JP2013235260A

JP2013235260A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2013235260A
Application number: JP2013081319A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kanaya; 秀彰金谷; Shunichi Hashimoto; 俊一橋本; Naoyuki Ozaki; 直幸尾崎; Masanori Kawasumi; 正則川隅
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2013-11-21

Abstract

【課題】印刷制限モードへ入る回数を減らすことが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】静電潜像が形成される像担持体３と、現像剤担持体１２を有し静電潜像を顕像化させる現像装置７と、機内の温度を検知する機内温度検知手段７１と、像担持体３または現像剤担持体１２の走行距離を検知する走行距離検知手段８２と、走行距離を所定時間毎に記憶する記憶手段８１と、トナー補給手段近傍の温度を検知するトナー温度検知手段７２と、機内温度検知手段７１及びトナー温度検知手段７２の各検知結果に基づいて画像形成動作を制限する制御手段８０とを有し、制御手段８０は所定時間毎の走行距離に基づいて画像形成動作を制限するか否かを判断する閾値を変化させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に関し、詳しくは装置内部の温度管理に関する。

電子写真方式の画像形成装置において、長時間大量連続通紙を行う場合には、当然ながら作像ユニットが長時間駆動し続けるために画像形成装置内部及び各部品の温度が上昇する。この対策として、冷却ファンやダクト等により画像形成装置内部の温度が一定温度以上とならないように制御したり、高速機では内部温度調整用のエアコンを装備して温度制御を行ったりする技術が既に知られている。また、小サイズ紙の連続通紙によって定着ローラが局所的に温度上昇するような例では、直接的に定着ローラの温度を監視することにより一時的に通紙間隔を広げ、定着ローラ上の温度不均一を是正する制御が既に知られている。さらに、現像剤の温度が設定温度に達した際に作像部、トナー補給部、現像剤担持体駆動部の制御を行って現像剤の温度を下げる技術が、例えば「特許文献１」に開示されている。

定着装置以外の作像ユニット、例えば現像装置では、レイアウト等の条件によってはその温度を直接監視できないために温度状態を制御できず、長時間連続動作を行った場合には現像装置付近の温度がかなり上昇してトナーが溶融してしまうため、これまでは装置内部にサーミスタを取り付けて読み取った温度より推測することが行われていた。しかしこの方法では、印刷条件により現像装置付近の温度上昇が装置内部に配置されたサーミスタの温度に対してばらついてしまう。そのため温度上昇を抑えるためのモード（印刷制限モード；連続画像形成から間欠画像形成へと変化）へ入るための条件として最も低温の印刷条件を設定する必要があり、本来はまだ温度に対して余裕があるにも拘わらず印刷制限モードに入ってしまうという問題点がある。

本発明は上述の問題点を解決し、装置の駆動条件によりサーミスタによる温度測定結果より印刷速度を低下させる温度条件を変化させることでサーミスタによる測定温度から管理すべき温度（管理位置温度）を正確に読むことができ、印刷制限モードへ入る回数を減らすことが可能な画像形成装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、静電潜像が形成される像担持体と、現像剤担持体を有し前記静電潜像を顕像化させる現像装置と、機内の温度を検知する機内温度検知手段と、前記像担持体または前記現像剤担持体の走行距離を検知する走行距離検知手段と、前記走行距離を所定時間毎に記憶する記憶手段と、トナー補給手段近傍の温度を検知するトナー温度検知手段と、前記機内温度検知手段及び前記トナー温度検知手段の各検知結果に基づいて画像形成動作を制限する制御手段とを有し、前記制御手段は前記所定時間毎の走行距離に基づいて画像形成動作を制限するか否かを判断する閾値を変化させることを特徴とする。

本発明によれば、機内温度検知手段の検知温度とトナー温度検知手段の検知温度とが近い条件においては画像形成動作を制限するモードへと移行させる閾値を高く設定することができ、画像形成動作を制限するモードへと移行する回数を減少させて画像形成装置による出力効率を大幅に向上することができる。

本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略図である。本発明の一実施形態を適用可能な画像形成ユニットを説明する概略図である。本発明の一実施形態を適用可能な画像形成ユニットを説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられる機内温度と時間との関係を示す線図である。本発明の一実施形態に用いられる制御手段のブロック図である。本発明の一実施形態における現像ローラの走行距離とサーミスタの検知温度と温度管理位置温度との温度差との関係を示す線図である。本発明の第７の実施形態における連続及び間欠で画像形成を行った際の機内温度検知手段の温度に対する連続画像形成時における温度管理位置温度及び間欠画像形成時における温度管理位置温度をそれぞれ示す線図である。本発明の第７の実施形態における所定時間当たりの感光体走行距離に対する温度検知位置２箇所の温度差の関係を示す線図である。本発明の第７の実施形態における感光体温度と露光後感光体表面電位との関係を測定した結果を示す線図である。

図１は、本発明の一実施形態を採用した画像形成装置としてのプリンタを示している。同図においてプリンタ１００は、イエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナー像を生成するための４個の画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋを備えている。各画像形成ユニット１は、互いに異なる色のトナーであるイエロトナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーを用いていることを除いてはそれぞれ同様に構成されている。

イエロトナー像を生成するための画像形成ユニット１Ｙを例に取ると、図２に示すように画像形成ユニット１Ｙは感光体ユニット２Ｙ及び現像装置７Ｙを有している。これ等感光体ユニット２Ｙ及び現像装置７Ｙは、画像形成ユニット１Ｙとして一体的にプリンタ１００の装置本体に対して着脱可能に構成されている。ただし画像形成ユニット１Ｙを装置本体から取り外した状態では、現像装置７Ｙを感光体ユニット２Ｙに対して着脱することができる。

画像形成ユニット１の下方には光書込装置２０が配設されている。光書込装置２０は、画像情報に基づいてレーザ光Ｌを各画像形成ユニット１の像担持体である感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに照射する。これにより各感光体ドラム３上にそれぞれイエロ、シアン、マゼンタ、ブラック用の静電潜像が形成される。なお光書込装置２０は、本実施形態では光源から照射されたレーザ光Ｌをモータによって回転駆動されるポリゴンミラー２１によって偏向させながら複数の光学レンズやミラーを介して各感光体ドラム３に照射するものである。しかし、これに代えてＬＥＤアレイによる光走査を行うものを採用してもよい。

光書込装置２０の下方には、第１給紙カセット３１及び第２給紙カセット３２が鉛直方向に重なるように設けられている。各給紙カセット３１，３２内には、それぞれ記録媒体である記録紙Ｐが複数枚重ねられた記録紙束の状態で収容されており、最上位の記録紙Ｐには第１給紙ローラ３１ａ、第２給紙ローラ３２ａがそれぞれ当接している。第１給紙ローラ３１ａが図示しない駆動手段によって図１の反時計回り方向に回転駆動されると、第１給紙カセット３１内の最上位の記録紙Ｐが給紙路３３に向けて給送される。また、第２給紙ローラ３２ａが図示しない駆動手段によって図１の反時計回り方向に回転駆動されると、第２給紙カセット３２内の最上位の記録紙Ｐが給紙路３３に向けて給送される。給紙路３３内には複数の搬送ローラ対３４が配設されており、給紙路３３に給送された記録紙Ｐは搬送ローラ対３４のローラ間に挟持されつつ給紙路３３内を下方から上方に向けて搬送される。給紙路３３の末端にはレジストローラ対３５が配設されている。レジストローラ対３５は、搬送ローラ対３４から送られてくる記録紙Ｐを挟持するとすぐにその回転を一時停止させ、所定のタイミングで記録紙Ｐを後述する２次転写ニップに向けて送り出す。

各画像形成ユニット１の上方には、中間転写ベルト４１を張架しつつ反時計回り方向に走行駆動させる転写装置４０が配設されている。転写装置４０は中間転写ベルト４１の他、ベルトクリーニングユニット４２、第１ブラケット４３、第２ブラケット４４、４個の１次転写ローラ４５Ｙ，４５Ｍ，４５Ｃ，４５Ｋを備えている。また転写装置４０は、２次転写バックアップローラ４６、駆動ローラ４７、補助ローラ４８、テンションローラ４９等を備えている。中間転写ベルト４１は各ローラに張架されながら駆動ローラ４７の回転駆動によって反時計回り方向に走行駆動される。各１次転写ローラ４５は、走行駆動される中間転写ベルト４１を各感光体ドラム３との間に挟み込んでそれぞれ１次転写ニップを形成しており、中間転写ベルト４１の内周面にトナーとは逆極性である例えばプラスの転写バイアスを印加する。中間転写ベルト４１はその走行移動に伴い各色用の１次転写ニップを通過していく過程で、その外周面に各感光体ドラム３上のイエロトナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像、ブラックトナー像がそれぞれ重ね合わせられるように１次転写される。これにより中間転写ベルト４１上に４色重ね合わせトナー像が形成される。

２次転写バックアップローラ４６は、中間転写ベルト４１の外周面側に配設された２次転写ローラ５０との間に中間転写ベルト４１を挟み込んで２次転写ニップを形成している。レジストローラ対３５は、中間転写ベルト４１上の４色重ね合わせトナー像に同期させるタイミングで記録紙Ｐを２次転写ニップに向けて給送する。中間転写ベルト４１上の４色重ね合わせトナー像は、２次転写バイアスが印加される２次転写ローラ５０と２次転写バックアップローラ４６との間に形成される２次転写電界やニップ圧の影響により２次転写ニップ内で記録紙Ｐに一括して２次転写される。そして４色重ね合わせトナー像は、記録紙Ｐの白色と相俟ってフルカラートナー像となる。２次転写ニップを通過しても記録紙Ｐに転写されずに中間転写ベルト４１上に残った転写残トナーは、ベルトクリーニングユニット４２によってクリーニングされる。ベルトクリーニングユニット４２は、クリーニングブレード４２ａを中間転写ベルト４１の外周面に当接させてこれにより中間転写ベルト４１上の転写残トナーを掻き取って除去する。

２次転写ニップの上方には定着装置６０が配設されている。定着装置６０はハロゲンランプ等の熱源を内包する加熱ローラ６１と定着ベルトユニット６２とを備えている。定着ベルトユニット６２は、定着ベルト６４、ハロゲンランプ等の熱源６３ａを内包する加熱ローラ６３、テンションローラ６５、駆動ローラ６６等を有している。そして、定着ベルト６４を各ローラ６３，６５，６６によって張架しつつ反時計回り方向に走行移動させ、この走行移動の過程で定着ベルト６４は加熱ローラ６３によって裏面側から加熱される。加熱された定着ベルト６４の加熱ローラ６３掛け回し箇所には時計回り方向に回転駆動される加熱ローラ６１が外周面側から圧接しており、これにより加熱ローラ６１と定着ベルト６４とが圧接する定着ニップが形成されている。

定着ベルト６４の外周面側には図示しない温度センサが定着ベルト６４の表面と所定の間隔を介して対向配置されており、この温度センサは定着ニップに進入する直前の定着ベルト６４の表面温度を検知し、検知結果は図示しない定着電源回路に送られる。定着電源回路はこの検知結果に基づいて熱源６３ａや加熱ローラ６１に内包される図示しない熱源に対する電力の供給をオンオフ制御しており、これにより定着ベルト６４の表面温度が約１４０℃に維持されている。

２次転写ニップを通過した記録紙Ｐは、中間転写ベルト４１から分離された後に定着装置６０に送られ、定着装置６０内の定着ニップに挟持されつつ下方から上方に向けて搬送される過程で定着ベルト６４及び加熱ローラ６１によって加熱される。そして、さらに押圧されてフルカラートナー像が定着される。このようにして定着処理が施された記録紙Ｐは、排紙ローラ対６７により機外へと排出され、装置本体の上面に形成されたスタック部６８に順次スタックされる。

転写装置４０の上方には、イエロトナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーを収容するトナー補給手段としての４個のトナーカートリッジ１９Ｙ，１９Ｍ，１９Ｃ，１９Ｋが配設されている。各トナーカートリッジ１９内の各色トナーは、各画像形成ユニット１内の各現像装置７で使用されるトナー色に応じてそれぞれ適宜供給される。各トナーカートリッジ１９は、各画像形成ユニット１とは独立して装置本体に対してそれぞれ着脱可能に構成されている。

図２及び図３に示すように、感光体ユニット２Ｙは、潜像担持体である感光体ドラム３Ｙ、ドラムクリーニング装置４Ｙ、図示しない除電装置、帯電装置５Ｙ等を有している。帯電装置５Ｙは、図示しない駆動手段によって時計回り方向に回転駆動される感光体ドラム３Ｙの表面を一様に帯電させる。本実施形態では、図示しない電源によって帯電バイアスが印加されつつ反時計回り方向に回転駆動される帯電ローラ６Ｙを感光体ドラム３Ｙに近接させることで感光体ドラム３Ｙを一様に帯電させる方式の帯電装置５Ｙを用いている。帯電ローラ６Ｙに代えて、帯電ブラシを当接させるもの、スコロトロンチャージャのようにチャージャ方式によって感光体ドラム３Ｙを一様に帯電させるものを用いてもよい。帯電装置５Ｙによって一様に帯電された感光体ドラム３Ｙの表面は、光書込装置２０から発せられるレーザ光Ｌによって露光走査され、イエロ用の静電潜像が形成される。

現像装置７Ｙは、第１搬送スクリュ８Ｙが配設された第１現像剤収容部９Ｙと、第２現像剤収容部１４Ｙとを有しており、各現像剤収容部９Ｙ，１４Ｙ内には磁性キャリアとマイナス帯電性のイエロトナーとを有する図示しないイエロ現像剤が内包されている。第２現像剤収容部１４Ｙは、透磁率センサからなるトナー濃度センサ１０Ｙ及び第２搬送スクリュ１１Ｙ及び現像剤担持体である現像ローラ１２Ｙ及びドクターブレード１３Ｙ等を有している。第１搬送スクリュ８Ｙは図示しない駆動手段によって回転駆動され、第１現像剤収容部９Ｙ内のイエロ現像剤を図において手前側から奥側へと搬送する。搬送されたイエロ現像剤は、第１現像剤収容部９Ｙと第２現像剤収容部１４Ｙとの間の仕切壁に設けられた図示しない連通口を経て第２現像剤収容部１４Ｙ内に進入する。

第２搬送スクリュ１１Ｙは回転駆動され、イエロ現像剤を図の奥側から手前側へと搬送し、搬送途中のイエロ現像剤は第１現像剤収容部１４Ｙの底部に固定されたトナー濃度センサ１０Ｙによってその濃度を検知される。第２搬送スクリュ１１Ｙの上方には、現像ローラ１２Ｙが第２搬送スクリュ１１Ｙと平行となるように配設されている。現像ローラ１２Ｙは、反時計回り方向に回転駆動される非磁性パイプからなる現像スリーブ１５Ｙ内にマグネットローラ１６Ｙを内包して構成されている。第２搬送スクリュ１１Ｙによって搬送されるイエロ現像剤の一部は、マグネットローラ１６Ｙの発する磁力によって現像スリーブ１５Ｙ上に汲み上げられる。汲み上げられた現像剤は、現像スリーブ１５Ｙと所定の間隙をもって配置されたドクターブレード１３Ｙによってその層厚が規制された後、感光体ドラム３Ｙと対向する領域まで搬送される。そして、感光体ドラム３Ｙ上に形成されたイエロ用の静電潜像にイエロトナーを付着させる。この付着により感光体ドラム３Ｙ上にはイエロトナー像が形成され、現像によってイエロトナーを消費したイエロ現像剤は現像スリーブ１５Ｙの回転に伴い第２搬送スクリュ１１Ｙ上に戻される。そして、図の手前側端部まで搬送されると図示しない連通口を経て第１現像剤収容部９Ｙ内へと戻る。

トナー濃度センサ１０Ｙによるイエロ現像剤の透磁率の検知結果は、電圧信号として図示しない制御部に送られる。イエロ現像剤の透磁率はイエロ現像剤のイエロトナーと相関関係を示すため、トナー濃度センサ１０Ｙはイエロトナー濃度に応じた値の電圧を出力することとなる。図示しない制御部はＲＡＭを有しており、この中にはトナー濃度センサ１０Ｙからの出力電圧の目標値であるイエロ用Ｖｔｒｅｆや他の現像装置に搭載された各トナー濃度センサからの出力電圧の目標値であるシアン用Ｖｔｒｅｆのデータが格納されている。さらにＲＡＭの中には、マゼンタ用Ｖｔｒｅｆ、ブラック用Ｖｔｒｅｆのデータも格納されている。現像装置７Ｙについてはトナー濃度センサ１０Ｙからの出力電圧の値とイエロ用Ｖｔｒｅｆとを比較し、イエロトナー用供給装置を比較結果に応じた時間だけ駆動させる。この駆動により現像に伴ってイエロトナーを消費しイエロトナー濃度を低下させたイエロ現像剤に対して第１現像剤収容部９Ｙにおいて適量のイエロトナーが供給され、第２現像剤収容部１４Ｙ内のイエロトナー濃度が所定の範囲内に維持される。他色用の画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ内における現像剤についても同様のトナー供給制御が実施される。

感光体ドラム３Ｙ上に形成されたイエロトナー像は中間転写ベルト４１上に中間転写され、ドラムクリーニング装置４Ｙが中間転写工程を経た後の感光体ドラム３Ｙ上に残留したトナーを除去する。そして、クリーニング処理が施された感光体ドラム３Ｙの表面は図示しない除電装置によって除電される。この除電により感光体ドラム３Ｙの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。他色用の画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｋにおいても同様に感光体ドラム３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ上にマゼンタトナー像、シアントナー像、ブラックトナー像がそれぞれ形成され、中間転写ベルト４１上に中間転写される。

次に、本発明の特徴部について説明する。図１に示すように、中間搬送ベルト４１と定着装置６０との間の部位には、プリンタ１００の装置本体内部の温度を検知する機内温度検知手段としてのサーミスタ７１が配設されている。また、トナーカートリッジ１９の近傍には、トナー温度検知手段としての温度センサ７２が配設されている。サーミスタ７１及び温度センサ７２の検知結果は後述する制御手段８０に送られる。なお、温度センサ７２の配設位置は、トナー補給経路の近傍であってもよい。

また、本実施形態に用いられるプリンタ１００は温度上昇に伴うトナー溶融を防止すべく印刷制限モードを備えており、印刷制限モードに入ると連続画像形成から間欠画像形成へと自動的に切り替わり、温度上昇を抑えるように構成されている。間欠画像形成動作では、例えば２枚出力した後に所定時間（例えば２０秒）停止し、設定された画像形成枚数までこれを繰り返す動作を行う。

図４は、プリンタ１００において連続画像形成動作及び間欠画像形成動作を行った際のサーミスタ７１による検知温度及び連続動作時での温度管理位置温度及び間欠動作時での温度管理位置温度を示している。ここで、連続画像形成動作は通常の画像形成動作を、間欠画像形成動作は印刷制限モード時での画像形成動作を、温度管理位置温度は温度センサ７２による検知温度をそれぞれ示す。また、連続動作時と間欠動作時とはサーミスタ７１による検知温度が同一となる条件としており、図４に示す線図はレイアウト等によって変化する。

図４に示すように、連続動作時には現像装置７及び感光体ドラム３が常に動作し続けるために温度管理位置温度の温度上昇がサーミスタ７１による検知温度に比して大きくなる。また、間欠動作時には現像装置７及び感光体ドラム３が間欠動作となるために温度管理位置温度の温度上昇がサーミスタ７１による検知温度に対して近い値を取り、このように印刷条件によってサーミスタ７１による検知温度と温度管理位置温度との差が変化する。

図５は、本発明の一実施形態に用いられる制御手段８０のブロック図を示している。制御手段８０は、サーミスタ７１及び温度センサ７２からの検知温度情報、現像装置７に接続して設けられ現像ローラ１２の作動時間を計測する走行距離検知手段としてのタイマ８２からの計測時間情報をそれぞれ取り込む。また制御手段８０は、現像ローラ１２を回転駆動する図示しないモータの速度情報を取り込み、プリンタ１００の駆動系を制御して連続動作と間欠動作とを切り替える。制御手段８０にはＲＡＭ８１が設けられている。ＲＡＭ８１には速度情報とタイマ８２からの計測時間情報とから計算された現像ローラ１２の走行距離が、タイマ８２によって計測された所定時間（例えば１０秒）毎に記憶されるように構成されており、これによりＲＡＭ８１は記憶手段として機能する。現像ローラ１２に代えて感光体ドラム３の走行距離を用いる構成としてもよい。

本発明の第１の実施形態では、図６に示すように、現像ローラ１２の走行距離と、サーミスタ７１の検知温度と温度管理位置温度との温度差との関係に基づいて、印刷制限モードへと切り替わる閾値温度を変化させる。例えば温度管理位置温度が５０℃以上の場合に印刷制限モードへと移行する場合を考える。ここで考えを簡単にするため、図６に示す曲線を以下の式とする。
（２箇所の温度差）＝（一定時間の走行距離）^２＋（一定時間以前の温度差）
この場合には、サーミスタ７１の検知温度と一定時間の走行距離より、以下の条件で印刷制限モードへと移行させる。
（サーミスタ７１の検知温度）＋（一定時間の走行距離）^２＋（一定時間以前の温度差）≧５０℃
上記式に基づいて制御手段８０がプリンタ１００の動作を制御して印刷制限モードへと移行させることにより、サーミスタ７１の検知温度と温度管理位置温度とが近い条件においては印刷制限モードへと移行させる閾値を高く設定することができる。これにより、印刷制限モードへと移行する回数を減少させて、プリンタ１００による出力効率を大幅に向上することができる。

また第２の実施形態として、定着装置６０やその他の熱源、例えば光書込装置２０や各種駆動モータ等の追加についてもサーミスタ７１の検知温度と温度管理位置温度との関係式に基づき、以下の式が成立する場合に印刷制限モードへと移行させる。
（サーミスタ７１の検知温度）＋（定着装置の温度を示す式）＋（その他の熱源による温度を示す式）＋（一定時間の走行距離）^２＋（一定時間以前の温度差）≧５０℃
上記式に基づいて制御手段８０がプリンタ１００の動作を制御して印刷制限モードへと移行させることにより、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

さらに第３の実施形態として、プリンタ１００においてモノクロ画像形成とカラー画像形成とが可能である場合には、温度センサ７２と同様の温度センサをトナーカートリッジ１９Ｋの近傍あるいはブラックトナーの搬送経路近傍にも設ける。そして、モノクロ画像形成時には現像ローラ１２Ｋの走行距離を、カラー画像形成時には例えば現像ローラ１２Ｙの走行距離をそれぞれ用い、上述した閾値をモノクロ画像形成時とカラー画像形成時とで別々に設定する。これにより、温度管理位置が異なるために温度管理位置温度とサーミスタ７１の検知温度との関係が異なる場合においても印刷制限モードへの閾値をそれぞれ個別に設定でき、きめ細かな制御を行うことができる。

さらに第４の実施形態として、プリンタ１００において記録媒体の片面に画像形成を行う片面出力モードと記録媒体の両面に画像形成を行う両面出力モードとが可能である場合を示す。この場合には、サーミスタ７１と同様のサーミスタを両面画像が形成された後に出力される記録媒体の搬送経路近傍にも設ける。そして、片面画像形成時にはサーミスタ７１の検知温度を、両面画像形成時には新たに設けたサーミスタの検知温度をそれぞれ用い、上述した閾値を片面画像形成時と両面画像形成時とで別々に設定する。これにより、記録媒体の温度が１回のみ定着装置６０を通過する片面画像形成時と２回定着装置６０を通過する両面画像形成時とでは異なることとなる。このため、温度管理位置温度とサーミスタ７１及び図示しないサーミスタの検知温度との関係が異なる場合においても印刷制限モードへの閾値をそれぞれ個別に設定でき、きめ細かな制御を行うことができる。

さらに第５の実施形態として、プリンタ１００に用紙折り装置や用紙綴じ装置等の後処理装置が接続可能であり、後処理装置を接続せずに画像形成を行う場合と後処理装置を接続して画像形成を行う場合とが選択可能である場合を示す。この場合には、上述した閾値を後処理装置接続時と後処理装置非接続時とで別々に設定する。これによりサーミスタ７１の検知温度が、後処理装置が接続されたことにより装置本体内部の空気が排気しづらくなった場合と後処理装置が接続されずに装置本体内部の空気を良好に排紙できる場合とでは異なることとなる。このため、温度管理位置温度とサーミスタ７１の検知温度との関係が異なる場合においても印刷制限モードへの閾値をそれぞれ個別に設定でき、きめ細かな制御を行うことができる。

さらに第６の実施形態として、サーミスタ７１の検知温度と温度管理位置温度との上昇度合いから制御手段８０によって閾値を予め予測する。そして、連続画像形成であと何枚の画像形成が印刷制限モードに入ることなく可能であるかを、プリンタ１００の操作パネル上に設けられた表示装置に表示する構成とすることにより、操作性が向上すると共に画像形成効率を向上することができる。

上記各実施形態では、サーミスタ７１の検知温度と温度管理位置温度との関係式に基づき温度管理位置温度が設定された閾値を超えた場合に連続画像形成動作から間欠画像形成動作へと移行する印刷制限モードに入ることとした。しかし、印刷制限モードとして、感光体ドラム３及び現像ローラ１２の周速度を下げて印刷速度を下げる構成、記録媒体の搬送間隔を広げる構成、これ等の構成及び間欠画像形成動作を組み合わせた構成等を採用してもよい。

ところで、電子写真式画像形成装置に用いられる感光体は導電性支持体上に直接または中間層を介して電荷発生層を形成し、その上に電荷輸送層を設けたいわゆる機能分離型積層感光体が用いられている。この機能分離型積層感光体において、表面が帯電された感光体が露光されたとき、光は電荷輸送層を透過して電荷発生層中の電荷発生材料に吸収され、電荷発生材料はこの光を吸収して電荷担体を発生する。しかし、電荷担体が電荷輸送層を移動する過程で電荷輸送層に生成したトラップによりＶＬが上昇したり、画像形成動作のインターバル中にトラップされた電荷担体が開放されることにより一度上昇したＶＬが低下したりする等のＶＬの変動が生じる。これにより、画像濃度が変動して画像品質の劣化を引き起こすという問題点があった。ここで、ＶＬは感光体を露光しベタ画像を形成する際のベタ画像部の感光体表面電位をいう。

上述のトラップについて考察すると、電荷担体がトラップされる形態は、半永久的にトラップされるディープとラップと一定の寿命で解放されるシャロウトラップとに分けられる。これ等のうちシャロウトラップは一定の寿命で解放されるので、短期的にＶＬが変動する要因となるトラップである。シャロウトラップに束縛された電荷担体は、感光体の温度が高いほど活性化され、解放され易くなる。

電子写真式の画像形成装置において、感光体の露光後表面電位が環境によって変動することが知られている。特に低温環境では上述のシャロウトラップが顕著になり、露光後表面電位が上昇する。そのため、ある現像ポテンシャルを得ようとするとき、低温環境下では常温及び高温環境下に比してより高い現像バイアス及び帯電バイアスを設定する必要がある。

トナー付着量の制御因子である現像ポテンシャルは、トナーの帯電量等により必要な値が変化するため、制御範囲は広く設定できた方がよい。一方で、現像ポテンシャルが大きすぎると感光体上へのキャリア付着が悪化することが知られている。従って現像ポテンシャルに上限を設けるため、制御上は現像バイアス及び帯電バイアスの上限を設ける場合が多い。しかし常温環境や高温環境を基準にその上限値を決定すると、露光後感光体表面電位が上昇する定温環境下で現像ポテンシャルの制御範囲が狭くなる。逆に低温環境を基準にその上限値を決定すると、常温及び高温環境下で現像ポテンシャルが大きくなりすぎ、キャリア付着に至る虞がある。

この問題を解決する一つの方法としては、露光後感光体表面電位をリアルタイムに電位センサで測定し、その結果に応じて現像及び帯電バイアスの上限値を変化させることであるが、電位センサのコストアップや設置スペース確保による装置大型化が避けられない。さらに、タンデムカラー機であれば４，５本備えられている感光体全てに電位センサを取り付ける必要があり、そのデメリットはさらに大きくなる。

また別の方法として、感光体を加熱するヒータを有し、雰囲気環境に拘わらず露光後感光体表面電位を安定させる方法が、例えば特開２０１０−２７１６３４号公報に開示されている。しかし、これもまたヒータのコストアップや設置スペース確保による装置大型化が避けられない。さらに別の方法として、温度を検知してそのときの露光後感光体表面電位を予測して現像及び帯電バイアスを変化させる方法も例えば特開平１１−３０５６０８号公報に開示されている。温度センサは電位センサやヒータに比して安価で大きさも小さいために上述のようなデメリットも小さく、機内温度を検知及び監視する目的で搭載し易い。ただし、レイアウト等の条件により感光体近傍にセンサを配置してその温度を直接監視できないため、機内の感光体近傍とは別の場所に温度センサを取り付け、その読み取った温度より推測することが行われている。しかし、この方法では画像形成条件によっては温度センサから感光体の温度を正しく推測できない場合がある。

そこで本発明では、装置の駆動条件（連続駆動時間、両面比率、定着制御温度等）と機内温度センサとにより感光体温度を精度よく予測することで露光後感光体表面電位を推定する。そして、その推定値に合わせて現像及び帯電バイアスの制御上限値を変更することで必要な現像ポテンシャルの制御範囲を確保し、どのような環境下でも副作用なく所望の画像濃度を得ることを目的とする。

以下、本発明における第７の実施形態を説明する。図１に示すプリンタ１００において、符号７０は温度管理位置を示している。図７に、プリンタ１００における連続及び間欠で画像形成を行った際の、機内温度検知手段であるサーミスタ７１の温度に対する連続画像形成時における温度管理位置７０の温度、間欠画像形成時における温度管理位置７０の温度をそれぞれ示している。この関係はレイアウト等により変化し、本実施形態では温度管理位置７０を感光体位置の温度とし、サーミスタ７１の検知温度との相関を示した。

図７に示すように、画像形成条件によって現像位置の温度が同一のときでもサーミスタ７１での検知温度が異なることが判る。本実施形態では、連続画像形成時には現像装置７及び現像ローラ１２が常に動作し続けるために感光体３の温度がサーミスタ７１による検知温度に比して大きく上昇する。一方で、間欠画像形成動作時には現像装置７及び現像ローラ１２も間欠動作となるために感光体３の温度がサーミスタ７１による検知温度と近い値となる。

図８は、所定時間（ここでは３０ｍｉｎ）当たりの感光体走行距離に対する温度検知位置２箇所の温度差の関係を示している。所定時間当たりの走行距離が長いほど２箇所の温度差が大きくなるため、所定時間における感光体走行距離からサーミスタ７１配設位置と温度管理位置７０との温度差を推定することができる。所定時間内の走行距離が長い場合は、連続運転に近付くためにサーミスタ７１配設位置と温度管理位置７０との温度差が大きくなる。また、所定時間内の走行距離が短い場合は、発熱が少なく機内の熱は拡散して機内が一定温度に近付くためにサーミスタ７１配設位置と温度管理位置７０との温度差は小さくなる。そのため、温度管理位置７０の温度は以下の式で表すことができる。
（温度管理位置温度）＝（温度検知値）＋α×（単位時間当たりの走行距離）＋Ｃ
ここで、Ｃは所定時間よりも前の状態で２点間の温度差があったときに所定時間経過後にも残っている温度差を表している。これは、レイアウト等の条件により変化する値である。これにより、温度管理位置の温度を温度検知位置の温度から推定することが可能となる。

図９は、感光体温度と露光後感光体表面電位との関係を測定した結果を示している。図９に示すように２０℃以上でほぼ一定の表面電位となっているが、低温環境になるに従い表面電位が上昇している。キャリア付着の不具合を考慮した現像ポテンシャル制御範囲の上限を７００Ｖとすると、２０℃以上では現像バイアスの制御上限値は７５０Ｖ程度に設定される。これに対して、地汚れとキャリア付着との両面から要求される地肌ポテンシャル１００Ｖ程度を上乗せした８５０Ｖ程度が帯電バイアスの制御上限値となる。

これ等の制御上限値を固定とした場合、例えば感光体表面温度が５℃になると露光後感光体表面電位が５０Ｖ程度上昇するため、現像ポテンシャル上限は６５０Ｖに縮小される。これに対して、本発明により感光体温度が５℃になったことが検知できれば、現像及び帯電バイアス上限値を５０Ｖ拡大してそれぞれ８００Ｖ，９００Ｖとすることにより、現像ポテンシャル制御範囲の上限を７００Ｖに保つことができる。これにより、結果として常温及び高温環境下と同様に画像濃度を維持することができる。

上述したように本発明によれば、感光体の温度を正確に予測することで露光後感光体表面電位を正確に予測することができるため、予測ミスによるキャリア付着等の不具合を招くことなく、現像及び帯電バイアスの上限値を上げることができる。その結果、必要な現像ポテンシャルを得ることができることから画像濃度を維持でき、良好な画像形成を継続して行うことができる。

上記実施形態では画像形成装置としてプリンタ１００を示したが、本発明が適用可能な画像形成装置はこれに限られず、複写機、プロッタ、ファクシミリ、これ等の複合機等の画像形成装置にも本発明は適用可能である。

３像担持体（感光体ドラム）
７現像装置
１２現像剤担持体（現像ローラ）
６０定着装置
７０温度管理位置
７１機内温度検知手段（サーミスタ）
７２トナー温度検知手段（温度センサ）
８０制御手段
８１記憶手段（ＲＡＭ）
８２走行距離検知手段（タイマ）
１００画像形成装置（プリンタ）

特開２００９−２１０９４１号公報

Claims

静電潜像が形成される像担持体と、現像剤担持体を有し前記静電潜像を顕像化させる現像装置と、機内の温度を検知する機内温度検知手段と、前記像担持体または前記現像剤担持体の走行距離を検知する走行距離検知手段と、前記走行距離を所定時間毎に記憶する記憶手段と、トナー補給手段近傍の温度を検知するトナー温度検知手段と、前記機内温度検知手段及び前記トナー温度検知手段の各検知結果に基づいて画像形成動作を制限する制御手段とを有し、前記制御手段は前記所定時間毎の走行距離に基づいて画像形成動作を制限するか否かを判断する閾値を変化させることを特徴とする画像形成装置。
請求項１記載の画像形成装置において、
前記像担持体を複数有しカラー画像形成とモノクロ画像形成とが可能であり、前記走行距離としてカラー画像形成時における走行距離とモノクロ画像形成時における走行距離との双方を用いることを特徴とする画像形成装置。
請求項１または２記載の画像形成装置において、
記録媒体に画像を定着させる定着装置を有し、前記定着装置の温度に基づいて前記閾値をさらに変化させることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし３の何れか１つに記載の画像形成装置において、
記録媒体の両面に画像形成を行う両面出力モードを有し、片面出力時と両面出力時とにおいて前記閾値をさらに変化させることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし４の何れか１つに記載の画像形成装置において、
後処理装置が接続可能であり、後処理装置を接続した際に前記閾値をさらに変化させることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし５の何れか１つに記載の画像形成装置において、
表示装置を有する操作パネルを具備し、画像形成動作を制限することなくあと何枚の出力が可能であるかを前記表示装置に表示することを特徴とする画像形成装置。
静電潜像が形成される像担持体と、現像剤担持体を有し前記静電潜像を顕像化させる現像装置と、機内の温度を検知する機内温度検知手段と、前記像担持体または前記現像剤担持体の走行距離を検知する走行距離検知手段と、前記走行距離を所定時間毎に記憶する記憶手段と、前記機内温度検知手段の検知結果と前記所定時間毎の走行距離とに基づいて温度管理位置温度を算出する温度算出手段とを有し、前記温度算出手段の算出結果に基づいて帯電バイアス制御範囲の上限値を変化させる帯電バイアス制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
請求項７記載の画像形成装置において、
前記像担持体を複数有しカラー画像形成とモノクロ画像形成とが可能であり、前記走行距離としてカラー画像形成時における走行距離とモノクロ画像形成時における走行距離との双方を用いることを特徴とする画像形成装置。
請求項７または８記載の画像形成装置において、
記録媒体に画像を定着させる定着装置を有し、前記定着装置の温度に基づいて前記閾値をさらに変化させることを特徴とする画像形成装置。