JP2008058677A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 潜像担持体表面の非画像形成領域にトナーが付着することをより確実に抑制できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 潜像担持体である感光体表面の非画像形成領域の表面電位から現像ローラ表面電位の電位を引いた値である非画像形成領域電位差ΔV4を、感光体表面の画像形成領域の非潜像部での電位から現像剤担持体である現像ローラの電位である現像ローラ表面電位の電位を引いた値である非潜像部電位差ΔV3より大きく(マイナス極性方向としては「より小さく」)、トナー層電位差ΔVt以下(マイナス極性方向としては「以上」)に設定する。
【選択図】 図3
【解決手段】 潜像担持体である感光体表面の非画像形成領域の表面電位から現像ローラ表面電位の電位を引いた値である非画像形成領域電位差ΔV4を、感光体表面の画像形成領域の非潜像部での電位から現像剤担持体である現像ローラの電位である現像ローラ表面電位の電位を引いた値である非潜像部電位差ΔV3より大きく(マイナス極性方向としては「より小さく」)、トナー層電位差ΔVt以下(マイナス極性方向としては「以上」)に設定する。
【選択図】 図3
Description
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。
電子写真方式の画像形成装置における現像方式としては、トナーのみからなる現像剤を用いる一成分現像方式と、トナーとキャリアとからなる現像剤を用いる二成分現像方式とがある。一般に、二成分現像方式よりも一成分現像方式の方が、構成が簡素であるため、メンテナンスが容易で、低コストな現像装置を提供することが可能である。
一成分現像方式は、トナーを現像剤担持体表面に担持させ、そのトナーを現像剤担持体の表面移動により層厚規制部材を通過させることで摩擦帯電させると同時に層厚を規制してトナー層を形成する。そして、層厚規制部材を通過した薄層状態のトナーを潜像担持体に対向させ、そのトナーを電気的な力により潜像担持体表面上の静電潜像が形成された潜像部に付着させることで現像を行う。
一方、二成分現像方式は、トナーとキャリアとからなる現像剤を攪拌することによりトナーを摩擦帯電させる。そして、その現像剤を現像剤担持体表面に担持させた後、その現像剤を現像剤担持体の表面移動により現像剤規制部材を通過させることでトナーを更に摩擦帯電させると同時に層厚を規制する。その後、現像剤規制部材を通過した現像剤層を潜像担持体に対向させ、その現像剤中のトナーを電気的な力により潜像担持体表面上の静電潜像が形成された潜像部に付着させることで現像を行う。
一成分現像方式は、トナーを現像剤担持体表面に担持させ、そのトナーを現像剤担持体の表面移動により層厚規制部材を通過させることで摩擦帯電させると同時に層厚を規制してトナー層を形成する。そして、層厚規制部材を通過した薄層状態のトナーを潜像担持体に対向させ、そのトナーを電気的な力により潜像担持体表面上の静電潜像が形成された潜像部に付着させることで現像を行う。
一方、二成分現像方式は、トナーとキャリアとからなる現像剤を攪拌することによりトナーを摩擦帯電させる。そして、その現像剤を現像剤担持体表面に担持させた後、その現像剤を現像剤担持体の表面移動により現像剤規制部材を通過させることでトナーを更に摩擦帯電させると同時に層厚を規制する。その後、現像剤規制部材を通過した現像剤層を潜像担持体に対向させ、その現像剤中のトナーを電気的な力により潜像担持体表面上の静電潜像が形成された潜像部に付着させることで現像を行う。
二成分現像方式においては、主にキャリアがトナーの帯電、搬送の役割を担っており、トナーの帯電機会が多く、飽和帯電量まで帯電させることが出来る。しかし、これらの混合比や攪拌状態が画像形成に大きく影響するため、現像剤中のトナー濃度を検知、制御する機構や、これらを十分に攪拌するための機構が必要となり、一般に装置構成が複雑化し、高コストで大きなスペースが必要になる。これに対し、一成分現像方式においては、これらの機構が必要でないため、装置の簡素化が容易である。また、接触型の一成分現像方式の場合は、潜像担持体と現像剤担持体とを接触させて現像をおこなうため、トナーは潜像担持体に移動しやすくなり静電潜像の再現性に優れている。
しかし、一成分現像方式では、トナーは主に現像剤担持体の表面移動により層厚規制部材を通過するときに帯電されるため、トナーの帯電機会が少なく、弱帯電や逆極性のトナーの割合が多くなる。そのため、一成分現像方式の場合は、逆極性のトナーが潜像担持体表面の潜像部以外に付着しやすくなる。以上のように、接触型の一成分現像方式では、逆極性のトナーによる電気的な要因と、潜像担持体と現像剤担持体とが接触することによる機械的な要因とが重なり、潜像担持体上の潜像部以外へのトナー付着が生じやすい。潜像担持体上の画像形成領域における潜像部以外の部分である非潜像部にトナーが付着すると地汚れにつながる。
また、上述の接触型の一成分現像方式では、像間や潜像担持体クリーニング時等で現像剤担持体と対向する潜像担持体表面上の静電潜像を含まない領域である非画像形成領域へのトナー付着が生じ易い。そして、非画像形成領域へのトナー付着によるトナー消費量が多くなってしまう。以下、非画像形成領域へのトナー付着によるトナーの消費について説明する。像間や潜像担持体クリーニング時等に現像剤担持体と対向する潜像担持体表面は静電潜像を含まない非画像形成領域であるにもかかわらず、潜像担持体や現像剤担持体を回転させることがある。そして、潜像担持体表面の非画像形成領域と現像剤担持体との電位差が、画像形成領域の非潜像部と現像剤担持体との電位差と同じであると、画像形成領域の非潜像部と同様に非画像形成領域への逆帯電トナー付着が生じる。非画像形成領域に付着したトナーは、転写紙への画像形成に寄与することなくクリーニングされたり、転写紙の地汚れや裏汚れ、装置内汚れの原因となったりする。そのため、非画像形成領域にトナーが付着することはトナーが無駄に消費されることなる。また近年の中間転写体を備えた画像形成装置では、低コスト化のために現像部のモータと中間転写装置のモータを同一にし、二次転写後の中間転写体のクリーニング時にも現像剤担持体と潜像担持体とが回転する場合もある。この場合、非画像形成領域と現像剤担持体とが対向した状態で潜像担持体と現像剤担持体とが駆動する時間が長くなるため、非画像形成領域に付着することで消費されるトナーはさらに多くなる。
特許文献1には、磁性トナーを使用し、潜像担持体と現像剤担持体との間に間隙を設け、振動限界により現像する画像形成装置が記載されている。このように、潜像担持体と現像剤担持体との間に間隙を設けることで、潜像担持体と現像剤担持体とが接触することによる機械的なトナー付着の要因を回避できる。しかし、特許文献1の画像形成装置では磁性トナーを用いるため、カラー機には不向きである。
特許文献2には、潜像担持体表面の非画像形成領域と現像剤担持体との電位差が、画像形成領域の非潜像部の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差よりも小さく設定する画像形成装置が記載されている。非画像形成領域の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差を小さく設定することにより、逆極性のトナーが潜像担持体表面に付着することを抑制することができ、非画像形成領域に逆帯電トナーが付着することで消費されるトナーの量を抑制できる。
しかしながら、非画像形成領域の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差を小さくしすぎると、非画像形成領域へのトナーの付着量が増加することがあった。
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、接触型の一成分現像方式で、潜像担持体表面の非画像形成領域にトナーが付着することをより確実に抑制できる画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、静電潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体と接触し、トナーをその表面に担持し、該潜像担持体と対向する現像部で該トナーを該潜像担持体上の該静電潜像に供給する現像剤担持体と、該現像剤担持体に現像バイアスを印加する現像バイアス電源とを有し、該現像剤担持体の表面電位と該潜像担持体上の該静電潜像が形成された潜像部の表面電位との電位差によって、該現像剤担持体上の該トナーを該潜像担持体上に移動させることで該静電潜像を現像して画像形成を行う画像形成装置において、該潜像担持体の表面で、該静電潜像を形成しないように設定された領域である非画像形成領域の表面電位と該現像剤担持体の表面電位との電位差が、該潜像担持体の表面で、該静電潜像を形成するように設定された領域である画像形成領域での該潜像部以外の部分である非潜像部の表面電位と該現像剤担持体の表面電位との電位差よりも小さく、且つ、該現像剤担持体表面上のトナーの層の表面の電位であるトナー層表面電位と該現像剤担持体の表面電位との電位差以上となるように設定することを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の画像形成装置において、上記潜像部の電位である潜像電位と上記現像剤担持体の表面電位との電位差である潜像部電位差を複数回変更してテストパターン画像を形成し、該テストパターン画像の画像濃度を画像濃度検出手段で検出し、該画像濃度検出手段の検出結果から複数の該潜像部電位差にそれぞれ対応する複数のテストパターン画像濃度を求め、複数の該潜像部電位差と複数の該テストパターン画像濃度との対応関係に基づいて、上記トナー層表面電位と該現像剤担持体の表面電位との電位差を算出することを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項2の画像形成装置において、上記潜像担持体を帯電手段で帯電した状態の表面電位である帯電電位に対応する上記潜像電位を記憶する記憶手段を持ち、該帯電電位の値によって上記非画像形成領域または/及び上記現像剤担持体の表面電位を決定することを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項2または3の画像形成装置において、上記潜像担持体の表面に上記静電潜像を形成する露光の光量である露光量に対応する上記潜像電位を記憶する記憶手段を持ち、該露光量の値によって上記非画像形成領域または/及び上記現像剤担持体の表面電位を決定することを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項2、3または4の画像形成装置において、上記潜像担持体の表面層厚に対応する上記潜像電位を記憶する記憶手段を持ち、該表面層厚の値によって上記非画像形成領域または/及び上記現像剤担持体の表面電位を決定することを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項5の画像形成装置において、上記表面層厚を算出する層厚算出手段が、上記潜像担持体の走行距離に基づいて該表面層厚を算出することを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、請求項2、3、4、5または6の画像形成装置において、環境条件に対応する上記潜像電位を記憶する記憶手段を持ち、該環境条件によって上記非画像形成領域または/及び上記現像剤担持体の表面電位を決定することを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項1、2、3、4、5、6または7の画像形成装置において、上記現像剤担持体の周辺の温度を検知する温度センサを備え、該温度センサの検知結果に基づいて上記トナー層表面電位の値を決定することを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、請求項1、2、3、4、5、6、7または8の画像形成装置において、上記現像剤担持体の周辺の湿度を検知する湿度センサを備え、該湿度センサの検知結果に基づいて上記トナー層表面電位の値を決定することを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、請求項1、2、3、4、5、6、7、8または9の画像形成装置において、上記潜像担持体及び上記現像剤担持体の運転履歴情報に基づいて上記トナー層表面電位の値を決定することを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、請求項10の画像形成装置において、上記運転履歴情報は、作像枚数カウント情報に基づいて算出することを特徴とするものである。
また、請求項12の発明は、請求項10または11の画像形成装置において、上記運転履歴情報は、上記潜像担持体の走行距離情報に基づいて算出することを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の画像形成装置において、上記潜像部の電位である潜像電位と上記現像剤担持体の表面電位との電位差である潜像部電位差を複数回変更してテストパターン画像を形成し、該テストパターン画像の画像濃度を画像濃度検出手段で検出し、該画像濃度検出手段の検出結果から複数の該潜像部電位差にそれぞれ対応する複数のテストパターン画像濃度を求め、複数の該潜像部電位差と複数の該テストパターン画像濃度との対応関係に基づいて、上記トナー層表面電位と該現像剤担持体の表面電位との電位差を算出することを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項2の画像形成装置において、上記潜像担持体を帯電手段で帯電した状態の表面電位である帯電電位に対応する上記潜像電位を記憶する記憶手段を持ち、該帯電電位の値によって上記非画像形成領域または/及び上記現像剤担持体の表面電位を決定することを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項2または3の画像形成装置において、上記潜像担持体の表面に上記静電潜像を形成する露光の光量である露光量に対応する上記潜像電位を記憶する記憶手段を持ち、該露光量の値によって上記非画像形成領域または/及び上記現像剤担持体の表面電位を決定することを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項2、3または4の画像形成装置において、上記潜像担持体の表面層厚に対応する上記潜像電位を記憶する記憶手段を持ち、該表面層厚の値によって上記非画像形成領域または/及び上記現像剤担持体の表面電位を決定することを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項5の画像形成装置において、上記表面層厚を算出する層厚算出手段が、上記潜像担持体の走行距離に基づいて該表面層厚を算出することを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、請求項2、3、4、5または6の画像形成装置において、環境条件に対応する上記潜像電位を記憶する記憶手段を持ち、該環境条件によって上記非画像形成領域または/及び上記現像剤担持体の表面電位を決定することを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項1、2、3、4、5、6または7の画像形成装置において、上記現像剤担持体の周辺の温度を検知する温度センサを備え、該温度センサの検知結果に基づいて上記トナー層表面電位の値を決定することを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、請求項1、2、3、4、5、6、7または8の画像形成装置において、上記現像剤担持体の周辺の湿度を検知する湿度センサを備え、該湿度センサの検知結果に基づいて上記トナー層表面電位の値を決定することを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、請求項1、2、3、4、5、6、7、8または9の画像形成装置において、上記潜像担持体及び上記現像剤担持体の運転履歴情報に基づいて上記トナー層表面電位の値を決定することを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、請求項10の画像形成装置において、上記運転履歴情報は、作像枚数カウント情報に基づいて算出することを特徴とするものである。
また、請求項12の発明は、請求項10または11の画像形成装置において、上記運転履歴情報は、上記潜像担持体の走行距離情報に基づいて算出することを特徴とするものである。
接触型の一成分現像方式の画像形成装置では、非画像形成領域の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差を小さくしすぎると、現像剤担持体上の正常に帯電されたトナー(以下、正常帯電トナーと呼ぶ)が潜像担持体表面の非画像形成領域に付着するという問題が生じる。これは、以下の理由による。
現像剤担持体表面はトナー層で覆われており、現像剤担持体側から潜像担持体側に最初に移動するのはトナー層表面のトナーであり、トナー層表面のトナーの挙動はこのトナーの位置での電界の向きで決まる。そして、トナーの位置での電界の向きはトナーが位置するトナー層表面の電位であるトナー層表面電位と潜像担持体の表面電位との電位差で決まる。現像剤担持体表面上のトナー層は、所定の極性に帯電したトナーが集まって形成されるため、トナー層はある程度の大きさの電荷を持った電荷層となっている。これにより、トナー層の表面は現像剤担持体表面の電位にトナー層の電荷を加えた電位となる。
画像形成領域の非潜像部の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差は、トナー層表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差よりも十分大きく、画像形成領域の非潜像部とトナー層表面との間には正常帯電トナーが現像剤担持体側に引き付けられる向きの電界が形成される。しかし、非画像形成領域の表面電位が画像形成領域の非潜像部の表面電位と同じ値であると、多くの逆帯電トナーが潜像担持体表面に付着する。
これに対して、非画像形成領域の表面電位を画像形成領域の非潜像部の表面電位よりも現像剤担持体の表面電位に近づけていくことで、非画像形成領域の表面電位と現像剤担持体との電位差が小さくなり、潜像担持体表面に付着する逆帯電トナーの量を少なくしていくことができる。
しかし、非画像形成領域の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差を小さくしつづけると、非画像形成領域の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差がゼロになる前に、非画像形成領域の表面電位とトナー層表面電位との電位差がゼロになる。この状態から、さらに非画像形成領域の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差を小さくしつづけると、非画像形成領域の表面電位とトナー層表面電位との電位の大小関係が逆転し、トナー層表面での電界の向きが逆になる。正常帯電トナーが現像剤担持体側に引き付けられる向きから電界の向きが逆になると、正常帯電トナーが潜像担持体表面の非画像形成領域に引き付けられる向きの電界となる。これにより、現像剤担持体上の正常帯電トナーが潜像担持体表面の非画像形成領域に付着するという問題が生じる。
そして、トナーの大半を占める正常帯電したトナーが潜像担持体に引き寄せられることにより、非画像形成領域の表面に付着するトナーの量が増加する。
現像剤担持体表面はトナー層で覆われており、現像剤担持体側から潜像担持体側に最初に移動するのはトナー層表面のトナーであり、トナー層表面のトナーの挙動はこのトナーの位置での電界の向きで決まる。そして、トナーの位置での電界の向きはトナーが位置するトナー層表面の電位であるトナー層表面電位と潜像担持体の表面電位との電位差で決まる。現像剤担持体表面上のトナー層は、所定の極性に帯電したトナーが集まって形成されるため、トナー層はある程度の大きさの電荷を持った電荷層となっている。これにより、トナー層の表面は現像剤担持体表面の電位にトナー層の電荷を加えた電位となる。
画像形成領域の非潜像部の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差は、トナー層表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差よりも十分大きく、画像形成領域の非潜像部とトナー層表面との間には正常帯電トナーが現像剤担持体側に引き付けられる向きの電界が形成される。しかし、非画像形成領域の表面電位が画像形成領域の非潜像部の表面電位と同じ値であると、多くの逆帯電トナーが潜像担持体表面に付着する。
これに対して、非画像形成領域の表面電位を画像形成領域の非潜像部の表面電位よりも現像剤担持体の表面電位に近づけていくことで、非画像形成領域の表面電位と現像剤担持体との電位差が小さくなり、潜像担持体表面に付着する逆帯電トナーの量を少なくしていくことができる。
しかし、非画像形成領域の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差を小さくしつづけると、非画像形成領域の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差がゼロになる前に、非画像形成領域の表面電位とトナー層表面電位との電位差がゼロになる。この状態から、さらに非画像形成領域の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差を小さくしつづけると、非画像形成領域の表面電位とトナー層表面電位との電位の大小関係が逆転し、トナー層表面での電界の向きが逆になる。正常帯電トナーが現像剤担持体側に引き付けられる向きから電界の向きが逆になると、正常帯電トナーが潜像担持体表面の非画像形成領域に引き付けられる向きの電界となる。これにより、現像剤担持体上の正常帯電トナーが潜像担持体表面の非画像形成領域に付着するという問題が生じる。
そして、トナーの大半を占める正常帯電したトナーが潜像担持体に引き寄せられることにより、非画像形成領域の表面に付着するトナーの量が増加する。
上記請求項1乃至12の画像形成装置においては、非画像形成領域の表面電位と現像剤担持体の表面電との電位差が、トナー層表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差以上の値である。これにより、トナーの大半を占める正常に帯電したトナーが潜像担持体表面の非画像形成領域に付着することを防止できる。
また、上記請求項1乃至12の画像形成装置においては、非画像形成領域の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差が、画像形成領域の非潜像部の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差よりも小さい値である。これにより、上記特許文献1と同様に、潜像担持体表面の非画像形成領域に逆帯電トナーが付着することを抑制できる。
また、上記請求項1乃至12の画像形成装置においては、非画像形成領域の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差が、画像形成領域の非潜像部の表面電位と現像剤担持体の表面電位との電位差よりも小さい値である。これにより、上記特許文献1と同様に、潜像担持体表面の非画像形成領域に逆帯電トナーが付着することを抑制できる。
請求項1乃至12の発明によれば、逆帯電トナーが非画像領域に付着することを抑制しつつ、正常に帯電したトナーが非画像領域に付着することを防止できる。これにより、潜像担持体表面の非画像形成領域にトナーが付着することをより確実に抑制できるという優れた効果がある。
以下、本発明を、画像形成装置であるプリンタ100に適用した実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係る画像形成装置であるプリンタ100の概略構成図である。まず、実施形態1に係るプリンタ100全体の構成及び動作について説明する。
このプリンタ100は、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの4つの画像形成手段を斜めに並べて配置してタンデム画像形成部を構成する。タンデム画像形成部においては、個々のトナー像形成手段であるトナー像形成部20(Y,C,M,K)が、図1中左上から順に配置されている。ここで、各符号の添字(Y,C,M,K)は、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、ブラック用の部材であることを示す。また、タンデム画像形成部においては、個々トナー像形成部20(Y,C,M,K)は、潜像担持体としてのドラム状の感光体21(Y,C,M,K)のまわりに、帯電装置13(Y,C,M,K)、現像装置10(Y,C,M,K)を備えている。また、各感光体21(Y,C,M,K)は不図示の感光体クリーニング装置等を備えている。
このプリンタ100は、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの4つの画像形成手段を斜めに並べて配置してタンデム画像形成部を構成する。タンデム画像形成部においては、個々のトナー像形成手段であるトナー像形成部20(Y,C,M,K)が、図1中左上から順に配置されている。ここで、各符号の添字(Y,C,M,K)は、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、ブラック用の部材であることを示す。また、タンデム画像形成部においては、個々トナー像形成部20(Y,C,M,K)は、潜像担持体としてのドラム状の感光体21(Y,C,M,K)のまわりに、帯電装置13(Y,C,M,K)、現像装置10(Y,C,M,K)を備えている。また、各感光体21(Y,C,M,K)は不図示の感光体クリーニング装置等を備えている。
タンデム画像形成部の下部に潜像形成手段としての光書込ユニット9を設ける。この光書込ユニット9は、光源としてのレーザダイオード、ポリゴンミラー、f−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体21の表面にレーザ光を走査しながら照射するように構成されている。
また、斜めに配置されたタンデム画像形成部に沿うように、中間転写体として無端ベルト状の中間転写ベルト1を設けている。この中間転写ベルト1は、支持ローラ1a、1b、1cに掛け回され、この支持ローラのうち駆動ローラ1aの回転軸には駆動源としての図示しない駆動モータが連結されている。この駆動モータを駆動させると、中間転写ベルト1が図中反時計回りに回転移動するとともに、従動可能な支持ローラ1b、1cが回転する。中間転写ベルト1の内側には、感光体21(Y,C,M,K)上に形成されたトナー像を中間転写ベルト1上に転写するための一次転写装置11(Y,C,M,K)を設ける。
また、中間転写ベルト1表面に対向する位置には、トナー濃度検知手段としての反射型の光学センサ15が設置されている。この光学センサ15で中間転写ベルト上のトナー像における光学的反射率を検出し、この検出結果からトナー単位付着量を求めて帯電バイアス、現像バイアス、露光量などの画像形成プロセス条件を変更する。
また、プリンタ100本体には不図示の温湿度センサ、記憶デバイスが設けられている。記憶デバイスには、温湿度センサの出力結果に応じたトナー消費量算出用のデータテーブルなどのルックアップテーブル、光学センサ15の出力結果と固体バラツキ補正値の相関関係を記述したルックアップテーブルが保存されている。
また、プリンタ100本体には不図示の温湿度センサ、記憶デバイスが設けられている。記憶デバイスには、温湿度センサの出力結果に応じたトナー消費量算出用のデータテーブルなどのルックアップテーブル、光学センサ15の出力結果と固体バラツキ補正値の相関関係を記述したルックアップテーブルが保存されている。
また、一次転写装置11(Y,C,M,K)より中間転写ベルト1の駆動方向下流に二次転写装置としての二次転写ローラ5を設ける。この二次転写ローラ5と中間転写ベルト1を挟んで反対の側には、支持ローラ1bが配置されており、押部材としての機能を果たしている。また、給紙カセット8、給紙コロ7、レジストローラ6等を備えている。さらに、二次転写ローラ5によりトナー像を転写された記録媒体としての転写紙Pの進行方向に関して二次転写ローラ5の下流部には、転写紙P上の画像を定着する定着装置4、排紙ローラ3を備えている。
つぎに、プリンタ100の動作を説明する。個々のトナー像形成部でその感光体21(Y,C,M,K)を回転し、感光体21(Y,C,M,K)の回転とともに、まず帯電装置13(Y,C,M,K)で感光体21(Y,C,M,K)の表面を一様に帯電する。次いで画像データを露光手段である光書込ユニット9からのレーザによる書込み光を照射して感光体21(Y,C,M,K)の表面上を露光して静電潜像を形成する。その後、現像装置10(Y,C,M,K)によりトナーが付着され静電潜像を可視像化することで各感光体21(Y,C,M,K)上にそれぞれ、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの単色画像を形成する。また、不図示の駆動モータで駆動ローラ1aを回転駆動して他の従動ローラ1bおよび1c、二次転写ローラ5を従動回転し、中間転写ベルト1を回転搬送して、その可視像を一次転写装置11(Y,C,M,K)で中間転写ベルト1上に順次転写する。これによって中間転写ベルト1上に合成カラー画像を形成する。画像転写後の感光体21(Y,C,M,K)の表面は感光体クリーニング装置で残留トナーを除去して清掃して再度の画像形成に備える。
また、画像形成のタイミングにあわせて、給紙カセット8からは転写紙P先端が給紙コロ7により繰り出され、レジストローラ6まで搬送され、一旦停止する。そして、画像形成動作とタイミングを取りながら、二次転写ローラ5と中間転写ベルト1の間に搬送される。ここで、中間転写ベルト1と二次転写ローラ5とは転写紙Pを挟んでいわゆる二次転写ニップを形成し、二次転写ローラ5にて中間転写ベルト1上のトナー像を転写紙P上に二次転写する。
画像転写後の転写紙Pは定着装置4へと送り込まれ、定着装置4で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して機外へ排出される。一方、画像転写後の中間転写ベルト1は、中間転写体クリーニング装置12で、画像転写後に中間転写ベルト1上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成部による再度の画像形成に備える。このプリンタ100では、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの4色のトナーを用いるフルカラー画像の形成や、ブラックのみを用いるモノクロ画像の形成を行うことができる。
なお、上述の各色のトナー像形成部20(Y,C,M,K)が、一体的に形成され、プリンタ100本体に着脱可能なプロセスカートリッジとなっている。そして、これらの一体的なプロセスカートリッジは、プリンタ100本体に固定された図示しないガイドレールに沿って、プリンタ100本体の手前側に引き出すことができる。また、このプロセスカートリッジをプリンタ100本体の奥側に押し込むことによって、トナー像形成部20(Y,C,M,K)を所定の位置に装填できる。
図2は、トナー像形成部20の概略構成を示す図である。トナー像形成部20は、感光体21の周りに感光体21の表面を所定の電位に帯電させる帯電部材としての帯電ローラ130を備える帯電装置13、感光体クリーニング装置17、及び現像装置10などを備えている。現像装置10は、感光体21に接触対向して配置され、感光体21との接触部である現像部でトナーを感光体21上に現像する現像剤担持体である現像ローラ107を備えている。また、現像ローラ107に当接して設けられた供給ローラ106、現像ローラ107に所定の間隙をもって対向する層厚規制部材としてのトナー層規制部材110を備えている。さらに、非磁性一成分現像剤であるトナー300を収容するトナー収容室101を備えている。
また、プリンタ100本体には、現像ローラ107に現像バイアスを印加する現像バイアス電源108と、帯電ローラ130に帯電バイアスを印加する帯電電源109とを備えている。制御部120が、現像バイアス電源108及び帯電電源109を制御し、現像バイアス及び帯電バイアスを調節することによって、現像ローラ107の表面電位及び感光体21の帯電電位を制御することができる。さらに、現像ローラ107が感光体21と対向する箇所よりも現像ローラ107の表面移動方向下流側の現像ローラ107と対向する位置に、現像ローラ107表面上のトナーの電位を除電する不図示の除電部材を備えている。除電された現像ローラ107表面上のトナーは、供給ローラ106に移動し、トナー収容室101やトナー供給室103に戻る。
また、プリンタ100本体には、現像ローラ107に現像バイアスを印加する現像バイアス電源108と、帯電ローラ130に帯電バイアスを印加する帯電電源109とを備えている。制御部120が、現像バイアス電源108及び帯電電源109を制御し、現像バイアス及び帯電バイアスを調節することによって、現像ローラ107の表面電位及び感光体21の帯電電位を制御することができる。さらに、現像ローラ107が感光体21と対向する箇所よりも現像ローラ107の表面移動方向下流側の現像ローラ107と対向する位置に、現像ローラ107表面上のトナーの電位を除電する不図示の除電部材を備えている。除電された現像ローラ107表面上のトナーは、供給ローラ106に移動し、トナー収容室101やトナー供給室103に戻る。
トナー収容室101内のトナー300は、トナー搬送部材102によってトナー供給室103へと移動せしめられる。トナー供給室103に移動したトナー300は、供給ローラ106の表面に付着して、現像ローラ107の表面に塗布供給される。現像ローラ107に供給されたトナーは、トナー層規制部材110によってトナー層を一定量の薄層とされる。現像ローラ107の表面上でトナー層規制部材110によって薄層化されたトナーは、現像ローラ107の回転によって感光体21と対向する現像位置へ搬送される。そして、現像バイアスが印加された現像ローラ107の表面電位と感光体21上の静電潜像が形成された潜像部の表面電位との電位差によって形成される潜像電界に応じて、感光体21表面に移動し現像される。
また、プロセスカートリッジである各色のトナー像形成部20(Y,C,M,K)には不図示のメモリータグが実装されている。
メモリータグには不揮発性メモリが搭載されており、各色のトナー像形成部20(Y,C,M,K)の制御に必要な情報、カートリッジID、製造年月日、使用開始年月日、リサイクル回数、コピー枚数、現在の年月日等が記憶されている。メモリータグの変わりに、ICチップを搭載したプリント基板又は非接触型ICチップを搭載したプリント基板を実装しても良い。
また、本実施形態で用いたプリンタ100としては、画像解像度は、600[dpi]の装置を用いた。
メモリータグには不揮発性メモリが搭載されており、各色のトナー像形成部20(Y,C,M,K)の制御に必要な情報、カートリッジID、製造年月日、使用開始年月日、リサイクル回数、コピー枚数、現在の年月日等が記憶されている。メモリータグの変わりに、ICチップを搭載したプリント基板又は非接触型ICチップを搭載したプリント基板を実装しても良い。
また、本実施形態で用いたプリンタ100としては、画像解像度は、600[dpi]の装置を用いた。
次に、感光体21の表面電位と現像ローラ107の表面電位との電位差と、プリンタ100の感光体21の表面に付着するトナーの量との関係について説明する。
まず、感光体の単位面積あたりに付着するトナーの量(以下、トナー単位付着量と呼ぶ)の測定方法について説明する。
トナー単位付着量の測定では、負帯電したトナーを用い、感光体表面を負に帯電させて、負の現像バイアスを印加して感光体上に付着したトナーの量の測定をする。なお、本実施形態において潜像を現像するために負帯電トナーを用いる。すなわち、負に帯電したトナーが正常帯電トナーである。
トナー単位付着量は以下のように測定する。事前に、感光体の表面電位と現像ローラの表面電位とが所定の電位差の状態で回転させたときに、感光体上に付着したトナーを透明のテープで採取し、白い紙に貼り付ける。その白紙部分とテープ部との明度の差であるΔL*を測定する。そして、感光体表面と現像ローラとが現像部で常に上記所定の電位差となるようにバイアスを印加した状態で耐久駆動を実施する。ここでの耐久駆動は感光体上に潜像を形成せずに、感光体と現像ローラとを所定の回数(例えば、A4を100枚プリントするのに相当する回転数)を回転させるものである。耐久駆動を実施する前後の現像装置内のトナーの重量差を測定することにより、耐久駆動により消費された消費トナー量を算出する。そして、耐久駆動によって現像部を通過した感光体の総面積[mm2]で消費トナー量[g]を割ることにより、ある明度差ΔL*に対応するトナー単位付着量[g/mm2]を算出できる。同様にして、複数の明度差ΔL*に対応するトナー単位付着量を算出し、明度差ΔL*とトナー単位付着量とのデータテーブルを作成する。そして、このデータテーブルに基づいて明度差ΔL*とトナー単位付着量との関係式を作成する。この関係式に明度差ΔL*を代入することで、耐久駆動を行うことなく、明度差ΔL*に対応したトナー単位付着量を算出できる。
まず、感光体の単位面積あたりに付着するトナーの量(以下、トナー単位付着量と呼ぶ)の測定方法について説明する。
トナー単位付着量の測定では、負帯電したトナーを用い、感光体表面を負に帯電させて、負の現像バイアスを印加して感光体上に付着したトナーの量の測定をする。なお、本実施形態において潜像を現像するために負帯電トナーを用いる。すなわち、負に帯電したトナーが正常帯電トナーである。
トナー単位付着量は以下のように測定する。事前に、感光体の表面電位と現像ローラの表面電位とが所定の電位差の状態で回転させたときに、感光体上に付着したトナーを透明のテープで採取し、白い紙に貼り付ける。その白紙部分とテープ部との明度の差であるΔL*を測定する。そして、感光体表面と現像ローラとが現像部で常に上記所定の電位差となるようにバイアスを印加した状態で耐久駆動を実施する。ここでの耐久駆動は感光体上に潜像を形成せずに、感光体と現像ローラとを所定の回数(例えば、A4を100枚プリントするのに相当する回転数)を回転させるものである。耐久駆動を実施する前後の現像装置内のトナーの重量差を測定することにより、耐久駆動により消費された消費トナー量を算出する。そして、耐久駆動によって現像部を通過した感光体の総面積[mm2]で消費トナー量[g]を割ることにより、ある明度差ΔL*に対応するトナー単位付着量[g/mm2]を算出できる。同様にして、複数の明度差ΔL*に対応するトナー単位付着量を算出し、明度差ΔL*とトナー単位付着量とのデータテーブルを作成する。そして、このデータテーブルに基づいて明度差ΔL*とトナー単位付着量との関係式を作成する。この関係式に明度差ΔL*を代入することで、耐久駆動を行うことなく、明度差ΔL*に対応したトナー単位付着量を算出できる。
図3は、現像部電位差ΔVを変化させたときの、現像部電位差と感光体21へのトナー単位付着量との関係を示すグラフである。なお、現像部電位差ΔVは、現像部での感光体21の表面電位から現像ローラ107の表面電位を引いた値(感光体表面電位−現像ローラ表面電位)である。現像部電位差ΔVは、帯電バイアスと現像バイアスとの両方または何れか一方を変化させることにより変化する。ここでの現像バイアスは現像ローラ107の芯金に印加するバイアスを指す。図3のトナー単位付着量は、現像部電位差ΔVを変化させて、上述した方法で明度差ΔL*を検出し、検出した明度差ΔL*を上述した明度差ΔL*とトナー単位付着量との関係式に代入することにより、算出したものである。図3では、横軸に現像部電位差ΔVを示し、縦軸には各現像部電位差ΔVにおけるトナー単位付着量を示している。
感光体表面で静電潜像を形成するように設定された領域である画像形成領域の潜像部の表面電位と現像ローラの表面電位との電位差を図3中のΔV1(以下、潜像部電位差ΔV1と呼ぶ)で示す。また、画像形成領域の非潜像部の表面電位と現像ローラの表面電位との電位差を図3中のΔV3(以下、非潜像部電位差ΔV3と呼ぶ)で示す。現像部電位差ΔVを潜像部電位差ΔV1よりも図3中の非潜像部電位差ΔV3を小さくしていくと、トナー単位付着量が線形に減少しているのがわかる。しかし、ある値ΔV2(以下、現像開始電位差ΔV2と呼ぶ)を境に再びトナー単位付着量が増加していることがわかる。そして、図3中の現像開始電位差ΔV2は、ΔV2≠0[V]である。これは、現像ローラ上のトナー層自体が電荷をもっているため、現像ローラの表面電位と現像ローラ表面上に形成されたトナー層の最表面の電位(以下、トナー層表面電位Vtと呼ぶ)との電位が異なるためおこる現象である。そして、トナー層表面電位Vtと現像ローラの表面電位との電位差であるトナー層電位差ΔVtは、トナー単位付着量がゼロになるときの現像部電位差ΔVである現像開始電位差ΔV2と等しくなる。
現像部電位差ΔVが現像開始電位差ΔV2よりもマイナス極性について大きく(図3中のΔV2よりも左側の領域)なるように設定すると、逆帯電トナーが感光体に付着する。よって、感光体上で静電潜像を形成しないように設定された領域である非画像形成領域の電位と現像ローラの表面電位との電位差が、図3中のΔV2よりも左側となるように設定すると、非画像形成領域にトナーが付着してしまい、余計なトナー消費が生じてしまう。
一方、現像部電位差ΔVが現像開始電位差ΔV2よりもマイナス極性(正常帯電トナーの帯電極性と同一の極性)について小さく(図3中のΔV2よりも右側の領域)となるように設定すると、トナー層の大半を占める正常帯電トナーが感光体に付着する。
そのため、感光体表面の非画像形成領域の表面電位と現像ローラの表面電位との電位差である非画像形成領域電位差ΔV4を、マイナス極性について非潜像部電位差ΔV3より小さく、トナー層電位差ΔVt(=ΔV2)との間に設定しなくてはならない。
感光体上の画像形成領域と非画像形成領域とは、感光体の表面移動方向に区切られるものであって、感光体の表面移動方向に区切られる静電潜像を含む領域が画像形成領域であり、感光体の表面移動方向に区切られる静電潜像を含まない領域が非画像形成領域である。
一方、現像部電位差ΔVが現像開始電位差ΔV2よりもマイナス極性(正常帯電トナーの帯電極性と同一の極性)について小さく(図3中のΔV2よりも右側の領域)となるように設定すると、トナー層の大半を占める正常帯電トナーが感光体に付着する。
そのため、感光体表面の非画像形成領域の表面電位と現像ローラの表面電位との電位差である非画像形成領域電位差ΔV4を、マイナス極性について非潜像部電位差ΔV3より小さく、トナー層電位差ΔVt(=ΔV2)との間に設定しなくてはならない。
感光体上の画像形成領域と非画像形成領域とは、感光体の表面移動方向に区切られるものであって、感光体の表面移動方向に区切られる静電潜像を含む領域が画像形成領域であり、感光体の表面移動方向に区切られる静電潜像を含まない領域が非画像形成領域である。
このように、非画像形成領域電位差ΔV4を非潜像部電位差ΔV3よりもトナー層電位差ΔVtに近い値となるように設定することにより、非画像形成領域に逆帯電トナーが付着することを抑制できる。また、非画像形成領域電位差ΔV4をトナー層電位差ΔVt(=ΔV2)以下の値となるように設定することにより、非画像形成領域に正常帯電トナーが付着することを防止できる。
具体的には、プリンタ100が備える感光体21表面の画像形成領域の潜像部の表面電位を−70[V]、現像ローラ107の表面電位を−300[V]とすると、潜像部電位差ΔV1=230[V]となる。このようなプリンタ100で現像部電位差ΔVに対するトナー単位付着量を算出したところ、トナー単位付着量がゼロとなる現像開始電位差ΔV2は、−100[V]であった。これより、プリンタ100のトナー層電位差ΔVtは、ΔVt=−100[V]と求める事ができる。
そして、感光体21表面の画像形成領域の非潜像部の電位を−500[V]とすると、現像ローラの表面電位は−300[V]であるので、非潜像部電位差ΔV3=−200[V]となる。よって、非画像形成領域電位差ΔV4が、−200[V]より大きく(マイナス極性方向としては「より小さく」)、−100[V]以下(マイナス極性方向としては「以上」)の、できるだけ−100[V]に近い値になるように設定することが望ましい。
そして、感光体21表面の画像形成領域の非潜像部の電位を−500[V]とすると、現像ローラの表面電位は−300[V]であるので、非潜像部電位差ΔV3=−200[V]となる。よって、非画像形成領域電位差ΔV4が、−200[V]より大きく(マイナス極性方向としては「より小さく」)、−100[V]以下(マイナス極性方向としては「以上」)の、できるだけ−100[V]に近い値になるように設定することが望ましい。
本実施形態では、非画像形成領域が現像部に到達する非画像形成時として、像間、や起動シーケンス時、印字終了シーケンス時(転写クリーニング)を選択する。そして、このときに非画像形成領域となる感光体21表面が帯電ローラ130との対向部を通過するタイミングで帯電電源109が帯電ローラ130に印加するマイナス極性の電圧を所定量小さくする。これにより、感光体21表面の電位を非潜像部の電位である−500[V]から、−400[V](ΔV4=−100[V])に低下させる。感光体21の表面電位を低下させることで、非画像形成領域にトナーが付着することを抑制することができる。なお、このような設定は、像間や起動シーケンス、転写クリーニングシーケンスの全てもしくは、少なくとも一箇所において実行しても良い。なお、感光体21表面上の非画像形成領域と画像形成領域との区切りとしては、感光体21と対向した中間転写ベルト21の表面が転写紙Pと対向するような転写紙Pに対応する感光体21の表面を画像形成領域とし、転写紙Pに対応しない起動シーケンス、転写クリーニングシーケンスの感光体21の表面を非画像形成領域と区切ることができる。また、転写紙Pと対応するか否かに限らず、転写紙Pと対応する感光体21表面の領域であっても感光体21の表面移動方向に直角な方向である感光体の幅方向に潜像が形成されず静電潜像を含まない領域を非画像形成領域とし、幅方向に潜像が形成された部分を含む領域を画像形成領域と区切るようにしても良い。
また、本実施形態では、帯電電源109を制御し感光体21の表面電位のみを変化させたが、現像バイアス電源108のみ制御して、現像ローラ107の表面電位のみを変化させても良い。さらに、帯電電源109と現像バイアス電源108との両方を制御して、感光体21の表面電位と現像ローラ107の表面電位との両方の電位を変化させても良い。
また、本実施形態では、帯電電源109を制御し感光体21の表面電位のみを変化させたが、現像バイアス電源108のみ制御して、現像ローラ107の表面電位のみを変化させても良い。さらに、帯電電源109と現像バイアス電源108との両方を制御して、感光体21の表面電位と現像ローラ107の表面電位との両方の電位を変化させても良い。
トナー層の電荷は、環境の変動やプロセス条件の変更によって変動するため、これに合わせてトナー層電位差ΔVtも変動する。以下、プリンタ100でのトナー層電位差ΔVtの算出方法について説明する。
図4は、ユーザーが行う印字要求に対応する画像形成に先立って、実行するプロセス制御のフローチャートである。まず、実行タイミングとなったか否かを判断する(S1)。図4に示すプロセス制御は、環境変動が生じたり、プリンタ100が所定の枚数以上の画像形成を行ったりして、画像濃度に変動があると判断された実行タイミングであるとき(S1:Yes)に、実行される制御である。
実行タイミングはプリンタ100では外乱(環境変動や耐久枚数)により濃度変動が生じた時には、濃度を安定するために濃度制御を行う。実際は、濃度変化の許容限界を超えた時に濃度制御を行っている。この許容限界が超えると思われる外乱が生じた時をトリガーとして、このトリガーがかかった時を実行タイミングとする。
図4は、ユーザーが行う印字要求に対応する画像形成に先立って、実行するプロセス制御のフローチャートである。まず、実行タイミングとなったか否かを判断する(S1)。図4に示すプロセス制御は、環境変動が生じたり、プリンタ100が所定の枚数以上の画像形成を行ったりして、画像濃度に変動があると判断された実行タイミングであるとき(S1:Yes)に、実行される制御である。
実行タイミングはプリンタ100では外乱(環境変動や耐久枚数)により濃度変動が生じた時には、濃度を安定するために濃度制御を行う。実際は、濃度変化の許容限界を超えた時に濃度制御を行っている。この許容限界が超えると思われる外乱が生じた時をトリガーとして、このトリガーがかかった時を実行タイミングとする。
実行タイミングであると判断した(S1:Yes)ときは、中間転写ベルト1の素地を基準板の代わりとして光学センサ15の初期補正を行う。具体的には、光学センサ15の発光素子LEDから中間転写ベルト1に照射して、中間転写ベルト1で反射したを光学センサ15の受光素子で受け取る。受光素子は受け取った光の量を測定するものであり、受光素子で受光した光量を電圧に変換した値Vrefが基準値Vbaになるように、発光素子LEDに流す電流(If)を調整する(S2)。
次に、エンジンコントローラにより、各色のベタのテストパターン画像を形成して、現像バイアスを変化させ、この場合のトナー付着量を光学センサ15によって読み取る。読み取った値Vrefとトナー付着量との相関関係を記述したルックアップテーブルにより、適正な現像バイアス設定する制御を予め行う。
図5に、光学センサ15の出力値とトナー付着量との関係を示す。図5aは、ブラックのテストパターンに対する光学センサの出力値とトナー付着量との関係を示すグラフであり、図5bは、カラーのテストパターンに対する光学センサの出力値とトナー付着量との関係を示すグラフである。図5に示す関係に基づいて、上述のルックアップテーブルを作成する。なお、光学センサ15は、製造誤差により出力値とトナー付着量との相関関係が個々の光学センサ15で異なる場合がある。このような場合、プリンタ100の出荷前に光学センサ15の固体バラツキ補正値を算出し、ルックアップテーブルに個体バラツキ補正値を記述しておく。
図5に、光学センサ15の出力値とトナー付着量との関係を示す。図5aは、ブラックのテストパターンに対する光学センサの出力値とトナー付着量との関係を示すグラフであり、図5bは、カラーのテストパターンに対する光学センサの出力値とトナー付着量との関係を示すグラフである。図5に示す関係に基づいて、上述のルックアップテーブルを作成する。なお、光学センサ15は、製造誤差により出力値とトナー付着量との相関関係が個々の光学センサ15で異なる場合がある。このような場合、プリンタ100の出荷前に光学センサ15の固体バラツキ補正値を算出し、ルックアップテーブルに個体バラツキ補正値を記述しておく。
トナー層電位差を算出するときには、ベタのテストパターンを所定の帯電電位Vc1と所定の露光量L1との状態で、Vbn=Vb1、Vb2、Vb3・・・・・・と現像ローラ107の表面電位である現像ローラ表面電位Vbをn回順次変化させながら印字する。そして、画像濃度検出手段である光学センサ15により各テストパターン画像の画像濃度を検出する。テストパターン画像の画像濃度を検出することはテストパターンと同じプロセス条件での感光体21へのトナー付着量を求めることである。よって、テストパター画像の画像濃度の検出値から演算により各現像ローラ表面電位Vbn(Vb1、Vb2、Vb3・・・・・・)に対応するトナー付着量Mn=(M1、M2、M3・・・・・・・・)を求めることができる(S3)。これにより、各プロセス条件としての各現像ローラ表面電位Vbnに対応した画像濃度情報としての各トナー付着量Mnを算出することができる。そして、各現像ローラ表面電位Vbnと各トナー付着量Mnとの対応関係を記憶手段に記憶する。ここで、帯電電位Vcは、帯電ローラ130によって表面が帯電され、露光が行われる前の感光体21の表面電位である。
求められたトナー付着量Mnと、現像ローラ表面電位Vbnの関係から、画像形成時に最適なトナー量が現像できるような現像ローラ表面電位である画像部現像ローラ表面電位Vbiを決定する(S4)。これにより、画像濃度情報としてのトナー付着量Mnのデータに基づいて、所定の画像濃度となるプロセス条件を決定することができる。
求められたトナー付着量Mnと、現像ローラ表面電位Vbnの関係から、画像形成時に最適なトナー量が現像できるような現像ローラ表面電位である画像部現像ローラ表面電位Vbiを決定する(S4)。これにより、画像濃度情報としてのトナー付着量Mnのデータに基づいて、所定の画像濃度となるプロセス条件を決定することができる。
プリンタ100本体は、複数の帯電電位Vcと複数の露光量Lとの組み合わせに対応する潜像電位Viのデータを予め記憶させておく記憶手段を備えている。そして、所定の帯電電位Vc1と所定の露光量L1との組み合わせに対応する潜像電位Viの値を呼び出して、プロセス制御における潜像電位Viを決定する(S5)。
呼び出した潜像電位Viと、先に用いた各Vbnから、各VbnのそれぞれについてΔVn=Vi−Vbnをもとめる。そして、各現像ローラ表面電位Vbnに対応する各現像部電位差ΔVn(感光体表面電位−現像ローラ表面電位)を算出する(S6)。このときの各現像像領域電位差ΔVnは、各テストパターン画像の潜像部電位差である。
呼び出した潜像電位Viと、先に用いた各Vbnから、各VbnのそれぞれについてΔVn=Vi−Vbnをもとめる。そして、各現像ローラ表面電位Vbnに対応する各現像部電位差ΔVn(感光体表面電位−現像ローラ表面電位)を算出する(S6)。このときの各現像像領域電位差ΔVnは、各テストパターン画像の潜像部電位差である。
S3で求めた各現像ローラ表面電位Vbnに対応する各トナー付着量Mnと、S6で求めた各現像ローラ表面電位Vbnに対応する各現像部電位差ΔVnより、トナー付着量Mnと現像部電位差ΔVnとの対応関係がわかる。図6は、トナー付着量Mnと現像部電位差ΔVnとの対応関係を示すグラフである。図6に示すようなトナー付着量Mnと現像部電位差ΔVnとの対応関係に基づいて、線形近似を行い、トナー付着量Mnと現像部電位差ΔVnとの関係式を求める。この関係式でトナー付着量Mnが最小値(本実施形態ではMn=0)となるときの現像部電位差ΔVn(現像開始電位差ΔV0)を算出する。ここで、現像開始電位差ΔV0=トナー層電位差ΔVtで有るので、図3を用いて求めたΔV2と同じトナー層電位差ΔVtを算出することができる。
ここで、現像開始電電位差を求める際に、線形近似を用いたのは、トナー付着量の測定に光学センサを用いたため、1[g/m2]以下の低濃度の測定が不安定になるためである。よって、1[g/m2]以下の領域は近似により求めた。
ここで、現像開始電電位差を求める際に、線形近似を用いたのは、トナー付着量の測定に光学センサを用いたため、1[g/m2]以下の低濃度の測定が不安定になるためである。よって、1[g/m2]以下の領域は近似により求めた。
トナー層表面電位Vtを求める方法としては、現像ローラ107の表面のトナー層の電位を測定する表面電位計を設置し、トナー層表面電位Vtを直接測定する方法がある。しかしながら、表面電位計により測定する方法だと表面電位計を設置する分、コスト高につながる。一方、本実施形態のように、トナー付着量Mnと現像部電位差ΔVnとの対応関係に基づいて、トナー層電位差ΔVtを算出する方法であれば、表面電位計を設ける必要がなく、コスト削減を図ることができる。
プロセス制御では、非画像形成領域の帯電電位と現像ローラ表面電位との電位差の値が、画像形成領域の非画像部の電位である帯電電位Vc1と画像部現像ローラ表面電位Vbiとの電位差の値と、トナー層電位差ΔVtとの間になるように非画像形成領域の帯電電位を設定する(S8)。これにより、非画像形成領域にトナーが付着する消費されるトナーの量を削減することができる。特に、非画像形成領域の帯電電位と現像ローラ表面電位との電位差の値が、トナー層電位差ΔVtと同一になるように設定することにより、さらにトナーの消費量を削減することができる。
図6を用いて説明したトナー層電位差ΔVtの算出では、潜像電位Viを用いたが、この潜像電位Viは露光前の感光体21の表面電位である帯電電位Vcが異なると潜像電位Viも変化する。また、帯電電位Vcが一定であっても露光量Lが異なると潜像電位Viも変化する。図7は、帯電電位Vc及び露光量Lと潜像部の感光体表面電位との関係を示すグラフである。図7では、3つの異なる帯電電位Vcである初期帯電電位1〜3のそれぞれについて、横軸を露光量として縦軸に各露光量における感光体表面電位を示している。図7の3つの各帯電電位Vcは、それぞれ、初期帯電電位1=―550[V]、初期帯電電位2=−450[V]、及び初期帯電電位3=−350[V]であり、露光量については、La<Lbである。このように、帯電電位及び露光量によって潜像電位は変化するため、図7に示すような帯電電位及び露光量に対応した光放電曲線(PIDC)を記憶手段に記憶しておき、非画像形成領域の帯電電位を設定するときに、其々の露光量、帯電電位における潜像電位を記憶手段から読み出し、読み出した値に基づいてトナー層電位差ΔVtを算出する。
同様に、感光体21の表面層の層厚が変化した場合でも潜像電位Viは変化する。図8は、層厚及び露光量と潜像部の感光体表面電位との関係を示すグラフである。図8は、感光体21の表面層が2つの異なる層厚である表面層厚1及び表面層厚2のそれぞれについて、横軸を露光量として縦軸に露光量に対する感光体表面電位を示している。図8の2つの層厚は、それぞれ、表面層厚1=26[μm]、表面層厚2=17[μm]である。感光体21の表面は、画像形成によって削れ、経時で薄くなっていく。よって、図8に示すような層厚に対応した光放電曲線(PIDC)を記憶手段に記憶しておき、非画像形成領域の帯電電位を設定するときに、其々の層厚における潜像電位を記憶手段から読み出し、読み出した値に基づいてトナー層電位差ΔVtを算出する。
なお、層厚を求める方法としては、感光体21に層厚を測定する層厚測定手段を設け、測定結果に基づいて潜像部の感光体電位を呼び出しても良い。また、感光体21の走行距離に基づいて層厚を算出しても良い。この場合、感光体21は経時で薄くなっていくため、感光体21の走行距離と層厚との関係を予め計測し、記憶手段に記憶しておき、走行距離に基づいて層厚を呼び出し、呼び出した層厚に基づいて感光体電位を呼び出す。このように、感光体21の走行距離に基づいて層厚を算出することにより、層厚測定手段を設ける必要がなく、コストの削減を図ることができる。
同様に、プリンタ100の環境条件が変化した場合でも潜像電位Viは変化する。図9は、環境条件及び露光量と潜像部の感光体表面電位との関係を示すグラフである。図9は、2つの異なる環境条件である環境1及び環境2のそれぞれについて、横軸を露光量として縦軸に露光量に対する感光体表面電位を示している。図9の2つの環境条件について、環境1は、低温低湿環境(10[℃]、15[%]時)であり、環境2は、高温高湿環境(30[℃]、80[%]時)である。プリンタ100の設置環境によって潜像電位Viは変化するので、図9に示すような環境に対応した光放電曲線(PIDC)を記憶手段に記憶しておき、非画像形成領域の帯電電位を設定するときに、其々の環境における潜像電位を記憶手段から読み出し、読み出した値に基づいてトナー層電位差ΔVtを算出する。
図7、8及び9を用いて説明では、帯電電位、層厚、環境に関しては、一つのパラメータを測定する際には、他のパラメータは標準値を用い測定した実験結果を示した。しかし、帯電電位を変えて層厚を変化させると、光放電曲線は変化する。そのため、帯電電位、層厚、環境、露光量の其々の組み合わせで、潜像電位の値を記憶しておいても良い。
また、環境条件が異なるとトナー層電位差ΔVtも異なることがある。これは、環境の変化によりトナーの帯電量や搬送量が変化し、トナー層の電荷も変化するためである。そのため、トナー帯電量や搬送量が変化する温度条件や湿度条件を検知して検知結果に基づいてトナー層電位差ΔVtを求め、このΔVtの値に応じて非画像形成領域の電位差ΔVを決定する。例えば、環境条件1、環境条件2、及び環境条件3とある場合、それぞれについて、非画像形成領域の電位差ΔVI、ΔVII及びΔVIIIを決定する。図10は、異なる環境条件におけるΔVとトナー付着量との関係をグラフである。図10aは、高温高湿環境(30[℃]、80[%]時)である環境条件1のときのグラフであり、図10bは、低温低湿環境(10[℃]、15[%]時)である環境条件2のときのグラフである。図10についてΔVI>ΔVIIであり、環境条件1の場合は、トナー層電位差ΔVt=ΔVIとなり、環境条件2の場合は、トナー層電位差ΔVt=ΔVIIとなる。
温度湿度に応じたトナーの帯電量・搬送量の変化を予めして記憶部に記憶しておき、検出した環境に対応した帯電量・搬送量を記憶部から呼び出し、呼び出した値に基づいてトナー層電位Vtを決定する。この場合、実測によるトナー層電位Vtの決定は行わず、環境を検出(温度湿度の測定)することにより、トナー層電位Vtを決定することができる。
温度湿度に応じたトナーの帯電量・搬送量の変化を予めして記憶部に記憶しておき、検出した環境に対応した帯電量・搬送量を記憶部から呼び出し、呼び出した値に基づいてトナー層電位Vtを決定する。この場合、実測によるトナー層電位Vtの決定は行わず、環境を検出(温度湿度の測定)することにより、トナー層電位Vtを決定することができる。
同様に、感光体21と現像ローラ107とを備えるトナー像形成部20の運転履歴によっても、トナーの帯電量や搬送量が変化し、トナー層電位差ΔVtが異なる場合がある。よって、トナー像形成部20の運転履歴(作像枚数カウントや、感光体走行距離)に基づいてトナー層電位差ΔVtを求め、このVtの値に応じて非画像形成領域の電位差ΔVを決定する。例えば、運転履歴1、運転履歴2、及び運転履歴3とある場合、それぞれについて、非画像形成領域の電位差ΔVI、ΔVII及びΔVIIIを決定する。図11は、異なる運転履歴におけるΔVとトナー付着量との関係をグラフである。図11aは、使用初期である運転履歴1のときのグラフであり、図11bは、ある程度の枚数プリントした後である運転履歴2のときのグラフである。図11についてΔVI<ΔVIIであり、運転履歴1の場合は、トナー層電位差ΔVt=ΔVIとなり、運転履歴2の場合は、トナー層電位差ΔVt=ΔVIIとなる。トナー像形成部20による作像枚数が多いほど、または、感光体21の走行距離が多いほど、トナー層電位差ΔVtは小さくなり、非画像形成領域の電位差ΔVも小さくなるように設定する。
運転履歴に応じたトナーの帯電量・搬送量の変化を予めして記憶部に記憶しておき、検出した運転履歴に対応した帯電量・搬送量を記憶部から呼び出し、呼び出した値に基づいてトナー層電位Vtを決定する。この場合、実測によるトナー層電位Vtの決定は行わず、運転履歴を検出することにより、トナー層電位Vtを決定することができる。
運転履歴に応じたトナーの帯電量・搬送量の変化を予めして記憶部に記憶しておき、検出した運転履歴に対応した帯電量・搬送量を記憶部から呼び出し、呼び出した値に基づいてトナー層電位Vtを決定する。この場合、実測によるトナー層電位Vtの決定は行わず、運転履歴を検出することにより、トナー層電位Vtを決定することができる。
以上、本実施形態によれば、潜像担持体である感光体21表面の非画像形成領域の表面電位から現像ローラ表面電位の電位を引いた値である非画像形成領域電位差ΔV4を、感光体21表面の画像形成領域の非潜像部での電位から現像剤担持体である現像ローラ107の電位である現像ローラ表面電位の電位を引いた値である非潜像部電位差ΔV3より大きく(マイナス極性方向としては「より小さく」)、トナー層電位差ΔVt以下(マイナス極性方向としては「以上」)に設定している。このように、非画像形成領域電位差ΔV4を非潜像部電位差ΔV3よりもトナー層電位差ΔVtに近い値となるように設定することにより、非画像形成領域に逆帯電トナーが付着することを抑制できる。また、非画像形成領域電位差ΔV4をトナー層電位差ΔVt(=ΔV2)以下となるように設定することにより、非画像形成領域に正常帯電トナーが付着することを防止できる。
また、複数のテストパターン画像濃度であるトナー付着量Mnと複数の潜像部電位差である現像部電位差ΔVnとの対応関係に基づいて、トナー層電位差ΔVtを算出する方法であれば、表面電位計を設ける必要がなく、コスト削減を図ることができる。
また、帯電電位Vcに対応する潜像電位を記憶手段に記憶し、非画像形成領域の帯電電位を設定するときに、そのときの帯電電位Vcにおける潜像電位を記憶手段から読み出し、読み出した値に基づいてトナー層電位差ΔVtを算出する。このトナー層電位差ΔVtに基づいて非画像形成領域の帯電電位を決定することにより、帯電電位Vcの変更に対応した非画像形成領域の帯電電位とすることができる。
また、露光量Lに対応する潜像電位を記憶手段に記憶し、非画像形成領域の帯電電位を設定するときに、そのときの露光量Lにおける潜像電位を記憶手段から読み出し、読み出した値に基づいてトナー層電位差ΔVtを算出する。このトナー層電位差ΔVtに基づいて非画像形成領域の帯電電位を決定することにより、露光量Lの変更に対応した非画像形成領域の帯電電位とすることができる。
また、感光体21の表面層の層厚に対応する潜像電位を記憶手段に記憶し、非画像形成領域の帯電電位を設定するときに、そのときの層厚における潜像電位を記憶手段から読み出し、読み出した値に基づいてトナー層電位差ΔVtを算出する。このトナー層電位差ΔVtに基づいて非画像形成領域の帯電電位を決定することにより、層厚の変化に対応した非画像形成領域の帯電電位とすることができる。
特に、層厚を算出する層厚算出手段が、感光体21の走行距離に基づいて層厚を算出することにより、層厚測定手段を設ける必要がなく、コストの削減を図ることができる。
また、環境条件に対応する潜像電位を記憶手段に記憶し、非画像形成領域の帯電電位を設定するときに、そのときの環境条件における潜像電位を記憶手段から読み出し、読み出した値に基づいてトナー層電位差ΔVtを算出する。このトナー層電位差ΔVtに基づいて非画像形成領域の帯電電位を決定することにより、環境条件の変化に対応した非画像形成領域の帯電電位とすることができる。
また、温度センサの検知結果に基づいてトナー層電位差ΔVtを決定することにより、温度の変化に対応したトナー層電位差ΔVtに基づいて、非画像形成領域の帯電電位を算出することができる。
また、湿度センサの検知結果に基づいてトナー層電位差ΔVtを決定することにより、湿度の変化に対応したトナー層電位差ΔVtに基づいて、非画像形成領域の帯電電位を算出することができる。
また、感光体21及び現像ローラ107を備えるトナー像形成部20の運転履歴情報に基づいてトナー層電位差ΔVtを決定することにより、トナー像形成部20の経時劣化に対応したトナー層電位差ΔVtに基づいて、非画像形成領域の帯電電位を算出することができる。
特に、運転履歴情報を、作像枚数カウント情報に基づいて算出することにより、特別な部材設けることなく非画像形成領域の帯電電位を算出することができ、コスト削減を図ることができる。
一方、運転履歴情報を、感光体21の走行距離情報に基づいて算出するものであっても、特別な部材設けることなく非画像形成領域の帯電電位を算出することができ、コスト削減を図ることができる。
また、複数のテストパターン画像濃度であるトナー付着量Mnと複数の潜像部電位差である現像部電位差ΔVnとの対応関係に基づいて、トナー層電位差ΔVtを算出する方法であれば、表面電位計を設ける必要がなく、コスト削減を図ることができる。
また、帯電電位Vcに対応する潜像電位を記憶手段に記憶し、非画像形成領域の帯電電位を設定するときに、そのときの帯電電位Vcにおける潜像電位を記憶手段から読み出し、読み出した値に基づいてトナー層電位差ΔVtを算出する。このトナー層電位差ΔVtに基づいて非画像形成領域の帯電電位を決定することにより、帯電電位Vcの変更に対応した非画像形成領域の帯電電位とすることができる。
また、露光量Lに対応する潜像電位を記憶手段に記憶し、非画像形成領域の帯電電位を設定するときに、そのときの露光量Lにおける潜像電位を記憶手段から読み出し、読み出した値に基づいてトナー層電位差ΔVtを算出する。このトナー層電位差ΔVtに基づいて非画像形成領域の帯電電位を決定することにより、露光量Lの変更に対応した非画像形成領域の帯電電位とすることができる。
また、感光体21の表面層の層厚に対応する潜像電位を記憶手段に記憶し、非画像形成領域の帯電電位を設定するときに、そのときの層厚における潜像電位を記憶手段から読み出し、読み出した値に基づいてトナー層電位差ΔVtを算出する。このトナー層電位差ΔVtに基づいて非画像形成領域の帯電電位を決定することにより、層厚の変化に対応した非画像形成領域の帯電電位とすることができる。
特に、層厚を算出する層厚算出手段が、感光体21の走行距離に基づいて層厚を算出することにより、層厚測定手段を設ける必要がなく、コストの削減を図ることができる。
また、環境条件に対応する潜像電位を記憶手段に記憶し、非画像形成領域の帯電電位を設定するときに、そのときの環境条件における潜像電位を記憶手段から読み出し、読み出した値に基づいてトナー層電位差ΔVtを算出する。このトナー層電位差ΔVtに基づいて非画像形成領域の帯電電位を決定することにより、環境条件の変化に対応した非画像形成領域の帯電電位とすることができる。
また、温度センサの検知結果に基づいてトナー層電位差ΔVtを決定することにより、温度の変化に対応したトナー層電位差ΔVtに基づいて、非画像形成領域の帯電電位を算出することができる。
また、湿度センサの検知結果に基づいてトナー層電位差ΔVtを決定することにより、湿度の変化に対応したトナー層電位差ΔVtに基づいて、非画像形成領域の帯電電位を算出することができる。
また、感光体21及び現像ローラ107を備えるトナー像形成部20の運転履歴情報に基づいてトナー層電位差ΔVtを決定することにより、トナー像形成部20の経時劣化に対応したトナー層電位差ΔVtに基づいて、非画像形成領域の帯電電位を算出することができる。
特に、運転履歴情報を、作像枚数カウント情報に基づいて算出することにより、特別な部材設けることなく非画像形成領域の帯電電位を算出することができ、コスト削減を図ることができる。
一方、運転履歴情報を、感光体21の走行距離情報に基づいて算出するものであっても、特別な部材設けることなく非画像形成領域の帯電電位を算出することができ、コスト削減を図ることができる。
1 中間転写ベルト
5 二次転写ローラ
6 レジストローラ
9 光書込ユニット
10 現像装置
20 トナー像形成部
21 感光体
100 プリンタ
106 供給ローラ
107 現像ローラ
108 現像バイアス電源
109 帯電電源
110 トナー層規制部材
120 制御部
130 帯電ローラ
5 二次転写ローラ
6 レジストローラ
9 光書込ユニット
10 現像装置
20 トナー像形成部
21 感光体
100 プリンタ
106 供給ローラ
107 現像ローラ
108 現像バイアス電源
109 帯電電源
110 トナー層規制部材
120 制御部
130 帯電ローラ
Claims (12)
- 静電潜像を担持する潜像担持体と、
該潜像担持体と接触し、トナーをその表面に担持し、該潜像担持体と対向する現像部で該トナーを該潜像担持体上の該静電潜像に供給する現像剤担持体と、
該現像剤担持体に現像バイアスを印加する現像バイアス電源とを有し、
該現像剤担持体の表面電位と該潜像担持体上の該静電潜像が形成された潜像部の表面電位との電位差によって、該現像剤担持体上の該トナーを該潜像担持体上に移動させることで該静電潜像を現像して画像形成を行う画像形成装置において、
該潜像担持体の表面で、該静電潜像を形成しないように設定された領域である非画像形成領域の表面電位と該現像剤担持体の表面電位との電位差が、該潜像担持体の表面で、該静電潜像を形成するように設定された領域である画像形成領域での該潜像部以外の部分である非潜像部の表面電位と該現像剤担持体の表面電位との電位差よりも小さく、且つ、該現像剤担持体表面上のトナーの層の表面の電位であるトナー層表面電位と該現像剤担持体の表面電位との電位差以上となるように設定することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1の画像形成装置において、
上記潜像部の電位である潜像電位と上記現像剤担持体の表面電位との電位差である潜像部電位差を複数回変更してテストパターン画像を形成し、該テストパターン画像の画像濃度を画像濃度検出手段で検出し、該画像濃度検出手段の検出結果から複数の該潜像部電位差にそれぞれ対応する複数のテストパターン画像濃度を求め、
複数の該潜像部電位差と複数の該テストパターン画像濃度との対応関係に基づいて、上記トナー層表面電位と該現像剤担持体の表面電位との電位差を算出することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2の画像形成装置において、
上記潜像担持体を帯電手段で帯電した状態の表面電位である帯電電位に対応する上記潜像電位を記憶する記憶手段を持ち、該帯電電位の値によって上記非画像形成領域または/及び上記現像剤担持体の表面電位を決定することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2または3の画像形成装置において、
上記潜像担持体の表面に上記静電潜像を形成する露光の光量である露光量に対応する上記潜像電位を記憶する記憶手段を持ち、該露光量の値によって上記非画像形成領域または/及び上記現像剤担持体の表面電位を決定することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2、3または4の画像形成装置において、
上記潜像担持体の表面層厚に対応する上記潜像電位を記憶する記憶手段を持ち、該表面層厚の値によって上記非画像形成領域または/及び上記現像剤担持体の表面電位を決定することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5の画像形成装置において、
上記表面層厚を算出する層厚算出手段が、上記潜像担持体の走行距離に基づいて該表面層厚を算出することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2、3、4、5または6の画像形成装置において、
環境条件に対応する上記潜像電位を記憶する記憶手段を持ち、該環境条件によって上記非画像形成領域または/及び上記現像剤担持体の表面電位を決定することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4、5、6または7の画像形成装置において、
上記現像剤担持体の周辺の温度を検知する温度センサを備え、該温度センサの検知結果に基づいて上記トナー層表面電位の値を決定することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4、5、6、7または8の画像形成装置において、
上記現像剤担持体の周辺の湿度を検知する湿度センサを備え、該湿度センサの検知結果に基づいて上記トナー層表面電位の値を決定することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4、5、6、7、8または9の画像形成装置において、
上記潜像担持体及び上記現像剤担持体の運転履歴情報に基づいて上記トナー層表面電位の値を決定することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項10の画像形成装置において、
上記運転履歴情報は、作像枚数カウント情報に基づいて算出することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項10または11の画像形成装置において、
上記運転履歴情報は、上記潜像担持体の走行距離情報に基づいて算出することを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006236280A JP2008058677A (ja) | 2006-08-31 | 2006-08-31 | 画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2006236280A JP2008058677A (ja) | 2006-08-31 | 2006-08-31 | 画像形成装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2008058677A true JP2008058677A (ja) | 2008-03-13 |
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JP (1) | JP2008058677A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009265315A (ja) * | 2008-04-24 | 2009-11-12 | Oki Data Corp | 画像形成装置 |
US8543039B2 (en) | 2010-01-07 | 2013-09-24 | Oki Data Corporation | Image forming apparatus |
JP2014228630A (ja) * | 2013-05-21 | 2014-12-08 | 株式会社リコー | 画像形成装置及び画像濃度制御方法 |
US8977150B2 (en) | 2011-12-02 | 2015-03-10 | Ricoh Company, Ltd. | Image forming apparatus including a controller configured to regulate a potential difference between a photoconductor and a developing member |
-
2006
- 2006-08-31 JP JP2006236280A patent/JP2008058677A/ja not_active Withdrawn
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