JP5267014B2 - 画像形成装置、画像形成方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式で現像する現像手段を備えた複写機、ファクシミリ、プリンタ
、これらの機能を複合して有するデジタル複合機等の画像形成装置、前記画像形成装置で
実行される画像形成方法、この画像形成方法をコンピュータで実行するためのコンピュー
タプログラムに関する。

近年、複写機の高速化、省エネルギー化に伴い、低融点のトナーを使用する所謂トナー
の低融点化が進んでいる。しかし、トナーをある程度以上低融点化すると、トナー凝集に
よる現像不良、現像ローラ上でのトナー固着など、様々な問題が発生する。

１成分現像剤を用いて静電潜像を可視像化する１成分現像法においては、低融点トナー
が現像ローラにトナーフィルミングを発生させるという問題が従来から知られており、そ
の対処法として現像スリーブの表面層の材質を離型性の良い材料に変更するもの（特許文
献１）、また、現像剤担持体に現像バイアスをかけて現像スリーブにフィルミングしつつ
あるトナーを潜像担持体上に移動させるもの（特許文献２）などがすでに知られている。

すなわち、特許文献１記載には、導電性シャフトの周りに弾性層、該弾性層上に単又は
複数の樹脂層を同心円状に積層して構成される現像ローラにおいて、前記樹脂層のうち少
なくとも表面層の主成分が、ポリオール、イソシアネートさらに必要に応じて鎖伸長剤を
反応させて得たポリウレタン系樹脂であり、前記ポリオールと前記鎖伸長剤との一方又は
双方にポリシロキサン骨格を含み、前記ポリオールがポリカーボネートポリオールを含み
、前記表面層にナイロン系粒子又はウレタン系粒子が含有され、前記表面層の１００％モ
ジュラスが８×１０6Ｐａ〜２０×１０6Ｐａであり、ローラの表面粗さが３μｍ以上１５
μｍ以下であることを特徴とする発明が記載されている。

また、特許文献２には、回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を、現像剤担持体から
供給されるトナーにより現像する現像装置を備えた画像形成装置において、現像剤担持体
上のトナーを潜像担持体上に移動させることにより現像剤担持体上のトナーを除去するフ
レッシュ動作を実施する機能を備え、上記フレッシュ動作を実施することにより、潜像担
持体上から除去され、潜像担持体上に移動したトナーを現像装置に戻すトナーリサイクル
機構を有することを特徴とする発明が記載されている。

これに対し、２成分現像法における現像スリーブのフィルミングの問題は比較的最近の
課題であり、例えば特許文献２に開示されたような方式は採用しにくい。それは、高速機
においては、画像形成プロセス中に少なくとも現像スリーブ１周分に相当する回転時間分
、バイアスを印加するための時間が余分に必要となるからである。すなわち、このような
余分の時間が必要となり、コピー時間が長くなるなど、コピー速度に影響が出てしまうこ
と、あるいは、クリーニング手段により潜像担持体上における転写後の排トナーを現像装
置に回収する排トナーリサイクル機能を有する機械では、排トナー比率を上げてしまうお
それがあるからである。

リサイクルトナーはスリーブ固着しやすいことから、なるべく比率を上げたくない。 リサイクルトナーは、メカ的なストレスにより、外添剤が埋没してしまい、トナー表面にワックスが多く現れ、スリーブに付着しやすいこと。 また、紙に転写しにくい小粒径トナーがリサイクルトナーになりやすく、リサイクルトナー内に小粒径トナーが多くなることで、熱の影響を受け、溶けやすくなるため、固着にはとても不利なことがわかっている。
現像スリーブに固着したトナーは、摩擦によって現像バイアスと同電位に帯電するため、実際に現像バイアスを印加していない状態でも像担持体上での現像バイアスが高いのと同様の現象を生じてしまうため、感光体に帯電電位が印加されていない状態では、感光体へトナーが現像されてしまう問題がある。 また、現像バイアスを印加している状態では、現像スリーブに印加した現像バイアスよりも実効的に高い電圧値となるために、感光体電位と現像担持体印加電圧の差が小さくなってしまい、カブリ画像が発生する問題がある。

ここで２成分現像法による固着のメカニズムを説明する。

現像剤が現像ニップ内、すなわち、現像スリーブと感光体の対向位置であり、現像スリ
ーブ上に形成される磁気ブラシが潜像担持体と摺擦する部分で発生する接触部内で押圧さ
れながら通過する際に狭い空隙で生じるストレスにより
１．トナーが力学的に軟化する。
２．トナーが熱的に軟化し、溶融する。
３．トナー内に含有されたワックスが力学的に染み出る。
等の現象が発生する。さらにこのような状態において、現像スリーブ表面の現像剤搬送力
が弱いと、現像ニップを通過できない高密度の現像剤は、スリーブ表面で滑ることにより
スリーブ表面での摩擦熱でトナーが溶融し、固着してしまう。その際、軟化、溶融したト
ナーに他のトナー又はキャリア等が凝集し始め、この部分が核となって固着部が成長する
。固着開始は、ほぼ１個所から始まり周方向に次第に広がる場合と、複数個所発生して成
長する場合とがある。

他の間接的な要因として、低湿環境で反射濃度センサを制御する際や元々トナー濃度が
高いカラー剤使用時など、装置内のトナー濃度が高くなり、流動性が低下し、あるいは現
像剤の経時劣化や放置低下により帯電量の落ちた浮遊トナーが増加して流動性が低下して
いるとき等にトナーの固着が発生し易い。また経時的にスリーブ表面粗さが小さくなって
現像剤の搬送性が低下するとき、高温環境や連続コピーでスリーブ温度が上昇するとき（
渦電流）、さらにはスリーブ汚れが多いとき等にも特にトナーの固着が発生し易い。いず
れの場合も、現像スリーブとキャリアやトナーの間で相対的速度差が大きいほど摩擦熱が
発生し、固着を誘発する。

現像スリーブへのトナー固着に関しては、先に記載した以外にも様々な提案が出されて
いる。例えば、現像スリーブへのトナー固着の対処法として、特許文献３では、所定のタ
イミングで現像装置の軸方向の両端部のベタ黒画像を取る方法が開示されている。 両端
部にベタ黒画像を取るのは、一般的な印刷画像の両端の印字率が低いことで、現像スリー
ブへのトナー固着が悪化しているためである。

なお、特許文献３記載の発明は、像担持体と、該像担持体上の静電潜像を現像する現像
剤として流出開始温度が１０５度以下である低融点トナーとキャリアからなる乾式２成分
現像剤を用いた現像装置を具備する画像形成装置において、地肌ポテンシャル（像担持体
の帯電電位−現像バイアス）が絶対値で４００Ｖ以上であることを特徴とし、非画像領域
が連続して現像スリーブ上にトナー固着が発生しても、十分な地肌ポテンシャルを取るこ
とによって、画像上に地汚れムラを発生させないようにしたことを特徴とする発明である
。
特許第３８２９４５４号公報 特開平９−２５８５５３号公報 特開２００１−３１２１２６公報

このように各特許文献に現像スリーブへのトナー固着を防ぐための発明が提案されては
いるが、まだ不十分であり、現状では、現像スリーブへのトナー固着を完全に回避する技
術は提案されていない。

前述したが、現像スリーブに固着したトナーは、現像バイアスと同電位に帯電するため、現像スリーブに印加した現像バイアスよりも実効的に高い電圧値となるために、感光体電位と現像スリーブにかかる現像バイアスの差が小さくなり、画像濃度が高くなったり、カブリ画像が発生する不具合が出てしまう。このような不具合は、像担持体上に基準像パターンを作り、この基準パターンの濃度を反射濃度センサで読み取り、読み取り濃度に応じて作像条件を変更することにより解消するようには制御は行われているものもある。

しかし、潜像担持体が回転している状態下の現像スリーブと潜像担持体間の現像ニップ
位置において、潜像担持体上に帯電電位が印加されていないことにより表面電位がのって
いない状態では、通常、現像バイアスも印加しない。しかしながら、潜像担持体の露光部
分にトナーを付着させるネガ／ポジプロセスの場合、現像スリーブにトナー固着している
と、固着したトナーが現像バイアスと同電位に帯電するため、現像バイアスを印加してい
ない状態でも、現像スリーブの表面は現像バイアスがかかっている状態になり、潜像担持
体への現像を行ってしまうものである。これは、作像開始前の帯電電位・現像バイアスの
出力前や作像終了後の帯電電位・現像バイアスの出力後に潜像担持体が回転している状況
で必ず発生する。

このとき潜像担持体で現像されたトナーは、全て廃棄するトナーとなり、トナー回収装
置により回収されてしまうため、トナーの浪費が問題となる。また、トナーリサイクルを
行っている装置では、リサイクルトナー比率を上げてしまい、リサイクルトナーによるトナー飛散や地汚れ等の画像劣化を発生させる。 あるいは前述したとおりスリーブ固着を加速させてしまうことになる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、現像剤担持体に固着したトナーの帯電によ
る現像担持体電位上昇により、潜像担持体へトナーが現像されてしまうのを防ぐことにあ
る。

前記課題を解決するため、本発明は、回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を、現像剤担持体から供給されるトナーにより現像する現像手段を有する画像形成装置において、前記潜像担持体上に作像プロセスの制御の基準となる帯電電圧印加無し、現像バイアス印加無し領域を含む基準濃度パターンを形成するパターン形成手段と、前記基準濃度パターンの反射濃度を検出する光学センサと、前記潜像担持体が回転している状態で、前記現像剤担持体と前記潜像担持体とが対向する現像領域に帯電電位の印加されていない潜像担持体表面が存在する場合、前記潜像担持体へのトナー付着が少なくなるように現像バイアスを印加する制御手段と、を備え、前記光学センサは、前記基準パターンの帯電電圧出力と現像バイアスが０（Ｖ）の領域の反射濃度を検知し、前記制御手段は、前記光学センサによって検出された前記領域の反射濃度出力に応じて前記印加する現像バイアスの値を可変制御することを特徴とする。

なお、後述の実施形態では、潜像担持体は感光体ドラム１０に、現像剤担持体は現像スリーブ２８に、現像手段は現像装置１２に、画像形成装置は画像形成装置本体１００に、制御手段は制御回路ＣＯＮに、基準濃度パターンは基準パターンＰＳに、パターン形成手段は制御回路ＣＯＮ、書き込みユニット１１８及び作像ユニット１１９に、光学センサはパターンセンサＳＰに、それぞれ対応する。

本発明によれば、現像剤担持体に固着したトナーの帯電による現像担持体電位上昇により潜像担持体へトナーが現像されてしまうのを防ぐことができる。

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、従来から実施されている画像形成装置の概略構成を示す図である。本画像形成
装置はモノクロ画像形成用のもので、本体１００と、この本体１００の上部に設置された
書き込みユニット１１８と、この書き込みユニット１１８上に設置された画像読取装置１
０６と、さらにその上に設置された自動原稿送り装置（以下、「ＡＤＦ」と称する）１０
１とから基本的に構成されている。

複写モードでは、次のように動作する。ＡＤＦ１０１は、原稿台１０２に画像面が上に
なるように原稿束が置かれ、操作部（図示しない）上のスタートキーが押下されると、一
番下の原稿が給送ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラスからなる原
稿台１０５上の所定の位置に給送される。ＡＤＦ１０１は一枚の原稿の給送完了毎に原稿
枚数をカウントアップするカウント機能を有する。コンタクトガラス１０５上の原稿は、
画像入力手段としての画像読取装置（スキャナ部）１０６によって画像情報が読み取られ
た後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。

原稿セット検知器１０９にて原稿台１０２上に次の原稿があることが検知された場合に
は、同様に原稿台１０２上の一番下の原稿が給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４によっ
てコンタクトガラス１０５上の所定の位置に給送される。これら給送ローラ１０３、給送
ベルト１０４及び排送ローラ１０７は搬送モータ（図示しない）によって駆動される。

画像読取装置（スキャナ部）１０６は、コンタクトガラス１０５上の原稿を照射する２
つのランプ１２８で照射しながら原稿の画像情報を副走査方向にライン走査し、その反射
光を画像データとして第１ミラー１２９、第２ミラー１３０、第３ミラー１３１により所
定の方向に反射させ、画像を縮小結像させるレンズユニット１３２を介して、光電変換装
置であるＣＣＤイメージセンサ１３３等から構成される。

この画像読取装置１０６によって原稿から読み込まれた画像データは、図示しない画像
処理手段を介して書き込み手段としての書き込みユニット１１８によって原稿画像に対応
した光書き込みを行い、感光体ドラム１１７に静電潜像を形成する。書き込みユニット１
１８は、レーザ発光装置１３４、ｆθレンズ１３５、反射ミラー１３６等で構成されてい
る。なお、露光光源としてはレーザ光としているがこれに限ったものではなく、例えばＬ
ＥＤアレイ等でも良い。

本体１００は、感光体ドラム１１７、現像装置１２、定着ユニット１２１、排紙ユニッ
ト１２２、第１〜第３給紙装置１１０〜１１２、縦搬送ユニット１１６等から構成されて
いる。感光体ドラム１１７は、図示しない帯電器により一様に帯電された後に書き込みユ
ニット１１８からの光情報で露光されて静電潜像が形成される。この感光体ドラム１１７
上の静電潜像は現像装置１２により現像されてトナー像となる。なお、感光体ドラム１１
７、現像装置１２に加えて帯電装置、搬送ベルト（転写装置）１２０、クリーニング装置
及び除電装置によって作像ユニット１１９が構成され、縦搬送路１１６、反転ユニット１
２５、第１給紙装置１１０、第２給紙装置１１１、第３給紙装置１１２等の給紙要素全体
によって給紙部１４０が構成されている。

感光体ドラム１１７の下方には搬送ベルト１２０が配設されている。この搬送ベルト１
２０は、記録媒体である用紙の搬送手段及び転写手段を兼ねており、電源（図示しない）
から転写バイアスが印加され、縦搬送ユニット１１６からの用紙を感光体ドラム１１７と
等速で搬送しながら、感光体ドラム１１７上のトナー像を用紙に転写させる。用紙上のト
ナー像は定着部１２１により定着され、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排
出される。感光体ドラム１１７はトナー像転写後に図示しないクリーニング装置によりク
リーニングされる。ここに、感光体ドラム１１７、帯電器、書き込みユニット（装置）１
１８、現像装置１２、転写手段は画像データにより画像を用紙上に形成する画像形成手段
を構成している。感光体ドラム１１７は、メインモータ５８により一定速度で回転駆動さ
れる。

排紙ユニット１２２には、両面搬送路が設けられている。すなわち、排紙ユニット１２
２の途中から搬送ローラ対１２４により送り込まれる反転ユニット１２５と、反転ユニッ
ト１２５で反転した用紙を再度縦搬送ユニット１１６側に搬送する画像形成側搬送路１２
６と、反転した用紙を再度排紙ユニット１２２側に戻す排紙搬送路１２７とが配置されて
いる。この両面搬送路により用紙の両面に画像を形成し、あるいは画像が形成された面を
下にして排紙トレイ１２３に排紙することができる。

給紙手段としての第１給紙装置１１０、第２給紙装置１１１、第３給紙装置１１２は、
選択されたときに各々第１トレイ１１３、第２トレイ１１４、第３トレイ１１５に積載さ
れた用紙を給紙し、用紙は縦搬送ユニット１１６によって感光体１１７に当接する位置ま
で搬送される。

なお、プリントモードでは、画像処理手段からの画像データの代りに外部からの画像デ
ータが書き込みユニット１１８に入力されて、画像形成手段により用紙上に画像が形成さ
れる。また、ファクシミリモードでは、上記画像読取装置１０６からの画像データが図示
しないファクシミリ送受信部により相手に送信され、相手からの画像データがファクシミ
リ送受信部で受信されて画像処理手段からの画像データの代りに書き込みユニット１１８
に入力されることにより、画像形成手段により用紙上に画像が形成される。

図２は図１に示した画像形成装置の制御構成の概略を示すブロック図である。同図にお
いて、ＡＤＦ１０１、書き込みユニット１１８、作像ユニット１１９、定着ユニット（装
置）１２１、給紙部１４０、スキャナ部１０６の制御を制御回路ＣＯＮが司り、また、操
作表示部１ａ、画像処理部１ｂ、画像メモリ１ｃ、不揮発メモリ１ｄ、パターンセンサＳ
Ｐ、各種センサ１００ｂがそれぞれ制御回路ＣＯＮに接続されている。

制御回路ＣＯＮは、操作表示部１ａからの指示入力によりユーザが所望する制御を実行
し、スキャナ部１０６で読み取った画像データを一旦画像メモリ１ｃに格納した上で、所
定のあるいはユーザが所望する画像処理を画像処理部１ｂで実行する。画像処理部１ｂで
処理された画像データは書き込みユニット１１８に出力され、作像ユニット１１９で作像
され、顕像化される。顕像化された画像は、給紙部１４０から給紙された記録媒体に転写
され、定着ユニット１２１で定着された後、排紙され、あるいは反転ユニット１２５側に
搬出される。

これらの制御は、不揮発メモリ（ＲＯＭ）１ｄに格納された制御プログラムを、制御回
路ＣＯＮに格納されたＣＰＵがＲＯＭから読み出し、図示しないＲＡＭに展開し、当該Ｒ
ＡＭをワークエリアとして使用しながら前記プログラムを実行することにより、実行する
。なお、後述のフローチャートに示された制御手順も前記ＣＰＵによって実行される。

図３は、本発明の実施形態に係る感光体とこの感光体回りの現像装置を含む作像ユニッ
トの構成を示す図である。機能上、図１に示した従来から実施されている画像形成装置に
使用されるものと同等であり、制御構成も図２に示したものである。

同図において、像担持体（潜像担持体）であるドラム状の感光体ドラム１０（図１にお
ける感光体ドラム１１７に対応）の回りには、ローラ状の帯電装置１１から感光体ドラム
１０の矢印Ａで示す回転方向に順に、現像装置１２、転写装置１３、用紙分離装置１４、
クリーニング装置１５が配置されている。そして、コピーを取るときは、前述の通りコン
タクトガラス１０５上に原稿をセットしてから、操作表示部１ａのコピースイッチを押し
、スキャナ部１０６で原稿の画像を読み取ると同時に、感光体ドラム１０と転写装置１３
間に用紙（転写材）Ｐを送り込む。

一方、感光体ドラム１０は、所定の周速度で回転し、その回転にともない、クリーニン
グパッド１６で清掃する帯電装置１１で表面を一様に帯電し、その表面に書き込みユニッ
ト１１８からレーザ光Ｌを照射して光書き込みを行い、感光体ドラム１０上に前記読み取
った原稿画像の静電潜像を形成する。続いて、前記静電潜像が現像装置１２に対向する位
置を通過するときトナーが静電潜像に付着（移行）し、当該静電潜像は逐次可視像化され
る。そして、この可視像化されたトナー画像を、感光体ドラム１０と転写装置１３間に搬
送した用紙Ｐ上に転写装置１３（図１では、転写機能を有する搬送ベルト１２０としてい
る。）によって転写する。
転写後、用紙Ｐは用紙分離装置１４で放電し、静電的に付着する感光体ドラム１０から
分離され、定着ユニット１２１へ搬送される。定着装置では、転写されたトナー画像が加
熱及び加圧により用紙Ｐ上に定着され、排紙ユニット１２２から排紙トレイ１２３へと排
出される。なお、用紙分離装置１４に代えて分離爪を設け、感光体ドラム１０から機械的
に分離するようにしても良い。
他方、画像転写後の感光体ドラム１０では、表面に残った残留トナーがクリーニング装
置１５に設けられたクリーニングブレード１７によって掻き落とされ、感光体ドラム１０
の表面が清掃された後、不図示の除電ランプを点灯することにより除電して表面電位を初
期化する。

ところで、本実施形態では、図３に示すように感光体ドラム１０、帯電装置１１、現像
装置１２、及びクリーニング装置１５を１つのカートリッジケース１９内に収納し、プロ
セスカートリッジ２０を構成している。このプロセスカートリッジ２０は、図４に示すよ
うに画像形成装置本体１８の所定の位置に本体１８の正面側から矢示方向に挿抜すること
により着脱自在となっている。
このようなプロセスカートリッジ２０において、前記現像装置１２は、図３に示すよう
に、下部側に現像剤収容部２１を、上部側に現像剤担持部２２をそれぞれ備えている。現
像剤収容部２１には、キャリアとトナーとよりなる乾式２成分現像剤が収容され、その現
像剤を撹拌しながら搬送する撹拌部材２３が設けられている。また、図示しないが、現像
剤収容部２１にはトナー濃度センサが設けられ、現像剤中のトナーとキャリアとの混合比
を検知する。

一方、現像剤担持部２２には、現像窓２７を通して感光体ドラム１０と対向する位置に
、内部に磁石を有する現像スリーブ（現像剤担持体）２８が設けられている。また、現像
スリーブ２８と対向する位置に、感光体ドラム１０への現像剤の供給量を制御する現像ド
クタ（現像剤規制部材）２９が配設されている。

前記クリーニング装置１５は、カートリッジケース１９のクリーニングケース部１９ａ
内に、図５に示すようにクリーニングブレード１７で掻き落した残留トナーを掻き上げる
回収羽根３０と、その回収羽根３０により掻き上げた残留トナーを感光体ドラム１０の軸
方向に搬送するコイル状のトナー搬送部材３１とを備えている。さらに、プロセスカート
リッジ２０には、クリーニング装置１５で回収したトナーを、パイプ等で形成した搬送通
路を通してスクリュ、コイル、ベルト等の搬送部材を用い、あるいは重力を利用して現像
装置１２の現像剤収容部２１へと戻すトナーリサイクル装置３２が設けられている。

図６は現像スリーブ２８を中心として感光体ドラム１０と現像装置１２の関係を示す図
である。同図において、現像装置１２では、コピー時、不図示の駆動モータを駆動し、そ
の駆動を伝達して現像スリーブ２８を回転させるとともに、撹拌部材２３を回転させて現
像剤を撹拌し（図３参照）、トナーとキャリアを摩擦帯電しながら現像スリーブ２８へ搬
送する。一方、現像スリーブ２８には所定バイアスを印加して現像剤中のトナーを感光体
ドラム１０の表面に静電的に付着させ、その表面上の潜像を可視像化する。
他方、クリーニング装置１５では、感光体ドラム１０の回転を、ギヤを介してトナー搬
送部材３０に伝達し、トナー搬送部材３０を回転駆動する。そして、感光体ドラム１０か
ら除去した残留トナーをトナー搬送部材３０によって搬送し、クリーニングケース部１９
ａ内の手前側に集め、トナーリサイクル装置３２で現像装置１２に戻し、再使用する。

本実施形態では、感光体ドラム１０上に書き込みユニット１１８と作像ユニット１１９
により基準パターンＰＮを形成し、基準パターンＰＮの濃度に基づいてプロセス制御を行
っている。このプロセス制御は前記制御回路ＣＯＮのＣＰＵが実行する。また、基準パタ
ーンＰＮの作像条件も前記制御回路ＣＯＮのＣＰＵが設定する。本実施形態で用いられる
基準パターン像ＰＮは一辺が約２０ｍｍの正方形であって、感光体ドラム１０の帯電後に
静電潜像を作成し、これをトナー現像することにより形成される。図７はこの基準パター
ン像ＰＮが感光体ドラム１０上に作像された状態を示す図である。

一方、パターンセンサＳＰは反射型フォトセンサ、所謂フォトリフレクタからなり、ク
リーニング装置前段位置（すなわち、現像、転写後の位置）において、感光体ドラム１０
に対向させている。パターンセンサＳＰは発光側ＬＥＤと受光側フォトトランジスタとか
らなり、感光体ドラム１０上に形成された現像後の基準パターン（像）ＰＮの反射濃度を
光学的に検出し、電気信号に変換して出力する。すなわち、パターンセンサＳＰは、基準
パターンＰＮに対し、パターンセンサＳＰの発光側ＬＥＤをＯＮし、ＬＥＤ光が現像して
もトナーが感光体ドラム１０上にのっていない地肌部と、現像された基準パターンＰＮに
照射されるようにする。そして、パターンセンサＳＰの受光部は、感光体ドラム１０の移
動により地肌部と基準パターンＰＮかの反射光をそれぞれ検出し、その検出電圧に基づい
て前記制御回路ＣＯＮのＣＰＵがプロセス制御を実行することになる。

本実施形態における現像装置では、一定の印字枚数毎に（本実施例では１０枚に１回）
、基準濃度のパターン潜像（パッチ潜像）がレーザ光Ｌによって書き込まれ、パッチの現
像バイアスが印加され、その現像バイアスで基準濃度トナー像（基準パターン）ＰＮが現
像される。そして、基準濃度トナー像（基準パターン）ＰＮの反射濃度を反射濃度センサ
（パターンセンサ）ＳＰによって検知する。制御回路ＣＯＮは、その反射濃度が一定範囲
になるように図示しないトナーホッパー中のトナーをトナー補給のための搬送手段上に補
給する。これにより、２成分現像剤のトナー濃度は常に最適な比率に保たれる。また、パ
ターンセンサＳＰは地肌部の汚れ（かぶり）を検知し、制御回路ＣＯＮは、パターンセン
サＳＰから得られた反射濃度に応じて帯電電位の制御も行い、地肌汚れのない最適な地肌
ポテンシャル（帯電電位−現像バイアス）を保持する。

図８は、本実施形態に係る現像装置において、通紙枚数に応じて地肌汚れ（かぶり）が
悪化している現象を表す図である。図８において、地肌汚れのレベルが規格を下回ったと
き（図示「規格ＯＫ」より下の部分）のトナー物性を調べると、流動性の悪化や帯電性の
悪化が顕著であることが判明した。これにより、トナーの帯電量分布は弱帯電トナーや、
逆帯電（プラス帯電）のトナーが非常に多いことが分かった。このような状態は、リサイ
クルトナーの比率が非常に多くなっている状態を示している。

また、図９に示すように通紙枚数に応じて現像スリーブ２８の濃度が高くなっているこ
とが分かった。これは、現像スリーブ２８へトナーが固着していることを示している。
図１０は現像スリーブ２８に現像バイアスを印加していない状態での表面電位を測定した
ものである。同図から、通紙枚数に応じて負極性の電位（図１０におけるスリーブ表面電
位（−））が増加（負の方向に増加）していることが分かる。
この装置の現像バイアスは−５６０Ｖである。また、この装置で使用しているトナーの
帯電極性は負極性であり、現像スリーブ２８に固着したトナーは現像バイアスと同極性に
帯電してしまい、現像バイアスを印加していない状態でも現像スリーブ２８の表面に現像
バイアスがかかっている状態となっていることも分かった。そして、現像スリーブ２８へ
のトナー固着量が増えるに従い、現像スリーブ２８表面電位も上昇することも判明した。

図１１は現像スリーブ２８へのトナー固着の「有り」「無し」に対して作像開始時のタ
イミングと帯電と現像の各電圧を測定した図である。同図（ａ）が固着有りの場合、同図
（ｂ）が固着無しの場合である。帯電電圧、現像バイアスともに印加していない状態での
現像バイアスが、トナー固着「有り」の場合と「無し」の場合で異なっていることが分か
る。この装置の帯電電位は−１５００Ｖ印加したときに、感光体ドラム１０上の表面電位
は−８００Ｖとなる。
「トナー固着無し」の場合、メインモータと帯電電位がＯＮしてから、現像バイアスが
ＯＮするまでの、「帯電・現像間距離」は、感光体表面電位約０Ｖ（印加無し）、現像バ
イアス約０Ｖ（印加無し）であり、多少の地肌汚れ程度のトナーが感光体に付着する状態
であることが確認できた。

しかし、「トナー固着有り」の場合では、「帯電・現像間距離」で、現像スリーブ２８
を印加していないが、実際には固着トナーの帯電により、約−２００Ｖの電位がかかって
いることが分かり、これにより大量のトナーが感光体ドラム１０に移行し、現像されてし
まうことが確認できた。このトナーは、クリーニングブレード１７によって掻き取られ、
全てリサイクルトナーになってしまうものである。

つまり、図３に示した現像装置１２における感光体ドラム１０の地肌汚れの悪化は、現
像スリーブ２８へのトナー固着により、リサイクルトナーが増加し、流動性、帯電性の低
いトナーが地汚れとなっていることが分かった。

図１２は、図７で説明した基準パターンＰＮの読み取り結果と、帯電電圧印加無し（帯
電０Ｖ）、現像バイアス印加無し（現像０Ｖ）の領域を作り、その領域をパターンセンサ
（フォトセンサ）ＳＰで検知したときの読み取り結果を示したものである。同図では、パ
ターンセンサＳＰのＬＥＤをＯＮし、回転体ドラム１０を回転させたときの地肌部の反射
光の検知出力Ｖ１、基準パターンＰＳの反射光の検知出力Ｖ２、帯電電圧印加無し（帯電
０Ｖ）、現像バイアス印加無し（現像０Ｖ）の領域の検知出力Ｖｓが示されている。

この結果から、
Ｖ１＜Ｖｓ＜Ｖ２
となることが分かる。

図１３は、帯電電圧印加無し、現像バイアス印加無しの領域を検知した結果（電圧Ｖｓ
）を横軸に、反射濃度を縦軸にとったときの特性を示すグラフである。なお、縦軸は正方
向が、反射濃度が薄いことを示す。同図から、感光体ドラム１０へのトナー付着量が多い
ほど反射濃度は低くなり、そのときの電圧Ｖｓが小さくなるということが分かる。

図１４はパターン制御の制御手順を示すフローチャートである。この制御では、帯電電
圧印加無し、現像バイアス印加無し領域を含んだ基準パターンＰＮを感光体ドラム１０上
に作成し（ステップＳ１０１）、パターンセンサＳＰで読み込んだ結果の検出電圧値Ｖｓ
から（ステップＳ１０２）、変更する現像バイアスのテーブル（図１５）を参照し（ステ
ップＳ１０３）、帯電電圧印加無し、現像バイアス印加無しの領域での現像バイアスに、
感光体ドラム１０へのトナー付着量が少なくなるような現像バイアスの値を決定し（ステ
ップＳ１０４）、次に来る帯電電圧０Ｖ、現像バイアス０Ｖのタイミングにこの制御を実
施した。その結果の一例を図１６に示す。

このときの現像スリーブ２８は、現像バイアスを印加していない状態で約−２００Ｖの
電位を持っている。 パターン制御により、帯電電圧０Ｖ、現像バイアス０Ｖ領域での現
像バイアスに、＋２００Ｖを印加することにより、実際の現像スリーブ２８表面の電位は
約０Ｖとなり、帯電・現像間距離での感光体へのトナー現像を少なくすることができる。

この制御を行うことによって、図９に示したような、通紙枚数が増えても帯電・現像間距
離での感光体ドラム１０へのトナー現像を防ぐことによってリサイクルトナーの比率が急
激に増えることを防止することができ、地肌汚れが規格ＮＧとなるのを防ぐことが可能と
なった。

なお、ここでは、図１４のフローチャートに示したようにドラム駆動開始時について説
明しているが、帯電電圧印加無し、現像バイアス印加無しで感光体ドラム１０を駆動して
いる全ての条件で、同様に＋２００Ｖの現像バイアスを印加する制御を行っている。

スリーブ固着は、印字するパターンによっても固着するトナー量が変わることが分かっ
ている。印字率が高いとスリーブ固着は少なく、印字率が低いとスリーブ固着が多くなる
。ここで、前記パターンセンサＳＰを感光体ドラム１０の軸方向に３個取り付け、その中
で最も、帯電・現像間距離での感光体ドラム１０へのトナー現像量が多い値に合わせて、
正極性の現像バイアスの値を設定する制御を行ったところ、さらに精度良い制御すること
ができる。なお、ここでは、３個のパターンセンサＳＰを使用した例について説明してい
るが、パターンセンサＳＰは多い程、精度が高くなるのは言うまでもない。

また、一般的に感光体ドラム１０の両端部は印字することが少なく、現像スリーブ２８
に固着するトナー量が多いことが分かっている。そこで、感光体ドラム１０の端部にパタ
ーンセンサＳＰを取り付けると、最もスリーブ固着の悪い位置での制御が可能となるので
、感光体ドラム１０へのトナー付着を防ぐことができる。

スリープ固着に対してパターンセンサＳＰの検出結果に基づいて現像バイアスを制御す
ることは有効であるが、コストがかけられない装置ではパターンセンサＳＰを持たないも
のが多い。一方、図１０に示すように、通紙枚数に応じてスリーブ固着によってスリーブ
表面電位が上昇していくことは分かっており、その傾向も機体差やチャート差などはある
が、ある範囲に入ることが確認できている。そこで、図１７に示すように、通紙枚数に応
じて現像バイアスを補正するテーブルを予め作成し、正極性の現像バイアスを制御した。

なお、テーブルは同型機種に対して実験室内で求めたデータに基づいて作成した。

この現像器の寿命は１５０Ｋ枚であり、その枚数までのテーブルとなっている。このテ
ーブルでは、通紙枚数（Ｋ枚＝１０００枚）が０枚以上、４０Ｋ枚までは、現像バイアス
は＋０Ｖ、４０Ｋ枚以上、６０Ｋ枚までは＋２５Ｖ、・・・１２０Ｋ枚以上、１４０Ｋ枚
までは＋２００Ｖ、１４０Ｋ枚から１５０Ｋ枚までは＋２５０Ｖというように設定される
。

この制御によって、パターンセンサＳＰを持たない画像形成装置においても、通紙枚数
が増えても帯電・現像間距離での感光体ドラム１０へのトナー現像を少なくし、地肌汚れ
が規格ＮＧとなるのを防ぐことができる。なお、ここでは通紙枚数をパラメータとしてい
るが、通紙枚数は実質的には感光体ドラム１０上に作像した作像時間に対応する。そこで
、前記パラメータを通紙枚数に代えて、作像時間、あるいは感光体ドラム１０の回転数、
回転に伴う表面の走行距離などとすることもできる。

また、図１０に示す関係は、環境条件によっても変化することが分かっている。これは
同じトナー固着量でも、環境条件によってトナーの帯電量が変わるためであり、図１８に
示すように低温環境では、スリーブ電位はさらに高くなり、高温環境ではスリーブ電位は
低くなる。

そこで、この環境条件の変化に対応するために、温度センサによって検知した装置設置
個所の雰囲気温度、あるいは機内の雰囲気温度によって、図１９に示すように正極性の現
像バイアスを補正制御することもできる。この制御は、上記の経時（画像形成枚数）によ
る制御と合わせて行うことによって、パターンセンサＳＰを持たない画像形成装置におい
ても、環境の変動による帯電・現像間距離での感光体ドラム１０へのトナー現像を少なく
し、地肌汚れが規格ＮＧとなるのを防ぐことができる。

また、図１９に示した例では温度センサを用いて環境による制御を行ったが、それ以外
の温度を測定する方法も適用できる。例えば転写ローラ等のゴムローラの抵抗値を検出し
、環境を判断することも可能である。また、温度だけでなく設置個所の湿度（雰囲気湿度
）にも同じような傾向が見られるため、設置個所や機内の湿度を湿度センサによって検出
し、その検出結果に基づいた制御も可能である。また、温度と湿度の両方で制御すること
によりさらに精度の高い制御も可能になる。

以上のように本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。

１）感光体ドラム１０と現像スリーブ２８の対向する現像領域に、帯電電位の印加されて
いない感光体ドラム１０表面が存在する場合、当該感光体ドラム１０へのトナー付着が少
なくなるように現像バイアスを印加するので、現像スリーブ２８に固着したトナーの帯電
による現像スリーブ２８の電位上昇に起因する感光体ドラム１０上へのトナー移行（現像
−以下、同様）を防ぐことができる。

２）基準パターンとは別に、感光体ドラム１０上に帯電電圧出力（Ｖｃ）＝現像バイアス
（ＶＢ）＝０（Ｖ）の領域を作成し、その領域の反射濃度信号を検知して現像バイアスを
制御するので、感光体ドラム１０上へのトナー移行を防ぐことができる。

３）現像スリーブ２８に固着したトナーの帯電による電位上昇で感光体ドラム１０上へト
ナーが現像されてしまう現象が、経時的に増加したり、印字する画像パターンによって変
動したり、様々な要因で変動してしまうが、前記領域を作成して常に状態を感光体ドラム
１０表面の濃度を検知するので、感光体ドラム１０上へのトナー移行を防ぐことができる
。

４）光学的に濃度検知するパターンセンサＳＰを感光体ドラム１０の軸方向の端部に配置
するので、現像スリーブ２８のトナー固着による電位上昇の悪い現像スリーブ２８の端部
からの感光体ドラム１０へのトナー移行を最小限に抑えることができる。

５）感光体ドラム１０の軸方向の複数個所に光学センサを複数個配置し、前記濃度検知を
行うので、感光体ドラム１０の軸方向でのムラを検知し、感光体ドラム１０へのトナー移
行を最小限に抑えることができる。

６）現像バイアス値を、感光体ドラム１０の走行距離や通紙枚数などの経時に応じて可変
制御するので、光学センサ（パターンセンサＳＰ）を備えていない安価な装置においても
、現像スリーブ２８に固着したトナーの帯電による電位上昇に起因する経時的な感光体ド
ラム１０へのトナー移行を抑制することができる。

７）現像バイアス値を、温度、湿度などの環境状態に応じて可変制御するので、光学セン
サ（パターンセンサＳＰ）を備えていない安価な装置においても、現像スリーブ２８に固
着したトナーの帯電による電位上昇に起因する感光体ドラム１０上のトナー移行の環境変
化による増減をなくすことができる。

８）トナーリサイクル装置３２を備えた画像形成装置においても、現像スリーブ２８に固
着したトナーの帯電による電位上昇に起因する感光体ドラム１０上へのトナー移行を防ぐ
ことができる。

なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された
技術思想に含まれる技術的事項全てに及ぶことは言うまでもない。

従来から実施されている画像形成装置の概略構成を示す図である。 図１に示した画像形成装置の制御構成の概略を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る感光体とこの感光体回りの現像装置を含む作像ユニットの構成を示す図である。 プロセスカートリッジを複写機装置本体に対して正面側から着脱する構成を示す図である。 回収羽根により掻き上げた残留トナーを感光体の軸方向に搬送するコイル状のトナー搬送部材を示す図である。 クリーニング装置で回収したトナーを、搬送通路を通して現像装置の現像剤収容部へと戻すトナーリサイクル装置の構成を示す図である。 基準パターン像を感光体上に作像した状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る現像装置において、通紙枚数に応じて地肌汚れ（かぶり）が悪化している現象を示す図である。 通紙枚数に応じて現像スリーブの濃度が高くなっている状態を示す図である。 現像スリーブに現像バイアスを印加していない状態での表面電位の測定結果を示す図である。 現像スリーブへのトナー固着の「有り」「無し」での作像開始時のタイミングと帯電と現像の各電圧の関係を示す図である。 図５で説明した基準パターンの制御に、帯電電圧印加無し、現像バイアス印加無しの領域を作り、その領域をフォトセンサで検知した読み取り結果を示す図である。 帯電電圧印加無し、現像バイアス印加無しの領域の検知した結果を示す図である。 パターン制御を説明するフローチャートである。 読み込んだ結果のＶｓの値と変更する現像バイアスの値とを示すテーブルである。 図１２のフローチャートで処理した結果を示す図である。 通紙枚数と補正する現像バイアスの関係を示すテーブルである。 環境条件によるトナーの帯電量の変化を示す図である。 正極性の現像バイアスを補正制御したときの温度と現像バイアスとの関係を示すテーブルである。

符号の説明

１０ 感光体ドラム（潜像担持体）
１２ 現像装置
１３ カートリッジ
２０ プロセスカートリッジ
２８ 現像スリーブ（現像剤担持体）
３２ トナーリサイクル装置
１００ 画像形成装置本体
１１８ 書き込みユニット
１１９ 作像ユニット
ＣＯＮ 制御回路
ＰＳ 基準パターン
ＳＰ パターンセンサ

Claims (10)

1. 回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を、現像剤担持体から供給されるトナーにより現像する現像手段を有する画像形成装置において、
   前記潜像担持体上に作像プロセスの制御の基準となる帯電電圧印加無し、現像バイアス印加無し領域を含む基準濃度パターンを形成するパターン形成手段と、
   前記基準濃度パターンの反射濃度を検出する光学センサと、
   前記潜像担持体が回転している状態で、前記現像剤担持体と前記潜像担持体とが対向する現像領域に帯電電位の印加されていない潜像担持体表面が存在する場合、前記潜像担持体へのトナー付着が少なくなるように現像バイアスを印加する制御手段と、
   を備え、
   前記光学センサは、前記基準パターンの帯電電圧出力と現像バイアスが０（Ｖ）の領域の反射濃度を検知し、
   前記制御手段は、前記光学センサによって検出された前記領域の反射濃度出力に応じて前記印加する現像バイアスの値を可変制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記光学センサは、前記潜像担持体の軸方向の端部に配置されていることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記光学センサは、前記潜像担持体の軸方向の複数個所に配置されることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、通紙枚数に応じて前記現像バイアスの値を可変制御することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、作像時間に応じて前記現像バイアスの値を可変制御することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、装置設置個所の雰囲気温度に応じて前記現像バイアスの値を可変制御することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、装置設置個所の雰囲気湿度に応じて前記現像バイアスの値を可変制御することを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
   前記現像手段がトナーリサイクル手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
9. 回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を、現像剤担持体から供給されるトナーにより現像して画像を形成する画像形成方法において、
   前記潜像担持体上に作像プロセスの制御の基準となる帯電電圧印加無し、現像バイアス印加無し領域を含む基準濃度パターンを形成する工程と、
   前記基準濃度パターンの反射濃度を光学センサにより検出する工程と、
   前記潜像担持体が回転している状態で、前記現像剤担持体と前記潜像担持体とが対向する現像領域に帯電電位の印加されていない潜像担持体表面が存在する場合、前記潜像担持体へのトナー付着が少なくなるように現像バイアスを印加する工程と、
   を備え、
   前記検出する工程では、前記基準パターンの帯電電圧出力と現像バイアスが０（Ｖ）の領域の反射濃度を検知し、
   前記印加する工程では、前記光学センサによって検出された前記領域の反射濃度出力に応じて前記印加する現像バイアスの値を可変制御することを特徴とする画像形成方法。
10. 回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を、現像剤担持体から供給されるトナーにより現像する現像装置を有する画像形成装置に対してコンピュータにより画像を形成させるコンピュータプログラムにおいて、
    前記潜像担持体上に作像プロセスの制御の基準となる帯電電圧印加無し、現像バイアス印加無し領域を含む基準濃度パターンを形成させる手順と、
    前記基準濃度パターンの反射濃度を光学センサにより検出させる手順と、
    前記潜像担持体が回転している状態で、前記現像剤担持体と前記潜像担持体とが対向する現像領域に帯電電位の印加されていない潜像担持体表面が存在する場合、前記潜像担持体へのトナー付着が少なくなるように現像バイアスを印加する手順と、
    を備え、
    前記検出する手順では、前記基準パターンの帯電電圧出力と現像バイアスが０（Ｖ）の領域の反射濃度を検知し、
    前記印加する手順では、前記光学センサによって検出された前記領域の反射濃度出力に応じて前記印加する現像バイアスの値を可変制御することを特徴とするコンピュータプログラム。

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