JP2011257708A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、使用初期における画像流れの発生を検知したときに、感光体表面の温度が所定温度以下になるように制御することで、感光体の寿命が短くなることを抑制しつつ、使用初期の画像流れを抑制できる画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、感光体ドラム１の温度を検知して第１の温度とし、ヒータ９、ファン１０により感光体ドラム１の温度を変えて第２の温度とし、第１の温度、第２の温度における電流計８による検知結果から、画像流れが初期流れか耐久流れか、を判別し、画像流れが初期流れの場合に、ヒータ９、ファン１０により感光体ドラム１の温度を下げることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

従来、複写機やプリンタ等の画像形成装置は、転写工程を終えた後の感光体表面には未転写のトナーや、帯電プロセスによって生成した放電生成物などが残留する。特に、感光体表面に保護層を備えている場合に、保護層の最も外側の層である極表層（１０〜１００ｎｍ）が、空気中の水や放電生成物を吸着し、沿面電導を起こしやすい。この現象は高温高湿環境で顕著である。このため、使い始め（初期段階）など、感光体表面に極表層が残っている段階では、付着した放電生成物が水分を吸着することで感光体ドラム表面の抵抗が下がり、潜像が拡散してボケたようにみえる、所謂画像流れなどの画像不良が発生するおそれがある。

画像流れには、使用初期に発生する画像流れ（初期流れ）と、ある程度画像形成を行った後に発生する画像流れ（耐久流れ）がある。耐久流れについては、感光体ドラムの表面温度を上げると解消された。しかし、初期流れについては、感光体ドラムの表面温度を上げると画像流れが悪化するという現象が起こった。この初期流れの悪化への対策として、感光体の周囲にクリーニング装置を備え、クリーニング装置に研磨性微粒子を含有／付着させて、感光体の極表層を研磨する構成が提案されている。特に、初期流れなどの画像不良を防ぐために、所定枚数の処理が終了するまで研磨粒子を供給する構成が提案されている（特許文献１）。

特開２００９−１１６２３４号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、所定枚数といえ感光体を研磨する必要があり、感光体の寿命を低減するおそれがあった。

そこで本発明は、使用初期における画像流れの発生を検知したときに、感光体表面の温度が所定温度以下になるように制御することで、感光体の寿命が短くなることを抑制しつつ、使用初期の画像流れを抑制できる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、像担持体と、Ｓ前記像担持体の表面を帯電する帯電手段と、画像流れを検知する画像流れ検知手段と、前記像担持体の温度を検知する温度検知手段と、前記像担持体の温度を制御する温度制御手段と、を有する画像形成装置において、前記像担持体の温度を検知して第１の温度とし、前記温度制御手段により前記像担持体の温度を変えて第２の温度とし、前記第１の温度、第２の温度における前記画像流れ検知手段による検知結果から、画像流れが初期流れか耐久流れか、を判別し、画像流れが初期流れの場合に、前記温度制御手段により前記像担持体の温度を下げることを特徴とする。

本発明によれば、使用初期における画像流れの発生を検知したときに、感光体表面の温度が所定温度以下になるように制御することで、感光体の寿命が短くなることを抑制しつつ、使用初期の画像流れを抑制できる。

第１実施形態に係る画像形成装置の構成図である。 画像流れ無し、画像流れ有りの場合における感光体ドラムに印加した直流電圧と直流電流値との関係図である。 放電開始電圧Ｖｔｈ未満の直流電電圧のみを印加した時の放電時間と感光体ドラムに流れ込む直流電流値との関係図である。 使用初期及び使用後期における温度と画像流れの関係図である。 第１実施形態に係る画像形成装置の制御部のブロック図である。 第１実施形態に係る画像流れ抑制制御のフローチャートである。 第２実施形態に係る画像形成装置の制御部のブロック図である。 第２実施形態に係る画像流れ抑制制御のフローチャートである。

[第１実施形態]
本発明に係る画像形成装置の第１実施形態について、図を用いて説明する。図１は本実施形態に係る画像形成装置の構成図である。図１に示すように、画像形成装置１００において、感光体ドラム（像担持体）１は、高圧電源Ｓ１により電圧を印加された帯電ローラ（帯電手段）２により表面を一様に帯電され、露光装置３により画像情報に応じたレーザー光を露光され、感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。静電潜像は、現像装置４によりトナー像として現像され、転写ローラ５によりシートＰに転写される。トナー像を転写されたシートＰは、定着装置７によりトナー像を定着され、装置本体外へ排出される。シートＰにトナー画像を転写した後の感光体ドラム１は、クリーニング装置６により転写残トナーを除去され、除電器１１により除電され、次の画像形成に備える。

画像形成装置１００は、電流計（画像流れ検知手段、電流検知手段）８、ヒータ９、ファン１０、温度センサ（温度検知手段）１２を有している。電流計８は、感光体ドラム１表面に流れる直流電流値（検知結果）を測定する。ヒータ９、ファン１０は、感光体ドラム１の表面温度を制御する温度制御手段である。ヒータ９は、感光体ドラム１のアルミニウム素管の内側に配設されており、感光体ドラム１を加熱する。ファン１０は、感光体ドラム１と１０ｍｍの間隔を空けて配設された多翼ファンであり、ダクト（不図示）から外気を取り込んで感光体ドラム１へ向かって送風し、感光体ドラム１を冷却する。温度センサ１２は非接触式の放射温度計であり、感光体ドラム１の表面温度を測定する。

（画像流れの検知方法）

画像流れの検知方法は、放電開始電圧Ｖｔｈ以下の電圧を印加した場合に、直流電流が流れた場合に、画像流れが発生していると検知する。図２は画像流れ無し、画像流れ有りの場合における感光体ドラムに印加した直流電圧と直流電流値との関係図である。横軸に感光体ドラム１に印加する直流電圧を示し、放電開始電圧Ｖｔｈは帯電ローラ２から感光体ドラム１へ放電が開始される電圧である。縦軸には感光体ドラム１の表面に流れる直流電流を示す。ここで、画像流れとは、感光体ドラム１上の潜像が拡散してボケたようにみえる画像不良をいい、感光体ドラム１の表面に付着した放電生成物が水分を吸着することで、感光体ドラム１の表面の抵抗が下がること等により潜像が拡散して発生する。

図２に示すように、画像流れが無い感光体ドラム１では、放電開始電圧Ｖｔｈよりも低い印加電圧では、直流電流値はほとんど検出されない。しかし、画像流れが発生している感光体ドラム１では、放電開始電圧Ｖｔｈよりも低い印加電圧でも、直流電流値が検出される。

このメカニズムを説明する。通常、感光体ドラム１の表面の抵抗は高く、帯電ローラ２と接触していても放電しない限り電荷の移動は行われず、感光体ドラム１の表面電位は上昇せず、電流は流れない。しかし、帯電ローラ２に放電可能な電圧（放電開始電圧Ｖｔｈ）を印加すると、感光体ドラム上に放電生成物（窒素酸化物等）が付着する。すると、この放電生成物に反応、吸着された水分により、感光体ドラム１の表面の抵抗が下がり、放電しなくても電荷の移動が行われ、直流電流が流れる。

従って、放電開始電圧Ｖｔｈ以下の電圧を印加した場合に、直流電流が流れるということは、放電生成物に反応、吸着された水分により、感光体ドラム１の表面の抵抗が下がっている状態であり、画像流れが発生する状態であることを検知できる。

図３は相対湿度５０％での環境において、感光体ドラム１を回転させながら一定の放電量になるように帯電ローラ２に電圧を印加し、ある時間経過した後、放電開始電圧Ｖｔｈ未満の直流電電圧のみを印加した時の直流電流値をプロットしたものである。図３に示すように、直流電流値が１μＡ以上になった時が、感光体ドラム１の表面の抵抗が低下し、潜像電位を形成するための電荷が感光体ドラム表面で拡散して静電潜像が広がり、画像流れが発生することが判明した。従って、放電開始電圧Ｖｔｈ以下の直流電圧を印加した時の直流電流を測定することで、感光体ドラム１の画像流れ発生を検知できる。

（使用初期と耐久中における画像流れと温度の関係）
図４は使用初期及び使用後期における感光体ドラム１の表面温度と、直流電圧−５００Ｖを印加したときに流れた直流電流値の関係を表すグラフである。測定は室温３０℃湿度８０％の環境で行った。ヒータ９、ファン１０を用いて感光体ドラム１の表面温度を制御した。以下、感光体ドラムが新しい時の画像流れを初期流れ、ある程度画像形成を行った後での画像流れを耐久流れ、と言う。

図４に示すように、初期流れは、感光体ドラム１の表面の温度を上げると悪化する（直流電流値が増加する）。詳細は不明であるが、感光体ドラム１の表面温度が上昇することで、感光体ドラム１の最表層が活性化し、放電生成物などとの反応が促進され、空気中の水分を吸着しやすくなる。そして、感光体ドラム表層の抵抗が低下し、電荷が注入されやすくなったため、電流が流れるようになったと推測される。

一方、耐久流れは、感光体ドラム表面温度が上昇すると良化する（直流電流値が減少する）。これは感光体ドラム１の表面の温度が上昇することで、付着していた放電生成物が水分を放出し、感光体ドラム表面の抵抗が上昇し、電荷が注入されなくなったため、電流が流れなくなったと考えられる。

（制御部１０１）
図５は本実施形態の画像形成装置１００の制御部１０１のブロック図である。図５に示すように、制御部１０１は、ＣＰＵｂ１、メモリｂ２を有している。ＣＰＵｂ１は、記憶媒体中の各種プログラムに従って画像形成装置１００全体を制御する。メモリｂ２は、制御プログラムやエラー処理プログラムに従って画像形成装置１００を動作させるためのプログラムなどを格納している記憶領域である。メモリｂ２は温度センサ１２や電流計８で検知された温度や電流を記録することができる。ＣＰＵｂ１は、温度センサ１２の測定結果に基づき、感光体ドラム１の表面温度がターゲット温度となるように、ヒータ９、ファン１０を制御する。制御部１０１は、初期流れと耐久流れを判別し、初期流れの場合に、温度を下げるように制御する制御手段である。

（画像流れ抑制制御フロー）
図６は非画像形成時における、画像流れ検知と、画像流れが初期流れか耐久流れかどうかをＣＰＵｂ１が判別し、適切な画像流れ抑制を行う画像流れ抑制制御のフローチャートである。図６に示すように、まず、画像流れ検知タイミングか否かを判断する（Ｓ１）。画像流れ検知タイミングでなければ、画像形成を実行する（Ｓ１０）。画像流れ検知タイミングの際には、感光体ドラム１の表面温度を温度センサ１２によって検知する（Ｓ２）。検知された温度（第１の温度）Ｔ１はＣＰＵｂ１に入力される。ＣＰＵｂ１は入力された温度Ｔ１をメモリｂ２に記録する。ＣＰＵｂ１は高圧電源Ｓ１を制御して放電開始電圧未満の電圧（本実施形態では−５００Ｖ）を帯電ローラ２に印加し、感光体ドラム１に流れる電流を電流計８により検知する（Ｓ２）。検知された電流値（第１の電流値）Ｉ１はＣＰＵｂ１に入力され、ＣＰＵｂ１は入力された電流値Ｉ１をメモリｂ２に記録する。

電流値Ｉ１が１μＡ未満か否か（所定の電流値以上か否か）を判断する（Ｓ３）。電流値Ｉ１が１μＡ未満であれば、画像流れは発生していないので、画像形成を実行する（Ｓ１０）。一方、電流値Ｉ１が１μＡ以上であれば、画像流れが発生しているので、発生している画像流れが初期流れか耐久流れかを判別する。

ヒータ９を用いて感光体ドラム１を所定時間（本実施形態では６０秒）加熱する（Ｓ４）。所定時間加熱終了後、感光体ドラム１の表面温度を温度センサ１２によって検知する（Ｓ４）。検知された温度（第２の温度）Ｔ２はＣＰＵｂ１に入力され、ＣＰＵｂ１は温度Ｔ２をメモリｂ２に記録する。

ここで、ＣＰＵｂ１は記録したＴ１とＴ２を比較し、（Ｔ２−Ｔ１）の値がゼロ又は負の値である場合、さらに所定時間（本実施形態では６０秒）加熱し、（Ｔ２−Ｔ１）の値が正の値になるまで繰り返す（Ｓ５）。（Ｔ２−Ｔ１）が正の値である場合、ＣＰＵｂ１は放電開始電圧未満の直流電圧（本実施形態では−５００Ｖ）を帯電ローラ２に印加し、感光体ドラム１に流れる電流を検知する（Ｓ６）。検知された電流値（第２の電流値）Ｉ２はＣＰＵｂ１に入力され、ＣＰＵｂ１は入力された電流値Ｉ２をメモリｂ２に記録する。

ＣＰＵｂ１は記録したＩ１とＩ２を比較する。（Ｉ２−Ｉ１）の値がゼロまたは正の値である場合（第２の電流値が第１の電流値以上の時）、温度を上げると電流が増加するということになるので、初期流れと判断する（Ｓ７）。そして、初期流れを抑制するため、ＣＰＵｂ１はヒータ９をオフし、ファン１０を起動するか、起動している場合は回転数を上げるなどして、感光体ドラム１の表面を所定温度（本実施形態では３１℃）まで低下させ（Ｓ８、Ｓ９）、画像形成を実行する（Ｓ１２）。

一方、（Ｉ２−Ｉ１）の値が負の値である場合（第２の電流値が第１の電流値未満の時）、温度を上げると電流が減少するということになるので、耐久流れと判断する（Ｓ７）。そして、耐久流れを抑制するため、ＣＰＵｂ１はヒータ９をオンし、ファン１０が起動していればオフするか、回転数を下げるなどして感光体ドラム１の表面を所定温度（本実施形態では３５℃）まで上昇させ（Ｓ１０、Ｓ１１）、画像形成を実行する（Ｓ１２）。

上記制御により、感光体の寿命を縮めることなく、使用初期から使用後期に渡って画像流れを抑制できる。

なお、本実施形態では帯電ローラ２に電圧を印加して感光体ドラム1に流れる電流を検知したが、接触式の転写ローラを用いて同様のことを行うことができる。また、電流検知だけでなく、感光体ドラム1の表面電位を検知する電位センサ（画像流れ検知手段、電位検知手段）を利用することもできる（米国特許第７２９８９８３号参照）。例えば、図６のフローにおいて、電流値I１、I２に変えて、電位センサにより感光体ドラム1の第１の表面電位V１、第２の表面電位V２（検知結果）を検知し、図６のS７で、V２−V１がゼロまたは正の値のときに、初期流れ発生と判断してもよい。なお、画像流れを電位センサを持ちいて検出するときは、帯電手段は、コロナ帯電器等の非接触の帯電装置でもよい。しかし、画像流れを感光体ドラム１と帯電手段の間に流れる電流値で検出するときは、帯電手段と感光体ドラム１は接触することが必須となる。

[第２実施形態]
次に本発明に係る画像形成装置の第２実施形態について図を用いて説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図７は本実施形態に係る画像形成装置の制御部のブロック図である。図８は本実施形態に係る画像流れ抑制制御のフローチャートである。

図７に示すように、本実施形態の画像形成装置は、上記第１実施形態の画像形成装置１００に、画像形成の回数を記録するカウンターｂ３を設けたものである。カウンターｂ３は、画像形成の回数をカウントし、ＣＰＵｂ１はカウンターｂ３のカウント数を読み込む。ＣＰＵｂ１は画像形成の回数に応じて感光体ドラム１表面の温度を検知し、変化させる。

図８に示すように、まず、画像流れ検知タイミングか否かを判断する（Ｓ１１）。画像流れ検知タイミングでなければ、画像形成を実行する（Ｓ１８）。画像流れ検知タイミングの際には、感光体ドラム１の表面温度を温度センサ１２によって検知する（Ｓ１２）。検知された温度ＴはＣＰＵｂ１に入力される。ＣＰＵｂ１は入力された温度Ｔをメモリｂ２に記録する。ＣＰＵｂ１は高圧電源Ｓ１を制御して放電開始電圧未満の電圧（本実施形態では−５００Ｖ）を帯電ローラ２に印加し、感光体ドラム１に流れる電流を電流計８により検知する（Ｓ１２）。検知された電流値ＩはＣＰＵｂ１に入力され、ＣＰＵｂ１は入力された電流値Ｉをメモリｂ２に記録する。

電流値Ｉが１μＡ未満か否かを判断する（Ｓ１３）。電流値Ｉが１μＡ未満であれば、画像流れは発生していないので、画像形成を実行する（Ｓ１８）。一方、電流値Ｉが１μＡ以上であれば、画像流れが発生しているので、発生している画像流れが初期流れか耐久流れかを判別する。

次に、ＣＰＵｂ１は画像形成回数が所定枚数未満であるかどうかを判別する（Ｓ１４）。ＣＰＵｂ１はカウンターｂ３に記録された画像形成回数の計数値を読み込み、所定枚数以上（本実施形態では２０００枚）画像形成が行われているかどうかを判別する。

所定枚数以上画像形成が行われていれば（所定値以上の時）、耐久流れであると判断する。そして、耐久流れを抑制するため、ＣＰＵｂ１はヒータ９をオンし、ファン１０が起動していればオフするか、回転数を下げるなどして感光体ドラム表面を所定温度（本実施例では３５℃）まで上昇させ（Ｓ１５、Ｓ１６）、画像形成を実行する（Ｓ２０）。

所定枚数以上画像形成が行われていなければ（所定値未満の時）、初期流れであると判断し、初期流れを抑制する制御を行う。ＣＰＵｂ１は先に記録した感光体ドラム表面温度Ｔと、所定温度Ｔ０（本実施例では３２℃）を比較する（Ｓ１７）。ＴがＴ０より小さいか等しければＣＰＵｂ１は画像形成を実行する（Ｓ２０）。ＴがＴ０より大きければ、ＣＰＵｂ１はヒータ９をオフし、ファン１０を回転させるか、回転していれば回転数を上げるなどして、感光体ドラム１の表面を所定温度（本実施例では３１℃）まで低下させ（Ｓ１８、Ｓ１９）、画像形成を実行する（Ｓ２０）。

このような構成にすることによって、感光体ドラムが新しい時の画像流れを抑制することができ、ある程度画像形成を行った後の画像流れにも対応でき、良質な画像形成を行うことができた。

１ …感光体ドラム（像担持体）
２ …帯電ローラ（帯電手段）
８ …電流計（画像流れ検知手段、電流検知手段）
９ …ヒータ（温度制御手段）
１０ …ファン（温度制御手段）
１２ …温度センサ（温度検知手段）
１００ …画像形成装置

Claims (7)

1. 像担持体と、
   前記像担持体の表面を帯電する帯電手段と、
   画像流れを検知する画像流れ検知手段と、
   前記像担持体の温度を検知する温度検知手段と、
   前記像担持体の温度を制御する温度制御手段と、を有する画像形成装置において、 前記像担持体の温度を検知して第１の温度とし、
   前記温度制御手段により前記像担持体の温度を変えて第２の温度とし、
   前記第１の温度、第２の温度における前記画像流れ検知手段による検知結果から、画像流れが初期流れか耐久流れか、を判別し、
   画像流れが初期流れの場合に、前記温度制御手段により前記像担持体の温度を下げることを特徴とする画像形成装置。
   
2. 前記画像流れ検知手段は、前記像担持体に流れる電流を検知する電流検知手段であり、
   前記第１の温度、第２の温度において前記電流検知手段が検知した第１の電流値、第２の電流値から、画像流れが初期流れか耐久流れか、を判別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. 前記画像流れ検知手段は、前記像担持体の表面電位を検知する電位検知手段であり、
   前記第１の温度、第２の温度において前記電位検知手段が検知した第１の表面電位、第２の表面電位から、画像流れが初期流れか耐久流れか、を判別することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
   
4. 像担持体と、
   前記像担持体の表面を帯電する帯電手段と、
   画像流れを検知する画像流れ検知手段と、
   前記像担持体の温度を検知する温度検知手段と、
   前記像担持体の温度を制御する温度制御手段と、
   画像形成の回数を記録するカウンターと、を有する画像形成装置において、
   前記像担持体の温度を検知して第１の温度とし、前記第１の温度における前記画像流れ検知手段による検知結果と、前記カウンターの値から、画像流れが初期流れか耐久流れか、を判別し、
   画像流れが初期流れの場合に、前記温度制御手段により前記像担持体の温度を下げることを特徴とする画像形成装置。
   
5. 前記画像流れ検知手段は、前記像担持体に流れる電流を検知する電流検知手段であり、
   前記第１の温度において前記電流検知手段が検知した第１の電流値と、前記カウンターの値から、画像流れが初期流れか耐久流れか、を判別することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
   
6. 前記画像流れ検知手段は、前記像担持体の表面電位を検知する電位検知手段であり、
   前記第１の温度において前記電位検知手段が検知した第１の表面電位と、前記カウンターの値から、画像流れが初期流れか耐久流れか、を判別することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
   
7. 前記第１の温度のときに、前記帯電手段から前記像担持体へ放電が開始される放電開始電圧より低い電圧を前記像担持体に印加した時に、前記画像流れ検知手段により、画像流れが発生したか否かを検知することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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