JP6040624B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
(1)画像面積に応じて目標を変える定電流制御 ⇒ 制御としては複雑で、機械が大型化しやすい。
(2)ATVC ⇒ 定電流を印加したときの電圧を確認して、その電圧に設定をセットする初期設定調整動作が必要であり、シーケンスを煩雑にしている。
次に、本発明に従う画像形成装置の実施形態を画面を参照して説明する。
本発明を適用した画像形成装置1として、電子写真方式のプリンタ(以下、単にプリンタという)の実施形態について説明する。
図1は、実施形態に係るプリンタを示す概略構成図である。同図のプリンタは、トナー像形成手段たる画像形成ユニット(プロセスカートリッジ)として、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)(以下、Y、C、M、Kと記す)用の4つの画像形成ユニット1Y、C、M、Kを備えている。これらは、画像を形成する画像形成物質として、互いに異なる色のY、C、M、Kトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。Yトナー像を生成するための画像形成ユニット1Yを例にすると、これは感光体ユニットと現像ユニット7Yとを有している。これら感光体ユニット及び現像ユニット7Yは、画像形成ユニット1Yとして一体的にプリンタ本体に対して着脱される。但し、プリンタ本体から取り外した状態では、現像ユニット7Yを図示しない感光体ユニットに対して着脱することができる。
帯電装置5Yは、図示しない駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動せしめられる感光体3Yの表面を一様帯電せしめる。同図においては、図示しない電源によって帯電バイアスが印加されながら、図中反時計回りに回転駆動される帯電ローラを感光体3Yに近接させることで、感光体3Yを一様帯電せしめる方式の帯電装置5Yを示した。帯電ローラの代わりに、帯電ブラシを当接させるものを用いてもよい。また、スコロトロンチャージャーのように、チャージャー方式によって感光体3Yを一様帯電せしめるものを用いてもよい。帯電装置5Yによって一様帯電せしめられた感光体3Yの表面は、後述する光書き込みユニット20から発せられるレーザー光によって露光走査されてY用の静電潜像を担持する。
このようにして定着処理が施された記録紙Pは、排紙ローラ対67のローラ間を経た後、機外へと排出される。プリンタ本体の筺体の上面には、スタック部68が形成されており、排紙ローラ対67によって機外に排出された記録紙Pは、このスタック部68に順次スタックされる。
以上の基本的な構成を備える本プリンタにおいては、各色の画像形成ユニット1Y、C、M、Kや光書き込みユニット20が、像担持体たる各色の感光体3Y、C、M、Kに可視像たるY、C、M、Kトナー像を形成する可視像形成手段として機能している。
定電流制御は、作像中に一定の電流が流れるように一次転写ローラ45の転写バイアスをコントロールする制御方式である(図2(b),(c))。定電流制御の利点は、転写部負荷の抵抗が変動したとしても転写ニップ中にかかる電圧が一定になることである。転写部負荷(以下、「転写部の抵抗」、「転写部の負荷」などとも言う)とは、一次転写ローラ・中間転写ベルト・感光体を含めた転写部分のバルクの抵抗のことである。転写電流Iに対して、電圧Vであるとき、転写部負荷R=V/Iである。一般的にこの転写部負荷は転写ローラと転写ベルトの種類・構成により最も影響される。構成とは、例えばローラのドラム軸に対する水平方向のオフセット量や、ローラを突き当てる加圧力などが典型的なものとして挙げられる。この転写部負荷は、例えばスポンジローラを用いる直接一次転写方式では、ローラ抵抗・レイアウトが支配的であり、金属ローラを用いる間接一次転写方式では、ベルト抵抗・レイアウトが支配的であることが一般的である。一方で、図2(a)に示すように、記録紙P上の主走査方向の画像面積率が副走査方向(通紙方向)において異なる場合、図2(c)に示すように電圧が画像面積率により変動してしまい、高画像面積部では過転写になりやすく、低画像面積部では転写不良になりやすいという欠点がある。
定電圧制御の利点は、画像面積に依らず電圧が一定であるため(図3(c))、画像パターンに依らない転写性が得られる点である。
図5(b)の右側に示すように、図5(a)の記録紙上の画像面積が小さい場合には定電流制御を行う。これにより、一次転写ローラの抵抗変動に対して強い制御となる。一方で、図5(c)に示すように、図5(a)の記録紙上の画像面積が大きい場合には、電流過多による過転写を防ぐために定電流制御から定電圧制御に切り替える。言い換えれば、本制御は定電流制御であるが、図5(c)において点線で示すリミッタ電圧を有しており、リミッタ電圧に到達すると定電圧制御に切り替わるものである。ここで、リミッタ電圧に到達するかどうかは、後述するように画像面積とドラム電位(帯電バイアス)の組み合わせによって決まる。このとき、定電圧制御で設定する電圧値は定電流制御時に印加している電圧値以上とする。
図示のように、本実施形態では画像面積率が高いほど、またドラム電位の絶対値が小さいほど、定電圧制御になりやすく、画像面積率が低いほど、またドラム電位の絶対値が大きいほど、定電流制御になりやすい。定電流制御と定電圧制御を区分している境界線は、ある共通のリミッタ電圧となる条件を示す。この境界線は必ずしも直線にはならず、装置によって異なる。
最も簡単な方法は、ハードによりリミッタ電圧を予め決めておき(電源の規格としてある電圧以上は出ないようにしておき)、リミッタ電圧に到達した時に定電流制御を定電圧制御に切り替えるものであり、実施形態1はこの方法を採用している。この場合、ハードによりリミッタ電圧が予め決まっているため、制御により変更できないが、構成的に最も簡単であり、電源制御方法も定電流制御と同じように行えばよい。つまり、所定電圧に到達すると回路が自動的に切り替わり、擬似的に定電圧になる。
まず高圧電源(HVP)内部では、出力を増減するオペアンプに対し、目標値(電圧換算)と出力電流(電圧換算)を入力する。つまり、目標値に対し出力電流が足りない場合はオペアンプが出力電流を上げる方向に動作し、逆の場合は下げる方向に動作する。この目標値と出力値の差がなくなった場合に、狙い通りの出力ができることになる。
以上のような制御フローにて、リミッタ電圧値に常に張り付くように制御するのがソフトリミッタの例である。なお、ソフト的なリミッタ制御については、より細かい間隔で判定したり、制御フローをより複雑にしてリミッタ電圧への収束時間、収束までのリップルを低減したりすることでさらに効果を上げることもできる。
図10は、異なる画像面積率における転写電流と転写率を示している。画像面積率20%、50%、100%となるに連れてグラフは左に移動しており、高画像面積率になるほど必要な電流は低く、低画像面積率では必要な電流が高くなることが分かる。これは、図2〜5に示したように画像面積によって電流・電圧が変わるためである。
各画像面積率のグラフは重なっており、必要な電圧は画像面積率に依らず一定であることが分かる。従って、定電流制御では高画像面積において電圧が高くなりすぎるため、過転写になる。また、図10を参照して、例えば画像面積率20%、50%、100%の全てである程度の転写率を得ようとすると、定電流制御での狙いと記した設定電流になり、低画像面積率側ではやや電流不足、高画像面積率側では過転写となる。しかし、図5に示したように、本実施形態では高画像面積率においては電圧リミッタが働くことで電流が低くなるので、図10に示すように、定電流制御における狙い電流としては画像面積率20%と50%のグラフのほぼピークとなる転写電流に設定すればよい。従って、従来の定電流制御に比べて低画像面積側と高画像面積側の両方の転写率が向上する。また、図10から分かるように、本制御でも十分な転写率を確保することができるため、抵抗検知と定電圧による制御を行わなくてもよい。
次に、実施形態2を説明する。同一画像であってもプロセス条件が変わると色彩が変わることがあるため、本実施形態では実施形態1と異なり、同一装置における同一画像の色彩再現性のために、ドラム電位に応じてリミッタ電圧を変えている。
具体的には、図6に示すような境界線を持つ装置を用いて、例えば画像面積率50%程度の画像を出力するとき、ドラム電位が−300Vのときでは既にリミッタ電圧がかかった低電圧での作像であるのに対し、ドラム電位が−800Vのときではまだリミッタ電圧に到達していない。そのため、ドラム電位が−800Vのときの方が転写バイアスは不足気味であり、この2つの条件のときに画像は同一にならない。なお、従来の定電流制御では、ドラム電位が−300Vのときに過転写になり、−800Vでは転写不良となる。
次に、実施形態3を説明する。本実施形態は、実施形態2と同様にプロセス条件に応じてリミッタ電圧を変動させるものであるが、その目的が異なる。実施形態1及び2では、感光体ドラムの画像部電位がほぼ0Vになっていると仮定していた。ところが、実際には感光体ドラムの感光層の構成によっては感光体ドラムは光書き込み後も電位を有する場合がある。例えば、感光体ドラムの電位が−600Vであるときに、光書き込みを行った静電潜像部分では−250Vになり、現像ユニットに印加される現像バイアスとして−480Vを使用する装置がある。
図15は、ドラムの残留電位があるときの制御領域の変化を示す図であって、固定のリミッタ電圧を用いて残留電位の絶対値をドラム電位−300Vとしたときの制御の閾値を示す図である。基本的に、高電位側では画像面積が高くても感光体ドラム上の総電荷量があまり変わらないため、電圧リミッタにかかりにくい。従って、一点鎖線で示す図6での境界線は左に移動して実線で示す位置となり、図示のように定電流制御領域が多くなり、定電圧制御領域が少なくなる。
具体的には、図17に示すように、ドラム電位が高いときほどリミッタ電圧が低くなるように制御を行い、転写バイアスの差が縮まるように調整した。このときの直線の傾きは残留電位の特性に応じて変えればよく、{(リミッタ電圧)−(残留電位)}の値が一定となるようにするのが好ましい。ただし、この値が一定にならなくても小さくなるように調整すれば、画質自体は安定する。
3Y、C、M、K 感光体ドラム(像担持体)
7Y、C、M、K 現像ユニット(現像手段)
41 中間転写ベルト(中間転写体)
45Y、C、M、K 一次転写ローラ(一次転写手段)
P 記録紙(記録媒体)
Claims (9)
- 像担持体、該像担持体上の静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段、該像担持体上の該トナー像を中間転写体に一次転写する一次転写手段を有し、
該一次転写手段の転写バイアスは定電流制御により制御され、記録媒体の通紙方向と直交方向における該トナー像の画像面積率及び該像担持体の電位、該現像手段に印加される現像バイアス、トナー帯電量の少なくとも1つのプロセス条件に応じて該一次転写手段の電圧がリミッタ電圧に達すると、該定電流制御は定電圧制御に切り替えられ、
温度や湿度などの環境に依らず、前記定電流制御となる前記プロセス条件と前記画像面積率の組み合わせが存在することを特徴とする画像形成装置。 - 像担持体、該像担持体上の静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段、該像担持体上の該トナー像を中間転写体に一次転写する一次転写手段を有し、
該一次転写手段の転写バイアスは定電流制御により制御され、記録媒体の通紙方向と直交方向における該トナー像の画像面積率及び該像担持体の電位、該現像手段に印加される現像バイアス、トナー帯電量の少なくとも1つのプロセス条件に応じて該一次転写手段の電圧がリミッタ電圧に達すると、該定電流制御は定電圧制御に切り替えられ、
前記画像面積率又は前記プロセス条件に応じて前記リミッタ電圧が変えられることを特徴とする画像形成装置。 - いずれの前記プロセス条件においても前記定電流制御となる前記画像面積率が存在す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。
- 前記定電圧制御で設定する電圧値は前記定電流制御において印加している電圧値以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記リミッタ電圧は前記一次転写手段用の電源の出力上限値であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 低画像面積率の画像形成時に前記転写バイアスは前記定電流制御にて制御され、高画像面積率の画像形成時に前記転写バイアスは前記定電圧制御にて制御されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記一次転写手段は金属ローラであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記定電流制御と前記定電圧制御の切り替えが前記画像面積率だけに依存し、前記像担持体の電位に依らないように、前記リミッタ電圧は変えられることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体の電位が高くなるほど前記リミッタ電圧が低くなるように、前記リミッタ電圧は変えられることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
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