JP5436183B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体と像担持体に形成された潜像を現像する現像手段とを備えた画像形成装置に関する。

従来、像担持体である感光ドラムと現像剤担持体である現像ローラとを当接させた状態で、像担持体上の静電潜像を接触現像し、現像された画像を記録媒体に転写する画像形成装置が知られている。接触現像方式においては、現像ローラの接触により感光ドラムの表面が摩耗して性能が劣化し、形成される画質の低下をもたらす。

そこで、感光ドラムと現像ローラが当接した時間を検知する当接時間検知手段を設け、検知された時間に基づいて感光ドラムの寿命を判定する方法が特許文献１に提案されている。

特開２００３−３２３０９０

しかしながら、感光ドラムと現像ローラとの現像当接及び離間の動作や構成は、部材の取り付け誤差や駆動源であるモータの制御タイミング等によるばらつき要素を含んでいる。従来の感光ドラムと現像ローラとの当接時間の検知方法は、画像形成動作中に画像形成装置の制御部が所定のタイミングで発信する当接及び離間信号を検知して、当接時間のカウントを行っていた。そのため、ばらつき要素を含んだ当接時間を検出してしまっていたため、実際の当接時間を精度良く検知するのが困難であった。それゆえ、当接時間が正確に検知できないと、感光ドラムの劣化状態も正確に検知することが困難であった。

さらに、当接時間が正確に検知できないと、感光ドラムの劣化状態も正確に検知できないため、当接時間に応じた前露光量の調整が困難であった。前露光量が適切でなくなると、感光ドラム上の電荷が充分に除去されず、残留した電荷の影響により、所謂ゴースト画像と呼ばれる画像不良が発生してしまうと、画質の低下を招いてしまうという課題があった。また、感光ドラムと現像ローラは回転軸方向において一方の端部と他方の端部では当接及び離間のタイミングにばらつきが生じる可能性があるため、両端部において当接時間にムラが発生する可能性がある。そのため、当接時間に基づいて、一様に前露光量の調整を行っても、感光ドラムの両端部における削れムラによって、画像濃度にムラが発生して画質低下が起こってしまう可能性があるという課題があった。

本願に係る発明は、以上のような状況を鑑みてなされたものであり、感光ドラムと現像ローラの当接時間を精度良く検知し、さらに感光ドラムの両端部における当接時間のムラに応じて前露光量の制御を行うことで画質低下を防止することを目的とする。

上記課題を解決するために、潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に形成された前記潜像を現像する現像剤担持体と、前記像担持体の電荷を除去する露光手段とを有し、前記像担持体と前記現像剤担持体が離間した状態と、前記潜像を現像することが可能な前記像担持体と前記現像剤担持体が当接した状態とを切り替えることが可能な画像形成装置であって、前記像担持体と前記現像剤担持体が当接している状態である当接時間を前記像担持体の長手方向の複数箇所で検知する検知手段と、前記検知手段により検知された複数の当接時間の差分に応じて、前記露光手段により当接時間の短い箇所を露光する際の露光量を増加させる制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、感光ドラムと現像ローラの当接時間を精度良く検知し、さらに感光ドラムの両端部における当接時間のムラに応じて前露光量の制御を行うことで画質低下を防止することができる。

画像形成装置の概略構成図。 画像形成装置の制御部の構成を示したブロック図。 前露光量と感光ドラム削れ量の関係を示したグラフ。 前露光を行う装置の概略図。 当接時間検知用の画像パターン。 左右端部における当接時及び離間時の当接時間差を示したタイミングチャート。 プロセスカートリッジの概略構成図。 感光ドラム１の両端部での当接時間を示したグラフ。 感光ドラム１の前露光量制御を示したフローチャート。 左右端部の当接時間差に対する前露光量の調整の一例を示したグラフ。 カラー画像を形成する画像形成装置の概略構成図。 カラー画像を形成する画像形成装置の当接時間検知用の画像パターン。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施の形態で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。

（第１の実施形態）
（画像形成装置の全体構成）
図１は、画像形成装置としてのプリンタ１００の概略構成を示す図である。符番１は像担持体としての感光ドラム、符番２は接触帯電部材としての帯電ローラ、符番３は現像剤Ｔ’を内包し、感光ドラム１上に形成された静電潜像を現像するための現像器である。感光ドラム１は、アルミニウム等からなる芯金１ａ上に、電荷発生層１ｂを形成し、その上層に電荷輸送層１ｃを形成した、いわゆる有機感光体である。電荷輸送層１ｃは、画像形成を行う事で次第に磨耗する。帯電ローラ２の芯金２ａには、プリンタ本体に備えられた電源４ａから芯金２ａに接触させた摺動電極（不図示）を介し、ＡＣ電圧とＤＣ電圧を重畳した振動電圧が印加される。現像器３は感光ドラム１に接触し図中矢印Ｒｂ方向に回転しながら現像を行う現像剤担持体である現像ローラ３ａと、図中矢印Ｒｃ方向に回転することにより、現像剤Ｔ’を現像ローラ３ａに供給する現像剤供給手段としての供給ローラ３ｂを備えている。さらに、現像ローラ３ａ上の現像剤Ｔ’の塗布量及び帯電量を規制する現像剤規制手段としての現像ブレード３ｃと、現像剤Ｔ’を供給ローラ３ｂに供給すると共に現像剤Ｔ’の撹拌を行う撹拌部材３ｄ等を備えている。なお、現像器３を構成する枠体内の空間は、現像剤Ｔ’を内包するための現像剤収容部３ｅとして利用される。現像時には、加圧バネ３ｈに現像器３全体を押されることにより、現像ローラ３ａが感光ドラム１に対して当接される。現像を行わない状態においては、現像ローラ３ａは、カム３ｆにより感光ドラム１から離間している。

感光ドラム１は図中矢印Ｒａ方向に回転しながら、帯電ローラ２によりその周面を接触帯電されて所定の電荷を得る。帯電された感光ドラム１の周面に対して、レーザースキャナ５により走査露光がなされ、静電潜像が形成される。現像ローラ３ａ上に担持された現像剤Ｔ’が、感光ドラム１と対向する位置に到達すると、電源４ａから現像ローラ３ａに印加されて直流現像バイアスにより、感光ドラム１の表面に形成された静電潜像に対して現像剤Ｔ’が転移し、現像が行われる。感光ドラム１上に形成された画像は、感光ドラム１の回転により転写部６に送られ記録媒体Ｐに転写される。記録媒体Ｐに転写された画像は、定着部７に搬送され、定着されることにより画像形成が完了する。転写部６での転写を行った際に、感光ドラム１上に残留した現像剤Ｔ’は、再び帯電ローラ２を通過する前にクリーニングブレード８によって掻き落とされ、廃現像剤容器９内に蓄積される。

符番１６は前露光部であり、感光ドラム１上に残留した現像剤Ｔ’がクリーニングされた後の、感光ドラム１に残った電荷を除去するために露光を行う。この前露光を行うことにより感光ドラム１上の電荷を除去でき、次に画像形成を行う際に、前の画像形成の影響を受けずに感光ドラム１上に潜像を作成することができる。前露光部１６の光源としては特に限定するものはなく、ＬＥＤや、ハロゲンランプ等を用いることができる。

（制御部の構成）
本実施形態における画像形成装置の制御部の構成を図２を用いて説明する。符番１１は、プリンタ１００全体を制御するＣＰＵなどで構成された制御部である。符番１２は、現像ローラ３ａと感光ドラム１との当接時間をカウントするセンサー等で構成された当接時間検知部である。符番１３は、当接時間の検知結果や、画像形成動作において感光ドラム１に現像ローラ３ａが当接された当接時間の積算値を記憶する記憶部としてのＮＶ−ＲＡＭ（Ｎｏｎ Ｖｏｌａｔｉｌｅ ＲＡＭ）である。ＮＶ−ＲＡＭを設ける事で、当接時間の検知結果や、画像形成動作中に当接時間検知部１２がカウントした値を不揮発性の記憶部１３に格納できるため、感光ドラム１の寿命検知が正確且つ迅速に行える。なお、感光ドラム１の帯電電圧のＯＮ／ＯＦＦや、現像ローラ３ａの当接及び離間等の動作タイミングは、印刷する画像サイズに拠らず全て同一に行なわれるものとする。

当接時間検知部１２は、制御部１１と接続され、制御部１１から発せられる現像ローラ３ａへの当接信号、及び離間信号の検知を行う。また、感光ドラム１に対向する位置に設けられ、感光ドラム１に形成された現像剤像の有無検知を行う現像剤像センサー１５と当接時間検知部１２は接続されている。これにより、感光ドラム１の表面における現像剤像の描き出しタイミングと、描き終りのタイミングを検知する事ができる。現像剤像センサー１５は、感光ドラム１の表面の現像剤像の有無を光学的に検知するフォトセンサーであり、現像剤像が存在する場合には出力電圧の変化として当接時間検知部１２に伝達を行う。

前露光量と感光ドラム１の電荷輸送層１ｃの削れ速度との関係を図３に示す。例えば、前露光量が３００ｍＶのときは削れ速度は１．００倍、３５０ｍＶのときは削れ速度は１．１０倍となる。このように、３００ｍＶで削れる量を基準として、グラフから得られた倍率を掛け合わすことによって、感光ドラム１の削れ量を算出することができる。つまり、前露光量が減少すると感光ドラム１の削れ量も減少する。前露光量が増加すると感光ドラム１の削れ量も増加する。しかし、前露光量を少なくすることにより、感光ドラム１の削れ量を少なくすることができるが、前露光量が必要以上に少なくなると、感光ドラム１に電荷が残留してしまいゴースト画像が発生してしまう可能性がある。図３の点線で表されているように、前露光量が２５０ｍＶを下回ると、ゴースト画像が発生する可能性がある。

図４に感光ドラム１に前露光を行う装置の概略図を示す。前露光を行うための前露光部としてＬＥＤ１６ａ、１６ｂを感光ドラム１の回転軸の長手方向の両端に配置している。感光ドラム１に対して複数箇所、本実施形態では左右から前露光を行う。図４では前露光量は感光ドラム１の回転軸方向中央で最も弱くなるため、中央でゴースト画像を防止できるように露光量を設定した。前露光量を感光ドラム１の軸方向で可変な例としてはＬＥＤアレイによる前露光装置もあるが、本実施形態では本体スペースの観点から前露光を感光ドラム１の左右から照射することで、前露光量が感光ドラム１の軸方向で可変となっている。

（感光ドラム１の両端部での当接時間検知処理）
感光ドラム１の両端部での当接時間差の検知について説明する。図５に感光ドラム１の両端部での当接時間を検知するための画像パターンを示す。両端部での当接時間を検知するのは、先の左右から前露光を行っていることに対応するためである。なお、この当接時間の初期測定のための検知動作は、プロセスカートリッジが交換されたときに行われるが、画像形成時の前回転又は後回転において測定することも可能である。

当接時間の検知が始まると、感光ドラム１の駆動を開始した後、電源４ａから帯電ローラ２にＡＣ電圧とＤＣ電圧を重畳した振動電圧を印加して、感光ドラム１の表面の帯電を行う。次いで、感光ドラム１の帯電処理面に対し、レーザースキャナ５により走査露光がなされ、現像剤像センサー１５に検知可能な箇所に図５に示すような、複数の画像パターンの静電潜像が形成される。

制御部１１は現像ローラ３ａの当接信号を発し、現像ローラ３ａの当接及び離間手段１０はカム３ｆの切り替えを行って、感光ドラム１に現像ローラ３ａを当接させる。このとき、現像ローラ３ａには感光ドラム１に当接する前から、電源４ａから現像ローラ３ａに直流現像バイアスが供給されており、感光ドラム１上に形成された静電潜像に現像ローラ３ａが当接した時点から現像が行われる。つまり、現像ローラ３ａの当接タイミングが、現像剤像の書き出しタイミングとなり、当接の検知を感光ドラム１の両端で行う。その後、制御部１１は現像ローラ３ａの離間信号を発し、現像ローラ３ａの当接及び離間手段１０はカム３ｆの切り替えを行って、感光ドラム１から現像ローラ３ａを離間させる。感光ドラム１から現像ローラ３ａが離間された時点で、感光ドラム１上の静電潜像の現像は終了する。即ち、現像ローラ３ａの離間タイミングが、現像剤像の書き終わりタイミングとなり、離間の検知を感光ドラム１の両端部で行う。

図６に感光ドラム１の両端部での現像ローラ３ａとの当接及び離間のタイミングチャートを示す。このタイミングチャートから感光ドラム１と現像ローラ３ａの当接及び離間のタイミングは左右で当接時間に差分があることがわかる。感光ドラム１の回転方向に対して右端部は左端部より早く当接している。また、離間動作において、右端部は左端部より遅れて離間していることがわかる。このことから、当接時間は感光ドラム１の軸方向で違っており、右端部は左端部よりも当接及び離間動作において長い時間当接している。図中の（ａ）は感光ドラム１の右端部と左端部での当接までの時間差を、（ｂ）は離間までの時間差を示す。この両端部での時間差（ａ）及び（ｂ）から当接時間差Ｚを求め（Ｚ＝（ａ）＋（ｂ））、Ｚを記憶部１３に格納する。ここでは、一例として両端部での当接の時間差は、右端部の方をプラスとすることにする。つまり、右端部より左端部の方が１（ｓ）当接までの時間差があったとすると、（ａ）は＋１（ｓ）となる。これより、当接時間差Ｚがプラスのときは左端部より右端部の当接時間が長く、マイナスのときは右端部より左端部の当接時間が長いとする。なお、この定義は一例であり、左端部をプラスと定義することも可能である。

（当接及び離間動作）
図７は、感光ドラム１やクリーニングブレード等を備えた廃現像剤容器９と現像器３からなるプロセスカートリッジの概略構成図である。感光ドラム１と現像ローラ３ａは、現像時以外のタイミングでは、カム３ｆが矢印ａ方向に作動し、支点３ｇを中心に現像器３が移動して、感光ドラム１と現像ローラ３ａの離間が行なわれる。

先の当接時間の検知でも述べたように、プロセスカートリッジに装着された加圧バネ３ｈやカム３ｆの部品精度等の影響により感光ドラム１と現像ローラ３ａとの当接及び離間は感光ドラム１の軸方向に対し一斉行われるのではなく、感光ドラム１の軸方向で時間差をもって行われる。図８（ａ）、（ｂ）に感光ドラム１の両端部での当接時間を示す。図８（ａ）は同一のプロセスカートリッジを用い、装着する画像形成装置を変えた場合の当接時間を示し、図８（ｂ）は同一の画像形成装置を用い、装着するプロセスカートリッジを変えた場合の当接時間を示している。図８（ａ）、（ｂ）から当接時間は感光ドラム１の両端部で時間差があることがわかる。また、感光ドラム１の回転軸方向での時間差は、加圧バネ３ｈやカム３ｆの精度のほか、カムに押される現像容器等によって変わるため、画像形成装置やプロセスカートリッジが変わると時間差も変わる。よって、プロセスカートリッジが新しく装着されたときには、先の当接時間を検知するシーケンスを行い、当接時間を検知する。なお、プロセスカートリッジが変更されていなければ、当接時間は変わらないため、当接時間の検知はカートリッジが変更されたときに行えばよい。

（前露光量の調整方法）
図９のフローチャートを用いて前露光量の調整方法について説明する。制御部１１は、画像形成動作が開始されると（Ｓ１）記憶部１３に格納されている感光ドラム１と現像ローラ３ａとの当接時間差Ｚが格納されているか判断する（Ｓ２）。記憶部１３に当接時間差Ｚが格納されている場合はステップＳ６に進む。

記憶部１３に当接時間差Ｚが格納されていない場合は、所定のタイミングで現像ローラ３ａを感光ドラム１に当接させるよう制御を行う。この際、制御部１１からカム３ｆを動作させるための信号が発せられる。当接時間検知部１２はこの信号を検知し、現像ローラ３ａの当接時間カウントを感光ドラム１の両端部で開始する（Ｓ３）。

感光ドラム１上の静電潜像の現像が終了すると、制御部１１は所定のタイミングで現像ローラ３ａを感光ドラム１から離間させるよう制御を行う。この際、制御部１１からカム３ｆを動作させるための信号が発せられる。当接時間検知部１２はこの信号を検知し、現像ローラ３ａの当接時間カウントを感光ドラム１の両端部で停止する（Ｓ４）。当接時の感光ドラム１における左右での時間差と、離間時の感光ドラム１における左右での時間差とを用いて、当接時間差Ｚを算出し、記憶部１３に書き込む（Ｓ５）。

記憶部１３に格納された当接時間差Ｚを読み込んで感光ドラム１の両端部における前露光量の制御を行う。まず、当接時間差Ｚの符号から左端部と右端部のどちらの当接時間が長いかを判別することができ、さらに当接時間差Ｚの数値により左端部と右端部の前露光量の制御を行う。図１０のグラフに、感光ドラム１における左右の前露光量を調整し、削れムラを抑制する前露光量を示す。ここでは、一例として、感光ドラム１の左右端部の当接時間に差が無い場合（Ｚ＝０）と、右端部のほうが当接時間が長い場合（Ｚ＞０）を示す。当接時間に差が無い場合は、左右端部で均等な前露光量とし、右端部の方が当接時間が長い場合は、左端部の前露光量を大きくして、左右の削れムラを抑制する（Ｓ６）。図１０では、一例として右端部の方が当接時間が０．４（ｓ）長くなっているため、右端部の前露光量を約３２０ｍＶ、左端部の前露光量を約３６０ｍＶとすることで、当接時間の差によって発生する感光ドラム１の削れムラを前露光量を制御することで抑制できる。Ｓ６で決定された前露光量によって、ＬＥＤ１６ａ、１６ｂを照射し、前露光を行った後に画像形成を行う（Ｓ７）。なお、当接時間による前露光量の調整は、当接時間の検知と同様に、感光ドラム１と現像ローラ３の組み合わせが変更にならない限り、一度行えばよいものである。

このように、感光ドラム１と現像ローラ３ａの当接時間を精度良く検知することが可能となり、検知した当接時間から感光ドラム１の左右端部の当接時間差を求めることによって、前露光量を適切に制御することが可能となり、感光ドラム１の削れムラを抑制し、画質の低下を抑制することが可能となった。

なお、本実施形態で説明した前露光量の調整方法は、図１１に示すような複数色の現像剤に応じた複数のステーションを有する画像形成装置であるカラープリンタ２００に適応することも可能である。基本的な当接時間の検知方法は、上述した方法と同一であるが、複数の感光ドラムと現像ローラを有するため、当接時間を検知するための画像パターンが先の図５とは異なるものとなる。図１２にカラープリンタで用いる画像パターンを示す。図１２に示すように、本実施形態で用いる当接時間検知用の画像パターンは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で、各プロセスカートリッジについて形成され、中間転写ベルト２５に対向して配置された、現像剤像センサーによって連続して検知を行う。これにより、プロセスカートリッジ毎に現像ローラの当接時間の検知が行われ、当接時間差Ｚを求めることができる（図９のフローチャートＳ３乃至Ｓ６）。各色において、夫々当接時間差Ｚの算出を行うと、各色において、前露光量の調整を行う。これは、先の図１０で説明した方法と同一である。

１ 感光ドラム
２ 帯電ローラ
３ 現像器
３ａ 現像ローラ
１１ 制御部
１２ 当接時間検知部
１３ 記憶部
１４ 読み取り・書き込み手段
１５ 現像剤像センサー

Claims (4)

1. 潜像が形成される像担持体と、
   前記像担持体に形成された前記潜像を現像する現像剤担持体と、
   前記像担持体の電荷を除去する露光手段とを有し、
   前記像担持体と前記現像剤担持体が離間した状態と、前記潜像を現像することが可能な前記像担持体と前記現像剤担持体が当接した状態とを切り替えることが可能な画像形成装置であって、
   前記像担持体と前記現像剤担持体が当接している状態である当接時間を前記像担持体の長手方向の複数箇所で検知する検知手段と、
   前記検知手段により検知された複数の当接時間の差分に応じて、前記露光手段により当接時間の短い箇所を露光する際の露光量を増加させる制御手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 潜像が形成される像担持体と、
   前記像担持体に形成された前記潜像を現像する現像剤担持体と、
   前記像担持体の電荷を除去する露光手段とを有し、
   前記像担持体と前記現像剤担持体が離間した状態と、前記潜像を現像することが可能な前記像担持体と前記現像剤担持体が当接した状態とを切り替えることが可能な画像形成装置であって、
   前記像担持体と前記現像剤担持体が当接している状態である当接時間を前記像担持体の長手方向の複数箇所で検知する検知手段と、
   前記検知手段により検知された複数の当接時間の差分に応じて、前記露光手段により当接時間の長い箇所を露光する際の露光量を減少させる制御手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
3. 前記検知手段で検知する複数箇所とは、前記像担持体の長手方向の左右端部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記露光手段は、前記像担持体の長手方向の左右端部に夫々配置されてい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。