JP2002258614A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電子写真方式の画像形成装置において、電位計
を用いて像担持体（感光体）の帯電電位を制御するとと
もに、現像剤（トナー）層の電位も検出し、常に現像剤
（トナー）の帯電状態を検出できるようにする。 【解決手段】本発明は、像担持体（感光体）５−２と、
像担持体を帯電させる帯電装置５−３と、像担持体上に
静電潜像を形成するための露光装置５−１と、像担持体
上の静電潜像を現像剤によって現像して顕像化する現像
装置５−４と、像担持体上の顕像を転写体に転写する転
写装置５−５を備えた画像形成装置において、像担持体
５−２の周囲に電位計５−１３を備えており、該電位計
５−１３は像担持体上の帯電電位を検知するものである
時、電位計５−１３の設置位置は現像工程と転写工程の
間であり、該電位計により像担持体の帯電電位及び現像
剤層の電位を読み取る構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリン
タ、プロッタ、ファクシミリ等の電子写真方式を用いた
画像形成装置に関するものであり、より詳しくは、電位
計を用いて作像プロセスの制御を行い、現像システムの
寿命を検出する画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】像担持体である感光体を帯電装置で均一
に帯電し、その帯電された感光体上に露光装置で光を照
射して静電潜像を形成した後、該静電潜像を現像装置の
現像剤で顕像化し、その顕像を転写紙等の転写体に転写
した後、転写体上の顕像を定着装置で定着して画像を得
る電子写真方式の画像形成装置が従来から知られてお
り、複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ等のＯ
Ａ機器として応用されている。

【０００３】この種の画像形成装置においては、電位計
を用いて作像プロセスの制御を行うものが種々提案され
ており、例えば、特開平５−２３０４号公報記載の画像
形成装置においては、表面電位計の読み値に基づき、帯
電量、現像バイアス、露光量、トナー濃度の少なくとも
一つを変更するようにしている。また、特開平２−１５
０８６２号公報記載の画質制御方法においては、感光体
上に複数の潜像パターンを形成し、最大露光パターンの
電位より帯電電位と現像バイアスを制御し、中間調の電
位より露光量を制御するようにしている。さらに特開平
４−９０７３号公報記載の画像形成装置では、表面電位
測定用パターンを発生させるために内部テストパターン
を用い、コストの増加を防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】通常、電子写真方式の
画像形成装置における現像方式としては、トナーとキャ
リアからなる２成分現像剤を用いる２成分現像方式か、
トナーのみの１成分現像剤を用いる１成分現像方式が用
いられる。２成分現像方式は、トナーと鉄粉のキャリア
を混合して摩擦帯電させ、キャリアとともに現像域へト
ナーを搬送し、キャリアの磁気ブラシで感光体面を擦
り、キャリアに付着しているトナーを感光体面の静電潜
像に付着させて現像するものである。また、１成分現像
方式は、現像ローラー上に帯電したトナーの層を形成し
て感光体と対向し、電界により接触もしくは非接触で現
像ローラー上のトナーを感光体面の静電潜像に付着させ
て現像を行うものである。

【０００５】２成分現像方式の現像装置では、パドル等
の回転によりトナーとキャリアを攪拌して摩擦帯電を立
ち上げて現像を行い、一成分現像方式の現像装置では、
現像ローラーを回転してローラー上のトナー層をブレー
ドや補給ローラー等で擦ることにより摩擦帯電を立ち上
げて現像を行う。しかしながら、２成分現像方式の現像
装置の場合、現像動作時間が長くなるにつれ、キャリア
表面に古いトナーが固着して表面を覆ってしまうスペン
ト化現象が起こり、現像剤の帯電能力が劣化する。そう
すると画像は細線がかすれたプアーなものになってしま
う。また、１成分現像方式の現像装置の場合は、現像動
作時間が長くなるにつれ、現像ローラーの表面にトナー
が固着してフィルミングし、トナーを帯電させて保持す
る力が弱まってしまう。この結果、やはり画像は細線が
かすれたプアーなものになってしまう。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、請求項１に係る発明の目的は、電子写真方式の画像
形成装置において、電位計を用いて像担持体（感光体）
の帯電電位を制御するとともに、現像剤（トナー）層の
電位も検出し、常に現像剤（トナー）の帯電状態を検出
できるようにすることである。また、請求項2に係る発
明の目的は、請求項1の目的に加え、トナー帯電性の情
報より現像剤寿命を判定するようにすることである。さ
らに請求項３に係る発明の目的は、請求項１の目的に加
え、トナー帯電性の情報より現像装置の寿命を判定する
ようにすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、像担持体と、該像担持体を
帯電させる帯電装置と、前記像担持体上に静電潜像を形
成するための露光装置と、前記像担持体上の静電潜像を
現像剤によって現像して顕像化する現像装置と、前記像
担持体上の顕像を転写体に転写する転写装置を備えた画
像形成装置において、前記像担持体の周囲に電位計を備
えており、該電位計は像担持体上の帯電電位を検知する
ものである時、該電位計の設置位置は現像工程と転写工
程の間であり、該電位計により像担持体の帯電電位及び
現像剤層の電位を読み取ることを特徴とするものであ
る。

【０００８】請求項２に係る発明は、請求項１記載の画
像形成装置において、前記現像装置として、トナーとキ
ャリアを混合した２成分現像剤を用いる２成分現像方式
の現像装置を用いた時には、前記像担持体上のトナー層
の電位より、現像剤寿命を判定することを特徴とするも
のである。また、請求項３に係る発明は、請求項１記載
の画像形成装置において、前記現像装置として、トナー
を現像ローラー上に薄層化して用いる１成分現像方式の
現像装置を用いた時には、前記像担持体上のトナー層の
電位より、現像装置の寿命を判定することを特徴とする
ものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成、動作および
作用について、図面を参照して詳細に説明する。図１は
本発明の一実施形態を示す画像形成装置の概略構成図で
あり、デジタル複写機やプリンタとして用いられる画像
形成装置の例である。

【００１０】図１において、画像読み取り手段として機
能するスキャナ１は、原稿Ｇを照明するための光源１−
１と、固体撮像素子であるＣＣＤ１−４と、原稿Ｇ面で
反射した反射光をＣＣＤ１−４に導くミラー１−２及び
結像レンズ１−３、並びにスキャナ１を副走査方向に走
査するためのスキャナ駆動モータ（図示せず）から主に
構成され、原稿Ｇをコンタクトガラス１−５上に置いた
状態で読み取り操作を実行する。

【００１１】作像系５では、像担持体であるドラム状の
感光体５−２の表面を帯電装置５−３により均一に帯電
させ、画像データに応じて露光装置５−１の半導体レー
ザー発光装置５−１−１からのレーザー光により感光体
表面を露光する。この露光装置５−１では、半導体レー
ザー発光装置５−１−１からのレーザー光は、回転する
ポリゴンミラー５−１−２により偏向走査されて感光体
面を照射する。そしてレーザー光のＯＦＦ、ＯＮにより
ドット状の静電潜像を書き込む。このレーザー光の発光
パルス時間をドット毎に制御して階調表現に用いる。そ
して現像装置５−４により感光体電位と同極性の帯電ト
ナーによって該静電潜像をネガ−ポジ現像する。

【００１２】上記の作像プロセスにタイミングを合わせ
て、給紙トレイ５−７−１（または手差し給紙トレイ５
−７−２）から転写体である転写紙５−１０−１（また
は５−１０−２）が給紙され、搬送ローラ（またはレジ
ストローラ）５−７により転写部に向けて搬送経路５−
７−３上を搬送される。搬送経路５−７−３上を搬送さ
れてきた転写紙は、転写装置５−５の中抵抗転写ベルト
５−５−１と感光体５−２の間に挟まれて転写電流が印
加されることにより感光体上のトナーを転写紙上に転写
する。その後、転写紙は転写ベルト５−５−１に静電的
に吸着して搬送され、定着装置５−８を通って定着さ
れ、トナー像が転写紙上に固定化される。転写後の感光
体上の転写残トナーは、クリーニングブレード５−６に
よってクリーニングユニット５−１１内に掻き落され、
クリーニング後の感光体面は再び画像形成に用いられ
る。

【００１３】尚、この作像システムにおいては、感光体
５−２の周囲に少なくとも一つの電位計５−１３を備え
ており（図１の実施例では２つの電位計を設置してい
る）、この電位計５−１３は感光体上の帯電電位を検知
するものであり、電源投入時に感光体ドラム５−２の基
体に２００Ｖと８００Ｖの電圧が順次印加され、電位計
５−１３の校正を行うようにしている。

【００１４】ここで、請求項１に係る発明では、上述の
画像形成装置において、図１に示すように電位計５−１
３を現像工程の後で転写工程の前に設置する。また、通
常の感光体電位を検出する場合はトナーが現像しないよ
うなバイアスを現像装置５−４の現像スリーブ（もしく
は現像ローラー）に印加し、感光体電位制御を行う。そ
して定期的に感光体上にテストパターンを形成して現像
し、そのパターン部の地肌部電位およびトナー層部分の
電位をそれぞれ検出する。このテストパターンは光セン
サ５−１４で反射光量を読み取ることで付着量を一定に
制御した後、電位を測定するようにする。そして現像さ
れたトナー層の電位を測定することで現像トナーのもつ
電荷量の大小が判る。これは図４（ａ），（ｂ）の原理
図に示すように、マイナスの電荷を多く持ったトナー層
と少ないトナー層では同じ３層に積み重なったトナー層
でもマイナス側に電位上昇する分はＶ_１とＶ_２で異なる
ことになる。そしてトナー電荷量がある値よりも小さい
場合には画像は細線のかすれ、ベタ部濃度の均一性が低
いプアーな画像になってしまうが、この装置ではパター
ン部のトナー層電位よりそのような画像劣化状態を検出
できる。

【００１５】次に請求項２に係る発明では、請求項１に
記載の画像形成装置において、現像装置５−４として、
トナーとキャリアを混合した２成分現像剤を用いる２成
分現像方式の現像装置を用いており、前記電位計５−１
３により、感光体上の現像されたトナー層の電位を検出
した後、その検出した電位が、或る一定値以下の帯電電
位であれば現像剤がスペントして帯電能力が劣化したた
めに現像剤寿命と判定する。そして通信回線がつながっ
ている場合にはサービスマンに連絡するか、あるいは操
作部の表示装置に現像剤寿命であることを表示し、ユー
ザーにサービスマンに連絡してもらう。このようにする
ことで現像剤寿命を的確に検知し、常に良好な画像出力
を得ることができる。

【００１６】次に請求項３に係る発明では、請求項１に
記載の画像形成装置において、現像装置５−４として、
トナーを現像ローラー上に薄層化して用いる１成分現像
方式の現像装置を用いた場合、前記電位計５−１３によ
り、感光体上の現像されたトナー層の電位を検出した
後、その検出した電位が、或る一定値以下の帯電電位で
あれば現像ローラーにトナーがフィルミングして帯電能
力が劣化したために現像装置の寿命と判定する。そして
操作部の表示装置を用いて、ユーザーに現像装置の交換
を推奨する表示を出す。このようにすることで現像ユニ
ット寿命を的確に検知し、常に良好な画像出力を得るこ
とができる。

【００１７】［実施例１］以下、本発明を具体的な実施
例に基づいて詳細に説明する。前述したように、図１は
本発明に係る画像形成装置の概略構成を示している。図
１において、スキャナ部１では原稿Ｇの反射濃度をＣＣ
Ｄ（固体撮像素子）１−４で読み取り、デジタルデータ
に変換し画像処理が施され、露光装置５−１の半導体レ
ーザー発光装置５−１−１の各画素に対するレーザー発
光時間が調節されて書き込みが行われる。読み取り密度
及び書き込み密度は共に６００ｄｐｉである。感光体５
−２の回転スピードは３００ｍｍ／secであり、矢印の
方向に回転している。書き込みレーザー光は半導体レー
ザー発光装置５−１−１より射出され、八角形のポリゴ
ンミラー５−１−２で偏向走査され、結像レンズ及びミ
ラーを介して感光体面に到達する。レーザーで書き込ま
れた部分の電位は低下し、ベタ画像部（静電潜像）とな
る。現像部では、例えば現像装置５−４として、トナー
とキャリアを混合した２成分現像剤を用いる２成分現像
方式の現像装置を用いて現像する。そして現像スリーブ
に現像バイアスを印加し、マイナス帯電トナーにより静
電潜像をネガ−ポジ現像する。感光体上で現像されたト
ナー像は、転写装置５−５の転写ベルト５−５−１に吸
着した転写紙に転写されて定着部に搬送される。

【００１８】本実施例の画像形成装置においては、使用
している現像装置は図２に示すような構成の２成分現像
方式の現像装置である。この現像装置には、まずホッパ
ー５−４−６内にトナーが補給され、そのトナーはホッ
パー下部の補給ローラー５−４−５が補給タイミングで
回転するとスリッター５−４−８を通って現像装置内へ
落ちる。現像装置内ではパドル５−４−３により、キャ
リアとトナーが攪拌される。現像装置下部には磁気セン
サー５−４−７が設置されており、この磁気センサー５
−４−７の検知信号に基づいてトナー濃度を最適に保つ
ように制御している。そして現像スリーブ５−４−１に
付着したトナーとキャリアからなる２成分現像剤は、ド
クターブレード５−４−２で穂の高さを規制されて、磁
気ブラシを形成して現像域へ搬送され現像を行う。

【００１９】この画像形成装置においては、電源投入時
に電位計５−１３と光センサ５−１４を用いてプロセス
電圧調整、現像濃度調整、現像剤寿命検出を行う。図６
にはこの時の制御動作のフローチャートを示す。まず、
テストパターンを形成し（Ｓ１）、感光体帯電電位（地
肌部電位）Ｖｄを電位計５−１３で検出し（Ｓ２）、感
光体帯電電位（地肌部電位）Ｖｄが８００Ｖになるよう
に電位計５−１３を読みながら帯電装置５−３の帯電グ
リッド電圧を調整する（Ｓ３）。次に感光体５−２上に
ベタ画像のテストパターンを形成し、パターン部書込電
位Ｖｌを検出し（Ｓ４）、パターン部書込電位Ｖｌが１
５０Ｖになるように電位計５−１３を読みながらレーザ
ーの書き込み光量を調節する（Ｓ５）。その後、テスト
パターンを現像し（Ｓ６）、光センサ５−１４で反射光
量Ｖｐを検出する（Ｓ７）。この時のテストパターン反
射光量Ｖｐによってトナー付着量が適正かどうかを判定
し、トナー付着量が少なければトナー補給を行い、多け
ればトナー消費をして現像付着量を調整する（Ｓ８）。
そして電位計５−１３により適正付着量のパターン電位
（パターン部のトナー層電位）Ｖｔを検出する（Ｓ
９）。この時、パターン部のトナー層の帯電量が通常の
帯電量であれば電位上昇が３０〜５０Ｖ程度ある。とこ
ろがプリント枚数が１５０Ｋ枚（Ｋは千の単位を表す）
ほど使用した後のパターン部に付着したトナー層の電位
上昇は５Ｖ程度となり、画像の細線がかすれてきた。こ
の現像剤においてはパターン部のトナー層電位Ｖｔが１
０Ｖ以下であると、トナーの帯電が上がらない現像剤寿
命と判定している（Ｓ１０）。そして、パターン部のト
ナー層電位Ｖｔが１０Ｖ以下でない場合は継続使用され
（Ｓ１１）、トナー層電位Ｖｔが１０Ｖ以下である場合
は、図５のブロック図に示すように、ユーザーがサービ
スマンに現像剤の交換を依頼するように制御部から操作
部の表示装置へ表示を出すようになっている（Ｓ１
２）。このようにして、いち早く現像剤寿命を検出して
常に良好な画像出力を得ることができた。

【００２０】［実施例２］次に本発明の別の実施例を示
す。画像形成装置の構成としては図１の実施例１と同様
のものを用いるが、現像装置５−４としては図３に示す
ような構成の１成分現像方式の現像装置を用いる。この
現像装置は、ホッパー５−４−１５内のトナー５−４−
１４がアジテーター５−４−１３で攪拌されて、ここで
は補給ローラー５−４−１６に渡される。ここで補給ロ
ーラー５−４−１６と現像ローラー５−４−１１との間
で摩擦帯電されたトナーが現像ローラー５−４−１１に
付着し、薄層化ブレード５−４−１２によりトナー層と
なって現像域へ搬送され、現像に用いられる。そして、
この現像装置はカートリッジ化された現像ユニットとな
っており、ユーザーが現像ユニットごと交換可能になっ
ている。そして、電位計５−１３で検出したテストパタ
ーン部の電位上昇分は最初２０〜３０Ｖ程度であった。
その後、この装置で１００Ｋ枚のプリントを繰り返した
ところ、パターン部に付着したトナー層の電位上昇は５
Ｖ程度となり、画像の細線がかすれてきた。このため図
５のブロック図に示すように、制御部で現像ユニット寿
命と判定し、ユーザーに現像カートリッジを交換するよ
うに制御部から操作部の表示装置へ表示を出すようにし
た。このようにして、いち早く現像ユニット寿命を検出
して常に良好な画像出力を得ることができた。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
画像形成装置においては、像担持体の周囲に電位計を備
えており、該電位計は像担持体上の帯電電位を検知する
ものである時、該電位計の設置位置は現像工程と転写工
程の間であり、該電位計により像担持体の帯電電位及び
現像剤層の電位を読み取ることを特徴とするので、現像
装置の現像剤の帯電状態を容易に検出できるようにな
る。

【００２２】請求項２に記載の画像形成装置において
は、請求項１の構成及び効果に加えて、現像装置とし
て、トナーとキャリアを混合した２成分現像剤を用いる
２成分現像方式の現像装置を用いた時には、前記像担持
体上のトナー層の電位より、現像剤寿命を判定すること
を特徴とするので、２成分現像方式の現像装置を用いた
作像システムで現像剤寿命を容易に検出できるようにな
る。

【００２３】請求項３に記載の画像形成装置において
は、請求項１の構成及び効果に加えて、現像装置とし
て、トナーを現像ローラー上に薄層化して用いる１成分
現像方式の現像装置を用いた時には、前記像担持体上の
トナー層の電位より、現像装置の寿命を判定することを
特徴とするので、１成分現像方式の現像装置を用いた作
像システムで現像装置（現像ユニット）寿命を容易に検
出できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す画像形成装置の概略
構成図である。

【図２】図１に示す画像形成装置の現像装置の一実施例
を示す図であり、２成分現像方式の現像装置の概略構成
図である。

【図３】図１に示す画像形成装置の現像装置の別の実施
例を示す図であり、１成分現像方式の現像装置の概略構
成図である。

【図４】本発明に係る画像形成装置の感光体上の現像ト
ナー層の電荷と電位上昇の概念を説明するための図であ
る。

【図５】本発明に係る画像形成装置の制御系の概略を示
すブロック図である。

【図６】本発明に係る画像形成装置の制御動作の一例を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１：スキャナ １−１：光源 １−２：ミラー １−３：結像レンズ １−４：ＣＣＤ（固体撮像素子） １−５：コンタクトガラス ５：作像機構部 ５−１：露光装置 ５−１−１：半導体レーザー発光装置 ５−１−２：ポリゴンミラー ５−２：感光体（像担持体） ５−３：帯電装置 ５−４：現像装置 ５−５：転写装置 ５−５−１：転写ベルト ５−６：クリーニングブレード ５−７：搬送ローラー（またはレジストローラー） ５−７−１：給紙トレイ ５−７−２：手差し給紙トレイ ５−７−３：搬送経路 ５−８：定着装置 ５−１０−１：転写紙（転写体） ５−１３：電位計 ５−１４：光センサ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H005 FA01 FA05 2H027 DA02 DA04 DA06 DA07 DD09 DE02 DE05 DE07 DE10 EA01 EA02 EA04 EC03 EC06 EC09 ED03 ED06 ED08 HB01 HB13 2H077 AD02 AD06 AD13 AD17 DA01 DA43 DA47 DA57 EA01 EA11 GA04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】像担持体と、該像担持体を帯電させる帯電
   装置と、前記像担持体上に静電潜像を形成するための露
   光装置と、前記像担持体上の静電潜像を現像剤によって
   現像して顕像化する現像装置と、前記像担持体上の顕像
   を転写体に転写する転写装置を備えた画像形成装置にお
   いて、 前記像担持体の周囲に電位計を備えており、該電位計は
   像担持体上の帯電電位を検知するものである時、該電位
   計の設置位置は現像工程と転写工程の間であり、該電位
   計により像担持体の帯電電位及び現像剤層の電位を読み
   取ることを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の画像形成装置において、 前記現像装置として、トナーとキャリアを混合した２成
   分現像剤を用いる２成分現像方式の現像装置を用いた時
   には、前記像担持体上のトナー層の電位より、現像剤寿
   命を判定することを特徴とする画像形成装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の画像形成装置において、 前記現像装置として、トナーを現像ローラー上に薄層化
   して用いる１成分現像方式の現像装置を用いた時には、
   前記像担持体上のトナー層の電位より、現像装置の寿命
   を判定することを特徴とする画像形成装置。