JP4051533B2 - 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、静電複写装置、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
２成分現像方式のプリンタや複写機においては、作像上安定した画像品質を得るためには現像剤のトナー帯電量及びトナー濃度を安定させることが望ましい。帯電量をあわせるには、フォトセンサ等を用い、トナー濃度を安定させるためには磁気センサ等を用いて制御している。特にカラープリンタや複写機では、白黒単色機と異なり高面積画像を連続して作像する機会が多いため、高トナー濃度（キャリア被覆率が高い）で制御している場合が多い。
【０００３】
しかしながら、高トナー濃度で使用するほどキャリアを覆うトナーの量が多くなり（キャリア被覆率が高い）、新たに補給したトナーがキャリアに接する機会が少なくなる。その結果、帯電不良やトナー同士での帯電が行われ逆帯電トナーとなり、補給時地汚れが発生しやすい。特に低湿時には、帯電量が高くなるためトナーとキャリアの結合が強くなることや、画像濃度を維持するためには通常環境時よりトナー濃度が高くなり、補給時地汚れが発生しやすい。
【０００４】
本発明は、前記従来の問題点にかんがみ、補給時地汚れのレベルを検知することで、地肌ポテンシャルの変更にて逆帯電トナー量の現像量を減らしたり、最大補給量を減らすことで、正帯電地汚れ発生や、ベタ追従性低下を最低限に抑えながら、補給時地汚れの発生をなくすことができ、安定した画像を得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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、潜像担持体と、
該潜像担持体上の潜像を現像するためにトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用い、該二成分現像剤を攪拌、搬送するための２軸の現像攪拌部材を用いた現像装置と、
該現像装置により現像された前記潜像担持体上のトナー像の転写を受ける転写ベルトを備え、
前記２軸の現像攪拌部材は、前記現像装置が備える現像スリーブの一方の端部側に、補給された補給トナーが現れる構造を有し、
少なくとも該補給トナーが前記現像スリーブに現れる側の端部に対応して位置する前記転写ベルトの面を検知するための光学的センサを配し、
該光学的センサの出力値に応じて前記転写ベルト上でのトナー像の色ずれや画像濃度の違いに対応するための作像条件を調整する調整手段を備え、
所定の補給時間にてトナーを補給し、かつ該トナー補給後の前記光学的センサの出力値により、前記調整手段が前記現像攪拌部材へのトナーの前記所定の補給時間を変更して前記作像条件を調整することを特徴とする。
【０００６】
同請求項２に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、請求項１の画像形成装置において、前記光学的センサを前記転写ベルトの画像領域の左右端部にそれぞれ配してなり、前記調整手段が、前記画像領域の左右端部の光学的センサの出力値の差で前記画像濃度の違いの補正及び前記色ずれの補正を兼ね行うことを特徴とする。
【０００７】
同請求項３に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、請求項１または２のいずれかの画像形成装置において、前記調整手段が、前記光学的センサ出力値の差により前記現像装置へのトナー補給の有無を判断して前記潜像担持体の地肌ポテンシャルを調整することを特徴とする。
【０００８】
同請求項４に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、請求項２または３の画像形成装置において、前記調整手段が、前記光学的センサ出力値の差により前記現像装置へのトナー補給の最大補給時間を調整することを特徴とする。
【０００９】
同請求項５に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、請求項２ないし４のいずれかの画像形成装置において、前記調整手段が、前記光学的センサの出力値の差により前記現像装置へのトナー補給の有無を判断して前記現像装置内のトナーをすべて入れ替えるためにトナーを消費してしまう動作モードを実行することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施対象とする２成分現像装置を複数備えた画像形成装置を示す概略断面図、図２は、図１に示した画像形成装置の感光体と現像装置付近を示す拡大断面図である。図示の画像形成装置は、４ドラムフルカラーの電子写真方式のものであり、装置本体１内に潜像担持体である円筒状の４個の感光体ドラム２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄを備え、転写ベルト３の図１において上側の面に接触するようにそれぞれ配設してある。
【００１２】
感光体ドラム２Ａ〜２Ｄに対しては、それぞれ使用するトナーの色が異なる現像装置４Ａ〜４Ｄを対応させて配設してある。現像装置４Ａ〜４Ｄは、現像剤により色分解された画像データに対応する着色トナーを保持し、バイアスを印加することにより現像を行う２成分現像装置である。
【００１３】
感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの上方には色分解された画像データを露光する書き込みユニット５が、下方には両面ユニット６がそれぞれ配設してある。図中７は感光体ドラム２Ａ〜２Ｄを帯電させる帯電ローラ、８は画像が転写された転写紙の画像を定着する定着装置である。
【００１４】
各感光体ドラム２Ａ〜２Ｄは、転写残トナーを除去するクリーニング装置等々同一の構成を有し、感光体ドラム２Ａはマゼンタ色に対応する画像を形成し、感光体ドラム２Ｂはシアン色に対応する画像を形成し、感光体ドラム２Ｃはイエロー色に対応する画像を形成し、感光体ドラム２Ｄはブラック色に対応する画像を形成するもので、それらを転写紙の搬送方向に間隔を置いて一列に配置してあり、搬送されてきた転写紙にそれぞれの転写位置にてトナー像を転写して永久的なフルカラー画像を形成する。
【００１５】
また現像装置４Ａ〜４Ｄも同一の構成を有し、感光体ドラム２Ａ〜２Ｄと近接または摺接する現像ローラ９と２本の平行な撹拌搬送スクリュー１０Ａ、１０Ｂを備え、使用するトナーの色のみが異なる。現像装置４Ａはマゼンタ、現像装置４Ｂはシアン、現像装置４Ｃはイエロー、そして現像装置４Ｄはブラックのようにそれぞれ異なる色のトナーを使用するようになっている。詳細には、感光体ドラム２Ａ〜２Ｄに向けて開口部を形成した現像ケーシング１１の内部に、この開口部から一部が露出し、トナー及び磁性キャリアからなる現像剤を表面に担持する現像剤担持体としての非磁性材質からなり、その内部に磁界発生手段としてのマグネットローラを固定配置した現像ローラ９、現像ローラ９上に担持されて搬送されている現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクタ１２を備えている。図中１３は透磁率センサ（以下Ｔセンサ）である。
【００１６】
また本実施形態の現像装置４Ａ〜４Ｄは、図３に示すように、通紙方向の右側の開口１４からトナーを補給して現像ローラ９と逆側の撹拌搬送スクリュー１０Ｂで図中左側に運ばせ、現像ローラ９上では左側から補給トナーは現像されるようになっている。
【００１７】
この画像形成装置は、作像動作を開始させると、各感光体ドラム２Ａ〜２Ｄが図１中で時計回り方向にそれぞれ回転し、帯電ローラ７との間に電圧が印加されることにより表面が一様に帯電される。そして、各感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの帯電面には書き込みユニット６により各色の画像に対応するレーザ光がそれぞれ照射され、そこに各色に対応した潜像がそれぞれ形成される。各潜像は、各感光体ドラム２Ａ〜２Ｄが回転することにより現像装置４Ａ〜４Ｄの位置に達し、そこでマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各トナーにより現像されて各色のトナー像となる。
【００１８】
そして、転写紙Ｐを転写ベルト３に吸着させて搬送しながら、図１で上側の面にイエロー、マゼンタ、シアン及びブラック色の各トナー像を順次転写していき、感光体ドラム２Ｄを通過したときには４色を重ね合わせたフルカラーのトナー画像が形成される。画像が形成された転写紙Ｐには、定着装置８で熱と圧力を加えることによりトナー像を溶融定着させ、その後に排紙する。
【００１９】
また本実施形態では図４に示すように、転写ベルト３の通紙方向（図に矢印で示す）で左側と右側とにそれぞれフォトセンサ１５Ａ、１５Ｂを配置し、通紙方向左側のフォトセンサ１５Ａと右側のフォトセンサ１５Ｂとで、左右の色ずれ調整できるようになっている。２個のフォトセンサを使用した、色ずれ補正及び画像濃度補正については適宜の調整手法を用いればよい。
【００２０】
現像装置４Ａ〜４Ｄ内のトナー濃度は、画像データにより消費し、画像面積及び現像装置内にあるＴセンサ１３の検出値に応じてトナーを補給することでほぼ一定に保つ。また１０枚（枚数は狙いにより異なり、約５〜２００枚でもよい）に一回のプロセスコントロール（感光体ドラム２Ａ〜２Ｄ上または転写ベルト３上に形成された複数のハーフトーン及びベタパターンＰｋ〜Ｐｙをフォトセンサ１５Ａ、１５Ｂにより検出して付着量に換算し、狙いの付着量になるように設定するモード）によりＴセンサ１３の目標値、帯電電位、光量を設定する。
【００２１】
カラープリンタや複写機では白黒単色機と異なり、高面積画像を連続して作像する機会が多いため、高トナー濃度（キャリア被覆率が高い）で制御する必要がある。図５に示す表は、フルカラープリンタと白黒プリンタのキャリア被覆率をまとめて示すものである。
【００２２】
トナー補給時の地汚れのメカニズムを図６、図７に示す。図７において、スリーブ上補給トナーＡは逆帯電しており、同Ｂは正規帯電しているものとして示してある。高トナー濃度で使用するほど、キャリアを覆うトナーの量が多くなり、新たに補給したトナーがキャリアに接する機会が少なくなる。その結果、帯電不良やトナー同士での帯電が行われ逆帯電トナーとなり、補給時地汚れが発生しやすい。フルカラーの画像形成装置の中でも、タンデム方式（４ドラム４現像）の場合は画像形成しない色の現像、感光体も回転することがあり、トナー収支のない回転があるため、現像剤中のトナーは添加剤が埋め込まれるため、補給トナーとの帯電量が異なりやすい。また低湿時には帯電量が高くなるため、トナーとキャリアの結合が強くなることや画像濃度を維持するためには通常環境時よりトナー濃度が高くなり、補給時地汚れが発生しやすい。
【００２３】
図８は地肌ポテンシャルに対する正規地汚れと補給時地汚れをドラム上テープ転写ＩＤ（ドラム上地汚れ）の関係を示す。トナー補給時地汚れは逆帯電地汚れであり、地肌ポテンシャルを狭めると減少するが、正規地汚れの発生（弱帯電トナーの地汚れ発生）が懸念される。
【００２４】
図９、図１０はトナー補給量を変化させた時、時間に対するフォトセンサ出力値（Ｖｓｇ）の推移を示す。いずれもトナー補給量を減らすと補給時地汚れレベルは良くなる。しかし、Ａ３全ベタ（Ａ３サイズの用紙全面にベタ画像を形成する）が追従する補給時間は１５００ミリ秒であり、補給時間が少なくなると画像面積の追従性は悪くなる。なおＡ３全ベタの消費トナー量は、２９．７ｃｍ2×４２．０ｃｍ2×０．６０ｍｇ／ｃｍ2であり、前記補給時間は補給量０．５０ｍｇ／ミリ秒として計算した値である。
【００２５】
なお図９はフォトセンサ１個で補給時地汚れを検知したときのもの、図１０はフォトセンサ２個で検知したときのもので、図１０は左右のフォトセンサ１５Ａ、１５Ｂの出力値の差（ＶｓｇＢ−ＶｓｇＡ＝ΔＶｓｇ）から検知している。
【００２６】
図１１は、フォトセンサ出力値とトナー付着量（以下Ｍ／Ａ）との関係を、図１２はフォトセンサ出力と地汚れランクの関係を示す。本例では地汚れランクはランク３．５以上をＯＫとしている。
【００２７】
図１３ないし図１８に本発明に係る上述してきた実施形態装置の動作フローチャートを示す。
図１３のフローチャートは、フォトセンサが１個以上の時の補給時地汚れ検知モードの基本的な動作を示す。フォトセンサが２個以上のときは補給トナー側のフォトセンサ（図４のフォトセンサ１５Ａ）だけを使用して検知する。動作を開始後、約７〜３０秒間にわたって現像剤を充分に攪拌し（ステップ１）、地汚れがない状態（トナー無補給状態）にしてから、フォトセンサ出力値Ｖｓｇを４．０Ｖに調整する（ステップ２）。ついで任意のトナー補給時間αミリ秒にてトナーを補給し（ステップ３）、フォトセンサ出力値（Ｖｓｇ１）が地汚れランク３．５以下になる値３．７より大きいかどうかを判断し（ステップ４）、３．７以下のときは補給時地汚れ有と判断し（ステップ５）、作像条件を変更する（ステップ６）。ここでは補給時間αミリ秒は最大補給時間とし、本例ではＡ３全ベタが追従する１５００ミリ秒とする。フォトセンサ出力値（Ｖｓｇ１）が３．７より大きければ補給時地汚れ無しと判断し（ステップ７）、作像条件は変更しない（ステップ８）。このフローチャートの場合、色判断は任意とする。
【００２８】
図１４のフローチャートは、フォトセンサ２個以上の時の補給時地汚れ検知モードの基本的な動作を示す。図４のフォトセンサ１５Ａ、１５Ｂともに使用する。動作を開始後、任意のトナー補給時間αミリ秒にてトナーを補給し（ステップ１）、フォトセンサ１５Ａ、１５Ｂの出力値（ＶｓｇＡ、ＶｓｇＢ）を読み取る（ステップ２）。基本的にはフォトセンサ１５Ａの出力値（ＶｓｇＡ）で補給時地汚れを検知するが、現像ローラ９を中心にすると補給トナーが遠い側のフォトセンサ１５Ｂの出力値（ＶｓｇＢ）と比較する。フォトセンサ１５Ｂの出力値は、補給時地汚れの影響が無いため、現像剤を充分に攪拌する必要が無く、地汚れがない状態である。現像攪拌時間が必要ない場合、フォトセンサ出力値を４．０Ｖに調整する（Ｖｓｇ）。地汚れランク３．５以下になるフォトセンサ１５Ｂとフォトセンサ１５Ａの出力値の差ＶｓｇＢ-ＶｓｇＡが０．３より大きいかどうかを判断し（ステップ３）、０．３以下のときは補給時地汚れ有と判断し（ステップ４）、作像条件を変更する（ステップ５）。０．３以上のときは補給時地汚れ無しと判断し（ステップ６）、作像条件は変更しない（ステップ７）。ここでも補給時間αミリ秒は最大補給時間とし、本例ではＡ３全ベタが追従する１５００ミリ秒である。またこのフローチャートの場合も色判断は任意とする。
【００２９】
図１５のフローチャートは、補給時地汚れ有時に地肌ポテンシャルを変更した場合の動作を示す。ほぼ図１３のフローチャートと同じであるが、ステップ６においてトナー補給最大時間を判断し（ステップ６ａ）、補給時間が６００ミリ秒以上であれば３００ミリ秒減らす（ステップ６ｂ）動作を行う。効果は図８に示したとおりである。
【００３０】
図１６のフローチャートは、補給時地汚れ有時に最大補給時間を変更した場合の動作を示す。ほぼ図１３のフローチャートと同じであるが、ステップ６において地肌バイアスの大きさを判断し（ステップ６ａ）、地肌バイアスが１５０Ｖ以上であれば２０Ｖ下げる（ステップ６ｂ）動作を行う。効果は図９に示したとおりである。
【００３１】
図１７のフローチャートは、補給時地汚れ有時に剤中トナーの入れ替えを行う動作を示す。これもほぼ図１３のフローチャートと同じであるが、補給時地汚れ有時（ステップ５）には剤中トナーを入れ替えモードに入る（ステップ６）。
【００３２】
図１８のフローチャートは、剤中トナーを入れ替えモードの動作を示す。全色の現像剤を撹拌し（ステップ１）、実行色を判別（ステップ２）した後、消費モードに入り（ステップ３）、消費パターン（ハーフトーン画像）を実行色に対応する感光体ドラム上に現像し、感光体ドラム上のパターンを転写ベルト３上に転写して消費する（ステップ４）。そして、トナーを消費した後に攪拌し、現像剤のトナー濃度（ＴＣ）を読み取り（ステップ５）、トナーエンドレベルまで消費する。そして、Ｔセンサ１３の出力値Ｖｔが狙いのＴセンサ１３の出力上限値（トナーエンドレベル）Ｖｒｅｆ＋１．２Ｖ以上であることを連続３回検知するか、１００回まで繰り返してもＴセンサ１３の出力値がトナーエンドレベルに達しないかどうかを判断する（ステップ６）。なお狙いのＴセンサ１３の出力値Ｖｔの上限値をＶｒｅｆ＋１．２Ｖとしているが、＋１．２Ｖは任意である。ステップ６の判断においてトナーエンドレベルまで消費していないときは、現像、攪拌を繰り返す（ステップ４、５）。トナーエンドレベルになった後は、後処理工程として、転写ベルトのクリーニングを充分に行い（ステップ７）、クリーニング終了後、トナーエンドリカバリと同等な動作でトナーを補給し（ステップ８）、トナー濃度（ＴＣ）を狙いの値にする。ただし、１００回まで繰り返してもＴセンサ値がトナーエンドレベルまで行かない場合は異常とみなし、後処理工程、リカバリに入る（ステップ９、１０）。
【００３３】
なお、これらの動作を頻繁に行うことにより補給時地汚れ発生は防げるが、１０〜２０分機械が使用できない、トナーイールドが足りない等不具合が最低限の回数で行うことができる。
【００３４】
以下本発明の実施対象とする画像形成装置における現像条件を示す。
＜機械的条件＞
・現像ローラ９と感光体ドラム２Ａ〜２Ｄのギャップ（以下ＧＰ）：０．４〜０．６ｍｍ
・現像ローラ９とドクタ１２のギャップ（以下ＧＤ）：０．４〜０．６ｍｍ
・現像ローラ９の径１８φ
・感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの線速６０〜２５０ｍｍ／秒
・感光体ドラムの線速に対する現像ローラの線速比１．１〜１．８
＜現像剤＞
・キャリア：フェライト、平均径５０〜７０μｍ
・トナー：ポリオール系樹脂、ポリエステル系樹脂、平均粒径６〜７μｍ、添加剤の量０．５〜２．０ｗｔ％、キャリア被覆率３０〜８０％、帯電量（Ｑ／Ｍ）１０〜３０μＣ／ｇ
なお、上述してきた実施の形態で、２個以上のフォトセンサを用い、２個のフォトセンサ出力値を比較することで、検知時間を短縮できる。また色ずれ補正用のフォトセンサを用いることで、新たなコストの発生無く、補給時地汚れを検知できる。さらに、フォトセンサを用いて補給時地汚れを検知し、フォトセンサで読み取った補給時地汚れがある一定以下になるように地肌ポテンシャルを調整することで、現像条件に反映して転写紙に作像する前に補給時地汚れ未然に防ぐことができ、フォトセンサを用いて補給時地汚れを検知し、フォトセンサで読み取った補給時地汚れがある一定以下になるように最大補給時間を制限することで、補給時地汚れを未然に防ぐことができ、フォトセンサを用いて補給時地汚れを検知し、フォトセンサで読み取った補給時地汚れがある一定以上のときはトナー入れ替えモードを行うことで、トナー入れ替えモードの時間を短縮でき、効果を確実なものにできる。
【００３５】
本発明に係る画像形成装置は、以上説明してきたように、２軸の現像攪拌部材で、補給トナーが現像剤に混ざり現像スリーブに現れる方の端部に光学的センサを持ち、補給時地汚れのレベルを検知することで、地肌ポテンシャルの変更にて逆帯電トナー量の現像量を減らしたり、最大補給量を減らすことで、正帯電地汚れ発生や、ベタ追従性低下を最低限に抑えながら、補給時地汚れの発生をなくすことができ、安定した画像を得ることができる。また現像剤中のトナーの入れ替えも最低時間に抑えることができるため、効果的にキャリアと結合しているトナーがリフレッシュされ、補給トナーとの帯電量分布に差が無くなるため、補給時地汚れの発生無く、安定した画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施対象とする２成分現像装置を複数備えた画像形成装置を示す概略断面図である。
【図２】図１に示した画像形成装置の感光体と現像装置付近を示す拡大断面図である。
【図３】図１に示した画像形成装置の現像装置を詳細に示す断面図である。
【図４】図１に示した画像形成装置の転写ベルトに対するフォトセンサの配置を示す概念的斜視図である。
【図５】フルカラープリンタと白黒プリンタのキャリア被覆率を示す図である。
【図６】トナー補給時の地汚れのメカニズムとして帯電量の分布を示す図である。
【図７】トナー補給時の地汚れのメカニズムとして汚れ発生のモデルを示す図である。
【図８】地肌ポテンシャルに対する正規地汚れと補給時地汚れをドラム上テープ転写ＩＤ（ドラム上地汚れ）の関係を示す図である。
【図９】トナー補給量を変化させた時、時間に対するフォトセンサ出力値（Ｖｓｇ）の推移を示す図である。
【図１０】トナー補給量を変化させた時、時間に対するフォトセンサ出力値差（ΔＶｓｇ）の推移を示す図である。
【図１１】フォトセンサ出力値とトナー付着量（以下Ｍ／Ａ）との関係を示す図である。
【図１２】フォトセンサ出力と地汚れランクの関係を示す図である。
【図１３】フォトセンサが１個以上の時の補給時地汚れ検知モードの基本的な動作を示す図である。
【図１４】フォトセンサ２個以上の時の補給時地汚れ検知モードの基本的な動作を示す図である。
【図１５】補給時地汚れ有時に地肌ポテンシャルを変更した場合の動作を示す図である。
【図１６】補給時地汚れ有時に最大補給時間を変更した場合の動作を示す図である。
【図１７】補給時地汚れ有時に剤中トナーの入れ替えを行う動作を示す図である。
【図１８】現像剤中トナーを入れ替えモードの動作を示す図である。
【符号の説明】
１ 装置本体
２Ａ〜２Ｄ 感光体ドラム
３ 転写ベルト
４Ａ〜４Ｄ 現像装置
５ 書き込みユニット
６ 両面ユニット
７ 帯電ローラ
８ 定着装置
９ 現像ローラ
１０Ａ、１０Ｂ 撹拌搬送スクリュー
１１ 現像ケーシング
１２ ドクタ
１３ 透磁率センサ（Ｔセンサ）
１５Ａ、１５Ｂ フォトセンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電複写装置、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
２成分現像方式のプリンタや複写機においては、作像上安定した画像品質を得るためには現像剤のトナー帯電量及びトナー濃度を安定させることが望ましい。帯電量をあわせるには、フォトセンサ等を用い、トナー濃度を安定させるためには磁気センサ等を用いて制御している。特にカラープリンタや複写機では、白黒単色機と異なり高面積画像を連続して作像する機会が多いため、高トナー濃度（キャリア被覆率が高い）で制御している場合が多い。
【０００３】
しかしながら、高トナー濃度で使用するほどキャリアを覆うトナーの量が多くなり（キャリア被覆率が高い）、新たに補給したトナーがキャリアに接する機会が少なくなる。その結果、帯電不良やトナー同士での帯電が行われ逆帯電トナーとなり、補給時地汚れが発生しやすい。特に低湿時には、帯電量が高くなるためトナーとキャリアの結合が強くなることや、画像濃度を維持するためには通常環境時よりトナー濃度が高くなり、補給時地汚れが発生しやすい。
【０００４】
本発明は、前記従来の問題点にかんがみ、補給時地汚れのレベルを検知することで、地肌ポテンシャルの変更にて逆帯電トナー量の現像量を減らしたり、最大補給量を減らすことで、正帯電地汚れ発生や、ベタ追従性低下を最低限に抑えながら、補給時地汚れの発生をなくすことができ、安定した画像を得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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、潜像担持体と、
該潜像担持体上の潜像を現像するためにトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用い、該二成分現像剤を攪拌、搬送するための２軸の現像攪拌部材を用いた現像装置と、
該現像装置により現像された前記潜像担持体上のトナー像の転写を受ける転写ベルトを備え、
前記２軸の現像攪拌部材は、前記現像装置が備える現像スリーブの一方の端部側に、補給された補給トナーが現れる構造を有し、
少なくとも該補給トナーが前記現像スリーブに現れる側の端部に対応して位置する前記転写ベルトの面を検知するための光学的センサを配し、
該光学的センサの出力値に応じて前記転写ベルト上でのトナー像の色ずれや画像濃度の違いに対応するための作像条件を調整する調整手段を備え、
所定の補給時間にてトナーを補給し、かつ該トナー補給後の前記光学的センサの出力値により、前記調整手段が前記現像攪拌部材へのトナーの前記所定の補給時間を変更して前記作像条件を調整することを特徴とする。
【０００６】
同請求項２に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、請求項１の画像形成装置において、前記光学的センサを前記転写ベルトの画像領域の左右端部にそれぞれ配してなり、前記調整手段が、前記画像領域の左右端部の光学的センサの出力値の差で前記画像濃度の違いの補正及び前記色ずれの補正を兼ね行うことを特徴とする。
【０００７】
同請求項３に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、請求項１または２のいずれかの画像形成装置において、前記調整手段が、前記光学的センサ出力値の差により前記現像装置へのトナー補給の有無を判断して前記潜像担持体の地肌ポテンシャルを調整することを特徴とする。
【０００８】
同請求項４に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、請求項２または３の画像形成装置において、前記調整手段が、前記光学的センサ出力値の差により前記現像装置へのトナー補給の最大補給時間を調整することを特徴とする。
【０００９】
同請求項５に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、請求項２ないし４のいずれかの画像形成装置において、前記調整手段が、前記光学的センサの出力値の差により前記現像装置へのトナー補給の有無を判断して前記現像装置内のトナーをすべて入れ替えるためにトナーを消費してしまう動作モードを実行することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施対象とする２成分現像装置を複数備えた画像形成装置を示す概略断面図、図２は、図１に示した画像形成装置の感光体と現像装置付近を示す拡大断面図である。図示の画像形成装置は、４ドラムフルカラーの電子写真方式のものであり、装置本体１内に潜像担持体である円筒状の４個の感光体ドラム２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄを備え、転写ベルト３の図１において上側の面に接触するようにそれぞれ配設してある。
【００１２】
感光体ドラム２Ａ〜２Ｄに対しては、それぞれ使用するトナーの色が異なる現像装置４Ａ〜４Ｄを対応させて配設してある。現像装置４Ａ〜４Ｄは、現像剤により色分解された画像データに対応する着色トナーを保持し、バイアスを印加することにより現像を行う２成分現像装置である。
【００１３】
感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの上方には色分解された画像データを露光する書き込みユニット５が、下方には両面ユニット６がそれぞれ配設してある。図中７は感光体ドラム２Ａ〜２Ｄを帯電させる帯電ローラ、８は画像が転写された転写紙の画像を定着する定着装置である。
【００１４】
各感光体ドラム２Ａ〜２Ｄは、転写残トナーを除去するクリーニング装置等々同一の構成を有し、感光体ドラム２Ａはマゼンタ色に対応する画像を形成し、感光体ドラム２Ｂはシアン色に対応する画像を形成し、感光体ドラム２Ｃはイエロー色に対応する画像を形成し、感光体ドラム２Ｄはブラック色に対応する画像を形成するもので、それらを転写紙の搬送方向に間隔を置いて一列に配置してあり、搬送されてきた転写紙にそれぞれの転写位置にてトナー像を転写して永久的なフルカラー画像を形成する。
【００１５】
また現像装置４Ａ〜４Ｄも同一の構成を有し、感光体ドラム２Ａ〜２Ｄと近接または摺接する現像ローラ９と２本の平行な撹拌搬送スクリュー１０Ａ、１０Ｂを備え、使用するトナーの色のみが異なる。現像装置４Ａはマゼンタ、現像装置４Ｂはシアン、現像装置４Ｃはイエロー、そして現像装置４Ｄはブラックのようにそれぞれ異なる色のトナーを使用するようになっている。詳細には、感光体ドラム２Ａ〜２Ｄに向けて開口部を形成した現像ケーシング１１の内部に、この開口部から一部が露出し、トナー及び磁性キャリアからなる現像剤を表面に担持する現像剤担持体としての非磁性材質からなり、その内部に磁界発生手段としてのマグネットローラを固定配置した現像ローラ９、現像ローラ９上に担持されて搬送されている現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクタ１２を備えている。図中１３は透磁率センサ（以下Ｔセンサ）である。
【００１６】
また本実施形態の現像装置４Ａ〜４Ｄは、図３に示すように、通紙方向の右側の開口１４からトナーを補給して現像ローラ９と逆側の撹拌搬送スクリュー１０Ｂで図中左側に運ばせ、現像ローラ９上では左側から補給トナーは現像されるようになっている。
【００１７】
この画像形成装置は、作像動作を開始させると、各感光体ドラム２Ａ〜２Ｄが図１中で時計回り方向にそれぞれ回転し、帯電ローラ７との間に電圧が印加されることにより表面が一様に帯電される。そして、各感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの帯電面には書き込みユニット６により各色の画像に対応するレーザ光がそれぞれ照射され、そこに各色に対応した潜像がそれぞれ形成される。各潜像は、各感光体ドラム２Ａ〜２Ｄが回転することにより現像装置４Ａ〜４Ｄの位置に達し、そこでマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各トナーにより現像されて各色のトナー像となる。
【００１８】
そして、転写紙Ｐを転写ベルト３に吸着させて搬送しながら、図１で上側の面にイエロー、マゼンタ、シアン及びブラック色の各トナー像を順次転写していき、感光体ドラム２Ｄを通過したときには４色を重ね合わせたフルカラーのトナー画像が形成される。画像が形成された転写紙Ｐには、定着装置８で熱と圧力を加えることによりトナー像を溶融定着させ、その後に排紙する。
【００１９】
また本実施形態では図４に示すように、転写ベルト３の通紙方向（図に矢印で示す）で左側と右側とにそれぞれフォトセンサ１５Ａ、１５Ｂを配置し、通紙方向左側のフォトセンサ１５Ａと右側のフォトセンサ１５Ｂとで、左右の色ずれ調整できるようになっている。２個のフォトセンサを使用した、色ずれ補正及び画像濃度補正については適宜の調整手法を用いればよい。
【００２０】
現像装置４Ａ〜４Ｄ内のトナー濃度は、画像データにより消費し、画像面積及び現像装置内にあるＴセンサ１３の検出値に応じてトナーを補給することでほぼ一定に保つ。また１０枚（枚数は狙いにより異なり、約５〜２００枚でもよい）に一回のプロセスコントロール（感光体ドラム２Ａ〜２Ｄ上または転写ベルト３上に形成された複数のハーフトーン及びベタパターンＰｋ〜Ｐｙをフォトセンサ１５Ａ、１５Ｂにより検出して付着量に換算し、狙いの付着量になるように設定するモード）によりＴセンサ１３の目標値、帯電電位、光量を設定する。
【００２１】
カラープリンタや複写機では白黒単色機と異なり、高面積画像を連続して作像する機会が多いため、高トナー濃度（キャリア被覆率が高い）で制御する必要がある。図５に示す表は、フルカラープリンタと白黒プリンタのキャリア被覆率をまとめて示すものである。
【００２２】
トナー補給時の地汚れのメカニズムを図６、図７に示す。図７において、スリーブ上補給トナーＡは逆帯電しており、同Ｂは正規帯電しているものとして示してある。高トナー濃度で使用するほど、キャリアを覆うトナーの量が多くなり、新たに補給したトナーがキャリアに接する機会が少なくなる。その結果、帯電不良やトナー同士での帯電が行われ逆帯電トナーとなり、補給時地汚れが発生しやすい。フルカラーの画像形成装置の中でも、タンデム方式（４ドラム４現像）の場合は画像形成しない色の現像、感光体も回転することがあり、トナー収支のない回転があるため、現像剤中のトナーは添加剤が埋め込まれるため、補給トナーとの帯電量が異なりやすい。また低湿時には帯電量が高くなるため、トナーとキャリアの結合が強くなることや画像濃度を維持するためには通常環境時よりトナー濃度が高くなり、補給時地汚れが発生しやすい。
【００２３】
図８は地肌ポテンシャルに対する正規地汚れと補給時地汚れをドラム上テープ転写ＩＤ（ドラム上地汚れ）の関係を示す。トナー補給時地汚れは逆帯電地汚れであり、地肌ポテンシャルを狭めると減少するが、正規地汚れの発生（弱帯電トナーの地汚れ発生）が懸念される。
【００２４】
図９、図１０はトナー補給量を変化させた時、時間に対するフォトセンサ出力値（Ｖｓｇ）の推移を示す。いずれもトナー補給量を減らすと補給時地汚れレベルは良くなる。しかし、Ａ３全ベタ（Ａ３サイズの用紙全面にベタ画像を形成する）が追従する補給時間は１５００ミリ秒であり、補給時間が少なくなると画像面積の追従性は悪くなる。なおＡ３全ベタの消費トナー量は、２９．７ｃｍ2×４２．０ｃｍ2×０．６０ｍｇ／ｃｍ2であり、前記補給時間は補給量０．５０ｍｇ／ミリ秒として計算した値である。
【００２５】
なお図９はフォトセンサ１個で補給時地汚れを検知したときのもの、図１０はフォトセンサ２個で検知したときのもので、図１０は左右のフォトセンサ１５Ａ、１５Ｂの出力値の差（ＶｓｇＢ−ＶｓｇＡ＝ΔＶｓｇ）から検知している。
【００２６】
図１１は、フォトセンサ出力値とトナー付着量（以下Ｍ／Ａ）との関係を、図１２はフォトセンサ出力と地汚れランクの関係を示す。本例では地汚れランクはランク３．５以上をＯＫとしている。
【００２７】
図１３ないし図１８に本発明に係る上述してきた実施形態装置の動作フローチャートを示す。
図１３のフローチャートは、フォトセンサが１個以上の時の補給時地汚れ検知モードの基本的な動作を示す。フォトセンサが２個以上のときは補給トナー側のフォトセンサ（図４のフォトセンサ１５Ａ）だけを使用して検知する。動作を開始後、約７〜３０秒間にわたって現像剤を充分に攪拌し（ステップ１）、地汚れがない状態（トナー無補給状態）にしてから、フォトセンサ出力値Ｖｓｇを４．０Ｖに調整する（ステップ２）。ついで任意のトナー補給時間αミリ秒にてトナーを補給し（ステップ３）、フォトセンサ出力値（Ｖｓｇ１）が地汚れランク３．５以下になる値３．７より大きいかどうかを判断し（ステップ４）、３．７以下のときは補給時地汚れ有と判断し（ステップ５）、作像条件を変更する（ステップ６）。ここでは補給時間αミリ秒は最大補給時間とし、本例ではＡ３全ベタが追従する１５００ミリ秒とする。フォトセンサ出力値（Ｖｓｇ１）が３．７より大きければ補給時地汚れ無しと判断し（ステップ７）、作像条件は変更しない（ステップ８）。このフローチャートの場合、色判断は任意とする。
【００２８】
図１４のフローチャートは、フォトセンサ２個以上の時の補給時地汚れ検知モードの基本的な動作を示す。図４のフォトセンサ１５Ａ、１５Ｂともに使用する。動作を開始後、任意のトナー補給時間αミリ秒にてトナーを補給し（ステップ１）、フォトセンサ１５Ａ、１５Ｂの出力値（ＶｓｇＡ、ＶｓｇＢ）を読み取る（ステップ２）。基本的にはフォトセンサ１５Ａの出力値（ＶｓｇＡ）で補給時地汚れを検知するが、現像ローラ９を中心にすると補給トナーが遠い側のフォトセンサ１５Ｂの出力値（ＶｓｇＢ）と比較する。フォトセンサ１５Ｂの出力値は、補給時地汚れの影響が無いため、現像剤を充分に攪拌する必要が無く、地汚れがない状態である。現像攪拌時間が必要ない場合、フォトセンサ出力値を４．０Ｖに調整する（Ｖｓｇ）。地汚れランク３．５以下になるフォトセンサ１５Ｂとフォトセンサ１５Ａの出力値の差ＶｓｇＢ-ＶｓｇＡが０．３より大きいかどうかを判断し（ステップ３）、０．３以下のときは補給時地汚れ有と判断し（ステップ４）、作像条件を変更する（ステップ５）。０．３以上のときは補給時地汚れ無しと判断し（ステップ６）、作像条件は変更しない（ステップ７）。ここでも補給時間αミリ秒は最大補給時間とし、本例ではＡ３全ベタが追従する１５００ミリ秒である。またこのフローチャートの場合も色判断は任意とする。
【００２９】
図１５のフローチャートは、補給時地汚れ有時に地肌ポテンシャルを変更した場合の動作を示す。ほぼ図１３のフローチャートと同じであるが、ステップ６においてトナー補給最大時間を判断し（ステップ６ａ）、補給時間が６００ミリ秒以上であれば３００ミリ秒減らす（ステップ６ｂ）動作を行う。効果は図８に示したとおりである。
【００３０】
図１６のフローチャートは、補給時地汚れ有時に最大補給時間を変更した場合の動作を示す。ほぼ図１３のフローチャートと同じであるが、ステップ６において地肌バイアスの大きさを判断し（ステップ６ａ）、地肌バイアスが１５０Ｖ以上であれば２０Ｖ下げる（ステップ６ｂ）動作を行う。効果は図９に示したとおりである。
【００３１】
図１７のフローチャートは、補給時地汚れ有時に剤中トナーの入れ替えを行う動作を示す。これもほぼ図１３のフローチャートと同じであるが、補給時地汚れ有時（ステップ５）には剤中トナーを入れ替えモードに入る（ステップ６）。
【００３２】
図１８のフローチャートは、剤中トナーを入れ替えモードの動作を示す。全色の現像剤を撹拌し（ステップ１）、実行色を判別（ステップ２）した後、消費モードに入り（ステップ３）、消費パターン（ハーフトーン画像）を実行色に対応する感光体ドラム上に現像し、感光体ドラム上のパターンを転写ベルト３上に転写して消費する（ステップ４）。そして、トナーを消費した後に攪拌し、現像剤のトナー濃度（ＴＣ）を読み取り（ステップ５）、トナーエンドレベルまで消費する。そして、Ｔセンサ１３の出力値Ｖｔが狙いのＴセンサ１３の出力上限値（トナーエンドレベル）Ｖｒｅｆ＋１．２Ｖ以上であることを連続３回検知するか、１００回まで繰り返してもＴセンサ１３の出力値がトナーエンドレベルに達しないかどうかを判断する（ステップ６）。なお狙いのＴセンサ１３の出力値Ｖｔの上限値をＶｒｅｆ＋１．２Ｖとしているが、＋１．２Ｖは任意である。ステップ６の判断においてトナーエンドレベルまで消費していないときは、現像、攪拌を繰り返す（ステップ４、５）。トナーエンドレベルになった後は、後処理工程として、転写ベルトのクリーニングを充分に行い（ステップ７）、クリーニング終了後、トナーエンドリカバリと同等な動作でトナーを補給し（ステップ８）、トナー濃度（ＴＣ）を狙いの値にする。ただし、１００回まで繰り返してもＴセンサ値がトナーエンドレベルまで行かない場合は異常とみなし、後処理工程、リカバリに入る（ステップ９、１０）。
【００３３】
なお、これらの動作を頻繁に行うことにより補給時地汚れ発生は防げるが、１０〜２０分機械が使用できない、トナーイールドが足りない等不具合が最低限の回数で行うことができる。
【００３４】
以下本発明の実施対象とする画像形成装置における現像条件を示す。
＜機械的条件＞
・現像ローラ９と感光体ドラム２Ａ〜２Ｄのギャップ（以下ＧＰ）：０．４〜０．６ｍｍ
・現像ローラ９とドクタ１２のギャップ（以下ＧＤ）：０．４〜０．６ｍｍ
・現像ローラ９の径１８φ
・感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの線速６０〜２５０ｍｍ／秒
・感光体ドラムの線速に対する現像ローラの線速比１．１〜１．８
＜現像剤＞
・キャリア：フェライト、平均径５０〜７０μｍ
・トナー：ポリオール系樹脂、ポリエステル系樹脂、平均粒径６〜７μｍ、添加剤の量０．５〜２．０ｗｔ％、キャリア被覆率３０〜８０％、帯電量（Ｑ／Ｍ）１０〜３０μＣ／ｇ
なお、上述してきた実施の形態で、２個以上のフォトセンサを用い、２個のフォトセンサ出力値を比較することで、検知時間を短縮できる。また色ずれ補正用のフォトセンサを用いることで、新たなコストの発生無く、補給時地汚れを検知できる。さらに、フォトセンサを用いて補給時地汚れを検知し、フォトセンサで読み取った補給時地汚れがある一定以下になるように地肌ポテンシャルを調整することで、現像条件に反映して転写紙に作像する前に補給時地汚れ未然に防ぐことができ、フォトセンサを用いて補給時地汚れを検知し、フォトセンサで読み取った補給時地汚れがある一定以下になるように最大補給時間を制限することで、補給時地汚れを未然に防ぐことができ、フォトセンサを用いて補給時地汚れを検知し、フォトセンサで読み取った補給時地汚れがある一定以上のときはトナー入れ替えモードを行うことで、トナー入れ替えモードの時間を短縮でき、効果を確実なものにできる。
【００３５】
本発明に係る画像形成装置は、以上説明してきたように、２軸の現像攪拌部材で、補給トナーが現像剤に混ざり現像スリーブに現れる方の端部に光学的センサを持ち、補給時地汚れのレベルを検知することで、地肌ポテンシャルの変更にて逆帯電トナー量の現像量を減らしたり、最大補給量を減らすことで、正帯電地汚れ発生や、ベタ追従性低下を最低限に抑えながら、補給時地汚れの発生をなくすことができ、安定した画像を得ることができる。また現像剤中のトナーの入れ替えも最低時間に抑えることができるため、効果的にキャリアと結合しているトナーがリフレッシュされ、補給トナーとの帯電量分布に差が無くなるため、補給時地汚れの発生無く、安定した画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施対象とする２成分現像装置を複数備えた画像形成装置を示す概略断面図である。
【図２】図１に示した画像形成装置の感光体と現像装置付近を示す拡大断面図である。
【図３】図１に示した画像形成装置の現像装置を詳細に示す断面図である。
【図４】図１に示した画像形成装置の転写ベルトに対するフォトセンサの配置を示す概念的斜視図である。
【図５】フルカラープリンタと白黒プリンタのキャリア被覆率を示す図である。
【図６】トナー補給時の地汚れのメカニズムとして帯電量の分布を示す図である。
【図７】トナー補給時の地汚れのメカニズムとして汚れ発生のモデルを示す図である。
【図８】地肌ポテンシャルに対する正規地汚れと補給時地汚れをドラム上テープ転写ＩＤ（ドラム上地汚れ）の関係を示す図である。
【図９】トナー補給量を変化させた時、時間に対するフォトセンサ出力値（Ｖｓｇ）の推移を示す図である。
【図１０】トナー補給量を変化させた時、時間に対するフォトセンサ出力値差（ΔＶｓｇ）の推移を示す図である。
【図１１】フォトセンサ出力値とトナー付着量（以下Ｍ／Ａ）との関係を示す図である。
【図１２】フォトセンサ出力と地汚れランクの関係を示す図である。
【図１３】フォトセンサが１個以上の時の補給時地汚れ検知モードの基本的な動作を示す図である。
【図１４】フォトセンサ２個以上の時の補給時地汚れ検知モードの基本的な動作を示す図である。
【図１５】補給時地汚れ有時に地肌ポテンシャルを変更した場合の動作を示す図である。
【図１６】補給時地汚れ有時に最大補給時間を変更した場合の動作を示す図である。
【図１７】補給時地汚れ有時に剤中トナーの入れ替えを行う動作を示す図である。
【図１８】現像剤中トナーを入れ替えモードの動作を示す図である。
【符号の説明】
１ 装置本体
２Ａ〜２Ｄ 感光体ドラム
３ 転写ベルト
４Ａ〜４Ｄ 現像装置
５ 書き込みユニット
６ 両面ユニット
７ 帯電ローラ
８ 定着装置
９ 現像ローラ
１０Ａ、１０Ｂ 撹拌搬送スクリュー
１１ 現像ケーシング
１２ ドクタ
１３ 透磁率センサ（Ｔセンサ）
１５Ａ、１５Ｂ フォトセンサ
Claims (5)
- 潜像担持体と、
該潜像担持体上の潜像を現像するためにトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用い、該二成分現像剤を攪拌、搬送するための２軸の現像攪拌部材を用いた現像装置と、
該現像装置により現像された前記潜像担持体上のトナー像の転写を受ける転写ベルトを備え、
前記２軸の現像攪拌部材は、前記現像装置が備える現像スリーブの一方の端部側に、補給された補給トナーが現れる構造を有し、
少なくとも該補給トナーが前記現像スリーブに現れる側の端部に対応して位置する前記転写ベルトの面を検知するための光学的センサを配し、
該光学的センサの出力値に応じて前記転写ベルト上でのトナー像の色ずれや画像濃度の違いに対応するための作像条件を調整する調整手段を備え、
所定の補給時間にてトナーを補給し、かつ該トナー補給後の前記光学的センサの出力値により、前記調整手段が前記現像攪拌部材へのトナーの前記所定の補給時間を変更して前記作像条件を調整することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１の画像形成装置において、前記光学的センサを前記転写ベルトの画像領域の左右端部にそれぞれ配してなり、前記調整手段が、前記画像領域の左右端部の光学的センサの出力値の差で前記画像濃度の違いの補正及び前記色ずれの補正を兼ね行うことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１または２のいずれかの画像形成装置において、前記調整手段が、前記光学的センサ出力値の差により前記現像装置へのトナー補給の有無を判断して前記潜像担持体の地肌ポテンシャルを調整することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項２または３の画像形成装置において、前記調整手段が、前記光学的センサ出力値の差により前記現像装置へのトナー補給の最大補給時間を調整することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項２ないし４のいずれかの画像形成装置において、前記調整手段が、前記光学的センサの出力値の差により前記現像装置へのトナー補給の有無を判断して前記現像装置内のトナーをすべて入れ替えるためにトナーを消費してしまう動作モードを実行することを特徴とする画像形成装置。
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