JP2003302825A

JP2003302825A - 現像装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2003302825A
Application number: JP2002106686A
Authority: JP
Inventors: Hideki Matsumoto; 英樹松本; Yorihito Naitou; 順仁内藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-10-24
Also published as: US20030219265A1; US6801724B2

Abstract

(57)【要約】【課題】画像の濃度のムラを防止しつつ、現像剤残量
の検出の安定化を図った現像装置及びプロセスカートリ
ッジ及び画像形成装置を提供する。【解決手段】帯電手段７による帯電バイアスの周波数
Ｈｚ１（Ｈｚ）と現像ローラ２に印加される現像バイア
スの周波数Ｈｚ２（Ｈｚ）及びプロセススピードＰＳ
（ｍｍ／ｓｅｃ）が、１０＜ＰＳ／│Ｈｚ１−Ｈｚ２│
かつ、Ｈｚ１≠Ｈｚ２の関係式を満たすようにすること
で、周期的な濃度ムラを抑制し、且つ現像剤の残量検知
精度低下を防止する事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、現像装置及びプロ
セスカートリッジ及び画像形成装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】（プロセスカートリッジの紹介）複写機
やレーザービームプリンタなどの電子写真方式の画像形
成装置は、まず感光体表面の電位を均一に揃え、その後
画像情報に対応した光を感光体に照射して潜像（画像情
報に応じた感光体表面電位の分布）を形成し、この潜像
に現像手段で記録材料である現像剤（トナー）を供給し
て顕像化し、更に感光体から記録紙へ画像を転写するこ
とで記録紙上に画像を形成している。

【０００３】現像手段にはトナー収納部であるトナー容
器が連結しており、画像を形成することでトナーは消費
されていく。一般に、トナー容器や現像手段、感光体、
帯電手段などは、プロセスカートリッジとして一体に構
成されていることが多く、トナーが無くなったら使用者
はプロセスカートリッジを交換することで、再び画像を
形成することができる。

【０００４】（残量検知手段の紹介）このプロセスカー
トリッジ内の画像形成に供することができるトナーが、
どれくらい残っているかを随時知るために、トナー残量
レベルを逐次検知できる現像剤量検知手段をプロセスカ
ートリッジまたは画像形成装置本体に設けることがあ
る。

【０００５】（電極間静電容量測定方式）付加する回路
が比較的簡単であり、検出精度的にも高い現像剤残量検
出手段として、電極部材を複数配置し、その電極間の静
電容量を測定する方法が、例えば、特開２０００−２５
０３８０，特開Ｈ１１−２７２０６０公開公報などに開
示されている。

【０００６】この残量検知方式は、電極間の静電容量が
両者のあいだに存在する絶縁性トナーの量に応じて変化
することを利用したものである。この両者の間がトナー
で埋まっていれば静電容量は大きくなり、トナーが減る
につれて両者のあいだに空気が増えて静電容量は小さく
なっていく。

【０００７】したがって、この両者間の静電容量とトナ
ー残量の関係を予め関係つけておくことで、静電容量を
測定することによりトナー残量レベルを検知することが
できる。この静電容量は、電極間に残量検知用の所定の
交流バイアスを印加して、その時に誘起される電流値や
電圧値などを検出することで測定可能となる。

【０００８】この残量検知用の所定の交流バイアスとし
ては、現像バイアスと共有している事が多い。つまり、
このトナー残量レベル検知方式は、現像ローラに現像バ
イアスが印加されている画像形成等のタイミングでトナ
ー残量レベルを検知している。

【０００９】（プロセススピードと帯電周波数と現像周
波数との関係）次に、感光体表面を均一な電位にするた
めに感光体表面に印加する帯電バイアスと、均一にされ
た感光体表面上に露光して形成された潜像上に現像剤
（トナー）を付着させるべく現像剤を飛翔させるために
感光体表面に向けて印加する現像バイアスと、画像を形
成するためのプロセススピード（プリント速度）との関
係について説明する。なお、プロセススピードが速くな
るほど、感光体ドラムの周速度（感光体表面の移動速
度）は速くなる。

【００１０】直流と交流成分を重畳した帯電バイアスを
用いた接触帯電構成と、直流と交流成分を重畳した現像
バイアスを用いた非接触式現像構成とを用いる構成の場
合には、一般的に帯電バイアスの周波数は、プロセスス
ピードの増加と共に適正な値も増加していく（ただし、
画像解像度が同じ場合）。一方、現像バイアスの周波数
はプリント速度の増加とは関係なく適正な範囲がある。

【００１１】そのため、従来、帯電バイアスの周波数に
対して現像バイアスの周波数を大きい値に設定していた
が、近年のプロセススピードの上昇によって帯電バイア
スの周波数と、現像バイアスの周波数を近づける必要が
生じてきている。

【００１２】（帯電バイアスの周波数と、現像バイアス
の周波数が近づくことで発生する問題点とその回避方
法）帯電バイアスの周波数と、現像バイアスの周波数を
近づけると、その周波数やプロセススピードとの関係に
よっては、画像上に周期上の濃度ムラが現れる事があ
る。この点についての詳細は後述する。

【００１３】これを回避するには、例えば帯電バイアス
の周波数と、現像バイアスの周波数を全く同じにすれば
よい。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、帯電バ
イアスの周波数と現像バイアスの周波数を全く同じにす
ることによって、周期上の濃度ムラの問題については解
決できる。

【００１５】しかし、電極部材を複数配置し、その電極
間に現像バイアスを印加する事で現像剤残量を検知する
構成を備えた装置においては、帯電バイアスの周波数と
現像バイアスの周波数を同一にすることによって、２つ
の周波数の位相差によって現像剤残量の検出値がずれて
しまう事があるという新たな問題が発生してしまう。

【００１６】特に残量検知を逐次に行う場合には、現像
剤残量の検出値のずれによって誤検知のおそれがある。

【００１７】本発明の目的は、画像の濃度のムラを防止
しつつ、現像剤残量の検出の安定化を図った現像装置及
びプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供するこ
とにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、主として、電
子写真方式を用いた画像形成装置、及びこの画像形成装
置本体に装着可能なプロセスカートリッジや、画像形成
装置の内部に配設された現像装置に適用できる。

【００１９】ここで、電子写真画像形成装置としては、
例えば、電子写真複写機，電子写真プリンタ（たとえ
ば、ＬＥＤプリンタ、レーザービームプリンタ等），電
子写真ファクシミリ装置等が含まれる。

【００２０】また、電子写真画像形成装置本体に着脱可
能なカートリッジとは、電子写真感光体，電子写真感光
体を帯電させる帯電手段，電子写真感光体に現像剤を供
給する現像手段，電子写真感光体をクリーニングするク
リーニング手段のうち少なくとも一つを、容易にこの本
体に着脱可能に構成したものを言う。特に、プロセスカ
ートリッジとは、帯電手段，現像手段及びクリーニング
手段の少なくとも一つ或いは全部と、電子写真感光体と
を一体的に構成し、電子写真画像形成装置本体に対して
着脱可能としたものである。

【００２１】上記目的を達成するために、本発明にあっ
ては、交流成分を含む帯電バイアスを印加して、像担持
体の表面電位を均一にする帯電バイアス印加手段におけ
る帯電バイアスの周波数をＨｚ１（Ｈｚ）とし、像担持
体上に形成された潜像に対して現像剤を付着させるため
に現像剤を飛翔させる、交流成分を含む現像バイアス印
加手段における現像バイアスの周波数をＨｚ２（Ｈｚ）
とし、像担持体表面の進行速度をＰＳ（ｍｍ／ｓｅｃ）
とした場合に、１０＜ＰＳ／｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜かつ、Ｈｚ１≠Ｈｚ２を満たすようにした。

【００２２】このように構成したことによって、画像の
濃度ムラを防止することができると同時に、現像バイア
ス印加手段による現像バイアスを用いて、現像剤の残量
を検知する現像剤残量検知手段を用いた場合においても
現像剤の残量を安定して検知することができる。

【００２３】また、現像剤残量検知手段が、現像バイア
スによって発生した電気信号から現像剤残量値へと変換
する信号変換部を有する構成とすると共に、変換に用い
る電気信号の代表値を決定する代表値決定時間をＣａｌ
＿ｔ（ｓｅｃ）とした場合に、該Ｃａｌ＿ｔは、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＞４あるいは、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１または、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１／２または、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１／３または、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１／４を満たすことによって、現像剤の残量を安定して検知す
ることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。

【００２５】図１〜図１４を参照して、本発明の実施の
形態に係る現像装置及びプロセスカートリッジ及び画像
形成装置について説明する。

【００２６】（一般的なプリンタ（画像形成装置の一
例）及びプロセスカートリッジの説明）本実施の形態に
おいては、画像形成装置の一例として、ホストコンピュ
ーター，ネットワークなどから画像情報を受け取り、そ
れを記録紙上に画像出力するレーザービームプリンタの
場合を例にして説明する。また、このレーザービームプ
リンタにおいては、プロセスカートリッジをプリンタ本
体から着脱し交換可能に構成されたものである。

【００２７】まず、プロセスカートリッジについて、特
に、図１及び図２を参照して説明する。図１及び図２は
本発明の実施の形態に係るプロセスカートリッジの模式
的断面図であり、図１は一部の回路構成についても示し
ている。

【００２８】図示のように、プロセスカートリッジＣ
は、潜像担持体である感光体１と、感光体１の表面を均
一に帯電するための帯電手段７と、感光体１に非接触で
対向配置され、帯電手段７によって表面電位が均一にさ
れた後に、露光により形成された潜像を現像剤としての
トナーによって現像する現像手段としての現像ローラ２
とを一体的に備えている。

【００２９】また、プロセスカートリッジＣは、現像ロ
ーラ２の表面上のトナーを均一な薄い層にするためのト
ナー規制部材５と、このトナー規制部材５に連結してい
るトナーＴの収納部であるトナー容器４と、トナー容器
４内のトナーを撹拌する撹拌翼３と、感光体１上の残ト
ナーを清掃するクリーニング手段８と、クリーニング手
段８により感光体１から除去された廃トナーを収容する
廃トナー容器９についても一体的に備えている。

【００３０】次に、特に図３を参照して、プロセスカー
トリッジＣを装着する画像形成装置について説明する。
図３は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の模式的
断面図である。

【００３１】画像形成装置であるレーザープリンター１
４には、図示のように、プロセスカートリッジＣの上方
に、画像情報に対応してレーザ光１０を照射する露光手
段としてのレーザースキャナー１１が備えられ、またプ
ロセスカートリッジＣの下方の感光体１に対向する位置
に転写手段１２が配設されている。

【００３２】上記構成において、感光体１の表面が帯電
手段７による帯電バイアスによって均一に帯電され、そ
の表面をレーザースキャナー１１から照射されるレーザ
光１０によって走査露光がなされて、目的の画像情報の
静電潜像が形成される。静電潜像は、現像ローラ２に印
加される現像バイアスなどの作用によって、トナー容器
４内のトナーＴが付着されてトナー像として可視化され
る。

【００３３】ここで、本実施の形態においては、現像バ
イアス及び帯電バイアス共に、直流と交流の重畳電圧で
ある。なお、本実施の形態においては、トナーＴとして
は絶縁性磁性１成分トナーを用いた。

【００３４】感光体１上の画像は、転写手段１２により
記録紙へ転写される。記録紙は、定着手段１３を通って
記録紙上に画像を定着させ、本体外部へ排出される。

【００３５】（カートリッジ内に設けられた電極板金の
構成とトナー残量検知の流れの説明）図１及び図２に示
すように、プロセスカートリッジＣには、トナー容器４
内に電極板金としての第１プレートアンテナ板金４１
（以下第１ＰＡ４１と称する）と第２プレートアンテナ
板金４２（以下第２ＰＡ４２と称する）の２枚の平行板
金が対向するように固定配設されている。

【００３６】更に、図１に示すように、現像ローラ２の
現像スリーブと第２ＰＡ４２とが同電位になるように画
像形成装置内の回路を設計している。等価回路では、第
１スリーブと第１ＰＡ４１及び第１ＰＡ４１と第２ＰＡ
４２のコンデンサーが並列になっている状態を意味して
いる。

【００３７】ここで、現像スリーブに現像バイアスを印
加した際に（なお、第２ＰＡ４２にも同時に印加され
る）、第１ＰＡ４１に誘起される電流量を測定すること
によって、現像スリーブと第１ＰＡ４１間及び第１ＰＡ
４１と第２ＰＡ４２間の合成された静電容量を測定する
様にしている。

【００３８】（検知シーケンスの説明）本実施の形態に
おけるトナー残量検知方法を、特に、図４のフローチャ
ートと、図１及び図５の回路構成図を用いて説明する。
図４は本実施の形態に係る現像装置における現像剤（ト
ナー）の残量検知フローチャートである。図５は本実施
の形態に係る現像装置における主要構成回路図である。

【００３９】本実施の形態においては、第１ＰＡ４１及
び第２ＰＡ４２の板金材料として、非磁性のＳＵＳ材を
用い、現像ローラ２と第１ＰＡ４１間の距離が２ｍｍ、
第１ＰＡ４１と第２ＰＡ４２間の距離が５０ｍｍとなる
ように配置した。

【００４０】まず、電源がＯＮになると、本体及びカー
トリッジの駆動が開始される（Ｓ１０１）。現像バイア
スが印加されると（Ｓ１０２）、トナー残量測定が開始
され、第１ＰＡ４１に流れる電流量を検知回路３０が検
出し、演算処理を行う（Ｓ１０３）。

【００４１】ここで、検知回路３０は、図５に示したよ
うに、電流量を検出する電流量検出部３１と、検出され
た電流量に対して所定の演算処理を行うことによって、
静電容量をトナー残量に変換する演算制御部３２と、ト
ナー残量検知の結果を記憶する記憶手段３５と、たとえ
ば１００分率表示に換算してプリンタ本体に表示する表
示手段３３から構成されている。

【００４２】そして、演算制御部３２で処理された結果
が、トナーアウト即ち印字可能なトナーが残っていない
と判断した場合は、その旨を表示する（Ｓ１０５）。そ
うでなければスタンバイ状態に入り、次のプリント信号
を待つ（Ｓ１０６）。

【００４３】プリント信号がＯＮになった場合（Ｓ１０
７）も、基本的に電源ＯＮ時と同じシーケンスとなる。
即ち、現像バイアスが印加されると（Ｓ１０８）、トナ
ー残量測定が開始され、第１ＰＡ４１に流れる電流量を
検知回路３０が検出し、演算処理を行う（Ｓ１０９）。
そして、その残量値結果を表示し（Ｓ１１０）、ジョブ
を終了する（Ｓ１１１）。

【００４４】この確定値を表示手段３３などで表示する
形式、たとえば１００分率表示に換算して、表示手段３
３やネットワークなどを通じて外部装置などに表示する
（Ｓ１０９）。

【００４５】本実施の形態では、電流値を検出する電流
量検出部３１を有し、４ｍｓｅｃ毎に電流値を検出す
る。その値を順次蓄えていき２５５個蓄積された段階で
その２５５個の平均値を求める（約１秒間）。その２５
５個の平均値を代表値として演算制御部３２へと送り、
現像剤残量値へと変換している。

【００４６】（周波数によって発生する問題の説明）本
実施の形態では、上記シーケンスでトナーの残量検知を
行っているが、この時使用する現像バイアス周波数と帯
電バイアス周波数の関係によって、出力画像に一定周期
の濃度ムラが発生したり、トナー残量検出値が大きくば
らついたりする。

【００４７】以下に濃度ムラが発生する原因と、トナー
残量検出値が大きくばらつく原因について説明する。

【００４８】（濃度ムラが発生する要因）交流バイアス
を用いて帯電を行う場合、感光体表面には周波数によっ
て周期的な電位ムラが生じている。例えば感光ドラム表
面の進行スピードが２００ｍｍ／ｓｅｃで、帯電バイア
スの周波数が２０００Ｈｚの場合には、感光ドラム表面
には進行方向に対して１００μｍ周期の電位ムラがある
ことになる。

【００４９】この時、直流成分のみの現像バイアスを用
いて現像を行う場合には、１００μｍ周期の濃度むらが
発生することになるが、人間の目が、１００μｍ周期を
確認する程の解像度を有していないため、大きな問題は
発生しない。

【００５０】一方、本実施の形態の場合のように、帯電
バイアスと同時に、交流バイアスを用いて現像を行う場
合、双方のバイアスが同時に印加されているタイミング
では、感光ドラム表面上が帯電バイアスと現像バイアス
双方の影響を受けた電位になってしまう。

【００５１】その結果、帯電バイアス，現像バイアス双
方とも交流成分を有している際には、２つのバイアスの
周波数とプロセススピードによっては、人間の目で判別
可能な周期的な濃度ムラが発生してしまう事がある。

【００５２】（濃度ムラが発生する要因についての実
験）濃度ムラが発生する理由について、図６〜図１３を
参照して、具体的なモデル実験により説明する。図６は
モデル実験における帯電バイアスと現像バイアスの条件
を示す図である。図７〜図１３はモデル実験における帯
電バイアスと現像バイアスの合成波である。

【００５３】モデル実験においては、説明を簡単にする
ために、帯電バイアスと現像バイアスを図６に示すよう
な条件としている。すなわち、（１）直流成分は考え
ず、（２）バイアスの変化は正確なサイン波とし、
（３）両バイアスとも０点よりスタートするものとし、
（４）振幅を等しいものとした。なお、図６に示す２種
類のバイアスは、帯電バイアスと現像バイアスを示すも
のであるが、いずれが帯電バイアスでも現像バイアスで
も構わない。

【００５４】図７〜図１３においては、横軸は感光ドラ
ム表面の進行方向の位置を示し、その単位は（ｍｍ）で
ある。また、縦軸は帯電強度と現像強度の波の足し合わ
せで物理的な意味は持たないが、帯電強度と現像強度共
に画像濃度を決定する主となるパラメータであるため、
その合成波も画像濃度と一定の相関があると考えられ
る。

【００５５】また、図７〜図１３においては、それぞ
れ、スタート時に２つのバイアスが強めあう方向でスタ
ートする場合（つまり同位相の場合）を（ａ），（ｂ）
に示し、スタート時に２つのバイアスが弱めあう方向で
スタートする場合（つまり逆位相の場合）を（ｃ），
（ｄ）に示している。また、（ａ），（ｂ）と（ｃ），
（ｄ）では、それぞれ横軸方向の倍率を変えた合成波を
記しており、（ｂ），（ｄ）は高倍率の場合を示してい
る。

【００５６】図７〜図１０には、プロセススピードが一
定の時（プロセススピード：２００ｍｍ／ｓｅｃ）にお
ける、帯電周波数と現像周波数を変えた場合の合成波を
示している。帯電周波数と現像周波数については、次ぎ
の通りである。

【００５７】図７の場合には、帯電周波数：２０００Ｈ
ｚ，現像周波数：２５００Ｈｚであり、図８の場合に
は、帯電周波数：２５００Ｈｚ，現像周波数：２５００
Ｈｚであり、図９の場合には、帯電周波数：２４００Ｈ
ｚ，現像周波数：２５００Ｈｚであり、図１０の場合に
は、帯電周波数：２４９５Ｈｚ，現像周波数：２５００
Ｈｚである。

【００５８】図９と図１１〜図１３には、帯電周波数と
現像周波数が一定（帯電周波数：２４００Ｈｚ、現像周
波数：２５００Ｈｚ）で、プロセススピードが変動する
場合の合成波を示している。プロセススピードについて
は、次ぎの通りである。

【００５９】図１１の場合には、プロセススピード：１
００ｍｍ／ｓｅｃであり、図１２の場合には、プロセス
スピード：１５０ｍｍ／ｓｅｃであり、図９の場合に
は、プロセススピード：２００ｍｍ／ｓｅｃであり、図
１３の場合にはプロセススピード：２５０ｍｍ／ｓｅｃ
である。

【００６０】まず、図７〜１０を参照して、周波数と画
像濃度の関係について説明する。なお、図７〜図１０の
場合、プロセススピードはいずれも２００ｍｍ／ｓｅｃ
で同一である。

【００６１】図７は、帯電周波数と現像周波数の２つの
周波数が比較的大きく異なっている。（ｂ）や（ｄ）に
注目すると、０．４ｍｍ程度の周期で２つの波形が強く
強めあっている事が分かる。即ち、この周期で濃度ムラ
が発生する事になる。

【００６２】しかし、人間の目の解像度では０．７ｍｍ
程度以下の周期は見分けられないため、図７に示す周波
数では、濃度ムラは見えないこととなる。これは２つの
波が逆位相でスタートする（ｄ）の場合でも同様であ
る。

【００６３】図８は、帯電周波数と現像周波数の２つの
周波数が全く同じ値である。この場合、同位相スタート
（ａ），（ｂ）と逆位相スタート（ｃ），（ｄ）では合
成波の挙動が大きく異なっている事が分かる。

【００６４】同位相でスタートした場合には、８０μｍ
の周期で波形が強めあう。即ちこの周期で濃度ムラが発
生する事になる。ただし、この場合、人間の目では濃度
ムラの判別は不能である。

【００６５】一方、逆位相でスタートとした場合には、
常に弱めあうため合成波に周期は無い。ただし、実際に
は、帯電周波数と現像周波数の２つの波の強さが異なる
ため８０μｍの人間の目には判別不能な周期となる。

【００６６】図９は、帯電周波数と現像周波数の２つの
周波数の差が比較的少ない場合である。この場合、２．
５ｍｍ周期の濃度ムラが発生している。この間隔は人間
の目で判別可能な値であり、画像上の問題となる為好ま
しくない。この傾向は、同位相でも逆位相でも同様であ
る。

【００６７】図１０は、帯電周波数と現像周波数の２つ
の周波数の差が極めて小さく異なっている場合である。
この場合、４０ｍｍ程度の濃度ムラが発生することとな
る。なお、特に図示はしないが、この他に周波数を変え
ながら確認したところ、周波数が近い値で異なっている
場合には、その差が少ないほど濃度ムラの周期が大きく
なっている事が分かった。

【００６８】図１０の場合、濃度ムラの周期は４０ｍｍ
であり、人間の目で確認することは可能となるが、以下
の理由により画像上問題は発生しない。

【００６９】感光ドラムの進行方向に対して同じ濃度の
画像が少なくとも４０ｍｍ以上連続しなければ、濃度ム
ラの判別はしづらい。

【００７０】比較的周期が長いということは、感光ドラ
ムの進行方向に対して濃度の変化がゆっくりしていると
いうことであるため、濃度ムラの判別がしづらい。

【００７１】次に、図１１〜図１３と図９を用いて、プ
ロセススピードと濃度ムラとの関係を説明する。なお、
帯電周波数は２４００Ｈｚ，現像周波数は２５００Ｈｚ
で、いずれも一定である。

【００７２】各図から明らかなように、プロセススピー
ド１００ｍｍ／ｓｅｃ（図１１の場合）には、合成波の
周期は１．０ｍｍであり、プロセススピード１５０ｍｍ
／ｓｅｃ（図１２の場合）には、合成波の周期は１．５
ｍｍであり、プロセススピード２００ｍｍ／ｓｅｃ（図
９の場合）には、合成波の周期は２．０ｍｍであり、プ
ロセススピード２５０ｍｍ／ｓｅｃ（図１３の場合）に
は、合成波の周期２．５ｍｍである。

【００７３】よって、合成波の周期即ち濃度ムラの周期
はプロセススピードに比例して大きくなっていくことが
分かる。

【００７４】以上の結果より分かったことを以下にまと
める。

【００７５】（１）帯電バイアスと現像バイアスの周波
数を比較的近くに設定する必要がある際には周期的な濃
度ムラが発生しやすく、図９のように周波数の差をある
程度少なくする程度では足らず、図１０に示すように、
周波数の差を極めて小さくする必要がある。

【００７６】（２）帯電バイアスと現像バイアスの周波
数が全く同じ場合には周期的な濃度ムラは発生しない。

【００７７】（３）濃度ムラの周期を考える際には、プ
ロセススピードの影響も十分に考慮する必要がある。

【００７８】そこで、従来は（２）の用に帯電バイアス
と現像バイアスとを全く同じ周波数に設定することで周
期的な濃度ムラの発生を防止していた。

【００７９】（合成波の周期と実際の濃度との関係）こ
こまで説明した合成波の周期と実際の画像濃度の関係に
ついて、次の条件により実験を行った。

【００８０】実験条件は、６００ｄｐｉ，２ｄｏｔ３ｓ
ｐａｃｅ縦線のパターンを印字することで、合成波の周
期と実際の画像濃度の関係を調べた。なお、２ｄｏｔ３
ｓｐａｃｅ縦線のパターンとは、印字紙の進行方向に対
して垂直の方向に２ｄｏｔ印字と３ｄｏｔ空白を繰り返
し、そのパターンを印字紙の継続的に続くパターンとし
た。

【００８１】この条件で確認したところ、合成波の高さ
方向の周期と実際の濃度ムラの周期は全く同じであるこ
とを確認できた。

【００８２】（残量値がばらつく要因（理論））本実施
の形態では、トナー残量検知の際に現像バイアスを残量
検知用バイアスとして併用しており、バイアス印加時に
第１ＰＡ４１に誘起される電流量を測定することで残量
値を検出している。

【００８３】この時誘起される電流値は、印加される交
流バイアスの周波数と電圧の幅（Ｖｐｐ）によって変動
を起こす。従って正確な検知を行うためには、所定の交
流バイアスを決定し、そのバイアスを用いたときの誘起
電流値とトナー残量値との関係を記す換算テーブルを予
め作っておき、所定のバイアスと所定の換算テーブルを
用いてトナー残量値を検出する必要がある。

【００８４】ここで、帯電バイアスが印加された時、そ
のバイアスが第１ＰＡ４１にも作用してしまう事があ
る。その場合、残量検知用バイアス（本実施の形態では
現像バイアスと同じ）と帯電バイアスとの合成波によっ
て第１ＰＡ４１から電流が誘起される。先述のように誘
起される電流値は印加される交流バイアスの周波数と電
圧の幅（Ｖｐｐ）によって変動を受けるため、上記合成
波が印加される場合には注意が必要となる。

【００８５】（残量値がばらつく要因（実験））そこ
で、図７〜図１３に示した条件でトナー量を同一にして
出力電圧の時間推移を確認した。その結果、図１０に示
すような、帯電周波数と現像周波数の２つの周波数の差
が極めて小さく異なっている条件以外では、どの条件で
も合成波の波の高さの周期で、誘起される電流値も変動
することが分かった。従って、測定するタイミングによ
って測定される電流値も変動することが分かった。

【００８６】しかし、本実施の形態では４ｍｓｅｃ毎の
電流値を２５５個用意し、その２５５個（約１秒間）の
平均値を電流値の代表値として用いている。これは、プ
リント速度２００ｍｍ／ｓｅｃの場合だと図７〜図１３
で示した横軸で約２００ｍｍに相当する範囲における平
均値である。この範囲は、合成波形の周期から考えると
非常に広い範囲である。従って、このような範囲におけ
る４ｍｓｅｃ時間毎の電流値の平均値を代表値として用
いていることにより、測定タイミングに応じた電流値の
バラツキは殆ど検出されない。

【００８７】又、上述した所定の換算テーブルを作成す
る際にも、帯電バイアスの影響を考慮していれば、検出
精度に関して大きな問題は発生しない。

【００８８】但し、図１０に示す様に周波数の差が極め
て少ない場合には合成波の周期が非常に長くなる。その
為、「変換に用いる電気信号の代表値を決定する代表値
決定時間（平均値の計算に用いる電流値が含まれている
時間の範囲）」が比較的短いと、合成波の周期の影響を
強く受けてしまい、結果として検知するタイミングによ
って検出値がばらついてしまうことになる。

【００８９】実際に周波数を変えながら残量検出値を複
数回測定した結果、以下の関係を満たしていれば残量検
出値のバイアス印加タイミングによるバラツキが１割程
度以内に収まる事が分かった。

【００９０】（１）合成波の周期が、ＰＳ×Ｃａｌ＿ｔ
の整数倍であること。

【００９１】若しくは（２）ＰＳ×Ｃａｌ＿ｔが、合成波の周期の４倍以上で
あること。

【００９２】ただし、Ｃａｌ＿ｔは変換に用いる電気信
号の代表値を決定する代表値決定時間（ｓｅｃ），ＰＳ
はプロセススピード（ｍｍ／ｓｅｃ）），ＰＳ×Ｃａｌ
＿ｔは、変換に用いる電気信号の代表値を決定する間に
進む感光ドラム表面が進む距離（ｍｍ）を示す。

【００９３】（合成波の周期についての説明）これら合
成波の周期は、各々のバイアスの周波数とプロセススピ
ードとの関係より以下の式で表すことが出来る。

【００９４】合成波の周期＝ＰＳ／│Ｈｚ１−Ｈｚ２│ ただし、Ｈｚ１：帯電バイアス周波数（Ｈｚ），Ｈｚ
２：現像バイアス周波数（Ｈｚ），ＰＳ：プロセススピ
ード（ｍｍ／ｓｅｃ）である。

【００９５】（一つの解）以上より、プロセススピード
ＰＳ、変換に用いる電気信号の代表値を決定する代表値
決定時間Ｃａｌ＿ｔ、各バイアスの周波数Ｈｚ１，Ｈｚ
２との間には次の関係，Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＞４あるいは、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１または、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１／２または、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１／３または、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１／４が成り立つ必要がある。

【００９６】（残量値がばらつく要因（続き））また、
図８に示すように、２つの周波数が全く同じ場合だと、
２つの波が同位相（ａ），（ｂ）あるいは逆位相
（ｃ），（ｄ）のいずれでスタートするかによって合成
波が大きく異なる事が分かる。

【００９７】この点について、図１４を用いて詳細に説
明を行う。図１４は現像バイアスと帯電バイアスの周波
数が同じ場合における合成波の説明図である。

【００９８】図１４において、（ａ１）は現像バイアス
の１周期，（ａ２）は帯電バイアスの１周期を示し、
（ａ３）は、２つのバイアスの位相が同じ場合の合成波
を示している。また、（ａ３）では合成波との比較を行
いやすくする為、（ａ１）で示した現像バイアスを点線
で示している。

【００９９】（ｂ１），（ｂ２）は同様に現像バイア
ス，帯電バイアスとを示しており、（ｂ３）は２つのバ
イアスが逆位相の場合の合成波を示している。ここで、
この合成波が現像剤残量検知用の電極間に印加されるこ
ととなる。

【０１００】図１４の（ａ３）と（ｂ３）とを比較する
と明らかなように２つのバイアスの周波数が全く同じ場
合、同位相だと合成波は常に強めあい、逆位相だと合成
波は常に弱めあうことになる。

【０１０１】先述のように、現像剤残量検知用の電極間
に印加する電圧の幅（Ｖｐｐ）によって、誘起する電流
量は影響を受けるため、２つの周波数が全く同じ場合、
同位相か逆位相かでトナー残量が全く同じ場合でも検出
値が大きく異なり検出精度が低下する事になる。

【０１０２】本実施の形態のように、誘起される電流値
の変化を元にトナー残量を検知する様な構成では正確に
電流値を検出する必要があるため、以上の理由より２つ
のバイアスの周波数を揃えることは好ましくない。

【０１０３】但し２つのバイアスの周波数が全く同じで
も、必ず２つの波が常に同位相若しくは逆位相で印加さ
れる様に設計出来れば上記のような問題は発生しない。
これが出来ない場合は同じ周波数を用いることは好まし
くない。

【０１０４】以上をまとめると、帯電バイアスと現像バ
イアスの２つの周波数を近接させる必要がある場合に
は、（１）周波数を全く同じにして、必ず同位相で印加され
るようにすること（２）同じ周波数を使用しないことのいずれかを選択す
ることで現像剤残量の検出精度低下を抑制することが可
能となる。

【０１０５】（周期的な濃度ムラと残量検出精度の低下
とを同時に防止する対策）以上の結果より、帯電バイア
スと現像バイアスの周波数を近づける必要が生じた際
に、周期的な濃度ムラを抑制し、且つ現像剤の残量検知
精度低下を防止するためには、帯電バイアスと現像バイ
アスの周波数を同じ値にせず、極めて近い値にすること
が好ましい。

【０１０６】また、実際の画像を確認したところ、濃度
ムラの周期が１０ｍｍ以上であれば周期がそれほど目立
たず大きな問題がないと分かった。よって、帯電バイア
スの周波数Ｈｚ１（Ｈｚ）と現像バイアスの周波数Ｈｚ
２（Ｈｚ）及びプロセススピードＰＳ（ｍｍ／ｓｅｃ）
が、以下の関係式を満たしていれば、周期的な濃度ムラ
を抑制し、且つ現像剤の残量検知精度低下を防止する事
が可能であることが分かった。

【０１０７】すなわち、１０＜ＰＳ／│Ｈｚ１−Ｈｚ２│ かつ、Ｈｚ１≠Ｈｚ２を満たすようにする。

【０１０８】（問題画像及び出力変動を回避する対策）
本実施の形態に於けるバイアスは、基準となるクロック
発生手段を設け、そのクロック周波数を元に、分周して
作成している。帯電バイアス，現像バイアス双方とも基
準となる同じクロックを元に作成しているため２つのバ
イアスの周波数の差分がずれることはない。

【０１０９】ただし、２つのバイアスの周波数が使用条
件などによって大きくばらつかない場合には、必ずしも
この様な基準クロックを用いる必要はない。

【０１１０】以上のように、本実施の形態では、帯電周
波数，現像周波数，プロセススピード，トナー残量値の
代表値を決定する代表値決定時間を、それぞれ適切な関
係に設定することで、画像上問題が無く、残量検知値の
変動も抑制することが可能となる事が分かった。

【０１１１】従って、トナーの残量検出精度が向上した
ことによって、プロセスカートリッジの交換時期あるい
はトナーの補給時期等を的確に把握することができる。
従って、トナーが抜けてしまう白抜け画像のような不良
画像の発生を防止することができ、また、トナーを無駄
に捨ててしまうような資源の無駄使いを抑制できる。

【０１１２】本実施の形態では、プロセスカートリッジ
内の現像剤残量検知に関して記述したが、現像剤を補給
するタイプの構成などでも同様な効果が得られる。

【０１１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、画
像の濃度のムラを防止しつつ、現像剤残量の検出の安定
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るプロセスカートリッ
ジの模式的断面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係るプロセスカートリッ
ジの模式的断面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の模式
的断面図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る現像装置における現
像剤（トナー）の残量検知フローチャートである。

【図５】本発明の実施の形態に係る現像装置における主
要構成回路図である。

【図６】モデル実験における帯電バイアスと現像バイア
スの条件を示す図である。

【図７】モデル実験における帯電バイアスと現像バイア
スの合成波である。

【図８】モデル実験における帯電バイアスと現像バイア
スの合成波である。

【図９】モデル実験における帯電バイアスと現像バイア
スの合成波である。

【図１０】モデル実験における帯電バイアスと現像バイ
アスの合成波である。

【図１１】モデル実験における帯電バイアスと現像バイ
アスの合成波である。

【図１２】モデル実験における帯電バイアスと現像バイ
アスの合成波である。

【図１３】モデル実験における帯電バイアスと現像バイ
アスの合成波である。

【図１４】現像バイアスと帯電バイアスの周波数が同じ
場合における合成波の説明図である。

【符号の説明】

１感光体２現像ローラ３撹拌翼４トナー容器５トナー規制部材７帯電手段８クリーニング手段９廃トナー容器１０レーザ光１１レーザースキャナー１２転写手段１３定着手段１４レーザープリンター３０検知回路３１電流量検出部３２演算制御部３３表示手段３５記憶手段４１第１プレートアンテナ板金（第１ＰＡ）４２第２プレートアンテナ板金（第２ＰＡ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H073 AA02 BA04 BA13 BA41 BA45 CA02 2H077 AA02 AA35 AB03 AB12 AD06 AD13 AD36 AE03 BA09 DA15 DA43 DA59 DA80 DA86 DB10 EA13 EA16 GA04 2H200 FA18 GA23 GA34 GA46 GA54 GA57 GA60 GB12 GB25 HA02 HA28 HB12 JA02 NA06 NA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流成分を含む帯電バイアス印加手段によ
って表面電位が均一にされた像担持体上に、露光手段に
よって露光されて潜像が形成された後に、該潜像に対し
て現像剤を付着させるために現像剤を飛翔させる、交流
成分を含む現像バイアス印加手段と、該現像バイアス印加手段による現像バイアスを用いて、
現像剤の残量を検知する現像剤残量検知手段と、を備え
る現像装置であって、前記帯電バイアス印加手段による帯電バイアスの周波数
をＨｚ１（Ｈｚ）とし、前記現像バイアス印加手段によ
る現像バイアスの周波数をＨｚ２（Ｈｚ）とし、前記像
担持体表面の進行速度をＰＳ（ｍｍ／ｓｅｃ）とした場
合に、１０＜ＰＳ／｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜かつ、Ｈｚ１≠Ｈｚ２を満たすことを特徴とする現像装置。
【請求項２】前記現像剤残量検知手段は、前記現像バイ
アスによって発生した電気信号から現像剤残量値へと変
換する信号変換部を有すると共に、変換に用いる電気信号の代表値を決定する代表値決定時
間をＣａｌ＿ｔ（ｓｅｃ）とした場合に、該Ｃａｌ＿ｔ
は、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＞４あるいは、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１または、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１／２または、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１／３または、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１／４を満たすことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】基準となるクロックを発振する発振回路を
備え、該発振回路から発振するクロックを分周することによっ
て、前記帯電バイアス及び現像バイアスを作成すること
を特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項４】前記現像剤残量検知手段は、導電性の電極
部材を複数有し、前記現像バイアスを印加した際に誘起
される電気信号によって、逐次、現像剤の残量を検知す
ることを特徴とする請求項１，２または３に記載の現像
装置。
【請求項５】像担持体と、交流成分を含む帯電バイアスを印加して、該像担持体の
表面電位を均一にする帯電バイアス印加手段と、該帯電バイアス印加手段によって表面電位が均一にされ
た像担持体上に、露光手段によって露光された潜像が形
成された後に、該潜像に対して現像剤を付着させるため
に現像剤を飛翔させる、交流成分を含む現像バイアス印
加手段と、該現像バイアス印加手段による現像バイアスを用いて、
現像剤の残量を検知する現像剤残量検知手段と、を備
え、画像形成装置本体に着脱自在に構成されたプロセス
カートリッジであって、前記帯電バイアス印加手段による帯電バイアスの周波数
をＨｚ１（Ｈｚ）とし、前記現像バイアス印加手段によ
る現像バイアスの周波数をＨｚ２（Ｈｚ）とし、前記像
担持体表面の進行速度をＰＳ（ｍｍ／ｓｅｃ）とした場
合に、１０＜ＰＳ／｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜かつ、Ｈｚ１≠Ｈｚ２を満たすことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項６】前記現像剤残量検知手段は、前記現像バイ
アスによって発生した電気信号から現像剤残量値へと変
換する信号変換部を有すると共に、変換に用いる電気信号の代表値を決定する代表値決定時
間をＣａｌ＿ｔ（ｓｅｃ）とした場合に、該Ｃａｌ＿ｔ
は、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＞４あるいは、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１または、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１／２または、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１／３または、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１／４を満たすことを特徴とする請求項５に記載のプロセスカ
ートリッジ。
【請求項７】基準となるクロックを発振する発振回路を
備え、該発振回路から発振するクロックを分周することによっ
て、前記帯電バイアス及び現像バイアスを作成すること
を特徴とする請求項５または６に記載のプロセスカート
リッジ。
【請求項８】前記現像剤残量検知手段は、導電性の電極
部材を複数有し、前記現像バイアスを印加した際に誘起
される電気信号によって、逐次、現像剤の残量を検知す
ることを特徴とする請求項５，６または７に記載のプロ
セスカートリッジ。
【請求項９】像担持体と、交流成分を含む帯電バイアスを印加して、該像担持体の
表面電位を均一にする帯電バイアス印加手段と、該帯電バイアス印加手段によって表面電位が均一にされ
た像担持体上に、露光照射して潜像を形成する露光手段
と、該露光手段によって形成された潜像に対して現像剤を付
着させるために現像剤を飛翔させる、交流成分を含む現
像バイアス印加手段と、該現像バイアス印加手段による現像バイアスを用いて、
現像剤の残量を検知する現像剤残量検知手段と、を備え
る画像形成装置であって、前記帯電バイアス印加手段による帯電バイアスの周波数
をＨｚ１（Ｈｚ）とし、前記現像バイアス印加手段によ
る現像バイアスの周波数をＨｚ２（Ｈｚ）とし、前記像
担持体表面の進行速度をＰＳ（ｍｍ／ｓｅｃ）とした場
合に、１０＜ＰＳ／｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜かつ、Ｈｚ１≠Ｈｚ２を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】前記現像剤残量検知手段は、前記現像バ
イアスによって発生した電気信号から現像剤残量値へと
変換する信号変換部を有すると共に、変換に用いる電気信号の代表値を決定する代表値決定時
間をＣａｌ＿ｔ（ｓｅｃ）とした場合に、該Ｃａｌ＿ｔ
は、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＞４あるいは、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１または、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１／２または、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１／３または、Ｃａｌ＿ｔ×｜Ｈｚ１−Ｈｚ２｜＝１／４を満たすことを特徴とする請求項９に記載の画像形成装
置。
【請求項１１】基準となるクロックを発振する発振回路
を備え、該発振回路から発振するクロックを分周することによっ
て、前記帯電バイアス及び現像バイアスを作成すること
を特徴とする請求項９または１０に記載の画像形成装
置。
【請求項１２】前記現像剤残量検知手段は、導電性の電
極部材を複数有し、前記現像バイアスを印加した際に誘
起される電気信号によって、逐次、現像剤の残量を検知
することを特徴とする請求項９，１０または１１に記載
の画像形成装置。