JP2023019454A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カートリッジの装着有無の判断による検知を行う場合において、検知精度を向上させることが出来る画像形成装置を提供する。【解決手段】 回転可能な像担持体と、像担持体と当接する当接部材と、当接部材に電圧を印加する電圧印加部と、当接部材に電圧を印加することによって当接部材に流れる第１電流を検知する検知手段と、当接部材の近傍かつ当接部材と当接しない位置に設けられ、導電性材料によって構成される導電部材であって、電圧印加部によって当接部材に電圧が印加されることによって第１電流以外の電流である第２電流がグランドに流れる導電部材と、第２電流をグランドに流す第１の状態と第２電流をグランドに流さない第２の状態とを切り替えるスイッチング手段と、を有し、非画像形成時において、スイッチング手段を第２の状態とした状態で、検知手段によって第１電流を検知するように制御する。【選択図】 図１２

Description

本発明は、レーザプリンタ、複写機、ファクシミリ等の電子写真記録方式を利用する画像形成装置に関するものである。

従来から、電子写真技術を用いた記録紙に画像を複写する電子写真方式の画像形成装置が普及している。この画像形成装置は正または負の電位に帯電した電子写真感光体（感光ドラムという）の表面に対し、レーザ等の光を複写したい画像に応じて投射し、感光ドラムの表面上に静電荷による潜像を形成する。そして、トナー等の現像剤を、潜像が作られている部分に静電気力によって飛ばし、感光ドラムの表面上に現像する。次に、現像された現像剤に記録紙を重ねて、記録紙の裏面から現像剤の保持する電荷と逆極性の電荷を与え、静電気力によって現像剤を記録紙表面に吸着させて転写する。その後、転写紙に熱と圧力を与え転写された現像剤を定着させる。このように、電子写真方式では各プロセスにおいて静電気力を利用した現像剤の移動が行われるため、様々な極性、様々な高い電圧のバイアスが必要となる。特に、前記転写工程においては、高い電圧と共に、電流値も重要となっており、画質に直結するファクタとして緻密に制御される。

また、画像形成装置において、感光ドラムと、感光ドラムに作用するプロセス手段と、を一体的にカートリッジ化し、画像形成装置本体に着脱可能とするプロセスカートリッジ方式が採用されている。その他にも、現像ローラを有する現像カートリッジと感光ドラムを有するドラムカートリッジをそれぞれ画像形成装置本体に着脱可能な２体化カートリッジ方式、プロセスカートリッジにトナーを補給するためのトナーカートリッジ方式が採用されている。このカートリッジ方式によれば、装置のメンテナンスをサービスマンによらずユーザ自身で行うことができるので、操作性を向上させることができる。これらは、独立して画像形成装置本体に着脱することが可能であるため、メンテナンス性をさらに向上させることが出来る。その上、それぞれのカートリッジ寿命に即して適宜カートリッジを交換することが出来るため、交換タイミングをより適切に設定することが可能となる。

特許文献１には、画像形成装置へのカートリッジ装着有無を検知する方法として、感光ドラムに当接する位置に配置された転写部材に一定の電流を供給した際の電圧値からカートリッジ装着有無を判断する方法がある。特許文献１は、カートリッジが入っているときに転写電圧を印加すると転写電流は流れ、カートリッジが入っていない時に転写電圧を印加すると電流が流れないことを利用してカートリッジの有無検知を行うものである。

特開平１１－１５３３７号公報

しかしながら、特許文献１のようなカートリッジ装着有無検知方法では、以下のような課題があった。特許文献１の方法は、感光ドラムに当接させた転写部材に電流を供給し、得られた電圧値からカートリッジ装着有無を判別しているため、転写電流を誤検知する可能性がある。説明図を図８に示す。図８は、実際に、画像形成装置本体を用いてカートリッジが装着されている場合（装着状態）と装着されていない場合（未装着状態）とで、本体を動作（カートリッジの感光ドラムを回転）させ、転写電圧を徐々に上げたときの転写電流の挙動を示している。装着状態の場合は転写ローラからカートリッジに電流が流れるため、増加する転写電圧に対して転写電流は直線的に増加する。一方、未装着状態の場合は、転写ローラに電圧が発生するだけで電流が流れる経路はない。したがって、未装着状態の場合には、転写電圧をどこまで上げても転写電流は流れないはずである。しかし、実際には図８に示した通り、未装着状態の場合にも、転写電圧を上げることによって転写電流が流れ始めることがあることが分かる。この現象は、転写ローラの直下には、給紙ローラによって給紙された紙を転写ローラと感光ドラムの間にうまく導くために前ガイドと呼ばれる板金などが配置される場合に生じることがある。前ガイドは帯電してしまわないように抵抗器を介してグランドに接続されている。また、転写ローラ直上にはモールドがあるが、そのモールドの上には除電針という金属板が配置されており、除電針はグランドに接続されている。前ガイドも除電針も転写ローラとは物理的に離れており、接触はしていない。しかしながら、２点間に発生する高電位差により、放電によって空間を電流が流れることがある。また、特に、高温高湿環境においてモールド表面抵抗値が低下する場合においては、上記現象が顕著になる。以上から、転写ローラに接触しているモールドから除電針に漏れ電流が流れたり、放電により電流が流れて漏れることがある。この現象は、上述したように、高温高湿環境で顕著であり、低温低湿環境でもその程度は低くなるが発生する可能性がある。このように、転写電流がカートリッジ側ではなく、その他の導電部に流れ込むことによって、転写電流を誤検知することがあり、それに伴ってカートリッジの装着有無の検知精度が低下することがあった。

そこで、本発明では、カートリッジの装着有無の判断による検知を行う場合において、検知精度を向上させることが出来る画像形成装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、記録材に画像形成を行うことが可能な画像形成装置において、回転可能な像担持体と、前記像担持体と当接する当接部材と、前記当接部材に電圧を印加する電圧印加部と、前記当接部材に前記電圧を印加することによって前記当接部材に流れる第１電流を検知する検知手段と、前記当接部材の近傍かつ前記当接部材と当接しない位置に設けられ、導電性材料によって構成される導電部材であって、前記電圧印加部によって前記当接部材に前記電圧が印加されることによって第１電流以外の電流である第２電流がグランドに流れる導電部材と、前記第２電流をグランドに流す第１の状態と前記第２電流をグランドに流さない第２の状態とを切り替えるスイッチング手段と、前記電圧印加部と前記検知手段と前記スイッチング手段とを制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記画像形成を実施しない非画像形成時において、前記スイッチング手段を前記第２の状態とした状態で、前記検知手段によって前記第１電流を検知するように制御することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、カートリッジの装着有無の判断による検知を行う場合において、検知精度を向上させることが出来る。

実施例１における画像形成装置の説明図である。 実施例１における現像装置の説明図である。 実施例１における制御ブロック図である。 実施例１における転写電流を検知する手段を示す概略図である。 実施例１におけるカートリッジ有無検知を行う際のフローチャートである。 実施例１におけるカートリッジ有無検知を行う際のフローチャートである。 実施例１におけるカートリッジ有無検知のタイミングチャートである。 従来例における転写電流と転写電圧の関係性を示した図である。 実施例１における転写電流と転写電圧の関係性を示した図である。 従来例における転写ローラ近傍の構成を示した断面図である。 従来例における転写電流測定結果である。 実施例１におけるカートリッジ未装着状態の転写ローラ近傍の構成を示した断面図である。 実施例１におけるカートリッジ装着状態の転写ローラ近傍の構成を示した断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。したがって、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

本発明は画像形成装置に適用される。画像形成装置の一種であるレーザプリンタについて説明する。

１．画像形成装置の構成
図１を参照して、本実施例の画像形成装置全体の概略構成について説明する。画像形成装置１００は、電子写真を用いるレーザビームプリンタであり、概略、画像形成装置本体１００とプロセスカートリッジ２０を備える。ここで、画像形成装置本体１００とは、画像形成装置においてプロセスカートリッジ２０を除いた構成部品を示すものである。一方、プロセスカートリッジ２０は、画像形成装置本体１００に対して着脱して交換することが可能な部材である。本実施例のプロセスカートリッジ２０には、感光ドラム１、帯電ローラ４、現像容器９、クリーニング容器５が一体的に組み込まれている。本実施例においては、プロセスカートリッジ２０の形態としたが、現像手段である現像カートリッジと、像担持体、帯電部材、クリーニング手段と、から成るドラムカートリッジとが、それぞれ独立して装置本体に対し着脱可能である構成としてもよい。

また、本実施例における現像装置１０は、磁性一成分現像剤を用い、感光ドラム１と所定のギャップを設けて対向配置される一成分非接触現像方式を用いている。しかし、二成分の現像剤を用いる二成分現像方式や、非磁性一成分現像剤を用いた感光ドラム１と現像装置１０が接触している接触現像方式を用いてもよい。

プロセスカートリッジ２０には、被帯電体としての像担持体である、感光ドラム１が配置されている。感光ドラム１は導電性ドラムの外周面にＯＰＣ（有機光半導体）感光層を形成したものである。感光ドラム１には、所定のプロセススピードで画像形成装置本体１００から駆動力が伝達され、時計回り方向に回転駆動される。感光ドラム１の周囲には、その感光層へと作用するプロセス手段（帯電ローラ４やクリーニングブレード２など）や、現像電圧により現像を行う現像手段（現像容器９、現像ローラ７、規制部材８）が配置されている。

帯電ローラ４は、図３における帯電電圧電源４７から帯電電圧の印加を受けて、感光ドラム１の表面を所定の帯電電位に均―に帯電する帯電部材である。本実施例の帯電電圧電源４７は、帯電ローラ４に対して－１０５０Ｖの帯電電圧を印加しており、これにより感光ドラム１の露光前電位ＶＤが－５００Ｖとなる。なお、本実施例では直流電圧を使用したが、これには限定されず、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を用いてもよい。

スキャナ６は、露光装置であり、パーソナルコンピュータ（不図示）等から画像情報の入力を受けると、ビデオコントローラ（不図示）によって時系列電気デジタル画像信号に変換し、これに対応してレーザ光を変調して出力する。このように照射されたレーザ光が帯電された感光ドラム１表面を走査露光することにより、画像情報に対応する静電潜像が感光ドラム１上に形成される。本実施例では、感光ドラム１の露光後電位ＶＬが－１００Ｖとなるように、光量３．０ｍＪ／ｍ^２でレーザ光を照射した。スキャナ６を本発明の露光ユニットと考えても良いし、スキャナ６にミラー等の光学部材を含めた構成を露光ユニットと考えても良い。

現像装置１０の現像ローラ７は、現像剤担持体であり、スキャナ６によって感光ドラム１に形成された静電潜像を、現像剤３によって現像する。本実施例では現像剤３として磁性一成分現像剤（トナー）を用い、現像ローラ７と感光ドラム１を所定のギャップ（例えば２００μｍ）を設けて配置する非接触現像方式を採用している。

また、感光ドラム１に対向して、感光ドラム１上のトナー像を記録材Ｐに対して転写するための転写ローラ１１が配置されている。

２．画像形成方法
次に、画像形成動作を行うための画像形成方法について説明する。まず、画像形成装置本体１００内の帯電電圧電源である帯電電圧印加回路４７が帯電ローラ４に電圧を印加することにより、感光ドラム１の表面が一様に帯電される。次いで、スキャナ６が画像情報に応じたレーザ光を発し、帯電した感光ドラム１の表面を走査露光する。これにより、感光ドラム１上の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

現像装置１０は、現像手段としての現像容器９、現像ローラ７、規制部材８などを備える部材である。紙面で反時計回り方向に駆動された現像ローラ７上に、所定の帯電量のトナー層（磁性層）が形成される。そこに直流電圧と交流電圧が重畳された現像電圧が印加されると、電界でトナーが現像ローラ７から感光ドラム１へと飛翔し、静電潜像がトナー像として現像される。

感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写電圧電源である転写電圧印加回路５０によって転写電圧を印加された転写ローラ１１によって記録材Ｐに転写される。トナー像が転写された記録材Ｐは、定着手段としての定着装置１２に搬送される。定着装置１２は、記録材Ｐに熱および圧力を加えることで、記録材Ｐにトナー像を定着させる。

また、転写工程後に感光ドラム１上に残留した転写残トナーは、クリーニング手段としてのクリーニングブレード２によって除去され、廃トナーとして回収される。

その後、クリーニングされた感光ドラム１の表面は、再度帯電と露光が行われ、現像後の現像ローラ７から再度トナーが供給される。その後、転写と定着という流れを繰り返し、一連の画像形成動作のサイクルが行われる。

３．画像形成装置の各構成の詳細
（感光ドラム１）
本実施例の感光ドラム１は有機光導電体（ＯＰＣ）感光ドラムであり、直径３０ｍｍのアルミシリンダ外周面に抵抗層、下引き層、電荷発生層、電荷輸送層を順次塗布して構成される剛体である。電荷輸送層の膜厚は２０μｍである。

（帯電ローラ４）
本実施例の帯電手段である帯電ローラ４は接触帯電部材である。帯電ローラ４は感光ドラム１の表面（外周面）を、所定の極性、電位に一様に帯電処理する。

（スキャナ６）
スキャナ６は、感光ドラム１の表面にレーザを照射する露光装置であり、レーザの光量を変更可能である。本実施例では、半導体レーザのスキャナ６からレーザが照射される。半導体レーザ装置に、光路を規定するミラー等の光学部材を組み合わせたスキャナユニットを用いてもよい。

（転写ローラ１１）
転写ローラ１１は、直径６ｍｍの芯金に対し、外径１５ｍｍになるようにイオン導電性スポンジの基層を配置している。また抵抗値は温度２３℃の環境において２×１０^８Ωである。

（クリーニングブレード２）
クリーニングブレード２は、ゴムブレードがクリーニング支持板金によって支持されて一体となり形成される。

（現像装置１０）
図２は、本実施例で用いる一成分非接触現像方式の現像装置１０の断面図である。現像装置１０はトナーの収容部であるトナー収容室９ａと、現像剤担持体としての現像ローラ７が設けられた現像室９ｂと、を有し、トナー収容室９ａと現像室９ｂは開口９ｃを介して互いに連通している。

本実施例において、トナーは磁性一成分トナーを用いる。現像剤３は、トナー収容室９ａから開口９ｃを介して現像室９ｂへと供給される。現像室９ｂに供給された現像剤３は、次に現像ローラ７に供給される。現像ローラ７は、画像形成時に現像剤３を担持するスリーブと、その両端に嵌入されるキャップを有している。またスリーブには、磁性トナーに対応してマグネットローラが内包されている。

現像ローラ７は、感光ドラム１との間に所定の空隙（ＳＤギャップ）が設けられつつ対向配置されている。本実施例において、ＳＤギャップは２００μｍとした。スリーブの両端は現像装置１０の開口部に回転自在に支持されている。スリーブは画像形成動作時には、紙面で反時計回りに回転駆動される。また、スリーブには、図１の画像形成装置本体１００に配置された図３の現像電圧印加手段５３より所定のタイミングで現像電圧を印加している。本実施例においては、直流電圧を－３５０Ｖとして、交流電圧をＶｐｐ＝１４００Ｖ、周波数２０００Ｈｚの矩形波として印加している。

磁界発生手段であるマグネットローラは、スリーブ中にあり、磁極Ｎ、Ｓが断面方向に一対形成されている。

現像ローラ７に供給されたトナーは、規制部材８によりトナー層の層厚が規制される。規制部材８により規制されたトナーは摩擦帯電により適切な電荷が付与される。

４．制御ブロック図
図３は、実施例１の画像形成装置本体１００の制御ブロック図である。制御部４０は、演算処理を行う中心的素子であるＣＰＵ４１、記憶手段であるＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３などの本体メモリ、周辺機器との情報を入出力する入出力Ｉ／Ｆ４４等を有している。ＲＡＭ４３には、センサの検知結果や、演算結果などが格納されている。ＲＯＭ４２には、制御プログラムなど予め求められたデータテーブルなどが格納されている。ＣＰＵ４１には、画像形成装置本体１００における各制御対象が入出力Ｉ／Ｆ４４を介して接続されている。ＣＰＵ４１は、各種の電気的情報信号の授受や、駆動のタイミングなどを制御しており、後述するフローチャートの処理を司る。

画像形成部４５は、図１で説明した感光ドラム１、帯電ローラ４、スキャナ６、転写ローラ１１、定着装置１２等を制御することで、画像書き出し位置や画像パターンを形成する。モータ駆動部４６は、スキャナ６、感光ドラム１、現像ローラ７等を回転駆動する為の動力源となる各モータであり、制御部４０からの制御信号に基づき動作する。帯電電圧電源４７は、帯電ローラ４に帯電電圧を印加するために設けられる。露光制御部４８は、感光ドラム１に照射されるレーザ光の光量の信号をスキャナ６に伝達する。環境センサ４９は、画像形成装置本体１００に備えられた温湿度を計測するセンサにより、温度もしくは湿度、またはその両方を示す情報を制御部４０に送信する。転写電圧電源５０は、転写ローラ１１に転写電圧を印加するために設けられる。現像電圧電源５３は、現像ローラ７に現像電圧を印加するために設けられる。メモリ通信部５２は、後述するプロセスカートリッジ２０のメモリ５１とデータ通信を行い、制御部４０にデータを送受信する。このデータは、制御部４０で帯電電圧電源４７、露光制御部４８、転写電圧電源５０、現像電圧電源５３から帯電ローラ４、スキャナ６、転写ローラ１１、現像ローラ７等へ印加される電圧値や露光量を決定する際等に使用される。

５．感光ドラム１、帯電ローラ４、スキャナ６等の配置関係
図４を用いて、本実施例での感光ドラム１、帯電ローラ４、スキャナ６等の配置について説明する。図４は、本実施例の特徴である感光ドラム１から転写ローラ１１に流れる転写電流を検知する手段を示す概略図である。

帯電ローラ４の芯金はその長手方向の両端部がそれぞれ軸受部材（不図示）によって回転可能に保持されている。上記軸受部材は、付勢部材としての押圧バネ４ｃによって感光ドラム１に向けて付勢されている。これにより、帯電ローラ４は感光ドラム１の表面に対して所定の押圧力をもって圧接され、感光ドラム１の表面との間に接触部である帯電部としての帯電ニップを形成している。帯電ローラ４は感光ドラム１の回転に伴い従動回転する。スキャナ６は、レーザ光が光学部材を介して感光ドラム１の外周面に照射されるように配置されている。現像ローラ７および転写ローラ１１は、感光ドラム１に対向するように配置されている。

帯電ローラ４には帯電電圧印加回路４７が接続されている。帯電電圧印加回路４７は、定電圧電源に接続されており、直流電圧である帯電電圧を帯電ローラ４に印加する、帯電電圧印加部である。帯電電圧が印加された感光ドラム１の表面は露光前電位ＶＤへと一様に帯電される。帯電ローラ４によりー様に帯電された感光ドラム１表面に対してスキャナ６は走査露光を行い露光後電位ＶＬが形成される。制御部４０は、ＲＡＭ４３、環境センサ４９、メモリ５１の情報を参照して、露光前電位ＶＤの目標値が－５００Ｖ、露光後電位ＶＬの目標値が－１００Ｖとなるように、帯電ローラ４ヘの印加電圧とスキャナ６のレーザ光量を決定する。

また、本実施例において、帯電電圧印加回路４７には、帯電電流の直流成分を検出する帯電電流検知回路５４（帯電電流検知部）が接続されている。帯電電流とは、帯電電圧印加回路から帯電ローラ４に電圧が印加された際に、帯電ローラ４に流れる電流である。帯電電流に関しては、実施例２にて詳細に説明する。なお、転写ローラ１１には転写電圧印加回路５０が接続されている。転写電流検知に関して、以下に詳細に説明する。

６．転写電流検知によるカートリッジ装着検知方法
続いて、実施例１における転写電流検知を用いたカートリッジの装着有無の検知方法に関して説明する。

転写ローラ１１に流れる電流を検知し、装置本体１００に対してプロセスカートリッジ２０の装着状態を判別する過程を以下に説明する。図５は、画像形成装置１００に備えられた制御部４０により実行される、画像形成装置１００に対するカートリッジ装着有無検知方法について説明するためのフローチャートである。

カートリッジ装着有無検知が開始される（Ｓ－１）条件として、画像形成装置本体１００の電源が投入された時など、カートリッジの装着有無を判断することが出来ない場合が挙げられる。そのような場合、まず、各カートリッジを挿入するための不図示の開閉扉の開閉動作や装置本体１００の電源ＯＮに伴って、開閉状態検知スイッチが“閉”を検知する（Ｓ－２）。“閉”が検知されると、画像形成装置１００の感光ドラム１が回転駆動をはじめ、帯電ローラ４に帯電電圧を印加し、感光ドラム１の表面を一様に帯電させる（Ｓ－３）。その後、感光ドラム１が回転駆動している状態で、転写ローラ１１を感光ドラムに当接させた状態で転写電圧を印加する（Ｓ－４）。そして、転写ローラ１１に流れる転写電流の検知を行い、所定の電流量以上の電流が流れていれば、プロセスカートリッジ２０が装着されていると判断する（Ｓ－５）。その後、転写ローラ１１に印加される転写電圧電源５０を停止する（Ｓ－６）。そして、帯電ローラ２に印加される帯電電圧電源４７を停止し、感光ドラム１の回転駆動を停止する（Ｓ－７）。以上の動作により、カートリッジの装着有無の検知を終了する（Ｓ－８）。

次に、判別手段による具体的なカートリッジ判別方法に関して図６、図７を用いて説明する。図６は、図５のフローチャートの内容をより詳細に示したフローチャートであり、図７は検知動作と検知電流信号を示すタイミングチャートである。

カートリッジ装着有無検知を開始し（Ｓ－１１）、帯電電圧が印加され感光ドラム１が駆動された状態で（Ｓ－１２）、転写ローラ１１を感光ドラム１に当接させた状態で転写電圧を印加する（Ｓ－１３）。この時に、転写ローラ４１に流れる転写電流の検知を行う（Ｓ－１４）。電流検知におけるカートリッジの装着有無判別方法を具体的に説明する。図７において、検知電流はプロセスカートリッジ２０が装着されていると判断された場合、本体動作の感光ドラム１の回転時は電流が検知される。その後も、転写当接が行われている限り電流は検知され続ける。そこで、図６において、転写電流Ｉ１の電流値が閾値Ｔ０より絶対値で大きければプロセスカートリッジ２０が装置本体に装着されていると判断する。一方、Ｔ０よりも絶対値が小さければ、電流の変化が無いということになるので、転写ローラ１１に感光ドラム１に当接していない、すなわち、プロセスカートリッジ２０が装置本体に装着されていないと判断する。その後、プロセスカートリッジ２０の未装着報知を行う（Ｓ－１８）。（Ｓ－１４）にて、プロセスカートリッジ２０が装着されていると判断された場合（Ｓ－１５）は、転写ローラ４１に印加される転写電圧電源５０を停止する（Ｓ－１６）。そして、帯電ローラ４に印加される帯電電圧電源４７、感光ドラム１の回転駆動を停止する（Ｓ－１７）。プロセスカートリッジ２０が装着されていると判断すれば動作を完了し（Ｓ－１９）、画像形成動作に備える。

以上のように、転写電流Ｉ１の検知によって、プロセスカートリッジ２０の有無検知を行うことができる。

７．転写電圧印加時の転写電流の挙動
本実施例において、カートリッジ有無検知を実施する際には、前述のとおり転写ローラ１１には正の高電圧が印加される。プロセスカートリッジ２０が挿入され、感光ドラム１が回転する時、転写ローラ１１に印加された電圧は負電圧に帯電された回転する感光ドラム１の新たな面に常に接触するため、正の電圧である転写ローラ１１から感光ドラム１に対して電流が流れ続ける。この電流は転写電流検知手段１７によって検出されていて、印字中の転写電流が一定になるように転写電圧を制御している。

ここで、プロセスカートリッジ２０が装置内に入っている状態を装着状態と定義し、プロセスカートリッジ２０が装置内に入っていない状態を未装着状態と定義する。すると、装着状態の時、前記メインモータ４６を回しながら前記帯電ローラ４に負の高電圧、前記転写ローラ１１に正の高電圧を印加すると、紙の有無にかかわらず転写電流が流れる。図８、図９は、カートリッジが装着状態である（ＣＲＧあり）場合と未装着状態（ＣＲＧなし）である場合において、転写電圧を印加したときに転写ローラ１１に流れる転写電流をモニタした結果である。図８は、漏れ電流が発生するような構成を有する比較例における結果であり、図９は、後述するような漏れ電流が発生しない実施例１の構成での結果である。前記転写電流検知手段１７で転写電流を検知した結果、装着状態においては、図８、図９の実線で示すように印加する転写電圧に直線的に比例して転写電流が観測される。そして、未装着状態において同じくメインモータ４６を回しながら前記帯電ローラ４に負の高電圧、前記転写ローラ１１に正の高電圧を印加すると、転写ローラ１１には電圧が発生するのみで電流は流れない。本来、未装着状態においては、転写電圧を増加しても転写電流はゼロのままとなるはずである。しかしながら、実際には、比較例において、図８の破線の様に３０００Ｖあたりから電流が流れ始める。

実施例１と比較例の構成の差を、図１０、図１２、図１３を用いて説明する。

比較例の構成である図１０において、３０１は除電針であり、３０２は前ガイドであり、３０３は抵抗器である。上記のような現象は、転写ローラ１１周りの物理的な構成が関係している。比較例、実施例１においては、転写ローラ１１の直下には給紙ローラによって給紙された記録材Ｐを、転写ローラ１１と感光ドラム１の当接部である転写部に到達するように導くための前ガイド３０２と呼ばれる板金が配置されている。前記前ガイド３０２は、記録材Ｐと接触することで表面が帯電してしまわないように、抵抗器を介してグランドに接続されている。また、転写ローラ１１直上にはモールドがあるが、そのモールドの上には除電針３０１という金属板が配置されており、除電針３０１はグランドに接続されている。除電針３０１の役割は、転写ローラ１１と感光ドラム１の当接部である転写部を通過してきた記録材Ｐから電荷を抜くことにより、感光ドラム１に巻き付いてしまうことを防ぐことにある。前記前ガイド３０２も前記除電針３０１も転写ローラ１１とは物理的に離れており、接触していない。しかしながら、特に、高温高湿環境（３０℃／８０％）においては感光ドラム１と転写ローラ１１の２点間に発生する高電位差によって生じる放電によって、空間を電流が流れることがある。また、高温高湿環境においては、モールド表面の抵抗も低下する。したがって、転写ローラ１１近傍のモールドから除電針３０１に漏れ電流が流れ、前ガイド３０２に対しては放電により電流が流れることがある。したがって、比較例の構成においては、感光ドラム１と転写ローラ１１が接触しない状態、すなわちプロセスカートリッジ２０が未装着状態においても、転写電流が検知され、プロセスカートリッジ２０の有無検知を正確に行うことが出来ない場合がある。

実際に、比較例の構成において、上記検証実験を行った結果を図１１に示す。装置本体１００を分解し、前ガイド３０２に流れる電流と、除電針３０１に流れる電流を測定することができるように構成した。高温高湿環境下でプロセスカートリッジ２０が未装着である状態において、転写ローラ１１に４０００Ｖ程度の転写電圧を印加した結果、測定に使用した系では、各部を流れる電流の関係は図１１のようになった。転写電流検知回路１７の出力は、転写ローラ１１に流れる電流が１１．７μＡであることを示している。追加した除電針３０１を流れる電流を測る電流計によると、除電針３０１を流れる電流は６．６μＡであることを示している。同じく追加した前ガイド３０２を流れる電流を測る電流計によると、前ガイド３０２を流れる電流は５．１μＡであることを示している。ここで、上記結果より、６．６μＡ＋５．１μＡ＝１１．７μＡなので、転写ローラ１１に印加した電圧は、除電針３０１と前ガイド３０２に全て流れていることが分かった。これが、プロセスカートリッジ２０が未装着である状態においても転写電流が流れてしまう原因である。

そこで、本実施例においては、図１２、図１３に示す通り、除電針３０１と前ガイド３０２から来る電流経路が合流し、グランドに接続するまでの間にスイッチング手段３０４を設けた。図１２は、プロセスカートリッジ２０が未装着状態の場合の転写部近傍の断面図であり、図１３は、プロセスカートリッジ２０が装着状態の場合の転写部近傍の断面図である。図１２、図１３では、便宜上スイッチ記号を用いているが、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチでも、リードスイッチなどの磁気スイッチでも、メカニカルスイッチでも良い。また、完全なるスイッチでなくとも、可変抵抗のように、この経路を流れる電流を著しく低下させることができる構成であればよい。このスイッチの動作条件は、図１３のように装着状態の時にＯＮとなり、図１２のように未装着状態のときにＯＦＦとなることである。このように構成することにより、図１３のような装着状態、つまり感光ドラム１が挿入され、画像形成動作が実行される時には、除電針３０１と前ガイド３０２は本来の機能を発揮する。一方で、図１２のような未装着状態においてはスイッチがＯＦＦ、あるいは高抵抗化されるため、転写ローラ１１から前ガイド３０２と除電針３０１経由で積極的に電流が流れることを抑制することが出来る、もしくは漏れ電流の影響が小さくなる。上記構成の結果、図９の未装着状態における転写電流の挙動に示されるように、転写電圧を上げていってもほとんど転写電流に変化はなかった。ただし、プロセスカートリッジ２０の挿抜によってスイッチング手段３０３のＯＮ、ＯＦＦが切り替わる構成であれば、上記構成に限られない。一例として、プロセスカートリッジ２０が装置本体１００に装着されるときに、プロセスカートリッジ２０側に設けられた接触部と装置本体１００側に配置された非接触部が接触することによってスイッチング手段３０３のＯＮ、ＯＦＦが切り替わってもよい。

なお、本実施例では、転写ローラ１１、前ガイド３０２、除電針３０１の関係について示したが、他にも、転写ローラ１１の電流が漏れる先がある場合は、その経路の遮断も必要であり、上記の限りではない。逆に、前ガイド３０２、除電針３０１への漏れ電流が、装着状態と未装着状態を判別するのに対して無視できる程度であれば、両者または片方を遮断する必要はなく、適宜設定されるべきである。

以上より、実施例１は以下の構成を有する。

記録材Ｐに画像形成を行うことが可能な画像形成装置において、回転可能な感光ドラム１と、感光ドラム１から記録材Ｐに現像剤を転写する転写ローラ１１を有する。転写ローラ１１に転写電圧を印加する転写電圧印加部５０と、転写ローラ１１に転写電圧を印加することによって転写ローラ１１に流れる第１電流を検知する転写電流検知手段１７と、を有する。そして、転写ローラ１１の近傍かつ転写ローラ１１と当接しない位置に設けられ、導電性材料によって構成される導電部材を有する。導電部材は、転写電圧印加部５０によって転写ローラ１１に転写電圧が印加されることによって第１電流以外の電流である第２電流がグランドに流れる。本実施例においては、導電部材は、記録材Ｐを搬送するための前ガイド３０２である。または、記録材Ｐの表面に形成された電荷を除電するための除電部材としての除電針３０１である。その両方を用いてもよい。また、第２電流をグランドに流す第１の状態と第２電流をグランドに流さない第２の状態とを切り替えるスイッチング手段３０４を有する。そして、画像形成を実施しない非画像形成時において、スイッチング手段３０４を第２の状態とした状態で、転写電流検知手段１７によって第１電流を検知する。

この時、スイッチング手段３０４が第１の状態よりも第２の状態の方が、検知される第１電流が減少する。本実施例におけるスイッチング手段３０４は、半導体スイッチング素子またはメカニカルスイッチであってもよい。

そして、本実施例において、上記電流検知手段１７を用いて、プロセスカートリッジ２０の装着有無を検知する。感光ドラム１を備えたカートリッジであれば、プロセスカートリッジ２０に限らない。例えば、ドラムカートリッジの形態を用いてもよい。実施例１の構成において、装置本体１００と、感光ドラム１を有し装置本体１００に着脱可能なプロセスカートリッジ２０と、を有する。プロセスカートリッジ２０が装置本体１００に装着された状態では第１の状態で画像形成を実行し、プロセスカートリッジ２０が本体に装着されていない状態においては、第２の状態で第１電流を検知する。そして、制御部は、第２の状態で第１電流を検知することでプロセスカートリッジ２０が装置本体１００に装着されているか否かを判断する。そして、転写電流検知手段１７によって検知される第１電流の電流値に応じて、装置本体１００にプロセスカートリッジ２０が装着されているか否かを判断する。さらに、転写電流検知手段１７によって検知される電流値が閾値より小さい場合において、装置本体１００にプロセスカートリッジ２０が装着されていないと判断する。閾値は、装置本体１００の構成次第で適宜設定可能である。

以上のような構成を有することによって、プロセスカートリッジ２０などの感光ドラム１を備えたカートリッジの装着有無の判断による検知を行う場合において、検知精度を向上させることが出来る。

なお、実施例１において、カートリッジ有無検知を転写電流を検知することで行ったが、転写ローラ１１とは別に、感光ドラム１との当接部材をカートリッジ有無検知用に別途設けて、その際に生じる漏れ電流に対して上記構成を採用してもよい。

実施例１は、転写電流検知手段１７によって装着状態と未装着状態を識別する方法を記したが、実施例２では帯電電流検知によって前記装着状態と前記未装着状態を識別する方法及び検出精度向上効果を示す。この際には、カートリッジ構成として、帯電ローラ４と感光ドラム１が別体となっている場合や、帯電ローラ４などの帯電装置が装置本体１００に括り付けの場合を想定している。

帯電電流検知は、しばしば感光ドラム１の膜厚を検出するのに使用される。その目的は、感光ドラム１の劣化の進み具合を把握することで、それに合わせて各種高圧電源の出力を変更し、より高品質な画像を得ることにある。感光ドラム１は、回転するごとに前記クリーニングブレード２等による摩擦を受けるため、表層が削れる。そのため、新品と耐久末期品とでは、感光ドラム１の表面に形成される帯電層（電荷輸送層など）の膜厚に大きな差が生じる。感光ドラム１は、感光ドラム１の帯電層の膜厚という一種のコンデンサを充電する充電電流のような構成を有する。したがって、膜厚が厚い（静電容量が大きい）新品の感光ドラム１の方が、帯電電流は多く流れ、膜厚が薄い（静電容量が小さい）使い古された感光ドラム１ほど帯電電流は少なくなる。そのため、帯電電流検知においては、その絶対値が重要な意味を持つ。しかしながら、実施例１で示したように高温高湿環境において、高電圧を発生させると、コロナ放電やモールド表面を伝わって漏れ電流が発生することがある。例えば、カートリッジと装置本体１００を接続している接点のうち、帯電接点と隣接している現像接点や、グランド接点に対して漏れる帯電電流がある場合、以下のような構成をとることが好ましい。すなわち、帯電電流検知を行っている間は、これらの接点を物理的あるいは電気的に分離、あるいは、高抵抗化することにより、帯電電流検知の精度を高めることができるようになる。また、当然ながら、本実施例のように、漏れ電流経路を全て遮断すれば装着状態では帯電電流が流れ、未装着状態ではほとんど帯電電流が流れなくなるため、帯電電流によっても装着状態と未装着状態を区別することが可能となる。

以上のような構成を有することによって、感光ドラム１を備えたカートリッジの装着有無の判断による検知を行う場合において、検知精度を向上させることが出来る。

なお、実施例２において、カートリッジ有無検知を帯電ローラ４に流れる電流を検知することで行ったが、帯電ローラ１１ではなく現像ローラ７の電流検知に対して適用してもよい。その際には、現像カートリッジとドラムカートリッジの２体化構成が想定される。現像電流検知手段を別途設け、現像ローラ７を備える現像カートリッジが装着された状態において、感光ドラム１を備えるドラムカートリッジが装着状態か未装着状態かを判断することが出来る。なお、現像ローラ７の電流検知においては、現像ローラ７は感光ドラム１と当接する構成であることが好ましい。

１ 感光ドラム
４ 帯電ローラ
１１ 転写ローラ
１７ 転写電流検知手段
２０ プロセスカートリッジ
４０ 制御部
５０ 転写電圧印加部
３０１ 除電針
３０２ 前ガイド
３０３ スイッチング手段
Ｐ 記録材

Claims (11)

1. 記録材に画像形成を行うことが可能な画像形成装置において、
   回転可能な像担持体と、
   前記像担持体と当接する当接部材と、
   前記当接部材に電圧を印加する電圧印加部と、
   前記当接部材に前記電圧を印加することによって前記当接部材に流れる第１電流を検知する検知手段と、
   前記当接部材の近傍かつ前記当接部材と当接しない位置に設けられ、導電性材料によって構成される導電部材であって、前記電圧印加部によって前記当接部材に前記電圧が印加されることによって第１電流以外の電流である第２電流がグランドに流れる導電部材と、
   前記第２電流をグランドに流す第１の状態と前記第２電流をグランドに流さない第２の状態とを切り替えるスイッチング手段と、
   前記電圧印加部と前記検知手段と前記スイッチング手段とを制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記画像形成を実施しない非画像形成時において、前記スイッチング手段を前記第２の状態とした状態で、前記検知手段によって前記第１電流を検知するように制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記スイッチング手段が第１の状態よりも前記第２の状態の方が、検知される前記第１電流が減少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、前記スイッチング手段によって前記第１の状態とされた状態で、前記画像形成を実行するように制御することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記スイッチング手段は、半導体スイッチング素子またはメカニカルスイッチであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 装置本体と、
   前記像担持体を有するカートリッジであって、前記装置本体に着脱可能なカートリッジと、をさらに有し、
   前記制御部は、前記第２の状態で前記第１電流を検知することで前記カートリッジが前記装置本体に装着されているか否かを判断することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、前記検知手段によって検知される前記第１電流の電流値に応じて、前記装置本体に前記カートリッジが装着されているか否かを判断することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記制御部は、前記検知手段によって検知される前記電流値が閾値より小さい場合において、前記装置本体に前記カートリッジが装着されていないと判断することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記当接部材は、前記像担持体の表面を帯電する帯電部材であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記当接部材は、前記像担持体から記録材に現像剤を転写する転写部材であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記導電部材は記録材を搬送するためのガイドであることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記導電部材は記録材の表面に形成された電荷を除電するための除電部材であることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。

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