JP3574357B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式で画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関し、特に現像器内の帯電不良トナーを選択的に現像器外に強制的に排出することができる画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来からの画像形成装置の代表的な構成として、デジタル複写機を簡略化した断面として示す。この画像形成装置には、有機光導電性感光層を備える円筒状の感光体１と、そのまわりに配置される帯電装置２、露光装置３および現像装置４などが含まれる。感光体１は、帯電装置２によって表面が一様な電位となるように帯電され、露光装置３によってレーザ光が照射される部分で帯電している電荷が減少して静電潜像が形成される。静電潜像担持体としての感光体１は、さらに現像装置４の部分で粉末状の現像剤であるトナーが静電潜像に付着し、現像されてトナー像が形成される。
【０００３】
感光体１の表面上に形成されるトナー像は、給紙装置５から供給される転写用紙上に、転写装置６で転写される。トナー像が転写された転写用紙と感光体１とは、剥離装置７の部分で分離され、転写用紙は定着装置８に搬送され、トナー像が転写用紙上に熱と圧力とで定着され、画像が定着された転写用紙は排紙装置９から画像形成装置外部に排出される。画像形成装置が複写機やファクシミリ装置であるときには、原稿を読取って露光装置３に静電潜像形成用の信号を与える原稿読取装置１０が設けられる。画像形成装置がプリンタであるときには、コンピュータ装置などから出力すべき情報を表す信号が与えられ、露光装置３は、与えられる信号に従って静電潜像を形成する。
【０００４】
帯電装置２で一様に帯電した感光体１の表面に対して、不要領域の電荷を消去する除電装置が設けられることもある。除電が行われれば、感光体１の表面に正規に帯電しているトナーは付着しにくい。しかしながら、帯電状態が正規の状態から外れている帯電不良トナーは、除電された領域にも付着し得る。また、感光体１の表面に形成されるトナー像は、転写装置６で、完全に転写材上に移行するわけではなく、感光体１の表面に残留することもある。このように転写工程を終えても感光体１上に残留しているトナーは、クリーニングユニット１１でクリーニングされて回収される。クリーニングユニット１１で残留トナーが回収された後の感光体１の表面は、除電装置１２によって表面の電荷が消去され、再び帯電装置２に向かう。現像装置４は、現像器１３と、現像剤担持体である現像ローラ１４とを含む。クリーニングユニット１１内には、クリーニングブレード１５が設けられる。
【０００５】
図１３は、図１２に示す画像形成装置での画像形成動作のタイミングを示す。ここでは、１枚の転写用紙上に複写を行ういわゆるシングルモード時の動作について説明する。現像剤中のトナーには、不必要に該トナーが感光体１の表面上に付着することがない最適なカブリ電位差と、感光体１へ付着する現像電位とが定められている。図１３で示す例のトナーは、−帯電トナーであり、参照符ＶＩで示す現像電位が＋側に近付くように高くなるほど付着量が多くなる。一方で、過剰なトナーは−電位が高くなるほど付着しにくくなる。しかしながら、それらの傾向は正常なトナーの場合についてであり、＋に帯電した逆帯電トナーや、未帯電トナーの場合には、感光体１への吸着不良や、不所望な付着が生じる場合がある。
【０００６】
図１４は、図１３で示すトナーで、感光体１の表面電位Ｖｏと、現像ローラ１４へのバイアス電圧Ｖｂとの差のカブリ電位差が、−１５０Ｖであるときに、未帯電トナーおよび逆帯電トナーの付着が最も少なくなることを示している。また、図１４に従うと、感光体１への不所望なキャリア付着は、カブリ電位差の絶対値が−２５０Ｖよりも大きくなると増加することが分かる。したがって、図１３の現像剤を用いるときには、表面電位Ｖｏは−５５０Ｖに選ばれ、現像器のバイアス電圧Ｖｂは−４００Ｖに選ばれ、カブリ電位差は−１５０Ｖに選ばれている。現像電位ＶＩは、−１００Ｖに選ばれている。したがって、図１３に示す例では、表面電位Ｖｏは−５５０Ｖ、現像器バイアス電圧Ｖｂは−４００Ｖ、カブリ電位差は−１５０Ｖとなるように示されている。
【０００７】
図１３に示すように、従来からの画像形成装置での画像形成動作では、−側に高電位である感光体１の表面電位Ｖｏの立上げが開始されるタイミング（ａ）から、表面電位Ｖｏが−１５０Ｖまで立上がる時点のタイミング（ｂ）で、−１５０Ｖのカブリ電位差を維持して現像バイアス電圧Ｖｂの印加が開始される。感光体１の表面電位Ｖｏが−５５０Ｖ、現像器バイアス電圧Ｖｂが−４００Ｖに到達するタイミング（ｃ）で、所定時間が経過すると画像域となり、画像域内で感光体１の表面に原稿像が照射され、トナーを付着すべき部分が現像電位ＶＩまで上昇する。画像域が終了すると、カブリ電位差を維持したまま、タイミング（ｄ）から感光体１の表面電位Ｖｏおよびバイアス電圧Ｖｂが共に０レベルとなるまで、−１５０Ｖのカブリ電位差を維持したまま、上昇して、タイミング（ｆ），（ｅ）でそれぞれ０レベルに到達する。
【０００８】
従来から、図１２に示すような感光体１等の静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、粉体現像剤を用いた現像装置４で現像する画像形成装置は広く実用化されている。この種の現像装置４には、粉体現像剤としてトナーおよびキャリアから成る二成分現像剤が広く用いられ、トナーおよびキャリアを撹拌することによってトナーを−側に帯電させ、静電潜像の現像が可能な状態になる。したがって、静電潜像の現像に対しては、現像剤中のトナーのみが感光体１の表面の静電潜像に付着する顕像化用として利用されていることになる。画像形成枚数の増加に伴ってトナー成分のみが消費され、次第に画像の濃度が低下していく。そのため、トナー中の現像剤の濃度を把握する必要がある。通常の画像形成装置では、キャリアが強磁性体であることを利用して、現像器１３内に透磁率センサ等のトナー濃度センサを設置しておき、その出力電圧値の変化によってトナー成分の過不足を検知し、トナーホッパから現像層内にトナーを補給し、画像濃度を一定に保つようにしている。
【０００９】
一方、静電潜像の現像に際して、現像剤中のトナーは感光体１の表面に付着するけれども、付着したトナーの一部は転写用紙上の画像形成には寄与しないで、クリーニングユニット１１で感光体表面１１からかき取られて回収され、廃棄される。
【００１０】
前述のように、元来、現像器１３内に収容されて貯蔵されているトナーといえども、未帯電トナーや逆帯電トナー等の帯電不良トナーを含んでいる。そのため、画像形成の進行や、高温多湿等、現像剤の使用される環境に応じて、図１５に示すように帯電不良トナーの割合が経時的に増加し、画質が劣化してくるという問題がある。すなわち、（ａ）に示す初期状態から、１万枚のコピーに使用して高温多湿の環境で、画像形成動作を行おうとすると、帯電不良トナーの割合が相対的に増加しているので、画質が劣化するという問題がある。
【００１１】
現像装置４内で循環するトナーは、繰返し使用に伴ってストレスを受けるので、諸特性が劣化してくる。したがって、画像形成枚数が増加してくると、画質が低下する問題は一層顕著になる。このような状況が現像装置４内に発生すると、トナーが量的には充分に存在するにも拘わらず、現像剤中の正常なトナー濃度を透磁率センサなどでは正確にとらえきれず、トナーホッパなどから必要以上の新トナーが補給されて画像濃度が高くなりすぎたり、逆に補給される新トナー量が不足して画像濃度が低下したりする。
【００１２】
特開平５−２８９４６２号公報では、現像器内の不良トナーのみが現像されるような電圧で画像形成動作を実施し、クリーニング装置で感光体表面に付着した不良帯電トナーを回収する。このとき、トナー回収条件を切換えるために、感光体表面に付着したトナーパターンのトナー付着量を光学的センサで検出した結果を利用する。これによって、現像器内から不良トナーのみを選択的に除去することが可能となる。
【００１３】
特開平９−３１１５４１号公報に開示されている画像形成装置では、トナーが過剰に帯電している場合に、黒べた画像として、その過剰に帯電しているトナーを感光体表面上に付着させて除去し、帯電不良トナーが多い場合には、現像剤担持体を駆動して帯電させる。これによって現像剤が最適な帯電量となるように立上げることができる。
【００１４】
ここで、感光体の表面電位は、画像形成装置の使用条件による膜減りや、環境の影響によって、メカ精度等が常に一定ではないことによって、同一ロット内の感光体であってもばらつきが生じる。そのため、従来では画質安定化のために、感光体の回転数をカウントし、そのデータに基づいて帯電器のグリッドに印加する電圧を徐々に増加させ、表面電位を一定にする方法が行われている。さらには、装置内の感光体近傍に温湿度センサを設け、その温湿度データと感光体回転数のデータとに基づいて、グリッドに印加する電圧を制御するなどの方法も行われている。
【００１５】
しかしながら、上記の方法は、実際の表面電位を測定したものではないので、予想に反して表面電位にばらつきが生じて誤差が大きくなり、感光体のロットばらつきや帯電器の汚れ具合も加えると、予想値に対して±５０Ｖ程度もの誤差が生じてしまう。そこで実際に感光体表面の電位を計測して均一な画像を形成する技術が、特開平５−２３０６号公報などに開示されている。この先行技術では、感光体表面の電位を計測するとともに、感光体へのトナー付着量を画像データから予測し、さらに感光体表面に付着したトナー量を計測している。予測されるトナー付着量および実際に付着したトナー量を比較して得られる比較結果と、表面電位の計測結果とに基づいて、画像形成条件が調整される。その結果、環境や経時変化によらず、一定の画像濃度を常に実現することが可能となる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の特開平５−２８９４６２号公報に開示されている先行技術では、トナーパターンの形成のために余分なトナー消費を招来し、しかも、光学的な検出手段を用いているので、検出手段がトナー汚染の影響を受けると、正確な制御を行うことができない事態を発生するおそれがある。
【００１７】
また、特開平９−３１１５４１号公報に開示されている先行技術では、トナーの不良の特性上、いつまでたっても帯電しないトナーや、逆帯電のままの帯電不良トナーが存在するおそれがあるため、現像剤担持体を駆動してもこのようなトナーを除去することができないという問題がある。
【００１８】
さらに、特開平５−２３０６号公報の先行技術を不良トナーの除去に適用すると、回路構成や制御内容が非常に複雑化する上に、トナー付着のために余分なトナー消費を伴うという問題点がある。
【００１９】
また、本件発明者等は、現像剤中の帯電不良トナーを感光体表面電位と現像バイアス電圧で表されるカブリ電位差を利用して一旦排出する手法を提案している。この手法では、前述の理由で示したように、感光体の表面電位がロットばらつきや現像器の汚れの影響で最大±５０Ｖの電位差が生じるので、＋帯電トナーを付着させるために設定される最適カブリ電位差が大幅に変化し、＋帯電トナーの排出効果低減やキャリア上がりなどの不具合が生じてしまう。さらには、未帯電トナーの排出のために、一旦設定されたカブリ電位差も大幅に変化するため、正規帯電トナーが現像されたりする不具合が招来し、帯電不良トナー排出の効果が大幅に低下してしまうという問題点を有する。つまり、感光体の表面電位を制御する推定データに基づく制御が行われるので、実際の表面電位とは誤差が生じてしまい、その結果高精度かつ高効率で不良帯電トナーを排出することは困難であるという問題点が生じている。
【００２０】
本発明の目的は、上述の各問題点に鑑み、帯電不良トナーを選択的に現像器外へ強制的に排出し、現像器内に常に正常な帯電特性を有するトナーが満たされて、高い画質を安定的に維持することができる画像形成装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、帯電器によって帯電させた感光体表面上を露光して静電潜像を形成し、現像器からの帯電したトナーで静電潜像を現像して感光体表面上にトナー画像を形成し、該トナー画像を転写材上に転写した後、感光体表面上に残留するトナーをクリーニング装置で除去する画像形成装置において、
帯電した感光体の表面電位を計測する表面電位計測手段と、
感光体の表面電位と現像器のバイアス電圧との電位差で表されるカブリ電位差を、正規に帯電したトナーに対して予め設定される値に保つ画像形成動作、または表面電位計測手段によって計測される感光体の表面電位に応答し、現像器内に存在する帯電不良トナーである未帯電トナーおよび逆帯電トナーに応じて、帯電不良トナーを感光体表面に選択的に強制付着させるように予め定める条件で変化させるトナー排出動作を切換え可能なように、帯電器の帯電電圧または現像器の現像材担持体バイアス電圧の少なくとも一方を制御する制御手段とを含み、
前記感光体は、回転体として形成され、
前記制御手段は、前記画像形成動作を、該感光体が定常的に回転する定常状態で行い、前記トナー排出動作を、該定常状態に先行する前回転時、および該定常状態に後続する後回転時に行い、
前記現像器は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を供給し、
前記制御手段は、前記前回転時および前記後回転時に、前記感光体の表面電位と前記現像器の現像剤担持体バイアス電圧とのカブリ電位差を、現像剤中のキャリア付着を誘発しない範囲内に大きく保って逆帯電トナーの強制付着を行い、該カブリ電位差を正規に帯電したトナー付着を誘発しない範囲内に小さく保って未帯電トナーの強制付着を行うように制御することを特徴とする画像形成装置である。
【００２２】
本発明に従えば、制御手段は、画像形成動作として、感光体の表面電位と現像器の現像剤担持体バイアス電圧との電位差で表されるカブリ電位差を正規に帯電したトナーに対して予め設定される値に保ち、帯電器によって帯電させた感光体表面上を露光して静電潜像を形成し、現像器からの帯電したトナーで静電潜像を現像して感光体表面上にトナー画像を形成し、該トナー画像を転写材上に転写した後、感光体表面上に残留するトナーをクリーニング装置で除去する制御を行う。さらに制御手段は、トナー排出動作として、帯電した感光体の表面電位を計測する表面電位計測手段によって計測される表面電位に応答し、現像器内に存在する帯電不良トナーである未帯電トナーおよび逆帯電トナーに応じて、帯電不良トナーを感光体表面に選択的に強制付着させるように予め定める条件で、帯電器の帯電電圧または現像器の現像剤担持体バイアス電圧の少なくとも一方を制御する。表面電位計測手段で、感光体の表面電位を直接計測しているので、画像形成装置の累積画像形成枚数などの経時的な使用状況や、画像形成装置が配置されている環境の温度や湿度などの使用環境状況によって感光体表面電位が変動しても、感光体の表面電位を表面電位計測手段で実測し、この実測値に基づいて制御することができるので、画質低下を招来する帯電不良トナーをより高精度かつより効率的に現像器外に排出することができ、良好な画質を安定的に提供することができる。また、感光体の特性変化に対応する分の帯電不良トナーを排出することができるので、画質低下を招く帯電不良トナーを量的に過不足なく現像器外に排出することができる。
また、トナー排出動作を、画像を形成しない期間を利用して行うので、画像形成装置の利用効率や画像形成の速度を特に低下させることなく、帯電不良トナーを除去することができる。
また、帯電特性の異なる２種類の帯電不良トナーである逆帯電トナーと未帯電トナーを、キャリアおよび正規に帯電したトナー付着を誘発することなく、効率的に排出することができる。これによって現像器内では正常な帯電特性を示すトナーの割合を大きくすることができ、トナー排出動作に続いて画像形成動作を行っても、カブリのない良好な画像を安定的に形成させることができる。
【００２３】
また本発明で前記制御手段は、前記トナー排出動作で、前記帯電器の帯電電圧として、帯電器に設けられるグリッド電極へのグリッドバイアス電圧を制御することを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、感光体の表面電位を表面電位計測手段で実測し、計測結果に基づいて帯電器のグリッドバイアス電圧を制御するので、感光体の表面電位を適切に変化させて、帯電不良トナーを効率的に除去し、画質低下を防ぐことができる。
【００２５】
また本発明で前記制御手段は、前記トナー排出動作で、前記現像器の現像剤担持体バイアス電圧として、現像器に設けられる現像ローラへ印加するバイアス電圧を制御することを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、感光体の表面電位を実測した計測結果に基づいて、現像器の現像剤担持体としての現像ローラへ印加するバイアス電圧を制御するので、トナーの帯電状態を変化させて、帯電不良トナーを効率的に除去することができる。
【００２７】
また本発明で前記表面電位計測手段は、前記制御手段がトナー排出動作を行う期間に、前記感光体の表面電位を計測することを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、表面電位計測手段が感光体表面の電位を計測する期間は、帯電不良トナーを感光体表面に強制付着させる期間であるので、カブリ電位差をより適切な値に制御することが可能となり、確実に帯電不良トナーを現像器外に排出することができる。
【００２９】
さらに本発明は、帯電器によって帯電させた感光体表面上を露光して静電潜像を形成し、現像器からの帯電したトナーで静電潜像を現像して感光体表面上にトナー画像を形成し、該トナー画像を転写材上に転写した後、感光体表面上に残留するトナーをクリーニング装置で除去する画像形成装置において、
帯電した感光体の表面電位を計測する表面電位計測手段と、
感光体の表面電位と現像器のバイアス電圧との電位差で表されるカブリ電位差を、正規に帯電したトナーに対して予め設定される値に保つ画像形成動作、または表面電位計測手段によって計測される感光体の表面電位に応答し、現像器内に存在する帯電不良トナーである未帯電トナーに応じて、帯電不良トナーを感光体表面に選択的に強制付着させるように予め定める条件で変化させるトナー排出動作を切換え可能なように、帯電器の帯電電圧または現像器の現像材担持体バイアス電圧の少なくとも一方を制御する制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記トナー排出動作で、前記画像形成動作よりも前記カブリ電位差が低くなるように制御することを特徴とする画像形成装置である。
【００３０】
本発明に従えば、未帯電トナーについて、カブリ電位差を画像形成動作における正常な帯電特性を有するトナーに対応した値よりも低くして、感光体に未帯電トナーを付着しやすくして、未帯電トナーを現像器外に排出しやすくすることができる。
【００３３】
また本発明で前記制御手段は、
前記前回転時に、前記帯電器の帯電電圧を印加して帯電された前記感光体の表面が前記現像器の位置に到達する時間から予め定める時間経過後に前記現像器の現像剤担持体バイアス電圧の印加を開始し、
前記後回転時に、前記帯電器への帯電電圧の印加を停止して、帯電が停止された感光体の表面が現像器の位置に到達する時間だけ遅延して、現像器の現像剤担持体バイアス電圧の印加を停止するように制御することを特徴とする。
【００３４】
本発明に従えば、帯電器の帯電電圧を印加するタイミングと現像器の現像剤担持体バイアス電圧を印加するタイミング等の調整によって、帯電特性の異なる２種類の帯電不良トナーを共に排出することができ、現像器内は大部分が正常な帯電特性を有するトナーで占めることができる。これによって、トナー排出動作の直後に画像形成動作に移行しても、カブリのない良好な画像を安定的に形成することができる。
【００３７】
また本発明で前記制御手段は、前記感光体の表面電位、および前記現像器の現像剤担持体バイアス電圧を変化させる際に、予め定める傾斜に従うように、パルス幅変調で傾き制御を行うことを特徴とする。
【００３８】
本発明に従えば、感光体の表面電位および現像器の現像剤担持体バイアス電圧は、容量性の付加であり、所定の電流を通電する時間に比例して電位が変化するので、パルス幅変調によって容易に所望とする傾斜に従うように制御して、電位を設定することができる。感光体の表面電位は、表面に対向する帯電器のグリッドへの印加電圧と同電位に帯電し、現像剤担持体の電位もバイアス電圧と同電位となる。現像器の現像剤担持体バイアス電圧と感光体の表面電位ともに一定の傾きを維持しながら、目標値へ到達させるためには、単純なＯＮ−ＯＦＦ制御では瞬時に到達してしまうので制御が困難であるけれども、パルス幅変調を用いて、時間経過とともに電位変化させることができるので、制御を高精度かつ効率的に行い、画像形成装置としての性能向上を測ることができる。
【００３９】
また本発明で前記制御手段は、複数枚連続の画像形成時で、個々の画像形成動作を行う期間の間の前半期間と後半期間とで、前記カブリ電位差を可変とし、該前半期間と該後半期間とに分けて、相互に帯電特性の異なる未帯電トナーと逆帯電トナーとを感光体表面に強制付着させるように制御することを特徴とする。
【００４０】
本発明に従えば、複数枚連続で画像を形成する場合に、転写用紙に個々の画像形成を行う期間の間の期間を利用して、前半期間と後半期間とに分けてカブリ電位差を切換え制御し、帯電特性の異なる帯電不良トナーを感光体表面に強制付着させ、現像器外に排出することができる。したがって、連続的に画像を形成するにあたって、画質を維持するために帯電付着トナーを排出する期間を特別に設ける必要はなく、画像形成装置の利用効率や画像形成の速度の低下を招くことなく、良質な画質を維持することができる。
【００４１】
また本発明で前記制御手段は、前記前半期間または後半期間の一方で、前記感光体の表面電位と前記現像器の現像剤担持体バイアス電圧とのカブリ電位差を、現像剤中のキャリア付着を誘発しない範囲内に大きく保って逆帯電トナーの強制付着を行い、前半期間または後半期間の他方で、該カブリ電位差を正規に帯電したトナー付着を誘発しない範囲内に小さく保って未帯電トナーの強制付着を行うように制御することを特徴とする。
【００４２】
本発明に従えば、複数枚連続で画像形成を行う際に、転写用紙間でカブリ電位差を調整し、その前半期間でたとえば現像剤担持体バイアス電圧を画像形成動作中よりも上昇させて感光体の表面電位とのカブリ電位差を正規の帯電特性を示すトナーを現像しない電位差に保持し、未帯電トナーを強制付着させることができ、また後半期間で現像剤担持体バイアス電圧を画像形成期間中よりも下降させて感光体の表面電位とのカブリ電位差をキャリア付着を誘発しない電位差内に保持し、逆帯電トナーを強制付着させることができる。このようにして前半期間と後半期間とでバイアス電圧を切換え制御し、帯電特性の異なる帯電不良トナーを感光体表面に強制付着させ、現像器外へ排出することができる。しかも、画質を維持するために帯電不良トナーを排出する期間を途中に設けなくてもよいので、画像形成装置としての機械の利用効率や画像形成の速度を特に低下させることなく、良好な画質を維持することができる。
【００４３】
【発明の実施の態様】
図１は、本発明の実施の一形態としての画像形成装置２０の概略的な断面構成を示す。画像形成装置２０は、円筒状の感光体２１、帯電装置２２、露光装置２３、現像装置２４、給紙装置２５、転写装置２６、剥離装置２７、定着装置２８、排紙装置２９、原稿読取装置３０、クリーニングユニット３１、除電装置３２、現像器３３、現像ローラ３４およびクリーニングブレード３５などを含み、これらは図１２に示す従来の画像形成装置での感光体１、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、給紙装置５、転写装置６、剥離装置７、定着装置８、排紙装置９、原稿読取装置１０、クリーニングユニット１１、除電装置１２、現像器１３、現像ローラ１４およびクリーニングブレード１５とそれぞれ同等である。本実施形態の画像形成装置２０には、表面電位計測手段として感光体２１の表面に近接する位置に表面電位検出センサ３６が設けられる。また、帯電装置２２の帯電電圧と現像器３３の現像剤担持体である現像ローラ３４のバイアス電圧とを印加する電源装置３７は、制御手段である制御装置４０によって、図１３に示すような従来の制御とは異なる方法で制御される。
【００４４】
図２は、図１の感光体２１の周辺部分の構成を示す。現像装置２４の現像器３３では、感光体２１の表面に対向する位置に現像剤担持体である現像ローラ３４が備えられる。現像ローラ３４は、トナーを表面に付着させた状態で感光体２１の表面に搬送し、接触あるいは非接触で静電潜像の現像を行う。現像装置２４で感光体２１の表面に移行したトナーは、最終的にクリーニングユニット３１のクリーニングブレード３５によってかき落とされ、感光体２１の表面は清浄化される。本実施形態では、感光体２１上に転写用の画像を形成しない期間を利用して、感光体２１の表面に帯電不良トナーを付着させ、クリーニングユニット３１で感光体２１の表面からかき落とすことによって、現像器３３からの帯電不良トナーの除去を行っている。
【００４５】
図３は、図１の画像形成装置２０の概略的な電気的構成を示す。感光体２１の表面電位は、電位計測プローブなどの表面電位検出センサ３６によって検出される。表面電位検出センサ３６からの検出出力は、制御装置４０内のＣＰＵ４１に入力される。実際には、表面電位検出センサ３６からはアナログの検出信号が導出され、デジタル値に変換してＣＰＵ４１に入力されるけれども、説明の便宜のために簡略化して示す。制御装置４０は、ＲＯＭ４２およびＲＡＭ４３なども含み、画像形成装置２０の全体的な制御を行う。特に本実施形態では、帯電不良トナーの特性と、表面電位検出センサ３６の検出結果に基づいて、帯電不良トナーの強制排出動作を行うように制御する。
【００４６】
制御装置４０は、さらに電源装置３７に含まれる高圧電源ユニット４４と、駆動系制御ユニット４５とを制御する。高圧電源ユニット４４は、現像ローラ３４に与える現像バイアス電圧を導出する現像バイアス出力回路４６と、帯電装置２２のグリッドバイアス電圧を導出する帯電グリッド出力回路４７を有する。駆動系制御ユニット４５は、感光体２１を回転駆動する感光体駆動系４８と、現像装置２４とを制御する。
【００４７】
図４は、本実施形態での帯電不良トナーの強制排出動作を含む制御のタイミングを示す。最初に、（Ａ）で示すように、現像ローラの前回転(1)が開始され、感光体２１の表面電位Ｖｏの立上げが開始される。時間Ｔ１が経過して表面電位Ｖｏが−１５０Ｖに到達しても、現像ローラ３４へのバイアス電圧Ｖｂの立上げは開始されず、さらに遅延時間Ｔ２だけ経過した時点である（Ｂ）で示すタイミングにバイアス電圧Ｖｂの立上げが開始される。このタイミング（Ｂ）では、カブリ電位差は理想的には−２５０Ｖである。この理想的な状態では、図１４に示すように、＋側に帯電している逆帯電トナーは感光体２１に付着し、キャリアは付着しない。
【００４８】
しかしながら、感光体２１の表面の電位は、常に−１５０Ｖで一定とはならず、画像形成動作がなされた数や画像形成装置が配置されている周囲の環境によって変化する。そこで、表面電位検出センサ３６によって感光体２１の表面の電位を検出し、この検出結果に基づいて制御装置４０が高圧電源ユニット４４の出力を制御し、現像バイアス電圧および帯電グリッド電圧の少なくともいずれか一方を変化させる。この制御によって、Ｖｏ−Ｖｂ＝−２０Ｖに到達するタイミング（Ｃ）までの期間には、−２５０Ｖのカブリ電位差が保持される。この結果、＋帯電トナーを感光体２１の表面に付着させることができる。
【００４９】
（Ｃ）の後、表面電位検出センサ３６による表面電位の検出と、この検出結果に基づく高圧電源ユニット４４の制御で、バイアス電圧Ｖｂが所定の−４００Ｖに（Ｄ）のタイミングで到達するまで、−２０Ｖのカブリ電位差が維持される。この間に、図１４から明らかなように、未帯電トナーを感光体２１の表面に付着させることができる。
【００５０】
感光体２１の表面電位Ｖｏが−５５０Ｖに到達するタイミング（Ｉ）以降は画像領域となり、その間に原稿像の露光が行われる。画像形成が終了すると、感光体２１は後回転となる。後回転(2)のタイミング（Ｅ）からは、感光体２１の表面電位Ｖｏの低下が開始される。その後バイアス電圧Ｖｂとのカブリ電位差が−２０Ｖ程度となるタイミング（Ｆ）で、バイアス電圧Ｖｂの低下も開始される。その後所定期間にわたってカブリ電位差−２０Ｖが維持される。このときも、表面電位検出センサ３６による表面電位の検出と、この検出結果に基づく高圧電源ユニット４４の制御でカブリ電位差が所定の値に維持される。この間に、前述のタイミング（Ｃ）〜（Ｄ）間と同様に、未帯電トナーが感光体２１の表面に付着することになる。
【００５１】
感光体２１の表面電位Ｖｏが−２５０Ｖに到達するタイミング（Ｇ）で、バイアス電圧Ｖｂは０となるタイミング（Ｈ）まで急激に立下げられる。表面電位Ｖｏが０となるタイミング（Ｊ）までの後回転(2)のタイミング（Ｇ）〜（Ｊ）間では、前述のタイミング（Ａ）〜（Ｃ）間と同様に、＋側に帯電している逆帯電トナーが感光体２１の表面に付着することになる。なお、タイミング（Ｃ）〜（Ｄ）間およびタイミング（Ｆ）〜（Ｇ）間で、カブリ電位差は、Ｖｏ−Ｖｂ＝−２０Ｖとなっているけれども、これは感光体２１の使用条件、すなわち印刷枚数および温度や湿度などの環境条件などを考慮し、表面電位Ｖｏとバイアス電圧Ｖｂとが逆転することによって、正規の帯電トナーの不所望な付着を抑えるためであり、トナーや感光体２１の使用条件などによって適宜設定することができる。
【００５２】
このようにして、表面電位検出センサ３６によって感光体２１の表面の電位を適宜検出し、その検出結果に基づいて、現像バイアス電圧および／またはグリッド電圧を変化させてカブリ電位差を適切に保持し、帯電不良トナーを強制的に現像器３３に外部へ排出させることができる。カブリ電位差は、感光体２１の環境あるいは経時的な利用による特性変化、特に性能劣化を考慮して設定され、感光体の特性変化および帯電不良トナーの不良特性に応じて、適切に設定されるので、現像器３４内は大部分が清浄な帯電特性を示すトナーで占められ、カブリのない良好な画質の画像を安定的に得ることができるとともに、画質低下を招来する帯電不良トナーを量的に過不足なく現像器３３外に排出することができる。また帯電不良トナーは、一旦現像器３３外に排出された後、クリーニングユニット３１で回収し、現像器３３内に環流させれば再撹拌を行うことで、正常な帯電特性を示すトナーに転化することもあるので、トナーの利用効率の向上を図ることもできる。
【００５３】
図５は、本実施形態で、画像形成を累積したときの累積画像形成枚数と表面電位の変化の関係を示す。図５では、感光体２１の回転数、すなわち累積画像形成枚数に対応させて、感光体表面電位を表面電位検出センサ３６で検出するとともに、感光体２１の膜厚も測定して、その関係をグラフとして示す。感光体２１の回転数が増加するに伴って、膜厚も表面電位も低下している。特に、０回と５万回とを比較すると、表面電位においては絶対値で５０Ｖ低下しているとともに、膜厚は半分近い１３μｍも減少していることが判る。
【００５４】
図６は、画像形成装置２０の使用環境と表面電位の変化との関係を示す。図５と同様に、０〜５万回の１万回転毎に、温度および湿度を変えて表面電位の変化を計測すると、好ましい温度／湿度である３０℃／８５％に対し、より低い温度／湿度である２３℃／５０％、および１０℃／３０％の環境下では、明らかに表面電位が低下していることが判る。特に温度も湿度もより低くなると、感光体２１の回転数の増加にともなって、急激に表面電位が低下していることが判る。このように大幅に表面電位が変化すれば、感光体表面電位の変化を考慮しないと充分に帯電不良トナーを強制排出することができないことは明白である。それゆえ、本発明のように、感光体表面電位を直接検出して、帯電不良トナーの強制排出に利用することによって、現像器３３内から帯電不良トナーを確実に除去することができる。
【００５５】
図７は、本発明の実施の他の形態の画像形成装置での制御方法の概要を示す。本実施形態で、図４に示したタイミング（Ａ）〜（Ｆ）に対応する部分には同一のタイミングを示し、重複する説明を省略する。本実施形態では、感光体の表面電位Ｖｏは一定値−５５０Ｖに保ち、現像バイアス電圧Ｖｂを変化させる。本実施形態では、図１の画像形成装置２０で単一の原稿の複数枚複写や、複写原稿の連続複写などの、いわゆるマルチモードでの動作を前提としている。このマルチモードでは、感光体２１の表面電位Ｖｏは、−５５０Ｖの一定値に保持されており、従来では現像バイアス電圧Ｖｂも−４００Ｖで一定であったものを、本実施形態では−５３０Ｖから３００Ｖまで変化させている。これによって、タイミング（Ｂ）〜（Ｃ）間ではカブリ電位差が−２０Ｖとなり、未帯電トナーを感光体２１に付着させることができる。タイミング（Ｄ）〜（Ｅ）間では、カブリ電位差が−２５０Ｖとなり、＋側に帯電している逆帯電トナーを付着させることができる。なおこのときも、表面電位検出センサ３６による表面電位の検出と、この検出結果に、基づく高圧電源ユニット４４の制御によって、カブリ電位差を所定の値にほぼ維持することができる。
【００５６】
図８は、本発明の実施のさらに他の形態としての画像形成装置の制御法を示す。本実施形態も、図１の画像形成装置２０を用いてマルチモードでの動作を行う。感光体２１の表面電位Ｖｏは−５５０Ｖで一定であり、現像バイアス電圧Ｖｂを、（Ａ）〜（Ｂ）で−３００Ｖに上昇させた後、（Ｃ）〜（Ｄ）で−５３０Ｖに低下させている。このようにしても、図７と同様の効果を得ることができる。なお、このときも表面電位検出センサ３６による表面電位の検出と、この検出結果に基づく高圧電源ユニット４４の制御により、カブリ電位差を所定の値にほぼ維持することができる。
【００５７】
図９は、以上説明した各実施形態で、帯電装置２２の帯電グリッド５２を低電圧制御する帯電グリッド出力回路４７の概略的な構成を示す。帯電グリッド出力回路４７には、制御部５０と高圧発生部５１とが設けられ、高圧発生部５１から高電圧の帯電グリッド電圧が帯電装置２２のグリッド電極５２に印加される。制御部５０内には、コントローラ（ＣＮＴ）５３、メモリ（Ｍ）５４、パルスジェネレータ（ＰＧ）５５、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）５６および反転回路５７が含まれる。高圧発生部５１には、パルスジェネレータ５５の出力でスイッチング制御される出力トランジスタ５８、出力トランジスタ５８の出力を昇圧するトランス６０、トランス６０の出力を倍電圧整流するダイオード６１，６２、ダイオード６１，６２とともに倍電圧整流回路を構成するコンデンサ６３，６４、倍電圧出力と帯電装置２２のグリッド電極５２との間に設けられる抵抗６５、グリッド電極５２に与えられる電圧を分圧する抵抗６６，６７、分圧抵抗の一方６７と並列に接続されるコンデンサ６８とが含まれる。抵抗６７の分圧出力は、制御部５０の反転回路５７に入力される。
【００５８】
帯電グリッド出力回路４７は、ＰＣとして示す感光体２１の表面を均一に帯電させるため、グリッド電圧Ｖｏｕｔが一定になるように制御する必要がある。そのために、出力電圧Ｖｏｕｔを２つの検出抵抗６６，６７で分圧し、制御部５０にフィードバッグし、アナログ／デジタル変換器５６でデジタル値に変換された値が常に目標値と等しくなるようにパルス幅（ＰＷＭ）制御されている。
【００５９】
具体的には、アナログ／デジタル変換器５６によるＡＤ変換値が目標値よりも大きい場合には、ＰＷＭ信号のデューティを小さくし、目標値よりも小さい場合にはＰＷＭ信号のデューティを大きくしている。そしてそのＰＷＭ信号で出力トランジスタ５８をＯＮ／ＯＦＦ制御することによって、トランス６０を駆動する出力を得ている。また、ＰＷＭ信号波形のデューティは、トランス６０が磁気飽和しないレベルに収まるように制限をしている。なおここではグリッド電極５２を例にとって説明しているけれども、図９の出力側に現像剤担持体バイアス用の現像ローラ３４を接続すれば、現像バイアス電圧の制御をグリッド電圧制御と全く同様に行うことができる。
【００６０】
図１０は、図９でグリッド電極５２に印加する電圧と感光体２１の表面電位との関係を示す。感光体２１の表面電位は、感光体２１が対向するグリッド電極５２への印加電圧と同電位に帯電することが判る。感光体２１の表面電位を一定の傾きに維持しつつ、所定の表面電位−５５０Ｖに到達させるためには、帯電装置２２のグリッド電極５２への電圧印加の制御をパルス幅変調（ＰＷＭ）で行う。
【００６１】
図１１は、現像バイアス電圧とＰＷＭ変調のデューティ（Ｄｕｔｙ）との関係を示す。現像ローラ３４の表面の電位も、印加する現像バイアスと同電位となる。現像バイアスを一定の傾きを維持して、所定の電圧−４００Ｖの電位に到達させるために、電圧印加の制御をパルス幅変調（ＰＷＭ）で行う。たとえば、−４００Ｖの電圧印加を行うためには、デューティ１００％で行い、−２００Ｖの電圧印加を得るためには、デューティ５０％で行う。
【００６２】
現像バイアス電圧および感光体表面電位を、共に単純なＯＮ／ＯＦＦ制御で行うと、瞬時に目標電位に到達してしまい、電位変化がほぼ垂直な状態の変化となり、電圧制御が困難となる。パルス幅変調を用いると、時間経過とともに一定の傾きを維持しながら比例関係で電位変化が行われるので、電源装置３７の出力電圧制御を高精度かつ効率的に行い、画像形成装置としての性能向上を図ることができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、制御手段のトナー排出動作で、表面電位計測手段が計測する感光体の表面電位に応じて帯電器の帯電電圧または現像器の現像剤担持体バイアス電圧の少なくともいずれか一方を制御し、感光体の表面電位と現像器の現像剤担持体バイアス電圧との電位差で表されるカブリ電位差を変化させ、帯電不良トナーである未帯電トナーおよび逆帯電トナーを感光体表面に強制付着させて現像器外に排出させることができる。画質低下を招来する帯電不良トナーを現像器外に排出することができるので、良好な画質を安定的に供給することができる。また感光体の表面電位を計測して、感光体の特性変位に対応する分の帯電不良トナーを排出することができるので、画質低下を招来する帯電不良トナーを量的に過不足なく現像器外に排出することができる。
【００６４】
また本発明によれば、帯電器のグリッドバイアス電圧を制御して帯電不良トナーを感光体表面に選択的に付着させ、現像器外に効率的に排出することができる。
【００６５】
また本発明によれば、現像器の現像剤担持体としての現像ローラのバイアス電圧を制御して、帯電不良トナーを現像器外に効率的に排出することができる。
【００６６】
また本発明によれば、帯電不良トナーを感光体表面に強制付着させる期間に感光体表面の電位を表面電位計測手段によって計測するので、カブリ電位差をより適切な値に制御することが可能になり、帯電不良トナーを確実に現像器外に排出することができる。
【００６７】
さらに本発明によれば、カブリ電位差を画像形成動作時の正常な帯電特性を有するトナーに対応した電位よりも低くなるように、現像器の現像剤担持体バイアス電圧の印加あるいは印加の停止のタイミングを調整し、未帯電トナーを効率よく現像器外に排出し、現像器内を大部分が正常な帯電特性を示すトナーで占めるようにして、カブリのない良好な画像を安定的に形成させることができる。
【００６８】
また本発明によれば、カブリ電位差の制御によって、帯電特性の異なる２種類の帯電不良トナーを共に現像器外に効率よく排出し、現像器内のトナーが大部分正常な帯電特性を示すトナーで占められるようにして、カブリのない良好な画像を安定的に形成させることができる。
【００６９】
また本発明によれば、感光体の表面電位および現像器の現像剤担持体バイアス電圧を、パルス幅変調を利用して安定な傾斜で変化させ、電位変化を高精度かつ効率的に行い、画像形成装置としての性能向上を図ることができる。
【００７０】
また本発明によれば、連続して複数枚の画像を形成する際に、転写用紙に転写するするために画像を形成する期間の間隙を利用して、帯電不良トナーの除去のためのトナー付着動作を行わせることができる。したがって、連続的な画像形成を行うに際し、画質を維持するために帯電不良トナーを排出する期間を画像形成動作と別に設けなくてもよいので、画像形成装置としての機械の利用効率や画像形成の速度が特に低下することなく、良質な画質を維持することができる。
【００７１】
また本発明によれば、連続して画像形成を行う際に、複数枚の転写用紙に形成した画像を転写する途中の間隙を利用して、その前半期間と後半期間とでカブリ電位差を変化させ、帯電特性の異なる帯電不良トナーを感光体表面に強制付着させ、現像器外に排出することができる。連続的な画像形成を行うにあたって、画質を維持するために帯電不良トナーを排出する期間を改めて設ける必要はなく、画像形成装置としての機械の利用効率や画像形成の速度の低下を招くことなく、良質な画質を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態としての画像形成装置２０の概略的な構成を示す簡略化した断面図である。
【図２】図１の画像形成装置２０で感光体２１の周囲の部分の構成を示す断面図である。
【図３】図１の画像形成装置２０の制御装置４０の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図４】図１の実施形態で、制御装置４０によって行われる感光体２１の表面電位と現像ローラ３４のバイアス電圧との調整状態を示す簡略化したタイムチャートである。
【図５】感光体の回転数と表面電位および感光体膜厚の変化の一例を示すグラフである。
【図６】異なる環境下での感光体の回転数と表面電位の変化の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の他の形態での電圧変化の制御方法を示す簡略化したタイムチャートである。
【図８】本発明の実施のさらに他の形態での電圧変化の制御方法を示す簡略化したタイムチャートである。
【図９】本発明の各実施形態で用いられる帯電グリッド出力回路４７の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図１０】図１の帯電装置２２のグリッド電極５２に与えるグリッド印加電圧と感光体２１の表面電位との関係を示すグラフである。
【図１１】現像ローラ３４に与えるバイアス電圧のデューティと現像バイアス電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】従来の画像形成装置の概略的な構成を示す簡略化した断面図である。
【図１３】図１２の画像形成装置での電圧変化の制御方法を示すタイムチャートである。
【図１４】カブリ電位差と感光体トナーおよび感光体キャリアの付着量との関係を示すグラフである。
【図１５】現像器内のトナーの帯電量分布の使用による変化を示すグラフである。
【符号の説明】
２０ 画像形成装置
２１ 感光体
２２ 帯電装置
２３ 露光装置
２４ 現像装置
２５ 給紙装置
２６ 転写装置
２７ 剥離装置
３１ クリーニングユニット
３２ 除電装置
３３ 現像器
３４ 現像ローラ
３５ クリーニングブレード
３６ 表面電位検出センサ
４０ 制御装置
４１ ＣＰＵ
４２ ＲＯＭ
４３ ＲＡＭ
４４ 高圧電源ユニット
４５ 駆動系制御ユニット
４６ 現像バイアス出力回路
４７ 帯電グリッド出力回路
４８ 感光体駆動系
５０ 制御部
５１ 高圧発生部
５２ グリッド電極
５３ コントローラ
５５ パルスジェネレータ
５８ 出力トランジスタ
６０ トランス
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式で画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関し、特に現像器内の帯電不良トナーを選択的に現像器外に強制的に排出することができる画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来からの画像形成装置の代表的な構成として、デジタル複写機を簡略化した断面として示す。この画像形成装置には、有機光導電性感光層を備える円筒状の感光体１と、そのまわりに配置される帯電装置２、露光装置３および現像装置４などが含まれる。感光体１は、帯電装置２によって表面が一様な電位となるように帯電され、露光装置３によってレーザ光が照射される部分で帯電している電荷が減少して静電潜像が形成される。静電潜像担持体としての感光体１は、さらに現像装置４の部分で粉末状の現像剤であるトナーが静電潜像に付着し、現像されてトナー像が形成される。
【０００３】
感光体１の表面上に形成されるトナー像は、給紙装置５から供給される転写用紙上に、転写装置６で転写される。トナー像が転写された転写用紙と感光体１とは、剥離装置７の部分で分離され、転写用紙は定着装置８に搬送され、トナー像が転写用紙上に熱と圧力とで定着され、画像が定着された転写用紙は排紙装置９から画像形成装置外部に排出される。画像形成装置が複写機やファクシミリ装置であるときには、原稿を読取って露光装置３に静電潜像形成用の信号を与える原稿読取装置１０が設けられる。画像形成装置がプリンタであるときには、コンピュータ装置などから出力すべき情報を表す信号が与えられ、露光装置３は、与えられる信号に従って静電潜像を形成する。
【０００４】
帯電装置２で一様に帯電した感光体１の表面に対して、不要領域の電荷を消去する除電装置が設けられることもある。除電が行われれば、感光体１の表面に正規に帯電しているトナーは付着しにくい。しかしながら、帯電状態が正規の状態から外れている帯電不良トナーは、除電された領域にも付着し得る。また、感光体１の表面に形成されるトナー像は、転写装置６で、完全に転写材上に移行するわけではなく、感光体１の表面に残留することもある。このように転写工程を終えても感光体１上に残留しているトナーは、クリーニングユニット１１でクリーニングされて回収される。クリーニングユニット１１で残留トナーが回収された後の感光体１の表面は、除電装置１２によって表面の電荷が消去され、再び帯電装置２に向かう。現像装置４は、現像器１３と、現像剤担持体である現像ローラ１４とを含む。クリーニングユニット１１内には、クリーニングブレード１５が設けられる。
【０００５】
図１３は、図１２に示す画像形成装置での画像形成動作のタイミングを示す。ここでは、１枚の転写用紙上に複写を行ういわゆるシングルモード時の動作について説明する。現像剤中のトナーには、不必要に該トナーが感光体１の表面上に付着することがない最適なカブリ電位差と、感光体１へ付着する現像電位とが定められている。図１３で示す例のトナーは、−帯電トナーであり、参照符ＶＩで示す現像電位が＋側に近付くように高くなるほど付着量が多くなる。一方で、過剰なトナーは−電位が高くなるほど付着しにくくなる。しかしながら、それらの傾向は正常なトナーの場合についてであり、＋に帯電した逆帯電トナーや、未帯電トナーの場合には、感光体１への吸着不良や、不所望な付着が生じる場合がある。
【０００６】
図１４は、図１３で示すトナーで、感光体１の表面電位Ｖｏと、現像ローラ１４へのバイアス電圧Ｖｂとの差のカブリ電位差が、−１５０Ｖであるときに、未帯電トナーおよび逆帯電トナーの付着が最も少なくなることを示している。また、図１４に従うと、感光体１への不所望なキャリア付着は、カブリ電位差の絶対値が−２５０Ｖよりも大きくなると増加することが分かる。したがって、図１３の現像剤を用いるときには、表面電位Ｖｏは−５５０Ｖに選ばれ、現像器のバイアス電圧Ｖｂは−４００Ｖに選ばれ、カブリ電位差は−１５０Ｖに選ばれている。現像電位ＶＩは、−１００Ｖに選ばれている。したがって、図１３に示す例では、表面電位Ｖｏは−５５０Ｖ、現像器バイアス電圧Ｖｂは−４００Ｖ、カブリ電位差は−１５０Ｖとなるように示されている。
【０００７】
図１３に示すように、従来からの画像形成装置での画像形成動作では、−側に高電位である感光体１の表面電位Ｖｏの立上げが開始されるタイミング（ａ）から、表面電位Ｖｏが−１５０Ｖまで立上がる時点のタイミング（ｂ）で、−１５０Ｖのカブリ電位差を維持して現像バイアス電圧Ｖｂの印加が開始される。感光体１の表面電位Ｖｏが−５５０Ｖ、現像器バイアス電圧Ｖｂが−４００Ｖに到達するタイミング（ｃ）で、所定時間が経過すると画像域となり、画像域内で感光体１の表面に原稿像が照射され、トナーを付着すべき部分が現像電位ＶＩまで上昇する。画像域が終了すると、カブリ電位差を維持したまま、タイミング（ｄ）から感光体１の表面電位Ｖｏおよびバイアス電圧Ｖｂが共に０レベルとなるまで、−１５０Ｖのカブリ電位差を維持したまま、上昇して、タイミング（ｆ），（ｅ）でそれぞれ０レベルに到達する。
【０００８】
従来から、図１２に示すような感光体１等の静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、粉体現像剤を用いた現像装置４で現像する画像形成装置は広く実用化されている。この種の現像装置４には、粉体現像剤としてトナーおよびキャリアから成る二成分現像剤が広く用いられ、トナーおよびキャリアを撹拌することによってトナーを−側に帯電させ、静電潜像の現像が可能な状態になる。したがって、静電潜像の現像に対しては、現像剤中のトナーのみが感光体１の表面の静電潜像に付着する顕像化用として利用されていることになる。画像形成枚数の増加に伴ってトナー成分のみが消費され、次第に画像の濃度が低下していく。そのため、トナー中の現像剤の濃度を把握する必要がある。通常の画像形成装置では、キャリアが強磁性体であることを利用して、現像器１３内に透磁率センサ等のトナー濃度センサを設置しておき、その出力電圧値の変化によってトナー成分の過不足を検知し、トナーホッパから現像層内にトナーを補給し、画像濃度を一定に保つようにしている。
【０００９】
一方、静電潜像の現像に際して、現像剤中のトナーは感光体１の表面に付着するけれども、付着したトナーの一部は転写用紙上の画像形成には寄与しないで、クリーニングユニット１１で感光体表面１１からかき取られて回収され、廃棄される。
【００１０】
前述のように、元来、現像器１３内に収容されて貯蔵されているトナーといえども、未帯電トナーや逆帯電トナー等の帯電不良トナーを含んでいる。そのため、画像形成の進行や、高温多湿等、現像剤の使用される環境に応じて、図１５に示すように帯電不良トナーの割合が経時的に増加し、画質が劣化してくるという問題がある。すなわち、（ａ）に示す初期状態から、１万枚のコピーに使用して高温多湿の環境で、画像形成動作を行おうとすると、帯電不良トナーの割合が相対的に増加しているので、画質が劣化するという問題がある。
【００１１】
現像装置４内で循環するトナーは、繰返し使用に伴ってストレスを受けるので、諸特性が劣化してくる。したがって、画像形成枚数が増加してくると、画質が低下する問題は一層顕著になる。このような状況が現像装置４内に発生すると、トナーが量的には充分に存在するにも拘わらず、現像剤中の正常なトナー濃度を透磁率センサなどでは正確にとらえきれず、トナーホッパなどから必要以上の新トナーが補給されて画像濃度が高くなりすぎたり、逆に補給される新トナー量が不足して画像濃度が低下したりする。
【００１２】
特開平５−２８９４６２号公報では、現像器内の不良トナーのみが現像されるような電圧で画像形成動作を実施し、クリーニング装置で感光体表面に付着した不良帯電トナーを回収する。このとき、トナー回収条件を切換えるために、感光体表面に付着したトナーパターンのトナー付着量を光学的センサで検出した結果を利用する。これによって、現像器内から不良トナーのみを選択的に除去することが可能となる。
【００１３】
特開平９−３１１５４１号公報に開示されている画像形成装置では、トナーが過剰に帯電している場合に、黒べた画像として、その過剰に帯電しているトナーを感光体表面上に付着させて除去し、帯電不良トナーが多い場合には、現像剤担持体を駆動して帯電させる。これによって現像剤が最適な帯電量となるように立上げることができる。
【００１４】
ここで、感光体の表面電位は、画像形成装置の使用条件による膜減りや、環境の影響によって、メカ精度等が常に一定ではないことによって、同一ロット内の感光体であってもばらつきが生じる。そのため、従来では画質安定化のために、感光体の回転数をカウントし、そのデータに基づいて帯電器のグリッドに印加する電圧を徐々に増加させ、表面電位を一定にする方法が行われている。さらには、装置内の感光体近傍に温湿度センサを設け、その温湿度データと感光体回転数のデータとに基づいて、グリッドに印加する電圧を制御するなどの方法も行われている。
【００１５】
しかしながら、上記の方法は、実際の表面電位を測定したものではないので、予想に反して表面電位にばらつきが生じて誤差が大きくなり、感光体のロットばらつきや帯電器の汚れ具合も加えると、予想値に対して±５０Ｖ程度もの誤差が生じてしまう。そこで実際に感光体表面の電位を計測して均一な画像を形成する技術が、特開平５−２３０６号公報などに開示されている。この先行技術では、感光体表面の電位を計測するとともに、感光体へのトナー付着量を画像データから予測し、さらに感光体表面に付着したトナー量を計測している。予測されるトナー付着量および実際に付着したトナー量を比較して得られる比較結果と、表面電位の計測結果とに基づいて、画像形成条件が調整される。その結果、環境や経時変化によらず、一定の画像濃度を常に実現することが可能となる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の特開平５−２８９４６２号公報に開示されている先行技術では、トナーパターンの形成のために余分なトナー消費を招来し、しかも、光学的な検出手段を用いているので、検出手段がトナー汚染の影響を受けると、正確な制御を行うことができない事態を発生するおそれがある。
【００１７】
また、特開平９−３１１５４１号公報に開示されている先行技術では、トナーの不良の特性上、いつまでたっても帯電しないトナーや、逆帯電のままの帯電不良トナーが存在するおそれがあるため、現像剤担持体を駆動してもこのようなトナーを除去することができないという問題がある。
【００１８】
さらに、特開平５−２３０６号公報の先行技術を不良トナーの除去に適用すると、回路構成や制御内容が非常に複雑化する上に、トナー付着のために余分なトナー消費を伴うという問題点がある。
【００１９】
また、本件発明者等は、現像剤中の帯電不良トナーを感光体表面電位と現像バイアス電圧で表されるカブリ電位差を利用して一旦排出する手法を提案している。この手法では、前述の理由で示したように、感光体の表面電位がロットばらつきや現像器の汚れの影響で最大±５０Ｖの電位差が生じるので、＋帯電トナーを付着させるために設定される最適カブリ電位差が大幅に変化し、＋帯電トナーの排出効果低減やキャリア上がりなどの不具合が生じてしまう。さらには、未帯電トナーの排出のために、一旦設定されたカブリ電位差も大幅に変化するため、正規帯電トナーが現像されたりする不具合が招来し、帯電不良トナー排出の効果が大幅に低下してしまうという問題点を有する。つまり、感光体の表面電位を制御する推定データに基づく制御が行われるので、実際の表面電位とは誤差が生じてしまい、その結果高精度かつ高効率で不良帯電トナーを排出することは困難であるという問題点が生じている。
【００２０】
本発明の目的は、上述の各問題点に鑑み、帯電不良トナーを選択的に現像器外へ強制的に排出し、現像器内に常に正常な帯電特性を有するトナーが満たされて、高い画質を安定的に維持することができる画像形成装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、帯電器によって帯電させた感光体表面上を露光して静電潜像を形成し、現像器からの帯電したトナーで静電潜像を現像して感光体表面上にトナー画像を形成し、該トナー画像を転写材上に転写した後、感光体表面上に残留するトナーをクリーニング装置で除去する画像形成装置において、
帯電した感光体の表面電位を計測する表面電位計測手段と、
感光体の表面電位と現像器のバイアス電圧との電位差で表されるカブリ電位差を、正規に帯電したトナーに対して予め設定される値に保つ画像形成動作、または表面電位計測手段によって計測される感光体の表面電位に応答し、現像器内に存在する帯電不良トナーである未帯電トナーおよび逆帯電トナーに応じて、帯電不良トナーを感光体表面に選択的に強制付着させるように予め定める条件で変化させるトナー排出動作を切換え可能なように、帯電器の帯電電圧または現像器の現像材担持体バイアス電圧の少なくとも一方を制御する制御手段とを含み、
前記感光体は、回転体として形成され、
前記制御手段は、前記画像形成動作を、該感光体が定常的に回転する定常状態で行い、前記トナー排出動作を、該定常状態に先行する前回転時、および該定常状態に後続する後回転時に行い、
前記現像器は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を供給し、
前記制御手段は、前記前回転時および前記後回転時に、前記感光体の表面電位と前記現像器の現像剤担持体バイアス電圧とのカブリ電位差を、現像剤中のキャリア付着を誘発しない範囲内に大きく保って逆帯電トナーの強制付着を行い、該カブリ電位差を正規に帯電したトナー付着を誘発しない範囲内に小さく保って未帯電トナーの強制付着を行うように制御することを特徴とする画像形成装置である。
【００２２】
本発明に従えば、制御手段は、画像形成動作として、感光体の表面電位と現像器の現像剤担持体バイアス電圧との電位差で表されるカブリ電位差を正規に帯電したトナーに対して予め設定される値に保ち、帯電器によって帯電させた感光体表面上を露光して静電潜像を形成し、現像器からの帯電したトナーで静電潜像を現像して感光体表面上にトナー画像を形成し、該トナー画像を転写材上に転写した後、感光体表面上に残留するトナーをクリーニング装置で除去する制御を行う。さらに制御手段は、トナー排出動作として、帯電した感光体の表面電位を計測する表面電位計測手段によって計測される表面電位に応答し、現像器内に存在する帯電不良トナーである未帯電トナーおよび逆帯電トナーに応じて、帯電不良トナーを感光体表面に選択的に強制付着させるように予め定める条件で、帯電器の帯電電圧または現像器の現像剤担持体バイアス電圧の少なくとも一方を制御する。表面電位計測手段で、感光体の表面電位を直接計測しているので、画像形成装置の累積画像形成枚数などの経時的な使用状況や、画像形成装置が配置されている環境の温度や湿度などの使用環境状況によって感光体表面電位が変動しても、感光体の表面電位を表面電位計測手段で実測し、この実測値に基づいて制御することができるので、画質低下を招来する帯電不良トナーをより高精度かつより効率的に現像器外に排出することができ、良好な画質を安定的に提供することができる。また、感光体の特性変化に対応する分の帯電不良トナーを排出することができるので、画質低下を招く帯電不良トナーを量的に過不足なく現像器外に排出することができる。
また、トナー排出動作を、画像を形成しない期間を利用して行うので、画像形成装置の利用効率や画像形成の速度を特に低下させることなく、帯電不良トナーを除去することができる。
また、帯電特性の異なる２種類の帯電不良トナーである逆帯電トナーと未帯電トナーを、キャリアおよび正規に帯電したトナー付着を誘発することなく、効率的に排出することができる。これによって現像器内では正常な帯電特性を示すトナーの割合を大きくすることができ、トナー排出動作に続いて画像形成動作を行っても、カブリのない良好な画像を安定的に形成させることができる。
【００２３】
また本発明で前記制御手段は、前記トナー排出動作で、前記帯電器の帯電電圧として、帯電器に設けられるグリッド電極へのグリッドバイアス電圧を制御することを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、感光体の表面電位を表面電位計測手段で実測し、計測結果に基づいて帯電器のグリッドバイアス電圧を制御するので、感光体の表面電位を適切に変化させて、帯電不良トナーを効率的に除去し、画質低下を防ぐことができる。
【００２５】
また本発明で前記制御手段は、前記トナー排出動作で、前記現像器の現像剤担持体バイアス電圧として、現像器に設けられる現像ローラへ印加するバイアス電圧を制御することを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、感光体の表面電位を実測した計測結果に基づいて、現像器の現像剤担持体としての現像ローラへ印加するバイアス電圧を制御するので、トナーの帯電状態を変化させて、帯電不良トナーを効率的に除去することができる。
【００２７】
また本発明で前記表面電位計測手段は、前記制御手段がトナー排出動作を行う期間に、前記感光体の表面電位を計測することを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、表面電位計測手段が感光体表面の電位を計測する期間は、帯電不良トナーを感光体表面に強制付着させる期間であるので、カブリ電位差をより適切な値に制御することが可能となり、確実に帯電不良トナーを現像器外に排出することができる。
【００２９】
さらに本発明は、帯電器によって帯電させた感光体表面上を露光して静電潜像を形成し、現像器からの帯電したトナーで静電潜像を現像して感光体表面上にトナー画像を形成し、該トナー画像を転写材上に転写した後、感光体表面上に残留するトナーをクリーニング装置で除去する画像形成装置において、
帯電した感光体の表面電位を計測する表面電位計測手段と、
感光体の表面電位と現像器のバイアス電圧との電位差で表されるカブリ電位差を、正規に帯電したトナーに対して予め設定される値に保つ画像形成動作、または表面電位計測手段によって計測される感光体の表面電位に応答し、現像器内に存在する帯電不良トナーである未帯電トナーに応じて、帯電不良トナーを感光体表面に選択的に強制付着させるように予め定める条件で変化させるトナー排出動作を切換え可能なように、帯電器の帯電電圧または現像器の現像材担持体バイアス電圧の少なくとも一方を制御する制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記トナー排出動作で、前記画像形成動作よりも前記カブリ電位差が低くなるように制御することを特徴とする画像形成装置である。
【００３０】
本発明に従えば、未帯電トナーについて、カブリ電位差を画像形成動作における正常な帯電特性を有するトナーに対応した値よりも低くして、感光体に未帯電トナーを付着しやすくして、未帯電トナーを現像器外に排出しやすくすることができる。
【００３３】
また本発明で前記制御手段は、
前記前回転時に、前記帯電器の帯電電圧を印加して帯電された前記感光体の表面が前記現像器の位置に到達する時間から予め定める時間経過後に前記現像器の現像剤担持体バイアス電圧の印加を開始し、
前記後回転時に、前記帯電器への帯電電圧の印加を停止して、帯電が停止された感光体の表面が現像器の位置に到達する時間だけ遅延して、現像器の現像剤担持体バイアス電圧の印加を停止するように制御することを特徴とする。
【００３４】
本発明に従えば、帯電器の帯電電圧を印加するタイミングと現像器の現像剤担持体バイアス電圧を印加するタイミング等の調整によって、帯電特性の異なる２種類の帯電不良トナーを共に排出することができ、現像器内は大部分が正常な帯電特性を有するトナーで占めることができる。これによって、トナー排出動作の直後に画像形成動作に移行しても、カブリのない良好な画像を安定的に形成することができる。
【００３７】
また本発明で前記制御手段は、前記感光体の表面電位、および前記現像器の現像剤担持体バイアス電圧を変化させる際に、予め定める傾斜に従うように、パルス幅変調で傾き制御を行うことを特徴とする。
【００３８】
本発明に従えば、感光体の表面電位および現像器の現像剤担持体バイアス電圧は、容量性の付加であり、所定の電流を通電する時間に比例して電位が変化するので、パルス幅変調によって容易に所望とする傾斜に従うように制御して、電位を設定することができる。感光体の表面電位は、表面に対向する帯電器のグリッドへの印加電圧と同電位に帯電し、現像剤担持体の電位もバイアス電圧と同電位となる。現像器の現像剤担持体バイアス電圧と感光体の表面電位ともに一定の傾きを維持しながら、目標値へ到達させるためには、単純なＯＮ−ＯＦＦ制御では瞬時に到達してしまうので制御が困難であるけれども、パルス幅変調を用いて、時間経過とともに電位変化させることができるので、制御を高精度かつ効率的に行い、画像形成装置としての性能向上を測ることができる。
【００３９】
また本発明で前記制御手段は、複数枚連続の画像形成時で、個々の画像形成動作を行う期間の間の前半期間と後半期間とで、前記カブリ電位差を可変とし、該前半期間と該後半期間とに分けて、相互に帯電特性の異なる未帯電トナーと逆帯電トナーとを感光体表面に強制付着させるように制御することを特徴とする。
【００４０】
本発明に従えば、複数枚連続で画像を形成する場合に、転写用紙に個々の画像形成を行う期間の間の期間を利用して、前半期間と後半期間とに分けてカブリ電位差を切換え制御し、帯電特性の異なる帯電不良トナーを感光体表面に強制付着させ、現像器外に排出することができる。したがって、連続的に画像を形成するにあたって、画質を維持するために帯電付着トナーを排出する期間を特別に設ける必要はなく、画像形成装置の利用効率や画像形成の速度の低下を招くことなく、良質な画質を維持することができる。
【００４１】
また本発明で前記制御手段は、前記前半期間または後半期間の一方で、前記感光体の表面電位と前記現像器の現像剤担持体バイアス電圧とのカブリ電位差を、現像剤中のキャリア付着を誘発しない範囲内に大きく保って逆帯電トナーの強制付着を行い、前半期間または後半期間の他方で、該カブリ電位差を正規に帯電したトナー付着を誘発しない範囲内に小さく保って未帯電トナーの強制付着を行うように制御することを特徴とする。
【００４２】
本発明に従えば、複数枚連続で画像形成を行う際に、転写用紙間でカブリ電位差を調整し、その前半期間でたとえば現像剤担持体バイアス電圧を画像形成動作中よりも上昇させて感光体の表面電位とのカブリ電位差を正規の帯電特性を示すトナーを現像しない電位差に保持し、未帯電トナーを強制付着させることができ、また後半期間で現像剤担持体バイアス電圧を画像形成期間中よりも下降させて感光体の表面電位とのカブリ電位差をキャリア付着を誘発しない電位差内に保持し、逆帯電トナーを強制付着させることができる。このようにして前半期間と後半期間とでバイアス電圧を切換え制御し、帯電特性の異なる帯電不良トナーを感光体表面に強制付着させ、現像器外へ排出することができる。しかも、画質を維持するために帯電不良トナーを排出する期間を途中に設けなくてもよいので、画像形成装置としての機械の利用効率や画像形成の速度を特に低下させることなく、良好な画質を維持することができる。
【００４３】
【発明の実施の態様】
図１は、本発明の実施の一形態としての画像形成装置２０の概略的な断面構成を示す。画像形成装置２０は、円筒状の感光体２１、帯電装置２２、露光装置２３、現像装置２４、給紙装置２５、転写装置２６、剥離装置２７、定着装置２８、排紙装置２９、原稿読取装置３０、クリーニングユニット３１、除電装置３２、現像器３３、現像ローラ３４およびクリーニングブレード３５などを含み、これらは図１２に示す従来の画像形成装置での感光体１、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、給紙装置５、転写装置６、剥離装置７、定着装置８、排紙装置９、原稿読取装置１０、クリーニングユニット１１、除電装置１２、現像器１３、現像ローラ１４およびクリーニングブレード１５とそれぞれ同等である。本実施形態の画像形成装置２０には、表面電位計測手段として感光体２１の表面に近接する位置に表面電位検出センサ３６が設けられる。また、帯電装置２２の帯電電圧と現像器３３の現像剤担持体である現像ローラ３４のバイアス電圧とを印加する電源装置３７は、制御手段である制御装置４０によって、図１３に示すような従来の制御とは異なる方法で制御される。
【００４４】
図２は、図１の感光体２１の周辺部分の構成を示す。現像装置２４の現像器３３では、感光体２１の表面に対向する位置に現像剤担持体である現像ローラ３４が備えられる。現像ローラ３４は、トナーを表面に付着させた状態で感光体２１の表面に搬送し、接触あるいは非接触で静電潜像の現像を行う。現像装置２４で感光体２１の表面に移行したトナーは、最終的にクリーニングユニット３１のクリーニングブレード３５によってかき落とされ、感光体２１の表面は清浄化される。本実施形態では、感光体２１上に転写用の画像を形成しない期間を利用して、感光体２１の表面に帯電不良トナーを付着させ、クリーニングユニット３１で感光体２１の表面からかき落とすことによって、現像器３３からの帯電不良トナーの除去を行っている。
【００４５】
図３は、図１の画像形成装置２０の概略的な電気的構成を示す。感光体２１の表面電位は、電位計測プローブなどの表面電位検出センサ３６によって検出される。表面電位検出センサ３６からの検出出力は、制御装置４０内のＣＰＵ４１に入力される。実際には、表面電位検出センサ３６からはアナログの検出信号が導出され、デジタル値に変換してＣＰＵ４１に入力されるけれども、説明の便宜のために簡略化して示す。制御装置４０は、ＲＯＭ４２およびＲＡＭ４３なども含み、画像形成装置２０の全体的な制御を行う。特に本実施形態では、帯電不良トナーの特性と、表面電位検出センサ３６の検出結果に基づいて、帯電不良トナーの強制排出動作を行うように制御する。
【００４６】
制御装置４０は、さらに電源装置３７に含まれる高圧電源ユニット４４と、駆動系制御ユニット４５とを制御する。高圧電源ユニット４４は、現像ローラ３４に与える現像バイアス電圧を導出する現像バイアス出力回路４６と、帯電装置２２のグリッドバイアス電圧を導出する帯電グリッド出力回路４７を有する。駆動系制御ユニット４５は、感光体２１を回転駆動する感光体駆動系４８と、現像装置２４とを制御する。
【００４７】
図４は、本実施形態での帯電不良トナーの強制排出動作を含む制御のタイミングを示す。最初に、（Ａ）で示すように、現像ローラの前回転(1)が開始され、感光体２１の表面電位Ｖｏの立上げが開始される。時間Ｔ１が経過して表面電位Ｖｏが−１５０Ｖに到達しても、現像ローラ３４へのバイアス電圧Ｖｂの立上げは開始されず、さらに遅延時間Ｔ２だけ経過した時点である（Ｂ）で示すタイミングにバイアス電圧Ｖｂの立上げが開始される。このタイミング（Ｂ）では、カブリ電位差は理想的には−２５０Ｖである。この理想的な状態では、図１４に示すように、＋側に帯電している逆帯電トナーは感光体２１に付着し、キャリアは付着しない。
【００４８】
しかしながら、感光体２１の表面の電位は、常に−１５０Ｖで一定とはならず、画像形成動作がなされた数や画像形成装置が配置されている周囲の環境によって変化する。そこで、表面電位検出センサ３６によって感光体２１の表面の電位を検出し、この検出結果に基づいて制御装置４０が高圧電源ユニット４４の出力を制御し、現像バイアス電圧および帯電グリッド電圧の少なくともいずれか一方を変化させる。この制御によって、Ｖｏ−Ｖｂ＝−２０Ｖに到達するタイミング（Ｃ）までの期間には、−２５０Ｖのカブリ電位差が保持される。この結果、＋帯電トナーを感光体２１の表面に付着させることができる。
【００４９】
（Ｃ）の後、表面電位検出センサ３６による表面電位の検出と、この検出結果に基づく高圧電源ユニット４４の制御で、バイアス電圧Ｖｂが所定の−４００Ｖに（Ｄ）のタイミングで到達するまで、−２０Ｖのカブリ電位差が維持される。この間に、図１４から明らかなように、未帯電トナーを感光体２１の表面に付着させることができる。
【００５０】
感光体２１の表面電位Ｖｏが−５５０Ｖに到達するタイミング（Ｉ）以降は画像領域となり、その間に原稿像の露光が行われる。画像形成が終了すると、感光体２１は後回転となる。後回転(2)のタイミング（Ｅ）からは、感光体２１の表面電位Ｖｏの低下が開始される。その後バイアス電圧Ｖｂとのカブリ電位差が−２０Ｖ程度となるタイミング（Ｆ）で、バイアス電圧Ｖｂの低下も開始される。その後所定期間にわたってカブリ電位差−２０Ｖが維持される。このときも、表面電位検出センサ３６による表面電位の検出と、この検出結果に基づく高圧電源ユニット４４の制御でカブリ電位差が所定の値に維持される。この間に、前述のタイミング（Ｃ）〜（Ｄ）間と同様に、未帯電トナーが感光体２１の表面に付着することになる。
【００５１】
感光体２１の表面電位Ｖｏが−２５０Ｖに到達するタイミング（Ｇ）で、バイアス電圧Ｖｂは０となるタイミング（Ｈ）まで急激に立下げられる。表面電位Ｖｏが０となるタイミング（Ｊ）までの後回転(2)のタイミング（Ｇ）〜（Ｊ）間では、前述のタイミング（Ａ）〜（Ｃ）間と同様に、＋側に帯電している逆帯電トナーが感光体２１の表面に付着することになる。なお、タイミング（Ｃ）〜（Ｄ）間およびタイミング（Ｆ）〜（Ｇ）間で、カブリ電位差は、Ｖｏ−Ｖｂ＝−２０Ｖとなっているけれども、これは感光体２１の使用条件、すなわち印刷枚数および温度や湿度などの環境条件などを考慮し、表面電位Ｖｏとバイアス電圧Ｖｂとが逆転することによって、正規の帯電トナーの不所望な付着を抑えるためであり、トナーや感光体２１の使用条件などによって適宜設定することができる。
【００５２】
このようにして、表面電位検出センサ３６によって感光体２１の表面の電位を適宜検出し、その検出結果に基づいて、現像バイアス電圧および／またはグリッド電圧を変化させてカブリ電位差を適切に保持し、帯電不良トナーを強制的に現像器３３に外部へ排出させることができる。カブリ電位差は、感光体２１の環境あるいは経時的な利用による特性変化、特に性能劣化を考慮して設定され、感光体の特性変化および帯電不良トナーの不良特性に応じて、適切に設定されるので、現像器３４内は大部分が清浄な帯電特性を示すトナーで占められ、カブリのない良好な画質の画像を安定的に得ることができるとともに、画質低下を招来する帯電不良トナーを量的に過不足なく現像器３３外に排出することができる。また帯電不良トナーは、一旦現像器３３外に排出された後、クリーニングユニット３１で回収し、現像器３３内に環流させれば再撹拌を行うことで、正常な帯電特性を示すトナーに転化することもあるので、トナーの利用効率の向上を図ることもできる。
【００５３】
図５は、本実施形態で、画像形成を累積したときの累積画像形成枚数と表面電位の変化の関係を示す。図５では、感光体２１の回転数、すなわち累積画像形成枚数に対応させて、感光体表面電位を表面電位検出センサ３６で検出するとともに、感光体２１の膜厚も測定して、その関係をグラフとして示す。感光体２１の回転数が増加するに伴って、膜厚も表面電位も低下している。特に、０回と５万回とを比較すると、表面電位においては絶対値で５０Ｖ低下しているとともに、膜厚は半分近い１３μｍも減少していることが判る。
【００５４】
図６は、画像形成装置２０の使用環境と表面電位の変化との関係を示す。図５と同様に、０〜５万回の１万回転毎に、温度および湿度を変えて表面電位の変化を計測すると、好ましい温度／湿度である３０℃／８５％に対し、より低い温度／湿度である２３℃／５０％、および１０℃／３０％の環境下では、明らかに表面電位が低下していることが判る。特に温度も湿度もより低くなると、感光体２１の回転数の増加にともなって、急激に表面電位が低下していることが判る。このように大幅に表面電位が変化すれば、感光体表面電位の変化を考慮しないと充分に帯電不良トナーを強制排出することができないことは明白である。それゆえ、本発明のように、感光体表面電位を直接検出して、帯電不良トナーの強制排出に利用することによって、現像器３３内から帯電不良トナーを確実に除去することができる。
【００５５】
図７は、本発明の実施の他の形態の画像形成装置での制御方法の概要を示す。本実施形態で、図４に示したタイミング（Ａ）〜（Ｆ）に対応する部分には同一のタイミングを示し、重複する説明を省略する。本実施形態では、感光体の表面電位Ｖｏは一定値−５５０Ｖに保ち、現像バイアス電圧Ｖｂを変化させる。本実施形態では、図１の画像形成装置２０で単一の原稿の複数枚複写や、複写原稿の連続複写などの、いわゆるマルチモードでの動作を前提としている。このマルチモードでは、感光体２１の表面電位Ｖｏは、−５５０Ｖの一定値に保持されており、従来では現像バイアス電圧Ｖｂも−４００Ｖで一定であったものを、本実施形態では−５３０Ｖから３００Ｖまで変化させている。これによって、タイミング（Ｂ）〜（Ｃ）間ではカブリ電位差が−２０Ｖとなり、未帯電トナーを感光体２１に付着させることができる。タイミング（Ｄ）〜（Ｅ）間では、カブリ電位差が−２５０Ｖとなり、＋側に帯電している逆帯電トナーを付着させることができる。なおこのときも、表面電位検出センサ３６による表面電位の検出と、この検出結果に、基づく高圧電源ユニット４４の制御によって、カブリ電位差を所定の値にほぼ維持することができる。
【００５６】
図８は、本発明の実施のさらに他の形態としての画像形成装置の制御法を示す。本実施形態も、図１の画像形成装置２０を用いてマルチモードでの動作を行う。感光体２１の表面電位Ｖｏは−５５０Ｖで一定であり、現像バイアス電圧Ｖｂを、（Ａ）〜（Ｂ）で−３００Ｖに上昇させた後、（Ｃ）〜（Ｄ）で−５３０Ｖに低下させている。このようにしても、図７と同様の効果を得ることができる。なお、このときも表面電位検出センサ３６による表面電位の検出と、この検出結果に基づく高圧電源ユニット４４の制御により、カブリ電位差を所定の値にほぼ維持することができる。
【００５７】
図９は、以上説明した各実施形態で、帯電装置２２の帯電グリッド５２を低電圧制御する帯電グリッド出力回路４７の概略的な構成を示す。帯電グリッド出力回路４７には、制御部５０と高圧発生部５１とが設けられ、高圧発生部５１から高電圧の帯電グリッド電圧が帯電装置２２のグリッド電極５２に印加される。制御部５０内には、コントローラ（ＣＮＴ）５３、メモリ（Ｍ）５４、パルスジェネレータ（ＰＧ）５５、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）５６および反転回路５７が含まれる。高圧発生部５１には、パルスジェネレータ５５の出力でスイッチング制御される出力トランジスタ５８、出力トランジスタ５８の出力を昇圧するトランス６０、トランス６０の出力を倍電圧整流するダイオード６１，６２、ダイオード６１，６２とともに倍電圧整流回路を構成するコンデンサ６３，６４、倍電圧出力と帯電装置２２のグリッド電極５２との間に設けられる抵抗６５、グリッド電極５２に与えられる電圧を分圧する抵抗６６，６７、分圧抵抗の一方６７と並列に接続されるコンデンサ６８とが含まれる。抵抗６７の分圧出力は、制御部５０の反転回路５７に入力される。
【００５８】
帯電グリッド出力回路４７は、ＰＣとして示す感光体２１の表面を均一に帯電させるため、グリッド電圧Ｖｏｕｔが一定になるように制御する必要がある。そのために、出力電圧Ｖｏｕｔを２つの検出抵抗６６，６７で分圧し、制御部５０にフィードバッグし、アナログ／デジタル変換器５６でデジタル値に変換された値が常に目標値と等しくなるようにパルス幅（ＰＷＭ）制御されている。
【００５９】
具体的には、アナログ／デジタル変換器５６によるＡＤ変換値が目標値よりも大きい場合には、ＰＷＭ信号のデューティを小さくし、目標値よりも小さい場合にはＰＷＭ信号のデューティを大きくしている。そしてそのＰＷＭ信号で出力トランジスタ５８をＯＮ／ＯＦＦ制御することによって、トランス６０を駆動する出力を得ている。また、ＰＷＭ信号波形のデューティは、トランス６０が磁気飽和しないレベルに収まるように制限をしている。なおここではグリッド電極５２を例にとって説明しているけれども、図９の出力側に現像剤担持体バイアス用の現像ローラ３４を接続すれば、現像バイアス電圧の制御をグリッド電圧制御と全く同様に行うことができる。
【００６０】
図１０は、図９でグリッド電極５２に印加する電圧と感光体２１の表面電位との関係を示す。感光体２１の表面電位は、感光体２１が対向するグリッド電極５２への印加電圧と同電位に帯電することが判る。感光体２１の表面電位を一定の傾きに維持しつつ、所定の表面電位−５５０Ｖに到達させるためには、帯電装置２２のグリッド電極５２への電圧印加の制御をパルス幅変調（ＰＷＭ）で行う。
【００６１】
図１１は、現像バイアス電圧とＰＷＭ変調のデューティ（Ｄｕｔｙ）との関係を示す。現像ローラ３４の表面の電位も、印加する現像バイアスと同電位となる。現像バイアスを一定の傾きを維持して、所定の電圧−４００Ｖの電位に到達させるために、電圧印加の制御をパルス幅変調（ＰＷＭ）で行う。たとえば、−４００Ｖの電圧印加を行うためには、デューティ１００％で行い、−２００Ｖの電圧印加を得るためには、デューティ５０％で行う。
【００６２】
現像バイアス電圧および感光体表面電位を、共に単純なＯＮ／ＯＦＦ制御で行うと、瞬時に目標電位に到達してしまい、電位変化がほぼ垂直な状態の変化となり、電圧制御が困難となる。パルス幅変調を用いると、時間経過とともに一定の傾きを維持しながら比例関係で電位変化が行われるので、電源装置３７の出力電圧制御を高精度かつ効率的に行い、画像形成装置としての性能向上を図ることができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、制御手段のトナー排出動作で、表面電位計測手段が計測する感光体の表面電位に応じて帯電器の帯電電圧または現像器の現像剤担持体バイアス電圧の少なくともいずれか一方を制御し、感光体の表面電位と現像器の現像剤担持体バイアス電圧との電位差で表されるカブリ電位差を変化させ、帯電不良トナーである未帯電トナーおよび逆帯電トナーを感光体表面に強制付着させて現像器外に排出させることができる。画質低下を招来する帯電不良トナーを現像器外に排出することができるので、良好な画質を安定的に供給することができる。また感光体の表面電位を計測して、感光体の特性変位に対応する分の帯電不良トナーを排出することができるので、画質低下を招来する帯電不良トナーを量的に過不足なく現像器外に排出することができる。
【００６４】
また本発明によれば、帯電器のグリッドバイアス電圧を制御して帯電不良トナーを感光体表面に選択的に付着させ、現像器外に効率的に排出することができる。
【００６５】
また本発明によれば、現像器の現像剤担持体としての現像ローラのバイアス電圧を制御して、帯電不良トナーを現像器外に効率的に排出することができる。
【００６６】
また本発明によれば、帯電不良トナーを感光体表面に強制付着させる期間に感光体表面の電位を表面電位計測手段によって計測するので、カブリ電位差をより適切な値に制御することが可能になり、帯電不良トナーを確実に現像器外に排出することができる。
【００６７】
さらに本発明によれば、カブリ電位差を画像形成動作時の正常な帯電特性を有するトナーに対応した電位よりも低くなるように、現像器の現像剤担持体バイアス電圧の印加あるいは印加の停止のタイミングを調整し、未帯電トナーを効率よく現像器外に排出し、現像器内を大部分が正常な帯電特性を示すトナーで占めるようにして、カブリのない良好な画像を安定的に形成させることができる。
【００６８】
また本発明によれば、カブリ電位差の制御によって、帯電特性の異なる２種類の帯電不良トナーを共に現像器外に効率よく排出し、現像器内のトナーが大部分正常な帯電特性を示すトナーで占められるようにして、カブリのない良好な画像を安定的に形成させることができる。
【００６９】
また本発明によれば、感光体の表面電位および現像器の現像剤担持体バイアス電圧を、パルス幅変調を利用して安定な傾斜で変化させ、電位変化を高精度かつ効率的に行い、画像形成装置としての性能向上を図ることができる。
【００７０】
また本発明によれば、連続して複数枚の画像を形成する際に、転写用紙に転写するするために画像を形成する期間の間隙を利用して、帯電不良トナーの除去のためのトナー付着動作を行わせることができる。したがって、連続的な画像形成を行うに際し、画質を維持するために帯電不良トナーを排出する期間を画像形成動作と別に設けなくてもよいので、画像形成装置としての機械の利用効率や画像形成の速度が特に低下することなく、良質な画質を維持することができる。
【００７１】
また本発明によれば、連続して画像形成を行う際に、複数枚の転写用紙に形成した画像を転写する途中の間隙を利用して、その前半期間と後半期間とでカブリ電位差を変化させ、帯電特性の異なる帯電不良トナーを感光体表面に強制付着させ、現像器外に排出することができる。連続的な画像形成を行うにあたって、画質を維持するために帯電不良トナーを排出する期間を改めて設ける必要はなく、画像形成装置としての機械の利用効率や画像形成の速度の低下を招くことなく、良質な画質を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態としての画像形成装置２０の概略的な構成を示す簡略化した断面図である。
【図２】図１の画像形成装置２０で感光体２１の周囲の部分の構成を示す断面図である。
【図３】図１の画像形成装置２０の制御装置４０の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図４】図１の実施形態で、制御装置４０によって行われる感光体２１の表面電位と現像ローラ３４のバイアス電圧との調整状態を示す簡略化したタイムチャートである。
【図５】感光体の回転数と表面電位および感光体膜厚の変化の一例を示すグラフである。
【図６】異なる環境下での感光体の回転数と表面電位の変化の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の他の形態での電圧変化の制御方法を示す簡略化したタイムチャートである。
【図８】本発明の実施のさらに他の形態での電圧変化の制御方法を示す簡略化したタイムチャートである。
【図９】本発明の各実施形態で用いられる帯電グリッド出力回路４７の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図１０】図１の帯電装置２２のグリッド電極５２に与えるグリッド印加電圧と感光体２１の表面電位との関係を示すグラフである。
【図１１】現像ローラ３４に与えるバイアス電圧のデューティと現像バイアス電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】従来の画像形成装置の概略的な構成を示す簡略化した断面図である。
【図１３】図１２の画像形成装置での電圧変化の制御方法を示すタイムチャートである。
【図１４】カブリ電位差と感光体トナーおよび感光体キャリアの付着量との関係を示すグラフである。
【図１５】現像器内のトナーの帯電量分布の使用による変化を示すグラフである。
【符号の説明】
２０ 画像形成装置
２１ 感光体
２２ 帯電装置
２３ 露光装置
２４ 現像装置
２５ 給紙装置
２６ 転写装置
２７ 剥離装置
３１ クリーニングユニット
３２ 除電装置
３３ 現像器
３４ 現像ローラ
３５ クリーニングブレード
３６ 表面電位検出センサ
４０ 制御装置
４１ ＣＰＵ
４２ ＲＯＭ
４３ ＲＡＭ
４４ 高圧電源ユニット
４５ 駆動系制御ユニット
４６ 現像バイアス出力回路
４７ 帯電グリッド出力回路
４８ 感光体駆動系
５０ 制御部
５１ 高圧発生部
５２ グリッド電極
５３ コントローラ
５５ パルスジェネレータ
５８ 出力トランジスタ
６０ トランス
Claims (9)
- 帯電器によって帯電させた感光体表面上を露光して静電潜像を形成し、現像器からの帯電したトナーで静電潜像を現像して感光体表面上にトナー画像を形成し、該トナー画像を転写材上に転写した後、感光体表面上に残留するトナーをクリーニング装置で除去する画像形成装置において、
帯電した感光体の表面電位を計測する表面電位計測手段と、
感光体の表面電位と現像器のバイアス電圧との電位差で表されるカブリ電位差を、正規に帯電したトナーに対して予め設定される値に保つ画像形成動作、または表面電位計測手段によって計測される感光体の表面電位に応答し、現像器内に存在する帯電不良トナーである未帯電トナーおよび逆帯電トナーに応じて、帯電不良トナーを感光体表面に選択的に強制付着させるように予め定める条件で変化させるトナー排出動作を切換え可能なように、帯電器の帯電電圧または現像器の現像材担持体バイアス電圧の少なくとも一方を制御する制御手段とを含み、
前記感光体は、回転体として形成され、
前記制御手段は、前記画像形成動作を、該感光体が定常的に回転する定常状態で行い、前記トナー排出動作を、該定常状態に先行する前回転時、および該定常状態に後続する後回転時に行い、
前記現像器は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を供給し、
前記制御手段は、前記前回転時および前記後回転時に、前記感光体の表面電位と前記現像器の現像剤担持体バイアス電圧とのカブリ電位差を、現像剤中のキャリア付着を誘発しない範囲内に大きく保って逆帯電トナーの強制付着を行い、該カブリ電位差を正規に帯電したトナー付着を誘発しない範囲内に小さく保って未帯電トナーの強制付着を行うように制御することを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記トナー排出動作で、前記帯電器の帯電電圧として、帯電器に設けられるグリッド電極へのグリッドバイアス電圧を制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記トナー排出動作で、前記現像器の現像剤担持体バイアス電圧として、現像器に設けられる現像ローラへ印加するバイアス電圧を制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 前記表面電位計測手段は、前記制御手段がトナー排出動作を行う期間に、前記感光体の表面電位を計測することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
- 帯電器によって帯電させた感光体表面上を露光して静電潜像を形成し、現像器からの帯電したトナーで静電潜像を現像して感光体表面上にトナー画像を形成し、該トナー画像を転写材上に転写した後、感光体表面上に残留するトナーをクリーニング装置で除去する画像形成装置において、
帯電した感光体の表面電位を計測する表面電位計測手段と、
感光体の表面電位と現像器のバイアス電圧との電位差で表されるカブリ電位差を、正規に帯電したトナーに対して予め設定される値に保つ画像形成動作、または表面電位計測手段によって計測される感光体の表面電位に応答し、現像器内に存在する帯電不良トナーである未帯電トナーに応じて、帯電不良トナーを感光体表面に選択的に強制付着させるように予め定める条件で変化させるトナー排出動作を切換え可能なように、帯電器の帯電電圧または現像器の現像材担持体バイアス電圧の少なくとも一方を制御する制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記トナー排出動作で、前記画像形成動作よりも前記カブリ電位差が低くなるように制御することを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御手段は、
前記前回転時に、前記帯電器の帯電電圧を印加して帯電された前記感光体の表面が前記現像器の位置に到達する時間から予め定める時間経過後に前記現像器の現像剤担持体バイアス電圧の印加を開始し、
前記後回転時に、前記帯電器への帯電電圧の印加を停止して、帯電が停止された感光体の表面が現像器の位置に到達する時間だけ遅延して、現像器の現像剤担持体バイアス電圧の印加を停止するように制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記感光体の表面電位、および前記現像器の現像剤担持体バイアス電圧を変化させる際に、予め定める傾斜に従うように、パルス幅変調で傾き制御を行うことを特徴とする請求項１または６のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、複数枚連続の画像形成時で、個々の画像形成動作を行う期間の間の前半期間と後半期間とで、前記カブリ電位差を可変とし、該前半期間と該後半期間とに分けて、相互に帯電特性の異なる未帯電トナーと逆帯電トナーとを感光体表面に強制付着させるように制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記前半期間または後半期間の一方で、前記感光体の表面電位と前記現像器の現像剤担持体バイアス電圧とのカブリ電位差を、現像剤中のキャリア付着を誘発しない範囲内に大きく保って逆帯電トナーの強制付着を行い、前半期間または後半期間の他方で、該カブリ電位差を正規に帯電したトナー付着を誘発しない範囲内に小さく保って未帯電トナーの強制付着を行うように制御することを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。
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