JP6727533B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は現像装置及び画像形成装置に関する。

一般に、電子写真方式の画像形成装置は、現像装置内の各部材や現像トナーの劣化により、供給ローラから現像ローラへの電界力によるトナーの移動力が不足することがある。トナーの移動力が不足すると潜像担持体上の潜像部分にトナーが十分に行き渡らず、画像の濃度低下や副走査方向での部分的な画像カスレが発生することがある。また、画像形成装置周囲の温度・湿度の環境変化があってり、ユーザー側で出力画像条件を設定変更したりした場合等でも、当該画像濃度低下や画像カスレが発生することがある。

当該課題を解決するため、従来、供給ローラの特性・構成に特徴を持たせたり、供給ローラへ印加するバイアス設定値を制御することで、現像ローラに対するトナー供給力を増加させることが行われている。例えば特許文献１（特開２００２−１５６８２６号公報）では、トナー供給バイアス電圧の上限をパッシェンの曲線に基づいて、放電が生じない値に設定し、異常放電やリークに起因する画像濃度ムラを防止することが開示されている。また地汚れを防止するために、等価誘電厚みｄ／εを１２μｍ以下に設定することが開示されている（請求項７、ｄ：感光層厚み、ε：感光層の比誘電率）。

但し、単に供給ローラから現像ローラへのトナー供給力を増加させるだけであると、前記画像濃度低下や画像カスレを抑制できても、非画像部にトナーが付着しやすくなるという別の課題が発生する。また、特許文献１（特開２００２−１５６８２６号公報）の発明は等価誘電厚みを１２μｍ以下に設定して地汚れを抑制するが、これでは以下に述べる白紙部現像を抑制できないことが分かった。また等価誘電厚みを低下させるために感光層厚みｄを低下させると、感光体の耐久性が限られてしまうという課題もある。

また別の特許文献２（特開平１１−３０５５０１号公報）には、供給バイアスを変化させることで環境変化等に影響されない良質の画像形成方法が開示されている。当該方法は、静電潜像担持体上の少なくとも２点に異なる現像バイアスのもとに画像パターンを形成する。そしてそれら画像の濃度を濃度検知手段で検知し、当該現像バイアスに対する画像濃度の傾きを求める。その画像濃度の傾きに基づいて供給バイアスを変化させることで、環境変化等に影響されない良質の画像を形成する。

しかし、特許文献２の発明では、以下に述べる白紙部現像、地汚れの抑制は達成出来ないことが分かった。以下、トナー供給力を増加させた場合に非画像部にトナーが付着する現象（白紙部現像、地汚れ）について説明する。

トナー供給力を増加させると、現像ローラ上に保持しているトナーの帯電量や搬送量も変化する。そして、これに伴って以下の原因で非画像部にトナーが付着する。
（１）トナー搬送量が増大して帯電量が増大する場合
現像ローラへのトナー搬送量が増大すると、当該トナーの帯電分が現像バイアスに追加される。その結果、実効現像バイアスが増大し、実効現像バイアスが非画像部の感光体表面電位を超え、正規現像をした場合に出力画像の白紙部をトナーで汚してしまうことがある（以下、これを「白紙部現像」と呼ぶ）。

（２）トナー搬送量が増大するが帯電量が減少する場合
現像ローラへ搬送されるトナーに劣化トナーと新規トナーが混在する場合、トナー搬送量が増大してもトナーの荷電分離によりトナー荷電が逆帯電・弱帯電となることがある。その結果、感光体表面の非画像部（地肌部）に古いトナーが付着することで出力画像の白紙部をトナーで汚してしまうことがある（以下、これを「地汚れ」と呼ぶ）。
いずれも白紙部がトナーで汚れて不良画像になるだけでなく、その分のトナーが無駄になる。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、供給ローラから現像ローラへのトナー供給力を確保しつつ、白紙部現像や地汚れ等の不良画像発生を抑制することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の現像装置は、静電潜像を担持可能な感光体と、周面に一成分現像剤としてのトナーを担持した状態で前記感光体に対向して配置され、回転することで前記トナーを前記感光体上に搬送して前記静電潜像を現像する現像ローラと、前記現像ローラに現像バイアスを印加するための現像バイアス印加部と、前記現像ローラへ前記トナーを供給するトナー供給ローラと、前記トナー供給ローラに供給バイアスを印加するための供給バイアス印加部と、前記現像バイアス印加部と前記供給バイアス印加部を制御することで、前記現像バイアスと前記供給バイアスの差である供給バイアスオフセット量を所定量に変更可能な制御部とを備え、前記制御部は、前記トナーが前記静電潜像を現像可能な帯電量に帯電するように、前記感光体の走行距離、動作温度、動作湿度、連続動作時間、色情報の５つのパラメータの少なくとも１つを参照して前記供給バイアスオフセット量を変更し、かつ、当該供給バイアスオフセット量を変更した後、前記感光体上に現像バイアスを変化させて濃度が異なる複数の画像濃度調整用パターンを形成し、当該画像濃度調整用パターンの濃度に基いて目標濃度が得られる現像バイアスを設定することを特徴とする現像装置である。

本発明によれば、トナーが静電潜像を現像可能な帯電量に帯電するように、制御部が感光体の走行距離、動作温度、動作湿度、連続動作時間、色情報の５つのパラメータの少なくとも１つを参照して供給バイアスオフセット量を変更し、かつ、当該供給バイアスオフセット量を変更した後、感光体上に現像バイアスを変化させて濃度が異なる複数の画像濃度調整用パターンを形成し、当該画像濃度調整用パターンの濃度に基いて目標濃度が得られる現像バイアスを設定するので、供給ローラから現像ローラへのトナー供給力を確保しつつ、白紙部現像や地汚れ等の不良画像発生を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略図である。 現像装置としてのプロセスユニットの断面図である。 供給バイアスオフセット量と、現像ローラ上のトナー量との相関グラフである。 供給バイアスオフセット量と、現像ローラ上のトナー荷電量との相関グラフである。 供給バイアスオフセット量と、現像ローラ上のトナー荷電量との相関グラフである。 新品のプロセスユニットを使用した場合の、地汚れ及び白紙部現像の境界を示す、供給バイアスオフセット量と地肌ポテンシャルの相関グラフである。 走行距離５０００ｍのプロセスユニットを使用した場合の、地汚れ及び白紙部現像の境界を示す、供給バイアスオフセット量と地肌ポテンシャルの相関グラフである。 供給バイアスオフセット量の設定から濃度調整制御に至るフローチャートである。 濃度調整制御の方法を示す図である。

以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、当該実施形態を説明するための各図面において、同一の機能又は形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

（画像形成装置）
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る画像形成装置１００の全体構成及び動作について説明する。画像形成装置１００は、一般的な電子写真方式のタンデム式カラープリンタである。ただし、画像形成装置１００は当該方式に限定されない。本発明はモノクロプリンタやその他のプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置にも適用可能である。

画像形成装置１００の本体中央部に、４つのプロセスユニット１０２ａ〜１０２ｄが等間隔で横方向に配置されている。各プロセスユニット１０２ａ〜１０２ｄは、画像形成装置１００の装置本体に対して着脱可能に構成されている。

各プロセスユニット１０２ａ〜１０２ｄは、左端からカラー３色（シアン、マゼンタ、イエローの順）のユニットが並び、右端がブラックのユニットである。これら４つのプロセスユニット１０２ａ〜１０２ｄは、異なる色の現像剤を収容する以外はすべて同様の構成となっている。フルカラー画像形成時はブラック（ｄ）、イエロー（ｃ）、マゼンタ（ｂ）、シアン（ａ）の順で可視像を形成する。なお、以下の説明で色を特定する必要がある場合は参照番号の後にａ〜ｄを付す。その必要がない場合はａ〜ｄを省略して数字のみを使用する。

プロセスユニット１０２ａ〜１０２ｄの上方から、潜像形成手段である露光装置からの露光１０３ａ〜１０３ｄが照射されるようになっている。当該露光１０３により感光体１０８の表面に静電潜像が形成される。露光装置は、レーザーダイオードを用いたレーザービームスキャナやＬＥＤで構成可能である。

プロセスユニット１０２ａ〜１０２ｄの下方に、中間転写ベルト１２０が水平方向に配設されている。中間転写ベルト１２０の両端は、右側の駆動ローラ１２２と左側のテンションローラ１２１に架け渡されている。テンションローラ１２１に作用するスプリング等の弾性部材の付勢力によって、中間転写ベルト１２０に所定の張力が付与されている。

中間転写ベルト１２０の中間部分に、４つの一次転写ローラ１０１ａ〜１０１ｄが配設されている。これら４つの一次転写ローラ１０１ａ〜１０１ｄは、中間転写ベルト１２０を介して各プロセスユニット１０２ａ〜１０２ｄの感光体１０８に接触している。そして中間転写ベルト１２０と各感光体１０８との間に一次転写ニップが形成される。一次転写ローラ１０１ａ〜１０１ｄは、単独の高圧電源から＋４００〜＋２５００Ｖの転写バイアスが印加される。当該転写バイアスによって一次転写ニップに一次転写用電界が形成される。

中間転写ベルト１２０の右端の駆動ローラ１２２は、中間転写ベルト１２０を介して二次転写ローラ１２３と当接している。そして中間転写ベルト１２０と二次転写ローラ１２３との間に、二次転写ニップが形成される。当該二次転写ローラ１２３は、高圧電源から所定の転写バイアスが印加され、当該転写バイアスによって二次転写ニップに二次転写用電界が形成される。二次転写ローラ１２３の上方には、定着装置１０６及び排紙ローラ１０９が配設されている。

また、中間転写ベルト１２０の左端のテンションローラ１２１の外周に、トナーマークセンサ（以下、「ＴＭセンサ」と呼称する）１２４が配設されている。ＴＭセンサ１２４は正反射型や拡散型センサで構成される。そしてＴＭセンサ１２４によって転写ベルト１２０上のトナー像濃度検知及び各色位置検知が行われ、当該検知結果が画像形成装置１００の制御部１３０に送られる。制御部１３０はプロセスユニット１０２ａ〜１０２ｄ毎に設けてもよい。この場合、各プロセスユニット１０２の色に対応した後述の記憶テーブルを各プロセスユニット１０２に備えるようにする。

ＴＭセンサ１２４の近傍の画像形成装置１００の筐体に、機内温湿度センサ１２５、機外温湿度センサ１２６、フィルタ１２７及び送風ファン１２８が配設されている。温湿度センサ１２５、１２６の検知結果は画像形成装置１００の制御部１３０に送られる。そしてＴＭセンサ１２４の検知結果と合わせて、画像濃度や色合わせが制御部１３０において調整される。この調整動作の実行タイミングは、印刷枚数、現像装置駆動時間、機内外温湿度センサの出力値等の現像特性変動原因となる特性の閾値で決定される。

感光体１０８ａ〜１０８ｄは円筒形の感光体ドラムであり、所定の線速で回転する。感光体１０８の表面に帯電手段であるローラ形状の帯電器１１０が圧接されており、当該帯電器１１０が感光体１０８の回転により従動回転する。帯電器１１０に対して、高圧電源によりＤＣあるいはＤＣにＡＣが重畳されたバイアスが印加されることで、感光体１０８の表面が均一な表面電位に一様帯電される。感光体１０８の右側には現像ローラ１１１ａ〜１１１ｄが配設されている。各現像ローラ１１１は後述する高圧電源を有する図２の現像バイアス印加部２１２から所定の現像バイアスが供給される。

画像形成装置１００の下部に給紙トレイ１０４が配設されている。給紙トレイ１０４内に転写材としての用紙が収容されている。給紙トレイ１０４内の用紙は、給紙ローラ１０５によってピックアップされ、タイミングローラ対１０７へ送出される。そして感光体１０８上のトナー像の先端部が二次転写ローラ１２３の二次転写ニップに到達するタイミングに合わせて、タイミングローラ対１０７から用紙が給紙され、二次転写ニップに入っていく。未定着トナーを用紙へ転写する際の転写最適条件は、紙の含水率等によって異なるため、紙種や機内・機外温湿度センサ１２５、１２６の出力値を含む転写電流テーブルに基いて転写最適条件が設定される。

（作像動作）
続いて作像動作について説明する。作像動作が開始されると、各プロセスユニット１０２ａ〜１０２ｄにて各色の画像が形成される。詳しくは、各プロセスユニット１０２ａ〜１０２ｄにおいて、感光体１０８が回転駆動され、帯電器１１０によって感光体１０８の表面が所定の極性に一様に帯電される。

次いで感光体１０８の表面に露光１０３が照射されて静電潜像が形成される。このとき、各露光１０３ａ〜１０３ｄに含まれる画像情報は、所望のフルカラー画像を、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。そして、現像ローラ１１１によって、各感光体上の静電潜像にトナーが供給され、静電潜像がトナー画像として現像（可視像化）される。

各感光体１０８上に形成されたトナー画像は、一次転写ニップにて中間転写ベルト１２０上に順次重ね合わされて転写される。中間転写ベルト１２０に転写しきれなかった各感光体上のトナーは、クリーニング装置２０９によって除去され、廃トナー収容容器１２９へ蓄積される。

中間転写ベルト１２０上のトナー画像は、その後、二次転写ニップにて、給紙トレイ１０４から供給される用紙に対して一括して転写される。二次転写しきれなかった中間転写ベルト上のトナーはクリーニング装置１１２によって除去される。そして、二次転写ニップを通過した用紙は定着装置１０６へと搬送され、用紙上のトナー画像が定着装置１０６において熱と圧力により定着される。その後、用紙は、排紙ローラ１０９によって装置外へ排出される。こうして、画像形成装置１００における、一連の画像形成プロセスが完了する。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作である。しかし、前記画像形成装置はフルカラー画像以外も形成可能である。例えば４つのプロセスユニット１０２ａ〜１０２ｄのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つのプロセスユニットを使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

（プロセスユニット）
図２に、現像装置としてのプロセスユニット１０２の概略図を示す。このプロセスユニット１０２は、補給用のトナーが収容された上部のトナー供給容器２０１と、所定量のトナーが初期から収納された下部の現像室２０３で構成されている。トナー供給容器２０１の内部には、トナーを常時攪拌してその流動性を保つために、攪拌パドル２０８などを配設するとよい。

トナー供給容器２０１内部には、攪拌パドル２０８と並んで、スクリューあるいはコイルなどの搬送手段２０２が配設されている。この搬送手段２０２は、クラッチなど公知の接離手段を介して本体駆動部と連結可能に構成され、搬送手段２０２を必要に応じて駆動することで現像室２０３に対するトナー補給が行われるようになっている。トナー補給量は、本体駆動部の駆動時間により制御することが可能である。例えば温湿度環境でトナーの流動性が変化することに対応させて駆動時間を変化させるなどの制御も可能である。

プロセスユニット１０２の下部に配置された現像室２０３の内部には、上部のトナー供給容器２０１から補充されたトナーを長手方向全域に移送するための、スクリューなどのトナー輸送部材２０５が配設されている。また、トナー輸送部材２０５に隣接して、トナーを攪拌するためのアジテータ２０４が配設されている。

現像室２０３内のトナー残量の喫水面は、残量検知センサ２１１で検知されるようになっている。当該残量検知センサ２１１は光透過式センサ、圧電式センサ、メカ検知センサのいずれでも良い。現像室２０３内のトナー残量がセンサ検知面以下になると、トナー供給容器２０１からトナー補給が行われる。

現像室２０３の底部に、トナー担持体である現像ローラ１１１と、当該現像ローラにトナーを供給する供給ローラ２０６が配設されている。供給ローラ２０６は主としてスポンジ材質から構成されている。現像ローラ１１１は、現像バイアス印加部２１２によって現像バイアスが印加されるようになっている。供給ローラ２０６は、供給バイアス印加部２１３によって供給バイアスが印加されるようになっている。現像バイアス印加部２１２と供給バイアス印加部２１３は、制御部１３０によって制御されるようになっている。

現像ローラ１１１は、感光体１０８に対して非接触状態で配置され、感光体１０８の表面の静電潜像をトナー１１１によって非接触現像する。現像ローラ１１１は感光体１０８に対して接触配置して接触現像することも可能である。

供給ローラ２０６によって現像ローラ１１１に移動したトナーは、規制ブレード２０７により現像ローラ１１１表面に付着するトナー層を均一化された後、感光体ドラム１０８の表面電位に応じた量のトナーが感光体ドラム１０８の表面に移動する。感光体ドラム１０８の表面に移動したトナーで現像したトナー像は、その後、一次転写ニップにより中間転写ベルト１２０に転写される。

感光体ドラム１０８へ移動しなかった現像ローラ１１１上の残トナーは、現像ローラ１１１の周囲隙間に配設されたトナー漏れ防止用シート２１０に摺擦された後、現像室２０３内へと回収される。

また感光体ドラム１０８に移動したけれども転写残トナーとして感光体１０８上に残留したトナーは、クリーニング装置２０９により除去された後、スクリューなどのトナー輸送部材２１４により、画像形成装置１００内の廃トナー収容容器１２９に回収される。

（現像装置の作動について）
本実施形態の現像装置としてのプロセスユニット１０２は、現像ローラ１１１への印加バイアスＶｂ（以下現像バイアスＶｂという）と、供給ローラ２０６への印加バイアスＶｓ（以下供給バイアスＶｓという）の差分Δ（Ｖｂ−Ｖｓ）（以下供給バイアスオフセット量Δ（Ｖｂ−Ｖｓ）という）を制御する。こうすることでトナーの追従性を確保する。供給バイアスオフセット量Δ（Ｖｂ−Ｖｓ）は、現像ローラ１１１上へ遷移するトナーの搬送量と帯電量を決定する。このため、当該オフセット量を設定する際には、現像ローラ１１１へのトナー追従性だけでなく、現像ローラ１１１から感光体１０８へトナーが自然に遷移してしまう不具合にも対応するように、各種パラメータを設定する必要がある。

本実施形態では、供給バイアス変更タイミングを、必ず、濃度調整実施と抱き合わせで行う。この際、印刷シーケンス（印刷ジョブ）は行わない。また、前記濃度調整を実施する際、供給バイアス変更タイミングと、地肌ポテンシャルの変更タイミングを、一致させる。その際の地肌ポテンシャルの設定値は、供給バイアスの設定値と、動作環境（温度、湿度）、現像装置の耐久状態ら判断する。

図３Ａは、供給バイアスオフセット量と、現像ローラ上のトナー量との相関グラフである。横軸（Ｘ軸）が供給バイアスオフセット量である。縦軸（Ｙ軸）が現像ローラ上のトナー量（ｇ／ｍ²）である。図３Ａ乃至図３Ｃに示すグラフ（１）〜（５）の感光体走行距離、稼働環境、チェック環境は下表のとおりである。

図３Ａの点プロットは、感光体１０８の走行距離、マシンの動作環境（温度、湿度）、連続運転量に対する水準を振っている。全体的に、供給バイアスオフセット量を増加させると、静電的にトナーが現像ローラへ移動する量が増加する。

耐久初期には、グラフ(1)(2)(3)のように、現像ローラへのトナーフィルミングが無く、トナー劣化が無いため、供給バイアスオフセット量への感度が高い。さらに動作環境（温度、湿度）、連続運転量、トナー色等によってもトナーの荷電しやすさが左右される。このため、感光体１０８の走行距離、動作温度、動作湿度、連続動作時間、トナー色の情報等が、供給バイアスオフセット量を選択する上で考慮すべきパラメータとなる。

グラフ上点線で示しているのが、濃度階調１００％（濃度階調を例えば０〜２５５階調で制御する場合は２５５階調）で出力した際も、カスレ等発生しない追従性が確保されるトナー量の下限である。この追従性を確保するトナー量下限の値は、現像ローラの表面形状（粗さ）、規制力、回転速度、供給ローラ回転比率、供給ローラスポンジ径等で決定される。供給バイアスオフセット量に対する現像ローラ１１１上のトナー搬送量に感度を持つ因子の水準組み合わせに対して、追従性ＯＫのラインを守る供給バイアスオフセット量を指定していくことで、トナー追従性を確保できる。

図３Ｂは供給バイアスオフセットと現像ローラ上のトナー荷電量（μＣ／ｇ）の相関グラフの例である。図３Ｂに示すように、感光体走行距離５０００ｍ、高温高湿放置前のグラフ（４）において、供給バイアスオフセットが上昇すると現像ローラ上のトナー荷電量（μＣ／ｇ）が低下し地汚れ発生リスクが高まる。

図３Ｃは供給バイアスオフセットと現像ローラ上のトナーの単位面積当たり荷電量（μＣ/ｍ²）の相関グラフの例である。図３Ｃに示すように、感光体走行距離０ｍ、低温低湿放置後のグラフ（２）において供給バイアスオフセットが上昇すると現像ローラ上のトナー荷電量（μＣ/ｍ²）が上昇し白紙部現像リスクが高まる。

図４Ａは、新品のプロセスユニット（感光体走行距離０ｍ）を１０℃の温度環境で使用した場合の、地汚れ・白紙部現像のない、供給バイアスオフセット量と地肌ポテンシャルの相関グラフの例である。また図４Ｂは、感光体走行距離５０００ｍのプロセスユニットを３０℃の温度環境で１００ｍ連続運転した時の、地汚れ・白紙部現像のない、供給バイアスオフセット量と地肌ポテンシャルの相関グラフの例である。

これら相関グラフの形は、温湿度、走行距離、連続稼動時間によって変動する。その理由は、供給バイアスの変動による現像ローラ上の搬送量と、トナー荷電量(μC/m²、μC/g)の変動感度が、前記パラメータによって異なるためである。地汚れや白紙部現像は、現像ローラ上に存在するトータルの荷電量 (搬送量とトナー荷電量の積)で決定されるため、搬送量、トナー荷電量両方の変動量を確認する必要がある。

図４Ｂから分かるように、地汚れは、荷電量[μC/g]が低くなるに従って発生しやすくなる。これは、トナー単体として、荷電がある閾値以下となるトナーが地汚れとなるためである。地汚れの程度は、地肌ポテンシャルで制御可能である。

また、図４Ａから分かるように、白紙部現像は、トータル荷電量[μC/ｍ²]が高くなるに従って発生しやすくなる。これは、当該白紙部現像が、感光体の電位に対して現像ローラ側の実効電位がオーバーした際に発生する現象だからである。白紙部現像の程度は、地肌ポテンシャルで制御可能である。

ここで、図４Ａ,４Ｂを参照して、供給バイアスオフセット量、地肌ポテンシャル選択方法の例を説明する。
（１）図４Ａでの供給バイアスオフセット量、地肌ポテンシャル選択方法
（１−１）供給バイアスオフセット量は優先順位が最も高く、図３Ａに示す追従性ＯＫの 範囲にある現像ローラ上のトナー量から供給バイアスオフセット量を選択す る。図３Ａのグラフ（２）では、供給バイアスオフセット０〜３００Ｖのどの 点をとっても追従性がＯＫである。

（１−２）図３Ｃに示すように単位面積あたりのトナー荷電量[μC/ｍ²]に着目すると、 供給バイアスオフセット量が高い側で白紙部現像のリスクがある。したがっ て、供給バイアスオフセット量の値を低めに選択するのが有利である。

さらに、図４Ａに示すように、地肌ポテンシャルを高くに設定すると、地汚れ が劣化する方向で白紙部現像が良化する方向であり、地肌ポテンシャルを低く 設定すると、地汚れが良化し白紙部現像が劣化する方向である。また、感光体 走行距離が０ｍで低温低湿環境では、供給バイアスオフセット量が大きい範囲 で白紙部現像が出やすいため、それを避けるように地肌ポテンシャルのＯＫ範 囲は供給バイアスオフセット量が小さいときに比べて狭くなっている。

逆に供給バイアスオフセット量が低いと、白紙部現像が発生しにくいため、地 肌ポテンシャルのＯＫ範囲が広くなっている。よって、実際のパラメータの選 択の際は、供給バイアスオフセット量を低くし、かつ地肌ポテンシャルを ３００Ｖ程度で選択している。

（２）図４Ｂでの供給バイアスオフセット量、地肌ポテンシャル選択方法
（２−１）供給バイアスオフセット量は優先順位が最も高く、図３Ａに示す追従性ＯＫの 範囲にある現像ローラ上のトナー量から供給バイアスオフセット量を選択す る。図３Ａに示すように、グラフ（４）（感光体走行距離５０００ｍ、高温高 湿放置前(連続運転)）では、供給バイアスオフセット量が３００Ｖ付近でない と、現像ローラ上のトナー量は追従性を確保出来ない。よって、供給バイアス オフセット量を３００Ｖに選択する。
（２−２）図３Ｂに示すように、グラフ（４）における供給バイアスオフセット量３００ Ｖ付近では、単位重量に対するトナー荷電量[μC/g]が低いため、地汚れが発 生するリスクがある。

（２−３）地汚れ発生のリスクを低減するため、地肌ポテンシャルの値を低めに設定する ことが必要である。よって、地肌ポテンシャルは２００Ｖを選択する。
ここで、図４Ｂに示すように、供給バイアスオフセット量が低い場合、地汚れ リスクが少ないため、供給バイアスオフセット量が高い範囲と比べてＯＫ範囲 が広い。しかし、追従性確保のためには採用することは難しい。

以上の供給バイアスオフセット量と地肌ポテンシャルの組み合わせによる設定可能な領域は、トナー色、現像器の回転距離（現像部材の劣化）、動作環境（温度、湿度）、連続駆動時間、等によって変動するため、地肌ポテンシャルの選択は、以上のパラメータを少なくとも１つ参照して決定する。具体的には、これらパラメータと供給バイアスオフセットの、不良画像（白紙部現像や地汚れ等）発生を抑制する所定の相関関係を予め規定したＬＵＴまたは関数に基いて、供給バイアスオフセットを決定する。

（供給バイアスオフセット量変更時のフローチャート）
図５に供給バイアスオフセット量変更時のフローチャートを示す。このフローチャートの後半では、供給バイアスオフセットに対応して画像濃度を最適化するための濃度調整を実施する。

まずステップＳ１で、供給バイアスオフセット量を変更するタイミングか否かを判定する。供給バイアスオフセット量変更時は、コピーやプリンタ操作者にとって作業ができなくなるダウンタイムとなってしまう。したがって、図５フローの実行タイミングは、コピーやプリンタの操作に極力影響がない時期が適しており、例えば本体電源投入直後のウォームアップ中などのタイミングが好都合である。

供給バイアスオフセット量を変更するタイミングであると判定すると、ステップＳ２で、感光体１０８の走行距離、動作環境（温度、湿度）、色情報、連続運転距離の、少なくとも２つのパラメータを制御部１３０の記憶領域（記憶テーブル）から読み込む。併せて、設定目標供給バイアスオフセット量も制御部１３０の記憶領域から読み込む。そしてステップＳ３で読み込んだパラメータから目標地肌ポテンシャルを決定する。具体的には、これらパラメータと地肌ポテンシャルの、不良画像（白紙部現像や地汚れ等）発生を抑制する所定の相関関係を予め規定したＬＵＴまたは関数に基いて、地肌ポテンシャルを決定する。図４Ａ、図４Ｂは当該関数をグラフ化したものである。

次にステップＳ４で、読み込んだ目標供給バイアスオフセット量と地肌ポテンシャルを、それぞれ設定する。当該設定した供給バイアスオフセット量と地肌ポテンシャルで、図６の濃度調整制御、すなわち画像濃度調整用パターンの作成と濃度検知を実行する（ステップＳ５）。
画像濃度制御には、以下のベタ濃度調整と中間調（ハーフトーン）濃度調整がある。
（１）ベタ濃度調整制御
図６に示すように、現像バイアスの水準を振って、目標濃度（例えば階調１００%(ベタ)）を達成する現像バイアスを決定する。ここで、地肌ポテンシャルが一定値となるよう、現像バイアスの変更タイミングに同期して、帯電バイアスは変動する。また、感光体へ露光する露光エネルギーは一定値である。

（２）中間調濃度調整制御
露光手段の露光エネルギーの水準を振って目標濃度となるよう調整し、ハーフトーン画像は感光体に形成される。ここで、現像バイアスは、（１）で決定した現像バイアスに固定する。
なお、この中間調濃度調整は、供給バイアスオフセット量の変更に影響をあたえない。

このとき、地肌ポテンシャルは、記憶テーブルで読み込んだ値から変動させないため、中間調濃度制御の制御因子としては使用しない。中間調濃度制御の制御因子としては、光学系の露光エネルギーで行う。ステップＳ６で、濃度調整制御の実行結果が成功したか否かが判定される。濃度調整制御が成功した場合、すなわち目標とする中間調濃度が形成できた場合、設定した供給バイアスオフセット量と地肌ポテンシャルをそのまま採用する。そして次のシーケンスへ移る。

供給バイアスオフセット量を変更すると、現像ローラへ搬送されるトナー量が変動し、一瞬、現像ローラ１１１上トナー特性が変化する。このため、そのまま直ちに印字動作等を実施すると、画像先端に濃度のムラを発生させてしまうことがある。そこで、次の供給バイアスオフセット量の変更開始までの間に、少なくとも現像ローラ１１１の１回転分の期間、供給バイアスオフセット量を変更しない休止期間を設けるのがよい。

濃度調整制御の実行結果が失敗した場合、すなわち目標とする中間調濃度が形成できなかった場合、中間調濃度を保証できなくなる可能性がある。このため、ステップＳ７で、前回成功した濃度調整制御の現像バイアス、供給バイアスオフセット量、地肌ポテンシャルを前回値に戻し（前回値の再使用）、前回並みの画質状態を確保する。

なお、以上説明したフローは、各プロセスユニット１０２に個別の制御部１３０を配設することで、プロセスユニット毎に各色に対応した、供給バイアスオフセット量と地肌ポテンシャルの設定及び濃度調整制御を行うことができる。

上述した制御部の機能は、供給ローラ２０６が現像ローラ１１１にトナーを適切に供給するように供給バイアスオフセット量を経時で時々変更させることができる。また、供給バイアスオフセット量を変更した後に濃度調整制御を実施することができる。供給バイアスオフセット量を変更した後に濃度調整制御を実施することにより、供給バイアスオフセット量のみ単体で変更したときに発生する画像の色味の変動を抑制できる。

（濃度調整制御の具体例）
図６は濃度調整制御（ベタ濃度調整）の具体例を示すものである。ベタ濃度調整方法の手順は次のとおりである。
（１）帯電器１１０によってある印加バイアスで帯電させた感光体１０８は、露光装置から露光されることで複数のパッチパターン潜像が作成される。図６に示すように、現像バイアスを図６の第一現像バイアス（-２０Ｖ）、供給バイアスを第一供給バイアス（-１２０Ｖ）にセットして潜像を現像し、パッチパターントナー画像の画像濃度を測定し、平均画像濃度を得る。

（２）（１）と同様に、現像バイアスに合わせて上昇させた印加バイアスで帯電させた感光体を露光してパッチパターン潜像を作成する。図６に示すように、現像バイアスを第二現像バイアス（例えば−４０Ｖ）、供給バイアスを第二供給バイアス（例えば−１４０Ｖ）にセットして潜像を現像し、パッチパターントナー画像の画像濃度を測定し、平均画像濃度を得る。この場合、供給バイアスオフセット（現像バイアスと供給バイアスとの差）及び地肌ポテンシャル（現像バイアスと感光体表面電位の差）は（１）と同じ値とする。この工程を印加バイアス、現像バイアス、供給バイアスを変化させて繰り返す。

（３）目標のベタ濃度が得られる現像バイアスを現像バイアスの設定値とする。
このように、上記濃度調整制御は、供給バイアス、帯電器で設定する感光体表面電位をそれぞれが現像バイアスに対して一定オフセット量を保っている。それ以外は一般的なベタ濃度調整制御例と同様である。
なお、図６では１つのパッチパターンで説明したが、複数であってもよい。

本実施形態では、濃度調整実行時の地汚れ／白紙部現像も防止する目的で、濃度調整制御実行前に決定した供給バイアスオフセット量及び地肌ポテンシャルを、濃度調整中にも適用する。これにより、濃度調整失敗要因となる地汚れや白紙部現像を予防した状態で、ベタ濃度調整制御を実行可能である。また、このときの地肌ポテンシャルは、感光体１０８の帯電バイアスと、現像ローラ１１１の現像バイアスによって制御する。

現像バイアスと供給バイアスを変更する場合、両者の電圧差（供給バイアスオフセット量）が３５０Ｖを超えないようにする。異常放電やリークに起因する画像濃度ムラを防止するためである。

（トナーについて）
以下に本発明の実施形態で使用するトナーについて説明する。
［ポリエステル１の合成］
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールＡエチレンオキサイド２モル付加物２３５部、ビスフェノールＡプロピレンオキサイド３モル付加物５２５部、テレフタル酸２０５部、アジピン酸４７部およびジブチルチンオキサイド２部を入れ、常圧２３０℃で８時間反応し、さらに１０〜１５ｍｍＨｇの減圧で５時聞反応した後、反応容器に無水トリメリット酸４６部を入れ、１８０℃、常圧で２時間反応し、［ポリエステル１］を得た。［ポリエステル１］は、数平均分子量２６００、重量平均分子量６９００、Ｔｇ４４℃、酸価２６であった。

［プレポリマー１の合成］
冷却管、撹拌機および窒索導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールＡエチレンオキサイド２モル付加物６８２部、ビスフェノールＡプロピレンオキサイド２モル付加物８１部、テレフタル酸２８３部、無水トリメリット酸２２部およびジブチルチンオキサイド２部を入れ、常圧２３０℃で８時間反応し、さらに１０〜１５ｍｍＨｇの減圧で５時間反応し［中間体ポリエステル１］を得た。［中間体ポリエステル１］は、数平均分子量２１００、重量平均分子量９５００、Ｔｇ５５℃、酸価０．５、水酸基価４９であった。

次に、冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、［中間体ポリエステル１］４１１部、イソホロンジイソシアネート８９部、酢酸エチル５００部を入れ１００℃で５時間反応し、［プレポリマー１］を得た。［プレポリマー１］の遊離イソシアネート重量％は、１．５３％であった。

［マスターバッチ１の作成］
カーボンブラック（キャボット社製 リーガル４００Ｒ）：４０部、結着樹脂：ポリエステル樹脂（三洋化成ＲＳ−８０１ 酸価１０、Ｍｗ２００００、Ｔｇ６４℃）：６０部、水：３０部をヘンシェルミキサーにて混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これをロ−ル表面温度１３０℃に設定した２本ロールにより４５分間混練を行い、パルベライザーで１ｍｍの大きさに粉砕し、［マスターバッチ１］を得た。

［顔料・ＷＡＸ分散液１（油相）の作製］
撹拌棒および温度計をセットした容器に、［ポリエステル１］５４５部、パラフィンワックス １８１部、酢酸エチル１４５０部を仕込み、撹拌下８０℃に昇温し、８０℃のまま５時間保持した後、１時間で３０℃に冷却した。次いで容器に［マスターバッチ１］５００部、酢酸エチル１００部を仕込み、１時間混合し［原料溶解液１］を得た。

［原料溶解液１］１５００部を容器に移し、ビーズミル（ウルトラビスコミル、アイメックス社製）を用いて、送液速度１ｋｇ／ｈｒ、ディスク周速度６ｍ／秒、０．５ｍｍジルコニアビーズを８０体積％充填、３パスの条件で、カーボンブラック、ＷＡＸの分散を行った。次いで、［ポリエステル１］の４２５部と酢酸エチル２３０部を加え、前記条件のビーズミルで１パスし、［顔料・ＷＡＸ分散液１］を得た。［顔料・ＷＡＸ分散液１］の固形分濃度（１３０℃、３０分）が５０％となるように酢酸エチルを加えた。

［水相作成工程］
イオン交換水９７０部、分散安定用の有機樹脂微粒子（スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体）の２５ｗｔ％水性分散液４０部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの４８．５％水溶液（エレミノールＭＯＮ−７：三洋化成工業製）１４０部、酢酸エチル９０部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを［水相１］とする。

［乳化工程］
［顔料・ＷＡＸ分散液１］９７５部、アミン類としてイソホロンジアミン２．６部、ＴＫホモミキサー（特殊機化製）で５，０００ｒｐｍにて１分間混合した後、［プレポリマー１］８８部を加えＴＫホモミキサー（特殊機化製）で５，０００ｒｐｍにて１分間混合した後、［水相１］１２００部を加え、ＴＫホモミキサーで、回転数８，０００〜１３，０００ｒｐｍで調整しながら２０分間混合し［乳化スラリー１］を得た。

［脱溶剤工程］
撹拌機および温度計をセットした容器に、［乳化スラリー１］を投入し、３０℃で８時間脱溶剤を行い、［分散スラリー１］を得た。

［洗浄・乾燥工程］
［分散スラリー１］１００部を減圧濾過した後、
（１）：濾過ケーキにイオン交換水１００部を加え、ＴＫホモミキサーで混合（回転数１２，０００ｒｐｍで１０分間）した後濾過した。このときのろ液は、乳白色であった。
（２）：（１）の濾過ケーキにイオン交換水９００部を加え、超音波振動を付与してＴＫホモミキサーで混合（回転数１２，０００ｒｐｍで３０分間）した後、減圧濾過した。リスラリー液の電気伝導度が１０μＳ／ｃｍ以下となるようにこの操作を繰り返した。
（３）：（２）のリスラリー液のｐＨが４となる様に１０％塩酸を加え、そのままスリーワンモーターで攪拌３０分後濾過した。
（４）：（３）の濾過ケーキにイオン交換水１００部を加え、ＴＫホモミキサーで混合（回転数１２，０００ｒｐｍで１０分間）した後濾過した。リスラリー液の電気伝導度が１０μＣ／ｃｍ以下となるようにこの操作を繰り返し［濾過ケーキ１］を得た。

［濾過ケーキ１］を循風乾燥機にて４２℃で４８時間乾燥し、目開き７５μｍメッシュで篩い、［トナー母体１０１］を得た。平均円形度は０．９７４、また、体積平均粒径（Ｄｖ）は６．３μｍ、個数平均粒径（Ｄｐ）は５．３μｍで、Ｄｖ／Ｄｐは１．１９の粒度分布を有するトナー母体が得られた。

前記作成方法にて得たトナー母体１００部に対し、市販のシリカ微粉体Ｈ２０ＴＭ［クラリアントジャパン社製；平均一次粒径１２ｎｍ、シリコーンオイル処理なし］１部、ＲＹ５０［日本アエロジル社製；平均一次粒径４０ｎｍ、シリコーンオイル処理あり］２部をヘンシェルミキサーにより混合し、目開き６０μｍの篩を通過させることにより粗大粒子や凝集物を取り除くことで、トナーを得た。トナーの外添処方として、シリコンオイル含有シリカを用いてもよい。これにより、プロセスユニット１０２の長寿命化やクリーニング性の向上、転写効率の向上を図ることができる。

以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。

１０１ａ-１０１ｄ：一次転写ローラ １０２ａ-１０２ｄ：プロセスユニット
１０３ａ-１０３ｄ：露光 １０８ａ-１０８ｄ：感光体
１１１ａ-１１１ｄ：現像ローラ １００：画像形成装置
１０２：プロセスユニット １０２：現像室
１０３：露光 １０４：給紙トレイ
１０５：給紙ローラ １０６：定着装置
１０７：タイミングローラ対 １０８：感光体
１０８：各感光体 １０８：感光体
１０８：各感光体 １０８：感光体
１０８：感光体ドラム １０８：感光体
１０９：排紙ローラ １１０：帯電器
１１１：各現像ローラ １１１：現像ローラ
１１２：クリーニング装置 １２０：中間転写ベルト
１２０：転写ベルト １２０：中間転写ベルト
１２１：テンションローラ １２２：駆動ローラ
１２３：二次転写ローラ １２４：センサ
１２５：機内温湿度センサ １２５：温湿度センサ
１２５：機内・機外温湿度センサ １２６：機外温湿度センサ
１２７：フィルタ １２８：送風ファン
１２９：廃トナー収容容器 １３０：制御部
２０１：トナー供給容器 ２０２：搬送手段
２０３：現像室 ２０４：アジテータ
２０５：トナー輸送部材 ２０６：供給ローラ
２０７：規制ブレード ２０８：攪拌パドル
２０９：クリーニング装置 ２１０：トナー漏れ防止シート
２１１：残量検知センサ ２１２：現像バイアス印加部
２１３：供給バイアス印加部 ２１４：トナー輸送部材

特開２００２−１５６８２６号公報 特開平１１−３０５５０１号公報

Claims (8)

1. 静電潜像を担持可能な感光体と、
   周面に一成分現像剤としてのトナーを担持した状態で前記感光体に対向して配置され、回転することで前記トナーを前記感光体上に搬送して前記静電潜像を現像する現像ローラと、
   前記現像ローラに現像バイアスを印加するための現像バイアス印加部と、
   前記現像ローラへ前記トナーを供給するトナー供給ローラと、
   前記トナー供給ローラに供給バイアスを印加するための供給バイアス印加部と、
   前記現像バイアス印加部と前記供給バイアス印加部を制御することで、前記現像バイアスと前記供給バイアスの差である供給バイアスオフセット量を所定量に変更可能な制御部とを備え、
   前記制御部は、前記トナーが前記静電潜像を現像可能な帯電量に帯電するように、前記感光体の走行距離、動作温度、動作湿度、連続動作時間、色情報の５つのパラメータの少なくとも１つを参照して前記供給バイアスオフセット量を変更し、かつ、当該供給バイアスオフセット量を変更した後、前記感光体上に現像バイアスを変化させて濃度が異なる複数の画像濃度調整用パターンを形成するベタ濃度調整制御で目標のベタ濃度が得られる現像バイアスを決定し、当該決定した現像バイアスで、前記供給バイアスオフセット量と地肌ポテンシャルを共に固定した状態で、前記感光体に照射する露光の条件を変化させる中間調濃度調整制御で中間調濃度のパターンを形成し、当該中間調濃度のパターンに基いて目標の中間調濃度が得られる露光条件を設定することを特徴とする現像装置。
2. 静電潜像を担持可能な感光体と、
   周面に一成分現像剤としてのトナーを担持した状態で前記感光体に対向して配置され、回転することで前記トナーを前記感光体上に搬送して前記静電潜像を現像する現像ローラと、
   前記現像ローラに現像バイアスを印加するための現像バイアス印加部と、
   前記現像ローラへ前記トナーを供給するトナー供給ローラと、
   前記トナー供給ローラに供給バイアスを印加するための供給バイアス印加部と、
   前記現像バイアス印加部と前記供給バイアス印加部を制御することで、前記現像バイアスと前記供給バイアスの差である供給バイアスオフセット量を所定量に変更可能な制御部とを備え、
   前記制御部は、前記トナーが前記静電潜像を現像可能な帯電量に帯電するように、前記感光体の走行距離、動作温度、動作湿度、連続動作時間、色情報の５つのパラメータの少なくとも１つを参照して前記供給バイアスオフセット量、及び、地肌ポテンシャルを変更し、かつ、当該供給バイアスオフセット量、及び、前記地肌ポテンシャルを変更した後、前記感光体上に現像バイアスを変化させて濃度が異なる複数の画像濃度調整用パターンを形成するベタ濃度調整制御で目標のベタ濃度が得られる現像バイアスを決定し、前記濃度が異なる複数の画像濃度調整用パターンに目標のベタ濃度が含まれていない時は、前記供給バイアスオフセット量、前記地肌ポテンシャルともに変更前の値へ戻すことを特徴とする現像装置。
3. 前記制御部は、前記供給バイアスオフセット量を変更する過程で、前記現像バイアスと前記供給バイアスの電圧差が３５０Ｖを超えないように前記現像バイアス印加部と前記供給バイアス印加部を制御することを特徴とする請求項１又は２の現像装置。
4. 前記制御部が、前記供給バイアスオフセット量を変更した後、次の供給バイアスオフセット量の変更開始までの間に、少なくとも前記現像ローラの１回転分の期間、前記供給バイアスオフセット量を変更しない休止期間を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項の現像装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の現像装置を有することを特徴とするプロセスユニット。
6. 前記トナーの外添処方としてシリコンオイル含有シリカを用いていることを特徴とする請求項５のプロセスユニット。
7. 画像形成に使用する色数に対応して請求項５又は６のプロセスユニットを複数有することを特徴とする画像形成装置。
8. 前記制御部は、前記供給バイアスオフセット量の変更を各プロセスユニット毎に独立で実行することを特徴とする請求項７の画像形成装置。