JP2011059311A

JP2011059311A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2011059311A
Application number: JP2009208012A
Authority: JP
Inventors: Tetsuhiro Yoshimoto; 哲博吉本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: JP5419599B2; US20110058833A1; US8532512B2

Abstract

【課題】帯電ＡＣ周波数を画像形成中において変動させると共に、現像ＡＣ周波数を帯電ＡＣ周波数の整数倍に保つことで、画像を劣化させることなく帯電音の抑制を行う。
【解決手段】帯電部材を像担持体２に接触させて帯電する帯電手段３と、帯電された像担持体２の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段７と、像担持体２の表面の静電潜像を現像する現像手段４と、画像形成を制御する制御手段３０１とを備えた画像形成装置であって、現像バイアス周波数を帯電バイアス周波数の整数倍の周波数比に維持しつつ（Ｓ５０７）、帯電バイアス周波数としてあらかじめ定められた周波数である中心周波数（Ｓ５０３）からの周波数変動量（Ｓ５０４）、及び周波数変動を行う時間間隔（Ｓ５０５）に基づいて、画像形成時に帯電バイアス周波数を変動させる（Ｓ５０８）。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機・レーザービームプリンター等の電子写真技術を用いた画像形成装置に関し、特に、被帯電体としての像担持体の表面を帯電処理する工程を有する画像形成の制御方法に関するものである。

電子写真技術を用いた画像形成装置等においては、被帯電体の表面に対して電圧を印加した帯電体を接触させ帯電処理を行う接触式の帯電器が用いられている。

接触帯電器には、帯電体に対して、帯電バイアスとして直流電圧Ｖｄｃのみを印加して、被帯電体を帯電処理するＤＣ帯電方式と、直流電圧Ｖｄｃに加え交流電圧Ｖａｃを重畳して印加を行い、被帯電体を帯電処理するＡＣ帯電方式とがある。ＡＣ帯電方式はＤＣ帯電方式に比べて、その交流成分が帯電電圧のばらつきを抑制し、均一に帯電する効果が得られ有効であるため、近年多用されている。

しかしながら、ＡＣ帯電方式は帯電体に対して正弦波状の交流電圧を印加するため、帯電器が正弦波の周波数にて物理的に振動し、振動音が発生する。また、交流として印加される周波数が１ＫＨｚ（キロヘルツ）程度であり、人間が音として感じることができる可聴音域であるため、発生音を不快と感じる、いわゆる帯電音の問題がある。例えば、特許文献１では、この問題に対する一解決手法が提示されている。

また、帯電バイアスの交流周波数（以下、帯電バイアス周波数と略す）と、現像装置の現像剤担持体に印加される現像バイアスの交流周波数（以下、現像バイアス周波数と略す）の違いにより、現像された顕画像に干渉縞が現れる問題が特許文献２に示されている。

特開平５−１１５７１号公報特開平９−１０１６５６号公報

特許文献１で提示されている手法は、画像の種類によって帯電バイアス周波数を低く設定することにより、帯電音の発生周波数を下げ、人間の聴覚に対して感度の低い帯域に周波数を遷移させ、音の発生強度の低減を図るものである。

しかしながら、画像の種類によって帯電バイアス周波数を変更する方式では、文字パターンのように干渉縞が発生しない画像パターンの形成時には、帯電バイアス周波数を変更することができる。ところが、干渉縞が発生しやすい画像等に対しては、帯電バイアス周波数を変更することができないため、帯電音の発生を抑制することができなかった。また、帯電バイアス周波数を変更したとしても、画像形成中はその周波数が一定であるために、帯電音は一定のピーク周波数を持ったものとなってしまう。これに対して、画像形成中でも常に一定の範囲内で帯電バイアス周波数を変動させることによって帯電音をスペクトラム拡散させ、不快なピーク音を軽減させる方式が考えられる。しかしながら、特許文献２に示されているように、現像装置に印加されている現像バイアス周波数と帯電部材への帯電バイアス周波数の周波数との干渉により、形成画像に対して干渉縞を発生させてしまうことがあった。

本発明はこのような状況のもとでなされたもので、画像形成装置において、１画像の形成中に現像バイアス周波数と帯電バイアス周波数との周波数比を一定に保ちつつ、帯電バイアス周波数を変動させることで、干渉縞の発生を防止し、帯電音の軽減を図る。

本発明では、前述の課題を解決するため、画像形成装置を次のとおりに構成する。

直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を帯電バイアスとして印加された帯電部材を像担持体に接触させて像担持体の表面を帯電する帯電手段と、前記帯電手段により帯電された前記像担持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像形成手段により形成された前記像担持体の表面の静電潜像を、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧によって形成された現像バイアスを用いて現像する現像手段と、前記現像バイアスの交流周波数を前記帯電バイアスの交流周波数の整数倍の周波数比に維持しつつ、前記帯電バイアスの交流周波数の変動制御を行う制御手段と、を有する画像形成装置。

本発明によれば、画像形成装置において、１画像の形成中に現像バイアス周波数と帯電バイアス周波数との周波数比を一定に保ちつつ、帯電バイアス周波数を変動させることで、干渉縞の発生を防止し、帯電音の軽減を図ることができる。

実施例１の周波数変動制御のフローチャート実施例１のカラー画像形成装置の全体構成図実施例１のカラー画像形成装置における画像形成部の模式断面図実施例１の画像形成部における高圧電源回路の構成図実施例１の帯電バイアス、現像バイアス周波数の周波数変動を示す図実施例１の帯電バイアスのスペクトラム波形を示す図

以下、本発明を実施するための形態について、画像形成装置の実施例により詳しく説明する。

図２は、実施例１であるカラー画像形成装置の全体構成を示す断面図である。本装置は、図示のように、電子写真方式のカラー画像形成装置の一例である中間転写ベルト（中間転写手段）を有するタンデム方式のカラー画像形成装置（カラープリンタ）である。以下、図２を用いて、電子写真方式のカラー画像形成装置における画像形成部の構成と動作について説明する。

この画像形成装置は、イエロー色の画像を形成する画像形成部１Ｙと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１Ｍと、シアン色の画像を形成する画像形成部１Ｃと、ブラック色の画像を形成する画像形成部１Ｂｋの４つの画像形成部（画像形成ユニット）を備える。これら４つの画像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは一定の間隔において一列に配置される。さらに、その下方に給紙ユニット１７、２０が配置され、記録媒体の搬送パス１８、１９が縦に配置され、その上方に定着ユニット１６が備えられている。

次に、画像形成部の動作について詳しく説明する。各画像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋには、それぞれ像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムという）２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが設置されている。各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの周囲には、一次帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、転写手段としての転写ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、ドラムクリーナ装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄがそれぞれ配置されている。一次帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとの間の下方には、静電潜像形成手段であるレーザ露光装置７が設置されている。

各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、負帯電のＯＰＣ感光体でアルミニウム製のドラム基体上に光導電層を有しており、駆動装置（不図示）によって時計回り方向に所定のプロセス速度で回転駆動される。一次帯電手段としての一次帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、接触帯電式の帯電器である。これら一次帯電器は、帯電バイアス電源（不図示）から帯電バイアスを印加された帯電部材を各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに接触させ、その表面を負極性の所定電位に均一に帯電する。

感光ドラム下方に配置されるレーザ露光装置７は、与えられる画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応した発光を行うレーザ発光手段、ポリゴンレンズ、反射ミラー等で構成されている。各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに露光をすることによって、各一次帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄで帯電された各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの表面に画像情報に応じた各色の静電潜像が形成される。各現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄには、それぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーが収納されている。各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上に形成される各静電潜像に各色のトナーを付着させることでトナー像として現像（可視像化）される。

一次転写手段としての転写ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、各一次転写部３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄにて中間転写ベルト８を介して各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに当接可能に配置されている。各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上のトナー像を順次、中間転写ベルト８上に転写し重ね合わせることでトナー像は転写される。ドラムクリーナ装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、クリーニングブレード等で構成され、各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上の一次転写時の残留した転写残トナーを、前記感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄから掻き落とし、感光ドラムの表面を清掃する。

中間転写ベルト８は、各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上面側に配置されて、二次転写対向ローラ１０とテンションローラ１１間に張架されている。また、二次転写対向ローラ１０は、二次転写部３４において、中間転写ベルト８を介して二次転写ローラ１２と当接可能に配置されている。また、中間転写ベルト８には、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム、ポリフッ化ビニリデン樹脂フィルム等のような誘電体樹脂が用いられている。中間転写ベルト８に転写された画像は、二次転写部３４において、給紙ユニット１７から搬送された記録媒体上に転写される。テンションローラ１１の近傍で、中間転写ベルト８の外側には、中間転写ベルト８の表面に残った転写残トナーを除去して回収するベルトクリーニング装置（不図示）が設置されている。以上に示したプロセスにより、各トナーによる画像形成が行われる。

図３は、画像形成部１の断面図である。図３において、２は感光ドラム、３は一次帯電器、４は現像装置、５は転写ローラ、６はドラムクリーナ装置、７はレーザ露光装置（不図示）、８は中間転写ベルトを示す。また、一次帯電器３には帯電バイアス電源２０１が、現像装置４には現像バイアス電源２０２がそれぞれ備えられている。

次に、帯電バイアス電源２０１、現像バイアス電源２０２の構成、及びその制御について、図４の高圧電源回路の構成図を用いて説明する。

帯電バイアス電源２０１は、帯電ＡＣ部（帯電交流部）３０２と帯電ＤＣ部（帯電直流部）３０３から構成されている。また、帯電バイアス電源２０１の出力電圧及びＡＣ周波数（交流周波数）は、ＣＰＵ３０１によって制御されている。ＣＰＵ３０１は画像形成時に、帯電ＡＣ部３０２に対してＡＣ出力電圧（交流出力電圧）の制御信号とＡＣ生成（交流生成）用の正弦波を送信する。この時のＡＣ電圧（交流電圧）はピーク間電圧が１８００Ｖ程度であり、帯電バイアスとしてのＡＣ周波数（交流周波数）はその中心周波数が１ＫＨｚ（キロヘルツ）程度となっている。ＣＰＵ３０１は、ＡＣ生成用正弦波の周波数を変更することによって、ＡＣ出力電圧の周波数を変化させることができる。さらに、帯電ＡＣ部（帯電交流部）３０２では、帯電ＤＣ部（帯電直流部）３０３による直流成分が重畳されている。この時のＤＣ電圧（直流電圧）は８００Ｖ程度であり、その結果、ＤＣ電圧（直流電圧）の−８００Ｖを中心として±８００Ｖの振れ幅を持ったＡＣ電圧（交流電圧）が、帯電ＡＣ部３０２から出力される。

帯電バイアス電源２０１と同様に、現像バイアス電源２０２も現像ＡＣ部（現像交流部）３０４と現像ＤＣ部（現像直流部）３０５によって構成されている。現像バイアス電源２０２の制御は、現像ＡＣ部３０４によって出力されるＡＣ電圧（交流電圧）の波形が矩形波であることを除けば、帯電バイアス電源２０１と同様である。また、現像バイアス電源による出力はＤＣ電圧（直流電圧）の−１０００Ｖを中心に振れ幅±１０００Ｖであり、現像バイアスとしてのＡＣ周波数（交流周波数）は、前述の帯電バイアスとしての交流周波数の１０倍となる１０ＫＨｚ（キロヘルツ）である。

次に、図５、図６を用いて帯電バイアスの周波数変動による帯電音の抑制について説明する。図５は帯電バイアス周波数の中心値をＴＨｚ（ヘルツ）、周波数変動量の範囲を±５Ｈｚ（ヘルツ）、現像バイアス周波数を帯電バイアス周波数のｎ倍としたときの、帯電バイアス、現像バイアスの時系列波形について示した図である。このとき、帯電バイアス周波数は（Ｔ−５）Ｈｚ（ヘルツ）から（Ｔ＋５）Ｈｚへと一定の時間間隔で順次変化させて行き、現像バイアス周波数も帯電バイアス周波数に同期させて、（（Ｔ−５）×ｎ）Ｈｚから（（Ｔ＋５）×ｎ）Ｈｚへと変化させて行く。この時の周波数変化は１秒間に２００回であり、この周波数変化は、人間が音として認識できない速度である。

図６は、帯電バイアス周波数を固定周波数にした場合と、前述の周波数変動を行った場合のスペクトラム波形を示した図である。図６の４０１の波形で示すように、帯電バイアス周波数として固定周波数を使用した場合には、帯電音の発生強度ピークは６０ｄＢ程度であった。それに対し、図６の４０２の波形で示した帯電バイアス周波数を変動させた場合には、帯電音の発生強度ピークはスペクトラム拡散により５４ｄＢ程度に低減されている。このように、帯電バイアス周波数を逐次、変動させることによって、人間の聴覚に対して不快な帯電音の発生を抑制することができる。

次に、図１のフローチャートを用いて、周波数変動の制御動作について説明を行う。なお、本動作は、図４において不図示のＲＯＭに格納されたプログラムに基づいて、ＣＰＵ３０１により実行される。

ＣＰＵ３０１は、画像形成が開始されると（Ｓ５０１）、画像形成装置が帯電バイアス周波数、現像バイアス周波数の周波数変動制御が行える周波数変動モードに設定されているかどうかを判定する（Ｓ５０２）。もし、設定されていない場合には、ＣＰＵ３０１は、あらかじめ定められた帯電バイアス周波数の設定（Ｓ５１１）、及び現像バイアス周波数の設定（Ｓ５１２）を行い、画像形成装置は高圧の出力を開始する（Ｓ５１３）。

画像形成装置が周波数変動モード設定されている場合には、ＣＰＵ３０１は帯電バイアス周波数としてあらかじめ定められた周波数を中心周波数として設定し（Ｓ５０３）、中心周波数からの一定の変動幅にて周波数変動を行う周波数変動量を設定する（Ｓ５０４）。さらに、ＣＰＵ３０１は、周波数変動を行う時間間隔を決定し（Ｓ５０５）、周波数変動の時間間隔ごとに出力する帯電バイアス周波数の算出と設定を行う（Ｓ５０６）。

次に、ＣＰＵ３０１は、算出された帯電バイアス周波数に、現像バイアス周波数との周波数比を示す定数を掛け合わせ、現像バイアス周波数の算出と設定を行う（Ｓ５０７）。ＣＰＵ３０１は、各々決定された周波数に基づいて高圧トランスを駆動するための駆動クロックを出力し、帯電バイアス電源、及び現像バイアス電源より駆動クロックに基づいた高圧が出力されることで、帯電器、及び現像装置に対して高圧が供給される（Ｓ５０８）。

そして、ＣＰＵ３０１は画像形成が終了したか否かを判断する（Ｓ５０９）。画像形成が終了していた場合には、ＣＰＵ３０１は画像形成を終了させる（Ｓ５１０）。画像形成が終了していない場合は、ＣＰＵ３０１は、再度、帯電バイアス周波数の更新（Ｓ５０６）、更新された帯電バイアス周波数に応じた現像バイアス周波数の設定（Ｓ５０７）、及び高圧出力（Ｓ５０８）の処理を行う。

干渉縞の発生を防ぐには、現像装置４が感光ドラム２に接触する位置において印加した現像バイアス周波数は、感光ドラム２上の同じ接触位置に対して印加された帯電バイアス周波数の整数倍となるように制御される必要がある。

ところで、図３に示すように、一次帯電器３、及び現像装置４はそれぞれ離れて設けられており、感光ドラム２に接触する位置関係は異なっている。前述したように、ＣＰＵ３０１は帯電バイアス周波数を短い時間間隔で変動させる。そのため、一次帯電器３が感光ドラム２と接触する位置で印加した帯電バイアス周波数と、感光ドラム２上の前記接触位置が現像装置４との接触位置に移動した時の帯電バイアス周波数とは異なるものとなる。したがって、帯電バイアス周波数と現像バイアス周波数を同時に変更すると、感光ドラム２上の接触する位置関係の違いから、現像装置４が感光ドラム２と接触する位置において、前記二つの周波数が整数倍の関係とはならず、その結果、干渉縞が発生することになる。

そこで、まず、感光ドラム２上の一次帯電器３と現像装置４の接触位置の距離、及び感光ドラム２の周動速度から、感光ドラム２における一次帯電器３と現像装置４との接触時間差（接触時間のずれ）を算出する。さらに、帯電バイアスと現像バイアスの周波数変動を行うタイミングに、この算出した接触時間差を加味し、干渉縞発生の問題を解決する。すなわち、図１の高圧出力処理（Ｓ５０８）において、ＣＰＵ３０１は、まず、帯電バイアス周波数を変動させ、上記算出した接触時間が経過した後、現像バイアス周波数を変動させるよう、帯電バイアス電源、現像バイアス電源の制御を行う。これにより、現像装置４と感光ドラム２との接触位置において、帯電バイアス周波数と現像バイアス周波数とは整数倍の周波数比を維持することができ、干渉縞の発生を防ぐことができる。

以上説明したように、画像形成時において、帯電バイアス周波数を周期的に変動させることにより、不快な帯電音の音圧を軽減させると同時に、現像バイアス周波数を帯電バイアス周波数の整数倍に保つことにより、干渉縞の発生を防止することができる。

２、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ感光ドラム（像担持体）
３、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ一次帯電器（帯電手段）
４、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ現像装置（現像手段）
７レーザ露光装置（静電潜像形成手段）
３０１ＣＰＵ（制御手段）

Claims

直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を帯電バイアスとして印加された帯電部材を像担持体に接触させて像担持体の表面を帯電する帯電手段と、
前記帯電手段により帯電された前記像担持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
前記静電潜像形成手段により形成された前記像担持体の表面の静電潜像を、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧によって形成された現像バイアスを用いて現像する現像手段と、
前記現像バイアスの交流周波数を前記帯電バイアスの交流周波数の整数倍の周波数比に維持しつつ、前記帯電バイアスの交流周波数の変動制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
前記制御手段による前記帯電バイアスの交流周波数の変動制御は、前記帯電バイアスの交流周波数としてあらかじめ定められた周波数である中心周波数からの周波数変動量、及び周波数変動を行う時間間隔を決定し、画像形成時に前記時間間隔にて前記帯電バイアスの交流周波数を前記中心周波数から前記周波数変動量の範囲で変動させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記像担持体における前記現像手段との接触位置における前記現像バイアスの交流周波数は、前記接触位置において印加された前記帯電バイアスの交流周波数の整数倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。