JP2018194788A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電部材の主走査方向において部分的な汚染が発生した場合でも帯電部材の帯電特性の低下を正確に検知可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、像担持体と、帯電部材と、露光装置と、除電装置と、高圧発生回路と、電流検出部と、制御部と、を備える。制御部は、非画像形成時に帯電部材に直流電圧のみを印加し、且つ除電装置の駆動を停止して像担持体の表面電位を飽和させる電位飽和工程と、電位飽和工程により表面電位が飽和した像担持体を、副走査方向に一定の割合で変位しながら主走査方向全域に連続する露光パターンで露光する露光工程と、像担持体の表面に形成された露光パターンが帯電部材を通過する際に流れる帯電電流を電流検出部で検出する電流検出工程と、を含み、帯電部材の主走査方向における汚染状態を判定する汚染状態判定モードを実行可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、像担持体に接触する帯電部材を備えた複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に関し、特に、帯電部材の寿命を予測する方法に関するものである。

電子写真プロセスを用いた画像形成装置において、像担持体である感光体ドラムの表面を均一に帯電させる手段として、コロナ放電器を備えたスコロトロン帯電装置やコロトロン帯電装置等のコロナ帯電方式と、帯電ローラーに代表される導電性の帯電部材を備えた接触帯電方式とがある。近年、スコロトロン方式やコロトロン方式の帯電装置に代えて、感光体ドラムに対し接触配置又は近接配置されて感光体ドラムを帯電する帯電部材（帯電ローラー等）を備えたオゾン発生量の少ない接触帯電式の帯電装置が用いられる。

接触帯電式の帯電装置では、帯電部材が感光体ドラムに接触しているために、クリーニングブレードをすり抜けた高電気抵抗のトナー外添剤が帯電部材に付着する。帯電装置を長期間使用してトナー外添剤の付着量が多くなると、帯電部材の付着した部分の帯電特性が低下する。その結果、感光体ドラムの表面電位が部分的に低下し、カブリ画像が発生するという問題点があった。

従来は、帯電部材にスポンジやブラシ等からなる帯電クリーニング部材を接触させて帯電部材に付着したトナー外添剤を除去していた。しかし、高濃度画像の連続印字や高温高湿環境下、或いは低温低湿環境下での連続印字を行うとクリーニングブレードをすり抜けるトナー外添剤の量が多くなって帯電部材に付着するトナー外添剤量も増加する場合がある。そのため、帯電クリーニング部材では帯電部材に付着するトナー外添剤を十分に除去できないことがあった。

そこで、帯電部材の汚れにより帯電性能が低下した場合に帯電部材の寿命を検知する方法が提案されており、特許文献１には、像担持体と像担持体の表面に接触する帯電部材により像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、像担持体の表面を露光する露光手段と、帯電手段の帯電に伴って流れる帯電電流を検出する検出手段と、帯電電流が既定値に達した場合に帯電部材の寿命警告を報知する手段とを有し、検知のための帯電電流が設定値以下の場合に寿命に達したと判断して警告を報知する方法が開示されている。

特開平８−１５２７６６号公報

特許文献１の方法は、帯電部材の主走査方向全域での平均抵抗に基づいて帯電部材の寿命を判定するものである。そのため、トナー外添剤が部分的に付着し、その部分のみ帯電部材の電気抵抗が上昇した場合には抵抗値が平均化されてしまい、帯電部材の部分的な汚れによる帯電性能の低下を検知することができなかった。

本発明は、上記問題点に鑑み、帯電部材の主走査方向において部分的な汚染が発生した場合でも帯電部材の汚染状態を正確に判定可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、像担持体と、帯電部材と、露光装置と、除電装置と、高圧発生回路と、電流検出部と、制御部と、を備えた画像形成装置である。像担持体は、表面に感光層が形成される。帯電部材は、像担持体の表面に接触して像担持体を帯電させる。露光装置は、帯電部材により帯電された像担持体表面を露光走査して像担持体上に静電潜像を形成する。除電装置は、像担持体表面の残留電荷を除去する。高圧発生回路は、帯電部材に直流電圧と交流電圧とを重畳した振動電圧を印加する。電流検出部は、帯電部材と像担持体との間に流れる帯電電流を検出する。制御部は、高圧発生回路を制御する。制御部は、非画像形成時に帯電部材に直流電圧のみを印加し、且つ除電装置の駆動を停止することで像担持体の表面電位を飽和させる電位飽和工程と、電位飽和工程により表面電位が飽和した像担持体を、露光装置により副走査方向に一定の割合で変位しながら主走査方向全域に連続する露光パターンで露光する露光工程と、露光工程によって像担持体の表面に形成された露光パターンが帯電部材を通過する際に流れる帯電電流を電流検出部で検出する電流検出工程と、を含み、電流検出工程において検出された帯電電流に基づいて帯電部材の主走査方向における汚染状態を判定する汚染状態判定モードを実行可能である。

本発明の第１の構成によれば、帯電部材の主走査方向の一部のみが汚染されている場合でも、帯電部材の汚染状態を正確に判定することができる。従って、帯電部材の汚染状況を確実に把握して適切な交換時期を通知することができ、帯電部材の帯電特性が部分的に低下することによる縦筋画像やカブリ画像の発生を効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の内部構成を示す側面断面図 帯電装置４の制御経路を含む画像形成部Ｐ周辺の部分拡大図 画像形成装置１００において汚染状態判定モードの実行中に帯電ローラー４１から感光体ドラム５に流れる帯電電流Ｉｐｃの時間的変化を示すグラフ 汚染状態判定モードに使用する露光パターンの一例を示す図 汚染状態判定モードに使用する露光パターンの他の例を示す図 露光パターンＥが帯電ローラー４１を通過中の帯電電流Ｉｐｃの時間的変化の部分拡大図であり、帯電ローラー４１が汚染されていない状態を示す図 露光パターンＥが帯電ローラー４１を通過中の帯電電流Ｉｐｃの時間的変化の部分拡大図であり、帯電ローラー４１が部分的に汚染されている状態を示す図

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の内部構造を示す側面断面図である。画像形成装置（ここではモノクロプリンター）１００内には、帯電、露光、現像および転写の各工程によりモノクロ画像を形成する画像形成部Ｐが配設されている。画像形成部Ｐには、感光体ドラム５の回転方向（図１の時計回り方向）に沿って、帯電装置４、露光装置（レーザー走査ユニット等）７、現像装置８、転写ローラー１４、クリーニング装置１９、及び除電装置６が配設されている。

感光体ドラム５は、例えば、アルミニウム製のドラム素管の表面に、感光層として正帯電性光導電体であるアモルファスシリコン層が蒸着されて形成される。感光体ドラム５は、ドラム駆動部（図示せず）によって、支軸を中心に定速回転駆動される。

画像形成動作を行う場合、図１の反時計回り方向に回転する感光体ドラム５が帯電装置４により一様に帯電され、原稿画像データに基づく露光装置７からのレーザービームにより感光体ドラム５上に静電潜像が形成され、現像装置８により静電潜像に現像剤（以下、トナーという）が付着されてトナー像が形成される。

現像装置８へのトナーの供給はトナーコンテナ９から行われる。なお、画像データはパーソナルコンピューター（図示せず）等から送信される。また、感光体ドラム５の表面に除電光を照射して残留電荷を除去する除電装置６が、感光体ドラム５の回転方向に対しクリーニング装置１９の下流側に設けられている。

上記のようにトナー像が形成された感光体ドラム５に向けて、用紙（記録媒体）が給紙カセット１０又は手差し給紙装置１１から用紙搬送路１２及びレジストローラー対１３を経由して搬送され、転写ローラー１４により感光体ドラム５の表面に形成されたトナー像が用紙に転写される。トナー像が転写された用紙は感光体ドラム５から分離され、定着装置１５に搬送されてトナー像が定着される。定着装置１５を通過した用紙は、用紙搬送路１６により装置上部に搬送され、用紙の片面のみに画像を形成する場合（片面印字時）は、排出ローラー対１７により排出トレイ１８に排出される。

一方、用紙の両面に画像を形成する場合（両面印字時）は、用紙の後端が用紙搬送路１６の分岐部２０を通過した後に搬送方向を逆転させる。これにより、用紙は分岐部２０から分岐する反転搬送路２１に振り分けられ、画像面を反転させた状態でレジストローラー対１３に再搬送される。そして、感光体ドラム５上に形成された次のトナー像が、転写ローラー１４によって用紙の画像が形成されていない面に転写される。トナー像が転写された用紙は、定着装置１５に搬送されてトナー像が定着された後、排出ローラー対１７により排出トレイ１８に排出される。

図２は、帯電装置４の制御経路を含む画像形成部Ｐ周辺の部分拡大図である。帯電装置４は、感光体ドラム５に接触するように配置され感光体ドラム５を帯電処理する帯電ローラー４１を備える。

帯電ローラー４１は、芯金４１ａに、導電性及び弾力性を有するエピクロルヒドリンゴム等の材料からなる導電層４１ｂを被覆することにより形成されており、感光体ドラム５に当接するように配置されている。図２に示すように、感光体ドラム５が反時計回り方向に回転すると、感光体ドラム５の表面に接触する帯電ローラー４１が時計回り方向に従動回転する。このとき、帯電ローラー４１に所定の電圧を印加することにより、感光体ドラム５の表面が一様に帯電される。

帯電ローラー４１は、直流電圧と交流電圧が重畳された振動電圧を生成する高圧発生回路４３に接続されている。高圧発生回路４３は、交流定電圧電源４３ａと、直流定電圧電源４３ｂと、電流検出部４３ｃとを備える。交流定電圧電源４３ａは、昇圧トランス（図示せず）を用いてパルス状に変調した低圧直流電圧から発生させた正弦波の交流電圧を出力する。直流定電圧電源４３ｂは、昇圧トランスを用いてパルス状に変調した低圧直流電圧から発生させた正弦波の交流電圧を整流した直流電圧を出力する。電流検出部４３ｃは、帯電ローラー４１と感光体ドラム５との間の直流電流値を検出する。

次に、画像形成装置１００の制御システムについて図２を参照して説明する。画像形成装置１００には、ＣＰＵ等で構成される主制御部８０が設けられている。主制御部８０は、ＲＯＭやＲＡＭ等からなる記憶部７０に接続される。主制御部８０は、記憶部７０に格納された制御プログラムや制御用データに基づいて画像形成装置１００の各部（帯電装置４、除電装置６、露光装置７、現像装置８、転写ローラー１４、クリーニング装置１９、定着装置１５、電圧制御部４５等）を制御する。

電圧制御部４５は、帯電ローラー４１に振動電圧を印加する高圧発生回路４３を制御する。なお、電圧制御部４５は、記憶部７０に記憶される制御プログラムで構成されていてもよい。

主制御部８０には液晶表示部９０、送受信部９１が接続されている。液晶表示部９０は、ユーザーが画像形成装置１００の各種設定を行うためのタッチパネルとして機能するとともに、画像形成装置１００の状態、画像形成状況や印字枚数等を表示する。送受信部９１は、電話回線やインターネット回線を用いて外部との通信を行う。

前述したように、帯電装置４を長期間使用して帯電ローラー４１へのトナー外添剤等の付着量が多くなると、帯電ローラー４１のトナー外添剤が付着した部分の帯電特性が低下する。その結果、感光体ドラム５の表面電位が部分的に低下し、カブリ画像が発生する。そこで、本発明の画像形成装置１００では、帯電ローラー４１の部分的な汚染状態を判定する汚染状態判定モードを実行可能としている。この汚染状態判定モードは、画像形成装置１００の電源投入時、または画像形成装置１００が所定時間印字動作を行わなかった場合に画像形成装置１００を構成する各部材、装置への電力供給を制限する省電力モード（スリープモード）からの復帰時、或いは直前の汚染状態判定モードの実行後、所定の印字枚数に到達する毎に実行される。

図３は、画像形成装置１００において汚染状態判定モードの実行中に帯電ローラー４１から感光体ドラム５に流れる帯電電流Ｉｐｃの時間的変化を示すグラフである。図１乃至図３を参照しながら、本発明の画像形成装置１００における汚染状態判定モードの実行手順について詳細に説明する。先ず、主制御部８０から電圧制御部４５に制御信号を送信することにより、感光体ドラム５を回転駆動させた状態で直流定電圧電源４３ａから帯電ローラー４１に直流電圧（ここでは３００Ｖ）を印加する。そして、時間Ｔ１において除電装置６への通電をオフとすることにより感光体ドラム５の表面電位は帯電ローラー４１に印加した直流電圧と同電位となる。

この状態で感光体ドラム５を数周（例えば３周）回転させると、感光体ドラム５の表面電位が飽和状態となり、帯電ローラー４１から感光体ドラム５へ帯電電流Ｉｐｃが流れなくなる。なお、漏れ電流（リーク）と感光体ドラム５の暗減衰の影響により、図３に示すように帯電電流Ｉｐｃは完全に０にはならないが、ほぼ０に近い一定値（Ｉｐｃ０）となる。

次に、感光体ドラム５の表面電位が飽和した状態で、露光装置７からのレーザービームにより感光体ドラム５の表面を所定のパターンで露光する。露光パターンの一例を図４に示す。

露光パターンＥは、感光体ドラム５の主走査方向（軸方向、矢印Ｘ方向）に区画された複数のブロックを、副走査方向（周方向、矢印Ｙ方向）に段階的に変位させたものである。帯電電流Ｉｐｃを検出する際のサンプリング（読み取り）周期を１ｍｓｅｃとすれば、各ブロックの幅（露光時間）Δｔが１０ｍｓｅｃであるとき１ブロック当たり１０回のサンプリングが可能となる。Ａ３サイズ（２９７ｍｍ×４２０ｍｍ）の用紙に対応する画像形成装置１００では、３０ブロック以上に区画された露光パターンＥが必要であり、３０×１０＝３００回のサンプリングが可能となる。従って、Δｔは１０ｍｓｅｃ以上であることが好ましい。

また、露光パターンＥの副走査方向の長さが感光体ドラム５の周長を超えると、先の露光の影響により感光体ドラム５の表面電位が飽和状態に戻りきらない可能性があり、帯電電流Ｉｐｃを正確に検知できなくなるおそれがある。従って、露光パターンＥの副走査方向の長さは感光体ドラム５の周長以下に収めることが好ましい。

なお、露光パターンＥは図４に示した階段状のパターンに限らず、図５に示すような直線状のパターンであってもよい。即ち、副走査方向に一定の割合で変位しながら主走査方向全域に連続するような露光パターンＥを用いて感光体ドラム５の表面を露光すればよい。但し、図４に示したような、主走査方向に連続する複数のブロックを副走査方向に段階的に変位させた露光パターンＥを用いるほうが、帯電ローラー４１の軸方向における帯電電流Ｉｐｃの部分的な変化をより正確に検知できるため好ましい。

その後、感光体ドラム５の回転により露光パターンＥが帯電ローラー４１に到達する（時間Ｔ２）。露光パターンＥの各ブロックは副走査方向に段階的に変位しているため、各ブロックは露光パターンＥの一端側から他端側に向かって帯電ローラー４１を順次通過する。このとき、露光によって減衰した感光体ドラム５表面の電荷が補充されるため、帯電ローラー４１から感光体ドラム５表面の露光パターンＥの各ブロックへ帯電電流Ｉｐｃ１が順次流れる。この帯電電流Ｉｐｃを電流検出部４３ｃで１ブロックにつき複数回（例えば１０回）、全てのブロックについてサンプリングする。

その後、露光パターンＥの全域が帯電ローラー４１を通過すると（時間Ｔ３）、再び帯電電流Ｉｐｃは流れなくなる（Ｉｐｃ０となる）。露光パターンＥの露光が終了し、全ブロックにおいて帯電電流Ｉｄｃをサンプリングした後は、除電装置６への通電をオンして感光体ドラム５の表面の残留電荷を除去し、通常の画像形成装置１００の立ち上げ動作に移行させる。

図６および図７は、図４における露光パターンＥが帯電ローラー４１を通過中（時間Ｔ２からＴ３まで）の帯電電流Ｉｐｃの時間的変化の部分拡大図である。露光パターンＥの各ブロックでの露光面積が同一であるため、帯電ローラー４１がトナー外添剤等によって汚染されていない状態では、図６のように帯電電流Ｉｐｃはほぼ一定値（Ｉｐｃ１）となる。

一方、帯電ローラー４１の一部分がトナー外添剤等によって汚染されていると、図７のように部分的に帯電電流Ｉｐｃが低下する箇所が存在する。そこで、露光パターンＥの全ブロックでの帯電電流の平均値と各ブロックでの帯電電流の最小値とを比較することにより、帯電ローラー４１の軸方向の汚染状況を知ることができる。

具体的には、露光パターンＥの全ブロックでサンプリングした帯電電流Ｉｐｃから平均電流Ｉａｖｅを求める。また、サンプリングした全ての帯電電流Ｉｐｃ中の最小値Ｉｍｉｎも同時に求める。そして、平均値Ｉａｖｅと最小値Ｉｍｉｎとを比較して帯電電流Ｉｐｃが所定以上低下している（変動幅ΔＩｐｃが所定幅以上である）ブロックが存在すると、その部分において帯電ローラー４１が汚染されていると判断する。

実験の結果より、帯電電流Ｉｐｃが部分的に３０％以上低下すると、その部分において縦筋画像やカブリ画像の不具合が発生することが分かっている。そのため、帯電電流Ｉｐｃが２０％低下している部分がある状態で印字を継続すると、やがて帯電電流Ｉｐｃが３０％低下して縦筋画像やカブリ画像が発生する可能性がある。

そこで、帯電電流Ｉｐｃが２０％低下している部分があるとき帯電ローラー４１の寿命が近いと判断して、例えば送受信部９１からメンテナンスを行うサービスマンの通信端末に帯電ローラー４１の交換を促す通知をＣＢＭ（Condition Based Maintenance）アラートとして送信する。これにより、サービスマンに帯電ローラー４１の寿命が近いことを通知することができ、画像形成装置１００の予知保全を確実に行うことができる。また、サービスマンによる監視負担やメンテナンスコストも極力軽減することができる。

上記の制御によれば、帯電ローラー４１の軸方向の一部のみが汚染されている場合でも、帯電ローラー４１の汚染状態、およびそれに伴う帯電特性の部分的な低下を正確に検知することができる。従って、帯電ローラー４１の汚染状況を確実に把握して帯電ローラー４１の適切な交換時期を通知することができ、感光体ドラム５の帯電不良に起因する縦筋画像やカブリ画像の発生を効果的に抑制することができる。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では送受信部９１を用いて帯電ローラー４１の寿命が近いことをサービスマンに直接通知するようにしたが、例えば液晶表示部９０に帯電ローラー４１の交換を促す通知を表示することにより、帯電ローラー４１の寿命が近いことをユーザーに通知するようにしてもよい。

また、上記実施形態では画像形成装置１００として図１に示したようなモノクロプリンターを例に挙げて説明したが、モノクロプリンターに限らず、モノクロ及びカラー複写機、デジタル複合機、カラープリンター、ファクシミリ等の他の画像形成装置であってもよい。

本発明は、像担持体に接触する帯電部材を用いて像担持体を帯電させる接触帯電式の帯電装置を備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、帯電部材の主走査方向における部分的な汚染を検知することにより帯電部材の寿命を精度よく予測可能な画像形成装置を提供することができる。

４ 帯電装置
５ 感光体ドラム（像担持体）
６ 除電装置
７ 露光装置
８ 現像装置
１４ 転写ローラー
４１ 帯電ローラー（帯電部材）
４３ 高圧発生回路
４３ａ 直流定電圧電源
４３ｂ 交流定電圧電源
４３ｃ 電流検出部
４５ 電圧制御部
７０ 記憶部
８０ 主制御部
９０ 液晶表示部（通知装置）
９１ 送受信部（通知装置）
１００ 画像形成装置
Ｅ 露光パターン

Claims (6)

1. 表面に感光層が形成された像担持体と、
   該像担持体の表面に接触して前記像担持体を帯電させる帯電部材と、
   該帯電部材により帯電された前記像担持体表面を露光走査して前記像担持体上に静電潜像を形成する露光装置と、
   前記像担持体表面の残留電荷を除去する除電装置と、
   該帯電部材に直流電圧と交流電圧とを重畳した振動電圧を印加する高圧発生回路と、
   前記帯電部材及び前記像担持体の間に流れる帯電電流を検出する電流検出部と、
   前記高圧発生回路を制御する制御部と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記制御部は、
   非画像形成時に前記帯電部材に前記直流電圧のみを印加し、且つ前記除電装置の駆動を停止することで前記像担持体の表面電位を飽和させる電位飽和工程と、
   前記電位飽和工程により表面電位が飽和した前記像担持体を、前記露光装置により副走査方向に一定の割合で変位しながら主走査方向全域に連続する露光パターンで露光する露光工程と、
   前記露光工程によって前記像担持体の表面に形成された露光パターンが前記帯電部材を通過する際に流れる前記帯電電流を前記電流検出部で検出する電流検出工程と、を含み、
   前記電流検出工程において検出された前記帯電電流に基づいて前記帯電部材の前記主走査方向における汚染状態を判定する汚染状態判定モードを実行可能であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記露光パターンは、主走査方向に連続する複数のブロックを副走査方向に段階的に変位させたものであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記露光パターンは、副走査方向の長さが前記像担持体の周長以下であ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. 前記制御部は、前記電流検出工程において前記露光パターン全体で検出された前記帯電電流の平均値に対する前記帯電電流の最小値の変動幅が所定以上であるとき前記帯電部材が汚染されていると判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記制御部によって判定された前記帯電部材の汚染状態を通知する通知装置を備え、
   前記制御部は、前記帯電電流の平均値に対する前記帯電電流の最小値の変動幅が所定以上であるとき前記通知装置を用いて前記帯電部材の交換を促す通知を行うことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、印字動作が所定時間継続して行われなかった場合、前記画像形成装置を構成する各部材または装置への電力供給を制限する省電力モードへ移行するとともに、
   前記制御部は、前記画像形成装置への電源投入時、前記省電力モードからの復帰時、または直前の前記汚染状態判定モードの実行からの印字枚数が所定枚数に到達する毎に前記汚染状態判定モードを実行することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。

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