JP2007279277A - Image forming apparatus and image forming method - Google Patents
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Description
この発明は、帯電バイアスを印加した帯電手段を当接させて所定の表面電位に帯電させた感光体の表面を露光して静電潜像を形成し、感光体に対向配置したトナー担持体に現像バイアスを印加することで、静電潜像をトナーにより顕像化して画像を形成する画像形成装置および画像形成方法に関するものである。 In the present invention, a charging means to which a charging bias is applied is brought into contact to expose the surface of a photosensitive member charged to a predetermined surface potential to form an electrostatic latent image. The present invention relates to an image forming apparatus and an image forming method for forming an image by developing an electrostatic latent image with toner by applying a developing bias.
所定の表面電位に帯電させた感光体を露光して静電潜像を形成し、感光体に対向配置したトナー担持体に交流現像バイアスを印加して静電潜像をトナーにより顕像化して画像を形成する画像形成装置においては、現像バイアスの平均電位と感光体の表面電位との関係が画像品質に大きな影響を及ぼす。より具体的には、感光体表面のうち露光された露光部の電位と現像バイアスの平均電位との差(以下、「コントラスト電位差」という)が画像濃度に影響を与え、また感光体表面のうち露光されなかった非露光部の電位と現像バイアスの平均電位との差(以下、「逆コントラスト電位差」という)は、画像へのトナーのカブリ量に影響を与えるほか、装置内部に飛散するトナーの量にも関係する。 A photosensitive member charged to a predetermined surface potential is exposed to form an electrostatic latent image, and an AC developing bias is applied to a toner carrier disposed opposite to the photosensitive member to visualize the electrostatic latent image with toner. In an image forming apparatus for forming an image, the relationship between the average potential of the developing bias and the surface potential of the photosensitive member has a great influence on the image quality. More specifically, the difference between the potential of the exposed exposed portion of the photoreceptor surface and the average potential of the developing bias (hereinafter referred to as “contrast potential difference”) affects the image density. The difference between the potential of the unexposed area that has not been exposed and the average potential of the developing bias (hereinafter referred to as “reverse contrast potential difference”) affects the amount of toner fogging on the image, as well as the amount of toner scattered inside the apparatus. Also related to quantity.
そこで、例えば特許文献1に記載の画像形成装置では、現像バイアスを多段階に変更設定しながらパッチ画像を形成し、その濃度検出結果に基づいて所望の画像濃度を得るためのコントラスト電位差を与える現像バイアスの最適値を求め、さらに逆コントラスト電位差が一定値となるように帯電バイアスを設定することによって、コントラスト電位差および逆コントラスト電位差の双方を好ましい状態に維持して安定した画像品質を得るようにしている。
Thus, for example, in the image forming apparatus described in
上記した従来技術には次のような解決すべき課題があった。すなわち、この種の画像形成装置、特に感光体とトナー担持体とがギャップを隔てて対向配置された装置では、感光体とトナー担持体との間で放電が発生して画像品質を低下させてしまうことがある。したがって、安定した画像形成を行うためにはまずこのような放電の発生を確実に防止することが必要となる。放電防止の観点からは逆コントラスト電位差を小さくすることが好ましい。一方、画像品質上は、上記した逆コントラスト電位差をできるだけ大きく取ることが好ましい。上記従来技術では逆コントラスト電位差が常に一定値となるようにしているため、これらの相反する要求を高いレベルで両立させるには至っていなかった。 The above prior art has the following problems to be solved. That is, in this type of image forming apparatus, in particular, an apparatus in which the photosensitive member and the toner carrying member are opposed to each other with a gap therebetween, a discharge occurs between the photosensitive member and the toner carrying member, thereby reducing the image quality. It may end up. Therefore, in order to perform stable image formation, it is first necessary to reliably prevent such discharge from occurring. From the viewpoint of preventing discharge, it is preferable to reduce the reverse contrast potential difference. On the other hand, in terms of image quality, it is preferable to take the reverse contrast potential difference as large as possible. In the above prior art, since the reverse contrast potential difference is always a constant value, these conflicting requirements have not been achieved at a high level.
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、逆コントラスト電位差を適正に設定することにより、放電の発生を確実に防止しながら優れた画像品質で画像の形成を行うことのできる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a technique capable of forming an image with excellent image quality while reliably preventing the occurrence of discharge by appropriately setting the reverse contrast potential difference. For the purpose.
以下、本明細書においては、感光体とトナー担持体との対向位置における、感光体表面のうち露光されていない非露光部の電位と現像バイアスの平均電位との間の電位差を「逆コントラスト電位差」と定義する。 Hereinafter, in this specification, the potential difference between the potential of the unexposed portion of the surface of the photoconductor that is not exposed and the average potential of the developing bias at the position where the photoconductor and the toner carrier are opposed to each other is referred to as “reverse contrast potential difference”. Is defined.
本願発明者は、種々の実験の結果、後に「発明を実施するための最良の形態」の項で詳述するように、感光体とトナー担持体との間における放電開始電圧は一定でなく、感光体の稼動量や周囲環境によって大きく変動するという知見を得た。 As a result of various experiments, the inventor of the present application has found that the discharge starting voltage between the photosensitive member and the toner carrier is not constant, as will be described in detail later in the section “Best Mode for Carrying Out the Invention”. We obtained the knowledge that it varies greatly depending on the operating amount of the photoreceptor and the surrounding environment.
上記知見に鑑み、この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、感光体と、帯電バイアスとしての直流電圧を印加され、前記感光体に当接して前記感光体を所定の表面電位に帯電させる帯電手段と、帯電された前記感光体の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、表面にトナーを担持するとともに前記感光体に対し所定のギャップを隔てて対向配置され、現像バイアスとしての交番電圧が印加されることにより、前記トナーを前記感光体表面に付与して前記静電潜像を顕像化するトナー担持体と、前記逆コントラスト電位差が所定の目標電位差となるように、前記帯電バイアスおよび前記現像バイアスを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記逆コントラスト電位差を変化させたときに、前記感光体の非露光部と前記現像バイアスを印加された前記トナー担持体との間で放電開始する放電開始逆コントラスト電位差を求め、該放電開始逆コントラスト電位差よりも小さな値を前記目標電位差として設定する逆コントラスト電位差設定処理を実行することを特徴としている。 In view of the above knowledge, in order to achieve the above object, an image forming apparatus according to the present invention is applied with a photoconductor and a DC voltage as a charging bias, and contacts the photoconductor to bring the photoconductor to a predetermined surface potential. A charging means for charging the surface of the photosensitive member, an exposure means for exposing the surface of the charged photosensitive member to form an electrostatic latent image, and a toner carrying member on the surface and facing the photosensitive member with a predetermined gap therebetween. And an alternating voltage as a developing bias is applied, whereby the toner is applied to the surface of the photoreceptor to visualize the electrostatic latent image, and the reverse contrast potential difference is a predetermined target potential difference. And a control means for controlling the charging bias and the developing bias, and the control means controls the non-dew exposure of the photoconductor when the reverse contrast potential difference is changed. A reverse contrast potential difference setting process for obtaining a discharge start reverse contrast potential difference for starting discharge between the toner carrier to which the developing bias is applied and setting a value smaller than the discharge start reverse contrast potential difference as the target potential difference It is characterized by performing.
また、この発明にかかる画像形成方法は、帯電バイアスとしての直流電圧を印加した帯電手段を当接させることで所定の表面電位に帯電させた感光体の表面を露光して静電潜像を形成し、表面にトナーを担持するトナー担持体を前記感光体に対し所定のギャップを隔てて対向配置して現像バイアスとしての交番電圧を印加することにより、前記トナーを前記感光体表面に付与して前記静電潜像を顕像化する画像形成方法であって、上記目的を達成するため、前記逆コントラスト電位差を変化させたときに、前記感光体の非露光部と前記現像バイアスを印加された前記トナー担持体との間で放電開始する放電開始逆コントラスト電位差を求め、該放電開始逆コントラスト電位差よりも小さな値を目標電位差として設定する工程と、前記逆コントラスト電位差が前記目標電位差となるように前記帯電バイアスおよび前記現像バイアスを設定しながら、前記静電潜像を形成するとともに該静電潜像を前記トナーにより顕像化して画像を形成する工程とを備えることを特徴としている。 The image forming method according to the present invention forms an electrostatic latent image by exposing the surface of a photoconductor charged to a predetermined surface potential by contacting a charging means to which a DC voltage as a charging bias is applied. The toner is applied to the surface of the photoconductor by applying an alternating voltage as a developing bias by disposing a toner carrier on the surface facing the photoconductor with a predetermined gap therebetween. An image forming method for visualizing the electrostatic latent image, wherein the non-exposed portion of the photoconductor and the developing bias are applied when the reverse contrast potential difference is changed in order to achieve the above object. Obtaining a discharge start reverse contrast potential difference for starting discharge with the toner carrier, setting a value smaller than the discharge start reverse contrast potential difference as a target potential difference; and Forming the electrostatic latent image while setting the charging bias and the developing bias so that a strike potential difference becomes the target potential difference and forming the electrostatic latent image with the toner to form an image; It is characterized by having.
これらの発明では、放電開始逆コントラスト電位差が実際に求められているので、これを超えない逆コントラスト電位差となるように現像バイアスおよび帯電バイアスを設定することによって、感光体とトナー担持体との間の放電を確実に防止することができる。また、放電を発生させない範囲で逆コントラスト電位差を適切に設定することにより、所望の画像品質を得ることができる。例えば放電が生じない範囲でできるだけ大きな値に逆コントラスト電位差を定めることにより、放電の発生を確実に防止しながらカブリやトナー飛散をも効果的に抑制することが可能となる。 In these inventions, since the reverse contrast potential difference at the start of discharge is actually obtained, the development bias and the charging bias are set so that the reverse contrast potential difference does not exceed this, so that there is a difference between the photosensitive member and the toner carrier. Can be reliably prevented. Further, desired image quality can be obtained by appropriately setting the reverse contrast potential difference within a range in which no discharge is generated. For example, by setting the reverse contrast potential difference as large as possible within a range where no discharge occurs, it is possible to effectively prevent fogging and toner scattering while reliably preventing the occurrence of discharge.
また、上記のように構成された画像形成装置では、前記逆コントラスト電位差設定処理において、前記制御手段は、例えば前記帯電バイアスおよび現像バイアスの少なくとも一方を変更設定することによって前記逆コントラスト電位差を変化させながら、前記感光体の非露光部と前記現像バイアスを印加された前記トナー担持体との間で放電が発生するか否かを検知し、その結果に基づいて前記放電開始逆コントラスト電位差を求めることができる。こうして逆コントラスト電位差を変化させながら放電の有無を実際に検知することで、放電開始逆コントラスト電位差を確実に求めることができる。 In the image forming apparatus configured as described above, in the reverse contrast potential difference setting process, the control unit changes the reverse contrast potential difference by, for example, changing and setting at least one of the charging bias and the developing bias. While detecting whether or not a discharge occurs between the non-exposed portion of the photoreceptor and the toner carrier to which the developing bias is applied, the discharge start reverse contrast potential difference is obtained based on the result. Can do. Thus, by actually detecting the presence or absence of discharge while changing the reverse contrast potential difference, the discharge start reverse contrast potential difference can be obtained reliably.
放電の有無を検知する具体的な手段としては、例えば、前記感光体と前記トナー担持体との間に流れる電流を検出する電流検出手段をさらに設け、前記電流検出手段による検出結果に基づいて行うことができる。放電が発生することによって感光体とトナー担持体との間に放電電流が流れるので、これを検出することによって放電の有無を判断することができる。 As specific means for detecting the presence or absence of discharge, for example, a current detection means for detecting a current flowing between the photosensitive member and the toner carrier is further provided, and the detection is performed based on the detection result of the current detection means. be able to. Since a discharge current flows between the photosensitive member and the toner carrying member due to the occurrence of the discharge, the presence or absence of the discharge can be determined by detecting this.
また、例えば、前記感光体上のトナー付着量を検出するトナー検出手段をさらに設け、前記トナー検出手段による検出結果に基づいて行うことができる。さらに、前記感光体からトナーを転写される転写媒体と、前記転写媒体上のトナー付着量を検出するトナー検出手段をさらに設け、前記トナー検出手段による検出結果に基づいて行ってもよい。トナー検出手段を用いる場合には、前記制御手段は、所定値よりも多いトナー付着量が前記トナー検出手段により検出されたとき、放電が発生したと判断することができる。放電が発生すると、トナー担持体上のトナーが飛散し、その一部が感光体に付着するからである。このようなトナーの付着が観測されたとき、放電が発生したと判断することができる。 Further, for example, toner detection means for detecting the toner adhesion amount on the photoreceptor can be further provided, and the detection can be performed based on the detection result by the toner detection means. Further, a transfer medium to which toner is transferred from the photoconductor and a toner detection unit for detecting the toner adhesion amount on the transfer medium may be further provided, and the detection may be performed based on the detection result by the toner detection unit. When using the toner detection means, the control means can determine that a discharge has occurred when the toner detection amount detected by the toner detection means is greater than a predetermined value. This is because when the discharge occurs, the toner on the toner carrier is scattered and a part of the toner adheres to the photosensitive member. When such toner adhesion is observed, it can be determined that a discharge has occurred.
また、前記逆コントラスト電位差設定処理の実行後に、前記制御手段は、前記現像バイアスを多段階に変更設定しながら各バイアス値でパッチ画像を形成し、その濃度検出結果に基づいて前記現像バイアスを最適化する現像バイアス最適化処理をさらに実行するようにしてもよい。逆コントラスト電位差設定処理によって最適な逆コントラスト電位差が設定された後、さらに現像バイアスを最適化することで現像バイアスおよび帯電バイアスをいずれも最適化して、より優れた画像品質を得ることができるからである。 In addition, after executing the reverse contrast potential difference setting process, the control unit forms a patch image with each bias value while changing and setting the development bias in multiple stages, and optimizes the development bias based on the density detection result. The development bias optimizing process may be further executed. After the optimal reverse contrast potential difference is set by the reverse contrast potential difference setting process, it is possible to optimize the development bias and the charging bias by further optimizing the development bias to obtain better image quality. is there.
この場合、前記現像バイアス最適化処理において、前記制御手段は、前記逆コントラスト電位差を前記目標電位差に維持するように前記現像バイアスに応じて前記帯電バイアスを変化させながら前記パッチ画像を形成するのが好ましい。こうすることで、パッチ画像形成の間にも逆コントラスト電位差が目標電位差に維持されることとなり、その結果、現像バイアスおよび帯電バイアスをより高精度に制御することができる。 In this case, in the development bias optimization process, the control unit forms the patch image while changing the charging bias according to the development bias so as to maintain the reverse contrast potential difference at the target potential difference. preferable. By doing so, the reverse contrast potential difference is maintained at the target potential difference even during patch image formation, and as a result, the developing bias and the charging bias can be controlled with higher accuracy.
また、前記制御手段は、装置の電源が投入されたとき、それに応じて前記逆コントラスト電位差設定処理を実行することができる。電源投入時には、前回の逆コントラスト電位差設定処理の実行時とは周囲環境が大きく変動している可能性があり、これに対応するためである。また、前記感光体、前記帯電手段および前記トナー担持体のいずれかが交換されたとき、それに応じて前記逆コントラスト電位差設定処理を実行するようにしてもよい。これらが交換されたとき、その特性ばらつきに起因して、感光体とトナー担持体との間での放電の起こりやすさが変わるのに対応するためである。 Further, the control means can execute the reverse contrast potential difference setting process accordingly when the apparatus is turned on. This is because when the power is turned on, there is a possibility that the surrounding environment has changed greatly from the time of the previous execution of the reverse contrast potential difference setting process. In addition, when any of the photosensitive member, the charging unit, and the toner carrier is replaced, the reverse contrast potential difference setting process may be executed accordingly. This is because, when these are exchanged, the likelihood of discharge between the photosensitive member and the toner carrying member changes due to the characteristic variation.
また、装置の動作環境を検出する環境検出手段をさらに設け、前記制御手段は、前記環境検出手段による検出結果に基づいて、前記逆コントラスト電位差設定処理の実行タイミングを決定するようにしてもよい。放電の起きやすさは周囲環境、特に温度や湿度によって変わるのに対応して、適切なタイミングで逆コントラスト電位差設定処理を行うためである。 Further, an environment detection unit that detects an operating environment of the apparatus may be further provided, and the control unit may determine the execution timing of the reverse contrast potential difference setting process based on a detection result by the environment detection unit. This is because the reverse contrast potential difference setting process is performed at an appropriate timing in response to changes in the ease of occurrence of discharge depending on the surrounding environment, particularly temperature and humidity.
また、前記制御手段は、前記感光体または前記帯電手段の稼動量が所定の閾値に達したときに前記逆コントラスト電位差設定処理を実行するようにしてもよい。これらの稼動量の増大に伴う特性の変化に対応して、逆コントラスト電位差を常に最適な値に設定するためである。特に、互いに異なる複数の前記閾値を設定しておき、前記制御手段は前記稼動量がそれらの閾値のいずれかに達する度に前記逆コントラスト電位差設定処理を実行し、しかも、前記閾値の間隔は、前記稼動量が大きくなると広くなるように設定することが好ましい。後述するように、感光体または帯電手段の稼動量が小さいうちは感光体とトナー担持体との間における放電開始逆コントラスト電位差が大きく変動する一方、稼動量が大きくなるとその変動は小さくなる。そこで、稼動量が大きくなると閾値の間隔が広くなるようにすることで、初期には高い頻度で、後期にはより低い頻度で逆コントラスト電位差設定処理が実行されることとなり、上記のような放電開始逆コントラスト電位差の変動にも対応することができる。 Further, the control unit may execute the reverse contrast potential difference setting process when an operation amount of the photoconductor or the charging unit reaches a predetermined threshold value. This is because the reverse contrast potential difference is always set to an optimum value in response to the change in the characteristics accompanying the increase in the operation amount. In particular, a plurality of different threshold values are set in advance, and the control means executes the inverse contrast potential difference setting process every time the operating amount reaches any of those threshold values, and the threshold interval is: It is preferable that the setting is made so as to increase as the operating amount increases. As will be described later, while the operation amount of the photosensitive member or the charging unit is small, the discharge start reverse contrast potential difference between the photosensitive member and the toner carrying member greatly fluctuates. On the other hand, the fluctuation decreases as the operation amount increases. Therefore, by increasing the threshold value as the operating amount increases, the reverse contrast potential difference setting process is executed at a high frequency in the initial stage and at a lower frequency in the late stage. It is also possible to cope with fluctuations in the starting reverse contrast potential difference.
なお、前記制御手段は、前記現像バイアスの振幅を一定値とすることが好ましい。というのは、現像バイアスの振幅を変えるとトナー担持体からのトナーの供給量が大きく変動し画像濃度の制御が難しくなるからである。そこで、逆コントラスト電位差を適正に維持してカブリやトナー飛散を抑制しつつ所望の画像濃度を得るためには、現像バイアスの振幅ではなくその平均電位や、感光体の非露光部電位に関わる帯電バイアスを可変とすることが望ましい。 The control means preferably sets the amplitude of the developing bias to a constant value. This is because, if the amplitude of the developing bias is changed, the amount of toner supplied from the toner carrier greatly fluctuates, making it difficult to control the image density. Therefore, in order to obtain a desired image density while properly maintaining the reverse contrast potential difference and suppressing fog and toner scattering, the charging potential is not related to the amplitude of the developing bias, but to the non-exposed portion potential of the photoreceptor. It is desirable to make the bias variable.
また、この発明は、前記トナー担持体の表面が導電性材料により形成されている装置において上記した効果が特に顕著である。トナー担持体の表面が導電性を有する場合、感光体との間で起きる放電が特に問題となることが本願発明者の実験によってわかっている。すなわち、このような構成の装置においても、本発明を適用することによって、放電の発生を確実に防止しながら優れた画像品質で画像を形成することができる。 In the present invention, the above-described effect is particularly remarkable in an apparatus in which the surface of the toner carrier is formed of a conductive material. It has been found through experiments conducted by the inventors of the present application that the discharge occurring between the toner carrying member and the photosensitive member is particularly problematic. That is, even in an apparatus having such a configuration, by applying the present invention, it is possible to form an image with excellent image quality while reliably preventing the occurrence of discharge.
(1)本発明を適用可能な画像形成装置の構成例
図1はこの発明を適用した画像形成装置の一実施形態を示す図である。また、図2は図1の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置は、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の4色のトナー(現像剤)を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック(K)のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ11に与えられると、このメインコントローラ11からの指令に応じてエンジンコントローラ10に設けられたCPU101がエンジン部EG各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートSに画像信号に対応する画像を形成する。
(1) Configuration example of image forming apparatus to which the present invention is applicable FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an image forming apparatus to which the present invention is applied. FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the image forming apparatus of FIG. This apparatus forms a full color image by superposing four color toners (developers) of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (K), or only black (K) toner. An image forming apparatus that forms a monochrome image using In this image forming apparatus, when an image signal is given to the main controller 11 from an external device such as a host computer, the CPU 101 provided in the
このエンジン部EGでは、感光体22が図1の矢印方向D1に回転自在に設けられている。また、この感光体22の周りにその回転方向D1に沿って、帯電ローラ23、ロータリー現像ユニット4およびクリーニング部25がそれぞれ配置されている。帯電ローラ23は所定の帯電バイアスを印加されており、感光体22の外周面を所定の表面電位に帯電させる。クリーニング部25は一次転写後に感光体22の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体22、帯電ローラ23およびクリーニング部25は一体的に感光体カートリッジ2を構成しており、この感光体カートリッジ2は一体として装置本体に対し着脱自在となっている。
In the engine unit EG, the
そして、この帯電ユニット23によって帯電された感光体22の外周面に向けて露光ユニット6から光ビームLが照射される。この露光ユニット6は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームLを感光体22上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。
Then, the light beam L is irradiated from the
こうして形成された静電潜像は現像ユニット4によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット4は、図1紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム40、支持フレーム40に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器4Y、シアン用の現像器4C、マゼンタ用の現像器4M、およびブラック用の現像器4Kを備えている。この現像ユニット4は、エンジンコントローラ10により制御されている。そして、このエンジンコントローラ10からの制御指令に基づいて、現像ユニット4が回転駆動されるとともにこれらの現像器4Y、4C、4M、4Kが選択的に感光体22と所定のギャップを隔てて対向する所定位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色のトナーを担持する現像ローラ44が感光体22に対し対向配置され、その対向位置において現像ローラ44から感光体22の表面にトナーを付与する。これによって、感光体22上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。
The electrostatic latent image thus formed is developed with toner by the developing
上記のようにして現像ユニット4で現像されたトナー像は、一次転写領域TR1で転写ユニット7の中間転写ベルト71上に一次転写される。転写ユニット7は、複数のローラ72〜75に掛け渡された中間転写ベルト71と、ローラ73を回転駆動することで中間転写ベルト71を所定の回転方向D2に回転させる駆動部(図示省略)とを備えている。そして、カラー画像をシートSに転写する場合には、感光体22上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト71上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット8から1枚ずつ取り出され搬送経路Fに沿って二次転写領域TR2まで搬送されてくるシートS上にカラー画像を二次転写する。
The toner image developed by the developing
このとき、中間転写ベルト71上の画像をシートS上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域TR2にシートSを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路F上において二次転写領域TR2の手前側にゲートローラ81が設けられており、中間転写ベルト71の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ81が回転することにより、シートSが所定のタイミングで二次転写領域TR2に送り込まれる。 At this time, in order to correctly transfer the image on the intermediate transfer belt 71 to a predetermined position on the sheet S, the timing of feeding the sheet S to the secondary transfer region TR2 is managed. Specifically, a gate roller 81 is provided on the transport path F on the front side of the secondary transfer region TR2, and the gate roller 81 rotates in accordance with the timing of the circumferential movement of the intermediate transfer belt 71. S is sent to the secondary transfer region TR2 at a predetermined timing.
また、こうしてカラー画像が形成されたシートSは定着ユニット9によりトナー像を定着され、排出前ローラ82および排出ローラ83を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部89に搬送される。また、シートSの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートSの後端部が排出前ローラ82後方の反転位置PRまで搬送されてきた時点で排出ローラ83の回転方向を反転し、これによりシートSは反転搬送経路FRに沿って矢印D3方向に搬送される。そして、ゲートローラ81の手前で再び搬送経路Fに乗せられるが、このとき、二次転写領域TR2において中間転写ベルト71と当接し画像を転写されるシートSの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートSの両面に画像を形成することができる。
Further, the sheet S on which the color image is formed in this manner is fixed with the toner image by the fixing
また、ローラ75の近傍には、クリーナ76が配置されている。このクリーナ76は図示を省略する電磁クラッチによってローラ75に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ75側に移動した状態でクリーナ76のブレードがローラ75に掛け渡された中間転写ベルト71の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト71の外周面に残留付着しているトナーを除去する。
A cleaner 76 is disposed in the vicinity of the
このクリーナ76は、二次転写領域TR2においてシートSへの画像の転写が行われるときに、それと同じ周回において中間転写ベルト71上に残留付着するトナーを除去するように、離当接制御される。したがって、例えば装置がモノクロ画像を連続的に形成する場合には、一次転写領域TR1において中間転写ベルト71に転写された画像が直ちに二次転写領域TR2でシートSに転写されるので、クリーナ76は当接状態に保持される。一方、カラー画像を形成する場合には、各色のトナー像が互いに重ね合わされる間、クリーナ76を中間転写ベルト71から離間させておく必要がある。そして、各色のトナー像が互いに重ね合わされてフルカラー画像が完成し、シートSに二次転写されるのと同一の周回において、残留トナーを除去すべくクリーナ76が中間転写ベルト71に当接されることとなる。 The cleaner 76 is controlled to be separated and abutted so as to remove toner remaining on the intermediate transfer belt 71 during the same rotation as the transfer of the image onto the sheet S in the secondary transfer region TR2. . Therefore, for example, when the apparatus continuously forms monochrome images, the image transferred to the intermediate transfer belt 71 in the primary transfer region TR1 is immediately transferred to the sheet S in the secondary transfer region TR2, so that the cleaner 76 is The contact state is maintained. On the other hand, when forming a color image, the cleaner 76 needs to be separated from the intermediate transfer belt 71 while the toner images of the respective colors are superimposed on each other. Then, the toner images of the respective colors are superimposed on each other to complete a full-color image, and the cleaner 76 is brought into contact with the intermediate transfer belt 71 in order to remove residual toner in the same round as the secondary transfer onto the sheet S. It will be.
また、ローラ75の近傍には濃度センサ60および垂直同期センサ77が配置されている。この濃度センサ60は、中間転写ベルト71の表面に対向して設けられており、必要に応じ、中間転写ベルト71の外周面に形成されるトナー像の画像濃度を測定する。そして、その測定結果に基づき、この装置では、画像品質に影響を与える装置各部の動作条件、例えば各現像カートリッジに与える現像バイアスや、光ビームLの強度などの調整を行っている。この濃度センサ60は、例えば反射型フォトセンサを用いて、中間転写ベルト71上の所定面積の領域の画像濃度に対応した信号を出力するように構成されている。そして、CPU101は、中間転写ベルト71を周回移動させながらこの濃度センサ60からの出力信号を定期的にサンプリングすることで、中間転写ベルト71上のトナー像各部の画像濃度を検出することができる。
Further, a
また、垂直同期センサ77は、中間転写ベルト71の基準位置を検出するためのセンサであり、中間転写ベルト71の回転駆動に関連して出力される同期信号、つまり垂直同期信号Vsyncを得るためのセンサとして機能する。そして、この装置では、各部の動作タイミングを揃えるとともに各色で形成されるトナー像を正確に重ね合わせるために、装置各部の動作はこの垂直同期信号Vsyncに基づいて制御される。
The
また、装置筐体内部でエンジン部EGの近傍には、機内の温度および湿度を検出してCPU101に対し出力する温湿度センサ90が設けられている。
In addition, a temperature /
また、図2に示すように、各現像カートリッジ4Y,4C,4Mおよび4Kには該現像カートリッジの製造ロットや使用履歴、内蔵トナーの残量などに関するデータを記憶するメモリ91〜94がそれぞれ設けられている。さらに、各現像カートリッジ4Y,4C,4M、4Kには無線通信器49Y、49C、49M、49Kがそれぞれ設けられている。そして、必要に応じて、これらが選択的に本体側に設けられた無線通信器109と非接触にてデータ通信を行い、インターフェース105を介してCPU101と各メモリ91〜94との間でデータの送受を行って該現像カートリッジに関する消耗品管理等の各種情報の管理を行っている。なお、この実施形態では、無線通信等の電磁的手段を用いて非接触にてデータ送受を行っているが、本体側および各現像カートリッジ側にコネクタ等を設け、コネクタ等を機械的に嵌合させることで相互にデータ送受を行うようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 2, each of the developing
また、この装置では、図2に示すように、メインコントローラ11のCPU111により制御される表示部12を備えている。この表示部12は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、CPU111からの制御指令に応じて、ユーザへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。 Further, as shown in FIG. 2, this apparatus includes a display unit 12 that is controlled by the CPU 111 of the main controller 11. The display unit 12 is constituted by, for example, a liquid crystal display, and in accordance with a control command from the CPU 111, the operation guidance to the user, the progress of the image forming operation, the occurrence of an abnormality in the apparatus, the replacement timing of any unit, etc. A predetermined message for notification is displayed.
なお、図2において、符号113はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース112を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ11に設けられた画像メモリである。また、符号106はCPU101が実行する演算プログラムやエンジン部EGを制御するための制御データなどを記憶するためのROM、また符号107はCPU101における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するRAMである。
In FIG. 2, reference numeral 113 denotes an image memory provided in the main controller 11 for storing an image given from an external device such as a host computer via the interface 112. Reference numeral 106 is a ROM for storing a calculation program executed by the CPU 101, control data for controlling the engine unit EG, and the like.
(2)現像バイアス・帯電バイアス設定処理
次に、この画像形成装置における現像バイアス・帯電バイアス設定処理について説明するが、それに先立って、本願発明者が得た知見およびそれに基づく現像バイアス・帯電バイアス設定処理の基本的な考え方について説明する。
(2) Development Bias / Charging Bias Setting Processing Next, development bias / charging bias setting processing in the image forming apparatus will be described. Prior to that, knowledge obtained by the present inventor and development bias / charging bias setting based thereon The basic concept of processing will be described.
(2−1)基本原理
図3はこの発明にかかる画像形成装置の主要部を示す図である。また図4は装置各部の電位を示す図である。なお、この装置は負帯電トナーを使用しているので、各部に与える電位も基本的に負電位であるので、理解を容易にするために図4では縦軸を負電位で表している。
(2-1) Basic Principle FIG. 3 is a diagram showing the main part of the image forming apparatus according to the present invention. FIG. 4 is a diagram showing the potential of each part of the apparatus. Since this apparatus uses negatively charged toner, the potential applied to each part is basically a negative potential. Therefore, in order to facilitate understanding, the vertical axis is represented by a negative potential in FIG.
図3に示すように、感光体22は、鉄、アルミニウムなどの金属からなる素管221、その表面の下地塗膜層222、有機感光性材料からなる電荷発生層223および最表面の電荷輸送層224を備えている。素管221は、電流検出部225を介して電気的に接地されている。
As shown in FIG. 3, the
また、帯電ローラ23は、金属ウィスカまたはカーボンブラックなどの導電性粒子を分散させたゴムやウレタンなどの樹脂により形成されたローラであり、上記のように構成された感光体22の表面に当接されている。また、帯電ローラ23には、エンジンコントローラ10に設けられた帯電バイアス発生部231から所定の直流帯電バイアスVaが印加されている。このような直流接触帯電方式によって帯電される感光体22の表面電位Vsは、帯電バイアスVaと同じ電位にまで上昇するわけではなく、一般的には帯電バイアスよりも低い電位となる。例えば、帯電バイアスVaを(−1200)Vにしたとき、感光体表面電位は約(−600)Vとなる、といった風である。また、こうして帯電された感光体22の表面が現像ローラ44との対向位置に移動してくるまでの暗減衰によって、感光体22の表面電位はさらに低下することとなる。したがって、現像ローラ44との対向位置における感光体22の非露光部電位Voは、帯電バイアスVaよりもかなり低下した値となる。また、感光体22の表面のうち露光ユニット6からの光ビームLにより露光された露光部の電位VLは、感光体22の特性によって決まる残留電位程度まで低下した値となっている。
The charging
一方、感光体22と所定のギャップGPを隔てて対向配置された現像ローラ44は、鉄またはアルミニウムなどによる金属製ローラであり、エンジンコントローラ10に設けられた帯電バイアス発生部441からの現像バイアス電圧Vbが印加されている。現像バイアスVbは、図4に示すように、非対称のデューティを有する矩形波交流電圧であり、そのピーク間電圧がVpp、平均電位(直流成分)がVavgである。
On the other hand, the developing
このような構成においては、感光体22の露光部電位VLと現像バイアス平均電位Vavgとの電位差Vconが「コントラスト電位差」であり、この値が画像濃度に大きく影響を及ぼす。言い換えれば、コントラスト電位差Vconを調整することによって画像濃度を制御することができる。また、感光体22の非露光部電位Voと現像バイアス平均電位Vavgとの電位差Vrが「逆コントラスト電位差」であり、この値は画像濃度に顕著な影響を及ぼすものではないが、その大小によってカブリトナー量が変化するので結果的に画像品質に影響を与えることとなる。
In such a configuration, the potential difference Vcon between the exposed portion potential VL of the
また、現像バイアスVbの負側最大電位Vmaxと感光体22の露光部電位VLとの電位差V1、または現像バイアスVbの正側最大電位Vminと感光体22の非露光部電位Voとの電位差V2のいずれかがギャップGPにおける放電開始電圧を超えると、感光体22と現像ローラ44との間で放電が発生することとなる。本願発明者の種々の実験によれば、特に感光体22の非露光部と現像ローラ44との間で放電が生じやすいことが明らかになった。つまり、上記電位差V2がギャップGPにおける放電開始電圧を下回っているにもかかわらず、感光体22の非露光部と現像ローラ44との間で放電が生じる場合があることがわかった。また、このような傾向は、特に現像ローラ44が金属などの導電性材料により形成されている場合に顕著であることもわかった。
Further, the potential difference V1 between the negative maximum potential Vmax of the developing bias Vb and the exposed portion potential VL of the
図5は感光体の非露光部と現像ローラとの間で起こる放電のメカニズムを示す図である。上記したように、直流接触帯電方式によれば、感光体22の表面電位Vsは帯電バイアスVaから大きく低下した値となっているが、その値は一様ではなく位置によって若干のばらつきを有しているのが普通である。つまり、感光体22の非露光部の電位が平均的には上記電位Voとなるように、帯電バイアスVaを設定しているのであるが、実際の感光体22の表面電位Vsは、図5に示すように、位置によって平均値Voより低くなっていたり、高くなっていたりする。したがって、感光体22の非露光部と現像ローラ44との間で放電が起きるか否かは、単純に現像バイアスVbの正側最大電位Vminと感光体22の非露光部電位(平均電位)Voとの電位差V2によって決まるのではなく、ミクロ的には、現像バイアスVbの正側最大電位Vminと、感光体22の非露光部電位のうち負電位側の最大電位との電位差V3によって決まっているとみられる。現像バイアスVbの正側最大電位Vminと感光体22の非露光部電位Voとの電位差V2がギャップGPにおける放電開始電圧を超えていないにもかかわらず、感光体22の非露光部と現像ローラ44との間で放電が生じるのは、このことが主たる原因の1つであると考えられる。
FIG. 5 is a diagram showing a mechanism of discharge that occurs between the non-exposed portion of the photoreceptor and the developing roller. As described above, according to the DC contact charging method, the surface potential Vs of the
このような感光体22の非露光部電位のばらつきは、帯電ローラ23および感光体22の経時的な特性変化に起因すると考えられる。本願発明者の実験によれば、比較的新しい帯電ローラ23によって帯電させたとき、感光体22の表面電位Vsの面内ばらつきが大きい。また、感光体22の劣化が進んだ場合にも、非露光部電位の面内ばらつきは大きくなる傾向があった。
Such a variation in the potential of the non-exposed portion of the
これに対して、感光体22の露光部電位VLは、例えば露光パワーを大きく変化させたとしても感光体22の特性によって決まる残留電位以下にまで低下することはないので比較的ばらつきが小さい。特に、現像バイアスVbの負側最大電圧Vmaxとの電位差が広くなる方向に変動する要因はほとんどない。したがって、感光体22の露光部と現像ローラ44との間での放電については比較的容易に予測可能である。
On the other hand, the exposure portion potential VL of the
なお、現像バイアスVbの振幅を変化させることによっても放電の起きやすさは変化するが、現像バイアスの振幅を変化させるとギャップGPにおけるトナーの飛翔量が変化するため、同時に画像濃度も変わってしまう可能性が高く濃度制御が複雑になってしまう。そこで、この装置では現像バイアスの振幅を一定とし、現像バイアスの平均電位(直流成分)Vavgおよび帯電バイアスVaを必要に応じて制御するようにしている。 Note that the ease of discharge changes also by changing the amplitude of the developing bias Vb. However, if the amplitude of the developing bias is changed, the amount of toner flying in the gap GP changes, and the image density also changes at the same time. The possibility is high and density control becomes complicated. Therefore, in this apparatus, the amplitude of the developing bias is constant, and the average potential (DC component) Vavg and the charging bias Va of the developing bias are controlled as necessary.
図6は感光体カートリッジの稼動量と放電開始逆コントラスト電位差との関係を示す図である。ここで、「放電開始逆コントラスト電位差」とは、帯電バイアスVaおよび現像バイアスの平均電位Vavgの少なくとも一方を変化させることによって逆コントラスト電位差を次第に増加させたときに、感光体22の非露光部と現像ローラ44との間で放電が生じる最小の電位差のことである。図6に示すように、稼動量(ここでは感光体22の通算回転数により表す)が少ない、つまり感光体カートリッジ2が比較的新しい段階では、変化の態様は様々に異なるものの、放電開始逆コントラスト電位差が概ね増加する傾向を示す。そして、感光体カートリッジ2の稼動量がある値のとき放電開始逆コントラスト電位差が最大となり、その後は次第に低下する傾向を示す。なお、ここでは感光体22の稼動量に対する放電開始逆コントラスト電位差の変化を示したが、この装置では感光体22と帯電ローラ23とが感光体カートリッジ2に組み込まれ、これらが一体的に装置本体に対し着脱可能となっち得るので、横軸を帯電ローラ23の稼動量で表しても実質的に同じである。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the operation amount of the photosensitive cartridge and the discharge start reverse contrast potential difference. Here, the “discharge start reverse contrast potential difference” refers to the non-exposed portion of the
本願発明者の実験によれば、サンプル1では最初に放電開始逆コントラスト電位差がいったん小さくなってから増加するが、サンプル2ではいったん小さくなる傾向が見られないというように、初期の変動の態様はサンプルごとに異なるが、感光体稼動量のある閾値Cthに向かって増加傾向を示す点はどのサンプルにも共通して観測された。また、放電開始逆コントラスト電位差が増加から減少に転じる閾値Cthの値、およびそれ以降の放電開始逆コントラスト電位差低下の傾向は、サンプルごとのばらつきは小さかった。
According to the experiment of the present inventor, the first variation of the reverse contrast potential difference at the start of discharge in
また、放電開始逆コントラスト電位差は装置の動作環境によっても変化する。すなわち、高温・高湿(HH)環境下では通常の(NN)環境に比べて放電が起きやすく、放電開始逆コントラスト電位差は小さくなる。逆に、低温・低湿(LL)環境下では放電が起きにくいので、放電開始逆コントラスト電位差は大きくなる。 In addition, the discharge start reverse contrast potential difference also changes depending on the operating environment of the apparatus. That is, in a high temperature and high humidity (HH) environment, discharge is more likely to occur than in a normal (NN) environment, and the reverse contrast potential difference at the start of discharge is small. On the other hand, since it is difficult for discharge to occur in a low temperature and low humidity (LL) environment, the reverse contrast potential difference at which discharge starts increases.
従来の画像形成装置において逆コントラスト電位差を一定にしている場合、感光体カートリッジの初期から終期まで放電の発生を確実に防止するためには、逆コントラスト電位差が放電開始逆コントラスト電位差を超えることがないようにする必要があり、そのためには、逆コントラスト電位差を、環境による変動に対応するためのマージンをも見込んで図6の一点鎖線で示した値のように設定する必要があった。このようにすると、十分に大きな逆コントラスト電位差を確保することができず、画像品質の点で改良の余地が残されていた。 When the reverse contrast potential difference is constant in the conventional image forming apparatus, the reverse contrast potential difference does not exceed the discharge start reverse contrast potential difference in order to reliably prevent the occurrence of discharge from the initial stage to the end of the photosensitive member cartridge. For this purpose, it is necessary to set the reverse contrast potential difference to a value indicated by a one-dot chain line in FIG. 6 in consideration of a margin for dealing with a change due to the environment. In this case, a sufficiently large reverse contrast potential difference cannot be secured, and there remains room for improvement in terms of image quality.
そこで、この画像形成装置では、装置の稼動状況に応じて逆コントラスト電位差を刻々と変化させることにより、常に放電の発生を確実に防止しながら、できるだけ大きな逆コントラスト電位差を確保することができるようにしている。具体的には、以下に説明するように、逆コントラスト電位差を種々に変化させながらその都度感光体22と現像ローラ44との間で放電が起きるか否かを検知することで放電開始逆コントラスト電位差を見出し、それを超えず、かつできるだけ大きな値に逆コントラスト電位差の目標値を設定する。そして、逆コントラスト電位差がこの目標値となるように、現像バイアスおよび帯電バイアスを設定しながら画像を形成する。こうすることにより、この画像形成装置では、放電の発生を確実に防止しながら優れた画像品質で画像を形成することが可能となっている。
Therefore, in this image forming apparatus, the reverse contrast potential difference is constantly changed according to the operation status of the apparatus, so that the reverse contrast potential difference as large as possible can be ensured while reliably preventing the occurrence of discharge. ing. Specifically, as described below, the discharge start reverse contrast potential difference is detected by detecting whether or not a discharge occurs between the
例えば、サンプル1の装置において感光体の稼動量がある値Caであるときには、そのときの放電開始逆コントラスト電位差Vdisから若干のマージン分を差し引いた値を逆コントラスト電位差の目標値Vtgtとする。
For example, when the operating amount of the photosensitive member is a certain value Ca in the
(2−2)処理フロー
図7はこの画像形成装置における現像バイアス・帯電バイアス設定の流れを示すフローチャートである。この画像形成装置では、CPU101が図7に示す処理を実行することによって、装置の動作条件、より具体的には帯電バイアス、現像バイアスおよび露光パワーが最適な条件に制御され所望の画像品質で画像を形成することが可能となっている。
(2-2) Processing Flow FIG. 7 is a flowchart showing the flow of developing bias / charging bias setting in this image forming apparatus. In this image forming apparatus, when the CPU 101 executes the processing shown in FIG. 7, the operating conditions of the apparatus, more specifically, the charging bias, the developing bias, and the exposure power are controlled to the optimum conditions, and an image with a desired image quality is obtained. Can be formed.
まず、逆コントラスト電位差の目標値Vtgtを定める(ステップS1)。この装置では、逆コントラスト電位差を目標値に維持することにより放電を防止しながら画像品質を安定に保つようにしているが、目標値の決め方については後に説明する。次に、現像バイアスの最適化を行う(ステップS2)。この処理内容は特許文献1(特開2003−215863号公報)に記載された技術と基本的に同一である。すなわち、現像バイアスを多段階に変更設定しながら高濃度パッチ画像を形成してその濃度を濃度センサ60により検出し、所望の画像濃度を得るための現像バイアスの最適値Vboptを算出して現像バイアスをその最適値に設定する。
First, the target value Vtgt for the reverse contrast potential difference is determined (step S1). In this apparatus, the reverse contrast potential difference is maintained at a target value so as to keep the image quality stable while preventing discharge. How to determine the target value will be described later. Next, the development bias is optimized (step S2). This processing content is basically the same as the technique described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-215863). In other words, a high density patch image is formed while changing the development bias in multiple stages, the density is detected by the
パッチ画像形成に際しては、逆コントラスト電位差Vrが上記で求めた目標値Vtgtに維持されるように、現像バイアスVbを変更設定するのに連動させて帯電バイアスVaも変化させることが望ましい。こうすることで、パッチ画像が実際の画像形成動作時に近い条件で形成されることになり、画像濃度をより高精度に制御して高い画像品質を得ることが可能となるからである。 When forming a patch image, it is desirable to change the charging bias Va in conjunction with the change in the development bias Vb so that the reverse contrast potential difference Vr is maintained at the target value Vtgt determined above. By doing so, the patch image is formed under conditions close to those in the actual image forming operation, and it becomes possible to obtain a high image quality by controlling the image density with higher accuracy.
続いて、こうして求めた逆コントラスト電位差の目標値Vtgtと現像バイアスの最適値Vboptとに基づき、帯電バイアスVaを設定する(ステップS3)。すなわち、求められた現像バイアスの最適値と感光体22の非露光部電位Voとの差(逆コントラスト電位差)がその目標値となるような帯電バイアスの値を求め、その値に帯電バイアスを設定する。
Subsequently, the charging bias Va is set based on the target value Vtgt of the reverse contrast potential difference thus obtained and the optimum value Vbopt of the developing bias (step S3). That is, a charging bias value is obtained such that the difference (reverse contrast potential difference) between the obtained optimum value of the developing bias and the non-exposed portion potential Vo of the
そして、こうして設定された帯電バイアスおよび現像バイアスの下で露光パワーの最適化を行う(ステップS4)。ここでは、特許文献1に記載の技術と同様に、露光パワーを多段階に変更設定しながら低濃度パッチ画像を形成してその濃度を検出し、所望の画像濃度を得るための露光パワーの最適値Eoptを算出して露光パワーをその最適値に設定する。これにより、帯電バイアス、現像バイアスおよび露光パワーがいずれもそのときの装置の稼動状況や環境に応じた最適な値に設定され、以後の画像形成動作では良好な画像品質で安定して画像を形成することができる。
Then, the exposure power is optimized under the charging bias and the developing bias set in this way (step S4). Here, as in the technique described in
(2−3)逆コントラスト電位差目標値の設定
図8は逆コントラスト電位差目標値の設定処理を示すフローチャートである。まず、現像バイアスの直流成分Vavgおよび帯電バイアスVaの少なくとも一方を適宜に設定することによって、逆コントラスト電位差Vrを設定可能な最小値に設定する(ステップS101)。この最小値は、通常の画像形成動作では使用しないような値であっても構わない。そして、こうして設定した現像バイアスおよび帯電バイアスを現像ローラ44および感光体22に印加して、両者間での放電の有無を検知する(ステップS102)。
(2-3) Setting of Reverse Contrast Potential Difference Target Value FIG. 8 is a flowchart showing processing for setting the reverse contrast potential difference target value. First, the reverse contrast potential difference Vr is set to the minimum value that can be set by appropriately setting at least one of the DC component Vavg and the charging bias Va of the developing bias (step S101). This minimum value may be a value that is not used in a normal image forming operation. Then, the developing bias and the charging bias set in this way are applied to the developing
放電の有無については、例えば感光体22に接続した電流検出部225に流れる電流を検出することによって検知することができる。感光体22と現像ローラ44との間で放電が発生すると、感光体22に放電電流が流れるので、この電流を検出することによって放電の検知が可能である。
The presence / absence of discharge can be detected by detecting the current flowing through the
また、濃度センサ60を利用して放電を検知することも可能である。感光体22と現像ローラ44との間で放電が発生すると現像ローラ44の表面に担持されていたトナーが弾き出され、その一部が感光体22に付着する。感光体22表面を露光していなければ感光体22の表面にはトナーが付着していない、またはカブリによる少量のトナーのみが付着しているはずであるが、放電によるトナー付着量はカブリによるものよりもずっと大きい。したがって、感光体22上あるいはそこからトナーを転写される中間転写ベルト71上でトナー付着量を検出することによっても、放電の有無を検知することができる。
It is also possible to detect discharge using the
ここで、放電の発生が検知されなければ(ステップS103)、現像バイアスの直流成分Vavgおよび帯電バイアスVaの少なくとも一方を変更設定することにより逆コントラスト電位差Vrを1ステップ(例えば20V)増加させ(ステップS104)、再びステップS102の放電検知を行う。一方、放電発生が検知された場合には、そのときの逆コントラスト電位差の設定値を「放電開始逆コントラスト電位差」とみなしてRAM107に記憶しておく(ステップS105)。 If no occurrence of discharge is detected (step S103), the reverse contrast potential difference Vr is increased by one step (for example, 20V) by changing and setting at least one of the DC component Vavg and the charging bias Va of the developing bias (step 20) (step S103). S104), discharge detection in step S102 is performed again. On the other hand, when the occurrence of discharge is detected, the set value of the reverse contrast potential difference at that time is regarded as the “discharge start reverse contrast potential difference” and stored in the RAM 107 (step S105).
続いて温湿度センサ90の出力を読み込み(ステップS106)、その出力に基づいて、装置の周囲環境を判断し、逆コントラスト電位差の目標値を定める(ステップS107)。通常の(NN)環境下では、上記で求めた放電開始逆コントラスト電位差よりも30V低い値を逆コントラスト電位差の目標値Vtgtとする。この30Vは、装置のばらつきおよび環境変動を考慮した放電マージン電圧である。一方、装置が高温・高湿(HH)環境にあるときには、放電が起きやすい状況であるのでマージンを広く取る必要がある。そこで、この場合には、さらに10V小さい値、つまり上記で求めた放電開始逆コントラスト電位差よりも40V低い値を目標値とする。逆に、低温・低湿(LL)環境下では放電が起きにくいのでマージンは少なくてもよい。そこで、上記で求めた放電開始逆コントラスト電位差よりも20V低い値を目標値として設定する。
Subsequently, the output of the temperature /
以後の動作においては、現像バイアスの直流成分Vavgと感光体22の非露光部電位Voとの電位差(逆コントラスト電位差Vr)が常にこうして設定された目標値Vtgtに維持されるように、現像バイアスVbおよび帯電バイアスVaが制御されることとなる。なお、ギャップGPにおける放電の起きやすさや、所望の画像濃度を得るための現像バイアスの最適値等については、各現像器ごとに異なることとなるので、上記処理は各現像器それぞれについて行う必要がある。
In the subsequent operation, the developing bias Vb is maintained so that the potential difference (reverse contrast potential difference Vr) between the DC component Vavg of the developing bias and the non-exposed portion potential Vo of the
また、感光体22の非露光部電位Voについては直接設定しているわけではなく、帯電バイアスVaを制御することによって間接的に制御することとなる。つまり、帯電ローラ23から感光体22へ電荷を移動させる際のロスと暗減衰による電位低下とを見込んで非露光部電位Voが所望の値となるように帯電バイアスVaを設定する必要があるが、本装置のような直流接触帯電方式の装置においては次のことも考慮する必要がある。このような帯電方式の装置では、感光体22の膜厚の減少に伴って、帯電の効率が上昇することがある。つまり、使用につれて感光体22が磨耗しその膜厚が小さくなると、同じ帯電バイアスを与えても感光体の表面電位が次第に高くなる。したがって、帯電バイアスを決定するに当たっては、感光体の膜減りによる帯電電位の上昇についても加味する必要がある。これを考慮しないと、感光体の表面電位が想定以上に高くなり、結果的に逆コントラスト電位差が目標値よりも大きくなって放電を生じる危険性が高くなってしまう場合がある。
Further, the non-exposed portion potential Vo of the
(2−4)実行タイミング
次に、現像バイアス・帯電バイアス設定処理を実行すべきタイミングについて検討する。まず、装置の電源投入直後には、先の設定処理から長時間が経過して周囲の環境が大きく変化している可能性がある。また、電源オフの間にメンテナンス作業が行われて装置の状態が変化している可能性がある。そこで、安定した品質で画像を形成するために、電源投入直後には上記した現像バイアス・帯電バイアス設定処理を実行して、現像バイアスおよび帯電バイアスの最適化を行っておくことが望ましい。
(2-4) Execution Timing Next, the timing at which the development bias / charging bias setting process should be executed will be examined. First, immediately after the device is turned on, there is a possibility that the surrounding environment has changed greatly after a long time has passed since the previous setting process. In addition, there is a possibility that maintenance work is performed while the power is off and the state of the apparatus is changed. Therefore, in order to form an image with stable quality, it is desirable to optimize the developing bias and the charging bias by executing the developing bias / charging bias setting process described above immediately after the power is turned on.
また、現像ローラ44、帯電ローラ23および感光体22の組み合わせが変わった場合にも、現像バイアス・帯電バイアス設定処理を実行することが望ましい。この装置では帯電ローラ23および感光体22を1つの感光体カートリッジ2として構成しているので、実質的には、感光体カートリッジ2、現像器4Y等のいずれかが交換または新たに装着されたときには現像バイアス・帯電バイアス設定処理を実行することが望ましい。この場合において、例えば感光体カートリッジ2が交換されたときには全ての現像器について処理を行う必要があるが、現像器の一部のみが交換された場合には必ずしも全ての現像器に対して処理を行う必要はなく、交換された現像器のみ使用して処理を行うようにしてもよい。
Further, it is desirable to execute the developing bias / charging bias setting process even when the combination of the developing
また、温湿度センサ90の出力から、先の現像バイアス・帯電バイアス設定処理を実行したときと装置の環境が大きく変化したことがわかる場合にも、改めて現像バイアス・帯電バイアス設定処理を実行し直すことが望ましい。このように、温湿度センサ90の出力に基づいて、現像バイアス・帯電バイアス設定処理の実行タイミングを決めることによって、環境の変化による画像品質の変動や放電の発生を抑えて、画像品質の良好な画像を安定して形成することが可能となる。
Also, when it is known from the output of the temperature /
また、上記以外にも、例えば画像形成枚数(または装置の稼動量)が所定値に達するたびごとに現像バイアス・帯電バイアス設定処理を実行することが好ましい。現像器内のトナー残量の変化等の変動要因によって、装置にとって最適な動作条件は刻々と変化するからである。この場合、図6に示すように、感光体22および帯電ローラ23が比較的新しいときに放電開始逆コントラスト電位差の変化が大きいことが既にわかっているから、これらが新しく稼動量が少ないときには比較的高い頻度で現像バイアス・帯電バイアス設定処理を実行する一方、稼動量がある程度以上になれば現像バイアス・帯電バイアス設定処理の実行頻度を低くすることで、無駄な処理を省き効率のよい制御が可能となる。
In addition to the above, it is preferable to execute the developing bias / charging bias setting process every time the number of formed images (or the operating amount of the apparatus) reaches a predetermined value. This is because the optimum operating condition for the apparatus changes from moment to moment due to factors such as changes in the remaining amount of toner in the developing unit. In this case, as shown in FIG. 6, it is already known that the change in reverse contrast potential difference at the discharge start is large when the
すなわち、感光体カートリッジの稼動量についていくつかの閾値を定めておき、稼動量がその閾値に達したときに現像バイアス・帯電バイアス設定処理を実行するようにするとともに、その閾値の間隔は、後期ほど大きくなるようにすればよい。例えば、感光体カートリッジ2が新しく装着されてからの通算画像形成枚数が1000枚(図6の値Cthに対応)に達するまでは200枚ごとに、それ以降は500枚ごとに、上記した現像バイアス・帯電バイアス設定処理を行う、というようにすることができる。
That is, several threshold values are set for the operation amount of the photosensitive cartridge, and when the operation amount reaches the threshold value, the developing bias / charging bias setting process is executed. Just make it bigger. For example, the development bias described above is applied every 200 sheets until the total number of image formations after the newly installed
(3)まとめ
以上のように、この画像形成装置では、逆コントラスト電位差、つまり現像バイアスの直流成分と感光体の非露光部電位との電位差を一定とせず、装置の状況に応じて設定するようにしているので、装置の稼動状況の変化によらず、放電の発生を確実に防止しながら、画像品質の優れた画像を形成することができる。また、逆コントラスト電位差を、放電が発生しない範囲でできるだけ高い値に設定する、具体的には、放電検知により求めた放電開始逆コントラスト電位差から環境に応じて定めたマージン分を差し引いた値に逆コントラスト電位差の目標値Vtgtを定めることにより、高いカブリ抑制効果を得ることができる。
(3) Summary As described above, in this image forming apparatus, the reverse contrast potential difference, that is, the potential difference between the DC component of the developing bias and the non-exposed portion potential of the photosensitive member is not fixed, but is set according to the state of the apparatus. Therefore, it is possible to form an image with excellent image quality while reliably preventing the occurrence of discharge regardless of changes in the operating status of the apparatus. Also, the reverse contrast potential difference is set to the highest possible value within the range where no discharge occurs. Specifically, the reverse contrast potential difference is reversed to a value obtained by subtracting the margin determined according to the environment from the discharge start reverse contrast potential difference obtained by discharge detection. By determining the target value Vtgt of the contrast potential difference, a high fog suppression effect can be obtained.
このように、本発明を適用した画像形成装置の一実施形態によれば、感光体22と現像ローラ44とのギャップGPにおける放電の発生を確実に防止しながら、所望の画像濃度を得るとともにカブリを抑制して、画像品質の優れた画像を安定して形成することが可能となる。
As described above, according to an embodiment of the image forming apparatus to which the present invention is applied, a desired image density is obtained and fog is prevented while reliably preventing the occurrence of discharge in the gap GP between the
以上説明したように、この実施形態においては、帯電ローラ23および現像ローラ44が本発明の「帯電手段」および「トナー担持体」としてそれぞれ機能している。また、露光ユニット6およびエンジンコントローラ10が本発明の「露光手段」および「制御手段」としてそれぞれ機能している。また、この実施形態では、電流検出部225、濃度センサ60および温湿度センサ90がそれぞれ本発明の「電流検出手段」、「トナー検出手段」および「環境検出手段」に相当している。
As described above, in this embodiment, the charging
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、逆コントラスト電位差の目標値を決定するのに続いて現像バイアス、帯電バイアスおよび露光パワーを最適化する現像バイアス・帯電バイアス設定処理を実行するようにしているが、本発明の趣旨は、逆コントラスト電位差の目標値をそのときの状況に応じて定め、逆コントラスト電位差がその目標値を維持するように現像バイアスおよび帯電バイアスを制御しながら画像を形成することにあるので、逆コントラスト電位差がその目標値を維持されていればよく、目標値の設定と、現像バイアス、帯電バイアスおよび露光パワーの最適化とを相次いで行う必要は必ずしもない。したがって、例えば、逆コントラスト電位差の目標値を求めた後、画像濃度を維持するために現像バイアスの設定値は変更せず、帯電バイアスの設定値のみを、求められた目標値に対応する値に変更するようにしてもよい。ただし、良好な画像品質を得るという観点からは、上記のように、引き続いて動作条件の再設定を行うことがより好ましい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the development bias / charging bias setting process for optimizing the development bias, the charging bias, and the exposure power is executed following the determination of the target value of the reverse contrast potential difference. The purpose of this is to determine the target value of the reverse contrast potential difference according to the situation at that time, and to form an image while controlling the development bias and the charging bias so that the reverse contrast potential difference maintains the target value. The reverse contrast potential difference only needs to maintain the target value, and it is not always necessary to successively set the target value and optimize the development bias, the charging bias, and the exposure power. Therefore, for example, after obtaining the target value of the reverse contrast potential difference, the setting value of the development bias is not changed to maintain the image density, and only the setting value of the charging bias is set to a value corresponding to the obtained target value. It may be changed. However, from the viewpoint of obtaining good image quality, it is more preferable to reset the operating conditions subsequently as described above.
また、上記実施形態では、中間転写ベルト71に対向して濃度センサ60を設けており、感光体22から中間転写ベルト71に転写されたトナーを濃度センサ60により検出するようにしているが、濃度センサを感光体に対向配置して、感光体上のトナーを検出するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、本発明の「環境検出手段」として温湿度センサ90を設け、放電の起きやすさに関わる機内の温度および湿度を検出するようにしているが、これに代えて、あるいはこれに加えて、他の環境要素を検出するようにしてもよい。例えば、ギャップGPにおける気圧が放電の起きやすさに影響するので、気圧を検出するための構成をさらに設けてもよい。
Further, in the above embodiment, the temperature /
また、上記実施形態では、逆コントラスト電位差を種々に変化させることで放電の有無を検知し、その結果に基づいて逆コントラスト電位差の目標値を定めるようにしているが、次のようにしてもよい。すなわち、図6に示したように、放電開始逆コントラスト電位差は、感光体カートリッジ2が初期の段階でその経時変化および個体ばらつきが大きい一方、後期になると比較的変動が緩やかで個体ばらつきも少ない。言い換えれば、後期については放電開始逆コントラスト電位差の変化がある程度予測可能である。そこで、感光体カートリッジの稼動量がある閾値に達するまでは、上記した放電検知を伴う処理によって放電開始逆コントラスト電位差を求める一方、それ以降には事前に予測された変化特性に沿って放電開始逆コントラスト電位差が変化するものとみなして、放電検知を行わずに逆コントラスト電位差の目標値を決定するようにしてもよい。
In the above embodiment, the presence or absence of discharge is detected by variously changing the reverse contrast potential difference, and the target value of the reverse contrast potential difference is determined based on the result. . That is, as shown in FIG. 6, the reverse contrast potential difference at the start of discharge has a large change with time and individual variation in the initial stage of the
また、上記実施形態では、現像バイアスVbとして、デューティが非対称でピーク間電圧Vppが一定の矩形波電圧を使用しているが、現像バイアスの波形はこれに限定されるものではない。また、波形デューティや振幅を可変としてもよい。 In the above embodiment, a rectangular wave voltage with asymmetric duty and a constant peak-to-peak voltage Vpp is used as the developing bias Vb. However, the developing bias waveform is not limited to this. Further, the waveform duty and amplitude may be variable.
さらに、本発明は、上記実施形態のようにロータリー現像ユニットを備える装置のみならず、いわゆるタンデム方式の画像形成装置や、現像器を1個のみ備えるモノクロ画像形成装置に対しても適用することが可能である。 Furthermore, the present invention can be applied not only to an apparatus having a rotary developing unit as in the above-described embodiment, but also to a so-called tandem image forming apparatus and a monochrome image forming apparatus having only one developing device. Is possible.
2…感光体カートリッジ、 6…露光ユニット(露光手段)、 10…エンジンコントローラ(制御手段)、 22…感光体、 23…帯電ローラ(帯電手段)、 44…現像ローラ(トナー担持体)、 60…濃度センサ(トナー検出手段)、 90…温湿度センサ(環境検出手段)、 225…電流検出部(電流検出手段)、 Vavg…現像バイアスの平均電位、 Vo…非露光部電位、 Vr…逆コントラスト電位差
DESCRIPTION OF
Claims (16)
帯電バイアスとしての直流電圧を印加され、前記感光体に当接して前記感光体を所定の表面電位に帯電させる帯電手段と、
帯電された前記感光体の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
表面にトナーを担持するとともに前記感光体に対し所定のギャップを隔てて対向配置され、現像バイアスとしての交番電圧が印加されることにより、前記トナーを前記感光体表面に付与して前記静電潜像を顕像化するトナー担持体と、
前記感光体と前記トナー担持体との対向位置における、前記感光体表面のうち露光されていない非露光部の電位と前記現像バイアスの平均電位との間の電位差を逆コントラスト電位差と定義したとき、該逆コントラスト電位差が所定の目標電位差となるように、前記帯電バイアスおよび前記現像バイアスを制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記逆コントラスト電位差を変化させたときに、前記感光体の非露光部と前記現像バイアスを印加された前記トナー担持体との間で放電開始する放電開始逆コントラスト電位差を求め、該放電開始逆コントラスト電位差よりも小さな値を前記目標電位差として設定する逆コントラスト電位差設定処理を実行する
ことを特徴とする画像形成装置。 A photoreceptor,
A charging unit that is applied with a DC voltage as a charging bias and contacts the photoconductor to charge the photoconductor to a predetermined surface potential;
Exposure means for exposing the surface of the charged photoreceptor to form an electrostatic latent image;
The toner is carried on the surface and opposed to the photosensitive member with a predetermined gap therebetween, and an alternating voltage as a developing bias is applied to apply the toner to the surface of the photosensitive member and thereby the electrostatic latent image. A toner carrier for visualizing an image;
When the potential difference between the potential of the unexposed portion of the surface of the photoconductor that is not exposed and the average potential of the developing bias at the position where the photoconductor and the toner carrier are opposed to each other is defined as a reverse contrast potential difference, Control means for controlling the charging bias and the developing bias so that the reverse contrast potential difference becomes a predetermined target potential difference,
The control means obtains a discharge start reverse contrast potential difference that starts discharge between the non-exposed portion of the photoconductor and the toner carrier to which the developing bias is applied when the reverse contrast potential difference is changed; An image forming apparatus that executes reverse contrast potential difference setting processing for setting a value smaller than the discharge start reverse contrast potential difference as the target potential difference.
前記制御手段は、前記電流検出手段による検出結果に基づいて放電の有無を検知する請求項2に記載の画像形成装置。 A current detecting means for detecting a current flowing between the photosensitive member and the toner carrier;
The image forming apparatus according to claim 2, wherein the control unit detects the presence or absence of discharge based on a detection result by the current detection unit.
前記制御手段は、前記トナー検出手段による検出結果に基づいて放電の有無を検知する請求項2に記載の画像形成装置。 A toner detecting means for detecting a toner adhesion amount on the photoreceptor;
The image forming apparatus according to claim 2, wherein the control unit detects the presence or absence of discharge based on a detection result by the toner detection unit.
前記転写媒体上のトナー付着量を検出するトナー検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記トナー検出手段による検出結果に基づいて放電の有無を検知する請求項2に記載の画像形成装置。 A transfer medium to which toner is transferred from the photoreceptor;
A toner detecting means for detecting a toner adhesion amount on the transfer medium;
The image forming apparatus according to claim 2, wherein the control unit detects the presence or absence of discharge based on a detection result by the toner detection unit.
前記制御手段は、前記環境検出手段による検出結果に基づいて、前記逆コントラスト電位差設定処理の実行タイミングを決定する請求項1ないし8のいずれかに記載の画像形成装置。 It further comprises environment detection means for detecting the operating environment of the device,
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the control unit determines execution timing of the inverse contrast potential difference setting process based on a detection result by the environment detection unit.
前記閾値の間隔は、前記稼動量が大きくなると広くなるように設定されている請求項12に記載の画像形成装置。 A plurality of different threshold values are set, and the control means executes the reverse contrast potential difference setting process every time the operating amount reaches any one of the threshold values,
The image forming apparatus according to claim 12, wherein the interval between the thresholds is set so as to increase as the operating amount increases.
前記感光体と前記トナー担持体との対向位置における、前記感光体表面のうち露光されていない非露光部の電位と前記現像バイアスの平均電位との間の電位差を逆コントラスト電位差と定義したとき、
前記逆コントラスト電位差を変化させたときに、前記感光体の非露光部と前記現像バイアスを印加された前記トナー担持体との間で放電開始する放電開始逆コントラスト電位差を求め、該放電開始逆コントラスト電位差よりも小さな値を目標電位差として設定する工程と、
前記逆コントラスト電位差が前記目標電位差となるように前記帯電バイアスおよび前記現像バイアスを設定しながら、前記静電潜像を形成するとともに該静電潜像を前記トナーにより顕像化して画像を形成する工程と
を備えることを特徴とする画像形成方法。 A toner carrier that exposes the surface of a photosensitive member charged to a predetermined surface potential by contacting a charging means to which a DC voltage as a charging bias is contacted to form an electrostatic latent image and carries toner on the surface. Is arranged opposite to the photoconductor with a predetermined gap and an alternating voltage is applied as a developing bias to apply the toner to the surface of the photoconductor to visualize the electrostatic latent image. In the forming method,
When the potential difference between the potential of the unexposed portion of the surface of the photoconductor that is not exposed and the average potential of the developing bias at the position where the photoconductor and the toner carrier are opposed to each other is defined as a reverse contrast potential difference,
When the reverse contrast potential difference is changed, a discharge start reverse contrast potential difference for starting discharge between the non-exposed portion of the photoconductor and the toner carrier to which the developing bias is applied is obtained, and the discharge start reverse contrast is obtained. Setting a value smaller than the potential difference as the target potential difference;
While setting the charging bias and the developing bias so that the reverse contrast potential difference becomes the target potential difference, the electrostatic latent image is formed and the electrostatic latent image is visualized with the toner to form an image. And an image forming method.
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