JP2013117622A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 感光体ドラムの長期の使用にわたって、過帯電による砂地や、ゴーストの発生なく、安定した感光体明部電位（Ｖｌ）と感光体暗部電位（Ｖｄ）を得ることは困難であった。
【解決手段】 非画像部を第一のレーザパワーＥ１で露光することで、暗部電位（Ｖｄ）を形成し、画像部を第二のレーザパワーＥ２で露光することで、明部電位（Ｖｌ）を形成する画像形成装置において、感光体ドラムの新品時の情報及び感光体ドラムの使用により変化する情報に応じて、各レーザパワーを制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般には、電子写真方式を利用した、例えば複写機、プリンタなどの画像形成装置に関する。

従来、電子写真画像形成装置において、低オゾン、低電力などの利点を有することから、接触帯電装置、即ち、感光体に当接させた帯電部材に電圧を印加して感光体の帯電を行う方式の装置が実用化されている。特に、帯電部材として帯電ローラを用いたローラ帯電方式の装置は、帯電安定性の点から好ましく、広く用いられている。

ローラ帯電方式の接触帯電装置では、帯電ローラに対してある一定以上の電圧（帯電開始電圧Ｖｔｈ）を印加したとき、感光体の表面電位は上昇を開始し、それ以降は、印加電圧に対して傾き１の線形に感光体表面電位が増加する。つまり、電子写真に必要とされる感光体表面電位（Ｖｄ）を得るためには、Ｖｄ＋ＶｔｈなるＤＣ電圧を帯電部材に印加することが必要である。

ここでＤＣ帯電方式においては、感光体の表面電位の均一性を高める方法として、次のような従来技術が提案されている。即ち、一旦、一次帯電装置により画像形成に必要な非画像部電位（Ｖｄ）以上の電位に帯電させる。そして、この一次帯電後でかつ現像前の位置に配置した露光装置（後露光装置）を弱発光させて感光体電位を露光し、表面電位を減衰（降下）させて目標とする非画像部電位（Ｖｄ）を得る電位制御の方法である。（特許文献１）
一方、ＤＣ帯電方式では、帯電開始電圧Ｖｔｈ感光体の感光層膜厚に依存し変化するため、感光体の削れにより、感光体膜厚が減少すると、非画像部電位（Ｖｄ）が上昇してしまう。

そこで、従来技術では、通紙枚数、感光体の回転数、帯電電圧印加時間のいずれかの情報から、感光体膜厚を算出することで、露光量を制御することで潜像電位設定を一定にする方法が提案されている。（特許文献２）この方法によれば、算出された感光体膜厚に応じて、画像部電位（Ｖｌ）を形成する最大光量と、非画像部電位（Ｖｄ）を形成する最小光量の範囲を変更することで、画像濃度、ライン幅、階調性を安定して再現することができる。

特開平８−１７１２６０号公報 特開２００２−２９６８５３号公報

しかしながら、感光体ドラムの長期の使用にわたって、安定した感光体明部電位（Ｖｌ）と感光体暗部電位（Ｖｄ）を得るためには、改善の余地があった。

即ち、一次帯電電位に対して非画像部露光することで、感光体暗部電位（Ｖｄ）を形成する場合、感光体膜厚等の状態に応じて、非画像部露光量を制御する必要がある。従来技術のように、感光体表面を一次帯電するときに流れる帯電電流値を検知することで、一次帯電前後の電位差を検知し、非画像部露光量を制御する方法を用いた場合、感光体毎に帯電電流値を検知するための検知回路を付加する必要がある。そのため、複数の感光体を用いたカラー画像形成装置に応用した場合、装置の小型化、コストの面で不利になる可能性がある。また、帯電電流値を検知するためには、少なくとも感光体の回転駆動と、帯電電圧印加が必要になるため、感光体の寿命に影響する可能性がある。一方、感光体回転数等から算出した感光体膜厚変化量に応じて、非画像部露光量を制御する方法を用いた場合、感光体固有（感光体新品時）の膜厚バラツキや感度バラツキによる電位変動を補正するのは困難である。そのため、目標とする感光体電位の安定性の観点から改善の余地があった。また、感光体は露光を繰り返されることによって経時的に感度変化が起こるため、感光体膜厚にのみ応じた露光量制御では、目標とする感光体電位の安定性の観点から改善の余地があった。

従って、本発明は、画像形成装置を長期間使用したとしても、感光体表面電位を適当に制御し、良好な画像形成を行うことを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、
電圧を印加した接触帯電部材を感光体に当接させて、前記感光体表面を帯電する帯電手段と、少なくとも、前記感光体表面暗部電位（Ｖｄ）を形成するための第一のレーザパワーと、前記感光体表面明部電位（Ｖｌ）を形成するための第二のレーザパワーの２水準のレーザパワーが出力可能な露光手段と、
前記感光体表面明部電位（Ｖｌ）で形成された静電潜像対して現像剤を付着させることで顕像化する現像手段と、前記感光体の使用履歴に関する情報が書き込み／読み出し可能な記憶手段と、
前記露光手段の第一のレーザパワーと第二のレーザパワーをそれぞれ制御可能な露光制御手段と、を有し
前記帯電手段が、前記感光体表面を画像形成に必要な感光体表面暗部電位（Ｖｄ）以上の一次帯電電位に帯電した後、前記露光手段が、非画像領域に対して、前記第一のレーザパワーにて露光して、前記一次帯電電位を前記感光体表面暗部電位（Ｖｄ）まで降下させ、画像領域に対して、前記第二のレーザパワーにて露光して、前記感光体表面明部電位（Ｖｌ）を形成するとともに、
前記露光制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記感光体に関する情報に応じて、前記第一のレーザパワーと、前記第二のレーザパワーを制御することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、画像形成装置を長期間使用したとしても、感光体表面電位を適当に制御し、良好な画像形成を行うことができる。

本発明を適用可能な実施例１に係るレーザパワー制御を説明するフローチャートである。 本発明を適用可能な実施例に係る画像形成装置の概略断面図である。 （ａ）本発明を適用可能な実施例に係る感光体ドラムのＥ−Ｖ曲線を説明するグラフである。（ｂ）本発明を適用可能な実施例に係る電位設定を説明する図である。 本発明を適用可能な実施例に係る電源配線を説明する概略断面図である。 （ａ）本発明を適用可能な実施例に係る感光体ドラムにおける、感光層膜厚とＥ−Ｖ曲線の関係を説明するグラフである。（ｂ）本発明を適用可能な実施例に係る感光層膜厚の変化による、一次帯電電位とＥ−Ｖ曲線の変化を説明するグラフである。 （ａ）本発明を適用可能な従来例に係る電位推移を説明する図である。（ｂ）本発明を適用可能な実施例に係る電位推移を説明する図である。 （ａ）本発明を適用可能な実施例に係るレーザパワーＥ１の算出方法を説明する図である。（ｂ）本発明を適用可能な実施例に係るレーザパワーＥ２の算出方法を説明する図である。 本発明を適用可能な実施例に係る帯電バイアス電圧と現像バイアス電圧を出力する電源回路を説明する概略図である。 本発明を適用可能な実施例２に係るレーザパワー制御を説明するフローチャートである。 （ａ）本発明を適用可能な実施例に係る感光体ドラムにおける、感光層感度とＥ−Ｖ曲線の関係を説明するグラフである。（ｂ）本発明を適用可能な実施例に係る感光体ドラムにおける、露光履歴とＥ−Ｖ曲線の関係を説明するグラフである。 本発明を適用可能な実施例に係る制御系統を説明するブロック図である。

（実施例１）
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（１−１）画像形成装置の全体的な概略構成の説明
図２において、画像形成装置１は、電子写真プロセスを用いたレーザービームプリンタである。プリンタ制御部１００にインターフェース２０１を介して接続されているプリンタコントローラ（外部ホスト装置）２００から入力する画像データ（電気的な画像情報）に対応した画像を記録媒体である用紙Ｐに形成して画像形成物を出力する。制御部１００は画像形成装置の動作を制御する手段であり、プリンタコントローラ２００と各種の電気的情報信号の授受をする。また、各種のプロセス機器やセンサから入力する電気的情報信号の処理、各種のプロセス機器への指令信号の処理、所定のイニシャルシーケンス制御、所定の作像シーケンス制御を司る。プリンタコントローラ２００は、ホストコンピュータ、ネットワーク、イメージリーダ、ファクシミリ等である。記録材Ｐは記録紙、ＯＨＰシート、葉書、封筒、ラベル等である。

図２に示した画像形成装置１は、４つの画像形成ユニット（プロセスカートリッジ）１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋが横方向（略水平方向）に一定の間隔を置いて並列配置された所謂タンデム型で構成されている。プロセスカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、像担持体としての感光ドラム１１、帯電ローラ１２、現像ローラ１３、現像ブレード１５、ドラムクリーナ１４が一体として構成されている。帯電ローラ１２は、感光ドラム１１の表面を所定電位で一様に帯電する帯電手段である。現像ローラ１３は、非磁性一成分トナー（マイナス帯電特性）を担持搬送し、感光ドラム１１上に形成された静電潜像を現像剤像に現像するための現像手段である。現像ブレード１５は、現像ローラ上のトナー層を均一化するためのものである。ドラムクリーナ１４は、転写後の感光ドラム１１表面を清掃するためのものである。感光ドラム１１は不図示の駆動手段によって、図中の矢印方向に１２０（ｍｍ／ｓｅｃ）の表面移動速度で回転駆動される。ここで、感光ドラム１１とは、アルミ素管上に、電荷発生層、電荷輸送層、表面層を順次積層して形成されている。本実施例では、電荷発生層、電荷輸送層、表面層を合わせて感光層として説明する。

ここで、各プロセスカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、現像容器１６に収納されたトナーを除いて、略同様に構成されている。そして、各プロセスカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、それぞれがイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナー像を形成する。

また、各プロセスカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、画像形成装置１本体に対して着脱可能に構成されている。例えば現像器１３内のトナーが消費された場合には、各プロセスカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ毎に交換することができるように構成されている。

また、各プロセスカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、記憶手段としてメモリ１７を設ける。メモリ１７としては、例えば、接触不揮発性メモリ、非接触不揮発性メモリ、電源を有する揮発性メモリなど、任意の形態を用いることができる。本実施例では、記憶手段として非接触不揮発性メモリ１７がプロセスカートリッジに搭載されている。非接触不揮発性メモリ１７は、メモリ側の情報伝達手段であるアンテナ（図示せず）を有し、無線で画像形成装置本体１側の制御部１００と通信することで、情報の読み出し及び書き込みが可能である。即ち、制御部１００は装置本体側の情報伝達手段、メモリ１７に対する情報の読み書き手段の機能を備えている。このメモリ１７には、新品時の感光ドラムに関する情報が記憶される。例えば、新品時の感光層膜厚（初期感光層膜厚）や、新品時の感度（初期感度）等である。これらの情報は、製造時に記憶される。また、感光ドラムの使用に伴い変化する感光体の情報（感光層膜厚及び感度の変化量に関する情報）を、随時書き込み及び読み出しが可能である。

現像手段としての現像ローラ１３は、芯金と、芯金周りに同心一体に形成された導電性弾性体層とを有し、感光ドラム１１に対してほぼ並行に配置される。現像ブレード１５は、ＳＵＳ製の金属薄板で構成されており、現像ローラ１３に所定の押圧力にて自由端を当接している。現像ローラ１３は、摩擦によって負極性に帯電されたトナーを感光ドラムと対向する現像位置に担持搬送する。感光ドラム１１に対しては、不図示の接離機構によって、当接／離間状態をとり得る構成となっており、画像形成工程時には、感光ドラム１１に当接し、現像ローラ１３の芯金に対して、現像バイアス電圧として約−３００ＶのＤＣバイアス電圧が印加される。

本実施の形態の画像形成装置１では、露光系として、プロセスカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋのそれぞれに配設された感光ドラム１１を露光するレーザ露光ユニット２０が設けられている。レーザ露光ユニット２０には、プリンタコントローラ２００からインターフェース２０１を介して制御部１００に入力し画像処理された画像情報の時系列電気デジタル画素信号が入力する。レーザ露光ユニット２０は、入力する時系列電気デジタル画素信号に対応して変調したレーザ光を出力するレーザ出力部、回転多面鏡（ポリゴンミラー）、ｆθレンズ、反射鏡等を有しており、レーザ光Ｌで感光ドラム１１表面を主走査露光する。この主走査露光と、感光ドラム１１の回転による副走査により、画像情報に対応した静電潜像を形成する。

ここで、接触型の帯電手段としての帯電ローラ１２は、芯金と、芯金周りに同心一体に形成された導電性弾性体層とを有し、感光ドラム１１に対してほぼ並行に配列され、かつ導電性弾性体層の弾性に抗して所定の押圧力で当接している。芯金の両端部は回転可能に軸受け支持されており、帯電ローラ１２は感光ドラム１１の回転に従動して回転する。本実施例においては、帯電ローラ１２の芯金に対して、帯電バイアス電圧が印加される。

一方、本実施の形態の画像形成装置１では、各プロセスカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの感光ドラム１１に当接するように、第二の像担持体である中間転写ベルト３０が配置されている。中間転写ベルト３０は、電気抵抗値（体積抵抗率）が１０^１１〜１０^１６（Ω・ｃｍ）程度の厚さ１００〜２００μｍの、の樹脂フィルムを、無端状に形成した樹脂フィルムを用いている。中間転写ベルト３０の材料として、ＰＶｄｆ（ポリフッ化ビニリデン）、ナイロン、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）等を用いることができる。また、中間転写ベルト３０は、駆動ローラ３４、２次転写対向ローラ３３とで張架され、駆動ローラ３４が不図示のモーターにより回転することにより、プロセス速度で循環駆動される。１次転写ローラ３１は、軸上に導電性弾性層を設けたローラ状に構成され、それぞれ感光ドラム１１に対してほぼ平行に配置され、中間転写ベルト３０を介して感光ドラム１１に所定の押圧力で当接している。１次転写ローラ３１の軸には、正極性のＤＣバイアス電圧が印加されることで転写電界が形成されるように構成される。

感光ドラム１１上に現像された各色トナー像は、さらに感光ドラム１１が矢印方向に回転することで、１次転写位置に送られ、１次転写ローラと感光ドラム１１との間に形成された１次転写電界によって、中間転写ベルト３０上に、順次１次転写される。このとき、４色の画像は順次重畳的に中間転写ベルト３０上に転写されるので、４色のトナー像の位置は一致している。感光ドラム１１上の１次転写残トナーはドラムクリーナ１４によりクリーニングされる。

なお１次転写行程が常に高転写効率、低再転写率などの条件を満たし良好に行われるには、１次転写バイアス電源７０１から印加する正極性のバイアスを、環境やパーツの特性などを考慮した最適な値に常に制御する必要があり、不図示の制御手段でこれを行っている。

ここで、本実施の形態の画像形成装置１には、用紙搬送系として、給紙側に、用紙カセット５０、ピックアップローラ５１、搬送ローラ５２、レジストローラ５３が配設されている。用紙カセット５０は、用紙Ｐを収容する。ピックアップローラ５１は、用紙カセット５０に集積された記録材である用紙Ｐを所定のタイミングで取り出して搬送する。搬送ローラ５２は、ピックアップローラ５１により繰り出された用紙Ｐを搬送する。レジストローラ５３は画像形成動作に合わせて用紙Ｐを２次転写位置に送り出す。

４色のトナー像が中間転写ベルト３０上に１次転写されると、中間転写ベルト３０の回転と同期を取って、レジストローラ５３部から用紙Ｐが搬送される。そして、１次転写ローラ３１と同様な構成から成る２次転写ローラ３２が用紙Ｐを介して中間転写ベルト３０に当接する。２次転写対向ローラ３３を対向電極として、２次転写ローラ３２に、２次転写バイアス電源７０２から正極性バイアスが印加され、中間転写ベルト３０上の４色のトナー像は、一括して用紙Ｐ上に２次転写される。２次転写残トナーは、中間転写ベルト３０に当接された不図示の帯電ブラシのバイアス印加によって、正極性の電荷を付与されるため、画像形成工程の１次転写位置にて感光ドラム１１側に転写されて、ドラムクリーナ１４によってかきとり回収される。

４色のトナー像が転写された用紙Ｐは、搬送ローラ５４及び５５によって、従来公知の定着装置６０に搬送され、用紙Ｐ上の未定着トナー像は、熱および圧力による定着処理を受けて用紙Ｐに定着される。その後、搬送ローラ５６及び５７により排紙ローラ５８に送られ、排紙ローラ５８により排紙口から装置本体上面の排紙トレイ上にカラー画像形成物として、排出される。

（１−２）レーザ露光ユニットに関する説明
本実施例における、レーザ露光ユニットに関して図１１を用いて説明する。
ここで、本実施例のレーザ露光ユニット２０は、感光体表面を露光する際のレーザ出力として、第一のレーザパワー（Ｅ１）と第二のレーザパワー（Ｅ２）の２水準の出力値を切り替え出力可能に構成されている。即ち、制御部１００には、各々のレーザパワーを個別に制御するレーザパワー制御部１０２が設けられている。図１１に、レーザパワー制御系統に関するブロック図を示す。プリンタコントローラ２００から送られてくる画像信号は、８ビット＝２５６階調の深さ方向をもつ多値信号（０〜２５５）であり、この信号が０のときレーザ光はオフ、２５５のとき完全オン（全点灯）、１〜２５４の間では、両者の中間の値を暫時もつものとする。本実施例においては、画像処理部１０３において、シリアルな時系列デジタル信号に変換され、４×４ディザマトリックスによる面積階調と、６００ドット／インチの各ドットパルスのレーザ発光時間を制御したレーザパルス幅変調を用いて、２５６段階に制御される。また、通信部１０１は、各プロセスカートリッジのメモリ１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃ，１７Ｋに格納された、感光体膜厚及び感度に関する情報を読み出す。レーザパワー制御部１０２からは、各プロセスカートリッジの感光体の状態に応じて選択されたレーザパワー信号と、各プロセスカートリッジに対する画像データ信号が、レーザ露光ユニット２０に送られる。レーザパワー出力部２１は、レーザパワー制御部１０２から入力された選択信号に応じて、レーザパワーを切り替えて、レーザダイオード２２を発光し、ポリゴンミラーを含んだ補正光学系２３を経て、レーザ走査光Ｌとして、感光ドラム１１に照射される。

本実施例における、レーザパワー制御部１０２は、第一のレーザパワー（Ｅ１）と、第二のレーザパワー（Ｅ２）とを、各プロセスカートリッジに対して個別に制御する。第一のレーザパワー（Ｅ１）は、非画像領域に対して、暗部電位（非画像部電位Ｖｄ）を形成するためのレーザパワーである。第二のレーザパワー（Ｅ２）は、画像領域に対して、明部電位（画像部電位Ｖｌ）を形成するためのレーザパワーである。本実施例においては、画像形成工程において、レーザダイオード２２に所定のバイアス電流を流しておくことによって、レーザを弱発光させておき、これを第一のレーザパワー（Ｅ１）と設定する。また、画像情報部に対しては、電流値を加えて流すことで、第二のレーザパワー（Ｅ２）とする構成とする。また、レーザパワー制御部１０２は、後述する感光体表面電位制御に基づき、レーザダイオード２２に流す電流量を可変にすることで、レーザパワーＥ１及びＥ２を制御するものとする。

（１−３）潜像設定に関する説明
本実施例における、潜像設定に関して図３（ａ）及び図３（ｂ）を用いて説明する。本実施例の感光ドラム１１はアルミニウム製の円筒状基体と、その表面を覆うＯＰＣ（有機半導体）感光層とによって構成されている。

図３（ａ）は、感光層の初期膜厚が１８（μｍ）である感光ドラム１１に対して所定のレーザパワーにより露光した場合における、表面電位と露光レーザパワーの関係（以下、Ｅ−Ｖ曲線と称す）を示す図である。感光ドラム１１は、帯電ローラ１２に約−１０４０（Ｖ）のＤＣ電圧を印加して、一次帯電電位（Ｖ０）として−５００Ｖに帯電している。グラフの横軸は、感光体表面が受ける露光レーザパワーＥ（μＪ／ｃｍ^２）を表している。この感光ドラム１１の画像部に対してレーザ露光ユニット２０が第二のレーザパワーＥ２（μＪ／ｃｍ^２）にて露光することで、約１５０（Ｖ）の明部電位（Ｖｌ）を形成する。同時に、非画像情報部（バックグラウンド）に対しても、第一のレーザパワーＥ１（μＪ／ｃｍ^２）にて露光することで、約４５０Ｖの暗部電位（Ｖｄ）を形成する。また、現像ローラには、約−３００（Ｖ）のＤＣバイアス電圧が印加される。そのため、現像位置に搬送された負帯電トナーは、感光ドラム１１上の明部電位（Ｖｌ）と現像バイアス電圧（Ｖｄｃ）との電位コントラストにより、明部電位（Ｖｌ）の部分に付着して、静電潜像がトナー像として反転現像される。

なお、本実施の形態の画像形成装置１では、帯電ローラ１２による感光ドラム１１への帯電が負極性（マイナス）電荷で行なわれ、現像が負極性（マイナス）帯電されたトナーで行なわれる反転現像方式を用いている。したがって、第二のレーザパワーＥ２（μＪ／ｃｍ^２）で露光された領域が画像部であり、第一のレーザパワーＥ１（μＪ／ｃｍ^２）で露光された領域が白地部（バックグラウンド）となる。

図３（ｂ）は、電位設定を説明する図である。一次帯電電位（Ｖ０）は、帯電ローラにより帯電された感光ドラム１１の電位である。明部電位（Ｖｌ）と現像バイアス電圧（Ｖｄｃ）との差である現像コントラスト（Ｖｃ）は、画像部の画像濃度および階調性を設定する要因となる。すなわち、現像コントラスト（Ｖｃ）が小さくなると、充分な画像濃度および階調性を得ることができない。そのため、現像コントラスト（Ｖｃ）は、所定値以上を確保する必要がある。本実施例では、現像コントラストＶｃ＝１５０（Ｖ）に設定する。また、現像バイアス電圧（Ｖｄｃ）と暗部電位（Ｖｄ）との差である白地部コントラスト（Ｖｂ）は、白地部でのかぶり（地肌汚れ）量を決める要因となる。すなわち、白地部コントラスト（Ｖｂ）が所定値を超えて大きくなると、逆帯電されたトナー（すなわち、プラス帯電されたトナー）が白地部に付着してかぶりとなり、画像汚れや機内汚染等を引き起こす原因となる。一方、白地部コントラスト（Ｖｂ）が所定値を超えて小さくなると、正常に帯電されたトナー（すなわち、マイナス帯電されたトナー）が白地部に現像されてしまい、かぶりとなる。そのため、白地部コントラスト（Ｖｂ）は、所定の範囲内に設定する必要がある。本実施例では、白地部コントラストＶｂ＝１５０（Ｖ）に設定する。

（１−４）感光体のＥ−Ｖ特性に関する説明
次に図５（ａ）、図５（ｂ）、図６（ａ）、図１０（ａ）を用いて、感光ドラムのＥ−Ｖ曲線の変化特性に関して説明する。

感光ドラム１１表面の感光層はプリント動作にともない、放電を繰り返し受けるとともに、クリーニングブレード１４や現像ローラ１３との摺擦により、表面が削られる。その結果、感光層の膜厚が減少し、表面電位特性に変化が生じる。図５（ａ）に、膜厚の異なる感光ドラムに対して、それぞれ帯電バイアス電圧を調整することで、一次帯電電位を揃えた場合の、Ｅ−Ｖ曲線を示す。膜厚減少に伴い、表面電荷密度が上昇することによって、Ｅ−Ｖ曲線の傾きが小さくなる。即ち、感光層の経時的な膜厚変化、及び、製造時の感光層膜厚（初期膜厚）によって、感光体電位は変化する。

また、帯電バイアス出力値を所定の値に固定した場合、上記の感光層膜厚変化に伴って、一次帯電電位が上昇する。これは、静電容量の増加に伴い、帯電ローラと感光ドラム間での放電開始電圧が小さくなることに起因するものである。

図５（ｂ）は、帯電電圧を所定の値に固定し、感光層の膜厚が異なる感光ドラムを帯電した場合の、Ｅ−Ｖ曲線である。具体的には、帯電バイアス電圧の出力値を約−１０４０（Ｖ）に固定し、感光層の膜厚が１８（μｍ）の感光ドラムと、感光層の膜厚が１３（μｍ）の感光ドラムのＥ−Ｖ曲線である。感光層の膜厚の変化により、一次帯電電位の上昇と、Ｅ−Ｖ曲線の傾き変化が生じる。感光層の膜厚が１８（μｍ）の時は、所望の暗部電位（Ｖｄ）及び明部電位（Ｖｌ）が得られるレーザ露光出力値は、それぞれＥ１＝０．０２３（μＪ／ｃｍ^２）、Ｅ２＝０．２３（μＪ／ｃｍ^２）である。この場合、帯電電圧と、レーザ露光出力値を変更せずに、感光層の膜厚が１３（μｍ）になるまでプリントテストを行った場合、暗部電位（Ｖｄ）及び明部電位（Ｖｌ）が、いずれも目標値からバラつき、それぞれ、Ｖｄｍ、Ｖｌｍとなってしまうことが分かる。

図６（ａ）は、帯電電圧を固定して、感光ドラムの使用情報に応じてレーザ露光出力値を変更しなかった場合における、Ｖｄ及びＶｌの電位推移を模式的に示した図である。感光ドラムの使用量として印刷枚数を用いている。上述したように、感光層の膜厚変化によりＥ−Ｖ曲線が変化することで、暗部電位（Ｖｄ）及び明部電位（Ｖｌ）が上昇する。その結果、白地部コントラスト（Ｖｂ´）が増大し、現像コントラスト（Ｖｃ´）が減少し、画像濃度、カブリ、ライン幅、階調性等の画像品質が低下してしまう。

また、感光ドラムのＥ−Ｖ曲線の変化要因として、感光層の感度バラつきがある。これは、製造条件、材料等に起因するものであり、感光ドラム個々の特性である。図１０（ａ）は、感度の異なる膜厚が１３（μｍ）の感光ドラムを所定の一次帯電電位に帯電した場合のＥ−Ｖ曲線である。図１０（ａ）のように、感光層の感度は、Ｅ−Ｖ曲線の傾きに影響する。この場合も、感度の高い感光ドラムを想定して、レーザ露光出力値Ｅ１及びＥ２を設定した場合、感度の低いドラムに対しては、目標とする暗部電位（Ｖｄ）及び明部電位（Ｖｌ）が得られず、各々、Ｖｄｋ、Ｖｌｋとなってしまう。

（１−５）高圧電源回路に関する概略構成の説明
図４は、本実施例における、各帯電バイアス電源及び現像バイアス電源と各プロセスカートリッジとの接続について説明する配線図である。図４に示したように、プロセスカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの帯電ローラ１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋには、共通の帯電バイアス電源６０２が接続されている。すなわち、帯電ローラ１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋへは同一の帯電バイアス電圧が印加されるように構成されている。また同様に、プロセスカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの現像ローラ１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋには、共通の現像バイアス電源６０１が接続されている。この場合も、現像ローラ１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋへは同一値の現像バイアス電圧が印加されるように構成されている。更に、本実施例においては、図８に示すように、帯電バイアス電源６０２と現像バイアス電源６０１は回路を共有した共通電源６００となっている。即ち、帯電バイアス電圧のＤＣ電圧値と現像バイアス電圧のＤＣ電圧値の差分を固定する構成になっている。

このように、本実施の形態の画像形成装置１では、プロセスカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃの帯電ローラ１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ及び現像ローラ１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋに対する電源を極力共通化している。電源の数を極小化することで、装置の小型化および低コスト化の実現を可能としている。

尚、本実施例では、帯電バイアス電源６０２と現像バイアス電源６０１は抵抗分圧回路で構成しているが、ツェナーダイオード素子を用いて、ＤＣ電圧値の差分を固定する構成も適用可能である。また、１次転写バイアス電源から各１次転写ローラへ印加するＤＣバイアス電圧を共通化した画像形成装置も適用可能である。

（１−６）本実施例における、レーザパワー制御に関する説明
次に、本実施例における、非画像部露光量（Ｅ１）及び画像部露光量（Ｅ２）のレーザパワーの設定方法に関して、以下に説明する。

本実施例においては、感光ドラム１１の製造時の膜厚（初期膜厚）、感光ドラム１１の使用履歴情報から、Ｅ−Ｖ曲線を精度よく予測して、レーザパワーを制御することで、所望の暗部電位（Ｖｄ）及び明部電位（Ｖｌ）を形成する。具体的には、感光体のＥ−Ｖ曲線の実使用領域を、図７（ａ）及び図７（ｂ）のように、それぞれ傾きの異なる一次関数で近似する。図７（ａ）は、暗部電位（Ｖｄ）近傍における、Ｅ−Ｖ曲線を一次関数で近似したものである。図７（ｂ）は、明部電位（Ｖｌ）近傍における、Ｅ−Ｖ曲線を一次関数で近似したものである。そして、目標とする暗部電位Ｖｄ＝−４５０（Ｖ）及び明部電位Ｖｌ＝−１５０（Ｖ）を得るために必要な、レーザパワーＥ１及びＥ２を各々算出する。制御部１００は、メモリ１７から初期膜厚に関する情報ｍｉ（μｍ）、膜厚変化量に関する情報ｍｊ（μｍ）、初期感光層感度に関する情報ｋ１及びｋ２を読み出す。ｋ１は、暗部電位（Ｖｄ）近傍における感度に関する情報であり、ｋ２は、明部電位（Ｖｌ）近傍における感度に関する情報である。次に、各プロセスカートリッジに対して、以下の（式１）〜（式５）に基づいて、各レーザパワーＥ１及びＥ２を算出する。
Ｅ１＝ｋ１×（Ｖｄ−Ｖ０）／γ （式１）
Ｅ２＝ｋ２×（Ｖｌ−Ｖ０）／η （式２）
Ｖ０＝Ｖｐ−α×（ｍｉ−ｍｊ）＋δ （式３）
γ＝ω×（ｍｉ−ｍｊ）＋τ （式４）
η＝μ×γ （式５）
ｍｊ＝ε×ｔ （式６）
α、δ、ω、τ、μ、ε：係数

ここで、初期膜厚ｍｉ（μｍ）、初期感光層感度に関する情報ｋ１及びｋ２は、製造時にメモリ１７に書き込まれる情報である。また、膜厚変化量ｍｊ（μｍ）は、プリント枚数ｔ（枚）から算出されるものであり、随時、メモリ１７に書き込まれる情報である。また、帯電バイアス電圧（Ｖｐ）は感光ドラムの使用に関わらず固定された値であり、Ｖｐ＝１０４０とする。尚、本実施例においては、（式１）〜（式６）は一次関数としたが、感光体及び画像形成装置の特性に応じて適宜決定されるものであり、多項の式あるいは、複数の曲線からなる式であってもかまわない。本実施例では、予め感光ドラムの膜厚と、帯電電圧と、一次帯電電の関係を実験的に求めることで相関づけを行ったものであり、数式はこれに限定されるものではない。また、感光層の膜厚変化量の算出に関しては、プリント枚数の他、帯電手段への電圧印加時間、感光ドラム回転時間のいずれかを選択、若しくは、組み合わせても適用可能である。更に、係数α、δ、ω、τ、μ、εは、感光体及び画像形成装置の特性に応じて、任意に最適化される係数である。温湿度等の画像形成装置が使用される雰囲気状態を検知するセンサを有している場合は、検知した雰囲気状態に応じて、補正される構成することで、より詳細な制御を行うことが可能である。本実施例においては、感光体感度に関する情報ｋ１＝１、ｋ２＝１、係数α＝１０、β＝８６０、δ＝−３６０、ω＝−８０、τ＝−７００、μ＝０．７、ε＝５×１０^−４を用いた。本実施例において、ｋ１とｋ２はそれぞれ１で計算しているが、感光ドラムの材料等により、暗部電位近傍における感度と、明部電位近傍の感度とが異なる場合がある。そのような場合において、感度の係数ｋ１とｋ２を適当に設定することにより、より精確なレーザパワーＥ１及びＥ２の制御をすることができる。

（１−７）本実施例における、感光体表面電位制御を説明するフローチャート
次に、図１のフローチャートを用いて、本実施例における、レーザパワー制御方法に関して説明する。プリンタコントローラ２００からプリント信号が入力される（Ｓ１０１）と、画像形成装置１内の通信部１０１は、各プロセスカートリッジ１０Ｙ、１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋに搭載されたメモリ１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃ，１７Ｋと通信を行う。そして、各メモリに格納されている、初期膜厚ｍｉ、膜厚変化量ｍｊを読み出す（Ｓ１０２〜Ｓ１０４）。

次に、制御部１００は、（式１）〜（式５）に基づいて、各プロセスカートリッジに対する、第一レーザパワーＥ１を決定し（Ｓ１０５）、同様に第二レーザパワーＥ２を決定する（Ｓ１０６）。更に、制御部１００は、画像形成動作を行い（Ｓ１０７）、プリント枚数ｔを計測する（Ｓ１０８）。そして、制御部１００は、計測結果から（式６）に基づいて、膜厚変化量ｍｊを算出し（Ｓ１０９）、算出結果を、通信部１０１を介して、各プロセスカートリッジのメモリ１７に書き込み（上書き）する（Ｓ１１０）。

上述した制御を行った一例として、初期感光層膜厚が１８（μｍ）の感光ドラムを用いた。
画像形成装置において、１００００（枚）のプリントテストを行った。その結果、感光ドラムの膜厚変化量は、５（μｍ）であるため、感光層膜厚は１３（μｍ）となる。感光層膜厚が１８（μｍ）と１３（μｍ）の感光体に対して、帯電電圧Ｖｐ＝１０４０（Ｖ）印加した際の、Ｅ−Ｖ曲線を図５（ｂ）で示す。

この場合、制御部１００は、メモリ１７から膜厚情報を読み出し、レーザ出力値を各々Ｅ１＝０．０５（μＪ／ｃｍ^２）、Ｅ２＝０．３２（μＪ／ｃｍ^２）に設定することで、暗部電位Ｖｄ＝−４５０（Ｖ）及び明部電位Ｖｌ＝−１５０（Ｖ）を形成することができた。このプリントテストにおける、電位推移を図６（ｂ）に示した。印刷枚数に応じて、感光層膜厚を算出し、レーザ出力値Ｅ１及びＥ２を制御する事で、感光体の長期使用にわたって、安定した電位設定を維持する事ができた。

尚、本実施例におけるレーザパワーは、表面速度１２０（ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動している感光体表面が受ける、露光量として定義したものであり、それぞれの露光量を得るために、制御部１００はレーザ出力値の制御を行うものとする。

（実施例２）
本実施例における画像形成装置、感光ドラム、潜像設定、高圧電源構成は、実施例１と同様である。本実施例においては、感光ドラムの露光履歴を考慮することで、Ｅ−Ｖ曲線の予測精度を、更に向上させて、レーザパワーＥ１及びＥ２を制御することを特徴とする。

（２−１）感光体のＥ−Ｖ特性に関する説明
感光体ドラムの使用に伴う、電位の変化要因として、感光層膜厚の変化に加えて、レーザ露光による感度の変化（低下）が生じる。これは、比較的レーザ露光パワーの大きな画像部露光（Ｅ２）が繰り返されることで、感光層内に残留電荷が蓄積することが原因である。そのため、レーザ露光面積即ち画像データ数に応じて、感度変化の度合いが異なり、累積の露光エネルギーが多くなる程、残留電荷量が増加する。一例として、図１０（ｂ）に、Ａ４サイズ画像で各々０％印字率及び５％印字率で１００００（枚）のプリントを行った後の、１３（μｍ）の感光ドラムのＥ−Ｖ曲線を示す。プリント画像データの履歴（いわゆる、露光履歴）によって、Ｅ−Ｖ曲線が変化することが分かる。露光履歴のない感光ドラムを想定して、レーザ露光出力値Ｅ１＝０．０２８（μＪ／ｃｍ^２）及びＥ２＝０．２８（μＪ／ｃｍ^２）を設定した場合、露光履歴のあるドラムに対しては、目標とする暗部電位（Ｖｄ）及び明部電位（Ｖｌ）が得られず、各々、Ｖｄｐ、Ｖｌｐとなってしまう。

（２−２）本実施例における、感光体表面電位制御に関する説明
本実施例においては、各プロセスカートリッジの感光体の露光履歴ρを検知する。具体的には、制御部１００は、プリント画像データからピクセル数を計測し、積算ピクセル値Ｐを算出することで、露光履歴ρを求める。例えば、Ａ４サイズ画像に対して、５％の印字率で１０（枚）プリントした場合、積算ピクセル値Ｐ＝５０と計測する。積算ピクセル値Ｐは、プリントが行われる毎に、随時メモリ１７に書き込まれる情報である。

制御部１００は、メモリ１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃ，１７Ｋから、初期膜厚に関する情報ｍｉ（μｍ）、膜厚変化量に関する情報ｍｊ（μｍ）、感光層感度に関する情報ｋ１及びｋ２、積算ピクセル値Ｐを読み出す。続いて、制御部１００は、（式３）〜（式５）及び（式８）〜（式１０）を用いて、暗部電位Ｖｄ＝−４５０（Ｖ）及び明部電位Ｖｌ＝−１５０（Ｖ）を得るために必要な、レーザパワーＥ１及びＥ２（μＪ／ｃｍ^２）を算出する。尚、帯電電圧Ｖｐに関しては、本実施例では、Ｖｐ＝−９９０（Ｖ）を用いた。
Ｅ１＝λ×ρ×ｋ１×（Ｖｄ−Ｖ０）／γ （式８）
Ｅ２＝ρ×ｋ２×（Ｖｌ−Ｖ０）／η （式９）
ρ＝ζ×Ｐ （式１０）
λ、ζ：係数

本実施例においては、係数λ＝０．７、ζ＝３．２×１０^−５を用いた。また、実施例１と同様に、感光体感度に関する情報ｋ１＝１、ｋ２＝１、係数α＝１０、β＝８６０、δ＝−３６０、ω＝−８０、τ＝−７００、μ＝０．７、ε＝５×１０^−４を用いた。

尚、各数式及び各係数は、感光体及び画像形成装置の特性に応じて適宜決定されるものであり、これに限定されるものではない。

（２−３）本実施例における、感光体表面電位制御を説明するフローチャート
次に、図９のフローチャートを用いて、本実施例における、レーザパワー制御方法に関して説明する。ホスト２００からプリント信号が入力される（Ｓ９０１）と、画像形成装置１内の通信部１０１は、各プロセスカートリッジ１０Ｙ、１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋに搭載されたメモリ１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃ，１７Ｋと通信を行う。そして、格納されている、初期膜厚ｍｉ、初期感度ｋ１及びｋ２、膜厚変化量ｍｊ、積算ピクセル値Ｐを読み出す（Ｓ９０２〜Ｓ９０５）。次に、制御部１００は、（式３）〜（式５）及び（式８）〜（式１０）に基づいて、各プロセスカートリッジに対する、第一レーザパワーＥ１を決定し（Ｓ９０６）、同様に第二レーザパワーＥ２を決定する（Ｓ９０７）。続いて、制御部１００は、画像形成動作を行い（Ｓ９０８）、プリント枚数ｔを計測する（Ｓ９０９）。そして、制御部１００は、計測結果から（式６）に基づいて、膜厚変化量ｍｊを算出し（Ｓ９１０）、算出結果を、通信部１０１を介して、各プロセスカートリッジのメモリ１７に書き込み（上書き）する（Ｓ９１１）。一方、制御部１００は、画像処理部１０３によって変換された画像データに基づいてピクセル数を計測し（Ｓ９１２）、通信部１０１を介して積算ピクセル値Ｐとして、書き込み（上書き）される（Ｓ９１３）。

上述した制御を行った一例として、初期膜厚が１８（μｍ）の感光ドラムにて、Ａ４画像５％印字率にて、１００００（枚）プリントを行った。プリント後における感光ドラムのＥ−Ｖ曲線は図１０（ｂ）で示した通りである。制御部１００は、１３（μｍ）の膜厚に変化した感光ドラムに対して、レーザ出力値を各々Ｅ１＝０．０３２（μＪ／ｃｍ^２）、Ｅ２＝０．４５（μＪ／ｃｍ^２）に設定することで、暗部電位Ｖｄ＝−４５０（Ｖ）及び明部電位Ｖｌ＝−１５０（Ｖ）を得る事ができた。結果、長期使用に渡って良好な画像を得ることができた。また、実施例２においても、実施例１の場合と同様に、各プロセスカートリッジに対する帯電電圧と現像電圧の電源回路を共通化することができ、小型化、コスト面で優れた画像形成装置を得ることができた。

尚、本発明は、カラー画像形成装置に限定するものではなく、単一のプロセスカートリッジに適用した場合でも、同様に効果が得られるため適用可能である。また、レーザパワーＥ１とＥ２は、パルス幅変調により、発光時間を変更して形成された２水準の露光量である場合でも、適用可能である。更に、光源はレーザダイオードに限定するものではなく、ＬＥＤ等を用いた場合でも適用可能である。

また、実施例では、帯電手段に印加されるバイアスがＤＣ電圧である、ＤＣ帯電方式で説明した。これは、ＤＣ帯電方式の方が、不均一帯電による画像不良が発生しやすいからである。しかしながら、本発明はＤＣ帯電に限定されるものではない。例えばＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳して帯電を行う、いわゆるＡＣ帯電方式であっても、非画像部と画像部とを露光して電位形成を行うような画像形成装置であれば本願発明を適用することができる。

１ 画像形成装置
１００ 制御部
１０１ 通信部
１０２ レーザパワー制御部
１０３ 画像処理部
１０ プロセスカートリッジ
２００ プリンタコントローラ
２０ レーザ露光ユニット
２１ レーザ出力部
２２ レーザダイオード
２３ 光学補正部
１１ 感光ドラム
１３ 現像ローラ
１２ 帯電ローラ
１４ クリーニングブレード
１５ 現像ブレード
１６ トナー容器
１７ メモリ
３０ 中間転写ベルト

Claims (12)

1. 感光体と、
   前記感光体を帯電する帯電手段と、
   前記帯電手段により帯電された後の前記感光体に対して第一のレーザパワーで露光して非画像部電位を形成し、第二のレーザパワーで露光して画像部電位を形成する露光手段と、
   前記画像部電位の部分に現像剤を付着させて現像剤像を形成する現像手段と、
   前記露光手段のレーザパワーを制御する制御手段と、
   前記感光体の新品時における情報を記憶する記憶手段と、
   前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された新品時における情報と、使用により変化する前記感光体に関する情報に応じて、前記第一のレーザパワーと前記第二のレーザパワーの出力を変更することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記新品時における情報は、前記感光体の初期感光層膜厚に関する情報、前記感光体の初期感度に関する情報の少なくとも一つ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. 前記第一のレーザパワーと前記第二のレーザパワーは、異なる式を用いて出力が制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 使用により変化する前記感光体に関する情報は、前記感光体の感光層膜厚に関する情報であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
5. 前記感光層膜厚に関する情報は、前記感光体の回転時間、前記帯電手段に対する電圧印加時間の少なくとも一つに基づいて算出されることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 使用により変化する前記感光体に関する情報は、前記感光体の感度に関する情報であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 感光体の感度に関する情報は、前記露光手段によって前記感光体の表面を露光した露光量に関する情報に基づいて算出されることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記露光量に関する情報は、画像形成のためのピクセル値に基づいて算出されることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記現像手段、前記帯電手段、前記感光体をクリーニングするクリーニング手段のうち少なくとも一つと、前記感光体と、を一体に構成し、
   画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジとされていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 前記現像手段、前記帯電手段、前記感光体をクリーニングするクリーニング手段のうち少なくとも一つと、前記感光体と、前記記憶手段を一体に構成し、
    画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジとされていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の画像形成装置。
11. 前記帯電手段に印加されるＤＣ電圧値と、前記現像手段に印加されるＤＣ電圧値とが所定の差分を有するように設けられた回路を備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の画像形成装置。
12. 複数の前記感光体と、複数の前記帯電手段と、複数の前記現像手段と、を備え、カラーの画像形成が可能であり、
    複数の前記帯電手段には、共通の電源からバイアスを印加され、
    複数の前記現像手段には、共通の電源からバイアスを印加される、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の画像形成装置。

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