JP3542488B2

JP3542488B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3542488B2
Application number: JP03236498A
Authority: JP
Inventors: 常見　　健夫
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2018-01-30
Also published as: JPH11218975A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体上に形成された潜像に現像剤を付着させて可視化する、電子写真方式や静電記録方式などの複写機、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像形成装置としては種々のものが知られているが、つぎに示すようなレーザービームプリンタが広く実用に供されている。
【０００３】
このレーザービームプリンタは、帯電手段で一様に帯電された像担持体上の表面を、ディジタル画像信号に対応してレーザ発光素子から発光されたレーザービームで走査して、像担持体の表面に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置により現像剤（トナーまたはトナーとキャリア）を用いて現像して可視化し、得られたトナー像を転写手段で記録材に転写し、その後、定着手段でトナー像を記録材に定着して出力するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のプリンタでは、帯電手段や転写手段での放電による像担持体表面のダメージや、クリーニング手段、特にいわゆるクリーニングブレードでの像担持体表面の摺擦により、画像形成を繰り返すにともない、像担持体表面の感光層に小さな傷やミクロな凹凸が発生し、像担持体の表面粗さが大きくなる。
【０００５】
像担持体の表面粗さが大きくなると、一般にトナーと像担持体との吸着力が強くなる。そのメカニズムは完全には解明されていないが、像担持体表面のトナーとの接触面積が大きくなるため、トナーの像担持体表面への物理的吸着が強くなると考えられる。
【０００６】
トナーと像担持体との吸着力が強くなると、像担持体上のトナー像の転写材への転写効率が低下し、その結果、画像濃度が低下したり、文字、細線などのラインの中央部が転写しなくなる、いわゆる中抜け現象が顕著に発生する問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、画像形成の繰り返しにともなって、像担持体の表面粗さが大きくなっても、トナー像の転写効率の低下や中抜けの発生を抑制することを可能とした画像形成装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明にかかる画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明の一態様によれば、帯電手段により像担持体の表面を帯電し、像露光して静電潜像を形成し、この潜像を現像手段により現像剤を用いて現像して可視化し、得られた可視画像を前記像担持体の表面に接触する転写ローラにより転写材に転写する画像形成装置において、
前記像担持体の表面を形成する感光層の膜厚を膜厚測定手段により測定して、前記測定された感光層の膜厚が薄くなるに従って、転写ローラ表面の周速と像担持体表面の周速の差を大きくすることを特徴とする画像形成装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、帯電手段により像担持体の表面を帯電し、像露光して静電潜像を形成し、この潜像を現像手段により現像剤を用いて現像して可視化し、得られた可視画像を前記像担持体の表面に接触する転写ローラにより転写材に転写する画像形成装置において、
前記像担持体の表面を形成する感光層の膜厚を膜厚測定手段により測定して、前記測定された感光層の膜厚が薄くなるに従って、前記像担持体への前記転写ローラの当接圧を小さくすることを特徴とする画像形成装置が提供される。
【０００９】
上記本発明にて、好ましくは、前記帯電手段は像担持体表面に接触する帯電ローラであり、非画像形成時、前記帯電ローラに直流電圧またはこれに交流電圧を重畳した帯電バイアスを印加し、前記膜厚測定手段は、そのとき流れる帯電バイアスの直流成分の電流値を検出することにより、前記感光層の膜厚を測定する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に即して詳細に説明する。
【００１１】
実施例１
図１は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【００１２】
本発明が適用できる画像形成装置は、感光体、誘電体等の像担持体、たとえば感光ドラム１０の表面を帯電ローラ１１により一様帯電し、その感光ドラム１０の表面上に電子写真方式、静電記録方式等によって画像情報信号に対応した像露光１２を行って、画像情報信号に対応した静電潜像を形成し、この静電潜像を現像剤を用いた現像手段１３によって現像して、潜像をトナー像として可視化し、このトナー像を転写ローラ１４で記録材１５に転写し、最後に定着手段１８でトナー像を記録材１５に定着して、出力するものである。
【００１３】
現像手段１３は、現像剤担持体として感光ドラム１０と対向配置された現像スリーブ１６を有し、この現像スリーブ１６上に現像剤（トナーまたはトナーとキャリア）を担持して、感光ドラム１０と対向した現像部に搬送する。そして現像バイアス電源１７で現像スリーブ１６に少なくとも直流電圧を含む現像バイアス電圧を印加することにより、現像スリーブ１６上のトナーまたは現像剤中のトナーを感光ドラム１０の表面上に形成された静電潜像に付着させて現像し、潜像をトナー像として可視化する。
【００１４】
一次帯電手段や転写手段として用いられている帯電手段は、コロナ放電を用いたコロナ帯電器が広く用いられてきたが、近年、環境問題に対する意識の高まりから、コロナ帯電で発生するオゾン量を著しく低減可能な帯電ローラが、特に小型プリンターや低速複写機において使用される。
【００１５】
本実施例では、上述したように、一次帯電手段および転写手段として帯電ローラ１１および転写ローラ１４を使用している。これら帯電ローラ１１および転写ローラ１４には、それぞれ帯電バイアス電源３０および転写バイアス電源２０から所定のバイアスが印加される。
【００１６】
帯電ローラ１１は、金属の芯金の周りに適度な抵抗と弾性を有するゴム層を形成してなっており、コロナ帯電器に比べてバイアスの総電流、電圧の低減も可能である。ゴム材料としては、エピクロルヒドリンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴムなどに各種の導電材を混合、分散して、所望の抵抗値にしたものが使用可能である。
【００１７】
本実施例では、帯電ローラ１１として、抵抗値が１０⁶ Ω（２００Ｖ印加時）程度、硬度が約６０度（アスカーＣ硬度、５００ｇ加重）のものを用いた。帯電ローラ１１の直径は１６ｍｍ、長さは３００ｍｍである。
【００１８】
帯電バイアス電源３０は、直流電圧と交流電圧を重畳して帯電ローラ１１に印加できるようになっている。本実施例では、帯電バイアス３０により帯電ローラ１１に、周波数約１ｋＨz、電圧約２ｋＶppの正弦波電圧に、約−７００Ｖの直流電圧を重畳した電圧を印加することにより、感光ドラム１０の表面を約−７００Ｖの一定電位に帯電させた。
【００１９】
本実施例によれば、帯電バイアス電源３０にドラム膜厚測定回路１９が接続されている。この膜厚測定回路１９は、電源３０による帯電バイアスの印加で帯電ローラ１１に流れた直流成分の電流値を測定するようになっており、後述するように、その電流値から感光ドラム１０の感光層膜厚が求められる。この膜厚測定回路１９の出力側は転写バイアス電源２０に接続されている。
【００２０】
前述したように、画像形成が繰り返され、画像形成装置の使用が進むと、帯電ローラ１１や転写ローラ１４による放電で感光ドラム１０の表面がダメージを受け、またクリーナ２１のクリーニングブレード２１ａによる転写残りのトナーの掻き取りで、感光ドラム１０の表面が摺擦されることにより、感光ドラム１０の表面が粗され、かつ徐々に削られていく。
【００２１】
そこで、画像形成枚数と感光ドラム１０表面の感光層膜厚の変化および帯電ローラ１１に流れた直流成分電流値との関係を調べるために、図１の画像形成装置を用いて、３０×１０³ 枚（３万枚）の間欠画像形成の耐久試験を行った。この間、帯電ローラ１１の直流成分電流値Ｉdc［ｍＡ］は、上記のドラム膜厚測定回路１９により、５０００枚ごとの前回転時（感光ドラム１０が回転し始めてから画像形成を始めるまでの時間）に測定した。また感光層の膜厚［μｍ］は、渦電流を用いた膜厚計により別途、１万枚ごとに測定した。結果を図２に示す。
【００２２】
この図２の画像形成枚数と感光層膜厚の変化および直流成分電流値との関係、および膜厚が既知の種々の感光ドラムについて調べた膜厚と直流成分電流値との関係から、感光層膜厚と直流成分電流値との関係を調べると、図３のように、感光層膜厚と直流成分電流値とは１対１の関係にある。すなわち、直流成分電流値によって感光ドラム１０の感光層膜厚が求められることが分かる。
【００２３】
一方、感光ドラム１０の表面粗さＲｚ［μｍ］（１０点平均粗さ）は、図４のように、画像形成枚数が増すにつれて徐々に大きくなっている。前述したように、感光ドラム１０の表面が粗れると、トナーと感光ドラム１０との物理的吸着力が強まるために、感光ドラム１０上のトナー像の転写材への転写効率の低下や、線画像等の中抜け発生が引き起こされる。
【００２４】
これらを抑制するには、転写電界を大きくして、トナーに働く転写材方向への静電気力を大きくしてやればよく、従って転写電流を大きくしてやればよい。しかし、画像形成の初期から過剰な転写電流を流すと、感光ドラム１０表面へのトナーの融着や、感光ドラム１０表面の傷、削れ、あるいは感光ドラム１０表面のメモリ（ドラムメモリ）などの弊害がもたらされる。
【００２５】
そこで、本実施例では、非画像形成時に、膜厚測定回路１９により感光ドラム１０の感光層膜厚を測定し、膜厚が薄くなるに従って（すなわち感光ドラム１０の表面粗さが大きくなるにつれて）、転写電流を徐々に大きくなるように、測定回路１９の測定出力に基づき転写バイアス電源２０を制御した。具体的には、感光ドラム１０の膜厚に対して転写電流Ｉtrを、図５に示すように制御した。
【００２６】
本実施例に従い間欠３万枚の画像形成を行ったときの画像の中抜け、画像濃度（Ｏ．Ｄ．＝Optical Density）および感光ドラム１０表面の傷等の結果を表１に示す。比較のために、膜厚による転写電流の増加制御を行わなかった場合の結果も表１に示す。表１において、符号は、○：非常に良好、□：かなり良好、△：普通ないしやや不良、×：不良を意味する。
【００２７】
【表１】

【００２８】
本実施例１では、感光ドラム１０の感光層膜厚が薄くなるに従って、転写電流を徐々に大きくなるように制御したので、表１に示されるように、３万枚の画像形成によっても画像の中抜けがほとんど悪化していないことが分かる。また、転写電流を増加することによって、感光ドラム１０の傷の発生はわずかに悪化するものの、転写効率の低下を抑制して画像濃度を維持することができている。
【００２９】
以上の実施例では、帯電ローラ１１に印加する帯電バイアスは直流電圧に交流電圧を重畳したものとしたが、本発明はこれに限られず、直流電圧のみを印加してもよく、同様な効果を得ることができる。
【００３０】
実施例２
図６は、本発明の画像形成装置の他の実施例を示す概略構成図である。
【００３１】
本実施例では、感光ドラム１０の感光層膜厚に応じて制御する転写条件として、（１）転写電流の増加の他に、（２）転写ローラ１４の感光ドラム１０に対する表面の移動速度の差、すなわち周速の差も加えた。
【００３２】
これに対応して、転写ローラ１４に駆動装置２２を設けて、転写ローラ１４の回転を感光ドラム１０の従動回転でなく、駆動装置２２により駆動回転するようにした。本実施例における感光ドラム１０の膜厚測定法方法などその他の点は実施例１と同様で、図６において図１に付した符号と同一の符号は同一の部材を示す。
【００３３】
駆動装置２２による転写ローラ１４の駆動回転での周速差は、具体的には、転写ローラ１４が感光ドラム１０よりも約１．５％速くなるように設定した。そして、感光ドラム１０の感光層膜厚が若干薄くなる程度の画像形成枚数１０⁴ 枚（１万枚）までは、転写ローラ１４を感光ドラム１０と等速とし、画像形成枚数が１０⁴ 枚以降は、感光ドラム１０に対する転写ローラ１４の周速差を１．５％に制御した。
【００３４】
本実施例における画像の中抜け防止等の結果を先の表１に示す。
【００３５】
表１に示されるように、本実施例２では、感光ドラム１０の傷発生が、実施例１のときよりも少し悪くなるものの、中抜けの発生は実施例１よりもさらに改善された。
【００３６】
実施例３
図７は、本発明の画像形成装置のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【００３７】
本実施例では、感光ドラム１０の感光層膜厚に応じて制御する転写条件として、（１）転写電流の増加、（２）転写ローラ１４の感光ドラム１０に対する周速差の他に、図７に示すように、（３）バネ部材２３による転写ローラ１４の感光ドラム１０への当接圧を可変にして、感光ドラム１０の感光層の膜厚が減少するに従って、転写ローラ１４の当接圧を低減できるようにした。
【００３８】
具体的には、感光ドラム１０の感光層の膜厚が若干薄くなる程度の画像形成枚数１０⁴ 枚（１万枚）までは、転写ローラ１４の感光ドラム１０への当接圧（線圧）は、初期の１５ｋｇｆ／ｃｍを維持し、画像形成枚数が１０⁴ 枚以降は当接圧を減少して、５ｋｇｆ／ｃｍの軽圧とした。
【００３９】
転写ローラ１４の感光ドラム１０との周速差は、実施例２と同様、駆動装置２での転写ローラ１４の回転駆動により、転写ローラ１４が感光ドラム１０よりも約１．５％速くなるように設定し、画像形成枚数１０⁴ 枚までは等速、画像形成枚数が１０⁴ 枚以降は周速差１．５％とする。
【００４０】
本実施例における結果を先の表１に示す。
【００４１】
感光ドラム１０の膜厚が画像形成装置の使用にともなって薄くなり、かつ感光ドラム１０の表面粗さが大きくなるのに対し、表１に示すように、転写電流を初期の１５μＡから徐々に増していくことによって、転写効率は低下することがなく、従って本実施例３でも、画像濃度（Ｏ．Ｄ．）が実施例１、２同様に安定している結果が得られた。
【００４２】
また中抜けレベルは初期から画像形成枚数３×１０⁴ まで常に実用上問題なく、さらに転写ローラ１４の当接力を軽くしたので、感光ドラム１０表面の傷の発生も抑制できた。また表１に示さなかったが、感光ドラム１０の表面の傷防止とともに、感光ドラム１０表面へのトナーの融着の発生も抑制できた。
【００４３】
なお、本発明の実施例において、感光層膜厚の測定は、１万枚ごとの前回転時に帯電ローラに直流電圧と交流電圧を重畳した帯電バイアスを印加し、そのとき流れる直流成分の電流値を検出することにより行った。
【００４４】
しかし、感光層膜厚の測定方法やタイミングは、上記実施例に限定するものではない。タイミングとしては、前回転時や後回転時（感光ドラムの画像形成プロセスが終了してから、感光ドラムの回転が止まるまでの時間）を用いてもよい。
【００４５】
また測定間隔は短いほど正確な制御を行うことができるが、あまり頻繁に測定しても膜厚の変化は小さく、また測定時に印加する帯電バイアスにより感光ドラムの表面がダメージを受けて削れやすくなる。
【００４６】
原稿自動送り装置やソータを用いて連続的に多量の画像形成を行う場合には、途中で画像形成を止めることなく一連のジョブの最初か最後に行えばよい。
【００４７】
また測定は一定ごとに行ってもよいし、多数枚画像形成の初期やある枚数以後のみ頻度を上げるなどしてもよい。
【００４８】
実施例４
本実施例は、実施例３において、転写ローラ１４の回転速度を感光ドラム１０と等速（すなわち感光ドラムに従動）とし、感光ドラム１０の膜厚の減少にともなって制御する転写条件を、転写電流の増加と転写ローラ１０の当接力の減少の２つとした。
【００４９】
このような本実施例によれば、中抜けレベルは実施例３に比較して若干低下する可能性があるが、転写ローラ１４の当接力が軽くなることと、感光ドラム１０との周速差がないために、感光ドラム１０表面のダメージが一層少なく、感光ドラム１０表面の傷やトナー融着がより発生しにくい。また転写ローラ１４は感光ドラム１０に対して従動回転とするので、画像形成装置の構成が簡単になる。
【００５０】
以上では、画像形成装置の転写条件を制御したが、画像形成装置が分離帯電器や除電針を用いる場合には、それらのバイアス条件も制御対象とすることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、像担持体の一次帯電に使用する帯電ローラ等の帯電手段に直流電圧またはこれに交流電圧を重畳した帯電バイアスを印加し、そのとき帯電手段に流れる直流成分の電流値を検出するなどの方法により、像担持体表面の感光層の膜厚を測定し、感光層の膜厚に応じて、像担持体上に形成したトナー像を転写材に転写する転写条件の、像担持体に対する転写ローラの周速差および転写ローラの像担持体への当接圧などの少なくとも１つを変更するようにしたので、画像形成の繰り返しによって像担持体の表面粗さが大きくなっても、トナー像の転写効率の低下や中抜けの発生を抑制して、濃度が十分で高品質な画像を得ることができ、また像担持体表面のトナー融着や傷などの弊害も防止される。

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】画像形成装置での画像形成枚数に対する感光ドラムの感光層膜厚の変化および帯電ローラから流れる直流成分電流値の変化を示すグラフである。
【図３】感光ドラムの感光層膜厚と帯電ローラから流れる直流成分電流値の関係を示すグラフである。
【図４】画像形成装置での画像形成枚数に対する感光ドラムの表面粗さの変化を示すグラフである。
【図５】図１の画像形成装置での画像形成における感光ドラムの感光層膜厚の減少に対する転写電流の制御法を示すグラフである。
【図６】本発明の画像形成装置の他の実施例を示す概略構成図である。
【図７】本発明の画像形成装置のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０感光ドラム
１１帯電ローラ
１４転写ローラ
１９ドラム膜厚測定回路
２０転写バイアス電源
２３バネ部材
３０帯電バイアス電源

Claims

帯電手段により像担持体の表面を帯電し、像露光して静電潜像を形成し、この潜像を現像手段により現像剤を用いて現像して可視化し、得られた可視画像を前記像担持体の表面に接触する転写ローラにより転写材に転写する画像形成装置において、
前記像担持体の表面を形成する感光層の膜厚を膜厚測定手段により測定して、前記測定された感光層の膜厚が薄くなるに従って、転写ローラ表面の周速と像担持体表面の周速の差を大きくすることを特徴とする画像形成装置。
帯電手段により像担持体の表面を帯電し、像露光して静電潜像を形成し、この潜像を現像手段により現像剤を用いて現像して可視化し、得られた可視画像を前記像担持体の表面に接触する転写ローラにより転写材に転写する画像形成装置において、
前記像担持体の表面を形成する感光層の膜厚を膜厚測定手段により測定して、前記測定された感光層の膜厚が薄くなるに従って、前記像担持体への前記転写ローラの当接圧を小さくすることを特徴とする画像形成装置。
前記帯電手段は像担持体表面に接触する帯電ローラであり、非画像形成時、前記帯電ローラに直流電圧またはこれに交流電圧を重畳した帯電バイアスを印加し、前記膜厚測定手段は、そのとき流れる帯電バイアスの直流成分の電流値を検出することにより、前記感光層の膜厚を測定する請求項１又は２に記載の画像形成装置。