JP5384885B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、カブリの発生を抑えることのできる、現像剤として一成分現像剤を用いた電子写真方式の画像形成装置に関する。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置における現像方式としては、トナーのみからなる一成分現像剤を用いる一成分現像方式と、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いる二成分現像方式を挙げることができる。

また、このような画像形成装置では、新しいトナーを急激に補給した場合等、古い劣化トナーとの接触によって未帯電トナーや逆帯電トナーが定常状態よりも発生しやすくなる。それにより、本来白抜きとなるべき非画像部にトナーが付着して濃度が高くなる現象（以下、カブリと称す）が発生するという問題を有する。

このような問題に鑑み、下記特許文献１〜３には、現像バイアス条件を変更することにより、カブリを防止し、画像濃度を一定にする技術が開示されている。
具体的に説明すると、特許文献１には、二成分現像方式の画像形成装置において、トナー補給時間に応じて現像バイアス条件を変更することにより、カブリを防止する技術が開示されている。
また、特許文献２には、二成分現像方式の画像形成装置において、現像バイアス条件を、現像手段に存在する現像剤のトナー濃度と連動させて変更する技術が開示されている。
さらに、特許文献３には、磁性を有するトナーのみからなる磁性一成分現像剤を用いた磁性一成分方式の画像形成装置において、現像バイアス条件を変更する技術が開示されている。

しかし、特許文献１〜３に開示された技術は、正カブリ（表面電位が低下する等の原因で表面電位と現像バイアスとの電位差が小さくなり、正規帯電のトナーが、当該電位差が小さい部分に付着することで発生するカブリ）に対しては効果を発揮するが、逆カブリ（表面電位と現像バイアスの電位差が大きい部分（本来正規帯電トナーが付着しない部分）に未帯電トナー（帯電性の低いトナー）や逆帯電トナーが付着することで発生するカブリ）に対しては効果が低い。
その理由は、現像バイアス条件を変更したとしても、逆カブリの原因となる未帯電トナーや逆帯電トナーがなくならず、逆カブリの発生を抑えることができないからである。
逆カブリは、トナー補給手段を交換したとき等、トナーが急激に補給された場合に発生しやすい。特に一成分現像方式では、キャリアでトナー帯電を行う二成分現像方式に比して現像器内のトナーと、新たに補給されたトナーの帯電性に大きく差があるため、正規帯電でないトナー（逆帯電トナーや未帯電トナー）が発生しやすく、逆カブリが起こりやすい。

特開平１１−３０２２号公報 特開平５−２５７３６９号公報 特開平６−９５４９６号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、一成分現像方式の画像形成装置において、カブリ（特に逆カブリ）の発生を抑えることのできる画像形成装置を提供することを解決課題とする。

請求項１に係る発明は、現像剤として一成分現像剤を用いた電子写真方式の画像形成装置であって、画像形成装置に何度かトナーを補給したときの総トナー補給量を総使用時間で除して得られる割合である単位時間当たりのトナー補給量に応じて、感光体の表面電位を制御する表面電位制御手段を有し、前記表面電位制御手段は、トナー補給時において、前記単位時間当たりのトナーの補給量が一定量より少なければ、感光体の表面電位を変更せず、前記単位時間当たりのトナーの補給量が一定量以上であれば、感光体の表面電位と現像バイアスのＤＣバイアスとの差がトナーの補給量に応じて小さくなるように表面電位を変更するとともに、トナーの補給量に応じて複数の制御レベルを設け、トナー補給後の撹拌時間が一定時間経過する毎に一段階ずつ下げることで、前記表面電位を感光体の基準電位まで戻すことを特徴とする画像形成装置に関する。

請求項２に係る発明は、前記表面電位制御手段は、トナー補給時において、前記単位時間当たりのトナーの補給量が一定量以上であれば、感光体の基準電位がプラスの場合、前記表面電位を前記基準電位より低くし、前記基準電位がマイナスの場合、前記表面電位を前記基準電位より高くすることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置に関する。

請求項３に係る発明は、前記感光体の表面電位の変化に応じて現像バイアス条件を制御するための現像バイアス制御手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置に関する。

請求項４に係る発明は、前記現像バイアス条件が前記交流バイアスの電圧、Ｄｕｔｙ、周波数、振幅の少なくとも一つであることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置に関する。

請求項１に係る発明によれば、現像剤として一成分現像剤を用いた電子写真方式の画像形成装置であって、単位時間当たりのトナー補給量に応じて、感光体の表面電位を制御する表面電位制御手段を有することにより、カブリ（特に逆カブリ）の発生を抑えることができる。
また、前記表面電位制御手段は、トナー補給時に前記表面電位を変更した後、該表面電位を一定時間毎に段階的に前記基準電位まで戻すことにより、カブリの発生を効果的に抑えることができる。つまり、トナー補給時から時間が経つにつれ、トナーの攪拌により未帯電トナーが減少するが、表面電位を基準電位まで段階的に戻すことにより、未帯電トナーの量に適した表面電位とすることができる。

請求項２に係る発明によれば、前記表面電位制御手段は、トナー補給時において、単位時間当たりのトナーの補給量が一定量以上であれば、感光体の基準電位がプラスの場合、前記表面電位を前記基準電位より低くし、前記基準電位がマイナスの場合、前記表面電位を前記基準電位より高くすることにより、トナーが単位時間当たりに一定量以上補給されたときに生じやすい逆カブリを効果的に抑えることができる。

請求項３に係る発明によれば、前記感光体の表面電位の変化に応じて現像バイアス条件を制御するための現像バイアス制御手段を有することにより、逆カブリだけでなく、正カブリも抑えることができる。

請求項４に係る発明によれば、前記現像バイアス条件が前記交流バイアスの電圧、Ｄｕｔｙ、周波数、振幅の少なくとも一つであることにより、正カブリを確実に抑えることができる。

以下、本発明に係る画像形成装置について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置（１００）の概略構成図である。
画像形成装置（１００）は、トナーのみからなる磁性一成分現像剤を用いる磁性一成分現像方式を採用した電子写真方式の装置であり、給紙部（１）、用紙搬送部（２）、画像形成部（３）、定着部（４）、画像読取部（５）等を備えている。

給紙部（１）は、用紙（Ｐ）が収容された複数の給紙カセット（１１）（図１では四つ）を備えている。そして、給紙ローラ（１２）により、いずれか一つの給紙カセット（１１）から用紙（Ｐ）が用紙搬送部（２）側に送り出される。
給紙部（１）から送り出された用紙（Ｐ）は、用紙搬送部（２）により画像形成部（３）に搬送される。そして、画像形成部（３）が、電子写真プロセスにより、画像読取部（５）で読み取った原稿の画像に基づいて、用紙（Ｐ）に所定のトナー像を転写する。
トナー像が転写された用紙（Ｐ）は、定着部（４）に設けられた加熱ローラ（４１）及び加圧ローラ（４２）によって加熱・加圧されることにより、用紙（Ｐ）上にトナー像が定着され、排出ローラ対（６）によって排出トレイ（７）上に排出される。

以下、画像形成装置（１００）における画像形成部（３）について説明する。
画像形成部（３）は、感光体（３１）と、感光体（３１）の周囲に設けられた帯電手段（３２）、露光手段（３３）、現像手段（３４）、転写手段（３５）、クリーニング手段（３６）、除電手段（３７）を有する。

感光体（３１）はドラム状の像担持体としての役割を果たすものであり、矢印（Ｘ）方向に回転している。
感光体（３１）には、露光手段（３３）からのレーザー光が照射されることにより、画像読取部（５）で読み取った原稿の画像に基づいた静電潜像が形成される。より詳しく説明すると、高電圧が印加される帯電ワイヤを備えた帯電手段（３２）により所定の電位に帯電された感光体（３１）に、露光手段（３３）から発生するレーザー光が照射されることにより、レーザー光が照射された部分の抵抗が低下する。そして、この抵抗が低下した部分が静電潜像となる。

静電潜像形成後、現像手段（３４）の内部に収容されているトナーを感光体（３１）表面に供給する。
現像手段（３４）には現像ローラ（３４１）が設けられている。現像ローラ（３４１）は現像バイアス電源に接続されており、直流（ＤＣ）バイアスに交流（ＡＣ）バイアスを重畳することにより構成された現像バイアスが現像バイアス電源により、所定のタイミングで印加される。
現像ローラ（３４１）内の磁極（図示せず）によって、現像ローラ（３４１）表面には現像手段（３４）内のトナーが付着する。そして、現像ローラ（３４１）と感光体（３１）表面の電位差により現像ローラ（３４１）の表面から感光体（３１）の表面へトナーが飛翔する。感光体（３１）表面に形成された静電潜像には、トナーが静電的に付着するため、静電潜像に応じたトナー像が現像されることとなる。
そして、転写手段（３５）により、感光体（３１）の表面のトナー像が、感光体（３１）と転写手段（３５）との間に供給された用紙（Ｐ）に転写される。
トナー像転写後は、クリーニング手段（８）により感光体（３１）の表面の残留トナーが除去され、除電手段（３６）により感光体（３１）の表面の残留電荷が除去される。
なお、現像手段（３４）内のトナーは画像形成に伴い減少していくが、減少した分のトナーはトナー補給手段（トナーカートリッジ）（図示せず）により補給される。

また、画像形成装置（１００）では、帯電手段（３２）に表面電位制御手段（図示せず）が、現像手段（３４）にバイアス条件制御手段（図示せず）が接続されている。

表面電位制御手段は、帯電手段（３２）を制御することで感光体（３１）の表面電位（Ｖｏ）を制御するためのものである。
具体的には、通常時（トナー補給時以外）は、感光体（３１）の表面電位（Ｖｏ）が基準電位となるように帯電手段（３２）を制御する。
そして、トナー補給時において、単位時間当たりのトナーの補給量が一定以上であれば、その補給量に応じて感光体（３１）の表面電位（Ｖｏ）を一時的に基準電位と異なる値にするように帯電手段（３２）を制御する。単位時間当たりのトナーの補給量はトナー補給手段のトナーモータの回転数等を基準に算定すればよい。
トナーには通常、帯電性を制御する目的で外添剤が添加されているが、現像手段（３４）の内部で滞留しているトナーは外添剤が脱離したり、トナー内部に埋没したりしているため、新たに補給された補給トナーの表面状態と異なる表面状態を有する。そのため、滞留しているトナーと補給トナーでは帯電性が異なり、新たなトナーが補給され両者が接触すると、逆帯電トナー又は未帯電トナーが発生し、それらのトナーによるカブリ（逆カブリ）が生じる。
上記のようにトナーを補給した場合は、通常の状態と比較して、逆カブリが発生しやすいので、感光体（３１）の表面電位（Ｖｏ）と現像バイアスのＤＣバイアスの電位との差の絶対値を小さくするように、表面電位（Ｖｏ）を制御する。つまり、基準電位がプラスの場合、表面電位を基準電位より低くし、基準電位がマイナスの場合、表面電位（Ｖｏ）を基準電位より高くするように制御する。このように制御することにより、逆帯電トナー又は未帯電トナーが現像手段（３４）から感光体（３１）に飛翔しないので、逆カブリを抑えることができる。

また、変更した表面電位（Ｖｏ）は一定時間毎に段階的に基準電位まで戻るように制御する。トナー補給時から時間が経つにつれ、トナーの攪拌により未帯電トナーが減少するので、表面電位（Ｖｏ）を基準電位まで段階的に戻すことにより、未帯電トナーの量に適した表面電位（Ｖｏ）とすることができ、カブリの発生を効果的に抑えることができるからである。
具体的には、トナー補給量に応じて複数の制御レベルを設け、トナー補給時の制御レベルから一定時間毎に一段階ずつ制御レベルを下げていけばよい。

また、周囲の環境条件（温度・湿度等）により表面電位（Ｖｏ）の変更幅を変更してもよい。例えば、低温低湿環境下では未帯電トナーが発生しにくいので変更幅を小さくし、高温高湿環境下では未帯電トナーが発生しやすいので変更幅を大きくすればよい。

なお、単位時間当たりのトナーの補給量が一定量より少ない場合、即ちカブリが発生しない程度の補給量の場合は、通常通り、感光体（３１）表面の電位が基準電位となるように制御すればよい。

バイアス条件制御手段は、トナーが一定量以上補給された際に現像バイアス条件を変更するためのものである。具体的には、正規に帯電したトナーによるカブリ（正カブリ）の発生を抑えるように現像バイアス条件を変更する。
画像形成装置（１００）では表面電位制御手段により逆カブリを抑えることができるが、さらに、バイアス条件制御手段により正カブリも抑えることができるので、カブリの発生を確実に抑えることができる。
現像バイアス条件としては、例えば現像バイアスにおける交流バイアスの各種パラメータ（電圧（Ｖｐｐ）、Ｄｕｔｙ（振動期間における現像方向の時間比率）、周波数（Ｖｆ）、振幅等）等を挙げることができる。

バイアス条件をどの程度変更するかについては、トナーの補給量、周囲の環境条件、表面電位制御手段の制御の程度等によって適宜変更すればよい。
また、バイアス条件制御手段も、表面電位制御手段と同様に、変更後、基準の値に段階的に戻すことが好ましい。

次いで、帯電手段（３２）（表面電位制御手段）による感光体（３１）表面の電位の制御及びバイアス条件制御手段における現像バイアス条件の制御について説明する。
図２は画像形成装置（１００）のトナー補給時の動作を示すフロー図である。
画像形成装置（１００）では、現像手段（３４）内のトナーが減少すると、トナー補給手段からトナーが補給される（工程１）。
トナーが補給された場合、単位時間当たりのトナー補給量が一定量以上か否かを判定する（工程２）。一定量以上であれば、トナーの補給量に応じて、感光体（３１）の表面電位（Ｖｏ）の制御レベル（表面電位の変更の幅）及びバイアス条件の制御レベル（バイアス条件の変更の幅）を判定する（工程３）。そして、制御レベルに応じて、表面電位（Ｖｏ）及びバイアス条件を変更する（工程４）。
なお、単位時間当たりのトナー補給量が一定量より少なければ、表面電位（Ｖｏ）やバイアス条件を変更せずに、トナーの補給を行う（工程２）。

また、トナー補給時からの時間（攪拌時間）を検知し（工程５）、一定時間毎に表面電位（Ｖｏ）及びバイアス条件の制御レベルを一段階ずつ下げていく（工程６）。
そして、表面電位（Ｖｏ）及びバイアス条件の制御レベルを検知し（工程７）、表面電位（Ｖｏ）及びバイアス条件を段階的に基準レベルにまで戻す。そして、基準レベルまで戻した後、再度トナーの補給を行う。

本発明は上記実施形態に何ら限定されない。例えば、上記実施形態では、トナーが磁性を有する磁性一成分現像方式の画像形成装置について説明したが、一成分現像方式の画像形成装置であれば、トナーが磁性を有さなくてもよい。

以下、本発明の実施例を示すことにより、本発明の効果をより明確なものとする。
本実施例では、図１で示す画像形成装置（１００）を用い、画像を形成した。
また、現像バイアスはＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳することにより構成した。ＤＣバイアスの条件は電圧（Ｖｄｃ）が１８０Ｖであり、ＡＣバイアスの条件は電圧（Ｖｐｐ）が１．７ｋＶ、周波数（Ｖｆ）が２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙが５０％である。
図３は、横軸に感光体表面の電位（Ｖ）を、縦軸にカブリ濃度（ＦＤ：Fog Density）を示した図である。なお、曲線（Ａ）はトナー補給前の状態を示し、曲線（Ｂ）はトナーを現像手段（３４）の一箇所に５ｇ補給した状態を示し、曲線（Ｃ）はトナー補給後の状態（曲線（Ｂ）の状態）からＤｕｔｙを６０％にした状態を示している。
また、感光体の表面電位の基準電位は、曲線（Ａ）におけるＦＤが最も低い値に対応する値である２７０Ｖである。

曲線（Ｂ）で示すように、トナーを現像手段（３４）の一箇所に５ｇ補給した場合、トナーが補給された箇所では未帯電トナー又は逆帯電トナーの比率が高くなり、カブリ濃度（逆カブリに起因するものが多い）が高くなる。

ここで、表面電位（Ｖｏ）を２０Ｖ下げることにより、カブリ濃度をさらに抑えることができることがわかる。表面電位（Ｖｏ）を下げることにより抑えられるカブリは、主に逆カブリである。
また、曲線（Ｃ）で示すように、Ｄｕｔｙを１０％上げて６０％とすることにより、カブリ濃度をさらに抑えることができることがわかる。Ｄｕｔｙを上げることにより抑えられるカブリは、主に正カブリである。

次いで、トナーモータが１回ＯＮとなったときの平均のトナー補給を０．２５ｇとした場合のトナー補給量と表面電位の下げ幅の関係について示す。
表１及び図４は、画像形成装置（１００）における、通常環境条件下（ＮＮ）、低温低湿環境条件下（ＬＬ）、高温高湿条件下（ＨＨ）夫々のトナーの補給量と下げ幅の関係の例を示したものである。
なお、単位時間当たりのトナー補給量は２０秒間にトナーモータがＯＮになった回数から算出した。
また、図４では、横軸にトナー補給量（ｇ／２０秒）、縦軸にＶｏ下げ幅（Ｖ）を示している。

表１及び図４のように制御したとすると、例えば、トナー補給時に表１のレベル５のＶｏ下げ幅で感光体（３１）の表面電位（Ｖｏ）を制御した場合、一分毎に制御レベルを一段階ずつ（レベル５、レベル４、レベル３、レベル２、レベル１、基準電位というように）五分かけて基準電位に戻す。これにより、カブリの発生の少ない画像を得られることを確認できた。

本発明に係る画像形成装置は、複写機・プリンタ・ファクシミリ等に好適に利用可能である。

本発明の画像形成装置の概略構成図である。 トナー補給手段を交換したときの動作のフローを示す図である。 感光体表面の電位とカブリ濃度の関係を示した図である。 トナーの補給量と下げ幅の関係の例を示した図である。

符号の説明

３１ 感光体
１００ 画像形成装置

Claims (4)

1. 現像剤として一成分現像剤を用いた電子写真方式の画像形成装置であって、
   画像形成装置に何度かトナーを補給したときの総トナー補給量を総使用時間で除して得られる割合である単位時間当たりのトナー補給量に応じて、感光体の表面電位を制御する表面電位制御手段を有し、
   前記表面電位制御手段は、トナー補給時において、
   前記単位時間当たりのトナーの補給量が一定量より少なければ、感光体の表面電位を変更せず、
   前記単位時間当たりのトナーの補給量が一定量以上であれば、感光体の表面電位と現像バイアスのＤＣバイアスとの差がトナーの補給量に応じて小さくなるように表面電位を変更するとともに、トナーの補給量に応じて複数の制御レベルを設け、トナー補給後の撹拌時間が一定時間経過する毎に一段階ずつ下げることで、前記表面電位を感光体の基準電位まで戻すことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記表面電位制御手段は、
   トナー補給時において、前記単位時間当たりのトナーの補給量が一定量以上であれば、感光体の基準電位がプラスの場合、前記表面電位を前記基準電位より低くし、前記基準電位がマイナスの場合、前記表面電位を前記基準電位より高くすることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記感光体の表面電位の変化に応じて現像バイアス条件を制御するための現像バイアス制御手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記現像バイアス条件が前記交流バイアスの電圧、Ｄｕｔｙ、周波数、振幅の少なくとも一つであることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。

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