JPH04309971A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真複写法による
トナー画像転写型の画像形成装置、詳しくはその画像濃
度の自動制御機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、トナー画像転写型の電子写真複写
機にあっては、主に有機感光体が使用されている。この
有機感光体のある種のものは、使用回数が増加するに従
って、光に対する感度特性はそれ程変化しないが、残留
電位が上昇する特性を有する。残留電位の上昇は、画像
背景部の電位の上昇となり、いわゆるトナーのかぶりが
多発することとなる。

【０００３】

【発明の目的、構成、作用】そこで、本発明の目的は、
トナー画像転写型の画像形成装置において、感光体の使
用による残留電位の上昇を正確に検出し、その検出値を
画像形成時の制御にフィードバックすることにより、常
に良好な画質の複写画像を得ることにある。以上の目的
を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、帯電手
段と現像手段との間に設置され、感光体上の電荷を除電
する除電手段と、現像電極にトナーの帯電極性と同極性
の、少なくとも二つの電圧の異なる現像バイアスを印加
し、前記除電手段で除電された感光体の表面に少なくと
も二つの濃度の異なるテストトナー像を形成する現像手
段と、前記テストトナー像の濃度を検出する濃度検出手
段と、前記トナー像の濃度検出値に応じて、画像形成時
における現像バイアスの電圧値を制御する現像バイアス
電圧制御手段とを備えている。

【０００４】以上の構成において、帯電手段によって帯
電された感光体上の電荷は除電手段（例えばＬＥＤ）に
よって除電されるが、多少の電荷が残る。この残留電荷
部分を現像手段によりトナーを付着させる。トナーの付
着は、現像電極にトナーの帯電極性と同極性の少なくと
も二つの電圧の異なる現像バイアスを印加することによ
って行なう。これにて、少なくとも二つの濃度の異なる
テストトナー像が形成され、それらの濃度は検出手段（
例えばフォトセンサ）によって検出される。テストトナ
ー像の濃度は感光体の残留電圧と現像バイアスの電圧に
よって一定の値となり、濃度検出値に基づいて残留電位
が演算される。この演算結果により、画像形成時に印加
されるべき現像バイアスの電圧値を制御する。即ち、感
光体の残留電位の上昇に応じて現像バイアスを上昇させ
、画像背景部へのトナーのかぶりを防止する。

【０００５】

【実施例】以下、本発明に係る画像形成装置の一実施例
について添付図面を参照して説明する。この実施例は本
発明をトナー画像転写型の電子写真複写機に適用したも
のである。 （複写機の概略構成と動作）図１に示すように、感光体
ドラム５は矢印ａ方向に一定の周速度ｖで回転駆動可能
とされ、原稿台ガラス１上に載置された原稿Ｍの画像は
光学系２０にて露光部Ｘに露光され、感光体ドラム５上
に原稿画像に対応した静電潜像が形成される。

【０００６】光学系２０は露光ランプ２１、ミラー２２
ａ〜２２ｄ、投影レンズ２３にて構成されている。画像
露光時において、露光ランプ２１とミラー２２ａとは矢
印ｂ方向にｖ／ｍ（ｍ：複写倍率）の速度で移動し、ミ
ラー２２ｂ，２２ｃはｖ／２ｍの速度で移動可能とされ
ている。感光体ドラム５の周囲には、その表面を所定の
電位に均一に帯電させる帯電チャージャ６、潜像形成領
域以外の像間電荷を消去する像間イレーサ１０、光学系
２０にて形成された静電潜像にトナーを付着させて顕像
化する現像装置７、そのトナー画像をレジストローラ３
０から送り込まれる複写紙Ｐ上に転写する転写チャージ
ャ２８、複写紙Ｐを感光体ドラム５から分離する分離チ
ャージャ２９、感光体ドラム５上に付着した残留トナー
を除去するクリーナ装置９、感光体ドラム５上の残留電
荷を消去するメインイレーサ８が配設されている。

【０００７】（現像装置の構成と動作）現像装置７は、
磁性キャリアと絶縁性トナーとの混合物からなる現像剤
を使用して周知の磁気ブラシ方式にて現像部Ｙを通過す
る潜像の電荷存在部分にトナーを付着させる、いわゆる
正規現像にて現像を行なう。現像槽７０内には、磁気ロ
ーラ７２を内蔵した現像スリーブ７１、穂高規制板７３
、バケットローラ７４、スクリューローラ７５が設置さ
れている。現像剤はバケットローラ７４の矢印ｃ方向の
回転に基づいて現像スリーブ７１の外周面に磁気ローラ
７２の磁力で吸着され、現像スリーブ７１の矢印ｄ方向
への回転あるいは磁気ローラ７２の矢印ｄ’方向への回
転に基づいて現像部Ｙへと搬送される。現像スリーブ７
１は現像電極として機能し、通常の複写処理時において
、現像スリーブ７１にはトナーの帯電極性とは逆極性の
所定電圧の現像バイアスが印加され、トナーが画像背景
部へかぶることを防止している。

【０００８】一方、現像槽７０の上部に設けたトナータ
ンク７６の底部には補給モータ７８にて回転駆動される
トナー補給ローラ７７が設置されている。トナータンク
７６内のトナーは補給ローラ７７の回転に基づいてスク
リューローラ７５上に補給され、ローラ７５の回転にて
既に存在する現像剤と攪拌混合され、バケットローラ７
４に送られる。トナーはここでの攪拌混合にて磁性キャ
リアとの摩擦帯電で所定の帯電量とされる。現像剤中の
トナー濃度は現像槽７０内に設けた磁気センサ（図示せ
ず）により検出され、常時一定のトナー濃度を維持する
ように補給モータ７８が制御される。

【０００９】（感光体の残留電位の上昇）本複写機で使
用されている感光体は有機感光体であり、その特性の一
つとして、使用に伴って残留電位が上昇する。図５は露
光光量に対する感光体の表面電位を示し、曲線Ａ１は初
期の感度特性、曲線Ｂ１は感光体寿命の半分程度使用し
た時点での感度特性を示す。図５から明らかなように、
初期にあっては、残留電位はＶｒ１であり、原稿画像濃
度が０．０７（露光光量は２．０ｌｕｘ・ｓｅｃに相当
する）の部分に対応する残留電位はＶｉｒ１である。現
像時において現像スリーブ７１に印加される現像バイア
スの電圧はＶｂ０であり、原稿画像濃度が０．２（露光
光量は１．４ｌｕｘ・ｓｅｃに相当する）の部分の残留
電位に対応し、この電位部分も現像されない。このよう
な初期特性にあっては、現像バイアス電圧Ｖｂ０と残流
電圧Ｖｉｒ１とは十分なギャップを有し、画像背景部に
トナーがかぶることはない。

【００１０】一方、使用後にあっては、残留電位はＶｒ
２に上昇し、原稿画像濃度が０．０７の部分に対応する
残留電位はＶｉｒ２まで上昇する。この場合、現像バイ
アスを電圧Ｖｂ０に維持すると、バイアス電圧Ｖｂ０と
残留電位Ｖｉｒ２とのギャップが小さくなり、画像背景
部にトナーがかぶることとなる。特に、原稿画像濃度０
．２の部分にもトナーが付着してしまう。従って、使用
後にあっては、現像バイアスの電圧をＶｂ０’まで上昇
させ、画像背景部へのトナーのかぶりを防止する必要が
ある。

【００１１】感光体の残留電位Ｖｒ２とトナーのかぶり
を防止するのに必要な現像バイアス電圧Ｖｂ０’とは図
５に示したように一定の相関関係にある。従って、現像
バイアスの電圧値を制御するには、感光体の残留電位Ｖ
ｒ２を正確に検出する必要がある。 （残留電位の検出と現像バイアス電圧の制御）本実施例
にあっては、画像安定化のため、帯電チャージャ６によ
って均一に帯電された感光体ドラム５上の電荷を像間イ
レーサ１０によって除去して感光体ドラム５上に残留電
位Ｖｒ２の二つの潜像を形成する。そして、このテスト
潜像を現像スリーブ７１にそれぞれ電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２
の逆現像バイアス（通常の複写処理時とは逆極性、トナ
ーの帯電極性と同極性）を印加し、トナーを強制的に残
留電位Ｖｒ２のテスト潜像へ付着させ、二つのテストト
ナー像を形成する。さらに、このテストトナー像の濃度
を反射型のフォトセンサ１９（図１参照）で光学的に検
出する。

【００１２】図６は現像スリーブ７１に印加される逆現
像バイアスの電圧値とトナー付着量（テストトナー像の
濃度）との関係を示し、直線Ａ２は初期の特性、直線Ｂ
２は感光体寿命の半分程度使用した時点での特性を示す
。逆現像バイアス電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２に対応するトナー
付着量Ｍ１，Ｍ２によって直線Ｂ２の傾きを判定でき、
そのときの残留電位Ｖｒ２が導かれる。また、直線Ｂ２
’は、感光体が直線Ｂ２の特性を示す場合にトナーの帯
電量やトナー濃度が上昇した場合におけるトナー付着量
を示す。このような現像特性の変化に際しても、少なく
とも２種類の濃度のテストトナー像の濃度を検出するこ
とにより、残留電位Ｖｒ２を求めることができる。

【００１３】残留電位Ｖｒ２の演算方法は以下のとおり
である。特性を示す関数は式（１）で示され、　　　　
ｙ＝ａｘ＋ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（
１）使用後において、式（１）中のａは式（２）で示さ
れる。 　　　　ａ＝（Ｍ２−Ｍ１）／（Ｖｂ２−Ｖｂ１）　　
　　　　　　　　　　　　　　…（２）一方、逆現像バ
イアス電圧Ｖｂ２を印加したときのトナー付着量Ｍ２は
、式（３）で示される。

【００１４】 　　　　Ｍ２＝ａ・Ｖｂ２＋ｂ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（
３）ここで、式（１）中のｂは式（４）で示される。 　　　　ｂ＝Ｍ２−ａ・Ｖｂ２　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（
４）ｙ＝０のとき、残留電位Ｖｒ２となる。従って、　
　　　０＝ａ・Ｖｒ２＋ｂ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（
５）式（５）に前記式（２），（４）を代入すると、残
留電位Ｖｒ２は式（６）で表わされる。

【００１５】 　　　　Ｖｒ２＝−ｂ／ａ 　　　　　　　　　　＝（Ｍ２・Ｖｂ１−Ｍ１・Ｖｂ２
）／Ｍ２−Ｍ１　　　　…（６）即ち、所定の逆現像バ
イアス電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２の下で形成されたテストトナ
ー像の濃度（付着量）を検出することにより、前記式（
６）に基づいて残留電位Ｖｒ２が求められる。次に、図
５で示したように、残留電位がＶｒ２の特性を示す状態
において複写処理時に印加すべき現像バイアス電圧Ｖｂ
０’を、以下の式（７）に基づいて演算する。

【００１６】 　　　　Ｖｂ０’＝ｋ（Ｖｒ２−Ｖｒ１）＋Ｖｂ０　　
　　　　　　　　　　　　　　…（７）　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　ｋ：定数ここで演算されたＶｂ０’を
以後の複写処理において、現像スリーブ７１に対する現
像バイアスの印加電圧として用いれば、画像背景部にト
ナーのかぶりのない良好な複写画像が得られる。

【００１７】（画像安定化処理の具体例）ここで、テス
トトナー像の形成、その濃度検出、現像バイアス電圧の
制御につき、具体的に説明する。図２に示す如く、電圧
Ｖｂ２の逆現像バイアス印加時には比較的濃いテストト
ナー像Ｔ２が形成され、電圧Ｖｂ１の逆現像バイアス印
加時には比較的薄いテストトナー像Ｔ１が形成される。 これらの濃度は反射型フォトセンサ１９によって検出さ
れる。フォトセンサ１９は、発光素子１９ａと受光素子
１９ｂとからなり、転写部Ｚからクリーナ装置９に至る
感光対ドラム５の表面に対向し、かつ、テストトナー像
Ｔ１，Ｔ２に対応する位置に設置されている。従って、
このフォトセンサ１９にてテストトナー像Ｔ１，Ｔ２の
濃度を検出可能である。濃ければ反射光量は少なく、受
光素子１９ｂからの出力電圧Ｖｓは低くなる。薄ければ
反射光量は多く、受光素子１９ｂからの出力電圧Ｖｓは
高くなる。

【００１８】図３に示すように、発光素子１９ａはスイ
ッチＳＷ１１、可変抵抗器１９ｃを介して接地され、受
光素子１９ｂの出力電圧Ｖｓはマイクロコンピュータ２
０１（以下、ＣＰＵと記す）のＡ／Ｄポートに入力され
る。入力されたセンサ出力電圧ＶｓはＡ／Ｄコンバータ
にてデジタル信号に変換され、データバス２０３を通じ
てバッテリーバックアップされているランダムアクセス
メモリ２０２（以下、ＲＡＭと記す）に格納され、適宜
取り出されてデータ処理される。

【００１９】ＣＰＵ２０１の出力ポートには現像バイア
ス電圧を演算するための演算回路２１１、バイアス切換
え回路２１４及び逆現像バイアス電源２１５を備えた逆
バイアス制御回路２１６が接続されている。バイアス制
御回路２１３は現像バイアス電源２１２を備え、複写処
理時に現像スリーブ７１に印加される正規現像のための
バイアス電圧を演算値Ｖｂ０’に制御する。逆バイアス
制御回路２１６は画像安定化処理時に現像スリーブ７１
に印加されるテストトナー像を形成するための逆現像バ
イアス電圧をＶｂ１，Ｖｂ２に制御する。バイアス切換
え回路２１４にはスイッチＳＷ１０１，ＳＷ１０２が含
まれている。スイッチＳＷ１０１は電圧を正又は負に切
り換え、オフのときは負の電圧が出力され（複写処理時
）、オンされると正の電圧が出力される（画像安定化処
理時）。スイッチＳＷ１０１がオンされると、電圧Ｖｂ
２が出力され、テストトナー像Ｔ２が形成される。さら
に、スイッチＳＷ１０２がオンされると、電圧Ｖｂ１が
出力され、テストトナー像Ｔ１が形成される。

【００２０】次に、画像安定化処理の工程について図４
のタイムチャートを参照して説明する。画像安定化処理
は、まず、メインスイッチがオンされて複写機に電源が
投入されると実行される。また、所定時間が経過するご
とにも実行される。メインスイッチがオンされると、所
定時間Ｔ０だけ定着装置（図示せず）を立ち上げるウォ
ームアップを行なう。その後、メインモータがオンされ
て感光体ドラム５が回転を開始すると共に、帯電チャー
ジャ６、像間イレーサ１０がオンされ、感光体ドラム５
の表面は一旦帯電された後除電される。除電部分が現像
部Ｙへ到達するとスイッチＳＷ１０１がオンされ、電圧
Ｖｂ２の逆現像バイアスが現像スリーブ７１に印加され
、テストトナー像Ｔ２が形成される。その後、スイッチ
ＳＷ１０２がオンされ、電圧Ｖｂ１の逆現像バイアスが
現像スリーブ７１に印加され、テストトナー像Ｔ１が形
成される。

【００２１】フォトセンサ１９を動作させるスイッチＳ
Ｗ１１は、テストトナー像Ｔ２，Ｔ１がフォトセンサ１
９の検出点を通過する直前にオンされ、反射光量の測定
に備える。トナーが付着していないとき、受光素子１９
ｂの出力電圧Ｖｓは本実施例において１２Ｖである。テ
ストトナー像Ｔ２，Ｔ１が検出点を通過するとき、受光
素子１９ｂの出力電圧Ｖｓを時間ｔの周期でそれぞれ５
回読み込み、平均化して付着量Ｍ２，Ｍ１とする。この
検出値に基づいて前記式（６）を用いて残留電位Ｖｒ２
を演算し、さらに、通常の複写処理時に用いられる現像
バイアス電圧Ｖｂ０’を前記式（７）を用いて演算する
。

【００２２】（制御手順）次に、以上の画像安定化処理
について、ＣＰＵ２０１での制御手順を図７、図８に示
すフローチャートを参照して説明する。図７はＣＰＵ２
０１のメインルーチンを示す。電源が投入され、ＣＰＵ
２０１にリセットが掛かると、プログラムがスタートし
、ステップＳ１でＲＡＭ２０２のクリア、各種レジスタ
のイニシャライズ、各装置を初期モードに設置する初期
設定を処理する。続いて、ステップＳ２でウォームアッ
プを処理し、ステップＳ３で画像安定化処理を行う。 ここでのサブルーチンの詳細は図８を参照して説明する
。

【００２３】次に、ステップＳ４でタイマＴをセットし
、ステップＳ５で複写機の図示しない操作パネル上の各
種キーからの入力信号を処理する。ステップＳ６ではプ
リントスイッチがオンされたか否かを判定し、ＮＯであ
ればステップＳ５へ戻る。ＹＥＳであればステップＳ７
で複写動作を処理し、ステップＳ８で定着装置の温度制
御等その他の処理を行う。続いて、ステップＳ９で前記
タイマＴが所定の時間Ｔ１に達したか否かを判定し、Ｎ
ＯであればステップＳ５へ戻り、ＹＥＳであればステッ
プＳ３へ戻り、画像安定化処理を行う。

【００２４】図８は前記ステップＳ３で実行される画像
安定化処理のサブルーチンを示す。まず、ステップＳ１
１でテストトナー像Ｔ１，Ｔ２を前述の工程で形成し、
ステップＳ１２でフォトセンサ１９によってトナー濃度
、即ちトナー付着量Ｍ１，Ｍ２を検出する。続いて、ス
テップＳ１３で前記式（６）に基づいて残留電位Ｖｒ２
を演算し、ステップＳ１４で前記式（７）に基づいて残
留電位Ｖｒ２に対応する現像バイアス電圧Ｖｂ０’を演
算する。そして、ステップＳ１５で以後の複写処理に用
いる現像バイアス電圧を演算された電圧Ｖｂ０’にセッ
トする。

【００２５】（他の実施例）なお、本発明に係る画像形
成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨
の範囲内で種々に変更することができる。例えば、前記
実施例において画像安定化処理は電源投入直後の他、所
定の時間Ｔ１が経過するごとに実行するようにしたが、
所定の複写枚数ごとに、あるいは感光体ドラム５が所定
の回数回転するごとに実行してもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、画像安定化処理として、感光体の残留電位部分
に少なくとも二つの電圧の異なる逆現像バイアスの下で
少なくとも二つのテストトナー像を形成し、それらの濃
度検出値を画像形成時における現像バイアスの電圧値に
フィードバックするようにしたため、感光体の使用によ
る残留電位の上昇に拘らず、画像背景部にトナーのかぶ
りのない良好な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例である電子写真複写機を示す。

【図１】電子写真複写機の概略構成図。

【図２】テストトナー像のトナー付着量とセンサ出力電
圧の関係を示すチャート図。

【図３】制御回路のブロック図。

【図４】画像安定化処理工程を示すタイムチャート図。

【図５】露光光量に対する感光体の表面電位を示すグラ
フ。

【図６】逆現像バイアスの電圧値とトナー付着量との関
係を示すグラフ。

【図７】ＣＰＵのメインルーチンを示すフローチャート
図。

【図８】画像安定化処理のサブルーチンを示すフローチ
ャート図。

【符号の説明】

５…感光体ドラム ６…帯電チャージャ ７…現像装置 １０…像間イレーサ １９…フォトセンサ ７１…現像スリーブ ２０１…ＣＰＵ ２０２…ＲＡＭ ２１１…演算回路 ２１４…バイアス切換え回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　帯電手段によって所定の電位に均一に
   帯電された感光体上に画像露光手段によって静電潜像を
   形成し、この静電潜像を現像手段によってトナー画像と
   して複写紙上に転写する画像形成装置において、帯電手
   段と現像手段との間に設置され、感光体上の電荷を除電
   する除電手段と、現像電極にトナーの帯電極性と同極性
   の少なくとも二つの電圧の異なる現像バイアスを印加し
   、前記除電手段で除電された感光体の表面に少なくとも
   二つの濃度の異なるテストトナー像を形成する現像手段
   と、前記テストトナー像の濃度を検出する濃度検出手段
   と、前記トナー像の濃度検出値に応じて、画像形成時に
   おける現像バイアスの電圧値を制御する現像バイアス電
   圧制御手段と、を備えていることを特徴とする画像形成
   装置。