JP2017068187A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、トナーの無駄な消費や像担持体の短寿命化を抑えながら、画像流れの発生を防止する画像形成装置を提供する。【解決手段】 静電潜像が形成される感光ドラム1と、該感光ドラム1の表面上の複数箇所の水分の状態を検出する直流電流計14(状態検出手段)と、該直流電流計14(状態検出手段)により検出された前記複数箇所の水分の状態に応じて該感光ドラム1の表面に対して選択的に除去動作を行なうクリーニングブレード7a(除去手段)と、を有することを特徴とする。【選択図】 図10
Description
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に関する。
一般に、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、或いは、これらの複合機等の画像形成装置においては、感光体からなる像担持体とその帯電部材との間の帯電・放電によってNOxやSOx等の放電生成物が発生する。そして、高湿環境では、その放電生成物が吸湿して像担持体の表面に付着する。これにより、像担持体の表面の電気抵抗が低下して静電潜像を保持することができなくなる、いわゆる画像流れが生じて画像欠陥となる。他に、画像形成の対象となる記録材から発生した紙粉が像担持体に付着した場合にも、その紙粉の吸湿により像担持体の表面抵抗が低下して画像流れが生じる。
ここで、このような像担持体への水分付着により生じる画像流れを防止する手法として、像担持体をヒータで加熱してその水分を離脱させることが知られている。しかしながら、この手法では、ヒータによる電力消費が画像形成装置の省電力化を阻害するため、近年の省エネルギー化の要求に対応することができないことが問題である。また、ヒータによる加熱を行うためには稼働開始からある程度の準備時間を要することになる。そのため、例えば、画像形成装置の電源投入時にヒータによる加熱を行う場合には、その電源投入時から最初の画像形成処理を実行するまでの待ち時間が長くなるという問題も生じる。
このような像担持体への水分付着により生じる画像流れを防止するために特許文献1ではトナーを像担持体に供給する。そして、像担持体にクリーニング部材を当接させた状態で像担持体を回転させる。そして、像担持体の表面を摺擦する。これにより放電生成物等を除去することが提案されている。
しかしながら、特許文献1では、画像流れレベルを像担持体の周位置毎に特定出来ていない分、像担持体上に形成するトナー画像は、像担持体の周位置の画像流れが最悪の部分に合わせた量を設定することとなり、トナーが多く消費される。また、画像流れレベルの軽微な位置も他の周位置と同じ分だけ像担持体が削られるため像担持体の短寿命化が進む。
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、トナーの無駄な消費や像担持体の短寿命化を抑えながら、画像流れの発生を防止する画像形成装置を提供するものである。
前記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体の複数箇所の水分の状態を検出する状態検出手段と、前記状態検出手段により検出された前記複数箇所の水分の状態に応じて前記像担持体に対して選択的に除去動作を行なう除去手段と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、トナーの無駄な消費や像担持体の短寿命化を抑えながら、画像流れの発生を防止することができる。
図により本発明に係る画像形成装置の一実施形態を具体的に説明する。
先ず、図1〜図12を用いて本発明に係る画像形成装置の第1実施形態の構成について説明する。
<画像形成装置>
図1は、本発明に係る画像形成装置の構成を示す断面説明図である。本実施形態の画像形成装置100は、転写方式の電子写真プロセスを利用し、更に、接触帯電方式、反転現像方式を採用したレーザビームプリンタの一例である。本実施形態の画像形成装置100に使用される記録材21の最大サイズはA3サイズである。
図1は、本発明に係る画像形成装置の構成を示す断面説明図である。本実施形態の画像形成装置100は、転写方式の電子写真プロセスを利用し、更に、接触帯電方式、反転現像方式を採用したレーザビームプリンタの一例である。本実施形態の画像形成装置100に使用される記録材21の最大サイズはA3サイズである。
画像形成装置100は、回転可能なドラム型の電子写真感光体からなる像担持体となる感光ドラム1を有する。感光ドラム1は、図1の矢印R1方向に回転駆動される。感光ドラム1の回転方向に沿って、その周囲には、次の各画像形成プロセス手段が配置されている。
感光ドラム1の回転方向に沿って、その周囲には、感光ドラム1の表面を帯電する帯電部材となる接触帯電部材としての帯電ローラ2が設けられている。更に、現像手段となる現像装置4が設けられている。更に、転写手段となる接触転写部材としての転写ローラ5が設けられている。更に、クリーニング手段となるクリーニング装置7が設けられている。
更に、帯電ローラ2と現像装置4との間で図1の上方には、帯電ローラ2により帯電された感光ドラム1の表面を露光する露光手段となるレーザスキャナ3が設けられている。現像手段となる現像装置4はレーザスキャナ3により感光ドラム1の表面に形成された静電潜像にトナーを供給して現像する。
更に、感光ドラム1と転写ローラ5との間に形成される転写ニップ部dよりも記録材21の搬送方向(図1の左から右に向かう方向)下流側には、定着手段となる定着装置6が設けられている。
<像担持体>
本実施形態の像担持体となる感光ドラム1は、外径直径が30mmの負帯電性のOPC(Organic Photo Conductor;有機光半導体)からなる有機感光体である。駆動手段となるモータ等の駆動装置により210mm/secのプロセススピード(周速度)で図1の矢印R1方向に回転駆動される。
本実施形態の像担持体となる感光ドラム1は、外径直径が30mmの負帯電性のOPC(Organic Photo Conductor;有機光半導体)からなる有機感光体である。駆動手段となるモータ等の駆動装置により210mm/secのプロセススピード(周速度)で図1の矢印R1方向に回転駆動される。
感光ドラム1は、図2に示すように、アルミニウム製のシリンダからなる導電性を有するドラム基体1aの表面に光の干渉を抑え、上層の接着性を向上させる下引き層1bが設けられている。更に、その外周には、光電荷発生層1cと、電荷輸送層1dとが設けられている。これらの三層を図2の下から順に塗布して構成されている。
<帯電部材>
帯電部材となる帯電ローラ2は、導電性の芯金2aの両端部がそれぞれ軸受け部材により回転自在に保持される。更に、一端が画像形成装置100本体の装置フレームに係止された付勢手段となる押圧ばね2eによって該芯金2aの両端部がそれぞれ感光ドラム1の中心方向に付勢されて感光ドラム1の表面に対して所定の押圧力をもって圧接されている。
帯電部材となる帯電ローラ2は、導電性の芯金2aの両端部がそれぞれ軸受け部材により回転自在に保持される。更に、一端が画像形成装置100本体の装置フレームに係止された付勢手段となる押圧ばね2eによって該芯金2aの両端部がそれぞれ感光ドラム1の中心方向に付勢されて感光ドラム1の表面に対して所定の押圧力をもって圧接されている。
帯電ローラ2は、感光ドラム1の回転駆動に従動して図2の矢印R2方向に回転する。感光ドラム1と帯電ローラ2との圧接部が帯電ニップ部aである。
帯電ローラ2の芯金2aには、該帯電ローラ2に対して感光ドラム1の表面との間で放電を生じさせる帯電バイアスを印加する帯電バイアス印加手段となる帯電バイアス電源18により所定の条件の帯電バイアス電圧が印加される。これにより感光ドラム1の表面が所定の極性・電位に接触帯電処理される。
本実施形態では、画像形成中には、帯電バイアス電圧として、直流電圧V11dcと交流電圧V12acとの重畳電圧を帯電ローラ2に印加する。本実施形態では、感光ドラム1の表面は、−500Vの暗電位Vdに一様に接触帯電処理される。
帯電ローラ2には、帯電バイアス電圧として、−500Vの直流電圧V11dcと、周波数が2kHzの交流電圧V12acとを重畳した振動電圧が印加される。
本実施形態では、帯電ローラ2の軸方向(長手方向)の長さは、320mmであり、図2に示すように、支持部材となる芯金2aの外周に下層2bと、中間層2cと、表層2dとを図2の下から順次に積層した三層で構成される。下層2bは、帯電音を低減するための発泡スポンジ層であり、表層2dは、感光ドラム1の表面上にピンホール等の欠陥があっても放電によるリークが発生するのを防止するために設けている保護層である。
本実施形態の帯電ローラ2の芯金2aは、外径直径が6mmのステンレス丸棒を採用している。また、下層2bは、カーボン分散の発泡EPDM(Ethylene Propylene Diene Terpolymer;エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)で構成される。更に、比重が0.5g/cm3、体積抵抗値が1×102Ωcm〜1×109Ωcm、層厚が3.0mmである。
また、中間層2cは、カーボン分散のNBR(Nitril−Butadiene Rubber;ニトリルブタジエンゴム)系ゴムで構成される。更に、体積抵抗値が1×102Ωcm〜1×105Ωcm、層厚が700μmである。
また、表層2dは、フッ素化合物のトレジン樹脂に酸化錫とカーボンを分散した体積抵抗値が1×107Ωcm〜1×1010Ωcmである。更に、表面粗さとしてJIS規格の10点平均表面粗さRaが1.5μm、層厚が10μmである。
<露光手段>
露光手段となる半導体レーザを用いたレーザスキャナ3は、図示しない画像読取装置等のホスト処理から入力される画像信号に対応して変調されたレーザ光Lを出力する。帯電ローラ2により一様に帯電処理された感光ドラム1の表面上の露光位置bにおいてレーザ光Lが走査露光される。感光ドラム1の表面は、レーザ光Lが照射された部分の電位が低下する。これにより感光ドラム1の表面(像担持体上)には、レーザ光Lにより走査露光した画像情報に対応した静電潜像が順次に形成される。
露光手段となる半導体レーザを用いたレーザスキャナ3は、図示しない画像読取装置等のホスト処理から入力される画像信号に対応して変調されたレーザ光Lを出力する。帯電ローラ2により一様に帯電処理された感光ドラム1の表面上の露光位置bにおいてレーザ光Lが走査露光される。感光ドラム1の表面は、レーザ光Lが照射された部分の電位が低下する。これにより感光ドラム1の表面(像担持体上)には、レーザ光Lにより走査露光した画像情報に対応した静電潜像が順次に形成される。
<現像手段>
本実施形態の現像手段となる現像装置4は、二成分磁気ブラシ現像方式の反転現像装置により構成される。現像装置4は、レーザスキャナ3によりレーザ光Lが照射された感光ドラム1の表面の露光部分(明部)にトナーを付着させる。これにより感光ドラム1の表面上の静電潜像を反転現像してトナー画像(現像剤像)が形成される。
本実施形態の現像手段となる現像装置4は、二成分磁気ブラシ現像方式の反転現像装置により構成される。現像装置4は、レーザスキャナ3によりレーザ光Lが照射された感光ドラム1の表面の露光部分(明部)にトナーを付着させる。これにより感光ドラム1の表面上の静電潜像を反転現像してトナー画像(現像剤像)が形成される。
現像装置4は、感光ドラム1の表面上の露光により電荷qが減衰した部分に該感光ドラム1の表面の帯電電位V1と同極性に帯電したトナーを付着させて現像を行う。現像装置4は、図1に示すように、現像剤容器4aの一部に設けられた開口部に現像剤担持体となる非磁性の現像スリーブ4bが回転可能に設けられている。現像スリーブ4bの内部には、固定式のマグネットローラ4cが内包されている。
<現像剤>
現像剤容器4a内の現像剤4eは、非磁性トナーと磁性キャリアとの混合物からなる二成分現像剤として構成されている。現像剤容器4a内に収容された現像剤4eは、該現像剤容器4a内に設けられた二つの撹拌部材4fの回転によって均一に撹拌されながら現像スリーブ4bに向けて搬送される。撹拌部材4fの回転により現像スリーブ4bに向けて搬送された現像剤4eは、規制ブレード4dにより薄層状に規制されながら現像スリーブ4bの表面上にコーティングされる。現像スリーブ4bの回転により該現像スリーブ4bの表面にコーティングされた現像剤4eを感光ドラム1と対向する現像部cへ搬送する。
現像剤容器4a内の現像剤4eは、非磁性トナーと磁性キャリアとの混合物からなる二成分現像剤として構成されている。現像剤容器4a内に収容された現像剤4eは、該現像剤容器4a内に設けられた二つの撹拌部材4fの回転によって均一に撹拌されながら現像スリーブ4bに向けて搬送される。撹拌部材4fの回転により現像スリーブ4bに向けて搬送された現像剤4eは、規制ブレード4dにより薄層状に規制されながら現像スリーブ4bの表面上にコーティングされる。現像スリーブ4bの回転により該現像スリーブ4bの表面にコーティングされた現像剤4eを感光ドラム1と対向する現像部cへ搬送する。
本実施形態では、現像剤4eに含まれる磁性キャリアは、体積抵抗値が約1013Ωcm、粒径は40μmである。本実施形態の現像剤4eに含まれるトナーは、磁性キャリアとの摺擦により負極性に摩擦帯電される。
現像剤容器4a内のトナーは、画像形成に使用されて消費される。そのため現像剤容器4a内のトナー濃度は、図示しない濃度センサによって検知され、その検知情報に基づいて、トナーホッパー4gから消費量を補う適正量のトナーを現像剤容器4a内に補給して該現像剤容器4a内のトナー濃度を一定に調整する。
現像スリーブ4bは、現像部cにおいて、感光ドラム1との最近接距離を300μmに保持した状態で該感光ドラム1に近接して対向して設けられている。現像スリーブ4bは、その表面が現像部cにおいて感光ドラム1の表面の図1の矢印R1方向で示す移動方向とは逆方向(図1の矢印R4方向)に移動するように回転駆動される。
現像スリーブ4bには、現像バイアス電源19から所定の現像バイアス電圧が印加される。本実施形態では、現像時に現像スリーブ4bに印加する現像バイアス電圧は、直流電圧V19dcと交流電圧V19acとを重畳した振動電圧により構成される。本実施形態では、−320Vの直流電圧V19dcと、周波数が8kHzでピーク間電圧V19ppが1800Vの交流電圧V19acとを重畳した振動電圧である。
<転写手段>
転写手段となる転写ローラ5は、感光ドラム1の表面に対して所定の押圧力で当接して転写ニップ部dを形成している。転写ローラ5は、感光ドラム1の回転方向(図1の矢印R1方向)に対して順方向(図1の矢印R5方向)に回転する。転写ローラ5には、転写バイアス電源20から転写バイアス電圧が印加される。
転写手段となる転写ローラ5は、感光ドラム1の表面に対して所定の押圧力で当接して転写ニップ部dを形成している。転写ローラ5は、感光ドラム1の回転方向(図1の矢印R1方向)に対して順方向(図1の矢印R5方向)に回転する。転写ローラ5には、転写バイアス電源20から転写バイアス電圧が印加される。
本実施形態では、転写ローラ5に対してトナーの正規の帯電極性である負極性とは逆極性となる正極性の転写バイアス電圧(本実施形態では+500V)が印加される。これにより転写ニップ部dに搬送される記録材21に感光ドラム1の表面に形成されたトナー画像が転写される。
<定着手段>
定着手段となる定着装置6は、回転可能な定着ローラ6aと加圧ローラ6bとを有している。定着ローラ6aと加圧ローラ6bとの間の定着ニップ部で記録材21を挟持搬送しながら記録材21の表面に転写されたトナー画像を加熱及び加圧して熱定着する。
定着手段となる定着装置6は、回転可能な定着ローラ6aと加圧ローラ6bとを有している。定着ローラ6aと加圧ローラ6bとの間の定着ニップ部で記録材21を挟持搬送しながら記録材21の表面に転写されたトナー画像を加熱及び加圧して熱定着する。
<除去手段>
状態検知手段となる直流電流計14により検知された感光ドラム1の表面上の複数箇所の水分の状態に応じて該感光ドラム1に対して選択的に除去動作を行なう除去手段は、制御部13、レーザスキャナ3、現像装置4、クリーニング装置7等により構成される。
状態検知手段となる直流電流計14により検知された感光ドラム1の表面上の複数箇所の水分の状態に応じて該感光ドラム1に対して選択的に除去動作を行なう除去手段は、制御部13、レーザスキャナ3、現像装置4、クリーニング装置7等により構成される。
クリーニング装置7は、感光ドラム1の表面に摺擦して転写後に残留した転写残トナーを掻き取ってクリーニングするクリーニング部材となるクリーニングブレード7aを有する。クリーニングブレード7aは感光ドラム1の表面に接触して該感光ドラム1の表面を研磨する。
記録材21に対してトナー画像を転写した後の感光ドラム1の表面上の当接部eにおいてクリーニングブレード7aの先端が当接する。該感光ドラム1が図1の矢印R1方向に回転することで該感光ドラム1の表面がクリーニングブレード7aにより摺擦される。これにより該感光ドラム1の表面上に付着した転写残トナーが除去されて清浄面化された後、繰り返して画像形成に供される。
<クリーニングモード>
本実施形態の画像形成装置100は、感光ドラム1の表面をクリーニングするクリーニングモードを有する。該クリーニングモードは、状態検知手段となる直流電流計14の検出結果に応じてレーザスキャナ3(露光手段)により感光ドラム1の表面上に静電潜像を形成する。
本実施形態の画像形成装置100は、感光ドラム1の表面をクリーニングするクリーニングモードを有する。該クリーニングモードは、状態検知手段となる直流電流計14の検出結果に応じてレーザスキャナ3(露光手段)により感光ドラム1の表面上に静電潜像を形成する。
そして、該レーザスキャナ3(露光手段)によって形成された静電潜像に対して現像装置4(現像手段)により感光ドラム1の表面上にトナー(現像剤)を供給して現像する。
そして、感光ドラム1の表面上にクリーニングブレード7a(クリーニング部材)を接触させた状態で、該感光ドラム1を回転させることにより該感光ドラム1の表面上に形成されたトナー像(現像剤像)をクリーニングする。これにより感光ドラム1の表面上(像担持体上)の放電生成物に起因する水分や放電生成物を除去する。
<制御手段>
制御手段となる制御部13は、状態検知手段となる直流電流計14が検出した感光ドラム1の表面上の放電生成物の状態から該感光ドラム1の表面上に付着した水分の分布を判定する。そして、該判定した水分の分布に応じた水分の除去を行なうようにクリーニング装置7を制御する。
制御手段となる制御部13は、状態検知手段となる直流電流計14が検出した感光ドラム1の表面上の放電生成物の状態から該感光ドラム1の表面上に付着した水分の分布を判定する。そして、該判定した水分の分布に応じた水分の除去を行なうようにクリーニング装置7を制御する。
<前露光手段>
本実施形態の画像形成装置100は、図1の矢印R1方向で示す感光ドラム1の回転方向(表面移動方向)において、クリーニング装置7よりも下流で、且つ、帯電ローラ2よりも上流に前露光手段となる前露光装置8が設けられている。
本実施形態の画像形成装置100は、図1の矢印R1方向で示す感光ドラム1の回転方向(表面移動方向)において、クリーニング装置7よりも下流で、且つ、帯電ローラ2よりも上流に前露光手段となる前露光装置8が設けられている。
前露光装置8は、感光ドラム1の表面に光を照射して転写後の感光ドラム1の表面を除電処理する。前露光装置8は、転写工程後に感光ドラム1の表面に残っている残留電荷を光照射によって除電処理し、帯電ローラ2による帯電工程前の感光ドラム1の表面の帯電電位V1をゼロ近傍の一定の電位に設定する。
<画像形成動作>
次に図4を用いて画像形成装置100の画像形成動作について説明する。図4は画像形成装置100の画像形成動作を説明する図である。
次に図4を用いて画像形成装置100の画像形成動作について説明する。図4は画像形成装置100の画像形成動作を説明する図である。
<初期回転動作(前多回転工程)>
図4に示す初期回転動作(前多回転工程)は、画像形成装置100の起動時の始動動作期間(起動動作期間、ウォーミング期間)である。画像形成装置100に設けられた電源スイッチのオンにより感光ドラム1を回転駆動させ、定着装置6を所定温度に立ち上げる等の所定の画像形成プロセス手段の準備動作を実行する。
図4に示す初期回転動作(前多回転工程)は、画像形成装置100の起動時の始動動作期間(起動動作期間、ウォーミング期間)である。画像形成装置100に設けられた電源スイッチのオンにより感光ドラム1を回転駆動させ、定着装置6を所定温度に立ち上げる等の所定の画像形成プロセス手段の準備動作を実行する。
<印刷準備回転動作(前回転工程)>
図4に示す印刷準備回転動作(前回転工程)は、画像形成装置100のプリント信号のオンから実際に画像形成(印刷)動作を行なうまでの間の画像形成前の準備回転動作期間である。尚、前記初期回転動作中にプリント信号が入力したときには、前記初期回転動作に引き続いて実行される。
図4に示す印刷準備回転動作(前回転工程)は、画像形成装置100のプリント信号のオンから実際に画像形成(印刷)動作を行なうまでの間の画像形成前の準備回転動作期間である。尚、前記初期回転動作中にプリント信号が入力したときには、前記初期回転動作に引き続いて実行される。
プリント信号の入力がないときには、前記初期回転動作の終了後にメインモータの駆動が一旦停止されて感光ドラム1の回転駆動が停止され、画像形成装置100はプリント信号が入力されるまでスタンバイ(待機)状態に保たれる。プリント信号が入力すると印刷準備回転動作が実行される。
本実施形態においては、この印刷準備回転動作の期間において、感光ドラム1の回転周方向の画像流れレベルを判断し、画像流れ抑制モードのプログラム内容が決定、実行される。
<印刷工程(画像形成工程、作像工程)>
図4に示す印刷工程(画像形成工程、作像工程)は、前述した所定の印刷準備回転動作が終了すると、引き続いて回転する感光ドラム1に対する作像プロセスが実行される。そして、感光ドラム1の表面に形成されたトナー画像の記録材21への転写、定着装置6によるトナー画像の定着処理がなされてトナー画像が定着された記録材21が画像形成装置100外に出力される。
図4に示す印刷工程(画像形成工程、作像工程)は、前述した所定の印刷準備回転動作が終了すると、引き続いて回転する感光ドラム1に対する作像プロセスが実行される。そして、感光ドラム1の表面に形成されたトナー画像の記録材21への転写、定着装置6によるトナー画像の定着処理がなされてトナー画像が定着された記録材21が画像形成装置100外に出力される。
連続印刷(連続プリント)モードの場合は、前記印刷工程が所定の設定プリント枚数m分繰り返して実行される。
<記録材間工程>
図4に示す記録材間工程は、連続印刷モードにおいて、先行する記録材21の後端部が図1に示す転写ニップ部dを通過する。その後、それに後続する記録材21の先端部が該転写ニップ部dに到達するまでの間の転写ニップ部dにおける記録材21の非通過状態期間である。
図4に示す記録材間工程は、連続印刷モードにおいて、先行する記録材21の後端部が図1に示す転写ニップ部dを通過する。その後、それに後続する記録材21の先端部が該転写ニップ部dに到達するまでの間の転写ニップ部dにおける記録材21の非通過状態期間である。
<後回転動作>
図4に示す後回転動作は、印刷ジョブの最後の記録材21の印刷工程が終了した後も、しばらくの間、メインモータの駆動を継続させて感光ドラム1を回転駆動させ、所定の後動作を実行する期間である。
図4に示す後回転動作は、印刷ジョブの最後の記録材21の印刷工程が終了した後も、しばらくの間、メインモータの駆動を継続させて感光ドラム1を回転駆動させ、所定の後動作を実行する期間である。
<スタンバイ(待機)>
図4に示すスタンバイ(待機)は、前述した所定の後回転動作が終了すると、メインモータの駆動が停止されて感光ドラム1の回転駆動が停止され、画像形成装置100は次のプリントスタート信号が入力するまでスタンバイ状態に保たれる。
図4に示すスタンバイ(待機)は、前述した所定の後回転動作が終了すると、メインモータの駆動が停止されて感光ドラム1の回転駆動が停止され、画像形成装置100は次のプリントスタート信号が入力するまでスタンバイ状態に保たれる。
一枚だけの記録材21に印刷する場合は、その印刷が終了した後、画像形成装置100は、前述した後回転動作を終えてスタンバイ状態になる。スタンバイ状態において、プリントスタート信号が入力すると、画像形成装置100は、前述した前回転工程に移行する。
図4に示す印刷工程時が画像形成時であり、初期回転動作、前回転動作、記録材間工程、後回転動作が非画像形成時である。
<バイアス印加手段>
次に図3を用いて帯電ローラ2に対して感光ドラム1の表面との間で放電を生じさせる帯電バイアスを印加するバイアス印加手段となる帯電バイアス電源18の周辺回路の構成について説明する。図3は帯電ローラ2に対して帯電バイアス電圧を印加する帯電バイアス電源18の周辺回路の構成を示すブロック図である。
次に図3を用いて帯電ローラ2に対して感光ドラム1の表面との間で放電を生じさせる帯電バイアスを印加するバイアス印加手段となる帯電バイアス電源18の周辺回路の構成について説明する。図3は帯電ローラ2に対して帯電バイアス電圧を印加する帯電バイアス電源18の周辺回路の構成を示すブロック図である。
図3に示すように、帯電ローラ2に帯電バイアス電圧を印加する帯電バイアス電源18は、直流(DC)電源11と交流(AC)電源12とを有して構成されている。直流(DC)電源11から出力される直流電圧V11dcに、交流(AC)電源12から出力される周波数fの交流電圧V12acを重畳した所定の振動電圧(V11dc+V12ac)が導電性の芯金2aを介して帯電ローラ2に印加される。これにより図3の矢印R2方向に回転する帯電ローラ2と順方向である図1の矢印R1方向に回転する感光ドラム1の表面が所定の電位に帯電処理される。
帯電バイアス電源18に設けられた直流(DC)電源11と、交流(AC)電源12には、制御手段となる制御部13が接続されている。該制御部13は、帯電バイアス電源18に設けられた直流(DC)電源11と、交流(AC)電源12とを制御して、帯電ローラ2の芯金2aに直流電圧V11dcと交流電圧V12acの何れか、或いは、両方を重畳した帯電バイアス電圧を印加する。
<状態検出手段>
本実施形態の画像形成装置100は、図3に示すように、感光ドラム1の導電性を有するドラム基体1aとアースGとの間に感光ドラム1の表面上の複数箇所の水分の状態を検出する状態検出手段であって電流検知手段となる直流電流計14が接続されている。
本実施形態の画像形成装置100は、図3に示すように、感光ドラム1の導電性を有するドラム基体1aとアースGとの間に感光ドラム1の表面上の複数箇所の水分の状態を検出する状態検出手段であって電流検知手段となる直流電流計14が接続されている。
直流電流計14は、感光ドラム1の図1の矢印R1方向の回転中に回転方向(図1の矢印R1方向)に沿った1周以上について所定時間毎に水分の状態を検出する。
直流電流計14は、帯電バイアス電源18から帯電ローラ2に放電開始電圧未満の直流電圧を印加した際に該帯電ローラ2から感光ドラム1に流れる直流電流Idc(電流値)を検知する。この電流値から得られる感光ドラム1の表面上に付着する水分(放電生成物)に関する情報から放電生成物や放電生成物に起因する水分の状態を検出する。
また、直流電流計14により測定された直流電流データは制御部13に接続された記憶手段となるメモリ9に記憶される。
電流検知手段となる直流電流計14は、感光ドラム1の回転中に帯電バイアス電源18の直流(DC)電源11により帯電ローラ2に放電開始電圧Vth未満(本実施形態では−500V)(放電の開始電圧未満)の直流電圧V11dcを印加する。その際に、図12(a)に示すように、該帯電ローラ2の表面から感光ドラム1の表面に向けて流れる直流電流Idcの該感光ドラム1の表面の回転周方向の分布を検知する。
図12(a)は本実施形態において帯電ローラ2の表面から感光ドラム1の表面に向けて流れる直流電流Idcを図3の矢印R1方向に回転する該感光ドラム1の表面が回転周方向に移動する経過時間で展開した図である。これにより直流電流Idcの該感光ドラム1の表面の回転周方向の分布を検知することができる。
<位相検知手段>
図3に示す位相検知手段となるドラム位相検知部16は、感光ドラム1の回転開始時刻からの時間変化量をカウントすることで該感光ドラム1の表面の回転位相を検知する。他に、感光ドラム1の回転開始からの累積回転数をカウントすることで該感光ドラム1の表面の回転位相を検知することも出来る。ドラム位相検知部16により検知した感光ドラム1の回転位相情報は、制御部13に接続されたメモリ9に随時記憶される。
図3に示す位相検知手段となるドラム位相検知部16は、感光ドラム1の回転開始時刻からの時間変化量をカウントすることで該感光ドラム1の表面の回転位相を検知する。他に、感光ドラム1の回転開始からの累積回転数をカウントすることで該感光ドラム1の表面の回転位相を検知することも出来る。ドラム位相検知部16により検知した感光ドラム1の回転位相情報は、制御部13に接続されたメモリ9に随時記憶される。
制御部13は、直流電流計14により測定される帯電ローラ2から感光ドラム1に流れる直流電流Idcと、ドラム位相検知部16から入力される感光ドラム1の回転位相情報とに基づいて、該感光ドラム1の回転周方向の画像流れレベルを検知する。この検知結果に基づいて画像流れ抑制モードを実行する。
制御手段となる制御部13は、直流電流計14により測定される帯電ローラ2から感光ドラム1に流れる直流電流Idcの検知結果に応じて前述したクリーニングモードの実行内容を変化させる。本実施形態のクリーニングモードは、直流電流計14により検知された直流電流Idcの電流値が大きいほど、クリーニングブレード7aにより感光ドラム1の表面上から回収されるトナー量(現像剤量)が大きく設定される。また、直流電流計14により検知された直流電流Idcの電流値が小さいほど、クリーニングブレード7aにより感光ドラム1の表面上から回収されるトナー量(現像剤量)が小さく設定される。
制御部13は、クリーニングブレード7aにより感光ドラム1の表面上から回収されるトナー量(現像剤量)を設定する現像剤量設定手段を兼ねる。制御部13は、図12(b)に示すように、レーザスキャナ3から出射されるレーザ光Lによって感光ドラム1の表面が露光される露光パターンを設定する。これによりクリーニングブレード7aにより感光ドラム1の表面上から回収されるトナー量(現像剤量)を設定することが出来る。
尚、図3に示すように、制御部13には、画像形成装置100が設置された温湿度等の環境条件を検知する環境センサ15が接続されている。更に、制御部13には、帯電バイアス電源18の直流(DC)電源11から出力される直流電圧V11dcを測定する電圧計17が接続されている。
<画像流れ検知モード>
次に、図5〜図12を用いて感光ドラム1の回転周方向の画像流れレベルを検知する画像流れ検知モードの構成について説明する。尚、以下の説明において、電圧値、電流値の大小関係について言及する場合は、便宜上、その絶対値についての大小関係を言うものとする。
次に、図5〜図12を用いて感光ドラム1の回転周方向の画像流れレベルを検知する画像流れ検知モードの構成について説明する。尚、以下の説明において、電圧値、電流値の大小関係について言及する場合は、便宜上、その絶対値についての大小関係を言うものとする。
図5は帯電バイアス電源18に設けられた直流(DC)電源11により帯電ローラ2に印加した直流電圧V11dcと、感光ドラム1の表面の帯電電位V1との関係を温度が23℃、相対湿度が50%の環境条件で測定した結果を示す図である。
図5の横軸は、帯電バイアス電源18に設けられた直流(DC)電源11により帯電ローラ2に印加した直流電圧V11dcを示す。図5の縦軸は、感光ドラム1の表面の帯電電位V1を示す。図5に示すように、帯電バイアス電源18に設けられた直流(DC)電源11により帯電ローラ2に印加する直流電圧V11dcを大きくしていく(図5の右側)。
すると、感光ドラム1の表面の帯電電位V1は、始めは全く増加しないが、所定の電圧値(本実施形態では−550V)から該感光ドラム1の表面の帯電電位V1が増加し始める。この電圧値が帯電ローラ2の表面から感光ドラム1の表面に対して放電が開始する放電開始電圧Vthとなる。図5に示すように、本実施形態の放電開始電圧Vthは−550Vである。
帯電ローラ2の表面から感光ドラム1の表面に対して放電が開始する放電開始電圧Vth(本実施形態では−550V)は、帯電ローラ2と感光ドラム1との間の空隙や感光ドラム1の表面の感光体層の厚みや該感光体層の比誘電率に基づいて決定される。
放電開始電圧Vth(本実施形態では−550V)以上の電圧を帯電ローラ2に印加すると、パッシェンの法則に基づいて帯電ローラ2と感光ドラム1との間の空隙での放電現像が発生し、感光ドラム1の表面に電荷qが載る。尚、パッシェンの法則とは、放電がおこる電圧(火花電圧)に関する実験則である。
図6は帯電バイアス電源18に設けられた直流(DC)電源11により帯電ローラ2に印加した直流電圧V11dcを考慮する。更に、図3に示す感光ドラム1の導電性のドラム基体1aとアースGとの間に接続された直流電流計14に流れる直流電流Idcを考慮する。両者の関係を表面の回転周方向に画像流れが発生していない感光ドラム1と、表面の回転周方向に画像流れが発生している感光ドラム1とについて示す。図5に示す場合と同じ条件となる温度が23℃、相対湿度が50%の環境条件で測定した結果を示す図である。
図6の横軸は、帯電バイアス電源18に設けられた直流(DC)電源11により帯電ローラ2に印加した直流電圧V11dcを示す。図6の縦軸は、図3に示す感光ドラム1の導電性のドラム基体1aとアースGとの間に接続された直流電流計14に流れる直流電流Idcを示す。また、図6の曲線jは表面の回転周方向に画像流れが発生していない感光ドラム1であり、曲線kは表面の回転周方向に画像流れが発生している感光ドラム1の場合をそれぞれ示す。
図6の曲線jで示すように、画像流れが発生していない感光ドラム1は以下の通りである。図6の横軸に示す帯電バイアス電源18に設けられた直流(DC)電源11により帯電ローラ2に印加した直流電圧V11dcが以下の通りである。放電開始電圧Vth(本実施形態では−550V)よりも低い印加電圧の場合を考慮する。その場合は、図3に示す直流電流計14に流れる直流電流Idcは、殆んど検出されないことが分かる。
これに対して、図6の曲線kで示すように、画像流れが発生している感光ドラム1では以下の通りである。図6の横軸に示す帯電バイアス電源18に設けられた直流(DC)電源11により帯電ローラ2に印加した直流電圧V11dcが放電開始電圧Vthよりも低い印加電圧であっても以下の通りである。図3に示す直流電流計14に流れる直流電流Idcが僅かながら検出されることが分かる。
図7は、図1に示す画像形成装置100からレーザスキャナ3、現像装置4、転写ローラ5、定着装置6、クリーニング装置7を省略した断面説明図である。図7において、感光ドラム1の周囲には、帯電ローラ2及び前露光装置8が配置されている。
図7に示す帯電バイアス電源18により帯電バイアス電圧を帯電ローラ2に印加して感光ドラム1の表面を所定の帯電量に帯電しながら相対湿度が50%の環境条件にて該感光ドラム1を空回転させた。このとき、帯電ローラ2には、交流電圧V12acと直流電圧V11dcとを重畳した帯電バイアス電圧を印加し、帯電ローラ2の表面から感光ドラム1の表面への放電量は、50μAの放電電流が流れるように設定した。帯電バイアス電源18により帯電ローラ2に印加する交流電圧V12acのピーク間電圧V12ppは1500V、直流電圧V11dcは−500Vに設定した。
図8は、図7に示す画像形成装置100において、前述の帯電バイアス電源18により帯電バイアス電圧を帯電ローラ2に印加する条件で感光ドラム1を空回転させている。その途中で帯電ローラ2に−500Vの直流電圧V11dcのみを印加して感光ドラム1の表面を帯電させる。そのときの図3に示す直流電流計14に流れ込む直流電流Idcと、放電空回転時間との関係を測定した結果を示す。
図5に示して前述したように、本実施形態の画像形成装置100においては、帯電ローラ2に印加した直流電圧V11dcが以下の通りである。放電開始電圧Vth(本実施形態では−550V)以上にならないと、直流帯電のみで放電は開始されず、感光ドラム1の表面上に帯電電位V1は載らない。
しかし、帯電ローラ2に印加した帯電バイアス電圧により感光ドラム1の表面の帯電処理を行うことで該感光ドラム1の表面に放電生成物が蓄積する。その放電生成物が感光ドラム1の表面上に存在し続けると、それが空気中の水分を吸着して感光ドラム1の表面の電気抵抗が低下し、画像流れが生じる。
このような画像流れが発生する感光ドラム1は、パッシェンの法則に基づく放電開始電圧Vth未満(本実施形態では−500V)の直流電圧V11dcを印加した場合においても感光ドラム1の表面上に微小に電荷qが載り始める。これは、感光ドラム1の表面上に存在する放電生成物が空気中の水分を吸着して感光ドラム1の表面の電気抵抗が低下する。これにより「注入帯電」することによる。
<注入帯電>
図9(a)〜(c)を用いて注入帯電のメカニズムについて説明する。図9(a)に示すように、感光ドラム1の表面に画像流れを起さない通常状態では、図7に示す前露光装置8をONとする。そして、帯電ローラ2に放電開始電圧Vth未満(本実施形態では−500V)の直流電圧V11dcを印加する。その場合、感光ドラム1の回転方向(図7の矢印R1方向)において、帯電ローラ2よりも下流側の感光ドラム1の表面には電荷qは載らない。
図9(a)〜(c)を用いて注入帯電のメカニズムについて説明する。図9(a)に示すように、感光ドラム1の表面に画像流れを起さない通常状態では、図7に示す前露光装置8をONとする。そして、帯電ローラ2に放電開始電圧Vth未満(本実施形態では−500V)の直流電圧V11dcを印加する。その場合、感光ドラム1の回転方向(図7の矢印R1方向)において、帯電ローラ2よりも下流側の感光ドラム1の表面には電荷qは載らない。
また、感光ドラム1の回転方向(図7の矢印R1方向)において、帯電ローラ2よりも上流側の感光ドラム1の表面にも電荷qは載らない。即ち、図9(a)に示す通常状態では、帯電ローラ2に放電開始電圧Vth未満(本実施形態では−500V)の直流電圧V11dcを印加した場合は、感光ドラム1の表面上に電荷qが載らない。
そのため図9(a)に示すような通常状態では、帯電ローラ2の表面から感光ドラム1の表面に対して電流は流れない。つまり図3に示す直流電流計14によって直流電流Idcは検出されない。
図9(b)に示すように、画像流れが生じない通常状態の感光ドラム1では、帯電ローラ2に放電開始電圧Vth(本実施形態では−550V)以上の直流電圧V11dcを印加した場合は以下の通りである。帯電ローラ2の表面から感光ドラム1の表面に対して帯電ニップ部aで放電が開始されて該感光ドラム1の表面上に電荷qが載り始める。
一方、図9(c)に示すように、画像流れが生じる感光ドラム1では、該感光ドラム1の表面上に存在する放電生成物に吸着された水分により該感光ドラム1の表面の電気抵抗が下がる。そして、帯電ローラ2に放電開始電圧Vth未満(本実施形態では−500V)の直流電圧V11dcを印加した場合でも帯電ローラ2の表面と感光ドラム1の表面との帯電ニップ部aで電荷qが注入されて僅かに注入帯電してしまう。
そのような感光ドラム1では、感光ドラム1の回転方向(図9(c)の矢印R1方向)において、帯電ローラ2よりも下流側において、該感光ドラム1の表面に僅かに電荷qが載る。
また、図7に示す感光ドラム1の回転方向(図7の矢印R1方向)において、帯電ローラ2よりも上流側の該感光ドラム1の表面の帯電電位V1は、図7に示す前露光装置8により0V近傍に除電される。そのため感光ドラム1の回転方向(図7の矢印R1方向)における帯電ローラ2の前後で該感光ドラム1の表面の帯電電位V1に電位差が生じる。これにより図8に示すように、帯電ローラ2に放電開始電圧Vth未満(本実施形態では−500V)の直流電圧V11dcを印加した場合にも図3に示す直流電流計14に直流電流Idcが流れることが分かった。
本実施形態では、帯電ローラ2に放電開始電圧Vth未満(本実施形態では−500V)の直流電圧V11dcを印加した場合に以下の通りである。帯電ローラ2の表面から感光ドラム1の表面に対して流れる電流を図3に示す直流電流計14により測定した直流電流Idcの結果により感光ドラム1が画像流れを発生させ得る状態であるか否かを判別する。
本発明者の鋭意研究の結果、次のことが分かった。図8は、縦軸に示す感光ドラム1が画像流れを発生させ得る状態であるか否かを判別する基準となる図3に示す直流電流計14により測定した直流電流Idcと、横軸に示す放電空回転時間との関係を示す図である。
本実施形態の画像形成装置100では、相対湿度50%の環境下においては、図8に示すように、図3に示す直流電流計14により測定した直流電流Idcが−1μA以上になる。そのときに、感光ドラム1の表面の電気抵抗が低下し、潜像電位を形成するための電荷qが感光ドラム1の表面に保持されず逃げてしまう。その結果、記録材21に形成したトナー画像上の孤立ドットが欠け始める現象である画像流れが発生する。
更に、画像流れが発生した場合、感光ドラム1の表面の回転周方向で電流量のレベルが変化することを発見した。感光ドラム1を図7の矢印R1方向に回転させた状態で図3に示す直流電流計14により直流電流Idcを測定する。図12(a)は感光ドラム1の回転周方向において一定時間毎に分割して図3に示す直流電流計14により直流電流Idcを測定した結果を時間の推移に従って展開した様子を示す。
図12(a)に示す縦軸は、図3に示す直流電流計14により測定された直流電流Idcを示す。横軸は、経過時間である。横軸上の時刻trは、図7の矢印R1方向に回転する感光ドラム1の表面が一周する時刻である。図12(a)に示すように、図3に示す直流電流計14により測定される直流電流Idcは、図7の矢印R1方向に回転する感光ドラム1の回転周方向において所定の推移を持って検出される。
本実施形態では、感光ドラム1を図7の矢印R1方向に回転させた状態で、帯電ローラ2に放電開始電圧Vth未満(本実施形態では−500V)の直流電圧V11dcを印加する。そして、図3に示す直流電流計14により測定された直流電流Idcを図12(a)に示すように経過時間で展開する。
これにより図3に示す直流電流計14により測定された直流電流Idcの感光ドラム1の回転周方向の分布を測定することができる。制御部13は、この結果を用いて画像流れレベルを感光ドラム1の回転周方向について判断し、画像流れ抑制モードのプログラム内容を決定する。
画像流れの発生は、例えば、記録材21に形成されたトナー画像上のハーフトーンのパッチ画像の濃度の低下率を測定することで判断することができる。本実施形態では、記録材21に形成されたトナー画像上に画像流れのない状態で反射濃度が0.5のハーフトーンのパッチ画像の濃度が、どの程度低下したかで、画像流れの発生があるか否かを判断した。
本実施形態では、記録材21に形成されたトナー画像の反射濃度が0.5から0.4以下、つまり記録材21に形成されたトナー画像の濃度の低下率が80%以下になった時点で画像流れが発生と判断した。本実施形態では、X−Rite株式会社製の分光濃度計「X−Rite504/508」を用いて記録材21に形成されたトナー画像上の反射濃度を測定した。
このように、本実施形態の画像形成装置100は、帯電ローラ2に放電開始電圧Vth未満(本実施形態では−500V)の直流電圧V11dcを印加する。それに伴う感光ドラム1の表面の帯電電位V1に対応する情報を該感光ドラム1の表面上の回転周方向における分布について検出する。
また、画像形成装置100は、画像流れを抑制するための工程(画像流れ抑制モード)を図3に示す直流電流計14に流れる直流電流Idcの測定結果に応じて、その実行内容を変化させて制御する制御部13を有する。
本実施形態では、帯電ローラ2に放電開始電圧Vth未満(本実施形態では−500V)の直流電圧V11dcを印加する。その際に、該帯電ローラ2から感光ドラム1に流れる電流を図3に示す直流電流計14に流れる直流電流Idcの測定結果に基づいて該感光ドラム1の回転周方向の分布について検出する。
制御部13は、図3に示す直流電流計14に流れる直流電流Idcの測定結果に基づいて画像流れ抑制モードの実行内容を変更して制御する。
<画像流れ抑制モード>
次に、画像形成装置100の非画像形成時における画像流れ抑制モードの実施の有無やその実施内容を決定する制御動作について説明する。
次に、画像形成装置100の非画像形成時における画像流れ抑制モードの実施の有無やその実施内容を決定する制御動作について説明する。
図11に示すように、本実施形態では、画像形成装置100の非画像形成時の前回転工程中に画像流れを検知するための図3に示す直流電流計14に流れる直流電流Idcの測定を感光ドラム1の外周表面の一周期(一周分)以上について実施する。
その結果、画像流れ抑制モードが必要であると判断した場合は、図3に示す直流電流計14に流れる直流電流Idcの測定が終了次第、画像流れ抑制モードへと移行する。画像流れ抑制モードの終了後は、印刷工程へと移行する。
図3に示す直流電流計14に流れる直流電流Idcの測定は、感光ドラム1の外周表面の一周分で450msec実施する。この測定時間の中で所定の測定間隔Δt(本実施形態では30msec)毎に第n番目に測定した図3に示す直流電流計14に流れる直流電流Idcn(n=1〜15)の測定データは、メモリ9に順次記憶していく。
尚、所定の測定間隔Δt(本実施形態では30msec)毎に第n番目に測定した図3に示す直流電流計14に流れる直流電流Idcn(n=1〜15)は以下の通りである。第n番目に測定した所定の測定間隔Δtnに対応する感光ドラム1の外周表面の回転周方向位置Δpnにおける検出値として関連付けられて記憶される。
図7の矢印R1方向に回転する感光ドラム1の外周表面は、450msecで一周する。30msec毎の所定の測定間隔Δtで15回(=450msec/30msec)の測定で感光ドラム1の外周表面の一周分の測定が完了する。
感光ドラム1の外周表面の一周分の長さを15等分した長さ間隔Δpに所定の測定間隔Δt(本実施形態では30msec)毎の第n番目を乗算する。これにより第n番目に測定した所定の測定間隔Δtnに対応する感光ドラム1の外周表面の回転周方向位置Δpnが算出される。
画像流れ抑制モードでは以下の通りである。図3に示す直流電流計14に流れる直流電流Idcを所定の測定間隔Δt(本実施形態では30msec)毎に第n番目に測定した直流電流Idcnが予め設定された閾値以上である場合がある。その場合は、第n番目に測定した所定の測定間隔Δtnに対応する感光ドラム1の外周表面の回転周方向位置Δpnは、画像流れレベルの悪い部分と判断する。
画像流れレベルの悪い部分と判断した感光ドラム1の外周表面の回転周方向位置Δpnに対応する感光ドラム1の二周目の回転周方向位置Δp(n+15)にレーザスキャナ3から出射されるレーザ光Lにより露光する。
尚、所定の測定間隔Δt(本実施形態では30msec)毎に第15番目の測定で図7の矢印R1方向に回転する感光ドラム1の外周表面が一周する。このため感光ドラム1の二周目の第(n+15)番目に測定した所定の測定間隔Δt(n+15)に対応する感光ドラム1の外周表面の回転周方向位置は、「Δp(n+15)」で表わされる。
図1に示すように、感光ドラム1の外周表面上でレーザスキャナ3から出射されるレーザ光Lにより露光された部分には、現像装置4によりトナーが供給される。そして、クリーニング装置7のクリーニングブレード7aにより感光ドラム1の表面を摺擦する画像流れ抑制モードを実行する。
感光ドラム1の外周表面上でレーザ光Lにより露光されず、現像装置4によりトナーが供給されなかった部分に比べて、トナーが供給された部分は以下の通りである。クリーニング装置7のクリーニングブレード7aにより感光ドラム1の表面を摺擦する際に供給されたトナーの摺擦に伴って感光ドラム1の表面の削れ量が多くなる。これにより感光ドラム1の表面に堆積した放電生成物を除去し、画像流れを防止することができる。
次に、図10を用いて本実施形態の画像形成装置100の非画像形成時における画像流れ抑制モードの実施の有無や、その実施内容を決定する制御動作について説明する。
図10において、画像流れ検知が開始されると、ステップS1において、制御部13は、画像形成装置100が非画像形成時の図11に示す前回転工程における画像流れ検知のタイミングであるか否かを判断する。更に、帯電ローラ2に放電開始電圧Vth未満(本実施形態では−500V)の直流電圧V11dcを印加する。
このとき、前記ステップS2に示すように、前露光装置8はON、レーザスキャナ3はOFF、現像スリーブ4bに印加する現像バイアス電圧及び転写ローラ5に印加する転写バイアス電圧は、何れもOFFとする。
次にステップS3に進んで図3に示す直流電流計14によって直流電流Idcを測定する。前記ステップS2に示すような電圧設定にする。これにより画像流れが発生し得る感光ドラム1ならば、帯電ローラ2に放電開始電圧Vth未満(本実施形態では−500V)の直流電圧V11dcが印加された場合でも以下の通りである。該帯電ローラ2の表面から感光ドラム1の表面へ注入される電流が図3に示す直流電流計14によって直流電流Idcとして検出される。
図12(a)は図3に示す直流電流計14によって所定の測定間隔Δtで直流電流Idcを測定した結果を時間の経過に沿って展開した図である。図12(a)の横軸は経過時間を示し、縦軸は図3に示す直流電流計14によって測定した直流電流Idcを示す。
図12(a)に示すように、直流電流計14により検知される帯電ローラ2の表面から感光ドラム1の表面に流れる直流電流Idcの該感光ドラム1の表面上の回転周方向の分布は、該感光ドラム1の回転の一周期以上の分布である。
図12(a)の横軸上の時刻trは、感光ドラム1を図7の矢印R1方向に回転を開始した時刻(t=0)から該感光ドラム1の表面が一周する時刻を示す。
本実施形態では、図3に示す直流電流計14を流れる直流電流Idcの測定を感光ドラム1の外周表面の一周分で450msec実施する。この測定時間の中で30msecの所定の測定間隔Δt毎に第n番目に測定した所定の測定間隔Δtnにおける図3に示す直流電流計14を流れる直流電流Idcn(n=1〜15)の測定データを図3に示すメモリ9に順次記憶していく。
所定の測定間隔Δt毎に第n番目に測定した直流電流計14に流れる直流電流Idcnは以下の通りである。第n番目に測定した所定の測定間隔Δtnに対応する感光ドラム1の外周表面の回転周方向位置Δpnにおける検出値として関連付けられて図3に示すメモリ9に記憶される。
次に、ステップS4において、制御部13は、図3に示す直流電流計14により第1番目に測定された直流電流Idc1の絶対値が|−5μA|以上であるか否かを判断する。前記ステップS4において、図3に示す直流電流計14により第1番目に測定された直流電流Idc1の絶対値が|−5μA|以上である場合には、ステップS5に進む。
前記ステップS5において、制御部13は、直流電流Idc1の絶対値が|−5μA|以上となる場合は以下の通りである。画像流れ抑制モード中に感光ドラム1の二周目の第16番目(第15番目+第1番目)に測定した測定間隔Δt16(Δt(15+1))を考慮する。この測定間隔Δt16(Δt(15+1))に対応する感光ドラム1の外周表面の回転周方向位置Δp16(Δp(15+1))に対応する該測定間隔Δt16(Δt(15+1))のタイミングで以下の通りである。レーザスキャナ3から出射されるレーザ光Lにより感光ドラム1の表面を露光することを決定する。
前記ステップS4において、直流電流Idc1の絶対値が|−5μA|未満である場合はステップS6に進む。ステップS6において、制御部13は、画像流れ抑制モード中に感光ドラム1の二周目の回転周方向位置Δp16(Δp(15+1))に対応する測定間隔Δt16(Δt(15+1))のタイミングで以下の通りである。レーザスキャナ3から出射されるレーザ光Lにより感光ドラム1の表面を露光しないことを決定する。
次に、ステップS7において、制御部13は、{n=2〜15}についても前記ステップS3〜S6と同様に実施する。そして、第n番目に測定した測定間隔Δtn(n=17〜30)のタイミングでレーザスキャナ3から出射されるレーザ光Lにより感光ドラム1の表面を露光するか否かを決定する。
次に、ステップS8において、制御部13は、全ての測定間隔Δt毎に第n番目に測定した直流電流計14に流れる直流電流Idcnの絶対値が|−5μA|未満であるか否かを判断する。前記ステップSにおいて、全ての測定間隔Δt毎に第n番目に測定した直流電流計14に流れる直流電流Idcnの絶対値が|−5μA|未満であった場合は、ステップS9に進む。
前記ステップS9において、制御部13は、画像流れ抑制モードを実施しないことを決定する。その後、ステップS10に進んで、制御部13は、画像形成装置100を画像形成動作に移行する。
前記ステップS8において、全ての測定間隔Δt毎に第n番目に測定した直流電流計14に流れる直流電流Idcnの絶対値のうちで1データでも該直流電流Idcnの絶対値が|−5μA|以上となるものがある場合は、ステップS11に進む。
前記ステップS11において、制御部13は、前記ステップS3〜S7で決定した内容に従って画像流れ抑制モードを実施する。その後、前記ステップS3に戻って、再び、図3に示す直流電流計14によって直流電流Idcを測定する。そして、前記ステップS8において、制御部13は、全ての測定間隔Δt毎に第n番目に測定した直流電流計14に流れる直流電流Idcnの絶対値が|−5μA|未満となるまで画像流れ抑制モードを実行する(図10のステップS3〜S11)。
本実施形態の制御部13は、図3に示す直流電流計14を流れる直流電流Idcの検出結果に基づいて、感光ドラム1の外周表面上でレーザスキャナ3から出射されるレーザ光Lにより露光された部分に現像装置4によりトナーが供給される。そして、クリーニング装置7のクリーニングブレード7aにより感光ドラム1の表面を摺擦する画像流れ抑制モードを実行する。
図10に示す制御動作に従って画像流れ抑制モードを実行する。すると、図12(b)に示すように、感光ドラム1の表面をレーザスキャナ3から出射されるレーザ光Lにより露光して静電潜像を形成し、現像装置4により画像流れレベルの悪い部分にのみトナーが供給される。そして、クリーニング装置7のクリーニングブレード7aにより感光ドラム1の表面を摺擦する。
現像装置4によりトナーが供給されなかった部分に比べて、トナーが供給された部分はトナーの摺擦に伴って感光ドラム1の表面の削れ量が多くなる。これにより、感光ドラム1の表面に堆積した放電生成物を除去し、画像流れを防止することができる。
これにより簡易な構成で画像流れを検出することができ、必要に応じて画像流れ抑制モードを実行することができる。その結果、トナーの無駄や感光ドラム1の短寿命化が生じることなく感光ドラム1の表面に付着する放電生成物に起因する画像流れや画像ボケ等を軽減でき、長期にわたり良好な画像品質を維持することができる。
次に、図13及び図14を用いて本発明に係る画像形成装置の第2実施形態の構成について説明する。尚、前記第1実施形態と同様に構成したものは同一の符号、或いは符号が異なっても同一の部材名を付して説明を省略する。
図13は、本実施形態の画像形成装置100の非画像形成時に画像流れ検知を行って画像流れ抑制モードの実施の有無やその実施内容を決定する制御動作を示すフローチャートである。
図13のステップS21〜S24は、前記第1実施形態の図10のステップS1〜S4と同様であるため重複する説明は省略する。制御部13は、画像流れ検知のタイミングで(ステップS21)、感光ドラム1を回転させ、帯電ローラ2に放電開始電圧Vth未満(本実施形態では−500V)の直流電圧V11dcを印加する(ステップS22)。
このとき、前露光装置8はON、レーザスキャナ3はOFFとする。更に、現像スリーブ4bに印加する現像バイアス電圧及び転写ローラ5に印加する転写バイアス電圧は、何れもOFFとする(ステップS22)。そして、帯電ローラ2の表面から感光ドラム1の表面へ注入される直流電流Idcを図3に示す直流電流計14によって測定する(ステップS23)。
図14(a)は図3に示す直流電流計14によって所定の測定間隔Δtで測定される直流電流Idcの変化を経過時間で展開した図である。本実施形態では、直流電流計14に流れる直流電流Idcの測定を感光ドラム1の外周表面の一周分で450msec実施する。
この測定時間の中で30msecの測定間隔Δt毎に第n番目に測定した直流電流計14に流れる直流電流Idcn(n=1〜15)の測定データをメモリ9に順次記憶していく(図10のステップS23)。所定の測定間隔Δt毎に第n番目に測定した直流電流計14に流れる直流電流Idcnは、第n番目に測定した測定間隔Δtnに対応する感光ドラム1の外周表面の回転周方向位置Δpnの検出値として関連付けられてメモリ9に記憶される。
ステップS24において、制御部13は、第1番目に測定した直流電流計14に流れる直流電流Idc1の絶対値が|−5μA|以上であるか否かを判断する。前記ステップS24において、第1番目に測定した直流電流計14に流れる直流電流Idc1の絶対値が|−5μA|未満となる場合は、ステップS25に進む。
前記ステップS25において、制御部13は以下の決定を行なう。画像流れ抑制モード中に第1番目に直流電流計14に流れる直流電流Idc1が測定される。その感光ドラム1の二周目の第16番目に測定した測定間隔Δt16に対応する感光ドラム1の外周表面の回転周方向位置Δp16を考慮する。その回転周方向位置Δp16へのレーザスキャナ3から出射されるレーザ光Lの露光割合を0%(露光なし)とすることを決定する。
尚、レーザスキャナ3から出射されるレーザ光Lの露光割合とは、感光ドラム1の表面の単位面積あたりの露光面積の割合と定義する。
前記ステップS24において、第1番目に測定した直流電流計14に流れる直流電流Idc1の絶対値が|−5μA|以上である場合はステップS26に進む。前記ステップS26において、制御部13は、更に、第1番目に測定した直流電流計14に流れる直流電流Idc1の絶対値が|−8μA|以上であるか否かを判断する。
前記ステップS26において、第1番目に測定した直流電流計14に流れる直流電流Idc1の絶対値が|−8μA|未満となる場合は、ステップS27に進む。前記ステップS27において、制御部13は以下の決定を行なう。画像流れ抑制モード中に第1番目に直流電流計14に流れる直流電流Idc1が測定される。その感光ドラム1の二周目の第16番目に測定した測定間隔Δt16に対応する感光ドラム1の外周表面の回転周方向位置Δp16を考慮する。その回転周方向位置Δp16へのレーザスキャナ3から出射されるレーザ光Lの露光割合を50%とすることを決定する。
前記ステップS26において、第1番目に測定した直流電流計14に流れる直流電流Idc1の絶対値が|−8μA|以上である場合はステップS28に進む。前記ステップS28において、制御部13は以下の決定を行なう。画像流れ抑制モード中に第1番目に測定した直流電流計14に流れる直流電流Idc1が測定される。その感光ドラム1の二周目の第16番目に測定した測定間隔Δt16に対応する感光ドラム1の外周表面の回転周方向位置Δp16を考慮する。その回転周方向位置Δp16へのレーザスキャナ3から出射されるレーザ光Lの露光割合を100%とすることを決定する。
次に、ステップS29において、制御部13は、{n=2〜15}についても前記ステップS23〜S28と同様に実施する。そして、第n番目に測定した測定間隔Δtn(n=17〜30)のタイミングでレーザスキャナ3から出射されるレーザ光Lの露光の有無及び露光割合を決定する。
次に、ステップS30〜S33に順次進むが、前記第1実施形態の図10に示すステップS8〜S11と同様であるため重複する説明は省略する。
本実施形態では、制御部13は、画像流れのレベルとなる直流電流計14に流れる直流電流Idcの測定結果に応じてレーザスキャナ3から出射されるレーザ光Lの露光割合を変える。これにより現像装置4によるトナーの供給量を画像流れレベルに合わせることが出来る。
これによりクリーニング装置7のクリーニングブレード7aによる感光ドラム1の表面の削れ量を画像流れのレベルに合わせて変えることが出来、感光ドラム1の表面を無駄に削ることなく感光ドラム1の短寿命化を防止することが出来る。他の構成は前記第1実施形態と同様に構成され、同様の効果を得ることが出来る。
[変形例]
前記各実施形態の変形例について説明する。前記各実施形態では、図11に示すように、画像形成装置100の非画像形成時である印刷準備のための前回転工程(回転動作期間)において、図3に示す直流電流計14によって所定の測定間隔Δtで直流電流Idcを測定する。これにより画像流れを検知し、画像流れ抑制モードに移行するか否かの決定を行う工程を行った。
前記各実施形態の変形例について説明する。前記各実施形態では、図11に示すように、画像形成装置100の非画像形成時である印刷準備のための前回転工程(回転動作期間)において、図3に示す直流電流計14によって所定の測定間隔Δtで直流電流Idcを測定する。これにより画像流れを検知し、画像流れ抑制モードに移行するか否かの決定を行う工程を行った。
前述した実施形態においては、画像形成装置100の非画像形成時である前回転工程において画像流れを検知し、画像流れ抑制モードに移行するか否かを決定する工程を実行していた。他に、かかる工程は、印字準備回転動作期間、初期回転動作時、記録材間工程時、後回転工程時等や、複数の非画像形成時、ユーザのモード選択等によって実行しても良い。
また、前記各実施形態では、画像形成装置100の非画像形成時に、帯電ローラ2に定電圧を印加して該帯電ローラ2の表面から感光ドラム1の表面に流れる電流を図3に示す直流電流計14によってモニターする構成である。他に、帯電ローラ2の表面から感光ドラム1の表面に定電流を流して、そのときに該帯電ローラ2に印加した電圧を図示しない電圧計によりモニターする構成とすることも可能である。
直流電流計14は、一定の電流値の電流が流れるように帯電バイアス電源18から帯電ローラ2(帯電部材)に放電開始電圧未満の直流電圧を印加した際の感光ドラム1の表面上の帯電電位から該感光ドラム1の表面上の水分の状態を検出する。
除去手段を構成する制御部13は、直流電流計14により検知された感光ドラム1の表面上の帯電電位が大きいほど、クリーニングブレード7a(クリーニング部材)により該感光ドラム1の表面上から除去する現像剤量を大きく設定する。また、直流電流計14により検知された感光ドラム1の表面上の帯電電位が小さいほど、クリーニングブレード7a(クリーニング部材)により該感光ドラム1の表面上から除去する現像剤量を小さく設定する。
また、前記各実施形態では、画像流れ検知において、図3に示す直流電流計14に流れる直流電流Idcを測定する。その際に、図10のステップS2、図13のステップS22において、感光ドラム1の表面の帯電前の電位を低く一定にするために前露光装置8をONにする構成について説明した。
他に、前露光装置8による露光以外にも感光ドラム1の回転方向(図1の矢印R1方向)において転写ニップ部dよりも下流側に該感光ドラム1の表面上に電圧を与えて除電する図示しない除電装置を用いることも可能である。
また、前記各実施形態では、現像装置4から感光ドラム1の表面に供給するトナーの供給量の変化を以下の通り行なう。図10のステップS5,S6、図13のステップS25,S27,S28に示すように、レーザスキャナ3から出射されるレーザ光Lの露光割合(ON(100%)、OFF(0%)、50%)の変化により行う構成とした。
他に、現像装置4から感光ドラム1の表面に供給するトナーの供給量の変化を図1に示す現像スリーブ4bの表面と、感光ドラム1の表面との電位差の変化により行うことも可能である。
除去手段を構成する制御部13は、現像手段となる現像装置4に設けられる現像剤担持体となる現像スリーブ4bの表面と、感光ドラム1の表面との間の電位差を変化させることによって該感光ドラム1の表面から除去する現像剤量を変化させる。
このような構成の場合、現像剤量設定手段を兼ねる制御部13は、現像手段となる現像装置4に設けられる現像スリーブ4bの表面と、感光ドラム1の表面との電位差を設定する。これによりクリーニングブレード7aにより該感光ドラム1の表面上から回収されるトナー量を設定することが出来る。
また、前記各実施形態では、画像流れ検知の際に帯電ローラ2に印加する直流電圧V11dcとして放電開始電圧Vth未満の電圧を−500V未満とした。他に、帯電ローラ2に印加する直流電圧V11dcとしては放電開始電圧Vth未満であれば、−500V以外の直流電圧に適宜設定することができる。ただし、その際は、設定した直流電圧の値に応じて画像流れが発生する電流値、画像流れが発生する帯電電位の変化量も変化する。
また、前記各実施形態では、感光ドラム1の表面に接触する可撓性の接触帯電部材として帯電ローラ2を用いた。他に、ブラシ状の回転体からなるファーブラシ、フェルト、布等の各種の形状や材質のものも使用可能である。更に、これらの各種の形状や材質のものを組み合わせることによって、より適切な弾性、導電性、表面性、耐久性を有する可撓性の接触帯電部材として構成することができる。
また、帯電ローラ2や現像スリーブ4bに印加する振動電界の交番電圧成分(周期的に電圧値が変化する交流成分の電圧)の波形としては、正弦波、矩形波、三角波等を適宜使用可能である。更に、直流電源を周期的にオン/オフすることによって形成された矩形波であっても良い。
また、前記各実施形態では、画像形成時の帯電方式として、帯電ローラ2に対して画像流れが起きやすい直流電圧V11dcに交流電圧V12acを重畳した交流(AC)帯電方式を採用した画像形成装置100の一例について説明した。
しかし、画像流れは、交流(AC)帯電方式よりは軽微であるものの直流(DC)帯電方式でも発生する。従って、直流(DC)帯電方式を採用する画像形成装置100においても適用可能である。
また、前記各実施形態では、画像流れ検知に用いる接触帯電部材として帯電ローラ2を用いる場合の一例について説明した。他に、感光ドラム1の表面に接触している帯電部材であれば前記各実施形態と同様の画像流れ検知手段とし利用できる。例えば、感光ドラム1の表面に接触しているブレード帯電器や、ブラシ帯電器等の公知の接触帯電部材でも応用可能である。
また、図1に示す転写ローラ5等の転写装置であっても感光ドラム1の表面に接触して該感光ドラム1の表面上の電位を変化させる。これにより転写ローラ5も感光ドラム1の表面を帯電させる帯電部材として応用可能である。
従って、画像流れを検知するために、感光ドラム1に接触した転写ローラ5等の転写手段を用いることも可能である。このように、接触転写装置で画像流れを検知する方式は、例えば、接触帯電部材となる帯電ローラ2の他に非接触の帯電手段としてコロナ帯電方式を用いた画像形成装置100においても採用することができる。その接触転写装置により画像流れを検知することが可能である。
また、前記各実施形態では、感光ドラム1の帯電面に対する露光手段となるレーザスキャナ3、前露光手段となる前露光装置8として、レーザ光を露光走査する露光装置を用いた。他に、LED(Light Emitting Diode;発光ダイオード)のような固体発光素子アレイを用いたデジタル露光手段であっても良い。更に、ハロゲンランプや蛍光灯等を光源とするアナログ的な露光手段であっても良い。
また、前記各実施形態では、転写手段として転写ローラ5によるローラ転写方式を用いた。他に、ブレード転写、ベルト転写、その他の接触転写帯電方式であっても良いし、コロナ帯電器を使用した非接触転写帯電方式でも良い。
また、前記各実施形態の画像形成装置100は、図1に示すように、感光ドラム1の表面に形成した単色のトナー画像を記録材21に直接転写する構成であった。他に、中間転写体となる転写ドラムや転写ベルト等を用いて、単色の画像形成ばかりでなく、多重転写等による複数色のトナー画像、或いはフルカラー画像を形成する画像形成装置にも適用可能である。
また、前述の実施形態では、像担持体として感光ドラム1を用いた構成であったが、像担持体が感光フィルムや静電記録誘電体等であっても良い。像担持体が静電記録誘電体である場合は、静電記録誘電体の表面を一様に帯電した後、その帯電面を除電針ヘッドや電子銃等の除電手段で選択的に除電して、目的の画像情報に対応した静電潜像を書き込み形成する。
1…感光ドラム(像担持体)
7a…クリーニングブレード(クリーニング部材;除去手段)
14…直流電流計(状態検出手段;電流検知手段)
7a…クリーニングブレード(クリーニング部材;除去手段)
14…直流電流計(状態検出手段;電流検知手段)
Claims (10)
- 静電潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体の複数箇所の水分の状態を検出する状態検出手段と、
前記状態検出手段により検出された前記複数箇所の水分の状態に応じて前記像担持体に対して選択的に除去動作を行なう除去手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記状態検出手段は、前記像担持体の回転中に回転方向に沿った1周以上について所定時間毎に前記水分の状態を検出することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体を帯電する帯電部材と、
前記帯電部材に対し前記像担持体との間で放電を生じさせる帯電バイアスを印加するバイアス印加手段と、
を有し、
前記状態検出手段は、前記帯電部材に放電開始電圧未満の直流電圧を印加した際に得られる前記像担持体に付着する水分に関する情報から前記水分の状態を検出することを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記帯電部材により帯電された前記像担持体を露光して前記像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、
前記露光手段により形成された静電潜像を現像して現像剤像を形成する現像手段と、
前記像担持体に接触して該像担持体の表面上から現像剤をクリーニングするクリーニング部材と、
を有し、
前記除去手段は、前記状態検出手段の検出結果に応じて前記露光手段により静電潜像を形成し、前記露光手段によって形成された静電潜像を前記現像手段により現像して現像剤像を形成し、前記現像手段によって現像された現像剤像を前記クリーニング部材によりクリーニングすることで前記像担持体上の水分を除去することを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。 - 前記除去手段は、前記状態検出手段が検出した水分の状態から、前記像担持体に付着した水分の分布を判定し、該判定した水分の分布に応じた水分の除去を行なうことを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
- 前記状態検出手段は、前記帯電部材に放電開始電圧未満の直流電圧を印加した際に前記帯電部材から前記像担持体に流れる電流値を検知する電流検知手段を有し、
前記電流検知手段により検知された電流値から前記水分の状態を検出することを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。 - 前記除去手段は、
前記電流検知手段により検知された電流値が大きいほど、前記クリーニング部材により前記像担持体の表面上から除去する現像剤量を大きく設定し、
前記電流検知手段により検知された電流値が小さいほど、前記クリーニング部材により前記像担持体の表面上から除去する現像剤量を小さく設定することを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。 - 前記状態検出手段は、一定の電流値の電流が流れるように前記帯電部材に放電開始電圧未満の直流電圧を印加した際の前記像担持体の帯電電位から水分の状態を検出することを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 前記除去手段は、
前記帯電電位が大きいほど、前記クリーニング部材により前記像担持体の表面上から除去する現像剤量を大きく設定し、
前記帯電電位が小さいほど、前記クリーニング部材により前記像担持体の表面上から除去する現像剤量を小さく設定することを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。 - 前記除去手段は、前記現像手段と前記像担持体との間の電位差を変化させることによって前記像担持体の表面から除去する現像剤量を変化させることを特徴とする請求項6乃至請求項9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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- 2015-10-02 JP JP2015196383A patent/JP2017068187A/ja active Pending
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