JP6541370B2 - 画像形成装置およびこれに用いられるプロセスカートリッジ - Google Patents
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Description
(画像形成装置)
図1を用い、本発明の第1の実施形態に係る画像形成装置の構成及び動作を説明する。本実施形態の画像形成装置は、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色のトナー像を形成するための第1、第2、第3、第4ステーション(画像形成ステーション、画像形成部)a、b、c、dを有する。
本実施形態では、各ステーションの構成として、図3に示すように画像形成装置の装置本体に対して取り外し可能に装着されるプロセスカートリッジを備えている。ここで、プロセスカートリッジとは、電子写真方式の感光体ドラムなどの像担持体を少なくとも備える、更には像担持体と、像担持体に作用するプロセス手段とを一体的に備えるカートリッジである。
本実施形態の画像形成装置の第1ステーションaには、像担持体としてドラム状の電子写真感光体(以下、感光ドラム)1aが設けられ、この感光ドラム1aは図1に示す矢印方向に所定の周速度(プロセススピード)で回転駆動される。ここで、第1ステーションaは、最上流の画像形成部に相当する。
以下、潜像から1次転写までに行われる動作について、詳しく説明する。先ず、感光ドラム1表面を均一に帯電するため、画像形成装置内部に設けられた高圧電源により、帯電手段たる帯電ローラ2に所定の直流電圧を印加する。この時、感光ドラム1は帯電ローラ2によって約−1100V電圧を印加される。
図2は、本実施形態の画像形成装置の動作、構成を説明する為の制御部(画像形成システム)のブロック図である。ホストコンピュータ200は印刷指令を出し、印刷画像の画像データを画像形成装置内に設置されたインターフェースボード151に転送する役割を担う。インターフェースボード151は、ホストコンピュータ200からの画像データを露光データに変換し、制御手段としてのDCコントローラ150に印刷指令を出す。DCコントローラ150は、低圧電源152から電力供給されて動作し、印刷指令を受け取ると、各種センサ153の状態を監視しながら画像形成シーケンスをスタートさせる。
図3のように、プロセスカートリッジには、記憶手段としてのメモリ23を設けている。メモリ23としては、例えば、接触不揮発性メモリ、非接触不揮発性メモリ、電源を有する揮発性メモリなど、任意の形態を用いることができる。本実施形態では、メモリとして非接触不揮発性メモリ23がプロセスカートリッジに搭載されている。非接触不揮発性メモリ23は、メモリ側の情報伝達手段であるアンテナ(不図示)を有し、無線で画像形成装置本体が備えたCPU22と通信することで、情報の読み出し及び書き込みが可能である。
続いて、画像部に関する廃トナー量の取得(算出)方法に関して説明する。本実施形態の廃トナー量の算出には、露光手段3の発光するピクセル数をカウントすることの出来るピクセル計数手段(ピクセルカウンター)を用いる。
図5は、画像部に関する廃トナー量の算出(取得)処理についてのフローチャートである。先ず、S1で本体動作開始を行った後、S2でDCコントローラ150から印字開始動作を開始する。S3において、BD信号で画像形成出力タイミングを判断するためのTOP出力信号を出す。S4にてピクセルカウント計測手段を用いて、DCコントローラ150から入力されるビデオ信号を計測する。
廃トナー量の取得に関しては、上述した画像部に関する廃トナー量だけでなく、非画像部におけるかぶりトナーに関する廃トナー量を加算する必要がある。そこで、非画像部におけるかぶりトナーに関する廃トナー量の算出(取得)について説明する。かぶりトナーとは、実際にはドットを打っていないが、感光ドラム1と現像バイアスの電位差とトナーの極性によって、意図せず現像ローラ6から感光ドラム1上に転写するトナーを指す。したがって、かぶりトナーはトナー消費および廃トナー量が変化しているにもかかわらず、そのままではピクセルカウントが積算されない。
白部ピクセルカウント数=1枚当たりの総ピクセルカウント数−ピクセルカウント検出数
続いて、感光ドラム1上の非画像部のトナー(かぶりトナー)のトナー量(かぶりトナー量)を以下の数式2のように算出する。
かぶりトナー量=白部ピクセルカウント数×(かぶり補正率(%)/100)×(かぶり環境係数(%)/100)
数式2のかぶり補正率とは、色ごとに異なるかぶり特性を補正したものであり、予め登録された図6(a)に示したかぶり補正率のテーブルに色が当てはめられることで求められる。また、かぶり環境係数は、環境ごとに異なるかぶり特性を補正したものであり、予め登録された図6(b)に示したかぶり環境係数のテーブルに、色と環境が当てはめられることで求められる。
以下、本実施形態の特徴である廃トナー満タン検知における非画像部のかぶりトナーに関する廃トナーの考慮(かぶり補正)について説明する。本実施形態では、感光ドラム1の表面電位Vdと現像バイアス(現像電位)Vdcの電位差ΔV(=Vbackと称する)を所定値とし、これを一定に制御することにより、かぶりトナーの回収をコントロールしている。即ち、感光ドラム1の非画像部に付着するかぶりトナーの転写手段による転写が抑制される電位差を用い、これを一定に制御する。
廃トナーの予測量(K1)=白部ピクセルカウント数×(かぶり補正率(%)/100)×(かぶり環境係数(%)/100)×((100−1次転写効率)(%)/100)
数式3で表わされる廃トナーの予測量(K1)は、感光ドラム1aの非画像部におけるかぶりトナー量のうち転写されないものに相当する。
廃トナーの予測量(K2)={第2ステーション白部ピクセルカウント数×(第2ステーションかぶり補正率(%)/100)×(第2ステーションかぶり環境係数(%)/100)×((100−第2ステーションの1次転写効率)(%)/100)}+{第1ステーション白部ピクセルカウント数×(第1ステーションかぶり補正率(%)/100)×(第1ステーションかぶり環境係数(%)/100)×(第1ステーションの1次転写効率(%)/100)×(第2ステーションの1次再転写効率(%)/100)}
数式4で表わされる廃トナーの予測量(K2)は、感光ドラム1bの非画像部におけるかぶりトナー量のうち感光ドラム1bに存在するものに相当する。即ち、感光ドラム1bの非画像部におけるかぶりトナー量のうち転写されないものと、感光ドラム1aの非画像部におけるかぶりトナー量のうち転写された後に感光ドラム1bに再転写されるものの加算された量となる。
廃トナーの予測量(K)=白部ピクセルカウント数×(かぶり補正率(%)/100)×(かぶり環境係数(%)/100)
よって、数式5=数式2となり、数式上もかぶりトナーは全て廃トナーとして、クリーニング装置5に回収されるという関係式になる。従来は、廃トナー量に積算するためのかぶりトナーを計算するために、1次転写効率、1次再転写効率を用いて数式3、4で計算を行う必要があった。しかし、かぶりトナーをほとんど1次転写させることがない本実施形態の構成であれば、上記のような煩雑な計算が必要無くなり、廃トナー満タン検知精度がより増す。
以上のように、本実施形態によれば、かぶりトナーを電位でコントロールする(感光ドラム1に留まらせる)ことが可能となるので、かぶりトナーの転写効率を考慮する必要がない。そのため、廃トナー量の積算精度が上がる。その結果、正確に廃トナー満タン状態を検出することが出来る。
第1の実施形態では、かぶりトナーの回収をコントロールするために、Vbackを一定にした。各ステーションに印加される電圧が全て同一となる場合、ステーション毎のVbackがばらついてしまうという課題がある。本実施形態においては、帯電高圧53が各ステーションで共通化されている構成を前提に、後述するバックグラウンド露光を用いてVbackを一定にする。
図13を用いて、帯電高圧電源53について説明する。図13では、図1に示す構成に対して要部のみを示しており、転写クリーニング装置16等の部材は不図示としている。図13において、図1に示す構成と同様の構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態において、各ステーションのVbackを終始一定にするために、共通の供給源から帯電バイアス印加後(電圧印加後)に弱露光(バックグラウンド露光)を行い、感光ドラムの表面電位Vdを一定にする。本制御により、使用状況に係らずVbackを一定に制御することが可能となる。以下、具体的に説明する。
第2の実施形態では、帯電高圧53が共通化されている場合の制御を説明したが、本実施形態では現像高圧30も共通である場合の制御を説明する。第2の実施形態と同様に、帯電ローラ2に帯電バイアスを印加した後、バックグラウンド露光を行うことによって、所望のVdまで除電する。
第1乃至第3の実施形態に示したように、非画像部のかぶりトナーをコントロールするためには、Vbackを一定にすることが出来れば良い。そこで、帯電高圧53と現像高圧30を共通化させても良く、本実施形態では、帯電高圧53と現像高圧30を共通化した場合を説明する。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。上述した実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
上述した実施形態ではVback=130Vとし、廃トナー満タン検知精度向上とトナー消費量減、かつ、画像弊害が生じないようにしたが、Vbackが100Vより大きければ良く、130Vに限られるものではない。
上述した実施形態では、画像信号をカウントするカウント手段としてピクセルカウントを説明したが、本発明はこれに限られるものではない。
上述した実施形態では、1次転写で中間転写体10上にトナー像を転写しているが、直接記録媒体P上に転写させる構成を用いても良い。ただし、記録媒体Pによって表面性や抵抗などが異なるため、かぶりトナーに対する転写性が安定しないのに対して、中間転写体10を用いると、常にかぶりトナーに対する転写状態が安定するため、廃トナー満タン検知精度はより高くなることが確認されている。
Claims (19)
- 像担持体と、
前記像担持体の表面を帯電する帯電手段と、
前記帯電手段によって帯電された前記像担持体の表面の画像部を外部から入力された画像データに基づくビデオ信号に応じて露光し、前記画像部に静電潜像を形成する露光手段と、
前記静電潜像をトナーにより現像する現像剤担持体と、
前記像担持体に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写手段と、
画像形成に伴い発生する廃トナーを回収する回収手段と、
前記廃トナーの量を取得する取得部と、
を有し、
前記像担持体の帯電電位と前記現像剤担持体の現像電位との電位差を、前記像担持体の非画像部に付着するかぶりトナーが前記転写手段によって転写されることを抑制する電位差とし、
前記取得部は、
前記像担持体の画像部については前記像担持体に現像されたトナーのうち前記転写手段によって転写されないトナー量を前記露光手段による発光数のカウントに基づき廃トナー量として取得し、かつ、前記露光手段により発光されなかった非画像部については前記かぶりトナーのトナー量を前記廃トナーの量として取得し、
前記かぶりトナーのトナー量は、前記非画像部の大きさに応じたものであり、
前記非画像部の大きさは、前記露光手段による発光数が増えるほど小さくなることを特徴とする画像形成装置。 - 前記電位差は、前記かぶりトナーを前記転写手段の転写バイアスと同極性とする電位差であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記電位差は、前記かぶりトナーが最も発生しなくなる電位差よりも、前記転写手段の転写バイアスと逆極性のトナーが前記像担持体により大きな力で静電気的に吸着される電位差であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体の帯電電位と前記現像剤担持体の現像電位との電位差を一定にす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。
- かぶりトナーの前記転写手段による転写効率は、5%以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記転写手段による転写が抑制される電位差は、120V以上250V以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記転写手段による転写が抑制される電位差は、130V以上200V以下であることを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
- 画像信号をカウントするカウント手段を有し、
前記カウント手段の出力を用いて前記トナーの現像された量を予測値として取得する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。 - 前記カウント手段は、前記露光手段における発光素子の発光を制御する信号をカウントすることを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。
- 前記取得部で取得される前記廃トナーの量は、
前記像担持体の画像部については前記カウント手段の出力と転写効率とを用い、かつ、非画像部については前記カウント手段の出力とかぶり補正率とかぶり環境係数とを用いて取得されることを特徴とする請求項8または9に記載の画像形成装置。 - 前記像担持体と、前記帯電手段と、前記露光手段と、前記現像剤担持体と、前記転写手段と、前記回収手段が、複数の色に応じて異なるステーション毎に設けられることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記帯電手段に共通の供給源から電圧を印加し、電圧印加後にバックグラウンド露光を行うことで、前記ステーション毎の前記像担持体の帯電電位と前記現像剤担持体の現像電位との電位差のばらつきを抑制することを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。
- 前記現像剤担持体に共通の供給源から電圧を印加し、前記バックグラウンド露光による前記像担持体の帯電電位を一定化することを特徴とする請求項12に記載の画像形成装置。
- 前記現像剤担持体に接続される電圧安定素子を有することを特徴とする請求項12または13に記載の画像形成装置。
- 前記バックグラウンド露光の露光量を、前記像担持体の使用履歴に応じて使用期間が長いほど大きくなるように変更することを特徴とする請求項12乃至14のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記現像剤担持体に印加される電圧を、前記像担持体の使用履歴に応じて使用期間が長いほど絶対値が大きくなるように変更することを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写効率は、前記像担持体の使用履歴に応じて規定されることを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 中間転写体を有し、前記像担持体における前記トナーによる像を前記中間転写体に1次転写させ、前記中間転写体から転写材に2次転写させることを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記取得部は、
前記画像部について前記像担持体に現像されたトナーのうち前記転写手段で転写されないトナー量と、前記非画像部について前記かぶりトナーのうち前記転写手段で転写されないトナー量と、を加算することを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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