JP5871770B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアとトナーとから成る二成分現像剤を使用し、トナー担持体に帯電したトナーのみを保持させて像担持体上の静電潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真プロセスを用いた画像形成装置における乾式トナーを用いた現像方式としては、キャリアを用いない一成分現像方式と、磁性キャリア（以下、単にキャリアともいう）を用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、現像ローラー上に形成されたトナー及びキャリアから成る磁気ブラシにより感光体上の静電潜像を現像する二成分現像方式とが知られている。

一成分現像方式は、磁気ブラシによって像担持体上の静電潜像が乱されることがなく高画質化に適している反面、規制ブレードにトナーが付着し、層形成が不均一になって画像欠陥をきたすことがあった。

また、色重ねを行うカラー印刷の場合、カラートナーに透過性が要求されるため、非磁性トナーである必要がある。そこで、フルカラー画像形成装置においてはキャリアを用いてトナーを帯電及び搬送する二成分現像方式を採用する場合が多い。

ところで、画像形成装置の使用環境や使用条件、感光体の表面状態等によって、出力画像の余白部にトナーが飛翔して付着する、いわゆる「カブリ画像」が発生するという不具合がある。カブリ画像の発生する原因としては、感光体の表面電位のばらつきやトナーの帯電量不足等が挙げられる。

そこで、カブリの発生レベルを検出するとともに、検出結果に基づいてカブリを抑制する方向にプロセスパラメーターを制御する方法が種々提案されており、例えば特許文献１には、感光体素地のカブリレベルを検出する光学センサーの検出結果に基づいて現像バイアス電圧の制御を行う画像形成装置が開示されている。

一方、近年の高画質化の要求に伴い、感光体と現像ローラーとの間隔（Ｄ−Ｓ間ギャップ）を狭くする傾向にある。Ｄ−Ｓ間ギャップは、現像ローラーの回転軸の両端に設けられたギャップコロを感光体の非画像領域に当接させることで一定に保持されるが、現像ローラー自体が部品公差により偏芯している場合は現像ローラーの回転によってＤ−Ｓ間ギャップに周期的なバラツキが生じる。その結果、Ｄ−Ｓ間ギャップが狭くなった部分でトナーが飛翔し易くなり、感光体上に部分的なカブリ画像が発生する。

そこで、特許文献２には、非画像形成時に基準画像を作成して基準画像の周期的な濃度変化を検知し、検知結果に基づいて現像バイアスの交流成分の周波数やピークツーピーク値を変化させることで、現像間隔フレに起因する周期的な現像濃淡むらを防止する画像形成装置が開示されている。

特開平５−３４１６０９号公報 特開２００８−１５８１６４号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、感光体表面に形成されたトナーパッチの濃度と、感光体素地の濃度との比からカブリレベルを検出するため、カブリが画像領域内で部分的に発生している場合はカブリレベルを正確に検出できない。また、カブリレベルの検出結果に基づいて現像バイアス電圧を制御することでカブリを抑制することが提案されているが、現像バイアス電圧を変化させると現像性も変化するため、カブリの発生しない領域における画像濃度等が変化してしまい、良好な画像を得ることができなかった。

また、特許文献２の方法では、基準画像の周期的な濃淡むらを検知することで、画像領域内で部分的に発生しているカブリも検知可能であるが、特許文献１と同様に現像バイアスを変化させてカブリを抑制するため、カブリの発生しない領域において画像濃度不良が発生するおそれがあった。

本発明は、上記問題点に鑑み、像担持体の周方向における部分的なカブリ画像の発生を抑制するとともに、カブリ画像の発生していない部分の画像濃度も維持可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、静電潜像が形成される像担持体と、該像担持体の表面を帯電させる帯電装置と、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用いて前記像担持体上に形成された静電潜像をトナー像に現像する現像装置と、前記像担持体上に形成されたトナー像の濃度を検知する濃度検知手段と、該濃度検知手段の検知結果に基づいて前記帯電装置に印加する帯電バイアスを制御する制御手段と、を備え、前記像担持体上にカブリの発生し易い印字条件で基準画像を前記像担持体の１周分以上の範囲に形成し、前記濃度検知手段により検知された基準画像の濃度に基づいて前記像担持体の周方向におけるカブリ濃度分布を検出する工程と、検出されたカブリ濃度分布に基づいて、前記像担持体の周方向における濃度分布を均一化する前記像担持体の表面電位パターンを作成する工程と、前記像担持体の表面電位が作成された表面電位パターンとなるように、前記帯電装置に印加する帯電バイアスを調整する工程と、を有するカブリ補正モードを実行可能とした画像形成装置である。

本発明の第１の構成によれば、カブリの発生し易い印字条件で基準画像を像担持体の１周分以上の範囲に形成し、濃度検知手段により検知された基準画像の濃度に基づいて像担持体の周方向におけるカブリ濃度分布を検出する工程と、検出されたカブリ濃度分布に基づいて像担持体の周方向における濃度分布を均一化する像担持体の表面電位パターンを作成する工程と、像担持体の表面電位が作成された表面電位パターンとなるように、帯電装置に印加する帯電バイアスを調整する工程と、を有するカブリ補正モードを実行することで、像担持体上のカブリの発生し易い領域では像担持体へのトナーの飛翔を抑制してカブリの発生を抑制するとともに、カブリの発生し難い領域における画像濃度も維持できるため、カブリ画像及び画像濃度不良の両方を効果的に抑制できる画像形成装置となる。

本発明の画像形成装置の一例であるカラープリンター１００の全体構成を示す概略図 図１におけるカラープリンター１００の中間転写ベルト８周辺の構成を示す側面断面図 カラープリンター１００に搭載される現像装置３ａの構成を示す側面断面図 現像ローラー２３及び磁気ローラー２２に印加されるバイアス波形の一例を示す図 カラープリンター１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図 カラープリンター１００におけるカブリ補正モードの実行手順を示すフローチャート カブリ濃度分布の検出に用いられる基準画像Ｔの一例を示す図（図７（ａ））、及び、図７（ａ）の基準画像Ｔに基づいて検出されたカブリ濃度分布及び表面電位パターンを示すグラフ（図７（ｂ））

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラープリンターについて示している。カラープリンター１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、さらに駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、二次転写ローラー９において転写紙Ｐ上に一度に転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、カラープリンター１００本体下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａ及びレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。また、二次転写ローラー９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのブレード状のベルトクリーナー１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

ユーザーにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラー１０と、下流側の駆動ローラー１１とを含む複数の張架ローラーに掛け渡されており、駆動モーター（図示せず）による駆動ローラー１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラー９へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラー対１３により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した転写紙Ｐの一部を一旦排出ローラー対１５から装置外部にまで突出させる。その後、転写紙Ｐは排出ローラー対１５を逆回転させることにより分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態でレジストローラー対１２ｂに再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラー９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出ローラー対１５を介して排出トレイ１７に排出される。

図２は、図１に示すカラープリンター１００の中間転写ベルト８周辺の構成を示す側面断面図である。図１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。なお、図２では帯電器２ａ〜２ｄ、クリーニング部５ａ〜５ｄは記載を省略している。

各感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転方向において現像ユニット３ａ〜３ｄの下流側且つ転写ローラー６ａ〜６ｄの上流側には濃度検知センサー４０ａ〜４０ｄが配置されている。濃度検知センサー４０としては、一般にＬＥＤ等から成る発光素子と、フォトダイオード等から成る受光素子を備えた光学センサーが用いられる。感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー付着量を測定する際、発光素子から感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成された各基準画像に対し測定光を照射すると、測定光はトナーによって反射される光、及びドラム表面によって反射される光として受光素子に入射する。

トナーの付着量が多い場合には、ドラム表面からの反射光がトナーによって遮光されるので、受光素子の受光量が減少する。一方、トナーの付着量が少ない場合には、逆にドラム表面からの反射光が多くなる結果、受光素子の受光量が増大する。従って、受光した反射光量に基づく受光信号の出力値により各色の基準画像の濃度を検知し、予め定められた基準濃度と比較して現像バイアスの特性値などを調整することにより、各色について濃度補正が行われる。

なお、濃度検知センサー４０ａ〜４０ｄは感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の基準画像を検知可能な他の位置に配置しても良いが、例えば転写ローラー６ａ〜６ｄよりも下流側に配置した場合、現像装置３ａ〜３ｄにより基準画像が形成されてから濃度検知が行われるまでの時間が長くなり、さらに基準画像が中間転写ベルト８と接触することにより基準画像の表面状態が変化するおそれもある。そのため、図２のように現像装置３ａ〜３ｄよりも下流側且つ中間転写ベルト８の接触位置よりも上流側に配置することが好ましい。

図３は、カラープリンター１００に搭載される現像装置３ａの構成を示す側面断面図である。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａについて説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。

図３に示すように、現像装置３ａは、二成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃに区画され、第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃには図示しないトナーコンテナから供給されるトナー（正帯電トナー）をキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂが回転可能に配設されている。

そして、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向に搬送され、仕切壁２０ａの両端に形成された現像剤通過路（図示せず）を介して第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ間を循環する。図示の例では、現像容器２０は左斜め上方に延在しており、現像容器２０内において第２攪拌スクリュー２１ｂの上方には磁気ローラー２２が配置され、磁気ローラー２２の左斜め上方には現像ローラー２３が対向配置されている。そして、現像ローラー２３は現像容器２０の開口側（図３の左側）において感光体ドラム１ａに対向しており、磁気ローラー２２及び現像ローラー２３は図中時計回り方向に回転する。

なお、現像容器２０には、第１攪拌スクリュー２１ａと対面してトナー濃度センサー（図示せず）が配置されており、トナー濃度センサーで検知されるトナー濃度に応じて補給装置（図示せず）からトナー補給口２０ｄを介して現像容器２０内にトナーが補給される。

磁気ローラー２２は、非磁性の回転スリーブ２２ａと、回転スリーブ２２ａに内包される複数の磁極を有する固定マグネット体２２ｂで構成されている。本実施形態では、固定マグネット体２２ｂの磁極は、主極３５、規制極（穂切り用磁極）３６、搬送極３７、剥離極３８、及び汲上極３９の５極構成である。磁気ローラー２２と現像ローラー２３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向している。

また、現像容器２０には穂切りブレード２５が磁気ローラー２２の長手方向（図３の紙面と垂直な方向）に沿って取り付けられており、穂切りブレード２５は、磁気ローラー２２の回転方向（図３の時計回り方向）において、現像ローラー２３と磁気ローラー２２との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード２５の先端部と磁気ローラー２２表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

現像ローラー２３は、非磁性の現像スリーブ２３ａと、現像スリーブ２３ａ内に固定された現像ローラー側磁極２３ｂで構成されている。現像ローラー側磁極２３ｂは、固定マグネット体２２ｂの対向する磁極（主極）３５と異極性である。

現像ローラー２３及び磁気ローラー２２には、バイアス制御回路４１を介して現像バイアス電源４３（いずれも図５参照）が接続されている。現像ローラー２３には、直流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）という）が印加され、磁気ローラー２２には、直流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＡＣ）という）が印加される。

前述のように、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器２０内を循環してトナーを帯電させ、第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が磁気ローラー２２に搬送される。穂切りブレード２５には固定マグネット体２２ｂの規制極３６が対向するため、穂切りブレード２５として非磁性体或いは規制極３６と異なる極性の磁性体を用いることにより、穂切りブレード２５の先端と回転スリーブ２２ａとの隙間に引き合う方向の磁界が発生する。

この磁界により、穂切りブレード２５と回転スリーブ２２ａとの間に磁気ブラシが形成される。そして、磁気ローラー２２上の磁気ブラシは穂切りブレード２５によって層厚規制された後、現像ローラー２３に対向する位置に移動すると、固定マグネット体２２ｂの主極３５及び現像ローラー側磁極２３ｂにより引き合う磁界が付与されるため、磁気ブラシは現像ローラー２３表面に接触する。そして、磁気ローラー２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）と現像ローラー２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）との電位差ΔＶ、及び磁界によって現像ローラー２３上にトナー薄層を形成する。

現像ローラー２３上のトナー層厚は現像剤の抵抗や磁気ローラー２２と現像ローラー２３との回転速度差等によっても変化するが、ΔＶによって制御することができる。ΔＶを大きくすると現像ローラー２３上のトナー層は厚くなり、ΔＶを小さくすると薄くなる。現像時におけるΔＶの範囲は一般的に１００Ｖ〜３５０Ｖ程度が適切である。

図４は、現像ローラー２３及び磁気ローラー２２に印加されるバイアス波形の一例を示す図である。図４（ａ）に示すように、現像ローラー２３には、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ１である矩形波のＶｓｌｖ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｓｌｖ（実線）が現像バイアス電源４３から印加される。また、磁気ローラー２２には、Ｖｍａｇ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ２であり、且つＶｓｌｖ（ＡＣ）と位相が異なる矩形波のＶｍａｇ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｍａｇ（破線）が現像バイアス電源４３から印加される。

従って、磁気ローラー２２及び現像ローラー２３間（以下、ＭＳ間という）に印加される電圧は、図４（ｂ）に示すようなＶｐｐ（ｍａｘ）とＶｐｐ（ｍｉｎ）を有する合成波形Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖとなる。なお、Ｖｍａｇ（ＡＣ）はＶｓｌｖ（ＡＣ）よりもＤｕｔｙ比が大きくなるように設定される。実際には図４で示すような完全な矩形波ではなく、一部が歪んだ形状の交流電圧が印加される。

磁気ブラシによって現像ローラー２３上に形成されたトナー薄層は、現像ローラー２３の回転によって感光体ドラム１ａと現像ローラー２３との対向部分に搬送される。現像ローラー２３にはＶｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｓｌｖ（ＡＣ）が印加されているため、感光体ドラム１ａとの間の電位差によってトナーが飛翔し、感光体ドラム１ａ上の静電潜像が現像される。

さらに回転スリーブ２２ａが時計回り方向に回転すると、今度は主極３５に隣接する異極性の剥離極３８により発生する水平方向（ローラー周方向）の磁界により磁気ブラシは現像ローラー２３表面から引き離され、現像に用いられずに残ったトナーが現像ローラー２３から回転スリーブ２２ａ上に回収される。さらに回転スリーブ２２ａが回転すると、固定マグネット体２２ｂの剥離極３８及びこれと同極性の汲上極３９により反発する磁界が付与されるため、トナーは現像容器２０内で回転スリーブ２２ａから離脱する。そして、第２攪拌スクリュー２１ｂにより攪拌、搬送された後、再び適正なトナー濃度で均一に帯電された二成分現像剤として汲上極３９により再び回転スリーブ２２ａ上に磁気ブラシを形成し、穂切りブレード２５へ搬送される。

図５は、本発明のカラープリンター１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、カラープリンター１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、カラープリンター１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２、現像バイアス電源４３、及び転写バイアス電源４４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させるものであり、これらの各電源はバイアス制御回路４１からの制御信号によって、帯電バイアス電源４２は帯電装置２ａ〜２ｄ内の帯電ローラーに、現像バイアス電源４３は現像装置３ａ〜３ｄ内の磁気ローラー２２及び現像ローラー２３に、転写バイアス電源４４は一次転写ローラー６ａ〜６ｄ及び二次転写ローラー９に、それぞれ所定のバイアスを印加する。

機内温湿度センサー４５は、カラープリンター１００内部の温度及び湿度を常に検知している。検知結果は後述するＩ／Ｆ９６を介して制御部９０に送信される。

操作部５０には、液晶表示部５１、各種の状態を示すＬＥＤ５２が設けられており、カラープリンター１００の状態を示したり、画像形成状況や印字部数を表示したりするようになっている。カラープリンター１００の各種設定はパーソナルコンピューターのプリンタードライバーから行われる。

その他、操作部５０には、画像形成を開始するようにユーザーが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、カラープリンター１００の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き自在の記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンター９５、カラープリンター１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、カラープリンター１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、カラープリンター１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、カラープリンター１００の制御途中で発生した必要なデータや、カラープリンター１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、ＲＡＭ９３（或いはＲＯＭ９２）には、濃度検知センサー４０ａ〜４０ｄによって検出され、後述する帯電バイアスの補正に用いられる感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のカブリ濃度分布データも保管される。一時記憶部９４は、パーソナルコンピューター等から送信される画像データを受信する画像入力部（図示せず）より入力され、デジタル信号に変換された画像信号を一時的に記憶する。カウンター９５は、印字枚数を累積してカウントする。

また、制御部９０は、カラープリンター１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、露光装置４、定着部７、中間転写ベルト８、二次転写ローラー９、濃度検知センサー４０ａ〜４０ｄ、バイアス制御回路４１、操作部５０等が挙げられる。

さらに制御部９０は、操作部５０のキー操作等によりカブリ補正モードが設定されると、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成された各色の基準画像の濃度を濃度検知センサー４０ａ〜４０ｄによって読み取り、濃度検知センサー４０ａ〜４０ｄの出力値に基づいて感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面のカブリ濃度分布を検出する機能、検出結果に応じて感光体ドラム１ａ〜１ｄの周方向における表面電位を部分的に変化させた表面電位パターンを作成する機能を有している。感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位は、帯電バイアス電源４２から帯電装置２ａ〜２ｄへ印加する帯電バイアスを調整することによって変化させることができる。

図６は、本発明のカラープリンター１００におけるカブリ補正モードの実行手順を示すフローチャートである。図１〜図５、及び後述する図７を参照しながら、図６のステップに沿ってカブリ濃度分布に応じた表面電位パターンを作成し、帯電バイアスを調整する手順について説明する。

ユーザーの操作により、若しくは所定枚数印字後にカブリ補正モードが設定されると、先ず、カブリ画像が顕著に発生するような印字条件に設定する（ステップＳ１）。印字条件は、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位をカブリ画像が顕著に発生する条件に設定しても良いし、現像ローラー２３に印加する現像バイアスをカブリ画像が顕著に発生する条件に設定しても良い。例えば、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を設定する場合、印字時の表面電位よりも１００Ｖ低い値に設定する。

次に、ステップＳ１で設定された条件で、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面に、ドラム１周分以上の基準画像を形成する（ステップＳ２）。

図７（ａ）は、カブリ濃度分布の検出に用いられる基準画像Ｔの一例を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の基準画像Ｔに基づいて検出されたカブリ濃度分布及び表面電位パターンを示すグラフである。図７（ａ）に示すように、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面にはマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各色について、濃度検知センサー４０ａ〜４０ｄ（図２参照）に対向する位置にハーフトーン画像から成る基準画像Ｔが形成される。基準画像Ｔの濃度は、カブリが顕著に出現する任意の濃度に設定すれば良いが、カブリ画像を精度良く検出できる５％以下のハーフトーン画像、或いは白ベタ画像が好ましい。

図７（ａ）に示した基準画像Ｔでは、カブリによってやや濃度が高くなった２箇所の領域Ｃ１と、カブリによって濃度が顕著に高くなった１箇所の領域Ｃ２が出現している。この基準画像Ｔを濃度検知センサー４０で読み取ることで、図７（ｂ）の実線で示したような、領域Ｃ１に対応する箇所で濃度がやや高く、領域Ｃ２に対応する箇所で濃度が顕著に高くなったカブリ濃度分布が得られる（ステップＳ３）。例えば、基準画像Ｔがシアンの感光体ドラム１ａ上に形成されたとすると、感光体ドラム１ａ表面にはカブリ画像がやや発生し易い領域Ｃ１と、カブリ画像が顕著に発生し易い領域Ｃ２とが存在していることがわかる。得られたカブリ濃度分布はＲＡＭ９３（図５参照）に記憶される。

次に、ステップＳ３で得られたカブリ濃度分布に基づいて、感光体ドラム１ａ〜１ｄの周方向における濃度分布を均一化するような感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位パターンを形成する（ステップＳ４）。前述したように、現像ローラー２３上のトナーは、現像ローラー２３と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間の電位差が大きくなるほど感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に移動し易くなるため、カブリを抑制するためには、現像ローラー２３に印加される現像バイアスを低くするか、或いは感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を高くすれば良い。

しかし、現像バイアスを低くした場合、カブリの発生していない領域（図７（ａ）の領域Ｃ１、Ｃ２以外の部分）で濃度低下が発生する可能性がある。そこで、本発明では、カブリ濃度が高い領域に対応する感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を部分的に高くすることにより、カブリの発生している領域では現像ローラー２３からのトナーの飛翔を抑制してカブリの発生を抑制するとともに、カブリの発生していない領域における画像濃度も維持することとした。このようにして、図７（ｂ）に破線で示すような表面電位パターンが作成される。そして、ステップＳ４で作成された表面電位パターンとなるように、帯電装置２ａ〜２ｄに印加する帯電バイアスを調整する（ステップＳ５）。

上記の制御によれば、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の周方向においてカブリ画像の発生し易い領域を予め検知しておき、検知結果に応じてカブリの発生し易い領域ほどドラム表面電位を高く設定することで、カブリ画像の発生を効果的に抑制することができる。また、カブリ画像の発生し難い領域では通常の条件で画像形成が行われるため、カブリの発生しない領域での画像濃度の低下も抑制することができる。

特に、図３に示したような、磁気ローラー２２上に磁性キャリアを残したまま現像ローラー２３上に非磁性トナーのみを移動させてトナー薄層を形成し、交流電界によって感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の潜像にトナーを付着させる現像装置３ａ〜３ｄにおいては、前述したように、現像ローラー２３上に均一なトナー薄層を形成するために、磁気ローラー２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）と現像ローラー２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）との電位差ΔＶが重要となる。

そのため、従来のように現像ローラー２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）を可変してカブリ画像を抑制しようとする場合、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）とＶｍａｇ（ＤＣ）との関係を一定に維持するために、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）に合わせてＶｍａｇ（ＤＣ）も可変させる必要が生じる。しかし、Ｖｍａｇ（ＤＣ）を可変させると、磁気ローラー２２への現像剤の汲み上げ性も変化してしまう。また、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）を可変させることで、トナーの飛翔性を感光体ドラム表面１ａ〜１ｄのカブリ濃度分布に精度良く追従させることは非常に困難である。

従って、図３に示したような磁気ローラー２２と現像ローラー２３とを用いた現像方式においては、本発明のように感光体ドラム１ａ〜１ｄのカブリ濃度分布に基づいて表面電位を可変することが特に好ましい。

なお、図６では、ユーザーによるマニュアル操作でカブリ補正モードを実行する例について説明したが、その他、カラープリンター１００の電源ＯＮ時やスリープモード（省電力モード）からの復帰時にも自動的に実行されるようにしてもよい。

また、カブリ画像はトナーの帯電量が低下したときに発生し易くなるため、トナーの帯電量が低下し易い高温高湿環境下で顕著となる。そのため、機内温度センサー４５により検知された温度または湿度のうち、少なくとも一方が所定値以上となったときに制御部９０がカブリ補正モードを自動的に実行することが好ましい。

さらに、トナーの帯電量の低下は現像ローラー２３上のトナーの入れ替わりが激しい場合や、現像装置３ａ〜３ｄの長時間の駆動によりキャリアが劣化して帯電性能が低下した場合にも発生し易くなる。そのため、一時記憶部９４に記憶された画像データから算出された印字率が所定値以上である画像を所定枚数以上連続して印字したとき、或いは、カウンター９５でカウントされる前回のカブリ補正モードの実行からの累積印字枚数が所定枚数に到達したときに制御部９０がカブリ補正モードを自動的に実行することが好ましい。

その他、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では帯電方向が正（プラス側）である正帯電トナーを用いる現像装置を例に挙げて説明したが、帯電方向が負（マイナス側）である負帯電トナーを用いる現像装置にも全く同様に適用可能である。また、本発明は図３に示したような磁気ローラー２２と現像ローラー２３を備えた現像装置に限らず、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いる種々の現像装置にも適用可能である。

また、本発明は図１に示したタンデム式のカラープリンター１００に限らず、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ複写機、モノクロプリンター及びロータリー現像式のカラープリンター及びカラー複写機、ファクシミリ等、二成分現像式の現像装置を備えた種々の画像形成装置に適用可能である。以下、実施例により本発明の効果を更に詳細に説明する。

図１に示したカラープリンター１００において、図７（ｂ）に実線で示したようなカブリ濃度分布を有する感光体ドラムを用いて画像形成を行った場合のカブリ濃度値と画像濃度を比較した。なお、試験はシアンの画像形成を行う画像形成部Ｐａを用いた。

試験方法としては、現像バイアスを通常の印字時（３００Ｖ）の−５０Ｖ（２５０Ｖ）とした場合（比較例１）、感光体ドラム１ａの表面電位を一律に通常の印字時の＋５０Ｖ（３５０Ｖ）とした場合（比較例２）、図７（ｂ）に破線で示したような表面電位パターンとなるように帯電バイアスを調整した場合（本発明）において、それぞれテスト画像を出力したときの画像濃度（ＩＤ；イメージデンシティ）を、反射濃度計（マクベスＲＤ９１２）により測定した。また、白ベタ画像を出力したときのカブリ値を、反射濃度計（ＴＣ−６Ｄ、東京電色社製）により測定した。

画像濃度（ＩＤ）は目標値を１．４とし、１．４以上の場合を○と判定した。カブリ値は０．００５以上になるとカブリ画像として認識されるため、０．００５未満を○と判定した。結果を表１に示す。

表１から明らかなように、感光体ドラム１ａ表面のカブリ濃度分布に対応した表面電位パターンとなるように帯電バイアスを調整した本発明では、カブリ値が０．００１に抑えられるとともに、画像濃度も１．４１であり、画像濃度の低下も抑制された。

これに対し、現像バイアスを通常の印字時の−５０Ｖに設定した比較例１では、現像バイアスが低くなり過ぎて画像濃度が１．２４に低下した。また、カブリ値も０．００５であり、部分的にカブリ画像が残っていた。また、現像バイアスに代えて感光体ドラム１ａの表面電位を通常の印字時の＋５０Ｖに設定した比較例２では、画像濃度が１．３６となり、比較例１に比べて画像濃度の低下は小さかったが、カブリ値は０．００５であり、部分的にカブリ画像が残っていた。

本発明は、磁性キャリアとトナーとから成る二成分現像剤を使用して像担持体上の静電潜像を現像する現像装置に利用可能である。本発明の利用により、カブリの発生し易い領域では像担持体へのトナーの飛翔を抑制してカブリの発生を抑制するとともに、カブリの発生し難い領域における画像濃度の低下も抑制するため、カブリ画像及び画像濃度不良の両方を効果的に抑制可能な画像形成装置を提供することができる。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ 帯電装置
３ａ〜３ｄ 現像装置
２２ 磁気ローラー
２３ 現像ローラー
４０ａ〜４０ｄ 濃度検知センサー（濃度検知手段）
４１ バイアス制御回路
４２ 帯電バイアス電源
４３ 現像バイアス電源
４５ 機内温湿度センサー（機内温湿度検知手段）
９０ 制御部（制御手段）
９４ 一時記憶部（印字率算出手段）
９５ カウンター（印字枚数カウント手段）
１００ カラープリンター
Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
Ｔ 基準画像

Claims (5)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、
   該像担持体の表面を帯電させる帯電装置と、
   磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用いて前記像担持体上に形成された静電潜像をトナー像に現像する現像装置と、
   前記像担持体上に形成されたトナー像の濃度を検知する濃度検知手段と、
   該濃度検知手段の検知結果に基づいて前記帯電装置に印加する帯電バイアスを制御する制御手段と、を備え、
   前記現像装置は、前記像担持体に対向配置され、所定の現像バイアスを印加することにより前記像担持体にトナーを供給するトナー担持体を有し、
   非画像形成時に、前記像担持体の表面電位を画像形成時よりも低くするか、或いは前記トナー担持体に印加する現像バイアスを画像形成時よりも高くすることで、前記像担持体と前記トナー担持体との間の電位差を小さくしたカブリの発生し易い印字条件で基準画像を前記像担持体の１周分以上の範囲に形成し、前記濃度検知手段により検知された前記基準画像の濃度に基づいて前記像担持体の周方向における前記基準画像の濃度分布を検出する工程と、
   前記基準画像の濃度が高い領域に対応する前記像担持体の表面電位を部分的に高くすることにより、前記像担持体の周方向における濃度分布を均一化する前記像担持体の表面電位パターンを作成する工程と、
   前記像担持体の表面電位が作成された表面電位パターンとなるように、前記帯電装置に印加する帯電バイアスを調整する工程と、
   を有するカブリ補正モードを実行可能とした画像形成装置。
2. 前記現像装置は、前記トナー担持体に対向配置される現像剤担持体を有し、前記現像剤担持体表面に担持した二成分現像剤から成る磁気ブラシを用いて前記トナー担持体上にトナー層を形成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. 印字枚数を累積してカウントする印字枚数カウント手段を備え、前記制御手段は、前回のカブリ補正モード実行時からの累積印字枚数が所定枚数に到達したときに前記カブリ補正モードを実行することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 画像形成装置内部の温度及び湿度を検知する機内温湿度検知手段を備え、前記制御手段は、画像形成装置内部の温度または湿度の少なくとも一方が所定値以上となったときに前記カブリ補正モードを実行することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の現像装置。
5. 印字枚数を累積してカウントする印字枚数カウント手段と、出力画像の印字率を算出する印字率算出手段と、を備え、前記制御手段は、印字率が所定値以上の画像を所定枚数以上連続して印字したときに前記カブリ補正モードを実行することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。