JP2005077544A

JP2005077544A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2005077544A
Application number: JP2003305613A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Makie; 郁雄牧江; Takashi Nagashima; 高志永島; Yoshihiro Yamagishi; 義弘山岸
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】複写機などの画像形成装置において、コストをかけずにかぶりおよびキャリア飛び等の発生をできるだけ少なくする。
【解決手段】感光ドラム１１の表面を帯電するメインチャージャ１２と、上下２本のローラ１５，１６の２本の現像ローラとを有する二成分現像ユニット１３と、上下のローラ１５，１６に同時に現像バイアスを印加する高圧電源回路と、感光体ドラムの回転開始時にその表面電位と現像バイアス電圧の両方を段階制御するＣＰＵとを備えた画像形成装置。ＣＰＵは、感光体ドラムの回転開始時に前記上下のローラにそれぞれ現像バイアスとは逆極性の所定の電圧を印加し、メインチャージャをＯＮにした時点の感光体ドラム１１上の先端位置、変更された位置が下ローラ１６の中心と感光ドラムの中心とを結ぶ線Ｋ上に来るタイミングで順次各段階のバイアス電圧を印加するように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は画像形成装置に関する。さらに詳しくは、複写機やプリンタなどにおける、潜像が形成される像担持体に現像剤を供給する現像担持体を複数本有する画像形成装置に関する。

特許文献１および特許文献２には、１本の感光体ドラムと、その感光体ドラムにトナーを付着させる２本の現像ローラを備えた画像形成装置が開示されている。このものは同一のバイアス電源によって２本の現像ローラにバイアス電圧を印加する構造としており、それによりバイアス電源の構造を簡易にしている。また、現像クラッチあるいは現像器モータを使用して、感光体ドラムの回転開始時および停止時に２本の現像ローラを一時的に止めることでかぶり、キャリア飛びなどの弊害をなくす方法を提案している。しかしこれらの方法は、クラッチ、モータなどの部材が必要となり、コストがかかり、単一の現像バイアス電源を使用しているメリットが少ない。

他方、特許文献３には、１本の現像ローラを用いた画像形成装置において、感光体ドラム回転開始時に、感光体ドラムの表面電位と現像ローラの現像バイアス電圧を、両者の電位差がキャリア飛びを生じない範囲で段階的に増大させ、回転停止時に多量のトナーの付着を生じない範囲で段階的に減少させ、かぶりが生ずる程度とする制御方法が開示されている。

特開平７−５７３５号公報特開２０００−１８１２０３号公報特開平７−２５３６９３号公報

本発明は、２本の現像ローラを有する二成分現像ユニットと現像バイアス電源を用いて、２本の現像ローラに同時に現像バイアスを印加する画像形成装置において、コストをかけずにかぶりおよびキャリア飛び等の発生をできるだけ少なくすることを課題としている。

本発明の画像形成装置の第１の態様は、像担持体の表面を帯電する帯電手段と少なくとも２本の現像剤担持体とを有する二成分現像ユニットと、前記２本の現像剤担持体に同時に現像バイアスを印加する手段と、前記像担持体の回転開始時に像担持体の表面電位と現像バイアス電圧の両方を制御する手段とを備えた画像形成装置において、前記制御する手段が、該像担持体の回転開始時に前記２本の現像剤担持体にそれぞれ現像バイアスとは逆極性の所定の電圧を印加し、帯電手段をＯＮにした時点の該像担持体上の先端位置が下流側の現像剤担持体の中心と像担持体の中心とを結ぶ線上ないしその近辺に来るタイミングで第１段階目のバイアス電圧を印加し、像担持体の表面電位が変更された位置が順次前記線上に来るタイミングで次回目以降の所定のバイアス電圧を印加し、最終的に像担持体の表面電位と現像バイアス電圧が画像出力可能になる正規の電位差になるように段階制御することを特徴としている。

本発明の画像形成装置の第２の態様は、像担持体の表面を帯電する帯電手段と少なくとも２本の現像剤担持体とを有する二成分現像ユニットと、前記２本の現像剤担持体に同時に現像バイアスを印加する手段と、前記像担持体の回転開始時に像担持体の表面電位と現像バイアス電圧の両方を制御する手段とを備えた画像形成装置において、前記制御する手段が、該像担持体の回転停止時は、画像出力可能な正規の電位差から１段階低下させた電位の先端が下流側の現像剤担持体の中心と像担持体の中心とを結ぶ線上ないしその近辺に来るタイミングで現像バイアス電圧を１段階低下させ、該像担持体の表面電位が変更された位置が順次同位置に来るタイミングで次回目以降の所定のバイアス電圧を印加し、帯電手段の出力をＯＦＦにしたタイミングで画像形成時の現像バイアスとは逆極性の所定の電圧を印加し、像担持体の停止と共に電圧印加を停止するように段階制御することを特徴としている。

前記いずれの画像形成装置においても、２本の現像剤担持体に同時に現像バイアスを印加する手段が、単一の現像バイアス電源であるものが好ましい。

本発明の画像形成装置の第１の態様によれば、像担持体の回転開始時に、上記記載のタイミングで像担持体の表面電位と現像剤担持体の現像バイアスの段階制御を行うことにより、像担持体と下流側の現像剤担持体との間の電位差はキャリア飛び発生限界の範囲内に収まっているので、下流側の現像剤担持体からのキャリア飛びは防止される。他方、上流側の現像剤担持体からのキャリア飛びの発生が懸念されるが、段階制御を行っているため、像担持体と上流側の現像剤担持体の間にそれぞれ極端な電位差はなく、キャリア飛びの発生がかなり抑制される。また、わずかにキャリア飛びが発生しても、下流側の現像剤担持体でキャリアが回収されるため、問題はない。

上記のように本発明の画像形成装置の第１の態様では、所定のタイミングで像担持体の表面電位と２つの現像剤担持体の現像バイアスを段階制御するだけでよく、像担持体のモータと別個のモータで現像剤担持体を駆動したり、現像クラッチを用いて現像剤担持体の回転開始時を制御する必要がない。そのため構成が簡単で、製造コストも低減することができる。

本発明の画像形成装置の第２の態様によれば、像担持体の回転停止時に、上記記載のタイミングで像担持体の表面電位と現像剤担持体の現像バイアスの段階制御を行うことにより、像担持体と下流側の現像剤担持体との間の電位差はかぶり発生限界の範囲内に収まっているので、下流側の現像剤担持体によるかぶりの発生は防止される。他方、上流側の現像剤担持体によるかぶりの発生が懸念されるが、段階制御を行っているため、像担持体と上流側の現像剤担持体との間に極端な電位差はなく、かぶりの発生がかなり抑制される。また、わずかにかぶりが発生しても、下流側の現像剤担持体でかぶりトナーが回収されるため、問題はない。

前記画像形成装置において、２本の現像剤担持体に同時に現像バイアスを印加する手段が単一の現像バイアス電源である場合は、電源回路が簡単になる。

つぎに図面を参照しながら本発明の画像形成装置の実施の形態を説明する。図１は本発明の画像形成装置の一実施形態を示す帯電・現像周りの概略構成図、図２はその画像形成装置に帯電・現像バイアス電圧を印加する電気回路の実施の形態を示す電気回路図、図３はその画像形成装置の帯電・現像バイアスの回転開始時及び停止時のタイミングチャート、図４ａおよび図４ｂはそれぞれ図１の画像形成装置のキャリア飛び領域およびかぶり領域を説明するための断面図である。

図１に示す画像形成装置は反転現像方式の複写機１０に適用した場合を示しており、図示しないフレームなどに両端が回転自在に支持されている像担持体（アモルファスシリコン感光体ドラム）１１と、その感光体ドラム１１の表面に電荷を帯電させるメインチャージャ１２と、感光体ドラム１１に近接して設けられる現像ユニット１３とを備えている。現像ユニット１３は、トナー収容部を兼ねる箱状のケース１４と、そのケースの左右の側壁間に回転自在に支持される上ローラ１５および下ローラ１６からなる複数本の現像ローラ（現像剤担持体）と、それらの現像ローラにトナーおよびキャリアからなる二成分現像剤を供給するパドル１７とを備えている。なお、符号１８はガイド板であり、そのガイド板にはそれぞれの現像ローラに付着したトナーおよびキャリアを均すための穂切り板１８ａが取りつけられている。

現像ユニット１３のケース１４は仕切り板１９、２０により３つの部屋に仕切られており、それぞれの部屋にはトナーおよびキャリアを攪拌するための第１、第２および第３攪拌スパイラル２１、２２、２３がそれぞれ回転自在に設けられている。さらに前記感光体ドラム１１と現像ユニット１３の間には、トナー回収ローラ２４が回転自在に設けられている。なお、図示していないが、感光体ドラム１１と上ローラ１５、下ローラ１６はそれぞれ１個のモータ（作像モータ）で協働して回転するように、ギヤなどで連結されている。通常は感光体ドラム１１と上ローラ１５の回転方向は同じ方向であり、感光体ドラム１１と下ローラ１６の回転方向は逆である。

図２に示すように、感光体ドラム１１に近接して露光用のＬＥＤ（発光ダイオード）アレイ２５が設けられ、そのＬＥＤアレイ２５は制御回路２６によって制御される。また、メインチャージャ１２は、感光体ドラム１１の表面を＋４５０ボルト程度に帯電させる（グリッド電圧は＋５５０ボルト〜＋６００ボルト程度に制御する）ための高圧電源回路２７が接続されている。この高圧電源回路２７には、その高圧電源回路が発生する電圧を制御するための制御回路２８が接続されている。一方、現像ユニット１３の上ローラ１５および下ローラ１６は、１個の高圧電源回路（バイアストランス）２９に接続され、その高圧電源回路２９に上ローラ１５および下ローラ１６のバイアス電圧を制御する制御回路３０が接続されている。さらに感光体ドラム１１に近接して、感光体ドラムの表面電荷の量を検出する表面電位センサ３１が設けられている。前記ＬＥＤアレイ２５用の制御回路２６、高圧電源回路用の制御回路２８、３０はＣＰＵ（中央処理装置）３２に接続され、ＯＮ／ＯＦＦおよび電圧が制御されるように構成されており、表面電位センサ３１の出力はＣＰＵ３２に入力するようにしている。このＣＰＵ３２は、後述するように、感光体ドラム１１の表面電位に基づいてメインチャージャ１２のグリッド電圧および上ローラ１５、下ローラ１６のバイアス電圧を制御するためのものである。

つぎに上記のように構成される複写機１０の作用の概略を説明する。図１の感光体ドラム１１はモータの駆動により、時計方向に回転している。メインチャージャ１２はそのグリッド電圧に応じた電荷を回転している感光体ドラム１１の表面に順に帯電させていく。表面電位センサ３１が感光体ドラム１１の表面電位を測定し、その帯電した静電荷部分が露光位置に達するとＬＥＤアレイ２５によって露光され、潜像が形成される。さらに感光体ドラム１１が回転して潜像が形成された部分が現像ユニット１３の上ローラ１５および下ローラ１６の部位に達すると、トナーを飛ばせて現像する。その後、現像された部分のトナーは転写され、残留したトナーはトナー回収ローラ２４によって回収される。

上記複写機１０の特徴は、感光体ドラム１１の表面電位と各ローラ１５，１６のバイアス電圧を図３のタイミングチャートに示すように段階制御する点に特徴がある。すなわちまず、モータ（作像モータ）の回転を開始するとき、回転開始時点Ｔ１よりもたとえば１００msec前（Ｔ０）に現像バイアスを−２００Ｖに設定する。このように現像バイアスを負にして感光体ドラムのかぶりを防止する技術は従来公知である。モータの回転開始により、感光体ドラム１１、上下のローラ１５，１６が一斉に回転を開始する。ついでモータの回転開始時点Ｔ１よりたとえば１００msec遅れた時点Ｔ２から、感光体ドラムの表面電位を段階的に上昇させていく。図３の実施形態では、２７msecごとに１段階で４５Ｖずつ、たとえば２７０msecかけて１０段階で４５０Ｖまで上昇させている。４５０Ｖにした時点Ｔ４からはそのままの表面電位を維持する。

そして前記感光体ドラムの表面電位を上昇させる時点Ｔ２からたとえば２４０msec経過した後（Ｔ３）、各ローラ１５、１６の現像バイアス電圧を段階的に上昇させていく。このように各ローラの現像バイアス電圧を上昇させ始める時間をずらせるのは、メインチャージャーによって所定の表面電位にされた感光体ドラムの部位が下ローラ１６と対向する位置に達するまで時間がかかるからである。各ローラの現像バイアス電圧を段階的に上昇させ始める時点Ｔ３は、感光体ドラム表面に沿って測ったときのメインチャージャーと下ローラの距離を感光ドラムの周速で割った時間、すなわちメインチャージャー直下のドラム位置が下ローラと対向する位置まで回転する時間だけＴ２からずらしている。段階的に上昇させる速度は、感光体ドラムの表面電位を上昇させていく速度と同じにする。たとえばこの実施形態では１段階４５Ｖずつ、２７msecごとに上昇させている。それにより２７０msec経過した後（Ｔ５）、現像バイアス電圧は２５０Ｖとなる。また現像バイアス電圧を１段階上昇させるタイミングは、図４ａのように、感光体ドラム１１の表面電位が変化（上昇）する部位が、感光ドラム１１の中心と下ローラ１６の中心を結ぶ線Ｋの上ないしその近辺に来るタイミングとしている。

このように制御すると、感光体ドラム１１と下ローラ１６の対向する部位における相対電位差は、両者が同時に段階的に上昇していくことになるので、実質的に常時２００Ｖとなり、下ロールからのキャリア飛びやかぶりが防止される。なお、本実施形態の画像形成装置においてキャリア飛びまたはかぶりが発生する条件を調べたところ、相対電位差が２５０ボルト〜３００ボルトの条件でキャリア飛びが、相対電位差が１００ボルト〜１５０ボルトの条件でかぶりが確認された。

他方、上記のように上ローラと下ローラが離れており、上ローラと下ローラが同じ電位であり、感光体ドラムの表面電位を１段ずる上昇させることから、図４ａに示すように、感光体ドラム１１の表面の上ローラ１５と下ローラ１６の間の範囲Ｐでは、下ローラ１６のバイアス電圧を上げる前の状態で上ローラ１５と対面するので、感光体ドラムと下ローラの間の相対電位差よりも１段階上の相対電位差となる。すなわち図３の場合は他の領域に比して４５Ｖ高い。そのため、この領域Ｐでは他の領域に比してキャリア飛びが発生しやすくなる。しかしながら、感光体ドラム１１の表面に付着したキャリアは下ローラ１６で回収されるので、実際上はほとんど問題がない。

つぎにモータの回転停止時には、前述と同様に、まず時点Ｔ６から感光体ドラムの表面電位を０Ｖまで段階的に減少させていく（Ｔ６）。たとえば４５Ｖずつ１０段階で２７０msecかけて減少させる（Ｔ７）。ついで感光体ドラムの表面電位が変化（減少）した部位がローラに達していくタイミングで、上ローラおよび下ローラのバイアス電圧を段階的に減少させていく。たとえば４５Ｖずつ、１０段階で２７０msecかけて−２００Ｖまで減少させる（Ｔ８〜Ｔ９）。それにより上ローラと下ローラの間の範囲Ｐを除き、相対電位差は前述と同様に２００Ｖに維持される。また、前記範囲Ｐにおいても、相対電位差は１５５Ｖ未満にならない。現像バイアス電圧を１段階減少させるタイミングは、図４ｂのように、感光ドラム１１の表面電位が変化（減少）する部位が、感光体ドラム１１の中心と下ローラ１６の中心を結ぶ線Ｋの上ないしその近辺に来るタイミングとしている。

このように感光体ドラムの表面電位および現像用ローラのバイアス電圧を段階的に減少させることにより、感光体ドラムと下ローラ１６の対向する部位の相対電位差が２００Ｖに維持されるので、下ローラ１６からのキャリア飛びやかぶりが防止される。現像バイアスを−２００Ｖまで減少させた後は、モータを停止し（Ｔ１０）、最終的に現像ローラの電位を０Ｖに戻して（Ｔ１１）画像形成の全工程を終了する。

なお、図４ｂに示すように、感光体ドラム１１の表面の上ローラ１５と下ローラ１６の間の範囲Ｐでは、下ローラ１６のバイアス電圧を下げる前の状態で上ローラ１５と対面するので、他の領域に比して相対電位差が４５Ｖ低くなり、トナーが感光体ドラムに薄く付着する「かぶり」が生ずることがある。しかしわずかなかぶりが発生しても、下ローラ１６でかぶりトナーを回収できるため、とくに問題はない。

上記のように、この複写機１０では、感光体ドラム１１と上下のローラ１５、１６の回転を同一のモータで駆動し、しかも上ローラ１５と下ローラ１６を同一の制御回路および高圧電源回路（バイアストランス）で制御するにも関わらず、キャリア飛びを大幅に防止することができ、かぶりの発生も抑制することができる。

前記実施形態では現像ローラは２本としているが、３本以上でもよい。また、本発明の画像形成装置は前述の複写機以外にプリンタ、ファクシミリなどにも適用することができる。また、上ローラと下ローラを同一の高圧電源回路で同一のバイアス電圧を印可しているが、両者に印加するバイアス電圧のタイミングをずらせるようにしてもよい。さらに異なる高圧電源回路を採用して、別個にバイアス電圧を印可するようにしてもよい。また前記複写機１０ではＬＥＤアレイ２５で潜像を作成しているが、レーザを採用してもよい。

本発明の画像形成装置の一実施形態を示す帯電・現像周りの概略構成図である。図１の画像形成装置に帯電・現像バイアス電圧を印加する電気回路の実施の形態を示す電気回路図である。図１の画像形成装置の帯電・現像バイアスの回転開始時及び停止時のタイミングチャートである。図４ａおよび図４ｂはそれぞれ図１の画像形成装置のキャリア飛び領域およびかぶり領域を説明するための断面図である。

符号の説明

１０複写機
１１感光体ドラム
１２メインチャージャ
１３現像ユニット
１４ケース
１５上ローラ
１６下ローラ
１７パドル
１８ガイド板
１８ａ穂切り板
１９、２０仕切り板
２１、２２、２３攪拌スパイラル
２４トナー回収ローラ
２５ＬＥＤアレイ
２６制御回路
２７高圧電源回路
２８制御回路
２９高圧電源回路
３０制御回路
３１表面電位センサ
３２ＣＰＵ
Ｔ０現像ローラの電位を０にする時点
Ｔ１感光体ドラムなどの回転開始の時点
Ｔ２感光体ドラムの表面電位を上昇させ始める時点
Ｔ３現像ローラの電位を上昇させ始める時点
Ｔ４表面電位の上昇の終了時点
Ｔ５現像バイアスの上昇の終了時点
Ｔ６感光体ドラムの表面電位を下降させ始める時点
Ｔ７表面電位の下降の終了時点
Ｔ８現像ローラの電位を下降させ始める時点
Ｔ９現像バイアスの下降の終了時点
Ｔ１０モータ停止時点
Ｔ１１現像バイアスを０Ｖに戻す時点
Ｐ上ローラと下ローラの間の範囲

Claims

像担持体の表面を帯電する帯電手段と少なくとも２本の現像剤担持体とを有する二成分現像ユニットと、前記２本の現像剤担持体に同時に現像バイアスを印加する手段と、前記像担持体の回転開始時に像担持体の表面電位と現像バイアス電圧の両方を制御する手段とを備えた画像形成装置において、
前記制御する手段が、該像担持体の回転開始時に前記２本の現像剤担持体にそれぞれ現像バイアスとは逆極性の所定の電圧を印加し、帯電手段をＯＮにした時点の該像担持体上の先端位置が下流側の現像剤担持体の中心と像担持体の中心とを結ぶ線上ないしその近辺に来るタイミングで第１段階目のバイアス電圧を印加し、像担持体の表面電位が変更された位置が順次前記線上に来るタイミングで次回目以降の所定のバイアス電圧を印加し、最終的に像担持体の表面電位と現像バイアス電圧が画像出力可能になる正規の電位差になるように段階制御することを特徴とする画像形成装置。
像担持体の表面を帯電する帯電手段と少なくとも２本の現像剤担持体とを有する二成分現像ユニットと、前記２本の現像剤担持体に同時に現像バイアスを印加する手段と、前記像担持体の回転開始時に像担持体の表面電位と現像バイアス電圧の両方を制御する手段とを備えた画像形成装置において、
前記制御する手段が、該像担持体の回転停止時は、画像出力可能な正規の電位差から１段階低下させた電位の先端が下流側の現像剤担持体の中心と像担持体の中心とを結ぶ線上ないしその近辺に来るタイミングで現像バイアス電圧を１段階低下させ、該像担持体の表面電位が変更された位置が順次同位置に来るタイミングで次回目以降の所定のバイアス電圧を印加し、帯電手段の出力をＯＦＦにしたタイミングで画像形成時の現像バイアスとは逆極性の所定の電圧を印加し、像担持体の停止と共に電圧印加を停止するように段階制御することを特徴とする画像形成装置。
前記２本の現像剤担持体に同時に現像バイアスを印加する手段が、単一の現像バイアス電源である請求項１または２に記載の画像形成装置。