JP2009115856A

JP2009115856A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2009115856A
Application number: JP2007285517A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Nishimura; 泰浩西村; Toshiaki Ino; 利昭井野; Shinya Mimura; 晋也三村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】帯電装置および感光体ドラムの経時劣化、または環境変動によって、感光体ドラムの表面電位の立ち上がり特性が変化しても、感光体ドラムへの不要なトナー付着を抑え、トナー消費量を低減する画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体ドラム１６と、感光体ドラム１６を帯電させる帯電装置１７と、感光体ドラム１６の非画像部におけるかぶりを検出するかぶり濃度センサ２６と、現像バイアスを印加する現像バイアス供給手段３５と、現像バイアスを印加する時期を制御する制御装置３４とを備える画像形成装置１００において、帯電装置１７によって感光体ドラム１６の表面電位が規定電位に立ち上がるまでの間において、かぶり濃度センサ２６が感光体ドラム１６表面でかぶりを検知した際に、制御装置３４が現像バイアスを印加させる時期の変更を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真法に基づいて画像を形成する画像形成装置たとえば複写機またはプリンタに関する。

電子写真法に基づいて画像を形成する電子写真方式の画像形成装置は、たとえば、感光体ドラムと、帯電、露光、現像、転写、クリーニング、除電および定着の各装置とを含む。回転駆動される感光体ドラムの表面が、帯電装置によって均一に帯電され、その帯電した感光体ドラム表面に、露光装置によってレーザ光が照射され、静電潜像が形成される。続いて、現像装置によってトナーを用いて感光体ドラム表面の静電潜像が現像され、その感光体ドラム表面に可視像であるトナー像が形成される。感光体ドラム表面のトナー像は、転写装置によって転写材に転写され、その後、定着装置によって加熱および加圧され、転写材に定着される。これによって記録材に画像が形成される。感光体ドラム表面に転写されずに残ったトナーはクリーニング装置によって除去され、クリーニングされた後の感光体ドラム表面は除電装置によって電荷が取除かれることによって、感光体ドラムに新しい画像を形成することが可能となる。

感光体ドラム表面の静電潜像を現像する現像剤には、トナーのみからなる１成分現像剤またはトナーおよびキャリアからなる２成分現像剤を用いる。１成分現像剤はキャリアを使用しないので、トナーとキャリアとを均一に混合するための攪拌機構が必要ないので、現像装置がシンプルになるという利点を有するが、トナーの帯電量が安定しにくいという欠点がある。２成分現像剤は、トナーとキャリアとを均一に混合するための攪拌機構を必要とするので、現像装置が複雑になるという欠点を有するが、トナーの帯電安定性および高速機への適合性に優れることから、高速画像形成装置およびカラー画像形成装置に使用される。

現像には、露光装置からの光照射によって表面電位が低下した部分にトナーが付着し、トナー像が形成される反転現像がある。反転現像方式を用いる画像形成装置において、画像形成開始時に、感光体ドラムの駆動開始とほぼ同時に帯電装置によって感光体ドラム表面の帯電を開始し、感光体ドラム表面の帯電領域に対向するときに印加する電圧と同じ大きさの現像バイアス電圧を現像ローラに印加する場合、感光体ドラムが停止していたときに帯電装置に対向していたところから現像装置の現像ローラに対向していたところまでの感光体ドラム表面が、その電位がゼロのまま現像ローラに対向し、感光体ドラムと現像ローラとの間にトナーによって静電潜像が現像させる電界が形成される。この電界によって、感光体ドラム表面の非帯電領域にトナーが付着するので、トナーが無駄に消費されることになり、画像の形成においてトナー消費量が増えるという問題がある。

このような問題を解決するために、現像ローラに現像バイアス電圧を印加して現像を開始する現像開始時期を、感光体ドラムの帯電領域が感光体ドラムと現像ローラとの間の現像位置に到達するまで遅らせる画像形成装置が、特許文献１に開示されている。

特開２００６−２５８８４０号公報

特許文献１に開示の画像形成装置は、帯電装置および感光体ドラムの経時劣化、または環境変動によって、感光体ドラムの表面電位が規定電位に立ち上がるまでの間の感光体ドラムの表面電位の立ち上がり特性が変化した場合に、感光体ドラムに不要なトナー付着が起こることによるトナー消費量の増大を防止することが難しい。

また、近年においては、形成される画像を高画質化するために、たとえば体積平均粒子径が７μｍ以下の小粒径トナーと、体積平均粒径が５０μｍ以下の小粒径キャリアとからなる２成分現像剤が使用されるが、このような小粒径トナーおよび小粒径キャリアは、感光体ドラム表面に付着しやすい。したがって、形成される画像の高画質化と、感光体ドラムへのトナー付着量およびキャリア付着量の低減とを両立させることが難しい。

本発明の目的は、帯電装置および感光体ドラムの経時劣化、または環境変動によって、感光体ドラムの表面電位の立ち上がり特性が変化しても、感光体ドラムへの不要なトナー付着を抑え、トナー消費量を低減する画像形成装置を提供することである。

また本発明の目的は、小粒径トナーと、小粒径キャリアとからなる２成分現像剤を画像の形成に用いても、感光体ドラムへのトナーの付着量を低減させることができ、また、感光体ドラムへのキャリアの付着を抑えることによって、感光体ドラムの劣化を抑え、白ぬけがない画像を安定して形成することができる画像形成装置を提供することである。

本発明は、像担持体と、
前記像担持体を帯電させる帯電手段と、
前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像手段と、
前記像担持体の非画像部におけるかぶりを検出するかぶり検出手段と、
現像バイアスを印加する現像バイアス供給手段と、
現像バイアスを印加する時期を制御する制御手段とを備え、
前記帯電手段によって像担持体の表面電位が規定電位に上昇するまでの期間において、
前記かぶり検出手段が前記像担持体表面でかぶりを検知した際に、前記制御手段が現像バイアスを印加させる時期の変更を行うことを特徴とする画像形成装置である。

また本発明は、前記像担持体の表面電位を規定電位まで複数段階で上昇させることを特徴とする。

また本発明は、前記像担持体へ到達するコロナイオン量を制御する制御グリッドと、
前記制御グリッドに電圧を印加するグリッド電圧供給手段とを備え、
前記グリッド電圧供給手段が、制御グリッドに電圧を印加するとともに、
このグリッド電圧を、像担持体の表面電位が規定電位に上昇するまでの間に、低圧側から高圧側に複数段に切り替えることを特徴とする。

また本発明は、前記グリッド電圧供給手段が、低圧側の電源としてツェナーダイオードを備えた電源を有していることを特徴とする。

また本発明は、前記グリッド電圧供給手段が、低圧側から高圧側に複数の出力端子を有する１個のトランスを備えたものからなることを特徴とする。

また本発明は、前記現像バイアス供給手段が、前記像担持体が回転中でありかつ前記現像手段によって現像動作が行われていない非画像形成期間中には、像担持体の表面電位と前記現像バイアスとの電位差が１００Ｖ以上２５０Ｖ以下の範囲内に保持されることを特徴とする。

また本発明は、前記現像バイアス供給手段が、前記制御グリッドへの電圧の印加によって像担持体の表面電位の上昇した部分が像担持体と現像手段との間の現像部に到達するまでの期間、前記現像装置に前記グリッド電圧の極性とは逆極性の現像バイアスを供給することを特徴とする。

本発明によれば、画像形成装置は、像担持体と、像担持体に形成された静電潜像を現像する現像手段と、像担持体を帯電させる帯電手段と、像担持体の非画像部におけるかぶりを検出するかぶり検出手段と、現像バイアスを印加する現像バイアス供給手段と、現像バイアスを印加する時期を制御する制御手段とを含む。帯電手段によって像担持体の表面電位が規定電位に上昇するまでの期間において、かぶり検出手段が像担持体表面でかぶりを検知すると、制御手段は、現像バイアス供給手段によって現像バイアスを印加させる時期の変更を行う。

たとえば帯電手段および感光体ドラムの経時劣化、または環境変動によって、感光体ドラムの表面電位の立ち上がり特性が変化しても、かぶり検出手段によってかぶりの発生を検知し、制御手段によって現像バイアスの印加時期をかぶりの発生しない適切な時期に変更することができる。したがって、感光体ドラムへの不要なトナー付着を抑え、トナー消費量を低減する画像形成装置を実現することができる。

また本発明によれば、前記像担持体の表面電位を規定電位まで複数段階で上昇させる。像担持体の表面電位が規定電位まで上昇させる電圧を複数段階に切り替えずに印加すると、像担持体表面電位が急激に変化し、像担持体表面電位の変動が大きくなる。また、画像形成装置の動作環境および像担持体の寿命などによっても像担持体表面電位の変動がさらに大きくなるおそれがある。像担持体の表面電位を規定電位まで複数段階で上昇させることによって、像担持体の表面電位の変動を抑えることができる。したがって、キャリアの飛散による像担持体の劣化、像担持体への逆帯電トナーの付着およびトナー消費量の増大を防止することができるともに、高画質の画像を安定して形成することができる。

また本発明によれば、画像形成装置は、像担持体へ到達するコロナイオン量を制御する制御グリッドと、制御グリッドに電圧を印加するグリッド電圧供給手段とを備え、グリッド電圧供給手段が、制御グリッドに電圧を印加するとともに、像担持体の表面電位が規定電位に上昇するまでの間に、グリッド電圧を低圧側から高圧側に複数段階に切り替える。像担持体表面電位を規定電位まで上昇させるために、グリッド電圧を低圧側から高圧側に複数段階に切り替ることによって、感光体ドラム表面電位の立ち上がりにおける表面電位の変動をより抑制し、表面電位を高精度かつ安定に制御することができる。したがって、かぶり電位を安定に変化させることができる。

また、本発明によれば、グリッド電圧供給手段は、低圧側の電源としてツェナーダイオードを備えた電源を備えるので、画像形成装置内の構成を簡素化できるとともに画像形成装置を小型化することができる。

また本発明によれば、グリッド電圧供給手段は、低圧側から高圧側に複数の出力端子を有する１個のトランスを備えたものからなることによって、グリッド電圧供給手段が１個のみのトランスを備えた構成の電源部とすることができるので、画像形成装置内の構成を簡素化できるとともに、画像形成装置の一層の小型化を可能とすることができる。

また本発明によれば、像担持体が回転中であり、かつ現像手段によって現像動作が行われていない非画像形成期間中において、像担持体の表面電位と現像バイアスとの電位差は１００Ｖ以上２５０Ｖ以下の範囲内に保持される。感光体ドラムの表面電位と現像バイアスとの電位差が１００Ｖ以上２５０Ｖ以下の範囲内に保持されることによって、たとえば、体積平均粒子径が７μｍ以下の小粒径トナーと体積平均粒径が５０μｍ以下の小粒径キャリアとからなる小粒径の２成分現像剤を用いる場合において、かぶりの発生および像担持体表面へのキャリア付着を確実に抑制することができる。したがって、トナー消費量の増大を一層抑制することができるとともに、像担持体表面にキャリアが付着することによる感光体ドラムの劣化を一層防止することができる。また白ぬけのない高画質の画像をより安定して形成することができる。

また本発明によれば、制御グリッドへの電圧の印加によって像担持体の表面電位の上昇した部分が像担持体と現像手段との間の現像部に到達するまでの期間、現像バイアス供給手段が、現像装置にグリッド電圧の極性とは逆極性の現像バイアスを供給する。このように、グリッド電圧とは逆極性の現像バイアスを現像手段に印加することによって、表面電位が０近傍である像担持体の表面電位と現像バイアスとの電位差を確保し、像担持体表面へのトナーの付着を防止することができる。したがって、トナー消費量の増大をより一層防止することができるとともに、高画質の画像をより一層安定して形成することができる。

以下に本発明の画像形成装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態である画像形成装置１００を模式的に示す概略図である。画像形成装置１００は、４つの画像形成ユニット１〜４を備えるタンデム方式のカラー画像形成装置である。

画像形成装置１００は、記録材に画像を形成する画像形成部８３と、記録材を画像形成部８３に供給する給紙部８４と、排紙ユニット９０とを含んで構成される。

画像形成部８３は、４つの画像形成ユニット１〜４と、転写ユニット８８と、定着手段である定着ユニット１５とを含んで構成される。４つの画像形成ユニット１〜４および転写ユニット８８は、トナー像形成手段に相当する。

４つの画像形成ユニット１〜４、すなわち、第１画像形成ユニット１、第２画像形成ユニット２、第３画像形成ユニット３および第４画像形成ユニット４は、記録材担持体である中間転写ベルト５による記録材の搬送回転方向である矢符Ｒの方向（以下「回転方向Ｒ」と記載する）の上流側から下流側に向かって、この順番で一列に配列され、４つの画像形成ユニット１〜４それぞれに含まれる、像担持体である感光体ドラム１６表面に各色相の画像情報に対応する静電潜像を形成し、トナーを用いて該静電潜像を現像し、各色のトナー像を形成する。本実施形態において、中間転写ベルト５の回転方向Ｒを下流とし、回転方向Ｒと逆の方向を上流とする。第１画像形成ユニット１はブラックの画像情報に対応するトナー像を形成する。第２画像形成ユニット２はシアン色の画像情報に対応するトナー像を形成する。第３画像形成ユニット３はマゼンタ色の画像情報に対応するトナー像を形成する。第４画像形成ユニット４はイエロー色の画像情報に対応するトナー像を形成する。

転写ユニット８８は、中間転写ベルト５と、２次転写ローラ８と、１次転写ローラ７と、２つの支持ロール６とを含んで構成される。

中間転写ベルト５は、４つの画像形成ユニット１〜４の上方に設けられる。中間転写ベルト５は、回転方向Ｒの方向に回転駆動可能にかつ像担持体である感光体１６それぞれに圧接するように設けられ、２つの支持ロール６・６に張架されるループ状の移動経路を形成する無端ベルト状部材であり、記録材を担持して搬送する記録材担持体である。中間転写ベルト５の原料には、たとえばポリイミドまたはポリアミドの樹脂に電子伝導性導電材を適量含有させたものを使用する。中間転写ベルト５の各感光体ドラム１６に圧接する位置が、各色トナー像の転写位置である。中間転写ベルト５は、後述する給紙部８４によって供給される記録材を担持して搬送する。この搬送過程において、記録材には、感光体ドラム１６との転写位置において各色トナー像が重ね合わされて転写され、多色トナー像が形成される。

４つの１次転写ローラ７は、中間転写ベルト５の内側に設けられ、それぞれ中間転写ベルト５を介して各感光体１６に圧接し、図示しない駆動手段によってその軸心回りに回転駆動可能に設けられるローラ状部材である。各１次転写ローラ７と各感光体ドラム１６との圧接位置が、中間転写ベルト５によって担持搬送される記録材への各色トナー像の転写位置である。１次転写ローラ７には、感光体ドラム１６表面部のトナー像を中間転写ベルト５に転写するために、トナーの帯電極性とは逆極性の転写バイアスを印加する。

第４画像形成ユニット４よりも中間転写ベルト５の回転方向Ｒの下流側には、中間転写ベルト５に形成されたカラー画像を記録材に転写する２次転写ローラ８が配設される。

転写ユニット８８の２次転写ローラ８は、１次転写ローラ７によって中間転写ベルト５に形成されたカラー画像を後述する供給部８４から担持搬送される記録材に転写し、多色トナー像を形成する。多色トナー像を担持した記録材は定着ユニット１５に供給される。

定着ユニット１５は、加熱手段である加熱ローラ１０５と、加圧ローラ１０６とを含む。加熱ローラ１０５は、内部に、熱源、たとえば、ハロゲンランプなどのヒータランプを含み、図示しない駆動手段によって、軸心回りに回転駆動可能に設けられる。加圧ローラ１０６は、加熱ローラ１０５に圧接し、加熱ローラ１０５の回転駆動に従動回転可能に設けられる。中間転写ベルト５から加熱ローラ１０５と加圧ローラ１０６との圧接部に多色トナー像を担持する記録材が搬送され、多色トナー像が加熱および加圧を受けることによって、多色トナー像が記録材に定着される。多色トナー像が定着された記録材は、画像形成装置１００の排紙ユニット９０に搬送され、排紙ローラ１３ａによって画像形成装置１００から排出される。

２次転写ローラ８より中間転写ベルト５の回転方向Ｒの下流側であり、４つの画像形成ユニット１〜４の上流側に、中間転写ベルト５の表面をクリーニングするためのベルトクリーニングユニット１０が設けられる。ベルトクリーニングユニット１０は、中間転写ベルト５に接触配置されるベルトクリーニングブラシ１１と、ベルトクリーニングブレード１２とを有している。ベルトクリーニングブレード１２は、ベルトクリーニングブラシ１１より中間転写ベルト５の回転方向Ｒの下流側に配置される。ベルトクリーニングユニット１０では、記録材に転写されることなく中間転写ベルト５に残るトナーを取除く。

４つの画像形成ユニット１〜４の下方には、給紙部８４が設けられる。給紙部８４は、トレイ１４と、給紙ローラ１３とを含んで構成される。トレイ１４は、Ｂ５、Ｂ４、Ａ４、Ａ３などの各サイズの普通紙、カラーコピー用紙などの記録紙およびオーバーヘッドプロジェクター用シート（ＯＨＰシート）などの記録材を収容する。給紙ローラ１３は、搬送方向Ｐにおいて、記録材の搬送を補助する。

図２は、図１に示す画像形成装置１００の要部を模式的に示す概略図である。図２には、第１画像形成ユニット１を示す。第２画像形成ユニット２、第３画像形成ユニット３および第４画像形成ユニット４は、それぞれシアントナー、マゼンタトナーまたはイエロートナーを含む現像剤を使用する以外は、第１画像形成ユニット１と同様の構成であるので、説明を省略する。

第１画像形成ユニット１は、感光体ドラム１６と、帯電装置１７と、露光ユニット１８と、現像装置１９と、かぶり検出手段であるかぶり濃度センサ２６と、クリーニング装置２０と、徐電ランプ２５とを含む。

感光体ドラム１６の周りには、感光体ドラム１６を帯電する帯電装置１７、感光体ドラム１６に静電潜像を形成する露光装置１８、感光体ドラム１６の静電潜像を可視化する現像装置１９、感光体ドラム１６の非画像部におけるかぶりを検出するかぶり濃度センサ２６、感光体ドラム１６に残留する残留物、たとえばトナーを除去するクリーニング装置２０、および感光体ドラムの残留電荷を除去する除電ランプ２５が、この順序で感光体ドラム１６に配置される。

像担持体である感光体ドラム１６は、回転駆動手段である図示しないドラムモータによって軸心回りに回転駆動可能に設けられ、その表面部に静電潜像が形成されるローラ状部材である。感光体ドラム１６は、矢符Ｒｄで示す方向に回転する。感光体ドラム１６の回転駆動手段は、中央処理装置（Central Processing Unit；ＣＰＵ）によって実現される制御手段で制御される。感光体ドラム１６は、たとえば、図示しない円筒状または円柱状の導電性基体と、導電性基体の表面部に形成される図示しない感光層とを含んで構成される。導電性基体には、たとえば、アルミニウム素管を使用できる。感光層は、電荷発生物質を含有する電荷発生層と、電荷輸送物質を含有する電荷輸送層とを積層して形成されてもよく、電荷発生物質と電荷輸送物質とを１つの層に含有するものであってもよい。感光層と導電性基体との間には、下地層を設けてもよい。さらに、感光層の表面部に保護層を設けてもよい。

像担持体の表面電位は、規定電位まで複数段階で上昇させることが好ましい。像担持体の表面電位が規定電位まで上昇させる電圧を複数段階に切り替えずに印加すると、像担持体表面電位が急激に変化し、像担持体表面電位の変動が大きくなる。また、画像形成装置の動作環境および像担持体の寿命などによっても像担持体表面電位の変動がさらに大きくなるおそれがある。像担持体の表面電位を規定電位まで複数段階出上昇させることによって、像担持体の表面電位の変動を抑えることができる。したがって、キャリアの飛散による像担持体の劣化、像担持体への逆帯電トナーの付着およびトナー消費量の増大を防止することができるともに、高画質の画像を安定して形成することができる。

像担持体を規定電位まで複数段階で上昇させるために、像担持体へ到達するコロナイオン量を制御する制御グリッドと、制御グリッドに電圧を印加するグリッド電圧供給手段とを備え、グリッド電圧供給手段が、制御グリッドに電圧を印加するとともに、像担持体の表面電位が規定電位に立ち上がるまでの間に、グリッド電圧を低圧側から高圧側に複数段に切り替えることが好ましい。グリッド電圧を低圧側から高圧側に複数段に切替ることによって、電位変化が緩やかになるので、現像バイアスと感光体表面電位とのギャップを確保しやすくすることができる。したがって、かぶり電位を安定に変化させることができる。

本実施形態において、かぶり電位、すなわち感光体ドラム表面電位と現像バイアスとの電位差は、現像バイアス電位から感光体ドラム表面電位を引いた電位である。

感光体ドラム１６の表面部を所定の極性の電位に帯電させる帯電装置１７は、本実施の形態では、帯電装置１７は、スコロトロン帯電装置からなる。帯電装置１７は、ノコ歯電極１７ａと、制御グリッド１７ｂとを含む。制御グリッド１７ｂは、放電電極であるノコ歯電極１７ａから感光体ドラム１６の表面に到達するコロナイオンの量を制御する。ノコ歯電極１７ａには数ｋＶの高電圧を出力する図示しない高電圧電源が接続される。制御グリッド１７ｂには、切替えスイッチ３１を介して、高電圧用トランス（ＴＨ）を有する高電圧電源３２と、定電圧電源である低電圧用トランス（ＴＬ）を有する低電圧電源３３とが接続される。本実施の形態において、低電圧電源３３の出力電圧は約２００Ｖであり、高電圧電源３２の出力電圧は約６５０Ｖである。電圧の極性は何れもマイナスである。切替えスイッチ３１の切換動作は、たとえばマイクロコンピュータを備えた制御手段である制御装置３４によって制御される。切換えスイッチ３１、高電圧電源３２および低電圧電源３３は、グリッド電圧供給手段である。

露光装置１８は、帯電状態にある感光体ドラム１６表面部にブラックの画像情報に応じた信号光、たとえば、レーザ光を照射し、ブラックの画像情報に対応する静電潜像を形成する装置である。露光器としては、ＬＥＤアレイ装置を用いることもできる。

現像装置１９は、現像ローラ２４と、撹拌ローラと、現像槽と、図示しないトナー補給容器とを含む。現像装置１９は、感光体ドラム１６の表面部を臨み、かつ感光体ドラム１６と離隔するように設けられる。現像装置１９は、内部に磁性キャリアとトナーからなる二成分現像剤を収容し、２成分反転現像方式によって感光体ドラム１６表面部に形成されたブラックの画像情報に対応する静電潜像にトナーを供給してブラックトナー像を形成する。

現像ローラ２４は、固定磁極体を内包するローラ状部材であり、現像槽の開口部を介して感光体ドラム１６表面部に僅かな間隙を有して離隔し、回転駆動可能に現像槽によって支持され、ブラックトナーを感光体ドラム１６表面部の静電潜像に供給する。現像ローラ２４は、円筒状部材である現像スリーブと、現像スリーブの内部に設けられる固定磁極体とを含む。ブラックトナーを感光体ドラム１６の表面に供給するために、現像ローラ２４には、現像バイアス印加手段である現像バイアス供給装置３５によって、現像バイアスが印加される。本実施の形態において、プラス側の出力電圧は１５０Ｖでマイナス側の出力電圧は１００Ｖまたは５００Ｖである。出力電圧は、たとえばマイクロコンピュータを備えた制御手段である制御装置３４によって制御される。

撹拌ローラは、現像槽の内部において軸心回りに回転駆動可能に設けられるローラ状部材であり、現像ローラ２４表面部にブラックトナーを供給する。

現像槽は、現像ローラ２４および撹拌ローラ、ならびにブラックトナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤とを収容する。トナー補給容器は現像槽にトナーを補給する。

かぶり検出手段である、かぶり濃度センサ２６は、感光体ドラム１６表面の非画像部、すなわち感光体ドラム１６表面において、静電潜像が形成されない部分におけるトナー付着量を測定するセンサである。かぶり濃度センサとしては、たとえば発光素子および受光素子からなるフォトセンサが挙げられる。フォトセンサにおいて、たとえば発光素子および受光素子は感光体ドラム１６に対向して配置され、発光素子から照射される光を感光体ドラム１６表面で反射させ、その反射光を受光素子で受けることによって非画像部のトナー濃度、すなわちかぶり濃度を検出する。かぶり濃度センサ２６の測定結果は制御手段である制御装置３４に送られる。

現像装置１９によって現像されたブラックトナー像は、図１に示す中間転写ベルト５に転写される。

クリーニング装置２０は、感光体ドラム１６表面のブラックトナー像が、中間転写ベルト５に転写された後に、感光体ドラム１６表面に残存するブラックトナーを除去し、回収する。クリーニング装置２０は、たとえば、感光体ドラム１６表面に接するように設けられるクリーニングブレードと、該クリーニングブレードによって感光体ドラム１６表面から除去されるトナーを収める廃トナー容器とを含んで構成される。

感光体ドラム１６の表面に残留する電荷は、除電ランプ２５によって除去される。
グリッド電圧供給手段は、低圧側の電源としてツェナーダイオードを備える電源を有することが好ましい。図３は、本発明の第２の実施形態における画像形成装置の要部を模式的に示す概略図である。図２の画像形成装置１００に対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。図３によれば、グリッド電圧供給手段が、図２に示す低電圧用トランス（ＴＬ）を使用した低電圧電源３３に代えて、低圧側の電源としてツェナーダイオードを含む電源を備える。したがって、画像形成装置内の構成を簡素化できるとともに画像形成装置の小型化を実現することができる。

グリッド電圧供給手段は、低圧側から高圧側に複数の出力端子を有する１個のトランスを備えたものでもよい。図４は、本発明の第３の実施形態における画像形成装置の要部を模式的に示す概略図である。図２の画像形成装置に対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。この構成では、図２に示す高電圧用トランス（ＴＨ）を備える高電圧電源３２および低電圧用トランス（ＴＬ）を備える低電圧電源３３に代えて、グリッド電圧供給手段として制御グリッド電源３７を１個備える。制御グリッド電源３７は、定電圧トランスを備え、低圧端子Ｔ１と高圧端子Ｔ２とを有する。制御グリッド１７ｂには、切替えスイッチ３１を介して、高圧端子Ｔ２と低圧端子Ｔ１とが接続される。切替えスイッチ３１の切換動作は、たとえばマイクロコンピュータを備えた制御手段である制御装置３４によって制御される。グリッド電圧供給手段をこのような構成にすることによって、画像形成装置を小型化することができ、また量産コストを低減することができる。

図５は、本発明の第４の実施形態の画像形成装置の要部を模式的に示す概略図である。図２の画像形成装置に対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。この構成では、図４に示した制御グリッド電源３７に代えて、グリッド電圧供給手段として、多段制御グリッド電源３８を備える。多段制御グリッド電源３８は、定電圧トランスを備え、低圧側から高圧側にかけて３個以上の出力端子Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎを有する。出力端子Ｔ１〜Ｔｎは、低圧側から高圧側へ切替えスイッチ３１によって順次切り替えられる。このような多段制御グリッド電源３８を備えることによって、感光体ドラム１６表面電位の立ち上がりを、さらに円滑かつ安定なものにすることができる。即ち、感光体ドラム１６の表面電位をより高精度かつ安定に制御できる。この結果、かぶり電位をさらに安定に変化させることができる。

図２の画像形成装置１００における画像形成動作は、まず、感光体ドラム１６がドラムモータによって回転駆動され、感光体ドラム１６の表面が帯電装置１７の制御グリッド電圧によって均一な電位に帯電される。次に、感光体ドラム１６の表面に、露光装置１８からレーザ光が照射されて静電潜像が形成される。感光体ドラム１６での静電潜像は、感光体ドラム１６の基体をなす図示しないアルミニウム素管がドラムフランジからドラムシャフトを介してグランドに接続されており、上記レーザ光による露光部の電位が低下することによって形成される。静電潜像は、現像装置１９から供給されるトナーによって現像され、感光体ドラム１６にトナー像を形成する。現像装置１９の現像ローラ２４には、トナーを感光体ドラム１６の表面に供給するために、現像バイアス供給手段である現像バイアス装置３５から現像バイアスが印加される。

図６は、図２に示す画像形成装置１００におけるドラムモータの動作タイミング、ならびに制御グリッド電圧および現像バイアスの印加タイミングを示すタイミングチャートである。ライン５８は、ドラムモータの動作タイミングを示し、ライン５９は、制御グリッド電圧の印加タイミングを示し、ライン６０は、現像バイアスの印加タイミングを示す。

制御グリッドへの電圧の印加によって像担持体の表面電位の上昇した部分が、像担持体と現像手段との間の現像部に到達するまでの期間、現像バイアス供給手段が、現像装置にグリッド電圧の極性とは逆極性の現像バイアスを供給することが好ましい。変曲点６１で示すドラムモータの回転開始と同時に、変曲点５１で示すように現像バイアス供給手段３５から現像ローラ２４に現像バイアス電圧として所定のプラス側電圧、たとえば＋１５０Ｖを供給する。制御グリッド電圧の印加によって感光体ドラム１６表面の帯電した部分が現像部に到着するまでの期間、現像バイアスが０Ｖのままでは、現像部を通過する部分の感光体ドラム１６表面電位が０Ｖであるので、前記部分にトナーが付着する。また、このときにグリッド電圧と同極性の電圧を現像バイアスとして現像装置１９に印加すると、トナーの電荷の強弱にかかわらず、感光体ドラム１６表面へのトナーの付着が発生する。前記期間において、グリッド電圧とは逆極性の現像バイアスを現像装置１９に印加することによって、表面電位が０近傍である感光体ドラム１６の表面電位と現像バイアスとの電位差を確保し、感光体ドラム１６表面へのトナーの付着を防止することができる。したがって、トナー消費量の増大をより一層防止することができるとともに、高画質の画像をより一層安定して形成することができる。

変曲点６１で示すドラムモータの回転の開始と同時に、帯電装置１７では、ノコ歯電極１７ａに高電圧が供給されるとともに、切替えスイッチ３１が低電圧電源３３側に切り替えられ、制御グリッド１７ｂに低電圧電源３３から所定の低電圧、たとえば−２００Ｖが供給される。

図６に記載しないが、変曲点６１で示すドラムモータの回転と同時に除電ランプ２５が起動する。

帯電装置１７において切替えスイッチ３１が高電圧電源３２側に切り替えられ、変曲点６３で示すように制御グリッド１７ｂに高電圧電源３２から所定のマイナス側高電圧、たとえば−６５０Ｖが供給される。この時グリッド電圧は、感光体ドラム１６の表面電位が規定電位に上昇するまでの間に、低圧側から高圧側までをたとえば８段階に分けて印加する。１段階は、約３０Ｖ〜８０Ｖの電圧を印加し、１段階に印加する電圧は画質調整結果によって決定する。

現像装置１９には、所定時間ａ後に変曲点５２で示すタイミングで、マイナス側低電圧、たとえば−２００Ｖが現像ローラ２４に供給され、マイナス側低電圧を印加して所定時間ｂ後に、変曲点５３で示すタイミングでマイナス側高電圧、たとえば−５００Ｖが現像ローラ２４に供給される。

上記のように帯電装置１７から電位が供給されることによって、感光体ドラム１６の表面電位は上昇し、最終的に規定電位となる。現像バイアス供給手段３５から供給される現像バイアス電位もまた、最終的に規定電位になる。現像部における感光体ドラム１６表面電位および現像バイアス電位の立ち上がりは、図７に示すようになる。

図７は、図１に示す画像形成装置１００における現像部での感光体ドラム１６表面電位と現像バイアスとの立ち上がり時の関係を示すグラフである。ライン５０は、感光体ドラム１６表面電位を示し、ライン５６は、現像バイアス電位を示す。

ライン５０の変曲点６２は、低電圧電源３３からの低電圧印加のタイミングを示し、変曲点６３は、切替えスイッチ３１による低電圧電源３３側から高電圧電源３２側への切替えタイミングを示す。また、ライン５６の変曲点５１は、現像バイアス供給手段３５からのプラス側電圧の印加タイミングを示し、変曲点５２は、現像バイアス供給手段３５からのマイナス側低電圧の印加タイミングを示し、変曲点５３は、現像バイアス供給手段３５からのマイナス側高電圧の印加タイミングを示す。

像担持体が回転中であり、かつ現像装置によって現像動作が行われていない非画像形成期間中において、像担持体の表面電位と現像バイアスとの電位差は１００Ｖ以上２５０Ｖ以下の範囲内に保持されることが好ましい。像担持体の表面電位と現像バイアスとの電位差が２５０Ｖを超えると、感光体ドラムにキャリアが付着する。電位差が１００Ｖ未満であると、かぶりが発生する。感光体ドラムの表面電位と現像バイアスとの電位差を１００Ｖ以上２５０Ｖ以下の範囲内に保持することによって、体積平均粒子径が７μｍ以下の小粒径トナーと体積平均粒径が５０μｍ以下の小粒径キャリアとからなる現像剤を用いる場合において、かぶりの発生および像担持体表面へのキャリア付着を確実に抑制することができる。したがって、トナー消費量の増大を一層抑制することができるとともに、像担持体表面にキャリアが付着することによる感光体ドラムの劣化を一層防止することができる。また白ぬけのない高画質の画像をより安定して形成することができる。

図７において、かぶり電位５７は一定の幅を保って変化し、過度に大きくなること、または小さくなることがない。かぶり電位は安定時の電位、すなわち感光体ドラム表面電位５０の−６５０Ｖと現像バイアス５６の−５００Ｖとの電位差以上に広がらず、かぶり電位を１００Ｖ以上２５０Ｖ以下の範囲に制御することが可能となるが、感光体ドラム１６および帯電装置の劣化、または環境条件によって、感光体ドラム表面電位１６と現像バイアスとの電位差が一定の幅を保って変化することができない場合がある。

図８は、かぶり電位が小さくなる例を示すグラフである。図７に対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。図８（１）では、矢印Ｐにおいてかぶり電位５７が過度に小さくなっており、ドラムモータの回転始動から約０．１秒後にかぶりが発生する。かぶり濃度センサが変曲点５２で示すマイナス側低電圧の印加から所定時間ｂ１時間の間に閾値を超えるかぶり濃度を検出した場合、現像バイアス供給手段３５からのマイナス側低電圧の印加タイミングは、ドラムモータの回転始動を０秒として、所定時間ａ１時間後からａ１＋α後に変更される。所定時間ｂ１は、変曲点５２で示す現像バイアス供給手段３５からのマイナス側低電圧の印加から、変曲点５３で示す現像バイアス供給手段３５からのマイナス側高電圧の印加までの時間である。

図８（２）では、矢印Ｒにおいてかぶり電位が過度に小さくなっており、ドラムモータの回転始動から約０．２秒後にかぶりが発生する。このように、かぶり濃度センサが、現像バイアス供給手段３５からのマイナス側高電圧の印加タイミングである変曲点５３から所定時間ｃ１時間の間に閾値を超えるかぶり濃度を検出した場合、変曲点５３で示す現像バイアス供給手段３５からのマイナス側高電圧（−５００Ｖ）の印加タイミングは、ドラムモータの回転始動を０秒として所定時間ｂ３時間後からｂ３＋α後に変更される。このように、かぶりを検知した際に現像バイアスを印加させる時期の変更を行うことによって、たとえば帯電手段および感光体ドラムの経時劣化、または環境変動によって、感光体ドラムの表面電位の立ち上がり特性が変化しても、現像バイアスの印加時期を補正することによって、感光体ドラムへの不要なトナー付着を抑えることができる。したがって、トナー消費量を低減する画像形成装置を実現することができる。

図９は、本発明の第１の実施形態において画像形成動作の開始時における処理手順を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートを用いて、画像形成動作の開始時におけるプロセス条件の最適化のための設定処理手順について説明する。この処理は、図２に示す制御装置３４が制御プログラムを実行することによって具現される。以下、Ｓ１、Ｓ２、…は、処理手順（ステップ）の番号を表す。この処理手順は、たとえば、画像形成処理の開始信号によって開始される。

＜ステップＳ１＞
本発明の実施形態における画像形成装置１００のプロセスである感光体ドラム１６、帯電装置１７、現像装置１９、かぶり濃度センサ２６および除電ランプ２５などを所定の動作タイミングに従って起動させる。感光体ドラム１６、帯電装置１７および現像装置１９は、図６のタイミングチャートに示すドラムモータの動作タイミング、制御グリッド電圧および現像バイアス電圧の印加タイミングで起動させる。かぶり濃度センサ２６および徐電ランプ２５は、感光体ドラム１６と同時に起動させる。

＜ステップＳ２＞
かぶり濃度センサ２６を通じて、感光体ドラム１６表面のかぶり濃度を測定する。かぶり濃度センサ２６が中間転写ベルト５に設けられる時は、中間転写ベルト５のかぶり濃度を測定する。

＜ステップＳ３＞
濃度センサ２６によって検出されるかぶり濃度が閾値以下であれば、この処理手順を終了する。かぶり濃度センサ２６によって検出されるかぶり濃度が閾値を超える時は、ステップＳ４に進む。閾値は、通紙前後の記録材の白色度変化を装置仕様値以下、たとえば画像濃度が１．０以下に抑えるように設定される。

＜ステップＳ４＞
本実施形態の画像形成装置のプロセスを所定の動作タイミングに従って停止させる。まず、かぶり濃度センサ２６および露光装置１８を停止させる。次に、帯電装置１７を停止させ、感光体ドラム１６表面の帯電を徐電ランプ２５で徐電した後にドラムモータを停止させる。帯電装置１７を停止させることによって感光体ドラム１６表面の電位が下がる。感光体ドラム１６にかぶりが発生しないように、現像装置１９は、帯電装置１７を停止させることによって下がる感光体ドラム１６電位との電位差を保ちながら停止させる。

＜ステップＳ５＞
閾値を超えるかぶり濃度が、予め定める所定時間内、たとえば０．１秒後から０．１５秒の間で検出された場合、マイナス側低電圧の印加タイミングが、もとの所定時間から０．０１秒遅くなるように変更される。閾値を超えるかぶり濃度が、予め定める所定時間内、たとえば０．１８秒後から０．２３秒の間で検出された場合、マイナス側高電圧の印加タイミングが、もとの所定時間から０．０１秒遅くなるように変更される。現像バイアス電圧の印加タイミングの変更後、ステップＳ１に戻る。

この処理手順の終了後、感光体ドラム１６表面電位が安定した後である図７に示す矢印Ｓのタイミングで露光装置１８を起動させ、感光体ドラムへの露光を開始し、画像の形成を行う。

このように、帯電装置や感光体ドラムの経時劣化、あるいは環境変動によって、感光体ドラム１６の表面電位の立ち上がり特性に変化が生じても、かぶり濃度センサ２６によってかぶりの発生を検知し、現像バイアス電位の印加時期を補正することができるので、感光体ドラム１６への不要なトナー付着を抑え、トナー消費量を低減することができる。

本発明の第１の実施形態である画像形成装置１００を模式的に示す概略図である。図１に示す画像形成装置１００の要部を模式的に示す概略図である。本発明の第２の実施形態における画像形成装置の要部を模式的に示す概略図である。本発明の第３の実施形態における画像形成装置の要部を模式的に示す概略図である。本発明の第４の実施形態の画像形成装置の要部を模式的に示す概略図である。図２に示す画像形成装置１００におけるドラムモータの動作タイミング、ならびに制御グリッド電圧および現像バイアスの印加タイミングを示すタイミングチャートである。図１に示す画像形成装置１００における現像部での感光体ドラム１６表面電位と現像バイアスとの立ち上がり時の関係を示すグラフである。かぶり電位が小さくなる例を示すグラフである。本発明の第１の実施形態において画像形成動作の開始時における処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１６感光体ドラム
１７帯電装置
１７ａノコ歯電極
１７ｂ制御グリッド
１８露光装置
１９現像装置
２４現像ローラ
２６かぶり濃度センサ
３１切替えスイッチ
３２高電圧電源
３３低電圧電源
３４制御装置
３５現像バイアス供給手段
３６ツェナーダイオード
３７制御グリッド電源
３８多段制御グリッド電源

Claims

像担持体と、
前記像担持体を帯電させる帯電手段と、
前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像手段と、
前記像担持体の非画像部におけるかぶりを検出するかぶり検出手段と、
現像バイアスを印加する現像バイアス供給手段と、
現像バイアスを印加する時期を制御する制御手段とを備え、
前記帯電手段によって像担持体の表面電位が規定電位に上昇するまでの期間において、
前記かぶり検出手段が前記像担持体表面でかぶりを検知した際に、前記制御手段が現像バイアスを印加させる時期の変更を行うことを特徴とする画像形成装置。
前記像担持体の表面電位を規定電位まで複数段階で上昇させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記像担持体へ到達するコロナイオン量を制御する制御グリッドと、
前記制御グリッドに電圧を印加するグリッド電圧供給手段とを備え、
前記グリッド電圧供給手段が、制御グリッドに電圧を印加するとともに、
このグリッド電圧を、像担持体の表面電位が規定電位に上昇するまでの間に、低圧側から高圧側に複数段に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記グリッド電圧供給手段が、低圧側の電源としてツェナーダイオードを備えた電源を有していることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
前記グリッド電圧供給手段が、低圧側から高圧側に複数の出力端子を有する１個のトランスを備えたものからなることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
前記現像バイアス供給手段が、前記像担持体が回転中でありかつ前記現像手段によって現像動作が行われていない非画像形成期間中には、像担持体の表面電位と前記現像バイアスとの電位差が１００Ｖ以上２５０Ｖ以下の範囲内に保持されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置。
前記現像バイアス供給手段が、前記制御グリッドへの電圧の印加によって像担持体の表面電位の上昇した部分が像担持体と現像手段との間の現像部に到達するまでの期間、前記現像装置に前記グリッド電圧の極性とは逆極性の現像バイアスを供給することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の画像形成装置。