JP5590943B2

JP5590943B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5590943B2
Application number: JP2010083405A
Authority: JP
Inventors: 和久小泉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP2011215373A; US20110243592A1; US8615176B2

Description

本発明は、電子写真方式による画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、パルス部と休止部（ブランク部）とからなる現像バイアス（ブランクパルス）を現像器に印加している。パルス部では電圧の振幅が振動するが、ブランク部では振幅が一定に維持される。ブランクパルスは、高画質化に有効であることが確認されており、頻繁に使用されるようになってきている（特許文献１）。

特許第３４５０７６４号公報

ここで、ブランクパルスが有利な点としても３つの点を説明する。
１）感光体と現像器との間に存在するトナーは、パルス部において吸収（感光体から現像器へ戻る動作）と、放出（現像器から感光体への付着）とを繰り返す。この吸収と放出との繰り返しによって、現像不十分なトナーの感光体への付着が抑制されるため、高画質化に有利である。
２）パルス部において振幅がピークとなるときに、現像器の表面と感光体の表面との間の電位差が一定になる。よって、吸収と放出とが安定的に繰り返し実行されるようになり、高画質化に有利である。
３）ブランク部を設けることにより、一定期間のトナーの放出期間が確保される。よって、現像特性を安定させやすくなるため、高画質化に有利である。

ところで、現像バイアスを発生させるための昇圧トランスの二次側に抵抗を設けると精度の高い矩形波を生成しやすくなる。しかし、この抵抗は電力の損失（熱の発生）をもたらす。特に、連続して画像を形成すると、温度の上昇が著しくなる。そこで、この温度の上昇を緩和するために、下記手法が考えられる。
ｉ）現像バイアスの出力回路を冷却するファン等を設置する。
ｉｉ）連続画像形成を途中で停止させることで、現像バイアスの供給回路の昇温を抑制する
ｉｉｉ）昇温時におけるブランク部の継続期間を通常の画像形成時のそれよりも長くすることで、現像バイアスの供給回路の昇温を抑制する
しかしながら、冷却ファンを導入すれば、コストアップを招くだけでなく、画像形成装置の小型化が困難となるだろう。また、連続画像形成を途中で停止させてしまうと、画像形成装置のダウンタイム（画像形成を実行できない待ち時間）が多くなってしまう。すなわち、画像の生産性の低下と、ユーザの利便性の低下とを招いてしまうだろう。ブランク部の継続期間を延長する手法では、出力画像の画質を左右する感光体の電位量やトナー載量等への影響は軽微である利点がある。しかし、ブランク部の継続期間を長くすればするほど、現像期間が長くなってしまう。その結果、いわゆる「カブリ（現像特性が不安定なトナーの放出）」が多くなり、画像形成ユニットの寿命を低下させてしまう可能性がある。

そこで、本発明は、このような課題および他の課題のうち、少なくとも１つを解決することを目的とする。例えば、本発明では、現像バイアスの供給回路の昇温を抑制しつつ、画像形成ユニットの寿命を従来よりも改善することを目的とする。なお、他の課題については明細書の全体を通して理解できよう。

本発明は、
像担持体と、
プリントジョブに基づいて前記像担持体に静電潜像を形成する形成手段と、
前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像剤により顕像化する現像手段と、
直流電圧と交流電圧とを重畳した電圧を印加する第１期間と直流電圧のみを印加する第２期間とを一周期とする周期波形を現像バイアスとして前記現像手段に供給する供給手段と、
連続して形成した静電潜像の数を計数する計数手段と、
前記計数手段により計数された静電潜像の数が所定数以上である場合の前記第２期間の長さを、前記計数手段により計数された静電潜像の数が前記所定数未満である場合の前記第２の期間の長さよりも長くする制御手段と、
を備え、前記制御手段は、連続して複数のプリントジョブを実行する場合は、前記計数手段で計数される各プリントジョブの静電潜像の数を合算し、合算した静電潜像の数に基づいて前記第２の期間の長さを決定し、複数のプリントジョブが連続して実行されない場合は、各プリントジョブ毎に前記計数手段の計数をリセットすることを特徴とする画像形成装置を提供する。

本発明によれば、直流電圧のみを印加する第２期間の長さを、連続して形成した静電潜像の数に対応して延長することで、現像バイアスの供給回路の昇温を抑制しつつ、画像形成ユニットの寿命を従来よりも改善している。また、昇温が抑制されるため、画像形成装置のダウンタイムも削減できよう。

画像形成装置の概略断面図である。現像高圧電源を示すブロック図である。ブランクパルスの概念とブランクパルスの長さの調整を示す図である。画像形成処理におけるブランクパルスの制御を示すフローチャートである。

以下に本発明の一実施形態を示す。以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念および下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

図１に電子写真方式の画像形成装置１００を示す。コントローラ１０１は電子写真プロセスシーケンスの制御を行う制御ユニットである。感光ドラム１０２は、静電潜像や現像剤像（トナー像）を担持する像担持体である。感光ドラム１０２の表面には、光の照射によって電気的特性が変化する光半導体層が形成されている。感光ドラム１０２は画像形成動作中においては定速で回転する。電子写真プロセスシーケンスは、次の順序で実行される。
１）帯電プロセス：帯電高圧電源１０９はコントローラ１０１からの制御信号に基づいて、帯電器１０３に高圧出力（帯電バイアス）を印加する。なお、感光ドラム１０２の軸は接地されている。これにより、帯電器１０３は感光ドラム１０２の光半導体層を均一に帯電させる。
２）レーザ露光プロセス：感光ドラム１０２に向けて、レーザ光学系１０４が画像パターン（静電潜像）に応じて光を照射する（破線部Ｂ）。
３）現像プロセス：現像高圧電源１１０はコントローラ１０１からの制御信号に基づいて、現像器１０５に高圧出力（現像バイアス）を印加する。これにより、現像器１０５が感光ドラム１０２上の静電潜像にトナーを付着させることで、静電潜像を現像剤像に顕像化する。このように、現像器１０５は像担持体の表面に形成された静電潜像を現像剤により顕像化する現像手段として機能する。
４）転写プロセス：搬送されてきた記録材（以下、記録紙とする。図中の破線部Ｐ方向に搬送される）上に感光ドラム１０２から現像剤像を転写ローラ１０６が転写させる。
５）定着プロセス：定着器１０７が、記録紙の加熱及び加圧を行い、現像剤像を記録紙上に定着させる。その後、記録紙が画像形成装置１００から排出される。
６）クリーニングプロセス：クリーナ１０８が記録紙上に転写しきらずに感光ドラム１０２上に残ったトナーを除去する。

図２を用いて、現像高圧電源１１０の構成例とその動作について説明する。昇圧トランス２００の１次側（１ｐ−２ｐ間）には、Ｈブリッジ回路２５０が接続されている。Ｈブリッジ回路２５０は、コントローラ１０１から出力される交流電圧振幅制御信号と、昇圧トランスの一次側におけるスイッチングのタイミングを規定するタイミング信号とを入力して交流電圧を出力して、昇圧トランスの１次側に印加する回路である。Ｈブリッジ回路２５０は、複数のスイッチング素子をブリッジ接続して構成される。例えば、図２に示したＨブリッジ回路２５０は、ＰｃｈＦＥＴ２０１、２０２、ＮｃｈＦＥＴ２０３、２０４により構成されている。コントローラ１０１は、交流振幅制御信号２２０を出力し、それをアンプ２０５が増幅してＨブリッジ回路２５０に供給する。交流振幅制御信号２２０は、Ｈブリッジ回路２５０の駆動電圧の振幅を制御するための信号である。コントローラ１０１はブランクパルス生成信号２２１を出力してＨブリッジ回路２５０に供給する。Ｈブリッジ回路２５０は、ブランクパルス生成信号２２１に基づいてスイッチング動作することで、交流電圧であるブランクパルス（特にパルス部）を生成する。

昇圧トランス２００の２次側（３ｐ−４ｐ）の第１端子３ｐには、抵抗２０９の一端が接続されており、第２端子には直流バイアス回路２０６が接続されている。抵抗２０９の他端には、感光ドラム１０２の表面と現像器１０５の表面との間に形成される容量性負荷２１０が接続されている。つまり、抵抗２０９は、第１端子３ｐと容量性負荷２１０との間に直列に挿入されている。直流バイアス回路２０６は、コントローラ１０１から供給される直流電圧制御信号２２２に基づいて直流電圧を生成して、第２端子４ｐに印加する。これにより、交流電圧と直流電圧とが重畳した現像バイアスが生成されることになる。

図３（Ａ）を用いて現像高圧電源１１０が供給するブランクパルスについて説明する。なお、横軸は時間（任意単位）を示し、縦軸は電圧（任意単位）を示している。ブランクパルスは、直流電圧と交流電圧とを重畳した電圧を印加する第１期間ｔ１と直流電圧のみを印加する第２期間ｔ２とを一周期とする周期波形である。第１期間ｔ１における信号波形をパルス部と呼び、第２期間ｔ２における信号波形をブランク部と呼ぶことにする。パルス部における振幅はΔＶであり、パルス部を形成する矩形波の周期はＴ１である。Ｖｃは直流電圧を示している。図３（Ａ）が示すように、パルス部では直流電圧Ｖｃに交流電圧が重畳しているため、振幅は、第１ピーク電圧Ｖｐ＋と第２ピーク電圧Ｖｐ−との間で変動する。つまり、交流電圧は、感光ドラム１０２ら現像器１０５へ現像剤を引き戻すように作用する第１ピーク電圧Ｖｐ＋と、現像器１０５から感光ドラム１０２へ現像剤を放出するように作用する第２ピーク電圧Ｖｐ−とを交互に繰り返す電圧である。このように現像高圧電源１１０は直流電圧と交流電圧とを重畳した電圧を印加する第１期間と直流電圧のみを印加する第２期間とを一周期とする周期波形を現像バイアスとして現像手段に供給する供給手段として機能する。

なお、抵抗２０９は、交流電圧のピーク時における感光ドラム１０２の表面電位と現像器１０５の表面電位との電位差を一定とするために、昇圧トランス２００の２次側に設けられている。これにより、パルス部における波形のオーバーシュートやアンダーシュートを抑制できる。抵抗２０９にて抑制されたエネルギーは、電力損失、つまり熱となって放出される。よって、現像バイアスの一部を構成している交流電圧を印加しているとき、すなわち、第１期間ｔ１において、抵抗２０９の温度上昇が著しくなる。換言すれば、交流電圧を現像器１０５に印加していないときは、抵抗２０９において熱が発生しない。よって、第２期間ｔ２においては、現像高圧電源１１０における抵抗２０９に起因した温度上昇はほとんど生じない。そこで、本発明では、交流電圧を印加する期間である第１期間ｔ１と交流電圧を印加しない期間である第２期間ｔ２とを調整することで、現像特性の向上と、温度上昇の抑制とを両立させる。

図３（Ｂ）において、（ａ）は、交流信号生成用の基本クロック（例：周波数は数ｋ〜２０ｋＨｚ程度）を示している。交流電圧を印加する第１期間ｔ１と交流電圧を印加しない第２期間ｔ２は、基本クロックの１パルスを単位として設定される。（ｂ）は、画像形成装置１００において通常時におけるブランクパルスＡを示している。交流電圧を印加する第１期間ｔ１は、基本クロックの２パルス分である。交流電圧を印加しない第２期間ｔ２も、基本クロックの２パルス分である。これらは、画像形成装置１００の工場出荷時において決定された値となっている。（ｃ）は、昇温時におけるブランクパルスＢを示している。第１期間ｔ１は基本クロックの２パルス分であるが、第２期間ｔ２’は基本クロックの３パルス分である。これは通常時の１．５倍に相当する。昇温時の第２期間ｔ２’を通常時の第２期間ｔ２よりも延長することで、抵抗２０９から熱が発生しない期間を長くすることで、抵抗２０９から発生する熱による温度上昇を抑制することができる。また、画像形成ユニットの寿命も向上させることができる。本実施形態では、コントローラ１０１が連続して形成した画像の枚数（または抵抗２０９に起因した画像形成装置１００の内部の温度上昇）に対応して第２期間の長さを調整する。すなわち、コントローラ１０１は連続して形成した画像の枚数（静電潜像の数）に対応して第２期間の長さを延長する期間制御手段として機能する。なお、連続して形成した画像の枚数は、実際に記録媒体上に印刷された画像の数であってもよいし、像担持体上に形成された静電潜像の数のいずれであってもよい。なぜなら、通常、両者は一致しているからである。以下では、説明の便宜上、連続して形成した画像の枚数を計数するものと仮定して説明する。

図４に示す制御フローチャートに沿って本実施形態の動作を説明する。図４のフローチャートはコントローラ１０１により実行される。Ｓ４０１で、コントローラ１０１は、最適な現像特性が得られる現像バイアスとしてブランクパルスＡを出力させるための初期設定を行う。これにより、ブランクパルスＡを出力するための交流振幅制御信号２２０、ブランクパルス生成信号２２１および直流電圧制御信号２２２がコントローラ１０１から出力される。

Ｓ４０２で、操作部２３１またはＰＣ２３２から画像形成動作（以下、プリントとする）の開始要求を受け付けると、コントローラ１０１は、プリント動作を開始する。例えば、コントローラ１０１は、ブランクパルスＡの現像バイアスを現像器１０５印加してプリントを実行し、プリント枚数のカウントを開始する。コントローラ１０１は連続して形成した画像の枚数を計数する計数手段として機能する。

Ｓ４０３で、コントローラ１０１は、プリント動作を継続するか停止するかを判定する。この判定は、例えば、プリントジョブにより指定されているプリント枚数とプリントの完了した枚数とを比較することで実行される。コントローラ１０１は計数手段により計数された画像の枚数が所定数以上となったかどうかを判定する判定手段として機能する。ユーザにより要求された全ての枚数についてプリントが完了すれば、Ｓ４０４に進み、コントローラ１０１は、プリントを停止する。一方、完了していなければ、Ｓ４０５に進み、プリントを継続する。なお、画像形成装置１００がプリント動作の継続不可能な状態になった場合（例：装置本体のエラー、ジャム、ユーザによりプリント要求のキャンセルなど）にも、コントローラ１０１は、Ｓ４０４に進み、プリントを停止する。

Ｓ４０５で、コントローラ１０１は、連続して形成した画像の枚数（カウント値）が所定数（例：Ａ４サイズを連続して２００枚など）以上となったかどうかを判定する。カウント値が所定数以上となっていなければ、まだ十分に昇温していないと推定されるため、プリントを継続すべく、Ｓ４０４に戻る。一方、カウント値が所定数以上となっていれば、昇温を抑制すべきと推定されるため、Ｓ４０６に進む。Ｓ４０６で、コントローラ１０１は、ブランクパルスＢを出力するよう現像バイアスの印加条件を設定する。現像バイアスの印加条件が変更されると、ブランクパルス生成信号２２１も変化する。その結果、ＰｃｈＦＥＴ２０１、２０２、ＮｃｈＦＥＴ２０３、２０４のスイッチングタイミングが変更され、ブランクパルスＡがブランクパルスＢに変化する。このようにしてコントローラ１０１は第２期間を延長する。コントローラ１０１は、計数手段により計数された画像の枚数が所定数以上となると、第２期間の長さを、計数手段により計数された画像の枚数が所定数以上となる前に供給手段に適用されていた第２期間よりも長くなるよう調整する期間制御手段として機能している。図３（Ｂ）に示した例ではコントローラ１０１がｔ２’をｔ２の１．５倍に設定している。何倍に設定するかは機種ごとに異なるため、実験やシミュレーションにしたがって適切な値を求めればよい。その後、Ｓ４０３に戻り、コントローラ１０１は、温度上昇を抑制しつつプリント動作を継続する。なお、Ｓ４０４で、プリント動作を停止すると、コントローラ１０１は、ブランクパルスＡを出力するような印加条件に現像バイアスの印加条件を戻す。プリント動作を停止させると現像バイアスの印加が停止するため、抵抗２０９の温度が低下するからである。

以上説明したように本実施形態では、直流電圧のみを印加する第２期間の長さを、連続して形成した画像の枚数に対応して延長している。これにより、現像バイアスの供給回路の昇温を抑制しつつ、画像形成ユニットの寿命を従来よりも改善している。また、昇温が抑制されるため、画像形成装置のダウンタイムも削減できよう。

実施形態では、ブランクパルスＡとブランクパルスＢとの二者択一であったが、これは本発明の最も簡単な例に過ぎない。例えば、それぞれブランク部の長さが異なる３つ以上のブランクパルスを抵抗２０９の温度上昇の程度に応じて切り替えてもよい。温度上昇の程度は、連続して形成した画像の枚数に概ね比例する。よって、コントローラ１０１は、連続して形成した画像の枚数に比例して徐々に第２期間ｔ２の長さを延長してもよいのである。もちろん、連続して形成した画像の枚数（静電潜像の数）が所定数未満であれば、第２期間ｔ２を延長する必要はない。画像の枚数や静電潜像の数は、プリントジョブごとにオペレータにより指定された枚数をそのまま採用してもよい。また、連続して形成した画像の枚数（静電潜像の数）は、一定期間内に形成された画像や静電潜像の数であってもよい。複数のオペレータからそれぞれ異なるプリントジョブが投入された場合は、先行するプリントジョブと後続のプリントジョブとの間で計数をゼロにリセットすることも考えられる。しかし、短期間で連続して複数のプリントジョブが投入されば、内部の冷却が間に合わない可能性がある。よって、所定期間内に投入されるかまたは連続して投入される複数のプリントジョブについては、実質的に１つのプリントジョブとみなしてもよい。すなわち、コントローラ１０１は、複数のプリントジョブについて、連続して形成した画像の枚数（静電潜像の数）を合算してもよいのである。

ところで、本実施形態では、コントローラ１０１が連続して形成した画像の枚数を計数したが、画像形成装置の内部温度（抵抗２０９の温度）の上昇に対応して第２期間ｔ２の長さを延長してもよい。この場合、コントローラ１０１は、画像形成装置の内部温度の上昇に対応して第２期間の長さを延長する期間制御手段として機能する。また、コントローラ１０１は、画像形成装置の内部温度（現像バイアス電源１０１または抵抗２０９の温度）を測定する温度計から温度のデータを取得し、所定の閾値と比較する。つまり、温度が閾値以上であればブランクパルスＡを選択し、温度が閾値未満であればブランクパルスＢを選択する。以上のような制御を実施することにより、連続プリント動作においては、画像形成装置のダウンタイムを低減する。

画像形成装置が設置される環境は様々であるが、オフィス環境が最も一般的であろう。オフィス環境では少数プリント動作が実行されることが多い。つまり、１つずつや数個程度ずつ静電潜像が形成されることが、経験上、一般的であり、連続して多数の静電潜像が形成される頻度は少ないだろう。よって、ブランク部の継続期間である第２期間ｔ２のデフォルト値を、より短い値に設定すれば、画像形成装置１００におけるプロセスユニットの寿命の短命化を緩和できよう。

Claims

像担持体と、
プリントジョブに基づいて前記像担持体に静電潜像を形成する形成手段と、
前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像剤により顕像化する現像手段と、
直流電圧と交流電圧とを重畳した電圧を印加する第１期間と直流電圧のみを印加する第２期間とを一周期とする周期波形を現像バイアスとして前記現像手段に供給する供給手段と、
連続して形成した静電潜像の数を計数する計数手段と、
前記計数手段により計数された静電潜像の数が所定数以上である場合の前記第２期間の長さを、前記計数手段により計数された静電潜像の数が前記所定数未満である場合の前記第２の期間の長さよりも長くする制御手段と、
を備え、前記制御手段は、連続して複数のプリントジョブを実行する場合は、前記計数手段で計数される各プリントジョブの静電潜像の数を合算し、合算した静電潜像の数に基づいて前記第２の期間の長さを決定し、複数のプリントジョブが連続して実行されない場合は、各プリントジョブ毎に前記計数手段の計数をリセットすることを特徴とする画像形成装置。
前記制御手段は、連続して形成した静電潜像の数に比例して徐々に前記第２期間の長さを長くすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記交流電圧は、前記像担持体から前記現像手段へ現像剤を引き戻すように作用する第１ピーク電圧と、前記現像手段から前記像担持体へ現像剤を放出するように作用する第２ピーク電圧とを交互に繰り返す電圧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。
前記供給手段は、
昇圧トランスと、
前記制御手段から出力される交流電圧振幅制御信号と、スイッチングのタイミングを規定するタイミング信号とを入力して交流電圧を出力して、前記昇圧トランスの１次側に印加するブリッジ回路と、
前記制御手段から出力される直流電圧制御信号に基づいて直流電圧を生成して前記昇圧トランスの２次側の第２端子に印加する直流バイアス回路と、
前記昇圧トランスの２次側の第１端子と、前記像担持体の表面と前記現像手段の表面との間に形成される容量性負荷との間に直列に挿入された抵抗と、
を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置。