JP2008287036A - 画像形成装置における現像方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像ローラの芯ブレによって感光体３との間隔（ギャップ）が変化し、感光体３上の静電潜像に飛翔するトナー量が変化して生じる、濃度ムラに対処できるようにした画像形成装置における現像方法及び装置を提供することが課題である。
【解決手段】現像ローラ４０の１周分に相当する長さのトナー濃度検出用パッチを、現像バイアスにおける交流の周波数を変えて複数形成し、形成されたトナー濃度検出用パッチの濃度変化が少ない周波数の交流を判別して現像バイアスとして現像ローラに印加し、現像ローラにおける芯ブレによる濃度変化を少なくするようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における現像方法及び装置に係り、特に、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、帯電されたトナーのみを現像ローラ上に均一に薄層形成した後、このトナーを現像ローラから感光体上に形成された静電潜像に飛翔させて現像する、画像形成装置における現像方法及び装置に関するものである。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における、乾式トナーを用いる現像方式としては、トナーのみを用いる一成分現像方式と、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を用いる２成分現像方式が知られている。

一成分現像方式は、キャリアを用いないため、キャリアおよびトナーにより形成される磁気ブラシによって感光体上の静電潜像が乱されることがなく、高画質化に適している。しかし、一成分現像方式はトナーの帯電量を安定して維持することが難しい。また、カラートナーの場合、透過性が求められるため、非磁性トナーである必要がある。そのため、フルカラー画像形成装置においては、トナーを帯電および搬送する媒体としてキャリアを用いる２成分現像方式を採用する場合が多い。

２成分現像方式は安定した帯電量が長期にわたって得られるため、長寿命化に適している。しかし、２成分現像方式は、前記した磁気ブラシによる影響のため、画質の点では不利である。そのため、これら２つの現像方式のそれぞれの利点を活かすべく、長寿命化を考慮して帯電領域は２成分現像方式を採用し、現像領域は高画質化を狙って一成分現像方式を採用したタッチダウン現像方式、あるいはハイブリッド現像方式と呼ばれる現像方式が注目されている。特に、高画質化および長寿命化が重視されるフルカラー画像形成装置においては、この現像方式の特徴が充分に発揮される。

このタッチダウン現像方式は、トナーおよびキャリアを含有する２成分現像剤により磁気ローラ表面に磁気ブラシを形成させ、その磁気ブラシからトナーのみを現像ローラの表面に移送させてトナーの薄層を形成した後、静電潜像が形成された感光体の表面にトナーを飛翔させてトナー像として現像する方式である。

このタッチダウン現像方式に用いる現像装置４の一例を示したのが図５である。この図５に示した現像装置は、２成分現像剤を収容するハウジング４６内に、２成分現像剤を磁気的に吸着して磁気ブラシを表面に形成する磁気ローラ４１と、この磁気ローラ４１上に吸着された現像剤量を規制する穂切りブレード４４、トナー薄層を表面に形成して回転する円筒状の現像ローラ４０などからなり、この現像ローラ４０が帯電電位の差からなる静電潜像を保持する感光体（静電潜像担持体）３と対向するように配置されると共に、磁気ローラ４１が感光体３とは異なった部位で近接するように配置されている。

また、ハウジング４６内の磁気ローラ４１と隣接する位置には第１の現像剤攪拌室４７が、さらにこの第１の現像剤攪拌室４７と隔壁４９によって仕切られた隣には、第２の現像剤攪拌室４８が設けられている。そしてこの第１の現像剤攪拌室４７と第２の現像剤攪拌室４８とは、磁気ローラ４１の軸線方向における両端部で連通しており、現像剤の攪拌と軸方向への現像剤の搬送を行なうパドルミキサー４２と、攪拌ミキサー４３とがそれぞれに設けられている。これら２つのミキサー４２、４３は互いに逆方向に現像剤を搬送するように回転方向が設定されており、現像剤が第１の現像剤攪拌室４７と第２の現像剤攪拌室４８とを循環するようになっている。

磁気ローラ４１は、位置が不動となるように支持された磁石の外周に回転可能な円筒状のスリーブを配置して構成され、このスリーブ表面にトナーと磁性キャリアを含む２成分現像剤を磁気的に吸着し、２成分現像剤の磁気ブラシを形成するとともにスリーブが回転して、現像剤を搬送する。

また、磁気ローラ４１には現像ローラ４０上にトナー薄層を形成するため、磁気ローラ用直流バイアス電源ＤＣ３１ａから、例えば＋３００〜＋５３０Ｖのトナー薄層形成用直流バイアス電圧を印加することができるようになっている。一方現像ローラ４０は、表面がアルマイト処理されたアルミニウムの円筒体やフェノール樹脂からなる円筒体、またはアルミニウムの円筒体の表面に樹脂層を形成したもの等が用いられ、現像ローラ上のトナーを感光体上の静電潜像に飛翔させるため、直流バイアス電源ＤＣ３０ａから、例えば＋５０〜＋２００Ｖの直流と、交流バイアス電源ＡＣ３０ｂからＶ_ｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚの交流を重畳した現像バイアス電圧を印加することができるようになっている。

前記現像剤は、第１の現像剤攪拌室４７と第２の現像剤攪拌室４８とにおいて搬送されるとともに攪拌され、現像剤中のトナーの分布が均一に維持されるとともにトナーとキャリアとの間の摩擦帯電によってトナーに所定の電荷が付与される。そして攪拌、帯電された現像剤は、パドルミキサー４２によって磁気ローラ４１に供給され、磁気ローラ４１は、現像剤を磁気的に吸着してトナーとキャリアとからなる現像剤の磁気ブラシを形成し、回転により現像ローラ４０との対向位置まで搬送する。

そして、現像ローラ４０へは直流バイアス電源ＤＣ３０ａから例えば＋１００Ｖの直流現像バイアス電圧が、磁気ローラ４１には磁気ローラ用直流バイアス電源ＤＣ３１ａから例えば＋４００Ｖのトナー薄層形成バイアス電圧が印加されているから、これらの印加電圧によって現像ローラ４０と磁気ローラ４１との間に電界が形成され、正電荷を有するトナーは現像ローラ４０へ転移して現像ローラ４０の表面にトナー層が形成される。一方キャリアは磁気ローラ４１に磁気的に吸着されたまま転移せずに残る。

現像ローラ４０上に形成されたトナー層は、現像ローラ４０の回転によって現像領域へ搬送され、現像ローラ４０に印加されている例えば＋１００Ｖの直流電圧と、現像時に印加される例えばＶ_ｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚ、デューティ比２７％の矩形波による交流とを重畳した現像バイアス電圧により、感光体３と現像ローラ４０との間の静電界内を飛翔し、感光体３の表面に付着して現像が行なわれる。なお、２２、２３はトナー濃度センサ、現像制御部で、これらについては以下に詳述する。

一方、画像形成装置においては、画像濃度を一定に保つため、感光体３上もしくは感光体上に形成されたトナー画像を１次転写する中間転写体などにトナー濃度検出用パッチを形成し、そのパッチのトナー濃度を図６に示したような構成のトナー濃度センサ２２で読み取り、直流に交流が重畳された現像バイアスにフィードバックしてトナー濃度を一定に保つ制御が行われている。なお、トナー濃度センサ２２は、図４と図５でも同一番号で示しており、同一のものである。

この図６に示した濃度検知センサ２２は反射型の濃度センサで、ＬＥＤなどを用いた発光素子６１からの光は、第１のビームスプリッター（Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）６２によってトナー６０がある例えば中間転写体１２などの方向と、この発光素子６１の発光量を検出し、フィードバック回路により光量を一定に保つためのモニタ用の第１の受光素子（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）６３方向の２つの方向に分割される。そして中間転写体１２上のトナー６０で反射された光は散乱光となり、第２のビームスプリッター（Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）６４により、第２の受光素子（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）６６と第３の受光素子（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）６５との２つに分岐されて偏光成分に分けられ、それぞれの受光素子からの出力電圧の比率に基づいて現像制御部（図５参照）がトナー濃度を制御する。

しかしながら、図５のように構成した現像装置４においては、現像ローラ４０に芯ブレがあると現像ローラ４０と感光体３との間隔（ギャップ）が変化し、感光体３上の静電潜像に飛翔するトナー量が変化して濃度ムラが起こるという問題がある。これは特に、現像ローラを安価に製造するため加工時の公差を或る程度大きくし、例えばギャップの変動が０．１５ｍｍ〜０．１７ｍｍ程度有ると、例えばトナー濃度センサ２２の出力のＩＤ値における最大と最小の差が０．１５にもなる。そのため、このトナー濃度検出用パッチが現像ローラ４０の１周分に比較して短く、かつ、現像ローラ４０の芯ブレに起因して高濃度と検出される位置（ギャップが狭い位置）や低濃度と検出される位置（ギャップが広い位置）に形成されると、正しい濃度補正ができなくなると共に濃度ムラが顕著となる。

こういった濃度ムラ等のない、高濃度、高品質の画像を安定して得ることができる画像形成装置を提供するため、例えば特許文献１には、像形成体（感光体）と現像剤搬送体（現像ローラ）とが対向する現像域の前記現像剤移動方向上流側に電極部を有する板状部材を設け、前記電極部には直流電圧を印加し、前記現像剤搬送体には直流成分と交流成分の重畳電圧を印加して、振動電界下でトナーを飛翔させて前記像形成体上の潜像を現像して画像を形成する画像形成装置において、画像データに基づいて潜像を判別し、その結果に応じて前記電極部に印加する直流電圧あるいは前記現像剤搬送体に印加する交流成分の電圧、周波数または波形を変化させるようにした画像形成装置が示されている。

特開平８−２８６４７６号公報

しかしながら、この特許文献１に示された画像形成装置では、画像データに基づいて潜像を判別し、その結果に応じて前記電極部に印加する直流電圧あるいは前記現像剤搬送体に印加する交流成分の電圧、周波数または波形を変化させて高濃度、高品質の画像を安定して得ることは示されているが、前記したような現像ローラの芯ブレによって感光体３との間隔（ギャップ）が変化し、感光体３上の静電潜像に飛翔するトナー量が変化して濃度ムラが起こるという問題については触れられていない。

そのため本発明においては、現像ローラの芯ブレによって感光体３との間隔（ギャップ）が変化し、感光体３上の静電潜像に飛翔するトナー量が変化して生じる、濃度ムラに対処できるようにした画像形成装置における現像方法及び装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明になる画像形成装置における現像方法は、
トナーとキャリアとからなる２成分現像剤で形成した磁気ローラ上の磁気ブラシで現像ローラ上にトナー薄層を形成し、前記現像ローラに印加される直流と交流とを重畳した現像バイアスにより、前記トナー薄層からトナーを感光体上に形成された静電潜像に飛翔させて現像を行い、前記現像バイアスを、前記感光体または中間転写体上に形成されたトナー濃度検出用パッチの濃度検出結果により調節するようにした、画像形成装置における現像方法において、
前記現像バイアスにおける交流の周波数を変え、前記現像ローラ１周分に相当する長さのトナー濃度検出用パッチを複数形成し、該形成されたトナー濃度検出用パッチの濃度変化が少ない周波数の交流を前記現像バイアスとして選択する周波数キャリブレーションを実施し、前記現像ローラにおける芯ブレによる濃度変化を少なくすることを特徴とする。

また、この現像方法を実施する現像装置は、
電子写真方式で静電潜像が形成される感光体に対面した現像ローラと、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤で形成される磁気ブラシを保持し、該磁気ブラシで前記現像ローラ上にトナー薄層を形成する磁気ローラと、前記現像ローラに直流に交流を重畳した現像バイアスを印加し、現像ローラ上に形成されたトナー薄層からトナーを前記感光体上の静電潜像に飛翔させてトナー画像とする現像バイアス電源と、前記感光体上のトナー画像を１次転写する中間転写体と、該中間転写体上に転写されたトナー濃度検出用パッチの濃度を検出するトナー濃度センサと、該トナー濃度センサからの信号を受け、前記現像バイアス電源を制御してトナー濃度を制御する現像制御部とからなる画像形成装置における現像装置において、
前記現像制御部は、前記現像ローラ１周分に相当する長さの複数のトナー濃度検出用パッチを前記現像バイアス電源における交流の周波数を変えて形成し、前記トナー濃度センサが検出したトナー濃度検出用パッチの濃度変化が少ない周波数を判別して、該周波数の交流を前記現像バイアスとして現像ローラに印加し、前記現像ローラにおける芯ブレによる濃度変化を少なくするよう制御することを特徴とする。

このように、現像ローラ１周分に相当する長さのトナー濃度検出用パッチを、それも現像バイアスにおける交流の周波数を変えて複数形成することで、現像ローラの芯ブレによる感光体とのギャップの変化はトナー濃度検出用パッチの濃度の変化として検出でき、しかも、現像バイアスにおける交流の周波数を変えて複数形成したことで、どのような現像周波数でトナー濃度検出用パッチを形成すれば、その濃度変化（最大濃度と最小濃度の差）が最も少なくなるかを容易に判別することができるから、その周波数の交流を現像バイアスに用いることで、濃度ムラに対処して常にきれいな画像を形成することのできる、画像形成装置における現像方法及び装置を提供することが可能となる。

そして、前記現像バイアスに用いる交流の周波数は、前記トナー濃度検出用パッチの濃度検出時、前記感光体に形成された静電潜像における暗電位部にトナーが飛翔することに起因するカブリが認められない周波数とすることで、現像ローラの芯ブレによる感光体とのギャップに起因する濃度ムラは、比較的、現像バイアスの交流成分の周波数を大きくすることで少なくなるが、周波数をあまり大きくすると、静電潜像における暗電位部にもトナーが飛翔してカブリとなるから、カブリを起こさない周波数とすることで、濃度ムラに対処した上に常にきれいな画像を形成することができる。

また、前記トナー濃度検出用パッチの濃度変化は、トナー濃度検出用パッチの最大濃度と最小濃度との差として検出することで、濃度変化（最大濃度と最小濃度の差）を容易に検出することができる。

さらに画像濃度は、画像形成装置の設置環境、現像装置の駆動状態などでも変化するから、前記周波数キャリブレーションは、前回画像形成時からの経過時間、所定時間内における現像装置累積駆動時間、前回画像形成時からの現像装置累積駆動時間、前回画像形成時からの現像装置累積駆動時間や、画像形成装置設置環境における温度と湿度の変化、画像形成枚数、所定の画像形成枚数内における積算印字率を参酌し、周波数キャリブレーションが必要となったときに行えばよいから、画像形成効率を落とすことなく、濃度ムラのない、きれいな画像を常時提供できる画像形成装置における現像方法とすることができる。

以上記載のごとく本発明になる画像形成装置における現像方法及び装置は、簡単な構成で、現像ローラの芯ブレに起因する濃度ムラに対処することができ、常にきれいな画像を形成することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

最初に本発明の概略を説明すると、本発明は、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤で形成した磁気ローラ４１上の磁気ブラシで現像ローラ４０上にトナー薄層を形成し、現像ローラ４０に印加される直流と交流とを重畳した現像バイアスで、トナー薄層からトナーを感光体３上に形成された静電潜像に飛翔させて現像を行う現像装置における、現像ローラ４０と感光体３との間隔（ギャップ）が現像ローラ４０の芯ブレによって変化し、それによって現像の際に濃度ムラが生じるのを防止することが目的である。

そのため本発明においては、現像ローラ４０の１周分に相当する長さのトナー濃度検出用パッチを現像バイアスにおける交流の周波数を変えて複数形成し、そのトナー濃度検出用パッチの濃度を濃度センサで検出して、濃度変化が最も少ない周波数の交流を判別する周波数キャリブレーションを実施し、現像バイアス用交流として用いるようにしたものである。このようにすることで、現像ローラの芯ブレによる感光体とのギャップの変化はトナー濃度検出用パッチの濃度の変化として表れ、しかも、現像バイアスにおける交流の周波数を変えてトナー濃度検出用パッチを形成したことで、どのような現像周波数でトナー濃度検出用パッチを形成すれば、その濃度変化（最大濃度と最小濃度の差）が最も少なくなるかを容易に判別することができる。

また、現像ローラの芯ブレによる感光体とのギャップ変動に起因する濃度ムラは、比較的、現像バイアスの交流成分の周波数を大きくすることで少なくなるが、周波数をあまり大きくすると、静電潜像における暗電位部にもトナーが飛翔してカブリとなるから、カブリを起こさない周波数とすることで、濃度ムラに対処した上に常にきれいな画像を形成することができる。

またこの周波数キャリブレーションは常時実施する必要はなく、画像形成装置設置環境における温度と湿度の変化、画像形成枚数、画像形成１００枚における積算印字率、前回画像形成時からの経過時間、３０分間における現像装置累積駆動時間、前回画像形成時からの現像装置累積駆動時間などを参酌し、必要に応じて実施すれば充分であり、このようにすることで、画像形成効率を落とすことなく、濃度ムラのない、きれいな画像を常時提供できる画像形成装置における現像方法とすることができる。
なお、キャリブレーション実施時期は、前記の項目のいずれかであればよく、あるいはこれらの組合せでも良い。

以上が本発明の概略であるが、次に、本発明を実施するための画像形成装置の一例につき、図４に示した断面図を用いて説明する。図４に示した画像形成装置は、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応して設けられた、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋで示す複数の感光体と、それぞれの感光体に対応して設けられた、帯電装置１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｙ、１８Ｋ、前記図５に示したような現像装置１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｙ、１９Ｋ、感光体クリーニング装置９Ｍ、９Ｃ、９Ｙ、９Ｋ、図示していない除電装置などで構成される感光体ユニットが、中間転写ベルト１２の走行方向に配されているタンデム型カラー画像形成装置である。

この図４に示したタンデム型カラー画像形成装置において、中間転写ベルト１２は、駆動ローラ１３、バックアップローラ１５に張架され、駆動ローラ１３の駆動によって回転駆動される。この画像形成装置がプリンタの場合、例えば外部コンピュータから送られる画像形成データが図示していないＣＰＵを含む制御装置で、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色のデータに分けられる。そして、帯電装置１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｙ、１８Ｋによって各感光体１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋの表面が一様に帯電され、各色に分けられた画像形成データにより、２０で示した光露光装置で各感光体ドラム１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋが露光され、静電潜像が形成される。

そして、現像装置１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｙ、１９Ｋによって各感光体１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋ上の静電潜像が現像され、それぞれマゼンタ（Ｍ）トナー画像、シアン（Ｃ）トナー画像、イエロー（Ｙ）トナー画像、及びブラック（Ｋ）トナー画像が形成される。

一方、各感光体１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋには、それぞれ中間転写ベルト１２を挟んで１次転写ローラ１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｙ、１１Ｋが対向しており、感光体ドラム１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋ上の各色のトナー画像は、これら１次転写ローラ１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｙ、１１Ｋに与えられる転写バイアスにより、中間転写ベルト１２に順次転写されて中間転写ベルト１２上にカラートナー画像が形成される。

すると図示していないＣＰＵは、給紙装置２６から用紙取り出しローラ２７により用紙を取り出すよう指示し、その用紙は、用紙搬送路を介してレジストローラ対１７に搬送される。そしてレジストローラ対１７により、中間転写ベルト１２上のトナー画像が２次転写ローラ１６のある２次転写位置に至るタイミングに合わせ、送出される。

２次転写位置の２次転写ローラ１６は、中間転写ベルト１２を挟んでバックアップローラ１５と対向する位置に配され、中間転写ベルト１２上のトナー画像は搬送されてくる用紙に２次転写される。そしてこのトナー画像が転写された用紙は定着装置２１に送られ、ここで、用紙上のトナー画像が定着されて排紙トレイに排紙される。なお、２次転写後、中間転写ベルト１２はクリーニング装置１４でクリーニングされ、それぞれの感光体１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋも、感光体クリーニング装置９Ｍ、９Ｃ、９Ｙ、９Ｋで残ったトナーが除去され、次の画像形成に備えられる。

なお、定着装置２１は、ヒータを内包した定着ローラと加圧ローラとでニップを形成し、トナー画像を転写した用紙をニップ部に搬送してトナーを加熱、加圧して用紙上に定着させるようにする。

このうち、現像装置１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｙ、１９Ｋ、トナー濃度センサ２２は、前記図５と図６で説明した形式の現像装置やトナー濃度センサを用いるが、これを再度簡単に説明すると、まず図５において３は図４において１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋで示した感光体であり、４０は現像ローラ、４１は磁気ローラ、４２、４３は現像剤を搬送しながら攪拌し、帯電させるパドルミキサーと攪拌ミキサーである。

そして磁気ローラ４１には、現像ローラ４０上にトナー薄層を形成するため、マグローラ用直流バイアス電源ＤＣ３１ａから、例えば＋３００〜＋５３０Ｖのトナー薄層形成用直流バイアス電圧が印加され、現像ローラ４０には、現像ローラ４０上のトナーを感光体３上の静電潜像に飛翔させるため、直流バイアス電源ＤＣ３０ａから例えば＋５０〜＋２００Ｖの直流と、交流バイアス電源ＡＣ３０ｂからＶ_ｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚの交流を重畳した現像バイアス電圧が印加される。

現像剤は第１の現像剤攪拌室４７と第２の現像剤攪拌室４８とにおいて攪拌されて現像剤中のトナーに所定の電荷が付与され、磁気ローラ４１に供給されて、トナーとキャリアとからなる現像剤の磁気ブラシを形成して現像ローラ４０上にトナー薄層が形成される。そして、現像ローラ４０に印加される現像バイアス電圧により、トナー薄層上のトナーが感光体３と現像ローラ４０との間の静電界内を飛翔し、感光体３の表面に付着して現像が行なわれるが、この現像バイアス電圧は、後記するようにトナー濃度センサ２２が検出したトナー濃度検出用パッチの濃度検出結果や、画像形成装置設置環境における温度・湿度などにより交流成分の周波数を変化させ、現像ローラ４０における芯ブレによる濃度変化を少なくするよう制御する。

また、図６に示したトナー濃度センサは、例えば図４における１２で示した中間転写ベルトの走行方向に配列された４つの感光体のうちの、最後に中間転写ベルト１２に転写されて色重ねされるブラック（Ｂ）の感光体１０Ｋと、２次転写位置（２次転写ローラ１６のある位置）との間の２２で示した位置に設置される。

これは、カラー画像形成装置においてはその色調再現性が使用するトナーの濃度に大きく左右されるためであり、使用する色、例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）それぞれの色のトナー濃度検出用パッチを感光体ドラム上に形成し、それを直接、または転写部材（中間転写体）に転写して、図６に示した赤外線センサなどを用いた濃度センサで測定し、現像バイアスや露光装置の光量へフィードバックすることで、各色の画像濃度の調節と常に安定した色調再現がおこなえるようにしている。

図６においてＬＥＤなどを用いた発光素子６１からの光は、第１のビームスプリッター（Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）６２によってトナー６０がある例えば中間転写体１２などの方向と、この発光素子６１の発光量を検出し、フィードバック回路により光量を一定に保つためのモニタ用の第１の受光素子（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）６３方向の２つの方向に分割される。そして中間転写体１２上のトナー６０で反射された光は散乱光となり、第２のビームスプリッター（Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）６４により、第２の受光素子（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）６６と第３の受光素子（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）６５との２つに分岐されて偏光成分に分けられ、それぞれの受光素子からの出力電圧の比率に基づいて現像制御部（図５参照）がトナー濃度を制御する。

図１（Ａ）は、図５に示した感光体３と現像ローラ４０とのギャップが現像ローラ４０の芯ブレにより、０．１５〜０．１７ｍｍまで変化する現像ローラ４０を用い、現像ローラ４０の１周分に相当する長さのトナー濃度検出用パッチを交流バイアス電源ＡＣ３０ｂの周波数を変えて形成し、トナー濃度センサ２２でその濃度を検出して、トナー濃度の最大値（Ｍａｘ）と最小値（Ｍｉｎ）の差を調べた表であり、図１（Ｂ）は、感光体３と現像ローラ４０のギャップを変化させると共に、現像ローラ４０に印加する交流現像バイアスＡＣ３０ｂの周波数を変化させて、カブリの発生を調べた表である。

まず図１（Ｂ）のカブリの発生を調べた表は、「ＤＳギャップ」と記して示したのは感光体３と現像ローラ４０とのギャップであり、「現像周波数」と記したのは、交流現像バイアスＡＣ３０ｂの周波数で、このときのトナー帯電量は１０μＣ／ｇでテストした。この表からは、現像周波数が３．５ｋＨｚで感光体３と現像ローラ４０のギャップが、０．１５ｍｍと０．１６ｍｍの時にカブリが発生していることがわかる。

次に図１（Ａ）の表であるが、上から２列目はトナーの帯電量（単位：μＣ／ｇ）であり、「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」はトナー濃度の最大値（Ｍａｘ）と最小値（Ｍｉｎ）の差、「カブリ」はトナー濃度検出時、感光体３上に形成された静電潜像における暗電位部にトナーが飛翔してカブリが生じたか否かを示していて、×はカブリが生じたことを示し、○はカブリがないことを示している。また、左下に「現像周波数」と記したのは、交流現像バイアスＡＣ３０ｂの周波数であり、この表においてハッチングを付した値は、それぞれの実施例１乃至４における「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」の値が最小となった現像周波数である。

まず実施例１のトナー帯電量５μＣ／ｇの場合、交流現像バイアスＡＣ３０ｂの周波数３．６ｋＨｚと３．４ｋＨｚではカブリが生じており、このうち３．４ｋＨｚは、図１（Ｂ）におけるギャップ０．１５ｍｍにおける３．５ｋＨｚより低い周波数であり、トナー帯電量が少ないとトナーが飛翔し易くなってカブリが発生すると考えられる。それより小さな周波数ではカブリは生じていないが、トナー濃度の最大値（Ｍａｘ）と最小値（Ｍｉｎ）の差「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」は、交流現像バイアスＡＣ３０ｂの周波数が３．０ｋＨｚのときに０．０９で最小となっている。

以下、実施例２の１０μＣ／ｇの場合は、交流現像バイアスＡＣ３０ｂの周波数３．６ｋＨｚのみでカブリが生じ、「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」は、交流現像バイアスＡＣ３０ｂの周波数が３．２ｋＨｚのときに０．０７で最小となり、実施例３、実施例４ではいずれの周波数でもカブリは生ぜず、実施例３では交流現像バイアスＡＣ３０ｂの周波数が３．４ｋＨｚのとき、実施例４では３．６ｋＨｚのときに「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」が最小となって、どちらもその差が０．０５となっている。

この結果から、「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」で示される濃度ムラは、現像バイアスの交流周波数が高くてトナー帯電量が多いほど小さくなっていることがわかる。ただ、現像バイアスの交流周波数を単純に高くした場合、トナーの帯電量が小さいとカブリが発生するから、この周波数はカブリが発生しない周波数とする必要がある。

しかし、このトナー濃度検出用パッチの濃度検出結果からは、現像ローラ４０の１周分に相当する長さのトナー濃度検出用パッチを交流バイアス電源ＡＣ３０ｂの周波数を変えて形成することで、どのようなトナー帯電量であっても、「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」の値から最適な交流バイアスを選択できることがわかる。

なお、このように交流現像バイアスＡＣ３０ｂの周波数を変え、現像ローラ４０の１周分に相当する長さのトナー濃度検出用パッチを複数形成して現像に最適な周波数をチェック（以下、周波数キャリブレーションと称する）する動作は、常時おこなう必要はなく、画像形成装置の設置されている環境の温度や湿度の変化、画像形成間隔、画像形成枚数、印字率などを考慮して必要なときに行えばよい。

そのため、この周波数キャリブレーションをどのようなときに行えばよいかを調べたのが図３（Ａ）から（Ｈ）に示した表である。この図３において（Ａ）は、前回画像形成からの経過時間で前記したトナー濃度の最大値（Ｍａｘ）と最小値（Ｍｉｎ）の差「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」、及び「カブリ」がどのように変化するかを調べた表であり、（Ｂ）は同じく画像形成装置が設置されている環境の温度変化により、「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」と「カブリ」がどのように変化するか、（Ｃ）は同じく湿度の変化、（Ｄ）は３０分間における現像装置累積駆動時間、（Ｅ）は画像形成１００枚における累積印字率が高い場合、（Ｆ）は画像形成１００枚における累積印字率が低い場合、（Ｇ）は連続画像形成（印字）枚数、（Ｈ）は現像装置累積駆動時間、により、それぞれ前記した「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」と「カブリ」がどのように変化するかを調べた表である。

それぞれの表における単位は、（Ａ）が時間、（Ｂ）が℃、（Ｃ）が％、（Ｄ）が分、（Ｅ）、（Ｆ）が％、（Ｇ）が枚数、（Ｈ）が分である。また、この調査に用いたトナーは図１（Ａ）において「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」が最も小さく、かつ、「カブリ」も発生していない１５μＣ／ｇの帯電量のものを用い、交流現像バイアスは３．４ｋＨＺとした。

まず、（Ａ）に示した前回画像形成からの経過時間により、「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」と「カブリ」がどのように変化するかを調べた表では、時間経過と共に「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」が上昇してゆき、４８時間経過後は「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」が０．０８となっている。そして、６０時間経過後は同じく「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」が０．１となってカブリが発生している。そのため、安全を見て、２４時間（２日間）以上画像形成が行われなかった場合は前記した周波数キャリブレーションを実施した方が好ましい。

また（Ｂ）に示した画像形成装置が設置されている環境の温度変化では、＋５℃の変化で「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」が０．１となり、−５℃の変化で「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」が０．０８となっているが、±８℃の変化では、＋側が０．１３、−側が０．１１でカブリが発生しており、前回画像形成時より±５℃以上の温度変化があった場合に周波数キャリブレーションを実施した方が好ましい。

同じく（Ｃ）の湿度変化では、湿度が±１０％変化しても「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」が０．０８でカブリは発生していないが、±１５％の変化ではこれが０．１１と０．１２となって＋１５％の場合にカブリが発生している。従って、湿度が±１０％以上変化した場合に周波数キャリブレーションを実施した方が好ましい。

（Ｄ）の３０分間における現像装置累積駆動時間では、いずれの累積駆動時間でもカブリは発生していないが、２０分以上では「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」が０．１１以上になり、図１（Ａ）の表から、「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」が０．１以上となった場合はカブリが発生する可能性があるから、３０分間における累積駆動時間が１５分を超えたら周波数キャリブレーションを実施した方が好ましい。

そして（Ｅ）の表では、画像形成１００枚における累積印字率が２０００％までは「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」が０．１以下でカブリも発生していないが、２５００％では０．１２でカブリが発生しているから、画像形成１００枚における累積印字率が２０００％を越えたら周波数キャリブレーションを実施した方が好ましい。

また、（Ｆ）の表ではいずれの印字率でもカブリは発生していないが、画像形成１００枚における累積印字率が１５０％までと低い場合、「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」が０．１１以上で大きくなり、２００％を超えると０．０９以下となっているから、画像形成１００枚における累積印字率が１５０％以下と低い場合、周波数キャリブレーションを実施した方が好ましい。

（Ｇ）の連続画像形成枚数の表でも、いずれの印字率でもカブリは発生していないが、「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」が１０００枚までは０．０９であるのに対し、１５００枚以上では０．１１を越えているから、連続画像形成枚数が１０００枚以上の場合は周波数キャリブレーションを実施した方が好ましい。

（Ｈ）の現像装置累積駆動時間の表でも、いずれの累積駆動時間でもカブリは発生していないが、６０分で「Ｍａｘ−Ｍｉｎ」が０．１となり、９０分では０．１２となっているから、累積駆動時間が６０分（１時間）以上となったら周波数キャリブレーションを実施した方が好ましい。

図２は、以上の実験結果と前記した考え方に従い、交流バイアスの周波数を決定するための周波数キャリブレーションを実施すべき条件をフロー図としたものである。まずステップＳ１０で画像形成装置の電源がＯＮされると、ステップＳ１１で、前回の周波数キャリブレーションの実行から２日以上経過したか否かが確認される。そして前回実行後から２日以上経過している場合はステップＳ１９へ、経過していない場合はステップＳ１２へ進む。

前回画像形成から２日以上経過していてステップＳ１９へ進んだ場合、前記した現像ローラ４０の１周分に相当する長さのトナー濃度検出用パッチを、交流バイアス電源ＡＣ３０ｂの周波数を変えて形成し、トナー濃度センサ２２でその濃度を検出して、トナー濃度の最大値（Ｍａｘ）と最小値（Ｍｉｎ）の差を調べて最適な交流バイアスの周波数を選択する、周波数キャリブレーションが行われ、ステップＳ２０に進んで印刷（画像形成）を実施する。なお、以下のフローにおいても、このステップＳ１９へ進んだ場合は同じ処理が実行される。

ステップＳ１２では図３（Ｂ）の表で説明したように、前回の周波数キャリブレーションの実行からの温度変化が±５℃以上有ったかどうかが確認され、有る場合はステップＳ１９へ、ない場合はステップＳ１３へ進む。このステップＳ１３では図３（Ｃ）の表で説明したように、前回の周波数キャリブレーションの実行からの湿度変化が±１０％以上有ったかどうかが確認され、有る場合はステップＳ１９へ、ない場合はステップＳ１４へ進む。

次のステップＳ１４では図３（Ｄ）の表で説明したように、３０分間での現像装置累積駆動時間が１５分以上であるかどうかが確認され、ある場合はステップＳ１９へ、ない場合はステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５では図３（Ｅ）の表で説明したように、印字（画像形成）１００枚での印字率累積が２０００％以上か否かが確認され、以上の場合はステップＳ１９へ、以下の場合はステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１６では図３（Ｆ）の表で説明したように、印字（画像形成）１００枚での印字率累積が２００％以下か否かが確認され、以下の場合はステップＳ１９へ、以上の場合はステップＳ１７へ進む。ステップＳ１７では図３（Ｇ）の表で説明したように、前回の周波数キャリブレーションの実行からの印字枚数が１０００枚以上か否かが確認され、以上の場合はステップＳ１９へ、以下の場合はステップＳ１８へ進む。

ステップＳ１８では図３（Ｈ）の表で説明したように、前回の周波数キャリブレーションの実行からの現像装置累積駆動時間が１時間以上であるか否かが確認され、以上の場合はステップＳ１９へ、以下の場合はステップＳ２０へ進んで印刷が実行される。

このようにして周波数キャリブレーションを実行すべきかどうかを判断することにより、現像装置の使用状況に応じた交流バイアスの周波数を設定することができ、常にきれいな画像を形成することができる。

本発明になる画像形成装置における現像方法及び装置を用いることで、濃度ムラのない、常にきれいな画像を形成することができる画像形成装置を提供することができる。

感光体と現像ローラのギャップが現像ローラの芯ブレによって変化する現像ローラを用い、トナーの帯電量と現像ローラに印加する交流現像バイアスの周波数を変化させ、トナー濃度の最大値（Ｍａｘ）と最小値（Ｍｉｎ）の差を調べた表（Ａ）と、感光体と現像ローラのギャップを変化させると共に、現像ローラに印加する交流現像バイアスの周波数を変化させてカブリの発生を調べた表（Ｂ）である。 現像ローラに印加する最適な交流現像バイアスの周波数を、どのような画像形成条件において行えば良いかを調べるためのフロー図である。 交流現像バイアスの周波数を変化させ、現像に最適な周波数をチェックする周波数キャリブレーションをどのようなときに行えばよいかを調べた表である。 本発明になる画像形成装置における現像方法及び装置を実施する画像形成装置の一例概略断面図である。 本発明になる画像形成装置における現像方法及び装置を実施する画像形成装置の現像装置の一例概略断面図である。 トナー濃度検出用センサの一例を説明するための図である。

符号の説明

３ 静電潜像担持体（感光体）
４ 現像装置
４０ 現像ローラ
４１ 磁気ローラ
４２ パドルミキサー
４３ 攪拌ミキサー
４４ 穂切りブレード
４６ ハウジング
４７ 第１の現像剤攪拌室
４８ 第２の現像剤攪拌室
４９ 隔壁
ＤＣ３０ａ 直流バイアス電源
ＡＣ３０ｂ 交流バイアス電源
ＤＣ３１ａ マグローラ用直流バイアス電源

Claims (6)

1. トナーとキャリアとからなる２成分現像剤で形成した磁気ローラ上の磁気ブラシで現像ローラ上にトナー薄層を形成し、前記現像ローラに印加される直流と交流とを重畳した現像バイアスにより、前記トナー薄層からトナーを感光体上に形成された静電潜像に飛翔させて現像を行い、前記現像バイアスを、前記感光体または中間転写体上に形成されたトナー濃度検出用パッチの濃度検出結果により調節するようにした、画像形成装置における現像方法において、
   前記現像バイアスにおける交流の周波数を変え、前記現像ローラ１周分に相当する長さのトナー濃度検出用パッチを複数形成し、該形成されたトナー濃度検出用パッチの濃度変化が少ない周波数の交流を前記現像バイアスとして選択する周波数キャリブレーションを実施し、前記現像ローラにおける芯ブレによる濃度変化を少なくすることを特徴とする画像形成装置における現像方法。
2. 前記現像バイアスに用いる交流の周波数は、前記トナー濃度検出用パッチの濃度検出時、前記感光体に形成された静電潜像における暗電位部にトナーが飛翔することに起因するカブリが認められない周波数としたことを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置における現像方法。
3. 前記トナー濃度検出用パッチの濃度変化は、トナー濃度検出用パッチの最大濃度と最小濃度との差として検出することを特徴とする請求項２に記載した画像形成装置における現像方法。
4. 前記周波数キャリブレーションは、前回画像形成時からの経過時間、所定時間内における現像装置累積駆動時間、前回画像形成時からの現像装置累積駆動時間を参酌して実施することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した画像形成装置における現像方法。
5. 前記周波数キャリブレーションは、画像形成装置設置環境における温度と湿度の変化、画像形成枚数、所定の画像形成枚数内における積算印字率を参酌して実施することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した画像形成装置における現像方法。
6. 電子写真方式で静電潜像が形成される感光体に対面した現像ローラと、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤で形成される磁気ブラシを保持し、該磁気ブラシで前記現像ローラ上にトナー薄層を形成する磁気ローラと、前記現像ローラに直流に交流を重畳した現像バイアスを印加し、現像ローラ上に形成されたトナー薄層からトナーを前記感光体上の静電潜像に飛翔させてトナー画像とする現像バイアス電源と、前記感光体上のトナー画像を１次転写する中間転写体と、該中間転写体上に転写されたトナー濃度検出用パッチの濃度を検出するトナー濃度センサと、該トナー濃度センサからの信号を受け、前記現像バイアス電源を制御してトナー濃度を制御する現像制御部とからなる画像形成装置における現像装置において、
   前記現像制御部は、前記現像ローラ１周分に相当する長さの複数のトナー濃度検出用パッチを前記現像バイアス電源における交流の周波数を変えて形成し、前記トナー濃度センサが検出したトナー濃度検出用パッチの濃度変化が少ない周波数を判別して、該周波数の交流を前記現像バイアスとして現像ローラに印加し、前記現像ローラにおける芯ブレによる濃度変化を少なくするよう制御することを特徴とする画像形成装置における現像装置。

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