JP2019211652A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二成分現像剤を担持する現像剤担持体とトナーのみを担持するトナー担持体とを用いる二成分現像方式において、トナー担持体上に形成されるトナー層の層厚を常に一定に維持可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、像担持体と、現像装置と、を含む画像形成部と、現像電圧電源と、画像濃度センサーと、制御部と、を備える。制御部は、画像形成部により複数段階の濃度の基準画像を形成し、画像濃度センサーにより各基準画像の濃度を検知することにより、画像濃度が目標濃度となるように画像形成時のトナー担持体と現像剤担持体との電位差である第１の電位差を決定する画像濃度キャリブレーションの実行時に、連続印字中の記録媒体間におけるトナー担持体上のトナー薄層の層厚が目標値となるように非画像形成時のトナー担持体と現像剤担持体との電位差である第２の電位差を決定する。【選択図】図４

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤を用い、トナー担持体上にトナーのみを担持させて感光体上の静電潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装置に関するものである。

従来、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用いた現像方式として、磁気ローラー（現像剤担持体）上に現像剤を担持させた後、磁気ローラー上に磁性キャリアを残したまま感光体ドラム（像担持体）に対して非接触に設置した現像ローラー（トナー担持体）上にトナーのみを移行させてトナー薄層を形成し、交流電界によって感光体ドラム上の静電潜像にトナーを付着させる現像方式が知られている。この現像方式では、現像ローラーが感光体ドラムと非接触であるためトルク変動をきたすことがなく、ドット再現性に優れて長寿命化が可能な高速の画像形成装置が提供できる。

一方、上述した現像方式では、帯電量が低く現像性の高い大粒径トナーが選択的に現像に用いられやすく、連続印字を行うにつれて帯電量が高く現像性の低い小粒径トナーが現像ローラーに堆積する選択現像が起こりやすく、画像濃度の低下が生じる傾向があった。また、トナーの帯電制御が複雑で、感光体ドラムに高い表面電位を印加して現像電界を大きくすることが必要であった。そのため、現像ローラー上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じると、現像ローラー上にトナー層を再形成したときのトナーの付着状態とトナーの帯電量にばらつきが生じる関係から、直前の現像画像の一部が次の現像時に残像（ゴースト）として現れる、いわゆる履歴現象が発生しやすいという不具合があった。

さらに、高濃度の画像を連続印字した場合、現像後のトナーの需要と供給のバランスが悪く、現像ローラー上のトナー層形成が良好に行われず、画像濃度にムラが生じるなどの画像不均一性が起こりやすく、現像装置を小型化する場合の課題となっていた。

そこで、例えば特許文献１には、二成分現像剤を担持させた磁気ローラー（供給ローラー）から現像ローラー上にトナーのみを担持させ、像担持体との間に形成された現像電界により像担持体上の潜像を非接触現像すると共に、記録紙の紙間に対応する潜像イメージ間の非現像間隔時に、現像ローラー上のトナー層剥ぎ取りとトナー層再形成を行うようにした現像方式において、少なくともトナー層再形成時に印加する供給ローラー印加電圧を、現像ローラーのトナー層再形成状態に応じて変化させる方法が開示されている。

特開２００５−５５８３９号公報

連続印字中の非印字時（紙間）において、後続の画像形成に備えて現像ローラー上のトナー層の剥ぎ取りおよび再形成を行う場合、トナーの帯電量に応じて剥ぎ取り量をコントロールし、副作用となる画像濃度ムラを抑制する必要がある。また、トナー層の剥ぎ取り時における磁気ローラー−現像ローラー間の電界が大きすぎるとキャリアが磁気ローラーから現像ローラーへ移行するため、トナー層の剥ぎ取り時の電界強度（電位差）はトナー帯電量に応じた適切な大きさとする必要がある。例えば、低湿環境下でトナーの帯電量が高い場合は大きな電位差が必要となり、逆に高湿環境でトナーの帯電量が低い場合は大きな電位差を付与するとキャリアが現像ローラーへ移行してしまう。

特許文献１の方法では、現像ローラー上のトナー薄層の再形成状況に応じて磁気ローラーへの印加電圧を変化させているが、環境条件の変化等によるトナーの帯電量変化や直前の印字内容等のあらゆる使用状況を想定して適切な電界強度を設定することは困難であった。

本発明は、上記問題点に鑑み、二成分現像剤を担持する現像剤担持体とトナーのみを担持するトナー担持体とを用いる二成分現像方式において、トナー担持体上に形成されるトナー層の層厚を常に一定に維持可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、像担持体と、現像装置と、を含む画像形成部と、現像電圧電源と、画像濃度センサーと、制御部と、を備えた画像形成装置である。像担持体は、静電潜像が形成される。現像装置は、キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像容器と、現像容器内に回転可能に支持され、像担持体との対向領域において像担持体にトナーを供給するトナー担持体と、現像容器に回転可能に支持され、二成分現像剤を表面に担持するとともにトナー担持体との対向領域においてトナー担持体にトナーを供給する現像剤担持体と、を有する。現像電圧電源は、トナー担持体および現像剤担持体に現像電圧を印加する。画像濃度センサーは、画像形成部により形成された画像の濃度を検知する。制御部は、画像形成部および現像電圧電源を制御する。制御部は、画像形成部により複数段階の濃度の基準画像を形成し、画像濃度センサーにより各基準画像の濃度を検知することにより、画像濃度が目標濃度となるように画像形成時のトナー担持体と現像剤担持体との電位差である第１の電位差を決定する画像濃度キャリブレーションを実行可能である。制御部は、画像濃度キャリブレーションの実行時に、連続印字中の記録媒体間におけるトナー担持体上のトナー薄層の層厚が目標値となるように記録媒体間におけるトナー担持体と現像剤担持体との電位差である第２の電位差を決定する。

本発明の第１の構成によれば、現像剤担持体とトナー担持体との間のギャップやキャリア抵抗、トナー帯電量等に応じて連続印字中の記録媒体間でのトナー担持体からのトナー剥ぎ取り量を制御できるため、キャリア現像等が生じない適正電圧領域で、且つ、直後の画像における画像濃度ムラを効果的に抑制することができる。また、記録媒体間でのトナー薄層の層厚を、予測制御ではなく一定のフィードバック系で制御できるため、環境条件の変化や直前の印字内容等に関係なくキャリア現像および画像濃度ムラを抑制することができる。また、画像濃度キャリブレーションの実行時に第２の電位差を並行して設定できるため、記録媒体間でのトナー薄層の剥ぎ取り量を設定するためにパッチ画像の形成や濃度の検知を別途行う必要がなく、画像形成効率も向上する。

本発明の第１実施形態に係るカラープリンター１００の概略構成図 第１実施形態のカラープリンター１００に搭載される現像装置３ａの側面断面図 第１実施形態のカラープリンター１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図 第１実施形態のカラープリンター１００におけるキャリブレーション、および画像間電位差の設定制御例を示すフローチャート 第１実施形態のカラープリンター１００のキャリブレーションにおいて形成されるパッチ画像の例を示す図 第１実施形態のカラープリンター１００のキャリブレーションにおける磁気ローラー２２−現像ローラー２３間の電位差と画像濃度との関係を示すグラフ 本発明の第２実施形態に係るカラープリンター１００におけるキャリブレーション、および画像間電位差の設定制御例を示すフローチャート 第２実施形態のカラープリンター１００のキャリブレーションにおいて形成されるパッチ画像の例を示す図 第２実施形態のカラープリンター１００のキャリブレーションにおける磁気ローラー２２−現像ローラー２３間の電位差と画像濃度との関係を示すグラフ

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラープリンターについて示している。カラープリンター１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエローおよびブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像および転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄが配設されている。さらに、図１において時計回り方向に回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次一次転写される。その後、トナー像は二次転写ローラー９において転写紙Ｓ上に二次転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｓ上に定着される。トナー像が定着された転写紙Ｓはカラープリンター１００本体より排出される。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回り方向に回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される転写紙Ｓは、カラープリンター１００本体下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａおよびレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。また、二次転写ローラー９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのブレード状のベルトクリーナー１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転可能に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲および下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光装置４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング装置５ａ、５ｂ、５ｃおよび５ｄが設けられている。

パーソナルコンピューター等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させる。次いで露光装置４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより一次転写ローラー６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー、およびブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング装置５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の従動ローラー１０と、下流側の駆動ローラー１１とを含む複数の張架ローラーに掛け渡されている。ベルト駆動モーター（図示せず）による駆動ローラー１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回り方向に回転を開始すると、転写紙Ｓがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラー９へ搬送される。二次転写ローラー９と中間転写ベルト８とのニップ部においてトナー像が二次転写された転写紙Ｓは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された転写紙Ｓは、定着ローラー対１３により加熱および加圧されてトナー像が転写紙Ｓの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｓは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｓの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま（或いは分岐部１４において反転搬送路１８に振り分けられ、両面に画像が形成された後）排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

さらに、中間転写ベルト８を挟んで駆動ローラー１１と対向する位置には画像濃度センサー４５が配置されている。画像濃度センサー４５としては、一般にＬＥＤ等から成る発光素子と、フォトダイオード等から成る受光素子を備えた光学センサーが用いられる。中間転写ベルト８上のトナー付着量を測定する際、発光素子から中間転写ベルト８上に形成された各基準画像に対し測定光を照射すると、測定光はトナーによって反射される光、およびベルト表面によって反射される光として受光素子に入射する。

トナーおよびベルト表面からの反射光には正反射光と乱反射光とが含まれる。この正反射光および乱反射光は、偏光分離プリズムで分離された後、それぞれ別個の受光素子に入射する。各受光素子は、受光した正反射光と乱反射光を光電変換して制御部９０（図３参照）に出力信号を出力する。そして、正反射光と乱反射光の出力信号の特性変化からトナー量を検知し、予め定められた基準濃度と比較して現像電圧の特性値などを調整することにより、各色について濃度補正が行われる。

図２は、第１実施形態のカラープリンター１００に搭載される現像装置３ａの構成を示す側面断面図である。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａについて説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。

図２に示すように、現像装置３ａは、二成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって第１攪拌室２０ｂおよび第２攪拌室２０ｃに区画され、第１攪拌室２０ｂ、第２攪拌室２０ｃには図示しないトナーコンテナから供給されるトナー（正帯電トナー）をキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー２１ａおよび第２攪拌スクリュー２１ｂが回転可能に配設されている。

そして、第１攪拌スクリュー２１ａおよび第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向（図２の紙面と垂直な方向）に搬送され、仕切壁２０ａの両端に形成された現像剤通過路（図示せず）を介して第１攪拌室２０ｂ、第２攪拌室２０ｃ間を循環する。図示の例では、現像容器２０は左斜め上方に延在しており、現像容器２０内において第２攪拌スクリュー２１ｂの上方には磁気ローラー２２が配置され、磁気ローラー２２の左斜め上方には現像ローラー２３が対向配置されている。そして、現像ローラー２３は現像容器２０の開口側（図２の左側）において感光体ドラム１ａに対向しており、磁気ローラー２２および現像ローラー２３は図２において時計回り方向に回転する。

なお、現像容器２０には、第１攪拌スクリュー２１ａと対面してトナー濃度センサー（図示せず）が配置されている。トナー濃度センサーで検知されるトナー濃度に応じて、補給装置（図示せず）からトナー補給口２０ｄを介して現像容器２０内にトナーが補給される。

磁気ローラー２２は、非磁性の回転スリーブ２２ａと、回転スリーブ２２ａに内包される複数の磁極を有する固定マグネット体２２ｂで構成されている。本実施形態では、固定マグネット体２２ｂの磁極は、主極３５、規制極（穂切り用磁極）３６、搬送極３７、剥離極３８、および汲上極３９の５極構成である。磁気ローラー２２と現像ローラー２３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向している。

また、現像容器２０には穂切りブレード２５が磁気ローラー２２の長手方向（図２の紙面と垂直な方向）に沿って取り付けられている。穂切りブレード２５は、磁気ローラー２２の回転方向（図２の時計回り方向）において、現像ローラー２３と磁気ローラー２２との対向位置よりも上流側に位置付けられている。穂切りブレード２５の先端部と磁気ローラー２２表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

現像ローラー２３は、非磁性の現像スリーブ２３ａと、現像スリーブ２３ａ内に固定された現像ローラー側磁極２３ｂで構成されている。現像ローラー側磁極２３ｂは、固定マグネット体２２ｂの対向する磁極（主極）３５と異極性である。

現像ローラー２３および磁気ローラー２２には、電圧制御回路４１（図３参照）を介して現像電圧電源４３が接続されている。具体的には、現像ローラー２３には直流電源と交流電源から成る第１電源４３ａが接続されており、磁気ローラー２２には、直流電源と交流電源から成る第２電源４３ｂが接続されている。これにより、現像ローラー２３には、直流電圧に交流電圧が重畳された現像電圧が印加され、磁気ローラー２２には、直流電圧に交流電圧が重畳された供給電圧が印加される。

前述のように、第１攪拌スクリュー２１ａおよび第２攪拌スクリュー２１ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器２０内を循環してトナーを帯電させ、第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が磁気ローラー２２に搬送される。穂切りブレード２５には固定マグネット体２２ｂの規制極３６が対向するため、穂切りブレード２５として非磁性体或いは規制極３６と異なる極性の磁性体を用いることにより、穂切りブレード２５の先端と回転スリーブ２２ａとの隙間に引き合う方向の磁界が発生する。

この磁界により、穂切りブレード２５と回転スリーブ２２ａとの間に磁気ブラシが形成される。そして、磁気ローラー２２上の磁気ブラシは穂切りブレード２５によって層厚規制された後、現像ローラー２３に対向する位置に移動する。磁気ブラシには固定マグネット体２２ｂの主極３５および現像ローラー側磁極２３ｂにより引き合う磁界が付与されるため、磁気ブラシは現像ローラー２３表面に接触する。そして、磁気ローラー２２に印加される直流電圧と現像ローラー２３に印加される直流電圧との電位差ΔＶ、および磁界によって現像ローラー２３上に磁気ブラシ中のトナーが移動してトナー薄層を形成する。

現像ローラー２３上のトナー層厚は現像剤の抵抗や磁気ローラー２２と現像ローラー２３との回転速度差等によっても変化するが、ΔＶによって制御することができる。ΔＶを大きくすると現像ローラー２３上のトナー層は厚くなり、ΔＶを小さくすると薄くなる。現像時におけるΔＶの範囲は一般的に１００Ｖ〜３５０Ｖ程度が適切である。

さらに、磁気ローラー２２と現像ローラー２３との間には電流検知装置４７が接続されている。電流検知装置４７は、現像電圧電源４３から磁気ローラー２２および現像ローラー２３へ現像電圧および供給電圧を印加したときに磁気ローラー２２と現像ローラー２３との間に流れる直流電流を検知する。電流検知装置４７により検知された電流値は制御部９０へ送信され、演算部９７（図３参照）で演算処理を行うことにより数値化される。

図３は、第１実施形態のカラープリンター１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、カラープリンター１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、カラープリンター１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

画像入力部４０は、カラープリンター１００にパーソナルコンピューター等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部４０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

電圧制御回路４１は、帯電電圧電源４２、現像電圧電源４３、および転写電圧電源４４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させる。電圧制御回路４１からの制御信号によって、帯電電圧電源４２は帯電装置２ａ〜２ｄ内の帯電ローラーに、現像電圧電源４３は現像装置３ａ〜３ｄ内の磁気ローラー２２および現像ローラー２３に、転写電圧電源４４は一次転写ローラー６ａ〜６ｄおよび二次転写ローラー９に、それぞれ所定の電圧を印加する。

操作部５０には、液晶表示部５１、各種の状態を示すＬＥＤ５２が設けられており、カラープリンター１００の状態を示したり、画像形成状況や印字部数を表示したりするようになっている。カラープリンター１００の各種設定はパーソナルコンピューターのプリンタードライバーから行われる。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き可能な記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンター９５、カラープリンター１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６、制御に必要な数値の演算処理を行う演算部９７を少なくとも備えている。

ＲＯＭ９２には、カラープリンター１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、カラープリンター１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、カラープリンター１００の制御途中で発生した必要なデータや、カラープリンター１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。一時記憶部９４は、パーソナルコンピューター等から送信される画像データを受信する画像入力部（図示せず）より入力され、デジタル信号に変換された画像信号を一時的に記憶する。カウンター９５は、印字枚数を累積してカウントする。

また、制御部９０は、カラープリンター１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、露光装置４、定着部７、中間転写ベルト８、二次転写ローラー９、画像濃度センサー４５、電圧制御回路４１、操作部５０等が挙げられる。

本実施形態のカラープリンター１００では、連続印字中の紙間（記録媒体間）において現像ローラー２３上のトナー層の剥ぎ取りとトナー層の再形成を行うことにより、履歴現象の発生を抑制する。このとき、トナーの帯電量に応じて剥ぎ取り量をコントロールし、副作用となる画像濃度ムラを抑制する必要がある。

そこで、本実施形態では画像濃度キャリブレーション（以下、キャリブレーションと略す）により決定される画像形成時の磁気ローラー２２−現像ローラー２３間（以下、ＭＳ間という）の電位差（以下、第１の電位差という）に基づいて連続印字中の紙間（非画像形成時）におけるＭＳ間の電位差（以下、第２の電位差という）を決定する。具体的には、画像濃度キャリブレーションによって決定された第１の電位差に係数（乗算値）を乗じて第２の電位差を設定する。そして、第１の電位差に設定したときにＭＳ間に流れる電流値に基づいて乗算値を変化させることにより、トナー帯電量に応じた適切な第２の電位差を設定することができる。

図４は、第１実施形態のカラープリンター１００におけるキャリブレーション、および第２の電位差の設定制御例を示すフローチャートである。図１〜図３、および後述する図５、図６を参照しながら、図４のステップに沿って第２の電位差の設定手順について詳細に説明する。

キャリブレーションが開始されると（ステップＳ１）、前述した画像形成工程により感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にパッチ画像形成用のトナー像が形成される。感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像は一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより中間転写ベルト８上の所定位置に転写され、マゼンタ、シアン、イエローおよびブラックの各色の濃度補正用のパッチ画像（基準画像）が形成される（ステップＳ２）。

図５は、第１実施形態のカラープリンター１００のキャリブレーションにおいて形成されるパッチ画像の例を示す図である。図５に示すように、中間転写ベルト８上の進行方向（矢印Ｘ方向）と直交する幅方向の両端に沿ってシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）およびブラック（Ｋ）の各色の矩形の濃度補正用のパッチ画像が一列に形成される。感光体ドラム１ａ〜１ｄにより形成されるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）およびブラック（Ｋ）のパッチ画像は、最も濃色の画像（Ｃ１〜Ｋ１）から、最も淡色の画像（Ｃ４〜Ｋ４）まで４段階の濃度のパッチ画像Ｃ１〜Ｃ４、Ｍ１〜Ｍ４、Ｙ１〜Ｙ４、Ｋ１〜Ｋ４が進行方向下流側から順に形成される。

４段階の濃度のパッチ画像は、それぞれ異なる現像条件（現像電圧）で形成される。ここで、最も濃色のパッチ画像（Ｃ１〜Ｋ１）から最も淡色の画像（Ｃ４〜Ｋ４）まで４段階のパッチ画像を形成するときの現像条件を、それぞれ現像条件（１）〜（４）とする。

画像濃度センサー４５は、測定対象物であるパッチ画像までの距離を厳密に規定しておく必要があるため、中間転写ベルト８の表面までの距離変動の少ない、駆動ローラー１１（図１参照）に対向する位置に配置されており、中間転写ベルト８上のパッチ画像形成位置に合わせて中間転写ベルト８の幅方向（図５の左右方向）に位置決めされている。

図４に戻って、パッチ画像の形成と並行して、電流検知装置４７により各現像条件（１）〜（４）でパッチ画像を形成したときに磁気ローラー２２と現像ローラー２３との間に流れる電流値を検知する（ステップＳ３）。

次に、画像濃度センサー４５により各パッチ画像の濃度を検知する（ステップＳ４）。画像濃度センサー４５の出力値は制御部９０に送信され、ＲＯＭ９２（またはＲＡＭ９３）に記憶された、出力値とトナー付着量（画像濃度）との関係に基づいて各パッチ画像の濃度を算出する。そして、算出された各パッチ画像の濃度に基づいて各現像装置３ａ〜３ｄにおける第１の電位差を決定する（ステップＳ５）。

図６は、第１実施形態のカラープリンター１００のキャリブレーションにおいて各現像条件（１）〜（４）でパッチ画像を形成したときのＭＳ間の電位差と画像濃度との関係を示すグラフである。図６に示すように、各現像条件（１）〜（４）における電位差ΔＶと画像濃度ＩＤとは比例関係にあり、電位差ΔＶが大きくなるほど画像濃度ＩＤも大きくなる。そこで、画像形成時の目標濃度ＩＤ１となるような電位差ΔＶを比例計算により算出し、第１の電位差Ａとする。

次に、第１の電位差Ａに設定したときにＭＳ間に流れる電流値Ｂを算出する（ステップＳ６）。具体的には、ステップＳ３において検知された各現像条件（１）〜（４）での電流値から第１の電位差Ａにおける電流値Ｂを比例計算により算出する。

次に、電流値Ｂに対する第１の電位差Ａの比（Ａ／Ｂ）に基づいて乗算値ｋを決定する（ステップＳ７）。Ａ／Ｂの値に応じて乗算値ｋを設定し、第２の電位差Ｃを変化させたときの画像濃度ムラとの対応関係を表１に示す。

表１から、Ａ／Ｂの値、即ち磁気ローラーと現像ローラー２３とを含む系の抵抗が大きいとき、乗算値ｋを高めに設定することで直後の画像濃度ムラを抑制できることがわかる。これは、磁気ローラー２２と現像ローラー２３とを含む系の抵抗によって流れる電流が変化するためである。

例えば、Ａ／Ｂが大きい場合はＭＳ間のギャップが大きい、或いはキャリア抵抗が大きいことが考えられる。この場合、第２の電位差Ｃを同一にするとＡ／Ｂが小さい場合に比べてトナー剥ぎ取り量が少なくなるため、現像ローラー２３上のトナー薄層の層厚は目標値に比べて厚くなる。そこで、乗算値ｋを大きくして第２の電位差Ｃを大きくすることで現像ローラー２３上のトナー薄層の層厚を目標値とする。

一方、Ａ／Ｂが小さい場合は、第２の電位差Ｃを同一にするとＡ／Ｂが大きい場合に比べてトナー剥ぎ取り量が多くなるため、現像ローラー２３上のトナー薄層の層厚は目標値に比べて薄くなる。そこで、乗算値ｋを小さくして第２の電位差Ｃを小さくすることで現像ローラー２３上のトナー薄層の層厚を目標値とする。表１の結果より、乗算値ｋをデフォルトで表２のように設定する。

そして、ステップＳ５で決定された第１の電位差Ａに、ステップＳ７で設定された乗算値ｋを乗じて各現像装置３ａ〜３ｄの第２の電位差Ｃを決定する（ステップＳ８）。例えば、第１の電位差Ａが３００［Ｖ］、電流値Ｂが１０［μＡ］の場合、Ａ／Ｂ＝３００／１０＝３０であるから、表２より乗算値ｋは０．８となる。そこで、第２の電位差Ｃを３００×０．８＝２４０［Ｖ］に設定する。

本実施形態によれば、ＭＳ間ギャップやキャリア抵抗、トナー帯電量等に応じて連続印字中の紙間でのトナー剥ぎ取り量を制御できるため、キャリア現像等が生じない適正電圧領域で、且つ、直後の画像における画像濃度ムラを効果的に抑制することができる。また、紙間でのトナー薄層の層厚を、予測制御ではなく一定のフィードバック系で制御できるため、環境条件の変化や直前の印字内容等に関係なくキャリア現像および画像濃度ムラを抑制することができる。

また、キャリブレーションの実行時に第２の電位差を並行して設定できるため、紙間でのトナー薄層の剥ぎ取り量を設定するためにパッチ画像の形成や濃度の検知を別途行う必要がなく、画像形成効率も向上する。

図７は、本発明の第２実施形態に係るカラープリンター１００におけるキャリブレーション、および第２の電位差の設定制御例を示すフローチャートである。図１〜図３、および後述する図８、図９を参照しながら、図７のステップに沿って第２の電位差の設定手順について詳細に説明する。なお、本実施形態のカラープリンター１００は、電流検知装置４７が設けられていない以外は第１実施形態と同様の構成である。

キャリブレーションが開始されると（ステップＳ１）、前述した画像形成工程により感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にパッチ画像形成用のトナー像が形成される。感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像は一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより中間転写ベルト８上の所定位置に転写され、マゼンタ、シアン、イエローおよびブラックの各色の濃度補正用のパッチ画像（第１基準画像）が形成される（ステップＳ２）。また、同様にして第２の電位差を設定するためのパッチ画像（第２基準画像）が形成される（ステップＳ３）。

図８は、第２実施形態のカラープリンター１００におけるキャリブレーションにおいて形成されるパッチ画像の例を示す図である。本実施形態では、感光体ドラム１ａ〜１ｄにより形成されるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）およびブラック（Ｋ）のパッチ画像は、第１実施形態と同様にＣ１〜Ｋ１からＣ４〜Ｋ４までの４段階の濃度のパッチ画像（第１基準画像）と、Ｃ４〜Ｋ４よりもさらに低濃度のパッチ画像Ｃ５〜Ｃ５（第２基準画像）の、合わせて５段階のパッチ画像が進行方向下流側から順に形成される。

５段階の濃度のパッチ画像は、それぞれ異なる現像条件（現像電圧）で形成される。ここで、最も濃色のパッチ画像（Ｃ１〜Ｋ１）から最も淡色の画像（Ｃ５〜Ｋ５）まで５段階のパッチ画像を形成するときの現像条件を、それぞれ現像条件（１）〜（５）とする。

次に、画像濃度センサー４５により各パッチ画像の濃度を検知する（ステップＳ４）。画像濃度センサー４５の出力値は制御部９０に送信され、ＲＯＭ９２（またはＲＡＭ９３）に記憶された出力値とトナー付着量（画像濃度）との関係に基づいて各パッチ画像の濃度を算出する。そして、算出された第１基準画像の濃度に基づいて各現像装置３ａ〜３ｄにおける第１の電位差Ａを決定する（ステップＳ５）。また、第２基準画像の濃度に基づいて各現像装置３ａ〜３ｄの第２の電位差Ｃを決定する（ステップＳ６）。

図９は、各現像条件（１）〜（５）でパッチ画像を形成したときの磁気ローラー２２−現像ローラー２３間の電位差と画像濃度との関係を示すグラフである。図９に示すように、各現像条件（１）〜（５）における電位差ΔＶと画像濃度ＩＤとは比例関係にあり、電位差ΔＶが大きくなるほど画像濃度ＩＤも大きくなる。そこで、画像形成時の目標濃度ＩＤ１となるような電位差ΔＶを比例計算により算出し、第１の電位差Ａとする。また、連続印字中の紙間における目標濃度ＩＤ２（目標トナー層厚）となるような電位差ΔＶを比例計算により算出し、第２の電位差Ｃとする。

本実施形態によれば、濃度補正用のパッチ画像（第１基準画像）Ｃ１〜Ｋ１、Ｃ２〜Ｋ２、Ｃ３〜Ｋ３、Ｃ４〜Ｋ４に追加して、濃度補正用パッチ画像よりも低い電位差ΔＶで第２の電位差を設定するためのパッチ画像（第２基準画像）Ｃ５〜Ｋ５を形成する。そして、画像濃度センサー４５により各パッチ画像を読み取り、比例計算により連続印字中の紙間の目標濃度ＩＤ２を得るための電位差ΔＶを演算し、画像形成時の第１の電位差Ａの設定と同様に紙間での第２の電位差Ｃの設定も同時に行う。

これにより、連続印字中の紙間でのトナー層厚がフィードバック制御により安定するため、第１実施形態と同様に、環境条件の変化や直前の印字内容等に関係なくキャリア現像および画像濃度ムラを抑制することができる。また、キャリブレーションの実行時に第２の電位差を並行して設定できるため、画像形成効率も向上する。

また、紙間でのトナー層をカラープリンター１００の使用環境に関係なくフィードバックで適正に形成することが可能となる。紙間でのトナー層厚の設定を定期的に行う際に、第２の電位差Ｃを設定するための画像間のトナー層厚の目標値（目標濃度ＩＤ２）を設けておけば、画像間のトナー層厚が目標値（目標トナー層厚）となるように第２の電位差Ｃを設定することで、予測制御を行うことなく一定レベルの品質を担保した状態で制御を行うことが可能になる。

なお、上記実施形態では第２の電位差Ｃを設定するためのパッチ画像（第２基準画像）として１段階の濃度のパッチ画像Ｃ５〜Ｋ５を形成したが、濃度補正用のパッチ画像（第１基準画像）と同様に２段階以上の濃度のパッチ画像を形成してもよい。

その他本発明は、上記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記各実施形態では、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に現像されたトナー像を中間転写ベルト８上に一次転写してパッチ画像を形成し、画像濃度センサー４５を用いてパッチ画像の濃度を検知したが、各感光体ドラム１ａ〜１ｄの外周面に対向して画像濃度センサー４５を配置し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像（パッチ画像）の濃度を直接検知するようにしてもよい。

また、本発明は図１に示したようなカラープリンターに限らず、モノクロプリンター、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ複写機、カラー複写機、ファクシミリ等、トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤を用い、トナー担持体上にトナーのみを担持させて感光体上の静電潜像を現像する現像装置を備えた種々の画像形成装置に適用可能である。

本発明は、トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤を用い、トナー担持体上にトナーのみを担持させて感光体上の静電潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、トナー担持体上に形成されるトナー層の層厚を常に一定に維持可能な画像形成装置を提供することができる。

Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ 帯電装置
３ａ〜３ｄ 現像装置
４ 露光装置
２０ 現像容器
２２ 磁気ローラー（現像剤担持体）
２３ 現像ローラー（トナー担持体）
４３ 現像電圧電源
４５ 画像濃度センサー
４７ 電流検知装置
９０ 制御部
９７ 演算部
１００ カラープリンター（画像形成装置）
Ｓ 転写紙（記録媒体）

Claims (4)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、
   キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器内に回転可能に支持され、前記像担持体との対向領域において前記像担持体にトナーを供給するトナー担持体と、前記現像容器に回転可能に支持され、前記二成分現像剤を表面に担持するとともに前記トナー担持体との対向領域において前記トナー担持体にトナーを供給する現像剤担持体と、を有する現像装置と、
   を含む画像形成部と、
   前記トナー担持体および前記現像剤担持体に現像電圧を印加する現像電圧電源と、
   前記画像形成部により形成された画像の濃度を検知する画像濃度センサーと、
   前記画像形成部および前記現像電圧電源を制御する制御部と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記制御部は、前記画像形成部により複数段階の濃度の基準画像を形成し、前記画像濃度センサーにより前記各基準画像の濃度を検知することにより、画像濃度が目標濃度となるように画像形成時の前記トナー担持体と前記現像剤担持体との電位差である第１の電位差を決定する画像濃度キャリブレーションを実行可能であり、
   前記画像濃度キャリブレーションの実行時に、連続印字中の記録媒体間における前記トナー担持体上のトナー薄層の層厚が目標値となるように前記記録媒体間における前記トナー担持体と前記現像剤担持体との電位差である第２の電位差を決定することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー担持体と前記現像剤担持体との間に流れる電流を検知する電流検知装置を備え、
   前記制御部は、前記各基準画像の形成時に前記電流検知装置により検知された電流に基づいて前記第１の電位差が設定されたときに流れる電流値を算出し、
   前記第１の電位差と前記電流値とに基づいて前記第２の電位差を決定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. 前記制御部は、前記第１の電位差に所定の乗算値を乗じて前記第２の電位差を決定するとともに、前記電流値に対する前記第１の電位差の比が大きくなるほど前記乗算値を大きくすることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記画像濃度キャリブレーションの実行時に、前記第１の電位差を決定するための第１基準画像と、前記第１基準画像よりも低い前記現像電圧を印加して形成される前記第２の電位差を決定するための第２基準画像と、を含む前記基準画像を形成し、
   前記画像濃度センサーにより検知された前記各基準画像の濃度と、前記トナー担持体と前記現像剤担持体との電位差と、の関係に基づいて、前記第１の電位差および前記第２の電位差を算出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。