JP2003215863A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置内へのトナー飛散を防止しながら画質の
良好なトナー像を安定して形成することのできる画像形
成装置および画像形成方法を提供する。 【解決手段】 高濃度パッチ画像を形成して現像バイア
スの最適値を求めた後に、露光エネルギーの最適値を求
める。現像バイアスを先に求めた最適値に設定するとと
もに、感光体の非画像部電位を、現像バイアス電位と非
画像部電位との電位差（逆コントラスト電位）が一定と
なるように定める（ステップＳ３１）。こうしてトナー
飛散の抑制と細線の画像品質の確保とを両立させなが
ら、各露光エネルギーでラインパッチ画像を形成し（ス
テップＳ３３〜Ｓ３５）、その画像濃度の測定結果に基
づいて露光エネルギーの最適値を求める（ステップＳ３
６、Ｓ３７）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、プリンタ、複写
機、ファクシミリ装置などの、静電潜像担持体の表面に
静電潜像を形成し、さらに現像手段に現像バイアスを与
えてその静電潜像をトナーにより顕像化してトナー像を
形成する画像形成装置および画像形成方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】この種の画像形成装置の一例として、負
帯電トナーを用いるレーザービームプリンタの主要部を
図８に示す。この画像形成装置では、静電潜像担持体２
０たる感光体の表面が負の表面電位Ｖoに帯電されてお
り、その表面に露光手段たる半導体レーザー６０からの
光ＬＬが照射されると、照射された部分の電荷の一部が
中和されてその表面電位がＶonに変化する。このよう
に、光ＬＬを画像信号に対応させてオン・オフしながら
感光体上を走査露光することにより、図８（ｂ）に示す
ように、画像信号に対応して画像部に対応する表面領域
の電位がＶon（≠Ｖo）となる一方、非画像部に対応す
る表面領域の電位は帯電直後の表面電位Ｖoから暗減衰
によりＶd（｜Ｖd｜≦｜Ｖo｜）まで減衰し、こうして
画像信号に対応する静電潜像が静電潜像担持体２０上に
形成される。

【０００３】こうして形成された静電潜像は、静電潜像
担持体２０の矢印方向への回転によって現像手段を構成
する現像ローラ４０と対向する現像位置Ｐに搬送され
る。この現像ローラ４０には負に帯電したトナーが担持
されるとともに、静電潜像担持体２０の画像部へのトナ
ー付着を促進すべく現像バイアスＶbが与えられてい
る。この現像バイアスＶbの電位は、図８（ｂ）に示す
ように、非画像部電位Ｖdと画像部電位Ｖonとの間の値
に設定されており、したがって現像位置Ｐにおいて、非
画像部では静電潜像担持体２０の表面が現像ローラ４０
より低電位となっているのに対し、画像部では静電潜像
担持体２０の表面が現像ローラ４０より高電位となって
いる。そのため、現像ローラ４０に担持された負帯電ト
ナーのうち画像部に対向する位置にあるトナーは静電気
力によって静電潜像担持体２０側に移行される一方、非
画像部に対向する位置にあるトナーに対しては現像ロー
ラ４０側に引き寄せる方向の力が作用することとなる。
このように、画像部にのみトナーを付着させることによ
って、静電潜像担持体２０上の静電潜像がトナーにより
顕像化される。

【０００４】このようにしてトナー像を形成する画像形
成プロセスにおいては、照射光ＬＬの露光エネルギー、
非画像部電位Ｖd、画像部電位Ｖon、現像バイアス電位
Ｖbのそれぞれが最終的なトナー像の画像濃度に大きく
影響を及ぼすことが知られており、これらのパラメータ
のうちいくつかを画像濃度制御因子として適宜調節する
ことによって画像濃度を最適化する技術が従来より数多
く提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、実際の画像
形成プロセスにおいてはこれらのパラメータが相互に関
連しながらトナー像が形成されてゆくため、必ずしもこ
れらを独立にかつ任意に制御できるわけではない。なか
でも、現像バイアス電位Ｖbと非画像部電位Ｖdとの相対
的な電位関係は、単に画像の濃淡のみならず、以下に述
べるように、得られるトナー像の画像品質や装置内部へ
のトナー飛散量に対しても大きな影響を及ぼすため、よ
り画像品質の良好なトナー像を形成するためにはこれら
の値を適切に設定することが重要となる。

【０００６】なお、本明細書では、この現像バイアス電
位Ｖbと非画像部電位Ｖdとの電位差の絶対値を逆コント
ラスト電位Ｖrと称する。すなわち、逆コントラスト電
位Ｖr＝｜Ｖb−Ｖd｜である。

【０００７】ここで、上記電位関係による影響について
検討するために、まず最初に、現像バイアス電位Ｖbを
非画像部電位Ｖdのレベルに近づけて逆コントラスト電
位Ｖrを小さくした場合を考える。このとき、画像部電
位Ｖonと現像バイアス電位Ｖbとの間の電位差、つまり
コントラスト電位（＝｜Ｖb−Ｖon｜）が大きくなり、
画像部においては現像ローラ４０から静電潜像担持体２
０へのトナー移行が促進されるため、高い画像濃度を得
ることができる。しかしながら、その一方で、静電潜像
担持体２０の非画像部においては現像ローラ４０との電
位差が小さくなっているため、余剰のトナーを現像ロー
ラ４０側に引き戻す作用は弱くなっている。そのため、
現像ローラ４０から遊離して装置内部に飛散するトナー
の量が増加することとなる。

【０００８】一方、現像バイアス電位Ｖbはそのままで
非画像部電位Ｖdの絶対値を大きくし逆コントラスト電
位Ｖrを大きくすると、装置内部へのトナー飛散量を少
なくすることができるものの、静電潜像担持体２０の非
画像部に保持された負電荷が負帯電トナーを斥ける力が
強くなるため、図８に示すような、静電潜像のうち特に
非画像部に挟まれた狭い領域の画像部にはトナーが付着
しにくくなり、その結果、孤立ドットや細線がかすれた
り、線幅の均一性が損なわれるなど、ドットの面積率が
比較的低い低濃度画像での画像品質の劣化を招くことと
なる。

【０００９】このように、トナー飛散を抑制するために
は逆コントラスト電位Ｖrを大きくするのが好ましいの
に対し、細線の均一性などの画像品質を確保するために
は逆コントラスト電位Ｖrを小さくしたいという相反す
る要求があり、装置内部へのトナー飛散を抑制しつつ画
質の良好な画像形成を行うためには、逆コントラスト電
位Ｖrが常に適正値となるように、現像バイアス電位Ｖb
等のパラメータを設定する必要がある。

【００１０】しかしながら、画像濃度の調節を目的とし
てこれらのパラメータを可変制御している従来の画像形
成装置においては上記のような問題が考慮されておら
ず、したがって、画質の良好な画像を安定して形成する
上で改善の余地が大きく残されていた。

【００１１】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、装置内へのトナー飛散を防止しながら画質の良好
なトナー像を安定して形成することのできる画像形成装
置および画像形成方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる画像形
成装置は、上記目的を達成するため、その表面のうち画
像部に対応する表面領域の画像部電位と、該表面の非画
像部に対応する表面領域の非画像部電位とを互いに相違
させることによって該表面に静電潜像を担持する静電潜
像担持体と、与えられる現像バイアス電位に応じて前記
静電潜像をトナーにより顕像化してトナー像を形成する
現像手段と、前記現像バイアス電位と前記非画像部電位
との電位差が一定となるように制御する制御手段とを備
えることを特徴としている。

【００１３】このように構成された発明では、現像バイ
アス電位と非画像部電位との間の電位差、すなわち逆コ
ントラスト電位が一定に保たれた状態で画像形成が行わ
れるので、逆コントラスト電位を常に適正値に保持する
ことが可能となっており、そのため、装置内部へのトナ
ー飛散を効果的に抑制しつつ、画像品質の良好なトナー
像を形成することができる。

【００１４】ここで、前記制御手段は、前記現像バイア
ス電位と前記非画像部電位との電位差を一定に保ちなが
ら、トナー像の画像濃度に影響を与える画像濃度制御因
子を最適化することによって前記現像手段により形成さ
れるトナー像の画像濃度を制御するようにしてもよい。
こうすることで、トナー飛散の抑制と良好な画像品質と
を両立させながら、さらにトナー像の画像濃度の最適化
を図ることができる。

【００１５】また、前記現像手段によって前記静電潜像
担持体上に形成された所定のトナー像、あるいは当該ト
ナー像が転写媒体に転写されてなるトナー像をパッチ画
像としてその画像濃度を検出する濃度検出手段をさらに
備え、前記制御手段は、前記濃度検出手段の検出結果に
基づいて、前記画像濃度制御因子を最適化するようにし
てもよい。このように、実際に形成したパッチ画像の画
像濃度に基づいて画像濃度制御因子を調節することによ
って、通常の画像形成動作時に近い状態で画像濃度の調
節を行うことができるので、その結果、得られるトナー
像の画像濃度をより精度よく調節することができる。

【００１６】このような画像濃度制御因子の１つとし
て、現像手段に与える現像バイアス電位を用いることが
可能である。すなわち、前記制御手段は、前記現像手段
に与える前記現像バイアス電位を前記画像濃度制御因子
として多段階に設定変更しながら各現像バイアス電位で
パッチ画像を形成し、前記濃度検出手段によって該パッ
チ画像の画像濃度を求め、その画像濃度が予め設定され
た目標画像濃度に最も近くなる現像バイアス電位を最適
現像バイアス電位として設定することで現像バイアス電
位を最適化してもよい。このとき、現像バイアス電位を
変更するのに伴って非画像部電位をも変更することによ
って、逆コントラスト電位を一定に保つことができる。

【００１７】また、前述したように、逆コントラスト電
位の値は特に孤立ドットや細線などの低濃度画像の品質
に大きく影響する。そこで、パッチ画像を形成して現像
バイアス電位などの画像濃度制御因子を調節する際に
は、前記パッチ画像として、ハーフトーン画像、互いに
離隔配置された複数のドットで構成された画像、あるい
は、互いに離隔配置された複数本の１ドットラインで構
成された画像など、パッチ画像全体に対するドットの面
積率が比較的低い画像を用いることが好ましく、特にそ
の面積率が２０％以下であるパッチ画像を形成して画像
濃度制御因子を調節することが好ましい。

【００１８】また、前記現像手段は、ジャンピング現像
により前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成しても
よい。ここで、「ジャンピング現像」とは、非接触状態
に保持した現像手段と静電潜像担持体との間でトナーを
飛翔させて静電潜像担持体上の静電潜像にトナーを付着
させる現像方式である。このジャンピング現像方式の画
像形成装置では、上記したように現像手段と静電潜像担
持体との間でトナーを飛翔させているため、画像形成時
には両者の間でトナーが浮遊した状態となっており、こ
のトナーが周囲に飛散しやすくなっている。したがっ
て、このような装置において逆コントラスト電位を一定
に保つことは、画像品質を保持しつつトナー飛散を抑制
する上で効果的である。また、トナーの飛翔性を向上さ
せるべく、現像バイアスに交流成分を加えている場合に
は、その電位の平均値と非画像部電位との電位差を一定
に保つようにすればよい。

【００１９】また、前記現像手段は、互いに異なるトナ
ー色に対応した複数の現像器を備えており、前記複数の
現像器を順番に所定の現像位置に位置させて当該トナー
色でのトナー像を形成することでカラー画像を形成して
もよい。このようなカラー画像形成装置では、トナー色
の切替に際して現像器の機械的移動を伴うためトナー飛
散が起こりやすく、しかも色再現性のよいカラー画像を
得るためには各トナー色による微細なドットをも精度よ
く安定して形成する必要があるため、このような画像形
成装置において逆コントラスト電位を一定に保つこと
は、画質の良好なトナー像を安定して形成するためにき
わめて有効である。

【００２０】また、前記現像バイアス電位および前記画
像部電位の組合せを変更可能となっている場合には、そ
の可変範囲内での前記現像バイアス電位と前記画像部電
位との電位差の最大値と最小値との差が３０Ｖ以下、よ
り好ましくは２０Ｖ以下であることが望ましい。という
のは、これらの電位差は前述したコントラスト電位であ
り、このコントラスト電位を可変とすることで画像濃度
を調整することが可能であるが、コントラスト電位の変
化が画像濃度に与える影響は形成すべき画像の内容、つ
まりある面積内における画像部と非画像部との比率やそ
の配置によって異なるため、コントラスト電位をあまり
大きな範囲で変化させると細線画像での画像濃度の変動
が大きくなったり階調再現性が低下するなどの弊害を招
くおそれがあるからである。

【００２１】そこで、上記のように、コントラスト電位
の可変幅を３０Ｖ以下、より好ましくは２０Ｖ以下に限
定することにより、画像濃度の変動や階調再現性の低下
を抑えることが可能となる。

【００２２】また、この発明にかかる画像形成装置は、
前記静電潜像担持体の表面に設けられて所定の初期表面
電位に帯電された感光体と、前記感光体表面に向けて光
ビームを照射して、前記感光体表面のうち前記光ビーム
を照射した照射域の表面電位を前記初期表面電位と異な
る照射域電位に変化させることで前記感光体上に静電潜
像を形成する露光手段とをさらに備え、前記露光手段
は、前記光ビームのエネルギー密度を変化させることで
前記照射域電位を変更可能となっている装置であっても
よい。

【００２３】このような画像形成装置としては、感光体
表面のうち画像部に相当する領域に光ビームを照射して
静電潜像（ネガ潜像）を形成するタイプと、非画像部に
相当する領域に光ビームを照射して静電潜像（ポジ潜
像）を形成するタイプとがあるが、いずれの装置におい
ても照射する光ビームのエネルギー密度を画像濃度制御
因子の１つとして用いることが可能であり、しかも逆コ
ントラスト電位を一定に保つことによって、細線の再現
性とトナー飛散の抑制とを両立させつつ画質の良好なト
ナー像形成を行うことが可能である。なお、上記した前
者のタイプでは照射域電位が画像部電位に対応し、光ビ
ームのエネルギー密度を変化させることにより画像部電
位を制御するが、後者のタイプでは逆に照射域電位が非
画像部電位に対応するので、光ビームのエネルギー密度
を変化させることにより非画像部電位を制御することと
なる。

【００２４】また、この発明にかかる画像形成方法は、
上記目的を達成するため、静電潜像担持体の表面のう
ち、画像部に対応する表面領域の画像部電位と、非画像
部に対応する表面領域の非画像部電位とを互いに相違さ
せることにより該静電潜像担持体上に静電潜像を形成す
るとともに、前記非画像部電位との電位差が所定値とな
るように現像手段に与える最適現像バイアスを制御しな
がら、該現像手段によって前記静電潜像をトナーにより
顕像化して画像信号に応じたトナー像を形成することを
特徴としている。

【００２５】このように構成された画像形成方法では、
現像バイアス電位と非画像部電位との電位差、すなわち
逆コントラスト電位を一定に保っているので、上記した
画像形成装置と同様に、装置内部へのトナーの飛散を抑
制しつつ、画像品質の良好なトナー像を安定して形成す
ることが可能である。

【００２６】さらに、前記画像信号に応じたトナー像を
形成するのに先立って、前記現像バイアス電位と前記非
画像部電位との電位差を一定に保持しながら、これらを
多段階に変化させて、その都度所定のパッチ画像を形成
する第１工程と、前記各パッチ画像の画像濃度を測定す
る第２工程と、前記第２工程において測定した各パッチ
画像の画像濃度に基づいて、前記パッチ画像の画像濃度
が予め設定された目標画像濃度に最も近くなる前記現像
バイアス電位を前記最適現像バイアスとして設定する第
３工程とを実行するようにしてもよい。こうすること
で、実際に形成されるパッチ画像の画像濃度に基づいて
現像バイアス電位を最適値に設定することができるの
で、所望の画像濃度を安定して得ることが可能となる。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は、この発明にかかる画像形
成装置の一の実施形態を示す図である。また、図２は図
１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図であ
る。この画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ
（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー
を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック
（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する装
置である。この画像形成装置では、ホストコンピュータ
などの外部装置から画像信号が制御ユニット１のメイン
コントローラ１１に与えられると、このメインコントロ
ーラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１２
がエンジン部ＥＧの各部を制御してシートＳに画像信号
に対応する画像を形成する。

【００２８】このエンジン部ＥＧでは、感光体２が図１
の矢印方向Ｄ1に回転自在に設けられている。また、こ
の感光体２の周りにその回転方向Ｄ1に沿って、感光体
２表面を所定の表面電位に帯電させるための帯電ユニッ
ト３、現像手段としてのロータリー現像ユニット４およ
びクリーニング部５がそれぞれ配置されている。帯電ユ
ニット３は帯電バイアス発生部１２１から帯電バイアス
が印加されており、感光体２の外周面を表面電位Ｖoに
均一に帯電させる。このため、この装置では、帯電バイ
アスを調整することによって感光体２の表面電位Ｖoを
制御可能となっている。

【００２９】そして、この帯電ユニット３によって帯電
された感光体２の外周面に向けて露光ユニット６から光
ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、図２に
示すように、画像信号切換部１２２と電気的に接続され
ており、この画像信号切換部１２２を介して与えられる
画像信号に応じて露光パワー制御部１２３が露光ユニッ
ト６を制御し、光ビームＬを感光体２上に露光して感光
体２上に画像信号に対応する静電潜像を形成する。例え
ば、エンジンコントローラ１２のＣＰＵ１２４からの指
令に基づき、画像信号切換部１２２がパッチ作成モジュ
ール１２５と導通している際には、パッチ作成モジュー
ル１２５から出力されるパッチ画像信号が露光パワー制
御部１２３に与えられてパッチ潜像が形成される。一
方、画像信号切換部１２２がメインコントローラ１１の
ＣＰＵ１１１と導通している際には、ホストコンピュー
タなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して
与えられた画像信号に応じて光ビームＬが感光体２上に
露光されて画像信号に対応する静電潜像が感光体２上に
形成される。このように、この実施形態では、感光体２
が本発明の「静電潜像担持体」として機能している。

【００３０】この画像形成装置では、均一の表面電位Ｖ
oに帯電した感光体２表面のうち画像部に対応する部分
に露光ユニット６からの光ビームＬを照射してその部分
の電荷の一部を中和させることによって静電潜像を形成
している。したがって、光ビームＬの照射を受けて電位
の変化した部分の電位、つまり照射域電位が画像部電位
Ｖonに、また光ビームＬの照射を受けなかった部分の電
位、すなわち帯電ユニット３によって付与された感光体
２の初期表面電位Ｖoが暗減衰により減衰した後の電位
が非画像部電位Ｖdに相当する。

【００３１】こうして形成された静電潜像は現像ユニッ
ト４によってトナー現像される。すなわち、この実施形
態では現像ユニット４として、ブラック用の現像器４
Ｋ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、
およびイエロー用の現像器４Ｙが軸中心に回転自在に設
けられている。そして、これらの現像器４Ｋ、４Ｃ、４
Ｍ、４Ｙは回転位置決めされるとともに、感光体２に対
して選択的に当接位置決めされ、現像バイアス発生部１
２６によって現像バイアスが印加されて選択された色の
トナーを感光体２の表面に付与する。これによって、感
光体２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。

【００３２】上記のようにして現像ユニット４で現像さ
れたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７
の中間転写ベルト７１上に一次転写される。また、この
一次転写領域ＴＲ1の近傍位置では、中間転写ベルト７
１の表面に対向してパッチセンサＰＳが本発明の「濃度
検出手段」として配置されており、後述するようにして
中間転写ベルト７１の外周面に形成されるパッチ画像の
光学濃度を測定する。さらに、この一次転写領域ＴＲ1
から周方向（図１の回転方向Ｄ1）に進んだ位置には、
クリーニング部５が配置されており、一次転写後に感光
体２の外周面に残留付着しているトナーを掻き落とす。
また、必要に応じて不図示の除電部にて、感光体２の表
面電位がリセットされる。

【００３３】転写ユニット７は、複数のローラに掛け渡
された中間転写ベルト７１と、中間転写ベルト７１を回
転駆動する駆動部（図示省略）とを備えている。そし
て、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体
２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１
上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、所定
の二次転写領域ＴＲ2において、カセット８から取り出
されたシートＳ上にカラー画像を二次転写する。また、
こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニッ
ト９を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレ
イ部に搬送される。

【００３４】なお二次転写後、中間転写ベルト７１は不
図示のクリーニング部にて中間転写ベルト７１に残留付
着しているトナーが除去される。

【００３５】なお、図２において、符号１１３はホスト
コンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１
２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコン
トローラ１１に設けられた画像メモリであり、符号１２
７はＣＰＵ１２４で行う演算プログラム、ＣＰＵ１２４
における演算結果、ならびにエンジン部ＥＧを制御する
ための制御データなどを記憶するためのメモリ（記憶手
段）である。

【００３６】次に、上記のように構成された画像形成装
置において実行される画像濃度制御因子の最適化処理に
ついて説明する。この画像形成装置では、適当なタイミ
ング、例えば装置電源の投入時などに図３に示す最適化
処理を実行することによって、トナー像の画像濃度に影
響を与える画像濃度制御因子として露光エネルギーおよ
び現像バイアスを最適化して各色のトナー像の画像濃度
を調整している。

【００３７】図３は、図１の画像形成装置における画像
濃度制御因子の最適化処理を示すフローチャートであ
る。この最適化処理では、各トナー色ごとに、画像濃度
制御因子を多段階に変更設定しながらパッチ画像を形成
し、そのパッチ画像の画像濃度に基づいて現像バイアス
電位Ｖbおよび露光エネルギーＥを最適化している。ま
ず、各トナー色のうち１つ、例えばブラック（Ｋ）を選
択しパッチ作成色として設定し（ステップＳ１）、該現
像ユニット４Ｋを感光体２に対向する現像位置に位置決
めする。次に、後述する現像バイアス最適化処理（ステ
ップＳ２）および露光エネルギー最適化処理（ステップ
Ｓ３）を順次行って、ブラック色における現像バイアス
電位Ｖbおよび露光エネルギーＥの最適値を求める。こ
うして１つのトナー色について現像バイアス電位Ｖbお
よび露光エネルギーＥの最適値が求まると、引き続き他
の現像ユニット４Ｃ、４Ｍ、４Ｙを順次現像位置に位置
させて、各トナー色について同様に現像バイアス電位Ｖ
bおよび露光エネルギーＥの最適値を求め、全トナー色
について最適値が求まれば（ステップＳ４）、最適化処
理を終了する。

【００３８】なお、この画像形成装置における画像濃度
制御因子の最適化処理においては、まず高濃度画像、す
なわちパッチ画像全体に対するドットの面積率の高い画
像、例えばベタ画像や面積率８０％以上の画像などをパ
ッチ画像として形成し、その画像濃度に基づいて現像バ
イアス電位Ｖbの最適値を求めた後に、低濃度パッチ画
像を形成してその画像濃度に基づいて露光エネルギーＥ
の最適値を求めている。その理由は以下の通りである。

【００３９】すなわち、感光体２の画像部電位Ｖonは、
露光エネルギーＥに依存する。まず、感光体２の全面、
若しくは比較的広い範囲を光ビームＬで照射した場合、
その露光エネルギーＥが感光体２の光減衰特性曲線、い
わゆるＰＩＤＣ（Photo Induced Discharge Curve）
の電位飽和領域（露光エネルギーＥの変化に対する感光
体２の表面電位の変化率が十分小さい領域）に入るほど
に大きければ、露光エネルギーＥを変化させても画像部
電位Ｖonは概ね一定となる。したがって、同じ現像バイ
アス電位Ｖbで画像形成を行った場合、コントラスト電
位が概ね一定であるため、画像濃度も概ね一定である。
一方、低濃度パッチ画像のように、露光される領域が小
さくスポット状である場合、露光エネルギーＥを変化さ
せる範囲が上記したＰＩＤＣの電位飽和領域の範囲内で
あったとしても、露光エネルギーＥが大きくなると画像
部に対応する潜像の幅が大きくなる。したがって、同じ
現像バイアス条件で画像形成を行っても、露光エネルギ
ーＥの大小により画像濃度は変化することとなる。

【００４０】そこで、この画像形成装置では、露光エネ
ルギーＥの大小による濃度の違いが比較的少ない高濃度
パッチ画像を用いてまず現像バイアスＶbの最適値を求
め、その後に低濃度パッチ画像を用いて露光エネルギー
Ｅの最適値を求めている。しかも、後述するように、現
像バイアス電位Ｖbと非画像部電位Ｖdとの電位差、すな
わち逆コントラスト電位Ｖrを適正値に保持した状態で
低濃度パッチ画像を形成しているので、このような低濃
度画像を再現性よく作成することが可能となっており、
そのためより高い精度で露光エネルギーＥの最適化を行
うことができるのである。

【００４１】なお、前述したように、この実施形態では
露光エネルギーＥの大小により画像部電位Ｖonを変化さ
せることができるが、その可変範囲としては、感光体２
の表面の比較的広い範囲を照射したときの画像部電位Ｖ
onの変動が３０Ｖ以下、より好ましくは２０Ｖ以下とな
るように設定するのが望ましい。こうすることで、露光
エネルギーＥの変更に伴うコントラスト電位の変動も３
０Ｖ以下、あるいは２０Ｖ以下に抑えられ、画像濃度の
変動を最小限とすることができる。

【００４２】次に、図３のステップＳ２に示した現像バ
イアス最適化処理について、図４を参照しつつ詳述す
る。図４は、図１の画像形成装置における現像バイアス
最適化処理を示すフローチャートである。この現像バイ
アス最適化処理では、露光エネルギーＥを例えば最大値
に固定し、現像バイアス電位Ｖbと感光体２の表面電位
すなわち非画像部電位Ｖdとを、これらの電位差を一定
に保ちながら多段階に変更設定してパッチ画像を形成し
ている。

【００４３】まず、現像バイアス電位Ｖbをその可変範
囲における最小値に設定する（ステップＳ２１）。この
とき、現像バイアス発生部１２６による現像バイアス電
位Ｖbの変更に伴って、常に逆コントラスト電位Ｖrを一
定値に保つべく、帯電ユニット３が感光体２の表面電位
を制御している。より具体的には、先に述べたように、
感光体２の非画像部電位Ｖdは、帯電直後の初期表面電
位Ｖoが感光体２の現像位置までの回転移動の間に暗減
衰した値となるが、帯電バイアスの大きさと感光体２の
表面電位Ｖoとの関係および暗減衰による減衰量は既知
であるため、帯電ユニット３の帯電バイアスを制御する
ことで所望の非画像部電位Ｖdを得ることができ、これ
により逆コントラスト電位Ｖrを常に一定値に保つこと
ができる。

【００４４】そして、この条件で高濃度パッチ画像、例
えばベタ画像に相当するトナー像を形成する（ステップ
Ｓ２２）。次に、現像バイアス電位Ｖbおよびこれに伴
って非画像部電位Ｖdを１ステップ増加させて再びパッ
チ画像を形成し、現像バイアス電位Ｖbがその可変範囲
における最大値となるまでこれを繰り返す（ステップＳ
２３、Ｓ２４）。こうして形成され中間転写ベルト７１
に転写された各現像バイアスでのパッチ画像について、
パッチセンサＰＳにより各パッチ画像の画像濃度を測定
する（ステップＳ２５）。そして、その画像濃度が予め
設定された目標濃度、例えば光学濃度ＯＤ＝１．２に最
も近くなる現像バイアスを求め、その値を最適現像バイ
アスとする（ステップＳ２６）。

【００４５】このようにして最適現像バイアスを求めた
後、引き続いて図５に示す露光エネルギー最適化処理
（図３に示すステップＳ３）を行う。図５は、図１の画
像形成装置における露光エネルギー最適化処理を示すフ
ローチャートである。この露光エネルギー最適化処理に
おいては、現像バイアス電位Ｖbとして先に求めた最適
値を用いるとともに、これに伴い非画像部電位Ｖdを逆
コントラスト電位Ｖrが一定となるように設定する（ス
テップＳ３１）。そして、露光エネルギーＥをその可変
範囲の最小値から１ステップずつ増加させながら、各露
光エネルギーでパッチ画像を形成する（ステップＳ３２
〜Ｓ３５）。

【００４６】このとき用いるパッチ画像としては、例え
ば図６に示す１オン５オフの１ドットライン画像ＬＩを
用いることができる。というのは、前述したように、露
光される領域が小さくスポット状である画像では露光エ
ネルギーＥの大小が画質に与える影響が大きく、中でも
図６のような隣接するライン間相互の干渉のない孤立ド
ットライン画像ＬＩではその差が明確に現れるため、こ
のような画像をパッチ画像として用いることで露光エネ
ルギーＥの最適値を精度よく求めることができるのであ
る。このように好ましい低濃度パッチ画像は、画像全体
に対するドットの面積率が２０％以下、さらに好ましく
は１６．７％以下の画像である。

【００４７】なお、先にも述べたように、このような細
線画像の画質に対しては、逆コントラスト電位Ｖrの値
も大きな影響を及ぼしている。そのため、逆コントラス
ト電位Ｖrを考慮していない従来の画像形成装置におい
ては、低濃度画像における画像濃度の調整を露光エネル
ギーＥの制御によって精度よく行うことは困難であっ
た。これに対して、この実施形態では、上記した逆コン
トラスト電位Ｖrを適正値に保ちながらライン画像ＬＩ
を形成しており、その画像濃度に基づいて露光エネルギ
ーＥの最適値を求めることによって、より高い精度で露
光エネルギーＥを最適化することが可能となっている。

【００４８】こうして各露光エネルギーでのパッチ画像
を形成した後、パッチセンサＰＳにより各パッチ画像の
画像濃度を測定し（ステップＳ３６）、その画像濃度が
予め設定された目標濃度、例えば光学濃度ＯＤ＝０．３
５に最も近くなる露光エネルギーＥを求め、その値を最
適露光エネルギーとする（ステップＳ３７）。

【００４９】こうして求められた各トナー色における最
適現像バイアス値および最適露光エネルギー値について
は、メモリ１２７に記憶しておき、以後の画像形成処理
において各トナー色でのトナー像形成を行うときにはこ
れらの値を随時読み出し、現像バイアス電位Ｖbおよび
露光エネルギーＥとして設定する。

【００５０】なお、このようにして中間転写ベルト７１
上に形成された各パッチ画像は、パッチセンサＰＳによ
り画像濃度が測定された後、図示しないクリーニング部
にて中間転写ベルト７１表面から除去される。

【００５１】以上のように、この実施形態の画像濃度制
御因子の最適化処理では、逆コントラスト電位Ｖrを常
に一定に保持しながらパッチ画像を形成しており、現像
バイアス電位Ｖb等の画像濃度制御因子を種々に変化さ
せた場合でもトナー飛散の抑制と画像品質の確保との両
立が図られている。したがって、多量のトナー移行を伴
う高濃度パッチ画像を形成するときにもトナーの飛散は
少なくなっており、また微小ドットを良好に形成できる
状態で低濃度パッチ画像を形成しているのでこのパッチ
画像を使用して行う露光エネルギー最適化処理の精度を
向上させることができる。

【００５２】そして、このようにして最適化された現像
バイアス電位Ｖbおよび露光エネルギーＥを用いるとと
もに、逆コントラスト電位Ｖrを一定に保った状態で画
像形成を行っているので、この画像形成装置では、細線
や微小ドットからなる画像においてもかすれや線幅の不
均一などの問題が発生せず、画像品質の優れたトナー像
を安定して形成することが可能であると同時に、装置内
部へのトナー飛散も効果的に抑制されている。

【００５３】なお、本発明は上記した実施形態に限定さ
れるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて
上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であ
る。例えば、上記した実施形態では、高濃度パッチ画像
を用いて現像バイアス電位Ｖbの最適化を行い、その後
に低濃度パッチ画像を用いて露光エネルギーＥの最適化
を行っているが、さらに画像品質を高めるために、露光
エネルギー最適化処理の後に低濃度パッチ画像を形成し
て再度現像バイアス電位Ｖbの微調整を行うようにして
もよい。また、装置構成を簡略化してコスト低減を図る
ために、露光エネルギーＥを固定値として、現像バイア
ス電位Ｖbのみを画像濃度制御因子として用いるように
してもよい。

【００５４】これらの場合においても、逆コントラスト
電位Ｖrを一定に保ちながら低濃度パッチ画像を形成
し、その画像濃度に基づいて最適化処理を行うことによ
って、装置内部へのトナー飛散を効果的に抑制しながら
画像品質の優れたトナー像を安定して形成することが可
能となる。

【００５５】また、上記した実施形態では低濃度パッチ
画像として１オン５オフの１ドットライン画像ＬＩを用
いているが、低濃度パッチ画像としてはこれに限定され
るものではなく、これ以外にも種々のハーフトーン画像
やライン画像を用いることができる。例えば、互いに離
隔配置された複数の孤立ドットからなる画像を用いても
よく、また上記と異なるオフ本数を有するライン画像を
用いてもよい。ただし、極端に低濃度の画像を用いると
パッチセンサＰＳの測定感度の面で問題がある場合があ
り、また必要以上に高濃度の画像を用いると低濃度での
画像品質のチェックが適切に行えないこととなるので、
装置の仕様やトナーの特性に応じて形成すべきパッチ画
像を適切に設定する必要がある。

【００５６】また、上記した実施形態における画像濃度
制御因子の最適化処理では、画像濃度制御因子としての
現像バイアス電位Ｖbまたは露光エネルギーＥを、その
最小値から順に１ステップずつ増加させてパッチ画像を
形成し、その画像濃度が目標濃度に最も近くなるときの
値を最適値としているが、これに限定されるものではな
く、例えば、これらの画像濃度制御因子を最大値から１
ステップずつ減少させながらパッチ画像形成を行っても
よいし、また、例えば、各パッチ画像ごとの画像濃度の
変化分に基づいて画像濃度制御因子の最適値を算出する
ようにしてもよい。さらに、この実施形態の現像バイア
ス最適化処理は露光エネルギーＥを最大値に固定して行
っているが、これ以外にも例えば露光エネルギーＥの中
央値を用いて行ってもよい。

【００５７】また、上記した実施形態は、各現像器４
Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが感光体２に当接した状態で現像
を行う接触現像方式による画像形成装置であるが、これ
以外に、現像器と感光体とが離間配置された、例えばジ
ャンピング現像などの非接触現像方式による画像形成装
置に対しても本発明を適用することが可能である。この
ような非接触現像方式では、トナーが現像位置にある現
像器と感光体との間を飛翔することによって現像を行っ
ているため、上記した接触現像方式の装置よりトナーが
さらに飛散しやすくなっている。そのため、このような
装置に本発明を適用することによるトナー飛散防止の効
果はより顕著なものとなる。

【００５８】ジャンピング現像方式の画像形成装置で
は、トナーの飛翔性を向上させて現像効率を高めるべ
く、各現像器に与える現像バイアスとしては、図７に示
すように、直流成分に交流成分を重畳したもの（同図
（ａ））や正負のデューティ比を変えた交流電圧（同図
（ｂ））を用いるのが好ましい。このような現像バイア
スを用いる場合には、その現像バイアスの平均値（各図
に示す「Ｖmean」）を先に述べた「現像バイアス電位」
と考えればよい。

【００５９】また、上記した実施形態は、イエロー
（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック
（Ｋ）の４色のトナーを用いてフルカラー画像を形成す
る画像形成装置であるが、単色（例えばブラック）のト
ナーのみを用いてモノクロ画像を形成する装置に対して
も本発明を適用することができる。このようなモノクロ
画像形成装置は主に文字等の細線で構成された画像の形
成に多用されると考えられるから、このような装置に対
して本発明を適用し、細線の画像品質を向上させること
はきわめて有効である。

【００６０】また、上記実施形態では、感光体２上に形
成したトナー像を中間転写ベルト７１に転写している
が、中間転写ベルト以外の転写媒体（転写ドラム、転写
ベルト、転写シート、中間転写ドラム、中間転写シー
ト、反射型または透過型記録シートなど）にトナー像を
転写して画像を形成する画像形成装置にも本発明を適用
することができる。また、パッチセンサを感光体上に形
成したトナー像の画像濃度を検出できる位置に設け、こ
のパッチセンサによって感光体上のパッチ画像の画像濃
度を測定するようにしてもよい。

【００６１】また、上記した実施形態は、各トナー色に
対応した現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃおよび４Ｋが軸中心に
配置されたロータリー現像ユニット４を備える画像形成
装置であるが、これ以外にも、例えば、各トナー色の現
像器を転写媒体の搬送方向に沿って一列に並ぶように設
けた、いわゆるタンデム方式の画像形成装置に対しても
本発明を適用することができる。

【００６２】また、上記した実施形態は、負帯電トナー
を用いており、また画像部に対応する位置に光ビームＬ
を照射することで感光体２上に静電潜像を形成する画像
形成装置であるが、これに限定されるものではなく、正
帯電トナーを用いる装置や、非画像部に光を照射して静
電潜像を形成するタイプの装置に対しても、本発明を適
用することができる。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、この発明では、現像バイ
アス電位と非画像部電位との間の電位差、すなわち逆コ
ントラスト電位が一定に保たれた状態で画像形成が行わ
れるので、逆コントラスト電位を常に適正値に保持する
ことが可能となっており、そのため、装置内部へのトナ
ー飛散を効果的に抑制しつつ、画像品質の良好なトナー
像を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる画像形成装置の一の実施形態
を示す図である。

【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】図１の画像形成装置における画像濃度制御因子
の最適化処理を示すフローチャートである。

【図４】図１の画像形成装置における現像バイアス最適
化処理を示すフローチャートである。

【図５】図１の画像形成装置における露光エネルギー最
適化処理を示すフローチャートである。

【図６】ラインパッチ画像を示す図である。

【図７】ジャンピング現像方式における現像バイアス波
形の例を示す図である。

【図８】レーザービームプリンタの原理図である。

【符号の説明】

１…制御ユニット（制御手段） ２…感光体（静電潜像担持体） ３…帯電ユニット ４…現像ユニット（現像手段） ６…露光ユニット ７１…中間転写ベルト（転写媒体） ＬＩ…ラインパッチ画像 ＰＳ…パッチセンサ（濃度検出手段） Ｖb…現像バイアス電位 Ｖd…非画像部電位 Ｖon…画像部電位 Ｖr…逆コントラスト電位

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｇ 15/08 １１５ Ｇ０３Ｇ 15/04 １２０ ５０５ Ｆターム(参考） 2H027 DA09 DA10 EA02 EA05 EB04 EC03 EC06 2H030 BB02 BB13 BB24 BB34 BB36 2H073 AA01 AA10 BA13 BA28 CA14 CA22 2H076 AB02 DA07 2H077 BA10 DA04 DA05 DA47 DB08 EA16 GA13

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その表面のうち画像部に対応する表面領
   域の画像部電位と、該表面の非画像部に対応する表面領
   域の非画像部電位とを互いに相違させることによって該
   表面に静電潜像を担持する静電潜像担持体と、 与えられる現像バイアス電位に応じて、前記静電潜像を
   トナーにより顕像化してトナー像を形成する現像手段
   と、 前記現像バイアス電位と前記非画像部電位との電位差が
   一定となるように制御する制御手段とを備えることを特
   徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記現像バイアス電位
   と前記非画像部電位との電位差を一定に保ちながら、ト
   ナー像の画像濃度に影響を与える画像濃度制御因子を最
   適化することによって前記現像手段により形成されるト
   ナー像の画像濃度を制御する請求項１に記載の画像形成
   装置。
3. 【請求項３】 前記現像手段によって前記静電潜像担持
   体上に形成された所定のトナー像、あるいは当該トナー
   像が転写媒体に転写されてなるトナー像を、パッチ画像
   としてその画像濃度を検出する濃度検出手段をさらに備
   え、 前記制御手段は、前記濃度検出手段の検出結果に基づい
   て、前記画像濃度制御因子を最適化する請求項２に記載
   の画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記現像手段に与える
   前記現像バイアス電位を前記画像濃度制御因子として多
   段階に設定変更しながら各現像バイアス電位でパッチ画
   像を形成し、前記濃度検出手段によって該パッチ画像の
   画像濃度を求め、その画像濃度が予め設定された目標画
   像濃度に最も近くなる現像バイアス電位を最適現像バイ
   アス電位として設定することで現像バイアス電位を最適
   化する請求項３に記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】 前記パッチ画像は、ハーフトーン画像で
   ある請求項３または４に記載の画像形成装置。
6. 【請求項６】 前記パッチ画像は、互いに離隔配置され
   た複数のドットで構成されている請求項３または４に記
   載の画像形成装置。
7. 【請求項７】 前記パッチ画像は、互いに離隔配置され
   た複数本の１ドットラインで構成されている請求項３ま
   たは４に記載の画像形成装置。
8. 【請求項８】 前記パッチ画像では、該パッチ画像全体
   に対するドットの面積率が２０％以下である請求項５な
   いし７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 【請求項９】 前記現像手段は、ジャンピング現像によ
   り前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成する請求項
   １ないし８のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 【請求項１０】 前記現像手段は、互いに異なるトナー
    色に対応した複数の現像器を備えており、前記複数の現
    像器を順番に所定の現像位置に位置させて当該トナー色
    でのトナー像を形成することでカラー画像を形成する請
    求項１ないし９のいずれかに記載の画像形成装置。
11. 【請求項１１】 前記現像バイアス電位および前記画像
    部電位の組合せが所定の範囲内で変更可能となってお
    り、かつ、該範囲内での前記現像バイアス電位と前記画
    像部電位との電位差の最大値と最小値との差が３０Ｖ以
    下である請求項１ないし１０のいずれかに記載の画像形
    成装置。
12. 【請求項１２】 前記現像バイアス電位および前記画像
    部電位の組合せが所定の範囲内で変更可能となってお
    り、かつ、該範囲内での前記現像バイアス電位と前記画
    像部電位との電位差の最大値と最小値との差が２０Ｖ以
    下である請求項１ないし１０のいずれかに記載の画像形
    成装置。
13. 【請求項１３】 前記静電潜像担持体の表面に設けられ
    て、所定の初期表面電位に帯電された感光体と、 前記感光体表面に向けて光ビームを照射して、前記感光
    体表面のうち前記光ビームを照射した照射域の表面電位
    を前記初期表面電位と異なる照射域電位に変化させるこ
    とで前記感光体上に静電潜像を形成する露光手段とをさ
    らに備え、 前記露光手段は、前記光ビームのエネルギー密度を変化
    させることで前記照射域電位を変更可能となっている請
    求項１ないし１２のいずれかに記載の画像形成装置。
14. 【請求項１４】 静電潜像担持体の表面のうち、画像部
    に対応する表面領域の画像部電位と、非画像部に対応す
    る表面領域の非画像部電位とを互いに相違させることに
    より該静電潜像担持体上に静電潜像を形成するととも
    に、 前記非画像部電位との電位差が所定値となるように現像
    手段に与える最適現像バイアスを制御しながら、該現像
    手段によって前記静電潜像をトナーにより顕像化して画
    像信号に応じたトナー像を形成することを特徴とする画
    像形成方法。
15. 【請求項１５】 前記画像信号に応じたトナー像を形成
    するのに先立って、 前記現像バイアス電位と前記非画像部電位との電位差を
    一定に保持しながら、これらを多段階に変化させて、そ
    の都度所定のパッチ画像を形成する第１工程と、 前記各パッチ画像の画像濃度を測定する第２工程と、 前記第２工程において測定した各パッチ画像の画像濃度
    に基づいて、前記パッチ画像の画像濃度が予め設定され
    た目標画像濃度に最も近くなる前記現像バイアス電位を
    前記最適現像バイアスとして設定する第３工程とを実行
    する請求項１４に記載の画像形成方法。