JP2007206152A - 現像装置のバイアス電圧調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定的に画像品位を維持しながらも、現像ロールへの供給トナー量を適正に調整できる現像装置のバイアス電圧調整方法を提供する。
【解決手段】現像槽１４２に充填されたキャリアとトナーからなる二成分現像剤１４６をブラシ状に保持する磁気ロール１４３と、前記磁気ロール１４３から搬送されたトナーを保持して像担持体１１０に形成された静電潜像を現像する現像ロール１４４を備え、前記磁気ロール１４３と前記現像ロール１４４の夫々に印加するバイアス電圧により前記磁気ロール１４３から前記現像ロール１４４にトナーを搬送する現像装置のバイアス調整方法であって、前記現像ロール１４４に所定の低圧バイアス電圧を印加した状態で前記像担持体１１０に形成されるベタパターンまたは転写体への転写後のベタパターンの濃度が所定濃度となるように前記磁気ロール１４３へ印加するバイアス電圧を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機やプリンタやファクシミリ装置等の電子写真方式を採用する画像形成装置に組み込まれる現像装置のバイアス電圧調整方法に関し、詳述すると、現像槽に充填されたキャリアとトナーからなる二成分現像剤をブラシ状に保持する磁気ロールと、前記磁気ロールから搬送されたトナーを保持して像担持体に形成された静電潜像を現像する現像ロールを備え、前記磁気ロールと前記現像ロールの夫々に印加するバイアス電圧により前記磁気ロールから前記現像ロールにトナーを搬送する現像装置のバイアス調整方法に関する。

電子写真方式の画像形成装置に組み込まれる現像装置として、特許文献１には、現像装置を複雑にすることなく、長期にわたって現像ローラ上のトナー層厚を常に安定させ、濃度変化のない安定した画像を維持することを目的として、像担持体上に、現像ロールに現像バイアスを印加し始めてから２周目に形成されたトナー層を用いたベタパターンと、次の１回転の間に形成されたトナー層を用いたハーフトーンパターンとを配したトナー層厚検知用パターンを顕像化させ、像担持体上のトナー層厚検知用パターン、または転写体に転写されたトナー層厚検知用パターンのトナー濃度を濃度センサにより検出し、検出したトナー濃度に基づいて磁気ロールと現像ロール間のバイアス電圧の差電圧、つまり、搬送バイアス電圧を制御する現像方法が提案されていた。

特開２００５−５５８４１号公報

しかし、上述した従来技術によれば、現像ロールに印加するバイアス電圧を固定値に設定した後に、ハーフトーンパターンの濃度を検知し、その検知結果に基づいて搬送バイアス電圧を設定しているため、現像ロール上のトナー量の適正化が不十分となるという問題があった。例えば、現像ロール上のトナーが十分あるにもかかわらず、ハーフトーンパターンの濃度が低いために必要以上に搬送バイアス電圧が高く調整される虞があった。

その結果、現像ロールに過剰なトナーが供給され、現像ロール表面に付着して画像に欠陥を与えたり、現像ロールと磁気ロールの間隔が狭くなりトナーの搬送障害が起こり、トナー飛散や剤漏れが発生する虞があった。

また、安定的にハーフトーンパターンを生成するために、事前にベタパターンを形成する必要があったが、このベタパターンを生成するためにトナーが無駄に消費されるという問題もあった。

本発明は、上述の従来欠点に鑑み、安定的に画像品位を維持しながらも、現像ロールへの供給トナー量を適正に調整できる現像装置のバイアス電圧調整方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による現像装置のバイアス電圧調整方法の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、現像槽に充填されたキャリアとトナーからなる二成分現像剤をブラシ状に保持する磁気ロールと、前記磁気ロールから搬送されたトナーを保持して像担持体に形成された静電潜像を現像する現像ロールを備え、前記磁気ロールと前記現像ロールの夫々に印加するバイアス電圧により前記磁気ロールから前記現像ロールにトナーを搬送する現像装置のバイアス電圧調整方法であって、前記現像ロールに所定の低圧バイアス電圧を印加した状態で前記像担持体に形成されるベタパターンまたは転写体への転写後のベタパターンの濃度が所定濃度となるように前記磁気ロールへ印加するバイアス電圧を調整する点にある。

上述の構成によれば、現像ロールに所定の低圧バイアス電圧を印加した状態、つまり、現像効率が低い状態で、ベタパターンが所定濃度となるように、磁気ロールへ印加するバイアス電圧を調整、つまり、現像ロールと磁気ロールの双方に印加されるバイアス電圧の差電圧である搬送バイアス電圧を調整するために、過剰なトナーが現像ロールに搬送されるような条件を排除して現像ロールに形成されるトナーの層厚を適正に調整することができるようになる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記磁気ロールへ印加するバイアス電圧を調整した後に、前記像担持体に形成される所定のハーフトーンパターンまたは転写体への転写後の所定のハーフトーンパターンの濃度が所定濃度となるように前記磁気ロールと前記現像ロールの夫々に印加するバイアス電圧の差電圧を一定に維持しながら両バイアス電圧を調整する点にある。

上述の構成によれば、第一の特徴構成により調整された磁気ロールと現像ロールの夫々に印加するバイアス電圧の差電圧、つまり搬送バイアス電圧を一定に維持しながら、さらに両バイアス電圧を調整することにより適正なハーフトーンパターンが得られるので、現像ロールに過剰なトナーが供給されるような不都合を回避して適切に現像特性を調整することができるようになる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、現像剤の混合比を前記両バイアス電圧の差電圧に対応するキャリアとトナーの目標混合比に調整する点にあり、これにより変動するトナー帯電量が調整され、常に安定した画像が得られるようになる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一または第二の何れかの特徴構成に加えて、現像剤の混合比を前記調整後の前記両バイアス電圧の差電圧に対応するキャリアとトナーの目標混合比に調整する点にあり、これにより変動するトナー帯電量が適正に調整され、常に安定した画像が得られるようになる。

以上説明した通り、本発明によれば、安定的に画像品位を維持しながらも、現像ロールへの供給トナー量を適正に調整できる現像装置のバイアス電圧調整方法を提供することができるようになった。

以下に本発明による現像装置のバイアス電圧調整方法を説明する。本発明による現像装置を備えた電子写真方式の画像形成装置の一例であるプリンタは、図２に示すように、外部機器から入力されたプリントジョブに基づいてＭＣＹＫの各色成分のトナー像を形成する画像形成部１と、記録媒体としての用紙を供給・搬送・排紙する用紙トレイや搬送ローラなどからなる給紙部２と、三本のローラ３０に支持された無端状の転写体３１と、前記転写体３１に接触配置された複数の転写ローラ３２、３３等を備えて構成された転写部３と、トナー像が転写された記録媒体を定着処理する定着部４と、前記外部機器とのデータ送受信を行うインターフェース部５、該プリンタを統括制御するマイクロコンピュータを備えたシステム制御部６を備えて構成される。

前記画像形成部１は、図２に示すように、前記転写体３１の周方向に沿って配置されたＭ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）の各色に対応した４つの感光体ユニット１００と、形成するトナー像の濃度が所定の濃度に維持されるように前記転写体３１に担持された各色のトナーパターンからの反射光量に基づいて各色の濃度を検出するトナー濃度センサ１１と、該画像形成部１を制御する制御部１２で構成され、各感光体ユニット１００は、図１に示すように、像担持体１１０と、前記像担持体１１０の周方向に沿って帯電チャージャー１２０、露光ヘッド１３０、現像装置１４０、クリーナ１５０、除電ランプ１６０等が配置されて構成されている。

前記像担持体１１０は、アルミニウム製シリンダの表面に正帯電性光導電体であるアモルファスシリコン層が蒸着された感光体を有する感光体ドラムからなり、前記帯電チャージャー１２０により正帯電され、前記露光ヘッド１３０からの露光により露光部分の電荷はシリンダを経てアースされる構成となっている。

前記トナー濃度センサ１１は、前記転写体３１の周方向に沿って配置された前記感光体ユニット１００の下流側に配置されている。前記トナー濃度センサ１１について詳述すると、前記トナー濃度センサ１００は、図３に示すように、前記転写体３１の法線方向に対して所定の傾斜角度で単一の偏光光を投光する投光部１３と、前記法線方向に対して前記投光部１３と反対側に配置され、前記転写体３１からの反射光を前記投光光と同一の第１の偏光光と前記投光光と異なる第２の偏光光とに分離する偏光分離部１４と、前記第１及び前記第２の偏光光を受光する第１及び第２の受光部１５とを備えて構成され、前記第１及び前記第２の偏光光の光量差からトナー濃度を検出する。

Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）の各色の前記感光体ユニット１００に夫々備えられた前記現像装置１４０は、図１に示すように、夫々に対応した色のトナーを充填したトナーカートリッジ１４１と、前記トナーカートリッジ１４１から供給されるトナーとキャリアを撹拌する現像槽１４２と、前記現像槽１４２に充填されたキャリアとトナーからなる二成分現像剤１４６がブラシ状になった磁気ブラシ１４３ｌを保持する磁気ロール１４３と、前記磁気ロール１４３から搬送されたトナーをトナー薄層１４４ｌとして保持して前記像担持体１１０に形成された静電潜像を現像する現像ロール１４４を備えて構成されている。

前記現像ロール１４４は、均一な帯電性のアルミニウムで構成され、その回転軸にＡＣバイアス電圧Ｖａｃ４、ＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ４を印加する高圧回路１４４ｖが接続されている。

前記磁気ロール１４３は、Ｎ極とＳ極を交互に着磁した固定マグネットローラを内包する回転スリーブで構成され、その回転軸にＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ３を印加する高圧回路１４３ｖが接続されている。

前記制御部１２は、前記現像ロール１４４と前記磁気ロール１４３の双方に印加されるＤＣバイアス電圧の差電圧である搬送バイアス電圧ΔＶｃを調整することにより、前記磁気ロール１４３から前記現像ロール１４４に搬送されるトナー量、及び現像特性を調整する。

前記制御部１２は、予め設定された所定の周期、つまり、前記現像装置１４０の累積稼動時間が所定の時間に、または累積プリント枚数が所定のプリント枚数に達した時点で、キャリブレーション制御を実行するように構成されている。

即ち、前記現像ロール１４４に所定の低圧バイアス電圧を印加した状態で前記像担持体１１０に形成されるベタパターンまたは前記転写体３１への転写後のベタパターンの濃度が所定濃度となるように前記磁気ロール１４３へ印加するバイアス電圧を調整する。

さらに、前記像担持体１１０に形成される所定のハーフトーンパターンまたは転写体３１への転写後の所定のハーフトーンパターンの濃度が所定濃度となるように前記磁気ロール１４３と前記現像ロール１４４の夫々に印加するバイアス電圧の差電圧である前記搬送バイアスΔＶｃを一定に維持しながら両バイアス電圧を調整するのである。

以下に詳述する。前記制御部１２は、前記現像装置１４０の累積稼動時間が所定の時間に、または累積プリント枚数が所定のプリント枚数に達した時点で、各色の感光体ユニット１００毎に、前記現像ロール１４４に印加する前記ＡＣバイアス電圧Ｖａｃ４を変更することなく、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ４を最小出力電圧に近い所定のバイアス電圧Ｖｄｃ４（Ｒ）に固定して、前記磁気ロール１４３にＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ３を数パターン印加し、夫々のパターンにおいてベタパターンとなるトナー像を前記像担持体１１０に形成して前記転写体３１に担持させる。

前記磁気ロール１４３から前記現像ロール１１４に搬送されるトナー量をモニターすべく、前記トナー濃度センサ１１により夫々の前記トナー像のトナー濃度値を検知し、前記検知したトナー濃度値が前記制御部１２の図示しない記憶部に記憶されたベタパターン形成時の所定のトナー濃度値となる前記ＤＣバイアスＶｄｃ４を求めることで最適な搬送バイアスΔＶｃ（Ｏ）を求め、前記磁気ロール１４３から前記現像ロール１４４に搬送されるトナー量、及び現像特性を調整する。

前記最適な搬送バイアスΔＶｃ（Ｏ）を一定に維持しながら、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ３、Ｖｄｃ４を再調整し、所定のハーフトーンで数パターンのトナー像を前記像担持体１１０に形成して前記転写体３１に担持させ、前記トナー濃度センサ１１により夫々の前記トナー像のトナー濃度値を検知し、前記検知したトナー濃度値が前記制御部１２の図示しない記憶部に記憶されたハーフトーンパターン形成時の所定のトナー濃度値となる最適なＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ３（Ｏ）、Ｖｄｃ４（Ｏ）を求め、前記制御部１２は、次回のキャリブレーション実施まで、前記磁気ロール１４３と前記現像ロール１４４に印加するバイアス電圧として前記最適なＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ３（Ｏ）、Ｖｄｃ４（Ｏ）を用いる。

本実施例では、まず、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ４を最小出力電圧に近い所定のバイアス電圧Ｖｄｃ４（Ｒ）に固定し、前記磁気ロール１４３に４パターンのＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ３を印加することで、前記像担持体１１０に４パターンのベタパターンのトナー像を形成し、図４に示すように、前記転写体３１に担持させ、前記トナー濃度センサ１１により前記４パターン夫々の前記トナー像のトナー濃度値を検知する。

前記搬送バイアスΔＶｃと前記検知したトナー濃度値より得られる特性曲線から、図５に示すように、前記制御部１２の図示しない記憶部に記憶されたベタパターン形成時の所定のトナー濃度値となる最適な搬送バイアスΔＶｃ（Ｏ）を求め、前記最適な搬送バイアスΔＶｃ（Ｏ）を用いることで、前記磁気ロール１４３から前記現像ロール１４４に搬送されるトナー量、及び現像特性を調整する。

前記制御部１２は、前記最適な搬送バイアスΔＶｃ（Ｏ）を一定に保ちつつ前記ＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ３とＶｄｃ４を再調整して、４パターンの所定の濃度のハーフトーンパターンからなるトナー像を、上述と同様に前記転写体３１に転写し、前記トナー濃度センサ１１により４パターン夫々の前記トナー像のトナー濃度値を検知する。

前記磁気ローラ１４３に印加するＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ３と前記検知した前記トナー濃度値より導く特性曲線から、図６に示すように、前記制御部１２の図示しない記憶部に記憶されたハーフトーンパターン形成時の所定のトナー濃度値となる前記最適なＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ３（Ｏ）を求め、前記最適な搬送バイアスΔＶｃ（Ｏ）と前記最適なＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ３（Ｏ）の差分を取ることで前記最適なＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ４（Ｏ）を求める。前記制御部１２は、次回のキャリブレーション実施まで、前記磁気ロール１４３と前記現像ロール１４４に印加するバイアス電圧として前記最適なＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ３（Ｏ）、Ｖｄｃ４（Ｏ）を用いる。

なお、上述において、本実施例ではベタ及びハーフトーンの夫々において４パターンのトナー像を形成したが、これに限定するものではなく、機器特性や使用条件、コストなどの諸条件に合わせ最適なパターンのトナー像を形成する構成であっても良く、夫々のパターンのトナー像のトナー濃度を検知し、前記磁気ロール１４３及び前記現像ロール１４４に印加するＤＣバイアス電圧の調整を行えば良い。

前記最適なＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ３（Ｏ）、Ｖｄｃ４（Ｏ）の調整後さらに、前記現像槽１４２に設けられたインダクタンス検知型のトナー濃度センサ１４５が出力する前記現像槽１４２内のトナー濃度に基づき、現像剤の混合比を前記調整後の前記両バイアス電圧の差電圧である前記最適な搬送バイアスΔＶｃ（Ｏ）に対応するキャリアとトナーの目標混合比に調整する。

つまり、様々なプリントデータに基づいて画像形成動作が行われることにより前記現像槽１４２内のトナーとキャリアの混合比（以下、「Ｔ／Ｃ」と記す。）が一定であってもトナー帯電量が変動し、前記トナー帯電量の変動は前記磁気ロール１４３から前記現像ロール１４４に搬送されるトナー量に影響を及ぼして前記最適なバイアス電圧ΔＶｃを設定するときの変動幅が大きくなる虞があるため、初期設定されたトナーとキャリアのＴ／Ｃから、前記両バイアス電圧の差電圧である前記最適な搬送バイアスΔＶｃ（Ｏ）に対応するトナー帯電量となる目標Ｔ／Ｃに変更調整することで前記変動幅を小さくするのである。

詳述すると、種々の実験を通して、初期設定されたＴ／Ｃにおいて前記現像槽１４２内のトナー帯電量毎に前記搬送バイアスΔＶｃを印加した際に前記現像ロール１４４に搬送されるトナー量を求めると、図７に示すように、前記搬送バイアスΔＶｃが一定でも前記トナー帯電量により搬送されるトナー量は異なる。前記トナー帯電量を一定とした状態で前記搬送されるトナー量を所定量に維持するには前記搬送バイアスΔＶｃにより調整することとなり、キャリブレーション実行時に前記最適なバイアス電圧ΔＶｃ（Ｏ）を設定する際の変動幅が大きくなる。

前記初期設定されたＴ／Ｃにおいて、所定のトナー帯電量を備えたときに設定される前記最適な搬送バイアスΔＶｃ（Ｏ）ｉと、前記最適な搬送バイアスΔＶｃ（Ｏ）とが異なるときには前記トナー帯電量が適正ではないため、前記制御部１２は前記目標Ｔ／Ｃを設定し、前記トナーカートリッジ１４１からのトナー供給量を制御して前記トナー濃度センサ１４５で検出される前記Ｔ／Ｃが前記目標Ｔ／Ｃとなるように調整する。

ここで、前記目標Ｔ／Ｃは、前記搬送バイアスΔＶｃが前記最適な搬送バイアスΔＶｃ（Ｏ）であるときにおいて、初期設定されたＴ／Ｃで前記搬送バイアスΔＶｃが前記最適な搬送バイアスΔＶｃ（Ｏ）ｉとなるときの前記トナー帯電量と同じトナー帯電量を備える時の前記Ｔ／Ｃである。本発明者らは種々の実験を通してこれを取得し、前記制御部１２の図示しない記憶部に記憶させ、前記制御部１２は前記テーブルデータより状況に応じた前記目標Ｔ／Ｃを求める。

前記目標Ｔ／Ｃへの調整は、図８に示すように、次回のキャリブレーション実施において、前記トナー濃度センサ１４５により検出される前記Ｔ／Ｃが前記目標Ｔ／Ｃとなるように、前記制御部１２が漸次前記トナーカートリッジ１４１からのトナー供給量を変更制御することで行われる。

以下、別実施形態を説明する。上述の構成では、前記像担持体１１０として、アルミニウム製シリンダの表面に正帯電性光導電体であるアモルファスシリコン層が蒸着された感光体を有する感光体ドラムを採用したが、前記感光体が有機光導電体であるＯＰＣドラムや、前記感光体がセレンなどであるその他の種類の光導電性半導体ドラムを採用する構成であっても良く、この場合、前記感光体の帯電特性に応じて、採用する二成分現像剤は適宜変更すれば良い。

上述の構成では、現像剤の混合比を前記調整後の前記両バイアス電圧の差電圧に対応するキャリアとトナーの目標混合比に調整する構成としたが、前記現像剤の混合比を前記両バイアス電圧の差電圧に対応するキャリアとトナーの目標混合比に調整するように制御するものであってもよい。

現像装置の説明図 本実施例におけるプリンタの説明図 本実施例における転写体上のトナー濃度を検出するトナー濃度センサの説明図 転写体上に形成されるトナー像の説明図 搬送バイアスΔＶｃと現像ロールに搬送されるトナー量（転写体上のベタパターンのトナー像のトナー濃度値）の関係を示すグラフ ＤＣバイアス電圧Ｖｄｃ３と現像ロールに搬送されるトナー量（転写体上のハーフトーンパターンのトナー像のトナー濃度値）の関係を示すグラフ トナーとキャリアの混合比が一定であるときにおける搬送バイアスΔＶｃと現像ロールに搬送されるトナー量（転写体上のハーフトーンパターンのトナー像のトナー濃度値）の関係を示すグラフ トナーとキャリアの混合比を目標混合比に調整する際の説明に用いるグラフ

符号の説明

１２：制御部
１００： 感光体ユニット
１４０： 現像装置
１４１： トナーカートリッジ
１４２： 現像槽
１４３：磁気ロール
１４３ｌ：磁気ブラシ
１４３ｖ：高圧回路（磁気ロール用）
１４４：現像ロール
１４４ｌ：トナー薄層
１４４ｖ：高圧回路（現像ロール用）
１４５：トナー濃度センサ
１４６：二成分現像剤（トナーとキャリア）

Claims (4)

1. 現像槽に充填されたキャリアとトナーからなる二成分現像剤をブラシ状に保持する磁気ロールと、前記磁気ロールから搬送されたトナーを保持して像担持体に形成された静電潜像を現像する現像ロールを備え、前記磁気ロールと前記現像ロールの夫々に印加するバイアス電圧により前記磁気ロールから前記現像ロールにトナーを搬送する現像装置のバイアス電圧調整方法であって、前記現像ロールに所定の低圧バイアス電圧を印加した状態で前記像担持体に形成されるベタパターンまたは転写体への転写後のベタパターンの濃度が所定濃度となるように前記磁気ロールへ印加するバイアス電圧を調整する現像装置のバイアス電圧調整方法。
2. 前記磁気ロールへ印加するバイアス電圧を調整した後に、前記像担持体に形成される所定のハーフトーンパターンまたは転写体への転写後の所定のハーフトーンパターンの濃度が所定濃度となるように前記磁気ロールと前記現像ロールの夫々に印加するバイアス電圧の差電圧を一定に維持しながら両バイアス電圧を調整する請求項１記載の現像装置のバイアス電圧調整方法。
3. 現像剤の混合比を前記両バイアス電圧の差電圧に対応するキャリアとトナーの目標混合比に調整する請求項１または２記載の現像装置のバイアス電圧調整方法。
4. 現像剤の混合比を前記調整後の前記両バイアス電圧の差電圧に対応するキャリアとトナーの目標混合比に調整する請求項１または２記載の現像装置のバイアス電圧調整方法。

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