JP2016177051A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】媒体に対する余分な現像剤の付着を防止し得るようにする。
【解決手段】画像形成装置１は、トナー残量が比較的少なくなった場合、及び低デューティ連続印刷が長時間継続した場合に、現像供給バイアス差を小さくし、またトナー残量が比較的少ない場合、現像バイアスＶＤＢの値を小さくするようにした。これにより画像形成装置１では、画像形成カートリッジ８の内部において、現像ローラ２３の表面に付着するトナーの電位を小さく抑えると共にその量も抑制できるため、画像を形成する用紙Ｐにおける汚れの発生及び印刷紙面上濃度の過剰な上昇を何れも抑制することができる。
【選択図】図７

Description

本発明は画像形成装置に関し、例えば電子写真式のプリンタに適用して好適なものである。

従来の画像形成装置は、像担持体である感光体ドラムの表面を均一に帯電させ、この表面を露光装置により露光して静電潜像を形成し、さらに現像剤としてのトナーを帯電させ、静電潜像に付着させてトナー像を形成する。続いて画像形成装置は、感光体ドラムの表面に形成されたトナー像を媒体としての用紙に転写して定着させることにより、画像を印刷することができる。

多くの場合、画像形成装置では、トナーを交換式のトナーカートリッジに収容している。また画像形成装置のなかには、トナーカートリッジ内におけるトナーの残量を検出し、この残量が少なくなった場合、利用者にトナーカートリッジの交換を促すものも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−５４４８８号公報（図１）

ところで画像形成装置では、感光体ドラムの表面においてトナー像を形成可能な全面積に対し、実際にトナーを付着させた面積の割合が比較的低い画像を形成する場合がある。以下、このような画像を低デューティ画像と呼ぶ。このような低デューティ画像を連続的に形成する場合、トナーカートリッジ内では、感光体ドラムの表面に付着されなかったトナーの帯電量が過剰に高められてしまう場合がある。

さらに画像形成装置では、トナーカートリッジ内のトナー残量が比較的少ない状況において、低デューティ画像が連続的に形成された場合、トナーカートリッジ内で同一のトナーに対する帯電が繰り返されることにより、その帯電量が格段に高まる場合がある。このようなトナーは、感光体ドラムの表面における静電潜像以外の部分、すなわちトナーが付着するべきで無い部分に対し、余分に付着してしまう恐れがある。

すなわち画像形成装置では、トナー残量が比較的少なく、且つ低デューティ画像を連続的に形成した場合、感光体ドラムの表面における静電潜像以外の部分に余分なトナーが付着し、最終的に媒体に転写されて「汚れ」を生じる場合がある、という問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、媒体に対する余分な現像剤の付着を防止し得る画像形成装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明の画像形成装置においては、媒体に形成すべき画像に応じた潜像を担持する像担持体と、像担持体に露光することにより潜像を形成する露光部と、現像剤を収容する収容部と、収容部内の現像剤を現像部に供給する供給部と、供給部により供給された現像剤を使用して像担持体上の潜像を現像する現像部と、収容部における現像剤の残量を検知する残量検知部と、現像部に現像電圧を印加する現像電圧印加部と、供給部に供給電圧を印加する供給電圧印加部と、現像電圧及び供給電圧を制御する電圧制御部とを設け、電圧制御部は、残量検知部により検知した現像剤の残量が所定の第１閾値以下となった場合、当該残量が当該第１閾値よりも大きかったときよりも、現像電圧及び供給電圧の差分の絶対値を小さくするようにした。

本発明では、収容部内における現像剤の残量が少なくなった場合に、現像電圧及び供給電圧の差分の絶対値を小さくすることにより、像担持体に余分な現像剤が付着することを抑止でき、その結果として媒体に余分な現像剤が転写されることによる汚れの発生を未然に防止できる。

本発明によれば、媒体に対する余分な現像剤の付着を防止し得る画像形成装置を実現できる。

画像形成装置の構成を示す略線図である。 画像形成カートリッジの構成を示す略線図である。 画像形成装置のブロック構成を示すブロック図である。 現像供給バイアス差とトナー帯電量との関係を示す略線図である。 連続印刷経過時間とトナー帯電量との関係を示す略線図である。 現像バイアスと印刷紙面上濃度との関係を示す略線図である。 トナー残量と印加電圧との関係を示す略線図である。 画像形成処理手順を示すフローチャートである。 現像供給バイアス差補正基本量テーブル及び補正係数テーブルを示す略線図である。 現像バイアス補正基本量テーブル及び補正係数テーブルを示す略線図である。

以下、発明を実施するための形態（以下実施の形態とする）について、図面を用いて説明する。

［１．画像形成装置の構成］
［１−１．画像形成装置の全体構成］
図１に示すように、画像形成装置１は、電子写真式のプリンタとして構成されており、直方体状の筐体２の内部に設けられた種々の機構により、媒体としての用紙Ｐに画像を形成するようになっている。この画像形成装置１は、制御部３により全体を統括制御するようになっている（詳しくは後述する）。

この制御部３は、パーソナルコンピュータのような上位装置（図示せず）と無線又は有線により接続されている。制御部３は、上位装置から印刷対象の画像を表す画像データＤが与えられると共にこの画像の印刷が指示されると、用紙Ｐの表面に印刷画像を形成する印刷処理を実行する。

以下では、画像形成装置１のうち利用者が対峙する側を前側（図の右側）とし、その反対（図の左側）を後側とし、当該前側に対峙した利用者から見て左及び右をそれぞれ左側及び右側とし、さらに上側及び下側を定義して説明する。

底部近傍には、複数の用紙Ｐを収納する用紙カセット４が設けられている。用紙カセット４の上面における前端近傍には、用紙Ｐを１枚ずつに分離して繰り出すピックアップローラ５が設けられている。また筐体２の内部には、ピックアップローラ５により繰り出された用紙Ｐを搬送する搬送部６が設けられている。搬送部６は、図示しないローラやベルト、モータ等の駆動力源及びガイド等の組み合わせにより構成されており、図中に破線で示すような搬送路Ｗを形成している。この搬送路Ｗは、筐体２の内部において、左方向から見て大きく英文字の「Ｓ」を描くようにして前下側と後上側とを結んでいる。

筐体２内における上下の中央付近には、搬送部６の一部を構成する転写ベルト７が配置されている。転写ベルト７は、無端ベルトでなり、前後に配置されたローラの周囲を回るように掛け渡されており、その上面が搬送路Ｗに沿っている。この転写ベルト７は、ローラの回転に伴い、上面を後方向へ進行させるように走行して、搬送路Ｗに沿って用紙Ｐを搬送する。

転写ベルト７の上側には、画像形成カートリッジ８が設けられている。画像形成カートリッジ８は、上位装置から取得した画像データに基づいたトナー像を生成し、搬送路Ｗに沿って搬送される用紙Ｐにこのトナー像を転写させる。また画像形成カートリッジ８は、筐体２に対し着脱可能に構成されている。

画像形成カートリッジ８の後方、すなわち搬送路Ｗにおける下流側には、定着装置９が配置されている。定着装置９は、トナー像が転写された用紙Ｐに対し熱及び圧力を加えることにより、当該用紙Ｐに対しトナー像を定着させる。トナー像が定着された用紙Ｐ、すなわち画像データＤに基づく画像が印刷された用紙Ｐは、搬送部６により上方へ搬送され、排出ローラ１０により筐体２の外部へ、詳細には筐体２の上面に形成された排出トレイ上に排出される。

［１−２．画像形成カートリッジの構成］
画像形成カートリッジ８は、図２に示すように、中空の箱状に形成されたカートリッジ筐体２０の内部に、感光体ドラム２１、帯電ローラ２２、現像ローラ２３、供給ローラ２４、トナー規制部材２５及びクリーニング体２６を有している。

像担持体としての感光体ドラム２１は、左右方向に沿った中心軸２１Ｃを中心とする円筒状に形成されており、図示しない駆動力源から供給される駆動力により、矢印Ｒ１方向に回転する。感光体ドラム２１は、例えばアルミニウム等の金属材料でなる円筒状部材の周側面に電荷発生層及び電荷輸送層が順次積層されることにより、有機系感光体として構成されている。

帯電ローラ２２は、左右方向に沿った中心軸２２Ｃを中心とした、感光体ドラム２１よりも十分に細い円筒状に形成されており、図示しない駆動力源から供給される駆動力により、矢印Ｒ２方向に回転する。帯電ローラ２２は、金属製でなる中心軸２２Ｃの周囲に半導電性ゴムの層が形成されている。この帯電ローラ２２は、感光体ドラム２１の後上方に位置しており、その周側面を当該感光体ドラム２１の周側面に当接させている。さらに帯電ローラ２２は、帯電ローラ印加電圧電源３１により生成される帯電電圧ＶＣＨが供給される。

現像部としての現像ローラ２３は、左右方向に沿った中心軸２３Ｃを中心とした、感光体ドラム２１よりも細い円筒状に形成されており、図示しない駆動力源から供給される駆動力により、矢印Ｒ２方向に回転する。現像ローラ２３は、帯電ローラ２２と同様、金属製でなる中心軸２３Ｃの周囲に半導電性ゴムの層が形成されている。この現像ローラ２３は、感光体ドラム２１の前方に位置しており、その周側面を当該感光体ドラム２１の周側面に当接させている。さらに現像ローラ２３は、現像電圧印加部としての現像ローラ印加電圧電源３３により生成される現像バイアスＶＤＢが供給される。

供給部としての供給ローラ２４は、左右方向に沿った中心軸２４Ｃを中心とした、現像ローラ２３よりも細い円筒状に形成されており、図示しない駆動力源から供給される駆動力により、矢印Ｒ２方向に回転する。供給ローラ２４は、金属製でなる中心軸２４Ｃの周囲に発泡系ウレタンゴム材等でなる層が形成されている。この供給ローラ２４は、現像ローラ２３の前方に位置しており、その周側面を当該現像ローラ２３の周側面に当接させている。さらに供給ローラ２４は、供給電圧印加部としての供給ローラ印加電圧電源３４により生成される供給バイアスＶＳＢが供給される。

トナー規制部材２５は、左右方向に長く厚さが例えば０．１ｍｍ程度の薄板状に形成され、現像ローラ２３の上方に位置している。このトナー規制部材２５は、短手方向の一端がカートリッジ筐体２０に固定されており、他端の先端から僅かに離れた箇所において折り曲げられた折曲面が、自身の弾性力を利用して現像ローラ２３に押し付けられている。クリーニング体２６は、左右方向に長い板状に形成され、感光体ドラム２１の後下方に位置しており、その上辺を当該感光体ドラム２１の周側面に当接させている。

露光部としての露光ヘッド２７は、画像形成装置１の筐体２（図１）に取り付けられており、カートリッジ筐体２０の外側であって、感光体ドラム２１の真上に位置している。露光ヘッド２７は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザ等の光源を有しており、左右方向である主走査方向に沿って、この光源から画像データに基づいた光をドット（画素）単位で照射する。

転写ローラ２８は、左右方向に沿った中心軸２８Ｃを中心とした、感光体ドラム２１よりも十分に細い円筒状に形成されており、図示しない駆動力源から供給される駆動力により、矢印Ｒ２方向に回転する。転写ローラ２８は、金属製でなる中心軸２８Ｃの周囲に発泡系ウレタンゴム材等でなる層が形成されている。この転写ローラ２８は、搬送路Ｗに沿って走行する転写ベルト７を挟んで感光体ドラム２１の真下に位置しており、当該転写ベルト７を介してその周側面を当該感光体ドラム２１の周側面に押し付けている。さらに転写ローラ２８は、転写ローラ印加電圧電源３２により生成される転写電圧ＶＴＲが供給される。

またカートリッジ筐体２０のうち感光体ドラム２１よりも前側、すなわち現像ローラ２３及び供給ローラ２４の周囲には、トナーを収容する収容部としてのトナー収容部２９が形成されている。トナー収容部２９の内部には、トナーの残量が極めて少ない状態となったことを検知するトナーエンドセンサ（図示せず）が設けられている。このトナーエンドセンサは、トナー収容部２９に収容しているトナーの残量が極めて少なくなると、このことを検知して制御部３（図１）へ通知する。

さらに、トナー収容部２９の上方には、トナーを供給するトナーカートリッジ３０が配置されている。このトナーカートリッジ３０は、カートリッジ筐体２０に対し着脱可能に構成されている。トナーカートリッジ３０には、図示しないトナーカートリッジタグが付されている。このトナーカートリッジタグは、個別の識別番号を表しており、トナーカートリッジ３０を個別に識別し得るようになっている。画像形成装置１の筐体２内には、このトナーカートリッジタグを読み取るタグ読取部（図示せず）が設けられている。このタグ読取部は、トナーカートリッジタグを読み取り、その内容を制御部３へ通知する。

［１−３．画像形成装置のブロック構成］
次に、図３を参照しながら、画像形成装置１のブロック構成を説明する。画像形成装置１は、制御部３により全体を制御するようになっている。制御部３は、演算処理部４１を中心に構成されている。演算処理部４１は、いわゆるＣＰＵ（Central Processing Unit）として構成されており、各種演算処理を実行する。

記憶部４２は、演算処理部４１と接続されており、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）、並びにフラッシュメモリやハードディスクドライブ等により構成されている。この記憶部４２は、印刷動作のシーケンスプログラムや、画像形成装置１を制御するための各種データ、並びに各種の設定値等を記憶しており、また各種プログラムのワークエリアや各種データの一時記憶領域として使用される。

ＩＦ（Interface）制御部４３は、パーソナルコンピュータ等の上位装置（図示せず）と無線又は有線により接続されており、この上位装置から画像データＤ及びその印刷指示等を取得して、これを演算処理部４１へ供給する。演算処理部４１は、この画像データＤに対し、所定の処理を施した上で露光制御部４６へ供給すると共に、電圧制御部４４及び駆動制御部４５をそれぞれ制御する。

電圧制御部４４は、演算処理部４１からの制御に基づき、高圧電源部１１の電圧出力部１１Ａから出力する電圧の出力値を設定し、また出力のオン・オフ等を制御する。これに応じて電圧出力部１１Ａは、帯電ローラ印加電圧電源３１、現像ローラ印加電圧電源３３、供給ローラ印加電圧電源３４及び転写ローラ印加電圧電源３２に対し、それぞれ設定された電圧出力を出力する。

駆動制御部４５は、演算処理部４１からの制御に基づき、回転駆動部１２からの駆動動力のオン・オフを制御する。回転駆動部１２は、例えばＤＣ（Direct Current）モータやパルスモータ等の駆動力源や、駆動力を伝達するギヤ等により構成されている。この回転駆動部１２は、駆動制御部４５の制御に基づき、感光体ドラム２１及び転写ベルト７、或いは搬送部６を構成する各種ローラ等に対し、それぞれ駆動動力を供給する。露光制御部４６は、演算処理部４１から供給されるデータを露光ヘッド２７へ供給する。

また演算処理部４１は、記憶部４２から画像形成プログラムを読み出して実行することにより、タイマ５１、露光ドット数カウンタ５２、ドラム回転数カウンタ５３、ドラム回転量算出部５４、現像剤残量算出部５５及び画像比率算出部５６といった複数の機能ブロックを構成する。

タイマ５１は、時間計測を行う。露光ドット数カウンタ５２は、露光制御部４６の制御により露光ヘッド２７から光を発光させたドット（画素）の数を計数する。ドラム回転数カウンタ５３は、感光体ドラム２１の回転回数を計数する。ドラム回転量算出部５４は、ドラム回転数カウンタ５３により得られた回転回数を基に、所定時間における感光体ドラム２１の回転回数を算出する。残量検知部としての現像剤残量算出部５５は、トナー収容部２９（図２）内に残っているトナーの残量を算出する。

画像比率算出部５６は、所定の面積あたりの画像比率を算出する。ここで画像比率とは、印刷可能な領域に含まれる全てのドット（画素）のうち、塗りつぶされたドット、すなわちトナーが用紙Ｐに付着されたドットの割合を算出した値である。例えば、印刷可能な全ての領域を塗りつぶした場合、すなわちいわゆる「ベタ塗り」の場合、画像比率は１００％となる。

［２．画像形成動作］
次に、画像形成装置１における基本的な画像形成動作について説明する。制御部３は、電圧制御部４４（図３）を介して高圧電源部１１の電圧出力部１１Ａを制御することにより、帯電ローラ印加電圧電源３１により帯電電圧ＶＣＨ（例えば−６００Ｖ）を生成させ、これを画像形成カートリッジ８（図２）の帯電ローラ２２に供給させる。帯電ローラ２２は、感光体ドラム２１と当接することにより、当該感光体ドラム２１の表面を、所定の極性及び所定の電位となるように均一に帯電させる。

また制御部３は、上位装置から供給される画像データＤに対し演算処理部４１において所定の処理を施した上で露光制御部４６へ供給し、当該露光制御部４６から露光ヘッド２７（図２）へ供給する。これにより感光体ドラム２１の表面には、画像パターンに応じた静電潜像が形成される。

一方、画像形成カートリッジ８（図２）では、供給ローラ印加電圧電源３４から供給される供給バイアスＶＳＢ（例えば−３００Ｖ）が供給ローラ２４に印加され、現像ローラ印加電圧電源３３から供給される現像バイアスＶＤＢ（例えば−２００Ｖ）が現像ローラ２３に印加される。さらにトナー収容部２９には、マイナスの帯電極性を持つトナーが収容されている。

供給ローラ２４は、供給バイアスＶＳＢと現像バイアスＶＤＢと間に電位差が形成された状態で、矢印Ｒ２方向へ回転することにより、トナー収容部２９内のトナーを現像ローラ２３の表面に付着させる。このとき供給ローラ２４は、現像ローラ２３との接点において、それぞれの表面を互いに反対方向へ進行させるため、当該現像ローラ２３の表面から余分なトナーを掻き取ることができる。

供給ローラ２４により表面にトナーが付着された現像ローラ２３は、矢印Ｒ２方向へ回転することにより、トナー規制部材２５によって余分なトナーを除去し、その周側面に均一な薄膜状のトナーの層を形成させる。因みにトナー層の厚さは、現像ローラ２３に対するトナー規制部材２５の押圧力等により決定される。また現像ローラ２３の表面に付着したトナーは、当該現像ローラ２３と当接するトナー規制部材２５、供給ローラ２４及び感光体ドラム２１との接点において、それぞれが回転駆動したときに摩擦帯電される。

感光体ドラム２１は、矢印Ｒ１方向へ回転することにより、上側において静電潜像が形成された部分を、前側の現像ローラ２３との当接箇所まで進行させる。また現像ローラ２３は、矢印Ｒ２方向へ回転することにより、表面に付着したトナーを感光体ドラム２１の表面と当接させる。このときトナーは、当該感光体ドラム２１の表面のうち静電潜像が形成されている箇所において、電位差により感光体ドラム２１の表面側に移動して付着する。これにより感光体ドラム２１の表面には、画像データＤに基づいたトナー像が形成される。

感光体ドラム２１は、矢印Ｒ１方向へ回転することにより、トナー像が形成された箇所を、下側の転写ベルト７との当接箇所まで進行させる。このとき転写ベルト７の下側に位置する転写ローラ２８は、転写ローラ印加電圧電源３２から供給される転写電圧ＶＴＲが印加される。また転写ベルト７上には、搬送部６により搬送されてくる用紙Ｐが載置されている。すなわち感光体ドラム２１及び転写ローラ２８の間には、用紙Ｐ及び転写ベルト７が挟まれた状態となる。このとき感光体ドラム２１上のトナー像を構成する各トナーは、感光体ドラム２１と転写ローラ２８との間に生じる電位差により、トナー像を維持したまま用紙Ｐ上に転写される。

その後、用紙Ｐは、搬送部６（図１）により搬送路Ｗに沿って定着装置９へ搬送されることにより、トナー像が定着される。これにより用紙Ｐには、画像データＤに基づいた画像が形成され、画像が印刷されたことになる。以下、このような画像形成装置１における一連の動作を画像形成動作又は印刷動作と呼ぶ。

因みに、用紙Ｐへの転写後に感光体ドラム２１の表面に残留したトナーは、クリーニング体２６により、当該感光体ドラム２１の表面から除去される。また、用紙Ｐの搬送障害等により、転写ベルト７と感光体ドラム２１との間に用紙Ｐが挟まれていなかった場合、感光体ドラム２１の表面に付着していたトナーは、転写ベルト７に転写される。転写ベルト７に転写されたトナーは、当該転写ベルト７の走行により、図示しないトナー掻取装置に到達し、このトナー掻取装置により当該転写ベルト７から除去される。

このように画像形成装置１は、画像形成カートリッジ８内において、現像ローラ２３や供給ローラ２４等の各部に印加した電圧同士の電位差を利用しながら、画像データＤに基づいたトナー像を感光体ドラム２１の表面に形成し、これを用紙Ｐに転写する。

［３．トナー残量に応じた印加電圧の補正］
［３−１．画像形成カートリッジ内におけるトナー残量と汚れや印刷濃度との関係］
ところで画像形成装置１では、画像形成カートリッジ８（図２）のトナー収容部２９内におけるトナーの残量（以下これをトナー残量と呼ぶ）が比較的少ない場合、このトナー残量が比較的多い場合とは異なる現象が生じることがある。例えば画像形成カートリッジ８では、トナー残量が比較的少ない状態で、上述した画像比率が低い画像データを連続的に印刷する処理（以下これを低デューティ連続印刷と呼ぶ）を行うと、余分なトナーが用紙Ｐに転写されること、すなわち汚れが発生することがある。

具体的に画像形成カートリッジ８では、上述したように、帯電ローラ２２により、感光体ドラム２１の表面が一様にマイナスに（例えば−６００Ｖに）帯電される。この感光体ドラム２１は、露光ヘッド２７により静電潜像を形成したい箇所に光が照射される（すなわち露光される）と、その表面における露光された部分の表面電位が下がる（例えば−５０Ｖ）。

一方、トナー収容部２９には、マイナス極性の帯電特性を持つトナーが収容されている。また現像ローラ２３には、現像ローラ印加電圧電源３３から現像バイアスＶＤＢ（例えば−２００Ｖ）が印加されている。現像ローラ２３の表面に付着したトナーは、マイナスに帯電しているため、感光体ドラム２１との接点において、電位がプラス側に大きい方、すなわち感光体ドラム２１の表面側における静電潜像が形成された箇所へ、クーロン力の作用によって移動する。

このとき画像形成カートリッジ８において、現像ローラ２３に付着したトナーは、マイナスの帯電量が高いほど、感光体ドラム２１の表面へ移動しやすくなる。このため現像ローラ２３に付着したトナーは、マイナスの帯電量が必要以上に高い場合、感光体ドラム２１の表面における静電潜像の部分以外に、余分なトナーとして付着してしまうことがある。画像形成装置１は、このようなトナーが最終的に用紙Ｐに転写されると、上述した汚れを発生させてしまう。

画像形成カートリッジ８において、現像ローラ２３に付着したトナーは、主に現像ローラ２３と供給ローラ２４、トナー規制部材２５及び感光体ドラム２１との各接点部分において、それぞれ摩擦帯電される。このため画像形成カートリッジ８では、トナー残量が比較的少ない場合、トナー残量が比較的多い場合よりも、現像ローラ２３及び供給ローラ２４の周囲を同じトナーが周回する確率が高まる。

また画像形成カートリッジ８では、トナー残量が比較的少なく、且つ低デューティ連続印刷が行われた場合、トナーの残量が多い場合と比較して、現像ローラ２３及び供給ローラ２４の周囲を同じトナーが周回する確率がさらに高まる。このため画像形成カートリッジ８では、現像ローラ２３に付着したトナーの帯電量が高まり易くなり、汚れの発生確率も高まってしまう。

これに加えて、画像形成装置１において低デューティ連続印刷が行われた場合、画像形成カートリッジ８内では、上述した理由により、現像ローラ２３、供給ローラ２４及びトナー規制部材２５からの摩擦熱を、同じトナーが繰り返し受ける可能性がある。

このように摩擦熱が加えられたトナーは、軟凝集しやすくなる。これに加えて画像形成カートリッジ８内では、この摩擦熱に起因して、供給ローラ２４による現像ローラ２３からトナーを掻き取る能力が低下し、現像ローラ２３の表面に付着するトナーの量を、本来よりも増加させることがある。このような場合、画像形成装置１では、感光体ドラム２１に付着されるトナーの量が本来よりも増加してしまい、最終的に用紙Ｐに印刷される画像の濃度が過剰に濃くなってしまう傾向があった。

［３−２．トナー残量ごとの現像供給バイアス差とトナー帯電量との関係］
ここで、画像形成装置１における現像バイアスＶＤＢ及び供給バイアスＶＳＢの差（以下これを現像供給バイアス差と呼ぶ）と、現像ローラ２３上のトナー電位との関係に着目する。この現像供給バイアス差とトナー電位との関係を、異なるトナー残量（画像形成カートリッジ８のトナー収容部２９内におけるトナーの残量）ごとに測定したところ、図４に示すような測定結果が得られた。

因みに画像形成装置１では、上述したように、現像バイアスＶＤＢ及び供給バイアスＶＳＢの何れもが負の電圧である。このため以下では、バイアスの絶対値が大きいことを「バイアスが大きい」と説明し、またバイアスの絶対値が小さいことを「バイアスが小さい」と説明する。またトナー残量は、比較的少ない値として、１０ｇ、２０ｇ、３０ｇ、４０ｇ及び５０ｇの５通りを採用した。

画像形成装置１の画像形成カートリッジ８では、トナーがマイナスに帯電されている。このトナーを供給ローラ２４の表面から現像ローラ２３の表面へ移動させるため、供給バイアスＶＳＢ（例えば−３００Ｖ）には、現像バイアスＶＤＢ（−２００Ｖ）よりも大きい値が設定されている。この場合、現像供給バイアス差は１００Ｖとなる。

画像形成カートリッジ８では、現像供給バイアス差が大きいほど、トナーに電荷が注入されやすく、現像ローラ２３の表面に付着するトナーの帯電量（すなわち絶対値）が大きくなる傾向にある。図４を参照すると、トナー残量を１０ｇから５０ｇまで変化させた何れの場合においても、現像供給バイアス差が大きくなると、トナー電位の絶対値が大きくなる、という傾向が表れている。

また画像形成カートリッジ８では、上述した理由により、トナー残量が少ないほど、現像ローラ２３の表面に付着したトナーの帯電量が大きくなる傾向にある。再び図４を参照すると、一定の現像供給バイアス差（例えば１００Ｖ）に着目した場合、トナー残量が少なくなると、トナー電位の絶対値が大きくなる、という傾向が表れている。

そこで画像形成装置１では、トナー残量が比較的少ない場合に、現像供給バイアス差を小さくするよう補正することにより、現像ローラ２３の表面に付着するトナーの帯電量を抑制し、汚れの発生を防ぐことができる。

例えば画像形成装置１は、現像ローラ２３の表面に付着するトナーの電位を−５０Ｖとしたい場合、トナー残量が２０ｇの場合に現像供給バイアス差を８０Ｖとしておき、トナーの消費によりトナー残量が１０ｇとなった場合に現像供給バイアス差を６０Ｖとする（図４）。このように画像形成装置１は、トナーが消費されトナー残量が減少していくに連れて、現像供給バイアス差を徐々に小さい値に変化させることにより、汚れの発生を継続的に防ぐことができる。

因みに画像形成装置１では、実験等の結果、現像ローラ２３上のトナー電位が−６０Ｖ以上となる場合に汚れが発生することが確認された。このため画像形成装置１では、トナー電位が−６０Ｖよりも小さい値となるように、現像供給バイアス差を設定することが望ましい。

［３−３．連続印刷経過時間とトナー帯電量との関係］
次に、画像形成装置１において低デューティ連続印刷を行った場合における、時間の経過と現像ローラ２３上のトナー電位との関係を、異なる印刷量ごとに測定したところ、図５に示すような測定結果が得られた。

因みに、低デューティ連続印刷における画像比率は１％とした。また印刷量については、３０分あたりの印刷枚数を１０枚、５０枚、１００枚及び２００枚の４通りとした。さらに、印刷開始時のトナー残量を５０ｇとした。

図５には、印刷量が大きい（すなわち印刷枚数が多い）ほど、換言すれば単位時間あたりにおける画像形成カートリッジ８の動作量（すなわち感光体ドラム２１の回転回数）が大きいほど、現像ローラ２３上のトナー帯電量が大きくなる傾向が表れている。また図５には、連続印刷の経過時間が長くなるほど、現像ローラ２３上のトナー帯電量が大きくなる傾向も表れている。

すなわち画像形成装置１では、低デューティ連続印刷を行う場合、単位時間あたりの連続印刷量が大きく、また連続印刷時間が長く、且つトナー残量が比較的少ない場合に、汚れが発生しやすくなる。そこで画像形成装置１では、この場合にも、現像供給バイアス差を小さくすることにより、現像ローラ２３上におけるトナー帯電量の上昇を抑制し、汚れの発生を抑えることが可能となる。

因みに画像形成装置１では、画像比率が比較的高い印刷処理を連続的に実行する場合、いわば高デューティ連続印刷を行う場合には、現像ローラ２３上におけるトナーの帯電量が過大となる前に、このトナーが印刷により消費されるため、汚れを生じることはない。

なお、画像形成装置１において、このような汚れを発生させるようなトナー残量、低デューティと見なすべき画像比率、連続印刷を行う枚数や時間等の具体的条件としては、図５の測定結果を基に、現像ローラ２３上のトナー帯電量が、汚れを発生させる電位（例えば−６０Ｖ）となるような組み合わせを選定すれば良い。因みにこの具体的条件は、画像形成装置の機種ごとに異なるものとなる。以下、このように汚れを発生させる電位を余分現像剤付着電位とも呼ぶ。

［３−４．現像バイアスと濃度との関係］
次に、画像形成装置１において、現像ローラ２３に印加する現像バイアスＶＤＢと、用紙Ｐ上に形成される画像におけるトナーの濃度（以下これを印刷紙面上濃度と呼ぶ）との関係を、異なるトナー残量ごとに測定したところ、図６に示すような測定結果が得られた。

因みに、印刷紙面上濃度は、分光濃度計により測定したＯＤ（Optical Density、光学濃度）値である。またトナー残量（画像形成カートリッジ８のトナー収容部２９内におけるトナーの残量）は、比較的少ない値として、１０ｇ、２０ｇ及び３０ｇの３通りを採用した。さらに、画像形成装置１の電源を投入した直後ではなく、電源投入後６０分あたりに１００枚程度の低デューティ（画像比率が１％）の印刷動作を行うことにより、トナーの帯電状態を安定させた後に、各測定を行った。

図６には、現像バイアスＶＤＢの値が大きいほど、印刷紙面上濃度が高くなる傾向が表れている。これは、現像バイアスＶＤＢの値が大きい場合、感光体ドラム２１の表面における露光された部分（−５０Ｖ）に対する当該現像バイアスＶＤＢの電位差が大きくなり、現像ローラ２３の表面から感光体ドラム２１の表面へ移動するトナーの量が増えるためである。

また図６には、トナー残量が少ないほど、印刷紙面上濃度が高くなる傾向も表れている。これは、上述したように、トナー残量が少ないときに連続印刷を行うと、供給ローラ２４のトナーを掻き取る能力が低下し、現像ローラ２３の表面に付着するトナーの量が増えるためである。

そこで画像形成装置１では、トナー残量が比較的少ない場合、現像バイアスＶＤＢの値を小さく設定することにより、現像ローラ２３の表面に対するトナーの付着量を抑え、印刷紙面上濃度の上昇を防止することができる。

例えば画像形成装置１は、図６において印刷紙面上濃度の値を「１．４５」に合わせたい場合、トナー残量が３０ｇのときに、現像バイアスＶＤＢの値を−２１０Ｖに設定する。その後、画像形成装置１は、トナーの消費によりトナー残量が１０ｇとなったときに、現像バイアスＶＤＢの値を−１８０Ｖに設定する。このように画像形成装置１は、トナーが消費されトナー残量が減少していくに連れて、現像バイアスＶＤＢの値を徐々に小さい値に変化させることにより、印刷紙面上濃度の上昇を防ぐことができる。

［３−５．各印加電圧の補正］
このように画像形成装置１では、トナー残量が比較的少ない場合、当該トナー残量の減少に伴い、現像供給バイアス差及び現像バイアスＶＤＢの値をそれぞれ小さくするよう補正することにより、汚れの発生や印刷紙面上濃度の上昇を防ぐことができる。また画像形成装置１では、トナーの消費によりトナー残量が減少していく過程において、上述した汚れが発生し始めるトナー残量よりも、印刷紙面上濃度が上昇し始めるトナー残量の方が少ないことも判明した。

そこで画像形成装置１は、図７に示すように、トナー残量に応じて、現像バイアスＶＤＢ及び供給バイアスＶＳＢの値を設定し、さらに補正するようにした。

画像形成装置１は、トナー残量が十分に多い場合、トナー残量の減少に伴って現像バイアスＶＤＢ及び供給バイアスＶＳＢの値を僅かずつ減少させる（０に近づける）ように設定し、これにより印刷紙面上濃度の適正化を図っている。この場合、画像形成装置１は、トナー残量の減少量に対する現像バイアスＶＤＢ及び供給バイアスＶＳＢの値を小さくする幅、すなわち図７における各特性曲線の傾きをほぼ同等に揃えている。これにより画像形成装置１は、トナー残量が比較的多い場合、現像供給バイアス差をほぼ一定に保っている。

一方、画像形成装置１は、トナー残量が所定の第１閾値ＴＨ１（例えば８０ｇ）を下回った場合、トナー残量の減少量に対する供給バイアスＶＳＢの値の減少幅を大きくする。このことは、図７において、トナー残量が第１閾値ＴＨ１よりも多い領域と比較して、当該第１閾値ＴＨ１よりも少ない領域で、特性曲線の（水平軸に対する）傾きを大きくすることを意味する。

すなわち画像形成装置１は、トナー残量が第１閾値ＴＨ１よりも少なくなると、トナー残量の減少に伴って現像供給バイアス差を徐々に小さくする。これにより画像形成装置１は、現像ローラ２３上のトナー電位を上昇させることなくほぼ一定に保つことができ（図４）、用紙Ｐにおける汚れの発生を防ぐことができる。

さらに画像形成装置１は、トナー残量が第１閾値ＴＨ１よりも小さい第２閾値ＴＨ２（例えば４０ｇ）を下回った場合、トナー残量の減少量に対する現像バイアスＶＤＢの値の減少幅を大きくする。このことは、図７において、トナー残量が第２閾値ＴＨ２よりも多い領域と比較して、当該第２閾値ＴＨ２よりも少ない領域で、特性曲線の（水平軸に対する）傾きを大きくすることを意味する。

すなわち画像形成装置１は、トナー残量が第２閾値ＴＨ２よりも少なくなると、トナー残量の減少に伴って現像バイアスＶＤＢの値を徐々に小さくする。これにより画像形成装置１は、現像ローラ２３の表面に付着するトナーの量を増加させること無くほぼ一定に保つことができ（図６）、印刷紙面上濃度の上昇を防ぐことができる。

因みに、図７において、第２閾値ＴＨ２よりも少ない領域における現像バイアスＶＤＢの傾きは、供給バイアスＶＳＢの傾きよりも小さく、すなわち水平に近くなっている。これにより画像形成装置１は、トナー残量が第１閾値ＴＨ１及び第２閾値ＴＨ２の間の値である場合と同様に、トナー残量が第２閾値ＴＨ２よりも少ない場合でも、トナー残量の減少に伴い現像供給バイアス差を徐々に小さくしていくことができる。

このように画像形成装置１は、図７に示したような特性曲線を描くようにして、トナー残量に応じて供給バイアスＶＳＢ及び現像バイアスＶＤＢの値を補正することにより、汚れの発生や印刷紙面上濃度の上昇を抑制することができる。

因みに画像形成装置１は、これに加えて、トナー残量が比較的少ない状況において低デューティ連続印刷が行われた場合にも現像供給バイアス差を小さくすることにより、現像ローラ２３上におけるトナー帯電量の上昇を抑制し、汚れの発生を抑えるようになっている。

［４．画像形成処理手順］
実際上、画像形成装置１は、上位装置から供給された画像データＤを基に画像を用紙Ｐに形成する画像形成動作を行う場合、すなわち画像の印刷動作を行う場合、図８に示す画像形成処理手順ＲＴ１を実行するようになっている。因みに画像形成装置１は、以前に読み取ったトナーカートリッジタグ及び直前のトナー残量等を、予め記憶部４２のフラッシュメモリ等に記憶している。

具体的に画像形成装置１の制御部３は、電源が投入されると、画像形成処理手順ＲＴ１（図８）を開始してステップＳＰ１に移る。ステップＳＰ１において制御部３は、タイマ５１により電源が投入されてからの経過時間の計測を開始すると共に、タグ読取部によりトナーカートリッジ３０に付されたトナーカートリッジタグを読み取り、次のステップＳＰ２へ移る。また制御部３は、以前に読み取ったトナーカートリッジタグを記憶部４２から読み出しておく。

ステップＳＰ２において制御部３は、新たに読み取ったトナーカートリッジタグと、記憶部４２から読み出したトナーカートリッジタグとを比較することにより、新品のトナーカートリッジ３０に交換されたか否かを判定する。ここで肯定結果が得られると、このことは電源が切断されている間にトナーカートリッジ３０が交換されたために、記憶しているトナー残量を初期化する必要があることを表している。

このとき制御部３は、次のステップＳＰ３へ移り、記憶しているトナー残量を、当該トナーカートリッジ３０にトナーが完全に充填された状態（いわゆるフル状態）に更新すると共に、新たなトナーカートリッジタグを記憶して、その次のステップＳＰ４へ移る。またこのとき制御部３は、現像供給バイアス差を補正するための現像供給バイアス差補正量と、現像バイアスＶＤＢの値を補正するための現像バイアス補正量とを、それぞれ値「０」に初期化する。

一方、ステップＳＰ２において否定結果が得られた場合、このことは前回の動作時と比較してトナーカートリッジタグが同一であり、トナーカートリッジ３０が交換されていないと見なし得るため、記憶しているトナー残量をそのまま利用できることを表している。このとき制御部３は、記憶部４２に記憶しているトナー残量及びトナーカートリッジタグを特に変更すること無く、次のステップＳＰ４へ移る。

ステップＳＰ４において制御部３は、露光ドット数カウンタ５２及びドラム回転数カウンタ５３（図３）を値「０」に初期化し、次のステップＳＰ５へ移る。ステップＳＰ５において制御部３は、上位装置から画像データＤの印刷指示を受け付けたか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、制御部３は、このステップＳＰ５を繰り返すことにより、上位装置からの画像データＤの印刷指示を待ち受ける。一方、ステップＳＰ５において肯定結果が得られると、制御部３は次のステップＳＰ６へ移る。

ステップＳＰ６において制御部３は、トナー残量が第１閾値ＴＨ１（図７）以下であるか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことはトナー残量が比較的多いため、現像供給バイアス差補正量及び現像バイアス補正量を変更する必要が無いことを表している。このとき制御部３は、次のステップＳＰ７へ移る。

ステップＳＰ７において制御部３は、まずトナー残量を基に予め設定された現像供給バイアス差及び現像バイアスＶＤＢの値に対し、現像供給バイアス差補正量及び現像バイアス補正量をそれぞれ適用することにより、補正された現像供給バイアス差及び補正された現像バイアスＶＤＢの値をそれぞれ算出する。次に制御部３は、補正された現像バイアスＶＤＢから補正された現像供給バイアス差を減算することにより、補正された供給バイアスＶＳＢを算出する。そのうえで制御部３は、補正された現像バイアスＶＤＢ及び補正された供給バイアスＶＳＢをそれぞれ現像ローラ印加電圧電源３３及び供給ローラ印加電圧電源３４にそれぞれ設定して、次のステップＳＰ８へ移る。

ステップＳＰ８において制御部３は、一連の印刷動作を実行することにより、画像データＤに基づいた画像を用紙Ｐに形成し、次のステップＳＰ９へ移る。このとき制御部３は、トナー残量が第１閾値ＴＨ１よりも多い場合、現像供給バイアス差を比較的大きい一定の値（例えば１００Ｖ）とし、且つ現像バイアスＶＤＢを比較的大きな値としている。これにより制御部３は、用紙Ｐに汚れを発生させることや、印刷紙面上濃度を過剰に高めること無く、高品質な画像を用紙Ｐに形成することができる。

ステップＳＰ９において制御部３は、現像剤残量算出部５５により、まず露光ドット数カウンタ５２（図３）により計数された露光ドット数と、ドラム回転数カウンタ５３により計数された感光体ドラム２１の回転数とを基に、印刷時におけるトナー消費量を算出する。そのうえで制御部３は、記憶部４２に記憶している直前のトナー残量から、算出したトナー消費量を減算することにより、新たなトナー残量を算出し、これを記憶部４２に記憶させて更新した後、再度ステップＳＰ５へ戻る。

ここでトナー消費量は、印刷動作においてトナーが画像形成カートリッジ８におけるトナー収容部２９の内部から外部へ排出された量、すなわち現像ローラ２３から感光体ドラム２１の表面に移動したトナーの量として算出される。また画像形成カートリッジ８では、その構造上、画像においてトナーを転写するドットの他に、トナーを転写しないドットにおいても僅かながらトナーが消費される（以下、このようなトナーをかぶりトナーとも呼ぶ）。

このためトナー消費量は、感光体ドラム２１において露光ヘッド２７から光が照射されたドット（画素）である印字ドット部において消費したトナー量と、感光体ドラム２１において露光ヘッド２７から光が照射されなかったドットである非印字ドット部において消費したトナー量（すなわちかぶりトナーの総量）との和として算出することができる。

具体的に、印字ドット部において消費したトナー量は、「画像を形成するのに必要な露光１ドットあたりのトナー量」及び「印刷において露光したドット数」の乗算値として算出することができる。また、非印字ドットにおいて消費したトナー量は、「１ドットあたりのかぶりトナー量」及び「非印字ドット部のドット数」の乗算値として算出することができる。

このうち、画像を形成するのに必要な露光１ドットあたりのトナー量と、１ドットあたりのかぶりトナー量は、それぞれ実験等により値を得ることができる。また、非印字ドット部のドット数は、印刷した用紙Ｐのうち画像を形成可能な全領域をドット換算した値から、印刷時に実際に露光したドット数を減算することにより算出できる。さらに、印刷した用紙Ｐのうち画像を形成可能な全領域は、感光体ドラム２１の幅（すなわち左右方向の長さ）と、感光体ドラム２１の回転回数（すなわちドラム回転数カウンタ５３により計数したドラム回転数）とを乗算し、これをドット量に換算することにより算出できる。

一方、ステップＳＰ６において肯定結果が得られると、このことは、トナー残量が比較的少ないために、そのままでは汚れの発生や印刷紙面上濃度の上昇を引き起こす可能性があることを表している。このとき制御部３は、次のステップＳＰ１０へ移り、単位時間あたりの画像比率の平均値（以下これを平均画像比率と呼ぶ）及び単位時間あたりの低デューティ連続印刷の連続量を算出して、次のステップＳＰ１１へ移る。

ここで制御部３は、単位時間あたりの平均画像比率を、例えば過去３０分間に行われた印刷処理についての、露光ドット数カウンタ５２により得られる露光ドット数及びドラム回転数カウンタ５３により得られるドラム回転数を基に算出する。具体的に制御部３は、過去３０分間に行われた印刷処理における印刷可能な全領域の面積をドット量に換算した値に対する、印刷に要した露光ドット数の割合を、面積の百分率（％）として算出する。このうち印刷可能な全領域の面積は、ステップＳＰ９の場合と同様に算出する。

また制御部３は、単位時間あたりの低デューティ連続印刷量を、例えば過去３０分間において、低デューティである画像の形成のために感光体ドラム２１を回転させた回転量として算出する。この場合、制御部３は、ドラム回転量算出部５４により、過去３０分間における低デューティ連続印刷に用いられた感光体ドラム２１の回転量を算出し、これを基に現像ローラ２３の表面に付着したトナーにおける帯電量の大きさを判断することになる。なお制御部３は、感光体ドラム２１の回転量に代えて、低デューティとなる印刷処理を行った用紙Ｐの枚数を計数しても良い。

ステップＳＰ１１において制御部３は、ステップＳＰ１０により算出された単位時間あたりの平均画像比率及び単位時間あたりの低デューティ連続印刷量を基に、補正条件を満たすか否かを判定する。ここで補正条件とは、例えば「過去３０分間の平均画像比率が１０％以下であり、且つドラム回転量が４００回転以上」といった条件となる。

ここで肯定結果が得られると、このことは、汚れの発生や印刷紙面上濃度の上昇が生じる恐れがあることを表している。このとき制御部３は、次のステップＳＰ１２へ移り、現像供給バイアス差補正量及び現像バイアス補正量をそれぞれ増加させて、ステップＳＰ７へ移る。

このとき制御部３は、ステップＳＰ１において計測を開始した経過時間が所定の再計算時間（例えば３０分間）を経過する度に各補正量を算出し直しており、補正条件を満たす状態が継続していれば当該補正量を増加させてより大きな値とし、補正条件から外れた場合には当該補正量を減少させてより小さな値とする。また各補正量は、トナー残量に応じた重み付けがなされており、トナー残量が少ないほど補正幅が大きくなる。例えば制御部３は、低デューティ連続印刷の継続時間が長いほど、またトナー残量が少ないほど、現像供給バイアス差を小さくし、且つ現像バイアスＶＤＢの値（すなわち絶対値）を小さくするように、各補正量を設定する。

具体的に制御部３は、図９に示す現像供給バイアス差補正基本量テーブルＴＡ及び補正係数テーブルＴＢを用いて、現像供給バイアス補正量を算出する。このうち現像供給バイアス差補正基本量テーブルＴＡは、平均画像比率（すなわち３０分あたりの画像比率の平均値）及びトナー残量の組み合わせに応じて決定される補正基本量ＲＡが、表形式で格納されている。また補正係数テーブルＴＢは、３０分あたりのドラム回転量に応じた補正係数ＲＢが、やはり表形式で格納されている。

制御部３は、現像供給バイアス差補正基本量テーブルＴＡから平均画像比率及びトナー残量に応じた補正基本量ＲＡを読み出すと共に、補正係数テーブルＴＢから３０分あたりのドラム回転量に応じた補正係数ＲＢを読み出す。続いて制御部３は、補正基本量ＲＡに補正係数ＲＢを乗算することにより、現像供給バイアス差の補正量（Ｖ）を算出する。制御部３は、このような現像供給バイアス差の補正量を３０分ごとに算出し、累積加算していく。ただし制御部３は、この補正量の最大値を１００Ｖに制限している。

また制御部３は、図１０に示す現像バイアス補正基本量テーブルＴＣ及び補正係数テーブルＴＤを用いて、現像バイアス補正量を算出する。このうち現像バイアス補正基本量テーブルＴＣは、現像供給バイアス差補正基本量テーブルＴＡと同様、平均画像比率及びトナー残量の組み合わせに応じて決定される補正基本量ＲＣが、表形式で格納されている。因みに現像バイアス補正基本量テーブルＴＣでは、第２閾値ＴＨ２が４０ｇであることに対応し、トナー残量が８０ｇから４０ｇまでの間において、補正基本量ＲＣの値を「０」としている。さらに補正係数テーブルＴＤは、補正係数テーブルＴＢと同様、３０分あたりのドラム回転量に応じた補正係数ＲＤが、やはり表形式で格納されている。

制御部３は、現像バイアス補正基本量テーブルＴＣから平均画像比率及びトナー残量に応じた補正基本量ＲＣを読み出すと共に、補正係数テーブルＴＤから３０分あたりのドラム回転量に応じた補正係数ＲＤを読み出す。続いて制御部３は、補正基本量ＲＣに補正係数ＲＤを乗算することにより、現像バイアスＶＤＢの補正量（Ｖ）を算出する。制御部３は、このような現像バイアスＶＤＢの補正量を３０分ごとに算出し、累積加算していく。ただし制御部３は、この補正量の最大値を５０Ｖに制限している。

一方、ステップＳＰ１１において否定結果が得られると、このことは、汚れの発生や印刷紙面上濃度の上昇が生じる恐れが低減されたため、現像供給バイアス差や現像バイアスＶＤＢの補正量を減少させる必要があることを表している。このとき制御部３は、次のステップＳＰ１３へ移る。

ステップＳＰ１３において制御部３は、ステップＳＰ１２の場合と同様に、現像供給バイアス差補正基本量テーブルＴＡ（図９）から読み出した補正基本量ＲＡに、補正係数テーブルＴＢから読み出した補正係数ＲＢを乗算することにより、現像供給バイアス差の補正量（Ｖ）を算出する。続いて制御部３は、算出した補正量を直前の現像供給バイアス差補正量から減算することにより、当該現像供給バイアス差補正量の累積値を減少させる。

また制御部３は、やはりステップＳＰ１２の場合と同様に、現像バイアス補正基本量テーブルＴＣ（図１０）から読み出した補正基本量ＲＣに、補正係数テーブルＴＤから読み出した補正係数ＲＤを乗算することにより、現像バイアスの補正量（Ｖ）を算出する。続いて制御部３は、算出した補正量を直前の現像バイアス補正量から減算することにより、当該現像バイアス補正量の累積値を減少させる。

その後、制御部３は、ステップＳＰ７、ＳＰ８及びＳＰ９の各処理を実行する。このうちステップＳＰ７では、ステップＳＰ１２またはＳＰ１３において新たに算出された現像供給バイアス差補正量及び現像バイアス補正量を用いて供給バイアスＶＳＢ及び現像バイアスＶＤＢの値をそれぞれ設定する。これにより制御部３は、用紙Ｐに汚れを発生させることや、印刷紙面上濃度を過剰に高めること無く、高品質な画像を用紙Ｐに形成することができる。

制御部３は、この画像形成処理手順ＲＴ１を実行することにより、用紙Ｐに対し画像を形成する処理、すなわち印刷処理を繰り返し、これに伴ってトナーを消費していく。やがて制御部３は、画像形成カートリッジ８のトナー収容部２９に設けられたトナーエンドセンサ（図示せず）によりトナー残量が極めて少ないこと、すなわちトナーカートリッジ３０が「空」になったことが検知されると、図示しない表示部に所定のメッセージを表示する等して、このことを利用者に通知する。

これに応じて利用者によりトナーカートリッジ３０の交換がなされると、制御部３は、再び画像形成処理手順ＲＴ１を実行する際に、ステップＳＰ１〜ＳＰ３の処理を行うことにより、トナー残量をフル状態に更新する。これに伴い制御部３は、その後のステップＳＰ７において、比較的多いトナー残量に応じた供給バイアスＶＳＢ及び現像バイアスＶＤＢの値をそれぞれ設定する。

［５．動作及び効果］
以上の構成において、画像形成装置１の制御部３は、画像形成カートリッジ８のトナー収容部２９におけるトナー残量が比較的少なくなった場合、トナー残量が比較的多い場合よりも、現像供給バイアス差を小さくするように、供給バイアスＶＳＢ及び現像バイアスＶＤＢの値をそれぞれ補正するようにした（図７）。これにより画像形成装置１では、画像形成カートリッジ８（図２）の内部において、現像ローラ２３の表面に付着するトナーの電位を小さく抑えることができ（図４）、その結果として、画像を形成する用紙Ｐにおける汚れの発生を抑制することができる。

また画像形成装置１の制御部３は、画像形成カートリッジ８のトナー収容部２９におけるトナー残量が比較的少ない状況において、低デューティ連続印刷が長時間継続した場合にも、トナー残量が比較的多いときよりも、現像供給バイアス差を小さくするように、供給バイアスＶＳＢ及び現像バイアスＶＤＢの値をそれぞれ補正するようにした（図７）。これにより画像形成装置１では、やはり現像ローラ２３の表面に付着するトナーの電位を小さく抑えることができ（図５）、その結果として、画像を形成する用紙Ｐにおける汚れの発生を抑制することができる。

さらに画像形成装置１の制御部３は、画像形成カートリッジ８のトナー収容部２９におけるトナー残量が比較的少ない場合、トナー残量が比較的多い場合よりも、現像バイアスＶＤＢの値を小さくするように補正した（図７）。これにより画像形成装置１では、現像ローラ２３の表面に対するトナーの付着量を抑えることができ（図６）、その結果として、画像を形成する用紙Ｐの印刷紙面上濃度が過剰に高くなることを防止できる。

このように画像形成装置１の制御部３は、画像形成カートリッジ８のトナー収容部２９におけるトナー残量及び低デューティ連続印刷の継続時間に応じて、供給バイアスＶＳＢ及び現像バイアスＶＤＢの値をそれぞれ補正することにより、汚れの発生及び印刷紙面濃度の上昇を適切に抑えることができる。

また制御部３は、トナー残量が第１閾値ＴＨ１よりも少ない場合に、トナー残量が比較的多いときよりも現像供給バイアス差を小さくし、さらにトナー残量の減少に伴って現像供給バイアス差を徐々に小さくするようにした（図７）。これにより画像形成装置１は、トナー残量の減少により、本来的には現像ローラ２３上のトナー電位が上昇するところ（図４）、現像供給バイアス差を徐々に小さくすることにより、このトナー電位をほぼ一定に保つことができるので、汚れの発生を抑止し続けることができる。

これと同様に制御部３は、トナー残量が比較的少ない場合に、トナー残量が比較的多いときよりも現像バイアスＶＤＢの値を小さくし、さらにトナー残量の減少に伴って現像バイアスＶＤＢの値を徐々に小さくするようにした（図７）。これにより画像形成装置１は、トナー残量の減少により、本来的には現像ローラ２３の表面に付着するトナーの量が増加するところ（図６）、現像バイアスＶＤＢの値を徐々に小さくすることにより、このトナーの量をほぼ一定に保つことができるので、印刷紙面上濃度の上昇を抑止し続けることができる。

さらに制御部３は、第１閾値ＴＨ１に加えて、当該第１閾値ＴＨ１よりも小さい第２閾値ＴＨ２を設定し、トナー残量が第１閾値ＴＨ１よりも少なくなった段階では供給バイアスＶＳＢの値を小さくすることで現像供給バイアス差のみを小さくし、第２閾値ＴＨ２よりも小さくなった段階で現像バイアスＶＤＢの値も小さくするようにした（図７）。これにより画像形成装置１では、トナー残量が第１閾値ＴＨ１を下回った段階では、供給バイアスＶＳＢの値のみを小さくすることにより、汚れの発生のみに対処でき、印刷紙面上濃度を必要以上に低下させること、すなわち「かすれ」等の発生を回避できる。

また制御部３は、現像供給バイアス差補正基本量テーブルＴＡ及び補正係数テーブルＴＢ（図９）を用いて、現像供給バイアス差補正量を算出するようにした。このとき制御部３は、各テーブルから読み出した補正基本量ＲＡに補正係数ＲＢを乗算し、これを累積加算する、といった比較的単純な演算処理を行うだけで現像供給バイアス差補正量を算出できるため、関数等を用いた複雑な演算処理を行う方式と比較して、処理負荷を極めて小さく抑えることができる。現像バイアス補正量についても同様である。

さらに画像形成装置１は、画像を形成する際に画像形成カートリッジ８において感光体ドラム２１に付着されて消費されたトナーの量（トナー消費量）を算出し、これを直前のトナー残量から減算することにより、画像形成カートリッジ８のトナー収容部２９におけるトナー残量を精度良く算出するようにした。このため画像形成装置１は、トナー収容部２９にトナー残量を精度良く検出し得るような高価なセンサ等を組み込む必要が無く、構成の複雑化やコストの上昇を抑えることができる。

以上の構成によれば、画像形成装置１は、トナー残量が比較的少なくなった場合、及び低デューティ連続印刷が長時間継続した場合に、現像供給バイアス差を小さくし、またトナー残量が比較的少ない場合、現像バイアスＶＤＢの値を小さくするようにした。これにより画像形成装置１では、画像形成カートリッジ８の内部において、現像ローラ２３の表面に付着するトナーの電位を小さく抑えると共にその量も抑制できるため、画像を形成する用紙Ｐにおける汚れの発生及び印刷紙面上濃度の過剰な上昇を何れも抑制することができる。

［６．他の実施の形態］
なお上述した実施の形態においては、画像を形成する際に画像形成カートリッジ８において感光体ドラム２１に付着されて消費されたトナーの量（トナー消費量）を算出し、これを直前のトナー残量から減算することにより、トナー残量を算出する場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、例えば画像形成カートリッジ８のトナー収容部２９やトナーカートリッジ３０の内部に、トナーの残量を検出するセンサを設け、このセンサから得られる検知結果を基に、トナー残量を認識しても良い。この場合、センサとしては、例えば光センサ、磁気センサや電位センサ、或いは特許文献１に記載された機械的センサ等、周知の種々の方式によりトナー残量を検出するものを利用することができる。

また上述した実施の形態においては、互いに異なる２種類の閾値、すなわち第１閾値ＴＨ１及び第２閾値ＴＨ２を設定し、現像供給バイアス差を小さくし始めるトナー残量と現像バイアスＶＤＢの値を小さくし始めるトナー残量とを相違させる場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、例えば測定により汚れが発生するトナー残量と印刷紙面上濃度が上昇するトナー残量とがほぼ同等である場合に、共通の閾値を下回った時点から現像供給バイアス差及び現像バイアスＶＤＢの値の双方を小さくし始めるようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、トナー残量が比較的少なくなった場合に、現像供給バイアス差を小さくすると共に、現像バイアスＶＤＢの値も小さくする場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、トナー残量が比較的少なくなった場合に、現像供給バイアス差及び供給バイアスＶＳＢの値の何れか一方のみを小さくするようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、トナー残量が第１閾値ＴＨ１よりも少ない場合に、トナー残量の減少に伴って現像供給バイアス差を徐々に小さくするようにした（図７）。しかしながら本発明はこれに限らず、例えばトナー残量が第１閾値ＴＨ１よりも少ない場合に、トナー残量の減少に拘わらず、現像供給バイアス差を比較的小さい一定の値としても良い。現像バイアスＶＤＢの値についても同様である。

さらに上述した実施の形態においては、画像形成処理手順ＲＴ１（図８）のステップＳＰ１１において、補正条件として単位時間あたりの平均画像比率及び低デューティ連続印刷量の双方を用いる場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、例えば、補正条件として単位時間あたりの平均画像比率のみを用いても良い。

さらに上述した実施の形態においては、現像供給バイアス差補正基本量テーブルＴＡ（図９）等のテーブルから読み出した補正基本量ＲＡ等を用いて現像供給バイアス補正量を算出する場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、例えばトナー残量や平均画像比率等を変数とする関数を予め用意しておき、この関数を利用した演算処理により現像供給バイアス補正量を算出する等、種々の方式により算出しても良い。この場合、テーブルを参照する場合と比較して、演算処理量が増加するものの、テーブルを記憶するための記憶容量を不要とすることができる。現像バイアス補正量についても同様である。

さらに上述した実施の形態においては、マイナス極性の帯電特性を持つトナーにより画像を形成する場合に、現像供給バイアス差及び現像バイアスＶＤＢの値を小さくする構成について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、プラス極性の帯電特性を持つトナーにより画像を形成する場合に、現像供給バイアス差及び現像バイアスＶＤＢの値を小さくしても良い。この場合、現像バイアスＶＤＢ及び供給バイアスＶＳＢ等がプラスの値となるため、図７における特性曲線を正負反転、すなわち図の上下を反転させたような特性とすれば良い。

さらに上述した実施の形態においては、電子写真式のプリンタである画像形成装置１に本発明を適用する場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、例えばＭＦＰ（Multi Function Printer：プリンタ複合機）や複写装置等のように、トナー等の現像剤を用紙に定着させて画像を形成することにより印刷する機能を有する種々の電子機器に適用しても良い。

さらに本発明は、上述した各実施の形態及び他の実施の形態に限定されるものではない。すなわち本発明は、上述した各実施の形態と上述した他の実施の形態の一部又は全部を任意に組み合わせた実施の形態や、一部を抽出した実施の形態にもその適用範囲が及ぶものである。

さらに上述した実施の形態においては、像担持体としての感光体ドラム２１と、露光部としての露光ヘッド２７と、収容部としてのトナー収容部２９と、供給部としての供給ローラ２４と、現像部としての現像ローラ２３と、残量検知部としての現像剤残量算出部５５と、現像電圧印加部としての現像ローラ印加電圧電源３３と、供給電圧印加部としての供給ローラ印加電圧電源３４と、電圧制御部としての電圧制御部４４とによって画像形成装置としての画像形成装置１を構成する場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる像担持体と、露光部と、収容部と、供給部と、現像部と、残量検知部と、現像電圧印加部と、供給電圧印加部と、電圧制御部とによって画像形成装置を構成しても良い。

本発明は、プリンタやファクシミリ装置など、トナーを用いて画像を形成し用紙に定着させることにより印刷を行う種々の電子機器でも利用できる。

１……画像形成装置、３……制御部、８……画像形成カートリッジ、２１……感光体ドラム、２２……帯電ローラ、２３……現像ローラ、２４……供給ローラ、２７……露光ヘッド、２８……転写ローラ、２９……トナー収容部、３０……トナーカートリッジ、３３……現像ローラ印加電圧電源、３４……供給ローラ印加電圧電源、４１……演算処理部、４２……記憶部、４３……制御部、４４……電圧制御部、４５……駆動制御部、４６……露光制御部、５２……露光ドット数カウンタ、５３……ドラム回転数カウンタ、５４……ドラム回転量算出部、５５……現像剤残量算出部、５６……画像比率算出部、Ｄ……画像データ、Ｐ……用紙、ＲＡ……補正基本量、ＲＢ……補正係数、ＲＣ……補正基本量、ＲＤ……補正係数、ＴＡ……現像供給バイアス差補正基本量テーブル、ＴＢ……補正係数テーブル、ＴＣ……現像バイアス補正基本量テーブル、ＴＤ……補正係数テーブル、ＴＨ１……第１閾値、ＴＨ２……第２閾値、ＶＤＢ……現像バイアス、ＶＳＢ……供給バイアス。

Claims (8)

1. 媒体に形成すべき画像に応じた潜像を担持する像担持体と、
   前記像担持体に露光することにより潜像を形成する露光部と、
   現像剤を収容する収容部と、
   前記収容部内の前記現像剤を供給する供給部と、
   前記供給部により供給された前記現像剤を使用して前記像担持体上の前記潜像を現像する現像部と、
   前記収容部における前記現像剤の残量を検知する残量検知部と、
   前記現像部に現像電圧を印加する現像電圧印加部と、
   前記供給部に供給電圧を印加する供給電圧印加部と、
   前記現像電圧及び前記供給電圧を制御する電圧制御部と
   を具え、
   前記電圧制御部は、前記残量検知部により検知した前記現像剤の前記残量が所定の第１閾値以下となった場合、当該残量が当該第１閾値よりも大きかったときよりも、前記現像電圧及び前記供給電圧の差分の絶対値を小さくする
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記電圧制御部は、前記現像剤の前記残量が少ない場合ほど、前記現像電圧及び前記供給電圧の差分の絶対値を小さくする
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記電圧制御部は、前記残量検知部により検知した前記現像剤の前記残量が所定の第２閾値以下となった場合、当該残量が当該第２閾値よりも大きかった場合よりも、前記現像電圧の絶対値を小さくする
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記電圧制御部は、前記現像剤の前記残量が少ない場合ほど、前記現像電圧の絶対値を小さくする
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記電圧制御部は、前記現像部に供給された前記現像剤の電位の絶対値が、前記露光部により露光された潜像以外の余分な箇所に前記現像剤が付着する電位である余分現像剤付着電位よりも大きい場合、前記現像剤の電位の絶対値が余分現像剤付着電位よりも小さい場合よりも、前記現像電圧及び前記供給電圧の差分の絶対値を小さくする
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
6. 前記媒体のうち前記画像を形成可能な全面積に対して前記現像剤が使用される面積の比率である現像剤使用率を算出する現像剤使用率算出部
   をさらに具え、
   前記電圧制御部は、過去の所定時間範囲内において、所定の媒体数閾値以上の前記媒体に対し前記画像が形成され、且つ前記現像剤使用率の平均値が所定の使用率閾値を下回る場合に、前記現像部に供給された前記現像剤の電位の絶対値が前記余分現像剤付着電位よりも大きいと判断する
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記露光部は、画素の集合により前記潜像を形成し、
   前記残量検知部は、前記露光部により露光した前記画素の数である露光画素数を基に前記現像剤の使用量を算出し、当該使用量を用いた演算により前記残量を検知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
8. 前記残量検知部は、前記画像のうち前記現像剤を使用する領域である使用領域において使用された前記現像剤の量と、前記画像のうち前記現像剤を使用しない領域である非使用領域において消費される前記現像剤の量との和を用いて、前記残量を算出する
   ことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。

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