JP2006251523A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
感光体周辺部材の周期的な負荷変動が感光体の回転むらを生じ、色ずれやジッタとして顕著に現れるようになる。
【解決手段】
本発明は、感光体周辺部材の１周期動作時間を、感光体の露光−転写間の移動時間の整数分の１に設定する。また、感光体周辺部材の１周期動作時間を、回転変動パターン取り込み時と印刷時で変更する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カラー電子写真複写機やカラープリンタに使用される感光体および感光体周辺部材の回転制御および構成に関する。

電子写真を応用した画像形成装置として、中間転写体に接触させて複数の感光体を配置する構成のものが知られている。画像形成装置は、表面に感光層が形成されている複数の感光体と、複数の感光体全てに順に接するように形成された中間転写体と、定着器を含む用紙搬送系とから構成される。それぞれの感光体は、帯電器、露光器、現像器、転写器、清掃器などの感光体周辺部材に周囲を取り囲まれた構成となっている。感光体周辺部材の作用により電子写真プロセスが実行されることで、感光体上にトナー画像が連続的に形成される。形成されたトナー画像は、転写器により中間転写体上に転写され、保持される。中間転写体上では、複数の感光体から転写されるトナー画像が順に積み重ねられる。ここで、複数の感光体で形成されるトナー画像の色をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックとすることにより、中間転写体上にカラートナー画像が形成できる。中間転写体上に形成されたカラートナー画像は、用紙搬送系によって運ばれてくる記録紙に一括転写され、さらに用紙搬送路上に設けられた定着器で加熱定着されることで記録紙に固着されて印刷出力となる。

上記のような、タンデム型の画像形成装置において、良好な画像品質を得るためには、複数の感光体で形成されたトナー画像の重ね合わせを高精度に実現する必要がある。トナー画像の高精度重ね合わせは、感光体および中間転写体の高精度回転と各部寸法の整数比設計によって実現される。

感光体および中間転写体の高精度回転は、駆動モータおよび駆動伝達系の回転速度変動や偏芯の低減とともに、回転制御による回転変動の低減によって可能となる。回転制御に関しては、特許文献１のような方法が知られている。特許文献１では、感光体が予め定められた回転状態となるように回転検出手段から得られる回転情報から感光体の回転変動を検出し、この回転変動を打ち消す駆動モータの駆動修正値を算出する方法が示されている。これにより、感光体の回転変動は駆動修正値を用いた回転制御によって相殺され、回転が常に一定に保たれる。

一方、各部寸法の整数比設計に関して、特許文献２および特許文献３のような方法が知られている。特許文献２では、感光体駆動モータの減速比を、駆動モータ整数回転で感光体の露光〜転写間を移動するように設計する方法が示されている。このようにすると、駆動モータの周期変動は、露光点および転写転で同位相となる。これにより、露光点で生じる静電潜像の周期的な画像位置変動の影響は、転写点で生じる転写位置変動と打ち消しあい、位置ずれのない画像が中間転写体上に形成される。特許文献３では、中間転写体の駆動ローラの１回転搬送量を感光体間隔の整数分の１に設計することが示されている。このようにすると、中間転写体駆動系で生じる周期変動の位相は各感光体接触部で同一の位相となる。これにより、各色感光体から中間転写体に転写されるときに生じるトナー画像の転写位置変動は、互いに重なり合うため重ね合わせずれが生じなくなる。

特開平７−１２９０３４号公報

特開２００４−１１７３８６号公報 特開２００３−２７０８９６号公報

このように、トナー画像の重ね合わせ精度を高めた画像形成装置では、感光体に接触する転写ローラ、現像ローラ、清掃ブレード、清掃ブラシ、中間転写体などの感光体周辺部材の動作によって生じる周期的な負荷変動が、トナー画像の重ね合わせに顕著に影響を及ぼすようになる。トナー画像の重ね合わせ精度が低下するのは、感光体周辺部材の周期的負荷変動により感光体の回転変動が誘発されることで、露光点における静電潜像形成位置の変動および転写点における転写位置の変動を生じるためである。

そこで、本発明は、感光体に接触する周辺部材の１周期動作時間を感光体が露光から転写まで回転する移動時間の整数分の１になるように設定する。このようにすることで、感光体周辺部材の負荷変動によって生じる感光体の周期的回転変動は、露光点で生じる静電潜像の位置変動と、転写点で生じる転写位置の変動が相殺し重ね合わせに影響を及ぼさないようになる。

また、本発明は、感光体に接触する周辺部材の１周期動作時間を感光体が露光から転写まで回転する移動時間の整数分の１、かつ感光体１回転時間の整数分の１になるように設定する。これは、感光体の回転制御において、感光体の１回転の変動波形の逆相波形で感光体が回転制御されるため、負荷変動による感光体の周期変動が感光体の１回転周期で繰り返されるように設定されていれば、感光体の回転制御により周期変動も低減される。

さらに、本発明は、回転制御の回転変動波形取り込み時に感光体周辺部材の１周期動作時間を感光体の1回転時間の整数分の1に変更する。このようにすることにより、感光体周辺部材の負荷変動パターンと感光体回転変動パターンの再現性が改善されるため、感光体の回転制御の効果を最大限に得ることができる。

本発明の画像形成装置は、感光体に接触する周辺部材の負荷変動によるトナー画像の重ね合わせずれを低減することができる。また、感光体の高精度回転制御も両立できるので、色ずれの少ない良好な画像品質が得られる。

図１は本発明の一実施例に係る画像形成装置の構成を示す図である。

画像形成装置は、感光体２１と、感光体２１の周辺部材（帯電器２２と、露光器２３と、現像器２４と、転写器２５と、清掃器（清掃ブレード２６又は清掃ローラ２７のどちらか一方又は両方））とからなる印写系２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、中間転写体３１と中間転写体３１の周辺部材（複数の搬送ローラ３５からなる中間転写体搬送部材と、中間転写体清掃器３３と、第２転写器３２）とからなる中間転写系３と、定着器４２と用紙搬送機構（図示せず）からなる用紙搬送系４とから構成されている。

各印写系２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにおける画像形成は、電子写真プロセスによって行なわれる。電子写真プロセスは、感光体２１の回転に伴い、感光体２１の周辺部材によって帯電、露光、現像、転写、清掃の順に各プロセスが進行する。そして、中間転写体３１上にトナー画像を形成する。画像形成のプロセスを以下に説明する。

まず、帯電プロセスでは、帯電器２２に高電圧を印加し、気中放電によって生成した荷電粒子を、電気的に移動させて感光体表面の帯電を行う。本実施例では、帯電器２２は、感光体表面に接触・回転する帯電ローラを使用するものとする。この場合には、抵抗層を有するローラに高電圧をかけることによって感光体表面に直接電荷を移して帯電を行う。

露光プロセスでは、感光体に対して非接触の露光器２２によって感光体表面を画像に応じたパターンで露光し、静電潜像を形成する。現像プロセスでは、前記感光体２１上に形成された静電潜像に現像器(現像ローラ)２４でトナーを供給し、静電気的に付着させて可視画像を形成する。中間転写プロセスでは、可視画像を転写器２５によって中間転写体３１へ転写する。清掃プロセスでは、中間転写体31へトナー画像を転写後の感光体上に残ったトナーを清掃器２７，２８で除去する。本実施例では、印写系２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを複数備えている。各印写系では、並行して異なる色の画像形成が行なわれ、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーによるトナー画像が形成される。

中間転写体３１は、各印写系で形成されたトナー画像の重ね合わせと、記録紙４１への転写を行う部材である。各色トナー画像の重ね合わせプロセスは、中間転写体３１が各色感光体との接点を通過する際に、トナー画像が転写器２５によって中間転写体３１上に順に転写されて重ね合わせが行われる。この重ね合わせプロセスによってカラー画像が形成される。記録紙４１への転写プロセスでは、第２転写器３２により、用紙搬送機構により搬送されてくる記録紙４１上にカラートナー画像の一括転写が行われる。

上記プロセスによって記録紙４１上に形成されたカラートナー画像は、定着器４２によって加熱溶融され、記録紙にカラー画像を固定した後、機外に排出される。

図２は本発明の実施例１に係る感光体周辺部材の構成を示す図である。

感光体周辺部材は、帯電器２２と、露光器２３と、現像器２４と、転写器２５と、清掃器２６、２６とから構成される。

帯電器２２は、スコロトロン帯電器などのように感光体に非接触で帯電を行わせるものや、帯電ローラなどのように接触させるものがある。スコロトロン帯電器は、帯電ローラのように感光体に対して負荷を生じないため、感光体の回転精度向上のためには有効な手段であるが、帯電ローラ方式に比べて装置が大型となる。但し、本実施例のように装置の小型化を図るために帯電ローラを用いると、帯電ローラの回転変動が感光体に伝達して、感光体に周期的な変動を生じる。

露光器２３は、レーザやＬＥＤなどの発光を感光体に照射するため、感光体に直接接触しない方式である。このため、露光器は感光体への回転変動を発生しない。

現像器２４の現像ローラは、非常に狭いギャップで感光体２１に対向してトナーを供給し静電潜像に付着させる。このため、トナーを介して感光体２１に負荷の影響が及ぶ。特に、現像ローラに偏芯がある場合には、ギャップ変化による負荷抵抗の周期的な変動が生じることになる。

転写器２５は、スコロトロン転写器や転写ローラを用いることができる。スコロトロン転写器は、非接触であり感光体の回転変動を起こさないために好都合である。一方、転写ローラは、装置の小型化に効果的であるが、感光体２１に中間転写体３１を介して接触するため、負荷変動の要因となる。

清掃器２７は、感光体に直接接触して残留トナーを削り落とすために、清掃ブラシ２６や清掃ブレード２７が用いられる。清掃ブラシ２７は、ブラシ状のローラを感光体に接触させながら回転し、残留トナーを回収する部材である。清掃ブラシ２７の偏芯や回転速度変動は、清掃ブラッシの略１回転周期で発生する。この清掃による負荷変動が感光体２１に伝達され、感光体にも周期的な負荷変動が発生する。また、清掃ブレード２７は、一般的には固定して使用されるが、清掃ブレード２７と感光体２１の間に詰まった紙粉や現像剤などを取り除くために、左右に揺動させる揺動機構を設ける場合がある。揺動機構は、駆動モータの回転運動を偏芯カムなどによって往復運動に変換することで実現される。清掃ブレード２７の揺動は、摩擦負荷を変動させるため、回転変動の原因となる。揺動動作は、感光体２１の駆動モータの駆動源から得ると、伝達機構の変動などが感光体の回転変動に影響を及ぼすので、別の駆動源から得る構成が望ましい。

本発明では、特に感光体２１に接触して回転又は揺動する周辺部材の回転周期を所定の周期に規定することで、感光体の回転変動の発生を抑制し、高精度のカラー画像を得ることにある。

図３、図４、図５、図６は、感光体の整数比設計について説明する図である。

図３は、感光体周辺部材のうち、画像の形成位置に関係のある露光器からの感光体上の照射位置と、転写器の感光体と接触位置の関係を示したものである。露光器２３で静電潜像の形成される点を露光点Ａ、転写器２５でトナー画像が転写される点を転写点Ｂとすると、両者は角度θを有して設置されている。

ここで、感光体２１が回転変動を起こしている場合、露光点Ａで形成される静電潜像は、感光体２１の表面速度が露光タイミングより早いときには画像形成位置が間延びするので画像伸びが生じ、逆に感光体表面速度が遅いときには画像形成位置が詰まって画像縮みが生じる。転写点Ｂで転写されるトナー画像は、感光体２１の表面速度が中間転写体３１より早いときには画像縮みが生じ、感光体表面速度が中間転写体より遅いときには画像伸びが生じる。露光点Ａと転写点Ｂの画像長変化は、感光体速度の影響が逆の現象となって現れている。

感光体２１が周期的に変動する場合、露光点Ａと転写点Ｂの画像長変化量は図４のようになる。縦軸は、画像長変化量を示し、＋方向で画像長の伸びを、−方向で画像長の縮みを表した。図４のように、露光点Ａと転写点Ｂの画像長変化は、逆転して示される。ここで、画像形成の流れを追うと露光点Ａで形成された静電潜像は、露光―転写間を移動した後、転写点Ｂで中間転写体上に転写される。従って、露光点Ａと転写点Ｂは、露光―転写間の移動時間分の時間差が生じる。

図４におけるプロットは、露光点Ａで静電潜像が画像伸びしながら形成された場合を示している。この静電潜像は、露光―転写間を移動した後、もう一つのプロットで示される転写点Ｂで転写が行われる。図４では転写点Ｂでも画像長が伸びることを表している。中間転写体上に形成される画像長の変化は、感光体の回転変動の影響を２重に受けることになる。

図５は、感光体の回転変動周期を露光―転写間の時間に合わせたものである。この例では、露光点Ａで形成される静電潜像に画像伸びが生じても、転写点Ｂで画像縮みが生じている。すなわち、感光体の回転変動周期によっては、露光点Ａと転写点Ｂで生じる画像長変化が互いに打ち消しあうことがわかる。これによれば、感光体の回転変動を完全に取り除かなくても、中間転写体上に良好な画像が得られることがわかる。

図６は、感光体の回転変動周波数と中間転写体上の画像長変化量の関係を示す図である。ここで、露光−転写の位置関係は一定として計算している。画像長変化は、露光−転写間の移動時間に相当する移動周波数の整数倍の周波数で小さくなる傾向がある。これより、感光体に作用する周期変動の周波数を露光―転写間の移動周波数の整数倍にすれば良好な画像が得られることがわかる。

感光体周辺部材のうち、接触して回転、揺動する部材の動作周波数が、周期的な負荷変動周波数となる。このため、感光体に接触して回転・揺動する周辺部材の動作周波数を、露光−転写間の移動周波数の整数倍近傍に設定すれば、それら周辺部材の負荷変動の影響で画像品質が劣化することがなくなる。例えば、清掃ブレードの揺動周波数を図６のａの周波数近傍に、また清掃ブラシの回転周波数をｂの周波数近傍にする。この場合、清掃ブレードおよび清掃ブラシの接触による周期的な負荷変動が感光体に加わり感光体の回転変動が生じるが、中間転写体上に形成される画像の長さの変化はほとんど相殺される。このような整数比設計は、周辺部材に限らず感光体の周期的変動成分となりうる全ての部材の周波数設計に適用できる。例えば、感光体を駆動する駆動モータの回転周波数は、図６のｃ点にすることにより画像長変化を低減することができる。

図７、図８は、感光体の回転制御について説明する図である。

図７は、感光体の回転制御系を表している。回転制御系は、感光体２１の軸に直結され一体となって回転するスリット板のスリット数を検出する回転検出器（エンコーダ）２１１と、回転検出器の出力信号を入力とし駆動モータ２１３を制御する制御器２１２と、制御信号に従ってギヤを介して感光体２１を回転する駆動モータ２１３とから構成される。制御器２１２は、感光体の回転変動パターンを取り込み、その逆転波形を計算して駆動モータ指令信号とする制御を行なう。

このような制御方式では、図８に示すように、駆動モータ２１３に感光体２１の回転変動パターンに対して逆の波形駆動パターンを加えることによって、感光体の回転が相殺し合うため、回転精度を高めることができる。このような方式の回転制御では、感光体の１回転周期の回転変動のパターンが再現性よく得られないと、取り込んだ回転変動パターンと実際の回転変動パターンのずれが大きくなる。このずれにより回転変動を誘発することがある。この場合は、かえって回転変動が大きくなる不具合を生じることがある。従って、感光体の回転制御を高精度に行うためには、変動の周期成分を感光体１回転で繰り返される周期にする必要がある。

本実施例では、感光体に接触し回転・揺動する部材の１周期動作時間を露光−転写間移動時間の整数分の１にし、かつ感光体１回転時間の整数分の１にする方法と、感光体に接触し、回転・揺動する周辺部材を露光から転写までのプロセスでは、感光体より離間させ且つ停止させる方法とを提案する。

前者では、感光体の露光−転写間の移動周波数と感光体の回転周波数の最小公倍数となる周波数で感光体周辺要素の動作を決定する。例えば、露光―転写間移動時間１秒、感光体１回転時間１．２秒の場合、感光体に接触し回転又は揺動する周辺部材の１周期動作時間を０．２秒とする。また、この１周期動作時間の整数分の１としても同じ効果が得られる。

後者では、感光体を露光・現像・転写する間は、清掃ブラシや清掃ブレードなどを感光体から離間させ、その動作を停止する。このようにすることにより、感光体に対して負荷変動を生じないため、画像への影響がない。

上記のように、感光体に接触し回転又は揺動する周辺部材の１周期動作時間を、感光体のドラム−転写間移動時間の整数分の１にし、かつ感光体１回転時間の整数分の１にする場合、感光体周辺部材の動作周波数が高くなる傾向となり、寿命や本来の性能の維持が難しい。そこで、本実施例では、感光体周辺部材の動作速度を状況によって使い分ける。例えば、回転制御において感光体の回転変動のパターンを取り込んでいる期間では感光体に接触し回転又は揺動する周辺部材の１周期動作時間を感光体１回転時間の整数分の１にし、それ以外では感光体の露光−転写間移動時間の整数分の１にする。このようにすれば、感光体の回転変動パターン再現性が得られ回転精度が向上する上、印刷時には露光と転写の整数比設計によって画像の伸縮がない良好な画像を得ることが出来るようになる。

感光体に接触し回転又は揺動する部材の動作周波数を感光体の回転周波数の整数倍の周波数に変更する。このように、感光体周辺部材の動作周波数を状況によって使い分けることによって、感光体の回転精度向上と中間転写体上の画像位置ずれの低減を両立することができ、良好な画像品質の画像形成装置を提供することができるようになる。

上記は感光体に接触して回転する周辺部材の回転又は揺動周波数を感光体の回転周波数の整数倍、および感光体上の露光位置がトナーの転写位置に至るまでの回転周期の整数倍にすることで説明した。これに対して、感光体の回転周波数を感光体に接触して回転又は揺動する周辺部材の回転又は揺動周波数の整数分の１になるように感光体を回転制御しても良い。もし複数の周辺部材が異なる回転周波数で回転又は揺動してるのであれば、基準となる周辺部材を決めて（例えば感光体と接触して回転し画像に最も影響する現像器の回転周波数を基準として）感光体の回転周波数をその整数分の１の回転周波数に合わせる。そして、他の周辺部材の回転周波数を基準の回転周波数の整数倍または整数分の１となるように制御する。これのよって、感光体に接触して回転・揺動する周辺部材を制御した場合と同様の効果を得ることができる。

感光体に作用する周期変動の周波数は、高周波ほど画像位置ずれへの影響は少ないことがわかる。すなわち、感光体周辺部材の動作周波数や感光体駆動モータの回転周波数を高周波側に設計することで、画像品質を良好に保つことができる。

本発明の実施例１に係る画像形成装置を示す図である。 本発明の実施例１に係る感光体周辺部材の構成を示す図である。 感光体の露光器と転写器の位置関係を示した図である。 感光体の整数比設計ついて説明する図である。 感光体の整数比設計ついて説明する図である。 本発明の実施例１に係る感光体周辺部材の整数比設計について説明する図である。 本発明の実施例１に係る感光体の回転制御系を示す図である。 感光体の回転制御を説明する図である。

符号の説明

１…画像形成装置、２…印写系、２１…感光体、２１１…回転検出器、２１２…制御器、２１３…駆動モータ、２２…帯電器、２３…露光器、２４…現像器、２５…転写器、２６…清掃ブラシ、２７…清掃ブレード、３…中間転写系、３１…中間転写体、３２…第２転写器、３３…中間転写体清掃器、４…用紙搬送系、４１…用紙搬送機構、４２…定着器。

Claims (8)

1. 感光体を帯電する帯電器と、前記感光体を露光して静電潜像を形成する露光器と、静電潜像をトナーによって顕像化する現像器と、形成されたトナー像を転写する転写器と、転写後の前記感光体上の残トナーを清掃する清掃器とからなる感光体周辺部材を備えた感光体を含む印写系と、複数の前記印写系で形成された色の異なるトナー像を重ね合わせカラー画像を形成する中間転写体と、前記中間転写体上のカラー画像を記録媒体に一括転写する第２転写器と、転写後の前記中間転写体上の残トナーを清掃する中間転写体清掃器とから構成される中間転写系と、前記記録媒体上に転写されたカラー画像を加熱溶融して定着する定着器と、前記記録媒体を搬送する用紙搬送機構とからなる用紙搬送系とから構成され、電子写真プロセスによってカラー画像を形成する画像形成装置において、
   前記感光体周辺部材うち前記感光体に接触して回転・揺動する部材の１周期の動作時間が、前記感光体の露光位置から転写位置までの移動時間の整数分の１であることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記感光体に接触し回転・揺動する周辺部材の１周期の動作時間を、前記感光体の１回転時間の整数分の１としたことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記感光体に接触し回転・揺動する周辺部材の１周期動作時間を、変更することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３に記載の画像形成装置において、前記感光体に接触し回転・揺動する周辺部材の１周期動作時間が、通常よりも短い時間に変更されることを特徴とする画像形成装置。
5. 特許請求の第３項において、前記感光体に接触し回転・揺動する周辺部材の１周期の動作時間が、前記感光体の１回転時間の整数分の１であることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項３に記載の画像形成装置において、前記感光体に接触し回転・又は揺動する周辺部材を、感光体から離間・停止することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記感光体の１回転時間を、変更することを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項７に記載の画像形成装置において、前記感光体の１回転時間を、前記感光体に接触して回転・揺動する周辺部材のいづれかの１周期動作時間の整数倍に制御することを特徴とする画像形成装置。
   

Images