JP4953588B2

JP4953588B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4953588B2
Application number: JP2005151345A
Authority: JP
Inventors: 孝篤清水
Original assignee: 株式会社沖データ
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2025-05-24
Also published as: US20060269306A1; EP1727000A3; US7539429B2; JP2006330188A; CN1869830A; CN100595685C; EP1727000A2

Description

本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機等の画像形成装置、或はこれらの少なくとも二つ以上の機能を備えたＭＦＰ（Multi-Function Product）等の画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真方式の画像形成装置は、帯電装置により均一に帯電された感光体ドラムの表面を露光装置により露光して静電潜像を形成し、現像装置により静電潜像を現像して感光体ドラムにトナー像を形成した後、トナー像を用紙に転写して定着する方式である。

このような画像形成装置においては、用紙に転写されたトナーの量により画像濃度が決定するが、使用環境の変化や使用頻度など様々な要因により画像濃度が変動する場合がある。この画像濃度の変動を抑え、目標とする濃度に調整する方法は多く提案されている。

例えば、感光体ドラムを所定の帯電電圧に帯電させ、所定の露光エネルギーで露光を行い静電潜像を形成し、所定の現像バイアス電圧でトナーを感光体ドラム上の静電潜像に現像させた後、感光体ドラムや転写ベルト上にテストパターンを形成し、そのテストパターンの濃度をトナー濃度検出手段により検出し、その検出値を基準値と比較して、画像形成の条件、例えば露光装置の光量、現像バイアス電圧、トナー供給バイアス電圧などの制御を行って最終的に用紙上に形成される画像濃度が目標濃度となるようにしてきた。
特開平１１−１８４１９０

しかしながら、上記のような画像形成装置においては、従来、濃度を補正するときに、カブリ（非画像部分が汚れてしまうこと）が悪化することがあるという問題があった。よって、本発明の課題は、カブリの発生を防止することができ、より安定した画像濃度を得ることができる画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、像担持体と、帯電電圧が供給され、前記像担持体の表面を帯電する帯電部と、前記像担持体の表面に静電潜像を形成する露光部と、現像電圧が供給され、前記像担持体に形成された静電潜像に現像剤を付着して可視像を形成する現像部と、前記可視像を転写部材に転写する転写部と、前記転写部材上の可視像の濃度を検出する濃度検出手段と、前記濃度検出手段により検出された濃度に応じて前記現像部に供給する現像電圧を補正する現像電圧補正手段と、温度と湿度で設定された環境レベルに応じた帯電環境テーブル電圧を格納する帯電環境テーブルと、温度と湿度で設定された環境レベル毎に、帯電バイアス電圧と像担持体帯電電位との差分を示す露光量調整基準テーブル電圧を格納する露光量調整用テーブルとを備え、バイアス制御において、現在の環境レベルに応じて前記帯電環境テーブルから読み出した帯電環境テーブル電圧と現在設定されている現像電圧とを用いて帯電バイアス電圧を算出し、現在の環境レベルに応じて前記露光量調整用テーブルから読み出した露光量調整基準テーブル電圧と該算出した帯電バイアス電圧との差分を前記像担持体の帯電電圧として算出し、前記算出した帯電バイアス電圧で前記像担持体を帯電し、前記像担持体の帯電電圧に対応する露光量で前記像担持体を露光し、現在設定されている現像電圧で現像して可視像を形成し、前記形成した可視像の濃度を前記濃度検出手段により検出し、検出した濃度に応じて前記現像電圧補正手段により前記現像電圧を補正し、補正後の現像電圧と前記帯電環境テーブル電圧を用いて補正後帯電バイアス電圧を算出し、算出した補正後帯電バイアス電圧を設定することにより、現像電圧の補正前における現像剤層電位と前記現像電圧との和と前記像担持体の帯電電圧との差と前記現像電圧の補正後における現像剤層電位と前記補正後現像電圧の和と前記補正後帯電電圧との差とを一定としたことを特徴とする画像形成装置を提供する。

本発明によれば、温度と湿度で設定された環境レベル毎に、帯電バイアス電圧と像担持体帯電電位との差分を示す露光量調整基準テーブル電圧を格納する露光量調整用テーブルとを備え、バイアス制御において、現在の環境レベルに応じて前記帯電環境テーブルから読み出した帯電環境テーブル電圧と現在設定されている現像電圧とを用いて帯電バイアス電圧を算出し、現在の環境レベルに応じて前記露光量調整用テーブルから読み出した露光量調整基準テーブル電圧と該算出した帯電バイアス電圧との差分を前記像担持体の帯電電圧として算出し、前記算出した帯電バイアス電圧で前記像担持体を帯電し、前記像担持体の帯電電圧に対応する露光量で前記像担持体を露光し、現在設定されている現像電圧で現像して可視像を形成し、前記形成した可視像の濃度を前記濃度検出手段により検出し、検出した濃度に応じて前記現像電圧補正手段により前記現像電圧を補正し、補正後の現像電圧と前記帯電環境テーブル電圧を用いて補正後帯電バイアス電圧を算出し、算出した補正後帯電バイアス電圧を設定することにより、現像電圧の補正前における現像剤層電位と前記現像電圧との和と前記像担持体の帯電電圧との差と前記現像電圧の補正後における現像剤層電位と前記補正後現像電圧の和と前記補正後帯電電圧との差とを一定としたので、全環境レベルにおいて、カブリのない、且つ濃度が安定した、良好な品質の出力画像を得ることができる。

本発明の趣旨を説明するために、以下好適な実施形態を二例、添付図面に基づいて示すが、言うまでもなく本発明の範囲はこれらの様態に限られるものではない。本発明の趣旨に基づいて種々な実施形態で実施することも可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

ここでは、非画像部コントラスト電圧が変化すると、カブリも変動する傾向にあることを説明する。非画像部コントラスト電圧とは、現像バイアス電圧とトナー層電位との和に対する感光体帯電電位との差分の絶対値であり、現像コントラスト電圧とは、現像バイアス電圧とトナー層電位との和に対する露光部の潜像電位との差分の絶対値である。まず環境レベル値、帯電環境テーブル電圧、帯電経時テーブル電圧などについて説明する。環境レベル値とは、温度および湿度に対する画像形成特性の変動を段階的に示すレベルであり、環境センサにより測定した温度と湿度の関係から、演算部で演算して求めた値である。図４は、本発明における温度および湿度による画像形成特性を段階的に示す環境レベル図である。例えば、温度３０^oCかつ湿度８０％の高温高湿環境はレベル１となり、温度２５^oCかつ湿度４５％の室温環境はレベル３となり、温度１０^oCかつ湿度１０％の低温低湿環境はレベル６となる。帯電環境テーブル電圧は、帯電環境テーブルに設定してあり、各動作環境での補正電圧であり、図５に示してある。後述するが、この帯電環境電圧は実施例１のなかで、画像形成装置の各動作環境で非画像部コントラスト電圧がほぼ一定となるように設定しておく。帯電経時テーブル電圧は、帯電経時テーブルに設定してあり、図１２に示した印刷カウントに対するトナー層電位変動の特性を基に、初期からのトナー層電位変化量を設定するものであり、図６に示してある。例えば、環境レベル値がレベル３で、印刷カウントが２０００枚の場合、帯電環境テーブル電圧値は−７００Vであり（図５）、帯電経時テーブル電圧値は+１０Vである（図６）。

（１）非画像部コントラスト電圧の増加によりカブリが悪化する傾向にある点について説明する。
ここでは画像形成装置が同じ動作環境レベルで非画像部コントラスト電圧の増加によりカブリが悪化する傾向にあることを説明する。

図８においては、環境レベル３、印刷初期における現像バイアス電圧Vdbが−２００Vのときと−３００Vのときの帯電バイアス電圧とカブリの関係を示している。縦軸のカブリの数値は、カブリの濃度を示す指標である色差で表しており、値が大きいほどカブリが悪いことを示す。本画像形成装置において目標とする値は、印刷媒体上の非画像部の色汚れが目視では認識できないレベルである０．５以下である。図１０は、帯電ローラに供給する帯電バイアス電圧に対する感光体表面の帯電電位の関係を、環境レベル別に示す図である。環境レベルが異なる場合でも、帯電バイアス電圧に対する感光体帯電電位の増加の傾きは同一であるが、環境レベル値が小さいほど感光体の帯電電位（絶対値）が高くなることを示している（感光体帯電電位を−５００Vとする場合、供給する帯電バイアス電圧は環境レベル１では−９００V、環境レベル３では−１０００V、環境レベル６では−１１５０Vとなる）。図１１は、トナー層電位と環境レベルの関係を示す図である。環境レベルが１から６へ変化するに従い、トナー層電位が−４０Vから−９０Vへ増加することを示している。図１２は、印刷カウントに対するトナー層電位の変動関係を環境レベル別に示す図である。例えば、環境レベル３の場合、初期ではトナー層電位は−６０Vであるが、印刷カウントが１００００枚までは、カウント数に従い、低下し、１００００枚以降は−４０Vでほぼ一定となることを示している。

まず、帯電バイアス電圧の設定を−１０００Vと、環境レベル３とした場合、現像バイアス電圧Vdb＝−３００VとVdb＝−２００V のときの非画像部コントラスト電圧の変動傾向をみる。ここで、帯電バイアス電圧は−１０００Vであるので、図１０から感光体帯電電位は−５００Vとなる。また、図１１、と図１２（印刷初期状態、つまり、印刷枚数が0枚のとき）より、トナー層電位は−６０Vである。これらより、現像バイアス電圧とトナー層電位との和に対する感光体帯電電位との差分の絶対値（非画像コントラスト電圧）は、Vdb＝−２００Vのときは、｜−２００+（−６０）−（−５００）｜＝２４０V、Vdb＝−３００Vのときは、｜−３００+（−６０）−（−５００）｜＝１４０Vとなる。しかし、図８から帯電バイアス電圧の設定を−１０００Vとした場合、Vdb＝−３００Vではカブリは０．５以下なので良好であるが、Vdb＝−２００Vの場合、カブリは０．８となり不良である。言い換えれば、非画像部コントラスト電圧が１４０Vから２４０Vへと増加すると、カブリが０．５以下で良好から、０．８で不良へと悪化する。すなわち、これは非画像部コントラスト電圧の増加によりカブリが悪化する傾向にあることを示唆している。実際に図８でVdb=−３００Vの曲線に着目すると、カブリが良好となる範囲は、帯電バイアス電圧−９５０Vから−１０６０Vまでの範囲であり、このとき非画像コントラスト電圧の範囲を次のように算出してみる。図１０から帯電バイアス電圧は−９５０Vと−１０６０Vのとき、対応した感光体帯電電位は、−４５０Vと−５６０Vである。よって、非画像部コントラスト電圧は、｜−３００+（−６０）−（−４５０）｜＝９０Vから、｜−３００+（−６０）−（−５６０）｜＝２００Vへと増加することがわかる。

（２）非画像部コントラスト電圧の低下によりカブリが悪化する傾向にある点について説明する。
ここでは画像形成装置が異なる動作環境レベルで非画像部コントラスト電圧の低下によりカブリが悪化する傾向にあることを説明する。

図９においては、現像バイアス電圧Vdbが−３００V一定であり、印刷初期において、環境レベル１と環境レベル３のときのカブリを示している。まず、帯電バイアス電圧の設定を−９００Vとした場合、環境レベル１と環境レベル３のときの非画像部コントラスト電圧の変動傾向をみる。ここで、図１０から感光体帯電電位は環境レベル１では−５００V、環境レベル３では−４００Vである。また、図１１と図１２（印刷初期状態、つまり、印刷枚数が0枚のとき）より、トナー層電位は環境レベル１で−４０V、環境レベル３で−６０Vとなる。これらより、非画像部コントラスト電圧は、環境レベル１のときは、｜−３００+（−４０）−（−５００）｜＝１６０V、環境レベル３のときは、｜−３００+（−６０）−（−４００）｜＝４０Vとなる。しかし、図９から、帯電バイアス電圧の設定を−９００Vとした場合、環境レベル１ではカブリ０．５以下なので良好であるが、環境レベル３の場合、カブリが２．０となり、不良である。言い換えれば、非画像部コントラスト電圧が１６０Vから４０Vへと減少すると、カブリが０．５以下で良好から、２．０で不良へと悪化する。すなわち、これは非画像部コントラスト電圧の低下によりカブリが悪化する傾向にあることを示唆している。実際に図９で環境レベル１の曲線に着目すると、カブリが良好となる範囲は、帯電バイアス電圧が−８４０Vから−９２０Vの範囲であり、このときの非画像コントラスト電圧の範囲を算出してみる。帯電バイアス電圧は−８４０Vと−９２０Vのとき、図１０より、対応した感光体帯電電位は、−４６０Vと−５４０Vである。よって、非画像部コントラスト電圧は、｜−３００+（−６０）−（−４６０）｜＝１００Vから、｜−３００+（−６０）−（−５４０）｜＝１８０Vへと増加することがわかる。

以上のように、良好な非画像部コントラスト電圧の範囲は環境によりわずかに変化するが、非画像部コントラスト電圧が１８０V程度以上になると、トナーの帯電分布のなかで逆方向電位に帯電したトナーが感光体ドラムへ付着し、カブリ０．５以上の不良となる。逆に非画像部コントラスト電圧が１００V程度以下になると、トナーの帯電分布のなかで帯電量の高いトナーが非画像へも現像されやすくなり、カブリ０．５以上の不良となる。図１５は、非画像部コントラスト電圧に対するカブリの変化関係を、環境レベル別に示す図である。

よって、上述（１）および（２）より、非画像部コントラスト電圧が変化すると、カブリも変動する傾向にあることがわかる。従来、濃度を補正するために、現像コントラスト電圧を調整すると、非画像部コントラスト電圧も変動してしまうため、カブリが悪化することが生じたわけである。したがって、本発明の特徴は非画像部コントラスト電圧を画像形成装置の各動作環境でほぼ一定となるようにバイアス条件制御を行い、且つ帯電バイアス電圧の変動に従い、露光量を調整するようにすることにより、カブリの発生を防止することができ、より安定した画像濃度を得ることができることである。以下実施形態を二例用いて示す。

本実施例は画像形成装置の各動作環境で非画像部コントラスト電圧がほぼ一定となるように環境電圧テーブルを設定して、そして実際に動作環境や、印刷枚数、使用頻度、印刷画像の面積率、あるいは画像形成プロセス材料の特性変化など様々な要因により画像濃度に変化が生じるとき、画像濃度の補正をする例である。この非画像部コントラスト電圧は、各動作環境でのカブリが本実施例では０．５以下とする電圧値である。本実施例には二つの大きな構成（１）と（２）がある。即ち、（１）まず非画像部コントラスト電圧が各環境でほぼ一定となるような電圧値を帯電環境テーブルに設定して、そして得られたバイアス条件で画像形成装置を作動させる。非画像部コントラスト電圧が各環境でほぼ一定となるように電圧値を帯電環境テーブルに設定して、バイアス制御を行い、且つ帯電バイアス電圧の変動に従い、露光量を調整することにより、目標画像濃度が得られるのは望ましいが、実際に上述した様々な要因により、同一のバイアス条件では画像濃度に変化が生じる場合がある。（２）そこで、画像濃度を検出して、濃度が変動した場合、バイアス条件を制御して目標濃度が得られるように補正する。

図１は本実施例の画像形成装置の構成の概略を示す図であり、ここでの画像形成装置を電子写真方式プリンタとする。アルミなどドラム形状の導体の表面に光導体層を形成し回転駆動される像担持体としての感光体ドラム１の周囲に、帯電ローラ２、露光ヘッド３、現像器４、転写ベルト９、感光体クリーニングブレード１０が配置され、さらに定着器１１、濃度センサ１３から構成される。帯電ローラ２は、例えばステンレスなどの導体を軸としてエピクロルヒドリンなどの導電性の弾性体が被覆されており、感光体ドラム１に接触するように配置されている。露光ヘッド３は、例えばＬＥＤ素子とレンズアレイからなり、ＬＥＤ素子からの照射光が感光体ドラム１表面に結像する位置に配置されている。現像器４は、例えばステンレスなどの導体を軸としてウレタンなどの導電性の弾性体を被覆した現像ローラ５と、例えばステンレスなどの導体を軸としてシリコンなどの発砲性の弾性体を被覆した供給ローラ６と、例えばステンレス鋼の板状部材である規制ブレード７からなり、内部には図示していないトナーカートリッジからトナーが供給される構成であり、現像ローラ５が感光体ドラム１に接触するように配置されている。転写ベルト９は、例えばポリアミドなどからなる半導電性のベルト状部材であり感光体ドラム１に接触するように配置されている。感光体ドラム１との接触部には感光体とドラム１に対向する位置に例えば発砲性弾性体からなる転写ローラ８が配置されている。濃度センサ１３は、例えば発光ダイオードと受光ダイオードからなるフォトセンサであり、転写ベルト９の、感光体ドラム１との接触位置の下流に配置されている。濃度センサ１３の下流には、転写クリーニングブレード１４が転写ベルトに接触配置されている。１２は転写ベルト９上を搬送される印刷媒体を示している。また、本画像形成装置は装置内の温度および湿度を検出する環境センサ２０を備えている。

このようなプリンタの印刷工程においては、まず帯電ローラ２に帯電バイアス電圧を供給して感光体ドラム１の表面を一様に帯電させる。次に、露光ヘッド３に駆動電流を供給して、帯電された感光体ドラム１の表面を露光して所望の静電潜像パターンを形成する。そして、表面にトナー薄層が形成されている現像ローラ５に現像バイアス電圧を供給して、感光体ドラム１上のトナー像を印刷媒体１２上へ転写させた後、印刷媒体１２上のトナー像は定着器１１により印刷媒体１２に定着され印刷動作が完了する。

図２は、本実施例の画像形成装置の制御ブロック図を示したものである。帯電ローラ２には帯電バイアス電圧制御部２１が接続されており、演算部２４で設定された帯電バイアス電圧が供給される。現像ローラ５には現像バイアス電圧制御２２が接続されており、演算部２４で設定値された現像バイアス電圧が供給される。露光ヘッド３には露光量制御部２３が接続されており、演算部２４で設定された駆動電流値が供給される。濃度センサ１３は転写ベルト９上のトナー像を読み取り、出力値は演算部２４により演算され濃度が検出される。

環境センサ２０は装置内の温度および湿度を測定し、出力値は演算部２４により演算され、環境レベル値が検出される。演算部２４は内部に印刷カウンタ２５を備え、感光体ドラム１の回転数を計測して印刷枚数に相当するカウント数を演算により求めている。また、演算部２４には記憶部２６が接続されている。記憶部２６の内部には、環境レベル値に対応した電圧値が格納されている帯電環境テーブル２７、印刷カウント値に対応した電圧値が格納されている帯電経時テーブル２８、そして環境レベル値に対応した電圧値が格納されている露光量調整基準テーブル２９を備えている。

図３は本実施例のフローを示すものである。まず、記憶部２６内に記憶されている帯電テーブル２７から環境レベル値に対応した帯電環境テーブル電圧値を、同じく記憶部２６内に記憶されている帯電経時テーブル値２８から印刷カウント値に対応した帯電経時テーブル電圧値を読込む。そして、読込んだ帯電環境テーブル電圧値と帯電経時テーブル値とを加算して、帯電基準電圧を算出する。ここでの帯電環境テーブル電圧値は、各動作環境レベルで非画像部コントラスト電圧がほぼ一定となるように設定される（Step S３１）。次に算出された帯電基準電圧と現像バイアス電圧を加算して帯電バイアス電圧を算出する（Step S３２）。続いて、記憶部２６内に記憶されている露光量調整用環境テーブル２９から環境レベル値に対応した露光量調整環境テーブル電圧値を読込み、前記にて算出された帯電バイアス電圧との差分を算出して、この差分に対して調整係数を乗算して露光量調整値を算出する（Step S３３）。以上により、決定した帯電バイアス電圧、現像バイアス電圧、露光量により感光体上にトナー像を作成する。トナー像は、濃度センサ１３の位置に対応した位置に、例えば、画像面積率が１００％、７０％、３０％のパッチパターンとすればよい（Step S３４）。感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、転写ベルト上へ直接転写させる。そして転写ベルト９の回転により、濃度センサ１３の直下にパッチパターンが移動するタイミングでパッチパターンの反射率を読み取り、演算部２４において演算処理が施され、画像濃度が検出される（Step S３５）。画像濃度算出後、演算部２４において検出した濃度値と目標値との差分を算出する。現像バイアス値と濃度は線形の関係を持ち、あらかじめ記憶部２６に記憶されている補正係数に従い、差分に応じて濃度を補正する現像バイアス電圧の補正電圧値が算出される（Step S３６）。上記により算出された濃度に対しての現像バイアス電圧補正値と、現像バイアス電圧値とを加算して補正後現像バイアス電圧を算出する（Step S３７）。補正後現像バイアス電圧算出後、帯電基準電圧と補正後現像バイアス電圧を加算して、補正後帯電バイアス電圧を算出する（Step S３８）。補正後帯電電圧算出の後、露光量調整基準テーブル値と補正後帯電バイアス電圧との差分に調整係数を乗算して露光量調整値を算出する（Step S３９）。露光量を調整した上で本フローが完了する。

次に、この実施例のフローに従い、具体的な数字の例で本実施形態を説明する。
ここでは画像形成装置の環境レベル値をレベル３、印刷カウントを２０００枚の場合とする。図５は、環境レベルに対する帯電環境テーブル電圧を示す図である。図６は、印刷カウントに対する帯電経時テーブル電圧を示す図である。図５および図６より、印刷カウントが２０００枚の場合、帯電環境テーブル電圧値は−７００Vであるが、帯電経時テーブル電圧値は+１０Vが読込まれ、したがって帯電基準電圧は、（−７００+１０）＝−６９０Vとなる（Step S31）。現像バイアス電圧はここで−３１０Vとする。したがって、帯電バイアス電圧は、（−６９０）+（−３１０）＝−１０００Vとなる（Step S32）。露光量調整に関して、図１３を用いて説明する。図１３は感光体帯電電位に対する露光量の設定値を示したものである。感光体帯電電位が−５００Vのときの露光量を露光基準値として、感光体帯電電位の増減に比例して露光量を調整する。露光基準値では駆動電流は３mAとすると、例えば、感光体帯電電位が−４００Vの場合、図１３より、露光量は０．７（相対値）に調整される。これに伴い、駆動電流は、３mA×０．７＝２．１mAとすれば良い。ここで、環境レベル３の露光量調整基準テーブル電圧は図７より−５００Vであり、前記の通り帯電バイアス電圧は−１０００Vであるので、差分は−５００Vとなり、図１３より露光量は１．０と算出される（Step S33）。以上により、決定した帯電バイアス電圧（−１０００V）、現像バイアス電圧（−３１０V）、露光量（P＝１．０）により感光体上にトナー像を作成する（Step S34）。ここでの、感光体上の潜像電位を図１４（a）を用いて説明する。感光体帯電電位は−５００Vであり露光量P＝１で露光するとき、露光部の静電潜像は−１００Vとする。現像バイアス電圧は上記より−３１０Vであり、トナー層電位Vt1は図１２（印刷状態が２０００枚）より−５０Vである。これより、現像コントラスト電圧Vdc1は、｜−３１０+（−５０）−１００｜＝２６０Vである。非画像部コントラスト電圧Vbc1は、｜−３１０+（−５０）−（−５００）｜＝１４０Vとなり、図１５よりカブリが０．５以下の良好範囲である。

そして濃度を検出する。ここで、検出濃度がOD値で１．２９、目標濃度がOD値で１．５とする。（Step S35）。本実施例の現像ローラの材料やトナーの帯電特性では補正係数が現像バイアス電圧変化量１００Vに対してOD変化量を０．３であるので、現像バイアス電圧を、（（１．２９−１．５）＊１００）／０．３＝−７０V増加させれば良い。したがって、このとき濃度に対しての現像バイアス電圧補正値は−７０Vである（Step S36）。現像バイアス電圧値は−３１０Vであるので、補正後現像バイアス電圧は、（−７０）+（−３１０）＝−３８０Vとなる（Step S37）。参考のため、ここでのバイアス条件における感光体上の潜像電位を図１４（b）に示す。現像バイアス電圧が−３８０Vに変化することにより、現像コントラスト電圧Vdc２は、｜−３８０+（−５０）−１００｜＝３３０Vとなり、補正前と比較して潜像電位が、｜Vdc２−Vdc1｜＝７０V分増加する。一方、非画像部コントラスト電圧Vbc２は、｜−３８０+（−５０）−（−５００）｜＝７０Vとなり、この場合、図１５よりカブリが０．５以上の不良となる。帯電基準電圧は−６９０Vであり、補正後現像バイアス電圧は−３８０Vであるため、補正後帯電バイアス電圧は、（−６９０）+（−３８０）＝−１０７０Vとなる（Step S38）。感光体上の潜像電位は、図１４（c）に示すように、感光体帯電電位の増加により、潜像電位全体が−７０V増加する。したがって、非画像部コントラスト電圧Vbc3は、｜−３８０+（−５０）−（−５７０）｜＝１４０Vとなり、図１５よりカブリが０．５以下の良好範囲となる。一方、現像コントラスト電圧Vdc3は、｜−３８０+（−５０）−（−１７０）｜＝２６０Vに低下するため、補正後濃度が得られない。補正後濃度が得られるために、露光量を調整しなければならない。

上記より、露光量調整基準テーブル値は−５００Ｖ、補正後帯電バイアス電圧は−１０７０Ｖより、差分は−５７０Ｖとなる。図１３より感光体帯電電位が−５７０Ｖのとき露光量調整値は１．２１である（Step S３９）。これより潜像電位深さは７０Ｖ増加する。したがって、感光体上の潜像電位は、図１４（ｄ）に示すように、潜像電位深さが７０Ｖ増加する。したがって、非画像部コントラスト電圧Ｖbc４は１４０Ｖを維持し、且つ現像コントラスト電圧Ｖdc４は３３０Ｖとなり、露光部の潜像電位は−１００Vとなるため、目標とする濃度１．５が得られる。

以上の処理により、本実施例の濃度補正によるバイアス制御が完了する。本実施例の濃度補正によれば、現像バイアス電圧が変化した場合はもちろん、使用環境が変化した場合においても、非画像部コントラスト電圧は常に一定になる。例えば、印刷初期状態のとき、非画像部コントラスト電圧は１４０Ｖとなる。したがって、図１５に示すように全環境レベルにおいて、カブリ０．５以下の良好な印刷品質を得ることができる。非画像部コントラスト電圧の設定値は、カブリ０．５以下を目標とする場合は１００Ｖから１８０Ｖ程度の範囲であれば良い。また、非画像部コントラスト電圧を一定にするために、帯電バイアス電圧を変化させた場合、その変化量に応じて露光量を調整するため、現像コントラスト電圧は濃度補正による補正後の値を維持するため、一定濃度を得ることができる。

本実施例では、露光量調整に関して駆動電流を調整する方法について説明しているが、露光量は駆動電流に応じた発光量と発光時間の積に比例するので、駆動電流を一定にして発光時間を調整しても良い。

上記濃度補正は、例えば装置の電源をオンにするタイミングや、印刷カウントが一定の枚数を経過するタイミングや、環境レベルが変動するタイミングで行う。

もちろん本実施例で示した値は一例に過ぎず、使用するプロセス材料の特性やプロセス速度などの条件に合わせて、テーブル電圧値などは適宜最適値を設定すれば良い。

本実施例は、感光体帯電電位とトナー層電位を直接検知して、非画像部コントラスト電圧の調整を行うことにより、画像形成装置の各動作環境で非画像部コントラスト電圧がほぼ一定となるようにして濃度を補正する例である。

本実施例には、二つの大きな構成（１）と（２）がある。即ち、（１）まず既に動作している画像装置の画像濃度を検出して目標濃度値との差分を算出して、この濃度の差分に従って、バイアス電圧条件を補正する。（２）そして補正されたバイアス電圧条件で非画像部コントラスト電圧値が目標非画像部コントラスト電圧値となるように、基準帯電バイアス電圧を算出し、そして露光量を調整することにより目標濃度が得られる。

この目標非画像部コントラスト電圧を、各動作環境でのカブリが本実施例では０．５以下とする電圧値である。

図１６に本発明の第２実施例の画像形成装置の構成概略を示す。本実施例の画像形成装置を電子写真方式プリンタとし、第１の実施例と同一の構成については同じ番号を付与し、その対応した説明は省略する。第２実施例においては、電位センサ５１が感光体ドラム１に対向して、現像ローラ５との接触位置と転写ベルト９との接触位置の間に設置されている。電位センサ５１は非接触方式の表面電位センサである。なお、本実施例の画像形成装置の印刷過程は第１実施例の画像形成装置の印刷過程とほぼ同じである。

図１７は、本実施例の画像形成装置の制御ブロック図を示したものである。帯電ローラ２には帯電バイアス電圧制御部２１が接続されており、演算部５２で設定された帯電バイアス電圧が供給される。現像ローラ５には現像バイアス電圧制御部２２が接続されており、演算部５２で設定された現像バイアス電圧が供給される。露光ヘッド３には露光量制御部２３が接続されており、演算部５２で設定された駆動電流値が供給される。濃度センサ１３は転写ベルト９上のトナー像を読み取り、出力値は演算部５２により演算され濃度が検出される。電位センサ５１は感光体帯電電位および感光体上に形成されたトナー像のトナー層電位を読み取り、出力値は演算部５２により演算された電圧値が検出される。演算部５２には記憶部５３が接続されている。

図１８は本実施例の濃度補正のフローを示すものである。濃度補正においては、まず、あらかじめ記憶部５３に格納されている基準帯電バイアス電圧値を読み込み、帯電ローラに電圧を供給し感光体表面を帯電させ、このときの感光体帯電電位を電位センサ５１により検出する（Step S６１）。基準帯電バイアス電圧は、例えば−１０００Vとし、検出した感光体帯電電位は−５２０Vとする。検出された感光体帯電電位は記憶部５３に格納される。

次に、記憶部５３に格納されている基準露光量を読み込み、露光ヘッド３に基準露光量に応じた駆動電流を供給して、静電潜像パターンを形成する。さらに記憶部５３に格納されている基準現像バイアス電圧値を読み込み、現像ローラ５に基準現像バイアス電圧を供給して静電潜像パターンを現像とトナー像を作成する（Step S６２）。基準露光量の駆動電流は、例えば３mA、基準現像バイアス電圧は、例えば−３００Vとする。静電潜像パターンは、トナー層電位検出用と濃度検出用に供用することが望ましく、電位センサ５１および濃度センサ１３の位置に対応した位置に、例えば、画像面積率が１００％、７０％、３０％のパッチパターンが形成される。

そして、感光体ドラム１上に形成されたトナー像の画像面積率１００％パッチパターンの表面電圧を、電位センサ５１により測定し、演算部５２において演算処理が施され、トナー層電位を検出する（Step S６３）。検出されたトナー層電位は記憶部５３に格納される。ここでは、検出されたトナー層電位は−８０Vとする。

続いて、感光体ドラム１上に形成されているトナー像を、転写ベルト上へ直接転写させる。そして転写ベルト９の回転により、濃度センサ１３の直下にパッチパターンが移動するタイミングでパッチパターンの反射率を読み取り、演算部５２において演算処理が施される（Step S６４）。濃度センサ１３を通過した転写ベルト９上のトナーは、クリーニングブレード１４により掻き落とされ、図示しない廃トナーボックスに回収される。

画像濃度算出後、演算部５２において検出した濃度値と目標値との差分を算出する。現像バイアス値と濃度は線形の関係を持ち、あらかじめ記憶部５３に記憶されている補正係数に従い、差分に応じた現像バイアス電圧の補正電圧値が算出される（Step S６５）。本実施例の現像ローラの材料やトナーの帯電特性では補正係数が現像バイアス電圧変化量１００Vに対してOD変化量を０．３であるので、例えば、検出濃度がOD値で１．８、目標濃度がOD値で１．５の場合、現像バイアス電圧を１００V減少させれば良い。このとき、濃度に対しての現像バイアス補正電圧値は＋１００Ｖである。

上記により算出された濃度に対しての現像バイアス補正電圧値と基準現像バイアス電圧値を加算して補正後現像バイアス電圧を算出する（Step S６６）。濃度に対しての現像バイアス濃度補正電圧値は＋１００Ｖ、基準現像バイアス電圧値は−３００Ｖであるので、補正後現像バイアス電圧は、＋１００＋（−３００）＝−２００Ｖとなる。

補正後現像バイアス電圧算出後、記憶部５３に格納されている感光体帯電電位検出値から、同じく記憶部５３に格納されているトナー層電位検出値と補正後現像バイアス電圧を減算して、非画像部コントラスト電圧を算出する（Step S６７）。上記より、感光体帯電電位検出値は−５２０Ｖ、トナー層電位検出値は−８０Ｖ，補正後現像バイアス電圧値は−２００Ｖであるので、非画像部コントラスト電圧は、｜−２００+（−８０）−（−５２０）｜＝２４０Ｖである。非画像部コントラスト電圧は１８０Ｖ以上であるので、図１５よりカブリは０．５以上の不良領域と判定される。

非画像部コントラスト電圧算出後、あらかじめ記憶部５３に格納されている目標非画像部コントラスト電圧値から算出された非画像部コントラスト電圧値を減算し、その差分を基準帯電バイアス電圧に加算する（Step S６８）。目標コントラスト電圧は、カブリ０．５以下が得られる値に設定される。例えば、目標非画像部コントラスト電圧を１３０Ｖとすると、非画像部コントラスト電圧２４０Ｖとの差分は、非画像部コントラスト電圧から目標非画像部コントラスト電圧を減算して、即ち、２４０−１３０＝１１０Ｖであるので、基準帯電バイアス電圧−１０００Ｖに加算して補正後帯電バイアス電圧は、−１０００+１１０＝−８９０Ｖとなる。

この後、補正後帯電バイアス電圧を帯電ローラ２に供給し、感光体ドラム１を帯電させる。そしてこのときの帯電電圧を電位センサ５１により検出する（Step S６９）。ここでは、検出された感光体帯電電位は−４１０Ｖとする。前述の通り、補正後現像バイアス電圧は−２００Ｖ、トナー層電位検出値は−８０Ｖであるので、非画像部コントラスト電圧は、｜−２００+（−８０）−（−４１０）｜＝１３０Ｖとなり、図１５よりカブリ０．５以下を達成することができる。

補正後の感光体帯電電位検出後、検出帯電電圧値から露光量調整値を算出する（Step S７０）。露光量調整係数はあらかじめ記憶部５３に格納されており、本例では図１３に示すように感光体帯電電位−５００Ｖを基準として帯電電圧変化量１Ｖあたり０．００３である。感光体帯電電位検出値は−４１０Vであるので、露光量は、１−（−４１０−（−５００））＊０．００３＝０．７３となり、潜像電位深さが調整され、濃度補正による所望の画像濃度を得ることができる。

以上の処理により、本実施例の濃度補正によるバイアス制御が完了し、以降このバイアス条件で印刷動作を行う。本実施例の濃度補正によれば、感光体帯電電位とトナー層電位を直接検知して、非画像部コントラスト電圧の調整を行うので、現像バイアス電圧が変化した場合はもちろん、トナー層電位、使用環境が変化した場合においても、非画像部コントラスト電圧を目標値に設定することができる。したがって、全環境レベルにおいて、カブリ０．５以下の良好な印刷品質を得ることができる。非画像部コントラスト電圧の設定値は、カブリ０．５以下を目標とする場合は１００Ｖから１８０Ｖ程度の範囲であれば良い（図１５より）。また、非画像部コントラスト電圧を調整するために、帯電バイアス電圧を変化させた場合、その変化量に応じて露光量を調整するため、現像コントラスト電圧は濃度補正による補正後の値を維持するため、一定濃度を得ることができる。

もちろん本実施例で示した値は一例に過ぎず、使用するプロセス材料の特性やプロセス速度などの条件に合わせて、目標値などは適宜最適値を設定すれば良い。非画像部コントラスト電圧の良品判定範囲は、要求される品質レベルに応じて決定すれば良い。

上記の実施例１と実施例２では、プリンタに利用する例について説明したが、ファクシミリや、複写機等の画像形成装置、またはこれらの少なくとも二つ以上の機能を備えたMFP（Multi-Function Product）等の画像形成装置にも利用できる。

また、現像装置１台を用いるモノクロプリンタのみならず、現像装置を４台使用して１サイクルで転写を行うタンデム型カラープリンタにも利用できる。中間転写ベルトを用いて転写を順次４回繰り返してカラー画像を形成する、４サイクルカラープリンタにも利用できる。

また、１成分接触現像方式のプリンタに利用する例について説明したが、１成分非接触現像方式、２成分現像方式にも利用できる。

実施例２では、感光体上のトナー層電位を検出する例について説明したが、電位センサを転写ベルトに対向する位置に設置し、転写後のトナー層電位を検出して制御することも可能である。また、現像ローラの表面に対向する位置に設置して、現像ローラ上のトナー層電位を検出して制御することも可能である。

さらに、電位センサの代用として、現像ローラに流れる電流を検出する電流検出回路を用いて、電流値からトナー層電位および感光体帯電電位を算出して、制御に使用することも可能である。

本発明の第１実施例の画像形成装置の概略図である。本発明の第１実施例の画像形成装置の制御ブロック図である。本発明の第１実施例の濃度補正のフローを示す図である。本発明における温度および湿度による画像形成特性を段階的に示す環境レベル図である。本発明の第１実施例における環境レベルに対応する帯電環境テーブル電圧を示す図である。本発明における印刷カウントに対する帯電経時テーブル電圧を示す図である。本発明における環境レベルに対する露光量調整基準テーブル電圧を示す図である。環境レベル３、印刷初期における現像バイアス電圧Vdbが−２００Vのときと−３００Vのときの帯電バイアス電圧とカブリの関係を示す図である。現像バイアス電圧Ｖdbが−３００Ｖ一定、印刷初期において、環境レベル１と環境レベル３のときのカブリを示す図である。帯電ローラに供給する帯電バイアス電圧に対する感光体表面の帯電電位の関係を、環境レベル別に示す図である。トナー層電位と環境レベルの関係を示す図である。印刷カウントに対するトナー層電位の変動関係を環境レベル別に示す図である。感光体帯電電位に対する露光量の設定値を示す図である。本発明の第１実施例を潜像電位の変化を通じて説明する図である。非画像部コントラスト電圧に対するカブリの変化関係を、環境レベル別に示す図である。本発明の第２実施例の画像形成装置の概略図である。本発明の第２実施例の画像形成装置の制御ブロック図である。本発明の第２実施例の濃度補正のフローを示す図である。

符号の説明

１感光体ドラム
２帯電ローラ
３露光ヘッド
４現像器
５現像ローラ
６供給ローラ
７規制ブレード
８転写ローラ
９転写ベルト
１０感光体クリーニングブレード
１１定着器
１２印刷媒体
１３濃度センサ
１４転写クリーニングブレード
２０環境センサ
２１帯電バイアス電圧制御部
２２現像バイアス電圧制御部
２３露光量制御部
２４演算部
２５印刷カウンタ
２６記憶部
２７帯電環境テーブル
２８帯電経時テーブル
２９露光量調整基準テーブル
５１電位センサ
５２演算部
５３記憶部

Claims

像担持体と、
帯電電圧が供給され、前記像担持体の表面を帯電する帯電部と、
前記像担持体の表面に静電潜像を形成する露光部と、
現像電圧が供給され、前記像担持体に形成された静電潜像に現像剤を付着して可視像を形成する現像部と、
前記可視像を転写部材に転写する転写部と、
前記転写部材上の可視像の濃度を検出する濃度検出手段と、
前記濃度検出手段により検出された濃度に応じて前記現像部に供給する現像電圧を補正する現像電圧補正手段と、
温度と湿度で設定された環境レベルに応じた帯電環境テーブル電圧を格納する帯電環境テーブルと、
温度と湿度で設定された環境レベル毎に、帯電バイアス電圧と像担持体帯電電位との差分を示す露光量調整基準テーブル電圧を格納する露光量調整用テーブルとを備え、
バイアス制御において、現在の環境レベルに応じて前記帯電環境テーブルから読み出した帯電環境テーブル電圧と現在設定されている現像電圧とを用いて帯電バイアス電圧を算出し、現在の環境レベルに応じて前記露光量調整用テーブルから読み出した露光量調整基準テーブル電圧と該算出した帯電バイアス電圧との差分を前記像担持体の帯電電圧として算出し、前記算出した帯電バイアス電圧で前記像担持体を帯電し、前記像担持体の帯電電圧に対応する露光量で前記像担持体を露光し、現在設定されている現像電圧で現像して可視像を形成し、前記形成した可視像の濃度を前記濃度検出手段により検出し、検出した濃度に応じて前記現像電圧補正手段により前記現像電圧を補正し、補正後の現像電圧と前記帯電環境テーブル電圧を用いて補正後帯電バイアス電圧を算出し、算出した補正後帯電バイアス電圧を設定することにより、現像電圧の補正前における現像剤層電位と前記現像電圧との和と前記像担持体の帯電電圧との差と前記現像電圧の補正後における現像剤層電位と前記補正後現像電圧の和と前記補正後帯電電圧との差とを一定としたことを特徴とする画像形成装置。