JP2022069074A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面電位センサー等の高価なセンサーを用いることなく、像担持体の表面電位を高精度に得る。【解決手段】画像形成装置１は、感光体ドラム６５に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置６４と、感光体ドラム６５を帯電させる帯電装置６３と、現像装置６４に所定の現像バイアス電圧を印加する現像電源６４８と、現像装置６４を流れる現像電流に基づいて、感光体ドラム６５の表面電位を算出する算出部６４７とを備える。現像電源６４８は、現像装置６４に複数段階の現像バイアス電圧を印加する。電流測定部６４６は、現像バイアス電圧ごとに、対応する現像電流を測定する。算出部６４７は、各現像電流に基づいて、表面電位を算出する。現像電源６４８は、複数段階のそれぞれの現像バイアス電圧の印加前に、クリーニングバイアス電圧ＶＣを現像装置６４に印加する。【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

複写機やプリンター等の電子写真方式の画像形成装置では、均一に帯電された感光体ドラム（像担持体）の表面を露光することで形成された静電潜像にトナーを付着させ、トナー像として現像する画像形成プロセスが広く利用されている。高品質な画像を得るためには、感光体ドラムの表面電位に対し、適正な電位差を設けた現像バイアスによって現像を行うことが求められる。

このため、画像形成を行うときの、実際の感光体ドラムの表面電位を検出する必要があり、従来、表面電位センサーを用いて感光体ドラムの表面電位を検出していた。

しかしながら、表面電位センサーは、高価であり、さらに飛散したトナー等が付着すると、正しく測定することができなくなるといった課題があった。そこで、表面電位センサー等の高価なセンサーを用いることなく、感光体ドラムの表面電位を得る技術が提案され、その一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１の電子写真装置は、感光体上にパルス状の静電電位パターンを形成し、現像ローラーにバイアスを印加し、静電電位パターンを現像する際に感光体から現像ローラーに流れ込む電流を測定して感光体上の表面電位を得る。具体的には、パルス状の静電電位パターンの切り替わるポイントで電流をモニターすることで、感光体の表面電位を推定する。これにより、表面電位センサーを用いることなく、感光体上の表面電位を得ることができる。

特開２００３－２９５５４０号公報

特許文献１で開示された電子写真装置でモニターする電流は、感光体や帯電部材等の経年変化等の影響を受け易く、不安定であって、誤差を含み易いことが課題であった。これにより、感光体上の表面電位の精度が低下することが懸念された。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は表面電位センサー等の高価なセンサーを用いることなく、像担持体の表面電位を高精度に得ることが可能な画像形成装置を提供することにある。

本発明に係る画像形成装置は、像担持体と、帯電装置と、現像装置と、電流測定部と、算出部とを備える。前記像担持体には、表面に静電潜像が形成される。前記帯電装置は、前記像担持体を帯電させる。前記現像装置は、前記像担持体にトナーを供給し、前記像担持体に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する。前記現像電源は、前記現像装置に所定の現像バイアス電圧を印加する。前記電流測定部は、前記現像装置を流れる現像電流を測定する。前記算出部は、前記電流測定部によって測定された前記現像電流に基づいて、前記像担持体の表面電位を算出する。前記現像電源は、前記現像装置に複数段階の前記現像バイアス電圧を印加する。前記電流測定部は、前記現像バイアス電圧ごとに、対応する前記現像電流を測定する。前記算出部は、各前記現像電流に基づいて、前記表面電位を算出する。前記現像電源は、前記複数段階のそれぞれの前記現像バイアス電圧の印加前に、クリーニングバイアス電圧を前記現像装置に印加する。

本発明によれば、表面電位センサー等の高価なセンサーを用いることなく、像担持体の表面電位を高精度に得ることが可能となる。

画像形成装置１の構成の一例を示す図である。 現像装置６４の構成の一例を示す図である。 電流測定部６４６によって測定される現像電流を示す図である。 電流測定部６４６によって測定される現像電流を示す図である。 現像電流と現像バイアス電圧との対応関係を示すグラフである。 現像バイアス電圧と印加時間の対応関係を示すグラフである。 本実施形態に係る表面電位算出プロセスを示すフローチャートである。 本実施例に係る画像形成装置１において、４段階の現像バイアス電圧を現像ローラー６４１にそれぞれ１秒間印加した場合に測定された現像電流を示す表である。 図７に示す現像バイアス電圧と現像電流との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

図１を参照して、本発明の実施形態に係る画像形成装置１の構成について説明する。図１は、画像形成装置１の構成の一例を示す図である。画像形成装置１は、例えば、タンデム方式のカラープリンターである。

図１に示すように、画像形成装置１は、操作部２、給紙部３、搬送部４、トナー補給部５、画像形成部６、転写部７、定着部８、排出部９、及び制御部１０を備える。

操作部２は、ユーザーからの指示を受け付ける。操作部２は、ユーザーからの指示を受け付けると、ユーザーからの指示を示す信号を制御部１０へ送信する。操作部２は、液晶ディスプレー２１及び複数の操作キー２２を含む。液晶ディスプレー２１は、例えば、各種処理結果を表示する。操作キー２２は、例えば、テンキー、及びスタートキーを含む。操作部２は、画像形成処理の実行を示す指示が入力されると、画像形成処理の実行を示す信号を制御部１０へ送信する。この結果、画像形成装置１による画像形成動作が開始される。

給紙部３は、給紙カセット３１、及び給紙ローラー群３２を有する。給紙カセット３１は、複数枚の用紙Ｐを収容可能である。給紙ローラー群３２は、給紙カセット３１に収容された用紙Ｐを１枚ずつ搬送部４へ給紙する。用紙Ｐは記録媒体の一例である。

搬送部４は、ローラー及びガイド部材を備える。搬送部４は、給紙部３から排出部９まで延在する。搬送部４は、画像形成部６及び定着部８を経由するように、給紙部３から排出部９まで用紙Ｐを搬送する。

トナー補給部５は、画像形成部６にトナーを補給する。トナー補給部５は、第１装着部５１Ｙ、第２装着部５１Ｃ、第３装着部５１Ｍ、及び第４装着部５１Ｋを備える。トナー補給部５は現像剤補給部の一例である。トナーは現像剤の一例である。

第１装着部５１Ｙには第１トナーコンテナ５２Ｙが、装着される。同様に、第２装着部５１Ｃには第２トナーコンテナ５２Ｃが、第３装着部５１Ｍには第３トナーコンテナ５２Ｍが、第４装着部５１Ｋには第４トナーコンテナ５２Ｋが装着される。なお、第１装着部５１Ｙ～第４装着部５１Ｋの構成は、装着されるトナーコンテナの種類が異なるのみで他の構成は同様である。このため、第１装着部５１Ｙ～第４装着部５１Ｋを総称して、「装着部５１」と記載する場合がある。

第１トナーコンテナ５２Ｙ、第２トナーコンテナ５２Ｃ、第３トナーコンテナ５２Ｍ、及び第４トナーコンテナ５２Ｋには、トナーがそれぞれ収容される。本実施形態において、第１トナーコンテナ５２Ｙには、イエロートナーが収容される。第２トナーコンテナ５２Ｃには、シアントナーが収容される。第３トナーコンテナ５２Ｍには、マゼンタトナーが収容される。第４トナーコンテナ５２Ｋには、ブラックトナーが収容される。

画像形成部６は、露光装置６１、第１画像形成ユニット６２Ｙ、第２画像形成ユニット６２Ｃ、第３画像形成ユニット６２Ｍ、及び第４画像形成ユニット６２Ｋを備える。

第１画像形成ユニット６２Ｙ～第４画像形成ユニット６２Ｋの各々は、帯電装置６３、現像装置６４、及び感光体ドラム６５を有する。感光体ドラム６５は、像担持体の一例である。

帯電装置６３、及び現像装置６４は、感光体ドラム６５の周面に沿って配置される。本実施形態において、感光体ドラム６５は、図１の矢印Ｒ１で示す方向（時計回り）に回転する。

帯電装置６３は、感光体ドラム６５を放電によって所定の極性に均一に帯電させる。本実施形態において、帯電装置６３は、感光体ドラム６５を正の極性に帯電させる。露光装置６１は、帯電した感光体ドラム６５にレーザー光を照射する。これにより、感光体ドラム６５の表面に静電潜像が形成される。

現像装置６４は、感光体ドラム６５の表面に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する。現像装置６４は、トナー補給部５からトナーが補給される。現像装置６４は、トナー補給部５から補給されたトナーを感光体ドラム６５の表面に供給する。この結果、感光体ドラム６５の表面にトナー像が形成される。

本実施形態において、第１画像形成ユニット６２Ｙが有する現像装置６４は、第１装着部５１Ｙと接続する。したがって、第１画像形成ユニット６２Ｙが有する現像装置６４には、イエロートナーが補給される。よって、第１画像形成ユニット６２Ｙが有する感光体ドラム６５の表面には、イエロートナー像が形成される。

第２画像形成ユニット６２Ｃが有する現像装置６４は、第２装着部５１Ｃと接続する。したがって、第２画像形成ユニット６２Ｃが有する現像装置６４には、シアントナーが補給される。よって、第２画像形成ユニット６２Ｃが有する感光体ドラム６５の表面には、シアントナー像が形成される。

第３画像形成ユニット６２Ｍが有する現像装置６４は、第３装着部５１Ｍと接続する。したがって、第３画像形成ユニット６２Ｍが有する現像装置６４には、マゼンタトナーが補給される。よって、第３画像形成ユニット６２Ｍが有する感光体ドラム６５の表面には、マゼンタトナー像が形成される。

第４画像形成ユニット６２Ｋが有する現像装置６４は、第４装着部５１Ｋと接続する。したがって、第４画像形成ユニット６２Ｋが有する現像装置６４には、ブラックトナーが補給される。よって、第４画像形成ユニット６２Ｋが有する感光体ドラム６５の表面には、ブラックトナー像が形成される。

転写部７は、第１画像形成ユニット６２Ｙ～第４画像形成ユニット６２Ｋが有する各感光体ドラム６５の表面に形成された各トナー像を用紙Ｐに重ねて転写する。本実施形態において、転写部７は、二次転写方式によって各トナー像を用紙Ｐに重ねて転写する。詳しくは、転写部７は、４つの一次転写ローラー７１、中間転写ベルト７２、駆動ローラー７３、従動ローラー７４、二次転写ローラー７５、及び濃度センサー７６を有する。

中間転写ベルト７２は、４つの一次転写ローラー７１、駆動ローラー７３、及び、従動ローラー７４に張架された無端ベルトである。中間転写ベルト７２は、駆動ローラー７３の回転に応じて駆動する。図１において、中間転写ベルト７２は、反時計回りに周回する。従動ローラー７４は、中間転写ベルト７２の駆動に応じて回転駆動する。

第１画像形成ユニット６２Ｙ～第４画像形成ユニット６２Ｋは、中間転写ベルト７２の下面の駆動方向Ｄに沿って、中間転写ベルト７２の下面と対向して配置される。本実施形態において、第１画像形成ユニット６２Ｙ～第４画像形成ユニット６２Ｋは、中間転写ベルト７２の下面の駆動方向Ｄの上流側から下流側に向けて第１画像形成ユニット６２Ｙ～第４画像形成ユニット６２Ｋの順で配置される。

各一次転写ローラー７１は、中間転写ベルト７２を介して各感光体ドラム６５に対向して配置され、各感光体ドラム６５に向けて押圧されている。このため、各感光体ドラム６５の表面に形成されたトナー像が中間転写ベルト７２に順次転写される。本実施形態において、中間転写ベルト７２には、イエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像、及びブラックトナー像がこの順で重ねて転写される。以下、イエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像、及びブラックトナー像が重ねられたトナー像を「積層トナー像」と記載する場合がある。

二次転写ローラー７５は、中間転写ベルト７２を介して駆動ローラー７３に対向して配置される。二次転写ローラー７５は、駆動ローラー７３に向けて押圧されている。これにより、二次転写ローラー７５と駆動ローラー７３との間に転写ニップが形成される。用紙Ｐが転写ニップを通過すると、中間転写ベルト７２上の積層トナー像が用紙Ｐに転写される。本実施形態において、イエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像、及びブラックトナー像がこの順で、上層から下層となるように用紙Ｐに転写される。積層トナー像が転写された用紙Ｐは、搬送部４によって定着部８へ向けて搬送される。

濃度センサー７６は、第１画像形成ユニット６２Ｙ～第４画像形成ユニット６２Ｋよりも下流側において中間転写ベルト７２に対向して配置されており、感光体ドラム６５上に形成された積層トナー像の濃度を測定する。なお、濃度センサー７６は、中間転写ベルト７２上の積層トナー像の濃度を測定するものでもよく、また、用紙Ｐ上に定着されたトナー像の濃度を測定するものでもよい。

定着部８は、加熱部材８１、及び加圧部材８２を備える。加熱部材８１、及び加圧部材８２は互いに対向して配置され、定着ニップを形成する。画像形成部６から搬送された用紙Ｐは、定着ニップを通過することにより所定の定着温度で加熱されながら、加圧される。この結果、積層トナー像が用紙Ｐに定着する。用紙Ｐは、搬送部４によって定着部８から排出部９へ向けて搬送される。

排出部９は、排出ローラー対９１及び排出トレイ９３を有する。排出ローラー対９１は、排出口９２を介して排出トレイ９３へ用紙Ｐを搬送する。排出口９２は、画像形成装置１の上部に形成される。

制御部１０は、画像形成装置１が備える各部の動作を制御する。制御部１０は、プロセッサー１１と、記憶部１２とを備える。プロセッサー１１は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を備える。記憶部１２は、半導体メモリーのようなメモリーを備え、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）を備えてもよい。記憶部１２は、制御プログラムを記憶している。プロセッサー１１は、制御プログラムを実行することによって、画像形成装置１の動作を制御する。

次に、図２を参照して、現像装置６４の構成について詳細に説明する。図２は、現像装置６４の構成の一例を示す図である。詳しくは、図２は、第１画像形成ユニット６２Ｙが有する第１現像装置６４Ｙを示す。なお、図２では、理解を容易にするために感光体ドラム６５を２点鎖線で図示している。本実施形態において、第１現像装置６４Ｙは、２成分現像方式によって感光体ドラム６５の表面に形成された静電潜像を現像する。図１を参照して既に説明したように、第１現像装置６４Ｙの現像容器６４０は、第１トナーコンテナ５２Ｙに接続する。したがって、第１現像装置６４Ｙの現像容器６４０には、イエロートナーがトナー補給口６４０ｈを介して補給される。

図２に示すように、第１現像装置６４Ｙは、現像容器６４０の内部に現像ローラー６４１、第１攪拌スクリュー６４３、第２攪拌スクリュー６４４、及びブレード６４５を有する。詳しくは、現像ローラー６４１は、第２攪拌スクリュー６４４と対向して配置される。ブレード６４５は、現像ローラー６４１と対向して配置される。

現像容器６４０は、仕切り壁６４０ｃによって第１攪拌室６４０ａと第２攪拌室６４０ｂとに区画される。仕切り壁６４０ｃは、現像ローラー６４１の軸方向に延びる。第１攪拌室６４０ａと第２攪拌室６４０ｂとは、仕切り壁６４０ｃの長手方向の両端の外方において連通している。

第１攪拌室６４０ａには、第１攪拌スクリュー６４３が配置される。第１攪拌室６４０ａには、磁性体キャリアが収容されている。第１攪拌室６４０ａには、非磁性体のトナーがトナー補給口６４０ｈを介して補給される。図２に示す例では、第１攪拌室６４０ａには、イエロートナーが補給される。

第２攪拌室６４０ｂには、第２攪拌スクリュー６４４が配置される。第２攪拌室６４０ｂには、磁性体のキャリアが収容されている。

イエロートナーは、第１攪拌スクリュー６４３及び第２攪拌スクリュー６４４によって攪拌されてキャリアと混合される。この結果、キャリア、及びイエロートナーからなる２成分現像剤が構成される。２成分現像剤は、現像剤の一例であるため、以下「現像剤」と省略して記載することがある。

第１攪拌スクリュー６４３及び第２攪拌スクリュー６４４は、第１攪拌室６４０ａと第２攪拌室６４０ｂとの間で現像剤を循環させて攪拌する。この結果、トナーが所定の極性に帯電する。本実施形態において、トナーは、正の極性に帯電する。

現像ローラー６４１は、非磁性の回転スリーブ６４１ａと、マグネット体６４１ｂとによって構成される。マグネット体６４１ｂは、回転スリーブ６４１ａの内部に固定して配置される。マグネット体６４１ｂは、複数の磁極を含む。現像剤は、マグネット体６４１ｂの磁力によって、現像ローラー６４１に吸着する。この結果、現像ローラー６４１の表面に磁気ブラシが形成される。

本実施形態において、現像ローラー６４１は、図２の矢印Ｒ２（反時計回り）で示す方向に回転する。現像ローラー６４１は、回転することによって磁気ブラシをブレード６４５と対向する位置まで搬送する。ブレード６４５は、現像ローラー６４１との間にギャップ（隙間）が形成されるように配置されている。したがって、磁気ブラシの厚さがブレード６４５によって規定される。ブレード６４５は、現像ローラー６４１と感光体ドラム６５とが対向する位置よりも磁気ローラー６４２の回転方向の上流側に配置される。

現像ローラー６４１には、所定の電圧が印加される。これにより、表面に形成された現像剤層が感光体ドラム６５と対向する位置まで搬送され、現像剤中のトナーが感光体ドラム６５に付着される。

具体的には、第１現像装置６４Ｙは、電流測定部６４６と、算出部６４７と、現像電源６４８とを更に備える。

電流測定部６４６は、例えば、現像電源６４８と現像ローラー６４１との間に接続される。現像電源６４８は、第１現像装置６４Ｙの現像ローラー６４１に所定の現像バイアス電圧を印加する。電流測定部６４６は、現像電源６４８によって印加された現像バイアス電圧に応じて、第１現像装置６４Ｙ及び感光体ドラム６５と現像ローラー６４１との間を流れる現像電流を検知する。電流測定部６４６は、例えば、電流計からなり、現像電流の電流値を測定する。

次に、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、第１現像装置６４Ｙを流れる現像電流について説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、電流測定部６４６によって測定される現像電流を示す図である。

例えば、電流測定部６４６は、第１現像装置６４Ｙが感光体ドラム６５の表面に形成された静電潜像を現像している間の現像電流の電流値を測定する。

本実施形態において、ユーザーによる画像形成処理の実行を示す指示が画像形成装置１に入力されると、制御部１０は、画像形成装置１が備える各部に画像形成動作を開始するよう画像形成部６を制御する。具体的には、制御部１０は、帯電装置６３、第１現像装置６４Ｙ、現像電源６４８及び露光装置６１を制御する。

帯電装置６３は、制御部１０による制御により、感光体ドラム６５の表面を所定の帯電電位（表面電位Ｖ０）に帯電させる。詳しくは、帯電装置６３が感光体ドラム６５に帯電バイアスを印加すると、感光体ドラム６５の表面が表面電位Ｖ０に帯電する。

現像電源６４８は、制御部１０による制御により、現像ローラー６４１に現像バイアス電圧を印加する。現像バイアス電圧は、直流成分及び交流成分を含む。図３Ａは、直流成分の大きさ（Ｖｄｃ１）が表面電位Ｖ０より小さい現像バイアス電圧が、現像ローラー６４１に印加された場合を示す。なお、現像バイアス電圧は、交流成分を含まなくてもよい。

露光装置６１は、制御部１０による制御により、帯電装置６３が表面電位Ｖ０に帯電させた感光体ドラム６５にレーザー光を照射する。これにより、感光体ドラム６５の表面に静電潜像が形成される。

第１現像装置６４Ｙは、感光体ドラム６５の表面に静電潜像が形成されると、制御部１０による制御により、感光体ドラム６５の表面に形成された静電潜像を現像する。

このとき、電流測定部６４６は、現像電流の電流値を測定する。図３Ａにおいて、現像電流Ｉｄ１は、現像ローラー６４１に形成された磁気ブラシ中のトナーが現像ローラー６４１へ移動するときに流れる電流と、現像ローラー６４１に形成された磁気ブラシを通して感光体ドラム６５から流れる電流Ｉａ１とを合わせた電流である。

一方、図３Ｂは、直流成分の大きさ（Ｖｄｃ２）が表面電位Ｖ０より大きい現像バイアス電圧が、現像ローラー６４１に印加された場合を示す。図３Ｂにおいて、現像電流Ｉｄ２は、トナーが感光体ドラム６５へ現像されるときに流れる電流Ｉａ２と、現像ローラー６４１に形成された磁気ブラシを通して感光体ドラム６５へ流れる電流とを合わせた電流である。

このように、電流測定部６４６によって計測される現像電流の向きは、現像バイアス電圧の直流成分が表面電位Ｖ０より大きい場合と、現像バイアス電圧の直流成分が表面電位Ｖ０より小さい場合とで逆になる。

また、現像バイアス電圧の直流成分が表面電位Ｖ０と等しい場合、現像電界強度がゼロとなり、現像電流の大きさはゼロを示す。このことから、現像電流の大きさがゼロとなる場合の現像バイアス電圧の直流成分を表面電位Ｖ０と予測することができる。

次に、図３及び図４を参照して、表面電位の算出について説明する。図４は、現像電流と現像バイアス電圧との対応関係を示すグラフである。図４は、縦軸に現像電流を示し、横軸に現像バイアス電圧を示す。

例えば、現像電源６４８は、現像バイアス電圧Ｖｄｃ１を現像ローラー６４１に印加する。このとき、電流測定部６４６は、現像電流Ｉｄ１の電流値を測定する。算出部６４７は、現像電源６４８が印加している現像バイアス電圧Ｖｄｃ１と、電流測定部６４６によって測定された現像電流Ｉｄ１の電流値とを取得する（図３Ａ）。

また、現像電源６４８は、現像バイアス電圧Ｖｄｃ２を現像ローラー６４１に印加する。このとき、電流測定部６４６は、現像電流Ｉｄ２の電流値を測定する。算出部６４７は、現像電源６４８が印加している現像バイアス電圧Ｖｄｃ２と、電流測定部６４６によって測定された現像電流Ｉｄ２の電流値とを取得する（図３Ｂ）。

算出部６４７は、取得した現像バイアス電圧Ｖｄｃ１及び現像電流Ｉｄ１と、現像バイアス電圧Ｖｄｃ２及び現像電流Ｉｄ２とに基づいて、現像電流が流れなくなる現像バイアス電圧を表面電位Ｖ０として算出する。

本実施形態において、第１画像形成ユニット６２Ｙ～第４画像形成ユニット６２Ｋの各々が有する現像装置６４の構成は、トナー補給部５から補給されるトナーの種類が異なるのみで、他の構成は略同様である。したがって、第２画像形成ユニット６２Ｃ～第４画像形成ユニット６２Ｋが有する第２現像装置６４Ｃ～第４現像装置６４Ｋの構成の説明については、説明を省略する。

例えば、制御部１０は、算出部６４７が算出した表面電位Ｖ０に基づいて、現像電源６４８が現像ローラー６４１に印加する現像バイアス電圧Ｖｄｃを決定する。

これにより、静電潜像の現像を行う際、適正な電位差を設けた現像バイアス電圧を現像ローラー６４１に印加することができ、より高品質な画像の形成が可能になる。

このような表面電位の算出は、例えば、画像形成処理の実行を示す指示がユーザーによって画像形成装置１に入力されてから、制御部１０が画像形成動作を開始するよう画像形成部６を制御する前に行われる。

例えば、ある表面電位の算出時において、複数段階の現像バイアス電圧が現像ローラー６４１に印加される合間に、現像ローラー６４１及び感光体ドラム６５間（現像ニップ）でトナー濃度等の状態が変化すると、測定される現像電流も状態変化の影響により変化するため、表面電位を正確に算出できないことがわかった。

具体的には、図３Ａのように、表面電位Ｖ０より小さい現像バイアス電圧Ｖｄｃ１が現像ローラー６４１に印加されると、現像ローラー６４１に付着するトナーが増加し、付着したトナーの帯電電位により、現像バイアス電圧が実際よりも大きく判定されてしまう。

一方、図３Ｂのように、表面電位Ｖ０より大きい現像バイアス電圧Ｖｄｃ２が現像ローラー６４１に印加されると、現像ローラー６４１から感光体ドラム６５へトナーが移動し、現像ニップにおけるトナー濃度が低下する。

本実施形態では、これを回避するため、それぞれの現像バイアス電圧が現像ローラー６４１に印加される前に、クリーニングバイアス電圧が現像ローラー６４１に印加される。クリーニングバイアス電圧の印加より、それぞれの現像バイアス電圧の印加前における現像ニップの状態を整えて、現像ニップの状態変化の影響を小さくできる。

次に、図３Ａ～図５を参照して、クリーニングバイアス電圧について説明する。図５は、現像バイアス電圧と印加時間の対応関係を示すグラフである。図５は、縦軸に現像バイアス電圧を示し、横軸に印加時間（期間）を示す。

図５では、説明を簡単にするために、現像バイアス電圧Ｖｄｃ１、Ｖｄｃ２を現像ローラー６４１に印加して表面電位を算出する場合を示す。本実施形態において、現像バイアス電圧Ｖｄｃ１、Ｖｄｃ２より多くの現像バイアス電圧を現像ローラー６４１に印加して表面電位を算出してもよい。この場合、それぞれの現像バイアス電圧の印加前にクリーニングバイアス電圧が印加される。

本実施形態において、表面電位を算出する際、現像電源６４８は、制御部１０の制御により、現像バイアス電圧Ｖｄｃ１の印加前に、クリーニングバイアス電圧ＶＣを現像ローラー６４１に印加する。

クリーニングバイアス電圧ＶＣは、例えば、複数段階の現像バイアス電圧のうち、最小値以上かつ最大値以下である。図５の例では、クリーニングバイアス電圧ＶＣは、現像バイアス電圧Ｖｄｃ１以上現像バイアス電圧Ｖｄｃ２以下である。

例えば、クリーニングバイアス電圧ＶＣは、制御部１０によって、直前の画像形成処理において印加された現像バイアス電圧、帯電装置６３による帯電バイアス及び濃度センサー７６の測定結果等に基づいて決定される。典型的には、クリーニングバイアス電圧ＶＣは、現像バイアス電圧Ｖｄｃ１と現像バイアス電圧Ｖｄｃ２との中間の値になるように決定される。

なお、クリーニングバイアス電圧ＶＣを印加する際のクリーニングバイアス電圧ＶＣの交流成分及び帯電バイアス等は、現像バイアス電圧Ｖｄｃ１、Ｖｄｃ２の印加時と異なってもよい。

また、クリーニングバイアス電圧ＶＣが印加される期間ＴＣは、現像ローラー６４１が１回転する期間より長い期間である。これにより、現像ローラー６４１の回転方向の位置の違いによる現像ニップの状態に差が生じないようにする。

期間ＴＣは、制御部１０によって、現像容器６４０内のトナー濃度及びトナー帯電量等に基づいて決定される。

具体的には、制御部１０は、現像容器６４０に設けられた図示しないセンサーによって検出された現像容器６４０内の現像剤のトナー濃度Ｃを取得する。また、制御部１０は、濃度センサー７６の測定結果及び電流測定部６４６によって測定された現像電流を取得し、濃度センサー７６の測定結果を変換したトナー現像量と、現像電流を時間積分して得られる現像電荷量との比をトナー帯電量Ｑとして算出する。

例えば、現像容器６４０内のトナー濃度が高いと、現像ニップをトナーが移動しやすくなり、現像バイアス電圧及び現像電流への影響が大きくなる。また、トナー帯電量が低いと現像ニップをトナーが移動しやすくなり、現像バイアス電圧及び現像電流への影響が大きくなる。

制御部１０は、例えば、以下の式（１）により、期間ＴＣを算出する。
ＴＣ［秒］＝０．１×Ｃ－０．０１×Ｑ＋１・・・（１）

なお、制御部１０は、クリーニングバイアス電圧ＶＣを式（１）により算出された期間ＴＣより長く印加してもよい。クリーニングバイアス電圧ＶＣの印加時間が長いほど、現像ローラー６４１に前回印加された現像バイアス電圧の影響を小さくすることができる。

現像ローラー６４１には、クリーニングバイアス電圧ＶＣが期間ＴＣ［秒］印加された後、現像バイアス電圧Ｖｄｃ１が期間Ｔ１［秒］印加される。期間Ｔ１［秒］は、例えば、電流測定部６４６が現像電流Ｉｄ１を測定するのに十分な時間である。

その後、現像ローラー６４１には、クリーニングバイアス電圧ＶＣが期間ＴＣ［秒］印加され、現像バイアス電圧Ｖｄｃ２が期間Ｔ２［秒］印加される。

算出部６４７は、現像バイアス電圧Ｖｄｃ１及び現像電流Ｉｄ１と、現像バイアス電圧Ｖｄｃ２及び現像電流Ｉｄ２とを取得して表面電位Ｖ０を算出する。

なお、期間ＴＣは、現像剤の移流拡散係数、現像バイアス電圧の交流成分の大きさ及び周波数等に基づいて決定されてもよい。例えば、現像剤の移流拡散係数が予め設定されていると、現像容器６４０に補給されるトナーの補給量及び補給タイミングに基づいて、補給されたトナーが現像ニップへ到達するまでの時間を把握することができるため、現像ニップのトナー濃度をより正確に把握できる。

また、現像バイアス電圧の交流成分が大きかったり高周波数であると、トナーが移動しやすくなり、現像ローラー６４１に付着するトナーが増加する。

このように、クリーニングバイアス電圧ＶＣを印加して、それぞれの現像バイアス電圧の印加前における現像ニップの状態を整えることで、感光体ドラム６５の表面電位を高精度に得ることが可能となる。

次に、図６を参照して、本実施形態に係る表面電位算出プロセスについて説明する。図６は、本実施形態に係る表面電位算出プロセスを示すフローチャートである。

まず、制御部１０は、ユーザーによる画像形成処理の実行を示す指示が画像形成装置１に入力されると（ステップＳ１１）、クリーニングバイアス電圧ＶＣを現像ローラー６４１に印加するよう現像電源６４８を制御する（ステップＳ１２）。

期間ＴＣ［秒］後、制御部１０は、所定の現像バイアス電圧を現像ローラー６４１に印加するよう現像電源６４８を制御する（ステップＳ１３）。電流測定部６４６は、現像電流を測定する（ステップＳ１４）。

制御部１０は、算出部６４７による表面電位の算出が可能であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。制御部１０は、算出部６４７による表面電位の算出が行われるのに十分な現像電流が測定されていない場合（ステップＳ１５でＮｏ）、クリーニングバイアス電圧ＶＣを現像ローラー６４１に印加した後（ステップＳ１２）、異なる現像バイアス電圧を現像ローラー６４１に印加するよう現像電源６４８を制御する（ステップＳ１３）。

一方、制御部１０は、算出部６４７による表面電位の算出が行われるのに十分な現像電流が測定された場合（ステップＳ１５でＹｅｓ）、表面電位の算出を行うよう算出部６４７を制御する（ステップＳ１６）。

制御部１０は、算出部６４７によって算出された表面電位に基づいて、画像形成処理時に現像ローラー６４１に印加するバイアス電圧を設定し（ステップＳ１７）、画像形成処理を実行する（ステップＳ１８）。

本実施形態において、表面電位の算出は、画像形成処理の実行の前に限らず、画像形成処理の実行後及び実行中に行われてもよい。また、例えば、ユーザーから入力された指示に従い、画像形成処理が実行されることなく表面電位の算出だけが行われてもよい。

次に、本発明が実施例に基づき具体的に説明されるが、本発明は以下の実施例によって限定されない。

本発明の実施例では、画像形成装置１として複合機を使用した。複合機は、ＴＡＳＫａｌｆａ２５５０Ｃｉ（京セラドキュメントソリューションズ株式会社）改造機であった。

複合機の実験条件は次の通りであった。
・感光体ドラム６５：アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）ドラム
・感光体ドラム６５の膜厚：２０μｍ
・帯電装置６３：帯電ローラーの芯金の外径 ６ｍｍ、ゴム肉厚３ｍｍ、ゴム抵抗６．０ＬｏｇΩ
・帯電バイアス：直流３５０Ｖ、交流１０００Ｖ、周波数３ｋＨｚ（現像バイアス電圧印加時及びクリーニングバイアス電圧印加時において共通）
・ブレード６４５:ＳＵＳ４３０、磁性
・ブレード６４５の厚み:１．５ｍｍ
・現像ローラー６４１の表面形状：ローレット加工＋ブラスト
・現像ローラー６４１の外径：２０ｍｍ
・現像ローラー６４１の凹部：周方向８０列
・現像ローラー６４１の周速／感光体ドラム６５の周速：１．８
・現像ローラー６４１及び感光体ドラム６５間の距離：０．３０ｍｍ
・現像バイアス電圧の交流成分：Ｖｐｐ１２００Ｖ、ｄｕｔｙ５０％、短形波、８ｋＨｚ
・トナー：粒子径６．８μｍ、正帯電性
・キャリア：粒子径３８μｍ、フェライト・樹脂コートキャリア
・トナー濃度：６％
・プリント速度：５５枚／分
・クリーニングバイアス電圧：２７０Ｖ
・クリーニングバイアス電圧印加時間：（式１）ＴＣ［秒］＝０．１×Ｃ－０．０１×Ｑ＋１で算出（ただし、ＴＣ［秒］が１秒未満になった場合、ＴＣ［秒］＝１とした）

次に、図７及び図８を参照して、本実施例に係る画像形成装置１において算出された表面電位について説明する。

図７は、本実施例に係る画像形成装置１において、４段階の現像バイアス電圧を現像ローラー６４１にそれぞれ１秒間印加した場合に測定された現像電流を示す表である。

図８は、図７に示す現像バイアス電圧と現像電流との関係を示すグラフである。図７は、縦軸に現像電流を示し、横軸に現像バイアス電圧を示す。

本実施例において、２２０［Ｖ］の現像バイアス電圧を印加した場合、測定された現像電流は、－０．３１［μＡ］である。２４０［Ｖ］の現像バイアス電圧を印加した場合、測定された現像電流は、－０．１５［μＡ］である。３００［Ｖ］の現像バイアス電圧を印加した場合、測定された現像電流は、０．１２［μＡ］である。３２０［Ｖ］の現像バイアス電圧を印加した場合、測定された現像電流は、０．２６［μＡ］である。

図８に示すように、本実施例に係る画像形成装置１において、表面電位は、２７３［Ｖ］と算出される。

本実施例において、印加する現像バイアス電圧の差を最大１００Ｖとしたが、これに限らない。ただし、印加する現像バイアス電圧の差は、５０Ｖ程度が望ましい。

また、本実施例において、感光体ドラム６５は、アモルファスシリコンドラムであったが、これに限らず、正帯電有機感光体ドラムであってもよい。感光体ドラム６５にアモルファスシリコンドラムを用いた場合、感光層の誘電率が正帯電有機感光体ドラムよりも高くなり、電流が流れやすく、また、キャリア抵抗値が小さくなることから、測定精度が高くなる。

また、本実施例において、２成分現像剤を用いたが、これに限らず、１成分現像剤を用いてもよい。

以上、図面（図１～図８）を参照しながら本発明の実施形態を説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚み、長さ、個数等は、図面作成の都合上から実際とは異なる。また、上記の実施形態で示す各構成要素の材質や形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明は、画像形成装置の分野に利用可能である。

１ ：画像形成装置
１０ ：制御部
６３ ：帯電装置
６４ ：現像装置
６５ ：感光体ドラム
６４１ ：現像ローラー
６４６ ：電流測定部
６４７ ：算出部
６４８ ：現像電源
Ｃ ：トナー濃度
Ｉｄ１、Ｉｄ２ ：現像電流
Ｑ ：トナー帯電量
Ｔ１、Ｔ２、ＴＣ ：期間
Ｖ０ ：表面電位
ＶＣ ：クリーニングバイアス電圧
Ｖｄｃ、Ｖｄｃ１、Ｖｄｃ２ ：現像バイアス電圧

Claims (4)

1. 表面に静電潜像が形成される像担持体と、
   前記像担持体を帯電させる帯電装置と、
   前記像担持体にトナーを供給し、前記像担持体に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、
   前記現像装置に所定の現像バイアス電圧を印加する現像電源と、
   前記現像装置を流れる現像電流を測定する電流測定部と、
   前記電流測定部によって測定された前記現像電流に基づいて、前記像担持体の表面電位を算出する算出部と
   を備え、
   前記現像電源は、前記現像装置に複数段階の前記現像バイアス電圧を印加し、
   前記電流測定部は、前記現像バイアス電圧ごとに、対応する前記現像電流を測定し、
   前記算出部は、各前記現像電流に基づいて、前記表面電位を算出し、
   前記現像電源は、前記複数段階のそれぞれの前記現像バイアス電圧の印加前に、クリーニングバイアス電圧を前記現像装置に印加する、画像形成装置。
2. 前記クリーニングバイアス電圧は、前記複数段階の前記現像バイアス電圧のうち、最小値以上かつ最大値以下である、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記現像電源は、前記現像装置が有する現像ローラーが１回転する期間より長い期間前記クリーニングバイアス電圧を前記現像装置に印加する、請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記クリーニングバイアス電圧を前記現像装置に印加する期間は、前記現像装置内のトナー濃度及びトナー帯電量に基づいて決定される、請求項３に記載の画像形成装置。

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