JPH07225502A - 電子写真記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】トナー付着面と非トナー付着面との表面電位を
測定する手段と，感光体表面のトナー付着量を計測する
手段と，感光体表面電位とトナー付着量との測定結果に
基づいて第２工程での露光後の感光体表面電位を調整す
るために感光体に与える電荷量を演算する手段と、電荷
量を与えるために二つの帯電装置を制御する手段とを設
ける。 【効果】帯電後の感光体表面電位を所定の値に、かつ均
一に設定できるとともに、感光体に付着しているトナー
の帯電量を十分な値にできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真法によって画
像を記録する電子写真記録装置に係り、同装置内の感光
体帯電装置、露光量制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真法によってカラー画像を得る複
写機やプリンタ等の電子写真記録装置が広く用いられて
いる。この記録装置による画像の印写方法は、一様に帯
電した感光体表面を１回露光することによって印写電位
レベルと非印写電位レベルからなる静電潜像を形成し、
静電潜像を現像する方法（２レベル印写方式）が従来か
らよく用いられている。この方式によってフルカラー画
像を得るには、帯電，露光，現像を４回ずつ繰り返す必
要がある。さらに印写速度を大きくすることや装置を小
型にすることを目的として、１回の露光で二つの印写電
位レベルと非印写電位レベルからなる静電潜像を形成
し、２色分の現像を行う方式（３レベル印写方式）が米
国特許第4,078,929 号に示されている。ここで、３レベ
ルカラー印写方式を図５を用いて説明する。ここで、１
は感光体、２は帯電器、３は露光装置、４ａ，４ｂは現
像装置、１０は転写前帯電器、１１は搬送手段、１２は
記録紙、１３は転写器、１４は定着装置、１５はイレー
サランプ、１６はクリーナである。まず、帯電器２によ
って感光体１の表面を一様に帯電させる。画像情報に基
づいて変調された光が露光装置３によって感光体１に照
射され、感光体１の表面には３レベルの電位からなる静
電潜像が形成される。図７は印写方式に使用する３レベ
ル電位を示す図である。感光体１表面には、露光装置３
によって露光されずに初期帯電電位Ｖ１が維持される部
分、弱く露光されて感光体表面電位がＶ２となる部分、
及び、強く露光されて感光体表面電位がＶ３となる部分
が形成される。二つの現像装置４ａ，４ｂを用い、一方
の現像装置には正帯電するトナーを収容させ、もう一方
の現像装置には負帯電するトナーを収容させ、適切な現
像バイアス電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２を現像ロールに印加し、
静電潜像を現像してカラー画像を得る。弱く露光されて
感光体表面電位がＶ２となる部分は、どちらのトナーも
付着しない部分（背景部）である。トナー像が感光体１
上に形成された後、転写前帯電器１０によってトナーの
極性がそろえられ、転写器１３に対向する位置でトナー
像は静電力によって記録紙１２上に転写される。記録紙
１２は搬送手段１１によって定着装置１４に搬送され、
トナー像は定着装置１４で熱によって記録紙１２上に溶
着する。このようにして記録紙１２上に印写画像が形成
される。この後、記録紙１２は搬送手段１１によってト
レー上（図示せず）に送り出される。一方、記録紙１２
上にトナー像が転写された後、感光体１表面はイレーサ
ランプ１５が点灯することによって除電される。また、
感光体１上に残留したトナーはクリーナ１６によって除
去される。その後さらに感光体１が回転し、以上の過程
を繰り返すことによって連続した印写が行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図５を用いて説明した
３レベル印写方式での印写を２度繰り返すことによって
フルカラー画像を得ることができる。帯電，露光，現像
をまとめて一つの工程とすると、第１の工程の現像終了
時には正帯電したトナーと負帯電したトナーが感光体表
面に混在する。第２工程の帯電時に感光体表面を一様に
帯電させる際に、感光体表面に存在するトナーには帯電
器から電荷が与えられて帯電する。コロナ放電による第
２工程での帯電時に十分に負の帯電が行われた場合、第
２工程の帯電前に正に帯電していたトナーは、帯電終了
時には負に帯電する。しかし、第１工程終了時点での帯
電量が正に大きいトナーを使用したり、第２工程での帯
電時に感光体表面に与える電荷量が十分でない場合に
は、帯電終了時にもトナーは弱く正に帯電していたり、
たとえ負に帯電したとしてもその帯電量は小さいことが
ある。コロナ放電による帯電後のトナーの帯電量が小さ
い場合には、トナーが静電力によって感光体表面に付着
している力が小さくなる。感光体へのトナーの付着力が
小さい場合、第２の工程での現像時にトナーが掻き取ら
れやすいという問題が発生する。反対に第２工程の帯電
を過剰に大きくすると感光体の寿命を縮めたり、放電が
発生する等の不都合が生じるので、感光体表面は適切な
帯電電位となるように制御されることが望まれる。

【０００４】一方、負に帯電しているトナーが存在する
感光体表面は、第１工程の露光によって電荷が除去され
た部分であるので、第２工程の帯電時には、トナー越し
に感光体表面を帯電させることになり、トナーが存在し
ていない部分に比べて帯電させにくい。第２工程の帯電
終了後の感光体表面電位は、第１現像時の負帯電トナー
の帯電量の大きさや周辺の大気中に含まれる水分量に依
存して変化し、トナー付着部の表面電位はトナーが存在
していない非印写部分の表面電位よりも大きくなること
もあり、小さくなることもある。

【０００５】以上述べたように、どちらの極性のトナー
に対しても、第１工程の現像終了時点の感光体表面電位
とトナー付着量を計測して、その大きさに応じて第２工
程において適切な帯電を行うことが必要となる。

【０００６】また、３レベル方式での印写では、トナー
が付着しない部分の潜像電位が不安定である。この理由
を図９を用いて説明する。図９は感光体に照射する露光
量と露光後の表面電位との関係を示している。トナーを
付着させない部分に照射する露光量がわずかに変動する
と、露光後の感光体表面電位が変化することを示してい
る。露光装置に用いられる発光源はつねに発光量がわず
かに変動しているので、潜像電位も変動する。したがっ
て、トナーが付着しない部分の表面電位も計測して第２
帯電時に適切な電荷量を感光体に与えるように制御する
ことが必要となる。感光体上のトナー像位置での表面電
位を計測する例として、特公平3−26389号公報に述べら
れているように、現像終了後の感光体表面電位とトナー
付着量を測定し、その結果に基づいて帯電器の帯電電流
や露光量等の印写装置の制御部を制御する方法がある。
この方法は、感光体表面電位と付着量測定結果が基準値
を逸脱した場合に、測定対象物の測定値が適正な値にな
るように装置内の各制御部を制御するものである。しか
し、この例では感光体にトナーが付着していない部分の
表面電位を計測することに対して考慮されていないの
で、３レベル印写方式には適用できない。

【０００７】本発明の目的は、感光体表面にトナーを付
着させた後、さらに帯電，露光，現像を行って感光体上
にトナーを付着させる場合に、トナーに十分な電荷を与
えるとともに第２工程において適切な電位に感光体を帯
電させることにより、第２工程の帯電時に感光体表面を
均一に、かつ、効率よく帯電させ、また、トナーに適切
な電荷量を与えて、第２工程の現像時におけるトナーの
掻き取りを防止して良好な画像を得ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電子写真記録装置には、感光体にトナーを
付着させた後におけるトナー付着面と非トナー付着面と
の表面電位を測定する手段と、感光体表面のトナー付着
量を計測する手段と、感光体表面電位とトナー付着量と
の測定結果に基づいて、第２工程での露光後の感光体表
面電位を調整するために感光体に与える電荷量を演算す
る手段と、上記電荷量を与えるために二つの帯電装置を
制御する手段とを設けたものである。

【０００９】

【作用】トナーが付着していない部分の感光体表面電位
を計測することによって、同部分が第２工程の所定の帯
電電位となるために必要な感光体に付与する電荷量を演
算する。また、第２工程の帯電時に極性を反転させるト
ナーが付着している部分の表面電位とトナー付着量を測
定して、トナーの極性を反転させるために必要な感光体
に付与する電荷量を演算する。それらの結果に基づい
て、まず感光体に必要な電荷量を第２工程の第１帯電装
置の帯電ワイヤに通電する。このとき、感光体表面の全
面が第２工程の初期帯電電位を超えないような電位に設
定される。この段階で感光体表面の電位分布はかなり小
さくなる。その後、必要な電流量をグリッド電極を設け
た第２工程の第２帯電装置の帯電ワイヤに通電する。こ
の時点で感光体表面は一様で、かつ所定の表面電位とな
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図１０を
用いて説明する。

【００１１】図１は本実施例を説明する電子写真記録装
置の説明ある。ここで、５は表面電位センサ、６は濃度
センサ、７は帯電装置、８は電荷量演算装置、９は電源
である。感光体１はドラム状になっているが、ベルト状
であってもよい。１回の露光で感光体上に２色分の静電
潜像を形成し、二つの現像装置で現像して印写画像を得
る３レベル印写方式において、帯電器２による帯電，露
光装置３ａによる露光，現像装置４ａ，４ｂによる現像
が一つの工程となる。二つの現像装置４ａ，４ｂには、
互いに極性の異なるトナーが収容されているので、第１
回目の工程（第１工程）の現像が終了した時点では感光
体１の表面には互いに極性の異なるトナーが付着してい
る。フルカラー画像を得るためには、マゼンタ，シア
ン，イエロー，黒の４種類のトナーを必要とするので、
上記の工程をもう１度行う必要がある。もう１度上記の
工程を行う方法として、第１工程で感光体上に形成され
たトナー像を用紙上や別の転写体上に転写した後に第２
回目の工程（第２工程）を行い、前回のトナー像に重ね
合わせてフルカラー画像を得る方法と、前回のトナー像
を転写せずに感光体上にさらにトナーを重ね合わせる方
法の２通りが考えられる。トナー像を１度転写した後に
第２工程でのトナー像をその上に重ね合わせると、第１
工程のトナー像と第２工程のトナー像との間で位置ずれ
を起こすという問題点が発生する。感光体上でトナーを
重ね合わせると位置ずれは発生しないので、良好なフル
カラー画像が得られる。ところで、上記に述べた３レベ
ル印写方式の場合、露光装置３で露光された印写情報は
現像装置４ａと４ｂで現像されるので、同一の印写ドッ
トに現像装置４ａのトナーと現像装置４ｂのトナーを重
ねることはできない。フルカラー画像を得るためには黒
以外の３種類のトナーを混合させることが必要である。
現像装置４ａのトナーと現像装置４ｂのトナーを混合す
るための１例として、図９（ａ）に示すように１ドット
ごと交互に露光して現像時に２色のトナーを近接させて
付着させ、定着時にトナーを混合させる方法がある。そ
の場合、１露光１色現像時に比べて１色あたりのトナー
付着量が減少するため、図９（ｂ）のように２色のトナ
ーを重ね合わせる場合と１色のみの場合とで露光後の感
光体表面電位の範囲を変える必要がある。つまり、ｎ階
調の画像を得るためには、２色のトナーを重ねる部分の
静電潜像の電位はＶ１とＶｂ１との間、及び、Ｖ３とＶ
ｂ２との間をｎ分割した電位、１色のみの部分はＶ１０
とＶｂ１との間、及び、Ｖ３０とＶｂ２との間をｎ分割
した電位にする。ここで、Ｖｂ１とＶｂ２は二つの現像
装置に印加する現像バイアスである。このように、３レ
ベル方式でフルカラー画像を印写する場合は、感光体表
面電位を細かく制御することが望まれる。そのために
は、まず帯電終了時の感光体表面が所定の電位であっ
て、かつ、分布ができるかぎり小さいことが重要とな
る。感光体上でトナー像を重ね合わせてフルカラー画像
を得る方式の場合は、第２工程の帯電終了時に電位分布
が発生しやすいので、電位分布を抑制するためには帯電
前の感光体表面の電位状態を表面電位計５で計測して、
その結果に基づいて帯電時に通電する電流を変化させる
必要がある。特に、３レベル印写方式では、トナーを付
着させない部分も露光して感光体上の電荷を少なくさせ
ている上に、正帯電トナーと負帯電トナーの両方が感光
体表面に存在するので、第２工程の帯電前の感光体表面
電位の分布が大きい。さらに、トナーを付着させない部
分の表面電位は第１工程での初期帯電電位の絶対値のほ
ぼ半分に設定され、この部分は露光時に弱く露光される
ので、図９を用いて上述したように、この部分の露光後
の表面電位は変動しやすい状況にある。また、トナーが
付着した部分の表面電位もトナー付着量やトナー帯電量
の大きさによって変動する。そのため、トナー付着部の
表面電位を計測する同時にトナー付着量を濃度センサ６
で計測する必要がある。表面電位計５での計測結果と濃
度センサ６にて計測したトナー付着量の結果より、電荷
量演算装置８にて第２工程の帯電装置７ａと７ｂに通電
する適切な電荷量を演算し、決定された電荷量を電源９
より帯電装置７ａと７ｂに通電する。その後、露光装置
３ｂによって露光して静電潜像を形成し、二つの現像装
置４ｃ，４ｄで現像して第２工程を終了する。次いで、
転写前帯電器１０によってトナーの極性をそろえた後、
転写器１３に対向する位置でトナー像を静電力によって
記録紙１２上に転写する。記録紙１２は搬送手段１１に
よって定着装置に搬送されて定着され、フルカラー画像
が完成する。

【００１２】以上の様にしてフルカラー画像が形成され
る。この３レベル印写方式においてフルカラー画像を得
るために重要であることは、第２工程の帯電時に感光体
表面電位が均一になることである。そのためには、第１
工程の終了時のトナー付着部と非トナー付着部の感光体
表面電位を計測することが重要である。まず、感光体表
面電位の計測方法を述べる。

【００１３】図２は図１に示したドラム状の感光体１を
切り開いたものである。２１は印写領域、２２は表面電
位測定領域を表している。二つの印写領域２１の中間に
設けた非印写領域に、互いに極性の異なる二つのトナー
によって印写される基準画像とトナーが付着しない領域
を形成する。基準画像は図３に示すような画像を用いれ
ばよい。図３（ａ）は面画像、（ｂ）はハッチング画像
（点画像）、（ｃ）は線画像である。これらの画像を印
写して現像後の表面電位を計測する。現像前後の感光体
表面電位の変化を図４を用いて説明する。図４（ａ）は
感光体表面が帯電器によって一様に帯電されたことを示
している。感光体表面が印写情報に基づいて露光される
ことによって、図４（ｂ）に示すように３レベルの静電
潜像が形成され、２種類の適当なバイアス電位を設定す
ることにより、互いに異なるトナーで静電潜像が現像さ
れる。静電潜像がトナーで現像されると、感光体表面電
位は付着したトナーが有する電荷によって図４（ｃ）に
示すように変化する。この変化量はトナー帯電量やトナ
ー付着量に依存する。表面電位計で計測する表面電位は
図４（ｃ）の実線で示される電位である。図４（ｄ）は
トナーの上から帯電した後の状態を表している。この図
の説明は後述する帯電方法のところで行う。第１工程が
終了した時点での感光体表面電位は図４（ｃ）のような
分布になっている。第２工程の帯電が終了する時点では
感光体表面の電位を所定の値に設定するとともに、均一
な電位分布になっていることが重要である。トナー１が
付着している部分は感光体の電荷が少なくなっている
が、付着しているトナーが有する電荷によって電位の絶
対値が上昇している。また、トナー２が付着している部
分は、感光体表面の電荷は帯電時の状態が保持されてい
るが、付着しているトナーが逆極性のために表面電位の
絶対値が低下している。コロナ放電を行うと帯電器の帯
電ワイヤから発生する電荷はトナーよりも感光体に流れ
やすく、また電荷量が少ないところにほど流れやすい。
トナー１が付着している部分では、帯電ワイヤの放電に
よって与える電荷とトナーが有する電荷の極性が同じで
あるのでトナーへの電荷移動は小さく、また、感光体表
面の電荷量は露光によって少なくなっているので、ワイ
ヤの放電による大部分の電荷は感光体に流れる。この感
光体に流れる電荷量はトナー層の厚さに依存する。

【００１４】ここで、感光体上のトナー付着量の測定方
法の１例を示す。

【００１５】図６は感光体１の外観を示している。表面
電位測定領域２２に付着したトナー量は濃度センサ３１
で測定される。濃度センサ３１は光源３１ａと受光素子
31ｂとからなる。カラートナーの付着量を測定する場合
には、光源２２ａに適当な波長の赤外光源を利用する。
赤外光をカラートナーに照射するとトナー付着量に応じ
た反射光が受光素子２２ｂで検出されるので、反射光量
を測定することによってトナー付着量を求めることがで
きる。

【００１６】トナーが存在しない部分では、露光によっ
て電荷が減少しているが、感光体表面が露出している分
だけトナー付着部分よりも感光体へ電荷が流れやすい。
トナー２が付着している部分は感光体表面の電荷が初期
帯電時の状態で保持されているが、帯電ワイヤの放電に
よって与える電荷とトナーが有する電荷の極性が逆であ
るため、トナーへの電荷移動が大きい。感光体表面にト
ナーが存在する場合に感光体に与える電荷量と通電後の
トナー帯電量の関係をあらかじめ測定しておけば、トナ
ーを逆極に帯電させるために必要なワイヤに流すべき電
荷量を求めることができる。図１０はこの関係を測定し
た例である。横軸が感光体表面に通電した電荷量、縦軸
がトナー帯電量を表している。これより、トナーをコロ
ナ帯電によって帯電させる場合、トナー帯電量には上限
があることがわかる。トナーへの電荷移動が無くなる
と、電荷は全て感光体表面に流れてその表面電位が上昇
する。感光体表面に流れる電荷量とワイヤに流す電荷量
との間には一定の比率があるので、感光体表面を所定の
電位に設定するためにワイヤに通電すべき電荷量を知る
ことができる。さらに、トナー層厚を変化させた場合、
トナー帯電量が異なる場合について同様の測定を行うこ
とによって、トナー状態が変化した場合であっても、感
光体表面を所定の電位に設定するためにワイヤに通電す
べき電荷量を求めることができる。感光体表面に電荷が
残っていて、かつ、表面にトナーが存在しない場合につ
いて、ワイヤに通電する電荷量と通電後の感光体表面電
位の関係を測定しておけば、トナーが付着していない部
分を所定の電位に設定するためにワイヤに通電すべき電
荷量を求めることができる。以上のデータをあらかじめ
入手しておけば、所定の電位に設定するための電荷量を
求めることができる。しかし、感光体表面電位を測定し
て通電する電荷量を決定しても、所定の電位に設定する
ための電荷量は、トナー１が存在する部分と、トナー２
が存在する部分と、トナーが存在しない部分とでは異な
る。感光体上にはトナーが付着している部分としない部
分がランダムに存在するので、帯電ワイヤに通電する電
荷量を同一頁内で変化させることはできない。そのた
め、感光体への電荷の付与を次に述べるように２回に分
けて行うことによって所定の電位に設定できるようにな
る。

【００１７】コロナ放電による帯電器には、少なくとも
１本の帯電ワイヤ、及び、このワイヤを囲む断面がコ字
状のシールド板から構成されているコロトロンと、コロ
トロンの開口面にグリッド電極を設置したスコロトロン
がある。コロトロンは一定量の電荷を発生させるので、
電荷が流れやすいところに多くの電荷を流れさせるとい
う性質がある一方、均一に帯電させにくいという性質も
ある。一方、スコロトロンはグリッド電極に印加された
電位によって感光体の帯電電位が規制され、表面電位が
飽和して一定になる。しかし、ワイヤに通電する電荷の
多くがグリッドに流れるために帯電効率が劣るので、ス
コロトロンの開口面積を広くする必要がある。このよう
な性質を考慮して帯電方法を決定する。まず、感光体表
面の全ての領域が第２工程での所定の帯電電位よりやや
低くなる電位になるようにコロトロンで帯電させる。こ
の時に通電する電荷量は、感光体表面電位計測結果とト
ナー付着量計測結果より決定する。コロトロンでの帯電
では、電荷が流れやすいところに多くの電荷が流れるた
めに帯電後の電位は図４（ｄ）の実線に示すような分布
となる。図４（ｃ）に比較してかなり分布が小さくな
る。この後、スコロトロンによって感光体表面電位を均
一に帯電する。感光体表面電位はグリッド電位によって
規定されるので、スコロトロンの帯電ワイヤに流す電荷
量には最適な上限値が存在する。つまり、最適値以上の
電荷を流しても余分な電荷はグリッドに流れることにな
る。通電する電荷量の最適値も感光体表面電位計測結果
とトナー付着量計測結果より決定することができる。ス
コロトロンによる帯電後は図４（ｄ）の破線で示される
ように所定の表面電位Ｖ０になる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、感光体表面上のトナー
付着部と非トナー付着部の表面電位とを計測すること
と、トナー付着部のトナー付着量を計測することによっ
て、第２工程の帯電時に通電する最適な電荷量を通電さ
せることができる。そのため、帯電後の感光体表面電位
を所定の値に、かつ均一に設定できるとともに、感光体
に付着しているトナーの帯電量を十分な値にできる。し
たがって、第２工程の現像時に所定の量のトナーを感光
体に付着させることができ、第１工程で感光体に付着し
たトナーを掻き取ることがなく、良好なフルカラー画像
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による帯電方法を３レベル印写方式に適
用した場合の電子写真記録装置の説明図。

【図２】感光体表面の電位計測部、及びトナー付着量計
測部の説明図。

【図３】感光体表面に形成する基準画像の例を示す説明
図。

【図４】印写時の感光体表面電位の変化を示す特性図。

【図５】３レベル印写方式の説明図。

【図６】感光体表面に形成する基準画像のトナー付着量
を測定する方法を示す説明図。

【図７】３レベル印写方法における電位分布を示すグラ
フ。

【図８】１露光２色現像方式によってカラー画像を得る
場合のトナー高さを示す説明図。

【図９】露光量と露光後の感光体表面電位の関係を示す
特性図。

【図１０】トナーをコロナ帯電させる場合の帯電量変化
を示す特性図。

【符号の説明】

１…感光体、２…帯電器、３…露光装置、４…現像装
置、５…表面電位センサ、６…濃度センサ、７…帯電装
置、８…電荷量演算装置、９…電源、１０…転写前帯電
器、１１…搬送手段、１２…記録紙、１３…転写器。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】帯電器によって感光体の表面を一様に帯電
   し、露光装置で少なくとも３レベルの静電潜像を形成
   し、二つの互いに異なる極性のトナーを用いて現像する
   工程を２回繰り返してフルカラー画像を得る電子写真記
   録装置であって、周期的に前記感光体上に形成される基
   準画像部分、及び、トナーが付着しない部分の表面電位
   を検出する手段と、基準画像部分のトナー付着量を検出
   する手段を有し、前記検出結果に基づいて第２工程での
   帯電装置に通電する電流量を変化させる手段を有するこ
   とを特徴とする電子写真記録装置。
2. 【請求項２】請求項１において、第２工程での帯電装置
   は少なくとも１本の帯電ワイヤ、及び、このワイヤを取
   り囲む断面がコ字状のシールド板から構成されているコ
   ロトロンと、前記コロトロンの開口面にグリッド電極を
   設置したスコロトロンとの２種類が並置されているもの
   である電子写真記録装置。
3. 【請求項３】請求項２において、第２工程の帯電装置の
   うち、コロトロンでは第２工程での所定の帯電電位より
   低い電位に帯電させ、スコロトロンで第２工程での所定
   の帯電電位に帯電させる電子写真記録装置。
4. 【請求項４】請求項１において、基準トナー画像を二つ
   の印写領域の中間に存在する非印写領域に印写する電子
   写真記録装置。
5. 【請求項５】請求項１において、基準画像は面画像，点
   画像，線画像のいずれかである電子写真記録装置。
6. 【請求項６】請求項１において、感光体表面のトナー付
   着量を光学的に検出する電子写真記録装置。