JP5893365B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式或いは静電記録方式を利用した、複写機、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。

従来、二成分現像剤を用いた画像形成装置がある。二成分現像剤は、トナーとキャリアで構成されており、画像形成を行うと、トナーが消費されることによりトナーとキャリアの比であるＴＤ比が変化する。これにより、トナーの帯電特性が変化し、画像濃度が変化してしまう。そのため、画像濃度の変化を抑制するため、トナーを補給している。

トナー補給制御の方法として、パッチ検ＡＴＲ制御と呼ばれるトナーの帯電特性を安定させる方法がある（特許文献１参照）。この方法では、電子写真感光体上に画像濃度検知用画像パターン（パッチ画像）を作像する。そして、パッチ画像の画像濃度を画像濃度センサにより検知し、検知値が所望の値になるように、トナーの補給量を制御する。

しかし、パッチ検ＡＴＲ制御では、パッチ画像の現像特性が変動してしまうと、適正な現像剤状態を維持できない場合がある。例えば、トナーの帯電特性は同じでも、現像特性が低下すると、パッチ画像の画像濃度は薄くなってしまう。そうすると、パッチ検ＡＴＲ制御によりＴＤ比を上昇させてパッチ画像の画像濃度を所望な値にする制御が行われる。その結果、トナーの帯電特性は低下し、粒状性低下（がさつき感）、白地かぶり、転写不良による白抜け等の画質劣化や、トナー飛散などが起こる恐れがある。

そこで、現像装置内にインダクタンスセンサなどのＴＤ比検知手段を設けて、ＴＤ比にリミッターをかける（特許文献２参照）。これにより、トナーの帯電特性の低下をおさえ、画像劣化やトナー飛散を抑制することができる。

特開平１０−０３９６０８号公報 特開２００７−７８８９６号公報

しかしながら、特許文献２では、インダクタンスセンサを設ける必要があり、コストがかかる。

そこで本発明は、パッチ画像の現像特性の変動を抑制することで、コストをおさえつつ、画像劣化やトナー飛散を抑制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。

上記課題を解決するために本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、像担持体と、前記像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像形成手段により形成された静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成するトナー担持体と、前記像担持体に形成されたトナー像の画像濃度を検知する画像濃度検知手段と、前記静電潜像形成手段により画像濃度制御用の基準静電潜像を形成し、形成した基準静電潜像を前記トナー担持体により画像濃度制御用の基準トナー像とし、前記画像濃度検知手段により前記基準トナー像の画像濃度を検知し、前記画像濃度検知手段の検知結果に基づいて、前記トナー担持体へトナーを補給するトナー補給手段と、を有する画像形成装置において、前記基準トナー像の形成時の前記トナー担持体の回転速度を、通常画像の形成時の前記トナー担持体の回転速度より速くする制御を行う第１の制御部を備え、前記第１の制御部は、前記トナー担持体の回転速度Ｖｓを変更しながら形成されたトナー像の濃度Ｄｐを測定し、回転速度Ｖｓの変化に対する濃度Ｄｐの変化ΔＤｐ／ΔＶｓが所定の値より小さくなる前記トナー担持体の回転速度を決定する第１のモードを実行可能であり、前記第１の制御部は、前記基準トナー像の形成時の前記トナー担持体の回転速度を、前記第１のモードで決定した回転速度とすることを特徴とする。

本発明によれば、パッチ画像の現像特性の変動を抑制することで、コストをおさえつつ、画像劣化やトナー飛散を抑制することができる。

第１参考例に係る現像装置の構成図である。 第１参考例に係る画像形成装置の構成図である。 従来のパッチ画像の位置を示す図である。 （ａ）は従来の出力枚数とパッチ画像現像効率を示す図である。（ｂ）は従来の出力枚数とパッチ険センサの検知結果を示す図である。（ｃ）は従来の出力枚数と感光ドラム１上のトナー像のトナー帯電特性：Ｑ／Ｍを示す図である。（ｄ）は従来の出力枚数と現像剤のトナー濃度：ＴＤ比の推移を示す図である。 （ａ）初期状態と２０００枚通紙時における、現像スリーブ回転速度とパッチ画像現像効率の関係を示す図である。（ｂ）現像スリーブ回転速度と各種項目の関係を示した図である。 第１参考例の効果を示した図である。（ａ）は第１参考例の出力枚数とパッチ画像現像効率を示す図である。（ｂ）は第１参考例の出力枚数とパッチ険センサの検知結果を示す図である。（ｃ）は第１参考例の出力枚数と感光ドラム１上のトナー像のトナー帯電特性：Ｑ／Ｍを示す図である。（ｄ）は第１参考例の出力枚数と現像剤のトナー濃度：ＴＤ比の推移を示す図である。 潜像制御による効果を示した図である。 第１参考例における濃度調整用のパッチ画像形成タイミングを示した図である。 第１参考例における濃度調整用のパッチ画像に関するフローチャートである。 （ａ）第１実施形態におけるＳＤギャップを変動した際の、パッチ画像現像効率と現像スリーブ回転速度の関係を示した図である。（ｂ）第１実施形態における｜△Ｄｐ／△Ｖｓ｜＜Ａを満たす領域を示した図である。 第１実施形態に係るパッチ画像現像時スリーブ回転速度決定モードのフローチャートである。 （ａ）第２参考例におけるパッチ画像現像効率と現像バイアスＶｐｐの関係を示した図である。（ｂ）第２参考例における現像バイアスＶｐｐと各種項目との関係を示した図である。 第２参考例の効果を示した図である。（ａ）は第２参考例の出力枚数とパッチ画像現像効率を示す図である。（ｂ）は第２参考例の出力枚数とパッチ険センサの検知結果を示す図である。（ｃ）は第２参考例の出力枚数と感光ドラム１上のトナー像のトナー帯電特性：Ｑ／Ｍを示す図である。（ｄ）は第２参考例の出力枚数と現像剤のトナー濃度：ＴＤ比の推移を示す図である。 第２参考例における濃度調整用のパッチ画像形成タイミングを示した図である。 第２参考例における濃度調整用のパッチ画像に関するフローチャートである。 （ａ）第２実施形態におけるＳＤギャップを変動した際の、パッチ画像現像効率と現像バイアスＶｐｐの関係を示した図である。（ｂ）第２実施形態における｜△Ｄｐ／△現像バイアスＶｐｐ｜＜Ｂを満たす領域を示した図である。 第２実施形態に係るパッチ画像現像時現像バイアスＶｐｐ決定モードのフローチャートである。

［第１参考例］
本発明に係る画像形成装置の第１参考例について、図を用いて説明する。図１は本参考例に係る現像装置の構成図である。図２は本参考例に係る画像形成装置の構成図である。

図２に示すように、本参考例の画像形成装置１０００は、中間転写ベルト８１の上方に、ほぼ同様の構成をもつ４個の画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを直列状に配置している。中間転写ベルト８１は、駆動ローラ３７、テンションローラ３８、２次転写内ローラ３９によって張架されている。

図１、図２に示すように、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいて、感光ドラム（像担持体）１（１ａ〜１ｄ）は、帯電ローラ（静電潜像形成手段）１１（１１ａ〜１１ｄ）によりバイアス電圧を印加され、一様に帯電する。帯電した感光ドラム１ａ〜１ｄは、スキャナ部（静電潜像形成手段）１２（１２ａ〜１２ｄ）により画像情報に応じたレーザ光を照射され、静電潜像が形成される。静電潜像は、現像装置２（２ａ〜２ｄ）により、非磁性トナーと磁性キャリアを有する二成分現像剤を用いて、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像として現像される。

画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにて形成された各色のトナー像は、感光ドラム１ａ〜１ｄと中間転写ベルト８１とのニップ部（１次転写部Ｔ１ａ〜Ｔ１ｄ）にて、１次転写ローラ１４（１４ａ〜１４ｄ）により、中間転写ベルト８１に重ねて１次転写される。１次転写後に感光ドラム１ａに残留した転写残トナーは、クリーニング器１５（１５ａ〜１５ｄ）により除去される。なお、本参考例では、感光ドラム１ａの回転速度を３００ｍｍ／ｓとした。また、バイアス電圧は、直流電圧：−７００Ｖと交流電圧：１．５ｋＶｐｐを重畳して印加した。

一方、給送カセット６０から取り出されたシートＰは、給送ローラ３６、搬送ローラ４１により搬送され、中間転写ベルト８１と２次転写ローラ４０とのニップ部（２次転写部Ｔ２）にて、トナー像を転写される。トナー像を転写されたシートＰは、定着装置９０により加熱、加圧され、トナー像を定着され、画像形成装置１０００の外へ排出される。２次転写後に中間転写ベルト８１上に残留した転写残トナーは、クリーニング器５０により除去される。

（現像装置２）
現像装置２ａ〜２ｄは、同様の構成であるため、現像装置２ａについて説明する。図１に示すように、現像装置２ａは、隔壁２１３ａによって、現像室２１２ａと攪拌室２１１ａとに区画されている。現像室２１２ａには、非磁性の現像スリーブ（トナー担持体）２３２ａが配置されている。現像スリーブ２３２ａ内にはマグネット（磁界発生手段）２３１ａが固定配置されている。

現像室２１２ａには、第１搬送スクリュー（現像剤攪拌搬送手段）２２２ａが配置されている。攪拌室２１１ａには、第２搬送スクリュー（現像剤攪拌搬送手段）２２１ａが配置されている。第１搬送スクリュー２２２ａは、現像室２１２ａの現像剤を攪拌搬送する。第２搬送スクリュー２２１ａは、トナー補給槽（トナー補給手段）２７１ａからトナー補給スクリュー（トナー補給手段）２７２ａにより供給されたトナーと、すでに現像装置２ａ内にある現像剤とを攪拌搬送し、現像剤のトナー濃度を均一化する。隔壁２１３ａには、紙面に直交する方向において手前側と奥側の端部に、現像室２１２ａと攪拌室２１１ａとを相互に連通させる現像剤通路が形成されており、現像剤が循環する。

第１搬送スクリュー２２２ａで攪拌された二成分現像剤は、汲み上げ磁極Ｎ３の磁力で拘束され、現像スリーブ２３２ａの回転により搬送される。そして、現像剤は、ある一定以上の磁束密度を有するカット磁極Ｓ２で十分に拘束され、磁気ブラシを形成しつつ搬送される。

磁気ブラシは、規制ブレード２５ａで磁気穂が穂切りされることにより現像剤層厚を適正化され、搬送用磁極Ｎ１と現像スリーブ２３２ａの回転に伴って感光ドラム１ａと対向した現像領域に搬送される。そして、現像領域にある現像磁極Ｓ１によって磁気穂を形成し、現像スリーブ２３２ａに印加される現像バイアスにより感光ドラム１ａ上の静電潜像にトナーのみが転移し、感光ドラム１ａ表面に静電潜像に応じたトナー像が形成される。

（制御部１００）
制御部（第１の制御部、第２の制御部、第３の制御部）１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３を有している。ＣＰＵ１０１に接続されたＲＯＭ１０２には、スリーブ回転駆動回路２３３ａ、現像バイアス電源２８１ａ、補給モータ駆動回路２７３ａを制御する制御データが記憶されている。

本参考例では、現像スリーブ２３２ａの回転速度は４５０ｍｍ／ｓに設定されており、ＣＰＵ１０１がスリーブ回転駆動回路２３３ａを介して可変制御する。また、現像スリーブ２３２ａには、現像バイアス電源２８１ａから、直流電圧（ＤｅｖＤＣ＝−６００Ｖ）と交流電圧（ＤｅｖＡＣ＝１．３ＫＶｐｐ）を重畳した現像バイアス電圧を用いており、ＣＰＵ１０１が、現像バイアス電源２８１ａを介して現像バイアス電圧を可変制御する。また、ＣＰＵ１０１が、補給モータ駆動回路２７３ａを介してトナー補給スクリュー２７２ａの回転を制御し、トナー補給量を制御する。

（トナー補給制御）
静電潜像の現像により現像装置２ａ内の現像剤のトナー濃度が低下するため、トナー補給制御（パッチ検ＡＴＲ）を行う。トナー補給制御において、まず、ＣＰＵ１００は、連続画像形成中は、感光ドラム１上の出力する画像の間にある非画像領域（画像間）に、画像濃度検知用の画像パターンであるパッチ潜像（画像濃度制御用の基準静電潜像）を形成する。

本参考例では、パッチ潜像形成時の感光ドラム１ａ上の表面電位を−５００Ｖになるように制御し、現像バイアス：−６００Ｖ間の電位差：１００Ｖで現像を行うようにした。そして、パッチ潜像の表面電位を表面電位センサ１３ａで検知し、検知した値が一定になるようにスキャナ部１２ａのレーザ光の強度Ｌを制御する。レーザ光の強度Ｌは、０〜２５５の範囲で変更することができ、レーザ光の強度Ｌを変更することで、静電潜像の電位を変化させる。本参考例では、レーザ光強度：Ｌを０〜２５５に変更したときの表面電位センサ１３ａの値をＶ（Ｌ）とする（Ｖ（Ｌ＝０）〜Ｖ（Ｌ＝２５５））。

そして、パッチ潜像を現像したパッチ画像（基準トナー像）Ｑの画像濃度をパッチ検センサ（画像濃度検知手段）２６ａにより検知する。パッチ検センサ２６ａは、感光ドラム１に対向して配置され、感光ドラム１ａ上に形成されたトナー像からの反射光量を検知し、トナー像の画像濃度を光学的に検知する。

パッチ検センサ２６ａの検知結果は、ＣＰＵ１００に入力され、ＲＯＭ１０２に記録されている濃度変換テーブルを用いてパッチ濃度を計算し、所望な濃度（反射光量）が得られると推定される補給トナー量の補正量を求める。そして、求めた補正量に基づいて、制御部１００、補給モータ駆動回路２７３ａ、トナー補給スクリュー２７２ａにより、トナー補給槽２７１ａから現像装置２ａにトナーを補給する。これにより、現像剤のトナー濃度を可及的に一定に制御し、画像濃度を可及的に一定に制御する。

具体的には、最初に、イニシャライズモードとして、初期の現像剤でのパッチ画像Ｑの濃度Ｄｐ（ｉｎｉｔ）を測定し、ＲＡＭ１０３に記録する（パッチ検初期化）。画像形成装置稼動中においては、このパッチ画像Ｑの濃度ＤｐがＤｐ（ｉｎｉｔ）になるようにトナー補給を行う。

例えば、初期の現像剤でのパッチ画像Ｑの濃度Ｄｐ（ｉｎｉｔ）＝４００で、画像形成装置がＸ枚目に出力した際に測定したパッチ画像Ｑの濃度：Ｄｐ（Ｘ）＝３５０の場合は、パッチ画像Ｑの濃度は初期より薄くなっていることを示している。本参考例では、濃度Ｄｐ（ｉｎｉｔ）＝４００のときは、感光ドラム１上のトナー量は０．３０ｍｇ／ｃｍ２であり、Ｄｐ（Ｘ）＝３５０になった場合の感光ドラム１上のトナー量は、０．２６ｍｇ／ｃｍ２と低下している。ＲＯＭ１０２には、Ｄｐ（Ｘ）と感光ドラム１上のトナー量の関係は予め記録されている。

Ｄｐ（Ｘ）＝３５０の場合は、パッチ画像の濃度をＤｐ（ｉｎｉｔ）＝４００にまで戻す必要があるため、Ｘ＋１枚目にはトナー補給を行う必要がある。Ｘ＋１枚目でのトナー補給量：Ｍ（Ｘ＋１）は、Ｄｐ（ｉｎｉｔ）、Ｄｐ（Ｘ）とＲＯＭ１０２に予め記録されている補給係数：Ｍ（基準）を用いて、以下のように決定される。

Ｍ（Ｘ＋１）＝（Ｄｐ（ｉｎｉｔ）−Ｄｐ（Ｘ））×Ｍ（基準）・・・（式１）
（式１）より、Ｍ（Ｘ＋１）＞０の場合には、パッチ画像Ｑの濃度は初期より薄くなっており、（式１）で決定された分のトナー補給が実施される。Ｍ（Ｘ＋１）≦０の場合には、パッチ画像Ｑの濃度は初期より薄くなっていないため、トナー補給は実施されない。以上の制御でトナー補給を行う。

（従来のトナー補給制御）
従来のトナー補給制御は、図３に示すように、画像間に１つのパッチ潜像を常に同じ潜像条件で形成し、パッチ画像を形成していた。パッチ潜像を常に同じ潜像条件で行えば、現像特性と現像剤の状態が同じであれば、現像されたパッチ画像のトナー濃度は同じになる。

しかし、パッチ画像の現像特性が変動してしまうと、トナーの帯電特性（Ｑ／Ｍ）を適正な範囲に制御できないケースがある。図４に具体的な検証結果を示す。図４（ａ）は出力枚数とパッチ画像現像効率を示す図である。図４（ｂ）は出力枚数とパッチ検センサ２６ａの検知結果を示す図である。図４（ｃ）は出力枚数と感光ドラム１上のトナー像のトナー帯電特性：Ｑ／Ｍを示す図である。図４（ｄ）は出力枚数と現像剤のトナー濃度：ＴＤ比の推移を示す図である。

この検証時の現像スリーブ２３２ａの回転速度は、４５０ｍｍ／ｓである。出力画像としては、画像比率（最大画像濃度に対するトナー消費割合）が２％の画像を出力している。

ここで、パッチ画像現像効率とは、パッチ画像現像効率＝｛（パッチ画像電位）−（パッチ潜像電位）｝／｛Ｖ（ｄｅｖＤＣ）−（パッチ潜像電位）｝で定義される指数である。パッチ画像電位がＶ（ｄｅｖＤＣ）になれば、パッチ画像現像効率は１００％になり、パッチ潜像は完全にトナーで充填されていることを示している。Ｖ（ｄｅｖＤＣ）は、現像バイアスの直流電圧である。

図４（ａ）に示すように、パッチ画像の現像特性であるパッチ画像現像効率は、初期に８０％程度であり、出力されるにつれて低下している。この状態でパッチ画像の画像濃度を維持するため、トナー帯電特性Ｑ／Ｍを下げるしかなく、トナー補給によりＴＤ比を上げることでＱ／Ｍを低下させている。結果として、図４（ｃ）に示すように、Ｑ／Ｍは、初期の−２５μＣ／ｇ程度から、２０００枚通紙時の−１７μＣ／ｇ程度に低下してしまっている。

（現像スリーブ回転速度とパッチ画像現像効率の関係）
図５（ａ）は初期状態と２０００枚通紙時における、現像スリーブ回転速度とパッチ画像現像効率の関係を示す図である。図５（ａ）に示すように、初期状態、２０００枚通紙時の両方とも、現像スリーブ２３２ａの回転速度（現像スリーブ回転速度）が増加すると、パッチ画像現像効率が向上している。これは、現像スリーブ回転速度が上がることで、現像領域を通過する現像剤の量が増え、現像効率が向上するためである。

また、現像スリーブ回転速度が４５０ｍｍ／ｓのとき、パッチ画像現像効率は、初期状態の８０％程度から、２０００枚通紙時の５５％程度まで減少している。これは、現像剤中のトナーが劣化し、トナーとキャリアの離型性が悪くなるためである。

現像スリーブ回転速度を上げることで、２０００枚通紙時のパッチ画像現像効率を、初期状態のパッチ画像現像効率に近づけることができる。現像スリーブ回転速度：７５０ｍｍ／ｓの時は、初期状態、２０００枚通紙時の状態共に、パッチ画像現像効率をほぼ１００％にすることができ、パッチ画像現像効率の変化を防ぐことができる。パッチ画像現像効率の変化を防ぐことで、Ｑ／Ｍの変化も防ぐことができ、図４（ｃ）のようなＱ／Ｍの低下を防ぐことができる。

パッチ画像形成時に現像スリーブ回転速度を上げることでパッチ画像現像効率を安定化させることができることを示した。しかし、画像形成時においては現像スリーブ回転速度を上げることで、効果もあるが弊害も出てくる。

図５（ｂ）は現像スリーブ回転速度と各種項目の良化、悪化関係を示した図である。図５（ｂ）に示すように、現像スリーブ回転速度が上がると、パッチ検、画像濃度は安定するが、画像粒状性（がさつき感）、横ライン再現性、トナー飛散、現像剤寿命が悪化する。

画像濃度を安定化させる手法としては、潜像状態を変化させることで、画像濃度低下を防ぐことができる（特開２００７−７８８９６号公報参照）。このため、画像形成時においては、現像スリーブ回転速度は上げない方が有利である。

トナー飛散、現像剤寿命については、パッチ画像形成時にも関係するが、パッチ画像形成時と画像形成時では、現像装置２ａの駆動時間が大きく異なる。具体的には、パッチ画像形成時は、パッチ検センサ２６ａでパッチ画像の画像濃度が検知できれば良いので、パッチ画像の長さは、２０ｍｍ程度あれば良い。しかし、画像形成時は、Ａ４横でも２１０ｍｍ必要である。このため、パッチ画像形成時は現像装置２ａの駆動時間が短く、トナー飛散、現像剤寿命への影響は小さいため、パッチ画像形成においては、現像スリーブ回転速度は上げた方が有利である。

（本参考例における現像スリーブ回転速度の制御）
そこで、上述したパッチ画像現像効率の低下を抑制するため、本参考例では、トナー補給制御（パッチ検ＡＴＲ）用のパッチ画像形成時のみ現像スリーブ回転速度を上げ、画像形成時においては、現像スリーブ回転速度は上げないようにしている。図６に、図４と同一の画像出力モードにおける、パッチ画像形成時のみ現像スリーブ回転速度を７５０ｍｍ／ｓに上げた場合の効果検証結果を示す。

図６に示すように、現像スリーブ回転速度が７５０ｍｍ／ｓの場合には、パッチ画像現像効率は１００％近傍を維持できている。このため、パッチ検画像濃度の変化は、Ｑ／Ｍの変化によってのみ生じる。このため、パッチ検画像濃度を一定に保つことで、Ｑ／Ｍは−２５μＣ／ｇ近傍を維持でき、本参考例の効果は実証された。

（レーザ光強度と画像濃度の関係）
次に、図７に、図４と同一モードにおける、レーザ光強度と画像濃度の関係を示す。図７（ｂ）の破線に示すレーザ光強度が一定の場合は、図７（ａ）の破線に示すように、画像濃度が低下してしまっている。これは、画像形成時は現像スリーブ回転速度を上げないため、現像効率の低下してしまっているためである。一方、図７（ｂ）の実線に示すように、レーザ光強度を出力枚数に応じて上げた場合、静電潜像が深くなることで、図７（ａ）の実線に示すように、画像濃度が上がり、画像濃度を安定させることができる。

（本参考例におけるレーザ光強度の制御）
そこで、本参考例では、画像濃度を検知し、検知結果に基づいてレーザ光強度を変更し、画像濃度を安定させる。ここで、本参考例では、現像スリーブ回転速度を通常画像形成より早い７５０ｍｍ／ｓに上げているため、パッチ検ＡＴＲに用いるパッチ画像の濃度は、通常画像の濃度と異なることがある。

そこで、本参考例では、図８に示すように、パッチ検ＡＴＲ用のパッチ画像の他に、濃度調整用のパッチ画像を、通常画像形成時と同じ現像スリーブ回転速度４５０ｍｍ／ｓで形成する。これにより、画像形成時の濃度を検知できる。そして、濃度調整用のパッチ画像の画像濃度が一定になるようにレーザ光強度を変更することで、図７に示すように、画像濃度の低下を抑制できる。

図９は本参考例に係るパッチ検ＡＴＲ用のパッチ画像、濃度調整用のパッチ画像を用いたレーザ光強度の変更のフローチャートである。図９に示すように、まず、Ｘ枚目の画像形成終了後に、現像スリーブ回転速度を４５０ｍｍ／ｓから７５０ｍｍ／ｓに変更する（Ｓ−１）。その後に、パッチ検ＡＴＲ用のパッチ画像を形成し、パッチ検センサ２６ａで検知する（Ｓ−２）。その後に、現像スリーブ回転速度を７５０ｍｍ／ｓから４５０ｍｍ／ｓに変更し（Ｓ−３）、濃度調整用のパッチ画像を形成し、パッチ検センサ２６ａで検知する（Ｓ−４）。その検知結果に基づき、レーザ光強度を変更し（Ｓ−５）、次のＸ＋１枚目の画像形成に移る。

なお、本発明は、レーザ光強度により画像濃度を安定させるものに限定されるものではない。例えば、帯電ローラ１１ａや現像スリーブ２３２ａへの印加バイアスを変更することにより、静電潜像を深くし、画像濃度を安定させてもよい。また、本参考例では、画像濃度を検知してレーザ光強度を変更しているが、現像効率の低下を予測して、レーザ光強度を変更しても良い。

（効果）
上述のごとく、現像スリーブ回転速度を上げてパッチ検ＡＴＲ用のパッチ画像を形成し、通常の画像形成時と同じ現像スリーブ回転速度で、濃度調整用のパッチ画像を形成する。そして、それぞれの検知結果に基づいて、トナー補給、レーザ光強度を制御する。これにより、パッチ画像の現像特性の変動を抑制でき、コストをおさえつつ、画像劣化やトナー飛散を抑制することができる。

［第１実施形態］
次に本発明に係る画像形成装置の第１実施形態について図を用いて説明する。上記第１参考例と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１参考例では、パッチ検ＡＴＲ用のパッチ画像の形成時の現像スリーブ回転速度を７５０ｍｍ／ｓに固定としたが、現像装置の個体差によって、最適な現像スリーブ回転速度を変える必要がある場合がある。そこで、本実施形態においては、パッチ検初期化の際に、パッチ画像形成時の現像スリーブ回転速度の決定する「パッチ画像現像時スリーブ回転速度決定モード（第１のモード）」を実行する。そして、決定した値をパッチ画像形成時の現像スリーブ回転速度とする。

図１０（ａ）に、現像スリーブ２３２ａと感光ドラム１ａ間距離（ＳＤギャップ）が２５０ｕｍ、３５０ｕｍ、４５０ｕｍの際の現像スリーブ回転速度とパッチ画像の画像濃度の関係を示す。ＳＤギャップは画像形成装置を製造する際に、様々な部品公差などにより個体差が生じるものである。図１０（ａ）より、ＳＤギャップが広がることにより、パッチ画像現像効率は低下し、結果としてパッチ画像の画像濃度が低下していることがわかる。

また、現像スリーブ回転速度を上げた際に、パッチ画像の画像濃度が４００近傍の安定領域に達する回転速度がＳＤギャップによって異なることがわかる。図１０（ａ）より、ＳＤギャップが２５０ｕｍのときにはパッチ画像現像効率が良い現像スリーブ回転速度でも、ＳＤギャップが４５０ｕｍのときにはパッチ画像現像効率は良くない場合が存在することになる。

どんなＳＤギャップでもパッチ画像現像効率が十分良い値になるように、現像スリーブ回転速度がとても早い設定値にしても良いが、あまりに早くしすぎると、図５（ｂ）に示したトナー飛散や現像剤劣化が発生し、パッチ画像形成時の短い時間であってもその影響が大きくなる恐れがある。例えば、現像スリーブ回転速度が９００ｍｍ／ｓを越える場合は、画像形成時の現像スリーブ回転速度の２倍以上速く回転することになり、パッチ画像形成時の短い時間であっても、トナー飛散によるその影響が大きくなる恐れがある。

よって、パッチ画像現像効率が十分良い現像スリーブ回転速度の中で、できるだけ現像スリーブ回転速度を下げられる方が良い。本実施形態では、現像スリーブ回転速度の範囲は４５０ｍｍ／ｓ〜９００ｍｍ／ｓとしている。本実施形態では、現像スリーブ回転速度が９００ｍｍ／ｓであれば、ＳＤギャップが４５０ｕｍでかつ耐久剤のときでもパッチ画像の画像濃度が４００近傍の安定領域に達することができる。

そこで、本実施形態では、パッチ検初期化の際に、現像スリーブ回転速度を変更しながらパッチ画像の画像濃度を測定し、その結果よりパッチ画像現像効率が十分良い現像スリーブ回転速度を決定する「パッチ画像現像時スリーブ回転速度決定モード」を実施する。ここで決定された現像スリーブ回転速度をパッチ画像形成時に用いることで、画像形成装置の個体差によらず、安定したパッチ検ＡＴＲ制御を行う事ができる。

図１１は「パッチ画像現像時スリーブ回転速度決定モード」のフローチャートである。図１１に示すように、パッチ検初期化が実施された際に、まず現像スリーブ回転速度Ｖｓを変更しながらパッチ検画像を形成し、そのパッチ検画像濃度Ｄｐをパッチ検センサ２６で測定し、ＲＡＭ１０３に記録する（Ｓ−２１）。本実施形態では、現像スリーブ回転速度Ｖｓの変更ピッチ△Ｖｓは、１０ｍｍ／ｓで実施した。Ｓ−２１で得られた結果を図１０（ｂ）に示す。

次に、図１０（ｂ）の曲線の傾きである現像スリーブ回転速度Ｖｓの変更ピッチ△Ｖｓに対するパッチ検画像濃度Ｄｐの変化△Ｄｐ／△Ｖｓを算出する（Ｓ−２２）。△Ｄｐ／△Ｖｓがほぼ０であれば、パッチ画像現像効率は１００％近傍に達していることを示しており、現像スリーブ回転速度Ｖｓはこの範囲に設定をする必要がある。ただし、パッチ検センサ２６の読み取り誤差などの要因で、△Ｄｐ／△Ｖｓ＝０になることはまず在り得ない。

そこで、本実施形態では、｜△Ｄｐ／△Ｖｓ｜＜Ａ（所定の値）になる領域を現像スリーブ回転速度の設定範囲を決定する（Ｓ−２３）。なお、本実施形態では、パッチ検センサ２６の読み取り誤差などを考慮し、Ａ＝０．５としたが、他の数値にしても構わない。本実施形態では、パッチ検画像濃度が３９５〜４０５であれば、測定系として誤差範囲内と判断しており、△Ｖｓは１０ｍｍ／ｓであるため、Ａ＝０．５とした。Ａを大きくしすぎた場合、パッチ画像現像効率は１００％近傍に達していない状態でも現像スリーブ回転速度が設定されてしまう恐れがあるので注意が必要である。

次に、パッチ画像形成時の現像スリーブ回転速度Ｖｓｐを決定する（Ｓ−２４）。本実施形態では、｜△Ｄｐ／△Ｖｓ｜＜Ａが満たされる最小値に３０ｍｍ／ｓ加算した値をＶｓｐとして設定した。この理由としては、｜△Ｄｐ／△Ｖｓ｜＜Ａが満たされる最小値をＶｓｐに設定した場合、図４、図７のような画像を出力した際に、パッチ画像現像効率が低下する恐れがあるので、安全係数として３０ｍｍ／ｓを加算している。この値（安全係数）は他の値でも構わない。図１０（ｂ）では｜△Ｄｐ／△Ｖｓ｜＜Ａが満たされる最小値は６７０ｍｍ／ｓであったため、Ｖｓｐ＝７００ｍｍ／ｓと設定し、ＲＡＭ１０３に記録させる。

最後に、Ｖｓｐ＝７００ｍｍ／ｓの条件で、パッチ検画像を形成しパッチ検センサ２６によって初期の現像剤でのパッチ画像Ｑの濃度Ｄｐ（ｉｎｉｔ）を測定し、その結果をＲＡＭ１０３に記録して終了となる（Ｓ−２５）。

図１１のフローチャートで決定された現像スリーブ回転速度Ｖｓｐを用いた際でも、図６と図７と同様な効果が得られ、画像形成装置を安定的に稼動させることができた。

［第２参考例］
次に本発明に係る画像形成装置の第２参考例について図を用いて説明する。上記第１参考例と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１参考例、第１実施形態では、パッチ画像形成時のみ現像スリーブ回転速度を上げることで、パッチ画像現像効率を安定させることができ、Ｑ／Ｍを維持することができた。本参考例では、現像スリーブ回転速度ではなく、現像バイアスの交流電圧（ＤｅｖＡＣ）のＶｐｐを上げることでパッチ画像現像効率を安定させる。

図１２（ａ）に、初期状態と２０００枚通紙時における、現像バイアスの交流電圧（ＤｅｖＡＣ）のＶｐｐ（現像バイアスＶｐｐ）とパッチ画像現像効率の関係を示す。図１２（ａ）に示すように、初期状態と２０００枚通紙時の両方とも、現像バイアスＶｐｐの増加と共にパッチ画像現像効率が向上している。これは、現像バイアスＶｐｐが上がることで、現像領域での電界強度増加によって現像効率が向上するためである。

現像バイアスＶｐｐ＝１．３ＫＶのときは、初期状態では８０％程度あったパッチ画像現像効率が２０００枚通紙時には５５％程度まで減少している。この減少の原因としては、通紙による現像装置の稼動によって、現像剤中のトナーが劣化し、トナーとキャリアの離型性が悪くなることが上げられる。ここでのトナーが劣化とは、トナー表面にある外添剤の遊離や埋め込みが主な原因であるが、他の原因でも起こりえる。

しかし、２０００枚通紙時の状態でも、現像バイアスＶｐｐを上げることで、パッチ画像現像効率を初期状態と差がない状態にすることができる。現像バイアスＶｐｐ＝１．９ＫＶの時は、初期状態、２０００枚通紙時の両方とも、パッチ画像現像効率をほぼ１００％にすることができ、パッチ画像現像効率の変化を抑制できる。パッチ画像現像効率の変化を抑制することで、Ｑ／Ｍの変化も抑制でき、図４（ｃ）のようなＱ／Ｍの低下を抑制できる。

上述のごとく、パッチ画像形成時に現像バイアスＶｐｐを上げることでパッチ画像現像効率を安定化させることができる。しかし、画像形成時に現像バイアスＶｐｐを上げた場合、効果もあるが弊害も出てくる。

図１２（ｂ）は現像バイアスＶｐｐと各種項目の良化、悪化関係を示す図である。図１２（ｂ）に示すように、現像バイアスＶｐｐを上げることで、パッチ検、画像濃度は安定になるが、リングマークと呼ばれる画像不良、白地部かぶり、トナー飛散が悪化する。画像濃度を安定化させる手法としては、潜像状態を変化させることで、画像濃度低下を防ぐことができる。このため、画像形成時においては、現像バイアスＶｐｐは上げない方が有利である。

図１３に、図４と同一の画像出力モードにおける、パッチ画像形成時のみ現像バイアスＶｐｐを１．９ＫＶに上げた場合の効果検証結果を示す。図１３（ａ）に示すように、現像バイアスＶｐｐ：１．９ＫＶでは、パッチ画像現像効率は１００％近傍を維持できており、図１３（ｃ）に示すように、Ｑ／Ｍについても−２５μＣ／ｇ近傍を維持できている。よって、本参考例の効果は実証された。

また、本参考例では、図１４に示すとおり、パッチ検ＡＴＲ用のパッチ画像の他に濃度調整用のパッチ画像を形成する。その際、濃度調整用のパッチ画像形成時は、現像バイアスＶｐｐを１．３ＫＶに設定する。これにおり、画像形成時の画像濃度をパッチ検センサ２６で検知し、レーザ光強度を変更することで、図７のように画像形成時の画像濃度を安定化させることができる。

図１５は本参考例に係るパッチ検ＡＴＲ用のパッチ画像、濃度調整用のパッチ画像を用いたレーザ光強度の変更のフローチャートである。図１５に示すように、まず、Ｘ枚目の画像形成終了後に、現像バイアスＶｐｐを１．３ＫＶから１．９ＫＶに変更する（Ｓ−３１）。そして、パッチ検ＡＴＲ用のパッチ画像を形成し、パッチ検センサ２６で検知する（Ｓ−３２）。その後に、現像スリーブ回転速度を１．９ＫＶから１．３ＫＶに変更し（Ｓ−３３）、濃度調整用のパッチ画像を形成しパッチ検センサ２６で検知する（Ｓ−３４）。その検知結果に基づき、レーザ光強度を変更し（Ｓ−３５）、次のＸ＋１枚目の画像形成に移る。

［第２実施形態］
次に本発明に係る画像形成装置の第２実施形態について図を用いて説明する。上記第１参考例と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

上記第２参考例においては、パッチ画像形成時を現像バイアスＶｐｐ：１．９ＫＶにすることで、パッチ画像現像効率とＱ／Ｍの安定化を行うことができた。本実施形態では、パッチ検初期化の際に、パッチ画像形成時の現像バイアスＶｐｐを決定する「パッチ画像現像時現像バイアスＶｐｐ決定モード（第２のモード）」を実行し、そこで決めた値をパッチ画像形成時の現像バイアスＶｐｐとする。

図１６（ａ）に、現像スリーブ２３２と感光ドラム１間距離（ＳＤギャップ）が２５０、３５０、４５０ｕｍの際の現像バイアスＶｐｐとパッチ画像の画像濃度の関係を示す。ＳＤギャップは画像形成装置を製造する際に、様々な部品公差などにより個体差が生じるものである。図１６（ａ）に示すように、ＳＤギャップが広がることにより、パッチ画像現像効率は低下し、結果としてパッチ画像の画像濃度が低下していることがわかる。また、現像バイアスＶｐｐを上げた際に、パッチ画像の画像濃度が４００近傍の安定領域に達する回転速度がＳＤギャップによって異なることがわかる。

どんなＳＤギャップでもパッチ画像現像効率が十分良い値になるように、現像バイアスＶｐｐを大きい設定値にしても良い。しかし、ＳＤギャップが狭いときに現像バイアスＶｐｐを大きくしすぎると、図１２（ｂ）に示したリングマーク、白地部かぶり、トナー飛散が発生し、パッチ画像形成時の短い時間であっても影響が大きくなる恐れがある。

そこで、本実施形態では、パッチ検初期化の際に、現像バイアスＶｐｐを変更しながらパッチ画像の画像濃度を測定し、その結果よりパッチ画像現像効率が十分良い現像バイアスＶｐｐを決定する「パッチ画像現像時現像バイアスＶｐｐ決定モード」を実施する。ここで決定された現像バイアスＶｐｐをパッチ画像形成時に用いることで、画像形成装置の個体差によらず、安定したパッチ検ＡＴＲ制御を行う事ができる。

図１７は「パッチ画像現像時現像バイアスＶｐｐ決定モード」のフローチャートである。図１７に示すように、パッチ検初期化が実施された際に、まず現像バイアスＶｐｐを変更しながらパッチ検画像を形成し、そのパッチ検画像濃度Ｄｐをパッチ検センサ２６で測定し、ＲＡＭ１０３に記録する（Ｓ−４１）。本実施形態では、現像バイアスＶｐｐの変更ピッチ△現像バイアスＶｐｐは、０．０５ＫＶで実施した。Ｓ−４１で得られた結果を図１６（ｂ）に示す。

次に、図１６（ｂ）の曲線の傾きである現像バイアスＶｐｐの変更ピッチ△現像バイアスＶｐｐに対するパッチ検画像濃度Ｄｐの変化△Ｄｐ／△現像バイアスＶｐｐを算出する（Ｓ−４２）。△Ｄｐ／△現像バイアスＶｐｐがほぼ０であれば、パッチ画像現像効率は１００％近傍に達していることを示しており、この範囲に設定をする必要がある。ただし、パッチ検センサ２６の読み取り誤差などの要因で、△Ｄｐ／△現像バイアスＶｐｐ＝０になることはまず在り得ない。

そこで、本実施形態では、｜△Ｄｐ／△現像バイアスＶｐｐ｜＜Ｂ（所定の値）になる領域を現像バイアスＶｐｐの設定範囲を決定する（Ｓ−４３）。ここで、本実施形態では、パッチ検センサ２６の読み取り誤差などを考慮し、Ｂ＝１００としたが、他の数値にしても構わない。本実施形態では、パッチ検画像濃度が３９５〜４０５であれば、測定系として誤差範囲内と判断しており、△現像バイアスＶｐｐは０．０５ＫＶであるため、Ｂ＝１００とした。Ｂを大きくしすぎた場合、パッチ画像現像効率は１００％近傍に達していない状態でも現像バイアスＶｐｐが設定されてしまう恐れがあるので注意が必要である。

次に、パッチ画像形成時の現像バイアスＶｐｐ：現像バイアスＶｐｐ（Ｐ）を決定する（Ｓ−４４）。本実施形態では、｜△Ｄｐ／△現像バイアスＶｐｐ｜＜Ｂが満たされる最小値に０．１０ＫＶを加算した値を現像バイアスＶｐｐ（Ｐ）として設定した。

この理由としては、｜△Ｄｐ／△現像バイアスＶｐｐ｜＜Ｂが満たされる最小値を現像バイアスＶｐｐ（Ｐ）に設定した場合、図４のような画像を出力した際に、パッチ画像現像効率が低下する恐れがあるので、安全係数として０．１ＫＶを加算している。この値は他の値でも構わない。図１６（ｂ）では｜△Ｄｐ／△現像バイアスＶｐｐ｜＜Ｂが満たされる最小値は１．７５ＫＶであったため、現像バイアスＶｐｐ（Ｐ）＝１．８５ＫＶと設定し、ＲＡＭ１０３に記録させる。

最後に、Ｖｐｐ（Ｐ）＝１．８５ＫＶの条件で、パッチ検画像を形成しパッチ検センサ２６によって初期の現像剤でのパッチ画像Ｑの濃度Ｄｐ（ｉｎｉｔ）を測定し、その結果をＲＡＭ１０３に記録して終了となる（Ｓ−４５）。

図１７のフローチャートで決定された現像バイアスＶｐｐ（Ｐ）を用いた際でも、図７と図１２（ｂ）と同様な効果が得られ、画像形成装置を安定的に稼動させることができた。

［第３参考例］
次に本発明に係る画像形成装置の第４実施形態について図を用いて説明する。上記第１参考例と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１参考例、第１実施形態では現像スリーブ回転速度を上げ、上記第２参考例、第２実施形態では現像バイアスＶｐｐを上げることで、パッチ画像現像効率を安定させることができ、Ｑ／Ｍを維持することができた。本実施形態では、パッチ画像形成時に現像スリーブ回転速度と現像バイアスＶｐｐの両方を上げることで、パッチ画像現像効率を安定させ、Ｑ／Ｍを維持する。

本参考例によれば、現像スリーブ回転速度と現像バイアスＶｐｐを両方とも上げることで、それぞれの設定を上記第１〜４実施形態ほど上げなくてもＱ／Ｍを維持することは可能である。これにより、現像スリーブ回転速度、現像バイアスＶｐｐの上昇幅を抑え、図５（ｂ）、図１２（ｂ）に示した現像スリーブ回転速度、現像バイアスＶｐｐを上げたときの悪化要因の影響を上記第１〜４実施形態よりさらに抑えることができる。

本参考例では、パッチ画像形成時に、現像スリーブ回転速度を６００ｍｍ／ｓに設定し、現像バイアスＶｐｐを１．６ＫＶに設定した。現像スリーブ回転速度と現像バイアスＶｐｐ設定の上げ幅の割り振りは他の割合でも構わない。これにより、上記第１〜４実施形態と同等のＱ／Ｍを維持することができ、かつ現像スリーブ回転速度と現像バイアスＶｐｐ設定の上げ幅を抑えることが可能である。

なお、本参考例においても、上記第１、２実施形態と同様に、「パッチ画像現像時スリーブ回転速度決定モード」及び「パッチ画像現像時現像バイアスＶｐｐ決定モード」を行ってもよい。これにより、画像形成装置の個体差によらず、安定したパッチ検ＡＴＲ制御を行う事ができる。

Ｄｐ …パッチ検画像濃度
Ｌ …レーザ光強度
Ｐ …シート
Ｐａ〜Ｐｄ …画像形成部
Ｑ …パッチ画像
Ｔ１ａ …１次転写部
Ｔ２ …２次転写部
Ｖｓ、Ｖｓｐ …現像スリーブ回転速度
１ａ〜１ｄ …感光ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ …現像装置
１１ａ …帯電ローラ（静電潜像形成手段）
１２ａ …スキャナ部（静電潜像形成手段）
１３ａ …表面電位センサ
１００ …制御部
１０１ …ＣＰＵ
１０２ …ＲＯＭ
１０３ …ＲＡＭ
２２１ａ …第２搬送スクリュー
２２２ａ …第１搬送スクリュー
２３１ａ …マグネット
２３２ａ …現像スリーブ（トナー担持体）
２３３ａ …スリーブ回転駆動回路
２６ａ …パッチ検センサ（画像濃度検知手段）
２７１ａ …トナー補給槽（トナー補給手段）
２７２ａ …トナー補給スクリュー（トナー補給手段）
２７３ａ …補給モータ駆動回路
２８１ａ …現像バイアス電源
１０００ …画像形成装置

Claims (2)

1. 像担持体と、
   前記像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
   前記静電潜像形成手段により形成された静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成するトナー担持体と、
   前記像担持体に形成されたトナー像の画像濃度を検知する画像濃度検知手段と、
   前記静電潜像形成手段により画像濃度制御用の基準静電潜像を形成し、形成した基準静電潜像を前記トナー担持体により画像濃度制御用の基準トナー像とし、前記画像濃度検知手段により前記基準トナー像の画像濃度を検知し、前記画像濃度検知手段の検知結果に基づいて、前記トナー担持体へトナーを補給するトナー補給手段と、を有する画像形成装置において、
   前記基準トナー像の形成時の前記トナー担持体の回転速度を、通常画像の形成時の前記トナー担持体の回転速度より速くする制御を行う第１の制御部を備え、
   前記第１の制御部は、前記トナー担持体の回転速度Ｖｓを変更しながら形成されたトナー像の濃度Ｄｐを測定し、回転速度Ｖｓの変化に対する濃度Ｄｐの変化ΔＤｐ／ΔＶｓが所定の値より小さくなる前記トナー担持体の回転速度を決定する第１のモードを実行可能であり、
   前記第１の制御部は、前記基準トナー像の形成時の前記トナー担持体の回転速度を、前記第１のモードで決定した回転速度とすることを特徴とする画像形成装置。
2. 像担持体と、
   前記像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
   前記静電潜像形成手段により形成された静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成するトナー担持体と、
   前記像担持体により形成されたトナー像の画像濃度を検知する画像濃度検知手段と、
   前記静電潜像形成手段により画像濃度制御用の基準静電潜像を形成し、形成した基準静電潜像を前記トナー担持体により画像濃度制御用の基準トナー像とし、前記画像濃度検知手段により前記基準トナー像の画像濃度を検知し、前記画像濃度検知手段の検知結果に基づいて、前記トナー担持体へトナーを補給するトナー補給手段と、を有する画像形成装置において、
   前記基準トナー像の形成時に前記トナー担持体に印加する現像バイアスのうちの交流電圧である現像バイアスＶｐｐを、通常画像の形成時に前記トナー担持体に印加する現像バイアスＶｐｐより大きくする制御を行う第２の制御部を備え、
   前記第２の制御部は、前記現像バイアスＶｐｐを変更しながら形成されたトナー像の濃度Ｄｐを測定し、前記現像バイアスＶｐｐの変化に対する濃度Ｄｐの変化ΔＤｐ／ΔＶｐｐが所定の値より小さくなる現像バイアスを決定する第２のモードを実行可能であり、
   前記第２の制御部は、前記基準トナー像の形成時の前記現像バイアスＶｐｐを、前記第２のモードで決定した現像バイアスＶｐｐとすることを特徴とする画像形成装置。

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