JPH09146360A - カラー画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】周囲環境の変化に伴うトナー帯電量の変化によ
って画像濃度が変化するのを防止し、良好なカラー画像
を実現する。 【解決手段】装置内に設けた温湿度検知器１４により周
囲環境の温湿度情報を検出し、周囲環境に最適な現像条
件となるよう現像装置２，トナーホッパー２２および現
像バイス供給手段２３を稼働制御する構成とした。 【効果】装置内の温湿度を検出し、常温常湿時のトナー
濃度レベルおよび現像バイアス電圧を基準とし、絶対湿
度が高い場合には基準値より低いトナー濃度で安定化す
るよう制御し、絶対湿度の低い場合はトナー濃度は基準
値と同じとし、現像バイアス電圧をより高く設定する。
以上の結果、温湿度変化による画像濃度変化をトナー濃
度および現像バイス電圧の適正な組合せで、良質なカラ
ー画像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機やレーザビ
ームプリンタ等の電子写真装置に係り、特に２成分現像
剤を用いた複数の現像装置を備えたカラー画像形成装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式を用いたカラー画像形成装
置は、異なる印字データに応じて静電潜像が形成される
像担持体と、トナーとキャリアを混合した２成分現像剤
を収容する現像容器と前記現像剤を担持する現像ロール
と前記現像剤を撹拌混合する撹拌混合手段と前記現像容
器内の現像剤中のトナーの濃度を検出するトナー濃度検
出手段と検出されたトナー濃度に応じて前記現像容器に
トナーを補給するトナー補給手段を備えた前記静電潜像
を可視化する手段である複数の現像装置と、前記現像装
置を現像色に応じて稼働する現像機選択手段と、前記現
像ロールにバイアス電圧を供給する現像バイアス電圧供
給手段と、これらを制御する制御装置を備えている。

【０００３】２成分現像方式は、例えばポリエステル系
の樹脂成分を持つトナーと、フェライト系の磁性キャリ
アを撹拌混合し、摩擦帯電によりトナーに所望の電荷量
を与え、前記像坦持体上に形成された静電潜像へトナー
が付着する（現像）量を制御している。また、現像によ
って消費された分のトナーを現像容器へ補給して次の現
像に備えている。従って、撹拌混合により所望する電荷
量を得られなければ良好な画像は得られない。

【０００４】また、トナー濃度検知手段は、通常前記摩
擦帯電により磁性キャリアに付着したトナーの量に応じ
た透磁率を、前記現像剤近傍に設けてあるコイルのイン
ダクタンスの大きさとして検出している。そのため十分
な摩擦帯電が行われないと、現像剤中のトナーとキャリ
アの混合比（トナー濃度）が正確に検知できなくなる。

【０００５】摩擦帯電を利用する２成分現像剤は、周囲
環境の変化、特に湿度の影響を受けるため帯電量は大き
く変化する。すなわち、低湿度環境では帯電しやすくな
るため帯電量は多くなり、高湿度環境では帯電しにくく
なるため逆に少なくなる。この変化は、前記像坦持体へ
のトナー付着量の変化となって表れるため、画像品質の
変動の原因となる。

【０００６】一般に使用されるモノクロの画像形成装置
では、上記環境変化によるトナー付着量の変化を考慮
し、トナー付着量が変化しても画像濃度が変化しない領
域（飽和領域）が得られる条件を定め、対処している。

【０００７】一方、カラー現像剤を用いた画像形成装置
では、前記像坦持体に複数の色のトナー像を重ね、これ
らを定着手段により熱的に溶かすことによって、カラー
画像を形成している。従って各色のトナー付着量の変化
は、カラー画像の色特性（色相，明るさ，あざやかさ
等）を大きく異ならせる。また透明性を要求されるOHP
印刷では透明性の優れたトナーを用いているが、前述し
た飽和特性を持っていないため、トナー付着量の変化は
画像濃度の変化となり画像品質を劣化させる。

【０００８】上記の問題を解決するため、例えば特開平
4−361281号公報，特開平4−331965号公報，特開平4−3
36551 号公報に代表されるように、前記像坦持体上に基
準画像を形成し、画像濃度の変化を光学的に検知し、現
像バイアス電圧等を制御する方法が知られている。ま
た、特開昭59−7383号公報では画像記録装置近傍に湿度
センサを設け濃度センサ情報と前記湿度センサ情報を用
いてトナー濃度を制御する方法が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、制御の際に、
現像剤の特性を把握していないため、画像濃度の大きな
変動には制御が追従できないという問題があった。ま
た、湿度のみを制御関数としているため、温度によるセ
ンサの特性の変化および現像剤の吸湿特性を含んだ制御
がなされていない。

【００１０】本発明の目的は、周囲環境の変化に対し
て、画像濃度の変動が無い安定した画像品質を得られる
カラー画像形成装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、異なる印字デ
ータに応じて静電潜像が形成される像担持体と、トナー
とキャリアを混合した２成分現像剤を収容する現像容器
と前記現像剤を担持する現像ロールと前記現像剤を撹拌
混合する撹拌混合手段と前記現像容器内の現像剤中のト
ナーの濃度を検出するトナー濃度検出手段と検出された
トナー濃度に応じて前記現像容器にトナーを補給するト
ナー補給手段を備えた前記静電潜像を可視化する手段で
ある複数の現像装置と、前記現像装置を現像色に応じて
稼働する現像機選択手段と、前記現像ロールにバイアス
電圧を供給する現像バイアス電圧供給手段と、これらを
制御する制御装置を備え、画像形成装置内の温度及び湿
度を検出する温湿度検知手段を少なくとも一つ以上備
え、前記温湿度検知手段により検出した温湿度情報をも
とに、各々の前記現像装置，前記トナー補給手段および
前記現像バイアス電圧値を制御することを特徴とする。

【００１２】具体的には、低温低湿時には現像バイアス
電圧を常温常湿時の基準値である−３５０Ｖから−４２
０Ｖへ可変制御して所望の画像濃度１.３ 以上を得て、
常温常湿時には現像バイアス電圧を一定としトナー濃度
を３.５ｗｔ％±０.２wt％の範囲内に制御し、高温高湿
時には現像バイアス電圧を一定とし、トナー濃度を常温
常湿時の基準値である３.５ ｗｔ％から２.７５ｗｔ％
±０.２ｗｔ％の範囲内に制御して所望の画像濃度１.６
±０.２を得るものである。

【００１３】カラー画像形成装置における環境変化での
トナー濃度と画像濃度の関係は、図３に示すように低温
低湿環境（Ｌ環境）時の場合では画像濃度が低く、低温
低湿時の目標の画像濃度の１.３ を確保することが困難
である。高温高湿環境（Ｈ環境）時では常温常湿時での
画像濃度より高く、高トナー濃度側では画像濃度の上限
である１.８ を超える。従って本発明では、装置内の温
湿度情報をもとに常温常湿環境（Ｎ環境）時でのトナー
濃度および現像バイアス電圧を基準値とし、Ｌ環境時に
は現像バイアス電圧を基準値より高い値に制御し、Ｈ環
境時には基準値より低いトナー濃度で安定するように制
御することで、各環境に適した現像条件に設定する。こ
れにより、画像濃度変動がない良好なカラー画像を得る
ことが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を用い
て説明する。

【００１５】図１は、本発明を適応した、カラー印刷装
置の一具体例の概略図である。カラー画像を形成する像
担持体として感光体ベルト１を採用している。前記感光
体ベルト１の上部には、現像装置２ａ〜２ｄが配置され
ている。前記現像装置２ａには例えばイエロー（Ｙ）の
現像剤が、２ｂにはマゼンタ（Ｍ）の現像剤が、２ｃに
はシアン（Ｃ）の現像剤が、２ｄにはブラック（Ｋ）の
現像剤が収容されている。

【００１６】ここでカラー印刷プロセスを説明する。図
示していない制御装置からの指令に基づき、スコロトロ
ン帯電器１３により前記感光体ベルト１に一様に電荷を
与え、Ｙの画像情報を有するレーザ光３を、前記感光体
ベルト１に照射して静電潜像を形成する。次に、前記制
御装置内の現像装置選択手段により、作成された静電潜
像の色に応じて使用する現像装置（現像装置２ａ）が選
択される。静電潜像は、前記現像装置２ａにより現像し
てイエローのトナー像を形成する。形成されたイエロー
のトナー像は、前記感光体ベルト１の回転に伴い移動し
中間転写ドラム４に運ばれ静電的に転写される。

【００１７】このプロセスを順次、マゼンタ（Ｍ），シ
アン（Ｃ），ブラック（Ｋ）の順に繰返し、前記中間転
写ドラム４上でフルカラー画像を形成する。前記中間転
写ドラム４上に形成されたフルカラー画像は、プリチャ
ージャ６によりその電荷を一様に揃えられた後、給紙カ
セット５より送られた記録紙に転写ローラ７により静電
的に転写され、除電器８を通過後定着機９により熱的に
固着されて、カラー印刷が完了する。

【００１８】記録紙に転写されずに前記中間転写ドラム
４上に残ったトナーはバイアスクリーナ１０により回収
される。また、前記中間転写ドラム４に転写されずに、
前記感光体ベルト１上に残されたトナーはクリーニング
ブレード１１により掻き取られる。前記感光体ベルト１
はイレーズランプ１２により静電潜像を消去されて次の
静電潜像形成に備える。

【００１９】現像装置２ａ〜２ｄには、画像濃度を安定
化するためにそれぞれのトナー濃度を検出するトナー濃
度検出手段としてトナー濃度検知器が設けられている。
トナー濃度の検出手段について、図２を用いて説明す
る。

【００２０】図２は本発明を適応した、現像装置の一具
体例の概略断面構成である。現像装置内の構成は、現像
ロール１５，現像剤搬送ロール１６，スクレーパ１７，
現像剤層規制板１８，還流スクリュー１９，現像剤供給
部材２０，トナー濃度検知器２１及びトナーホッパー２
２からなる。なお、前記現像ロール１５と前記現像剤搬
送ロール１６は、内部に多数の磁極を有するマグネット
ロールと回転スリーブから構成される。

【００２１】前記現像装置２が停止している時、トナー
と磁性キャリアからなる現像剤は還流スクリュー１９及
び現像剤供給部材２０がある現像槽内に格納されてい
る。現像の起動信号を受け、現像ロール１５のスリーブ
と現像剤搬送ロール１６のスリーブの回転が開始し、そ
の後還流スクリュー１９及び現像剤供給部材２０の回転
により現像剤が供給され、現像剤層規制板１８により所
定層厚の現像剤が前記現像ロール１５のスリーブ上に搬
送され現像を行う。なお、現像時には前記現像ロール１
５の回転軸に、先に述べた制御装置の指令により、現像
バイアス電圧が現像バイアス供給手段２３から印加され
る。

【００２２】現像によりトナーが消費された現像剤は、
前記スクレーパ１７により前記トナー濃度検知器２１に
運ばれ磁性キャリアに付着したトナーの量により変化す
る透磁率を、コイルのインダクタンスの大きさとして検
出し、電気信号に変換する。検出された前記電気信号
は、トナー濃度制御電圧と比較され、トナー濃度制御電
圧より高い値を示した場合は、トナー濃度が初期設定値
より低いと判断し、前記トナーホッパー２２のトナー供
給部材（供給ローラ）を稼働し、トナーホッパー２２か
らトナー濃度の低下した現像剤中にトナーを補給する。
検出された電気信号がトナー濃度制御電圧より低い場合
は、トナー濃度が設定値より高いと判断し、トナー補給
は行わない。

【００２３】一方、現像が終了すると還流スクリュー１
９及び現像剤供給部材２０の回転を停止して現像ロール
１５への現像剤の供給を止める。この時現像ロールは回
転させておき、現像ロール１５のスリーブ上の現像剤
を、現像ロール１５のスリーブと現像剤搬送ロール１６
のスリーブの回転により搬送し現像槽内に格納する。そ
の後、現像ロール１５のスリーブと現像剤搬送ロール１
６のスリーブの回転を停止する。これにより、この現像
装置は待機状態となり、他の色との混色や画像の掻き取
りを防止している。

【００２４】現像装置が待機状態となった時、現像剤は
現像槽内に格納されているため、還流スクリュー１９及
び現像剤供給部材２０を回転させても現像ロール１５の
スリーブ上へ運ばれることはない。そのため、現像剤の
帯電電荷量が不足した場合、還流スクリュー１９及び現
像剤供給部材２０を回転することで撹拌混合が可能とな
る。

【００２５】上記のカラー印刷装置は、次に示す環境変
化に対する特性を持っている。

【００２６】図４は、環境変化に対するトナー帯電量の
変化、図５はトナー濃度検知信号の変動を示す一具体例
である。

【００２７】図４及び図５は、各環境においてトナーと
キャリアとの混合比を変えながらトナーの帯電量及びト
ナー濃度検知信号を測定した例である。

【００２８】絶対湿度が低い状態（低温低湿）では前記
トナーの帯電量は高くなり、絶対湿度の高い状態（高温
高湿）では前記トナーの帯電量は低くなる。これに伴
い、前記トナー濃度検知信号も変化する。これは、前記
トナーの帯電量によりトナーとキャリア間の静電吸着力
やキャリア間の反発力が変化し、同じ混合比にも係わら
ず透磁率が変化するためである。このような環境による
特性変化は次に示すような画像濃度の変動の原因とな
る。

【００２９】図６から図８に、環境に対する画像濃度の
変化を測定した一具体例を示す。各図はトナーとキャリ
アとの混合比および前記現像バイアス供給手段２３を変
えながら画像濃度を測定した例である。前述したトナー
帯電量の変化及びトナー濃度検知信号の変動により、図
６に示すように低温低湿環境（Ｌ環境）では常温常湿環
境（Ｎ環境）用に設定した基準の現像バイアス電圧を用
いて、その状態でトナー濃度を増加しても画像濃度の変
化は少ないため所望の画像濃度は得られない。一方、図
７に示すように高温高湿環境（Ｈ環境）ではトナー濃度
を変化させることによって、画像濃度も大きく変化し、
目標値を超える値まで制御可能である。なお、高温高湿
環境では現像バイアス電圧を変化させても画像濃度の変
化も少ない。

【００３０】これらは、帯電量の変化による現像特性の
変化とトナー濃度検知信号の変動によるトナー濃度の変
化に起因している。すなわち、低温低湿環境（Ｌ環境）
ではトナー濃度が低い状態で制御され、高温高湿環境
（Ｈ環境）ではトナー濃度が高い状態で制御されるため
である。

【００３１】以上のことから、本発明では、画像形成装
置内に設けた前記温湿度検知器１４により得られた温湿
度情報をもとに現像条件を制御する。前記温湿度検知器
１４が、低温低湿環境（Ｌ環境）と判断した場合は、図
６において前記現像バイアス供給手段２３を基準電圧の
−３５０Ｖから−４２０Ｖに設定することにより、画像
濃度を増加させて目標の画像濃度を確保する。

【００３２】また、高温高湿環境（Ｈ環境）と判断した
場合には、図７に示すように常温常湿時でのトナー濃度
の基準値である３.５ｗｔ％から、２.７５ｗｔ％へ減少
するようにトナー濃度制御電圧を変えることで画像濃度
の上昇を抑えることができる。

【００３３】常温常湿度環境では、図８に示すようにト
ナー濃度および現像バイアス電圧のどちらを制御しても
有効であるが、全体の制御を簡素化するため基準のトナ
ー濃度を維持するようにトナー濃度制御を行う。

【００３４】以上本発明によれば、環境変化による現像
剤の環境特性に応じてトナー濃度または現像バイアス電
圧を適切に制御することにより画像濃度変動が少ない良
好な画像品質を得ることができる。

【００３５】尚、高温高湿環境でトナー濃度を下げる
際、装置のウオーミングアップ時や待機状態のとき、感
光体ベルト１と前記現像装置２ａ〜２ｄを稼働しトナー
を消費させ、トナー濃度を適正化する。

【００３６】図９は環境変化に対する、トナー濃度制御
の一具体例を示す。例えば運転環境が２７℃，８０％Ｒ
Ｈの環境では前記温湿度検知器１４はＡ区分（Ｈ環境）
と判断する。この場合、前記トナー濃度検知信号と比較
するトナー濃度制御電圧を、基準となる２.５Ｖから２.
６５Ｖに上げることにより、トナー濃度を基準値の３.
５ｗｔ％から２.７５ｗｔ％に設定できるため画像濃度
の上昇を抑えられる。また運転環境が１０℃，２０％Ｒ
Ｈの環境では前記温湿度検知器１４はＣ区分（Ｌ環境)
と判断する。この時、前記トナー濃度制御電圧は２.５
Ｖ一定とし、前記現像バイアス供給手段２３を基準値の
−３５０Ｖから−４２０Ｖに設定することにより画像濃
度の低下を抑えることができる。尚、運転環境が２２
℃，５５％ＲＨの環境で前記温湿度検知器１４がＢ区分
(Ｎ環境)と判断した場合は、前記トナー濃度制御電圧を
基準値である２.５Ｖに設定し、トナー濃度を基準値の
３.５ｗｔ％に保つよう制御する。このような制御を行
うことで、運転環境が変化しても、良好なカラー画像が
得られる。

【００３７】図１０は環境変化に対する、トナー濃度制
御のもう一つの具体例を示す。図は、制御区分を４段階
とした例である。例えば運転環境が２７℃，８０％ＲＨ
の環境では前記温湿度検知器１４はＡ区分（Ｈ環境）と
判断する。この時前記トナー濃度検知信号と比較するト
ナー濃度制御電圧を２.５Ｖから２.６５Ｖに上げること
により、トナー濃度を基準値の３.５ｗｔ％から２.７５
ｗｔ％に設定できるため画像濃度の上昇を抑えられる。
また運転環境が１０℃，２０％ＲＨの環境では前記温湿
度検知器１４はＤ区分(Ｌ２環境)と判断する。この時、
前記トナー濃度制御電圧を２.５Ｖ一定とし、トナー濃
度は基準値の３.５ｗｔ％を保つように制御し、前記現
像バイアス供給手段２３を−３５０Ｖから−４２０Ｖに
変えることで画像濃度の低下を抑えることができる。更
に、運転環境が２０℃，２０％ＲＨの環境では前記温湿
度検知器１４はＣ区分(Ｌ１環境)と判断する。この時も
Ｄ区分時と同様に前記トナー濃度制御電圧を２.５ Ｖ一
定とし、トナー濃度は基準値の３.５ ｗｔ％を保つよう
に制御し、前記現像バイアス供給手段２３を−３５０Ｖ
から−３７０Ｖに変えることで画像濃度の低下を抑える
ことができる。尚、前記温湿度検知器１４はＢ区分（Ｎ
環境）と判断した場合は、トナー濃度制御電圧を基準値
である２.５Ｖに設定し、トナー濃度を基準値の３.５ｗ
ｔ％に保つよう制御する。このような制御を行うこと
で、使用環境が変化しても、良好なカラー画像が得られ
る。尚、制御区分は現像剤の特性に応じ更に細分化する
ことが可能であり、前記温湿度検知器１４を前記現像装
置２に近接して四つ設けることにより、それぞれの色の
現像剤に応じた制御が可能である。なお、特に図面には
記載してはいないが画像形成装置内には上記各部の制御
を行う制御装置が内蔵されている。この制御装置は例え
ば、現像バイアスの制御，トナー濃度の設定値の変更制
御，使用する現像装置の選択、及び駆動制御等を行う構
成となっている。

【００３８】以上のような、本発明を適応したカラー印
刷装置を用い、運転環境を変化させながら印字を行った
結果、画像濃度の変動の少ない、鮮明なカラー画像が得
られた。尚、本実施例ではフルカラーの印刷装置につい
て述べたが、２色印刷やマルチ印刷にも適応できる。ま
た、非接触現像を用いたカラー印刷装置に本発明を適応
しても十分な効果があり、鮮明なカラー画像が得られ
る。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、装置内の温湿度を検出
し、常温常湿時のトナー濃度レベルおよび現像バイアス
電圧を基準とし、絶対湿度が高い場合には基準値より低
いトナー濃度で安定化するよう制御し、絶対湿度の低い
場合はトナー濃度は基準値と同じとし、現像バイアス電
圧をより高く設定する。以上の結果、温湿度変化による
画像濃度変化をトナー濃度および現像バイス電圧の適正
な組合せで、良質なカラー画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すカラー画像形成装置の
概略図。

【図２】本発明の一実施例を示す現像装置の概略図。

【図３】本発明になる各環境でのトナー濃度変化による
画像濃度変化の特性図。

【図４】本発明になる各環境でのトナー濃度変化による
トナー帯電量の特性図。

【図５】本発明になる各環境でのトナー濃度変化による
トナー濃度検知信号の特性図。

【図６】本発明になる低温低湿環境での画像濃度変化の
特性図。

【図７】本発明のなる高温高湿環境での画像濃度変化の
特性図。

【図８】本発明のなる常温常湿環境での画像濃度変化の
特性図。

【図９】本発明の一実施例を示す制御区分の説明図。

【図１０】本発明の一実施例となるもう一つの制御区分
の説明図。

【符号の説明】

１…感光体ベルト、２…現像装置、３…レーザ光、４…
中間転写ドラム、５…給紙カセット、６…プリーチャー
ジャ、７…転写ローラ、８…除電器、９…定着機、１０
…バイアスクリーナ、１１…クリーニングブレード、１
２…イレーズランプ、１３…スコロトロン帯電器、１４
…温湿度検知器、１５…現像ロール、１６…現像剤搬送
ロール、１７…スクレーパ、１８…現像剤層規制板、１
９…還流スクリュー、２０…現像剤供給部材、２１…ト
ナー濃度検知器、２２…トナーホッパー、２３…現像バ
イアス供給手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】異なる印字データに応じて静電潜像が形成
   される像担持体と、前記静電潜像を現像するトナーと、
   前記トナーとキャリアを混合した２成分現像剤を収容す
   る現像容器と前記現像剤を担持する現像ロールと前記現
   像剤を撹拌混合する撹拌混合手段と前記現像容器内の現
   像剤中のトナーの濃度を検出するトナー濃度検出器と検
   出されたトナー濃度に応じて前記現像容器にトナーを補
   給するトナー補給部を備えた複数の現像装置と、現像す
   る色に応じて使用する現像装置を選択する現像装置選択
   手段と前記現像ロールにバイアス電圧を供給する現像バ
   イアス電圧供給手段とを備えた制御装置を備えたカラー
   画像形成装置において、 画像形成装置内の温度および湿度を検出する温湿度検知
   手段を少なくとも一つ以上備え、前記制御装置が、前記
   温湿度検知手段により検出した温湿度情報をもとに、低
   温低湿時には現像バイアス電圧を制御し、常温常湿時、
   及び高温高湿時にはトナー濃度を制御して所望の画像濃
   度を得ることを特徴とするカラー画像形成装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記制御装置が低温低
   湿時には現像バイアス電圧を常温常湿時の基準値である
   −３５０Ｖから−４２０Ｖへ可変制御することにより
   １.３以上の画像濃度を得る様に制御し、常温常湿時に
   は現像バイアス電圧を一定としトナー濃度を３.５ｗｔ
   ％±０.２ｗｔ％の範囲内に制御し、高温高湿時には現
   像バイアス電圧を一定としトナー濃度を２.７５ｗｔ％
   ±０.２ｗｔ％の範囲内に変化させ１.６±０.２の画像
   濃度を得るように制御することを特徴とした前記カラー
   画像形成装置。