JP4825577B2 - 画像形成装置と帯電電圧印加方法および現像バイアス電圧印加方法 - Google Patents

Description

本発明は、感光体の表面を露光して潜像を形成し、この潜像をトナーにより顕像化し、記録用紙にトナー定着する画像形成装置に関し、特に画像形成装置の立ち上げ時、立ち下げ時にかぶり防止電位差を確保して、不要なトナー付着およびキャリア上がりを防止する画像形成装置であり、帯電電圧または現像バイアス電圧の制御方法に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、反転現像方式の場合、感光体を帯電手段により均一に正帯電電位Ｖｄに帯電し、その帯電領域を露光手段により露光して、その露光された部分を露光部電位ＶＬにし、静電潜像を形成する。この静電潜像に正極性バイアス電圧が与えられた現像スリーブと、正帯電したトナーを備える現像手段により、トナーを付着させて顕像化する。
ここで、トナーとキャリアを搬送する現像スリーブに印加される現像バイアス電圧は、感光体の非画像形成部電位よりも低く設定され、かつ画像形成部電位よりも高く設定される。その結果、正帯電しているトナーは感光体表面の画像形成部（即ち、現像バイアス電位よりも低い電位部）に吸着されてトナー像が形成される。このとき、感光体の非画像形成部の電位は、現像バイアス電圧よりも高く設定されているので、トナーの付着は防止される。すなわち、現像スリーブに印加した現像バイアス電圧Ｖｂと静電潜像ＶＬとの電位差（Ｖｂ−ＶＬ）に比例した量のトナーが感光体の表面に付着する。
現像バイアス電圧Ｖｂと静電潜像ＶＬとの電位差（Ｖｂ−ＶＬ）が現像ポテンシャルと称される。一例として、感光体の帯電電位は−６００Ｖ、現像バイアス電圧は−４００Ｖである。

このような画像形成装置において、感光体の表面に均一に帯電させる帯電器として、スコトロン帯電器が使用される。スコトロン帯電器は、感光体の軸方向にほぼ平行に張架した放電電極によりコロナ放電を行なって感光体の表面に電荷を供給し、感光体表面に一定の帯電電位を与えるものである。スコトロン帯電器は放電電極と感光体の間にグリッド電極を備え、このグリッド電極に直流電圧を印加して、感光体表面の帯電電圧を制御する。

画像形成装置の立ち上げ時である感光体の回転の初期には、感光体の表面電位は、帯電器の帯電電圧電源がオンになると同時に規定の帯電電圧に達せず、一定時間後に規定の帯電電圧となる。これは帯電器が感光体の回転方向に一定の幅を有しているので、感光体の回転初期は、感光体が帯電器の回転方向上流側と回転方向加硫側とで帯電器より電荷を受ける時間が相違し、帯電電圧が緩やかに上昇するためである。一方、現像手段に与えられた現像バイアス電圧は時間的遅れがなく、制御目標通りに規定の現像バイアス電圧となる。
このため感光体の帯電立ち上がり区間が現像位置を通過するとき、現像バイアス電圧をオンにするタイミングをどのようにしてもかぶり電位を生じ、その結果、不要なトナー付着およびキャリャの飛散（キャリャ上がり）が発生し、感光体の寿命を短くする、画像を劣化させるなど問題を生じる。このような現象は立ち下がり時にも発生する。

上記したかぶり電位の発生は、感光体の膜厚が薄くなると、より一層発生しやすくなる。すなわち、感光体の表面には、現像スリーブやクリーニング手段および記録用紙が当接するので、画像形成装置を使用するに従い、感光体表面に形成した感光体膜が削れて薄くなる。感光体膜はアルミニュウム素管に電荷発生層と電荷輸送層を積層して構成されるが、特に電荷輸送層の膜厚が減少する。このように感光体膜厚が減少すると、感光体の光減衰特性が変動し、表面電荷が増加する。このため膜厚が減少した感光体では、現像バイアス電圧との差が大きくなり、かぶり（地かぶり）電位が発生しやすくなる。

この問題を解決するため、特許文献１は、感光体表面を規定電位に立ち上げる際に、先ず帯電器のグリッド電圧として低電圧バイアスを供給して感光体表面を所定の低電位に立ち上げ、その後高電圧を供給する技術を開示している。
また特許文献２は、感光体の膜減り積算動作時間に基づいて帯電器の印加電圧を下げる制御または（感光体の膜減りによる電位上昇分）―（感光体露光部分の電位上昇分）を制御量として、その制御量分だけ帯電器の印加電圧を下げる技術を開示している。
また特許文献３は、感光体の表面電位を検知し、その検知出力により現像バイアス電圧の立ち上げ時及び立ち下げ時の現像バイアス電圧を制御する技術を開示している。
特開２０００−２１４６６２号公報 特開２００５−１９５８９０号公報 特開２００３−２７０９１３号公報

特許文献１は、帯電器のグリッド電圧を所定のタイミングで低電圧から高電圧へ切り替え制御して従来の問題を解決する方法であるが、特許文献１は、感光体の膜減りのような変化に対して十分に対応できない。
また特許文献２は、（感光体の膜減りによる電位上昇分）―（感光体露光部分の電位上昇分）を制御量として、帯電器の印加電圧を制御するものである。しかしながら、特許文献２は、帯電器により感光体に規定の帯電電圧を与え、また通常の露光を行なって、そのときの（感光体の膜減りによる電位上昇分）―（感光体露光部分の電位上昇分）を測定するものである。したがって、この測定時にかぶり電位およびキャリア飛散を生じる可能性がある。
また特許文献３は、感光体の表面電位に応じて現像バイアス電圧を制御するものであるが、立ち上がりの初期に感光体の表面電位が徐々に上昇するに従い現像バイアス電圧を徐々に上昇させている。そのため感光体の表面電位および現像バイアス電圧が十分に規定電圧に達するまでに時間がかかり、ファーストコピーが遅くなる。

さらに、長期間放置された感光体を帯電させると、1回転目の感光体の表面電位Ｖｏ₁が所定の表面電位Ｖｏより低下し、２回転目以降は所定の表面電位Ｖｏが得られという現象が発生する。これは長期間放置後の1回目の帯電時は、感光体が光疲労によりキャリアをトラップしており、帯電によりトラップされたキャリアが遊離して表面電位が低下するためである。しかし、２回転以降の帯電では、トラップされたキャリアが消滅しており、所定の表面電位Ｖｏが得られることに起因する。
この光疲労による表面電位低下に伴うかぶりの発生などを避けるために、次のような処理を施している。即ち、長期間放置後は、感光体の1回転目をグリッド電圧−２００Ｖで帯電し、次の1回転（２回転目）は正規の現像バイアスとするとともに、所定の表面電位Ｖｏを得る正規のグリッド電圧−６００Ｖに光疲労補正（Ｖｏ₁補正）を加えたグリッド電圧−７００Ｖで帯電する。そして表面電位を安定化した後の３回転目以降に、正規の現像バイアスおよび正規のグリッド電圧−６００Ｖで帯電、作像処理を行なう。このように、コピー動作の始めに２回転の空転が入り、ファーストコピー時間短縮の障害となっていた。

本発明は、以上のような課題に鑑みて、画像形成装置の立ち上げ時、立ち下げ時に、かぶり防止電位差を確保して不要なトナー付着、キャリア上がりの発生を防止し、画像濃度を安定化させるものである。さらに、光疲労による表面電位低下を吸収するための空転時間を短縮し、ファーストコピーの短縮を図るものである。

本発明の画像形成装置は、前記課題を解決するために、感光体と、感光体を帯電電圧（Ｖｇ）で帯電させる帯電手段と、帯電した感光体に静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、感光体表面電位測定手段を備え、前記帯電手段は、第１の帯電電圧（Ｖｇ ₁ ）および第１の帯電電圧より高い第２の帯電電圧（Ｖｇ ₂ ）を生成する電圧生成部と、前記第１の帯電電圧（Ｖｇ ₁ ）によって帯電された感光体の表面電位の測定結果に基づいて、第１の帯電電圧による感光体の帯電時の感光体にトラップされたキャリアの遊離による表面電位の低下量（ΔＶ ₁ ）を算出し、第２の帯電電圧（Ｖｇ ₂ ）を下式により調整する帯電電圧制御部を備え、
Ｖｇ ₂ ＝Ｖｇ−（Ｖｇ／Ｖｇ ₁ ）・ΔＶ ₁
前記調整された第２の帯電電圧（Ｖｇ ₂ ）によって感光体を帯電し、感光体にトラップされたキャリアが消滅後は、帯電電圧（Ｖｇ）により感光体を帯電するものである。これにより、帯電電位の立ち上げ時、立ち下げ時のかぶり電位の発生をなくし、不要なトナー付着およびキャリア上がりの発生を防止し、画像濃度を安定化させる。また、長期間放置後のファーストコピーの短縮を図ることができる。

また本発明の画像形成装置は、前記課題を解決するために、感光体と、感光体を帯電電圧（Ｖｇ）で帯電させる帯電手段と、帯電した感光体に静電潜像を形成する露光手段と、現像バイアス発生部と、現像バイアス発生部から現像バイアス電圧（Ｖｂ）が印加されて静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、感光体表面電位測定手段を備え、前記帯電手段は、第１の帯電電圧（Ｖｇ ₁ ）および第１の帯電電圧より高い第２の帯電電圧（Ｖｇ ₂ ）を生成する電圧生成部を備え、前記現像バイアス発生部は、前記第１の帯電電圧（Ｖｇ ₁ ）によって帯電された感光体の表面電位の測定結果に基づいて、第１の帯電電圧による感光体の帯電時の感光体にトラップされたキャリアの遊離による表面電位の低下量（ΔＶ ₁ ）を算出し、現像バイアス電圧（Ｖｂ ₂ ）を下式により補正する現像バイアス電圧制御部を備え、
Ｖｂ ₂ ＝Ｖｂ＋（Ｖｇ／Ｖｇ ₁ ）・ΔＶ ₁
前記補正された現像バイアス電圧（Ｖｂ ₂ ）を前記現像手段に印加し、感光体にトラップされたキャリアが消滅後は、現像バイアス電圧（Ｖｂ）を前記現像手段に印加するものである。これにより、帯電電位の立ち上げ時、立ち下げ時のかぶり電位の発生をなくし、不要なトナー付着およびキャリア上がりの発生を防止し、画像濃度を安定化させる。また、長期間放置後のファーストコピーの短縮を図ることができる。

また本発明は、前記感光体表面電位測定手段を前記現像手段より上流側に備え、第２の帯電電圧で帯電された感光体の帯電領域が前記感光体表面電位測定手段を通過した後、前記露光手段により感光体を露光することが望ましい。これにより、測定手段が飛散トナーによって汚染されない。また感光体の回転初期に帯電領域の検出時期を早くすることができ、よりファーストコピーの短縮を図ることができる。
また本発明は、前記第２の帯電電圧で帯電された感光体の帯電領域が１回転以上した後、露光手段により感光体を露光することが望ましい。これにより、感光体全面を均一に帯電した後、露光するので、高画質画像を得ることができる。
また本発明の画像形成装置は、前記感光体表面電位測定手段は、前記感光体の表面を複数箇所測定し、その平均値を求めることが望ましい。これにより感光体全面が均一に帯電したか、測定することができる。

また本発明の画像形成装置は、前回の最終印字動作終了後の放置時間を計測する放置時間計測手段を更に備え、前記放置時間が所定値以上の場合は、前記感光体表面電位測定手段の測定結果に基づいて第２の帯電電圧を調整し、この調整された第２の帯電電圧によって帯電された感光体が１回転以上した後、露光することが望ましい。これにより放置によりキャリアがトラップされた感光体の全面に帯電を均一に与えてから、ファーストコピーの動作を開始させることができる。従って、失敗のないコピーを得ることができる。またその際は、前記感光体の表面を複数箇所測定し、その平均値を求めることが望ましい。これにより感光体全面を均一に帯電させたことを確認してコピーを取ることができる。
また前記放置時間が所定値未満の場合は、前記感光体表面電位測定手段の測定結果に基づいて第２の帯電電圧を調整し、この調整された第２の帯電電圧によって感光体を帯電した後、露光することが望ましい。これにより、最終印字動作終了後の感光体に残存する帯電電位を有効に利用して、よりファーストコピーの短縮を図ることができる。

更に、本発明は別の観点によれば、画像形成装置の帯電電圧印加方法であって、感光体と、感光体を帯電電圧（Ｖｇ）で帯電させる帯電手段と、帯電した感光体に静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、感光体表面電位測定手段を備え、第１の帯電電圧（Ｖｇ ₁ ）で感光体に帯電を行なう第１の帯電ステップと、第１の帯電ステップで帯電された前記感光体の表面電位を測定する測定ステップと、前記測定結果に基づいて、第１の帯電電圧による感光体の帯電時の感光体にトラップされたキャリアの遊離による表面電位の低下量（ΔＶ ₁ ）を算出するステップと、第２の帯電電圧（Ｖｇ ₂ ）を下式により調整する帯電電圧制御ステップと、
Ｖｇ ₂ ＝Ｖｇ−（Ｖｇ／Ｖｇ ₁ ）・ΔＶ ₁
前記調整された第２の帯電電圧（Ｖｇ ₂ ）によって感光体を帯電するステップと、感光体にトラップされたキャリアが消滅後は、帯電電圧（Ｖｇ）により感光体を帯電するステップとを備える。これにより、帯電電位の立ち上げ時、立ち下げ時のかぶり電位の発生をなくし、不要なトナー付着およびキャリア上がりの発生を防止し、画像濃度を安定化させる。また、ファーストコピーの短縮を図ることができる。

また本発明は、画像形成装置の現像バイアス電圧印加方法であって、感光体と、感光体を帯電電圧（Ｖｇ）で帯電させる帯電手段と、帯電した感光体に静電潜像を形成する露光手段と、現像バイアス発生部と、現像バイアス発生部から現像バイアス電圧（Ｖｂ）が印加されて静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、感光体表面電位測定手段を備え、第１の帯電電圧（Ｖｇ ₁ ）で感光体に帯電を行なう第１の帯電ステップと、第１の帯電ステップで帯電された前記感光体の表面電位を測定する測定ステップと、前記測定結果に基づいて、第１の帯電電圧による感光体の帯電時の感光体にトラップされたキャリアの遊離による表面電位の低下量（ΔＶ ₁ ）を算出するステップと、現像バイアス電圧（Ｖｂ ₂ ）を下式により調整する現像バイアス電圧制御ステップと、
Ｖｂ ₂ ＝Ｖｂ＋（Ｖｇ／Ｖｇ ₁ ）・ΔＶ ₁
前記調整された現像バイアス電圧（Ｖｂ ₂ ）を前記現像手段に印加する現像バイアス印加ステップと、感光体にトラップされたキャリアが消滅後は、現像バイアス電圧（Ｖｂ）を印加するステップとを備える。これにより、帯電電位の立ち上げ時、立ち下げ時のかぶり電位の発生をなくし、不要なトナー付着およびキャリア上がりの発生を防止し、画像濃度を安定化させる。また、ファーストコピーの短縮を図ることができる。

本発明の画像形成装置によれば、帯電電位の立ち上げ時、立ち下げ時のかぶり電位の発生をなくし、不要なトナー付着およびキャリア上がりの発生を防止し、画像濃度を安定化させる。また長期間放置後のファーストコピーの短縮を図ることができる。あるいは感光体全面を均一に帯電させ、高画質画像を得ることができる。

本発明の画像形成装置は、複写機、プリンタ装置、ファクシミリ装置、これらの機能を有する複合機のように電子写真プロセスによって画像を形成する画像形成装置に適用されるものであり、カラー対応機、モノクロ対応機にも適用できるものである。
図１は、画像形成装置の画像形成部分１００を示す構成図である。画像形成装置は、感光体１と、その外周に配置した、帯電手段２、露光手段３、現像手段４、転写手段５、クリーニング手段６、除電手段７等からなり、更に定着手段８を備えて構成される。この画像形成部分１００に、給紙装置（図示しない）より搬送路により記録用紙９が転写手段５の転写タイミングに合わせて搬送され、転写後、定着手段８により記録用紙９にトナーが定着され、そして画像形成装置外へ排出される。図１には、記録用紙９は便宜的に長い連続用紙のように示しているが、適当な用紙サイズの記録用紙が搬送手段によって搬送される形式のものが使用される。

上記帯電手段２は、感光体１の表面を所定の電位（例えば、−４００〜―８００Ｖ、好ましくは−５００〜−７００Ｖ）に均一に帯電させる装置であり、帯電制御部２ａと帯電器２ｂを備え、帯電制御部２ａにより感光体１の表面電位が制御される。帯電器としてはスコロトロン帯電器が使用できる。この他にローラ型、ブラシ型などの接触式帯電装置を使用することができる。
この図１では、スコロトロン帯電器を示し、帯電器２ｂ内の放電電極に放電用高電圧が印加され、グリッド電極に給電手段１１が接続される。グリッド電極に帯電電圧を印加する帯電制御部２ａは、第１のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₁と第２のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₂を備える。第１のグリッドバイアス電圧Ｖｇ１と第２のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₂は、後述するように立ち上げ時、立ち下げ時の所定のタイミングで切り換えられる。

露光手段３は、帯電手段２によって均一に帯電された感光体１の表面に、画像情報に応じた光を感光体の軸方向に走査して露光することによって、露光後の表面電位ＶＬを例えば、−７５Ｖ以下にして、静電潜像を形成する。なお、本発明は正規現像方式、反転現像方式のどちらの方式にも適用可能であるが、ここでは後者の方式を説明する。
露光手段３は、原稿読取台に載置された原稿を照明し、原稿からの反射光をミラー、レンズのような光学系を介して、ＣＣＤで読み取り、その読み取った信号をデジタル信号に変換した後、画像処理して画像信号を生成し、この画像信号により光ビームをＰＷＭ変調して、感光体１の軸方向に走査し、感光体の回転方向に副走査して画像領域を露光する。この他にパソコンやインターネットを通して取得した画像信号を用いてもかまわない。露光用光源としては露光用レーザ、露光用ＬＥＤアレイ、または露光用ランプを用いることができる。
露光手段３は、例えば露光エネルギーを制御する制御部を備え、露光パワーを制御することができる。

現像手段４は、静電潜像が形成された感光体１の表面にネガまたはポジ現像方式で顕像化するため、トナーを供給してトナー像を形成するものである。現像方式は、乾式２成分現像方式が用いられる。現像手段４は感光体１に近接対向させた現像スリーブ（図１は現像スリーブを示している）４ａを備え、更に現像器内にトナーと、キャリアとを攪拌する攪拌機を備え、トナーをマイナスに摩擦帯電させる。現像器内には、この他にトナー補給ローラ、トナー補給口、補給用トナーボトルを備える。また現像スリーブ４ａには、給電部１１から現像バイアスが供給される。したがって、トナーを保持した現像スリーブ４ａが静電潜像を形成した感光体１に当接または接近すると、感光体１と現像スリーブ４ａとの間の電位差により、現像スリーブ４ａの表面のトナーが静電潜像に転位する。これにより顕像化される。

転写手段５は、記録用紙９を挟んで感光体１と対向位置に配置され、給電手段１１より、例えばプラス５μＡの給電を受ける。感光体１の表面のトナー像が転写手段５に近接すると、感光体１と転写手段５の電位差により、感光体１の表面に静電気で付着したトナー像が転写手段５の方向に転移する。その際、レジストローラにより、トナー像が感光体１から転写手段５へ転移するタイミングを図って、感光体１と転写手段５の間に記録用紙９が搬送される。このようにして、トナー像が記録用紙９に転写される。
ここでは転写手段５は、直接記録用紙９に転写される方式を説明したが、このような方式はモノクロ画像を形成する場合には都合のよい方式である。カラー画像を形成する場合は、図１に示した画像形成部分１００をＹＭＣＫ各色ごとに用意し、ＹＭＣＫ画像形成部分１００により形成されたＹＭＣＫ各色のトナー像を中間転写ベルトに順次重ねて転写して、フルカラーのトナー像を形成する方式を使用するとよい。

クリーニング手段６は、感光体１の表面に残留するトナーを回収するもので、感光体１の表面に板状に形成したウレタンゴムなどからなるクリーニングブレードを当接するように配置して構成される。またはベルトクリーニングを感光体に接触するように配置して構成される。
除電手段７は、感光体上の残留電位を除去するものであり、除電ランプが使用される。
定着手段８は、トナー像が転移された記録用紙を加圧および加熱することにより、トナーを溶融し、かつ加圧して記録用紙に定着させる。
給電手段１１は、例えば変圧器と整流器とコンバータ等を備え、帯電手段２に放電電流およびグリッドバイアスを供給するため放電電流発生部および、グリッドバイアス発生部、現像手段４に現像バイアスを供給するため現像バイアス発生部および転写手段５に転写電流を供給するため転写電流発生部を備える。
この他に定着装置８の加熱ローラのヒータに電力供給する電源部、感光体の内部ヒータに電力供給する電源部、感光体や搬送路上の駆動ローラを駆動するための電源部を備えていてもよい。

本発明の画像形成装置は、電子写真プロセスに影響のある情報を取得するために、次のようなセンサーを設置している。
例えば、感光体１の帯電部電位Ｖｄ、露光部電位ＶＬ、残留電位Ｖｓ、その他の電位を測定する表面電位計２１が、帯電手段２と露光手段３の間、または露光手段３と現像手段４の間で感光体１の表面に近接して配置される。この実施形態ではファーストコピーの短縮を図るため、図１に示すように表面電位計２１は帯電手段２と露光手段３の間に配置する。露光部電位ＶＬを測定するために露光手段４の下流側に備えてもよい。表面電位計２１は、１個でもよいが、複数個を感光体の軸方向に並べて配置し、それら測定結果を平均してもよい。

本発明の第１の実施形態では、表面電位計２１は感光体１の回転初期に検知した検知出力を使用する。第２の実施形態では感光体１が１回転する間に複数回（例えば、感光体が６０°回転するたびに測定する。）測定し、その測定結果を平均して測定結果を得る。このように複数の表面電位計２１を用い、感光体の回転とともに複数回測定することにより、感光体の全表面の電位を測定することができる。

表面電位計２１は、図２に示すように、非接触で感光体の表面電位を測定する振動容量型表面電位計が使用される。振動容量型表面電位計は、感光体１の表面から１．７〜２．３ｍｍの距離に測定電極３１を配置し、この測定電極３１と感光体１の間に配置したフォーク３２、３３と、チョッピング手段として振動用圧電素子３４と，振動検出用圧電素子３５を配置し、測定電極３１に誘起される電荷を測手段３６で測定することにより、表面電位を測定するものである。振動容量型表面電位計としては、音叉型チョッパー装置、モータ型チョッパー装置、振り子型チョッパー装置であってもよい。

またトナー付着量検出センサー２２が現像手段４の下流側に、かつ転写手段５より上流側に配置される。トナー付着量検出センサー２２は、例えば赤外線または可視光を発光する発光素子から感光体１に光を照射して、その反射光を受光素子で受光し、その受光量に基づいてトナー付着量を測定するものである。いわゆるフォトインタラプタ型光電素子を使用する。
中間転写ベルト方式では１次転写よりも下流位置で中間転写ベルト上のトナー付着量を反射式光学センサーで測定しても良い。

また画像形成部の温度、湿度を検出するために温度センサー２３、湿度センサー２４が設けられる。温度センサー２３、湿度センサー２４は画像形成部の雰囲気を検出する場所であればよく、望ましくは感光体１の近傍である。
更に本発明は、累積コピー枚数カウンタ２５、感光体１の累積回転時間計２６を備える。コピー枚数カウンタ２５の設置場所は特に限定がなく、記録用紙の搬送枚数をカウントすることができる位置であればよい。また感光体１の回転時間計２６は感光体の回転軸や感光体の回転に従動するローラの回転を監視して、その時間を計測すればよい。回転時間計２６に代えて感光体の回転数をカウントする累積回転回数を使用しても良い。また感光体の交換時に感光体の交換回数をカウントするカウンタを備える。

ここで、電子写真プロセスにおける反転現像方式の各電位関係は、次の通りである。まず感光体１が帯電手段２により均一に表面電位Ｖｏに帯電され、その帯電部分が露光手段３により露光されると、その露光された部分は、露光部電位ＶＬになる。ここで、現像バイアス電圧Ｖｂと露光部電位ＶＬとの差（Ｖｂ−ＶＬ）が現像ポテンシャルと称され、この現像ポテンシャルに比例した量のトナーが感光体１の表面に付着して、現像が行なわれる。この感光体１の表面に付着したトナーが記録用紙８に転写されることにより、記録用紙８に画像が形成される。このように、トナー付着量は現像ポテンシャルの大きさによって変化する。即ち、感光体１の表面電位とトナー帯電量とトナー付着量の関係は、感光体１の表面には現像ポテンシャル（Ｖｂ−ＶＬ）に比例してトナーが付着し、トナー付着量はトナー帯電量に反比例する。

一般に、画像形成装置は、現像器内で現像剤とトナーの摩擦帯電によりマイナス帯電させるので、現像剤が長期使用されると、帯電し難くなる傾向にある。そのため、現像剤の疲労度に関係することになり、結局トナー帯電量が低いときはトナー濃度が高くなり、トナー帯電量が高いときはその逆になる。また湿度とトナー付着量の関係は、トナーのマイナス帯電は現像器内で摩擦帯電により電荷が与えられるので、低湿度のときはトナー帯電量が高く、高湿度ときは低くなる。
また感光体１は、ＯＰＣ感光体であり、肉厚２ｍｍ、直径６０ｍｍ、長さ３４０ｍｍのアルミニュウム素管に、電荷発生層を膜厚１μｍ、その上に電荷輸送層を膜厚３０μｍ形成したものである。この感光体は、通常その表面に現像スリーブ４ａやクリーニング手段６および記録用紙が当接するので、感光体１の表面層となる電荷輸送層が削れて膜厚が薄くなるとともに露光感度が経時変化し、そのため感光体１の光減衰特性が変動し、最適現像バイアスがずれてしまう。その結果、濃度変動となる。

更に、転写手段５の転写電流によって転写が変化し、また定着手段８の加熱温度、加圧の程度によっても画像濃度が変化する。
以上のように、トナー付着量は、感光体帯電電位、現像バイアス電圧、露光エネルギー、現像ポテンシャル、トナー帯電量、トナー濃度、転写電流、温度、湿度などによって決定される。

本発明に使用されるスコトロン帯電器は、図３に示すように感光体１の軸方向にほぼ平行に張架した放電電極４１と、この放電電極４１と感光体１の間に感光体１の電位を制御するグリッド電極４２と、放電電極４１を覆うように支持されたシールドケース４３により主要部が構成される。
放電電極４１に−５００μＡの定電流出力の直流電源４４により高圧電圧を印加すると同時に、グリッド電極４２に帯電したい所定のバイアス電圧を直流電源４５より印加することにより、感光体１の表面にコロナ放電を行って電荷を供給し、感光体表面に一定の帯電電位を与える。ここで、グリッド電極４２に印加する直流電源４５は、第１のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₁と第２のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₂を供給することができ、この２つのグリッドバイアス電圧は所定のタイミングで切り換えられる。

第１のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₁は、トラップされたキャリアの遊離による感光体表面電位低下による変動幅を小さく抑えるために−１５０〜−３００Ｖ程度とするのが望ましく、例えば−２００Ｖとして、グリッド電極４２に−２００Ｖを印加する。ここでかぶりを防止するために感光体表面電位と現像バイアス電圧との電位差、いわゆるかぶり防止電位差（クリーニングフィールド）としては５０〜５００Ｖ好ましくは１００〜３００Ｖになるように設定する。感光体１の回転初期はグリッド電極４２に−２００Ｖを印加するので現像バイアス電圧を＋５０Ｖとする。これにより電位低下を含めた感光体の表面電位Ｖｏは−１５０〜−２００Ｖ程度であり、かぶり防止電位差（クリーニングフィールド）としては２００〜２５０Ｖが確保され、確実にかぶりが防止される。その結果、不要なトナー付着を防止し、またキャリア飛散の発生を防止する。

第２のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₂は、感光体１に正規の帯電電圧を与える電圧に設定し、後述するように第１のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₁によって帯電された感光体１の表面電位を測定し、その測定結果に応じて調整される。即ち−６００〜−８００Ｖである。
第１のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₁と、第２のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₂の切り替えは、この画像形成装置に備えられたＣＰＵにより行なわれる。
第１のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₁と、第２のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₂の電圧および切り替えは、以下に説明する接触帯電器も同様である。但し、グリッドバイアス電圧は、帯電バイアス電圧に読み替える。

接触帯電器は、図４に示すように帯電ローラ５１がバネ等の付勢力（図示しない）により感光体１の表面に帯電に適した圧力で圧接し、感光体１の回転に追従的に回転する。帯電ローラ５１は芯金５２の外側に両端部を除いて導電性のゴム材５３を成型により一体加工したものである。この芯金５２の部分に帯電用電源５４から帯電バイアス電圧を印加し、感光体１の表面に帯電させる。

また、帯電ローラ５１は、アルミニュウム等の金属製軸の周りに体積抵抗が１０⁶〜１０⁸Ωｃｍのゴム弾性体５３を同心的に配置し、その表面を体積抵抗がより高い１０⁸〜１０¹⁰Ωｃｍの表面保護層５７でコートして構成する。ゴム弾性体５３としては、第１の種類はブタジエン、ＥＰＤＭ等の絶縁性有機材料に、カーボン、金属粉等の導電性粉末を分散させて体積抵抗を所定値にした電子電導タイプである。第２の種類はウレタン、ヒドリン等の化学的活性を備えた極性基を分子構造内に持つ高体積抵抗の有機材料である極性ゴムまたは金属塩、界面活性剤などのイオン剤を添加した有機材料等のイオン電導タイプである。

図５は本発明の画像形成装置のブロック図を示す。
図５において、帯電ユニット６１は、図１に示した帯電手段２に相当し、帯電制御部２ａを介してバスライン６２に接続される。帯電制御部２ａの出力電圧は、第１のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₁と、第２のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₂を切り換えることができるものである。また放電電極４１の高圧電圧Ｖｈの印加を制御する。露光ユニット６３は、図１の露光手段３に相当し、露光ユニット６３は露光パワー制御部６４を介してバスライン６２に接続される。現像ユニット６５は、図１の現像手段４に相当し、現像スリーブ４ａに現像バイアス電圧を与え、現像バイアス制御部４ｂを介してバスライン６２に接続される。

バスライン６２にはＣＰＵ６６が接続されており、ＣＰＵ６６は、メモリ６７に記憶されたプロセス制御用シーケンスプログラム６８に基づいて、各構成要素を順次制御することにより、画像形成を実現し、また本発明の各ステップを実行し、画像形成装置の帯電電圧印加方法または現像バイアス電圧印加方法を実現する。メモリ６７は、更に画像メモリ６９および第１の帯電電圧印加時の表面電位データ記憶部７０を備える。上記の表面電位計２１、トナー付着量センサー２２、温度センサー２３、湿度センサー２４の出力は、各種センサー７１の出力として示し、バスライン６２に接続される。また本発明の画像形成装置は、演算器７２、帯電電圧調整手段７３、または現像バイアス電圧調整手段７４を備える。
上記帯電電圧印加時の表面電位データ記憶部７０、演算器７２、帯電電圧調整手段７３、現像バイアス電圧調整手段７４については後述する。

図６は、本発明の画像形成装置のファーストコピーを説明するタイムチャートである。
先ず、図6（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、時間ｔ０で感光体１のドラムモータが回転を開始すると同時に、除電ランプ７がオンになる。同時にスコトロン帯電器の放電電極４１に−５００μAの定電流出力を直流電源４４より印加する。また図６（ｄ）、（ｅ）に示すように、グリッド電極４２に第１のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₁（−２００Ｖ）を印加する。そして現像ローラ４ａに現像バイアスＶｂ（＋１５０Ｖ）を印加する。

ここで図３に示すように、スコトロン帯電器の最上流端をＰ₁、最下流端をＰ₂とする。時間ｔ０から時間Ｔ１が経過して、感光体１が回転し、図６（ｆ）に示すように帯電器の最下流端Ｐ₂に対向する感光体領域Ｓ２が表面電位センサー２１のある位置まで回転したとする。即ち、感光体１は帯電器２に対向する位置から表面電位センサー２１のある位置までの距離ｓを進むと、その表面電位が検出され上昇し始め、さらに時間Ｔ２が経過し最上流端Ｐ₁の到達以後は、表面電位センサー２１が検出する表面電位Ｖｏｓ（−１７０Ｖ）は一定となる。
この最上流端Ｐ₁が到達した以後を表面電位計側期間Ｔ３とする。ここで測定系のノイズなどの影響を防止するため、１０ｍｓのインターバルで表面電位センサー出力を８回読み込み、それを平均して、平均値の表面電位Ｖｏｓ（−１７０Ｖ）を得る。

ここで第１のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₁（−２００Ｖ）による帯電時の表面電位の低下量△Ｖ₁は、
△Ｖ₁＝ａｂｓ（Ｖｇ₁−Ｖｏｓ）＝３０Ｖ
と算出することができる。
したがって、正規のグリッドバイアス電圧Ｖｇ（−６００Ｖ）における表面電位の低下量△Ｖ₂は、
△Ｖ ₂ ＝（Ｖｇ／Ｖｇ₁）・△Ｖ₁＝９０Ｖ
と推定することができる。その結果、第２のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₂を
Ｖｇ₂＝Ｖｇ−△Ｖ₂＝−６９０Ｖ
として求めることができる。従って、時間ｔ２のタイミングで帯電電圧を第２のグリッドバイアス電圧Ｖｇ₂（−６９０Ｖ）に切り換える。

図６（ｇ）に示すように、時間ｔ０より時間Ｔ４が経過し時間ｔ１になると、最下流端Ｐ₂は、現像位置に到達して現像位置における感光体１の表面電位Ｖｏｄ（−１７０Ｖ）は、上昇を開始し一定となる。上記のようにして、第２のグリッドバイアス電圧Ｖｇ ₂ （−６９０Ｖ）に切り換えた時間ｔ２から更に時間Ｔ５経過した時間ｔ３になると、現像位置での表面電位Ｖｏｄは再び上昇を開始する。このとき表面電位は、上記第２のグリッドバイアス電圧（−６９０Ｖ）により帯電が行われるが、上記したように、光疲労による表面電位の低下（９０Ｖ）が起こり、表面電位は−６００Ｖとなる。

以上のように帯電電圧が変化する間、つまり時間ｔ０〜ｔ１の期間、現像バイアスＶｂは+１５０Ｖに維持されているので、かぶり防止電位差２５０Ｖが確保されている。また、時間Ｔ２が経過し、現像位置の表面電位がＶｏｄ（−１７０Ｖ）になるのに同期させて現像バイアスＶｂを（＋１５０Ｖ）から（+５０Ｖ）に切り換えることにより、時間ｔ２〜ｔ３の期間もかぶり防止電位差２５０〜２２０Ｖを確保することができる。

時間ｔ２から感光体が１回転する時間Ｔ６，第２のグリッドバイアス電圧Ｖｇ ₂ （−６９０Ｖ）を維持し、１回転した時間ｔ４に正規のグリッドバイアス電圧Ｖｇ（−６００Ｖ）に切り換える。感光体は１回転目の帯電によりトラップされたキャリアが消滅しているので、以降は正規の表面電位Ｖｏ（−６００Ｖ）となる。
第２のグリッドバイアス電圧Ｖｇ ₂ （−６９０Ｖ）による帯電面が現像位置に到達して現像位置の表面電位Ｖｏｄが上昇を開始して表面電位Ｖｏｄ（−６００Ｖ）が一定となるの同期して、現像バイアスＶｂを+５０Ｖから−３５０Ｖに切り替え、時間ｔ３〜ｔ３+Ｔ２の期間、かぶり防止電位差２２０〜２５０Ｖ、時間ｔ３+Ｔ２以降はかぶり防止電位差２５０Ｖが確保される。
図６（ｈ）に示すように、時間ｔ４より時間Ｔ２+Ｔ５が経過して１回転後の最上流端Ｐ₁’が露光位置に到達すると、画像データに応じてレーザーダイオードＬＤをオンし静電潜像を作像する。
以上のように実施形態１においてはかぶりやキャリア飛散の発生を防止でき、かつ、ファーストコピータイムを短縮することが出来る。

（第２の実施形態）
第１の実施形態がグリッドバイアス電圧を補正して光疲労の影響を吸収したのに対して、図７に示す第２の実施形態は現像バイアス電圧を補正して光疲労の影響を吸収するものであり、第１の実施形態と同様の動作については説明を省略する。

時間ｔ０〜ｔ２までは第１の実施形態と同じ動作を行い正規のグリッドバイアス電圧Ｖｇ（−６００Ｖ）における表面電位の低下量△Ｖ₂（９０Ｖ）と推定する。そして、正規の現像バイアスＶｂ（−３５０Ｖ）を低下量△Ｖ₂で補正した第２の現像バイアス電圧Ｖｂ₂を
Ｖｂ２＝ Ｖｂ + △Ｖ₂
＝ −２６０Ｖ
として求め、時間ｔ２のタイミングで正規のグリッドバイアス電圧Ｖｇ（−６００Ｖ）に切り換え、時間ｔ２以降は正規のグリッドバイアス電圧Ｖｇを維持する。

時間ｔ２から時間Ｔ５経過した時間ｔ３になると、現像位置での表面電位Ｖｏｄは再び上昇を開始し、９０Ｖの光疲労による表面電位の低下が起こり表面電位は−５１０Ｖとなる。
更に、時間ｔ３以降は、正規のグリッドバイアス電圧Ｖｇ（−６００Ｖ）による帯電面が現像位置に到達して、現像位置の表面電位Ｖｏｄが上昇を開始して、表面電位Ｖｏｄは、−５１０Ｖ一定となる。これに同期して現像バイアスＶｂを+５０Ｖから第２の現像バイアスＶｂ₂（−２６０Ｖ）に切り換える。
このようにして、時間ｔ３〜ｔ３+Ｔ２の期間、かぶり防止電位差２２０〜２５０Ｖ、時間ｔ３+Ｔ２以降はかぶり防止電位差２５０Ｖが確保される。

その後、時間ｔ２から時間Ｔ６が経過して、感光体が１回転した時間ｔ４になると、感光体は１回転目の帯電によりトラップされたキャリアが消滅しているので、上昇を開始し正規の表面電位Ｖｏ（−６００Ｖ）となる。これに同期させるために現像位置までの移動時間Ｔ４を加えた時間ｔ４+Ｔ４になると、正規の現像バイアス電圧Ｖｂ（−３５０Ｖ）に切り換える。
よって時間ｔ３以降のかぶり電位（２５０Ｖ）が確保される。
以上のように実施形態２においては、かぶりやキャリア飛散の発生を防止でき、かつ、ファーストコピータイムを短縮することが出来る。

（実施形態３）
図６に示す実施形態１のタイムチャートにおいて、レーザーダイオードによる作像のタイミングを、ｔ５’＝t3＋T2＋T5に変更した以外は実施形態１と同じであり、光疲労が補正され正規の感光体表面電位Vo （−６００V）に静電潜像を作像しファ―ストコピータイムが更に短縮できる。

（実施形態４）
図７に示す実施形態２のタイムチャートにおいて、レーザーダイオードによる作像のタイミングを、ｔ５’＝t3＋T2＋T5に変更した以外は実施形態２と同じであり、光疲労が補正され正規の感光体表面電位Vo （−６００V）に静電潜像を作像し、ファ―ストコピータイムが更に短縮できる。

画像形成装置の構成図を示す。 表面電位計の概略図を示す。 スコロトロン帯電器の概略図を示す。 接触帯電器の概略図を示す。 画像形成装置のブロック図を示す。 実施形態１のタイムチャートを示す。 実施形態２のタイムチャート図を示す。

符号の説明

１ 感光体
２ 帯電手段
３ 露光手段
４ 現像手段
５ 転写手段
８ 定着手段
１１ 給電手段
２１ 表面電位計
７２ 演算器
７３ 帯電電圧制御手段
７４ 現像バイアス電圧制御手段

Claims (9)

1. 感光体と、感光体を帯電電圧（Ｖｇ）で帯電させる帯電手段と、帯電した感光体に静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、感光体表面電位測定手段を備え、
   前記帯電手段は、第１の帯電電圧（Ｖｇ ₁ ）および第１の帯電電圧より高い第２の帯電電圧（Ｖｇ ₂ ）を生成する電圧生成部と、前記第１の帯電電圧（Ｖｇ ₁ ）によって帯電された感光体の表面電位の測定結果に基づいて、第１の帯電電圧による感光体の帯電時の感光体にトラップされたキャリアの遊離による表面電位の低下量（ΔＶ ₁ ）を算出し、第２の帯電電圧（Ｖｇ ₂ ）を下式により調整する帯電電圧制御部を備え、
   Ｖｇ ₂ ＝Ｖｇ−（Ｖｇ／Ｖｇ ₁ ）・ΔＶ ₁
   前記調整された第２の帯電電圧（Ｖｇ ₂ ）によって感光体を帯電し、感光体にトラップされたキャリアが消滅後は、帯電電圧（Ｖｇ）により感光体を帯電することを特徴とする画像形成装置。
2. 感光体と、感光体を帯電電圧（Ｖｇ）で帯電させる帯電手段と、帯電した感光体に静電潜像を形成する露光手段と、現像バイアス発生部と、現像バイアス発生部から現像バイアス電圧（Ｖｂ）が印加されて静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、感光体表面電位測定手段を備え、
   前記帯電手段は、第１の帯電電圧（Ｖｇ ₁ ）および第１の帯電電圧より高い第２の帯電電圧（Ｖｇ ₂ ）を生成する電圧生成部を備え、
   前記現像バイアス発生部は、前記第１の帯電電圧（Ｖｇ ₁ ）によって帯電された感光体の表面電位の測定結果に基づいて、第１の帯電電圧による感光体の帯電時の感光体にトラップされたキャリアの遊離による表面電位の低下量（ΔＶ ₁ ）を算出し、現像バイアス電圧（Ｖｂ ₂ ）を下式により補正する現像バイアス電圧制御部を備え、
   Ｖｂ ₂ ＝Ｖｂ＋（Ｖｇ／Ｖｇ ₁ ）・ΔＶ ₁
   前記補正された現像バイアス電圧（Ｖｂ ₂ ）を前記現像手段に印加し、感光体にトラップされたキャリアが消滅後は、現像バイアス電圧（Ｖｂ）を前記現像手段に印加することを特徴とする画像形成装置。
3. 前記感光体表面電位測定手段を前記現像手段より上流側に備え、第２の帯電電圧で帯電された感光体の帯電領域が前記感光体表面電位測定手段を通過した後、前記露光手段により感光体を露光す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. 前記第２の帯電電圧で帯電された感光体の帯電領域が１回転以上した後、露光手段により感光体を露光することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記感光体表面電位測定手段は、前記感光体の表面を複数箇所測定し、その平均値を求めることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前回の最終印字動作終了後の放置時間を計測する放置時間計測手段を更に備え、前記放置時間が所定値以上の場合は、前記感光体表面電位測定手段の測定結果に基づいて第２の帯電電圧を調整し、この調整された第２の帯電電圧によって帯電された感光体が１回転以上した後、露光す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。
7. 前回の最終印字動作終了後の放置時間を計測する放置時間計測手段を更に備え、前記放置時間が所定値未満の場合は、前記感光体表面電位測定手段の測定結果に基づいて第２の帯電電圧を調整し、この調整された第２の帯電電圧によって感光体を帯電した後、露光す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。
8. 感光体と、感光体を帯電電圧（Ｖｇ）で帯電させる帯電手段と、帯電した感光体に静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、感光体表面電位測定手段を備え、
   第１の帯電電圧（Ｖｇ ₁ ）で感光体に帯電を行なう第１の帯電ステップと、
   第１の帯電ステップで帯電された前記感光体の表面電位を測定する測定ステップと、
   前記測定結果に基づいて、第１の帯電電圧による感光体の帯電時の感光体にトラップされたキャリアの遊離による表面電位の低下量（ΔＶ ₁ ）を算出するステップと、
   第２の帯電電圧（Ｖｇ ₂ ）を下式により調整する帯電電圧制御ステップと、
   Ｖｇ ₂ ＝Ｖｇ−（Ｖｇ／Ｖｇ ₁ ）・ΔＶ ₁
   前記調整された第２の帯電電圧（Ｖｇ ₂ ）によって感光体を帯電する第２の帯電ステップと、
   感光体にトラップされたキャリアが消滅後は、帯電電圧（Ｖｇ）により感光体を帯電するステップと
   を備えることを特徴を備えることを特徴とする画像形成装置の帯電電圧印加方法。
9. 感光体と、感光体を帯電電圧（Ｖｇ）で帯電させる帯電手段と、帯電した感光体に静電潜像を形成する露光手段と、現像バイアス発生部と、現像バイアス発生部から現像バイアス電圧（Ｖｂ）が印加されて静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、感光体表面電位測定手段を備え、
   第１の帯電電圧（Ｖｇ ₁ ）で感光体に帯電を行なう第１の帯電ステップと、
   第１の帯電ステップで帯電された前記感光体の表面電位を測定する測定ステップと、
   前記測定結果に基づいて、第１の帯電電圧による感光体の帯電時の感光体にトラップされたキャリアの遊離による表面電位の低下量（ΔＶ ₁ ）を算出するステップと、
   現像バイアス電圧（Ｖｂ ₂ ）を下式により調整する現像バイアス電圧制御ステップと、
   Ｖｂ ₂ ＝Ｖｂ＋（Ｖｇ／Ｖｇ ₁ ）・ΔＶ ₁
   前記調整された現像バイアス電圧（Ｖｂ ₂ ）を前記現像手段に印加する現像バイアス印加ステップと、
   感光体にトラップされたキャリアが消滅後は、現像バイアス電圧（Ｖｂ）を印加するステップと
   を備えることを特徴とする画像形成装置の現像バイアス電圧印加方法。

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