JP5943772B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

電子写真方式によって画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置における一成分トナーを用いた現像方式において、弾性層を有する現像ローラを感光ドラムに接触させる接触現像方式が広く知られている。具体的には、誘電体層をもつ弾性ローラである現像ローラ上に非磁性現像剤を担持し、感光ドラム表面に接触させて現像を行う方式である。現像等のプロセス状態を維持、制御するために種々の制御技術が提案されている。例えば、駆動モータ電流を検出し、予め記憶された駆動モータ電流に対応する駆動体の移動速度と対比することより、所望の被駆動体の移動速度を制御することで所望のプロセス条件を得る技術が提案されている（特許文献１）。さらに、現像ローラ上のトナー層の性状を検知し現像条件を制御するため、トナーが現像ローラから感光ドラムへ転移する際に生じる感光ドラム−現像ローラ間に流れる電流を検知する技術が提案されている（特許文献２）。

特開２００７−１６４０９３号公報 特開２００５−２０８１４７号公報

接触現像方式において、感光ドラムに対する現像ローラの移動速度比（以下、周速比）は、所望の値に調整されて、画像形成を行う。しかしながら、現像ローラや感光ドラム等のロット振れ等が発生すると所望の周速比の値が変動し、周速比変動に起因した画像不良が生じる。具体的には、周速比が変化するため、所望の濃度から変動する等の画像不良が発生する。また、例えは、現像ローラで使用される弾性部であるゴム部は、環境によっては膨張や収縮、経時変化等によっても径が変化し、周速比変動とともに画像不良が発生する。特許文献１に記載の技術は、予め記憶された駆動モータ電流値を基に駆動モータ回転数を制御するものであり、被駆動体の径や周長等の変化起因の周速比変動が制御に反映されるものとなっていない。そのため、周速比変動に起因した画像不良を生じる可能性がある。また、特許文献２に記載の技術は、感光ドラム−現像ローラ間に流れる電流を検出することで、現像ローラ上のトナー層の性状変化を得られるものの、周速比変動を検知することができない。そのため、周速比変動に起因した画像不良が生じる。

本発明の目的は、周速比変動に起因する画像不良を抑制することができる画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために本発明に係る画像形成装置は、
静電潜像が形成され回転する像担持体と、
前記静電潜像を現像して現像剤像を形成するための現像剤を担持し、前記像担持体に当接するとともに前記像担持体に対して順方向回転して前記現像剤を前記像担持体に供給する現像剤担持体と、
前記像担持体と前記現像剤担持体との間に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段が直流電圧を印加することで前記現像剤担持体に流れる直流電流を検
知する電流検知手段と、
印加される駆動電流の電流値に応じて、前記像担持体及び前記現像剤担持体を速度を可変に回転させる駆動手段と、
前記駆動手段に前記駆動電流を電流値を可変に印加する駆動電流印加手段と、
前記駆動電流印加手段が前記駆動手段に印加する前記駆動電流の電流値を制御する制御手段と、
を備える画像形成装置であって、
非画像形成時であって前記現像剤担持体の現像剤非担持領域に前記像担持体が当接した状態において、前記電圧印加手段が直流電圧を印加しながら、前記制御手段が前記駆動電流の電流値を変化させて前記像担持体又は前記現像剤担持体のいずれか一方の回転速度を変化させたときに、前記電流検知手段に検知される直流電流の電流値に基づいて、前記制御手段が画像形成時において前記一方を回転させるための前記駆動電流の電流値を補正することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、周速比変動に起因する画像不良を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る現像装置の構成を示す概略図 本発明の実施の形態に係る画像形成装置を示す概略断面図 本発明の実施の形態に係るプロセスカートリッジを示す概略断面図 本発明における電流検知手段の概略図 本発明における現像電流Ｉｄと周速比Ｖｓの関係を示す概略図 本発明の実施例１におけるフローチャート説明概略図 本発明の実施例２におけるフローチャート説明概略図 本発明の実施例３におけるフローチャート説明概略図 本発明の実施例１における周速比補正方法を説明する概略図 本発明の実施例２における周速比補正方法を説明する概略図 現像ローラ駆動モータ印加電流と周速との関係を示す概略図

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

（画像形成装置の概略構成）
図２は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。図２に示す本画像形成装置Ａは、電子写真プロセスを利用したフルカラーレーザープリンタである。本画像形成装置Ａは、イエロー、マゼンダ、シアン、黒色の各色に対応したプロセスカートリッジＢを４連に並べ、各プロセスカートリッジＢで形成されたトナー像を、転写装置の中間転写ベルト２０上に転写することでフルカラー画像を形成する。プロセスカートリッジＢは、図３に示す帯電装置Ｅ、現像装置Ｆ、クリーニング装置Ｃ、感光ドラム１を一体とした構成となっている。プロセスカートリッジＢにおける画像形成工程は後述する。

各プロセスカートリッジＢの感光ドラム（像担持体）１の各対向位置には、中間転写ベルト２０を挟んで、１次転写ローラ２２ｙ、２２ｍ、２２ｃ、２２ｋが設けられている。各プロセスカートリッジＢにおいて被現像体である感光ドラム１上に形成された各色のト
ナー像は、１次転写ローラ２２ｙ、２２ｍ、２２ｃ、２２ｋにより、それぞれ中間転写ベルト２０上に転写される。中間転写ベルト２０上に重畳転写されたトナー像は、中間転写ベルト２０の移動方向下流側に設けられた２次転写ローラ２３により、一括して記録紙Ｐ上に転写される。中間転写ベルト２０上の未転写トナーは、中間転写ベルトクリーナー２１によって回収される。

記録紙Ｐは、画像形成装置Ａ下部のカセット２４内に積載されており、印字動作の要求とともに給紙ローラ２５により搬送され、２次転写ローラ２３の位置において、中間転写ベルト２０上に形成されたトナー像を転写される。その後、記録紙Ｐは、定着ユニット２６によりトナー像が加熱定着され、排紙部２７を経て画像形成装置Ａ外部に排出される。

本画像形成装置Ａにおいては、各４色の着脱可能なプロセスカートリッジＢ等を収納する上部のユニットと、転写ユニット、記録紙等を収納する下部ユニットは、分離可能になっている。紙詰まり等のジャム処理発生時や、プロセスカートリッジＢの交換時には、上下のユニットを開口することによりそれらの処理を行う。

（画像形成プロセス）
図３は、並列に置かれた４つのプロセスカートリッジＢの１つに注目し、その近傍の断面を示したものである。画像形成プロセスの中心となる感光ドラム１として、本実施の形態では、アルミニウム製シリンダの外周面に機能性膜である下引き層、キャリア発生層、キャリア移送層を順にコーティングした有機感光ドラム１を用いている。画像形成プロセスにおいて、感光ドラム１は１８０ｍｍ／ｓｅｃの速度で画像形成装置Ａにより図中矢印ａの回転方向で回転駆動される。

帯電装置である帯電ローラ２は、導電性ゴムのローラ部を感光ドラム１に加圧接触して感光ドラム１に対して矢印ｂの回転方向に従動回転する。ここで、帯電ローラ２の芯金には、帯電工程として、感光ドラム１に対して−１１００Ｖの直流電圧が印加されており、これにより誘起された電荷によって、感光ドラム１の表面電位は−５５０Ｖとなる一様な暗部電位（Ｖｄ）が形成される。

この一様な表面電荷分布面に対して、スキャナーユニット１０により画像データに対応して発光されるレーザ光のスポットパターンは、図３中の矢印Ｌで示すように感光ドラム１の表面を露光する。感光ドラム１表面における露光された部位は、キャリア発生層からのキャリアにより表面の電荷が消失し、電位が低下する。この結果、露光部位は明部電位Ｖｌ＝−１００Ｖ、未露光部位は暗部電位Ｖｄ＝−５５０Ｖの静電潜像が、感光ドラム１上に形成される。

上記静電潜像は、所定のコート量及び電荷量のトナーコート層が現像ローラ３上に形成される現像装置Ｆにより現像される。トナーコート層の形成方法については後述する。現像ローラ３は、感光ドラム１に接触しながら矢印ｃに示すように感光ドラム１に対して順方向回転する。本実施の形態においては、現像ローラ３に印加されたＤＣバイアス＝−３００Ｖに対して、摩擦帯電によりマイナスに帯電したトナーが、感光ドラム１に接触する現像部において、その電位差から、明部電位部にのみ飛翔して静電潜像を実像化する。

中間転写ベルト２０は、１次転写ローラ２２ｙ、２２ｍ、２２ｃ、２２ｋにより各プロセスカートリッジＢの感光ドラム１に加圧されるとともに、各１次転写ローラには直流電圧が印加されており、各感光ドラム１との間で電界が形成されている。これにより、感光ドラム１上で実像化されたトナー像（現像剤像）は、中間転写ベルト２０に加圧接触される転写領域において、電界の力を受けて感光ドラム１上から中間転写ベルト２０上に転写される。一方、中間転写ベルト２０に転写されずに感光ドラム１上に残った未転写トナー
は、クリーニング装置Ｃに設置されたウレタンゴム製のクリーニングブレード６により、ドラム表面から掻き落とされ、クリーニング装置Ｃ内に収納される。

（現像装置）
図１は、本発明の実施の形態に係る現像装置Ｆの構成を示す模式図であり、図１（ａ）は、現像装置Ｆ及び現像装置Ｆに関わる画像形成装置の一部を示す模式的断面図、図１（ｂ）は、現像ローラの回転を制御する機構の構成を示す模式図である。現像装置Ｆは、現像容器Ｔと、現像ローラ３と、供給ローラ５と、トナー規制部材４と、撹拌部材１１と、を備える。現像容器Ｔは、非磁性一成分トナーを収容する。現像剤担持体である現像ローラ３は、感光ドラム１に対して接触しながら感光ドラム１の回転方向に対して順方向となる方向ｃに回転する（回転方向は感光ドラム１と互いに逆）。供給ローラ５は、現像ローラ３に対して接触しながら現像ローラ３の回転方向に対して逆方向となる方向ｄに回転する（回転方向は現像ローラ３と同じ）。現像剤規制手段であるトナー規制部材４は、供給ローラ５の下流側で現像ローラ３に当接する。撹拌部材１１は、現像剤である一成分非磁性トナーを撹拌する。

一成分非磁性トナーは、結着樹脂、電荷制御剤を含む懸濁重合法により調整され、流動化剤などを外添剤として添加することでネガ極性を有するように作製した。高画質化の点で、重合法であることが好ましいが、粉砕法により調整されてもよい。

現像ローラ３として、本実施の形態では、外径φ６ｍｍの芯金に導電性の弾性層５ｍｍを形成したφ１６ｍｍの弾性ローラを用いており、弾性層には体積抵抗値１０^６Ωｍのシリコーンゴムを用いた。弾性ローラ表層には現像剤への電荷付与機能を持つコート層等を設けるようにしてもよい。本実施の形態では、感光ドラム１に安定して弾性接触させるために、弾性層の硬度をＪＩＳ−Ａで４５°、現像ローラ３の表面粗さとしては、使用するトナーの粒径にもよるが、算術平均粗さＲａは０．０５〜３．０μｍとした。本実施の形態における表面粗さＲａの測定は、ＪＩＳ Ｂ０６０１に基づいて小坂研究所（株）製の表面粗さ試験機ＳＥ−３０を使用した。高画質化のためには、算術平均粗さ０．３〜１．０μｍであることが好ましい。

供給ローラ５として、本実施の形態では、外径φ５ｍｍの芯金上に発泡骨格構造で比較的低硬度のポリウレタンフォームを５．５ｍｍ形成した外径φ１６ｍｍの弾性スポンジローラを用いた。供給ローラ５は、連泡性の発泡体で構成することにより、過大な圧を加えることなく現像ローラ３と当接し、発泡体表面の適度な凸凹で現像ローラ３上へのトナー供給および現像時に消費されずに残像したトナーの剥ぎ取りを行っている。このセル構造の掻き取り性はウレタンフォームに限定されるものでなく、シリコーンゴムやエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭゴム）等を発泡させたゴム等が使用可能である。

現像ローラ３の回転方向ｃに対し、供給ローラ５と現像ローラ３の接触面の下流側には、現像ローラ３に当接するトナー規制手段（現像剤規制手段）であるトナー規制部材４が設けられている。トナー規制部材４は、現像ローラ３上のトナーを感光ドラム１上における現像に適した所定のコート量、及び、所定の電荷量に制御するための部材である。トナー規制部材４は、現像容器Ｔに固定された支持板金４１に、リン青銅板やステンレス板などの薄板状弾性部材４２を片持ちで支持し、その対向部の腹面を現像ローラ３に対して当接している。本実施の形態においては、厚さ１．２ｍｍの鉄板を支持板金４１として使用し、厚み１２０μｍのリン青銅板を薄板状弾性部材４２として支持板金４１に固定支持している。薄板状弾性部材４２の片持ち支持部から現像ローラ３との当接部までの距離、いわゆる自由長さは１４ｍｍであり、現像ローラ３の薄板状弾性部材４２に対する押し込み量は１．５ｍｍである。

（周速比制御手段）
感光ドラム１に対する現像ローラ３の周速比制御手段について述べる。本実施の形態においては、現像ローラ３の回転速度を制御することにより、周速比制御を行う。図１（ｂ）に示すように、現像ローラ３の回転軸は、アタッチメント３ａを介して現像ローラ駆動制御モータ３ｂに連結されており、駆動手段としての現像ローラ駆動制御モータ３ｂは、印加電流を可変可能な電源Ｓ２から電流が印加されることにより駆動する。現像ローラ３の移動速度は、上述の可変可能な電源Ｓ２を調整することで設定する。なお、周速比制御手段としては、感光ドラム１の回転数を可変にすることも可能である。また、現像ローラ３への電圧印加は、電源Ｓ１により行う。ここで、周速とは、ローラ状回転体の周面（表面）の移動速度を意味する。また、周速比とは、ローラ状回転体の周面の速度比であり、例えば、現像ローラ３と感光ドラム１の周速をそれぞれ同じにした場合が周速比１００％となり、現像ローラ３の周速を感光ドラム１に対して半分にした場合の周速比は５０％となる。

（現像ローラの速度制御）
現像ローラ駆動制御モータへの印加電流による現像ローラ３の移動速度（回転速度）の制御について述べる。予め測定された、現像ローラ駆動制御モータに流れる電流に対する、現像ローラ３の移動速度のデータテーブルがＲＯＭに格納されている。本実施の形態においては、図１１に示すように、駆動モータに印加する電流に対して現像ローラ周速が線形的に変化する関係を有する駆動モータを用いた。図１１は、現像ローラ３を駆動する駆動モータに印加される電流と、現像ローラ３の表面の移動速度（周速）との関係を示す概略図である。所望の周速比を設定する場合、データテーブルに基づいて、所定のモータ電流を印加し、移動速度及び周速比Ｖｓを設定する。

本実施の形態における現像装置及びプロセスカートリッジは、トナー容量を含む寿命がＡ４用紙印字率５％換算で１万５千枚相当に設定されているものを使用している。

（実施例１）
本発明の実施例１における現像装置と現像装置にかかわる画像形成装置本体の構成は、図１に示した通りである。電圧印加手段としての電圧可変な電源Ｓ１、駆動モータにモータ駆動電流を供給する駆動電流印加手段としての電源Ｓ２は、画像形成装置本体に設けられた演算処理手段Ｊにつながっている。また、現像ローラ３、規制ブレード４、供給ローラ５全体に流れる現像電流Ｉｄの値を測定するための電流検知手段である電流計Ｉが設けられている。電流値の正の方向ｉは、図中に示した方向とした。電流計Ｉもまた、検知データを転送できるように、演算処理手段Ｊにつながっている。

図４に示すように、本実施例における電流計Ｉは、電流値検出時は、スイッチＳＷが端子ｐ３とつながり、端子ｐ２−端子ｐ３間の電圧を電圧計Ｖにより検知することで、電流値を検出する。このとき、抵抗Ｒは１０ｋΩを用い、電流値を非検知時は、スイッチＳＷは端子ｐ１とつながるように設定した。そのため、電圧値およびスイッチもまた、演算処理手段Ｊにつながっている。さらに、演算処理手段Ｊは、演算処理を行う演算処理部のＣＰＵ、検知データを格納する書き換え可能な記憶装置ＲＡＭ、予め用意されたデータを格納する記憶装置ＲＯＭにより構成し、互いにデータの転送・読み込み可能となるように設定した。

図６を参照して、実施例１において、感光ドラム１に対する現像ローラ３の周速比を所望の周速比Ｖｓ＿ｄ（新たな制御速度比）に設定する工程について述べる。図６は、所望の周速比Ｖｓ＿ｄの設定工程を示すフローチャートである。ステップｓａ０１では、前回の周速比設定工程においてＲＡＭに格納された、基準速度比としての周速比Ｖｓ＿１００と、周速比Ｖｓ＿１００に対して所定の速度比差αとなる制御速度比としてのＶｓ＿ｄ＝
Ｖｓ＿１００＋αと、を読み出す。ここで、周速比Ｖｓ＿１００、Ｖｓ＿ｄは、前回設定した周速比１００％の設定値Ｖｓ＿１００と所望の周速比（１００＋α）％の設定値Ｖｓ＿ｄを示す。また、周速比設定工程を行っていない初期の画像形成装置は、所定の初期値Ｖｓｏ＿１００をＶｓ＿１００とした。つぎに、ステップｓａ０２では、可変可能な現像ローラ駆動制御電源Ｓ２により、周速比設定値Ｖｓを制御し、設定値Ｖｓに対応する現像電流Ｉｄを電流計Ｉにより検知し、ＲＡＭに格納する。本実施例では、１ｍｍ／ｓｅｃずつ現像ローラ３の周速を変化させ、電流測定工程を繰り返して行った。

つぎにステップｓａ０３では、ＲＡＭ内に格納した周速比設定値Ｖｓおよび現像電流Ｉｄから、周速比設定値Ｖｓに対する現像電流Ｉｄの関係式Ｉｄ＝ｆ（Ｖｓ）をＣＰＵにより算出し、ＲＡＭに格納する。ここで、検知前の関係式ｆ０（Ｖｓ）と検知後の関係式ｆ（Ｖｓ）の模式図を図９（ａ）に示す。

図９を用いながら、ステップｓａ０４の極値検出工程について述べる。ステップｓａ０３で算出されたＩｄ＝ｆ（Ｖｓ）の極小値における周速比ＶｍｉｎをＣＰＵにより検出し、Ｖｓ＿１００＿ｅｘとして、ＲＡＭに格納する。このとき、極小値をとる周速比Ｖｓ＿１００＿ｅｘは、実際の周速比は１００％となることが分かっている。この理由についての詳細は後述する。

つぎに、ステップｓａ０５である、周速比設定値Ｖｓ＿ｄの算出工程について述べる。ステップｓａ０１で呼び出したデータの周速比Ｖｓ＿１００を、周速比１００％として前工程ｓａ０４により算出した設定値Ｖｓ＿１００＿ｅｘで置き換え、新たな基準速度比として設定する。そして、ＣＰＵにより、Ｖｓ＿１００＿ｅｘに所望の周速比（１００＋α）のα分を加え、設定値Ｖｓ＿ｄ＿ｅｘを算出した。そして、ステップｓａ０６において電源Ｓ２が作動し、古い制御速度比である設定値Ｖｓ＿ｄを、前述の新たな制御速度比であるＶｓ＿ｄ＿ｅｘで置き換えて設定し、制御を終了する。

ここで、図９（ｂ）を用いて、本例におけるモータ電流Ｉｍの所望の設定方法ついて説明する。図９（ｂ）は、前述した予め記憶された現像ローラ周速とモータ電流の関係を示している。まず、算出された検知後の周速比Ｖｓ＿１００＿ｅｘに対応する周速Ｖｍ＿１００＿ｅｘと、検知前の周速比Ｖｓ＿１００＿ｅｘに対応する周速Ｖｍ＿１００との差分は、補正１変化する。今、所定の周速比がβ（例えば１５０％）であれば、所望の周速Ｖｍ＿ｄ＿ｅｘ＝β×Ｖｍ＿１００＿ｅｘにより算出できる。すなわち、検知後の周速Ｖｍ＿１００＿ｅｘに対して、所定の周速比差αに対応する周速差（速度差）が５０％となる周速Ｖｍ＿ｄ＿ｅｘで現像ローラ３を駆動させる駆動モータ電流Ｉｍの値が、所望の制御周速比を形成するための電流値となる。Ｖｍ＿ｄ＿ｅｘに対応する駆動モータ電流Ｉｍ＿ｅｘは、図のテーブルように算出できる。形式的には、図９（ｂ）の補正１⇒補正２⇒補正３の工程を得て、モータ駆動電流を補正した。

ここで、前述した極小値が周速比１００％となることを説明する。本出願の発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、以下のようなことが明らかになった。図５に示す図は、実施例１における初期状態の周速比に対する現像電流の測定結果である。図から分かるように、現像電流Ｉｄの値は、周速比１００［％］で極値になり、周速比１００［％］より大きくなるほど、または、小さくなるほど現像電流の絶対値は大きくなる。また、トナーをコートしていない現像ローラと感光ドラムを当接させた場合においても、同様の相似形の曲線を得られることが分かった。従って、周速比１００％時に極値を持つ現象は、感光ドラムと現像ローラが直接当接し、電気的なやり取りを行うことで生じる現象である。

つぎに、Ｉｄ＝ｆ（Ｖｓ）の極値である周速比設定値Ｖｓ＿１００＿ｅｘにおいて実際の周速比がＶ＝１００［％］となる理由について述べる。感光ドラム又は現像ローラの表
面上のある１点が現像ローラ又は感光ドラムの表面と接触したときに、当該ある１点において電荷の注入が行われると仮定し、感光ドラム及び現像ローラの表面がそのような接触点の集合と仮定する。感光ドラムと現像ローラの周速比は、それぞれの表面において単位時間あたりに接触する回数（接触点の数）に影響を与えると考えられる。周速比が１００％のときに、すなわち、感光ドラム表面の移動速度と現像ローラ表面の移動速度に略差がないとき、感光ドラム表面と現像ローラ表面の単位時間あたりの接触回数が最も少なくなると考えられる。このとき、感光ドラム表面と現像ローラ表面の摩擦機会や電荷の注入する機会が最小となり、結果、現像ローラに流れる現像電流Ｉｄの絶対値が最小になる。すなわち極値をとる、と考えられる。そして、周速比が１００％以外の場合は、感光ドラム表面と現像ローラ表面の周速差が大きいほど単位時間あたりの接触回数が増え、現像電流Ｉｄの絶対値は大きくなる。

本発明の制御は、現像ローラ上のトナーコートしていない領域（現像剤非担持領域）を感光ドラムに当接した状態、かつ、非画像形成時に制御を行う。本発明の制御作動中は、現像ローラ上にコートされたトナー層の状態に影響を与えることなく、動作を行うことができる制御方法である。このため、簡易な構成かつ低コストにて周速比制御を行うことができる。

本実施例においては、感光ドラムの表面電位は、暗電位部が一様に−６００Ｖとなるように、帯電ローラの芯金に−１１００Ｖの直流電圧を印加した。前述した現像ローラ、規制部材、供給ローラへの電圧印加は、電源Ｓ１により−３００Ｖ印加した。このとき暗電位と現像バイアスの電位差Ｖｂａｃｋ＝３００Ｖに設定されている。さらに、本実施例では、感光ドラムに対する現像ローラの周速比は１５０％（α＝５０）に設定されている。

また、本実施例においては、現像ローラ表面にトナーコート部とトナー非コート部が存在し、トナー非コート部は、現像ローラの長手方向の両端部、各１５ｍｍずつ設けたが、検出精度から、トナー非コート部は１０ｍｍ以上設けることが好ましい。また、周速制御動作は、画像形成時の電源投入時、トナーカートリッジ交換時、５００枚出力時のタイミングで動作するように設定されている。さらに、環境センサー等を有している場合、環境変化時に周速比制御を行うことによって、周速比変動を著しく抑制することができる。

（実施例２）
図７及び図１０を参照して、本発明の実施例２に係る画像形成装置を説明する。図７は、本発明の実施例２における周速比制御のフローチャートである。図１０は、本発明の実施例２における周速比補正方法を説明する概略図であり、図１０（ａ）は、周速比と現像電流値との関係を示す図、図１０（ｂ）は、周速と駆動モータ電流との関係を示す図である。本実施例は基本的には実施例１に準ずるが以下の点が異なる。なお、ここで説明しない構成については、実施例１と共通するため説明を省略する。

実施例２においては、実施例１と異なり、周速比に対する現像電流の極小値である周速比１００％を算出することなく、周速比制御を行う。具体的には、現像電流の電流値の変化と周速比の変化との関係を表す関係式を算出し、前回算出した関係式と新たに算出した関係式との間における、同じ電流値の現像電流が検知されるときのそれぞれの速度比のシフト量を算出する。そして、シフト量に応じて駆動電流の電流値を補正する。

図７に示すように、ステップｓｂ０１において、検知前の周速比Ｖｓに対する現像電流Ｉｄの関係式Ｉｄｏ＝ｆｏ（Ｖｓ）を読み出す。次に、実施例１のステップｓａ０２、ｓａ０３同様に、ステップｓｂ０２、ｓｂ０３において周速比Ｖｓに対する現像電流Ｉｄを検知後、関係式Ｉｄ＝ｆ（Ｖｓ）を算出する。ステップｓｂ０４では、図１０（ａ）に示すように、検知前のＩｄｏとＩｄの周速比Ｖｓ方向のシフト量Δを算出し、所望の周速比
Ｖｓ＿ｅｘを算出する。

本実施例においてシフト量Δは、［ｆｄｏ（Ｖｓ−Δ）−ｆｄ（Ｖｓ）］が最小になるように、最小二乗法により算出した。その後、ステップｓｂ０５によって、所望の周速比Ｖｓ＿ｄをＶｓ＿ｄ＿ｅｘにて置き換え、ステップｓｂ０６において周速比の補正を行い、周速比制御を終了する。また、ステップｓｂ０５内でモータ電流の算出は、図１０（ｂ）に示すように、周速比Ｖｓ＿ｄ、Ｖｓ＿ｄ＿ｅｘに対応する周速Ｖｍ、Ｖｍ＿ｅｘをデータテーブルを基に算出し、印加する駆動モータ電流を算出した。

（実施例３）
図８を参照して、本発明の実施例３に係る画像形成装置を説明する。図８は、本発明の実施例３における周速比制御のフローチャートである。本実施例は、基本的には実施例１に準ずるが以下の点が異なる。なお、ここで説明しない構成については上記実施例と共通するため説明を省略する。

実施例１での所定の周速比（制御速度比）を１００％に設定していることが異なる。具体的には図８に示すフローチャートを用いて述べる。本例においては、実施例１で行ったステップｓａ０１を有さず、検知前の周速比に関係するデータの読出しを行わない。まず、ステップｓｃ０１〜ｓｃ０３は、実施例１のステップｓａ０２〜ｓａ０４に対応し、周速比１００％時（極小値時）の周速比Ｖｓ＿１００＿ｅｘを算出する。つぎに、ステップｓｃ０４において、所望の周速比をＶｓ＿ｄを周速比Ｖｓ＿１００＿ｅｘにて置き換え、ステップｓｃ０５で、補正した周速比Ｖｓ＿ｄを設定し、制御を終了する。

（実施例４）
本発明の実施例４は、基本的には実施例３に準じるが以下の点が異なる。なお、ここで説明しない構成については上記実施例と共通するため説明を省略する。

周速比設定値Ｖｓに対する現像電流Ｉｄを検知する工程において、感光ドラム表面の暗電位と現像バイアスの電位差ＶｂａｃｋがＶｂａｃｋ＝５００［Ｖ］であり、画像形成中時より大きい値であることが異なる。

前述したように、周速比Ｖ＝１００［％］付近では、周速比Ｖ＞１００［％］のときと比較して周速比変動に対する画像濃度変動の影響が大きいので、良好な画像を得るためには、高精度に周速比をＶ＝１００［％］に補正することが必要である。

前述したように、前記電位差Ｖｂａｃｋ［Ｖ］の絶対値が大きいと、同じ周速比設定値において関係式Ｉｄ＝ｆ（Ｖｓ）の傾きが大きい。本実施例では電位差Ｖｂａｃｋ［Ｖ］の絶対値を画像形成時よりも大きい値にすることで、極小値算出工程において精度良く、関係式Ｉｄ＝ｆ（Ｖｓ）の最小値Ｖｓ＿１００＿ｅｘを検知することができる。だだし、本実施例での電位差Ｖｂａｃｋの絶対値は放電閾値電圧を超えない値とする。

（比較例１）
比較例１は、基本的には実施例１に準ずるが、周速比制御を実施しないことが異なる。すなわち、比較例１は、図１に示す実施例１の構成において、演算処理手段Ｊと電流計Ｉを備えていない構成となる。

（比較例２）
比較例２は、基本的には実施例１に準ずるが以下の点で異なる。本例においては、周速比制御の方法が異なる。まず、駆動モータ電流を検知し、予め記憶された駆動モータ電流になるように制御を行った。

（比較例３）
比較例３は、基本的には比較例１に準ずるが周速比Ｖ＝１００［％］に設定した点で異なる。

≪各実験例及び比較例の評価方法≫
以下では、本実施例と比較例の差異を調べるための画像評価について述べる。

ａ）初期濃度振れ（初期の現像器違いのバラツキ）
紙上に現像された前黒画像部の画像濃度測定を行い、各実施例と比較例を評価した。初期状態における、濃度変動の評価方法を以下に述べる。

画像濃度測定は同じ現像器構成である、１０個のカートリッジをそれぞれで作製された画像で行い、濃度値と目標濃度値１．４との差が０．１以下であった現像器の個数で評価した。

○： ８個以上
△： ５個〜７個
×： ４個以下

本画像濃度評価では初期に各実施例、各比較例共、所望の周速比設定の工程を行い、その後に濃度測定を行った。

ｂ）画像濃度変動評価（初期〜耐久変動）
紙上に現像された前黒画像部の画像濃度測定を行い、各実施例と比較例を評価した。初期状態における、濃度変動の評価方法を以下に述べる。

画像濃度測定は同じ現像器構成である、１０個の現像器それぞれで作成された画像で行った。各現像器における初期と耐久後の濃度値の差の絶対値を算出し、現像器１０個で平均した値を以下基準により評価した。

○：０．２未満
△：０．２以上〜０．３未満
×：０．３以上

本画像濃度評価では各実施例、各比較例共、初期と耐久後に所望の周速比設定の工程を行い、その後に濃度測定を行った。ここで、耐久後の濃度測定は、Ａ４用紙印字率５％換算で１万５千枚印字後に行った。

ｃ）掃き寄せ変動評価（初期〜耐久変動）
縦×横が３０ｍｍ×２０ｍｍの全画黒像の次に全白画像が続く画像（パッチ画像）を出力して、以下の方法で掃き寄せ部分を数値化して各実施例および各比較例を評価した。画像濃度ムラを目視により行い、パッチ画像の先端部に濃度ムラが認識できるとき『＋』、パッチ濃度の後端部に濃度ムラが認識できるとき『−』、認識できない場合『０』、として評価した。評価に用いた現像機の、初期から耐久後における掃き寄せ値の変動を、１０個のカートリッジで算出し、掃き寄せ変動評価を下記基準により行った。

◎： 『＋』または、『−』評価結果が１個以下。
○： 『＋』または、『−』評価結果が２〜３個。
△： 『＋』または、『−』評価結果が４〜６個。
×： 『＋』または、『−』評価結果が７個以上。

本評価では各実施例、各比較例共、初期と耐久後に所望の周速比設定の工程を行い、その後に濃度測定を行った。ここで、耐久後の濃度測定は、Ａ４用紙印字率５％換算で初期１００枚印字後と耐久後１万５千枚印字後に行った。

＜掃き寄せの画像不良の発生メカニズム＞
パッチ画像の先端濃度が濃くなる理由について述べる。感光ドラムの周速に対して、現像ローラ周速が大きい場合、パッチ画像先端で、現像ローラが感光ドラムを追い越すように現像を行う。トナーの感光ドラムへの転移は、感光ドラムと現像ローラが当接する部分の上流において開始する。その後、現像ローラと感光ドラムが当接する当接ニップ内おいて、トナー層の均す工程が発生すると推測される。そのとき、現像ローラが感光ドラムを追い越すよう設定されている場合、回転の進行方向にトナーを掃き寄せるようにトナー層を均す。しかし、パッチ画像の先端では、非露光領域が存在するため、進行方向の移動が規制される。結果、パッチ画像の先端の濃度が濃くなると考えられる。一方、現像ローラが感光ドラムに追い抜かれる（周速比１．０未満）ように設定していると、パッチ濃度後端が濃くなると考えられる。

以下に、実施例１〜４、および比較例１〜３の画像評価結果を表１に示す。

≪従来例に対する優位性≫
はじめに、比較例１と比較することにより実施例１の優位性について述べる。比較例１は、所望の周速比Ｖ＝１５０％に設定し、周速比の制御を行わない例である。比較例１は、実施例１に比べ、初期濃度振れが大きい。その理由としては以下のことが考えられる。複数のカートリッジにおいて、感光ドラムや現像ローラの径が所望の値からズレを有しているものが存在することが推測される。比較例１は、周速比制御をしないことから、上述のズレを有するカートリッジの周速比変動を補正できず、それに伴う初期濃度振れを生じたと考えられる。一方、実施例１においては、上述のズレを有するカートリッジにおいて、適宜、周速比変動を補正するため、良好な画像濃度を得ることができる。

次に、実施例１〜４と比較例１〜３を比較することによって、実施例１〜４の優位性について述べる。

≪その他の比較例に対する優位性≫
（ａ）初期濃度振れ評価（初期カートリッジのバラツキ）
初期濃度振れ評価（初期カートリッジのバラツキ）について、実施例１〜４、比較例１〜３を比較する。

比較例１、比較例３は前述したように、周速比変動に対する制御を行わない例である。そのため、カートリッジの違いによる周速比のバラツキを補正できないため、初期画像濃度振れが生じる。

一方、実施例１、３、４は、カートリッジの違いによる周速比のバラツキが生じても、適宜、周速比変動に対し、補正することができる。そのため、初期濃度振れを抑制する。それに対して、実施例２は、実施例１、３、４程の初期濃度振れの抑制効果は得られない。実施例１、３、４は、周速Ｖｓに対する直流電流Ｉ（Ｖｓ）の極小値時のＶｓ＿ｍｉｎ（周速比１００％）の値を基に周速比を設定する。一方、実施例２は、周速Ｖｓに対する直流電流Ｉ（Ｖｓ）の極小値時のＶｓ＿ｍｉｎ（周速比１００％）の値を検出することなく、周速比の設定を行っている。このため、例えば、現像ローラ抵抗の振れ等で、検知前の測定された直流電流の関係式から大きくズレを生じると補正精度が低下すると考えられる。結果、実施例２は、周速比変動に対する補正の精度について実施例１、３、４程の効果を得られない。結果、軽微の初期濃度振れが生じる。

また、比較例２は、予め記憶された所定の現像ローラ駆動電流値になるように周速比設定を行っているが、初期濃度振れの評価結果が制御を行わない比較例１、３と同様に悪い。その理由は、カートリッジごとに有する感光ドラムや現像ローラ径の振れに応じた周速比変動の検知および制御ができないためである。結果、比較例１、３と同様に初期濃度振れが悪化する。

（ｂ）画像濃度変動評価（初期〜耐久変動）
次に、画像濃度変動評価（初期〜耐久変動）について、実施例１〜４、比較例１〜３を比較する。

比較例１、比較例３は前述したように、周速比制御を行っていない。そのため、経時劣化による感光ドラムや現像ローラの径の変化等による周速比変化に起因する画像濃度変動を抑制することができない。

実施例１、３、４は、前記関係式Ｉｄ＝ｆ（Ｖｓ）の極小値から周速比１００％を検知し、そこから所望の周速比に設定している。このため、比較例１、比較例３に対して耐久を通して適宜の周速比制御を正確に調整することができる。

実施例２は、周速Ｖｓに対する直流電流Ｉ（Ｖｓ）の極小値時のＶｓ＿ｍｉｎ（周速比１００％）の値を検出することなく、周速比の設定を行っている。このため、例えば、現像ローラ抵抗の振れ等で、検知前の測定された直流電流の関係式から大きくズレを生じると補正精度が低下すると考えられる。そのため、軽微の画像不良が生じる。

比較例２は、初期の周速比変動は制御できないものの、耐久時の駆動モータ電流の変化を制御するため、軽微の画像濃度変動を生じる。

以上述べたように、本発明においては、周速比１００％を適宜検出し、その値を基に、周速比制御を行うため、耐久変動や環境変動のような経時変化時においても、安定して、良好な画像を得ることができる。

（ｃ）掃き寄せ評価（初期〜耐久変動）
次に、掃き寄せ評価（初期〜耐久変動）について、実施例１〜４、比較例１〜３を比較
する。

実施例１〜２、比較例１〜２は、初期から耐久を通して実施例３程の効果を得られない。掃き寄せの画像不良は、感光ドラムに対して、現像ローラの周速比が異なるほど、掃き寄せ量が大きくなることが予測される。実施例１〜２、比較例１〜２は、周速比１５０％に設定されているのに対して掃き寄せ画像不良が顕著であるのに対し、実施例３は周速比１００％に設定しているため、掃き寄せ量が良好であると考えられる。

一方、比較例３は、周速比１００％に設定しているにもかかわらず、掃き寄せ量がやや悪い。比較例３は、周速比制御を行わないため、周速比変動が生じたときに、掃き寄せの変動が大きくなると考えられる。その理由は次のように考えられる。掃き寄せ画像不良は、感光ドラムに対する現像ローラの周速比が大きい場合は、パッチ画像先端に濃度ムラを生じ、周速比が小さい場合は、パッチ画像後端に濃度ムラを生じる。そのため、周速比１００％時、周速比変動が生じるとパッチ画像の先端又は後端に濃度ムラが発生するため、パッチ画像の変動が大きくなる。結果、比較例３は掃き寄せ変動が大きいと考えられる。

また、周速比１００％時、周速比変動による画像不良の影響が大きく、耐久を通して、制御を行わない比較例３は、耐久後、より掃き寄せ画像不良が発生する。一方、周速比１００％時、周速比変動による画像不良の影響が大きい状態においても、適宜、周速比制御を行うため、掃き寄せを著しく抑制することができる。

さらに、実施例４は、実施例３に比べて、著しく掃き寄せ画像不良を抑制することができる。実施例４は、実施例３に比べて、周速比を検知するときに、感光ドラムと現像ローラ間に印加するバイアスの絶対値を大きくした例である。

感光ドラムと現像ローラ間に印加するバイアスが大きい場合、トナーをコートしていない領域の感光ドラム−現像ローラ間に流れる電流量が増加する。電流量が増加すると周速比Ｖｓに対する直流電流Ｉ（Ｖｓ）の極小値すなわち周速比１００％の検知精度が向上し、より正確な周速比制御行うことができる。結果、実施例４は、掃き寄せによる画像不良を著しく抑制することができると考えられる。

以上のことから、周速比１００％のような周速変動時、掃き寄せによる画像不良が発生しやすい設定時に、本発明の実施例においては、周速比１００％を正確に検知し、制御できるため、良好な画像を得ることができる。また、適宜、周速比制御を行うため、耐久変動や環境変動等の経時変化に対しても、安定して、良好な画像を得ることができる。また、周速比検知時に、感光ドラムと現像ローラ間に印加するバイアスを大きくすることで、より精度の高い周速比制御を行うことができ、より安定して、良好な画像を得ることができる。

１…感光ドラム、２…帯電ローラ、３…現像ローラ、Ａ…画像形成装置本体、Ｂ…プロセスカートリッジ、Ｃ…クリーニング装置、Ｆ…現像装置、Ｓ１、Ｓ２…電源、Ｉ…電流計、Ｊ…演算処理手段

Claims (7)

1. 静電潜像が形成され回転する像担持体と、
   前記静電潜像を現像して現像剤像を形成するための現像剤を担持し、前記像担持体に当接するとともに前記像担持体に対して順方向回転して前記現像剤を前記像担持体に供給する現像剤担持体と、
   前記像担持体と前記現像剤担持体との間に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記電圧印加手段が直流電圧を印加することで前記現像剤担持体に流れる直流電流を検知する電流検知手段と、
   印加される駆動電流の電流値に応じて、前記像担持体及び前記現像剤担持体を速度を可変に回転させる駆動手段と、
   前記駆動手段に前記駆動電流を電流値を可変に印加する駆動電流印加手段と、
   前記駆動電流印加手段が前記駆動手段に印加する前記駆動電流の電流値を制御する制御手段と、
   を備える画像形成装置であって、
   非画像形成時であって前記現像剤担持体の現像剤非担持領域に前記像担持体が当接した状態において、前記電圧印加手段が直流電圧を印加しながら、前記制御手段が前記駆動電流の電流値を変化させて前記像担持体又は前記現像剤担持体のいずれか一方の回転速度を変化させたときに、前記電流検知手段に検知される直流電流の電流値に基づいて、前記制御手段が画像形成時において前記一方を回転させるための前記駆動電流の電流値を補正することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段が、画像形成時における前記像担持体の表面の移動速度と前記現像剤担持体の表面の移動速度との速度比が、所定の基準速度比に対して所定の速度比差となる制御速度比となるように、前記一方を回転させるための前記駆動電流の電流値を設定する画像形成装置であって、
   前記制御手段は、
   前記電流検知手段に検知される直流電流の電流値が極値となるときの前記一方の表面の移動速度を算出し、
   算出した前記一方の表面の移動速度に対して前記所定の速度比差に対応する速度差となる前記一方の表面の移動速度で前記一方を回転させるための前記駆動電流の電流値を、前記制御速度比を形成するための電流量に設定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. 前記基準速度比は、前記像担持体の表面の移動速度と前記現像剤担持体の表面の移動速度に略差がない速度比であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、
   前記電流検知手段に検知される直流電流の電流値が極値となる前記駆動電流の電流値を算出し、
   前記算出した電流値を、画像形成時において前記一方を回転させるための前記駆動電流の電流値に設定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記算出した電流値は、前記像担持体の表面の移動速度と前記現像剤担持体の表面の移動速度に略差がない速度比を形成するための電流値であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、
   前記電流検知手段に検知される直流電流の電流値の変化と、前記像担持体の表面の移動速度と前記現像剤担持体の表面の移動速度との速度比の変化との関係を表す関係式を算出
   し、
   前回算出した前記関係式と新たに算出した前記関係式との間における、同じ電流値の直流電流が検知されるときのそれぞれの前記速度比のシフト量を算出し、
   前記シフト量に応じて、画像形成時において前記一方を回転させる前記駆動電流の電流値を補正することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
7. 前記電流検知手段が直流電流を検知するときにおける前記像担持体と前記現像剤担持体との間の電位差の絶対値は、画像形成時よりも大きく、放電閾値よりも小さい値であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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