JP7167598B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
図2は、本実施形態に係る現像装置23の断面図及び制御部980の電気的構成を示したブロック図である。現像装置23は、現像ハウジング230と、現像ローラー231と、第1スクリューフィーダー232と、第2スクリューフィーダー233と、規制ブレード234とを備える。現像装置23には、二成分現像方式が適用されている。
図3Aは、本実施形態に係る画像形成装置10の現像動作の模式図、図3Bは、感光体ドラム20及び現像ローラー231の電位の大小関係を示す模式図である。図3Aを参照して、現像ローラー231と感光体ドラム20との間に、現像ニップ部NPが形成されている。現像ローラー231上に担持されるトナーTN及びキャリアCAは磁気ブラシを形成する。現像ニップ部NPにおいて、磁気ブラシからトナーTNが感光体ドラム20側に供給され、トナー像TIが形成される。図3Bを参照して、感光体ドラム20の表面電位は、帯電装置21によって、背景部電位V0(V)に帯電される。その後、露光装置22によって露光光が照射されると、感光体ドラム20の表面電位が、印刷される画像に応じて背景部電位V0から最大で画像部電位VL(V)まで変化される。一方、現像ローラー231には、現像バイアスの直流電圧Vdcが印加されるとともに、直流電圧Vdcに不図示の交流電圧が重畳されている。
上記の第一従来技術では、感光体ドラム20上の表面電位を測定するために表面電位センサーが必要になる。ここで、感光体ドラム20上に形成されたトナー層の表面電位を測定するためには、表面電位センサーを現像ニップ部NP(図3A)よりも感光体ドラム20の回転方向下流側に設置する必要がある。しかし、この位置に表面電位センサーを設置すると、表面電位センサーの表面が、現像ローラー231から飛散したトナーによって汚染されやすく、長期に亘って精度良く表面電位を測定することが困難となる。
本発明者は、上記の様な状況に鑑み鋭意検討し続けた結果、現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させた場合、トナーの現像量の変化がトナーの帯電量によって異なることを新たに知見した。具体的に、トナーの帯電量が低い場合は、交流電圧の周波数を増大させるとトナーの現像量が増加する。一方、トナーの帯電量が高い場合は、交流電圧の周波数を増大させるとトナーの現像量が減少することを新たに知見した。この特性を利用することで、交流電圧の周波数を変化させた際の画像濃度の変化を測定することによって、トナーの帯電量を精度よく予測することが可能となった。
本実施形態では、トナーの帯電量を予測することによって、以下のような効果が更に得られる。すなわち、トナーの帯電量を予測するために、感光体ドラム20上の表面電位を測定する表面電位センサーを備える必要がない。また、トナーの帯電量を予測するために、現像バイアスに応じて現像ローラー231に流入する電流を測定する必要がない。このため、表面電位センサーの汚れや、キャリアの抵抗変化によって現像ローラー231に流入する電流の変化の影響を受けることなく、安定してトナーの帯電量を予測することが可能になる。このため、画像形成装置10において印字される画像濃度が低下した場合、現像装置23のトナー濃度を上昇させることでトナーの帯電量を低下させることで画像濃度を増大させることが望ましいか、現像ニップ部NPにおける現像電位差(Vdc-VL)を増大させることで画像濃度を増大させることが望ましいかの選択が容易となる。
本発明の発明者は、現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させた場合の画像濃度の変化について、トナー帯電量が下記のように寄与するものと推定する。
トナーの帯電量が低い場合、トナーとキャリアとの間に働く静電付着力が小さいため、トナーはキャリアからは離れやすい。しかしながら、現像バイアスの交流電圧の周波数が小さくなると、現像ニップ部NPにおけるトナーの往復移動回数が低下する。このため、画像濃度が低下する。尚、周波数が小さくなると、交流電圧の1周期あたりのトナーの往復移動距離が増大するが、トナーの帯電量が低い場合、トナーの元々の移動距離が少ないため、画像濃度の低下への影響は少ない。このように、トナーの帯電量が低い場合には、現像バイアスの交流電圧の周波数が小さくなると、画像濃度は低下する。
上記のように現像バイアスの交流電圧の周波数が小さくなると、現像ニップ部NPにおけるトナーの往復移動回数が低下するが、トナーの帯電量が高い場合、もともとトナーがキャリアから外れにくいため、当該往復移動回数の低下の影響は少ない。一方、周波数が低下すると、交流電圧の1周期あたりのトナーの往復距離が増大するため、高いトナーの帯電量に応じて画像濃度が増大する。このように、トナーの帯電量が高い場合には、現像バイアスの交流電圧の周波数が小さくなると、画像濃度は増大する。
図6は、本実施形態に係る画像形成装置10において実行される帯電量測定モードのフローチャートである。図7は、帯電量測定モード時に感光体ドラム20上に形成される測定用トナー像の模式図である。
傾きa=(ID1-ID2)/(f1-f2)) ・・・(式1)
傾きaはトナー帯電量によって異なり、トナー帯電量が低いと「正(+)」となり、トナー帯電量が低いと「負(-)」となる。尚、3≦Nの条件で測定する場合には、最小自乗法で求めた1次式の近似直線の傾きを用いればよい。
Q/M=A×直線の傾き+B ・・・(式2)
ここで、A及びBは、現像剤固有の値であり、予め実験によって決定されている。Q/Mは、単位質量あたりのトナー帯電量を意味する。ステップS10において式1から算出された近似直線の傾きaを式2に代入すれば、トナー帯電量Q/Mが算出される。
本実施形態に係る帯電量測定モードは、前記操作パネルを用いて入力された指示に従って手動で開始される。または、本実施形態に係る帯電量測定モードは、劣化したトナーを現像ローラー231から感光体ドラム20へ吐き出す(現像させる)劣化トナー吐出し制御が開始されたタイミング及び判定部985によって決定された実行タイミングで、自動で開始される。
次に、帯電量測定モードの実行タイミングを決定する動作について説明する。図8は、本実施形態に係る画像形成装置10において、帯電量測定モードの実行タイミングを決定する動作を示すフローチャートである。図8に示すように、画像形成動作において現像動作が開始されると(ステップS21)、モード制御部984は、前記測定タイミングで、電流計973によってされた現像電流の直流成分を取得し、当該取得した現像電流の直流成分を特性値として出力する(ステップS22)。尚、記憶部983は、ステップS22で特性値が出力される度に、当該出力された特性値を、ステップS22が実行されたときの画像形成装置10におけるシートPに画像を形成した累計枚数(以降、耐久枚数)と対応付けて随時記憶する。尚、当該特性値と対応付けて記憶される値は、耐久枚数に限らず、現像装置23又は画像形成装置10本体の累計駆動時間や、これらの値を用いた関数(数式)から得られる値であっても良い。
IL ≦ I ≦ IM ・・・・(式3)
I0-TH ≦ IT ≦ I0+TH・・・(式4)
-TH ≦ IT-I0 ≦ TH・・・(式5)
ΔI ≦ TH・・・(式6)
以下、判定部985によって決定された実行タイミングで帯電量測定モードを実行させる実施例について説明する。尚、実施した実験の条件は以下のとおりである。
・プリント速度:55枚/分
・感光体ドラム20:アモルファスシリコン感光体(α-Si)
・現像ローラー231:外径20mm、表面形状ローレット溝加工、周方向に沿って80列の凹部(溝)が形成されている。
・規制ブレード234:SUS430製、磁性、厚み1.5mm
・規制ブレード234後の現像剤搬送量:250g/m2
・現像ローラー231の感光体ドラム20に対する周速:1.8(対向位置でトレール方向)
・感光体ドラム20と現像ローラー231との間の距離:0.30mm
・感光体ドラム20の背景部(非画像形成領域)電位V0:+270V
・感光体ドラム20の画像部(画像形成領域)電位VL:+20V
・トナー:正帯電極性トナー、体積平均粒子径6.8μm、トナー濃度8%
・キャリア:体積平均粒子径35μm、フェライト・樹脂コートキャリア
・現像ローラー231の現像バイアス:周波数=4.2kHz、Duty=50%、Vpp=900Vの交流電圧矩形波、Vdc(直流電圧)=180V
特性値閾値THの初期値を0.05μAに設定し、上記の実験条件で、画像形成装置10の起動後、耐久枚数が0のときに、モード制御部984に帯電量測定モードを実行させた。その後、トナー濃度が8±1%となるように公知のトナー濃度制御を行いながら、図8に示すステップS29は省略し、特性値閾値THを初期値に維持して、帯電量測定モードが7回実行されるまで、図8に示すステップS21以降の処理を繰り返す第一の実験を行った。当該第一の実験の結果を表2に示す。
また、第一の実施例と同様、特性値閾値THの初期値を0.05μAに設定し、上記の条件で、画像形成装置10の起動後、耐久枚数が0のときに、モード制御部984に帯電量測定モードを実行させた。その後、トナー濃度が8±1%となるように公知のトナー濃度制御を行いながら、ステップS29(図8)では、特性値閾値THを、上記表1において第1トナー帯電量と第2トナー帯電量との差の絶対値ΔQに対応付けられている特性値閾値THに修正するようにして、帯電量測定モードが7回実行されるまで、図8に示すステップS21以降の処理を繰り返す第二の実験を行った。当該第二の実験の結果を表3に示す。
IT=I×C×T/T0・・・(式7)
尚、式7において、Cは、1以上の所定の補正係数(例えば、1.2)を示す。Tは、トナーセンサーTSによって検出されたトナー濃度(例えば、10%)を示す。T0は、トナー濃度の規定値(例えば、8%)を示す。
ITL ≦ IT ≦ ITM ・・・・(式8)
IT0-THb ≦ IT ≦ IT0+THb・・・(式9)
-THb ≦ IT-IT0 ≦ THb・・・(式10)
ΔIT ≦ THb・・・(式11)
当該変形実施形態においても、上記の第一及び第二の実施例と同様、特性値閾値THbの初期値を0.05μAに設定し、上記の実験条件で、画像形成装置10の起動後、耐久枚数が0のときに、モード制御部984に帯電量測定モードを実行させた。その後、トナー濃度が8±1%となるように公知のトナー濃度制御を行いながら、ステップS29a(図10)では、特性値閾値THbを、上記表4において第1積と第2積との差の絶対値ΔQTに対応付けられている特性値閾値THcに修正するようにして、帯電量測定モードが7回実行されるまで、図10に示すステップS21以降の処理を繰り返す第三の実験を行った。当該第三の実験の結果を表5に示す。
傾きa=(I1-I2)/(ID1-ID2) ・・・(式12)
上記の傾きaは、横軸を画像濃度ID、縦軸を現像電流Iとして、n=1、2におけるデータ(ID、I)をそれぞれプロットした場合の2点を通る直線の傾きに相当する。尚、N=3以上の条件にてトナーの帯電量を測定する場合には、最小二乗法で求めた1次式の近似直線の傾きaをトナーの帯電量とする。
20 感光体ドラム(像担持体)
21 帯電装置
22 露光装置
23 現像装置
100 濃度センサー(濃度検出部)
231 現像ローラー
971 現像バイアス印加部
972 駆動部
973 電流計(現像電流測定部)
980 制御部
981 駆動制御部
982 バイアス制御部
983 記憶部
984 モード制御部(帯電量取得部、特性値出力部、寿命予測部)
985 判定部(実行タイミング決定部)
TS トナーセンサー(トナー濃度検出部)
Claims (12)
- 回転され、表面に静電潜像が形成されるとともに、前記静電潜像が顕在化されたトナー像を担持する像担持体と、
前記像担持体を所定の帯電電位に帯電する帯電装置と、
前記帯電電位に帯電された前記像担持体の表面を所定の画像情報に応じて露光することで前記静電潜像を形成する露光装置と、
所定の現像ニップ部において前記像担持体に対向して配置される現像装置であって、回転され周面にトナー及びキャリアからなる現像剤を担持するとともに前記静電潜像が形成された前記像担持体にトナーを供給することで前記トナー像を形成する現像ローラーを含む現像装置と、
直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスを前記現像ローラーに印加可能な現像バイアス印加部と、
前記トナー像の濃度を検出する濃度検出部と、
前記現像ローラーと前記現像バイアス印加部との間を流れる現像電流の直流成分を測定する現像電流測定部と、
所定の情報を記憶する記憶部と、
前記像担持体上に前記トナー像が形成される現像動作時とは異なる非現像動作時に、所定の実行タイミングで、前記帯電装置、前記露光装置及び前記現像バイアス印加部を制御して前記像担持体上に互いにトナー現像量の異なる複数の測定用トナー像を形成し、前記濃度検出部によって検出される前記複数の測定用トナー像の濃度に基づいて、又は、当該複数の測定用トナー像の濃度に加え前記複数の測定用トナー像が形成される際に前記現像電流測定部によって測定される前記現像電流の直流成分に基づいて、前記像担持体上に形成された前記測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する帯電量取得動作を実行する帯電量取得部と、
前記像担持体の表面の非画像形成領域が軸方向全体に亘って前記現像ローラーに対向し、前記像担持体の表面電位と前記現像バイアスの前記直流成分との電位差によって前記トナーが前記像担持体から前記現像ローラーに移動する向きの電界が前記現像ニップ部に形成されている所定の測定タイミングで、前記現像電流測定部によって測定された前記現像電流の直流成分を取得し、当該現像電流の直流成分に応じた特性値を出力する特性値出力部と、
前記特性値出力部によって出力される前記特性値に応じて、前記帯電量取得動作のための前記実行タイミングを決定する実行タイミング決定部と、
を備え、
前記実行タイミング決定部は、第1の測定タイミングで前記特性値出力部が出力した第1特性値に対する、前記第1の測定タイミングよりも後の第2の測定タイミングで前記特性値出力部が出力した第2特性値の変化量が、予め設定された特性値閾値よりも大きい場合に、前記実行タイミングに至ったと判定し、前記帯電量取得部に前記帯電量取得動作を実行させる、
画像形成装置。 - 前記特性値出力部は、前記現像電流測定部によって測定された前記現像電流の直流成分を前記特性値として出力する、
請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記現像装置に収容される前記現像剤に含まれるキャリア量に対するトナー量の比率を示すトナー濃度を検出するトナー濃度検出部を更に備え、
前記特性値出力部は、前記測定タイミングで前記現像電流測定部によって測定された前記現像電流の直流成分を、前記測定タイミングで前記トナー濃度検出部によって検出された前記トナー濃度に応じて補正したものを前記特性値として出力する、
請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記実行タイミング決定部は、第1の実行タイミングで取得された前記トナーの帯電量である第1トナー帯電量と、前記第1の実行タイミングよりも後の第2の実行タイミングで取得された前記トナーの帯電量である第2トナー帯電量と、の差の絶対値に応じて、前記特性値閾値を変更する、
請求項1から3の何れか一項に記載の画像形成装置。 - 前記現像装置に収容される前記現像剤における前記トナーの濃度を検出するトナー濃度検出部を更に備え、
前記実行タイミング決定部は、第1の実行タイミングで取得された前記トナーの帯電量である第1トナー帯電量と前記第1の実行タイミングで検出された前記トナー濃度である第1トナー濃度との積と、前記第1の実行タイミングよりも後の第2の実行タイミングで取得された前記トナーの帯電量である第2トナー帯電量と前記第2の実行タイミングで検出された前記トナー濃度である第2トナー濃度との積と、の差の絶対値に応じて、前記特性値閾値を変更する、
請求項1から3の何れか一項に記載の画像形成装置。 - 前記実行タイミング決定部は、前記絶対値が予め設定された第1判定閾値よりも大きい場合に、前記特性値閾値が小さくなるように当該特性値閾値を変更する、
請求項4又は5に記載の画像形成装置。 - 前記実行タイミング決定部は、前記絶対値が予め設定された第2判定閾値よりも小さい場合に、前記特性値閾値が大きくなるように当該特性値閾値を変更する、
請求項4又は5に記載の画像形成装置。 - 前記記憶部は、前記特性値出力部によって出力される前記特性値を随時記憶し、
前記記憶部に記憶された前記特性値の推移に基づいて前記現像装置内の前記現像剤が寿命に至る寿命時期を予測し、当該予測した前記寿命時期に関する寿命情報を出力する寿命予測部を更に備える
請求項1乃至7の何れか一項に記載の画像形成装置。 - 前記記憶部は、前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差が一定に保持された状態で前記現像バイアスの交流電圧の周波数が変化された場合における当該周波数の変化量に対する前記トナー像の濃度変化量の関係を示す参照用直線の傾きに関する参照情報を、前記トナーの帯電量毎に予め格納し、
前記帯電量取得部は、前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で前記現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させながら前記像担持体上に前記複数の測定用トナー像を形成し、前記周波数の変化量に対する前記測定用トナー像の濃度変化量の関係を示す測定用直線の傾きを、前記周波数の変化量と前記濃度検出部による前記測定用トナー像の濃度検出結果とから取得するとともに、当該取得された測定用直線の傾きと前記記憶部の参照情報とから前記像担持体上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する、
請求項1乃至8の何れか一項に記載の画像形成装置。 - 前記記憶部に格納されている前記参照情報は、前記トナーの帯電量が第1の仮想帯電量である場合に前記参照用直線の傾きが負であり、前記トナーの帯電量が第1の仮想帯電量よりも小さな第2の仮想帯電量である場合に前記参照用直線の傾きが正であり、更に、前記トナーの帯電量の低下とともに前記参照用直線の傾きが増大するように設定されている、
請求項9に記載の画像形成装置。 - 前記帯電量取得部は、前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で前記現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させながら前記像担持体上に前記複数の測定用トナー像を形成し、前記濃度検出部によって検出される前記複数の測定用トナー像の濃度の差に対する前記複数の測定用トナー像が形成される際に前記現像ローラーと前記現像バイアス印加部との間を流れる前記現像電流の直流成分の差の比に基づいて、前記像担持体上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する、
請求項1乃至8の何れか一項に記載の画像形成装置。 - 前記帯電量取得部は、前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で前記露光装置を制御して単位面積あたりの印字率を変化させながら前記像担持体上に前記複数の測定用トナー像を形成し、前記濃度検出部によって検出される前記複数の測定用トナー像の濃度の差に対する前記複数の測定用トナー像が形成される際に前記現像ローラーと前記現像バイアス印加部との間を流れる前記現像電流の直流成分の差の比に基づいて、前記像担持体上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する、
請求項1乃至8の何れか一項に記載の画像形成装置。
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