JP4183149B2 - 印刷装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の印刷装置に係わり、特に帯電電位の安定化を図った印刷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の印刷装置は、印刷速度や画質等の点で他の方式に比べて有利な点が多く、広くプリンタや複写機として利用されている。この方式では、感光ドラムを一定の電位に帯電させ、露光装置により感光ドラム上に静電潜像を形成し、静電潜像を現像器によって現像してトナー像を形成し、そのトナー像を用紙上に転写することによって印刷を行う。感光ドラムを帯電するために、感光ドラムには帯電ローラを圧接し、帯電ローラを通じて一定の直流電圧を印加する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
感光ドラムの電位は、印刷中様々に変化する。感光ドラムを露光する直前に、帯電ローラによって感光ドラムを一定電位に帯電させるが、様々な環境上の原因によって感光ドラムの帯電電位が変動することがある。例えば、低温低湿の環境では、帯電電位がやや高めになり、高温高湿時には帯電電位がやや低めになる。こうした変動があると、印刷画像の濃度にばらつきが生じたり、本来白地部分であるべき箇所にトナーが付着する、いわゆるかぶり現象が生じる原因となっていた。
【０００４】
また、トナーの帯電特性や帯電ローラと感光ドラムとの間の電位差等の影響によって、感光ドラム上のトナーが帯電ローラ側に移って帯電ローラ外周面に付着することがある。この場合には、帯電開始電圧が低くなり、感光ドラムの帯電電位が標準値よりも高くなってしまうという問題があった。
【０００５】
また、こうして帯電ローラ外周面に付着したトナーが機械的な圧力を受けて潰れ、帯電ローラ外周面に膜を形成する、フィルミング現象が発生することがある。この場合には、帯電開始電圧が大きくなり、ドラムの帯電電位が標準よりも低くなってしまう。
【０００６】
また、帯電ローラと感光ドラムの接点では、トナーの大量付着を防止するために一定の周速差が与えられ、スリップを生じさせている。この場合、両者の摩擦によって摩擦帯電が生じる。これも、帯電開始電圧の変動原因となる。これは、帯電ローラの材質によって様々に変化する。
【０００７】
以上のように、様々な原因で帯電開始電圧が変動すると、感光ドラムの帯電電位を一定に保つことができず、印刷画質を低下させる原因になっていた。また、こうした問題を解決するために帯電ローラの材質改善等を図ると、帯電ローラのコストアップにつながる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
〈構成１〉
回転可能に設けられた感光ドラムと、上記感光ドラムに静電潜像を形成する露光部と、上記露光部より上記感光ドラムの回転方向上流側で上記感光ドラムに対向して設けられ、上記感光ドラムを帯電する帯電部と、上記露光部より上記感光ドラムの回転方向下流側で上記感光ドラムに対向して設けられ、上記感光ドラムに現像剤を供給する現像剤供給部と、上記現像剤供給部に電圧を印加する供給電源部と、上記帯電部の帯電開始電圧を測定する帯電開始電圧測定部と、上記帯電開始電圧測定部で測定された上記帯電開始電圧に応じて上記帯電部の印加電圧を選択し、上記帯電部に該印加電圧を印加して上記感光ドラムへの帯電を開始する帯電電源部とを含み、上記帯電開始電圧測定部は、上記帯電開始電圧を測定するとき、上記感光ドラムを上記露光部全面で露光させるとともに、上記現像剤供給部に上記供給電源部により上記現像剤の帯電極性と逆極性の電位を印加させることを特徴とする印刷装置。
【０００９】
〈構成２〉
構成１に記載の印刷装置において、上記帯電開始電圧測定部は、上記露光部により除電後の上記感光ドラムに上記帯電部から可変電圧を印加して、帯電電流が流れる状態と流れない状態の境界の電圧を求めることにより、上記帯電部の帯電開始電圧を測定することを特徴とする印刷装置。
【００１０】
〈構成３〉
構成１に記載の印刷装置において、上記帯電開始電圧の測定は、上記感光ドラムにおいて、上記露光部が露光した箇所が、上記帯電部と対向する位置に移動してから開始することを特徴とする印刷装置。
【００１１】
〈構成４〉
構成１に記載の印刷装置において、帯電電源部は、基準状態における帯電開始電圧をＶｔｈ０とし、帯電開始電圧測定部の測定した帯電開始電圧をＶｔｈとし、基準状態における印加電圧を基準印加電圧をＶ０としたとき、演算式Ｖｃｈ＝Ｖ０−（Ｖｔｈ０−Ｖｔｈ）により求めた印加電圧Ｖｃｈを選択することを特徴とする印刷装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体例を用いて説明する。
〈具体例〉
図１は、本発明による印刷装置のブロック図である。
この装置は、帯電ローラ１によって図示しない感光ドラムを帯電させる。帯電ローラ１には、帯電電源３が接続され、帯電電源制御回路１２により帯電電圧が制御される構成となっている。帯電電源３と帯電ローラ１との間には、帯電電流を測定するための検出抵抗１３が挿入されている。なお、帯電電圧決定のための後で説明する演算処理は、電源用ＣＰＵ１４により実行されて、帯電電源制御回路１２が制御される構成となっている。
【００１３】
また、本発明において新たに設けられた帯電開始電圧測定部２０には、一対のＡ／Ｄコンバータ１５とコンパレータ１６とが設けられている。これらによって、検出抵抗１３の両端の電圧をディジタル信号に変換し、電源用ＣＰＵ１４に供給する構成となっている。検出抵抗１３の両端の電圧からその電位差を求めれば、帯電電流の換算ができる。この演算も、電源用ＣＰＵ１４が行うように構成されている。
【００１４】
また、現像ローラ７には現像電源１８が接続され、現像電源制御回路１７によって現像電圧が制御される構成となっている。転写ローラには転写電源２４が接続され、転写電源制御回路１９によって転写電圧が制御される構成となっている。
【００１５】
更に、感光ドラムを露光するためのＬＥＤヘッド５には、ＬＥＤヘッド制御回路２１が接続されて印刷用の画像データが供給されるように構成されている。なお、このＬＥＤヘッド５は、後で説明するように、帯電開始電圧を測定前に、感光ドラムを露光して除電する露光用ヘッドとして利用する。印刷装置全体は、メインＣＰＵ２２によって制御され、メインスイッチ２３はその電源スイッチである。
【００１６】
図２には、上記のような印刷装置のプリントエンジン機構図を示す。
図に示すように、この電子写真式印刷装置のプリントエンジンには、図に示すような機構が設けられる。中央には、感光ドラム４が配置されている。感光ドラム４の外周には、ＬＥＤヘッド５、現像ローラ７、転写ローラ９、クリーニングローラ１１及び帯電ローラ１が順に配置されている。
【００１７】
現像ローラ７には、現像ブレード６が接するように配置され、トナー８を現像ローラ７の表面に薄く付着させるように機能している。用紙１０は、感光ドラム４と転写ローラ９の間に搬送される。帯電ローラ１には、図１に示した帯電電源３が接続されている。
【００１８】
また、帯電ローラ１の外周には、補助ローラ２が外接するように回転支持されている。この補助ローラ２には、帯電電源３から同電位の電圧が供給されている。このプリントエンジンの印刷時の動作は従来装置と同様である。即ち、感光ドラム４が帯電ローラ１によって一定の電位に帯電されると、ＬＥＤヘッド５によって感光ドラム４が露光され、印刷用の画像データに対応する静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像ローラ７によって現像され、感光ドラム４の外周面にトナー８が付着して、トナー像が形成される。このトナー像は、転写ローラ９と感光ドラム４との間で用紙１０に転写される。用紙１０は、図示しない定着器によって定着処理される。
【００１９】
クリーニングローラ１１は、転写処理後の残留トナーを感光ドラム４から除去するために設けられている。こうしたクリーニング処理の後、帯電ローラ１が感光ドラム４に一定の帯電電流を供給して帯電処理を行う。なお、トナーの帯電特性やその他の原因で、クリーニング後も感光ドラム外周面にトナーが付着したまま帯電ローラ１と接触する。これにより、そのトナーが帯電ローラ１の外周面に付着して、既に説明したような弊害をもたらす。
【００２０】
ここで、本発明の印刷装置は、帯電ローラによる帯電処理を開始する前に、図１の帯電開始電圧測定部２０によって帯電ローラ１の帯電開始電圧を測定する。この帯電開始電圧測定のために、図１に示した検出抵抗１３が使用される。
【００２１】
図３は、上記のような印刷装置の動作フローチャートである。また、図４は、印刷装置の動作タイミングチャートである。
この２つの図を参照しながら、上記の装置の動作を説明する。
まず、ステップＳ１において、図１に示したメインスイッチ２３をオンする（図４（ａ）時刻ｔ１）。次のステップＳ２で、メインＣＰＵ２２は、図示しないメインモータをオンし、ステップＳ３において、図２に示した感光ドラム４の回転を開始させる。なお、これらの動作は連動しているので、時刻ｔ１に同時に開始する。
【００２２】
更に、これに連動して時刻ｔ１に、（ｃ）に示したように、図１に示した帯電電源３をオンし、帯電ローラ１に所定の帯電電圧を印加する。このタイミングもメインスイッチと連動させる。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間は、感光ドラム４の全周面を帯電電源３により帯電させるために、少なくとも感光ドラム４が１周回転するだけの時間とする。その後時刻ｔ２のタイミングで、ステップＳ５において、（ｂ）に示したように図２に示したＬＥＤヘッド５をオンして、感光ドラム４の全面を露光する処理を開始する。
【００２３】
こうして、図２に示す感光ドラム４がＬＥＤヘッド５によって全面露光され、感光ドラム４の表面電位が０ボルトになるように調整される。
【００２４】
次に、ステップＳ６において、現像電源１８（図１）をオンする。そのオンタイミングは、図４（ｄ）に示すように、時刻ｔ３である。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間Ｔ５は、感光ドラム４のＬＥＤヘッド５により露光された部分が現像ローラ７に達するまでの時間に設定しておく。時刻ｔ３以後は現像ローラ７をプラス電位にする。露光されて表面電位が０ボルトになった感光ドラム４の上に現像ローラ７からトナーが移動するのを防止するためである。また、図４（ｅ）に示す転写電圧も、マイナスの所定電圧に保持しておく。
【００２５】
次のステップＳ７では、帯電開始電圧の測定を行う。この測定は、図４の時刻ｔ４からｔ５の間の時間Ｔ３で行われる。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間Ｔ２は、時刻ｔ２に感光ドラム４がＬＥＤヘッドによって露光された部分が帯電ローラ１に達するまでの時間である。時間Ｔ３は、帯電開始電圧Ｖｔｈを検出するための時間である。なお、この時間Ｔ３の間は、帯電電源３の印加電圧を少しずつ下げていくように変化させる。測定方法の詳細は後で説明する。
【００２６】
帯電開始電圧の測定が終了すると、時刻ｔ５のタイミングで、ステップＳ８において、帯電電源３をオフし、ＬＥＤヘッド５をオフする。そして、測定された帯電開始電圧に応じた印加電圧を計算し、時刻ｔ６に、その印加電圧を帯電電源３から帯電ローラ１に供給し、帯電を開始する。時間Ｔ４は、この計算と印加電圧の選択に要する時間である。
【００２７】
即ち、ステップＳ９で、印加電圧を計算し、ステップＳ１０で、帯電電源をオンする。そして、ステップＳ１１の時刻ｔ７で、現像電源をオフし、帯電に続いて印刷処理等が実行される。時間Ｔ６は、帯電ローラによって帯電された感光ドラム４の部分が現像ローラ７に達するまでの時間である。なお、図１に示したメインＣＰＵ２２は、図２に示した転写ローラ９とともに、図２に示したクリーニングローラ１１にも上記帯電開始電圧測定中、支障のないような電圧を供給するよう制御している。
【００２８】
図５には、帯電開始電圧測定方法の説明図を示す。
図のグラフの縦軸は、図１に示した検出抵抗１３の抵抗値とこれに流れる帯電電流の積を示す。この値を検出抵抗の電圧降下である。Ｐは帯電開始電圧の測定を始める際の電圧降下である。図の左側には、帯電電源３の印加電圧を示す。
図１に示した検出抵抗１３は、帯電ローラ１の帯電性能に影響がないように、帯電ローラ１の電気抵抗より十分に小さい１〜１００キロオーム程度の値に選定しておく。この検出抵抗１３を流れる帯電電流はその両端の端子電圧に変換されて、既に説明した要領で電源用ＣＰＵ１４に送り込まれる。
【００２９】
電源用ＣＰＵ１４は、帯電ローラ１の印加電圧を−１３５０ボルトから次第に０ボルトに近付くように変化させる。このとき、検出抵抗１３の電圧降下は、図５示すように次第に減少する。帯電電源３の印加電圧がＶｔｈのタイミングで帯電電流が０マイクロアンペアとなる。このときの印加電圧Ｖｔｈは即ち帯電開始電圧である。このような測定は、帯電電流が流れる状態と流れない状態の境界の電圧を求めればよい。従って、帯電電流が流れない状態から印加電圧を変化させ、帯電電流が流れ始めるときの印加電圧を帯電開始電圧として測定しても良い。
【００３０】
次に、電源用ＣＰＵ１４の動作について説明する。電源用ＣＰＵ１４は、検出した帯電開始電圧Ｖｔｈと予め設定しておいた基準状態における基準帯電開始電圧Ｖｔｈ０との差を計算する。この差は、帯電ローラ１へのトナーの付着やその他の環境条件の変化によって生じるものである。基準帯電開始電圧を、例えば−５５０ボルトとすれば、帯電電源３の基準状態における印加電圧をＶ０として、実際に帯電ローラ１に供給すべき印加電圧Ｖｃｈは次の式により求めることができる。
Ｖｃｈ＝Ｖ０−（Ｖｔｈ０−Ｖｔｈ）＝−１３５０ボルト−（−５５０−Ｖｔｈ）
【００３１】
実際には、このＶｔｈは例えば−５５０ボルト±１００ボルト程度の範囲で変動する。従って、帯電ローラ１に供給すべき印加電圧Ｖｃｈには、例えば−１２５０ボルト〜−１４５０ボルトの範囲の値が選択される。このような帯電開始電圧に応じた印加電圧Ｖｃｈを帯電ローラ１に供給することによって、常に目的とする−８００ボルトに感光ドラムを帯電させることが可能になる。なお、このように、帯電ローラの印加電圧によって、感光ドラムの帯電電位が制御できるのは、帯電ローラと感光ドラムとが接しながら一定の速度で感光ドラムを回転させるため、感光ドラムを帯電させるための時間は印加電圧に関わらず一定のためである。従って、単位時間当たりに流れる帯電電流を制御すれば感光ドラムの帯電電位が調整できる。
【００３２】
図６〜図９には、上記の方法を実施したことによる効果を説明するためのグラフを示した。
図６は、感光ドラム電位の湿度変化説明図である。
図の縦軸は感光ドラム電位Ｖｄを示し、横軸は帯電ローラの印加電圧を示す。基準となる湿度下で、印加電圧Ｖ０で帯電を行うと、感光ドラムの電位が−８００ボルトとなる。ところが、環境湿度が低い場合には、帯電開始電圧Ｖｔｈｌが基準となる帯電開始電圧Ｖｔｈ０よりも高くなる。環境湿度が高い場合には、帯電開始電圧Ｖｔｈｈが基準となる帯電開始電圧Ｖｔｈ０よりも低くなる。ここで、前回と同様に、印加電圧Ｖ０で帯電を行うと、感光ドラムの電位が−８００ボルト以上あるいは以下になってしまう。従って、環境湿度が低い場合にはより高い印加電圧を選択し、環境湿度が高い場合には、より低い印加電圧を選択する。
【００３３】
図７には、感光ドラム電位の付着トナーによる変化説明図を示す。
図の縦軸は感光ドラム電位Ｖｄを示し、横軸は帯電ローラの印加電圧を示す。例えば、帯電ローラにトナーが付着する前は、帯電開始電圧がＶｔｈ０である。このとき、印加電圧Ｖ０で帯電を行うと、感光ドラムの電位が−８００ボルトとなる。ところが、帯電ローラにトナーが付着すると、帯電開始電圧がＶｔｈに下がる。ここで、前回と同様に、印加電圧Ｖ０で帯電を行うと、感光ドラムの電位が−８００ボルト以上になってしまう。従って、図の矢印に示すように、より低い印加電圧を選択する。
【００３４】
図８には、感光ドラム電位の印刷枚数による変化説明図を示す。
印刷装置の使用開始時には、帯電開始電圧がＶｔｈ０であったものが、２万枚程度の印刷を行うと、帯電開始電圧がＶｔｈとなる。ここで、基準のＶ０の印加電圧で帯電を行うと、感光ドラムの帯電電位が−８００ボルト以下になってしまう。従って、Ｖ０以上の印加電圧で帯電を行うようにして、感光ドラムを−８００ボルトに帯電する。
【００３５】
図９には、感光ドラム電位の帯電ローラ材質による変化説明図を示す。
この図の場合にも、トナー付着前はＶｔｈ０という帯電開始電圧であったものが、トナー付着後は帯電開始電圧がＶｔｈになる。従って、印加電圧をＶ０より低い電圧とし、感光ドラムを適正な電圧に帯電させる。
【００３６】
本発明は以上の実施例に限定されない。上記帯電ローラ１の帯電開始電圧を測定する回路は、検出抵抗を使用する方法以外に、よく知られた電圧や電流検出回路に置き換えることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明した本発明の印刷装置は、帯電ローラの帯電開始電圧を測定する帯電開始電圧測定部と、帯電開始電圧に応じた帯電ローラの印加電圧を選択して、感光ドラムの帯電を開始する帯電電源を設けたので、環境条件が様々に変化したとしても、感光ドラムを常に一定の電圧に帯電させることができる。これによって、印刷品質を安定化させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による印刷装置のブロック図である。
【図２】プリントエンジン機構図である。
【図３】印刷装置の動作フローチャートである。
【図４】印刷装置の動作タイミングチャートである。
【図５】帯電開始電圧測定方法説明図である。
【図６】感光ドラム電位の湿度変化説明図である。
【図７】感光ドラム電位の付着トナーによる変化説明図である。
【図８】感光ドラム電位の印刷枚数による変化説明図である。
【図９】感光ドラム電位の帯電ローラ材質による変化説明図である。
【符号の説明】
１ 帯電ローラ
３ 帯電電源
５ ＬＥＤヘッド
１３ 検出抵抗
１４ 電源用ＣＰＵ
２０ 帯電開始電圧測定部
２２ メインＣＰＵ

Claims (4)

1. 回転可能に設けられた感光ドラムと、
   前記感光ドラムに静電潜像を形成する露光部と、
   前記露光部より前記感光ドラムの回転方向上流側で前記感光ドラムに対向して設けられ、前記感光ドラムを帯電する帯電部と、
   前記露光部より前記感光ドラムの回転方向下流側で前記感光ドラムに対向して設けられ、前記感光ドラムに現像剤を供給する現像剤供給部と、
   前記現像剤供給部に電圧を印加する供給電源部と、
   前記帯電部の帯電開始電圧を測定する帯電開始電圧測定部と、
   前記帯電開始電圧測定部で測定された前記帯電開始電圧に応じて前記帯電部の印加電圧を選択し、前記帯電部に該印加電圧を印加して前記感光ドラムへの帯電を開始する帯電電源部とを含み、
   前記帯電開始電圧測定部は、前記帯電開始電圧を測定するとき、
   前記感光ドラムを前記露光部全面で露光させるとともに、前記現像剤供給部に前記供給電源部により前記現像剤の帯電極性と逆極性の電位を印加させる、
   ことを特徴とする印刷装置。
2. 請求項１に記載の印刷装置において、
   前記帯電開始電圧測定部は、
   前記露光部により除電後の前記感光ドラムに前記帯電部から可変電圧を印加して、帯電電流が流れる状態と流れない状態の境界の電圧を求めることにより、前記帯電部の帯電開始電圧を測定することを特徴とする印刷装置。
3. 請求項１に記載の印刷装置において、
   前記帯電開始電圧の測定は、
   前記感光ドラムにおいて、前記露光部が露光した箇所が、前記帯電部と対向する位置に移動してから開始する、
   ことを特徴とする印刷装置。
4. 請求項１に記載の印刷装置において、
   帯電電源部は、
   基準状態における帯電開始電圧をＶｔｈ０とし、帯電開始電圧測定部の測定した帯電開始電圧をＶｔｈとし、基準状態における印加電圧を基準印加電圧をＶ０としたとき、
   演算式Ｖｃｈ＝Ｖ０−（Ｖｔｈ０−Ｖｔｈ）により求めた印加電圧Ｖｃｈを選択することを特徴とする印刷装置。

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