JP5437611B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関するものであり、特に転写方式として中間転写方式を採用したカラー画像を形成する画像形成装置に関する。

従来の複写機、ファックス、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置において、画像流れによる画質劣化が問題であった。
画像流れは、画像がぼやけたりこすれたように流れたりする現象であり、感光体表面に放電生成物（コロナ放電時に発生するオゾンや窒素酸化物等の活性物質及びそれらの反応生成物）の水溶体等、導電性を有する異物が付着し潜像電荷が潜像面方向に流れるために発生する。

この問題を解決する手段として、転写装置とクリーニングブレードの間に設けられたクリーニングローラ（摺擦ローラ）に、研磨剤が付着し研磨性を有するトナーであって画像を用紙へ転写した後に感光体表面に残留するトナーを担持させて、これにより感光体の表面を研磨することで、感光体の表面粗さを小さくして、感光体表面の放電生成物の水溶体等の異物を除去する技術が知られている。

しかし、画像形成装置の動作環境や使用される転写紙、トナーの状態等により感光体への異物の付着が増加した場合、或いはトナー外添剤の減少等に起因して研磨性が低下した場合は、異物の付着作用が摺擦ローラの研磨作用を上回るため、感光体の表面状態が劣化して表面摩擦係数が上昇し、感光体の駆動トルクの上昇、クリーニングブレードのスティックスリップ等を引き起こす。そのためブレード振動音の発生やブレードの巻き上がり、色ズレ、クリーニング不良等の不具合が発生する虞があった。

そこで特許文献１には、画像形成動作中常に、感光体の回転方向と同方向に且つ感光体に対して１２０％の周速で摺擦ローラが回転する画像形成装置が開示されている。これにより、高い研磨力が得られるので感光体の表面摩擦係数を上昇させず、クリーニング不良等の不具合を発生させない。

また特許文献２には、複数の摺擦ローラを備え、隣接する摺擦ローラの回転方向が互いに異なるように設定された画像形成装置が開示されている。これによると、高い研磨力が得られて感光体の表面摩擦係数を上昇させず、クリーニング不良等の不具合を発生させない。更に、摺擦ローラと感光体ドラムの摺擦負荷及びその変動の影響も受け難い。

しかしながら、特許文献１、２何れの画像形成装置も、摺擦ローラに高い研磨力を与え、それによって感光体を研磨するので、感光体の摩耗、消耗が激しく、感光体の寿命が短くなるといった問題がある。
また、特許文献１の画像形成装置は、画像形成動作中常に、摺擦ローラを感光体ドラムと同方向に且つ感光体ドラムの回転に比較して大きな回転速度で回転させると、感光体の研磨力を十分に向上させることはできるが、摺擦ローラと感光体ドラムの摺擦負荷及びその変動の影響で、回転むらや回転位置ずれによるジッタが発生し易く、画像の乱れとなって現れるという問題があり、特許文献２の画像形成装置は、複数の摺擦ローラを用いるため部材点数も多く構成が複雑で、装置自体が大きくなる或いはコストアップになるといった問題がある。

特開平７−２３４６１９号公報 特開２００４−３６１７７５号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を鑑み、特に部材の追加を要さなくとも、ジッタ等の画像の乱れを発生させることなく、画像流れを防止でき、且つ感光体の寿命が長い画像形成装置を提供することである。

請求項１に係る発明は、感光体と、該感光体に対向配置され該感光体表面に形成されたトナー像が転写される中間転写体と、交流電圧が印加され前記感光体を帯電させる帯電装置と、前記感光体表面の摩擦抵抗値を検出する摩擦抵抗値検出手段を有する画像形成装置であって、該摩擦抵抗値検出手段によって所定の摩擦抵抗値より大きい値が検出された時に、前記感光体の表面電位と前記交流電圧の関係における前記表面電位の変曲点以上の範囲で、前記交流電圧を低下させ、前記摩擦抵抗値検出手段が、前記感光体表面又は前記中間転写体表面に形成される濃度検知用トナー像の濃度に基づいて摩擦抵抗値を検出するものである、
ことを特徴とする画像形成装置に関する。

請求項２に係る発明は、前記交流電圧を低下させた後、さらに前記摩擦抵抗値検出手段による検出を繰り返し行い、所定の値より大きい摩擦抵抗値を検出する毎に、前記感光体の表面電位が低下しない範囲で、前記交流電圧を繰り返し低下させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置に関する。

請求項３に係る発明は、前記摩擦抵抗値検出手段が、前記中間転写体表面に形成される濃度検知用トナー像の濃度を検知する濃度検知センサ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に関する。

請求項１に係る発明によれば、感光体と、感光体に対向配置され感光体表面に形成されたトナー像が転写される中間転写体と、交流電圧が印加され感光体を帯電させる帯電装置と、感光体表面の摩擦抵抗値を検出する摩擦抵抗値検出手段を有する画像形成装置であって、摩擦抵抗値検出手段によって所定の摩擦抵抗値より大きい値が検出された時に、前記感光体の表面電位と前記交流電圧の関係における前記表面電位の変曲点以上の範囲で、交流電圧を低下させ、放電生成物等の異物の感光体への付着を防止できるので、摩擦抵抗値の上昇を抑制し画像流れを防止できる。
また、印加する電圧の変更によるので、特に部材の追加も要さず、ジッタ等の画像乱れを防止でき、感光体の消耗も抑えられる。
更に、摩擦抵抗値検出手段が、感光体表面又は中間転写体表面に形成される濃度検知用トナー像の濃度に基づいて摩擦抵抗値を検出するものであることにより、特に部材の追加をしなくても感光体表面の摩擦抵抗値を検出できる。

請求項２に係る発明によれば、交流電圧を低下させた後、さらに摩擦抵抗値検出手段による検出を繰り返し行い、所定の値より大きい摩擦抵抗値を検出する毎に、感光体の表面電位が低下しない範囲で、交流電圧を繰り返し低下させることにより、感光体表面電位と現像バイアス電圧の差が変化しないので、現像性低下によるカブリを発生させないで、放電生成物等の異物の感光体への付着を防止できる。そのため、摩擦抵抗値の上昇を抑制して画像流れを防止できる。

請求項３に係る発明によれば、前記摩擦抵抗値検出手段が、前記中間転写体表面に形成される濃度検知用トナー像の濃度を検知する濃度検知センサであることにより、濃度検知センサは１個あれば良いので、部材点数を減らすことができ装置のコンパクト化、省スペース化ができる。

以下、本発明に係る画像形成装置の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る画像形成装置の画像形成部を示す概略図である。
本発明に係る画像形成装置は図１に示すように、中間転写体として無端状の転写ベルト（１）を有し、転写ベルト（１）は駆動ローラ（２）と従動ローラ（３）等にわたって巻き掛けられ図中矢印方向に回転駆動されている。

この転写ベルト（１）の上方には、異なる色のトナーで現像する複数の画像形成ユニット（４）、より詳しくは転写ベルト（１）の回転方向上流側から下流側に向けて、マゼンダトナー用画像形成ユニット（４Ｍ）、シアントナー用画像形成ユニット（４Ｃ）、イエロートナー用画像形成ユニット（４Ｙ）、及びブラックトナー用画像形成ユニット（４Ｂ）が順に配設されている。
各画像形成ユニット（４Ｍ）、（４Ｃ）、（４Ｙ）、（４Ｂ）は、夫々回転駆動する感光体ドラム（５）を有しており、感光体ドラム（５）の周りには夫々、交流電圧が印加される帯電装置（６）、露光装置（７）、現像装置（８）、クリーニングブレード（９）、除電装置（図示略）、及び摺擦ローラ（１０）を備えている。
感光体ドラム（５）は、アモルファスシリコン感光体であるが、これに限定されず、有機感光体であっても良い。
帯電装置（６）は、図１では感光体ドラム（５）を接触帯電させるローラ帯電式のものとしているが、これに限定されず、非接触帯電させるものであっても良い。

転写ベルト（１）を挟んで各感光体ドラム（５）と対向するように夫々１次転写ローラ（１１）が設けられている。
また、転写ベルト（１）を挟んで駆動ローラ（２）と対向するように２次転写ローラ（図示略）が設けられている。駆動ローラ（２）の転写ベルト（１）進行方向前方側にはクリーニングブレード（１２）が備えられ、進行方向後方側には転写ベルト（１）に形成される濃度検知用トナー像（パッチと称す）の濃度を検知する濃度センサ（１３）が備えられている。濃度センサ（１３）は本実施形態では摩擦抵抗値検出手段としても用いられる。
１次転写ローラ（１１）及び２次転写ローラ（図示略）は、トナーの正規の帯電極性とは逆極性を示すバイアス電圧を印加する電源を備えているが図１では省略し図示していない。

この画像形成装置による画像形成動作は、従来の画像形成装置と特に変わるところはなく、各画像形成ユニット（４）において、感光体ドラム（５）は回転駆動されながら、交流電圧（Ｖ_ｐｐ）が印加された帯電装置（６）によって表面電位（Ｖ_０）に帯電され、露光装置（７）によって露光され、現像装置（８）によって現像されることにより、感光体（５）表面にトナー像が形成される。
その後、１次転写ローラ（１１）に前記バイアス電圧を印加することで、前記トナー像が転写ベルト（１）に転写される（１次転写）。
この動作は転写ベルト（１）を駆動しながら、各色トナーの画像形成ユニット（４Ｍ）、（４Ｃ）、（４Ｙ）、（４Ｂ）にて順次行われ、転写ベルト（１）上に異なる色のトナーが重ね合わされ、フルカラートナー像が形成される。
そして、２次転写ローラ（図示略）に前記バイアス電圧を印加することで、前記フルカラートナー像が用紙に転写される（２次転写）。

１次転写された後、感光体ドラム（５）は除電装置（図示略）によって除電され、摺擦ローラ（１０）及びクリーニングブレード（９）によってクリーニングされて、感光体ドラム（５）表面に残留する未転写トナーが除去される。
２次転写された後は、クリーニングブレード（１２）によって転写ベルト（１）表面に残留する未転写トナーが除去される。

図２は、４つの画像形成ユニット（４）のうち１つを拡大して示した概略図である。
図２に示すように、画像形成時において摺擦ローラ（１０）は、感光体ドラム（５）と逆方向に回転して、感光体ドラム（５）表面に残留する未転写トナーを回収する。

この時、摺擦ローラ（１０）は回収したトナーを表面に担持させて、感光体ドラム（５）より遅く回転する。これによりトナーによって感光体ドラム（５）表面を研磨して、感光体ドラム（５）表面に付着する放電生成物の水溶体等、導電性を有する異物を除去できる。
トナーには、微粒子酸化チタン等の研磨剤が外添剤として添加され、主に外添剤によって感光体ドラム（５）が研磨される

動作環境やトナーの状態等により感光体ドラム（５）への異物の付着が増加した場合、或いはトナー添加剤の減少等に起因して研磨性が低下した場合には、異物の付着作用が摺擦ローラ（１０）の研磨作用を上回るため、感光体ドラム（５）の表面状態が劣化して表面摩擦抵抗値が上昇するが、摩擦抵抗値が上昇し摩擦抵抗値検出手段（濃度センサ（１３））によって所定の値より大きい値が検出されると、帯電装置（６）に印加される交流電圧（Ｖ_ｐｐ）を低下させる。

帯電装置（６）に印加される交流電圧（Ｖ_ｐｐ）を低下させることにより、放電生成物（コロナ放電時に発生するオゾンや窒素酸化物等の活性物質及びそれらの反応生成物）等の異物の感光体ドラム（５）への付着を防止できるので、摩擦抵抗値の上昇を抑制し画像流れを防止できる。
また、帯電装置（６）に印加される交流電圧（Ｖ_ｐｐ）の変更によるので、特に部材の追加も要さず、ジッタ等の画像乱れを防止でき、更には感光体ドラム（５）の消耗も抑えられる。

交流電圧（Ｖ_ｐｐ）を低下させた後、更に摩擦抵抗値検出手段による検出を繰り返し行う。
所定の摩擦抵抗値より大きい値が検出された時は、更に交流電圧（Ｖ_ｐｐ）の低下を繰り返し、摩擦抵抗値のそれ以上の上昇を防止し、所定の摩擦抵抗値より小さい値が検出された時は、交流電圧（Ｖ_ｐｐ）の低下を停止する。

交流電圧（Ｖ_ｐｐ）が所定の値より小さくなると、表面電位（Ｖ_０）は低下するが、交流電圧（Ｖ_ｐｐ）の低下は、感光体ドラム（５）の表面電位（Ｖ_０）が低下しない範囲で行われる。
表面電位（Ｖ_０）が低下すると、現像バイアス電圧（Ｖ_ｄｃ）との電位差が小さくなり現像性が低下してカブリ等の画像不良が生じるからである。

図３は、交流電圧（Ｖ_ｐｐ）と表面電位（Ｖ_０）の関係の一例を示す図である。図３に示すグラフで、横軸は交流電圧（Ｖ_ｐｐ）を、縦軸は表面電位（Ｖ_０）を示す。

通常、ローラ帯電式の帯電装置（６）に印加される交流電圧（Ｖ_ｐｐ）は９００〜１０００Ｖ程度であり、本発明ではそれを低下させる。
図３では、交流電圧（Ｖ_ｐｐ）が略７００Ｖである点を変曲点として、これより大きい範囲では表面電位（Ｖ_０）は略３００Ｖで安定しており、これより小さい範囲では表面電位（Ｖ_０）は交流電圧（Ｖ_ｐｐ）の低下に応じて急激に低下している。
すなわち、交流電圧（Ｖ_ｐｐ）は７００Ｖまでは低下させても表面電位（Ｖ_０）が低下しないので、現像性低下によるカブリ等の画像不良を起こさないが、７００Ｖ以下になると表面電位（Ｖ_０）が急激に低下するので、現像性低下によるカブリ等の画像不良を生じうる。
従って、交流電圧（Ｖ_ｐｐ）の低下は、７００Ｖ以上の範囲で行うことが好ましい。

例えば、通常使用時（初期状態）は交流電圧（Ｖ_ｐｐ）を９００Ｖとして使用し、摩擦抵抗値検出手段によって所定の値より大きい摩擦抵抗値を検出する毎に、交流電圧（Ｖ_ｐｐ）を５０Ｖずつ低下させる場合、交流電圧（Ｖ_ｐｐ）の低下は４回までとするのが良い。
なお、交流電圧（Ｖ_ｐｐ）と表面電位（Ｖ_０）の関係は、図３のものに限定されるものではなく、帯電装置の方式や動作環境等によって変動する。

交流電圧（Ｖ_ｐｐ）低下後、所定の摩擦抵抗値より小さい値が検出され交流電圧（Ｖ_ｐｐ）の低下を停止させた後は、異物の付着作用が抑制されるので、摺擦ローラ（１０）の研磨作用が異物の付着作用を上回るため、感光体ドラム（５）の表面状態が徐々に回復する。

交流電圧（Ｖ_ｐｐ）を低下させて変曲点（ここでは７００V）まで達した後、一定時間経過しても所定の摩擦抵抗値より小さい値が検出されない場合は、摺擦ローラ（１０）の回転を速くする、或いは摺擦ローラ（１０）を感光体ドラム（５）と同方向に回転させる等して、研磨力を上げて感光体ドラム（５）の表面を研磨しても良い。

感光体ドラム（５）の表面状態の回復が確認される、すなわち所定の摩擦抵抗値より小さい値が検出されれば、装置電源オフ後の再起動やスリープ状態からの復帰等で設定がリセットされ交流電圧（Ｖ_ｐｐ）は初期状態に戻される。

次に、摩擦抵抗値検出手段による摩擦抵抗値の検出方法を説明する。
本実施形態において、摩擦抵抗値検出手段は、転写ベルト（１）に形成される濃度検知用トナー像（パッチ）の濃度を検知する濃度センサ（１３）である。

図４にパッチの一例を示す。
図４（ａ）に示す帯状３列のベタ画像であるパッチ（２１）を感光体ドラム（５）表面に形成し転写ベルト（１）に転写した後、感光体ドラム（５）表面を除電、クリーニングして、図４（ｂ）に示すハーフトーン画像であるパッチ（２２）を新たに感光体ドラム（５）表面に形成して転写ベルト（１）に転写する。
転写ベルト（１）に転写されたパッチ（２２）の濃度を濃度センサ（１３）で検知する。

感光体ドラム（５）表面の摩擦抵抗値が上昇すると転写効率が低下し、転写されずに静電潜像上にトナーが残留する。そのため除電しきれずに帯電メモリが残り、画像濃度が低下する。

パッチ（２２）は、感光体ドラム（５）表面の摩擦抵抗値が上昇していない場合は図４（ｂ）に示す一様なハーフトーン画像を成しているが、摩擦抵抗値が上昇すると図４（ｃ）に示すようにパッチ（２１）に対応する部分に帯電メモリ（２１´）が残り、当該部分のパッチ（２２）の濃度が低下する。

濃度センサ（１３）によって検知された帯電メモリ（２１´）部分の濃度低下に基づいて感光体ドラム（５）表面の摩擦抵抗値が算出される。
具体的には、予め表１に示す一例のようにパッチ濃度低下と摩擦抵抗値との関係を調べ、検知されたパッチ濃度を表１の値に照合させて摩擦抵抗値を求める。
なお、パッチ濃度低下と摩擦抵抗値の関係は、動作環境や使用されるトナー等によって変動するものであって、表１に限定されるものではない。

摩擦抵抗値検出手段は、特に限定されるものではないが、濃度センサ（１３）であることが好ましい。本来、画像形成装置においてパッチ（２１）、（２２）を検知して、露光条件、現像条件等の画像形成条件を決定するために用いられる濃度センサ（１３）を摩擦抵抗値検出手段として兼用することにより、特に部材の追加をしなくても感光体ドラム（５）表面の摩擦抵抗値を検出できるからである。

なお、パッチ濃度検知は転写ベルト（１）表面に形成されるパッチの濃度を検知するものに限られず、感光体ドラム（５）表面に形成されるパッチの濃度を検知するものであっても良いが、前者の方が好ましい。
特にカラー画像形成装置において、後者の場合は各色トナー用感光体ドラム（５）夫々に濃度センサが必要となり部品点数が増えるのに対し、前者の場合は転写ベルト（１）に転写されたパッチの濃度を検知するので濃度センサ（１３）は１個あれば足り、部品点数が少なくて良いからである。

本実施形態はカラー画像を形成する画像形成装置であるが、これに限定されるものではなく、本発明はモノクロの画像形成装置にも適用できる。

本発明は、複写機、プリンタ、ファックス等の電子写真方式を採用した画像形成装置に好適に利用されるものである。

本発明に係る画像形成装置の画像形成部を示す概略図である。 本発明に係る画像形成装置の画像形成ユニットを示す概略図である。 本発明に係る画像形成装置の帯電装置に印加される交流電圧と感光体表面電位の関係の一例を示す図である。 本発明に係る画像形成装置における濃度検知用トナー像の一例を示す図である。

符号の説明

１ 中間転写ベルト
５ 感光体ドラム
６ 帯電装置
１０ 摺擦ローラ
１３ 濃度センサ
２１ パッチ
２２ パッチ

Claims (3)

1. 感光体と、該感光体に対向配置され該感光体表面に形成されたトナー像が転写される中間転写体と、交流電圧が印加され前記感光体を帯電させる帯電装置と、前記感光体表面の摩擦抵抗値を検出する摩擦抵抗値検出手段を有する画像形成装置であって、
   該摩擦抵抗値検出手段によって所定の摩擦抵抗値より大きい値が検出された時に、前記感光体の表面電位と前記交流電圧の関係における前記表面電位の変曲点以上の範囲で、前記交流電圧を低下させ、
   前記摩擦抵抗値検出手段が、前記感光体表面又は前記中間転写体表面に形成される濃度検知用トナー像の濃度に基づいて摩擦抵抗値を検出するものである、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記交流電圧を低下させた後、さらに前記摩擦抵抗値検出手段による検出を繰り返し行い、所定の値より大きい摩擦抵抗値を検出する毎に、前記感光体の表面電位が低下しない範囲で、前記交流電圧を繰り返し低下させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記摩擦抵抗値検出手段が、前記中間転写体表面に形成される濃度検知用トナー像の濃度を検知する濃度検知センサ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。

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