JP6586663B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置、特に、電子写真方式の画像形成装置に関する。

昨今、一部の電子写真方式の画像形成装置では、部品点数削減等の理由から、像担持体の表面を帯電させる帯電器に用いられる昇圧回路を、像担持体の表面の静電潜像を現像する現像装置に用いられる昇圧回路としても使用している。つまり、一つの昇圧回路を帯電器と現像装置が共用している。しかし、昇圧回路を単純に共用化しただけでは、帯電器及び現像装置への電力供給を停止する過程である立下げプロセスにおいて、帯電器と現像装置とが同時に停止してしまう。この場合、像担持体の一部の表面は、電力供給停止前に帯電器を通過して帯電し、電力供給停止後に現像装置を通過する。ここで、例えば２成分系現像剤を使用していた場合に、現像剤に含まれるキャリアが像担持体の一部の表面に移動してしまう虞がある。そこで、特許文献１に記載の画像形成装置のように、帯電器と現像装置との間に除電光源を設けて、電力供給が停止されたら像担持体の表面の電荷を中和する方法が考えられている。

特開平１−１０９３７３号公報

ただし、除電光源を設けて電力供給停止後に像担持体の表面の電荷を中和する方法では、像担持体の表面における除電光源と現像装置との間の区間は帯電したままであり、キャリアが像担持体の表面の該区間に移動してしまう虞がある。さらに、除電光源を設けることによる商品のコストアップも招来する。

本発明の目的は、帯電器及び現像装置に用いられる昇圧回路を共用化した画像形成装置であって、帯電器及び現像装置への電力供給を停止する過程である立下げプロセスの際に、現像剤の移動を抑制することができる画像形成装置を提供することである。

本発明の一の形態である画像形成装置は、
静電潜像を担持するための回転可能な像担持体と、
前記像担持体の表面を帯電させる帯電器と、
前記静電潜像を現像する現像剤を担持するための現像剤担持体を含む現像装置と、
前記帯電器に接続される帯電器側端子、前記現像装置に接続される現像装置側端子、並びに該帯電器側端子及び該現像装置側端子に接続された１つの昇圧回路を含み、該帯電器及び該現像装置に電力を供給する電源回路と、
前記現像装置側端子に接続され、前記帯電器及び前記現像装置への電力供給を停止する過程である立下げプロセスにおいて、前記昇圧回路からの電力供給が停止された際に、前記現像装置へ供給される電力の減衰を遅延させるコンデンサと、
前記像担持体の回転速度を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された回転速度で回転が開始された像担持体の前記回転速度が、前記像担持体の表面における前記帯電器から前記現像剤担持体までの距離を前記コンデンサの放電に要する時間で割った値未満かどうかを判断する判断手段と、
前記判断手段により、前記回転速度が前記コンデンサの放電に要する時間で割った値未満であると判断された場合、前記昇圧回路からの電力供給が停止された際に、前記回転速度が前記コンデンサの放電に要する時間で割った値以上となるように、一時的に前記像担持体の回転速度を増速し、前記回転速度が前記コンデンサの放電に要する時間で割った値未満でないと判断された場合、前記回転速度を維持する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一の形態である画像形成装置では、立下げプロセスにおいて、昇圧回路からの電力供給が停止された際に、現像装置へ供給される電力の減衰を遅延させる。これにより、像担持体の表面のうち昇圧回路からの電力供給停止前に帯電器を通過して帯電し、昇圧回路から電力供給停止後に現像装置を通過する部分があっても、昇圧回路からの電力供給停止後に所定時間は現像装置へは電力が供給されているため、現像剤の一部が像担持体の表面に移動してしまうことを抑制することができる。

本発明によれば、帯電器及び現像装置への電力供給を停止する過程である立下げプロセスの際に、現像剤の移動を抑制することができる。

一実施例に係る画像形成装置の内部構造を示す概略図である。 一実施例に係る画像形成装置における感光体ドラム周辺の構成を示す概略図である。 帯電チャージャ及び現像装置に電力を供給する電源回路の回路図である。 立下げプロセス時の時間と現像出力の関係を示す図である。 トランスからの電力供給が停止された際の感光体ドラム表面の帯電状態を示す図である。 立下げプロセスに関する部分の構成を示すブロック図である。 画像形成及び立下げプロセスの制御に関するフローチャートである。 画像形成及び立下げプロセスの制御に関するフローチャートである。 電源回路に含まれるコンデンサの静電容量と該コンデンサの放電に係る保持時間との関係を示す図である。

（画像形成装置の概略構成、図１参照）
以下、一実施例である画像形成装置１について、添付図面を参照して説明する。各図においては、同じ部材、部分について共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

画像形成装置１は、図１に示すように、タンデム方式の電子写真プリンタであり、画像形成装置１の各部及び各手段を制御する制御部４、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の各色のトナー画像を形成するためのイメージングユニット１０と、中間転写ユニット２０を備えている。

イメージングユニット１０は、それぞれ、感光体ドラム１１を中心として帯電チャージャ１２、現像装置１３などを配置したもので、レーザー走査光学ユニット１４から照射される光によってそれぞれの感光体ドラム１１上に描画される静電潜像を、マイナスに帯電したトナーを現像装置１３から感光ドラム１１に移動させることにより、現像して各色のトナー画像を形成する。

中間転写ユニット２０は、矢印Ｗ方向に無端状に回転駆動される中間転写ベルト２１を備え、各感光体ドラム１１と対向する１次転写ローラ２２から付与される電界により、各感光体ドラム１１上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト２１上に１次転写して合成する。なお、本実施例における電子写真法による具体的なプロセスは、後で説明する。

装置本体の下部には、用紙を１枚ずつ給紙する自動給紙ユニット３０が配置され、用紙は給紙ローラ３１からタイミングローラ対３２を経て、中間転写ベルト２１と２次転写ローラ２５とのニップ部に搬送され、２次転写ローラ２５から付与される電界にてトナー画像（合成カラー画像）が２次転写される。その後、用紙は定着ユニット３５に搬送されてトナーの加熱定着を施され、装置本体の上面に配置されたトレイ部２に排出される。

（感光体ドラム及びその周囲の部材の詳細 図２参照）
上述のとおり、感光体ドラム１１の周囲には、帯電チャージャ１２、現像ローラ１６を含む現像装置１３などが配置されている。具体的には、図２に示すように、感光体ドラム１１の回転軸方向から見たとき、時計回りに回転する感光体ドラム１１の周囲に、帯電チャージャ１２、レーザー走査光学ユニット１４、現像ローラ１６、１次転写ローラ２２及びイレーサ１７がこの順で時計回りに並んでいる。

そして、画像形成の際には、帯電チャージャ１２が感光体ドラム１１の表面をマイナスに帯電させる。マイナスに帯電した感光体ドラム１１の表面の一部は、レーザー走査光学ユニット１４からの光の照射、つまり、露光により、電荷が中和される。その結果、感光体ドラム１１の表面の一部に静電潜像が描画される。その後、静電潜像が描画された感光体ドラム１１の表面が、現像ローラ１６を通過することで、マイナスに帯電したトナーが感光体ドラム１１の表面における静電潜像部分に移動し、静電潜像が現像される。さらに、トナー画像が形成された感光体ドラム１１の表面が、１次転写ローラ２２付近を通過することで、１次転写ローラ２２から付与される電界により、感光体ドラム１１上のトナー画像が中間転写ベルト２１に転写される。転写後、感光体ドラム１１の表面に残存する不要な電荷はイレーサ１７により除去される。

（帯電チャージャ及び現像装置の電源回路 図３参照）
帯電チャージャ１２及び現像装置１３は、それらの電源回路４０に含まれるトランス６０を共用している。具体的には、帯電チャージャ１２に電力供給するトランス６０の電力を分圧して、現像装置１３に供給している。図３に記載の回路図を参照しながら、以下でさらに詳しく説明する。

電源回路４０は、帯電チャージャ側電源回路５０と現像装置側電源回路７０とに分けられる。

帯電チャージャ側電源回路５０の帯電入力端子５２から入力された帯電チャージャ１２を制御するための入力信号Ｓｃは、まず、アンプ５４により増幅される。増幅された入力信号Ｓｃは、発振回路５６を経由してトランジスタ５８へ向かう。そして、入力信号Ｓｃが発振回路５６を経由したことでトランジスタ５８のＯＮ−ＯＦＦが繰り返され、トランス６０の一次側に電流が流れるとともに、トランス６０の二次側に昇圧された電流Ｉｂが流れる。この昇圧された電流Ｉｂは、二次側に接続されたダイオード６２及びコンデンサ６４で、整流、平滑された後に、その一部である電流Ｉｃが帯電出力として、帯電チャージャ側端子６６から帯電チャージャ１２に供給される。また、トランス６０の二次側の回路は、ダイオード６２から帯電チャージャ側端子６６に向かう途中で、現像装置１３へ電力を供給するための回路である現像装置側電源回路７０に向かって分岐している。

現像装置側電源回路７０に流入した電流Ｉｂの一部である電流Ｉｄは、まず、ダイオード７２により現像装置１３に適した電圧に降圧される。そして、降圧された電流Ｉｄは、現像装置側電源回路７０に設けられたトランジスタ７４により制御され、現像出力として現像装置側端子７６を介して現像装置１３に供給される。また、ダイオード７２から現像装置側端子７６へ向かう回路の途中には、コンデンサ７８が接続されている。そして、現像装置側電源回路７０に電流Ｉｄが流入している間は、現像装置側端子７６に接続されたコンデンサ７８に電荷が蓄えられた状態が継続している。なお、トランジスタ７４のベース端子には、現像装置電源回路７０に設けられたオペアンプ８０を介して、現像装置を制御するための入力信号Ｓｄが入力される。

以上のように電源回路４０では、帯電チャージャ側電源回路５０に設けられたトランス６０から電流Ｉｂが出力され、これが、帯電出力である電流Ｉｃ、及び現像出力である電流Ｉｄとなる。つまり、帯電チャージャ１２と現像装置１３とは、一つの昇圧回路を共用している。従って、トランス６０から電流Ｉｂが出力されない場合、帯電チャージャ１２に電力が供給されないだけでなく、現像装置側電源回路７０への電力供給も停止する。ここで、現像装置側電源回路７０のダイオード７２から現像装置側端子７６へ向かう回路の途中には、コンデンサ７８が接続されている。これにより、現像装置側電源回路７０への電力供給が停止された際に、コンデンサ７８に蓄えられた電荷が放出される。その結果、トランス６０からの電力供給停止後、所定時間は現像装置１３への電力供給が継続される（電流Ｉｔが流れる）。つまり、現像装置１３へ供給される電力の減衰が遅延される。

（コンデンサ容量と感光体ドラムの回転速度の関係 図４及び図５参照）
上述のとおり、トランス６０からの電力供給停止後も、現像装置１３へは電力供給が継続される。ただし、図４に示すように、現像装置１３へ供給される電力は徐々に減少する。ここで、現像装置１３へ供給される電力の電圧である現像出力電圧Ｖｄが、所定の電位Ｖｍを下回ると、感光体ドラム１１の表面のうちトランス６０からの電力供給停止前に帯電チャージャ１２を通過して帯電し、かつ、トランス６０から電力供給停止後に現像装置１３の現像ローラ１６を通過する帯電部分Ｎ（図５参照）に、キャリアが付着してしまう。これを防ぐために、画像形成装置１では、現像出力電圧Ｖｄが所定の電位Ｖｍを下回る前に帯電部分Ｎが現像ローラ１６を通過するように、感光体ドラム１１の回転速度Ｓｒを一時的に増速させる。

ここで、コンデンサ７８の静電容量をＣ、電源回路４０の負荷インピーダンスをＲ、トランス６０からの電力供給時における帯電チャージャ側端子６６から出力される電流Ｉｃの電圧をＶ１、トランス６０からの電力供給時における現像装置側端子７６から出力される電流Ｉｄの電圧をＶ２とすると、現像出力電圧Ｖｄがトランス６０から電力供給停止後に所定の電位Ｖｍを下回るまでの時間Ｔｓは、下記の（１）式で表すことができる。
Ｔｓ＝−ＣＲ×ｌｎ（Ｖ２／Ｖ１） …（１）
そして、感光体ドラム１１の表面における帯電チャージャ１２から現像ローラ１６までの距離Ｌを時間Ｔｓで割った値が、感光体ドラム１１増速時の回転速度における最小値となる。なお、時間Ｔｓと、増速時の感光体ドラム１１の回転速度の関係を具体的な数字を用いて、表１に記載する。

（画像形成及び立下げプロセスのフロー 図６乃至図８参照）
画像形成等の処理が終了すると、帯電チャージャ１２及び現像装置１３への電力の供給が停止される立下げプロセスが開始される。この際、上述の感光体ドラム１１の増速が行われる。この感光体ドラム１１の増速に係る画像形成及び立下げプロセス制御について、以下で説明する。

画像形成装置１における画像形成及び立下げプロセスの制御は、図６に示すように、画像形成命令やその終了等を知らせるＭＦＰコントローラ１０２からの指示に基づき、エンジン制御部１０４に含まれるエンジン制御ＣＰＵ１０６が、レーザー走査光学ユニット１４などに命令を出すことにより行われる。なお、ＭＦＰコントローラ１０２及びエンジン制御部１０４は、制御部４の一部である。以下で、図７及び図８に記載のフローチャートを参照しながら、画像形成から立下げプロセスまでの制御のメインフローを説明する。

画像形成及び立下げプロセスの制御は、まず、画像形成装置１の電源が投入され、画像形成をすぐに行うことができる待機状態になることでスタートする。

本制御のステップＭＳ１では、制御部４が、画像形成装置１に設けられたユーザー入力用のインターフェース、画像形成装置１と接続されたコンピュータ端末、及び画像形成装置１に設けられた各種のセンサ等から各種の情報を得る。

ステップＭＳ２では、制御部４がステップＭＳ１で得た情報から、帯電チャージャ１２及び現像装置１３への電力供給を開始する過程である立上げプロセスの開始条件が存在するか否かが、制御部４により判定される。立上げプロセスの開始条件が存在する場合には、本制御はステップＭＳ３に進み、存在しない場合にはステップＭＳ１に戻る。なお、立上げプロセス開始の条件としては、画像形成命令、画像の安定化や感光体表面のクリニーング、トナーの補給、現像装置１３のトナー濃度の確認、及び感光体ドラム１１の電気抵抗のモニタリング等である。

ステップＭＳ３では、制御部４が、ステップＭＳ１で得た情報、具体的には、プリントされる用紙の種類や、形成される画像の画素数等から、これから行われる画像形成等の処理時における感光体ドラム１１の回転速度を決定する。つまり、感光体ドラム１１の回転速度は、複数から選択可能である。

ステップＭＳ４では、制御部４が立上げプロセスを開始する。具体的には、電源回路４０から帯電チャージャ１２及び現像装置１３に電力供給が開始され、さらに、感光体ドラム１１の回転及び中間転写ベルト２１の駆動等が開始される。

ステップＭＳ５では、制御部４が、立上げプロセス開始の条件となった画像形成等の処理が終了したか否かを判定する。終了した場合には本制御はステップＭＳ６に進み、終了していない場合には本制御はステップＭＳ５で待機する。

ステップＭＳ６では、制御部４が、立下げプロセスの際に行われる感光体ドラム１１の増速に関する計算を行う。具体的には、現像出力電圧Ｖｄがキャリア付着が懸念される電位Ｖｍを下回る前に、感光体ドラム１１の表面における帯電部分Ｎが現像ローラ１６を通過するのに必要な感光体ドラム１１の回転速度Ｓｍを、上記の（１）式を用いて算出する。

ステップＭＳ７では、制御部４が、感光体ドラム１１の回転速度を増速するか否かの判定を行う。画像形成等の処理時における感光体ドラム１１の回転速度Ｓｒが、ステップＭＳ６で算出した回転速度Ｓｍ未満である場合には本制御はステップＭＳ８に進み、回転速度Ｓｍ以上である場合には本制御はステップＭＳ９に進む。

ステップＭＳ８では、制御部４が、感光体ドラム１１の回転速度を増速する。増速後、本制御はステップＭＳ９に進む。

ステップＭＳ９では、制御部４によりトランス６０からの電力供給が停止される。

ステップＭＳ１０では、制御部４が、立上げプロセス開始の条件となった画像形成等の処理に関係した部材、例えば、感光体ドラム１１や中間転写ベルト２１等を停止する。これにより、画像形成装置１は再び待機状態となり、本制御はステップＭＳ１に戻る。

（効果）
画像形成装置１では、電源回路４０における現像装置側電源回路７０のダイオード７２から現像装置側端子７６へ向かう回路の途中にコンデンサ７８が接続されている。そして、立下げプロセスにおいて、現像装置側電源回路７０への電力供給が停止された際に、このコンデンサ７８に蓄えられた電荷が放出される。その結果、トランス６０からの電力供給停止後、所定時間は現像装置１３へは電力が供給されている。つまり、コンデンサ７８に蓄えられた電荷が放出されたことで、現像装置１３へ供給される電力の減衰が遅延される。これにより、感光体ドラム１１の表面のうちトランス６０からの電力供給停止前に帯電チャージャ１２を通過して帯電し、トランス６０から電力供給停止後に現像装置１３を通過する帯電部分Ｎがあっても、トランス６０からの電力供給停止後、所定時間は現像装置１３へは電力が供給されている。結果として、現像剤の一部が感光体ドラム１１の表面に移動してしまうことを抑制することができる。

また、画像形成装置１では、現像出力電圧Ｖｄがキャリア付着が懸念される所定の電位Ｖｍを下回る前に、感光体ドラム１１の表面の帯電部分Ｎが現像ローラ１６を通過するように、感光体ドラム１１の回転速度Ｓｒを一時的に増速させている。これにより、コンデンサ７８の静電容量が小さく、トランス６０停止後に現像装置１３へ電力が供給される時間が短い場合であっても、感光体ドラム１１表面へのキャリアの付着を抑制することができる。

さらに、画像形成装置１では、感光体ドラム１１の回転速度Ｓｒは複数の回転速度から選択可能であり、しかも、感光体ドラム１１の回転速度及び現像出力電圧Ｖｄがキャリア付着が懸念される所定の電位Ｖｍを下回るまでの時間Ｔｓ（図４参照）を勘案して、増速時の回転速度を決定している。これにより、必要以上に感光体ドラム１１の回転速度が増速されることを防ぎ、結果として、印刷媒体や形成される画像の画素数等に柔軟に対応できるとともに、無駄な電力消費を抑えることができる。

（他の実施例）
なお、本発明に係る画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、感光体ドラム１１の回転速度に上限がある場合に、これに合わせてコンデンサ７８の静電容量を決めてもよい。この場合、感光体ドラム１１の回転速度の上限値から、キャリア付着をしない電位を有する電力がどの程度の時間、現像装置１３に供給する必要があるかを求めることができる。この時間を保持時間Ｔｎとし、電源回路４０の負荷インピーダンスをＲ、トランス６０からの電力供給時における帯電チャージャ側端子６６から出力される電流Ｉｃの電圧をＶ１、トランス６０からの電力供給時における現像装置側端子７６から出力される電流Ｉｄの電圧をＶ２とすると、コンデンサ７８に求められる静電容量Ｃｎは、下記の（２）式で表すことができる。
Ｃｎ＝−Ｔｎ／Ｒ÷ｌｎ（Ｖ２／Ｖ１） …（２）
（２）式から導かれる保持時間と静電容量の関係を図９に表し、その具体的な数値を表２に示す。

以上のように、本発明に係る画像形成装置は、帯電器及び現像装置への電力供給を停止する過程である立下げプロセスの際に、現像剤の移動を抑制することができる点で優れている。

Ｔｓ 時間
Ｌ 距離
Ｓｒ 回転速度
１ 画像形成装置
４ 制御部
１１ 感光体ドラム（像担持体）
１２ 帯電チャージャ（帯電器）
１３ 現像装置
１６ 現像ローラ（現像担持体）
１７ イレーサ−（除電装置）
４０ 電源回路
６０ トランス（昇圧回路）
６６ 帯電チャージャ側端子（帯電器側端子）
７６ 現像装置側端子
７８ コンデンサ

Claims (4)

1. 静電潜像を担持するための回転可能な像担持体と、
   前記像担持体の表面を帯電させる帯電器と、
   前記静電潜像を現像する現像剤を担持するための現像剤担持体を含む現像装置と、
   前記帯電器に接続される帯電器側端子、前記現像装置に接続される現像装置側端子、並びに該帯電器側端子及び該現像装置側端子に接続された１つの昇圧回路を含み、該帯電器及び該現像装置に電力を供給する電源回路と、
   前記現像装置側端子に接続され、前記帯電器及び前記現像装置への電力供給を停止する過程である立下げプロセスにおいて、前記昇圧回路からの電力供給が停止された際に、前記現像装置へ供給される電力の減衰を遅延させるコンデンサと、
   前記像担持体の回転速度を決定する決定手段と、
   前記決定手段により決定された回転速度で回転が開始された像担持体の前記回転速度が、前記像担持体の表面における前記帯電器から前記現像剤担持体までの距離を前記コンデンサの放電に要する時間で割った値未満かどうかを判断する判断手段と、
   前記判断手段により、前記回転速度が前記コンデンサの放電に要する時間で割った値未満であると判断された場合、前記昇圧回路からの電力供給が停止された際に、前記回転速度が前記コンデンサの放電に要する時間で割った値以上となるように、一時的に前記像担持体の回転速度を増速し、前記回転速度が前記コンデンサの放電に要する時間で割った値未満でないと判断された場合、前記回転速度を維持する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記昇圧回路からの電力が分圧されて前記現像装置に供給されること、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記像担持体の回転速度は、複数の回転速度から選択可能であること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記現像剤は２成分系現像剤であること、
   を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。

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