JP2015011088A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】用紙上に印刷される画像の画像密度の差異に関わらず、汚れ印字やカスレ印字の発生を防止することが可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】像担持体に回転しながら現像剤を周期的に供給する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に回転しながら現像剤を周期的に供給する供給部材と、前記現像剤担持体に現像電圧を印加する現像電源と、前記供給部材に供給電圧を印加する供給電源と、記録媒体上に印刷される画像の画像密度を検出する画像密度検出手段と、前記画像密度検出手段が検出した、前記現像剤担持体の回転周期と前記供給部材の回転周期とに対応する画像領域毎の画像密度に基づき、前記現像電圧と前記供給電圧との電位差を変更する制御部とを備えることを特徴とした画像形成装置。【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式を用いたプリンタ、複写機等の画像形成装置に関するものである。

一般的な電子写真方式を採用した画像形成装置は、感光ドラム、帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置、定着装置、及びクリーニング装置等を備えている。帯電装置により一様均一に帯電された感光ドラム表面には、露光装置が露光することによって、印刷データに対応した静電潜像が形成される。現像装置は、感光ドラム表面に形成された静電潜像に現像剤たるトナーを供給することにより、静電潜像を反転現像してトナー像を形成させる。感光ドラム表面上のトナー像は、転写装置によって記録媒体たる用紙に転写され、定着装置により定着される。そして、トナー像が転写された後の感光ドラム表面上に残留したトナーは、クリーニング装置により除去される。

感光ドラム表面上の静電潜像を反転現像してトナー像を形成させる現像装置は、感光ドラムに当接し、回転しながら当該感光ドラムにトナーを供給する現像ローラと当該現像ローラに当接し、回転しながら当該現像ローラにトナーを供給する供給ローラとを備える。現像ローラ及び供給ローラには、摩擦帯電したトナーを回転搬送可能とするために、現像電圧及び供給電圧がそれぞれ印加されている。

このような現像装置を備えた画像形成装置の中には、用紙上に印刷される印刷画像の画像品質の安定化を図るために、原稿の画像密度に応じて現像装置が備える現像電圧と供給電圧との電位差を調整するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２９６８１号公報

しかしながら、従来の構成を有する画像形成装置においては、用紙の先端側に印刷される画像の画像密度と用紙の後端側に印刷される画像の画像密度との差が大きい場合、汚れ印字やカスレ印字が発生することがあった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、用紙上に印刷される画像の画像密度の差異に関わらず、汚れ印字やカスレ印字の発生を防止することが可能な画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、像担持体に回転しながら現像剤を周期的に供給する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に回転しながら現像剤を周期的に供給する供給部材と、前記現像剤担持体に現像電圧を印加する現像電源と、前記供給部材に供給電圧を印加する供給電源と、記録媒体上に印刷される画像の画像密度を検出する画像密度検出手段と、前記画像密度検出手段が検出した、前記現像剤担持体の回転周期と前記供給部材の回転周期とに対応する画像領域毎の画像密度に基づき、前記現像電圧と前記供給電圧との電位差を変更する制御部とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、用紙上に印刷される画像の画像密度の差異に関わらず、汚れ印字やカスレ印字の発生を防止することができる。

第１の実施形態に係る画像形成装置の装置構成図である。 第１の実施形態に係る画像形成装置の機能ブロック図である。 印刷パターンの例を示す図である。 現像供給電圧差の補正値を決定する動作を説明するフローチャートである。 第２の実施形態に係る画像形成装置の装置構成図である。 第２の実施形態に係る画像形成装置の機能ブロック図である 現像供給電圧差の補正値を決定する動作を説明するフローチャートである。 第３の実施形態に係る画像形成装置の装置構成図である。 第３の実施形態に係る画像形成装置の機能ブロック図である 現像供給電圧差の補正値を決定する動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨に逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

［第１の実施形態］
図１は、本実施形態に係る画像形成装置１００の装置構成図である。画像形成装置１００は、現像剤としてのトナーの各色に対応したブラック（Ｂｋ），イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）の現像ユニット５０Ｂｋ，現像ユニット５０Ｙ，現像ユニット５０Ｍ，現像ユニット５０Ｃを備え、入力された印刷データに基づく画像を記録媒体としての用紙Ｐ上に印刷可能な電子写真方式のプリンタである。

画像形成装置１００は、トレイ２８を始点とし、レジストローラ対３０、転写ベルト３２、定着器７、排出ローラ対３１を終点とする略Ｓ字状に形成された媒体搬送経路Ｓに沿って、現像ユニット５０Ｂｋ，現像ユニット５０Ｙ，現像ユニット５０Ｍ，現像ユニット５０Ｃが設けられている。これらの現像ユニット５０Ｂｋ，現像ユニット５０Ｙ，現像ユニット５０Ｍ，現像ユニット５０Ｃには、ブラック，イエロー，マゼンタ，シアンの各トナーを収容する図示せぬトナーカートリッジがそれぞれ装着されており、当該トナーカートリッジから供給されるトナーを用いて、トナー像を現像する。

トレイ２８は、内部に記憶媒体たる用紙Ｐを積層した状態で収納し、画像形成装置１００下部に着脱自在に装着されている。そして、トレイ２８上部に設けられたホッピングローラ２９は、トレイ２８に収納された用紙Ｐをその最上部から１枚ずつ取り出して媒体搬送経路Ｓに繰り出す。

レジストローラ対３０は、ホッピングローラ２９から繰り出された用紙Ｐの斜行を矯正するとともに、用紙Ｐを転写ベルト３２に搬送する。

転写ベルト３２は、用紙Ｐを静電吸着して図１中矢印ｔ方向に搬送する無端のベルト部材であり、後述するベルトモータ１４の駆動に伴い図１中矢印方向に回転するドライブローラ３３と、ドライブローラ３３と対をなし、転写ベルト３２の駆動を安定させるアイドルローラ３４とによって張架されている。また、転写ベルト３２の下部には、転写ベルト３２上に残存するトナーを除去するベルトクリーニング装置３５が設けられている。

定着器７は、現像ユニット５０Ｂｋ，現像ユニット５０Ｙ，現像ユニット５０Ｍ，現像ユニット５０Ｃ以降の媒体搬送経路Ｓ下流側に配設されており、現像ユニット５０Ｂｋ，現像ユニット５０Ｙ，現像ユニット５０Ｍ，現像ユニット５０Ｃおいて現像され、用紙Ｐに転写されたトナー像に熱及び圧力を付与することにより当該トナー像を定着させる。

排出ローラ対３１は、定着器７を通過した用紙Ｐを画像形成装置１００の上部外筐を利用して形成されたスタッカに排出する。

次に、現像ユニット５０Ｂｋ，現像ユニット５０Ｙ，現像ユニット５０Ｍ，現像ユニット５０Ｃの構成について説明する。なお、現像ユニット５０Ｂｋ，現像ユニット５０Ｙ，現像ユニット５０Ｍ，現像ユニット５０Ｃの構成は、現像に用いられるトナーのみが異なり、その他の構成は全て同一である。したがって、以下の説明においては、現像ユニット５０Ｃを一例として説明する。

現像ユニット５０Ｃは、図１中矢印方向に回転し、像担持体である感光ドラム１と、感光ドラム１の周囲に配置され、図１中矢印方向に回転する帯電ローラ２と、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ヘッド３と、現像器４と、図１中矢印方向に回転する転写ローラ５と、クリーニング装置６とを備える。

感光ドラム１は、導電性支持体と光導電層とによって構成され、例えば、導電性支持体として厚さ０．７５ｍｍ、外径３０ｍｍのアルミ素管上に、光導電層としての膜厚０．５μｍの電荷発生層及び膜厚１８μｍの電荷輸送層が順次積層されて構成された有機感光体である。

帯電ローラ２は、感光ドラム１の表面を一様均一に帯電させるための装置であり、例えば、ＳＵＳ材からなる導体にエピクロルヒドリン等の弾性体を被覆した構成を有しており、感光ドラム１に接触するように配置されている。

ＬＥＤヘッド３は、例えば、ＬＥＤ素子等の発光素子とレンズアレイとを有し、一様均一に帯電された感光ドラム１表面を選択露光し、静電潜像を形成させる露光装置である。ＬＥＤヘッド３は、印刷データに基づき当該ＬＥＤ素子から出力される照射光が感光ドラム１の表面において結像する位置となるように配設されている。

現像器４は、感光ドラム１の表面に形成された静電潜像にトナーを供給してトナー像を現像するための装置であり、感光ドラム１に図１中矢印方向に回転しながらトナーを周期的に供給する現像剤担持体としての現像ローラ８と、現像ローラ８に接触するように配置され、当該現像ローラ８に図１中矢印方向に回転しながらトナーを周期的に供給する供給部材としての供給ローラ９と、先端部分を現像ローラ８に押し当てるように配置された規制ブレード１０とを備え、現像器４内部は、図示せぬトナーカートリッジからトナーが補給される構成となっている。

現像ローラ８は、感光ドラム１の表面に接触する位置に配置されている。現像ローラ８は、ＳＵＳ材からなる導電性シャフト（芯金）上に弾性層をロール状に配し、当該弾性層を覆う表面層を有する構成である。弾性層には、ウレタンゴムやシリコーンゴムを使用することができ、表面層としてはウレタン溶液で処理したものや、アクリル樹脂、アクリルーフッ素共重合樹脂を塗布したものを使用することができる。アクリル樹脂、アクリルーフッ素共重合樹脂を表面層とする場合、導電性を付与するためにカーボンブラックを配合する。なお、本実施形態に係る現像ローラ８の外径は１５．９ｍｍである。

供給ローラ９は、ＳＵＳ材からなる導電性シャフト（芯金）と弾性層とを有する構成である。弾性層は導電性シリコーンゴム発泡体層、又は導電性ウレタンゴム発泡体層を使用するとができる。弾性層に半導電性を持たせる場合、アセチレンブラックや、カーボンブラック等を添加する。なお、本実施形態に係る供給ローラ９の外径は１５．６ｍｍである。

規制ブレード１０は板厚０．０８ｍｍのＳＵＳ材からなり、現像ローラ８との接触部は曲げ加工（曲げ部）が施されている。本実施形態においては、曲げ部の曲率半径Ｒは０．２ｍｍとし、現像ローラ８に対する線圧は３０ｇｆ／ｃｍとした。ただし、規制ブレード１０の曲率半径Ｒと線圧とはこれに限定されるものでなく、現像ローラ８上のトナー量やトナー帯電量に応じて適宜調整可能である。

転写ローラ５は、転写ベルト３２を介して感光ドラム１に圧接して配置されており、後述する転写電源２９から印加された所定の転写電圧により、感光ドラム１表面上に形成されたトナー像を用紙Ｐに転写する装置である。転写ローラ５は、例えば、導電性の発泡性弾性体として構成することができる。

クリーニング装置６は、感光ドラム１表面上の未転写等により残留したトナーや、現像器４から感光ドラム１表面上に移動させた廃棄トナーを掻き取った後に廃棄するための装置であり、例えば、ゴム材からなるクリーニングブレード１２を備える。クリーニングブレード１２の先端部は感光ドラム１表面に当て込むように配置されている。

図２は、本実施形態に係る画像形成装置１００の機能ブロック図である。画像形成装置１００は、制御部１９と、駆動制御部２０と、露光制御部２１と、画像密度検出手段としての画像密度計測部２２と、帯電電源２３と、現像電源２４と、供給電源２５と、規制電源２６と、転写電源２７と、ドラムモータ１３と、ベルトモータ１４とを備える。

制御部１９は画像形成装置１００全体を統括的に制御する。制御部１９は、図示せぬ上位装置から印刷指示を受け、印刷データを受信すると、駆動制御部２０、露光制御部２１、帯電電源２３、現像電源２４、供給電源２５、規制電源２６、転写電源２７に指示を与え、印刷動作を開始させる。

駆動制御部２０は、感光ドラム１、帯電ローラ２、転写ローラ５、現像ローラ８、供給ローラ９、ホッピングローラ２９、レジストローラ対３０、排出ローラ対３１等のローラ部材を回転させるドラムモータ１３及び転写ベルト３２を張架するドライブローラ３３を回転させることにより転写ベルト３２を駆動させるベルトモータ１４の駆動を制御する。

露光制御部２１は、印刷データに基づきＬＥＤヘッド３の駆動、すなわち、ＬＥＤヘッド３が備えるＬＥＤ素子の発光を制御する。

画像密度計測部２２は、露光制御部２１により制御されたＬＥＤヘッド３が備えるＬＥＤ素子の発光ドット数を計測し、現像ローラ８の画像周期１周までとそれ以降との画像密度を算出する。なお、本実施形態においては、画像周期１周とは、現像ローラ８が１回転することにより得られる画像領域を画像周期１周と定義するものとする。

帯電電源２３は帯電ローラ２に所定の帯電電圧を印加する電源である。現像電源２４は現像ローラ８に所定の現像電圧を印加する電源である。供給電源２５は供給ローラ９に所定の供給電圧を印加する電源である。規制電源２６は規制ブレード１０に所定の規制ブレード電圧を印加する電源である。転写電源２７は転写ローラ５に所定の転写電圧を印加する電源である。

次に、上記構成を備えた画像形成装置１００の印刷動作について図１及び図２を用いて説明する。

まず、図示せぬ上位装置から印刷指示を受けると、制御部１９は、駆動制御部２０、露光制御部２１、帯電電源２３、現像電源２４、供給電源２５、規制電源２６、及び転写電源２７に指示を与え、印刷動作を開始させる。

具体的には、制御部１９は駆動制御部２０に指示を与え、ホッピングローラ２９、レジストローラ対３０を駆動させることにより、トレイ２８に収納された用紙Ｐをその最上部から１枚ずつ取り出して媒体搬送経路Ｓに繰り出させる。レジストローラ対３０は、ホッピングローラ２９から繰り出された用紙Ｐの斜行を矯正するとともに、用紙Ｐを転写ベルト３２に搬送する。

そして、制御部１９は帯電電源２３に指示を与え、帯電ローラ２に帯電電圧を印加させ、感光ドラム１表面を一様均一に帯電させる。

次に、制御部１９は露光制御部２１に指示を与え、ＬＥＤヘッド３を駆動させることにより、印刷データに基づく静電潜像を感光ドラム１表面上に形成させる。

続いて、制御部１９は現像電源２４に指示を与え、表面にトナー薄層が形成された現像ローラ８に現像電圧を印加させ、感光ドラム１表面上の静電潜像を現像し、トナー像を形成させる。

ここで、供給ローラ９と規制ブレード１０には、現像ローラ８表面上のトナー層厚を均一にに形成し、トナー薄層中のトナーの帯電量を所定の値とするため、制御部１９からの指示に基づき、供給電源２５から供給電圧が、規制電源２６から規制ブレード電圧がそれぞれ印加されている。

そして、制御部１９は転写電源２７に指示を与え、転写ローラ５に転写電圧を印加させ、感光ドラム１表面上のトナー像を用紙Ｐに転写させる。トナー像が転写された用紙Ｐは転写ベルト３２の図１中矢印ｔ方向への駆動に伴い、定着器７に搬送される。定着器７において、熱及び圧力が付与され、用紙Ｐ上のトナー像は定着する。トナー像が定着した用紙Ｐは、排出ローラ対３１の回転に伴いスタッカに排出され、一連の印刷動作は終了する。なお、転写されずに感光ドラム１表面上に残留したトナーは、クリーニング装置６により除去される。

ところで、負帯電性トナーを用いて画像形成装置１００を常温常湿環境下で動作させる場合、印加電圧設定は、例えば、帯電ローラ２に印加される帯電電圧を−１０５０Ｖ、現像ローラ８に印加される現像電圧を−２００Ｖ、供給ローラ９に印加される供給電圧を−２５０Ｖ、規制ブレード１０に印加される規制ブレード電圧を−２５０Ｖとする。

感光ドラム１表面は、所定の値以上の帯電電圧が帯電ローラ２に印加されると帯電され、印加される帯電電圧に比例して表面電位は変化する。本実施形態においては、帯電ローラ２に帯電電圧として−１０５０Ｖが印加を印加した場合、感光ドラム１表面電位は−５００Ｖとなる。そして、ＬＥＤヘッド３が備えるＬＥＤ素子の発光により感光ドラム１表面上に形成される静電潜像の潜像電位は−５０Ｖとなり、当該静電潜像に現像ローラ８からトナーが供給され反転現像が行われる。なお、正帯電性トナーを用いた場合は上記電圧の符号は逆となる。

本実施形態においては、汚れ印字やカスレ印字が発生することを防止し、安定した画像品質を得るために、現像電圧と供給電圧との電位差の調整を行っている（以降、現像電圧と供給電圧との電位差を現像供給電圧差と称する）。先に述べたように、現像電圧を−２００Ｖ、供給電圧を−２５０Ｖとした場合、現像供給電圧差は−５０Ｖである。本発明のように、現像供給電圧差に着目した技術として、現像供給電圧差を用紙上に印刷される画像の画像密度によらず一定とする方式や、例えば、特願２００４−２９６８１号公報にあるように、用紙内の平均画像密度に応じて変更する方式が知られている。

一般的に、現像供給電圧差の絶対値を大きくすると、供給ローラ９から現像ローラ８へのトナー供給量が増加し、カスレ印字は良化するものの汚れ印字の発生リスクは大きくなる。一方、現像供給電圧差の絶対値を小さくすると、汚れ印字の発生は抑制できるもののカスレ印字の発生リスクは大きくなる。ここで、汚れ印字とは白地部に意図しないトナーが現像される、或いはハーフトーン部の濃度が上昇する現象を示す。また、カスレ印字とは供給ローラ９から現像ローラ８へのトナー供給量が低下し、白抜けや濃度低下等の現象を示す。

表１は、比較例として現像供給電圧差を画像密度によらず一定とした場合の印刷結果を示す表である。実験時の温湿度は２２℃５５％である。表１の列方向は印刷用紙先頭から現像ローラ８の画像周期１周までの画像密度を、行方向は現像ローラ８の画像周期１周以降の画像密度を変化させた結果である。

ここで、図３に実験に用いた印刷パターンの一例を示す。用紙先頭から現像周期１周までとそれ以降で、意図的に画像密度を変化させたパターンを作成し、汚れ印字やカスレ印字が発生しないか否かを確認した。印刷パターンは、領域全面を均一画像密度で印刷したものと、領域内に画像密度分の１００％ソリッドパターンを印刷したものを使用した。現像供給電圧差は、汚れ印字が発生しない設定としており、今回は−５０Ｖとした。現像供給電圧差を画像密度によらず一定としたとき、汚れ印字の発生の防止を考慮した設定であると、画像密度の大きい印刷の場合、カスレ印字が発生した。

表２は、比較例として現像供給電圧差を用紙内平均画像密度に基づき設定した場合の印刷結果を示す表である。実験時の温湿度は２２℃５５％である。表１に示すような現像供給電圧差を一定とした場合に対し、汚れ印字の発生を抑えつつカスレ印字の発生を改善するために、画像密度が大きい場合は、現像供給電圧差を大きくする設定としている。

表２に示されるように、画像密度が大きい印刷におけるカスレ印字は発生していないものの、用紙先頭と後半とで画像密度が大きく異なる場合に、画像密度の小さい領域において汚れ印字が発生した。

本実施形態においては、表２の結果を加味し、用紙先頭と後半とで画像密度が大きく異なる場合の問題を解決すべく、用紙先頭と後半とのそれぞれの画像密度から用紙毎の現像供給電圧差を決定する方式とした。なお、本実施形態においては、用紙先頭と後半との境界は、用紙先頭から現像ローラ８の画像周期１周（以降、現像周期と称する）とし、その現像周期は４０ｍｍとした。境界を現像周期１周とした理由は、印刷準備や紙間による現像器４の空転時に、トナーを現像ローラ８上に十分補給できるためであり、現像周期１周までがカスレ印字は発生しないが汚れ印字が発生しやすい特徴がある。

表３は、本実施形態に係る現像周期１周までとそれ以降のそれぞれの画像密度により、現像供給電圧差を設定した場合の印刷結果を示す表である。ここで、現像供給電圧差の補正値は、表４の現像供給電圧差補正値テーブルを元に算出した。基準となる現像供給電圧差は−７０Ｖとしており、表４に示す各テーブル間の補正値は直線的に補完した。表２で示した、印刷全面の画像密度、すなわち、用紙内平均画像密度により現像供給電圧差を設定した場合に対し、表３に示すように、印刷先頭と印刷後半とで画像密度が大きくなる場合の汚れ印字は改善され、カスレ印字の発生も抑制することができた。

なお、本実施形態においては、画像密度の範囲を０％，５％，２５％，１００％の４段階に分けてテーブルを作成した例を示したが、トナーや現像器４の特性に応じて画像密度の範囲を区切る数、補正値等は適宜変更可能である。

図４は、本実施形態に係る現像供給電圧差の補正値を決定する動作を説明するフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、制御部１９は上位装置から印刷データを受信する。

次に、制御部１９の指示に基づき、露光制御部２１は、制御部１９が受信した印刷データからドットデータを取得する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０３において、画像密度計測部２２は、露光制御部２１が取得したドットデータを元に用紙毎に現像周期１周までの画像密度と現像周期１周以降の画像密度を算出する。

そして、制御部１９は、画像密度計測部２２が算出した画像密度より、現像供給電圧差の補正値を決定する（ステップＳ１０４）。

最後に、制御部１９は、基準となる供給電圧にステップＳ１０４で決定した現像供給電圧差の補正値を加算し、供給電源２５が供給ローラ９に印加する供給電圧を決定する（ステップＳ１０５）。

本実施形態においては、現像周期１周までの画像密度と、それ以降の画像密度により現像供給電圧差を決定した例について説明したが、これに限定されず、現像周期１周と供給ローラ９の画像周期１周の和（以降、８の字周期と称する）までの画像密度と、それ以降の画像密度とにより現像供給電圧差を決定する構成としてもよい。印刷準備時や紙間での現像器４の空転により、トナーを現像ローラ８と供給ローラ９とに十分補給することで、８の字周期１周まではカスレ印字が発生しないが、汚れ印字の発生リスクは大きい状態となる。

表５は、８の字周期１周までの画像密度と、それ以降の画像密度により現像供給電圧差を設定した場合の現像供給電圧差補正値テーブルの一例を示す。境界を８の字周期（９２ｍｍ）とすることで、用紙前半の範囲が広がり、境界前後の画像密度差が大きいところで、現像周期による補正値が表４の現像供給電圧差補正値テーブルで示した補正値とは異なったものとなっている。

以上のように、第１の実施形態によれば、現像周期１周までの画像密度と、それ以降の画像密度とにより現像供給電圧差を設定することにより、画像密度の差異に関わらず、汚れ印字やカスレ印字の発生を防止することができる。

［第２の実施形態］
図５は、本実施形態に係る画像形成装置１０１の装置構成図である。画像形成装置１０１は、第１の実施形態に係る画像形成装置１００の構成に対し、トナー残量を検出する現像剤検出部としてのトナー残量検出部１１を有する現像ユニット５０Ｂｋ'，現像ユニット５０Ｙ'，現像ユニット５０Ｍ'，現像ユニット５０Ｃ'を備える。本実施形態の説明においても、第１の実施形態と同様に、現像ユニット現像ユニット５０Ｃ'を一例として説明するが、第１の実施形態と同一な箇所については同じ符号を付してその説明は省略する。

トナー残量検出部１１は、樹脂製のシャフトにＳＵＳ製の板を取り付けた構造を有しており、図示せぬ駆動手段により押圧力を受けて回転する。トナー残量検出部１１は、ＳＵＳ製の板が上死点に位置すると下死点へ回転することが可能となるように構成されている。すなわち、トナー残量検出部１１のＳＵＳ製の板は、上死点に位置する地点まで回転してきたとき、トナー残量が少ないと直ちに下死点まで自重で回転し、トナー残量が多いと残留トナーの抵抗により上死点から下死点までの回転が遅れる。この回転周期を計測することにより、現像器４内のトナー残量を検出する。本実施形態においては、現像器４内のトナー重量が５０ｇ未満となった場合に、上死点から下死点まで自重で回転するよう設定されている。なお、現像器４内のトナー重量が５０ｇ未満の状態をＴ／Ｌ、５０ｇ以上の状態をＴ／Ｈと称する。

図６は、本実施形態に係る画像形成装置１０１の機能ブロック図である。画像形成装置１０１は、第１の実施形態に係る画像形成装置１００の構成に加え、トナー残量検出部１１を備える。画像形成装置１０１の各部の機能は第１の実施形態に係る画像形成装置１００の各部の機能と略同一であるが、制御部１９の機能がトナー残量検出部１１の追加により若干異なる。以下に制御部１９の機能について説明する。

制御部１９は、図示せぬ上位装置から印刷指示を受け、印刷データを受信すると、トナー残量検出部１１からトナー残量情報を読み出し、トナー残量の状態がＴ／Ｌか否かを判断する。そして、制御部１９はトナー残量の状態がＴ／Ｌ又はＴ／Ｈの何れかの判断結果に基づき、駆動制御部２０、露光制御部２１、帯電電源２３、現像電源２４、供給電源２５、規制電源２６、転写電源２７に指示を与え、印刷動作を開始させる。なお、画像形成装置１０１の印刷動作は第１の実施形態と同一であるため、ここでの説明は省略する。

表６は、トナー残量の状態がＴ／Ｈにおいて、現像供給電圧差を一定とした場合の印刷結果を示す表である。表７は、トナー残量の状態がＴ／Ｌにおいて、現像供給電圧差を一定とした場合の印刷結果を示す表である。実験時の温湿度は２２℃５５％である。基準となる現像供給電圧差は第１の実施形態と同様に−７０Ｖとした。

表６に示すように、トナー残量の状態がＴ／Ｈである場合には、現像器４内に十分にトナーが残っているため、現像供給電圧差を一定としても汚れ印字やカスレ印字は発生していない。一方、表７に示すように、トナー残量の状態がＴ／Ｌである場合には、現像周期１周以降の画像密度が小さいと汚れ印字が発生しやすく、現像周期１周以降の画像密度が大きいとカスレ印字が発生しやすいことが分かる。そこで、本実施形態においては、現像周期１周までとそれ以降それぞれの画像密度により現像供給電圧差を設定する制御を、トナー残量の状態がＴ／Ｌ時のみ行うものとし、トナー残量の状態がＴ／Ｈ時においてはこの制御を行わないことで印刷データ処理時間を短縮するものとする。

図７は、本実施形態に係る現像供給電圧差の補正値を決定する動作を説明するフローチャートである。

まず、ステップＳ２０１において、制御部１９は上位装置から印刷データを受信する。

次に、制御部１９は、トナー残量検出部１１からトナー残量情報を読み出し、トナー残量の状態がＴ／Ｌか否かを判断する。ここで、制御部１９は、トナー残量状態がＴ／Ｌの場合（ステップＳ２０２ Ｔ／Ｌ）、処理をステップＳ２０３に移行し、トナー残量状態がＴ／Ｈの場合（ステップＳ２０２ Ｔ／Ｈ）、処理をステップＳ２０５に移行する。

トナー残量状態がＴ／Ｌの場合、制御部１９の指示に基づき、露光制御部２１は、制御部１９が受信した印刷データによりドットデータを取得する（ステップＳ２０３）。

ステップＳ２０４において、画像密度計測部２２は、露光制御部２１が取得したドットデータを元に用紙毎に現像周期１周までの画像密度と現像周期１周以降の画像密度を算出する。

制御部１９は、トナー残量状態がＴ／Ｌの場合、画像密度計測部２２が算出した画像密度より、現像供給電圧差の補正値を決定する。一方、トナー残量状態がＴ／Ｈの場合、現像供給電圧差の補正値を０Ｖと決定する（ステップＳ２０５）。

最後に、制御部１９は、基準となる供給電圧にステップＳ２０５で決定した現像供給電圧差の補正値を加算し、供給電源２５が供給ローラ９に印加する供給電圧を決定する（ステップＳ２０６）。

本実施形態においては、現像供給電圧差を制御するか否かの決定をトナー残量状態のＴ／Ｌ又はＴ／Ｈに基づき決定する構成としたが、例えば、ＬＥＤヘッド３が備えるＬＥＤ素子の総発光ドット数により決定する構成としてもよい。また、ＬＥＤ３ヘッドが備えるＬＥＤ素子の総発光ドット数より、トナー残量が少なくなるにつれ、現像供給電圧差の補正値を変化させることも可能である。

以上のように、第２の実施形態によれば、汚れ印字とカスレ印字の発生リスクが大きい、トナー残量状態がＴ／Ｌの場合にのみ、現像周期１周までとそれ以降とでそれぞれの画像密度により現像供給電圧差を設定する構成としたため、第１の実施形態に係る効果に加え、トナー残量状態がＴ／Ｈの場合には、これらの制御を行わないため、印刷データ処理時間を短縮することができる。

［第３の実施形態］
図８は、本実施形態に係る画像形成装置１０２の装置構成図である。画像形成装置１０２は、第２の実施形態に係る画像形成装置１０１の構成に対し、定着器７の熱の影響を受けない位置に温湿度センサ３６を備え、装置の周辺環境条件たる温湿度値を検出する。本実施形態の説明においても、第２の実施形態と同様に、現像ユニット現像ユニット５０Ｃ'を一例として説明するが、第２の実施形態と同一な箇所については同じ符号を付してその説明は省略する。

図９は、本実施形態に係る画像形成装置１０２の機能ブロック図である。画像形成装置１０２は、第２の実施形態に係る画像形成装置１０１の構成に加え、温湿度センサ３６を備える。画像形成装置１０２の各部の機能は第２の実施形態に係る画像形成装置１０１の各部の機能と略同一であるが、制御部１９の機能が温湿度センサ３６の追加により若干異なる。以下に制御部１９の機能について説明する。

制御部１９は、図示せぬ上位装置から印刷指示を受け、印刷データを受信すると、温湿度センサ３６から取得した温湿度データを取得するとともに、トナー残量検出部１１からトナー残量情報を読み出し、トナー残量の状態がＴ／Ｌか否かを判断する。そして、制御部１９は、温湿度データと、トナー残量の状態がＴ／Ｌ又はＴ／Ｈの何れかの判断結果とに基づき、駆動制御部２０、露光制御部２１、帯電電源２３、現像電源２４、供給電源２５、規制電源２６、転写電源２７に指示を与え、印刷動作を開始させる。なお、画像形成装置１０２の印刷動作は第１の実施形態及び第２の実施形態と同一であるため、ここでの説明は省略する。

表８は温湿度２８℃８０％における印刷結果を、表９は温湿度１０℃２０％における印刷結果を示す表である。第２の実施形態で説明したように、トナー残量状態がＴ／Ｌにおいて、現像周期１周前後の画像密度より現像供給電圧差を設定しており、補正値テーブルは表４に示すものを使用した。

表８に示すように、温湿度２８℃８０％の条件においては、汚れ印字は発生しないが、現像周期１周以降で画像密度が大きい場合にカスレ印字が発生しやすくなっている。また、表９に示すように、温湿度１０℃２０％の条件においては、カスレ印字は発生しないが、画像密度が小さい箇所で汚れ印字が発生している。このように、温湿度の違いで汚れ印字やカスレ印字の結果に差が現れる原因は、空気中の水分量によりトナーの帯電特性が変化するためである。水分量が多い環境下ではトナーの帯電量が減少し、供給ローラ９から現像ローラ８へトナーが移動しづらくなることで、カスレ印字の発生リスクが増加する。一方、水分量が少ない環境下ではトナーの帯電量が増加し、供給ローラ９から現像ローラ８へトナーが移動しやすくなることで、トナー供給過多による汚れ印字の発生リスクが増加する。

そこで、本実施形態においては、温湿度データから得られる環境値によって、現像供給電圧差に補正値を加える構成にするものとする。本実施形態に係る環境値は１から８までの値であり、空気中の絶対水分量が多いほど環境値が小さくなるものとした。代表例として、温湿度２８℃８０％の環境値を１、２２℃５５％の環境値を４、１０℃２０％の環境値を８とした。

表１０は、現像供給電圧差の環境補正テーブルを示したものである。環境値４を基準とし、水分量の多い環境下では現像供給電圧差が大きく、水分量の少ない環境下では現像供給電圧差が小さくなるよう補正値を設定した。

図１０は、本実施形態に係る現像供給電圧差の補正値を決定する動作を説明するフローチャートである。

まず、ステップＳ３０１において、制御部１９は上位装置から印刷データを受信する。

次に、制御部１９は、トナー残量検出部１１からトナー残量情報を読み出し、トナー残量の状態がＴ／Ｌか否かを判断する。ここで、制御部１９は、トナー残量状態がＴ／Ｌの場合（ステップＳ３０２ Ｔ／Ｌ）、処理をステップＳ３０３に移行し、トナー残量状態がＴ／Ｈの場合（ステップＳ３０２ Ｔ／Ｈ）、処理をステップＳ３０５に移行する。

トナー残量状態がＴ／Ｌの場合、制御部１９の指示に基づき、露光制御部２１は、制御部１９が受信した印刷データによりドットデータを取得する（ステップＳ３０３）。

ステップＳ３０４において、画像密度計測部２２は、露光制御部２１が取得したドットデータを元に用紙毎に現像周期１周までの画像密度と現像周期１周以降の画像密度を算出する。

次に、制御部１９は、温湿度センサ３６から温湿度データを取得する（ステップＳ３０５）。

制御部１９は、トナー残量状態がＴ／Ｌの場合、画像密度計測部２２が算出した画像密度及び温湿度センサ３６から取得した温湿度データに基づく環境値より、現像供給電圧差の補正値を決定する。一方、トナー残量状態がＴ／Ｈの場合、現像供給電圧差の補正値を０Ｖと決定する（ステップＳ３０６）。

最後に、制御部１９は、基準となる供給電圧にステップＳ３０６で決定した現像供給電圧差の補正値を加算し、供給電源２５が供給ローラ９に印加する供給電圧を決定する（ステップＳ３０７）。

以上のように、第３の実施形態によれば、温湿度により汚れ印字やカスレ印字の発生マージンに変化があったとしても、最適な現像供給電圧差とすることができるため、汚れ印字やカスレ印字の発生を防止することができる。

本発明の説明において、画像形成装置の好適な一例としてプリンタを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、複写機やＦＡＸ、ＭＦＰ等にも適用可能である。

１ 感光ドラム
２ 帯電ローラ
３ ＬＥＤヘッド
４ 現像器
５ 転写ローラ
６ クリーニング装置
７ 定着器
８ 現像ローラ
９ 供給ローラ
１０ 規制ブレード
１１ トナー残量検出部
１２ クリーニングブレード
１３ ドラムモータ
１４ ベルトモータ
１９ 制御部
２０ 駆動制御部
２１ 露光制御部
２２ 画像密度計測部
２３ 帯電電源
２４ 現像電源
２５ 供給電源
２６ 規制電源
２７ 転写電源
２８ トレイ
２９ ホッピングローラ
３０ レジストローラ対
３１ 排出ローラ対
３２ 転写ベルト
３３ ドライブローラ
３４ アイドルローラ
３５ ベルトクリーニング装置
３６ 温湿度センサ
５０Ｂｋ，５０Ｂｋ' 現像ユニット
５０Ｙ，５０Ｙ' 現像ユニット
５０Ｍ，５０Ｍ' 現像ユニット
５Ｃｋ，５０Ｃ' 現像ユニット
１００，１０１，１０２ 画像形成装置

Claims (6)

1. 像担持体に回転しながら現像剤を周期的に供給する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に回転しながら現像剤を周期的に供給する供給部材と、
   前記現像剤担持体に現像電圧を印加する現像電源と、
   前記供給部材に供給電圧を印加する供給電源と、
   記録媒体上に印刷される画像の画像密度を検出する画像密度検出手段と、
   前記画像密度検出手段が検出した、前記現像剤担持体の回転周期と前記供給部材の回転周期とに対応する画像領域毎の画像密度に基づき、前記現像電圧と前記供給電圧との電位差を変更する制御部とを備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記現像剤担持体の回転周期と前記供給部材の回転周期とに対応する画像領域は、前記記録媒体に印刷される画像全体領域における前記現像剤担持体の１回転周期分の画像領域であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記現像剤担持体の回転周期と前記供給部材の回転周期とに対応する画像領域は、前記記録媒体に印刷される画像全体領域における前記現像剤担持体の１回転周期分と前記供給部材の１回転周期分の和であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 現像剤の残量を検出する現像剤量検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記現像剤検出部が検出した現像剤の残量に基づき、前記現像電圧と前記供給電圧との電位差を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の画像形成装置。
5. 装置の周辺環境条件を検出する環境条件検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記環境条件検出部が検出した環境条件に基づき、前記現像電圧と前記供給電圧との電位差を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、印刷用紙毎に前記供給電圧を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の画像形成装置。