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発明の名称 画像形成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−174785
公開日 平成11年(1999)7月2日
出願番号 特願平9−361827
出願日 平成9年(1997)12月10日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】倉橋 暎
発明者 安部 光香 / 渡辺 幸生
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 像担持体と、像担持体の表面に帯電バイアスを印加した帯電部材を当接して、像担持体の表面を帯電する接触式帯電手段と、帯電された像担持体の表面に原稿画像もしくは画像信号とされた画像情報に基づく像露光を行って、画像に対応した静電潜像を形成する露光手段と、像担持体の表面に形成された静電潜像を現像してトナー像として可視化する現像手段とを備えた画像形成装置において、前記画像の中に占める中間濃度部の割合を前記画像情報に基づいて検知する検知手段を設置して、該検知手段によって検知した中間濃度部の割合に基づいて、前記帯電手段の帯電部材に印加する帯電バイアスの条件を変更することを特徴とする画像形成装置。
【請求項2】 前記検知手段は、画像形成装置本体の画像濃度に関する入出力特性を選択する選択手段と、該選択手段で選択された入出力特性を検知する特性検知手段とを備えた請求項1の画像形成装置。
【請求項3】 前記検知手段は、入力された多値の画像信号の中で、所定の濃度域の濃度に対応した信号値を有する画像信号の数をカウントする手段である請求項1の画像形成装置。
【請求項4】 前記検知手段は、入力された多値の画像信号に、濃度変換処理、画像装飾処理等の画像信号処理を行った後の画像信号の中で、所定の濃度域の濃度に対応した信号値である画像信号の数をカウントする請求項3の画像形成装置。
【請求項5】 前記検知手段は、画像の背景部を除いた残りの画像の中に占める中間濃度部の広さもしくは比率を検知する請求項3または4の画像形成装置。
【請求項6】 前記検知手段による検知により、中間濃度部の広さもしくは比率が大きいと判断した場合に、前記帯電手段の帯電部材に交流電圧に直流電圧を重畳した電圧を印加し、前記中間濃度部の広さもしくは比率が小さいと判断した場合に、前記帯電手段の帯電部材に直流電圧のみを印加する請求項1〜5のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項7】 前記中間濃度部の広さもしくは比率が大きいと判断した場合に前記帯電部材に印加する直流電圧と、前記中間濃度部の広さもしくは比率が小さいと判断した場合に前記帯電部材に印加する直流電圧とは異なった電圧値である請求項6の画像形成装置。
【請求項8】 前記帯電手段による検知により、中間濃度部の広さもしくは比率が大きいと判断した場合および小さいと判断した場合に、前記帯電手段の帯電部材に直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加し、その比率が大きいと判断した場合に印加する交流電圧の電圧値もしくは電流値を、比率が小さいと判断した場合に印加する交流電圧の電圧値もしくは電流値よりも大きくする請求項1〜5のいずれかの項に記載の画像形成装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置に関し、特に像担持体の帯電が接触帯電式の画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】画像形成装置において、感光体、誘電体等の像担持体の帯電手段として、電圧を印加した帯電部材を像担持体の表面に接触して、表面を帯電する接触式のものが知られており、電源の低電圧化が図れる、オゾンの発生量が少ない等の長所を有し、注目されている。
【0003】接触式帯電手段には、帯電部材に帯電バイアスとして直流電圧VDCのみを印加して、像担持体を帯電処理するDC帯電方式と、直流電圧VDCに交流電圧VACを重畳して帯電部材に印加することにより、像担持体を帯電処理するAC帯電方式がある。どちらの方式でも、接触帯電部材を介した帯電バイアスの印加により、像担持体の表面が所定の極性の所定の電位に帯電される。
【0004】上記のAC帯電方式に関し、本出願人が先に提案した特公平3−52058号に係る方法および装置が、近年多用されている。
【0005】この方法は、帯電部材が、像担持体と接触する接触領域と、この接触領域よりも像担持体移動方向下流側で像担持体表面との距離が大きくなっていく離間面領域とを有し、帯電バイアスが直流電圧と交流電圧を重畳してなり、その交流電圧は、帯電部材へ直流電圧のみを印加したときにその印加開始時に示す直流電圧値の2倍以上のピーク間電圧を有しており、この帯電バイアスの帯電部材への印加により、帯電部材の離間面領域と像担持体の表面との間に振動電界を形成しながら、像担持体の表面を帯電することを特徴とするものである。
【0006】この方法によれば、像担持体表面の帯電の凹凸を交流成分がならし、像担持体表面の帯電を直流成分により所定の電位に収束させるため、像担持体表面を帯電むらを生じることなく、均一に安定して帯電できるといった優れた作用効果が奏される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、像担持体、たとえばドラム型の感光体である感光ドラムは、画像形成を行うと、クリーニングブレードや現像剤等により表面が機械的に削られ、表面の感光層の膜厚が減少する。
【0008】また感光層は電気的にも削られ、その削れ量は感光ドラムに流れる電流量とも強い相関があることが知られており、電流量が多くなると削れ量も増す。AC帯電方式では、感光ドラムに数100μAから数mAにも及ぶ大きな電流が流れ込むため、DC帯電方式に比べて感光層の削れ量が非常に大きい。
【0009】このようなことから、AC帯電方式の場合、機械的な削れおよび電流による削れにより、画像形成枚数が進むにつれて感光層の膜厚が急激に減って、感光ドラムの表面電位が変化するという欠点があった。また感光層の膜厚が薄くなると、帯電部材から感光ドラムの基体への電流のリークが起こりやすくなる。さらに、膜厚がさらに薄くなって感光層がなくなると、画像形成が不可能になってしまう問題がある。
【0010】電流による削れを防止するために、感光ドラムに流れる電流を小さくすれば良さそうであるが、AC帯電方式では流れる電流をある値よりも小さくすると、特に中間濃度の画像で、帯電不良による白および黒の斑点、即ちいわゆる砂地が発生しやすくなる。
【0011】一方、DC帯電方式では感光ドラムの削れ量は少ない。しかし、帯電方式の特性から帯電むらが生じやすく、特に中間濃度の画像で濃度むらが発生するという欠点がある。
【0012】従って、本発明の目的は、像担持体表面に電圧を印加した帯電部材を接触して、像担持体表面を帯電する接触帯電方式の画像形成装置において、像担持体表面の削れを防止するとともに、像担持体表面を帯電むらなく帯電して、長期にわたって良好な画像を安定して得ることを可能とすることにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、像担持体と、像担持体の表面に帯電バイアスを印加した帯電部材を当接して、像担持体の表面を帯電する接触式帯電手段と、帯電された像担持体の表面に原稿画像もしくは入力画像信号に対応した画像露光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、像担持体の表面に形成された静電潜像を現像してトナー像として可視化する現像手段とを備えた画像形成装置において、前記原稿画像もしくは入力画像信号の中に占める中間濃度部の広さもしくは比率を検知する検知手段を設置して、該検知手段によって検知した検知結果に基づいて、前記帯電手段の帯電部材に印加する帯電バイアスの条件を変更することを特徴とする画像形成装置である。
【0014】本発明の一態様によれば、前記検知手段は、画像形成装置本体の画像濃度に関する入出力特性を選択する選択手段と、該選択手段で選択された入出力特性を検知する特性検知手段とを備える。本発明の他の態様によれば、前記検知手段は、入力された多値の画像信号の中で、所定の濃度域の濃度に対応した信号値を有する画像信号の数をカウントする手段とすることができる。前記検知手段は、入力された多値の画像信号に、濃度変換処理、画像装飾処理等の画像信号処理を行った後の画像信号の中で、所定の濃度域の濃度に対応した信号値である画像信号の数をカウントすることができる。前記検知手段は、画像の背景部を除いた残りの画像の中に占める中間濃度部の広さもしくは比率を検知することができる。
【0015】本発明によれば、前記検知手段による検知により、中間濃度部の広さもしくは比率が大きいと判断した場合に、前記帯電手段の帯電部材に交流電圧に直流電圧を重畳した電圧を印加し、前記中間濃度部の広さもしくは比率が小さいと判断した場合に、前記帯電手段の帯電部材に直流電圧のみを印加することができる。前記中間濃度部の広さもしくは比率が大きいと判断した場合に前記帯電部材に印加する直流電圧と、前記中間濃度部の広さもしくは比率が小さいと判断した場合に前記帯電部材に印加する直流電圧とは異なった電圧値とされる。
【0016】また、本発明によれば、前記帯電手段による検知により、中間濃度部の広さもしくは比率が大きいと判断した場合および小さいと判断した場合に、前記帯電手段の帯電部材に直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加し、その比率が大きいと判断した場合に印加する交流電圧の電圧値もしくは電流値を、比率が小さいと判断した場合に印加する交流電圧の電圧値もしくは電流値よりも大きくすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【0018】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。本実施例の画像形成装置は、電子写真プロセス利用の転写式レーザビームプリンタもしくは複写機である。
【0019】図1において、符号1はドラム型の電子写真感光体、すなわち感光ドラムであり、矢印の時計方向に所定の速度(プロセススピード)を持って回転駆動される。感光ドラム1は、その回転過程で一次帯電手段の帯電ローラ2により表面が帯電される。
【0020】帯電ローラ2は接触式の一次帯電手段であり、感光ドラム1の表面に当接して、感光ドラム1の回転に従属して回転する。この帯電ローラ2には一次バイアス電源3から所定の帯電バイアスが印加され、これにより、感光ドラム1の表面が所定の極性の所定の電位に一様に帯電される。本例では、感光ドラム1をマイナスに帯電処理した。
【0021】表面を帯電された感光ドラム1に対し、ついで、レーザスキャナ等の像露光手段10により原稿画像もしくは画像信号とされた画像情報に基づいた像露光がなされ、感光ドラム1の表面に画像に対応した静電潜像が形成される。その潜像は、現像装置6によりトナーを用いて現像されて、トナー像として可視化される。
【0022】現像装置6はクラッチ機構により回転駆動力を受ける現像スリーブ6aを有し、トナーはこの現像スリーブ6a上に担持され、図示しない規制部材により薄層状のトナー層に形成される。薄層状のトナーは現像スリーブ6aの回転につれて、感光ドラム1と対向した現像領域に搬送され、そこで、図示しない現像バイアス電源で現像スリーブ6aに印加した現像バイアス(直流電圧や振動電圧が使用される)により、感光ドラム1の表面に供給されて、潜像の現像に供される。本例では、マイナスに帯電したトナー(ネガトナー)を用い、反転現像方式を採用している。
【0023】感光ドラム1上に形成されたトナー像は、転写帯電手段により転写材14に転写される。本例では、転写帯電手段は接触式の帯電ローラ12からなり、この帯電ローラ12は感光ドラム1の表面に圧接して、感光ドラム1の回転に従動して回転する。
【0024】転写材14は、帯電ローラ12と感光ドラム1とが当接した転写部に供給され、帯電ローラ12と感光ドラム1の間に挟まれて走行される。この帯電ローラ12には、転写部に転写材14の先端が突入すると転写電源5から所定の転写バイアスが印加され、転写材14の転写ローラ12が接触している部分の裏面にトナーと逆極性の電荷が誘導されて、感光ドラム1上のトナー像が転写材14の表面に転写される。
【0025】トナー像の転写を受けた転写材14は、感光ドラム1の表面から分離されて図示しない定着手段に送られ、そこでトナー像が転写材14上に永久画像として定着され、プリントあるいはコピーとして画像形成装置の機外に排出される。
【0026】一方、転写部を通過後の感光ドラム1の表面は、クリーナ13によって残留トナーやその他の付着物がクリーニング、除去され、さらに除電ランプ15によって除電して初期化され、つぎの画像形成に備えられる。
【0027】なお、接触帯電手段である帯電ローラ3および転写ローラ12は、それぞれギヤ等を取り付けて、モータ等の駆動手段により強制駆動してもよい。
【0028】さて、本発明において、原稿画像は画像形成に供する画像情報を意味し、生の画像原稿による画像のみならず、画像信号とされた画像を含む。本発明によれば、この原稿画像の中に占める中間濃度部の割合を検知する検知手段を設置して、検知手段によって検知した中間濃度部の割合に基づいて、帯電ローラ3に印加する帯電バイアスの条件を変更するようにした。
【0029】本実施例の画像形成装置は、濃度出力特性選択スイッチ(図示せず)を有している。この出力選択スイッチは、上記の検知手段として装置が出力する画像の濃度を原稿画像の濃度に対し、図2(a)または(b)に示す出力関係に切り替えて、画像を出力できるようにするものである。本実施例では、上記の検知手段を新たに設置する代わりに、この特性選択スイッチを利用した。
【0030】図2(a)の出力特性を選択すれば、原稿画像の背景部(白地部)は完全に、文字部は濃度の低い細線等も明瞭に認識できる高めの濃度に再現するので、コントラストの高い画像を出力できる。以下、この文字原稿の再現に適した出力特性のモードを文字モードと呼ぶ。
【0031】図2(b)の出力特性を選択すれば、原稿画像の中間濃度部を忠実な濃度で再現するので、階調性が豊かな画像が出力できる。以下、この階調表現を要する写真原稿の再現のモードを写真モードと呼ぶ。
【0032】文字モードを選択した場合は、その特性上、出力画像の中に占める中間濃度部の広さが、原稿画像の中に含まれる中間濃度部の広さよりも大幅に減少する。さらに、文字モードを選択すること自体が、原稿画像は階調表現を要する中間濃度部を多く含んでいないことを意味する。すなわち、文字モードを選択した時点で、出力画像の中に占める中間濃度部の広さあるいは比率、つまりこれらを一言で言って中間濃度部の割合は、非常に小さいことが判断できる。
【0033】一方、写真モードを選択した場合は、その特性上、出力画像の中に占める中間濃度部の広さは、原稿画像の中に含まれる中間濃度部の広さと一致する。さらに、写真モードを選択すること自体が、原稿画像は階調表現を要する中間濃度部を多く含んでいることを意味する。すなわち、写真モードを選択した時点で、出力画像の中に占める中間濃度部の広さあるいは比率、つまり中間濃度部の割合は非常に大きいことが判断できる。
【0034】本実施例において、帯電ローラ3による感光ドラム1の一次帯電は、帯電電位−730Vとした。このために要する電圧は、プロセススピード105mm/秒とすると、DC帯電方式の場合は、直流電圧−1400V、AC帯電方式の場合は、直流電圧−750V+交流電圧1500Vppである。
【0035】両帯電方式における帯電条件および画像の中間濃度部の均一性、感光ドラム1の削れ量を表1に示す。
【0036】
【表1】

【0037】表1に示されるように、DC帯電方式を用いると、感光ドラム1へのダメージは小さくてもすむものの、中間濃度部の均一性が悪いという欠点がある。この傾向は、感光ドラムの使用が進むと、より顕著になって行く。
【0038】一方、AC帯電方式の場合は、交流電圧の影響により、感光ドラム1の表面電位が印加する直流電圧の値にほぼ収束するので、DC帯電方式よりも直流電圧値を低くすることができる。しかし、中間濃度部の均一性はよいが、感光ドラムに流れ込む電流がDC帯電方式より大きく、感光層が削れやすいという難点がある。
【0039】そこで、本実施例では、上記の濃度出力特性選択スイッチによりモードを選択したら、その選択したモードを画像形成装置本体の図示しないCPUにより検知し、選択したモードに応じて帯電条件を切り替える。すなわち、選択した濃度出力特性が写真モードである場合には、帯電ローラ3による感光ドラム1の帯電にAC帯電方式を適用し、均一な中間濃度画像を得る。選択した濃度出力特性が文字モードである場合には、DC帯電方式に切り替え、感光ドラム1の削れを抑える。
【0040】このように、本実施例では、濃度出力特性選択スイッチによる画像モードの選択により、画像に占める中間濃度部の割合の大小を検知して、中間濃度部の割合の大小に応じて、AC帯電方式とDC帯電方式とを切り替えて感光ドラムを帯電するので、良好に帯電して濃度ムラのない高品質な画像を得ることができ、また感光ドラムの感光層の削れ量を抑えることができる。
【0041】実施例2AC帯電方式によると、感光ドラムの表面電位は、感光ドラムに流れ込む電流値がある値(今これをIthとする)を超えると、環境によらずに直流電流値に近い値に収束する。
【0042】図3にAC帯電方式の特性図を掲げる。図3において、ラインAは、感光ドラム1に一定の表面電位を得るための直流電圧Vdcと交流電圧Vppとの関係を示している。ラインBはVppと感光ドラムに流れる交流電流Iacとの関係を示している。
【0043】ラインAにおける屈曲点は、実質的にDC帯電が行われている状態から、Vppが右方へ増すと、AC帯電が行われている状態への切り替わり点を示している。この帯電切り替えにおける交流電圧値をVa とすると、ラインB上に示すように、Vpp=Va のとき、AC帯電の交流電流Iacとして必要な最低限の交流電流値がIthである。
【0044】ここで、Iacが図中のVa からVb の領域にあるときは、AC帯電の、帯電の凹凸を平らにならす効果が十分でない。このため、いわゆる砂地現象(白および黒の点状の帯電不良画像)が発生する。この砂地は文字画像では見えないが、中間濃度画像では目立ちやすい。
【0045】そこで、本実施例では、実施例1で述べた濃度出力特性選択スイッチにより選択したモードを検知し、そのモードに応じて印加するVpp、すなわちIacの値を変える。Va 、Vb に対応する交流電圧をIa 、Ib とするとき、選択された濃度出力特性が写真モードである場合には、IacをIb より大きく、かつIb に近い値に設定し、均一な中間濃度画像を得る。一方、選択された濃度出力特性が文字モードである場合には、IacをIa より大きく、かつIa に近い値に設定する。
【0046】具体的な値としては、プロセススピードを105mm/秒、交流成分の周波数を918Hz としたとき、Ia =1000μA、Ib =1080μAである。写真モードでのIacは1100μA、文字モードでのIacは1020μAとする。
【0047】
【表2】

【0048】表2に示すように、Iac=1020μAとしたときは、Iac=1100μAとしたときに比べて、感光ドラム1へのダメージが少ない。
【0049】このように、本実施例では、濃度出力特性選択スイッチによる画像モードの選択により、画像に占める中間濃度部の割合の大小を検知して、中間濃度部の割合の大小に応じて、AC帯電の交流電圧値Vpp、すなわち交流電流Iacの値を変えるので、帯電ムラのない良好な画像を得ることができ、また感光ドラムの削れ量を抑制することができる。
【0050】実施例3本実施例では、デジタル複写機やデジタルレーザープリンターのように多値の画像信号に対応したトナー像を形成する画像形成装置に本発明を適用した場合について説明する。画像形成装置が出力する画像の中に占める中間濃度部の割合(広さあるいは比率)を検知する手段以外の構成は、実施例1および2と同様である。
【0051】本実施例における画像露光手段10は、400dpiの解像度で0から255までの256レベルを有する多値の画像信号に対応している。従って、A4サイズの画像中には約150万個の画素が存在する。
【0052】そこで、少なくとも帯電行程の実行前に、上記の画像形成を実行する予定の多値の画像信号の中で所定の濃度域(たとえば対数反射濃度で0.3〜1.0)に対応した信号値である画素の数をカウントする。つまり、この0から255の多値の画像信号が0.05から1.50までの濃度値を表しているとすれば、信号値が44以上168以下の画素の数をカウントすればよい。
【0053】このようにしてカウントした中間濃度の画素数が全体の画素数の150万個に対して30%を超えた場合は、この画素信号に対応して出力する画像の中に占める中間濃度部の割合(比率)は大きいと判断し、30%を超えない場合は、中間濃度部の割合は小さいと判断する。そして、この検知した中間濃度部の割合の大小に対応して、帯電条件を切り替える。すなわち、中間濃度部の割合が大きい場合は、AC帯電方式を用い、割合が小さい場合はDC帯電方式を用いる。あるいは中間濃度部の割合の大小に応じて、AC電圧値を変える。
【0054】上記では、画像の背景部(白地部)にあたる画素も、画像の一部としてカウントしたが、背景部にはトナーが付着していないので、画像の均一性には関係しない。従って、以下に説明するカウント方法を使用すれば、画像部に占める中間濃度部の比率を正確に判断することができる。
【0055】まず、中間濃度に対応した信号値の画素数を上記と同じ方法でカウントし、同時に画像の背景部(白地部)に対応した信号値の画素数をカウントする。たとえば、対数反射濃度で0.2以下の、すなわち信号値が26以下の画素数をカウントする。つぎに、全体の画素数から画像の背景部に対応する画素数を差し引いた数に対して中間濃度の画素数が30%を超えた場合は、この画像信号に対応して出力する画像の中に占める中間濃度部の割合は大きいと判断し、30%を超えない場合は、中間濃度の割合は小さいと判断する。
【0056】本実施例において、中間濃度域は0.3〜1.0に限るものではなく、帯電均一性に応じて決定すればよい。DC帯電方式において、ベタ黒画像に比べて明らかに画像濃度の均一性が悪い濃度域を中間濃度としてみなすのが望ましい。
【0057】また、本実施例において、中間濃度部の割合の大小を判断する基準値は、30%に限定するものではない。画像形成装置のオペレーターの好み等に応じて20〜80%の間で判断の基準値を設定すれば、本発明の効果を十分に得ることができる。
【0058】中間濃度の画素のカウントは、ガンマ変換等の画像信号値を変換するような画像信号処理(画像の濃度を変換する画像信号処理)や、影付け処理等のように元の画像信号に新たに中間濃度の画像部を付加するような画像信号処理を行った後の画像信号に対して行った方が、本発明の効果をより大きくできる。
【0059】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、原稿画像もしくは画像信号の中に占める中間濃度部の広さもしくは比率、つまり割合を検知手段により検知し、中間濃度部の割合が大きいと判断した場合にのみ、直流電圧に交流電圧を重畳したAC帯電方式を用いて像担持体を帯電しているので、像担持体表面の感光層の削れを防止するとともに、像担持体表面を帯電むらなく帯電して、長期にわたって良好な画像を安定して得ることができる。
【0060】また、原稿画像もしくは画像信号の中に占める中間濃度部の割合を検知した結果に応じて、AC電圧値もしくはAC電流値を変えるようにした場合には、より一層、像担持体の感光層の削れ量を減らして画像形成可能にでき、かつ帯電ムラを防止した良好な画像を長期にわたって得ることができる。




 

 


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