JP4692125B2

JP4692125B2 - 帯電制御装置及び帯電制御方法

Info

Publication number: JP4692125B2
Application number: JP2005216551A
Authority: JP
Inventors: 雅夫大森; 周穂池田; 秀樹守屋
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-07-26
Also published as: JP2007033836A

Description

本発明は、放電を帯電原理とする接触又は近接帯電方式で、ＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳して印加して感光体を一様に帯電させる帯電制御装置及び帯電制御方法に関する。

従来より、帯電装置として、電圧を印加したローラやブレード等の帯電部材を感光体等の被帯電体の面に接触させて被帯電体面を所定の極性・電位に帯電させる接触式の帯電装置が用いられている。

この接触式の帯電装置においては、帯電装置に帯電のためのＤＣ電圧と、ＡＣ電圧を重畳して印加する方式が取られている。ＤＣ電圧の印加だけでは、例えば感光体の膜厚が偏摩耗により、長さ方向でばらつくと膜厚が薄い部分が帯電しやすくなる為、均一に帯電することができない。また、感光体表面が局所的によごれると、その部分だけ帯電しにくくなるという問題が生じる。そのため、ＤＣ電圧とＡＣ電圧とを重畳した電圧を帯電装置に印加し、感光体表面を帯電させている。

しかしながら、ＡＣ電圧は大きくしすぎると感光体の磨耗を促進してしまう。逆に小さくしすぎると、帯電の均一性が保てなくなり、プリントしたときに白点などの画質不良やむらができる。また、マシーンの起動直後は、機内温度が急激に上昇するため、最適なＡＣ電圧の値も大きく変化する。そのため、感光体の摩耗を最低限に抑制しつつ、良好な画質を得る為には、ＡＣ電圧を必要最低限の最適値に随時補正する必要がある。

特許文献１では、図１に示すように帯電ローラに印加するＡＣ電圧を順次増やしていき、電位センサでそのときの感光体の帯電電位を検知して、飽和したところのＡＣ電圧に基づいてＡＣ振幅（ＡＣ電流又はＡＣ電圧）を決定している。なお、以下では、感光体が飽和した時のＡＣ電圧を肩電圧と呼ぶ。

特開第３２７５６８２号公報

しかしながら、特許文献１の開示技術のように、補正の度に、ＡＣ電圧を低い電圧から高い電圧まで順次印加して肩電圧を検出しているのでは、時間がかかり、肩電圧を検知するための測定によって感光体の磨耗が進んでしまうという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ＡＣ電圧の振幅を環境変動に対応して最適値に設定すると共に、感光体の磨耗を最小限に抑えることができる帯電制御装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために本発明の帯電制御装置は、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧の供給を電源から受けて、被帯電体を帯電させる帯電部材と、前記帯電部材から前記被帯電体に流れる直流電流を検出する検出手段と、前記電源が投入されると、前記検出手段で検出される直流電流値を参照しながら、前記電源が前記帯電体に与える交流電圧の振幅を増加させても前記被帯電体に流れる直流電流が変化しない飽和点を目標として、前記交流電圧の振幅を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記電源が投入された後の２回目以降の飽和点の検出の際には、前記検出手段で検出される直流電流の目標値を、前回検出した飽和点での直流電流値の９０％以上、９７％以下に設定し、前記帯電部材に供給する前記交流電圧の振幅を、前回検出した飽和点での交流電圧の振幅を開始値として、前記目標直流値が流れる交流電圧の振幅に制御することを特徴とする。
本発明によれば、周囲の環境等の変化によって、飽和点での交流電圧の振幅が小さく変化しても、飽和点での交流電圧の振幅を検出するために帯電部材に供給する交流電圧の振幅を大きく設定し過ぎることがなく、帯電部材に供給する交流電圧の振幅が振り切れ、装置が故障するといった問題の発生を防止することができる。また、交流電圧の振幅を変更して目標直流値が流れる交流電圧の振幅を検出する検出範囲が狭まり、検出時間を短縮することができる。

本発明は、ＡＣ電圧又はＡＣ電流の振幅を環境変動に対応して最適値に設定して、感光体の磨耗を最小限に抑えることができる。

添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。

まず、図２を参照しながら本実施例の構成を説明する。像担持体としての感光体２は、円筒状ＯＰＣ感光体であり、紙面に垂直方向の中心軸線を中心に矢示の時計方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。

感光体２の周囲には、帯電部材としての帯電ロール３が接触するように配置されている。この帯電ロール３は感光体２の回転に従動して回転し、またＡＣ電源１４、ＤＣ電源１５から所定の電圧が印加され、回転する感光体２の周面が所定の極性・電位に一様に帯電（本例では負帯電）される。

次いで回転感光体２の帯電処理面に、ＲＯＳ（ＲａｓｔｅｒＯｐｔｉｃａｌＳｃａｎｎｅｒ）４から出力される、画像変調されたレーザビームが照射（走査露光）され、露光部分の電位が減衰して静電潜像が形成される。

感光体２の回転にともなって該潜像が現像器５に対向する現像部位に到来すると、現像器５から負帯電されたトナーが供給されて反転現像によってトナー像が形成される。

感光体２の回転方向に見て現像器５の下流側には導電性の転写ロール６が感光体２に圧接配置してあって、感光体２と転写ロール６とのニップ部が転写部位を形成している。

感光体２の表面に形成されたトナー像が感光体２の回転につれて上記転写部位に到達すると、これとタイミングをあわせて、用紙が転写位置に供給され、これとともに所定の電圧が転写ロール６に印加されて、トナー像が感光体２の表面から用紙に転写される。

転写位置でトナー像転写を受けた用紙は定着器９へ搬送されてトナー像の定着を受け機外へ排出される。

一方、感光体２の表面に残った転写残りトナーはクリーニングブレード７によってかき落されることで、感光体２はその表面が清掃されて、次の画像形成に備える。

さらに、本実施例は図２に示す帯電制御部１０を備えている。帯電制御部１０は、帯電ロール３にＡＣ電圧を印加するＡＣ電源１４と、帯電ロール３にＤＣ電圧を印加するＤＣ電源１５と、帯電ロール３に流れる電流を検知して、帯電ロール３に印加するＡＣ電圧を制御する負帰還制御部１１と、ＡＣ電源１４を制御し、帯電ロール３に印加するＡＣ電圧を補正する補正部１６とを有している。負帰還制御部１１は、帯電ロール３に流れる直流電流を測定する直流電流検知部１２と、測定した直流電流と、予め設定した基準電流とを比較して、測定した直流電流が基準電流に収束するようにＡＣ電源を負帰還制御するオペアンプ１３とを有している。

上記構成を備える本実施例は、感光体２の飽和電圧（肩電圧：以下飽和電圧とする）の変化を簡単に、しかも手早く求め、帯電ロール３に印加するＡＣ電圧を最適な値に設定する。画像形成装置１を起動した直後は、機内温度が急激に上昇するので、飽和電圧を所定時間や所定条件ごとに測定し、帯電ロール３に印加するＡＣ電圧を補正する必要がある。周囲の環境が低温の状態でマシンを起動させた場合、機内温度が急激に上昇するので、感光体の飽和電圧の変化も激しい。

図３には、温度と湿度の変化によって感光体２の飽和電圧がどのように変化するのかが示されている。図３に示すように高温高湿の状態となると、感光体２が飽和する時の帯電ロール印加電圧Ｖｐｐが低い状態に遷移する。逆に、低温低湿状態になると、感光体２が飽和する時の帯電ロール印加電圧Ｖｐｐが高い状態に遷移する。

感光体２の飽和電圧の変化を簡単に、しかも手早く求め、帯電ロール３に印加するＡＣ電圧を最適な値に設定するために、帯電制御部１０は、感光体２が飽和した時に帯電ロール３に流れる直流電流が、基準の直流電流値（以下、基準電流という）となるように制御する。この基準電流が帯電ロール３に流れる時に帯電ロール３に印加しているＡＣ電圧Ｖｐｐを検出し、このＡＣ電圧Ｖｐｐの変動量によって実際に感光体２に印加するＡＣ電圧を補正する。この処理を所定時間ごと、又は所定条件を満たすごとに行い、常に、帯電ロール３に印加するＡＣ電圧（ＡＣ電流）が最適な値となるように補正する。

より詳細に説明する。まず、帯電制御部１０は、画像形成装置１が起動すると、最初に1回だけ感光体２の飽和電圧、すなわち肩電圧を検出する。帯電ロール３に印加するＡＣ電圧の振幅Ｖｐｐを所定幅ずつ大きくしていって、そのとき帯電ロール３に流れる直流電流を直流電流検知部１２で測定する。ＡＣ電圧の振幅Ｖｐｐを大きくしていっても直流電流の値が変化しなくなると、感光体２が飽和していると判定し、感光体２の表面電位が上昇しなくなった変化点でのＡＣ電圧を飽和電圧とする（図４（Ａ）参照）。

次に、感光体２が飽和した時に帯電ロール３に流れる直流電流に所定値を乗算し、この値を基準電流とする。例えば、感光体２が飽和した時の直流電流の９０％の電流値を基準値とするときは、０．９を積算することになる（図４（Ａ）参照）。なお、以下では、基準電流をＩａと表記する。次に、この基準電流Ｉａが帯電ロール３に流れる時に、帯電ロール３に印加しているＡＣ電圧Ｖｐｐ（以下では、この値をＶｐｐ（α）と呼ぶ）を求め、補正部１６に記録する。

ここで基準電流の選定について説明する。図５に示すように不飽和領域でのVpp-直流電流特性の傾きは、環境によって変動する場合がある。一般に低温低湿環境下では帯電部材の抵抗が増大し傾きは小さくなり、逆に高温高湿環境下では傾きが大きくなる。そこで、この直流電流の傾き変動の影響を最小限にして、できるだけ正確に目標電流値に制御した時の飽和電圧の変動を検知するためには、図5に示すように感光体が飽和したときの直流電流に近い値を基準電流に選定するのが望ましい。しかしながら、測定誤差や回路リーク等の影響により、飽和する時の直流電流は、±３％程度のばらつきが生じる。図６（Ａ）〜（Ｄ）には、帯電ロール３に流れる直流電流と、印加するＡＣ電圧との関係を膜厚を変えて複数回測定した結果を示す。図６（Ａ）〜（Ｄ）に測定点を三角で示す１回目の測定と、測定点を四角で示す２回目の測定とでは、飽和電圧を印加した時の直流電流値にずれが生じているのがわかる。

例えば、飽和する時の直流電流よりも大きな値に制御の目標値、すなわち基準電流を設定したとする。周囲の温度変化等によって、図７Ａに示す測定曲線から図７Ｂに示す測定曲線に移行したとする。目標とする基準電流を図７Ａの測定曲線が飽和する２９μＡに設定してしまうと、図７Ｂに示す測定曲線は、帯電ロール３の印加電圧Ｖｐｐを最大限上げていっても、２９μＡとなることがない。このため、印加電圧Ｖｐｐが振り切れ故障の原因となる。そこで、基準電流には、感光体が飽和するときの電流よりも小さい値を設定するようにする。

基準電流の下限値については、感光体２の表面電位を、飽和電位よりも１００Ｖ以上高い値に設定すると（すなわち、飽和電位が−７５０Ｖのときに、−６５０Ｖ以上の値に設定すると）、露光していなくても現像器５からトナーが感光体２に飛翔してしまう問題がある。そこで、基準電流の下限値も、感光体２の電位が、飽和電位＋１００Ｖ程度となるように設定するのが好ましい。

基準電流Ｖｐｐ（α）の値が求められると、所定時間経過ごと、又は温度、湿度の変化が所定条件を満たすごと、感光体２の飽和電圧の測定を行い帯電ロール３に印加するＡＣ電圧を最適な値に制御する。

帯電ロール３にＡＣ＋ＤＣ電圧を印加して、帯電ロール３に流れる直流電流が基準電流ＩａとなるようにＡＣ電圧の振幅を制御する（図４（Ｂ）参照）。このとき、帯電ロール３に最初に印加するＡＣ電圧は、前回制御終了時の値に設定する。すなわち前回の測定で帯電ロール３に流れる電流値が基準電流Ｉａとなったときに帯電ロール３に印加していたＡＣ電圧Ｖｐｐに設定する。前回制御終了時の値から制御を開始するので、制御の収束時間を早めることができる。

帯電ロール３に印加するＡＣ電圧Ｖｐｐを変えながら、帯電ロール３に流れる直流電流を測定し、この測定値が基準電流に収束すると、このとき帯電ロール３に印加しているＡＣ電圧（以下、この値をＶｐｐ（β）と呼ぶ）を求める。Ｖｐｐ（α）とＶｐｐ（β）との差分を取ることで、ＡＣ電圧Ｖｐｐの補正量が決定される。図５に示すように基準電流Ｉａは、感光体２が飽和するときの直流電流に近い値を設定している。このため、帯電ロール３に印加するＡＣ電圧Ｖｐｐを精度よく補正することができる。

次に、図８に示すフローチャートを参照しながら本実施例の動作手順を説明する。画像形成装置１は、起動すると（ステップＳ１／ＹＥＳ）、ＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳した電圧を帯電ロール３に印加し、感光体飽和電圧（肩電圧）を検出する（ステップＳ２）。帯電ロール３に印加するＡＣ電圧の振幅Ｖｐｐを所定幅で上げながら、帯電ロール３に流れる直流電流を直流電流検知部１２で測定していく。そして、ＡＣ電圧Ｖｐｐの値を変えても測定される直流電流が変化しなくなると、感光体２が飽和したと判定する。直流電流の値が上昇なくなったときのＡＣ電圧を飽和電圧と判定する。

次に、感光体２の飽和時に、帯電ロール３に流れた直流電流に所定値、例えば、０．９を乗算して、この値を基準電流Ｉａに設定する（ステップＳ３）。また、この基準電流が流れる時のＡＣ印加電圧をＶｐｐ（α）として補正部１６に記録する（ステップＳ４）。

基準電流の測定又は前回の測定から所定時間を経過した場合、又は環境の変化が所定条件を満たすと（ステップＳ５／ＹＥＳ）、帯電ロール３に流れる直流電流が基準電流となるように、ＡＣ電圧の振幅を制御する（ステップＳ６）。このとき、帯電ロール３に最初に印加するＡＣ電圧は、前回制御終了時の値に設定する。すなわち前回の測定で帯電ロールに流れる電流値が基準電流となったときに帯電ロール３に印加していたＡＣ電圧Ｖｐｐに設定する。前回制御終了時の値から制御を開始するので、制御の収束時間を早めることができる。

帯電ロール３に印加するＡＣ電圧Ｖｐｐを変えながら、帯電ロール３に流れる直流電流を測定し、この測定値が基準電流に収束すると、このとき帯電ロール３に印加しているＡＣ電圧（以下、この値をＶｐｐ（β）と呼ぶ）を求め、Ｖｐｐ（α）とＶｐｐ（β）との差ΔＶｐｐを求める（ステップＳ７）。ΔＶｐｐが求まると、この値をもとにＡＣ電源を制御し、帯電ロール３に印加するＡＣ電圧を補正する（ステップＳ８）。以上のステップＳ５〜Ｓ９の手順を電源がオフされるまで繰り返し行う（ステップＳ９）。

上述した実施例は本発明の好適な実施例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

肩電圧について説明するための図である。画像形成装置の構成を示す図である。環境による肩電圧の変動を示す図である。（Ａ）は、基準電流の算出方法を示す図であり、（Ｂ）は、基準電流をもとにＡＣ電圧を制御する方法を説明するための図である。ＡＣ電圧の補正方法を説明するための図である。直流電流−ＡＣ振幅特性を示す図であり、（Ａ）は膜厚が１４μＡのときの測定値を示し、（Ｂ）は膜厚が２４μＡのときの測定値を示し、（Ｃ）は膜厚が３２μＡのときの測定値を示し、（Ｄ）は膜厚が３７μＡのときの測定値を示している。基準電流の設定方法を説明するための図である。動作手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１画像形成装置２感光体
３帯電ロール４ＲＯＳ
５現像器６転写ロール
７クリーニングブレード９定着器
１０帯電制御部１１負帰還制御部
１２直流電流検知部１３オペアンプ
１４ＡＣ電源１５ＤＣ電源
１６補正部

Claims

直流電圧に交流電圧を重畳した電圧の供給を電源から受けて、被帯電体を帯電させる帯電部材と、
前記帯電部材から前記被帯電体に流れる直流電流を検出する検出手段と、
前記電源が投入されると、前記検出手段で検出される直流電流値を参照しながら、前記電源が前記被帯電体に与える交流電圧の振幅を増加させても前記被帯電体に流れる直流電流が変化しない飽和点を目標として、前記交流電圧の振幅を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記電源が投入された後の２回目以降の飽和点の検出の際には、前記検出手段で検出される直流電流の目標値を、前回検出した飽和点での直流電流値の９０％以上、９７％以下に設定し、
前記帯電部材に供給する前記交流電圧の振幅を、前回検出した飽和点での交流電圧の振幅を開始値として、前記目標直流値が流れる交流電圧の振幅に制御することを特徴とする帯電制御装置。