JP2000206745A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナー濃度検知用に形成されたトナーパッチ
のトナーを現像装置ですべて回収し、良好な画像を形成
することができる画像形成装置を提供すること。 【解決手段】 現像同時クリーニングシステムを採用
し、像担持体上に形成されたトナーパッチの濃度により
現像剤中のトナー濃度を検知・制御する画像形成装置に
おいて、現像手段における現像バイアスを切り替え可能
に設け、当該トナーパッチ形成時は通常画像形成時より
低い現像バイアスを印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、現像とクリーニン
グを行う現像同時クリーニングシステムを採用した現像
装置であって、像担持体上にトナーパッチを形成させて
トナー濃度を検知し制御する画像形成装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】トナーとキャリアからなる二成分系現像
剤を用いた画像形成装置では、良好な画像を形成するた
めに現像剤中のトナー濃度を一定範囲内に維持・制御す
る必要がある。従来、かかる制御は、現像剤中のキャリ
アの存在量を透磁率センサーで検知することにより行わ
れていたが、近年は感光体上に小面積のベタ画像（以下
「トナーパッチ」という。）を現像し、当該ベタ画像の
濃度を光学式センサーにより検知して現像剤中のトナー
濃度を算出し、制御する方法も採用されつつある。この
方法の場合、光学センサーによる検知後のトナーパッチ
は、クリーニングブレードなどのクリーニング手段によ
り回収されることになる。

【０００３】ところで、近年の画像形成装置の小型化要
請に伴い、帯電、露光、現像、転写、クリーニングとい
った各工程機器がそれぞれ小型化されるようになってき
たが、これだけでは画像形成装置の小型化には限界があ
る。また環境保護の面から廃トナーの扱いが問題となっ
ていた。

【０００４】そこで、クリーニング装置を取り外し、現
像装置において現像とクリーニングを行う現像同時クリ
ーニングシステムを採用する画像形成装置も出現してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】かかる画像形成装置に
おいて、感光体上に形成したトナーパッチの濃度から現
像装置内のトナー濃度を検知・制御する上記トナー濃度
制御方法を採ると、トナー濃度が十分高い範囲にある場
合、トナーパッチを形成するトナー量が多いため、現像
装置で、トナーパッチのトナーをすべて回収することが
困難となり、残存トナーが転写材へ転写され画像カブリ
となるといった問題があった。

【０００６】本発明は、かかる問題を解決すべくなされ
たものであって、現像同時クリーニングシステムを採用
し、像担持体上に形成されたトナーパッチの濃度により
現像剤中のトナー濃度を検知・制御する画像形成装置に
おいて、トナー濃度検知用に形成されたトナーパッチの
トナーを現像装置ですべて回収し、良好な画像を形成す
ることができる画像形成装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、像担持
体と、該像担持体の表面を帯電する帯電部材と、帯電さ
れた該像担持体の表面に光を照射して静電潜像を形成す
る露光手段と、現像バイアスと当該像担持体の表面電位
との電位差によって該静電潜像にトナーを供給して現像
すると同時に、該像担持体の表面に残存するトナーを回
収する現像手段と、該現像手段により現像された像担持
体のトナーを被転写部材に転写させる転写手段と、該像
担持体の表面に残存するトナーを分散する分散部材とを
有し、現像剤中のトナー濃度を、現像手段により像担持
体上に形成したトナーパッチの濃度により検知して制御
する画像形成装置であって、現像手段における現像バイ
アスは切り替え可能に設けられ、当該トナーパッチ形成
時は通常画像形成時より低い現像バイアスが印加される
ことを特徴とする画像形成装置が提供される。

【０００８】また本発明によれば、像担持体と、該像担
持体の表面を帯電する帯電部材と、帯電された該像担持
体の表面に光を照射して静電潜像を形成する露光手段
と、現像バイアスと当該像担持体の表面電位との電位差
によって該静電潜像に現像剤を供給して現像すると同時
に、該像担持体の表面に残存するトナーを回収する現像
手段と、該現像手段により現像された像担持体のトナー
を被転写部材に転写させる転写手段と、該像担持体の表
面に残存するトナーを分散する分散部材とを有し、現像
剤中のトナー濃度を、現像手段により像担持体上に形成
したトナーパッチの濃度を検知して制御する画像形成装
置であって、露光手段は切り替え可能に設けられ、当該
トナーパッチ形成時は通常のベタ画像形成時より弱い露
光が照射されることを特徴とする画像形成装置が提供さ
れる。

【０００９】このとき、当該トナーパッチを形成するト
ナー量は０．４ｍｇ／ｃｍ² 以下であることが好まし
い。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態について具体的に説明する。図１に本発明の一
実施形態にかかる画像形成装置の概要を示す。図１の装
置は、現像剤としてトナーとキャリアからなる二成分系
現像剤を使用した磁気ブラシ現像であって、現像手段で
現像同時クリーニングを行うクリーニングレスの装置で
ある。

【００１１】感光体ドラム１は矢印２の方向に一定速度
で回転される。感光体ドラム１の周囲には、その回転方
向に沿ってメインチャージャ３、露光装置8 、現像装置
４、転写チャージャ５、光学式濃度センサー６及びブラ
シ７が配置されている。メインチャージャ３の放電によ
り感光体ドラム１の表面は所定の電位に帯電される。感
光体ドラム１が矢印２方向に回転し、次に露光装置8 に
より画像に対応した静電潜像が感光体ドラム表面に形成
される。本画像形成装置は反転現像方式であるので、潜
像部分の表面電位が減衰し、非露光部の表面電位は初期
帯電電位が維持される。次に、当該静電潜像は現像装置
４によってトナーで現像される。図２に２成分磁気ブラ
シ現像方式の現像装置４の概略図に示す。現像ローラ４
１は少なくとも現像時においては感光ドラム１に対する
最近接距離が約５００ミクロンになるように配置され、
現像ローラ４１の外面に担持された現像剤の磁気ブラシ
４５ａが感光体ドラム１の表面に接触するように設定さ
れている。この現像剤磁気ブラシ４５ａと感光体ドラム
１の接触部が現像領域である。

【００１２】現像装置４の基本構成は、現像剤４５を現
像領域まで搬送する現像ローラ４１と、現像ローラ４１
上に均一な現像剤層厚を形成するためのブレード４３を
備え、現像ローラ４１の回転方向が感光体ドラム面に対
して同方向となる順方向現像を用いる。固定された複数
のマグネット４２は、パドルローラ４４から現像ローラ
４１上に現像剤４５を捕獲する機能、ブレード４３で均
一な現像剤層厚を形成するための機能、現像域でソフト
な磁気ブラシを形成する機能、現像を終えてトナーが少
なくなった現像剤を剥ぎ落とす機能のそれぞれを相互に
隣接するマグネットの磁極性、磁力の選定により作られ
た磁界により作り出している。パドルローラ４４から現
像ローラ４１へ供給された現像剤４５は、現像ローラ４
１内に固定されたマグネット４２の作用によって現像ロ
ーラ４１の回転に伴いブレード４３まで運ばれる。ここ
でブレード４３と現像ローラ４１との間隙によって現像
域への運ばれる現像剤量が調整され、余剰の現像剤はブ
レード４３の垂直面に沿って上昇し、セパレータ４６上
をパドルローラ４４へと循環する。現像域へ運ばれた現
像剤は、マグネット４２の作用により磁気ブラシ４５ａ
となり、感光体ドラム１に接触することによって現像剤
中のトナーが、感光体ドラム上に形成された静電潜像
（露光部）に付着し当該潜像を可視像化する。

【００１３】後述する現像剤中のトナー濃度検知手段に
よって、トナー濃度が所定範囲より低いと判断された場
合は、補給ローラ４８が回転駆動されてトナー補給部４
７のトナーが現像剤４５中へ補給され、現像剤４５中の
トナー濃度は所定範囲内となるよう制御される。

【００１４】現像ローラ４１と感光体ドラム１の間には
現像バイアス印加電源９により直流電圧の現像バイアス
が印加される。当該現像バイアス電位は、感光体ドラム
１の露光部と非露光部の中間の電位とする。当該現像バ
イアス電位と感光体の表面電位との電位差がトナー移動
エネルギーとなって、現像ローラ４１から感光体表面の
減衰した部分（潜像部分）へトナーが移動し、このとき
同時に感光体表面に残存して薄く付着している未転写ト
ナーの内、非露光部にあるものは、感光体表面から現像
ローラ４１に移動し回収され、他方、露光部にあるもの
は現像ローラ４１へ移動することはなく、逆に現像ロー
ラ４１から露光部にトナーが移動し感光体ドラム表面に
トナー像を形成する。すなわち、図３を参照して、感光
体ドラムの表面電位が露光部で＋２００Ｖ、非露光部で
＋８００Ｖであり、一方現像ローラに印加される現像バ
イアスは＋４００Ｖであるとき、正帯電トナーには、露
光部では現像ローラから感光体ドラムへ＋２００Ｖの電
位差による斥力が働き、他方非露光部では感光体ドラム
から現像ローラへ＋２００Ｖの電位差による斥力が働
く。これら電位差による斥力によってトナーが移動する
のである。次に感光体ドラム１が転写チャージャ５に対
向する位置になったとき、送られてくる用紙にトナーが
転写される。転写後の感光体ドラム１には、通常未転写
トナーが付着している。かかる未転写トナーはブラシ７
によって感光体ドラム上に分散される。ブラシ７を通過
した感光体ドラム上の当該トナーは、感光体ドラム表面
電荷との静電結合が弱められ、ドラム表面に緩く静電付
着した状態となっている。この状態でドラム表面がメイ
ンチャージャ３に対向すると、次の画像形成のためにメ
インチャージャ３によりドラム表面は再び所定の電位に
帯電される。そして露光装置８により画像に対応した光
で露光され、現像装置４へと移動する。この場合におい
て、感光体ドラム表面に残っている未転写トナーは、ブ
ラシ７により感光体ドラム表面に分散されて付着してい
るから、メインチャージャ３による再帯電や露光装置８
による露光の際に、形成される静電潜像が当該トナーに
より乱されることはない。

【００１５】一方、現像剤中のトナー濃度を測定するに
は、静電潜像と次の静電潜像との間を利用して、感光体
ドラム１の表面に光学式濃度センサー６で測定できる程
度の面積、例えば約１ｃｍ角のトナーパッチを形成し、
かかるトナーパッチ濃度を当該センサー６により測定
し、トナーパッチ濃度と現像剤中のトナー濃度との相関
関係式からトナー濃度を算出する。この相関関係式は、
予備実験等に基づき定められるものであって、例えば図
４に示す相関関係図は、縦軸を現像剤中のトナー濃度、
横軸をトナーパッチ濃度として表したもので、従来の画
像形成装置における相関関係を示す破線を参照して、ト
ナーパッチ濃度が１．４５のときトナー濃度は３．５
％、トナーパッチ濃度が１．２５のときトナー濃度は
２．９％と検出される。現像剤中のトナー濃度範囲が例
えば３．０〜３．５％の範囲である場合、上記トナー濃
度２．９％と検出されたときは、トナーホッパーから現
像剤中へトナーを補給するよう指令が送られ、現像剤中
のトナー濃度が所定範囲となるよう制御される。

【００１６】光学式濃度センサー６で濃度を測定された
後のトナーパッチは、クリーニング装置を有する画像形
成装置であれば、当該装置によって回収されるが、本願
発明の画像形成装置では、現像同時クリーニングシステ
ムを採用し、独立したクリーニング装置は設けていない
ため、従来のような濃度の高い、すなわち沢山のトナー
から形成されたトナーパッチとすると、現像装置４にお
いてトナーパッチを形成していたトナーの全てを回収す
ることができず、画像カブリなどの不具合が生じる。

【００１７】そこで本願請求項１の発明では、現像バイ
アスを切り替え可能に設け、トナーパッチ形成時は、通
常画像形成時よりも低い現像バイアスを印加するように
している。かかる構成とすることによって、トナーパッ
チを形成するトナー量を少なくし、現像装置において当
該トナーを全て回収できるようにしたのである。

【００１８】図５を参照して、例えば感光体ドラムの表
面電位は露光部２００Ｖ、非露光部８００Ｖで、現像バ
イアスは、通常画像形成時は４００Ｖとし、トナーパッ
チ形成時は３００Ｖに切り替える。現像ローラから感光
体露光部へのトナー移動は、現像バイアスと感光体露光
部の電位差から生ずるクーロン力によって起こるから、
通常画像形成時は４００Ｖと２００Ｖの差２００Ｖであ
るのに対し、トナーパッチ形成時は３００Ｖと２００Ｖ
の差１００Ｖであるので、トナーパッチ形成時の方が現
像ローラから感光体露光部へ移動するトナー量は少なく
なる。

【００１９】一方本願請求項２の発明では、トナーパッ
チを形成するトナー量を少なくし、現像装置において当
該トナーを全て回収できるようにするため、露光手段を
切り替え可能に設け、トナーパッチ形成時は、通常のベ
タ画像形成時より弱い光を照射するようにしている。図
６を参照して、感光体表面の通常ベタ画像部分の表面電
位は＋２００Ｖであるのに対して、トナーパッチ部分は
通常のベタ画像形成時より弱い光を照射しているので＋
３００Ｖの表面電位となる。このとき、現像ローラに印
加される現像バイアスは通常のベタ画像形成時と同じ＋
４００Ｖであるので、トナーパッチ部分の電位差は＋１
００Ｖと、通常ベタ画像部分の電位差＋２００Ｖよりも
小さくなり、感光体表面のトナーパッチ部分に移動する
トナー量は、通常ベタ画像部分に移動する量よりも少な
くなる。

【００２０】トナーパッチを形成する最大トナー量は、
現像装置でのトナー回収能力により決まるが、０．４ｍ
ｇ／ｃｍ² 以下が好ましい。

【００２１】トナー濃度制御範囲は従来と変わらずに
（図４において、３．０〜３．５ｗｔ％）、当該トナー
濃度範囲に対応するトナーパッチ濃度範囲が、従来のト
ナーパッチ濃度範囲（図４において、１．３０〜１．４
５）から低い側へスライドするので（図４において、
０．９５〜１．１）、トナーパッチ濃度と現像剤中のト
ナー濃度との相関関係式は、例えば図４の実線で示すよ
うに、従来の関係式（破線）よりも低濃度方向にシフト
する。

【００２２】光学式濃度センサーは、現像手段からトナ
ー分散部材の間であればどこに設けてもよい。ただし、
転写手段の後に設ける場合は、トナーパッチが転写手段
を通過する際に転写電圧を切るか又は転写時と逆極性に
しておく必要がある。

【００２３】トナー濃度を検出する時期は紙間であれば
特に限定はなく、例えば各画像形成ごと、あるいは特定
枚数の画像形成ごとに検出すればよい。本願請求項１の
発明における現像剤中のトナー濃度制御動作についての
一実施態様を図７のフローチャートを用いて説明する。
電源が投入されると（ステップＳ１）、まずメインチャ
ージャ３により感光体ドラム１が一様に＋８００Ｖに帯
電され、露光装置８によって１ｃｍ角のトナーパッチの
静電潜像（＋２００Ｖ）が形成され、現像装置４におい
て現像バイアス３００Ｖが印加され、現像ローラ４１か
ら当該静電潜像にトナーが移動し、感光体ドラム上にト
ナーパッチのトナーが形成される（ステップＳ２）。次
に光学式濃度センサー６により当該トナーパッチの濃度
が測定され、例えば図４のトナーパッチ濃度と現像剤中
のトナー濃度の相関関係式から、当該トナー濃度が算出
され、所定範囲以下の場合には、補給ローラ４８を回転
させてトナー補給部から現像剤中へトナーを補給する
（ステップＳ３）。

【００２４】次いで、ステップＳ４でコピーボタンが押
されると、トナー濃度測定枚数まで複写されたかどうか
が判別され（ステップＳ５）、まだトナー濃度測定枚数
複写されていない場合は（ステップＳ５でＮＯ）、通常
の複写動作がなされる（ステップＳ９）。次にステップ
Ｓ１０で入力された枚数まで複写されたかどうか判別さ
れ、入力された枚数複写されたときは（ステップＳ１０
でＹＥＳ）、複写終了となる。他方入力された枚数まで
複写されていないときは（ステップＳ１０でＮＯ）、ス
テップＳ５に戻り同様の動作が繰り返される。

【００２５】一方、トナー濃度測定枚数まで複写された
場合は（ステップＳ５でＹＥＳ）、まず紙間かどうか検
知され、紙間となるまでトナーパッチ形成が待機される
（ステップＳ６）。紙間となったときに、上記ステップ
Ｓ２と同じ動作でトナーパッチが感光体ドラム上に形成
され（ステップＳ７）、上記ステップＳ３と同じ動作で
トナー濃度制御が行われる（ステップＳ８）。その後は
ステップＳ１０に移行する。

【００２６】本願請求項２の発明における現像剤中のト
ナー濃度制御動作は、図６のフローチャートと基本的に
同じであり、トナーパッチ形成方法だけが相違する。す
なわち、本願請求項２の発明では、露光装置８によって
１ｃｍ角のトナーパッチの静電潜像が形成されるが、そ
の潜像の電位が＋３００Ｖであって、かつ現像装置４に
おいて印加される現像バイアスは通常と同じ＋４００Ｖ
である。したがってトナーを移動させるための潜像電位
と現像バイアス電位との電位差は、本願請求項１のトナ
ーパッチ形成の場合と同じ＋１００Ｖとなり、この電位
差により現像ローラ４１から当該静電潜像にトナーが移
動し、感光体ドラム上にトナーパッチのトナーが形成さ
れる（ステップＳ２）。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、現像同時
クリーニングシステムを採用し、像担持体上に形成され
たトナーパッチのトナー量により現像剤中のトナー濃度
を検知・制御する画像形成装置において、トナー濃度検
知用に形成されたトナーパッチのトナーを現像装置です
べて回収し、良好な画像を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概要
を示す図である。

【図２】磁気ブラシ現像方式を用いた現像装置の概要を
示す図である。

【図３】現像同時クリーニングシステムの概略説明図で
ある。

【図４】トナーパッチ濃度と現像剤中のトナー濃度の相
関関係を示す図である。

【図５】現像バイアスを切り替えた場合のトナー移動電
位差の説明図である。

【図６】露光手段を切り替えた場合のトナー移動電位差
の説明図である。

【図７】トナー濃度の検出・制御動作を示すフローチャ
ート図である。

【符号の説明】

１ 感光体ドラム ３ メインチャージャ ４ 現像装置 ５ 転写チャージャ ６ 光学式濃度センサー ７ ブラシ ８ 露光装置 ９ バイアス電源 ４１ 現像ローラ ４２ マグネット ４３ ブレード ４４ パドルローラ ４５ 現像剤 ４５ａ 磁気ブラシ ４７ トナー補給部 ４８ 補給ローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像担持体と、該像担持体の表面を帯電す
   る帯電部材と、帯電された該像担持体の表面に光を照射
   して静電潜像を形成する露光手段と、現像バイアスと当
   該像担持体の表面電位との電位差によって該静電潜像に
   現像剤を供給して現像すると同時に、該像担持体の表面
   に残存するトナーを回収する現像手段と、該現像手段に
   より現像された像担持体のトナーを被転写部材に転写さ
   せる転写手段と、該像担持体の表面に残存するトナーを
   分散する分散部材とを有し、 現像剤中のトナー濃度を、現像手段により像担持体上に
   形成したトナーパッチの濃度を検知して制御する画像形
   成装置であって、 現像手段における現像バイアスは切り替え可能に設けら
   れ、当該トナーパッチ形成時は通常画像形成時より低い
   現像バイアスが印加されることを特徴とする画像形成装
   置。
2. 【請求項２】 像担持体と、該像担持体の表面を帯電す
   る帯電部材と、帯電された該像担持体の表面に光を照射
   して静電潜像を形成する露光手段と、現像バイアスと当
   該像担持体の表面電位との電位差によって該静電潜像に
   現像剤を供給して現像すると同時に、該像担持体の表面
   に残存するトナーを回収する現像手段と、該現像手段に
   より現像された像担持体のトナーを被転写部材に転写さ
   せる転写手段と、該像担持体の表面に残存するトナーを
   分散する分散部材とを有し、 現像剤中のトナー濃度を、現像手段により像担持体上に
   形成したトナーパッチの濃度を検知して制御する画像形
   成装置であって、 露光手段は切り替え可能に設けられ、当該トナーパッチ
   形成時は通常のベタ画像形成時より弱い露光が照射され
   ることを特徴とする画像形成装置。
3. 【請求項３】 当該トナーパッチを形成するトナー量が
   ０．４ｍｇ／ｃｍ²以下であることを特徴とする請求項
   １又は２記載の画像形成装置。