JP2013117673A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電部材の劣化による帯電電位の低下を補正でき、よって安定した帯電電位を維持することができ、高画質化に寄与できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】ＤＣ電源７０により帯電ローラ２ａにＤＣバイアスを印加することにより、感光体ドラム１が帯電される。制御手段７４は帯電ローラ２ａを回転駆動するモータ７２の回転開始時間からの通電時間を検知し、通電時間の長さに応じてＤＣバイアスを補正する。通電時間が長くなるにつれて帯電電位は低下するが、その低下分を通電時間を把握してＤＣバイアスを補正することにより補い、帯電電位を略一定に維持する。
【選択図】図４

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置、該画像形成装置を用いた画像形成方法に関する。

従来、この種の画像形成装置において、帯電手段としてはコロナ放電方式が広く用いられていたが、近年、オゾン等の放電生成物の発生が少ない近接帯電方式が用いられるようになってきている。
近接帯電方式では、像担持体としての感光体に対し、帯電部材としての帯電ローラが僅かな隙間をもって非接触状態で配置され、あるいは接触して配置される。
帯電ローラが非接触状態で配置される構成では、像担持体の表面に画像転写後に残った転写残トナー等が帯電ローラの表面に転移することによる汚れを抑制することができ、それを原因とする帯電性能の低下を防止することができる利点がある。

近接帯電方式においては、通電時間や環境によって、帯電部材が劣化して帯電電位が低下し、像担持体における目的の帯電電位が得られないという問題があった。帯電電位の低下は濃度変化につながり、ひいては画質低下を招くことになる。
特許文献１には、帯電ローラに流れる交流電流値を検知し、検知された交流電流値が予め設定した制御目標値となるように、交流電圧のピーク間電圧を調整するとともに、帯電ローラへの通電時間が長くなるに従い、放電がより発生しやすくなるように上記制御目標値を補正することが開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載された、交流電流値を補正する方式では、帯電部材が劣化して帯電電位が低下した場合に帯電電位を補正することができなかった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、帯電部材の劣化による帯電電位の低下を補正でき、よって安定した帯電電位を維持することができ、高画質化に寄与できる画像形成装置の提供を、その主な目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、帯電部材の通電時間から帯電部材の劣化度合を見積もり、これに基づいて帯電電位の低下分を補正することとした。
具体的には、本発明は、像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段とを有し、前記帯電手段は、前記像担持体に近接して、あるいは接触して配置された帯電部材と、前記帯電部材に直流バイアスを印加するための電源とを備えた画像形成装置において、前記帯電部材への通電時間を検知する手段を有し、所定の帯電電位を得るために、前記帯電部材への通電時間の長さに応じて、前記直流バイアスを補正することを特徴とする。

本発明によれば、帯電部材が劣化して帯電電位が低下するのを補正することができ、安定した帯電電位を得ることができる。これにより帯電ムラによる濃度ムラを高精度に抑制でき、画質向上に寄与できる。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の概要構成図である。 作像ユニット（プロセスカートリッジ）の概要構成図である。 通電時間と帯電電位との関係を示す特性図である。 制御構成図である。 制御動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態における制御動作を示すフローチャートである。 第３の実施形態における制御構成図である。 第５の実施形態における制御構成図である。 所定の温度と湿度の条件下における通電時間と帯電電位との関係を示す特性図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１乃至図５に基づいて第１の実施形態を説明する。
まず、図１及び図２に基づいて、本実施形態に係る画像形成装置の概要構成及び動作を説明する。
図１に示すように、画像形成装置はイエロー（以下Ｙと表示）、シアン（以下Ｃと表示）、マゼンダ（以下Ｍと表示）、ブラック（以下Ｋと表示）の４色トナーから画像を形成する装置である。
この画像形成装置は、像担持体として４つの感光体ドラム１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋを備えており、それぞれ中間転写ベルト３１に接触しながら時計回り方向に回転駆動される。

図２は、４つの作像ユニットのうちの１つの概略図である。４色とも同一構成のため１つについて図示する。各作像ユニットでは、各感光体ドラム１の周りに、感光体１を帯電する帯電手段２、感光体ドラム１表面に形成された潜像を各色トナーで現像してトナー像とする現像装置４、感光体１表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤供給装置３、トナー像転写後の感体光ドラム１表面をクリーニングするクリーニング装置８がそれぞれ配置されている。
帯電手段２は、感光体ドラム１に対して僅かな隙間をもって非接触状態に配置された帯電部材としての帯電ローラ２ａと、帯電ローラ２ａの表面に接触したクリーニングローラ２ｂと、帯電ローラ２ａに直流バイアス（以下、ＤＣバイアスという）を印加するための直流電源７０とを有している。

次にカラー画像を得る過程について説明する。図１において図中左からイエロー、シアン、マゼンタ、黒のトナーが充填されたトナーを補給するトナーボトル１０から図示しない搬送経路によって、所定の補給量だけ各色の現像装置４にトナーが補給される。
記録媒体としての転写紙２０が給紙コロ２１でフィードされ、レジストローラ対２２により所定のタイミングで２次転写ローラ３４と中間転写ベルト３１とのニップ部に搬送される。なお、あらかじめ帯電ローラ２ａによって一様に帯電された感光体ドラム１は、書き込みユニット２５によって射出されるレーザー光にて露光走査され、感光体ドラム１上に静電潜像が作られる。
各静電潜像は、それぞれ各色の現像装置４により現像され、これにより感光体ドラム１表面にイエロー、シアン、マゼンタ、黒のトナー像が形成される。

次に１次転写ローラ３２に１次転写バイアスが印加され、各感光体ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト３１上に順次転写されていく。このとき、各色の作像動作は、そのトナー像が中間転写ベルト３１の同じ位置に重ねて転写されるように、上流側から下流側に向けてタイミングをずらして実行される。
中間転写ベルト３１上に形成された重ね画像は、２次転写ローラ３４の位置まで搬送され、転写紙２０に２次転写される。
各色のトナー像が転写された転写紙２０は定着ユニット４０に搬送されて熱定着され、排紙ローラ対４１により排紙される。なお、感光体ドラム１上の残留トナーは、それぞれのクリーニング装置８によって、また中間転写ベルト３１上の残留トナーは転写クリーニング装置３３によってクリーニングされ、これらの廃トナーは各クリーニングユニット内の廃トナー搬送スクリュにより、プロセスカートリッジから画像形成装置に設けられた不図示の廃トナー収容器に排出される。

潤滑剤供給装置３は、図２に示すように、固形潤滑剤５０と、固形潤滑剤５０に当接し、該固形潤滑剤を削り取って潤滑剤供給対象である感光体ドラム１に供給するブラシローラ５６と、固形潤滑剤５０をブラシローラ５６へ向けて押圧する押圧手段８０とから構成されている。
押圧手段８０は、ケーシング５４と、ケーシング５４内に収容された一対の押圧機構と、該一対の押圧機構を連動して作動させる連動機構とを有している。

図３は、本発明者らの実験により得られた、感光体ドラム１の帯電電位と通電時間との関係を示す特性図である。図３に示す通り、帯電電位は通電時間とともに低下していく。帯電電位の低下量は、帯電部材（帯電ローラ）の材質や、帯電バイアス、帯電電流や、通電時間、環境条件で決定されるので、帯電部材の材質や帯電バイアスがあらかじめ決まっていると、通電時間、環境に応じて帯電電位の低下量を補正すれば、帯電電位を一定に保つことが可能となる。

図４に本実施形態に係る制御構成を示す。
感光体ドラム１はモータ７２で駆動され、モータ７２はその駆動を制御手段７４により制御される。帯電ローラ２ａは軸方向両端部に配置された間隔保持部材で感光体ドラム１に接触し、間隔保持部材間は非接触状態に保持されている。帯電ローラ２ａは感光体ドラム１の回転により連れ回りする。
制御手段７４は、直流電源７０を制御して帯電ローラ２ａにＤＣバイアスを印加する。ＤＣバイアスは、逆帯電の場合、２００〜１５００（−Ｖ）で有ることが望ましい。正帯電では符号が逆である。
制御手段７４は図示しない計時手段（時計）を管理して帯電ローラ２ａへの通電時間を検知する。計時手段を含めた制御手段７４が、帯電ローラ２ａへの通電時間を検知する手段としてなる。
通電時間は、モータ７２の回転を開始した時間から算出され、あるいは帯電ローラ２ａへのＤＣバイアスの印加開始時間から算出される。

制御手段７４の図示しないメモリには、図３で示した「通電時間と帯電電位との関係における特性」に基づく、通電時間とＤＣバイアスの補正量との関係についての制御テーブルが記憶されており、制御手段７４は検知された通電時間に基づいてＤＣバイアスを補正する。
具体的に説明すると、図５に示すように、制御が開始されると、制御手段７４は通電時間を取得し、次に帯電電位低下予測量を算出する。この算出結果に基づいてＤＣバイアス補正量を算出する。実際には、上記のように図３に示した特性カーブに基づいて帯電電位低下予測量とこれに対応したＤＣバイアス補正量とが予め実験により求められて制御テーブルとして記憶されている。
したがって、制御手段７４は通電時間を取得したら、これに対応したＤＣバイアス補正量を抽出してＤＣバイアスの補正を実行する。
図３から明らかなように、通電時間が長い場合にはＤＣバイアスの補正量は大きくなる。
ＤＣバイアスの印加中、すなわち帯電ローラ２ａへの通電中、図３に示す狙いの帯電電位に近づくように、断続的にＤＣバイアスを補正する制御がなされる。
これにより、感光体ドラム１の帯電電位は略一定に保たれ、濃度変化が抑制される。

図６に基づいて第２の実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する（以下の他の実施形態において同じ）。
本実施形態では、帯電ローラ２ａへの通電の停止時間を検知する手段を有し、帯電ローラ２ａへの通電時間と停止時間とに応じてＤＣバイアスを補正することを特徴とする。

図３に示すように、帯電ローラ２ａへの通電を停止すると、帯電電位は徐々に回復する。本実施形態ではこの電位回復特性を考慮してＤＣバイアスを補正するものである。
停止時間は、モータ７２の回転を停止した時刻から次の回転開始時刻までの時間として算出され、あるいは帯電ローラ２ａへのＤＣバイアスの印加を停止した時刻から次の印加開始時刻までの時間として算出される。
停止時間の算出は上記計時手段の管理によってなされる。計時手段を含めた制御手段７４が、帯電ローラ２ａへの通電の停止時間を検知する手段としてなる。

制御手段７４の上記メモリには、図３で示した「通電時間と停止時間と帯電電位との関係における特性」に基づく、通電時間と停止時間とＤＣバイアスの補正量との関係についての制御テーブルが記憶されており、制御手段７４は検知された通電時間と停止時間とに基づいてＤＣバイアスを補正する。
具体的に説明すると、図６に示すように、制御が開始されると、制御手段７４は通電時間を取得し、次いで停止時間を取得する。次にこれらの時間に基づいて帯電電位低下予測量を算出する。この算出結果に基づいてＤＣバイアス補正量を算出する。
実際には、上記のように図３に示した特性カーブに基づいて帯電電位低下予測量とこれに対応したＤＣバイアス補正量とが予め実験により求められて制御テーブルとして記憶されている。
したがって、制御手段７４は通電時間と停止時間とを取得したら、これに対応したＤＣバイアス補正量を抽出してＤＣバイアスの補正を実行する。

図７に基づいて第３の実施形態を説明する。
本実施形態では、帯電手段２がＤＣ電源７０に加えてＡＣ電源７６を有しており、ＤＣバイアスに交流バイアス（以下、「ＡＣバイアス」という）を重畳して印加する構成を有している。
ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳することで、帯電ローラ２ａの抵抗や空隙のバラツキを包括して帯電することができ、帯電電位を安定させることができる。
また、ＡＣ電流検知部７８を有しており、制御手段７４はＡＣ電流検知部７８で検知された交流電流値に応じてＤＣバイアスを補正する。
すなわち、上述した制御において交流電流値の変化を加味した制御を行う。上記と同様に、交流電流値との関係に基づく補正量が予め求められて制御テーブルとして記憶されている。

ＡＣバイアスとしては、正逆放電を生じさせる以上のバイアスが必要であり、ＡＣ電流を一定となるように決定するコトが望ましい。具体的な値としては、１．２ｋＶ〜３．０ｋＶが望ましい。
ＡＣ電流は、像担持体や帯電部材の線速や長手方向の幅、空隙の大きさなどで決定するコトが望ましい。具体的な値としては、０．４ｍＡ〜３ｍＡが望ましい。
ＡＣ電流が小さすぎると帯電不足が生じてしまい、ＡＣ電流が大きすぎると過剰に放電してしまって像担持体や帯電部材が劣化してしまう。
通電時間とＡＣ電流とにより通電のハザードを算出することにより、帯電部材の劣化度合をより精度良く測定することができ、帯電電位を常に一定に保つことが可能となる。
交流電流値に代えて、交流バイアス値の変化を加味した制御としてもよい（第４の実施形態）。この場合も同様の効果を得ることができる。

図８及び図９に基づいて第５の実施形態を説明する。
本実施形態では、図８に示すように、装置の使用環境における温度（環境温度）を検知する温度検知手段としての温度センサ８２と、絶対湿度を検知する湿度検知手段としての湿度センサ８４とが装置本体に設けられている。
図９に示すように、温度、絶対湿度が閾値以上の場合は、帯電電位の低下は生じていない。
帯電部材の抵抗が大きくなる低温時に帯電電位は低下するので、低温時以外はＤＣバイアスの補正を行わず、低温時に補正を行うことで帯電電位を常に一定に保つことが可能となる。
また、帯電部材の抵抗が大きくなる低湿時に帯電電位は低下するので、低湿時以外はＤＣバイアスの補正を行わず、低湿時に補正を行うことで帯電電位を常に一定に保つことが可能となる。

所定の温度Ｔの値としては、１０〜２０℃が望ましい。１０℃よりも低いと、補正が十分ではなく、２０℃以上では、補正が過剰に行われてしまう。
絶対湿度の所定値ｄの値としては、３〜８ｇ／ｍ^３が望ましい。３ｇ／ｍ^３よりも低いと、補正が十分ではなく、８ｇ／ｍ^３以上では、補正が過剰に行われてしまう。
所定の温度Ｔと、絶対湿度の所定値ｄは実験により求められ、制御手段７４の図示しないメモリに記憶されている。

また、上述した制御において、通電劣化は、ＡＣバイアスを印加することにより悪化するので、ＡＣ電流、ＡＣバイアスに応じてＤＣバイアスの補正量を決定することが望ましい。
また、トナーの地汚れやキャリア付着を抑制するため、現像電位に対して帯電電位が一定のマージン（差）を持つように、ＤＣバイアスを決定することが望ましく、現像電位と帯電電位の差が５０〜２００Ｖであることが望ましい。
現像電位と帯電電位の差が５０Ｖ以下で有る場合は、トナーの地汚れが発生し、２００以上で有る場合は、キャリア付着が発生する。

１ 像担持体としての感光体ドラム
２ 帯電手段
２ａ 帯電部材としての帯電ローラ
４ 現像手段としての現像装置
７０ 電源としてのＤＣ電源

特開２０１０−２７６８２２号公報

Claims (12)

1. 像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段とを有し、前記帯電手段は、前記像担持体に近接して、あるいは接触して配置された帯電部材と、前記帯電部材に直流バイアスを印加するための電源とを備えた画像形成装置において、
   前記帯電部材への通電時間を検知する手段を有し、所定の帯電電位を得るために、前記帯電部材への通電時間の長さに応じて、前記直流バイアスを補正することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記帯電部材への通電の停止時間を検知する手段を有し、前記帯電部材への通電時間と停止時間とに応じて前記直流バイアスを補正することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
   前記帯電手段は、前記直流バイアスに交流バイアスを重畳して印加することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   環境温度が所定の温度Ｔよりも小さい場合に上記補正を行うことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   絶対湿度が所定値ｄよりも小さい場合に上記補正を行うことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項３〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   前記直流バイアスの補正は、交流電流値に応じてなされることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項３〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   前記直流バイアスの補正は、交流バイアス値に応じてなされることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   前記像担持体と前記帯電部材とは非接触であることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   現像バイアスを印加して前記像担持体に形成された静電潜像をトナーで現像する現像手段を有し、現像電位に対して帯電電位が一定量の差を持つように前記直流バイアスを決定することを特徴とする画像形成装置。
10. 像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段とを有し、前記帯電手段は、前記像担持体に近接して、あるいは接触して配置された帯電部材と、前記帯電部材に直流バイアスを印加するための電源とを備えた画像形成装置を用いた画像形成方法において、
    前記帯電部材への通電時間を検知し、所定の帯電電位を得るために、前記帯電部材への通電時間の長さに応じて、前記直流バイアスを補正することを特徴とする画像形成方法。
11. 請求項１０に記載の画像形成方法において、
    前記帯電部材への通電の停止時間を検知し、前記直流バイアスは、前記帯電部材への通電時間と停止時間とに応じて補正されることを特徴とする画像形成方法。
12. 像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、現像バイアスを印加して前記像担持体に形成された静電潜像をトナーで現像する現像手段とを有し、前記帯電手段は、前記像担持体に近接して、あるいは接触して配置された帯電部材と、前記帯電部材に直流バイアスを印加するための電源とを備えた画像形成装置を用いた画像形成方法において、
    前記直流バイアスは、前記現像バイアスの値に応じて決定され、かつ前記帯電部材への通電時間と停止時間とに応じて補正されることを特徴とする画像形成方法。

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