JP2006259101A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡易的な方法で、かぶりのない良好な画像形成条件の設定を行う。
【解決手段】 画像調整モード時には、制御部はかぶり抑制電位差(=|Vh−Vdc|)を画像形成時より小さくとり、白地部の濃度を画像濃度センサTSによって測定してかぶり量を検知し、検知値に応じてかぶり抑制電位差を設定し画像形成を行う。(Vh:帯電電位、Vdc:現像におけるDCバイアス)
【選択図】 図3

Description

本発明は電子写真方式により転写紙に画像を形成する画像形成装置に関し、特に2成分現像剤を用いて現像を行う画像形成装置に関する。
電子写真方式により画像を形成する画像形成工程の一例では、感光体等の像形成体上に静電潜像を形成し、形成した静電潜像を現像手段により現像して像形成体上にトナー像を形成し、形成したトナー像を転写手段により転写紙に転写し、転写したトナー像を定着手段により転写紙に定着して転写紙上に画像を形成する。また、他の例では、感光体等の像形成体上のトナー像を像担持体としての中間転写体に転写し、中間転写体から転写手段により転写紙に転写し定着することにより、転写紙に画像を形成する。
前記画像形成工程における現像工程では、非磁性トナーと磁性キャリアを含む2成分現像剤を用いた現像が多く用いられ、DCバイアスにACバイアスを重畳した現像バイアス電圧を印加することが行われている。
2成分現像剤を用いての現像では、現像によってトナーのみが消費されるので、消費分に相当する適度の新しいトナーの補給を行う必要があり、トナー補給が行われる。
新たに補給されたトナーは、現像装置内の撹拌手段、例えば撹拌搬送スクリュや水車状の回転パドルによって磁性キャリアと撹拌され、相互摩擦によってトナーには摩擦帯電によるトナー電荷が与えられる。従って撹拌が十分行われないで所定値の電荷にまで達しないトナーが静電潜像の顕像化に携わると、像形成体の白地部にトナーが移って付着し、いわゆるかぶり画像が生じてしまう。
特に、リサイクル方式を採用している装置の場合、リサイクルトナーは補給トナーに比べ、劣化の進んだトナーが多く、上記の不具合なかぶり現象を引き起こしやすい。また、小粒径トナーや粒径分布のシャープな重合法により製造されたトナーの場合、その画質(解像度、階調性、文字再現性等)の高さから、上記の不具合な現象が顕著に目立ちやすい。
一方、転写紙としてコート紙を使用する場合には、かぶりに対して普通紙以上の高性能が要求されている。これに対し従来は、トナーの使用環境、ライフ、使用状況から現像剤の状況を予測し、あらかじめ用意したテーブルで現像条件を変更し、かぶりの抑制を行うことがなされてきた。但し、かかる方法によるときは印字率を含む使用のされ方や休止時間によるかぶり状況の変化まで抑えることはできず、不充分な方法であった。
かぶりのない画像を得るための技術として、特許文献1の技術が開示されている。特許文献1では、電位センサを用いてトナー層電位を検出し、それと画像濃度からトナー帯電量を算出し、これに基づいて画像形成条件を設定することが記載されている。
特開2003−345075号公報
特許文献1に記載された方法は、実施に当たって処理系への負荷が大きいという欠点を有している。
本発明は、特許文献1におけるような複雑な処理系によらない簡易的な方法で、環境、現像剤のライフ、トナーの使用状況等に影響されないで、かぶりのな良好な画像形成条件が設定されるようにした画像形成装置を提供することを目的とする。
前記の課題を解決し、かつ目的を達成するために、本発明は以下のように構成されている。
(請求項1)
像形成体と、該像形成体を帯電手段により帯電電位Vh(V)に帯電し、露光手段により露光して前記像形成体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記像形成体上に形成した静電潜像を2成分現像剤を用いDCバイアスVdc(V)に周波数Fac(kHz)でピーク値Vacp−p(V)のACバイアスが重畳された現像バイアス電圧を現像剤担持体に印加して現像を行い前記像形成体上にトナー像を形成する現像手段と、前記像形成体上に形成したトナー像を形成する現像手段と、前記像形成体上に形成したトナー像を記録媒体もしくは中間転写体上に転写する転写手段と、前記像形成体上に残留した未転写のトナー像をクリーニングするクリーニング手段と、制御部と、を有する画像形成装置において、
画像調整モード時には、制御部はかぶり抑制電位差(=|Vh−Vdc|)を画像形成時より小さくとり、白地部の濃度を測定してかぶり量を検知し、検知値に応じて現像条件を設定し現像を行うことを特徴とする画像形成装置。
(請求項2)
前記検知値に応じて設定する現像条件は、かぶり抑制電位差(=|Vh−Vdc|)であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
(請求項3)
前記検知値に応じて設定する現像条件は、交流バイアスのピーク値Vacp−pであることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
(請求項4)
前記検知値に応じて設定する現像条件は、交流バイアスの周波数Facであることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
(請求項5)
前記2成分現像剤は、体積平均粒径が3〜6.5μmの重合トナーと磁性キャリアとから成る2成分現像剤であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の画像形成装置。
本発明の請求項1記載によれば、かぶりマージンを小さく、例えば0として白地部(非露光部)の画像濃度を検知することによって、かぶり量を精度良く検知し、その値に応じて現像条件を変更しているので、かぶりを効果的に抑制することとなる。また、本発明にあっては、かぶり検出用センサを余計に設けないで、画像濃度調整用センサを用いてかぶり量の検知がなされるという特長をも併せもっている。
本発明の請求項2記載の発明によれば、精度良く検知したかぶり量からかぶり抑制電位差を設定しているので、かぶりは効果的に抑制された画像が形成されることとなる。
本発明の請求項3記載の発明によれば、精度良く検知されたかぶり量から現像バイアスの交流成分のピーク値を設定しているので、かぶりは効果的に抑制された画像が形成されることとなる。
本発明の請求項4記載の発明によれば、精度良く検知されたかぶり量から現像バイアスの交流成分の周波数を設定しているので、かぶりは効果的に抑制された画像が形成されることとなる。
本発明の請求項5記載の発明によれば、従来はかぶりが発生しやすく、使用するのに困難を伴った小粒径トナーを用いても、かぶりの発生が抑制されて、画質の向上した解像度の高い画像が形成されることとなる。
図面を用いて本発明の画像形成装置について説明する。
(1) 図1の断面構成図に示す画像形成装置は、本発明が適用されるモノクロ画像を形成する電子写真プロセスを利用した複写機の画像形成部を図示したものである。但し、本発明は図1に示した構成に限定されるものではなく、カラー画像形成装置にも適用される。
1は像形成体のドラム状した感光体であって、マイナス帯電する有機半導体層としてフタロシアニン顔料をポリカーボネイトに分散したものを接地された金属製のシリンダ状の基板上に塗布してあり、電荷輸送層を含めた感光体層の膜厚30μmであって、ドラム径φ80mmで矢示方向に280mm/sの周速(vp)で駆動回転される。
2は回転する感光体1の周囲を所定の極性・電位に一様に帯電処理するスコロトロン方式の帯電手段で、ワイヤ〜グリッド間距離7.5mm、グリッド〜感光体間距離1mm、ワイヤ〜バックプレート間距離12mmの帯電極構成をしていて、グリッド印加電圧を−680Vとし、帯電電流値−800μAをもってバイアス電圧を印加し、感光体1の帯電電位Vhを−700Vとしている。
3はレーザ走査方式をとった像露光手段で、レーザ波長700nmの半導体レーザ(LD)を用い、その出力パワーは300μWである。像露光手段3はレーザビームを出射して感光体1の一様に帯電した表面を走査露光し、静電潜像を形成する。
現像装置4は、感光体1に対向して回転する現像剤担持体41により感光体1上の静電潜像をトナー像として現像する。接触或いは非接触による現像が、イメージ露光と反転現像との組み合わせで2成分現像剤を用いての現像が行われる。現像剤担持体41はマグネットロールの周囲にステンレス溶射表面加工を施したアルミ製のスリーブを被せた構成とし、現像剤担持体41のローラ径φ40mm、線速(vs)560mm/sで回転し、感光体1との線速比(vs/vp)は2としている。現像剤担持体41には直流成分の現像バイアスによって現像が行われるが、直流成分としては−600VのDCバイアス(Vdc)に交流成分として周波数(Fac)5kHz、ピーク値Vacp−p1.2kVのACバイアスを重畳して印加して反転現像が行われる。
非磁性トナーと磁性キャリアを含有する2成分現像剤のトナーとしては、体積平均粒径が3〜6.5μmの重合トナーが好ましい。重合トナーを用いることにより、高解像力であり、濃度が安定しかぶりの発生が極めて少ない画像形成装置が可能となる。
重合トナーは次のような製造方法により製造される。
トナー用バインダー樹脂の生成とトナー形状とがバインダー樹脂の原料モノマー又はプレポリマーの重合及びその後の化学的処理により形成されて得られる。より具体的には、懸濁重合又は乳化重合等の重合反応と必要によりその後に行われる粒子同士の融着工程を経て得られ、重合トナーでは、原料モノマー又はプレポリマーを水系で均一に分散した後に重合させトナーを製造することから、トナーの粒度分布及び形状の均一な球形トナーが得られる。
トナーは球形の度合いを示す形状係数SF−1が100〜140、凹凸の度合いを示す形状係数SF−2が100〜120の間にあることが好ましい。なお、形状係数SF−1、SF−2は下記の式で与えられる。
SF−1=(Lmax2/A)×(π/4)×100
SF−2=(Laround2/A)×(1/4π)×100
Lmax;最大直径 Laround;周長 A;トナー投影面積
トナーは体積平均粒径が3μmを下回ると、かぶりの発生やトナー飛散が起こりやすくなる。上限6.5μmは本実施の形態が目標とする高画質を形成することを可能する粒径の上限である。
キャリアとしては、体積平均粒径が30〜65μmで磁化量が20〜70emu/gの磁性粒子からなるフェライトコアのキャリアが好ましい。30μmよりも粒径の小さなキャリアではキャリア付着が生じやすくなる。また、65μmよりも粒径の大きなキャリアでは、均一な濃度の画像が形成されない場合が生じうる。
5はトナー像の転写性を高めるために照射する転写前露光光源で、光波長700nmのLEDで、光出力10luxをもって照射する。
6はコロトロンの転写極で、ワイヤ〜感光体1間距離8mm、ワイヤ〜バックプレート間距離12mmの構成となっていて、転写電流(Itr)200μAの定電流制御によって感光体1上のトナー像の転写紙上への転写を行う。
7はコロトロンの分離極で、ワイヤ〜感光体1間距離8mm、ワイヤ〜バックプレート間距離12mmの構成となていて、AC成分100μA、DC成分−200μAの分離電流によって転写紙の感光体1からの分離を促す。
給紙部より給紙された転写紙Pは、レジストローラ21によって感光体1上に形成されたトナー像と同期して給紙がなされ、転写ニップ部において転写極6によってトナー像の転写を受ける。転写ニップ部を通過した転写紙Pは、感光体1の面から分離極7によって分離され、搬送ベルト22によって定着装置23へ搬送される。
定着装置23は内部にヒータを配置した加熱ローラ23aと加圧ローラ23bとより成り、トナー像を保持した転写紙Pは加熱ローラ23aと加圧ローラ23bとの間で加熱・加圧がなされて定着し、トナー像が定着された転写紙Pは排紙ローラ24によって機外の排紙トレイ上に排出される。
一方、転写紙Pへのトナー像の転写後の感光体1の表面はクリーニング装置8により転写残トナーの清掃が行われる。本実施例においてはクリーニング手段としてウレタンゴム製のブレードが用いられ、クリーニングブレードはカウンタタイプに感光体1周面に摺接して清掃を行っている。クリーニング装置8を通過いて表面が清掃された感光体1周面は、光波長700nm、光出力10lux光源を用いた帯電前露光(PCL)手段9によって照射がなされ、残留電位を低下して次の画像形成サイクルへと移行する。
クリーニング装置8によって回収されたトナーは搬送スクリュ等を用いてトナー搬送するトナーリサイクル手段81によって現像装置4に回収される。現像装置4への回収動作は感光体1の回転動作と同時に併行して行われる。
現像装置4には、内蔵する現像剤中のトナー比率を検知するトナー濃度検知センサTTcが設けられていて、現像によってトナーが消費され、トナー濃度Tcが所定の濃度値Tc0以下に低下したときは、制御部はトナー供給口43を開口して新トナーを貯蔵したトナー貯蔵部42からトナー補給を行っている。なお、本実施例においては、所定の濃度値Tc0は環境湿度及びプリント数によって可変として、機内に設けた湿度計によって検知した湿度と、カウンタによって計測したプリント数から図2に示す図表を用いて濃度値Tc0の決定を行い、決定した濃度値Tc0を用い、濃度検知センサTTcの検知した濃度値がTc0を下廻ったときはトナー補給を行って現像装置4内でのトナー濃度調整を行っている。
また現像装置4とクリーニング装置8との間には感光体1上の反射濃度を検出して感光体1上のパッチ画像のトナー付着量の計測を行う画像濃度センサTSが設けられている。パッチ画像としては非ソリッドテストパターンが用いられ、非ソリッドテストパターンの顕画像は印字率で30〜70%の間にあるか、もしくはプリント出力時の反射濃度が0.4〜0.9の範囲内にある中間調濃度の、画像濃度センサTSの感度が低下する領域を避けた非ソリッドテストパターンが用いられる。
同一の画像濃度であっても、トナー付着量はトナー特性によって相違し、小粒径トナーを用いたときは大粒径トナーを用いたときに比較して小量のトナー付着量でも同じ画像濃度として検知されるので、本発明の画像形成装置では、使用する現像剤を用いて予めテストを行い、画像濃度センサTSによるセンサ読み取り値とトナー付着量との関係を示すテーブルをメモリとして記憶していて、テーブルを用いて、トナー付着量を検出し、検出値に基づいて画像濃度調整を行っている。
(2) 本発明の画像形成装置では、画像調整モード時には、かぶり抑制電位差(=|Vh−Vdc|)を画像形成時より小さく、本実施例ではVh−Vdc=0として、帯電及び現像を行い、感光体1上の白地部(非露光部)のトナー濃度(かぶり量)を画像濃度センサTSによって検知し、検知値に応じて下記の(a)(b)(c)で示す現像条件を決定し、画像形成時には決定した画像条件で現像を行い、画像形成を行う。
図3には、本発明の電気制御系の概要を示している。110は演算制御処理を行うCPUで、RAM111、ROM(1)112、ROM(2)113が接続されている。ROM(1)112には、演算基礎データをはじめ、画像形成プログラム、本発明の画像調整プログラムを記憶し、ROM(2)113には(a)かぶり−(Vh−Vdc)テーブル、(b)かぶり−Vacp−pテーブル、(c)かぶり−Facテーブルの何れかのテーブルを記憶していて、CPU110はインターフェース120を介して外部機器に接続されている。
インターフェース120の入力側には、画像濃度センサTSが接続されていて、発光素子と受光素子とよりなり、感光体1上でのトナー付着量の計測を行う。本発明においては、画像濃度センサTSは、パッチ画像のトナー付着量の計測の外に、白地部でのトナー付着量、即ちかぶりの計測を行っている。
インターフェース120の出力側には、感光体1、帯電手段2、像露光手段3、現像装置4等が接続されていて、帯電手段2については、バイアス電圧を印加して感光体1を帯電電位Vhに帯電する帯電バイアス電源が接続されている。また、現像装置4については、現像バイアスとして電圧Vdcに印加するDCバイアス電源と、周波数Fac、ピーク値Vacp−pに印加するACバイアス電源とが接続されている。
画像形成モード時には、CPU110はROM(1)112から画像形成プログラムを呼び出し、このプログラムに従って、帯電、像露光、現像を行い、感光体1上に形成されたトナー像を転写紙上に転写し、トナー像を保持した転写紙の定着を行ったのち、機外に排出するよう制御することが行われる。
電源がONされた時点等で行われる画像調整モード時には、CPU110はROM(1)112から画像調整プログラムを呼び出し、画像調整を行う。
まず、かぶり抑制電位差(=|Vh−Vdc|)の絶対値を小さく、本実施例ではVh−Vdc=0として感光体1上への帯電を行う。図1によって説明した画像形成装置では、感光体1の帯電電位Vh=−700V、DCバイアスVdc=−600Vであるので、CPU110は帯電手段2の帯電バイアス電源を制御して、感光体1の帯電電位Vhを−600Vとなるよう回転する感光体1上にコロナ帯電を行う。
回転する感光体1に対して帯電が行われ、露光手段2によって露光が行われない潜像を有さない状態で現像装置4に到達する。現像装置4においては、Vdc=−600VのDCバイアスにFac=5kHz、Vacp−p=1.2kVのACバイアスが重畳された現像バイアスによって現像が行われ、白地部(非露光部)には一面に微量のトナーが付着したかぶりが生じる。
本発明においては、画像調整モードで、画像形成モード時に較べてかぶり抑制電位差を小さく設定しているので、現像によって生じるかぶりの状態は増幅されていて、画像濃度センサTSによっても、かぶりの状態が精度良く判別可能となっている。図4には、白地部トナー付着量と画像濃度センサTSによるセンサ出力との関係を示していて、白地部トナー付着量(かぶり量)とセンサ出力とがほぼ比例関係に保たれていることを示している。
本発明においては、CPU110はROM(2)113に記録されたかぶりと現像条件との関係を示すテーブル(a)、(b)、(c)の何れかを呼び出して、画像濃度センサTSによってかぶり量を検知したセンサ出力に応じて現像条件を設定し、設定した現像条件のもとでその後の画像形成が行われる。
(a) 本実施形態においては、画像濃度センサTSによって検知されたセンサ出力(かぶり量)に対して、予め実験によって求めたかぶりのない良好な画像が得られるかぶり抑制電位差を求め、これをテーブルとしたかぶり−(Vh−Vdc)テーブルをROM(2)113に記憶している。図5には、このテーブルのかぶり量とかぶり抑制電位差との関係をグラフとして表示している。
CPU110はROM(2)113に記憶されたかぶり−(Vh−Vdc)テーブルを呼び出し、画像濃度センサTSによって検知されたセンサ出力を当該テーブルに適用することによって、適当とするかぶり抑制電位差を求め、この条件を画像形成時のかぶり抑制電位差として設定する。
画像調整モードで求めたかぶり抑制電位差に設定することによって、画像形成時にはかぶりのない良好な画像が得られることとなる。
なお、本実施例においては、センサ出力が4Vであったので、自動的にVh=−800Vに設定し、|Vh−Vdc|=200Vとすることによって、その後の画像形成時にはかぶりのない良好な画像が得られている。
(b) 本実施形態においては、画像濃度センサTSによって検知されたセンサ出力(かぶり量)に対して、予め実験によって求めたかぶりのない良好な画像が得られるACバイアスのピーク値Vacp−pを求め、これをテーブルとしたかぶり−(Vacp−p)テーブルをROM(2)113に記憶している。図6には、このテーブルのかぶり量とVacp−pとの関係をグラフとして表示している。
CPU110はROM(2)113に記憶されたかぶり−(Vacp−p)テーブルを呼び出し、画像濃度センサTSによって検知されたセンサ出力を当該テーブルに適用することによって、適当とするVacp−pを求め、この条件を画像形成時のVacp−pとして設定する。
画像調整モードで求めたVacp−pに設定することによって、画像形成時にはかぶりのない良好な画像が得られることとなる。
なお、本実施例においては、センサ出力が4Vであったので、自動的にVacp−p=1.0kVとすることによって、その後の画像形成時にはかぶりのない良好な画像が得られている。
(c) 本実施形態においては、画像濃度センサTSによって検知されたセンサ出力(かぶり量)に対して、予め実験によって求めたかぶりのない良好な画像が得られるACバイアスの周波数Facを求め、これをテーブルとしたかぶり−(Fac)テーブルをROM(2)113に記憶している。図7には、このテーブルのかぶり量とFacとの関係をグラフとして表示している。
CPU110はROM(2)113に記憶されたかぶり−(Fac)テーブルを呼び出し、画像濃度センサTSによって検知されたセンサ出力を当該テーブルに適用することによって、適当とするFacを求め、この条件を画像形成時のFacとして設定する。
画像調整モードで求めたFacに設定することによって、画像形成時にはかぶりのない良好な画像が得られることとなる。
なお、本実施例においては、センサ出力が4Vであったので、自動的にFac=6kHzとすることによって、その後の画像形成時にはかぶりのない良好な画像が得られている。
画像形成装置の断面構成図。 プリント数とトナー濃度と環境湿度との関係を示すグラフ。 電気制御系の概要を示すブロック図。 白地部トナー付着量とセンサ出力の関係を示すグラフ。 かぶり量とかぶり抑制電位差との関係を示すグラフ。 かぶり量とACバイアスピーク値との関係を示すグラフ。 かぶり量とACバイアス周波数との関係を示すグラフ。
符号の説明
1 感光体
2 帯電手段
3 像露光手段
4 現像装置
TS 画像濃度センサ

Claims (5)

  1. 像形成体と、該像形成体を帯電手段により帯電電位Vh(V)に帯電し、露光手段により露光して前記像形成体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記像形成体上に形成した静電潜像を2成分現像剤を用いDCバイアスVdc(V)に周波数Fac(kHz)でピーク値Vacp−p(V)のACバイアスが重畳された現像バイアス電圧を現像剤担持体に印加して現像を行い前記像形成体上にトナー像を形成する現像手段と、前記像形成体上に形成したトナー像を記録媒体もしくは中間転写体上に転写する転写手段と、前記像形成体上に残留した未転写のトナー像をクリーニングするクリーニング手段と、制御部と、を有する画像形成装置において、
    画像調整モード時には、制御部はかぶり抑制電位差(=|Vh−Vdc|)を画像形成時より小さくとり、白地部の濃度を測定してかぶり量を検知し、検知値に応じて現像条件を設定し現像を行うことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記検知値に応じて設定する現像条件は、かぶり抑制電位差(=|Vh−Vdc|)であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記検知値に応じて設定する現像条件は、交流バイアスのピーク値Vacp−pであることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  4. 前記検知値に応じて設定する現像条件は、交流バイアスの周波数Facであることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  5. 前記2成分現像剤は、体積平均粒径が3〜6.5μmの重合トナーと磁性キャリアとから成る2成分現像剤であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の画像形成装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010072603A (ja) * 2008-08-18 2010-04-02 Ricoh Co Ltd 画像形成装置、画像形成方法、及びコンピュータプログラム

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