JP3119276B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機等の画像形成装
置に係り、詳しくはセンサで検知した環境（湿度等）等
の変動に基づいて画像形成条件を適正に制御する制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像形成装置は種々提案されてい
る。その中でも、感光ドラムにレーザ光で像露光を行
い、これを現像して可視画像を得る、電子写真方式のレ
ーザプリンタがよく用いられている。このようなレーザ
プリンタは画像品質が高く、高速である等の長所を持っ
ており、例えば複写機等の出力装置や通常のプリンタと
して広く用いられている。

【０００３】これらの画像形成装置においては、常に一
定の安定した濃度の出力画像を得ることとし、例えばす
べての使用環境下において、出力画像の反射濃度の最高
値（以下、Ｄ_maxとする）が一定（例えば，Ｄ_max＝１．
５）で安定させることとしていた。このため、画像形成
装置内に温度センサ、湿度センサ、電位センサ、濃度セ
ンサ等の各種センサを設けて画像形成装置の置かれてい
る周囲の環境を検知し、該検知結果に基づいて現像コン
トラスト電位（感光ドラムの帯電条件、現像条件、定着
条件）等を調整して環境変化による画像濃度変化を補正
し、画像形成条件を適正に制御して安定な画像を得てい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
画像形成装置においては、より粒径の小さなトナーを用
いることにより高画質化の達成を図ることは一般的であ
る。しかし、このように粒径の小さなトナーは、周囲の
環境、特に湿度によりその摩擦帯電性（以下、トリボと
いう）が大きく変化してしまい、図１０に示すように湿
度が高くなればトリボは小さくなることが知られてい
る。なお、図１０は横軸に周囲の湿度、縦軸にトナーの
トリボをとって、トリボが周囲環境の湿度によって受け
る変化を示したものである。

【０００５】したがって、前記現像コントラスト電位が
同一であっても湿度が異なれば反射濃度は大きく異なっ
てしまい、高湿時と低湿時とでは、現像特性を表すＶ−
Ｄカーブ（現像コントラスト電位と反射濃度との関係を
示す曲線）は図１１のように異なってしまう。このた
め、湿度の変動にかかわらず前記Ｄ_max を一定の値とし
て安定した画像を形成するよう、現像コントラスト電位
を制御していた。

【０００６】次に、かかる現像コントラスト電位の制御
について説明する。

【０００７】現像コントラスト電位は、その最大値Ｖ
_limit が画像形成装置自体のもつ潜像条件（感光ドラム
の感度・帯電能や、帯電器の帯電能、像露光出力など）
により決まってしまう。しかし、かかる現像コントラス
ト電位の最大値Ｖ_limit を用いたときの反射濃度Ｄ
_limitは前述したように周囲の湿度によって異なり、図
１２に示すように高湿時では高く、低湿時では低くな
る。したがって、画像形成装置により出力される出力画
像の最高値Ｄ_max が使用環境下にかかわらず一定となる
ためには、低湿環境下にて前記現像コントラスト電位を
最大値Ｖ_limit としたときに出力される反射濃度Ｄ
_limit （第４図）を、該出力画像の最高値Ｄ_max とする
ことにより、湿度の高低いずれにかかわらず該最高値Ｄ
_max が出力可能になるようにし、さらに高湿環境下にお
いては現像コントラスト電位を該最大値Ｖ_limit よりも
下げることにより該出力画像の最高値Ｄ_max を達成し、
すべての使用環境下において該Ｄ_max が一定となるよう
する。

【０００８】しかし、かかる方法では、低湿環境下では
現像コントラスト電位の最大値Ｖ_limit を使って出力画
像の最高値Ｄ_max （低湿環境下における最大の反射濃度
Ｄ_limit ）を出力しているが、他の環境（高湿下）では
図１２より明らかなようにＶ_limit を使えば該Ｄ_max よ
りもさらに高い濃度を出すことができるにもかかわらず
Ｄ_max （Ｄ_limit ）までの濃度しか出力せず、能力以下
の濃度の画像しか出力していないことになる。

【０００９】また、Ｄ_max の違いにより、装置において
再現できる色の範囲は図１３のように変化する。これに
よりＤ_max が低いと、色再現範囲も狭くなり原稿画像を
忠実に再現しにくくなるという欠点があった。

【００１０】さらに、すべての環境で一定のＤ_max （Ｄ
_limit ）を達成するためには図１４に示すように、現像
コントラストの保証範囲ΔＶを広くしなければならなか
った。

【００１１】また、感光ドラムの帯電能力が変化した場
合、前記の一定Ｄ_max （Ｄ_limit ）を保証するためのＶ
_limit が取れなくなると、感光ドラムの寿命が切れたも
のとしていたため、最大能力まで使い切れずにいた。

【００１２】そこで、本発明は、環境（湿度）の変動に
応じて画像濃度の最大値を変更することにより、色再現
性の良好な画像形成装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑
みてなされたものであって、像担持体に静電潜像を形成
する潜像形成手段と、前記静電潜像を現像剤で現像する
現像手段と、湿度を検知する検知手段と、前記検知手段
の検知結果に基づいて現像コントラスト電位を制御する
制御手段と、を有する画像形成装置において、前記制御
手段は、前記検知手段によって検知された湿度が、所定
値よりも大きいとき画像濃度の目標最大値をＤ_max1 に
なるように前記現像コントラスト電位を制御し、所定値
よりも小さいとき画像濃度の目標最大値を前記Ｄ_max1よ
りも小さいＤ_max2になるように前記現像コントラスト電
位を制御することを特徴とする。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【実施例】以下、図面に沿って本発明の実施例について
説明する。

【００１８】図１は、本発明を実施したカラー画像形成
装置の一例を示した図である。装置本体の左方（図中左
方）には回転自在に支持された回転式現像装置１が配設
されており、該回転式現像装置１の回転体中にはイエロ
ー現像器１Ｙ、マゼンタ現像器１Ｍ、シアン現像器１
Ｃ、及びブラック現像器１ＢＫが搭載されている。該回
転式現像装置１の上方には各色トナーを収納した現像剤
（トナー）補給装置２が配設されており、該補給装置２
は前記現像装置１へトナーを補給するように構成されて
いる。

【００１９】また、前記回転式現像装置１の右方には回
転自在に支持された感光ドラム３が配設されており、該
感光ドラム３の周りには順に、放電ワイヤ４ａ及びグリ
ッドワイヤ４ｂを有しており該感光ドラム３の表面を一
様に帯電する一次帯電器４、該帯電された部分を原稿画
像に応じて露光する露光手段Ｅ、回転自在に支持されて
おり前記感光ドラム３上に形成された可視画像を転写材
Ｐ（後述）に転写する転写ドラム９、感光ドラム３上に
残留したトナーを除去するクリーニング部材１２、等が
配設されている。

【００２０】まず、このカラー画像形成装置全体の動作
について、フルカラーモードの場合を例として簡単に説
明する。

【００２１】前記感光ドラム３の表面は一次帯電器４に
よって均一に帯電され、該一様に帯電された部分は、図
示しない原稿のイエロー画像信号により変調されたレー
ザ光Ｅにより画像露光が行われて静電潜像が形成され
る。その後、あらかじめ現像位置に定置されたイエロー
現像器１Ｙによって現像が行われ、該感光ドラム３上に
は可視画像が形成される。

【００２２】一方、装置本体の側部に取りつけられた給
紙カセットＫ₁ ，Ｋ₂ から装置内部に給送されてきた転
写材Ｐは、給紙ガイド５ａ、給紙ローラ６、給紙ガイド
５ｂを経由して、転写ドラム９の配設された方へ進行す
る。さらに、該転写材Ｐは、前記感光ドラム３の回転に
伴った所定のタイミングに同期して給送されて、前記転
写ドラム９上のグリッパ７によりその一端縁を保持さ
れ、当接用ローラ８とその対抗極とによって静電的に転
写ドラム８に巻き付けられる。また、該転写ドラム９は
感光ドラム３と同期して図示矢印方向に回転しており、
イエロー現像器１Ｙで現像された可視画像は、転写部に
おいて転写帯電器１０によって転写される。

【００２３】転写が終了した後、転写ドラム９はそのま
ま回転を継続し、次の色（図１においてはマゼンタ）の
転写に備える。また、感光ドラム３は、クリーニング部
材１２によってクリーニングされて残留トナーが除去さ
れると共に、再び一次帯電器４によって帯電され、次の
マゼンタ画像信号により前記したと同様に露光される。
この間に、回転式現像装置１は回転して、マゼンタ現像
器１Ｍが所定の現像位置に定置されていてマゼンタ現像
を行う。以上と同様の行程を、それぞれシアン及びブラ
ックについて行い、転写材Ｐへの転写が終了する。

【００２４】かかる転写が終了すると、転写材Ｐは、転
写ドラム９近傍に設けられた帯電器１１ａ，１１ｂによ
り除電され、前記グリッパ７から解除される。そして、
この転写材Ｐは、分離爪１５によって転写ドラム９によ
り分離され、搬送ベルト１６で定着器１７に送られて定
着が行われ、一連のフルカラープリント動作が終了す
る。

【００２５】さらに上記構成に加えて、本実施例におけ
る画像形成装置の能力検知手段としては、温度センサ及
び湿度センサとで構成された環境検知手段１９が装備さ
れており、該環境検知手段１９により周囲の温度及び湿
度を一定時間検知する。また、該環境検知手段１９から
の信号を受けて現像装置１の置かれている環境を判断
し、画像形成条件を制御する制御手段３０が設けられて
いる。

【００２６】次に本実施例の制御フローを説明する。

【００２７】図２は、現像コントラスト電位の最大値Ｖ
_limit を用いたときの、周囲の湿度に伴う反射濃度Ｄ
_max の変化の様子を示した図である。図中の湿度ｈ_t
は、カーブの傾きが急に変化するときの湿度をとったも
のであり、あらかじめ決められたものである。そして、
例えば前記環境検知手段１９により検知された湿度ｈが
前記ｈ_t を越えたときの設定Ｄ_max をＤ_max1とし、ｈ_t
以下のときの設定値をＤ_max2（Ｄ_max1＞Ｄ_max2）として
各画像形成条件を制御する。なお、制御方法としてはま
ず、Ｄ_max1及びＤ_max2を得るための現像コントラスト電
位をそれぞれ測定しておき、検知した湿度に応じて前記
制御手段３０が現像コントラスト電位を制御する方法が
とられる。

【００２８】図３には、湿度による目標Ｄ_max （Ｄ_max1
及びＤ_max2）を得るための現像コントラスト電位を示
す。ここで曲線ｂは図２に示した一定濃度Ｄ_max1を得る
ための現像コントラスト、曲線ａ′ａ″はＤ_max1及びＤ
_max2を達成するための現像コントラストである。図よ
り、濃度を保証するための現像コントラスト範囲△Ｖ′
は△Ｖよりも狭くなる。

【００２９】この目標コントラストを得るためには、次
の電位制御を行う。

【００３０】図４は、横軸をグリッドバイアス電圧Ｖ
_G 、縦軸を感光ドラムの表面電位として、感光ドラムの
暗部電位Ｖ_D 及び明部電位Ｖ_L の、グリッドバイアス電
圧Ｖ_Gに伴う変化を示したものである。ここで、暗部電
位Ｖ_D は露光手段Ｅにより露光しないときの感光ドラム
３の表面電位、明部電位Ｖ_L は露光手段Ｅにより露光さ
れたときの電位を表わす。図より、かかる暗部電位Ｖ_D
及び明部電位Ｖ_L はグリッドバイアス電圧Ｖ_G に対して
リニアに変化することがわかる。なお、図に示すように
暗部電位Ｖ_D のＶ_G に対する傾きをα、同様に明部電位
Ｖ_L の傾きをβすると、α＞βの関係にある。また、か
かる表面電位（暗部電位Ｖ_D 及び明部電位Ｖ_L ）の特性
カーブを求めるには、プリントシーケンスをおこなう前
に、所定のグリッドバイアス電圧Ｖ_G1，Ｖ_G2をかけたと
きの明部電位Ｖ_D1，Ｖ_D2、暗部電位Ｖ_L1，Ｖ_L2を各々測
定して行う。

【００３１】そして、画像形成する際には、上述の測定
結果から得られた特性カーブに基づいて、現像バイアス
のＤＣ分Ｇ_B と明部電位Ｖ_L の差分（現像コントラスト
Ｖ_CONT）、または暗部電位Ｖ_Dと明部電位Ｖ_L との差
分、が所望の値になるようなグリッドバイアス電圧Ｖ_G
の目標値を演算により求め、一次帯電器４のグリッドワ
イヤ４ｂに印加される実際のグリッドバイアス電圧を調
整して現像コントラスト電位を制御する。

【００３２】さらに、画像の白地に対応する部分にトナ
ーが付着しないように、Ｖ_D より一定電位低い値の現像
バイアス電圧を求め、制御する。

【００３３】以上の電位に制御を行うときの現像コント
ラストＶ_contの目標コントラストを、図３に示すように
湿度によって変化させる。このとき目標Ｄ_max は、前述
したように湿度ｈ_t を境にしてＤ_max1、Ｄ_max2とする。

【００３４】更に目標Ｄ_max の切換え湿度ｈ_t を、通常
使用される頻度の少いほどの低湿に設定すれば、使用中
頻繁に画像が変わることがなく、装置の画像濃度も最大
値に近いところで使用できる。

【００３５】これにより、出力画像の最高値Ｄ_max を周
囲の湿度に応じてＤ_max1、またはＤ_max2に変更するた
め、高湿環境下においては能力（Ｄ_limit ）に近い濃度
まで出力させることができる。

【００３６】また、Ｄ_max が高いため、色再現範囲も広
くなり原稿画像を忠実に再現できる。

【００３７】ついで、図５沿って、本発明の他の実施例
について説明する。なお、図１に示すものと同一部分は
同一符号を付して説明を省略する。

【００３８】能力検知手段としての表面電位センサ２０
は、感光ドラム３に対向して配設されており、該感光ド
ラム３の表面の帯電電位を測定する電位センサである。
該表面電位センサ２０により感光ドラム３表面の帯電電
位を測定し、感光ドラム３の能力を判断する。

【００３９】本実施例においては、前述したように、一
次帯電器４のグリッドワイヤ４ｂに印加されるグリッド
バイアス電圧Ｖ_g と感光ドラム３の表面電位（暗部電位
Ｖ_D及び明部電位Ｖ_L ）とがリニアな関係にあるという
図４の関係を利用し、次の処理を行う。

【００４０】まず、所定のグリッドバイアス電圧Ｖ_gtの
ときの感光ドラム３の明部電位Ｖ_L1を、前記電位センサ
２０で測定する。次に、図示しない処理回路において、
該測定した明部電位Ｖ_L1と所定の値Ｖ_Ltとの大小を判断
する。｜Ｖ_L1｜＞｜Ｖ_Lt｜の場合、装置の目標値Ｄ_max
をＤ_max2に設定し、｜Ｖ_L1｜≦｜Ｖ_Lt｜の場合は、該目
標値Ｄ_max をＤ_max1に設定する。あとは、前記実施例と
同様に電位制御により画像形成条件の設定を行う。

【００４１】図６は、図４と同様の図であり、露光量を
明、暗でそれぞれ一定としたときの、グリッドバイアス
電圧Ｖ_g に伴う感光ドラム３の表面電位の変化（感光ド
ラムの帯電特性）を示した図である。図より、明部電位
Ｖ_L の帯電特性は耐久、環境等に依存して変化し表面電
位は高くなってしまうが、これに対して暗部電位Ｖ_Dは
使用頻度、環境の変化等にかかわらずほぼ一定であるこ
とがわかる。

【００４２】現像コントラスト電圧｜Ｖ_D −Ｖ_L ｜とす
ると、暗部電位Ｖ_D はほぼ一定なので、明部電位｜Ｖ_L1
｜が小さいほど現像コントラスト電位を大きくとれる。
現像コントラスト電位とＤ_max の関係は図１１に示した
ように、同一環境では現像コントラスト電位が大きいほ
どＤ_max が高くなる。従って、明部電位｜Ｖ_L1｜が小さ
いほどＤ_max を高く設定できる。

【００４３】このように感光ドラムの帯電能力を検知
し、それに応じて画像形成を行うことにより、常にドラ
ムの最大能力近傍で画像出力ができる。このため、色再
現範囲も広くなり原稿画像を忠実に再現できる。

【００４４】ついで、図７、図８及び図９に沿って、本
発明の他の実施例について説明する。なお、図１に示す
ものと同一部分は同一符号を付して説明を省略する。

【００４５】図７に図示するように、能力検知手段とし
てのトリボ電荷量センサ２１は、回転式現像装置１の現
像スリーブに対抗するように該現像装置１の下方に配設
されており、トナーの現像能力（トリボ電荷量、すなわ
ち摩擦帯電比電荷量）を検知するように構成されてい
る。該トリボ電荷量センサ２１は、図８に詳示するよう
に、トナー像を形成する現像電極板２１１、電源２１
２、ＬＥＤ等の光源とフォトダイオード等の光電変換素
子とからなる濃度検出部２１３、表面電位測定部２１
４、等から構成されている。

【００４６】次に、このトリボ電荷量センサ２１を用い
てトリボ電荷量を検出する方法について説明する。

【００４７】まず、前記現像電極板２１１を前記現像装
置１の現像スリーブに対向させた状態で該現像スリーブ
に現像可能バイアスを印加して、該現像電極板２１１上
にトナー像を形成させる。次に、このトナー像の濃度を
濃度検出部２１３で測定し、あらかじめ求めてある単位
面積当たりのトナー量と濃度との関係式と、作成された
トナー像の面積とから、現像電極板２１１上のトナーの
重量Ｍ_t を求める。さらに、現像電極板２１１上のトナ
ー像の表面電位を表面電位測定部２１４によって測定
し、あらかじめ求めてある単位体積当たりの静電容量比
重と、先に求めたトナーの重量及び面積からトナー像の
全電荷Ｑ_t を求める。

【００４８】この電荷量Ｑ_t 、重量Ｍ_t から、トリボ電
荷量Ｑを求めることができる。

【００４９】また、トリボ電荷量Ｑを求め終わった後
は、スイッチ２１５を切り替えることによって電源２１
２と現像電極板２１１とを接続し、現像電極板２１１に
電源２１２により、先ほどの現像バイアスに等しい電圧
を印加し、現像スリーブを接地してトナーを現像スリー
ブに戻す。

【００５０】現像コントラスト電位が一定のとき、上記
方法で測定されたトナーのトリボ電荷量ＱとＤ_max との
関係は、図９のようにトリボ電荷量Ｑの絶対値｜Ｑ｜が
増加するとＤ_max が低くなることが知られている。トリ
ボ電荷量Ｑはトナーの使用状況、周囲の環境等により変
動するが、通常は極端に大きくなることは稀である。そ
こで、通常のトリボ電荷量Ｑの最大値近傍の値をＱ₀ と
し、前記方法にて測定されたトリボ電荷量Ｑが、｜Ｑ｜
＜｜Ｑ₀ ｜のときは目標Ｄ_max をＤ_max1とし、｜Ｑ｜≧
｜Ｑ₀ ｜のときはＤ_max2として画像形成を行えば、前記
実施例と同様の効果を得ることができる。

【００５１】なお、上述した実施例では、画像形成装置
の能力検知手段として環境検知手段、表面電位検知手
段、現像能力検知手段等をそれぞれ独立に持つ場合につ
いて述べたが、これらを２個、またはそれ以上備え、こ
れらの結果に応じて画像形成条件を設定しても同様の結
果を得ることができる。

【００５２】また、上記実施例では画像の目標Ｄ_max を
２段階に切換えたが、能力検知手段の結果に応じて、多
段階に切換えてもよい。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
能力検知手段（環境検知手段）の検知した結果に基づい
て、制御手段は、画像濃度の最大値の近傍で画像形成が
行われるように現像コントラスト電位を制御する。した
がって、画像濃度についての画像形成装置の出力能力を
発揮することにより、常に良好な画像が出力できる。ま
た、多色式画像形成装置においては、色再現範囲も広く
なり原稿画像を忠実に再現できる。

【００５４】また、多色式画像形成装置においては、色
再現範囲も広くなり原稿画像を忠実に再現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像形成装置全体の縦断側面図。

【図２】現像コントラスト電位の最大値Ｖ_limit を用い
たときの、周囲の湿度に伴う反射濃度Ｄ_max の変化の様
子を示した図。

【図３】現像コントラスト電位と湿度との関係を示した
図。

【図４】電位制御の説明図。

【図５】本発明の他の実施例に係る画像形成装置全体の
縦断側面図。

【図６】感光ドラムの使用に伴う帯電特性の変化を示す
図。

【図７】本発明のさらに他の実施例に係る画像形成装置
全体の縦断側面図。

【図８】トリボ帯電量センサの構造説明図。

【図９】トリボ帯電量と反射濃度Ｄ_MAX との関係を説明
する図。

【図１０】湿度によるトナートリボの変化を示す図。

【図１１】湿度による現像特性の変化を示す図。

【図１２】従来例の説明図。

【図１３】従来の問題点を説明する図。

【図１４】湿度による必要現像コントラスト電位を表す
図。

【符号の説明】

１ 現像手段（回転式現像装置） ３ 像担持体（感光ドラム） ４ 一次帯電器 ４ａ 放電ワイヤ ４ｂ グリッドワイヤ ９ 転写ドラム １０ 転写帯電器 １９ 能力検知手段（環境検知手段） ２０ 表面電位検知手段（表面電位センサ） ２１ 現像能力検知手段（トリボ電荷量センサ） ３０ 制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｇ 15/08 １１５ Ｂ４１Ｊ 29/00 Ｕ (72)発明者 桜井 正明 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−87859（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−180567（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−177176（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−123374（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−100064（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−122768（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−109365（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−235973（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−210783（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−27452（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−33161（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像担持体に静電潜像を形成する潜像形成
   手段と、前記静電潜像を現像剤で現像する現像手段と、
   湿度を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に
   基づいて現像コントラスト電位を制御する制御手段と、
   を有する画像形成装置において、 前記制御手段は、前記検知手段によって検知された湿度
   が、所定値よりも大きいとき画像濃度の目標最大値をＤ
   _max1になるように前記現像コントラスト電位を制御し、
   所定値よりも小さいとき画像濃度の目標最大値を前記Ｄ
   _max1よりも小さいＤ_max2になるように前記現像コントラ
   スト電位を制御することを特徴とする画像形成装置。