JP2010060660A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産効率を低下することなく、安定した画像濃度を維持することができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】異なる方法により形成された第１及び第２のパッチ画像の濃度検知結果に基き、第１のパッチ画像を形成する際のコントラスト電位、濃度目標値及びトナー補給量のうち少なくとも１つを補正する。
【選択図】図８

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の電子写真方式、静電記録方式等の画像形成装置に関する。

一般に、電子写真方式の画像形成装置では、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングの各画像形成プロセスによって画像形成を行う。すなわち感光体表面を均一に帯電した後、画像情報に応じた露光を行って静電潜像を形成する。

この静電潜像をトナーによってトナー像として現像し、このトナー像を感光体上から紙等の記録材上に転写する。トナー像転写後の感光体は、表面に残った転写残トナーが除去されてクリーニングされる。一方、トナー像転写後の記録材は加熱、加圧されて表面にトナー像が定着される。これによって画像形成が終了する。

上述の画像形成装置に用いられる現像剤として、フルカラー画像形成装置の高画質化、高速化に伴い、非磁性トナーと磁性キャリヤとを混合した二成分現像剤が広く用いられている。

この二成分現像剤は、フルカラー画像形成装置の高画質化、高速化を達成することができる一方、トナーの消費によって現像装置内のトナーとキャリヤの混合比（トナー濃度）が変化するため、このトナー濃度を常に適正に保つことが難しい。

トナー濃度が不適正な場合、濃度変動、ガサツキ、地かぶり、キャリヤ付着、トナー飛散など様々な画像不良が発生してしまう。このため、高画質、高安定化画像を形成する上で、トナー濃度を的確に検知し、供給トナー量を適正に制御することが大変重要となる。

そこで、トナー濃度を検知する手段として、二成分現像剤自体の物理的特性の変化、例えば、現像剤の反射濃度の変化や透磁率の変化を直接、濃度センサで検知し、その検知結果に基づいて供給トナー量を制御する方法がある。

しかし、この方法では、温度や湿度などの環境変動や経時劣化によってトナー帯電量が変動した場合、高精度に制御できない。つまり、たとえトナー濃度が適正であっても、環境変動やキャリヤの劣化によってトナー帯電量が変動した場合には、トナーとキャリヤとの結合力が変動して感光体上へのトナー移動量が変動するため、安定した画像濃度を保つことが非常に困難である。

そこで、感光体上に形成した基準潜像を現像することによって基準画像（パッチ画像）を形成し、このパッチ画像の反射濃度を光センサにより検知する。そして、現像剤のトナー濃度を検知して、その検知結果を基に供給トナー量を制御する方法がある（以下、デジタルパッチ方式と称す）。

このようなトナーパッチ検知方式においては、検知の対象があくまでも感光体上に形成されたトナー付着量であるから、現像剤のトナー濃度を直接一定に制御しているわけではない。このため、温度や湿度などの環境変動や経時劣化によってトナー帯電量が変動した場合においても、常に画像形成における適正なトナー濃度を保つことができる。

また、このようなレーザ露光により形成した潜像を現像することによりパッチ画像を得る方法によれば、感光ドラムの使用による劣化や環境による帯電特性が変動する。その際、初めに設定した基準のレーザ出力レベルでは、パッチ潜像に所望のコントラスト電位を得ることができず、現像剤濃度制御が不安定なる恐れがある。

そこで、レーザ露光を用いずに、常に安定した電位コントラストにより現像してパッチ画像を形成する方法（以下、アナログパッチ方式と称す）が提案されている（特許文献１、２参照）。

特開2001-117297号公報 特開2007-58140号公報

しかしながら、上述のアナログパッチ方式は、感光体の帯電電位を一定に保ち、その帯電電位に対して一定の電位差を設けて現像ＤＣバイアスを設定して現像を行うものである。このため、そのパッチ画像は長手全域、すなわち本来の画像形成領域外にまで及ぶことになり、トナー消費量を必要以上に増やすことになる。

また、帯電、現像高圧の立上り、立下り時間を考慮しなくてはならないため、非作像領域である通常の紙間などで行うことも困難であり、一定のダウンタイムを要することになり生産性を低下させる。

本発明の技術的課題は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、生産効率を低下することなく、安定した画像濃度を維持することができる画像形成装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る代表的な構成は、像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、前記帯電手段により帯電された前記像担持体の表面を露光することにより静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像剤によって現像する現像手段と、前記現像手段に現像剤を補給する補給手段と、前記像担持体上に形成された現像剤像の濃度を検知する検知手段と、前記露光手段を用いて前記像担持体の表面に形成された第１のパッチを前記検知手段にて検知したときの検知結果に基いて、前記補給手段により補給される現像剤量を制御する制御手段と、前記露光手段の露光動作を行わずに前記像担持体上に形成された第２のパッチ画像を、前記検知手段にて検知したときの検知結果に基いて、前記第１のパッチ画像を形成する際の画像形成条件を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。

また、像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、前記帯電手段により帯電された前記像担持体の表面を露光することにより静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像剤によって現像する現像手段と、前記現像手段に現像剤を補給する補給手段と、前記像担持体上に形成された現像剤像の濃度を検知する検知手段と、前記露光手段を用いて前記像担持体の表面に形成された第１のパッチを前記検知手段にて検知したときの検知結果と、所定の目標値と、に基いて、前記補給手段により補給される現像剤量を制御する制御手段と、前記露光手段の露光動作を行わずに前記像担持体上に形成された第２のパッチ画像を、前記検知手段にて検知したときの検知結果に基いて、前記所定の目標値を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、限定されたタイミングのみにおいてアナログパッチ画像形成を行い、その濃度検知結果に基きデジタルパッチ画像による濃度制御内容を補正することができる。さらに、パッチ画像形成によるトナー消費を極力抑えた上で安定した補給制御を行うことができる。従って、安定した画像濃度を維持することができ、画像形成の生産効率を低下させることもない。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態である画像形成装置の概略構成図であり、図２は、現像器及びトナー補給装置の平面図を示す。

［実施形態１］
図１に示す画像形成装置100は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色に対応して設けられ４つの画像形成部（第１、第２、第３、第４の画像形成部）１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋを有する電子写真方式のフルカラープリンタである。

画像形成装置100は、画像形成装置本体に接続された以下の機器からの画像信号に応じて、４色フルカラー画像を記録材（記録シート、プラスチックフィルム、布等）に形成することができる。その機器とは、原稿読み取り装置（図示せず）、パーソナルコンピュータ等のホスト機器或いはデジタルカメラなどの外部機器である。

画像形成装置100は、第１〜第４の画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋにおいて像担持体としての円筒型の感光体、即ち感光ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋ上に形成されたトナー像を、中間転写体としての中間転写ベルト８上へ転写する。そして、中間転写ベルト８上のトナー像を記録材Ｐ上に転写することで記録画像を形成する。

尚、以下の説明において４つの画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋのそれぞれにおいて共通に設けられる要素には、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの添え字を与えた同一符号を付す。それらを特に区別して説明する必要がない場合には、いずれかの色用に設けられた要素であることを表すために符号に付した添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋは省略し総括的に説明する。

画像形成部１には、像担持体として円筒型の感光体、即ち感光ドラム２が配設されている。感光ドラム２は、図中矢印方向に回転駆動される。

感光ドラム２の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ３、現像手段としての現像器４、一次転写手段としての一次転写ローラ５、クリーニング手段としてのクリーニング装置６が配置されている。

また、感光ドラム２の図中上方には、露光手段としてのレーザースキャナ（露光装置）７が配置され、中間転写ベルト８は各画像形成部１の感光ドラム２と対向して配置されている。

中間転写ベルト８は、駆動ローラ９、二次転写対向ローラ10、従動ローラ（図示せず）に掛け回されており、駆動ローラ９に伝達される駆動力により図中矢印方向に周回移動する。一次転写ローラ５と感光ドラム２とが対向する位置で中間転写ベルト８が感光ドラム２が接触して一次転写部（一次転写ニップ）が形成される。

また、中間転写ベルト８を介して二次転写対向ローラ10に対向する位置に二次転写手段としての二次転写ローラ12が設けられている。二次転写対向ローラ10と対向する位置で二次転写ローラ12が中間転写ベルト８に接触して二次転写部（二次転写ニップ）が形成される。

画像形成装置100は、第１〜第４の画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの全てを用いてフルカラー画像を形成することができるフルカラー画像形成モードを備えている。さらに、第４の画像形成部１Ｂｋのみを用いてブラック単色の画像を形成する単色画像形成モードを備えている。

次に、フルカラーの画像形成モードでの画像形成動作を説明する。画像形成動作が開始すると、各画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋにおいて回転する感光ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋの表面が帯電ローラ３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂｋによって一様に帯電される。このとき、帯電ローラ３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂｋには、帯電バイアス電源より帯電バイアスが印加される。

次いで、露光装置７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋから、それぞれの画像形成部に対応する分解色の画像信号に従ってレーザー光が発される。これにより、各感光ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋは、対応する分解色の画像情報に応じて露光され、その上にその画像信号に応じた静電像（潜像）が形成される。

各感光ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋ上に形成された静電像は、各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋ内に収容されたトナーによってトナー像として現像される。本実施形態では、現像方式として反転現像方式が採用されており、感光ドラム２上の露光部（明部電位部）に現像器４からのトナーが付着する。

各感光ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋ上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト８上で重なり合うようにして、各一次転写部において順次に中間転写ベルト８上に転写（一次転写）される。この時、一次転写ローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｂｋには、一次転写バイアス電源よりトナーの正規の帯電極性とは逆極性の一次転写バイアスが印加される。

こうして、中間転写ベルト８上に、４色のトナー像が重ね合わされた多重トナー像が形成される。尚、一次転写後に感光ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋの表面に残ったトナー（一次転写残トナー）は、クリーニング装置６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋによって回収される。

一方、中間転写ベルト８上のトナー像の移動とタイミングに合わせて、記録材収納カセット（図示せず）に収容された記録材Ｐが、供給ローラ15などにより二次転写部に搬送される。

そして、中間転写ベルト８上の多重トナー像は、二次転写部において記録材Ｐ上に一括して転写（二次転写）される。このとき、二次転写ローラ12には、二次転写バイアス電源よりトナーの正規の帯電極性とは逆極性の二次転写バイアスが印加される。

次いで、記録材Ｐは定着手段としての定着装置14へと搬送部材等により搬送される。定着装置14によって加熱、加圧されることで、記録材Ｐ上のトナーは溶融、混合されて、記録材Ｐに定着され、フルカラーの永久画像となる。

その後、記録材Ｐは機外に排出される。尚、二次転写部で記録材Ｐに転写されずに中間転写ベルト８に残留したトナー（二次転写残トナー）は、中間転写ベルトクリーナ13により回収される。

次に、単色画像形成モードにおける画像形成動作について説明する。単色画像形成モードにおいては、第４の画像形成部１Ｂｋにおいてのみ、感光ドラム２Ｂｋ上にトナー像が形成される。

そして、このトナー像が中間転写ベルト８に一次転写された後、記録材Ｐに二次転写される。第４の画像形成部１Ｂｋにおけるトナー像の形成動作、一次転写動作、二次転写動作自体は上述のフルカラー画像形成モード時と同じである。

次に、図２を参照して、現像器４及びこれにトナーを補給するトナー補給装置49について説明する。なお、各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋの構成は同一であり、トナー補給装置49の構成は、全ての現像器用のもので同一である。

図２において、現像器４は図１中上方から見た平面図として示し、トナー補給装置49は感光ドラム２の軸線方向（表面移動方向と直交する方向）に沿う断面図として示す。

現像器４は、非磁性トナー粒子（トナー）と磁性キャリア粒子（キャリア）とを主成分として備える二成分現像剤（現像剤）が収納された現像容器44を有する。現像容器44内には、現像剤攪拌搬送部材として第１の攪拌搬送スクリュー43ａと第２の攪拌搬送スクリュー43ｂとの２本のスクリューが配置されている。

現像容器44の感光ドラム２と対向する部分は一部開口しており、この開口部にから一部露出するように現像剤担持体としての現像スリーブ41が回転可能に配置されている。現像スリーブ41の内部には、磁界発生手段としてのマグネットロール（図示せず）が固定配置されている。

マグネットロールは周方向に複数の磁極を有し、現像容器44内の現像剤を磁気力により引きつけて現像スリーブ41上に担持させると共に、感光ドラム２と対向する現像位置では現像剤の穂立ち（磁気ブラシ）を形成する。

現像スリーブ41、第１、第２の攪拌搬送スクリュー43ａ、43ｂは相互に平行に配設されている。又、これら現像スリーブ41、第１、第２の攪拌搬送スクリュー43ａ、43ｂは、感光ドラム２の軸線方向と平行に配設されている。

現像容器44の内部は、隔壁44ｄによって第１室（現像室）44ａと第２室（攪拌室）44ｂに分割されている。現像室44ａと攪拌室44ｂは、現像容器44の長手方向両端部（図２中の左端及び右端）において連通している。

第１の攪拌搬送スクリュー43ａは現像室44ａ内に、第２の攪拌搬送スクリュー43ｂは攪拌室44ｂ内に配設されている。これら第１及び第２の攪拌搬送スクリュー43ａ、43ｂは、モータ52の回転によってギヤ列54を介して同じ方向に回転駆動される。

この回転により、攪拌室44ｂ内の現像剤は、第２の攪拌搬送スクリュー43ｂによって攪拌されながら図２中左方に移動して、連通部を介して現像室44ａ内へと移動する。また、現像室44ａ内の現像剤は第１の攪拌搬送スクリュー43ａによって攪拌されながら図２中右方に移動して、連通部を介して攪拌室44ｂ内に移動する。つまり、現像剤は、第１及び第２の攪拌搬送スクリュー43ａ、43ｂの２本のスクリューによって攪拌されながら現像容器44内を循環して搬送される。

現像剤中のトナーは、上述のような攪拌搬送によって電荷が付与される。本実施形態では、トナーの補給は、攪拌室44ｂ内での現像剤搬送方向上流端部側の上部に設けられたトナー補給口44ｃから行われる。攪拌室44ｂの図中右端側には、内部の状態を外部から目視するための窓部が設けられている。

現像スリーブ41は、モータ51によって反時計回りに回転駆動される。現像スリーブ41は、その回転により、規制ブレード（図示せず）によって表面に層状に塗布された現像剤を感光ドラム２に対向する現像位置に搬送する。

現像位置にて、現像スリーブ41上の現像剤はマグネットロールの磁気力により穂立ちして、感光ドラム２の表面に接触又は近接する磁気ブラシを形成する。

こうして、現像位置に搬送された現像剤（二成分現像剤）から、感光ドラム２上の静電像にトナーが供給される。これにより、静電像の画像部にトナーが選択的に付着し、静電像はトナー像として現像される。

さらに説明すると、感光ドラム２上の静電像が現像位置に達するときに、現像バイアス電源（図示せず）によりＡＣ電圧とＤＣ電圧とが重畳された現像バイアスが現像スリーブ41に印加される。

このとき、現像スリーブ41はモータ51により回転駆動され、上述の現像バイアスによって現像剤中のトナーが、感光ドラム２の表面の静電像に応じて感光ドラム２上に転移する。

上述のような現像動作によって二成分現像剤中のトナーが消費される。そして、現像容器44内の現像剤のトナー濃度が徐々に減少する。従って、補給手段としてのトナー補給装置49によって現像容器44にトナーが補給される。

トナー補給装置49は、現像器４に補給すべきトナーを収納するトナー容器（トナー補給槽、トナー貯蔵部）46を有する。トナー容器46の図中下部左端には、トナー排出口48が設けられている。

トナー排出口48は、現像器４のトナー補給口44ｃに連結される。また、トナー容器46には、トナー排出口48に向けてトナーを搬送するトナー補給部材としてのトナー補給スクリュー47が設けられている。トナー補給スクリュー47はモータ53によって回転駆動される。

モータ53の回転は、画像形成装置本体が備えるエンジン制御部60のＣＰＵ61によって制御される。トナー容器46内に所定量のトナーが収納されている状態でのモータ53の回転時間と、トナー補給スクリュー47によってトナー排出口48及びトナー補給口44ｃを介して現像容器44内に補給されるトナーの量との対応関係が予め実験等によって求められている。

その結果は、例えばテーブルデータとしてＣＰＵ61に接続されたＲＯＭ62に格納されている。つまり、ＣＰＵ61は、モータ53の回転時間を制御することによって、現像容器44に対するトナーの補給量を調整するようになっている。

また、現像器４には記憶装置23が設けられている。この記憶装置23としては読み書き可能なＲＰ−ＲＯＭが用いられている。記憶装置23は、現像器４を画像形成装置100にセットすることによってＣＰＵ61と電気的に接続され、現像器４の画像形成処理情報を画像形成装置本体側から読み書きすることができる。

ここで、トナーは、結着樹脂、着色剤、そして必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子とを有している。

トナーは、重合法により製造した負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は５μm以上８μm以下が好ましい。本実施形態では、トナーの体積平均粒径は6.2μmであった。

また、キャリアは、例えば、表面酸化或いは未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金属、及びそれらの合金、又は酸化物フェライトなどが好適に使用可能である。これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。

そして、キャリアは、重量平均粒径が20〜50μm、好ましくは30〜40μmであり、抵抗率が107Ω・ｃｍ以上、好ましくは108Ω・ｃｍ以上である。本実施形態では、キャリアとして抵抗率が108Ω・ｃｍのものを用いた。

本実施形態では、低比重磁性キャリアとして、フェノール系のバインダー樹脂に磁性金属酸化物及び非磁性金属酸化物を所定の比で混合し、重合法により製造した、樹脂磁性キャリアを使用した。本実施形態で用いたキャリアの体積平均粒径は35μm、真密度は3.6〜3.7ｇ／ｃｍ３、磁化量は53Ａ・ｍ２／ｋｇである。

次に、パッチ検知方式によるトナー補給制御について説明する。本実施形態では、所定の基準潜像（パッチ潜像）を感光ドラム２に形成した後、この潜像を所定の現像条件で現像することにより感光ドラム２上に基準トナー像（参照トナー像、パッチ画像）を形成する。

そして、このパッチ画像を中間転写ベルト８へ転写した後、パッチ画像の濃度を画像濃度センサ17で検知する。画像濃度センサ17は、パッチ画像の画像濃度（トナー付着量）に応じた濃度信号をＣＰＵ61に入力する。

ＣＰＵ61は、画像濃度センサ17からの濃度信号と、予めＣＰＵ61内に記憶された初期基準信号とを比較し、その比較結果に基づいてトナー補給装置49の駆動時間を制御する。なお、画像濃度センサ17としては、一般的な光反射型の光学センサを使用することができる。

以下、さらに詳細に説明する。先ず、画像形成装置100の初期設置時に、ＲＯＭ62に記憶され、予め決められた環境テーブル（温度、湿度情報に応じたプロセス条件、露光強度や現像バイアスや転写バイアスなどのプロセス条件の設定値が予め記憶されたもの）を読み出す。

このテーブルによって、帯電された感光ドラム２上にレーザー露光を行うことにより、パッチ潜像を形成し、このパッチ潜像を現像してパッチ画像を形成する。これをデジタルパッチ画像方式という。

また、感光ドラム２に対しレーザー露光を行わずに、現像バイアスと感光ドラム２の電位（帯電ローラ３により帯電されたが、露光装置７による露光が行われていない領域の電位）との間の電位差により、パッチ潜像のコントラスト電位を形成する。これを現像してパッチ画像を形成してもよい。これをアナログパッチ画像方式という。

トナー補給量を制御する場合、上述したように、画像形成装置100の初期設置時のパッチ画像の濃度を画像濃度センサ17で検知して、その検知出力値をパッチ目標信号値としてＣＰＵ61に取り込む。

ＣＰＵ61は、取り込んだパッチ目標信号値と、その後に行われるトナー補給制御時において検知されたトナー補給用のパッチ画像の濃度、即ち画像濃度センサ17の出力値とが同じになるように、トナー容器46から現像容器44に補給するトナー量を制御する。

なお、本実施形態では、デジタル露光によって形成された潜像をデジタル潜像、このデジタル潜像を現像した画像をデジタル画像という。そして、これらと区別するため、上述の露光を行わずにパッチ画像を形成する場合、この潜像をアナログ潜像、またこれを現像した画像をアナログ画像という。

上述のデジタルパッチ画像方式を採用した場合、感光ドラム２の使用による劣化、環境による変動等により、感光ドラム２の特性、特に光感度特性が初期設置時と変化することがある。

このため、露光装置７のレーザー出力で感光ドラム２を露光して得られた電位と、本来得られるべき初期設置時の電位との間に差が生じ、感光ドラム２上に形成される画像濃度がこの電位差により所望の値から外れてしまう。

この誤差を含んだ画像濃度値によってトナー補給制御を行うと、現像器４内のトナー濃度が所望の範囲外となってしまい、画像濃度変動、トナーかぶりなどが発生して画像不良となる可能性がある。

特に、低コスト化や小型化に伴い、高機能・高額部品である感光体電位測定センサを取り除いた状態でトナー補給用のパッチ画像に基づいてトナー補給量を制御する場合、現像器４内における現像剤のトナー濃度のバラツキが大きくなることがある。

この場合、現像剤にかかる負荷が増し、かぶり等の異常画像の増加や、現像剤の寿命低下といった弊害が発生するおそれがある。

そこで、感光ドラム２の光感度特性の変化による感光ドラム２上におけるレーザー照射部の電位のバラツキをなくす。このため、レーザー露光無しでトナー補給用のパッチ潜像を安定した電位で形成し、これを現像してパッチ画像を形成するアナログパッチ形成方法を併用し、その濃度検知結果に基きデジタルパッチの目標濃度を補正する。

次に、現像バイアスについて説明する。画像形成装置100は、図２に示すように、制御手段としてのＣＰＵ61に接続された現像バイアス出力手段としての現像バイアス用の高圧電源装置29を有する。

高圧電源装置29は、２つの高圧電源（現像バイアス印加電源）、即ち第１及び第２の高圧電源29ａ、29ｂを有している。各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋ毎に、第１の高圧電源29ａは現像バイアスＡを、第２の高圧電源29ｂは現像バイアスＢを印加できるようになっている。

高圧電源装置29は、第１及び第２の高圧電源29ａ、29ｂの出力を選択的に現像スリーブ41に対して印加可能とする現像バイアス切替手段29ｃを有し、現像スリーブ41に印加される現像バイアスが選択的に切り換えられる。

図３(a)、(b)に、通常画像形成時及びパッチ画像形成時の現像バイアスの切換えタイミングチャートをそれぞれ示す。同図中の「潜像」は潜像を形成している期間、「現像」は現像スリーブ41が回転している期間を示す。

また、「現像バイアスＡ、Ｂ」は現像バイアスＡ、Ｂがそれぞれ現像スリーブ41に印加されている期間を示す。

図４(a)、(b)に、現像スリーブ41に印加する交番電圧である現像バイアスＡ、Ｂの時間波形（横軸は時間、縦軸は現像スリーブ41に印加する電圧）を示す。

図５(a)、(b)に、現像バイアスＡ、Ｂの現像特性図を示す。横軸は、現像コントラスト電位（絶対値）、縦軸はセンサにより検知されたパッチ画像濃度である。

図６(a)、(b)に、通常画像形成時及びパッチ画像形成時における複数の記録材Ｐに連続して画像を形成する場合の感光ドラム２上の画像域Ｃ、Ｄ、非画像域Ｅを示す。なお、同図中の矢印は感光ドラム２の表面の移動方向を表している。

本実施形態では、予め決められた所定期間、例えば所定画像出力枚数毎に記録材Ｐに記録して出力する画像を形成している画像形成時以外の所定タイミングで、パッチ検知方式によるトナー補給制御を行う。

画像形成時以外の所定タイミング（非画像形成時）としては、画像形成動作前若しくは後の準備動作時または複数の記録材に連続して画像形成を行っているときの記録材と記録材との間に相当するタイミング等が挙げられる。

連続画像形成中の動作におけるアナログパッチ画像の形成過程を、図３を参照して説明する。感光ドラム２上の画像域Ｃに形成すべき通常の画像の静電潜像がデジタル潜像で形成される。

そのデジタル潜像が現像器４と対向した現像位置に達したとき、現像器４の現像スリーブ41に図４(a)に示す現像バイアスＡが印加されて潜像が現像される。そして、次の通常画像の静電潜像を形成するまでの間に、感光ドラム２上に通常画像形成時（図６(a)）よりも大きく広げた非画像域Ｅ（図６(b)）を形成し、その非画像域Ｅにトナー補給用のパッチ画像を形成し、トナー補給制御を行う。

つまり、非画像域Ｅにおいて、感光ドラム２に対しレーザー露光を行わずに、Ｖｄ（暗部電位）のみの帯電を行って、現像バイアス電位Ｖｄｃとの間の電位差のアナログ潜像を形成する。

そのパッチ潜像が現像位置に達したとき、現像スリーブ41に印加する現像バイアスを図４(a)の現像バイアスＡから、図４(b)の現像バイアスＢへと切り換える。潜像は、切り換えられた現像バイアスＢにより現像されて、アナログパッチ画像を形成する。

そして、次の画像域Ｄが現像位置に達したときに、現像バイアスを再び現像バイアスＢから現像バイアスＡに切り換えて、画像域Ｄ上に出力画像の潜像を現像する。

一方、デジタルパッチ画像については、通常画像形成時と同様の非画像域において形成することが可能な点が異なる。

図４(a)の現像バイアスＡは、矩形波の所定数のパルス部とブランク部とを交互に有する波形を持つバイアス（ブランクパルスバイアス）である。なお、矩形波の所定数のパルス部は、交流電圧と直流電圧とを重畳した電圧を現像スリーブ41に印加することにより交番電界が形成される交番部である。また、ブランク部は、直流電圧のみを現像スリーブ41に印加することにより一定電界が形成される休止部である。

このような現像バイアスＡを用いると、図５(a)に示すように、現像器４内のトナー濃度が変動しても感光ドラム２上に形成されるトナー像の画像濃度には反映されにくい。図中、理想的な実線に対し、現像器４内のトナー濃度を変動させたときの画像濃度を点線で示す。

そのため、現像バイアスＡは、画像濃度を安定化させることができる現像特性を持っている。また、ブランクパルスバイアスは、ハイライト部の高画質現像に優れ、地かぶりが発生しにくく、更に長期使用においてもトナー粒度分布が安定するという特性がある。

一方、この現像バイアスＡは、トナー濃度変動が、形成されるトナー像の画像濃度に反映されにくい。このような特性上、この現像バイアスにおいてトナー像の画像濃度変動から現像剤のトナー濃度を制御すると、現像剤にかかる負荷が大きくなる傾向があり、現像剤の劣化を早めやすい。

一方、図４(b)の現像バイアスＢは、矩形波パルスバイアスであり、交流電圧と直流電圧とを重畳した電圧を現像スリーブ41に印加することにより交番電界が形成される交番部を繰り返し有する。

このような現像バイアスＢを用いると、図５(b)に示すように、現像器４内の現像剤のトナー濃度に対して、形成（現像）される画像（トナー像）の濃度が忠実に反映、再現される現像特性を持つ。

図中、理想的な実線に対し、現像器４内のトナー濃度を変動させたときの画像濃度を点線で示す。そのため、現像バイアスＢを用いると、現像剤のトナー濃度の変動量が画像濃度の変動量に敏感に反映する。

この現像バイアスＢは、現像剤のトナー濃度変動に対して、形成されるトナー像の画像濃度が敏感に変動するため、現像剤のトナー濃度を制御する場合に適している。つまり、現像剤にかかる負荷が小さくなる傾向があり、現像剤の劣化を抑制することができる。

さらに、トナー濃度変動に対して、形成されるトナー像の画像濃度が敏感に変動するため、感光ドラム２の膜厚変動によるトナー濃度変動が緩和される。

このように、パッチ潜像の現像に用いる現像バイアスを、トナー像の濃度を安定させる現像バイアスＡから現像剤のトナー濃度の変動量を敏感にトナー像の画像濃度（トナー付着量）の変動量に反映させる現像バイアスＢに切り換える。ちなみに、現像バイアスＡは、現像剤のトナー濃度の変動量に対しトナー像の画像濃度（トナー付着量）の変動量が追随し難い。

本実施形態では、図７の動作制御フローに示すように、コピーがスタートし（ステップＳ１）、フルカラー画像形成が開始する（ステップＳ２）。そして、画像出力が20枚になると（ステップＳ３）、20枚の画像出力ごとに非画像域においてデジタルパッチ画像（第１のパッチ画像）の形成を行う。

その後、デジタルパッチ検知実行信号値を算出し（ステップＳ４）、これに基づいてトナー補給量を算出し、トナー補給を実行する（ステップＳ５）。しかる後、コピーを終了する場合は（ステップＳ６）、これを実行する（ステップＳ７）。なお、画像出力が20枚なく（ステップＳ３）、コピーを継続する場合（ステップＳ８）は、ステップＳ２に戻り、コピーを終了する場合（ステップＳ８）は、これを実行する（ステップＳ９）。

これにより、非画像域において形成するパッチ画像の、画像濃度センサ17による検知出力値の信頼性を高めることができる。このため、現像剤の負荷を軽減することができ、画像域での出力画像の濃度を安定化することができる。なお、画像濃度センサの目標信号値は、現像器４の使用状況、使用環境に応じて最適な目標値に設定変更される。

しかしながら、使用を継続してゆくと、感光ドラム２の感度低下が生じ、初期から同一のレーザ光量、帯電電位設定でデジタル画像パッチを形成し続けると、同じ現像状態でもパッチ検知濃度は薄くなっていくため、結果として補給過多の状態となる。

具体的には、パッチ形成用の潜像電位を初期100Ｖで設定した場合に、20枚の通紙で40Ｖ程度増加する。

そこで、先の20枚ごとにデジタルパッチ画像を形成するためのカウンターとは別のカウンターにより500枚ごとにアナログパッチ画像（第２のパッチ画像）を形成し、デジタルパッチ画像の目標濃度を修正するようにした。

すなわち、図８の動作制御フローに示すように、コピーがスタートし（ステップＳ１）、フルカラー画像形成が開始する（ステップＳ２）。そして、画像出力が500枚経過した時点で（ステップＳ３）、非画像域においてデジタルパッチ画像を形成し、501枚目の紙間領域を広げることによりアナログパッチ画像を形成してそれぞれの濃度を検出する（ステップＳ４、Ｓ５）。

これに基づいてデジタルパッチ用の目標濃度の補正量を算出し（ステップＳ６）、トナー補給を実行する。その後、コピーを終了する場合は（ステップＳ７）、これを実行する（ステップＳ８）。なお、画像出力が500枚なく（ステップＳ３）、コピーを継続する場合（ステップＳ９）は、ステップＳ２に戻り、コピーを終了する場合（ステップＳ９）は、これを実行する（ステップＳ１０）。

アナログパッチ画像の濃度はドラム感度劣化の影響をうけない。このため、アナログパッチ画像の濃度検知結果によりその時の実際の現像剤のトナー/キャリア比率を判断する。そして、その比率のときにデジタルパッチ画像濃度はその検知値になるので、目標濃度をそれに見合ったレベルに補正して、以降通紙を継続すればよい。

したがって、デジタルパッチ画像形成を行った後、補給動作を行わない間にアナログパッチ画像形成を行うことが望ましい。また、アナログパッチ画像形成を先に行うことはなんら機能を損なうことはない。

図９は、パッチ画像濃度検知値に対する現像剤のトナー/キャリア比率の推移を説明する図である。図中、ラインＡは、デジタルパッチ画像の初期及びアナログパッチ画像におけるパッチ画像検知信号値に対応するトナー/キャリア比率の関係を示している。

この特性は、予め本体に記憶されているので、アナログパッチ画像の検知信号値が得られた場合には一位にその時点でのトナー/キャリア比率が得られる。

一方、図中、ラインＢは、アナログパッチ画像濃度検知から得られたトナー／キャリア比率に基いて想定される20枚通紙時点でのデジタルパッチ画像検知濃度とトナー/キャリア比率の関係を示す。

例えば、目標濃度信号値が500でトナー/キャリア比率が８％という設定において、20枚通紙時点でアナログパッチの検知濃度が600、すなわちトナー/キャリア比率で９％と検知する。この時、デジタルパッチ濃度が500と検知された場合には、ポイントＰを通るラインＡと同じ傾きのラインから８％のＴｒｇ.ポイントが計算される。

したがって、以降、500枚までのデジタルパッチ制御において、目標濃度信号値を400としてトナー補給制御を行うようにした。

また、ラインＢの特性を記憶しておくことにより、20枚おきに形成されるデジタルパッチ画像の濃度検知結果から随時トナー／キャリア比率が得られるため、目標の８％に対して必要なトナー補給量を調整することが可能となる。

このように、本実施形態では、アナログパッチ画像濃度を画像濃度センサ17の検知結果に基いて、デジタルパッチ画像を形成する際の露光条件、現像条件、帯電条件の少なくとも１つの画像形成条件を補正することで、生産効率を低下することなく、安定した画像濃度が維持される。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。

［実施形態２］
例えば、図10の動作制御フローにより補給動作の行程を説明する。実施形態１では、アナログパッチ画像を500枚に一度形成し、デジタルパッチ用の目標濃度の補正量を算出したが、パッチ濃度とトナー/キャリア比率との関係が常に同じ傾きであると仮定しており、補正制御としては粗いものとなっている。

そこで、実施形態２では、まず、実施形態１と同様の補給制御を行う（ステップＳ１〜Ｓ７）。その後、コピーを継続する場合（ステップＳ８）は、100枚後（ステップＳ９）に再びアナログパッチ画像とデジタルパッチ画像を形成してそれぞれの濃度を検出する（ステップＳ１０、Ｓ１１）。そして、これらの検知データに基いてデジタルパッチ画像目標濃度信号値を補正する（ステップＳ１２）。なお、コピーを終了する場合は（ステップＳ８）、これを実行する（ステップＳ１３）。

これにより、図11に示すように、２回のアナログパッチ画像濃度検知結果ａ、ｂに対応するデジタルパッチ画像検知濃度におけるトナー／キャリア比率を示すポイントｃ、ｄが得られる。このため、ｃ、ｄを直線近似することにより、実施形態１と同様に目標の８％での信号値及びデジタルパッチ画像濃度検知におけるトナー／キャリア比率特性を記憶することができる。

［実施形態３］
実施形態１では、アナログパッチ画像形成を行うタイミングは枚数カウンターで行っていたが、実施形態３では、常時行っているデジタルパッチ画像による濃度検知が所定の値を超えた場合に、アナログパッチ画像形成を行い、同様の補正を行うようにした。

具体的には、トナー／キャリア比率が10％を超えると検知した場合には、デジタルパッチ画像を形成する潜像コントラストが大きく変化している可能性を示唆するものである。このため、枚数カウンターで定期的に行う場合に比べ、必要に応じて補正を行うことができ、制御が確実であり、よりトナー消費に対して有利な構成となり得る。

また、アナログパッチ画像を形成するタイミングについては、デジタルパッチ画像による濃度制御に補正が必要となるタイミングを設定しておくことを前提とすれば、他にも有効な方法が考えられる。

例えば、環境検知センサを有している装置の場合には、電源投入時、前回の作像時の環境検知結果と大きく結果が異なる場合には、感光体の特性も異なっていると考えられるため、アナログパッチ画像形成を行い補正をすることが有効となる。

［実施形態４］
図12に動作制御フローを示す。実施形態４では、まず、実施形態１と同様にデジタルパッチ画像とアナログパッチ画像を形成し、それぞれの濃度を検出する（ステップＳ１〜Ｓ５）。

そして、デジタルパッチ画像濃度がアナログパッチ画像濃度よりも低かった場合には（ステップＳ６）、パッチ形成時の像露光用レーザ出力を段階的に上げていく（ステップＳ７）。そして、それぞれのレーザ出力におけるデジタルパッチ画像濃度の検知を行う（ステップＳ５）。

そして、デジタルパッチ画像濃度がアナログパッチ画像濃度に対して所定の範囲で略同一となった時点で終了し、以降のデジタルパッチ画像によすトナー補給制御は、決定されたレーザ出力でデジタルパッチ画像を形成することにより行う。なお、コピーを終了する場合は（ステップＳ８）、これを実行する（ステップＳ９）。

このように、本実施形態ではアナログパッチ画像濃度にデジタルパッチ画像濃度が合うように、デジタルパッチ画像形成条件を変更することで、デジタルパッチ画像濃度目標値を変更することなく制御を継続することが可能となる。

また、本実施形態ではデジタルパッチ画像形成時のレーザ出力を変更しているが、例えば帯電高圧出力を変更することで帯電電位を変えていき、デジタルパッチ画像濃度を調整することも可能である。

また、デジタルパッチ画像の濃度目標値とアナログパッチ画像の濃度目標値とを同一に設定する。そして、デジタルパッチ画像の濃度検知結果がアナログパッチ画像の濃度検知結果の値と同一になるように、デジタルパッチ画像の形成時における帯電条件乃至露光量を補正してもよい。

本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 図１に示す画像形成装置の現像器及びトナー補給装置の平面図である。 (a)、(b)は、現像バイアスの切り換えタイミングを示すタイミングチャートである。 (a)、(b)は、現像バイアスＡ、Ｂの時間波形を示す図である。 (a)、(b)は、現像バイアスＡ、Ｂによる現像特性を示す図である。 (a)、(b)は、画像形成時の感光ドラムの表面の画像域、非画像域を示す図である。 トナー補給の動作制御を説明するフローチャートである。 トナー補給の動作制御を説明するフローチャートである。 パッチ画像濃度検知値に対する現像剤のトナー/キャリア比率の推移を説明する図である。 トナー補給の他の動作制御を説明するフローチャートである。 パッチ画像濃度検知値に対する現像剤のトナー/キャリア比率の推移を説明する図である。 トナー補給の他の動作制御を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 画像形成部
２ 感光ドラム
４ 現像器
17 画像濃度センサ
44 現像容器
46 トナー容器
49 トナー補給装置
61 ＣＰＵ
100 画像形成装置

Claims (9)

1. 像担持体と、
   前記像担持体を帯電する帯電手段と、
   前記帯電手段により帯電された前記像担持体の表面を露光することにより静電潜像を形成する露光手段と、
   前記静電潜像を現像剤によって現像する現像手段と、
   前記現像手段に現像剤を補給する補給手段と、
   前記像担持体の上に形成された現像剤の像の濃度を検知する検知手段と、
   前記露光手段を用いて前記像担持体の表面に形成された第１のパッチを前記検知手段にて検知したときの検知結果に基いて、前記補給手段により補給される現像剤の量を制御する制御手段と、
   前記露光手段の露光の動作を行わずに前記像担持体の上に形成された第２のパッチ画像を、前記検知手段にて検知したときの検知結果に基いて、前記第１のパッチ画像を形成する際の画像形成条件を補正する補正手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 像担持体と、
   前記像担持体を帯電する帯電手段と、
   前記帯電手段により帯電された前記像担持体の表面を露光することにより静電潜像を形成する露光手段と、
   前記静電潜像を現像剤によって現像する現像手段と、
   前記現像手段に現像剤を補給する補給手段と、
   前記像担持体の上に形成された現像剤の像の濃度を検知する検知手段と、
   前記露光手段を用いて前記像担持体の表面に形成された第１のパッチを前記検知手段にて検知したときの検知結果と、所定の目標値と、に基いて、前記補給手段により補給される現像剤の量を制御する制御手段と、
   前記露光手段の露光の動作を行わずに前記像担持体の上に形成された第２のパッチ画像を、前記検知手段にて検知したときの検知結果に基いて、前記所定の目標値を補正する補正手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
3. 前記第１のパッチ画像は、前記第２のパッチ画像より多く形成されることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 使用の履歴の情報に基き、所定の使用のレベルで前記第１及び第２のパッチ画像を非画像域に続いて形成し、前記第１及び第２のパッチ画像の濃度検知結果に基き、前記第１のパッチ画像を形成する際のコントラスト電位、濃度目標値及びトナー補給量のうち少なくとも１つを補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記第１のパッチ画像の濃度検知結果が所定の範囲であった場合に、第２のパッチ画像を続いて形成し、前記第１及び第２のパッチ画像の濃度検知結果に基き、第１のパッチ画像を形成する際のコントラスト電位、濃度目標値及びトナー補給量のうち少なくとも１つを補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 環境検知手段を有し、所定の時間における前記環境検知手段の検知結果の差に応じて第１及び第２のパッチ画像を続いて形成し、前記第１及び第２のパッチ画像の濃度検知結果に基き、前記第１のパッチ画像を形成する際のコントラスト電位、濃度目標値及びトナー補給量のうち少なくとも１つを補正することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記第１のパッチ画像の濃度目標値と、前記第２のパッチ画像の濃度目標値が同一であり、前記第１のパッチ画像の濃度検知結果が第２のパッチ画像の濃度検知結果の値と同一になるように、前記第１のパッチ画像の形成時における前記帯電条件乃至露光量を補正することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記第１及び第２のパッチ画像を形成した後、所定の画像形成を経過した時に再び前記第１及び第２のパッチ画像を続いて形成する工程を繰り返し行うことにより、少なくとも２つ以上の前記第１及び第２のパッチ画像の検知濃度の結果の組み合わせに基いて、前記第１のパッチ画像を形成する際のコントラスト電位、濃度目標値及びトナー補給量のうち少なくとも１つを補正することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記第１及び第２のパッチ画像を続いて形成する動作において、先のパッチ画像形成からトナー補給が行われる前に、後のパッチ画像形成を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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