JP2012247503A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、トナー温度が変動してもトナー帯電量の安定化を実現し、画像濃度・品位の安定性を得ることを目的としている。
【解決手段】 静電潜像が形成される感光ドラム５と、該感光ドラム５上に形成された静電潜像をトナーにて現像する現像装置８と、現像装置８内のトナーの温度に関する情報を検知する温度センサ21と、感光ドラム５上に形成されたパッチ画像の濃度を検知する光センサ22と、パッチ画像濃度の検知結果に基づいて現像装置８に補給するトナー補給量を制御する制御手段と、パッチ画像を形成する際の画像部電位と現像装置８に印加される直流バイアスとの電位差を設定する設定手段とを有し、該設定手段は温度センサ21の検知結果に基づき、トナーの温度上昇に伴って前記電位差が大きくなるように設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリンタ、コピー機等の電子写真方式の画像形成装置に関する。

トナーを帯電させ静電気力を用いて画像形成を行う電子写真方式の画像形成装置では、トナーの帯電量が変化した場合、それに応じて出力画像濃度や品位が変化してしまう。トナーの帯電量は、使用環境、出力画像のトナー消費量、出力経過時間などに応じて大きく変化する。従って、何らかの出力安定化のための制御を行わなかった場合、出力画像が各種条件に応じて変動してしまう。

電子写真方式の画像形成装置の場合、画像データから予想されるトナー消費量とほぼ同量のトナーが補給される。また、現像剤としてトナーと磁性キャリアとを使用して画像形成を行う二成分現像装置を用いた電子写真方式の画像形成装置の場合、現像剤中のトナー濃度を測定するインダクタンスセンサなどの出力値を用いたトナー補給量の調整や制限が一般的に行われる。

二成分現像装置では、現像装置内におけるトナーと磁性キャリアとの混合比によりトナーの帯電量は変化する。一般的に、トナーの比率が少なくなるに従い、トナーの帯電量は増加する。トナーの帯電量が増加すると、一定の電荷を有する静電潜像に付着するトナーは減少し、その逆に、トナーの帯電量が減少すると、一定の電荷を有する静電潜像に付着するトナーは増加する。したがって、トナーの消費と補給によりトナーの帯電量および出力画像濃度が変化する問題がある。

このような問題を解決するために特許文献１のように、画像濃度を安定化させるために、出力画像濃度測定用のパッチ画像を出力する。そして、像担持体上で測定したパッチ画像濃度に基づいて、出力画像濃度が目標濃度に一致するトナー帯電量になるようにトナー補給量の制御を行う技術が提案されている。この技術は制御用のパッチ画像を現像し、パッチ画像濃度の検知結果をトナー補給量にフィードバック制御する機構を持つ。

そして、所定パッチ画像電位潜像に対して、パッチ画像濃度が一定になるようにトナーの補給量を制御し、二成分現像剤中のトナーと磁性キャリアとの比率であるＴ／Ｄ比を変化させる。その結果、トナー補給制御用のパッチ画像濃度基準値と、形成されたパッチ画像の読取濃度値が一致するように制御すれば、トナーの帯電量が所望の目標トナー帯電量に達する。つまり、所定電位条件でのパッチ画像形成に基づいたトナー補給フィードバック制御により、トナー帯電量と画像濃度を一定に保つことができる。ただし、トナー帯電量が一定に保たれるのは現像効率が変化しない場合のみである。

特開平０９−１２７７５７号公報

しかし、上記のような、パッチ画像の出力結果に基づいたトナー補給量の制御を行った場合、トナーの帯電量を目標値に一定化するという作用を妨げることがある。電子写真技術においては静電気力を用いて画像を形成するためトナーの帯電量はできるだけ変化しないことが望ましい。この問題を以下で具体的に説明する。

パッチ画像の出力結果に基づいたトナー補給量調整による出力画像濃度の安定化制御機構は、パッチ画像濃度測定を行って各種調整を行うという制御である。これにより、現像コントラストに対して帯電したトナーが埋まった割合（以下、「現像効率」という）がトナーの温度により変化すると、トナー帯電量が目標値であってもパッチ画像の濃度が変化する。

即ち、トナーの温度によりトナー表面の特性が変化し、トナーと磁性キャリアとの離型性が変化して、現像効率が変化することで現像量（トナーの載り量）が変化する。このような状況下においても、パッチ画像濃度が目標濃度に一致するようなトナー帯電量になるようにトナー補給量を制御するのでトナー帯電量が目標値からずれてしまう。

これを以下に詳しく説明する。パッチ画像濃度はパッチ画像のトナー量を反射光量で判断する。トナー量は現像コントラスト（画像部電位と現像バイアス（現像スリーブに印加される直流バイアス）との電位差）と現像効率（現像コントラストに対して帯電したトナーが埋まった割合）に比例し、トナーの比電荷（トナーの単位質量あたりの電荷）に反比例する。温度が変わらず現像効率が変化しない場合は、パッチ画像濃度によりトナー帯電量（トリボ）が推定できる。従って、パッチ画像の目標濃度と合わせるようにトナー補給制御を行えば、トナー帯電量を目標値に制御できる。

しかし、図６（ａ）に示すように、トナー温度が上がると現像効率が下がるため、トナー温度が変化して現像効率が変化した場合に同様の制御を行うと、トナー帯電量が目標値からずれてしまう。具体的には、現像効率が低いと同じトナー比電荷でも画像濃度が薄くなるためトナー比電荷が高いと判断し、トナー比電荷を低くするようにトナー補給制御を行ってしまう。

そのため、像担持体に対するトナー現像量（パッチ画像濃度で判断する）が適正化されたとしても、トナー帯電量が目標値からずれるため、その後の工程を適正に行うことができないという課題が発生する。たとえば、転写を良好に行うにはトナーの帯電量が不十分、もしくは過剰になってしまい、画像濃度・品位が低下してしまうといった課題が生じる。

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、前記像担持体上に形成された静電潜像を現像剤にて現像する現像装置と、前記現像装置内の現像剤の温度に関する情報を検知する温度検知手段と、前記像担持体に形成された制御用画像の濃度を検知する濃度検知手段と、前記制御用画像濃度の検知結果に基づいて前記現像装置に補給する現像剤補給量を制御する制御手段と、前記制御用画像を形成する際の画像部電位と前記現像装置に印加される直流バイアスとの電位差を設定する設定手段とを有し、前記設定手段は、前記温度検知手段の検知結果に基づき、現像剤の温度上昇に伴って前記電位差が大きくなるように設定することを特徴とする。

現像剤の温度上昇に伴って制御用画像を形成する際の画像部電位と、現像装置に印加される直流バイアスとの電位差が大きくなるように設定する。これにより、同じトナー比電荷なら同じ画像濃度になる。これにより現像剤の温度変化によって現像効率が変化した場合でも画像濃度、画像品位の安定性を得ることが可能となる。

本発明に係る画像形成装置の全体構成を示す模式説明図である。 図１の部分拡大図である。 本発明に係る画像形成装置の第１実施形態の動作フローチャートである。 第１実施形態において、トナー温度に基づいた制御用画像形成時のコントラスト電位条件のフィードバック制御の動作フローチャートである。 第１実施形態において、補正されたコントラスト電位条件下における制御用画像濃度の測定に基づいたトナー補給フィードバック制御の動作フローチャートである。 （ａ）は第１実施形態において現像部内のトナーの各温度での現像効率を示す図、（ｂ）は第１実施形態において現像部内のトナーの各温度での現像コントラスト電位補正率を示す図である。 （ａ）は第２実施形態において現像部内のトナー帯電量分布が同一の場合におけるトナーの温度と、現像されるトナーの帯電量との関係を示す図、（ｂ）は通常の現像時に印加される現像バイアス電圧波形を示す図である。 第２実施形態において、現像部内のトナー帯電量分布が同一の場合におけるブランク長と、現像されるトナーの帯電量との関係を示す図である。 第２実施形態において、トナー温度の検知結果に基づいて現像バイアス電圧波形を補正制御する様子を示すフローチャートである。

以下、図を用いて本発明に係る画像形成装置の一実施形態について説明する。

先ず、図１〜図６を用いて、本発明に係る画像形成装置の概要について説明する。

［画像形成装置］
図１は本発明に係る画像形成装置の全体構成を示す。図１において、画像形成装置は、画像コントローラ１が、図示しないホストコンピュータ等から特定の記述言語で記述された画像情報の電気信号を受信する。そして、画像形成データを作成した上で、画像形成装置を制御するＣＰＵ（中央演算装置）２が画像形成装置本体のレーザドライバ３により静電潜像を作成するための信号処理を行い、該レーザドライバ３に信号を送信する。

レーザドライバ３では、上記電気信号を光信号に変換し、高速度で回転する図示しないポリゴンモータに取り付けられたポリゴンミラーに上記光信号を照射する。ポリンゴンミラーにより反射された光信号は反射ミラー４によって画像情報に対応した静電潜像が形成される像担持体となる感光ドラム５の表面（像担持体上）に照射される。

感光ドラム５は、高電圧電源であるバイアス印加部となる高圧出力部６により制御された電圧値にて帯電部材となる帯電ローラ７により一定電位に均一に帯電されており、光照射を受けることで照射部電位が変化し、感光ドラム５上に静電潜像が形成される。レーザドライバ３は感光ドラム５上（像担持体上）に画像情報信号に対応した静電潜像を形成する潜像形成手段として構成される。

本実施形態の画像形成装置では、感光ドラム５の表面を負極性に帯電させるとともに、トナーを負極性に帯電させ、レーザドライバ３により光照射を行った部位（明部）にトナーを付着させる構成となっている。また、感光ドラム５の表面が一定電位になるよう帯電ローラ７を用いて帯電しているため、トナーが現像される明部電位は、ＬＤ（Laser Diode：半導体レーザ）から照射される光強度に依存して変化する。すなわち、トナー現像量は感光ドラム５に対する光照射量を制御することにより調整することが可能である。

［現像装置］
感光ドラム５上（像担持体上）に形成された静電潜像を現像剤となる帯電したトナーを用いて現像する現像装置８は、トナーおよび磁性キャリアを含有する現像剤を収容する現像容器９と、現像剤を担持する現像剤担持体となる現像スリーブ18とを備えている。そして、該現像スリーブ18によって現像剤中のトナーのみを感光ドラム５に付着させ、該感光ドラム５上に形成された静電潜像をトナー画像として可視像化する。

［トナー補給制御］
現像容器９内のトナーは、制御手段となるＣＰＵ２が必要に応じてトナー補給モータ10を駆動することにより補給スクリュー部材19が回転し、トナーホッパ20から必要に応じて現像容器９内に補給される。ＣＰＵ２は、所定期間内のトナー補給量をＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）11に記憶する。現像スリーブ18には、高圧出力部６によって制御された現像バイアス電圧が印加される。

感光ドラム５の表面に形成された各色のトナー画像は一次転写装置12により中間転写ベルト13上に転写された後、更に二次転写装置14により紙などの記録材15の表面に転写される。

図３は本実施形態における画像形成装置の動作フローチャートを示す。図３において、ステップＳ51において、画像形成装置の電源がＯＮされると、ステップＳ52において、初期化処理がなされ、ステップＳ53において、印字条件、パラメータをハードディスクドライブ（ＨＤＤ）24からメモリーとなるＲＡＭ11に読み込む。

そして、ステップＳ54において、画像形成装置に対して行われるボタンの押下、原稿のセット等の各種ユーザ操作や複写動作等の各種操作などにより印刷パラメータを設定するＵＩ（User Interface）イベントが発生したか否かを判断する。

そして、ＵＩイベントが発生していなければ、ステップＳ55に進んでトナー補給を実行する。次に、ステップＳ56において、トナー消費量、トナー補給量、Ｔ／Ｄ比検知センサ16から検知データを読み込みトナー電荷量（出力濃度）を予測する。

次に、ステップＳ57において、通常の画像形成時用のレーザドライバ３のレーザ出力調整量を決定する。そして、ステップＳ58において、トナー補給制御用の制御用画像（以下、「パッチ画像」という）出力のタイミングか否かを判断する。そして、パッチ画像出力のタイミングであれば、ステップＳ59に進んで、トナー補給制御用のパッチ画像を形成し、濃度検知手段となる光センサ22によりパッチ画像濃度（制御用画像濃度）を読み取り、トナー補給量の調整量を決定する。尚、図３のステップＳ59におけるトナー補給量の調整の詳細は、図５のフローとなり、詳細は後述する。本実施形態では、光センサ22の検知結果に基づいてパッチ画像濃度が上がった場合にトナー補給量を減少させる。

前記図３のステップＳ58において、トナー補給制御用のパッチ画像出力のタイミングでない場合、或いは、前記ステップＳ59において、トナー補給量の調整量を決定した後は、ステップＳ60に進んで未処理印刷ジョブが有るか否かを判断する。未処理印刷ジョブが有ればステップＳ61に進んで印刷ジョブを実行した後、ステップＳ62において消費したトナー量の分だけ、トナー補給量を決定し、前記ステップＳ54に戻る。また、前記ステップＳ60において、未処理印刷ジョブが無い場合にも前記ステップＳ54に戻る。

前記ステップＳ54において、何らかのＵＩイベントが発生した場合には、ステップＳ63に進んで、出力する色を正確にかつ安定して再現させるために調整するカラーキャリブレーション（色合わせ）を実行するか否かを判断する。そして、カラーキャリブレーションを実行する場合にはステップＳ64に進んで所定のカラーキャリブレーションを実行した後、前記ステップＳ54に戻る。前記ステップＳ63において、カラーキャリブレーションを実行しない場合にはステップＳ65に進んで各種の設定パラメータを変更するか否かを判断する。そして、所定のパラメータを変更する場合には、ステップＳ66に進んで変更パラメータを保存した後、前記ステップＳ54に戻る。

前記ステップＳ65において、既存の設定パラメータを変更しない場合には、ステップＳ67に進んで画像形成装置の電源をＯＦＦするか否かを判断し、電源をＯＦＦしない場合には前記ステップＳ54に戻る。前記ステップＳ67において、画像形成装置の電源をＯＦＦする場合には、ステップＳ68に進んで印字条件の各種パラメータをＲＡＭ11からハードディスクドライブ24によりハードディスクに保存した後、画像形成装置の電源をＯＦＦする（ステップＳ69）。

本実施形態では、現像容器９に対するトナー補給制御は、現像性及び転写性の安定化を目的として、トナーの帯電量を一定に調整する機構を持つ。具体的には、図３のステップＳ59において、感光ドラム５上に形成される制御用画像となる適正なパッチ画像の現像コントラスト電位条件を定める。ここで、現像コントラストとは、画像部電位と現像バイアス（現像スリーブ18に印加される直流バイアス）との電位差のことをいう。

本実施形態では、温度検知手段となる温度センサ21により現像容器９内（現像装置内）のトナーの温度に関する情報を検知する。そして、温度センサ21により検知した現像容器９内のトナーの温度に応じて変化する現像効率に対応して、設定手段を兼ねるＣＰＵ２は制御用画像となる適正なパッチ画像の現像コントラスト電位条件を補正する。

即ち、設定手段を兼ねるＣＰＵ２は、制御用画像となるパッチ画像を形成する際の画像部電位と、現像装置８に印加される直流バイアスとの電位差である現像コントラストを設定する。そして、ＣＰＵ２は、温度検知手段となる温度センサ21により検知した現像容器９内のトナー温度の検知結果に基づいてトナーの温度上昇に伴なって現像コントラストが大きくなるように設定する。具体的には、トナー温度が上がった場合には、図６（ａ）に示すように、現像効率が下がる。これを補うために下がった現像効率の割合だけ現像コントラスト電位を上げる。

具体的には、図６（ａ）に示すように、トナー温度が上がって現像効率が下がった場合には、現像バイアスと画像部電位との電位差である現像コントラストを大きくして、同じトナー比電荷なら同じ画像濃度になるようにする。或いは、パッチ画像の濃度目標値を下げて、現像効率の低下による画像濃度の低下を検知しないようにする。この方法でパッチ画像濃度を濃度目標値と合わせればトナー比電荷を合わせることができる。

図６（ａ）に示すように、トナー温度が上がって現像効率が下がった場合に、現像コントラストを大きくする場合について説明する。温度検知手段となる温度センサ21により検知したトナー温度、或いは予測されるトナー温度から現像コントラストを予測される現像効率の逆数倍に補正する。その現像コントラスト電位条件で制御用画像となるパッチ画像の潜像形成を行い、そのパッチ潜像に対して現像されたパッチ画像の濃度を濃度検知手段となる光センサ22により検知する。

濃度検知手段となる光センサ22は像担持体となる感光ドラム５に形成された制御用画像であるパッチ画像の濃度を検知する。制御手段となるＣＰＵ２は、光センサ22により検知した制御用画像濃度であるパッチ画像の濃度の検知結果に基づいて現像装置８の現像容器９内に補給するトナー補給量（現像剤補給量）を制御する。

パッチ画像のトナー量は、現像コントラスト（画像部電位と現像バイアス（現像スリーブ18に印加される直流バイアス）との電位差）と現像効率（現像コントラストに対して帯電したトナーが埋まった割合）に比例する。そして、トナーの比電荷（トナーの単位質量あたりの電荷）に反比例する。これは以下の数１式で表わされる。

［数１］
トナー量 ∝ 現像コントラスト × 現像効率 ／ トナー比電荷

つまり、トナー温度の変化によって現像効率が変化しても現像コントラストを上げ現像ざれるトナーを一定にする。即ち、上記数１式の分子を温度の変化に依らないようにする。これにより、現像されるトナー量が一定になるようにトナー補給を制御すれば、トナー比電荷（またはトナー帯電量）を一定にすることができる。即ち、トナー現像量を光センサ22で読み取ったパッチ画像濃度を濃度目標値と合わせることでトナー帯電量の一定制御ができるようになる。

光センサ22により検知したパッチ画像濃度（トナー量）の検知結果に基づいて、出力画像濃度が目標濃度に一致するように現像容器９へのトナー補給量をフィードバック制御により設定する。現像容器９内のトナーの温度に基づいたパッチ画像形成時の現像コントラスト電位条件のフィードバック制御の動作フローチャートを図４に示す。

従来技術では、図３のステップＳ59において、パッチ画像濃度を一定にするようにトナー補給制御を行う。本実施形態では図４に示すように、トナー温度に応じて変化する現像効率を補うように現像コントラストを制御する。これにより、図６（ａ）に示すように、トナー温度が上昇して現像効率が低下するといったように現像効率が変化しても画像濃度を一定にすればトナー比電荷も一定になる。本実施形態では画像濃度もトナー比電荷も一定に制御できる。

図４に示すフローチャートはパッチ画像形成条件の決定フローである。図４のステップＳ１〜Ｓ６に示すフローチャートは、図３のステップＳ59においてパッチ画像形成前に実行される。図５に示すステップＳ11〜Ｓ20に示すフローチャートも図３のステップＳ59においてパッチ画像形成前に図４のステップＳ１〜Ｓ６に示すフローチャートの後に実行される。

先ず、図４のステップＳ１において、制御用画像となるパッチ画像のレーザドライバ３の露光強度の補正が開始されると、ステップＳ２において、温度センサ21により現像容器９内のトナーの温度を検知する。次に、ステップＳ３において、以下で説明するように数３式を用いて現像効率を算出する。

次に、ステップＳ４において、指定されたトナー現像量の変動を打ち消すために現像コントラスト電位の調整量を以下で説明するように数２式を用いて算出する。次に、ステップＳ５において、前記ステップＳ４で算出された現像コントラスト電位調整量に相当するレーザ出力調整量をパッチ画像出力時のレーザ出力補正量として記憶する。そして、ステップＳ６において、パッチ画像の露光強度の補正が終了する。

更に補正された現像コントラスト電位条件下におけるパッチ画像形成及びパッチ画像濃度の測定に基づいたトナー補給フィードバック制御の動作フローチャートを図５に示す。図５のステップＳ11において、トナー補給調整量のフィードバック制御が開始されると、ステップＳ12において、感光ドラム５上にパッチ画像を形成する。

そして、ステップＳ13において、前記ステップＳ12で形成したパッチ画像を光センサ22により読み取り、ステップＳ14において、パッチ画像濃度を演算する。次にステップＳ15において、前記ステップＳ14で演算したパッチ画像濃度と、予め設定された目標濃度とを比較し、両者の濃度が等しければ、ステップＳ16に進んでトナー補給調整量をゼロにリセットする。

前記ステップＳ15において、前記ステップＳ14で演算したパッチ画像濃度が、予め設定された目標濃度よりも低い場合には、ステップＳ17に進んでトナー補給量を目標濃度との濃度差に基づいて予め設定された基準のトナー補給量よりも所定量増加させる。また、前記ステップＳ14で演算したパッチ画像濃度が、予め設定された目標濃度よりも高い場合には、ステップＳ18に進んでトナー補給量を目標濃度との濃度差に基づいて予め設定された基準のトナー補給量よりも所定量減少させる。

ただし、基準のトナー補給量は、出力画像データから推定されるトナー消費量と同量のトナー量とする。

そして、ステップＳ19において、前記ステップＳ16〜Ｓ18でリセット、或いは変更したトナー補給調整量を更新する。そして、ステップＳ20において、トナー補給調整量のフィードバック制御が終了する。

図４ではパッチ画像のレーザドライバ３の露光強度の補正を行うことで現像コントラストを変更し、トナー帯電量を一定に制御する一例を説明した。他にパッチ画像の濃度目標値を変更することでトナー帯電量を一定に制御することが出来る。即ち、図６（ａ）に示すように、トナー温度が上がって現像効率が下がった場合には、パッチ画像の濃度目標値を下げて、現像効率の低下による画像濃度の低下を打ち消す。

この方法でパッチ画像濃度を濃度目標値と合わせればトナー比電荷を合わせることができるが、図３に示したフローとは少し異なる。この場合、図３のステップＳ59において、パッチ画像濃度の読み取り値と、パッチ画像濃度の濃度目標値とを比較する（図５のステップＳ15参照）前に、トナー温度の検知結果に基づきパッチ画像の濃度目標値を変更する。このとき、図４に示すフローは実行しない。具体的には、図６（ａ）に示すように、トナー温度が上がって現像効率が下がる場合には、現像効率の低下によって低下したトナーの現像量分に相当する濃度分だけパッチ画像の濃度目標値を下げる。その他のフローは前記図３に示したフローと同様である。

パッチ画像形成条件を制御することによりトナー比電荷を一定制御する方法では、制御手段となるＣＰＵ２は、温度検知手段となる温度センサ21の検知結果に基づいて制御用画像となるパッチ画像を形成する際の画像形成条件として濃度目標値を設定する。そして、濃度検知手段となる光センサ22の検知結果に基づいて、現像手段となる現像容器９内へのトナー補給量を設定する。

また、現像容器９には、該現像容器９内のトナーと磁性キャリアとの比率を測定するためのＴ／Ｄ比検知センサ16が設けられている。Ｔ／Ｄ比検知センサ16ａは現像容器９内の現像剤の透磁率を検知するインダクタンスセンサにより構成することが出来る。インダクタンスセンサにより現像剤の透磁率を測定することで、現像容器９内の現像剤中のトナー濃度（磁性キャリア及び非磁性トナーの合計重量（Ｄ）に対する非磁性トナー重量（Ｔ）の割合：以後、「Ｔ／Ｄ比」という）を測定することができる。

図５に示したトナー補給量制御に加えて、トナーの飛散や磁性キャリアの感光ドラム５への付着を防ぐため、Ｔ／Ｄ比検知センサ16の値に基づいて、Ｔ／Ｄ比が一定範囲内に収まるよう、Ｔ／Ｄ比の上下限値内に収まるように制御を行う。なお、Ｔ／Ｄ比検知センサ16の出力値はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器17を介して必要なタイミングでＣＰＵ２に取り込まれる。

光センサ22により検知したパッチ画像濃度をトナー補給量にフィードバック制御する構成は、感光ドラム５上の所定電位の静電潜像に対して、トナー現像量が一定になるようにトナー補給量を制御してＴ／Ｄ比を変化させるものである。

ここで、本実施形態の効果を説明するために、温度センサ21により検知した現像容器９内のトナーの温度の検知結果をパッチ画像形成電位にフィードバック制御しない場合の比較例について説明する。

現像効率が一定の場合においては現像容器９内のトナーの温度をパッチ画像形成電位にフィードバック制御せず、トナー補給量制御によりＴ／Ｄ比を変化させる。その結果、トナー補給制御用のパッチ画像濃度基準値と、光センサ22により検知される感光ドラム５上に形成したパッチ画像の読み取り値（濃度）が一致するように制御すれば、トナーの帯電量が所望の目標トナー帯電量に達する。つまり、所定電位条件でのパッチ画像形成に基づいたトナー補給フィードバック制御により、トナー帯電量を一定に保つことができる。

しかし、所定電位条件でのパッチ画像濃度に基づいたトナー補給制御によるトナー帯電量調整だけでは、現像効率が変化した場合にはトナー帯電量を一定にする制御を妨げる問題が生じる。

パッチ画像濃度の出力結果に基づいたトナー補給量調整による出力画像濃度安定化制御機構は、パッチ画像濃度測定を行って各種調整を行うという制御である。この場合、パッチ画像濃度の変化時にトナーの帯電量が変化したのか、或いは現像効率が変化したのかを区別することが出来ない。このため、図６（ａ）に示すように、現像効率がトナーの温度により変化すると、トナー帯電量が目標値であってもパッチ画像濃度が変化する。このような状況下においても、パッチ画像濃度が目標濃度に一致するようなトナー帯電量になるようトナー補給量制御をするためトナー帯電量が目標値からずれてしまう。

以降、本実施形態の特徴的な制御部分について説明する。本実施形態では、図６（ａ）に示すように、トナー温度の変化に起因する現像効率の変化が生じた場合においてもトナー帯電量を一定制御する機構を持つ。本画像形成装置では、トナーの温度に応じて、基準時からの現像効率の変化を推定し、その変化分による濃度変動を打ち消すようにレーザドライバ３のＬＤ（Laser Diode：半導体レーザ）から照射する画像出力時の画像露光強度を制御する。

本実施形態は、第一の方法として、図６（ａ）に示すように、トナー温度が変化して現像効率が変化した場合に、温度検知手段となる温度センサ21の検知結果に基づいて制御用画像となるパッチ画像を形成する際の画像形成条件を制御する。この方法の一例として、パッチ画像を形成する際の潜像条件として現像コントラストを制御する。本実施形態では現像コントラストを変化させる手段として、レーザドライバ３のＬＤ（半導体レーザ）から照射する画像出力時の画像露光強度を制御する。

また、通常画像においても図６（ａ）に示すように、トナー温度の変化に起因する現像効率の変化による画像濃度の変化を防ぐためにレーザドライバ３のＬＤ（半導体レーザ）から照射する画像出力時の画像露光強度を制御する。尚、現像コントラストを変更する方法としては、レーザドライバ３の出力を補正する方法に限定されず、例えば、現像装置８に印加される現像直流（ＤＣ）バイアスを変更しても良い。

ただし、画像出力時とはパッチ画像形成時と通常画像形成時のことである。パッチ画像形成時に現像コントラストを制御してパッチ画像濃度を合わせることでトナー比電荷を合わせることが出来る。また、通常画像形成時に現像コントラストを制御することで出力画像濃度を合わせることができる。

第一の方法に代わる第二の方法として、図６（ａ）に示すように、トナー温度が変化して現像効率が変化した場合に、温度検知手段となる温度センサ21の検知結果に基づいて設定手段を兼ねるＣＰＵ２により制御用画像となるパッチ画像の濃度目標値を制御する。この場合には、パッチ画像形成時にレーザドライバ３のＬＤ（半導体レーザ）から照射する画像出力時の画像露光強度を変更しない。

しかし、通常画像形成時にはレーザドライバ３のＬＤ（半導体レーザ）から照射する画像出力時の画像露光強度を制御する。このような第二の方法では、パッチ画像の濃度目標値を変更することでトナー比電荷を一定制御して、通常画像形成時にレーザドライバ３のＬＤ（半導体レーザ）から照射する画像出力時の画像露光強度を変更することで画像濃度を一定制御する。

本実施形態では、以下の数２式を満たす現像コントラスト電位になるようＬＤ（Laser Diode：半導体レーザ）の照射強度を調整する。尚、以下の数２式において、基準温度時の現像コントラスト電位とは、基準にした所定の温度で予め適正に定めた現像コントラスト電位である。また、現像コントラスト電位補正率とは、トナーの温度に起因する現像効率の変化によるトナー現像量を補正する機能を有する。そして、各現像容器９に設置された温度センサ21の検知結果に基づいて適正な現像コントラスト電位補正率を以下で説明するように、数４式を用いて算出して決定する。

また、以下の数２式において、画像出力時とはパッチ画像形成時と通常画像形成時のことである。

［数２］
{画像出力時の現像コントラスト電位}＝{基準温度時の現像コントラスト電位}×{現像コントラスト電位補正率}

上記数２式に示される現像コントラスト電位補正率は、以下の数３式で示すトナー温度に応じた現像効率と、以下の数４式で示す現像効率に応じた現像コントラスト電位補正率とから得られる。トナー温度に応じた現像効率の線形近似した式は以下の数３式で示される。以下の数３式において、Ｔはトナーの温度であり、α，βの２つのパラメータは、画像形成装置の使用温度範囲内での現像剤の温度特性に対応して予め設定されたパラメータである。αは現像効率変化の温度勾配であり、βは使用温度範囲内の基準にする温度であり、｛Ｔ＝β｝のときの現像効率は「１」である。即ち、現像効率が「１」のときは、現像コントラストが全てトナーで現像され尽くした状態である。

［数３］
現像効率＝１−α×(Ｔ−β)

図６（ａ）は、本実施形態で用いた現像剤における各温度での現像効率を示す。図６（ａ）から本実施形態で用いた現像剤では、現像効率変化の温度勾配となる図６（ａ）に示す直線の傾きは、図６（ａ）のトナー温度が３０℃と４０℃との間の現像効率の変化が０．１である。これにより、０．１／１０［℃］としてα＝０．０１／℃として求めることが出来、使用温度範囲内の基準温度β＝２５℃である。

現像効率に応じた制御用画像となるパッチ画像の現像コントラスト電位補正率は以下の数４式で示される。

［数４］
現像コントラスト電位補正率＝１／現像効率

上記数４式は現像効率が変化したときにトナー現像量の変化を抑制するために現像コントラスト電位を補正することを表している。図６（ｂ）は、上記数２式〜数４式を用いて算出した本実施形態における各温度での現像コントラスト電位補正率を示す。

現像容器９に設けられた温度センサ21によるトナーの温度検知に基づく現像効率の予測、露光強度の制御、トナー補給動作の制御系のブロック図を図２に示す。図２は、図１に示す画像形成装置の一部の構成を示す。図２において、ＣＰＵ２は現像容器９内（現像部内）に備えられた温度センサ21が検知したトナーの温度値を読み込む。ＣＰＵ２はトナーの温度から前記数３式に基づいて現像効率変化を予測し、前記数４式に基づいて現像コントラスト電位補正量を算出する。そして、画像形成時に前記数２式に基づいてレーザドライバ３に設けられるＬＤ（半導体レーザ）から照射する画像露光強度をフィードバック制御する。

パッチ画像形成時には現像後に現像されたトナー濃度を光センサ22が検知し、該光センサ22が検知した値をＣＰＵ２が読み込む。ＣＰＵ２は光センサ22が検知した値と、予め設定された目標値とを比較し、その比較結果に応じて、トナー補給モータ10をフィードバック制御して現像容器９内へのトナー補給量を設定する。

即ち、制御手段となるＣＰＵ２は濃度検知手段となる光センサ22が検知した制御用画像濃度であるパッチ画像濃度の検知結果と、該パッチ画像濃度の目標値とに基づいてトナー補給量（現像剤補給量）を制御する。第一に代わる第二の方法では、設定手段を兼ねるＣＰＵ２は温度検知手段となる温度センサ21が検知したトナー温度の検知結果に基づいてトナーの温度上昇に伴ってパッチ画像濃度の目標値が小さくなるように該パッチ画像濃度の目標値を設定する。第一の方法はパッチ画像を制御し、第二の方法はパッチ画像の目標濃度を変更する。

通常画像の出力時には、図１に示すように、各感光ドラム５上に現像されたトナー画像が各一次転写装置12により中間転写ベルト13上に重畳して転写される。更に二次転写装置14により中間転写ベルト13上に転写されたトナー画像が記録材15上に二次転写される。トナー画像が転写された記録材15は図示しない搬送ローラ等により定着装置23に搬送され、該定着装置23により、加熱、加圧されてトナー画像が記録材15に永久定着され、画像形成装置外に搬送される。

本実施形態では制御用画像となるパッチ画像を形成する際に現像されるトナー量を一定にするために現像容器９に設けた温度検知部となる温度センサ21の検知結果に基づいて制御用画像となるパッチ画像を形成する。その際の電位条件の一例として、現像容器９内のトナー温度に応じて潜像形成時のレーザドライバ３の露光強度を変化させた。他に現像されるトナー量が一定になる制御であれば、同様な効果が得られる。例えば、現像剤担持体となる現像スリーブ18に印加する現像バイアス電圧の直流成分をフィードバック制御し、現像コントラスト電位を補正する構成としても同様な効果が得られる。

また、パッチ画像のトナー現像量を一定にしなくても、トナー温度に応じてパッチ画像濃度により判断するトナー現像量の目標値を変化させれば、同様の効果が得られる。これが第二の方法であり、この場合には、基準の目標トナー量に現像効率を掛けた値を新たな目標トナー量に設定する。

以上のように、本実施形態では、温度センサ21により検知した現像容器９内のトナー温度の検知結果に基づいて、制御用画像となるパッチ画像を形成する際の電位条件（潜像形成時の露光強度、帯電バイアス電圧）を調整して設定する。そして、パッチ画像が一定の濃度（またはトナー現像量）になるようにフィードバック制御することで、トナーの帯電量が目標値一定になるような制御を行う。更に、トナー温度に起因する現像効率の変化によるトナー現像量を補うように出力画像で用いる画像露光強度を制御する。これにより、トナー帯電量の安定と、出力画像のトナー現像量の安定の両方を実現し、画像濃度、画像品位の安定性を得ることが可能となる。

本実施形態では、前記第１実施形態の構成に加えて、各現像容器９に備えられた温度検知手段となる温度センサ21により該現像容器９内のトナーの温度を検知または予測する。その検知或いは予測結果に基づいて、制御手段となるＣＰＵ２により画像形成時の現像条件として現像時の現像バイアス電圧を変化させて設定することを特徴とする。

現像容器９内のトナーの温度変化により現像効率の低下が生じた場合には、単位質量当たりの電荷量が高いトナーが現像され難くなる。そして、電荷量が低いトナーしか現像されないという「選択現像」と呼ばれる現象が生じることがあり、現像されない帯電量のトナーが現像容器９内に蓄積してしまう問題が生じる。これは、温度によりトナー表面の粘性が変化し、トナーとキャリアとの離型性が変化するために生じると考えられる。

本実施形態において現像容器９内のトナー帯電量分布が同一の場合（単位質量当たりのトナー帯電量の平均が３０［μＣ/ｍｇ］）におけるトナー温度と、現像されたトナーの帯電量との関係を図７（ａ）に示す。尚、図７（ａ）の縦軸は現像容器９内の平均帯電量である。図７（ａ）に示すように、現像容器９内のトナーの温度が上昇すると、現像されるトナーの帯電量が減少する。これより、現像効率が低下し、現像容器９内のトナーの平均帯電量（目標にするトナー帯電量）と、現像されるトナーの帯電量とがずれた状況下で多量のトナーが消費された場合、現像容器９内のトナー帯電量の分布が偏ってしまう。

本実施形態では、温度センサ21により検知した現像容器９内のトナーの温度に基づいて修正したパッチ画像及び通常画像における現像バイアス電圧のＤＣ（直流）成分長さ（直流成分長さ）となるブランク長（印加時間）を調整して設定する。そして、現像時のトナーにかかる力を変え、現像されるトナーの帯電量が偏らないようにフィードバック制御することで、現像容器９内のトナー帯電量分布が適正に保たれるようにする。

本実施形態では通常画像の現像時には図７（ｂ）に示すような現像バイアス電圧を印加する。図７（ｂ）に示すように、現像バイアス電圧の印加開始の０［ｍsec］から２［ｍsec］までの間（第２期間）は交流バイアス電圧と、直流バイアス電圧とを重畳して印加する。その後、２［ｍsec］から５［ｍsec］までの間（第１期間）は直流成分のみを印加する。現像時には現像が終了するまで、この波形の現像バイアス電圧が周期的に印加される。即ち、現像装置８には直流バイアスのみが印加される第１期間と、交流バイアスが印加される第２期間とが交互に印加される。

図８に現像容器９内のトナー帯電量分布が同一の場合（単位質量当たりのトナー帯電量の平均が３０［μＣ/ｍｇ］）における現像バイアス電圧のＤＣ（直流）成分長さとなるブランク長（印加時間）と、現像されたトナーの帯電量との関係を示す。尚、図８の縦軸は現像容器９内の平均帯電量である。図８に示す破線Ａは現像容器９内のトナーの温度が２５℃の場合、実線Ｂは現像容器９内のトナーの温度が４０℃の場合をそれぞれ示す。

図８に示す各温度において、現像バイアス電圧のＤＣ（直流）成分長さとなるブランク長（印加時間）を短くすると、現像されるトナーの帯電量が増加する。本実施形態では、現像容器９内のトナーの温度が２５℃のときにはブランク長を３［ｍsec］、４０℃のときにはブランク長を１［ｍsec］に設定し、２５℃のときと４０℃のときで現像されるトナーの帯電量を一定に制御する。

即ち、制御手段となるＣＰＵ２は、温度検知手段となる温度センサ21により検知した現像容器９内のトナーの温度の検知結果に基づいて第１期間を制御する。即ち、トナーの温度が上がった場合に図８の印加時間で２［ｍsec］〜３［ｍsec］に示す直流バイアスのみが印加される第１期間を短くする。

現像容器９内のトナーの温度による現像されるトナーの帯電量（平均）の変化を線形近似により数式化すると以下の数４式に示す通りである。ここで、Ｔは現像容器９内のトナーの温度、ａ，ｂの２つのパラメータは、画像形成装置の使用温度範囲内でトナーの温度特性に応じて決められるパラメータであり、ａは現像後のトナー帯電量変化の温度勾配、ｂは使用温度範囲内の基準にする温度である。

［数５］
{現像後のトナーの平均帯電量}＝{現像容器内のトナーの平均帯電量}×{１−ａ×(Ｔ−ｂ)}

図７（ａ）は本実施形態で用いたトナーの各温度での現像後のトナー帯電量を示す。図７（ａ）から本実施形態で用いたトナーでは、現像後のトナー帯電量変化の温度勾配ａ＝０．０１３３／℃であり、基準温度ｂ＝２５℃である。各温度におけるブランク長に応じた現像されるトナーの帯電量の変化は以下の数６式に示す通りである。ここで、ｔは現像バイアス電圧のＤＣ（直流）成分長さとなるブランク長（印加時間）である。ｃ，ｄの２つのパラメータは、使用温度範囲内でのトナーの温度特性に応じて決められるパラメータであり、ｃは現像後のトナー帯電量変化のブランク長勾配、ｄは使用温度範囲内の基準にするブランク長である。

［数６］
{現像後のトナーの平均帯電量}＝{現像容器内のトナーの平均帯電量}×{１−ｃ×(ｔ−ｄ)}

図８は本実施形態で用いたトナーの各温度におけるブランク長での現像後のトナー帯電量を示す。図８から本実施形態では、現像後のトナー帯電量変化のブランク長勾配ｃ＝０．０１／［ｍsec］、基準ブランク長ｄ＝３［ｍsec］である。

上記数５式、数６式から現像後のトナーの平均帯電量は以下の数７式に示す通りとなる。

［数７］
{現像後のトナーの平均帯電量}＝{現像容器内のトナーの平均帯電量}×{１−ａ×(Ｔ−ｂ)}×{１−ｃ×(ｔ−ｄ)}

各温度での現像容器９内のトナーの平均帯電量と、現像後のトナーの平均帯電量とを一致させるブランク長ｔは上記数７式から以下の数８式により求められる。

［数８］
１＝{１−ａ×(Ｔ−ｂ)}×{１−ｃ×(ｔ−ｄ)}

温度センサ21による現像容器９内のトナーの温度を検知した結果に基づいて、画像形成時の現像条件の一例として、現像バイアス電圧波形をフィードバック制御する場合のフローチャートを図９に示し、その制御系の構成を図２を用いて説明する。本実施形態において、制御手段となるＣＰＵ２は現像容器９に備えられた温度センサ21が検知した温度値を読み、適切な現像バイアス電圧のＤＣ（直流）成分長さとなるブランク長を算出し、高圧出力部６にフィードバック制御する。本実施形態では、制御手段となるＣＰＵ２は温度センサ21の検知結果に基づいてトナーの温度が上がった場合に画像形成時の現像バイアス電圧の直流成分長さを短くする。

即ち、図９のステップＳ41において、画像形成時の現像バイアス電位の補正制御が開始されると、ステップＳ42において、温度センサ21により現像容器９内のトナーの温度を検知する。次に、ステップＳ43において、現像されるトナーの帯電量の変動を打ち消すための現像バイアス電位を算出する。次に、ステップＳ44において、算出された現像バイアス電位を現像時に印加する現像バイアス電位として記憶する。そして、ステップＳ45において、画像形成時の現像バイアス電位の補正制御が完了する。

本実施形態では現像されるトナーの帯電量を一定にするために現像容器９内のトナーの温度に応じて現像バイアス電圧のＤＣ（直流）成分長さとなるブランク長を変化させたが、現像されるトナーの帯電量が変化する制御であれば、同様な効果が得られる。例えば、現像バイアス電圧のＡＣ（交流）成分のピークトゥピーク電圧や交流成分の印加時間などを制御しても同様な効果が得られる。

以上のように、本実施形態では、現像容器９内のトナーの温度に基づいて、画像形成時の現像条件を調整して設定し、現像されるトナーの帯電量が偏らないようにフィードバック制御する。これにより、現像容器９内のトナー帯電量分布が適正に保たれるようにしつつ、トナーの温度に応じて変化する現像効率を補うように制御する。これにより、現像容器９内のトナー帯電量分布と、出力画像のトナー帯電量が良好な状態に維持され、良好な出力画像を確保できる。

２ …ＣＰＵ（制御手段；設定手段）
５ …感光ドラム(像担持体)
８ …現像装置
21 …温度センサ(温度検知手段)
22 …光センサ(濃度検知手段)

Claims (3)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、
   前記像担持体上に形成された静電潜像を現像剤にて現像する現像装置と、
   前記現像装置内の現像剤の温度に関する情報を検知する温度検知手段と、
   前記像担持体に形成された制御用画像の濃度を検知する濃度検知手段と、
   前記制御用画像濃度の検知結果に基づいて前記現像装置に補給する現像剤補給量を制御する制御手段と、
   前記制御用画像を形成する際の画像部電位と前記現像装置に印加される直流バイアスとの電位差を設定する設定手段と、
   を有し、
   前記設定手段は、前記温度検知手段の検知結果に基づき、現像剤の温度上昇に伴って前記電位差が大きくなるように設定することを特徴とする画像形成装置。
2. 静電潜像が形成される像担持体と、
   前記像担持体上に形成された静電潜像を現像剤にて現像する現像装置と、
   前記現像装置内の現像剤の温度に関する情報を検知する温度検知手段と、
   前記像担持体に形成された制御用画像の濃度を検知する濃度検知手段と、
   前記制御用画像濃度の検知結果と、前記制御用画像濃度の目標値とに基づいて現像剤補給量を制御する制御手段と、
   前記温度検知手段の検知結果に基づき、現像剤の温度上昇に伴って前記目標値が小さくなるように前記目標値を設定する設定手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
3. 前記現像装置は、直流バイアスのみが印加される第１期間と交流バイアスが印加される第２期間とが交互に印加されており、前記制御手段は、前記温度検知手段の検知結果に基づいて前記現像剤の温度が上がった場合に前記第１期間を短くすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。

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