JP2003316132A

JP2003316132A - 画像形成装置およびプロセスカートリッジ

Info

Publication number: JP2003316132A
Application number: JP2002118089A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Sakaizawa; 勝弘境澤; Satoshi Tsuruya; 聡鶴谷; Atsushi Suzuki; 淳鈴木; Bunro Noguchi; 文朗野口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: JP3768912B2

Abstract

(57)【要約】【課題】感光ドラムと現像ローラとが接離可能な接触
現像系において、耐久後半におけるトナー消費量の増大
を防止し得る画像形成装置およびプロセスカートリッジ
を提供する。【解決手段】感光ドラムとトナーを担持した現像ロー
ラとの当接または離間動作時における現像ローラの電位
が、現像過程時における現像ローラの電位と感光ドラム
の帯電電位との間の値になるように、現像ローラに印加
する電圧（現像バイアス）を制御する。これにより、耐
久後半における反転トナーの感光ドラムへの転移を防止
することで、画像形成に寄与しないトナーの消費を抑え
ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば複写機ある
いはプリンタなどとされる電子写真方式あるいは静電記
録方式を用いた画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、異なる色の現像剤（以下、
「トナー」という）をそれぞれ収納する複数の現像器
（現像手段）を備え、電子写真方式を用いて多色画像を
得るカラー画像形成装置がよく知られている。

【０００３】上記カラー画像形成装置としては、特開２
０００−２０６７８６号公報に示されるものがある。

【０００４】図９に上記のごときカラー画像形成装置の
構成例を示す。ここでは一例として、接触現像における
非磁性の負帯電トナーを用いた反転現像系の一成分現像
装置を備えたカラー画像形成装置について説明する。

【０００５】このカラー画像形成装置は、主に、像担持
体（以下、「感光ドラム」という）１０１、感光ドラム
１０１を一様に帯電する帯電手段としての帯電器１０
２、画像情報を与える露光器１０３、複数の現像器１０
４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄを支持する回転式
現像装置１０５、および中間転写体１０６によって構成
されている。

【０００６】図１０に回転式現像装置１０５の拡大図を
示す。この回転式現像装置１０５は、４個の現像器１０
４ａ〜１０４ｄの一つを支持体１０７の回転により現像
位置に定置する方式である。回転式現像装置１０５は支
持体回転軸１０７ａを中心とする同一円周上に各現像器
１０４ａ〜１０４ｄの現像用開口面を有している。

【０００７】現像器１０４ａ〜１０４ｄはトナーを感光
ドラム１０１との接触部に搬送するための回転する現像
剤担持体である現像ローラ１１０ａ，１１０ｂ，１１０
ｃ，１１０ｄをそれぞれ有しており、この現像ローラ１
１０ａ〜１１０ｄは導電性芯金上に弾性体を成形したい
わゆる弾性現像ローラである。

【０００８】また現像ローラ１１０ａ〜１１０ｄの周囲
には、現像ローラ１１０ａ〜１１０ｄ上に非磁性一成分
トナーを塗布する矢印方向に回転する塗布ローラ１１１
ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ、および現像ローラ
１１０ａ〜１１０ｄ上のトナーに所望の帯電量を与えト
ナー量を規制する規制ブレード１１２ａ，１１２ｂ，１
１２ｃ，１１２ｄが配設され、また、現像ローラ１１０
ａ〜１１０ｄへ現像バイアス電圧を印加する現像バイア
ス電圧電源１１３を有する。

【０００９】また、この回転式現像装置１０５は、現像
時だけ現像器１０４ａ〜１０４ｄを加圧装置１１４で加
圧することにより現像器１０４ａ〜１０４ｄ内の現像ロ
ーラ１１０ａ〜１１０ｄと感光ドラム１０１を当接さ
せ、回転式現像装置１０５が回転している間や非現像時
には加圧装置１１４の加圧動作を解除することにより現
像器１０４ａ〜１０４ｄ内の現像ローラ１１０と感光ド
ラム１０１を離間する構成とされている。

【００１０】図９において、感光ドラム１０１は矢印方
向に回転され、帯電器１０２にて一様に帯電され、その
後露光器１０３によって感光ドラム１０１上に静電潜像
が形成される。この潜像は、現像器１０４ａ〜１０４ｄ
内のカラー現像剤、例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ
（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の各色に対応
した潜像である。

【００１１】詳しく述べると、まず１色目、例えばイエ
ロー現像剤に対応する静電潜像を感光ドラム１０１上に
形成し、イエロー現像剤の収容された現像器１０４ａに
よって可視化した後、中間転写体１０６に転写する。続
いて感光ドラム１０１上の残留トナーをブレードなどの
クリーニング装置１０９で清掃した後、２色目、例えば
マゼンタ現像剤に対応する静電潜像を感光ドラム１０１
上に形成し、マゼンタ現像剤の収容された現像器１０４
ｂによって可視化した後、１色目のイエロー可視画像が
転写された中間転写体１０６上に重ね転写する。

【００１２】上記動作を複数回行った後、中間転写体１
０６上に複数層に重ねられた現像剤は転写材Ｐに転写さ
れ、定着装置１１６によって融解固着される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の画像形成装置において画像形成動作を行ったとこ
ろ、以下に示す不具合が見られた。なお、各現像器１０
４ａ〜１０４ｄや各現像ローラ１１０ａ〜１１０ｄは同
一の構成を備えているので、構成部材の参照番号のうち
添え字のアルファベットを省略して説明する。

【００１４】従来例の画像形成装置においては、感光ド
ラム１０１と現像ローラ１１０の接離時（離間状態から
当接状態になる時（当接動作時）、および当接状態から
離間状態になる時（離間動作時）をさす。）にはトナー
を感光ドラム１０１側から現像ローラ１１０側に付勢す
る電界が形成される。すなわち、感光ドラム１０１上が
−７００Ｖに帯電されている場合には、−３５０Ｖを現
像ローラ１１０に印加することにより、負帯電性トナー
（以下、ネガトナーという）を現像ローラ１１０側に付
勢する。

【００１５】電界により現像ローラ１１０上に担持され
たネガトナーを感光ドラム１０１から現像ローラ１１０
側へ付勢することで、機内の汚れを発生させるようなト
ナーの転移は防止できるようになった。

【００１６】しかし、上記構成で画像形成の耐久を行っ
た結果、機内の汚れは発生しなかったものの、トナーの
消費量が耐久をするとともに多くなってしまった。特
に、高温高湿環境において顕著であり、耐久後半におい
て消費量が増大した。

【００１７】この理由として、現像器１０４の初期にお
いては、現像ローラ１１０に担持されるトナーはほとん
どがネガトナーであり、従来例の電界を形成することで
感光ドラム１０１へのトナーの転移は防止できた。しか
し現像器１０４を長期使用することで、現像ローラ１１
０に担持されるトナーは除々に劣化し、現像器１０４に
よりトナーを摩擦帯電させようとしても、逆極性（ポ
ジ）に帯電するトナー（以下、反転トナーという）の割
合が増えていくことになる。これは、特に高温高湿環境
で顕著であり、それは高湿環境では摩擦帯電による電荷
が保持しにくいためである。

【００１８】その結果、感光ドラム１０１と現像ローラ
１１０の接離時に従来例のようなバイアスを現像ローラ
１１０に印加しても、ドラムへのトナーの転移について
は、機内汚れをさせるほどの量ではないにしろ、微少量
の転移が発生する。これが積み重なって、耐久後半にお
けるトナー消費量の増大につながるのである。

【００１９】通常、小型のレーザープリンタの現像器１
０４は、最初に所定量のトナーが容器中に入っており、
所定印字率でプリントした際に所定枚数の画像形成が可
能であるようにされている。

【００２０】トナー消費量の増大を見越して、余分にト
ナーを現像器１０４中に入れておくことも可能である
が、余分に入れたトナーは、即ち画像形成に寄与しない
トナーであり、無駄なトナーである。また、近年は低コ
スト化、低エネルギー化等のために装置の小型化が叫ば
れており、余分にトナーを入れるスペースを確保するこ
とは現像器１０４中のトナー容器を大きくしなければな
らず、上記の装置の小型化には逆行することとなってし
まう。

【００２１】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、像担持体と現像剤担
持体とが接離可能な接触現像系において、耐久後半にお
ける現像剤消費量の増大を防止し得る画像形成装置およ
びプロセスカートリッジを提供することにある。

【００２２】

【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。

【００２３】本発明に係る画像形成装置の一態様は、像
担持体を所定の帯電電位に帯電する帯電手段と、前記帯
電した像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段
と、前記像担持体に現像剤を担持した現像剤担持体を当
接させて前記静電潜像を現像するものであって、前記像
担持体に対して接離可能な単数または複数の現像手段
と、前記像担持体と前記現像剤担持体との当接または離
間動作時における該現像剤担持体の電位が、現像過程時
における該現像剤担持体の電位と前記帯電電位との間の
値になるように、該現像剤担持体に印加する電圧を制御
する制御手段と、を備えることを特徴とする。

【００２４】本発明に係る画像形成装置の他の態様は、
像担持体を所定の帯電電位に帯電する帯電手段と、前記
帯電した像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手
段と、前記像担持体に現像剤を担持した現像剤担持体を
当接させて前記静電潜像を現像するものであって、前記
像担持体に対して接離可能な単数または複数の現像手段
と、前記像担持体と前記現像剤担持体との当接または離
間動作時における該現像剤担持体の電位と前記帯電電位
との電位差が、現像過程時における該現像剤担持体の電
位と前記帯電電位との電位差よりも小さくなるように、
該現像剤担持体に印加する電圧を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

【００２５】上記いずれかの画像形成装置において、前
記現像手段に収容されている現像剤の量を検出する現像
剤量検出手段を備え、前記制御手段は、該現像剤量検出
手段の検出結果に基づいて、前記像担持体と前記現像剤
担持体との当接または離間動作時において該現像剤担持
体に印加する電圧値を可変することが好適である。

【００２６】また、消費された現像剤の量を検出する消
費量検出手段を備え、前記制御手段は、該消費量検出手
段の検出結果に基づいて、前記像担持体と前記現像剤担
持体との当接または離間動作時において該現像剤担持体
に印加する電圧値を可変することも好適である。

【００２７】さらに、前記現像された像担持体上の画像
が転写される被転写体と、前記像担持体もしくは前記被
転写体に形成された画像の濃度を検出する濃度検出手段
と、を備え、前記制御手段は、該濃度検出手段の検出結
果に基づいて、前記像担持体と前記現像剤担持体との当
接または離間動作時において該現像剤担持体に印加する
電圧値を可変することも好適である。

【００２８】また、本発明に係るプロセスカートリッジ
は、上記いずれかの構成の画像形成装置に着脱自在なも
のであって、少なくとも前記現像手段を備えたことを特
徴とする。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。

【００３０】従来例の画像形成装置においては、感光ド
ラムと現像ローラの接離時に現像バイアスを印加してい
る。これは、主にトナーの機内飛散を防止するためにお
こなっていた。また、その他の目的としては、帯電に不
具合が発生した場合に、地かぶり（正規に帯電したトナ
ーが非画像部に付着する）の発生を防止するものであっ
た。

【００３１】即ち、従来の画像形成装置では感光ドラム
と現像ローラの接離時に印加される電圧と、現像時に印
加される電圧は同値であり、トナー消費量を最適化する
ためのものではない。

【００３２】カラー画像形成装置における現像時の電圧
は、他色との色合いを合わせたり（カラーバランス）、
必要な最大濃度を確保するように決定される。その結
果、高温高湿環境においては現像コントラストが小さ
く、バックコントラストは大きくなる。ここで、現像コ
ントラストとは、感光ドラム上の画像部に対応する部分
の表面電位（露光部電位）と現像バイアスとの電位差で
あり、バックコントラストとは感光ドラム上の非画像部
に対応する部分の表面電位（略帯電電位）と現像バイア
スとの電位差である。

【００３３】しかし、高温高湿環境下においては前述の
ように摩擦帯電による電荷の保持がされにくいため、正
規に帯電されたトナー中に未帯電のトナーや、反転トナ
ーの存在が多くなる。その結果、感光ドラムと現像ロー
ラの接離時には反転トナーが感光ドラム上に微少量なが
ら転移してしまうこととなり、トナー消費量を多くする
結果となる。

【００３４】耐久後半になりトナー全体中に占める反転
トナーの割合が増加した場合、接触現像においてはバッ
クコントラストを大きくすると、反転かぶりが増大する
傾向にある。しかし、現像過程中は、適正な画像濃度や
カラーバランスを保つため適正な現像コントラストとバ
ックコントラストを保つ必要がある。従って従来の画像
形成装置では、トナー消費量を適正にすることは困難で
あった。

【００３５】本実施形態においては、感光ドラムとトナ
ーを担持した現像ローラとの当接または離間動作時にお
ける現像ローラの電位が、現像過程時における現像ロー
ラの電位と感光ドラムの帯電電位との間の値になるよう
に、現像ローラに印加する電圧（現像バイアス）を制御
する。これにより、耐久後半における反転トナーの感光
ドラムへの転移を防止することで、画像形成に寄与しな
いトナーの消費を抑えることが可能となる。

【００３６】また、少なくとも上記現像ローラを備えた
現像手段を含む画像形成プロセス手段をプロセスカート
リッジとし、これを画像形成装置本体に着脱自在とする
ことにより、トナー補給や寿命を過ぎた現像器の交換
等、諸々メンテナンス作業に係わる使用者の労力を軽減
し、簡単な操作で安定した出力画像が得られる様にな
る。

【００３７】（第１の実施形態）本発明の第１の実施形
態について図１と図２により説明する。

【００３８】まず、図２により本実施形態のカラー画像
形成装置について説明する。本実施形態のカラー画像形
成装置は、像担持体の画像部にトナーを付着させて可視
化する反転現像系であり、負帯電トナーを担持した現像
剤担持体を像担持体に当接させて現像を行う一成分画像
形成装置である。

【００３９】このカラー画像形成装置は、主に、像担持
体である感光ドラム１、感光ドラム１を所定の帯電電位
に帯電する帯電手段としての帯電ローラ２、帯電した感
光ドラム１を露光して静電潜像を形成する露光手段とし
ての露光器３、４つの現像手段である現像器４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄを支持する回転式現像装置５、および中
間転写体６によって概略構成されている。

【００４０】回転式現像装置５は、４個の現像器４ａ〜
４ｄの一つを支持体７の回転により現像位置に定置する
方式である。回転式現像装置５は支持体回転軸７ａを中
心とする同一円周上に各現像器４ａ〜４ｄの現像用開口
面を有している。

【００４１】現像器４ａ〜４ｄはトナーを感光ドラム１
との接触部に搬送するための回転する現像剤担持体であ
る現像ローラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄをそれぞ
れ有している。この現像ローラ１０ａ〜１０ｄは導電性
芯金上に弾性体を成形したいわゆる弾性現像ローラであ
る。また現像ローラ１０ａ〜１０ｄの周囲には、現像ロ
ーラ１０ａ〜１０ｄ上に非磁性一成分トナーを塗布する
矢印方向に回転する塗布ローラ１１ａ，１１ｂ，１１
ｃ，１１ｄ、現像ローラ１０ａ〜１０ｄ上のトナーに所
望の帯電量を与えトナー量を規制する規制ブレード１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを備えている。

【００４２】また、現像ローラ１０ａ〜１０ｄへ電圧を
印加する直流高圧電源１３と、直流高圧電源１３のオン
オフや現像バイアス電圧の値や時間的変化を制御する制
御手段としての制御装置１４を有している。

【００４３】帯電バイアス電源１５は、帯電ローラ２に
所定の直流電圧を印加する手段である。感光ドラム１表
面は、帯電ローラ２によって一様に帯電される。このと
きの帯電電位は、帯電バイアス電源１５から印加された
直流電圧値に略等しい。

【００４４】また、この回転式現像装置５は、現像時だ
け現像器４ａ〜４ｄを加圧装置８で加圧することにより
現像器４ａ〜４ｄ内の現像ローラ１０ａ〜１０ｄと感光
ドラム１を当接させる。一方、回転式現像装置５が回転
している間や非現像時には加圧装置８の加圧動作を解除
することにより現像器４ａ〜４ｄ内の現像ローラ１０ａ
〜１０ｄと感光ドラム１を離間する構成としている。

【００４５】感光ドラム１は矢印方向に回転され、帯電
ローラ２にて一様に帯電され、その後露光器３によって
感光ドラム１上に静電潜像が形成される。この潜像は、
現像器４ａ〜４ｄ内のカラー現像剤、例えばイエロー
（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ
ｋ）の各色に対応した潜像が形成される。

【００４６】詳しく述べると、まず１色目、例えばイエ
ロー現像剤に対応する静電潜像を感光ドラム１上に形成
し、イエロー現像剤の収容された現像器４ａによって可
視化した後、その可視画像を被転写体である中間転写体
６に転写する。

【００４７】続いて感光ドラム１上の残留トナーをブレ
ードなどのクリーニング装置９で清掃した後、２色目、
例えばマゼンタ現像剤に対応する静電潜像を感光ドラム
１上に形成し、マゼンタ現像剤の収容された現像器４ｂ
によって可視化した後、１色目のイエロー可視画像が転
写された中間転写体６上に重ね転写する。

【００４８】上記動作を複数回行った後、中間転写体６
上に複数層に重ねられた現像剤は転写材Ｐに転写され、
定着装置１６によって融解固着される。

【００４９】なお本実施形態では、潜像電位として非画
像電位（帯電電位）Ｖｄ＝−７００Ｖ、画像部電位ＶＬ
＝−１００Ｖ、現像過程において現像ローラ１０ａに印
加する現像バイアス電圧Ｖｄｃ２＝−３５０Ｖとし、｜
Ｖｄ｜＞｜Ｖｄｃ２｜＞｜ＶＬ｜の関係が成立する。こ
れにより、現像過程においては、ネガトナーは感光ドラ
ム表面の画像部に相当するＶＬ部分に現像される。

【００５０】ここで、本実施形態における動作態様を説
明するため、時間変化を示す図１のタイミング図をも参
照して更に詳しく述べる。

【００５１】まず時刻ｔ１０に回転式現像装置５を回転
させ、１色目の潜像に対応する現像器４ａ、例えばイエ
ロートナーが収納されている現像器４ａを予め帯電ロー
ラ２で均一に帯電した感光ドラム１に対向した位置に停
止させる。

【００５２】この時点では、感光ドラム１と現像器４ａ
内の現像ローラ１０ａとは十分に距離が離れており（具
体的には例えば３ｍｍ程度）、現像ローラ１０ａ上に付
着しているトナーの一部がファンデルワールス力などで
感光ドラム１へ付着することはない。

【００５３】この動作と同時に画像形成の準備回転のた
めに感光ドラム１の回転駆動が開始され、帯電ローラ２
には、感光ドラム１表面を一様に帯電すべく帯電バイア
スがＯＮされる。帯電バイアスは帯電バイアス電源１５
から供給され、感光ドラム１表面は帯電バイアス電源１
５から供給された直流電圧値に略帯電される。

【００５４】つぎに時刻ｔ１１に現像ローラ１０ａに現
像バイアス電圧Ｖｄｃ１を印加する。本実施形態におい
ては、Ｖｄｃ１＝−４５０Ｖとした。この電圧が立ち上
がった後の時刻ｔ１２に、現像器４ａを加圧装置８で後
方から加圧し、現像器４ａ内の現像ローラ１０ａを感光
ドラム１に当接させる。そして時刻ｔ１３において、現
像時における現像バイアスであるＶｄｃ２＝−３５０Ｖ
を印加する。そして、時刻ｔ１４から露光器３からの露
光信号による静電潜像が感光ドラム上に形成され、現像
器４ａのトナーにより顕像化される。即ち、時刻ｔ１４
から後述する時刻ｔ１５までが現像過程に相当し、この
時間の間に現像されたトナーが転写・定着過程を経て紙
上に画像形成されることとなる。

【００５５】このように本実施形態では、現像過程時
（ｔ１４〜ｔ１５の間）には適性な画像濃度およびカラ
ーバランスを得る現像バイアス電圧Ｖｄｃ２を現像ロー
ラ１０ａに印加する。一方、感光ドラム１と現像ローラ
１０ａの当接動作時（ｔ１１〜ｔ１３の間）には、現像
過程時の現像バイアス電圧Ｖｄｃ２よりもバックコント
ラストが低くなるような電圧Ｖｄｃ１を印加する。

【００５６】すなわち、感光ドラム１と現像ローラ１０
ａとの当接動作時における現像ローラ１０ａの電位が、
現像過程時における現像ローラ１０ａの電位と帯電電位
との間の値になるように、現像ローラ１０ａに印加する
現像バイアス電圧を切り換えている。換言すれば、感光
ドラム１と現像ローラ１０ａとの当接動作時における現
像ローラ１０ａの電位と帯電電位との電位差が、現像過
程時における現像ローラ１０ａの電位と帯電電位との電
位差よりも小さくなるように、現像ローラ１０ａに印加
する現像バイアス電圧を切り換えているということもで
きる。なお、かかる制御は、制御装置１４が、直流高圧
電源１３の出力電圧を制御することにより行われてい
る。

【００５７】これにより、当接動作時においては、現像
ローラ１０ａから感光ドラム１へのトナーの転移を防止
することが可能となる。この理由は以下の通りである。

【００５８】画像形成装置の耐久後半においては前述の
とおりトナー全体中に占める反転トナーの割合が増加す
る。このとき、バックコントラストが大きい場合には、
感光ドラム１と現像ローラ１０ａ間の電界強度が大きい
ために、ネガトナー及び反転トナーの個々にかかる力Ｆ
は大きくなる。従って、反転トナーはトナー等の粉体が
持つ凝集力、ファンデルワールス力、クーロン力等にう
ち勝って、ネガトナーは現像ローラ側へ、反転トナーは
感光ドラム側へ転移することとなる。

【００５９】この状態は現像ローラが当接するときに当
てはめると、図３に示すように現像ローラ１０が感光ド
ラム１に近づいてくることになる。このとき、現像ロー
ラ１０上に担持されているトナーにとっては、除々に電
界が大きくなるので、感光ドラム１と現像ローラ１０の
距離が狭くなるほどトナーに働く力は大きくなることと
なる。

【００６０】バックコントラストが大きい場合には、感
光ドラム１と現像ローラ１０の距離が狭くなると反転ト
ナーが当接近傍で感光ドラム１に転移する。このとき感
光ドラム１は回転しているため、いったん感光ドラム１
に付着したトナーを現像ローラ１０側に回収することは
困難である。上記動作は、フルカラー画像形成時には、
プリント１枚毎に行われるため微少量のトナーの転移で
も積もり積もってトナー消費量を増大させることとな
る。

【００６１】しかし、バックコントラストが小さい場合
は、反転トナーがトナー等の粉体が持つ凝集力、ファン
デルワールス力、クーロン力等にうち勝てず、担持され
ているトナー層中から抜け出すことができないため、感
光ドラム１と現像ローラ１０の距離が狭くなっても反転
トナーが当接近傍で感光ドラム１に転移することがな
い。その結果、現像に寄与しないトナーの消費を抑制す
ることとなる。

【００６２】次に現像過程が終了（時刻ｔ１５）し、他
色を現像過程に導くために現像過程が終了した現像ロー
ラ１０ａを離間する動作を行う。

【００６３】離間動作においては、まず時刻ｔ１６にて
離間用のバイアスＶｄｃ１＝−４５０Ｖを現像ローラ１
０ａに印加する。そして、バイアスが立ち上がった後の
時刻ｔ１７にて現像器の加圧を解除することで現像器の
離間を行う。

【００６４】現像ローラ１０ａの離間動作時においても
当接動作時と同様にバックコントラストの小さいバイア
スＶｄｃ１を印加することで、現像ローラ１０ａから感
光ドラム１へのトナーの転移を制限することが可能とな
る。

【００６５】離間動作が終了し、時刻ｔ１８に離間用の
バイアスＶｄｃ１がｏｆｆされると同時に２色目の潜像
に対応する現像器４ｂ、例えばマゼンタ（Ｍ）トナーが
収納されている現像器４ｂを予め帯電ローラ２で均一に
帯電した感光ドラム１に対向した位置に停止させる。以
後の動作は上記イエロー現像器４ａと同様である。

【００６６】以上述べたように、本実施形態では、感光
ドラムと現像ローラとの当接動作時および離間動作時に
おいて、現像過程時に現像ローラに印加されるバイアス
よりもバックコントラストが小さくなるようなバイアス
を現像ローラに印加することとしたので、現像過程時に
は適正な画像濃度およびカラーバランスを保ったまま、
現像に寄与しないトナーの消費を抑制することが可能と
なる。

【００６７】併せて、画像形成要素の内、比較的消耗の
激しい、トナーを含む現像手段（現像器）を、画像形成
装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジにすること
で、諸々のメンテナンス作業に係わる使用者の労力軽減
を図ることができる。

【００６８】（第２の実施形態）図４および図５には、
本発明の第２の実施形態が示されている。上記第１の実
施形態では、感光ドラム１と現像ローラ１０ａ〜１０ｄ
の当接動作時および離間動作時に現像ローラに印加する
バイアスを、現像過程時のバイアスよりもバックコント
ラストが小さくなるように制御したが、本実施形態にお
いては、さらに現像器のトナー残量に応じて現像ローラ
に印加するバイアスの値を可変する構成にしている。

【００６９】その他の構成および作用については第１の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。

【００７０】図４に示すように、本実施形態の画像形成
装置は、現像手段たる現像器４ａ〜４ｄに収容されてい
るトナー（現像剤）の量を検出する現像剤量検出手段と
しての光学式残量検知手段１７を備えている。

【００７１】光学式残量検知手段１７は、発光素子１７
ａと受光素子１７ｂからなり、現像器４ａ〜４ｄ中のト
ナー残量を検出する。具体的には、現像器４ａ〜４ｄ中
を発光素子１７ａから発せられた光が通過する仕組みと
なっており、透過光の透過時間をカウントすることで、
トナーの残量を検知する。なお、本実施形態では光学式
の現像剤量検出手段を採用したが、これ以外にも現像剤
の残量を検出可能な手段であれば種々のものを使用可能
である。

【００７２】受光素子１７ｂの出力信号は、光学式残量
検知手段１７の検出結果として制御装置（制御手段）１
９に入力される。制御装置１９は、その信号に基づいて
直流高圧電源１８の出力値を制御し、現像ローラ１０ａ
〜１０ｄに印加する電圧を可変する。

【００７３】制御装置１９は、トナー残量に応じて、感
光ドラム１と現像ローラ１０ａ〜１０ｄとの当接動作時
または離間動作時において、その現像ローラ１０ａ〜１
０ｄに印加するバイアスＶｄｃ３の値を決定する。

【００７４】図５は現像器のトナー残量に対するバイア
スＶｄｃ３の制御値を示したものである。図５中、Ｖｄ
は感光ドラム１の帯電電位であり、この電位に対して地
かぶりのラインと反転かぶりのラインが決められる。こ
こで、「地かぶり」とは、正規の極性（本発明では負帯
電）に帯電したトナーが非画像部に付着することをい
い、地かぶりを防止するためには、バックコントラスト
（｜Ｖｄ−Ｖｄｃ｜）が大きくなるほどよい。また、
「反転かぶり」とは、逆極性に帯電したトナーが非画像
部に付着することをいい、反転かぶりを防止するために
は、バックコントラスト（｜Ｖｄ−Ｖｄｃ｜）が小さく
なるほどよい。

【００７５】画像形成装置の耐久によりトナー残量が少
なくなると、前述のようにトナー中に占める反転トナー
の割合が増加することとなる。従って、感光ドラム１へ
現像ローラ１０ａ〜１０ｄが接離する場合に、現像ロー
ラ１０ａ〜１０ｄに印加されるバイアスＶｄｃ３を、ト
ナー残量によって図５のように制御することで、耐久後
半においても、接離時に感光ドラム１へ転移するトナー
量を低減することが可能となる。

【００７６】本実施形態では、非画像電位（帯電電位）
Ｖｄ＝−７００Ｖ、画像部電位ＶＬ＝−１００Ｖ、現像
ローラの接離時における現像ローラ１０に印加する現像
バイアス電圧Ｖｄｃ３＝−４００Ｖ（初期）〜−５００
Ｖ（トナーなし）として制御を行った。現像過程時は、
第１の実施形態と同様の現像バイアスを用いた。

【００７７】すなわち、制御装置１９は、感光ドラムと
現像ローラとの当接または離間動作時における現像ロー
ラの電位が、現像過程時における現像ローラの電位と帯
電電位との間の値になるように、現像ローラに印加する
バイアスＶｄｃ３を制御するとともに、現像器のトナー
残量が少なくなるほどバックコントラストが小さくなる
ようにバイアスＶｄｃ３の値を可変している。

【００７８】この構成により、上記第１の実施形態と同
様の作用効果に加えて、さらに耐久後半における反転ト
ナーの感光ドラムへの転移を防止することができるの
で、トナー消費の一層の低減を図ることができる。

【００７９】なお、本実施形態では、現像器に収容され
ているトナーの量を検出する手段を設けたが、その代わ
りに、消費されたトナー（現像剤）の量を検出する消費
量検出手段を設け、その結果に基づいて現像ローラに印
加するバイアスを可変する構成にしても同様の効果を奏
することができる。消費量検出手段としては、たとえ
ば、画像形成される画素数を積算する、いわゆるピクセ
ルカウント数に基づいてトナー消費量を計算する手段な
どを採用することができる。

【００８０】（第３の実施形態）図６〜図８には、本発
明の第３の実施形態が示されている。上記第２の実施形
態では、トナー残量に基づいて、かぶりが発生しないと
見込まれるバイアス値を推定しているが、本実施形態で
は、感光ドラムに形成した画像濃度を検出することによ
って、実際にかぶりが発生しているかどうかを調べ、そ
の結果に基づいて当接動作時および離間動作時の現像ロ
ーラに印加するバイアスを制御する。

【００８１】その他の構成および作用については上記実
施形態と同一なので、同一の構成部分については同一の
符号を付して、その説明は省略する。

【００８２】図６に示すように、本実施形態の画像形成
装置は、画像濃度検出手段２０を備えている。画像濃度
検出手段２０は、感光ドラム１上の現像剤画像（可視画
像）が転写される被転写体としての中間転写体６上に形
成（転写）された画像の濃度を検出する。具体的には、
画像濃度検出手段２０は、発光素子２０ａと受光素子２
０ｂとを備えてなり、発光素子２０ａから画像に照射し
た光の反射光量を受光素子２０ｂで検出している。

【００８３】なお、本実施形態では中間転写体６上の画
像の濃度を検出する構成としているが、画像濃度検出手
段で感光ドラム１上の画像の濃度を検出するようにして
も構わない。また、画像の濃度を検出可能な手段であれ
ば種々のものを使用可能である。

【００８４】受光素子２０ｂの出力信号は、画像濃度検
出手段２０の検出結果として制御装置１９に入力され
る。制御装置１９は、その信号に基づいて直流高圧電源
１８の出力値を制御し、現像ローラ１０ａ〜１０ｄに印
加する電圧を可変する。

【００８５】この制御方法について、図７を用いて詳し
く説明する。

【００８６】画像濃度を検出する際には、まず、所定の
パッチパターン画像を形成する。パッチパターンとは、
画像濃度を検出するための特別のパターンであり、画像
形成装置の構成等に応じて種々のパターンを採用でき
る。ここでは説明をわかりやすくするため、図７（ｂ）
に示すような正方形のベタ黒のパッチパターンを用いる
こととする。

【００８７】所定の時間間隔をあけて、複数（本実施形
態では４つ）のベタ黒の静電潜像を感光ドラム１上に形
成し、それぞれのパッチパターンを現像器によって現像
する。ただし、このときの現像バイアスＶｄｃを図７
（ａ）に示すように段階的に変化させる（Ｗ〜Ｚ）。こ
こで、Ｗは現像コントラストが最も大きく（バックコン
トラストが最も小さい）、Ｚが現像コントラストが最も
小さい（バックコントラストが最も大きい）設定であ
る。

【００８８】その結果、パッチパターンのそれぞれの濃
度はＷが高く、Ｚが低くなる。このときの濃度の関係を
示したのが図７（ｃ）である。ここで、一点鎖線はパッ
チパターンのない部分（以下、下地部）の濃度で、トナ
ーがない場合の濃度（以下、下地濃度）である。

【００８９】適正な現像バイアスＶｄｃを選んだ場合に
は図７（ｃ）に示すようにパッチパターン部の濃度は適
正に検出され、下地部では下地濃度が検出される。

【００９０】しかし、耐久後半になって、全トナー中に
占める反転トナーの割合が多くなった場合、図７（ｄ）
に示すように矢印Ｇの部分（バックコントラストが大：
Ｖｄｃ＝Ｚ）に反転かぶりが発生する。その結果、矢印
Ｇの部分の下地部には下地濃度以上の濃度が検出される
こととなる。

【００９１】一方、反転かぶりを防止するために、バッ
クコントラストを小さくすると、Ｖｄｃ＝Ｗに相当する
部分の下地部が下地濃度以上の濃度が検出されることと
なる。

【００９２】その結果、感光ドラム１と現像ローラの接
離時における現像ローラへ供給するバイアスとしての適
正値はＶｄｃ＝Ｘ〜Ｙの範囲ならば地かぶり及び反転か
ぶりが発生しないこととなる。

【００９３】従って、画像濃度を検出する時に、同時に
下地部に相当する部分の濃度を検知し、その結果から適
正な現像ローラの接離時のバイアスを決定することで、
感光ドラムへのトナー転移を防止し、画像形成に寄与し
ないトナー消費量を最小限に抑えることが可能となる。

【００９４】特に、本実施形態で用いた方法によれば、
使用環境が高温高湿環境になった場合においても、かぶ
りが発生するか否かを濃度によって判断できるため、か
ぶりが発生しないバイアスを正確に判断可能となる。

【００９５】なお、上記各実施形態においては、負極性
の反転現像系を例に説明したが、正規現像系および正極
性の反転現像系においても、本発明を適用することによ
って、かぶり現象がなく、トナー飛散のない画像形成を
行うことが可能である。また、上記各実施形態において
は、非磁性トナーを用いた多色現像について説明した
が、磁性トナーを用いても同様の効果を得ることができ
る。

【００９６】更に、上記各実施形態にて示した回転式現
像装置は現像器の向きが常時一定（感光ドラムと対向し
たときと同じ向き）であったが、感光ドラムと対向しな
い位置での現像器の向きについては特に限定するもので
はない。

【００９７】（比較例）上記各実施形態の画像形成装置
の奏する効果について、比較例との対比において検証し
たので説明する。

【００９８】ここでは、比較例として、感光ドラムの接
離時のバイアスと現像過程時のバイアスを同じ値にした
画像形成装置を用いた。

【００９９】各実施形態の画像形成装置および比較例の
画像形成装置について、高温高湿環境で約４０００枚、
所定印字率のパターンを出力するテストを行い、その過
程におけるそれぞれのトナー消費量の推移を調べた。ト
ナー消費量の検出については、現像器の重さを量ること
でおこなった。

【０１００】その結果を図８のグラフに示す。グラフの
横軸は耐久枚数（出力枚数）を示し、縦軸は１０００枚
あたりのトナー消費量を示している。

【０１０１】このグラフからわかるように、比較例Ａで
は、耐久後半においてトナー消費量が増加する傾向にあ
る。これは、反転トナーの割合が増加し、感光ドラムと
現像ローラの接離時に感光ドラムに転移してしまうトナ
ーが増加することに起因している。

【０１０２】一方、各実施形態Ｂ，Ｃ，Ｄでは、耐久枚
数によらずトナー消費量は一定の値を保っていることが
わかる。すなわち、本発明を適用することで、現像ロー
ラが感光ドラムに当接または離間する場合のトナーの転
移を防止し、画像形成に寄与しないトナーの消費を抑え
ることが可能となったといえる。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
像担持体と現像剤担持体とが接離可能な接触現像系にお
いて、耐久後半における現像剤消費量の増大を防ぐこと
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る現像バイアスの
制御を説明するためのタイミング図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係るカラー画像形成
装置を示す概略構成図である。

【図３】本発明の第１の実施形態に係る現像ローラの当
接動作時を説明するための図である。

【図４】本発明の第２の実施形態に係るカラー画像形成
装置を示す概略構成図である。

【図５】本発明の第２の実施形態に係る当接または離間
動作時の現像バイアスを示す電位図である。

【図６】本発明の第３の実施形態に係るカラー画像形成
装置を示す概略構成図である。

【図７】本発明の第３の実施形態に係る画像濃度の検知
および現像バイアスの制御を説明するための模式図であ
る。

【図８】本発明の第１乃至第３の実施形態及び比較例に
係る画像形成装置におけるトナー消費量の推移を示すグ
ラフ図である。

【図９】従来例に係るカラー画像形成装置を示す概略構
成図である。

【図１０】従来例に係る回転式現像器を示す概略構成図
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）３露光器（露光手段）４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ現像器（現像手段）５回転式現像装置６中間転写体（被転写体）７支持体７ａ支持体回転軸８加圧装置９クリーニング装置１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ現像ローラ
（現像剤担持体）１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ塗布ローラ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ規制ブレード１３直流高圧電源１４制御装置（制御手段）１５帯電バイアス電源１６定着装置１７光学式残量検知手段（現像剤量検出手段）１７ａ発光素子１７ｂ受光素子１８直流高圧電源１９制御装置（制御手段）２０画像濃度検出手段（濃度検出手段）２０ａ発光素子２０ｂ受光素子Ｐ転写材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木淳東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者野口文朗東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H027 DA02 DA04 DA09 DD02 DE02 DE04 DE07 DE09 EA05 EB06 EC03 EC06 EC07 EC20 ED09 ED24 EE07 EF09 2H073 AA03 AA05 BA02 BA09 BA13 BA23 BA28 BA45 CA02 CA22 2H077 AB03 AB13 AC04 AD02 AD06 AD17 AD23 BA10 DA03 DA05 DA15 DA35 DA47 DA63 DA64 DB08 DB18 DB21 EA15 GA03 GA13 GA17 2H300 EA05 EA17 EB02 EB12 EB26 EC02 EC04 EC15 EF03 EG02 EH16 EJ09 EJ15 EJ24 EJ25 EJ27 EJ29 EJ38 EJ39 EJ56 FF05 GG01 GG02 GG29 GG37 GG48 GG49 PP02 PP07 QQ04 QQ10 QQ26 RR04 RR32 RR34 RR35 RR37 RR50 TT06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像担持体を所定の帯電電位に帯電する帯電
手段と、前記帯電した像担持体を露光して静電潜像を形成する露
光手段と、前記像担持体に現像剤を担持した現像剤担持体を当接さ
せて前記静電潜像を現像するものであって、前記像担持
体に対して接離可能な単数または複数の現像手段と、前記像担持体と前記現像剤担持体との当接または離間動
作時における該現像剤担持体の電位が、現像過程時にお
ける該現像剤担持体の電位と前記帯電電位との間の値に
なるように、該現像剤担持体に印加する電圧を制御する
制御手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】像担持体を所定の帯電電位に帯電する帯電
手段と、前記帯電した像担持体を露光して静電潜像を形成する露
光手段と、前記像担持体に現像剤を担持した現像剤担持体を当接さ
せて前記静電潜像を現像するものであって、前記像担持
体に対して接離可能な単数または複数の現像手段と、前記像担持体と前記現像剤担持体との当接または離間動
作時における該現像剤担持体の電位と前記帯電電位との
電位差が、現像過程時における該現像剤担持体の電位と
前記帯電電位との電位差よりも小さくなるように、該現
像剤担持体に印加する電圧を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】前記現像手段に収容されている現像剤の量
を検出する現像剤量検出手段を備え、前記制御手段は、該現像剤量検出手段の検出結果に基づ
いて、前記像担持体と前記現像剤担持体との当接または
離間動作時において該現像剤担持体に印加する電圧値を
可変することを特徴とする請求項１または２に記載の画
像形成装置。
【請求項４】消費された現像剤の量を検出する消費量検
出手段を備え、前記制御手段は、該消費量検出手段の検出結果に基づい
て、前記像担持体と前記現像剤担持体との当接または離
間動作時において該現像剤担持体に印加する電圧値を可
変することを特徴とする請求項１または２に記載の画像
形成装置。
【請求項５】前記現像された像担持体上の画像が転写さ
れる被転写体と、前記像担持体もしくは前記被転写体に形成された画像の
濃度を検出する濃度検出手段と、を備え、前記制御手段は、該濃度検出手段の検出結果に基づい
て、前記像担持体と前記現像剤担持体との当接または離
間動作時において該現像剤担持体に印加する電圧値を可
変することを特徴とする請求項１または２に記載の画像
形成装置。
【請求項６】請求項１〜５のうちいずれかの画像形成装
置に着脱自在なプロセスカートリッジであって、少なくとも前記現像手段を備えたことを特徴とするプロ
セスカートリッジ。