JPH07281489A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アモルファスシリコン系感光体材料を使用し
た感光体ドラムの表面温度制御の精度の向上を図る。 【構成】 用紙サイズ検知センサー３１、ドラム表面温
度センサー２３、室温センサー３２からの情報に基づ
き、ＣＰＵ２８は複写機が待機時、複写動作時あるいは
初期校正時のいずれの状態にあるかを判定し、室温等の
環境、ドラム温度、複写動作状態、用紙の温度、複写動
作中の用紙サイズ要因を元にファジィ推論によってドラ
ムヒータ１９への出力量を算出し、この出力量に基づ
き、それぞれの状態に応じてＰＷＭ発生器の出力を制御
し、これによってドラムヒータ１９の出力量を変えて、
ドラム表面温度を予め設定された適正温度に維持するも
の。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電潜像担持体として
感光体ドラムを用いた電子複写機、プリンタ、ファクシ
ミリ等の画像形成装置に係り、特に前記感光体ドラムに
内装されているドラムヒータへの通電制御の改良に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、感光体ドラムを備えた電子複写
機は、定速回転する感光体ドラムの表面を帯電し、この
帯電された表面に光学系手段を用いて露光を施し、これ
によって得られた静電潜像を現像してトナー像を形成
し、さらに、このトナー像をドラム表面に供給された用
紙の表面に転写するように構成されている。

【０００３】ところで、上記のような電子複写機におけ
る感光体ドラムの感度は、雰囲気温度に対する依存性が
高く、例えば帯電時において帯電チャージャーへの印加
電圧が同じであっても、雰囲気温度によって帯電電位が
大きく相違し、これが用紙に転写された画像濃度に反映
する。このため従来より、感光体ドラムにはドラムヒー
タが組み込まれており、該ドラムヒータへの通電を制御
することにより、雰囲気温度が変動しても感光体ドラム
の表面温度が所定温度に保たれるようにしている。

【０００４】この場合、従来では感光体ドラムの表面温
度は該ドラムに内蔵されたサーミスタによって検出して
おり、このサーミスタによる温度検出信号の出力値が設
定値よりも高く検知されたときは、ドラムヒータへの通
電を遮断し、逆に低く検知されたときは、ドラムヒータ
に連続的に通電することによりドラムを温める。そし
て、いずれの場合も設定値に達したときにドラムヒータ
への通電を遮断してドラム表面温度を所定の基準温度に
維持するようにしていた。

【０００５】ところで、近年、この種の画像形成装置の
感光体ドラムの表面感光体層を構成する材料として、ア
モルファスシリコン系材料が広く使用されているが、こ
の材料を用いた感光体ドラムの感度は、従来の砒素セレ
ン系の感光体材料を用いた感光体ドラムに比べて、温度
に非常に左右されやすいという特性を備えている。この
ため、アモルファスシリコン系材料を用いたドラムの場
合、特にドラム表面温度を一定に保持する必要が生じ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来構成のドラム表面温度制御手段をアモルファ
スシリコン系ドラムに適用した場合、設定温度に対して
の実際のドラム表面温度の変動が大きく、一定温度に精
度よく制御することが困難であった。

【０００７】すなわち、従来のドラム温度制御による
と、ドラム表面温度は該ドラムに内蔵のサーミスタのみ
で検出しており、また該サーミスタの出力値と予め設定
した基準値とを比較して、ドラムヒータをＯＮ／ＯＦＦ
するものであるため、サーミスタ出力に応答して該ドラ
ムヒータは１００％出力か、０％出力かのいずれかで駆
動させるしかなく、このため、基準設定値よりも高い
か、低いか、いずれの場合もドラム表面温度は設定温度
に対してオーバーシュートを起こしやすくなり、一定温
度に精度よく制御することは困難である。

【０００８】また、複写動作中は、用紙がドラム表面に
接触して該ドラムの熱を奪うため、用紙サイズが表面温
度を左右する要因となる。同様に、用紙自体の温度や、
雰囲気温度等の環境要因が与えるドラム表面温度への影
響もアモルファスシリコン系材料を用いたドラムでは無
視することができないが、従来の制御方式ではこれらの
要因をドラムヒータ出力に反映することができない等の
問題点があった。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点を解決
するためになされたもので、感光体ドラムの表面温度制
御を行うにあたって、環境、ドラム温度、コピー状態、
転写紙の温度、複写動作中の用紙サイズ等の要因を元に
ファジィ推論によってドラムヒータへの出力量を制御す
ることにより、アモルファスシリコン系材料を用いた感
光体ドラムにも対応し得る高精度なドラム表面温度制御
を実現した画像形成装置を提供することを目的とするも
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、ドラムヒータが内装された感光体ドラム
と、この感光体ドラムの表面温度に関わる条件に基づい
てメンバシップ関数を用いたファジィ推論により前記ド
ラムヒータの出力を制御する温度制御手段とを具備する
ものとし、且つ、前記温度制御手段は、用紙を感光体ド
ラムの表面に接触させて該ドラム表面に形成されたトナ
ー像を前記用紙に転写する複写動作時と、該複写動作が
可能な態勢にある待機時とで、前記ドラムヒータの出力
量を変えて制御動作を行えるように構成している。

【００１１】また、好ましくは前記温度制御手段におけ
るドラムヒータの出力を制御するためのファジィ推論の
条件としては、感光体ドラムの表面温度に加えて、転写
用紙のサイズを含んでいるものとする。

【００１２】

【作用】複写動作時は待機時と異なり、用紙が直接ドラ
ム表面に接触するため、ドラム表面の温度は用紙に奪わ
れてドラム表面の温度が下がってしまう。上記構成によ
ると、待機時と複写動作時とでは、メンバシップ関数を
用いたファジィ推論によるドラムヒータへの出力量を変
えて、具体的には複写動作中は待機中に比べてドラムヒ
ータへの出力量を高くするように制御できるため、従来
と比較して、高精度にドラム表面温度を適正温度に保持
することが可能となる。

【００１３】また、上述のように複写動作中、用紙の接
触によってドラム表面温度が下がるが、その下がり方の
程度は用紙サイズによって相違する。例えばＡ３用紙の
ような大サイズ用紙であれば、ドラム表面温度が下がり
やすく、Ａ５用紙のような小サイズ用紙を横置きする場
合であれば、ドラム表面温度は下がりにくい。したがっ
て、複写動作中に用紙サイズの大小によってドラムヒー
タへの出力量を変えるようにすることにより、実際のド
ラム表面温度をより一層高精度に適正温度に保持するこ
とが可能となる。

【００１４】このように上記構成によると、高精度なド
ラム表面温度制御が可能となるため、アモルファスシリ
コン系の感光体材料を使用した感光体ドラムに適用した
場合、該ドラムの感度が一定に保持される効果が大き
い。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に係る画像形成装置を電子複写
機に適用した実施例について図面を参照しながら説明す
る。図１は本実施例の電子複写機の構成を模式的に示し
ている。この図において、１は感光体ドラムであって、
図上時計回り方向に定速度で回転するように構成されて
いる。感光体ドラム１の周辺にはその回転方向（移動方
向）に沿って帯電部Ａ、露光部Ｂ、現像部Ｃ、転写部
Ｄ、分離部Ｅ、クリーニング部Ｆ、除電部Ｇがその順序
で配設されている。

【００１６】帯電部Ａには帯電チャージャー２が配設さ
れている。この帯電チャージャー２はコロトロン等のコ
ロナ放電器からなり、そのメインワイヤ２ａには通常４
〜６kV程度の高電圧が印加されるように構成されてい
る。いま、該帯電チャージャー２に高電圧が印加される
と、コロナ放電が発生しドラム表面に電荷が付与され
る。このようにして帯電されたときのドラム１の表面電
位は通常900V程度である。

【００１７】ドラム１の帯電された表面部分は、該ドラ
ム１が回転して露光部Ｂに至ると、図外の光学系を通じ
て原稿画像の反射光Ｌ₁が該ドラム表面部分に照射され
ることにより、露光が施される。この場合、露光を受け
た部分のみ、その表面電位が露光量に対応して光減衰し
て低くなり、その結果、ドラム表面に静電潜像が形成さ
れる。

【００１８】ドラム回転方向における現像部Ｃの直前に
は、表面電位計３が配設されている。この表面電位計３
は現像部Ｃに至ったときのドラム表面の帯電電位を計測
する。なお、帯電部Ａで帯電されたドラム表面は現像部
Ｃに至る間に暗減衰するため、現像部到達時の表面電位
は820V程度まで低下している。換言すれば、現像部Ｃに
おけるドラム表面電位は820V程度必要であり、帯電部Ａ
では暗減衰を見込んだ電位(900V)になるように帯電チャ
ージャー２に印加する電圧を設定している。

【００１９】４は表面電位計３に隣接して配設された画
像消去用のブランクランプであって、ＬＥＤ列により構
成されており、画像領域を特定する等の目的のために静
電潜像の一部分を消したいような場合に、所要のＬＥＤ
を選択的に点灯することによって、該点灯したＬＥＤに
照射された静電潜像部分を光減衰させることにより消去
するもので、通常コピー時には使用されない。

【００２０】現像部Ｃには現像器５と、該現像器５にト
ナーを供給するトナーホッパ６とが配設されている。こ
の構成ではトナーホッパ６に収容されたトナーがスポン
ジローラ７を介して現像器５内へ所要量、投入され、こ
の現像器５内でトナーとキャリア（鉄粉）とが撹拌ロー
ラ８により撹拌され、現像ローラ９の表面にキャリアに
保持されたトナーを現出する。そして、ドラム１の静電
潜像形成部分が現像部Ｃに至ると、現像ローラ９を介し
て現像器５のトナーがその静電潜像に応じてドラム表面
に電着され、これによってトナー像が形成される。

【００２１】転写部Ｄにはコロナ放電器等からなる転写
チャージャー１０が配設されており、ドラム１が転写部
Ｄに至ると、給紙部の給紙ローラ対１１を通して用紙Ｐ
がドラム表面上に給紙され、転写チャージャー１０にト
ナーとは逆極性の電圧が印加され、ドラム表面のトナー
像が用紙Ｐに転写される。

【００２２】また、分離部Ｅには転写チャージャー１０
と同様にコロナ放電器からなる分離チャージャー１２が
配設されており、該分離チャージャー１２からドラム表
面に交流電界が投じられることによってドラム１と用紙
Ｐとの吸引状態が解除され、転写済用紙Ｐがドラム１か
ら分離される。

【００２３】クリーニング部Ｆにはクリーニング装置１
３が配設されている。このクリーニング装置１３はドラ
ム表面を摺擦することにより、ドラム表面のトナー等の
付着物を除去するもので、ドラム表面に残留したトナー
はクリーニング部Ｆに至って、クリーニング装置１３に
より払拭作用を受ける。さらに、次の除電部Ｇでは除電
ランプ１４の除電光Ｌ₂がドラム表面に照射されること
により、該ドラム１の表面電位が光減衰し電荷が除去さ
れる。この後、ドラム１は帯電部Ａに戻り、次の複写動
作に備えられる。

【００２４】前記感光体ドラム１は図２に示すように、
アルミニウム等の金属材料製ドラム基体１５の表面にア
モルファスシリコン系の感光体材料を蒸着してなる感光
体層１６を形成し、ドラム基体１５の両端部にそれぞれ
フランジ１７を取り付けるとともに、両フランジ１７間
に亙ってドラム軸１８を取り付け、さらに、ドラム基体
１５の内部にドラムヒータ１９を装着したものである。

【００２５】ドラムヒータ１９は基板２０、綿布２１及
び、基板２０の片面に配設した発熱体２２からなり、発
熱体２２の両端部を基板２０の外部に延出し、その先端
に接続端子を取り付けてある。また、２３はサーミスタ
からなるドラム表面温度センサーであって、ドラムヒー
タ１９の基板２０と綿布２１との間の適所に固定されて
おり、該ドラム表面温度センサー２３の両端子は基板２
０の外部に延出され、前記回転接触部に接続されてい
る。

【００２６】そして、発熱体２２の一方の接続端子及び
ドラム表面温度センサー２３の一方の端子は共通の回転
接触部（図示せず）に接続され、他方の端子はそれぞれ
別個の回転接触部に接続されることにより、発熱体２２
へは電源が供給され、ドラム表面温度センサー２３の温
度検知信号は温度制御手段としてのマイクロコンピュー
タ２４（図３参照）に送信されるように構成されてい
る。

【００２７】図３はドラムヒータ１９の通電制御回路を
示している。この通電制御回路はドラム表面温度センサ
ー２３及び抵抗２５の直列回路を電源端子間に接続する
とともに、ドラム表面温度センサー２３と抵抗２５との
接続点２６を温度制御手段としてのマイクロコンピュー
タ２４の入力ポートと接続している。また、ドラムヒー
タ１９及びスイッチング素子２７ａを電源端子間に接続
するとともに、マイクロコンピュータ２４からの制御信
号をＰＷＭ発生器（Pulse width modulation：パルス幅
変調器）２７ｂに印加することにより、スイッチング素
子２７ａのＯＮ／ＯＦＦを制御している。

【００２８】マイクロコンピュータ２４は感光体ドラム
１の表面温度に関わる条件に基づいてメンバシップ関数
を用いたファジィ推論によりドラムヒータ１９の出力を
制御するもので、図４はこのマイクロコンピュータ２４
を中心とする制御系を示している。この図において、２
８はマイクロコンピュータ２４のＣＰＵであって、ファ
ジィ推論を実際に行う機能を具備している。２９はＲＯ
Ｍであって、ファジィ推論に必要なファジィ規則と、メ
ンバーシップ関数を記憶している。３０はＲＡＭであっ
て、ファジィ推論を行うときの作業領域として用いられ
る。

【００２９】また、３１は給紙部の適所に設置された用
紙サイズ検知センサー、３２は複写機が設置されている
部屋の室温を測定する室温センサーであって、これら用
紙サイズ検知センサー３１、ドラム表面温度センサー２
３、室温センサー３２からの情報はＣＰＵ２８に与えら
れる。ＣＰＵ２８は複写動作(コピー)時、初期校正時、
あるいは複写動作が可能な態勢にある待機時のいずれの
場合であるのかを判定し、それぞれの場合に応じてドラ
ムヒータ１９の出力量を変えて制御する。

【００３０】すなわち、上記構成の温度制御手段では、
室温等の環境、ドラム温度、複写動作状態、用紙Ｐの温
度、複写動作中の用紙サイズ要因を元にファジィ推論に
よってドラムヒータ１９への出力量を算出し、この出力
量に基づきＰＷＭ発生器２７ｂの出力を制御し、これに
よってドラム表面温度を予め設定された適正温度に制御
するものであり、これによってアモルファスシリコン系
感光体層１６を備えたドラム１の表面温度制御の精度向
上を図っている。

【００３１】図５はＣＰＵ２８のドラム表面温度の制御
動作内容を示している。まず、ステップ＃５でドラム表
面温度センサー２３と抵抗２５との分圧(接続点２６の
電圧)を測定し、その測定値に対応するドラム表面温度
を判断する。次いでステップ＃１０で複写機(コピー機)
が複写動作(コピー)時、初期校正時、あるいは待機時の
いずれの状態であるかを判定し、待機時であればステッ
プ＃４５へ進み、待機中、対応するファジィ制御を実行
する。

【００３２】この待機時のファジィ制御においては、フ
ァジィルールは次の２つである。 〔ルール〕 ドラム表面温度が適正値（４５℃）より
も少し高ければ、ドラムヒータ出力を少し下げる。図６
にルールにおけるファジィ推論の条件部（図６(Ａ)）
及び結論部（図６(Ｂ)）のメンバシップ関数を示す。 〔ルール〕 ドラム表面温度が上記適正値よりも少し
低ければ、ドラムヒータ出力を少し上げる。図７にルー
ルにおける条件部（図７(Ａ)）及び結論部（図７
(Ｂ)）のメンバシップ関数を示す。

【００３３】この場合、ＣＰＵ２８で読み込んできてい
るドラム表面温度と、各ルールの条件部のメンバーシッ
プ関数から結論部でのメンバーシップ関数を求める。そ
して、求めてきた両ルールの結論部でのメンバーシ
ップ関数を重心法によって重ね合わせて重心を求め、こ
れをドラムヒータ１９への出力値とする。

【００３４】また、ステップ＃１０で複写機が複写動作
時の状態であると判定したときは、ステップ＃１５へ進
み、通紙サイズ、つまり選択された用紙のサイズを用紙
サイズ検知センサー３１から送られてきた検出信号によ
って判断したうえで、ステップ＃２０で複写動作中、対
応するファジィ制御を実行する。

【００３５】この複写動作時のファジィ制御において使
用しているファジィルールは次の３つである。 〔ルール〕 用紙サイズが小さければ、ドラムヒータ
出力を下げる。図８にルールにおける条件部（図８
(Ａ)）及び結論部（図８(Ｂ)）のメンバシップ関数を示
す。 〔ルール〕 ドラム表面温度が適正値（４５℃）より
も少し高ければ、ドラムヒータ出力を少し下げる。図９
にルールにおける条件部（図９(Ａ)）及び結論部（図
９(Ｂ)）のメンバシップ関数を示す。 〔ルール〕 ドラム表面温度が前記適正値よりも少し
低ければ、ドラムヒータ出力を少し上げる。図１０にル
ールにおける条件部（図１０(Ａ)）及び結論部（図１
０(Ｂ)）のメンバシップ関数を示す。

【００３６】この場合、ＣＰＵ２８で読み込んできてい
るドラム表面温度または用紙サイズと、各ルールの条件
部のメンバーシップ関数から結論部でのメンバーシップ
関数を求める。そして、求めてきた３つのルール
の結論部でのメンバーシップ関数を重心法によって重ね
合わせて重心を求め、これをドラムヒータ１９への出力
値とする。

【００３７】このように待機時と複写動作時とではファ
ジィによるドラムヒータへの出力量を変えて制御するの
は、複写動作中は用紙Ｐが直接ドラム表面に接するため
に、ドラム表面の熱は用紙Ｐに奪われてドラム表面の温
度が下がってしまう。これに対し待機中は用紙Ｐが送給
されないため、ドラム表面温度の変化に用紙に関わる要
因が入ってこない。したがって、複写動作中は待機中に
比べてドラムヒータ１９への出力量を高くする必要があ
るからである。

【００３８】また、複写動作中にドラム温度以外に用紙
サイズをファジィの要因としているのは、複写動作中、
用紙Ｐがドラム表面に接触することによってドラム表面
温度が低下するが、その温度低下の程度が用紙サイズに
よって異なるためであり、したがって複写動作中に用紙
サイズによってドラムヒータ１９への出力量を変える必
要が生じることになる。

【００３９】また、ステップ＃１０で複写機が初期校正
時の状態であると判定したときは、ステップ＃３５へ進
み、室温センサー３２から送られてきた測定データによ
って判断し、ステップ＃４０で初期校正に対応するファ
ジィ制御を実行する。

【００４０】この初期校正時のファジィ制御において使
用しているファジィルールは次の３つである。 〔ルール〕 室温が高ければ、ドラムヒータ出力を下
げる。図１１にルールにおける条件部（図１１(Ａ)）
及び結論部（図１１(Ｂ)）のメンバシップ関数を示す。 〔ルール〕 ドラム表面温度が適正値（４５℃）より
も少し高ければ、ドラムヒータ出力を少し下げる。図１
２にルールにおける条件部（図１２(Ａ)）及び結論部
（図１２(Ｂ)）のメンバシップ関数を示す。 〔ルール〕 ドラム表面温度が前記適正値よりも少し
低ければ、ドラムヒータ出力を少し上げる。図１３にル
ールにおける条件部（図１３(Ａ)）及び結論部（図１
３(Ｂ)）のメンバシップ関数を示す。

【００４１】この場合、ＣＰＵ２８で読み込んできてい
るドラム表面温度または室温と、各ルールの条件部のメ
ンバーシップ関数から結論部でのメンバーシップ関数を
求める。そして、求めてきた３つのルールの結論
部でのメンバーシップ関数を重心法によって重ね合わせ
て重心を求め、これをドラムヒータ１９への出力値とす
る。

【００４２】そして、上記した待機時、複写動作時及び
初期校正時のいずれの場合も、ステップ＃２５でファジ
ィ推論によって導かれたドラムヒータ１９への出力量を
ＰＷＭ発生器２７ａに入れ、そのパルス幅変調された出
力に対応してスイッチング素子２７ｂをＯＮ／ＯＦＦさ
せることにより、ステップ＃３０でドラムヒータ１９へ
の電源供給を精度良く制御し、これによってドラム表面
温度を予め設定された適正温度(４５℃)に維持する。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によるとき
は、感光体ドラムの表面温度に関わる条件に基づいてメ
ンバシップ関数を用いたファジィ推論により前記ドラム
ヒータの出力を制御し、且つ、複写動作時と待機時とで
は、ドラムヒータの出力量を変えて制御するように構成
しているので、従来と比較して格段に高精度にドラム表
面温度を設定温度に保持することができ、これによっ
て、感度が温度によって左右されやすいアモルファスシ
リコン系感光体ドラムを用いた画像形成装置にも十分対
応できるものとなる。

【００４４】また、ファジィ制御を用いることによっ
て、用紙の温度、複写動作時の用紙サイズ、複写動作状
態等の変動要因を元にドラムヒータへの出力を決定する
ことができ、従来と比較して制御精度が格段に向上し、
実機に即した制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例における要部の構成を模式的
に示す正面図。

【図２】 感光体ドラムの内部構造を示す断面図。

【図３】 ドラムヒータ通電制御回路を示す電気回路
図。

【図４】 ファジィ推論に基づく制御動作を行う温度制
御手段の基本ブロック図。

【図５】 ＣＰＵの制御動作を示すフローチャート。

【図６】 ルールの条件部と結論部のメンバシップ関
数を示す線図。

【図７】 ルールの条件部と結論部のメンバシップ関
数を示す線図。

【図８】 ルールの条件部と結論部のメンバシップ関
数を示す線図。

【図９】 ルールの条件部と結論部のメンバシップ関
数を示す線図。

【図１０】 ルールの条件部と結論部のメンバシップ
関数を示す線図。

【図１１】 ルールの条件部と結論部のメンバシップ
関数を示す線図。

【図１２】 ルールの条件部と結論部のメンバシップ
関数を示す線図。

【図１３】 ルールの条件部と結論部のメンバシップ
関数を示す線図。

【符号の説明】

１ 感光体ドラム ２ 帯電チャージャー １０ 転写チャージャー １６ 感光体層 １９ ドラムヒータ ２３ ドラム表面温度センサー ２４ マイクロコンピュータ ２７ａ スイッチング素子 ２７ｂ ＰＷＭ発生器 ２８ ＣＰＵ ２９ ＲＯＭ ３０ ＲＡＭ ３１ 用紙サイズ検知センサー ３２ 室温センサー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドラムヒータが内装された感光体ドラム
   と、この感光体ドラムの表面温度に関わる条件に基づい
   てメンバシップ関数を用いたファジィ推論により前記ド
   ラムヒータの出力を制御する温度制御手段とを備え、且
   つ、前記温度制御手段は、用紙を感光体ドラムの表面に
   接触させて該ドラム表面に形成されたトナー像を前記用
   紙に転写する複写動作時と、該複写動作が可能な態勢に
   ある待機時とで、前記ドラムヒータの出力量を変えて制
   御するように構成されていることを特徴とする画像形成
   装置。
2. 【請求項２】 温度制御手段におけるドラムヒータの出
   力を制御するためのファジィ推論の条件の一つとして、
   感光体ドラムの表面温度に加えて、転写用紙のサイズを
   含んでいることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
3. 【請求項３】 感光体ドラムの表面感光体層をアモルフ
   ァスシリコン系の感光体材料により形成したことを特徴
   とする請求項１または２の画像形成装置。