以下、本発明を適用した画像形成装置の実施形態の一例として、電子写真方式のプリンタについて説明する。まず、本プリンタの基本的な構成について説明する。図1は、本プリンタの構成を示す概略構成図である。図1に示されるように、このプリンタは、イエロー(Y),シアン(C),マゼンタ(M),黒(K)の各色の画像を形成するための4つの画像形成ユニット1Y,1C,1M,1Kを備えている。以下、各符号の添字Y,C,M,Kは、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、黒用の部材であることを示す。Y,C,M,Kの色順は、図1に示される順に限られるものでなく、他の並び順であっても構わない。
図2は、本プリンタにおけるY用の画像形成ユニットの構成を示す構成図である。図2に示されるように、画像形成ユニット1Yに備えられた潜像担持体たるドラム状の感光体2Yの周囲には、帯電手段たる帯電ローラ3Y、現像手段たる現像装置4Y、クリーニング装置5Yなどが配設されている。ゴムローラからなる帯電ローラ3Yは、感光体2Yの表面に接触しながら回転するようになっている。本プリンタでは、かかる帯電ローラ3Yに対して、帯電バイアスとして、AC成分を含まないDCバイアスを印加する接触DC帯電方式を採用している。帯電電源ユニット50は、Y用の帯電ローラ3Yに対して帯電バイアスを出力するものである。なお、同図では、各色の帯電ローラのうち、Y用の帯電ローラ3Yしか示していないが、帯電電源ユニット50は、C,M,K用の帯電ローラに対する帯電バイアスもそれぞれ独立した条件(電圧値など)のものを個別に出力するようになっている。また、帯電ローラ3Yには、接触AC帯電ローラ方式や非接触帯電ローラ方式などの他の方式を採用することもできる。
現像装置4Y内には、イエロートナーと磁性キャリアとを含有する二成分現像剤が収容されている。この二成分現像剤は、平均粒径4.9〜5.5μmのトナーと、ブリッジ抵抗が12.1[LogΩ・cm]以下である小粒径・低抵抗キャリアとを含有するものである。現像装置4Yは、感光体2に対向した現像剤担持体たる現像ローラ4aY、現像剤を搬送・撹拌するスクリュー、図示しないトナー濃度センサー等から構成される。現像ローラ4aYは、中空で回転自在なスリーブと、これに連れ回らないように内包されるマグネットローラとから構成されている。
画像形成ユニット1Yは、感光体2Yと、その周囲に配設される帯電ローラ3Y、現像装置4Y、クリーニング装置5Yとが1つのユニットとして共通の支持体に支持されるプロセスカートリッジとして構成されている。これにより、画像形成ユニット1Yは、プリンタ本体に対して着脱可能になっており、その寿命到達持に一度に消耗部品を交換できるようになっている。他の画像形成ユニット1C,1M,1Kは、トナーとしてシアントナー、マゼンダトナー、黒トナーを用いるが、それ以外の構成は、Y用の画像形成ユニットと同様である。
図1において、画像形成ユニット1Y,1C,1M,1Kの下方には、潜像書込手段たる光書込ユニット6が配設されている。光書込ユニット6は、光源、ポリゴンミラー、f−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各色の感光体2Y,2C,2M,2Kの表面に対してレーザー光Lの光走査を行う。この光走査により、感光体2Y,2C,2M,2K上に、イエロー,シアン,マゼンダ,黒用の静電潜像が形成される。
画像形成ユニット1Y,1C,1M,1Kの上方には、各色のトナー像を各色の感光体(2Y,2C,2M,2K)から中間転写ベルト7を介して記録シートSに転写する中間転写ユニット8が配置されている。中間転写ベルト7は、複数のローラに張架されながら、少なくともいずれか1つのローラの回転駆動によって図中反時計回り方向に無端移動せしめられる。中間転写ユニット8は、中間転写ベルト7の他、一次転写ローラ9Y,9C,9M,9K、ブラシローラやクリーニングブレードなどから構成されるベルトクリーニング装置10、二次転写バックアップローラ11、光学センサーユニット20などを備えている。
一次転写ローラ9Y,9C,9M,9Kは、中間転写ベルト7を各色の感光体との間に挟み込んでいる。これにより、感光体2Y,2M,2C,2Kと、当接体としての中間転写ベルト7のおもて面とが当接するY,M,C,K用の一次転写ニップが形成されている。転写体としての中間転写ユニット8は、画像形成ユニット1Kよりもベルト移動方向下流側で、二次転写バックアップローラ11の近傍にてベルトループ外側に位置する二次転写ローラ12を備えている。二次転写ローラ12は、二次転写バックアップローラ11との間に中間転写ベルト7挟み込んで二次転写ニップを形成している。
二次転写ローラ12の上方には、定着ユニット13が配設されている。定着ユニット13は、互いに回転しながら当接して定着ニップを形成する定着ローラと加圧ローラとを備えている。定着ローラは、ハロゲンヒータを内蔵し、定着ローラ表面が所定の温度となるように、図示しない電源からのヒータへ電力が供給され、加圧ローラとの間に定着ニップを形成している。
プリンタ本体の下部には、出力画像が記録される記録媒体たる記録シートSを複数枚重ねて収容する給紙カセット14a、14b、図示しない給紙ローラ、レジストローラ対15などが配設されている。また、プリンタ本体の側面には、側面から手差しで給紙を行うための手差しトレイ14cが備えられている。また、中間転写ユニット8や定着ユニット13の図中右側には、両面印刷時に記録シートSを再び二次転写ニップへ搬送するための両面ユニット16が設けられている。
プリンタ本体の上部には、画像形成ユニット1Y,1C,1M,1Kの現像装置へ補給するためのトナーを収容するトナー補給容器17Y、17C、17M、17Kが配設されている。また、プリンタ本体には、図示していない廃トナーボトル、電源ユニットなども設けられている。
次に、プリンタの動作について説明する。まず、帯電ローラ3Yに図示しない電源より所定の帯電バイアスが印加されて、対向する感光体2Y表面が帯電せしめられる。所定の電位に帯電した感光体2Yの表面には、光書込ユニット6によって画像データに基づくレーザー光Lの走査がなされ、これによって感光体2Yに静電潜像が書き込まれる。静電潜像を担持した感光体2Yの表面が感光体2Yの回転に伴って現像装置4Yに到達すると、感光体2Yと対向配置される現像ローラ4aYにより、感光体2Yの表面の静電潜像にYトナーが供給される。これにより、感光体2Yの表面にYトナー像が形成される。現像装置3Y内には、図示しないトナー濃度センサーの出力に応じて、トナー補給容器17Yから適量のYトナーが補給される。
同様の動作が画像形成ユニット1C,M,Kにおいても所定のタイミングで行われる。これにより、感光体2Y,2C,2M,2Kの表面に、Y,C,M,Kトナー像が形成される。これらY,C,M,Kトナー像は、Y,C,M,K用の一次転写ニップで中間転写ベルト7のおもて面に順に重ね合わせて一次転写されていく。この一次転写は、転写バイアス部材たる一次転写ローラ9Y,9C,9M,9Kに、図示しない転写電源ユニットによってトナーと逆極性の電圧が印加されることで行われる。転写電源ユニットは、4つの一次転写ローラ9Y,9C,9M,9Kに印加するための転写バイアスをそれぞれ個別に定電流制御で出力するものである。4つの転写バイアスにおけるそれぞれの出力電流目標値をそれぞれ個別に設定することが可能である。転写バイアスを定電流制御で出力することで、環境変動に伴う一次転写ローラ9Y,9C,9M,9Kの電気抵抗の変動などにかかわらず、各一次転写ニップでそれぞれ一定の転写電流を流す。これにより、環境にかかわらず、良好な一次転写性を維持することができる。
記録シートSは、給紙カセット14a、14b、もしくは手差しトレイ14cのいずれかから搬送され、レジストローラ対15に到達したところで一旦停止する。そして、所定のタイミングに合せてレジストローラ対15が回転して記録シートSを二次転写ニップへ向けて送り出す。
中間転写ベルト7上に重ね合わされたY,C,M,Kトナー像は、二次転写ローラ12と中間転写ベルト7とが当接する二次転写ニップで記録シートSに二次転写される。この二次転写は、図示しない二次転写電源によって二次転写ローラ12にトナーと逆極性の電圧が印加されることで行われる。記録シートSは、二次転写ニップを出た後に定着ユニット13に向けて搬送されて定着ニップに挟み込まれる。記録シートS上のトナー像は、定着ニップにて定着ローラからの熱により加熱定着される。トナー像が定着せしめられた記録シートSは、片面印刷の場合には、各搬送ローラによって機外に排出される。また、両面印刷の場合、記録シートSは、各搬送ローラによって両面ユニット16へ搬送されて反転され、先に画像が形成された面とは反対側の面に、上述したように画像が形成された後に機外に排出される。
本プリンタにおいては、環境変動や経時における画像品質の安定化を図るために、所定のタイミングでプロセスコントロールと呼ばれる制御を実施する。プロセスコントロール処理では、感光体2Yに複数のパッチ状Yトナー像からなるYパッチパターン像を現像し、それを中間転写ベルト7に転写する。また、感光体2C,2M,2Kにも、同様にしてC,M,Kパッチパターン像を形成する。そして、それらのパッチパターン像における各トナー像のトナー付着量を、光学センサーユニット20で検出し、その検出結果に基づいて現像バイアスVbなどの作像条件を調整する。
図3は、本プリンタの電気回路の要部を示すブロック図である。また、図4は、プロセスコントロールにおける演算処理の流れを示すフローチャートである。図3に示されるように、制御部30には、画像形成ユニット1Y,1C,1M,1K、光書込ユニット6、給紙モータ81、レジストモータ82、中間転写ユニット8、光学センサーユニット20などが電気的に接続されている。また、帯電電源ユニット50、現像電源ユニット51、環境センサー52、転写電源ユニット53なども電気的に接続されている。
制御部30は、演算処理や各種プログラムを実行するCPU30aと、データを記憶するRAM30bとを備えている。なお、給紙モータ81は、各給紙カセットや給紙トレイの給紙ローラの駆動源になっている。また、レジストモータ82は、レジストローラの駆動源になっている。
光学センサーユニット20は、中間転写ベルト7のベルト幅方向に所定の間隔をおいて並ぶ複数の反射型フォトセンサーを有している。それぞれの反射型フォトセンサーは、中間転写ベルト7や中間転写ベルト7上の後述するパッチ状トナー像の光反射率に応じた信号を出力するように構成されている。この反射型フォトセンサーは、4つ設けられている。そのうちの3つは、Y,M,Cトナー像やY,C,M付着トナーに応じた出力を行えるように、ベルト表面上における正反射光及び拡散反射光の両方をとらえて、それぞれの光量に応じた出力を行う。残りの1つは、Kトナー像やK付着トナーに応じた出力を行うように、ベルト表面上における正反射光だけをとらえてその光量に応じた出力を行う。
制御部30は、図示しない主電源の投入時や、所定時間経過した後の待機時、所定枚数以上のプリントを出力したあとの待機時など、所定のタイミングで、プロセスコントロール処理を実施する。具体的には、この所定のタイミングが到来すると、まず、図4に示されるように、通紙枚数、印字率、温度、湿度などの環境情報を取得する(ステップS1)。次に、画像形成ユニット1Y,1C,1M,1Kにおけるそれぞれの現像特性を把握する。具体的には、それぞれの色について、現像ガンマγと現像開始電圧を算出する(ステップS2)。具体的には、次のように行う。即ち、感光体2Y,2C,2M,2Kを回転させながらそれぞれを一様に帯電せしめる。この帯電については、帯電バイアスVcとして通常のプリント時における一様な値(例えば−700V)とは異なり、その絶対値を大きくしていく。光書込ユニット6によるレーザー光Lの走査によって感光体2Y,2C,2M,2Kに、パッチ状Yトナー像,パッチ状Cトナー像、パッチ状Mトナー像、パッチ状Kトナー像用の静電潜像を形成する。それらを現像装置12Y,12C,12M,12Kによって現像することで、感光体2Y,2C,2M,2K上にY,C,M,Kパッチパターン像を形成する。なお、現像の際に、制御部30は、各色の現像ローラ(4a)に印加する現像バイアスVbの絶対値も徐々に大きくしていく。現像バイアスVb、帯電バイアスVcは、何れも負極性のDCバイアスからなる。
Y,C,M,Kパッチパターン像は、図5に示されるように、中間転写ベルト7上に重なり合わずに、ベルト幅方向に並ぶように転写される。具体的には、Yパッチパターン像YPPは、中間転写ベルト7の幅方向における一端部に転写される。また、Cパッチパターン像CPPは、ベルト幅方向において、Yパッチパターン像よりも少し中央側にずれた位置に転写される。また、Mパッチパターン像MPPは、中間転写ベルト7の幅方向における他端部に転写される。また、Kパッチパターン像KPPは、ベルト幅方向において、Kパッチパターン像よりも少し中央側にずれた位置に転写される。
光学センサーユニット20は、互いにベルト幅方向の異なる位置でベルトの光反射特性を検知する第1反射型フォトセンサー20a、第2反射型フォトセンサー20b、第3反射型フォトセンサー20c、及び第4反射型フォトセンサー20dを有している。これら4つの反射型フォトセンサーのうち、第3反射型フォトセンサー20cは、黒トナーの付着に起因するベルト表面の光反射特性の変化を検知するように、正反射光だけを検知するものを採用している。これに対し、その他の反射型フォトセンサーは、Y,C又はMトナーの付着に起因するベルト表面の光反射特性の変化を検知するように、正反射光と拡散反射光との両方を検知するタイプのものである。
第1反射型フォトセンサー20aは、中間転写ベルト7の幅方向の一端部に形成されたYパッチパターン像YPPのパッチ状Yトナー像のYトナー付着量を検知する位置に配設されている。また、第2反射型フォトセンサー20bは、ベルト幅方向において、Yパッチパターン像YPPの近くに位置するCパッチパターン像CPPのパッチ状Cトナー像のCトナー付着量を検知する位置に配設されている。また、第4反射型フォトセンサー20dは、中間転写ベルト7の幅方向の他端部に形成されたMパッチパターン像MPPのパッチ状Mトナー像のMトナー付着量を検知する位置に配設されている。また、第3反射型フォトセンサー20cは、ベルト幅方向において、Mパッチパターン像MPPの近くに位置するKパッチパターン像KPPのパッチ状Kトナー像のKトナー付着量を検知する位置に配設されている。なお、第1反射型フォトセンサー20a、第2反射フォトセンサー20b、及び第4反射型フォトセンサー20dの3つは、それぞれトナー像の色が黒以外の3色(Y,C,M)であれば、そのトナー付着量を検知することができる。
制御部30は、光学センサーユニット20の4つの反射型フォトセンサーから順次送られてくる出力信号に基づいて、各色のパッチ状トナー像の光反射率を演算し、演算結果に基づいてトナー付着量を求めてRAM30aに格納していく。なお、中間転写ベルト7の走行に伴って光学センサーユニット20との対向位置を通過した各色のパッチパターン像は、ベルトクリーニング装置10によってベルトおもて面からクリーニングされる。
次に、RAM30aに格納した画像濃度データ(トナー付着量)と、別途RAM150bに格納した露光部電位(潜像電位)のデータとから、図6に示される直線近似式(Y=a×Vb+b)を算出する。同図の2次元座標において、x軸は、露光部電位VLから、そのときに印加した現像バイアスVbを減じた値、すなわち現像ポテンシャル(VL−Vb)を示している。Y軸は、単位面積当たりのトナー付着量(y)を示す。図6には、パッチ状トナー像の数に対応した数だけ、X−Y平面上にデータがプロットされる。そのプロットされた複数のデータに基づいて、直線近似をおこなうX−Y平面上の区間を決定する。その後、その区間内で、最小自乗法をおこなって直線近似式(y=a×Vb+b)を得る。このとき直線近似式に基づいて、現像ガンマγと現像開始電圧Vkとが算出される。現像ガンマγは直線近似式の傾きとして算出され(γ=a)、現像開始電圧Vkは直線近似式とX軸との交点として算出される(Vk=−b/a)。こうして、各色の画像形成ユニット1Y,1C,1M,1Kの現像特性が算出される(S2)。
次に、求めた現像特性に基づいて、帯電電位(地肌部電位)Vdの目標値(目標帯電電位)と、露光部電位VLの目標値(目標露光部電位)と、現像バイアスVbとが求められる(S3)。具体的には、目標帯電電位や目標露光部電位は、現像ガンマγと、帯電電位Vdや露光部電位VLとの関係を予め定めたテーブルに基づいて求める。これにより、現像ガンマγに適した目標帯電電位及び目標露光部電位を選択することができる。また、現像バイアスVbは、次のようにして求められる。即ち、現像ガンマγと現像開始電圧Vkとの組み合わせによって最大トナー付着量を得るための現像ポテンシャルを求め、その現像ポテンシャルを得ることができる現像バイアスVbを求める。そして、その現像バイアスVbと地肌ポテンシャルとに基づいて、目標帯電電位が求められる。現像ローラの現像スリーブの表面は、現像バイアスVbとほぼ同じ値になることから、感光体の表面が目標帯電電位に帯電し、適切に露光していれば、狙いの現像ポテンシャルや地肌ポテンシャルを得ることができる。
制御部30は、次に、帯電バイアスVcを決定する。具体的には、目標帯電電位が得られる帯電バイアスVcは、感光体表面層の摩耗量や、環境に影響される帯電ローラの電気抵抗などに応じて変化する。そこで、制御部30は、環境(温湿度)及び感光体走行距離の組み合わせから、目標帯電電位を得ることが可能な帯電バイアスVcを求めるためのアルゴリズムを記憶している。このアルゴリズムは、予めの実験に基づいて構築されたものである。そして、環境センサー52による温湿度の検知結果、及びRAMに記憶している感光体走行距離の組み合わせにより、目標帯電電位を得ることが可能な帯電バイアスVcを、アルゴリズムを用いて求める。
現像剤の性質として、地汚れは初期に比べて経時の方が悪く、逆にキャリア付着(エッジキャリア付着)は経時に比べて初期の方が悪い状態である。そのため、現像剤の使用に伴って、最適な地肌ポテンシャルは大きな値の方にシフトする。また一般的に、高温高湿環境では、トナーの帯電量が低いために地汚れが悪化し、逆に低温低湿環境では、キャリア付着が不利になる。このため、本実施形態に係る画像濃度制御においては、地肌ポテンシャルを初期/経時+環境で最適な値にシフトさせる。
既に実験によって地肌汚れとキャリア付着を目標以下にするのに最適な地肌ポテンシャルは各条件において求められている。このため、帯電ローラやキャリアの劣化及び温湿度の変化などの環境情報があれば、ある程度の補正は可能である。しかし、実験時との誤差や予想外の因子により最適な地肌ポテンシャルが変動する可能性がある。一方、現像開始電圧Vkは感光体2上への現像が開始される電圧として考えることができるので、現像開始電圧Vkの絶対値と同等以上の地肌ポテンシャルがないと地汚れが悪くなると考えられる。
そこで、制御部30は、図4に示されるように、S3の工程後に、狙いの現像開始電圧Vk’を決定する(S4)。狙いの現像開始電圧Vk’はあらかじめ実験により環境情報と紐付けされテーブル化されており、最初に取得した環境情報からテーブルを参照して狙いの現像開始電圧Vk’を決定する。そして、現像開始電圧Vkと狙いの現像開始電圧Vk’との差分の量で区分を決定する(S5)。例えば、現像開始電圧Vkが狙いの現像開始電圧Vk’に対して+40V以上離れていれば区分1、+40V未満+20V以上で区分2、+20V未満0V以上で区分3というように区分分けする。そして、現像開始電圧Vkがどの区分にあるか特定し、区分毎に補正量を決定する(S6)。次に、S3で求めた帯電電位Vdと現像バイアスVbとから算出される地肌ポテンシャルに対して、ステップS5で決定された補正量を加算して目標地肌ポテンシャルを算出する。そして、この目標地肌ポテンシャルが得られるように帯電バイアスVcを決定する(S7)。
図7は、現像ポテンシャルや地肌ポテンシャルを説明するためのグラフである。図7に示されるように、地肌ポテンシャルは、帯電電位Vdと現像バイアスVbとの差分であり、画像の非画像部(地肌部分)において作用するものである。地肌ポテンシャルが小さいと地汚れが発生し易くなる一方で、地肌ポテンシャルが大きいとキャリア付着が発生し易くなることから、地肌ポテンシャルを適切な値に設定する必要がある。
図8は、地肌ポテンシャルと、地汚れやキャリア付着の度合いとの関係の一例を示すグラフである。この例では、プロセスコントロールの実施により、地肌ポテンシャルの理論値が140[V]に設定された例を示している。理論値と表現したのは、次に説明する理由による。即ち、プロセスコントロールにより、適切な帯電電圧Vdと現像バイアスVbとの関係に基づいて地肌ポテンシャルが決定され、それに基づいて帯電バイアスVcが決定されることは既に述べた通りである。しかし、その帯電バイアスVcにより、帯電電位Vdが目標帯電電位になっているとは限らない。これは、帯電ローラと感光体との間の放電開始電圧が、様々な要因によって変化し、それによって同じ帯電電位Vdを得るための帯電バイアスVcが変化するからである。プロセスコントロールでは、帯電バイアスVcを決定するにあたり、環境や感光体走行距離を考慮しているが、あくまでも理論的なアルゴリズムによるものであるので、その通りになるとは限らない。また、同じ帯電電位Vdを得るための帯電バイアスVcの値は、環境や感光体走行距離とは異なる他のパラメータによって変化する。
同図に示される例では、地肌ポテンシャルが140[V]になっていれば、地汚れ及びキャリア付着の両方を抑えることができる。そこで、制御部30は、プロセスコントロールの際に、たとえば140[V]の地肌ポテンシャルと、所望の現像ポテンシャルとが得られるように、目標帯電電位を決定している。ところが、帯電電位Vdを得るための帯電バイアスVcの値が様々な要因によって変化してしまうことから、プロセスコントロールによって決定した帯電バイアスVcによってその目標帯電電位が得られているとは限らない。場合によっては、実際の帯電電位Vdが目標帯電電位(図示の例では140V)から大きくずれることもある。すると、同図において、実際の地肌ポテンシャルが170Vを超えてキャリア付着が発生したり、実際の地肌ポテンシャルが110Vを下回って地汚れが発生したりする。
既に述べたように、ゴムローラからなる帯電ローラ(例えば3Y)には、帯電バイアスVcが印加される。感光体(例えば2Y)の帯電電位Vdは、図9に示されるように、「Vd=a×Vc+b」という式で表される特性を示す。aは図9に示されるグラフの傾きであり、bはグラフにおけるVd軸切片であり、マイナスの値になる。グラフにおけるVc軸切片は、帯電ローラと感光体との間における放電開始電圧とほぼ同じ値になる。また、傾きaは、ほぼ1になる。
本プリンタにおいては、既に述べたように、感光体に接触させた帯電ローラに対して直流成分だけからなる帯電バイアスを印加する接触DC帯電方式を採用している。接触DC帯電方式では、帯電バイアスとしてAC/DC重畳バイアスを用いる方式とは異なり、AC電源を必要としないことから、低コスト化を図ることができる。その一方で、帯電ローラと感光体との間に交番電界を形成しないことから、帯電バイアスVcの値を同図のグラフに示される放電開始電圧よりも大きくしないと、帯電ローラと感光体との間で放電を生じせしめることができず、感光体を全く帯電させることができない。また、帯電させることができたとしても、放電開始電圧が環境、感光体表面層の摩耗量、帯電ローラの電気抵抗や汚れ量などに応じて変動することから、同じ帯電バイアスVcの条件下では帯電電位Vdが変動してしまう。このため、AC帯電方式に比べて、所望の帯電電位Vdを安定して得ることが難しくなる。
図10は、帯電電位Vdと感光体走行距離xとの関係を示すグラフである。感光体走行距離xは、感光体の回転に伴う感光体表面の移動距離の累積値である。図示のように、帯電電位Vdは、「Vd=ex+f」という式で表される特性を示す。eは同グラフの傾きである。fは、グラフのVd軸切片である。傾きeや切片fの値は一定ではなく、経時的にランダムに変化する。これは次に説明する理由による。即ち、感光体の表面には、クリーニングブレードや現像剤などが摺擦することから、感光体表面層は経時的に摩耗していく。この摩耗に伴って、感光体の静電容量は経時的に大きくなっていき、それに伴って放電開始電圧が低下して、帯電電位Vdが上昇していく。また、画像面積、画像の形状(例えば縦帯のように主走査方向に一部分だけ画像が存在する形状:この場合には画像に接触する感光体箇所の摩耗が進む)、環境、キャリア付着量など、多様な因子によって磨耗量が変化する。加えて、帯電ローラの表面のトナーやトナー添加剤による汚れの状況はランダムに変化して、それに応じて放電開始電圧も変化する。これらのことから、傾きeや切片fは経時的にランダムに変化するのである。このような変化があったり、感光体表面層の磨耗量を直接計測することができなかったりすることから、算術的な手法によって帯電電位Vdを求めることは非常に困難である。
一方、電子写真プロセスにおいて、安定した画像濃度を得るためには、露光量(潜像の書込光量)を適切に制御する必要がある。露光量が適正値よりも多くなると、ドット径やライン幅が大きくなって、中間調部において画像形状が潰れたようになる。また、適正値よりも少なくなると、ハイライト部が白抜けになることもある。
図11は、帯電電位Vdと露光量適正値との関係を示すグラフである。感光体の状態が初期状態である場合には、帯電電位Vdは、「Vd=cK+d」という式で表される特性を示す。cはグラフの傾きであり、dはグラフのVd軸切片である。露光量を一定にした場合、所望の画像濃度を得るためには帯電電位Vdを安定化させる必要がある。また、感光体の状態が古くなっていくと、帯電電位Vdと露光量適正値との関係式は、「Vd=c‘K+d’」というように変化していく。このため、露光量を一定にしただけでは、所望の画像濃度を維持することはできない。
図12は、地汚れIDと、地肌ポテンシャルと、エッジキャリア付着(感光体に対するキャリア付着量)との関係を示すグラフである。地汚れIDは、感光体の地肌部のトナーを粘着テープに転写して画像濃度を測定した値である。また、エッジキャリア付着は、エッジ部を強調した領域を多く含む特定の画像を出力した際に、感光体における画像のエッジ付近に付着した磁性キャリアをカウントした値である。図示のように、地肌ポテンシャルが下がると地肌汚れIDが上昇し、この逆に地肌ポテンシャルが上がるとエッジキャリア付着が上昇する。図示の例では、地肌ポテンシャルの適正値が180V程度になっており、地肌ポテンシャルについては適正値の±30V内に留めないと、地肌汚れやキャリア付着が発生してしまう。この適正値は、機種毎によって異なるが、同じ機種であれば、それほど大きく変動しない。
そこで、制御部30は、プロセスコントロールを実施した後、必要に応じて、目標帯電電位が得られるように帯電バイアスVcを調整するための帯電バイアス調整処理を実施するようになっている。
図13は、制御部30によって実施される定期ルーチン処理の流れを示すフローチャートである。この定期ルーチン処理において、制御部30は、まず、プロセスコントロールの実行タイミングについて、到来したか否かを判定する(S1)。そして、到来していない場合には(S1でN)、定期ルーチン処理を直ちに終了する。一方、到来した場合には(S1でY)、S2以降のフローを実行する。
S2においては、上述したプロセスコントロールを実施する。なお、プロセスコントロール処理の開始の前に、連続プリント動作を行っている場合には、連続プリント動作を一時中止してから、プロセスコントロールを開始する。
制御部30は、プロセスコントロールを終えると、次に、Y,C,M,Kの各色の現像装置にそれぞれ収容されている現像剤のトナー濃度を調整するトナー濃度調整処理を実施する(S3)。プロセスコントロールにおいては、トナー濃度の目標値を変更することもあることから、プロセスコントロールの後に、トナー濃度を調整するのである。現状のトナー濃度が目標値よりも低い場合には現像剤にトナーを補給し、現状のトナー濃度が目標値よりも高い場合には、必要に応じてトナー消費量のトナー像を現像してトナーを強制消費させる。
トナー濃度調整処理を終えると、次に、後述する帯電バイアス調整処理の必要性について判断する。具体的には、感光体走行距離がある閾値まで長くなると、プロセスコントロールにおいて求めた目標帯電電位と、実際の帯電電位Vdとのずれが生じ始めることが経験的に解っている。これに対し、感光体走行距離が閾値まで到達していない場合には、前述のずれはそれほど生じないことが経験的に解っている。そこで、制御部30は、感光体走行距離が10km(閾値)未満である場合には(S4でN)、判定用のフラグをOFFにした後に(S8)、S9に進み、ここでフラグセット中でない(=帯電バイアス調整処理の必要なし)と判定して、定期ルーチン処理を終了する。
感光体走行距離が閾値に達していても、環境によっては、目標帯電電位と実際の帯電電位Vdとのずれ量が比較的小さい値になることも経験的に解っている。具体的には、温度がある閾値以下の場合には、ずれ量が大きくなるので帯電バイアス調整処理の実施が必要になる。また、温度が閾値を超えていても、絶対湿度が低すぎたり高すぎたりする場合には、ずれ量が大きくなるので帯電バイアス調整処理の実施が必要になる。それら以外のケースでは、ずれ量が比較的小さくなるので、帯電バイアス調整処理の必要性は低い。
そこで、制御部30は、感光体走行距離が10kmを超える場合には(S4でY)、次に、10℃(閾値)以下であるか否かを判定する(S5)。そして、10℃以下である場合には(S5でY)、フラグをセットした後に(S7)、上述したS9を経て、帯電バイアス調整処理(S10)を実行する。また、10℃以下でない場合には(S4でN)、絶対湿度について適正範囲内であるか否かを判定する(S6)。例えば、5mg/m3よりも高く且つ18mg/m3よりも低い(適正範囲内)か否かを判定する。そして、そうでない場合には(S6でN)、先に述べたS7、S9を経て帯電バイアス調整処理(S10)を実施する。これに対し、絶対湿度が適正範囲内にある場合には(S6でY)、先に述べたS8、S9を経て、帯電バイアス調整処理を実施することなく定期ルーチン処理を終了する。
このように、感光体走行距離と、環境センサー52による検知結果(温湿度)とに基づいて、帯電バイアス調整処理の実施タイミングを決定することで、不必要な帯電バイアス調整処理の実施を抑えて装置のダウンタイムを低減することができる。なお、帯電バイアス調整処理を実施した場合には、再びトナー濃度調整処理を実施してから、定期ルーチン処理を終えるようにしてもよい。
帯電バイアス調整処理において、制御部30は、少なくとも、付着量検知処理と、出力値決定処理とを実施する。付着量検知処理は、各色についてそれぞれ、感光体の地肌部における地汚れ度合いの把握対象となる領域である地汚れ把握領域に対応するベルト上対応領域のトナー付着量をトナー付着量検知手段たる光学センサーユニット20によって検知するための処理である。転写体対応領域としてのベルト上対応領域には、後述する地汚れパターンが形成される。また、出力値決定処理は、光学センサーユニット20による検知結果に基づいて帯電電源ユニット50からの帯電バイアスの出力値を決定する処理である。
制御部30は、付着量検知処理において、各色についてそれぞれ次のような処理を行って、各色の地汚れパターンを中間転写ベルト7上に形成する。即ち、光書込ユニット6を停止させた状態で感光体を回転駆動させながら、帯電バイアスVcを段階的に変化させて、感光体表面の周方向において帯電電位Vd(ひいては地肌ポテンシャル)の異なる複数の区画からなる地肌パターンを形成する。そして、それら区画を感光体の回転に伴って現像位置に通すことで、互いに地汚れ量の異なる複数の区画(互いに異なる地肌ポテンシャルが作用している)からなる地汚れパターンを感光体表面に形成する。そして、この地汚れパターンを中間転写ベルト7に一次転写する。なお、各色の地汚れパターンは、ベルト移動方向において互いに重ならないようにベルトおもて面に一次転写される。
図14は、Y用の画像形成ユニット1Yにおける地肌パターン形成時の各電位の経時変化を示すグラフである。制御部30は、Y地肌パターンを形成する際に、図示のように、現像バイアスVbを一定の値に維持したまま、帯電バイアスVcを段階的に変化させていく。本プリンタでは、現像バイアスVb、帯電バイアスVcともに、マイナス極性のものを用いていることから、同図に示されるグラフの位置が下になるほど、バイアスの絶対値が大きいことを示している。帯電バイアスVcについては、9段階に変化させているが、例えば初めの1段階目では、帯電バイアスVcとして1350[−V]の直流バイアスを出力する。その後、感光体表面移動距離で10mmに相当する時間が経過する毎に、帯電バイアスVcの絶対値を20Vずつ小さくしていく。つまり、2段目は1330[−V]、3段目は1310[−V]である。
このようにしてY用の感光体2Yの表面に形成したY地肌パターンをY用の現像領域に通すことで、Y地肌パターンにおけるそれぞれの区画に地汚れトナーを付着させたY地汚れパターンを形成し、それをY用の一次転写ニップで中間転写ベルト7のおもて面に転写する。他色の地汚れパターンについても同様にして形成して中間転写ベルト7のおもて面に転写する。
制御部30は、地汚れパターンを形成しながら、中間転写ベルト7の地汚れパターンが光学センサーユニット20との対向位置(検知位置)に進入するタイミングで、反射型フォトセンサーからの出力を取得、記憶する。そして、各区画についてそれぞれ、出力値の平均に基づいてトナー付着量(地汚れトナー量)を算出する。その後、付着量検知処理を終了した後、出力値決定処理を行う。この出力値決定処理では、各色についてそれぞれ、付着量検知処理で算出した地汚れトナー量や、それぞれの地汚れトナー量に対応する区画の帯電バイアスVcなどに基づいて、地汚れIDを許容範囲にする帯電バイアスVcを特定する。そして、特定結果に基づいて帯電バイアス補正値を求めた後、通常のプリント時に採用する帯電バイアスVcの設定値を、帯電バイアス補正値の分だけシフトさせて更新する。これにより、感光体の表面をほぼ目標帯電電位で帯電させて所望の地肌ポテンシャルを確保することで、地汚れやキャリア付着の発生を抑えることができる。
通常のプリント動作時において、制御手段としての制御部30は、帯電電源ユニット50に対して帯電バイアスVcの出力命令信号を送るが、このときに、帯電バイアスVcの設定値に応じた信号を送る。これにより、帯電電源ユニット50から設定値と同じ帯電バイアスVcを出力させる。なお、帯電電源ユニット50は、Y,C,M,K用の帯電ローラに対してそれぞれ独立した値の帯電バイアスVcを出力することが可能である。
図15は、空回し運転時における一次転写バイアスと、転写前の帯電電位Vdと、転写後の帯電電位Vdとの関係を示すグラフである。空回し運転は、一次転写ローラに一次転写バイアスを印加し、且つ、帯電ローラに帯電バイアスを印加した状態で、感光体の回転駆動や中間転写ベルト7の駆動を行う態様である。また、転写前の帯電電位Vdは、感光体の周方向における全域のうち、帯電ローラによって一様に帯電せしめられてから、一次転写ニップに進入する前の領域における帯電電位Vdである。また、転写後の帯電電位Vdは、感光体の周方向における全域のうち、一次転写ニップを通過した直後の領域の帯電電位Vdである。
本プリンタにおいては、いわゆる反転現像方式を採用しており、感光体の地肌部、静電潜像をそれぞれトナーの帯電極性と同極のマイナス極性の電位にしている。また、一次転写バイアスとして、トナーの帯電極性とは逆のプラス極性の電位にしている。同図では感光体の地肌部の帯電電位Vdしか示されていないが、感光体の静電潜像も、マイナス極性の電位になっている。但し、これらは、一次転写ニップに進入する前の感光体表面において成立する事柄である。一次転写ニップでは、感光体と中間転写ベルト7との間で転写電流が流れて、感光体表面にプラスの電荷が注入されることから、図示のように、転写後の帯電電位Vdは転写前に比べてプラス極性側にシフトしている。図示の例では、シフト後も帯電電位Vdはマイナス極性に維持されているが、一次転写ニップ内で流れる電流量によっては、転写後pの帯電電位Vdがプラス極性になることもある。
図16は、大面積のベタ画像を形成したときにおける一次転写バイアスと、転写前の帯電電位Vdと、転写後の帯電電位Vdとの関係を示すグラフである。図示のように、大面積のベタ画像を形成した場合には、転写後の帯電電位Vdや、転写後の潜像電位VLが何れもプラス極性に転じている。これは、電流を流し難い大面積のベタ画像が一次転写ニップに進入した際に、図示のように一次転写バイアスが定電流制御によって上昇して転写前の帯電電位Vdとの差分を大きくすることから、感光体と中間転写ベルト7との間に放電による過電流を発生させるからである。転写後において、静電潜像だった領域と、地肌部だった領域(転写後の帯電電位Vdの領域)とを比較すると、後者の方がプラス側に大きな値になっていて、一次転写バイアスに近づいている。これは、トナーの存在しない後者に対して前者よりも多くの電流が流れたからである。
このように、大面積のベタ画像を形成した場合に、転写後の帯電電位Vdや、転写後の潜像電位VLがプラス極性に転じることがある。すると、次の感光体周回において、感光体を帯電ローラで一様帯電させても、マイナス極性側に十分に大きな値に帯電させることができず、且つ、静電潜像であった領域の電位を地肌部であった領域の電位よりもプラス側に大きくするという履歴を残してしまうことある。何れの領域もマイナス極性の電位であるものの、通常よりも低い値になっている。特に、後者の領域は、前者の領域よりも値が低くなるので地汚れを引き起こし易くなる。後者の領域の地肌ポテンシャルが前者の領域よりも小さくなるからである。
本発明者らは、従来の帯電バイアス調整処理が感光体の全面を地肌部にした状態で帯電バイアスの適正値を調べていたため、その適正値が小面積の画像の出力にしか対応していなかったことに着目した。小面積ではなく、大面積の画像の出力に合わせて帯電バイアスの適正値を調べれば、大面積の画像のみならず、小面積の画像を出力する際にも、感光体を所望の値まで十分に帯電させることが可能になる。
次に、本プリンタの特徴的な構成について説明する。
本プリンタの制御部30は、帯電バイアス調整処理における付着量検知処理にて、トナー像進入処理を実施する。このトナー像進入処理は、各色についてそれぞれ、感光体の地汚れ把握領域たる地肌パターンを一次転写ニップに進入させるのに先立って、一次転写バイアスの電圧値を高くするためのバイアス上昇用トナー像をその一次転写ニップに進入させるための処理である。なお、地肌パターンは、先に図14を用いて説明したように、帯電バイアスVcの値を9段階に変化させて感光体上に形成したものである。本プリンタにおいては、かかる地肌パターンを形成する直前、具体的には地肌パターンの形成を開始する時点から感光体1回転周期だけ遡った時点において、感光体に対してバイアス上昇用トナー像のための光書込を実施する。この光書込によって感光体上に形成されたバイアス上昇用トナー像の静電潜像は、感光体の回転に伴って一次転写ニップに進入するのに先立って、現像装置によってバイアス上昇用トナー像に現像される。バイアス上昇用トナー像の静電潜像の光書込対象となる感光体領域(地肌パターンが形成される領域に先行する前周回の感光体領域)に対しては、所定の帯電バイアスによる帯電処理が行われる。
感光体には、その回転に伴って、バイアス上昇用トナー像の静電潜像に続いて、上述した地肌パターンが形成される。この地肌パターンに対する光書込は行われないが、地肌パターン内に含まれる区画によっては、地肌ポテンシャルの低さ故に現像装置との対向領域を通過する際に地汚れトナーが付着することがある。このように、地肌パターンに対して地汚れトナーを付着させたものが地汚れパターンである。
トナー像進入処理では、各色においてそれぞれ、感光体上に形成されたバイアス上昇用トナー像と地汚れパターンとが順に一次転写ニップに進入して中間転写ベルト7上に1次転写される。なお、通常のプリントジョブとは異なり、Y,C,M,K用のバイアス上昇用トナー像は、中間転写ベルト7に対して重ね合わされずに、互いにベルト移動方向のずれた位置に転写されるタイミングで形成される。
図17は、トナー像進入処理で中間転写ベルト7上に1次転写されたK(黒)バイアス上昇用トナー像及びK(黒)地汚れパターンKJPを示す平面図である。本発明において、K地汚れパターンKJPをベルト幅方向の全域に渡って存在させる必要は必ずしもない。ベルト幅方向の全域のうち、光学センサーユニット20の反射型フォトセンサーによって検知される領域だけにK地汚れパターンKJPを存在させればよく、検知されない領域については、地肌部のままにしておかないでトナー像を形成してもよい。同図では、実際には、地汚れトナーをベルト幅方向の全域に渡って付着させているが、K地汚れパターンKJPの存在領域を明確にするために、あえてベルト幅方向の一部領域だけに点線を付し、その点線の領域だけをK地汚れパターンKJPとしている。
中間転写ベルト7の表面のトナー付着量を検知するための光学センサーユニット20は、3つの反射型フォトセンサーを具備している。ベルト幅方向の全域のうち、一端部のトナー付着量を検知する第1反射型フォトセンサー20a、中央部のトナー付着量を検知する第2反射型フォトセンサー20b、及び他端部のトナー付着量を検知する第3反射型フォトセンサー20cである。本プリンタでは、それら3つの反射型フォトセンサーがそれぞれベルト幅方向における異なる位置でK地汚れパターンKJPのトナー付着量を検知する。このため、図中点線で示されるように、ベルト幅方向の全域に渡って形成された地汚れ領域のうち、中間転写ベルト7の移動に伴ってそれぞれの反射型フォトセンサーの直下を通る領域だけをK地汚れパターンKJPとして定義している。
なお、本プリンタでは、K地汚れパターンKJPの直後に、位置特定用のKトナー像KSTを形成している。これは、図14に示されるように、9段階目の帯電バイアスVcが出力された後、帯電バイアスVcの絶対値を1段階目の値よりも大きくした感光体領域に対する光書込によって形成された静電潜像が現像されたものである。この位置特定用のKトナー像KSTの役割については後述する。
同図に示されるKバイアス上昇用トナー像は、既にK用の一次転写ニップを抜け出ているが、その前はK用の感光体上に存在していたものである。同図に示されるL1は、感光体の周長を表している。Kバイアス上昇用トナー像は、感光体表面移動方向においてほぼ周長L1と同じ長さで形成される。そして、K地汚れパターンよりも先行してK用の一次転写ニップに進入して、ニップ内で中間転写ベルト7と感光体との間における転写電流の流れを阻害する。これにより、転写電源ユニット53からのK用一次転写バイアスの電流出力値が一時的に急低下することから、転写電源ユニット53はK用一次転写バイアスの出力電圧値を急上昇させて、所望の出力電流値が得られるようにする。すると、一次転写ニップ内では、中間転写ベルト7の電位と感光体の電位(潜像電位)との電位差が急に大きくなることから、Kバイアス上昇用トナー像を介してベルトと感光体との間で放電が発生する。また、図示のように、一次転写ニップ内における感光体の表面において、Kバイアス上昇用トナー像の形成領域には、感光体表面でKバイアス上昇用トナー像が形成されていない地肌領域が存在し、この地肌領域でも、ベルトと感光体との間の放電が発生する。これらの結果、感光体におけるKバイアス上昇用トナー像の潜像領域や地肌領域に対して一次転写バイアスと同極性(本例ではプラス極性)の電荷が過剰に注入されることから、静電潜像や地肌領域の電位がプラス極性側に大きくシフトする。プラスの電荷注入量は、ベルトと感光体との間に多量のトナーを介在させる静電潜像に対してよりも、トナーを介在させない地肌領域の方が多くなる。このため、図16に示されるように、潜像電位VLよりも、地肌領域の帯電電位Vdの方が一次転写バイアスの値に近づく。但し、潜像電位VLもプラス極性側に大きくシフトして極性をマイナスからプラスに反転させている。このような状態になると、感光体の回転に伴ってそれらの地肌領域や静電潜像の領域が帯電装置によって再び一様に帯電されても、マイナス側に十分に帯電することができなくなる。その直前まで地肌であった領域、静電潜像であった領域の何れも、本来の値よりも帯電電位が低くなるが、前者の領域の方が後者の領域よりも更に帯電電位が低くなる。このため、地肌であった領域で地肌ポテンシャルが大きく不足して地汚れを発生させ易くなる。
そこで、本プリンタにおいては、図17に示されるように、中間転写ベルト7の幅方向において、第1反射型フォトセンサー20a、第2反射型フォトセンサー20b、第3反射型フォトセンサー20cによる被検対象となる領域には、Kバイアス上昇用トナー像を形成しない。つまり、それら反射型フォトセンサーの直下を通過する領域(以下、センサー被検領域という)については、Kバイアス上昇用トナー像を形成しないようになっている。これは、感光体の表面において、中間転写ベルト7におけるセンサー被検領域に対応する領域にはKバイアス上昇用トナー像を形成せずに、地肌領域にすることを意味する。上述したように、感光体の回転軸線方向において、Kバイアス上昇用トナー像の静電潜像だった領域と、それに隣接する地肌だった領域とを比較すると、後者の領域の方が次の周回時に地汚れを発生させ易くなる。図示のようにかかる領域にK地汚れパターンKSTを形成してその地汚れトナー量を反射型フォトセンサーで検知することで、最も不利な条件における地汚れトナー量を検知する。そして、その検知結果に基づいて帯電バイアスを決定することで、大面積の画像を形成する場合、小面積の画像だけを形成する場合の何れにおいても、地汚れを許容範囲内に収め得る適切な値に、帯電バイアスを設定することができる。よって、本プリンタによれば、地肌ポテンシャルの不足による地汚れの発生を抑えることができる。
図17に示されるように、中間転写ベルト7において、K地汚れパターンKJPよりもベルト移動方向の上流側には、ベルト幅方向に並ぶ3つの位置特定用のKトナー像KSTが形成されている。3つのうち、図中左側の位置特定用のKトナー像KSTは、中間転写ベルト7の移動に伴って第1反射型フォトセンサー20aの直下に進入する。また、図中真ん中の位置特定用のKトナー像KSTは、中間転写ベルト7の移動に伴って第2反射型フォトセンサー20bの直下に進入する。また、図中右側の位置特定用のKトナー像KSTは、中間転写ベルト7の移動に伴って第3反射型フォトセンサー20cの直下に進入する。
制御部30は、付着量検知処理において、図17に示される3つのK地汚れパターンKJPがそれぞれ反射型フォトセンサー(20a〜c)の直下(検知位置)に進入する理論上のタイミング(所定の計時値)よりも少し早いタイミングで、サンプリング処理を開始する。このサンプリング処理は、3つの反射型フォトセンサーの出力値をそれぞれ高速の時間間隔でサンプリングして記憶していく処理である。そして、それぞれの反射型フォトセンサーについて出力値が大きく変化したタイミングを、位置特定用のYトナー像YSTがその反射型フォトセンサーの直下に進入したタイミングとして記憶するとともに、サンプリング処理を終了する。その後、サンプリングデータを時系列で区分けして、K地汚れパターンKJPの各区画に対応するサンプリングデータ群をそれぞれ構築する。このようにしてサンプリングデータ群を構築することは、各区画についてそれぞれ検知位置への進入タイミングを特定することと同意である。
各区画についてそれぞれサンプリングデータ群を構築したら、それぞれのサンプリングデータを平均した結果に基づいて、各区画のトナー付着量(地汚れトナー量)を求める。K地汚れパターンKJPについてだけ説明したが、Y,C,M地汚れパターンについても、それぞれ同様にしてパターンの直後に形成した位置特定用のトナー像を形成し、その検知タイミングに基づいて、各区画のサンプリングデータ群を構築する。
本プリンタにおいては、現像ポテンシャルによって静電潜像へのトナーの転移を積極的に促した位置特定用のトナー像が反射型フォトセンサーによる検知位置に進入すると、センサーの出力値が大きく変化する。このため、反射型フォトセンサーの出力変化に基づいて、位置特定用のトナー像が検知位置に進入したタイミングを正確に測定することが可能である。そのタイミングと、地汚れパターンにおける各区画がそれぞれ検知位置に進入するタイミングとの時差は、次のようになる。即ち、地汚れパターンを形成するために帯電バイアスVcを段階的に変化させ始めたタイミングと、地汚れパターンの各区画がそれぞれ検知位置に進入するタイミングとの時差よりも大幅に小さくなる。このように時差が小さくなることで、帯電バイアスVcを段階的に変化させ始めたタイミングを基準にして各区画の検知位置への進入タイミングを特定する場合とは異なり、進入タイミングを正確に特定することが可能になる。これにより、地汚れパターンの各区画の検知位置への進入タイミングを精度良く特定することができないことに起因する地汚れやキャリア付着の発生を抑えることができる。
帯電バイアス調整処理において、帯電電源ユニット50から出力される各色についての帯電バイアスを決定する出力値決定処理では、以下に説明する理論に基づいて、帯電バイアスを決定している。
図18は、地汚れパターンの各区画における地汚れトナー量と、地肌ポテンシャルとの関係を示すグラフである。同図では、互いに異なる形状のプロット点で結ばれる複数のグラフが描かれているが、それらは、互いに異なる感光体走行距離の画像形成ユニットで実験した結果に基づく特性を示している。図示のように、画像形成ユニットによって、グラフの特性が大きく異なっている。図中で一番上側のグラフ(▲のプロット点で結ばれたグラフ)の特性を示した画像形成ユニットでは、比較的小さな地肌ポテンシャルで比較的多くの地汚れトナー量を発生させている。このことから、その画像形成ユニットは、現像剤の劣化によってトナー帯電量(Q/M)が比較的低くなったり、放電開始電圧が比較的高くなって帯電電位VDが目標帯電電位よりも低くなったりして、地汚れが発生し易くなっていると考えられる。このような画像形成ユニットでは、帯電バイアスVcをより大きな値(負極性のバイアスなので絶対値をより大きな値)に調整して、実際の帯電電位Vdを引き上げることで、地汚れの発生を抑える必要がある。
一方、図中で「□」のプロット点で結ばれたグラフの特性を示した画像形成ユニットでは、比較的大きな地肌ポテンシャルでも比較的少ない地汚れトナー量になっている。このことから、その画像形成ユニットは、放電開始電圧が比較的低くなって帯電電位VDが目標帯電電位よりも高くなって、キャリア付着が発生し易くなっていると考えられる。このような画像形成ユニットでは、帯電バイアスVcをより小さな値(負極性のバイアスなので絶対値をより小さな値)に調整して、実際の帯電電位Vdを引き下げることで、キャリア付着の発生を抑える必要がある。
図19は、地汚れトナー量−地肌ポテンシャルの特性曲線と、その近似直線の傾きとの関係を説明するためのグラフである。同図において、地汚れトナー量−地肌ポテンシャルの特性曲線は、2つ存在する。それぞれ、実験データを取得した画像形成ユニットについて全てのプロット点を結んだものである。帯電バイアス補正値を求める際には、このような特性曲線を用いるのではなく、その近似直線を求める。そして、後述するように、近似直線のうち、地汚れトナー量が中程度になる領域だけを使用する。このため、中程度の地汚れトナー量の領域(以下、中程度付着領域という)で適切な傾きになる近似直線を得る必要がある。ところが、図中における上側の特性曲線のように、特性曲線が全体的に比較的多い地汚れトナー量の領域(以下、高付着領域という)に存在していると、特性曲線の高付着量側が立ち上がった形状になることから、中程度付着領域で適正値よりも大きな傾きの近似直線になってしまう。また、図中における下側の特性曲線のように、特性曲線が全体的に比較的少ない地汚れトナー量の領域(以下、低付着領域という)に存在していると、特性曲線の低付着量側が横に寝た形状になることから、中程度付着領域で適正値よりも小さな傾きの近似直線になってしまう。
そこで、制御部30は、地汚れパターンの各区画にそれぞれ対向するサンプリングデータ群について、地汚れトナー量が所定の下限値から上限値までの範囲内にあるサンプリングデータだけを抽出する。そして、抽出したサンプリングデータだけからなる抽出データ群に基づいて、近似直線を求める。なお、サンプリング数の抽出数が2つ以下であった場合には、直線近似ができないことから、帯電バイアス調整処理を終了する。
図20は、近似直線と抽出データ群との関係を説明するためのグラフである。同図では、4つの抽出データ群に基づいて、4つの近似直線が求められている。何れの抽出データ群(同じ形状のプロット点の集合)も、サンプリングデータの地汚れトナー付着量が、下限値から上限値までの範囲内に収まっていることがわかる。なお、本プリンタでは、下限値として0.005[mg/cm2]を採用している。また、上限値として0.05[mg/cm2]を採用している。
制御部30は、このようにして近似直線を求めたら、次に、その近似直線に基づいて、限界超え付着量となる地肌ポテンシャルを限界超え地肌ポテンシャルとして特定する。限界超え付着量は、地汚れIDを許容範囲のギリギリに留める地汚れトナー量よりも僅かに多い値であり、予めの実験によって定められた定数である。そして、下限値と上限値との間の値になっている。換言すると、限界超え付着量を下限値と上限値との間にするように、下限値や上限値が定められている。本プリンタでは、限界超え付着量として0.007[mg/cm2]を採用している。
次に、制御部30は、限界超え付着量となる限界超え地肌ポテンシャルP1を特定したら、帯電バイアス補正値βを次の式に基づいて求める。即ち、「β=P1−(P2−S1)」という式である。この式において、P2は、プロセスコントロールにおいて採用された地肌ポテンシャルの理論値としての地肌ポテンシャル理論値である。また、S1は、所定のマージン量である。このマージン量S1は、予めの実験によって定められた定数であり、これを地肌ポテンシャル理論値P2から減じることで、地肌ポテンシャル理論値P2を採用している条件における限界超え付着量が得られる地肌ポテンシャルである理論限界超えポテンシャルが求められる。換言すると、限界超え地肌ポテンシャルP1からマージンS1を減じることで、現状で地汚れトナー量を確実に許容範囲にする地肌ポテンシャルが求められる。先に示される式では、理論限界超えポテンシャルを限界超え地肌ポテンシャルP1から減じることで、帯電バイアスVcについて、帯電電位Vdをほぼ目標帯電電位にするための適切な補正量である帯電バイアス補正値βを求めている。
本プリンタでは、マージン量S1として90[V]を採用している。このため、例えば、地肌ポテンシャル理論値P2が160[V]であり、且つマージン量S1が90[V]であり、限界超え地肌ポテンシャルP1が139[V]である場合には、帯電バイアス補正値βは、次のようにして求められる。即ち、「β=139−(160−90)=69[V]」と求められる。なお、本プリンタでは、帯電バイアス補正値βの上限値を50[V]に設定していることから、帯電バイアス補正値βの算出結果がこの例のように69[V]になった場合には、帯電バイアス補正値βが上限値と同じ50[V]に補正される。
制御部30は、帯電バイアス補正値βを求めたら、プロセスコントロールで決定した帯電バイアスVcから帯電バイアス補正値βを減じることで、帯電電位Vdをほぼ目標帯電電位にすることが可能な値に帯電バイアスVcを補正する。なお、帯電バイアス補正値βがプラスの値である場合、帯電バイアスVcはよりマイナス側に大きな値に補正されることから、実際の地肌ポテンシャルがより大きくなって地汚れの発生が抑えられるようになる。これに対し、帯電バイアス補正値βがマイナスの値である場合、制御部30は、帯電バイアスVcを帯電バイアス補正値βの絶対値の分だけプラス側にシフトさせた値(絶対値を小さくした値)に補正する。これにより、実際の地肌ポテンシャルがより小さくなってキャリア付着の発生が抑えられるようになる。なお、帯電バイアス補正値βがマイナスの値になった場合において、その絶対値の上限値は50に設定されている。このため、例えば帯電バイアス補正値βが「−69V」と求められた場合には、帯電バイアスVcは50[V]だけプラス側にシフトさせた値に補正される。
本プリンタでは、既に説明したように、次のようにして帯電バイアス補正値βを決定している。即ち、近似直線を下限値と上限値との間のサンプリングデータだけに基づいて算出し、限界超え付着量を下限値と上限値との間に設定し、且つ、限界超え地肌ポテンシャルP1、地肌ポテンシャル理論値P2及びマージン量S1に基づいて決定している。かかる構成では、サンプリングデータの地汚れトナー量の座標が全て地汚れIDの許容範囲を超える値であったとしても、地汚れIDを許容範囲に留め得る帯電バイアス補正値βを求めることが可能である。このため、キャリア付着を生じてしまうほど地肌ポテンシャルを大きくすることなく地汚れパターンを形成することができるので、地汚れパターン形成時のキャリア付着の発生を回避することができる。
図14に示されるように、本プリンタでは、地汚れパターンを形成する際に、帯電バイアスVcを段階的に上昇させている。これは、帯電バイアスを絶対値の大きな値から小さな値に段階的に変化させることを意味しており(帯電バイアスVcがマイナス極性であることから下降するほど絶対値が大きくなる)、地肌ポテンシャルを段階的に小さくしていくことになる。つまり、各区画を地汚れトナー量の小さなものから順に帯電バイアスVcの設定によって感光体に形成していく。地汚れが発生するということは、僅かではあるものの、現像剤のトナーが消費されてトナー濃度を低下させていることになる。地汚れトナー量の小さな区画から順に感光体に形成していくことで、地汚れパターンの先端から後端までを形成する過程でトナー濃度を少しずつ低下させていくようにしている。これにより、トナー濃度の低下に起因する区画に対する地汚れトナー量の不適切化を抑えて、地汚れ性能をより高精度に検出することができる。そして、トナーを多く消費する位置特定用のトナー像を地汚れパターンよりもベルト移動方向の後側に形成することで、その現像タイミングを地汚れパターン後端部の現像タイミングよりも後にしている。これにより、位置特定用のトナー像の現像によるトナー濃度の低下による地汚れ性能検出精度の低下を回避することができる。
また、位置特定用のトナー像KSTについては、必ずしも、K地汚れパターンKJPよりもベルト移動方向の前側や後側に形成する必要はない。例えば、位置特定用のYトナー像KSTを、K地汚れパターンKJPに対してベルト幅方向に並べて形成してもよい。
また、地汚れパターンを形成する際に、現像バイアスVbを一定にした状態で帯電バイアスVcを段階的に変化させる例について説明したが、その逆に、帯電バイアスVcを一定にした状態で現像バイアスVbを段階的に変化させてもよい。
次に、実施形態に係るプリンタに、より特徴的な構成を付加した各実施例のプリンタについて説明する。なお、以下に特筆しない限り、各実施例に係るプリンタの構成は実施形形態と同様である。
[第1実施例]
図17に示されるKバイアス上昇用トナー像のベルト幅方向における長さ(長さ方向面積)については、できるだけ大きくすることが望ましい。長さ方向面積を大きくするほど、より大面積の画像にも対応すること(適切値をより大面積に対応させること)が可能になるからである。しかしながら、大面積のKバイアス上昇用トナー像を形成すると、K用の現像装置に多量のKトナーが補給されることでKトナーの撹拌不良が発生し、Kトナーの帯電量Q/Mの不足によって地汚れを起こし易くなることがある。この場合、K地汚れパターンの各区画に対する地汚れトナー量が、通常の帯電量Q/Mの場合に比べて多くなることから、帯電バイアスを精度良く適正値に設定することが困難になってしまう。
そこで、本プリンタは、トナー進入処理において、帯電バイアスの決定対象となっている感光体が形成している一次転写ニップに対して、他の感光体で形成したバイアス上昇用トナー像を進入させる処理を実施するようになっている。例えば、K用の感光体の帯電バイアスについては、K用の感光体上のK地汚れパターンKJPをK用の一次転写ニップに進入させるのに先立って、Mバイアス上昇用トナー像をK用の一次転写ニップに進入させる。そのMバイアス上昇用トナー像は、M用の感光体上で現像されてM用の一次転写ニップで中間転写ベルト7上に1次転写されたものである。図21に示されるように、K用の一次転写ニップを通過した中間転写ベルト7上で、K地汚れパターンKJPの直前にMバイアス上昇用トナー像を位置させるタイミングで、Mバイアス上昇用トナー像をM用の画像形成ユニットで形成する。
また、Mについては、M用の感光体上のM地汚れパターンMJPをM用の一次転写ニップに進入させるのに先立って、Cバイアス上昇用トナー像をM用の一次転写ニップに進入させる。そのCバイアス上昇用トナー像は、C用の感光体上で現像されてC用の一次転写ニップで中間転写ベルト7上に1次転写されたものである。また、Cについては、C用の感光体上のC地汚れパターンCJPをC用の一次転写ニップに進入させるのに先立って、Yバイアス上昇用トナー像をC用の一次転写ニップに進入させる。そのYバイアス上昇用トナー像は、Y用の感光体上で現像されてY用の一次転写ニップで中間転写ベルト7上に1次転写されたものである。
なお、各色のうち、最も上流側に位置するYについては、Y用の感光体上のY地汚れパターンYJPをY用の一次転写ニップに進入させるのに先立って、Kバイアス上昇用トナー像をY用の一次転写ニップに進入させる。そのYバイアス上昇用トナー像は、K用の感光体上で現像されてK用の一次転写ニップで中間転写ベルト7上に1次転写されたものである。中間転写ベルト7の移動に伴って、Y用の一次転写ニップに進入するのに先立って、二次転写ニップ、ベルトクリーニング装置10によるクリーニング位置に進入することになるが、次に説明する理由により、Y用の一次転写ニップに進入することができる。即ち、制御部30は、Yバイアス上昇用トナー像を二次転写ニップに進入させるタイミングで、二次転写電源に対して逆バイアス出力命令信号を発信する。これにより、二次転写バイアスの極性を正規のプラスからマイナスに反転させることで、二次転写ニップ内において、中間転写ベルト7から二次転写ローラ12へのYバイアス上昇用トナー像の逆転写を阻止する。また、Yバイアス上昇用トナー像をベルトクリーニング装置10によるクリーニング位置に進入させるタイミングで、ベルトクリーニング装置10を中間転写ベルト7から離間させる。
以上の構成の本プリンタにおいては、帯電不足のトナーを地汚れパターンに付着させることによる帯電バイアスの不適切化を抑えることができる。なお、各色について帯電バイアス調整処理をほぼ同時に行うと、例えば、K用の一次転写ニップに進入させるためのYバイアス上昇量トナー像を形成してYトナーの帯電量Q/Mを不足させたY用の画像形成ユニットの感光体にY地汚れパターンを形成することになる。つまり、結局、全ての色において、帯電量Q/Mの不足による地汚れトナー量の増加を引き起こしてしまう。そこで、制御部30は、各色についてそれぞれ帯電バイアス調整処理の実施タイミングをずらすようになっている。
[第2実施例]
実施形態に係るプリンタにおいては、各色の画像形成ユニットに潤滑剤塗布機構を設けていなかった。潤滑剤塗布機構は、ステアリン酸亜鉛粉末などの潤滑剤を感光体の表面に塗布するものである。ステアリン酸亜鉛塊と感光体とにそれぞれ当接しながら回転するのに伴って、ステアリン酸亜鉛塊から掻き取って得たステアリン酸亜鉛粉末を感光体に塗布するものが一般的である。かかる潤滑剤塗布機構を設けることで、感光体からのトナー離型性を高めて、一次転写効率を高めたり、感光体からの転写残トナーのクリーニング性を高めたりすることができる。
このような潤滑剤塗布機構を設けた場合、感光体の全域を潤滑剤の薄膜で覆うことから、大面積の画像部の形成時に、感光体とベルトとの間で発生する放電の量が、地肌部と静電潜像とで大差なくなる。このため、一次転写ニップへの進入前に光書込によって電位を大きく減衰させている静電の電位(潜像電位VL)の方が地肌部の帯電電位Vd(転写後Vd)よりも適切値から遠ざかる。よって、再帯電が施されると、それまで静電潜像であった領域の方が、地肌部であった領域よりも帯電電位VLが一次転写バイアスに近づいて地汚れを発生させ易くなる。
そこで、本プリンタは、感光体の回転軸線方向において、地汚れパターンを形成する領域に対して、パターン形成前の先行する周回でバイアス上昇用トナー像を形成する。これにより、最も地汚れを引き起こし易くなる領域の地汚れトナー量を適切に検知して、適切な帯電バイアスの値を決定することができる。
[第3実施例]
本プリンタは、帯電バイアス調整処理において、付着量検知処理に先立って、各色についてそれぞれ、仮出力決定処理と、第1アルゴリズム決定処理とを実施する。仮出力決定処理では、感光体に段階的な地肌パターンを形成し、その地肌パターンに対する地汚れトナーの付着による地汚れパターンを中間転写ベルト7に一次転写する。そして、その地汚れパターンの各区画(地肌パターンの各区画対応領域)のトナー付着量に基づいて帯電バイアスの適正値を算出し、算出値を仮出力値として決定する。地肌パターンに先行してバイアス上昇用トナー像を形成していないので、その仮出力値は、従来の帯電バイアス調整処理における決定値を同じ値になる。その値のままでは、大面積の画像部を形成した場合に地汚れを発生させてしまうおそれがある。
第1アルゴリズム構築処理では、仮出力決定処理にて検知しておいた各区画についてのトナー付着量と、各区画の地肌ポテンシャルとの関係を示す第1アルゴリズムを構築する。より詳しくは、最小二乗法による相関関数(一次関数)を第1アルゴリズムとして構築する。この第1アルゴリズムに基づいて、トナー付着量を特定の値だけ増減させたい場合における地肌ポテンシャルの増減量を求めることができる。
次に、制御部30は、付着量検知処理を実施するが、その際、バイアス上昇用トナー像として、感光体の表面移動方向(ベルト移動方向)における互いに異なる各区画でそれぞれ画像面積を異ならせたものを形成する。このとき、帯電バイアスについては、前述した仮出力値に設定する。感光体の周面におけるバイアス上昇用トナー像を形成した次の周回の領域には、実施形態とは異なり、地肌パターンを形成せず、仮出力値の帯電バイアスの条件で一様に帯電させた一様帯電地肌部を形成する。このように、一様に帯電させた一様帯電地肌部であっても、前の周回でバイアス上昇用トナー像の画像面積を各区画で異ならせているので、各区画にそれぞれ対応する領域(バイアス上昇用トナー像の各区画)で地汚れトナー量が異なってくる。
図22は、トナー像進入処理で中間転写ベルト7上に1次転写されたKバイアス上昇用トナー像及びK地汚れパターンKJPを示す平面図である。Kバイアス上昇用トナー像は、ベルト移動方向において8段階に画像面積を異ならせたものである。ベルト移動方向においてより先行する区画の方が後続の区画よりも画像面積が小さくなっている。先頭の区画の直前の領域には、画像が全く形成されていないが、この領域は、次の周回における地汚れ把握領域の第1区画となる。また、Kバイアス上昇用トナー像の第1区画、第2区画、第3区画、第4区画、第5区画、第6区画、第7区画、第8区画は、次の周回における地汚れ把握領域の第2区画、第3区画、第4区画、第5区画、第6区画、第7区画、第8区画、第9区画となる。
同図において、K地汚れパターンKJPにおける各区画で、地汚れトナー量が互いに異なっているが、これは地肌ポテンシャルの違いによるものではなく、先行する周回における画像面積の違いによるものである。
制御部30は、K地汚れパターンKJPにおける各区画のトナー付着量を反射型フォトセンサーからの出力値に基づいて求め、その結果を記憶回路に記憶する。このようにして付着量検知処理を終えたら、次に、記出力値決定処理を実施するのに先立って、K地汚れパターンKJPの各区画のトナー付着量と、先に構築しておいた第1アルゴリズムとに基づいて、そのトナー付着量をほぼゼロにするための帯電バイアスの補正値を算出するそして、各区画にそれぞれ対応する帯電バイアスの補正値と、各区画の画像面積と、仮出力値とに基づいて、画像面積と帯電バイアスの適正値との関係を示す第2アルゴリズムを構築する第2アルゴリズム構築処理を実施する。
その後、制御部30は、プリントジョブにおいて、1頁分の画像領域を感光体表面移動方向に所定のピッチで区画し、各区画の画像面積を求める。そして、感光体の回転に伴って各区画を帯電ローラとの対向位置に進入させるタイミング毎に、出力値決定処理を実施する。その出力値決定処理では、帯電ローラとの対向位置に進入する画像部の画像面積に対応する帯電バイアスの適正値を第2アルゴリズムから特定し、その結果を帯電バイアスの出力値として決定する。
かかる構成では、1頁分の画像において、副走査方向に画像部の面積が大きく異なっていても、それぞれの面積に応じて帯電バイアスを適切に設定して、地汚れの発生を抑えることができる。更には、感光体を必要以上に帯電させることを防止して感光体の長寿命化を図ることもできる。
これまで、感光体上のトナー像を、中間転写ベルトを介して記録シートに転写するプリンタについて説明したが、感光体上のトナー像を転写ニップで搬送ローラや搬送ベルト上の記録シートに転写する構成の画像形成装置においても、本発明の適用が可能である。
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
[態様A]
態様Aは、潜像担持体(例えば感光体2)と、前記潜像担持体の移動する表面を帯電せしめる帯電手段(例えば帯電ローラ3)と、前記帯電手段に供給するための帯電バイアスを出力する帯電電源(例えば帯電電源ユニット50)と、前記帯電手段によって帯電せしめられた前記潜像担持体の表面に潜像を書き込む潜像書込手段(例えば光書込ユニット6)と、前記潜像を現像してトナー像を得る現像手段(例えば現像装置4)と、前記潜像担持体と当接体(例えば中間転写ベルト7)との当接による転写ニップにて、前記潜像担持体上のトナー像を前記当接体又はこれの表面に保持される記録シートに転写する転写手段(例えば一次転写ローラ9)と、前記潜像担持体の表面上のトナー像、又はこれを自らの表面に転写した転写体上のトナー像のトナー付着量を検知するトナー付着量検知手段(例えば光学センサーユニット20)と、前記潜像担持体の地肌部における地汚れ度合いの把握対象となる領域である地汚れ把握領域、又は、前記地汚れ把握領域に対応する前記転写体の領域である転写体対応領域、のトナー付着量を前記トナー付着量検知手段によって検知するための付着量検知処理、及び前記付着量検知処理による検知結果に基づいて前記帯電電源からの帯電バイアスの出力値を決定する出力値決定処理を実施する制御手段(例えば制御部30)とを備える画像形成装置において、前記転写ニップに転写電界を形成するための転写バイアスを出力する転写電源として、転写バイアスを定電流制御で出力するものを用い、且つ、前記付着量検知処理にて、前記潜像担持体の前記地汚れ把握領域を前記転写ニップに進入させるのに先立って、転写バイアスの電圧値を高くするためのバイアス上昇用トナー像(例えばKバイアス上昇用トナー像KJP)を前記転写ニップに進入させるための処理であるトナー像進入処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とするものである。
かかる構成においては、転写バイアスを定電流制御で出力することで、環境にかかわらず潜像担持体上のトナー像を良好に転写することができる。
また、次に説明する理由により、大面積の画像を形成した場合における地汚れの発生を抑えることもできる。即ち、特許文献1に記載の画像形成装置では、大面積の画像部を形成した場合に発生する転写ニップにおける感光体の電位のシフトを想定せずに、感光体上に画像を全く形成しない状態で地肌パターンを形成していた。そして、その地肌パターンにおける地汚れトナー量に基づいて帯電バイアスを決定していた。このようにして決定した帯電バイアスでは、感光体に小面積の画像部しか形成しない場合には地汚れの発生を抑えることが可能である。しかし、大面積の画像部を形成した場合には、転写ニップ内での感光体電位のシフトによって次回の感光体周回で地汚れを引き起こすおそれがある。そこで、態様Aにおいては、前述した地汚れパターンのような地汚れ把握領域を転写ニップに進入させるのに先立って、定電流制御される転写バイアスの電圧値を高くするためのバイアス上昇用トナー像を転写ニップに進入させる。これにより、転写ニップ内で潜像担持体の電位を意図的にシフトさせることで、転写ニップ通過後の潜像担持体における地汚れ把握領域を帯電手段によって再帯電させたときの帯電電位を、潜像担持体上に大面積の画像部を形成した場合と同様に、所望の値よりも低くする。これにより、潜像担持体の地汚れ把握領域に対して大面積の画像部を形成した場合とほぼ同量の地汚れトナーを付着させてその付着量に基づいて帯電バイアスを決定することで、感光体を次のような値に帯電させるようにする。即ち、大面積の画像部を形成した場合でも地汚れの発生を抑えることができる値である。よって、大面積の画像を形成した場合における地汚れの発生を抑えることができるのである。
[態様B]
態様Bは、態様Aにおいて、前記トナー像進入処理にて、前記潜像担持体の表面移動方向における全域のうち、前記地汚れ把握領域よりも前記転写ニップに先に進入する領域に、前記バイアス上昇用トナー像を形成する処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とするものである。かかる構成では、帯電バイアスの決定対象となる潜像担持体に対してバイアス上昇用トナー像を形成するという簡単な処理により、一次転写ニップで潜像担持体の電位を大面積の画像部に対応する値にシフトさせることができる。
[態様C]
態様Cは、態様Aにおいて、前記潜像担持体を複数設け、前記当接体として、それら潜像担持体にそれぞれ当接して複数の転写ニップを形成する無端移動可能なベルト部材(例えば中間転写ベルト7)を用い、且つ、前記トナー像進入処理にて、地汚れ度合いの把握対象となる潜像担持体とは別の潜像担持体に対して前記バイアス上昇用トナー像を形成し、前記別の潜像担持体から前記ベルト部材に転写した前記バイアス上昇用トナー像を、前記ベルト部材の無端移動に伴って、地汚れ度合いの把握対象となる潜像担持体と前記ベルト部材との当接による転写ニップに対して前記地汚れ把握領域よりも先に進入させる処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とするものである。かかる構成では、第1実施例で説明したように、帯電不足のトナーを地汚れパターンに付着させることによる帯電バイアスの不適切化を抑えることができる。
[態様D]
態様Dは、態様BはCにおいて、前記潜像担持体の表面、又は、前記転写体の表面、における表面移動方向とは直交する方向の全域のうち、前記バイアス上昇用トナー像が形成されない領域、をトナー付着量の検知対象領域とするように、前記トナー付着量検知手段を配設したことを特徴とするものである。かかる構成では、第2実施例で説明したように、潜像担持体に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布機構を設けていない構成において、トナー付着量の検知対象領域を、最も地汚れの発生し易い領域にすることができる。
[態様E]
態様Eは、態様B又はCにおいて、前記潜像担持体に潤滑剤粉末を塗布する潤滑剤粉末塗布手段(例えば潤滑剤塗布機構)を設け、且つ、前記潜像担持体の表面、又は、前記転写体の表面、における表面移動方向とは直交する方向の全域のうち、前記バイアス上昇用トナー像が形成される領域、をトナー付着量の検知対象領域とするように、前記トナー付着量検知手段を配設したことを特徴とするものである。かかる構成では、第2実施例で説明したように、潜像担持体に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布機構を設けている構成において、トナー付着量の検知対象領域を、最も地汚れの発生し易い領域にすることができる。
[態様F]
態様Fは、態様B〜Eの何れかにおいて、前記付着量検知処理にて、前記潜像担持体の表面移動方向における前記バイアス上昇用トナー像よりも後側に存在する前記地汚れ把握領域に、前記潜像担持体の地肌部と前記現像手段の現像部材との電位差である地肌ポテンシャルを段階的に変化させた地肌パターンを形成する処理と、前記地肌パターンの前記表面移動方向における互いに地肌ポテンシャルの異なる各区画、又は前記転写体における前記各区画にそれぞれ対応する領域である各区画対応領域、のトナー付着量をそれぞれ検知する処理とを実施し、且つ、前記出力値決定処理にて、前記各区画又は前記各区画対応領域のトナー付着量に基づいて、前記帯電電源からの帯電バイアスの出力値を決定する処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とするものである。かかる構成では、地肌パターンの各区画のトナー付着量に基づいて、地汚れを抑え得る帯電バイアスの値を精度良く求めることができる。
[態様G]
態様Gは、態様B〜Eの何れかにおいて、前記付着量検知処理に先立って、前記潜像担持体の地肌部と前記現像手段の現像部材との電位差である地肌ポテンシャルを段階的に変化させた地肌パターンを前記潜像担持体の地肌部に形成し、前記地肌パターンの前記表面移動方向における互いに地肌ポテンシャルの異なる各区画、又は前記転写体における前記各区画にそれぞれ対応する各区画対応領域、のトナー付着量に基づいて前記帯電電源からの帯電バイアスの仮出力値を決定する仮出力決定処理と、前記各区画又は前記各区画対応領域のトナー付着量と地肌ポテンシャルとの関係を示す第1アルゴリズムを構築する第1アルゴリズム構築処理とを実施した後、前記付着量検知処理にて、前記仮出力値の条件で前記バイアス上昇用トナー像として、潜像担持体又は前記転写体の表面移動方向における互いに異なる各区画でそれぞれ画像面積を異ならせたものを形成する処理と、前記仮出力値の条件で得られた前記地汚れ把握領域又は前記転写体対応領域における前記区画にそれぞれ対応するトナー付着量を前記付着量検知処理によって検知する処理とを実施し、その後、前記出力値決定処理を実施するのに先立って、前記各区画のトナー付着量と前記第1アルゴリズムと前記各区画の画像面積と前記仮出力値とに基づいて、画像面積と帯電バイアスの適正値との関係を示す第2アルゴリズムを構築する第2アルゴリズム構築処理を実施し、且つ、前記出力値決定処理にて、出力画像の面積率と前記第2アルゴリズムとに基づいて前記帯電電源からの帯電バイアスの出力値を決定する処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とするものである。かかる構成では、第3実施例で説明したように、1頁分の画像において、副走査方向に画像部の面積が大きく異なっていても、それぞれの面積に応じて帯電バイアスを適切に設定して、地汚れの発生を抑えることができる。更には、潜像担持体を必要以上に帯電させることを防止して潜像担持体の長寿命化を図ることもできる。
[態様H]
態様Hは、態様G又はGにおいて、前記地肌パターンを形成する潜像担持体に位置特定用のトナー像を潜像の現像によって形成し、前記トナー付着量検知手段からの出力変化に基づいて、前記位置特定用のトナー像を前記トナー付着量検知手段による検知位置に進入させたタイミングを特定し、この特定結果に基づいて前記各区画又は前記各区画対応領域の前記検知位置への進入タイミングをそれぞれ特定する処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とするものである。かかる構成では、地汚れパターンの各区画についてトナー付着量検知手段による検知位置への進入タイミングを精度良く特定することができないことに起因する地汚れやキャリア付着の発生を抑えることができる。
[態様I]
態様Iは、態様F、G又はHにおいて、前記地肌パターンを形成する際に、前記現像部材に供給する現像バイアスを一定にした状態で、前記帯電バイアスを段階的に変化させることで、前記地肌ポテンシャルを段階的に変化させる処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とするものである。かかる構成では、帯電バイアスを変化させるという簡単な処理によって地肌パターンを形成することができる。
[態様J]
態様Jは、態様F〜Iの何れかにおいて、前記地肌パターンを形成する際に、前記地肌ポテンシャルを大きな値から小さな値に段階的に変化させる処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とするものである。かかる構成では、実施形態で説明したように、位置特定用のトナー像の現像によるトナー濃度の低下による地汚れ性能検出精度の低下を回避することができる。