JP2009192906A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー層電位差と現像コントラスト電位差との比率に基づいて現像条件を変更し、高画質化を実現すること。
【解決手段】現像電源Ｅを制御する制御部は、現像部４Ｙにおけるトナー層電位差Ａと現像コントラスト電位差Ｂに基づいて、現像電源Ｅによる電圧の印加を制御する。これにより、掃き寄せが発生せず、高画質の画像を形成することが出来る。
【選択図】図２

Description

本発明は、トナーによりシート上に画像を形成する画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、感光体（像担持体）に静電潜像を形成して現像部内のトナーにより顕像化し、シート上に画像を形成するものである。

近年、電子写真方式の画像形成装置は高画質化が要求されており、高画質化を達成するためには、感光体に形成された静電潜像をトナーにより忠実に再現する必要がある。この点に関して従来より各種の技術が提案されている。例えば、特許文献１に記載の技術は、転写前のトナーの帯電量を測定し、その測定結果に基づいて現像条件を制御するというものであり、特許文献２に記載の技術は、検出した現像電流の電流値からトナーの帯電量を算出し、その算出結果から適正な現像バイアスに補正するというものである。
特開平１０−１９８１５９号公報 特開２００５−２０８１４７号公報

しかし、上記従来技術では、感光体に形成された静電潜像をトナーにより忠実に再現する点で不十分である。この点を図１１を用いて詳しく説明する。

図１１は感光体に形成された所定の静電潜像パターンの電位等を示す説明図である。

図１１におけるＶｉは、感光体に形成された所定の静電潜像パターンの電位（感光体上の露光後の電位）であり、Ｖｔは所定の静電潜像パターンに対してトナーにより顕像化した後のトナー層電位であり、Ｖｄｃは、所定の静電潜像パターンをトナーにより顕像化する際に現像部に印加されるＤＣバイアス値である。なお、以下、Ｖｔ−Ｖｉを、トナー層電位差Ａといい、Ｖｄｃ−Ｖｉを現像コントラスト電位差Ｂという。

現像部におけるトナーは、現像コントラスト電位差Ｂによって感光体へ移動し、感光体上に付着するわけであるが、トナーにより顕像化された後のトナー層電位差Ａと現像コントラスト電位差Ｂに大きな差があると、感光体に付着したトナー像のエッジ部分で回り込み電界が生じることが分かった。その結果、エッジ部分でトナーによる現像が集中してしまい、エッジ部分の濃度が高くなるという画質欠陥が生じる可能性が高い（この画質欠陥を「掃き寄せ」という）。つまり、この掃き寄せの問題により、感光体に形成された静電潜像に対してトナーにより忠実に再現されないことが分かった。

特許文献１や特許文献２のようにトナーの帯電量に基づいて現像条件を制御する技術は、トナー層電位差Ａと現像コントラスト電位差Ｂとの差を把握して現像条件を制御しているわけではないので、掃き寄せという問題に対して十分な効果ではなかった。特に図１１に示すＶｉは、画像形成装置が設置された環境や画像形成装置の使用経過によって大きく異なる。例えば使用される環境や条件によって現像コントラスト電位差Ｂに対して１０〜２０％もの変動が発生する。このことからＶｉを考慮して現像条件を制御しないと、高画質化は望めない。

そこで、本発明の目的は、トナー層電位差と現像コントラスト電位差との比率に基づいて現像条件を変更し、高画質化を実現する画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、
像担持体と、
像担持体上に形成された静電潜像をトナーにより顕像化する現像部と、
当該現像部に電圧を印加する電源部と、
像担持体上に形成された所定の静電潜像パターンの電位を測定する電位測定部と、
前記所定の静電潜像パターンをトナーにより顕像化した後のトナー層電位を取得するトナー層電位取得部と、
前記電源部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、トナー層電位差Ａと現像コントラスト電位差Ｂに基づいて、前記電源部による電圧の印加を制御することを特徴とするものである。

本発明に係る画像形成装置によれば、トナー層電位差と現像コントラスト電位差との比率に基づいて周波数等の現像条件を変更し、高画質化を実現することが出来る。

〈画像形成装置の概要〉図１は本発明に係る画像形成装置の概略図である。

画像形成装置Ａは画像形成ユニットを横方向に配列した構成となっている。

画像形成装置Ａは、タンデム型画像形成装置と称せられるもので、画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、ベルト状の中間転写体７と、図示しない給紙搬送装置と、定着装置から構成されている。

画像形成装置Ａは、中間転写体７を水平に配設し、複数組の画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋを横方向に並べて配設している。

イエロー色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｙは、感光体（像担持体）１Ｙの周囲に配置された帯電部２Ｙ、露光部３Ｙ、現像部４Ｙ、転写部５Ｙ、及びクリーニング部６Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｍは、感光体１Ｍ、帯電部２Ｍ、露光部３Ｍ、現像部４Ｍ、転写部５Ｍ、及びクリーニング部６Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｃは、感光体１Ｃ、帯電部２Ｃ、露光部３Ｃ、現像部４Ｃ、転写部５Ｃ、及びクリーニング部６Ｃを有する。黒色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｋは、感光体１Ｋ、帯電部２Ｋ、露光部３Ｋ、現像部４Ｋ、転写部５Ｋ、及びクリーニング部６Ｋを有する。従って、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋと現像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋとは一対一で対向する構成となる。

中間転写体７は、複数のローラ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄにより巻回され、回動可能に支持されている。

画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体７上に転写部５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋにより逐次転写され（一次転写）、中間転写体７上で重ね合わされ、カラー画像となる。図示しない給紙カセット内に収容されたシートＳは、図示しない給紙搬送装置により給紙され、レジストローラ２０を経て二次転写部８に搬送され、シートＳ上にカラー画像が転写される（二次転写）。カラー画像が転写されたシートＳは、図示しない定着装置により定着処理され、図示しない排紙ローラに挟持されて機外の図示しない排紙トレイ上に載置される。

二次転写部８によりシートＳにカラー画像を転写した後、シートＳを分離した中間転写体７は、図示しないクリーニング部により残留トナーが除去される。

なお、本実施形態における画像形成装置Ａは電子写真方式によりシートＳにカラー画像を形成するものであるが、本発明に係る画像形成装置は本実施形態に限定されるものではなく、モノクロ画像専用の画像形成装置であってもよい。

〈現像部周辺〉図２は、現像部４Ｙ周辺の拡大断面図である。

画像形成装置Ａにおける現像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋはほぼ同じ構成であるため、ここでは現像部４Ｙを用いて詳しく説明する。

現像部４Ｙは、現像部枠体４０、現像ローラ４１、規制部材４２、供給スクリュー４３、撹拌スクリュー４４等から構成されている。

現像部枠体４０は幅寸法ｗ１の筐体からなり、内部に現像ローラ４１、供給スクリュー４３、及び攪拌スクリュー４４を回転自在に保持すると共に、規制部材４２を保持する。供給スクリュー４３と攪拌スクリュー４４は、現像部枠体４０の底部から直立した仕切板４０１を挟んで両側に設置されている。

現像ローラ４１は現像スリーブ４１Ａと固定磁極部材４１Ｂから構成される。現像ローラ４１を供給スクリュー４３の上方に配置することにより、現像部枠体４０の幅寸法ｗ１の増大を防ぎ、画像形成装置Ａの横方向の寸法増大を防ぐ。

現像スリーブ４１Ａには、現像電源Ｅ（電源部）により現像バイアスとして交流電圧と、直流電圧とが重畳される。現像スリーブ４１Ａは時計方向に回転し、現像スリーブ４１Ａの外径は例えば２５ｍｍである。現像スリーブ４１Ａの画像形成時の回転速度は３００ｒｐｍである。

固定磁極部材４１Ｂは、現像スリーブ４１Ａの内側に固定的に配設され、５極の磁極Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を有する。磁極Ｎ１は現像極、磁極Ｎ２は規制極である。互いに隣接する第１の反発磁極としての剥取磁極Ｓ１と第２の反発磁極としての汲上磁極Ｓ２とは同極性で、２つの磁極Ｓ１、Ｓ２により反発極Ｓ０が形成される。剥取磁極Ｓ１は現像ローラ４１回転方向の上流側に形成され、汲上磁極Ｓ２は下流側に形成される。磁極Ｓ３は搬送極である。固定磁極部材４１Ｂの５極の磁極は、現像ローラ４１の回転方向に、現像極Ｎ１、剥取磁極Ｓ１、汲上磁極Ｓ２、規制極Ｎ２、搬送極Ｓ３の順に形成される。

固定磁極部材４１Ｂは、現像極Ｎ１の磁力線の中心が感光体１Ｙ上に形成される現像領域に向かう角度で現像部枠体４０に取り付けられる。

規制部材４２は、現像スリーブ４１Ａ上の現像剤の量を規制する。規制部材４２は固定磁極部材４１Ｂの規制極Ｎ２の近傍に設置されており、所定量の現像剤が規制部材４２を通過して感光体１Ｙとの対向位置に搬送される。

供給スクリュー４３は、現像剤を回転軸方向に搬送しながら現像ローラ４１に向けて現像剤を供給し、現像を終えた現像剤を現像ローラ４１から回収して攪拌スクリュー４４に送り込む。

攪拌スクリュー４４は供給スクリュー４３に平行配置され、図示しないトナー補給部から補給される新規のトナーと、現像スリーブ４１Ａから供給スクリュー４３を経て還流される現像剤とを混合、攪拌して供給スクリュー４３の上流部に搬送する。

供給スクリュー４３、攪拌スクリュー４４は何れも螺旋状に形成されたスクリュー部材である。

トナー濃度検知センサ４５は攪拌スクリュー４４の近傍に設置されており、現像部４Ｙ内のトナー濃度をトナー濃度検知センサ４５で検知する際は攪拌スクリュー４４が回転する。トナー濃度検知センサ４５は、コイルに一定の電圧を印加し、現像剤の透磁率の変化に応じて変化する電流の出力値を読み取り、その出力値から現像部４Ｙ内のトナー濃度を把握する。

現像部４Ｙに対して感光体１Ｙの回転方向上流側には、感光体１Ｙに形成された静電潜像パターンの電位を測定する電位センサ４６（電位測定部）は設置されており、電位センサ４６の測定結果に基づいて、現像部４Ｙの現像条件（例えば現像電源によって印加されるＡＣバイアスの周波数等）が調整される。また、現像部４Ｙに対して感光体１Ｙの回転方向下流側には、感光体１Ｙに形成された静電潜像パターンをトナーにより顕像化した後のトナー層電位を測定するトナー層電位センサ４７が設置されており、感光体１Ｙ上に付着したトナーの電位を直に測定する。

〈画像形成装置Ａの制御構成〉図３は画像形成装置Ａの制御系のブロック図であり、代表的な制御構成を示している。

ＣＰＵ１０１は画像形成装置Ａ全体の動作を制御するものであり、システムバス１０９を介して、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０３等に接続されている。このＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に格納されている各種制御プログラムを読み出してＲＡＭ１０３に展開し、各部の動作を制御する。また、ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３に展開したプログラムに従って各種処理を実行し、その処理結果をＲＡＭ１０３に格納するとともに操作表示部１０５に表示させる。そして、ＲＡＭ１０３に格納した処理結果を所定の保存先に保存させる。尚、本実施形態においては、ＣＰＵ１０１はＲＯＭ１０２及びＲＡＭ１０３と協働することにより制御部を構成する。

ＲＯＭ１０２は、プログラムやデータ等を予め記憶しており、この記録媒体は磁気的、光学的記録媒体、若しくは半導体メモリで構成されている。

ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１によって実行される各種制御プログラムによって処理されたデータ等を一時的に記憶するワークエリアを形成する。

ＨＤＤ１０４は、画像読取部１０６で読み取って得た原稿画像の画像データを記憶したり、出力済みの画像データ等を記憶したりする機能を有する。磁性体を塗布または蒸着した金属のディスクを一定の間隔で重ね合わせた構造になっており、これをモータで高速に回転させて磁気ヘッドを近づけてデータを読み書きする。

操作表示部１０５は各種の設定を可能にするものである。操作表示部１０５は例えばタッチパネル形式となっており、ユーザーが操作表示部１０５を通じて入力することによりカラー印刷やモノクロ印刷に関する条件が設定される。また、ネットワーク設定の情報等、各種の情報が操作表示部１０５に表示される。

画像読取部１０６は、原稿画像を光学的に読み取って電気信号に変換する。カラー原稿を読み取る場合は一画素当りＲＧＢ各１０ビットの輝度情報をもつ画像データを生成する。

画像読取部１０６によって生成された画像データや、画像形成装置Ａに接続されたＰＣから送信される画像データは画像処理部１０７によって画像処理される。画像形成装置Ａでカラー印刷を実行する場合は、画像読取部１０６等によって生成されたＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の画像データを画像処理部１０７における色変換ＬＵＴに入力し、Ｒ・Ｇ・ＢデータをＹ（Ｙｅｌｌｏｗ）・Ｍ（Ｍａｇｅｎｔａ）・Ｃ（Ｃｙａｎ）・Ｂｋ（Ｂｌａｃｋ）の画像データに色変換する。そして、色変換した画像データに対して、階調再現特性の補正を行ったり、濃度補正ＬＵＴを参照して網点などのスクリーン処理を行なったり、細線を強調するためのエッジ処理を行ったりする。

画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋや中間転写体７等から構成される画像形成部１０８は、画像処理部１０７によって画像処理された画像データを受け取り、シートＳ上に画像を形成する。

電位センサ４６やトナー層電位センサ４７の測定結果を利用し、ＣＰＵ１０１が所定のプログラムに基づいて現像電源Ｅを制御する。その結果、適正な現像条件により画像が形成される。

〈掃き寄せ〉図１１を用いて再度、掃き寄せに関して説明する。図１１におけるＶｉは、感光体１Ｙに形成された所定の静電潜像パターンの電位（感光体上の露光後の電位）であり、Ｖｔは所定の静電潜像パターンに対してトナーにより顕像化した後のトナー層電位であり、Ｖｄｃは、所定の静電潜像パターンをトナーにより顕像化する際に現像部に印加されるＤＣバイアス値である。なお、以下、Ｖｔ−Ｖｉをトナー層電位差Ａと定義し、Ｖｄｃ−Ｖｉを現像コントラスト電位差Ｂと定義する。

感光体１Ｙに図１１で示すような所定の静電潜像パターンを形成すると、現像部４Ｙにおけるトナーは、現像コントラスト電位差Ｂによって感光体１Ｙへ移動し、感光体１Ｙに付着する。トナーにより顕像化された後のトナー層電位差Ａと現像コントラスト電位差Ｂに大きな差があると、感光体に付着したトナー像のエッジ部分で回り込み電界が生じる。その結果、エッジ部分でトナーによる現像が集中してしまい、エッジ部分の濃度が高くなるという掃き寄せが生じる可能性が高い。

掃き寄せを把握する方法として、Ｖｉを考慮せず、ＶｄｃとＶｔとの比率のみで把握する方法が考えられるが、Ｖｉは画像形成装置Ａが設置された環境や画像形成装置Ａの使用経過によって大きく変動するため、ＶｄｃとＶｔとの比率のみで把握する方法は好ましくない。この点を具体的に説明する。

例えば、画像形成装置Ａを高温多湿（例えば３０℃・８０％）の環境下に設置し、Ｖｄｃ等を測定すると、Ｖｄｃ＝４５０Ｖ、Ｖｔ＝３８０Ｖ、Ｖｉ＝１００Ｖであった。その後環境を変化させて、画像形成装置Ａを低温低湿（例えば１０℃・２０％）の環境下にすると、Ｖｄｃ＝５５０Ｖ、Ｖｔ＝４８０Ｖ、Ｖｉ＝２００Ｖとなった。トナー層電位差Ａと現像コントラスト電位差Ｂとの比率（Ａ／Ｂ）は両環境とも０．８であり変化はないが、ＶｄｃとＶｔとの比率（Ｖｄｃ／Ｖｔ）は両環境で異なる。掃き寄せはトナー層電位差Ａと現像コントラスト電位差Ｂとの比率に影響されるものであり、両環境下では掃き寄せの発生に差はない。しかし、ＶｄｃとＶｔとの比率のみで掃き寄せを把握しようとすると、両環境下で掃き寄せの発生に差があるということになってしまい、掃き寄せを正確に把握することが出来ない。これはＶｉが環境により変動し（具体的には環境により１００〜１９０Ｖの差異が生じる）、特に低温低湿の環境下で通常より大幅に変動するためである。

従って、現像コントラスト電位差Ｂに対するトナー層電位差Ａの比率を取得し、この比率を考慮して掃き寄せが生じにくい条件でトナーにより現像すれば、高画質の画像を形成することが出来る。そこで、現像コントラスト電位差Ｂに対するトナー層電位差Ａの比率と現像条件（周波数等）の関係を検討した。

本発明において、現像コントラスト電位差Ｂに対するトナー層電位差Ａの比率を現像効率Ｘ［％］として規定し、以下の式により算出する。
Ｘ＝Ａ／Ｂ×１００ ・・・（１）
Ａ（トナー層電位差）＝Ｖｔ−Ｖｉ
Ｂ（現像コントラスト電位差）＝Ｖｄｃ−Ｖｉ
〈現像効率と周波数に基づく掃き寄せ評価〉まず、現像効率Ｘと、現像部４Ｙに印加されるＡＣバイアスの周波数と、の関係に基づき、掃き寄せの評価を行った。評価はシートに形成した画像に基づいて行い、またランク１からランク５までの５段階で行った。ランク１が最も掃き寄せが生じて画像が悪く、ランクが上がる毎に画像が良くなり、ランク５が掃き寄せが発生せず最も画像が良好である。現像効率と周波数に基づく掃き寄せ評価の結果を表１に示す。

表１で示すように、現像効率が低下するほどランクが低下し、またＡＣバイアスの周波数が低下するほどランクが向上する結果となった。ランク４とランク５が画像として問題のないレベルと判断し、各現像効率に対してランクが４以上となる周波数をプロットすると図４のグラフに示すような関係となる。ラインより下の領域が掃き寄せが発生しない領域であり、ラインより上の領域が掃き寄せが発生する領域である。

図４に示す関係を基づき、算出した現像効率Ｘに応じて掃き寄せが発生しない領域となるようにＡＣバイアスの周波数を設定すれば、高画質の画像を形成することが出来る。ＡＣバイアスの周波数を低く設定すればそれだけ掃き寄せが発生しないようになるが、ＡＣバイアスの周波数を低く設定すると掃き寄せ以外の画質欠陥（カブリ等）が発生する可能性があるため、ＡＣバイアスの周波数は掃き寄せが発生しない領域で出来るだけ高い値に設定することが好ましい。つまり、図４に示すグラフのライン上の周波数、若しくはライン近傍の周波数に設定することが好ましい。

〈現像効率とＤＵＴＹ比に基づく掃き寄せ評価〉次に、現像効率Ｘと、現像部４Ｙに印加されるＡＣバイアスのＤＵＴＹ比と、の関係に基づき掃き寄せの評価行った。

図５は現像部４Ｙに印加されるＡＣバイアス波形を示す説明図であり、本発明におけるＤＵＴＹ比とは、図５におけるａ／ｂである。ａはトナーを現像スリーブ４１Ａ側から感光体１Ｙ側へ移行させる方向の極性の電界成分の印加時間であり、ｂはトナーを感光体１Ｙ側から現像スリーブ４１Ａ側に引き戻す方向の極性の電界成分の印加時間である。

現像効率とＤＵＴＹ比に基づく掃き寄せ評価の結果を表２に示す。

表２で示すように、現像効率が低下するほどランクが低下し、またＤＵＴＹ比が低下するほどランクが向上する結果となった。ランク４とランク５が画像として問題のないレベルと判断し、各現像効率に対してランクが４以上となるＤＵＴＹ比をプロットすると図６のグラフに示すような関係となる。ラインより下の領域が掃き寄せが発生しない領域であり、ラインより上の領域が掃き寄せが発生する領域である。

図６に示す関係を基づき、算出した現像効率Ｘに応じて掃き寄せが発生しない領域となるようにＤＵＴＹ比を設定すれば、高画質の画像を形成することが出来る。ＤＵＴＹ比を低く設定すればそれだけ掃き寄せが発生しないようになるが、ＤＵＴＹ比を低く設定すると掃き寄せ以外の画質欠陥（カブリ等）が発生する可能性があるため、ＤＵＴＹ比は掃き寄せが発生しない領域で出来るだけ高い値に設定することが好ましい。つまり、図６に示すグラフのライン上のＤＵＴＹ比、若しくはライン近傍のＤＵＴＹ比に設定することが好ましい。

以上のように、現像効率と現像部４Ｙに印加されるＡＣバイアスの周波数との関係、及び現像効率Ｘと現像部４Ｙに印加されるＡＣバイアスのＤＵＴＹ比との関係が把握できたため、所定の静電潜像パターンを形成して現像効率Ｘを算出し、掃き寄せが発生しないように現像条件である周波数やＤＵＴＹ比を調整する動作について以下に説明する。

〈周波数を調整する制御動作〉図７は現像効率を算出してＡＣバイアスの周波数を設定する動作を示すフローチャート図である。

図７における動作は各画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋにおいて実行されるが、ここでは代表して画像形成ユニット１０Ｙにおける動作を説明する。

まず、画像形成装置Ａにおいて現像条件を調整するタイミングなると（例えば画像形成装置Ａの電源ＯＮ時、所定プリント数経過時、湿度が３０％以上変化した時、高い印字率で出力する時など）、感光体１Ｙ上に所定の静電潜像パターンを形成する（ステップＳ１）。所定の静電潜像パターンは帯電部２Ｙにより帯電された感光体１Ｙを露光部３Ｙにより露光することにより形成される。

感光体１Ｙに所定の静電潜像パターンが形成されると、現像部４Ｙの上流側に配置された電位センサ４６によりＶｉを測定する（ステップＳ２）。そして所定の静電潜像パターンに対して現像部４Ｙのトナーにより顕像化され（ステップＳ３）、現像部４Ｙの下流側に設置されているトナー層電位センサ４７によりＶｔを測定する（ステップＳ４；この場合、トナー層電位センサ４７がトナー層電位取得部として機能する）。測定されたＶｉ、Ｖｔは、一旦ＲＡＭ１０３に記憶され、トナーにより顕像化される際に現像部４Ｙに印加されるＤＣバイアス値（Ｖｄｃ）の値もＲＡＭ１０３に記憶される。

Ｖｉ等の測定が完了した後、所定のプログラムにより現像効率Ｘが算出される（ステップＳ５）。現像効率Ｘは上述した（１）式により算出される。そして算出された現像効率Ｘに基づき、掃き寄せが発生しない領域のＡＣバイアスの周波数が決定且つ設定される（ステップＳ６〜Ｓ１６）。周波数は図４で示した評価結果を利用して決定され、本実施形態においては、図４におけるライン上になるように決定される。

まず、現像効率Ｘが９５％より大きく１００％以下であるか否か判断する（ステップＳ６）。該当する場合は（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、ＡＣバイアスの周波数を６５００Ｈｚに設定し（ステップＳ７）、該当しない場合は（ステップＳ６；Ｎｏ）、次に現像効率Ｘが８８％より大きく９５％以下であるか否か判断する（ステップＳ８）。

現像効率Ｘが８８％より大きく９５％以下である場合は（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、図４で示す部分の近似式Ｆ４（Ｘ）に現像効率Ｘを代入し、周波数の値を算出し設定する（ステップＳ９）。ステップＳ９で設定される周波数は、５５００Ｈｚから６５００Ｈｚの間である。

同様にして、現像効率Ｘが８２％より大きく８８％以下である場合は（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、図４で示す部分の近似式Ｆ３（Ｘ）に現像効率Ｘを代入して、周波数の値を算出して設定し（ステップＳ１１）、現像効率Ｘが７５％より大きく８２％以下である場合は（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、図４で示す部分の近似式Ｆ２（Ｘ）に現像効率Ｘを代入して、周波数の値を算出し設定する（ステップＳ１３）。また、現像効率Ｘが６８％より大きく７５％以下である場合は（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、図４で示す部分の近似式Ｆ１（Ｘ）に現像効率Ｘを代入して、周波数の値を算出して設定し（ステップＳ１５）、現像効率Ｘが６８％以下である場合は（ステップＳ１４；Ｎｏ）、周波数を３５００Ｈｚに設定する。

以上説明したように現像効率Ｘに基づいて現像部４Ｙに印加されるＡＣバイアスの周波数を変更すれば、掃き寄せが発生せず、高画質の画像を形成することが出来る。特にＶｉを考慮した現像効率Ｘを利用することにより、画像形成装置が設置された環境や画像形成装置の使用経過等を考慮した適切な現像条件とすることが出来る。

〈ＤＵＴＹ比を調整する制御動作〉次にＡＣバイアスのＤＵＴＹ比を調整する動作について説明する。図８は現像効率を算出してＡＣバイアスのＤＵＴＹ比を設定する動作を示すフローチャート図である。

まず、画像形成装置Ａにおいて現像条件を調整するタイミングなると、感光体１Ｙ上に所定の静電潜像パターンを形成する（ステップＳ２１）。

感光体１Ｙに所定の静電潜像パターンが形成されると、現像部４Ｙの上流側に配置された電位センサ４６によりＶｉを測定する（ステップＳ２２）。そして所定の静電潜像パターンに対して現像部４Ｙのトナーにより顕像化され（ステップＳ２３）、現像部４Ｙの下流側に設置されているトナー層電位センサ４７によりＶｔを測定する（ステップＳ２４）。

Ｖｉ等の測定が完了した後、所定のプログラムにより現像効率Ｘが算出される（ステップＳ２５）。現像効率Ｘは上述した（１）式により算出される。そして算出された現像効率Ｘに基づき、掃き寄せが発生しない領域のＡＣバイアスのＤＵＴＹ比が決定且つ設定される（ステップＳ２６〜Ｓ３４）。ＤＵＴＹ比は図６で示した評価結果を利用して決定され、本実施形態においては、図６におけるライン上になるように決定される。

まず、現像効率Ｘが９５％より大きく１００％以下であるか否か判断する（ステップＳ２６）。該当する場合は（ステップＳ２６；Ｙｅｓ）、ＡＣバイアスのＤＵＴＹ比を５０％に設定し（ステップＳ２７）、該当しない場合は（ステップＳ２６；Ｎｏ）、次に現像効率Ｘが８８％より大きく９５％以下であるか否か判断する（ステップＳ２８）。

現像効率Ｘが８８％より大きく９５％以下である場合は（ステップＳ２８；Ｙｅｓ）、図６で示す部分の近似式Ｆ３’（Ｘ）に現像効率Ｘを代入し、ＤＵＴＹ比の値を算出し設定する（ステップＳ２９）。ステップＳ２９で設定されるＤＵＴＹ比は、４０％から５０％の間である。

同様にして、現像効率Ｘが８２％より大きく８８％以下である場合は（ステップＳ３０；Ｙｅｓ）、図６で示す部分の近似式Ｆ２’（Ｘ）に現像効率Ｘを代入して、ＤＵＴＹ比の値を算出して設定し（ステップＳ３１）、現像効率Ｘが７５％より大きく８２％以下である場合は（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、図６で示す部分の近似式Ｆ１’（Ｘ）に現像効率Ｘを代入して、ＤＵＴＹ比の値を算出し設定する（ステップＳ３３）。また、現像効率Ｘが７５％以下である場合は（ステップＳ１４；Ｎｏ）、ＤＵＴＹ比を２０％に設定する。

以上説明したように現像効率Ｘに基づいて現像部４Ｙに印加されるＡＣバイアスのＤＵＴＹ比を変更すれば、掃き寄せが発生せず、高画質の画像を形成することが出来る。特にＶｉを考慮した現像効率Ｘを利用することにより、画像形成装置が設置された環境や画像形成装置の使用経過等を考慮した適切な現像条件とすることが出来る。

〈変動電圧値によりトナー層電位Ｖｔを算出する制御動作〉前述した動作では、トナー層電位Ｖｔを現像部４Ｙの下流側にあるトナー層電位センサ４７（図２参照）を利用して測定したが、トナー層電位Ｖｔを測定するためにトナー層電位センサ４７を個別に設ける必要がある。そこで、トナー層電位センサ４７を設けずに、トナー層電位Ｖｔを算出する方法について以下に説明する。

現像電源Ｅの高圧基板上に配置された負荷異常検知抵抗に加わる変動電圧値Ｖｉｔは、現像スリーブ４１Ａから感光体１Ｙへのトナーの移動により発生し、このトナーの移動はトナー層電位Ｖｔに影響するものであるから、変動電圧値Ｖｉｔとトナー層電位Ｖｔとの間に相関関係があることを見出した。そこで、変動電圧値Ｖｉｔとトナー層電位Ｖｔとの関係を検討し、その結果を図９に示す。

変動電圧値Ｖｉｔとトナー層電位Ｖｔとの関係は以下の近似式により表すことが出来る。
Ｖｔ＝Ｖｉｔ／（８．３１×１０＾（−３）） ・・・（２）
例えば変動電圧値Ｖｉｔが２．５Ｖである場合は、トナー層電位Ｖｔは３００．８Ｖとなる。この近似式を利用することにより、トナー層電位センサ４７により直にトナー層電位Ｖｔを測定しなくても、現像効率Ｘを算出することが出来る。なお、上記近似式は一次式であるが、二次式でも良い。

図１０は算出したＶｔを利用して現像効率Ｘを算出し、周波数を設定する動作を示すフローチャート図である。

まず、画像形成装置Ａにおいて現像条件を調整するタイミングなると、感光体１Ｙ上に所定の静電潜像パターンを形成する（ステップＳ４１）。

感光体１Ｙに所定の静電潜像パターンが形成されると、現像部４Ｙの上流側に配置された電位センサ４６によりＶｉを測定する（ステップＳ４２）。そして所定の静電潜像パターンに対して現像部４Ｙのトナーにより顕像化され（ステップＳ４３）、現像電源Ｅの負荷異常検知抵抗に加わる変動電圧値を測定し、変動電圧値からＶｔを算出する（ステップＳ４４）。Ｖｔは上述した（２）式により算出される（この場合、ＣＰＵ１０１等がトナー層電位取得部として機能する）。

Ｖｉ等の測定が完了した後、所定のプログラムにより現像効率Ｘが算出される（ステップＳ４５）。現像効率Ｘは上述した（１）式により算出される。そして算出された現像効率Ｘに基づき、掃き寄せが発生しない領域のＡＣバイアスの周波数が決定且つし設定される（ステップＳ４６〜Ｓ５６）。周波数が決定される動作は図７と同様であり、ここでの説明は省略する。なお、現像効率Ｘから周波数を設定する代わりに、図８で示したように現像効率ＸからＡＣバイアスのＤＵＴＹ比を設定しても良い。

以上説明したように現像電源Ｅにおける変動電圧値からトナー層電位Ｖｔを算出すれば、トナー層電位センサ４７を設ける必要はなく現像効率Ｘを算出しＡＣバイアスの周波数を設定することが出来るため、簡素な構成により掃き寄せを防止し、高画質の画像を形成することが出来る。

なお、本発明は当該実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

本発明に係る画像形成装置の概略図である。 現像部周辺の拡大断面図である。 画像形成装置の制御系のブロック図である。 掃き寄せの観点で現像効率と周波数の関係を示した説明図である。 現像部に印加されるのＡＣバイアス波形を示す説明図である。 掃き寄せの観点で現像効率とＤＵＴＹ比の関係を示した説明図である。 現像効率を算出してＡＣバイアスの周波数を設定する動作を示すフローチャート図である。 現像効率を算出してＡＣバイアスの周波数を設定する動作を示すフローチャート図である。 トナー層電位と変動電圧値との関係を示す説明図である。 算出したＶｔを利用して現像効率を算出し、周波数を設定する動作を示すフローチャート図である。 感光体に形成された所定の静電潜像パターンの電位等を示す説明図である。

符号の説明

Ａ 画像形成装置
Ｅ 現像電源
１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 感光体
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ 現像部
７ 中間転写体
４０ 現像部枠体
４１ 現像ローラ
４２ 規制部材
４３ 供給スクリュー
４４ 撹拌スクリュー
４５ トナー濃度検知センサ
４６ 電位センサ
４７ トナー層電位センサ
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ

Claims (6)

1. 像担持体と、
   像担持体上に形成された静電潜像をトナーにより顕像化する現像部と、
   当該現像部に電圧を印加する電源部と、
   像担持体上に形成された所定の静電潜像パターンの電位を測定する電位測定部と、
   前記所定の静電潜像パターンをトナーにより顕像化した後のトナー層電位を取得するトナー層電位取得部と、
   前記電源部を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、トナー層電位差Ａと現像コントラスト電位差Ｂに基づいて、前記電源部による電圧の印加を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記現像コントラスト電位差Ｂに対する前記トナー層電位差Ａの比率に基づいて、前記電源部による電圧の印加を制御する請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー層電位取得部は、像担持体上に付着したトナーの電位を直に測定して前記トナー層電位を取得する請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記トナー層電位取得部は、前記所定の静電潜像パターンをトナーにより顕像化する際に前記現像部から像担持体へのトナーの移動により生じる変動電圧値を測定し、その現像電流値から前記トナー層電位を算出する請求項１又は２に記載の画像形成装置。
5. 前記制御部は、前記電源部による電圧の周波数を制御する請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、前記電源部による電圧のＤＵＴＹ比を制御する請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。

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