JP5264534B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関し、特に、トナー担持体に帯電したトナーのみを保持させて像担持体上の静電潜像を非接触で現像する現像装置の駆動制御方法に関するものである。

従来、電子写真プロセスを用いた画像形成装置における乾式トナーを用いた現像方式としては、キャリアを用いない一成分現像方式と、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、現像ローラ上に形成されたトナー及びキャリアから成る磁気ブラシにより像担持体（感光体）上の静電潜像を現像する二成分現像方式とが知られている。

一成分現像方式は、磁気ブラシによって像担持体上の静電潜像が乱されることがなく高画質化に適している反面、トナーをチャージローラで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ローラ上の層厚を規制するため、トナーの添加剤がチャージローラに付着して帯電能力が低下し、トナーの帯電量を安定して維持することが困難であった。また、規制ブレードにトナーが付着し、層形成が不均一になって画像欠陥をきたすことがあった。

また、色重ねを行うカラー印刷の場合、トナーに透過性が要求されるため、非磁性トナーである必要がある。そこで、フルカラー画像形成装置においてはキャリアを用いてトナーを帯電及び搬送する二成分現像方式を採用する場合が多い。しかし、二成分現像方式は安定した帯電量を長期間維持できトナーの長寿命化に適している反面、前述した磁気ブラシによる影響のため画質の面で不利であった。

これらの問題を解決する手段の一つとして、磁気ローラ（トナー供給部材）を用いて現像剤を像担持体（感光体）に対して非接触に設置した現像ローラ（トナー担持体）上に移行させる際に、磁気ローラ上に磁性キャリアを残したまま現像ローラ上に非磁性トナーのみを転移させてトナー薄層を形成し、交流電界によって像担持体（感光体）上の静電潜像にトナーを付着させる現像方式が提案されている。

この現像方式においては、規制ブレードとトナーとの摩擦による帯電とは異なり、トナーとキャリアとの攪拌により十分に帯電されたトナーを感光体表面に飛翔させる必要があるため、トナーの外添処理や現像ローラの表面性の設計が重要になる。また、近年の高画質化の要望に伴いトナーの小粒径化も進んでいるが、トナーの粒径が小さくなるほどトナーのファンデルワールス力が増加して感光体表面への円滑な飛翔を困難にしている。そのため、現像ローラと感光体との距離（以下、ＤＳ間距離という）を狭くして、よりトナーが移動し易い現像条件にする傾向にある。

しかし、ＤＳ間距離を狭くすると、現像ローラと感光体の間での電流リークによるノイズの発生が問題となるため、交流成分の振幅を下げる必要が生じる。一方、振幅を低くし過ぎると、感光体の表面電位と交流電圧のピーク値との電位差が小さくなって現像ローラから感光体上へトナーが十分に飛翔せず、特にハーフ画像において画像濃度ムラが発生する。

そこで、特許文献１には、像担持体（感光体）とトナー担持体（現像ローラ）との間にリークを発生させるリーク発生手段と、像担持体とトナー担持体との間に流れる電流に基づいてリークの発生を検知するリーク検知手段とを備え、故意にリークを発生させたときのリーク発生電圧に基づいてリークや画像濃度ムラの発生しない最適な交流電圧を選択可能とした現像装置が開示されている。また、特許文献２には、トナー担持体と像担持体のギャップの大きさに関する情報を記憶しておき、その情報に基づいて現像バイアスの振幅を設定するようにした画像形成装置が開示されている。

特開２００３−２８７９４２号公報 特開２００３−２５５６７８号公報

図９は、現像バイアスのピークツーピーク値（以下、Ｖｐｐともいう）を変化させた場合の現像バイアスと感光体表面電位との関係を示す図である。正帯電トナーを用いる場合、リークの発生し易さは現像バイアスの交流成分のプラス側ピーク値Ｖｍａｘと感光体の露光部（画像部）電位ＶＬとの電位差Ｖｍａｘ−ＶＬ（黒矢印）によって決まる。つまり、リークの発生を回避するためにはＶｍａｘ−ＶＬをリークの発生しない範囲まで小さくすれば良い。但し、その際にはＶｍａｘをある程度下げてもハーフ画像にムラを発生させない現像性を確保しておかなければならない。そのために、現像ローラの表面性を改良したり、トナーの外添処方を検討したりする必要があるが、ここでは説明を割愛する。そして、露光部電位ＶＬを上げることは困難であるため、Ｖｍａｘを下げてＶｍａｘ−ＶＬを調整する必要がある。

一方、感光体の未露光部（白地部）電位Ｖ０と現像バイアスの交流成分のマイナス側ピーク値Ｖｍｉｎとの電位差Ｖ０−Ｖｍｉｎ（ハッチング矢印）が大きくなるほど感光体表面から現像ローラへトナーを引き戻す方向の電位差が大きくなる。この電位差が大きくなり過ぎると、感光体へのトナー移動が妨げられてハーフ画像の濃度ムラを引き起こす要因となる。

ＤＳ間距離が狭い場合、耐リーク電圧が下がりリークが発生し易くなるため、図９（ａ）に示すようにＶｍａｘを下げてＶｍａｘ−ＶＬを小さくすると、Ｖｍｉｎは上がるためＶ０−Ｖｍｉｎは小さくなり、ハーフ画像は均一になり易い。これに対し、ＤＳ間距離が広い場合、リークは発生し難くなるが現像性が低下するため、現像性を高めるために図９（ｂ）のようにＶｍａｘを高くすると、Ｖ０−Ｖｍｉｎが大きくなりハーフ画像のムラが発生するという問題があった。従って、Ｖｐｐを変化させる特許文献１、２の方法では、ＤＳ間距離が変動した場合にリーク発生とハーフ画像の濃度ムラとを同時に抑制することが困難であった。

本発明は、上記問題点に鑑み、像担持体及びトナー担持体間のリーク発生とＤＳ間距離の変動に伴うハーフ画像の濃度ムラとを同時に抑制可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、像担持体と、該像担持体に非接触で対向配置されるトナー担持体と、該トナー担持体に直流電圧及び交流電圧を印加する電圧印加手段と、を有し、前記像担持体表面に形成された静電潜像を現像する現像装置と、を備えた画像形成装置において、前記像担持体と前記トナー担持体との距離に基づいて前記トナー担持体に印加される交流電圧のＤｕｔｙ比を調整することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記現像装置における前記トナー担持体の位置情報と、前記像担持体を含むユニットにおける前記像担持体の位置情報とを用いて算出される前記像担持体と前記トナー担持体との距離のうち、最近接距離に基づいて前記トナー担持体に印加される交流電圧のＤｕｔｙ比を調整することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記トナー担持体の両端部には前記像担持体との間隔を規制するプーリーが付設されており、前記プーリーと前記像担持体との接点を通る平面を基準面とするとき、前記トナー担持体の位置情報は、前記トナー担持体の長手方向における複数の箇所で測定された前記トナー担持体表面から基準面までの距離データであり、前記像担持体の位置情報は、前記トナー担持体の距離データの測定箇所に対応する箇所で測定された前記像担持体表面の基準面からの突出量データであることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記トナー担持体の位置情報を記憶した第１の記憶手段を前記現像装置に搭載し、前記像担持体の位置情報を記憶した第２の記憶手段を前記ユニットに搭載するとともに、前記第１及び第２の記憶手段に記憶された情報を読み取る読取手段を設けたことを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、Ｄｕｔｙ比の調整によりリーク発生に影響を及ぼすＶｍａｘを設定するため、Ｖｍａｘを下げたときにＶｍｉｎが上がり、感光体表面から現像ローラへトナーを引き戻す方向の電位差が減少する方向に作用する。従って、ＤＳ間距離が遠い場合においてもハーフ画像の均一性を確保できる。また、Ｖｐｐを変更する場合に比べてコスト的にも安価となる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、現像装置におけるトナー担持体の位置情報と、像担持体を含むユニットにおける像担持体の位置情報とを用いて算出される像担持体とトナー担持体との距離のうち、最近接距離に基づいてＤｕｔｙ比を調整することにより、現像装置及びユニットの組み付け前にトナー担持体及び像担持体の位置情報を別個に測定できるため、Ｄｕｔｙ比の調整に用いるＤＳ間の最近接距離を容易に決定することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成の画像形成装置において、トナー担持体の位置情報を、トナー担持体の長手方向における複数の箇所で測定されたトナー担持体表面から基準面までの距離データとし、像担持体の位置情報を、トナー担持体の距離データの測定箇所に対応する箇所で測定された像担持体表面の基準面からの突出量データとすることにより、ＤＳ間の最近接距離をより精確に算出可能となる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第２又は第３の構成の画像形成装置において、トナー担持体の位置情報を記憶した第１の記憶手段を現像装置に搭載し、像担持体の位置情報を記憶した第２の記憶手段をユニットに搭載するとともに、第１及び第２の記憶手段に記憶された情報を読み取る読取手段を設けることにより、現像装置やユニットが交換された場合に記憶手段内のデータを読取手段により読み出してＤＳ間の最近接距離に応じた交流電圧のＤｕｔｙ比をその都度設定することができる。

本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略図 本発明の画像形成装置に搭載される現像装置の構成を示す側面断面図 現像ローラ及び磁気ローラに印加されるバイアス波形の一例を示す図 交流電圧のＤｕｔｙ比を変化させたときの感光体ドラム及び現像ローラ間に印加されるバイアス波形の変化を示す図 現像装置をダミー感光体に装着し、Ｐ１〜Ｐ３における基準面からの現像ローラの距離データを測定する様子を示す図 感光体ドラムのＰ１〜Ｐ３における基準面からの最大突出量を測定する方法を示す図 ＲＦＩＤメモリの読み取り制御経路を説明するブロック図 実施例において測定された耐リーク電圧と、実際に設定されたＶｍａｘとを示すグラフ 交流電圧のＶｐｐを変化させたときの感光体ドラム及び現像ローラ間に印加されるバイアス波形の変化を示す図

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラー画像形成装置について示している。カラー画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（マゼンタ、シアン、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転し、各画像形成部に隣接して移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、二次転写ローラ９において転写紙Ｐ上に一度に転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。また、二次転写ローラ９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのブレード状のベルトクリーナ１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

ユーザにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、中間転写ローラ６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のマゼンタ、シアン、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラ１０と、下流側の駆動ローラ１１とに掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラ９へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラ対１３により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した転写紙Ｐは分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ローラ９に再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラ９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。

図２は、本発明の画像形成装置に用いられる現像装置の構成を示す側面断面図である。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａについて説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。

図２に示すように、現像装置３ａは、二成分現像剤（以下、単に現像剤と呼ぶ）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃに区画され、第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃには図示しないトナーコンテナから供給されるトナー（正帯電トナー）をキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂが回転可能に配設されている。

そして、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向に搬送され、仕切壁２０ａに形成された現像剤通過路（図示せず）を介して第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ間を循環する。図示の例では、現像容器２０は左斜め上方に延在しており、現像容器２０内において第２攪拌スクリュー２１ｂの上方には磁気ローラ２２が配置され、磁気ローラ２２の左斜め上方には現像ローラ２３が対向配置されている。そして、現像ローラ２３は現像容器２０の開口側（図２の左側）において感光体ドラム１ａに対向しており、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３は図中時計回りに回転する。

なお、現像容器２０には、第１攪拌スクリュー２１ａと対面してトナー濃度センサ（図示せず）が配置されており、トナー濃度センサで検知されるトナー濃度に応じて補給装置からトナー補給口２０ｄを介して現像容器２０内にトナーが補給される。

磁気ローラ２２は、非磁性の回転スリーブ２２ａと、回転スリーブに内包される複数の磁極（ここでは５極）を有する固定マグネットローラ体２２ｂで構成されている。現像ローラ２３は、非磁性の現像スリーブから構成されており、磁気ローラ２２と現像ローラ２３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向している。

また、現像容器２０には穂切りブレード２５が磁気ローラ２２の長手方向（図２の紙面表裏方向）に沿って取り付けられており、穂切りブレード２５は、磁気ローラ２２の回転方向（図中時計回り）において、現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード２５の先端部と磁気ローラ２２表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

現像ローラ２３には、直流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）という）を印加する第１バイアス回路３０が接続されており、磁気ローラ２２には、直流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＡＣ）という）を印加する第２バイアス回路３１が接続されている。また、第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１は共通のグランドに接地されている。

前述のように、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器２０内を循環してトナーを帯電させ、第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が磁気ローラ２２に搬送される。そして、磁気ローラ２２上に磁気ブラシ（図示せず）を形成する。磁気ローラ２２上の磁気ブラシは穂切りブレード２５によって層厚規制された後、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との対向部分に搬送され、磁気ローラ２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）と現像ローラ２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）との電位差ΔＶ、及び固定マグネットローラ体２２ｂとの間の磁界によって現像ローラ２３上にトナー薄層を形成する。

現像ローラ２３上のトナー層厚は現像剤の抵抗や磁気ローラ２２と現像ローラ２３との回転速度差等によっても変化するが、ΔＶによって制御することができる。ΔＶを大きくすると現像ローラ２３上のトナー層は厚くなり、ΔＶを小さくすると薄くなる。現像時におけるΔＶの範囲は一般的に１００Ｖ〜３５０Ｖ程度が適切である。

図３は、現像ローラ２３及び磁気ローラ２２に印加されるバイアス波形の一例を示す図である。図３（ａ）に示すように、現像ローラ２３には、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ１である矩形波のＶｓｌｖ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｓｌｖ（実線）が第１バイアス回路３０から印加される。また、磁気ローラ２２には、Ｖｍａｇ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ２であり、且つＶｓｌｖ（ＡＣ）と位相の異なる矩形波のＶｍａｇ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｍａｇ（破線）が第２バイアス回路３１から印加される。

従って、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３間（以下、ＭＳ間という）に印加される電圧は、図３（ｂ）に示すようなＶｐｐ（ｍａｘ）とＶｐｐ（ｍｉｎ）を有する合成波形Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖとなる。なお、Ｖｍａｇ（ＡＣ）はＶｓｌｖ（ＡＣ）よりもＤｕｔｙ比が大きくなるように設定される。実際には図３で示すような完全な矩形波ではなく、一部が歪んだ形状の交流電圧が印加される。

磁気ブラシによって現像ローラ２３上に形成されたトナー薄層は、現像ローラ２３の回転によって感光体ドラム１ａと現像ローラ２３との対向部分に搬送される。現像ローラ２３にはＶｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｓｌｖ（ＡＣ）が印加されているため、感光体ドラム１ａとの間の電位差によってトナーが飛翔し、感光体ドラム１ａ上の静電潜像が現像される。

現像に用いられずに残ったトナーは、再度現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向部分に搬送され、磁気ローラ２２上の磁気ブラシによって回収される。そして、磁気ブラシは固定マグネットローラ体２２ｂの同極部分で磁気ローラ２２から引き剥がされた後、再び適正なトナー濃度で均一に帯電された二成分現像剤として磁気ローラ２２上に磁気ブラシを形成し、穂切りブレード２５へ搬送される。

また、第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１には電圧可変装置３３が接続されており、現像ローラ２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）及び磁気ローラ２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）、Ｖｍａｇ（ＡＣ）を可変できるようになっている。

制御部３７は、電圧可変装置３３に制御信号を送信して第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１から印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）及びＶｍａｇ（ＤＣ）、Ｖｍａｇ（ＡＣ）を制御する。また、ＤＳ間距離に基づいて、ＤＳ間に印加される交流電圧をリークの発生しない範囲に設定する。

記憶部３９は、例えば読み書き自在のＲＡＭ（Random Access Memory）から成り、制御部３７により使用される制御プログラムの他、ＤＳ間距離とＶｍａｘとを関連づけるＶｍａｘ設定テーブル等、制御に必要となるデータが記憶される。なお、制御部３７及び記憶部３９は、画像形成装置１００全体を制御するＣＰＵ４５及び主記憶部４７（図７参照）と兼用しても良いし、現像装置３ａ〜３ｄを制御するために独立して配置しても良い。

本発明においては、図４に示すように、ＤＳ間距離の測定結果に基づいてＶｓｌｖ（ＡＣ）のＤｕｔｙ比を変化させてＶｍａｘをリークの発生しない範囲に設定することとしている。なお、ここでいうＤｕｔｙ比とは、交流波形１周期に対するプラス側波形の時間の割合を指す。

また、Ｄｕｔｙ比を変化させる場合は、Ｖｐｐ及び面積中心電圧（＝Ｖｓｌｖ（ＤＣ））を一定にしてＤｕｔｙ比を変化させるものとする。例えばＤｕｔｙ比が５０％の交流電圧においては、面積中心電圧は波形の１／２の高さとなる。この交流電圧のＤｕｔｙ比を３０％に下げるとプラス側波形が高くなり、面積中心電圧を超える部分の割合が波形全体の７０％となる。即ち、感光体ドラム上へのトナー移動に寄与する電界（現像電圧成分）は、Ｄｕｔｙ比に反比例して高くなる。

具体的には、ＤＳ間距離が遠い場合、図４（ａ）に示すように、Ｄｕｔｙ比を下げてＶｍａｘを上げることによりＶｍａｘ−ＶＬをより大きくする。ここで、Ｄｕｔｙ比を下げるとＶｍａｘは上がるが、Ｖｍｉｎも上がる（絶対値が小さくなる）方向、つまり感光体表面から現像ローラへトナーを引き戻す方向の電位差Ｖ０−Ｖｍｉｎ（図のハッチング矢印）が減少する方向に作用するため、ＤＳ間距離が遠い場合でも感光体への現像性が向上しハーフ画像を均一に再現できる。

一方、ＤＳ間距離が近い場合、図４（ｂ）に示すように、Ｄｕｔｙ比を上げてＶｍａｘを下げることによりＶｍａｘ−ＶＬをより小さくする。このとき、Ｖｍｉｎも下がる（絶対値が大きくなる）ため、Ｖ０−Ｖｍｉｎ（図のハッチング矢印）は大きくなるが、ＤＳ間距離が近いためにハーフ画像は均一になる。なお、Ｖ０−Ｖｍｉｎが大きくなり過ぎると、感光体へのトナー移動が妨げられてハーフ画像のムラを引き起こす要因となるため、Ｄｕｔｙ比の設定はＤＳ間距離に応じて適切に行う必要がある。

実際の制御においては、実機におけるＤＳ間距離を３点測定し、最も近接する距離を検出する。ＤＳ間距離の測定方法は、シックネスゲージを用いる方法や、現像ローラ及び感光体を回転させながら、ＣＣＤカメラ等で撮影して測定する方法も可能であるが、レーザーマイクロメータで実測するのが測定精度の点で最も好ましい。しかし、レーザーマイクロメータを使用するには発光部と受光部とを所定の位置に配置する必要があるため、実際の画像形成装置に各ユニットを装着した状態でＤＳ間距離を測定するのは困難である。そこで、画像形成装置を組み立てる前に、予め現像装置３ａと感光体ドラム１ａを含むドラムユニットとで現像ローラ及び感光体ドラムの最大突出量を測定しておき、各ユニットの最大突出量データを元にＤＳ間の最近接距離を算出するのが実用的である。

図５に示すように、現像ローラ２３の両端部には、感光体ドラム１ａの外周面に接触するプーリー４０を装着し、このプーリー４０の外径を規定することでＤＳ間距離を設定している。そこで、治具を用いて現像装置３ａを外径の振れが極めて少ないダミー感光体４１上に設置し、プーリー４０をダミー感光体４１に当接させた状態で現像ローラ２３を回転させて、ダミー感光体４１の表面（基準面）からの距離を現像ローラ２３の長手方向の３箇所において測定する。ここではダミー感光体４１の外径の振れが極めて少ないので、基準面からの距離の振れは現像ローラ２３の突出量の振れと同義となる。図５では現像領域の両端部Ｐ１、Ｐ３と、Ｐ１及びＰ３から等距離（９５ｍｍ）の中央部Ｐ２の３箇所においてＤＳ間距離を現像ローラ２３の周方向全域に亘って測定し、Ｐ１〜Ｐ３における基準面からの最短距離ａ、ｂ、ｃを算出する。

また、感光体ドラム１ａを有するドラムユニットについては、図６に示すように、現像装置３ａのプーリー４０が接触する２箇所Ｐ０、Ｐ４と、現像ローラ２３の突出量測定を行ったＰ１〜Ｐ３の３箇所に対向する位置の感光体ドラム１ａの外径を測定する。具体的には、プーリー４０の接点Ｐ０、Ｐ４を直線で結び、その直線を通る面（基準面）からの感光体ドラム１ａの突出量（現像ローラ側への膨らみ量）データをＰ１〜Ｐ３に対応する位置において感光体ドラム１ａの周方向全域に亘って測定し、それぞれの箇所における基準面からの最大突出量α、β、γを算出する。

そして、基準面からの現像ローラ２３の最短距離ａ、ｂ、ｃと感光体ドラム１ａの最大突出量α、β、γとを突き合わせてＤＳ間距離ａ−α、ｂ−β、ｃ−γを算出し、最も近接するＤＳ間距離を決定する。なお、ここでは現像装置３ａの現像ローラ２３と感光体ドラム１ａとのＤＳ間距離の測定について説明したが、現像装置３ｂ〜３ｄと感光体ドラム１ｂ〜１ｄについても同様に行うことができる。

このとき、リークは決定された最も近接するＤＳ間距離において最も低いＶｍａｘで発生すると予測される。次に、決定されたＤＳ間距離とＶｍａｘ設定テーブルとに基づいてリーク発生電圧（耐リーク電圧）が導かれたら、リークを回避するためにリーク発生電圧から所定電圧だけ下げた電圧（ここではマージンを１００Ｖとする）に実際のＶｍａｘを設定する必要があるため、そのＶｍａｘになるようにＶｓｌｖ（ＡＣ）のＤｕｔｙ比を変更する。

これにより、ＤＳ間の最近接距離に応じたＶｍａｘが設定されるため、ＤＳ間のリーク発生が抑制される。また、Ｄｕｔｙ比の変更によりＶｍａｘを上げるとＶｍｉｎも上がるため、ＤＳ間距離が遠い場合においてもハーフ画像の均一性を確保できることになる。さらに、高圧基板の設計上、Ｄｕｔｙ比を変更する方がＶｐｐを変更する場合に比べてコスト的にも安価となる。

上述したようなＶｍａｘの設定は、実際に画像形成装置に現像装置とドラムユニットを装着する際に行えばよい。ところが、使用途中で現像装置やドラムユニットの交換が発生した場合は、改めてＶｍａｘを設定し直す必要が生じる。そこで、各ユニットにそれぞれの最短距離ａ、ｂ、ｃ及び最大突出量α、β、γをデータ化して格納したＲＦＩＤ[Radio Frequency Identification]メモリ等の無線タグを搭載し、無線タグ内のデータを読み取る読取装置を装置本体側に搭載しておけば、画像形成装置の電源投入時に無線タグ内のデータを読み出してＶｍａｘを毎回設定することも可能である。

図７は、本発明の画像形成装置の制御経路を説明するためのブロック図である。図１で示した現像装置３ａ〜３ｄに搭載されたＲＦＩＤメモリ４３に対し、データの読み取りを行う場合の回路について説明する。なお、画像形成装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、図７ではＲＦＩＤメモリ４３に対する読み取りに関与しない回路は記載を省略している。

画像形成装置１００全体の制御を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）４５が接続された内部バス４７に、現像装置３ａ〜３ｄの有無を検知する現像装置検知センサ４９が接続されている。主記憶部５０は、画像形成装置１００の各部を制御するための制御プログラムや制御データが格納されている。表示部５１は、画像形成装置１００各部の状態や画像形成状況、印刷部数を表示するとともに、タッチパネルとして両面印刷や白黒反転等の機能や倍率設定、濃度設定等の各種設定を行えるようになっている。ＲＦＩＤメモリ制御回路５３は、アンテナ５５及び５７を介してＲＦＩＤメモリ４３内に記憶された距離データ（最短距離ａ、ｂ、ｃ）を読み取る。読み取り結果はＣＰＵ４５に送信される。

また、ここでは図示しないが、感光体ドラム１ａ〜１ｄを含むドラムユニットにもＲＦＩＤメモリ４３が搭載され、感光体ドラムの突出量データ（最大突出量α、β、γ）が記憶されている。ＲＦＩＤメモリ制御回路５３はドラムユニットに搭載されたＲＦＩＤメモリ４３内の最大突出量α、β、γを読み取り、結果をＣＰＵ４５に送信する。そして、ＣＰＵ４５でＤＳ間距離ａ−α、ｂ−β、ｃ−γを算出し、最も近接するＤＳ間距離を決定する。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記各実施形態では帯電方向が正（プラス側）である正帯電トナーを用いる現像装置を例に挙げて説明したが、帯電方向が負（マイナス側）である負帯電トナーを用いる現像装置にも全く同様に適用可能である。

また、本発明は図２に示したような磁気ローラ２２と現像ローラ２３を備えた現像装置に限定されるものではなく、像担持体に非接触で対向配置される現像ローラを備える構成であれば、磁性一成分現像剤や、トナー成分と磁性キャリアとから成る二成分現像剤を用いる種々の現像装置に適用可能である。

また、本発明は図１に示したタンデム式のカラープリンタに限らず、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ複写機、モノクロプリンタ及びロータリー現像式のカラープリンタ及びカラー複写機、ファクシミリ等、現像装置を備えた種々の画像形成装置に適用可能である。以下、実施例により本発明の効果を更に詳細に説明する。

図１に示すような試験機（京セラミタ社製ＦＳ−Ｃ５０３０改造機）を用い、ＤＳ間距離に応じてＶｓｌｖ（ＡＣ）のＤｕｔｙ比を変化させてＶｍａｘを設定した場合（本発明）、及びＶｓｌｖ（ＡＣ）のＶｐｐを変化させてＶｍａｘを設定した場合（比較例）について、ハーフ画像ムラの発生状況を調査した。なお、試験は感光体ドラム１ａ及び現像装置３ａを含むシアンの画像形成部Ｐａにおいて行った。

試験機の条件としては、ドラム表面電位は白地部電位（Ｖ０）を３００Ｖ、画像部電位（ＶＬ）を２０Ｖとした。また、現像ローラはアルマイト表面処理したものを用い、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）＝４０Ｖとした。現像ローラの周速を感光体に対し周速比１．６倍（対向面において順回転）、磁気ローラの周速を現像ローラに対し周速比１．５倍（対向面においてカウンタ回転）とした。現像剤としては、平均粒径６．８μｍの正帯電トナーと体積固有抵抗１０¹⁰Ω、飽和磁化６５ｅｍｕ／ｇ、平均粒径４５μｍのコーティングフェライトキャリアとから成る二成分現像剤（キャリアに対するトナーの混合比率Ｔ／Ｃ＝１２重量％）を用いた。

（ＤＳ間距離の測定）
４種類の現像装置（Ｎｏ．１〜４）及びドラムユニット（Ｎｏ．１〜４）の組み合わせを用意し、レーザーマイクロメータを用いて図５に示したように現像ローラ２３とダミー感光体４１との距離を測定し、Ｐ１〜Ｐ３の３箇所における最近接距離ａ、ｂ、ｃを算出した。また、レーザーマイクロメータを用いて図６に示した感光体ドラムのＰ１〜Ｐ３に対応する位置の外径データを測定し、最大値α、β、γを算出した。そして、ＤＳ間距離ａ−α、ｂ−β、ｃ−γを算出し、各組み合わせについて最も近接するＤＳ間距離を決定した。結果を表１〜表４に示す。

表１に示すように、現像装置１とドラムユニット１の組み合わせではＤＳ間の最近接距離は１１４μｍであった。同様に、表２〜表４から現像装置２とドラムユニット２の組み合わせでは１０５μｍ、現像装置３とドラムユニット３の組み合わせでは９４μｍ、現像装置４とドラムユニット４の組み合わせでは８６μｍであった。

（Ｖｍａｘの設定）
上記１〜４の組み合わせにつき、現像ローラ２３に印加されるＶｓｌｖ（ＡＣ）のＶｐｐを基準値から徐々に大きくしてリークが発生する電圧（耐リーク電圧）を測定した。そして、図８に示すように、測定された耐リーク電圧（図に▲で表示）から１００Ｖ下げた電圧（図に●で表示）をＶｍａｘとして設定した。測定結果及びＶｍａｘの設定値を表５に示す。

（ハーフ画像の均一性評価）
表５で設定されたＶｍａｘに調整する方法として、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）のＶｐｐを１３９０Ｖに固定し、Ｄｕｔｙ比を変更して調整した場合と、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）のＤｕｔｙ比を３５％に固定し、Ｖｐｐを変更して調整した場合とで、実際にハーフ画像（２５％）を印字して均一性を目視により評価した。Ｄｕｔｙ比を変更した場合の評価結果を表６に、Ｖｐｐを変更した場合の評価結果を表７にそれぞれ示す。ハーフ画像の均一性は、現像ローラや感光体ドラムのピッチムラが認められない場合を○、ピッチムラが僅かに認められる場合を△、ピッチムラが顕著に認められる場合を×とした。

表６及び表７から明らかなように、Ｖｐｐを変更してＶｍａｘを調整した比較例ではＤＳ間距離が１０５μｍ以上になるとハーフ画像にピッチムラが発生しているが、Ｄｕｔｙ比を変更してＶｍａｘを調整した本発明ではＤＳ間距離に関係なくハーフ画像が均一に印字された。これは、ＤＳ間距離が遠いときＶｍａｘを高く設定する必要があるが、Ｖｐｐを変更する場合は同時にＶｍｉｎも下がるため、トナーが感光体から現像ローラへ引き戻されることになり、ハーフ画像が不均一になるものと考えられる。

これに対し、Ｄｕｔｙ比を変更する場合はＤＳ間距離が遠くてＶｍａｘを高くしたときＶｍｉｎは上がるため、感光体から現像ローラへトナーを引き戻す電位差Ｖ０−Ｖｍｉｎが低減されてハーフ画像を均一に印字できるものと考えられる。例えばＤＳ間距離が１１４μｍの場合、Ｖｐｐを１４４６Ｖに変更した場合はＶｍｉｎが−４６６Ｖとなり、感光体の白地部電位Ｖ０が３００ＶであるからＶ０−Ｖｍｉｎは７６６Ｖとなっている。一方、Ｄｕｔｙ比を３２％に変更した場合はＶｍｉｎが−４１０Ｖとなり、Ｖ０−Ｖｍｉｎは７１０ＶとＶｐｐ変更に比べて小さくなっている。

以上の結果より、Ｄｕｔｙ比を変更してＶｍａｘを調整する本発明は、Ｖｐｐを変更してＶｍａｘを調整する比較例に比べて現像性に対し優位に作用し、リークの発生を防止するとともにハーフ画像の均一性も確保できることが確認された。なお、ここではシアンの画像形成部Ｐａにおいて試験を行ったが、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄにおいても同様の結果が得られることが確認されている。

なお、上記実施例は本発明の一構成例にすぎず、ドラム表面電位や現像ローラ及び磁気ローラへの電圧印加条件等は装置の仕様や使用環境に応じて適宜設定することができる。

本発明は、トナー供給部材を用いてトナー担持体上に帯電したトナーのみを保持させて像担持体上の静電潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装置に利用可能であり、像担持体とトナー担持体との距離に基づいてトナー担持体に印加される交流電圧のＤｕｔｙ比を調整するものである。

これにより、像担持体−トナー担持体間でのリーク発生を抑制するとともに、ＤＳ間距離が遠い場合においてもハーフ画像の均一性を確保可能な画像形成装置を低コストで提供することができる。

また、現像装置におけるトナー担持体の位置情報と、像担持体を含むユニットにおける像担持体の位置情報とを現像装置及びユニットの組み付け前に別個に測定しておき、それらの位置情報を用いて算出されたＤＳ間距離のうち、最近接距離を選択することで、ＤＳ間の最近接距離の決定が容易となる。具体的には、トナー担持体の長手方向における複数の箇所で測定されたトナー担持体表面から基準面までの最短距離からトナー担持体の距離データの測定箇所に対応する箇所で測定された像担持体表面の基準面からの最大突出量を差し引いた値を各測定箇所について求め、その中の最小値をＤＳ間の最近接距離とすることで、ＤＳ間の最近接距離を精確に算出可能となる。

また、トナー担持体或いは像担持体の位置情報を記憶したＲＦＩＤメモリ等の記憶手段を現像装置及びユニットに搭載し、各記憶手段に記憶された情報を読取手段で読み取ることにより、現像装置やユニットが交換された場合においてもＤＳ間の最近接距離に応じた交流電圧のＤｕｔｙ比をその都度設定可能な画像形成装置となる。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
３ａ〜３ｄ 現像装置
２２ 磁気ローラ
２３ 現像ローラ（トナー担持体）
３０ 第１バイアス回路（電圧印加手段）
３１ 第２バイアス回路
３３ 電圧可変装置
３７ （現像装置の）制御部
３９ （現像装置の）記憶部
４０ プーリー
４３ ＲＦＩＤメモリ（記憶手段）
４５ ＣＰＵ
５３ ＲＦＩＤメモリ制御回路（読取手段）
１００ 画像形成装置
Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部

Claims (2)

1. 像担持体と、
   該像担持体に非接触で対向配置されるトナー担持体と、該トナー担持体に直流電圧及び交流電圧を印加する電圧印加手段と、を有し、前記像担持体表面に形成された静電潜像を現像する現像装置と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記現像装置における前記トナー担持体の位置情報と、前記像担持体を含むユニットにおける前記像担持体の位置情報とを用いて算出される前記像担持体と前記トナー担持体との距離のうち、最近接距離に基づいて前記トナー担持体に印加される交流電圧のＤｕｔｙ比を調整するとともに、
   前記トナー担持体の両端部には前記像担持体との間隔を規制するプーリーが付設されており、前記プーリーと前記像担持体との接点を通る平面を基準面とするとき、前記トナー担持体の位置情報は、前記トナー担持体の長手方向における複数の箇所で測定された前記トナー担持体表面から基準面までの距離データであり、前記像担持体の位置情報は、前記トナー担持体の距離データの測定箇所に対応する箇所で測定された前記像担持体表面の基準面からの突出量データであることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー担持体の位置情報を記憶した第１の記憶手段を前記現像装置に搭載し、前記像担持体の位置情報を記憶した第２の記憶手段を前記ユニットに搭載するとともに、前記第１及び第２の記憶手段に記憶された情報を読み取る読取手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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