JP2005173075A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２個以上の現像装置を備えた、いわゆるフルカラー画像形成装置において、いわゆるスリーブゴーストを防止しながら画像濃度調整に要する時間を短くする。
【解決手段】 各現像装置により形成したトナーパッチの濃度を検知する画像濃度検知センサ８を設け、現像剤スリーブ５４１の周長をＬ、感光体ドラム５１の周速に対する現像スリーブ５４１の周速の比をＮ、現像装置の個数をｎ個としたとき、トナーパッチの進行方向の長さｘ、同一の現像装置におけるトナーパッチの前端と次のトナーパッチの前端との距離ｙが下記式を満足するようにする。
ｘ≦｛１／（ｎ＋ｍ）｝×（Ｌ／Ｎ）・・・・・・（１）
ｙ＝｛ｎ／（ｎ＋ｍ）｝×（Ｌ／Ｎ）・・・・・・（２）
（ただし、ｍはｎの倍数ではない正整数である）
【選択図】 図２

Description

本発明は２個以上の現像手段を有するいわゆるフルカラー画像形成装置に関し、より詳細には、形成されたトナーパッチの濃度を検知して画像形成条件を適正化するフルカラー画像形成装置に関するものである。

電子写真法によるフルカラー画像を形成する装置では、例えばブラックトナー、シアントナー、マゼンタトナー、イエロートナーなどの各色のトナーによって感光体ドラム表面に形成されたトナー像を、所定の転写紙上に転写して重ね合わせることによりフルカラーの転写画像を形成し、このような転写画像を有する転写紙を定着装置に搬送し、該転写画像を転写紙に定着することによって画像形成が行われていた。

このようなフルカラー画像形成装置では、各色のトナー像を重ね合わせてフルカラー画像が形成されるため、各色のトナー像の何れもが、常に適正な濃度で形成されることが必要である。即ち、何れかの色のトナー像が適正な濃度で形成されないと、形成されるフルカラー画像は不鮮明なものとなってしまう。

そこでフルカラー画像形成装置では、各色のトナー像が常に適正な濃度で形成されるように、感光体ドラムや搬送ベルト上にトナーパッチを形成し、その画像濃度を画像濃度検知センサにより検知して画像形成条件の調整が行われていた。例えば、適正濃度よりも低い場合には、その色のトナー像を形成される際の、現像バイアス電圧や転写電圧等が調整され、或いは、当該色のトナーの補充や、攪拌等によりトナー帯電量の調整等が行われる。

ところで、上述したフルカラー画像形成装置においては、画像濃度検知センサにより検知されるトナーパッチ濃度が、実際に転写紙に転写されるトナー像の濃度と相違することがあり、測定精度の点で問題があった。これはトナーパッチを形成する際に、現像剤担持体上の、前回の現像の際に現像剤が消費された領域で再び現像が行われることによって重複領域の画像濃度が薄くなる、いわゆるスリーブコーストと呼ばれる現象が発生し、トナーパッチ濃度の検出に誤差が生じることによるものである。このため例えば特許文献１では、トナーパッチの進行方向の長さを、現像剤担持体が一回転した時に潜像担持体上に形成される像の長さよりも短くするとともに、トナーパッチの後端と次のトナーパッチの前端との距離を、現像剤担持体が一回転した時に潜像担持体上に形成される像の長さよりも長くし、トナーパッチが形成されてから次のトナーパッチが形成されるまでに、現像剤担持体を一回転以上させることが提案されている。
特開平９−６１２３号公報（特許請求の範囲、（０００７）段、図２、図４）

前記提案技術によれば、トナーパッチが形成されてから次のトナーパッチが形成されるまでに、現像剤担持体を一回転以上させるので、現像剤の帯電特性などが安定し、前記のスリーブコーストは防止できるものの、トナーパッチの形成間隔が長くなるため画像濃度調整に要する時間が長くなるという問題がある。かかる問題は、２以上の現像手段を備えるフルカラー画像形成装置では一層深刻な問題である。

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、いわゆるスリーブゴーストを防止しながら画像濃度調整に要する時間を短くすることにある。

前記目的を達成するため本発明の画像形成装置では、像担持体と、該像担持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電された該像担持体の表面に光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、現像バイアスと当該像担持体の表面電位との電位差によって現像剤担持体上の現像剤を該静電潜像に供給して現像する２個以上の現像手段と、該現像手段により現像された像担持体のトナー像を被転写部材に転写させる転写手段と、前記各手段により形成したトナーパッチの濃度を検知する濃度検知手段とを有し、現像剤担持体の周長をＬ、像担持体の周速に対する現像剤担持体の周速の比をＮ、現像手段の個数をｎ個としたとき、トナーパッチの進行方向の長さｘ、同一の現像手段におけるトナーパッチの前端と次のトナーパッチの前端との距離ｙが下記式を満足する構成とした。
ｘ≦｛１／（ｎ＋ｍ）｝×（Ｌ／Ｎ）・・・・・・（１）
ｙ＝｛ｎ／（ｎ＋ｍ）｝×（Ｌ／Ｎ）・・・・・・（２）
（ただし、ｍはｎの倍数ではない正整数である）

本発明の画像形成装置では、トナーパッチの進行方向の長さと、同一の現像手段におけるトナーパッチの前端と次のトナーパッチの前端との距離とを、所定式を満足するように定めるので、現像剤担持体が一回転する間に複数のトナーパッチを形成でき、従来に比べトナーパッチ形成速度が速くなる。これにより画像濃度調整の時間が短くなる。また、現像剤担持体上の同じ領域で連続して現像を行わないので、いわゆるスリーブゴーストが発生することもない。

以下、本発明の画像形成装置について図に基づいて具体的に説明する。図１は、４個の現像手段を備えた従来の画像形成装置の一実施態様であるタンデム方式のフルカラープリンタの概略構成図である。図１のプリンタでは、搬送ベルト１の上方にその搬送方向の上流から下流方向に向かって（図１では右方から左方にかけて）、ブラック、イエロ、シアン、マゼンタの各色の画像を形成する画像形成ユニット５が並列に設けられている。各々の画像形成ユニット５には、アモルファスシリコン感光体ドラム（像担持体）５１と、その周囲には主帯電器（帯電手段）５２と、ＬＥＤ露光部（露光手段）５３と、ドラムと対向するように取り付けられた現像スリーブ（現像剤担持体）５４１を有する現像装置（現像手段）５４と、転写ローラ（転写手段）５５と、クリーニング装置５６とが備えられている。また、各画像形成ユニット５の上部には、各現像装置５４へトナーを供給するトナー供給容器６Ｋ，６Ｙ，６Ｃ，６Ｍとが配設されている。

搬送ベルト１は回転ローラ２１，２２，２３，２４に掛け渡され、回転ローラ２２が駆動ローラとなり、そして回転ローラ２１，２３，２４が従動ローラとなって搬送ベルト１は循環回転される。回転ローラ２１の対向位置には搬送ベルト１に圧接するように吸着ローラ３が配置され、転写材７を搬送ベルト１に吸着させる作用を果たしている。また、回転ローラ２３の対向位置には搬送ベルト１と非接触で近接位置に画像濃度検知センサ（濃度検知手段）８が配設されている。濃度調整のために搬送ベルト上に転写されたトナーパッチの濃度をここで検知し、後述するように、これを基に現像バイアスや転写バイアスなどの画像形成条件が調整される。

カセットＣに収納された転写紙（被転写部材）７は、給紙機構によってカセットＣから搬送路Ｒ₁を通って搬送ベルト１へ送られる。送られてきた転写紙７は、吸着ローラ３に印加されるバイアス電圧によって搬送ベルト上に静電吸着され、各画像形成ユニット５における感光体ドラム５１と転写ローラ５５との間を順次通過する。そして、感光体ドラム５１と転写ローラ５５の間を通過する際に、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が転写ローラ５５に印加され、感光体ドラム５１上に形成されたトナー画像が搬送ベルト上の転写紙７に転写される。各画像形成ユニット５を通過するごとに各色のトナー画像が転写紙上に次々に転写され、最終的なトナー画像が転写紙上に形成される。

トナー画像が形成された転写紙７は次に定着装置１１に運ばれ、ここで加熱および加圧されて転写紙上にトナーが定着される。定着装置１１を通過した転写紙７は搬送路Ｒ₂を通って排出部１２へ排出される。

このようなフルカラープリンタにおいて、画像濃度調整用のトナーパッチは一般の画像と同様に前記画像形成プロセスを経て形成される。このトナーパッチは、ブラック、イエロ、シアン、マゼンタの各色ごとに例えば複数段階の濃度のものが形成される。例えば現像バイアスを変化させて１０段階に濃度を変えたトナーパッチを形成する場合、ブラックについては、最も薄いものをＫ１とし、Ｋ２，Ｋ３……と徐々に濃くして、Ｋ１０を最も濃いものとする。同様に、イエロのトナーパッチＹ１〜Ｙ１０、シアンのトナーパッチＣ１〜Ｃ１０、マゼンタのトナーパッチＭ１〜Ｍ１０を形成する。

図２にトナーパッチの形成例を示す。まず第１段階の各色のトナーパッチをＫ１，Ｙ１，Ｃ１，Ｍ１の順に形成する。そしてこれに連続して、第２段階の各色トナーパッチをＫ２，Ｙ２，Ｃ２，Ｍ２の順に形成する。同様にして所定の段階の濃度までトナーパッチを形成する。

ここで、形成するトナーパッチの進行方向の長さ及び形成間隔は前記式（１）及び（２）を満足する必要がある。図１のプリンタでは現像装置の個数ｎは４であり、この実施形態ではｍを１としている。すなわち、トナーパッチの進行方向の長さは１／５×（Ｌ／Ｎ）で、トナーパッチの形成間隔は４／５×（Ｌ／Ｎ）である。なお、（Ｌ／Ｎ）は、現像スリーブが１回転した時にドラム上に形成される像の長さである。このようなトナーパッチ形成条件とすることで、現像スリーブが１回転する間に２以上のトナーパッチを形成することができ、且つ現像剤スリーブ上の同じ領域で連続してトナーパッチ現像を行わないのでスリーブゴーストが発生することもない。図３に、現像スリーブにおけるトナーパッチの現像領域の推移を示す。

図３はブラックの現像スリーブの側断面図であり、現像スリーブは反時計回りに回転する。まず現像スリーブの１回転目に、長さ１／５×ＬのトナーパッチＫ１がまず現像され、Ｋ１の始点から４／５×Ｌの間隔をおいて、トナーパッチＫ２が現像される。現像スリーブの２回転目では、トナーパッチＫ２の始点から４／５×Ｌの間隔をおいてトナーパッチＫ３が現像される。同様にして現像スリーブの３回転目では、トナーパッチＫ３の始点から４／５×Ｌの間隔をおいてトナーパッチＫ４が現像される。以下同様にして、４／５×Ｌの間隔をおいてブラックのトナーパッチが現像される。これにより、２回転続けて現像スリーブ上の同じ領域でトナーパッチが形成されることがなくなる。他の色の現像装置でも同様にしてトナーパッチが形成される。なお、Ｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍの各色トナーパッチの現像開始点は、それぞれ順に１／５×（Ｌ／Ｎ）の位相差を設け、図２に示すように各色のトナーパッチが連続するようにするのが好ましい。

図４及び図５に、現像装置の個数ｎが４で、ｍを２とした場合のトナーパッチの形成状態及び現像スリーブにおけるトナーパッチの現像領域の推移を示す。図２及び図３のトナーパッチ形成状態と異なるところは、トナーパッチの進行方向の長さが１／６×（Ｌ／Ｎ）となり、トナーパッチの形成間隔は４／６×（Ｌ／Ｎ）となるところである。

このように、ｍの数を大きくするほどトナーパッチの進行方向の長さが短くなって、画像濃度調整時間を短くするという本発明の目的に沿うものとなるが、トナーパッチの進行方向の長さが短いと、画像濃度検知センサにおいてトナーパッチの濃度検知が困難となり検知精度が低下するおそれがある。画像濃度検知センサの種類にもよるがトナーパッチの進行方向の長さの最小値としてはおおよそ２ｍｍである。したがってｍの値は、現像スリーブの大きさや感光体ドラムとの周速比などを考慮して、トナーパッチの前記長さが最小値となるよう適宜決定すればよい。

また、ｍは現像装置の個数ｎの倍数でないことが必要である。ｍがｎの倍数であると、現像スリーブの２回転目以降でその前の回転のときと同じ領域でトナーパッチを現像することになり、スリーブゴーストが発生してトナーパッチ濃度が通常よりも薄くなるからである。図６に、現像スリーブの個数ｎが４で、ｍがｎと同じ４の場合の現像スリーブにおけるトナーパッチの現像領域の推移を示す。この図から明らかなように、現像スリーブの同じ領域でトナーパッチの現像が毎回行われている。

このようにして形成されたトナーパッチ群は、画像濃度検知センサにおいてその濃度が検知される。そして、各色の画像形成条件が決定される。具体的には、前述のように現像バイアスを変化させて、濃度を変化させた各色１０個トナーパッチの濃度と現像バイアスとの相関関係を見出し、所定の濃度を得るべく各色の現像バイアスを調整する。もちろん、画像濃度を調整するため、現像バイアスの他、露光量やトナー帯電量、転写バイアスなどの画像形成条件を調整しても構わない。また、画像濃度調整行う時期としては特に限定はないが、例えば主電源が入れられた時、所定枚数の画像形成が行われた時、入力待機状態から画像形成状態になった時などが挙げられる。

トナーパッチを用いた画像濃度調整のフローチャートを図７に示す。主電源が入れられた時などに画像濃度調整が開始されると、まず装置の置かれている周りの温度・湿度が測定される（ステップＳ１０１）。そして、測定された温度・湿度に基づき現像バイアスの変動範囲が決定される（ステップＳ１０２）。この現像バイアスの変動範囲内において、例えば最低値から最高値まで２０Ｖずつ現像バイアスを大きくして、複数個の濃度の異なるトナーパッチを形成する（ステップＳ１０３）。そして形成された各色の各トナーパッチを画像濃度検知センサで検知する（ステップＳ１０４）。検知された濃度と現像バイアスとの関係から所定の濃度なるように現像バイアスを調整する（ステップＳ１０５）。そして搬送ベルト上に転写されているトナーパッチを除去する（ステップＳ１０６）。

なお、トナーパッチの除去方法としては、搬送ベルトにクリーニングブレードを当接させて除去する方法など従来公知の方法を用いればよいが、搬送ベルトの摩耗防止や円滑な回転を維持する観点からは、搬送ベルトにはクリーニング手段を設けず、感光体ドラムのクリーニング装置を利用してトナーパッチを除去するのが好ましい。すなわち、転写ローラにトナーの帯電極性と同極性の電圧を印加して、トナーを感光体ドラムに移動させ、そして感光体ドラム上のトナーパッチをクリーニング装置で除去するのである。

例えば図１において、搬送ベルト１の移動によって先頭のトナーパッチＫ１がブラックの転写ローラ５５に到達する前に、この各色の転写ローラ５５にトナーの帯電極性と同極性の転写バイアスを開始し、トナーパッチが各転写ローラ５５を通過している間、この転写バイアスを印加しつづける。この転写バイアスの印加により、転写ローラ５５と感光体ドラム５１との間を通過する各トナーパッチは、順次に感光体ドラム５１上に転写されていく。そして感光体ドラム５１上に転写されたトナーパッチは、この感光体ドラム５１用のクリーニング装置５６によって感光体ドラム５１表面から除去される。

搬送ベルト１上のトナーパッチを感光体ドラム５１に転写させる際に、各転写ローラ５５に印加する電圧は、例えば５００〜１５００Ｖの範囲内で設定することができる。ただし、転写ローラ５５に高電圧を印加すると感光体ドラム５１の劣化を早めることになるので、搬送ベルト１上のトナーパッチを良好に転写させることができる限り、印加電圧は低い方が好ましい。

トナーパッチを感光体ドラム５１に転写させるための印加電圧としては、４個の転写ローラ５５のすべてに同じ大きさの電圧を印加してもよく、異なる大きさの電圧を印加してもよい。例えば印加電圧を、上流側の転写ローラから順に５００Ｖ，６００Ｖ，７００Ｖ，８００Ｖというように徐々に高めるようにすることもできる。この場合には、５００Ｖの印加電圧で転写されなかったトナーを６００Ｖで、さらに６００Ｖで転写されなかったトナーを７００Ｖで、さらには８００Ｖでというように、それぞれの転写ローラで転写させるトナーを分担することができる。これにより、転写電圧が不必要に高くなることが有効に防止される。

以上の実施の形態においては、各感光体ドラム５１を介して各クリーニング装置５６によって除去され回収されるトナーの色については、どの色のトナーがどの色の感光体ドラム５１に転写するかはわからない。したがって、この場合には、クリーニング装置５６をすり抜けたトナーパッチが現像に関与してトナーの混色が発生するおそれがある。これを防止するには、トナーパッチが、それと同色の感光体ドラム５１に転写するようにすればよい。例えば、搬送ベルト１上のブラックのトナーパッチを感光体ドラム５１に転写させるときのみブラック用の転写ローラ５５に転写電圧を印加し、他の色のトナーパッチが転写ローラ５５を通過する際には、この転写ローラ５５には転写電圧を印加しないようにする。他のイエロー、シアン、マゼンタについても同様の制御を行う。

こうすることで、トナーパッチを、それぞれの色のクリーニング装置５６によって回収することができる。これにより、たとえトナーパッチがクリーニング装置５６をすり抜けたとしても、トナーの混色が発生することがない。したがってトナーの色味が変化するおそれはない。

下記のようなトナーパッチ形成条件において、同一色のトナーパッチの形成時間間隔を算出すると、２７．９／１１６＝０．２４秒となる。

現像スリーブの周長Ｌ：６２．８ｍｍ
感光体ドラムの周速／現像スリーブの周速 Ｎ：１．８
Ｌ／Ｎ：３４．９ｍｍ
感光体ドラムの周速：１１６ｍｍ／ｓｅｃ
感光体ドラム上に形成されるトナーパッチの進行方向の長さｘ：７．０ｍｍ
同一色のトナーパッチの前端から次のトナーパッチの前端までの距離ｙ：
４／５×（Ｌ／Ｎ）＝２７．９ｍｍ
現像装置の数ｎ：４個
正整数ｍ：１

一方、同一色のトナーパッチの前端から次のトナーパッチの前端までの距離ｙ’を、
６／５×（Ｌ／Ｎ）＝４１．９ｍｍ
とした従来装置における同一色のトナーパッチの形成時間間隔は、
４１．９／１１６＝０．３６秒となる。

したがって、本発明の画像形成装置は従来の装置に比べて、１段階のトナーパッチを形成当たり０．１２秒速くなり、前述のように１０段階のトナーパッチを形成する場合には、合計で１．２秒も速くなる。なお、（Ｌ／Ｎ）が大きくなるほど、そして感光体ドラムの周速が遅くなるほど、本発明の画像形成装置と従来のそれとのトナーパッチ形成時間差は大きくなる。

本発明の画像形成装置の一実施形態を示す概説図である。 トナーパッチの形成例を示す図である。 図２のトナーパッチを形成する場合の現像スリーブの現像領域を示す図である。 トナーパッチの他の形成例を示す図である。 図４のトナーパッチを形成する場合の現像スリーブの現像領域を示す図である。 ｍをｎの倍数とした場合の現像スリーブの現像領域を示す図である。 画像濃度調整のフローチャートである。

符号の説明

１ 搬送ベルト
５ 画像形成ユニット（現像手段）
７ 転写紙（被転写部材）
８ 画像濃度検知センサ（濃度検知手段）
５１ 感光体ドラム（像担持体）
５２ 主帯電器（帯電手段）
５３ ＬＥＤ露光部（露光手段）
５４ 現像装置（現像手段）
５５ 転写ローラ（転写手段）
５６ クリーニング装置
５４１ 現像スリーブ（現像剤担持体）

Claims (1)

1. 像担持体と、該像担持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電された該像担持体の表面に光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、現像バイアスと当該像担持体の表面電位との電位差によって現像剤担持体上の現像剤を該静電潜像に供給して現像する２個以上の現像手段と、該現像手段により現像された像担持体のトナー像を被転写部材に転写させる転写手段と、前記各手段により形成したトナーパッチの濃度を検知する濃度検知手段とを有し、
   現像剤担持体の周長をＬ、像担持体の周速に対する現像剤担持体の周速の比をＮ、現像手段の個数をｎ個としたとき、トナーパッチの進行方向の長さｘ、同一の現像手段におけるトナーパッチの前端と次のトナーパッチの前端との距離ｙが下記式を満足することを特徴とする画像形成装置。
   ｘ≦｛１／（ｎ＋ｍ）｝×（Ｌ／Ｎ）・・・・・・（１）
   ｙ＝｛ｎ／（ｎ＋ｍ）｝×（Ｌ／Ｎ）・・・・・・（２）
   （ただし、ｍはｎの倍数ではない正整数である）

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