以下、本発明の第1の実施形態を図1乃至10に基づき説明する。本実施形態では、電子写真方式でタンデム型のカラーのプリンタ1(画像形成装置に相当)を例に挙げ説明する。但し、本実施形態に記載されている構成、配置等の各要素は、発明の範囲を限定するものではなく単なる説明例にすぎない。
(画像形成装置の概略構成)
まず、図1〜図3を用いて、本発明の第1の実施形態に係るプリンタ1の概略を説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るプリンタ1の概略構成を示す断面図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係る各画像形成部3の拡大断面図である。図3は、本発明の第1の実施形態に係る露光装置4の一例を示す説明図である。そして、本実施形態にかかるプリンタ1は、図1に示すように、本体内に、シート供給部2a、搬送路2b、画像形成部3、露光装置4、中間転写部5、定着装置6等が設けられる。
シート供給部2aは、例えば、コピー用紙、OHPシート、ラベル用紙等の各種シートを収容し、印刷時、モータ等の駆動機構(不図示)により回転する給紙ローラ21で、シートを搬送路2bに送り出す。そして、搬送路2bは、シートを搬送し、シート供給部2aからのシートを、中間転写部5、定着装置6を経て排出トレイ22まで導く。搬送路2bには、搬送ローラ対23やガイド24及び搬送されてくるシートを中間転写部5の手前で待機させ、タイミングをあわせて送り出すレジストローラ対25等が設けられる。
図1及び図2に示すように、プリンタ1は、形成すべき画像の画像データに基づき、トナー像を形成する部分として、4色分の画像形成部3を備える。具体的に、プリンタ1は、ブラックの画像を形成する画像形成部3a(帯電装置7a、現像装置8a、除電装置31a、清掃装置32a等を具備)と、イエローの画像を形成する画像形成部3b(帯電装置7b、現像装置8b、除電装置31b、清掃装置32b等を具備)と、シアンの画像を形成する画像形成部3c(帯電装置7c、現像装置8c、除電装置31c、清掃装置32c等を具備)と、マゼンタの画像を形成する画像形成部3d(帯電装置7d、現像装置8d、除電装置31d、清掃装置32d等を具備)と、を備える。
ここで、図2に基づき、各画像形成部3a〜3dを詳述する。尚、各画像形成部3a〜3dは、形成するトナー像の色が異なるだけで、いずれも基本的に同様の構成である。そこで、以下の説明では、いずれの画像形成部3に属するか識別するためのa、b、c、dの符号は、特に説明する場合を除き省略する(尚、図2では、画像形成部3a、3b、3c、3d内の各部材に、識別的にa、b、c、dの符号を付すこととする。)
各感光体ドラム9は、回転可能に支持され、モータ(不図示)からの駆動力を受けて回転し、周面にトナー像を担持し、例えば、アルミニウム等の基体の外周面上にアモルファスシリコン等の感光層等を有し、所定のスピードで紙面反時計方向に回転駆動される。尚、本実施形態の各感光体ドラム9は、正帯電型である。
各帯電装置7(帯電部に相当)は、帯電ローラ71を有し、感光体ドラム9を一定の電位で帯電させる。各帯電ローラ71は、各感光体ドラム9に接し、感光体ドラム9に合わせ回転する。又、各帯電ローラ71には、帯電電圧印加部72(図5参照)により直流と交流が重畳された電圧が印加され、感光体ドラム9の表面は所定の正極性の電位(例えば、200V〜300V、暗電位)に均一に帯電される。尚、帯電装置7は、コロナ放電式や、ブラシ等を用いて感光体ドラム9を帯電させるものでも良い。
各現像装置8(現像部に相当)は、トナーと磁性体のキャリアを含む現像剤(いわゆる2成分現像剤)を収納する(現像装置8aはブラック、現像装置8bはイエロー、現像装置8cはシアン、現像装置8dはマゼンタの現像剤を収納)。各現像装置8は、トナーを帯電させるとともに、感光体ドラム9に所定のギャップ(例えば、1mm以下)が設けられつつ対向し感光体ドラム9に供給する帯電したトナーを担持する現像ローラ81と、磁気ローラ82と、搬送部材83とを有する。又、現像ローラ81は、交流電圧印加部86等(図4等参照、詳細は後述)が接続される。
そして、各磁気ローラ82は、現像ローラ81に対向するとともに、磁気ローラバイアス部84(図5参照)に接続され、磁気ローラバイアス部84による直流電圧と交流電圧を重畳させた電圧(磁気ローラバイアス)印加により現像ローラ81にトナーを供給する。そして、各搬送部材83は、各磁気ローラ82の下方に設けられる。
各現像ローラ81と各磁気ローラ82の各ローラ軸811、821は、支軸部材(不図示)等で固定支持される。そして、各現像ローラ81と各磁気ローラ82の内部の各ローラ軸811、821には、軸線方向にのびる磁石813、823が取り付けられる。そして、各現像ローラ81と各磁気ローラ82は、それぞれ、磁石813、823を覆う円筒状のスリーブ812、822を有し、印刷時や放電検出動作時、不図示の駆動機構で、このスリーブ812、822は回転する。又、現像ローラ81の磁石813と、磁気ローラ82の磁石823とは、現像ローラ81と磁気ローラ82の対向位置で異極が向かい合う。
これにより、各現像ローラ81と、各磁気ローラ82間には、磁性体キャリアで磁気ブラシが形成される。磁気ブラシと磁気ローラ82のスリーブ822の回転や磁気ローラ82への電圧印加等で、現像ローラ81に、トナーが供給され、現像ローラ81にトナーの薄層が形成される。又、現像後に残留したトナーは、磁気ブラシで現像ローラ81から引き剥がされる。各搬送部材83は、例えば、軸に対しスクリューが螺旋状に設けられ、現像剤を各現像装置8内で搬送、撹拌し、トナーとキャリアの摩擦等で、トナーを帯電させる(本実施形態では、トナーは正帯電)。
各清掃装置32は、感光体ドラム9の清掃を行うため、感光体ドラム9の軸線方向に延び、例えば樹脂で形成されるブレード33や、感光体ドラム9表面を擦って残トナー等を除去する摺擦ローラ34を有する。ブレード33や摺擦ローラ34は、感光体ドラム9に当接し、転写後の残留トナーを等の汚れを掻き取って除去する。又、各清掃装置32の上方に、感光体ドラム9に対し光を照射して除電を行う除電装置31(除電部に相当。例えば、発光素子35としてアレイ状のLEDを具備)が設けられる。
各画像形成部3の上方の露光装置4(露光部に相当)は、入力されるカラー色分解された画像信号を光信号にそれぞれ変換し、変換された光信号であるレーザ光(破線で図示)を出力し、帯電後の感光体ドラム9の露光を行って、静電潜像を形成する。
ここで、図3に基づき、露光装置4の概略構成を説明する。図3に示すように、露光装置4には、半導体レーザ装置41(レーザダイオード)と、レーザ光を反射させる平面反射面を複数持ち高速回転するポリゴンミラー42(ポリゴンモータ43により回転)と、fθレンズ44、レーザ光を適宜、各感光体ドラム9に向けて反射させるミラー45等が設けられる(尚、図3では1色分の構成のみを図示。例えば、4色の場合、ポリゴンミラー42は共有され、その他の半導体レーザ装置41、fθレンズ44、ミラー45等は各色分備えられる)。この構成で、レーザ光が露光装置4から各感光体ドラム9に照射され画像データに併せた静電潜像が感光体ドラム9上に形成される。
具体的に、本実施形態の各感光体ドラム9は正帯電し、光の照射部分は電位が下がり(例えば、ほぼ0V)、電位の低下部分に正帯電トナーが付着する(例えば、ベタ塗り画像の場合、画像領域F1の全ライン、全画素にレーザ光を照射)。尚、露光装置4は、多数のLEDからなるもの等を用いてもよい。そして、露光装置4は、図3の破線で示すように、感光体ドラム9の軸線方向の周面両端から一定距離を空けて露光を行う。従って、各感光体ドラム9は、露光・走査が行われ、トナー像が形成される画像領域F1と、露光装置4が露光・走査を行わず、トナー像が形成されない非画像領域F2を有する(境界を2点鎖線で図示)。
尚、露光装置4には、レーザ光の照射範囲内、かつ、感光体ドラム9への照射範囲外に、受光素子46が設けられる。この受光素子46は、レーザ光が照射されると、電流(電圧)を出力し、この出力は、例えば、後述のCPU11(Central Processing Unit)に入力され、印刷時や放電発生の検出時の同期信号として用いられる(図5参照)。
図1に戻り説明を続ける。中間転写部5は、感光体ドラム9からトナー像の1次転写を受けて、シートに2次転写を行い、各1次転写ローラ51a〜51d、中間転写ベルト52、駆動ローラ53、従動ローラ54、55、56、2次転写ローラ57、ベルト清掃装置58等で構成される。各1次転写ローラ51は、各感光体ドラム9とで、中間転写ベルト52を挟み、転写電圧印加部(不図示)に接続されて電圧の印加を受け、トナー像を中間転写ベルト52に転写する。尚、1次転写ローラ51には、印刷時、トナー像を吸引する極性(本実施形態では負)の電圧が印加され、放電検出動作時では、感光体ドラム9の帯電電位よりも大きく、印刷時とは逆極性(本実施形態では正)の電圧が印加される。
中間転写ベルト52は、誘電体樹脂等で構成され、駆動ローラ53、従動ローラ54、55、56に張架され、モータ等の駆動機構(不図示)に接続される駆動ローラ53の回転駆動により図1の紙面反時計方向に周回する。又、駆動ローラ53と2次転写ローラ57は、中間転写ベルト52を挟み、ニップ(2次転写部)を形成する。トナー像の転写では、各1次転写ローラ51に所定の電圧を印加し、各画像形成部3で形成されたトナー像(ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色)は、順次、ずれなく重畳されつつ中間転写ベルト52に1次転写される。そして、各色重ね合わされたトナー像は、所定の電圧を印加された2次転写ローラ57により、シートに転写される。尚、2次転写後に中間転写ベルト52上の残トナー等は、ベルト清掃装置58で除去されて回収される。
前記定着装置6は、2次転写部よりもシート搬送方向下流側に配され、2次転写されたトナー像を加熱・加圧してシートに定着させる。そして、定着装置6は主として、発熱源を内蔵する定着ローラ61と、これに圧接される加圧ローラ62とで構成され、ニップが形成される。トナー像の転写されたシートは、ニップを通過すると加熱・加圧され、その結果、トナー像がシートに定着する。その後、シートは、排出トレイ22に排出される。
(現像ローラ81への電圧印加及び放電検出用の構成)
次に、図4に基づき、各現像ローラ81への現像バイアス(直流+交流)印加と放電検出に関する構成を説明する。図4は、本発明の第1の実施形態に係る現像ローラ81への現像バイアス印加と放電発生検出に関する現像ローラ81周辺の構成を示す。
ただし、図4は1つの画像形成部3のみを示し、画像形成部3ごとに直流電圧印加部85、交流電圧印加部86、検出部14、アンプ15が設けられ、各アンプ15の出力が、後述の制御部10のCPU11に入力される。ここで、直流電圧印加部85、交流電圧印加部86、検出部14、アンプ15のそれぞれに、各画像形成部の区別を示すa、b、c、dの符号を付しても良いが、各画像形成部3では同様のものが設けられるので、記載の煩雑さを回避するため、以下では、a、b、c、dの符号は省略して説明する。
図4に示すように、感光体ドラム9にギャップが設けられつつ対向する現像ローラ81は、ローラ軸811、印刷時にトナーを担持するスリーブ812、キャップ814を有する。ローラ軸811はスリーブ812を挿通され、スリーブ812の両端に円形のキャップ814が嵌入される。又、現像ローラ81のローラ軸811には、感光体ドラム9へのトナーの供給のため、直流電圧印加部85と、交流電圧印加部86が接続される。
直流電圧印加部85は、現像ローラ81に印加する直流電圧(例えば、50〜200V程度)を発生させる回路であり、その出力は交流電圧印加部86に入力される。そして、直流電圧印加部85は、出力制御部87を有し、出力制御部87は、直流電圧印加部85が出力する直流電圧値をCPU11の指示に応じて制御する。
直流電圧印加部85は、プリンタ1内の電源装置16(図5参照)からの直流電力の供給を受け、CPU11の指示に応じ、出力制御部87の制御により、出力電圧が可変な回路である(例えば、DC−DCコンバータや、出力電圧が異なる出力端までの経路を複数有し、その経路の選択を変える等)。これにより、現像ローラ81に印加する交流電圧がバイアスされる。
又、交流電圧印加部86は、例えば、矩形波状(パルス状)であり、直流電圧印加部85の印加する直流電圧を平均値とする交流電圧を現像ローラ81に印加する回路である。即ち、直流電圧印加部85の出力直流電圧に交流電圧を重畳させる。そして、交流電圧印加部86は、Vpp制御部88およびデューティ比/周波数制御部89を有する。Vpp制御部88は、交流電圧のピーク間電圧(ピークトゥピーク)をCPU11の指示に応じて制御する。また、デューティ比/周波数制御部89は、交流電圧のデューティ比および周波数をCPU11の指示に応じて制御する。
例えば、交流電圧印加部86は、複数のスイッチング素子等を備え、出力の正負をスイッチングにより反転させ、交流電圧を出力する。そして、デューティ比/周波数制御部89は、例えば、交流電圧印加部86の出力の正負のスイッチングのタイミングを制御することで、交流電圧のデューティ比や周波数を制御することができる。又、Vpp制御部88は、現像ローラ81に印加すべき交流電圧のピーク間電圧とデューティ比とに基づき、電源装置16から入力される直流電圧の昇降圧等により、交流電圧における正側のピーク値と負側のピーク値を、CPU11の指示に応じ、可変させる。尚、交流電圧印加部86の構成や、交流電圧のピーク間電圧、デューティ比、周波数を可変させる構成は、ピーク間電圧、デューティ比、周波数を変化できればよい。
そして、交流電圧印加部86内には、例えば、昇圧用トランス等による昇圧回路を出力段に備えることができ、直流電圧に昇圧後の交流を重畳した現像バイアスが、例えば、現像ローラ81のローラ軸811に印加される。これにより、スリーブ812にも現像バイアスが印加され、スリーブ812に担持される帯電トナーが飛翔する。
検出部14は、感光体ドラム9と現像ローラ81間で放電が発生したことを検出するための回路であり、現像ローラ81と感光体ドラム9間での放電発生時に流れる電流を電圧信号に変換し、変換した電圧信号をアンプ15に出力する。アンプ15は、検出部14からの電圧信号を増幅しCPU11に出力する。CPU11は、アンプ15からの電圧信号をA/D変換する。CPU11は、このA/D変換されたアンプ15の出力から、放電の発生や発生した放電の大きさを認識することができる。
(プリンタ1のハードウェア構成)
次に、図5に基づき、本発明の第1の実施形態に係るプリンタ1のハードウェア構成を説明する。図5は、本発明の第1の実施形態に係るプリンタ1のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
図5に示すように、本実施形態に係るプリンタ1は、内部に制御部10を有する。制御部10は、プリンタ1の各部を制御し、検出部14(アンプ15)の出力が入力され放電発生を認識する。例えば、制御部10は、CPU11、記憶部12等から構成される。CPU11は、中央演算処理装置であり、記憶部12に格納され、展開される制御プログラムに基づきプリンタ1の各部の制御や演算を行う。記憶部12は、ROM、RAM、フラッシュROM等の不揮発性と揮発性の記憶装置の組み合わせで構成される。例えば、記憶部12は、プリンタ1の制御用プログラム、データ等を記憶する。尚、本発明に関し、放電検出や現像ローラ81に印加する電圧の設定用プログラムも記憶部12に記憶される。そして、制御部10は、シート供給部2a、搬送路2b、画像形成部3、露光装置4、中間転写部5、定着装置6、操作パネル13等と接続され、記憶部12の制御プログラムやデータに基づき、適切に画像形成が行われるように各部の動作を制御する。
尚、図5に示す操作パネル13は、例えば、プリンタ1の正面上方に設けられ、液晶画面を有し、種々の設定情報、警告等を表示する。又、操作パネル13は、種々の操作ボタンを有し、ユーザからの操作を受け付ける。又、制御部10には、印刷を行う画像データの送信元となるユーザ端末100(パーソナルコンピュータ等)等が接続され、制御部10は、受信した画像データを画像処理し、露光装置4に送信し、露光装置4はその画像データに基づき、感光体ドラム9に静電潜像を形成する。又、図5に示す、磁気ローラバイアス部84は、磁気ローラ82に、交流と直流を重畳した電圧を印加する回路である。又、帯電電圧印加部72は、帯電ローラ71に帯電用の電圧を印加する回路である。
又、本発明に関し、制御部10(CPU11)は、検出部14(アンプ15)が接続される。又、本発明の実施時、CPU11は、現像ローラ81に印加する交流電圧のピーク間電圧等を段階的に変える指示を交流電圧印加部86に与え、検出部14(アンプ15)の出力から放電発生の有無の検出や、放電の大きさを判断する。そして、放電発生(放電開始電圧)を検出した場合、制御部10は、その時の直流電圧や交流電圧のピーク間電圧等の値に基づき、放電発生時の現像ローラ81の感光体ドラム9の電位差を把握し、印刷時に放電が生じないように、画像形成動作時に印加すべき現像バイアスの設定を決定する。尚、現像バイアスの設定値は記憶部12に記憶できる。
(現像ローラ81に印加する電圧)
次に、図6に示すタイミングチャートで、現像ローラ81に印加する電圧の一例を説明する。図6は、本発明の第1の実施形態に係る現像ローラ81に印加する電圧の一例を示すタイミングチャートである。
図6のタイミングチャートにおける矩形波は、現像ローラ81に印加される現像バイアス(交流+直流)の波形の一例である。尚、本例では、デューティ比50%として図示している。そして、破線で示す「Vdc」は、直流電圧印加部85の直流出力(バイアス)の電位を示す(例えば、50V〜200V程度)。「V0」は、感光体ドラム9の露光装置4による露光後の電位(ほぼ0V=明電位)を示す。「V1」は、感光体ドラム9の帯電後の電位(露光しない部分の電位。例えば、200〜300V程度)を示す。「V+」は、V0と、現像バイアスの正側のピーク値との電位差を示す。「V-」は、V1と現像バイアスの負側のピーク値との電位差を示す。「Vpp」は、印刷時や放電検出動作時に現像ローラ81に印加する交流電圧のピーク間電圧を示す。
まず、現像ローラ81に電圧を印加する際、CPU11の指示により、出力制御部87は直流電圧印加部85の出力を、設定値Vdcとする。又、CPU11の指示で、Vpp制御部88は交流電圧印加部86の出力する交流電圧のVppを制御する。又、CPU11の指示で、デューティ比/周波数制御部89は、交流電圧印加部86の出力する交流電圧のデューティ比や周波数(例えば2〜4kHz程度)を制御する。尚、本実施形態のプリンタ1では、感光体ドラム9とトナーは正帯電である。又、感光体ドラム9の帯電部分へのトナー付着可能性等を考慮して、一般的に、印刷中でも、放電検出動作時でも、Vdc(現像ローラ81に印加する直流電圧)は、V1(帯電時の感光体ドラム9の電位)よりも小さい関係が維持される(Vdc<V1)。
従って、図6に示すように、V-の方がV+よりも電位差が大きくなる。そうすると、詳細は後述するが、放電検出動作時、画像領域F1は全域にわたり露光され、非画像領域F2は露光されない。そうすると、本実施形態のプリンタ1では、放電は、現像バイアスが負側のピーク値の時に、感光体ドラム9の帯電している部分(非画像領域F2)と現像ローラ81間で生ずることになる。
(放電検出動作)
次に、図7と図8に基づき、感光体ドラム9と現像ローラ81間での放電の発生検出動作の一例を説明する。図7は、本発明の第1の実施形態に係る放電検出動作の概略を説明するためのタイミングチャートである。図8は、本発明の第1の実施形態に係るプリンタ1の放電検出動作の制御の流れの一例を示すフローチャートである。尚、この放電検出動作は、各画像形成部3について、1つずつ順に行われる。
まず、本実施形態では、現像効率を高めるため、印刷時に放電の生じない範囲で、できるだけ大きなピーク間電圧の交流電圧を現像ローラ81に印加する。そして、放電が開始されるピーク間電圧の大きさを把握するため、操作パネル13を操作することにより、プリンタ1に放電検出動作(放電開始電圧の検出動作)を行わせることができる。
そこで、図7に基づき、放電検出動作の概略を説明する。尚、図7での、「現像ローラ(交流)」は、交流電圧印加部86が現像ローラ81に交流電圧を印加するタイミングを示す。「Vpp」は、現像ローラ81への交流電圧のピーク間電圧の大きさの変化を示す。「現像ローラ(直流)」は、直流電圧印加部85が現像ローラ81に直流電圧を印加するタイミングを示す。「磁気ローラ(交流)」は、磁気ローラバイアス部84が磁気ローラに交流電圧を印加するタイミングを示す。「磁気ローラ(直流)」は磁気ローラバイアス部84が磁気ローラ82に直流電圧を印加するタイミングを示す。
又、「帯電ローラ」は、帯電装置7が感光体ドラム9を帯電させるタイミングを示す。「同期信号」は、露光装置4の受光素子46が出力する同期用信号である。「露光」は、露光装置4での感光体ドラム9の露光(レーザ光照射)タイミングを示す。「放電検出(検出部出力)」は、検出部14による放電発生検出タイミングを示す。
〈初期動作〉
放電検出動作が開始されると、感光体ドラム9、現像ローラ81、中間転写ベルト52等が回転を開始した後、初期動作では、現像ローラ81と磁気ローラ82にそれぞれ、交流と直流の電圧が印加される。この初期動作での磁気ローラ82への電圧印加により、少量のトナーが磁気ローラ82から現像ローラ81に供給される。放電発生検出では、基本的に、現像ローラ81にトナーを担持させないが、全くトナーを担持させないと、感光体ドラム9とこれに接する回転部材(中間転写ベルト52等)との摩擦が大きくなりすぎる等、弊害があるので、若干量、感光体ドラム9にトナーが供給される。初期動作の後、準備状態に移行する。
〈準備状態〉と〈デフォルト測定〉
準備状態では、帯電装置7による感光体ドラム9への帯電が開始される。尚、放電検出動作が終了するまで、帯電装置7に印加される電圧はONのままである。又、現像ローラ81に印加する交流電圧のピーク間電圧が、デフォルト測定でのピーク間電圧にまで高められる。次に、デフォルト測定に移行し、放電の検出有無を確かめる。尚、デフォルト測定は、検出部14等、部材設置位置や回路等の異常発見のため行われる。デフォルト測定の後、条件変更状態(1回目)に移行する。
〈条件変更状態〉
条件変更状態となった場合、現像ローラ81に印加する交流電圧のピーク間電圧は、段階的に変化される(例えば、上昇)。そして、条件変更状態の途中で、露光装置4の露光の開始の目安となる同期信号がHighとなる。同期信号のHigh後に、放電検出状態(1回目)に移行する。
〈放電検出状態〉
放電検出状態(1回目)では、現像ローラ81に対し現像バイアスが印加され、露光装置4が露光を継続して行う(感光体ドラム9の画像領域F1の全面の露光)。尚、本実施形態のプリンタ1では、トナーと感光体ドラム9の帯電極性が正極性であり、露光部分にトナーがのるので、継続した露光は、ベタ塗り画像の静電潜像形成と同じである。従って、放電検出状態では、例えば、制御部10から露光装置4に、ベタ塗りの画像データが送り込まれる(ベタ塗りの画像データは、例えば、記憶部12が記憶)。
放電検出状態は、一定時間(例えば、1秒〜数秒間)続き、感光体ドラム9や現像ローラ81を複数回、回転させる。CPU11へのアンプ15の入力から放電発生を認識しない場合等、条件変更状態に移行する。条件変更状態では、再び、制御部10は、交流電圧印加部86に指示し、交流のピーク間電圧の変更指示を出す。これにより、次回以降の放電検出状態では、基本的に、前回よりも現像ローラ81に印加される交流電圧のピーク間電圧が高い状態で、放電の有無が確認される。言い換えると、放電開始電圧の認定まで、条件変更状態と放電検出状態が繰り返され、繰り返しの間、基本的に、段階的に一定の刻み幅で現像ローラ81に印加する交流電圧のピーク間電圧が高められる。尚、図7ではn回目の放電検出状態で、放電が検出されたことを示す。
(放電検出動作の制御の流れ)
次に、図8に基づき、本発明の実施形態に係るプリンタ1の放電検出動作の制御の流れの一例を説明する。尚、このフローチャートは、1つの画像形成部3に対する制御であり、全色行う場合、本実施形態では、4回繰り返される。
尚、この放電検出動作は、例えば、初期不良発見や初期設定として製造時や、プリンタ1の設置時、現像装置8や感光体ドラム9の交換時に行える。又、プリンタ1の設置時に行うのは、設置環境の標高によって気圧が変化し(例えば、日本国内とメキシコの高地との差)、放電が発生する電圧に差があるためである。現像装置8等の交換時に行うのは、感光体ドラム9と現像ローラ81とのギャップが交換前と変わるためである。尚、上記の例に限られず、例えば、天気による気圧変化のため電源投入時や、プリンタ1が一定枚数を印刷するごとに行っても良いし、実施タイミングは、適宜設定することが可能である。
まず、操作部において所定の操作がされ、放電検出動作が開始されると(スタート)、CPU11の指示で、感光体ドラム9、現像ローラ81、磁気ローラ82、中間転写ベルト52等の画像形成部3と中間転写部5での各種回転体の回転が開始される(ステップS1)。この各種回転体の駆動は、放電検出動作が終了するまで継続する。尚、放電検出動作では、基本的に、現像ローラ81はトナーを担持しない。次に、図7で説明した初期動作が行われ(ステップS2)、準備状態に移行し(ステップS3)、例えば、CPU11の指示で、帯電電圧印加部72が、帯電装置7に電圧印加を開始する。
次に、図7で説明したデフォルト測定が行われる(ステップS4)。この時、放電発生を検出したか確認する(ステップS5)。このデフォルト測定は、放電が到底発生しないという状態(例えば、現像ローラ81への交流電圧の大きさが極めて低い等)で行われ、デフォルト測定で放電発生を検出すれば(ステップS5のYes)、ギャップの異常や検出部14等のハードの異常が考えられる。この場合、操作パネル13等にエラー表示(ステップS6)を行って、放電検出動作は終了する(エンド)。
一方、CPU11に放電が発生した旨の信号が入力されなければ(ステップS5のNo)、図7で説明した条件変更状態に移行し、CPU11の指示で、Vpp制御部88は、次の放電検出状態が1回目ならば、交流電圧印加部86の出力する交流電圧のピーク間電圧を1回目用の設定値(例えば、記憶部に記憶)とし、2回目以降の放電検出状態ならば、直前の値よりも所定の刻み幅ΔVa(例えば、30〜100Vなど)だけ増加させる設定が行われる(ステップS7)。
そして、次に、放電検出状態に移行し、具体的には、ΔVaだけピーク間電圧を増加させた交流電圧を現像ローラ81に印加し、CPU11の指示により所定時間露光が行われ、その間、CPU11はアンプ15の出力電圧が所定の閾値を越えた回数をカウントする(ステップS8)。そして、カウント数が0回かを確認し(ステップS9)、0回であれば(ステップS9のYes)、放電発生なしとして、現状のピーク間電圧が設定可能な最大値(例えば、1500〜3000V)に達しているかをCPU11が確認し(ステップS10)、達していれば(ステップS10のYes)、ステップS11に移行する(詳細は後述)。達していなければ(ステップS10のNo)、ステップS7に戻る。
ステップS9で、カウント値が1回以上ならば(ステップS9のNo)、放電発生として、CPU11の指示で、Vpp制御部88(図4参照)は、交流電圧印加部86が現像ローラ81に印加する交流電圧のピーク間電圧を、直前に印加した値よりも所定の刻み幅ΔVaだけ減少させ(ステップS12)、さらに所定の刻み幅ΔVbだけ増加させた値に設定する(ステップS13)。ここで、所定の刻み幅ΔVbは、所定の刻み幅ΔVaを分割したものとできる(例えば、ΔVa=50Vであれば、ΔVb=10V等)。言い換えると、放電が発生するピーク間電圧をより細かく探し当てるため、1段階戻って放電発生検出におけるピーク間電圧の段階的な変化の刻み幅を小さくする。
その後、ステップS8と同様に、放電検出状態となり、CPU11は、アンプ15の出力電圧が所定の閾値を越えた回数をカウントする(ステップS14)。言い換えると、刻み幅Δ1でのピーク間電圧の段階的な変更の際、放電が検出されれば、より詳細に、放電が発生するピーク間電圧を得るため、刻み幅Δ2で、放電が検出されるまで、放電検出状態と条件変更状態とが繰り返される。
次に、カウント数が0回か確認し(ステップS15)、0回であれば(ステップS15のYes)、放電発生なしとして、現在のピーク間電圧が先に放電を検出したピーク間電圧に達しているかをCPU11が確認する(ステップS16)。もし達していれば(ステップS16のYes)、ステップS11に移行する。もし、達していなければ(ステップS17のNo)、ステップS13に戻る。一方、カウント値が1回以上であれば(ステップS15のNo)、CPU11は、現在のピーク間電圧のときに放電が発生すると認定し、ステップS11に進む。
次に、ステップS11では、放電発生検出時(ステップS15のYes、ステップS16のYesの場合)や、設定可能な最大ピーク間電圧でも検出できなかった場合(ステップS9のYes)、最大ピーク間電圧、又は、放電が発生すると認めたピーク間電圧Vppに基づき、図6に示した電位差V-を求める。
ここで、V-は容易に求めることができる。CPU11は、ピーク間電圧の大きさを指定してVpp制御部88に指示を出す。従って、制御部10は、放電発生を検出した場合、その時のVppを把握している。そして、設定値としてのデューティ比と、Vdcを基準として、正側の面積と負側の面積を等しくすることに基づき、Vppの負側のピーク値とVdcの電位差が求められる。この電位差に、VdcとV1との電位差(V1も制御部10は把握)を加えれば、V-が求められる(ステップS11)。尚、印刷時と放電検出動作時で、周波数、デューティ比、現像バイアス設定値を変える場合でも、放電検出動作時の周波数、デューティ比、バイアス設定値を制御部10は把握しているので、電位差V-を求めることができる。
次に、求められたV-に基づき、CPU11は、放電発生検出時のV-よりも、印刷時のV-及びV+の方が電位差が小さくなるように、現像ローラ81に印加する交流電圧のピーク間電圧Vppを設定する(ステップS17)。具体的に、Vppの決定方法は多様であるが、例えば、放電発生検出時よりもピーク間電圧を、どれほど小さくすれば放電が発生しないか(マージンをどれほどとるべきか)は、使用トナーにより異なる等の事情から、開発時の実験に基づき、例えば、求められたV-に対し、印刷時に放電が発生しないと認められるVppの値をテーブル化し、CPU11がそのテーブルを参照し、Vppが定められても良い。尚、このテーブルは記憶部12に記憶しておけばよい。これにより、印刷時、放電が発生しないできるだけ大きな交流電圧を印加できる。そして、このVppの設定が完了すれば、放電発生検出と印刷時のVppの設定は終了する(エンド)。
(非画像領域F2で放電を生じさせる構成)
次に、図9及び図10に基づき、本発明の第1の実施形態に係るプリンタ1において、非画像領域F2でのみ放電を生じさせるための構成の一例を説明する。図9は、本発明の第1の実施形態に係る画像形成部の各部材の大小関係の一例を説明するための説明図である。図10は、本発明の第1の実施形態に係る非画像領域F2の除電を行わないようにするための構成の一例の説明図と電位分布図である。尚、図10中の縦線網掛部分は、除電光の照射域を示す。
まず、図9を用いて、本実施形態の各画像形成部3における各部材の大小及び取付位置関係を説明する。図9に示す各部材のうち、下から2番目の部材は、感光体ドラム9である。そして、感光体ドラム9では、露光装置4により静電潜像が形成され、トナー像が形成される画像領域F1(図9において、斜線網掛で図示)と、感光体ドラム9の周面端縁から一定の幅を有し、露光されない非画像領域F2が存在する。即ち、非画像領域F2は、感光体ドラム9の軸線方向端部に設けられる。
そして、図9において、感光体ドラム9の下方に示される現像ローラ81の周面は、画像領域F1よりも長く、画像領域F1と非画像領域F2の両方に対向する。即ち、現像ローラ81は、画像領域F1と非画像領域F2のいずれの領域にも対向する。又、図9で感光体ドラム9の1つ上に示す帯電ローラ71は、現像ローラ81と同等の長さか、現像ローラ81よりも更に長い。又、帯電ローラ71は、感光体ドラム9と現像ローラ81が対向する部分よりも更に広い範囲で感光体ドラム9を帯電させる。
そして、帯電ローラ71の上部に示す部材は、清掃装置32のブレード33である。本実施形態のプリンタ1では、ブレード33は、帯電ローラ71と同等の長さか、帯電ローラ71よりも更に長い。そして、ブレード33は、感光体ドラム9の帯電される領域の清掃を行えるように感光体ドラム9に接する。尚、ブレード33は、帯電ローラ71よりも短くても良い。
更に、ブレード33の上方に示す部材は、除電装置31である。除電装置31は、例えば、ブレード33若しくは帯電ローラ71と同等の長さである。そして、除電装置31は、画像領域F1と非画像領域F2の両方に除電光を照射できるように、例えば、並列に並べられた発光素子35を感光体ドラム9に向ける。これにより、画像領域F1と非画像領域F2の両方に除電光を照射することはできる。
次に、図10に基づき、非画像領域F2の除電を行わないようにするための構成と理由を説明する。図9を用いて説明したように、除電装置31は、感光体ドラム9の軸線方向に延び、発光素子35は感光体ドラム9の軸線方向で並ぶように配され、感光体ドラム9に対向する。そして、本実施形態のプリンタ1では、従来のプリンタ1と同様、除電装置31は、画像領域F1と非画像領域F2の両方について除電を行える長さを有する。言い換えると、従来の除電装置31を流用することができる。
そして、本実施形態のプリンタ1では、除電装置31と非画像領域F2の間に、遮光部材36が設けられる。遮光部材36は、感光体ドラム9の非画像領域F2に除電光を当てないようにするための部材であって、除電装置31から感光体ドラム9への光の光路上に設けられる。即ち、交流電圧印加部86が現像ローラ81に印加する交流電圧のピーク間電圧を段階的に変更して検出部14を用いて放電の発生を検出する放電検出動作時、露光装置4は、画像領域F1の全域を露光するように露光を行い、帯電装置7は、画像領域F1と非画像領域F2のいずれの領域に対しても帯電を行い、除電装置31は、非画像領域F2に対し光を照射しない。更に、除電装置31は、感光体ドラム9の軸線方向に沿って対向し、非画像領域F2への除電光の光路上に、遮光を行う遮光部材36を有する。ここで、遮光部材36は、除電光を遮るものであれば良く、例えば、黒色樹脂板や反射板等を用いることができ、特に制限はない。
この遮光部材36の存在により、非画像領域F2の除電は行われず、又、露光装置4は、非画像領域F2の露光を行わないので、非画像領域F2は、帯電ローラ71によって帯電される電位を維持する(本実施形態では200〜300V)。一方、画像領域F1は、除電装置31の除電光で、電位が0V付近まで低下する(例えば、0V〜数十V)。又、この除電直後の感光体ドラム9の電位の分布の一例を図10の下方に示す。そして、図10の下方をみると、印刷時や放電検出動作時、非画像領域F2の電位は、帯電ローラ71によって帯電させられる電位で安定する。即ち、非画像領域F2の電位が、画像領域F1よりも高い状態で安定する。
又、放電検出動作時、感光体ドラム9は回転し、画像領域F1は、帯電ローラ71によって帯電されるものの、画像領域F1は露光装置4によって露光され、除電装置31による除電光を受け、電位の高低が繰り返される。従って、遮光部材36を設けない場合と遮光部材36を設ける場合とでは、非画像領域F2の電位の安定度が異なる。即ち、非画像領域F2は、除電光や露光装置4の露光を受けず電位の高低がないので、除電を行わない非画像領域F2の方が、電位が確実に維持される。尚、放電検出動作時、1次転写ローラ51には、感光体ドラム9の帯電電位よりも大きな、印刷時と逆極性の電圧(本実施形態では正極性)が印加されるので、1次転写ローラ51は、非画像領域F2の電位を高めることはあっても、下げることはない。従って、放電検出動作時における露光直後でも感光体ドラム9の電位の分布は、図10の下方に示すような分布となる。
このように、遮光部材36を設けることで、非画像領域F2の電位が安定し、又、露光装置4による露光によって、現像ローラ81と対向する部分の感光体ドラム9の電位は、非画像領域F2の方が確実に高くなる。そして、放電検出動作時、例えば、図6に示したような現像バイアスを印加することによって、画像領域F1よりも、非画像領域F2と現像ローラ81間で放電が起きやすくなる。
具体的に言うと、画像領域F1よりも非画像領域F2の方が、感光体ドラム9と現像ローラ81間の電位差が確実に大きくなり、図6に示すように、非画像領域F2の帯電電位V1と現像バイアスの負側のピーク値との電位差V-の方が、露光部による露光後の画像領域F1の電位V0と現像バイアスのピーク値との電位差(例えばV+)よりも大きくなる(図6参照)。
従って、放電検出動作時、非画像領域F2と現像ローラ81との間で放電を生ずるように仕向けることができる。そして、画像領域F1と現像ローラ81間では、放電が生じ難いので、画像領域F1は、放電によってピンホール等の損傷を受けることが無くなり、放電開始電圧の検出による画質の低下、感光体ドラム9の短命化を防ぐことができる。そして、放電が発生した際の電位差V-よりも、印刷時の現像バイアスでのV-や、正側のピーク値と露光後の電位(図6におけるV+)を小さく設定することにより、印刷時に放電が生ずることが無くなる。又、放電が生じたとしても、上述の通り、現像ローラ81と非画像領域F2間で放電が生ずる確率が高いので、画質低下を招く感光体ドラム9の損傷は少ない。
このようにして、本発明の第1の実施形態によれば、放電検出動作時、露光部が画像領域F1のみの露光を行い、除電装置31は、非画像領域F2に対し光を照射しないので、画像領域F1よりも非画像領域F2の方が、現像ローラ81と感光体ドラム9表面の電位差を大きい状態で維持できる。従って、交流電圧印加部86により交流電圧を現像ローラ81に印加した際、非画像領域F2で放電が生ずるように仕向けることができる。即ち、放電で感光体ドラム9が損傷を受けても、その損傷は非画像領域F2に限られ、形成される画像にピンホール等の感光体ドラム9の損傷の影響は現れない。従って、放電検出を何回行っても、形成される画像の画質に低下はない。又、放電検出を何回行っても、非画像領域F2に放電の発生が限られるので、感光体ドラム9の早期劣化が防がれる。
又、非画像領域F2は、感光体ドラム9の軸線方向端部に設けられるので、除電装置31の光の照射、非照射の調整を行いやすい。又、遮光部材36で遮光を行うので、除電光の照射領域のコントロールを容易に行うことができ、非画像領域F2への除電光の非照射を容易に実現することができる。更に、遮光部材36は、除電光を遮光できれば、高価である必要はなく、黒色樹脂板等、安価に済ますことができ、画像形成装置(例えば、プリンタ1)の製造コストの大きな上昇を招くことがない。
(第2の実施形態)
次に、図11に基づき、第2の実施形態を説明する。図11は、第2の実施形態に係る非画像領域F2の除電を行わないようにするための構成の一例の説明図である。尚、第2の実施形態は、非画像領域F2の除電を行わないようにするための構成が異なるのみであり、他の構成は、第1の実施形態と同様であるので、第1の実施形態と同様の部分については、説明、図示を省略する。
具体的に、第1の実施形態では、遮光部材36により除電光を非画像領域F2に当てないようにして、非画像領域F2の電位の安定化を図ったが、第2の実施形態では、除電装置31の長さを調整して、非画像領域F2の除電を行わないようにした点で異なる。具体的に、図11に示すように、除電装置31は、感光体ドラム9の軸線方向に沿って対向するが、除電装置31の長さは、第1の実施形態よりも短く、除電装置31の発光素子35は、画像領域F1に対向する位置にのみ配される。即ち、除電装置31は、感光体ドラム9の軸線方向に沿って対向し、非画像領域F2に除電光を照射する位置に、発光素子35を有さない。
このようにして、除電装置31の長さを、感光体ドラム9の軸線方向における画像領域F1の長さと同等又は以下とするので、非画像領域F2の除電は行われない。従って、印刷中や、放電検出動作時、非画像領域F2の電位は、画像領域F1よりも高い状態で安定する。即ち、本実施形態の構成によれば、除電装置31は、非画像領域F2に除電光を照射する位置に、発光素子35が設けられていないので、非画像領域F2の方が、画像領域F1よりも現像ローラ81と感光体ドラム9表面の電位差を大きい状態を維持することができる。
(第3の実施形態)
次に、図12に基づき、第3の実施形態を説明する。図12は、第3の実施形態に係る非画像領域F2の除電を行わないようにするための構成の一例の説明図である。尚、第3の実施形態は、非画像領域F2の除電を行わないようにするための構成が異なるのみであり、他の構成は、第1、第2の実施形態と同様であるので、第1、第2の実施形態と同様の部分については、説明、図示を省略する。
具体的に、第1の実施形態では、遮光部材36により除電光を非画像領域F2に当てないようにして、非画像領域F2の電位の安定化を図る。第2の実施形態では、遮光部材36を用いずに、除電装置31の長さを調整して、非画像領域F2の除電を行わない。そして、図12に示すように、第3の実施形態では、除電装置31は、感光体ドラム9の軸線方向に沿って対向するが、図12において、画像領域F1に除電光を照射するための除電装置310(第1除電部に相当)と、左側の非画像領域F2に除電光を照射するための除電装置311(第2除電部に相当)と、左側の非画像領域F2に除電光を照射するための除電装置312(第2除電部に相当)との、複数(3つ)に分割される。即ち、除電装置31は、感光体ドラム9の軸線方向に沿って対向し、画像領域F1に除電光を照射するための第1の除電部(除電装置310)と、非画像領域F2に除電光を照射するための第2の除電部(除電装置311、312)と、を有し、放電検出動作時、第2の除電部は、消灯可能である。
そして、各除電装置310〜312の点灯を制御するための点灯制御部10a(点灯回路)が設けられる。点灯制御部10aは、制御部10の指示に基づき、各除電装置310〜312の点灯、消灯を制御する。そして、放電検出動作時、制御部10は、点灯制御部10aに対し、非画像領域F2に除電光を照射するための除電装置311、312を消灯させる指示を出す。この指示により、放電検出動作時、除電装置311と除電装置312は、消灯状態を保ち、非画像領域F2の電位は、高い状態で安定する。尚、図12は、除電装置311と除電装置312を消灯させている状態を示す。
一方、印刷時、各除電装置310〜312を点灯させ非画像領域F2の除電を行うと、感光体ドラム9の周面の電位がほぼ均一となり、効率的にブレード33や摺擦ローラで清掃を行える場合があるので、印刷時は、各除電装置310〜312を全て点灯させるようにしても良い。又、例えば、ジョブごとに、交互に、除電装置311と除電装置312のうちいずれか一方のみを点灯させるようにして、一方の非画像領域F2では、画像領域F1と同等のクリーニング特性を得るようにして、画像領域F1と非画像領域F2のクリーニング特性を近づけるとともに、他方の非画像領域F2では、印刷時、放電が生じたとしても、その放電を非画像領域F2に分散して導くようにして、より一層の感光体ドラム9の長寿命化を図っても良い。
このようにして、本実施形態の構成によれば、放電検出動作時、第2の除電部(除電装置311、除電装置312)は、消灯可能であるので、放電検出動作時は、第2の除電部を消灯させ、非画像領域F2での現像ローラ81と感光体ドラム9表面の電位差を高い状態を維持し、印刷時には、第2の除電部を点灯させ、除電効果を高めるといった、細かな制御が可能となる。
次に、他の実施形態について説明する。上記の実施形態では、各感光体ドラム9から中間転写ベルト52に1次転写し、その後、シートに2次転写する例を挙げたが、各感光体ドラム9からシートに直接トナー像を転写する構成においても、本発明を適用することができる(例えば、各感光体ドラム9に転写ローラが直接接し、シートがそのニップを通過する態様や、搬送用ベルトが各感光体ドラム9に接し、シートを搬送用ベルトに載せ、シートがそのニップを通過する態様など)。
又、上記の実施形態では、正帯電の感光体ドラム9やトナーを例に挙げて説明したが、本発明は負帯電の感光体ドラム9やトナーを用いた場合にも適用することができる。具体的に、放電発生検出時、帯電装置7は、感光体ドラム9に負極性の電圧を印加し、露光装置4が、表面電位をほぼゼロVで安定させる。又、1次転写ローラ51には、印刷時には正極性、放電検出動作時には負極性の逆バイアス電圧を印加することになる。又、上記の実施形態では、カラーの画像形成装置について説明を行ったが、例えば、画像形成部3a(ブラック)のみを有するモノカラーの画像形成装置にも適用することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。