JP2021156912A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図2は、本実施形態に係る現像装置23の断面図および制御部980の電気的構成を示したブロック図である。現像装置23は、現像ハウジング230と、現像ローラー231と、第1スクリューフィーダー232と、第2スクリューフィーダー233と、規制ブレード234とを備える。現像装置23には、二成分現像方式が適用されている。
図3Aは、本実施形態に係る画像形成装置10の現像動作の模式図、図3Bは、感光体ドラム20および現像ローラー231の電位の大小関係を示す模式図である。図3Cは、現像バイアスのDCバイアスおよびACバイアスの関係を示す模式図である。図3Aを参照して、現像ローラー231と感光体ドラム20との間に、現像ニップ部NPが形成されている。現像ローラー231上に担持されるトナーTNおよびキャリアCAは磁気ブラシを形成する。現像ニップ部NPにおいて、磁気ブラシからトナーTNが感光体ドラム20側に供給され、トナー像TIが形成される。図3Bを参照して、感光体ドラム20の表面電位は、帯電装置21によって、背景部電位V0(V)に帯電される。その後、露光装置22によって露光光が照射されると、感光体ドラム20の表面電位が、印刷される画像に応じて背景部電位V0(非画像形成部分)から最大で画像部電位VL(V)(画像形成部分)まで変化される。一方、図3Cを参照して、現像ローラー231には、現像バイアスの直流電圧Vdc(DCバイアス)が印加されるとともに、直流電圧Vdcに交流電圧(交流バイアス)が重畳されている。一例として、図3Cに示すように交流バイアスは周期的な矩形波からなり、そのピーク間電圧(Vpp)は、感光体ドラム20の背景部電位V0および画像部電位VLを超えるような振幅を有する。
上記のような現像バイアスにおけるDCバイアスおよびACバイアスは、それぞれの電圧値を大きくするとどちらも画像濃度が上昇するという性質を持っている。特に、ACバイアスはその電圧値を大きくすると、現像領域中でトナーの往復運動が活発化し、ハーフ画像の均一化などが図られる。このため、ACバイアスはトナーの往復運動が活発化し画像濃度が安定する条件に設定されることが望ましい。その上で、DCバイアスの値に応じて画像濃度が調整されることで、より安定した画像を得ることが可能になる。
図5は、本実施形態に係る画像形成装置10において実行されるDCキャリブレーションを説明するためのDCバイアスVdcと画像濃度Dとの関係を示すグラフである。キャリブレーション実行部984は、DCキャリブレーションを開始すると(図4のステップS02、S04)、感光体ドラム20の表面電位をVLに設定した上で、現像バイアスのDCバイアス(Vdc)をV1、V2、V3、V4と順に変化させ、各DCバイアスに対応する測定用トナー像を感光体ドラム20上に形成し、中間転写ベルト141に転写する。そして、各測定用トナー像の濃度が濃度センサ100によって検出される。この際の各画像濃度(濃度センサ100が検出する反射濃度、濃度センサ100の出力電圧でもよい)がD1、D2、D3、D4と定義される。そして、図5に示すように、上記のDCバイアスVdcを横軸とし画像濃度を縦軸として、Vdcと画像濃度Dとの関係を1次の近似式として作成する。この近似式に基づいて、画像形成時に所望の目標画像濃度D0を得ることができるVdc(Vdc1、基準直流電圧)が決定される。なお、この時に得られたVdc1が予め設定されたVdcの下限閾値(VdcL:たとえば40V)未満の場合、Vdc1=VdcHと置き換えられる。同様に、Vdc1が予め設定されたVdcの上限閾値(VdcH:たとえば200V)を超えている場合、Vdc1=VdcLに置き換えられる。なお、前述のように、DCキャリブレーションでは、予め記憶部983に記憶された固定Vppまたは直前の画像形成動作において使用されたVpp(Vppi)を用いて、DCキャリブレーションが実行される。なお、その他のACバイアスのパラメータについては画像形成時と同様の値が使用される。上記のように決定されたVdc1は基準直流電圧として使用される。なお、図5のグラフは、横軸をΔV(Vdc−VL)として描かれてもよい。
現像装置23内のトナーの帯電量が変化した場合や、現像ローラー231の振れなどによって現像ギャップが変化した場合には、上記のDCバイアスおよびACバイアスのいずれにおいても、トナーに付与される移動力F(=トナーの電荷量Q×電界の大きさE)が変化し、画像濃度が変動するという性質を持っている。ただし、厳密にはDCバイアスとACバイアスとでは互いに異なった特性も持っている。ACバイアスの場合、そのVpp(ピーク間電圧)を増大させていくと画像濃度は上昇するが、やがて画像濃度の上昇はほとんどなくなり、更にアップさせると逆に画像濃度は低下していく。一方、DCバイアスにおける前記現像電位差(Vdc−VL)を増大させていくと画像濃度は上昇を続けるとともに、やがて画像濃度の上昇量は小さくなるがACバイアスのような画像濃度低下は確認されなかった。これは、AC電界が現像ニップ部において感光体ドラム20と現像ローラー231との間で双方向の電界(往復電界)を形成する一方、DC電界は一方向の電界を形成することに起因していると推察される。
このように、DCバイアスおよびACバイアスとトナーの現像量との関係を把握することはできる一方、ACバイアスのVppを増大させた場合に、現像ローラー231と現像バイアス印加部971との間を流れる現像電流がどのような挙動を示すかは十分知られていなかった。
図6は、本実施形態に係る画像形成装置1において実行されるACキャリブレーションのフローチャートである。図7は、本実施形態に係る画像形成装置1において実行されるACキャリブレーションの第1近似式決定ステップ(第1近似式決定動作)のフローチャートである。図8は、本実施形態に係る画像形成装置1において実行されるACキャリブレーションの第2近似式決定ステップ(第2近似式決定動作)のフローチャートである。
次に、前述の各データのように、現像電流(DC成分)がVppに対してピーク(変化点)をもつ理由について推察する。現像電流は、前述のように「トナー移動電流+画像部磁気ブラシ電流+非画像部磁気ブラシ電流」から構成されるが、現像電流を取得する際、静電潜像のうち画像部に対応する部分(ベタ画像部分)では、この「トナー移動電流+画像部磁気ブラシ電流」の両方が流れるが、幅方向端部の白地部分では、画像部とは反対方向に「非画像部磁気ブラシ電流」のみが流れる。このため、Vppを増加させていくと、この白地部分の非画像部磁気ブラシ電流が増加して、トータルの現像電流が低下する。
・プリント速度:55枚/分
・感光体ドラム20:アモルファスシリコン感光体(α−Si)
・現像ローラー231:外径20mm、表面形状ローレット溝加工+ブラスト加工(周方向に沿って80列の凹部(溝)が形成されている)、
・規制ブレード234:SUS430製、磁性、厚み1.5mm
・規制ブレード234後の現像剤搬送量:250g/m2
・現像ローラー231の感光体ドラム20に対する周速:1.8(対向位置でトレール方向)
・感光体ドラム20と現像ローラー231との間の距離:0.25mm
・感光体ドラム20の白地部(背景部)電位V0:+250V
・感光体ドラム20の画像部電位VL:+10V
・現像ローラー231の現像バイアス:周波数=10kHz、Duty=50%の交流電圧矩形波(Vppは各実験条件に応じて調整)、Vdc(直流電圧)=150V
・トナー:正帯電極性トナー、体積平均粒子径6.8μm、トナー濃度6%
・キャリア:体積平均粒子径35μm、フェライト・樹脂コートキャリア
トナーは粉砕型トナー、コアシェル構造のトナーのどちらであっても同様の効果が確認されている。また、トナー濃度についても、3%から12%までの範囲で同様の効果が奏されることが確認された。交流電界によるトナーの移動は、磁気ブラシが細かいほどより顕著に起こりやすいことから、キャリアの体積平均粒子径は45μm以下が好ましく、30μm以上40μm以下がより好ましい。また、フェライトキャリアよりも真比重の小さい、樹脂キャリアの方がより好ましい。
キャリアは、体積平均粒子径35μmのフェライトコアにシリコンやフッ素などをコーティングしたものであり、具体的には以下の手順で作成した。キャリアコアEF−35(パウダーテック社製)1000重量部に、シリコン樹脂KR−271(信越化学社製)20質量部をトルエン200質量部に溶解させて、塗布液を作製する。そして、流動層塗布装置により、塗布液を噴霧塗布した後、200℃で60分間熱処理して、キャリアを得た。この塗布液の中に、導電剤や荷電制御剤をそれぞれコート樹脂100部に対し、0〜20部の範囲で混合し、分散させることで、抵抗調整・帯電調整を行なっている。
141 中間転写ベルト(像担持体)
20 感光体ドラム(像担持体)
23 現像装置
231 現像ローラー
971 現像バイアス印加部
972 駆動部
973 電流計(電流検出部)
980 制御部
981 駆動制御部
982 バイアス制御部
983 記憶部
984 キャリブレーション実行部(バイアス条件決定部)
Claims (20)
- シートに画像を形成する画像形成動作を実行することが可能な画像形成装置であって、
回転され、静電潜像が形成されることを許容するとともに前記静電潜像がトナーによって顕在化されたトナー像を担持する表面を有する像担持体と、
前記像担持体を所定の帯電電位に帯電する帯電装置と、
前記帯電装置よりも前記像担持体の回転方向下流側に配置され、前記帯電電位に帯電された前記像担持体の表面を所定の画像情報に応じて露光することで前記静電潜像を形成する露光装置と、
前記露光装置よりも前記回転方向下流側の所定の現像ニップ部において前記像担持体に対向して配置される現像装置であって、回転されトナーおよびキャリアからなる現像剤を担持する周面を有し前記像担持体にトナーを供給することで前記トナー像を形成する現像ローラーを含む現像装置と、
前記像担持体上に担持された前記トナー像をシートに転写する転写部と、
直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスを前記現像ローラーに印加可能な現像バイアス印加部と、
前記現像ローラーと前記現像バイアス印加部との間を流れる現像電流の直流成分を検出することが可能な電流検出部と、
前記トナー像の濃度を検出することが可能な濃度検出部と、
前記像担持体上に形成される所定の測定用潜像に対応して前記現像ローラーに前記現像バイアスを印加することで前記測定用潜像をトナーで測定用トナー像に現像する際に前記電流検出部によって検出される前記現像電流の直流成分または前記濃度検出部によって検出される前記測定用トナー像の濃度に基づいて、前記画像形成動作において前記現像ローラーに印加される前記現像バイアスの前記交流電圧のピーク間電圧および前記直流電圧のそれぞれの基準となる基準電圧を決定するバイアス条件決定モードを実行するバイアス条件決定部と、
を備え、
前記バイアス条件決定部は、前記バイアス条件決定モードとして、
前記濃度検出部によって検出される前記測定用トナー像の濃度に基づいて、前記画像形成動作において前記現像ローラーに印加される前記現像バイアスの前記直流電圧の基準となる基準直流電圧を決定する、直流電圧決定モードと、
前記現像バイアスを前記現像ローラーに印加することで、前記測定用潜像をトナーで前記測定用トナー像に現像する際に前記電流検出部によって検出される前記現像電流の直流成分に基づいて、前記画像形成動作において前記現像ローラーに印加される前記現像バイアスの前記交流電圧のピーク間電圧の基準となる基準ピーク間電圧を決定するピーク間電圧決定モードと、
をそれぞれ実行することが可能であり、前記直流電圧決定モードにおいて決定された前記基準直流電圧に応じて、前記ピーク間電圧決定モードの実行要否を判定する、画像形成装置。 - 前記バイアス条件決定部は、前記ピーク間電圧決定モードの実行後に、前記決定された基準ピーク間電圧に応じて設定されたたピーク間電圧を含む現像バイアスを前記現像ローラーに印加することで、前記直流電圧決定モードを再度実行することが可能である、請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス条件決定部は、n回目(nは自然数)の前記直流電圧決定モードによって決定された前記基準直流電圧とn+1回目の前記直流電圧決定モードによって決定された前記基準直流電圧との差が予め設定された閾値よりも大きい場合に、前記n+1回目の前記直流電圧決定モードの実行後に前記ピーク間電圧決定モードの実行が必要と判定する、請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス条件決定部は、前記直流電圧決定モードによって決定された前記基準直流電圧が予め設定された下限閾値よりも小さい場合、または、前記決定された前記基準直流電圧が予め設定された上限閾値よりも大きい場合に、前記直流電圧決定モードの実行後に前記ピーク間電圧決定モードの実行が必要と判定する、請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス条件決定部は、前記直流電圧決定モードによって決定された前記基準直流電圧が前記下限閾値よりも小さい場合に、前記直流電圧決定モードの実行後に実行される前記ピーク間電圧決定モードにおいて前記現像ローラーに印加される前記現像バイアスの前記直流電圧を、前記決定された基準直流電圧よりも大きな値に設定する、請求項4に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス条件決定部は、前記直流電圧決定モードの実行後に実行される前記ピーク間電圧決定モードにおいて前記現像ローラーに印加される前記現像バイアスの前記直流電圧を、前記下限閾値と前記上限閾値との中間値から前記上限閾値までの範囲に含まれる値に設定する、請求項5に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス条件決定部は、前記直流電圧決定モードによって決定された前記基準直流電圧が前記上限閾値よりも大きい場合に、前記直流電圧決定モードの実行後に実行される前記ピーク間電圧決定モードにおいて前記現像ローラーに印加される前記現像バイアスの前記直流電圧を、前記決定された基準直流電圧よりも小さな値に設定する、請求項4に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス条件決定部は、前記直流電圧決定モードの実行後に実行される前記ピーク間電圧決定モードにおいて前記現像ローラーに印加される前記現像バイアスの前記直流電圧を、前記下限閾値と前記上限閾値との中間値から前記下限閾値までの範囲に含まれる値に設定する、請求項7に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス条件決定部は、前記ピーク間電圧決定モードにおいて、
前記現像バイアスの前記交流成分の前記ピーク間電圧を所定の第1測定範囲に含まれる少なくとも3つの第1測定用ピーク間電圧にそれぞれ設定した条件で前記現像電流の直流成分をそれぞれ取得し、前記第1測定範囲における前記第1測定用ピーク間電圧と前記取得された現像電流の直流成分との関係を示す一次近似式である第1近似式を決定する第1近似式決定動作と、
前記現像バイアスの前記交流成分の前記ピーク間電圧を前記第1測定範囲の最大値よりも大きな最小値を有するように設定された第2測定範囲に含まれる少なくとも3つの第2測定用ピーク間電圧にそれぞれ設定した条件で前記現像電流の直流成分をそれぞれ取得し、前記第2測定範囲における前記第2測定用ピーク間電圧と前記取得された現像電流の直流成分との関係を示す一次近似式である第2近似式を決定する第2近似式決定動作と、
前記第1近似式決定動作で決定された前記第1近似式と前記第2近似式決定動作で決定された前記第2近似式とが互いに交差する交点におけるピーク間電圧を前記基準ピーク間電圧として決定する、基準電圧決定動作と、
をそれぞれ実行する、請求項1乃至8の何れか1項に記載の画像形成装置。 - 前記バイアス条件決定部は、前記第1測定範囲に含まれる前記少なくとも3つの第1測定用ピーク間電圧においてそれぞれ取得された前記現像電流の直流成分から最小二乗法によって前記第1近似式を決定する、請求項9に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス条件決定部は、前記第2測定範囲に含まれる前記少なくとも3つの第2測定用ピーク間電圧においてそれぞれ取得された前記現像電流の直流成分から最小二乗法によって決定された一次近似式である第1判定用近似式の傾きが予め設定された第1閾値よりも大きい場合には、前記少なくとも3つの第2測定用前記ピーク間電圧においてそれぞれ取得された現像電流の直流成分の平均値がピーク間電圧の変化に対して一定となる直線式を前記第2近似式として設定し、前記第1判定用近似式の傾きが前記第1閾値よりも小さい場合には、前記第1判定用近似式を前記第2近似式として設定する、請求項9に記載の画像形成装置。
- 前記第1測定範囲における前記複数の第1測定用ピーク間電圧の間隔、および、前記第2測定範囲における前記複数の第2測定用ピーク間電圧の間隔は、それぞれ、前記第1測定範囲の前記最大値と前記第2測定範囲の前記最小値との間隔よりも小さく設定されている、請求項9乃至11の何れか1項に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス条件決定部は、前記第1近似式決定動作において、前記第1近似式の相関係数が予め設定された第2閾値よりも小さい場合には、前記少なくとも3つの第1測定用ピーク間電圧から少なくとも一のピーク間電圧を除外した残りのピーク間電圧に対応する前記現像電流の直流成分に基づいて前記第1近似式を決定する、請求項9乃至12の何れか1項に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス条件決定部は、前記第1近似式決定動作において、前記第1近似式の相関係数が前記第2閾値よりも小さい場合には、前記少なくとも3つの第1測定用ピーク間電圧のうちの最も大きなピーク間電圧を除外した残りのピーク間電圧に対応する前記現像電流の直流成分に基づいて前記第1近似式を決定する、請求項13に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス条件決定部は、前記第2近似式決定動作において、前記第2近似式の相関係数が予め設定された第3閾値よりも小さい場合には、前記少なくとも3つの第2測定用ピーク間電圧から少なくとも一のピーク間電圧を除外した残りのピーク間電圧に対応する前記現像電流の直流成分に基づいて前記第2近似式を決定する、請求項9乃至14の何れか1項に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス条件決定部は、前記第2近似式決定動作において、前記第2近似式の相関係数が前記第3閾値よりも小さい場合には、前記少なくとも3つの第2測定用ピーク間電圧のうちの最も大きなピーク間電圧を除外した残りのピーク間電圧に対応する前記現像電流の直流成分に基づいて決定された第2判定用近似式の相関係数と、前記少なくとも3つの第2測定用ピーク間電圧のうちの最も小さなピーク間電圧を除外した残りのピーク間電圧に対応する前記現像電流の直流成分に基づいて決定された第3判定用近似式の相関係数とを互いに比較し、前記第2判定用近似式および前記第3判定用近似式のうち相関係数が大きい方の判定用近似式を前記第2近似式として決定する、請求項15に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス条件決定部は、前記第2近似式決定動作において除外された前記最も大きなピーク間電圧または前記最も小さなピーク間電圧を、前記第2測定範囲から予め除外して次のバイアス条件決定モードを実行する、請求項16に記載の画像形成装置。
- 前記第1測定範囲における前記少なくとも3つの第1測定用ピーク間電圧の数が、前記第2測定範囲における前記少なくとも3つの第2測定用ピーク間電圧の数よりも多く設定されている、請求項9乃至17の何れか1項に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス条件決定部は、前記現像電流の直流成分を構成する3つの電流であって、前記現像ニップ部の画像形成部分において前記現像ローラーから前記像担持体にトナーが移動することで生じる電流であるトナー移動電流と、前記画像形成部分において前記トナーおよび前記キャリアによって前記現像ローラーと前記像担持体とに跨るように形成される磁気ブラシに沿って前記トナー移動電流と同じ向きに流れる電流である画像部磁気ブラシ電流と、更に、前記現像ニップ部の非画像形成部分において前記トナーおよび前記キャリアによって前記現像ローラーと前記像担持体とに跨るように形成される磁気ブラシに沿って前記トナー移動電流とは逆向きに流れる電流である非画像部磁気ブラシ電流とのバランスが前記ピーク間電圧の変化に応じて変化する点である変化点を、前記第1近似式と前記第2近似式との前記交点によって取得し、前記変化点に対応するピーク間電圧を前記基準ピーク間電圧として決定する、請求項9乃至18の何れか1項に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス条件決定部は、前記直流電圧決定モードにおいて、
前記現像バイアスの前記直流電圧を複数の測定用直流電圧にそれぞれ設定した条件で前記現像バイアスを前記現像ローラーに印加することで、前記測定用潜像をトナーで前記測定用トナー像に現像し前記濃度検出部によって検出される前記測定用トナー像の濃度をそれぞれ取得し、前記複数の測定用直流電圧と複数の前記測定用トナー像の濃度との関係から所定の目標濃度に対応する直流電圧を前記基準直流電圧として決定する、請求項1乃至19の何れか1項に記載の画像形成装置。
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