JP2001194872A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 帯電ローラから感光体ドラムに印加する放電
電流量を低く抑える。 【解決手段】 トナー容器１５ａ内のトナー残量を検知
するトナー残量逐次検出機構の検出信号に基づいて、帯
電ローラ２の汚れを推測し、帯電ローラ２から感光体ド
ラム１に印加される放電電流量を低く抑えるように高圧
電源１９の交流バイアスを設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばプリンタあ
るいは複写機などとされる電子写真方式の画像形成装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、複写機やレーザビームプリンタな
どの画像形成装置の性能に求められる要求は厳しくなっ
てきており、画像形成装置に着脱自在に装着されるプロ
セスカートリッジにおいても、高画質化、長寿命化が必
須となってきている。なかでも、プロセスカートリッジ
の一構成要素としての電子写真感光体の寿命は、プロセ
スカートリッジの寿命に直接的につながるため、画質
面、耐久面ともに重要なファクターとなっている。

【０００３】また、プロセスカートリッジの大容量化に
よりユーザーに対するユーザビリティーの向上も必要と
なり、最近では現像器内のトナーの残量をリアルタイム
に検出する工夫もなされている。

【０００４】図８に、従来の接触帯電装置を用いた電子
写真画像形成装置の一例を示す。

【０００５】像担持体として電子写真感光体である感光
体ドラム１０１は矢印方向に回転し、帯電手段である帯
電ローラ１０２は感光体ドラム１０１に対して所定の押
圧力をもって圧接されており、感光体ドラム１０１の回
転に伴って従動回転する。高圧電源１１９により帯電ロ
ーラ１０２に、交流バイアスと直流バイアスを重畳した
振動バイアスが印加される。この帯電ローラ１０２によ
り、感光体ドラム１０１が一様に帯電された後、レーザ
光Ｌにより静電潜像が形成される。感光体ドラム１０１
上の静電潜像は現像器１１５により現像剤（トナー）が
付与され、トナー像として可視像化された後、トナー像
は転写手段１１７により記録媒体である記録紙１１６に
転写される。記録紙１１６はその後、不図示の定着器に
より加熱され永久定着される。転写後に感光体ドラム１
０１上に残留したトナーは、クリーナ１１８により清掃
され、感光体ドラム１０１はつぎの画像形成に供され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の画像形成装置に
おいては、画像形成が進行するにしたがい、クリーナ１
１８により掻き取ることができなかったトナーや紙粉、
あるいはトナーの外添剤としてよく用いられるシリカな
どが帯電ローラ１０２に付着し、そのため、その放電領
域が増加し、帯電ローラ１０２と感光体ドラム１０１と
の微小間隙において帯電に寄与する放電電流が増加する
ことがあった。

【０００７】この放電電流の増加は、トナーなどの付着
により発生するため、現像器１１５内のトナーの消費と
密接な関係を持っている。

【０００８】また、放電電流は感光体ドラム１０１の削
れを左右する最大の原因であるため、増加すると感光体
ドラムを備えたプロセスカートリッジの寿命を短くする
ため、できるだけ低く抑える必要がある。

【０００９】従って、本発明の主な目的は、帯電手段か
ら像担持体に印加する放電電流量を低く抑えることので
きる画像形成装置を提供することである。

【００１０】本発明の他の目的は、接触帯電手段に起因
する像担持体の削れを軽減でき、長寿命化を達成できる
と共に高画質を得ることのできる画像形成装置を提供す
ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】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、
静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に当接
する帯電手段と、前記帯電手段に交流バイアスと直流バ
イアスを重畳したバイアスを印加し前記像担持体を帯電
するための電源と、前記像担持体上の静電潜像を現像す
るための現像剤を収容した現像剤容器を備えた現像装置
と、前記現像剤容器内の現像剤量を逐次検出する現像剤
残量検出手段と、を有する画像形成装置において、前記
現像剤残量検出手段の検出信号に基づき、前記帯電手段
に印加する交流バイアスを制御することを特徴とする画
像形成装置である。

【００１２】本発明の一実施態様によれば、前記像担持
体の膜厚を検知する膜厚検知手段を有し、前記膜厚検知
手段による膜厚検知信号に基づき、前記帯電手段に印加
する交流バイアスの前記制御を補正する。

【００１３】

【発明の実施の形態】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。

【００１４】実施例１ 本発明の第１実施例について説明する。図１に本実施例
における電子写真方式の画像形成装置を示す。

【００１５】本実施例の画像形成装置において、像担持
体である感光体ドラム１は直径が３０ｍｍであり、周速
１１０ｍｍ／ｓｅｃで矢印方向に回転駆動される。

【００１６】感光体ドラム１表面には、接触帯電手段と
しての帯電ローラ２が当接されている。帯電ローラ２
は、芯金２ａとこれを被覆するロール基体２ｂとを備え
ている。感光体ドラム１表面は、芯金２ａに高圧電源１
９からバイアス印加された帯電ローラ２により帯電され
る。一様に帯電された感光体ドラム１は、レーザ光Ｌに
より静電潜像が形成される。

【００１７】感光体ドラム１上の静電潜像は現像器１５
によりトナーＴが付与され可視像化された後、転写手段
１７により転写材である記録紙１６に転写される。記録
紙はその後、定着器１１により加熱され永久定着され
る。

【００１８】転写後に感光体ドラム１上に残留したトナ
ーは、クリーニング部材１８により清掃され感光体ドラ
ム１は再び画像形成に供される。

【００１９】なお本実施例では、感光体ドラム１、帯電
ローラ２、現像器１５、およびクリーナ１８がプロセス
カートリッジとして装置本体に装着手段（不図示）を介
して着脱可能に装着される。

【００２０】上記画像形成装置において、帯電ローラ２
のロール基体２ｂは、例えばＥＰＤＭなどのゴムにカー
ボンを分散した導電性ゴム層によって形成することがで
きる。芯金２ａには、高圧電源１９によってピーク値を
一定制御した周波数が１０００Ｈｚでピーク間電流が４
０００μＡの交流バイアスと、−７００Ｖの直流バイア
スとを重畳したバイアスが印加され、回転駆動されてい
る感光体ドラム１の表面は約−７００Ｖに一様帯電され
る。

【００２１】つぎに、本実施例における現像剤残量検出
手段であるトナー残量逐次検出機構について説明する。

【００２２】現像器１５はトナーＴを収容するため現像
剤容器であるトナー容器１５ａを備えており、トナー容
器１５ａ内には、トナー量を検出するための検出部材で
ある一対のアンテナ線１４ａ、１４ｂがトナー容器１５
ａの高さ方向に配設してある。このアンテナ線１４ａ、
１４ｂはステンレス棒などの非磁性の金属棒からなる。

【００２３】一方のアンテナ線１４ａは、トナー容器１
５ａの開口部に支持された現像ローラ１３に現像バイア
スを印加する接点と電気的に接続しており、上記接点を
介して電圧印加可能となっている。そして、他方のアン
テナ線１４ｂは、一方の端部に露出部を有し、本体側の
トナー量検出接点と電気的に接続している。

【００２４】また、一対のアンテナ線１４ａ、１４ｂは
トナー容器１５ａの上下壁に一定間隔に隔てて固定さ
れ、トナーＴが画像形成の進行により減少していくとき
に、アンテナ線１４ａ、１４ｂ間のトナー量の高さもこ
れに対応して減少していく位置に取付けてある。

【００２５】一対のアンテナ線１４ａ、１４ｂは両者間
にトナーＴが介在する状態に応じて静電容量が変化する
コンデンサとみなすことができ、この静電容量の変化に
よってトナー容器１５ａ内のトナー量を検出することが
できる。ここで、アンテナ線１４ａ、１４ｂとともにト
ナー残量逐次検出機構を構成する静電容量検出回路３０
について説明する。

【００２６】プロセスカートリッジを装置本体に装着す
ると、一方のアンテナ線１４ａが現像ローラ１３の現像
バイアス接点に接続されているため、アンテナ線１４ａ
には特別な電源を設けなくても画像形成によって現像バ
イアス（本実施例では約１８００Ｖｐｐ、約２０００Ｈ
ｚの矩形波高電圧）が電源Ｇからそのまま印加される。

【００２７】このときアンテナ線１４ａ、１４ｂは、コ
ンデンサと同様の機能を有しているために、他方のアン
テナ線１４ｂには静電容量に応じた電圧が発生する。こ
の出力を、図２の静電容量検出回路３０に示すコンデン
サＣ、ダイオードＤからなる整流・平滑回路３２で直流
平滑し、これをアンプＡなどからなる増幅回路３４で増
幅して出力Ｖｓを得る。

【００２８】つぎに、静電容量検出回路３０から得られ
た出力Ｖｓに基づいて高圧電源１９の交流バイアスのピ
ーク電流を制御する方法について説明する。

【００２９】新規なプロセスカートリッジにおいては、
トナーが消費されていないため、アンテナ線１４ａ、１
４ｂの上方までトナーが存在している。このためにアン
テナ線１４ａ１４ｂ間の静電容量は低い。

【００３０】一方、画像形成が進行していくにしたがい
トナー容器１５ａ内のトナーＴが減少し、アンテナ線１
４ａ、１４ｂ間に介在するトナーも減少してくるため、
静電容量が徐々に高くなる。この静電容量変化が静電容
量検出回路３０からの出力値Ｖｓとして得られる。

【００３１】また、この際、クリーニング部材１８をす
り抜けてきたトナーなどが帯電ローラ２の表面に徐々に
累積してくると、図３（ａ）に示すように、帯電に寄与
する放電電流量（μＡ）の上昇が進行し、さらに、画像
形成が進行すると、やがて帯電ローラ２の汚れが飽和
し、放電電流量が飽和値に達する。このときの静電容量
検出回路３０から得られるトナー残量検知出力値をＶｈ
とする。

【００３２】放電電流量（μＡ）と制御ピーク電圧（Ｖ
ｐｐ）の関係は図３（ｂ）に示すような比例関係にあ
る。ここで、このＶｈの値とＶｈの値が得られたときの
放電電流量と交流電圧の関係を装置本体のＣＰＵなどに
あらかじめ記憶させておく。そうすることにより、本実
施例において、トナー残量逐次検知機構により得られた
出力値をあらかじめ装置本体のＣＰＵに記憶させておい
たＶｈと比較し、Ｖｈより小さい場合は初期の高圧制御
設定とし、やがて上記出力値がＶｈに達した時に、高圧
電源１９の制御ピーク電圧を、あらかじめ装置本体に記
憶させておいた放電電流量と交流ピーク電圧の関係か
ら、放電電流量を初期値に戻すように小さく設定した。

【００３３】上記のように、トナー残量逐次検知機構の
出力信号をフィードバックして放電電流量を減少させる
ように帯電ローラに印加する交流バイアスを減少させる
ことにより、感光体ドラムの削れを従来の画像形成装置
に比べ約１０％減少させることができた。

【００３４】つまり、接触帯電方式の場合、感光体ドラ
ムの削れは、感光体ドラムを帯電させる際の帯電に寄与
する放電電流量に大きく左右される。また、この放電電
流量は、帯電手段がトナーなどの付着により汚れること
で増加する。そして、この帯電手段の汚れはトナーの消
費とともに悪化する。

【００３５】このような状況下においては、トナー容器
内のトナー残量を逐次検知することにより帯電手段の汚
れを推察できるため、トナー残量から帯電に寄与する電
流量を制御することができる、すなわち交流バイアスの
制御が可能となる。

【００３６】実施例２ つぎに、本発明の第２実施例について説明する。

【００３７】本実施例では、第１実施例におけるトナー
残量逐次検知機構の出力信号を随時取り込むことによ
り、帯電ローラに印加する交流バイアスを調整した。

【００３８】なお、本実施例は、第１実施例とほぼ同じ
構成を有し、画像形成の全体的な流れも同様である。し
たがって、ここでは、トナー逐次残量検知装置の出力信
号のフィードバック法について説明する。

【００３９】前述のように、新規なプロセスカートリッ
ジにおいては、トナーが消費されていないため、アンテ
ナ線１４ａ、１４ｂの上方までトナーが存在している。
このために、アンテナ線１４ａ、１４ｂ間の静電容量は
低い。

【００４０】一方、画像形成が進行していくにしたが
い、トナーが減少しアンテナ線１４ａ、１４ｂ間に介在
するトナーも減少してくるため、静電容量が徐々に高く
なり、図２の静電容量検出回路３０から出力値Ｖｓが得
られる。また、この際、クリーニング部材１８をすり抜
けてきたトナーなどが帯電ローラ２の表面に徐々に堆積
してくるため、帯電に寄与する放電電流量の上昇が進行
し、トナー使用量Ｖｓと帯電ローラの汚れが飽和し、放
電電流量が飽和値に達する。この時トナー残量逐次検知
機構から得られる出力値をＶｈとする。また、放電電流
量と交流ピーク電圧の関係は図３（ｂ）のようになる。
ここで、このＶｈの値とＶｈの値が得られたときまたは
初期の放電電流量と交流ピーク電圧の関係を装置本体の
CPU（不図示）などにあらかじめ記憶させておく。

【００４１】本実施例では新規な状態から、トナー残量
逐次検知機構の出力信号Ｖｈが得られるまでの間を、帯
電ローラの放電電流量を一定に保持するように交流バイ
アスを制御する。すなわち、トナー残量逐次検知機構の
出力値がＶｈ以下の場合、装置本体にあらかじめ記憶し
てある、Ｖｈの値が得られたとき、または初期の放電電
流量と制御ピーク電圧の関係から所望の放電電流量が得
られるように交流バイアスを徐々に小さくする制御を行
なう。さらに画像形成が進みトナー残量逐次検知機構の
出力値がＶｈとなった時点で交流バイアス制御を固定し
た。

【００４２】ただし、放電電流量と制御ピーク電圧の関
係が画像形成の進行により変化するため、本実施例で
は、放電電流値の目標値は画像不良が起こらない範囲で
ある程度のマージンをもって設定されている。

【００４３】上記のようにして、トナー残量逐次検知機
構の出力信号をフィードバックして放電電流量が一定と
なるように帯電ローラに印加する交流バイアスを徐々に
減少させることで、長寿命、高画質のプロセスカートリ
ッジを実現することができる。

【００４４】実施例３ つぎに、本発明の第３実施例について図４により説明す
る。

【００４５】本実施例は、感光体ドラムの膜厚を検知し
て第１および第２実施例における高圧電源の制御に補正
を行なうことを特徴とする。

【００４６】本実施例の画像形成装置を図４に示す。画
像形成の全体的な流れは第１実施例と同様である。先述
の第１、第２実施例において、トナー使用量すなわちト
ナー残量逐次検知機構の出力値がＶｈに達したときにそ
れ以上ピーク電圧の制御を行なわないようになってい
る。本実施例において、プロセスカートリッジは寿命が
１５０００枚のものを使用し、約５０００枚程度のプリ
ント動作にてＶｈの出力値を得ている。すなわち、約５
０００枚以降の交流バイアス制御は行なわないようにな
っている。

【００４７】しかしながら、画像形成が進むにつれ感光
体ドラム１の膜厚が減少すると、図６のグラフに示すよ
うに、ＶＩ特性、つまり印加電圧Ｖｐｐ（Ｖ）と感光体
ドラムへ流れる電流Ｉａｃとの関係がａ、ｂ、ｃと変化
する。すなわち、膜厚が減少していくにしたがい一定の
電圧ピーク値で制御した場合、図５のグラフに示すよう
に、放電電流量が徐々に上昇していることになる。この
ため、感光体ドラム１の膜厚による補正を加えることで
さらなる効果が得られることになる。

【００４８】ここで、感光体ドラムの膜厚検知方法につ
いて説明する。

【００４９】感光体ドラム１の下流側には、感光体ドラ
ム１が画像形成の際に高圧電源１９から印加されたとき
に流れる直流電流を検出する直流電流検出装置２０が膜
厚検知手段として設置されている。

【００５０】画像形成が進行するにしたがい感光体ドラ
ム１の膜厚は、徐々に減少していく。感光体ドラム１は
膜厚が変化する状況下では、静電容量が変化するコンデ
ンサとみなすことができる。この変化量に応じた感光体
ドラム１に流れる電流を直流電流検出装置２０において
検出することで感光体ドラム１の膜厚が検知可能とな
る。

【００５１】そこで、この静電容量の変化に応じて直流
電流検出装置２０において検出された結果を、あらかじ
め膜厚に対応した補正係数を装置本体に記憶させ、トナ
ー残量逐次検知機構の出力値から得られた交流バイアス
制御値に補正をかけることで高圧制御の電圧ピーク値を
算出して、適切な高圧制御が可能となる。

【００５２】こうして、第１または第２実施例における
交流バイアスの制御に、本実施例における感光体ドラム
の膜厚検出信号に応じた補正をかけることで、より正確
に放電電流量の制御が可能となり、すなわち、帯電ロー
ラに印加する交流バイアスの制御が可能となり、長寿
命、高画質なプロセスカートリッジを実現することが可
能となる。

【００５３】実施例４ つぎに、本発明の４実施例について図７により説明す
る。図７は、第１実施例の画像形成装置が攪拌機構を有
する場合を示した図である。

【００５４】図７に示す構成では、トナーはトナー容器
１５ａ内で常に流動しトナー容器１５ａ内のトナー高さ
が均一になるように、回転可能な攪拌部材１２を設けて
いる。この場合、トナー残量を検出するアンテナ線１４
ａ、１４ｂは、現像器１５の長手方向一方側に高さ方向
の突出部１６を設け、この突出部１６の中であり、現像
器１５の高さ方向に一対のアンテナ線１４ａ、１４ｂ
を、一定間隔を隔てて設け、攪拌部材１２と干渉しない
ようにしてある。

【００５５】また、攪拌部材１２に干渉しない位置にア
ンテナ線１４ａ、１４ｂを設ける構成としては、攪拌部
材１２の回転領域から外れるように現像器１５の底面壁
に沿ってアンテナ線１４ａ、１４ｂを設けるようにして
もよい。

【００５６】このように、トナー容器１５ａ内に攪拌部
材１２を設けることにより、現像器１５内のトナー高さ
が全体にわたって均一になる。このために、トナーの自
重による検出方法より正確なトナー逐次残量検知を行な
うことができる。しいては、正確な放電電流量の制御が
可能となる。

【００５７】なお、上記実施例では、アンテナ方式のト
ナー残量逐次検知機構についての説明を行なったが、フ
ロートタイプのトナーレベルセンサ、光学式のトナーレ
ベルセンサなどのトナー残量逐次検知機構を用いてもよ
いことはいうまでもない。

【００５８】また、トナー残量逐次検知機構以外でも複
数段階でトナー量を検知する機構においても、その複数
段階で放電電流量の切り替えが可能となり、本発明の効
果は得られる。

【００５９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の画像形成装置によれば、現像剤残量検出手段の検出信
号に基づき、帯電手段に印加する交流バイアスを制御す
ることにより、帯電手段から像担持体に印加する放電電
流量を低く抑えることができ、したがって、帯電手段に
起因する像担持体の削れを軽減でき、長寿命化を達成で
きると共に高画質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概
略構成図である。

【図２】第１実施例における静電容量検知回路を示す図
である。

【図３】放電電流値と逐次残量検知出力値との相関関係
（ａ）、および制御ピーク電圧と放電電流量との相関関
係（ｂ）を示す各グラフである。

【図４】本発明に係る画像形成装置の他の実施例を示す
概略構成図である。

【図５】ＶＩ特性に係る放電電流量の変化を示すグラフ
である。

【図６】ＶＩ特性の変化を示すグラフである。

【図７】本発明に係る画像形成装置の他の実施例を示す
概略構成図である。

【図８】従来の画像形成装置の一例を示す概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１ 感光ドラム（像担持体） ２ 帯電ローラ（帯電手段） １４ トナー残量検知手段 １４ａ、１４ｂ アンテナ線（検出部材） １５ 現像装置 １９ 高圧電源 ３０ 静電容量検出回路 Ｇ 電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H003 AA12 BB11 CC05 DD03 DD05 EE11 2H027 DD02 DE07 ED03 EE06 2H077 AD02 AD06 AD36 DA15 DA58 DB12 GA03

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電潜像が形成される像担持体と、前記
   像担持体に当接する帯電手段と、前記帯電手段に交流バ
   イアスと直流バイアスを重畳したバイアスを印加し前記
   像担持体を帯電するための電源と、前記像担持体上の静
   電潜像を現像するための現像剤を収容した現像剤容器を
   備えた現像装置と、前記現像剤容器内の現像剤量を逐次
   検出する現像剤残量検出手段と、を有する画像形成装置
   において、 前記現像剤残量検出手段の検出信号に基づき、前記帯電
   手段に印加する交流バイアスを制御することを特徴とす
   る画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記像担持体の膜厚を検知する膜厚検知
   手段を有し、前記膜厚検知手段による膜厚検知信号に基
   づき、前記帯電手段に印加する交流バイアスの前記制御
   を補正することを特徴とする請求項１の画像形成装置。