JP2003255678A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
て、画像形成条件を簡単かつ適正に設定し、画質の良好
なトナー像を安定して形成する。 【解決手段】 装置本体に対して着脱可能に構成された
現像ユニット、感光体ユニットには、それぞれ現像ロー
ラ31、感光体21が備えられている。現像ローラ31
および感光体21の回転半径の最大値RdmaxおよびRom
axがそれぞれのユニットに設けられたメモリに記憶され
ており、また両者の軸間距離Dとその寸法公差Δdが装
置本体のメモリに記憶されている。ユニット装着時にこ
れらを読み出して、これらの組み合わせにおいて想定さ
れる最小ギャップgminを求め、現像バイアスをその最
小ギャップにおいても放電が起こらない最大の振幅に設
定する。
Description
機、ファクシミリ装置などの、像担持体の表面に形成し
た静電潜像をトナーにより顕像化してトナー像を形成す
る画像形成装置に関するものである。
接触現像方式の一つとして、ジャンピング現像方式が知
られている。このジャンピング現像方式では、静電潜像
を担持する像担持体と現像ローラなどのトナー担持体と
が非接触状態に保持されており、交番電界の作用により
トナー担持体から飛翔したトナーが静電潜像のうちの画
像部に選択的に付着することによって現像が行われる。
の表面を一様に帯電させ、画像信号に応じて感光体表面
に光ビームを走査露光することによって、像担持体表面
には画像信号に対応してその表面電位に高低を有する静
電潜像が形成される。そして、トナー担持体に現像バイ
アスを印加して像担持体との間に交番電界を発生させる
と、帯電したトナーが電界から受ける静電気力によって
トナー担持体から引き離されて飛翔し、電界の方向の変
化に伴ってトナー担持体と像担持体との間のギャップ空
間を往復運動する。このとき、静電潜像が形成された像
担持体のうちトナーを付着させたい画像部へのトナー付
着が促進される一方、それ以外の非画像部に付着したト
ナーはトナー担持体に引き戻されるように、上記した光
ビームのエネルギー密度、像担持体上の表面電位および
現像バイアス等のパラメータからなる画像形成条件を適
宜設定することによって、静電潜像のうち画像部のみに
選択的にトナーを付着させて、静電潜像をトナー像とし
て顕像化することができる。
形成装置では、静電潜像のうち非画像部に付着したトナ
ーをトナー担持体に引き戻しながら、画像部に対してト
ナーを付着させているため、コントラストの高いトナー
像を得ることができる。
画像形成装置では、上記した画像形成条件を決める各パ
ラメータをそれぞれ適正に定めることによって画質の良
好なトナー像を安定して得ることができるのであるが、
この画像形成条件は、個々の装置の持つ特性のばらつき
や、温湿度などの周囲環境等の様々な要因によって変化
するものである。
は、トナー担持体に現像バイアスとしての交番電圧を印
加することでギャップ空間に交番電界を発生させている
が、この交番電界の強度は、ギャップ空間において対向
しているトナー担持体と像担持体との間隔(ギャップ)
の大小によって大きく変動する。このようにギャップ空
間における電界強度が変化すると、この電界の作用によ
りトナー担持体から飛翔するトナーの量が変化するた
め、形成されるトナー像の濃度も変化することとなり、
その結果、画像全体の濃度の過不足や、1枚の画像中に
おける濃度ムラなどの画質劣化を招くおそれがある。
でのトナー像形成を行うためには、トナー担持体と像担
持体との間のギャップの変化を小さくすればよいのであ
るが、これを実現するためには、装置各部、なかでもト
ナー担持体、像担持体およびそれらを位置決め保持する
機構部品の加工・組立精度を高める必要があり、加工コ
ストおよび組立コストが増大するため装置コストが大幅
に上昇することとなる。また、これらの部品は使用につ
れて摩耗、変形などの経時変化を生じるものであり、こ
れらのうち少なくとも一部を装置本体に対し着脱可能な
ユニットとして使用状況に応じ交換可能とするのが一般
的であることを考慮すると、長期間にわたって、またユ
ニット交換の前後を通じて常にこのような高い精度でギ
ャップを一定に保持することは非常に困難である。
たとしても画質に影響を与えないような画像形成条件を
設定する、もしくはその設定をギャップの大きさに応じ
調整することで画質への影響を低減することができれ
ば、前記した高精度の部品を用いる必要がなく、装置コ
ストを低減することが可能となる。
あり、ジャンピング現像方式の画像形成装置において、
画像形成条件を簡単にかつ適正に設定し、画質の良好な
トナー像を安定して形成することを目的とする。
成装置は、上記目的を達成するため、静電潜像を担持す
る像担持体と、トナーを担持するトナー担持体を備える
現像手段と、前記像担持体と対向する現像位置に配置さ
れた前記トナー担持体に対して、所定の振幅を有する交
番電圧を現像バイアスとして印加することによって前記
トナー担持体から前記像担持体にトナーを移動させて前
記静電潜像を顕像化する電圧印加手段と、前記現像バイ
アスの振幅を決定するための現像バイアス情報を記憶す
る記憶手段とを備え、しかも、前記電圧印加手段は、前
記記憶手段に記憶された前記現像バイアス情報に基づい
て設定された振幅を有する交番電圧を前記現像バイアス
として前記トナー担持体に印加することを特徴としてい
る。
イアスの振幅は予め設定された固定値とするか、もしく
は、例えば様々な画像形成条件でパッチ画像を形成して
その画像濃度を実測し、その結果に基づいて設定するの
が一般的であった。しかし、振幅を固定値としている場
合には、個々の装置のばらつきを考慮してその固定値が
設定されているため、各装置の特性に応じた最適な値に
は必ずしもならない。また、パッチ画像を作成して振幅
を設定する場合には、制御が複雑になり、しかも、パッ
チ画像濃度には現像バイアス以外の各パラメータも影響
を及ぼしているため、パッチ画像の濃度からこれら複数
のパラメータを個別にかつ最適に設定するにはさらに複
雑な制御が必要となる。
明では、記憶手段に記憶された現像バイアス情報に基づ
いて現像バイアスの振幅を設定するようにしているた
め、特に複雑な制御を行わなくても、記憶手段から読み
出した現像バイアス情報に基づいて個々の装置の特性に
応じた最適な現像バイアスを簡単に設定することが可能
となっている。
えば、前記現像位置における前記トナー担持体と前記像
担持体との間のギャップの大きさに対応した情報を用い
ることができる。というのは、前述したように、このギ
ャップの大きさによってギャップ空間に発生する交番電
界の強度が大きく変化するため、個々の装置間あるいは
装置内のギャップのばらつきに対しては、現像バイアス
の振幅を調整することが本質的かつ有効な対策となるか
らである。そこで、現像バイアス情報として、その装置
固有のギャップの大きさに対応した情報を用いることに
より、現像バイアスの振幅をその装置に最適な値に設定
することが可能となり、これによりギャップ空間に発生
する電界を所定の強度に保つことができるのでトナー飛
翔量が安定し、その結果、安定した画像品質を得ること
ができる。
印加する現像バイアスとしては、両者の間で放電が起こ
らない範囲でできるだけ大きくするのが好ましい。とい
うのは、ギャップ空間に形成される交番電界がある程度
以上強くなればギャップ空間に十分な量のトナーが飛翔
し、ギャップ変動に起因する画像濃度の変動が少なくな
るからである。しかし、ギャップ空間において放電が発
生すると却って像形成が阻害されるため、この電圧は両
者の間で放電が起きない程度に抑える必要がある。この
ような放電はトナー担持体と像担持体とがギャップ空間
において最も近接し、両者の間のギャップが最小となる
位置で起こりやすいと考えられるから、この最小ギャッ
プに対応した情報を記憶手段に記憶しておけば、放電の
起こる電圧を見積もることが可能となり、現像バイアス
の設定が容易となる。
くとも一つが装置本体から着脱可能なユニットに取り付
けられて、そのユニットごと交換可能に構成されている
場合には、記憶手段を構成する記憶部をそのユニットに
設けるようにしてもよい。そして、そのユニット固有の
情報を現像バイアス情報としてユニットに設けた記憶部
に記憶させておき、ユニットを交換した際にはそのユニ
ット固有の現像バイアス情報を読み出して現像バイアス
を再設定することにより、ユニット交換後にも最適な現
像バイアスを用いて画像形成を行うことができる。
えば、各ユニットに取り付けられたトナー担持体あるい
は像担持体の寸法精度に関する情報を用いることができ
る。すなわち、各部品の寸法精度が予めわかっていれ
ば、それらの組み合わせにより形成されるギャップの大
きさを見積もることができ、そのギャップの大きさに対
応して現像バイアスの振幅を定めることが可能となる。
加しうる電圧の最大値を予め見出すことができる場合
は、その値に対応した情報を現像バイアス情報としても
よい。
に向けて光ビームを照射することにより前記像担持体表
面に前記静電潜像を形成する露光手段をさらに備え、前
記記憶手段は前記光ビームのエネルギー密度を決定する
ための露光情報を記憶し、しかも、前記露光手段は、前
記記憶手段に記憶された露光情報に基づいて設定された
エネルギー密度を有する光ビームを前記像担持体に向け
て照射するようにしてもよい。こうすることで、装置固
有の特性に応じた最適露光エネルギーを簡単に設定する
ことが可能となり、さらなる画質の向上を図ることがで
きる。
上記目的を達成するため、像担持体と、前記像担持体に
向けて光ビームを照射することにより前記像担持体表面
に静電潜像を形成する露光手段と、トナーを担持するト
ナー担持体を備える現像手段と、前記像担持体と対向す
る現像位置に配置された前記トナー担持体に対して、所
定の振幅を有する交番電圧を現像バイアスとして印加す
ることによって前記トナー担持体から前記像担持体にト
ナーを移動させて前記静電潜像を顕像化する電圧印加手
段と、前記光ビームのエネルギー密度を決定するための
露光情報を記憶する記憶手段とを備え、しかも、前記露
光手段は、前記記憶手段に記憶された前記露光情報に基
づいて設定されたエネルギー密度を有する光ビームを前
記像担持体に向けて照射することを特徴としている。
と同様の趣旨から、記憶手段に記憶した個々の装置ごと
の特性に応じた露光情報に基づいて露光エネルギーを設
定しており、実機に即した最適な露光エネルギーで静電
潜像を形成することで、より画質の優れたトナー像形成
を行うことができる。
成装置を示す図である。図2は図1の画像形成装置のエ
ンジンコントローラを示すブロック図である。この画像
形成装置は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン
(C)、ブラック(K)の4色のトナーを重ね合わせて
フルカラー画像を形成したり、ブラック(K)のトナー
のみを用いて単色画像を形成するジャンピング現像方式
の画像形成装置である。この画像形成装置では、ホスト
コンピュータなどの外部装置から画像信号が制御ユニッ
トのメインコントローラに与えられると、このメインコ
ントローラからの指令に応じてエンジンコントローラ1
がエンジン部EGの各部を制御して複写紙、転写紙、用
紙およびOHP用透明シートなどのシートSに画像信号
に対応する画像を形成する。
ト:(a)感光体ユニット2;(b)イエロー現像ユニット
(以下「Y現像ユニット」という)3Y;(c)マゼンタ
現像ユニット(「M現像ユニット」)3M;(d)シアン
現像ユニット(「C現像ユニット」)3C;(e)ブラッ
ク現像ユニット(「K現像ユニット」)3K;(f)中間
転写ユニット4および(g)定着ユニット5が装置本体6
に対して着脱自在となっている。そして、すべてのユニ
ット2、3Y、3M、3C、3K、4、5が装置本体6
に装着された状態で、図1に示すように、感光体ユニッ
ト2の感光体21が図1の矢印方向D1に回転するとと
もに、その感光体21の周りにその回転方向D1に沿っ
て、帯電部22、現像ユニット3Y、3M、3C、3K
からなるロータリー現像部3およびクリーニング部23
がそれぞれ配置される。
K、4、5のうち感光体ユニット2には感光体21、帯
電部22およびクリーニング部23が収容されており、
これらを一体的に装置本体6に対して着脱自在となって
いる。帯電部22は後述する帯電バイアス発生部122
(図2)からの帯電バイアスが印加されており、感光体
21の外周面を均一に帯電させる。
21の回転方向D1における帯電部22の上流側にクリ
ーニング部23が設けられており、一次転写後に感光体
21の外周面に残留付着しているトナーを掻き落とす。
こうして、感光体21の表面クリーニングを行ってい
る。
は、該ユニット2に関する種々のデータを記憶するため
のシリアルEEPROM71が取付けられており、感光
体ユニット2を装置本体6に装着すると、コネクタ(図
示省略)を介して装置本体6のエンジンコントローラ1
と電気的に接続され、エンジンコントローラ1との間で
データ転送を行う。なお、ユニット4、5についても感
光体ユニット2と同様に種々のデータを記憶するための
シリアルEEPROM76、77がそれぞれ取り付けら
れており、ユニット装着状態で装置本体6のエンジンコ
ントローラ1と電気的に接続され、エンジンコントロー
ラ1との間で該ユニットに関するデータの送受を行って
各ユニットの装着検出や消耗品管理を行っている。
に、帯電部22によって帯電された感光体21の外周面
に対して、露光ユニット8からレーザ光Lが照射され
る。この露光ユニット8は外部装置からの画像信号に応
じてレーザ光Lを感光体21上に走査露光して感光体2
1上に画像信号に対応する静電潜像を形成する。このよ
うに、この実施形態では、露光ユニット8が本発明の
「露光手段」として、また感光体21が本発明の「像担
持体」として機能している。
現像部3によってトナー現像される。このロータリー現
像部3は、その中心に回転軸3aを有するとともに、か
かる回転軸3aに固定された支持フレーム3bを有して
おり、この支持フレーム3bにはブラック用の現像ユニ
ット3K、シアン用の現像ユニット3C、マゼンタ用の
現像ユニット3M、およびイエロー用の現像ユニット3
Yが着脱自在に装着されている。すなわち、各現像ユニ
ット3Y、3M、3C、3Kおよび支持フレーム3bに
は軸方向に互いに係合するガイドレール(図示省略)が
設けられており、各現像ユニット3Y、3M、3C、3
Kは支持フレーム3bの軸方向に取り出し側(図1の紙
面に直交する手前側)へ引き出したり、新しい現像ユニ
ットを支持フレーム3bの軸方向へ進行して装着するこ
とができるようになっている。
スモータがクラッチを介して接続されており、このパル
スモータを駆動することで支持フレーム3bを回転さ
せ、上記4つの現像ユニット3Y、3M、3C、3Kの
うち一の現像ユニットを選択的に感光体21と対向する
現像位置に位置決めできるようになっている。なお、図
1はK現像ユニット3Kが現像位置に位置決めされた状
態を示している。
3Y、3M、3C、3Kは該ユニットに関するデータを
記憶するためのEEPROM72〜75を内蔵するとと
もに、各ユニットの図1に示された一方側面とは反対側
の他方側面に、本体6側とのデータ送受を行うためのコ
ネクタ33Y、33M、33C、33Kをそれぞれ備え
ている。
3Kは、本発明の「トナー担持体」として機能する円筒
形状の現像ローラ31をそれぞれ備えており、これらの
現像ユニットのうち一のユニットが現像位置に位置決め
されたとき、該ユニットに備えられた現像ローラ31と
感光体21とがギャップ空間GPを隔てて対向すること
になる。そして、この現像ローラ31に対して、後述す
る現像バイアス発生部103(図2)から直流成分に交
流成分を重畳した現像バイアスが印加されて選択された
色のトナーを感光体21の表面に付与する。このよう
に、この実施形態では、現像バイアス発生部103が本
発明の「電圧印加手段」として機能するとともに、各現
像ユニット3Y、3M、3C、3Kが「現像手段」とし
て機能し、感光体21上にトナー像を形成する。
ナー像は、一次転写領域TR1で中間転写ユニット4の
中間転写ベルト41上に一次転写される。すなわち、中
間転写ユニット4は複数のローラに掛け渡された中間転
写ベルト41と、中間転写ベルト41を回転駆動する駆
動部(図示省略)とを備えており、カラー画像をシート
Sに転写する場合には、感光体21上に形成される各色
のトナー像を中間転写ベルト41上に重ね合わせてカラ
ー画像を形成する一方、単色画像をシートSに転写する
場合には、感光体21上に形成されるブラック色のトナ
ー像のみを中間転写ベルト41上に転写して単色画像を
形成する。
た画像については、所定の二次転写領域TR2におい
て、カセット9から取り出されたシートS上に二次転写
する。そして、トナー画像が転写されたシートSを、ヒ
ータ(図示省略)が内蔵された定着ユニット5に導入
し、ここで加熱しながら圧力を加えることによってトナ
ーをシートSに定着させる。こうして画像が形成された
シートSは装置本体6の上面部に設けられた排出トレイ
部に搬送される。
EGを制御するエンジンコントローラ1の構成について
図2を参照しつつ説明する。このエンジンコントローラ
1では、CPU11がROM12に記憶されたプログラ
ムを実行して装置各部を制御する。なお、このCPU1
1には、プログラムや他のデータなどを記憶するROM
12の他に、各種データを一時的に記憶するRAM13
が接続されている。
ンターフェース)15を介して電子カウンタ等に用いる
シリアルEEPROM14に接続されている。このシリ
アルEEPROM14には、装置制御のために必要とな
るデータ、例えば各現像ユニットの装着状態や各ユニッ
トの使用状況を示すデータが記憶されている。また、C
PU11は、シリアルI/F15を介して各ユニット
2、4および5に接続されており、各ユニット2、4お
よび5に設けられたシリアルEEPROM71、76お
よび77との間でデータ転送可能となっている。
34が接続されている。このコネクタ34は、4個の現
像ユニット3Y、3C、3M、3Kのうち現像位置に隣
接するコネクタ接続位置(図1の例ではC現像ユニット
3Cの位置)にある現像ユニットの側面に設けられたコ
ネクタと対向する位置に配置されるとともに、該コネク
タに対して接近/離間移動可能に構成されており、CP
U11からの制御指令により必要に応じて移動して該コ
ネクタと嵌合する。
トローラ1では、CPU11と各ユニット2、3Y、3
M、3C、3K、4、5に設けられたEEPROM71
〜77とがシリアルI/F15を介して電気的に接続さ
れて相互にデータの送受が可能になるとともに、入出力
ポート16を介してシリアルEEPROM14、71〜
77にチップセレクト信号CSを入力可能となってい
る。
監視回路17が設けられており、電源電圧が所定電圧を
下回ると、電圧監視回路17がその電圧降下を検出し、
その旨を示すリセット信号をCPU11と周辺機器1
5、16に出力する。
部22に対して所定の帯電バイアスを与える帯電バイア
ス発生部122および現像位置にある現像ユニットに対
して所定の現像バイアスを与える現像バイアス発生部1
03が設けられており、CPU11から入出力ポート1
6を介して与えられる制御指令に基づいてそれぞれ所定
の電圧を出力する。
光ユニット8に接続される露光パワー制御部108が設
けられており、CPU11から入出力ポート16を介し
て与えられる制御指令に基づいて、露光パワー制御部1
08が露光エネルギー、すなわち露光ユニット8から出
力するレーザ光Lのエネルギー密度を制御している。
ト3Y、3M、3C、3Kおよび感光体ユニット2は装
置本体6に対して着脱可能に構成されているが、これら
のユニットの仕上がり寸法は各個体ごとにばらつきを有
しているため、これらのユニットの組み合わせにより形
成されるギャップの大きさは装置ごとに、またユニット
の組み合わせごとに微妙に異なることとなる。また、各
現像ローラ31のトナー搬送量、ユニットに内蔵された
トナーの粒径分布や帯電特性などトナー像の画像品質に
影響を与える各現像ユニットの諸特性(以下、「現像特
性」と称する)は各個体間または製造ロット間でのばら
つきを有している。このように、この画像形成装置で
は、装置1台ごとに、また各ユニットの組み合わせごと
に画像形成条件が異なっているため、各ユニットが組み
合わされてなる装置個々の特性に応じて画像形成条件を
構成する各パラメータを適宜変更することで、どのよう
なユニットの組み合わせにおいても画質の良好なトナー
像を形成することができるようになっている。
のユニットのうち少なくともいずれか一のユニットがユ
ーザにより交換されたとき、CPU11が各ユニットの
組み合わせに応じた現像バイアスの振幅および露光エネ
ルギーの最適値を算出し、以後の画像形成動作において
はこうして最適化された現像バイアスを各現像ユニット
に与えるべく、現像バイアス発生部103を制御すると
ともに、露光ユニット8からのレーザ光Lの露光エネル
ギーが上記した現像特性に応じた最適値となるように、
露光パワー制御部108を制御している。
3M、3C、3Kが現像位置に配置されたときに各ユニ
ットに取りつけられた各現像ローラ31と感光体21と
がギャップ空間GPにおいてなすギャップの最小値を求
め、この最小ギャップにおいても放電が発生しない範囲
でギャップ空間GPに発生する電界の強度が最大となる
ように、現像バイアスの振幅を設定する。その理由は以
下のとおりである。すなわち、ギャップ空間GPに発生
する交番電界の強度が高いほど現像ローラ31から飛翔
するトナーの量が増加して画像濃度が高くなるが、電界
強度がある程度高くなって十分なトナー飛翔量が確保さ
れれば、それ以上電界強度を高くしても画像濃度はあま
り変化しないばかりか、むしろ強電界により現像ローラ
31と感光体21との間で放電が発生し、却って像形成
を阻害するおそれがある。そこで、現像バイアスの振幅
を、ギャップが最小となる位置においても放電が発生し
ない範囲で最大の値に設定することにより、放電による
画質劣化を確実に防止しつつ、十分な画像濃度を確保す
ることができるのである。
理について、図3ないし図5を参照して以下に説明す
る。図3は、ユニット装着状態におけるギャップ空間G
P周辺を示す模式図である。また、図4は現像バイアス
の波形の例を示す図であり、図5は装置各部の電位関係
を示す図である。なお、図4および図5では、理解を容
易とするために、縦軸における上方向を負電位としてい
る。また、ここではC現像ユニット3Cを交換した場合
を例として説明するが、これ以外の他のユニットを交換
した場合も同様に考えることができる。
Cが現像位置に配置された状態を考えてみると、図3に
示すように、C現像ユニット3Cに設けられた現像ロー
ラ31および感光体ユニット2に設けられた感光体21
は、いずれも図1紙面に垂直な回転軸を中心とする円筒
形状に形成されているが、加工段階でその直径のばらつ
き、表面の凹凸、偏心等が生じており、さらには各ユニ
ットへの取り付け状態での撓み等により、必ずしも完全
な円筒形状とはなっていない。したがって、これらの実
際の回転軸から表面までの距離は必ずしも一定ではな
く、位置による不均一性を有している。なお、以下で
は、現像ローラ31および感光体21表面の各位置から
その回転軸までの距離を、その位置における「回転半
径」と称する。
製造段階でこの回転半径の不均一性が実測により求めら
れており、その回転半径の最大値が各ユニットのEEP
ROM71等に記憶された状態で出荷される。例えば、
C現像ユニット3Cに備えられたEEPROM74には
該ユニット3Cに取り付けられた現像ローラ31の回転
半径の最大値Rdmaxが記憶される一方、感光ユニット2
に備えられたEEPROM71には該ユニット2に取り
付けられた感光体21の回転半径の最大値Romaxが記憶
されている。
像位置において対向させたとき、両者の中心軸間の距離
(軸間距離)Dは各ユニットや装置本体6各部の寸法誤
差や取り付け時の遊び(ガタ)等により変動する。すな
わち、実機における軸間距離は、上記した中心値Dから
(±Δd)の範囲でばらつきを有している。その変動の
範囲Δdは設計上の公差として定められており、これら
の値D、Δdは制御部1に設けられたEEPROM14
に記憶されている。
Cおよび感光体ユニット2の組み合わせにおいて原理上
ギャップが最も小さくなるのは、取り付け状態での両ユ
ニットの軸間距離が最も小さく、かつ現像ローラ31お
よび感光体21の回転半径がそれぞれ最大となる部分ど
うしがギャップ空間GPにおいて対向する場合であり、
このときの最小ギャップgminは、 gmin=(D−Δd)−(Rdmax+Romax) …(1) である。
イアスVbの波形は、図4に示すように、直流電圧Vdc
に矩形波交流電圧を重畳したものであり、その矩形波電
圧の振幅はVppである。また、感光体21の表面には静
電潜像が形成されており、その表面電位Vsは、例えば
図5に示すように、レーザ光Lが照射された部分(画像
部)において明部電位Vonとなる一方、照射を受けなか
った部分(非画像部)は暗部電位Vd(ただし、|Vd|
>|Von|)となっている。さらに、現像バイアスVb
は、直流電位Vdcを中心として変化幅Vpp/2で時間的
に変化しており、その電位はVbmaxからVbminの範囲で
変化している。なお、現像バイアスVbの波形は上記に
限定されるものでなく任意であり、これ以外に例えば正
弦波や三角波等であってもよく、またそのデューティ比
が50%以外の交流電圧であってもよい。
加わる電圧が最大となるのは現像バイアスVbminが印加
された現像ローラ31と感光体21の表面電位Vsが暗
部電位Vdとなった領域とが対向している場合であり、
その電圧の最大値Vgmaxは、 である。
実に放電を防止するためには、ギャップ空間GPに加わ
る電圧の最大値Vgmaxが、最小ギャップgminにおける
放電開始電圧Vthより小さくなっていればよい。発明者
らの実験によれば、この実施形態の画像形成装置におけ
る放電開始電圧Vthと最小ギャップgminとの関係は、 Vth=3.33gmin+825 …(3) であった。したがって、(2)、(3)式より、 すなわち、 Vpp/2+|Vd−Vdc|<3.33gmin+825 …(4) が導かれる。なお、この装置では、画質向上の観点か
ら、現像バイアスVbの直流成分Vdcと静電潜像の暗部
電位Vdとの電位差を一定に保つように制御しており、
したがって、(4)式は、最小ギャップgminと現像バ
イアスVbの振幅Vppとの対応関係を示すものとなって
おり、この関係を満たすように現像バイアスVbの振幅
Vppを定めればよい。
に装着されたとき、上記原理に基づいてエンジンコント
ローラ1が以下のような動作をする。まず、新たに装着
された現像ユニット3Cに向けてコネクタ34が移動し
て、このコネクタ34とC現像ユニット3Cに設けられ
たコネクタ33Cとが嵌合し、これにより入出力ポート
16を介してCPU11とC現像ユニット3CのEEP
ROM74とが電気的に接続される。そして、CPU1
1がEEPROM74に記憶された現像ローラ31の回
転半径の最大値Rdmaxを読み出した後、コネクタ34が
現像ユニット3Cから離間移動する。
設けられたEEPROM71から感光体21の回転半径
の最大値Romaxを読み出すとともに、エンジンコントロ
ーラ1に設けられたEEPROM14から軸間距離Dお
よびその公差Δdを読み出す。そして、CPU11は、
これらの値から上記(1)式に基づき最小ギャップgmi
nを算出するとともに、その結果に基づき現像バイアス
Vbの振幅Vppを上記(4)式を満たす最も大きい値に
設定する。こうすることで、C現像ユニット3Cが現像
位置にあるときに現像ローラ31に印加される現像バイ
アスVbの振幅Vppは、ギャップ空間GPで放電が起き
ない範囲での最大値に設定される。
ニット3Cによるトナー現像を行う際の現像バイアスV
bの振幅Vppを、各EEPROM14、71、74に記
憶されたデータ、すなわち現像ローラ31および感光体
21の回転半径の最大値Rdmax、Romax、両者の軸間距
離Dおよびその公差Δdの各値に基づいて設定してお
り、これらの各データが本発明の「現像バイアス情報」
に相当するとともに、各EEPROM14、71、74
が本発明の「記憶手段」として機能している。
の各データおよびこれらから求まる現像バイアスVbの
振幅Vpp等は、実測または計算により求められた数値を
そのままデータとして用いてもよいが、これ以外にも、
例えば現像ローラ31や感光体21の回転半径の統計的
なばらつきの範囲を大・中・小のように何段階かに区分
しておき、各ユニットが備える部品の実際のサイズがそ
のうちのどの区分に該当するかを情報として持つように
してもよい。また、現像バイアスVbの振幅Vppは必ず
しも連続的に可変である必要はなく、例えばステップ的
に切り替え可能とした場合には、そのステップの各値の
中から上記(4)式で求めた値を超えない最大の値を現
像バイアスVbの最適値とすればよい。さらに、各ユニ
ットごとに、放電を起こすことなく印加できる最大電圧
が予めわかっている場合は、その最大電圧を「現像バイ
アス情報」として各「記憶手段」に記憶させておけばよ
い。
バイアスVbの最適化を行った後、引き続いて露光エネ
ルギーEの最適化を行う。具体的には、各ユニットに設
けられたEEPROMに記憶されたそのユニット固有の
現像特性データに基づき、CPU11が露光エネルギー
Eの最適値を設定している。
化処理においてCPU11がC現像ユニット3Cに設け
られたEEPROM74から現像ローラ31の回転半径
の最大値Rdmaxを読み出しているが、このとき、CPU
11は、EEPROM74に記憶された該現像ユニット
3C固有の現像特性、すなわち現像ローラ31のトナー
搬送量や内蔵トナーの特性等に関するデータをも併せて
読み出し、RAM13に記憶させている。
光エネルギーEの値は予め求められており、エンジンコ
ントローラ1のROM12には各ユニットの現像特性に
対応した最適露光エネルギーEの値が参照用テーブルと
して記憶されている。そして、CPU11は、C現像ユ
ニット3CのEEPROM74から読み出した該ユニッ
ト3Cの現像特性に関するデータからこのテーブルを参
照してこのユニット3Cにおける露光エネルギーEの最
適値を決定する。このように、この実施形態では、C現
像ユニット3CのEEPROM74が記憶している現像
ローラ31のトナー搬送量や内蔵トナーの特性等に関す
るデータが本発明の「露光情報」に相当する。
あり、特にトナーの消費状態によって変化するときがあ
る。このような場合には、トナー残量に対応する現像特
性を予め各ユニットのEEPROMに記憶させておき、
別途導き出されるトナー残量に基づいて現像特性を選択
する。ここで、トナー残量は、例えば、現像器にトナー
残量検知センサを配置することで得ることができる。あ
るいは、印字すべき画像信号からその現像器でのトナー
消費量を計算するようにしてもよい。
置では、装置本体6から着脱可能な各ユニットに設けら
れたEEPROM(メモリ)14、71〜77に、感光
体21や現像ローラ31等の各構成部品の寸法精度に関
する情報を「現像バイアス情報」として記憶している。
そのため、ユニット装着時にこれらの情報を読み出して
ギャップの最小値gminを推定し、その値に基づいて現
像バイアスVbの振幅Vppを決定することで、その振幅
Vppを実機に応じた最適な値に、しかも簡単な計算のみ
によって設定することができる。また、各現像ユニット
3Y、3M、3C、3Kに設けられたEEPROM72
〜75に、各現像ユニットの現像特性に関する情報を
「露光情報」として記憶している。そのため、各ユニッ
トごとに現像特性がばらついていても、実機における現
像特性に応じて露光エネルギーEを最適値に、しかも簡
単に設定することができる。
は、各ユニットの組み合わせによって装置ごとに、また
同じ装置でもユニットが交換される度ごとに異なるが、
装置本体6にいったん各ユニットが装着された後は、い
ずれかのユニットを交換しないかぎり原則として一義的
に決まるものである。したがって、ユニット装着時にC
PU11が上記のような計算を行って現像バイアスVb
の振幅Vppおよび露光エネルギーEを定め、その結果を
例えばEEPROM14に記憶しておけば、以後はその
値を読み出して用いることで、直ちに良好な画像形成条
件を設定することができる。
耗等によって各部品のサイズが変化すると、ギャップの
大きさがユニット装着当初の値から変化して、上記現像
バイアスVbの振幅Vppの設定値が最適値から外れてし
まう場合がある。そこで、このような場合に対応して現
像バイアスVbの振幅を補正するために、これらのギャ
ップ変動要因に関する情報をさらに「現像バイアス情
報」として用いることもできる。例えば、装置の内部温
度を検知する温度センサをさらに設けるとともに、感光
体21、各現像ローラ31の熱膨張率に関する情報をE
EPROM71〜75に記憶しておき、これらから得ら
れる情報に基づき温度変化に対する各部品のサイズの変
化を推定して上記(1)式で求めた最小ギャップgmin
の値を補正するようにしてもよい。また、感光体21の
使用回数とその摩耗度合いとの対応関係を予め求めてE
EPROM14に記憶しておき、感光体21または中間
転写ベルト41の回転数を計数する電子カウンタの数値
等から感光体21の摩耗によるサイズ変化の程度を推定
して上記最小ギャップgminの値を補正するようにして
もよい。こうすることで、各画像形成条件をより実機の
状態に即した設定とすることが可能となる。また、露光
エネルギーEについても、これらの情報に基づく補正を
行うことが可能である。
れるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて
上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であ
る。例えば、上記した実施形態では、現像バイアスVb
の振幅Vppおよび露光エネルギーEの両方を各EEPR
OMに記憶されたデータから算出しているが、これに限
定されるものでなく、これらのうちいずれか一方のみを
求める構成であってもよい。
各ユニットに予め記憶されたデータのみから画像形成条
件を設定しているが、こうして現像バイアスVbの振幅
Vppや露光エネルギーEを設定した後に、種々の画像形
成条件を変更設定しながらパッチ画像を作成し、画像形
成条件を構成する他のパラメータ、すなわち帯電バイア
スや現像バイアスVbの直流成分Vdc等を最適化するた
めの処理を行ってもよい。このパッチ画像を用いたパラ
メータの最適化手法は従来より種々の方法が知られてい
るため説明を省略するが、この場合、複数のパラメータ
のうち現像バイアスVbの振幅Vppおよび露光エネルギ
ーEの値が既に決定されているので、比較的簡単な処理
でその他のパラメータを設定することができ、しかも、
それらの値はその装置に応じた最適値に設定されている
ため、より最適条件に近い画像形成条件でパッチ画像を
作成することができるので、他のパラメータの設定をよ
り高い精度で行うことができ、その結果、より画質の優
れたトナー像を形成することが可能となる。
が持つ「現像バイアス情報」として、予め計測した感光
体21や現像ローラ31等の回転半径の最大値を用いて
いるが、この「現像バイアス情報」としては、この他に
も、例えば各部品の回転半径の最大値および最小値の両
方を用いたり、中心値からの偏差等を用いるようにして
もよい。また、例えば、各部品の回転半径が最大となる
位置が予めわかっている場合には、その位置に関する情
報を「現像バイアス情報」として用いることにより、よ
り実機に適した画像形成条件の設定が可能となる。要す
るに、現像バイアスVbまたは露光エネルギーEを最適
値に設定するために必要な情報のうち、少なくともユニ
ットを装着した時点で予め把握することができる情報で
あれば「現像バイアス情報」または「露光情報」として
用いることが可能である。
上に形成されたトナー像を中間転写ベルト41上に転写
しているが、中間転写ベルト以外の媒体(転写ドラム、
転写シート、転写ドラムなど)にトナー像を転写して画
像を形成する画像形成装置に対しても本発明を適用する
ことが可能である。
色のトナーを用いてカラー画像を形成する装置である
が、本発明の適用対象はこれに限定されるものではな
く、単色画像のみを形成する画像形成装置にも適用する
ことができる。
手段に記憶された現像バイアス情報あるいは露光情報に
基づいて現像バイアスの振幅あるいは露光エネルギーを
設定するようにしているため、複雑な制御を行わなくて
も、記憶手段から読み出した情報に基づいてその装置の
特性に応じた最適な画像形成条件を簡単に設定すること
が可能となっている。そして、このように最適化された
画像形成条件で画像形成を行うことにより、画質の良好
なトナー像を安定して得ることができる。
能なユニットとして構成されている場合には、そのユニ
ットごとに設けた記憶部にそのユニット固有の情報を記
憶させておくことにより、個々の部品の寸法や特性にば
らつきがあったとしても、この情報に基づいてそのばら
つきを加味した最適な画像形成条件を設定することがで
きる。
る。
示すブロック図である。
示す模式図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 静電潜像を担持する像担持体と、 トナーを担持するトナー担持体を備える現像手段と、 前記像担持体と対向する現像位置に配置された前記トナ
ー担持体に対して、所定の振幅を有する交番電圧を現像
バイアスとして印加することによって前記トナー担持体
から前記像担持体にトナーを移動させて前記静電潜像を
顕像化する電圧印加手段と、 前記現像バイアスの振幅を決定するための現像バイアス
情報を記憶する記憶手段とを備え、 前記電圧印加手段は、前記記憶手段に記憶された前記現
像バイアス情報に基づいて設定された振幅を有する交番
電圧を前記現像バイアスとして前記トナー担持体に印加
することを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項2】 前記記憶手段には、前記現像バイアス情
報として、前記現像位置における前記トナー担持体と前
記像担持体との間のギャップの大きさに対応した情報が
記憶されている請求項1に記載の画像形成装置。 - 【請求項3】 前記記憶手段には、前記現像バイアス情
報として、前記現像位置に配置された前記トナー担持体
と前記像担持体とで挟まれたギャップ空間のうち両者が
最も近接している位置における前記ギャップの大きさに
対応した情報が記憶されている請求項2に記載の画像形
成装置。 - 【請求項4】 前記現像手段は、装置本体に対し着脱可
能に構成されるとともに、前記記憶手段としての第1の
記憶部を備えており、 前記第1の記憶部には、前記現像バイアス情報として、
前記トナー担持体の寸法精度に対応した情報が記憶され
ている請求項2に記載の画像形成装置。 - 【請求項5】 前記像担持体は、装置本体に対し着脱可
能に構成された像担持体保持部により保持されるととも
に、前記像担持体保持部は、前記記憶手段としての第2
の記憶部を備えており、 前記第2の記憶部には、前記現像バイアス情報として、
前記像担持体の寸法精度に対応した情報が記憶されてい
る請求項2または4に記載の画像形成装置。 - 【請求項6】 前記記憶手段には、前記現像バイアス情
報として、前記トナー担持体と前記像担持体との間で放
電が起こらない電圧の最大値に対応する情報が記憶され
ている請求項1に記載の画像形成装置。 - 【請求項7】 前記像担持体に向けて光ビームを照射す
ることにより前記像担持体表面に前記静電潜像を形成す
る露光手段をさらに備え、 前記記憶手段は前記光ビームのエネルギー密度を決定す
るための露光情報を記憶し、しかも、 前記露光手段は、前記記憶手段に記憶された露光情報に
基づいて設定されたエネルギー密度を有する光ビームを
前記像担持体に向けて照射する請求項1ないし6のいず
れかに記載の画像形成装置。 - 【請求項8】 像担持体と、 前記像担持体に向けて光ビームを照射することにより前
記像担持体表面に静電潜像を形成する露光手段と、 トナーを担持するトナー担持体を備える現像手段と、 前記像担持体と対向する現像位置に配置された前記トナ
ー担持体に対して、所定の振幅を有する交番電圧を現像
バイアスとして印加することによって前記トナー担持体
から前記像担持体にトナーを移動させて前記静電潜像を
顕像化する電圧印加手段と、 前記光ビームのエネルギー密度を決定するための露光情
報を記憶する記憶手段とを備え、 前記露光手段は、前記記憶手段に記憶された前記露光情
報に基づいて設定されたエネルギー密度を有する光ビー
ムを前記像担持体に向けて照射することを特徴とする画
像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002055905A JP2003255678A (ja) | 2002-03-01 | 2002-03-01 | 画像形成装置 |
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