JP2009282092A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾン吸着によるドラム表面電位変動を抑制して画像不良を効果的に防止可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】初期トナーインストール及びリフレッシュ工程が終了した後、表面電位センサ４５を用いて感光体ドラム１４の表面電位Ｖｄを測定する。制御部９０は、測定された表面電位Ｖｄを用いて所定面積内の表面電位変動ΔＶｄを算出し、ΔＶｄが所定値（ここでは２５Ｖ）よりも小さいか否かを判断し、所定値以上である場合は連続印刷時の紙間時間を基準紙間時間から延長する。そして、感光体ドラム１４の表面電位Ｖｄの計測を続行し、表面電位変動ΔＶｄが所定値よりも小さくなった場合は基準紙間時間に設定する。
【選択図】図８

Description

本発明は、電子写真プロセスを用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる像担持体の表面電位変動を抑制する方法に関し、特に現像装置へのトナー補給が可能な画像形成装置に関するものである。

一般に、一成分現像剤を用いる現像装置においては、画像形成を繰り返し行うことにより、粒径の小さなトナーが高い帯電量による鏡映力のためにトナー担持体（現像ローラ）表面に付着し、他のトナー粒子がトナー担持体との間で摩擦帯電することを阻害する。そのため、トナー担持体上で均一な帯電が行われない状態でトナーが静電潜像担持体（感光体ドラム）まで搬送され、画像濃度低下や画像かぶり等の不具合を引き起こすことがある。このような現象は、特に画像上の原稿印字率が低い場合、即ち現像ローラから感光体ドラムに飛翔するトナーが少ないためにトナー粒子が現像ローラ上に残りやすい場合に発生し易くなる。

そこで、非画像形成時において現像ローラに対し直流バイアスに交流バイアスを重畳して印加することにより、ベタ画像等の印字率が高いパターンを現像して感光体ドラム側に多量のトナーを飛翔させ、現像ローラ上のトナーを強制消費する、いわゆるリフレッシュモードを実行可能な画像形成装置が開発されており、例えば特許文献１には、現像装置の単位駆動時間当たりの画像面積率（平均印字率）を算出し、画像面積率に応じてトナーの強制消費量を変更するようにした画像形成装置が提案されている。

一方、トナーコンテナを用いて現像装置へトナーを供給（インストール）する方式の画像形成装置においては、トナーコンテナの交換直後におけるトナーインストール（以下、初期トナーインストールという）時には現像ローラ上のトナーが消費されないため、現像装置内のトナーの帯電量が不十分となり易く、画像濃度の低下や画像かぶりが発生することがあった。また、現像ローラ表面に形成されたトナー層の一部が乱れて離脱し、固まりとなって現像されて画像上にランダムな黒点（又は色点）として確認されるという問題点もあった。

このような問題を解決するため、特許文献２には、初期トナーインストール時に上述したリフレッシュモードを実行することにより、現像ローラ上から帯電不良トナーを除去して初期画像の濃度低下等の画像不良を防止する技術が開示されている。
特開２００３−７６０７９号公報 特開２００４−１７０６５０号公報

しかしながら、特許文献２の方法を用いた場合、リフレッシュ工程における帯電バイアスの連続印加により感光体表面にオゾンが吸着し易くなる。このため、特に低温低湿環境下ではオゾン吸着が顕著となり、ドラム表面が酸化されて劣化することによるドラム表面の帯電不良や帯電のバラツキが生じる。その結果、初期トナーインストール直後の出力画像に画像かぶりや濃度ムラが発生するという問題点があった。

また、初期トナーインストール及びリフレッシュ直後に限らず、低温低湿環境下で画像形成を行った場合はオゾン吸着によりドラム表面が徐々に酸化されて劣化するため、同様に画像かぶりや濃度ムラが発生するおそれがあった。

本発明は、上記問題点に鑑み、オゾン吸着によるドラム表面電位変動を抑制して画像かぶりや濃度ムラ等の画像不良を効果的に防止可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、帯電バイアスが印加され像担持体表面を帯電させる帯電装置と、該帯電装置によって帯電された像担持体表面に静電潜像を形成する露光装置と、像担持体に対向配置されトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体を有し、像担持体表面に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、像担持体上に形成されたトナー像を直接若しくは中間転写体を介して用紙上に転写する転写手段と、該転写手段に正または負のバイアスを選択的に印加する転写バイアス印加手段と、を備え、連続画像形成時の紙間において前記転写手段にトナーと同極性の転写逆バイアスを印加する画像形成装置において、像担持体の表面電位を測定する電位測定手段と、該電位測定手段の測定結果から算出された像担持体の所定面積内の表面電位変動に応じて連続画像形成時の紙間時間を調整する制御手段と、を備えたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記現像装置にトナーを補給するトナーコンテナを備え、該トナーコンテナ交換後に前記現像装置へトナーを補給する初期トナーインストールモードの際、前記トナー担持体側から前記像担持体側へトナーを吐出するリフレッシュ工程を実行可能であり、前記制御手段は、前記初期トナーインストールモード終了後における前記像担持体の所定面積内の表面電位変動が所定量以上であるとき紙間時間を基準紙間時間よりも延長することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、少なくとも前記像担持体１回転に要する時間まで紙間時間を延長することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記リフレッシュ工程の実行中は、前記帯電装置に帯電バイアスを所定の周期でＯＮ／ＯＦＦを繰り返しながら印加することを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、像担持体の表面電位変動に基づいて紙間時間を調整することにより、表面電位変動が大きい場合は紙間時間、即ち転写逆バイアスの印加時間を延長して像担持体表面の帯電を均一化し、画像出力時における画像不良の発生を抑制することができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、初期トナーインストールモード後における像担持体の所定面積内の表面電位変動が所定量以上であるとき紙間時間を基準紙間時間よりも延長することにより、特にオゾンによる像担持体の劣化が生じやすい初期トナーインストール及びリフレッシュ工程終了直後の像担持体表面の帯電を均一化して表面電位のバラツキを抑制することができる。また、現像装置の予備駆動時間も確保できるため、現像装置内のトナーの帯電を促進して濃度の低下を抑制することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成の画像形成装置において、少なくとも像担持体１回転に要する時間まで紙間時間を延長することにより、転写逆バイアスが印加された転写手段が像担持体の外周面全体に近接するため、像担持体表面の帯電を全周に亘って均一化することができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第２又は第３の構成の画像形成装置において、リフレッシュ工程の実行時に所定の周期でＯＮ、ＯＦＦを繰り返して帯電バイアスを印加することにより、トナー担持体上のトナーが帯電バイアスのＯＦＦ時に像担持体側に少量ずつ吐出されるため、像担持体上のトナーのクリーニング負担を軽減してクリーニング不良を防止することができる。また、トナー担持体上に存在する正帯電及び負帯電の帯電不良トナーを吐出することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、画像形成装置（ここではモノクロプリンタ）１００は、本体下部に積載された用紙を収容する給紙カセット２が備えられている。この給紙カセット２の上方には、本体前方から本体後方へ略水平に延び、更に上方へ延びて本体上面に形成された排紙部３に至る用紙搬送路４が形成されており、この用紙搬送路４に沿って上流側から順に、ピックアップローラ５、フィードローラ６、中間搬送ローラ７、レジストローラ対８、画像形成部９、定着部１０及び排出ローラ対１１が配置されている。

給紙カセット２には、用紙搬送方向後端部に設けられた回動支点１２ａによって、給紙カセット２に対して回動自在に支持された用紙積載板１２が備えられており、これによって積載された用紙がピックアップローラ５に押圧されるようになっている。また、給紙カセット２の前方部には、前記フィードローラ６に圧接するようにリタードローラ１３が配設されており、ピックアップローラ５によって複数枚の用紙が同時に給装された場合には、これらフィードローラ６とリタードローラ１３とによって用紙が捌かれ、最上位の１枚のみが搬送されるよう構成されている。

そして、フィードローラ６とリタードローラ１３とによって捌かれた用紙は、中間搬送ローラ７によって搬送方向を装置後方へと変えられてレジストローラ対８へと搬送され、レジストローラ対８によってタイミングを調整されて画像形成部９へと搬送される。

画像形成部９は、電子写真プロセスによって用紙に所定のトナー像を形成するものであり、図１において時計方向に回転可能に軸支された像担持体である感光体ドラム１４と、この感光体ドラム１４の周囲に配置される帯電装置１５、現像装置１６、クリーニング装置１７、用紙搬送路４を挟んで感光体ドラム１４に対向するように配置される転写ローラ１８及び感光体ドラム１４の上方に配置されるレーザ走査ユニット（ＬＳＵ）１９から構成されており、現像装置１６の上方には必要に応じて現像装置１６へトナーを補給するトナーコンテナ２０が配置されている。

感光体ドラム１４は、例えばアルミドラムに感光層が積層されたものである。感光層を形成する感光材料としては、アモルファスシリコン感光体や有機感光体（ＯＰＣ感光体）が用いられる。帯電装置１５には、コロナ放電帯電装置を用いたスコロトロン帯電装置が用いられており、開口部が感光体ドラムの方を向く樋状に形成された金属製のシールドケース内部には、タングステンやステンレス等で構成される放電部材であるコロナワイヤ及びグリッドが設けられており、このコロナワイヤに所定の電圧を印加してコロナ放電を発生させて、グリッドに電圧を印加して電子の量をコントロールすることにより、感光体ドラム１４の表面が所定の極性及び電位で一様に帯電される。

次いで、入力された画像データに基づくレーザ走査ユニット（ＬＳＵ）１９からのレーザビームにより感光体ドラム１４上を露光して帯電を減衰させた静電潜像が形成され、現像装置１６により静電潜像にトナーを付着させて感光体ドラム１４の表面にトナー像が形成される。例えば感光体ドラムとしてＯＰＣ感光体を用い、平均粒子径５．０〜９．０μｍの正帯電トナーによりトナー像を形成する場合、帯電装置１５によりドラム表面を約＋４３０Ｖ（暗電位）に均一に帯電させ、露光後の表面電位（明電位）は９０Ｖとする。

感光体ドラム１４上に形成されたトナー像は、転写ローラ１８により感光体ドラム１４と転写ローラ１８とのニップ部に形成された転写位置に供給された用紙へと転写される。トナー像が転写された用紙は、感光体ドラム１４から分離されて定着部１０に向けて搬送される。この定着部１０は、画像形成部９の用紙搬送方向の下流側に配置されており、画像形成部９においてトナー像が転写された用紙は、定着部１０に備えられた加熱ローラ２１、及びこの加熱ローラ２１に圧接される加圧ローラ２２によって挟まれるとともに加熱され、用紙に転写されたトナー像が定着される。

そして、画像形成部９及び定着部１０を通過した用紙は、排出ローラ対１１によって排紙部３に排出される。一方、感光体ドラム１４の表面に残留しているトナーはクリーニング装置１７により除去される。そして、感光体ドラム１４は帯電装置１５によって再び帯電され、以下同様にして画像形成が行われることとなる。

また、感光体ドラム１４と転写ローラ１８との対向位置に対し、感光体ドラム１の回転方向下流側近傍には、帯電装置１５により帯電された感光体ドラム１４の表面電位を測定する表面電位センサ４５が配置されている。

図２は、本発明の画像形成装置に搭載される現像装置の側面断面図である。図２に示すように、現像装置１６は、磁性トナーから成る一成分現像剤が収容されるケーシング３１ａと、ケーシング３１ａに収容されたトナーが外部に漏れないように封止するカバー３１ｂとから構成される筐体３１内に、第１攪拌搬送スクリュー３２、第２攪拌搬送スクリュー３３、現像ローラ３５、規制ブレード３６が備えられている。

ケーシング３１ａの内部は、長手方向に延在する仕切板３７によって第１貯留室３８と第２貯留室３９とに区画されており、第１貯留室３８には第１攪拌搬送スクリュー３２が、第２貯留室３９には第２攪拌搬送スクリュー３３がそれぞれ配設されている。また、仕切板３７は、ケーシング３１ａの長手方向（紙面方向）の両端部には設けられておらず、この部分が第１貯留室３８と第２貯留室３９の間をトナーが移動する通路となっている。

第１攪拌搬送スクリュー３２及び第２攪拌搬送スクリュー３３は、それぞれ回転軸３２ａ、３３ａと、回転軸３２ａ、３３ａの外周面に一体形成された螺旋羽３２ｂ、３３ｂとで構成されており、互いに略平行となるようにケーシング３１ａ内に回転可能に軸支されている。そして、第１攪拌搬送スクリュー３２及び第２攪拌搬送スクリュー３３が所定方向に回転することによって第１貯留室３８及び第２貯留室３９内のトナーを循環搬送するように構成されている。また、トナー濃度センサ（図示せず）の検出結果に応じてケーシング３１ａ内にトナーを補給できるように、カバー３１ｂにはトナーコンテナ２０（図１参照）からトナーが供給されるトナー補給口（図示せず）が設けられている。

現像ローラ３５は、第１攪拌搬送スクリュー３２及び第２攪拌搬送スクリュー３３と略平行となるように第１貯留室３８内に回転可能に軸支されている。この現像ローラ３５の内部には複数の磁極を有する永久磁石から成るマグネットローラ（図示せず）が固定されており、感光体ドラム１４の回転に応じて現像ローラ３５が回転すると、このマグネットローラの磁力により現像ローラ３５の表面にトナーが付着（担持）されてトナー層が形成される。そして、所定の現像域において現像ローラ３５に付着したトナーが、感光体ドラム１４の表面電位と現像ローラ３５に印加される現像バイアス（例えば直流バイアスＶｄｃ＝２８０Ｖ、交流バイアスＶｐｐ＝１．７ｋＶ、周波数２．３ｋＨｚ）との電位差により感光体ドラム１４へと飛翔して感光層に付着し、感光体ドラム１４表面にトナー像が形成される。

規制ブレード３６は、感光体ドラム１４に供給するトナー量、すなわち現像ローラ３５へのトナー付着量を規制するものであり、例えばＳＵＳ（ステンレス）等の磁性体が用いられる。そして、規制ブレード３６は、その先端と現像ローラ３５との間に所定の隙間が形成されるように配設されており、この規制ブレード３６と現像ローラ３５との間隔及び隙間に発生する磁界によって現像ローラ３５へのトナー付着量が規制され、現像ローラ３５の表面には数十ミクロンのトナー薄層が形成される。

次に、本発明の画像形成装置の制御経路について説明する。図３は、本発明の画像形成装置に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き自在の記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、画像形成装置１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、画像形成装置１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１００の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、ＲＯＭ９２（或いはＲＡＭ９３）には、後述するような初期インストールモードの終了後における、紙間時間の設定に用いられる感光体ドラム１４の累積駆動時間の基準値や基準紙間時間等も格納されている。

また、制御部９０は、画像形成装置１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、給紙カセット２、定着部１０、現像装置１６、レーザ走査ユニット１９、トナーコンテナ２０、画像入力部４０、バイアス制御回路４１、表面電位センサ４５、操作部５０等が挙げられる。

画像入力部４０は、画像形成装置１００が図１に示すようなプリンタである場合、パーソナルコンピュータ等から送信される画像データを受信する受信部であり、画像形成装置１００が複写機である場合、複写時に原稿を照明するスキャナランプや原稿からの反射光の光路を変更するミラーが搭載された走査光学系、原稿からの反射光を集光して結像する集光レンズ、及び結像された画像光を電気信号に変換するＣＣＤ等から構成される画像読取部である。画像入力部４０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２、現像バイアス電源４３、転写バイアス電源４４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させるものであり、これらの各電源はバイアス制御回路４１からの制御信号によって、帯電装置１５、現像ローラ３５、転写ローラ１８に所定のバイアスを印加する。表面電位センサ４５は、所定のタイミングで感光体ドラム１の表面電位を検知し、検知結果はＩ／Ｆ９６を通じて制御部９０に送信される。

操作部５０には、液晶表示部５１、各種の状態を示すＬＥＤ５２、テンキー５３が設けられており、ユーザは操作部５０を操作して指示を入力することで、画像形成装置１００の各種の設定をし、画像形成等の各種機能を実行させる。液晶表示部５１は、画像形成装置１００の状態を示したり、画像形成状況や印刷部数を表示したり、タッチパネルとして、両面印刷や白黒反転等の機能や倍率設定、濃度設定など各種設定を行えるようになっている。テンキー５３は、印刷部数の設定や、画像形成装置１００がＦＡＸ機能も有する場合に相手方のＦＡＸ番号を入力等するためのものである。

その他、操作部５０には、画像形成を開始するようにユーザが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、画像形成装置１００の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。

本発明の画像形成装置では、現像装置１６及びトナーコンテナ２０内のトナーが無くなった場合、トナーコンテナ２０を交換し、画像形成時にトナーを補給する場合より長い時間トナーを現像装置１６に供給する、初期トナーインストールモードを実施する。この初期トナーインストールモードによって補給された直後のトナーは、前述したように撹拌が充分なされないまま現像ローラ３５に供給されるため、トナーの帯電量が十分でなく、画像濃度が低下したり、現像ローラ３５表面に形成されたトナー薄層の一部が乱れて離脱し、固まりとなって現像されて画像上にランダムな黒点が発生したりする。

そこで、本発明においては、トナーコンテナ２０を交換した後の初期トナーインストールモードの際に、現像ローラ３５から感光体ドラム１４にトナーを飛翔させ、トナーの強制消費を行うリフレッシュ工程を実行するようにしている。図４は、リフレッシュ工程における帯電及び現像バイアスのＯＮ／ＯＦＦタイミングを示すタイミングチャートの一例である。図４に示すタイミングチャートでは、初期トナーインストールの開始（０ｓｅｃ）から７６０ｓｅｃ後に帯電バイアスの印加を開始しており、ほぼ同時（７６１ｓｅｃ後）に現像バイアスの印加を開始している。従って、リフレッシュ工程の実行時間は１４０ｓｅｃであり、帯電バイアスの累積ＯＮ時間は約９３ｓｅｃ、累積ＯＦＦ時間は約４７ｓｅｃとなる。そして、帯電バイアスのＯＦＦ時に現像ローラ上のトナーがドラム表面に吐出される。

なお、図４では帯電バイアスを所定の周期でＯＮ、ＯＦＦを繰り返して印加しているが、所定時間だけ帯電バイアスのＯＦＦを継続し、トナーをまとめて吐出するようにしても良い。例えばＯＦＦ時間を４７ｓｅｃ継続させることで、図４に示すタイミングチャートと同量のトナーを吐出することができる。しかし、現像ローラ上のトナーを一度に吐出させた場合、感光体ドラム側に多量のトナーが移動するため、クリーニング装置１７（図１参照）に負担がかかり、クリーニング不良等の弊害が生じるおそれがある。また、現像ローラ上の帯電不良トナーには、正帯電トナーと負帯電トナーが存在するが、ＯＮ、ＯＦＦを繰り返して印加することにより正帯電及び負帯電トナーの両方を吐出することができる。従って、図４のように所定の周期でＯＮ／ＯＦＦを繰り返しながら帯電バイアスを印加することが好ましい。

また、ここでは初期トナーインストールモードの終盤にリフレッシュ工程を実行し、初期トナーインストールモードの終了と同時にリフレッシュ工程も終了する制御としているが、初期トナーインストールモードの終了後にリフレッシュ工程を開始するようにしても良い。

本発明では、初期トナーインストールモード終了後、感光体ドラムの表面電位を測定し、所定面積内の表面電位変動が所定値以上であるときは連続画像形成時の紙間時間を基準紙間時間よりも延長することで、ドラム表面電位のバラツキに起因する濃度ムラ、及びトナーの帯電不足に起因するインストール直後の初期濃度低下を効果的に抑制できることがわかった。

図５は、初期トナーインストール後における感光体ドラムの表面電位のバラツキと濃度ムラとの関係を示すグラフである。グラフの横軸に印刷１ページ（Ａ４サイズ）内の表面電位のバラツキΔＶｄを、縦軸に２５％ハーフトーン画像を出力したときの濃度ムラΔＩＤをとって測定結果をプロットした。

図５から明らかなように、印刷１ページ内の表面電位のバラツキ（ΔＶｄ）が大きくなるにつれて２５％ハーフトーン画像の濃度ムラ（ΔＩＤ）も増加し、ΔＶｄが１５Ｖのとき０．０２であったΔＩＤはΔＶｄが３５Ｖになると０．１２まで増加した。濃度ムラ（ΔＩＤ）が０．０８以上になると画像不良として認識されるため、ΔＶｄが２５Ｖ以上のとき表面電位変動を抑制する必要がある。

図６は、初期トナーインストール直後の紙間時間と感光体ドラムの表面電位のバラツキとの関係を示すグラフである。グラフの横軸に紙間時間を、縦軸に印刷１ページ（Ａ４サイズ）内の表面電位のバラツキΔＶｄをとって測定結果をプロットした。

図６から明らかなように、初期トナーインストール直後の表面電位のバラツキΔＶｄは、リフレッシュ工程実行時の帯電バイアスの印加によりドラム表面が劣化して２７Ｖと大きくなっている。そして、連続印刷時の紙間時間を通常の３４０ｍｓｅｃから長くしていくとΔＶｄも徐々に減少し、感光体ドラム１回転分の時間に相当する約６００ｍｓｅｃまで延長するとΔＶｄは約１８Ｖまで低下した。

この理由としては、以下のようなことが考えられる。つまり、例えば図４に示したように、リフレッシュ工程において帯電バイアスを所定の周期でＯＮ／ＯＦＦを繰り返して印加した場合、画像形成前に除電装置（図示せず）によりドラム表面の電荷をキャンセルしても帯電履歴が残ってしまい、その後にドラム表面を帯電させた時の表面電位のバラツキΔＶｄが大きくなる。一方、紙間においては転写ローラ１８（図１参照）へのトナー付着や用紙上に転写されたトナーの飛散を防止する目的で、転写ローラ１８にトナーと同極性の転写逆バイアスが印加される。この転写逆バイアスは、ドラム表面に印加される帯電バイアスよりも小さく、且つ連続して印加されるため、紙間時間、即ち転写逆バイアスの印加時間を長くとることで、ドラム表面の帯電履歴を打ち消して帯電が均一化される。

そこで、この性質を利用して、感光体ドラムの表面劣化による初期トナーインストール直後のドラム表面電位のバラツキを効果的に抑制可能となる。即ち、感光体ドラム１４の表面電位変動が所定値以上のときは紙間時間を基準紙間時間から延長することにより、転写逆バイアスの印加時間を延長してドラム表面の帯電を均一化し、画像出力時におけるドラム表面電位のバラツキを抑制することができる。また、初期トナーインストール直後は現像装置内のトナーの帯電が不十分となるが、紙間時間を延長することで現像装置１６の予備駆動時間も長くなるため、初期トナーインストール直後のトナーの帯電を促進して初期濃度低下も抑制することができる。

なお、紙間時間の延長を継続するドラムの表面電位変動の閾値は、感光体ドラム１４の特性に応じて適宜設定すれば良い。例えば図５のような挙動をとる感光体ドラムの場合、後述するように表面電位変動が２５Ｖ以上のとき紙間時間を延長するようにしている。また、基準紙間時間からの延長時間についても感光体ドラム１４の特性や要求される初期濃度等に応じて適宜設定すれば良いが、ドラム表面の帯電を全周に亘って均一化するためには感光体ドラム１４の外周面全体を転写逆バイアスの印加された転写ローラ１８に近接させる必要がある。そのため、延長後の紙間時間が少なくとも感光体ドラム１回転に要する時間以上となるように設定することが好ましい。

図７は、連続印刷時における転写バイアスのＯＮ／ＯＦＦタイミングの一例を示すタイミングチャートである。なお、ここでは感光体ドラムの直径を３０ｍｍ、ドラム線速を１７０ｍｍ／ｓｅｃとし、正帯電のトナーを用いて両面印刷を行う場合について説明する。図７において、Ｔ１、Ｔ２は両面１面目の転写正バイアス（−）のＯＮタイミング及びＯＦＦタイミングを示し、Ｔ１ＤＵ、Ｔ２ＤＵは両面２面目の転写正バイアス（−）のＯＮタイミング及びＯＦＦタイミングを示す。また、Ｔ３、Ｔ４は両面印刷後の転写ローラ１８上から逆帯電（負帯電）トナーを除去するための転写正バイアスのＯＮタイミング及びＯＦＦタイミングである。

図７（ａ）は通常のＯＮ／ＯＦＦタイミングを示しており、直前の出力終了時から両面１面目の転写開始（Ｔ１）まで、及び両面１面目の転写終了（Ｔ２）から両面２面目の転写開始（Ｔ１ＤＵ）までの紙間時間は３４０ｍｓｅｃに設定されている。図７（ｂ）は初期トナーインストール終了後、ドラム表面電位変動が所定値（ここでは２５Ｖ）以上であるときのＯＮ／ＯＦＦタイミングを示しており、両面１面目の転写時間（Ｔ１〜Ｔ２）、２面目の転写時間（Ｔ１ＤＵ〜Ｔ２ＤＵ）、及び転写ローラのクリーニング時間（Ｔ３〜Ｔ４）は変化させずに、紙間時間のみを１２０ｍｓｅｃ延長して５６０ｍｓｅｃとしている。

ここで、感光体ドラム１回転に要する時間は３０（ｍｍ）×３．１４／１７０（ｍｍ）×１０００≒５５４（ｍｓｅｃ）であるから、延長後の紙間時間は感光体ドラム１回転に要する時間以上となっている。なお、図７では両面印刷時の転写バイアスのＯＮ／ＯＦＦタイミングについて説明したが、片面連続印刷時の転写バイアスのＯＮ／ＯＦＦタイミングについても全く同様に説明される。また、転写ローラ１８上から逆帯電（負帯電）トナーを除去するための転写正バイアスのＯＮ及びＯＦＦ（Ｔ３、Ｔ４）は、印刷１枚毎に実行しても良いし、所定枚数おきに実行しても良い。

図８は、本発明の画像形成装置における初期トナーインストールモード後の紙間時間の制御例を示すフローチャートである。図１〜図７を参照しながら、図８のステップに従い初期トナーインストールモード後の紙間時間の決定手順について説明する。先ず、ユーザによりトナーコンテナ２０が交換されると（ステップＳ１）、制御部９０は画像形成時にトナーを補給する場合より長い時間トナーを現像装置１６に補給する初期トナーインストールモードであるか否かを判断する（ステップＳ２）。

初期トナーインストールモードと判断されたときは、初期トナーインストールモードが開始され（ステップＳ３）、図４に示したようなタイミングでリフレッシュ工程が実行される（ステップＳ４）。具体的には、バイアス制御回路４１からの制御信号によって帯電バイアス電源４２及び現像バイアス電源４３から帯電装置１５及び現像ローラ３５に帯電バイアス及び現像バイアスを印加し、転写ローラ１８にはトナーが付着しないように転写バイアス電源４４からトナーと同極性の転写逆バイアスを印加する。

すると、帯電バイアスのＯＦＦ時に感光体ドラム１４上にトナーがベタ黒として飛翔し、現像ローラ３５上のトナーが消費される。その後、感光体ドラム１４上のトナーがクリーニング装置１７によって全て除去されるまでクリーニングが続行され、クリーニングが終了した場合は転写ローラ１８に転写正バイアスを印加し、転写ローラ１８上の逆極性トナーをクリーニングしてリフレッシュ工程を終了する。

そして、初期トナーインストール及びリフレッシュ工程が終了した後、感光体ドラム１４上に表面電位測定用の白紙（未露光）パターンを形成し、表面電位センサ４５を用いて表面電位Ｖｄをパターン全域に亘って測定する（ステップＳ５）。制御部９０は、測定された表面電位Ｖｄを用いて所定面積（例えばＡ４サイズ）当たりの表面電位変動ΔＶｄを算出し（ステップＳ６）、ΔＶｄが２５Ｖよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ７）。ΔＶｄが２５Ｖ以上である場合は連続印刷時の紙間時間を基準紙間時間３４０ｍｓｅｃから１２０ｍｓｅｃ延長して５６０ｍｓｅｃとする（ステップＳ８）。そして、ステップＳ５に戻り所定のタイミングで感光体ドラム１４の表面電位の測定を行いつつ、画像形成を続行する。ステップＳ７でΔＶｄが２５Ｖよりも小さい場合は基準紙間時間である３４０ｍｓｅｃに設定し（ステップＳ９）、処理を終了する。

このような制御によれば、初期トナーインストール後の感光体ドラムの表面電位変動に対応した適切な紙間時間を設定することが可能となる。即ち、ドラム表面がオゾン酸化された初期トナーインストール終了直後から表面電位変動が所定値以上である間は紙間時間（転写逆バイアス印加時間）を感光体ドラム１回転に要する時間まで延長することで、リフレッシュ時に印加された帯電バイアスを打ち消して均一化し、ドラム表面電位のバラツキを抑制することができる。また、現像装置内のトナーが帯電し難い初期トナーインストール直後の現像装置の予備駆動時間を延長することで、トナーインストール後の初期画像濃度の低下を抑制することができる。

なお、上記の制御例では、表面電位の測定は所定のタイミングで表面電位測定用のパターンを形成して行うこととしたが、通常の画像形成中において感光体ドラム１４の表面電位を測定しても良い。その場合、静電潜像にトナーを付着させる前に表面電位を測定しても良いし、トナーを付着させた状態で表面電位を測定しても良いが、トナーが付着すると表面電位が減衰するため表面電位変動も小さくなる。従って、表面電位変動を厳密に測定するためには、現像領域（画像領域）外の表面電位を測定するか、或いは表面電位センサ４５をドラム回転方向に対して現像装置１６の上流側に配置し、トナー付着前の表面電位を測定することが好ましい。

また、ここでは初期トナーインストールモード及びリフレッシュ工程の実行後における紙間時間の制御例について説明したが、上記制御と共に、或いは上記制御に代えて、通常の画像形成時にドラム表面電位を測定し、測定結果から算出された表面電位変動に基づいて紙間時間の制御を行うこともできる。このようにすれば、オゾンによるドラム表面の経時劣化に伴う表面電位の低下やバラツキを抑制して画像かぶりや濃度ムラを抑制することができる。特に、低温低湿環境下で画像形成を行った場合はオゾン吸着によるドラム表面の酸化が進行し易いため、機内又は機外の温湿度が所定値以下の場合に表面電位変動の測定及びそれに基づく紙間時間の制御を行うようにしても良い。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、図７に示した転写バイアスの印加タイミングやＯＮ／ＯＦＦの周期も一例に過ぎず、感光体ドラムや現像装置の仕様、使用するトナーの組成等に応じて適宜変更可能である。

また、本発明は図１に示すモノクロレーザプリンタに限らず、アナログ方式のモノクロ複写機や、ロータリー式或いはタンデム式のカラー複写機、カラープリンタ、アナログ方式のモノクロ複写機等の複写機、ファクシミリ等の、種々の画像形成装置に適用できるのはもちろんである。

本発明は、帯電バイアスが印加され像担持体表面を帯電させる帯電装置と、該帯電装置によって帯電された像担持体表面に静電潜像を形成する露光装置と、像担持体に対向配置されトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体を有し像担持体表面に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、像担持体上に形成されたトナー像を直接若しくは中間転写体を介して用紙上に転写する転写手段と、該転写手段に正または負のバイアスを選択的に印加する転写バイアス印加手段と、を備え、連続画像形成時の紙間において転写手段にトナーと同極性の転写逆バイアスを印加する画像形成装置において、像担持体の表面電位を測定する電位測定手段と、該電位測定手段の測定結果から算出された像担持体の所定面積内の表面電位変動に応じて連続画像形成時の紙間時間を調整する制御手段と、を備えたものである。

これにより、像担持体の表面電位変動に応じた最適な紙間時間、即ち転写逆バイアスの印加時間を設定できるため、表面電位変動が大きい場合は転写逆バイアスの印加時間を延長することにより像担持体表面の帯電履歴を転写逆バイアスで打ち消して帯電を均一化し、画像出力時における像担持体の表面電位のバラツキを抑制可能な画像形成装置を提供することができる。

また、現像装置にトナーを供給するトナーコンテナを備え、初期トナーインストールモードと共にリフレッシュ工程を実行する場合、特にオゾンによる像担持体の劣化が生じやすい初期トナーインストール及びリフレッシュ工程終了直後の像担持体表面の帯電を均一化し、画像出力時における像担持体の表面電位のバラツキを抑制することができる。また、現像装置の予備駆動時間も確保されるため、初期トナーインストール直後の画像濃度の低下も防止可能となる。さらに、紙間時間を像担持体１回転に要する時間以上まで延長すれば、像担持体の全周に亘って帯電を均一化できるため、表面電位のバラツキをより効果的に抑制することができる。

は、本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。 は、本発明の画像形成装置に用いられる現像装置の断面図である。 は、本発明の画像形成装置の制御経路を示すブロック図である。 は、リフレッシュ工程における帯電及び現像バイアスのＯＮ／ＯＦＦタイミングの一例を示すタイミングチャートである。 は、初期トナーインストール後における感光体ドラムの表面電位のバラツキと濃度ムラとの関係を示すグラフである。 は、初期トナーインストール直後の紙間時間と感光体ドラムの表面電位のバラツキとの関係を示すグラフである。 は、連続印刷時における転写バイアスのＯＮ／ＯＦＦタイミングの一例を示すタイミングチャートである。 は、本発明の画像形成装置における初期トナーインストールモード後の紙間時間の制御例を示すフローチャートである。

符号の説明

１４ 感光体ドラム（像担持体）
１５ 帯電装置
１６ 現像装置
１７ クリーニング装置
１８ 転写ローラ（転写手段）
２０ トナーコンテナ
３５ 現像ローラ（トナー担持体）
４１ バイアス制御回路（転写バイアス印加手段）
４２ 帯電バイアス電源
４３ 現像バイアス電源
４４ 転写バイアス電源（転写バイアス印加手段）
４５ 表面電位センサ（電位測定手段）
９０ 制御部（制御手段）
９１ ＣＰＵ
９２ ＲＯＭ
９３ ＲＡＭ
１００ 画像形成装置

Claims (4)

1. 帯電バイアスが印加され像担持体表面を帯電させる帯電装置と、
   該帯電装置によって帯電された像担持体表面に静電潜像を形成する露光装置と、
   像担持体に対向配置されトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体を有し、像担持体表面に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、
   像担持体上に形成されたトナー像を直接若しくは中間転写体を介して用紙上に転写する転写手段と、
   該転写手段に正または負のバイアスを選択的に印加する転写バイアス印加手段と、を備え、
   連続画像形成時の紙間において前記転写手段にトナーと同極性の転写逆バイアスを印加する画像形成装置において、
   像担持体の表面電位を測定する電位測定手段と、
   該電位測定手段の測定結果から算出された像担持体の所定面積内の表面電位変動に応じて連続画像形成時の紙間時間を調整する制御手段と、を備えた画像形成装置。
2. 前記現像装置にトナーを補給するトナーコンテナを備え、
   該トナーコンテナ交換後に前記現像装置へトナーを補給する初期トナーインストールモードの際、前記トナー担持体側から前記像担持体側へトナーを吐出するリフレッシュ工程を実行可能であり、
   前記制御手段は、前記初期トナーインストールモード終了後における前記像担持体の所定面積内の表面電位変動が所定量以上であるとき紙間時間を基準紙間時間よりも延長することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、少なくとも前記像担持体１回転に要する時間まで紙間時間を延長することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記リフレッシュ工程の実行中は、前記帯電装置に帯電バイアスを所定の周期でＯＮ／ＯＦＦを繰り返しながら印加することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の画像形成装置。

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