感光ドラム１０６上に供給されている。現像スリーブ１０４上のトナーは感光ドラム１０６の静電潜像に付着し、潜像が現像されトナー像として可視化される。

前記感光ドラム１０６のトナー像形成とタイミングをとって、給紙カセット１１８に積載された記録紙が１枚ずつ給紙され、トナーと逆極性の正極のバイアスを転写ローラ１０５に不図示の高圧電源から印加することにより、可視化された感光ドラム１０６上のトナー像は記録材上に転写される。転写されずに感光ドラム１０６上に残った転写残トナーはクリーニングブレード１０８により廃トナー容器１０７に収納され、表面をクリーニングされた感光ドラム１０６は繰り返し次の画像形成プロセスに入る。

トナー像を乗せた記録紙は定着器１１０によって加熱，加圧を受け、トナー像が記録紙上に定着される。

またプリントの前回転時に転写ローラ１０５にはトナーと同極性の負極のバイアスを不図示の高圧電源から印加して、転写ローラ１０５上に付着したトナーを感光ドラム１０６に戻すことで該転写ローラ１０５のクリーニングを行う。転写ローラ１０５がトナーで汚れる原因としては、プリント用紙間において、感光ドラム１０６に転写ローラ１０５が直接触れたときなどに、感光ドラム１０６上にごく微量に付着したトナー（かぶり）が転写ローラ０５に転移する場合、あるいはユーザーが誤って、印字領域よりも小さな記録材を通紙した時に記録材からはみ出た部分のトナー像が転写ローラ１０５に転写されてしまう場合等が考えられる。また、転写ローラ１０５のクリーニングはプリントの後回転や、ジヤム処理後の前多回転時、プリンタの電源投入時、ドアオープンクローズ時に行われる場合もある。

上記の画像形成装置における従来例において、像担持体の帯電特性および光電特性や、トナー、転写材等は、画像形成装置の置かれている環境、特に湿度に影響を受け、また、像担持体の感度、トナーの帯電負荷量、転写材の抵抗値が変化すること等により、像担持体上の帯電ムラや最終的な転写材上の画像濃度ムラを招くことがある。またそれらのムラを軽減する為には、多少過剰に高圧を印加すれば良いが、その場合には像担持体への電気的なストレスが増加し、像担持体そのものの寿命を減じてしまうと言う弊害がある。それらを回避する為に、温度センサ、湿度センサといった環境検知装置などを画像形成装置本体に持ち、この装置により検知した条件により作像条件を変化させ良質な画像を得ていた。しかしながら、それぞれのセンサ及び検知装置が必要になり、製造コストが高くなり、温湿度センサの最適な設置場所を検討し、その上で使用環境に最適な作像条件を見出す等の必要がある。また、精度の高い検出をするためには、それなりのスペースがいるため、省スペースが叫ばれる昨今、装置小型化のネックになる。このため、設計時の工程数が増大すると共に、コストやスペースなどがかかり、設計上の自由度が小さくなる。

このような課題に対し、レーザプリンタ等の画像形成装置において、センサを用いることなく温度や湿度の環境を検知する手段として、環境によって変化する転写ローラのＶ−Ｉ特性を用いる方法が知られている。図６に転写ローラ１０５を２．５ｕＡで定電流制御した時の環境に応じたＶ−Ｉ特性について示す。図６より、転写ローラ１０５を定電流制御した時の印加電圧が、高温高湿環境から低温低湿環境に変わることで３０００Ｖ〜５００Ｖの間で変化する。この特性を利用し、転写ローラ１０５への印加電圧から使用環境を検知する方法である。

特開平６−１７５５１４号公報 特開２００３−１８６３１７号公報 特開２００４−２４５９４０号公報

しかしながら、転写ローラのＶ−Ｉ特性を利用した環境検知時のバイアスとして転写バイアスを用いる場合、図１（ｂ）に示すようにプリントシーケンスが開始されてから環境検知を行っており、プリントシーケンス開始直後の環境条件検知前は、デフォルトの帯電バイアス条件を感光体に印加しており、環境検知後に帯電バイアスを変更している。また、プリント開始時、環境状態を判断できていない為、定着器の温調制御を環境に合わせて行うことが出来ないという問題があった。また、転写逆バイアスはクリーニングバイアスとして用いられる為、転写正バイアスの出力精度が転写逆バイアスの出力精度より高くなっていた。その為、環境検知時の印加バイアスとして転写正バイアスが選択されてきた。

本出願に係る発明の目的は、センサ等を用いずに転写逆電圧印加手段により電圧を印加した場合の転写電流の値を検出し、プリントシーケンス開始前に環境条件を判断し、最適な条件でプリントを開始することである。

上記課題を解決するため、本出願に係る第１の発明は、電子写真プロセスによりトナー像を形成する像担持体と、該像担持体の表面に形成されたトナー像を転写材へ転写する転写ローラからなる転写手段と、該転写ローラは環境に応じて印加電圧に対する電流値の関係（以下、「Ｖ−Ｉ特性」という）が変化するイオン導電系材料から構成された導電性ローラ（以下、「イオン導電系転写ローラ」という）であり、該転写ローラに環境検出用の電圧を印加し、該転写ローラを介して得られる転写電流値を検出し、この時の該転写ローラのＶ−Ｉ特性から得られた該Ｖ−Ｉ特性で、該画像形成装置が置かれている周辺環境の温湿度を算出し、該画像形成装置と転写材が置かれている温度と湿度を検出する画像形成装置において、前記転写手段に電圧を印加する転写電圧印加手段と、前記転写電圧印加手段と逆極性の電圧を印加する転写逆電圧印加手段と、前記転写逆電圧印加手段により電圧を印加した場合の転写電流の値を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果とあらかじめ決められたしきい値とを比較する比較手段を有し、該比較手段の結果により、該画像形成装置と転写材が置かれている温度と湿度を検知することを特徴とする。

また、本出願に係る第２の発明は、前記転写逆電圧は、前記像担持体の表面を帯電させる帯電電圧印加手段から生成されることを特徴とする。

また、本出願に係る第３の発明は、前記転写逆電圧印加手段は、前記転写部材に付着したトナーを前記像担持体上に転移させるべく前記転写部材に前記転写バイアスと逆極性のクリーニングバイアスを印加するクリーニングバイアス印加電源であることを特徴とする。

また、本出願に係る第４の発明は、前記クリーニングバイアスは、装置本体の電源投入時、及びドアクローズ検知時に印加することを特徴とする。

以上説明したように、本出願に係る第１の発明によれば、電子写真プロセスによりトナー像を形成する像担持体と、該像担持体の表面に形成されたトナー像を転写材へ転写する転写ローラからなる転写手段と、該転写ローラは環境に応じて印加電圧に対する電流値の関係（以下、「Ｖ−Ｉ特性」という）が変化するイオン導電系材料から構成された導電性ローラ（以下、「イオン導電系転写ローラ」という）であり、該転写ローラに環境検出用の電圧を印加し、該転写ローラを介して得られる転写電流値を検出し、この時の該転写ローラのＶ−Ｉ特性から得られた該Ｖ−Ｉ特性で、該画像形成装置が置かれている周辺環境の温湿度を算出し、該画像形成装置と転写材が置かれている温度と湿度を検出する画像形成装置において、前記転写手段に電圧を印加する転写電圧印加手段と、前記転写電圧印加手段と逆極性の電圧を印加する転写逆電圧印加手段と、前記転写逆電圧印加手段により電圧を印加した場合の転写電流の値を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果とあらかじめ決められたしきい値とを比較する比較手段を有し、該比較手段の結果から該画像形成装置と転写材が置かれている温度と湿度を検知することにより、センサを用いずに環境検知が可能となり、その環境に適したプロセス条件を与えることが出来、常時安定して良質な画像が得られる。

また、本出願に係る第２の発明によれば、前記転写逆電圧は、前記像担持体の表面を帯電させる帯電電圧印加手段から生成される為、転写逆電圧印加手段を独自に備える必要がなくなり、且つ出力電圧精度が安定した前記転写逆電圧を印加することが可能となる。

また、本出願に係る第３の発明によれば、前記転写逆電圧印加手段は、前記転写部材に付着したトナーを前記像担持体上に転移させるべく前記転写部材に前記転写バイアスと逆極性のクリーニングバイアスを印加するクリーニングバイアス印加電源である為、プリントシーケンス開始前のクリーニングバイアス印加時に環境検知が可能となる。

また、本出願に係る第４の発明によれば、前記クリーニングバイアスは、装置本体の電源投入時、及びドアクローズ検知時に印加することにより、プリントシーケンス開始前に環境検知が可能となる。

転写バイアスによる環境検知のタイミング図。 接触式転写ローラを用いる画像形成装置の構成を示す断面図。 本発明の実施例１における、転写高圧回路の回路図。 本発明の実施例２における、転写高圧回路の回路図。 本発明の実施例３における、転写高圧回路及び帯電高圧回路の回路図。 本発明の実施例１，２，３における、転写ローラＶ−Ｉ特性グラフ図。

［実施例１］
以下、本発明の第１の実施例の形態を図面を用いて説明する。

第１の実施例である“画像形成装置”のハードウエア構成は、図２に示す従来の接触式の転写装置を用いた画像形成装置と同様なので、図２を用いて本実施例の構成を説明する。図２において、１０６は感光ドラム、１２０は帯電ローラ、１１２はスキャナー装置、１０４は現像スリーブ、１０３はトナー容器、１０５は転写ローラ、１０８はクリーニングブレード、１０７は廃トナー容器、１３０は前露光装置、１１０は定着器である。

次に動作について説明する。前記感光ドラム１０６は矢印の方向に回転し、帯電ローラ１２０によって一様に帯電される。スキャナー装置１１２より出たレーザ光は感光ドラム１０６へ照射され、感光ドラム１０６上に静電潜像が形成される。トナー容器１０２にはトナーが充填されており、現像スリーブ１０４の回転に伴い、適量のトナーが適度の帯電を受けた後、感光ドラム１０６上に供給されている。現像スリーブ１０４上のトナーは感光ドラム１０６の静電潜像に付着し、潜像が現像されトナー像として可視化される。前記感光ドラム１０６のトナー像形成とタイミングをとって、給紙カセット１１８に積載された記録紙が１枚ずつ給紙され、トナーと逆極性の正極のバイアスを転写ローラ１０５に不図示の高圧電源から印加することにより、可視化された感光ドラム１０６上のトナー像は記録材上に転写される。転写されずに感光ドラム１０６上に残った転写残トナーはクリーニングブレード１０８により廃トナー容器１０７に収納され、表面をクリーニングされた感光ドラム１０６は、更に前露光装置１３０による一様露光により除電されて表面電位が一様に下げられ繰り返し次の画像形成プロセスに入る。

またトナー像を乗せた記録紙は定着器１１０によって加熱，加圧を受け、トナー像が記録紙上に定着される。

図３は転写ローラ１０５に印加するバイアスを生成する高圧電源内の転写回路部の回路図である。画像形成装置を制御する中央演算処理装置２１０（以下、ＣＰＵと記す）、正の転写電圧を生成する転写正極性バイアス生成回路２０２、負の転写電圧を生成する転写負極性バイアス生成回路２０３、転写ローラ１０５に流れる電流を検出する転写電流検出回路２０４、及びトランスへの供給電圧制御回路２０１を有する。

２１９は正極性バイアスを生成するトランスである。トランス２１９はＣＰＵ２１０から出力されるクロック：ＣＬＫ１信号で駆動するＦＥＴ２２２によってドライブされ、２次側にダイオード２２４，抵抗２２６、およびコンデンサ２２５で形成された整流回路が接続されており、正極の直流バイアスが生成される。
一方、２３２はクリーニングバイアスである負極性のバイアスを生成するトランスである。トランス２３２はＣＰＵ２１０から出力されるクロック：ＣＬＫ２信号で駆動するＦＥＴ２３０によってドライブされ、２次側のダイオード２３３，抵抗２３５，コンデンサ２３４で形成された整流回路によって整流平滑されて、負極の直流バイアスが生成される。

トランス２１９、２３２の供給電圧は抵抗２１４，２１２で分圧されオペアンプ２１３の反転入力に接続されている。一方、オペアンプ２１３の非反転入力はＣＰＵ２１０のアナログ出力ポートより出力される信号：ＣＮＴが接続されている。オペアンプ２１３の出力は、トランジスタ２１８に接続されており、トランジスタ２１８がトランス２１９，２３２への供給電圧を制限し、トランス２１９，２３２の出力電圧を制御する。このような構成とすることで、出力レベル制御信号：ＣＮＴのレベルに応じて、所定の転写バイアスレベルを出力端子部２２７に出力することができる。

また、オペアンプ２４６、抵抗２３６，２３７，２３８，２４０，２４１，２４２，２４３，２４４、コンデンサ２３９で構成された転写電流検出回路２０４は、転写正バイアス生成回路２０２及び転写負極性バイアス回路２０３の出力電圧が転写ローラ１０５に印加された際の転写ローラ１０５に流れる電流値を検出し、この電流値をＣＰＵ２１０に送出する。ＣＰＵ２１０はＡＤポート：ＴＲＦＶＳで電流値を検出し、所定の電流値になるように出力レベルを制御する。ここで、オペアンプ２４６の非反転入力に接続される、抵抗２４２と２４４でＶｃｃを分圧して生成する基準電圧Ｖ０の電圧値を調整することにより、転写負極性バイアスが印加された際の電流値を検出することができる。

トランス２１９で構成された正極性バイアス生成回路と、トランス２３２で構成された負極性バイアス生成回路は直列に接続されており、出力端子２２７には、正極性バイアスと負極性バイアスの両方が出力可能な構成になっている。プリント動作時において、正極性バイアスを転写ローラ１０５に印加する場合は、負極性バイアス回路の出力を停止し、正極性バイアス回路を駆動して所定の出力レベルに制御する。

一方、クリーニングバイアスを転写ローラ１０５に印加する場合は、正極バイアス回路の出力を停止し、負極バイアス回路を駆動して所定の出力レベルに制御する。

第１の実施例では、図１（ａ）に示すように、電源起動時やドアオープンクローズ検知後、ＣＰＵ２１０は転写負極性バイアスすなわちクリーニングバイアスを出力し、転写電流検出回路２０４で検出した転写ローラ１０５に流れる電流値から周辺環境の温度と湿度を判断する。

ＣＰＵ２１０への入力信号（ＴＲＦＶＳ）電圧は、電源装置によって供給される直流電圧Ｖｃｃを抵抗２４２と２４４で分圧して生成した基準電圧から、転写ローラ１０５に流れる電流値（転写電流）によって検出抵抗２３８に生じる電圧降下を引いた電圧となる。ＣＰＵ２１０はクリーニングバイアス印加時のＴＲＦＶＳの電圧値と、転写ローラのＶ−Ｉ特性に基づいて設定されたしきい値を比較し、周辺環境の温度と湿度を判断し、その環境に適した定着制御プロセス条件、及び画像形成プロセス条件をプリントシーケンス開始時点から適用してプリントを実行する。

［実施例２］
以下、本発明の第２の実施例の形態を図面を用いて説明する。

図４に本実施例における高圧電源内の転写回路部の回路図を示す。

転写電流検知回路部３０４は、ＦＥＴ３５０、オペアンプ３４６、抵抗３３６，３３７，３３８，３４０，３４１，３４２，３４３，３４４、コンデンサ３３９で構成される。ＣＰＵ３１０の出力信号：ＴＲＦＶＳ＿ＣＨＧはＦＥＴ３５０に接続され、ＦＥＴ３５０のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。ＦＥＴ３５０のＯＮ／ＯＦＦ切り替えを行うことにより、オペアンプ３４６の非反転入力部に入力される基準電圧Ｖ０の電圧レベルを切り替える。

転写負バイアス印加時ＦＥＴ３５０をＯＦＦにすることにより、基準電圧Ｖ０の電圧レベルはＶｃｃとなり、転写電流検知電圧との電位差が広がり、転写電流の検知分解能が向上する。従って、詳細に転写電流値を判断できる為、転写ローラＶ−Ｉ特性を用いた環境検知の精度が向上する。また、転写正バイアス印加時、ＦＥＴ３５０をＯＮにすることにより、基準電圧Ｖ０を転写負バイアス印加時に必要な検出範囲を考慮せず設定できるため、転写電流の検出範囲を広げることができる。

本実施の制御を行うことにより、転写正バイアス及び転写負バイアス印加時、各々の転写電流検知精度を向上することが可能となる。

［実施例３］
以下、本発明の第３の実施例の形態を図面を用いて説明する。

図５に画像形成装置の高圧電源概略構成図を示す。コントローラ４００には、転写電源駆動回路４０２、帯電バイアス駆動回路４０４、及び現像バイアス駆動回路４４４が接続されている。コントローラ４００は、転写電源駆動回路４０２、帯電バイアス駆動回路４０４、及び現像バイアス駆動回路４４４をＯＮ／ＯＦＦ制御している。帯電バイアス駆動回路４０４の出力はｎｐｎ型トランジスタ４０８のベースに接続している。トランジスタ４０８のコレクタは直流電源４１０に接続されており、コントローラ４００からの信号によりトランジスタ４０８のベース電流を制御し、コレクタからエミッタに流れる電流のＯＮ／ＯＦＦ制御している。また、トランジスタ４０８のエミッタは、帯電バイアス電源用トランス４１４の一次の巻線４１８に接続されている。帯電バイアス電源用トランス４１４は、一次巻線４１８に対応する二次巻線４２２を含んでおり、一次側の電圧を昇圧して高電圧を出力する。この２次巻線４２２にはダイオード４２６とダイオード４５０を接続している。また、２次巻線はコンデンサ４４５及び、抵抗４３８とコンデンサ４５１及び、抵抗４５２がそれぞれ並列に接続されている。そして、コントローラ４００から帯電バイアス駆動回路４０４をＯＮする信号が入力されると、抵抗４３８と抵抗４５２の端子から負の直流高電圧が出力される。

次に、コントローラ４００に接続している転写電源駆動回路４０２の出力はｎｐｎ型トランジスタ４０６のベースに接続している。トランジスタ４０６のコレクタは直流電源４１０に接続されており、コントローラ４００からの信号によりトランジスタ４０６のベース電流を制御し、コレクタからエミッタに流れる電流のＯＮ／ＯＦＦ制御している。また、トランジスタ４０６のエミッタは、転写電源用トランス４７４の一次の巻線４１６に接続されている。転写電源用４７４は、一次巻線４１６に対応する二次巻線４２０を含んでおり、一次側の電圧を昇圧して高電圧を出力する。この２次巻線４２０には直列にダイオード４２４と接続している。ダイオード４２４は、前記ダイオード４２６と逆極性となるように接続されている。また、２次巻線４２０にはコンデンサ４７０及び、抵抗４５６が並列に接続されている。抵抗４５６の一端とダイオード４２４の順方向側は、転写ローラに４８１に接続している。したがって、コントローラ４００から転写電源駆動回路４０２をＯＮする信号が入力されると、転写ローラ４８１に正の直流高電圧が印加される。

このことから、帯電バイアス駆動回路４０２がＯＮ状態で且つ、転写電源駆動回路ＯＦＦの時に、転写ローラ４８１に抵抗４５６を介して負の直流高電圧が出力される。よって、感光ドラム４８１に画像を形成していない時に帯電バイアス駆動回路４０４をＯＮすることで、転写ローラ２８１に負の直流高電圧を出力してクリーニングする。負の直流高電圧出力時に転写電流検知回路４４１及びコントローラ４００で転写電流を検出し、環境条件を検知する。また、この負の直流高電圧は、帯電バイアスフィードバック回路４４０により出力電圧の精度が向上している。

なおコントローラ４００には、負の直流高電圧を出力する現像直流電源４４４と、現像直流電源４４４の出力に交流を重畳して現像部４８３に供給する現像交流電源４６０も接続されているが、ここでは詳細を省略する。

以上のような構成をとることで、負の直流高電圧を出力する転写クリーニング電源を独自に備える必要がなくなり、且つ出力電圧精度が安定したクリーニングバイアスを印加できる為、環境検知の精度を向上することが可能となる。

１０１ 画像形成装置
１０２ ＣＲＧ
１０５ 転写ローラ
２０１ トランスへの供給電圧制御回路
２０２ 転写正極性バイアス生成回路
２０３ 転写負極性バイアス生成回路
２０４ 転写電流検出回路
２１０ ＣＰＵ
３０４ 転写電流検出回路
３１０ ＣＰＵ
３５０ ＦＥＴ

Claims (4)

1. 電子写真プロセスによりトナー像を形成する像担持体と、該像担持体の表面に形成されたトナー像を転写材へ転写する転写ローラからなる転写手段と、該転写ローラは環境に応じて印加電圧に対する電流値の関係（以下、「Ｖ−Ｉ特性」という）が変化するイオン導電系材料から構成された導電性ローラ（以下、「イオン導電系転写ローラ」という）であり、該転写ローラに環境検出用の電圧を印加し、該転写ローラを介して得られる転写電流値を検出し、この時の該転写ローラのＶ−Ｉ特性から得られた該Ｖ−Ｉ特性で該画像形成装置が置かれている周辺環境の温湿度を算出し、該画像形成装置と転写材が置かれている温度と湿度を検出する画像形成装置において、
   前記転写手段に電圧を印加する転写電圧印加手段と、前記転写電圧印加手段と逆極性の電圧を印加する転写逆電圧印加手段と、前記転写逆電圧印加手段により電圧を印加した場合の転写電流の値を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果とあらかじめ決められたしきい値とを比較する比較手段を有し、該比較手段の結果により、該画像形成装置と転写材が置かれている温度と湿度を検知することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記転写逆電圧は、前記像担持体の表面を帯電させる帯電電圧印加手段から生成されることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記転写逆電圧印加手段は、前記転写部材に付着したトナーを前記像担持体上に転移させるべく前記転写部材に前記転写バイアスと逆極性のクリーニングバイアスを印加するクリーニングバイアス印加電源であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記クリーニングバイアスは、装置本体の電源投入時、及びドアクローズ検知時に印加することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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