JP5683524B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

従来、低オゾン、低電力などの利点を有することから、像担持体としての感光体に当接する帯電部材としての帯電ローラに電圧を印加して感光体の表面を帯電する、所謂接触帯電方式の電子写真画像形成装置が実用化されている。さらに、近年では、安価、省スペースの観点から、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電圧のみを印加した帯電ローラを用いるＤＣ帯電方式が用いられている。
ＤＣ帯電方式においては、帯電の均一性が不十分であるという課題があった。また、接触帯電方式においては、感光体の使用に伴う感光体の表面の膜厚の減少により、感光体の表面電位が上昇してしまうという課題があった。
そこで、当該課題を解決するための一つの方法として、感光体の表面電位を一旦、画像形成に必要な電位以上に過帯電させ、その後、感光体の表面の画像形成を行わない非画像部に対して、弱発光させたレーザ光を照射して電位を降下させる露光方法が知られている。これを所謂バックグラウンド露光という（特許文献１参照）。
また、特許文献２には、感光体の膜厚を算出して、レーザ光のレーザパワーを制御することによって、感光体の表面電位を目標とする電位にする制御方法が開示されている。このような制御を行うことで、画像濃度、ライン幅、階調性を安定して再現することができる。
ところで、上記した電子写真画像形成装置においては、カラー画像を形成する際の方式として、所謂タンデム方式と呼ばれるカラー画像形成方式が多く用いられている。このタンデム方式の画像形成装置においては、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像を感光体上に形成する。そして、このようなタンデム方式の画像形成装置において、各色のトナー像を形成する感光体の各々に帯電装置や現像装置等の各プロセス手段がそれぞれ個別に配置された構成を有している。

特開平８−１７１２６０号公報 特開２００２−２９６８５３号公報

上記のような複数色の画像形成が可能なタンデム方式の画像形成装置においては、小型化、低コスト化の観点より、各々の帯電手段、現像手段に対する電源を極力共通化する構成が好ましい。しかしながら、電源が共通化されたＤＣ帯電方式の画像形成装置においては、全ての感光体に対して常に所定の帯電電位を形成することとなり、感光体が光疲労することで光感度が悪化することがあった。そのため、感光体が光疲労をすることによる光感度の悪化の観点から改善の余地があった。また、バックグラウンド露光を行うために所定のレーザパワーで感光体の表面を所望の電位に変化させる必要があり、露光手段としての光源が消耗し易く、長寿命化の観点から改善の余地があった。

そこで、本発明は、像担持体としての感光体の劣化を抑制すること及び露光手段によるレーザパワーを低減することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、
記録材に画像を形成する画像形成装置において、
複数の像担持体と、
互いに共通する第一の電源から同じ帯電バイアスが供給されることで、対応する像担持体を帯電し、その像担持体の表面に所定の帯電電位を形成する複数の帯電手段と、
対応する像担持体の画像部に現像剤を供給する複数の現像手段と、
前記像担持体の表面のうち、前記現像手段から現像剤が供給されない非画像部を第一のレーザパワーで露光して非画像部電位にし、前記現像手段から現像剤が供給される前記画像部を第一のレーザパワーよりも大きい第二のレーザパワーで露光して画像部電位にする露光手段と、
前記複数の像担持体に関する情報を記憶する記憶手段と、
前記帯電バイアスおよび各像担持体に対する前記第一のレーザパワー、前記第二のレーザパワーを制御する制御部と、
を有し、
前記画像形成装置は、前記複数の現像手段を用いて複数色の画像を形成するカラーモードと、前記複数の現像手段のうちの一つの現像手段を用いて単色の画像を形成するモノモードを実行可能であって、
前記制御部は、
前記カラーモードが実行される際には、前記複数の像担持体に関する情報に基づき、前記帯電バイアスおよび、各像担持体に対する前記第一のレーザパワーと前記第二のレーザパワーを決定し、
前記モノモードが実行される際には、モノモード用の像担持体に関する情報に基づき、前記帯電バイアスおよび、前記モノモード用の像担持体に対する前記第一のレーザパワーと前記第二のレーザパワーを決定し、前記帯電バイアスの絶対値を前記カラーモードが実行される際の帯電バイアスの絶対値を上回らないようにするものであって、
前記モノモードが実行される際に前記帯電バイアスの絶対値を前記カラーモードが実行される際よりも小さくする場合を設け、この場合に前記モノモード用の像担持体に対する第一のレーザパワーを前記カラーモードが実行される場合よりも小さくすることを特徴とする。

本発明によれば、像担持体としての感光体の劣化を抑制すること及び露光手段によるレーザパワーを低減することができる。

実施例１に係る画像形成装置の全体構成の概略断面図 実施例１における感光体ドラムの表面電位とレーザパワーの関係を示す図 実施例１における画像部と非画像部においての電位設定について説明する図 各電源と各プロセスカートリッジとの接続について説明する配線図 一次帯電電位と暗部電位及び露光制御を模式的に示す図 実施例１におけるレーザパワー制御を説明するフローチャート図 実施例２におけるレーザパワー制御を説明するフローチャート図

（実施例１）
図１を用いて、実施例１に係る画像形成装置の一形態である電子写真プロセスを用いたレーザビームプリンタの全体構成について説明する。図１は、実施例１に係る画像形成装置の全体構成の概略断面図である。

図１に示すように、実施例１において、画像形成装置本体１は、プリンタ制御部（以下、単に制御部という）１００を備えている。制御部１００は、画像形成装置の動作を制御する手段であり、インターフェイス２０１を介して接続されているプリンタコントローラ（以下、単にコントローラという）２００と各種の電気的情報信号を授受する。また、制御部１００は、各種のプロセス機器やセンサから入力する電気的情報信号の処理、各種のプロセス機器への指令信号の処理、所定のイニシャルシーケンス制御、所定の画像形成シーケンスを司る。そして、実施例１に係る画像形成装置は、コントローラ２００から入力する画像データ（電気的な画像情報）に対応した画像を記録材としての用紙Ｐ上に形成し
て画像形成物を出力する。ここで、コントローラ２００とは、ホストコンピュータ、ネットワーク、イメージリーダ、ファクシミリ等である。なお、記録材は、用紙に限らず、ＯＨＰシート、葉書、封筒、ラベル等でもよい。

さらに、実施例１に係る画像形成装置が備える各構成要素について説明する。図１に示すように、実施例１に係る画像形成装置は、主な構成要素として、露光手段としてのレーザ露光ユニット２０、中間転写ベルト３０、一次転写ローラ３１、二次転写ローラ３２、定着装置６０を備えている。また、実施例１に係る画像形成装置は、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの４色（複数色）についての画像形成が可能な複数のプロセスカートリッジ１０を略水平方向に一定の間隔を置いて並列配列する所謂タンデム方式で構成されている。これら４つのプロセスカートリッジは、画像形成の色が異なることを除いて構成は同じであり、クリーニングユニットと現像ユニット（現像装置）を一体的にカートリッジ化して構成されている。各プロセスカートリッジは、各プロセスカートリッジに対応して画像形成装置本体１に設けられる各画像ステーションに着脱可能に構成されている。そして、例えば、現像ユニットに収容されるトナーが消費された場合には、プロセスカートリッジ１０毎に交換することでトナーを補充することができる。以下、いずれかの色用に設けられた要素であることを表すために添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを符号につけて説明を行うが、特に区別を要しない場合においては、これらの添え字は省略して説明を行う。

クリーニングユニットは、第一の像担持体としての感光体ドラム１１と、帯電手段としての帯電ローラ１２と、ドラムクリーナ１４とを備えている。また、現像ユニットは、現像剤担持体としての現像ローラ１３と、現像ブレード１５と、現像剤としてのトナーを収容するトナー容器１６とを備えている。実施例１においては、現像剤としては、負極性に帯電された非磁性一成分トナーを用いた。

感光体ドラム１１は、アルミニウムの円筒状基体と、その表面を覆うＯＰＣ（有機半導体）感光層とによって構成されている。この感光層は、電荷輸送層とその下にある電荷発生層等からなる層である。そして、感光体ドラム１１は、駆動手段（不図示）によって、図１中の矢印Ｒ１方向に１２０（ｍｍ／ｓｅｃ）の表面移動速度で回転駆動する。

帯電ローラ１２は、芯金と、芯金周りに同心一体に形成された導電性弾性体層とを有しており、感光体ドラム１１の表面を帯電する。帯電ローラ１２の芯金には、所定の帯電バイアスが印加される。そして、帯電ローラ１２は、感光体ドラム１１に対して略平行に配置されており、導電性弾性体層の弾性に抗して所定の押圧力で当接している。このように実施例１においては、所謂接触帯電方式を採用する。また、この芯金の両端部は回転可能に軸受け（不図示）に支持されており、帯電ローラ１２は、感光体ドラム１１の回転に従動して図１中の矢印Ｒ２方向に回転する。

レーザ露光ユニット２０は、時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザ光Ｌ（図４参照）を出力するレーザ素子等の光源（レーザ出力部）、回転多面鏡（ポリゴンミラー）、ｆθレンズ、反射鏡等から構成される。そして、回転多面鏡の回転によって、感光体ドラム１１の長手方向（主走査方向）にレーザ光Ｌを偏向走査することで主走査露光を行う。この主走査露光と、感光体ドラム１１の回転による副走査露光により、レーザ露光ユニット２０は、感光体ドラム１１上（像担持体上）に静電潜像を形成する。

現像ローラ１３は、芯金と、芯金周りに同心一体に形成された導電性弾性体層とを有し、感光体ドラム１１に対して略平行に配置されている。また、現像ブレード１５は、ＳＵＳ製の金属薄板で構成されており、現像ローラ１３に所定の押圧力で当接することで、現像ローラ１３上（現像剤担持体上）のトナー層を均一化する。現像ローラ１３は、感光体
ドラム１１上に形成された静電潜像を現像するために、摩擦によって負極性に帯電されたトナーを感光体ドラム１１に担持搬送することで供給する。

また、実施例１においては、いわゆる接触現像方式を採用しており、現像ローラ１３は、接離機構（不図示）によって、感光体ドラム１１に対して当接及び離間を繰り返すことのできる構成となっている。そして、画像形成工程時に、現像ローラ１３は感光体ドラム１１に当接し、現像ローラ１３の芯金に対して所定の現像バイアスが印加される。その際、現像ローラ１３の表面電位は所定の現像電位としての現像バイアス電位になる。

無端状に形成された第二の像担持体としての中間転写ベルト３０は、各プロセスカートリッジ１０Ｙ〜１０Ｋの感光体ドラム１１Ｙ〜１１Ｋに当接するように配置されている。中間転写ベルト３０は、電気抵抗値が１０^１１〜１０^１６（Ω・ｃｍ）程度の厚さ１００〜２００（μｍ）の、ＰＶｄｆ（ポリフッ化ビニリデン）、ナイロン、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の樹脂フィルムからなる。なお、電気抵抗値（体積抵抗値）は必要に応じて抵抗調整してもよい。また、中間転写ベルト３０は、駆動ローラ３４、二次転写対向ローラ３３とで張架されており、モーター（不図示）の駆動による駆動ローラ３４の回転によって、プロセス速度で循環駆動する。

回転可能に設けられる一次転写ローラ３１は、回転軸上に導電性弾性体層を設けたローラ状に構成され、感光体ドラム１１に対して略平行に配置されており、中間転写ベルト３０を介して所定の押圧力で当接している。また、一次転写ローラ３１の回転軸に一次転写バイアス電源７０１（図４参照）によって、正極性のＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）転写バイアスが印加されることで、一次転写ローラ３１と感光体ドラム１１の間に一次転写電界が形成される。なお、一次転写工程が常に高転写効率、低再転写率などの条件を満たし良好に行われるよう、制御部１００が、一次転写バイアス電源７０１によって印加されるＤＣ転写バイアスを環境やパーツの特性等を考慮した最適な値に制御している。

回転可能に設けられる二次転写ローラ３２は、回転軸上に導電性弾性体層を設けたローラ状に構成され、中間転写ベルト３０を介して、二次転写対向ローラ３３に当接している。そして、二次転写ローラ３２の回転軸に二次転写バイアス電源７０２（図４参照）によって、二次転写対向ローラ３３を対向電極として正極性のバイアスが印加されることで、二次転写ローラ３２と感光体ドラム１１との間に二次転写電界が形成される。

各プロセスカートリッジ１０は、記憶手段として非接触不揮発性メモリ１７を備えている。非接触不揮発性メモリ１７は、情報伝達手段であるアンテナ（不図示）を有し、画像形成装置本体１側の制御部１００と無線で通信し、情報の読み出しや書き込みが可能である。この非接触不揮発性メモリ１７には、感光体ドラム１１の膜層や感度に関する情報等が製造時に記憶されている。そして、プロセスカートリッジ１０の使用に伴う、感光体ドラム１１の膜厚や感度の変化量、現像ローラ１３の回転数、トナー消費量等に関する情報を取得し、それらの情報を随時書き込み及び読み出しをすることが可能に構成されている。なお、記憶手段しては、接触不揮発性メモリ、電源を有する揮発性メモリなどを適用してもよい。

また、画像形成装置本体１には、用紙搬送系として、用紙カセット５０、ピックアップローラ５１、搬送ローラ５２〜５７が配設されている。用紙カセット５０には、用紙Ｐが収容されている。ピックアップローラ５１は、用紙カセット５０に収容される用紙Ｐを１枚ずつ分離して搬送する。搬送ローラ５２〜５７は、ピックアップローラ５１によって繰り出された用紙Ｐを搬送する。

次に、図１を参照して、実施例１に係る画像形成装置の画像形成動作の概略について説
明する。まず、帯電ローラ１２が感光体ドラム１１の表面を帯電して所定の帯電電位を形成する。そして、レーザ露光ユニット２０が、レーザ光Ｌを出射し、感光体ドラム１１の表面を露光し静電潜像を形成する。さらに、現像ローラ１３が感光体ドラム１１上にトナーを供給することにより静電潜像を可視化し、トナー像を形成する。感光体ドラム１１上に形成された各色のトナー像は、感光体ドラム１１が矢印Ｒ１方向に回転することで、一次転写位置に送られ、一次転写ローラ３１と感光体ドラム１１との間に形成された一次転写電界によって、中間転写ベルト３０上に順次一次転写される。この時、４色の画像は順次重畳的に転写されるので、４色のトナー像の中間転写ベルト３０上における位置は一致している。この際に、感光体ドラム１１上に残った一次転写残トナーは、ドラムクリーナ１４によって掻き取り回収される。

一方、記録材としての用紙Ｐが、中間転写ベルト３０の回転と同期をとって、用紙Ｐを収納する用紙カセット５０からピックアップローラ５１により１枚ずつ分離して搬送される。そして、用紙Ｐは、搬送ローラ５２、５３によって、画像形成動作に合わせて、二次転写ローラ３２に搬送される。そして、中間転写ベルト３０上に形成された４色のトナー像は、二次転写ローラ３２と感光体ドラム１１との間に形成された二次転写電界によって、一括して用紙Ｐ上に二次転写される。この際、中間転写ベルト３０上に残った二次転写残トナーは、帯電ブラシ（不図示）のバイアス印加によって、正極性の電荷を付与されるため、画像形成工程の一次転写位置において感光体ドラム１１側に転写され、ドラムクリーナ１４によって掻き取り回収される。

さらに、４色のトナー像が転写された用紙Ｐは、搬送ローラ５４、５５によって、定着装置６０に搬送され、用紙Ｐ上のトナー像は、熱及び圧力による定着処理を受けて用紙Ｐに定着される。そして、トナー像が定着された用紙Ｐは、排出ローラ５８によって、排紙口から画像形成装置本体１上面の排紙トレイ（不図示）に、カラー画像形成物として排出される。このようにして、一連の画像形成動作が終了する。

次に、実施例１に係る画像形成装置の前提の技術となるバックグラウンド（非画像部）露光について説明する。従来より、感光体ドラムの表面を一旦、画像形成に必要な電位以上に過帯電させ、その後、感光体ドラムの表面の画像形成が行われない非画像部に対して、弱発光させたレーザ光Ｌを照射することで表面電位を降下させる露光方法が知られている。これを所謂バックグラウンド露光という。このバックグラウンド露光は、感光体ドラムの表面電位の均一性の確保の観点から行われるものである。ここで、実施例１のように、感光体ドラム１１と帯電ローラ１２が接触する構成においては、画像形成動作によって感光体ドラム１１を使用するに伴い、感光体ドラム１１の表面が削れて膜厚が減少してしまう。そして、感光体ドラム１１の表面の膜厚が減少すると、感光体ドラム１１の表面電位が上昇してしまう。したがって、バックグラウンド露光は、感光体ドラム１１の表面の膜厚に基づいて、レーザ露光ユニット２０からのレーザ光Ｌの発光の強度を変化させて行われる。なお、実施例１において、感光体ドラム１１の膜厚に関する情報は、画像形成枚数、画像形成装置内の用紙Ｐの通過枚数、感光体ドラム１１の回転数、帯電ローラ１２による感光体ドラム１１への帯電時間のうち少なくとも一つに基づいて決定される。

実施例１におけるレーザ露光ユニットによる潜像設定についての詳細を説明する。実施例１において、感光体ドラム１１はアルミニウム製の円筒状基体と、その表面を覆うＯＰＣ（有機半導体）感光層とによって構成されており、感光層の初期の膜厚は２０（μｍ）であった。そして、画像形成動作が開始されると、帯電ローラ１２に−１１００（Ｖ）の一次帯電バイアス（ＤＣ電圧）が印加され、感光体ドラム１１の表面に−５００（Ｖ）の所定の帯電電位としての一次帯電電位Ｖｄ０が形成される。

ここで、実施例１におけるレーザ露光ユニット２０は、感光体ドラム１１の表面を露光
する際のレーザパワーとして、第一のレーザパワーＥ１と第二のレーザパワーＥ２の２つの水準の出力値を切り替えて出力可能に構成されている。制御部１００には、感光体ドラム１１の表面のうち画像が形成される画像部と、画像が形成されない非画像部に対応して、レーザ露光ユニット２０から出力されるレーザパワーを制御するレーザパワー制御部（不図示）が設けられている。

レーザパワー制御部は、非画像部に対しては、非画像部電位としての暗部電位Ｖｄ用のレーザパワーとしての第一のレーザパワーＥ１を選択し、画像部に対しては、画像部電位としての明部電位Ｖｌ用のレーザパワーとしての第二のレーザパワーＥ２を選択する。実施例１においては、画像形成工程において、レーザ素子としてのレーザダイオードに所定のバイアス電流を流すことによって、レーザを弱発光させておき、これを第一のレーザパワーＥ１と設定する。そして、画像部においては、さらに電流値を加えて電流を流すことで、第二のレーザパワーＥ２を設定する。このように、レーザ素子としてのレーザダイオード等に流す電流量を可変にすることで、レーザパワーＥ１、Ｅ２を制御することができる。なお、レーザ素子はレーザダイオードに限らずＬＥＤ等を適用しても良い。

ここで、図２を用いて、感光体ドラムの表面電位とレーザパワーの関係について説明する。図２は、実施例１における感光体ドラム電位とレーザパワーの関係を示す図である。図２のグラフにおいて、縦軸は、感光体ドラム１１の表面電位（−Ｖ）を表しており、横軸は、感光体ドラム１１の表面が受ける露光のレーザパワーＥ（μＪ／ｃｍ^２）を表している。なお、このグラフにおいて、感光体ドラム１１の膜厚は使用初期の場合のものであり２０（μｍ）である。実施例１において、感光体ドラム１１の画像部に対してレーザ露光ユニット２０が、第二のレーザパワーＥ２（μＪ／ｃｍ^２）で露光することにより、約−１５０（Ｖ）の明部電位Ｖｌを形成する。同時に、非画像部（バックグラウンド）に対しても、第二のレーザパワーＥ２よりも小さい、第一のレーザパワーＥ１（μＪ／ｃｍ^２）で露光することにより、約−４５０（Ｖ）の暗部電位Ｖｄを形成する。

次に、図３を用いて、画像部と非画像部においての電位設定について説明する。図３は、実施例１における画像部と非画像部においての電位設定について説明する図である。実施例１においては、非画像部に対しても弱発光することで（所謂バックグラウンド露光）、感光体ドラム１１の表面の帯電ムラを抑制した安定した暗部電位Ｖｄを形成することができる。また、実施例１においては、現像ローラ１３には約−３００（Ｖ）のＤＣバイアスが印加されており、現像ローラ１３の表面には現像電位としての現像バイアス電位Ｖｄｃが形成されている。このため、感光体ドラム１１上の明部電位Ｖｌと現像バイアス電位Ｖｄｃとの電位差（現像コントラスト電位）Ｖｃにより、負極性に帯電されたトナーが、現像ローラ１３から感光体ドラム１１上に供給されることとなる。そして、感光体ドラム１１上に形成された静電潜像が可視化されることにより、感光体ドラム１１上にはトナー像が形成される。このように、実施例１においては、帯電ローラ１２による感光体ドラム１１への帯電は負の電荷で行われ、現像は負極性に帯電されたトナーで行われる反転現像方式を用いている。

ここで、明部電位Ｖｌと現像バイアス電位Ｖｄｃとの電位差である現像コントラスト電位Ｖｃは、画像部の画像濃度及び階調性を設定する要因となる。すなわち、現像コントラスト電位Ｖｃが小さくなると、十分な画像濃度及び階調性を得ることができない。そのため、現像コントラスト電位Ｖｃは、所定値以上を確保した所望の値となる必要がある。

また、現像バイアス電位Ｖｄｃと暗部電位Ｖｄとの電位差（白地部コントラスト電位）Ｖｂは、用紙Ｐの白地部での所謂カブリ（地肌汚れ）量等を決める要因となる。白地部コントラスト電位Ｖｂが所定値を超えて大きくなると、逆帯電されたトナー、すなわち、正極性に帯電されたトナーが用紙Ｐの白地部にカブリとして付着して画像汚れや画像形成装
置内汚染等を引き起こす原因となってしまう。一方、白地部コントラスト電位Ｖｂが所定値を超えて小さくなると、正常に帯電されたトナー、すなわち、負極性に帯電されたトナーを白地部から除去できなくなってカブリが発生する。そのため、白地部コントラスト電位Ｖｂは、所定の範囲内に設定する必要がある。

まず、帯電ローラ１２が感光体ドラム１１を一次帯電することで、感光体ドラム１１の表面に一次帯電電位Ｖｄ０を形成する。そして、画像部においては、感光体ドラム１１の表面電位と現像バイアス電位Ｖｄｃの電位差が、現像ローラ１３から感光体ドラム１１へ画像形成に十分なトナーが供給される所望の電位差となるように、レーザ露光ユニット２０が露光を行う。実施例１においては、レーザ制御部によって制御されたレーザ露光ユニット２０は、感光体ドラム１１の画像部における電位が、明部電位Ｖｌとなるように感光体ドラム１１の帯電電位の絶対値を降下（変化）させるレーザパワーＥ２で露光を行う。非画像部においては、感光体ドラム１１の表面電位と現像バイアス電位Ｖｄｃの電位差Ｖｂが、現像ローラ１３から感光体ドラム１１へトナーが供給されない所望の電位差になるように、レーザ露光ユニット２０が露光を行う。実施例１においては、レーザ制御部によって制御されたレーザ露光ユニット２０は、感光体ドラム１１の非画像部における電位が、暗部電位Ｖｄとなるように感光体ドラム１１の帯電電位の絶対値を降下（変化）させるレーザパワーＥ１で露光を行う。

次に、カブリを抑制するための電位設定の具体例について説明する。上述したように、実施例１においては、帯電ローラ１２に−１１００（Ｖ）の一次帯電バイアス（ＤＣ電圧）が印加され、感光体ドラム１１の表面には−５００（Ｖ）の一次帯電電位Ｖｄ０が形成されている。具体例として、制御部１００は、所望の暗部電位Ｖｄとして−４５０（Ｖ）を得るために必要な、レーザパワーＥ１（μＪ／ｃｍ^２）を算出する。そして、制御部１００の備えるレーザ制御部によって制御されたレーザ露光ユニット２０が、レーザパワーＥ１で感光体ドラム１１の表面の非画像部を露光することで−４５０（Ｖ）の暗部電位Ｖｄを形成する。また、レーザ制御部は、所望の明部電位Ｖｌとして−１５０（Ｖ）を得るために必要な、レーザパワーＥ２（μＪ／ｃｍ^２）を算出する。そして、レーザ制御部によって制御されたレーザ露光ユニット２０が、レーザパワーＥ２で感光体ドラム１１の表面のうち画像部を露光することで−１５０（Ｖ）の明部電位Ｖｌを形成する。

次に、図４を用いて、実施例１における高圧電源回路について説明する。図４は、実施例１における帯電バイアス電源及び現像バイアス電源と各プロセスカートリッジとの接続について説明する配線図である。図４に示すように、各プロセスカートリッジ１０Ｙ〜１０Ｋの帯電ローラ１２Ｙ〜１２Ｋには、第一の電源としての帯電バイアス電源６０２が接続されている。すなわち、帯電ローラ１２Ｙ〜１２Ｋへの帯電バイアスを印加する電源は、一つの電源で互いに共通化されており、帯電ローラ１２Ｙ〜１２Ｋへは同一値の一次帯電バイアスが供給されるように構成されている。

また、同様に、図４に示すように、各プロセスカートリッジ１０Ｙ〜１０Ｋの現像ローラ１３Ｙ〜１３Ｋには、第二の電源としての現像バイアス電源６０１が接続されている。すなわち、現像ローラ１３Ｙ〜１３Ｋへの現像バイアスを印加する電源は、一つの電源で互いに共通化されており、現像ローラ１３Ｙ〜１３Ｋへは同一値の現像バイアスが供給されるように構成されている。

このように、実施例１に係る画像形成装置は、プロセスカートリッジ１０Ｙ〜１０Ｋの帯電ローラ１２Ｙ〜１２Ｋ及び現像ローラ１３Ｙ〜１３Ｋに対する電源を極力共通化する構成を採用している。そして、画像形成装置の小型化及び低コスト化の実現をすることを可能としている。

ここで、実施例１に係る画像形成装置は、４色で画像形成を行う第一のモードとしてのフルカラー画像形成モード（以下、フルカラーモードという）、単色で画像形成を行う第二のモード（以下、モノモード）としての２つのモードを有している。フルカラーモードとモノモードの切り替えは、コントローラ２００から制御部１００に送られてきた信号によって制御される。モノモード時は、上記の画像形成動作をブラックＫの画像ステーション（以下、ブラックステーションという）のみで行うため、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣの画像形成を行う必要はない。したがって、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣの画像ステーションの現像ローラ１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃは、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃから離間し、回転駆動が伝達されない状態で待機している。すなわち、現像ローラ１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃは停止した状態である。なお、ブラックＫの感光体ドラム１１Ｋ以外の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃは、中間転写ベルト３０と当接しているため、摺擦による転写メモリが発生しないように回転駆動している。

次に、図５を用いて、実施例１における各モードでの一次帯電電位と露光制御について説明する。図５は、実施例１における一次帯電電位と暗部電位及び露光制御を模式的に示す図である。そして、図５（ａ）は、フルカラーモードにおける一次帯電電位と暗部電位及び露光制御を模式的に示す図であり、図５（ｂ）は、モノモードにおける一次帯電電位と暗部電位及び露光制御を模式的に示す図である。実施例１の画像形成装置のように、帯電ローラ１２へ帯電バイアスを印加する電源を共通化した構成においては、全ての画像ステーションで一律な一次帯電バイアスしか印加できない。一方、各プロセスカートリッジ１０の各感光体ドラム１１の状態は使用状況により一様でなく膜厚が異なる。そのため、一次帯電電位は各感光体ドラム１１において異なり、各感光体ドラム１１Ｙ〜１１Ｋにはそれぞれ一次帯電電位Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ３、Ｖｄ４が形成されることとなる。

また、同様に、実施例１に係る画像形成装置においては、現像ローラ１３へ現像バイアスを印加する電源も共通化されているため、全ての画像ステーションで一律な現像バイアスしか印加できない。したがって、各感光体ドラム１１において、同様のレーザパワーで露光を行った場合、必然的に白地部コントラスト電位Ｖｂが各感光体ドラム１１毎に異なることとなる。このように白地部コントラスト電位Ｖｂが、各々異なることで適正でない状態になると白地部にもトナーを現像してしまう所謂カブリ現象が生じやすい。したがって、フルカラーモードにおいては、各感光体ドラム１１の膜厚状態に基づいて、バックグラウンド露光を行うことで、各々の一次帯電電位Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ３、Ｖｄ４から暗部電位Ｖｄを形成する必要がある。

例えば、フルカラーモード時のプロセスカートリッジ１０Ｋの感光体ドラム１１Ｋの膜厚が１５μｍの場合においては、一次帯電バイアスが−１１００（Ｖ）、一次帯電電位が−５５０（Ｖ）、暗部電位が−４５０（Ｖ）となるように電位設定する必要がある。

すなわち、上記のように極力電源を共通化した実施例１に係る画像形成装置において、バックグラウンド露光は、常時１００（Ｖ）程度電位を変化させるようなレーザパワーで露光する必要がある。そのため、感光体ドラム１１は、常にやや強めの光量でレーザ露光された状態になり、感光体ドラム１１の電荷輸送層やその下にある電荷発生層が光疲労することがあった。すなわち、感光体ドラム１１の繰り返しの使用に伴う電位の変化を要因として、感光層膜厚の変化に加えて、露光による感度の変化（劣化）が生じる。これは、露光が繰り返されることで、感光層内の残留電荷が蓄積することが原因であり、レーザパワー、露光時間、露光面積に応じて、感度変化の度合いは異なり、累積の露光によるエネルギーが多くなるほど残留電荷量が増加するためである。

そして、光疲労した感光体ドラム１１では、感度が悪化するため、現像コントラスト電位Ｖｃが十分に確保できず形成される画像の濃度が薄くなる現象が生じることがあった。
さらに、帯電した後の感光体ドラム１１の表面電位が時間と共に減衰し、白地部コントラスト電位Ｖｂの大きさを十分に確保できず白地部にもトナーを現像してしまう所謂カブリ現象が生じることがあった。

また、バックグラウンド露光を行うことで発光時間が長くなるためレーザ素子が劣化することで光量が低下してしまう現象が生じることがあった。この場合においても、十分な現像コントラストＶｃが確保できず、濃度低下を引き起こしてしまうおそれがある。さらに、バックグラウンド露光を行うためには、一度、感光体ドラム１１の表面電位を暗部電位Ｖｄよりもマイナス側に大きな値にする必要がある。そのため、一次帯電時に通常よりも多くの放電量が必要となり、感光体ドラム１１の表面が劣化し削れやすくなる。

そこで、実施例１においては、図５（ｂ）に示すように、極力バックグラウンド露光量を削減するため、モノモード時において、フルカラーモード時の第一のレーザパワー以下のレーザパワーでバックグラウンド露光を行うこと、又は行わないことを可能とする。そうすることで、モノモード時において、露光による感光体ドラム１１の光劣化を極力抑えることができ、感度の悪化を抑制することができる。従来より、カラープリンタにおいてもブラックＫの印字率が最も高く、また、モノモードでのプリント枚数も比較的多い傾向にあることが知られている。そのため、ブラックステーションの感光体ドラム１１Ｋの長寿命化、レーザの長寿命化は非常に重要な問題である。

例えば、プロセスカートリッジＫの感光体ドラム１１Ｋの膜厚が１５μｍの時、帯電印加バイアスを−１０２０（Ｖ）、一次帯電電位を−４７０（Ｖ）、暗部電位を−４５０（Ｖ）となるように電位設定を行う。すなわち、実施例１においてモノモード時においては、バックグラウンド露光による感光体ドラム１１の表面電位の絶対値の降下を約２０Ｖとすることができる。このように、一次帯電電位及び露光量の大きさを極力抑えることで、感光体ドラム１１の光劣化を抑制することができる。

次に、図６を用いて、実施例１におけるレーザパワー制御方法に関して説明する。図６は、実施例１におけるレーザパワー制御を説明するフローチャートである。上述したように、各感光体ドラム１１に対して強い光量でのバックグラウンド露光を行う必要があるのはフルカラーモード時のみである。すなわち、モノモード時はフルカラーモード時に行っている通常のバックグラウンド露光制御を行う必要がない。以下、図６を用いて詳細を説明する。

まず、画像形成装置本体１が備える制御部１００が、画像形成するためのプリント情報（画像情報）を有するプリント信号（画像信号）をコントローラ２００から受信する（Ｓ００１）。このプリント情報には、形成する画像がカラー画像かモノクロ画像かを判断可能な情報が含まれている。制御部１００は、受信したプリント情報に基づいて、形成する画像がモノクロ画像か否か判断する（Ｓ００２）。そして、制御部１００は、モノクロ画像を形成すると判断した場合、モノモードを選択し（Ｓ００３）、モノクロ画像でなくカラー画像を形成すると判断した場合、カラーモードを選択する（Ｓ００７）。

制御部１００は、モノモードを選択した場合（Ｓ００３）、感光体ドラム１１Ｋの膜厚に基づいて、帯電ローラ１２に印加する所望の帯電バイアスを設定する（Ｓ００４）。ここで、所望の帯電バイアスとは、バックグラウンド露光を行うに際して、感光体ドラム１１Ｋの表面電位を暗部電位Ｖｄへ変化させるのに必要最低限の大きさの一次帯電電位Ｖｄ４を感光体ドラム１１Ｋの表面に形成することができる帯電バイアスをいう。なお、この際、帯電バイアスではなく、現像ローラ１３に印加する現像バイアスの大きさを制御してもよい。その後、制御部１００は、感光体ドラム１１Ｋの膜厚に応じたバックグラウンド露光量を設定する（Ｓ００５）。実施例１においては、暗部電位Ｖｄを形成するための第
一のレーザパワーＥ１の光量を０．０２（μＪ／ｃｍ^２）に設定した。なお、明部電位Ｖｌを形成するための第二のレーザパワーＥ２の光量は０．２６（μＪ／ｃｍ^２）に設定した。そして、バックグラウンド露光量を設定した後、ブラックステーションのみで画像形成を実施する（Ｓ００６）。なお、実施例１のモノモード時においては、感光体ドラム１１Ｋの表面電位と暗部電位Ｖｄとの差が所定の大きさ以下となって、表面電位と現像バイアス電位Ｖｄｃの差が白地部コントラスト電位Ｖｂとほぼ同じ大きさになる場合がある。そのような場合においては、非画像部における表面電位を変化させなくても、感光体ドラム１１上にカブリが生じず画像形成上問題がないため、バックグラウンド露光を行わなくてもよい。

一方、制御部１００は、カラーモードを選択した場合（Ｓ００７）、各々の感光体ドラム１１Ｙ〜１１Ｋの膜厚に基づいて、バックグラウンド露光量を設定する（Ｓ００８）。例えば、ブラックステーションにおいて、暗部電位Ｖｄを形成するための第一のレーザパワーＥ１を０．０５（μＪ／ｃｍ^２）と設定し、明部電位Ｖｌを形成するための第二のレーザパワーＥ２については０．３（μＪ／ｃｍ^２）と設定する。そして、各々のバックグラウンド露光量を設定した後、全ての画像ステーションにおいて画像形成を実施する（Ｓ００９）。そして、画像形成終了後、制御部１００は、次のプリント信号があるか否かを判断し（Ｓ０１０）、プリント信号があれば上記の工程を繰り返し、プリント信号がなければ画像形成動作を終了する（Ｓ０１１）。

上記のような制御を行うことで、実施例１においては、カラー画像の品質を保ちつつ、レーザ光の発光量を低減し、感光体ドラム１１の受光量を減らすことが可能となった。具体的には、例えば、モノモードとカラーモードの比率が半分の条件でプリントを行った場合、従来の構成と比較して、レーザ光の発光量を約３０％に抑えることが可能となった。これにより、光源としてのレーザ素子の寿命を約６０〜７０％程度延命させることが可能となる。また、感光体ドラム１１の受光量も同様に削減できるため、感光体ドラム１１の感度低下を抑制することが可能となる。

また、モノモード、カラーモードでそれぞれ２５００枚（計５０００枚）を印字した際、従来の構成においては、３０（Ｖ）程度の感度低下が生じるのに対して、実施例１においては、１０（Ｖ）程度の感度低下であった。帯電電位の減衰についても、感光体ドラム１１の受光量が減ることによって良化した。また、感光体ドラム１１の表面の削れに関しては、約２０％程度の良化傾向があることが確認できた。

以上説明したように、実施例１においては、モノモード時において、感光体ドラム１１Ｋの膜厚に基づいて一次帯電バイアスを設定しており、カラーモード時の一次帯電バイアスよりも低い一次帯電バイアスが各感光体ドラム１１に印加されている。そのため、各感光体ドラム１１の膜厚の減少及び感度の低下を抑制することができる。また、実施例１においては、モノモード時において、感光体ドラム１１Ｋに露光するレーザパワーを低減することにより、感光体ドラム１１Ｋの感度の低下、及び、光源の長寿命化を実現することができる。

（実施例２）
実施例２に係る画像形成装置は、モノモード時において、制御部１００が受信するプリント情報が文字情報のみである場合、バックグラウンド露光を行わない。一方、モノモード時において、プリント情報に文字でないグラフや画像の情報が含まれている場合は、実施例１と同様にカラーモード時よりも弱い光量でバックグラウンド露光を行う。その他の構成、例えば、感光体ドラム、電位設定、高圧電源構成については実施例１と同様である。実施例１と同一の構成については同一の記号を用いて、その説明を省略する。

実施例１においても説明したように、感光体ドラム１１に対してバックグラウンド露光を行うことは、帯電の均一性や安定性という観点において有効である。また、ブラックステーションの感光体ドラム１１Ｋの長寿命化、レーザの長寿命化は非常に重要な問題である。そのため、モノモード時において、カラーモード時よりも弱い露光量でバックグラウンド露光を行うこと、又は、バックグラウンド露光を行わないことは、上記問題に対して非常に有効な手段である。

ここで、感光体ドラム１１の長寿命化、光源の長寿命化、帯電の均一性、安定性のバランスを鑑みると、モノモード時の画像情報に基づいて、バックグラウンド露光制御を切り替えることも有効な手段といえる。例えば、プリント情報が、文字情報のみの場合、画像上問題がないためバックグラウンド露光を行う必要がないが、グラフやハーフトーン画像などの画像情報の場合、バックグラウンド露光した方が帯電の均一性、安定性の観点から良い場合がある

図７を用いて、実施例２におけるレーザパワー制御方法に関して説明する。図７は、実施例２におけるレーザパワー制御を説明するフローチャートである。まず、画像形成装置が備える制御部１００が、画像形成するためのプリント情報（画像情報）を有するプリント信号（画像信号）をコントローラ２００から受信する（Ｓ１０１）。このプリント情報には、形成する画像がカラー画像かモノクロ画像かを判断可能な情報、形成する画像が文字のみか文字以外の画像等が含まれているかを判断可能な情報が含まれている。制御部１００は、受信したプリント情報に基づいて、形成する画像がモノクロ画像か否か判断する（Ｓ１０２）。そして、制御部１００は、モノクロ画像を形成すると判断した場合、モノモードを選択し（Ｓ１０３）、モノクロ画像でなくカラー画像を形成すると判断した場合、カラーモードを選択する（Ｓ１０７）。

制御部１００は、モノモードを選択した場合、合わせて、プリント情報が文字情報のみか否かを判断する（Ｓ１０３）。制御部１００は、文字情報のみと判断した場合、バックグラウンド露光制御をＯＦＦにして、帯電ローラ１２に印加する明部電位Ｖｌを形成するための所望の帯電バイアスを設定する（Ｓ１０４）。なお、この際、帯電バイアスではなく、現像ローラ１３に印加する現像バイアスの大きさを制御してもよい。なお、明部電位Ｖｌを形成するための第二のレーザパワーＥ２を０．２６（μＪ／ｃｍ^２）に設定した。このようにバックグラウンド露光量を設定した後、ブラックステーションのみにおいて画像形成を実施する（Ｓ１０５）。

一方、モノモードを選択した場合において、制御部１００は、画像情報が含まれると判断した場合、感光体ドラム１１Ｋの膜厚に基づいて、所望の帯電バイアスを設定する（Ｓ１０６）。ここで、所望の帯電バイアスとは、バックグラウンド露光を行うに際して、感光体ドラム１１Ｋの表面電位を暗部電位Ｖｄへ変化させるのに必要最低限の大きさの一次帯電電位Ｖｄ４を感光体ドラム１１Ｋの表面に形成することができる帯電バイアスをいう。なお、この際、帯電バイアスではなく、現像ローラ１３に印加する現像バイアスを制御してもよい。制御部１００は、同時にバックグラウンド露光量を設定する（Ｓ１０６）。実施例２においては、暗部電位Ｖｄを形成するための第一のレーザパワーＥ１を０．０２（μＪ／ｃｍ^２）と設定した。なお、明部電位Ｖｌを形成するための第二のレーザパワーＥ２は０．２８（μＪ／ｃｍ^２）に設定した。このようにバックグラウンド露光量を設定した後、ブラックステーションのみで画像形成を実施する（Ｓ１０５）。

制御部１００は、カラーモードを選択した場合（Ｓ１０７）、各々の感光体ドラム１１Ｙ〜１１Ｋの膜厚に基づいて、バックグラウンド露光量を設定する（Ｓ１０８）。例えば、ブラックステーションにおいて、暗部電位Ｖｄを形成するための第一のレーザパワーＥ１を０．０５（μＪ／ｃｍ^２）、明部電位Ｖｌを形成するための第二のレーザパワーＥ２
を０．３（μＪ／ｃｍ^２）と設定する。全ての画像ステーションにおいてバックグラウンド露光量を設定した後、全ての画像ステーションにおいて画像形成を行う（Ｓ１０９）。画像形成終了後、制御部１００は、次のプリント信号があるか否かを判断し（Ｓ１１０）、プリント信号があれば上記の工程を繰り返し、プリント信号がなければ画像形成動作を終了する（Ｓ１１１）。

上記のような制御を行うことで、実施例２においては、カラー画像の品質を保ちつつ、レーザ光の発光量を低減し、感光体ドラム１１が受光量を減らすことが可能となった。具体的には、例えば、モノモードとカラーモードの比率が半分の条件で、かつ、モノモード時の文字情報のみの場合と画像情報を含む場合の比率が半分の条件でプリントを行った場合、従来の構成と比較して、レーザ光の発光量を約４０％に抑えることが可能となった。これにより、レーザ素子の寿命を約５０〜６０％程度延命させることが可能となる。また、感光体ドラム１１の受光量も同様に削減できるため、感光体ドラム１１の感度低下を抑制することが可能となる。

また、モノモード、カラーモードでそれぞれ２５００枚（計５０００枚）を印字した際、従来の構成においては、３０（Ｖ）程度の感度低下が生じるのに対して、実施例２においては、１５（Ｖ）程度の感度低下であった。帯電電位の減衰についても、感光体ドラム１１の受光量が減ることによって良化した。また、感光体ドラム１１の表面の削れに関しては、約１５％程度の良化傾向があることが確認できた。

以上説明したように、実施例２においては、モノモード時において、感光体ドラム１１Ｋの膜厚に基づいて一次帯電バイアスを設定しており、カラーモード時の一次帯電バイアスよりも低い一次帯電バイアスを各感光体ドラム１１に印加している。そのため、各感光体ドラム１１の膜厚の減少及び感度の低下を抑制することができる。また、実施例２においては、モノモード時において、感光体ドラム１１Ｋに露光するレーザパワーを低減することにより、感光体ドラム１１Ｌの感度の低下、及び、光源の長寿命化を実現することができる。さらに、実施例２においては、モノモード時において、プリント情報に文字情報のみが含まれる場合、バックグラウンド露光を行わないため、感光体ドラム１１Ｋの感度の低下、及び、光源の長寿命化を実現することができる。

帯電ローラ…２、感光体ドラム…１１、帯電ローラ…１２、現像ローラ…１３、メモリ…１７、レーザ露光ユニット…２０、第一のレーザパワー…Ｅ１、第二のレーザパワー…Ｅ２

Claims (9)

1. 記録材に画像を形成する画像形成装置において、
   複数の像担持体と、
   互いに共通する第一の電源から同じ帯電バイアスが供給されることで、対応する像担持体を帯電し、その像担持体の表面に所定の帯電電位を形成する複数の帯電手段と、
   対応する像担持体の画像部に現像剤を供給する複数の現像手段と、
   前記像担持体の表面のうち、前記現像手段から現像剤が供給されない非画像部を第一のレーザパワーで露光して非画像部電位にし、前記現像手段から現像剤が供給される前記画像部を第一のレーザパワーよりも大きい第二のレーザパワーで露光して画像部電位にする露光手段と、
   前記複数の像担持体に関する情報を記憶する記憶手段と、
   前記帯電バイアスおよび各像担持体に対する前記第一のレーザパワー、前記第二のレーザパワーを制御する制御部と、
   を有し、
   前記画像形成装置は、前記複数の現像手段を用いて複数色の画像を形成するカラーモードと、前記複数の現像手段のうちの一つの現像手段を用いて単色の画像を形成するモノモードを実行可能であって、
   前記制御部は、
   前記カラーモードが実行される際には、前記複数の像担持体に関する情報に基づき、前記帯電バイアスおよび、各像担持体に対する前記第一のレーザパワーと前記第二のレーザパワーを決定し、
   前記モノモードが実行される際には、モノモード用の像担持体に関する情報に基づき、前記帯電バイアスおよび、前記モノモード用の像担持体に対する前記第一のレーザパワーと前記第二のレーザパワーを決定し、前記帯電バイアスの絶対値を前記カラーモードが実行される際の帯電バイアスの絶対値を上回らないようにするものであって、
   前記モノモードが実行される際に前記帯電バイアスの絶対値を前記カラーモードが実行される際よりも小さくする場合を設け、この場合に前記モノモード用の像担持体に対する第一のレーザパワーを前記カラーモードが実行される場合よりも小さくすることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記複数の現像手段は、互いに共通する第二の電源から同じ現像バイアスが供給されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記モノモードが実行される際に、前記モノモード用の像担持体に対する第一のレーザパワーは、前記カラーモードの実行時に前記モノモード用の像担持体に対して設定される第一のレーザパワーを上回らないように決定されるか、または前記モノモードが実行される際に、前記モノモード用の像担持体の非画像部に対して露光が行われない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. 前記複数の像担持体に関する情報とは、前記複数の像担持体の膜厚に関する情報であ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。
5. 前記カラーモードの実行時において、前記制御部は像担持体の膜厚が薄いほど、その像担持体に対する第一のレーザパワーを大きくすることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記複数の像担持体の膜厚に関する情報は、画像形成枚数、前記画像形成装置内の記録材の通過枚数、回転可能に設けられる前記像担持体の回転数、前記帯電手段による前記像担持体への帯電時間のうち少なくとも一つに基づいて決定されることを特徴とする請求項４または５に記載の画像形成装置。
7. 前記複数の像担持体のそれぞれはカートリッジ化されて、前記画像形成装置の装置本体に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記モノモードによって画像形成を行う場合において、前記露光手段は、前記モノモード用の像担持体の表面に形成された帯電電位が所定の範囲になる場合、前記モノモード用の像担持体の非画像部に対して、露光を行わないことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記モノモードにおいて文字のみの画像形成を行う場合において、前記露光手段は、前記モノモード用の像担持体の非画像部に対して、露光を行わないことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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