JPH0460659A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 業　　の　１ 本発明は静電潜像担持体に電荷を付与する帯電器を備え
た画像形成装置に関し、特に、帯電器からの放電電流を
ファジィ推論を用いて最適に制御する複写機、プリンタ
等の画像形成装置に関するものである。

従迷ｊ口支葡 例えば、電子写真方式の画像形成装置においては、感光
体ドラムに帯電器によって所定の電位を与えて一様帯電
させた後、感光体ドラム表面に像露光して静電潜像を形
成し、次にこの静電潜像に現像剤（トナー）を付着して
現像像（トナー像）を形成し、次いでこのトナー像に当
接するように外部から搬入させた転写材（通常は転写紙
）の背面にトナーと逆極性の電荷を付与することにより
転写紙上にトナー像を転写し、さらに転写時とは逆極性
の電荷を転写紙に付与して転写紙を感光体ドラムから分
離させ、最後に転写紙上のトナー像を定着装置により溶
融固着させることによって複写画像を得ている。

このような画像形成装置の帯電器にはコロトロン或はス
コロトロン型のコロナ放電器が多く用いられている。コ
ロトロン型のコロナ放電器の放電線には極めて細い金属
ワイヤ（例えば、直径６０μｍのタングステンワイヤに
厚み０．３μｍの金メツキを施したもの）が使用されて
おり、そしてこの放電ワイヤの表面は常時露出している
ことが望ましい。しかしながら、放電ワイヤは現像工程
において飛散してくるトナー、転写紙から発生する紙粉
、装置内に浮遊するほこり、定着装置から放出されるシ
リコンオイル蒸気、放電中に生成される窒素酸化物等が
付着して汚れていく。特に、定着装置から放出されるシ
リコンオイル蒸気やトナーに含まれるシリコン酸化物（
ＳｉＯ３）は放電による熱化学反応によってワイヤ表面
に強固に固着する。このような汚れは複写動作を繰り返
すうちにワイヤ表面に次第に蓄積し、表面を被覆してし
まうため、ワイヤの表面抵抗が変化し、コロナ放電器の
放電性能が劣化する。このため、ワイヤの長手方向に沿
った放電ムラや異常放電が生じ、画像欠陥を引き起す。

異常放電が生じた場合には、放電器に対向して設けられ
た感光体ドラムの破損を招くことが多（、これは感光体
ドラムの寿命を著しく低下させる結果となる。

このような放電器の汚れを低減させるために、従来より
放電器に清掃装置を設けてワイヤ、シールド材、グリッ
ド線等を清掃したり、汚染源となる飛散トナーやシリコ
ンオイル蒸気の発生量を減らすことが行なわれている。

が　　しよ　と　る 帯電器の汚れの進む速さは、帯電器の放電電流（ワイヤ
に流れる電流）が大きい程、大である。

上述したように、装置内部に放出されたシリコンオイル
蒸気等は放電による熱化学反応により汚れとなってワイ
ヤ等に付着するが、この汚れの成長速度は放電電流が大
きい程、速い。これは電流が大きい程、熱化学反応が促
進されるためと考えられる。例えば、スコロトロン型の
一次帯電器を用い、ワイヤの放電電流を１０００μＡと
して常温常温下で連続複写動作を行なったところ、２２
万枚で一次帯電器の放電ムラによる１度ムラが発生した
。これに対し、放電電流を１３００μＡとして常温常温
下で連続複写動作を行なったところ１８万枚で放電ムラ
による濃度ムラが発生した。これより、汚れの成長速度
が放電電流に依存することが分る。このほか、汚れの成
長速度はトナー消費量（原稿に依存）、紙粉量（転写紙
サイズに依存）、複写装置の設置場所の環境状態によっ
て変わる。黒地部の多い原稿を複写するとトナー消費量
が多くなるので、装置内に飛散するトナー量も多（なり
、汚れの成長速度が速くなる。また、紙粉の出やすい転
写紙やサイズの大きい転写紙を用いると発生する紙粉量
が多くなるので、汚れの成長速度が速くなる。

また、実験によると、スコロトロン型の一次帯電器を用
い、放電電流１０５０μＡにて常湿環境下で連続複写動
作を行なったところ、２０万枚で放電ムラによる濃度ム
ラが発生したのに対し、同一条件で低温環境下で連続複
写動作を行なうと、１６万枚で放電ムラによる濃度ムラ
が発生した。

一方、高温環境下で同一条件で連続複写動作を行なうと
、２０万枚においても放電ムラは発生しなかった。これ
は、低湿である程、前述の熱化学反応が活発になるため
と考えられる。

以上の結果から、トナー消費量や紙粉量が多い程、また
、低湿である程、帯電器の汚れの成長速度は速（なり、
放電ムラを生じやすくなることが分る。汚れが極度に悪
化すると、清掃等でも汚れを除去しきれず、そのような
場合には、ワイヤ等を新しいものと交換する以外に回復
手段はない。

画像品質の向上やメンテナンス作業の省力化の点から見
ても、汚れの成長を極力抑えることが望ましく、そのた
めには放電電流を下げることが効果的である。しかしな
がら、放電電流を下げ過ぎると、帯電工程において感光
体の帯電電位が低下するため画像の濃度低下を招くので
、電位低下分を補正する手段が必要となる。

また、累積複写枚数が多（なり、汚れが蓄積されている
ような状態では、放電電流は小さい方が放電ムラが生じ
にくい。それ故、累積複写枚数が多くなるに従い放電電
流を下げていくことが望ましい。

従来の帯電器においては汚れの成長に応じた電流制御は
行なっておらず、電流値はある一定値に固定されていた
ため、環境や使用条件によって画像品質に著しい差異を
生じていた。湿度センサ等と多様な条件下での汚れの成
長速度についての実験データを組み合せて画質を良好に
維持するように電流値を制御するという方法が考えられ
るが、実際にこれを実現するためには汚れに影響を与え
る多くの条件を考慮しなければならないので、膨大な実
験データが必要となり、制御プログラムも複雑になるの
で極めて困難であった。

従って、本発明の目的は、ファジィ推論の手法を導入し
て帯電器の汚れの原因となる多くの条件（状態量）を考
慮し、最適な放電電流（制御！りを簡易に算出すること
ができる制御装置を備えた画像形成装置を提供すること
である。

本発明の特定の１つの目的は、湿度、原稿濃度、転写紙
サイズ、累積複写枚数のうちの少なくとも１つを状態量
として検知し、制御量である帯電器の一次高圧出力、グ
リッドバイアス電圧、シールド板バイアス電圧のうちの
少な（とも１つをファジィ推論により設定する画像形成
装置を提供することである。

を　゛するための 上記目的は本発明に係る画像形成装置によって達成され
る。要約すれば、本発明は、静電潜像担持体上に静電潜
像を形成し、該静電潜像を現像手段により可視化し、転
写材上に可視像を転写する画像形成装置において、前記
静電潜像担持体に電荷を付与する帯電器の放電電流を制
御するための少な（とも１つの状態量を検知する状態量
検知手段と、前記放電電流を制御する制御量を制御する
ための制御量制御手段と、前記状態量と制御量を関係付
ける定性的な規則を記憶する規則記憶手段と、前記状態
量と制御量をそれぞれ少なくとも１つのあいまい集合で
表現した関数を記憶する関数記憶手段と、前記各規則に
従い検知状態量の前記集合に属する度合から制御ｌ量の
前記集合に属する度合を算出し、その最も可能性の高い
制御量を推論する推論手段とを具備し、前記制御量を前
記推論手段により推論し、制御することを特徴とする画
像形成装置である。

本発明の好ましい１つの態様においては、前記推論手段
は、その時点での少なくとも１つの状態量が、各規則の
前件部の状態量をあいまい集合で表現した関数に属する
度合を算出する適合度算出手段と、各規則の後件部の制
御量をあいまい集合で表現した関数が、その時点での状
態量に合致する度合を、前記適合度算出手段により算出
された度合を用いて推論する推論手段と、該推論手段に
より全ての規則について推論された結果を合成する合成
手段と、該合成手段により算出された関数から実際の制
御量を算出する制御量算出手段とから構成されている。

また、前記状態量検知手段は、湿度、原稿濃度、転写紙
サイズ、累積複写枚数のうちの少なくとも１つを状態量
として検知し、前記制御量制御手段は一次高圧、グリッ
ドバイアス、シールド板バイアスのうちの少なくとも１
つを制御する。

Ｌ施主 以下、本発明の実施例について添付図面を参照して詳細
に説明する。

第１図は本発明を電子写真方式の画像形成装置に適用し
た一実施例のコロナ帯電器及びその制御装置の概略構成
図である。コロナ帯電器１Ａは放電ワイヤ２、シールド
板３、グリッド線４から構成されており、この帯電器Ｉ
Ａにより静電潜像担持体である感光体ドラム５を帯電す
る。本実施例の画像形成装置は通常のように像露光手段
、現像手段、転写手段、転写材分離手段、感光体ドラム
上の残留トナーのクリーニング手段、定着手段等を備え
ているが、本発明に直接関係しないので図示せず、また
、その説明も省略する。

上記帯電器ＩＡはファジィ推論を取り入れた制御装置Ｉ
Ｂによって制御される。この制御装置ＩＢは状態量の測
定手段として画像形成装置内部の湿度を測定するための
温度センサ１４、感光体ドラム５の表面電位を測定する
ための表面電位センサ１５、転写紙の大きさを検知する
ための転写紙サイズセンサ１６、累積複写枚数を計数す
る累積複写枚数カウンタ１７を含む。本実施例では原稿
濃度検知手段として感光体ドラム上の潜像電位を表面電
位センサ１５にて測定する方法を取っている。各センサ
１４．１５．１６及びカウンタ１７から得られた状態量
の信号はアナログ−ディジタル変換器１１によってアナ
ログ信号からディジタル信号に変換された後、中央処理
装置（ＣＰＵ）１０に送られてファジィ推論を行なうた
めに使用される。ＣＰＵｌ０には後述するファジィ規則
及びメンバーシップ関数が記憶されたり−゛ド・オンリ
ー・メモリ（ＲＯＭ）１２及びファジィ推論を行なう際
に作業用記憶領域として使用されるランダム・アクセス
・メモリ（ＲＡＭ）１３が接続されている。一方、制御
量である放電電流を制御するための一次高圧又はシール
ド板バイアス又はグリッドバイアスの制御値の推論値の
信号はＣＰＵ１０から出力され、ディジタル−アナログ
変換器９によってディジタル信号からアナログ信号に変
換されて一次高圧電源６又はシールド板バイアス電源７
又はグリッドバイアス電源８に送られ、これによって所
望の放電電流を発生させる。また、この制御装置ＩＢは
ファジィ制御を解除して各電源６〜８の出力をマニュア
ル設定することも可能であり、これはスイッチ１８〜２
０をオフにすることにより任意に行なえる。

次に、上記構成の本発明の画像形成装置の動作について
説明する。

まず、第１の具体例では放電電流の制御を行なう際の状
態量として ■温度 ■原稿濃度 の２つを使用し、また、放電電流の制御を行なう際の制
御量として ■−一次高 圧使用した。勿論、状態量及び制御量はこれら具体例に
限定されるものではない。

第２図（ａ）〜（ｃ）は上記■〜■の状態量及び制御量
のメンバーシップ関数と呼ばれるファジィ集合をそれぞ
れ示し、同図（ａ）は湿度のメンバーシップ関数、同図
（ｂ）は原稿濃度のメンバーシップ関数、同図（ｃ）は
−次高圧のメンバーシップ関数である。これらメンバー
シップ関数では湿度、原稿濃度及び−次高圧を大きくい
くつかの集合に分け、例えば湿度の場合には、（１）Ｈ
Ｌ　　・・・温度が低い （２）ＨＬ’　　・・・湿度が少し低い（３）ＨＭ　　
・・・湿度が中くらいである（４）ＨＨ’　　・・・湿
度が少し高い（５）ＨＨ・・・湿度が高い とする。各々の集合に属する度合をＯから１までの値で
表現する。第２図（ａ）のＨＭを例に取って説明すると
、湿度が５０％のときにはＨＭという集合に属する度合
は１．０であり、湿度が４０％又は６０％のときにはＨ
Ｍという集合に属する度合は０．５であるということを
意味する。他の場合も同様である。

次に、湿度と原稿濃度の状態量から−次高圧出力を算出
する方法について述べる。

−次高圧出力の決定には、例えば次のようなファジィ規
則を用いる。

（ルール１） Ｉｆ　　湿度：＝ＨＬ　　ａｎｄ　　原稿濃度＝ＤＬｔ
ｈｅｎ−次高圧出力＝ＰＬ （ルール２） Ｉｆ　　湿度＝　ＨＬ　’　　ａｎｄ　　原稿濃度＝Ｄ
Ｌｔｈｅｎ−次高圧出力＝ＰＭ このようにファジィ規則を必要に応じて設定する。この
場合のファジィ規則を表１に示す。

表　　１ 第３図は前記（ルールｌ）と（ルール２）を用いてファ
ジィ推論により一次高圧出力を算出する一例を示すもの
である。

例として温度＝＝ｘ、原稿濃度＝ｙとした場合を考える
。

まず、上記（ルール１）の場合には、第２図（ａ）の温
度のメンバーシップ関数より、入力Ｘは第３図（Ａ）に
示すようにμＸの度合でＨＬの集合に含まれ、一方、第
２図（ｂ）の原稿濃度のメンバーシップ関数より、入力
ｙは第３図（Ｂ）に示すようにμｙの度合でＤＬの集合
に含まれる。その後μＸとμｙの最小値をとり、その値
がルール１の条件部が満たされる度合とする。その値と
第２図（Ｃ）の−次高圧出力のメンバーシップ関数との
最小値演算を取ると、第３図（Ｃ）に斜線で示す台形Ｓ
となる。即ち、第２図（ｃ）の−次高圧出力ＰＬ’の図
形において上記最小値のところに線を引くと台形Ｓが求
められる。

（ルール２）の場合にも同様の計算を行ない、第３図（
Ｆ）に斜線で示す台形Ｔを求める。その後２つの台形Ｓ
及びＴの和集合を求めると（２つの集合の最大値を取る
と）、第３図（Ｇ）に斜線で示す台形の和集合Ｕが得ら
れる。この和集合Ｕの重心を計算し、得られた値をファ
ジィ推論により得られた一次高圧出力の設定値とする。

ここでは−例として（ルール１）と（ルール２）の２つ
のファジィ規則のみを用いたが、実際に一次高圧出力を
算出するときには、表１の１５のすべてのファジィ規則
を用いて推論値を決定する。このファジィ推論の方法に
よって例えば温度が１５％で原稿に光学濃度０．５のソ
リッド原稿（表面電位が１７５ボルトに相当する）を用
いたときの一次高圧出力を算出すると、第４図に示す斜
線部の重心を求めることになり、その値は７，２となる
。

従って、このときの−次高圧出力は７．２ＫＶに設定さ
れる。

本例においては、シールド板バイアス電圧をＯＶ（接地
）、グリッドバイアス電圧を８００■に固定し、−次高
圧出力により放電電流を制御した。第５図はシールド板
バイアス電圧がｏ■、グリッドバイアス電圧が８００Ｖ
のときの常湿環境下での一次高圧出力、放電電流、及び
帯電電位の相関を示したものである。−次高圧出力が７
．２ＫＶに設定されると、放電電流は図の上側の曲線（
−次高圧と放電電流の関係を示す曲線）から理解できろ
ように１０３５μＡとなる。このとき常温環境下では、
図の下側の曲線（帯電電位と放電電流の関係を示す曲線
）から理解できるように、帯電電位が４２６Ｖになるが
、本例の低湿環境下では感光体の帯電能が上がり、実測
したところ帯電電位は所望の４８０■になっていた。な
お、帯電能の上昇には限度があるので、放電電流は極端
には下げられない。本例は低湿環境下でトナー消費量が
やや多い原稿を用いた場合に相当し、ファジィ推論によ
り放電電流は低めに設定され、放電ワイヤの汚れが成長
しにくくなるように制御されたことになる。

次に、第２の具体例について説明する。この具体例にお
ける状態量は ■転写紙サイズ ■累積複写枚数 の２つであり、一方、制御量は第１の具体例と同様に ■−一次高 圧ある。第６図（ａ）及び（ｂ）は上記■及び■の状態
量のメンバーシップ関数と呼ばれるファジィ集合をそれ
ぞれ示し、同図（ａ）は転写紙サイズのメンバーシップ
関数、同図（ｂ）は累積複写枚数のメンバーシップ関数
である。上記■の制御量である一次高圧のメンバーシッ
プ関数は前述した第２図（Ｃ）のものを使用する。第１
の具体例と同様に、転写紙サイズ、累積複写枚数及び−
次高圧を大きく３つ又は５つの集合に分け、例えば転写
紙サイズの場合には、転写紙の面積で表わし、ＷＬ（面
積が小さい）　、　ＷＭ　（面積が中くらい）、ＷＨ（
面積が大きい）の３つとしている。

図中のＡ４、Ａ３、Ｂ５、Ｂ４は今日のオフィスで多く
使用されている転写紙の定形サイズを示す。各々の集合
に属する度合は同じ（０か６１までの値で表現される。

次高圧出力は、表２に示すファジィ規則を用いてファジ
ィ推論により第１の具体例と同様にして決定する。例え
ば、累積複写枚数が２０万枚で転写紙サイズが６０００
０ｍｍ２　（はぼＡ４サイズに等しい）である場合の一
次高圧出力を算出すると、７．ＯＫＶとなる。従って、
−次高圧出力は７．ＯＫＶに設定される。

表　　２ このとき、常温環境下で放電電流は１０００μＡとなり
、帯電電位は４１５■となり、所望値である４８０Ｖよ
り低くなったので、この差分をグリッドバイアスとシー
ルド板バイアスを調節することにより補正した。即ち、
放電ワイヤから流出する電流のうち、グリッドやシール
ド板に流入する電流分を減らし、感光体に付与される電
流分を多くすることにより、所望の電位が得られる。な
お、グリッドやシールド板に流入する電流を極端に減ら
すことはできない。何故ならば、グリッドやシールド板
は夛れらに電流が流入することで帯電を均一にするとい
う機能を有しており、流入電流を下げると帯電ムラが発
生する傾向にあるからである。本例は、特に累積複写枚
数が多いことがら、ファジィ制御により放電電流が低め
に設定されている。

次に、第３の具体例について説明する。この具体例にお
ける状態量は ■原稿濃度 ■転写紙サイズ の２つであり、一方、制御量は ■シールド板バイアス である。第７図は上記■の制御量であるシールド板バイ
アスのメンバーシップ関数である。上記■及び■の状態
量のメンバーシップ関数は既に述べた第２図（ｂ）及び
第６図（ａ）のものを使用する。上述した各具体例と同
様に、シールド板バイアスは、表３に示すファジィ規則
を用いてファジィ推論により決定する。例えば、原稿に
白地原稿（表面電位９０Ｖに相当する）を用い、転写紙
サイズが４００００ｍｍ２　（はぼＢ５サイズに等しい
）であるときのシールド板バイアスを算出すると、１０
０Ｖとなる。従って、このときのシールド板バイアスは
１００Ｖに設定される。ただし、−次高圧は７．５ＫＶ
、グリッドバイアスは８００■に固定した。

表　　３ 第８図は一次高圧が７．５ＫＶ、グリ・ンドバイアス電
圧が８００Ｖのときの常温環境下でのシールド板バイア
ス電圧、放電電流、及び帯電電位の相関を示したもので
ある。シールド板バイアス電圧がｔｏｏｖに設定される
と、放電電流は図の上側の曲線（シールド板バイアスと
放電電流の関係を示す曲線）から理解できるように１２
２５μＡとなる。このとき、図の下側の曲線（帯電電位
と放電電流の関係を示す曲線）から理解できるように、
帯電電位は４６８■になり、所望値の４８０■より低（
なった。そこで、電位低下による画像濃度低下を補正す
るため、現像工程において現像効率を上げる操作を行な
った。具体的には、現像装置のトナー支持体である現像
ローラに印加するバイアスを調節することにより現像効
率を上げた。なお、このバイアスの調節による補正を行
なうと、画像に地力ブリを生じる傾向があるので放電電
流は極端に下げるわけにはいかない。本例はトナー消費
量が殆どなく、転写紙も紙粉量の少ないＢ５サイズを用
いた場合に相当し、使用条件がワイヤ汚れが成長しにく
い条件であることから、電流は高めに設定されたことが
分る。

上記実施例は本発明を電子写真方式の画像形成装置に適
用した場合であるが、本発明はこれに限定されるもので
はない。また、帯電器の構成、使用するファジィ規則、
状態量、制御量等は上記実施例のものに限定されない。

λ丑立匁１ 上述のように、本発明によれば、例えば環境、使用状態
による変動が大きく、その性能が湿度、原稿濃度、転写
紙サイズ、累ｗＩ複写枚数等のあいまいな関係の状態量
と制御量とによって支配されている複写機、レーザプリ
ンタ等の画像形成装置において、これら複雑に関係する
状態量から最適な制御量を算出し、潜像担持体に電荷を
付与する帯電器の放電電流を自動的に最適に制御するこ
とができるので、帯電器の汚れの成長を抑えると同時に
高濃度の鮮明な画像を得ることができ、あらゆる状況下
において画像を良好に維持できるとともに、帯電器の延
命やメンテナンス作業の省力化が行なえるという顕著な
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による画像形成装置の一実施例の帯電器
及びその制御装置を示す概略構成図である。 第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の具体例の状態量
又は制御量のメンバーシップ関数をそれぞれ示す線図で
ある。 第３図（Ａ）〜（Ｇ）は本発明による画像形成装置にお
いてファジィ推論によりコロナ帯電器の一次高圧出力で
ある制御量を算出する方法を説明する線区である。 第４図は第３図のファジィ推論方法により求めた特定の
湿度及び原稿濃度でのコロナ帯電器の一次高圧出力値を
示す線図である。 第５図は常〆界環境下での一次高圧出力、放電電流、及
び帯電電位の相関関係を示す線図である。 第６図（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の具体例の状態
量のメンバーシップ関数をそれぞれ示す線区である。 第７図は本発明の第３の具体例の制御量のメンバーシッ
プ関数を示す線図である。 第８図は常温環境下でのシールド板バイアス電圧、放電
電流、及び帯電電位の相関関係を示す線図である。 ｌＡ：コロナ帯電器 １Ｂ・制御装置 ２：放電ワイヤ ：シールド板 ；グリッド線 ：感光体ドラム ニー次高圧電源 ：シールド板バイアス電源 ニゲリッドバイアス電源 ：中央処理装置（ＣＰＵ） 第２図 （ａ） （ｂ） 源ｔｉ　濃Ｌ（シｔ（イ１；嘲１イｆ【）（δマンレト
） 第２図 （ｃ） 重り７．２ 第３図 （ルール１） （Ａ） （Ｂ） （Ｃ） 廿合成 第６図 （ａ） （ｂ） 累１を復子枚秩

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）静電潜像担持体上に静電潜像を形成し、該静電潜像
   を現像手段により可視化し、転写材上に可視像を転写す
   る画像形成装置において、 前記静電潜像担持体に電荷を付与する帯電器の放電電流
   を制御するための少なくとも１つの状態量を検知する状
   態量検知手段と、 前記放電電流を制御する制御量を制御するための制御量
   制御手段と、 前記状態量と制御量を関係付ける定性的な規則を記憶す
   る規則記憶手段と、 前記状態量と制御量をそれぞれ少なくとも１つのあいま
   い集合で表現した関数を記憶する関数記憶手段と、 前記各規則に従い検知状態量の前記集合に属する度合か
   ら制御量の前記集合に属する度合を算出し、その最も可
   能性の高い制御量を推論する推論手段 とを具備し、前記制御量を前記推論手段により推論し、
   制御することを特徴とする画像形成装置。 ２）前記推論手段は、 その時点での少なくとも１つの状態量が、各規則の前件
   部の状態量をあいまい集合で表現した関数に属する度合
   を算出する適合度算出手段と、各規則の後件部の制御量
   をあいまい集合で表現した関数が、その時点での状態量
   に合致する度合を、前記適合度算出手段により算出され
   た度合を用いて推論する推論手段と、 該推論手段により全ての規則について推論された結果を
   合成する合成手段と、 該合成手段により算出された関数から実際の制御量を算
   出する制御量算出手段 とから構成されている請求項１に記載の画像形成装置。