JP2007121747A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低印字率画像パターンの画質向上とトナー消費量低減の両立。
【解決手段】現像剤の使用初期段階の帯電電荷量が少なく、低印字率画像パターンの現像性能が極端に低下しているトナーカートリッジの使用初期においては次ぎの制御をする。すなわち、現像性能を高めるために、現像に供される現像バイアスの、現像材担持体から像形成担持体へ向かう方向へ現像材を飛翔させる効果を持つ第一のピーク電圧の現像効率を大きくする。かつ、時間平均電圧を第一のピーク電圧変化前後で一定値となるよう、第一のピーク電圧と、逆方向に現像材を飛翔させる第二のピーク電圧の時間比を変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般には、電子写真方式或いは静電記録方式を用いた画像形成装置に関する。

特に、カートリッジ、即ち、プロセスカートリッジ、あるいはカートリッジ化された現像装置（現像カートリッジともいう）を装置本体に装着可能な画像形成装置に関する。

複写機やレーザービームプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置は、画像情報に対応した光を電子写真用の像担持体（以下「感光体」という）に照射して静電潜像を形成する。そして、この静電潜像に現像手段で記録材料である現像剤（以下「トナー」という）を供給して顕像化し、更に感光体から記録紙等の記録媒体へと画像を転写することで記録紙上に画像を形成している。

このような画像形成装置においては、感光体やトナーといった消耗品の交換メンテナンスの簡便性を図る目的で、トナー収納部や現像手段、感光体、帯電手段、廃トナー容器を含むクリーニング手段などを、プロセスカートリッジとして一体化する。そして、画像形成装置本体に対し着脱可能に構成されているものも多い。

ここで、プロセスカートリッジとは、帯電手段、現像手段及びクリーニング手段の少なくとも一つと、電子写真用の感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを電子写真方式の画像形成装置本体に対して着脱可能とするものをいう。あるいは、少なくとも現像手段と電子写真用の感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを電子写真方式の画像形成装置本体に対して着脱可能とするものをいう。

また、これらカートリッジに記憶手段（メモリ）を搭載しカートリッジ情報を管理するものもある。メモリ内にカートリッジ使用量を記憶して種々のプロセス条件を変更するものもある（例えば、特許文献１参照）。例えば、帯電電流値の変更や、露光量の調節を行う。これらは、カートリッジの使用条件が異なっているにも拘らず、使用された量が同じであれば、同一の制御がなされる。

また、カートリッジごとの特性に応じて、メモリ媒体に記憶された情報を基に帯電電圧値と現像電圧値のそれぞれを最適値に変更や、個体差を吸収して耐久を通じて画像を安定させているものもある（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。

また、通紙履歴を通じて画像を安定させる手段として、帯電バイアスや現像バイアスの時間平均電圧の変更を行うものもある（例えば、特許文献４参照）。
米国特許第５２７２５０３号明細書 特開２００１−１１７４２５号公報 特開２００１−１１７４６８号公報 特開２００４−１７０９５５号広報

上記従来例で示すような、帯電バイアスや現像バイアスの時間平均電圧を変更する手段は、通紙履歴に応じて大きな変動を生じやすい、孤立ドットパターンや、細線の再現性を確保するためには効果的である。その反面、通紙履歴によらず安定した再現性を得やすい比較的現像領域の広いパターンでは、必要以上に現像剤が現像されてしまうことで、総じて現像剤消費量が増大してしまうという問題が生じることがある。

さらに、現像剤の帯電電荷量はカートリッジ使用初期では、十分な電荷量を得にくい。その時、帯電バイアスや現像バイアスの時間平均電圧を切り換える手段では、静電潜像を現像するに必要な現像剤が現像されたとしても、現像された現像剤の状態は不安定である。そのために、形成された静電潜像の周囲に現像剤が不正に現像されてしまう、尾引や飛び散りと言った問題を生じることがある。

そこで、本発明の目的は、振動バイアス電圧を用いて静電潜像を現像する画像形成装置について、細線やドットパターンの現像性能の向上とともに、広範囲な静電潜像領域に現像される画像パターンのトナー量を必要最小限に抑えることにある。

また、本発明の目的は、トナーの帯電電荷量が不十分なカートリッジ使用初期においても尾引や飛び散りと言った画像を生じさせない、画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に対して現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて前記静電潜像を現像する現像手段と、前記現像剤を前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう方向に付勢する第一のピーク電圧と逆方向に付勢する第二のピーク電圧とを持つ振動電圧を前記現像手段に印加する現像バイアス印加手段と、制御手段と、を有する画像形成装置において、前記制御手段は、前記第一のピーク電圧の電圧値を前記現像手段の使用履歴に関する情報に応じて変化させることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の他の代表的な構成は、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に対して現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて前記静電潜像を現像する現像手段と、前記現像手段に対して交流電圧と直流電圧とを重畳させた電圧を印加する現像バイアス印加手段と、制御手段と、を有する画像形成装置において、前記制御手段は、前記現像手段の収納現像剤が使用初期状態であることを検出した場合、前記交流電圧の、前記現像剤を前記現像剤担持体から前記像担持体へ飛翔させる方向の第一のピーク電圧を飛翔電界が大きくなるように、前記直流電圧の電圧値を変化させるとともに、前記交流電圧と前記直流電圧の時間平均電圧値が変化せぬよう、前記交流電圧１周期あたりの前記第一のピーク電圧の寄与時間を変化させることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の他の代表的な構成は、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に対して現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて前記静電潜像を現像する現像手段と、前記現像手段に対して交流電圧と直流電圧とを重畳させた電圧を印加する現像バイアス印加手段と、制御手段と、を有する画像形成装置において、前記制御手段は、前記現像手段の収納現像剤が使用初期状態であることを検出した場合、前記交流電圧の、前記現像剤を前記現像剤担持体から前記像担持体へ飛翔させる方向の第一のピーク電圧を飛翔電界が大きくなるように、前記交流電圧のピーク間電圧を変化させるとともに、前記交流電圧と前記直流電圧の時間平均電圧値が変化せぬよう、前記交流電圧１周期あたりの前記第一のピーク電圧の寄与時間を変化させることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の他の代表的な構成は、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に対して現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて前記静電潜像を現像する現像手段と、前記現像手段に対して交流電圧と直流電圧とを重畳させた電圧を印加する現像バイアス印加手段と、制御手段と、を有する画像形成装置において、前記制御手段は、前記現像手段の収納現像剤の使用履歴に応じて、現像バイアス出力を選択するとともに、さらに、前記現像手段の収納現像剤が使用初期状態であることを検出した場合、前記交流電圧の、前記現像剤を前記現像剤担持体から前記像担持体へ飛翔させる方向の第一のピーク電圧を飛翔効果が大きくなるように、前記交流電圧のピーク間電圧もしくは、前記直流電圧の電圧値を変化させるとともに、前記交流電圧と前記直流電圧の時間平均電圧値が変化せぬよう、前記交流電圧１周期あたりの前記第一のピーク電圧の寄与時間を変化させることを特徴とする。

上記の画像形成装置構成によれば、低印字率画像パターンの画質の向上と現像剤消費量低減の両立を図ることができる。また、現像剤の帯電電荷量が不十分なカートリッジ使用初期においても尾引や飛び散りと言った画像を生じさせない。

（１）画像形成装置例の全体的な概略構成
図２は本実施例の画像形成装置の概略模式図である。この画像形成装置は、電子写真プロセスを用いた、プロセスカートリッジ着脱式のレーザープリンタである。図１はプロセスカートリッジ部分の拡大模式図と、制御系統のブロック図である。

このプリンタはホスト装置としてのコンピュータ１００から画像形成装置制御部（制御手段）１０１に入力した画像情報（入力画像信号）１０７をハードコピーとして出力するプリント動作を実行する。

Ａはプリンタ本体（以下、装置本体と記す）、Ｂは装置本体Ａに対して着脱可能なプロセスカートリッジ（以下、スカートリッジと記す）である。以下の説明において、カートリッジＢまたはこれを構成している部材の短手方向とはカートリッジＢを装置本体Ａに着脱する方向である。また、長手方向とはカートリッジＢを装置本体Ａに装着する方向と交差する方向である。カートリッジＢに関し、背面とはカートリッジＢを正面から見てその反対側の面、左右とはカートリッジＢを正面から見て左又は右である。カートリッジＢの上面とはカートリッジＢを装置本体Ａに装着した状態で上方に位置する面であり、下面とは下方に位置する面である。

本実施例におけるカートリッジＢは、電子写真プロセス機器のうちの、像担持体１と、帯電手段２と、現像手段４と、クリーニング手段６と、の４つの機器を内包させて構成してある。像担持体１は、回転ドラム型の感光像形成担持体（以下、感光体と記す）であり、ＯＰＣ、アモルファスＳｉ等の感光材料をアルミニウムやニッケル等のシリンダ状の基板上に形成して構成されている。帯電手段２は、本実施例では、帯電ローラを使用した接触帯電装置であり、回転する感光体１の周囲を所定の極性・電位に一様に帯電処理する。現像手段４は、回転する感光体１の面に形成された静電潜像をトナー像として現像する。クリーニング手段６は、本実施例では、ブレードクリーニング装置であり、被記録材に対するトナー像転写後の感光体１の面から転写残留トナーを除去して感光体面を清掃する。

上記のカートリッジＢは、装置本体Ａの上部の開閉カバー７をヒンジ７ａを中心に２点鎖線示のように開いて装置本体Ａ内を開放することで着脱操作される。すなわち、カバー７を開くと、装置本体Ａ内のカートリッジ装着部Ｓが見える。装着部Ｓの左右壁には、カバー７が開いた開口から見ると、前下がりのガイドレール（不図示）が見える。カートリッジＢを、正面側を手で掴み、背面側を先にして装着部Ｓに差し入れる。カートリッジ左右側の、感光体１の軸線上で外方へ突出する位置決めボス（不図示）及びこの位置決めボスよりもカートリッジ装着方向後方にある回り止めガイド（不図示）を、上記のガイドレールに係合させる。カートリッジＢを十分に挿入して、前記位置決めボスを装置本体側の位置決め溝（不図示）に嵌合させて、カートリッジＢを装置本体Ａ内の所定の位置に装着する。所定の装着位置において、カートリッジ上面の露光開口部８が画像情報露光手段としてのレーザービームスキャナー（以下、スキャナーと記す）３に正対する。カートリッジ下面から露出した感光体下面が接触転写帯電部材（転写手段）としての転写ローラ５に正対して当接した状態になる。開閉カバー７を閉じ込む。

カートリッジＢは装置本体Ａに対して所定に装着されることで、装置本体Ａ側と機械的・電気的にカップリング状態になる。これにより、カートリッジＢ側の被駆動部材（感光体・現像ローラ・現像剤攪拌部材等）が装置本体Ａ側の駆動機構により駆動可能状態になる。また、カートリッジＢ側の帯電ローラ・現像ローラ等に対して装置本体Ａ側の高圧電源から所定のバイアスを印加することが可能となる。また、カートリッジＢ側のセンサーや記憶装置が装置本体Ａ側の制御部と導通状態になる。

カートリッジＢの装置本体Ａからの取り外しは、上記の装着の手順と逆である。図２において、カバー７を開いてカートリッジＢを右上方へ引き出すと、カートリッジＢは前述のガイドレールに導かれて装置本体Ａの外へ出る。

図３において、９はドラムシャッタであり、カートリッジＢが装置本体Ａから取り出されているときは、感光体下面を覆う閉じ位置に移動していて、感光体下面を防護している。カートリッジＢの装置本体Ａに対する挿入移動過程において、開き位置に移動される。また、１０は露光部シャッタであり、カートリッジＢが装置本体Ａから取り出されているときは、露光開口部８を閉鎖する閉じ位置に移動している。カートリッジＢの装置本体Ａに対する挿入移動過程において、開き位置に移動して、露光開口部８が開かれる。

プリント動作を説明する。感光体１は駆動手段（不図示）により矢印ａの時計方向に所定の周速度で回転駆動される。

その感光体１の外周面が、高圧電源Ｓ１から所定の帯電バイアスが印加された帯電ローラ２により、所定の極性・電位に帯電される。本実施例において、帯電ローラ２に印加される帯電バイアスは、感光体１の帯電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧Ｖ_Ｐ−ＰＰを有するＡＣ成分Ｖ_Ｐ−ＡＣとＤＣ成分Ｖ_Ｐ−ＤＣとの重畳電圧（Ｖ_Ｐ−ＡＣ＋Ｖ_Ｐ−ＤＣ）である。これにより、回転駆動されている像形成担持体１１２の外周面が、ＡＣ印加方式で、ＤＣ成分Ｖ_Ｐ−ＤＣの電位に均一に接触帯電処理される。本実施例においては、感光体１の外周面を、負の所定電位に均一に帯電させている。

その感光体１の均一帯電面に対して、スキャナー３により走査露光がなされて画像情報に対応した静電潜像が形成される。スキャナー３は、半導体レーザー・ポリゴンミラー・Ｆ−θレンズを有してなり、ホストコンピュータ１００から制御部１０１へ入力された画像情報１０７の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調（ＯＮ／ＯＦＦ変換）されたレーザー光Ｌを出力する。そのレーザー光Ｌがミラー３ａを介してカートリッジ上面の露光窓部８からカートリッジ内に入光して、感光体面が走査露光される。レーザー光が照射された感光体面部分（露光明部）の電位が減衰して画像情報に対応した静電潜像が感光体面に形成される。

その静電潜像は、現像装置４によってトナー像として現像される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法等が用いられる。プリンタにおいては、イメージ露光と反転現像との組み合わせで用いられることが多い。本実施例では、画像情報部を露光するイメージ露光により静電潜像を形成し、その静電潜像を現像剤Ｔとして負帯電性磁性一成分トナー（ネガトナー）を用いたジャンピング現像方式の現像装置により反転現像している。現像ローラ４１には、高圧電源Ｓ２から現像バイアスとして、ピーク間電圧Ｖ_Ｄ−ＰＰを有するＡＣ成分Ｖ_Ｄ−ＡＣとＤＣ成分Ｖ_Ｄ−ＤＣとの重畳電圧（Ｖ_Ｄ−ＡＣ＋Ｖ_Ｄ−ＤＣ）が印加される。この現像装置４については、次の（２）項で詳述する。

一方、所定の制御タイミングにて、ピックアップローラ１２が駆動されて、給紙カセット１１に積載収納されている被記録材Ｐが繰り出され、リタードローラ１３により最上位の被記録材のみが１枚分離される。その被記録材Ｐが、シートパス１４を通って、プレフィードセンサ１９に至る。あるいは手差し給紙モードが選択されている場合には、手差し給紙トレイ１５側の給紙ローラ１６が駆動されて、分離パッド１７との協働で、トレイ１５上の積載の被記録材Ｐが１枚分離されて給送される。その被記録材Ｐが、シートパス１８を通って、プレフィードセンサ１９に至る。

給紙カセット１１側または手差し給紙トレイ１５側から給送された被記録材Ｐはプレフィードセンサ１９とレジストローラ２０で一時待機する。その後、レジストローラ２０、レジストセンサ２１、転写前ガイド２２を通過して、感光体１と転写ローラ５との当接ニップ部である転写ニップ部Ｎ（画像形成部）に給紙される。

転写ローラ５は、弾性層を有する回転体形状の接触帯電部材であり、感光体１に対して加圧接触させて転写ニップ部Ｎを形成させている。転写ローラ５は駆動手段（不図示）により矢示ｂの反時計方向に感光体１の回転速度に対応した所定の周速度で回転駆動される。被記録材Ｐは、レジストセンサ２１によって感光体１の表面に形成されたトナー像と同期取りされて転写ニップ部Ｎに供給される。そして、被記録材Ｐが転写ニップ部Ｎを挟持搬送されていく過程において、転写ローラ５に対して高圧電源（不図示）からトナーと逆極性の所定の転写バイアスが印加されて、感光体１面のトナー像が被記録材Ｐの面に順次に静電転写されていく。

転写ニップ部Ｎを出た被記録材Ｐは、感光体１面から分離され、シートパス２３を通って定着装置（定着手段）２４へ導入される。

一方、被記録材Ｐに対するトナー像転写後の感光体１の表面は、クリーニング装置６のクリーニングブレード６ａにより拭掃される。これにより、感光体１は、転写残留トナーの除去を受けて清掃されて、繰り返して作像に供される。

本実施例において、定着装置２４は、加熱フィルムユニット２４ａと加圧ローラ２４ｂとの圧接からなるフィルム加熱方式の定着装置である。トナー像を保持した被記録材Ｐは上記の圧接部である定着ニップ部Ｔで挟持搬送されて加熱・加圧を受けることで、トナー像が被記録材Ｐ上に定着されて永久画像となる。

そして、画像面上向きの排紙モードが選択されているときは、定着装置２４を出た被記録材Ｐは、フラッパ２５により直進シートパス２６側に案内されて、ＦＵ排紙ローラ２７でフェイスアップトレイ２８に排出される。

また、画像面下向きの排紙モードが選択されているときは、定着装置２４を出た被記録材Ｐは、フラッパ２５により上行シートパス２９側に案内されて、ＦＤ排紙ローラ３０でフェイスアップトレイ３１に排出される。

（２）現像装置４
本実施例の現像装置４は、現像剤Ｔとして、負帯電性磁性一成分トナーを用いたジャンピング現像方式の反転現像装置である。像担持体である感光体１に現像剤担持体である中空の現像ローラ（現像スリーブ）４１を所定の僅少な間隔を保って対向させて配置する。そして、高圧電源Ｓ２から現像ローラ４１に直流と交流を重畳した現像バイアスを印加してトナー粒子を往復させる電界を形成する。これにより、現像ローラ４１上に薄層に塗布されたトナーが感光体１上の静電潜像に飛翔、付着して、潜像が反転現像されたトナー像として可視化される。

現像装置４は、開口部に現像ローラ４１を回転自在に配設した現像容器（現像室）４２と、現像剤Ｔを収納させた現像剤収納容器（以下、トナー容器という）４３とを結合（連結）させている。現像ローラ４１の長手方向両端部には間隔保持部材（スペーサコロ：不図示）が取り付けられている。そして、その間隔保持部材が感光体１に当接する方向に押圧付勢されている。これにより、現像ローラ４１は感光体１に対して所定のギャップ（間隔：５０〜５００μｍ））をもって対向配置される。

トナー容器４３内の現像剤Ｔは、回転駆動されるトナー容器内攪拌部材４４で攪拌されながら現像容器４２側へ搬送される。現像容器４２に搬送された現像剤Ｔは、現像容器内攪拌部材４５によって攪拌されながら現像ローラ４１側に搬送される。現像ローラ４１側に搬送された現像剤は、中空の現像ローラ４１に内包させた、磁界発生手段である非回転のマグネットロール４１ａの磁界によって現像ローラ４１に引き寄せられる。現像ローラ４１に磁気付着した現像剤Ｔは、現像ローラ４１の回転に伴って、現像ローラ４１と現像剤規制部材である現像ブレード４６との当接部に搬送される。そして、現像ローラ４１上の現像剤は現像ブレード４６によってトリボ付与を受けるとともに、薄層として層厚規制を受ける。さらに、感光体１と現像ローラ４１との対向部である現像領域部に搬送されて、感光体１面の静電潜像の現像に供される。現像ローラ４１には高圧電源Ｓ２から所定の現像バイアスが印加される。現像に供されずに現像ローラ４１上に残った現像剤は現像ローラ４１の回転で現像容器４２に戻し搬送される。そして、現像ローラ４１は現像容器４２で現像剤の再供給を受ける。

図３は、未使用新品状態のカートリッジＢである。この状態時のカートリッジＢは、現像装置４の現像容器４２とトナー容器４３の間にトナー封止部材４７が貼着されている。トナー封止部材４７の存在により現像容器４２とトナー容器４３は完全に隔離されていて、現像剤Ｔはトナー容器４３だけに封入されていて、現像容器４２には現像剤が全く存在していない状態に保持される。これにより、カートリッジＢの輸送中等に激しい衝撃が発生した場合等でも現像剤漏れのトラブルが防止される。トナー封止部材４７はカートリッジＢを装置本体Ａに装着する際に所定の手順で開封されて、現像容器４２とトナー容器４３が連通化される。或いは、カートリッジＢが装置本体Ａに装着されたとき、カートリッジ状態検知手段により装着カートリッジが未使用新品状態で検知されると、自動開封機構が動作して、トナー封止部材４７が自動開封されて、現像容器４２とトナー容器４３が連通化される。

（３）制御系統
画像形成装置制御部１０１は、装置本体Ａのプリント動作を行う中央処理演算装置である本体ＣＰＵ１０３と、カートリッジＢに搭載されている記憶装置（読み出し／書き込み可能な不揮発性記憶手段：メモリ）１１１と通信を行うＩＯ制御部１０４を有する。また、ホストコンピュータ１００から入力した画像情報１０７を画像処理する画像処理制御部１０５、帯電バイアスや現像バイアスなどの高圧出力を供給する電圧装置である高圧電源Ｓ１・Ｓ２等の出力制御を行う高圧出力制御部１２３を有する。また、出力する画像情報に応じてスキャナー３の発光制御を行うレーザー駆動制御部１０６を有する。また、画像形成のプロセス条件などの設定値や、画像処理方法、ホストコンピュータから送信された画像情報などを記憶する記憶装置部（読み出し／書き込み可能な不揮発性記憶手段）１２４等を有する。

カートリッジＢが装置本体Ａに装着された場合、および、装置本体Ａに電源が投入された場合、ＩＯ制御部１０４はカートリッジＢに付随する記憶装置１１１と通信を行う。そして、ＩＯ制御部１０４は、プロセス条件や使用履歴（現像手段の使用履歴に関する情報）といった種々の記憶値を取得する。

ＩＯ制御部１０４によって得られた記憶値は、記憶装置部１２４の記憶値とともに本体ＣＰＵ１０３に送信され、画像形成を行う際の、データとして使われる。

ホストコンピュータ１００より送信された画像情報１０７は、画像処理制御部１０５において、エッジ処理や濃度調整などといった画像処理を行い最適な画像形成を行えるような画像情報として処理される。本体ＣＰＵ１０３は、装置本体Ａに装着されたカートリッジＢの記憶装置１１１から得られた記憶値と、画像処理を終えた画像情報とから、最適なプロセス条件値を算出し、最適なプロセス条件値で画像を形成する。

図４は、帯電バイアスが印加された帯電ローラ２による感光体１面の帯電電位、スキャナー３の走査によって感光体１面に形成された潜像電位、および現像バイアスの関係図である。この図により、静電潜像のトナーによる可視化について説明する。ただし、図４は負極性の静電潜像を負極性に帯電したトナーで反転現像する場合のバイアス電圧波形である。

図４において、Ｖ_Ｄは静電潜像の背景部の電位（帯電電位、暗電位）、Ｖ_Ｌは静電潜像の被可視部の電位（露光電位、明電位）である。電位Ｖ_Ｌの領域、即ちスキャナー３で走査露光がなされた領域にトナーを付着させて可視化する（反転現像）。

本実施例で説明する現像バイアスは図４に示されるように、振動バイアス電圧一周期Ｃにおいて、現像ローラ４１から感光体１に向かう方向にトナーを付勢する電圧Ｖ_ＭＡＸが時間Ｔ_１現れる。ついで、感光体１から現像ローラ４１に向かう方向にトナーを付勢する電圧Ｖ_ＭＩＮが時間Ｔ_２現れる。

上記の電圧Ｖ_ＭＡＸが現像ローラ（現像剤担持体）２から感光体（像担持体）１へ向かう方向にトナー（現像剤）Ｔを付勢（飛翔）させる第一のピーク電圧である。また、電圧Ｖ_ＭＩＮが逆方向に付勢（飛翔）させる第二のピーク電圧である。

この時、振動バイアス電圧の一周期Ｃにおいて、現像バイアスを積分した電位を時間平均電位Ｖ_ＡＶＥといい、Ｖ_ＤとＶ_Ｌとの間に必ず含まれる。

また、電圧Ｖ_ＭＡＸが印加される時間Ｔ_１と電圧Ｖ_ＭＩＮが印加される時間Ｔ_２はトナーの現像特性や、カートリッジ構成によって最適な比率があり、
Ｄｕｔｙ＝Ｔ_１／（Ｔ_１＋Ｔ_２）
で表す比を本明細書ではデューティー比という。

また、本明細書における時間平均電位Ｖ_ＡＶＥというのは、以下の式において定義する。

即ち、時間ｔの関数である振動バイアス電圧Ｖ（ｔ）を、振動１周期分について時間積分する。その積分値を振動１周期の時間Ｔで割った値Ｖ_ＡＶＥを、本明細書では便宜上振動バイアス電圧の時間平均電圧と呼ぶ。

潜像電位Ｖ_Ｌと現像バイアス電圧一周期Ｃの時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥとの差分を現像コントラストＶ_ＣＯＮＴと言い、現像コントラストＶ_ＣＯＮＴの現像効率が大きいほど、静電電位Ｖ_Ｌに飛翔するトナー量は大きくなる。

ここで、デューティー比Ｄｕｔｙについて述べる。従来採用されてきた現像バイアスは第一のピーク電圧Ｖ_ＭＡＸの印加時間Ｔ_１と第二のピーク電圧Ｖ_ＭＩＮの印加時間Ｔ_２とが同じ割合の５０％を使用してきた。しかし、デューティー比を最適化することで、トナー消費量や画像品質に影響することが確認されてきた。

具体的に述べると、５０％のデューティー比に対し、例えば、ピーク間電圧Ｖ_Ｄ−ＰＰや、高圧直流成分Ｖ_Ｄ−ＤＣを変化させ、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥが一定となるよう、デューティー比を変えてみた。そうすると、黒部濃度および広範囲にトナー現像させる静電潜像におけるトナー乗り量を大幅に変化することなく、ライン幅などの低印字率画像パターンの再現性を選択的に向上させることが可能であることがわかってきた。そのため、１枚あたりのトナー消費量や画像品質の向上を行うために、広範囲な現像領域とライン幅画像のような低印字率画像パターンを独立して制御できることから、デューティー比を５０％から変化させることも積極的に行われている。

さらに、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥと現像バイアスに重畳されている直流成分Ｖ_Ｄ−ＤＣについて述べる。Ｖ_ＭＡＸとＶ_ＭＩＮとのそれぞれの印加時間Ｔ_１およびＴ_２が等しい場合、Ｄｕｔｙ比は５０％となり、Ｖ_ＡＶＥとＶ_Ｄ−ＤＣも等しくなる。しかしながら、Ｖ_ＭＡＸとＶ_ＭＩＮとのそれぞれの印加時間Ｔ_１およびＴ_２はトナーや現像装置構成に応じて最適な条件は異なる。その結果、Ｄｕｔｙ比はＴ_１とＴ_２の大きさで変化するため、Ｖ_ＡＶＥとＶ_Ｄ−ＤＣの値は異なる。具体的に説明すると、Ｔ_１＞Ｔ_２の場合、｜Ｖ_ＡＶＥ｜＞｜Ｖ_Ｄ―ＤＣ｜となる。以上が繰り返されて静電潜像が現像される。

ところで、電子写真で用いられる現像剤であるトナーは、常に安定した帯電電荷量を付与できるわけではなく、とくにカートリッジＢが新品で使い始めの段階では、トナーの現像性能は低い。そこで、現像バイアスの時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥや、スキャナー３の露光量を変化させるなどして、露光電位Ｖ_Ｌと時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥの差である現像コントラストＶ_ＣＯＮＴを大きくする。これにより、再現性の確保を可能としていた。特に、静電潜像の形成されている範囲が狭い、細線やドットパターンなどの低印字率画像パターンについて、効果的に再現性向上を可能とした。

しかしながら、上記従来例では以下に示す問題が生じる場合がある。すなわち、上記のように、トナーの帯電電荷量を安定して付与しがたい場合に生じる現像性能の悪化は、カートリッジなどを使い始めた使用初期に多く発生する。そこで、現像コントラストＶ_ＣＯＮＴを大きくすることで、画質を確保することができた。その反面、黒部画像などのように比較的静電潜像が広範囲な印字率パターンでは、使用初期における帯電電荷量が不安定な状態でも、大きく濃度を悪化させるような現象は生じにくい。しかしながら、低印字率パターンの現像性を向上させるために、現像コントラストＶ_ＣＯＮＴを大きくした結果、広範囲な印字率画像パターンにおけるトナーの現像量が増大してしまい、結果として１枚当たりのトナー消費量が多くなってしまう。

詳細に検討を進めると、使用初期における帯電電荷量が不安定な場合に生じる問題は、８ドット以下程度の幅をもつ印字パターンに多く見受けられることが明確となった。加えて、１０ドット幅や１２ドット幅の印字パターンによる横線画像を印刷する場合、現像コントラストＶ_ＣＯＮＴを大きくしてしまうと、現像過多となる。そのため、最終的にトナーが静電潜像の形成されていない隣接する白地部に飛翔してしまう、飛び散りや爆発、尾引と言った画像不良を生じさせる可能性が高いことがわかった。

更に、静電潜像に対するトナーの現像量は、現像コントラストＶ_ＣＯＮＴの大きさに比例することは既に知られているが、低印字率画像パターンには、第一のピーク電圧（Ｖ_ＭＡＸ）が大きく寄与し現像コントラストＶ_ＣＯＮＴと同様な効果を得ることができた。それに加え、既に述べてある通り、広範囲な印字率画像パターンには、あまり影響を及ぼさずに低印字率画像パターンを選択的に現像性能を向上させる効果があることが新たにわかった。

これは、現像コントラストＶ_ＣＯＮＴだけでは、低印字画像パターンのようなエッジ効果の強い場合、高さ方向へトナーが積層されてしまい、満足のゆく静電潜像の再現が難しかった。しかし、Ｖ_ＭＡＸによって現像効率を大きくすることにより、エッジ効果の強い低印字画像パターンにおいても、選択的に低印字画像パターンへ現像する。これとともに、トナーのほぐし効果によって、エッジ効果を和らげ、静電潜像に対するトナーの現像量が均一化され、現像性能の向上が図られたのであると推測される。

また、Ｖ_ＭＡＸの現像効率を大きくし続けた場合、現像性能の向上が図れていることから、静電潜像を形成していない箇所に不正にトナーが飛翔してしまう、現像かぶりのレベルが徐々に悪化することもわかった。

故に、Ｖ_ＭＡＸの現像効率を上げることは、トナーの帯電電荷量が不安定なときに行うことが最適であり、十分な帯電電荷量を得た後は、Ｖ_ＭＡＸを戻すことが望ましい。

そこで、本実施例では、カートリッジＢやトナーの使用初期に生じる帯電電荷量付与不足の極初期の期間に、低印字画像パターンの現像性を選択的に向上させる。そのために、現像バイアスの周波数成分の一つである、現像ローラから感光体へ向かう方向へトナーを飛翔させる第一のピーク電圧Ｖ_ＭＡＸを飛翔促進する方向へ増大させる。そのために、現像バイアス成分を構成するＡＣ成分Ｖ_Ｄ−ＡＣとＤＣ成分Ｖ_Ｄ−ＤＣとの重畳電圧におけるＤＣ成分Ｖ_Ｄ−ＤＣを変化させるとともに、時間平均電圧であるＶ_ＡＶＥは変化させることのないよう、デューティー比を変化させることを特徴とする。

はじめに、従来採用されている現像コントラストＶ_ＣＯＮＴを変化させる方法について効果と弊害について確認を行う。

ここで、本明細書において使用する画出し条件は、既に図１〜３を用いて述べた構成を用いるため、ここでの詳細な説明は除外する。

本実施例では、図５に示すような現像バイアス条件にて画像評価を行う。図５において、高圧電源Ｓ２より出力される直流電圧Ｖ_Ｄ−ＤＣを−５００Ｖとし、交流電圧を重畳することで、第一のピーク電圧Ｖ_ＭＡＸ＝−１２００Ｖ、第二のピーク電圧Ｖ_ＭＩＮ＝２００Ｖとする。さらに、かぶり画像を生じさせず、かつ、画質や消費量を安定させるため、ディーティー比を最適化し、Ｄｕｔｙ＝Ｔ_１／（Ｔ_１＋Ｔ_２）＝４３％とする。その結果、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥ＝−４００Ｖとなる。さらに、感光体１上の帯電電位Ｖ_Ｄが−６００Ｖ、露光電位Ｖ_Ｌが−１５０Ｖとなるよう、帯電バイアス設定を調節して行う。その結果、現像コントラストＶ_ＣＯＮＴ＝−２５０Ｖにて行う。

その他の条件として、カートリッジＢの現像装置４のトナー容器４３にトナーＴを当初量６００ｇにて収納する。そして、連続印刷にて、ライン幅、黒部濃度推移とともにトナーが減少し、白抜け（静電潜像では形成されているはずの文字などがトナーの供給不足により出力されなくなる画質劣化）までの枚数を確認する。ただし、トナーの帯電電荷量不足による推移を確認するため、０枚から２０００枚までは２５０枚毎に、それ以降は２０００枚毎に測定サンプルを印刷する。

また、本検討で用いる印刷パターンを図６に示す。図６の（ａ）は画像品質測定用サンプルパターンであり、中央部に４ドット幅で構成されたライン幅測定用のパターンと、それに隣接するように、５ｃｍ四方の黒部濃度パターンにて構成する。ライン幅について、６００ｄｐｉおける４ドットは理論上約１８０μｍであることから、平均で１８０μｍ以上を目標値とする。また、黒部濃度については、反射濃度測定器であるＭａｃｂｅｔｈ ＲＤ９１８を用いて、測定値１．４を目標として行う。（ｂ）はトナー消費量測定サンプルパターンで、単位面積当たりの画像形成ドットの割合を４％とする。

その結果、図７Ａに示すように、現像コントラストＶ_ＣＯＮＴによる最適化を行わない構成では、０枚から１０００枚までの間に、ライン幅が大きく変動していることがわかる。それに対し、図７Ｂに示すように、黒部濃度は、０枚から２０００枚までは、若干薄目に推移するが、問題のないレベルであった。また、印刷可能枚数としては、１００００枚を若干超える程度で白抜けを生じた。

そこで、上記構成においてライン幅を満足するための現像コントラストＶ_ＣＯＮＴを調節して同様な試験を行った。簡易的に、本検討では５００枚目のライン幅が１８０μｍに近づくよう、現像バイアスの時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥを−４５０Ｖとして、０枚から１０００枚までの間印加を行った。

その結果、図８Ａに示すように、ライン幅推移は良好な結果を得られた。しかしながら、図８Ｂに示すよう、黒部画像については、１．５を超える値であり、更に、印刷可能枚数については、８０００枚を若干超える程度である。したがって、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥを変化させることは、ライン幅を確保するためには効果的な手段ではあるものの、通紙枚数に現れるように、過剰なトナー消費が行われていることがわかった。なお、図８Ａ・図８Ｂにおいて、×−×のクラフは図７のグラフを重ねである。

そこで、ライン画像の様な低印字率画像パターンに対する現像性を向上させるために、上記と同様に５００枚目のライン幅が１８０μｍに近づくように条件出しを行い、図９に示すような現像バイアスを用いる。すなわち、飛翔効果を向上する方向にＶ_ＭＡＸを垂直移動するために、高圧出力から出力される直流成分Ｖ_Ｄ−ＤＣを−７００Ｖとする。かつ、現像コントラストＶ_ＣＯＮＴを一定に保つため、デューティー比を変化させ、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥを−４００Ｖ一定値とした現像バイアスを用いる。

図９で示す現像バイアスを０枚から１０００枚まで印加したところ、図１０Ａと図１０Ｂの様な結果が得られた。図１０Ａにおいて、ライン幅推移は、現像コントラストＶ_ＣＯＮＴを変化させたときと同様な効果を得ることができ、それに加え、図１０Ｂに示すよう、黒部濃度推移がほとんど変化していない。さらに、白抜けを生じるまでの印刷枚数は１００００枚を若干切ってしまうものの、消費量に大きな変化を与えず良好な画像を得ることが可能となった。

カートリッジＢの比較的初期の段階での０枚から１０００枚までの間は、黒部濃度に対しライン幅のような低印字率画像パターンの現像性能は極端に低い。そこで、その間は、Ｖ_ＭＡＸの現像効率が大きくライン幅のような低印字率パターンの現像性を選択的に向上させるバイアスを用いる。そして、通紙枚数が増加し、１０００枚目以降はＶ_ＭＡＸの現像効率が大きい現像バイアスを使い続けた場合、かぶりなどの問題が生じてしまうため、図５に示すような、極初期以外では満足の行く結果を得られる現像バイアスに切り換える。

本実施例における、現像バイアス切り換えから印刷動作までの制御フローの説明を図１１を用いて行う。

ホストコンピュータ１００から制御部１０１の本体ＣＰＵ１０３へ印刷開始信号が送信される（１００１）。

印刷開始信号と伴に画像情報（元画像）１０７が送られ、画像情報が本体ＣＰＵ１０３で受け取られ、全ての画像情報が得られたかどうかを判別する（１００２）。

全ての画像情報が得られれば、カートリッジＢの記憶装置１１１から制御部１０１へ印刷枚数履歴（積算印刷枚数：そのカートリッジの使用履歴情報＝現像手段の使用履歴に関する情報）が取得される（１００３）。

制御部１０１は、印刷枚数履歴情報と、予め定めた閾値を比較し（１００４）、カートリッジＢが使用初期状態のものであるか否かを検出する。ここでは、カートリッジＢの積算印刷枚数履歴が０枚から１０００枚の間であるものを使用初期状態と判断する。比較の結果から、使用初期状態の場合とそうでない場合のそれぞれに適した現像バイアス条件を取得する。

カートリッジＢの使用履歴（現像手段の使用履歴に関する情報）が使用初期段階である０枚から１０００枚の間であると判断された場合、微少ドットを優先的に再現可能な現像バイアスにするためのルーチン１０１１が選択される。そして、Ｖ_ＭＡＸが大きい現像バイアス条件となるよう現像Ｖ_Ｄ−ＤＣを変化する（１００９）。このとき、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥが変化してしまうため、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥが変化せぬようＶ_ＭＡＸの印加時間Ｔ_１を調節する（１０１０）。

また、カートリッジＢの使用履歴が１０００枚目を越えていると判断された場合は、通常の現像バイアスに決定される。

例えば、１０００枚未満の場合、図９に示すような現像バイアスを採用し、１０００枚以上の場合、図５に示すような現像バイアスを採用する。

現像バイアス条件決定（１００５）の後、画像形成動作が行われ（１００６）、全ての画像情報を印刷した後、終了処理がなされる（１００７）。

このように、トナーの帯電電荷量が不安定で、ライン幅のような低印字率画像パターンに対する現像性能が低下しているカートリッジ使用初期においてはＶ_Ｄ−ＤＣを変化させる。すなわち、現像バイアスのＶ_ＭＡＸの現像効率を大きくする方向に現像バイアスの重畳されているＶ_Ｄ−ＤＣを変化させる。さらに、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥが一定であるよう、現像バイアスの１周期における第一のピーク電圧の時間Ｔ_１の比率を調節する。これにより、トナー消費量に影響を及ぼすことなく、画質の向上を行うことを可能とした。

本実施例で説明した内容は、一例であって、これに限られるものではない。例えば、Ｖ_ＭＡＸの切り換えタイミングを、カートリッジＢの積算印刷枚数（使用履歴）で説明を行ったが、これはカートリッジＢの使用状態、または、トナーの攪拌状態が時系列的にわかる指標であればよい。たとえば、感光体１や現像ローラ４１の積算回転数や積算回転時間、現像バイアスや帯電バイアスの積算印加時間などの指標、及びそれらを組み合わせて使うことも有効である。

さらに、バイアス値に関しても実施例に限られたものではない。本体構成やカートリッジ構成に対し、最適なバイアス条件は異なるため、最適なバイアス条件に対し、本実施例の説明にある補正手段（図１１のルーチン１０１１）を用いることで同様な効果が得られる。

また、切り替えの条件やタイミングなどは、本体ＣＰＵ１０３の内部でカウントする手段でもよいものの、カートリッジＢの使用状態（使用履歴、現像手段の使用履歴に関する情報）を正確に判断する。そして、最適な切り替え制御を行うために、カートリッジＢに付随の記憶装置１１１などの情報を使用することも効果的である。さらに、切り替えの閾値タイミング情報を記憶装置１１１に、同様に記憶させることも非常に有効である。

次に、実施例２について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成及び動作は、実施例１のものと同様であるので、同一機能、構成を有する要素には同一符号を付し、詳しい説明は省略する。

実施例１では、現像バイアスを第一のピーク電圧であるＶ_ＭＡＸの現像効率を大きくさせるために、現像バイアスに重畳されているＶ_Ｄ−ＤＣのレベルを変化させることで現像バイアス波形を垂直移動させる。かつ、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥを切り換え前後で一定となるよう、第一のピーク電圧の印加時間Ｔ_１と第２のピーク電圧の印加時間Ｔ_２とのデューティー比を変化させた。

本実施例２では、現像バイアス波形において、ピーク間電圧Ｖ_Ｄ−ＰＰを変えることで、Ｖ_ＭＡＸを変化させ、かつ、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥを切り換える前後で一定となるよう、デューティー比を変化させることを特徴とする。

はじめに、図１２を用いて本実施例２で用いる、現像バイアスを説明する。図５において、前記実施例１で用いた、０枚から１０００枚程度はライン幅が若干細くなってしまうが、１０００枚目以降は良好なライン幅推移を示す通常のバイアスがある。

それに対し、実施例１の図１２で示したような、Ｖ_ＭＡＸの現像効率を大きくすることで、選択的に低印字率画像パターンの現像性能を向上させることが可能であることがわかった。このため、Ｖ_Ｄ−ＰＰを現状１４００Ｖ（図５の１４００Ｖ）からＶ_ＭＡＸが−１４００Ｖとなるように、１８００Ｖへ変更する。しかしながら、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥが、−４００Ｖから−４３０Ｖへ変化してしまうため、消費量が増大してしまう。そこで、デューティー比を４５％に変更し、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥが−４００Ｖ一定となるよう最適化を行う。変更前のデューティー比は図５のＤｕｔｙ比で４３％である。

図５の波形を図９にしたことで、０〜１０００枚まで、ライン幅が向上した。その効果はＶ_ＭＡＸの値が支配的であることがわかっているので、図１２に示すようにＶ_ＭＡＸを図９と同等のＶ_ＭＡＸとなるように、Ｖ_Ｄ−ＰＰを変化させる。その場合、Ｖ_ＡＶＥもともに変化するため、Ｄｕｔｙを４３％から４５％にして、Ｖ_ＡＶＥを一定に保つ。

上記現像バイアスを用いた効果を確認する。効果の確認方法については前記実施例１で述べた方法と同一の手段を用いるため、その詳細は割愛する。

その結果、図１３Ａ・図１３Ｂに示すように、黒部濃度推移およびライン幅推移ともに、安定した推移を得ることができ、更に、白抜け画像が生じるまでの印刷枚数は前記実施例１と同様に１００００枚程度まで印刷することが可能となった。

本実施例における、現像バイアス切り換えから印刷動作までの制御フローの説明を図１４を用いて行う。

ホストコンピュータ１００から制御部１０１の本体ＣＰＵ１０３へ印刷開始信号が送信される（１３０１）。

印刷開始信号と伴に画像情報（元画像）１０７が送られ、画像情報が本体ＣＰＵ１０３で受け取られ、全ての画像情報が得られたかどうかを判別する（１３０２）。

全ての画像情報が得られれば、カートリッジＢの記憶装置１１１から制御部１０１へ印刷枚数履歴（積算印刷枚数：そのカートリッジの使用履歴情報）が取得される（１３０３）。

制御部１０１は、印刷枚数履歴情報と、予め定めた閾値を比較し（１３０４）、カートリッジＢが使用初期状態のものであるか否かを検出する。ここでは、カートリッジＢの積算印刷枚数履歴が０枚から１０００枚の間であるものを使用初期状態と判断する。比較の結果から、使用初期状態の場合とそうでない場合のそれぞれに適した現像バイアス条件を取得する。

使用履歴がカートリッジＢの使用初期段階である０枚から１０００枚の間であると判断された場合、微少ドットを優先的に再現可能な現像バイアスにするためのルーチン（１３１１）が選択される。そして、Ｖ_ＭＡＸが大きい現像バイアス条件となるよう現像Ｖ_Ｄ−ＰＰを変化する（１３０９）。このとき、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥが変化してしまうため、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥが変化せぬようＶ_ＭＡＸの印加時間Ｔ_１を調節する（１３１０）。

また、カートリッジＢの使用履歴が１０００枚目を越えていると判断された場合は、通常の現像バイアス（図５の現像バイアス）に決定される。

現像バイアス条件決定（１３０５）の後、画像形成動作が行われ（１３０６）、全ての画像情報を印刷した後、終了処理がなされる（１３０７）。

以上説明したように、トナーの帯電電荷量が不安定で、ライン幅のような低印字率の画像パターンの現像性能が低下しているカートリッジ使用初期において、現像バイアスのピーク間電圧Ｖ_Ｄ−ＰＰを変化させる。すなわち、現像バイアスのＶ_ＭＡＸの現像効率を大きくする方向に現像バイアスのピーク間電圧Ｖ_Ｄ−ＰＰを変化させる。さらに、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥが一定であるよう、現像バイアスの１周期における第一のピーク電圧の時間Ｔ_１の比率を調節する。これにより、トナー消費量に影響を及ぼすことなく、画質の向上を行うことを可能とした。

本実施例で説明した内容は、一例であって、これに限られるものではない。例えば、Ｖ_ＭＡＸの切り換えタイミングを、カートリッジＢの積算印刷枚数（使用履歴）で説明を行ったが、これはカートリッジＢの使用状態、または、トナーの攪拌状態が時系列的にわかる指標であればよい。たとえば、感光体１や現像ローラ４１の積算回転数や積算回転時間、現像バイアスや帯電バイアスの積算印加時間などの指標、及びそれらを組み合わせて使うことも有効である。

さらに、バイアス値に関しても実施例に限られたものではない。本体構成やカートリッジ構成に対し、最適なバイアス条件は異なるため、最適なバイアス条件に対し、本実施例の説明にある補正手段を用いることで同様な効果が得られる。

次に、実施例３について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成及び動作は、実施例１のものと同様であるので、同一機能、構成を有する要素には同一符号を付し、詳しい説明は省略する。

前記実施例１および実施例２では、黒部濃度が立ち上がりを持たない構成について説明を行った。しかしながら、トナー容器構成やトナー物性によっては、黒部濃度推移においても立ち上がりを持つ場合があることが知られている。そこで、従来から用いられている手段として、前記実施例１で述べたように、ライン幅補正と同様の現像コントラストＶ_ＣＯＮＴを大きくすることで載り量を増加させ、濃度水準を確保する手段が採用されてきた。特に、現像バイアスの時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥを変化させる手段による現像コントラストＶ_ＣＯＮＴを大きくした場合、静電潜像に対する載り量は確実に増加する。黒部濃度とライン幅などの低印字率画像パターンの再現性を両立しようとすると、前記実施例１の従来例で示したように消費量が増加してしまう問題点が残る。

そこで、本実施例３では、カートリッジＢの使用履歴に応じて、現像バイアスの時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥを変化させる構成とする。これともに、低印字率画像パターンの再現性の乏しい、カートリッジの使用初期段階において、第一のピーク電圧Ｖ_ＭＡＸの現像効率を大きくする。これにより、黒部濃度を確保するために変化した時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥに影響を与えず、低印字率画像パターンの再現性の確保と、消費量増加の防止を行うことを特徴とする。

はじめに、黒部濃度について立ち上がりのある構成について説明を行う。低印字率画像パターンに比較して現像性能の高い、高印字率画像パターンが立ち上がりを持つ原因は、低印字率画像パターン同様帯電電荷量が不足している場合に生じる。その一因として、トナーの帯電電荷はカートリッジ内部でトナーを攪拌しトナー同士の摺擦により付与されるが、トナー量が多く、攪拌力が発揮しにくいカートリッジ状態では、トナー同士の摺擦が少ないために生じる場合がある。また、トナー自体の特性の違いから立ち上がりを生じる場合などもある。

本実施例３では、前記実施例１で示したトナー容器４３に対し、当初のトナー収納量を６００ｇから１１５０ｇに増量し、攪拌構成に対するトナーの重量負荷を増加させて通紙試験を試みた。なお、今回のトナー収納量１１５０ｇは次の事項により設定した。すなわち、実施例１で行った通紙試験の結果、白抜けが生じるまでに使用されるトナー量が５５０ｇであった。このことから、白抜け時にトナー容器内に残るトナー量が５０ｇとし、実使用量の５５０ｇの２倍に残トナー量を加えた１１５０ｇとして行った。

その結果、図１５Ａ・図１５Ｂに示すように、黒部濃度とライン幅推移においてトナー収納量が６００ｇの場合にはない立ち上がりを見せている。さらに、通紙可能枚数も、黒部濃度やライン幅などの画像品質が劣化しているため、２２０００枚印刷することができた。図１５Ａ・図１５Ｂは、図５に示す通常の現像バイアス条件による実験結果である。

黒部濃度の立ち上がりを改善するための、現像バイアスの時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥの値を変化させた場合、現像バイアスの時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥを次ぎのように変化させる。すなわち、図１６Ａ・図１６Ｂに示す結果より、０枚から６０００枚までの間、現像バイアスの時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥを通常−４００Ｖの条件（図５に示す通常のバイアス）から、−５００Ｖとする。この場合、現像直流成分のＶ_Ｄ−ＤＣのみを変更させて、Ｖ_ＡＶＥを変化させる。その結果、図１６Ｂに示すように、黒部濃度の推移は１．４以上を確保することが可能となった。

しかしながら、ライン幅推移については、０枚から２０００枚までの区間で、１７０μｍを下回ってしまう結果となった。そこで、上記条件に加え、０枚から２０００枚の期間は、現像バイアスの時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥを−６００Ｖとする。その結果、図１７Ａに示すよう、ライン幅推移は立ち上がりは残るものの、１７０μｍを確保することができた。しかしながら、黒部濃度推移は非常に高水準となり、それに伴って通紙枚数も１８０００枚と非常に消費量が多い結果となってしまった。

そこで、図１６Ａ・図１６Ｂの結果より、０枚から６０００枚の現像バイアスの時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥが−５００Ｖの設定の中で、特にライン幅水準の悪い０枚から１０００枚までの範囲で、次のようなバイアスを採用する。すなわち、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥを変化させることなく、ライン画像を選択的に現像性を向上させるＶ_ＭＡＸの値を大きくするバイアスを採用する。

具体的に、図１８に示す現像バイアスを０枚から１０００枚の区間採用する。これは、実施例１に示すＶ_ＡＶＥを黒部濃度を補正するために変更した−５００Ｖの条件に加え、次ぎの処置をした現像バイアスである。すなわち、Ｖ_ＭＡＸの現像効率を２００Ｖ大きくするための、直流成分Ｖ_Ｄ−ＤＣとともに、Ｖ_ＡＶＥが−５００Ｖ一定であるようＶ_ＭＡＸの印加時間の最適化を行った現像バイアスである。

その結果、図１９Ａ・１９Ｂに示すように、黒部濃度推移とともに、ライン幅推移ともに満足のゆく結果を得るとともに、白抜けまでの通紙可能枚数についても２００００枚を印刷可能となった。

なお、図１６Ａ・図１６Ｂ、図１７Ａ・図１７Ｂ、図１９Ａ・図１９Ｂにおいて、×−×のクラフは図１５に示すグラフの重ねである。

本実施例において、現像バイアス切り換えから印刷動作までの制御フローの説明を図２０を用いて行う。

ホストコンピュータ１００から制御部１０１の本体ＣＰＵ１０３へ印刷開始信号が送信される（１８０１）。

印刷開始信号と伴に画像情報（元画像）１０７が送られ、画像情報が本体ＣＰＵ１０３で受け取られ、全ての画像情報が得られたかどうか判別する（１８０２）。

全ての画像情報が得られれば、カートリッジの記憶装置１１１から制御部１０１へ印刷枚数履歴が取得される（１８０３）。

印刷枚数履歴情報と、閾値１を比較し（１８０４）、比較の結果それぞれに適した現像バイアス条件を取得する。

たとえば、閾値１では、黒部濃度に対する現像バイアスの最適条件の選択が行われる（１８１１）。本実施例におけるカートリッジＢの使用初期段階である０枚から６０００枚の間であると判断された場合、Ｖ_Ｄ−ＤＣを変化させ、現像コントラストが大きい現像バイアス条件が選択される（１８０９）。それ以外である場合は、現像バイアス条件が選択される（１８１０）。また、通紙枚数が６０００枚以上である場合、別の現像バイアス条件２が選択される（１８１０）。

さらに、閾値１にて通紙枚数が少ない状態である場合（１８０９）、第二の閾値２とを比較する（１８１２）。閾値２では、低印字画像パターンに対する最適条件の選択が行われる（１８１１）。比較の結果、現像バイアス条件（１８０９）で得られた条件を補正する。たとえば、本実施例にあるようにカートリッジの極使用初期段階である０枚から１０００枚であると判断された場合、Ｖ_ＭＡＸが大きい現像バイアス条件となるよう現像Ｖ_Ｄ−ＤＣを変化する（１８１３）。このとき、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥが変化してしまうため、時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥが変化せぬようＶ_ＭＡＸの印加時間Ｔ_１を調節する（１８１４）。

現像バイアス条件決定（１８０５）の後、画像形成動作が行われ（１８０６）、全ての画像情報を印刷した後、終了処理がなされる（１８０７）。

上記のように、使用履歴に応じて、プロセス条件を選択し、そのプロセス条件に応じた現像バイアス出力を選択する。ここで、閾値毎に選択される条件をプロセス条件と言う。このプロセス条件には、現像バイアス条件だけでなく、帯電バイアスや転写バイアスなどのその他様々なバイアスなどの条件が含まれる。そのプロセス条件のなかで、Ｖ_Ｄ−ＤＣやＤｕｔｙなどの設定値をプロセス条件に応じた現像バイアス出力としている。

以上説明したように、トナーの収納量の違いなどによるトナーの帯電電荷量不安定で、ライン幅とともに黒部濃度の現像性能が低下しているカートリッジにおいて、黒部濃度を確保するための時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥの現像効率をＶ_Ｄ−ＤＣを用いて大きくする。さらに、低印字画像パターンの現像性を選択的に向上させる為の第一のピーク電圧の最大値Ｖ_ＭＡＸの現像効率を大きくする方向に現像バイアスのＶ_Ｄ−ＤＣ、または、Ｖ_Ｄ−ＰＰを変化させる。これとともに、黒部濃度を確保するための時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥの現像効率を大きくした状態を変化せぬよう現像バイアスの１周期における第一のピーク電圧の時間Ｔ_１の比率を調節する。これにより、トナー消費量に影響を及ぼすことなく、画質の向上を行うことを可能とした。

本実施例で説明した内容は、一例であって、これに限られるものではない。例えば、黒部濃度を確保するための時間平均電圧Ｖ_ＡＶＥやＶ_ＭＡＸの切り換えタイミングを、
カートリッジＢの積算印刷枚数（使用履歴）で説明を行ったが、これはカートリッジＢの使用状態、または、トナーの攪拌状態が時系列的にわかる指標であればよい。たとえば、感光体１や現像ローラ４１の積算回転数や積算回転時間、現像バイアスや帯電バイアスの積算印加時間などの指標、及びそれらを組み合わせて使うことも有効である。

さらに、バイアス値に関しても実施例に限られるものではなく、本体構成やカートリッジ構成に対し、最適なバイアス条件は異なるため、最適なバイアス条件に対し、本実施例の説明にある補正手段を用いることで同様な効果が得られる。

加えて、本実施例でのＶ_ＭＡＸの変更の手段として、実施例１で示した現像バイアスに重畳されているＶ_Ｄ−ＤＣを変化させることで実現しているが、実施例２で示すＶ_Ｄ−ＰＰを変化させる手段でもその効果は変わらない。

上述した実施例１〜３の画像形成装置は、現像手段である現像装置４をプロセスカートリッジＢに包含させているが、現像装置４を単独で現像カートリッジ化して装置本体に装着可能にした画像形成装置にすることもできる。この現像カートリッジの使用履歴（現像手段の使用履歴に関する情報）を該現像カートリッジに付属させた記憶装置あるいは装置本体側の記憶装置１２４に記憶させる。また、現像装置４は画像形成装置に作り付けとし、トナー容器４３中のトナーＴが消費されたら、トナーカートリッジにより新規トナーを投入補給するものであってもよい。この場合は、新規トナーの投入補給の都度、現像装置４の使用履歴を更新するシステムにする。

画像形成装置は、像担持体として静電記録誘電体を用いた静電記録画像形成装置であってもよい。

実施例１における画像形成装置の概略模式図。 プロセスカートリッジ部分の拡大模式図と、制御系統のブロック図。 未使用新品状態のプロセスカートリッジの概略模式図。 感光体面の帯電電位、潜像電位、現像バイアスの関係図。 実施例１における現像バイアスの概略説明図（その１） 印刷試験に用いる出力画像パターンの説明図。 実験結果の概略説明図（その１）。 実験結果の概略説明図（その２）。 実験結果の概略説明図（その３）。 実験結果の概略説明図（その４）。 現像バイアスの概略説明図（その２） 実験結果の概略説明図（その５）。 実験結果の概略説明図（その６）。 現像バイアス切り換えから印刷動作までの制御フロー図 実施例２における現像バイアスの概略説明図。 実験結果の概略説明図（その１）。 実験結果の概略説明図（その２）。 現像バイアス切り換えから印刷動作までの制御フロー図 実施例３における実験結果の概略説明図（その１）。 実験結果の概略説明図（その２）。 実験結果の概略説明図（その３）。 実験結果の概略説明図（その４）。 実験結果の概略説明図（その５）。 実験結果の概略説明図（その６）。 現像バイアスの概略説明図。 実験結果の概略説明図（その７）。 実験結果の概略説明図（その８）。 現像バイアス切り換えから印刷動作までの制御フロー図

符号の説明

Ａ・・プリンタ本体、Ｂ・・プロセスカートリッジ、１・・感光体（像担持体）、２・・帯電ローラ、３・・レーザービームスキャナー、４・・現像装置、４１・・現像ローラ（現像剤担持体）、Ｔ・・現像剤（トナー）、５・・転写ローラ、６・・クリーニング装置、２４・・定着装置、Ｓ１・・帯電バイアス印加用高圧電源、Ｓ２・・現像バイアス印加用高圧電源、１００・・ホストコンピュータ、１０１・・画像形成装置制御部、１０３・・本体ＣＰＵ、１１１・・カートリッジ側記憶装置、１２４・・本体側記憶装置

Claims (12)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に対して現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて前記静電潜像を現像する現像手段と、前記現像剤を前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう方向に付勢する第一のピーク電圧と逆方向に付勢する第二のピーク電圧とを持つ振動電圧を前記現像手段に印加する現像バイアス印加手段と、制御手段と、を有する画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記第一のピーク電圧の電圧値を前記現像手段の使用履歴に関する情報に応じて変化させることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記現像手段の使用履歴に関する情報に応じて、前記第一のピーク電圧の電圧値が、現像剤を現像剤担持体から像担持体に向かう方向に付勢する電界が弱くなる方向に変化することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記現像手段の使用履歴に関する情報は、積算印刷枚数であることを特徴とする請求項1又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記現像手段の使用履歴に関する情報は、像担持体の積算回転数であることを特徴とする請求項1又は２に記載の画像形成装置。
5. 前記第一のピーク電圧の電圧値を変化させた前後で、前記振動電圧の時間平均電圧が一定値を保つことを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の画像形成装置。
6. 前記時間平均電圧が一定値を保つよう、前記振動電圧の振動１周期における、前記第一のピーク電圧が印加される時間と前記第二のピーク電圧が印加される時間との比率を変化させることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記第一のピーク電圧と、前記第二のピーク電圧との電位差が一定値を保つことを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記現像手段を備えるカートリッジが装着可能であり、前記カートリッジは前記現像手段の使用履歴に関する情報を記憶する記憶装置を有し、前記情報に応じて前記第一のピーク電圧の電圧値を切り換えることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の画像形成装置。
9. 前記記憶装置に、前記第一のピーク電圧の電圧値を切り換える為の閾値情報を有すること特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に対して現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて前記静電潜像を現像する現像手段と、前記現像手段に対して交流電圧と直流電圧とを重畳させた電圧を印加する現像バイアス印加手段と、制御手段と、を有する画像形成装置において、
    前記制御手段は、前記現像手段の収納現像剤が使用初期状態であることを検出した場合、前記交流電圧の、前記現像剤を前記現像剤担持体から前記像担持体へ飛翔させる方向の第一のピーク電圧を飛翔電界が大きくなるように、前記直流電圧の電圧値を変化させるとともに、前記交流電圧と前記直流電圧の時間平均電圧値が変化せぬよう、前記交流電圧１周期あたりの前記第一のピーク電圧の寄与時間を変化させることを特徴とする画像形成装置。
11. 静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に対して現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて前記静電潜像を現像する現像手段と、前記現像手段に対して交流電圧と直流電圧とを重畳させた電圧を印加する現像バイアス印加手段と、制御手段と、を有する画像形成装置において、
    前記制御手段は、前記現像手段の収納現像剤が使用初期状態であることを検出した場合、前記交流電圧の、前記現像剤を前記現像剤担持体から前記像担持体へ飛翔させる方向の第一のピーク電圧を飛翔電界が大きくなるように、前記交流電圧のピーク間電圧を変化させるとともに、前記交流電圧と前記直流電圧の時間平均電圧値が変化せぬよう、前記交流電圧１周期あたりの前記第一のピーク電圧の寄与時間を変化させることを特徴とする画像形成装置。
12. 静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に対して現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて前記静電潜像を現像する現像手段と、前記現像手段に対して交流電圧と直流電圧とを重畳させた電圧を印加する現像バイアス印加手段と、制御手段と、を有する画像形成装置において、
    前記制御手段は、前記現像手段の収納現像剤の使用履歴に応じて、現像バイアス出力を選択するとともに、さらに、前記現像手段の収納現像剤が使用初期状態であることを検出した場合、前記交流電圧の、前記現像剤を前記現像剤担持体から前記像担持体へ飛翔させる方向の第一のピーク電圧を飛翔効果が大きくなるように、前記交流電圧のピーク間電圧もしくは、前記直流電圧の電圧値を変化させるとともに、前記交流電圧と前記直流電圧の時間平均電圧値が変化せぬよう、前記交流電圧１周期あたりの前記第一のピーク電圧の寄与時間を変化させることを特徴とする画像形成装置。