JPH11160930A

JPH11160930A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH11160930A
Application number: JP10142751A
Authority: JP
Inventors: Masaki Tanaka; 雅樹田中; Tetsuya Sakai; 哲也酒井; Yoshihiro Sojo; 義弘荘所
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1998-05-25
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】高価な電位センサを使用することなく、既設
のＡＩＤＣ用のセンサを使用して、かつ、副作用のおそ
れなく適正なかぶりマージンをとることができ、画像再
現性の良好な画像形成装置を得ること。【解決手段】感光体ドラム２１上に形成された静電潜
像をトナーで現像し、シート上に転写するデジタル複写
機。かぶりマージンをとるための帯電電圧を設定するモ
ードにあっては、グリッド電圧Ｖｇ及び現像バイアス電
圧Ｖｂを予め所定の値に設定し、グリッド電圧Ｖｇを所
定量ずつ変化させて感光体ドラム２１上に形成したテス
トパターンへのトナー付着量をセンサ２６で光学的に検
出する。その際、露光光量はテストパターン形成領域に
対してそれ以外の領域よりも微少量増加させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像形成装置、特
に、感光体の周囲に少なくとも帯電手段、露光手段、現
像手段及び転写手段を配設した電子写真方式の画像形成
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子写真方式による複写機、プ
リンタにおいては、感光体上に形成される画像の背景部
に余分なトナーが付着すること（以下、”かぶり”と称
する）を防止するため、感光体表面電位をかぶりマージ
ンがとれるように設定する必要がある。かぶりマージン
をとるとは、例えば、感光体表面電位が４００Ｖでかぶ
りが発生するのであれば、＋１００Ｖのマージンを上乗
せして５００Ｖの表面電位が確保できるように帯電チャ
ージャの能力を制御することを意味する。特に、画像の
階調性を良好なものとする必要のあるカラー作像機では
かぶりマージンを考慮した表面電位の制御が重要な課題
となっている。

【０００３】ところで、感光体の帯電効率は温度、湿度
等の環境条件や、作像枚数等の耐久条件で変化するた
め、従来では、感光体に近接して電位センサを設け、そ
の計測結果から帯電効率を演算して所定のかぶりマージ
ンがとれるように帯電チャージャの能力（具体的には、
グリッド電圧）を設定していた。しかし、電位センサは
高価であり、カラー作像機のコストアップの一要因であ
った。

【０００４】そこで、本発明者は、電位センサを使用す
ることなく、従来一般に行われているＡＩＤＣ（auto i
mage density control）で、基準トナーパターンのトナ
ー付着量を検出するための反射型の光学センサを使用
し、適正なかぶりマージンをとってグリッド電圧を設定
することに着目した。しかし、この場合、光学センサで
の検出領域（テストパターン形成領域）の周辺部、特に
感光体幅方向の領域において表面電位及び現像バイアス
電圧が一律であると、バイアス現象が発生して感光体の
端部にまでトナーが付着して汚れ、画像ノイズや感光体
の回転むら（ピッチむら）という副作用が発生してしま
う。

【０００５】

【発明の目的、要旨及び効果】そこで、本発明の目的
は、高価な電位センサを使用することなく、既設のＡＩ
ＤＣ用の光学センサを使用して、かつ、副作用のおそれ
なく適正なかぶりマージンをとることができ、画像再現
性の良好な画像形成装置を提供することにある。

【０００６】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、かぶりマージンをとるためのグリッド
電圧設定モードにあっては、光学センサでトナー付着量
を検出する対象となるテストパターン形成領域に対して
は露光光量をそれ以外の領域よりも微少量増加させるよ
うにした。好ましくは、テストパターン形成領域に対す
る露光光量は画像形成時のバイアス光量に略等しく、そ
れ以外の領域に対しては露光手段の駆動をオフする。

【０００７】グリッド電圧設定モードにあっては、ま
ず、帯電チャージャのグリッド電圧及び現像バイアス電
圧を、目標とするかぶりマージンがとれると思われる所
定の値に設定する。そして、テストパターン形成領域の
み微少光量で露光し、その露光部分のトナー付着量をセ
ンサで検出する。さらに、グリッド電圧を所定量ずつ変
化させて（現像バイアス電圧は一定）、微少光量で露光
し、その露光部分のトナー付着量をセンサで検出する。
それらの検出結果に基づいて画像形成時におけるグリッ
ド電圧を設定する。例えば、トナー付着が検出された
（かぶりが発生した）グリッド電圧値と初期グリッド電
圧値、現像バイアス電圧値及び目標とするかぶりマージ
ン値等から必要な演算を行って帯電効率を求める。そし
て、この帯電効率から画像形成時のグリッド電圧を算出
する。

【０００８】本発明によれば、テストパターン形成領域
のみが微少光量で露光され、それ以外の周辺領域よりも
若干電位差を有している。従って、テストパターン形成
領域にトナーがかぶって付着したとしても、周辺領域に
は殆どトナーがかぶることはなく、感光体の端部をトナ
ーで汚す等の副作用を極力回避することができる。

【０００９】さらに、本発明においては、前記グリッド
電圧を算出するに際して、設定モード実行時の環境条件
（例えば、温度や湿度）及び／又は耐久条件（例えば、
累積プリント枚数）をパラメータとして用いることが好
ましい。環境条件や耐久条件によって現像剤中のトナー
帯電量が変化し、かぶりが発生する状況が変化する。そ
こで、グリッド電圧設定モードで帯電効率を演算する
際、検出された環境条件や耐久条件を補正値として取り
扱うことで、より正確で誤差の小さい帯電効率を算出で
き、画像形成のため適正なグリッド電圧を設定すること
ができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像形成装置
の実施形態について添付図面を参照して説明する。

【００１１】図１は本発明を適用したデジタル方式のフ
ルカラー複写機を示す。その概略構成は、上段部にイメ
ージリーダユニット１を配置し、中段部にレーザ露光ユ
ニット１０を含むフルカラー作像部２０を配置し、下段
部に給紙部４０を配置したものである。また、複写機の
左側にはデュープレックスソータ７０が付設されてい
る。

【００１２】イメージリーダユニット１はプラテンガラ
ス９上にセットされた原稿の画像を読み取るためのもの
で、ランプ２、ミラー３ａ，３ｂ，３ｃ、レンズ４、カ
ラーＣＣＤ５等からなり、その構成は周知である。ＣＣ
Ｄ５は原稿画像をＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ
（ブルー）の３原色のアナログ電気信号として読み取
る。このアナログ電気信号は画像信号処理部６でＣ（シ
アン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラッ
ク）の４色に対応するデジタル印字データに変換され、
かつ、必要な編集的処理を施され、レーザ露光ユニット
１０に転送される。

【００１３】レーザ露光ユニット１０は印字データに基
づいて図示しないレーザダイオードを変調し、感光体ド
ラム２１上に静電潜像を形成する周知のものである。

【００１４】フルカラー作像部２０は、感光体ドラム２
１と転写ドラム３１を中心として構成されている。感光
体ドラム２１の周囲には、その回転方向（矢印ａ）に沿
って、スコロトロン方式の帯電チャージャ２２、フルカ
ラー現像ユニット２３、残留トナーのクリーナ２４、残
留電荷のイレーサ２５が設置されている。さらに、感光
体ドラム２１表面へのトナー付着量を検出するための反
射型光学センサ２６が設置されている。

【００１５】現像ユニット２３は、それぞれシアン、マ
ゼンタ、イエロー、ブラックのトナーを含む現像剤を収
容した現像器２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｙ，２３Ｋからな
り、感光体ドラム２１上に各色の潜像が形成されるごと
に対応する現像器が駆動される。さらに、現像ユニット
２３の近傍に温度センサ５１、湿度センサ５２が設定さ
れている。

【００１６】転写ドラム３１は、感光体ドラム２１と同
じ周速度で矢印ｂ方向に回転駆動可能に設置され、その
表面に巻き付けた記録紙上にトナー画像を転写させる。
この転写ドラム３１は記録紙の先端を保持するためのチ
ャッキング爪（図示せず）、記録紙を分離するための分
離爪３２、記録紙を吸着するためのチャージャ３３、転
写チャージャ３４、記録紙を分離するためのチャージャ
３５ａ，３５ｂ等を備えている。

【００１７】給紙部４０は三段の給紙カセット４１，４
２，４３を備え、記録紙はいずれかのカセット４１，４
２，４３から１枚ずつ給紙され、搬送路４４を通じて、
かつ、タイミングローラ４５で所定のタイミングをとっ
て転写ドラム３１へ送り出される。

【００１８】フルカラー作像に際しては、感光体ドラム
２１上にシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの画像
が順次形成され、それぞれのトナー画像は転写チャージ
ャ３４からの放電によって転写ドラム３１の外周面にチ
ャッキングされている記録紙上に転写／合成される。４
色の画像を転写／合成された記録紙は転写ドラム３１か
ら分離され、定着器４６へ送り込まれてトナーの加熱定
着を施され、排出ローラ４７からソータ７０へ送り込ま
れる。

【００１９】ソータ７０は記録紙を所定のビン７２へ収
容する機能及び第２面に画像を形成するために記録紙を
反転させて再度搬送路４４へ送り出す機能を有してい
る。

【００２０】ここで、前記感光体ドラム２１上での作像
メカニズムを図２、図３を参照して説明する。帯電チャ
ージャ２２のワイヤ２２ａには電圧Ｖｃの電源６１が接
続されており、グリッド２２ｂにはＶｇ発生ユニット６
２から負極性のグリッド電圧Ｖｇが印加される。この帯
電チャージャ２２によって帯電された直後の感光体表面
電位Ｖｏは、若干の暗減衰を生じるが、グリッド電圧Ｖ
ｇと同等であるとみなせる。表面電位Ｖｏはグリッド電
圧Ｖｇの値を変更することで制御可能である。レーザ露
光ユニット１０によって画像が露光されると、図３に示
すように、画像部の電位はＶｉまで大きく減衰し、潜像
が形成される。なお、背景部の電位はバイアス光量が存
在するために僅かに減衰してＶｉ’となる。

【００２１】現像ユニット２３においては、各現像スリ
ーブ２３ａにＶｂ発生ユニット６３から負極性の現像バ
イアス電圧Ｖｂが印加される。トナーは負極性に帯電さ
れており、このトナーが低電位Ｖｉに減衰した画像部に
付着することになる。トナーが付着するのは、基本的に
は、｜Ｖｉ｜≦｜Ｖｂ｜の条件下である。

【００２２】画像形成時において、表面電位Ｖｏと現像
バイアス電圧Ｖｂとの電位差は、所定の範囲を維持する
ことが必要である。また、トナー付着量は現像電圧ΔＶ
（ΔＶ＝｜Ｖｂ｜−｜Ｖｉ｜）に比例して多くなる。画
像部電位Ｖｉは同じ露光光量であれば表面電位Ｖｏに伴
って変化する。通常、露光光量は電位Ｖｉがほぼ０Ｖと
なるように大き目に設定される。従って、表面電位Ｖｏ
と現像バイアス電圧Ｖｂとの電位差を略一定に維持しつ
つ、表面電位Ｖｏ（グリッド電圧Ｖｇ）と現像バイアス
電圧Ｖｂを変化させると、現像電圧ΔＶが変化し、トナ
ー付着量を変化させることができる。即ち、画像再現濃
度を制御して画像の安定化を図ることができるのであ
る。

【００２３】ＡＩＤＣは前述の作像メカニズムを前提と
して処理される。具体的には、各色ごとに、所定のグリ
ッド電圧Ｖｇ、現像バイアス電圧Ｖｂ及び露光光量の下
で、濃度制御の基準となる基準トナーパターンを形成
し、光学センサ２６によって基準トナーパターンからの
反射光量を検出する。検出信号は制御部６５へ入力さ
れ、ここで感光体地肌部と基準トナーパターンとの検出
信号の差からトナー付着量（画像濃度）が演算される。
トナー付着量とセンサ検出値との関係は図４に示すとお
りであり、制御部６５はこのデータを予め保持してい
る。

【００２４】演算されたトナー付着量に対応してグリッ
ド電圧Ｖｇと現像バイアス電圧Ｖｂとを変化させれば、
最大濃度レベルへのトナー付着量を一定に保つことを目
的とするＡＩＤＣを処理できる。現像バイアス電圧Ｖｂ
とグリッド電圧Ｖｇとは以下の表１、表２に示すテーブ
ルとして制御部６５に格納されている。制御部６５は前
記トナー付着量から最適なテーブルＮｏを選択し、それ
ぞれの出力値で電源ユニット６２，６３を制御する。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】次に、かぶりマージンをとるためにグリッ
ド電圧Ｖｇを設定するモードについて説明する。かぶり
マージンは画像再現時にトナーが画像背景部に付着しな
いための電位差△Ｖｍ＝｜Ｖｇ｜−｜Ｖｂ｜であり、本
実施形態では−１００Ｖ（±３０Ｖ）を目標としてい
る。そこで、まず、グリッド電圧Ｖｇ及び現像バイアス
電圧Ｖｂを目標マージン（−１００Ｖ）がとれると思わ
れる所定の値（Ｖｇ：−４６０Ｖ、Ｖｂ：−３６０Ｖ）
に設定する。そして、レーザ露光ユニット１０を微少光
量で発光させ（図５参照）、テストパターン（潜像）を
形成し、現像後にセンサ２６でトナー付着量を検出す
る。さらに、グリッド電圧Ｖｇを所定量ずつ変化させて
（現像バイアス電圧Ｖｂは一定）、それぞれ微少光量で
露光してテストパターンを形成し、それぞれのトナー付
着量を検出する。例えば、グリッド電圧Ｖｇを−４６０
Ｖから−４４５Ｖ，−４３０Ｖ，−４１５Ｖと変化させ
たとする。センサ２６による検出でトナーのかぶりが確
認されたグリッド電圧Ｖｇが−４１５Ｖであったとする
と、このグリッド電圧−４１５Ｖと基準としている所定
の現像バイアス電圧−３６０Ｖから、

【００２８】Ｔ₁＝基準としている所定のＶｂ値／かぶりが発生したＶｇ値 ……（１）に基づいて帯電効率Ｔ₁を求める。具体的には、Ｔ₁＝（−３６０）／（−４１５）＝０．８６７である。前記式（１）の計算で帯電効率が求められるの
は、Ｖｇ値−４１５Ｖでかぶりが発生したということ
は、Ｖｇ値が−４１５Ｖのときの感光体表面電位Ｖｏ
が、基準としていた所定のＶｂ値と同じ電位に帯電した
ということを意味している。通常、帯電効率Ｔ’は、

【００２９】Ｔ’＝所定Ｖｇ値時感光体表面電位Ｖｏ／所定Ｖｇ値 ……（１’）で求められる。即ち、感光体表面電位Ｖｏを直接測定し
なくても、Ｖｇ値を下げていき、トナーがかぶり出した
ときに、Ｖｏ＝Ｖｂと判断できるため、通常の帯電効率
計算式（１’）は前記式（１）で代用可能となるわけで
ある。この帯電効率Ｔ₁から画像形成時におけるグリッ
ド電圧Ｖｇと現像バイアス電圧Ｖｂの組み合わせを演算
する。

【００３０】演算式は以下のとおりである。（Ｖｂ−１００）／Ｔ₁＝Ｖｇ ……（２）前記式（２）によって、かぶりマージン１００Ｖを得る
ために必要なＶｇ値を算出することが可能である。

【００３１】まず、現像バイアス電圧Ｖｂを前記表１か
ら選択し、前記演算式（２）にＶｂを代入してＶｇを求
め、前記表２から対応する（最も近い）テーブルＮｏを
選択する。

【００３２】グリッド電圧設定モードとＡＩＤＣモード
との関係は、まず、グリッド電圧設定モードを実行して
かぶりマージンを考慮したグリッド電圧Ｖｇ及び現像バ
イアス電圧Ｖｂの組み合わせを決定する。次に、決定さ
れたＶｇ，ＶｂでＡＩＤＣモードを実行し、基準トナー
パターンのトナー付着量に基づいて実際の画像再現で使
用するグリッド電圧Ｖｇ及び現像バイアス電圧を決定す
る。

【００３３】ところで、前述したように、温度や湿度と
いう環境条件、累積プリント枚数という耐久条件によっ
て現像剤中のトナー帯電量が変化し、トナーのかぶりが
発生する感光体表面電位Ｖｏが変化する。前記帯電効率
Ｔ₁の計算式（１）はかぶり始めたときのＶｇ値が実際
の電位Ｖｏであって電圧Ｖｂに等しいことを前提として
いる。しかし、トナー帯電量が通常の状態よりも低下し
ていたり、上昇している場合には、トナーのかぶり状態
が変化するため、Ｖｂ値を前式（１’）のＶｏ値として
代用することは、厳密には好ましくはない。かぶりマー
ジンは−１００±３０Ｖの範囲で設定することが望まし
く、帯電効率の算出誤差を極力抑える必要がある。その
ため、環境条件や耐久条件をパラメータとする補正値を
設定し、前記式（１）のＶｂ値に補正を加えて帯電効率
を算出することが好ましい。

【００３４】従って，前式（１）を次式（３）に置き換
えれば、装置の実際の使用環境や使用条件に適合した誤
差のない帯電効率を算出でき、より適正なグリッド電圧
を設定することが可能となる。Ｔ₂＝（基準としている所定のＶｂ値＋補正値）／かぶりが発生したＶｂ値 ……（３）

【００３５】また、Ｖｇ値の演算式（２）も以下の式
（４）に置き換えられる。（Ｖｂ−１００）／Ｔ₂＝Ｖｇ ……（４）

【００３６】ここで、絶対湿度に対するトナー帯電量の
変化を図６に示し、プリント枚数に対するトナー帯電量
の変化（絶対湿度１０ｇ／ｍ³のとき）を図７に示す。
トナー帯電量が高いと、キャリアとの静電吸着力が強く
なるため、かぶりは発生しにくい。一方、トナー帯電量
が低下すると、キャリアとの静電吸着力が弱くなるた
め、かぶりが発生しやすくなる。

【００３７】絶対湿度及びプリント枚数に応じた補正値
は、以下の表３に示すテーブルとして制御部６５に格納
されている。絶対湿度は温度センサ５１、湿度センサ５
２の検出値に基づいて以下の表４に示すテーブルを参照
して制御部６５で決定する。また、プリント枚数は積算
カウンタ５３のカウント値に基づいて取得する。例え
ば、プリント枚数が４５００枚で絶対湿度が１０ｇ／ｍ
³のとき、補正値としては＋１０Ｖを選択する。

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】図８は、グリッド電圧設定モードとＡＩＤ
Ｃモードの制御手順の概略を示す。ステップＳ１〜Ｓ７
がグリッド電圧設定モードであり、ステップＳ８〜Ｓ１
０がＡＩＤＣモードである。なお、ステップＳ７はＡＩ
ＤＣモードに含まれると考えることもできる。

【００４１】まず、ステップＳ１で複写機に内蔵されて
いる温度、湿度センサ５１，５２から温度湿度情報を取
得する。次に、ステップＳ２で温度湿度情報に基づいて
目標かぶりマージンに対応する所定のＶｇ，Ｖｂを決定
し、ステップＳ３でその条件下で微少光量での露光を行
ってテストパターンを作成し、トナー付着量を検出す
る。さらに、ステップＳ４でＶｂを固定した状態でＶｇ
を通常は４種類の異なった値に切り換え、ステップＳ５
でそれぞれのテストパターンを作成してトナー付着量を
検出する。次に、ステップＳ６でかぶりが発生したグリ
ッド電圧Ｖｇから帯電効率を算出し、ステップＳ７で帯
電効率から画像形成用のグリッド電圧Ｖｇと現像バイア
ス電圧Ｖｂの組み合わせを決定する。帯電効率は前記式
（１）で算出してもよいが、補正値を導入した前記式
（３）で算出した方がより正確である。

【００４２】次に、ＡＩＤＣモードは、前記ステップＳ
７で決定されたＶｇ，Ｖｂ及び所定の露光光量の下で、
ステップＳ８で基準トナーパターンを作成し、ステップ
Ｓ９で、そのトナー付着量を検出する。次に、ステップ
Ｓ１０で最適な画像濃度が得られるグリッド電圧Ｖｇと
現像バイアス電圧Ｖｂの組み合わせを決定する。

【００４３】以上の説明の如く、本実施形態におけるか
ぶりマージンをとるためのグリッド電圧設定モードにお
いては、図５に示したように、微少光量の露光を行って
テストパターンを形成し、その形成領域以外の領域に対
してはレーザ露光ユニット１０の駆動をオフして露光光
量を零に設定している。従って、トナーがかぶって付着
するのは微少光量のパターン形成領域であり、他の領域
にはトナーが殆ど付着することはない。従って、感光体
ドラム２１の端部をトナーで汚す等の副作用を生じるこ
とはない。

【００４４】テストパターン作成時の微少光量は、パタ
ーン形成領域が他の領域よりも電位差Ｖｏ−Ｖｉ’（図
３参照）となるような光量であることが好ましい。

【００４５】なお、本発明に係る画像形成装置は前記実
施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種
々に変更できることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるフルカラー複写機を
示す概略構成図。

【図２】前記複写機の制御系統を示すブロック図。

【図３】グリッド電圧設定モードにおける感光体表面電
位を示すチャート図。

【図４】トナー付着量とセンサ検出値との関係を示すグ
ラフ。

【図５】グリッド電圧設定モードにおけるグリッド電
圧、現像バイアス電圧及び露光光量を示すチャート図。

【図６】絶対湿度に対するトナー帯電量を示すグラフ。

【図７】プリント枚数に対するトナー帯電量を示すグラ
フ。

【図８】グリッド電圧設定モード及びＡＩＤＣモードの
制御手順を示すフローチャート図。

【符号の説明】１０…レーザ露光ユニット２１…感光体ドラム２２…帯電チャージャ２３…現像ユニット２６…トナー付着量検出センサ３４…転写チャージャ５１…温度センサ５２…湿度センサ５３…プリント枚数積算カウンタ６２…Ｖｇ発生ユニット６３…Ｖｂ発生ユニット６５…制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感光体の周囲に少なくとも帯電手段、露
光手段、現像手段及び転写手段を配設した電子写真方式
の画像形成装置において、帯電チャージャのグリッド電圧及び現像バイアス電圧を
予め所定の値に設定し、グリッド電圧を所定量ずつ変化
させて感光体上に形成したテストパターンをトナーで現
像し、そのトナー付着量を光学的に検出し、その検出結
果に基づいて画像形成時におけるグリッド電圧を設定す
るに際して、露光光量をテストパターン形成領域に対し
てはそれ以外の領域よりも微少量増加させること、を特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記テストパターン形成領域に対する露
光光量は画像形成時のバイアス光量に略等しく、それ以
外の領域に対しては露光手段の駆動をオフすることを特
徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】前記テストパターンを形成して画像形成
時におけるグリッド電圧を設定するに際して、その設定
モード実行時の環境条件及び／又は耐久条件をパラメー
タとして用いることを特徴とする請求項１又は請求項２
記載の画像形成装置。