JP2005140902A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 感光体上トナー帯電量と画像の幅に応じた転写電流制御を行い、転写後の画像のチリや乱れを抑制する。
【解決手段】 感光体１０に基準潜像を作成、現像して基準トナー画像を作成し、これを電位センサ１０１と光反射式センサ１０２で検出し、トナー帯電量測定回路１０３で感光体１０上のトナーの帯電量を算出する。帯電量が低い場合、転写高圧電源６５を制御し、転写紙上トナー帯電量が転写後の外乱により画像劣化が生じないレベルまで転写電流値を上げてトナーと転写紙とのクーロン力を高める。主に転写後の外乱による画像劣化が生じない転写紙上トナーの帯電量が約−２０μＣ／ｇ以上であるため、感光体トナー像帯電量に応じて転写紙上トナー帯電量が−２０μＣ／ｇ以上で転写効率が高くなるように制御し、ライン画像の幅に応じて、転写効率をあまり低下させずに転写後のトナーチリやムラを抑制する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリンタ、複写機、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。

感光体上トナー像のトナー量に対する転写紙上に転写されたトナー量の割合を転写効率と称し、環境、転写紙種類、トナーの帯電量（単位重量当たりの電荷量）等の状況によらず転写効率を高める工夫やトナー像の画像信号を読み取り、画像信号によって転写効率を高くなるよう制御する工夫が種々提案されている。また、機内の湿度及び転写材の放置時間に応じて転写効率の高くなる転写電流値を制御する工夫も提案されている。
特開平５−２８９４６３号公報 特開平６−１０２７７７号公報 特開平２０００−２４２１０４号公報

特許文献１に開示されている技術においては、プリントシーケンス前において、感光体上のトナー像に現像器から電荷トナーが付着するとトナー像の電位が変化し、その変化に応じて感光体上に電流が流れる。この電流を電位の時間変化分で積分することにより感光体上のトナー像の全電荷を算出している。とともにトナー濃度検出手段でトナー像の濃度を測定し、感光体上トナー重量を知る。このトナー像の重量と電荷からトナー帯電量を算出し、その値に応じてもっとも効率の良い転写電流を決定している。また、特許文献１に開示されている技術においては、現像器の下流に設けられた濃度計により感光体上トナー像の濃度を測定し、その濃度に応じたもっとも転写効率が良い転写電界を決定し、これによりトナー濃度差によって転写効率の低下、転写時の画質劣化が少ない画像を得ている。さらに、特許文献１に開示されている技術においては、環境に応じて転写材の抵抗値が変化するため機内の湿度及び転写材の放置時間に応じて転写効率の高くなる転写電流値を決定している。

これらの技術においては、トナー帯電量に対する転写効率が最も高くなる転写電流値を選んで転写しているが、特に−２０μＣ／ｇ以下の帯電量の低いトナー像においては転写後の工程において転写材と転写上のトナーのクーロン力が弱く、転写装置と転写材との剥離放電や、転写材ガイド部材と転写材の摺擦による静電気、定着部での定着熱による転写材の水分蒸発などの外乱による画像のチリやムラが発生しやすい。そのため転写効率の高くなる転写電流値を選んで転写せずに転写電流値を高く設定し、転写を行い、転写電流値を高く設定することにより転写電圧からの放電や転写電界からのトナーへの電荷注入が発生し、転写後の転写材上のトナー帯電量が高くなり、転写後の画像の乱れを抑制する必要がある。特に主走査方向のライン画像に関しては、ライン幅に応じて転写電流値に対する転写紙上のトナー帯電量の増加傾向が異なるため、ライン幅に応じた転写電流の制御が必要である。

以上のことから、転写後の画像のチリや乱れを抑制するためには、感光体上トナー帯電量と画像の幅に応じた転写電流制御が必要であり、本発明は、このような制御を行える画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る画像形成装置は、感光体を帯電する帯電装置と、前記感光体を露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記感光体上の静電潜像に電荷トナーを付着させてトナー像を形成する現像装置と、前記感光体とニップ部を形成して該ニップ部に転写材を通過させて電界を印加し、前記感光体上のトナー像を転写材に転写する転写装置と、作像するトナー像の画像信号を検出して主走査方向の画像幅を検出する手段と、前記感光体上のライン画像トナー量を検出する手段と、前記感光体上の静電潜像部の表面電位を検出する手段と、前記感光体上のライン画像トナー量検出値と静電潜像部の表面電位との出力値を基に前記感光体上のライン画像部のトナー帯電量を算出する手段とを備え、前記画像幅とトナー帯電量に応じて転写電界を制御可能としてなることを特徴とする。

同請求項２に係るものは、請求項１の画像形成装置において、前記トナー像の主走査方向の画像幅が１０ｍｍ以上で前記ライン画像のトナー帯電量が−２０μＣ／ｇ以下の場合、前記ライン幅に応じて転写電界を通常よりも大きく制御する手段を有すること特徴とする。

同請求項３に係るものは、請求項１の画像形成装置において、前記トナー像の主走査方向の画像幅が０．１ｍｍないし１０ｍｍの範囲で、単体及び連続した複数のライン画像のトナー帯電量が−２０μＣ／ｇ以下の場合、前記ライン幅に応じて転写電界を通常よりも大きく制御する手段を有すること特徴とする。

本発明に係る画像形成装置は、転写効率をあまり低下させることなく転写後のトナーチリやムラが抑えられ、安定した画像が形成可能となる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

図１は本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概念的断面図である。本実施例の画像形成装置１は、反転現像方式（Ｎ／Ｐ現像方式）を採用している。すなわち感光体（像担持体）１０の表面を帯電装置２により約−９００Ｖに一様にマイナス帯電させた後、レーザ露光３によって約−５０Ｖの静電潜像を形成し、さらにマイナス帯電した非磁性トナーによってトナー像を作成する。

現像装置７は二成分現像装置であり、現像装置７内には、磁性材料からなるキャリアに非磁性トナーが所定の割合（濃度）になるよう内包させてある。また現像装置７は、感光体１０に現像剤中のトナーを付与する現像ローラ７１ａ、７１ｂと現像ローラ７１ａ上の現像剤量を規制する現像ドクタ７２、現像剤を攪拌する攪拌部剤７３、７４、７５を備えている。

現像装置７の図中右側にはトナー補給部８が配してあり、図示していないトナーカートリッジから送られてきたトナーを現像装置７内へトナー補給ローラ８１を使って徐々に補給するようになっている。トナー補給は、現像装置７内の現像剤濃度に応じて不足分のみ補給するものである。

現像装置７に補給したトナーは、攪拌部剤７３、７４、７５によりキャリアとともに攪拌し、キャリアに付着させ、マイナス帯電させる。現像ローラ７１の磁石は、このマイナスに帯電したトナーを引き付けて付着させ、現像ローラ７１の回転により現像ドクタ７２の所まで搬送する。このトナーを所定量に規制した後、感光体１０との現像領域まで搬送し、図示していない現像バイアス電源から現像ローラ７１に約−５５０Ｖを給電し、現像剤中のマイナス帯電したトナーのみを静電潜像に移動させ、トナー像とする。

そして、転写紙を収容する図示していない給紙カセットより転写紙を図中矢印Ｂ方向で搬送し、レジストローラ５にて一旦停止させ、感光体１０上のトナー像のタイミングに合わせて転写紙を送り、転写手段６である転写ベルト６１により感光体１０上のトナー像を転写紙に移す。転写ベルト６１はベルト内側に駆動ローラ６２、従動ローラ６３、バイアスローラ６４が配設してあり、バイアスローラ６４は転写高圧電源６５へと接続し、転写バイアスを印加して感光体１０側に流れる電流が一定になるように制御してある。

トナー像が転写された転写紙は、定着手段９０によりトナーを定着させ、その後に画像形成装置外へ排出する。また転写紙に転写されなかったトナーは、感光体クリーニング手段９１のブラシローラ９２、クリーニングブレード９３によって回収する。その後、感光体１０表面を除電手段である除電ランプ９４により除電する。

感光体１０の回転方向で現像装置７の下流側には、現像されたトナー像上の電位を測定するための電位センサ１０１（表面電位検出手段）と、現像されたトナー量を測定するための光反射式センサ１０２（トナー量検出手段）が設けてある。これらの二つの出力はトナー帯電量測定回路１０３へ送り、感光体１０上のトナー量と感光体１０上のトナーの帯電量を求め得るようになっている。

一般的にトナーの帯電量は、電荷量を単位重量で割った数値ｑ／ｍで表し、単位μＣ／ｇで示すが、感光体１０上のトナー像のトナー帯電量が低い場合、転写後の転写紙上のトナー帯電量も低いままとなり、転写紙とのクーロン力が弱く、転写紙とトナーの結びつきが弱い。そのため転写後の転写ベルト６１と転写紙との剥離放電や、転写材ガイド部材６６と転写紙の摺擦による静電気、定着装置９０での定着熱による転写紙の水分蒸発などの外乱による画像のチリやムラが発生しやすい。

図２はある範囲までは転写電流に依存して転写紙上トナー帯電量が高くなることを示す。また、図３は感光体上の主走査方向ライン画像のライン幅に依存して転写電流値に対する転写紙上のトナー帯電量の増加率が変化することを示す。図２では、転写電流値が約−１００μＡまでは転写電流値に依存して転写紙上トナー帯電量が高くなっている。図３はでは、ライン幅が約０．１ｍｍないし１０ｍｍの範囲において一定の転写電流値でもライン幅に応じて転写紙上トナーの帯電量が増加しており、ライン幅が１０ｍｍ以上になるとライン幅によるトナー帯電量の増加はほとんど見られない。また、転写紙上トナー帯電量が高くなると転写紙とトナーとのクーロン力が大きくなり、転写紙とトナーの結びつきが強くなるため転写後の画像のチリやムラが抑えられ、定着後の画像が安定し、良好な画質が提供できることが解る。転写電流による転写紙上トナー帯電量増大の要因としては、感光体と転写紙との剥離放電、転写直後の転写紙上電荷による静電誘導によるものと考えられる。

本発明の制御について説明する。感光体１０上のライン画像の帯電量が−２０μＣ／ｇ以下の弱帯電トナーは、転写効率を高く設定された転写電流値で転写した場合、弱帯電トナーへの電荷注入が弱いため転写後の転写材上のトナー帯電量も弱帯電のままである。そのため転写材と転写材上のトナーとのクーロン力が弱く、転写装置と転写材との剥離放電や、転写材ガイド部材と転写材の摺擦による静電気、定着部での定着熱による転写材の水分蒸発などの外乱による画像のチリやムラが発生しやすい。そこで本発明では、感光体１０上のライン画像のトナー量検出値と静電潜像部の表面電位との出力値を基に感光体１０上のライン画像部の弱帯電量を算出する。また、感光体１０上のライン画像の画像信号を検出し、ライン幅を算出する。そして、画像部の帯電量と画像幅に応じて転写電流値を制御し、転写電圧や転写電界を変化させ転写後の転写材上のトナーに効率良く電荷注入を行い、転写材と転写材上のトナーとのクーロン力を高めて転写後の画像の乱れを抑制する。主に、トナー像の帯電量が低く、画像幅が小さい時には転写電流値を高めに設定し、トナーに電荷注入を行う。

なお原稿読み取り部１１０で読み込まれた画像信号は、画像メモリ制御部１１１に蓄積する。この画像信号により、主走査方向のライン幅を測定し、ライン幅に応じ、コントローラ１００によって転写バイアスを制御する。また転写高圧電源６５より供給する転写バイアスはコントローラ１００からの信号で制御する。

まず、通常のプリントシーケンスに入る前、例えば本体電源ＯＮ後の立ち上げ時や、ある一定稼動休止後や、連続稼動後などの休止時間を利用して、感光体１０を回転させ、コントローラから感光体１０上に基準潜像を作成する。そしてこの基準潜像を現像し、基準トナー画像を作成し、この基準画像を電位センサ１０１と光反射式センサ１０２で検出し、これらの出力をトナー帯電量測定回路１０３に送り、感光体１０上のトナーの帯電量を算出する。

そして、算出したトナー帯電量から帯電量が低い場合、コントローラ１００からの信号で転写高圧電源６５を制御し、転写後の転写紙上トナー帯電量が転写後の外乱により画像劣化が生じないレベルまで転写電流値を上げてトナーと転写紙とのクーロン力を高める。具体的には、転写電流と転写紙上トナー帯電量の関係は図２のようになり、ある転写電流値までは転写電流値に依存して転写紙上トナー帯電量が増大しており、感光体トナー像の帯電量の大きさによって増加傾向が異なっており、また図３からわかるように、ライン幅と転写紙上トナー帯電量の関係を示しており、ライン幅に依存して転写紙上トナー帯電量が増大しているので、原稿読み取り部１１０から取り込んだ画像信号を読み込み、トナー帯電量測定回路１０３にて測定したトナー像帯電量に応じて、コントローラ１００からの信号で転写電源を制御する。

主に転写後の外乱による画像劣化が生じない転写紙上トナーの帯電量が約−２０μＣ／ｇ以上であるため、感光体トナー像帯電量に応じて転写電流値を図２のＡ１やＢ１以上のように転写後の転写紙上トナー帯電量が−２０μＣ／ｇ以上で図４に示す転写電流値と転写効率の関係から、転写効率が高くなるように制御する。このように制御することでライン画像の幅に応じて、転写効率をあまり低下させずに転写後のトナーチリやムラを抑制できる。

また、原稿読み取り部１１０から取り込んだ画像信号の主走査方向のライン幅が１０ｍｍ以上の場合においては転写電流を制御する。具体的には、図３よりライン幅が１０ｍｍ以上の場合、転写電流値の大きさにのみ転写紙上トナー帯電量が依存し、ライン幅による依存性がほとんどないため、原稿読み取り部１１０から取り込んだ画像信号の主走査方向のライン幅が１０ｍｍ以上の場合、トナー帯電量測定回路１０３にて測定したトナー像の帯電量に応じてコントローラ１００からの信号で転写電源を制御する。

そして、主に転写後の外乱による画像劣化が生じない転写紙上トナーの帯電量が約−２０μＣ／ｇ以上では、感光体トナー像帯電量に応じて転写電流値を図４のように転写効率の高くなるように制御する。このように制御することでベタ画像の様にライン画像面積の大きい画像に対して、転写効率をあまり低下させずに転写後のトナーチリやムラを抑制できる。

さらに、原稿読み取り部１１０から取り込んだ画像信号の主走査方向のライン幅が１０ｍｍ以下の場合においては転写電流を制御する。具体的には、図３により、ライン幅が０．１ｍｍないし１０ｍｍの場合においてはライン幅に依存して転写紙上トナー帯電量の増加率が変化し、ライン幅の低下に伴い増加率が低下する。そのため、ライン幅１０ｍｍ以上の画像と同じ転写電流値にした場合、転写紙上トナー帯電量は１０ｍｍ以上の画像の時より低くなる。すなわち、０．１ｍｍないし１０ｍｍの時はライン幅の低下に応じて図２の曲線の傾きが低下し、全体的に下にシフトする。そのためライン幅が小さい画像に対してはライン幅に応じて転写電流を大きくする必要がある。

そこで主に原稿読み取り部１１０から取り込んだ画像信号の主走査方向のライン幅が０．１ｍｍないし１０ｍｍの場合においては、各転写電流値におけるライン幅による帯電量増加率を考慮し、トナー帯電量測定回路１０３にて測定したトナー像の帯電量に応じて転写後の転写紙上トナー帯電量が−２０μＣ／ｇ以上で転写効率が高くなるようにコントローラ１００からの信号で転写電源を制御する。このように制御することで罫線や枠線の様なライン画像面積の小さい画像に対して、転写効率をあまり低下させることなく転写後のトナーチリやムラを抑制できる。

本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概念的断面図 転写電流値と転写紙上トナー帯電量の関係を示す図 感光体上のライン画像の幅と転写紙上トナー帯電量の関係を示す図 転写電流値と転写効率の関係を示す図

符号の説明

１：画像形成装置
２：帯電装置
３：レーザ露光
５：レジストローラ
６：転写手段
７：現像装置
８：トナー補給部
１０：感光体
６１：転写ベルト
６２：駆動ローラ
６３：従動ローラ
６４：バイアスローラ
６５：転写高圧電源
６６：転写材ガイド部材
７１ａ、７１ｂ：現像ローラ
７２：現像ドクタ
７３、７４、７５：攪拌部剤
８１：トナー補給ローラ
９０：定着手段
９１：感光体クリーニング手段
９２：ブラシローラ
９３：クリーニングブレード
９４：除電ランプ
１００：コントローラ
１０１：電位センサ（表面電位検出手段）
１０２：光反射式センサ（トナー量検出手段）
１０３：トナー帯電量測定回路
１１０：原稿読み取り部
１１１：画像メモリ制御部

Claims (3)

1. 感光体を帯電する帯電装置と、前記感光体を露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記感光体上の静電潜像に電荷トナーを付着させてトナー像を形成する現像装置と、前記感光体とニップ部を形成して該ニップ部に転写材を通過させて電界を印加し、前記感光体上のトナー像を転写材に転写する転写装置と、作像するトナー像の画像信号を検出して主走査方向の画像幅を検出する手段と、前記感光体上のライン画像トナー量を検出する手段と、前記感光体上の静電潜像部の表面電位を検出する手段と、前記感光体上のライン画像トナー量検出値と静電潜像部の表面電位との出力値を基に前記感光体上のライン画像部のトナー帯電量を算出する手段とを備え、前記画像幅とトナー帯電量に応じて転写電界を制御可能としてなることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、前記トナー像の主走査方向の画像幅が１０ｍｍ以上で前記ライン画像のトナー帯電量が−２０μＣ／ｇ以下の場合、前記ライン幅に応じて転写電界を通常よりも大きく制御する手段を有すること特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１の画像形成装置において、前記トナー像の主走査方向の画像幅が０．１ｍｍないし１０ｍｍの範囲で、単体及び連続した複数のライン画像のトナー帯電量が−２０μＣ／ｇ以下の場合、前記ライン幅に応じて転写電界を通常よりも大きく制御する手段を有すること特徴とする画像形成装置。
   

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