JP5233876B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式などによって静電潜像担持体上に静電潜像を形成し、これを現像装置で現像してトナー像を形成できる複写機、プリンタ、ファクシミリ機、或いはこれらのうち２以上を組み合わせた複合機等の画像形成装置に関する。

静電潜像担持体上に静電潜像を形成し、これを現像してトナー像を形成できる複写機、プリンタ、ファクシミリ機、或いはこれらのうち２以上を組み合わせた複合機等の画像形成装置で用いる現像装置は、種々のタイプのものが知られているが、その中に次のものがある。

静電潜像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成できる現像装置であって、予め定めた現像間隙をおいて静電潜像担持体に臨む現像ローラを含み、静電潜像の現像において、該現像ローラと該静電潜像担持体間に直流電圧と交流電圧とを重畳した現像バイアスが印加されることで該現像ローラから該静電潜像担持体へトナーが飛翔するトナー飛翔型現像装置である。

図９はトナー飛翔型現像装置における現像バイアスの１例を示している。図９に示す現像バイアスは、負帯電性の感光体に画像露光を施して静電潜像を形成し、これを負に帯電したトナーで反転現像する場合の現像バイアス例である。

図９に示す例によると、直流電圧Ｖｄｃ＝−４７５〔Ｖ〕にピークツーピーク電圧Ｖｐｐ＝１８００Ｖ、Ｄｕｔｙ＝３７％の交流電圧を、中心電圧をＶｄｃ＝−４７５〔Ｖ〕として重畳印加している。

このようなトナー飛翔型現像装置を用いる画像形成装置では、適正濃度のトナー画像を得るための現像バイアス設定について種々の技術が提案されてきた。例えば特開２００５−７８０１５号公報（特許文献１）には次の現像バイアス決定手法が記載されいる。

（１）現像ローラと感光体との間にリーク検知用電圧を、該電圧の交流成分のピークツーピーク電圧（Ｖｐｐ）を変化させて、且つ、Ｖｐｐを小さいものから順次大きくして印加していき、現像間隙のリーク電流が予め定めた許容限界値に達するリーク検知用電圧の交流成分のＶｐｐを限界Ｖｐｐとし、該限界Ｖｐｐを考慮して現像バイアスを調整設定する方法。

（２）上記（１）の方法では、限界Ｖｐｐ決定にあたり、Ｖｐｐを小さいものから順次大きくして印加していくので、それだけ時間がかかりすぎることから、現像ローラと感光体との間の現像間隙のインピーダンスを予め測定し、該現像間隙にリーク検知用電圧を印加し、且つ、交流成分として該インピーダンスに応じて予め定めた大きさの開始交流成分を採用して、Ｖｐｐを該開始Ｖｐｐから順次大きくして印加していき、現像間隙のリーク電流が予め定めた許容限界値に達するリーク検知用電圧の交流成分のＶｐｐを限界Ｖｐｐとし、該限界Ｖｐｐを考慮して現像バイアスを調整設定する方法。

特開２００５−７８０１５号公報

ところで、今日では、画像形成装置の小型化、省エネルギー化の要請があり、小型化の点から、現像ローラや感光体の小型化が求められている。

しかし、現像ローラや感光体を小型化すると図１０に示す無視できない状態が発生する。すなわち、図１０において、（Ｂ）の感光体及び現像ローラ（半径ｒ）から、小型化の要請に応じて、感光体サイズ及び感光体と現像ローラ間の現像最小間隙ｇをいずれも同一としつつも、左側（Ａ）のように現像ローラを小型化（半径ｒ’＜ｒ）すると、現像最小間隙ｇを与える位置からローラ回転方向において任意に上流側或いは下流側へずれた位置における両者間隙が（Ｂ）の場合のＹからＹ’（＞Ｙ）へと大きくなる。

その結果、現像ローラが小型化された（Ａ）の状態では、（Ｂ）の場合と同様の現像バイアスを採用していたのでは、現像ローラから感光体へのトナー供給量が低下し、現像形成されるトナー像の濃度不良が発生するおそれがある。
感光体が小型化された場合、感光体及び現像ローラの双方が小型化された場合にも同様の問題が生じる。

そこで本発明は、静電潜像担持体に静電潜像を形成し、該静電潜像を現像装置で現像してトナー像を形成できる画像形成装置であって、少なくとも一つの現像装置は、予め定めた現像間隙をおいて静電潜像担持体に臨む現像ローラを含み、静電潜像の現像において、現像バイアス印加装置から該現像ローラと前記静電潜像担持体間に直流電圧と交流電圧とを重畳した現像バイアスが印加されることで該現像ローラから該静電潜像担持体へトナーが飛翔するトナー飛翔型現像装置である画像形成装置であって、少なくとも一つの現像装置について、現像間隙に問題視すべきリークを発生させることなく、現像間隙に応じて現像バイアスにおける直流成分及び交流成分をそれぞれ適正な画像濃度が得られるように設定できる画像形成装置を提供することを課題とする。

本発明は前記課題を解決するため、
静電潜像担持体に静電潜像を形成し、該静電潜像を現像装置で現像してトナー像を形成できる画像形成装置であって、少なくとも一つの現像装置は、予め定めた現像間隙をおいて静電潜像担持体に臨む現像ローラを含み、静電潜像の現像において、現像バイアス印加装置から該現像ローラと前記静電潜像担持体間に直流電圧と交流電圧とを重畳した現像バイアスが印加されることで該現像ローラから該静電潜像担持体へトナーが飛翔するトナー飛翔型現像装置である画像形成装置であって次の画像形成装置を提供する。

すなわち、
前記トナー飛翔型現像装置の少なくとも一つについて、
現像ローラと該現像ローラが臨む静電潜像担持体との間にリーク検知のための予め定められたリーク検知用電圧をその交流成分のピークツーピーク電圧（＝Ｖｐｐ）を変化させて印加するリーク検知電圧印加部と、
該リーク検知電圧印加部によるリーク検知用電圧の印加により該現像ローラと該現像ローラが臨む静電潜像担持体との間の現像間隙に流れるリーク電流を検出してリーク検知出力を得るリーク検知部と、
前記現像間隙に許容限界のリーク電流を発生させるリーク検知用電圧における交流成分のＶｐｐを求める限界Ｖｐｐ決定部と、
該現像装置を用いて形成される画像濃度検出用トナー像の濃度を検出するための画像濃度検出センサと、
前記限界Ｖｐｐ決定部により決定される限界Ｖｐｐと前記画像濃度検出センサによる濃度検出結果とに基づいて画像形成時の現像バイアスを決定する画像濃度調整部とを含んでいる画像形成装置である。

ここで、限界Ｖｐｐ決定部は、前記リーク検知部で得られるリーク検知出力が予め定めた許容限界値に達するときのリーク検知用電圧における交流成分のＶｐｐを前記限界Ｖｐｐと決定するものである。

前記画像濃度調整部は、
前記画像濃度検出センサで検出される前記画像濃度検出用トナー像の画像濃度に基づいて画像形成時の現像バイアスにおける直流成分電圧を決定する第１の現像バイアス決定部と、 画像形成時の現像バイアスにおける交流成分のＶｐｐを決定する第２の現像バイアス決定部とを含んでおり、
該第２の現像バイアス決定部は、前記限界Ｖｐｐ決定部により決定される限界Ｖｐｐからオフセット電圧値を差し引いて前記画像形成時の現像バイアスにおける交流成分のＶｐｐを決定し、且つ、該オフセット電圧値は、前記第１の現像バイアス決定部で決定される直流成分電圧の絶対値の大きさに応じて切り換える。

本発明に係る画像形成装置によると、前記トナー飛翔型現像装置の少なくとも一つについては、次の手順で先ず限界Ｖｐｐが決定される。
すなわち、リーク検知電圧印加部から現像ローラと該現像ローラが臨む静電潜像担持体との間にリーク検知のための予め定められたリーク検知用電圧が、その交流成分のピークツーピーク電圧（＝Ｖｐｐ）を変化させて印加される。

そして、リーク検知部において、該リーク検知電圧印加部によるリーク検知用電圧の印加により該現像ローラと該現像ローラが臨む静電潜像担持体との間の現像間隙に流れるリーク電流を検出してリーク検知出力を得る。

限界Ｖｐｐ決定部は、リーク検知部で得られるリーク検知出力が予め定めた許容限界値に達するときのリーク検知用電圧における交流成分のＶｐｐを限界Ｖｐｐと決定する。

次いで、画像濃度調整部において、該限界Ｖｐｐと画像濃度検出センサによる画像濃度検出用トナー像の濃度検出結果とに基づいて画像形成時の現像バイアスが決定される。

すなわち、画像濃度調整部における第１の現像バイアス決定部が、画像濃度検出センサで検出される前記画像濃度検出用トナー像の画像濃度に基づいて画像形成時の現像バイアスにおける直流成分電圧を決定する。

さらに、該画像濃度調整部における第２の現像バイアス決定部が、前記限界Ｖｐｐ決定部により決定された限界Ｖｐｐからオフセット電圧値を差し引いて画像形成時の現像バイアスにおける交流成分のＶｐｐを決定する。そのとき、該オフセット電圧値を前記第１の現像バイアス決定部で決定される直流成分電圧の絶対値の大きさに応じて切り換えて該画像形成時の現像バイアスにおける交流成分のＶｐｐを決定する。

かくして、現像間隙に問題視すべきリークを発生させることなく、現像間隙に応じて現像バイアスにおける直流成分及び交流成分をそれぞれ適正な画像濃度が得られるように設定でき、それだけ良好な画像が得られる。

前記画像濃度調整部における前記第２の現像バイアス決定部での交流成分のＶｐｐの決定にあたって採用する前記オフセット電圧値の切り換えは、前記第１の現像バイアス決定部で決定される直流成分電圧の絶対値の大きさに応じて予め定められた大きさのオフセット電圧値を採用し、且つ、直流成分電圧の絶対値がより小さい絶対値であるときに採用するオフセット電圧値より大きいオフセット電圧値を採用し、直流成分電圧の絶対値がより大きい絶対値であるときに採用するオフセット電圧値より小さいオフセット電圧値を採用して行う場合を例示できる。

以上説明したように本発明によると、静電潜像担持体に静電潜像を形成し、該静電潜像を現像装置で現像してトナー像を形成できる画像形成装置であって、少なくとも一つの現像装置は、予め定めた現像間隙をおいて静電潜像担持体に臨む現像ローラを含み、静電潜像の現像において、現像バイアス印加装置から該現像ローラと前記静電潜像担持体間に直流電圧と交流電圧とを重畳した現像バイアスが印加されることで該現像ローラから該静電潜像担持体へトナーが飛翔するトナー飛翔型現像装置である画像形成装置であって、少なくとも一つの現像装置について、現像間隙に問題視すべきリークを発生させることなく、現像間隙に応じて現像バイアスにおける直流成分及び交流成分をそれぞれ適正な画像濃度が得られるように設定できる画像形成装置を提供することができる。

本発明に係る画像形成装置の１例の構成の概略を示す図である。 図１の画像形成装置における現像装置の断面構造の概略を示す図である。 図２に示す現像装置を図２おいて右側から見て、しかし現像ローラ及び供給ローラは破線でその位置を示すだけとして、概略的に示す図である。 図１に示す画像形成装置の制御回路の概略を示すブロック図である。 図４に示す制御回路中の、現像装置について設けられている現像バイアス印加装置等と制御部を含む現像装置の現像バイアスに関する制御回路を示す図である。 図３の制御回路中の制御部による画像安定化制御動作を示すフローチャートである。 図６の画像安定化制御中のＶｄｃ／Ｄｕｔｙの決定制御動作を示すフローチャートである。 図６の画像安定化制御中のＶｐｐ決定制御動作を示すフローチャートである。ートである。 トナー飛翔型現像装置における現像バイアスの１例を示す図である。 現像ローラを小型化した場合の現像間隙状態の変化を示す図である。 低温低湿環境下での感光体の露光部分と無露光部分のそれぞれにおける、現像バイアスの直流成分の変化に応じた現像間隙リークの発生状況を示す図である。 高温高湿環境下での感光体の露光部分と無露光部分のそれぞれにおける、現像バイアスの直流成分の変化に応じた現像間隙リークの発生状況を示す図である。 画像濃度ムラ発生と現像間隙でのリークとの関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る画像形成装置の１例１００の構成の概略を示している。画像形成装置１００はタンデム型のフルカラープリンタである。

このプリンタ１００は、駆動ローラ７１とこれに対向するローラ７２に巻き掛けられた無端の中間転写ベルト７を有している。転写ベルト７は、図示省略のベルト駆動部により駆動される駆動ローラ７１により図中反時計方向（図中矢印方向）ＣＣＷに回される。

ローラ７２には転写ベルト７上の２次転写残トナー等を清掃するクリーニング装置７３が臨んでおり、駆動ローラ７１には２次転写ローラ８が臨んでいる。

２次転写ローラ８は図示省略の押圧手段にて駆動ローラ７１に支持された中間転写ベルト７の部分に押圧され、中間転写ベルト７との間にニップ部を形成し、中間転写ベルト７の回転に従動して、或いは、後述するように該ニップ部に送り込まれる記録媒体Ｓの移動に従動して、或いは駆動されて回転することができる。２次転写ローラ８には、図示省略の電源から２次転写バイアスを印加することができる。

中間転写ベルト７及び２次転写ローラ８の上方には定着装置９が配置されており、下方にはタイミングローラ対１１が配置されており、さらにその下方に、記録紙等の記録媒体Ｓを収容した記録媒体収容カセット１０が配置されている。

定着装置９はハロゲンランプヒータ等の熱源を備えた定着加熱ローラとこれに圧接される加圧ローラとを含むものである。
記録媒体収容カセット１０に収容された記録媒体Ｓは、媒体供給ローラ１０１にて１枚ずつ引き出してタイミングローラ対１１へ供給することができる。

中間転写ベルト７を巻き掛けたローラ７１、７２の間には、転写ベルト７に沿って、ローラ７２からローラ７１に向けて、イエロー画像形成部Ｙ、マゼンタ画像形成部Ｍ、シアン画像形成部Ｃ及びブラック画像形成部Ｋがこの順序で配置されている。

ブラック画像形成部Ｋよりローラ７１寄りの転写ベルト部分に画像濃度検出センサｓ１、ｓ２が臨設されている。センサｓ１、ｓ２はベルト進行方向に対して直角方向に間隔をあけて手前側及び奥側にそれぞれ配置されている。センサｓ１、ｓ２は、本来の画像形成に先立って後述する画像安定化制御（図６参照）を行うにあたり、転写ベルト７上に形成される画像濃度検出用トナー像（トナーパッチ）の画像濃度を検出してその情報を提供するためのものである。画像濃度検出センサを二つ設けているのは効率よく濃度検出を行えるようにするためであるが、センサは一つでもよい。

Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各画像形成部は、静電潜像担持体としてドラム型の感光体１を備えており、該感光体の周囲に帯電器２、露光装置３、現像装置４及びクリーニング装置５がこの順序で配置されている。

各画像形成部の感光体１にはベルト７を間にして１次転写ローラ６が対向配置されている。１次転写ローラ６は、図示省略の押圧手段にて感光体１の方向へ押圧され、ベルト７に接触して従動回転するとともにベルト７を感光体１に接触させることができる。

１次転写ローラ６には、感光体１上に形成されるトナー像をベルト７へ１次転写するための１次転写バイアスを図示省略の電源から印加できる。

露光装置３は、図示省略のパーソナルコンピュータ、画像読取装置等から提供される画像情報に応じて、レーザービームの点滅により感光体１にドット（点）露光で画像露光を施せる。

各画像形成部における感光体１は、ここでは負帯電性の感光体であり、図示省略の感光体駆動モータにて図中時計方向回りに回転駆動できる。

各画像形成部における帯電器２は所定のタイミングで図示省略の電源から帯電用の電圧が印加され、感光体１表面を所定電位に一様に帯電させることができる。なお、帯電器２は本例ではコロナ放電を利用する非接触型のものであるが、帯電ローラ等でも構わない。

各画像形成部における現像装置４は、本例では、トナーを主体とする一成分現像剤を使用して感光体１上に形成される静電潜像を、後述する電源から現像バイアスが印加されるローラ形態の現像剤担持回転体（以下、「現像ローラ」という。）４１（図２、図５参照）で反転現像することができる。現像装置４については後ほどさらに説明する。

図４にプリンタ１００の制御回路の概略をブロック図で示してある。制御回路中の制御部Ｃｏｎｔはプリンタ１００の動作を制御するものである。画像形成部Ｙ、Ｍ、Ｃ及びＫのそれぞれ、従って各画像形成部における感光体１の駆動モータ（図示省略）、帯電器２、画像露光装置３、現像装置４の回転駆動部（図示省略）や現像バイアス印加電源等はこの制御部Ｃｏｎｔからの指示に基づいて所定のタイミングで動作する。また、記録媒体の搬送機構、定着装置９等のプリンタ１００の他の各部もこの制御部Ｃｏｎｔからの指示に基づいて動作する。

制御部Ｃｏｎｔには操作パネルＰＡも接続されており（図４参照）、このパネルにおいて画像形成モード、画像形成枚数の設定等を行える。また、制御部Ｃｏｎｔには前記画像濃度検出センサｓ１、ｓ２が検出する画像濃度情報が入力される。
制御部Ｃｏｎｔについては後ほどさらに説明する。

このプリンタによると、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの画像形成部のうち１又は２以上を用いて制御部Ｃｏｎｔの指示のもとに画像を形成することができる。
画像形成部Ｙ、Ｍ、Ｃ及びＫのすべてを用いてフルカラー画像を形成する場合を例にとると、先ず、イエロー画像形成部Ｙにおいてイエロートナー像を形成し、これを転写ベルト７に１次転写する。

すなわち、イエロー画像形成部Ｙにおいて、感光体１が図中時計方向に回転駆動され、帯電器２にて表面が一様に所定電位に帯電され、該帯電域に露光装置３からイエロー画像に対応する画像露光が施され、感光体１上にイエロー画像に対応する静電潜像が形成される。この静電潜像はイエロートナーを有する現像装置４の現像バイアスが印加された現像ローラ４１にて現像されて可視イエロートナー像となる。該イエロートナー像は１次転写ローラ６にて転写ベルト７上に１次転写される。このとき、１次転写ローラ６には図示省略の電源から１次転写バイアスが印加される。

同様にして、マゼンタ画像形成部Ｍにおいてマゼンタトナー像が形成されて転写ベルト７に転写され、シアン画像形成部Ｃにおいてシアントナー像が形成されて転写ベルト７に転写され、ブラック画像形成部Ｋにおいてブラックトナー像が形成されて転写ベルト７に転写される。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像はこれらが中間転写ベルト７上に重ねて転写されるタイミングで形成される。
かくして転写ベルト７上に形成された多重トナー像は転写ベルト７の回動により２次転写ローラ８へ向け移動する。

一方、記録媒体Ｓが記録媒体収容カセット１０から媒体供給ローラ１０１にて引き出され、タイミングローラ対１１へ供給され、待機している。

このようにタイミングローラ対１１のところで待機する記録媒体Ｓは、中間転写ベルト７にて送られてくる多重トナー像に合わせて、転写ベルト７と２次転写ローラ８とのニップ部に供給される。該多重トナー像は図示省略の電源から２次転写バイアスが印加された２次転写ローラ８にて記録媒体Ｓ上に２次転写される。

その後記録媒体Ｓは定着装置９に通され、そこで多重トナー像が加熱加圧下に記録媒体Ｓに定着される。記録媒体Ｓはひき続き、排出ローラ対１２にて排出トレイ１３に排出される。

トナー像のベルト７への１次転写において感光体１上に残留する転写残トナー等はクリーニング装置５で清掃され、２次転写によりベルト７上に残留する２次転写残トナー等はクリーニング装置７３で清掃される。これら清掃除去されたトナーはそれぞれ図示省略の搬送手段にて廃棄容器へ送られる。

以上説明したように画像形成されるのであるが、現像装置４についてさらに説明する。現像装置４は図２、図３及び図５示すものである。

図２は現像装置４の断面構造の概略を示している。図３は現像装置４を図２において右側から見て、しかし現像ローラ４１及び供給ローラ４２は破線でその位置を示すだけとして、概略的に示している。図５は図４に示す制御回路の一部、特に、現像装置４について設けられている現像バイアス印加装置等と制御部Ｃｏｎｔを含む現像装置４の現像バイアスに関する制御回路を示す図である。

現像装置４はトナー担持回転体の１例である現像ローラ４１及び現像ローラ４１へ現像剤を供給する、トナー供給回転体の１例である供給ローラ４２を備えている。

また、現像装置４は、供給ローラ４２側へ現像剤（本例ではトナーＴ）を攪拌しつつ供給する第１搬送回転体４６及び第２回転搬送体４７も備えている。第１及び第２の各回転搬送体は、ここでは、回転軸にスクリュー羽根（螺旋羽根）を周設したスクリュー搬送部材である。

これら現像ローラ４１、供給ローラ４２並びに第１及び第２のスクリュー搬送部材４６、４７は現像装置ハウジング４０に収められ、該ハウジングに回転可能に支持されている。現像ローラ４１は、現像装置４がプリンタ１００に装着されると感光体１に臨むように、一部がハウジング４０の外側へ出ている。搬送部材４６、４７は現像装置ハウジング４０内に収容されている。

ハウジング４０内には現像に供する現像剤（本例ではトナーＴ）（図２等参照）を保持して供給ローラ４２及び現像ローラ４１に臨むバッファ部４３が形成されている。

第１スクリュー搬送部材４６はバッフア部４３における、供給ローラ４２より上側、且つ、ローラ４２の背後寄り位置に配置されている。第２スクリュー搬送部材４７は板状の仕切り部材４８を間にして第１スクリュー搬送部材４６の上側、且つ、供給ローラ４２の上方に配置されている。

第１スクリュー搬送部材４６は現像ローラ４１と平行に配置されており、第２スクリュー搬送部材４７は仕切り部材４８を間にして第１スクリュー搬送部材４６と平行に配置されている。

第１スクリュー搬送部材４６は図示省略の回転駆動部により回転駆動されることで、図３中右側から左側へ回転軸方向に現像剤を搬送することができ、第２スクリュー搬送部材４７は同回転駆動部により回転駆動されることで、図３中左側から右側へ回転軸方向に現像剤を搬送することができる。

このように第１及び第２のスクリュー搬送部材４６、４７が回転駆動されることで、図３に矢印で示すように、現像剤は、第１搬送部材４６にて、図３において右側の現像剤送入側端部（現像剤送り込み側端部）から左側の現像剤送出側端部（現像剤送り出し側端部）へ搬送され、該現像剤送出側端部から仕切り部材４８の左側端部の開口部（第２開口部）４８２を通って第２搬送部材４７の現像剤送入側端部へ上昇移動し、さらに第２搬送部材４７にてその現像剤送出側端部へ向け搬送され、該送出側端部から仕切り部材４８の右側端部の開口部（第１開口部）４８１を通って重力にも助けられつつ第１搬送部材４６の現像剤送入側端部へ落下移動する。現像剤はこのようにして第１、第２の搬送部材４６、４７により攪拌循環されつつ、第１搬送部材４６から供給ローラ４２、ひいては現像ローラ４１側へ供給される。

現像ローラ４１及び供給ローラ４２も、図示省略の回転駆動部で図２中反時計方向回りに回転駆動される。ローラ４１と４２とが対向するニップ部では、両ローラ表面は互いに反対方向に移動する。これにより、供給ローラ４２は現像で消費されずに現像装置ハウジング４０内へ戻ってくる現像剤を現像ローラ４１から掻き落とすとともに、新たに現像剤を現像ローラ４１へ供給する。

現像剤（トナー）をローラ４２からローラ４１へ供給するとき、トナー供給補助部材４２０にローラ４２が摺動することで、ローラ４２はそれだけ確実にトナーを保持して搬送することができる。

このようにして供給された現像剤は現像ローラ４１に当接しているブレード形態のトナー規制部材４４を通過するときにトナー量が適正に規制され、従って感光体１に臨む現像領域へ搬送されるトナーの層厚が適切に規制され、それとともに帯電せしめられ、現像領域で感光体１上の静電潜像の現像に供される。

現像で消費されなかった現像剤は現像ローラ４１の回転とともにケース４０内へ戻ってくる。このとき、現像剤は、供給ローラ４２による現像ローラ４１からの掻き取りを円滑化するために図示省略の除電電源から除電バイアスが印加された除電部材４５にて除電される。

第１及び第２のスクリュー搬送部材４６、４７は、搬送部材４６の現像剤送出側端部及びその上側にある搬送部材４７の現像剤送入側端部において、現像ローラ４１の回転軸方向に現像ローラ４１の外側まで延在しており、第２搬送部材４７の該延在部の上方に現像剤溜まり部４９が連設されている。

図３において現像剤溜まり部４９の互いに対向する手前側及び奥側の壁のそれぞれに現像剤量（ここでは溜まり部における現像剤の上面位置）を検知するための、例えば透明な樹脂（例えばポリスチレン）からなる透光性の検知窓ｄｗが設けられており、これら窓に対して現像剤量検知装置ＴＳが設けられている。
なお、現像剤溜まり部４９が、例えば、透明なポリスチレン樹脂等の透明材料で形成されている場合には、その一部を検知窓として利用することができる。

現像剤量検知装置ＴＳは、本例では発光素子と受光素子を有する光学的センサを含むものである。発光素子は一方の検知窓ｄｗにその外側から臨み、受光素子は他方の検知窓ｄｗその外側から臨んでいる。受光素子が発光素子からの光を所定量受けると現像装置４内現像剤量が不足していると判断され、発光素子からの光が現像剤に遮られて受光素子が所定量の光を受けないときは現像剤量は足りていると判断される。現像剤溜まり部４９にはトナーボトルを含むトナー補給部ＴＢのトナーボトル部分を着脱可能に装着できるトナー補給口４９０を設けてある。検知装置ＴＳが現像剤量の不足を検出すると、トナー補給部ＴＢからトナーを補給できるようになっている。

ここで現像装置４の現像バイアスに係る制御回路を見てみると、図５に示すように、現像ローラ４１とそれに対応する感光体１との間には、該感光体１上の静電潜像を現像するにあたり、直流成分に交流成分を重畳した現像バイアススが印加される。図５に示すように、現像バイアスの直流成分は直流電源ＰＷｄから印加される直流電圧であり、交流成分は交流電源ＰＷａから印加される交流電圧である。

直流電源ＰＷｄ及び交流電源ＰＷａはいずれも制御部Ｃｏｎｔからの指示により出力可変である。制御部Ｃｏｎｔは交流電源ＰＷａに指示して印加する交流電圧のピークツーピーク電圧及びＤｕｔｙをそれぞれ変更できる。

また、現像ローラ４１と感光体１との間には、現像間隙でのリークを検知するリーク検知部４０１及び現像間隙ｇのインピーダンスを測定するインピーダンス測定部４０２も接続されている。
リーク検知部４０１は、現像間隙に流れるリーク電流を検出し、これを電圧に変換してリーク検知出力を得るものであり、リーク検知部４０１で得られるリーク検知出力情報は制御部Ｃｏｎｔに入力される。
インピーダンス測定部４０２で得られる現像間隙のインピーダスン情報も制御部Ｃｏｎｔに入力される。

プリンタ１００では、制御部Ｃｏｎｔが画像形成に先立って図６のフローチャートに示す画像安定化制御を行う。この画像安定化制御の一環として、現像装置４における現像バイアス（その直流成分Ｖｄｃ及び交流成分のピークツーピーク電圧Ｖｐｐ等）を画像ノイズ（濃度ムラ、リーク画像）がなく、適正な画像濃度が得られるように制御し、それによりそれだけ良好な画像を形成できるようにしている。プリンタ１００では各画像形成部について画像安定化制御を行う。

図６の画像安定化制御では、現像バイアス決定に係る制御として、限界Ｖｐｐ決定制御（ステップＳ１）、Ｖｄｃと交流成分のＤｕｔｙの決定制御（ステップＳ２）及び画像形成時の交流成分のピークツーピーク電圧Ｖｐｐの決定制御（ステップＳ３）を行う。そのほか、階調補正制御（ステップＳ４）も行う。
Ｖｐｐは画像ノイズ（画像ムラ、リーク画像）を抑えるために調整する。ＶｄｃとＤｕｔｙはベタ画像（全画素露光 ２５５階調）のトナー量を狙いの量にするために調整する。なお、Ｄｕｔｙｕついては、予め実験等により定めた、ベタ画像形成にできるだけ支障のない一定のＤｕｔｙを採用することも可能である。

ここで、ステップＳ１の限界Ｖｐｐ決定制御は、例えば特開２００５−７８０１５号公報（特許文献１）に記載してある手法で行える。
すなわち、
（１）現像ローラ４１とそれが臨んでいる感光体１との間にリーク検知用電圧を、該電圧の交流成分のピークツーピーク電圧（Ｖｐｐ）を変化させて、且つ、Ｖｐｐを小さいものから順次大きくして印加していき、現像間隙のリーク電流が予め定めた許容限界値に達するリーク検知用電圧の交流成分のＶｐｐを限界Ｖｐｐとする方法や、
（２）現像ローラ４１と感光体１との間の現像間隙のインピーダンスを予め測定し、該現像間隙にリーク検知用電圧を印加し、且つ、交流成分として該インピーダンスに応じて予め定めた大きさの開始交流成分を採用して、Ｖｐｐを該開始Ｖｐｐから順次変化させて印加していき、現像間隙のリーク電流が予め定めた許容限界値に達するリーク検知用電圧の交流成分のＶｐｐを限界Ｖｐｐとする方法等である。

ここでは、後者（２）の方法によって限界Ｖｐｐを決定する。
この限界Ｖｐｐ決定のために、図５に示すように、感光体１と現像ローラ４１との間にリーク検知部４０１とインピーダンス測定部４０２とが接続されている。

限界Ｖｐｐの決定は次の手順で行う。
(1) 先ず、制御部Ｃｏｎｔから電源ＰＷｄ及び電源ＰＷａに指示して、現像ローラ４１と感光体１との間に現像間隙のインピーダンス測定のためのインピーダンス測定用電圧を印加させる。このとき電源ＰＷｄ及び電源ＰＷａに印加させる電圧は実験等によりインピーダンス測定に適するものであることを確認して定めておいたものを採用すればよい。このようにしてインピーダンス測定部４０２に現像間隙のインピーダンスを測定させ、その情報を制御部Ｃｏｎｔに入力させる。

(2) 次いで、制御部Ｃｏｎｔから電源ＰＷｄ及び電源ＰＷａに指示して、現像ローラ４１と感光体１との間にリーク検知用電圧を印加させる。このとき、直流電源ＰＷｄから印加させる直流電圧は予め実験等を通じて決めておいた、限界Ｖｐｐ決定に際して支障のない一定電圧とし、交流電源ＰＷａから印加させる交流電圧は、インピーダンス測定部４０２で測定した現像間隙インピーダンスに応じて予め定められた開始交流電圧からスタートして、段階的にピークツーピーク電圧（＝Ｖｐｐ）を変化させて印加させる。これら交流電圧のＤｕｔｙは予め定めた一定とする。
なお、以上のことから分かるように、電源ＰＷｄ、電源ＰＷａ及び制御部Ｃｏｎｔはインピーダンス測定用電圧印加部やリーク検知用電圧印加部を構成している。

(3) そして、リーク検知部４０１において、リーク検知用電圧の印加により現像ローラ４１と感光体１との間の現像間隙に流れるリーク電流を電圧に変換させてリーク検知出力を取得させ、これを制御部Ｃｏｎｔに入力させる。

(4) 制御部Ｃｏｎｔはリーク検知部４０１で得られたリーク検知出力が予め定めておいた許容限界値に達するときのリーク検知用電圧における交流成分のＶｐｐを限界Ｖｐｐと決定する。

ところで、図１１は低温低湿環境（ＬＬ環境：１０℃、１５％ＲＨ環境）での感光体の露光部分と無露光部分のそれぞれにおける、現像バイアスの直流成分の変化に応じた現像間隙リーク発生状況の１例を示している。図１２は環境が高温高湿環境（ＨＨ環境：３５℃、１５％ＲＨ環境）である点を除けば、その他は図１１の場合と同じ条件下における、感光体の露光部分と無露光部分のそれぞれにおける、現像バイアスの直流成分の変化に応じた現像間隙リークの発生状況を示している。

図１１及び図１２からすると、Ｖｄｃ＝−４２０Ｖで現像間隙のリーク検知を実施すると、無露光部でのリーク開始電圧（Ｖｐ−ｐ）はＬＬ環境では２１２０Ｖであり、ＨＨ環境では１８７０Ｖとなる。

従って、画像形成時には、露光部でリークを起こさないように上記無露光部でのリーク発生電圧Ｖｐ−ｐからオフセットしたバイアスを設定すればよいことになる。すなわち、例えば、オフセット電圧Ｖｏｆｆを−５００Ｖとして、ＬＬ環境ではＶｐｐ＝（２１２０−５００）Ｖ＝１６２０Ｖ程度、ＨＨ環境ではＶｐｐ＝（１８７０−５００）Ｖ＝１３７０Ｖ程度とし、Ｖｄｃ＝−４００Ｖ〜−６００Ｖの間でも濃度ムラを発生させることなく画像を形成することができることになる。

しかしながら、先に図１０を参照して説明した現像ローラ等の小型化の要請に応えると、後ほど図１３を参照して説明するようにＶｄｃによっては画像濃度ムラが発生することがある。よって、このことを考慮にいれて現像バイアスを設定することが望ましい。なお、図１３は画像濃度ムラと現像間隙でのリークの関係を示している。

濃度ムラの発生するＶｐｐ設定値は図１３に示すようにＶｄｃの値によって変化する。従って、Ｖｏｆｆ＝−５００Ｖに固定してしまうと、Ｖｄｃ決定値によっては画像濃度ムラが発生するようなＶｐｐを決定してしまうことがある。例えばＶｄｃ＝Ｖｄｃｘであるときにリーク発生電圧から固定Ｖｏｆｆを差し引くと、そのときのＶｐｐは画像濃度ムラが発生する領域（図１３においてラインＰより下の領域）のものとなってしまう。
従って、画像濃度調整のために決定したＶｄｃに応じて、Ｖｐｐ決定時のオフセット電圧を切り換えなければならない。

濃度ムラ発生領域を検知することは難しいが、実験上、図１３に例示するように、露光部でのリーク（露光部リーク）が発生するラインと画像濃度ムラが発生するラインＰとに平行な関係が得られることから、図１１や図１２のような関係がある。つまり、無露光部で検出したリーク発生電圧から露光部でリークを起こさないようなＶｐｐを設定するためにＶｏｆｆを設定するが、Ｖｄｃが小さい場合には決定Ｖｐｐが小さく、濃度ムラ発生領域に入ってしまうため、Ｖｄｃに応じてＶｏｆｆを切り換えることで、Ｖｐｐを適正範囲に設定する必要がある。

そのために図６に示すように、Ｖｄｃ決定制御も行うのである。
図６に示す例では、ステップＳ２で、Ｖｄｃを決定するだけでなく交流成分のＤｕｔｙも決定する。Ｄｕｔｙも制御するのは、Ｖｄｃの調整だけでは狙いのトナー量を達成できない場合があるかもしれないからである。なお、Ｄｕｔｙは、実験等により予め定めた一定のものとしておくことも可能である。

図６のフローチャートのステップＳ２のＶｄｃ／Ｄｕｔｙ決定制御は図７に示すように実行される。先ず、オフセット電圧Ｖｏｆｆを、ステップＳ１で決定された限界Ｖｐｐに応じて予め定められたdefault 値（例えば−３５０Ｖ）に設定し（ステップＳ２１）、仮Ｖｐｐ（限界Ｖｐｐ−default 値）を求める（ステップＳ２２）。このとき、仮ＶｐｐのＤｕｔｙはトナーパッチ形成に支障のない範囲から予め定めた仮Ｄｕｔｙである。また、ステップＳ２２では実験等により予め定めておいたトナーパッチ形成に支障のない範囲からＶｄｃの範囲も仮設定される。

次いで、仮Ｖｐｐ及びＤｕｔｙの交流成分のもとで、且つ、直流成分Ｖｄｃを予め定めた割合で段階的に変化させて中間転写ベルト７上に画像濃度検出用トナー像（トナーパッチ）を順次複数形成させ、各トナーパッチの画像濃度をセンサｓ１及び（又は）ｓ２に検出させ、その検出濃度情報を制御部Ｃｏｎｔに入力させ（ステップＳ２３）、入力される画像濃度情報に基づいて、２巡目のトナーパッチ形成（ステップＳ２５）のためのＶｄｃ、Ｄｕｔｙの設定範囲を決定する（ステップＳ２４）。

さらに、前記仮Ｖｐｐ及びステップＳ２４で設定したＤｕｔｙの交流成分のもとで、且つ、ステップＳ２４で決定した範囲でＶｄｃを変化させて、中間転写ベルト７上に画像濃度検出用トナー像（トナーパッチ）を順次複数形成させ、各トナーパッチの画像濃度をセンサｓ１及び（又は）ｓ２に検出させ、その検出濃度情報を制御部Ｃｏｎｔに入力させ（ステップＳ２５）、入力される画像濃度情報に基づいて、画像ノイズ（画像ムラ、リーク画像）がなく、適正な画像濃度が得られる直流成分Ｖｄｃ及び交流成分のＤｕｔｙを決定し（ステップＳ２６）、そのように決定した直流成分Ｖｄｃに応じて予め定められたオフセット電圧Ｖｏｆｆを選択する（ステップＳ２７）。

このとき選択されるオフセット電圧Ｖｏｆｆは、画像濃度ムラ発生を抑制するために、図１３からも分かるように、直流成分Ｖｄｃが大きければ、それに応じて大きくなり、直流成分Ｖｄｃが小さければ、それに応じて小さくなる。

図６の画像安定化制御におけるステップＳ３のＶｐｐ決定制御では、図８に示すように、ステップＳ１で決定した限界Ｖｐｐから前記ステップＳ２７で選択されたオフセット電圧Ｖｏｆｆを差し引いて画像形成で用いる現像バイアスの交流成分のピークツーピーク電圧Ｖｐｐを決定する。この決定は結局のところ画像濃度を適正にする直流成分Ｖｄｃに応じて決定されたものであると言える。

かくして現像ギャップに応じてステップＳ２で決定された直流成分ＶｄｃとステップＳ３で決定された交流成分のピークツーピーク電圧Ｖｐｐの交流成分を重畳した現像バイアスを画像形成に用いることとなり、そのため、現像間隙に問題視すべきリークを発生させることなく、現像間隙に応じて適正な画像濃度が得られるように設定された現像バイアスで画像形成することができる。

以上の説明から分かるように制御部Ｃｏｎｔは、
現像間隙に許容限界のリーク電流を発生させるリーク検知用電圧における交流成分のＶｐｐを求める限界Ｖｐｐ決定部や
前記限界Ｖｐｐ決定部により決定される限界Ｖｐｐと画像濃度検出センサｓ１及び（又は）ｓ２による濃度検出結果とに基づいて画像形成時の現像バイアスを決定する画像濃度調整部の少なくとも一部を構成していると言える。
また、制御部Ｃｏｎｔは、画像濃度検出センサで検出されるトナーパッチの画像濃度に基づいて画像形成時の現像バイアスにおける直流成分電圧を決定する第１の現像バイアス決定部や、画像形成時の現像バイアスにおける交流成分のＶｐｐを決定する第２の現像バイアス決定部の少なくとも一部も構成していると言える。

図１を参照して説明した画像形成装置はタンデム型のフルカラープリンタ１００であったが、本発明はモノクロ画像形成装置にも適用でき、また、他のタイプの多色画像形成装置等にも適用できる。また、現像装置を複数備えている画像形成装置では、該複数の現像装置の全数より少ない数の現像装置（例えばモノクロ印字時に使用する現像装置）に本発明が適用されているだけでもよい。

本発明は、少なくとも一つのトナー飛翔型現像装置について、現像間隙に問題視すべきリークを発生させることなく、現像間隙に応じて現像バイアスを適正な画像濃度が得られるように設定できる画像形成装置を提供することに利用できる。

１００ プリンタ
Ｙ イエロー画像形成部
Ｍ マゼンタ画像形成部
Ｃ シアン画像形成部
Ｋ ブラック画像形成部
１ 感光体
２ 帯電器
３ 画像露光装置
４ 現像装置
４０ 現像装置ハウジング
４１ 現像ローラ
４２ 現像剤供給ローラ
４３ バッファ部
４４ 現像剤規制部材
４５ 除電部材
４６ 第１スクリュー搬送部材
４７ 第２スクリュー搬送部材
４８ 仕切り部材
４８１、４８２ 仕切り部材の現像剤流通用開口部
４９ 現像剤溜まり部
４９０ トナー補給口
ＴＳ 現像剤量検出装置
ｄｗ 検知窓
ＴＢ トナー補給装置
ＰＷａ 交流成分の現像バイアス電源
ＰＷｄ 直流成分の現像バイアス電源
５ クリーニング装置
６ １次転写ローラ
７ 中間転写ベルト
７１ 駆動ローラ
７２ 対向ローラ
７３ クリーニング装置
８ ２次転写ローラ
９ 定着装置
１０ 記録媒体供給カセット
１０１ 記録媒体供給ローラ
１１ タイミングローラ対
１２ 記録媒体排出ローラ対
１３ 記録媒体排出トレイ
Ｓ 記録媒体
Ｔ 現像剤
ｓ１、ｓ２ 画像濃度検出センサ
制御部Ｃｏｎｔ

Claims (2)

1. 静電潜像担持体に静電潜像を形成し、該静電潜像を現像装置で現像してトナー像を形成できる画像形成装置であって、少なくとも一つの現像装置は、予め定めた現像間隙をおいて静電潜像担持体に臨む現像ローラを含み、静電潜像の現像において、現像バイアス印加装置から該現像ローラと前記静電潜像担持体間に直流電圧と交流電圧とを重畳した現像バイアスが印加されることで該現像ローラから該静電潜像担持体へトナーが飛翔するトナー飛翔型現像装置である画像形成装置であり、
   前記トナー飛翔型現像装置の少なくとも一つについて、
   現像ローラと該現像ローラが臨む静電潜像担持体との間にリーク検知のための予め定められたリーク検知用電圧をその交流成分のピークツーピーク電圧（＝Ｖｐｐ）を変化させて印加するリーク検知電圧印加部と、
   該リーク検知電圧印加部によるリーク検知用電圧の印加により該現像ローラと該現像ローラが臨む静電潜像担持体との間の現像間隙に流れるリーク電流を検出してリーク検知出力を得るリーク検知部と、
   前記現像間隙に許容限界のリーク電流を発生させるリーク検知用電圧における交流成分のＶｐｐを求める限界Ｖｐｐ決定部と、
   該現像装置を用いて形成される画像濃度検出用トナー像の濃度を検出するための画像濃度検出センサと、
   前記限界Ｖｐｐ決定部により決定される限界Ｖｐｐと前記画像濃度検出センサによる濃度検出結果とに基づいて画像形成時の現像バイアスを決定する画像濃度調整部とを含んでおり、
   前記限界Ｖｐｐ決定部は、前記リーク検知部で得られるリーク検知出力が予め定めた許容限界値に達するときのリーク検知用電圧における交流成分のＶｐｐを前記限界Ｖｐｐと決定し、
   前記画像濃度調整部は、
   前記画像濃度検出センサで検出される前記画像濃度検出用トナー像の画像濃度に基づいて画像形成時の現像バイアスにおける直流成分電圧を決定する第１の現像バイアス決定部と、 画像形成時の現像バイアスにおける交流成分のＶｐｐを決定する第２の現像バイアス決定部とを含んでおり、
   該第２の現像バイアス決定部は、前記限界Ｖｐｐ決定部により決定される限界Ｖｐｐからオフセット電圧値を差し引いて前記画像形成時の現像バイアスにおける交流成分のＶｐｐを決定し、且つ、該オフセット電圧値は、前記第１の現像バイアス決定部で決定される直流成分電圧の絶対値の大きさに応じて切り換えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記画像濃度調整部における前記第２の現像バイアス決定部での交流成分のＶｐｐの決定にあたって採用する前記オフセット電圧値の切り換えは、前記第１の現像バイアス決定部で決定される直流成分電圧の絶対値の大きさに応じて予め定められた大きさのオフセット電圧値が採用されるように行われ、且つ、直流成分電圧の絶対値がより小さい絶対値であるときに採用されるオフセット電圧値より大きいオフセット電圧値が採用され、直流成分電圧の絶対値がより大きい絶対値であるときに採用されるオフセット電圧値より小さいオフセット電圧値が採用されるように行われる請求項１記載の画像形成装置。

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