JP3501473B2 - 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】この発明は、非磁性一成分現像剤
を用いて静電潜像を現像する画像形成装置に関する。 【０００２】静電潜像を現像する際には、静電潜像への
トナー付着量を安定させることが重要である。 【０００３】 【従来の技術】非磁性の一成分現像剤を用いる現像方式
では、トナーは基本的に電荷を有していないので、現像
器内で摩擦帯電又は電荷注入によってトナーに電荷を与
えている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、トナーは完全
な絶縁体ではなく所定の体積抵抗を有するので、トナー
に与えられた電荷は現像器の非動作時にリークによって
抜けていき、時間の経過によって電荷ゼロの状態になり
得る。 【０００５】そして、トナーの電荷がゼロになると、現
像器を駆動してトナーに電荷を与えてもトナーに直ちに
充分な電荷が供給されるわけではなく、安定状態になる
までに時間を要する。 【０００６】安定に必要な時間は、例えば２５℃の環境
下では数秒であるが、低温では時間がかかり、例えば０
℃では２０秒程度を必要とする。また、装置内温度によ
って飽和トナー帯電量も異なる。 【０００７】現像対象となる潜像の強度は、感光体表面
の静電潜像部分と現像ローラの表面電位との差で表され
るが、現像ローラの表面電位は現像ローラバイアス電圧
とトナー電荷量との和なので、温度によるトナーの電荷
量の変化によって潜像強度が変化することになる。 【０００８】また、感光体の劣化による静電潜像部分の
電位（光源によって露光された部分の感光体の電位）の
弱まりも潜像強度の変化を起こす。このようにして発生
する潜像強度の変化は、静電潜像に対するトナー付着量
に影響を及ぼし、モノクロ画像では現像濃度の変動とし
て現れ、カラー画像では色ずれとして現れる。また、ト
ナー電荷量がゼロになった後では、最初の数枚に現像濃
度の低いものが出力される。 【０００９】そこで本発明は、環境条件の変化や感光体
の劣化、或いは現像器停止時間の長短等に関わりなく、
常に潜像強度を一定に保って安定した濃度で現像をする
ことができる画像形成装置を提供することを目的とす
る。 【００１０】 上記の目的を達成するため、本発明の画
像形成装置は、実施例を説明するための図１に示される
ように、上記感光体に静電潜像を形成する潜像形成部
と、上記感光体を一様に帯電する帯電器と、上記帯電器
により予め帯電された後に露光により電荷が抜かれた感
光体表面部分の静電潜像部分の電位である明部電位を検
出するための感光体表面電位センサと、非磁性一成分現
像剤のトナーを付着させたトナー担持体を上記感光体に
接触させることによって上記感光体の表面に形成された
静電潜像を上記トナーによって現像するための現像器
と、上記現像器にバイアス電圧を印加するためのバイア
ス用電源と、上記トナー担持体の表面電位を検出するた
めのトナー担持体表面電位センサと、上記感光体表面電
位センサからの検出出力と上記トナー担持体表面電位セ
ンサからの検出出力とを直接入力して上記両電位の差が
一定になるように上記バイアス用電源を制御するための
バイアス電圧制御手段とを設けたことを特徴とする。 【００１１】 【００１２】 【００１３】また、上記現像器１に、上記現像ローラ１
１上のトナー層から余剰のトナーを掻き落とすための層
厚規制部材１４と、上記現像ローラ１１から現像に用い
られなかったトナーを掻き落とすと共に上記現像器１内
のトナーを上記現像ローラ１１に供給するためのトナー
回収兼供給ローラ１５とを設けると共に、上記バイアス
用電源１２を、上記現像ローラ１１と上記層厚規制部材
１４と上記トナー回収兼供給ローラ１５とに各々独立し
て設け、上記バイアス電圧制御手段２０，４０，７０が
上記３つのバイアス用電源１２の一つ又は複数を組み合
わせて制御するようにしてもよい。 【００１４】 【作用】バイアス電圧制御手段は、感光体表面電位セン
サとトナー担持体表面電位センサとにより検出される両
電位の差が一定になるようにバイアス用電源を制御し、
その結果、潜像強度が一定になる。 【００１５】また、バイアス電圧制御手段は、非動作時
間検出手段により検出された現像器の非動作状態での経
過時間と装置内温度検出手段によって検出された装置内
温度とに応答してバイアス用電源を制御し、現像バイア
ス電圧を強くして現像器の動作直後のトナー電荷量不足
を補うことによって、一定の潜像強度を保つことができ
る。 【００１６】 【実施例】図面を参照して実施例を説明する。図１は電
子写真方式の記録装置を示しており、プリンタ、ファク
シミリ又は複写機等に適用される。 【００１７】図中、２は、回転駆動される感光ドラム
（感光体）であり、その周囲には、感光ドラム２の表面
を帯電させるための帯電器３、帯電した感光ドラム２を
露光して静電潜像を形成するための露光器４、静電潜像
をトナーによって現像するための現像器１、トナー像を
感光ドラム２の表面から図示されていない記録紙に転写
するための転写器５、及び記録紙に転写されずに感光ド
ラム２の表面に残留したトナーをクリーニングするため
のクリーナ６等が配置されている。 【００１８】現像器１内には、非磁性の一成分現像剤で
あるトナー１０が保持されており、現像ローラ１１が回
転駆動されると、その回転面に摩擦力によってトナー１
０が付着してトナー層が順次形成され、感光ドラム２と
の接触領域である現像領域にトナーが運ばれる。 【００１９】現像ローラ１１には、例えば−３００Ｖ程
度の現像バイアス電圧が、バイアス用電源１２によって
印加されている。その結果、帯電したトナーは感光ドラ
ム２の静電潜像領域に静電的に付着するが、その背景領
域への付着は阻止され、静電潜像が帯電トナー像として
現像される。 【００２０】１４は、現像ローラ１１に形成されたトナ
ー層の層厚を所定厚さに規制するための層厚規制部材で
あり、ステンレス等の金属材料で形成されている。層厚
規制部材１４は所定の弾性力で現像ローラ１１に押圧さ
れ、それによって現像ローラ１１上のトナー層から余剰
のトナーが掻き落とされて、トナー層が所定の厚さに規
制される。 【００２１】トナー回収兼供給ローラ１５は、現像に用
いられなかったトナーを現像ローラ１１から掻き落とす
と共に、その反対側で現像ローラ１１にトナーを積極的
に供給して付着させるように機能する。 【００２２】パドル回転翼１６は、現像器１内のトナー
をトナー回収兼供給ローラ１５のトナー供給側に送り込
むように回転駆動され、またトナー攪拌翼１７は、現像
器１内でトナーのデッドストックを排除すべく作動し
て、トナーをパドル回転翼１６に送り出すように機能す
る。 【００２３】この現像方式で用いられるトナーは基本的
には電荷を有していないため、現像器１内で摩擦帯電あ
るいは電荷注入によりトナーに電荷を与える。電荷注入
は例えば層厚規制部材１４やトナー回収兼供給ローラ１
５に所定電位（例えば−４００Ｖ）を与えて行われる。 【００２４】感光ドラム２の周辺部分には、帯電器３で
帯電された後に露光器４によって常に露光される明部が
形成され、その明部の電位を検出するための感光体表面
電位センサ９１が明部に対向して配置されている。ま
た、現像ローラ１１の表面電位を検出するための現像ロ
ーラ表面電位センサ９２が、現像ローラ１１に対向して
配置されている。 【００２５】そして、両表面電位センサ９１，９２から
出力される検出信号が制御部２０に入力され、その入力
信号に応答して制御部２０からバイアス用電源１２に対
して制御信号が出力される。 【００２６】図２は、制御部２０の構成の一例を示して
おり、バイアス電源駆動信号がＬレベルの時は選択器３
０はＢ入力つまり“０”を選択出力し、その出力信号が
Ｄ／Ａ変換器３１を介してバイアス用電源１２に与えら
れるので、バイアス用電源出力も０Ｖとなる。 【００２７】現像ローラ表面電位センサ９２からの信号
はＡ／Ｄ変換器２５を通して第２のレジスタ２６に適当
なサンプリング間隔で保持される。記録動作を行ってい
ない時はバイアス電圧がかかっていないので、現像ロー
ラ１１の表面電位にはトナーが有する電荷量が現れ、そ
の値は例えば−７０Ｖ〜０Ｖの範囲内にある。 【００２８】この値は後続の減算器２７の一方の入力に
与えられ、この状態でホストからの記録動作指示を待
つ。記録動作指示がホストからくると、感光ドラム２は
帯電器３によって一様に帯電された後、露光器４によっ
て印刷領域外である所定位置が露光され、その部分の電
位、つまり明部電位が感光体表面電位センサ９１によっ
て検出され、Ａ／Ｄ変換器２２に与えられる。 【００２９】デジタル化された明部電位は、適当なサン
プリング間隔で第１のレジスタ２３に保持される。そし
て、後続する加算器２４で所定の潜像強度設定値と和を
取り、現像ローラ表面電位の目標値として減算器２７の
一方の入力に与えられる。 【００３０】減算器２７は入力の両者間の差を求め、符
号付きで後続の加算器２８にその出力を与える。例え
ば、潜像強度設定値が−４００Ｖ、現像ローラ表面電位
が−５０Ｖであったとすると、減算器２７は正の符号を
付けて３５０Ｖに対応する値を出力する。 【００３１】また、この電子写真装置全体を制御するた
めの図示されていないＣＰＵ（中央演算装置）から、第
３のレジスタ２９をクリアするリセットパルスが与えら
れ、その後、減算器２７からの出力と第３のレジスタ２
９からの出力との和を、再度第３のレジスタ２９にセッ
トしてバイアス電源駆動信号を待つ。 【００３２】バイアス電源駆動信号がＬレベルからＨレ
ベルになると、選択器３０はＡ入力つまり第３のレジス
タ２９の出力をＤ／Ａ変換器３１に与え、バイアス電圧
が印加されると同時に、第３のレジスタ２９の値は所定
のサンプリング間隔で更新される。 【００３３】そして、バイアス電源駆動信号がＨレベル
の時は、現像ローラ表面電位センサ９２を介してフィー
ドバックループを作り、現像ローラ１１の表面電位が所
定の潜像強度に近づくように動作する。 【００３４】このようにして、感光体表面電位センサ９
１により検出される感光ドラム２の明部電位と現像ロー
ラ表面電位センサ９２により検出される現像ローラ１１
の表面電位との差が常に一定になるように、バイアス用
電源１２から現像ローラ１１に印加されるバイアス電圧
が制御部２０によって制御される。 【００３５】なお、感光ドラム２の明部電位の測定は、
一連の記録動作中に大きく変動することはないので、一
連の動作の最初に行うだけで良い。また、制御部２０に
よって制御するのは、現像ローラ１１にバイアス電圧を
印加する電源に限らず、層厚規制部材１４又はトナー回
収兼供給ローラ１５にバイアス電圧を印加する電源であ
ってもよい。 【００３６】図３は、本発明の第２の実施例を示してお
り、現像ローラ１１にバイアス電圧を印加するための現
像ローラバイアス電源１２ａと、層厚規制部材１４にバ
イアス電圧を印加するための層厚規制部材バイアス電源
１２ｂと、トナー回収兼供給ローラ１５にバイアス電圧
を印加するためのトナー回収兼供給ローラバイアス電源
１２ｃの各々を組み合わせて、制御部４０によって制御
するようにしたものである。 【００３７】図４は、その制御部４０の回路構成の一例
を示し、図５はその動作を示している。なお、「加」は
加算器、「減」は減算器、「比」は比較器である。な
お、４１〜５０の構成は第１の実施例の２２〜３１の構
成と同じなので、その説明は省略する。 【００３８】層厚規制部材バイアス電源１２ｂ及びトナ
ー回収兼供給ローラバイアス電源１２ｃの初期値は、第
４のレジスタ５４及び第５のレジスタ６０に、電源投入
直後に書き込まれて保持されている。 【００３９】電源投入直後は第１と第２の比較器５１，
５７の出力がＬレベルなので、第２と第４の選択器５
２，５８はＢ入力つまり“０”を第３と第４の加算器５
３，５９に与える。 【００４０】したがって、現像ローラバイアスが所定値
（上限値１）内であれば、層厚規制部材バイアス電源１
２ｂ及びトナー回収兼供給ローラバイアス電源１２ｃは
初期値が利用される。 【００４１】現像ローラバイアス電圧が上限値１を越え
ると、第３のレジスタ４８は更新せず、第４と第５のレ
ジスタ５４，６０を更新する。そしてまず、第１の比較
器５１は出力をＬレベルからＨレベルにし、それを第２
の選択器５２が受け、表面電位目標値との差分を加算し
て、第３の選択器５５とＤ／Ａ変換器５６を介して層厚
規制部材バイアス電源１２ｂを制御する。さらに、厚規
制部材バイアス電圧が上限値２を越えると、同様にし
て、第４の選択器６１とＤ／Ａ変換器６２を介してトナ
ー回収兼供給ローラバイアス電源１２ｃを制御する。 【００４２】このようにして、それぞれのバイアス値は
プロセス的に正常に動作する範囲が存在するので、その
上限値を各電源１２ａ，１２ｂ，１２ｃが越えないよう
にし、かつ、潜像強度を変化させる上で影響力の大きい
バイアス電源から優先度を持たせて順次制御される。 【００４３】図６は、本発明の第３の実施例を示してお
り、感光ドラム２の周辺に、装置内温度を検出するため
の装置内温度検出センサ９３を設けて、その検出信号を
制御部７０に入力させると共に、制御部７０内に設けた
時計７１により現像器１の非動作時間を検出し、それら
からバイアス用電源１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を
制御するようにしたものである。 【００４４】図７はその制御回路７０の回路構成の一例
を示し、図８及び図９はその動作を示している。ここで
は、時計７１と第１のレジスタ７６はバッテリーバック
アップされているので、電子写真装置の主電源のオン・
オフには関係なく常に動作・値の保持を行う。 【００４５】第１のレジスタ７６に保持される値は、図
示されていないクロックにより現像器１が動作停止した
時間である。ホストからの記録動作指示を待つ間は、現
像ローラバイアス駆動信号はＬレベルなので、フリップ
フロップ（Ｆ．Ｆ．）７３とカウンタ７４とを初期化し
ている。 【００４６】この状態ではフリップフロップ７３のＱ出
力はＬレベルなので、後続のカウンタ７４はカウント・
イネーブルになるが、カウントすべきクロックは、アン
ドゲート７２の現像ローラバイアス駆動信号がＬレベル
なのでアンドゲート７２を通過することができず、カウ
ンタ７４の出力は“０”を保持している。 【００４７】また、他のバイアス駆動信号もＬレベルで
あり、各選択器８２，８４，８６の入力選択信号として
与えられるので、各選択器８２，８４，８６はＢ入力、
つまり“０”を出力し、Ｄ／Ａ変換器８３，８５，８７
を介して接続された各電源１２ａ，１２ｂ，１２ｃも０
Ｖを出力する。 【００４８】ホストから記録動作指示が来ると記録動作
が開始され、図７の回路が動作を開始する。なお、各選
択器８２，８４，８６から先の動作は同一であるため、
説明は現像ローラバイアスについてのみ行う。 【００４９】まず、記録動作指示時の装置内温度Ｔは、
温度センサ９３からの信号をＡ／Ｄ変換器７９を介して
第３のレジスタ８０に保持し、記録動作中は更新するこ
となくアドレス信号としてＬＵＴ（ルックアップテーブ
ル）７５に与える。 【００５０】また、前回の記録動作終了からの経過時間
を減算器７７によって算出し、第２のレジスタ７８に保
持してアドレス信号としてＬＵＴ７５に与える。所定シ
ーケンスに従って現像ローラバイアス駆動信号がＬレベ
ルからＨレベルになると（通常、層厚規制部材バイアス
及びトナー回収兼供給ローラバイアス駆動信号も同時に
変わる）、クロックはアンドゲート７２を通過してカウ
ンタ７４に与えられ、カウンタ７４はクロックの計数を
行う。 【００５１】カウンタ７４の出力は、各バイアス電源１
２ａ，１２ｂ，１２ｃの指示値をデジタル化したＬＵＴ
７５のアドレス選択信号としてＬＵＴ７５に与えられ
る。装置内温度Ｔ及び前回記録動作終了からの経過時間
及びカウンタ計数値で決定されるＬＵＴ７５の出力は各
選択器８２，８４，８６に与えられるが、現像ローラバ
イアス駆動信号がＨレベルになっているので、第１の選
択器８２はＬＵＴ７５の出力をＤ／Ａ変換器８３に与え
る。 【００５２】すると、現像ローラバイアス電源１２ａは
入力電圧に比例した出力電圧を発生して、現像ローラ１
１にその電圧を与える。比較器８１のＢ入力にはクロッ
ク周期との積が２０秒程度となる値が与えられており、
カウンタ７４出力がその値になるとＡ＝Ｂ出力がＬレベ
ルからＨレベルとなり、その信号がクロック信号として
フリップフロップ７３に与えられるので、フリップフロ
ップ７３のＱ出力はＬレベルからＨレベルになり、カウ
ンタ７４はカウント・ディセーブルとなってクロックの
計数を中断する。 【００５３】カウント・ディセーブル状態は記録動作終
了（現像ローラバイアス駆動信号がＬレベルになる）ま
で保持されるので、ＬＵＴ７５の出力は特定の値とな
り、結果として現像ローラバイアス電源１２ａの出力電
圧も一定となる。印字終了時にはその時間を第１のレジ
スタ７６に保持し、次の記録動作に備える。 【００５４】このようにして、図９に例示されるよう
に、非動作状態での経過時間が短いとき、長いとき
、及びその間のときの各々に対応して、また、装置
内温度が高いとき（Ｔ＝２５℃）及び低いとき（Ｔ＝０
℃）の各々に対応して、記録動作開始直後に、トナーの
帯電量が小さくなっていても、現像ローラ１１の表面電
位が一定になって潜像強度が一定になるように、現像ロ
ーラバイアス電圧が制御される。 【００５５】なお、三つのバイアス用電源１２ａ，１２
ｂ，１２ｃのいずれを制御するかは、ＬＵＴ７５のデー
タ作成方法によって変更可能である。制御しないバイア
ス用電源がある場合には、それに対応するＬＵＴデータ
をアドレスによらず、最終的なバイアス電圧に対応する
値とすればよい。 【００５６】 【発明の効果】本発明の画像形成装置によれば、現像ロ
ーラの表面電位を感光体の明部電位から所定差をもった
一定値に自動的に合わせ込むことができるので、環境条
件の変化や感光体の劣化などに関係無く、常に潜像強度
を一定に保つことが可能となり、また現像器停止時間に
よるトナー帯電量の低下を、装置内温度も含めて現像器
の各バイアス電源電圧で補正することができるので、常
に潜像強度を一定に保つことが可能となる。 【００５７】その結果、本発明においては感光体上の静
電潜像に対するトナー付着量が常に一定に保たれ、安定
した濃度で現像することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】第１の実施例の構成図である。 【図２】第１の実施例の制御部の回路ブロック図であ
る。 【図３】第２の実施例の構成図である。 【図４】第２の実施例の制御部の回路ブロック図であ
る。 【図５】第２の実施例の動作を示すタイムチャート図で
ある。 【図６】第３の実施例の構成図である。 【図７】第３の実施例の制御部の回路ブロック図であ
る。 【図８】第３の実施例の動作を示すタイムチャート図で
ある。 【図９】第３の実施例の動作を示すタイムチャート図で
ある。 【符号の説明】 １ 現像器 ２ 感光ドラム（感光体） １１ 現像ローラ １２ バイアス用電源 ２０ 制御部（バイアス電圧制御手段） ９１ 感光体表面電位センサ ９２ 現像ローラ表面電位センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 胡中 俊雄 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 師尾 潤 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 尾塩 浩 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−276155（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−285966（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−46772（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 静電潜像が形成される感光体と、 上記感光体に静電潜像を形成する潜像形成部と、 上記感光体を一様に帯電する帯電器と、 上記帯電器により予め帯電された後に露光により電荷が
   抜かれた感光体表面部分の静電潜像部分の電位である明
   部電位を検出するための感光体表面電位センサと、非磁性一成分現像剤の トナーを付着させたトナー担持体
   を上記感光体に接触させることによって上記感光体の表
   面に形成された静電潜像を上記トナーによって現像する
   ための現像器と、 上記現像器にバイアス電圧を印加するためのバイアス用
   電源と、 上記トナー担持体の表面電位を検出するためのトナー担
   持体表面電位センサと、 上記感光体表面電位センサからの検出出力と上記トナー
   担持体表面電位センサからの検出出力とを直接入力して
   上記両電位の差が一定になるように上記バイアス用電源
   を制御するためのバイアス電圧制御手段とを設けたこと
   を特徴とする画像形成装置。