JP2009186815A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２成分現像剤を用いた現像装置において、該現像装置の環境、経時に対応して、常に所定レベル以上の現像画像を得ることができる画像形成装置及び画像形成方法を提供する。
【解決手段】感光体ドラム２１を帯電させる帯電装置２２と、感光体ドラム２１に形成された静電潜像を現像する現像装置２４と、現像装置２４に現像バイアス電圧を印加する現像バイアス印加装置２４４と、感光体ドラム２１に形成されたトナー像の画像濃度を検出するトナー画像濃度センサ５０と、現像バイアス印加装置２４４の出力値を制御する制御部２００とを備えた画像形成装置１００において、制御部２００により、前回までの印字ジョブにおける平均原稿印字率に基づき現像バイアス電圧を調整するものとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置及び画像形成方法に係り、特に、２成分現像剤を用いて潜像担持体の表面に形成したトナー像を記録媒体に転写して出力する電子写真方式の画像形成装置及び画像形成方法に関する。

従来の電子写真方式の画像形成装置では、一般的に、潜像担持体（例えば、感光体ドラム）の表面を帯電させ、その帯電域に画像露光して静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置によりトナー像として可視像化（現像）し、該可視像化されたトナー像を記録用紙等の記録材に静電的に転写した後、該記録材に転写されたトナー像を定着装置により該記録材に固着する。

この種の画像形成装置において、トナーと、トナーに電荷を付与するための磁性粒子及びキャリアを含む２成分現像剤を用いて現像を行う場合には、現像剤中のトナー及びキャリアのうちトナーのみを潜像担持体に付着させて消費させる方式が採用されている。
このため、画像形成装置では、現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサの測定結果に基づき、該現像剤のトナー濃度を一定に保つようにトナー濃度制御がなされるのが一般的である。

また、装置の環境、経時に対応して、帯電電位、露光量、現像電位等のプロセス条件を調整し、常に一定の品位の画像が得られるようにすることを、一般的にプロセスコントロール（プロコンもしくはプロセス制御）と呼んでいる。

このプロセスコントロールの従来技術として、画像形成装置において、感光体ドラムの表面電位を計測し、画像データに基づき感光体ドラムに付着するトナー付着量を予測し、実際に感光体ドラムに付着した付着トナー量を計測して、それらの比較結果より像形成条件の一つである帯電量、現像バイアス電圧、露光量、トナー濃度などの少なくとも一つを変更してプロセス条件を調整する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、画像形成装置において、基準トナー画像（以下、「トナーパッチ」という。）の画像濃度の測定値の所定目標値からの偏差と、その測定値が基準濃度領域内にある場合またはその基準濃度領域より低い低濃度領域内にある場合或いはその基準濃度領域より高い高濃度領域内にある場合にそれぞれ対応して設定されている変換係数とに基づいて、現像剤のトナー濃度を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平５−２３０６号公報 特開２００２−１９６５５２号公報

しかしながら、例えば、同じ現像電位が確保された現像条件であっても、前回までの印字ジョブの状況により、現像特性、印字特性が大きく異なる。すなわち、プロセスコントロールの間で低印字ジョブが繰り返されると、ベタ部のガサツキによる画像濃度の低下が発生する。この原因は、トナーの入れ替わりが少ないことによるデベストレスにより、流動性が悪化するからである。逆に、高印字ジョブが連続した場合には、トナー入れ替わりが多いことで、デベ帯電量が低くなり、その結果トナー付着量が多くなり、画像濃度がばらつくことになる。

また、特許文献１では、単にトナー濃度を制御することによりトナー画像濃度が変化することは記載されているが、前回までの印字ジョブに対する考慮は含まれておらず、印字状況によっては大きな画像品質の低下を起こすという問題が生じる。

また、特許文献２では、トナーパッチの画像濃度だけの結果をもとにトナー濃度を制御しているため、そのときの表面電位は不明であり、単に現像濃度を確保するものにとどまり、特許文献１と同様、印字状況によっては大きな画像品質の低下を起こすという問題が生じる。

よって、画像形成装置の環境、経時を考慮しつつ、所定の画質レベルを維持することが望まれている。

本発明は、上記従来の問題点を鑑みてなされたものであって、２成分現像剤を用いた現像装置において、該現像装置の環境、経時に対応して、常に所定レベル以上の高品位な現像画像を得ることができる画像形成装置及び画像形成方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明に係る画像形成装置及び画像形成方法は、次の通りである。
本発明は、潜像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、前記潜像担持体の表面上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像装置と、前記現像装置に現像バイアス電圧を印加する現像バイアス印加手段と、前記潜像担持体の表面に形成されたトナー像の画像濃度を検出する画像濃度センサと、前記現像バイアス印加手段の出力値を制御する制御手段とを備えて、前記潜像担持体に形成されたトナー像を記録媒体に転写して画像を出力する画像形成装置において、前記制御手段により、前回までの印字ジョブにおける平均原稿印字率に基づき現像バイアス電圧を調整することを特徴とするものである。

また、本発明は、潜像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、前記潜像担持体の表面上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像装置と、前記現像装置に現像バイアス電圧を印加する現像バイアス印加手段と、前記現像装置内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、前記潜像担持体の表面に形成されたトナー像の画像濃度を検出する画像濃度センサと、前記現像バイアス印加手段の出力値を制御する制御手段とを備えて、前記潜像担持体に形成されたトナー像を記録媒体に転写して画像を出力する画像形成装置において、前記制御手段により、前回までの印字ジョブにおける平均原稿印字率に基づき現像バイアス電圧を調整することを特徴とするものである。

また、本発明は、前記制御手段により、実効的な現像バイアス電圧と該現像バイアス電圧に対する潜像担持体上のトナー付着量の分布から得られる一次近似直線より求められる値に基づき前記現像装置に印加する現像バイアス電圧を調整することが好ましい。
ここで、実効的な現像バイアス電圧とは、現像バイアス電圧と露光後の潜像担持体の表面電位との電位差である。

また、本発明は、前記平均原稿印字率と潜像担持体上のトナー付着量との関係を示すテーブルを備え、前記制御手段は、前記テーブルに基づき現像バイアス電圧の補正を調整することが好ましい。

また、本発明は、前記潜像担持体の表面電位を検出する表面電位センサを備え、前記制御手段は、前記表面電位センサの測定値が所定の範囲内にあるか否かの判定を行ない、該測定値が前記所定の範囲内にない場合、前記潜像担持体の表面電位を前記所定の範囲内となるよう調整することが好ましい。

また、本発明は、警報を発する報知手段を備え、前記制御手段は、前記表面電位センサの計測値が所定の範囲を超えている場合には、前記報知手段を作動させることがこのましい。

また、本発明は、周囲環境の状態を検出する環境状態検出手段を備え、前記制御手段は、前記環境状態検出手段の測定値の変化に応じて、前記現像バイアス電圧を補正することが好ましい。

また、本発明は、前記現像剤の寿命度合いを計測する寿命計測手段を備え、前記制御手段は、前記寿命計測手段の測定結果に基づく寿命度合いに応じて、前記現像バイアス電圧を補正することが好ましい。

また、本発明は、潜像担持体の表面を帯電させる工程と、前記潜像担持体の表面上に形成された静電潜像をトナー像として現像する工程と、前記現像装置に現像バイアス電圧を印加する工程と、前記現像装置内の現像剤のトナー濃度を検出する工程と、前記潜像担持体の表面に形成されたトナー像の画像濃度を検出する工程と、前記現像バイアス印加手段の出力値を制御する工程とを備えて、前記潜像担持体に形成されたトナー像を記録媒体に転写して画像を出力する画像形成方法であって、前回までの印字ジョブにおける平均原稿印字率を測定する工程と、前記平均原稿印字率に基づき現像バイアス電位を調整する工程と、前記潜像担持体の表面電位を検出する工程と、前記潜像担持体の表面電位の値が所定の範囲内にない場合、前記表面電位を前記所定の範囲内となるように調整する工程と、前記潜像担持体の表面に基準トナー画像を複数形成する工程とを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、潜像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、前記潜像担持体の表面上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像装置と、前記現像装置に現像バイアス電圧を印加する現像バイアス印加手段と、前記潜像担持体の表面に形成されたトナー像の画像濃度を検出する画像濃度センサと、前記現像バイアス印加手段の出力値を制御する制御手段とを備えて、前記潜像担持体に形成されたトナー像を記録媒体に転写して画像を出力する画像形成装置において、前記制御手段により、前回までの平均原稿印字率に基づき現像バイアス電圧を補正して実効的な現像バイアス電圧（｜ＤＶＢ−ＶＬ｜：ここで、ＤＶＢは現像バイアス電圧、ＶＬは露光後の感光体表面電位とする。）を調整することで、印字特性を考慮した現像条件を制御することができるので、現像装置の環境、経時に対応して、常に所定レベル以上の高品位な現像画像（トナー像）を得ることができる。

また、本発明によれば、さらに前記現像装置内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサを備えることで、より高品位な現像画像を得ることができる。

また、本発明によれば、前記制御手段により、実効的な現像バイアス電圧と該現像バイアス電圧に対する潜像担持体上のトナー付着量の分布から得られる一次近似直線より求められる値に基づき前記現像装置に印加する現像バイアス電圧を調整することで、所定のトナー付着量に対して簡単に現像バイアス電圧を補正制御することができる。

また、本発明によれば、前記平均原稿印字率と潜像担持体上のトナー付着量との関係を示すテーブルを備え、前記制御手段は、前記テーブルに基づき現像バイアス電圧の補正を調整することで、現像バイアス電圧の設定値を簡単に調整することができる。

また、本発明によれば、前記潜像担持体の表面電位を検出する表面電位センサを備え、前記制御手段は、前記表面電位センサの測定値が所定の範囲内にあるか否かの判定を行ない、該測定値が前記所定の範囲内にない場合、前記潜像担持体の表面電位を前記所定の範囲内となるよう調整することで、常に一定レベル以上の現像画像を得ることができる。

また、前記表面電位センサにより、静電潜像を形成した後の潜像担持体の表面電位を計測することで、潜像担持体の感度情報も得ることができ、潜像担持体の劣化状況も確認することができる。

また、本発明によれば、警報を発する報知手段を備え、前記制御手段により、前記表面電位センサの計測値、すなわち、表面電位センサによる測定結果に基づく表面電位が、所定の範囲を超えている場合には、前記報知手段を作動させることで、潜像担持体の表面電位に関係する部材、例えば、潜像担持体、表面電位センサ等の異常を使用者に報知することができる。

また、本発明によれば、周囲環境の状態を検出する環境状態検出手段を備え、環境状態検出手段により環境状態に関して計測し、例えば、トナー濃度センサの感度を調整することで、周囲環境の影響を補正し、正確にトナー像の画像濃度を検出することができる。従って、前記制御手段により、前記環境状態検出手段の測定値の変化に応じて、前記現像バイアス電圧を補正することで、適切なトナー濃度の制御を行なうことができる。

また、本発明によれば、前記現像剤の寿命度合いを計測する寿命計測手段を備え、寿命計測手段により現像剤の寿命度合いに関して計測し、例えば、トナー濃度センサの感度を調整することで、より正確にトナー像の画像濃度を検出することができる。従って、前記制御手段により、前記寿命計測手段の測定結果に基づく寿命度合いに応じて、前記現像バイアス電圧を補正することで、適切なトナー濃度の制御を行なうことができる。
なお、本発明において、「寿命度合い」は、初期状態から寿命に至る使用状況のことであり、例えば、使用期間を挙げることができる。

また、潜像担持体の表面を帯電させる工程と、前記潜像担持体の表面上に形成された静電潜像をトナー像として現像する工程と、前記現像装置に現像バイアス電圧を印加する工程と、前記現像装置内の現像剤のトナー濃度を検出する工程と、前記潜像担持体の表面に形成されたトナー像の画像濃度を検出する工程と、前記現像バイアス印加手段の出力値を制御する工程とを備えて、前記潜像担持体に形成されたトナー像を記録媒体に転写して画像を出力する画像形成方法であって、前回までの印字ジョブにおける平均原稿印字率を測定する工程と、前記平均原稿印字率に基づき現像バイアス電位を調整する工程と、前記潜像担持体の表面電位を検出する工程と、前記潜像担持体の表面電位の値が所定の範囲内にない場合、前記表面電位を前記所定の範囲内となるように調整する工程と、前記潜像担持体の表面に基準トナー画像を複数形成する工程とを備えることで、印字特性を考慮した現像条件を制御することができるので、現像装置の環境、経時に対応して、常に所定レベル以上の高品位な現像画像を得ることができる。

以下、本発明に係る一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。

本実施形態に係る画像形成装置１００は、図１に示すように、電子写真方式の画像形成プロセスによって画像を形成するものであって、感光体ドラム（潜像担持体）２１の表面を帯電させる帯電装置（帯電手段）２２と、感光体ドラム２１上に静電潜像を形成するための光書込みユニット（露光装置）２３と、感光体ドラム２１の表面上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像装置２４と、現像装置２４に現像バイアス電圧を印加する現像バイアス印加装置（現像バイアス印加手段）２４４（図２を参照）と、現像バイアス印加装置２４４の出力値を制御する制御部（制御手段）２００と、を備えて、感光体ドラム２１に形成されたトナー像を転写用のシート（記録媒体）に転写して画像を出力する画像形成装置において、制御部２００により、前回までの印字ジョブにおける平均原稿印字率に基づき現像バイアス印加装置２４４による現像バイアス電圧を調整することで、良好なトナー像を得るようにしたことを特徴とするものである。

まず、本実施形態に係る画像形成装置１００の全体構成について説明する。
画像形成装置１００は、原稿から読取って画像データを取得したり、或いは、外部から受信して画像データを取得し、この画像データによって示されるモノクロ画像をシート上に形成するものであり、その構成を大別すると、図１に示すように、原稿搬送部（ＡＤＦ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｆｅｅｄｅｒ）１０１、画像読取り部１０２、画像形成部１０３、シート搬送部１０４及び給紙部１０５からなっている。

原稿搬送部１０１は、少なくとも１枚の原稿が原稿セットトレイ１１にセットされると、原稿を１枚ずつ原稿セットトレイ１１から引き出して搬送し、該原稿を画像読取り部１０２に導いて通過させ、該原稿を排紙トレイ１２に排出するようになっている。

画像読取り部１０２は、原稿搬送部１０１からの原稿画像を読取り、該原稿画像に対応する画像データを、マイクロコンピュータ等を含む制御部２００へ送信するようになっている。画像読取り部１０２から制御部２００へ送信された画像データは、該制御部２００で各種の画像処理を施してから、画像形成部１０３に出力されるようになっている。

画像形成部１０３は、感光体ドラム２１と、帯電装置２２と、光書込みユニット２３と、現像装置２４と、感光体ドラム２１上のトナー像を記録用紙等の転写シートに転写するための転写ユニット２５と、シート上の転写画像を該シートに定着するための定着ユニット（定着装置）２７と、転写ユニット２５によって転写されずに感光体ドラム２１表面に残った残留トナーを除去するためのクリーニングユニット２６と、感光体ドラム２１表面に残った残留電荷を除電するための除電装置（不図示）とを備えている。

感光体ドラム２１は、円筒形状を呈し、その表面が所定方向（本実施形態では図中矢印Ａ方向）に回転してクリーニングユニット２６によりクリーニングされ、該クリーニングされた表面を帯電装置２２により均一に帯電される。本実施形態では、高速画像形成処理を実現するために、感光体ドラム２１の周速度は、例えば、５４０ｍｍ／ｓｅｃとする。

帯電装置２２は、例えば、本実施形態では、グリッド電極を有するスコロトロン型帯電器を用いるものとする。詳しくは、帯電装置２２は、チャージャー型のものであって、コロナワイヤと感光体ドラム２１との間にグリッド電極が設けられており、制御部２００の指示の下、グリッド電圧を調整して感光体ドラム２１上の表面電位を調整できるようになっている。

露光装置として機能する光書込みユニット２３は、レーザ光源であるレーザ照射部２８、及びミラー群２９を備えるレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）である。この光書込みユニット２３は、制御部２００からの画像データを入力として、この画像データに応じたレーザ光をレーザ照射部２８から出射し、このレーザ光を、ミラー群２９を介して感光体ドラム２１に照射して、均一に帯電された感光体ドラム２１表面を露光し、感光体ドラム２１表面に静電潜像を形成するようになっている。なお、レーザ照射部２８は、制御部２００の指示の下、感光体ドラム２１上の表面へのレーザ光の光量及び照射径を調整できるようになっている。

現像装置２４は、トナーを感光体ドラム２１表面に供給して、感光体ドラム２１上に形成された静電潜像をトナー像として可視像化（現像）するものである。

転写ユニット２５は、感光体ドラム２１表面に形成されたトナー像をシート搬送部１０４により搬送されてきたシートに転写するようになっている。詳しくは、転写ユニット２５は、弾性導電性ローラ３４を有している。

弾性導電性ローラ３４は、シート搬送部１０４から搬送されてくるシートを感光体ドラム２１表面に押し付けるようになっている。また、弾性導電性ローラ３４には、感光体ドラム２１表面のトナー像の電荷とは逆極性の電界が印加され、この逆極性の電界により感光体ドラム２１表面のトナー像がシート上に転写される。例えば、トナー像が（−）極性の電荷を有する場合は、弾性導電性ローラ３４に印加さる電界の極性が（＋）極性にされる。

クリーニングユニット２６は、現像、転写後に感光体ドラム２１の表面に残留したトナーを除去して回収するようになっている。

定着ユニット２７は、転写ユニット２５にてトナー像が転写されたシートを加熱及び加圧して、該シート上のトナー像を定着させるようになっている。
詳しくは、定着ユニット２７は、一対の定着ローラ（本実施形態では加熱ローラ３５及び加圧ローラ３６）を備えている。加熱ローラ３５内部には、該加熱ローラ３５表面を所定温度（定着温度：概ね１６０〜２００℃）に設定するための熱源（不図示）が設けられている。また、加熱ローラ３５に対して加圧ローラ３６が所定圧で圧接されるように、加圧ローラ３６の両端に加圧部材（不図示）が配置されている。

かかる構成を備えた定着ユニット２７は、加熱ローラ３５と加圧ローラ３６間の圧接部（定着ニップ部と称される）にシートが搬送されてくると、加熱ローラ３５及び加圧ローラ３６によりシートが搬送されつつ、シート上の未定着トナー像が加熱溶融及び加圧されてシート上に定着されるようになっている。

シート搬送部１０４は、給紙部１０５からのシートを搬送するための複数対の搬送ローラ４１、一対のレジストローラ４２、搬送経路４３を備えている。

給紙部１０５は、複数の給紙トレイ５１を備えている。各給紙トレイ５１は、シートを蓄積しておくためのものであり、画像形成装置１００の下方に設けられている。また、各給紙トレイ５１は、シートを一枚ずつ引き出すためのピックアップローラ（図示省略）を備えており、該ピックアップローラにて引き出したシートをシート搬送部１０４の搬送経路４３へと送り出すようになっている。画像形成装置１００は、例えば、高速画像形成処理を目的としている場合、各給紙トレイ５１に、定型サイズのシートを５００〜１５００枚収納可能な容積を確保している。

搬送経路４３は、給紙部１０５から受け取ったシートを、レジストローラ４２により、回転する感光体ドラム２１上のトナー像と同期をとって、転写ユニット２５へ搬送し、さらに定着ユニット２７へと搬送するようになっている。また、定着ユニット２７にて定着されたシートは、シート搬送部１０４により排紙トレイ４７へとさらに搬送されて排出されるようになっている。

次に、本実施形態の画像形成装置１００の特徴的な構成について詳細に説明する。
画像形成装置１００には、上述した構成に加えて、図１に示すように、表面電位センサ４０及びトナー画像濃度センサ５０が設けられている。

表面電位センサ４０は、感光体ドラム２１上の表面電位を検出するものである。この表面電位センサ４０は、感光体ドラム２１周囲の何れの位置に配設されていてもよい。本実施形態では、表面電位センサ４０は、図１に示すように、感光体ドラム２１の回転方向（矢印Ａ方向）において、転写ユニット２５よりも下流側で、且つクリーニングユニット２６よりも上流側に配設されている。

トナー画像濃度センサ５０は、感光体ドラム２１上に形成されたトナー像の画像濃度を検出するものである。このトナー画像濃度センサ５０は、感光体ドラム２１周囲の何れの位置に配設されていてもよい。本実施形態では、トナー画像濃度センサ５０は、図１に示すように、感光体ドラム２１の回転方向（矢印Ａ方向）において、現像装置２４よりも下流側且つ転写ユニット２５よりも上流側に配設されている。

なお、表面電位センサ４０及びトナー画像濃度センサ５０は、何れも従来の画像形成装置に使用されているものと同様のものを用いることができる。従って、これら部材のさらに詳しい構成については説明を省略する。

さらに、画像形成装置１００には、周囲環境の状態を検出する環境状態検出手段として、例えば、温度を検出する温度センサ６０及び湿度を検出する湿度センサ７０が設けられている。

温度センサ６０及び湿度センサ７０は、画像形成装置１００内の何れの位置に配設されていてもよい。本実施形態では、図１に示すように、温度センサ６０及び湿度センサ７０は、トナー画像濃度センサ５０の近傍に配設されている。

次に、画像形成装置１００の特徴的な電気的制御についてブロック図に基づき詳細に説明する。
図２は本実施形態に係る画像形成装置の制御部を中心に示す制御系のブロック図である。

制御部２００は、図２に示すように、中央演算処理装置、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１と、記憶部２０２と、画像形成回数又は当該画像形成装置１００の駆動時間等をカウントする計数装置８０と、原稿印字率測定部８１とを備えている。

制御部２００は、ＣＰＵ２０１によって、各種制御プログラムを記憶部２０２から読み出し、該読み出した制御プログラムを実行することで、画像形成プロセス制御を行うように構成されている。

記憶部２０２は、各種制御プログラムや必要な関数を記憶しており、読み出し専用メモリ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びデータの読み書きを行なうことのできるメモリ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を含んでいる。

制御部２００の入力系には、表面電位センサ４０，トナー画像濃度センサ５０，温度センサ６０，湿度センサ７０，原稿印字率測定部８１，トナー濃度センサ２４３が接続され、出力系には、帯電装置２２，レーザ照射部２８，トナー補給装置３０，現像バイアス印加装置２４４，現像バイアス調整装置２４５が接続されている。

詳しくは、表面電位センサ４０，トナー画像濃度センサ５０，温度センサ６０，湿度センサ７０，原稿印字率測定部８１，トナー濃度センサ２４３は、それぞれのセンサ出力値が制御部２００へ送信されるように制御部２００の入力系に電気的に接続されている。

帯電装置２２は、グリッド電圧調整用の作動信号が制御部２００から受信されるように制御部２００の出力系に電気的に接続されている。

レーザ照射部２８は、レーザ光の光量調整用の作動信号及び照射径調整用の作動信号が制御部２００から受信されるように制御部２００の出力系に電気的に接続されている。

トナー補給装置３０は、作動信号が制御部２００から受信されるように制御部２００の出力系に電気的に接続されている。

現像バイアス印加装置２４４は、直流電圧に交流電圧を重畳させた現像バイアス電圧を調整する作動信号が制御部２００から受信されるように、制御部２００の出力系に電気的に接続されている。

現像バイアス調整装置２４５は、原稿印字率測定部８１を有する制御部２００によって現像バイアス電圧を制御するため、前回までの平均原稿印字率の測定結果に基づき定期的に現像バイアス電圧の補正制御を行う作動信号が制御部２００から受信されるように制御部２００の出力系に電気的に接続されている。
尚、従来の画像形成装置では、設定された現像バイアス電圧を各プロセスコントロールの間では変更することはない。

次に、画像形成装置１００の特徴的な制御部２００の構成について図面を参照して詳細に説明する。
図３は本実施形態に係る画像形成装置の制御部の構成を示す説明図、図４は前記画像形成装置における平均原稿印字率と感光体ドラム上のトナー付着量との関係を示すテーブルである。

制御部２００は、図３に示すように、帯電手段２１１、表面電位測定手段２１２、表面電位調整手段２１３、トナー濃度検出手段２１４、基準トナー画像形成手段２１５、トナー画像濃度測定手段２１６、傾き算出手段２１７、原稿印字率測定手段２１８、現像バイアス調整手段２１９、環境測定手段２２１、センサ出力変更手段２２２、画像形成回数測定手段２２３並びにこれらを制御する制御手段２１０等の各モジュールを備えている。そして、制御部２００において各種制御プログラムを作動させることにより、それらのモジュールを機能させることができる。

また、制御部２００は、図４に示すように、印字ジョブにおける平均原稿印字率と感光体ドラム２１上のトナー付着量との関係を示すテーブルを備えている。
このテーブルは、平均原稿印字率を３％未満、３％以上２０％未満、２０％以上５０％未満、５０％以上の範囲に区分して、それぞれの範囲における平均原稿印字率に対応するトナー付着量目標の値を予め設定したものである。

帯電手段２１１は、トナー濃度制御を行うにあたり、表面がクリーニングされると共に除電された感光体ドラム２１の該表面を帯電するようになっている。詳しくは、帯電手段２１１は、帯電装置２２にて感光体ドラム２１の表面を一様に帯電するようになっている。

表面電位測定手段２１２は、感光体ドラム２１上のレーザ照射前の表面電位Ｖ０を表面電位センサ４０にて測定するようになっている。詳しくは、表面電位測定手段２１２は、感光体ドラム２１上に一様に帯電した表面電位Ｖ０を表面電位センサ４０にて測定させ、その測定結果を制御部２００の制御手段２１０に送信するようになっている。

表面電位調整手段２１３は、表面電位センサ４０による測定結果に基づく表面電位Ｖ０が、所定の範囲内にあるか否かの電位判定を行い、該電位判定の結果、前記所定範囲を超えていると判断した場合には、該表面電位を前記所定範囲内に入るように調整するようになっている。

詳しくは、まず、表面電位調整手段２１３は、レーザ照射部２８をＯＦＦ状態で、表面電位Ｖ０が所定の範囲内にあるか否かの判定を行い、該所定範囲を超えた場合には、該所定範囲に入るように帯電装置２２のグリッド電圧を調整するようになっている。

トナー濃度検出手段２１４は、現像剤のトナー濃度の検出を行なうものであるが、本発明においては必須のものではなく、制御項目の一つとして用いている。
基準トナー画像形成手段２１５は、前記電位判定の結果、前記所定範囲内にあると判断した場合には、感光体ドラム２１上に現像バイアス電圧を変更することにより、複数のトナーパッチを所定の時間（例えば２秒）ごとに形成するようになっている。

詳しくは、基準トナー画像形成手段２１５は、感光体ドラム２１上にレーザ照射部２８により所定強度の光を照射して、トナーパッチ用静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記トナーパッチ用静電潜像を異なる現像バイアス電圧で現像して複数のトナーパッチを形成する潜像現像手段と、を含んでいる。なお、このトナーパッチは、ここでは、例えば、全面高濃度画像（いわゆるベタ画像）であるとする。

トナー画像濃度測定手段２１６は、感光体ドラム２１上に形成された複数のトナーパッチの画像濃度をトナー画像濃度センサ５０にて測定するようになっている。

詳しくは、トナー画像濃度測定手段２１６は、前記潜像現像手段にて感光体ドラム２１上に形成された複数のトナーパッチの画像濃度をトナー画像濃度センサ５０にて測定し、その測定結果を制御部２００の制御手段２１０に送信するようになっている。

傾き算出手段２１７は、現像バイアス電位に対するトナー画像濃度センサ５０による測定結果（トナー付着量）をプロットし、そのグラフより傾きを算出する。算出に際しては、例えば一次近似直線を用いる。

原稿印字率測定手段２１８は、前回までのプロセスコントロール間における原稿印字率を測定するものである。例えば、平均印字率が２％であれば、通常設定の原稿印字率よりも少ないトナー消費となっている。従って、そのような印字率ではベタ部のガサツキによる画像濃度の低下が発生することになる。

現像バイアス調整手段２１９は、原稿印字率測定手段２１８の結果に基づき、現像バイアス電圧を補正制御する。なお、原稿印字率と現像バイアス電圧との換算テーブル又は換算式は、記憶部２０２に予め記憶されているため、ＣＰＵ２０１は、該換算テーブル又は換算式を参照し、対応する現像バイアス電圧になるように制御する。

従って、現像バイアス電位に対するトナー画像濃度センサ５０の測定結果（感光体上のトナー付着量）をプロットしたグラフの関係テーブルを保持、管理することにより、簡単に現像バイアス電圧の設定値を変更することができる。

そして、制御部２００は、現像剤に対する現像バイアス制御の終了後に、画像形成動作を可能状態にする。

また、原稿印字率測定手段２１８により、所定の範囲内にあると判断した場合には、特に現像バイアス電圧の制御は行わない。

よって、本実施形態の画像形成装置１００によれば、所定の現像電位を確保し、常に一定レベル以上の現像画像を得ることができる。

なお、本実施形態に例示した画像形成装置１００は、感光体ドラム２１の周速度が５４０ｍｍ／ｓｅｃと高速であり、本発明は、特に、このように画像形成プロセス速度が速い画像形成装置に有効である。これは、現像装置２４も高速で回転するため、現像剤に対するストレスのかかり方が大きくなるからである。

次に、制御部２００による現像剤に対する現像バイアス電圧を制御するための処理をフローチャートに沿って詳細に説明する。
図５は本実施形態の画像形成装置における現像剤の現像バイアス制御を行うための処理の流れの一例を示すフローチャート、図６は前記画像形成装置における実効現像バイアス電圧と感光体ドラム上のトナー付着量との関係を示すグラフである。

画像形成装置１００において現像バイアス電圧の制御を行う場合は、図５に示すように、先ず、制御手段２１０によりプロセスコントロールの必要時期かどうかが判断される（ステップＳ１）。

ステップＳ１において、プロセスコントロール実施時期でないと判断された場合は、何も実施されない。一方、プロセスコントロール実施時期であると判断された場合は、帯電手段２１１により帯電装置２２にて感光体ドラム２１の表面を帯電させる（ステップＳ２）。

そして、その時の感光体ドラム２１の表面電位Ｖ０を表面電位測定手段２１２により表面電位センサ４０にて測定し（ステップＳ３）、表面電位調整手段２１３によりその測定値が所定の範囲内に入っているか否かを判断する（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、測定値が所定の範囲内に入っていないと判断された場合は、表面電位調整手段２１３により表面電位調整を繰り返す（ステップＳ５）。一方、測定値が所定の範囲内に入っている場合は、レーザ照射部２８により感光体ドラム２１表面を露光する（ステップＳ６）。その時の感光体ドラム２１の表面電位ＶＬを表面電位測定手段２１２により表面電位センサ４０にて測定する（ステップＳ７）。

前回のプロセスコントロール間におけるジョブの平均原稿印字率を原稿印字率測定部８１により測定する（ステップＳ８）。そして、その平均原稿印字率に対応する目標トナー付着量（感光体ドラム２１表面に付着するトナー付着量）を、記憶部２０２に記憶された印字率に対応した目標トナー付着量を規定したテーブルより確認する（ステップＳ９）。

その結果、例えば、原稿印字率と現像バイアス電圧との換算テーブル又は図６に示す実効現像バイアス電圧と感光体ドラム上のトナー付着量との関係から得られる換算式に基づき、所定の原稿印字率（デフォルトは３％以上２０％未満）に対応する実効現像バイアス電圧（｜ＤＶＢ−ＶＬ｜）が求められ、その値に対応するように現像バイアス電圧を決定する（ステップＳ１０）。従って、状況によっては、現像バイアス電圧は変更されないこともある。その後、変更した現像バイアス電圧でそれ以降のプロセスコントロールを実施する（ステップＳ１１）。

即ち、制御手段２１０は、記憶部２０２に記憶させている現像バイアス電圧の値を読み出し、現像バイアス電圧を変更させる制御信号とともに現像バイアス調整手段２１９に出力し、現像バイアス調整手段２１９は、現像バイアス調整装置２４５を動作させる。

以上のように構成したので、本実施形態によれば、画像形成装置１００を構成する特徴的な制御部２００により前回までの印字ジョブにおける平均原稿印字率に基づき現像バイアス電圧を調整することができるので、印字特性を考慮した現像条件を制御することができ、現像装置の環境、経時等に対応して、常に所定レベル以上の高品位な現像画像（トナー像）を得ることができる。

また、本実施形態では、画像形成装置１００は、図２に示すように、周囲環境の状態を検出する環境状態検出手段として、温度を検出する温度センサ６０及び湿度を検出する湿度センサ７０を備え、図３に示すように、制御部２００におけるモジュールとして、環境測定手段２２１と、センサ出力変更手段２２２とを備えている。

環境測定手段２２１は、温度センサ６０及び／又は湿度センサ７０にて周囲の温度及び／又は湿度を測定するものである。センサ出力変更手段２２２は、該環境測定手段２２１の測定結果に基づく温度及び／又は湿度（ここでは温度及び湿度）の変化に応じて、トナー濃度センサ２４３のセンサ出力値の中心値を変更するものである。

具体的には、画像形成装置１００において、周囲環境が変化することで現像剤のかさ密度が変化するため、例えば、常温常湿（Ｎ／Ｎで示す）でトナー濃度センサ２４３のセンサ出力値の中心値を２．１０Ｖ（トナー付着量０．５２５ｍｇ／ｃｍ^２）とした場合、高温高湿（Ｈ／Ｈで示す）では、例えば、センサ出力値の中心値を２．２０Ｖ（トナー付着量０．５５０ｍｇ／ｃｍ^２）とする等センサの出力値を上げればよい。一方、低温低湿（Ｌ／Ｌと示す）では、例えば、センサ出力値の中心値を２．００Ｖ（トナー付着量０．５００ｍｇ／ｃｍ^２）として、センサの出力値を下げればよい。尚、本実施形態では、トナー濃度センサ２４３として、拡散反射型光ダイオードＧＰ２ＴＣ１Ｊ０００Ｆ（シャープ株式会社製）を使用したときの数値を例示している。

また、低温は５℃〜１０℃程度、常温は２０℃〜２５℃程度、高温は３０℃〜３５℃程度を例示できる。また、低湿は２０％〜４０％程度、常湿は５０％〜６５％程度、高湿は７０％〜９０％程度を例示できる。

以上のように構成したので、本実施形態によれば、現像剤の環境状態の変化に応じて、現像バイアス電圧を変更することで、周囲環境の影響を補正し、よりきれいな画像レベルを維持することができる。

また、本実施形態では、画像形成装置１００は、上述した環境状態検出手段に代えて、又は加えて、図２に示すように、制御部２００に現像剤の寿命度合いを計測する寿命計測手段として計数装置８０を備えている。計数装置８０は、例えば、画像形成回数や当該画像形成装置の駆動時間等をカウントする。尚、「寿命度合い」は、初期状態から寿命に至る使用状況のことであり、例えば、使用期間を挙げることができる。

また、画像形成装置１００は、図３に示すように、制御部２００のモジュールとして、画像形成回数測定手段２２３と、センサ出力変更手段２２２とを備えている。画像形成回数測定手段２２３は、計数装置８０にて現像剤の寿命度合いを測定するものである。センサ出力変更手段２２２は、該画像形成回数測定手段２２３の測定結果に基づく寿命度合い（ここではカウント数）に応じて、トナー濃度センサ２４３のセンサ出力値の中心値を変更するものである。

具体的には、画像形成装置１００において、現像剤の寿命度合いが変化することで現像剤のかさ密度や流動性が変化するため、例えば、初期でトナー濃度センサ２４３のセンサ出力値の中心値を２．２０Ｖ（トナー付着量０．５５０ｍｇ／ｃｍ^２）とした場合、５万カウントでセンサ出力値の中心値を２．１０Ｖ（トナー付着量０．５２５ｍｇ／ｃｍ^２）とし、１０万カウントでセンサ出力値の中心値を２．０Ｖ（トナー付着量０．５００ｍｇ／ｃｍ^２）等とすればよい。

以上のように構成したので、本実施形態によれば、現像剤の寿命度合いに応じて、現像バイアス電圧を変更することで、よりきれいな画像レベルを維持することができる。

ところで、トナー補給直後は現像剤のトナー帯電性が不安定となるため、本実施形態において、現像剤のトナー濃度制御は、トナー補給直後は行わないようにした方がよい。

また、本実施形態においては、感光体ドラム２１の表面電位の計測値が予め設定された所定の範囲に入ることが前提としているが、これが確保できない場合には、感光体ドラム２１や表面電位センサ４０にトラブルが発生したことも想定される。

そこで、本実施形態の変形例として、例えば、表面電位センサ４０による測定結果に基づく測定電位が、所定の範囲を超えている場合には、警報を発するようにしてもよい。

警報を行う態様としては、画像形成装置１００に設けられた操作部の表示部（不図示）上に警告表示等を行う警報装置（不図示）を備え、制御部２００が前記表面電位センサ４０による測定結果に基づく測定電位が前記所定範囲を超えているか否かを判定し、該判定の結果、測定値が所定の範囲を超え、且つ電位調整後であると判断した場合には、警報装置に対して警報信号を発する態様を例示できる。

以上のように構成したので、本実施形態によれば、画像形成装置１００に表面電位の測定値が所定範囲を超えた場合に警報を発する構成とすることで、前記表面電位に関係する部材（例えば、潜像担持体や表面電位センサ等）の異常を使用者に報知することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した例に限定されないことは言うまでもなく、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態では、本発明に係る現像バイアス制御について、モノクロ画像形成を行う画像形成装置に適用したが、カラー画像形成を行う画像形成装置にも同様に適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 前記画像形成装置の制御部を中心に示す制御系の概略ブロック図である。 前記画像形成装置の制御部の構成を示す説明図である。 前記画像形成装置における平均原稿印字率と感光体ドラム上のトナー付着量との関係を示すテーブルである。 前記画像形成装置における現像剤の現像バイアス制御を行うための処理の流れの一例を示すフローチャートである。 前記画像形成装置における実効現像バイアス電圧と感光体ドラム上のトナー付着量との関係を示すグラフである。

符号の説明

２１ 感光体ドラム（潜像担持体）
２２ 帯電装置（帯電手段）
２３ 光書込みユニット（露光装置）
２４ 現像装置
２８ レーザ照射部
３０ トナー補給装置
４０ 表面電位センサ
５０ トナー画像濃度センサ（画像濃度センサ）
６０ 温度センサ（環境状態検出手段）
７０ 湿度センサ（環境状態検出手段）
８０ 計数装置（寿命計測手段）
８１ 原稿印字率測定部
１００ 画像形成装置
１０１ 原稿搬送部
１０３ 画像形成部
２００ 制御部（制御手段）
２０１ ＣＰＵ
２０２ 記憶部
２１０ 制御手段
２１１ 帯電手段
２１２ 表面電位測定手段
２１３ 表面電位調整手段
２１４ トナー濃度検出手段
２１５ 基準トナー画像形成手段
２１６ トナー画像濃度測定手段
２１７ 傾き算出手段
２１８ 原稿印字率測定手段
２１９ 現像バイアス調整手段
２２１ 環境測定手段
２２２ センサ出力変更手段
２２３ 画像形成回数測定手段
２４３ トナー濃度センサ
２４４ 現像バイアス印加装置（現像バイアス印加手段）
２４５ 現像バイアス調整装置

Claims (9)

1. 潜像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、前記潜像担持体の表面上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像装置と、前記現像装置に現像バイアス電圧を印加する現像バイアス印加手段と、前記潜像担持体の表面に形成されたトナー像の画像濃度を検出する画像濃度センサと、前記現像バイアス印加手段の出力値を制御する制御手段とを備えて、前記潜像担持体に形成されたトナー像を記録媒体に転写して画像を出力する画像形成装置において、
   前記制御手段は、前回までの印字ジョブにおける平均原稿印字率に基づき現像バイアス電圧を調整することを特徴とする画像形成装置。
2. 潜像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、前記潜像担持体の表面上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像装置と、前記現像装置に現像バイアス電圧を印加する現像バイアス印加手段と、前記現像装置内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、前記潜像担持体の表面に形成されたトナー像の画像濃度を検出する画像濃度センサと、前記現像バイアス印加手段の出力値を制御する制御手段とを備えて、前記潜像担持体に形成されたトナー像を記録媒体に転写して画像を出力する画像形成装置において、
   前記制御手段は、前回までの印字ジョブにおける平均原稿印字率に基づき現像バイアス電圧を調整することを特徴とする画像形成装置。
3. 前記制御手段は、実効的な現像バイアス電圧と該現像バイアス電圧に対する潜像担持体上のトナー付着量の分布から得られる一次近似直線より求められる値に基づき前記現像装置に印加する現像バイアス電圧を調整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. 前記平均原稿印字率と潜像担持体上のトナー付着量との関係を示すテーブルを備え、
   前記制御手段は、前記テーブルに基づき現像バイアス電圧の補正を調整することを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記潜像担持体の表面電位を検出する表面電位センサを備え、
   前記制御手段は、前記表面電位センサの測定値が所定の範囲内にあるか否かの判定を行ない、該測定値が前記所定の範囲内にない場合、前記潜像担持体の表面電位を前記所定の範囲内となるよう調整することを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか一項に記載の画像形成装置。
6. 警報を発する報知手段を備え、
   前記制御手段は、前記表面電位センサの計測値が所定の範囲を超えている場合には、前記報知手段を作動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. 周囲環境の状態を検出する環境状態検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記環境状態検出手段の測定値の変化に応じて、前記現像バイアス電圧を補正することを特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか一項に記載の画像形成装置。
8. 前記現像剤の寿命度合いを計測する寿命計測手段を備え、
   前記制御手段は、前記寿命計測手段の測定結果に基づく寿命度合いに応じて、前記現像バイアス電圧を補正することを特徴とする請求項１乃至７のうちの何れか一項に記載の画像形成装置。
9. 潜像担持体の表面を帯電させる工程と、前記潜像担持体の表面上に形成された静電潜像をトナー像として現像する工程と、前記現像装置に現像バイアス電圧を印加する工程と、
   前記現像装置内の現像剤のトナー濃度を検出する工程と、前記潜像担持体の表面に形成されたトナー像の画像濃度を検出する工程と、前記現像バイアス印加手段の出力値を制御する工程とを備えて、前記潜像担持体に形成されたトナー像を記録媒体に転写して画像を出力する画像形成方法であって、
   前回までの印字ジョブにおける平均原稿印字率を測定する工程と、
   前記平均原稿印字率に基づき現像バイアス電位を調整する工程と、
   前記潜像担持体の表面電位を検出する工程と、
   前記潜像担持体の表面電位の値が所定の範囲内にない場合、前記表面電位を前記所定の範囲内となるように調整する工程と、
   前記潜像担持体の表面に基準トナー画像を複数形成する工程と、
   を備えることを特徴とする画像形成方法。

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