JP2012208249A

JP2012208249A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2012208249A
Application number: JP2011072897A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Handa; 弘司半田
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25
Also published as: US20120251139A1; US8923711B2

Abstract

【課題】クリーナレス方式において、画質の低下を抑えることができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、スコロトロン型帯電器２９にトナーの帯電極性と同極性の帯電バイアスを印加する帯電制御部１２０と、転写ローラ３０にトナーの帯電極性と逆極性の転写バイアスを印加する転写制御部１１０と、を備え、用紙に転写されずに感光体ドラム２７上に残ったトナーを現像ローラ３１で回収して再利用する画像形成装置であって、転写制御部１１０は、転写バイアスの絶対値を第１の値と、第１の値よりも小さい第２の値とに制御可能に構成され、帯電制御部１２０は、転写制御部１１０が転写バイアスの絶対値を第１の値とするとき、帯電バイアスの絶対値を第３の値とし、転写制御部１１０が転写バイアスの絶対値を第２の値とするとき、帯電バイアスの絶対値を第３の値よりも小さい第４の値とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、転写バイアスを制御可能な画像形成装置に関する。

一般的に、電子写真方式の画像形成装置として、感光体に対向して配置される転写ローラに現像剤の帯電極性とは異なる極性の転写バイアス（転写電圧）を印加することで、感光体上に形成されている現像剤像を、感光体と転写ローラで挟持した記録シートに転写するものが知られている。このような画像形成装置では、高湿度環境下において、用紙の抵抗値が低下することで、感光体と転写ローラの間に通常よりも電流が多く流れ、感光体上の現像剤の電荷が中和されるという問題があった。そのため、従来、高湿度環境下において、転写バイアスを下げて印字を行い、感光体と転写ローラの間に大量に電流が流れるのを防止している画像形成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、従来、記録シートに転写されずに感光体上に残った現像剤を、現像ローラで回収し、回収した現像剤を再利用する、いわゆるクリーナレス方式を採用している画像形成装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この画像形成装置では、感光体の表面電位と、現像ローラに印加する現像バイアス（現像電圧）の差によって、感光体上に残った現像剤を現像ローラで回収している。

特開２００５−９９６４５号公報特開２０００−２６７５３７号公報

ところで、特許文献１に記載の画像形成装置において、高湿度環境下でないときに誤って転写バイアスを下げる制御を行った場合、感光体表面と転写ローラ表面の電位差が小さくなるため、十分にトナーが転写されず、特に細い線や細かい点が表現できなくなり、画質が低下してしまうことがあった。そこで、常に帯電バイアスを下げておくことで、画質の低下を防止することが考えられる。しかしながら、特許文献２に記載の画像形成装置にこの技術を採用した場合、転写されずに感光体上に残った現像剤が現像ローラで回収しにくくなり、感光体上に現像剤が残ることで、画像形成に不具合が生じてしまう。

そこで、本発明は、クリーナレス方式において、画質の低下を抑えることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

前記した目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、表面に静電潜像が形成される感光体と、前記感光体を帯電させる帯電部材と、前記感光体上の静電潜像に現像剤を供給する現像剤担持体と、前記感光体との間で転写媒体を挟むことで、当該転写媒体に前記感光体上の現像剤を転写する転写部材と、前記帯電部材に前記現像剤の帯電極性と同極性の帯電バイアスを印加する帯電制御部と、前記転写部材に前記現像剤の帯電極性と逆極性の転写バイアスを印加する転写制御部と、を備え、転写媒体に転写されずに前記感光体上に残った現像剤を前記現像剤担持体で回収して再利用する画像形成装置であって、前記転写制御部は、転写バイアスの絶対値を第１の値と、前記第１の値よりも小さい第２の値とに制御可能に構成され、前記帯電制御部は、前記転写制御部が転写バイアスの絶対値を前記第１の値とするとき、帯電バイアスの絶対値を第３の値とし、前記転写制御部が転写バイアスの絶対値を前記第２の値とするとき、帯電バイアスの絶対値を前記第３の値よりも小さい第４の値とすることを特徴とする。

このように構成された画像形成装置によれば、帯電制御部は、転写制御部が転写バイアスを小さくしたときにだけ帯電バイアスを小さくするので、現像剤担持体に回収されない現像剤の量を最小限にすることができ、印字の不具合を低減することができる。

本発明によれば、クリーナレス方式を採用している画像形成装置において、画質の低下を抑えることができる。

本発明の一実施形態に係るレーザプリンタを示す側断面図である。プロセスカートリッジを示す側断面図である。制御部から現像ローラ、帯電器および転写ローラへの電圧の印加を説明する図である。細線を印刷する際の感光体ドラムの表面電位、現像バイアスおよび転写バイアスを示す図であり、通常印刷時における図（ａ）と、転写改善モードにおける図（ｂ）である。制御部により転写バイアス、帯電バイアスおよび現像バイアスの制御を示すフローチャートである。

次に、本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明においては、まず、レーザプリンタ１（画像形成装置）の全体構成を簡単に説明した後、本発明の特徴部分の詳細を説明する。

また、以下の説明において方向は、レーザプリンタ１の使用時におけるユーザを基準にした方向で説明することにする。すなわち、図１においては、右側を「前側」とし、左側を「後側」とし、紙面垂直方向のうち奥側を「右側」として、紙面垂直方向のうち手前側を「左側」とする。また、紙面に向かって上下方向を「上下方向」とする。

＜レーザプリンタの全体構成＞
レーザプリンタ１は、図１に示すように、装置本体２内に記録シート（転写媒体）の一例としての用紙３を給紙するための給紙部４や、用紙３に画像を形成するための画像形成部５などを備えている。

給紙部４は、装置本体２内の下部に着脱可能に装着される給紙トレイ６と、給紙トレイ６内に設けられた用紙押圧板７と、用紙３の搬送などを行う各種ローラ１１とを備えている。給紙トレイ６内に収容された用紙３は、用紙押圧板７によって上方に寄せられ、各種ローラ１１によって画像形成部５に搬送される。

画像形成部５は、スキャナユニット１６、プロセスカートリッジ１７、定着部１８、制御部１００などを備えている。

スキャナユニット１６は、装置本体２内の上部に設けられ、画像データに基づくレーザ光が、ポリゴンミラー１９、レンズ２０，２１、反射鏡２２，２３，２４などを通って（２点鎖線参照）、感光体ドラム２７の表面上に高速走査にて照射される。

プロセスカートリッジ１７は、装置本体２の手前側に設けられたフロントカバー２Ａを開くことで、装置本体２に対して着脱自在に装着される構造となっている。そして、このプロセスカートリッジ１７は、現像カートリッジ２８と、ドラムユニット３９とで主に構成されている。

現像カートリッジ２８は、ドラムユニット３９に装着された状態で、装置本体２に対して着脱自在となっている。なお、現像カートリッジ２８は、装置本体２に固定されたドラムユニット３９に対して着脱自在に構成されていてもよい。

現像カートリッジ２８は、図２に示すように、現像フレーム５０、現像剤担持体の一例としての現像ローラ３１、層厚規制ブレード３２および供給ローラ３３を備え、現像フレーム５０にはトナー収容室３４が形成されている。

この現像カートリッジ２８では、トナー収容室３４内の現像剤の一例としてのトナーが、アジテータ３４Ａで撹拌された後、供給ローラ３３により現像ローラ３１に供給され、このとき、供給ローラ３３と現像ローラ３１との間で正に摩擦帯電される。現像ローラ３１上に供給されたトナーは、現像ローラ３１の回転に伴って、層厚規制ブレード３２と現像ローラ３１との間に進入し、さらに摩擦帯電されつつ、一定の厚さの薄層として現像ローラ３１上に担持される。

ドラムユニット３９は、感光体の一例としての感光体ドラム２７、帯電部材の一例としてのスコロトロン型帯電器２９および転写部材の一例としての転写ローラ３０を主に備えている。そして、このドラムユニット３９内において、感光体ドラム２７の表面は、スコロトロン型帯電器２９により一様に正帯電された後、スキャナユニット１６からのレーザ光の高速走査により露光される。これにより、露光された部分の電位が下がって、画像データに基づく静電潜像が形成される。

次いで、現像ローラ３１の回転により、現像ローラ３１の表面に担持されている正帯電されたトナーが、感光体ドラム２７の表面上に形成された静電潜像に供給されて、感光体ドラム２７の表面上にトナー像（現像剤像）が形成される。その後、感光体ドラム２７と転写ローラ３０の間で用紙３が搬送されることで、感光体ドラム２７の表面に担持されているトナー像が用紙３上に転写される。このとき、転写ローラ３０には、トナーの帯電極性（正）とは逆極性の転写バイアスが印加されている。

図１に示すように、定着部１８は、加熱ローラ４１と、加熱ローラ４１を加圧する加圧ローラ４２とを備えている。そして、定着部１８では、用紙３上に転写されたトナーを、用紙３が加熱ローラ４１と加圧ローラ４２との間を通過する間に熱定着させている。なお、定着部１８で熱定着された用紙３は、定着部１８の下流側に配設される排紙ローラ４５に搬送され、この排紙ローラ４５から排紙トレイ４６上に送り出される。

また、このレーザプリンタ１では、用紙３に転写されずに感光体ドラム２７上に残ったトナー（以下、残トナーと呼ぶ）を、現像ローラ３１によって回収して再利用する、いわゆるクリーナレス方式を採用している。具体的には、残トナーを回収するときに、スコロトロン型帯電器２９で感光体ドラム２７の表面を一度帯電させ、感光体ドラム２７の表面電位を現像ローラ３１の電位よりも高くする。これにより、感光体ドラム２７上に載っている正帯電している残トナーが、現像ローラ３１へ移動し、トナー収容室３４へ戻される。

制御部１００は、図示しないＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭなどを有しており、装置本体２内の適宜な位置に配置されている。この制御部１００は、入力された画像データや各種の指示、ＲＯＭに記録されたプログラムやデータなどに基づいて、転写ローラ３０、スコロトロン型帯電器２９および現像ローラ３１等に印加する電圧などを制御してレーザプリンタ１全体の動作を制御する。

＜制御部の詳細構成＞
制御部１００は、図３に示すように、転写制御部１１０、帯電制御部１２０および現像制御部１３０を備えており、ユーザの操作により入力された信号に従って転写改善モードを実行可能に構成されている。転写改善モードとは、高湿度環境下においてレーザプリンタ１を使用する場合に実行するモードであり、これを実行することで、以下で説明する高湿度環境下で生じる転写不良を改善することができる。

転写制御部１１０は、制御部１００に入力される印字指令に基づいて、転写ローラ３０にトナーの帯電極性と逆極性の転写バイアスを印加する。具体的に、転写制御部１１０は、通常印刷時には、転写バイアスを絶対値が第１の値である第１転写バイアスＶ_１に、転写改善モード実行時には、転写バイアスを絶対値が第１の値よりも小さい第２の値である第２転写バイアスＶ_２に制御可能に構成されている。また、転写制御部１１０は、転写ローラ３０に印加する転写バイアスの値を帯電制御部１２０に入力する。

ここで、転写バイアスを上記のように制御する理由について説明する。
転写バイアスは、感光体ドラム２７上のトナー像を転写ローラ３０と感光体ドラム２７の間を搬送される用紙３に転写するために転写ローラ３０に印加される電圧であって、本実施形態においては定電圧制御されている。仮に、転写バイアスを常に第１転写バイアスＶ_１で定電圧制御した場合、高湿度環境下においては、用紙３の抵抗値が下がるため、感光体ドラム２７と転写ローラ３０との間に流れる転写電流が、通常時よりも過剰になる。これにより、過剰になった負電荷が、転写ローラ３０から感光体ドラム２７上に担持されている正帯電したトナーに流れ、トナーの電荷を中和する。そのため、感光体ドラム２７上に担持されているトナーが十分に用紙３に転写されないので、画像がかすれるといった転写不良が生じてしまう。

そこで、転写改善モードにおいては、絶対値が通常印刷時の第１転写バイアスＶ_１よりも小さい第２転写バイアスＶ_２に切り替え、感光体ドラム２７の表面と転写ローラ３０の表面の間の電位差を小さくすることで、高湿度環境下において、転写電流が過剰に流れるのを抑制することができる。これにより、感光体ドラム２７上のトナーが中和されるのを低減することができるので、転写不良を防止することができる。

帯電制御部１２０は、転写制御部１１０から入力される転写バイアスの値に基づいて、スコロトロン型帯電器２９にトナーの帯電極性と同極性の帯電バイアスを印加するように構成されており、帯電バイアスを制御することで感光体ドラム２７の表面電位を制御する。

具体的に、帯電制御部１２０は、転写制御部１１０が転写バイアスを第１転写バイアスＶ_１とするとき、帯電バイアスを絶対値が第３の値である第１帯電バイアスＶ_３とする。そして、帯電制御部１２０は、転写制御部１１０が転写バイアスを第２転写バイアスＶ_２とするとき、帯電バイアスを絶対値が第３の値よりも小さい第４の値である第２帯電バイアスＶ_４とする。これにより、転写バイアスに応じて感光体ドラム２７の表面電位を制御することができる。なお、帯電制御部１２０が、帯電バイアスを切り替えるタイミングは、転写制御部１１０が転写バイアスを切り替えるのと同時であってもよいし、前後していてもよい。また、帯電制御部１２０は、現像制御部１３０に、スコロトロン型帯電器２９に印加する帯電バイアスの値を入力する。

ここで、帯電バイアスを上記のように制御する理由について説明する。
例えば、帯電バイアスを第１帯電バイアスＶ_３とするとき、スコロトロン型帯電器２９によって表面が一様に帯電された感光体ドラム２７は、図４（ａ）に示すように、レーザ光により露光されることで、露光された部分の電位が下がる。そして、現像ローラ３１と感光体ドラム２７が対面すると、感光体ドラム２７上の現像ローラ３１の電位よりも電位が下がった範囲（電位がＶ_５の位置で示した範囲）に、現像ローラ３１からトナーが移る。

仮に、帯電バイアスを第１帯電バイアスＶ_３に固定した場合、図４（ｂ）に示すように、転写バイアスを絶対値が第１転写バイアスＶ_１よりも小さい第２転写バイアスＶ_２とすると、転写バイアスを第１転写バイアスＶ_１とするときよりも、感光体ドラム２７の表面と転写ローラ３０の表面の電位差が小さくなる。高湿度環境下においては、通常時よりも転写電流が大きくなるので、感光体ドラム２７の表面と転写ローラ３０の表面の電位差が小さくても、十分にトナーを転写することが可能である。しかし、低湿度環境下においては、転写電流が小さくなるので、感光体ドラム２７上に担持されているトナーが十分に用紙３に転写されず、細い線や細かい点を十分に表現できない。そこで、転写バイアスが第２転写バイアスＶ_２であるとき、感光体ドラム２７の表面電位（帯電バイアス）をＶ_４に下げることで、露光部分の表面電位も下がり、トナーをより多く担持させることができる。これにより、感光体ドラム２７の表面と転写ローラ３０の表面の電位差が小さくても、細い線や細かい点を表現するために十分な量のトナーを用紙３に転写することができる。

また、制御部１００による制御を簡素化するために、常に帯電バイアスを第２帯電バイアスＶ_４に制御する方法も考えられるが、常に第２帯電バイアスＶ_４とすることで、現像ローラ３１と感光体ドラム２７の表面の電位差が小さくなってしまうため、残トナーが現像ローラ３１で回収されにくくなる。このようにトナーが感光体ドラム２７上に残ってしまうと、印字に不具合が生じる。そこで、転写バイアスを第２転写バイアスＶ_２とするときにだけ帯電バイアスを第２帯電バイアスＶ_４とすることで、印字の不具合を最小限に抑えることができる。

現像制御部１３０は、帯電制御部１２０から入力される帯電バイアスの値に基づいて、現像ローラ３１にトナーと同極性の現像バイアスを印加する。具体的に、現像制御部１３０は、帯電制御部１２０が帯電バイアスを第１帯電バイアスＶ_３とするとき、絶対値が第５の値である第１現像バイアスＶ_５を現像ローラ３１に印加する。そして、現像制御部１３０は、帯電制御部１２０が帯電バイアスを第２帯電バイアスＶ_４とするとき、絶対値が第５の値よりも小さい第６の値である第２現像バイアスＶ_６とする。なお、現像制御部１３０が現像バイアスを切り替えるタイミングは、帯電制御部１２０が帯電バイアスを切り替えるタイミングと同時であってもよいし、前後していてもよい。

このように帯電バイアスの値に応じて現像バイアスを変化させることで、感光体ドラム２７上にトナーが載りすぎるのを抑制することができる。図４（ａ）に示すように、帯電バイアスが第１帯電バイアスＶ_３であり、現像バイアスが第１現像バイアスＶ_５の場合、前述したように、感光体ドラム２７上の露光されることによって第１現像バイアスＶ_５よりも低い電位になっている範囲に、現像ローラ３１からトナーが移動する。一方、図４（ｂ）に示すように、帯電バイアスを第２帯電バイアスＶ_４としたときに、現像バイアスを第１現像バイアスＶ_５とすると、感光体ドラム２７上の第１現像バイアスＶ_５よりも低い電位の範囲が広くなるため、その分、感光体ドラム２７上にトナーが多く載ってしまう。感光体ドラム２７上にトナーが過剰に載っていると、非露光部位にもトナーが載ってしまう等、印字に不具合が生じるおそれがある。そこで、帯電バイアスを第２帯電バイアスＶ_４とするとき、現像バイアスを第１現像バイアスＶ_５よりも小さい第２現像バイアスＶ_６とすることで、感光体ドラム２７上にトナーが過剰に載るのを防ぐことができる。なお、現像バイアスは、下げすぎてしまうと細い線などが細くなりすぎてしまうので、適度に下げる必要がある。

＜動作説明＞
以上のように構成された制御部１００の制御動作について図５を参照しながら説明する。
レーザプリンタ１に対して図示しないパーソナルコンピュータなどから画像形成を指示する印刷ジョブが送信されると、制御部１００は、この印刷ジョブを受信する（Ｓ１０）。このとき、制御部１００は、ユーザによって転写改善モードが選択されているか否かを判断する（Ｓ２０）。

ステップＳ２０において、転写改善モードが選択されていた場合（Ｙｅｓ）、制御部１００は、転写改善モードを実行する。転写改善モードでは、まず、転写制御部１１０が、転写ローラ３０に、第２転写バイアスＶ_２を印加する（Ｓ３０）。そして、帯電制御部１２０が、スコロトロン型帯電器２９に第２帯電バイアスＶ_４を印加し（Ｓ４０）、現像制御部１３０が、現像ローラ３１に第２現像バイアスＶ_６を印加する（Ｓ５０）。

一方、ステップＳ２０において、転写改善モードが選択されていなかった場合（Ｎｏ）、制御部１００では、まず、転写制御部１１０が、転写ローラ３０に、第１転写バイアスＶ_１を印加する（Ｓ６０）。そして、帯電制御部１２０が、スコロトロン型帯電器２９に第１帯電バイアスＶ_３を印加し（Ｓ７０）、現像制御部１３０が、現像ローラ３１に第１現像バイアスＶ_５を印加する。

そして、制御部１００は、ステップＳ５０またはステップＳ８０の後に印字が終了するか否かを判断する（Ｓ９０）。ステップＳ９０において、印字を終了する場合は（Ｙｅｓ）、制御部１００による転写バイアス、帯電バイアスおよび現像バイアスの制御は終了する。一方、ステップＳ９０において、印字を終了しない場合は（Ｎｏ）、制御部１００は、ステップＳ２０に戻り、引き続き転写バイアス、帯電バイアスおよび現像バイアスの制御を行い、印字を続行する。

以上によれば、本実施形態において以下のような作用効果を得ることができる。
レーザプリンタ１は、転写制御部１１０によって、転写バイアスを絶対値が第１の値である第１転写バイアスＶ_１と、絶対値が第１の値よりも小さい第２の値である第２転写バイアスＶ_２とに制御可能である。また、帯電制御部１２０は、転写バイアスが、絶対値が第１の値よりも小さい第２の値である第２転写バイアスＶ_２であるときにだけ、帯電バイアスを絶対値が第３の値よりも小さい第４の値である第２帯電バイアスＶ_４とするので、現像ローラ３１に回収されない残トナーの量を最小限に抑えることができ、印字の不具合を低減することができる。

また、現像制御部１３０は、帯電バイアスを第２帯電バイアスＶ_４としたときに、現像バイアスを絶対値が第５の値よりも小さい第６の値である第２現像バイアスＶ_６とするので、感光体ドラム２７上にトナーが載りすぎるのを防止することができる。

また、転写制御部１１０は、ユーザの操作により入力された信号に従って転写バイアスを切り替えるので、ユーザが転写バイアスを手動で切り替えることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。具体的な構成については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

前記実施形態では、帯電部材の一例としてスコロトロン型帯電器２９を採用していたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、帯電部材の一例として、コロトロン帯電器を採用してもよい。

前記実施形態では、転写改善モードを、ユーザの操作により入力された信号に従い切り替えられていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、装置本体２内に湿度センサを設け、湿度センサが所定値以上の湿度を検知したときに、制御部１００が転写改善モードを実行するように構成されていてもよい。

前記実施形態では、転写媒体の一例として、厚紙、はがき、薄紙などの用紙３を採用したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、転写媒体として、中間転写ベルトを採用してもよい。

前記実施形態では、レーザプリンタ１に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されず、その他の画像形成装置、例えばカラープリンタや複写機、複合機などに本発明を適用してもよい。

１レーザプリンタ
３用紙
２７感光体ドラム
２９スコロトロン型帯電器
３０転写ローラ
３１現像ローラ
１００制御部
１１０転写制御部
１２０帯電制御部
１３０現像制御部
Ｖ_１第１転写バイアス
Ｖ_２第２転写バイアス
Ｖ_３第１帯電バイアス
Ｖ_４第２帯電バイアス
Ｖ_５第１現像バイアス
Ｖ_６第２現像バイアス

Claims

表面に静電潜像が形成される感光体と、
前記感光体を帯電させる帯電部材と、
前記感光体上の静電潜像に現像剤を供給する現像剤担持体と、
前記感光体との間で転写媒体を挟むことで、当該転写媒体に前記感光体上の現像剤を転写する転写部材と、
前記帯電部材に前記現像剤の帯電極性と同極性の帯電バイアスを印加する帯電制御部と、
前記転写部材に前記現像剤の帯電極性と逆極性の転写バイアスを印加する転写制御部と、を備え、
転写媒体に転写されずに前記感光体上に残った現像剤を前記現像剤担持体で回収して再利用する画像形成装置であって、
前記転写制御部は、転写バイアスの絶対値を第１の値と、前記第１の値よりも小さい第２の値とに制御可能に構成され、
前記帯電制御部は、
前記転写制御部が転写バイアスの絶対値を前記第１の値とするとき、帯電バイアスの絶対値を第３の値とし、
前記転写制御部が転写バイアスの絶対値を前記第２の値とするとき、帯電バイアスの絶対値を前記第３の値よりも小さい第４の値とすることを特徴とする画像形成装置。
前記現像剤担持体に前記現像剤と同極性の現像バイアスを印加する現像制御部をさらに備え、
前記現像制御部は、
前記帯電制御部が帯電バイアスの絶対値を前記第３の値とするとき、現像バイアスの絶対値を第５の値とし、
前記帯電制御部が帯電バイアスの絶対値を前記第４の値とするとき、現像バイアスの絶対値を前記第５の値よりも小さい第６の値とすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記転写制御部は、ユーザの操作により入力された信号に従い転写バイアスを切り替えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。