JP7225992B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

従来、感光体、帯電部材、露光手段、現像手段および転写部材を備え、電子写真プロセスを用いて画像の形成を行う画像形成装置が知られている。

例えば特許文献１には、所定の転写電圧を印加する場合の印加帯電電圧と検出帯電電流とに基づき印加帯電電圧を決定する制御部を備えた画像形成装置が提案されている。

特開２０１３－２０５８２９号公報

しかし、帯電部材の劣化に伴い、突入電位の変動に対する帯電電流量の追随能力が低下する。
そこで、本発明は、帯電部材への印加電圧が補正されない場合に較べ、突入電位の変動に対する追随能力が高い画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る画像形成装置は、
循環移動する表面に像が形成されて保持する像保持体と、
上記像保持体の表面に対向し、電圧が印加されて当該表面を帯電させる帯電部材と、
上記帯電部材によって帯電された上記像保持体の表面に像を形成する像形成手段と、
上記像保持体の表面に対向し、当該表面との間を記録材が通過し、電圧が印加されて当該表面上の像を当該記録材に転写する転写部材と、
上記記録材の端部と接触した上記像保持体の表面の箇所が上記帯電部材との対向箇所に達する際に生じる、当該帯電部材への通電電流の変化量が第１の変化量である場合に較べ、当該第１の変化量よりも大きい第２の変化量である場合には、当該帯電部材への印加電圧を上げる電圧制御手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に係る画像形成装置は、請求項１の画像形成装置において、
上記第１の変化量は、上記第２の変化量を生じる場合の上記帯電部材よりも新しい帯電部材における変化量であることを特徴とする。
請求項３に係る画像形成装は、請求項２の画像形成装置において、
上記電圧制御手段は、上記通電電流の変化量として、上記記録材の先端との接触箇所で生じる変化量を用いることを特徴とする。

請求項４に係る画像形成装置は、請求項１から３の画像形成装置において、
上記電圧制御手段は、上記第２の変化量の場合に上げる印加電圧の上昇量を、上記記録材が第１種の記録材より厚い第２種の記録材である場合には、当該第１種の記録材である場合よりも大きい上昇量とすることを特徴とする。
請求項５に係る画像形成装置は、請求項１から４の画像形成装置において、

上記電圧制御手段は、上記通電電流の変化量が検出された記録材よりも後の記録材に転写される画像の形成時に、当該検出された変化量に応じた印加電圧を上記帯電部材へ印加させることを特徴とする。

請求項６に係る画像形成装置は、請求項５の画像形成装置において、
上記電圧制御手段は、上記通電電流の変化量が検出された記録材を含んだ一連の画像形成処理よりも後の一連の画像形成処理時に、当該検出された変化量に応じた印加電圧を上記帯電部材へ印加させることを特徴とする。

請求項１に係る画像形成装置によれば、帯電部材への印加電圧が補正されない場合に較べ、突入電位の変動に対する追随能力が高い。
請求項２に係る画像形成装置によれば、帯電部材の経時劣化に応じた印加電圧補正が可能である。
請求項３に係る画像形成装置によれば、後端との接触箇所で生じる変化量を用いる場合に較べ、帯電部材の劣化を正確に検知できる。
請求項４に係る画像形成装置によれば、記録剤の厚さに応じた印加電圧の補正が可能である。
請求項５に係る画像形成装置によれば、１枚の記録材内での画像変化を避けることができる。
請求項６に係る画像形成装置によれば、１つのジョブ内での画像変化を避けることができる。

本発明の画像形成装置の一実施形態に相当するプリンタの概略構成図である。 感光体周辺を示す拡大図である。 放電開始電圧を基準とした電圧制御の説明図である。 用紙が転写位置に突入する様子を示す図である。 突入電位の変化時における帯電電流の変化を示す図である。 補正電圧を示す表である。

本発明の実施形態について、以下図面を参照して説明する。
図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態に相当するプリンタの概略構成図である。

図１に示すプリンタ１０はモノクロプリンタである。プリンタ１０には、プリンタ１０外で作成された、画像を表す画像信号が、不図示の信号ケーブル等を介して入力される。プリンタ１０には、このプリンタ１０内の各構成要素の動きを制御する制御部１１が備えられており、画像信号はこの制御部１１に入力される。そして、プリンタ１０では、この制御部１１の制御の下で画像信号に基づく画像の形成が行われる。

プリンタ１０の上面には、ユーザインタフェースとして用いられるタッチパネル３０が備えられている。このタッチパネル３０にはユーザ向けの各種の情報が表示される。また、このタッチパネル３０の操作により、ユーザによる各種の指示がプリンタ１０に入力される。

プリンタ１０内の下部には例えば２台の用紙トレイ２１が収容されている。これらの用紙トレイ２１には、用紙トレイ２１ごとに寸法や厚さの異なる用紙Ｐが積み重なった状態に収容されている。この用紙Ｐが本発明にいう記録材の一例に相当する。各用紙トレイ２１は、用紙Ｐの補給のために、引出し自在に構成されている。

それら２台の用紙トレイ２１のうち、例えばユーザが指示した寸法などを有した用紙Ｐが格納されている用紙トレイ２１から用紙Ｐがピックアップロール２２により送り出される。送り出された用紙Ｐは、さばきロール２３により１枚ずつに分離され、その分離された１枚の用紙Ｐが上方に搬送されてその用紙Ｐの先端が待機ロール２４に至る。待機ロール２４は、搬送のタイミングを調整して用紙Ｐを送り出す。用紙Ｐは、待機ロール２４により搬送のタイミングが調整されてさらに搬送される。

このプリンタ１０には、矢印Ａで示す向きに回転する感光体１２が待機ロール２４の上方に備えられている。そして、この感光体１２の周囲に、帯電器１３、露光器１４、現像器１５、転写器１６、および感光体クリーナ１７が配備されている。

感光体１２は円筒形状を有し、図１の奥行き方向に延伸しており、帯電器１３による帯電で表面に電荷を保持し、露光器１４による露光でその電荷を放出してその表面に静電潜像が形成される。この感光体１２が、本発明にいう像保持体の一例に相当する。

帯電器１３は、感光体１２の表面に接触して回転する帯電ロール１３１（図２参照）を介して感光体１２の表面に電荷を付与する。この帯電ロール１３１が本発明にいう帯電部材の一例に相当する。帯電器１３の詳細については後述する。

露光器１４は、制御部１１から供給される画像信号に応じて変調されたレーザ光（即ち露光光）を発光する発光器と、レーザ光で感光体１２を走査するための回転多面鏡とを有しており、露光器１４からはその露光光が出力される。感光体１２は、この露光光による露光を受け、感光体１２の表面に静電潜像が形成される。

感光体１２の表面に形成された静電潜像は現像器１５により現像される。現像器１５による現像の結果、感光体１２表面にトナー像が形成される。露光器１４と現像器１５とを併せたものが、本発明にいう像形成手段の一例に相当する。

転写器１６は、感光体１２の表面に対面して図１の奥行き方向に延伸し、感光体１２の表面移動によって回転する回転部材である。転写器１６には転写電圧が印加される。この転写器１６を成す回転部材が、本発明にいう転写部材の一例に相当する。

上記の待機ロール２４は、転写器１６に対面した転写位置に感光体１２上のトナー像が達するタイミングに合わせて用紙Ｐがその位置に到達するように用紙Ｐを送り出す。そして、感光体１２上のトナー像は、転写器１６における転写電圧の作用を受け、その送り出されてきた用紙Ｐ上に転写される。トナー像の転写後に感光体１２上に残存するトナーは、感光体クリーナ１７により、感光体１２から取り除かれる。

トナー像の転写を受けた用紙Ｐは、さらに矢印Ｂ方向に進み、定着器１８による加熱および加圧を受けてその用紙Ｐ上にトナー像が定着される。その結果、用紙Ｐ上には定着トナー像からなる画像が形成される。

定着器１８を通過した用紙Ｐは、排出器１９に向かって矢印Ｃ方向に進み、さらに、その排出器１９によってさらに矢印Ｄ方向に送られて排紙台２０上に排出される。
次に、帯電器１３の詳細について説明する。
図２は、感光体周辺を示す拡大図である。

感光体１２の回転によって感光体１２の周面は、帯電器１３による帯電と、露光光Ｌによる露光と、現像器１５による現像と、転写器１６による転写とを順次に経る。なお、図２では現像ロールで現像器１５を代表して示している。帯電器１３から転写器１６へと向かう周面の経路を以下では往路Ｒ１と称する。往路Ｒ１では感光体１２の周面にトナー像が形成され、転写器１６によって用紙Ｐ上にトナー像が転写される。また、往路Ｒ１では、トナー像の形成のために感光体１２の周面に静電的な像が形成される。

転写器１６は転写用電源１６１に接続されており、転写用電源１６１によって転写器１６に転写電圧が印加される。この転写電圧によって転写器１６は、トナー像を用紙Ｐに転写するとともに感光体１２の周面を除電する。転写器１６による除電を経た感光体１２の周面は、感光体１２の回転によって帯電器１３へと戻る。転写器１６から帯電器１３へと向かう周面の経路を以下では復路Ｒ２と称する。

環境温度などの条件が変動すると帯電器１３による感光体１２の周面の帯電も変動する虞がある。そこで、本実施形態の帯電器１３では、以下説明するフィードバック制御によって帯電の変動が抑制されている。

帯電器１３は帯電ロール１３１を備え、この帯電ロール１３１は帯電用電源１３２に接続されている。帯電用電源１３２から帯電ロール１３１に帯電電圧が印加されることで帯電器１３は帯電電圧による感光体１２の周面の帯電を行う。帯電器１３が感光体１２の周面の帯電を行う際には感光体１２から帯電ロール１３１と帯電用電源１３２とを経る帯電電流が流れる。帯電器１３では電流検出器１３３によってこの帯電電流が検出される。

図１に示す制御部１１は、帯電用電源１３２の電圧を制御する電圧制御部１３４としての機能を担っている。電圧制御部１３４は、電流検出器１３３で検出された電流値に基づいて放電開始電圧を求め、その放電開始電圧を基準として帯電用電源１３２の電圧をフィードバック制御する。
図３は、放電開始電圧を基準とした電圧制御の説明図である。
図３には、帯電ロール１３１に対する印加電圧と、その印加電圧によって生じる感光体１２の周面の帯電電位との関係を表したグラフが示されている。
図３のグラフの横軸は印加電圧、縦軸は帯電電位を示す。

帯電ロール１３１は、放電開始電圧Ｖα１，Ｖα２を越えた電圧が印加された場合に、その越えた分の電圧に応じて感光体１２を帯電させる。また、放電開始電圧Ｖα１，Ｖα２は、環境温度などといった条件によって変動する。例えば条件Ａのグラフでは、第１の放電開始電圧Ｖα１以上の印加電圧で帯電電位を生じているが、条件Ｂのグラフでは、第１の放電開始電圧Ｖα１よりも高い第２の放電開始電圧Ｖα２以上の印加電圧で帯電電位を生じる。

一方、帯電電位Ｖｈと印加電圧Ｖｄｃとの関係は、放電開始電圧Ｖαを基準とすると、Ｖｈ＝Ｖｄｃ＋Ｖαという式で表され、環境温度などといった条件に依存しない。そこで、図２に示す電圧制御部１３４は、電流検出器１３３で検出された電流値に基づいて放電開始電圧を求める。放電開始電圧を求める具体的な方法としては従来周知の任意の方法が用いられるものとし、ここでは説明を省略する。

電圧制御部１３４は、求めた放電開始電圧Ｖαを用いて、目標の帯電電位Ｖｈが得られる印加電圧Ｖｄｃを式Ｖｈ＝Ｖｄｃ＋Ｖαで算出し、その印加電圧Ｖｄｃを帯電用電源１３２によって帯電ロール１３１に印加させる。この結果、環境温度などといった条件が変化しても、目標の帯電電位Ｖｈが安定して得られることになる。

ところで、復路Ｒ２を経て帯電器１３に至る感光体１２の周面における電位は突入電位と称され、複数の原因によって突入電位は変動する。特に、本実施形態のように転写器１６が、感光体１２の周面を除電する役割を担っている場合には、専用の除電器が備えられている場合に較べて除電の能力が低く、往路Ｒ１で形成された静電的な像の影響が残って突入電位が変動する場合がある。

このように突入電位が変動する場合であっても、帯電ロール１３１が新しい場合には、上述したフィードバック制御によって帯電電位は十分に一定となる。しかし、帯電ロール１３１が経時劣化した場合には、突入電位の変動に対し、フィードバック制御による印加電圧の調整が遅れ、帯電電位が変動する。そのような帯電電位の変動は、往路Ｒ１における画像形成に影響し、例えばゴースト等を生じる虞がある。そこで、本実施形態では、電流検出器１３３で検出された電流値に基づいて電圧制御部１３４によって帯電ロール１３１の経時劣化が検出され、電圧制御部１３４は、検出された経時劣化に応じて帯電ロール１３１への印加電圧を補正する。
以下、印加電圧の補正について詳細に説明する。
経時劣化の検出のため、本実施形態では、用紙Ｐが感光体１２と転写器１６との間の転写位置に突入する際に感光体１２の周面に生じる電位差が利用される。

図４は、用紙が転写位置に突入する様子を示す図である。
用紙Ｐが感光体１２と転写器１６との間の転写位置に突入する前の感光体１２の周面は、帯電器１３によって帯電されるが露光されず、静電的な像も形成されない。そして、転写位置に周面が到達すると、転写電圧によって除電され、復路Ｒ２を経て帯電器１３に戻る。用紙Ｐが転写位置に突入する前の感光体１２の周面は、像が形成されないため突入電位が安定しており、帯電電位も安定している。

そのように帯電電位が安定している状態で転写位置に用紙Ｐが突入すると、転写器１６による除電が用紙Ｐによって妨げられるため、感光体１２の周面に電位差が生じる。このように電位差が生じた部分が復路Ｒ２を経て帯電器１３に到達すると突入電位の変化を生じる。
図５は、突入電位の変化時における帯電電流の変化を示す図である。
図５の横軸は時間を示し、縦軸は帯電電流を示す。

転写位置に用紙Ｐの先端が突入した時点では、電位差が生じた周面の部分は帯電器１３に到達していないので、突入電位は、用紙Ｐの無い安定時の突入電位が続き、帯電電流も安定している。そして、電位差の部分が感光体１２の回転に伴って復路Ｒ２を通り過ぎる時間Ｔが経過すると、突入電位が段差的に変化し、帯電電流も変化する。

帯電ロール１３１が新しい場合は、突入電位の段差的な変化に追随して、実線のグラフが示すように、帯電電流には大きな電流変化Δｎｅｗが生じる。これに対し、帯電ロール１３１が古くなって劣化すると、突入電位の段差的な変化に対する追随性が鈍り、点線のグラフが示すように、帯電電流には小さな電流変化Δｏｌｄが生じる。

図２に示す帯電器１３の電流検出器１３３では、このような電流変化Δｎｅｗ，Δｏｌｄが検出され、検出された電流変化と予め決められた閾値とが電圧制御部１３４で比較される。そして、その比較結果に従って電圧制御部１３４では、帯電ロール１３１の劣化分を補う電圧補正が行われる。

図６は、補正電圧を示す表である。
本実施形態では、帯電ロール１３１の劣化を判定するための閾値として、例えば２段階の閾値が用意されている。１段目の閾値はＢ［μＡ］であり、図５に示すような電流変化Δｎｅｗ，ΔｏｌｄがＢ[μＡ]以上であれば帯電ロール１３１は劣化しておらず、用紙Ｐが例えば普通紙の場合における補正電圧は０［Ｖ］となる。なお、帯電ロール１３１が劣化していない場合であっても、用紙Ｐが厚紙の場合には、転写器１６による除電を妨げる作用が普通紙よりも大きいので補正電圧は５［Ｖ］となる。

劣化判定の２段目の閾値はＡ［μＡ］であり、電流変化Δｎｅｗ，ΔｏｌｄがＡ［μＡ］以上Ｂ[μＡ]未満であれば帯電ロール１３１はやや劣化しており、用紙Ｐが例えば普通紙の場合における補正電圧は５［Ｖ］となる。帯電ロール１３１の劣化に応じた補正電圧が用いられることで、図２に示す帯電用電源１３２における印加電圧が電圧制御部１３４により、帯電ロール１３１の劣化に応じた印加電圧に制御される。この結果、帯電ロール１３１が劣化した場合であっても、突入電位の変化に対する帯電電流の追随性が高く維持されることになる。

また、用紙Ｐが厚紙の場合には、突入電位の変化に対する帯電電流の追随性が帯電ロール１３１の劣化により、用紙Ｐが普通紙である場合よりも更に鈍化する。このため、帯電ロール１３１がやや劣化するとともに用紙Ｐが厚紙である場合の補正電圧は、帯電ロール１３１の非劣化時の補正電圧よりも１０［Ｖ］高い１５［Ｖ］となる。

電流変化Δｎｅｗ，ΔｏｌｄがＡ［μＡ］未満である場合は帯電ロール１３１がかなり劣化しており、用紙Ｐが例えば普通紙の場合における補正電圧は１０［Ｖ］となる。また、突入電位の変化に対する帯電電流の追随性は、用紙Ｐが厚紙１の場合に較べ、厚紙１よりも厚い厚紙２では更に鈍化する。このため、用紙Ｐが厚紙１の場合は補正電圧が２０［Ｖ］となるのに対し、用紙Ｐが厚紙２の場合は補正電圧が２５［Ｖ］となる。用紙Ｐの厚さに応じた補正電圧が用いられることで、図２に示す帯電用電源１３２における印加電圧が電圧制御部１３４により、用紙Ｐの厚さに応じた印加電圧に制御される。この結果、用紙Ｐの厚さが異なる場合であっても、突入電位の変化に対する帯電電流の追随性が高く維持されることになる。

本実施形態では、用紙Ｐが厚紙２の場合に、補正電圧として上述した補正電圧が用いられると共にプロセススピードが減速される。これにより、突入電位の変化に対する帯電電流の追随性が更に高められることになる。
突入電位の変化に対する帯電電流の高い追随性が実現されると、帯電電位の変動が抑制されるので、ゴーストの発生などが抑制される。
図６に示す補正電圧が適用されるタイミングについて以下説明する。

図６に示す補正電圧は、用紙Ｐの突入で生じた電位差が復路Ｒ２を経て帯電器１３まで到達した後に求められる。従って往路Ｒ１側では、用紙Ｐ上に転写するための画像の形成が既に進行中であり、用紙Ｐについては画像形成の初めから補正電圧を適用することはできない。そこで、補正適用のタイミングとしては、例えば以下のようなタイミングが考えられる。

第１のタイミングは、補正電圧が得られたら直ちに適用するというタイミングである。この場合、用紙の途中で帯電条件が変わる虞があるが、補正電圧の適用によって変化するのは、突入電位の変化に対する追随性であって帯電電位そのものではない。従って、帯電条件が変わるとしても帯電電位の大幅な変動は生じないと考えられる。

第２のタイミングは、用紙Ｐの次の用紙に対する画像形成から補正電圧を適用するというタイミングである。この場合、用紙Ｐの画像については補正が反映されないが、用紙の途中で帯電条件が変化する虞は無い。但し、いわゆるジョブの実行中である場合には、ジョブの途中で帯電条件が変化する虞がある。

第３のタイミングは、用紙Ｐのジョブの次のジョブにおける画像形成から補正電圧を適用するというタイミングである。この場合、用紙Ｐのジョブについては補正が反映されないが、ジョブの途中で帯電条件が変化する虞は無い。

なお、上記説明では、用紙Ｐの先端が転写位置に突入した場合に生じる帯電電流の電流差に基づいて帯電ロールに対する印加電圧が補正される例が示されるが、本発明にいう電圧制御手段は、用紙の後端が転写位置を通過するした場合に生じる帯電電流の電流差に基づいて印加電圧を補正してもよい。但し、後端通過前には感光体の周面に対して静電的な像の形成が行われているので、後端通過で突入電位の差が生じる前の感光体の周面の電位が像形成に伴って揺らぎ、この揺らぎによって劣化の検知の精度が低下すると考えられる。従って、用紙Ｐ先端の突入に伴う帯電電流の電流差に基づいた印加電圧の補正が望ましい。

また、上記説明では、帯電ロールの劣化が２段階の閾値で判定されて補正電圧が求められるが、本発明にいう電圧制御手段は、１段の閾値で帯電ロールの劣化を判定してもよいし、あるいは、特に閾値を用いずに、帯電電流の電流差に対する連続関数として補正電圧を求めてもよい。
また、上記説明では、本発明にいう像保持体として、円筒形状の感光体が例示されているが、本発明にいう像保持体は、ベルト状の部材であってもよい。

また、上記説明では、本発明にいう像形成手段として、感光体上を露光器で露光して像を形成するものが例示されているが、本発明にいう像形成手段は、電極アレイなどにより非露光式で像を形成するものであってもよい。

また、上記説明では、本発明にいう帯電部材として、感光体に接触して帯電させる帯電ロールが例示されているが、本発明にいう帯電部材は、像保持体に対して非接触で帯電させるコロトロンなどであってもよい。

また、上記説明では、本発明にいう転写部材として、感光体に接触して回転する回転部材が例示されているが、本発明にいう転写部材は、像保持体に対して非接触で像を記録材に転写するものであってもよい。

また、本発明は、「発明が解決しようとする課題」欄に記載された課題を解決する目的で発明されたものであるが、本発明の構成は、この課題を解決しない形での他の目的への転用が妨げられるものではなく、そのように本発明の構成が転用された形態も本発明の一実施形態である。

１０……プリンタ、１１……制御部、１２……感光体、１３……帯電器、
１４……露光器、１５……現像器、１６……転写器、１８……定着器、
１３１……帯電ロール、１３２……帯電用電源、１３３……電流検出器、
１３４……電圧制御部、１６１……転写用電源

Claims (6)

1. 循環移動する表面に像が形成されて保持する像保持体と、
   前記像保持体の表面に対向し、電圧が印加されて当該表面を帯電させる帯電部材と、
   前記帯電部材によって帯電された前記像保持体の表面に像を形成する像形成手段と、
   前記像保持体の表面に対向し、当該表面との間を記録材が通過し、電圧が印加されて当該表面上の像を当該記録材に転写する転写部材と、
   前記記録材の端部と接触した前記像保持体の表面の箇所が前記帯電部材との対向箇所に達する際に生じる、当該帯電部材への通電電流の変化量が第１の変化量である場合に較べ、当該第１の変化量よりも小さい第２の変化量である場合には、当該帯電部材への印加電圧を上げる電圧制御手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１の変化量は、前記第２の変化量を生じる場合の前記帯電部材よりも新しい帯電部材における変化量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。
3. 前記電圧制御手段は、前記通電電流の変化量として、前記記録材の先端との接触箇所で生じる変化量を用いることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記電圧制御手段は、前記第２の変化量の場合に上げる印加電圧の上昇量を、前記記録材が第１種の記録材より厚い第２種の記録材である場合には、当該第１種の記録材である場合よりも大きい上昇量とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記電圧制御手段は、前記通電電流の変化量が検出された記録材よりも後の記録材に転写される画像の形成時に、当該検出された変化量に応じた印加電圧を前記帯電部材へ印加させ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。
6. 前記電圧制御手段は、前記通電電流の変化量が検出された記録材を含んだ一連の画像形成処理よりも後の一連の画像形成処理時に、当該検出された変化量に応じた印加電圧を前記帯電部材へ印加させることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。

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