(57)【要約】【課題】特別なセンサーや部材を用いることなく、感光体近傍の湿度を正確に、且つ、容易に検知することのできる画像形成装置を提供する。【解決手段】感光体１ｂの第一の領域を接触帯電装置２に第一の直流電圧を印加して帯電し、露光装置３により第一の領域に光を照射することなく感光体１ｂを回転させて再び第一の領域を接触帯電装置２により第一の直流電圧で帯電させる湿度検知モードを実行可能な制御装置１１を備えている。制御装置１１は、上記の再び第一の領域を接触帯電装置２により第一の直流電圧で帯電させた時に電流検知装置５により検知される第一の電流、に基づいて湿度に関する情報を検知する。【選択図】図１
2012053449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基体の上に感光体が形成された回転可能な像担持体と、
前記感光体を帯電する接触帯電装置と、
前記接触帯電装置に直流電圧を印加する直流電圧印加装置と、
前記帯電された感光体に光を照射する露光装置と、
前記接触帯電装置から前記像担持体の前記導電性基体に流れる電流を検知する電流検知装置と、を備えた画像形成装置において、
前記感光体の第一の領域を前記接触帯電装置に第一の直流電圧を印加して帯電し、前記露光装置により前記第一の領域に光を照射することなく前記感光体を回転させて再び前記第一の領域を前記接触帯電装置により前記第一の直流電圧で帯電させる湿度検知モードを実行可能な制御装置であって、
再び前記第一の領域を前記接触帯電装置により前記第一の直流電圧で帯電させた時に前記電流検知装置により検知される第一の電流、に基づいて湿度に関する情報を検知する制御装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記湿度検知モードにおいて、
さらに前記露光装置により光を照射された前記感光体の第二の領域を前記接触帯電装置により前記第二の直流電圧で帯電させ、
前記制御装置は、前記第一の電流と、前記第二の直流電圧で帯電させた時に前記電流検知装置により検知される第二の電流と、に基づいて湿度に関する情報を検知することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記湿度検知モードにおいて、前記接触帯電装置に印加される前記第一の直流電圧は、前記接触帯電装置に印加される電圧と、前記電流検知装置により検知された電流が、オームの法則から乖離する電圧以上となるような電圧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。
【請求項４】
前記湿度に関する情報に基づいて画像形成に関わる条件を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
画像形成を行う際に、前記像担持体と接触して前記像担持体の静電潜像をトナー像に現像する現像装置を備え、
前記現像装置は前記像担持体から離間することが可能となっており、
前記湿度検知モードにおいて前記現像装置は前記像担持体から離間されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
画像形成を行う際に、前記像担持体と接触して前記像担持体のトナー像を被転写体に転写する転写装置を備え、
前記転写装置は前記像担持体から離間することが可能となっており、
前記湿度検知モードにおいて前記転写装置は前記像担持体から離間されてい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。
【請求項７】
画像形成を行う際に、前記像担持体と接触して前記像担持体の静電潜像をトナー像に現像する現像装置を備え、
前記湿度検知モードにおいて前記現像装置は電気的にフロートにされていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
画像形成を行う際に、前記像担持体と接触して前記像担持体のトナー像を被転写体に転写する転写装置を備え、
前記湿度検知モードにおいて前記転写装置は電気的にフロートにされていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、電子写真方式の複写機、レーザビームプリンタなどの画像形成装置に関し、特に、湿度を検知可能な画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を利用した画像形成装置では、湿度によって帯電、現像、転写、クリーニングといったプロセス条件が変化する。このため、画像形成装置に湿度を検知するセンサーを設けることが、一般的に行なわれてきた（特許文献１）。
【０００３】
しかし、湿度を検知するための特別なセンサーが必要である上、画像形成装置内には温度の分布があること、設置スペースの問題などから、画像形成に最も深く関係する感光体近傍の湿度を正確に検知することは難しかった。
【０００４】
また、帯電部材や転写部材の抵抗を検知することにより湿度を検知する試みもあるが（特許文献２）、製造時の抵抗のバラツキなどにより、湿度の正確な検知が難しい上、これらの部材と接触する専用の導電性部材が必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３００７４５号公報
【特許文献２】特開平８−３３４９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、特別なセンサーや部材を用いることなく、感光体近傍の湿度を正確に、且つ、容易に検知することのできる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、
導電性基体の上に感光体が形成された回転可能な像担持体と、
前記感光体を帯電する接触帯電装置と、
前記接触帯電装置に直流電圧を印加する直流電圧印加装置と、
前記帯電された感光体に光を照射する露光装置と、
前記接触帯電装置から前記像担持体の前記導電性基体に流れる電流を検知する電流検知装置と、を備えた画像形成装置において、
前記感光体の第一の領域を前記接触帯電装置に第一の直流電圧を印加して帯電し、前記露光装置により前記第一の領域に光を照射することなく前記感光体を回転させて再び前記第一の領域を前記接触帯電装置により前記第一の直流電圧で帯電させる湿度検知モードを実行可能な制御装置であって、
再び前記第一の領域を前記接触帯電装置により前記第一の直流電圧で帯電させた時に前記電流検知装置により検知される第一の電流、に基づいて湿度に関する情報を検知する制御装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、特別に湿度センサーを用いることなく、帯電部材の抵抗の影響を大きく受けずに、また特別に部材を設けることなく、感光体近傍の湿度（相対湿度）を正確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成断面図である。
【図２】図２（ａ）は帯電電圧−電流特性の相対湿度依存性を示すグラフである。図２（ｂ）は帯電電圧−電流特性の帯電ローラ抵抗依存性を示すグラフである。
【図３】図２（ａ）の帯電電圧―微分導電率特性を示すグラフである。
【図４】図４（ａ）は帯電電圧−電流特性の温度依存性を示すグラフである。図４（ｂ）は帯電電圧−電流特性の膜厚依存性を示すグラフである。
【図５】湿度検知モードを説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。但し、以下に説明する実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明の範囲を以下の実施例に限定する趣旨のものではない。
【００１１】
実施例１
図１に、本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略全体構成を示す。本実施例にて、画像形成装置は、回転可能な像担持体としてのドラム形状の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という。）１を有している。感光ドラム１は矢印Ｒ１方向に回転駆動され、直流電圧印加装置である直流電源４と電気的に接続した接触帯電装置である帯電ローラ２によって一様に帯電される。次に、露光装置であるレーザー光学装置３からのレーザー光により照射（露光）され、その表面に静電潜像が形成される。この静電潜像を現像装置６によって現像し、トナー像として可視化する。本実施例では、現像装置の一部である現像ローラを感光ドラム１に接触させて現像を行う。可視化された感光ドラム１上のトナー像は、転写装置７によって転写材（被転写体）としての記録メディア１０に転写される。本実施例では、転写装置の一部である転写ローラを感光ドラム１に接触させて転写を行っている。転写されずに感光ドラムに残存した転写残トナーは、クリーニング装置９により掻き取られる。クリーニングされた感光ドラム１は上述の作用を繰り返し、画像形成を行う。一方、トナー像を転写された記録メディア１０は、定着装置８によって永久定着された後、機外に排出される。
【００１２】
制御装置であるＣＰＵ１１は、後述する湿度検知モードの制御を実行可能するものである。ＣＰＵ１１は、感光ドラム１の回転・停止の制御、帯電ローラ２に電圧を印加する直流電源４の出力電圧の制御、電流計５に流れる電流量の検知を行う。また、ＣＰＵ１１は、現像装置６に電圧を印加するための電源の出力電圧の制御、転写装置７に電圧を印加するための電源の出力電圧の制御等の画像形成のための制御を行う。
【００１３】
像担持体である感光ドラム１は、導電性基体であるＡｌシリンダ１ａ上に、電荷輸送層として例えばポリカーボネートやアリレートを使った有機感光体１ｂが積層されて形成されている。帯電ローラ２は、導電性支持体である芯金２ａに半導電性のゴム層２ｂが設けられており、この帯電ローラの抵抗は、導電性のドラムに対して２００Ｖの電圧を印加したときに約１０5Ωの抵抗を示す。帯電ローラ２には電流検知装置である電流計５が電気的に接続されている。
【００１４】
〔実験１〕
最初に次のような実験を行った。現像装置６と転写装置７が、感光ドラム１から離間された状態で、感光ドラム１を回転動作させながら帯電ローラ２に一定電圧を印加し、その時の電流量を電流計５で検知した。
【００１５】
この印加した電圧と、帯電を開始してから感光ドラム１の２周目以降に電流計５で検知された電流量との関係を図２（ａ）に示す。
【００１６】
測定の条件は次のようにした。
【００１７】
画像形成装置が置かれた環境の相対湿度の条件として、１０％の場合と、６０％の場合とで測定をした。
【００１８】
露光装置３の条件として、感光ドラム１の感光体１ｂを露光装置３で露光しながら測定を行った場合と（露光）、感光体１ｂを露光装置で露光を行わない（非露光）の場合とで測定した。
【００１９】
このとき電流量は湿度による差が現れた。また、この電流量の差は、露光したときよりも露光しないときの方が大きく、さらに電圧が大きいとき、特に電圧−電流特性がオームの法則から乖離する電圧以上のときに大きかった。オームの法則から乖離しているか否かは、微分導電率を用いると容易に判別することができる。
【００２０】
図３は、図２（ａ）の帯電電圧−電流特性のグラフを、帯電電圧―微分導電率特性のグラフに変換したものである。微分導電率とは電流を電圧で微分した値である。微分導電率が電圧に対して一定であることは、抵抗が一定であり、このような電圧の範囲ではオームの法則に従っていることを示す。一方、微分導電率が帯電電圧に対して傾きを持てば、このような電圧の範囲ではオームの法則から乖離していると言える。
【００２１】
露光したときは、湿度１０％において明確な乖離がみられない。一方、露光しないときは湿度１０％においても１８００Ｖ程度から乖離が見られた。
【００２２】
また、湿度が低い時は、湿度が高い時に比べて測定される電流は小さくなる。
【００２３】
これらのことから、非露光の条件で、且つ低湿度の条件において、オームの法則から乖離する電圧以上の電圧を印加することが望ましい。このようにすることで、湿度が低い場合でも、測定される電流を大きくすることができるため、低湿度の時の測定検知精度を高くすることができるからである。
【００２４】
本実施例では、相対湿度が１０％の時を低湿度、オームの法則から乖離しているか否かは、帯電電圧に対する微分導電率の傾きが、２．７５×１０-5μＳ／Ｖ以上であり、かつ微分導電率が帯電電圧の増加とともに連続して増加する電圧以上となった時を乖離したと判断した。
【００２５】
なお、感光ドラム１に回転動作を与えないと、電流量自体が小さくなった。感光ドラム１を回転動作させることによって検知される電流値が大きくなり、湿度を容易に検知することができる。
【００２６】
そこで、図５を参照して、本発明に従った湿度検知モードを説明する。湿度検知モードが開始されると、
先ず、現像装置６と転写装置７が感光ドラム１から離間される（Ｓ１０１）。
次いで、感光体１ｂの所定の領域（第一の領域）を帯電ローラ２に−２．５ｋＶ（第一の直流電圧）を印加して帯電する。この時、露光装置３により第一の領域に光を照射することがないようにする。更に、感光体１ｂの回転により帯電された第一の領域を再び帯電ローラ２に−２．５ｋＶを印加して帯電させる（Ｓ１０２）。
そして、上記Ｓ１０２における、再び第一の領域を帯電ローラ２により帯電させた時に流れる電流（第一の電流量）を電流計５で検知する（Ｓ１０３）。
この電流量を前もって取得された種々の湿度における電流量のテーブルと比較することで、湿度を検知することができる（Ｓ１０４）。
【００２７】
この動作を、即ち、湿度検知モードを本体起動時と濃度制御シーケンスに合わせたタイミングで実施し、検知された湿度を元に、所望の画像濃度を満たすように、画像形成中の画像形成に関わる条件を変更した。具体的には帯電ローラ２に印加される帯電電位と、現像装置６に印加される現像電位の制御を行なった。
【００２８】
この湿度検知メカニズムを説明する。
【００２９】
一般的に、絶縁体と言われる高い抵抗を持つ材料であっても、高い電界を印加するとオームの法則から乖離して大きな電流が流れるようになる。同じように、露光されていない状態の感光体１ｂは高い抵抗を持つが、帯電された感光体１ｂ表面と基体１ａの間に高い電界が生じると表面の電荷を保持できなくなり、電流が流れるようになる。これを暗電流という。
【００３０】
本実施例においては、所定電位に帯電された感光体１ｂ表面が、感光ドラム１が回転動作をする間に表面電位を減衰させ、導電性基体１ａに電流が流れ込む。この電流量は感光体１ｂ表面から流出した電荷量と等価であり、回転動作の後に再度帯電したときに帯電ローラ２を流れる電流量に等しい。したがって、感光ドラム１の２周目以降に帯電ローラ２に流れる電流を検知することで、暗電流の特性すなわち感光体１ｂの抵抗に関する情報を得ることができる。
【００３１】
ところで、有機感光体には高分子材料が使われている。高分子は相対湿度に応じて雰囲気の水分を吸着し、抵抗や誘電率が変化することが知られている。この性質はそのまま、湿度センサーとして用いられている。本実施例においても、相対湿度に応じて有機感光体１ｂが感光体１ｂ近傍の水分を吸湿し、感光体１ｂの抵抗を変化させていると考えられる。感光体１ｂ自体が水分を吸湿し、湿度センサーのごとく挙動することから、画像形成に最も深く関係する感光体１ｂ近傍の湿度を検知できることは、大きな優位性であるといえる。
【００３２】
感光体１ｂの抵抗を検知していることから、感光体１ｂに比べて抵抗の小さい帯電ローラ２の抵抗が仮に大きく変動しても、電流量はほとんど影響を受けない。図２（ｂ）は、抵抗が異なる帯電ローラを用いて、実験１と同様の実験を行った時の結果を示すグラフである。実験条件として、非露光の条件で温度２３℃、相対湿度６０％の条件で行い、その他の条件は実験１と同様である。図２（ｂ）において、低抵抗と表記された帯電ローラは、上述ように導電ドラムに対して２００Ｖの電圧を印加した時の抵抗が１２０ｋΩを示すものである。また、図２（ｂ）において、高抵抗と表記された帯電ローラは７８０ｋΩを示すものである。６倍以上の抵抗差があるにもかかわらず、電流量はほとんど変化していないことが分かる。
【００３３】
帯電ローラ２の抵抗は製造時にすでにばらつきがあり、さらに様々な環境での保管や耐久推移によって大きく変動する。このような帯電ローラ２の抵抗の変動に対しても、ほとんど影響を受けずに湿度を検知できることも、大きな優位性である。なお、本実施例における湿度検知では、温度の影響を受けないことが解っている。図４（ａ）に、図２（ｂ）の条件において湿度を６０％に固定し、温度を２３℃と１５℃で比較した実験結果を示す。このように、温度の影響を受けないことが分かる（図４）。
【００３４】
しかしながら、通常暗電流量は非常に小さく検知が困難である。本実施例において感光ドラム１を回転動作させることは、感光体１ｂの実質的な表面積を増加させて暗電流量を増加させ、暗電流の容易な検知を可能にしている。更に、電圧をオームの法則から乖離する電圧以上にすることは、暗電流量を飛躍的に増加させることで、暗電流の容易な検知を可能にしている。これにより、電流計に高い精度を求める必要がなくなり、コストを削減することができる。
【００３５】
この湿度検知モードにおいて、複数の電圧を印加して、それに対応する電流を検知してもよく、このように複数の電圧と対応する電流の情報を、前もって取得した湿度−電流量の関係と比較することで、より精度を高めることができる。例えば、−２．５ｋＶの電圧を印加した電流量からは湿度が４０％、−３ｋＶの電圧を印加した電流量からは５０％と判断された場合は、平均して４５％と判断しても良い。
【００３６】
本発明の画像形成装置における湿度検知モード中には、現像装置６と転写装置７が感光ドラム１から離間するように構成した。この理由は、感光ドラム１から現像装置６や転写装置７に帯電電荷が流出し、正しい暗電流量が測定できなくなることを防ぐためである。なお、本実施例では、転写装置７として感光ドラム１に接触する転写ローラを用いているが、感光ドラム１から中間転写ベルトにトナー像を転写するような転写装置の場合は、中間転写ベルトを感光ドラム１から離間させるようにすることが好ましい。なお、現像装置６と転写装置７が感光ドラム１から離間される以外にも、電気的にフロートとなっても良い。電気的にフロートとは、印加電圧やグランドなどの基準電位から、例えばスイッチなどで切り離された状態のことを言う。この状態にすることで現像装置６や転写装置７が感光ドラム１の表面電位と同電位となり、上述の帯電電荷の流出を防止し、正しい暗電流量を測定できる状態となる。
【００３７】
また、本発明の湿度検知モードは、本体起動時や濃度制御シーケンスに合わせたタイミング以外にも、所定時間経過後、あるいは所定枚数印字後の前・後回転などで行なっても良い。
【００３８】
本発明の湿度検知モードによって検知された湿度情報に基づいて、帯電電位や現像電位以外のその他の画像形成に関わる条件を変更するようにしてもよい。例えば、現像装置に収容された劣化トナートナー吐き出し頻度を変更することや、転写装置に印加される転写電位の制御、現像装置に収容されたトナー残量検知の補正などに使われても良い。
【００３９】
以上のように、特別なセンサーや部材を用いることなく、感光体１ｂ近傍の湿度を正確に、容易に検出することができた。
【００４０】
実施例２
次に、本発明の第二の実施例について説明する。本実施例にて画像形成装置の全体構成は、実施例で説明したものと同様であるので、実施例１の説明を援用し、ここでの再度の説明は省略する。
【００４１】
有機感光体１ｂは、画像形成を行うことにより、帯電ローラ２やクリーニング装置９など、感光体１ｂと接触する部材との摩擦により表面の削れが発生し、膜厚が減少する。電流量は感光体１ｂ表面と導電性基体１ａの間の電界強度に関係することから、異なる膜厚を持つ感光体１ｂに対して、実施例１と同様に電圧と電流を測定した（図４（ｂ））。
【００４２】
このとき、露光した場合も、露光しない場合も、測定される電流量には膜厚による差が現れた。そのうちの露光したときでは、放電開始電圧以上、オームの法則に従う電圧以内での帯電電圧−電流特性の傾きの比は、膜厚の逆比にほぼ等しくなった。図では膜厚１３μｍの傾き０．０５８２Ａ／Ｖに対し、膜厚１１μｍの傾きは０．０４８８Ａ／Ｖであり、膜厚の比１３／１１＝１．１８に対して、傾きの逆比０．０５８２／０．０４８８＝１．１９とほぼ等しくなった。なお、放電開始電圧とは、露光された感光体１ｂと帯電ローラ２との間で放電が始まった時の、帯電ローラ２に印加される電圧を指す。
【００４３】
そこで、先ず、露光装置３により露光された感光体１ｂの所定の領域（第二の領域）を帯電ローラ２に−７００Ｖ（第二の直流電圧）を印加して帯電し、その時に電流計５で電流（第二の電流）を検知する。同様に、露光装置３により露光された感光体１ｂの所定の領域（第二の領域）を帯電ローラ２に−１８００Ｖ（第二の直流電圧）を印加して帯電し、その時に電流計５で電流（第二の電流）を検知する。これらの結果から、電圧−電流特性の傾きから膜厚情報が算出される。次に、実施例１と同様に露光しない状態で感光ドラム１を回転動作させながら、帯電ローラ２に−２．５ｋＶの電圧を印加し、感光ドラム１の２周目以降の電流量（第一の電流）を検知した。
【００４４】
この電流量（第一の電流）を、前もって取得された種々の湿度及び膜厚情報における電流量のテーブルと比較することで、膜厚に影響を受けることなく湿度を検知することができた。膜厚情報は、第二の電流から求められることから、本実施例では、ＣＰＵ１１は、第一の電流と、第二の電流とに基づいて湿度に関する情報を検知することとなる。
【００４５】
つまり、本実施例では、光が照射された状態で直流電圧印加手段により印加された電圧と、電流検知手段により検知された電流に基づいて補正条件を算出し、この結果を元に、湿度検知モードにより検知された湿度を補正する。
【００４６】
この膜厚情報を検知するメカニズムについて説明する。
【００４７】
感光体１ｂ表面に帯電される電荷量Ｑと表面電位Ｖの間には、静電容量をＣとして以下の関係がある。
【００４８】
【数１】
2012053449.tif 000003
【００４９】
２水準の表面電位Ｖ1，Ｖ2と、電荷Ｑ1，Ｑ2の関係は、感光体１ｂの誘電率ε、帯電されている面積Ｓ、感光体の膜厚ｄとして、以下の通りである。
【００５０】
【数２】
2012053449.tif 000004
【００５１】
帯電電流量ｉは帯電電荷量Ｑと等価であり、帯電電圧ｖは放電開始電圧Ｖｔｈと下記の関係にある。
【００５２】
【数３】
2012053449.tif 000005
【００５３】
従って、帯電電圧−電流特性の傾きである帯電電流／電圧の比は、下記の通りとなり、膜厚ｄと逆比の関係になることが分かる。
【００５４】
【数４】
2012053449.tif 000006
【００５５】
なお、光の照射は画像形成のための露光装置３による露光に限らず、前露光装置（図１には図示せず）などによるものでも良い。
【００５６】
以上のように、感光体１ｂの膜厚に変動が生じた場合においても、特別なセンサーや部材を用いることなく、感光体１ｂ近傍の湿度を正確に、容易に検出することができた。
【符号の説明】
【００５７】
１      感光ドラム（像担持体）
１ａ    Ａｌシリンダ（導電性基体）
１ｂ    感光体
２      帯電ローラ（帯電装置）
２ａ    芯金
２ｂ    半導電性ゴム
３      レーザー光学装置（露光装置）
４      直流電源（直流電圧印加手段）
５      電流計（電流検知手段）
６      現像装置
７      転写装置
１１    ＣＰＵ（制御装置）
【図１】
2012053449.tif 000007
【図２】
2012053449.tif 000008
【図３】
2012053449.tif 000009
【図４】
2012053449.tif 000010
【図５】
2012053449.tif 000011