JP2018205561A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用環境や感光層の膜厚に係わらず、像担持体表面へのトナーやキャリアの付着を抑制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、現像装置と、電圧印加装置４２，４３と、温湿度検知装置５０と、膜厚検出装置と、制御部９０と、を備える。制御部は、像担持体の表面電位を中間電位を経て基準電位まで複数段階に分けて立ち上げ、基準電位から中間電位を経て複数段階に分けて立ち下げる。制御部は、温湿度検知装置により検知された温湿度及び膜厚検出装置により検出された感光層の膜厚に応じて像担持体の表面電位が基準電位となる基準バイアスを決定し、像担持体の表面電位を中間電位とする際は、基準バイアスから所定の補正バイアス値を差し引いた中間バイアスに設定するとともに、中間電位が所定電位よりも低い場合は、温湿度及び感光層の膜厚に応じて補正バイアス値を変化させる。【選択図】図３

Description

本発明は、複写機、レーザープリンター、ファクシミリ等の、電子写真式の画像形成装置に関し、特に、感光体ドラムの表面を接触若しくは非接触の状態で帯電させる帯電部材を備えた画像形成装置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、感光体ドラムの表面を均一に帯電させる好適な手段としては、コロナ放電器を備えたコロナ帯電方式と、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。コロナ放電器はオゾン等のコロナ生成物が多く発生するので、オゾンにより空気中の成分が分解され、ＮＯｘやＳＯｘ等のイオン生成物が生成される。そのため、近年ではコロナ帯電方式に代えて接触帯電方式が採用される傾向が認められる。この接触帯電方式は、特にＤＣ電圧若しくはＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した電圧を印加することによりオゾン、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の発生を抑制可能である。

特に、複数の帯電装置を有するタンデム式のカラー画像形成装置では、オゾン発生量が多くなるため接触帯電方式を採用するメリットは大きい。また、ＤＣ電圧のみを印加する方式（以下、ＤＣ帯電ともいう）と、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した電圧を印加する方式（以下、ＡＣ＋ＤＣ帯電ともいう）を比較した場合、帯電均一性を確保するためにはＡＣ＋ＤＣ帯電が優れているが、ＤＣ帯電の方が発生するオゾン量も少なく、電源（高圧トランス）のコストも低減できるため、近年ではＤＣ帯電が主流となりつつある。

ここで、トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を用いる二成分現像方式の場合、感光体ドラムが帯電された帯電電位（表面電位）と現像ローラーに印加される現像バイアスとの関係によって、帯電電位が低い場合はトナーが感光体ドラムの非現像領域に付着してしまい、反対に帯電電位が高い場合はキャリアが感光体ドラムに付着してしまうという問題点があった。

そこで、特許文献１には、像担持体の帯電電位及び現像バイアスの立ち上げ時又は立ち下げ時のタイミングを調整し、トナー付着が発生する電位差とキャリアが付着する電位差をそれぞれ越えないように複数回に別けて徐々に画像形成時の帯電電位に設定する画像形成装置が開示されている。

特開２００１−２３５９１３号公報

しかしながら、特許文献１の方法を採用したとしても、使用環境や感光層の膜厚により感光体ドラムの表面電位が変化するという問題がある。具体的には、感光体ドラムの表面電位を所定値にするために帯電部材に印加する電圧が使用環境によって変化する。そのため、温湿度の変化により感光体ドラムの表面電位が狙いの電位よりも高く、或いは低くなってしまい、感光体ドラムへのトナーやキャリアの付着が発生することがあった。

本発明は、上記問題点に鑑み、使用環境や感光層の膜厚に係わらず、像担持体表面へのトナーやキャリアの付着を抑制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、現像装置と、電圧印加装置と、温湿度検知装置と、膜厚検出装置と、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、像担持体の表面に対し接触若しくは非接触状態で像担持体表面を帯電させる。現像装置は、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を担持する現像剤担持体に現像バイアスを印加して像担持体の表面に形成された静電潜像を現像する。電圧印加装置は、帯電部材に帯電バイアスを印加し、現像剤担持体に現像バイアスを印加する。温湿度検知装置は、画像形成装置外部の温度および湿度を検知する。膜厚検出装置は、感光層の膜厚を検出する。制御部は、電圧印加装置を制御する。制御部は、帯電バイアスおよび現像バイアスを変化させることにより、像担持体の表面電位を１つ以上の中間電位を経て基準電位まで複数段階に分けて立ち上げ、または基準電位から中間電位を経て立ち下げるとともに、現像剤担持体の電位を複数段階に分けて立ち上げ、または立ち下げる制御を実行可能である。制御部は、温湿度検知装置により検知された温湿度、および膜厚検出装置により検出された感光層の膜厚に応じて像担持体の表面電位が基準電位となる基準バイアスを決定し、像担持体の表面電位を中間電位とする際は、基準バイアスから所定の補正バイアス値を差し引いた中間バイアスに設定する。中間電位が所定電位よりも低い場合は、温湿度検知装置により検知された温湿度および膜厚検出装置により検出された感光層の膜厚に応じて補正バイアス値を変化させる。

本発明の第１の構成によれば、像担持体の表面電位を１つ以上の中間電位を経て基準電位まで複数段階に分けて立ち上げる際、または、基準電位から１つ以上の中間電位を経て複数段階に分けて立ち下げる際に経由する中間電位を、温湿度条件および感光層の膜厚に係わらず狙いの電位に精度良く設定することができる。従って、現像剤担持体から像担持体へのキャリア付着やトナー付着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カラープリンター１００の全体構成を示す概略断面図 図１における画像形成ユニットＰａ周辺の部分拡大図 カラープリンター１００の制御経路を示すブロック図 本実施形態のカラープリンター１００における印字開始時の感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位と現像バイアスの推移を示すグラフ 本実施形態のカラープリンター１００における印字終了時の感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位と現像バイアスの推移を示すグラフ 帯電ローラー２１に印加される帯電バイアスと感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位との関係を示すグラフ 感光体ドラム１ａ〜１ｄの感光層１９ｂの膜厚が変化したときの帯電バイアスと感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位との関係を示すグラフ 厚膜ドラムおよび薄膜ドラムに対する帯電バイアスを補正して基準電位Ｖｈを５００Ｖに設定した場合の帯電バイアスと表面電位の関係をイメージ化したグラフ

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るカラープリンター１００の構成を示す概略図であり、図２は、図１における画像形成ユニットＰａ付近の拡大図である。なお、画像形成ユニットＰｂ〜Ｐｄについても基本的に同様の構成であるため説明を省略する。カラープリンター１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄがそれぞれ配設されている。さらに、テンションローラー１０と駆動ローラー１１を含む複数のローラーに掛け回され、図１において時計回り方向に回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。図２に示すように、感光体ドラム１ａの周囲には、ドラム回転方向（図２の反時計回り方向）に沿って帯電装置２ａ、現像装置３ａ、クリーニング装置５ａ、及び除電ランプ２０が配設され、中間転写ベルト８を挟んで一次転写ローラー６ａが配置されている。

感光体ドラム１ａ〜１ｄは、支持体（導電性基体）である素管１９ａと、素管１９ａの表面に形成される感光層１９ｂとで構成される。本実施形態では、アルミニウム製の円筒状の素管１９ａの表面に、感光層１９ｂとして電荷発生剤、電荷輸送剤、結着樹脂（バインダー）、フィラーを同一層に含有した正帯電単層型有機感光層（ＯＰＣ）を積層している。

帯電装置２ａ〜２ｄは、感光体ドラム１ａに接触してドラム表面に帯電バイアス（ＤＣ電圧）を印加する帯電ローラー２１と、帯電ローラー２１をクリーニングするための帯電クリーニングローラー２３とを有している。本発明においては、発生するオゾン量を少なくし、且つ帯電バイアス電源４２（図３参照）のコストを低減するために、直流電圧のみからなる帯電バイアスを帯電ローラー２１に印加している。

現像装置３ａ〜３ｄは、２本の攪拌搬送スクリュー２５と、現像ローラー２９とを有する二成分現像式であり、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用いて現像ローラー２９表面に磁気ブラシを形成し、現像ローラー２９にトナーと同極性（正）の現像バイアスを印加した状態で感光体ドラム１ａ表面に磁気ブラシを接触させてトナーを付着させる。

パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させる。次いで露光装置４によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置３ａ〜３ｄ内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ（図示せず）から各現像装置３ａ〜３ｄにトナーが補給される。この現像剤中のトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光装置４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより一次転写ローラー６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に所定の転写電圧を付与することにより、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。一次転写後に感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナー等はクリーニング装置５ａ〜５ｄにより除去される。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、カラープリンター１００内の下部に配置された用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａおよびレジストローラー対１２ｂを介して転写紙Ｐが所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラー９と中間転写ベルト８のニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送される。トナー像が二次転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラー対１３により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、そのまま（或いは分岐部１４によって反転搬送路１８に振り分けられ、両面に画像が形成された後）排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

次に、本発明のカラープリンター１００の制御経路について説明する。図３は、本発明のカラープリンター１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、カラープリンター１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、カラープリンター１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き自在の記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、感光体ドラム１ａ〜１ｄの駆動時間を計測する時間計測部９５、カラープリンター１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部６０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、カラープリンター１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、カラープリンター１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、カラープリンター１００の制御途中で発生した必要なデータや、カラープリンター１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、ＲＯＭ９２（或いはＲＡＭ９３）には、後述するように機外温度及び湿度に基づいて帯電バイアスを決定する際に用いられる温湿度帯電補正テーブルも格納されている。

また、制御部９０は、カラープリンター１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、露光装置４、一次転写ローラー６ａ〜６ｄ、二次転写ローラー９、画像入力部４０、バイアス制御回路４１、機外温湿度センサー５０、操作部６０等が挙げられる。

画像入力部４０は、パソコン等からカラープリンター１００に送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部４０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２、現像バイアス電源４３、及び転写バイアス電源４４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させるものであり、これらの各電源はバイアス制御回路４１からの制御信号によって、帯電バイアス電源４２は帯電装置２ａ〜２ｄ内の帯電ローラー２１に、現像バイアス電源４３は現像装置３ａ〜３ｄ内の現像ローラー２９に、転写バイアス電源４４は一次転写ローラー６ａ〜６ｄ及び二次転写ローラー９に、それぞれ所定のバイアスを印加する。

機外温湿度センサー５０は、カラープリンター１００外部の温度及び湿度を検知するものである。機外温湿度センサー５０は、カラープリンター１００内において定着部７等の熱の影響を受け難い場所に配置される。

操作部６０には、液晶表示部６１、各種の状態を示すＬＥＤ６２が設けられており、ユーザーは操作部６０のストップ／クリアボタンを操作して画像形成を中止し、リセットボタンを操作してカラープリンター１００の各種設定をデフォルト状態にする。液晶表示部６１は、カラープリンター１００の状態を示したり、画像形成状況や印字部数を表示したりするようになっている。カラープリンター１００の各種設定はパソコンのプリンタードライバーから行われる。

図１に示したカラープリンター１００においては、印字開始時及び印字終了時に、感光体ドラム１ａ〜１ｄの帯電電位および現像ローラー２９に印加される現像バイアスを複数段階に制御している。図４及び図５は、それぞれ本実施形態のカラープリンター１００における印字開始時及び印字終了時の感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位と現像ローラー２９に印加される現像バイアスの推移を示すグラフである。

印字動作を開始する場合、各画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄの感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転駆動が開始されるとともに、バイアス制御回路４１によって帯電バイアス電源４２から帯電ローラー２１に中間バイアスＶ１が印加される。これにより、図４に示すように、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面は印字中の基準電位Ｖｈ（ここでは５００Ｖ）よりも低い中間電位Ｖｈ１（１００Ｖ）に帯電される。中間電位Ｖｈ１は、現像バイアスが印加されていない状態での現像ローラー２９の電位（略０Ｖ）と中間電位Ｖｈ１との電位差が所定値（現像ローラー２９の表面に担持された磁気ブラシ中の磁性キャリアが感光体ドラム１ａ〜１ｄに付着する電位差の下限値）を超えないように設定されている。

次に、バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２を制御することにより、帯電ローラー２１に中間バイアスＶ２（＞Ｖ１）を印加して感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を中間電位Ｖｈ１よりも高い中間電位Ｖｈ２（２００Ｖ）に帯電させる。そして、感光体ドラム１ａ〜１ｄが帯電装置２ａ〜２ｄと現像装置３ａ〜３ｄとの距離（帯電−現像間距離ｄ）だけ回転すると、中間電位Ｖｈ２に帯電された帯電領域の端部が現像装置３ａ〜３ｄの現像ローラー２９と対向する現像領域に移動する。

このとき、現像ローラー２９には、バイアス制御回路４１によって現像バイアス電源４３から所定の中間現像バイアスＶｄｃ１（１００Ｖ）が印加される。中間現像バイアスＶｄｃ１は中間電位Ｖｈ２よりも低いため、現像ローラー２９の表面に担持された磁気ブラシ中のトナーが感光体ドラム１ａ〜１ｄに付着するおそれはない。

中間現像バイアスＶｄｃ１が印加された後、バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２を制御することにより、帯電ローラー２１に中間バイアスＶ３（＞Ｖ２）を印加して感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を中間電位Ｖｈ３（３００Ｖ）に帯電させる。中間電位Ｖｈ３は、中間現像バイアスＶｄｃ１との電位差が所定値を超えないように設定されているため、現像ローラー２９の表面に担持された磁気ブラシ中の磁性キャリアが感光体ドラム１ａ〜１ｄに付着するおそれはない。

そして、感光体ドラム１ａ〜１ｄが帯電−現像間距離ｄだけ回転すると、現像ローラー２９には、バイアス制御回路４１によって現像バイアス電源４３から中間現像バイアスＶｄｃ２（２００Ｖ）が印加される。中間現像バイアスＶｄｃ２は中間電位Ｖｈ３よりも低いため、現像ローラー２９の表面に担持された磁気ブラシ中のトナーが感光体ドラム１ａ〜１ｄに付着するおそれはない。

以下、同様にして帯電ローラー２１に中間バイアスＶ４（＞Ｖ３）を印加して感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を中間電位Ｖｈ４（４００Ｖ）に帯電させる。その後、帯電ローラー２１に基準バイアスＶｓ（＞Ｖ４）を印加して感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を基準電位Ｖｈ（５００Ｖ）に帯電させる。また、現像ローラー２９には中間現像バイアスＶｄｃ３（３００Ｖ）を経て印字中の基準現像バイアスＶｄｃ（４００Ｖ）が印加される。

一方、印字動作を終了する場合は、図５に示すように、帯電バイアス電源４２から帯電ローラー２１に印加される帯電バイアスを基準バイアスＶｓから中間バイアスＶ４〜Ｖ１の順に段階的に低下させて、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を基準電位Ｖｈから中間電位Ｖｈ４〜Ｖｈ１に段階的に低下させる。また、バイアス制御回路４１によって現像バイアス電源４３から各現像装置３ａ〜３ｄの現像ローラー２９へ印加される現像バイアスが、基準現像バイアスＶｄｃからＶｄｃ３〜Ｖｄｃ１に段階的に切り換えられる。

感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位が中間電位Ｖｈ１に切り換えられた後、バイアス制御回路４１によって現像バイアス電源４３から現像ローラー２９への第１中間現像バイアスＶｄｃ１の印加が停止（０Ｖ）される。

中間現像バイアスＶｄｃ１の印加が停止された後、バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２から帯電ローラー２１に印加する中間バイアスＶ１をＯＦＦにする。中間バイアスＶ１をＯＦＦにした状態で感光体ドラム１ａ〜１ｄ及び現像装置３ａ〜３ｄの駆動が継続されると、現像ローラー２９上のトナーがドラム表面に付着するため、中間バイアスＶ１をＯＦＦにすると同時、または略同時に駆動を停止する。以上のようにして、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位は中間電位Ｖｈ１（１００Ｖ）を経て略０Ｖとなる。

上記の制御により、現像ローラーに対して感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位が大きくなり過ぎることによる感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面へのキャリアの付着、及び、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位に対して現像バイアスが大きくなり過ぎることによる非露光領域（白地部）へのトナーの付着の両方を抑制することができる。

次に、帯電ローラー２１に印加する基準バイアスＶｓ、中間バイアスＶ１〜Ｖ４の決定方法について説明する。本実施形態で用いる正帯電単層型有機感光層（ＯＰＣ）を有する感光体ドラム１ａ〜１ｄを、帯電ローラー２１に直流電圧を印加する直流帯電方式を用いて帯電させる場合、表面電位はカラープリンター１００の使用環境（機外温湿度）によって変化する。

図６は、帯電ローラー２１に印加される帯電バイアスと感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位（帯電電位）との関係を示すグラフである。図６に示すように、機外温度が高い場合（３０℃、図６の破線）、及び常温の場合（２５℃、図６の実線）は、帯電ローラー２１に印加される帯電バイアスと感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位は略比例関係にあり、帯電ローラー２１に印加される帯電バイアスが高くなるほど感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位も高くなる。

そこで、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を一定にするためには、カラープリンター１００の使用環境（機外温湿度）と帯電ローラー２１に印加する帯電バイアスとを関連づけて格納した補正テーブルを予めＲＡＭ９３に記憶させておき、機外温湿度に基づいて帯電ローラー２１に印加する基準バイアスＶｓを変更する方法が一般的である。５００Ｖの表面電位を得るための基準バイアスＶｓを決定する温湿度帯電補正テーブルを表１に示す。

例えば、機外温湿度センサー５０により検知された機外温度が２０℃、機外湿度が５０％である場合、表１から帯電バイアスの補正値は−２０Ｖである。そこで、表面電位の目標値が５００Ｖとなる基準バイアスＶｓから２０Ｖを差し引いた補正値を帯電ローラー２１に印加することにより、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を５００Ｖにすることができる。図６から、常温（２５℃）において表面電位の目標値が５００Ｖとなる帯電バイアスは１２００Ｖであることがわかる。従って、１２００Ｖ−２０Ｖ＝１１８０Ｖの帯電バイアスを帯電ローラー２１に印加すればよい。

また、機外温度が３０℃、機外湿度が６５％である場合、表１から帯電バイアスの補正値は−７０Ｖである。そこで、帯電バイアスの基準値（１２００Ｖ）から７０Ｖを差し引いた補正値（１１３０Ｖ）を帯電ローラー２１に印加することにより、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を５００Ｖにすることができる。

図６に示したように、帯電ローラー２１に印加する帯電バイアスを一定とした場合、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位は機外温度及び機外湿度が高くなるほど高くなる。そこで、表１のように低温低湿条件になるほど帯電バイアスの補正量を大きくする（直流電圧を大きくする）ことで、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を一定に維持することができる。

以上のように、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位と帯電ローラー２１に印加する帯電バイアスとは略比例関係にある。そのため、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を中間電位Ｖｈ１〜Ｖｈ４とする際は、表１を用いて決定された基準バイアスＶｓから基準電位Ｖｈと中間電位Ｖｈ１〜Ｖｈ４との電位差分だけ下げた中間バイアスＶ１〜Ｖ４を印加することで所望の表面電位が得られると考えられる。

しかし、機外温度が低い場合（１０℃、図６の一点鎖線）は、帯電ローラー２１に印加される帯電バイアスに対して感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位が直線的に変化しない。特に、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位が所定電位（２００Ｖ）よりも低い場合に狙いの電位よりも高くなる傾向にある。また、機外温度が低くなるほど、機外湿度が低くなるほど帯電バイアスの変化に対して表面電位が直線的に変化しない領域が増大する。

そのため、例えば中間電位Ｖｈ１を１００Ｖに設定しようとして、表１で得られた基準バイアスＶｓから４００Ｖ低下させた中間バイアスＶ１を印加した場合、実際の中間電位Ｖｈ１は１００Ｖ以上になってしまい、感光体ドラム１ａ〜１ｄへのキャリア付着を発生させてしまうリスクが増える。

そこで、本実施形態では、印字開始時、或いは印字終了時に１００Ｖ（または２００Ｖ）といった低い中間電位Ｖｈ１（または中間電位Ｖｈ２）を設定する場合は、表１に示した温湿度帯電補正テーブルによって設定された基準バイアスＶｓを、機外温湿度に応じてさらに補正して中間バイアスＶ１、Ｖ２を設定する。具体的には、基準バイアスＶｓから差し引く補正バイアス値を機外温湿度に応じて補正する。表２は、中間電位Ｖｈ１を１００Ｖに設定する場合に帯電ローラー２１に印加する中間バイアスＶ１の決定に用いる補正バイアス設定テーブルである。

例えば、機外温湿度センサー５０により検知された機外温度が１０℃、機外湿度が４０％である場合、表２から帯電バイアスの補正値は６００Ｖである。そこで、表面電位の目標値が５００Ｖとなる帯電バイアスから６００Ｖを差し引いた補正値を帯電ローラー２１に印加することにより、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を１００Ｖにすることができる。図６より、１０℃において表面電位の目標値が５００Ｖとなる基準バイアスＶｓは１４００Ｖであるから、表面電位の目標値が１００Ｖとなる帯電バイアスは１４００−６００＝８００Ｖであることがわかる。従って、機外温度が１０℃、機外湿度が４０％である場合は８００Ｖの中間バイアスＶ１を帯電ローラー２１に印加すればよく、この結果は図６のグラフとよく一致している。

また、機外温度が３０℃、機外湿度が６５％である場合、表２から帯電バイアスの補正値は４９０Ｖである。そこで、３０℃において表面電位の目標値が５００Ｖとなる基準バイアスＶｓ（１１００Ｖ）から４９０Ｖを差し引いた補正値（６１０Ｖ）を帯電ローラー２１に印加することにより、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を１００Ｖにすることができる。従って、機外温度が３０℃、機外湿度が６５％である場合は６１０Ｖの中間バイアスＶ１を帯電ローラー２１に印加すればよく、この結果は図６のグラフとよく一致している。

本実施形態では、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を、印字開始時においては中間電位Ｖｈ１〜Ｖｈ４を経て基準電位Ｖｈまで立ち上げ、印字終了時においては基準電位Ｖｈから中間電位Ｖｈ４〜Ｖｈ１を経て略０Ｖまで立ち下げる。また、現像ローラー２９に印加する現像バイアスを、印字開始時においては中間現像バイアスＶｄｃ１〜Ｖｄｃ３を経て基準現像バイアスＶｄｃまで立ち上げ、印字終了時においては基準現像バイアスＶｄｃから中間現像バイアスＶｄｃ３〜Ｖｄｃ１を経て略０Ｖまで立ち下げる。そして、表面電位を基準電位Ｖｈとする際に帯電ローラー２１に印加する基準バイアスＶｓを機外温湿度に応じて設定する。さらに、表面電位を中間電位Ｖｈ１（およびＶｈ２）とする際に帯電ローラー２１に印加する中間バイアスＶ１（およびＶ２）は、基準電位Ｖｈを得るための基準バイアスＶｓから機外温湿度に応じた所定のバイアス値を差し引いて求める。

これにより、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を基準電位Ｖｈまで立ち上げる際、及び、基準電位Ｖｈから立ち下げる際に経由する中間電位Ｖｈ１〜Ｖｈ４を、温湿度条件に係わらず狙いの電位に精度良く設定することができる。従って、現像ローラー２９から感光体ドラム１ａ〜１ｄへのキャリア付着やトナー付着を効果的に抑制することができる。

なお、図６に示したように、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位が２００Ｖを下回ると特に低温環境において帯電バイアスの上げ幅に対する表面電位の上昇幅が小さくなる。そのため、表面電位を２００Ｖよりも低い電位に設定する場合に狙いの表面電位まで上昇させ難くなる。そこで、表面電位を０Ｖから立ち上げる際（中間電位Ｖｈ１までの立ち上げ１段階目）の帯電バイアスの上げ幅を、２段階目以降の帯電バイアスの上げ幅に比べて大きくしておくことが好ましい。

例えば、表面電位を０Ｖから中間電位Ｖｈ１まで立ち上げる際の帯電バイアスの上げ幅を１３０Ｖとし、中間電位Ｖｈ１からＶｈ２まで立ち上げる際、Ｖｈ２からＶｈ３まで立ち上げる際、Ｖｈ３からＶｈ４まで立ち上げる際、およびＶｈ４から基準電位Ｖｈまで立ち上げる際の帯電バイアスの上げ幅を１００Ｖとする。これにより、表面電位を０Ｖから基準電位Ｖｈまで立ち上げる際の表面電位の上昇幅を略一定にすることができる。

なお、現像バイアスは金属製の現像ローラー２９に印加されるため、温度による上昇幅の変動はほとんど見られない。そのため、現像バイアスを０Ｖから基準バイアスまで立ち上げる際の現像バイアスの上げ幅は一定でよい。

図７は、感光体ドラム１ａ〜１ｄの感光層１９ｂの膜厚が変化したときの帯電バイアスと感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位（帯電電位）との関係を示すグラフである。図７に示すように、感光層１９ｂの膜厚が３６μｍ（最大値）の感光体ドラム１ａ〜１ｄ（厚膜ドラム、図７の実線で表示）では、感光層１９ｂの膜厚が１５μｍ（最小値）の感光体ドラム１ａ〜１ｄ（薄膜ドラム、図７の破線で表示）に比べて同一の帯電バイアスを印加したときの帯電電位が低くなっている。即ち、同一の使用環境下であっても、感光体ドラム１ａ〜１ｄの感光層１９ｂの膜厚が変化すると、同一の帯電バイアスを印加したときの帯電電位、および帯電電位が低いときの帯電バイアスに対する表面電位の挙動（変化率）が変化する。感光層１９ｂの膜厚変化によって帯電電位が変化するのは、感光層１９ｂの放電開始電圧が変化するためである。例えば感光層１９ｂの膜厚が１μｍ薄くなると、狙いの表面電位に帯電させるための帯電バイアスは約１０Ｖ小さくなる。

そこで、本実施形態では感光体ドラム１ａ〜１ｄの感光層１９ｂの膜厚変化に基づいて帯電バイアスを制御している。具体的には、表面電位の目標値が５００Ｖとなる基準バイアスＶｓを、感光層１９ｂの膜厚の減少に応じて下げる制御を行うことにより、基準電位Ｖｈを常に５００Ｖに設定する。図７より、感光層１９ｂの膜厚が３６μｍから１５μｍに変化したとき、基準バイアスＶｓは低電圧側に２００Ｖシフトする。そこで、膜厚が１５μｍのとき表面電位の目標値が５００Ｖとなる基準バイアスＶｓを１２００−２００＝１０００Ｖに設定し、さらに表１の温湿度帯電補正テーブルを用いて機外温湿度に基づいて帯電ローラー２１に印加する基準バイアスＶｓを変更する。

感光層１９ｂの膜厚は、制御部９０により算出された感光層１９ｂの摩耗量（削れ量）を感光層１９ｂの初期膜厚から差し引いて検出される。感光層１９ｂの膜厚を精度よく検出するためには感光層１９ｂの摩耗量を正確に算出する必要がある。従来、時間計測部９５により計測された感光体ドラム１ａ〜１ｄの累積駆動時間から感光層１９ｂの摩耗量を推定する方法が知られている。しかし、累積駆動時間が同じであっても感光体ドラム１ａ〜１ｄの使用状況によって感光層１９ｂの摩耗量が変化する。

例えば、搬送される用紙の厚みや種類、出力画像の種類に応じてプロセス速度が複数段階に切り換えられる場合、感光体ドラム１ａ〜１ｄも複数段階の線速で回転する。その場合、感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転時間（駆動時間）が同じであっても感光体ドラム１ａ〜１ｄの駆動量は線速によって異なる。そこで、感光体ドラム１ａ〜１ｄの累積駆動量を、感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転数、または外周面の移動距離（回転数×ドラム外周長）として算出することで、異なる線速で回転する感光体ドラム１ａ〜１ｄの累積駆動量を適切に算出することができる。

図８は、表１の温湿度帯電補正テーブルおよび表２の補正バイアス設定テーブルを用いて、厚膜ドラム（膜厚３６μｍ）および薄膜ドラム（膜厚１５μｍ）に対する帯電バイアスを補正して基準電位Ｖｈを５００Ｖに設定した場合のグラフである。なお、上述したように薄膜ドラムでは厚膜ドラムに比べて印加する帯電バイアスを２００Ｖ低電圧側にシフトさせるため、図８では横軸となる帯電バイアスは数値を記載せずに、帯電バイアスと表面電位の関係のみをイメージ化している。

図８に示すように、厚膜ドラム（図８の実線で表示）では、表面電位を２００Ｖよりも低い電位に設定する場合の帯電バイアスと表面電位の関係が直線的に変化しない。これに対し、薄膜ドラム（図８の破線で表示）では、表面電位を２００Ｖよりも低い電位に設定する場合の帯電バイアスと表面電位の関係が直線的に変化している。そのため、厚膜ドラムと同様に薄膜ドラムに対する帯電バイアスの立ち上げおよび立ち下げ制御を行うと、表面電位を２００Ｖよりも低い電位に設定する場合に感光層１９ｂの膜厚の変化によって帯電バイアスにずれが生じることがわかる。

例えば、表１および表２に示したような、感光層１９ｂの初期膜厚に合わせて補正値を設定したテーブルを用いて帯電バイアスの立ち上げおよび立ち下げ制御を行う場合について考える。感光体ドラム１ａ〜１ｄの使用初期においては表面電位が目標値（５００Ｖ或いは１００Ｖ）となるような帯電バイアスを設定可能である。しかし、耐久印字により感光層１９ｂが摩耗して薄膜化した状態で、表面電位の目標値が１００Ｖとなる帯電バイアス（中間バイアスＶ１）を設定すると、表面電位が１００Ｖよりも低くなってしまい、感光体ドラム１ａ〜１ｄへのトナー付着が発生する。

そこで、感光層１９ｂの膜厚が減少するにつれて表２に示す帯電バイアスの補正値を小さくすることで、表面電位を正確に目標値に設定することができる。薄膜ドラムにおいて中間電位Ｖｈ１を１００Ｖに設定する場合に帯電ローラー２１に印加する中間バイアスＶ１の決定に用いる補正バイアス設定テーブルを表３に示す。

表３では、表面電位の目標値を５００Ｖから１００Ｖまで４００Ｖ下げる際に差し引く補正値の下限値が４００Ｖとなっており、薄膜ドラムでは帯電バイアスと表面電位とが直線的に変化する（比例する）ことを示している。

なお、ここでは表２および表３の２種類の補正バイアス設定テーブルを示したが、実際は感光層１９ｂの膜厚の減少に応じて補正量を段階的に変化させることが好ましい。補正量を段階的に変化させる方法としては、膜厚に対応する多段階の補正バイアス設定テーブルを用意しておく方法や、補正係数を用いて表２または表３に示した補正値を膜厚に応じた適切な補正値に換算する方法が挙げられる。

また、感光層１９ｂの膜厚が薄くなるにつれて、膜厚の変化に伴う放電開始電圧の変化量も小さくなる。そのため、例えば感光層１９ｂの膜厚が２０μｍから１５μｍまで５μｍ減少したときの帯電バイアスの変化幅は、感光層１９ｂの膜厚が３６μｍから３１μｍまで５μｍ減少したときの帯電バイアスの変化幅よりも小さい。従って、感光層１９ｂの膜厚が一定の割合で薄くなるとき、補正バイアス値を一律に変化させるのではなく、感光層１９ｂの膜厚が薄くなるほど感光層１９ｂの膜厚の変化量に対する補正バイアス値の変化量を小さくすることが好ましい。

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、上記実施形態では印字動作の開始時には中間電位Ｖｈ１〜Ｖｈ４を経て基準電位Ｖｈまで５段階で立ち上げ、印字動作の終了時には基準電位Ｖｈから中間電位Ｖｈ４〜Ｖｈ１を経て略０Ｖまで５段階で立ち下げる制御としているが、２段階以上で表面電位の立ち上げ、立ち下げを行う制御であれば５段階に限らない。同様に、現像バイアスも中間現像バイアスＶｄｃ１〜Ｖｄｃ３を経た４段階に限らず、２段階以上の立ち上げ、立ち下げ制御であればよい。

また、上記実施形態において、帯電ローラー２１は、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に接触した状態で感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を帯電させるように構成されているが、帯電ローラー２１が感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に近接して配置され、非接触の状態で帯電させるように構成される実施形態においても、実質的に同じ作用により実質的に同じ効果を奏することができる。

また、本発明は図１に示したようなタンデム型のカラープリンターに限らず、モノクロプリンター、デジタル複合機、カラー複写機等の、種々の画像形成装置に適用できるのはもちろんである。

本発明は、感光体ドラムの表面を接触若しくは非接触の状態で帯電させる帯電部材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、使用環境に係わらず、像担持体表面へのトナーやキャリアの付着を抑制可能な画像形成装置を提供することができる。

Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ 帯電装置
３ａ〜３ｄ 現像装置
１９ａ 素管
１９ｂ 感光層
２１ 帯電ローラー（帯電部材）
４１ バイアス制御回路（電圧印加装置）
４２ 帯電バイアス電源（電圧印加装置）
４３ 現像バイアス電源（電圧印加装置）
５０ 機外温湿度センサー（温湿度検知装置）
９０ 制御部（膜厚検出装置）
１００ カラープリンター（画像形成装置）

Claims (8)

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対し接触若しくは非接触状態で前記像担持体表面を帯電させる帯電部材と、
   磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を担持する現像剤担持体に現像バイアスを印加して前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像する現像装置と、
   前記帯電部材に帯電バイアスを印加し、前記現像剤担持体に現像バイアスを印加する電圧印加装置と、
   画像形成装置外部の温度および湿度を検知する温湿度検知装置と、
   前記感光層の膜厚を検出する膜厚検出装置と、
   前記電圧印加装置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、前記帯電バイアスおよび前記現像バイアスを変化させることにより、前記像担持体の表面電位を１つ以上の中間電位を経て基準電位まで複数段階に分けて立ち上げ、または前記基準電位から前記中間電位を経て立ち下げるとともに、前記現像剤担持体の電位を複数段階に分けて立ち上げ、または立ち下げる制御を実行可能であり、
   前記制御部は、前記温湿度検知装置により検知された温湿度、および前記膜厚検出装置により検出された前記感光層の膜厚に応じて前記像担持体の表面電位が前記基準電位となる基準バイアスを決定し、前記像担持体の表面電位を前記中間電位とする際は、前記基準バイアスから所定の補正バイアス値を差し引いた中間バイアスに設定するとともに、前記中間電位が所定電位よりも低い場合は、前記温湿度検知装置により検知された温湿度、および前記膜厚検出装置により検出された前記感光層の膜厚に応じて前記補正バイアス値を変化させることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記膜厚検出装置によって検出された前記感光層の膜厚が薄くなるほど前記補正バイアス値を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、前記膜厚検出装置によって検出された前記感光層の膜厚が薄くなるほど前記感光層の膜厚の変化量に対する前記補正バイアス値の変化量を小さくすることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記温湿度検知装置によって検知された温湿度が高くなるほど前記補正バイアス値を小さく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. 前記制御部は、前記中間電位が２００Ｖよりも低い場合に前記温湿度検知装置によって検知された温湿度、および前記膜厚検出装置により検出された前記感光層の膜厚に応じて前記補正バイアス値を変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、前記像担持体の表面電位を前記基準電位まで複数段階に分けて立ち上げる際に、１段階目の前記帯電バイアスの上げ幅を、２段階目以降の前記帯電バイアスの上げ幅に比べて大きく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。
7. 前記電圧印加装置は、前記帯電部材に直流電圧のみから成る前記帯電バイアスを印加することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記像担持体は、前記感光層として有機感光層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。

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