JP2005070135A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像ローラへのトナー供給量不足による印字のカスレ
【解決手段】像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像に現像剤を付着させて現像を行う現像手段と、温度または湿度を検知する温度検知手段または湿度検知手段を有し、現像手段は、現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、現像剤担持体上に現像剤の層を形成する現像剤規制部材とから成り、現像剤担持体に印加する電圧をＶＤとし、現像剤供給部材に印加する電圧をＶＳとし、現像剤規制部材に印加する電圧をＶＢとするとき、｜ＶＢ−ＶＤ｜＜｜ＶＳ−ＶＤ｜の関係を満たしつつ、ＶＤ、ＶＳ、ＶＢそれぞれの電圧値を温度検知手段または湿度検知手段によって検知された温度または湿度に応じて設定する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真方式のプリンタや複写機等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式のプリンタ、複写機等の画像形成装置においては、感光体ドラムに電荷を与える帯電プロセス、感光体ドラム上に画像データをもとに静電潜像を形成する露光プロセス、トナー層が形成された現像ローラから、感光体ドラム上の静電潜像にトナーを転移させることにより顕像化を行う現像プロセス、現像されたトナーを紙等の記録媒体に転写させる転写プロセス、記録媒体上に転写させたトナー像を熱及び圧力で定着させる定着プロセスの順で行われる電子写真プロセスによって、記録媒体上に印刷を行うようになっている。
【０００３】
前記画像形成装置を動作させるときの温度や湿度などの環境の違いによって、現像ローラ上のトナーの量が変化してしまう。現像ローラ上のトナー量の変化によって、記録媒体上に印刷された画像において、濃度が異なることになる。例えば温度１０℃、湿度２０％の低温度、低湿度の環境において画像形成装置を作動させた場合、トナーの帯電特性が変化し、通常の温度、湿度に比べて現像ローラ上のトナー量が増加する。その結果として現像ローラ上のトナー量が極端に多くなると、形成される画像において、濃度の不均一、かぶりの増加等の諸問題を引き起こし、前記画像の品質を低下させてしまう。そこで、上記のような温度、湿度の変化があった場合、現像ローラへのトナーの供給量が増加しないように現像ローラにトナーを供給するトナー供給ローラに印加する電圧を制御し、現像ローラ上のトナー量が変化しないようにしている。そして、感光体ドラムに向けて供給するトナーの帯電量を安定させることにより、トナーの供給変動により生じる印刷濃度のばらつき等を防止するようにしている。（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−７１９８
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記の例のように、環境変化に応じて、現像ローラへのトナーの供給量が多くならないように、現像ローラとトナー供給ローラ間の電位差を小さく調整した状態で、例えば、画像全面が黒（濃度１００％）のようなトナー消費量の多い印字を行うと、現像ローラ上へのトナー供給量が不足して画像形成途中からの印字領域にトナーが付着せずに濃度が不足するカスレを生ずることがある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、帯電された像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像に現像剤を付着させて現像を行う現像手段と、温度または湿度を検知する温度検知手段または湿度検知手段を有し、現像手段は、現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、現像剤担持体上に現像剤の層を形成する現像剤規制部材とから成り、現像剤担持体に印加する電圧をＶＤとし、現像剤供給部材に印加する電圧をＶＳとし、現像剤規制部材に印加する電圧をＶＢとするとき、｜ＶＢ−ＶＤ｜＜｜ＶＳ−ＶＤ｜の関係を満たしつつ、ＶＤ、ＶＳ、ＶＢそれぞれの電圧値を温度検知手段または湿度検知手段によって検知された温度または湿度に応じて設定するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
以下、本発明の実施について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。１は像担持体としての感光体ドラム、３は感光体ドラム１の表面を帯電させる帯電ローラ、４はＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ（以下、「ＬＥＤ」という。）から成る露光手段としての露光ヘッド、５は現像手段としての現像装置、７は感光体ドラム１に併設される転写ローラ、ａは記録媒体としての用紙である。
【０００８】
感光体ドラム１には、帯電ローラ３が接するように感光体ドラム１に平行に配置される。帯電ローラ３には図示しない電源により電圧が印加され、感光体ドラム１を帯電する。露光ヘッド４は、印刷すべき画像データに対応して、帯電された感光体ドラム１の所定の部位を露光し、感光体ドラム１上に静電潜像を形成する。現像装置５は、トナー貯留部５０、現像ローラ５４、トナー供給ローラ５３、現像ブレード５２からなる。トナー貯留部５０内にはトナー攪拌バー５１が設けられ、トナーの攪拌や搬送、または摩擦によってトナーの帯電を行う。現像ローラ５４とトナー供給ローラ５３とにはそれぞれ電源６２、６３によって電圧が印加されている。現像ローラ５４は感光ドラム１に接して平行に配置される。トナー供給ローラ５３は、現像ローラ５４に接して平行に配置される。トナー層厚規制ブレード５２は、現像ローラ５４に対して平行に一定の圧力で押し付けられて配置される。
【０００９】
記録媒体ａは、図示しない搬送手段および、感光体ドラム１と転写ローラ７とにより矢印Ａの方向に搬送される。転写ローラ７は、図示しない電源により所定の電圧が印加され、感光体ドラム１上に現像されたトナー像を静電気力により用紙に転写する。記録媒体ａ上のトナー像は、図示しない定着手段によって定着される。クリーニングブレード２０は、感光体ドラム１に平行に一定の力で押し付けられて配置される。感光体ドラム１から記録媒体ａに転写されずに残った転写残トナーはクリーニングブレード２０によりかきとられ、トナー回収機構２１に回収される。
【００１０】
図２は本発明の第１実施例の制御系を示すブロック図である。制御系を構成する制御手段としての制御部１０１を備えている。制御部１０１は、半導体メモリ、磁気ディスク等の記憶手段１０７にあらかじめ記憶してあるプログラムに従って、各手段を制御する。また、記憶手段１０７では各動作の制御に必要なデータをその都度保存する。また、本実施例による画像形成装置は、パーソナルコンピュータ等の外部制御装置とのデータの入出力を行うデータ入出力手段１０２を有する。操作パネル１０３によって、印刷動作の際に複写枚数、記録媒体に用いる紙等の媒体の種類等、各種設定の入力を行う。モータ駆動制御手段１０４は現像装置５、感光体ドラム１、転写ローラ７、等を駆動するモータ１０５を制御する。
【００１１】
温湿度測定手段１０６は本実施における画像形成装置の動作する環境の温度および相対湿度を測定する。露光ヘッド制御手段１０９はデータ入出力手段１０２を通して取り込んだ画像データをもとに露光ヘッド４を制御する。現像電圧制御手段１１０は現像ローラ５４に印加する電圧ＶＤを制御部１０１からの指示に従った値に設定するように電源６３を制御する。トナー供給電圧制御手段１１１はトナー供給ローラ５３に印加する電圧ＶＳを制御部１０１からの指示に従った値に設定するように電源６２を制御する。トナー層厚規制電圧制御手段１１２はトナー層厚規制ブレード５２に印加する電圧ＶＢを制御部１０１からの指示に従った値に設定するように電源６１を制御する。帯電電圧制御手段１０８は帯電ローラ３に印加する電圧を制御部１０１からの指示に従った値に設定するように電源１１４を制御する。転写電圧制御手段１１３は、転写ローラ７に印加する電圧を制御部１０１からの指示に従った値に設定するように電源１１５を制御する。次に前記構成の第１実施例の動作について説明する。
【００１２】
感光体ドラム１は、帯電ローラ３によりおよそ−７００Ｖに帯電される。続いて帯電された感光体ドラム１が回転し、帯電された感光体ドラム１の表面が露光ヘッド４によって露光され、露光部が０Ｖ付近に減衰して感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。そしてさらに、感光体ドラム１が回転して感光体ドラム１上の静電潜像が現像ローラ５４の位置に到達すると、現像ローラ５４上に、後述するように負極性に帯電されて層形成されたトナーが感光体ドラム１上の潜像に対応する部分に転移されて可視化される。このように感光体ドラム１上に可視像としてのトナー像が形成される。
【００１３】
続いて、感光体ドラム１が回転することにより、感光体ドラム１上に形成されたトナー像が図示しない搬送手段により搬送される記録媒体ａ上に到達すると、転写ローラ７によって記録媒体ａに転写される。記録媒体ａ上に転写されたトナー像は図示しない定着手段により定着される。定着が行われた記録媒体ａは、図示しない記録媒体搬送手段により画像形成装置の外部に搬出される。記録媒体ａに転写されずに感光体ドラム１上に残された残留トナーは、感光体ドラム１が回転することによりクリーニングブレード２０によってかきとられる。そして残留トナーはトナー回収機構２１により回収され、図示しないトナー搬送手段により図示しない排トナー貯留部まで搬送される。制御部１０１は印刷が実行されるごとに記憶手段１０７に印刷実行数の累積値をページ単位で記録しカウンタ値Ｃとして更新する。この累積値は装置の動作量を示すものである。
【００１４】
次に現像装置の動作について詳細に説明する。トナー貯留部５０内のトナーは、トナー攪拌バー５１によって攪拌され、トナー供給ローラ５３により現像ローラ５４に供給される。なお、トナーはトナー攪拌バー５１、トナー供給ローラ５３、現像ローラ５４との摩擦によって負極性に帯電される。また、トナー層厚規制ブレード５２との摩擦および、トナー層厚規制ブレード５２に印加される電圧ＶＢによっても帯電される。このとき、トナー供給ローラ５３、現像ローラ５４にはそれぞれ後述する電圧ＶＳ、ＶＤが印加され、トナー供給ローラ５３により帯電されたトナーは現像ローラへ供給される。現像ローラ５４へ供給されるトナーの量はトナー供給ローラ５３に印加した電圧ＶＳにより制御される。そして、現像ローラ５４上のトナーは、電圧ＶＢが印加されたトナー層厚規制ブレード５２により薄層化される。
【００１５】
また、現像ローラ５４上に層形成されるトナーの量はトナー層厚規制ブレード５２に印加した電圧ＶＢにより制御される。さらに、現像ローラ５４から感光体ドラム１上の静電潜像へ現像されるトナーの量は、現像ローラ５４に印加された電圧ＶＤにより制御される。ここで、温湿度測定手段１０６により測定した画像形成装置の動作する環境の温度および湿度、記憶手段１０７に記録した印字枚数の記録から、現像ローラ５４、トナー供給ローラ５３、トナー層厚規制ブレード５２に印加する電圧ＶＤ、ＶＳ、ＶＢを決定する。
【００１６】
図３は本発明の第１実施例の動作を示すフローチャートである。図４は本発明の第１実施例の検出温度及び検出湿度から環境検出値を決定するテーブルを示す図である。図５は図４で決定された環境検出値に対する各印加電圧の設定テーブルを示す図である。図３におけるＳ１において、制御部は温湿度測定手段１０６により測定された本画像形成装置の動作環境の温度Ｔ、相対湿度Ｈの値を読み取る。Ｓ２において、制御部はＳ１より読み取った温度Ｔ及び相対湿度Ｈの値から図４上で該当する環境検出値を決定する。続いて、環境検出値に該当する印加電圧値が図５に示す設定テーブルにより決定され、電源６３、６２、６１の電圧値ＶＤ、ＶＢ、ＶＳが決定される。Ｓ３において、制御部１０１は記憶手段１０７に記憶されたカウンタ値Ｃを読み取る。Ｓ４において、制御部１０１はカウンタ値Ｃに基づいて補正電圧値が図６により決定し、Ｓ２によって決定された電源６３、６２、６１の電圧値ＶＤ、ＶＢ、ＶＳに補正電圧値を加えることで印加電圧を決定する。
【００１７】
Ｓ５において、モータ駆動制御手段１０４によってモータ１０５が駆動し、現像装置５、感光体ドラム１、転写ローラ７、記録媒体搬送手段、定着手段等が動作する。Ｓ６において、制御部１０１はＳ４で決定した電圧値ＶＤ、ＶＢ、ＶＳをそれぞれ印加する。Ｓ７において、露光ヘッド４により感光体ドラム１上に１ページ分の静電潜像を形成する。Ｓ８において、印刷動作前のカウンタ値ＣをＣ＋１に更新する。Ｓ９において、制御部は画像データが終了かどうかの判定を行う。終了でない場合はＳ８へ戻る。画像データ終了の場合は、Ｓ１０へ進む。Ｓ１０において、制御部１０１は印刷動作前の更新されたカウンタ値Ｃを記憶手段１０７に記憶させる。
【００１８】
次に、１０℃、２０％の低温低湿度環境（以下「Ｌ／Ｌ」という）、２０℃、５０％の常温常湿度環境（以下「Ｎ／Ｎ」という）、２７℃、８０％の高温高湿度環境（以下「Ｈ／Ｈ」という）において、各印加電圧を種々変化させ、媒体の印刷可能領域に対して印刷面積が１％である画像を１００００万枚程度繰り返し印刷したときの画像評価の結果を図７に示す。
図７（ａ）は動作環境がＮ／Ｎでの各印加電圧を変えたときのカスレ評価の結果を示す図である。
図７（ｂ）は動作環境がＬ／Ｌでの各印加電圧を変えたときのカスレ評価の結果を示す図である。
図７（ｃ）は動作環境がＨ／Ｈでの各印加電圧を変えたときのカスレ評価の結果を示す図である。
【００１９】
ここで、図中の評価項目「カスレ」とは、媒体の印刷可能領域に対して印刷面積が１％である画像を１００００万枚程度繰り返し印刷し、その直後に画像全面に黒（１００％濃度）を印刷したときに画像の端部で濃度が不足したことを示す。図中の○印は、不具合が発生せず画像が良好であり、×印はその不具合が発生し画像品質が実使用に耐えられないほど悪化したことを示している。ＶＢとＶＤの差の絶対値をトナー層厚規制電位｜ＶＳ−ＶＤ｜、ＶＳとＶＤの差の絶対値をトナー供給電位｜ＶＳ−ＶＤ｜として、本画像形成装置において図７に示した各条件で検討を行った。この評価結果により、環境条件によって異なるが、どの環境においても良好な範囲を有することが分かる。
【００２０】
カスレの不具合を発生させず良好な画像を得ることのできる範囲においては、トナー層厚規制電位｜ＶＢ−ＶＤ｜とトナー供給電位｜ＶＳ−ＶＤ｜との関係が少なくとも｜ＶＢ−ＶＤ｜＜｜ＶＳ−ＶＤ｜が必要であることが分かる。このような評価に基づき、他の種々の動作環境に対するＶＢ、ＶＳ、ＶＤのカスレに対する良好な範囲を求め、かつ、いずれの動作環境においても印刷濃度がほぼ一定になるような範囲を求めた結果、図４、図５に示す設定テーブルを得ることができた。このような設定テーブルに従ってＶＤ、ＶＢ、ＶＳを設定することによって、いずれの動作環境においても濃度をほぼ一定に維持しつつ、カスレのない印刷を得ることができる。また、印刷がすすむにつれてトナーの帯電特性等が変化し、濃度変化を生じる。これを防止するために図６に示す設定テーブルに従い、カウンタ値Ｃに応じて、ＶＢ、ＶＳ、ＶＤの設定を補正している。この場合においても、｜ＶＢ−ＶＤ｜＜｜ＶＳ−ＶＤ｜を満たすことで種々の動作環境において濃度をほぼ一定に維持しつつ、カスレのない印刷を得ることができる。
【００２１】
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例について説明する。図８は第２実施例を示す概略側面図である。本実施における画像形成装置の構成は、前記第１実施例の構成に対し、トナー供給ローラに電圧を印加する電源を現像ローラに印加する電源と共通化したものである。トナー供給ローラ５３には電源６２によって電圧が印加され、現像ローラ５４には例えば、２３０Ｖの電圧差が生じるように抵抗６４を介して電源６２が接続されている。図９は第２実施例の画像形成装置の制御系を示すブロック図である。図１０は図４で決定された環境検出値に対する各印加電圧値との関係を示す図である。図１１は本発明の第２実施例の動作量に対する各電圧値の補正テーブルである。本実施例の制御系は前記第１実施例に対し、現像電圧制御手段１１０、トナー供給電圧制御手段１１１に替えて現像・トナー供給電圧制御手段１１６を有する。第１実施例に対して、図５の設定テーブル及び図６の補正テーブルに替えて図１０の設定テーブル及び図１１の補正テーブルを適用する点が異なるのみで他は同様である。
【００２２】
以上の設定テーブルに従ってＶＤ、ＶＢ、ＶＳを設定することによって、いずれの動作環境においても濃度をほぼ一定に維持しつつ、カスレのない印刷を得ることができる。また、印刷がすすむにつれてトナーの帯電特性等が変化し、濃度変化を生じる。これを防止するために図１１に示す設定テーブルに従い、印刷枚数のカウンタ値Ｃに応じて、ＶＢ、ＶＳ、ＶＤの設定を補正している。この場合においても、種々の動作環境において濃度をほぼ一定に維持しつつ、カスレのない印刷を得ることができる。そして、以上の評価結果より実施例１に対して構造を簡略化できることがわかる。なお、本実施例では｜ＶＳ−ＶＤ｜を２３０Ｖとしたが、図７に示すように２６０Ｖまでの値いずれにおいても同様の効果を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、帯電された像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像に現像剤を付着させて現像を行う現像手段と、温度または湿度を検知する温度検知手段または湿度検知手段を有し、現像手段は、現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、現像剤担持体上に現像剤の層を形成する現像剤規制部材とから成り、現像剤担持体に印加する電圧をＶＤとし、現像剤供給部材に印加する電圧をＶＳとし、現像剤規制部材に印加する電圧をＶＢとするとき、｜ＶＢ−ＶＤ｜＜｜ＶＳ−ＶＤ｜の関係を満たしつつ、ＶＤ、ＶＳ、ＶＢそれぞれの電圧値を温度検知手段または湿度検知手段によって検知された温度または湿度に応じて設定することにより、種々の動作環境において濃度をほぼ一定に維持しつつ、カスレのない印刷を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す画像形成装置の概略構成図
【図２】本発明の第１実施例の制御系を示すブロック図
【図３】本発明の第１実施例の動作を示すフローチャート
【図４】本発明の第１実施例の温度及び湿度から環境検出値を決定するテーブルを示す図
【図５】図４で決定された環境検出値に対する各印加電圧の設定テーブルを示す図
【図６】本発明の第１実施例の動作量に対する各電圧値補正テーブルを示す図
【図７】本発明の第１実施例の各動作環境における画像評価結果を示す図
【図８】本発明の第２実施例を示す画像形成装置の概略構成図
【図９】本発明の第２実施例の制御系を示すブロック図
【図１０】図４で決定された環境検出値に対する各印加電圧の設定値との関係を示す図
【図１１】本発明第２実施例の動作量に対する各印加電圧値補正テーブルを示す図
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
３ 帯電ローラ
４ ＬＥＤ
５ 現像装置
７ 転写ローラ
ａ 記録媒体
２０ クリーニングブレード
２１トナー回収機構
５０ トナー貯留部
５１ トナー攪拌バー
５２ トナー層厚規制ブレード
５３ トナー供給ローラ
５４ 現像ローラ
６１〜６３ 電源
６４ １０１ 制御部
１０２ データ入出力手段
１０３ 操作パネル
１０４モータ駆動制御手段
１０５ モータ
１０６ 温湿度測定手段
１０７ 記憶手段
１０８ 帯電電圧制御手段
１０９ 露光ヘッド制御手段
１１０ 現像電圧制御手段
１１１ トナー供給電圧制御手段
１１２ 層厚規制電圧制御手段
１１３ 転写電圧制御手段
１１４〜１１５ 電源
１１６ 現像・トナー供給電圧制御手段

Claims (3)

1. 像担持体と、
   該像担持体を帯電する帯電手段と、
   該帯電手段により帯電された前記像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
   前記静電潜像に現像剤を付着させて現像を行う現像手段と、
   温度を検知する温度検知手段とを有し、
   前記現像手段は、現像剤を担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、前記現像剤担持体上に現像剤の層を形成する現像剤規制部材とから成り、
   前記現像剤担持体に印加する電圧をＶＤとし、前記現像剤供給部材に印加する電圧をＶＳとし、前記現像剤規制部材に印加する電圧をＶＢとするとき、｜ＶＢ−ＶＤ｜＜｜ＶＳ−ＶＤ｜の関係を満たしつつ、前記ＶＤ、ＶＳ、ＶＢそれぞれの電圧値を前記温度検知手段によって検知された温度に応じて設定することを特徴とする画像形成装置。
2. 像担持体と、
   該像担持体を帯電する帯電手段と、
   該帯電手段により帯電された前記像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
   前記静電潜像に現像剤を付着させて現像を行う現像手段と、
   湿度を検知する湿度検知手段とを有し、
   前記現像手段は、現像剤を担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、前記現像剤担持体上に現像剤の層を形成する現像剤規制部材とから成り、
   前記現像剤担持体に印加する電圧をＶＤとし、前記現像剤供給部材に印加する電圧をＶＳとし、前記現像剤規制部材に印加する電圧をＶＢとするとき、｜ＶＢ−ＶＤ｜＜｜ＶＳ−ＶＤ｜の関係を満たしつつ、前記ＶＤ、ＶＳ、ＶＢそれぞれの電圧値を前記湿度検知手段によって検知された湿度に応じて設定することを特徴とする画像形成装置。
3. 画像形成装置の動作量を計数する動作量計数手段を有し、
   ｜ＶＢ−ＶＤ｜＜｜ＶＳ−ＶＤ｜の関係を満たしつつ、前記ＶＤ、ＶＳ、ＶＢそれぞれの電圧値を前記動作量計数手段によって計数された値に応じて設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。

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