JP2016090909A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子写真方式による画像形成装置において、感光体の軸方向の膜厚差を検出することができ、ひいては長期にわたって好ましい画像品質を維持すること。
【解決手段】一方向に回転駆動される感光体１１と、感光体１１の表面に対して直流電圧に重畳した交流電圧を印加して所定の電位に接触帯電させる帯電手段１２と、感光体１１から中間転写体３１に転写されたトナー像の濃度を検出する検出手段２１と、を備えた画像形成装置。帯電手段１２によって感光体１１へ印加する交流電圧をトナーのかぶりが発生しやすい条件に設定したうえで、帯電、白紙画像の露光、現像、及び、中間転写体３１へのトナー像の転写を実行し、中間転写体３１の回転方向に直交する複数個所で検出手段２１にてトナー像の濃度を検出し、その検出結果に基づいて感光体１１の軸方向の膜厚差を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置、特に、プリンタや複写機などの電子写真方式による画像形成装置において感光体の膜厚の制御に関する。

電子写真方式による画像形成装置において、感光体には残留トナーのクリーニングブレードが常時接触しているため、プリント枚数が増加するに応じて感光体の表面が削られ、その膜厚が次第に薄くなっていく。そして、感光体の膜厚プロフィールとしてはその軸方向に一定量の傾きを持っていることが知られている（図１１のグラフにおける耐久後膜厚参照）。このような膜厚差が発生する要因としては、感光体上の摩擦係数が軸方向に傾いており（図１２参照）、該摩擦係数の傾きに応じて感光体の削れ量が異なるためである。

ところで、感光体表面の摩擦係数は、感光体上への滑剤の供給量によって変化する。滑剤は現像剤に添加することでトナーとともに感光体に供給される。その際に、滑剤はその大きさやトナーへの付着強度によって、トナーから遊離した状態で現像剤中に存在する場合がある。このような場合、図１３に示すように、供給スクリュー１３ｂによる現像剤の搬送方向Ｃに沿って現像ローラ１３ａから感光体１１に供給される滑剤１６の量に傾きが生じる。滑剤１６は感光体１１への供給量が搬送方向Ｃの上流側（奥側）で多く、下流側（手前側）では搬送されてくる滑剤の量が少なくなる。このような滑剤１６の量の傾きに応じて感光体１１では軸方向に摩擦係数の傾きが生じるのである。

なお、本明細書において、手前側とは画像形成装置の正面側を意味し、奥側とは画像形成装置の背面側を意味する。

感光体に膜厚の前記傾きが発生すると、帯電手段による感光体表面の帯電電圧にばらつきが生じ、帯電電圧が低下するとトナーのかぶり（本来トナーが付着することのない画像の背景部分にトナーが付着すること）という不具合が生じる。従来では、膜厚の前記傾きが軽微なうちに感光体を交換していたため、実際上、画像品質の問題には至らなかった。

しかしながら、近年では、高耐久化の要請により、厚膜の感光体を使用することから、感光体の耐久末期においては、膜厚の傾きが顕著になり、画像品質上の不具合が発生するに至った。

トナーのかぶりを是正する方法として、特許文献１には、現像剤担持体の表面と像担持体の表面との相対的な移動速度比を変更した後に、かぶりトナー検出部により検出されたかぶりトナー量と目標かぶりトナー量とを比較してかぶり制御パラメータを決定し、その後、移動速度比を変更前の移動速度比に戻すことが記載されている。しかし、この制御方法では、感光体の軸方向でのかぶり量の傾きを検出することはなく、ましてや感光体の膜厚傾斜を検出することもない。

感光体の膜厚検出に関して、特許文献２には、転写ロールに印加する交流電圧の振幅を変化させていったときに、転写ロールに流れる電流又は転写ロールにかかる電圧に基づいて感光体の膜厚を推定することが記載されている。但し、特許文献２では、トナーのかぶり量を検出することに何ら言及することはない。

特開２００７−７２１６７号公報 特開２００７−５７９８７号公報

本発明の目的は、感光体の軸方向の膜厚差を検出することができ、ひいては長期にわたって好ましい画像品質を維持できる画像形成装置を提供することにある。

本発明の第１の形態である画像形成装置は、
一方向に回転駆動される感光体と、
前記感光体の表面に対して直流電圧に重畳した交流電圧を印加して所定の電位に接触帯電させる帯電手段と、
前記感光体から中間転写体に転写されたトナー像の濃度を検出する検出手段と、
を備えた画像形成装置において、
前記帯電手段によって前記感光体へ印加する交流電圧をトナーのかぶりが発生しやすい条件に設定したうえで、帯電、白紙画像の露光、現像、及び、前記中間転写体へのトナー像の転写を実行し、前記中間転写体の回転方向に直交する複数個所で前記検出手段にて前記トナー像の濃度を検出し、その検出結果に基づいて前記感光体の軸方向の膜厚差を算出すること、
を特徴とする。

本発明の第２の形態である画像形成装置は、
一方向に回転駆動される感光体と、
前記感光体の表面に対して直流電圧に重畳した交流電圧を印加して所定の電位に接触帯電させる帯電手段と、
前記感光体上に形成されたトナー像の濃度を検出する検出手段と、
を備えた画像形成装置において、
前記帯電手段によって前記感光体へ印加する交流電圧をトナーのかぶりが発生しやすい条件に設定したうえで、帯電、白紙画像の露光、及び、現像を実行し、前記感光体の回転方向に直交する複数個所で前記検出手段にてトナー像の濃度を検出し、その検出結果に基づいて前記感光体の軸方向の膜厚差を算出すること、
を特徴とする。

前記第１及び第２の形態である画像形成装置においては、膜厚差（膜厚傾斜）によって生じる感光体の帯電性の差を利用して積極的にトナーのかぶりを発生させ、そのかぶり量（トナー像濃度）を中間転写体又は感光体の回転方向に直交する複数個所（好ましくは、画像形成領域であって回転方向に直交する方向の両端部）で検出する。その検出結果に基づいて感光体の軸方向の膜厚差を算出する。感光体の軸方向の膜厚差が算出できれば、厚い部分に対して感光体の減耗を促進させて膜厚差を是正することができ、かぶりのない好ましい画像品質を維持できる。

本発明によれば、感光体の軸方向の膜厚差を検出することができ、ひいては長期にわたって好ましい画像品質を維持できる。

第１実施例であるカラー画像形成装置を示す概略構成図である。 第２実施例であるモノクロ画像形成装置の要部を示す概略構成図である。 印加帯電電圧に重畳する交流電圧のピーク・ピーク電圧と感光体帯電電圧との関係を示すグラフである。 感光体膜厚とピーク・ピーク電圧との関係を示すグラフである。 画像ＯＫＶｐｐへの加算電圧値と許容膜厚差との関係を示すグラフである。 ピーク・ピーク電圧とトナーのかぶり反射濃度との関係を示すグラフである。 膜厚傾斜算出の制御手順を示すフローチャート図である。 膜厚差を低減させる第１の手法を示す説明図である。 膜厚差を低減させる第２の手法を示す斜視図である。 クリーニングブレードの食込み変化量と感光体削れ量との関係を示すグラフである。 感光体上の軸方向位置と感光体膜厚との関係を示すグラフである。 感光体の軸方向位置と感光体摩擦係数との関係を示すグラフである。 現像剤に含まれている滑剤の感光体軸方向の分布を模式的に示す図である。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各図において同じ部材、部分には共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

（カラー画像形成装置の概略、図１参照）
まず、第１実施例である電子写真方式によるカラー画像形成装置１Ａの概略構成について図１を参照して説明する。この画像形成装置１Ａは、上部に画像読取りユニット６０を備え、タンデム方式でカラー画像を形成するようにしたものである。即ち、四つの作像ユニット１０（イエロー画像を形成するための作像ユニット１０ｙ、マゼンタ画像を形成するための作像ユニット１０ｍ、シアン画像を形成するための作像ユニット１０ｃ、ブラック画像を形成するための作像ユニット１０ｋ）が並置されており、各感光体１１上に形成された各色のトナー画像を中間転写ベルト３１上に転写ローラ３２から付与される電界により転写／合成（１次転写）する。その後、合成トナー画像を転写ローラ３５から付与される電界により記録材上に２次転写する。

それぞれの感光体１１の周囲には、帯電ローラ１２、現像ローラ１３ａを含む現像器１３、残留トナーのクリーニングブレード１４などが配置されており、さらに、レーザ走査光学ユニット２０が配置されている。この種の作像ユニット１０によって電子写真方式で感光体１１上にトナー画像を形成し、中間転写ベルト３１に１次転写し、さらに記録材上に２次転写するプロセスは周知であり、その説明は省略する。

記録材は、給紙カセット５０に積載収容されており、給紙ローラ５１によって１枚ずつ給紙される。給紙された記録材は、レジストローラ対５２を介して２次転写部へ搬送され、トナー画像が２次転写される。その後、記録材は定着装置５５でトナーの加熱定着を施され、排出ローラ対５６から排出部５７へ排出される。

（モノクロ画像形成装置の概略、図２参照）
次に、第２実施例である電子写真方式によるモノクロ画像形成装置１Ｂの概略構成について図２を参照して説明する。この画像形成装置１Ｂは、前記第１実施例である画像形成装置１Ａの一つの作像ユニット１０で構成され、感光体１１上に形成されたトナー画像は転写ローラ３２から付与される電界により矢印Ｂ方向に搬送される記録材上に転写される。その後、記録材は図示しない定着装置でトナー画像の加熱定着を施され、図示しない排出部へ排出される。

（感光体膜厚差の検出、図３〜図６参照）
ところで、帯電ローラ１２による感光体１１への接触帯電は、帯電ローラ１２に所定値の直流電圧に交流電圧を重畳させて行われる。この場合、帯電ローラ１２による感光体１１の帯電電圧Ｖｏは、印加する交流電圧のピーク・ピーク電圧Ｖｐｐ（交流電圧の最高値と最低値との振幅を意味する）がある値（以下、降下点と記す）より低くなると低下していく傾向がある。この降下点は感光体１１の膜厚に対して依存性がある。換言すれば、かぶりなどの画像不良が発生しないピーク・ピーク電圧（以下、画像ＯＫＶｐｐと記す）は感光体１１の膜厚に対して依存性をもつ。

図３及び図４は前記依存性を示すグラフである。図３では、感光体１１の膜厚が３８μｍ（初期膜厚）、３１μｍ、２１μｍの場合のそれぞれの降下点Ｄを示している。図４では、膜厚の変化に対する画像ＯＫＶｐｐの変化を示している。ここでは、感光体１１の正規帯電電圧を約−５９０Ｖとしている。それぞれの膜厚に対しては、降下点Ｄ以上のピーク・ピーク電圧Ｖｐｐを印加することが好ましい。なお、図４に示す画像ＯＫＶｐｐは前記降下点Ｄに対して若干の電圧値を上乗せした値となっている。

実際上印加される交流電圧のピーク・ピーク電圧Ｖｐｐは、降下点Ｄ以上であれば感光体１１の表面には必要な電荷が帯電するが、必要以上に高い電圧Ｖｐｐであると感光体１１の劣化が促進される。それゆえ、実際上プリント動作時に印加される交流電圧のピーク・ピーク電圧Ｖｐｐは、降下点Ｄよりも若干高い電圧値であり、画像ＯＫＶｐｐとはこの電圧値である。

従って、以上の帯電特性を利用して、感光体１１の膜厚に傾斜がある場合、画像ＯＫＶｐｐを下回ったピーク・ピーク電圧Ｖｐｐを帯電ローラ１２に印加することにより、感光体１１の帯電電圧に傾斜が生じ、このような帯電領域をトナーで現像すると、トナー像に濃度差を生じる。この濃度差をＩＤＣセンサ２１（図１、図２、図８参照）で検出することにより、膜厚差を算出することができる。

詳しくは、前記第１実施例である画像形成装置１Ａにあっては、帯電ローラ１２によって感光体１１へ印加する交流電圧をトナーのかぶりが発生しやすい条件に設定したうえで、帯電、白紙画像の露光、現像、及び、中間転写ベルト３１へのトナー像の転写を実行し、中間転写ベルト３１の回転方向に直交する複数個所でＩＤＣセンサ２１にてトナー像の濃度（反射濃度）を検出し、その検出結果に基づいて感光体１１の軸方向の膜厚差を算出する。

また、前記第２実施例である画像形成装置１Ｂにあっては、帯電ローラ１２によって感光体１１へ印加する交流電圧をトナーのかぶりが発生しやすい条件に設定したうえで、帯電、白紙画像の露光、及び、現像を実行し、感光体１１の回転方向に直交する複数個所でＩＤＣセンサ２１にてトナー像の濃度（反射濃度）を検出し、その検出結果に基づいて感光体１１の軸方向の膜厚差を算出する。

ここで、トナー濃度を検出する複数個所とは、中間転写ベルト３１又は感光体１１の画像形成領域であって回転方向に直交する方向の両端部Ｔ１，Ｔ２（図８参照）であることが好ましい。

そして、算出された膜厚差（膜厚の傾斜）に応じて該膜厚差を低減させる膜厚差低減処理を実行し、画像不良を抑制することが可能であり、このような膜厚差低減処理については後述する。

（閾値について、図５及び図６参照）
実際上のプリント動作時において設定される帯電ローラ１２への印加電圧のピーク・ピーク電圧Ｖｐｐは、帯電ローラ１２が感光体１１に当接する軸方向の領域の膜厚平均値に対する画像ＯＫＶｐｐであり、膜厚平均値よりも厚い部分ではその厚い膜厚に適応する画像ＯＫＶｐｐに対して実際上印加されるピーク・ピーク電圧Ｖｐｐが下回ることになり、画像不良（トナーかぶり）が発生してしまう。そのため、プリント動作時に設定されるピーク・ピーク電圧Ｖｐｐは前記膜厚平均値に対する画像ＯＫＶｐｐに対してある程度加算した値を選択する必要がある。一方で、この加算電圧値が大きいと感光体１１の全体的な消耗が促進されるため、加算値はできるだけ小さくしたい。

前記事情を踏まえて、画像でのかぶり量を目視で判断して、許容できる条件を検討した結果、前記加算電圧値は５０Ｖ程度が好ましく、それに対応する許容膜厚差（最大値−平均値）は約２．３μｍであった（図５参照）。ここでの許容膜厚差約２．３は全体的な（軸方向全長での）膜厚差としては約４．６μｍに相当し、ＩＤＣセンサ２１で検出される反射濃度としては約０．３の差である。このことから、膜厚傾斜の有無を判断するトナー濃度差の閾値は反射濃度差で０．３とすることが好ましい（図６参照）。

（制御手順、図７参照）
膜厚傾斜の算出は、画像形成装置１Ａに関して、例えば図７のフローチャートに示す手順にて行われる。膜厚傾斜算出の実行は、画像形成装置１Ａの制御部に設けられているプリント枚数カウンタ（感光体１１の回転数カウンタと等価）が１０００００カウントするごとに、または、実行要求が指示されたときに行われる（ステップＳ１）。ここでは、まず、帯電ローラ１２への印加交流電圧のピーク・ピーク電圧Ｖｐｐを膜厚傾斜算出制御開始直前の設定値に対して５０Ｖ下げて帯電を行い（ステップＳ２）、白紙プリント動作を実行する（ステップＳ３）。これにて、前述した帯電特性に基づいて中間転写ベルト３１の表面には部分的に（膜厚が相対的に厚い部分に）トナーのかぶりが発生する。

トナーのかぶり状態（中間転写ベルト３１上のトナー像濃度）を中間転写ベルト３１の回転方向に直交する方向の両端部Ｔ１，Ｔ２（図８参照）でＩＤＣセンサ２１にて反射濃度として検出する（ステップＳ４）。ここでの検出結果に基づいて、奥側と手前側とのトナー濃度差（かぶり量差）を算出する（ステップＳ５）。

次に、ピーク・ピーク電圧Ｖｐｐをさらに下げて帯電を行い、例えば、膜厚傾斜算出制御開始直前の設定値に対して１００Ｖ、１５０Ｖ、２００Ｖ低下させた帯電を行い、前記ステップＳ３，Ｓ４を実行し、奥側と手前側とのトナー濃度差（かぶり量差）を算出する。その後、ピーク・ピーク電圧Ｖｐｐを膜厚傾斜算出制御開始直前の設定値に戻す（ステップＳ６）。

次に、前記のように算出した奥側と手前側でのトナー濃度差のうち少なくとも１点が前記閾値（０．３）を上回っていた場合、許容範囲を超えた膜厚傾斜が発生していると判断し（ステップＳ７でＹＥＳ）、膜厚差低減処理を実行し（ステップＳ８）、ここでの制御を終了する。膜厚傾斜が許容範囲内であれば（ステップＳ７でＮＯ）、膜厚差低減処理を実行することなく、ここでの制御を終了する。

（膜厚差低減の第１の手法、図８参照）
膜厚差低減の第１の手法としては、図８に示すように、感光体１１の膜厚が厚い部分にトナー像１１ａを形成し、このトナー像を中間転写ベルト３１に転写することなく、クリーニングブレード１４で除去する。即ち、感光体１１の膜厚の厚い部分に付着したトナーがブレード１４で掻き取られることで、感光体１１の表面が削られて膜厚が低減されることになる。膜厚傾斜が大きいと判断された後に１０００枚のプリント動作ごとに１回この処理を実行してもよい。

また、トナー像１１ａを形成する部分は、図１１に示したように、奥側の膜厚が厚いことから、例えば、感光体１１の画像形成領域の奥側から５０ｍｍ程度の範囲で周方向（回転方向）には１０ｍｍの幅寸法とすることが好ましい。

（膜厚差低減の第２の手法、図９及び図１０参照）
膜厚差低減の第２の手法としては、感光体１１上の残留トナーを除去するクリーニングブレード１４の感光体１１への接触圧を変化させるようにしてもよい。図９に示すように、クリーニングブレード１４の両端部にそれぞれ調整ピン１４ａを設け、該調整ピン１４ａをカムあるいはねじによって進退させてクリーニングブレード１４の感光体１１への接触圧を変化させる。

即ち、クリーニングブレード１４の接触圧による感光体１１の削れ量は予め判別できる。図１０は、予め判別している、感光体１１の表面に対するクリーニングブレード１４の食込みの変化量に対する感光体１１の削れの変化量を示している。従って、感光体１１に膜厚傾斜が存在する場合、膜厚の厚い部分の食込み量を増加させる、及び／又は、膜厚の薄い部分の食込み量を減少させることで、膜厚差を低減させることができる。但し、クリーニングブレード１４の傾斜が大きくなると残留トナーの拭き残しによる画像不良が懸念されるため、１回の前記膜厚傾斜の算出につき実行される食込み変化量は片側０．５ｍｍずつとし、最大でも片側２．５ｍｍまでとすることが好ましい。

（他の実施例）
なお、本発明に係る、画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、画像形成装置としては、プリンタ機能のみを備えたもの以外に、通信機能やファクシミリ機能などを備えた複合機であってもよい。また、作像ユニットの細部の構成などは任意である。

以上のように、本発明は、画像形成装置に有用であり、特に、感光体の軸方向の膜厚差を検出することができ、ひいては長期にわたって好ましい画像品質を維持できる点で優れている。

１Ａ，１Ｂ…画像形成装置
１０…作像ユニット
１１…感光体
１２…帯電ローラ
１３…現像器
２０…レーザ走査光学ユニット ２１…ＩＤＣセンサ
３１…中間転写ベルト
３２…転写ローラ

Claims (6)

1. 一方向に回転駆動される感光体と、
   前記感光体の表面に対して直流電圧に重畳した交流電圧を印加して所定の電位に接触帯電させる帯電手段と、
   前記感光体から中間転写体に転写されたトナー像の濃度を検出する検出手段と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記帯電手段によって前記感光体へ印加する交流電圧をトナーのかぶりが発生しやすい条件に設定したうえで、帯電、白紙画像の露光、現像、及び、前記中間転写体へのトナー像の転写を実行し、前記中間転写体の回転方向に直交する複数個所で前記検出手段にて前記トナー像の濃度を検出し、その検出結果に基づいて前記感光体の軸方向の膜厚差を算出すること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 一方向に回転駆動される感光体と、
   前記感光体の表面に対して直流電圧に重畳した交流電圧を印加して所定の電位に接触帯電させる帯電手段と、
   前記感光体上に形成されたトナー像の濃度を検出する検出手段と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記帯電手段によって前記感光体へ印加する交流電圧をトナーのかぶりが発生しやすい条件に設定したうえで、帯電、白紙画像の露光、及び、現像を実行し、前記感光体の回転方向に直交する複数個所で前記検出手段にてトナー像の濃度を検出し、その検出結果に基づいて前記感光体の軸方向の膜厚差を算出すること、
   を特徴とする画像形成装置。
3. 前記帯電手段によるトナーのかぶりが発生しやすい条件とは、前記帯電手段から印加する交流電圧のピーク・ピーク電圧を所定の閾値よりも低くすることであり、
   トナー濃度を検出する複数個所とは、前記中間転写体又は前記感光体の画像形成領域であって回転方向に直交する方向の両端部であり、
   算出された前記膜厚差が所定値以上であるとき、膜厚が前記感光体の軸方向に傾斜していると判定すること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 算出された前記膜厚差に応じて該膜厚差を低減させること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 非画像プリント時に前記感光体上に所定面積のトナー像を形成させることで前記膜厚差を低減させること、を特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記感光体上の残留トナーを除去するクリーニングブレードの前記感光体への接触圧を変化させることで前記膜厚差を低減させること、を特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。

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