JP4685502B2 - 電子写真装置 - Google Patents

Description

この発明は、電子写真装置およびその制御プログラムに関し、より詳細には、２成分現像を用いる電子写真装置の電子写真プロセスの制御に関する。

２成分現像を用いる電子写真プロセスでは、非画像領域の感光体の表面電位と現像バイアス電位との差の電圧であるクリーニング電圧を適当な値に設定する必要がある。クリーニング電圧が小さすぎると、非画像領域にトナーが現像されるいわゆるカブリが生じ、クリーニング電圧が大きすぎると２成分現像剤のうちのキャリアが現像槽の外へこぼれ出る現象が起こりやすくなるからである。そこで、カブリが生じず、キャリアがこぼれ出ないように現像バイアス電位と感光体の非画像領域の表面電位が決定される。画像領域が感光体の露光された部分に対応する反転現像方式の電子写真装置において、非画像領域の表面電位は露光前の感光体の帯電電位に相当する。

適当なクリーニング電圧の設定値は、トナーとキャリアとの混合比に依存する。２成分現像では、トナーとキャリアとの混合比を所定の値にするように制御するが、この混合比の目標値であるトナー濃度基準値に応じてクリーニング電圧を設定する必要がある。特に、トナー濃度基準値を切り替えることによってトナーの消費量を変えるモード、いわゆるトナーセーブモードを備えた電子写真装置では、選択したトナー濃度基準値に応じて適当なクリーニング電圧に制御することが好ましい。

また、クリーニング電圧は、トナーの帯電量に依存する。そして、トナーの帯電量は湿度とキャリアの劣化の程度に依存するので、これらの条件をも考慮することがより好ましい。
トナー濃度基準値とトナーの帯電量に応じて適当なクリーニング電圧を設定することのできる手法が望まれている。

この発明は、２成分現像におけるトナー濃度の目標値をトナー濃度基準値として設定するトナー濃度基準値設定部と、トナーの帯電量を推定するトナー帯電量推定部と、設定したトナー濃度基準値と推定した帯電量とに基づいて感光体の非画像部の表面電位と現像バイアス電位との差の電圧をクリーニング電圧として決定するクリーニング電圧決定部とを備える電子写真装置を提供する。

この発明の電子写真装置は、トナーの帯電量を推定するトナー帯電量推定部と、トナー濃度基準値と推定した帯電量とに基づいて感光体の非画像部の表面電位と現像バイアス電位との差の電圧をクリーニング電圧として決定するクリーニング電圧決定部とを備えるので、トナー濃度基準値とトナーの帯電量に応じて適当なクリーニング電圧を設定することができる。したがって、カブリが生じず、現像槽からキャリアがこぼれ出ることもないので、クリアな画質が得られ信頼性の高い電子写真装置が得られる。

環境湿度を検知する湿度検知部をさらに備え、前記トナー帯電量推定部が、検知した湿度の値に基づいてトナーの帯電量を推測するようにしてもよい。このようにすれば、トナーの帯電量が湿度に依存する特性を利用し、湿度センサを用いた簡便な検知手段でトナーの帯電量を推測して適当なクリーニング電圧を求めることができる。

さらに、現像剤の使用に伴うトナーの帯電量の変化を予め現像剤経時特性として記憶する現像剤経時特性記憶部をさらに備え、前記トナー帯電量推定部が、現像剤経時特性を考慮してトナーの帯電量を推定するようにしてもよい。このようにすれば、新しい現像剤に交換してからの累積攪拌時間あるいは累積コピー枚数からキャリアの劣化の程度を求め、キャリアの劣化に応じてトナーの帯電量を補正し、より適切なクリーニング電圧を求めることができる。

あるいは、最暗部画像に対する感光体の表面電位を制御する最暗部電位制御部と、現像バイアス電位を制御する現像電位制御部と、感光体表面のトナーの付着量を測定する付着量測定部とをさらに備え、前記最暗部電位制御部が最暗部画像領域を所定の表面電位に制御し、前記現像電位制御部が現像バイアス電位を所定の電位に制御して前記付着量測定部が前記電圧下で現像される最暗部画像へのトナーの付着量を測定し、前記トナー帯電量推定部が、測定したトナーの付着量をトナー付着量基準値と比較することによりトナーの帯電量を推測するようにしてもよい。このようにすれば、所定の条件で現像された最暗部画像へのトナーの付着量を測定することによってトナーの帯電量を推測することができ、推定したトナーの帯電量から適切なクリーニング電圧を求めることができる。

さらに、前記付着量測定部が、反射型の光センサを備え感光体表面のトナー付着量を測定するようにしてもよい。このようにすれば、反射型の光センサを用いて所定の電圧下で現像される最暗部画像（いわゆるトナーパッチ）の濃度を反射型の光センサを用いる簡便な方法で測定し、測定結果を用いてトナーの帯電量を推測することができる。

さらにまた、トナー付着量の基準値を記憶する基準付着量記憶部をさらに備え、トナー付着量基準値が、前記最暗部電位制御部が最暗部画像を所定の表面電位に制御し、前記現像電位制御部が現像バイアス電位を所定の電位に制御して前記付着量測定部が前記電圧下で現像される最暗部画像へのトナー付着量を測定することによって設定され、基準付着量記憶部が、測定したトナー付着量を記憶するようにしてもよい。このようにすれば、例えば、工場出荷時に新しい現像剤で画質調整を行う際にトナー付着量の基準値を記憶させ、記憶させた基準値を用いて以降のクリーニング電圧の制御を行うことができるので、固定された値を基準値とする場合に比べて装置固有の特性に応じた基準値を得ることができ、より適切なクリーニング電圧を求めることができる。

また、トナー濃度基準値とトナーの帯電量とに応じたクリーニング電圧の関係を示すクリーニング電圧テーブルをさらに備え、クリーニング電圧決定部が、クリーニング電圧テーブルを参照してトナー基準値とトナーの帯電量に応じたクリーニング電圧を決定するようにしてもよい。

また異なる観点から、この発明は、コンピュータを用いて電子写真装置のプロセスを制御する方法であって、２成分現像におけるトナー濃度の目標値をトナー濃度基準値として設定する工程と、トナーの帯電量を推定する工程と、設定したトナー濃度基準値と推定したトナーの帯電量とに基づいて感光体の非画像部の表面電位と現像バイアス電位との差の電圧を決定する工程とを備える方法を提供する。

さらにまた、この発明は、コンピュータを用いて電子写真装置のプロセスを制御する方法であって、２成分現像におけるトナー濃度の目標値をトナー濃度基準値として設定する工程と、感光体の最暗部画像の表面電位を所定の電位に制御する工程と、現像バイアス電位を所定の電位に制御する工程と、最暗部画像へ付着するトナーの付着量を測定する工程と、測定したトナー付着量をトナー付着量基準値と比較することにより、トナーの帯電量を推測する工程と、設定したトナー濃度基準値と推定したトナーの帯電量とに基づいて感光体の非画像部の表面電位と現像バイアス電位との差の電圧を決定する工程とを備える方法を提供する。

以下、図面に示す実施形態に基づいてこの発明をさらに詳述する。なお、これによってこの発明は限定を受けるものではない。
＜電子写真装置の態様＞
図２は、この発明に係る電子写真装置において、感光体ドラムの周囲に配置された電子写真プロセスの各部を模式的に示した説明図である。図２に示す感光体ドラム３の露光はレーザ発光素子４２を用いている。図２で、鎖線で囲まれた枠内はレーザ光学系を構成するレーザ走査ユニット１である。半導体レーザ４２から発射されたレーザビームは、ビームを平行光にするための図示しないコリメータレンズ、シリンドリカルレンズを経て、回転するポリゴンミラー４４の多面体を構成する反射鏡に反射し、スキャンビームとなった後にｆΘレンズ４５、シリンドリカルミラー５５を経て感光体表面に照射される。そして、図示しない感光体駆動モータによって回転駆動される感光体ドラム３の表面上に、感光体の回転軸と平行な方向、即ち主走査方向に走査されたたレーザビームが照射される。

像担持体である感光体ドラム３の周囲には、感光体の表面を帯電させる帯電ステーションとしての帯電ローラ５と帯電ローラ５に帯電のための電圧を印加する帯電電源６１、レーザ光学系を経たレーザビームを感光体表面に照射して画像に対応した静電潜像を形成する露光ステーション、現像器２内に配置されて静電潜像の各像領域の電位に応じて感光体表面にトナーを付着させる現像ローラ２Ａから構成される現像ステーション、現像ローラにバイアス電圧を供給するバイアス電圧印加部としての現像バイアス電源６２、静電潜像に送りタイミングを同期させて感光体ドラム３と同速度で搬送されるシート６０にトナーを転写させるための接触転写部材である転写ローラ６と転写ローラに転写電圧を印加する転写電源６３、転写後の感光体表面に光を照射して感光体の電気抵抗を下げ感光体表面の電荷を放電させる除電ランプ５９、感光体ドラム３の表面に接触するクリーニング部材によって表面に残留する未転写トナー等を除去するクリーナユニット４が配置されている。
転写部で感光体表面からのトナーが転写されたシート６０は、図示しない定着部で加熱されてシート上のトナーが溶融され、トナーがシート６０に定着された後に装置外へ排出される。

現像器２の内部には、現像ローラ２Ａの周面に対向してトナー濃度センサ６５が配置されており、現像ローラ２Ａの表面に沿って搬送され感光体ドラム３の静電潜像を現像する現像剤のトナーとキャリアとの混合比であるトナー濃度を検知する。トナーホッパ６７は、その内部にトナーを収容し、現像によって感光体に付着したトナーに見合う量を供給してトナー濃度を目標の混合比であるトナー濃度基準値に保つようにする。トナーの補給は、図示しないトナー補給モータを駆動することによって表面にスポンジ状の孔を有するトナー供給ローラ６８を回転させ、孔部に入ったトナーを現像器２の内部へ落下させることにより行われる。

また、トナーパッチ濃度センサ７は、現像器２の下流側に設けられた反射型のフォトセンサであり、画像領域が現像器２で現像されることによって感光体の表面に付着したトナーの付着量を、感光体表面からの反射光の強さとして測定するためのセンサである。感光体表面にトナーが付着していないときは、反射光が最も強く、トナーの付着量が多いほど反射光が弱い。トナーパッチ濃度センサ７にはトナーの付着量に応じた電流が流れ、これを電圧に変換してトナー付着量を得ることができる。

＜プロセス制御手段の構成＞
次に、図２の電子写真方式の画像形成装置において、感光体ドラム３の周囲に配置された電子写真プロセスの各部を制御するための各部の機能的な構成について説明する。ただし、図３の画像形成装置も、制御ブロックが、感光体ドラム３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのそれぞれについて存在し、帯電ステーションと露光ステーションに使用する素子が異なるだけで、本願発明の適用は、当業者にとって明らかである。図１は、この発明に係る電子写真装置において、電子写真プロセスの各部の制御に関する機能的なブロックの構成を示すブロック図である。図１に示すように、画像形成開始指示部８０は画像形成制御部８１に画像形成の指示を送るブロックである。画像形成開始指示部８０は、例えば、コピアの場合は操作パネルに設けられたコピースタートキーをユーザーが押下したことを検出するプログラムであってもよい。前記プログラムは、操作部の制御用ＣＰＵによって実行されてもよい。あるいは、ホストからの印字データを受信してプリントデータの印字を開始するプログラムであってもよい。

前記プログラムは、制御用ＣＰＵによって実行されてもよい。画像形成開始指示部８０から画像形成指示を受けた画像形成制御部８１は、画像形成に関係する各ブロック、例えば、画像データ処理部８３、ポリゴンミラー駆動回路８５、感光体駆動モータ制御部３７、帯電電源６１、現像バイアス電源６２、転写電源６３、除電ランプ５９、転写ローラ駆動モータ制御部３７などを制御して画像形成に係る電子写真プロセスを実行する。帯電電源６１、現像バイアス電源６２、転写電源６３、除電ランプ５９は、図２に対応する。また、画像形成制御部８１は、湿度検知部である湿度センサ６４によって湿度を検知する。画像形成制御部８１は、画像形成装置を制御するためプログラムを制御用ＣＰＵが実行することによって実現されてもよい。画像形成部の詳細な構成については、さらに後述する。

画像データ生成部８２は、コピーの場合はスキャナで読み取った画像データを処理して印字すべき画像データを生成するブロックである。プリンタの場合は、ホストから受信した印字データを展開して印字すべき画像データを生成するブロックである。画像データ処理部８３は、画像データ生成部８２で生成された画像データを処理してレーザ発光素子４２を発光させる信号として出力するブロックである。画像データ処理部８３は、画像の階調に対応してレーザ発光素子４２を発光させる強度を画像モードなどの条件に応じて決定する露光階調選択部としての機能を含む。レーザ駆動回路８４は、画像データ処理部８３からのデジタル表現のオン／オフおよび発光強度情報に応じて、レーザ発光素子４２を駆動する。レーザ駆動は、発光強度に応じて駆動電流、即ちレーザパワーを連続的に変化させてもよいが、時分割駆動を行って発光強度に応じたデューティー制御を行い、時間的平均のレーザパワーを制御してもよく、あるいは両者を組み合わせた駆動方式であってもよい。ポリゴンミラー駆動回路８５は、ポリゴンミラー駆動モータ４６を起動／停止させる。感光体駆動モータ制御部３７は、感光体駆動モータ５６の起動／停止および回転速度を制御する。

また、画像形成制御部８１は、帯電電源６１、現像バイアス電源６２、転写電源６３を制御して、それぞれ所定のタイミングでオン／オフすると共に、オン時において、選択された画像モード、経時変化に対する補正あるいは湿度に対する補正などから決定される大きさの電圧を出力させる。

さらに、画像形成制御部８１は、除電ランプ５９を所定のタイミングでオン／オフし、転写ローラ駆動モータ制御部３８は、転写ローラ駆動モータ１３の起動／停止および回転速度を制御する。

＜画像形成制御部の構成＞
画像形成制御部８１の機能の中で、とくにこの発明に関連する部分を内部ブロックとして示している。以下、画像形成制御部８１の内部ブロックについて説明する。
トナー濃度基準値設定部６９は、現像器２内の現像剤のトナー濃度の目標値であるトナー濃度基準値を設定するブロックである。特に、トナーの消費量を変えるモード、いわゆるトナーセーブモードを有し、トナー濃度基準値の切り替えることによってトナーセーブモードを実現する方式の電子写真装置では、使用者によって設定されたトナーセーブモードの状態に応じてトナー濃度基準値設定部６９がトナー濃度基準値を切り替える。

トナー帯電量推定部７１は、トナーの帯電量を推定するブロックである。トナーの帯電量は、いくつかの方法で推定することができる。例えば、トナーの帯電量が環境湿度に大きく依存する特性を有することから、湿度センサ６４で環境湿度を検知した結果から湿度を求め、湿度に応じてトナーの帯電量を推定することができる。湿度検知部７２は、湿度センサの出力から湿度の値を求める。湿度に応じたトナーの帯電量をデータテーブルとして予め準備しておき、トナー帯電量推定部７１が、湿度検知部７２から環境湿度の値を取得し、取得した湿度の値で前記データテーブルを参照してトナー帯電量の推定値を求めることによりトナーの帯電量推定部７１の機能が実現できる。

クリーニング電圧テーブル７８は、トナー濃度基準値とトナーの帯電量とに応じて好ましいクリーニング電圧を与えるデータテーブルである。クリーニング電圧決定部７０は、トナー濃度基準値設定部６９からトナー濃度基準値を取得し、トナー帯電量推定部７１からトナーの帯電量の推定値を取得し、取得したトナー濃度基準値ならびにトナー帯電量の推定値でクリーニング電圧テーブル７８を参照して、クリーニング電圧を取得する。

最暗部電位制御部７６は、画像の最暗部に対応する感光体ドラム３の表面電位を制御する。最暗部画像の表面電位は、帯電電源６１による感光体の帯電電位と、レーザ発光素子４２の発光強度とに依存する。現像電位制御部７１は、現像バイアス電源６２によって現像ローラ２Ａに印加する現像バイアス電位を制御する。

図３は、感光体ドラム３の帯電電位、各画像の階調に対する表面電位および現像バイアス電位の関係を示すグラフである。図３（ａ）は、帯電電源６１の電圧が印加された帯電ローラ５によって感光体ドラム３の表面が帯電し、帯電後の表面電位、即ち帯電電位がＶｇであることを示す。図３に示す例では、Ｖｇの値は−６００Ｖである。レーザ発光素子４２は、画像の濃度に応じた発光強度で感光体ドラム３の表面を露光する。レーザ発光素子４２で露光された部分は、発光強度に応じた表面電位に降下する。図３（ｂ）は、画像の明部から暗部にかけての各階調の表面電位の例を示す。なお、面積階調の手法を用いた場合は、その領域の平均の表面電位である。図３（ｂ）に示すように、非画像領域は帯電電位に等しく、暗部になるにつれて強い発光強度で露光されて表面電位が０Ｖに近づく。最高の発光強度で露光した場合、表面電位は−５０Ｖで飽和する。図３（ｃ）は、現像バイアス電位Ｖｂおよびクリーニング電圧ΔＶを示す。図３（ｃ）の例では、現像バイアス電位Ｖｂは−５００Ｖであり、従って、クリーニング電圧ΔＶは、帯電電位Ｖｇと現像バイアス電位Ｖｂとの差の電圧の−１００Ｖである。差異暗部電位制御部は、帯電電源６１の出力電圧とレーザ駆動回路８４を制御することにより、帯電電位Ｖｇとレーザの発光強度を設定する。現像電位制御部７７は、現像バイアス電源６２を制御して現像バイアス電位Ｖｂを設定する。

現像剤経時特性記憶部７３は、現像器２に新規の現像剤が投入されてからの使用の長さに伴うトナー帯電量の変化の特性を記憶する。現像剤の使用の長さは、例えば、現像剤投入後の累積コピー枚数として表すことができ、累積コピー枚数に対してトナーの帯電量の補正率を与えるものでもよい。あるいは、現像剤の使用の長さを現像剤投入後の累積攪拌時間として表し、累積攪拌時間に対してトナーの帯電量の補正率を与えるものでもよい。

図９は、図１に示す現像剤経時特性記憶部の特性の一例を示すグラフである。図９（ａ）は、累積コピー枚数に対するトナー帯電量補正率の特性を示す。図９（ｂ）は、累積攪拌時間に対するトナー帯電量補正率の特性を示す。図９（ａ）あるいは図９（ｂ）に示すように、トナーの帯電量は使用と共に減少する。

トナー帯電量推定部７１は、トナーの帯電量が使用と共に減少する特性を考慮し、例えば、累積コピー枚数からトナーの帯電量の推定値を補正するようにしてもよい。この場合、前述の手順で湿度に応じたトナー帯電量の推測値を求め、現像剤経時特性記憶部７３を参照して補正率を求め、求めた補正率でトナー帯電量の推測値を補正すればよい。

前述のように、湿度検知部７２と現像剤経時特性記憶部７３の機能を用いてトナーの帯電量を推定する方法がトナーの帯電量を推定する具体的な手法の一例である。図１で湿度検知部７２と現像剤経時特性記憶部７３を破線で囲んでいるのは、両者が、この手法を用いる場合に必要なブロックであることを示すためである。換言すれば、異なる手法でトナー帯電量を推定する場合、両者が不要な場合がある。

トナー帯電量の推定値を求める異なる手法として、最暗部画像の表面電位と現像バイアス電位を所定の値に制御し、この状態で最暗部画像の濃度を与えるトナーパッチを現像してトナーパッチの濃度を測定し、予め記憶された基準値と比較してトナーの帯電量を推測する方法がある。付着量測定部７４は、前述したトナーパッチを作成してそのトナーパッチの濃度を測定するブロックである。付着量測定部７４は、レーザ発光素子４２を発光させて感光体ドラム３にパッチパターンを形成し、パッチパターンが現像器２で現像されてトナーパッチ濃度センサ７を通過するタイミングで出力を読み取って感光体の表面に付着したトナーパッチ濃度を測定する。また、基準付着量記憶部７５は、付着量測定部７４がトナーパッチの濃度を測定するのと同一条件下で基準帯電量ρ₀のトナーのトナーパッチの濃度を測定した場合の濃度Ｉ₀を基準値として記憶するブロックである。基準値は、定数としてＲＯＭに記憶してもよいが、例えば、製造工程の画質調整段階で実際にトナーパッチを作成してトナーパッチの濃度を測定し、記憶するようにしてもよい。基準付着量記憶部７５は、基準のトナーパッチの濃度とともに、基準のトナー帯電量ρ₀が得られた湿度の値を基準付着記憶部７５に記憶するようにする。基準のトナーパッチ濃度を湿度の値と共に記憶すれば、図８（ａ）に示すデータテーブルを参照して記憶した湿度に対するトナー帯電量ρ₀を得ることができ、後述するようにトナーパッチの濃度を測定し、予め記憶された基準値としてのＩ₀とρ₀からトナー帯電量ρを推定することができる。

以上が、トナーの帯電量を推定する手法の異なる一例である。図１で付着量測定部７４と基準付着量記憶部７５を破線で囲んでいるのは、両者が、この手法を用いる場合に必要なブロックであることを示すためである。換言すれば、これとは異なる手法でトナー帯電量を推定する場合、両者が不要な場合がある。

＜画像形成制御部の処理手順＞
次に、画像形成制御部８１のうちのいくつかのブロックが実行する処理の手順について説明する。

図４は、図１に示すトナー帯電量推定部７１が環境湿度と現像剤の累積コピー枚数に基づいてトナー帯電量の推定値を求める処理の一例を示すフローチャートである。図４に示すように、トナー帯電量推定部７１は、湿度検知部７２から湿度の値を取得する（ステップＳ１１）。そして、データテーブルを参照し、ステップＳ１１で取得した湿度の値からトナー帯電量の推定値を取得する（ステップＳ１３）。

図８は、図１に示す画像形成制御部が有するテータテーブルの一例を示す説明図である。図８（ａ）は、湿度に対する帯電量の推定値を与えるデータテーブルの一例である。例えば、トナー濃度基準値が５．０％の場合、データテーブルから得られるトナー帯電量の推測値は１６マイクロ・クーロン／グラム（μＣ／g）である。

続いて、トナー帯電量推定部７１は、現像剤経時特性記憶部７３からその時点の累積コピー枚数に応じたトナー帯電量の補正率を求める（ステップＳ１５）。例えば、図９（ａ）に示すように、累積コピー枚数が２５，０００枚である場合、トナー帯電量補正率の０．８４が得られる。なお、現像剤経時特性記憶部７３が具体的に保持するのはデータテーブルであって、その値を必要に応じて補完し、累積コピー枚数に応じた補正率を求める。

そして、トナー帯電量の推測値に補正率を適用して補正されたトナー帯電量を求める（ステップＳ１７）。前述のトナー帯電量の推測値１６μＣ／gに補正率の０．８４を適用すると、最終的なトナー帯電量の推測値として１３μＣ／gが得られる。

図５は、図１に示すトナー帯電量推定部７１が、トナーパッチの濃度を測定してトナーの帯電値を求める処理の一例を示すフローチャートである。図５に示すように、付着量測定部７４は、最暗部電位制御部７６によって所定の帯電電位Ｖｇ₀とレーザ発光強度の下にトナーパッチを作成し、所定の現像電位Ｖ_b0で現像する。ここで、トナーパッチの表面電位は、図３に示す飽和電位−５０Ｖが得られるような設定である。現像電位Ｖ_b0は、例えば、−３２５Ｖである。Ｖ_b0が通常の画像形成時の現像電位よりも高いので、トナーパッチの濃度は飽和状態になく、ハーフトーンである。そして、付着量測定部７４は、現像したトナーパッチの濃度を測定する（ステップＳ２１）。トナー帯電量推定部７１は、トナーパッチの測定値を、基準付着量記憶部７５に記憶された基準値と比較する。トナー帯電量推定部７１は以下の計算式に基づいてトナー付着量の基準値との差からトナーの帯電量を求める（ステップＳ２３）。

２成分現像で、感光体へのトナー付着量をｍ（ｇ／ｍ²）、トナーの電荷密度をρ（Ｃ／ｍ²）とするとき、ｍとρの間には、以下の関係が成立する。

ここで、Ｖ_bは現像バイアス電位、Ｖ_opは感光体の表面電位、ｎは周速比（現像ローラー周速／感光体周速）、ｔは周速比１．０の時に現像されて感光体表面に付着するトナーの層み（ｍ）、εはトナーの誘電率、Ｃ_pは感光体層の単位面積辺りの静電容量（Ｆ／ｍ²）、Ｃ_tはトナー層の単位面積あたり静電容量（Ｆ／ｍ²）である。

式を整理すると、上の式は形式的に、

となる。ここで、γ、δは係数である。

所定の帯電電圧Ｖ_g0の現像バイアス電位Ｖ_b0で感光体の表面電位が十分飽和するように露光し、トナーの帯電量が基準値ρ₀のときにトナーパッチを現像した場合のトナーの付着量をｍ₀、その後、未知のトナー帯電量のときに同条件下でトナーパッチを現像した場合のトナーの付着量をｍとする。いずれの場合もＶ_b0とＶ_opは一定で、係数γ、δも同じであるので、付着量の差、Δｍは、

で与えられる。前述のように、現像されたトナーパッチの濃度が飽和せずにハーフトーンになる程度に現像バイアス電位Ｖ_b0を選択している。トナーパッチ濃度センサ７で現像したパッチの濃度を測定すると、トナー付着量と測定したトナーパッチ濃度は比例関係が成立する。基準の付着量ｍ₀に対応するトナーパッチ濃度をＩ₀、未知のトナー帯電量の付着量ｍに対応するトナーパッチ濃度をＩとすると、

ただし、Ｉ₁₀₀は、トナー付着のない状態のトナーパッチ濃度センサ７の出力である。
この関係をΔｍの式に代入して整理すると、

となる。ただし、ここでａは定数である。

これより、未知の帯電量ρは、基準のトナー帯電量ρ₀とそれぞれの帯電量のトナーを表面電位Ｖ_op、現像バイアス電位Ｖ_b0のトナーパッチを作成してトナーパッチ濃度センサ７で濃度を測定した値Ｉ、Ｉ₀から求めることができる。

図６は、図１に示すクリーニング電圧決定部７０が、トナー濃度基準値とトナー帯電量の推定値からクリーニング電圧を決定する手順を示すフローチャートである。クリーニング電圧決定部７０は、まずトナー濃度基準値設定部６９が設定したトナー濃度基準値を取得する（ステップＳ３１）。次に、トナー帯電量推定部７１が推定したトナー帯電量を取得する（ステップＳ３３）。そして、クリーニング電圧テーブル７８を参照し、クリーニング電圧ΔＶを得る（ステップＳ３５）。図８（ｂ）は、クリーニング電圧テーブル７８の一例である。図８（ｂ）に示すように、クリーニング電圧テーブル７８を参照することにより、トナー濃度基準値とトナー帯電量の推定値からクリーニング電圧ΔＶを得ることができる。例えば、トナー濃度基準値が５．０％、トナー帯電量の推定値が前述の１３μＣ／gの場合、クリーニング電圧ΔＶとして、２６６Ｖが得られる。以上のようにして、クリーニング電圧を決定することができる。

図７は、図１に示す最暗部電位制御部７６が、クリーニング電圧ΔＶから、帯電電圧Ｖｇを決定する手順を示すフローチャートである。ここで、現像電位Ｖｂは、現像電位制御部７７によって定められているものとする。例えば、電子写真装置が、高濃度部の画像濃度を一定に保つための高濃度補正機能を有する場合、現像電位制御部７７は、所定の画像濃度を与える現像電位Ｖｂを高濃度補正の結果から決定する。図３において、最暗部画像の表面電位と現像バイアス電位との差の電圧Ｖｄｖが最暗部の画像濃度を決定する。表面電位は帯電電位Ｖｇとレーザ発光素子４２の発光強度に依存する。高濃度補正は、帯電電圧Ｖｇと最暗部画像に対するレーザ発光強度を所定の値に保ち、トナーパッチの濃度が基準の濃度になるようなＶｂを決定する。現像電位制御部７７は、このようにして決定された現像バイアス電位Ｖｂを現像ローラ２Ａに印加する。最暗部電位制御部７６は、現像バイアス電位Ｖｂに対して、クリーニング電圧決定部７０が決定したクリーニング電圧ΔＶを満足する帯電電圧Ｖｇ＝Ｖｂ＋ΔＶを求め（ステップＳ４３）、求めた帯電電圧が得られるように帯電ローラ５に印加する帯電電源６１の電圧を制御する（ステップＳ４５）。

この発明に係る電子写真装置において、電子写真プロセスの各部の制御に関する機能的なブロックの構成を示すブロック図である。 この発明に係る電子写真装置において、感光体ドラムの周囲に配置された電子写真プロセスの各部を模式的に示した説明図である。 この発明に係る電子写真装置において、感光体ドラムの帯電電位、各画像の階調に対する表面電位および現像バイアス電位の関係を示すグラフである。 図１に示すトナー帯電量推定部が環境湿度と現像剤の累積コピー枚数に基づいてトナー帯電量の推定値を求める処理の一例を示すフローチャートである。 図１に示すトナー帯電量推定部が、トナーパッチの濃度を測定してトナーの帯電値を求める処理の一例を示すフローチャートである。 図１に示すクリーニング電圧決定部が、トナー濃度基準値とトナー帯電量の推定値からクリーニング電圧を決定する手順を示すフローチャートである。 図１に示す最暗部電位制御部が、クリーニング電圧ΔＶから、帯電電圧Ｖｇを決定する手順を示すフローチャートである。 図１に示す画像形成制御部が有するテータテーブルの一例を示す説明図である。 図１に示す現像剤経時特性記憶部の特性の一例を示すグラフである。

符号の説明

１ レーザ走査ユニット
２Ａ 現像ローラ
２ 現像器
３ 感光体ドラム
４ クリーナユニット
５ 帯電器、帯電ローラ
６ 転写ローラ
７ トナーパッチ濃度センサ
１３ 転写ローラ駆動モータ
３６ エンコーダ
３７ 感光体駆動モータ制御部
３８ 転写ローラ駆動モータ制御部
４２ 半導体レーザ、レーザ発光素子
４４ ポリゴンミラー
４５ ｆΘレンズ
４６ ポリゴンミラー駆動モータ
５５ シリンドリカルミラー
５６ 感光体駆動モータ
５９ 除電ランプ
６０ シート
６１ 帯電電源
６２ 現像バイアス電源
６３ 転写電源
６４ 湿度センサ
６５ トナー濃度センサ
６６ トナー補給モータ
６７ トナーホッパ
６８ トナー供給ローラ
６９ トナー濃度基準値設定部
７０ クリーニング電圧決定部
７１ トナー帯電量推定部
７２ 湿度検知部
７３ 現像剤経時特性記憶部
７４ 付着量測定部
７５ 基準付着量記憶部
７６ 最暗部電位制御部
７７ 現像電位制御部
７８ クリーニング電圧テーブル
８０ 画像形成開始指示部
８１ 画像形成制御部
８２ 画像データ生成部
８３ 画像データ処理部
８４ レーザ駆動回路
８５ ポリゴンミラー駆動回路

Claims (1)

1. ２成分現像におけるトナー濃度の目標値をトナー濃度基準値として設定するトナー濃度基準値設定部と、
   トナーの帯電量を推定するトナー帯電量推定部と、
   設定したトナー濃度基準値と推定したトナーの帯電量とに基づいて感光体の非画像部の表面電位と現像バイアス電位との差の電圧をクリーニング電圧として決定するクリーニング電圧決定部と、
   環境湿度を検知する湿度検知部と、
   現像剤の使用に伴うトナーの帯電量の変化を予め現像剤経時特性として記憶する現像剤経時特性記憶部とを備え、
   前記トナー帯電量推定部は、湿度検知部により検知された湿度の値に基づいてトナーの帯電量を推定し、推測した帯電量を現像剤の使用の長さと前記現像剤経時特性とに基づいて補正し、
   前記クリーニング電圧決定部は、前記トナー濃度基準値と前記トナー帯電量とに応じてクリーニング電圧を決定することを特徴とする電子写真装置。

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