JP7202540B2 - 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、感光体表面に加圧当接させる帯電部材を備えた画像形成装置が知られている。例えば特許文献１には、帯電部材である帯電ローラと感光体との接触圧が、帯電ローラの材質に応じて定められた接触圧に一致するように制御する接触圧制御手段を有する画像形成装置が記載されている。これによれば、帯電ローラと感光体との接触面でのインピーダンス変化を防止でき、感光体に帯電される帯電出力電圧を一定に維持できる旨記載されている。

しかし、特許文献１の画像形成装置では、材質が同じでも帯電部材によって表面粗さなどの表面性が異なる場合に、帯電電流あるいは帯電電圧が適正でなくなってしまうおそれがある。

上述した課題を解決するために、本発明は、感光体の表面に加圧当接させる帯電部材を備えた画像形成装置において、前記帯電部材の表面性を検出する表面検出手段と、前記表面の移動方向における前記感光体の表面と前記帯電部材との接触幅を変更する幅変更手段と、前記表面検出手段の検出結果に応じて前記幅変更手段を制御する幅制御手段とを設け、前記表面検出手段で検出する前記表面性が表面粗さであることを特徴とする

本発明によれば、使用する帯電部材の表面性に応じた適切な帯電電流あるいは帯電電圧にすることができる。

カラープリンタ１の内部機構の概略構成図。 作像ユニット１００の帯電装置の電源制御の主要部を示すブロック図。 作像ユニット１００の感光体３００を帯電する帯電装置３１０の説明図。 帯電ローラ３１１の走行距離に応じた表面粗さ（Ｒｚ〔μm〕）の変化を示すグラフ。 帯電ポチと呼ばれる異常画像の発生を防止するためのＶｐｐの下限値と帯電ローラの加圧力との関係を示すグラフ。

本発明を画像形成装置である電子写真方式のカラープリンタに適用した一実施形態について説明する。
図１はカラープリンタ１の内部機構の概略構成図である。このカラープリンタ１は、４つの作像ユニットを搭載する４連タンデム方式の画像形成装置である。カラープリンタ１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーを用いてカラー画像形成を行う。カラープリンタ１は、その下部に記録媒体としての用紙を収納する給紙カセット１１、１２を配した給紙部１０を配置している。その上方に作像部２０及び転写部３０を配置した構成を備える。

作像部２０は、像担持体である感光体ドラム１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋ（以下、特に色を特定する必要が無ければ感光体ドラム１１０という、他の部材も同じ）を備えた４個の作像ユニット１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋを備える。各作像ユニット１００には、帯電装置、現像装置、クリーニング装置が設けられている。感光体を含み、帯電装置、現像装置、感光体クリーニング装置のうち少なくとも一つを含み装置本体に脱着可能なプロセスカートリッジを形成することで、作像手段を一体化して、セット性・メインテナンス性をよくし、また、対感光体位置制度を向上させる。

転写部３０は、複数のローラ３１、３２、３３に巻き掛けられた可撓性を有する無端ベルトで構成した中間転写体としての中間転写ベルト３４と、各感光体ドラム１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋに潜像を形成する潜像形成装置である光書込ユニット４０と、用紙にトナー像を定着させる定着装置５０等が配置されている。また、給紙カセット１１、１２から定着装置５０までの間には、用紙を搬送する搬送経路６０が形成されている。

中間転写ベルト３４には、ローラ３２と対向する部位に２次転写装置となる２次転写ローラ３５を搬送経路に臨ませて設置し、ローラ３１と対向する部位にベルト表面を清掃するベルトクリーニング装置３７を設置している。

作像部２０は、中間転写ベルト３４のうちローラ３１とローラ３２との間に配置される中間転写ベルト３４の下部側ベルト走行辺に対向するように配置されている。各作像ユニット１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋは、中間転写ベルト３４に接するように各感光体ドラム１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋを配置している。各感光体ドラム１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋが中間転写ベルト３４に接する位置における中間転写ベルト３４の内側には、１次転写を行う転写装置としての転写ローラがそれぞれ設けてある。なお、図中符号７０Ｙ、７０Ｍ、７０Ｃ、７０Ｋは補給用トナーを収納するトナーボトルを示している。

このカラープリンタ１では、作像ユニット１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋの感光体ドラム１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋが帯電装置で帯電された後、光書込ユニット４０で所定パターンによって露光され、感光体ドラム１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋが現像装置で現像される。これに呼応して、給紙カセット１１、１２から搬送された転写用紙は、作像部２０に搬送され、転写部３０で感光体ドラム１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋから順次トナーが転写され、定着装置５０で定着され排出される。

図２は作像ユニット１００の帯電装置の電源制御の主要部を示すブロック図である。
カラープリンタ全体の制御を司る制御手段としての制御部２００を備えており、制御部２００は、演算手段たるＣＰＵ２０１と、システムＯＳ、プリンタプロセスに必要な各種制御プログラム、プリンタのＰＤＬ（Ｐａｇｅ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ ）処理系、システムの初期設定値等を納めたＲＯＭ２０２や、ワークメモリ用のＲＡＭ２０３等で構成されている。この制御部２００には、文字情報等を表示する液晶ディスプレイ等から構成される表示部や、テンキー等などによって操作者から入力情報を受け付けて制御部２００に送る操作受付手段としての操作部２０４も接続されている。そして、帯電装置の帯電部材として帯電ローラ用の帯電出力電源２０５、後述する接触幅変更手段のカム用のモータ駆動回路２０６，帯電ローラの表面性を検出するため、表面に光を入射させるとともに表面からの反射光を受光する反射型の光学センサの回路２０７も接続されている。

図３は作像ユニット１００の感光体３００を帯電する帯電装置３１０の説明図である。感光体３００としては次のものを用いている。感光体ドラムが直径φ３０ｍｍで、感光体表面には無機微粒子（例えば酸化アルミニウム微粒子）を含有して架橋樹脂（例えばポリカーボネート）により固められた高硬度な保護層が設けられている。

帯電ローラ３１１として、オゾン発生量の低減と帯電電位の安定化のために、直流電圧に交流電圧を重畳した接触ＡＣ帯電ローラを採用している。帯電ローラ３１１は、軸体の外周に、導電性弾性体からなる抵抗調整層が形成され、さらにその外周に、塗膜により保護層（表層樹脂）を形成している。この表面層は、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂を主成分とする材料に導電剤を配合したものからなる。例えば、直径φ８ｍｍ金属芯金上に２ｍｍのヒドリンゴムからなる弾性層が設けられている。その表面には、およそ５μｍ表面層を設けて、弾性ゴム層からの汚染成分の染み出しによる感光体汚染を防止している。表面層は、微粒子（例えばアクリル微粒子）を含有する架橋樹脂からなり表面に前記微粒子による凹凸形状が現れている。

帯電ローラ３１１は、帯電出力電源２０５によって帯電に係る電圧が印加される。この帯電出力電源２０５は、交流電源回路からの交流電圧と直流電源回路からの直流電圧とを重畳した帯電出力電圧を定電流制御によって出力する。この帯電ローラ３１１は軸３２０の両端それぞれがスライダ３２１に回転動可能に取り付けられている。各スライダ３２１が保持部材としての帯電ローラホルダ３２２にガイドされて感光体３００に対する接離方向に移動可能になっている。帯電ローラホルダ３２２のスライダ対向面とスライダ３２１との間に付勢手段としてスプリング３２３が位置するように帯電ローラホルダ３２２に保持されている。このスプリング３２３の力でスライダ３２１を介して帯電ローラ３１１を感光体３００に押圧する。

そして、本実施形態の帯電装置３１０では、帯電ローラホルダ３２２が感光体に対する接離方向に移動可能にガイド３２４によってガイドされるとともに、カム部材３２５でスプリング３２３の付勢力に抗して帯電ローラホルダ３２２の感光体から離間する方向の移動を規制している。このカム部材３２５はスプリング３２３の帯電ローラ３１１とは反対側の端部の位置を規制しているともいえる。帯電ローラ３１１をスプリングの力に抗して固定するため帯電ローラホルダ３２２に当接する楕円形状のカム部材３２５を設置し、カムを回転させることで帯電ローラホルダ３２２を押し上げるという機構構造的にも簡易的な機構である。このカム部材３２５は、例えば楕円形をしており、ギヤ等を介してステッピングモータなどの回転位置制御可能なカム用モータによって回転駆動される。

図３（ａ）はカム部材３２５の回転軸から距離が比較的大きな箇所で帯電ローラホルダ３２２を規制している状態、図３（ｂ）は同距離が比較的小さな箇所で規制している状態を示す。前者の方が帯電ローラホルダ３２２が比較的感光体３００に近い位置に規制され、比較的大きな加圧力で帯電ローラ３１１を感光体３００に押しつける。この結果、帯電ローラ３１１の変形による帯電ニップの感光体表面移動方向の幅（以下、帯電ニップ幅という）は図３（ａ）の幅Ｎａ方が図３（ｂ）の幅Ｎｂに比して大きくなる。帯電ローラ３１１以外の感光体３００と接触しているモジュールに構成配置の変更やスプリング機能の追加などの影響を及ぼすことなく、ニップ長さを可変することができる。

移動可能な帯電ローラホルダ３２２，ガイド３２４，カム部材３２５により接触幅変更手段の機構部が構成されている。このカム用モータをモータ駆動回路２０６で駆動する。帯電ローラ３１１の表面に対向させた表面性を検出するための光学センサ３２６も配置されている。光学的に表面性を検出するのに代え、機械的に表面性（表面粗さ）を検出してもよい。

図４は帯電ローラ３１１の走行距離に応じた表面粗さ（Ｒｚ〔μm〕）の変化を示すグラフである。本実施形態の帯電ローラ３１１は使用が進み走行距離が大きくなるほど表面粗さが小さくな。符号Ａ、Ｂ、Ｃは初期の表面粗さが互いに異なる帯電ローラについてグラフを示すもので、３つの中では初期の表面粗さが大きい順、Ａ、Ｂ、Ｃとなる。このような初期の表面粗さの相違は帯電ローラの製造バラツキによる。バラツキを小さくする（Ｒｚ交差を厳しく設定する）ことは製造コストの上昇を招くためある程度のバラツキは許容せざるを得ない。

最初から走行距離が長くなるにつれて互いの表面粗さの違いは小さくなっていく。１５０ＫＭほどになると差が殆どなくなる。このように走行距離が大きくなるほど表面粗さが小さくなるのは、表面層の凹凸を形成している微粒子の部分が摩耗で削れたり、脱落したりして表面がなめらかになっていくためである。

図５は帯電ポチと呼ばれる異常画像の発生を防止するための直流、交流重畳帯電電圧のピークツウピーク〔Ｖｐｐ〕の下限値と帯電ローラの加圧力との関係を、帯電ローラの表面粗さ（Ａ、Ｂ、Ｃ）毎に横に並べて表示したグラフである。帯電ポチとは、数百μm程度の点状白抜けでハーフトーンで目立ちやすい異常画像である。局部的な過剰放電によって生じている。この異常画像はピークツウピークを大きくしていけば解消できるので、これの発生を防止できるピークツウピークの下限が存在する。縦軸はこの下限（帯電ポチスレッシュ）を示す。

この下限が帯電ローラの表面粗さによって異なる。具体的には、表面粗さが小さくなるほど（Ａ、Ｂ、Ｃと小さくなるほど）下限のピークツウピークが大きくなる。この結果、表面粗さが小さい帯電ローラほど帯電プチを発生させないためには大きなピークツウピークが必要になる。表面粗さの大小は上述のように製造バラツキによって生じたり、図４に示すように経時変化で生じたりする。

どのような表面粗さであっても確実に帯電ポチの発生を防止するためには十分に大きなピークツウピークを用いればよいが、これでは、感光体メダカと呼ばれる別の異常画像や感光体のフィルミングによる異常画像を生じさせたり、過剰放電による感光体の損傷を招いて感光体の寿命を短くしたりしてしまう。

感光体メダカとは、トナーの添加剤であるシリカや紙に含まれる炭酸カルシウムなどが感光体３の表面に付着・固定化し、これらが固定化した箇所では光書込によっても電位低下が起こりにくく画像上の白抜けを生じる。これらの付着固定が副走査方向に延びる流線形状でしかも、メダカが群れをなしているように複数集合して生じる。この結果、上記画像上の白抜けも流線形状ものが複数集合した形で生じ、メダカが群れをなしているように見えることから感光体メダカとよばれる。

本発明者らは、種々の実験により、図５に傾向を示すように、何れの表面粗さにおいても、帯電ローラの加圧力を大きくするほど、帯電ポチの異常画像の発生を防止するピークツウピークを小さくできる（上昇を抑制できる）ことを発見した。加圧力が大きいほど帯電ニップ幅が大きくなる。この結果、直流、交流重畳帯電電圧の交流分による電荷のやり取りの機会が増え、帯電ポチの原因である局部的な過剰放電箇所とその周りとの電荷の差が緩和されるためと考えられる。

以上、判明したことに基づいて図３に示す光学センサ３２６の出力に基づいて帯電ローラ３１１の表面性（具体的には表面粗さＲｚ）を検出する。そして、この結果に基づいて幅変更機構のカム部材３２５の回転位置切替による加圧力変更制御を行う。具体的には、帯電ローラの表面粗さと、その表面粗さに対応するカムの回転位置との関係を予め実験で求めておいてＲＯＭ２０２などの記憶部に記憶させておく。このカムの回転位置は、その表面粗さのときに帯電ポチの異常画像の発生を防止するピークツウピークの下限に対応させた帯電ローラ加圧力に対応する。そして、光学センサ３２６を用いて検出した表面粗さに対応するカムの回転位置を記憶させておいて関係から求め、カムの回転位置の変更が必要な場合には変更を行うように制御する。

以上、本実施形態よれば、帯電ローラ３１１のＲｚバラツキによって異常画像に不利になることなく、Ｖｐｐを低く設定できる。また、帯電ローラ３１１のＲｅ交差を厳しく設定する必要が無いため、コストアップを回避できる。

以上の実施形態のようなフィードバック制御に代え、次のような制御を採用することもできる。すなわち、まず、図４に示すように、帯電ローラは経時で表面が削れ、Ｒｚが変化していく、走行距離とＲｚの変化量との関係を予め実験で求めておいてＲＯＭ２０２などの記憶部に記憶させておく。図４からわかるように径時で帯電ローラのＲｚは減衰していくので、実験データを基に決められた走行距離においてＲｚを予測することができる。

そして、マシンの組みつけの段階で帯電ローラ３１１のＲｚを測り、操作部２０４などを用いてマシン稼働時（画像形成装置の使用初期）の初期設定にて値を入力する。その後は、ＲＯＭ２０２などの記憶部に記憶させておいた、図４に示すような初期の表面粗さ毎の走行距離とＲｚの変化量との関係、および、先の実施形態で用いた表面粗さに対応するカムの回転位置との関係に基づき、カムの回転を決めて必要に応じてカムを回し、加圧量を決定する。これにより、マシン稼働時の入力した初期設定値に応じて、その後の幅変更のさせ方を設定可能としている。この制御は、作像中に光学センサを用いた検出に基づく制御といった余計な制御をすることなく稼働させることができる。帯電ローラ３１１の走行距離は、代替特性として画像形成枚数を用いて把握することができる。画像形成枚数は使用量把握手段として枚数カウンタでカウントできる。

なお、上述のように特許文献１には、帯電ローラと感光体との接触面でのインピーダンス値の変動に伴う画質不良やうなり音の発生を防止する目的で、カムを用いて帯電ローラと感光体の接触圧を変化させることで、インピーダンス（それに伴って帯電出力電圧）を変化させる構成が開示されている。

カムを用いて帯電ローラ加圧を制御する点では本発明の実施形態と似ている。しかし、表面粗さＲｚに適した帯電出力電圧設定にはなっていないため、帯電ローラ作製時にＲｚが大きくなったローラに対しては過剰放電による短寿命化、Ｒｚが小さくなったローラに対しては異常画像に不利になるという問題は解消できない。

従来技術と異なり、本実施形態では帯電ポチ等の異常画像への感度がある表面粗さＲｚにのみ応じたニップ長さに設定でき、Ｖｐｐをより低く設定できるため、結果として感光体の寿命を延ばすことができる（Ｒｚが大きくなると帯電ポチに有利になる結果、帯電ローラの加圧力が上がると（ニップが周方向に長くなり）帯電ポチに有利になる。）。さらにマシン稼動時の初期設定にて加圧量を決定するすれば、作像中に余計な制御をすることなく稼働させることができる。

１ ：カラープリンタ
１０ ：給紙部
１１ ：給紙カセット
１２ ：給紙カセット
２０ ：作像部
３０ ：転写部
３１ ：ローラ
３２ ：ローラ
３３ ：ローラ
３４ ：中間転写ベルト
３５ ：２次転写ローラ
３７ ：ベルトクリーニング装置
４０ ：光書込ユニット
５０ ：定着装置
６０ ：搬送経路
１００ ：作像ユニット
１１０ ：感光体ドラム
２００ ：制御部
２０１ ：ＣＰＵ
２０２ ：ＲＯＭ
２０３ ：ＲＡＭ
２０４ ：操作部
２０５ ：帯電出力電源
２０６ ：モータ駆動回路
２０７ ：回路
３００ ：感光体
３１０ ：帯電装置
３１１ ：帯電ローラ
３２０ ：軸
３２１ ：スライダ
３２２ ：帯電ローラホルダ
３２３ ：スプリング
３２４ ：ガイド
３２５ ：カム部材
３２６ ：光学センサ

特開平９－２９７４５５号公報

Claims (10)

1. 感光体の表面に加圧当接させる帯電部材を備えた画像形成装置において、
   前記帯電部材の表面性を検出する表面検出手段と、
   前記表面の移動方向における前記感光体の表面と前記帯電部材との接触幅を変更する幅変更手段と、
   前記表面検出手段の検出結果に応じて前記幅変更手段を制御する幅制御手段とを設け、
   前記表面検出手段で検出する前記表面性が表面粗さであることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、
   前記表面検出手段は、前記帯電部材に入射させた光の反射光から前記表面性を検出することを特徴とする画像形成装置。
3. 感光体の表面に加圧当接させる帯電部材を備えた画像形成装置において、
   前記帯電部材の表面性を検出する表面検出手段と、
   前記表面の移動方向における前記感光体の表面と前記帯電部材との接触幅を変更する幅変更手段と、
   前記表面検出手段の検出結果に応じて前記幅変更手段を制御する幅制御手段とを設け、
   前記表面検出手段は、前記帯電部材に入射させた光の反射光から前記表面性を検出することを特徴とする画像形成装置。
4. 感光体の表面に加圧当接させる帯電部材を備えた画像形成装置において、
   前記帯電部材として使用により表面粗さが小さくなっていくものを用い、
   前記帯電部材の使用量を把握する使用量把握手段と、
   前記感光体の表面の移動方向における前記感光体の表面と前記帯電部材との接触幅を変更する幅変更手段と、
   前記使用量把握手段の把握結果に応じて前記幅変更手段を制御する幅制御手段とを設けたことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一に記載の画像形成装置において、
   前記帯電部材は、微粒子を含有する架橋樹脂からなり表面に前記微粒子による凹凸形状が現れた表面層を有することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１乃至５の何れか一に記載の画像形成装置において、
   前記帯電部材は、回転可能なローラであることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一に記載の画像形成装置において、
   前記幅変更手段は、前記感光体の表面に対する前記帯電部材の加圧力を変更することを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項７に記載の画像形成装置において、
   前記幅変更手段は、前記帯電部材を前記感光体に対して接離する方向に移動可能に保持する保持部材と、前記帯電部材を前記感光体の表面に押圧する方向に付勢する付勢手段と、前記付勢手段の前記帯電部材とは反対側の端部の位置を前記付勢手段の付勢力に抗して規制するカム部材とを有することを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１乃至８の何れか一に記載の画像形成装置において、
   前記幅変更手段は、画像形成装置の使用初期に幅変更のさせ方を設定可能であることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１乃至９の何れか一に記載の画像形成装置において、
    前記感光体を含み、帯電装置、現像装置及び感光体クリーニング装置のうち少なくとも一つを含み装置本体に対して脱着可能なプロセスカートリッジを有することを特徴とする画像形成装置。

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