JP4826172B2 - 現像装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
これに対し、単にトナー濃度の変化を検知してそれに合わせたトナーを補給するようにしても、現像剤自体の流動性や帯電性の経時的な変化等により適正な画質を得ることが困難となる。
また、特許文献2では、現像回数、現像時間、感光体の帯電特性変化等から現像剤の使用履歴を推定したり、トナーの帯電特性やキャリアの抵抗変化から現像剤の使用履歴を検出して、現像バイアスの交流成分の振幅を変化させることで、現像剤の流動性の経時変化に対する補正が行われる結果、トナーの転写性能を維持することができるとした提案がなされている。
通常、現像剤は、使用されるに従い、現像剤中のトナー量の割合が変化したり、トナーやキャリアの変化、更には、現像剤の密集具合等の変化が生じるようになる。したがって、このような現像剤の特性変化を適切に捉え、適正画質を維持することが重要な課題となる。
また、現像剤担持体3は像担持体1と離間配置されていれば、その移動方向は、Against方向(互いの対向部位で相反する方向に移動する)、With方向(互いの対向部位で同一方向に移動する)のいずれであっても差し支えない。
更に、像担持体1としては、静電潜像を担持できるものであればよく、その形状はロール状、ベルト状いずれであっても差し支えない。
更にまた、現像剤担持体3は現像剤を担持搬送できるものであればよく、代表的態様としては回転可能な非磁性スリーブとその内部に固定配置される磁石体とで構成される。
また、ここで、体積抵抗の「所定の範囲」とは、体積抵抗によって、かぶりやキャリアかぶり(BCO:Bead Carrier Over)等の画像欠陥が発生する領域に至らない範囲を意味する。通常、体積抵抗が高くなりすぎると、かぶり、粒状性、バンディング等によって画像劣化が発生し、一方、体積抵抗が低くなりすぎると、キャリアかぶり、粒状性等による画像劣化が発生するようになる。
更に、現像バイアス調整手段6は、現像バイアス交流成分の振幅及び周波数の少なくともいずれか一方を調整することが好ましい。一方のみを調整するようにすれば、現像バイアスの制御も簡略化され、装置自体の簡略化にも有効となる。
そして、現像バイアス調整手段6は、体積抵抗検出手段5によって検出された現像剤の体積抵抗が前記所定の範囲を超えた場合に、当該所定の範囲を上回るときには現像バイアスの交流成分の振幅が前記基準の値より大きくなるように調整し、前記所定の範囲を下回るときには現像バイアスの交流成分の振幅が前記基準の値より小さくなるように調整することが好ましい。また、現像バイアス調整手段6は、体積抵抗検出手段5によって検出された現像剤の体積抵抗が前記所定の範囲を超えた場合に、当該所定の範囲を上回るときには現像バイアスの交流成分の周波数が前記基準の値より低くなるように調整し、前記所定の範囲を下回るときには現像バイアスの交流成分の周波数が前記基準の値より高くなるように調整することが好ましい。
体積抵抗検出手段5によって検出される現像剤の体積抵抗に沿って現像バイアスの交流成分を有効に調整する、更には画像濃度を所望通り一定に保つという観点からは、現像バイアス調整手段6による調整が行われた後、制御手段による作像条件の調整が行われる方が好ましい。
また、ここでいう作像条件とは、現像バイアスの交流成分以外の条件であればよく、現像バイアスの直流成分や像担持体1の各種電位条件、更には現像剤補給手段7を備える態様(後述するように)にあっては、この現像剤補給手段7を制御するようにしてもよい。また、画像濃度検出手段からの情報と例えば事前に求めたパラメータテーブルとに基づいてより具体的に作像条件を調整するようにしてもよい。
更に、制御手段は、作像条件一般を調整できるものであればよく、この制御手段に現像バイアス調整手段6を含めるように構成しても差し支えない。
このとき、現像剤補給手段7としては、現像ハウジング2内に新たな現像剤を補給できるように構成されればよく、代表的態様としては、内部に搬送部材を有し、この搬送部材を稼働させることで所定量の現像剤補給を行う態様が挙げられる。そして、この新たに補給される現像剤としては、二成分現像剤の態様とトナーのみの態様とがある。
更に、出力された画像の累積情報は、使用されたトナーの累積が分かるような方式で算出されたものであればよく、例えば出力画像の画像面積率の累積や、トナー濃度の変化分の累積、出力された画像濃度の累積等による方式が挙げられる。
特に、体積抵抗検出手段として現像剤担持体上の現像剤に対して接離可能な電極部材を有し、電極部材が現像剤に接触した条件下で電極部材と現像剤担持体との間の現像剤の体積抵抗を検出するようにしたので、現像剤の流れに支障をもたらさず、帯電特性に対する影響を抑えることができる。
また、この現像装置を用いることで、画質の安定した画像形成装置を提供することが可能になる。
図2は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態を示す。
同図において、本実施の形態における画像形成装置は、所謂タンデム型のカラー画像形成装置であり、装置本体10内に例えば電子写真方式にて各色成分(例えばイエロ(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K))トナー像が形成担持される感光体ドラム11(11a〜11d)を中間転写ベルト20上に並列配置したものである。
更にまた、本実施の形態では、装置本体10内に本件の特徴点である現像バイアスの制御等を行うための制御装置50が設けられている。
また、それらの下流側には、捌かれて搬送された用紙Sの位置決め規制を行うレジストロール29が配設され、更にその下流側には、中間転写ベルト20上に一次転写されたトナー像を用紙S上に一括転写する二次転写ロール等の二次転写装置30が、張架ロール23をバックアップロールとして配設されている。
本実施の形態の現像ロール42は、回転可能な非磁性の現像スリーブ42aと、この現像スリーブ42aの内部に固定的に配置され、複数の磁極を有する磁石体42bとを備え、現像スリーブ42aは感光体ドラム11とAgainst方向に回転するようになっている。また、磁石体42bは、その外周部に複数の磁極(S2,N3,S1,N1,N2)を備えており、感光体ドラム11と対向する位置に磁極S1を設ける一方、磁極S2に対向する位置には現像ロール42上の現像剤量を規制するトリマ43が設けられている。
このように、本実施の形態では、磁石体42bの磁極N2がピックアップ磁極、磁極S2がトリミング磁極、磁極N3が搬送磁極、磁極S1が現像磁極、磁極N1と磁極N2とで反発磁極(ピックオフ磁極)を形成するようになっている。尚、本実施の形態において、夫々の磁極の配置や数は本形態に限定されるものではなく、適宜選定して差し支えない。
サプライオーガー45a及びアドミクスオーガー45bには、図4に示すような羽根が設けられ、サプライオーガー45aには現像剤搬送方向Aに向かってスパイラル状の羽根451が略全長に亘って設けられ、一端部には方向の異なる羽根452が設けられ、この一端部には、連通口48を介して後述するトナー補給装置70から所定量のトナーが補給されるようになっている。
また、アドミクスオーガー45bには現像剤搬送方向Bに向かってスパイラル状の羽根453が略全長に亘って設けられ、一端部には方向の異なる間隔が狭い羽根454が設けられている。
そのため、連通口48から補給されたトナーは、サプライオーガー45a側の現像剤と混合され、直ちにサプライオーガー45aの羽根451によって堰き止められてアドミクスオーガー45b側へ導かれる。そして、アドミクスオーガー45bの回転によって現像剤の混合が促進されながらB方向に搬送される。
そして、十分均一に混合された現像剤は、アドミクスオーガー45bの羽根454によって堰き止められてサプライオーガー45a側に搬送されるようになる。
同図において、リザーブタンク71内には、2本のスパイラル状のコイルオーガー72,73を夫々備え、トナーは、これらのコイルオーガー72,73によって図の矢印方向に循環搬送されるようになっている。そして、コイルオーガー72の上流側には、トナー補給ボトル17(図2参照)からリザーブタンク71内へトナーが投入されるトナー投入口74を設けると共に、下流端側のもう一つのコイルオーガー73側との境界には、リザーブタンク71から現像ハウジング41(図3参照)へトナーを供給するための排出部75が設けられている。この排出部75には、スパイラル状の羽根を持ったオーガー76が設けられ、この排出部75へ供給されたトナーを現像ハウジング41へと搬送するようになっている。尚、オーガー76によって搬送された現像剤は、排出部75の一端77からトナー搬送経路80を経由して、現像ハウジング41(具体的には図4で示す連通口48に相当)へ至るようになる。
更に、本実施の形態における現像バイアスとしては、直流成分に交流成分が重畳されたもので、交流成分としては正弦波形状が使用されているが、交流波形としては特にこれに限定されず、三角波、矩形波等の各種形状が使用できる。そして、本実施の形態では、このバイアス電源47は、上述した制御装置50(図2参照)によって制御されるようになっている。
そのため、現像ロール42上の現像剤の体積抵抗を測定する場合には、電極板46aが現像ロール42側に移動し、現像ロール42と電極板46aとの間の現像剤の体積抵抗を測定し、測定完了後にはリトラクトすることで、現像剤の流れに特に支障をもたらすことがなく、また、現像剤の帯電特性に影響を与えることがないようになっている。尚、本実施の形態では電極板46aは平坦な板状で示したが、例えば現像ロール42の形状に合わせて曲面に形成されていても差し支えない。また、電極板46aは現像剤の体積抵抗を測定できる導電性を備えていれば、特にその材料はいずれであってもよい。更に、電極板46aへの現像剤の付着を防止するために、表面に離型層等の処理を行うことも可能である。
一方、制御装置50からは、現像バイアスを供給するバイアス電源47の交流成分を補正する補正制御と、現像装置12内へトナーを補給するトナー補給装置70の駆動装置81(図5参照)をドライブするモータ駆動回路61の制御、感光体ドラム11の帯電電位VHを供給する帯電装置13に高圧電位を付与する高圧発生回路62、感光体ドラム11上に潜像を供給する露光装置14をドライブする露光装置駆動回路63に画像信号(画像形成のための信号)や画像濃度をチェックするためのパッチパターン信号の供給制御を行うようになっている。
同図において、本実施の形態における制御装置50は、内部に事前に同型装置によって適正画質を維持するための現像剤の体積抵抗と現像バイアスの交流成分との関係から求めたテーブル値が格納された補正テーブル51、感光体ドラム11上の適正画質を維持するための作像条件(現像バイアスの交流成分を除く)が格納されたパラメータテーブル52、トナー補給装置70の稼働時間や入力される画像密度等を計数するカウンタ53等の記憶部を有し、入力情報と記憶部の情報とに基づいて、例えばCPUにて演算処理が行われるようになっている。
制御装置50の入力情報としては、体積抵抗検出装置46からの現像剤の体積抵抗RV54、感光体ドラム11側の濃度センサ18からの画像濃度55、電位センサ19からの感光体電位56、トナー補給装置70の稼働時間(ディスペンス時間)57、入力画像密度等の画像入力情報58等が挙げられる。
これらの情報を基に制御装置50内で演算処理を行い、現像バイアス、感光体電位、ディスペンス時間Dtの設定等が行われるようになっている。
ここで、現像バイアスには、直流成分VDCと交流成分(振幅、周波数含む)とがあり、いずれも制御装置50にて制御されるようになっている。また、感光体電位には帯電電位VHと露光部電位VLとがあり、これらの値から適正な現像バイアスの直流成分VDCが算出される。
アドミクスオーガー45bとサプライオーガー45aによって帯電された現像剤は、サプライオーガー45aから現像ロール42の磁石体42bのピックアップ磁極N2によって現像ロール42上に供給される。現像ロール42上に供給された現像剤は、現像ロール42の現像スリーブ42aに吸着されて搬送され、トリマ43を通過した現像剤は所定の量に調整され、感光体ドラム11と対向する現像域に達する。現像域では、現像磁極S1によって十分有効に穂立ちがなされると共に、バイアス電源47による現像バイアスによって、現像剤中のトナーが感光体ドラム11上の潜像(画像部)に付着してトナー像として可視像化(現像)する。
現像域を通過した現像剤は、そのまま現像スリーブ42aの回転に沿って担持搬送され、ピックオフ磁極N1,N2の反発磁界によって現像スリーブ42aから回収され、サプライオーガー45a側に戻るようになる。
今、現像バイアスの交流成分の振幅のみを可変する場合の事例を説明すると、以下のようになる。尚、ここで、Vppは交流成分の振幅、Vpp’は交流成分の実際の出力値、TCはトナー濃度、Dtは出力1枚当たりのディスペンス時間、Xeroパラメータは各種作像条件のうち現像バイアスの交流成分を除いたパラメータとなっている。
そして、入力面積率カウンタ積算値Cの初期化を行い、セットアップを終了する(例えばステップS15,S16)。
更に、本実施の形態では、現像バイアスの交流成分の振幅を変化させるようにしたが、交流成分の周波数を変化させるようにしても同様の効果が得られるようになるし、また、振幅と周波数を同時に変更するようにしてもよい。
更にまた、本実施の形態では、入力面積率カウンタ積算値Cによるトナーディスペンス時間Dtの算出(図8のステップS13,S14参照)をセットアップサイクルの最後に行う例を示したが、この順番は特にこの順番に限定されず、他の順番で行うようにしても差し支えない。
尚、本実施の形態においては、体積抵抗検出装置46を制御装置50とは別に設けたが、体積抵抗検出装置46を制御装置50と一体的に設けるようにしても差し支えない。
平均粒子径(d50)6μmの重合トナーとフッ素系樹脂がコーティング処理されたフェライト粒子のキャリアとの混合粉を使用した。また、初期のRVは1010Ω・cmとなるように調整した。
〔2〕調整方法
上述の現像剤を使用し、入力画像の画像面積率を変えた絵柄を使った20kPV(20kプリント)のランニングを行い、Vppの補正テーブルを求めた。
スタート時、現像バイアスの交流成分の振幅Vppを600V、周波数を9kHzとした。また、非画像部電位(背景部の感光体電位)と現像バイアスの直流成分VDCとのコントラストを120V、ソリッド画像部電位(ベタ部の感光体電位)と現像バイアスの直流成分とのコントラストを300Vに設定した。
(a)粒状性:中間調部分での粒状性による影響度合いを評価した。粒状性が悪くなると、特に中間調で粗い画質が目立つようになる。
(b)画像濃度:ベタ部分の画像濃度を評価した。
(c)かぶり:背景部分へのトナーかぶりの程度を評価した。
(d)BCO:背景部分、高濃度部分へのキャリアの転写による影響度合いを評価した。キャリアの転写が顕著になると、画質が大きく劣化するようになる。
(e)エッジ強調性:面積率50%の中間調画像(3×3cm)の中央に、面積率100%のベタ画像(1×1cm)を形成したときの画像濃度を評価した。エッジの強調性が高くなり過ぎると、ベタ部分周辺の中間調の濃度低下が顕著になり画質が劣化する。
(f)バンディング:中間調に現れる現像ロールの周期的な濃度変動の影響を評価した。
RVmaxを超えたときには、rとして、r=1+k1×ΔlogRVによる値を使用するようにすればよく、一方、RVminを下回ったときには、rとして、r=1−k2×ΔlogRVによる値を使用するようにすればよい。ここで、k1,k2は比例定数である。
また、体積抵抗の上下限値は、RVmaxを1011Ω・cm、RVminを109Ω・cmとすればよいことが判明した。
(A)セットアップサイクル:電源投入時、前回のセットアップ終了からの累積プリント数が30枚を超えた後のジョブ開始時に実施した。尚、濃度セットアップはインターイメージの間に行い、電位セットアップは定着装置OFFのときに行った。
(B)1枚当たりのディスペンス時間Dt:基準面積率のチャートでのトナー消費量から、実際の画像の面積率と画像サイズを考慮して得られる値(具体的には、上述のトナー消費量と面積率の比と画像サイズの比とをかけ算した値)に、トナー濃度センサの出力値に応じた補正を加えた値で、実トナー消費量に相当するトナーを補給するのに必要なディスペンス時間。
また、比較のために、Vppを一定に保って同様の確認を行ったところ、画像濃度や色味は大きく変化しなかったが、初期から1000枚(1kPV)までと10kPVを超えたところで粒状性の悪化が見受けられた。更に、初期から500枚まではかぶりを生じることが確認された。尚、これらはスタート時から数10枚程度は問題がなかったが、その後発生するようになった。
また、出力枚数を重ねた後は、現像剤の体積抵抗は徐々に変化し、所定の範囲を超えるようになることから、比較例の場合には、良好な画質を維持することが困難となる。
以上のことから、本件の有効性が理解される。そして、現像バイアスの交流成分の振幅及び周波数を同時に調整するようにしても差し支えない。
本実施例では、画質評価を詳細に行うために、モノクロ画像について評価確認したが、カラー画像についても夫々の現像バイアスを上述のように制御することで、良好な画質が維持されることは云うまでもない。
Claims (8)
- 静電潜像が担持される像担持体に対向して配設され且つトナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤が収容される現像ハウジングと、
現像ハウジング内にて前記像担持体とは離間配置されて設けられ且つ像担持体の静電潜像を現像する現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、
像担持体と現像剤担持体との間に設けられ且つ像担持体上の静電潜像を現像するために直流成分に交流成分が重畳された現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段と、
像担持体と現像剤担持体との対向部位より現像剤担持体の回転方向の上流側位置にて当該現像剤担持体に対向して配置され且つ現像剤担持体上の現像剤量を規制する規制部材と、
像担持体と現像剤担持体との対向部位より現像剤担持体の回転方向の上流側且つ前記規制部材の配置位置より現像剤担持体の回転方向の下流側位置にて現像剤担持体に対向して配置され、当該現像剤担持体上の現像剤に対して接離可能な電極部材を有し、当該電極部材が現像剤に接触した条件下で電極部材と現像剤担持体との間の現像剤の体積抵抗を検出する体積抵抗検出手段と、
体積抵抗検出手段によって検出された現像剤の体積抵抗が予め定めた所定の範囲内にある場合には前記現像バイアスの交流成分を予め定めた基準の値に設定する一方、予め定めた所定の範囲を超えた場合には画質評価パラメータが許容範囲に収まるように前記現像バイアスの交流成分を前記基準の値とは異なる値に調整する現像バイアス調整手段とを備えることを特徴とする現像装置。 - 請求項1記載の現像装置において、
現像バイアス調整手段は、前記体積抵抗検出手段によって検出された現像剤の体積抵抗が前記予め定めた所定の範囲を超えた場合には現像バイアス交流成分の振幅及び周波数の少なくともいずれか一方を調整することを特徴とする現像装置。 - 請求項1又は2に記載の現像装置において、
現像バイアス調整手段は、前記体積抵抗検出手段によって検出された現像剤の体積抵抗が前記所定の範囲を超えた場合に、当該所定の範囲を上回るときには前記現像バイアスの交流成分の振幅が前記基準の値より大きくなるように調整し、前記所定の範囲を下回るときには前記現像バイアスの交流成分の振幅が前記基準の値より小さくなるように調整することを特徴とする現像装置。 - 請求項1又は2に記載の現像装置において、
現像バイアス調整手段は、前記体積抵抗検出手段によって検出された現像剤の体積抵抗が前記所定の範囲を超えた場合に、当該所定の範囲を上回るときには前記現像バイアスの交流成分の周波数が前記基準の値より低くなるように調整し、前記所定の範囲を下回るときには前記現像バイアスの交流成分の周波数が前記基準の値より高くなるように調整することを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の現像装置において、
現像バイアス調整手段は、事前に求められた補正条件に基づいて現像バイアスの交流成分を調整することを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の現像装置において、
更に、現像剤中のトナーにて可視像化された画像の濃度を検出する画像濃度検出手段と、
この画像濃度検出手段からの画像濃度情報に基づいて現像バイアスの交流成分を除く予め定めた現像条件を調整する制御手段とを備えることを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の現像装置において、
予め決められた稼働時間が設定され且つ現像ハウジング内に新たな現像剤を補給する現像剤補給手段を備え、
出力された画像の累積情報に基づいて現像剤補給手段の新たな稼働時間を設定することを特徴とする現像装置。 - 静電潜像を担持する像担持体と、
この像担持体上の静電潜像を可視像化する請求項1乃至7のいずれかに記載の現像装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
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