JP2016130827A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】縦帯画像や全ベタ画像が長期に渡って連続印刷されても、画像の後端カスレや濃度低下が発生するのを防止する。
【解決手段】画像データに基いて像担持体の副走査方向に延在する複数の細長領域ごとの画像面積率を演算し、当該画像面積率のうちの最大の画像面積率の大きさに対応して、現像剤担持体と現像剤供給体の線速比や供給バイアス電圧を現像中に変化させる。
【選択図】図７ａ

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真式の画像形成装置に装備される現像装置と、当該現像装置を有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に装備される一成分現像方式の現像装置として、感光体に一成分現像剤としてのトナーを供給する現像ローラと、当該現像ローラにトナーを供給する供給ローラとを有する現像装置が従来より知られている。当該供給ローラは、現像ローラとのニップ部の中心よりも回転方向上流側で現像ローラからトナーを回収し、当該ニップ部の中心よりも回転方向下流側で現像ローラにトナーを供給する。

このようにトナーの回収及び供給を１つの供給ローラで行う構成では、書き込み密度１００％の帯画像（以下、縦帯画像と記す）が感光体の移動方向に長く伸びて出力されると、供給ローラから現像ローラへ供給されるトナーの量が徐々に低下するという課題がある。供給トナー量が低下すると、画像の後端カスレやページ内での画像濃度変動が生じる。また経時のトナー劣化が進行しやすくなってトナーの流動性が早期に低下し、前記画像後端カスレや画像濃度変動が悪化する。特に、縦帯画像が連続して印字される場合に当該現象がいっそう顕著になる。

前記画像後端カスレや画像濃度変動を防止するため、従来から様々な技術が提案されている。例えば特許文献１（特許第３４７９９４７号公報）は、画像濃度ムラやかぶりなどを抑制する２種類の画像形成装置を開示する。一つは、現像ローラに対して順方向に回転しながら当接する供給ローラに、トナーの帯電極性と同極性の供給バイアスを印加することで、供給ローラから現像ローラへのトナーの転移を助長し、ページ単位の画像面積率が高くなるほど、その供給バイアスの絶対値を大きくする。もう一つは、現像ローラに対して順方向に回転しながら当接する供給ローラの線速を、ページ単位の画像面積率が高くなるほど増速させる。

また特許文献２（特開２０１３−４１０１０号公報）は、画像濃度ムラやかぶりなどを抑制する画像形成装置を開示する。この画像形成装置は、画像の出力対象となるページの全領域を潜像担持体の表面移動方向に沿って複数の分割領域に分割し、それぞれの分割領域における画像部の面積率を算出し、その算出結果に基づいて供給バイアスの出力値を制御する。

しかし、特許文献１ではページ単位で、特許文献２ではページ搬送方向の複数の分割領域で画像面積率を算出するので、副走査方向に細長く伸びるような縦帯画像は、画像面積率が低い画像として扱われてしまう。このため、これら特許文献の技術では、適切な供給バイアス設定や供給ローラの線速設定がなされず、縦帯画像の後端カスレや濃度低下を有効に防止することができなかった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、縦帯画像や全ベタ画像が長期に渡って連続して印字されても、画像の後端カスレや濃度低下が発生するのを防止することにある。

前記課題を解決するため、本発明の現像装置は、画像データに応じた静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像を現像するための現像剤を担持し現像バイアス電圧により当該現像剤を前記像担持体に供給する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に対して供給バイアス電圧により前記現像剤を供給する現像剤供給体とを有する画像形成部と、前記画像データに基いて前記像担持体の副走査方向に延在する複数の細長領域ごとの画像面積率を演算し、当該画像面積率のうちの最大の画像面積率の大きさに対応して、前記現像剤担持体と前記現像剤供給体の線速比を前記静電潜像の現像中に変化させる制御部と、を有することを特徴とする。

本発明は、制御部によって、像担持体の副走査方向に延在する複数の細長領域ごとの画像面積率を演算し、その最大の画像面積率の大きさに対応して、現像剤担持体と現像剤供給体の線速比を静電潜像の現像中に変化させることで、現像剤供給体のトナー供給機能が補完され、画像の後端カスレや濃度低下を防止することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタの概略構成図である。 プリンタのブラック（Ｋ）用の作像ユニットの拡大構成図である。 作像ユニットの現像器における供給ニップ部の周囲を拡大して示す拡大構成図である。 プリンタの電気回路の一部を示すブロック図である。 画像が出力される印刷ページに分割領域を付した模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は面積率が異なる分割領域を示す模式図である。 印刷直前の画像面積率が０〜２０％の場合の、副走査方向の線速比の変化を示す図である。 印刷直前の画像面積率が２１〜５０％の場合の、副走査方向の線速比の変化を示す図である。 印刷直前の画像面積率が５１〜１００％の場合の、副走査方向の線速比の変化を示す図である。 先印刷ページと後印刷ページの画像間の間隔を示す模式図である。 第２実施形態のプリンタの電気回路の一部を示すブロック図である。 印刷直前の面積率が０〜５０％の場合の、副走査方向の供給バイアスの変化を示す図である。 印刷直前の面積率が５１〜８０％の場合の、副走査方向の供給バイアスの変化を示す図である。 印刷直前の面積率が８１〜１００％の場合の、副走査方向の供給バイアスの変化を示す図である。 画像が出力される印刷ページに分割領域を付した模式図である。 供給バイアスの制御テーブルを示す図である。 本発明の画像形成装置と従来の画像形成装置とで、副走査方向の縦帯画像のＩＤ値について比較評価した結果を示す図である。

以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る図２の現像装置を搭載した画像形成装置として、電子写真方式のプリンタ（以下、単にプリンタという）の一実施形態を示す概略構成図である。図１は、本プリンタを正面側から示している。図の紙面に直交する方向の手前側がプリンタの前面であり、奥側が後面である。また、本プリンタの図中右側が右側面、左側が左側面である。本プリンタの右端部は、回動軸４０ａを中心に回動することで筐体本体に対して開閉可能な反転ユニット４０になっている。

（画像形成装置としてプリンタの構成）
このプリンタは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（以下、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと記す）のポリエステル系重合トナー（平均粒径６．５μｍ）からなるトナー像を形成するための４つの作像ユニット１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを備えている。なお、この重合トナーは、トナー母体１００部に対して、疎水シリカＲＹ５０（アイロジル製）を２部添加し、２０リットルヘンシェルミキサーで周速４０ｍ／ｓ、５分間の混合処理を行なった後、目開き７５ミクロンの篩で篩って得た、オイル含有シリカ外添トナーである。オイル含有シリカ外添トナーを用いることによって、帯電量の経時安定性とクリーニング性向上を図ることができる。

これらの作像ユニットは、画像形成物質として、互いに異なる色のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっており、寿命到達時に交換される。Ｋトナー像を形成するための作像ユニット１Ｋを例にすると、図２に示されるように、潜像担持体たるドラム状の感光体２Ｋ（直径３０ｍｍの有機感光体）、ドラムクリーニング装置３Ｋ、除電装置（不図示）、帯電装置４Ｋ、現像装置としての現像器５Ｋ等を備えている。作像ユニット１Ｋは、プリンタ本体に脱着可能であり、一度に消耗部品を交換できるようになっている。なお、この感光体２Ｋの移動速度、すなわち、本装置のプロセス線速は１４０ｍｍ／ｓである。

帯電装置４Ｋは、駆動手段によって図中時計回りに回転される感光体２Ｋの表面を一様帯電させる。一様帯電された感光体２Ｋの表面は、レーザー光Ｌによって露光走査されてＫ用の静電潜像を担持する。より詳しくは、先に示した図１において、作像ユニット１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの鉛直方向上方には、光書込ユニット７０が配設されている。潜像書込装置たる光書込ユニット７０は、画像情報に基づいてレーザーダイオードから発したレーザー光Ｌにより、作像ユニット１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋにおける感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを光走査する。感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋにおける露光部は、電位を減衰してＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の静電潜像を担持する。例えば、感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの一様帯電電位が−５５０［Ｖ］であるのに対し、静電潜像の電位は−５０［Ｖ］まで減衰する。なお、光書込ユニット７０は、光源から発したレーザー光（Ｌ）を、ポリゴンモータによって回転駆動したポリゴンミラーで主走査方向に偏光させながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体に照射するものである。或いは、レーザー光（Ｌ）に代えて、ＬＥＤアレイの複数のＬＥＤから発したＬＥＤ光によって光書込を行うものを採用してもよい。

図２の現像器５Ｋは、Ｋトナーを収容する縦長のホッパ部６Ｋと、画像形成部としての現像部７Ｋとを有する。現像部７Ｋ内には、感光体２Ｋ、現像剤担持体としての現像ローラ１１Ｋ及び現像剤供給体としての供給ローラ１０Ｋが配設されている。現像ローラ１１Ｋは厚さ４ｍｍの導電性ウレタンゴム層（ゴム硬度５０°（ＪＩＳ−Ａ））を周囲に有する。供給ローラ１０Ｋは、直径１３ｍｍで、金属製の芯金と、これの表面に被覆された導電性発泡ウレタン層（セル径１００〜５００μｍ）からなるローラ部とを有する。当該ローラ部に現像ローラ１１Ｋが所定深さで食い込んだ状態で、当該ローラ部がホッパ部６Ｋ内のＫトナーを捕捉しながら回転する。

現像ローラ１１Ｋの側方に、先端を現像ローラ１１Ｋの表面に当接させたステンレス製の薄層化ブレード１２Ｋが配設されている。なお、薄層化ブレード１２Ｋは現像ローラ１１Ｋに対して、約４０Ｎ／ｍの線圧で当接されている。

駆動手段によって図中反時計回り方向に回転される現像ローラ１１Ｋには、現像バイアス電源によってＫトナーの帯電極性と同極性であって、且つ、絶対値が感光体２Ｋの地肌部電位の絶対値と静電潜像の絶対値との間の値である現像バイアスが印加される。これにより、感光体２Ｋと現像ローラ１１Ｋとが対向している現像領域においては、現像ローラ１１Ｋの表面上に担持されているＫトナーが感光体２Ｋの静電潜像に選択的に転移して、静電潜像を現像してＫトナー像を生成する。このようにして現像されたＫトナー像は、後述する中間転写ベルト１６上に中間転写される。なお、現像ローラ１１Ｋの線速は２００ｍｍ／ｓで、現像バイアスは−１５０Ｖである。

現像部７Ｋの上方に配設されたホッパ部６Ｋ内には、駆動手段によって回転駆動されるアジテータ８Ｋ、これの鉛直方向下方で駆動手段によって回転駆動される撹拌パドル９Ｋ、これの鉛直方向下方で駆動手段によって回転駆動される供給ローラ１０Ｋなどが配設されている。ホッパ部６Ｋ内のＫトナーは、アジテータ８Ｋや撹拌パドル９Ｋの回転駆動によって撹拌されながら、自重によって供給ローラ１０Ｋに向けて移動する。

図３は、現像器（５Ｋ）における供給ニップ部の周囲を拡大して示す拡大構成図である。現像ローラ１１Ｋの図中右側方に配設された供給ローラ１０Ｋは、駆動手段によって図中反時計回り方向に回転する。現像ローラ１１Ｋと供給ローラ１０Ｋとの当接による供給ニップ部（ニップ部幅４〜５ｍｍ）では、現像ローラ１１Ｋの表面が鉛直方向下方から上方に向けて移動するのに対し、供給ローラ１０Ｋの表面がそれとは正反対に鉛直方向上方から下方に向けて移動する。このように、供給ローラ１０Ｋは、現像ローラ１１Ｋに対してカウンタ方向に回転しながら当接して供給ニップ部を形成している。以下、供給ニップ部において、現像ローラ１１Ｋの表面が供給ニップ部に進入する位置をニップ部入口という。また、現像ローラ１１Ｋの表面が供給ニップ部から抜け出る位置をニップ部出口という。なお、供給ローラ１０Ｋの線速は所定のアルゴリズムに基づいて、１００〜４００ｍｍ／ｓ程度の範囲で可変に制御される。

上述したように、現像ローラ１１Ｋには、現像バイアス電源１５１Ｋにより、Ｋトナーの帯電極性と同極性であって、且つ、絶対値が感光体２Ｋにおける地肌部電位の絶対値と静電潜像の絶対値との間の値の現像バイアスが印加される。一方、供給ローラ１０Ｋには、供給バイアス電源１５２Ｋにより、Ｋトナーの帯電極性と同極性であって、且つ、絶対値が現像バイアスの絶対値よりも大きな値の直流電圧を具備する供給バイアスが印加される。なお、供給バイアスとして、前述した直流電圧だけからなるものを採用してもよいし、前述した直流電圧に交流電圧を重畳したものを採用してもよい。以下、前者の供給バイアスを採用した例について説明するが、後者の供給バイアスを採用した場合には、重畳バイアスの直流電圧に対して、前者の供給バイアスと同様の出力制御を行えばよい。

現像領域で感光体２Ｋ上の静電潜像を現像した現像ローラ１１Ｋの表面は、現像ローラ１１Ｋの回転に伴って供給ニップ部のニップ部入口に進入する。この際、供給ローラ１０Ｋの表面は、ニップ部入口の付近において、現像ローラ１１Ｋ表面に対して逆方向に移動しながら摺擦して現像ローラ１１Ｋ表面からＫトナーを掻き取って回収する。このようにしてＫトナーが回収された現像ローラ１１Ｋの表面は、現像ローラ１１Ｋの回転に伴って供給ニップ部を通過する。この際、現像バイアスが印加される現像ローラ１１Ｋと、供給バイアスが印加される供給ローラ１０Ｋとの電位差により、供給ローラ１０Ｋ上のＫトナーが現像ローラ１１Ｋに供給される。

供給ローラ１０Ｋから現像ローラ１１Ｋに供給されたＫトナーは、現像ローラ１１Ｋの回転に伴ってローラと薄層化ブレード１２Ｋとの当接位置を通過する際に、ローラ表面上での層厚が規制される。そして、層厚規制後のＫトナーは、現像領域において、感光体２Ｋ表面の静電潜像の現像に寄与する。なお、現像領域においては、図示のように、感光体２Ｋ表面と現像ローラ１１Ｋ表面とが互いに同じ方向に移動する。

先に示した図２において、ドラムクリーニング装置３Ｋは、中間転写工程を経た後の感光体２Ｋ表面に付着している転写残トナーを除去する。また、除電装置は、クリーニング後の感光体２Ｋの残留電荷を除電する。この除電により、感光体２Ｋの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。図２を用いてＫ用の作像ユニット１Ｋについて説明したが、Ｙ、Ｍ、Ｃ用の作像ユニット１Ｙ、Ｍ、Ｃにおいても、同様のプロセスにより、感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ表面にＹ、Ｍ、Ｃトナー像が形成されて、中間転写ベルト１６に重ね合わせて中間転写される。

先に示した図１において、作像ユニット１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの鉛直方向下方には、無端状の中間転写ベルト１６を図中反時計回り方向に無端移動させる転写ユニット１５が配設されている。転写手段たる転写ユニット１５は、中間転写ベルト１６の他に、駆動ローラ１７、従動ローラ１８、４つの１次転写ローラ１９Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、２次転写ローラ２０、ベルトクリーニング装置２１、クリーニングバックアップローラ２２などを備えている。

中間転写ベルト１６は、そのループ内側に配設された駆動ローラ１７と従動ローラ１８との間に架け渡されている。また、当該中間転写ベルト１６に、クリーニングバックアップローラ２２及び４つの１次転写ローラ１９Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋが当接されている。そして中間転写ベルト１６は、駆動手段によって図中反時計回り方向に回転駆動される駆動ローラ１７の回転力により、同方向に無端移動される。

４つの１次転写ローラ１９Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、このように無端移動される中間転写ベルト１６を間に挟んで感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋとは反対側に配設されている。この挟み込みにより、中間転写ベルト１６の表面と、感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの周面とが当接するＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の１次転写ニップ部が形成されている。

１次転写ローラ１９Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋには、転写バイアス電源によってそれぞれ１次転写バイアスが印加されており、これにより、感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの静電潜像と、１次転写ローラ１９Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋとの間に転写電界が形成される。なお、１次転写ローラ１９Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに代えて、転写チャージャーや転写ブラシなどを採用してもよい。

Ｙ用の作像ユニット１Ｙの感光体２Ｙ表面に形成されたＹトナーは、感光体２Ｙの回転に伴って上述のＹ用の１次転写ニップ部に進入すると、転写電界やニップ部圧の作用により、感光体２Ｙ上から中間転写ベルト１６上に１次転写される。このようにしてＹトナー像が１次転写された中間転写ベルト１６は、その無端移動に伴ってＭ、Ｃ、Ｋ用の１次転写ニップ部を通過する際に、感光体２Ｍ、Ｃ、Ｋ上のＭ、Ｃ、Ｋトナー像が、Ｙトナー像上に順次重ね合わせて１次転写される。この重ね合わせの１次転写により、中間転写ベルト１６上には４色トナー像が形成される。

転写ユニット１５の２次転写ローラ２０は、中間転写ベルト１６のループ外側に配設されて、ループ内側の従動ローラ１８との間に中間転写ベルト１６を挟み込んでいる。この挟み込みにより、中間転写ベルト１６の表面と、２次転写ローラ２０とが当接する２次転写ニップ部が形成されている。２次転写ローラ２０には、転写バイアス電源によって２次転写バイアスが印加される。この印加により、２次転写ローラ２０と、アース接続されている従動ローラとの間には、２次転写電界が形成される。

転写ユニット１５の鉛直方向下方には、記録紙Ｐを複数枚重ねた紙束の状態で収容している給紙カセット３０がプリンタの筐体に対してスライド着脱可能に配設されている。この給紙カセット３０は、紙束の一番上の記録紙Ｐに給紙ローラ３０ａを当接させており、これを所定のタイミングで図中反時計回り方向に回転させることで、その記録紙Ｐを給紙路３１に向けて送り出す。

給紙路３１の末端付近には、タイミングローラ対３２が配設されている。このタイミングローラ対３２は、給紙カセット３０から送り出された記録紙Ｐをローラ間に挟み込むとすぐに両ローラの回転を停止させる。そして、挟み込んだ記録紙Ｐを上述の２次転写ニップ部内で中間転写ベルト１６上の４色トナー像に同期させ得るタイミングで回転駆動を再開して、記録紙Ｐを２次転写ニップ部に向けて送り出す。

２次転写ニップ部で記録紙Ｐに密着された中間転写ベルト１６上の４色トナー像は、２次転写電界やニップ部圧の影響を受けて記録紙Ｐ上に一括２次転写され、記録紙Ｐの白色と相まって、フルカラートナー像となる。このようにして表面にフルカラートナー像が形成された記録紙Ｐは、２次転写ニップ部を通過すると、２次転写ローラ２０や中間転写ベルト１６から曲率分離する。そして、転写後搬送路３３を経由して、後述する定着装置３４に送り込まれる。

２次転写ニップ部を通過した後の中間転写ベルト１６には、記録紙Ｐに転写されなかった転写残トナーが付着している。当該転写残トナーは、中間転写ベルト１６の表面に当接しているベルトクリーニング装置２１によってベルト表面からクリーニングされる。中間転写ベルト１６のループ内側に配設されたクリーニングバックアップローラ２２は、ベルトクリーニング装置２１によるベルトのクリーニングをループ内側からバックアップする。

定着装置３４は、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する定着ローラ３４ａと、これに所定の圧力で当接しながら回転する加圧ローラ３４ｂとによって定着ニップ部を形成している。定着装置３４内に送り込まれた記録紙Ｐは、その未定着トナー像担持面を定着ローラ３４ａに密着させるようにして、定着ニップ部に挟まれる。そして、加熱や加圧の影響によってトナー像中のトナーが軟化されて、フルカラー画像が定着される。

定着装置３４内から排出された記録紙Ｐは、定着後搬送路３５を経由した後、排紙路３６と反転前搬送路４１との分岐点にさしかかる。定着後搬送路３５の側方には、回動軸４２ａを中心にして回動駆動される切替爪４２が配設されており、当該切替爪４２の回動によって定着後搬送路３５の末端付近を閉鎖したり開放したりする。定着装置３４から記録紙Ｐが送り出されるタイミングでは、切替爪４２が図中実線で示す回動位置で停止して、定着後搬送路３５の末端付近を開放している。よって、記録紙Ｐが定着後搬送路３５から排紙路３６内に進入して、排紙ローラ対３７のローラ間に挟み込まれる。

テンキー等からなる操作部に対する入力操作や、パーソナルコンピュータ等から送られてくる制御信号などにより、片面プリントモードが設定されている場合には、排紙ローラ対３７に挟み込まれた記録紙Ｐがそのまま機外へと排出される。そして、筐体の上カバー５０の上面であるスタック部にスタックされる。

一方、両面プリントモードに設定されている場合には、先端側を排紙ローラ対３７に挟み込まれながら排紙路３６内を搬送される記録紙Ｐの後端側が定着後搬送路３５を通り抜けると、切替爪４２が図中一点鎖線の位置まで回動して、定着後搬送路３５の末端付近が閉鎖される。これとほぼ同時に、排紙ローラ対３７が逆回転を開始する。すると、記録紙Ｐは、今度は後端側を先頭に向けながら搬送されて、反転前搬送路４１内に進入する。

本プリンタの右端部は、前述したように筐体本体に対して開閉可能な反転ユニット４０になっている。排紙ローラ対３７が逆回転すると記録紙Ｐがこの反転ユニット４０の反転前搬送路４１内に進入して、鉛直方向上側から下側に向けて搬送される。そして、反転搬送ローラ対４３のローラ間を経由した後、半円状に湾曲している反転搬送路４４内に進入する。

更に、記録紙Ｐが反転搬送路４４の湾曲形状に沿って搬送されるのに伴って上下面が反転されながら、鉛直方向上側から下側に向けての進行方向も反転して、鉛直方向下側から上側に向けて搬送される。その後、上述した給紙路３１内を経て、２次転写ニップ部に再進入する。そして、記録紙Ｐのもう一方の面にもフルカラー画像が一括２次転写された後、当該記録紙Ｐは転写後搬送路３３、定着装置３４、定着後搬送路３５、排紙路３６、排紙ローラ対３７を順次経由して、機外へと排出される。

（プリンタの電気回路）
図４は、本プリンタにおける電気回路の一部を示すブロック図である。図中左側に示すメイン制御部１００が本発明の「制御部」の中心的役割を果たすもので、プリンタ全体の各種機器の駆動の制御や演算処理を司る。当該メイン制御部１００や後述の画像データ処理部１０５によって、後述するように現像ローラ線速に対する供給ローラ線速の線速比や供給バイアス電圧が制御される。

なお、プリンタの内部には温度を検知する温度検知手段と、湿度を検知する湿度検知手段が配設されている。そしてこれら検知手段が前記画像データ処理部１０５に接続され、温度検知手段及び湿度検知手段で検知された温度情報及び湿度情報に基いても、後述の線速比や供給バイアス電圧の変化量を制御可能にしている。すなわち、トナーの粉体特性はプリンタが使用される環境毎に異なるため、環境によるトナーの粉体特性変化に応じて、より適切に線速比を制御可能にし、より適切に濃度低下や画像のカスレを抑制するようにしている。

メイン制御部１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１００ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１００ｂ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１００ｃ、フラッシュメモリ１００ｄ等を有する。なお図４では、メイン制御部１００に接続されている各種機器のうち、本発明の特徴部に関連するものだけを示している。

図４において、メイン制御部１００、画像データ処理部１０５、光書込ユニット７０、供給バイアス制御部１５３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、互いにＩ／Ｏインターフェース１０１を介して電気的に接続されている。なお、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ポート１０２は、外部のローカルエリアネットワークを介して、パーソナルコンピュータやスキャナとの通信を行うためのものである。また、ＵＳＢポート１０３は、ＵＳＢケーブルを介して外部のパーソナルコンピュータと通信を行うためのものである。

パーソナルコンピュータからローカルエリアネットワークを介してＬＡＮポート１０２に入力されたカラー画像データは、プリントサーバー回路１０４を介して画像データ処理部１０５に入力される。また、パーソナルコンピュータからＵＳＢポート１０３に入力されたカラー画像データは、そのまま画像データ処理部１０５に入力される。

画像データ処理部１０５は、受信したカラー画像データを、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の色分解画像データに分離した後、それらをＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４つの色分解画像データに変換する。そして、得られたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの色分解画像データを、光書込ユニット７０に送信する。光書込ユニット７０は、画像データ処理部１０５から受信したＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの色分解画像データに基づいて、感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋをそれぞれ光走査する。また、各ページで同期をとるためのページ同期信号を、メイン制御部１００や、供給ローラ駆動制御部１６３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに送信する。このページ同期信号に基づいて、メイン制御部１００や供給ローラ駆動制御部１６３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋが、記録紙Ｐを給紙カセット３０やタイミングローラ対３２から送り出したり、各種駆動を制御したりすることで、適切なプリントジョブが行われる。

画像データ処理部１０５は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの色分解画像データを送信したり、同期信号を送信したりすることに加えて、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像に関する面積率のデータである面積率データを、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の供給ローラ駆動制御部１６３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに送信する。供給ローラ駆動制御部１６３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、画像データ処理部１０５から送られてくるＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の面積率データと、光書込ユニット７０から送られてくる同期信号とに基づいて、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の駆動手段１６２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの供給ローラ線速の設定値を制御する。

（本発明の第１実施形態の特徴部分）
次に、本発明の第１実施形態の現像装置の特徴部分について説明する。図４の画像データ処理部１０５は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色についてそれぞれ、次のようにして面積率データを算出する。即ち、まず、画像の出力対象となるページの全領域を、図５に示すように、主走査方向（感光体表面移動方向と垂直方向）に沿って複数の分割領域（Δｘ₁, Δｘ₂, Δｘ₃,…）に
分割する。画像の出力対象となるページは、画像の出力対象となる記録紙Ｐを出力時と同じ姿勢にした場合の紙面と同じ姿勢の仮想領域である。例えば、縦搬送しているＡ４サイズ記録紙に画像を形成する場合、当該ページは、長手方向を搬送方向に沿わせたＡ４サイズの紙面と同じ姿勢の仮想領域である。このような仮想領域からなるページを、主走査方向に沿って、副走査方向に延在する複数の細長領域に分割するのである。そして、それぞれの分割領域（細長領域）に存在している画像部の面積を、当該分割領域の面積で除算することで、当該分割領域における画像部の平均画像面積率ηを求める。

画像データ処理部１０５は、このようにしてページを複数の分割領域に分割し、平均画像面積率ηを求めたら、それらの領域での画像面積率データ（η₁，η₂，η₃，…）の最大値と、あらかじめ記憶していた同じ位置（領域）における、直前のページまたは非画像形成時の画像面積率データ、ページの用紙搬送方向における長さのデータである用紙長さデータ、の３つの情報を、同時に供給バイアス制御部１５３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに出力する。用紙長さデータは、例えば、Ａ３サイズ記録紙の横搬送であれば、搬送方向に沿ったＡ３サイズ副走査方向の長さである４２０ｍｍを用紙長さデータとして出力する。

各色の供給ローラ駆動制御部１６３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋはそれぞれ、画像データ処理部１０５から送られてくる、画像面積率データ（最大値）と、当該画像面積率が最大となる主走査方向に対応する位置で直前に出力されたページの画像面積率η０、および用紙長さデータを、予め記憶している所定のアルゴリズムに基づいて、供給ローラ線速の設定値に変換する。なお、トナーの粉体特性はプリンタが使用される環境毎に異なるため、プリンタの内部の温度検知手段と湿度検知手段で検知された温度情報及び湿度情報に基いて線速比を修正制御してもよい。これにより、より適切に線速比を制御可能にし、より適切に濃度低下や画像のカスレを抑制することができる。

図５は、当該ページと、当該ページに出力される画像と、各分割領域との関係の一例を示す模式図である。ページの分割幅は、特に限定されることはないが、実験結果から４〜１０ｍｍの幅、とりわけ４ｍｍの幅に設定されることが望ましい。４ｍｍを下限とする理由は、幅が４ｍｍ未満、とりわけ３ｍｍ以下の縦帯画像（画像面積率１００％）が出力されても、経験的に縦帯副走査方向に対する濃度低下がほとんど起きず、供給ローラ線速を積極的に制御する必要がないためである。

前記縦帯副走査方向に対する濃度低下がほとんど起きない理由としては、現像ローラと供給ローラとの供給ニップ部において、縦帯画像部の両脇の非画像部領域のトナー未消費領域からトナーが流れ込んで供給されることと、供給ローラ自体によるトナーの主走査方向の拡散によってトナーが補給されるためと推定される。すなわち、画像濃度低下が目視で確認できる縦帯の幅は４ｍｍ以上なのである。

一方、分割幅を４ｍｍより著しく大きくなると、例えば幅４ｍｍの細い縦帯画像が含まれる画像が出力された際に、最大画像面積率η１＿ｍａｘの値が１００％より小さな値で算出され、最適な供給ローラ線速が設定されない。このような、幅４ｍｍの縦帯画像が出力される可能性は低いが、画像面積率としては低く算出されないよう、分割幅は４〜１０ｍｍ幅、とりわけ４ｍｍ幅近くに設定されることが望ましい。

また、図６は、これから出力（現像）する画像の画像面積率η１＿ｍａｘと、その主走査方向に対応する位置で直前に出力されたページの画像面積率（以下、直前の画像面積率η０と記す）の関係を示す図である。

一方、図７ａ、図７ｂ、図７ｃは本画像形成装置において、Ａ３の画像が出力される際の、副走査方向の位置に対する現像ローラ線速に対する供給ローラ線速の線速比の値を示したものである。なお、メイン制御部１００による供給ローラ線速ないし線速比の制御は、画像形勢領域の先端が通過する時刻をｔとするとき、当該時刻ｔよりもＤ／Ｖｒ［ｓ］早いタイミングで開始される。

ここでＤは、供給ローラと現像ローラとが当接する供給ニップ部の中心から、現像ローラと感光体が当接する現像ニップ部の中心までの、現像ローラ円周上の距離である。Ｖｒは現像ローラ線速である。このように線速比制御を早いタイミングで開始することで、現像ニップ部で現像が始まるタイミングに合わせて、線速比制御の効果（トナー供給機能の補完による画像後端カスレや濃度低下防止）が発揮される。

図７ａは直前の画像面積率η０が０〜２０％のときの線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆの値（もしくは１枚目の値）である。図７ｂは直前の画像面積率η０が２１〜５０％の時の線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆの値である。図７ｃは直前の画像面積率η０が５１〜１００％の時の線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆの値である。なお、グラフ中のパーセントの値は、出力される画像の画像面積率η１＿ｍａｘを示している。

これらの制御アルゴリズムは、画像形成領域内の副走査方向の位置をＸ［ｍｍ］とするとき、Ｘの関数として下式（１）〜（１２）で定義される。なお、式（１）〜（１２）は実験結果に基づいて作成した式であり、Ｘは約４２．３ｍｍ（＝６００ｄｐｉ１０００画素）間隔で更新され、ＶＲ＿ｄｉｆｆの値はステップ的に変化する。

VR_diff(X)= 0.5 （0≦η0≦20%、0≦η1_max≦20%） 式（１）
VR_diff(X)= 0.5+0.4×X/400 （0≦η0≦20%、21%≦η1_max≦50%） 式（２）
VR_diff(X)= 0.5+0.8×X/400 （0≦η0≦20%、51≦η1_max≦80%） 式（３）
VR_diff(X)= 0.5+1.2×X/400 （0≦η0≦20%、81≦η1_max≦100%） 式（４）
VR_diff(X)= 0.65 （21≦η0≦50%、0≦η1_max≦20%） 式（５）
VR_diff(X)= 0.65+0.4×X/400 （21≦η0≦50%、21≦η1_max≦50%） 式（６）
VR_diff(X)= 0.65+0.8×X/400 （21≦η0≦50%、51≦η1_max≦80%） 式（７）
VR_diff(X)= 0.65+1.2×X/400 （21≦η0≦50%、81≦η1_max≦100%） 式（８）
VR_diff(X)= 0.80 （51≦η0≦100%、0≦η1_max≦20%） 式（９）
VR_diff(X)= 0.80+0.4×X/400 （51≦η0≦100%、21≦η1_max≦50%） 式（１０）
VR_diff(X)= 0.80+0.8×X/400 （51≦η0≦100%、51≦η1_max≦80%） 式（１１）
VR_diff(X)= 0.80+1.2×X/400 （51≦η0≦100%、81≦η1_max≦100%） 式（１２）

ここで、表１は発明の本画像形成装置と、従来の画像形成装置とで、副走査方向の縦帯画像の先端と後端の画像濃度変化を比較した結果である。なお、画像出力時の転写・定着条件は一定（一次転写率、二次転写率と９０〜９５％になるように調整）とし、出力用紙にはＮＢＳリコーマイペーパーＡ３記録紙を使用した。画像濃度はＸ−Ｒｉｔｅ社製濃度計３１０ＴＲで計測し、画像濃度１．４０〜１．５０をＯＫ（○）として評価した。

従来技術−１からわかるように、線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆを低目一定に制御すると、比較的新しい、まだ劣化していない画像形成装置でも、後端の画像濃度が低下する。また、従来技術−２からわかるように、線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆを高目一定に制御すると、比較的新しい、まだ劣化していない画像形成装置では、後端の画像濃度は低下しないが、経時で使用され寿命間近の画像形成装置では、画像先端でも比較的濃度が薄く、後端では顕著に画像濃度が低下してしまっている。これは、線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆを高目一定にしてしまった為に、現像ローラと供給ローラの当接部での発熱が、必要以上に多くなり、その熱的なストレスでトナーを劣化させてしまうからである。

これに対し、この第１実施形態では、画像面積率ηが、低い場合には、線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆを低めに設定することで現像ローラと供給ローラの当接部での発熱量を抑えてトナーの劣化を抑制し、画像面積率ηが高くなる場合に線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆを高くして、供給ローラから現像ローラへのトナー搬送量を増やし、後端の画像濃度低下を抑制する。一方、画像面積率ηの高い状態が継続するような場合は、線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆの高い状態が継続されることになるが、その場合は、トナー消費も多くなっているので、現像器内のトナー劣化が促進されるようなことはないので、不具合は生じない。

このような供給ローラの線速制御による画像濃度低下の抑制効果は、図６の（ａ）のように、直前の画像と、これから出力する画像の両方の画像面積率が大きい時に最も発揮されるが、画像濃度の低下や後端カスレは、書き込み密度が５０％を超えるようなハーフトーン画像や、ある程度の長さ（例えばＡ３半分以上）を有する縦帯画像でも発生するため、図７ａ〜図７ｃのように線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆを副走査方向位置に応じて制御している。その際、画像の先端と後端の線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆの変化量は、画像面積率η１が大きくなるほど大きくなるように制御される。

また、図７のように、画像の先端の線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆを、直前の画像面積率η０を考慮して設定している。すなわち、直前の画像面積率η０が大きい場合ほど、供給ローラで搬送しているトナーは少なくなっており、画像濃度の低下が起こりやすくなるため、直前の画像面積率η０が大きいほど、画像の先端での線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆを大きくなるよう
に制御する。

ところで、直前の画像面積率η０に加えて、直前の画像の後端位置と、これから出力する画像の先端位置との間隔を考慮して線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆを制御すると、１枚目と２枚目の画像濃度変動を抑えられる点で、より画像安定性に優れた画像形成装置となる。例えば、図８の２枚目の画像は同じ最大画像面積率だが、図８の（ａ）と比較して（ｂ）は画像間の間隔が長く（非画像部の領域が長く）、供給ローラがトナーを取り込む時間が長くなるために、縦帯画像の濃度低下の観点では余裕がある。すなわち、同じ最大画像面積率であっても、画像間の間隔が長いほど、画像の先端と後端との線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆを小さくなるように補正したり、あるいは画像先端の線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆが小さくなるように補正したりすると、ページ間の画像濃度安定性が向上することが期待できる。

このような制御を行なうことによって最大画像面積率η１＿ｍａｘが３０％〜１００％の縦帯画像で画像濃度１．４０〜１．５０を達成可能である。なお、上で示した線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆの制御方法はあくまで一例であり、画像形成領域先端部、後端部の設定値や、その変化のさせ方（アルゴリズム）はこれに限られるものではない。アルゴリズムは一次関数だけでなく、二次関数や指数関数、ステップ関数など、線速比ＶＲ＿ｄｉｆｆが副走査位置に対して大きくなる傾向を示すものであればよい。

前述したように、従来、副走査方向に長く（細く）伸び、かつ、最大画像面積率η１＿ｍａｘが高い帯画像を出力する場合、供給ローラから現像ローラへ供給されるトナーの量が低下し、画像後端部の濃度が低下したり、画像がカスレたりする問題が発生していた。そこで、本発明の第１実施形態では、主走査方向に分割した領域で画像面積率を算出し、その最大値である最大画像面積率η１＿ｍａｘの大きさに対応して、現像ローラ線速に対す
る供給ローラ線速の線速比を現像中に変化させるようにメイン制御部１００で制御する。

ここで、当該線速比は、副走査方向の位置に対して徐々に大きくなるように制御される。このように制御することによって、必要な時に必要なだけ、供給ローラが現像ローラに単位時間あたりに搬送するトナー量を多くすることができる。その際、最大画像面積率η１＿ｍａｘが大きい場合ほど、線速比の変化量を大きくすることによって、濃度低下や画像カスレを抑制することができる。

この反対に最大画像面積率η１＿ｍａｘが小さい場合は供給ローラ線速を低くできるので、最低限のトナーを現像ローラに供給しつつ、トナーに与えるストレスを出来る限り低減でき、長期に渡って、この機能が維持可能になる。なお、従来知られているページ単位の画像面積率や（特許文献１）、副走査方向に分割した領域で画像面積率を算出する画像形成装置では（特許文献２）、縦帯画像の画像面積率は低く見積もられるから、適切な供給ローラ線速が設定されず、画像後端部の濃度低下やカスレを防止することができない。

（本発明の第２実施形態の特徴部分）
次に、本発明の第２実施形態に係る現像装置の特徴部分を図９と図１０により説明する。この第２実施形態は、前記第１実施形態の線速制御に代えて、供給バイアス電圧を制御するものである。その他は基本的に第１実施形態と同じである。なお、当該供給バイアス電圧制御と併せて、第１実施形態の線速制御を行うことも可能である。また、トナーの粉体特性はプリンタが使用される環境毎に異なるため、プリンタの内部の温度検知手段と湿度検知手段で検知された温度情報及び湿度情報に基いて供給バイアス電圧を修正制御してもよい。これにより、より適切に線速比を制御可能にし、より適切に濃度低下や画像のカスレを抑制することができる。

図９は前述した第１実施形態の図４に対応するものである。第１実施形態と異なり第２実施形態では線速を制御しないので、簡略のため図４の駆動手段と駆動制御手段は省略している。図９の画像データ処理部１０５は、前述した第１実施形態と同様の方法で、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色について複数の分割領域の面積率データ、画像面積率及び最大画像面積率を算出する。

各色の供給バイアス制御部１５３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋはそれぞれ、画像データ処理部１０５から送られてくる、画像面積率データ（最大値）と、画像面積率が最大となる位置における、直前の画像面積率η０、および用紙長さデータを、予め記憶しているアルゴリズムに基づいて、供給バイアスの出力値に変換する。

図１０ａ、図１０ｂ、図１０ｃは、本画像形成装置において、Ａ３の画像が出力される際の、副走査方向の位置に対する現像バイアスと供給バイアスの電位差の出力値を示したものである。なお、供給バイアスの制御は、供給ローラと現像ローラとが当接する供給ニップ部の中心から、現像ローラと感光体とが当接する現像ニップ部の中心までの、現像ローラ円周上の距離をＤ、現像ローラの線速をＶｒとし、画像形勢領域の先端が通過する時刻をｔとするとき、供給バイアスの制御は時刻ｔよりもＤ／ｖｒ［ｓ］だけ早いタイミングで開始される。

図１０ａは直前の画像面積率η０が０〜５０％のときの現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆの出力値（もしくは１枚目の出力値）、図１０ｂは直前の画像面積率η０が５１〜８０％の時の現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆの出力値、図１０ｃは直前の画像面積率η０が８１〜１００％の時の現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆの出力値である。なお、グラフ中のパーセントの値は、出力される画像の画像面積率η１＿ｍａｘを示している。

これらの制御アルゴリズムは、画像形成領域内の副走査方向の位置をＸ［ｍｍ］とするとき、Ｘの関数として下式（１３）〜（２１）で定義される。なお、式（１３）〜（２１）は実験結果に基づいて作成した式であり、Ｘは約４２．３ｍｍ（＝６００ｄｐｉ１０００画素）間隔で更新され、Ｖｄｉｆｆの値はステップ的に変化する。

Vdiff(X)=100 （0≦η0≦50%、0≦η1_max≦50%） 式(１３)
Vdiff(X)= 100+20×X/420 （0≦η0≦50%、51%≦η1_max≦80%） 式(１４)
Vdiff(X)= 100+50×X/420 （0≦η0≦50%、81≦η1_max≦100%） 式(１５)
Vdiff(X)=100 （51≦η0≦80%、0≦η1_max≦50%） 式(１６)
Vdiff(X)=95+25×X/420 （51≦η0≦80%、51%≦η1_max≦80%） 式(１７)
Vdiff(X)= 90+60×X/420 （51≦η0≦80%、81≦η1_max≦100%） 式(１８)
Vdiff(X)=100 （80≦η0≦100%、0≦η1_max≦50%） 式(１９)
Vdiff(X)= 90+30×X/420 （80≦η0≦100%、51%≦η1_max≦80%） 式(２０)
Vdiff(X)= 80+70×X/420 （80≦η0≦100%、81≦η1_max≦100%） 式(２１)

ここで、以下の表２は、本発明の第２実施形態に係る画像形成装置と、従来の画像形成装置とで、副走査方向の縦帯画像の先端と後端の画像濃度変化を比較した結果である。なお、画像出力時の転写・定着条件は一定（一次転写率、二次転写率と９０〜９５％になるように調整）とし、出力用紙にはＮＢＳリコーマイペーパーＡ３記録紙を使用した。画像濃度はＸ−Ｒｉｔｅ社製濃度計３１０ＴＲで計測し、画像濃度１．４０〜１．５０をＯＫ（○）として評価した。

従来技術−３、−４からわかるように、供給バイアスを一定に制御すると、後端の画像濃度が低下する。また、現像バイアスと供給バイアスの差を大きく設定すると、先端の画像濃度が高くなる一方で、後端の画像濃度の低下が大きいことがわかる。これは、現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆを大きくすると、供給ニップ部で摩擦帯電したトナーを、静電力によって速やかに現像ローラへ供給する能力が向上する一方で、供給ローラのセル内に保持されているトナーの吐き出し量も多くなり、供給ローラ内のトナーがより早く枯渇するためである。

これに対して、この第２実施形態では、初期の現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆを低めに設定する。こうすることで、供給ローラのセル内部のトナーの吐き出し量を抑えることができる。そして徐々に現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆを大きくして、静電力によるトナーの供給量を大きくしつつ、供給ローラのセル内部のトナーを徐々に吐き出させることで、供給ローラ内のトナーの急激な枯渇を抑制しつつ、画像濃度の低下を抑制する。

このような供給バイアス制御による画像濃度低下の抑制効果は、図６の（ａ）のように、直前の画像と、これから出力する画像の両方の画像面積率が大きい時に最も発揮される。また、画像濃度の低下や後端カスレは、書き込み密度が５０％を超えるようなハーフトーン画像や、ある程度の長さ（例えばＡ３半分以上）を有する縦帯画像でも発生する。このため、図７ａ〜図７ｃのように現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆを副走査方向位置に応じて制御している。その際、画像の先端と後端の現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆの変化量は、画像面積率が大きくなるほど大きくなるように制御される。

さらに、第２実施形態では、画像の先端と後端の現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆの変化量を、直前の画像面積率η０を考慮して設定している。すなわち、直前の画像面積率η０が大きくい場合ほど、供給ローラ内部のトナーは枯渇しおり、画像濃度の低下が起こりやすくなるため、直前の画像面積率η０が大きいほど、画像の先端と後端の現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆの変化量が大きくなるように制御する。

ここで、供給ローラ内のトナーの枯渇は、供給バイアスを下げることによって遅らせることができるため、図７ｂ、図７ｃのように、直前の画像面積率η０が大きくなるほど、画像先端の現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆが小さくなるように制御される。ただし、この制御を行なうと、２枚目の画像の端部の画像濃度は、一枚目に比べて低くなるため、現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆの下げ幅は所望の画像濃度内に入るように適宜設定される。

ところで、直前の画像面積率η０に加えて、直前の画像の後端位置と、これから出力する画像の先端位置との間隔を考慮して現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆを制御すると、１枚目と２枚目の画像濃度変動を抑えられる点でより、画像安定性に優れた画像形成装置となる。例えば、図８の２枚目の画像は同じ最大画像面積率だが、図８（ａ）と比較して、図８（ｂ）は画像間の間隔が長く（非画像部の領域が長く）、供給ローラへの蓄積時間が長い。このため、図８（ｂ）は縦帯画像の濃度低下の観点では図８（ａ）より余裕がある。すなわち、同じ最大画像面積率であっても、画像の間隔が長いほど、画像の先端と後端との現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆが小さくなるように補正したり、あるいは画像先端の現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆが小さくなるように補正したりすると、ページ間の画像濃度安定性が向上する。具体的には、紙間（約８０ｍｍ）を除く、直前の画像の後端と、出力する画像との間隔をＬｍｍとするとき、最大画像面積率η１＿ｍａｘが８１％以上の画像形成領域の先端の現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆ（０）を式（１０）のように補正する。

Vdiff(X,L)=100-20×(1-L/84) (X=0、η1_max≧81%)・・・式（２２）

なお、式（２２）は実験的に決定した式である。画像形成領域の後端の現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆは、間隔Ｌに依存せず一定としており、先端から後端までの間の現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆは、副走査位置の一次関数で設定する。このような制御を行なうことによって最大画像面積率η１＿ｍａｘが３０％〜１００％の縦帯画像で画像濃度１．４０〜１．５０を達成可能である。

なお、前記現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆの制御方法はあくまで一例であり、画像形成領域先端部、後端部の設定値や、その変化のさせ方（アルゴリズム）はこれに限られるものではない。アルゴリズムは一次関数だけでなく、二次関数や指数関数、ステップ関数など、現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆが副走査位置に対して大きくなる傾向を示すものであればよい。

（本発明の第３実施形態の特徴部分）

次に、本発明の第３実施形態に係る現像装置の特徴部分を図１１〜図１３により説明する。この第３実施形態は、前記第２実施形態の供給バイアス電圧をいったん減少させた後に増大させるものである（降下・上昇制御）。その他は基本的に第２実施形態と同じである。

したがって、第２実施形態と同様に、供給バイアス電圧の降下・上昇制御と併せて、第１実施形態の線速制御を行うことも可能である。また、トナーの粉体特性はプリンタが使用される環境毎に異なるため、プリンタの内部の温度検知手段と湿度検知手段で検知された温度情報及び湿度情報に基いて供給バイアス電圧を修正制御してもよい。これにより、より適切に線速比を制御可能にし、より適切に濃度低下や画像のカスレを抑制することができる。

（供給バイアス制御テーブル）
この第３実施形態では、図１１の各分割領域について算出した画像面積率データのうち、最も高い画像面積率η_maxを持つ領域のデータを用いて供給バイアスＶ_spを決定する。すなわち、最もカスレが起き易い部分の画像面積率η_maxに合わせて供給バイアスＶ_spを決定する。こうすることで、高印字率領域でも画像カスレが発生することが少なくなる。

詳しくは、図１１で示すように、最高画像面積率η_maxを有する分割領域の、全画素数に対して１％の画素を含む領域が用紙先端からΔｙ₁の範囲（第１領域）であるとする。そして当該Δｙ₁の後端位置（高印字率領域の始端）をｙ₁とする。また、最高画像面積率η_maxを有する分割領域の、全画素数に対して１％の画素を含む領域が用紙後端からΔｙ₃の範囲（第３領域）にあるとする。そして当該Δｙ₃の先端位置（高印字率領域の終端）をｙ₂とする。なお、当該前位置ｙ₁と後位置ｙ₂は、全画素数に対してΔｙ₁とΔｙ₃の画素数の割合が何％であるかによるが、当該割合は１％に限られるものではなく、１％以上の所定％、例えば３％とか５％とかにしてもよい。

前位置ｙ₁と後位置ｙ₂との間の領域Δｙ₂が、最高画像面積率η_maxを持つ分割領域の中で
も最も印字率が高くなる領域（高印字率領域である第２領域）であると考えられる。このため、Δｙ₂において最高画像面積率η_max'を再計算し、当該計算結果に基いて供給バイアスを出力制御する。

この再計算により、例えば最高画像面積率η_maxが５０％だった場合に、Δｙ₂が短ければ、最高画像面積率η_maxを持つ分割領域において、比較的高印字率の領域が短距離続いており、Δｙ₂が長ければ、比較的低印字率の領域が多くの面積を占めているといったことが分かる。したがって、より正確に最高画像面積率η_maxを算出することができ、それに基いてより適切な供給バイアス制御が可能となる。

このとき、高印字率領域の印字中はトナー供給量を上げるために、供給バイアスを上昇させていかなければならない。そのため、供給バイアス上昇制御のタイミングは、画像先端位置ｙ₁を基準として行う。こうすることで、より正確に画像の高印字率領域に合わせて出力を行うことができる。

さらに図１２のように供給バイアスに勾配を設け、高印字率領域の画像先端位置ｙ₁において一旦供給バイアスを降下することにより、第２領域Δｙ₂先端でのトナー消費が抑制され、第２領域Δｙ₂後端においてトナーの不足ないし枯渇が生じにくくなる。また、第２領域Δｙ₂先端でトナーが現像され過ぎることで第２領域Δｙ₂先端のみが濃くなってしまうという現象も解消することができる。

このときの供給バイアス降下・上昇制御アルゴリズムは、印字率が高いほど上昇勾配を増大するのが好ましいので、図１２にあるように、実験値から以下のように現像／供給バイアス差Ｖｄｉｆｆを設定した。

Vdiff(X)=100 （0≦η0≦50%、0≦ηmax≦50%） 式(２３)
Vdiff(X)= 90+40×X/420 （0≦η0≦50%、51%≦ηmax≦80%） 式(２４)
Vdiff(X)= 80+80×X/420 （0≦η0≦50%、81≦ηmax≦100%） 式(２５)

以上要するに、本発明の現像装置は、以下の（１）〜（３）のように構成することも可能である。
（１）制御部は、最大画像面積率を有する細長領域先端から像担持体の副走査方向後方に延在すると共に所定の画素数ｐ₁を有する第１領域Δｙ₁の長さｙ₁の情報に基づいて、細長領域の高印字率領域の始端を求め、当該始端に合わせて供給バイアス電圧の絶対値をいったん減少させた後に増大させる。
（２）制御部は、最大画像面積率を有する細長領域後端から像担持体の副走査方向前方に延在すると共に所定の画素数ｐ₂を有する第３領域Δｙ₃の長さｙ₂の情報に基づいて、細長領域の高印字率領域の終端を求め、当該終端に合わせて供給バイアス電圧の絶対値を減少させる。
（３）制御部は、第１領域Δｙ₁と第３領域Δｙ₃に挟まれた第２領域Δｙ₂の長さ情報に基づいて、細長領域ごとの画像面積率を再演算し、当該演算結果に基いて、供給バイアス電圧の絶対値を始端から終端の間で増大させる。

表３は、供給バイアス上昇制御はどちらも「有り」のままとし、高印字率領域突入時の供給バイアス降下制御を、入れた場合と入れない場合で縦帯画像を出力し、その画像濃度値（ＩＤ値）をＸ−Ｒｉｔｅ社製濃度計３１０ＴＲを用いて測定し比較したものである。供給バイアス降下制御「無し」では、先端部で多くのトナーを消費してしまい、ＩＤ値が上昇してしまったり（ID=1.47）、その分後端濃度が低下してしまったりする（ID=1.36）。

供給バイアス降下制御「有り」とした方が、先端の濃度が下がり（ID=1.41）、後端濃度（ID=1.42）も安定していることが分かる。画像後端においては、図１１の位置ｙ₂において供給バイアスをデフォルト値である１００に戻すことで、高供給バイアス負荷での付着量過多のために地汚れが増大してしまうのを抑えることができる。

図１３は本発明の画像形成装置と、従来の画像形成装置（供給バイアス一定制御）と、特許文献１（特許第３４７９９４７号公報）及び特許文献２（特開２０１３−４１０１０号公報）に記載の制御方法とで、副走査方向の縦帯画像のＩＤ値について比較評価した結果である。なお、画像出力時の転写・定着条件は一定（一次転写率、二次転写率と９０〜９５％になるように調整）とし、出力用紙にはＮＢＳリコーマイペーパーＡ３紙を使用した。

ＩＤ値が低くなるほど現像ローラ上のトナーが少なくなるため、カスレに対するリスクは増大する。図１３から、本特許ではＩＤ値が紙後端まで維持され、従来技術、特許文献１及び２に比べて、カスレに対する耐性が改善されていることが分かる。

以上、本発明の第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態を具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。

１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ：作像ユニット Ｐ：記録紙
２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ：感光体（像担持体） ３Ｋ：ドラムクリーニング装置
４Ｋ：帯電装置 ５Ｋ：現像器
６Ｋ：ホッパ部 ７Ｋ：現像部（画像形成部）
８Ｋ：アジテータ ９Ｋ：撹拌パドル
１０Ｋ：供給ローラ（現像剤供給体） １１Ｋ：現像ローラ（現像剤担持体）
１２Ｋ：薄層化ブレード １５：転写ユニット
１６：中間転写ベルト １７：駆動ローラ
１８：従動ローラ １９Ｙ，１９Ｍ，１９Ｃ，１９Ｋ：１次転写ローラ
２０：２次転写ローラ ２１：ベルトクリーニング装置
２２：クリーニングバックアップローラ ３０：給紙カセット
３０ａ：給紙ローラ ３１：給紙路
３２：タイミングローラ対 ３３：転写後搬送路
３４：定着装置 ３４ａ：定着ローラ
３４ｂ：加圧ローラ ３５：定着後搬送路
３６：排紙路 ３７：排紙ローラ対
４０：反転ユニット ４０ａ：回動軸
４１：反転前搬送路 ４２：切替爪
４２ａ：回動軸 ４３：反転搬送ローラ対
４４：反転搬送路 ５０：上カバー
７０：光書込ユニット １００：メイン制御部（制御部の一部）
１００ａ：ＣＰＵ １００ｂ：ＲＡＭ
１００ｃ：ＲＯＭ １００ｄ：フラッシュメモリ
１０１：Ｉ／Ｏインターフェース １００ｄ：フラッシュメモリ
１０２：ポート １０３：ポート
１０４：プリントサーバー回路 １０５：画像データ処理部（制御部の一部）
１５１Ｋ：現像バイアス電源 152Y,M,C,K：供給バイアス電源
153Y,M,C,K：供給バイアス制御部（制御部の一部） 162Y、M、C、K：駆動手段
163Y、M、C、K：供給ローラ駆動制御部（制御部の一部）

特許第３４７９９４７号公報 特開２０１３−４１０１０号公報

Claims (15)

1. 画像データに応じた静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像を現像するための現像剤を担持し現像バイアス電圧により当該現像剤を前記像担持体に供給する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に対して供給バイアス電圧により前記現像剤を供給する現像剤供給体とを有する画像形成部と、
   前記画像データに基いて前記像担持体の副走査方向に延在する複数の細長領域ごとの画像面積率を演算し、当該画像面積率のうちの最大の画像面積率の大きさに対応して、前記現像剤担持体と前記現像剤供給体の線速比を前記静電潜像の現像中に変化させる制御部と、を有することを特徴とする現像装置。
2. 前記制御部は、前記最大画像面積率の大きさに対応して前記線速比の変化量を前記静電潜像の現像中に増大させることを特徴とする請求項１の現像装置。
3. 前記制御部は、前記画像データに応じて前記画像形成部で今回形成する画像の先端における前記線速比の大きさを、今回形成する画像の前記最大画像面積率を有する細長領域の主走査方向位置に対応する位置で前記画像形成部により直前に形成された画像の細長領域の画像面積率の大きさに対応して大きくすることを特徴とする請求項１又は２の現像装置。
4. 前記制御部は、前記画像データに応じて前記画像形成部で今回形成する画像の先端における前記線速比の大きさを、今回形成する画像の前記最大画像面積率を有する細長領域先端と、前記画像形成部により直前に形成された画像の前記最大画像面積率を有する細長領域後端との間の間隔の長さに対応して、小さくすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項の現像装置。
5. 温度を検知する温度検知手段と、湿度を検知する湿度検知手段とを有し、前記制御手段は、前記温度検知手段及び前記湿度検知手段で検知された温度情報及び湿度情報に基いて、前記線速比の変化量を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項の現像装置。
6. 画像データに応じた静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像を現像するための現像剤を担持し現像バイアス電圧により当該現像剤を前記像担持体に供給する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に対して供給バイアス電圧により前記現像剤を供給する現像剤供給体とを有する画像形成部と、
   前記画像データに基いて前記像担持体の副走査方向に延在する複数の細長領域ごとの画像面積率を演算し、当該画像面積率のうちの最大の画像面積率の大きさに対応して、前記供給バイアス電圧の絶対値を前記静電潜像の現像中に変化させる制御部と、を有することを特徴とする現像装置。
7. 前記制御部は、前記最大画像面積率の大きさに対応して前記供給バイアス電圧の絶対値の変化量を前記静電潜像の現像中に増大させることを特徴とする請求項６の現像装置。
8. 前記制御部は、前記画像データに応じて前記画像形成部で今回形成する画像に使用する前記供給バイアス電圧の絶対値の大きさの変化量を、今回形成する画像の前記最大画像面積率を有する細長領域の主走査方向位置に対応する位置で前記画像形成部により直前に形成された画像の細長領域の画像面積率の大きさに対応して大きくすることを特徴とする請求項６又は７の現像装置。
9. 前記制御部は、前記画像データに応じて前記画像形成部で今回形成する画像の先端における前記供給バイアス電圧の絶対値の大きさを、今回形成する画像の前記最大画像面積率を有する細長領域の主走査方向位置に対応する位置で前記画像形成部により直前に形成された画像の細長領域の画像面積率が大きいほど、小さくすることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項の現像装置。
10. 前記制御部は、前記画像データに応じて前記画像形成部で今回形成する画像に使用する前記供給バイアス電圧の絶対値の大きさの変化量を、今回形成する画像の前記最大画像面積率を有する細長領域先端と、前記画像形成部により直前に形成された画像の前記最大画像面積率を有する細長領域後端との間隔が長いほど、小さくすることを特徴とする請求項６から９のいずれか１項の現像装置。
11. 前記制御部は、前記画像データに応じて前記画像形成部で今回形成する画像の先端における前記供給バイアス電圧の絶対値の大きさを、今回形成する画像の前記最大画像面積率を有する細長領域先端と、前記画像形成部により直前に形成された画像の前記最大画像面積率を有する細長領域後端との間隔が長いほど、小さくすることを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項の現像装置。
12. 温度を検知する温度検知手段と、湿度を検知する湿度検知手段とを有し、前記制御手段は、前記温度検知手段及び前記湿度検知手段で検知された温度情報及び湿度情報に基いて、前記供給バイアス電圧の絶対値の変化量を制御することを特徴とする請求項６から１１のいずれか１項の現像装置。
13. 前記制御部は、前記複数の細長領域ごとの前記画像面積率のうちの最大の画像面積率の大きさに対応して、前記供給バイアス電圧の絶対値を増大させることを特徴とする請求項６の現像装置。
14. 請求項１から１３のいずれか１項の現像装置に対して、一成分現像剤のトナーを収容するトナー収容器がユニット化され、当該ユニットとして画像形成装置の装置本体に対して着脱可能に構成されていることを特徴とする作像ユニット。
15. 請求項１４の作像ユニットを有することを特徴とする画像形成装置。