JP4899517B2

JP4899517B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4899517B2
Application number: JP2006036409A
Authority: JP
Inventors: 拓郎萩原; 賀久北野; 修半田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2026-02-14
Also published as: JP2007218978A; US7532832B2; US20070189788A1

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関し、特許に、感光体の長寿命化を図ると共に、感光体の磨耗に伴う画像欠陥の防止を図った画像形成装置の改良に関するものである。

特開２００４−３３３７８９号公報

従来、接触帯電系の画像形成装置においては、環境、使用頻度、ロット差等によらず安定して長寿命化を実現するといった要請に伴い、感光体の長寿命化が大きな課題となっている。

このような課題に対処するために、接触式帯電ロールの帯電制御により感光体の長寿命化を図った画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、特許文献１には、非画像形成時の所定のタイミングに、ＡＣ電界（電流）を漸次増加、あるいは減少させて、直流電流値（感光体の帯電電位）が飽和するＡＣ電界値に対して所定の比率を乗じた値を画像形成時の帯電バイアス値とすることで、必要最低限のＡＣバイアスを設定し、感光体への過剰な帯電を防止する技術が開示されている。

しかしながら、上述の特許文献１に開示された先行技術においては、帯電バイアスを得るために、感光体を回転させてＡＣバイアスを漸次増加、あるいは減少させて印加するプロセスが必要なため、ＡＣバイアス値が大きくなったときに、感光体への放電生成物の付着量が大きくなり、像流れ等の画像欠陥が発生し、また、このＡＣバイアスを印加するプロセス自体により感光体の磨耗が余分に促進されるといった問題が生じていた。

そこで、本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、付帯的なＡＣ印加のプロセスを省略して感光体の磨耗を軽減すると共に、画像欠陥の発生を防止し、かつ、簡易な帯電制御を実現する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、本発明の画像形成装置は、その表面に静電潜像が形成される感光層が被膜された感光体と、直流成分に交流成分を重畳したバイアスが印加され、前記感光体を所定の電位に帯電する接触式帯電ロールとを有する画像形成装置において、前記感光体の感光層の膜厚を検知する膜厚検知手段と、環境を検知する環境検知手段と、前記膜厚検知手段及び環境検知手段の検知結果に基づいて前記接触式帯電ロールと感光体との接触面積を変更する接触面積変更手段とを備えていることを特徴とするものである。

このように構成した場合には、感光体の感光層の膜厚を検知する膜厚検知手段と、環境を検知する環境検知手段と、膜厚検知手段及び環境検知手段の検知結果に基づいて接触式帯電ロールと感光体との接触面積を変更する接触面積変更手段とを備えているので、最適な交流バイアス値を検知するために感光体へ交流成分を印加する付帯的なプロセスが不要となり、感光体の磨耗を抑制すると共に、画像欠陥の発生を防止することができる画像形成装置を簡易な構成で実現することができる。

ここで、前記接触面積変更手段は、前記交流成分を変化させた場合に、前記直流成分が飽和する際の前記交流成分の値が一定となるように、前記接触面積を変更してもよい。

また、前記直流成分が飽和する際の前記交流成分の値に基づいて、前記帯電ロールへ印加するバイアスを制御するバイアス制御手段を有してもよい。

さらに、前記接触面積変更手段は、前記帯電ロールと感光体との接触荷重を変更することにより接触面積を変更してもよいし、前記帯電ロールと感光体との軸間距離を変更することにより接触面積を変更してもよい。

このように構成した場合には、接触面積変更手段が、帯電ロールと感光体との接触荷重又は帯電ロールと感光体との軸間距離を変更することにより接触面積を変更するので、接触面積変更手段を簡易な構成で容易に実現することができる。

本発明によれば、付帯的なＡＣ印加のプロセスを省略して感光体の磨耗を軽減すると共に、画像欠陥の発生を防止し、かつ、簡易な帯電制御を可能とする画像形成装置を簡易な構成で実現することができる。

以下に、本発明に係る一実施の形態を図面を参照して説明する。

まず、本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の概略構成について、図１を参照して説明する。図１は本発明に係わるタンデム型カラー画像形成装置１００の概略構成図である。

この画像形成装置１００においては、画像読取装置１０２より読み取られたカラー原稿のカラー画像情報、図示しないパーソナルコンピュータや画像データ入力装置等から送られてくるカラー画像情報等が入力され、入力された画像情報に対して画像処理が行われるようになっている。

図１において、１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色トナー画像を形成する画像形成ユニットであり、複数の張架ロールにより張架された無端状の中間転写ベルト９の進行方向に沿って１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの順で直列に配設されている。また、中間転写ベルト９は、これらの画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋで順次形成された各色のトナー像が、互いに重ね合わされた状態で転写される中間転写体であり、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋに対応する静電潜像担持体である感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋのそれぞれに対向して配設される一次転写ロール６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋとの間に挿通され、矢印方向に循環移動可能に形成されている。そして、中間転写ベルト９上に多重に転写された各色のトナー像は、給紙カセット１７等から給紙された記録媒体としての記録用紙１８上に一括して転写された後、定着装置１５によって記録用紙１８上に定着され、カラー画像が形成された記録用紙１８が外部に排出されるようになっている。なお、符号ＣＲは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んで構成され画像形成装置１００における処理全般を制御する装置コントローラである。

ここで、画像読取装置１０２は、プラテンガラス上に載置された原稿を不図示の光源によって照明し、原稿からの反射光像を、走査光学系を介してＣＣＤセンサ等からなる画像読取素子によって所定の解像度で読み取るように構成されている。

また、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、同様に構成されており、大別して、矢印方向に沿って所定の回転速度で回転する感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと、この感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面を一様に帯電する帯電手段としての帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋと、当該感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面に各色に対応した画像を露光して静電潜像を形成する露光装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋと、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ上に形成された静電潜像を現像する現像装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋと、着脱自在に配設され現像装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋに所定の色のトナーを供給するトナーカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、クリーニング装置７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ等とから構成されている。

さらに、本実施の形態において、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋは、矢印方向に回転する金属製ドラムの表面に有機系感光材料、アモルファスセレン系感光材料、アモルファスシリコン系感光材料等からなる感光層が被膜形成されており、帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは、この感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面と接触し、直流成分に交流成分を重畳したバイアスにより、該感光層を所定の電位に帯電するように構成されている。

このように構成した画像形成装置における画像形成工程について、イエロートナー画像を形成する画像形成ユニット１Ｙを代表例として説明する。

まず、感光体ドラム２Ｙは、所定の直流成分に交流成分が重畳されたバイアスが帯電ロール３Ｙに印加されることにより、その表面（感光層）が一様に帯電される。次に、例えば、画像読取装置１０２によって読み取られた画像情報に基づき、露光装置４Ｙから出力されるレーザービームによりイエロー画像に対応する走査露光がなされ、感光体ドラム２Ｙの表面（感光層）にはイエロー画像に対応する静電潜像が形成される。

このイエロー画像に対応する静電潜像は現像装置５Ｙによってイエロートナー像となり、一次転写手段の一部を構成する一次転写ロール６Ｙの圧接力及び静電吸引力によって中間転写ベルト９上に一次転写される。一次転写後の感光体ドラム２Ｙ上に残留したイエロートナーは、ドラムクリーニング装置７Ｙよって掻き取られる。その後、感光体ドラム２Ｙの表面は除電装置８Ｙによって除電された後、次の画像形成サイクルのために帯電ロール３Ｙにより再び帯電される。

多色のカラー画像形成を行う本画像形成装置１００では、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの相対的な位置の違いを考慮したタイミングで、上記と同様の画像形成工程が画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｋにおいても行われ、中間転写ベルト９上にフルカラートナー像が重ね合わされた状態で形成される。この中間転写ベルト９としては、例えば、可撓性を有するポリイミド等の合成樹脂フィルムを帯状に形成し、この帯状に形成された合成樹脂フィルムの両端を溶着等の手段によって接続することにより、無端ベルト状に形成したものが用いられる。

中間転写ベルト９上に一次転写されたフルカラートナー像は、所定のタイミングで二次転写位置へと搬送される記録用紙１８上に、中間転写ベルト９を支持するバックアップロール１３と、このバックアップロール１３に所定のタイミングで圧接する二次転写ロール１２との圧接力及び静電吸引力によって二次転写される。

一方、記録用紙１８は、画像形成装置１００内の下部に配置された記録用紙収容部としての給紙カセット１７から、所定のサイズのものが給紙ロール１７ａによって給紙される。給紙された記録用紙１８は、複数の搬送ロール１９及びレジストロール２０によって、所定のタイミングで中間転写ベルト９の二次転写位置まで搬送される。そして、記録用紙１８には、上述したように、二次転写手段としてのバックアップロール１３と二次転写ロール１２とによって、中間転写ベルト９上からフルカラートナー像が一括して転写される。

また、中間転写ベルト９上からフルカラートナー像が二次転写された記録用紙１８は、中間転写ベルト９から分離された後、二次転写手段の下流側に配設された定着装置１５へと搬送され、この定着装置１５によって熱及び圧力でトナー像が記録用紙１８上に定着されるようになっている。定着後の記録用紙１８は、排出ロール２３を介して、排出トレイ２４上に排出される。

さらに、二次転写手段により記録用紙１８上に転写できなかった中間転写ベルト９上の残トナーは、そのまま中間転写ベルト９上に付着した状態でベルトクリーニング装置１４まで搬送され、このベルトクリーニング装置１４により中間転写ベルト９上から除去されて次の画像形成に備える。

ところで、上述のように構成した画像形成装置では、帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋにバイアスを印加する際には、帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋと、これに対応する感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋとの間で放電が生じ、この放電により、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが所定の電位に帯電される。

このバイアスを印加する際、特に、その交流成分を大きくすると、交流成分の振幅により感光体表面が傷等のダメージを被り感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの磨耗が促進されて、その寿命が短くなってしまう。

一方、バイアス中の交流成分を小さくすると、スポット的に帯電不良が発生して、白点状の画像欠陥が生じてしまう。

ここで、感光体ドラム２の表面電位は、直流バイアス（直流電圧／電流）により決定され、具体的には、交流バイアス（交流電圧／電流）がパッシェンの法則により導かれる放電開始電圧の約２倍の振幅となるまでは、感光体ドラム２の表面電位は、交流バイアスの増加に伴って増大し、略２倍の振幅を超えると印加した直流バイアスと略同等な電位（一定電位）に収束する。

そして、過大な交流バイアスの印加による感光体の磨耗を防止し、過小な交流バイアスの印加による画像欠陥の発生を防止するための適正な交流バイアス値は、感光体ドラム２の表面電位が、直流バイアスと略同等に収束する際の交流バイアス電圧／電流値（以下、飽和交流基準値とも称する）に、所定の補正値を乗じた値であることが判明している。

さらに、このような直流バイアスが飽和する際の交流バイアス値（飽和交流基準値）は、帯電ロール３と感光体ドラム２との接触面積と相関を有し、接触面積の増減に応じて感光体ドラム２の表面の静電容量が増減し、飽和交流基準値が増減することが本発明者らの研究により分かった。

すなわち、一般に、飽和交流基準値は膜厚の減少に伴って増大し、この増大した飽和交流基準値に基づくバイアスにより感光体ドラム２の磨耗が促進されることが判明しているが、図３に示されるように、膜厚に応じて帯電ロール３と感光体ドラム２とのニップ面積を変更することにより、飽和交流基準値を一定に維持できることが分かった。

そこで、本発明に係る画像形成装置においては、感光体膜厚や周囲温度／湿度に応じて、飽和交流基準値が一定となるように、感光体ドラム２と帯電ロールとの接触面積を変化させ、これにより、従来の飽和交流基準値を検知するためのＡＣ印加のプロセスを省略し、感光体ドラム２の余分な磨耗を抑制すると共に、画像欠陥の発生を防止し、併せて、帯電制御の簡素化を可能とするものである。

次に、前述のように構成した本発明に係る画像形成装置における帯電制御の内容について、図２を参照して説明する。図２は、本発明に係る帯電制御の構成を模式的に示すブロック図である。ここで、各画像形成ユニット１Ｙ〜１Ｋは同様な構成であり、これらの構成機器（例えば、感光体ドラム２Ｙ〜２Ｋ）についても同様な構造であるため、以下、簡単のため、各符号は総称表記（例えば、感光体ドラム２）とする。

図２に示されるように、本実施の形態に係る画像形成装置は、感光体ドラム２の表面に接触して、所定のバイアスが印加される接触式の帯電ロール３と、この帯電ロール３にバイアスを供給する高圧電源３０ａ及び、高圧電源３０ａによる供給電圧／電流を制御する電源コントローラ３０ｂとから構成されるバイアス制御手段３０と、装置内の温度及び湿度を検知する環境センサＳと、感光体ドラム２の膜厚を検知する膜厚検知手段３３と、環境センサＳと膜厚検知手段３３の出力を基に、飽和交流基準値が一定となるように帯電ロール３と感光体ドラム２との接触面積を変更制御する接触面積変更手段３５とを備えている。なお、環境センサＳとしては、従来公知の温度／湿度センサを用いることができる。

帯電ロール３は、ステンレス等の金属からなる芯金３ａの表面に、抵抗値が所定の値に調整された導電性の合成樹脂や合成ゴム等からなる導電層３ｂを被覆して構成されたものであり、必要に応じて、導電層３ｂの表面に離型層が形成されている。そして、芯金３ａに高圧電源３０ａより、例えば、直流電圧が重畳された交流電圧を印加することによって、帯電ロール３と感光体ドラム２との間の微小ギャップにおいてギャップ放電を発生させ、当該放電によって感光体ドラム２の表面を帯電するようになっている。

本実施の形態において、この帯電ロール３に印加される電圧としては、直流バイアス電圧に交流バイアス電圧が重畳されたものであり、具体的には、例えば、直流バイアス電圧が感光体ドラム２の帯電電位と略等しいＤＣ−８００〜−７００Ｖ、交流バイアス電圧がＡＣ１．５〜２．５ｋＶ、周波数が１．３〜１．５ｋＨｚに設定されている。

また、本実施の形態に係る膜厚検知手段３３は、感光体ドラム２の膜厚を検知する際に、交流成分を印加することなく、簡易に感光体膜厚の検知を行うものであり、これにより、膜厚検知のための交流バイアス印加のプロセスを省略し、感光体ドラム２の磨耗の効果的な抑制を可能としている。

具体的には、例えば、膜厚検知時には、感光体ドラム２にＤＣバイアスのみを印加し、その際の帯電電荷量を検知することにより、初期帯電電荷量との比を求め、初期膜厚に乗じることにより、使用状態における膜厚を簡易に検知（算出）してもよいし、従来公知のプリント枚数カウンタや、感光体ドラム２の累積回転数カウンタの計測結果と膜厚との相関に基づき、簡易に膜厚を検知（算出）してもよい。

なお、当然に、膜厚検知手段３３として、別途、従来公知の膜厚センサや膜厚検知サイクルを設けて、感光体ドラム２の膜厚を検知してもよい。

さらに、本発明に係る接触面積変更手段３５は、環境センサＳ及び膜厚検知手段３３の出力に基づき、飽和交流基準値が一定となるように、帯電ロール３と感光体ドラム２との接触面積を変更制御するものであり、具体的には、帯電ロール３を感光体ドラム２に所定の接触荷重で押し付け、この接触荷重を変更することによって、所定の接触面積を実現するようになっている。

飽和交流基準値が一定となるように接触面積を制御するに当って、本実施の形態に係る画像形成装置においては、図４に示されるような、膜厚及び周囲温度／湿度と接触面積との相関を求めた接触面積データベース（例えば、テーブル、若しくはグラフ）と、画像欠陥の発生を防止すると共に感光体ドラム２の磨耗を抑制する最適な交流バイアスを求めるための所定の補正値データベースとを備えている。

ここで、接触面積データべースは、感光体ドラム２の所定の帯電範囲（例えば、ＤＣ−８００〜−７００Ｖ）内における接触面積（接触荷重）と感光体膜厚との関係を、所定の使用環境（温度／湿度）範囲ごとに求めたものであり、補正値データベースは、飽和交流基準値に乗じることにより最適な交流バイアスを得るためのバイアス補正値を、膜厚及び周囲温度／湿度に応じて求めたものである。

そして、接触面積変更手段３５は、環境センサＳ及び膜厚検知手段３３の検知結果に基づいて、上記接触面積データベースを参照することにより、帯電ロール３を感光体ドラム２へ押し付ける際の接触荷重を変更し、飽和交流基準値を一定に維持するような所定の接触面積を実現するようになっている。

一般に、感光体膜厚の減少に伴って飽和交流基準値は増大するが、このような接触面積変更手段３５により、接触面積（接触荷重）を減少させることにより、飽和交流基準値の増大分をキャンセルしてその値を一定に維持することが可能となり、これにより、感光体ドラム２の磨耗をより効果的に抑制することが可能となる。併せて、接触荷重を減少させることにより、帯電ロール３との接触による感光体ドラム２の機械的な磨耗も抑制することが可能となる。

その後、バイアス制御手段３０は、接触面積変更手段３５により一定に維持された飽和交流基準値に基づいて、補正値データベースを参照して最適な交流バイアスを求め、この最適な交流バイアスを直流バイアスに重畳したバイアスを帯電ロール３に印加する。

なお、これらの各構成手段の制御機能は、装置コントーローラＣＲを流用して実現してもよいし、当然に、専用のコントローラを設けて実現してもよい。

このように本実施の形態に係る画像形成装置においては、接触面積変更手段３５が、周囲温度／湿度及び膜厚に応じた接触面積データベースを参照して飽和交流基準値を一定とし、この飽和交流基準値に基づいて、バイアス制御手段３０が、画像欠陥の発生の防止と感光体ドラム２の磨耗の抑制とを両立する最適なバイアスを印加するので、従来のように、交流バイアスを設定するための付帯的なＡＣ印加のプロセスを別途設ける必要がなく、感光体ドラム２へのストレスを低減し、その長寿命化が可能となる。

また、接触面積変更手段３５が、接触面積データベースを参照して飽和交流基準値を一定に維持しつつ、バイアス制御手段３０が、この一定の飽和交流基準値に補正値データベースを参照して最適な交流バイアスを設定印加するので、ＤＣバイアスが飽和するＡＣバイアスを求める際の従来の煩雑な帯電制御に比し、帯電制御の大幅な簡素化が可能となる。

なお、本実施の形態においては、接触荷重を変更することにより飽和交流基準値を一定とする接触面積を実現したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、例えば、帯電ロール３と感光体ドラム２との軸間距離を変更することにより、所定の接触面積を実現するように構成してもよい。

本発明に係る画像形成装置の一実施の形態を示す概略構成図である。本発明に係る帯電制御の構成を模式的に示すブロック図である。ニップ面積とＤＣバイアスが飽和するＡＣバイアスとの関係を示す図である。本発明に係る接触面積データベースの例を示す図である。

符号の説明

１Ｙ−１Ｋ：画像形成ユニット、２Ｙ−２Ｋ：感光体ドラム、３Ｙ−３Ｋ：帯電ロール、４Ｙ−４Ｋ：露光装置、５Ｙ−５Ｋ：現像装置、６Ｙ−６Ｋ：一次転写ロール、７Ｙ−７Ｋ：ドラムクリーニング装置、９：中間転写ベルト、１０Ｙ−１０Ｋ：トナーカートリッジ、１２：二次転写ロール、１４：ベルトクリーニング装置、１５：定着装置、１８：記録用紙、３０：バイアス制御手段、３０ａ：高圧電源、３０ｂ：電源コントローラ、３３：膜厚検知手段、３５：接触面積変更手段、１００：画像形成装置、ＣＲ：装置コントーローラ、Ｓ：環境センサ

Claims

その表面に静電潜像が形成される感光層が被膜された感光体と、直流成分に交流成分を重畳したバイアスが印加され、前記感光体を所定の電位に帯電する接触式帯電ロールとを有する画像形成装置において、
前記感光体の感光層の膜厚を検知する膜厚検知手段と、
環境を検知する環境検知手段と、
前記膜厚検知手段及び環境検知手段の検知結果と、予め求めた膜厚及び周囲温度／湿度と接触面積との相関に基づいて、感光体膜厚の減少に伴って接触面積を減少させて、前記交流成分を変化させた場合に前記直流成分が飽和する際の前記交流成分の値が一定となるように、前記接触式帯電ロールと感光体との接触面積を変更する接触面積変更手段と、
前記接触面積変更手段により一定に維持された前記交流成分の値に基づいて、前記帯電ロールへ印加する直流成分に交流成分が重畳されたバイアスを制御するバイアス制御手段と
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
前記接触面積変更手段は、前記帯電ロールと感光体との接触荷重を変更することにより接触面積を変更することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記接触面積変更手段は、前記帯電ロールと感光体との軸間距離を変更することにより接触面積を変更することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。