JP6533967B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置、特に、プリンタや複写機など、感光体上に静電潜像を形成し、トナーで現像後に記録材に転写するようにした電子写真方式による画像形成装置に関する。

従来から、電子写真方式による複写機やプリンタなどの画像形成装置においては、像担持体としての感光体の表面を所定の電位に帯電させる帯電手段として、ローラ状やブラシ状又はブレード状などの導電性帯電部材が用いられている。このような帯電手段は、帯電部材を感光体に近接又は接触させて両者の間に電圧を印加することにより、感光体表面を所定の電位に帯電させるものであり、低オゾン化、低電力化、省スペース化に有利である。

前記帯電手段において、帯電部材に印加する電圧は直流電圧に交流電圧を重畳することにより、直流電圧のみを印加する場合よりも均一な帯電が可能となる。ここで、印加する交流電圧は、直流電圧を印加したときの感光体の放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧に設定することにより、帯電部材と感光体との間で安定した放電が生成される。しかしながら、直流電圧のみを印加する帯電方式に比べ、交流電圧を重畳する帯電方式は、感光体への放電量が多いため、必要以上の交流電圧を印加した場合には、感光体表層の膜削れによる“画像劣化”、あるいは、放電生成物やトナーの外添剤などの存在を原因として感光体にフィルミング現象が生じることによる“画像流れ”が発生するという問題点を有していた。

前記問題点を回避するには、帯電部材と感光体との間に印加する交流ピーク間電圧を必要最小限にすることが求められている。しかしながら、実際には、印加電圧と放電量の関係は常に一定ではなく、感光体の膜厚、感光体と帯電部材との間隙の大きさ、環境の変動に伴う帯電部材の抵抗値の変動などにより変化する。

そこで、特許文献１には、感光体に対して直流電圧と交流ピーク間電圧を重畳した帯電電圧を印加することで感光体の表面を帯電させる帯電手段を用い、画像形成の前段階として、少なくとも３以上の異なる交流ピーク間電圧を順次印加しつつ、前記帯電電圧を帯電手段に印加したときに流れる交流電流を順次検知し、感光体の正規の帯電期間では、帯電部材に対して前記検知結果に基づいた交流電流が流れるように帯電電圧を印加するように制御することが記載されている。

しかしながら、特許文献１に記載の帯電制御方法では、図８に示すように、感光体の放電開始電圧Ｖｔｈの２倍以下の交流ピーク間電圧Ｖｐｐ１，Ｖｐｐ２も印加するため、感光体表面電位が印加された直流電圧Ｖｄに即した電位にはならない。その理由は、交流電圧重畳方式の場合、印加する交流ピーク間電圧がＶｐｐ１，Ｖｐｐ２のように、放電開始電圧Ｖｔｈの２倍以下の場合、感光体表面電位が印加された直流電圧Ｖｄより低くなるという一般的な法則による。そのため、帯電電圧決定制御時に、表面電位が一定でない（電位が低い領域が存在する）状態で感光体が現像領域に突入すると、トナーの付着による地肌汚れやキャリア付着などが生じてしまう。

そこで、特許文献２では、帯電電圧決定制御を行う際に、感光体の表面電位を検知し、該検知結果に応じて感光体の地肌ポテンシャルを所定の値とするようなバイアスを現像手段に印加することで、地肌汚れやキャリア付着を防止することを提案している。ここでは、帯電された感光体表面が現像領域に到達したタイミングで所定の現像バイアスを印加する。しかし、現像領域は製造上のばらつきを持つため、バイアス印加のタイミングを合わせることが困難である。図９に示すように、現像バイアスの印加タイミングが少しでもずれると、トナーやキャリアが感光体に付着してしまう。

特開平９−１８５２１９号公報 特開２００８−１２２７８２号公報

本発明の目的は、画像形成時に印加する帯電電圧を決定するに際し、感光体の地肌汚れやキャリア付着を防止することのできる画像形成装置を提供することにある。

本発明の一形態である画像形成装置は、
感光体と、
前記感光体に接触又は近接して配置され、直流電圧と交流ピーク間電圧を重畳した帯電電圧を前記感光体に印加することで該感光体の表面を帯電させる帯電手段と、
前記帯電手段に前記帯電電圧を印加する帯電電圧印加手段と、
前記帯電電圧を前記帯電手段に印加したときに流れる交流電流を検知する交流電流検知手段と、
制御手段と、
を備えた電子写真方式による画像形成装置であって、
前記制御手段は、前記直流電圧の値と前記交流ピーク間電圧の値、及び、帯電電圧の印加タイミングを制御するとともに、前記交流電流検知手段による前記交流電流の検知結果に基づいて画像形成時に印加する交流ピーク間電圧を決定し、かつ、該交流ピーク間電圧の決定制御時には前記交流ピーク間電圧と前記直流電圧とを同時に切り替えること、
を特徴とする。

前記画像形成装置において、交流ピーク間電圧の決定制御時には交流ピーク間電圧と直流電圧とを同時に切り替えるため、感光体の表面電位が常に一定に保持され、感光体の地肌汚れやキャリア付着を防止しつつ、交流ピーク間電圧を決定することができる。

また、前記画像形成装置において、交流ピーク間電圧の決定制御時における現像バイアスを、画像形成時に印加される現像バイアスと同じ値に制御すれば、現像バイアスの切替えが不要となり、電圧決定制御を短時間で済ませることが可能になる。また、直流電圧の値を、環境温度、環境湿度、感光体の膜厚などに基づいて変更すれば、交流ピーク間電圧の決定制御時での感光体表面電位と現像バイアスとの関係を常に一定にすることができ、制御の信頼性が高まる。

本発明によれば、感光体の地肌汚れやキャリア付着を防止しつつ、画像形成時に印加する交流ピーク間電圧を決定することができる。

一実施例であるカラー画像形成装置を示す概略構成図である。 前記画像形成装置の要部を示す概略構成図である。 交流ピーク間電圧と交流電圧との関係を示すグラフである。 交流ピーク間電圧に伴う直流電圧と感光体表面電位との関係を示すグラフである。 帯電電圧決定制御における現像バイアスを示すグラフである。 感光体表面電位と現像バイアスとの関係を示すグラフである。 環境温度などの変化に関する直流電圧と感光体表面電位との関係を示すグラフである。 直流電圧Ｖｄに対して重畳した交流ピーク間電圧と感光体表面電位との関係を示すグラフである。 交流ピーク間電圧及び現像バイアスの切替え状態を示すグラフである。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各図において同じ部材、部分には共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

（カラー画像形成装置の概略構成、図１〜図３参照）
まず、一実施例である電子写真方式によるカラー画像形成装置１の概略構成について図１を参照して説明する。この画像形成装置１は、タンデム方式でカラー画像を形成するようにしたプリンタであり、上部に画像読取りスキャナが配置されていてもよい。

詳しくは、四つの作像ユニット１０（イエロー画像を形成するための作像ユニット１０Ｙ、マゼンタ画像を形成するための作像ユニット１０Ｍ、シアン画像を形成するための作像ユニット１０Ｃ、ブラック画像を形成するための作像ユニット１０Ｋ）が並置されており、各感光体１１上に形成された各色のトナー画像を矢印Ｚ方向に回転する中間転写ベルト２１上に１次転写ローラ２２から付与される電界により順次転写／合成する。その後、合成トナー画像を２次転写ローラ２５から付与される電界により記録材上に転写する。中間転写ベルト２１上での残留トナーはクリーニングブレード（図示せず）を含むクリーナ２６にて除去される。

それぞれの作像ユニット１０は、図２に示すように、感光体１１の周囲に帯電ローラ１２、残留トナーのクリーニングブレード１５ａを含むクリーナ１５を配置したものである。さらに、感光体１１の周囲に、ＬＥＤを光源とする露光装置１３、現像器１４が配置されている。なお、作像ユニット１０は現像器１４及び／又は露光装置１３などが含まれるように構成してもよい。また、帯電部材としては、ローラ１２以外にブラシ状やブレード状のものを使用してもよく、この種の帯電部材は感光体１１に接触又は近接して配置される。

帯電ローラ１２は、直流電源及び交流電源を含む高圧電源１６に接続されており、直流電圧に交流電圧を重畳させた帯電電圧が印加される。高圧電源１６のグランド側と１次転写ローラ２２との間には、交流電流検知手段１７が接続されている。交流電流検知手段１７は、互いに並列に接続された抵抗１７ａと電流計１７ｂとで構成されている周知のものであり、これ以外の構成であってもよい。

この種の作像ユニット１０を用いて電子写真方式で感光体１１上にトナー画像を形成し、中間転写ベルト２１に１次転写し、さらに記録材上に２次転写するプロセスは周知であり、その詳細な説明は省略する。

記録材は、２段に配置された給紙カセット３０に積載収容されており、いずれかのカセット３０から給紙ローラ３１によって１枚ずつ給紙される。給紙された記録材は、レジストローラ対３３を介して２次転写部へ搬送され、トナー画像が２次転写される。その後、記録材は定着装置３５でトナーの加熱定着を施され、排出ローラ対３８から排出部５上へ排出される。

また、本画像形成装置１にはＣＰＵを中心として構成された制御部６０を備えている。制御部６０は装置１の動作を全体的に制御し、特に、以下に説明するように、画像形成動作時において高圧電源１６から帯電ローラ１２に印加する帯電電圧（直流電圧及び交流ピーク間電圧）を決定する処理を制御する。

（帯電電圧の決定、図３及び図４参照）
帯電ローラ１２による感光体１１への帯電時における感光体１１への放電ダメージを最小限に抑えるためには、重畳する交流ピーク間電圧を放電開始電圧の２倍（２Ｖｔｈ）付近に設定する必要がある。そこで、まず、個々の感光体１１における電圧２Ｖｔｈの値を検出する方法として、図３に示すように、２Ｖｔｈ以下の交流ピーク間電圧Ｖｐｐ１，Ｖｐｐ２を、電流計１７ｂで感光体１１に流れる交流電流を検知しつつ印加する。さらに、２Ｖｔｈ以上の交流ピーク間電圧Ｖｐｐ３，Ｖｐｐ４を電流計１７ｂで感光体１１に流れる交流電流を検知しつつ印加する。電圧Ｖｐｐ１，Ｖｐｐ２を印加したときに得られる線分Ａと、電圧Ｖｐｐ３，Ｖｐｐ４を印加したときに得られる線分Ｂとの交点が電圧２Ｖｔｈとなる。

しかし、電圧Ｖｐｐ１，Ｖｐｐ２は電圧２Ｖｔｈ以下であるため、従来からの課題である感光体１１の地肌汚れやキャリア付着が発生する。この課題を解決する方策として本発明者らは以下の知見を得た。それは、帯電ローラ１２に印加する交流ピーク間電圧Ｖｐｐ及び直流電圧Ｖｄとそれに伴う感光体１１の表面電位Ｖｏとの間には、図４に示す関係があるということである。図４によれば、交流ピーク間電圧Ｖｐｐが一定であれば、直流電圧Ｖｄを変化させることで感光体１１の表面電位Ｖｏを制御できることが分かる。

つまり、感光体表面電位をＶｏ１に帯電させるには、交流ピーク間電圧Ｖｐｐ１を重畳するときには直流電圧をＶｄ１に設定すればよい。また、交流ピーク間電圧Ｖｐｐ２を重畳するときには直流電圧をＶｄ２に設定すればよい。このように、放電開始電圧の２倍以下である２種類の交流ピーク間電圧Ｖｐｐ１，Ｖｐｐ２と、２倍以上である２種類の交流ピーク間電圧Ｖｐｐ３，Ｖｐｐ４とを直流電圧を同時に切り替えつつ、それぞれ帯電ローラ１２に印加したときに流れる交流電流を電流計１７ｂで検知することにより、図３に示すように、２倍の放電開始電圧２Ｖｔｈを特定し、画像形成時に印加する交流ピーク間電圧を２Ｖｔｈ付近に決定する。なお、帯電電圧決定制御時において印加する交流ピーク間電圧の種類は前記４種類に限定するものではない。

以上の制御によれば、帯電電圧を決定するに際し、重畳する交流ピーク間電圧に応じて直流電圧を所定の感光体表面電位が得られるように同時に切り替えるため、感光体表面電位が常に一定に保持され、感光体１１の地肌汚れやキャリア付着が防止される。

（現像バイアス、図５及び図６参照）
帯電電位決定制御における現像バイアスに関しては、感光体１１のある部分の表面電位とその部分が現像領域に到達したときに印加される現像バイアスの印加タイミングは、従来、図９に示すようになっていた。これに対して、本実施例のごとく、複数値の交流ピーク間電圧を重畳しても感光体表面電位が一定である場合には、図５に示すように、現像バイアスＶｄｃは一定であってよい。この場合、現像バイアスは画像形成時に印加される現像バイアスと同じ値であってよい。

このように、帯電電圧決定制御において、現像バイアスを切り替える必要がないことから、現像バイアスが安定する時間を見込む必要がなく、帯電電圧決定制御を短時間で済ませることが可能になる。さらに、このときの現像バイアスを画像形成時に印加される現像バイアスと同じ値とすることで、現像バイアス電源の構成が簡略化される。

また、画像形成時における感光体表面電位Ｖｏと現像バイアスＶｄｃとの関係は図６に示すとおりであり、例えば、Ｖｏが−５００Ｖであるとき、Ｖｄｃは−３５０Ｖに設定される。帯電電圧決定制御においても、感光体１１を現像バイアスに対して所定の偏差（例えば−１５０Ｖ）を有する表面電位に帯電させることが好ましい。これにて、感光体１１の地肌汚れやキャリア付着を効果的に防止することができる。

（環境状況などによる補正、図７参照）
前述のように、感光体表面電位は現像バイアスに対して所定の偏差をつけた値に設定することが望ましい。しかし、所定の偏差は、温度、湿度など環境状況や現像器１４の使用履歴（その現像器における累積プリント枚数）、現像剤中のトナー濃度などの要因によって変化する。そのため、現像バイアスに対する所定の偏差をこれらの要因の少なくともいずれかに基づいて変更することが好ましい。例えば、ｋを現像器での累積プリント枚数（単位千）、Ａをトナー濃度補正値（表１参照）、Ｂを温湿度補正値（表２参照）とすれば、以下の式（１）で偏差を決定すればよい。
所定の偏差＝（０．１×ｋ）＋Ａ＋Ｂ …（１）

また、帯電ローラ１２による感光体１１の帯電特性（図４参照）は、温度、湿度などの環境状況、感光体１１の膜厚、帯電ローラ１２の抵抗などの作像ユニット１０の使用状況によって変化する。従って、帯電電圧決定制御において、帯電ローラ１２に印加する直流電圧の値は、温度、湿度、感光体膜厚の少なくともいずれかを考慮した値に設定することが望ましい。温度、湿度は機内に設置したセンサにより検知し、感光体膜厚、帯電ローラの抵抗は感光体１１の使用履歴から推定することができる。但し、これらの方法に限るものではない。

具体的には、図７に示すように、ある交流ピーク間電圧Ｖｐｐを帯電ローラ１２に印加したときに、温度や湿度が高いとき、または、感光体１１の膜厚が薄いとき感光体表面電位は高くなる傾向にあり、必要な表面電位Ｖｏとするための直流電圧Ｖｄは低くなる。そこで、直流電圧Ｖｄを制御する一例として、Ｄを温湿度補正値（表３参照）、ｋｒｏｔを感光体１１の回転数（単位千、使用状況に相当する）とすれば、以下の式（２）で印加直流電圧を決定することができる。
直流電圧Ｖｄ＝Ｄ−（０．３×ｋｒｏｔ） …（２）

なお、図７には、交流ピーク間電圧がＶｐｐ１のみの特性を示しているが、制御部６０にはそれ以外にもＶｐｐ２〜Ｖｐｐ４の特性を表すデータを保持している。また、感光体膜厚を検知する手段を持つ場合は、その検知結果を用いて直流電圧Ｖｄを決定するようにしてもよい。

（他の実施例）
なお、本発明に係る、画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、画像形成装置としては、プリント機能のみを備えたもの以外に、通信機能やファクシミリ機能などを備えた複合機であってもよい。作像ユニットの細部の構成などは任意である。また、画像形成装置としては、タンデム方式以外のカラープリンタであってもよく、モノクロ画像形成装置であってもよい。

以上のように、本発明は、画像形成装置に有用であり、特に、感光体の地肌汚れやキャリア付着を防止しつつ、画像形成時に印加する交流ピーク間電圧を決定できる点で優れている。

１…画像形成装置
１０…作像ユニット
１１…感光体
１２…帯電ローラ
１３…露光装置
１４…現像器
１６…高圧電源
１７…交流電流検知手段
２２…１次転写ローラ
６０…制御部

Claims (4)

1. 感光体と、
   前記感光体に接触又は近接して配置され、直流電圧と交流ピーク間電圧を重畳した帯電電圧を前記感光体に印加することで該感光体の表面を帯電させる帯電手段と、
   前記帯電手段に前記帯電電圧を印加する帯電電圧印加手段と、
   前記帯電電圧を前記帯電手段に印加したときに流れる交流電流を検知する交流電流検知手段と、
   制御手段と、
   を備えた電子写真方式による画像形成装置であって、
   前記制御手段は、前記直流電圧の値と前記交流ピーク間電圧の値、及び、帯電電圧の印加タイミングを制御するとともに、前記交流電流検知手段による前記交流電流の検知結果に基づいて画像形成時に印加する交流ピーク間電圧を決定し、かつ、該交流ピーク間電圧の決定制御時には前記交流ピーク間電圧と前記直流電圧とを同時に切り替え、
   前記制御手段は、前記交流ピーク間電圧の決定制御時における現像バイアスを、画像形成時に印加される現像バイアスと同じ値に制御すること、を特徴とする画像形成装置。
2. 感光体と、
   前記感光体に接触又は近接して配置され、直流電圧と交流ピーク間電圧を重畳した帯電電圧を前記感光体に印加することで該感光体の表面を帯電させる帯電手段と、
   前記帯電手段に前記帯電電圧を印加する帯電電圧印加手段と、
   前記帯電電圧を前記帯電手段に印加したときに流れる交流電流を検知する交流電流検知手段と、
   制御手段と、
   を備えた電子写真方式による画像形成装置であって、
   前記制御手段は、前記直流電圧の値と前記交流ピーク間電圧の値、及び、帯電電圧の印加タイミングを制御するとともに、前記交流電流検知手段による前記交流電流の検知結果に基づいて画像形成時に印加する交流ピーク間電圧を決定し、かつ、該交流ピーク間電圧の決定制御時には前記交流ピーク間電圧と前記直流電圧とを同時に切り替え、
   前記制御手段は、前記交流ピーク間電圧の決定制御時において、前記感光体を現像バイアスに対して所定の偏差を有する表面電位に帯電させること、を特徴とする画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記所定の偏差を、環境温度、環境湿度、現像器の使用履歴、現像剤中のトナー濃度の少なくともいずれかに基づいて変更すること、を特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 感光体と、
   前記感光体に接触又は近接して配置され、直流電圧と交流ピーク間電圧を重畳した帯電電圧を前記感光体に印加することで該感光体の表面を帯電させる帯電手段と、
   前記帯電手段に前記帯電電圧を印加する帯電電圧印加手段と、
   前記帯電電圧を前記帯電手段に印加したときに流れる交流電流を検知する交流電流検知手段と、
   制御手段と、
   を備えた電子写真方式による画像形成装置であって、
   前記制御手段は、前記直流電圧の値と前記交流ピーク間電圧の値、及び、帯電電圧の印加タイミングを制御するとともに、前記交流電流検知手段による前記交流電流の検知結果に基づいて画像形成時に印加する交流ピーク間電圧を決定し、かつ、該交流ピーク間電圧の決定制御時には前記交流ピーク間電圧と前記直流電圧とを同時に切り替え、
   前記制御手段は、前記直流電圧の値を、環境温度及び環境湿度の少なくともいずれかに基づいて変更すること、を特徴とする画像形成装置。
   

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