以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態という)について詳細に説明する。
<実施の形態1>
図1は本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示す図である。
この画像形成装置は、トナー像が形成される感光体ドラム10、担持した用紙P上に感光体ドラム10上のトナー像を転写する転写ドラム20、転写ドラム20から剥離された用紙P上のトナー像を定着する定着装置30を有している。
潜像担持体の一つとしての感光体ドラム10は、例えばその直径がφ84であり、その表面に負の帯電極性を有する感光層(図示せず)を備えるとともに、矢線A方向に回転するように取り付けられている。そして、この感光体ドラム10の周囲には、帯電装置11、レーザ書き込み装置12、現像装置13、クリーナ14等が配設されている。なお、本実施の形態では、後述するように感光体ドラム10が電極を兼ねる構成となっている。
帯電装置11は、コロトロン型のコロナ放電器であり、図示しない高圧電源から所定の帯電電圧が印加されることにより、感光体ドラム10の表面(感光層)を所定の帯電電位VH(本実施の形態では負の電位)に均一帯電する。レーザ書き込み装置12では、画像信号処理装置15から出力されてくる画像信号に基づいて、図示しない半導体レーザ等を駆動している。そして、レーザ書き込み装置12は、出力されるビームBmを、所定の光学系を介して感光体ドラム10の帯電表面に照射することで、帯電電位VHおよび潜像電位VLからなる静電潜像を形成している。ここで、画像信号処理装置15は、画像形成装置が複写機である場合には原稿読み取り装置(スキャナ)にて得られる原稿画像情報に所定の処理を施し、また、画像形成装置がプリンタである場合には外部機器(例えばパーソナルコンピュータ)から入力されてくる入力画像情報に所定の処理を施している。なお、本実施の形態では、これら帯電装置11およびレーザ書き込み装置12により、潜像形成部が構成されている。
現像部としての現像装置13は、回転軸16aを中心として矢線C方向に回転する支持体16に装着されたイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の現像器13Y,13M,13C,13Kを有する所謂ロータリ型現像装置である。これら現像器13Y,13M,13C,13Kには、対応する色成分トナーおよびキャリアを含む二成分現像剤(以下、単に現像剤と呼ぶ)が収容されている。また、現像装置13は、感光体ドラム10と対向する位置に配置される現像器(後述する第一停止位置P1(図2参照)、図1に示す例では黒の現像器13K)に対し、所定の現像バイアスを供給する現像電源18を備えている。なお、現像装置13の詳細については後述する。
転写ドラム20は、感光体ドラム10の表面に当接した状態で、感光体ドラム10の回転に同期して矢線B方向に回転するように設けられている。そして、転写ドラム20は、上述したように記録材としての用紙Pを吸着した状態で搬送することで、感光体ドラム10と転写ドラム20とが対向する転写位置に用紙Pを搬送している。この転写ドラム20の周囲には、転写装置21、吸着装置22、剥離装置23、除電器24等が配設されている。
転写装置21は、転写ドラム20の感光体ドラム10と対向する部位(転写位置)の裏面側に配設される。この転写装置21は、コロトロン型のコロナ放電器であり、図示しない高圧電源からトナーとは逆極性(正極性)の電圧からなる転写バイアスを印加している。これにより、感光体ドラム10上でトナー像を構成するトナーが、転写位置において転写ドラム20上の用紙Pに転写される。吸着装置22は、転写位置よりも転写ドラム20の回転方向上流側で転写ドラム20の内側に配設される。この吸着装置22は、後述する収容トレイ25から搬送されてくる用紙Pを転写ドラム20の外周面に吸着させる機能を有しており、本実施の形態ではコロトロン型のコロナ放電器が用いられる。剥離装置23は、転写位置よりも転写ドラム20の回転方向下流側で転写ドラム20の外側に配設される。この剥離装置23は、トナー像が転写された用紙Pを転写ドラム20から剥離する機能を有しており、本実施の形態ではコロトロン型のコロナ放電器が用いられる。除電器24は、剥離装置23よりも転写ドラム20の回転方向下流側であって、吸着装置22よりも転写ドラム20の回転方向上流側で転写ドラム20の内側及び外側に配設される。この除電器24は、用紙剥離後の転写ドラム20を除電する機能を有しており、本実施の形態ではコロトロン型のコロナ放電器が用いられる。
この画像形成装置の用紙搬送系は、用紙Pを収容する収容トレイ25、収容トレイ25から用紙Pを一枚ずつ捌いて供給するフィードロール26、用紙Pを搬送する搬送ロール27、転写位置に対する用紙Pの供給タイミングを制御するレジストレーションロール(レジストロール)28、定着装置30から排出された用紙Pを機外へと搬送する排出ロール29を有している。
定着装置30は、図示しない加熱源を有し回転可能に配設される加熱ロール31と、この加熱ロール31に圧接配置される加圧ロール32とを有している。そして、これら加熱ロール31および加圧ロール32が圧接する定着ニップ部にトナー像を担持した用紙Pを挿通させることにより、用紙Pにトナー像を定着している。
次に、現像装置13について詳細に説明する。図2は、現像装置13の断面図を示している。
図2において、現像装置13の回転軸16aは、画像形成装置本体に設けられたフロントフレーム及びリアフレーム(ともに図示せず)に回転可能に装着されている。また、現像装置13の後方には図示しないギアが取り付けられており、現像装置13は、駆動モータ19によって矢線C方向に回転駆動される。駆動モータ19は、例えばステッピングモータにて構成されており、現像装置13を回転させるとともに現像装置13を構成する各現像器13Y,13M,13C,13Kを位置決めする機能も有している。さらに、回転軸16aの外周面には各現像器13Y,13M,13C,13Kを支持体16に取り付けるための連結ブロック17が形成されている。その結果、現像装置13を構成する各現像器13Y,13M,13C,13Kは、回転軸16aの回転に連れて回転移動し、順次、第一停止位置P1、第二停止位置P2、第三停止位置P3、および第四停止位置P4に停止するように構成されている。本実施の形態において、第一停止位置P1は、感光体ドラム10と対向して感光体ドラム10上の静電潜像を現像する現像位置であると同時に、後述するように新たな現像剤を補給する現像剤補給位置および補給により余剰となった現像剤を排出する現像剤排出位置を兼ねている。
次に、各現像器13Y,13M,13C,13Kの構成について説明する。なお、各現像器13Y,13M,13C,13Kは、収容される現像剤を除いては同一の構成を有しているため、ここでは黒の現像器13Kを例に説明を行う。黒の現像器13Kは、第一停止位置P1に配置されたときに感光体ドラム10と対向する部位に開口(現像用開口)が形成された現像ハウジング41を有している。この現像ハウジング41の背面側には、外側に向かって突出する一対の突出ピン42が形成されている。この突出ピン42は、支持体16の連結ブロック17に設けられた挿入口に挿入され、現像ハウジング41を位置決め固定するために使用される。
また、黒の現像器13Kは、現像ハウジング41の開口に面して配設される現像ロール43、現像ハウジング41内であって現像ロール43に近い側に配設される第一オーガ44、現像ロール43から遠い側に配設される第二オーガ45、現像ロール43に付着した現像剤層の厚さを規制する規制部材としてのトリマ48を有している。ここで、現像剤担持体の一つとしての現像ロール43は、非磁性金属にて構成され回転可能な現像スリーブ46の内部に、複数の磁極が配列された磁石ロール47を固定的に内包させたものである。この現像スリーブ46は、例えば非磁性のアルミニウム製パイプで構成されており、黒の現像器13Kが第一停止位置P1にあるときに、感光体ドラム10の周面との間に所定の間隔を保ちながら回転駆動されるようになっている。ここで、現像ロール43(現像スリーブ46)の直径はφ18である。
そして、本実施の形態では、第一停止位置P1における感光体ドラム10の対向位置において、現像スリーブ46の回転方向が感光体ドラム10の回転方向と同方向に設定されている。そして、現像スリーブ46は、感光体ドラム10の1.35倍の速度で回転駆動される。なお、第一停止位置P1にある現像スリーブ46には、図1を用いて説明したように現像電源18により直流に交流を重畳した現像バイアスが印加されるようになっている。
また、第一オーガ44および第二オーガ45は、ともに回転軸の周囲にスパイラル状の羽根を取り付けたもので構成されている。ただし、第一オーガ44と第二オーガ45とでは、羽根が逆向きに形成されている。その結果、第一オーガ44は、現像ハウジング41内の現像剤を例えば図中手前側に向けて攪拌搬送し、一方、第二オーガ45は、現像ハウジング41内の現像剤を例えば図中奥側に向けて攪拌搬送する。現像ハウジング41には、第一オーガ44と第二オーガ45とを仕切る仕切り壁41aが設けられているが、この仕切り壁41aは現像ハウジング41の長手方向両端部では存在しておらず、その結果、現像ハウジング41内の現像剤はこれら第一オーガ44および第二オーガ45によって現像ハウジング41内を攪拌されながら循環搬送されることになる。このため、負の帯電極性を有するトナーは、正の帯電極性および磁性を有するキャリアとともに攪拌搬送されることで摩擦され、負極性に帯電する。トリマ48は、例えば金属板にて構成され、現像ハウジング41に固定されている。そして、現像スリーブ46とトリマ48の自由端との間には、好ましい現像剤層厚さを得るために所定のギャップが形成されている。
また、現像ハウジング41の第二オーガ45上部には、新規現像剤を搬入するための搬入口41bが形成されている。他方、現像ハウジング41の第二オーガ45側部には、余剰現像剤を排出するための排出口41cが形成されている。そして、搬入口41bの上部には、図示しない現像剤供給ボトルから新規現像剤を供給する供給パイプ51と、この供給パイプ51内部に回転可能に配設される供給オーガ52とが設けられている。搬入口41bの直上において、供給パイプ51には新規現像剤を受け渡すための開口(図示せず)が設けられる。一方、排出口41cの側部下部側には、図示しない回収容器に余剰現像剤を搬送する廃棄パイプ53と、この廃棄パイプ53内部に回転可能に配設される廃棄オーガ54とが設けられている。そして、排出口41cに対応する部位において、廃棄パイプ53には余剰現像剤を受け入れるための開口(図示せず)が設けられる。なお、供給パイプ51は、第一停止位置P1にあるときにのみ対応する色の現像剤が収容された現像剤供給ボトル(図示せず)と接続され、且つ、供給オーガ52が駆動力を受けられるように構成されている。その結果、各現像器13Y,13M,13C,13Kが第一停止位置P1にあるときに新規現像剤の供給を行うことができる。また、廃棄パイプ53も、第一停止位置P1にあるときにのみ各色の余剰現像剤を一括して収容する回収容器(図示せず)と接続され、且つ、廃棄オーガ54が駆動力を受けられるように構成されている。その結果、各現像器13Y,13M,13C,13Kが第一停止位置P1にあるときに余剰現像剤の排出を行うことができる。
また、本実施の形態において、各現像器13Y,13M,13C,13Kの現像ロール43(実際には現像スリーブ46)の軸方向端部側には、図3に示すように、一箇所だけ黒くマーキングした箇所(マーク)が形成されており、アルミニウムからなる現像スリーブ46の他の部位とは反射率が異なっている。そして、現像スリーブ46の軸方向端部側には、現像スリーブ46の外周面と対向してセンサの一つとしての光センサ49が配置されている。光センサ49としては、光を照射するとともに対象物からの反射光を受光してセンシングを行う所謂反射型センサが用いられている。したがって、現像スリーブ46が回転すると、一回転ごとに反射率の異なる部位(マーク)が光センサ49で読み取られることになり、この検知結果に基づいて現像スリーブ46の回転周期を検出することができる。なお、このようなマークに代えて、例えば現像スリーブ46の一部の表面状態(例えば表面粗さ)を変えたり、あるいは、現像スリーブ46の端部側に一部切り欠きを設けたりすることによっても、同様にして現像スリーブ46の回転周期を得ることが可能である。また、光センサ49に代えて現像スリーブ46の駆動トルクを検知するセンサを設けたり、現像スリーブ46を駆動するモータのパルス信号数をカウントしたりすることによっても、現像スリーブ46の回転周期を取得することが可能である。
では次に、図4を参照しながら、この画像形成装置における制御系について説明する。
中央制御部60は、演算処理部として機能するCPU(Central Processing Unit)60a、CPU60aにより解釈実行されるプログラムやプログラムを実行する際に使用されるデータ等を格納するROM(Read Only Memory)60b、プログラムの実行時に一時的な記憶部として機能するRAM(Random Access Memory)60c、後述するコントローラ等とデータの受け渡しを行うインタフェース(I/F)60dを備えている。また、この中央制御部60には、画像信号処理装置15を予め設定された信号処理条件に基づいて制御する画像信号コントローラ61、現像装置13を回転させる駆動モータ19を制御するドライバ62、第一停止位置P1に配置された現像器における現像スリーブ46、第一オーガ44および第二オーガ45等(図2参照)を駆動するモータ63を制御する駆動コントローラ64、第一停止位置P1に配置された現像器の現像ロール43(実際には現像スリーブ46)に現像バイアスを印加する現像電源18を、予め設定されたバイアス印加条件にしたがって制御する現像バイアスコントローラ65が接続されている。また、電源として機能する現像電源18には、現像バイアス印加時に現像ロール46−感光体ドラム10間に流れる電流の大きさを測定する電流計の一つとしての電流測定部66が接続されており、測定された電流値が現像バイアスコントローラ65を介して中央制御部60に入力されている。さらに、本実施の形態では、各現像器13Y,13M,13C,13Kに設けられた光センサ49のうち、第一停止位置P1にある現像器の光センサ49による検知結果が、中央制御部60に入力されるようになっている。なお、本実施の形態では、中央制御部60が予測部、判断部、取得部、制御部、計測部、抵抗測定部、および設定部として機能している。
また、図5は、現像電源18による現像バイアスの印加を説明するための図である。本実施の形態において、現像電源18は、現像スリーブ46に対して負の直流電圧を印加する直流電源18aおよび交流電圧を印加する交流電源18bを有している。なお、本実施の形態では、直流電源18aおよび交流電源18bによる出力電圧を、それぞれ独立して可変できるように構成されている。一方、感光体ドラム10は接地されている。したがって、現像電源18によって現像スリーブ46に現像バイアスを印加した際には、現像スリーブ46、現像スリーブ46上の現像剤G、感光体ドラム10を介して電流が流れ、この大きさは電流測定部66で測定することができる。また、現像バイアスの印加に伴って、現像スリーブ46(現像ロール43)と感光体ドラム10との間には現像電界が形成されることになる。なお、本実施の形態では、設計段階において、感光体ドラム10と現像スリーブ46との最近接位置におけるギャップSを設定している。
次に、図1〜図5を参照しながら、この画像形成装置における画像形成プロセスについて説明する。図示しない原稿読み取り装置によって読み取られた原稿の色材反射光像や、図示しないパーソナルコンピュータ等にて形成された色材画像データは、例えばR(赤)、G(緑)、B(青)の各8ビットの反射率データとして画像信号処理装置15に入力される。画像信号処理装置15では、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の4色の色材階調データに変換され、レーザ書き込み装置12に出力される。
また、画像形成動作の開始に伴い、感光体ドラム10および転写ドラム20は同期して回転を開始する。そして、回転する感光体ドラム10の感光層が帯電装置11により帯電電位VHに均一帯電された後、レーザ書き込み装置12により露光照射されて画像情報に応じた一色目(例えばイエロー)の静電潜像が形成される。このとき、帯電電位VHに帯電した感光体ドラム10において、ビームBmが照射された部位は電荷が消失することにより潜像電位VLとなり、帯電電位VHおよび潜像電位VLからなる静電潜像が形成されることになる。
一方、現像装置13では、感光体ドラム10上に形成される静電潜像に対応する色成分トナーを有する現像器(例えばイエローの場合にはイエローの現像器13Y)が、感光体ドラム10と対向する第一停止位置P1に配置されるように駆動モータ19によって予め回転させられ、停止している。そして、第一停止位置P1におかれたイエローの現像器13Yでは、モータ63によって現像スリーブ46および第一オーガ44、第二オーガ45が回転駆動される。すると、現像ハウジング41内では、第一オーガ44および第二オーガ45によって現像剤が循環しながら攪拌搬送される。これにより、トナーはキャリアとの摩擦帯電により負極性に帯電し、また、トナーがキャリアに静電的に付着する。そして、攪拌搬送される現像剤が現像ロール43側を通過する際、その一部が磁石ロール47に設けられた磁極(図示せず)の磁力により現像スリーブ46上に転移・付着して現像剤層を形成する。そして、現像スリーブ46上に形成された現像剤層は、現像スリーブ46の回転に伴ってトリマ48との対向部を通過する際、形成されたギャップに応じて所定厚さに規制されて、さらに感光体ドラム10と対向する現像領域まで搬送される。
このとき、現像スリーブ46には、現像電源18により所定の現像バイアスが印加されている。ここで、現像バイアスは、負極性であって帯電電位VHよりも絶対値で小さく且つ潜像電位VLよりも絶対値で大きい値の直流電圧(直流電源18aから供給される)に、交流電圧(交流電源18bから供給される)を重畳したものである。すると、印加される現像バイアスにより、現像ロール43(現像スリーブ46)と接地される感光体ドラム10との間には現像電界が形成される。ここで、感光体ドラム10上で帯電電位VHとなっている領域は、現像バイアスの直流分を基準としたときに相対的に負の電位となっているため、この領域に現像スリーブ46上のトナー(負極性に帯電)は転移せず、背景部となる。一方、感光体ドラム10上で潜像電位VLとなっている領域は、現像バイアスの直流分を基準としたときに相対的に正の電位となっているため、この領域に現像スリーブ46上のトナー(負極性に帯電)が静電的に転移・付着し、画像領域となる。つまり、本実施の形態では、反転現像方式にて現像が行われる。そして、現像領域を通過し、現像に使用された分トナー量が少なくなった現像剤は、現像スリーブ46の回転に伴ってさらに搬送され、磁石ロール47内に隣接して設けられた同極性の磁極による反発磁界によって現像スリーブ46から剥がされ、再び第一オーガ44および第二オーガ45によって攪拌搬送されながら次の現像を待つことになる。
他方、感光体ドラム10上にトナーが転移付着することによって形成されたトナー像(ここではイエローのトナー像)は、感光体ドラム10の回転に伴って転写ドラム20と対向する転写位置に向けて送られていく。
また、感光体ドラム10に対する潜像形成や静電潜像が行われる時期に対応して、用紙Pの供給も行われる。これを具体的に説明すると、フィードロール26により収容トレイ25から供給された用紙Pは、搬送ロール27により搬送される。そして、搬送ロール27によって搬送された用紙Pはレジストロール28によって一旦停止され、感光体ドラム10の移動タイミングに合わせてレジストロール28が回転を開始することで、用紙Pの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。そして、レジストロール28にて送り出された用紙Pは、吸着装置22によって転写ドラム20に吸着され、転写位置に向けて搬送されていく。
次に、感光体ドラム10上に形成された一色目(イエロー)のトナー像は、感光体ドラム10と転写ドラム20とが対向する転写位置において、転写装置21によって転写ドラム20上の用紙Pに転写される。なお、転写後に感光体ドラム10上に残ったトナーは、クリーナ14によって除去される。
続いて、二色目以降(例えばマゼンタ、シアン、黒)の潜像形成、現像および転写が、上述した手順にしたがって同様に繰り返される。ただし、各色のトナー像を形成するに際しては、現像装置13が回転を行い、対応する現像器13M,13C,13Kが第一停止位置P1に配置される。その間、用紙Pは転写ドラム20に吸着された状態で引き続き回転搬送され、転写位置を通過するたびに二色目以降の各色成分トナー像が重ね合わされるようにして順次転写される。この結果、フルカラーの画像形成を行う場合には、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色のトナー像が、転写ドラム20上の用紙Pに多重転写される。
そして、最終色(例えば黒)の転写が終了すると、トナー像が重ね転写された用紙Pは剥離装置23により転写ドラム20から剥離された後、定着装置30においてトナー像の定着がなされる。定着終了後の用紙Pは、排出ロール29によって画像形成装置の機外に排出される。
この画像形成装置では、現像剤中のトナーが現像に使用されることにより、現像ハウジング41内の現像剤におけるトナー濃度が漸次低下していく。また、現像剤中のキャリアは、トナーとは異なり基本的に外部に排出されることがないため、長期間の使用に伴って徐々にその特性(特にトナーの帯電性能)が劣化していく。このため、本実施の形態では、各現像器13Y,13M,13C,13Kにおけるトナー濃度の検知を適宜タイミングで行い、トナー濃度が低下した場合には供給パイプ51等を用いて各現像器13Y,13M,13C,13Kに新規現像剤を供給している。また、このようにして新規現像剤を供給した結果、余剰となった現像剤を、廃棄パイプ53等を用い廃現像剤として外部に排出している。このような所謂トリクル方式を採用することで、各現像器13Y,13M,13C,13Kでは、現像によって減少したトナーの補給と、長期間の使用に伴って劣化したキャリアの除去とを同時に行っている。また、例えば新規現像剤が過剰に供給されることなどによってトナー濃度が増加した場合には、各現像器13Y,13M,13C,13Kからトナーを吐き出させ、トナー濃度の調整を行っている。
次に、この画像形成装置におけるトナー濃度検知およびトナー濃度調整について詳細に説明する。本実施の形態では、例えば画像形成装置の電源が投入されたときや、2000枚のプリントアウトが行われる毎にトナー濃度検知が行われ、必要に応じてトナー濃度の制御(新規現像剤の補給や余剰現像剤の排出、過剰トナーの廃棄等)が実行される。
なお、ここでは、以下のような条件に設定された画像形成装置の場合を例に挙げて説明する。まず、現像剤Gとしては、平均粒径が5μmの負帯電性のトナーと平均粒径が50μmの磁性キャリアとを含み、初期状態においてトナー濃度(TC)が8%に設定されたものを用いた。また、感光体ドラム10における帯電電位VHを−700Vとし、潜像電位VLを−300Vとした。さらに、第一停止位置P1における現像ロール43と感光体ドラム10とのギャップSを0.4mmとした。さらにまた、現像電源18によって印加される現像バイアスとしては、−560Vの直流電圧に交流を重畳した電圧を印加した。しかも、現像バイアスの交流デューティー比Dを例えばD=0.65(65%)に設定した。なお、この画像形成装置では、交流デューティー比Dは0.5〜0.65(50%〜65%)の範囲内で任意に変更することが可能となっている。ここで、図6は現像バイアスのうち交流のパルス波形を示すものであり、図中には一周期TPおよび波形の上限値と下限値との差であるピークトゥピーク値Vp-pを示している。したがって、交流デューティー比Dは、その波形が負極側から正極側に立ち上がってから再び負極側に立ち下がるまでの継続時間をAとし、その波形が負極側に立ち下がってから再び正極側に立ち上がるまでの継続時間をBとしたとき、D=A/(A+B)で表されるものである。ちなみに、A+B=TPであり、本実施の形態ではTP=100μsecとした。
では、図7に示すフローチャートを参照しつつ、これらトナー濃度検知およびトナー濃度制御について具体的に説明する。例えばプリントアウトの累積枚数が2000枚に達するなど、予め設定されたトナー濃度検知時期の到来が中央制御部60で確認されると(ステップ101)、中央制御部60は以下のような制御動作を実行する。
まず、中央制御部60はドライバ62に駆動信号を出力することにより、駆動モータ19を駆動し、トナー濃度の検知を行うべき現像剤Gが収容された現像器(例えばイエローの現像器13Y)を、感光体ドラム10と対向する第一停止位置P1(現像位置)に移動させる(ステップ102)。次いで、中央制御部60は駆動コントローラ64に駆動信号を出力することにより、モータ63を駆動し、第一停止位置P1にある現像器を駆動する(ステップ103)。これにより、第一停止位置P1にある現像器内の現像剤Gが攪拌搬送されるとともに、現像剤Gが現像スリーブ46上に担持され、搬送される。そして、中央制御部60は現像バイアスコントローラ65に電圧印加信号を出力することにより、現像電源18より現像スリーブ46に対し基準電圧V0を印加させる(ステップ104)。なお、本実施の形態では基準電圧V0が例えば−1000Vに設定される。これにより、現像スリーブ46、現像スリーブ46上の現像剤Gおよび電極としての感光体ドラム10を介して電流が流れる。
続いて、中央制御部60は、第一停止位置P1にある現像器の光センサ49から送られてくる検知信号(この場合、マークの検知タイミングでパルスが発生するパルス信号となる)を検知し(ステップ105)、パルス信号が検知されたときに電流測定部66で測定された電流値I、すなわち、現像剤Gを介して現像スリーブ46、感光体ドラム10間に流れる電流値を取得する(ステップ106)。そして、中央制御部60では、印加した基準電圧V0と流れた電流値Iとから現像剤Gの体積抵抗値RG=V0/Iを計算する(ステップ107)。さらに、中央制御部60は、得られた現像剤Gの体積抵抗値RGから、現像剤Gにおけるトナー濃度TCを予測する(ステップ108)。
ここで、本実施の形態では、現像剤Gの体積抵抗値RGとトナー濃度TCとの関係が、予め試験等によって求められており、これらの関係を対応付けたテーブルがROM60bに格納されている。図8は、このような体積抵抗値RGとトナー濃度TCとの関係を示すグラフ図である。この現像剤Gでは、初期状態(トナー濃度TC:8%)における体積抵抗値RGが約12logΩ・cmとなっており、これよりトナー濃度TCが下がった場合には体積抵抗値RGが低下し、逆にトナー濃度TCが上がった場合には体積抵抗値RGが増加する。これは、トナー濃度TCが下がった場合、導電性を有するキャリアの濃度が逆に上がること、すなわち、導電性を有するキャリア濃度が増加することに伴って現像剤Gに電流が流れやすくなることに起因する。そして、中央制御部60では、ROM60bからこのデータを読み出して、ステップ107において計算された体積抵抗値RGから、トナー濃度TCの予測を行う。
その後、中央制御部60では、ステップ108で予測されたトナー濃度TC(予測TC)が、予め定められたトナー濃度TCの下限値(下限TC)を上回っているか否かを判断する(ステップ109)。本実施の形態では、標準的なトナー濃度TCが6%に設定されており、下限TCの値は例えば4%に設定される。このステップ109において、予測TCが下限TCを上回っていない(予測TCが下限TC以下である)と判断した場合、中央制御部60は、図示しない現像剤供給ボトルから供給パイプ51を介して新規現像剤の補給を実行させる(ステップ110)。なお、新規現像剤の補給量は、予測TCの値に基づいて制御されるが、新規現像剤は少しだけ余分に補給される。これにより、現像器内で余剰となったキャリアを含む現像剤が廃棄パイプ53を介して排出され、キャリアの交換も同時に行われることになる。このように新規現像剤を供給することで、現像器内のトナー濃度TCは上昇することになる。
一方、ステップ109において予測TCが下限TCを上回っていると判断した場合、中央制御部60は、次に、予測TCが予め定められたトナー濃度TCの上限値(上限TC)を下回っているか否かを判断する(ステップ111)。ここで、上限TCの値は例えば標準状態の6%に対して8%に設定される。このステップ111において、予測TCが上限TCを下回っていない(予測TCが上限TC以上である)と判断した場合、中央制御部60は、現像器からトナーを吐き出させ、トナー排出を実行させる(ステップ112)。これは、例えば感光体ドラム10上に帯状の静電潜像を形成させ、この静電潜像をトナーで現像してトナーバンドを形成し、形成されたトナーバンドを用紙Pに転写することなくそのままクリーナ14でクリーニングさせることにより行うことができる。このようにトナーを吐き出させることで、現像器内のトナー濃度TCは低下する。
他方、ステップ111において、予測TCが上限TCを下回っていると判断した場合、中央制御部60では、特に新規現像剤の補給やトナーの排出などを実行せず(ステップ113)、そのまま次のステップに移行する。
そして、これら各ステップ110、112、113の後、中央制御部60は、全現像器13Y,13M,13C,13Kについてトナー濃度検知が終了したか否かを判断し(ステップ114)、終わっていなければステップ102に戻って他色の現像剤Gについてもトナー濃度検知を実行する。一方、終わっている場合には、一連のプロセスを終了する。
このように、本実施の形態では、現像ロール43(現像スリーブ46)と感光体ドラム10との間に基準電圧V0を印加し、そのときに現像スリーブ46上に担持された現像剤Gを介して現像スリーブ46から感光体ドラム10に流れる電流値Iを用いて、現像ロール43(現像スリーブ46)に担持された現像剤Gの電気的特性(本実施の形態では体積抵抗値RG)を得るようにした。そして、得られた体積抵抗値RGに基づいて現状の現像剤Gのトナー濃度TCを予測し、得られた予測TCに基づいてトナーを含む新規現像剤を補給するか、過剰となったトナーを廃棄するか、あるいは何もしないか、を決定するようにした。以上により、各現像器13Y,13M,13C,13Kにおけるトナー濃度TCを所定の範囲内に収めることが可能となり、トナー濃度TCが過不足に伴う濃度むら等の不具合の発生を抑えることができる。
特に、本実施の形態では、現像スリーブ46に設けられたマークの検出タイミングに合わせて、上述した現像剤Gの体積抵抗値RGの測定を行っている。つまり、現像剤Gの体積抵抗値RGの測定は、感光体ドラム10に対し現像ロール43(現像スリーブ46)の特定の位置(同一位置)が対向したときに行われることとなる。ここで、現像ロール43(現像スリーブ46)は所定の寸法誤差が許容されているため、これに伴って現像スリーブ46が偏心しているおそれがある。そして、現像スリーブ46に偏心が生じると、感光体ドラム10と現像スリーブ46との距離であるギャップSは、現像スリーブ46の外周面の位置によって設定値の0.4mmに対してわずかに変動することになる。このようにギャップSが変動すると、感光体ドラム10に対し、現像スリーブ46外周面のどの位置が対向したときに現像剤Gの体積抵抗値RGを測定したのかによって、得られる体積抵抗値RGひいてはトナー濃度TCにギャップSの変動による誤差が含まれることになってしまい、トナー濃度TCの制御が正確に行えなくなってしまう。
これに対し、本実施の形態では、感光体ドラム10に対し現像スリーブ46上の特定の位置が対向したときに現像剤Gの体積抵抗値RGの測定が行われるようになっているため、体積抵抗値RGの測定タイミングにおいては、ギャップSが一定になる(ただし、0.4mmであるとは限らない)。すると、ギャップSの変動に伴う誤差の影響を極力排除することができ、現像剤Gの体積抵抗値RGの変動傾向を正確に得ることができる。そして、本実施の形態では、初期状態における正確なトナー濃度TC(8%)のときの体積抵抗値RGを基準としてトナー濃度の予測を行っているため、より正確なトナー濃度TCを予測することが可能になる。このためトナー濃度TCの制御もより正確に行うことができる。
また、上述したように、現像ロール43(現像スリーブ46)が偏心していると、感光体ドラム10と現像スリーブ46との距離であるギャップSは、現像スリーブ46の外周面の位置により、設定値の0.4mmに対してわずかに変動することになる。このようにしてギャップSが変動すると、現像動作時において、現像スリーブ46と感光体ドラム10との間に一定の現像バイアスを印加した場合には、現像スリーブ46の回転位置に応じて現像スリーブ46と感光体ドラム10との間に形成される現像電界が変動し、その結果現像スリーブ43の一回転を周期とする濃度むらが生じてしまう。
このため、本実施の形態では、上記トナー濃度検知動作を行う際、同時に、感光体ドラム10に対する現像ロール43(現像スリーブ46)の偏心プロファイルの測定を行い、得られた偏心プロファイルに応じて現像動作時に印加する現像バイアスのプロファイルを決定している。
では、図9に示すフローチャートを参照しつつ、現像スリーブ46の偏心プロファイル測定および現像バイアス設定について具体的に説明する。例えばプリントアウトの累積枚数が2000枚に到達するなど、予め設定された現像スリーブ46の偏心測定時期の到来が中央制御部60で確認されると(ステップ201)、中央制御部60は以下のような制御動作を実行する。
まず、中央制御部60はドライバ62に駆動信号を出力することにより、駆動モータ19を駆動し、トナー濃度の検知を行うべき現像剤Gが収容された現像器(例えばイエローの現像器13Y)を、感光体ドラム10と対向する第一停止位置P1(現像位置)に移動させる(ステップ202)。次いで、中央制御部60は駆動コントローラ64に駆動信号を出力することにより、モータ63を駆動し、第一停止位置P1にある現像器を駆動する(ステップ203)。これにより、第一停止位置P1にある現像器内の現像剤Gが攪拌搬送されるとともに、現像剤Gが現像スリーブ46上に担持され、搬送される。そして、中央制御部60は現像バイアスコントローラ65に電圧印加信号を出力することにより、現像電源18より現像スリーブ46に対し基準電圧V0を印加させる(ステップ204)。なお、本実施の形態では基準電圧V0が例えば−1000Vに設定される。これにより、現像スリーブ46、現像スリーブ46上の現像剤Gおよび感光体ドラム10を介して電流が流れる。なお、このとき、帯電装置11は感光体ドラム10上を帯電電位VHに帯電しており、現像スリーブ46上のトナーが感光体ドラム10側に転移しないようにしている。
続いて、中央制御部60が、第一停止位置P1にある現像器の光センサ49から送られてくるパルス信号を検知すると(ステップ205)、電流測定部66で測定される電流値In(ただし、初期状態においてn=1)のサンプリングを開始する(ステップ206)。ここで、電流値Inのサンプリング間隔は、100msec程度に設定される。そして、中央制御部60では、印加した基準電圧V0とサンプリングされた電流値Inとから現像剤Gの体積抵抗値RGn=V0/Inを計算し、得られた体積抵抗値RGnをメモリ(例えばRAM60c)に格納する(ステップ207)。続いて、n=n+1とし(ステップ208)、再びパルス信号が検知されたか否かを判断する(ステップ209)。ここで、パルス信号が検知されていない場合すなわち現像スリーブ46がまだ一周していない場合には、ステップ206に戻り、さらに電流値Inのサンプリングおよび体積抵抗値RGnの計算および格納を続行する。一方、ステップ209においてパルス信号が検知されている場合には、電流値Inのサンプリング等を終了し、次に、メモリから体積抵抗値RGn(n=1〜n)を読み出し、これに基づいて現像電源18の交流電源18bによって印加する交流電圧のピークトゥピーク値Vp-pのプロファイルを設定するとともにこのプロファイルをメモリ(RAM60c)に格納する(ステップ210)。その後、中央制御部60は、全現像器13Y,13M,13C,13Kについて現像スリーブ46の偏心プロファイル測定が終了したか否かを判断し(ステップ211)、終わっていなければステップ202に戻って他色の現像スリーブ46についても偏心プロファイル測定を実行する。一方、終わっている場合には、一連のプロセスを終了する。
さらに、図10に示すフローチャートを参照しつつ、実際の画像形成動作における現像バイアスの印加制御について具体的に説明する。画像形成動作の開始が中央制御部60で確認されると(ステップ301)、中央制御部60は以下のような制御動作を実行する。
まず、中央制御部60はドライバ62に駆動信号を出力することにより、駆動モータ19を駆動し、トナー濃度の検知を行うべき現像剤Gが収容された現像器(例えばイエローの現像器13Y)を、感光体ドラム10と対向する第一停止位置P1(現像位置)に移動させる(ステップ302)。次いで、中央制御部60は、メモリ(RAM60c)に格納されていた交流電圧のピークトゥピーク値Vp-pのプロファイルを読み出し(ステップ303)、現像バイアスコントローラ65に出力する。さらに、中央制御部60は駆動コントローラ64に駆動信号を出力することにより、モータ63を駆動し、第一停止位置P1にある現像器を駆動する(ステップ304)。これにより、第一停止位置P1にある現像器内の現像剤Gが攪拌搬送されるとともに、現像剤Gが現像スリーブ46上に担持され、搬送される。
そして、中央制御部60は現像バイアスコントローラ65に電圧印加信号を出力することにより、現像電源18より現像スリーブ46に対し現像バイアスを印加させる(ステップ305)。このとき、現像電源18によって印加される現像バイアスは、−560Vの直流電圧に交流電圧を重畳させたものであり、この交流電圧は上記ステップ303で読み出されたプロファイルに基づきピークトゥピーク値Vp-pを変動させたものとなる。そして、このピークトゥピーク値Vp-pは、第一停止位置P1にある現像器の光センサ49から送られてくるパルス信号(現像スリーブ46の回転位置の検知結果)をトリガとして制御される。このような現像バイアスが印加されることにより、感光体ドラム10上の静電潜像は、現像スリーブ46上に担持されたトナーによって現像される。
その後、第一停止位置P1にある現像器の現像動作が終了すると(ステップ306)、中央制御部60はさらに次の現像器で現像を行うのか否かを判断し(ステップ307)、さらに次の現像器で現像動作を行う場合にはステップ302に戻って次の現像器による現像動作を実行する。一方、次の現像器による現像を行わない場合には、一連の動作を終了する。
ここで、図11は、現像スリーブ46に生じる偏心とこれに対応する現像バイアスの設定との関係を説明するための図である。
図11(a)(b)は、偏心が生じている現像スリーブ46およびこの現像スリーブ46と感光体ドラム10との間に形成されるギャップSとの関係を説明するための図である。現像スリーブ46が偏心している場合、現像スリーブ46の回転中心46aから最も遠い現像スリーブ46の外周面が感光体ドラム10に対向する場合、そのギャップSはS1となる。一方、現像スリーブ46の回転中心から最も近い現像スリーブ46の外周面が感光体ドラム10に対向する場合、そのギャップSは上記ギャップS1よりも広いギャップS2となる。つまり、現像スリーブ46の一回転を周期TSとして、ギャップSの大きさは変動する。
すると、現像スリーブ46と感光体ドラム10との間に一定の現像バイアスを印加した際、現像剤G(図示せず)を介してこれら現像スリーブ46から感光体ドラム10に流れ込む電流の大きさは、図11(b)に示すように、現像スリーブ46の回転周期TSを一周期として、ギャップS=S1の場合に最大となり、ギャップS=S2の場合に最小になる。つまり、ギャップSが狭いと電流が流れやすくなり、ギャップSが広いと電流が流れにくくなる。このことは、ギャップSに応じて現像スリーブ46−感光体ドラム10間に形成される現像電界が変動することを意味している。このようにして現像電界が変動すると、現像スリーブ46と感光体ドラム10との対向領域(現像領域)におけるトナーの飛翔しやすさが変動し、結果として感光体ドラム10上に一定の静電潜像(例えばハーフトーンに対応する静電潜像)が形成されていたとしても、形成される現像像(トナー像)には濃度むらが生じることになってしまう。
そこで、本実施の形態では、図9を用いて説明した処理を実行することにより、現像スリーブ46の偏心プロファイルを取得し、これに基づき、上記図9に示すステップ210において、図11(c)に示すような現像バイアス(本実施の形態では交流電圧のピークトゥピーク値Vp-p)を設定している。すなわち、現像スリーブ46の回転周期TSを一周期として、ギャップS=S1となる部位が感光体ドラム10と対向するタイミングでは現像バイアスの交流電圧のピークトゥピーク値Vp-pを最小にし、一方、ギャップS=S2となる部位が感光体ドラム10と対向するタイミングでは現像バイアスの交流電圧のピークトゥピーク値Vp-pを最大にしている。そして、実際の画像形成動作においては、図10を用いて説明した処理を実行することにより、現像スリーブ46の偏心に対応して、パルス信号をトリガとして現像バイアスの交流電圧のピークトゥピーク値Vp-pを調整している。このように、現像スリーブ46の回転周期TSを一周期として現像バイアス(ここでは交流電圧のピークトゥピーク値Vp-p)を設定することにより、現像スリーブ46の偏心により現像スリーブ46と感光体ドラム10との間に形成されるギャップSが変動したとしても、これら現像スリーブ46と感光体ドラム10との間に形成される現像電界を略一定に維持することが可能となり、その結果上述したような濃度むらの発生を抑制することができる。
このように、本実施の形態では、現像ロール43(現像スリーブ46)の偏心に応じて、現像スリーブ46の回転周期TSに対応して現像バイアスの大きさを変えることにより、現像スリーブ46と感光体ドラム10との間に形成される現像電界の大きさを略一定に維持することができる。その結果、現像スリーブ46の偏心に伴う濃度むらの発生が抑制され、良好な現像像を得ることができる。またこれを逆の観点から見れば、現像スリーブ46の偏心に合わせて現像バイアスの調整を行うことにより、従来よりも現像スリーブ46自身や現像スリーブ46の取り付けに対して許容される寸法誤差を緩くすることが可能になる。そして、この例では、従来現像スリーブ46に10μmまでしか許されなかった寸法誤差を20μm程度まで許容できるようになり、現像スリーブ46の生産性の向上および現像器や画像形成装置の製造コストの低減が可能になる。
なお、本実施の形態では、現像バイアスの交流電圧のピークトゥピーク値Vp-pを調整することで、現像スリーブ46と感光体ドラム10との間に形成される現像電界を調整していたが、これに限られるものではなく、例えば現像バイアスのうちの直流電圧成分を調整するようにしてもよい。また、例えば現像スリーブ46の偏心に対応して、帯電装置11による帯電電位VHの大きさを連続的に可変調整したり、あるいは、レーザ書き込み装置12による潜像電位VLの大きさを連続的に可変調整したりすることによっても、同様の効果が得られる。ただし、リアルタイムに制御を行うという観点からすれば、現像バイアスの調整を行うことが最も容易である。
また、本実施の形態では、2000枚のプリントアウトを行う毎に現像スリーブ46の偏心プロファイルを測定していたが、これに限られるものではなく、例えば画像形成装置において現像装置13を交換した場合や、現像装置13の各現像器13Y,13M,13C,13K内の現像剤Gを交換した場合など、現像装置13に関する状況が変わったときにのみ行うようにしてもよい。
さらに、本実施の形態では、画像形成装置の中央制御部60に設けられたメモリ(RAM60c)に現像スリーブ46の偏心プロファイルに関する情報(具体的には交流電圧のピークトゥピーク値Vp-pのプロファイル)を格納するようにしていたが、これに限られるものではなく、例えば現像装置13自身にメモリを持たせ、このメモリにこれらの情報を格納してもよい。このような構成を採用することにより、例えばこの現像装置13を他の画像形成装置に装着して使用するような場合にも、各現像器13Y,13M,13C,13Kにおける現像スリーブ46の偏心状態(偏心プロファイル)を直ちに把握できるという利点がある。
また、図7に示したトナー濃度検知およびトナー濃度制御動作および図9に示した現像スリーブ46の偏心プロファイル測定動作は、同時且つ並列的に行うことができる。特に、図7におけるステップ101〜103と図9におけるステップ201〜203は、略同様な処理であり、両者を兼用してもよいことは勿論である。
さらに、本実施の形態では、ロータリ型の現像装置13を例に説明を行ったが、これに限られるものではなく、感光体ドラム10に常時同じ現像器が対向配置されるモノクロの画像形成装置やタンデム型の画像形成装置などで用いられる現像装置に対しても、同様に適用できる。
さらにまた、本実施の形態では、現像スリーブ46一周分の電流値をサンプリングした結果に基づいて現像スリーブ46の偏心プロファイルを取得していたが、例えばこれを複数周分取得し、その平均値をとることで、より正確な偏心プロファイルを得ることができる。
そして、本実施の形態では、感光体ドラム10を現像スリーブ46の対向電極としてトナー濃度TCや現像スリーブ46の偏心プロファイルを測定していたが、感光体ドラム10自身の偏心が著しい場合には、感光体ドラム10の偏心によってもギャップSが変動するおそれがある。そこで、さらに感光体ドラム10にも回転位置を検知する機能を設け、現像スリーブ46の所定の位置と感光体ドラム10の所定の位置とが対向する際にのみ、これらトナー濃度TCの検知や現像スリーブ46の偏心プロファイルを測定するようにしてもよい。ただし、本実施の形態に係る画像形成装置では、感光体ドラム10の直径が現像スリーブ46の直径よりも著しく大きく、しかも感光体ドラム10の回転周期が現像スリーブ46の回転周期よりもはるかに大きいため、感光体ドラム10の偏心に伴って生じる濃度むらの周期は長くなり、目視ではあまり気にならないレベルとなるため、実際にはさほど問題とはならない。
<実施の形態2>
本実施の形態は、実施の形態1と略同様であるが、実施の形態1では感光体ドラム10を対向電極としてトナー濃度TCの検知や現像スリーブ46の偏心プロファイルの測定を行っていたのに対し、本実施の形態では、別途専用の電極を設け、しかも、現像器が実際の現像動作を行う前の第四停止位置P4にあるときに、これら検知および測定動作を行うようにした点が異なっている。なお、本実施の形態において、実施の形態1と同様のものについては同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
図12は、本実施の形態で用いられる現像装置13の構成を示す断面図である。この現像装置13の基本構成は実施の形態1と略同様であるが、第四停止位置P4に配置される現像器(図中ではイエローの現像器13Y)の現像ロール43と対向する部位に、電極67が配置されている点が異なっている。この電極67は、感光体ドラム10と略同じ湾曲面を有しており、画像形成装置本体に設けられたフレーム(図示せず)に固定されている。また、電極67は例えばアルミニウムやステンレス等の金属材料で構成され、接地されている。また、第四停止位置P4に配置される現像器の現像ロール43と電極67との間のギャップは、第一停止位置P1に配置される現像器の現像ロール43と感光体ドラム10との間のギャップSと同じ0.4mmに設定されている。そして、本実施の形態では、第四停止位置P4に配置される現像器の現像ロール43(実際には現像スリーブ46)には、測定電源68により測定バイアスが印加されるようになっている。
では次に、図13を参照しながら、この画像形成装置における制御系について説明する。ただし、中央制御部60、画像信号コントローラ61、ドライバ62については、実施の形態1と全く同じ機能を有しているため、その説明を省略する。
本実施の形態において、モータ63は、第一停止位置P1に配置された現像器の他に、第四停止位置P4に配置された現像器における現像スリーブ46、第一オーガ44および第二オーガ45等を駆動している。したがって、駆動コントローラ64は、第一停止位置P1および第四停止位置P4に配置された現像器の駆動を制御する。また、現像バイアスコントローラ65は、現像電源18をコントロールしている点では実施の形態1と同様であるが、本実施の形態では、現像電源18に電流測定部66が設けられていない。そして、本実施の形態では、第四停止位置P4に配置される現像器の現像ロール43(現像スリーブ46)に接続される電源としての測定電源68をコントロールするための測定バイアスコントローラ69が接続されている。そして、この測定電源68に、測定バイアス印加時に現像ロール46−電極67間に流れる電流の大きさを測定する電流測定部66が接続されており、測定された電流値が測定バイアスコントローラ69を介して中央制御部60に入力されている。さらに、本実施の形態では、各現像器13Y,13M,13C,13Kに設けられた光センサ49のうち、第一停止位置P1にある現像器の光センサ49による検知結果と、第四停止位置P4にある現像器の光センサ49による検知結果とが、中央制御部60に入力されるようになっている。
では、図14に示すフローチャートを参照しつつ、この画像形成装置の画像形成中における現像装置13の動作について具体的に説明する。画像形成動作の開始が中央制御部60で確認されると(ステップ401)、中央制御部60は以下のような制御動作を実行する。
まず、中央制御部60は、ドライバ62に駆動信号を出力することにより、駆動モータ19を駆動し、現像を行うべき現像剤Gが収容された現像器(例えばイエローの現像器13Y)を、感光体ドラムと対向する第一停止位置P1に移動させる(ステップ402)。このとき、現像装置13においてイエローの現像器13Yの下流側に配置されるマゼンタの現像器13Mは、この回転動作に伴って第四停止位置P4に移動する。そして、マゼンタの現像器13Mの現像ロール43(現像スリーブ46)は、電極67と対向する。
次に、第一停止位置P1に配置されたイエローの現像器13Yでは現像動作が行われ、第四停止位置P4に配置されたマゼンタの現像器13Mではトナー濃度検知および現像スリーブ46の偏心プロファイル測定が行われるのであるが、ここでまず、第四停止位置P4に配置されたマゼンタの現像器13Mにおける各種動作について説明する。
中央制御部60は駆動コントローラ64に駆動信号を出力することにより、モータ63を駆動し、第四停止位置P4にあるマゼンタの現像器13Mを駆動する(ステップ403)。これにより、第四停止位置P4にあるマゼンタの現像器13M内の現像剤Gが攪拌搬送されるとともに、現像剤Gが現像スリーブ46上に担持され、搬送される。そして、実施の形態1と略同様な手法を用いて、マゼンタの現像器13Mにおけるトナー濃度TCの検知および現像スリーブ46の偏心プロファイル測定が実行される(ステップ404)。これを具体的に説明すると、中央制御部60は測定バイアスコントローラ69に電圧印加信号を出力することにより、測定電源68より現像スリーブ46に対し基準電圧V0(−1000V)を印加させる。これにより、現像スリーブ46、現像スリーブ46上の現像剤Gおよび電極67を介して電流が流れる。
続いて、中央制御部60は、第四停止位置P4にあるマゼンタの現像器13Mの光センサ49から送られてくるパルス信号を検知し、パルス信号が検知されたときに電流測定部66で測定された電流値I、すなわち、現像剤Gを介して現像スリーブ46、電極67間に流れる電流値を取得する。そして、中央制御部60では、印加した基準電圧V0と流れた電流値Iとから現像剤Gの体積抵抗値RG=V0/Iを計算する。さらに、中央制御部60は、得られた現像剤Gの体積抵抗値RGから、現像剤Gにおけるトナー濃度TCを予測する。そして、中央制御部60は、予測TCとトナー濃度TCの許容範囲との関係から、新規現像剤を補給すべきか、トナーを排出すべきか、あるいは何もしないでよいかについて判断を行い、その結果としてトナー濃度制御情報を生成する。
一方、中央制御部60は、第四停止位置P4にあるマゼンタの現像器13Mの光センサ49から送られてくるパルス信号を検知し、次にパルス信号が検知されるまでの間、電流測定部66で測定された電流値Inのサンプリングを行い、印加した基準電圧V0とサンプリングされた電流値Inとから現像剤Gの体積抵抗値RGn=V0/Inを計算し、得られた体積抵抗値RGnから交流電圧のピークトゥピーク値Vp-pのプロファイルを設定する。そして、中央制御部60は、得られたトナー濃度制御情報および交流電圧のピークトゥピーク値Vp-pのプロファイルをメモリ(RAM60c)に格納する(ステップ406)。このようにして、第四停止位置P4に配置されたマゼンタの現像器13Mにおける各種動作は終了し、後述するステップ414へと進む。
では続いて、第一停止位置P1に配置されたイエローの現像器13Yにおける各種制御について説明する。
中央制御部60は、メモリ(RAM60c)に格納されていたイエローの現像器13Yに対応するトナー濃度制御情報を読み出す(ステップ407)。また中央制御部60は、メモリ(RAM60c)に格納されていた交流電圧のピークトゥピーク値Vp-pのプロファイルを読み出し(ステップ408)、現像バイアスコントローラ65に出力する。なお、これらステップ407で読み出されるトナー濃度制御情報やステップ408で読み出される交流電圧のピークトゥピーク値Vp-pのプロファイルは、以前第四停止位置P4に配置された際に取得され、メモリに格納されていたものである。さらに中央制御部60は、駆動コントローラ64に駆動信号を出力することにより、モータ63を駆動し、第一停止位置P1にあるイエローの現像器13Yを駆動する(ステップ409)。これにより、第一停止位置P1にあるイエローの現像器13Y内の現像剤Gが攪拌搬送されるとともに、現像剤Gが現像スリーブ46上に担持され、搬送される。
そして、中央制御部60は、ステップ407で読み出されたトナー濃度制御情報に基づき、必要に応じてトナー濃度の制御動作(新規現像剤の補給、過剰トナーの排出等)を実行する(ステップ410)。続いて、中央制御部60は現像バイアスコントローラ65に電圧印加信号を出力することにより、現像電源18より現像スリーブ46に対し現像バイアスを印加させる(ステップ411)。このとき、現像電源18によって印加される現像バイアスは、−560Vの直流電圧に交流電圧を重畳させたものであり、この交流電圧は上記ステップ408で読み出されたプロファイルに基づきピークトゥピーク値Vp-pを変動させたものとなる。そして、このピークトゥピーク値Vp-pは、第一停止位置P1にあるイエローの現像器13Yの光センサ49から送られてくるパルス信号(現像スリーブ46の回転位置の検知結果)をトリガとして制御される。このような現像バイアスが印加されることにより、現像動作が開始され(ステップ412)、感光体ドラム10上の静電潜像は現像スリーブ46上に担持されたトナーによって現像される。
その後、第一停止位置P1にあるイエローの現像器13Yの現像動作が終了すると(ステップ413)、中央制御部60はさらに次のマゼンタの現像器13Mで現像を行うのか否かを判断し(ステップ414)、マゼンタの現像器13Mで現像動作を行う場合にはステップ402に戻ってマゼンタの現像器13Mによる現像動作を実行する。すなわち、現像装置13を回転させることによりマゼンタの現像器13Mを第一停止位置P1へと移動させ、さらに現像動作を実行する。一方、マゼンタの現像器13Mによる現像を行わない場合には、一連の動作を終了する。
このように、本実施の形態では、現像装置13がロータリ型現像装置である利点を生かし、感光体ドラム10に対向配置される現像器(例えばイエローの現像器13Y)で現像動作を行っている間に、他の現像器(例えばマゼンタの現像器13M)でトナー濃度検知や現像スリーブ46の偏心プロファイル測定等を実行できるようにした。このため、実施の形態1のように例えば2000枚のプリントアウト毎に画像形成動作を一時的に中断する必要がなくなり、生産性の低下を抑制することができる。
また、本実施の形態では、現像スリーブ46の対向電極として、感光体ドラム10ではなく固定配置された電極67を用いているため、現像スリーブ46の偏心プロファイルに含まれる誤差成分をより少なくすることができる。その結果、本実施の形態では、より的確な現像バイアスのプロファイルを設定することが可能になる。すなわち、濃度変動を十分に抑制することができる。さらに、本実施の形態では、感光体ドラム10を対向電極としていないため、上述したような感光体ドラム10自身の偏心の他、帯電電位VHの変動等のファクターも排除することが可能になる。
なお、本実施の形態では、電極67を別途配置するようにしていたが、これに限られるものではなく、例えば各現像器13Y,13M,13C,13Kに設けられたトリマ48を現像スリーブ46の対向電極として利用することもできる。
また、実施の形態1、2では、現像スリーブ46と対向電極(感光体ドラム10、電極67)との間に印加される基準電圧V0と、このときに流れる電流Iとを用いて現像剤Gの体積抵抗値RGを計算し、この計算結果に基づいてトナー濃度TCや現像スリーブ46の偏心プロファイルを求めていたが、これに限られるものではない。すなわち、現像剤Gの体積抵抗値RG以外にも、交流印加時の現像剤Gのインピーダンス、現像剤Gの静電容量など、各種電気的特性に基づいてトナー濃度TCや現像スリーブ46の偏心プロファイル等を求めることも可能である。
10…感光体ドラム、11…帯電装置、12…レーザ書き込み装置、13…現像装置、13Y…イエローの現像器、13M…マゼンタの現像器、13C…シアンの現像器、13K…黒の現像器、18…現像電源、19…駆動モータ、20…転写ドラム、30…定着装置、41…現像ハウジング、43…現像ロール、44…第一オーガ、45…第二オーガ、46…現像スリーブ、47…磁石ロール、49…光センサ、60…中央制御部、61…画像信号コントローラ、62…ドライバ、63…モータ、64…駆動コントローラ、65…現像バイアスコントローラ、66…電流測定部、67…電極、68…測定電源、69…測定バイアスコントローラ、VH…帯電電位、VL…潜像電位、G…現像剤、P…用紙、P1…第一停止位置、P2…第二停止位置、P3…第三停止位置、P4…第四停止位置、S…ギャップ