JP2003295531A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非接触現像方式の画像形成装置に好適なパッ
チ処理技術を適用し、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】 露光エネルギーＥを固定し（例えばＥ＝
Ｅ2）、直流現像バイアスＶmeanを最小値Ｖminから最大
値Ｖmaxまで多段階に変更設定しながら、低濃度パッチ
画像としての細線画像を形成する。このときのベタ画像
（高濃度画像）の濃度変化は範囲ＲH程度と小さいの
で、パッチ画像の濃度が目標値（ＯＤ＝０．２２）とな
るときの直流現像バイアスＶopを最適直流現像バイアス
とすれば、高濃度側でもほぼ目標値（ＯＤ＝１．３）に
近い濃度を得られる。

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、静電潜像が形成
される像担持体と、トナーを担持するトナー担持体とを
相互に離間させた状態で前記トナー担持体に交番電圧を
印加して前記トナー担持体から前記像担持体にトナーを
移動させて前記静電潜像を顕像化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】プリンタ、複写機およびファクシミリ装
置などの画像形成装置として、非接触現像方式のものが
従来より知られている。この現像方式の画像形成装置で
は、感光ドラムや感光体ベルトなどの感光体（像担持
体）が所定方向に一定速度で回転して、その周囲に配設
された帯電ユニットにより均一に帯電される。次いで感
光体には露光ユニットからの光ビームが露光され、感光
体上に静電潜像が形成される。そして、この感光体に形
成された静電潜像は、感光体の周囲に配設された現像ユ
ニットによって現像される。

【０００３】この現像ユニットには、帯電したトナーを
担持しながら感光体と対向する現像位置にトナーを搬送
する現像ローラ（トナー担持体）が感光体から離間して
設けられている。そして、現像ローラに交番電圧を印加
することによって現像ローラと感光体との間に交番電界
を発生させ、現像ローラ上の帯電トナーを感光体に向け
て飛翔させることにより、感光体上の静電潜像が顕像化
される。すなわち、こうして飛翔したトナーは、それぞ
れの直流電位に起因するトナー付着性の大小に応じて現
像ローラ、感光体のいずれかに最終的に付着するが、感
光体表面には画像信号に対応した静電潜像が形成されて
いるので、感光体表面各部へのトナー付着量はその直流
電位に応じて異なることとなり、こうして感光体表面に
は画像信号に対応したトナー像が形成される。

【０００４】このようにして形成されるトナー像の画像
濃度は、主に、現像位置におけるトナーの飛翔量と、現
像ローラおよび静電潜像各部の直流電位とによって決ま
る。したがって、必要十分な濃度の、しかも画像コント
ラストの良好なトナー像を得るためには、現像ローラお
よび感光体各部の電位を適切に設定するとともに、十分
な量のトナーを現像位置に飛翔させることが重要とな
る。

【０００５】この種の装置では、装置の個体差、経時変
化や、温湿度など装置の周囲環境の変化に起因してトナ
ー像の画像濃度が異なることがある。特に、非接触現像
方式の画像形成装置では、現像ローラと感光体とがギャ
ップを隔てて対向配置されているが、このギャップの大
きさは、装置の製造上のばらつきや熱膨張による変形等
に起因して、装置毎に、また１台の装置においても微妙
に変動することとなる。このようなギャップ変動がある
とトナーを飛翔させる交番電界の強度も変動してしま
う。その結果、トナー像の画像濃度が大きく変動するこ
とがあった。

【０００６】そこで、従来より、画像濃度の安定化を図
るための種々の技術が提案されている。このような技術
としては、例えば像担持体上にテスト用の小画像（パッ
チ画像）を形成し、そのパッチ画像の濃度に基づいて画
像形成条件を最適化するパッチ処理技術がある。この技
術は、像担持体上に種々の画像形成条件で所定のパッチ
画像を形成するとともに、このパッチ画像または該パッ
チ画像を他の転写体に転写してなる画像の濃度を濃度セ
ンサにより検出し、その濃度が予め設定された目標濃度
に最も近くなるように装置各部に与える電位等の画像形
成条件を設定することで、所望の画像濃度を得ようとす
るものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、形成される
パッチ画像の画像濃度は様々な要因の組み合わせによっ
て決まるものであり、その画像濃度に基づいて画像形成
条件を構成する複数のパラメータを個別に最適化するた
めには複雑な処理が必要となる。そのため、従来のパッ
チ処理技術では、このような複雑な処理を行わせること
によって装置コストの上昇を招いたり、処理に長時間が
かかって画像形成のスループットが低下するという問題
があった。

【０００８】特に、絵や写真等のグラフィック画像を高
い画質で形成するためには、低濃度から高濃度までの広
い画像濃度範囲にわたって高い階調再現性が要求され
る。このような高い再現性を実現するには各パラメータ
をより細かく調整する必要があるため、さらに複雑な制
御およびより長い処理時間を必要とすることとなる。

【０００９】その一方で、より短時間で処理を行うため
に、より簡易な方法で画像形成条件を最適化する技術の
確立も望まれている。というのは、この種の画像形成装
置を主に文字出力に使用しているユーザも多く、このよ
うなユーザは、グラフィック画像における画質よりもむ
しろ文字等の細線画像における画質および印字の高速性
を装置に求めるからである。また、このように短時間の
処理であれば、スループットを犠牲にすることなくより
頻繁に画像形成条件の調整を行うことができるため、例
えば連続して多数枚の画像形成を行う際などの画像品質
の安定にも寄与することになる。

【００１０】しかしながら、細線画像の画質に着目して
短時間で画像形成条件の最適化を行う技術は確立されて
いないため、従来技術の画像形成装置ではこのようなユ
ーザのニーズに応えるに至っていなかった。

【００１１】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、非接触現像方式の画像形成装置に好適なパッチ処
理技術を適用することによって、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、帯電した像担持体
の表面に光ビームを露光して静電潜像を形成する露光手
段と、前記像担持体に対して離間配置され、その表面に
トナーを担持するトナー担持体と、前記トナー担持体に
現像バイアスを印加して、前記トナー担持体に担持され
たトナーを前記像担持体表面に移動させて前記静電潜像
をトナーにより顕像化するバイアス印加手段と、前記静
電潜像の画線部に付着するトナー密度の増加に対する光
学濃度の増加がほぼ飽和している濃度飽和条件でトナー
像を形成するとともに、必要に応じてそのトナー像形成
に先立って前記濃度飽和条件のうち現像バイアスについ
て、前記現像バイアスを多段階に変更設定しながら、低
濃度パッチ画像として細線またはハーフトーン画像から
なるトナー像を各現像バイアスで形成し、その画像濃度
に基づいて現像バイアスを最適化する最適化処理を実行
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、細線画像
やハーフトーン画像などの低濃度画像、すなわち画像全
体に対するドットの面積率の低い画像の画質に着目し、
その画像濃度に影響を与えるパラメータとしての現像バ
イアスを、実際に形成した低濃度パッチ画像の濃度に基
づいて最適化している。そのため、少なくとも細線画像
については所定の画像濃度を確保しつつ、しかも従来の
パッチ処理技術と比較してその処理を大幅に簡略化する
ことが可能となっている。

【００１４】そして、このように現像バイアスを最適化
した画像形成装置では、特に低濃度画像において良好な
画質を得ることができるのはもちろんであるが、高濃度
画像、すなわち画像全体に対するドットの面積率の高い
画像についても比較的安定した画質のトナー像を形成す
ることが可能である。その理由は以下の通りである。低
濃度画像の場合と同様に、高濃度画像においても現像バ
イアスを変化させることでトナー像を構成するトナーの
密度が変化するが、高濃度画像では、画線部、すなわち
静電潜像のうちトナーを付すべき部分の面積が比較的広
くなっており、このように広い面積にわたってトナーが
付着している状態では、トナー密度がある程度以上であ
れば、それ以上トナー密度を高くしても画像濃度はあま
り増加しなくなる。このようにトナー密度に対する画像
濃度の変化の小さい濃度飽和条件の下では、現像バイア
スの変化に伴う高濃度画像の濃度変化も小さい。そのた
め、低濃度画像の濃度を調整すべく現像バイアスを変更
した場合でも、高濃度画像の濃度が目標値から大きく外
れることはなく、こうすることにより、この画像形成装
置は、低濃度画像から高濃度画像までの広い濃度範囲に
ついて、画質の良好なトナー像を安定して形成すること
ができる。

【００１５】特に、非接触現像方式の画像形成装置で
は、ギャップ変動による画像濃度の変動を小さく抑える
ことが重要であり、そのためにはトナー密度の変化が画
像濃度の変動として現れ難い濃度飽和条件で画像形成を
行うのが好ましい。このような装置では現像バイアスの
変化に対する高濃度画像の濃度変化も小さくできるた
め、上記のようにして現像バイアスを最適化することに
より、細線画像に適した画像形成条件を簡単にかつ短時
間にて設定することが可能である。

【００１６】このように画像濃度の変動が少なくなる程
度のトナーを付着させうる濃度飽和条件を実現するため
には、例えば、トナー担持体と像担持体との間に飛翔す
るトナーの量をできるだけ多くすればよい。このように
した画像形成装置の例としては、トナー担持体からのト
ナーの飛翔しやすさ、つまりトナーの飛翔性が高くなる
ように構成された画像形成装置があり、例えば、前記ト
ナー担持体にトナー粒子からなるトナー層が少なくとも
１層を超えて担持されている装置、前記トナー担持体に
１０^４Ωｃｍ以上の比抵抗を有する表面層が形成されて
いる装置、前記トナーとしてその体積平均粒径が８μｍ
以上のトナーを用いる装置、前記トナーとしてその安息
角が２５度以下であるトナーを用いる装置、または前記
トナーとしてトナー母粒子および酸化チタン外添剤を含
むトナーを用いる装置などがある。

【００１７】また、このような画像形成装置の他の例と
しては、前記トナーとして、トナー母粒子および外添剤
を含み、しかも、前記トナー母粒子および前記外添剤そ
れぞれの体積平均粒径をＤおよびｄ、真比重をρ１およ
びρ２、質量をＷおよびｗ、円周率をπとしたときの次
式、 （Ｄ・ρ１・ｗ）／（ｄ・ρ２・Ｗ・π） で表される外添剤被覆率が１以上であるトナーを用いる
画像形成装置がある。

【００１８】また、この発明にかかる画像形成装置で
は、前記現像バイアスは、直流成分に交流成分を重畳し
た波形を有する交番電圧であり、しかも、前記パッチ画
像を形成するときには、前記現像バイアスの交流成分を
一定に保持し、前記現像バイアスの直流成分を変更設定
するように構成されていてもよい。現像バイアスの交流
成分は主にトナーの飛翔量を決める要素となるものであ
り、上記したように、ある程度のトナー飛翔量が確保さ
れていれば画像濃度への影響は少ないのに対し、像担持
体へのトナーの付着性はトナー担持体との間の直流的な
電位関係によって決まるため、現像バイアスの直流成分
が画像濃度に大きく影響する。そこで、画像濃度を調節
する目的で現像バイアスを制御するときには、その直流
成分のみを制御するようにしてもよい。

【００１９】また、上記したパッチ画像としては、互い
に離隔配置された複数のドット、または互いに離隔配置
された複数の１ドットラインのいずれかで構成されてい
ることが好ましい。というのは、文字を主体とした画像
は主に点や線の組み合わせにより構成されているため、
このようなドットまたはラインで構成された画像をパッ
チ画像として用いることにより、画像形成条件をより文
字出力に適した状態に調整することができるからであ
る。

【００２０】また、前記制御手段は、前記各パッチ画像
の濃度が予め定められた目標濃度に最も近くなるときの
現像バイアスを前記現像バイアスの最適値とするように
してもよい。

【００２１】ところで、画像の濃度は、現像バイアス以
外にも例えば露光ビームのエネルギー密度やトナーの特
性など他の要因によっても変化する。そのため、装置の
構成や使用するトナーによっては、現像バイアスの増減
のみで画像濃度を調整しようとすると、その可変範囲が
広くなりすぎて実現が困難となったり、低濃度画像と高
濃度画像との画質のバランスが取れなくなるなどの問題
が生じる場合がある。

【００２２】そこで、前記現像バイアスの可変範囲を定
めるとともに、前記光ビームのエネルギー密度を少なく
とも２段階に変更可能とし、前記制御手段は、第１のエ
ネルギー密度の前記光ビームと、前記各現像バイアスと
の条件下で形成された各パッチ画像の画像濃度がいずれ
も目標濃度未満であるとき、前記第１のエネルギー密度
より大きい第２のエネルギー密度を有する光ビームを用
いて再度前記最適化処理を行うようにしてもよい。

【００２３】また、前記現像バイアスの可変範囲を定め
るとともに、前記光ビームのエネルギー密度を少なくと
も２段階に変更可能とし、前記制御手段は、第１のエネ
ルギー密度の前記光ビームと、前記各現像バイアスとの
条件下で形成された各パッチ画像の画像濃度がいずれも
目標濃度より高いとき、前記第１のエネルギー密度より
小さい第３のエネルギー密度を有する光ビームを用いて
再度前記最適化処理を行うようにしてもよい。

【００２４】このように、露光ビームのエネルギー密度
を可変として画像濃度制御に補助的に使用することによ
り、現像バイアスの可変範囲を比較的小さく設定するこ
とができ、上記した問題の発生を未然に防止することが
できる。

【００２５】また、この発明にかかる画像形成方法は、
像担持体の表面に光ビームを露光してその表面に静電潜
像を形成するとともに、トナーを担持するトナー担持体
と前記像担持体とを相互に離間させた状態で前記トナー
担持体に現像バイアスを印加して前記トナー担持体から
前記像担持体にトナーを移動させて前記静電潜像を顕像
化する画像形成方法において、上記目的を達成するた
め、前記静電潜像の画線部に付着するトナー密度の増加
に対する光学濃度の増加がほぼ飽和している濃度飽和条
件の下で、前記現像バイアスを多段階に変更設定しなが
ら、低濃度パッチ画像として細線またはハーフトーン画
像からなるトナー像を各現像バイアスで形成し、その画
像濃度に基づいて現像バイアスを最適化する最適化処理
を実行することを特徴としている。

【００２６】このように構成された画像形成方法では、
トナー密度に対する画像濃度変化の少ない濃度飽和条件
の下でトナー像を形成することで、ギャップ変動等によ
る画質低下を抑制している。また、パッチ画像として形
成した低濃度画像の濃度に基づいて現像バイアスを最適
化しており、上記した画像形成装置と同様に、簡単な方
法で、しかも短時間にて細線や文字を主体とする画像を
形成するのに適した画像形成条件を見出すことができ
る。そして、このように最適化された条件の下で画像形
成を行っているので、画質の良好なトナー像を安定して
形成することができる。

【００２７】この画像形成方法においても、上記した画
像形成装置と同様に、現像バイアスの可変範囲を小さく
するために、前記各現像バイアスで形成した前記パッチ
画像の画像濃度がいずれも予め定められた目標濃度未満
であるときには、前記光ビームのエネルギー密度を１段
階増加させて再度前記最適化処理を実行したり、また前
記各現像バイアスで形成した前記各パッチ画像の画像濃
度がいずれも予め定められた目標濃度より高いときに
は、前記光ビームのエネルギー密度を１段階低下させて
再度前記最適化処理を実行するようにしてもよい。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１は、この発明にかかる画像形
成装置の第１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本発明の「制御手段」と
して機能する制御ユニット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。

【００２９】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帯電ユニット３、
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の外周面を均一に帯電させる。

【００３０】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、露光パワー制御部１２３と電気的に接続さ
れており、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、露光ユニ
ット６が本発明の「露光手段」として機能するととも
に、感光体２が本発明の「像担持体」として機能してい
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との
対向位置に選択的に位置決めされ、「バイアス印加手
段」として機能する現像バイアス発生部１２６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】これらの現像器４Ｋ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｙは
いずれも同一構造を有している。したがって、ここで
は、現像器４Ｋの構成について図３を参照しながらさら
に詳しく説明するが、その他の現像器４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ
についても同様である。図３は、この画像形成装置の現
像器を示す断面図である。この現像器４Ｋでは、その内
部にトナーを収容するハウジング４１に供給ローラ４３
および現像ローラ４４が設けられている。この現像ロー
ラ４４は、銅、ステンレス、アルミニウム等の金属また
は合金により円筒状に形成されている。そして、２つの
ローラ４３、４４が接触しながら回転することでトナー
が現像ローラ４４の表面に擦り付けられて所定厚みのト
ナー層が現像ローラ４４表面に形成される。すなわち、
この実施形態では、現像ローラ４４が本発明の「トナー
担持体」として機能している。

【００３３】また、この現像器４Ｋでは、現像ローラ４
４の表面に形成されるトナー層を所定厚みに規制するた
めの規制ブレード４５が配置されている。この規制ブレ
ード４５は、ステンレスやリン青銅などの板状部材４５
１と、板状部材４５１の先端部に取り付けられたゴムや
樹脂などの弾性部材４５２とで構成されている。この板
状部材４５１の後端部はハウジング４１に固着されてお
り、現像ローラ４４の回転方向において、板状部材４５
１の先端部に取り付けられた弾性部材４５２が板状部材
４５１の後端部よりも上流側に位置するように配設され
ている。そして、その弾性部材４５２が現像ローラ４４
表面に弾性的に当接して現像ローラ４４の表面に形成さ
れるトナー層の厚みを最終的にトナー２層程度に規制す
る。

【００３４】なお、現像ローラ４４表面のトナー層を構
成する各トナー粒子は、供給ローラ４３、規制ブレード
４５と摩擦されたことによって帯電しており、ここでは
トナーが負に帯電するものとして以下説明するが、装置
各部の電位を適宜変更することで正に帯電するトナーも
使用可能である。

【００３５】こうして現像ローラ４４の表面に形成され
たトナー層は、現像ローラ４４の回転により感光体２と
対向する現像位置に搬送される。図４は、この実施形態
における現像位置を示す図である。また、図５は、現像
バイアスの波形の例を示す図である。この装置では、感
光体２との対向位置に配置された一の現像器（例えば図
１ではブラック現像器４Ｋ）に設けられた現像ローラ４
４と感光体２とがギャップＧを隔てて対向配置されてい
る。そして、現像ローラ４４に対して、現像バイアス発
生部１２６から現像バイアスが印加される。この現像バ
イアスは、図５（ａ）に示すように、直流成分Ｖmeanに
対して振幅Ｖppなる矩形波電圧が重畳された波形を有す
る交番電圧である。

【００３６】なお、現像バイアスとしての交番電圧の波
形はこれに限定されるものではなく、例えば直流電圧に
正弦波や三角波などの波形を有する交流電圧を重畳した
ものであってもよい。また例えば図５（ｂ）に示すよう
に、そのデューティ比が５０％以外の波形であってもよ
い。この場合には、その直流成分Ｖmeanとしては、加重
平均電圧、すなわち、時間とともに振幅の変化する電圧
波形の瞬時値をある時間範囲について平均化して直流電
圧値に換算した値を用いることができる。

【００３７】この現像バイアスのデューティ比について
は、感光体２へのトナー付着を促進する方向、すなわち
図５（ｂ）の波形では負（同図における上側）の電圧が
加わる期間のデューティを５０％より小さくしてゆくと
細線画像の濃度が上昇することが発明者の実験によりわ
かっている。また、装置の経時変化やトナーの劣化によ
りトナーの飛翔性が低下すると特に細線画像の品質が劣
化しやすい。そこで、より安定した画質で細線画像を形
成するためには負電圧が加わる期間を５０％より小さく
することが好ましく、現像バイアスのデューティ比とし
ては４８〜３０％、さらに望ましくは４５〜３５％程度
とするのがよい。

【００３８】現像ローラ４４に現像バイアスとしての交
番電圧が印加されると、現像ローラ４４と感光体２とに
挟まれた現像位置ＤＰには交番電界が発生する。この電
界の作用により、現像ローラ４４に担持されたトナーＴ
の一部が現像ローラ４４から遊離して現像位置ＤＰに飛
翔し往復運動する（符号Ｔ1）。こうして飛翔したトナ
ーが感光体２各部にその表面電位に応じて付着すること
によって、感光体２上の静電潜像がトナーにより現像さ
れる。

【００３９】ここで、上記のようにして行う現像プロセ
スでは、現像位置ＤＰに飛翔させるトナーの量には適当
な範囲がある。図６は、感光体２上のトナー密度とトナ
ー像の光学濃度との関係を示す図である。図６に示すよ
うに、トナー像を構成するトナーの密度を高くすればそ
の光学濃度は高くなる。しかし、トナーが密に付着した
状態になれば、それ以上にトナー密度を増加させても光
学濃度はあまり変化しなくなり、図６に示すように高ト
ナー密度領域で飽和特性を示す。言い換えれば、このよ
うな高密度にトナーが付着する条件、すなわち本発明に
いう「濃度飽和条件」の下では、感光体２に付着するト
ナー量に多少の変動があったとしてもその画像濃度はほ
とんど変化しない。したがって、この濃度飽和条件を満
たすべく、現像位置ＤＰに飛翔するトナー量が十分に多
くなるようにしておけば、何らかの原因によりその飛翔
量に多少の変動があったとしても、得られるトナー像の
濃度変化を少なくできることを示している。

【００４０】非接触現像方式の画像形成装置において、
濃度ムラが少なく、かつ画像コントラストの高いトナー
像を形成するためには、このように画像濃度変化の少な
いトナー飛翔量が得られる条件で画像形成を行うことが
好ましい。というのは、非接触現像方式の装置では製造
上の理由からギャップＧにある程度の変動が生ずるのは
避けられないが、このような濃度飽和条件の下でトナー
像形成を行うことでギャップ変動に起因する画像濃度の
変動を抑制することができるからである。ただし、付着
させるトナー量を多くしすぎると、トナーの消耗が激し
くなり、また後述する定着ユニットでの定着プロセスに
支障を来すなどの問題が生じるおそれがあるため、これ
らの要請によりトナー量の上限が規制される。

【００４１】この実施形態では、以下の（１）、（２）
に示す構成とすることで必要十分なトナー飛翔量を確保
して濃度飽和条件での画像形成を可能とするとともに、
後述するように、パッチ画像の濃度に応じて直流現像バ
イアスＶmeanを制御することで画像濃度の調整を行って
いる。 （１）規制ブレード４５により、現像ローラ４４上のト
ナー層の厚みをトナー２層程度に規制している。トナー
層を構成するトナーＴのうち、現像ローラ４４と直接接
触しているトナー（図４に示す符号Ｔ2）には現像ロー
ラ４４との間に強い鏡像力が作用しているので飛翔し難
い。そこで、トナー層の厚みをトナー２層程度として、
直接現像ローラ４４に接触せずより飛翔しやすいトナー
の量を増やしている。このように飛翔しやすいトナーが
存在すると、そのトナーは比較的小さな力によって現像
ローラ４４から飛翔することができ、かつ、そのトナー
が交番電界に応じ往復運動を行う中で現像ローラ４４上
のトナーＴ2に衝突することでトナーＴ2を飛翔させる効
果もある。そのため、十分な量のトナーを現像位置ＤＰ
に供給することができる。 （２）現像バイアスの振幅Ｖppを、現像位置ＤＰで放電
が発生しない程度でできるだけ大きくしている。この実
施形態のような非接触現像方式の画像形成装置では、ギ
ャップＧ（図４）の変動によってトナーを飛翔させる交
番電界の強度が変化する。そこで、交番電圧の振幅Ｖpp
をできるだけ高く設定することで、ギャップＧが大きく
電界が弱い場合でも十分な量のトナーを飛翔させること
ができるようにしている。ただし、電圧を高くしすぎる
と現像ローラ４４と感光体２との間で放電が発生し著し
く画質を損ねることとなるので、このような放電が起き
ない程度の電圧とする必要がある。

【００４２】図１に戻って装置構成の説明を続ける。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。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。

【００４３】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とともに、必
要に応じて感光体２の表面電位をリセットする。

【００４４】そして、カラー画像を形成する場合には、
１つのトナー色での静電潜像の現像が終了すると、現像
ユニット４を回転させて現像器を切り替える。例えば、
ブラック色の現像器４Ｋでの現像を行った後には、現像
ユニット４の図１における左回り９０度の回転によりシ
アン色の現像器４Ｃが現像位置に移動してくる。そし
て、新たに現像位置に配置された現像器４Ｃを用いて再
びトナー像を形成する。同様にして各色で現像されるト
ナー像は中間転写ベルト７１上の同じ位置に重ね合わさ
れてゆき、中間転写ベルト７１上にフルカラーのトナー
像が形成される。

【００４５】こうして中間転写ベルト７１上に形成され
たモノクロまたはフルカラーのトナー像は、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
転写材としてのシートＳ上に二次転写される。また、こ
うして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。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。

【００４６】また、中間転写ベルト７１の移動方向にお
いて一次転写領域ＴＲ1の後方には、例えば反射型フォ
トセンサからなるパッチセンサＰＳが設けられており、
ＣＰＵ１２４からの制御指令に応じて、後述するように
して感光体２上に形成され中間転写ベルト７１に転写さ
れるパッチ画像の光学濃度を検出する。

【００４７】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である。

【００４８】上記のように構成された画像形成装置で
は、電源投入時などの適当なタイミングで所定のパッチ
画像を形成し、その画像濃度に基づいて画像形成条件を
最適化する最適化処理を行っている。具体的には、エン
ジンコントローラ１２のＣＰＵ１２４が予め記憶された
プログラムを実行して、各トナー色毎に図７に示す処理
を行っている。図７は、この画像形成装置の最適化処理
を示すフローチャートであり、図８は、この最適化処理
におけるパッチ処理を示すフローチャートである。ま
た、図９はこのパッチ処理に用いるパッチ画像の例を示
す図である。

【００４９】この画像形成装置では、画像形成条件を調
整して所望の画像濃度を得るべく、露光ビームＬの単位
面積当たりのエネルギー（以下、単に「露光エネルギ
ー」という）Ｅと、現像バイアスの直流成分（以下、
「直流現像バイアス」という）Ｖmeanとを変更可能に構
成されている。このうち、濃度調整に主として用いるの
は直流現像バイアスＶmeanであって、露光エネルギーＥ
の可変範囲は３段階：Ｅ1；Ｅ2；Ｅ3（ただし、Ｅ1＞Ｅ
2＞Ｅ3）のみに限定されており、直流現像バイアスＶme
anの調整だけでは所望の画像濃度が得られない場合の濃
度の増減に補助的に使用されるものである。このように
する理由については後述する。

【００５０】以下、図７および図８を参照しながら、こ
の最適化処理についてさらに詳しく説明する。この最適
化処理では、まず露光エネルギーＥを初期値（例えばＥ
2）に設定し（ステップＳ１）、この条件でパッチ処理
（ステップＳ２）を行う。このパッチ処理（図８）で
は、直流現像バイアスＶmeanをその可変範囲における最
小値Ｖminから最大値Ｖmaxまで１ステップずつ増加させ
ながら、各バイアス条件でパッチ画像として例えば図９
に示す１オン１０オフの１ドットライン群からなるトナ
ー像ＰＩを形成する（ステップＳ２１〜Ｓ２４）。こう
することで、中間転写ベルト７１上には、それぞれのバ
イアス条件に応じた濃度の複数のパッチ画像が形成され
ることとなる。そして、こうして形成されたパッチ画像
が中間転写ベルト７１の移動に伴ってパッチセンサＰＳ
と対向する位置に移動してくるタイミングで該センサＰ
Ｓからの出力信号を読み込み、その信号に基づいて各パ
ッチ画像の光学濃度を求める（ステップＳ２５）。

【００５１】図７に戻って、こうしてパッチ処理（ステ
ップＳ２）で求めた各パッチ画像の光学濃度と予め設定
された目標濃度（例えば光学濃度ＯＤ＝０．２２）とを
比較し（ステップＳ３、Ｓ４）、これらのパッチ画像の
中に目標濃度とほぼ等しい濃度を有するものがあれば、
そのパッチ画像を形成したときの直流現像バイアス値Ｖ
meanを最適直流現像バイアスＶopとして設定し（ステッ
プＳ５）、最適化処理を終了する。そして、以後のトナ
ー像形成は、この最適直流現像バイアスＶopを現像ロー
ラ４４に与えながら行うこととなる。

【００５２】一方、ステップＳ３において、各パッチ画
像の濃度がいずれも目標濃度に達していなければ、露光
エネルギーＥを１段階増加させ（ステップＳ９）、再度
上記したパッチ処理（ステップＳ２）を行うが、もし露
光エネルギーＥが既に最大値Ｅ1となっていた場合には
（ステップＳ８）、後述するエラー処理（ステップＳ１
０）を実行して最適化処理を終了する。

【００５３】また、ステップＳ４において、各パッチ画
像の濃度がいずれも目標濃度を超えている場合には、露
光エネルギーＥを１段階低下させ（ステップＳ７）、再
度上記したパッチ処理（ステップＳ２）を行うが、もし
露光エネルギーＥが既に最小値Ｅ3となっていた場合に
も（ステップＳ６）、エラー処理（ステップＳ１０）を
実行して最適化処理を終了する。

【００５４】このように、この最適化処理では、まず露
光エネルギーＥを固定しておき、直流現像バイアスＶme
anを多段階に変更設定しながらパッチ画像を形成し、そ
の画像濃度に基づいて最適現像バイアスＶopを求めてい
る。そして、直流現像バイアスＶmeanをどのように設定
してもパッチ画像濃度が不足もしくは過剰となる場合に
は露光エネルギーＥを１段階増加または低下させて再度
パッチ処理を行い、目標濃度が得られる直流現像バイア
スＶmeanを求めるようにしている。

【００５５】一方、使用されるトナーの特性ばらつき
や、装置およびトナーの劣化・故障、極端な温湿度環境
等に起因して、露光エネルギーＥおよび直流現像バイア
スＶmeanをどのような組み合わせにしても所望濃度が得
られない場合もありうる。この実施形態では、このよう
な場合にステップＳ１０のエラー処理が行われるように
構成されているが、このエラー処理としては種々の内容
が考えられる。例えば、図示しない表示部に、所望濃度
が得られない旨をユーザに報知するメッセージを表示
し、以後の画像形成動作を行わないようにしてもよい。
また、例えば、どのような条件でも濃度が不足する場合
には、最高の濃度が得られる条件で画像形成を行うよう
にしたり、逆にどのような条件でも濃度が過剰となる場
合には、濃度が最低となる条件で画像形成を行うように
してもよい。

【００５６】このような画像形成条件の最適化処理を行
うことによって、広い濃度範囲にわたって良好な画質の
トナー像を安定して形成することができる理由につい
て、高濃度画像としてベタ画像を、また低濃度画像とし
て細線画像を例にとり、図４、図６および、図１０ない
し図１２を参照して説明する。図１０は、この画像形成
装置においてベタ画像および細線画像を形成する場合の
感光体２の表面電位プロファイルの例を示す図であり、
図１１は、画像濃度とその形成条件との関係を示す図で
ある。また、図１２は、直流現像バイアスＶmeanが不適
正な場合の画像の歪みを例示する図である。

【００５７】帯電ユニット３により均一の表面電位Ｖd
に帯電された感光体２を部分的に光ビームＬにより露光
すると、その部分の電荷が中和されて感光体２の表面に
静電潜像が形成されるが、ベタ画像のような高濃度画像
では感光体２表面の比較的広い範囲が露光されているた
め、その表面電位プロファイルは、例えば図１０（ａ）
に示すように、感光体２の特性で決まる残留電位Ｖr程
度まで低下した井戸型となる。一方、細線画像のような
低濃度画像では露光される領域が狭いため、その表面電
位Ｖsは例えば図１０（ｂ）に示す鋭いディップ状のプ
ロファイルを有することとなる。なお、図１０（ｂ）で
は１ラインのみの例を示しているが、互いに離隔配置さ
れている複数のラインの場合も同様である。

【００５８】そして、このような電位プロファイルを有
する静電潜像がトナーを担持する現像ローラ４４と対向
する現像位置ＤＰに搬送されてくると（図４）、この現
像位置ＤＰで往復飛翔しているトナーは、現像ローラ４
４、感光体２各部の直流電位に応じてそのいずれかに付
着する。このとき、直流現像バイアスＶmeanと感光体２
の表面電位Ｖsとの電位差が大きいほど現像ローラ４４
から感光体２へのトナー移行が促進されるため、この電
位差すなわちコントラスト電位Ｖcontが大きいほど感光
体２に付着するトナーの密度は高くなり、それに伴って
画像濃度も高くなる。

【００５９】ここで、露光エネルギーＥを変化させた場
合を考えてみると、図１０の点線で示すように、ベタ画
像では表面電位プロファイルの変化は小さいのに対し、
細線画像ではディップの深さまたは幅、あるいはその両
方が大きく変化することとなる。このように、静電潜像
の電位プロファイルに対する露光エネルギーＥの影響
は、ベタ画像では小さく、細線画像で大きくなる。した
がって、現像されるトナー像の濃度も、細線画像では露
光エネルギーＥにより変化することとなる。

【００６０】一方、直流現像バイアスＶmeanを変化させ
た場合には、コントラスト電位Ｖcontが変化することと
なるため、ベタ画像、細線画像いずれの場合においても
そのトナー密度が変化する。

【００６１】ここで、トナー密度と光学濃度ＯＤとの関
係は、図６に示すように飽和特性を有している。したが
って、静電潜像の画線部に付着するトナー密度に対して
画像濃度が飽和するような画像形成条件（濃度飽和条
件）の下で画像形成を行ったとき、ベタ画像の濃度はト
ナー密度が変化してもあまり変化しない。一方、細線画
像では、狭い画線部に集中的に付着したトナーがその周
囲にも広がることにより画線部の幅が広がる。そのた
め、濃度飽和条件の下でも見かけ上はトナー密度の増加
に伴って画像濃度も高くなる。

【００６２】これらのことから、ベタ画像および細線画
像の光学濃度ＯＤと、露光エネルギーＥおよび直流現像
バイアスＶmeanとの関係は図１１に示すようになる。ベ
タ画像においては、図１１（ａ）に示すように、露光エ
ネルギーＥによる画像濃度の差は小さく、しかも、直流
現像バイアスＶmeanに対する濃度変化も小さい。これに
対して、細線画像では、図１１（ｂ）に示すように、そ
の画像濃度は露光エネルギーＥ、直流現像バイアスＶme
anのいずれによっても大きく変化することとなる。

【００６３】より具体的には、ベタ画像において直流現
像バイアスＶmeanをその可変範囲における最小値Ｖmin
から最大値Ｖmaxまで変化させた場合の濃度変化は図に
示す範囲ＲH程度であり、一方、細線画像では、直流現
像バイアスＶmeanを変化させたときの濃度変化はこれよ
り大きく、例えば露光エネルギーＥ2においてはその変
化範囲は図に示すＲ2程度となる。したがって、直流現
像バイアスＶmeanによる濃度変化の大きい細線画像をパ
ッチ画像として形成し、その濃度が目標値（この実施形
態では光学濃度ＯＤ＝０．２２）となるような直流現像
バイアスＶopを求めれば、そのときのベタ画像の濃度も
ほぼ目標値（例えば光学濃度ＯＤ＝１．３）に近い値を
得ることができ、こうして求めた画像形成条件で画像形
成を行うことにより、広い濃度範囲にわたって画質の良
好なトナー像を得ることが可能となる。

【００６４】なお、直流現像バイアスＶmeanの可変範囲
については、画質向上のため次のような諸条件による制
約を設けている。すなわち、直流現像バイアスＶmeanが
大きくなると図１０に示すコントラスト電位Ｖcontが大
きくなる。そのため、直流現像バイアスＶmeanが大きす
ぎると、エッジ効果として知られるように画像の端部が
極端な高濃度となったり、トナー付着量が過大となって
後段での転写・定着プロセスにおいてトナーの散りが生
じ画質が低下するなどの問題がある。一方、直流現像バ
イアスＶmeanが小さすぎる場合、コントラスト電位Ｖco
ntが小さくなるのでトナーを感光体２に付着させる力が
弱くなり、例えば図１２（ａ）に示す矩形パターンＲＩ
の例のように、特に感光体２の移動方向から見たときの
画像の左右および下流側のトナーが剥ぎ取られて画像が
歪むという現象が発生する。この歪み量Ｄは、図１２
（ｂ）に示すように、コントラスト電位Ｖcontの増加と
ともに減少し、次第に一定値に漸近するという特性を示
す。さらに、図１１（ａ）に示すように、直流現像バイ
アスＶmeanが小さい領域ではベタ画像の濃度変動も大き
くなってしまう。

【００６５】したがって、画質が良好で安定したトナー
像形成を行うためには、コントラスト電位Ｖcontが、エ
ッジ効果やトナーの散りが出ない程度に低く、かつ画像
の歪み量Ｄが許容範囲内に収まる程度に高い値となって
いることが必要である。この範囲は、種々のコントラス
ト電位Ｖcontでトナー像を形成しながらその画質を評価
することで予め求めることができ、発明者らの実験で
は、この実施形態の画像形成装置においてコントラスト
電位Ｖcontとしては５０〜２５０Ｖ程度、また直流現像
バイアスＶmeanとしては、−（１７０〜３２０）Ｖ程度
が好ましい範囲であった。

【００６６】こうして直流現像バイアスＶmeanの可変範
囲を規定したことにより、一定の画質を確保できるもの
の、細線画像の濃度制御範囲も制限されることとなる。
そのため、装置の特性のばらつきや周囲環境によって
は、直流現像バイアスＶmeanの調整だけでは所望の画像
濃度が得られないことも考えられる。そこで、この実施
形態の画像形成装置では、露光エネルギーＥをＥ1、Ｅ
2、Ｅ3の３段階に変更可能として、細線画像における濃
度制御範囲を広げている。すなわち、図１１に示すよう
に、露光エネルギーＥ1、Ｅ2、Ｅ3における画像濃度変
化の範囲はそれぞれＲ1、Ｒ2、Ｒ3であるから、露光エ
ネルギーＥと直流現像バイアスＶmeanとの組み合わせに
より濃度調整範囲を図に示す範囲ＲLまで広げることが
できる。

【００６７】なお、このように濃度調整範囲を広げても
なお画像濃度が目標値に至らない場合もありうるが、画
像濃度がこのように大きく目標濃度からずれる場合、装
置やトナーの劣化・故障など何らかの異常が原因となっ
ている可能性が高い。したがって、徒に露光エネルギー
Ｅや直流現像バイアスＶmeanの可変範囲を広げて処理を
複雑にするよりも、このような場合には先に例示したよ
うなエラー処理を行うようにする方が好ましい。

【００６８】また、前述した最適化処理においては、電
源投入直後またはユニット交換後のように装置の動作環
境が不明である場合を想定し、露光エネルギーＥの初期
値を中心値Ｅ2に設定しているが、例えば、通電中、一
定時間毎にまたは所定枚数の画像形成を行う毎に画像形
成条件の再調整を行うような場合には、動作環境がそれ
ほど大きく変わっていることは少ないから、このような
場合には、その直前まで設定されていた露光エネルギー
値を初期値としてもよい。こうすることで、より短時間
に最適直流現像バイアスＶopを見出すことが可能とな
る。したがって、より頻繁に画像形成条件の再調整を行
うことも可能である。例えば、連続して多数枚の画像形
成を行うときに一定間隔で上記した最適化処理を行い、
その都度画像形成条件の再調整を行うようにすれば、画
像形成のスループットを低下させることなく各画像毎の
濃度のばらつきを小さくすることができる。

【００６９】以上のように、この実施形態は、非接触現
像方式の画像形成装置であって、ギャップ変動に起因す
る画像濃度の変動を抑えるため、トナー飛翔量を高め、
濃度飽和条件（図６に示すトナー密度ｄs以上の領域）
の下でトナー像形成を行っている。そして、このように
構成された装置において、画像形成条件を最適化するた
め、露光エネルギーＥを固定した状態で直流現像バイア
スＶmeanを変更設定しながら低濃度パッチ画像を形成
し、その画像濃度が目標濃度にほぼ一致するときのバイ
アス値を最適直流現像バイアスＶopとしている。このと
き、ベタ画像に代表される高濃度側での画像濃度の変化
は小さいので、こうすることにより、低濃度から高濃度
までの広い濃度範囲にわたって所望の画像濃度を得るこ
とができる。

【００７０】また、画像濃度を調整するために変更設定
するパラメータは基本的に現像ローラ４４に与える直流
現像バイアスＶmeanだけであり、制御が簡単であるとと
もに、短時間にて処理を行うことが可能である。

【００７１】また、画質向上の観点から直流現像バイア
スＶmeanの可変範囲を制限しているので、一定の画質の
トナー像を安定して形成することができる。

【００７２】さらに、直流現像バイアスＶmeanの調整の
みで所望の画像濃度を得られない場合には濃度調整に露
光エネルギーＥを補助的に使用しているので、広い範囲
にわたり濃度制御を行うことが可能である。

【００７３】次に、本発明にかかる画像形成装置の第２
実施形態について説明する。この実施形態の装置は、第
１の実施形態と比較してその現像器の構成が一部異なっ
ているが、その他の構成および動作については同一であ
るのでここでは説明を省略する。図１３は、この発明に
かかる画像形成装置の第２の実施形態を示す図である。
この実施形態においては、現像ローラ４４は、金属ロー
ラ４４１と、その表面に形成された抵抗層４４２とで構
成されている。この抵抗層４４２は本発明の「表面層」
に相当するものであって、例えば導電粉を分散させた樹
脂層で形成されている。ここで、導電粉としてはアルミ
ニウムなどの金属粉、カーボンブラック等を、また樹脂
層としてはフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹
脂、ポリウレタン樹脂、ナイロン樹脂等を用いることが
できる。さらに、この抵抗層４４２の比抵抗は１０^４Ω
ｃｍ以上であることが好ましい。

【００７４】このように、抵抗層４４２を設けたことに
よってトナーＴと金属ローラ４４１とが直接接触するこ
とは防止されており、これによりトナーＴに作用する鏡
像力は低減されて、現像ローラ４４からのトナー飛翔性
が向上している。これに伴って、この実施形態では、図
１３に示すように、規制ブレード４５が現像ローラ４４
上のトナー層の厚みを略トナー１層に規制している。と
いうのは、図１３の符号Ｔ３に示すように、抵抗層４４
２を設けたことで、搬送されるトナー量は少なくても現
像位置ＤＰに十分な量のトナーを飛翔させることができ
るようになっているからである。

【００７５】このように構成された装置においても、第
１実施形態の装置と同様の処理（図７および図８）を行
うことにより、直流現像バイアスＶmeanの最適値を簡単
な処理によって求めることが可能であり、こうして最適
化された画像形成条件の下で画像形成を行うことによっ
て、画質の良好なトナー像を安定して形成することがで
きるのである。

【００７６】以上のように、上記した２つの実施形態の
装置は、いずれも現像位置ＤＰにおけるトナー飛翔量を
大きくして、トナー密度に対して光学濃度が飽和する濃
度飽和条件の下で画像形成を行うように構成されてお
り、本発明にかかる最適化処理を適用するのに好適な装
置である。この最適化処理技術は、他の手法によりトナ
ー飛翔量を大きくした装置においても有効である。この
ようにトナー飛翔量を高める手法としては、上記以外に
も種々のものが考えられる。

【００７７】例えば、トナーの外添剤として酸化チタン
を用いると、トナー粒子と現像ローラ４４表面との間で
作用するいわゆる分子間力を効果的に低減することが可
能となり、その結果として、トナーの飛翔性が向上す
る。また、トナーと現像ローラ４４との分子間力の大き
さを評価する指標としてトナーの流動性がある。トナー
の流動性が高いトナーほど分子間力を小さくでき、本発
明に用いるトナーとして好適な流動性の目安はその安息
角で２５°以下である。さらに、トナーの流動性はトナ
ー母粒子に対する外添剤の被覆率に依存し、その被覆率
を１以上とすることで分子間力を低減してその流動性を
高めることができる。ここで、外添剤の被覆率は下式に
て定義する： （被覆率）＝（Ｄ・ρ１・ｗ）／（ｄ・ρ２・Ｗ・π） 上式において、Ｄおよびｄはトナー母粒子および外添剤
それぞれの体積平均粒径、ρ１およびρ２はトナー母粒
子および外添剤それぞれの真比重、Ｗおよびｗはトナー
母粒子および外添剤それぞれの質量、πは円周率であ
る。

【００７８】また、同じ帯電量であればその粒径が小さ
いほど鏡像力が大きくなるので、鏡像力を低くするため
に、比較的粒径の大きなトナーを用いることも有効であ
る。発明者らの実験によれば、その体積平均粒径が８μ
ｍ以上のトナーを使用することにより、十分なトナー飛
翔量を確保することができることがわかった。

【００７９】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、上記した各実施形態では、パッチ画像とし
て１オン１０オフの細線画像を用いているが、パッチ画
像として用いることのできる画像はこれらに限定される
ものではなく、他のパターンを有する画像であってもよ
い。これらは使用されるトナーの特性やパッチセンサの
感度等に応じて適宜変更されるべきものである。また、
パッチ画像の目標濃度も上記の数値に限定されるもので
はなく、適宜変更してよい。

【００８０】また、例えば、上記した各実施形態では、
パッチセンサＰＳは、感光体２から一次転写された直後
の中間転写ベルト７１上でパッチ画像の濃度を検出する
ように構成されているが、パッチセンサＰＳの位置は他
の位置であってもよく、また例えば感光体２上に形成さ
れたパッチ画像の濃度を検出するようにしてもよい。

【００８１】また、上記した各実施形態は、４色のトナ
ーを用いてカラー画像を形成可能な装置であり、各トナ
ー色でのトナー像を中間転写ベルト７１上で重ね合わせ
ることによってフルカラー画像を形成する。そのため、
画像形成条件を比較的トナー密度が高くなる条件（例え
ば露光エネルギーＥ＝Ｅ1）となるように設定した場合
には、各色のトナー像におけるトナー密度は適正な範囲
内にあったとしても、それらを重ね合わせた結果として
の最終的なトナー密度が過大となって、前述したトナー
の散りや転写・定着不良などの画質低下を招くおそれが
ある。そこで、このようなおそれがある場合には、外部
装置から与えられた画像信号に対し、フルカラーでのト
ナー密度を適正範囲内に規制するような信号処理をメイ
ンコントローラ１１のＣＰＵ１１１により行うようにし
てもよい。

【００８２】また、上記した実施形態における画像形成
条件の最適化処理は、特に文字などの細線を主体とする
画像を形成する際において好適な技術であるが、グラフ
ィック画像等における画質をさらに向上させたいという
ニーズに応えるために、従来技術の最適化処理と併用す
るようにしてもよい。例えば、通常は上記した最適化処
理により画像形成条件を文字出力に適した「標準モー
ド」に設定しておき、ユーザがより高画質の「高精細モ
ード」による画像形成を望む場合のみ、より細かく各パ
ラメータを調整する最適化処理を実行するようにしても
よい。こうすることで、標準モードにおける画像形成動
作の高速性と、必要に応じて実行される高精細モードに
おける高画質とを両立させることができる。

【００８３】さらに、この発明は、上記したカラー画像
を形成可能な装置のみでなく、これ以外にも、例えば、
モノクロ画像のみを形成する装置に対しても適用するこ
とができる。

【００８４】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、非接
触現像方式の画像形成装置および画像形成方法におい
て、トナー密度の変化に対する画像濃度変化の小さい濃
度飽和条件の下でトナー像形成を行っているが、細線画
像やハーフトーン画像などの低濃度画像、すなわち画像
全体に対するドットの面積率の低い画像の画質に着目
し、濃度飽和条件のうちの現像バイアスを、実際に形成
した低濃度パッチ画像の濃度に基づいて最適化してい
る。そのため、少なくとも細線画像については所定の画
像濃度を確保しつつ、しかも従来のパッチ処理技術と比
較してその処理を大幅に簡略化することが可能となって
いる。

【００８５】そして、このように現像バイアスを最適化
することによって、低濃度画像の画像濃度を目標値に合
わせ込むことができるとともに、高濃度画像についても
比較的濃度の安定したトナー像を形成することが可能と
なる。そのため、この画像形成装置および画像形成方法
では、広い濃度範囲にわたって、画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。

【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第１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】この画像形成装置の現像器を示す断面図であ
る。

【図４】この実施形態における現像位置を示す図であ
る。

【図５】現像バイアスの波形の例を示す図である。

【図６】感光体上のトナー密度とトナー像の光学濃度と
の関係を示す図である。

【図７】この画像形成装置の最適化処理を示すフローチ
ャートである。

【図８】この最適化処理におけるパッチ処理を示すフロ
ーチャートである。

【図９】このパッチ処理に用いるパッチ画像の例を示す
図である。

【図１０】この画像形成装置においてベタ画像および細
線画像を形成する場合の感光体の表面電位プロファイル
の例を示す図である。

【図１１】画像濃度とその形成条件との関係を示す図で
ある。

【図１２】直流現像バイアスが不適正な場合の画像の歪
みを例示する図である。

【図１３】この発明にかかる画像形成装置の第２の実施
形態を示す図である。

【符号の説明】

１…制御ユニット（制御手段） ２…感光体（像担持体） ３…帯電ユニット ４Ｋ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ…現像器 ６…露光ユニット（露光手段） ４４…現像ローラ（トナー担持体） ７１…中間転写ベルト １２６…現像バイアス発生部（バイアス印加手段） ４４２…抵抗層（表面層） Ｇ…ギャップ ＰＳ…パッチセンサ Ｔ…トナー

───────────────────────────────────────────────────── 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 15/043 Ｇ０３Ｇ 15/08 ５０１Ｄ 15/06 １０１ 15/04 １２０ 15/08 ５０１ Ｆターム(参考） 2H005 AA08 AB10 CB07 DA05 EA05 EA07 EA10 2H027 DA09 DA10 DE02 DE07 DE10 EA02 EA05 EB01 EC03 EC06 EC18 EC20 EF06 2H073 AA02 BA04 BA13 BA28 BA43 CA02 CA14 CA22 2H076 AB05 AB12 DA07 2H077 AD02 AD06 AD13 AD17 AD23 AD36 AE03 BA10 DA04 DA31 DA47 DA63 DA82 DB08 DB13 EA14 EA16 FA13 FA26 FA29 GA02 GA03

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電した像担持体の表面に光ビームを露
   光して静電潜像を形成する露光手段と、 前記像担持体に対して離間配置され、その表面にトナー
   を担持するトナー担持体と、 前記トナー担持体に現像バイアスを印加して、前記トナ
   ー担持体に担持されたトナーを前記像担持体表面に移動
   させて前記静電潜像をトナーにより顕像化するバイアス
   印加手段と、 前記静電潜像の画線部に付着するトナー密度の増加に対
   する光学濃度の増加がほぼ飽和している濃度飽和条件で
   トナー像を形成するとともに、必要に応じてそのトナー
   像形成に先立って前記濃度飽和条件のうち現像バイアス
   について、前記現像バイアスを多段階に変更設定しなが
   ら、低濃度パッチ画像として細線またはハーフトーン画
   像からなるトナー像を各現像バイアスで形成し、その画
   像濃度に基づいて現像バイアスを最適化する最適化処理
   を実行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】 前記トナー担持体には、トナー粒子から
   なるトナー層が少なくとも１層を超えて担持されている
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記トナー担持体には、１０^４Ωｃｍ以
   上の比抵抗を有する表面層が形成されている請求項１ま
   たは２に記載の画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記トナーとして、その体積平均粒径が
   ８μｍ以上のトナーを用いる請求項１ないし３のいずれ
   かに記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】 前記トナーとして、その安息角が２５度
   以下であるトナーを用いる請求項１ないし４のいずれか
   に記載の画像形成装置。
6. 【請求項６】 前記トナーとして、トナー母粒子および
   外添剤を含み、しかも、 前記トナー母粒子および前記外添剤それぞれの体積平均
   粒径をＤおよびｄ、真比重をρ１およびρ２、質量をＷ
   およびｗ、円周率をπとしたときの次式、 （Ｄ・ρ１・ｗ）／（ｄ・ρ２・Ｗ・π） で表される外添剤被覆率が１以上であるトナーを用いる
   請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 【請求項７】 前記トナーとして、トナー母粒子および
   酸化チタン外添剤を含むトナーを用いる請求項１ないし
   ６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 【請求項８】 前記現像バイアスは、直流成分に交流成
   分を重畳した波形を有する交番電圧であり、しかも、 前記パッチ画像を形成するときには、前記現像バイアス
   の交流成分を一定に保持し、前記現像バイアスの直流成
   分を変更設定するように構成されている請求項１ないし
   ７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 【請求項９】 前記低濃度パッチ画像は、互いに離隔配
   置された複数のドット、または互いに離隔配置された複
   数の１ドットラインのいずれかで構成されている請求項
   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】 前記制御手段は、前記各パッチ画像の
    濃度が予め定められた目標濃度に最も近くなるときの現
    像バイアスを前記現像バイアスの最適値とする請求項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】 前記現像バイアスの可変範囲が定めら
    れるとともに、前記光ビームのエネルギー密度を少なく
    とも２段階に変更可能となっており、しかも、 前記制御手段は、第１のエネルギー密度の前記光ビーム
    と、前記各現像バイアスとの条件下で形成された各パッ
    チ画像の画像濃度がいずれも目標濃度未満であるとき、
    前記第１のエネルギー密度より大きい第２のエネルギー
    密度を有する光ビームを用いて再度前記最適化処理を行
    う請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 【請求項１２】 前記現像バイアスの可変範囲が定めら
    れるとともに、前記光ビームのエネルギー密度を少なく
    とも２段階に変更可能となっており、しかも、 前記制御手段は、第１のエネルギー密度の前記光ビーム
    と、前記各現像バイアスとの条件下で形成された各パッ
    チ画像の画像濃度がいずれも目標濃度より高いとき、前
    記第１のエネルギー密度より小さい第３のエネルギー密
    度を有する光ビームを用いて再度前記最適化処理を行う
    請求項１０または１１に記載の画像形成装置。
13. 【請求項１３】 像担持体の表面に光ビームを露光して
    その表面に静電潜像を形成するとともに、トナーを担持
    するトナー担持体と前記像担持体とを相互に離間させた
    状態で前記トナー担持体に現像バイアスを印加して前記
    トナー担持体から前記像担持体にトナーを移動させて前
    記静電潜像を顕像化する画像形成方法において、 前記静電潜像の画線部に付着するトナー密度の増加に対
    する光学濃度の増加がほぼ飽和している濃度飽和条件
    で、前記現像バイアスを多段階に変更設定しながら、低
    濃度パッチ画像として細線またはハーフトーン画像から
    なるトナー像を各現像バイアスで形成し、その画像濃度
    に基づいて現像バイアスを最適化する最適化処理を実行
    することを特徴とする画像形成方法。
14. 【請求項１４】 前記各現像バイアスで形成した前記各
    パッチ画像の画像濃度がいずれも予め定められた目標濃
    度未満であるときには、前記光ビームのエネルギー密度
    を１段階増加させて再度前記最適化処理を実行する請求
    項１３に記載の画像形成方法。
15. 【請求項１５】 前記各現像バイアスで形成した前記各
    パッチ画像の画像濃度がいずれも予め定められた目標濃
    度より高いときには、前記光ビームのエネルギー密度を
    １段階低下させて再度前記最適化処理を実行する請求項
    １３または１４に記載の画像形成方法。