JP2006064955A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 初期ないし経時において発生する濃度ムラを精度よく検知し、その結果を用いて濃度ムラを抑制する画像形成装置を提供する。
【解決手段】 表面に潜像を担持する潜像担持体１ａと、この潜像担持体１ａ表面に対して対向するように設けられ、表面に現像剤を担持する現像剤担持体１０と、前記潜像担持体１ａと前記現像剤担持体１０との間の最も近接した表面の間隔である現像ギャップＧを所定の間隔に設定し、前記潜像担持体１ａ上に形成された潜像に前記現像剤担持体１０表面に担持する現像剤を供給して潜像を顕像化する画像形成装置において、前記潜像担持体１ａ上に形成された潜像に前記現像剤を供給して前記潜像を顕像化するさいに発生する電流を検知する電流検知手段１９を備え、この電流検知手段１９の検知結果を基に前記潜像担持体１ａ上の回転軸方向における顕像化状態を判断し、露光・現像条件を制御する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に関し、とくに濃度ムラの少ない良好な画質を維持する画像形成装置に関するものである。

従来から、電子写真方式の画像形成装置において、予め一様に帯電された潜像担持体上に光学的な画像情報を形成することによって得た帯電潜像を、現像装置からのトナーによって可視化し、この可視像を転写紙上に転写、定着することによって画像形成を行っていることは知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
現像装置による潜像可視化時においては、種々の要因による左右の現像ムラが発生する。こうした濃度ムラを抑えるために、例えば、特許文献１では、回転軸方向両端に濃度センサを設けて、左右の濃度差を検出し、検出結果を基に帯電電位を変動させているが、この方法ではセンサを複数設けなくてはならずコストがかかる。
また、特許文献２では、現像剤担持体や潜像担持体の駆動による現像ギャップのガタ分のずれを光学センサにてギャップを検知して公差範囲内に精度良く制御しているが、別途複数の光学センサが必要になるのに加えて、現像剤が充填された実際の画像形成装置において現像ギャップを精度良く検知するのは非常に困難である。
特開平０５−１００５３６号公報 特開２００３−１６２１４８公報

現像時に発生する回転軸方向の濃度ムラの要因として、例えば、初期特性としては感光体膜厚、現像ギャップのバラツキなどが、また経時特性としては感光体の偏磨耗や、汲み上げ量の低下あるいは現像剤のユニット内における帯電量分布のバラツキなどが挙げられる。
こうした濃度ムラを可能な限り抑えようと、例えば現像ギャップや感光体膜厚については公差幅を狭くして高精度化を進めている。しかし、こうした構成部品の高精度化だけによる対応では、初期特性としては或る程度まで対応できても経時変化には対応できない。
そこで、本発明の目的は、初期ないし経時において発生する濃度ムラを精度よく検知し、その結果を用いて濃度ムラを抑制する画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、表面に潜像を担持する潜像担持体と、この潜像担持体表面に対して対向するように設けられ、表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、前記潜像担持体と前記現像剤担持体との間の最も近接した表面の間隔である現像ギャップを所定の間隔に設定し、前記潜像担持体上に形成された潜像に前記現像剤担持体表面に担持する現像剤を供給して潜像を顕像化する画像形成装置において、前記潜像担持体上に形成された潜像に前記現像剤を供給して前記潜像を顕像化するさいに発生する電流を検知する電流検知手段を備え、この電流検知手段の検知結果を基に前記潜像担持体上の回転軸方向における顕像化状態を判断し、露光・現像条件を制御する画像形成装置を特徴とする。
請求項２に記載の発明は、現像ギャップ制御手段を備え、前記電流検知手段の検知結果から判断された前記潜像担持体上の回転軸方向の顕像化状態を基に、前記現像ギャップを制御する請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記現像ギャップ補正手段として、内部に設けられかつ前記潜像担持体及び前記現像剤担持体のどちらか一方を他方に対する距離方向に移動させるギャップ補正部材を用いた請求項１及び２記載の画像形成装置を特徴とする。
請求項４に記載の発明は、前記潜像担持体上の回転軸方向の顕像化状態を基に、露光強度を制御する請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。
請求項５に記載の発明は、前記顕像化状態を基に、１画素に対する露光時間を制御する請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。
請求項６に記載の発明は、前記現像ギャップ、露光強度、露光時間のいずれか１つをあるいは組み合わせて制御する請求項１ないし５のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。
請求項７に記載の発明は、前記現像剤担持体への現像剤供給時には、前記電流検知手段の検知結果から前記潜像担持体上の回転軸方向の顕像化状態の判断動作を行う請求項１ないし５のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、感光体ドラムにトナーが付着するさいに生じる電流を検知する電流検知手段を備え、検知した結果を基に観光体上の回転軸方向の付着状態を見積もり、見積もった結果を露光条件・現像条件に反映させることで、軸方向に濃度ムラのない良好な画像を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明が適用される画像形成装置の一例を示す概略図である。先ず、本発明が適用される画像形成装置の一例を、図１に基づいて簡単に説明する。図１に示したのは、中間転写体を備えるカラー画像形成装置の一例である。
図１において、感光ドラム（潜像担持体）は左から順に１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄで示される。感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ周りの作像部分は全て同じ構成であるため、１ａについてのみ説明する。
図１において、現像装置２、クリーニング装置３、帯電装置４、書き込み装置５が示されている。感光体ドラム１ａ上に形成されたトナー像は中間転写体６に転写される。
中間転写体６上ではさらに１ｂ、１ｃ、１ｄの感光体ドラムからトナー像が転写されてフルカラー画像が形成される。このフルカラー画像は、転写部７にて転写材に転写され、転写材は定着部８で加熱定着される。
本カラー画像形成装置の各プロセスの方式及び条件について詳説すると、各感光体ドラムとも、非接触ローラ帯電方式で非画像部において−７００Ｖ程度に帯電される。ＬＤにて露光された後、現像部にて各色とも現像される。本発明はトナーや現像方式を制限するものではない。

例えば、１成分磁性トナーであれば、トナー同士の摩擦帯電によりトナーを帯電させてマグローラとスリーブの回転で現像領域へと搬送するＢＭＴ（双極性磁気トナー（Bipolar Magnetic Toner））方式や、現像スリーブ上に薄層のトナー層を形成し、これを感光体ドラムに近接させて交流バイアスによってトナーを飛翔させて現像するジャンピング方式などが適用される。
非磁性トナーに関しては、導電性あるいは表面絶縁現像ローラにトナーを付着して現像領域へとトナーを運ぶＮＳＰ（非磁性単一成分現像方法（Non-Magnetic Single component Development Process））方式や、非磁性トナージャンピング方式、２成分トナーであれば、磁気ブラシ現像法などが適用される。
これらの現像方式の中でこの実施の形態は２成分磁気ブラシ現像方式を用いて行った。２成分磁気ブラシ現像方式によって現像された感光体上のトナー像は中間転写体へ転写されるが、この実施の形態では中間転写体はポリフッ化ビニルデン樹脂フィルムシートで成型されたシームレスベルト（体積抵抗８Ｅ９Ωｃｍ）を用いて、１次転写バイアスは定電圧制御で１３００Ｖにて行なった。
ベルト材料としては、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムシート（ＰＥＴシート）やポリウレタン樹脂フィルムシートなどの誘電体樹脂製のフィルムが広く用いられている。また、ベルトの材質やその抵抗値によって適正な印加バイアス値も異なってくるのはもちろんである。
この感光体ドラムから中間転写体（中間転写ベルト）６への１次転写プロセスは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色それぞれについて行なわれ、中間転写ベルト上で色重ね画像が形成され、図中の転写部７にて転写紙上に転写される。

図１では、搬送ベルトを兼ねた転写ベルトを例示してあるが、ベルトの代わりにローラ、あるいはコロナチャージャを用いても２次転写することは可能である。
図２は現像装置周りの概略構成を示す部分断面図である。この現像装置は円筒状の感光体ドラム１ａの側方に配置され、感光体ドラム１ａに向けて開口部９ａが形成された本体ケース９を備えている。
本体ケース９内には、この開口部９ａから一部露出し、トナー及び磁性粉末キャリアからなる現像剤を表面に担持する現像剤担持体としての現像ローラ１０と、この現像ローラ１０上に搬送されてきた現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクターブレード１１と、現像ローラ１０に平行に配置された攪拌スクリュ１２とを含んで構成されている。
現像ローラ１０はアルミニウム等の非磁性材料からなる円筒状の現像スリーブ１０ａと、内部に固定された磁界発生手段としてのマグネットローラの磁石１０ｂとから構成されており、現像スリーブ１０ａはこの磁石１０ｂの周りを自在に回転することができる。
磁石１０ｂには感光体ドラム１ａの対向部位に主極（Ｐ１極）が配置され、反時計回り方向にＳ極とＮ極が交互に配置されているが、現像剤を現像スリーブ１０ａから剥離するために、感光体ドラム１ａとの対向部より現像スリーブ１０ａ回転方向下流位置で、同極性の磁極が隣接して配置されている。
なお、本実施の形態において現像スリーブ１０ａの材質としてはアルミニウムを用い、表面をサンドブラスト仕上げしたものを用いている。現像ローラ１０まわりのプロセスに着目すると、現像剤は、現像装置２内での攪拌作用によって摩擦帯電され、正帯電したキャリアのまわりに負帯電したトナーが付着している。
そして図示しないモータによりパドル（攪拌スクリュ）１２が反時計回りに回転すると、本体ケース内部の現像剤がパドル（攪拌スクリュ）１２により現像ローラ１０に搬送される。
このとき現像剤は現像ローラ１０内部の磁石１０ｂによる磁力によって現像スリーブ１０ａの表面に引き付けられ、磁気ブラシを形成する。図２には、図１と同一の符号でクリーニング装置３、帯電装置４、書き込み装置５の露光Ｌが示されている。
次に、ドクターブレード１１により層厚を規制された現像剤は、感光体ドラム１ａに最も近接する部位まで搬送され、トナーが静電潜像に電気的に付着する。現像部へ搬送されたトナーが全て現像されるわけではなく、現像されずに現像スリーブ上に残ったトナーは再び攪拌される。

以下に、濃度ムラを精度良く検知して抑制する本発明の特徴について説明する。トナーは静電潜像に電気的に付着し現像されるが、このさいに現像されるトナー量に応じて電流が生じる。つまり、現像ローラから感光体上にトナーが移動する際に、感光体側へ電流が流れるが、この電流は感光体の素管を経由してアースへ流れる。本実施形態では、感光体からアースへ流れる経路に電流検知手段を配置して電流値を計測し、これに基づいて制御手段が顕像化状態を判定するようにしている。アースへ流れる電流を検知する他に、アースへの経路途中にコンデンサを配置してその電位を知るようにしてもよい。
図３は軸方向に分割しかつ回転方向にずらした濃度ムラ検知用画像パターンを示す概略図である。そこで本発明では、図３に示すように、軸方向に分割しかつ回転方向にずらした画像パターンを作成し、これにより現像時に生じる電流をモニタした。
図４は検出電流量のモニタ結果をグラフで示す概略図である。ここでは分かり易い例として、軸方向に３分割、回転方向に３階調のパターンでの検討例を示したが、分割数及び階調数を増やすことで精度は上がる。
図４を見ると、軸方向に分割したパターンを現像したさいに生じる電流値が、各階調ともに同じ傾向で右肩下がりとなっている。すなわち、本実施の形態では右側（＝機械の奥側）の現像量が全体的に少ないことが検出できている。

図５は現像ギャップ制御手段を示す概略図である。上記の検出結果を基に現像ギャップを制御して濃度ムラを抑える方法について説明する。図５には本実施の形態における現像ギャップ制御手段の構成を示している。
本実施の形態としては、現像ギャップ補正手段１８には、感光体ドラム１ａと現像ローラ１０とを互いに離間する方向にテンションを掛けるためのスプリング１４と、現像ローラ１０を感光体ドラム１ａとの距離方向に移動させるためのギャップ補正部材としてのカム１６とを設けている。
スプリング１４は、一端が感光体ドラム１ａの支持機構部に設けた受け部１５ｂに、他端が現像ローラ１０の軸部に設けた受け部１５ａにそれぞれ突き当て支持されている。また、現像ローラ１０は感光体ドラム１ａと接近・離間する方向に移動可能に現像装置２内部に支持され、上記カム１６の外周１６’は現像ローラ１０側の受け部１５ａのスプリング１４が突き当たっている側に対向する裏側から当接している。
上記構成によって、感光体ドラム１ａと現像ローラ１０との間にはスプリング１４によって離間方向にテンションが掛かり、カム１６のカム軸１６ａを中心とする揺動によって受け部１５ｂが移動し、現像ローラ１０の感光体ドラム１ａに対する距離（現像ギャップ）Ｇが移動するようになっている。
なお、カム１６の揺動は、カム軸１６ａに嵌合されているカム駆動用モータ１７が現像時に生じる電流検出結果からカム駆動量を算出し、ステップ回転することで行っている。
図１に示すように感光体ドラム１ａ上に形成された潜像に現像剤を供給して潜像を顕像化するさいに発生する電流を検知する電流検知手段１９を配置し、この電流検知手段１９の検知結果を基に感光体ドラム１ａ上の回転軸方向における顕像化状態を判断し、露光・現像条件を制御する。

図６は露光強度制御による検出電流量の変化をグラフで示す概略図である。図６には現像ギャップを大きく変えたときの現像ポテンシャルと現像量（感光体ドラム上トナー付着量）の関係を示している。こうした関係を予め制御用テーブルとして備えることで、制御に必要な工数を短縮できる。
現像ムラの抑制は、露光強度の制御によっても可能である。現像時に発生する電流から検出された現像ムラ量に応じて、濃度の低下している部分には露光強度を上げることで対応できる。図６には露光強度制御前後での回転軸方向に３分割した画像パターンの現像電流の変化を示している。
図６に示すように、露光強度を制御した場合には、左右に偏った濃度ムラだけでなく、汲み上げ量低下時などに発現する両端の濃度低下にも対応することができるため有効な手段となる。
上記と同様に、１画像あたりの露光時間（露光ｄｕｔｙ（デューティ））での制御も可能である。通常書き込みがｄｕｔｙ１００％であった場合には、デューティを下げることで積分強度を落とすことができ、濃度調整が可能である。
図７は現像ギャップにおける現像ポテンシャルと感光体ドラム上トナー付着量の関係をグラフで示す概略図である。現像ギャップによる補正と露光条件による補正の組み合わせは有効な補正方法である。
現像ギャップ変化による付着量変動は、図７に示すように、非常に感度が高いので、露光条件による微調整と併用することで、非常に高精度な補正が可能となる。
本発明によれば、現像時のトナー付着によって生じる電流から見積もられた感光体ドラム上の回転軸方向のトナー付着状態を基に露光パワーを調整することで、軸方向に濃度ムラのない良好な画像を得ることができる。
本発明によれば、現像ギャップ制御、露光強度制御、露光時間制御のうちの何れか一つ、或いは複数を組み合わせることでさらに高精度に濃度ムラを抑制することができる。また、トナー補給時に感光体へのトナー付着状態を検知・判断する動作によって、軸方向の現像剤攪拌状態を直接的な濃度測定によらずに判断することができる。そして、トナー補給直後で攪拌が不十分な状態での画像出力を防ぐことができる。

本発明が適用される画像形成装置の一例を示す概略図である。 現像装置周りの概略構成を示す部分断面図である。 軸方向に分割しかつ回転方向にずらした濃度ムラ検知用画像パターンを示す概略図である。 検出電流量のモニタ結果をグラフで示す概略図である。 現像ギャップ制御手段を示す概略図である。 露光強度制御による検出電流量の変化をグラフで示す概略図である。 現像ギャップにおける現像ポテンシャルと感光体ドラム上トナー付着量の関係をグラフで示す概略図である。

符号の説明

１ａ 潜像担持体（感光体ドラム）
２ 現像装置
５ 書き込み装置
１０ 現像剤担持体（現像ローラ）
１６ ギャップ補正部材（カム）
１８ 現像ギャップ制御手段
１９ 電流検知手段
Ｇ 現像ギャップ

Claims (7)

1. 表面に潜像を担持する潜像担持体と、この潜像担持体表面に対して対向するように設けられ表面に現像剤を担持する現像剤担持体、及び前記潜像担持体と前記現像剤担持体との間の現像ギャップを所定の間隔に設定する現像ギャップ制御手段を備えた現像装置と、を備え、前記潜像担持体上に形成された潜像に前記現像剤担持体表面に担持する現像剤を供給して潜像を顕像化する画像形成装置において、
   前記潜像担持体上に形成された潜像に前記現像剤を供給して前記潜像を顕像化するさいに発生する電流を検知する電流検知手段を備え、この電流検知手段の検知結果を基に前記潜像担持体上の回転軸方向における顕像化状態を判断し、露光・現像条件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、前記電流検知手段の検知結果から判断された前記潜像担持体上の回転軸方向の顕像化状態を基に、前記現像ギャップ制御手段を制御して前記現像ギャップを制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記現像ギャップ制御手段として、前記潜像担持体及び前記現像剤担持体のどちらか一方を他方に対して進退させるギャップ補正部材を用いたことを特徴とする請求項１及び２記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記潜像担持体上の回転軸方向の顕像化状態を基に、露光強度を制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記顕像化状態を基に、１画素に対する露光時間を制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記現像ギャップ、露光強度、露光時間のいずれか１つ、又は複数を調整して制御することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、前記現像剤担持体への現像剤供給時には、前記電流検知手段の検知結果から前記潜像担持体上の回転軸方向の顕像化状態の判断動作を行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の画像形成装置。

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