JP5670374B2 - 画像形成装置、および画像形成プログラム - Google Patents
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Description
また、一般的な画像形成装置は、環境条件や感光体ドラムの表面の状態等が要因となって、所定の直流電圧を帯電ローラに印加するだけでは、感光体ドラムの表面を最適な帯電電位に維持することができない。例えば、このような画像形成装置は、帯電ローラに所定の電圧を印加するだけでは、低温・低湿の環境下において帯電ローラのインピーダンスが大きくなるので、帯電ローラから感光体ドラムの表面ヘの微小放電による電荷注入量が少なくなる。このため、感光体ドラムの表面の帯電電位は所望のレベル(最適な帯電電位)より低くなってしまう。逆に、画像形成装置が高温・多湿の環境下に置かれた場合には、帯電ローラのインピーダンスが小さくなるため、感光体ドラムの表面の帯電電位は所望のレベル(最適な帯電電位)より高くなってしまう。
そこで、帯電ローラに印加する直流電圧を適正に決める方法として、感光体ドラムと帯電ローラとの間に微小放電が開始される帯電開始電圧を算出し、この算出電圧に感光体ドラムの目標表面電位を加算することで帯電ローラに印加する印加帯電電圧を決定する方法が考えられている。しかしながら、このような帯電開始電圧を算出する方法においては、転写ローラに印加する転写電圧が考慮されていなかった。このため、このような帯電開始電圧を算出する方法は、開始帯電電圧の精度が不十分であり、実際の感光体ドラムの表面電位が目標表面電位からずれるという問題が生じ得た。
まず、図3,9,10を用いて、本発明の概要を説明する。
一般的に、画像形成装置は、高品質な印字画像を形成するためには、より精度の高い印加帯電電圧を決定し、感光体ドラムの表面電位を最適に制御する必要がある。そこで、画像形成装置100は、異なる電圧値を有する少なくとも2つの直流電圧(印加帯電電圧)を帯電部材2(帯電ローラ2)に印加した際に、その帯電部材2から感光体ドラム1に流れる2つの電流値を検出する。さらに、画像形成装置100は、異なる電圧値を有する少なくとも2つの直流電圧(転写電圧)を転写部材10(転写ローラ10)に印加した際に、その転写部材10から感光体ドラム1に流れる2つの電流値を検出する。そして、画像形成装置100は、帯電部材2から感光体ドラム1に流れる2つの電流値と転写部材10から感光体ドラム1に流れる2つの電流値のそれぞれの検出結果に基づいて、帯電部材2に印加される印加電圧を最適に制御する。
このとき、CPU37は、転写電圧を固定した場合に(下記実施形態では転写電圧ゼロに固定)、印加帯電電圧の差と帯電電流の差とからインピーダンスを演算する。次に、CPU37は、演算されたインピーダンスを用いて、印加帯電電圧を低下させていき、帯電ローラ2に流れる帯電電流がゼロとなる印加帯電電圧Vth(第1の帯電開始電圧)を演算する(図9参照)。次に、CPU37は、転写電圧を変化させた場合の帯電電流の変化から(下記実施形態では転写電圧2500Vに変化)、転写ローラ10に印加した場合の帯電開始電圧Vth(第2の帯電開始電圧)を演算する。そして、CPU37は、第1の帯電開始電圧と感光体ドラム1の目標帯電電位値(例えば、−600V)とを加算した第1の印加帯電電圧(一般的な画像形成装置の印加帯電電圧)に、帯電開始電圧の変化(第2の帯電開始電圧と第1の帯電開始電圧との差)を加算することにより、印加帯電電圧を演算する(図10参照)。また、CPU37は、第2の帯電開始電圧に目標帯電電位を加算して、印加帯電電圧を演算することもできる。
これによって、画像形成装置100は、感光体ドラム1の表面電位が最適に制御されるので、印字画像の濃度にばらつきや汚れ等の不具合が発生しなくなるため、良好な印字品質を安定的に推持することが可能となる。ここで、帯電電位とは、帯電領域から露光領域直前までの感光体ドラム1の表面電位をいう。
[第1実施形態に係る画像形成装置の構成]
第1実施形態に係る画像形成装置100は、例えば、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置や、プリンタ部とスキャナ部とを備える複合機等である。ここでは、画像形成装置100として、カラープリンタを想定して説明する。
図1に示す画像形成装置100は、露光LEDヘッド3と、画像形成ユニット9と、転写ローラ10と、転写ベルト11と、定着器12と、給紙カセット13と、給紙ローラ14と、搬送ローラ15,16,17と、排出ローラ18と、スタッカ19とを備えて構成される。
画像形成装置100は、搬送路上において、転写ベルト11を挟んで転写ローラ10と対向する位置に、4つの画像形成ユニット9が配置されている。さらに、4つの画像形成ユニット9の下流において、トナー22を記録媒体20に定着させる定着器12が設けてある。
画像形成ユニット9は、像担持体としての感光体ドラム1と、帯電部材としての帯電ローラ2と、現像剤担持体としての現像ローラ4と、現像剤供給手段としての供給ローラ5と、クリーニングブレード6と、トナーカートリッジ7と、薄層形成手段としての現像ブレード21とを備える。
除電光装置23は、感光体ドラム1の表面に所定の波長の光を照射し、感光体ドラム1の表面が転写電流の影響で帯電電位と逆極性の電位でなければ除電することができる。この除電光装置23は、転写電圧が0Vのときも除電を行っている。
これにより、このCPU37は、帯電電源制御回路31を制御して、帯電電源33から帯電ローラ2に印加する電圧値を制御する。また、CPU37は、転写電源制御回路32を制御して、転写電源34から転写ローラ10に印加する電圧値を制御する。
さらに、CPU37は、帯電電流検出部35で検出された帯電電源33から帯電ローラ2に流れる帯電電流、および転写電流検出部36で検出された転写電源34から転写ローラ10に流れる転写電流から、帯電ローラ2の最適な印加帯電電圧値を算出して帯電電源制御回路31にフィードバックする機能を備えている。
さらに、CPU37は、帯電ローラ2に電圧を印加したときに帯電電流検出部35で検出された電流値、および転写ローラ10に電圧を印加したときに転写電流検出部36で検出された電流値から、帯電ローラ2に印加する予め設定された印加電圧を補正する機能を備えている。
次に、図1に示す第1の実施形態の画像形成装置100が行う画像形成動作について説明する。図4は、第1の実施形態に係る画像形成装置100における画像形成動作の流れを示すフローチャートである。
図4に示すように、本実施形態の画像形成装置100は、利用者により電源スイッチがONされることによって起動する(ステップS1)。続いて、画像形成装置100は、動作確認および動作調整を行う(ステップS2)。例えば、画像形成装置100は、画像形成に必要な画像形成ユニット9(図1参照)が所定の場所に設置されているか否かの確認や、各種センサやモータ等が正常に動作しているか否かを確認/調整する。
図1および図2に示す各色の画像形成ユニット9は、帯電工程として、感光体ドラム1に接触している帯電ローラ2によって、感光体ドラム1の表面が負電位に一様に帯電される。次に、画像形成ユニット9は、露光工程として、外部装置から受信した印字画像データに基づき、露光LEDヘッド3が感光体ドラム1に対して光を照射する。これにより、感光体ドラム1上には静電潜像が形成される。さらに、画像形成ユニット9は、現像工程として、現像ローラ4上のトナー22が静電潜像上に移動し、感光体ドラム1にトナー像が形成される。そして、画像形成ユニット9は、転写工程として、感光体ドラム1上に形成されたトナー像を、正極性の転写電圧を印加された転写ローラ10によって記録媒体20上に転写させる。その後、画像形成ユニット9はクリーニング工程を行い、感光体ドラム1の表面に付着したトナー22をクリーニングブレード6で除去する。次に、画像形成ユニット9は、除電工程として、除電光装置23が特定の波長の光を感光体ドラム1の表面に照射し、除電する。
以上に示す一連の印字プロセスの工程を、画像形成装置100は繰り返し行う。
(ステップS11の処理)
まず、帯電電源33および転写電源34は、帯電ローラ2および転写ローラ10にそれぞれ所定の帯電電圧および転写電圧を印加し、帯電電流検出部35および転写電流検出部36は、帯電電流および転写電流を検出する(ステップS11)。
このステップS11の処理について説明する。図3に示すCPU37は、帯電電源制御回路31を制御して、帯電電源33に所定の帯電電圧(2つの印加帯電電圧Vch1、Vch2)を帯電ローラ2に印加させる。また、CPU37は、転写電源制御回路32を制御して転写電源34に所定の転写電圧(2つの転写電圧Vtr1、Vtr2)を転写ローラ10に印加させる。
次に、CPU37は、検出された帯電電流Ichおよび転写電流Itrに基づいて帯電開始電圧Vth1、Vth2を算出する(ステップS12)。図6は、第1の実施形態において帯電開始電圧の算出方法を示す説明図である。この図6および図3を参照して、ステップS12の処理について説明する。
式(1)により算出される帯電開始電圧Vth1は、転写ローラ10に印加された転写電圧Vtr1が0Vのときに算出された電圧値であるため、転写工程における正極性の電荷注入の影響を含まない状態での帯電開始電圧Vth1である。
また、式(2)により算出される帯電開始電圧Vth2は、転写ローラ10に印加された転写電圧Vtr2が基準設定した2500Vであるため、転写工程における正極性の電荷注入の影響を含む状態での帯電開始電圧Vth2である。
(ステップS13の処理)
次に、CPU37は、帯電開始電圧についての、転写工程における正極性の電荷注入の影響を抽出するために、ステップS12で算出した帯電開始電圧Vth1から帯電開始電圧Vth2を差分する。そして、CPU37は、転写工程における正極性の電荷注入の影響を加味した帯電開始電圧Vthaを算出する(ステップS13)。図8は、第1の実施形態の画像形成装置における印加帯電電圧と一般的な画像形成装置における印加帯電電圧(以下、一般的な印加帯電電圧と称する)との相違を示す説明図であり、横軸に印加帯電電圧Vch、縦軸に感光体ドラム1の電位を示している。したがって、図8を参照して、ステップS13の処理について説明する。
次に、CPU37は、補正後における帯電ローラ2に印加する印加帯電電圧Vchaを算出する(ステップS14)。ここで、CPU37は、前述のステップS13において算出された補正した帯電開始電圧Vthaを用いて、感光体ドラム1を目標帯電電位Vd0に帯電するための印加帯電電圧Vchaを、Vcha=Vd0+Vthaから算出する。
(一般的な画像形成装置における帯電開始電圧の算出方法)
図9は、一般的な画像形成装置における帯電開始電圧の算出概念を示す説明図であり、横軸に印加帯電電圧Vch、縦軸に帯電電流Ichを示している。また、図10は、一般的な画像形成装置における印加帯電電圧の算出概念を示す説明図である。
電電位Vd0よりも低い電位(=Vch0)となってしまう。
る非画像領域(感光体ドラム1の表面に静電潜像が形成されていない領域)での感光体ドラム1の帯電電位を測定した場合の第1の実施形態と比較例との違いを示している。
開始電圧Vth1が−540Vで、帯電開始電圧Vth2が−506Vであった場合、次の式(3)から、印加帯電電圧Vchは−1174Vとなる。
始電圧Vthが−540Vであった場合、式(4)から、印加帯電電圧Vchは−1140Vとなる。
これより、目標帯電電位Vd0=−600Vと、印字中における感光体ドラム1の帯電
電位Vdとの差は、図11に示すように、第1実旋形態の場合は−5Vであり、比較例の場合は−39Vであった。
すなわち、第1の実旋形態の算出方法を用いることで、感光体ドラム1の目標帯電電位Vd0である−600Vに近くに帯電させることができ、感光体ドラム1の印加帯電電圧をより高精度に制御することができる。
ここで、除電光装置23は、感光体ドラム1の表面電位がマイナスの場合、除電することで感光体ドラム1の表面電位を0Vに除電することができるが、感光体ドラム1の表面電位がプラスの場合、除電することができず、感光体ドラム1の表面電位はプラスのままである。
そこで、画像形成装置100は、感光体ドラム1の表面電位がプラス(例えば+100V)で帯電工程に移行した場合、帯電ローラ2の印加帯電電圧が−450Vのときに放電させる。すなわち、画像形成装置100は、放電開始電圧(帯電開始電圧)を変化させる。
[画像形成装置100の動作]
第2の実施形態における画像形成装置100の構成は、第1の実施形態の画像形成装置100と同じであるので重複説明は省略する。この第2の実施形態の画像形成装置100を用いて、画像形成装置100の使用状況、例えば、環境条件や記録媒体20(用紙)の使用枚数から想定される磨耗による感光体ドラム1の膜厚等の影響により、感光体ドラム1の目標帯電電位Vd0に対して、予め標準状態で設定されている印加帯電電圧Vch0を補正する方法について説明する。すなわち、第2の実施形態の画像形成装置100は、印加帯電電圧Vch0を補正することにより、より高精度な印加帯電電圧を算出できるように構成されている。
電開始電圧Vth0が設定されている。そして、図9に示すように、画像形成装置100は、感光体ドラム1に対してパッシェンの法則から想定される標準状態での帯電開始電圧より絶対値で大きい値の異なった2つの印加帯電電圧Vch1、Vch2と、それぞれに対応する帯電電流Ich1、Ich2の検出値から、帯電開始電圧Vthを算出する、もしくは、段階的に印加帯電電圧Vchを変化させることにより、図3に示す帯電電流検出部35が帯電電流Ichの流れを検出した印加帯電電圧Vchを帯電開始電圧Vthと推定している。
第2の実施形態に係る画像形成装置100のCPU37は、ステップS23(ステップS13)の後で、補正後における帯電ローラ2に印加する印加帯電電圧Vchを算出する(ステップS24)。ここで、CPU37は、予め標準状態で設定されている印加帯電電圧Vch0(標準印加帯電電圧)と、標準状態における帯電開始電圧Vth0(標準帯電開始電圧)と、前述のステップS23において算出された補正した帯電開始電圧Vthaとを用いて、印加帯電電圧Vchを、Vch=Vch0+(Vth0−Vtha)から算出する。すなわち、印加帯電電圧Vchの補正幅Vαは(Vth0−Vtha)である。
h0と帯電開始電圧Vth0との補正を実行し、実際の印字中における非画像領域での感光体ドラム1の表面電位(帯電電位)を測定した。
以上説明したように、第1の実施形態および第2の実施形態に係る画像形成装置100は、少なくとも2つの転写電圧(例えば、0Vと2500V)を用いて実際の使用状態における印加帯電開始電圧を推定し、推定された印加帯電電圧を転写ローラから感光体ドラム1に印加している。これにより、第1の実施形態および第2の実施形態に係る画像形成装置100は、実際の使用状態において、温度等の環境の変化による感光体ドラム1の表面電位の変動を修正することができるので、良好な印字品質を推持することが可能となる。
2 帯電ローラ(帯電部材)
3 露光LEDヘッド
4 現像ローラ
5 供給ローラ(スポンジローラ)
6 クリーニングブレード
7 トナーカートリッジ
8 ドラムカートリッジ
9 画像形成ユニット
10 転写ローラ(転写部材)
11 転写ベルト
12 定着器
13 給紙カセット
14 給紙ローラ
15,16,17 搬送ローラ
18 排出ローラ
19 スタッカ
20 記録媒体
21 現像ブレード
22 トナー
23 除電光装置
31 帯電電源制御回路
32 転写電源制御回路
33 帯電電源
34 転写電源
35 帯電電流検出部
36 転写電流検出部
37 CPU(制御部)
38 バイアス電源
100 画像形成装置
Claims (10)
- 感光体、帯電部材、露光手段、現像手段および転写部材を備え、電子写真プロセスを用いて画像の形成を行う画像形成装置であって、
前記帯電部材に印加する印加帯電電圧を制御する帯電電圧制御部と、
前記転写部材に印加する転写電圧を制御する転写電圧制御部と、
前記帯電部材に流れる帯電電流を検出する帯電電流検出部と、
前記印加帯電電圧を決定する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記転写電圧が第1の電圧の場合に、前記帯電部材に流れる帯電電流をゼロまで低下させたときの印加帯電電圧である第1の帯電開始電圧を推定し、
前記転写電圧が第2の転写電圧の場合に、前記帯電部材に流れる帯電電流をゼロまで低下させたときの印加帯電電圧である第2の帯電開始電圧を推定し、
前記第1の帯電開始電圧と前記第2の帯電開始電圧との差分に前記第1の帯電開始電圧と前記感光体の目標帯電電位とを加算して、前記帯電部材に印加する印加帯電電圧を決定する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 感光体、帯電部材、露光手段、現像手段、及び転写部材を備え、電子写真プロセスを用いて画像の形成を行う画像形成装置であって、
前記帯電部材に印加する印加帯電電圧を制御する帯電電圧制御部と、
前記転写部材に印加する転写電圧を制御する転写電圧制御部と、
前記帯電部材に流れる帯電電流を検出する帯電電流検出部と、
前記転写電圧制御部が所定の転写電圧を印加する場合の前記印加帯電電圧と、前記帯電電流検出部が検出した検出帯電電流に基づき、前記印加帯電電圧を決定する制御部とを有し、
前記制御部は、
前記帯電部材に印加した少なくとも2つの異なる値の直流電圧と、前記転写部材に印加した少なくとも2つの異なる値の直流電圧に基づいて、前記印加帯電電圧を決定することを特徴とする画像形成装置。 - 非画像形成時の初期動作において、少なくとも前記転写部材への印加電圧の1つが0Vであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記制御部は、
予め設定された各環境における前記印加帯電電圧を補正することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の画像形成装置。 - 前記制御部は、
前記帯電部材に異なる2つ以上の印加帯電電圧を印加させて、前記印加帯電電圧それぞれに対して前記帯電電流検出部が検出した検出帯電電流を取得し、
2つ以上の前記印加帯電電圧と前記検出帯電電流との組を用いて、前記印加帯電電圧と前記帯電電流とに線形関係があることに基づき、前記帯電部材に流れる帯電電流をゼロまで低下させた場合の印加帯電電圧を推定する
ことを特徴とする請求項1に記載された画像形成装置。 - 前記制御部は、
前記目標帯電電位に対して、標準的な環境下における前記感光体の膜厚を考慮して補正した標準印加帯電電圧と、
前記標準的な環境下における前記転写電圧が前記第1の電圧の場合に、前記帯電部材に流れる帯電電流をゼロまで低下させたときの印加帯電電圧である標準帯電開始電圧とを用いて、
前記標準帯電開始電圧と前記第2の帯電開始電圧との差分に前記標準印加帯電電圧を加算した値を前記印加帯電電圧とする
ことを特徴とする請求項5に記載された画像形成装置。 - 感光体と、帯電部材と、露光手段と、現像手段と、転写部材と、
前記帯電部材に印加する印加帯電電圧を制御する帯電電圧制御部と、
前記転写部材に印加する転写電圧を制御する転写電圧制御部と、
前記帯電部材に流れる帯電電流を検出する帯電電流検出部と
を備え、電子写真プロセスを用いて画像の形成を行うために、画像形成装置のコンピュータに、
前記転写電圧が第1の電圧の場合に、前記帯電部材に流れる帯電電流をゼロまで低下させたときの印加帯電電圧である第1の帯電開始電圧を推定する第1帯電開始電圧推定ステップと、
前記転写電圧が第2の電圧の場合に、前記帯電部材に流れる帯電電流をゼロまで低下させたときの印加帯電電圧である第2の帯電開始電圧を推定する第2帯電開始電圧推定ステップと、
前記第1の帯電開始電圧と前記第2の帯電開始電圧との差分に前記第1の帯電開始電圧と前記感光体の目標帯電電位とを加算して、前記帯電部材に印加する印加帯電電圧を決定する印加帯電電圧決定ステップと
を実行させることを特徴とする画像形成プログラム。 - 前記第1帯電開始電圧推定ステップおよび前記第2帯電開始電圧推定ステップは、
前記帯電部材に異なる2つ以上の印加帯電電圧を印加させて、前記印加帯電電圧それぞれに対して前記帯電電流検出部が検出した検出帯電電流を取得し、
2つ以上の前記印加帯電電圧と前記検出帯電電流との組を用いて、前記印加帯電電圧と前記帯電電流とに線形関係があることに基づき、前記帯電部材に流れる帯電電流をゼロまで低下させた場合の印加帯電電圧を推定することを特徴とする請求項7に記載された画像形成プログラム。 - 前記印加帯電電圧決定ステップは、
前記目標帯電電位に対して、標準的な環境下における前記感光体の膜厚を考慮して補正した標準印加帯電電圧と、前記標準的な環境下における前記転写電圧が前記第1の電圧の場合に、前記帯電部材に流れる帯電電流をゼロまで低下させたときの印加帯電電圧である標準帯電開始電圧とを用いて、
前記標準帯電開始電圧と前記第2の帯電開始電圧との差分に前記標準印加帯電電圧を加算して、前記帯電部材に印加する印加帯電電圧を決定することを特徴とする請求項8に記載された画像形成プログラム。 - 感光体、帯電部材、露光手段、現像手段、転写部材と、
前記帯電部材に印加する印加帯電電圧を制御する帯電電圧制御部と、
前記転写部材に印加する転写電圧を制御する転写電圧制御部と、
前記帯電部材に流れる帯電電流を検出する帯電電流検出部と、
を備え、電子写真プロセスを用いて画像の形成を行うために、画像形成装置のコンピュータに、
前記帯電部材に所定値の直流電圧を印加したときに、該帯電部材に流れる電流の値を検出させる第1のステップと、
前記転写部材に所定値の直流電圧を印加したときに、該転写部材に流れる電流の値を検出させる第2のステップと、
前記転写電圧制御部が所定の転写電圧を印加する場合の前記印加帯電電圧と、前記帯電電流検出部が検出した検出帯電電流と、前記帯電部材に印加した少なくとも2つの異なる値の直流電圧と、前記転写部材に印加した少なくとも2つの異なる値の直流電圧とに基づき、前記印加帯電電圧を決定する第3のステップと
を実行させることを特徴とする画像形成プログラム。
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