JP5528418B2

JP5528418B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP5528418B2
Application number: JP2011262948A
Authority: JP
Inventors: 健吾齊藤
Original assignee: Canon Finetech Inc
Current assignee: Canon Finetech Nisca Inc
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: US9158242B2; US20130136466A1; EP2600207A3; CN103135414A; EP2600207A2; CN103135414B; JP2013114226A

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式等によって画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に関する。

電子写真方式や静電記録方式による画像形成装置にあっては、感光体ドラムに形成したトナー像を記録媒体であるシートに転写して画像記録を行う。このトナー像の転写は感光体ドラムと転写ローラとでシートをニップして搬送しながら転写ローラへバイアス印加することにより感光体ドラム上のトナーをシートへ静電転写するのが一般的である。

上記転写ローラへのバイアス印加方式としては、定電圧制御方式と定電流制御方式とがある。定電圧制御方式は印加電圧が一定になるよう転写バイアスを印加するものであり、従来は広く用いられていた。しかし、この方式はシートサイズが小さいと感光体ドラムと転写ローラとが直接接触する領域から集中的に電流が流れ、シートへの電流供給が不足して転写不良を生ずることがある。

これに対して定電流制御方式は、シートサイズにかかわらずシートへ一定の電流を流すように転写バイアスを印加し、シートサイズが小サイズの場合は電流を補填するために、近年では転写バイアスの印加方式としては定電流制御方式が多く用いられるようになっている。この定電流制御方式にあっては、転写ローラに定電流を流すための電圧を設定する必要がある。そのため、従来は画像形成動作開始前の非画像形成時に転写時に流すべき一定電流を転写ローラに流し、そのときに印加した電圧を保持して画像形成時に印加するようにしている（特許文献１）。

特開平７−１４６６１９

しかしながら、転写ローラの電気抵抗値は装置が置かれている環境（温度、湿度）や使用耐久により変化し、その値は大きくは一桁以上変動することがある。そのため、転写ローラの抵抗値が通常よりも高くなると、目標電流を流すために印加する電圧も高くなる。そして、印加電圧が一定以上高くなると、感光体ドラムと転写ローラのニップ付近で剥離放電現象が発生する。この剥離放電は、感光体ドラムとシート間の電界の強さＥ1と、転写ローラとシート間の電界の強さＥ2との総和が放電開始電界Ｅmを超えたときに発生し、転写ローラへの印加電圧が高くなると発生し易くなる。そして、剥離放電が生ずると、シート上に転写されたトナーが飛散して装置本体内を汚してしまうという問題がある。

そこで、前記剥離放電の発生を防止するために、印加電圧を低く抑えると、転写時にシートに流れる電流が小さくなり、トナーの転写不良が生じてしまうおそれがある。

本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的は、転写部材の抵抗値が変動したときに、剥離放電現象の発生を抑制するとともに、転写不良の発生も抑制できる転写バイアス印加が可能な画像形成装置を提供するものである。

上記目的を達成するための本発明に係る代表的な構成は、像担持体にトナー像を形成し、転写部材に転写バイアスを印加して前記像担持体上のトナー像を記録媒体に転写する画像形成装置において、前記転写バイアスを印加するバイアス印加手段であって、転写部材に流れる電流が設定した設定電流値になるようにバイアスを印加するバイアス印加手段と、前記設定電流値を前記転写部材の抵抗値に応じて前記バイアス印加手段を駆動制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記転写部材の抵抗値に応じて設定すべき電流値を目標電流値とし、前記目標電流値の電流を流すために印加すべき電圧値を目標電圧値として、画像形成後の後処理時に前記転写バイアスを印加し、測定された前記目標電圧値が予め設定した閾値電圧値よりも高いときは、測定された前記目標電圧値に応じて段階的に前記設定電流値を前記目標電流値よりも小さくすることで、前記転写バイアスを印加された記録媒体が前記像担持体から剥離する際に剥離放電が発生しない目標電圧値を設定し、前記後処理時から次の画像形成までに一定以上の時間が経過したときは、次の画像形成の前処理時に再度前記目標電圧値の設定を行うことを特徴とする。

本発明にあっては、転写時に転写部材に流す電流値を転写部材の抵抗値に応じて変更することにより、剥離放電現象を生ずることなく、かつ、転写不良を生じない印加電圧となるような電流値に設定することが可能となる。また、転写バイアスの設定を、画像形成装の後処理時に行うようにしたために、次の画像形成スタート時にはファーストプリント時間を短縮できる。さらに、後処理時から次の画像形成までに一定以上の時間が経過したときは、次の画像形成の前処理時に再度前記目標電圧値の設定を行うために、画像形成時の装置環境にあった目標転写電圧値を設定することが可能となる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。転写バイアス制御構成のブロック図である。転写バイアス制御手順を示すフローチャートである。閾値テーブルを示す表である。転写ローラの寿命を示す閾値テーブルを示す表である。

以下、本発明に係る画像形成装置を実施をするための形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。本実施形態の画像形成装置は、電子写真方式のレーザビームプリンタである。

＜画像形成装置の全体構成＞
画像形成装置の全体構成を画像形成動作とともに説明する。画像形成に際しては、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下「感光体ドラム」という）が図１の矢印Ａ方向（時計回り方向）に回転駆動され、帯電ローラ２により表面が一様に帯電される。そして、帯電された感光体ドラム１上に露光装置３によりレーザー光による画像露光が与えられ、入力される画像情報に応じた静電潜像が形成され、この静電潜像は現像装置４によりトナー像として現像される。

上記トナー像の形成と同期して、図示しないカセットから記録媒体であるシートＳが給送手段によって給送され、搬送ローラ５によって転写部へ搬送される。転写部は、感光体ドラム１と転写部材である転写ローラ６がニップした部位であり、搬送されたシートＳが感光体ドラム１と転写ローラ６とによってニップ搬送される間に、転写ローラ６に転写バイアスを印加すると感光体ドラム１上のトナー像がシートに転写される。

そして、トナー像が転写されたシートは定着装置７に搬送されてトナー像が熱定着された後、排出部８へと排出される。また、トナー像転写後に感光体ドラム１上に残留した転写残トナーは、クリーニング装置９によって除去されて回収される。

＜転写構成＞
次に本実施形態に係る転写構成について具体的に説明する。

（転写ローラ）
転写ローラ６は、感光体ドラム１の表面に加圧バネ（不図示）により所定の押圧力で接触して転写ニップを形成し、バイアス印加手段となる転写用高圧電源１０から印加される転写バイアスにより、感光体ドラム１と転写ローラ６間の転写ニップにて感光体ドラム上のトナー像をシートに転写する。転写用高圧電源１０によるバイアス印加は制御手段であるコントローラ１１によって駆動制御される。

本実施形態の転写ローラ６は、鉄、ＳＵＳ等の芯金上にＥＰＤＭ、シリコーン、ＮＢＲ、ウレタン等のゴムを用いたソリット状（充填肉質）、または発砲スポンジ状の中抵抗の弾性層を形成したゴムローラである。また、本実施形態の転写ローラ６はローラ硬度２５〜７０度（Ａｓｋｅｒ-Ｃ／５００ｇ過重時）、電気抵抗値１０^５〜１０^１０Ωの範囲のものを使用している。

（転写バイアス印加制御）
次に転写ローラ６への転写バイアスの印加制御について説明する。図２は、転写ローラ６に印加する転写バイアスの制御系を示すブロック図である。

図２において、コントローラ１１は画像形成動作、転写バイアスの制御、濃度制御など装置全体の制御を行う。コントローラ１１で転写バイアスを制御する場合は、ＯＵＴ端子より所望の転写出力電圧に対応したパルス幅を持つＰＷＭ信号を出力する。実際には、パルス幅に対応した転写出力テーブル（不図示）をコントローラ１１内に記憶（メモリ）しておく。このＰＷＭ信号はＤ／Ａコンバータ１２を介して転写用高圧電源１０に入力され、このＰＷＭ信号値に応じた電圧が出力されて、転写ローラ６へ印加する転写電圧となる。この時流れる電流値を電流検出回路１３で検出し、Ａ／Ｄコンバータ１４でデジタル信号に変換した信号がコントローラ１１のＩＮ端子に入力され、転写ローラ６に流れる電流値を判断している。

そして、本実施形態では転写バイアス印加制御として定電流制御をするようにしている。定電流制御を行うには、コントローラ１１からのＰＷＭ信号のパルス幅を徐々に上げていき、コントローラ１１のＩＮ端子に入力される前記信号が所望の設定電流値に（一定電流値）に対応した値になるまで続け、その後の電流値変化に伴って電圧（パルス幅）を追従させる。

次に定電流制御を行うための設定電流値の設定手順について説明する。定電流制御による転写バイアスを印加する場合、転写時に流すべき目標電流値の電流を転写ローラに流し、そのときに印加した電圧を保持して転写時にバイアス電圧として印加する。しかし、前述したように、転写ローラの抵抗値は装置が置かれている環境（温度、湿度）や使用耐久により変化する。

ここで、前記転写ローラの抵抗値にかかわらず、トナー像をシートに転写するために、転写ローラに流すべき目標とする電流値を目標電流値、その目標電流値の電流を流すのに転写ローラに印加すべき電圧値を目標電圧値としたとき、目標電流値が一定であると目標電圧値は転写ローラの抵抗値に応じて変動する。

しかし、前述したように、転写ローラに印加する電圧が高くなり過ぎると、剥離放電によるトナー飛散を招いてしまい、低すぎると転写ローラに流れる電流が小さくなって転写不良を生じてしまう。

そこで、本実施形態にあっては転写ローラ６の抵抗値に応じた目標電圧値が所定の閾値よりも高いときは、コントローラ１１が定電流制御のために流すべき一定電流として設定する設定電流値を前記目標電流値よりも段階的に小さく設定するように制御するものである。

上記設定電流値の設定手順を図３のフローチャートを参照して具体的に説明する。

本実施形態の画像形成装置は、装置内の温度及び湿度を検知可能な環境検知センサ１５（図１参照）が設けられている。また、装置内の温度、湿度に応じて転写バイアスを印加したときに目標電圧値と対比する閾値電圧値を段階的に設定した設定テーブルを有している。この設定テーブルは、例えば図４に示すように、段階的に設定した閾値電圧値（閾値Ａ〜Ｅ）に対応して設定する設定電流値を規定したものであり、これが低温・低湿環境（例えば温度１５℃／湿度１０％）、通常環境（例えば温度２３℃／湿度５０％）、高温・高圧環境（例えば３０℃／８０％）の各装置環境に応じて設けられている。

設定電流値の設定に際しては、まず前記環境検知センサで検知した装置内の温度、湿度により（１）高温・高湿環境、（２）通常環境、（３）低温・低湿環境に分け、各環境ごとに設定された電圧を印加して流れた電流から転写ローラ６の抵抗値を算出する。そして、この抵抗値から目標電流値Ｉoの電流を流すための目標電圧値Ｖoを求める（ステップＳ１）。

そして、前記目標電圧値Ｖoを前記設定テーブルで規定された閾値電圧値Ｖsと対比し、該閾値電圧値に応じて規定された設定電流値Ｉsに変更する。

例えば、図４に示す設定テーブルの例で説明すると、本実施形態の画像形成装置にあっては、通常環境下にあっては定電流制御方式で転写ローラへ流す目標電流値Ｉoが２０(μＡ)である。また、本実施形態にあっては前述した剥離放電開始電界を生じさせる転写バイアスは１７００Ｖよりも多少大きく設定されており、転写バイアスとして１７００Ｖの電圧を印加しても剥離放電は生じない。

そのため、算出された抵抗値の転写ローラ６に対して目標電流値２０(μＡ)の電流を流すために印加すべき目標電圧値Ｖoが、Ｖo≦１７００(Ｖ)のときは、目標電流値そのままの電流をながすべく設定電流値Ｉsを２０(μＡ)に設定する（ステップＳ２、Ｓ３）。

一方、転写ローラの抵抗値が高く、目標電流値２０(μＡ)の電流を流すために印加すべき目標電圧値Ｖoが、１７００(Ｖ)＜Ｖo≦１９００(Ｖ)のときは、そのまま目標電圧値の電圧を印加すると剥離放電が生ずるおそれがある。そこで、その場合は設定電流値Ｉsを目標電流値Ｉoよりも１(μＡ)小さくして１９(μＡ)に設定する（ステップＳ４、Ｓ５）。

また、目標電圧値Ｖoが、１９００(Ｖ)＜Ｖo≦２１００(Ｖ)のときは、これをそのまま印加すると、より剥離放電を生ずる可能性があるために、設定電流値Ｉsを目標電流値Ｉoよりも２(μＡ)小さくして１８(μＡ)に設定する（ステップＳ６、Ｓ７）。

同様にして、目標電圧値Ｖoが、２１００(Ｖ)＜Ｖo≦２３００(Ｖ)のときは、設定電流値Ｉsを目標電流値Ｉoよりも３(μＡ)小さくして１７(μＡ)に設定する（ステップＳ８、Ｓ９）。

なお、前記ステップＳ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９でそれぞれ設定した設定電流値Ｉsが下限値として予め定めている下限電流値Ｉminよりも小さいと、転写不良が生ずるおそれがある。そのため、前記設定電流値Ｉsが下限電流値Ｉminよりも小さいか否かを判別し（ステップＳ１０）、Ｉs＜Ｉminの場合は設定電流値Ｉsを下限電流値Ｉminに設定し直す（ステップＳ１１）。すなわち、設定電流値Ｉsは下限電流値Ｉminよりも小さい値に設定しないようにしている。なお、本実施形態では下限電流値Ｉmin＝１６(μＡ)に定めている。

また、目標電圧値Ｖoが、２３００(Ｖ)＜Ｖoのときは、設定電流値Ｉsを目標電流値Ｉoよりも４(μＡ)小さくして、下限電流値Ｉminと同じ１６(μＡ)に設定する（ステップＳ１１）。

そして、設定電流値Ｉsを下限電流値Ｉminに設定したときは、転写ローラ６の抵抗値が予め設定されている値よりも高いと判断して転写ローラが寿命であると判別し、後述するように警告手段に転写ローラ６の寿命を警告する（ステップＳ１２）。

以上のように、転写ローラ６の抵抗値の上昇により、目標電流値の電流を流すために印加すべき目標電圧値が予め設定した閾値電圧値よりも高くなったときは、定電流制御における設定電流値を目標電流値よりも小さくなるように変更する。これにより、感光体ドラム１と転写ローラ６とのニップ部近傍での剥離放電が効果的に抑制され、トナー飛散による装置内の汚れを防止することができる。そして、設定電流をトナー像の転写不良が生ずる下限電流値よりも小さく設定しないことにより、転写不良も抑制することが可能となる。

（設定電流の設定タイミング）
上記のようにして求めた設定電流値の電流を転写ローラに流すために印加すべき電圧値をメモリに格納しておき、画像形成の際に前記電圧値の転写バイアスを印加する。そして、本実施形態の画像形成装置にあっては、前記設定電流、電圧の設定保持を画像形成装置の後処理時（後回転時）に行うようにしている。前記設定を画像形成後の後処理時に行うことにより、次の画像形成スタート時には転写ローラの抵抗値に応じた転写バイアスが設定されているために、ファーストプリント時間が短縮される。また、後処理時には画像形成が終了した後で時間がとれるため、閾値電圧値をより多段階に分けて設定電流値をより細かく設定することが可能である。

なお、前記設定電流、電圧の設定保持は画像形成装置の前処理時（前回転時）、すなわち画像形成を開始する直前の前処理時に行うようにしてもよい。この場合は、ファーストプリント時間は若干遅くなるが、画像形成時の装置環境にあった（画像形成時と略同じ転写ローラの抵抗値）設定電流を設定できる。この前処理時に設定する場合には、閾値電圧値の設定段階数を少なくするとよい。例えば、前述した実施形態では設定電流値を１(μＡ)ずつ小さくするようにしたが、これを３(μＡ)ずつ小さくすることで、処理ステップ数を減らし、ファーストプリント時間の遅延を小さくするとよい。

また、後処理時に設定電流、電圧の設定保持を行った場合、保持した転写バイアス値を次の画像形成時に用いるが、画像形成終了から次の画像形成まで長時間経過したときは、設定保持したときと画像形成時とでは装置環境が変化していることがある。

そこで、画像形成終了から次の画像形成までに一定以上の時間が経過した場合には、前の画像形成終了後の後処理時に設定保持したデータを破棄し、次の画像形成のときの前処理時に設定保持するようにしてもよい。

（転写ローラの寿命判断）
本実施形態の画像形成装置は、転写ローラ６が寿命に達した場合に、これを警告する警告手段を有している。

本実施形態の転写ローラ６は前述したように、芯金上にシリコーン、ウレタン等のゴムローラである。このため、装置環境によって電気抵抗値が変化するばかりでなく、経時劣化により抵抗値が高くなる。そのため、転写ローラ６の抵抗値が寿命とされる抵抗値よりも高くなっていた場合、前述した設定電流値の設定手順において、目標電流値を流すために印加すべき目標電圧値が非常に高くなる。よって、目標電圧値が予め寿命閾値として設定した閾値電圧値よりも高いときは、転写ローラ６が寿命であると判断することができる。

そこで、本実施形態では、例えば図５に示すように、装置環境に応じて転写ローラが寿命と判断される抵抗値となったときに目標電流値の電流を流すために印加すべき目標電圧値と対比する閾値電圧値の寿命判断テーブルが設けられている。そして、転写バイアス値の設定の際に、目標電圧値が寿命閾値電圧値よりも高いときは、警告手段により転写部材が寿命である旨を警告するようにしている。

警告手段としては表示部に転写ローラが寿命に達した旨を表示する。なお、画像形成装置がネットに接続しているときは、転写ローラにメンテナンスが必要な旨を送信するようにしてもよい。

Ｓ …シート
１ …感光体ドラム
２ …帯電ローラ
３ …露光装置
４ …現像装置
５ …搬送ローラ
６ …転写ローラ
７ …定着装置
８ …排出部
９ …クリーニング装置
１０ …転写用高圧電源
１１ …コントローラ
１２ …Ｄ／Ａコンバータ
１３ …電流検出回路
１４ …Ａ／Ｄコンバータ

Claims

像担持体にトナー像を形成し、転写部材に転写バイアスを印加して前記像担持体上のトナー像を記録媒体に転写する画像形成装置において、
前記転写バイアスを印加するバイアス印加手段であって、転写部材に流れる電流が設定した設定電流値になるようにバイアスを印加するバイアス印加手段と、
前記設定電流値を前記転写部材の抵抗値に応じて前記バイアス印加手段を駆動制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記転写部材の抵抗値に応じて設定すべき電流値を目標電流値とし、
前記目標電流値の電流を流すために印加すべき電圧値を目標電圧値として、画像形成後の後処理時に前記転写バイアスを印加し、測定された前記目標電圧値が予め設定した閾値電圧値よりも高いときは、測定された前記目標電圧値に応じて段階的に前記設定電流値を前記目標電流値よりも小さくすることで、前記転写バイアスを印加された記録媒体が前記像担持体から剥離する際に剥離放電が発生しない目標電圧値を設定し、前記後処理時から次の画像形成までに一定以上の時間が経過したときは、次の画像形成の前処理時に再度前記目標電圧値の設定を行うことを特徴とする画像形成装置。
前記制御手段は、前記設定電流値を予め下限値として定めた値よりも小さく設定しないことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、前記目標電圧値と対比する閾値電圧値を段階的に装置内の温度、湿度に応じて設定した設定テーブルを有し、前記設定電流値を前記目標電圧値に応じ、前記設定テーブルにしたがって段階的に変更することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
前記目標電圧値の設定を前記前処理時に行うときは、前記段階的に小さくする前記設定電流値の変更量を前記後処理時に行うときよりも大きくすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、前記転写部材の抵抗値に応じて設定すべき目標電流値を流すために印
加すべき目標電圧値が予め寿命閾値として設定した閾値電圧値よりも高いときは、警告手段により転写部材が寿命である旨を警告することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。