JP2574155B2

JP2574155B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2574155B2
Application number: JP62071600A
Authority: JP
Inventors: 道仁山崎; 浩行竹田; 正弘後藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1987-03-27
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JPS63239474A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電子写真方式および静電記録方式等による
画像形成装置、特に、絶縁性着色粒子現像剤により現像
を行う画像形成装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の画像記録装置において、静電潜像担持
体上における帯電による静電潜像の顕像化（現像）は、
前記絶縁性着色粒子現像剤（以下、“トナー”と称す
る）として、スチレンアクリル等の合成樹脂を主成分と
し、これが鉄粉，ガラスビーズ等のキャリヤと総合し、
まさつ帯電することにより電荷を持つもの、あるいは、
磁性体を含有し、金属製の円筒形現像スリーブ上を搬送
することより電荷を持つものを用い、上記現像スリーブ
上に現像バイアス電圧を印加することにより行うのが一
般的である。

これら絶縁性トナーの現像特性は、トナーの持つ電荷
量（以下“トリボ”と称する）に大きく左右され、良好
な現像特性を得るためには、特に現像スリーブ上にある
トナーが平均して所定範囲のトリボ量に保たれているこ
とが望ましい。すなわち、トリボが低いと、現像スリー
ブ上から像担持体上による静電潜像上に移る力が弱く、
濃度の薄い画像となるからである。

一方、トリボが極端に高くなると、（一般に、小粒径
トナーは、体積当りの表面積が大きいため、トリボが高
くなり易い。逆に、自身の鏡映力により、現像スリーブ
上に強く吸着し、スリーブ表面最下層に沈殿して離れ難
くなる。こうなると、他のトナーが金属スリーブ表面と
まさつ帯電し難くなるため、トリボが上昇せず、画像濃
度が低下する。また、トナー同志のまさつ帯電回数が増
えるため、所望の極性とは逆極性に帯電した、いわゆる
“反転トナー”が生じ易くなる。

以上のような現象は、特に、現像装置内に新しいトナ
ーを補給した直後、新しいトリボの少いトナーと、古く
て比較的トリボ有するトナーが混ざり合ったときに生じ
易い。

これは、新しく補充したトリボが不十分なトナー（こ
の粒度分布を第７図（ａ）に示す）のうち、比較的トリ
ボを持ち易い粒径の小さいものがスリーブ上で比較的リ
ッチになり（この粒分布第７図（ｂ）に示す）、現像に
一番寄与する粒径８〜12μｍのトナーがトリボを持つま
でに立上りの時間を要し、一時的に画像濃度が低下す
る。

また、第７図（ｃ）に示すような、耐久によって消費
されなかった粒径の大きいトナーが比較的にトリボを持
ち難いこともあって、前述の逆極性の反転トナーになり
易く、これに起因する“反転かぶり”も一時的に増加す
る等によるものである。

上記のような現象を回避するための手段としては、現
像装置内のトナー室を現像スリーブ近傍の小室と大容量
のホッパ部とに分割し、該ホッパ部から現像部に少量づ
つトナーを補強するか、あるいは、これとは逆に、現像
部内に未だ十分のトナーが存在するうちに、少しづつト
ナーを補給するようにする。さらには、ホッパ部におい
て、トナーをある程度撹拌したのち現像部に供給するよ
うにする等の対策が従来行われてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、以上のような対策手段を講ずるために
は、いずれも、ある程度の大きいトナー容量（例えば少
くとも400cc以上）を有するホッパ部を必要とし、ま
た、ホッパ部から現像部にトナーを補給するための補給
装置も必要であるため、小形機の現像装置には不適であ
った。

また、現像特性が良くないために、長期間の使用によ
り徐々に現像装置内に蓄積し、“反転かぶり”の原因と
なり易い粗大粒径のトナーを除去することは実際問題と
して甚だ困難であった。

本発明は、以上のような従来例の問題点にかんがみて
なされたもので、トナー補給前後において画像品質が安
定しており、かつ、小形化も容易な画像形成装置の提供
を目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本発明においては、静電潜像担持体と、こ
の静電潜像担持体上の静電潜像を所定極性に帯電したト
ナーで現像する現像手段とを有し、現像手段へのトナー
補給直後に静電潜像担持体の非画像領域で所定極性と反
対極性に帯電した反転トナーを消費させる画像形成装置
において、トナー補給時からのトナー消費量に応じて静
電潜像を現像する際の現像コントラスト及び反転トナー
を消費させる際の電位コントラストを制御する制御手段
を有するよう構成することにより、前記目的を達成しよ
うとするものである。

〔作用〕

以上のような手段により、トナー補給前後の現像特性
が向上して画像品質が安定する。

〔実施例〕

以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。

（実施例の制御特性）本実施例は、現像装置に対するトナー補給直後から例
えば、レーザ等の外部機器からの電気信号により駆動さ
れる露光装置の発光回数および発光時間から、像担持体
上の画像領域における消費トナー量を算出し、その消費
トナー量が所定量に達するまでの間、新しいトナー補給
直後の濃度低下、ラインの細り、および反転かぶりの増
加等を防止するしために、前記画像領域において現像コ
ントラストを大きくし、かつ、非画像領域である転写紙
間の領域（以下、“紙間”と略称する）において、反転
トナーを積極的に像担持体上へ現像するために、像担持
体上の背景部電位と現像バイアス直流成分との差を大き
くするようにしたことを特徴としている。

（装置構成）第１図に、本発明原理を、反転ジャンピング現像を行
う電子写真方式レーザビームプリンタ（以下、“LBP"と
略称する）に適用した場合の一実施例の要部説明図を示
す。

図において、28は、感光（体）ドラムで、アルミニウ
ムシリンダ上に静電潜像担持体である有機光導電体が塗
布されている。27は１次帯電器（コロトロン）であり、
これにより感光ドラム28を一様に負帯電する。26は定電
流電源である。この感光ドラム28に対して、半導体レー
ザ6a（５はレーザドライバ），コリメータレンズ6b,ポ
リゴンミラー7,f−θレンズ8,反射ミラー９等により構
成される走査光学系により、イメージ露光が行われ、感
光ドラム28上に静電潜像が形成される。

この潜像上に、現像装置17内の現像スリーブ20上でま
さつ帯電されたトナーが、スリーブ20上に直流成分V_DC
を重畳した交流バイアスが印加される現像バイアスによ
って現像される。15は現像バイアイ制御回路、16は、現
像バイアスDC電源である。ここで形成された顕画像は、
レジストローラ21により搬送されてくる転写紙上に、転
写帯電界22からのプラスコロナにより転写され、この転
写紙は、分離帯電器23からのマイナスコロナ重畳の交流
コロナイオンにより除電され、感光ドラム28から分離さ
れる。

感光ドラム28上の未転写トナーは、クリーニング装置
24により清掃され、さらに感光ドラム28上にメモリされ
ている静電潜像は、除電ランプ25により消去され、再び
公知の電子写真プロセスを繰返す。なお、第１図中１は
外部機器、２はインタフェース、３は制御部信号、４は
ビデオ信号を表わす。

（制御方法）ここにおいて、現像装置17内の、圧電素子等によるト
ナーセンサ18（19は撹拌棒を示す）からの断続的なトナ
ー無（１）信号の出力回数および積算時間等から、トナ
ー量検知回路11により現像装置17内のトナー量を算出
し、これが所定の検知レベル（本実施例においては、約
70gとする）になった時点で、トナー無（し）信号13が
出力される。このトナー無信号13により、トナー無
（し）表示12が行われ、トナーの補給がユーザあるいは
サービスマン等によって行われることになる。14は、ト
ナー有（り）信号を表わす。

この際、新しいトナー補給後においては、前述のごと
く、画像濃度の低下、ラインの細り、および反転かぶり
の増加等が生じ易い。この現象は、前記のとおり、使い
込んでトリボを持ったトナーに、トリボの少い新しいト
ナーが混入するために発生するものである。

ここにおいて、本発明においては、新しいトナー補給
直後の前述問題点を解消するために、トナー補給直後、
画像部で画像濃度およびライン幅が増大し、かつ紙間に
おいて反転トナーが積極的に現像されるような状態に前
記現像バイアス直流成分V_DCを制御するが、トナーのト
リボが上昇し濃度が立上って行く（いわゆる“トナーの
立上り”）際に、上記直流成分V_DCの補正値を徐々に少
くし、トナーがトリボを十分持った段階でV_DCを標準設
定値に戻すためのパラメータとして、レーザ6aの発光回
数および発光時間から演算／算出される画像部における
トナー消費量を用いる。第１図10はこのトナー量演算回
路を示す。

これは、“トナーの立上り”がプリントの画像パター
ン、つまり、トナー消費量に大きく依存するためであ
る。すなわち、変化させた直流成分V_DCを標準設定値に
戻すためのパラメータに、プリント枚数や現像スリーブ
20の回転数、あるいは、単なる時間等、画像パターンに
直接関連しないものを選ぶと、画像パターンによって濃
度の立上りと、V_DC値の標準状態への復帰との間隔にず
れが生ずるためである。

このような欠点を解消するための手段としては、現像
装置17内のトナー消費量を算出する方法もあるが、通
常、現像装置17内におけるトナー量の検知は、トナー無
し検知、すなわちトナー量が所定レベル以下であるか否
かの検知であるため、任意のトナー量レベルにおいてそ
の消費量をモニタすることは困難である。

このため、潜像担持体上の画像領域におけるレーザ6a
の発光回数および発光時間から算出されるトナー量を基
に変化させたV_DC値を標準状態に復帰させる手段は比較
的簡単で、かつ精度の良好な方法の一つである。

以下に、レーザ発光時間から消費トナー量を算出する
方法について説明するが、それに先立ち、第２図に、本
実施例における感光体ドラム28表面の暗部電位V_D、明部
電位V_Lと現像スリーブ20に印加される現像バイアス直流
成分V_DCとの関係図示す。図中、（ａ）図は、標準状態
における同上関係図、（ｂ）図は、トナー補給後から所
定枚数のプリントが完了するまでの間、前記画像領域に
おける同上関係図、（ｃ）図は、トナー補給後から所定
枚数のプリント完了までの間における前記紙間の同上関
係部である。各図の上部には、感光体上のトナー粒子の
帯電極性を示す。

（消費トナー量算出法）つぎに、前記レザー発光時間から消費トナー量を算出
する方法を、第3,4図および第１表を参照して説明す
る。

第３図は、レーザ発光強度の時間特性図で半導体レー
ザ6a（第１図）を感光体ドラム28上で１ライン（t_s秒
間）走査した際、時刻t₁₁からt₁₂までとt₂₁がt₂₂までの
間にビデオ信号４（第１図）によりレーザドラバ５を介
してレーザ光（6a）が出力されたことを示している。こ
のとき、時刻t₁₂およびt₂₂における発光強度よりも、時
刻t₁₁およびt₂₁における発光強度の方が大きいのは、一
般に半導体レーザは連続発信することによりチップでの
温度が上昇して発光効率が低下する等のためである。

また、レーザ6aの発光強度が一定であるとしても、露
光面積の少い部分は、エッジ効果等により、面積辺りの
トナー消費量は、大面積のそれに比して大きくなる。

第４図は、レーザ発光時間対レーザ発光時間当りのト
ナー消費量の関係をビット形式で表した図であり、12pe
l/mmの解像力を持つLBPにおいて、乾式一成分磁性トナ
ーを用い、金属製現像スリーブ20（第１図）上に、周波
数1500Hzでピークツーピーク電圧1500Vの矩形波交流バ
イアスに−500Vのバイアス直流成分V_DCを重畳した現像
バイアスを印加し、プロセス速度80mm/sでジャンピング
現像を行ったときのレーザ発光時間とトナー消費量との
関係をビット形式で示したものである。

第４図から、例えば前記第１図装置において、時刻t
₁₁からt₁₂（第３図）の露光部におけるトナー消費量
は、第４図で２種の斜線が重なっている部分の面積で示
され、また、時刻t₂₁からt₂₂の露光部におけるトナー消
費量は、右下り斜線部で示す面積である。

すなわち、画像領域において、レーザ6aオン信号が出
力される度に、レーザ発光時間t_nからトナー量演算回路
10（第１図）において、消費トナー量V_Lを第１表に示す
ように、下記演算式（ただし、t_i-1＜ｔ≦t_i,t₀＝０）により算出する。

（数値例）以下、本実施例の具体的数値例について説明する。第
１図において、トナー量検知回路11からトナー無信号13
が発せられ、トナー無表示12を行うことにより、プリン
タ本体の作動停止を、本体内のCPUで記憶しておいた上
で、その後発せられた最初のトナー有信号としてとら
れ、この信号によって現像バイアス制御回路15の設定値
を変化させる。

上記設定値は、トナー消費量0.060g/枚として、トナ
ー補給直後からの消費量算出値がA4版６％印字チャート
において50枚相当である3gまでは、現像バイアス直流成
分V_DC＝−600V、3gから100枚目相当の6gまでは、V_DC＝
−570V、6gから200枚目相当の12gまでは、V_DC＝−550
V、12gから300枚目相当の18gまでは、V_DC＝−535V、18g
から400枚目相当の24gまでは、V_DC＝−520v、24gから50
0枚目相当の30gまでは、V_DC＝−510Vであり、消費トナ
ー量単出値が30g以内でV_DC＝−500V、すなわち標準値に
戻るようにしてある。

上記のような設定にしたLBPにおいて、トナー補給直
後、５枚の１ドット１スペースパターン（A4用紙）を出
力し、かつ、その後の95枚を、設定値に対して４％異な
る10％印字チャートで出力した場合のプリント枚数対５
×5mm²ベタ黒濃度のグラフを第６図（ｃ）に示す。第６
図（ａ）は、トナー補給直後において、現像バイアス直
流成分V_DCの変化を全く行わなかった場合、また第６図
（ｂ）は、単純にプリント枚数に比例してV_DC値が変化
するように設定した場合のそれぞれの前記濃度変化グラ
フである。

上記３つのグラフ（ａ），（ｂ），（ｃ）から、レー
ザ発光時間より単出される消費トナー量をパラメータと
して、現像バイアス直流成分V_DCの値を変化させること
により、トナー補給直後の濃度変化に対して大きな効果
が得られることが分る。

また同時に、反転かぶりを、紙間において積極的に感
光ドラム28上に現像することにより、画像上に表われる
反転かぶりを減少させることができ、かつ、トナーの粗
大粒子が補給直後に積極的に消費されることで、耐久に
よって粗大粒子が現像装置17の内に蓄積する傾向が減少
し、反転かぶりは、トナー補給直後のみでなく、耐久中
も減少する。

さらに、画像上に比較的粒径の小さなトナーが現像さ
れることにより、画像の鮮鋭度が改善される。

このとき、紙間において行われる反転かぶりトナーの
現像のためのバイアス直流成分値V_DCの設定も、前記と
同様に、レーザー発光時間に対応して変化させるのが好
ましい。具体的には、前記数値例と同様に、消費トナー
量算出値がA4版６％印字チャートにおいて50枚相当（ト
ナー消費量0.060g/枚）である3gまでは、紙間のV_DC＝−
200V、3gから100枚目相当この6gまでは、V_DC＝−170V、
6gからの200枚目相当の12gまでは、V_DC＝−130V、それ
以降30gまでは、V_DC＝−100Vとし、その後は、紙間で反
転かぶり現像を行わない。

以上のようにして、反転かぶりレベルをも変化させる
ことにより、紙間の反転かぶりによって失われるトナー
量を調節することができ、トナー消費量をも調節するこ
とができる。

（他の実施例）前記実施例においては、トナー補給後の濃度低下およ
びラインの細りを制御するために、現像バイアス直流成
分V_DCの値のみを変化させて、現像コントラストを高め
たが、場合によっては（例えば、かぶり除去のための背
景部電位と現像バイアス直流成分V_DCとの電位差に許容
度がないなど）、明部電位V_Lを低くする、あるいは、上
記直流成分V_DC上昇と同時に暗部電信V_Dを上昇させるこ
とによっても、同等の効果が得られる。

また、紙間（前記転写紙間の領域）において、反転ト
ナーを積極的に感光ドラムの上に現像する際、トナーに
よっては、現像バイアス直流成分V_DCを接地に落すだけ
では十分なコントラストが得られない場合、暗部電位V_D
を大きくすることにより、反転トナー現像のためのコン
トラストを大きくしてもよい。

これら暗部電位V_Dの制御をLBPで行った場合の第２の
実施例の要部説明図を第６図に示す。同図は、第１実施
例の第１図相当図であり、定電流電源制御回路29が付加
されているのみで、他は第１図に準ずるので詳細説明の
重複は省略する。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように、本発明によれば、現像装置内
への現像剤補給直後から所定期間、像担持体上の画像領
域および非画像領域の現像コントラストをそれぞれ変化
させるよう構成したため、現像剤補給前後における画像
品質を安定化することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る電子写真式LBPの一実施例の要
部説明図、第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ
感光体表面の各電位関係図、第３図は、レーザ発光強度
の時間特性図、第４図は、レーザ発光時間対トナー消費
量の関係図、第５図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞ
れプリント枚数対ベタ黒濃度変化の各特性図、第６図
は、本発明の第２実施例の要部説明図（第１図相当
図）、第７図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれトナ
ーの各粒度分布図である。 6a……半導体レーザ 10……トナー量演算回路 15……現像バイアス制御回路 17……現像装置 22……転写帯電器 28……感光（体）ドラム

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】静電潜像担持体と、この静電潜像担持体上
の静電潜像を所定極性に帯電したトナーで現像する現像
手段とを有し、現像手段へのトナー補給直後に静電潜像
担持体の非画像領域で所定極性と反対極性に帯電した反
転トナーを消費させる画像形成装置において、トナー補給時からのトナー消費量に応じて静電潜像を現
像する際の現像コントラスト及び反転トナーを消費させ
る際の電位コントラストを制御する制御手段を有するこ
とを特徴とする画像形成装置。