JP6025671B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

ある電子写真方式の画像形成装置では、現像ローラー上のトナー層の層厚を、搬送バイアスを可変させることで目標層厚に設定し、現像バイアスを可変させて現像ローラーのトナー層をすべて像担持体へ移行させて現像を行える現像バイアスに設定している（例えば特許文献１参照）。

また、別の装置では、目標トナー量より低い現像バイアスで形成したトナーマークを用いて、目標トナー量となる現像バイアスを予測している（例えば特許文献２参照）。

特開２００５−３０８８２１号公報 特開２００３−２７０８７３号公報

一般的に、電子写真方式の画像形成装置では、濃度調整用の濃度センサーとして、反射型光学センサーが使用されている。反射型光学センサーは、高濃度トナーマークについての濃度検出精度が、低〜中間濃度のトナーマークに比べ低い。

反射型光学センサーを用いてトナー濃度を検出する場合、トナーマークが形成されていない時の像担持体の地肌からの反射光と、トナーマークからの反射光とを比較することで、トナー濃度を計算する方式が多く用いられている。

高濃度トナーマークは、像担持体の地肌を厚く被覆するため、高濃度領域では、高濃度トナーマークの濃度変化に対してセンサー出力の変化が微小であるため、上述の特許文献１に記載の方法では現像バイアスを正確に設定することは困難である。

特に、ブラックトナーの場合、トナーマークでの光の反射率および透過率が低いため、高濃度領域では、高濃度トナーマークの濃度変化に対してセンサー出力の変化がより微小となり、現像バイアスを正確に設定することが困難となる。

また、上述の特許文献２に記載の現像バイアス設定方法は、現像ローラー上のトナー層をすべて像担持体上へ移行させる現像方法ではなく、静電潜像による電界を相殺するトナー量で現像するための電位を設定している。

例えば、アモルファスシリコン製感光体ドラムのように比誘電率の高い感光体ドラムを用いる場合、現像ローラー上のトナー層のすべてが像担持体上へ移行しない現像バイアスの領域では、現像バイアス変化に対するトナー現像量の感度が高いため、現像ローラーと感光体ドラムとの間のギャップ変動により、現像に使用されるトナー量が大きく変動してしまう。そのため、例えばアモルファスシリコン製感光体ドラムのように比誘電率の高い感光体ドラムを用いる場合、特許文献１に公報記載のように、現像ローラー上のトナー層をすべて現像に使用する現像方法を用いることが好ましい。

現像ローラー上のトナー層をすべて現像に使用する現像方法の場合、現像方法が異なるため、特許文献２に記載の方法で現像バイアス設定を行うことは困難である。

現像ローラー上のトナー層をすべて現像に使用する現像方法の場合、現像バイアスを、現像ローラー上のトナー層をすべて現像へ移行させることのできる最小値に設定することが好ましい。

しかしながら、上述のように、トナーの高濃度領域に対するセンサーの分解能が低いため、この最小現像バイアスを正確に特定するのは困難である。つまり、最小現像バイアスは現像ローラー上のトナー層をすべて現像へ移行させることのできる電位の最小値であるため、現像バイアスを特定するために使用するトナーマークの濃度は高くなり、センサーの分解能が低いため、この最小現像バイアスを正確に特定することが困難となる。

したがって、搬送バイアスを通常印字条件より低くした状態で現像ローラー上に形成されたトナー層をすべて像担持体に移行させて現像することができる最小現像バイアスを算出し、その算出結果に基づいて通常印字時の搬送バイアスでの最小現像バイアスを予測して、その予測結果に基づいて現像バイアスを設定するという方法が考えられる。

しかしながら、搬送バイアスを低くして現像を行うと、現像ローラー上のトナー層のうち、静電潜像の電界を相殺するために必要なトナーだけが像担持体へ移行し、現像ローラー上にトナーが残った状態となり、その際に使用されるトナー量は、現像ローラー上に残ったトナー層の電荷の影響を受けて変化するため、そのような低い搬送バイアスについての最小現像バイアスから、通常印字条件での最小現像バイアスをただちに予測することは困難である。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、現像ローラー上に形成されたトナー層をすべて像担持体に移行させて現像する現像方法における現像バイアスを適切かつ正確に設定する画像形成装置を得ることを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、トナーおよびキャリアを含む２成分現像剤を保持する磁気ローラーと、前記磁気ローラーから移行したトナーを保持する現像ローラーと、静電潜像を形成される像担持体と、前記像担持体と前記現像ローラーとの間の現像バイアスを設定する現像バイアス設定部と、前記磁気ローラーと前記現像ローラーとの間の搬送バイアスを設定する搬送バイアス設定部とを備える。前記現像バイアス設定部は、通常印字時において、前記現像バイアスを、前記現像ローラー上のトナー層をすべて前記像担持体へ移行させる目標現像バイアス値に設定する。そして、前記搬送バイアス設定部は、調整時において、前記搬送バイアスを、少なくとも異なる２レベルに設定し、前記現像バイアス設定部は、前記調整時において、前記搬送バイアスの少なくとも異なる２レベルのそれぞれについて、複数のトナーマークに対する前記現像バイアスを変化させて、前記複数のトナーマークの濃度測定値から、前記濃度測定値が飽和する最小現像バイアス値を特定し、前記搬送バイアスの少なくとも異なる２レベルのそれぞれについての前記濃度測定値および前記最小現像バイアス値から、前記目標現像バイアス値を決定する。前記搬送バイアス設定部は、前記搬送バイアスの少なくとも異なる２レベルのそれぞれについての前記濃度測定値および前記少なくとも異なる２レベルから、前記通常印字時に設定される前記搬送バイアスの値を決定する。

本発明によれば、現像ローラー上に形成されたトナー層をすべて像担持体に移行させて現像する現像方法における現像バイアスが適切かつ正確に設定される。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成を示す側面図である。 図２は、図１における現像器３ａの一例を示す断面図である。 図３は、図１に示す画像形成装置内のコントローラーの構成例を示すブロック図である。 図４は、感光体ドラムへのトナー移行量と最小現像バイアスとの関係を説明する図である。 図５は、トナーマークの濃度とトナーマークについてのセンサー出力との対応関係を説明する図である。 図６は、図１に示す画像形成装置におけるトナーマークの形成を説明する図である。 図７は、最小現像バイアス値と搬送バイアスとの間の線形特性を利用した目標現像バイアス値の特定について説明する図である。 図８は、目標搬送バイアス値の特定について説明する図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成を示す側面図である。この画像形成装置は、プリンター、ファクシミリ装置、複写機、複合機などといった、電子写真方式の印刷機能を有する装置である。

この実施の形態の画像形成装置は、タンデム方式のカラー現像装置を有する。このカラー現像装置は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、露光装置２および現像ローラー３ａ〜３ｄを有する。感光体ドラム１ａ〜１ｄは、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色の感光体である。露光装置２は、感光体ドラム１ａ〜１ｄへレーザー光を照射して静電潜像を形成する装置である。露光装置２は、レーザー光の光源であるレーザーダイオード、そのレーザー光を感光体ドラム１ａ〜１ｄへ導く光学素子（レンズ、ミラー、ポリゴンミラーなど）を有する。

現像器３ａ〜３ｄは、トナーカートリッジ内のトナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像に付着させてトナー像を形成する。感光体ドラム１ａおよび現像器３ａにより、マゼンタの現像が行われ、感光体ドラム１ｂおよび現像器３ｂにより、シアンの現像が行われ、感光体ドラム１ｃおよび現像器３ｃにより、イエローの現像が行われ、感光体ドラム１ｄおよび現像器３ｄにより、ブラックの現像が行われる。

中間転写ベルト５は、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー像を転写される環状の中間転写体である。中間転写ベルト５は、駆動ローラー６に張架され、駆動ローラー６からの駆動力によって、感光体ドラム１ａとの接触位置から感光体ドラム１ｄとの接触位置への方向へ周回していく。

転写ローラー７は、搬送されてくる用紙を中間転写ベルト５に接触させ、中間転写ベルト５上のトナー像を用紙に転写する。なお、トナー像を転写された用紙は、図示せぬ定着器へ搬送され、トナー像が用紙へ定着される。

センサー８は、中間転写ベルト５に光を照射し、その反射光を検出する。特に、センサー８は、調整時において、中間転写ベルト５上のトナーマークの濃度を検出する。このセンサー８は、調整用のトナーマークの濃度を測定する反射型光学センサーである。

図２は、図１における現像器３ａの一例を示す断面図である。なお、図２では、現像器３ａについて図示しているが、現像器３ｂ〜３ｄについても同様の構成となっている。

図２に示すように、現像器３ａは、筐体１１と、攪拌スクリュー１２と、磁気ローラー１３と、現像ローラー１４とを有する。

現像器３ａには、図示せぬトナーコンテナーが接続され、トナーコンテナーから図示せぬ補給口を介して筐体１１内へトナーが補給される。筐体１１内では、攪拌スクリュー１２によってトナーとキャリアを含む２成分現像剤が攪拌される。キャリアには、磁性材料が使用される。

磁気ローラー１３は、その表面に２成分現像剤をブラシ状に保持している。２成分現像剤のうちのトナーが、磁気ローラー１３と現像ローラー１４との間の電圧である搬送バイアスに応じて現像ローラー１４に移行する。

現像ローラー１４は、磁気ローラー１３から移行してきたトナーをその表面にトナー薄層として保持する。現像ローラー１４の表面に形成されたトナー層は、現像ローラー１４と感光体ドラム１ａの間の電圧である現像バイアスによって感光体ドラム１ａに移行する。

感光体ドラム１ａは、その表面に、露光装置２によって静電潜像を形成される像担持体である。また、感光体ドラム１ａには、例えばアモルファスシリコン製感光体ドラムのように比誘電率の高い感光体ドラムが使用される。

図３は、図１に示す画像形成装置内のコントローラーの構成例を示すブロック図である。

コントローラー３１は、画像形成装置内の各部を電気的に制御する。コントローラー３１は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、マイクロコンピューターなどで構成される。現像ローラー電位設定回路３２は、現像ローラー１４の電位を指定された電位に設定する回路である。磁気ローラー電位設定回路３３は、磁気ローラー１３の電位を指定された電位に設定する回路である。

コントローラー３１は、現像バイアス設定部４１、搬送バイアス設定部４２、トナー濃度特定部４３、およびバイアス設定値記憶部４４を有する。

現像バイアス設定部４１は、現像ローラー電位設定回路３２を使用して、感光体ドラム１ａと現像ローラー１４との間の現像バイアスを設定する。搬送バイアス設定部４２は、磁気ローラー電位設定回路３３を使用して、磁気ローラー１３と現像ローラー１４との間の搬送バイアスを設定する。トナー濃度特定部４３は、センサー８の出力に基づいて、中間転写ベルト５上のトナーマークの濃度を特定する。バイアス設定値記憶部４４は、通常印字時の目標現像バイアスの値および目標搬送バイアスの値を記憶する不揮発性の記憶装置である。

現像バイアス設定部４１は、通常印字時において、現像バイアスを、現像ローラー１４上のトナー層をすべて感光体ドラム１ａへ移行させる目標現像バイアス値に設定する。

調整時において、搬送バイアス設定部４２は、搬送バイアスを、少なくとも異なる２レベル（この実施の形態では２レベル）に順番に設定し、現像バイアス設定部４１は、搬送バイアスのそれぞれのレベルについて、調整用の複数のトナーマークに対する現像バイアスを変化させて、トナー濃度特定部４３により特定される複数のトナーマークの濃度測定値から、濃度測定値が飽和する最小現像バイアス値を特定する。

そして、現像バイアス設定部４１は、搬送バイアスの２レベルのそれぞれについての濃度測定値および最小現像バイアス値から、目標現像バイアス値を決定する。

なお、調整時における少なくとも異なる２レベルの搬送バイアスは、いずれも、通常印字時に設定される搬送バイアス（つまり、目標搬送バイアス値）より十分低いレベルに設定される。

この実施の形態では、調整時において、現像バイアス設定部４１は、搬送バイアスの複数レベルについての濃度測定値および最小現像バイアス値から、外挿で、通常印字時の目標濃度に対応する現像バイアス値を特定し、特定した現像バイアス値に所定マージンを加算した値を、目標現像バイアス値とする。

また、搬送バイアス設定部４２は、搬送バイアスの少なくとも異なる２レベルのそれぞれについての濃度測定値およびその少なくとも異なる２レベルから、通常印字時に設定される目標搬送バイアス値を決定する。

図４は、感光体ドラムへのトナー移行量と最小現像バイアスとの関係を説明する図である。搬送バイアスを変化させたとき（すなわち、現像ローラー１４上のトナー層の層厚を変化させたとき）の現像バイアスに対する、現像に使用されるトナー量（以下、現像トナー量という）の変動の特性を把握するために現像ローラー１４と感光体ドラムとの間の電場解析を行った。その結果、図４に示すように、現像トナー量が飽和していない領域では、現像バイアスに対する現像トナー量の特性は略線形であるが、その傾きは、搬送バイアス、つまりトナー層厚によって異なっていることがわかった。また、現像トナー量が飽和している領域での現像バイアスの最小値（つまり、最小現像バイアス値）に対する飽和トナー量（つまり、トナー層厚、および搬送バイアス）の特性は略線形であることがわかった。

図５は、トナーマークの濃度（つまり、層厚）とトナーマークについてのセンサー出力との対応関係を説明する図である。図５に示すように、センサー８の出力は、トナーマークの濃度が高くなると飽和してしまい、正確な濃度を測定しにくくなる。

したがって、この実施の形態では、最小現像バイアス値とトナー層厚（および搬送バイアス）との間の線形特性を利用して、調整時において、２つの低い搬送バイアスのそれぞれについて、センサー８の測定精度が良好な低濃度のトナーマークを形成し、その低濃度のトナーマークを使用してこの搬送バイアスでの最小現像バイアス値を特定し、その２組のトナーマークの濃度と最小現像バイアス値から、通常印字時の最高濃度でも現像可能である最小現像バイアス値を目標現像バイアス値として特定する。

次に、上記画像形成装置の調整時の動作について説明する。

図６は、図１に示す画像形成装置におけるトナーマークの形成を説明する図である。図７は、最小現像バイアス値と搬送バイアスとの間の線形特性を利用した目標現像バイアス値の特定について説明する図である。図８は、目標搬送バイアス値の特定について説明する図である。

コントローラー３１は、調整において、中間転写ベルト５を３周周回させる。

まず、１周目において、トナー濃度特定部４３は、２周目および３周目においてトナーマークが形成される位置の地肌からの反射光によるセンサー８の出力を検出する。

次に、２周目において、搬送バイアス設定部４２は、搬送バイアスを、搬送バイアス条件＃１のレベルに設定し、現像バイアス設定部４１がトナーマークごとに現像バイアスを変化させつつ、コントローラー３１は、露光装置２を制御して複数のトナーマークに対応する静電潜像を感光体ドラム１ａ〜１ｄに形成する。これにより、搬送バイアスおよび現像バイアスに応じたトナー量で静電潜像が現像され、現像により形成されたトナー画像が感光体ドラム１ａ〜１ｄから中間転写ベルト５に転写される。トナー濃度特定部４３は、形成されたトナーマークからの反射光によるセンサー８の出力を検出し、１周目のセンサー８の出力値および２周目のセンサー８の出力値の差に基づいて、２周目の各トナーマークの濃度を特定する。

さらに、２周目において、図７に示すように、現像バイアス設定部４１は、複数の現像バイアス値に対応する複数のトナーマークの濃度から、飽和後のトナー濃度Ｔ１および最小現像バイアス値Ｖ１を特定する。

そして、３周目において、搬送バイアス設定部４２は、搬送バイアスを、搬送バイアス条件＃２のレベル（搬送バイアス条件＃１より高くかつ目標搬送バイアス値より低いレベル）に設定し、現像バイアス設定部４１がトナーマークごとに現像バイアスを変化させつつ、コントローラー３１は、露光装置２を制御して複数のトナーマークに対応する静電潜像を感光体ドラム１ａ〜１ｄに形成する。これにより、搬送バイアスおよび現像バイアスに応じたトナー量で静電潜像が現像され、現像により形成されたトナー画像が感光体ドラム１ａ〜１ｄから中間転写ベルト５に転写される。トナー濃度特定部４３は、形成されたトナーマークからの反射光によるセンサー８の出力を検出し、１周目のセンサー８の出力値および３周目のセンサー８の出力値の差に基づいて、３周目の各トナーマークの濃度を特定する。

さらに、３周目において、図７に示すように、現像バイアス設定部４１は、複数の現像バイアス値に対応する複数のトナーマークの濃度から、飽和後のトナー濃度Ｔ２および最小現像バイアス値Ｖ２を特定する。

次に、現像バイアス設定部４１は、２周目のトナー濃度Ｔ１および最小現像バイアス値Ｖ１、並びに３周目のトナー濃度Ｔ２および最小現像バイアス値Ｖ２から、図７に示すように外挿して、目標トナー量（つまり、目標トナー濃度）に対応する最小現像バイアス値Ｖｏを特定する。

最小現像バイアス値Ｖｏをそのまま目標現像バイアス値としてもよいが、本実施の形態では、現像バイアス設定部４１は、最小現像バイアス値Ｖｏに対して所定のマージンｄを加算した値を目標現像バイアス値Ｖｄとする。

また、搬送バイアス設定部４２は、図８に示すように、２周目のトナー濃度Ｔ１および搬送バイアス値Ｖｔ１、並びに３周目のトナー濃度Ｔ２および搬送バイアス値Ｖｔ２から、目標トナー量（つまり、目標トナー濃度）に対応する目標搬送バイアス値Ｖｔを特定する。

そして、現像バイアス設定部４１および搬送バイアス設定部４２は、目標現像バイアス値Ｖｄおよび目標搬送バイアス値Ｖｔをバイアス設定値記憶部４４に記憶する。

通常印字時（つまり原稿画像の印刷時）には、現像バイアス設定部４１および搬送バイアス設定部４２は、これらの目標現像バイアス値Ｖｄおよび目標搬送バイアス値Ｖｔを読み出し、現像バイアスを目標現像バイアス値Ｖｄに設定し、搬送バイアスを目標搬送バイアス値Ｖｔに設定する。そして、コントローラー３１は、この現像バイアスおよび搬送バイアスの条件下で、露光装置２を制御して、原稿画像の静電潜像を形成し、感光体ドラム１ａ〜１ｄでのトナー画像の現像、中間転写ベルト５へのトナー画像の１次転写、印刷用紙へのトナー画像の２次転写、およびトナー画像の定着を実行させる。

以上のように、上記実施の形態によれば、現像バイアス設定部４１は、通常印字時において、現像バイアスを、現像ローラー１４上のトナー層をすべて感光体ドラム１ａへ移行させる目標現像バイアス値に設定する。そして、調整時において、搬送バイアス設定部４２は、搬送バイアスを、少なくとも異なる２レベルに設定し、現像バイアス設定部４１は、搬送バイアスの少なくとも異なる２レベルのそれぞれについて、複数のトナーマークに対する現像バイアスを変化させて、複数のトナーマークの濃度測定値から、最小現像バイアス値を特定し、搬送バイアスの少なくとも異なる２レベルのそれぞれについての濃度測定値および最小現像バイアス値から、目標現像バイアス値を決定する。

これにより、センサー８の特性の影響を受けずに、現像ローラー１４上に形成されたトナー層をすべて感光体ドラム１ａに移行させて現像する現像方法における現像バイアスが適切かつ正確に設定される。

なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

本発明は、例えば、電子写真方式の画像形成装置に適用可能である。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体の例）
８ センサー（反射型光学センサーの一例）
１３ 磁気ローラー
１４ 現像ローラー
４１ 現像バイアス設定部
４２ 搬送バイアス設定部

Claims (4)

1. トナーおよびキャリアを含む２成分現像剤を保持する磁気ローラーと、
   前記磁気ローラーから移行したトナーを保持する現像ローラーと、
   静電潜像を形成される像担持体と、
   前記像担持体と前記現像ローラーとの間の現像バイアスを設定する現像バイアス設定部と、
   前記磁気ローラーと前記現像ローラーとの間の搬送バイアスを設定する搬送バイアス設定部とを備え、
   前記現像バイアス設定部は、通常印字時において、前記現像バイアスを、前記現像ローラー上のトナー層をすべて前記像担持体へ移行させる目標現像バイアス値に設定し、
   前記搬送バイアス設定部は、調整時において、前記搬送バイアスを、少なくとも異なる２レベルに設定し、
   前記現像バイアス設定部は、前記調整時において、前記搬送バイアスの少なくとも異なる２レベルのそれぞれについて、複数のトナーマークに対する前記現像バイアスを変化させて、前記複数のトナーマークの濃度測定値から、前記濃度測定値が飽和する最小現像バイアス値を特定し、前記搬送バイアスの少なくとも異なる２レベルのそれぞれについての前記濃度測定値および前記最小現像バイアス値から、前記目標現像バイアス値を決定し、
   前記搬送バイアス設定部は、前記搬送バイアスの少なくとも異なる２レベルのそれぞれについての前記濃度測定値および前記少なくとも異なる２レベルから、前記通常印字時に設定される前記搬送バイアスの値を決定すること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記搬送バイアス設定部は、前記調整時において、前記搬送バイアスを、前記通常印字時に設定される前記搬送バイアスより低いレベルに設定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記トナーマークの濃度を測定する反射型光学センサーをさらに備え、
   前記現像バイアス設定部は、前記調整時において、前記搬送バイアスの少なくとも異なる２レベルのそれぞれについて、複数のトナーマークに対する前記現像バイアスを変化させて、前記反射型光学センサーによる前記複数のトナーマークの濃度測定値から、前記濃度測定値が飽和する最小現像バイアス値を特定し、前記搬送バイアスの少なくとも異なる２レベルのそれぞれについての前記濃度測定値および前記最小現像バイアス値から、前記目標現像バイアス値を決定すること、
   を特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記現像バイアス設定部は、前記調整時において、前記搬送バイアスの少なくとも異なる２レベルのそれぞれについての前記濃度測定値および前記最小現像バイアス値から、前記通常印字時の目標濃度に対応する現像バイアス値を外挿して特定し、特定した前記現像バイアス値に所定マージンを加算した値を、前記目標現像バイアス値とすることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の画像形成装置。

Images