(57)【要約】【課題】本発明の目的は、像坦持体へのカブリを防止しつつ、更なる像担持体の寿命の延命を図り、且つトナー残量検知を行うことが可能な画像形成装置を提供することである。【解決手段】現像剤収納容器内の現像剤量を検出する現像剤量検出手段を有する画像形成装置において、前記現像剤量検出手段の現像剤量検出時には、前記帯電バイアス電源による帯電バイアスを画像形成するときより低下させ、低下させた前記帯電バイアスによって帯電された前記像担持体の表面電位と前記現像剤担持体の電位との電位差が所定電位差になるように前記現像バイアス電源による現像バイアス直流成分を現像剤担持体に印加する。【選択図】    図７
2015079046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、
前記像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、
前記帯電手段に帯電バイアスを印加する帯電バイアス電源と、
現像剤を収納する現像剤収納容器と、
前記現像剤収納容器に収納された現像剤を担持して前記像担持体へ搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤収納容器の内部に設けられ、前記現像剤担持体に対向して配置されたアンテナ部材と、
前記現像剤担持体に現像バイアスとして直流成分と交流成分を重畳して印加する現像バイアス電源と、
前記現像バイアスにより前記現像剤担持体と前記アンテナ部材の間に生じる誘起電圧を検出し、その検出された誘起電圧から前記現像剤収納容器内の現像剤量を検出する現像剤量検出手段と、
前記帯電バイアス電源及び前記現像バイアス電源の印加動作を制御する制御手段と、
を備え、記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、
前記制御手段は、前記現像剤量検出手段の現像剤量検出時には、前記帯電バイアス電源による帯電バイアスを画像形成するときより低下させ、低下させた前記帯電バイアスによって帯電された前記像担持体の表面電位と前記現像剤担持体の電位との電位差が所定電位差になるように前記現像バイアス電源による現像バイアス直流成分を現像剤担持体に印加することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記現像剤量検出時に前記帯電バイアス電源によって印加される帯電バイアスは０Ｖであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記所定電位差は前記現像剤担持体から前記像担持体への現像剤の転移を起こさせない電位差であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記現像剤量検出時には、前記像担持体を回転駆動させないことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記現像剤量検出は、電源ＯＮ後の予備動作中、画像形成指示後の画像形成前予備動作中、紙間動作中、画像形成動作終了後の動作中のうちの少なくともひとつの動作中に実行することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像剤収納容器内の現像剤量を検出する現像剤量検出手段を有する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタ等の画像形成装置におけるトナー残量検知装置としては、特許文献１に開示されている技術が知られている。特許文献１に開示されているトナー残量検知装置は、現像スリーブに印加される交流バイアスを用い、現像スリーブの長手方向に設けられた検出子に発生する誘起電圧に基づいてトナー残量を検出している。この特許文献１では、トナー残量検知時における現像バイアス印加時には、感光ドラム上へのカブリを防止する目的で、帯電部材に帯電バイアスを印加することで、感光ドラムの表面を適切な電位に帯電している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−３１３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、感光ドラム表面の感光層は、帯電バイアスの交流成分による放電によって削られる特性がある。この放電によるドラム表面の削れが所定量以上になると、帯電不良が発生してしまい、記録媒体上に黒スジ画像となって顕像化してしまう。その黒スジ画像の発生をドラム寿命と規定しており、ユーザーは感光ドラムもしくは感光ドラムを含むドラムユニット（又はプロセスカートリッジ）の交換を余儀なくされる。トナー残量検知は画像形成動作中だけでなく、非画像形成動作中である電源ＯＮ後の予備動作中、画像形成指示後の画像形成前予備動作中、紙間動作中、画像形成動作終了後の動作中にも行われている。当然、非画像形成動作中も、ドラム寿命に寄与する帯電バイアスの交流成分も印加されている。非画像形成動作中でのトナー残量検知の頻度が多くなると、前述の放電によるドラム表面の削れが所定量以上に達する印刷枚数が、想定枚数よりも少ない枚数になってしまうことがある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、像担持体へのカブリを防止しつつ、更なる像担持体の寿命の延命を図り、且つトナー残量検知を行うことが可能な画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、像担持体と、前記像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、前記帯電手段に帯電バイアスを印加する帯電バイアス電源と、現像剤を収納する現像剤収納容器と、前記現像剤収納容器に収納された現像剤を担持して前記像担持体へ搬送する現像剤担持体と、前記現像剤収納容器の内部に設けられ、前記現像剤担持体に対向して配置されたアンテナ部材と、前記現像剤担持体に現像バイアスとして直流成分と交流成分を重畳して印加する現像バイアス電源と、前記現像バイアスにより前記現像剤担持体と前記アンテナ部材の間に生じる誘起電圧を検出し、その検出された誘起電圧から前記現像剤収納容器内の現像剤量を検出する現像剤量検出手段と、前記帯電バイアス電源及び前記現像バイアス電源の印加動作を制御する制御手段と、を備え、記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、前記制御手段は、前記現像剤量検出手段の現像剤量検出時には、前記帯電バイアス電源による帯電バイアスを画像形成するときより低下させ、低下させた前記帯電バイアスによって帯電された前記像担持体の表面電位と前記現像剤担持体の電位との電位差が所定電位差になるように前記現像バイアス電源による現像バイアス直流成分を現像剤担持体に印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記本発明によれば、現像剤量検出手段の現像剤量検出時の現像剤の残量の検知精度は画像形成動作中の精度を維持し、且つ像担持体へのカブリを防止し、更なる像担持体の寿命の延命を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施例における画像形成装置の構成を模式的に示す断面図
【図２】本実施例におけるトナー残量検知装置の概略図
【図３】本実施例でのカブリ特性と現像コントラストの関係を示す図
【図４】ドラム電位と現像バイアス直流成分と現像コントラストの関係を示す表図
【図５】本実施例での最適現像バイアス直流成分の範囲を示す図
【図６】比較例における予備動作中の高圧シーケンスを示すタイミングチャート
【図７】本実施例における予備動作中の高圧シーケンスを示すタイミングチャート
【図８】比較例と本実施例における画像形成動作中の高圧シーケンスを示すタイミングチャート
【図９】比較例における予備動作中の動作処理を示すフローチャート
【図１０】本実施例における予備動作中の動作処理を示すフローチャート
【図１１】本実施例と比較例とのドラム寿命の比較を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本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、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。従って、特に特定的な記載がない限りは、本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。
【００１０】
〔実施例１〕
以下、図面を用いて本実施例に係る画像形成装置について詳しく説明する。
【００１１】
まず、図１を参照して画像形成装置１の構成を説明する。図１は、画像形成装置の構成を模式的に示す断面図である。
【００１２】
図１に示すように、この画像形成装置１は、ＯＰＣやａ−Ｓｉ等の光導電層を有する像担持体としての感光ドラム２を備えている。感光ドラム２は、画像形成装置１によって回転自在に支持されており、駆動源としてのメインモータ（不図示）によって矢印Ａ方向に所定の速度で回転駆動される。感光ドラム２の周囲には、その回転方向に沿ってほぼ順に、感光ドラム２を均一に帯電させる帯電装置としての帯電ローラ３、感光ドラム２に静電潜像を形成するための露光手段であるレーザースキャナ４、静電潜像をトナー１２により顕像化するための現像装置５、紙等のシート状の記録媒体Ｐに感光ドラム２上のトナー画像を転写するための転写装置である転写ローラ６、感光ドラム２上に残留する未転写トナー１２をクリーニングブレード７ａによって回収するクリーニング装置７が配設されている。
【００１３】
画像形成装置１の下部には、記録媒体Ｐを収納した給送カセット８が配置されており、感光ドラム２の上部には定着装置９が配置されている。そして、画像形成装置１の背面に画像形成動作等を制御する制御部１０と、帯電ローラ３や現像装置５等に高圧を印加する高圧電源部１１が配置されている。制御手段としての制御部１０上には、画像形成動作等を実行する指令を出す本体ＣＰＵ１０ａや定着の温度制御等を実行する定着ＣＰＵ１０ｂ、およびプログラム等が格納されたメモリ１０ｃが搭載されている。また高圧電源部１１上には、直流電源と交流電源によって構成されている帯電印加電源（帯電バイアス電源）１１ａと、直流電源と交流電源によって構成されている現像印加電源（現像バイアス電源）１１ｂと、正と負の各々の直流電源によって構成される転写印加電源１１ｃとが設けられている。プリンタの動作は、制御部１０上の各種ＣＰＵがメモリ１０ｃから必要なプログラムを読み出して各電源の印加動作を含む各種制御を実行することによって実現される。
【００１４】
次に、上述構成のレーザビームプリンタの動作を、（１）帯電〜（２）露光〜（３）現像〜（４）転写〜（５）分離〜（６）定着〜（７）クリーニングの順に沿って説明する。
【００１５】
（１）帯電
図２は本実施例での画像形成装置における接触帯電装置の詳細である。帯電ローラ（帯電手段）３は、図示しないメインモータによって矢印Ａ方向に回転駆動された感光ドラム２に所定の押圧で接触し、矢印Ｂ方向に回転駆動する。感光ドラム２には、高圧電源部１１の帯電印加電源１１ａから所定の直流電圧と所定の交流電圧を重畳した帯電バイアス（ＡＣ＋ＤＣ帯電方式）が、帯電ローラ３の金属軸を通して帯電ローラ３から帯電バイアスとして印加される。これにより、所定の速度で回転駆動している感光ドラム２の表面が所定の極性・電位に一様に接触帯電される（本実施例においては、−６００Ｖ）。
【００１６】
なお、帯電ローラ３は、ローラ軸体（導電性支持体、芯金）を有する導電性弾性ローラである。帯電ローラ３は、ローラ軸体の両端部をそれぞれ軸受部材を介して回転自在に支持させ、ローラ軸線を感光ドラム２のドラム軸線に対してほぼ並行に配列して感光ドラム２に対して所定の押圧力で接触させて配設されている。
【００１７】
（２）露光
そして帯電後の感光ドラム２は、その表面に対し露光手段であるレーザースキャナ４によって画像情報に基づいて画像露光がなされ、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。なお、本実施例では半導体レーザ（波長７８０ｎｍ）の走査露光によって露光がなされているが、感光ドラム２上を露光できる方式であれば半導体レーザーでなくてもＬＥＤアレイによる露光であっても構わない。
【００１８】
（３）現像
露光によって形成された感光ドラム２上の静電潜像は現像装置５によって現像される。本実施例での現像装置５は、現像剤としてのトナーを収納する現像剤収納容器をなす。また現像装置５は、アルミローラ表面にブラスト加工やカーボンをコートして所定の表面粗度を有するようにした現像剤担持体としての現像スリーブ５ａを有している。現像装置５は、この現像スリーブ５ａに高圧電源部１１の現像印加電源１１ｂから所定の直流電圧と所定の交流電圧を重畳した現像バイアス（ＡＣ＋ＤＣ帯電方式）を印加して感光ドラム２上の静電潜像にトナー１２を付着させトナー像として現像（顕像化）する。なお、本実施例での現像方式は、一成分磁性ネガトナーを用いた一成分反転ジャンピング現像方式である。一成分反転ジャンピング現像方式以外の現像方式には感光ドラム２に対して接触状態で現像する方法（一成分接触現像）や、現像剤であるトナー１２に対して磁性キャリアを混合し、この現像剤を磁気力により搬送して感光ドラム２に対して接触状態で現像する方法（二成分接触現像）や、上記二成分現像剤を感光ドラム２に対して非接触状態で現像する方法（二成分非接触現像法）がある。
【００１９】
（４）転写
感光ドラム２上に現像されたトナー像は、感光ドラム２の回転駆動によって転写ローラ６部に回転移動する。このタイミングに合わせて給送カセット８に収納されている記録媒体Ｐは、搬送ローラ１３によって搬送され、感光ドラム２と転写ローラ６との間の転写ニップ部Ｎに搬送される。そして、転写ニップ部Ｎに記録媒体Ｐが搬送されるタイミングで高圧電源部１１の転写印加電源１１ｃから転写ローラ６にトナー１２と反対極性の所定の直流電圧が印加されることによって感光ドラム２に付着したトナー像が記録媒体Ｐに順次静電的に転写される。なお、本実施例においてはトナーがマイナス極性なので、その逆極性に当たるプラスの直流電圧（＋１〜５ＫＶ）を転写ローラ６に印加している。
【００２０】
また、本実施例においては感光ドラム２と接触する接触転写ローラ方式を用いているが、他にもタングステンや金ワイヤに２０〜３０ＫＶの高電圧を印加して放電させる非接触コロナ放電転写方式でも、ＩＴＢからなる転写ベルトにトナー像を転写させた後に記録媒体Ｐへ転写させる中間転写ベルト方式でも構わない。
【００２１】
（５）除電
転写ローラにより、トナー像が記録媒体Ｐに静電的に転写された直後の記録媒体Ｐは強帯電する。なお、本実施例において転写電圧はプラスを印加しているため、記録媒体の帯電極性はプラス帯電となる。その時、感光ドラム２は、転写ローラの直流電圧の逆極性に一応に帯電しているため、記録媒体Ｐと静電吸着をし、記録媒体Ｐが感光ドラム２に貼りつきが発生する。そこで、除電装置１４により転写ローラとは逆極性のバイアスを印加することで、記録媒体Ｐの帯電を順次除去し、静電的に感光ドラム２と記録媒体Ｐとを分離する。なお、本実施例においては転写ローラがプラス極性なので、その逆極性に当たるマイナスの直流電圧（−２ＫＶ〜−３ＫＶ）を除電装置１４に印加している。
【００２２】
本実施例においては、分離手段として、除電装置１４の印加電圧が転写バイアスとは逆極性のマイナスの直流電圧を印加する構成を例示しているが、これに限定されるものではない。例えば、感光ドラム２に当接するように配設した分離爪によって分離を行うものなどの他の分離手段であってもよい。
【００２３】
（６）定着
次に定着装置９について説明を行う。静電的にトナー像を担持した記録媒体Ｐは、図示しない搬送ガイドに沿って定着装置９に搬送される。定着装置９はトナー１２を加熱する加熱部材１７（抵抗体及びアルミナで構成されるセラミックヒータ）と、この加熱部材１７を内包する筒状の回転体である定着部材１５（表層にＰＦＡやＰＴＦＥをコートした厚さ４０〜１００μｍのポリイミドフィルムからなる定着フィルム）と、この定着部材１５を加圧して定着ニップ部を形成する別の定着回転体で弾性を有する加圧部材１６とを主要構成部材としてなる。プリント信号を受信すると定着ＣＰＵ１０ｂは加熱部材１７に所定の温度設定にするよう指示し、定着ＣＰＵ１０ｂはサーミスタ（不図示）が所定の温度を検知するまでセラミックヒータに通電を行うことで定着ニップ部にて加熱をし、トナー１２を記録媒体Ｐに定着させた後に記録媒体Ｐは図示しない機外の排出トレイに排出される。本実施例では、オンデマンド定着方式を用いているがこれに限定されるものではなく、トナー１２を記録媒体Ｐ上に定着させるものであればヒートローラ方式でも電磁誘導加熱方式でも構わない。
【００２４】
（７）クリーニング
一方、トナー像転写後の感光ドラム２は、記録媒体Ｐに転写されないで感光ドラム表面に残ったトナー１２がクリーニング装置７のクリーニングブレード７ａによって除去される。クリーニング装置内に捕集されたトナー１２は図示しない回収トナー搬送スクリューによって機外に排出されて回収トナーボックス内に搬送される。本実施例におけるクリーニングブレード７ａは注型タイプを用いたブレードクリーニング装置７である。注型タイプとは型にゴム材などを流し込むことで所望の形状に成形するクリーニングブレードのタイプである。このゴムブレードの材質としては、一般的なものとして例えばポリウレタン、スチレン−ブタジエン共重合体、クロロプレン、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン系ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、二トリルゴム、クロロプレンゴム等のエラストマー等適度の弾性と硬度を有する材料であればいずれでもよい。特に、摩擦により感光ドラム２を傷付けず、耐摩耗性の大きなポリウレタンが好ましい。更に、永久歪が小さいことを考えて、２液性熱硬化型ポリウレタン材料を用いることもある。硬化剤としては、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ハイドロキノンジエチロールエーテル、ビスフェノールＡ、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン等の一般的なウレタン硬化剤を用いることができる。この短冊状のゴムの厚みは通常１．０ｍｍ〜４ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍが良い。
【００２５】
以上の（１）〜（７）動作を繰り返すことで、次々と画像形成を行うことができる。
【００２６】
以下に本実施例におけるトナーの残量検知について説明する。
【００２７】
（８）トナー残量検知
現像装置５の内部に収納されたトナー１２は、現像スリーブ５ａにより感光ドラム２と対向する領域まで搬送された後に上述した一成分反転ジャンピング現像方式にて感光ドラム２上の静電潜像にトナー１２を付着させトナー像として現像（顕像化）する。
【００２８】
つまり上記（１）〜（７）動作を繰り返し画像形成を行うことは、現像装置内のトナーを消費していくことと同じである。現像装置５内のトナー１２が少なくなると、現像スリーブ５ａに十分にトナー１２を供給することができずに、感光ドラム２上の静電潜像にトナー１２を付着させトナー像として現像（顕像化）することができなくなる。つまり、画像形成すべき箇所にトナー１２が載らない白抜け画像となる。
【００２９】
現像装置５内のトナー１２の減少による白抜け画像を防止するために、現像装置５内のトナーの残量をトナー残量検知装置１９（図２参照）で把握し、トナーの残量が所定量以下になった場合はユーザーにトナーの残量が少なくなった旨を表示部等に表示して、現像装置（もしくはトナーボトル）の交換を促す。
【００３０】
図２はトナー残量検知装置１９の概略構成を表した図である。トナー残量検知装置１９は、現像バイアスにより現像スリーブ５ａとアンテナ２０の間に生じる誘起電圧を検出し、その検出された誘起電圧と予め定められた基準電圧とから現像装置内（現像剤収納容器内）のトナーの残量（現像剤量）を検出する現像剤量検出手段である。現像スリーブ５ａには、現像バイアスとして、現像印加電源１１ｂから交流成分と直流成分を重畳した電圧（高圧）が印加される。アンテナ部材としてのアンテナ２０は、現像装置５の内部に設けられ、現像スリーブ５ａに対向して配置されている。現像スリーブ５ａとアンテナ２０は等価的にコンデンサのインピーダンスを形成している。そしてアンテナ２０は回路構成部２１に接続されている。
【００３１】
本実施例によると、現像印加電源１１ｂからの現像バイアス交流成分は、現像スリーブ５ａ及びアンテナ２０を介して、回路構成部２１に入力され整流されたのち直流電圧（誘起電圧）Ｖ１に変換される。
【００３２】
一方、現像印加電源１１ｂからの現像バイアス交流成分は、比較用コンデンサ２３を介して回路構成部２１に入力され整流されたのち直流電圧（基準電圧）Ｖ０に変換される。
【００３３】
所定値に調整されている直流電圧Ｖ０と、現像スリーブ５ａとアンテナ２０の間のトナー１２の量により変化する直流電圧Ｖ１とを回路構成部２１内のコンパレータ２４にて比較する。直流電圧Ｖ０に対して直流電圧Ｖ１が小さい値を示した時に現像装置５内のトナー１２が少なくなったと判断し、コントローラ２２に送信されユーザーにトナー１２が少なくなった旨を伝える。
【００３４】
トナー残量検知時に用いられる現像バイアスは、トナー残量検知だけではなく、現像スリーブ５ａ上のトナー１２を感光ドラム２上へ飛翔（転移）させる役割も同時にもつ。通常は画像形成に最適な感光ドラム電位と現像バイアスにてトナー残量検知装置１９を構成していくため、トナー残量検知時に異常現象を起こすことはない。異常現象を起こさない理由としては、帯電ローラ３に帯電印加電源（帯電バイアス電源）１１ａから帯電バイアスを印加して画像形成に最適な感光ドラム電位に制御し、現像スリーブ５ａには画像形成に最適な現像バイアス交流成分と直流成分を印加しているからである。
【００３５】
本実施例での帯電バイアスは直流成分に交流成分を重畳したものである。この帯電バイアスのうち、特に交流成分による放電は感光ドラム２の光導電層を削る特性がある。光導電層の削れが所定量まで進行すると、削れた箇所が帯電できなくなり、帯電不良を引き起こす。帯電不良を引き起こすと、プリントされた記録媒体上に黒スジ画像となって顕像化してしまう。その黒スジをドラム寿命と規定しており、ユーザーは感光ドラム２、もしくは感光ドラム２を内蔵するクリーニング装置７（ドラムユニット）の交換を余儀なくされる。
【００３６】
トナー残量検知の検知タイミングは、画像形成動作中はもとより、非画像形成動作中である電源ＯＮ後の予備動作中（前多回転）、画像形成指示後の画像形成前予備動作中（前回転）、紙間動作中、画像形成動作終了後の動作中（後回転）にも行われている。
【００３７】
画像形成動作中のトナー残量検知時は、画像形成のために感光ドラム２上を所定の電位（現像スリーブから感光ドラムにトナーの転移を起こさせる電位）に帯電する必要があるために、帯電ローラ３に帯電バイアスを印加している。一方、従来は、非画像形成動作中のトナー残量検知時は、感光ドラム２上へのカブリ防止のために感光ドラム２上の電位を画像形成動作中と同じ電位にしている。すなわち、従来は、非画像形成動作中においても、トナー残量検知時には、画像形成動作中と同じ帯電バイアスを帯電ローラに印加して感光ドラムを画像形成動作中と同じ電位にしている。
【００３８】
ここで、カブリとは感光ドラム２上の非潜像部へトナー１２が飛翔（転移）してしまう現象である。このカブリが発生すると、画像形成動作中では印刷物の白字部にトナー１２が載ってしまう異常画像となり、非画像形成動作中では感光ドラム２上に過剰なトナー１２が載ってしまう。この場合、クリーニングブレード７ａにて感光ドラム２上の過剰トナーを掻き取りクリーニング装置７へ回収するため、クリーニング装置７内が想定よりも早く満杯になってしまう。
【００３９】
図３はカブリと現像コントラスト電位との関係を表した図である。図３において、横軸は現像コントラスト電位、縦軸はカブリ率である。ここで、現像コントラストとは感光ドラム電位から現像バイアス直流成分電位を引いた値（電位差）である。すなわち、現像コントラスト電位（Ｖ）＝感光ドラム電位（Ｖ）−現像バイアス直流成分電位（Ｖ）、である。また、カブリ率とは、感光ドラム上の未潜像部に単位面積当りにどの位のトナー量が付着しているのかをパーセンテージで数値化したものである。すなわち、このカブリ率の数値が大きいほどドラム上の未潜像部にトナーが付着していることを示す。
【００４０】
図３からも判るようにカブリ率は現像コントラストが正極側になると−５０Ｖ付近で急激にカブリ率が悪化し始める。これは本実施例で使用しているトナー１２の中には負極性側に帯電したネガトナーが多数存在し、そのネガトナーが感光ドラム２へ飛翔し始めるためである。反対に現像コントラストが負極側に大きくなっていくとカブリ率がなだらかに悪化している。理由としてはトナー１２には少数ながらも正極性側に帯電したポジトナーが存在し、そのポジトナーが感光ドラム２へ飛翔し始めるためである。
【００４１】
このように現像コントラストは大きすぎても小さすぎてもトナー１２が感光ドラム２上へ飛翔してしまう。カブリを抑えるためには現像コントラストの適正化が必要である。本実施例では図３の特性よりカブリ率上限値内に管理できる現像コントラストである−２７０Ｖから−４０Ｖの間であれば構わないがカブリ率は最良にできる現像コントラストである−１５０Ｖで管理する。
【００４２】
従来ならば、図４に比較例として示すように、現像コントラスト電位が−１５０Ｖ、画像形成動作中の狙いの感光ドラム電位を−６００Ｖとした場合には、必然的に現像バイアス直流成分は−４５０Ｖと決まる。この感光ドラム電位と現像バイアス直流成分の値が画像形成動作中はもとより非画像形成動作中のトナー残量検知に用いる現像バイアスと帯電バイアスの設定値となっていた。
【００４３】
しかしながら、非画像形成動作中のトナー残量検知時には、画像形成動作中のトナー残量検知時のような画像形成のためのドラム電位の制限がなくなる。制限を受けるのはカブリトナーのドラム２上への飛翔防止だけである。つまり現像コントラストがカブリを起こさない範囲であれば、非画像形成動作中のトナー残量検知時においては、感光ドラム電位と現像バイアス直流成分は任意に設定することが可能となる。
【００４４】
そこで本実施例では、非画像形成動作中のトナー残量検知時に印加していた帯電バイアスを印加させないようする。その代わりにレーザスキャナによるレーザー照射にて感光ドラム電位を制御する。前の画像形成動作によるドラム２上の残電位、又は放置中自然帯電により感光ドラム２が帯電していたとしても、レーザースキャナによるレーザー照射により確実に画像形成時のドラム電位（所定潜像電位）までは制御することが可能である。本実施例での画像形成時のドラム電位は−１００Ｖである。残電位、自然帯電が発生していない時には、ドラム電位は０Ｖになっている。つまり本実施例では感光ドラム電位を０Ｖから−１００Ｖに制御することが可能と言うことである。本実施例では帯電バイアスを印加させないようにして感光ドラム電位を０Ｖから−１００Ｖに制御したが、帯電バイアスの直流成分と交流成分の両方もしくは交流成分のみを画像形成動作中よりも低下させて画像形成動作中の感光ドラム電位である−６００Ｖよりも低下させても良い。しかし本実施例では感光ドラム寿命の延命により効果的な帯電バイアスを印加させないで感光ドラム電位を０Ｖから−１００Ｖに制御する手段を採用する。
【００４５】
次に感光ドラム電位が０Ｖから−１００Ｖの範囲でカブリトナーが飛翔しない現像バイアス直流成分を設定する。本実施例ではカブリ率２．５％（上限値）以下であればクリーニング不良等の問題が発生しないカブリ率である。図３よりカブリ率２．５％以下に抑えるための現像コントラストは−４０Ｖから−２７０Ｖの範囲である。本実施例内での制御可能なドラム電位である（case2）（case1）の時、カブリ率２．５％以下に抑える事ができる現像直流成分Biasはそれぞれか下記により求められる。
【００４６】
＜現像コントラスト計算式＞
現像コントラスト電位（Ｖ）＝感光ドラム電位（Ｖ）−現像バイアス直流成分電位（Ｖ）
【００４７】
上記式は下記に変換される。
【００４８】
現像バイアス直流成分電位（Ｖ）＝感光ドラム電位（Ｖ）−現像コントラスト電位（Ｖ）
【００４９】
＜ドラム電位 −1００V時（case1）＞
ａ）現像バイアス直流成分電位（Ｖ）=−１００Ｖ−（−４０Ｖ）＝−６０Ｖ
ｂ）現像バイアス直流成分電位（Ｖ）=−１００Ｖ−（−２７０Ｖ）＝１７０Ｖ
【００５０】
ドラム電位−１００Ｖ時（case1）のカブリ率２．５％以下に抑えられる現像バイアス直流成分電位の範囲は−６０Ｖから１７０Ｖである。
【００５１】
＜ドラム電位 ０V時（case2）＞
ｃ）現像バイアス直流成分電位（Ｖ）=０Ｖ−（−４０Ｖ）＝４０Ｖ
ｄ）現像バイアス直流成分電位（Ｖ）=０Ｖ−（−２７０Ｖ）＝２７０Ｖ
【００５２】
ドラム電位０Ｖ時（case2）のカブリ率２．５％以下に抑えられる現像バイアス直流成分電位の範囲は４０Ｖから２７０Ｖである。
【００５３】
ドラム電位−１００Ｖ（case1）から０Ｖ時（case2）の範囲で常にカブリ率２．５％以下に抑えられる現像バイアス直流成分はドラム電位−１００Ｖ時（case1）の−６０Ｖから１７０Ｖの範囲と、ドラム電位０Ｖ時（case2）の４０Ｖから２７０Ｖの範囲の重複する領域である。
【００５４】
つまりカブリ率２．５％以下に抑えるための現像バイアス直流成分は４０Ｖから１７０Ｖの間であり、本実施例内では１０５Ｖで制御する（図４，図５参照）。さらに現像バイアス交流成分は画像形成動作中と同設定とすることにより、トナー残量検知精度を画像形成中のトナー残量検知精度と同等にすることが可能である。
【００５５】
トナー残量検知精度を画像形成中のトナー残量検知精度と同等にできる理由としては、現像スリーブ５ａとアンテナ２０間のトナー１２、比較用コンデンサ２３は共にコンデンサのインピーダンスを形成しているために現像バイアス直流成分はカットされてしまう。よって直流電圧Ｖ１と直流電圧Ｖ０には現像バイアスのうちの現像バイアス交流成分しか寄与しないからである。
【００５６】
次に図６，図９を参照しながら比較例としての予備動作中（非画像形成動作中）の高圧シーケンスを説明する。図６は比較例の予備動作中の帯電ＤＣ、帯電ＡＣ、現像ＤＣ、現像ＡＣの高圧タイミングを示したタイミングチャートである。図９は比較例の予備動作中の動作処理を表記したフローチャートである。
【００５７】
まず電源ＯＮ（Ｓ１−１）されると予備動作が開始される（Ｓ１−２）。予備動作としてまず感光ドラム２が回転駆動（Ｓ１−３）された後にギアにて駆動連結されている現像スリーブ５ａが回転駆動される（Ｓ１−４）。現像スリーブ５ａが回転駆動されてから所定時間ｔ１経過後に帯電ローラ３に帯電ＤＣ（Ｓ１−５）と帯電ＡＣ（Ｓ１−６）が印加される。帯電ローラ３に帯電ＤＣと帯電ＡＣが印加されることにより感光ドラム２が所定電位に帯電される。ここでは感光ドラム２の電位を−６００Ｖに帯電するために帯電ＤＣは−６００Ｖｄｃ、帯電ＡＣは１６００Ｖａｃを帯電ローラ３に印加している。
【００５８】
次に現像スリーブが回転駆動され、さらに帯電ＡＣ、帯電ＤＣが印加されてから所定時間ｔ２経過後に現像スリーブ５ａに現像ＤＣ（Ｓ１−７）と現像ＡＣ（Ｓ１−８）を印加している。現像ＡＣはトナー残量検知を行うために印加しており、現像ＡＣの印加開始と同時にトナー残量検知も開始している（Ｓ１−９）。この時の現像ＤＣと現像ＡＣの出力は画像形成中と同じ出力値であり、現像ＤＣは−４５０Ｖｄｃ、現像ＡＣは１６００Ｖａｃを用いている。そして、現像バイアスが印加されている間（所定時間ｔ４）、トナー残量の検知が行われる。所定時間ｔ４経過後、ここでは５００ｍｓｅｃ間のトナー残量検知が終了後（Ｓ１−１０／１１）に、現像バイアスとしての現像ＡＣ（Ｓ１−１２）と現像ＤＣ（Ｓ１−１３）をＯＦＦする。現像ＡＣと現像ＤＣがＯＦＦされてから所定時間ｔ３経過後に帯電バイアスとしての帯電ＡＣ（Ｓ１−１４）と帯電ＤＣ（Ｓ１−１５）をＯＦＦする。その後に感光ドラム２の回転駆動を停止する（Ｓ１−１６）。これにより、さらにギアにて駆動連結されている現像スリーブ５ａの回転が停止し（Ｓ１−１７）、予備動作が終了する。
【００５９】
上記比較例に対し、本実施例では、非画像形成動作中のトナー残量検知では、帯電バイアスを印加せず、現像バイアス直流成分を現像スリーブ５ａから感光ドラム２へのトナーの飛翔（転移）を起こさせない電位（所定電位差）に設定している。それとともに、現像バイアス交流成分を画像形成動作中のトナーの残量の検出時と同じ電位に設定している。以下、図面を用いて具体的に説明する。
【００６０】
図７，図１０を参照しながら本実施例の予備動作中（非画像形成動作中）の高圧シーケンスを説明する。図７は本実施例の予備動作中の帯電ＤＣ、帯電ＡＣ、現像ＤＣ、現像ＡＣの高圧タイミングを示したタイミングチャートである。図１０は本実施例の予備動作中の動作処理を表記したフローチャートである。
【００６１】
まず電源ＯＮ（Ｓ２−１）されると予備動作が開始される（Ｓ２−２）。予備動作としてまず感光ドラム２が回転駆動（Ｓ２−３）された後にギアにて駆動連結されている現像スリーブ５ａが回転駆動される（Ｓ２−４）。そして、前述したように非画像形成動作中は、現像スリーブから感光ドラムにトナーを転移させる必要がないため、本実施例では感光ドラム２の電位を０Ｖにするために帯電ローラ３に帯電バイアスとしての帯電ＤＣと帯電ＡＣは印加していない。
【００６２】
次に現像スリーブ５ａが回転駆動されてから所定時間ｔ２経過後に現像スリーブ５ａに現像バイアスとしての現像ＤＣ（Ｓ２−５）と現像ＡＣ（Ｓ２−６）を印加している。現像バイアスのうちの現像ＡＣ（交流成分）はトナー残量検知を行うために印加しており、現像ＡＣの印加開始と同時にトナー残量検知も開始している（Ｓ２−７）。この時、現像ＡＣの出力は画像形成中と同じ出力値である１６００Ｖａｃを用いている。一方、現像バイアスのうちの現像ＤＣ（直流成分）は感光ドラム２の電位が０Ｖでもカブリが発生しない電圧値である１０５Ｖｄｃを設定する。そして、現像バイアスが印加されている間（所定時間ｔ４）、トナー残量の検知が行われる。所定時間ｔ４経過後、ここでは５００ｍｓｅｃ間のトナー残量検知が終了後（Ｓ２−８／９）に、現像バイアスとしての現像ＡＣ（Ｓ２−１０）と現像ＤＣ（Ｓ２−１１）をＯＦＦする。現像ＡＣと現像ＤＣがＯＦＦされた後に感光ドラム２の回転駆動を停止する（Ｓ２−１２）。これにより、さらにギアにて駆動連結されている現像スリーブ５ａの回転が停止し（Ｓ２−１３）、予備動作が終了する。
【００６３】
なお、図８は比較例と本実施例での画像形成中のトナー残量検知の高圧シーケンスを示したタイミングチャートである。画像形成中においては本実施例も比較例と同じ高圧印加タイミングと高圧出力値でトナー残量検知を行っている。
【００６４】
このように、本実施例によれば、非画像形成動作中におけるトナー残量検知時に帯電バイアスを印加させずに、画像形成用のレーザー照射により感光ドラム上の潜像電位を所定範囲に制御し、且つ現像バイアス直流成分を現像スリーブから感光ドラムへトナー飛翔を起こさせない電位に制御する。これにより、トナー残量検知の精度は画像形成中の精度を維持し、且つ感光ドラムへのカブリを防止し、更なるドラム寿命の延命を図ることができる。
【００６５】
具体的には、図９に示す比較例の動作と図１０に示す本実施例の動作で比較を行ったところ、図１１に示すように、比較例のドラム寿命が９００００枚であったのに対し、本実施例のドラム寿命は９８１０００枚であり、比較例のドラム寿命よりも１．０９倍のドラム寿命の延命を図ることができた。
【００６６】
〔実施例２〕
以下、本実施例に係る画像形成装置について詳しく説明する。なお、本実施例は、前述した実施例では非画像形成動作中のトナー残量検知は感光ドラムの駆動回転を伴う構成であったのに対し、感光ドラムが静止状態で非画像形成動作中のトナー残量検知を行う。なお、その他の画像形成装置の概略構成およびその動作は、前述した実施例と同様であるため、同様の構成及び機能を有するものについては説明を援用するものとし、ここでは説明を省略する。
【００６７】
本実施例では、非画像形成動作中のトナー残量検知を、感光ドラムを回転駆動せずに静止状態で行う。通常、感光ドラム２を静止状態で帯電ローラ３に帯電バイアスを印加してしまうと、ドラムメモリと呼ばれる現象が生じてしまう。ドラムメモリとは帯電バイアスによる感光ドラム２への電荷過剰供給であり、感光ドラム２の帯電通常部のドラム電位に対して電位差を生じさせてしまう現象である。ドラムメモリが生じる電位差が生じた箇所に現像スリーブ５ａ上のトナー１２が過剰に飛翔してしまう。
【００６８】
本実施例のトナー残量検知では、帯電ローラ３には帯電バイアスを印加していないため、静止状態であってもドラムメモリの懸念はない。つまり本実施例では感光ドラムを静止状態で上記トナー残量検知を行うことが可能となる。
【００６９】
図１に示す画像形成装置において、本実施例の感光ドラム２廻りの構成は、感光ドラム２の周上に帯電ローラ３とクリーニングブレード７ａ、転写ローラ６が当接された状態で配置されている。従って、感光ドラム２が回転駆動すると、この感光ドラム２に当接された前述の各当接部材との間で摩擦力が生じる。その結果、感光ドラム２の光導電層が削られ、ドラム寿命の早期発生の要因となってしまう。
【００７０】
本実施例では、非画像形成動作中は、感光ドラムを静止状態でトナー残量検知を行うことが可能なため、感光ドラム２に当接された当接部材による感光ドラム２の光導電層の削れをなくすことが可能になり、更なる感光ドラム２の寿命延命につながる。
【００７１】
このように、本実施例によれば、前述した実施例と同様の効果が得られるだけでなく、非画像形成動作中は感光ドラムを静止させた状態にてトナー残量検知を行うことにより、更にドラム寿命の延命を図ることができる。
【００７２】
具体的には、図９に示す比較例の動作と図１０に示す本実施例の動作で比較を行ったところ、図１１に示すように、比較例のドラム寿命が９００００枚であったのに対し、本実施例のドラム寿命は１０６２００枚であり、比較例のドラム寿命よりも１．１８倍のドラム寿命の延命を図ることができた。
【００７３】
また前述した実施例では、画像形成装置としてプリンタを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば複写機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置であっても良い。これらの画像形成装置に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１    …画像形成装置
２    …感光ドラム
３    …帯電ローラ
４    …レーザースキャナ
５    …現像装置
５ａ  …現像スリーブ
６    …転写ローラ
７    …クリーニング装置
７ａ  …クリーニングブレード
１０  …制御部
１０ａ …本体ＣＰＵ
１０ｂ …定着ＣＰＵ
１０ｃ …メモリ
１１  …高圧電源部
１１ａ …帯電印加電源
１１ｂ …現像印加電源
１１ｃ …転写印加電源
１９  …トナー残量検知装置
２０  …アンテナ
２１  …回路構成部
２２  …コントローラ
２４  …コンパレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015079046.tif 000009
【図８】
2015079046.tif 000010
【図９】
2015079046.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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