JP2010128457A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像ローラの回転や振動が直接像担持体に伝達されることが無く、現像ローラの回転や振動に起因する像担持体の振動による画像ムラを防ぐことができ、像担持体と現像ローラとの間隔距離がばらついた場合でも、画像濃度を補正することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体ドラム１と、帯電器２と、露光装置３と、現像ローラ５に所定の現像バイアスを印加して現像ローラ５上の現像剤により感光体ドラム１表面の静電潜像を可視化する現像カートリッジ４とを備え、現像ローラ５を感光体ドラム１に対して所定間隔で対向させ、電子写真方式により画像を形成する画像形成装置１００において、現像ローラ５と感光体ドラム１の間隔距離を検出する光学式センサ１１を備え、光学式センサ１１により検出した現像ローラ５と感光体ドラム１の間隔距離の大きさに応じて、実効現像電位を調整するものとする。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像形成装置に係り、特に、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の静電潜像の形成された像担持体にトナーを供給して現像する電子写真方式の画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置においては、静電潜像を像担持体表面に形成し、現像剤により像担持体表面の静電潜像を現像して、像担持体表面にトナー像を形成し、トナー像を像担持体から記録用紙に転写し、記録用紙を加熱及び加圧して、トナー像を記録用紙上に定着させている。また、像担持体表面には残留トナーや残留電荷が残るので、残留トナーをクリーニング装置により除去したり、残留電荷を除電装置により除去している。

ところで、像担持体上の静電潜像を現像する一般的な現像剤としては、トナーのみからなる一成分現像剤、及びトナーとキャリアを混合してなる二成分現像剤がある。一成分現像剤は、キャリアを使用しないことから、トナーとキャリアを均一に混合するための攪拌機構が不要となり、現像装置の構成がシンプルになるといった利点がある。このため、小型の画像形成装置においてよく利用されている。

一成分現像剤を用いた非接触現像方式では、現像ローラの周面に一成分現像剤（トナー）の薄層を形成し、現像ローラの回転に伴い、この薄層を像担持体と所定間隔で対向する現像位置へ搬送して、現像バイアスを印加し、像担持体表面の静電潜像をトナーで現像する。

このような画像形成装置においては、像担持体と現像ローラとの間隔距離（現像ギャップ）が、現像装置たる現像カートリッジ毎にばらついた場合には、現像ローラから像担持体へ供給されるトナーの量に影響を及ぼすため、この像担持体と現像ローラとの間隔距離（現像ギャップ）の変化に左右されることなく、いかに画像濃度を安定させるかが重要である。

従来技術として、画像濃度を安定化させる方法としては、現像ローラを像担持体にコロ等の間隔保持手段を介して押し当て、像担持体と現像ローラとの間隔距離（現像ギャップ）を確保することが一般に知られており、コロ等の間隔保持手段により確保された像担持体と現像ローラとの現像ギャップを検出し、検出結果に応じて画像濃度を補正する方法が開示されている（特許文献１を参照）。

また、その他の技術として、像担持体上に形成されたテストパッチ像を画像濃度センサで検出し、検出結果より現像バイアスの直流成分と交流成分の振幅を調整し、画像濃度を補正する方法が開示されている（特許文献２を参照）。
特開平５−７２８８０号公報 特開２００４−２３３７０４号公報

しかしながら、上述した像担持体と現像ローラを所定間隔に保持する為に現像ローラを像担持体にコロを介して押し当てる方式では、長期間の使用により、現像ギャップを規制する部分である像担持体のコロとの当接表面やコロ自体に飛散したトナーが固着したり、コロ自体が磨耗することにより、現像ギャップが変化するという問題があった。

さらに、この変化に対して画像濃度を安定させる方法においては、コロを使用した構成であるため、現像ローラを像担持体にコロを介して押し当てることにより、現像ローラの回転や振動が直接像担持体に伝達され、像担持体が振動する大きな原因の一つになっている。従って、像担持体と現像ローラとの間隔距離を検出し、画像濃度を補正したとしても、像担持体の振動による画像ムラが発生するという問題があった。

また、従来の画像濃度を安定させる方法において、テストパッチ像を検出し、その検出結果より画像濃度を補正する場合には、安定化するために定期的に多数回の調整工程を実施することが必要である。そのため、テストパッチ形成によりトナーが消費され、画像形成に関係ない動作が像担持体および現像カートリッジのライフに積算されるという問題があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、現像カートリッジ毎に像担持体と現像ローラとの間隔距離がばらついた場合でも、画像形成装置に現像カートリッジが装着された際に、トナーを余計に消費することなく、画像濃度を補正することができる画像形成装置を提供することを目的とするものである。

上記のような問題点を解決するための本発明に係る画像形成装置の構成は、次の通りである。

本発明は、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体表面を帯電する帯電手段と、前記像担持体を露光し静電潜像を形成する露光手段と、周面に現像剤薄層を担持する現像ローラを備えて該現像ローラに所定の現像バイアスを印加して該現像ローラ上の現像剤によって前記像担持体表面の静電潜像を非接触にて可視化する現像手段とを備え、前記現像手段によって前記現像ローラを前記像担持体に対して所定間隔で対向させて、電子写真方式により画像を形成する画像形成装置において、前記現像ローラと前記像担持体の間隔距離を検出する距離センサを備え、前記距離センサにより検出した前記現像ローラと前記像担持体の間隔距離、いわゆる、現像ギャップの大きさに応じて、実効現像電位を調整することを特徴とするものである。

また、本発明は、前記現像手段の構成を、前記画像形成装置のフレームと前記現像手段のフレームが当接することで、前記現像ローラを前記像担持体に対して所定間隔で対向する位置に配置することが好ましい。

また、本発明は、前記実効現像電位の調整に、前記現像ローラの現像バイアス電圧、もしくは前記露光手段の露光量を用いることが好ましい。

また、本発明は、前記像担持体を、透明な部材により構成し、前記距離センサを、前記像担持体の前記現像ローラと対向する周面の裏面側に配置することが好ましい。

また、本発明は、前記現像剤として、一成分現像剤を用いることが好ましい。

本発明によれば、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体表面を帯電する帯電手段と、前記像担持体を露光し静電潜像を形成する露光手段と、周面に現像剤薄層を担持する現像ローラを備えて該現像ローラに所定の現像バイアスを印加して該現像ローラ上の現像剤によって前記像担持体表面の静電潜像を非接触にて可視化する現像手段（例えば、現像カートリッジ）とを備え、前記現像手段によって前記現像ローラを前記像担持体に対して所定間隔で対向させて、電子写真方式により画像を形成する画像形成装置において、前記現像ローラと前記像担持体の間隔距離を検出する距離センサを備え、前記距離センサにより検出した前記現像ローラと前記像担持体の間隔距離、いわゆる、現像ギャップの大きさに応じて、実効現像電位を調整することで、例えば、画像形成装置に現像カートリッジが装着された際に、現像ギャップがばらついた場合でも、トナーを余計に消費することなく、画像濃度を補正することで、現像カートリッジ等の現像手段毎の画像濃度のばらつきを抑えて安定した画像出力を実現できる画像形成装置を提供することができる。

また、本発明によれば、前記現像手段の構成を、前記画像形成装置のフレームと前記現像手段のフレームが当接することで、前記現像ローラを前記像担持体に対して所定間隔で対向する位置に配置することで、画像形成動作の実行時に、長期間使用においても飛散トナーの進入による現像ギャップの変化を起すことが無く、また、現像ローラの回転や振動が直接像担持体に伝達されることが無く、現像ローラの回転や振動に起因する像担持体の振動による画像ムラを防ぐことができる。

また、本発明によれば、前記実効現像電位の調整に、前記現像ローラの現像バイアス電圧、もしくは前記露光手段の露光量を用いることで、画像濃度を補正して、現像カートリッジ等の現像手段毎の画像濃度のばらつきを抑えて安定した画像出力を実現できる画像形成装置を提供することができる。

また、本発明によれば、前記像担持体を、透明な部材により構成し、前記距離センサを、前記像担持体の前記現像ローラと対向する周面の裏面側に配置することで、前記像担持体の周辺に前記距離センサを設置するためのスペースを設ける必要がないので、画像形成装置の省スペース化を図ることができる。

また、本発明によれば、前記現像剤として一成分現像剤を用いることで、現像剤を撹拌する攪拌機構が不要となり、現像装置の構成がシンプルになるので、画像形成装置の小型化を図ることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の画像形成部の構成を示す説明図である。

第１実施形態は、図１に示すように、静電潜像が形成される感光体ドラム（像担持体）１と、感光体ドラム１表面を帯電する帯電器（帯電手段）２と、感光体ドラム１を露光し静電潜像を形成する露光装置（露光手段）３と、周面に現像剤薄層を担持する現像ローラ５を備えて該現像ローラ５に所定の現像バイアスを印加して該現像ローラ５上の現像剤によって感光体ドラム１表面の静電潜像を非接触にて可視化する現像カートリッジ（現像手段）４とを備え、現像カートリッジ４によって現像ローラ５を感光体ドラム１に対して所定間隔で対向させて、電子写真方式により画像を形成する画像形成装置１００において、現像ローラ５と感光体ドラム１の間隔距離を検出する光学式センサ（距離センサ）１１を備え、光学式センサ１１により検出した現像ローラ５と感光体ドラム１の間隔距離の大きさに応じて、実効現像電位を調整することを特徴とするものである。

感光体ドラム１は、導電性基材外周に光導電性材料の表層を設けたものであり、導電性基材が接地され、図１の矢印Ａ方向に回転するように構成されている。この感光体ドラム１は、帯電器２によりその表面を一様に帯電される。

露光装置３は、入力された画像信号に基づき、レーザ光もしくはＬＥＤ光等のビーム光を照射して感光体ドラム１表面に静電潜像を形成する。

現像カートリッジ４は、感光体ドラム１に対して所定の間隔で現像ローラ５を対向配置するようにされている。現像カートリッジ４には、一成分現像剤としてのトナーが収容されている。現像カートリッジ４に収容されているトナーは、現像ローラ５の周面に薄層のトナー層として形成され、該現像ローラ５によりを担持されて、対向する感光体ドラム１の回転方向に沿った方向（矢印Ｂ方向）に回転搬送される。

感光体ドラム１の現像ローラ５との対向位置において、感光体ドラム１表面の静電潜像が現像ローラ５により供給されたトナーにより非接触で現像され、トナー像として可視像化される。このトナー像は、転写ローラ６により記録用紙１０に転写された後、定着器７に搬送されて加熱融解されることにより記録用紙１０上に定着される。

また、感光体ドラム１から記録用紙１０への転写後に、記録用紙１０に転写されずに感光体ドラム１表面に残留するトナーは、クリーナー装置９により除去回収される。その後、感光体ドラム１は、その表面に残留する電荷を除電ランプ８により一様に除電される。このようにして、一連の画像形成プロセスが終了する。

ここで、本実施形態に係る現像カートリッジ４について図面を参照して詳細に説明する。図２は本実施形態の画像形成装置を構成する現像カートリッジの構成を示す説明図である。

現像カートリッジ４は、図２に示すように、内部に一成分現像剤としてのトナーが収容されている。このトナーは、現像カートリッジ４内部に配置されたトナー搬送部材２１が回転することにより、撹拌されながらトナー供給ローラ２０近傍に搬送され、トナー供給ローラ２０により現像ローラ５に向かって搬送するようになっている。

具体的には、現像カートリッジ４は、感光体ドラム１と対向する部分に開口部４ａが形成されている。現像カートリッジ４の内部には、開口部４ａにおいて現像ローラ５が感光体ドラム１と対峙する状態で感光体ドラム１に対して平行に配置されている。この現像ローラ５と接触する状態でトナー供給ローラ２０が現像ローラ５と平行に配置されている。さらに、トナー供給ローラ２０に隣接してトナー搬送部材２１が略水平に並設されている。

また、現像ローラ５の外周部には、該現像ローラ５の表面に付着する現像剤（トナー）の層厚を規制するためのトナー層規制部材１９が配置されている。

トナー供給ロ一ラ２０は、現像ローラ５と圧接された状態で、現像ローラ５と同一の回転方向（矢印Ｃ方向）で回転するようにされている。すなわち、トナー供給ロ一ラ２０と現像ローラ５とが対向する部位において、互いのローラ表面の移動方向が逆方向になるように回転するようにされている。トナー搬送部材２１は、トナー供給ローラ２０の回転方向とは逆方向（矢印Ｄ方向）で回転するようにされている。

また、トナー供給ローラ２０には、図示しないバイアス電源から電圧が印加されており、その電圧は、電気的にトナーを現像ローラ５の方へ押す方向、例えば、負極性トナーであれば、より負極側に大きなバイアス電圧を印加している。

トナー供給ローラ２０によって摩擦接触帯電されるとともにバイアス電圧によって現像ローラ５に供給されたトナーは、現像ローラ５の回転動作によってトナー層規制部材１９が当接する位置に搬送される。そして、現像ローラ５に担持されるトナーは、トナー層規制部材１９によって、所定の帯電電荷量と厚みに規制された後、現像領域（静電潜像の形成された感光体ドラム１との対向部）に搬送され、現像工程に移行する。

現像工程で使用されなかった現像ローラ５上の未現像トナーは、現像ローラ５の回転によって現像カートリッジ４に戻される。この時、未現像トナーは、トナー供給ローラ２０の手前に設置された電荷除電部材２２によって現像ローラ５の残存現像剤トナーの帯電電荷が除去され、トナー供給ローラ２０と現像ローラ５との圧接によって剥離されて回収される。そして、再びトナー供給ローラ２０及びトナー搬送部材２１により撹拌搬送されて再利用される。

感光体ドラム１は、透光導電性基材が接地され、表面電位が例えば−７００Ｖに帯電された、図１の矢印方向に周速Ｖａ（例えば、１１７ｍｍ／ｓ）で搬送されている。

現像ローラ５は、φ１２の円筒状部材の表面に、カーボンブラックなどの導電化剤が添加された導電性ウレタンゴムからなる導電性弾性ローラあるいは、アルミ材からなる円筒形のローラで構成され、矢印Ｂ方向に周速Ｖｂ（例えば、２２５ｍｍ／ｓ）で回転する。この現像ローラ５には、図示しない導電性支持体（ステンレス、導電性樹脂など）のシャフトを介して現像バイアス電源によりＥ１（例えば、−６００Ｖ）の電圧が印加される。

トナー供給ローラ２０は、トナー攪拌と現像後のトナー除去を兼ねたウレタンフォームからなり、矢印Ｃ方向に周速Ｖｃ（例えば、１３３ｍｍ／ｓ）で回転する。このトナー供給ローラ２０には、図示しない導電性支持体（ステンレス、導電性樹脂など）のシャフトを介して供給バイアス電源によりＥ２（例えば、−６５０Ｖ）の電圧が印加される。

トナー供給ローラ２０により負に予備帯電され、現像ローラ５の表面に移行した非磁性一成分トナーは、現像ローラ５の回動によりトナー層規制部材１９が当接する位置へ搬送される。

トナー層規制部材１９は、厚み０．１ｍｍの導電性（ステンレス、リン青銅、導電性樹脂など）板状部材であり、現像ローラ５に線圧１５〜３０ｇｆ／ｃｍで当接している。トナー層規制部材１９には、図示しないバイアス電源によりＥ３（例えば、−６５０Ｖ）の電圧が印加される。

現像ローラ５上のトナー層は、トナー層規制部材１９により、トナー付着量及びトナー帯電量が所定量に規制された後、現像ローラ５の回動により感光体ドラム１と非接触で対向する現像領域へと搬送され、トナーを飛翔させて現像する機構となっている。

ここで、本実施形態で使用される現像剤について説明する。
現像カートリッジ４に用いられる現像剤は、一成分現像剤である非磁性一成分トナーであって、平均体積粒子径が７〜１０μｍに分級された微粒子のトナーである。

この様な微粒子の製造方法としては、樹脂や着色剤等を溶融混練後、粉砕、分級するいわゆる粉砕法が一般的に用いられる。また、湿式法と呼ばれるトナーの製造方法が提案されており、この湿式法は、着色剤や添加剤などを分散させた単量体（モノマー）を分散安定剤の存在下に、水性媒体中において重合させる懸濁重合法、乳化重合法、又は転相乳化法等がある。

また、トナーに使用する結着樹脂材料には、例えば、スチレン系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテルポリオール樹脂、ポリウレタン樹脂又はポリビニルブチラール樹脂等の群から選ばれる１種又は２種以上が用いられてもよい。

また、結着樹脂材料は、合成段階から結晶性ワックス類又は非相溶性物質が予め微分散されたものであってもよい。しかしながら、前述した結着樹脂材料の中でも、ポリエステル樹脂又はポリエーテルポリオール樹脂が、樹脂弾性などの熱的性質に優れていることから、これらを結着樹脂材料に用いることが望ましい。

トナーに用いられる着色剤としては、これまでに、トナー用材料として用いられている様な各種の染料類や顔料類等であれば特別の制限は無く、以下に示される様な有機又は無機の各種、各色の染料や顔料が使用可能である。すなわち、例えば黒色の着色剤としては、カーボンブラック、酸化銅、二酸化マンガン、アニリン・ブラック、活性炭、非磁性フェライト、磁性フェライト又はマグネタイト等が挙げられる。

静電潜像を現像するトナー中には、上記の様な材料以外にも、マグネタイト、ヘマタイト若しくは各種フェライト等の磁性粉、オフセット防止剤又は帯電制御剤などの成分も必要に応じて配合できる。

トナーの定着性の改良などの目的で用いられるオフセット防止剤は、これまでにトナー用材料として用いられていれば特別の制限は無く、以下に示される様なものが使用可能である。例えば、パラフィンワックス、酸化パラフィンワックス若しくはマイクロクリスタリンワックス等の様な石油ワックス、モンタンワックス等の様な鉱物ワックス、密蝋（みつろう）若しくはカルナバワックス等の様な動植物ワックス、又は、ポリオレフィンワックス（ポリエチレン若しくはポリプロピレン等）、酸化ポリオレフィンワックス若しくはフィッシャートロプシュワックス等の様な合成ワックス等が挙げられる。これらオフセット防止剤は単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

帯電制御剤は、低分子化合物から高分子化合物まで種々の物質が使用できるが、例えば、４級アンモニウム塩化合物、ニグロシン系化合物、有機金属錯体、キレート化合物、アミノ基を有するモノマーを、単独重合、あるいは、共重合させた高分子化合物等が挙げられる。また、帯電調整及び表面抵抗調整などの目的で添加される外添剤又は流動化剤には、シリカ微粉体、酸化チタン微粉体などの無機微粉体が好適に用いられる。これらの無機微粉体は、疎水化及び帯電性コントロールのために、シリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、シリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シランカップリング剤、官能基を有するシランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物の様な処理剤で処理されているものであってもよい。また、前述した処理剤から選ばれる１種または２種以上が用いられてもよい。

次に、本実施形態の画像形成装置１００の特徴的な構成について図面を参照して説明する。
図３は本実施形態の画像形成装置を構成する感光体ドラムと現像カートリッジの設置状態を示す平面図、図４は前記感光体ドラムと現像カートリッジとの設置状態を検出する距離センサの設置状態を示す説明図である。

感光体ドラム１は、図３に示すように、感光体ドラム１の回転軸１８により画像形成装置１００のフレーム１２に位置決めされている。また、現像カートリッジ４は、画像形成装置１００に装着される際に、画像形成装置１００のフレーム１２と現像カートリッジ４のフレーム４１が当接部１２ａにおいて隙間なく当接することで、現像ローラ５と感光体ドラム１の間隔距離（以下、「現像ギャップ」と称する。）Ｇを所定間隔に保持している。

静電潜像が形成される感光体ドラム１と静電潜像にトナーを付着させて現像するための現像ローラ５が所定の間隔距離をおいて配置する非接触現像法では、感光体ドラム１と現像ローラ５間の電界強度により、トナーを現像ローラ５から飛翔させる力が変化し、現像される濃度が変化する。この電界強度は、感光体ドラム１および現像ローラ５の電位差と現像ギャップＧで決まる。

すなわち、感光体ドラム１および現像ローラ５の電位差が一定の場合、現像ギャップＧが大きくなれば、電界強度が弱まり、現像されるトナーの現像量が減少する。一方、現像ギャップＧが小さければ、電界強度が強まることになり、現像されるトナーの現像量が増加することになる。

感光体ドラム１と現像ローラ５との間には、その現像ギャップＧの間隔距離を検出するための光学式センサ１１が配置されている。光学式センサ１１は、図４に示すように、発光部１１ａと受光部１１ｂとにより構成されている。発光部１１ａと受光部１１ｂとは、感光体ドラム１と現像ローラ５の現像ギャップＧに対して垂直方向で現像ギャップＧを挟むように対向配置されている。

現像カートリッジ４が新しく交換された時、もしくはメンテナンスのため画像形成装置１００より一旦取り外されて再装着された場合には、画像形成に先立ち感光体ドラム１と現像ローラ５が停止している状態で、感光体ドラム１の長手方向（軸線方向）中央部の現像ギャップＧの検出を実施する。

ここで、画像形成装置１００における現像ギャップＧの検出について図面を参照して説明する。
図５は本実施形態の画像形成装置における現像ギャップの検出を行うための電気的構成を示すブロック図、図６は前記現像ギャップの値と現像バイアスの値との関係を示すグラフである。

画像形成装置１００には、図５に示すように、光学式センサ１１と、光学式センサ１１の受光部１１ｂで受光された受光量を現像ギャップＧ（間隔距離）に変換する受光量現像ギャップ変換処理部１３と、現像ギャップＧに応じて現像バイアス電圧値を決定する現像バイアス演算部１４と、現像バイアス演算部１４により決定された現像バイアス電圧を現像ローラ５に印加するよう制御する現像バイアス制御部１５が具備されている。

感光体ドラム１と現像ローラ５との現像ギャップＧを検出する場合は、図４に示すように、光学式センサ１１の発光部１１ａより現像ギャップＧに向けて光を照射し、現像ギャップＧを通過した光を光学式センサ１１の受光部１１ｂで受光する。

そして、図５に示すように、光学センサ１１の受光部１１ｂで受光した通過光量を、受光量現像ギャップ変換処理部１３で現像ギャップＧに変換する。この変換された現像ギャップＧの値に対して、現像バイアス演算部１４において予め設定しておいた画像濃度が適正値（例えば、光学濃度ＩＤ＝１．４）になるように、現像バイアス電圧値を決定し、現像バイアス制御部１５において決定された現像バイアス電圧を印加するよう制御する。

現像バイアスは、図６に示すように、現像ギャップＧと現像バイアスとの関係より決定され、現像バイアス制御部１５において、決定された現像バイアス電圧を印加するよう制御する。

例えば、現像ギャップが１５０μｍの場合には現像バイアスを−４５０Ｖに補正し、現像ギャップが２００μｍの場合には−６００Ｖに補正し、現像ギャップが２５０μｍの場合には−７５０Ｖに補正する。この補正された補正現像バイアスによって画像形成動作を実施する。

尚、発光部１１ａ，受光部１１ｂは、現像ローラ５の両端部で、トナーを担持していない非画像領域部のローラ周面と感光体ドラム１の間隔距離、すなわち、現像ギャップＧに向けて端部片側もしくは両側に配置して、画像形成に先立ち画像形成前回転動作中に現像ギャップＧの検出を上述したように実施してもよい。

次に、現像ギャップＧと画像濃度の関係についてグラフを参照して説明する。
図７は本実施形態の画像形成装置における現像ローラに印加する直流バイアス電圧を変化させた場合の現像ギャップＧと画像濃度の関係を示したグラフである。

図７に示すように、現像ギャップＧが大きくなるにつれて、画像濃度が低下する傾向を示し、同一現像ギャップにおいては、直流現像バイアスが大きくなるにつれて、画像濃度が高くなる。

そのため、検出した現像ギャップＧの値に応じて、現像バイアス演算部１４において予め設定しておいたデータに基づき、現像ギャップＧが大きい場合には、現像バイアスを高くする方向に補正し、現像ギャップＧが小さい場合には、現像バイアスを低くする方向に補正し、現像バイアス制御部１５において画像形成時に印加する現像バイアスを制御する。

尚、本実施形態では、画像形成装置１００において、現像バイアスに直流現像バイアス電圧を印加する現像方式を用いているが、直流バイアスと交流バイアスを重畳して現像バイアスに印加する現像方式であってもよい。この場合、検出する現像ギャップＧの大きさに応じて、直流バイアス電圧と、交流バイアス電圧の周波数を調整し、画像濃度を補正する。

以上のように構成したので、第１実施形態によれば、感光体ドラム１と現像ローラ５との間隔距離、すなわち、現像ギャップＧを検出する光学式センサ１１を備え、受光量現像ギャップ変換処理部１３、現像バイアス演算部１４、現像バイアス制御部１５により現像ギャップＧに応じて、実効現像電位を調整するようにしたので、装置毎に現像ギャップＧがばらついた場合でも、画像形成装置に現像カートリッジが装着された際に、トナーパッチを作成することによりトナーを余計に消費することなく、画像濃度を補正することができ、画像濃度のバラツキを抑えることができる。

また、本実施形態によれば、現像カートリッジ４を、画像形成装置１００に装着される際に、画像形成装置１００のフレーム１２と現像カートリッジ４のフレーム４１が当接部１２ａにおいて隙間なく当接することで、画像形成動作の実行時に、長期間使用においても飛散トナーの進入による現像ギャップＧの変化を起すことが無く、また、現像ローラ５の回転や振動が直接感光体ドラム１に伝達されることが無く、現像ローラ５の回転や振動に起因する感光体ドラム１の振動による画像ムラを防ぐことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について図面を参照して説明する。
図８は本発明の第２実施形態に係る画像形成装置の露光量と感光体ドラム表面電位の関係を示すグラフ、図９は前記画像形成装置における現像ギャップの検出を行うための電気的構成を示すブロック図、図１０は前記現像ギャップの値と露光量の値との関係を示すグラフである。

第２実施形態は、第１実施形態に係る画像形成装置１００において、感光体ドラム１への露光装置３から照射する露光量を変化させることにより、帯電器２にて均一に帯電された感光体ドラム１の露光部の表面電位を、図８に示すように変化させるようにしたものである。

すなわち、露光装置３からの露光量を大きくすれば、感光体ドラム１の表面電位の低下量が大きくなり、逆に、露光装置３からの露光量を小さくすれば、感光体ドラム１の表面電位の低下量を小さくなる。これにより、装置毎に現像ギャップＧがばらついた場合でも、感光体ドラム１と現像ローラ５間の電界強度を一定にすることができる。

現像カートリッジ４が新しく交換された時、もしくはメンテナンスのため画像形成装置１００より一旦取り外されて再装着された場合には、第１実施形態と同様に、図４に示すように、光学式センサ１１により現像ギャップＧを検出し、図９に示すように、光学式センサ１１の受光部１１ｂで受光した通過光量を、受光量現像ギャップ変換処理部１３で現像ギャップＧに変換する。この変換された現像ギャップＧの値に対して、露光量演算部１６において予め設定しておいた画像濃度が適正値（例えば、光学濃度ＩＤ＝１．４）になるように、露光量を決定し、露光量制御部１７において決定された露光量で露光するように制御する。

露光量は、図１０に示すように、現像ギャップＧと露光量の関係より決定され、露光量制御部１７において、決定された露光量を露光装置３のレーザもしくはＬＥＤに供給する電圧や電流を制御することにより、画像形成時の露光量を制御する。

例えば、現像ギャップが１５０μｍの場合には露光量を０．２μＪ／ｃｍ２に補正し、現像ギャップが２００μｍの場合には０．３μＪ／ｃｍ２に補正し、現像ギャップが２５０μｍの場合には露光量を０．４μＪ／ｃｍ２に補正する。この補正された露光量によって画像形成動作を実施する。

尚、発光部１１ａ，受光部１１ｂは、現像ローラ５の両端部で、トナーを担持していない非画像領域部のローラ周面と感光体ドラム１の間隔距離、すなわち、現像ギャップＧに向けて端部片側もしくは両側に配置して、画像形成に先立ち画像形成前回転動作中に現像ギャップＧの検出を上述したように実施してもよい。

以上のように構成したので、第２実施形態によれば、感光体ドラム１と現像ローラ５との間隔距離、すなわち、現像ギャップＧを検出する光学式センサ１１を備え、受光量現像ギャップ変換処理部１３、露光量演算部１６、露光量制御部１７により現像ギャップＧに応じて、露光量を調整するようにしたので、装置毎に現像ギャップＧがばらついた場合でも、画像形成装置に現像カートリッジが装着された際に、トナーパッチを作成することによりトナーを余計に消費することなく、画像濃度を補正することができ、画像濃度のバラツキを抑えることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態について図面を参照して説明する。
図１１は本発明の第３実施形態に係る画像形成装置の画像形成部の構成を示す説明図、図１２は前記画像形成装置を構成する感光体ドラムと現像カートリッジとの設置状態を検出する距離センサの設置状態を示す説明図、図１３は前記画像形成装置における現像ギャップの検出を行うための電気的構成を示すブロック図である。

第３実施形態は、図１１，図１２に示すように、画像形成装置３００において、第１実施形態に係る感光体ドラム１及び光学式センサ１１に換えて、感光体ドラム３０１を透明な部材により構成し、感光体ドラム３０１の内側にレーザ式センサ（距離センサ）３１２を設けたことを特徴とするものである。

尚、第３実施形態に係る画像形成装置３００は、基本的な構成及び機能を第１実施形態の画像形成装置１００と同様な構成として、同一の構成及び機能を有するものは同一の符号を付することで説明を省略する。

感光体ドラム３０１は、透明な材質で構成されており、透明性基体の外側表面に電極層として透明の導電性材料からなる透光性電極層を形成し、さらにその上に電荷発生層、電荷輸送層を順次積層し形成されている。

透光性基体の材料としては、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネ−ト、など透光性を有する高分子化合物を広く使用することができる。

また、透光性電極層の材料としては、銅、真鍮、銀、金、アルミニウム、パラジウムなど金属の蒸着薄膜、ＩＴＯ（Ｉｎ，Ｓｎの化合物）の蒸着膜、あるいはＩＴＯなど透明な導電性微粉末の透明な樹脂バインダー分散体による塗布層など使用することができる。

電荷発生層中の電荷発生材料として、フタロシアニン、アゾ化合物、キナクリドン、多環式キノン、ペリレン等の有機顔料、チアピリリウム塩、スクアリリウム塩等の有機染料が用いられる。

電荷発生層には、化学増感剤として電子受容性材料、例えば、テトラシアノエチレン、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン等のシアノ化合物、アントラキノン、ｐ−ベンゾキノン等のキノン類、２，４，７−トリニトロフルオレノン、２，４，５，７−テトラニトロフルオレノン等のニトロ化合物、または、光学増感剤として、キサンテン系色素、チアジン色素、トリフェニルメタン系色素等の色素を添加してもよい。

結着性樹脂としてはポリアリレート、ポリビニルブチラール、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、フェノキシ、エポキシ、シリコーン樹脂等が用いられる。電荷発生層の膜厚としては０．０５〜５μｍで、好ましくは０．０８〜１μｍである。

電荷輸送層中の電荷輸送材料としては、ポリビニルカルバゾール、ポリシラン等の高分子化合物、ヒドラゾン化合物、ピラゾリン化合物、オキサジアゾール化合物、スチルベン化合物、トリフェニルメタン化合物、トリフェニルアミン化合物、エナミン化合物等の低分子化合物が用いられる。

結着性樹脂としてはポリアリレート、ポリビニルブチラール、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、フェノキシ、エポキシ、シリコーン樹脂等が用いられる。電荷輸送層の膜厚としては５〜５０μｍで、好ましくは１０〜４０μｍである。

電荷発生層または電荷輸送層に添加剤として酸化防止剤を加えてもよい。
酸化防止剤としては、ビタミンＥ、ハイドロキノン、ヒンダードアミン、ヒンダードフェノール、パラフェニレンジアミン、アリールアルカンおよびそれらの誘導体、有機硫黄化合物、有機燐化合物などが用いられる。

レーザ式センサ３１２は、図１２に示すように、感光体ドラム３０１の現像ローラ５と対向する周面の裏面側に配置されている。具体的には、レーザ式センサ３１２は、発光部から出射した光の反射光を受光部で受光する反射式センサであって、発光部および受光部を同一面に備えて、現像ローラ５に対向するように配置されている。

現像カートリッジ４が新しく交換された時、もしくはメンテナンスのため画像形成装置３００より一旦取り外されて再装着された場合には、画像形成に先立ち感光体ドラム３０１と現像ローラ５が停止している状態で、感光体ドラム３０１の長手方向（軸線方向）中央部の現像ギャップＧの検出を実施する。

ここで、画像形成装置３００における現像ギャップＧの検出について図面を参照して説明する。

画像形成装置３００には、図１３に示すように、現像ギャップＧを検出するレーザ式センサ３１２と、現像ギャップＧに応じて現像バイアス電圧値を決定する現像バイアス演算部１４と、現像バイアス演算部１４により決定された現像バイアス電圧を現像ローラ５に印加するよう制御する現像バイアス制御部１５が具備されている。

感光体ドラム３０１と現像ローラ５との現像ギャップＧを検出する場合は、図１２に示すように、レーザ式センサ３１２の発光部より透明像担持体を透過し現像ローラ５に向け光を照射し、現像ローラ５で反射された光をレーザ式センサ１２の受光部内に配置される光位置検出素子に受光して現像ギャップＧを検出する。

検出された現像ギャップＧの値に対して、現像バイアス演算部１４において予め設定しておいた現像ギャップの値と画像濃度の関係より、現像バイアス電圧値を決定し、現像バイアス制御部１５において決定された現像バイアス電圧で画像形成動作を実施する。

尚、レーザ式センサ３１２は、現像ローラ５の両端部で、トナーを担持していない非画像領域部のローラ周面と対向し端部片側もしくは両側に配置して、画像形成に先立ち画像形成前回転動作中に現像ギャップＧの検出を上述したように実施してもよい。

また、その他の変形例として、図１４に示すように、現像バイアスを補正する代わりに、検出された現像ギャップＧの値に対して、露光量演算部１６において予め設定しておいた露光量を決定し、露光量制御部１７において、決定された露光量を露光装置３のレーザもしくはＬＥＤに供給する電圧や電流を制御することにより、画像形成時の露光量を制御することができる。

尚、レーザ式センサ３１２は、現像ローラ５の両端部で、トナーを担持していない非画像領域部のローラ周面と対向し端部片側もしくは両側に配置して、画像形成に先立ち画像形成前回転動作中に現像ギャップＧの検出を上述したように実施してもよい。

以上のように構成したので、第３実施形態によれば、画像形成装置３００において、第１実施形態に係る感光体ドラム１及び光学式センサ１１に換えて、透明な部材により構成した感光体ドラム３０１と、感光体ドラム３０１の内側にレーザ式センサ３１２を設け、現像バイアス演算部１４、現像バイアス制御部１５により現像ギャップＧに応じて、実効現像電位を調整するようにしたので、装置毎に現像ギャップＧがばらついた場合でも、画像形成装置に現像カートリッジが装着された際に、トナーパッチを作成することによりトナーを余計に消費することなく、画像濃度を補正することができ、画像濃度のバラツキを抑えることができる。

また、本実施形態によれば、レーザ式センサ３１２を感光体ドラム３０１の裏面側に配置することで、画像形成装置３００の省スペース化を図ることができる。

ここで、上述した本発明の実施形態の比較例として従来の画像形成装置を例に挙げて具体的に説明する。
従来の画像形成装置４００では、図１５に示すように、現像ギャップＧを現像ローラ５両端に現像ローラ５より外径が大きいコロ４２３を取り付け、現像ローラ５を感光体ドラム１にコロ４２３を介して押し当て、現像ギャップＧを所定間隔（例えば、２００μｍ）に保持している。コロ４２３を介して感光体ドラム１と現像カートリッジ４０４が接触しているため、現像ローラ５の回転時に発生する振動が感光体ドラム１に直接伝わり、バンディング等の画像不良が発生する。

また長時間使用により、飛散したトナーが感光体ドラム１とコロ４２３の間に侵入し、感光体ドラム１表面もしくはコロ４２３表面に固着する。この固着トナーにより現像ギャップＧが初期の値に対し約５０〜１００μｍ拡大し、画像濃度が０．２〜０．４低下してしまう。

これに対して、上述した本発明に係る実施形態では、図３に示すように、画像形成装置１００のフレーム１２と現像カートリッジ４のフレーム４１が隙間なく当接することで、現像ローラ５と感光体ドラム１の間隔距離、すなわち、現像ギャップＧを所定間隔に保持している構成となっている。

従って、画像形成動作実行時には、現像ギャップＧを所定間隔に保持している当接部１２ａは、現像カートリッジ４のフレーム４１と隙間無く当接しており、長期間使用においても飛散トナーの進入による現像ギャップの変化を起さない。

また、現像カートリッジ４と感光体ドラム１とが直接当接していないため、現像ローラ５の回転や振動が直接感光体ドラム１に伝達されることが無く、現像ローラ５の回転や振動に起因する感光体ドラム１の振動による画像ムラを防ぐことができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した実施形態において開示された各技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上述した実施形態では、カラー用の画像形成装置（複合機、プリンタなど）に本発明が適用されているが、中間転写体（中間転写ベルト）に転写されたトナー像を帯電する転写前帯電手段を備えたモノクロ用の画像形成装置に本発明を適用することも可能である。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の画像形成部の構成を示す説明図である。 本実施形態の画像形成装置を構成する現像カートリッジの構成を示す説明図である。 前記画像形成装置を構成する感光体ドラムと現像カートリッジの設置状態を示す平面図である。 前記感光体ドラムと現像カートリッジとの設置状態を検出する距離センサの設置状態を示す説明図である。 前記画像形成装置における現像ギャップの検出を行うための電気的構成を示すブロック図である。 前記現像ギャップの値と現像バイアスの値との関係を示すグラフである。 前記画像形成装置における現像ローラに印加する直流バイアス電圧を変化させた場合の現像ギャップＧと画像濃度の関係を示したグラフである。 本発明の第２実施形態に係る画像形成装置の露光量と感光体ドラム表面電位の関係を示すグラフである。 前記画像形成装置における現像ギャップの検出を行うための電気的構成を示すブロック図である。 前記現像ギャップの値と露光量の値との関係を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る画像形成装置の画像形成部の構成を示す説明図である。 前記画像形成装置を構成する感光体ドラムと現像カートリッジとの設置状態を検出する距離センサの設置状態を示す説明図である。 前記画像形成装置における現像ギャップの検出を行うための電気的構成を示すブロック図である。 第３実施形態の変形例として現像ギャップの検出を行うための電気的構成を示すブロック図である。 従来の画像形成装置の画像形成部の構成を示す説明図である。

符号の説明

１，３０１ 感光体ドラム（像担持体）
２ 帯電器（帯電手段）
３ 露光装置（露光手段）
４ 現像カートリッジ（現像手段）
５ 現像ローラ
１１ 光学式センサ（距離センサ）
１１ａ 発光部
１１ｂ 受光部
１２ フレーム
１２ａ 当接部
１３ 受光量現像ギャップ変換処理部
１４ 現像バイアス演算部
１５ 現像バイアス制御部
１６ 露光量演算部
１７ 露光量制御部
４１ フレーム
１００，３００ 画像形成装置
３１２ レーザ式センサ（距離センサ）
Ｇ 現像ギャップ

Claims (5)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体表面を帯電する帯電手段と、前記像担持体を露光し静電潜像を形成する露光手段と、周面に現像剤薄層を担持する現像ローラを備えて該現像ローラに所定の現像バイアスを印加して該現像ローラ上の現像剤によって前記像担持体表面の静電潜像を非接触にて可視化する現像手段とを備え、
   前記現像手段によって前記現像ローラを前記像担持体に対して所定間隔で対向させて、電子写真方式により画像を形成する画像形成装置において、
   前記現像ローラと前記像担持体の間隔距離を検出する距離センサを備え、
   前記距離センサにより検出した前記現像ローラと前記像担持体の間隔距離の大きさに応じて、実効現像電位を調整することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記現像手段は、前記画像形成装置のフレームと前記現像手段のフレームが当接することで、前記現像ローラを前記像担持体に対して所定間隔で対向する位置に配置することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記実効現像電位の調整には、前記現像ローラの現像バイアス電圧、もしくは前記露光手段の露光量を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記像担持体は、透明な部材により構成され、
   前記距離センサは、前記像担持体の前記現像ローラと対向する周面の裏面側に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記現像剤は、一成分現像剤を用いることを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか一項に記載の画像形成装置。

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