JP2005078015A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現像領域に画像劣化が生じない適正な電界強度を作用させるための画像形成要因を高速かつ正確に設定することのできる画像形成装置を得る。
【解決手段】 静電潜像が形成される感光体ドラム１と、該感光体ドラム１に所定間隔の現像領域３を介して対向するトナー担持体１１とを備え、該トナー担持体１１と感光体ドラム１との間に現像バイアス電圧を印加することにより、トナー担持体１１上のトナーを感光体ドラム１上に飛翔させて静電潜像を可視像化する画像形成装置。現像領域３のインピーダンスを測定するインピーダンス測定回路２３と、現像領域３を流れるリーク電流に基づいてリークを検知するためのリーク電流検知回路２４を備え、インピーダンス測定回路２３による測定値に基づいてリーク発生電圧を予測したうえで、リーク電流検知回路２４による検知結果に基づいて現像バイアス電圧の交流電圧値等の画像形成要因を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成装置、特に、像担持体上に形成された静電潜像を非接触の１成分現像方式によって可視像化する画像形成装置に関する。

一般に、電子写真方式による複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、像担持体上に形成された静電潜像を可視像化するため、種々のタイプの現像装置が使用されている。その一例として、キャリアを含まないトナーのみを使用した１成分現像方式であって、表面にトナーを担持して回転するトナー担持体を像担持体に対して所定間隔の現像領域を介して対向させた非接触方式の現像装置が知られている。

非接触の１成分現像方式では、トナー担持体と像担持体との間に所定間隔の現像領域が存在するため、トナー担持体と像担持体との間に直流電圧と交流電圧とが重畳された現像バイアス電圧を印加することにより十分な電界強度を作用させ、トナー担持体上のトナーを像担持体上に飛翔させて静電潜像を可視像化するようにしている。

ところで、非接触の１成分現像方式では、１５０μｍ程度の微小な現像領域の間隔が部品精度や組立精度の誤差によって機械ごとに異なり、あるいは、現像領域を保持するためのスペーサ部材の摩耗程度等に応じて経時的に変化するという問題点を有している。電界強度が不十分であると画像に濃度むらが発生し、電界強度が過剰であるとリーク電流によって画像にノイズが発生する。

これらの画像劣化が生じない適正な電界強度を作用させるための現像バイアス電圧や像担持体の帯電電圧は、現像領域のギャップ値、トナー層の厚み、トナー担持体の抵抗値等で変化するため、個々の画像形成装置によって異なり、経時的にも変化する。

そこで、これまでに、現像バイアス電圧の電圧値（交流成分のピーク・ピーク値）を変化させてトナー担持体と像担持体との間にリークを発生させ、このリークによって像担持体に付着したトナーを濃度センサによって検出し、この検出値に基づいて現像バイアス電圧を適切に制御することが提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、濃度センサは高価で装置のコストアップに繋がり、また、センサ設置位置以外でリークが発生してトナーの付着が生じたとしてもこれを検出できず、現像バイアス電圧の適切な制御が必ずしも可能である訳ではない。

このような現状に鑑みて、本出願人は、特願２００２―９０１２４号として、リーク検知電圧を変化させて像担持体とトナー担持体との間にリークを発生させるリーク発生手段と、像担持体とトナー担持体との間に流れる電流に基づいてリークを検知するリーク検知手段とを設けた現像装置を提案した。

この現像装置によれば、像担持体とトナー担持体との間に流れる電流を電圧の値に変換してリーク検知出力値とし、このリーク検知出力値が予め決められていた閾値を超えればリーク発生と判別し、実際の現像時における現像バイアス電圧の電圧値にフィードバックする。この現像装置は、濃度センサが不要であり、リーク検知手段はコンデンサや抵抗器の組合せで安価に構成でき、しかも、どのような位置でリークが発生してもそれを検知することができる。

この改良された現像装置において、リーク検知電圧は、例えば、図３に示されているように、３５のステップに細分化して変化させ、各々のステップに対応したリーク検知電圧を印加する。そして各々のステップにおける像担持体とトナー担持体との間に流れる電流を電圧の値に変換したリーク検知出力値を得る。これらのステップ１〜３５を順次実行することにより、リーク検知出力値が閾値を超えた段階でリークの発生と判定している。例えば、閾値が２．５Ｖである場合、ステップ１２でリークの発生と判定し、ステップ１２に相当するリーク検知電圧を制御手段にフィードバックする。

しかし、細分化された１ステップごとに順次電圧の印加／検知を行うことは、所要時間が長くなってしまい、その短縮化が課題として浮かび上がってきた。例えば、前述の例の場合、ステップ１〜１０での印加／検知は実質的に無駄であるともいえる。
特開２０００−９８７０７号公報

そこで、本発明の目的は、現像領域に画像劣化が生じない適正な電界強度を作用させるための画像形成要因を高速かつ正確に設定することのできる画像形成装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明は、静電潜像が形成される像担持体と、該像担持体に所定間隔の現像領域を介して対向するトナー担持体とを備え、該トナー担持体と像担持体との間に現像バイアス電圧を印加することにより、トナー担持体上のトナーを像担持体上に飛翔させて静電潜像を可視像化する画像形成装置において、前記現像領域のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、前記現像領域を流れるリーク電流に基づいてリークを検知するためのリーク検知手段と、前記インピーダンス測定手段による測定値及び前記リーク検知手段による検知結果に基づいて画像形成要因を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置において、画像形成要因とは現像バイアス電圧の交流成分の電圧値であり、それ以外に、現像バイアス電圧の直流成分の電圧値、あるいは、像担持体の帯電電圧であり、これらを単独であるいは組み合わせて制御する。

本発明に係る画像形成装置において、画像形成要因を制御する際には、まず、現像領域のインピーダンスを測定する。現像領域のインピーダンスは現像領域に所定の電圧を印加することにより測定することができ、リークが発生する現像バイアス電圧を間接的に検知することができる。但し、測定されたインピーダンスは精度が悪くて誤差を伴っている。そこで、測定されたインピーダンスに基づいてリーク発生電圧を予測し、リーク検知手段による検知結果に基づいて正確なリーク発生電圧を検知する。

本発明に係る画像形成装置において、前記制御手段は、リーク検知手段がリーク検知のために出力するリーク検知電圧を段階的に高めていくようにすれば、より正確なリーク発生電圧を検知することができる。この場合、制御手段は、インピーダンス測定手段による測定値に基づいて、リーク検知手段が出力するリーク検知電圧の初期設定値を決定することが好ましい。

本発明に係る画像形成装置によれば、インピーダンス測定手段による現像領域のインピーダンス測定値及びリーク検知手段による検知結果に基づいて画像形成要因を制御するようにしたため、インピーダンス測定値から予測されるリーク発生電圧に基づいてリーク検知手段によって効率よくかつ正確にリーク発生電圧を検知することができる。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。

（画像形成装置、図１参照）
図１に本発明の一実施例である画像形成装置の要部を示す。この画像形成装置は、像担持体である感光体ドラム１と、非接触の１成分現像方式による現像装置５を備えている。感光体ドラム１は矢印ａ方向に定速回転駆動され、その周囲には帯電チャージャ２や図示しない転写チャージャ、トナーのクリーニング装置など周知の画像作成用デバイスが配置されている。なお、この種の画像形成装置における画像形成プロセスは周知であり、その説明は省略する。

現像装置５の主要な構成部材は、図１に示すように、トナーＴを収容したハウジング１０、感光体ドラム１に対してトナーを供給するトナー担持体１１、現像バイアス電圧を印加する直流電源２１と交流電源２２、電圧調整装置３１である。

トナー担持体１１は、金属ローラ１１ａの外周面にゴム製の抵抗体層１１ｂを被覆したもので、矢印ａ方向に回転する感光体ドラム１に対して所定間隔ｄの現像領域３を介して対向し、矢印ｂ方向に回転駆動される。

ハウジング１０内のトナーＴは、供給ローラ１３によってトナー担持体１１の外周面に供給され、規制ブレード１４を通過することで適正量に規制され、かつ、所定の電位に帯電される。これにて、トナー担持体１１の外周面にトナー層が形成される。

そして、直流電圧と交流電圧とが重畳された現像バイアス電圧がトナー担持体１１に印加されることにより、現像領域３においてトナー担持体１１上のトナーが感光体ドラム１上に飛翔し、静電潜像を可視像化する。現像バイアス電圧は、直流電源２１と交流電源２２から支軸１１ｃを介してトナー担持体１１に印加される。

また、ハウジング１０には、トナーを供給ローラ１３に送り込むための送り部材１２及びシール部材１５が設けられている。現像に使用されずにハウジング１０に戻ってくるトナーは、弾性材１６にてトナー担持体１１に圧接するシール材１５を通過することにより、該シール材１５から印加される除電用のバイアス電圧にて除電され、さらに、供給ローラ１３によってトナー担持体１１の外周面から掻き取られる。

（画像形成要因の制御）
ところで、この現像装置５においては、非接触の１成分現像を行う前に、即ち、新たな現像装置をセットアップする際、あるいは、所定回数／所定時間の現像動作が行われた際、直流電源２１と交流電源２２から印加する現像バイアス電圧の電圧値を適切に設定／補正する必要がある。

そこで、本実施例では、現像領域３に流れる電流に基づいてインピーダンスを測定するための測定回路２３及び現像領域３に流れる電流に基づいて電流を電圧値に変換したリーク検知出力値を検知するリーク電流検知回路２４を設けている。

直流電源２１及び交流電源２２から出力される電圧値は制御部３０によって電圧調整装置３１を介して制御される。また、前記感光体ドラム１を所定の表面電位に帯電させる帯電チャージャ２の直流電源２５の電圧も制御部３０によって電圧調整装置３１を介して制御される。

即ち、制御部３０はインピーダンス測定回路２３による測定値、及び、リーク電流検知回路２４の検知結果に基づいてリークの有無及びリーク発生電圧を判定し、電圧調整装置３１を制御して適切な現像バイアス電圧をトナー担持体１１に印加するように制御する。あるいは、感光体ドラム１が適切な帯電（表面）電位となるように電源２５を制御する。

（リークの検知例１、図２及び図３参照）
ここで、負極性に帯電したトナーＴを用いて反転現像を行う現像装置５において、直流電圧と交流電圧とが重畳されたリーク検知電圧をトナー担持体１１に印加してトナー担持体１１と感光体ドラム１との間におけるリークを検知する具体例を説明する。

例えば、図２に示すように、感光体ドラム１の表面電位Ｖoを−５５０Ｖに設定し、直流電源２１から−３７０Ｖの直流電圧Ｖdcを印加すると共に、交流電源２２から印加する交流電圧のピーク・ピーク値Ｖppを順次変化させる。これにて、リーク検知電圧と表面電位Ｖoとの最大電位差ΔＶmaxが順次増加することになる。本実施例では、ステップを３５に細分化し、リーク検知電圧Ｖppをステップｎ＝１で１３４０Ｖとして１ステップごとに４０Ｖずつ増加させていく。周波数は２０００Ｈｚに設定した。

通常、ステップｎ＝１から順次検知していき、リーク電流検知回路２４で検知されるリーク検知出力値が閾値を超えた段階で、例えば、閾値が２．５Ｖであればステップｎ＝１２でリークの発生と判定し、ステップｎ＝１２に相当する電圧Ｖpp（ここでは１７８０Ｖ）をリークの発生する現像バイアス電圧として電圧調整装置３１にフィートバックする。

ところで、細分化された１ステップごとに順次電圧Ｖppの印加及びリーク電圧の検知を行うことは、所要時間が長くなってしまう。

そこで、本実施例では、まず、インピーダンス測定回路２３によって現像領域３のインピーダンスを測定し、リーク発生電圧Ｖppを予測する。現像領域３のインピーダンスは所定の電圧をトナー担持体１１に印加することにより現像領域３に流れる電流値に基づいて測定することができる。

但し、測定されるインピーダンスは、図４に示すように、トナー担持体１１の抵抗値や環境の変化による上限特性Ａと下限特性Ｂとの間で変動する。仮に、インピーダンスが値Ｉであると測定されても、リークの発生する限界電圧にはＶ’のばらつきが生じる。このばらつきは、図３に示すステップに換算すると概ね７ステップ程度である。

そこで、このリーク検知例１では、現像領域３のインピーダンスの測定からリーク発生電圧を予測し、誤差の程度（±３ステップ分）を見越して、誤差の下限に相当するステップｎから順次リーク電圧を検知していく。例えば、インピーダンスの測定にてリーク発生電圧が１７８０Ｖ（ステップｎ＝１２に相当）であると測定されると、ステップｎ＝９からリーク発生電圧の検知、即ち、リーク電流検知回路２４によるリーク検知出力値の検知を開始する。

この場合、リーク発生電圧の検知をステップｎ＝９から１ステップずつ順次行えば、ステップｎ＝１〜８の検知を省略することができ、効率よくかつ正確にリーク発生電圧を検知することができる。

例えば、ステップｎ＝９から順次１ステップごとにリーク電流検知回路２４によるリーク検知出力値を検知した場合、検知出力値が閾値２．５Ｖを超えたのはステップｎ＝１２であり、ステップｎ＝１２でリークが開始したと判定する。また、以下に記載するように、検知出力のグランドレベルの振れを考慮して、絶対値ではなく検知出力の差分を取って、判定精度を上げるようにしてもよい。即ち、各ステップで検知されたリーク検知出力値を制御部３０の記憶部に記憶させる。そして、記憶させたデータを比較し、以下の式（１）を満足する最初のステップでリークが開始したと判定する。

Ｖ_ｎ−１ ＋ ０．５ ≦Ｖ_ｎ …（１）
（但し、Ｖ_ｎは、ステップｎにおける検知出力値（Ｖ））

前記式（１）は、ｎ番目のステップで検知されたリーク検知出力値Ｖ_ｎ（Ｖ）が一つ前の（ｎ−１）番目のステップで検知されたリーク検知出力値Ｖ_ｎ−1（Ｖ）と比較して、０．５Ｖ以上であればリークの発生と判定することを示している。

（リークの検知例２、図５及び図６参照）
前述したリーク検知例１の改良として、所定数の検知ステップを省略しながらリークを検知する第１過程と、リークが検知されたステップと第１過程での一つ前のステップとの中間ステップでリークを検知する第２過程と、リークが検知されたステップと第１過程での一つ後のステップとの中間ステップでリークを検知する第３過程とを実行するリーク検知例２を説明する。この検知例２では、第２過程でリークが検知された場合は第３過程を省略することができる。

具体的には、インピーダンスを前述のように測定したうえで、例えば、ステップｎ＝９からリークの検知を開始する場合には、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１過程ではステップｎ＝９、ｎ＝１１、ｎ＝１３……と１ステップを飛ばして電圧Ｖppを８０Ｖずつ増加させながらリーク検知出力値を検知し、検知されたリーク検知出力値が前ステップのリーク検知出力値よりも０．５Ｖ以上であると（図５（Ａ），（Ｂ）ではステップｎ＝１３がそれに該当する）、第２過程として、一つ前のステップｎ＝１２を実行する。図５（Ａ）に示すように、ステップｎ＝１２でのリーク検知出力値がステップｎ＝１１でのリーク検知出力値に対して０．５Ｖ以上であると、電圧差０．５Ｖを超えたステップがｎ＝１２、ｎ＝１３と連続するため、一つ前のステップｎ＝１１でリークが開始したと判定する。この場合、次のステップｎ＝１４以降を実行する必要はない。

一方、図５（Ｂ）に示すように、第２過程であるステップｎ＝１２でのリーク検知出力値がステップｎ＝１１でのリーク検知出力値に対して０．５Ｖ未満であれば、第３過程として、一つ後のステップｎ＝１４を実行する。ステップｎ＝１４でのリーク検知出力値がステップｎ＝１３でのリーク検知出力値に対して０．５Ｖ以上であると、電圧差０．５Ｖを超えたステップがｎ＝１３、ｎ＝１４と連続するため、一つ前のステップｎ＝１２でリークが開始したと判定する。

以上の検知例２によれば、前記インピーダンスの測定に基づいて検知ステップを省略できることに加えて、より少ない検知ステップ数で短時間にリークの発生限界電圧を検知することができる。

（制御手順、図６参照）
次に、リーク検知の制御手順を図６に示すフローチャートを参照して説明する。この制御手順は図５に示したリーク検知例２を実行するためのものである。

まず、ステップＳ１で現像領域３のインピーダンスを測定し、ステップＳ２でリーク検知を行う開始ステップｎを決定する。開始ステップｎはインピーダンスの測定誤差を見込んだステップとする。

次に、ステップＳ３でステップｎに相当するリーク検知電圧Ｖ（ｎ）を出力し、リーク検知出力値Ｖ_ｎを検知すると共に前回リーク検知出力値Ｖ_ｎ−１との電圧差ΔＶを演算する。検知開始ステップにおいては電圧差ΔＶは演算できないので、次のステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、検知ステップをｎ＋２に設定し、前記ステップＳ３を実行する。ここでは前回検知出力値Ｖ_ｎ−１との電圧差ΔＶが演算され、ステップＳ４でΔＶ≧０．５Ｖか否かを判定する。電圧差ΔＶが０．５Ｖ未満であれば、ステップＳ５へ移行したうえで、前記ステップＳ３，Ｓ４を繰り返し実行する。

ステップＳ４で電圧差ΔＶが０．５Ｖ以上であると判定されると、ステップＳ６で検知ステップｎをｎ−１に設定し、ステップＳ７でステップｎに相当するリーク検知電圧Ｖ（ｎ）を出力し、リーク検知出力値Ｖ_ｎを検知すると共にステップｎ−１でのリーク検知出力値Ｖ_ｎ−１との電圧差ΔＶを演算する。

次に、ステップＳ８で電圧差ΔＶ≧０．５Ｖか否かを判定し、電圧差ΔＶが０．５Ｖ以上であれば、ステップＳ９でリーク開始ステップｎをｎ−１と決定し、同時にステップＳ１０でリーク開始ステップｎに対応したリーク検知電圧Ｖ（ｎ）をリーク発生限界電圧と決定する。

一方、電圧差ΔＶが０．５Ｖ未満であれば（ステップＳ８でＮＯ）、ステップＳ１１で検知ステップｎをｎ＋２に設定し、ステップＳ１２でステップｎに相当するリーク検知電圧Ｖ（ｎ）を出力し、リーク検知出力値Ｖ_ｎを検知すると共にステップｎ−２でのリーク検知出力値Ｖ_ｎ−２との電圧差ΔＶを演算する。

次に、ステップＳ１３でΔＶ≧０．５Ｖか否かを判定し、電圧差ΔＶが０．５Ｖ以上であれば、ステップＳ１４でリーク開始ステップｎをｎ−２と決定し、同時にステップＳ１５でリーク開始ステップｎに対応したリーク検知電圧Ｖ（ｎ）をリーク発生限界電圧と決定する。

前記ステップＳ１３で電圧値ΔＶが０．５Ｖ未満であれば、何らかの測定誤差が発生したものとし、ステップＳ１６で検知ステップｎをｎ＋１に設定し、ステップＳ３に戻る。

（他の実施形態）
なお、本発明に係る画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、リーク検知手段やインピーダンス測定手段は種々のものを使用することができる。

また、トナー担持体と像担持体との間の現像領域に直接流れるリーク電流に基づいてリークを検知する以外に、トナー担持体と像担持体とのそれぞれの端部に所定間隔で対向する導電性の金属環を設け、これらの金属環の間に発生するリーク電流に基づいてリークを検知するようにしてもよい。但し、この場合は、金属環の間と現像領域とで検知されるリーク検知出力値（リーク電流を電圧に変換した値）が異なるため、両者の相関関係を予め求めたうえで、リークの発生を判定し、かつ、実際の現像時に印加する現像バイアス電圧を制御することが必要となる。

本発明の一実施例である画像形成装置の要部を示す断面図である。 直流電圧と交流電圧とが重畳されたリーク検知電圧のモデル波形を示すチャート図である。 各検知ステップで検知された現像領域でのリーク検知出力値を示すグラフである。 現像領域で測定されたインピーダンスとリーク発生電圧との関係を示すグラフである。 リーク判定手法を説明するためのチャート図である。 前記リーク判定手法を実行する制御手順を示すフローチャート図である。

符号の説明

１…感光体ドラム
２…帯電チャージャ
３…現像領域
５…現像装置
１１…トナー担持体
２１…直流電源
２２…交流電源
２３…インピーダンス測定回路
２４…リーク電流検知回路
３０…制御部
３１…電圧調整装置

Claims (4)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、該像担持体に所定間隔の現像領域を介して対向するトナー担持体とを備え、該トナー担持体と像担持体との間に現像バイアス電圧を印加することにより、トナー担持体上のトナーを像担持体上に飛翔させて静電潜像を可視像化する画像形成装置において、
   前記現像領域のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、
   前記現像領域を流れるリーク電流に基づいてリークを検知するためのリーク検知手段と、
   前記インピーダンス測定手段による測定値及び前記リーク検知手段による検知結果に基づいて画像形成要因を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記リーク検知手段がリーク検知のために出力するリーク検知電圧を段階的に高めていくことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記インピーダンス測定手段による測定値に基づいて、前記リーク検知手段が出力するリーク検知電圧の初期設定値を決定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段が制御の対象とする画像形成要因は、前記像担持体の帯電電圧、前記現像バイアス電圧の直流電圧値又は交流電圧値の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の画像形成装置。

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