JP5299114B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は電子写真プロセスにより記録材上に画像を形成する画像形成装置に関する。

電子写真プロセスでは、周知のように像担持体上に静電潜像が形成され、形成した静電潜像が現像されてトナー像が形成される。形成されたトナー像は紙等の記録材に転写される。

高画質化が進み、特に、カラー画像の高画質化が進んだ結果、写真画像や模様画像の精細な表現が可能となってきている。

しかしながら、写真画像、模様画像等の面画像、特に、面画像の中間濃度部における画質を向上する際に、磁気ブラシ現像において起こる画像のがさつきが問題となっている。

特許文献１、２では、画像のがさつきを抑制するために、現像装置の下流に電極を像担持体に対向して設置し、該電極に交番電圧を印加することにより、トナーを前記像担持体と前記電極との間で往復移動させることが提案されている。

画像のがさつきは、均一濃度となるべき部分におけるトナーの分布が不均一になることが原因と考えられるが、特許文献１、２では、トナーを往復移動させることで、トナー分布を均一化し、がさつきを抑制している。

特開平４−３７２９６４号公報 特開平６−２７４０４０号公報

写真画像、模様画像等の面画像を磁気ブラシ現像で現像した場合に、面画像の端部や高濃度部と低濃度部との境界部において、濃度が低下して濃度不足部が発生するという問題がある。

特許文献１、２では、トナー像を形成しているトナーを振動させることにより、がさつきを防止し、画質を向上している。この技術は、現像により像担持体上に付着したトナーを交番電界の作用で振動させ再配置することにより、トナーを均し、がさつきを防止するものではあるが、画像端部における濃度不足を補正するには不十分である。

本発明は、画像端部における濃度の低下である先端欠けや吸い込みを防止し、高画質の画像を安定して形成することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的は下記の発明により達成される。

１．像担持体と、
画像データ記憶部と、
該画像データ記憶部に記憶されている画像データに基づいて、該像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成装置と、
該像担持体に担持されている前記静電潜像を現像して、前記像担持体上にトナー像を形成する現像装置と、
該現像装置に対して、前記像担持体の移動方向下流側に位置し、前記像担持体に対向して配置された電極と、
該電極に少なくとも交番電圧を印加する電源と、
を備えた画像形成装置において、
前記電極にトナーを付与するトナー付与部と、
前記画像データ記憶部から画像データを読み出し、読み出した画像データに基づき前記トナー付与部を制御する制御部とを備え、
前記トナー付与部は、前記現像装置と、前記像担持体とを有し、
前記現像装置内のトナーを前記像担持体に移動させ、前記像担持体上のトナーを前記電極に移動させることを特徴とする画像形成装置。

２．前記制御部は、読み出した画像データを解析し、前記電極上のトナーの消費量を推定し、推定結果に基づいて、前記トナー付与部を制御することを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。

３．前記制御部は１枚の画像を複数領域に分割し、分割された領域の濃度から画像の濃度分布を得る画像データの解析を行うことを特徴とする前記２に記載の画像形成装置。

４．前記制御部は、前記電極にトナーを付与するトナー付与のインターバルを制御することを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

５．前記制御部は、前記電極にトナーを付与するトナー付与のタイミングを制御することを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

６．前記制御部は、前記トナーの消費量の推定値が所定値に達したときに、前記電極にトナーを付与するトナー付与工程を実施することを特徴とする前記２又は前記３に記載の画像形成装置。

７．温度センサと、湿度センサと、カバレッジ情報発生部と、枚数カウンターと、停止時間情報発生部との少なくともいずれか一つからなる情報発生部を有し、前記制御部は、前記情報発生部からの情報に基づいて、前記トナー付与部を制御することを特徴とする前記１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。

８．前記制御部は、主走査方向に異なるトナー付与を行うように、前記トナー付与部を制御することを特徴とする前記１〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置。

９．前記制御部は、１トナー付与工程において、副走査方向に変化する量のトナーを付与するように前記トナー付与部を制御することを特徴とする前記１〜８に記載の画像形成装置。

１０．前記トナー付与部は画像形成工程に先立って、前記電極にトナーを付与することを特徴とする前記９に記載の画像形成装置。

本発明においては、像担持体上のトナー像を形成する画像データに基づいて、トナーを再配置する電極にトナーを付与するトナー付与部を制御している。したがって、前記電極は、常に、適正な量のトナーを担持し、トナー再配置が効果的に行われる。その結果、画像の先端欠けや吸い込みを十分に防止し、高画質の画像を安定して形成する画像形成装置が実現される。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。 がさつきと、先端欠けと、吸い込みとを説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置の制御系のブロック図である。 トナー付与工程を示す図である。 トナー再配置電極１０上のトナーの消費を説明するための図である。 トナー再配置電極１０のトナーの消費量を調べる実験において用いられたパターンを示す図である。 先端欠け及び吸い込みによるトナーの消費量と濃度コントラストとの関係を示す図である。 トナー付与制御の一例のフローチャートである。 画像解析を説明するための図である。 画像解析を説明するための図である。 トナー付与制御の他の一例のフローチャートである。 トナー付与のタイミングの一例を示す図である。 トナー付与を示す模式図である。 トナー付与制御の他の一例のフローチャートである。 実施例において画像評価に用いられたパターンを示す図である。

図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。

静電潜像及びトナー像を担持する像担持体としての感光体１は、ＯＰＣ感光体からなり、導電性のドラム基体上に形成された有機感光層を表面に有する。

２はスコロトロン帯電器からなる帯電装置、３はレーザ、発光ダイオードアレイ等を光源とする露光装置であり、画像データに基づいて発光し感光体１を露光する。帯電装置２と露光装置３とは、感光体１上に静電潜像を形成する潜像形成装置を構成する。

４は、現像装置であり、トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤で磁気ブラシを形成し反転現像を行う。４Ａは、現像剤を現像領域に搬送し、現像領域において、現像剤の磁気ブラシを支持する現像剤担持体としての現像ローラである。

４Ｂは、現像磁極、現像剤搬送磁極等の複数の磁極を有する磁界形成部としての磁石ロールであり、現像ローラ４Ａの中に固定配置される。

現像ローラ４Ａには直流電圧に交番電圧が重畳された現像バイアスが印加される。

現像ローラ４Ａは回転して現像剤を現像領域に搬送する。感光体１と現像ローラ４Ａとが対向する現像領域においては、磁石ローラ４Ｂの現像磁極により磁気ブラシが形成され、該磁気ブラシの穂が感光体１に接触し、接触現像が行われる。図示の例では現像ローラ４Ａは現像領域において、感光体１と反対方向に移動するが、現像ローラ４Ａを感光体１と同方向に移動させる現像方式を採ることもできる。

前者の現像方式は逆回転現像方式と呼ばれ、後者の現像方式は正回転現像方式と呼ばれる。

図示の現像装置４では、負帯電トナーを用いて負電荷からなる静電潜像を現像する反転現像が行われる。

５はローラ５Ａを有する転写装置であり、ローラ５Ａにはトナーと反対極性の転写電圧が印加される。６は感光体１をクリーニングするクリーニング装置、７はトナー像を加熱定着する定着装置である。矢印のように時計方向に感光体１が回転し、帯電装置２による帯電及び露光装置３による露光で、感光体１上に静電潜像が形成される。実施の形態においては、感光体１は負に帯電され、感光体１上には、負電荷からなる潜静電像が形成される。現像装置４においては、負帯電トナーにより潜像が現像される。現像により感光体１上に形成されたトナー像は転写装置５により記録材Ｐに転写される。

記録材Ｐ上のトナー像は定着装置７により加熱され定着される。転写後の感光体１はクリーニング装置６によりクリーニングされる。

感光体１の移動方向に関して、現像装置４の下流に、電極１０が配置される。電極１０には、ＡＣ電源からなる電源１０Ａと、ＤＣ電源からなる電源１０Ｂとにより、交番電圧に直流電圧が重畳された電圧が印加される。

電極１０と、電源１０Ａと、電源１０Ｂとは、感光体１上に形成されたトナー像を構成しているトナーを再配置するトナー再配置部を構成する。なお以下において、電極１０をトナー再配置電極という。

トナー再配置部は次に説明するように、先端欠け、吸い込み等を抑制し、これらによる画質の低下を防止する。

これらの画質低下について、図２を参照して説明する。これらの画質低下は、文字画像等の線画像においては発生せず、写真画像、模様画像等の面画像の場合に発生する。

図２は、中央の高濃度部の両端に低濃度部を配置したテストパターンの画像データを用いて画像書き込みを行い、現像したトナー像を示す。

図２（ａ）は、正しい画像、即ち、画像データの濃度を忠実に再現した画像を示し、図２（ｂ）は先端欠けが発生したトナー像を示し、図２（ｃ）は吸い込みが発生したトナー像Ｔを示す。現像領域の下流部（感光体１の移動方向に関して下流部）では、感光体１上に形成されたトナー像が磁気ブラシにより摺擦されるという現象が起こる。この摺擦によりトナー像が移動する。その結果、トナー像の先端部Ｔａにトナーが不足する部分ができて、トナー像の先端部Ｔａの濃度が低下する。図２（ｂ）に示す先端欠けはこのようなメカニズムで起こると考えられる。

また、高濃度部と低濃度部との境界部では、低濃度部を形成しているトナーが高濃度の静電潜像が形成する電界に引き寄せられるとともに、現像によりトナーを失ったキャリアにカウンターチャージが発生し、該カウンターチャージにより引き寄せられて、トナーが低濃度部から高濃度部に移動する。結果として、低濃度部と高濃度部とか隣接する場合における境界部Ｔｂの濃度が低下する。図２（ｃ）に示す吸い込みはこのようなメカニズムで起こると考えられる。

なお、図２においては、先端欠けと吸い込みとが別のパターンにおいて起こるように示されているが、実際には、一つのパターンでこれらの濃度不足がともに発生する場合もある。

矢印は感光体１に対する磁気ブラシの相対的な移動方向を示す。感光体１を基準として見たとき、逆回転現像方式においては、先端欠けは画像の先端部において発生し、吸い込みは高濃度部に隣接する低濃度部の先端部において発生する。これに対して正回転現像方式においては、感光体１よりも現像ローラ４Ａの移動速度が大きいために、先端欠けは画像の後端部において発生し、吸い込みは高濃度部に隣接する低濃度部の後端部において発生する。

先端欠け及び吸い込みは、トナー再配置部電極１０にけるトナー再配置によって補正される。

即ち、先端欠けや吸い込みを有するトナー像がトナー再配置電極１０を通過する際に、感光体１とトナー再配置電極１０間に形成された交番電界により、トナーが感光体１とトナー再配置電極との間で往復移動する。先端欠け、吸い込みが起きている部分においては、未現像又は現像不足の静電潜像により、電位の井戸が存在するので、この電位の井戸にトナー再配置電極１０からトナーが補給されて濃度不足が是正される。

図３は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の制御系のブロック図である。

図３において、２０は記録材に画像を形成する画像形成工程、トナー再配置電極１０にトナーを付与するトナー付与工程などにおいて、画像形成装置全体を制御する制御部である。２１は画像データを記憶する画像データ記憶部、２２は不揮発メモリからなり、画像形成条件、トナー再配置における電極条件など、制御に必要な各種パラメータ等を記憶する記憶部、２３は画像形成装置内の温度を検知する温度センサ、２４は画像形成装置内の湿度を検知する湿度センサ、２５は形成される画像の枚数をカウントする枚数カウンター、２６はタイマー、２７は感光体１、現像ローラ４Ａ等を駆動する駆動部である。

図４は、トナー再配置電極１０上にトナーを付与するトナー付与工程の例を示す。図４に示すトナー付与工程により、トナー再配置電極１０上に十分な量のトナーが担持される。

図４（ａ）において、帯電装置２で感光体１を帯電することにより、感光体１上にはＶ０の電位が形成される。帯電された感光体１を露光装置３で一様露光することにより、感光体１上の電位がＶ１に低下し〔図４（ｂ）〕、現像装置４で現像することにより、トナーＴの層が感光体１上に形成される〔図４（ｃ）〕。

感光体１とトナー再配置電極１０間に、感光体１側を負とし、トナー再配置電極１０側を正とするＤＣ電圧及びＡＣ電圧を印加することにより、感光体１上のトナーＴが移動して、図４（ｄ）に示すように、トナー再配置電極１０上にトナーが移り、トナー再配置電極１０上に均一なトナー層が形成される。図４のトナー付与工程では、トナー再配置電極１０上に所定量のトナーを担持させるように、現像ローラ４Ａ及びトナー再配置電極１０に直流電圧が印加される。

このように、トナー付与工程は、感光体１上に現像装置４からトナーを移動させ、感光体１からトナー再配置電極１０にトナーを移動させることにより行われる。図４に示すトナー付与工程を実行する部分がトナー付与部を構成する。即ち、感光体１、帯電装置２、露光装置３、現像装置４及び電源１０Ａ、１０Ｂがトナー付与部を構成し、制御部２０は該トナー付与部を制御して、トナー再配置電極１０にトナーを付与する。図示の例では、感光体１を帯電し、露光し、現像することにより、感光体１上にトナー層を形成しているが、感光体１上に現像装置４からトナーを移動させる条件を作る制御を行えばよく、帯電、露光はトナー付与工程において必須ではない。

図４に示すトナー付与工程により、トナー再配置電極１０上には均一なトナー層が形成されるが、図４のトナー層は、トナー再配置において、一定の割合でトナー再配置電極１０から感光体１に移るのではなく、トナー再配置において、トナー再配置電極１０から感光体１に移るトナーの量は画像により異なる。その結果、トナー再配置電極１０上では、一様ではないトナー消費が起こる。

図５を参照して、トナー再配置において、消費されるトナーの量について説明する。図５は、画像データと、該画像データに基づいて形成されるトナー像の濃度プロファイルを示す。図５（ａ）に示すように、先端部の領域ＲＡと後端部の領域ＲＣとにおいて、レベルＬＥ１を有し、中央部の領域ＲＢにおいて、レベルＬＥ１よりも高いレベルＬＥ２を有する画像データに基づいて、トナー像を形成した場合に、トナー像は図５（ｂ）に示すプロファイ有するものとなる。レベルＬＥ１の画像データに対応して低い濃度レベルＬＦ１のトナー像が形成され、レベルＬＥ２の画像データに基づいて高い濃度レベルＬＦ２のトナー像が形成される。そして、トナー像の先端部ＳＧ１において、濃度レベルが曲線状に低下する濃度不足部が形成され、高濃度部の後に位置する高濃度部と低濃度部の境界部ＳＧ２において、濃度が低下する。矢印は感光体１に対する磁気ブラスの相対的な移動方向を示す。

先端部ＳＧ１における濃度低下が図２にＴａで示した先端欠けであり、高濃度部に隣接する低濃度部分の境界部ＳＧ２における濃度低下が図２にＴｂで示した吸い込みである。

先端欠けが起きている先端部ＳＧ１及び吸い込みが起きている境界部ＳＧ２では、未現像或いは現像不足の静電潜像による電界が存在する結果、これらの部分ＳＧ１、ＳＧ２にトナー再配置電極１０から多量のトナーが補給される。

結果として、先端欠け及び吸い込みが多い場合には、トナー再配置電極１０上のトナーの消費量が多くなる。

図２と図５とに示す先端欠け及び吸い込みに対する消費されるトナー再配置電極１０上のトナーの消費量を調べた結果を、図６、７により説明する。

図６に示すパターンを用いて、先端欠け及び吸い込みを調べた。

感光体１の移動方向に対して直交する帯状のトナーパターンを感光体１上に形成し、トナー再配置を行った。

図６（ａ）のパターンは、中間レベルの濃度を有すパターンであり、図８（ｂ）は中間レベルの濃度ＬＦ１及び高レベルの濃度ＬＦ２を有するパターンである。

矢印は感光体の移動方向を示す。なお、現像ローラ４ａを感光体１と反対方向に移動させる逆回転現像によりトナー像を形成した。図５の先端部ＳＧ１において、先端欠けによりトナーが消費され、高濃度部の後端部と低濃度部先端との境界部ＳＧ２において、吸い込みによりトナーが消費された。濃度ＬＦ１のレベル及び濃度ＬＦ２と濃度ＬＦ１との差を様々に変化させてトナー再配置電極１０上のトナー層の消費量を調べた結果を図７に示す。

図７の曲線Ｌ１は先端欠けの場合のトナーの消費量を示し、直線Ｌ２は吸い込みの場合のトナーの消費量を示す。図示のように、先端欠けの場合のトナーの消費量は、トナー像の濃度（コントラスト）が増しても変化しないが、吸い込みの場合のトナーの消費量は、高濃度部と低濃度部との濃度差（、コントラスト）が増すのに比例してトナーの消費量が増加する。

図７に示す結果は、画像の先端部及び高濃度部画像と低濃度部画像との境界部に応じて、トナー再配置電極１０上のトナーの消費量が変化することを示す。そして、図７の結果から、画像を解析し、画像の先端部及び高濃度部画像後端と低濃度部画像先端との境界部を検知することにより、トナー再配置電極１０上のトナーの消費量を推定することが可能となる。更に、推定されたトナーの消費量に対応した量のトナーをトナー再配置電極１０に供給することにより、トナー再配置が良好に行われ、高画質を維持することが可能となる。

図８は画像解析に基づいて、トナー再配置電極１０へのトナー付与を制御するトナー付与制御のフローチャートである。トナー再配置電極１０にトナーを付与するトナー付与制御工程は、画像形成開始に先だって、或いは、画像形成工程の中で、所定枚数、所定時間毎に所定のインターバルで実行される。

トナー再配置電極１０に対するトナー付与は、次に説明するように、画像データを解析することにより、トナー再配置電極１０上のトナーの消費量を推定し、推定された量のトナーをトナー再配置電極１０に供給することにより行われる。

トナーの消費量ｗの推定は次の式（１）に従って算出される。

ｗ＝Ｋ１×Ｎ＋Ｋ２×ΣＱ・・・・（１）
Ｋ１、Ｋ２は係数である。Ｎは画像先端部の数、即ち、図７における先端部ＳＧ１の数であり、所定値以上の濃度差を有する先端部の数の合計である。Ｑは高濃度後端部と低濃度先端部との境界部ＳＧ２における濃度差を累積した値である。具体的には、図７におけるレベルＬＥ２−ＬＥ１であり、所定値以上の濃度差を有し、且つ、濃度ＬＥ１で表される低濃度部の濃度が所定値以上である境界部ＳＧ２における高濃度レベルＬＥ２と低濃度レベルＬＥ１との差の累積である。なお、正回転現像方式の場合は、Ｎは画像後端の数、Ｑは高濃度先端端部と低濃度後端部との境界における濃度差累積となる。

図４に示したトナー付与工程を、画像形成開始時に行う場合、式（１）に基づいたトナーの消費量の推定は、実行されるジョブにおける画像形成の対象である画像データを解析することにより行われる。しかしながら、実際的には、例えば、画像データの先頭部をサンプリングし、（１）式に従ってトナーの消費量を推定し、画像形成工程において、推定値に基づいたトナー付与を行うと言うトナー付与制御が行われる。

先端欠け及び吸い込みは文字画像等の線画像においては発生せず、写真画像や模様画像等の面画像において発生する。一つのジョブ中の画像において面画像が占める割合は１ジョブの画像データ全体の先頭と後尾との間で大きく変化することは少なく、画像データの先頭部と、中間部と、後尾部との間に違いがあることは少ない。したがって、前記のように画像データの先頭部をサンプリングして画像データを解析し、トナーの消費量を推定することにより、短時間内で正確なトナーの消費量が推定され、適切なトナー再配置を行うことが可能となる。

なお、一つのジョブに含まれる画像データ全体を解析し、トナー再配置電極１０上のトナーが消費される時期と消費量とを予測して、トナー付与のタイミングを決定し、決定されたタイミングでトナー付与工程を実行しつつ画像形成を行うことにより、より高い精度のトナー付与が行われ、高画質画像を安定して形成することが可能となる。

図８は、図４に示すトナー付与工程の実行インターバルを制御するトナー付与制御のフローチャートである。

図８のステップＳＴ１において、画像データ記憶部２１から画像データを取り込む。取り込まれる画像データは一つのジョブに含まれる画像データの先頭部である。

ステップＳＴ２において、画像データを解析する。画像データの解析を、図９、１０を参照して説明する。

図９に示すように、画像を主走査方向にＡ〜Ｊ、副走査方向に１〜１０に分割し、各分割領域における濃度を読み取る。図１０は分割領域の濃度を示すなお、主走査方向、副走査方向は、露光装置３（図１参照）の走査露光における方向である。

先端欠けは画像先端、即ち、図における画像の上端において、濃度差が２０％以上、且つ、低濃度部の濃度が０の部分において発生する。即ち、図９におけるパターンＰＴ１の上端と、パターンＰＴ２の上端とにおいて発生する。

吸い込みは、高濃度部に隣接する低濃度部の先端、具体的には、高濃度部と低濃度部との濃度差が２０％以上、且つ、低濃度部の濃度が０より大の部分において発生する。即ち、図９におけるパターンＰＴ３とパターンＰＴ４の境界において発生する。

画像解析の結果を纏めると次のようになる。
先端欠け：濃度が０からプラス方向に２０％以上変化
Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２、Ｅ２
Ｇ３、Ｈ３、Ｉ３
吸い込み：濃度がマイナス方向に２０％以上変化、低濃度部の濃度が０より大
Ｇ７、Ｈ７、Ｉ７
なお、正回転現像においては、感光体１の移動方向に関して、先端欠けと吸い込みとが反対方向に発生し、画像解析の結果は次のようになる。
後端欠け：Ｂ５、Ｃ５、Ｄ５、Ｅ５
Ｇ８、Ｈ８、Ｉ８
吸い込み：Ｇ５、Ｈ５、Ｉ５
ステップＳＴ３において、トナーの消費量を推定する。トナーの消費量の推定は、式（１）に従った計算により行われる。

ステップＳＴ４において、トナー付与のインターバルを設定し、記憶部２２に記憶する。

図８に示すトナー付与制御工程において、記憶部２２に記憶されたインターバルで図４のトナー付与工程を実行しつつ画像形成工程が実行される。

画像形成工程においては、現像されたトナー像に対するトナー再配置が行われる。トナー再配置は、トナー再配置電極１０上に十分な量のトナーが存在する状態で行われるので、先端欠けや吸い込みによりトナーが不足している部分に対して、トナー再配置電極１０からトナーが補給される。その結果、濃度不足が補正され、トナー像が所期の濃度で形成される。

なお、前記に説明したトナー付与制御工程は、画像形成の初期状態において、トナー再配置電極１０上に均一なトナー層が形成されていることを前提にしている。したがって、画像形成工程が実行されるときは、トナー再配置電極１０上に十分な量のトナーを付与するトナー付与工程が実行され、このトナー付与工程も図４に示すように行われる。

図１１はトナー再配置電極１０上のトナー層をより一層均一に維持するために、主走査方向に領域を分割し、分割領域の個々に対してトナー付与制御を行うとともに、環境条件等をトナー付与制御に反映させた例のフローチャートである。

ＳＴ１０で画像データが読み込まれるが、この場合一つのジョブ内の画像データ全体が読み込まれる。ＳＴ１１は図８におけるＳＴ２と同じである。

ステップＳＴ１２のトナーの消費量の計算は次のように行われる。図９における主走査方向の分割領域Ａ〜Ｊの各々について、先端欠け及び吸い込みを検出し、先端欠けについては、その数を合計し、吸い込みについては、各画像後端部における濃度差を合計する。即ち、分割領域Ａ〜Ｊについて、（１）式に従ったトナーの消費量の計算を行い、分割領域Ａ〜Ｊにおけるトナーの消費量ＴＣａ〜ＴＣｊを推定する。また、分割領域毎のトナー付与のタイミングＴＭａ〜ＴＭｊを決定する。決定されるトナー付与のタイミングは、例えば、図１２に示すものとなる。

ｚ枚の画像を形成する画像形成工程において、ｍ枚目の画像と、ｎ枚目の画像との間において、分割領域Ｈに対するトナー付与を行い、ｖ枚目の画像と、ｗ枚目の画像との間で分割領域Ｊに対するトナー付与を行う。

ステップＳＴ１２において、分割領域毎のトナー付与のタイミングＴＭａ〜ＴＭｊを決定する。

ステップＳＴ１３において、機内湿度、機内温度、カバレッジ、画像枚数、停止時間等の情報に基づいて、トナー付与のタイミングを補正する。例えば、高湿度条件では、トナーの帯電性が低下する。その結果として、現像濃度の低下、トナー再配置電極１０上でのトナーの振動性の低下等が起こり、トナー付与のタイミングを補正することが必要になる。ＳＴ１３はこのような各種条件に対応した補正である。補正情報は補正情報発生部としての温度センサ２３、湿度センサ２４、画像データ記憶部２１、枚数カウンター２５及びタイマー２６から機内湿度、機内温度、カバレッジ、画像枚数、停止時間等として取得される。カバレッジは、カバレッジ情報発生部を構成する枚数カウンター２５からの画像枚数に基づいた画像面積で、カバレッジ情報発生部を構成する画像データ記憶部２１からの画像データに基づいて計算した画像量を除することにより取得される。停止時間は、画像形成装置が停止している時間の長さであり、停止時間情報発生部としてのタイマー２６から取得される。

ＳＴ１４において、補正されたものがトナー付与のタイミングとして設定され、記憶部２２に記憶される。

図１３は、画像形成工程においいて行われるトナー付与工程を説明する模式図である。感光体１上には、トナー像ＰＡが形成される。このトナー像ＰＡはトナー再配置電極１０上のトナー不足部ＴＤを埋めるように形成されており、主走査方向、即ち、トナー再配置電極１０の軸方向全体ではなく、トナーが不足している部分ＴＤに対応している。感光体１とトナー再配置電極１０とが矢印のように回転して、トナー像ＰＡがトナー不足部ＴＤに重なることにより、感光体１上のトナーがトナー再配置電極１０に移動して、トナー再配置電極１０上に均一なトナー層が形成される。

感光体１上にトナー像ＰＡを形成するには、露光装置３が用いられる。即ち、帯電装置２により一様な電位が形成された感光体１を像露光し、現像装置４で現像することにより、感光体１上にトナー像が形成される。

図１３（ａ）は、トナー再配置電極１０上のトナー不足部ＴＤに、感光体１上に副走査方向に伸びた帯状のトナー像ＰＡを形成してトナー付与を行う例である。図１３（ａ）の例では、副走査方向に一様なトナー像ＰＡが形成されてトナー再配置電極１０にトナーが付与される。

図１３（ｂ）はトナー再配置電極１０上のトナー不足部ＴＤに、感光体１上にパッチ状のトナー像ＰＡ１、ＰＡ２、・・・ＰＡｎを形成してトナー付与を行う例である。図１３（ｂ）のように、主走査方向のみでなく、副走査方向にも、トナー再配置電極１０に対して一様でなく、局部的なトナー付与を行うことにより、トナー再配置電極１０上には、より一層均一なトナー層が形成されて、十分なトナー再配置が行われるようになる。これにより、さらなる高画質化が可能となる。トナー像ＰＡｎは、図１１のＳＴ１２におけるトナー付与のタイミングＴＭ１、ＴＭ２、・・・ＴＭｊのタイミングを図９のパターンＰＴ１〜ＰＴ４・・・の個々に対して設定することにより形成される。

感光体１とトナー再配置電極１０とは一定した速度関係で回転するので、トナー像ＰＡ１・・・とパターンＰＴとの同期を取ることは容易にできる。

図１４は画像形成工程中にトナー付与制御を行う例のフローチャートである。

ステップＳＴ２０において、画像データの取り込みを行う。ステップＳＴ２０における画像データの取り込みは、図８のステップＳＴ１と違って、印字される画像の画像データを取り込むものである。即ち、ＳＴ２０の画像データの取り込みは、印字とリアルタイムで実行される。図１３のトナー付与制御は画像１以上所定枚数の画像毎に、或いは所定時間経過毎に実行される。

ＳＴ２１において画像解析を行い、ＳＴ２２においてトナーの消費量を計算する。ステップＳＴ２３において、計算値を累積する。累積値は記憶部２２に記憶される。

ステップＳＴ２４において、積算値が所定値以上か否かを判断し、所定値以上のとき（ＳＴ１４のＹｅｓ）、ステップＳＴ２５において、トナー付与工程を実行する。

ＳＴ２４におけるＮｏの場合及びＳＴ２５のトナー付与の後に画像形成工程ＳＴ２６を実行する。所定値未満のときは、ＳＴ２０に戻る。

下記の共通条件で連続画像形成工程を実行し、画質評価を行った。
（１）共通条件：
・環境： ＮＮ（常温、常湿）
・感光体直径： ６０ｍｍ
・現像ローラ直径： ２５ｍｍ
・現像ローラ表面速度： ７２０ｍｍ／ｓ（逆回転現像）
・現像ローラ〜感光体隙間： ０．３０ｍｍ
・現像ローラ上現像剤搬送量： ２２０ｇ／ｍ^２
・画像形成装置： モノクロ８０ｐｐｍ機（プロセス速度４００ｍｍ／ｓ）
・トナー径： ６．５μｍ
・キャリア径： ３３μｍ
・トナー濃度： ７質量％
・現像器中現像剤量： １０００ｇ
・テストスタート時 再配置電極条件： ＤＣ成分 −６００ＶＡＣ成分 １．３ｋＶ ｆ＝９ｋＨｚ ｇａｐ（感光体とトナー再配置電極との間隔）＝０．１５ｍｍ
（２）評価に用いた画像：
・書き込みｄｐｉ＝６００で２００ｌｐｉのラインスクリーン
ｄｐｉ：２５．４ｍｍあたりのドット数
ｌｐｉ：２５．４ｍｍあたりのライン数
・図１５に示すパッチ画像
実施例として、図８に示すトナー付与制御を行い、５％ １５％ ２５％ ３５％のカバレッジを有する４種のテストチャートを用いて連続画像を形成し、画像評価を行った（実施例１〜４）。比較例として、カバレッジに応じたトナー付与制御を行い、前記４種のテストチャートを用いて連続画像形成を行った。

また、比較例におけるトナー付与制御は次のとおりである。露光装置の光源の発光時間を累積し、累積露光時間が２０ｓｅｃを超えたときに、トナー付与工程を実行する。なお、感光体の周速が４００ｍｍ／ｓｅｃであり、６００ｄｐｉでの１ドット発光時間はおよそ１１ｎｓｅｃである。６００ｄｐｉ、Ａ４サイズでの全画素数は約３４８０２５３０となり、５％カバレッジを基準としたときの１ページ当たりの発光時間は約２０ｍｓｅｃとなる。トナー付与のインターバルとしての２０ｓｅｃはＡ４サイズ、カバレッジ５％、１０００ページ枚毎にトナー付与を実施することを想定したものである。

（なお、１つのテスト終了後には現像剤を入れ替え、各電極を清掃して再度トナーを担持させてテストを行った。）
比較例では、先端欠け、吸い込みに加えて、がさつきによる画質低下が発生した。

実施例１ではカバレッジ３５％にて局部的にトナーが体積している部分が発生し、画像がやや劣化したが、許容できる範囲内であった。実施例２．３．４では再配置電極上のトナー担持量が適切に保たれ先端欠け、吸い込みがともに修復され印字品質がベストな状態が最後まで保たれていた。実施例においては、また、画像のがさつも発生しなかった。

１ 感光体
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
１０ トナー再配置電極
１０Ａ、１０Ｂ 電源
２０ 制御部
２１ 画像データ記憶部

Claims (10)

1. 像担持体と、
   画像データ記憶部と、
   該画像データ記憶部に記憶されている画像データに基づいて、該像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成装置と、
   該像担持体に担持されている前記静電潜像を現像して、前記像担持体上にトナー像を形成する現像装置と、
   該現像装置に対して、前記像担持体の移動方向下流側に位置し、前記像担持体に対向して配置された電極と、
   該電極に少なくとも交番電圧を印加する電源と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記電極にトナーを付与するトナー付与部と、
   前記画像データ記憶部から画像データを読み出し、読み出した画像データに基づき前記トナー付与部を制御する制御部とを備え、
   前記トナー付与部は、前記現像装置と、前記像担持体とを有し、
   前記現像装置内のトナーを前記像担持体に移動させ、前記像担持体上のトナーを前記電極に移動させることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、読み出した画像データを解析し、前記電極上のトナーの消費量を推定し、推定結果に基づいて、前記トナー付与部を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は１枚の画像を複数領域に分割し、分割された領域の濃度から画像の濃度分布を得る画像データの解析を行うことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記電極にトナーを付与するトナー付与のインターバルを制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記制御部は、前記電極にトナーを付与するトナー付与のタイミングを制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、前記トナーの消費量の推定値が所定値に達したときに、前記電極にトナーを付与するトナー付与工程を実施することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の画像形成装置。
7. 温度センサと、湿度センサと、カバレッジ情報発生部と、枚数カウンターと、停止時間情報発生部との少なくともいずれか一つからなる情報発生部を有し、前記制御部は、前記情報発生部からの情報に基づいて、前記トナー付与部を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記制御部は、主走査方向に異なるトナー付与を行うように、前記トナー付与部を制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記制御部は、１トナー付与工程において、副走査方向に変化する量のトナーを付与するように前記トナー付与部を制御することを特徴とする請求項１〜８に記載の画像形成装置。
10. 前記トナー付与部は画像形成工程に先立って、前記電極にトナーを付与することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。