JP4826172B2 - 現像装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンタ等で使用される現像装置に係り、特に現像時の現像バイアスを工夫することで、より高画質画像が得られるようにした現像装置並びにこの現像装置を用いた画像形成装置の改良に関する。

従来、例えば電子写真方式を採用した複写機やプリンタ等の画像形成装置において、トナーとキャリアを含む二成分現像剤を使用して、現像剤の磁気ブラシによって直接感光体を現像するようにした現像方式が知られている。このような現像方式では、現像を継続すると現像剤中のトナー濃度等が変化し、出力画像の画質が変化するようになる。
これに対し、単にトナー濃度の変化を検知してそれに合わせたトナーを補給するようにしても、現像剤自体の流動性や帯電性の経時的な変化等により適正な画質を得ることが困難となる。

また、一般に、高画質を得るためには、現像バイアスとして直流成分に交流成分を重畳させることが知られている。このように現像バイアスに交流成分を重畳することで、ソリッド部（ベタ部）の画像濃度、背景（非画像部）のかぶり、細線再現性、粒状性等が向上する利点がある。そのため、現像装置の使用履歴情報等に合わせて現像バイアスの交流成分の振幅や周波数を変化させることで、画質の維持を図ろうとする方式が提示されている（例えば特許文献１，２参照）。

特許文献１では、入力画像情報、出力画像情報あるいは現像装置の使用環境情報に基づいて現像バイアスの交流成分の周波数を変化させるようにした方式が提示され、この周波数と出力画像の階調性（出力画像の濃度レベル）との関係を予め求めることで、帯電特性変化に応じた周波数変化を行うようにすれば、出力画像の階調性が十分確保された画像を得ることができるとしている。そして、現像装置の使用環境情報としては現像回数、トナーの帯電特性の変化等の使用履歴情報を含むものとしている。
また、特許文献２では、現像回数、現像時間、感光体の帯電特性変化等から現像剤の使用履歴を推定したり、トナーの帯電特性やキャリアの抵抗変化から現像剤の使用履歴を検出して、現像バイアスの交流成分の振幅を変化させることで、現像剤の流動性の経時変化に対する補正が行われる結果、トナーの転写性能を維持することができるとした提案がなされている。

特開平７−３２５４６８号公報（実施例、図３） 特開平１０−１４２９０８号公報（発明の実施の形態、図２）

確かに、上述の方式では、現像バイアスの交流成分を一定に保ったままにする方式に比べ、長期的に階調性や転写性能を維持できるかも知れないが、現像剤自体が変化した場合の現像量（例えば現像剤中のトナーの移動し易さが変化することで実質的な現像量に差異がでる）やバンディング（画像のハーフトーン部に出現する帯状の濃度むら）等と現像バイアスとの関係については何ら考慮されておらず、また、特許文献２に示されるように、現像バイアスの電流変化を検出したとしても、現像剤と感光体との相互に関連する影響を検出したものに過ぎず、現像剤の変化を直接検出するものでもないことから、適正画質の維持に対して不十分となる懸念がある。
通常、現像剤は、使用されるに従い、現像剤中のトナー量の割合が変化したり、トナーやキャリアの変化、更には、現像剤の密集具合等の変化が生じるようになる。したがって、このような現像剤の特性変化を適切に捉え、適正画質を維持することが重要な課題となる。

本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、現像剤の特性を直接検出し、それに合わせて現像バイアスを調整することで、良好な画像を形成する現像装置並びにこの現像装置を用いた画像形成装置を提供するものである。

すなわち、本発明の基本的構成は、図１に示すように、静電潜像が担持される像担持体１に対向して配設され且つトナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤（現像剤）が収容される現像ハウジング２と、現像ハウジング２内にて前記像担持体１とは離間配置されて設けられ且つ像担持体１の静電潜像を現像する現像剤を担持搬送する現像剤担持体３と、像担持体１と現像剤担持体３との間に設けられ且つ像担持体１上の静電潜像を現像するために直流成分に交流成分が重畳された現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段４と、像担持体１と現像剤担持体３との対向部位より現像剤担持体３の回転方向の上流側位置にて当該現像剤担持体３に対向して配置され且つ現像剤担持体３上の現像剤量を規制する規制部材と、現像剤担持体３上の現像剤の体積抵抗を検出する体積抵抗検出手段５と、体積抵抗検出手段５によって検出された現像剤の体積抵抗が予め定めた所定の範囲内にある場合には前記現像バイアスの交流成分を予め定めた基準の値に設定する一方、前記予め定めた所定の範囲を超えた場合には画質評価パラメータが許容範囲に収まるように前記現像バイアスの交流成分を前記基準の値とは異なる値に調整する現像バイアス調整手段６とを備えることを特徴とするものである。

このような技術的手段において、本願に係る現像方式は二成分現像剤（現像剤）を用いるタイプのものであるため、トナーとしては種々の色成分を有するものが使用可能であり、例えば単色の現像装置を用いたモノクロの画像形成装置で用いられる現像方式に適用可能であることは勿論のこと、複数の現像装置を用いた例えばフルカラーの画像形成装置で用いられる現像方式に適用することも可能である。
また、現像剤担持体３は像担持体１と離間配置されていれば、その移動方向は、Ａｇａｉｎｓｔ方向（互いの対向部位で相反する方向に移動する）、Ｗｉｔｈ方向（互いの対向部位で同一方向に移動する）のいずれであっても差し支えない。
更に、像担持体１としては、静電潜像を担持できるものであればよく、その形状はロール状、ベルト状いずれであっても差し支えない。
更にまた、現像剤担持体３は現像剤を担持搬送できるものであればよく、代表的態様としては回転可能な非磁性スリーブとその内部に固定配置される磁石体とで構成される。

本発明における体積抵抗検出手段５は、現像剤の体積抵抗を検出できるものであればよく、その検出部位は特に限定されないが、現像剤が一定の層厚を維持する現像剤担持体３上にて検出する方が好ましく、本発明では、像担持体１と現像剤担持体３との対向部位より現像剤担持体３の回転方向の上流側且つ前記規制部材の配置位置より現像剤担持体３の回転方向の下流側位置にて現像剤担持体３に対向して配置されている。尚、「体積抵抗」としたのは、通常の体積抵抗率ではなく、ある条件下（検出条件下）での現像剤の検出される抵抗値そのもの、若しくはこの抵抗値を基に算出される抵抗値を意味する趣旨である。
また、ここで、体積抵抗の「所定の範囲」とは、体積抵抗によって、かぶりやキャリアかぶり（ＢＣＯ：Bead Carrier Over）等の画像欠陥が発生する領域に至らない範囲を意味する。通常、体積抵抗が高くなりすぎると、かぶり、粒状性、バンディング等によって画像劣化が発生し、一方、体積抵抗が低くなりすぎると、キャリアかぶり、粒状性等による画像劣化が発生するようになる。

更に、体積抵抗検出手段５は、現像剤担持体３上の現像剤に対して接離可能な電極部材５ａを有し、電極部材５ａが現像剤に接触した条件下で現像剤担持体３と電極部材５ａとの間で現像剤の体積抵抗を検出するようにすることが好ましく、本発明では、このような電極部材５ａを用いることで、現像剤が均一な層厚を形成する現像剤担持体３上にて安定した現像剤の体積抵抗が検出されると共に、適宜、現像剤の体積抵抗を検出することができるようになり、現像剤への影響を低減することが可能になる。尚、電極部材５ａの配設位置は、現像剤担持体３と像担持体１との対向部位である現像領域より現像剤の搬送方向上流側にて現像剤担持体３上の現像剤に対して設けられればよい。

また、「画像評価パラメータ」とは、上述のかぶり、キャリアかぶり、粒状性、バンディング、画像濃度、エッジ強調性等を意味し、これらの評価項目は、その内の少なくとも１項目であってもよいが、高画質化を一層図る観点によれば複数の画像評価パラメータを同時に評価することが好ましい。更に、全ての画像評価パラメータにて現像バイアスの交流成分を補正するようにすることが好ましい。

そして、現像バイアス調整手段６は、現像バイアスの交流成分を調整できるものであればよい。また、より良好な画像を得る観点からは、現像バイアス調整手段６は、事前に求められた補正条件に基づいて現像バイアスの交流成分を調整するようにすることが好ましく、例えば補正テーブルに基づいて現像バイアスを調整する態様や演算式に基づいて調整する態様等が挙げられる。尚、事前に求められた補正条件は、同型装置によって求められた現像バイアスの交流成分と画質評価パラメータとの相関関係から、良好な画像を得るために求められた補正条件を意味する。
更に、現像バイアス調整手段６は、現像バイアス交流成分の振幅及び周波数の少なくともいずれか一方を調整することが好ましい。一方のみを調整するようにすれば、現像バイアスの制御も簡略化され、装置自体の簡略化にも有効となる。
そして、現像バイアス調整手段６は、体積抵抗検出手段５によって検出された現像剤の体積抵抗が前記所定の範囲を超えた場合に、当該所定の範囲を上回るときには現像バイアスの交流成分の振幅が前記基準の値より大きくなるように調整し、前記所定の範囲を下回るときには現像バイアスの交流成分の振幅が前記基準の値より小さくなるように調整することが好ましい。また、現像バイアス調整手段６は、体積抵抗検出手段５によって検出された現像剤の体積抵抗が前記所定の範囲を超えた場合に、当該所定の範囲を上回るときには現像バイアスの交流成分の周波数が前記基準の値より低くなるように調整し、前記所定の範囲を下回るときには現像バイアスの交流成分の周波数が前記基準の値より高くなるように調整することが好ましい。

更にまた、本発明は、現像剤中のトナーにて可視像化された画像の画像濃度を検出する画像濃度検出手段と、この画像濃度検出手段からの情報に基づいて現像バイアスの交流成分以外の作像条件を調整する制御手段とを備えることが好ましい。このとき、制御手段による作像条件の調整と、前記現像バイアス調整手段６による現像バイアスの調整とが行われるタイミングは特に限定されず、いずれのタイミングで行われても差し支えないが、
体積抵抗検出手段５によって検出される現像剤の体積抵抗に沿って現像バイアスの交流成分を有効に調整する、更には画像濃度を所望通り一定に保つという観点からは、現像バイアス調整手段６による調整が行われた後、制御手段による作像条件の調整が行われる方が好ましい。

そして、画像濃度検出手段としては、現像によって可視像化された画像の濃度を検出するものであればよく、検出される画像としては、例えば像担持体１上の画像、像担持体１上から記録媒体（中間転写体を含む）上に転写された画像のいずれであってもよい。
また、ここでいう作像条件とは、現像バイアスの交流成分以外の条件であればよく、現像バイアスの直流成分や像担持体１の各種電位条件、更には現像剤補給手段７を備える態様（後述するように）にあっては、この現像剤補給手段７を制御するようにしてもよい。また、画像濃度検出手段からの情報と例えば事前に求めたパラメータテーブルとに基づいてより具体的に作像条件を調整するようにしてもよい。
更に、制御手段は、作像条件一般を調整できるものであればよく、この制御手段に現像バイアス調整手段６を含めるように構成しても差し支えない。

また、本発明は、出力される画像によるトナーの消費を補填するために、現像ハウジング２内に新たな現像剤を補給する現像剤補給手段７を備え、出力された画像の累積情報に基づいて現像剤補給手段７の新たな稼働時間を設定するようにすることが好ましく、この場合、現像剤補給手段７からの現像剤の補給が一層適正化され、出力画像の安定化を図ることができるようになる。
このとき、現像剤補給手段７としては、現像ハウジング２内に新たな現像剤を補給できるように構成されればよく、代表的態様としては、内部に搬送部材を有し、この搬送部材を稼働させることで所定量の現像剤補給を行う態様が挙げられる。そして、この新たに補給される現像剤としては、二成分現像剤の態様とトナーのみの態様とがある。
更に、出力された画像の累積情報は、使用されたトナーの累積が分かるような方式で算出されたものであればよく、例えば出力画像の画像面積率の累積や、トナー濃度の変化分の累積、出力された画像濃度の累積等による方式が挙げられる。

また、本発明は現像装置に限られるものでなく、この現像装置を用いた画像形成装置をも対象とするものであり、この場合、静電潜像を担持する像担持体１と、この像担持体１上の静電潜像を現像する現像装置として、上述の現像装置を用いるようにすればよい。

本発明によれば、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を使用し、直流成分に交流成分が重畳された現像バイアスを用いる現像方式において、体積抵抗検出手段によって検出された現像剤の体積抵抗が、所定の範囲内にあるときには現像バイアスの交流成分を基準の値に設定する一方、所定の範囲を超えたときには画質評価パラメータが許容範囲に収まるように現像バイアスの交流成分を前記基準の値とは異なる値に調整するようにしたので、長期に亘って良好な画質が維持できる現像装置を提供することが可能になる。
特に、体積抵抗検出手段として現像剤担持体上の現像剤に対して接離可能な電極部材を有し、電極部材が現像剤に接触した条件下で電極部材と現像剤担持体との間の現像剤の体積抵抗を検出するようにしたので、現像剤の流れに支障をもたらさず、帯電特性に対する影響を抑えることができる。
また、この現像装置を用いることで、画質の安定した画像形成装置を提供することが可能になる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図２は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態を示す。
同図において、本実施の形態における画像形成装置は、所謂タンデム型のカラー画像形成装置であり、装置本体１０内に例えば電子写真方式にて各色成分（例えばイエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ））トナー像が形成担持される感光体ドラム１１（１１ａ〜１１ｄ）を中間転写ベルト２０上に並列配置したものである。

また、感光体ドラム１１の周囲には、感光体ドラム１１を帯電する帯電ロール等の帯電装置１３、帯電された感光体ドラム１１に静電潜像を形成するＬＥＤアレイ等からなる露光装置１４、感光体ドラム１１上に形成された潜像をトナーにて可視像化する現像装置１２（１２ａ〜１２ｄ）、感光体ドラム１１と中間転写ベルト２０を挟んで対向する位置に設けられて感光体ドラム１１上のトナー像を中間転写ベルト２０上に転写する転写ロール等の一次転写装置１５が配設されている。尚、符号１６は、感光体ドラム１１上の残留トナーを清掃するクリーニングブラシ等からなるクリーニング装置であり、符号１８は、感光体ドラム１１上に形成されたトナー像の画像濃度を測定する、例えば光学的センサからなる濃度センサ、符号１９は、感光体ドラム１１上の感光体電位（帯電電位、露光部電位）を測定する電位センサである。

中間転写ベルト２０は、３個の張架ロール２１〜２３に掛け渡され、例えば張架ロール２２を駆動ロールとして図の矢印方向に循環移動するようになっている。また、この中間転写ベルト２０の感光体ドラム１１ａの上流側に位置する張架ロール２１と対向する位置には、中間転写ベルト２０上の残留トナーを清掃するベルトクリーナ２４が中間転写ベルト２０に対し接離自在に設けられている。

更に、装置本体１０内には、各現像装置１２（１２ａ〜１２ｄ）へ各色トナーを補給するトナー補給ボトル１７（１７ａ〜１７ｄ）が設けられ、図示外の連通路を経由して夫々の現像装置１２へトナーを供給できるようになっている。尚、例えば現像装置１２が装置自体から余剰現像剤を回収排出するような機構を備えるような態様にあっては、トナー補給ボトル１７内のトナーの代わりに適宜キャリアを含む現像剤とするようにしてもよい。
更にまた、本実施の形態では、装置本体１０内に本件の特徴点である現像バイアスの制御等を行うための制御装置５０が設けられている。

そして、本実施の形態では、装置本体１０の下部には、記録材としての用紙Ｓを供給可能にする給紙カセット２５が装置本体１０に対し引き出し可能に設けられている。また、この給紙カセット２５の近傍には、給紙カセット２５から用紙Ｓをピックアップするピックアップロール２６、このピックアップロール２６の下流側に対向配置されるフィードロール２７とリタードロール２８とが設けられ、ピックアップされた用紙Ｓを捌いて一番上の１枚だけが所定の用紙搬送経路に搬送されるようになっている。
また、それらの下流側には、捌かれて搬送された用紙Ｓの位置決め規制を行うレジストロール２９が配設され、更にその下流側には、中間転写ベルト２０上に一次転写されたトナー像を用紙Ｓ上に一括転写する二次転写ロール等の二次転写装置３０が、張架ロール２３をバックアップロールとして配設されている。

更に、この二次転写装置３０の下流側には、用紙Ｓ上に転写されたトナー像を定着する定着装置３２が設けられ、例えば加熱ロール３２ａと加圧ロール３２ｂとで構成されるようになっている。そして、この定着装置３２の下流側で装置本体１０の端部には、定着を終えた用紙Ｓを装置本体１０の筐体表面に設けられた排出トレイ１０ａへ排出する排出ロール３１が設けられている。

本実施の形態における現像装置１２は、図３に示すように、現像ハウジング４１内にトナー及び磁性キャリアが含まれる二成分現像剤を収容し、現像ハウジング４１の開口部には感光体ドラム１１に対向して現像剤を担持する現像ロール４２を備えている。
本実施の形態の現像ロール４２は、回転可能な非磁性の現像スリーブ４２ａと、この現像スリーブ４２ａの内部に固定的に配置され、複数の磁極を有する磁石体４２ｂとを備え、現像スリーブ４２ａは感光体ドラム１１とＡｇａｉｎｓｔ方向に回転するようになっている。また、磁石体４２ｂは、その外周部に複数の磁極（Ｓ２，Ｎ３，Ｓ１，Ｎ１，Ｎ２）を備えており、感光体ドラム１１と対向する位置に磁極Ｓ１を設ける一方、磁極Ｓ２に対向する位置には現像ロール４２上の現像剤量を規制するトリマ４３が設けられている。
このように、本実施の形態では、磁石体４２ｂの磁極Ｎ２がピックアップ磁極、磁極Ｓ２がトリミング磁極、磁極Ｎ３が搬送磁極、磁極Ｓ１が現像磁極、磁極Ｎ１と磁極Ｎ２とで反発磁極（ピックオフ磁極）を形成するようになっている。尚、本実施の形態において、夫々の磁極の配置や数は本形態に限定されるものではなく、適宜選定して差し支えない。

更に、本実施の形態では、現像ロール４２の後方にて現像剤を撹拌搬送並びに帯電すると共に現像ロール４２への現像剤供給を行う一対のオーガー４５（４５ａ，４５ｂ）が、例えばオーガー４５ａをサプライオーガー、オーガー４５ｂをアドミクスオーガーとして設けられている。

ここで一対のオーガー４５を図３の上方から見た断面は、図４のようになる。
サプライオーガー４５ａ及びアドミクスオーガー４５ｂには、図４に示すような羽根が設けられ、サプライオーガー４５ａには現像剤搬送方向Ａに向かってスパイラル状の羽根４５１が略全長に亘って設けられ、一端部には方向の異なる羽根４５２が設けられ、この一端部には、連通口４８を介して後述するトナー補給装置７０から所定量のトナーが補給されるようになっている。
また、アドミクスオーガー４５ｂには現像剤搬送方向Ｂに向かってスパイラル状の羽根４５３が略全長に亘って設けられ、一端部には方向の異なる間隔が狭い羽根４５４が設けられている。
そのため、連通口４８から補給されたトナーは、サプライオーガー４５ａ側の現像剤と混合され、直ちにサプライオーガー４５ａの羽根４５１によって堰き止められてアドミクスオーガー４５ｂ側へ導かれる。そして、アドミクスオーガー４５ｂの回転によって現像剤の混合が促進されながらＢ方向に搬送される。
そして、十分均一に混合された現像剤は、アドミクスオーガー４５ｂの羽根４５４によって堰き止められてサプライオーガー４５ａ側に搬送されるようになる。

本実施の形態では、連通口４８（図４参照）へトナーを供給するトナー補給装置７０は、図５に示すようになっている。
同図において、リザーブタンク７１内には、２本のスパイラル状のコイルオーガー７２，７３を夫々備え、トナーは、これらのコイルオーガー７２，７３によって図の矢印方向に循環搬送されるようになっている。そして、コイルオーガー７２の上流側には、トナー補給ボトル１７（図２参照）からリザーブタンク７１内へトナーが投入されるトナー投入口７４を設けると共に、下流端側のもう一つのコイルオーガー７３側との境界には、リザーブタンク７１から現像ハウジング４１（図３参照）へトナーを供給するための排出部７５が設けられている。この排出部７５には、スパイラル状の羽根を持ったオーガー７６が設けられ、この排出部７５へ供給されたトナーを現像ハウジング４１へと搬送するようになっている。尚、オーガー７６によって搬送された現像剤は、排出部７５の一端７７からトナー搬送経路８０を経由して、現像ハウジング４１（具体的には図４で示す連通口４８に相当）へ至るようになる。

更に、トナー補給装置７０では、２本のコイルオーガー７２，７３及びオーガー７６を駆動するための、例えばモータ及び変速ギア等で構成される駆動装置８１がリザーブタンク７１の外側に設けられ、この駆動装置８１をＯＮ／ＯＦＦすることで、所望のトナーがリザーブタンク７１から現像ハウジング４１側へ供給されるようになっている。

また、図３に示すように、本実施の形態における現像装置１２では、現像スリーブ４２ａに現像バイアス印加手段としてバイアス電源４７が接続され、一端がアース接続された感光体ドラム１１と現像スリーブ４２ａとの間に現像バイアスが印加されるようになっている。
更に、本実施の形態における現像バイアスとしては、直流成分に交流成分が重畳されたもので、交流成分としては正弦波形状が使用されているが、交流波形としては特にこれに限定されず、三角波、矩形波等の各種形状が使用できる。そして、本実施の形態では、このバイアス電源４７は、上述した制御装置５０（図２参照）によって制御されるようになっている。

そして、本実施の形態では、本件の特徴点である現像剤の体積抵抗を検出する体積抵抗検出装置４６が設けられ、その一端は、現像ハウジング４１内のトリマ４３の下流側にて現像ロール４２上の現像剤に接触配置される電極板４６ａに接続され、他端は現像ロール４２（具体的には現像スリーブ４２ａ）と電気的に接続されるようになっている。また、本実施の形態における電極板４６ａは、図示外の駆動装置によって現像ロール４２側に近接配置（少なくとも現像剤と接触する位置）したり、そこからリトラクトしたりするようになっている。
そのため、現像ロール４２上の現像剤の体積抵抗を測定する場合には、電極板４６ａが現像ロール４２側に移動し、現像ロール４２と電極板４６ａとの間の現像剤の体積抵抗を測定し、測定完了後にはリトラクトすることで、現像剤の流れに特に支障をもたらすことがなく、また、現像剤の帯電特性に影響を与えることがないようになっている。尚、本実施の形態では電極板４６ａは平坦な板状で示したが、例えば現像ロール４２の形状に合わせて曲面に形成されていても差し支えない。また、電極板４６ａは現像剤の体積抵抗を測定できる導電性を備えていれば、特にその材料はいずれであってもよい。更に、電極板４６ａへの現像剤の付着を防止するために、表面に離型層等の処理を行うことも可能である。

このとき、電極板４６ａのサイズは不変であることから、現像ロール４２上の現像剤の層厚（電極板４６ａが現像ロール４２に近接する位置にて求まる）を一定とすると、求める現像剤の体積抵抗は電極板４６ａと現像ロール４２間で測定される抵抗分に比例することになる。そのため、現像剤の体積抵抗としては、正確な体積抵抗値を算出する必要はなく、本実施の形態のような方法にて測定される値で有効となる。尚、本実施の形態では、現像剤層での電界強度が約１０^３．８Ｖ／ｃｍ程度となるように条件設定されている。

ここで、本実施の形態における現像装置１２並びに制御装置５０の周りの回路ブロックを示すと、図６のように表される。尚、ここでは簡略化のため、１色の現像装置１２のみを示している。同図において、制御装置５０には、体積抵抗検出装置４６からの現像ロール４２上の現像剤の体積抵抗情報、濃度センサ１８からの感光体ドラム１１上に形成されたパッチパターンの濃度の情報、電位センサ１９からの感光体ドラム１１上の電位情報（帯電電位ＶＨ、露光部電位ＶＬ）が入力される。
一方、制御装置５０からは、現像バイアスを供給するバイアス電源４７の交流成分を補正する補正制御と、現像装置１２内へトナーを補給するトナー補給装置７０の駆動装置８１（図５参照）をドライブするモータ駆動回路６１の制御、感光体ドラム１１の帯電電位ＶＨを供給する帯電装置１３に高圧電位を付与する高圧発生回路６２、感光体ドラム１１上に潜像を供給する露光装置１４をドライブする露光装置駆動回路６３に画像信号（画像形成のための信号）や画像濃度をチェックするためのパッチパターン信号の供給制御を行うようになっている。

一方、上述した回路ブロックについて、更に詳細に制御装置５０を中心にした制御ブロックで示すと、図７に示すようになる。
同図において、本実施の形態における制御装置５０は、内部に事前に同型装置によって適正画質を維持するための現像剤の体積抵抗と現像バイアスの交流成分との関係から求めたテーブル値が格納された補正テーブル５１、感光体ドラム１１上の適正画質を維持するための作像条件（現像バイアスの交流成分を除く）が格納されたパラメータテーブル５２、トナー補給装置７０の稼働時間や入力される画像密度等を計数するカウンタ５３等の記憶部を有し、入力情報と記憶部の情報とに基づいて、例えばＣＰＵにて演算処理が行われるようになっている。
制御装置５０の入力情報としては、体積抵抗検出装置４６からの現像剤の体積抵抗ＲＶ５４、感光体ドラム１１側の濃度センサ１８からの画像濃度５５、電位センサ１９からの感光体電位５６、トナー補給装置７０の稼働時間（ディスペンス時間）５７、入力画像密度等の画像入力情報５８等が挙げられる。
これらの情報を基に制御装置５０内で演算処理を行い、現像バイアス、感光体電位、ディスペンス時間Ｄｔの設定等が行われるようになっている。
ここで、現像バイアスには、直流成分ＶＤＣと交流成分（振幅、周波数含む）とがあり、いずれも制御装置５０にて制御されるようになっている。また、感光体電位には帯電電位ＶＨと露光部電位ＶＬとがあり、これらの値から適正な現像バイアスの直流成分ＶＤＣが算出される。

また、本実施の形態では、画像入力情報５８から適正なトナー補給量を求め、所要のディスペンス時間を算出して制御するトナー補給制御（ＩＣＤＣ：Image Coverage Dispense Control）を行うようになっており、ディスペンス時間５７や画像入力情報５８からの入力データをカウンタ５３にて計数することで、次のディスペンス時間の設定を行うようにしている。

次に、本実施の形態における現像装置１２の作動について、図３を基に説明する。
アドミクスオーガー４５ｂとサプライオーガー４５ａによって帯電された現像剤は、サプライオーガー４５ａから現像ロール４２の磁石体４２ｂのピックアップ磁極Ｎ２によって現像ロール４２上に供給される。現像ロール４２上に供給された現像剤は、現像ロール４２の現像スリーブ４２ａに吸着されて搬送され、トリマ４３を通過した現像剤は所定の量に調整され、感光体ドラム１１と対向する現像域に達する。現像域では、現像磁極Ｓ１によって十分有効に穂立ちがなされると共に、バイアス電源４７による現像バイアスによって、現像剤中のトナーが感光体ドラム１１上の潜像（画像部）に付着してトナー像として可視像化（現像）する。
現像域を通過した現像剤は、そのまま現像スリーブ４２ａの回転に沿って担持搬送され、ピックオフ磁極Ｎ１，Ｎ２の反発磁界によって現像スリーブ４２ａから回収され、サプライオーガー４５ａ側に戻るようになる。

このような現像装置１２の作動にあって、本実施の形態における制御フローについて図８に基づいて詳細に説明する。
今、現像バイアスの交流成分の振幅のみを可変する場合の事例を説明すると、以下のようになる。尚、ここで、Ｖｐｐは交流成分の振幅、Ｖｐｐ’は交流成分の実際の出力値、ＴＣはトナー濃度、Ｄｔは出力１枚当たりのディスペンス時間、Ｘｅｒｏパラメータは各種作像条件のうち現像バイアスの交流成分を除いたパラメータとなっている。

装置の電源が投入されると、Ｖｐｐ’、Ｘｅｒｏパラメータ、Ｄｔのセットアップが開始される（例えばステップＳ１）。そして、現像剤の体積抵抗ＲＶの検出がなされると、この得られたＲＶが下限値ＲＶｍｉｎと上限値ＲＶｍａｘの範囲内にあるかどうかの判定がなされる。このとき、ＲＶの上限値及び下限値は、出力される画質とＲＶとの関係から算出されたもので、現像バイアスをそのままにしていると、上限値を超えると画像評価パラ−メータの内、特にかぶり、粒状性、バンディングが悪くなり、一方、下限値を下回るとキャリアかぶり、粒状性が悪く、現像剤の劣化も生じるようになる（例えばステップＳ２〜Ｓ４）。

そして、判定された結果、ＲＶが範囲内であれば、Ｖｐｐ’を標準のＶｐｐに設定（事前に標準になっていればそのままを継続する）し、仮に所定の範囲を超えた場合にはＲＶに応じたＶｐｐの補正テーブルに基づいて補正係数ｒが算出される（例えばステップＳ５〜Ｓ８）。

次に、感光体ドラム上に濃度測定用の濃度測定パッチを出力して、濃度センサによるパッチ濃度の測定を行った後、この測定結果に基づいてＸｅｒｏパラメータ算出テーブル（パラメータテーブル）から適正な感光体電位（ＶＨ，ＶＬ）や現像バイアスの直流成分ＶＤＣを算出する（例えばステップＳ９〜Ｓ１２）。

その後、カウンタによって行われる入力面積率カウンタ積算値Ｃに基づいてトナーのディスペンス時間Ｄｔを算出する（例えばステップＳ１３，Ｓ１４）。このとき、Ｃ値としては、前回のセットアップ終了後のプリントにおいて、入力された画像の画像面積率の積算値（画像サイズと平均面積率とプリント枚数との積に比例する）となっている。
そして、入力面積率カウンタ積算値Ｃの初期化を行い、セットアップを終了する（例えばステップＳ１５，Ｓ１６）。

本実施の形態では、以上のようなフローを電源投入時、あるいは前回のセットアップ終了からの累積プリントが規定の値に達した場合に実施することで、現像剤の体積抵抗が既定範囲を超えても現像バイアスの交流成分が補正されるようになり、画質の維持を図ることが可能になる。また、このようなフローを各色について行うことで、カラー画質の向上がなされるようになる。
更に、本実施の形態では、現像バイアスの交流成分の振幅を変化させるようにしたが、交流成分の周波数を変化させるようにしても同様の効果が得られるようになるし、また、振幅と周波数を同時に変更するようにしてもよい。
更にまた、本実施の形態では、入力面積率カウンタ積算値Ｃによるトナーディスペンス時間Ｄｔの算出（図８のステップＳ１３，Ｓ１４参照）をセットアップサイクルの最後に行う例を示したが、この順番は特にこの順番に限定されず、他の順番で行うようにしても差し支えない。

以上のように、本実施の形態では、現像剤の変化に対して、測定した現像剤の体積抵抗情報を基に、現像バイアスの交流成分を適宜変化させるようにしたので、現像剤の変化による画質劣化を未然に防ぐことが可能になり、長期に亘って安定した画質を得ることができるようになる。
尚、本実施の形態においては、体積抵抗検出装置４６を制御装置５０とは別に設けたが、体積抵抗検出装置４６を制御装置５０と一体的に設けるようにしても差し支えない。

本実施例は、上述した実施の形態の画像形成装置にてモノクロ画像による評価を行い、プリントを繰り返したときの適正画像が得られる振幅（現像バイアスの交流成分の振幅）と現像剤の体積抵抗との関係を確認したものである。その後、求めた関係をテーブルにして、体積抵抗に対する振幅調整を可能にした装置にて、効果の確認を行った。尚、具体的条件は次によった。

〔１〕使用した現像剤
平均粒子径（ｄ５０）６μｍの重合トナーとフッ素系樹脂がコーティング処理されたフェライト粒子のキャリアとの混合粉を使用した。また、初期のＲＶは１０^１０Ω・ｃｍとなるように調整した。
〔２〕調整方法
上述の現像剤を使用し、入力画像の画像面積率を変えた絵柄を使った２０ｋＰＶ（２０ｋプリント）のランニングを行い、Ｖｐｐの補正テーブルを求めた。
スタート時、現像バイアスの交流成分の振幅Ｖｐｐを６００Ｖ、周波数を９ｋＨｚとした。また、非画像部電位（背景部の感光体電位）と現像バイアスの直流成分ＶＤＣとのコントラストを１２０Ｖ、ソリッド画像部電位（ベタ部の感光体電位）と現像バイアスの直流成分とのコントラストを３００Ｖに設定した。

このとき、出力される画像について、現像バイアスの交流成分の振幅を変化させて、主観評価にて適正画質が維持される条件を求めた。尚、適正画質を選定する画像評価パラメータとしては、次の項目とした。
（ａ）粒状性：中間調部分での粒状性による影響度合いを評価した。粒状性が悪くなると、特に中間調で粗い画質が目立つようになる。
（ｂ）画像濃度：ベタ部分の画像濃度を評価した。
（ｃ）かぶり：背景部分へのトナーかぶりの程度を評価した。
（ｄ）ＢＣＯ：背景部分、高濃度部分へのキャリアの転写による影響度合いを評価した。キャリアの転写が顕著になると、画質が大きく劣化するようになる。
（ｅ）エッジ強調性：面積率５０％の中間調画像（３×３ｃｍ）の中央に、面積率１００％のベタ画像（１×１ｃｍ）を形成したときの画像濃度を評価した。エッジの強調性が高くなり過ぎると、ベタ部分周辺の中間調の濃度低下が顕著になり画質が劣化する。
（ｆ）バンディング：中間調に現れる現像ロールの周期的な濃度変動の影響を評価した。

以上のような条件にて、２０ｋＰＶの出力を行い、Ｖｐｐの補正テーブルを求めたところ、ＲＶｍａｘをΔｌｏｇＲＶ（＝ｌｏｇＲＶ−ｌｏｇＲＶｍａｘ）だけ超えた場合やΔｌｏｇＲＶだけ下回った場合には、次のような補正係数ｒを用いて、Ｖｐｐ’として、Ｖｐｐ’＝ｒ×Ｖｐｐを使用するようにすればよいことが分かった。
ＲＶｍａｘを超えたときには、ｒとして、ｒ＝１＋ｋ１×ΔｌｏｇＲＶによる値を使用するようにすればよく、一方、ＲＶｍｉｎを下回ったときには、ｒとして、ｒ＝１−ｋ２×ΔｌｏｇＲＶによる値を使用するようにすればよい。ここで、ｋ１，ｋ２は比例定数である。
また、体積抵抗の上下限値は、ＲＶｍａｘを１０^１１Ω・ｃｍ、ＲＶｍｉｎを１０^９Ω・ｃｍとすればよいことが判明した。

次に、求めた補正計数の有効性を確認するために、上述した比例定数のうち、ｋ１を０．２、ｋ２を０．１として、現像剤のＲＶとＶｐｐとの関係を記した補正テーブルを作成し、３台の装置の制御装置（例えば図２の制御装置５０に相当）に格納し、上述の条件と同様の評価を行った。このとき、現像バイアスの交流成分の調整は、装置の制御装置側から自動的に行うようにした。また、このとき、セットアップサイクルや、１枚当たりのディスペンス時間は次のようにした。
（Ａ）セットアップサイクル：電源投入時、前回のセットアップ終了からの累積プリント数が３０枚を超えた後のジョブ開始時に実施した。尚、濃度セットアップはインターイメージの間に行い、電位セットアップは定着装置ＯＦＦのときに行った。
（Ｂ）１枚当たりのディスペンス時間Ｄｔ：基準面積率のチャートでのトナー消費量から、実際の画像の面積率と画像サイズを考慮して得られる値（具体的には、上述のトナー消費量と面積率の比と画像サイズの比とをかけ算した値）に、トナー濃度センサの出力値に応じた補正を加えた値で、実トナー消費量に相当するトナーを補給するのに必要なディスペンス時間。

３台の装置の出力画像を適宜確認したところ、画像濃度や色味が変わらずに、粒状性の悪化もなく、また、かぶりやキャリアかぶりのない良好な画質が維持できることが確認された。
また、比較のために、Ｖｐｐを一定に保って同様の確認を行ったところ、画像濃度や色味は大きく変化しなかったが、初期から１０００枚（１ｋＰＶ）までと１０ｋＰＶを超えたところで粒状性の悪化が見受けられた。更に、初期から５００枚まではかぶりを生じることが確認された。尚、これらはスタート時から数１０枚程度は問題がなかったが、その後発生するようになった。

このことは、スタート時から例えば数枚程度の出力がなされると、セットアップサイクルにてトナー補給量が見直され、現像剤の体積抵抗の急激な増加が生じる。このとき、実施例では、体積抵抗の変化に合わせて、現像バイアスの交流成分の振幅を調整するようにして良好な画質が維持できるようになっているが、比較例では、体積抵抗の急激な変化に対してセットアップがなされると、追随できず、そのまま画質に影響するようになることによるものと推定される。
また、出力枚数を重ねた後は、現像剤の体積抵抗は徐々に変化し、所定の範囲を超えるようになることから、比較例の場合には、良好な画質を維持することが困難となる。

更に、高温高湿環境下にて、上述と同様の評価を行ったところ、実施例の条件では問題の発生は確認されなかったが、比較例では、１５ｋＰＶを超えるとキャリアかぶりの発生も確認された。

更にまた、現像バイアスの交流成分の周波数による調整についても検討したところ、Ｖｐｐ’として、Ｖｐｐ／ｒを使用するようにすれば、振幅のときと同様の効果が得られることが確認された。
以上のことから、本件の有効性が理解される。そして、現像バイアスの交流成分の振幅及び周波数を同時に調整するようにしても差し支えない。
本実施例では、画質評価を詳細に行うために、モノクロ画像について評価確認したが、カラー画像についても夫々の現像バイアスを上述のように制御することで、良好な画質が維持されることは云うまでもない。

本発明に係る現像装置の概要を示す説明図である。 本発明が適用された画像形成装置の実施の形態を示す説明図である。 実施の形態の現像装置を示す説明図である。 実施の形態における現像ハウジング内のオーガーを示す説明図である。 実施の形態のトナー補給装置を示す説明図である。 実施の形態の回路ブロックを示す説明図である。 実施の形態の制御ブロックを示す説明図である。 実施の形態の制御フローを示す説明図である。

符号の説明

１…像担持体，２…現像ハウジング，３…現像剤担持体，４…現像バイアス印加手段，５…体積抵抗検出手段，５ａ…電極部材，６…現像バイアス調整手段，７…現像剤補給手段

Claims (8)

1. 静電潜像が担持される像担持体に対向して配設され且つトナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤が収容される現像ハウジングと、
   現像ハウジング内にて前記像担持体とは離間配置されて設けられ且つ像担持体の静電潜像を現像する現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、
   像担持体と現像剤担持体との間に設けられ且つ像担持体上の静電潜像を現像するために直流成分に交流成分が重畳された現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段と、
   像担持体と現像剤担持体との対向部位より現像剤担持体の回転方向の上流側位置にて当該現像剤担持体に対向して配置され且つ現像剤担持体上の現像剤量を規制する規制部材と、
   像担持体と現像剤担持体との対向部位より現像剤担持体の回転方向の上流側且つ前記規制部材の配置位置より現像剤担持体の回転方向の下流側位置にて現像剤担持体に対向して配置され、当該現像剤担持体上の現像剤に対して接離可能な電極部材を有し、当該電極部材が現像剤に接触した条件下で電極部材と現像剤担持体との間の現像剤の体積抵抗を検出する体積抵抗検出手段と、
   体積抵抗検出手段によって検出された現像剤の体積抵抗が予め定めた所定の範囲内にある場合には前記現像バイアスの交流成分を予め定めた基準の値に設定する一方、予め定めた所定の範囲を超えた場合には画質評価パラメータが許容範囲に収まるように前記現像バイアスの交流成分を前記基準の値とは異なる値に調整する現像バイアス調整手段とを備えることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１記載の現像装置において、
   現像バイアス調整手段は、前記体積抵抗検出手段によって検出された現像剤の体積抵抗が前記予め定めた所定の範囲を超えた場合には現像バイアス交流成分の振幅及び周波数の少なくともいずれか一方を調整することを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２に記載の現像装置において、
   現像バイアス調整手段は、前記体積抵抗検出手段によって検出された現像剤の体積抵抗が前記所定の範囲を超えた場合に、当該所定の範囲を上回るときには前記現像バイアスの交流成分の振幅が前記基準の値より大きくなるように調整し、前記所定の範囲を下回るときには前記現像バイアスの交流成分の振幅が前記基準の値より小さくなるように調整することを特徴とする現像装置。
4. 請求項１又は２に記載の現像装置において、
   現像バイアス調整手段は、前記体積抵抗検出手段によって検出された現像剤の体積抵抗が前記所定の範囲を超えた場合に、当該所定の範囲を上回るときには前記現像バイアスの交流成分の周波数が前記基準の値より低くなるように調整し、前記所定の範囲を下回るときには前記現像バイアスの交流成分の周波数が前記基準の値より高くなるように調整することを特徴とする現像装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の現像装置において、
   現像バイアス調整手段は、事前に求められた補正条件に基づいて現像バイアスの交流成分を調整することを特徴とする現像装置。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載の現像装置において、
   更に、現像剤中のトナーにて可視像化された画像の濃度を検出する画像濃度検出手段と、
   この画像濃度検出手段からの画像濃度情報に基づいて現像バイアスの交流成分を除く予め定めた現像条件を調整する制御手段とを備えることを特徴とする現像装置。
7. 請求項１乃至４のいずれかに記載の現像装置において、
   予め決められた稼働時間が設定され且つ現像ハウジング内に新たな現像剤を補給する現像剤補給手段を備え、
   出力された画像の累積情報に基づいて現像剤補給手段の新たな稼働時間を設定することを特徴とする現像装置。
8. 静電潜像を担持する像担持体と、
   この像担持体上の静電潜像を可視像化する請求項１乃至７のいずれかに記載の現像装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。

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