JP6573388B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
感光体と、
前記感光体を帯電する帯電部材と、
前記帯電部材によって帯電された前記感光体の表面に、トナー像が形成されない非画像部電位となるように第1の露光量で露光する第1の露光と、前記トナー像が形成される画像部電位となるように前記第1の露光量より大きい第2の露光量で露光する第2の露光と、を行う露光装置と、
前記感光体の前記表面にトナーを供給して、 前記トナー像を前記感光体の前記表面上
に形成させる現像装置と、
前記帯電部材に帯電バイアスを印加する電圧印加手段と、
画像形成装置内の湿度と前記感光体の感光層の厚さと、に関連して、前記露光装置と前記電圧印加手段と、を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、画像形成時において、前記第1の露光量によって露光され前記感光体の前記表面に形成された前記非画像部電位と前記帯電バイアスとの電位差を、前記湿度が小さくなるにつれて大きくし、前記湿度が大きくなるにつれて小さくするように制御することを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明は、
記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
感光体と、
前記感光体を帯電する帯電部材と、
前記帯電部材によって帯電された前記感光体の表面に、トナー像が形成されない非画像部電位となるように第1の露光量で露光する第1の露光と、前記トナー像が形成される画像部電位となるように前記第1の露光量より大きい第2の露光量で露光する第2の露光と、を行う露光装置と、
前記感光体の表面にトナーを供給して、前記トナー像を前記感光体の表面上に形成させる現像装置と、
前記帯電部材に帯電バイアスを印加する電圧印加手段と、
前記露光装置と前記電圧印加手段と、を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、画像形成時において、前記第1の露光量によって露光され前記感光体の前記表面に形成された前記非画像部電位と前記帯電バイアスとの電位差を、画像形成装置内の絶対湿度が小さくなるにつれて大きくし、前記絶対湿度が大きくなるにつれて小さくするように制御することを特徴とする。
さらに、上記目的を達成するため、本発明は、
記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
感光体と、前記感光体を帯電する帯電部材と、前記感光体の表面にトナーを供給して、トナー像を前記感光体の表面上に形成させる現像装置と、を有する複数の画像形成ユニットと、
前記帯電部材によって帯電された前記感光体の表面に、トナー像が形成されない非画像部電位となるように第1の露光量で露光する第1の露光と、前記トナー像が形成される画像部電位となるように前記第1の露光量より大きい第2の露光量で露光する第2の露光と、を行う露光装置と、
それぞれの前記帯電部材に帯電バイアスを印加する共通の電圧印加手段と、
前記露光装置と前記電圧印加手段と、を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、画像形成時において、それぞれの前記感光体の前記非画像部電位と前記帯電バイアスと、の電位差を、画像形成装置内の絶対湿度が小さくなるにつれて大きくし、前記絶対湿度が大きくなるにつれて小さくするように制御することを特徴とする。
<画像形成装置>
実施例1に係る複写機やプリンタ等の電子写真画像形成装置を図1に基づいて説明する。図1は、実施例1に係る画像形成装置の概略断面図である。図1において、画像形成装置1は、電子写真プロセスを用いたレーザービームプリンターである。画像形成装置1は、制御部100にインターフェース201を介して接続されているプリンタコントローラ200(外部ホスト装置)から入力される画像データ(電気的な画像情報)に対応した画像を記録媒体としての用紙Pに形成する。制御部100は、画像形成装置1の動作を制御し、プリンタコントローラ200と各種の電気的情報信号の授受をする。また、制御部100は、各種のプロセス機器や、センサから入力される電気的情報信号の処理や、各種のプロセス機器への指令信号の処理や、所定のイニシャルシーケンス制御や、所定の作像シーケンス制御などを司る。プリンタコントローラ200は、例えば、ホストコンピュータやネットワークやイメージリーダやファクシミリ等である。また、用紙Pは、例えば、記録紙やOHPシートや葉書や封筒やラベル等である。
図1に示した画像形成装置1には、4つの画像形成ユニットとしてのプロセスカートリッジ10Y・10M・10C・10Kが横方向(略水平方向)に一定の間隔を置いて並列配置されている。これは、いわゆるタンデム型と呼ばれる。ここで、プロセスカートリッジ10は、感光体として電子写真方式の感光ドラム11を少なくとも備える。また、プロセスカートリッジ10は、感光ドラム11と、感光ドラム11に作用するプロセス手段とが一体的に備わっているものである。ここで、プロセスカートリッジ10Y〜10Kは、収納されるトナーの色以外は同一の構成である。そこで、プロセスカートリッジ10Y〜10Kにおいて、同一の部分については、特に限定する場合を除いて、添え字であるY〜Kを省略してまとめて説明する。
11と対向する現像位置に担持搬送する。現像ローラ13は、感光ドラム11に対して、不図示の接離機構によって当接・離間される。また、画像形成工程時においては、現像ローラ13は感光ドラム11に当接し、現像ローラ13の芯金には現像バイアスとして約−400VのDCバイアス電圧が印加される。
本実施例の画像形成装置1には、露光系として、プロセスカートリッジ10Y〜10Kにそれぞれ配設された感光ドラム11を露光する露光装置としてのレーザ露光ユニット20Y・20M・20C・20Kが設けられている。レーザ露光ユニット20には、画像処理された画像情報の時系列電気デジタル画素信号が入力される。この時系列電気デジタル画素信号は、プリンタコントローラ200からインターフェース201を介して制御部100に入力されたものである。
図3は、レーザパワー制御系のハードウェア構成を示すブロック図である。本実施例に係るレーザ露光ユニット20について図3を用いて説明する。ここで、本実施例に係るレーザ露光ユニット20は、感光ドラム11の表面を露光する際のレーザ出力を、第一のレーザパワー(E1)と、第二のレーザパワー(E2)とに切り替えることができる。本実施例では、レーザ露光ユニット20は、感光ドラム11の表面を露光する時間を変化させることなく、レーザパワーを変化させることで、感光ドラム11の表面に対する露光量を変化させている。
せる。レーザダイオード22から照射されたレーザは、ポリゴンミラーを含んだ補正光学系23を経て、レーザ光Lとして感光ドラム11Y〜11Kに照射される。
感光ドラム11の表面における画像部と非画像部の電位について図4と図5を用いて説明する。図4は、感光ドラム11の表面の電位とレーザパワーとの関係を示す図である。また、図5は、感光ドラム11表面における画像部と非画像部の電位を示す図である。本実施例に係る感光ドラム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いる。
ドラム11のおける電位が画像部電位Vlである部分に付着する。これにより、画像部(静電潜像)がトナー像として現像される。
本実施例では、湿度センサとしての環境センサ300を給紙ユニット部(記録材供給装置51など)付近に設置している。環境センサ300で温度を算出する場合、制御部100は、ASICを介して環境センサ300からASICへ入力された電圧をAD変換することでAD値を取得している。また、環境センサ300による検知結果は、10bitのAD値として取得される。
間隔で10回サンプリングし、サンプリングした環境湿度センサAD値の最大値と最小値をそれぞれ2点ずつ除いた6点の平均値を求める。これにより、環境湿度センサAD平均値が算出される。
(数式1)
環境湿度(%)=RH50+(50−T)×((RH5−RH50)/(50−5))
環境温度Tは小数点第一位までを有効数字とした値を用いる。また、環境湿度は小数点第一位を四捨五入したものとする。算出された環境湿度(%)は、次の更新タイミングでRAMに保持される。
(数式2)
絶対湿度(g/m3)=Wmax×(RH/100)
絶対湿度の更新タイミングは、環境湿度の平均値算出タイミングと同一とする。また、環境温湿度に対する記載に関して、L/Lを温度:15℃/湿度:10%と、N/Nを温度:23℃/湿度:50%と、H/Hを温度:30℃/湿度:80%と定義する。
また、画像形成装置1には、画像形成装置1内の所定の位置を用紙Pが通過したことを検知する通紙センサ400(図1を参照)が設けられている。本実施例では、通紙枚数に基づいて、感光ドラム11の感光層の膜厚を測定している。制御部100は、通紙センサ400から入力された信号に基づいて通紙枚数を積算してメモリ16に記憶させる。また、メモリ16には、感光ドラム11の膜厚と通紙枚数との対応関係が示されたテーブルが予め記憶されている。そして、制御部100は、感光ドラム11の膜厚と通紙枚数との対応関係と通紙枚数とから感光ドラム11の膜厚を取得する。
次に、感光ドラム11のE−V曲線の変化特性に関して説明する。図6は、感光ドラムの表面の電位とレーザパワーとの関係を感光層の膜厚ごとに示した図である。感光ドラム11の表面の感光層は、印字動作によって、放電を繰り返し受けるとともに、ドラムクリーナ14や現像ローラ13と摺擦する。これにより、感光ドラム11の感光層は削られる。その結果、感光ドラム11の感光層の膜厚が減少し、感光ドラム11の表面の電位に変化が生じる。
次に、図7と図8とを用いて、帯電ローラ12から感光ドラム11が受ける放電量の絶対湿度に応じた変化に関して説明する。図7は、帯電された感光ドラム11の表面の電位(一次帯電電位V0)と絶対湿度との関係を示す図である。また、図8は、感光ドラム11の非画像部における電位と絶対湿度との関係を示す図である。絶対湿度が異なると、帯電ローラ12に同じ帯電バイアスが印加されたとしても、放電開始電圧Vthが変わるため、感光ドラム11の表面の一次帯電電位V0が変わる。ここで、感光ドラム11の表面に形成される一次帯電電位V0は、L/L側では低く、H/H側では高い。
本実施例では、感光ドラム11の感光層の膜厚と絶対湿度と応じてレーザ露光ユニット20の露光量を変化させている。まず、感光ドラム11の膜厚が変化した場合に関して説明する。帯電ローラ12に印加されるバイアスを所定の値に固定した場合、感光層の膜厚が薄くなるにつれて一次帯電電位V0が上昇する。これは、感光層の膜厚が薄くなるにつれて、帯電ローラ12と感光ドラム11との間の放電開始電圧Vthが小さくなることに起因する。
るように、レーザ露光ユニット20の第一の露光量をE1=0.037(μJ/cm2)にした。一方、感光層の膜厚が18(μm)の場合において、所望の画像部電位Vlが得られるように、レーザ露光ユニット20の第二の露光量をE2=0.25(μJ/cm2)にした。帯電ローラに印加されるバイアスとレーザ露光ユニット20の露光量とを変更せずに、感光層の膜厚が13(μm)になるまでプリントテストを行った場合、非画像部電位Vdと画像部電位Vlとがいずれも目標値からバラついてしまう。図9に示すように、非画像部電位はVdmとなり、画像部電位はVlmとなってしまう。目標値に合わせるためには、非画像部に対する露光量をE1からE1mに補正し、画像部に対する露光量をE2からE2mに補正する必要がある。図9では、E1m=0.044(μJ/cm2)であり、E2m=0.30(μJ/cm2)である。つまり、本実施例では、感光ドラム11の膜厚が変化しても帯電バイアスは変化させず所定の値に固定しているため、感光ドラム11の膜厚が薄くなるほど第一の露光量及び第二の露光量を大きくするよう制御を行っている。
従来では、感光層の膜厚が変化しても画像不良(かぶりや転写不良など)が生じないように、感光層の膜厚によらず、露光後の非画像部の電位Vdと、現像ローラの電位Vdcと、露光後の画像部の電位Vlとを一定値にするよう制御していた。具体的には、感光層の膜厚に応じて、帯電ローラ12に印加されるバイアスと、感光ドラム11に対する露光量とを変化させる制御を行っていた。
の電位Vdを一定値に保っている。なお、感光ドラム11表面において画像部の面積は非画像部の面積よりもかなり小さいため、本実施例では、帯電ローラ12と画像部との電位差については考慮していない。具体的には、本実施例では、制御部100は、レーザ露光ユニット20の露光量と、帯電ローラ12に印加されるバイアスとを制御する。
Vlと現像ローラ13の電位Vdcとの差は、現像不良が生じないように設定されている。現像不良が生じにくい電位差は、実験的によって予め求められている。
絶対湿度がばらついても比較的安定するが、非画像部電位Vdを安定させるためには第一のレーザパワーE1を最適化する必要がある。
露光された感光ドラム11の表面と帯電ローラ12との間で生じる放電をコントロールすることが望ましい。
るために、非画像部への露光量を多くする制御を行う。また、絶対湿度が小さくなるほど帯電バイアスの絶対値を大きく、絶対湿度が大きくなるほど帯電バイアスの絶対値を小さく設定している。そのため、図12に示したように、非画像部電位Vdを目標値にするためには、絶対湿度が小さくなるほど、非画像部への露光量を多くする制御を行う。
以上のように、本実施例によれば、湿度に応じて、非画像部電位Vdと帯電ローラ12の電位との差を変化させることで、感光ドラム11と帯電ローラ12との間の放電量を適正化することができる。ここで、L/L(温度:15℃/湿度:10%)で生じる帯電ローラ12の汚染と、H/H(温度:30℃/湿度:80%)で生じるドラムクリーナ14の異音とに関して説明する。
電ローラ12の電位との差を最適化する必要がある。
、ドラムクリーナ14から異音が発生し始めている。また、比較例4では、電位変化ΔV=70Vであり、ドラムクリーナ14から異音が発生している。
次に実施例2について説明する。実施例2においては、実施例1と同様の機能を有する部分については同一の符号を付すことでその説明を省略する。
<非画像部への露光>
実施例1では、非画像部を露光する場合に、感光ドラム11の表面を露光するレーザの出力を、第一のレーザパワー(E1)と第二のレーザパワー(E2)とに切り替えている。また、第一のレーザパワー(E1)は第二のレーザパワー(E2)よりも弱い。実施例1において感光ドラム11の表面を露光する手法をアナログバックグラウンド露光と呼ぶ。アナログバックグラウンド露光は、第一のレーザパワー(E1)と第二のレーザパワー(E2)とを独立して変更することができるという利点を有している。
なお、各実施例では、反転現像が用いられる画像形成装置において説明を行ったが必ずしもこれに限られるものではない。例えば、画像形成時の感光ドラム11の帯電極性とト
ナーの帯電極性とが逆になる正規現像が用いられる画像形成装置であってもよい。
各実施例では、4色フルカラーの画像形成装置について説明を行ったが、必ずしもこれに限られることはない。例えば、各実施例に係る技術は、単色モノカラー画像形成装置に対しても適用可能である。
具体的には、絶対湿度が小さくなるほど第一の露光量と第二の露光量を大きくするよう制御し、且つ、膜厚が薄くなるほど帯電バイアスの絶対値を小さくするよう制御し、且つ、絶対湿度が小さくなるほど帯電バイアスの絶対値を大きくするよう制御する。このように、膜厚の変化については少なくとも帯電バイアスの制御で対応し、絶対湿度の変化については、帯電バイアス、第一露光量、及び第二露光量の制御で対応してもよい。
また、帯電ローラ12Y〜12Kにバイアスを印加する高圧電源を共通にし、現像ローラ13Y〜13Kにバイアスを印加する高圧電源を共通にしてもよい。この場合、電源の数を少なくできるため、画像形成装置1の小型化・低コスト化することができる。また、各プロセスカートリッジ10において、帯電ローラ12Y〜12Kに印加されるバイアスを同じにし、現像ローラ13Y〜13Kに印加されるバイアスを同じにしてもよい。
図20を用いて帯電高圧電源53について説明する。図20は、帯電ローラ12にバイアスを印加するための電気回路を示す図である。図20は、図1における画像形成装置1の要部のみを示している。図20では、転写クリーニング装置19などの部材は不図示としている。図20において、図1に示す部分と同一の機能を有する部分については同一の符号を付すことでその説明を省略する。
成されていてもよい。また、図20では、帯電高圧電源53がトランスからの電源電圧自体を帯電ローラ12Y〜12Kに直接入力しているが、必ずしもこの入力形態に限定されない。帯電ローラ12や現像ローラ13などにそれぞれ様々な入力形態が想定される。例えば、トランスからの出力自体に替えて、それをコンバータによりDC−DC変換した変換電圧や、電源電圧や変換電圧などを固定の電圧降下特性を持った電子素子によって分圧・降圧された電圧などを帯電ローラ12Y〜12Kに入力しても良い。
また、実施例2では、レーザ露光ユニット20は、露光の出力を変化させることなく、感光ドラム11の表面を露光する時間を変化させることで、感光ドラム11の表面に対する露光量を変化させている。これにより、高価なレーザ露光ユニット20を用いる必要がないため、画像形成装置1の製造コストを低くすることができる。
20…レーザ露光ユニット、31…1次転写ローラ、32…2次転写ローラ、
100…制御部、300…環境センサ、P…用紙
Claims (19)
- 記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
感光体と、
前記感光体を帯電する帯電部材と、
前記帯電部材によって帯電された前記感光体の表面に、トナー像が形成されない非画像部電位となるように第1の露光量で露光する第1の露光と、前記トナー像が形成される画像部電位となるように前記第1の露光量より大きい第2の露光量で露光する第2の露光と、を行う露光装置と、
前記感光体の前記表面にトナーを供給して、前記トナー像を前記感光体の前記表面上に形成させる現像装置と、
前記帯電部材に帯電バイアスを印加する電圧印加手段と、
画像形成装置内の湿度と前記感光体の感光層の厚さと、に関連して、前記露光装置と前記電圧印加手段と、を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、画像形成時において、前記第1の露光量によって露光され前記感光体の前記表面に形成された前記非画像部電位と前記帯電バイアスとの電位差を、前記湿度が小さくなるにつれて大きくし、前記湿度が大きくなるにつれて小さくするように制御することを特徴とする画像形成装置。 - 前記帯電バイアスと、前記第1の露光量と、前記感光層の厚さと、前記湿度との第1対応関係が記憶される記憶部を有し、前記制御部は、前記第1対応関係に基づいて、前記電位差を前記湿度が小さくなるにつれて大きくし、前記湿度が大きくなるにつれて小さくするように前記帯電バイアスと前記第1の露光量と、を制御することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記現像装置は、前記トナーを担持する現像剤担持体を有し、
前記第2の露光量によって露光され前記感光体の前記表面に形成された前記画像部電位の領域に前記現像剤担持体から前記トナーが電気的に移動することで、前記感光体の前記表面上に前記トナー像が形成され、
前記現像剤担持体に印加される現像バイアスは一定であって、
前記制御部は、前記非画像部電位が一定となるように前記第1の露光量を制御す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。 - 前記非画像部電位と前記現像バイアスとの電位差は、前記感光体にかぶりが生じないような電位差であることを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
- 前記制御部は、前記帯電バイアスと前記感光層の厚さと前記湿度と、に関連して前記第2の露光量を制御し、
前記制御部は、前記画像部電位が一定となるように前記帯電バイアスと前記第2の露光量とを制御することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記帯電バイアスと、前記第2の露光量と、前記感光体の厚さと、前記湿度との第2対応関係が記憶される記憶部を有し、
前記制御部は、前記第2対応関係に基づいて、前記画像部電位が一定となるように前記帯電バイアスと前記第2の露光量を制御することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 画像形成装置内の前記湿度を検知する湿度センサを有し、
前記制御部は、前記湿度センサの出力に基づいて、画像形成装置内の前記湿度を取得することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 画像形成装置内の所定の位置を記録媒体が通過したことを検知する通紙センサを有し、
前記制御部は、前記通紙センサの出力に基づいて、前記感光層の厚さに関する値を取得することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記感光層の厚さと通紙枚数との第3対応関係が記憶される記憶部を有し、
前記制御部は、前記通紙センサの出力に基づいて、前記通紙枚数を取得し、取得した前記通紙枚数と前記第3対応関係から前記感光層の厚さに関する値を取得することを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。 - 前記露光装置は、前記感光体を露光する時間を変化させることなく、露光の出力を変化させることで、前記第1の露光量および前記第2の露光量を変化させることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記露光装置は、露光の出力を変化させることなく、前記感光体を露光する時間を変化させることで、前記第1の露光量および前記第2の露光量を変化させることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記湿度は絶対湿度であることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記絶対湿度をA(g/m3)、飽和湿度をWmax(g/m3)、環境湿度RH(%)とすると、前記絶対湿度は、
A=Wmax×(RH/100)
から算出されることを特徴とする請求項12に記載の画像形成装置。 - 前記環境湿度をE(%)、環境温度5(℃)における環境湿度をRH5(%)、環境温度50(℃)における環境湿度をRH50(%)、環境温度をT(℃)とすると、前記環境湿度は、
E=RH50+(50−T)×((RH5−RH50)/(50−5))
から算出されることを特徴とする請求項13に記載の画像形成装置。 - 記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
感光体と、
前記感光体を帯電する帯電部材と、
前記帯電部材によって帯電された前記感光体の表面に、トナー像が形成されない非画像部電位となるように第1の露光量で露光する第1の露光と、前記トナー像が形成される画像部電位となるように前記第1の露光量より大きい第2の露光量で露光する第2の露光と、を行う露光装置と、
前記感光体の表面にトナーを供給して、前記トナー像を前記感光体の表面上に形成させる現像装置と、
前記帯電部材に帯電バイアスを印加する電圧印加手段と、
前記露光装置と前記電圧印加手段と、を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、画像形成時において、前記第1の露光量によって露光され前記感光体の前記表面に形成された前記非画像部電位と前記帯電バイアスとの電位差を、画像形成装置内の絶対湿度が小さくなるにつれて大きくし、前記絶対湿度が大きくなるにつれて小さくするように制御することを特徴とする画像形成装置。 - 記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
感光体と、前記感光体を帯電する帯電部材と、前記感光体の表面にトナーを供給して、トナー像を前記感光体の表面上に形成させる現像装置と、を有する複数の画像形成ユニットと、
前記帯電部材によって帯電された前記感光体の表面に、トナー像が形成されない非画像部電位となるように第1の露光量で露光する第1の露光と、前記トナー像が形成される画像部電位となるように前記第1の露光量より大きい第2の露光量で露光する第2の露光と、を行う露光装置と、
それぞれの前記帯電部材に帯電バイアスを印加する共通の電圧印加手段と、
前記露光装置と前記電圧印加手段と、を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、画像形成時において、それぞれの前記感光体の前記非画像部電位と前記帯電バイアスと、の電位差を、画像形成装置内の絶対湿度が小さくなるにつれて大きくし、前記絶対湿度が大きくなるにつれて小さくするように制御することを特徴とする画像形成装置。 - 前記絶対湿度をA(g/m3)、飽和湿度をWmax(g/m3)、環境湿度RH(%)とすると、前記絶対湿度は、
A=Wmax×(RH/100)
から算出されることを特徴とする請求項15または16に記載の画像形成装置。 - 前記環境湿度をE(%)、環境温度5(℃)における環境湿度をRH5(%)、環境温度50(℃)における環境湿度をRH50(%)、環境温度をT(℃)とすると、前記環境湿度は、
E=RH50+(50−T)×((RH5−RH50)/(50−5))
から算出されることを特徴とする請求項17に記載の画像形成装置。 - 画像形成装置内の湿度を検知する湿度センサを有し、
前記制御部は、前記湿度センサの出力に基づいて、画像形成装置内の前記絶対湿度を取得することを特徴とする請求項15または16に記載の画像形成装置。
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