JP2005292475A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印字枚数の変化に起因するトナー画像の濃度変化を打ち消すことができ、記録紙の画像濃度を適正化することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体ドラム１３の静電潜像を現像する現像器２１の現像ローラ２４に交流電源２６、直流電源２７及び可変電源２８により所要の電圧を印加する。記録紙カセット３１の記録紙３２の印字枚数Ｘをカウントする枚数検出器３４の検出信号を制御装置５１に入力する。制御装置５１のＲＯＭ５３に予め記憶され、かつ印字枚数Ｘの増加に伴って段階的に減衰率ａが小さくなる線形一次関数〔Ｙ＝ｂ−ａ・Ｘ：ｂは初期現像バイアス〕に基づいて現像バイアス電位の補正値Ｙを演算する。この演算された補正値Ｙに基づいて現像ローラ２４の可変電源２８を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は記録紙の印字枚数が多くなるのに伴って、画像濃度が変化するのを補正することができる画像形成装置に関する。

一般に、複写機、ファクシミリ装置、プリンタ等に採用されている電子写真方式の画像形成装置では、帯電器によって帯電された感光体ドラムの表面に、露光器によって静電潜像を形成し、この静電潜像を現像ローラを備えた現像器によって現像するようになっている。又、画像形成装置は、現像されたトナー画像を転写器によって、感光体ドラムから記録紙上に転写するとともに、転写器の下流側に設けた定着器でトナー画像を永久画像として記録紙に定着するようになっている。

現像剤として、非磁性一成分トナーを用いる画像形成装置においては、現像の際に小粒径のトナーから大粒径のトナーが選択的に消費されるのが一般的である。又、粒状のトナーには、ミルによって粉砕形成された不定形のトナーと、重合反応によって作製された球形のトナーとがあるが、特に球形のトナーを用いると、小粒径のトナーから選択されて現像に用いられる現象が顕著に起こる。これは、現像ローラの表面にゴムのブレードが接触されて、トナーの層厚が規制されるが、そのブレートの接触界面の細隙を透過し易い小粒径のトナーがまず先に現像に用いられるためである。又、記録紙の印字枚数の増加に伴ってトナーの帯電量が一次関数的に増加し、トナーの消費量が次第に増加するので、最初は記録紙に小粒径のトナーによる薄い画像が現れ、次に、中間粒径のトナーによる濃い画像が現れ、最後に大粒径のトナーによるさらに濃い画像が現れるという問題がある。

画像濃度を適正化するため、従来、特許文献１に開示された画像形成装置が提案されている。この装置は、環境の温度や、印字枚数により感光体ドラムや帯電ローラの状態が変化しても、画質を適正に維持するため、次のような方法を採用している。すなわち、現像器の現像ローラに印加する現像バイアスのＤＣ（直流）電圧を、一次帯電手段（帯電器）に印加するバイアスのＤＣ（直流）値から一定値を差し引いたものとしている。

一方、高級機種の画像形成装置では、画像濃度を検出して、その検出値に基づいて制御装置のコンピューターによって、現像バイアス電位の適正な補正値を演算し、この補正値に基づいて、現像ローラのバイアス電位を制御するものもある。（特許文献２参照）
特開平６−１８６８１５号公報 特開２００１−１４７５８８号公報

ところが、特許文献１に記載された前者の画像形成装置では、現像ローラに印加する現像バイアスを、おおざっぱに制御することしかできないため、前述した記録紙の印字枚数の増加に伴って消費されるトナーの粒径が次第に大きくなることに起因する画像濃度の変化を解消できず、画像濃度の適正な制御ができないという問題がある。

後者の画像形成装置では、画像濃度の検出器又はトナーの消費量の検出器が高価であるためコストダウンを図ることができないという問題がある。又、前記画像濃度の検出値に基づいて、制御装置のコンピューターにより複雑な演算を行って現像バイアス電位の補正値を求める必要がある。従って、動作プログラムが煩雑になり、そのコンピューターへの入力が面倒で、この点からもコストダウンを図ることができないという問題がある。

本発明は、記録紙の印字枚数の増加によって生じるトナー画像の濃度変化の傾向に着目してなされたものであって、その第１の目的は、印字枚数の変化に起因するトナー画像の濃度変化を打ち消すことができ、記録紙の画像濃度を適正化することができる画像形成装置を提供することにある。

又、本発明の第２の目的は、上記第１の目的に加えて、検出器のコストを低減し、現像バイアス電位の補正値の動作プログラムを簡素化し、そのコンピューターへの入力を容易に行い、コストダウンを図ることができる画像形成装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、帯電手段によって帯電された感光体の表面に、露光手段によって静電潜像を形成し、この静電潜像を現像ローラを備えたトナー方式の現像手段によって現像し、現像されたトナー画像を転写手段によって記録紙上に転写するようにした画像形成装置において、前記現像手段の現像ローラに印加する現像バイアス電位を、記録紙の印字枚数に基づいて補正制御する現像バイアス電位制御手段を設けたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記現像バイアス電位制御手段は、前記記録紙の印字枚数をカウントするカウント手段と、上記カウント手段によりカウントされた印字枚数を記憶する枚数記憶手段と、現像バイアス電位の補正値を演算する演算式を予め記憶する演算式記憶手段と、前記カウント手段によりカウントされた印字枚数に基づいて、前記演算式により現像バイアス電位の補正値を演算する補正値演算手段とにより構成されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、現像バイアス電位の補正値Ｙの前記演算式は、初期現像バイアス電位ｂ、印字枚数Ｘ、印字枚数Ｘに対する現像バイアス電位の減衰率ａを用いて、線形一次関数〔Ｙ＝ｂ−ａ・Ｘ〕で表されることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１において、前記現像バイアス電位制御手段は、前記記録紙の印字枚数をカウントするカウント手段と、上記カウント手段によりカウントされた印字枚数を記憶する枚数記憶手段と、前記印字枚数と現像バイアス電位の補正値との関係を予めデータベースとして記憶する補正値記憶手段と、前記カウント手段によりカウントされた印字枚数に基づいて、前記補正値記憶手段から現像バイアス電位の該当する補正値を読み出す補正値読出手段とにより構成されていることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のいずれか一項において、現像手段が新しい現像手段と交換された場合に、前記枚数記憶手段に記憶された印字枚数をゼロにリセットするリセット手段を備えていることを要旨とする。

請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明によれば、現像バイアス電位制御手段によって、記録紙の印字枚数の増加によって生じるトナー画像の濃度の変化を打ち消すように現像手段に印加する現像バイアス電位を制御することができる。このため、記録紙の印字枚数の増加によって生じるトナー画像の濃度変化を容易に補正し、記録紙の画像濃度を適正化することができる。

請求項２に記載の発明によれば、印字枚数をカウントするカウント手段を用いているので、検出器のコストダウンを図ることができる。
請求項３に記載の発明によれば、現像バイアス電位の補正値を求める演算式が、線形一次関数であるため、コンピューターへの動作プログラムの入力設定を容易に行い、コストダウンを図ることができる。

請求項４記載の発明によれば、補正値記憶手段から現像バイアス電位の該当する補正値を補正値読出手段により読み出すようにしたので、演算式が不要となって、動作プログラムが簡素化され、コンピューターへの動作プログラムの入力設定を容易に行い、コストダウンを図ることができる。

請求項５に記載の発明によれば、現像手段が交換された場合に、リセット手段によって枚数記憶手段に記憶された印字枚数がゼロにリセットされるので、作業者が手作業によりリセットしなくても済むという利点がある。

以下、本発明を複写機、ファクシミリ装置又はプリンタ等に採用されている電子写真方式の画像形成装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、画像形成装置１１の本体フレーム１２には、感光体としての感光体ドラム１３が回転可能に支持され、その外周面には光導電膜１４が形成されている。前記感光体ドラム１３と接触するように、本体フレーム１２には導電性刷毛体を植設したブラシローラよりなる帯電手段としての帯電器１５が回転可能に支持され、感光体ドラム１３の光導電膜１４を所定電位に一様帯電させる。前記帯電器１５には、交流電源１６及び直流電源１７から交流と直流の電圧が印加される。前記本体フレーム１２には、感光体ドラム１３の直上の所定位置に位置するように、露光手段としての露光器１８が取り付けられ、その下面に設けた発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ１９から感光体ドラム１３の光導電膜１４に光を照射して、図示しない原稿の読み取り装置によって読み取られた画像データに基づいて、静電潜像を形成する。

前記本体フレーム１２には現像手段としてのユニット化された現像器２１が新しい現像器２１と交換可能に装着されている。この現像器２１は、トナーケース２２と、そのトナーケース２２内の下部に配置されて、図示しない電源によって所定電圧が供給される供給ローラ２３と、その供給ローラ２３と感光体ドラム１３との間に位置するように、トナーケース２２の下端開口部に配置されて、所要の電圧が供給される現像ローラ２４とを備えている。トナーケース２２内には、攪拌体２５が回転可能に軸支されている。この攪拌体２５の回転によりトナーケース２２内のトナーが常に撹拌されて、トナーが一様な密度に保たれる。

前記現像ローラ２４には、交流電源２６、直流電源２７及び可変電源２８から所要の電圧が供給されるようになっている。前記トナーケース２２から供給ローラ２３によって搬送され、かつ現像ローラ２４により所要の電位が付与されたトナーは、その付与された電位と、感光体ドラム１３上に形成された前記静電潜像の電位との差によって、静電潜像に選択的に付着される。この静電潜像に付着したトナーにより感光体ドラム１３上にトナー画像が形成される。

前記本体フレーム１２には、記録紙カセット３１が取り外し可能に装着され、所定サイズの記録紙３２が、積層状態で収容されている。前記本体フレーム１２には、記録紙カセット３１に収容されている最上部の記録紙３２を１枚ずつ送り出す半月ローラ３３が装着されている。そして、送り出された記録紙３２は、感光体ドラム１３に向かって移送される。なお、一点鎖線Ｐは記録紙３２の移送経路を示している。前記本体フレーム１２には、半月ローラ３３の下流側に位置するように、前記記録紙３２の印字枚数をカウントする枚数カウント手段としての枚数検出器３４が装着されている。

前記本体フレーム１２には、感光体ドラム１３の直下に位置するように、転写手段としての転写器３５が回転可能に配設され、図示しない電源によって所定電位に制御されるようになっている。この転写器３５の所定電位と、トナー画像の電位との差に基づいて、感光体ドラム１３上のトナー画像を記録紙３２に転写する。

前記本体フレーム１２には、導電性ブラシよりなるメモリ除去ブラシ３６が装着され、このメモリ除去ブラシ３６によって、転写後の感光体ドラム１３上に残留するトナーを掻き乱して、感光体ドラム１３上に一様に分散する。

前記本体フレーム１２には前記感光体ドラム１３の記録紙送り出し側に位置するように、加熱ローラ４１及び加圧ローラ４２によって構成された加熱定着器４３が装着されている。従って、記録紙３２が加熱ローラ４１と加圧ローラ４２の間に送り込まれることによって、記録紙３２上にトナー画像が加熱定着される。

前記現像器２１は、トナーケース２２の内部に収容されたトナーが無くなると、本体フレーム１２から取り外されて、新しい現像器２１と交換されるようになっている。前記本体フレーム１２には、現像器２１が新しいものと交換されたか否かを検出するための交換有無検出器４４が設けられている。

なお、本実施形態においては、以上説明した感光体ドラム１３への帯電、露光、現像及び記録紙３２への転写、記録紙３２の画像の定着という一連のプロセスが一単位の記録プロセスである。

前記画像形成装置１１は、各種の動作を制御するためのコンピューターを備えた制御装置５１を備えている。前記制御装置５１には、各種の演算処理を行うための中央演算処理装置（ＣＰＵ）５２、演算式記憶手段及び補正値記憶手段としてのリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）５３、枚数記憶手段としてのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５４及び図示しない入出力インターフェイスが設けられている。前記制御装置５１には前記枚数検出器３４によりカウントされた印字枚数の検出信号が入力され、ＲＡＭ５４に記憶されるようになっている。又、前記交換有無検出器４４により検出された検出信号も前記制御装置５１に入力されるようになっている。さらに、制御装置５１は、前記可変電源２８に現像ローラ２４の現像バイアス電位を制御する動作信号を出力するようになっている。

前記ＲＯＭ５３には、記録紙３２の印字枚数の増加に伴って、現像ローラ２４に印加する現像バイアス電位を補正するための補正値を演算する演算式が予め記憶されている。この演算式について以下に説明する。

図２に示すように、記録紙３２の印字枚数Ｘの増加に伴ってトナーの消費量（重量基準又は体積基準）が次第に増加し、消費されるトナーの粒径も次第に小粒径から大粒径に変化する。このため、背景の技術で述べたように、印字枚数Ｘの増加に伴って、画像濃度が次第に濃くなっていく。球形状のトナーの場合には、実験の結果、トナーの消費量の変化が線形一次関数により近い傾向となることが分かった。このため、印字枚数Ｘが増加する毎に、現像ローラ２４に印加する現像バイアス電位を線形一次関数的に低減することにより、トナーの消費量を抑制すれば、画像濃度が適正化される。従って、現像バイアス電位の補正値Ｙの演算式（１）を前記ＲＯＭ５３に設定して、現像ローラ２４の現像バイアス電位を補正すればよい。そこで、演算式（１）の設定方法について説明する。

初期現像バイアス電位ｂ、印字枚数Ｘ、この印字枚数Ｘに対するバイアス減衰率ａとすると、演算式（１）は、次のように線形一次関数として表される。
Ｙ＝ｂ−ａ・Ｘ・・・（１）
上記バイアス減衰率ａは、図２に示すように現像バイアス電位の補正値Ｙを、印字枚数Ｘの増加に伴って、段階的にそれぞれ線形一次関数的に補正するため、複数段階（例えば図２に示すように４段階）に変化するように設定されている。しかし、上記演算式（１）では単に「ａ」と表記する。

なお、前記初期現像バイアス電位ｂ及び減衰率ａは、現像ローラ２４の正帯電プロセスにおいては正数である。
前記ＣＰＵ５２は枚数検出器３４によって、カウントされた印字枚数Ｘの検出信号に基づいて、前記演算式（１）により現像バイアス電位の補正値Ｙを演算する補正値演算手段としての機能を備えている。

この実施形態では、前記可変電源２８、枚数検出器３４、制御装置５１、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５３及びＲＡＭ５４等によって、現像バイアス電位制御手段が構成されている。
前記制御装置５１のＣＰＵ５２は、交換有無検出器４４の検出信号に基づいて、現像器２１が新しい現像器２１と交換された場合に、印字枚数Ｘをゼロにリセットするリセット手段としての機能を備えている。

次に、前記のように構成された画像形成装置における現像バイアス電位の補正方法について、図３のフローチャートをもとに説明する。
ステップＳ１において、検出器４４からの信号に基づいて制御装置５１によって、新しい現像器２１か否かが判定され、ＹＥＳの場合には、ステップＳ２において、演算式（１）に用いるＲＡＭ５４に記憶された印字枚数Ｘがゼロにリセットされる。

次に、ステップＳ３で、前記枚数検出器３４によって、記録紙３２の印字枚数Ｘがカウントされる。一方、ステップＳ１において、ＮＯと判断された場合には、ステップＳ４で、前回の印字枚数Ｘが、前記ＣＰＵ５２によってＲＡＭ５４から読み出され、前述したステップＳ３に移行する。

ステップＳ３によって、カウントされた印字枚数Ｘによって、前述した演算式（１）に基づいてＣＰＵ５２が現像バイアス電位の補正値Ｙを演算する。この演算結果に基づいて、ステップＳ６で、現像ローラ２４に印加する現像バイアス電位が可変電源２８を制御することにより制御される。次に、ステップＳ７でＣＰＵ５２によって印字作業が終了したか否かが判断され、ＮＯの場合には、前述したステップＳ３に戻り、ＹＥＳの場合には終了となる。

上記実施形態の画像形成装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、記録紙３２の印字枚数Ｘをカウントして、前述した演算式〔Ｙ＝ｂ−ａ・Ｘ１〕によって、現像ローラ２４に印加される現像バイアス電位の補正値Ｙを演算し、これに基づいて、可変電源２８を制御することにより現像バイアス電位を制御するようにした。このため、記録紙３２の印字枚数Ｘの増加によって生じるトナー画像の濃度の変化を適正に補正することができる。

（２）上記実施形態では、記録紙３２の印字枚数Ｘをカウントする比較的安価な枚数検出器３４を用いるとともに、図２に示すように、記録紙３２の印字枚数Ｘの増加に伴ってトナー消費量が段階的に、それぞれ線形一次関数的に増加するのを打ち消すように、演算式〔Ｙ＝ｂ−ａ・Ｘ１〕を線形一次関数として設定した。このため、前記ＲＯＭ５３への演算式の設定を容易に行うことができるとともに、補正値Ｙを演算する動作プログラムのコンピューターへの設定作業を容易に行うことができ、コストを低減することができる。

（３）上記実施形態では、現像器２１が交換された場合に、ＣＰＵ５２によってＲＡＭ５４に記憶された印字枚数Ｘがゼロにリセットされるので、作業者が手作業によりリセットしなくても済むという利点がある。

次に、この発明の別の実施形態について説明する。
この別の実施形態では、印字枚数Ｘと現像バイアス電位の補正値Ｙとの関係を予めデータベースとして補正値記憶手段としてのＲＯＭ５３に記憶する。又、枚数検出器３４によってカウントされた印字枚数Ｘに基づいて、前記データベースから現像バイアス電位の該当する補正値Ｙを補正値読出手段として機能するＣＰＵ５２によって読み出し可能に構成する。そして、読み出された補正値Ｙに基づいて、現像ローラ２４の現像バイアス電位を制御する。

上記別の実施形態によれば、ＲＯＭ５３から現像バイアス電位の該当する補正値をＣＰＵ５２により読み出すようにしたので、演算式が不要となって、動作プログラムが簡素化され、コンピューターへの動作プログラムの入力設定を容易に行い、コストダウンを図ることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ バイアス減衰率ａが印字枚数Ｘの増加に伴って、段階的にそれぞれ変化する線形一次関数の演算式（１）に代えて、無段階的に制御するようにしてもよい。又、演算式（１）を線形一次関数の近似式としてもよい。

○ 前記各種の記憶手段として、ＲＯＭ５３及びＲＡＭ５４に代えて、ハードディスク、磁気記録媒体等の他の手段を用いてもよい。

実施例１について説明すると、前述した演算式〔Ｙ＝ｂ−ａ・Ｘ〕の初期現像バイアス電位ｂ＝４００Ｖ、印字枚数Ｘが０〜１６０００枚ではバイアス減衰率ａ＝７．５／１０００枚、１６０００枚以上では、バイアス減衰率ａ＝０と設定した。これに基づいて、記録紙３２に画像を形成したところ、画像濃度の変化を抑制して画質を向上することができた。

この発明を具体化した画像形成装置の一実施形態を示す部分断面図。 印字枚数、トナー消費量及び現像バイアス電位の関係を示すグラフ。 現像ローラに印加するバイアス電位を補正する動作を説明するフローチャート。

符号の説明

Ｘ…印字枚数、Ｙ…現像バイアス電位の補正値、１１…画像形成装置、２４…現像ローラ、３２…記録紙、３４…枚数カウント手段としての枚数検出器、５２…補正値演算手段、補正値読出手段及びリセット手段としてのＣＰＵ、５３…演算式記憶手段及び補正値記憶手段としてのＲＯＭ、５４…枚数記憶手段としてのＲＡＭ。

Claims (5)

1. 帯電手段によって帯電された感光体の表面に、露光手段によって静電潜像を形成し、この静電潜像を現像ローラを備えたトナー方式の現像手段によって現像し、現像されたトナー画像を転写手段によって記録紙上に転写するようにした画像形成装置において、
   前記現像手段の現像ローラに印加する現像バイアス電位を、記録紙の印字枚数に基づいて補正制御する現像バイアス電位制御手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１において、前記現像バイアス電位制御手段は、
   前記記録紙の印字枚数をカウントするカウント手段と、
   上記カウント手段によりカウントされた印字枚数を記憶する枚数記憶手段と、
   現像バイアス電位の補正値を演算する演算式を予め記憶する演算式記憶手段と、
   前記カウント手段によりカウントされた印字枚数に基づいて、前記演算式により現像バイアス電位の補正値を演算する補正値演算手段と
   により構成されていることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２において、現像バイアス電位の補正値Ｙの前記演算式は、初期現像バイアス電位ｂ、印字枚数Ｘ、印字枚数Ｘに対する現像バイアス電位の減衰率ａを用いて、線形一次関数〔Ｙ＝ｂ−ａ・Ｘ〕で表されることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１において、前記現像バイアス電位制御手段は、
   前記記録紙の印字枚数をカウントするカウント手段と、
   上記カウント手段によりカウントされた印字枚数を記憶する枚数記憶手段と、
   前記印字枚数と現像バイアス電位の補正値との関係を予めデータベースとして記憶する補正値記憶手段と、
   前記カウント手段によりカウントされた印字枚数に基づいて、前記補正値記憶手段から現像バイアス電位の該当する補正値を読み出す補正値読出手段と
   により構成されていることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項２〜４のいずれか一項において、現像手段が新しい現像手段と交換された場合に、前記枚数記憶手段に記憶された印字枚数をゼロにリセットするリセット手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。

Images