JP4480066B2

JP4480066B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4480066B2
Application number: JP2004035964A
Authority: JP
Inventors: 孝将尾関
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2024-02-13
Also published as: JP2005189790A

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置に関し、特に、最適な画質を維持するために作像条件の調整をおこなう画像形成装置に関するものである。

従来から、電子写真方式を用いた画像形成装置において、出力画像における画質を安定化することを目的として、現像工程時の現像電流を検知してその検知結果に基いて作像条件を制御（プロセスコントロール）する技術が知られている。

具体的に、例えば、特許文献１には、現像工程にて印字チェックパターンを感光体ドラム上に形成するときに現像ローラに流れ込む現像電流を検知して、その検知結果に基いて帯電電位及び現像バイアスを制御する技術が開示されている。この技術は、感光体ドラムに膜削れが生じて感光体ドラムの静電容量が変化しても、一定の現像特性が得られることを目的としている。

また、特許文献２には、現像ローラに流れる現像電流を検知して、その検知結果が一定になるように現像バイアスを制御する技術が開示されている。この技術は、現像領域における感光体ドラムと現像ローラとの間隙（現像ギャップ）が変動しても、現像電界が安定して画像濃度が一定になることを目的としている。

特開２００２−３３３７４５号公報特開平７−２７１１３９号公報

上述した従来の画像形成装置は、現像部内のトナーの帯電量が環境によって変動したり経時で変動したときに、感光体ドラム上に形成するトナー像のトナー付着量がばらついて、出力画像の画像濃度が安定しなかったり、地肌汚れが発生するという問題があった。

詳しくは以下の通りである。
低温低湿の環境において、トナーの単位重量当りの帯電量（単位重量当りの電荷量であって、以降適宜に「Ｑ／Ｍ」と呼ぶ。）は上昇して、感光体ドラム上のトナー付着量は小さくなる。これに対して、高温高湿の環境において、Ｑ／Ｍは低下して、感光体ドラム上のトナー付着量は大きくなる。また、経時において現像部内に残留する劣化トナーは、フレッシュなトナーに比べてＱ／Ｍが低くなる。

ここで、現像電流とは、現像ローラ上に担持されたトナーが感光体ドラム上に移動することによる電荷の移動であって、Ｑ／Ｍと現像量（トナー付着量）とにより定まるものである。換言すると、現像電流とは、現像工程時に現像領域にて移動する電荷の総量（総電荷量）であって、Ｑ／Ｍと単位面積当りのトナー付着量との積に比例する。したがって、上述のようにＱ／Ｍが安定しない状態で、現像工程時の現像電流を検知してその検知結果に基いて作像条件を制御しても、感光体ドラム上のトナー付着量は安定しないことになる。また、Ｑ／Ｍが低下したときには、地肌汚れ（トナー付着を予定していない非画像部にトナーが付着する現象である。）が発生しやすくなる。

したがって、上述の特許文献１の技術では、現像工程にて印字チェックパターンを感光体ドラム上に形成するときの現像電流に基いて帯電電位及び現像バイアスを制御しているが、Ｑ／Ｍが環境等によって変動したときに感光体ドラム上のトナー付着量がばらついて、出力画像の画像濃度が安定しないことになる。また、Ｑ／Ｍが低下したときに地肌汚れが発生する。

同様に、上述の特許文献２の技術では、現像電流が一定になるように現像バイアスを制御しているが、Ｑ／Ｍが環境等によって変動したときに感光体ドラム上のトナー付着量がばらついて、出力画像の画像濃度が安定しないことになる。また、Ｑ／Ｍが低下したときに地肌汚れが発生する。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、トナーの帯電量が環境変動したり経時変動した場合であっても、感光体ドラム上のトナー付着量のばらつきが少なくて、出力画像における画像濃度が安定して、地肌汚れが発生しない画像形成装置を提供することにある。

この発明の請求項１記載の発明にかかる画像形成装置は、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に対向するとともに現像剤を担持する現像剤担持体を具備した現像部と、前記現像部にトナーを補給するトナー補給部と、前記像担持体上の未転写トナーを回収するクリーニング部と、前記現像剤担持体に現像バイアスを印加する電圧印加手段と、前記像担持体上に形成された潜像を現像してトナー像を作像するときに前記電圧印加手段から出力される電流を検知する電流検知手段と、前記像担持体上に形成された前記トナー像のトナー付着量を検知するトナー付着量検知手段と、前記像担持体上の帯電電位と、前記像担持体上の潜像電位と、前記現像バイアスと、のうち少なくとも１つを調整する調整手段と、前記電流検知手段の検知結果と前記トナー付着量検知手段の検知結果とに基いて前記トナー像の単位重量当りの電荷量を算出する制御部と、を備え、前記調整手段は、前記制御部によって算出された前記電荷量が所定値よりも小さい場合には前記像担持体上の地肌ポテンシャルが大きくなるように調整し、前記制御部によって算出された前記電荷量が所定値よりも大きい場合には前記像担持体上の現像ポテンシャルが大きくなるように調整し、前記制御部によって算出された前記電荷量が所定の閾値よりも小さい場合には前記トナー補給部から前記現像部に補給するトナーの量が少なくなるように調整して、前記制御部によって算出された前記電荷量が所定の閾値よりも大きい場合には前記トナー補給部から前記現像部に補給するトナーの量が多くなるように調整して、前記電荷量が所定の範囲内に収まるように制御する第１制御手段と、前記第１制御手段による制御をおこなっても前記電荷量が低下して前記所定の範囲内に収まらない場合に、前記像担持体上の地肌ポテンシャルが小さくなるように前記調整手段を制御する第２制御手段と、をさらに備え、前記第２制御手段による制御によって前記現像部内のトナーを前記像担持体に付着させて、その付着したトナーを前記クリーニング部によって回収するものである。

また、請求項２記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１記載の発明において、前記第２制御手段は、前記像担持体上の地肌ポテンシャルが小さくなるように前記調整手段を制御することにより前記現像部内のトナーを前記像担持体に付着させるとともに、前記現像部に新たにトナーを補給するように前記トナー補給部を制御するものである。

また、請求項３記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記トナー像を、出力画像とは別に形成されるパッチパターンとしたものである。

また、請求項４記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記像担持体上に形成されるトナー像を被転写材上又は第２の像担持体上に転写する転写部を備え、前記調整手段は、前記転写部に供給される転写バイアスをも調整できるように構成されたものである。

また、請求項５記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記現像部を複数具備したものである。

また、請求項６記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項５に記載の発明において、前記複数の現像部にそれぞれ対向する複数の前記像担持体と、前記複数の像担持体上にそれぞれ形成されるトナー像を被転写材上又は第２の像担持体上に転写する複数の転写部と、を具備したものである。

本発明は、現像工程時に形成されるトナー像に係わるトナーの帯電量を求めてそれに基いて作像条件を調整しているので、トナーの帯電量が環境変動したり経時変動した場合であっても、感光体ドラム上のトナー付着量のばらつきが少なくて、出力画像における画像濃度が安定して、地肌汚れ等の不具合が発生しない画像形成装置を提供することができる。

実施の形態１．
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１において、１は画像形成装置としてのカラー複写機の装置本体、２は画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部としてのプロセスカートリッジ、２１は各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫにそれぞれ収納された像担持体としての感光体ドラム、２２は感光体ドラム２１上を帯電する帯電部、２３は感光体ドラム２１上に形成される静電潜像を現像する現像部、２４は感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を中間転写ベルト２７に転写する転写部としての転写バイアスローラ、２５は感光体ドラム２１上の未転写トナーを回収するクリーニング部を示す。

また、２７は各色のトナー像が重ねて転写される第２の像担持体としての中間転写ベルト、２９は中間転写ベルト２７上に形成されたトナー像を被転写材Ｐに転写する転写部としての第２転写バイアスローラ、３０は４色のトナー像が重ねて転写された被転写材Ｐを搬送する転写ベルト、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２ＢＫは各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫの現像部２３に各色のトナーを補給するトナー補給部、６１は転写紙等の被転写材Ｐが収納される給紙部、６６は被転写材Ｐ上の未定着画像を定着する定着部、１２０は載置された原稿を光学的に読み取るスキャナを示す。

ここで、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは、それぞれ、感光体ドラム２１、帯電部２２、現像部２３、クリーニング部２５が、一体化されたものである。そして、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫにおける感光体ドラム２１上で、それぞれ、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像形成がおこなわれる。

以下、画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
４つの感光体ドラム２１は、それぞれ、図１の反時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム２１の表面は、帯電部２２との対向位置で、一様に帯電される（帯電工程である。）。その後、帯電された感光体ドラム２１表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。

一方、スキャナ１２０の原稿載置部にカラー原稿が載置されると、不図示の読取部にて原稿の画像情報が光学的に読み取られる。すなわち、原稿に対して照明光源の走査をおこない、不図示のカラーＣＣＤに原稿像を結像する。そして、原稿像を、カラーＣＣＤで光電変換してＲ、Ｇ、Ｂの画像信号を生成する。これらの画像信号は、書込み部２に送信される。その後、書込み部２において、光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応して射出される。レーザ光は、ポリゴンミラー３に入射して反射した後に、レンズ４、５を透過する。レンズ４、５を透過した後のレーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程である。）。

イエロー成分のレーザ光は、ミラー６〜８で反射された後に、紙面右側から１番目のプロセスカートリッジ２０Ｙの感光体ドラム２１表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラー３により、感光体ドラム２１の回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部２２にて帯電された後の感光体ドラム２１上には、イエロー成分の静電潜像が形成される。
同様に、マゼンタ成分のレーザ光は、ミラー９〜１１で反射された後に、紙面右から２番目のプロセスカートリッジ２０Ｍの感光体ドラム２１表面に照射されて、マゼンタ成分の静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、ミラー１２〜１４で反射された後に、紙面右から３番目のプロセスカートリッジ２０Ｃの感光体ドラム１２表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、ミラー１５で反射された後に、紙面右から４番目のプロセスカートリッジ２０ＢＫの感光体ドラム２１表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。

その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム２１表面は、さらに回転して、現像部２３との対向位置に達する。そして、現像部２３から感光体ドラム２１上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム２１上の潜像が現像される（現像工程である。）。
その後、現像工程後の感光体ドラム２１表面は、それぞれ、中間転写ベルト２７との対向位置に達する。ここで、それぞれの対向位置には、中間転写ベルト２７の内周面に当接するように転写バイアスローラ２４が設置されている。そして、転写バイアスローラ２４の位置で、中間転写ベルト２７上に、感光体ドラム２１上に形成された各色の画像が、順次転写される（第１転写工程である。）。

そして、第１転写工程後の感光体ドラム２１表面は、それぞれ、クリーニング部２５との対向位置に達する。そして、クリーニング部２５で、感光体ドラム２１上に残存する未転写トナーが回収される（クリーニング工程である。）。
その後、感光体ドラム２１表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム２１における一連の作像プロセスが終了する。

他方、感光体ドラム２１上の各色の画像（トナー像）が重ねて転写された中間転写ベルト２７表面は、図中の矢印方向に走行して、第２転写バイアスローラ２９の位置に達する。そして、第２転写バイアスローラ２９の位置で、被転写材Ｐ上に中間転写ベルト２７上のフルカラーの画像が２次転写される（２次転写工程である。）。
その後、中間転写ベルト２７表面は、不図示の中間転写ベルトクリーニング部の位置に達する。そして、中間転写ベルト２７上の未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部に回収されて、中間転写ベルト２７上の一連の転写プロセスが完了する。

ここで、第２転写バイアスローラ２９位置の被転写材Ｐは、給紙部６１から搬送ガイド６３、レジストローラ６４等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、被転写材Ｐを収納する給紙部６１から、給紙ローラ６２により給送された転写紙Ｐが、搬送ガイド６３を通過した後に、レジストローラ６４に導かれる。レジストローラ６４に達した被転写材Ｐは、中間転写ベルト２７上のトナー像とタイミングを合わせて、第２転写バイアスローラ２９の位置に向けて搬送される。

その後、フルカラー画像が転写された被転写材Ｐは、転写ベルト３０により、定着部６６に導かれる。定着部６６では、加熱ローラ６７と加圧ローラ６８とのニップにて、カラー画像が被転写材Ｐ上に定着される。
そして、定着工程後の被転写材Ｐは、排紙ローラ６９によって、装置本体１外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２及び図３にて、画像形成装置の作像部について詳述する。図２は作像部を示す断面図であり、図３はその現像部２３を示すＡ−Ａ断面図である。
なお、装置本体１に設置される４つの作像部は、収納されるトナーＴの色が異なる以外はほぼ同一構造であるので、プロセスカートリッジ及びトナー補給部における符号のアルファベット（Ｙ、Ｍ、Ｃ、ＢＫ）を除して図示する。

図２に示すように、プロセスカートリッジ２０には、主として、像担持体としての感光体ドラム２１と、帯電部２２と、現像部２３と、クリーニング部２５とが、ケース２６に一体的に収納されている。
現像部２３は、主として、感光体ドラム２１に対向する現像剤担持体としての現像ローラ２３ａと、現像ローラ２３ａに対向する第１搬送スクリュ２３ｂと、仕切部材２３ｅを介して第１搬送スクリュ２３ｂに対向する第２搬送スクリュ２３ｃと、現像ローラ２３ａに対向する規制部材としてのドクターブレード２３ｄと、で構成される。現像部２３内には、キャリアＣとトナーＴとからなる２成分現像剤が収容されている。現像ローラ２３ａは、内部に固設されてローラ周面に磁界を形成するマグネットと、マグネットの周囲を回転するスリーブと、で構成される。現像ローラ２３ａと感光体ドラム２１との間には、所定の現像ギャップが設けられている。

先に述べた作像プロセスを、現像工程を中心にしてさらに詳しく説明する。
現像ローラ２３ａは、図２中の矢印方向に回転している。現像部２３内の現像剤Ｔ、Ｃは、図３に示すように、間に仕切部材２３ｅを介在するように配設された第１搬送スクリュ２３ｂ及び第２搬送スクリュ２３ｃの回転駆動によって、トナー補給部３２からトナー補給口２６ａを介して補給されたトナーＴとともに撹拌混合されながら長手方向に循環する（図３中の矢印方向の循環である。）。そして、摩擦帯電してキャリアＣに吸着したトナーＴが、第１搬送スクリュ２３ｂによってキャリアＣとともに現像ローラ２３ａに供給され、その現像剤Ｔ、Ｃが現像ローラ２３ａ上に担持される。

その後、現像ローラ２３ａに担持された現像剤Ｔ、Ｃは、ドクターブレード２３ｄの位置で適量化された後に、感光体ドラム２１との対向位置（現像領域である。）に達する。そして、その対向位置で、現像剤中のトナーＴが、感光体ドラム２１表面に形成された静電潜像に付着する。詳しくは、レーザ光Ｌが照射された画像部の潜像電位と、現像ローラ２３ａに印加された現像バイアスとの、電位差（現像ポテンシャル）によって形成される電界（現像電界）によって、トナーＴが潜像に付着する。
その後、感光体ドラム２１に付着したトナーＴは、そのほとんどが中間転写ベルト２７上に転写される。そして、感光体ドラム２１上に残存したトナーＴが、感光体ドラム２１に当接するクリーニングブレード２５ａ及びクリーニングローラ２５ｂによってクリーニング部２５内に回収される。

ここで、装置本体に設けられたトナー補給部３２は、交換自在に構成されたトナーボトル３３と、トナーボトル３３を保持・回転駆動するとともに現像部２３にフレッシュトナーＴを補給するボトル保持部３４と、で構成されている。また、トナーボトル３３内には、トナーＴ（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのいずれかである。）が収納されている。

なお、トナーボトル３３内のトナーＴは、現像部２３内のトナーＴの消費にともない、トナー補給口２６ａから現像部２３内に適宜に補給されるものである。トナー補給口２６ａは、第２搬送スクリュ２３ｃの長手方向（図３の上下方向である。）の一端であって、第２搬送スクリュ２３ｃの上方に設けられている。

ここで、現像部２３内のトナーＴの消費は、感光体ドラム２１に対向するトナー付着量検知手段としての反射型フォトセンサ２８によって間接的に検知される。詳しくは、まず、上述の帯電工程、露光工程、現像工程を経て、感光体ドラム２１上にパッチパターン（約３０ｍｍ角の矩形パターンであって、ベタのトナー像である。）を形成する。このパッチパターンに向けて、フォトセンサ２８の発光素子（ＬＥＤ）から光を照射する。そして、パッチパターンで反射した光を、フォトセンサ２８の受光素子（フォトダイオード）で受光する。このとき、受光素子が受光した光量の大きさ（出力電圧の大きさである。）に係わる情報は制御部４０に送信されて、制御部４０にてパッチパターンにおけるトナー付着量（ｍｇ／ｃｍ²）を判定する。そして、トナー付着量が小さいと判定された場合には、現像部２３内のトナーＴの消費が多いものとして、制御部４０からの指令に基いてトナー補給部３２から現像部２３内にフレッシュトナーを補給する。これに対して、トナー付着量が大きいと判定された場合には、現像部２３内のトナーＴの消費が少ないものとして、現像部２３内へのトナー補給を休止又は減量する。

また、現像ローラ２３ａに現像バイアスを印加する電圧印加手段としての現像電源４１は、調整手段としての制御部４０によって、印加する現像バイアスの大きさを可変できる。なお、現像バイアスは、直流電圧であっても、交流電圧であっても、その双方であってもよい。
さらに、現像電源４１には、電源回路中に接続された抵抗器を備えた電流検知手段が設けられている。そして、抵抗器両端にかかる電圧を検出して、現像電源４１から出力される電流を検知する。この現像電源４１の電流検知手段にて検知された出力電流（現像電流）の情報は、制御部４０に送信される。

また、帯電部２２（帯電ローラ）に帯電電圧を印加する帯電電源４２は、調整手段としての制御部４０によって、印加する帯電電圧の大きさを可変できる。これによって、帯電工程にて感光体ドラム２１上に形成される帯電電位が調整される。
また、感光体ドラム２１上に露光光Ｌを照射する書込み部２は、調整手段としての制御部４０によって、露光光Ｌの露光量の大きさを可変できる。これによって、露光工程にて感光体ドラム２１上に形成される潜像電位が調整される。
なお、制御部４０は、上述の現像バイアス、帯電電位、潜像電位の他にも、転写工程に係わる転写電圧等の作像プロセスに係わる作像条件のすべてを調整可能に構成されている。

次に、本実施の形態１における特徴的な制御について説明する。
本実施の形態１では、電流検知手段の検知結果と、フォトセンサ２８の検知結果と、に基いて、作像条件が調整される。具体的な制御は、以下の通りである。

まず、出力画像の画像形成とは別に、上述の帯電工程、露光工程、現像工程を経て、感光体ドラム２１上にパッチパターンを形成する。このとき、パッチパターンの現像工程において、すなわち、パッチパターンの潜像に向けて現像ローラ２３ａ上のトナーＴが移動する工程において、現像電源４１の電流検知手段によって、現像ローラ２３ａに流れる現像電流が検知される。

例えば、現像工程時に、図４に示すような、時間（現像時間）に対する現像電流の変動が検知されたものとする。このとき、現像時間に対する現像電流変動の積分値（図４中の斜線領域である。）が、現像工程時に現像ギャップを移動するトナーＴに係わる総電荷量Ｑとなる。したがって、パッチパターンの現像に係わる、単位面積当りの電荷量（Ｑ／Ａ）は、（現像工程時の総電荷量Ｑ）／（パッチパターンの面積）となる。
このように、電流検知手段によって検知された現像電流に基いて、制御部４０の演算部にて単位面積当りの電荷量（Ｑ／Ａ）が求められる。

その後、感光体ドラム２１上に形成されたトナー像としてのパッチパターンは、トナー付着量検知手段としてのフォトセンサ２８との対向位置に達して、フォトセンサ２８によってそのトナー付着量が検知される。
詳しくは、フォトセンサ２８の受光素子が受光したパッチパターンからの反射光量に対応した出力電圧が、制御部４０に送信される。制御部４０の演算部には、フォトセンサ２８の出力電圧に対応したトナー付着量（Ｍ）に係わる情報と、パッチパターンの面積（Ａ）に係わる情報と、が予め保持されている。そして、フォトセンサ２８から送信された出力値に基いて、制御部４０の演算部にて、感光体ドラム２１上における単位面積当りのトナー付着量（Ｍ／Ａ）が求められる。

さらに、制御部４０では、現像電流値に基く単位面積当りの電荷量（Ｑ／Ａ）と、反射光量に基く単位面積当りのトナー付着量（Ｍ／Ａ）と、によって、単位重量当りの電荷量Ｑ／Ｍが求められる。ここで、Ｑ／Ｍは、次式で求められる。
Ｑ／Ｍ＝（Ｑ／Ａ）／（Ｍ／Ａ）

その後、制御部４０にて算出されたＱ／Ｍに基いて、作像部における作像条件が調整される。
具体的には、Ｑ／Ｍが所定値よりも小さいときには、感光体ドラム２１上の地肌ポテンシャル（帯電電位と現像バイアスとの電位差である。）が、通常の値よりも大きくなるように、現像バイアス及び帯電電位の少なくとも１つを調整する。これにより、非画像部にトナーを吸引する力が弱まるので、環境変動等によりトナーのＱ／Ｍが低下しても地肌汚れが発生しにくくなる。

これに対して、Ｑ／Ｍが所定値よりも大きいときには、感光体ドラム２１上の現像ポテンシャル（潜像電位と現像バイアスとの電位差である。）が、通常の値よりも大きくなるように、現像バイアス及び潜像電位の少なくとも１つを調整する。これにより、画像部にトナーを吸引する力が強まるので、環境変動等によりトナーのＱ／Ｍが増加してもトナー付着量が安定して画像濃度低下が発生しにくくなる。

ここで、本実施の形態１の画像形成装置は、上述の制御に加えて、Ｑ／Ｍが一定になって所定の範囲内に収まるような制御手段を備えている。Ｑ／Ｍを一定にする具体的な制御は、以下の通りである。
第１の制御手段は、制御部４０にて算出されたＱ／Ｍに基いて、トナー補給部３２から現像部２３に補給されるトナー量を調整するものである。詳しくは、Ｑ／Ｍが所定の閾値よりも小さいときには、トナー補給部３２からのトナー補給量が通常のトナー補給量よりも小さくなるように設定する。すなわち、Ｑ／Ｍが小さいときには、現像部２３内における現像剤のトナー濃度（現像剤中のトナーＴの割合であって、ＴＣと呼ばれる。）が小さくなるように制御して、Ｑ／Ｍが大きくなるように調整する。これにより、Ｑ／Ｍの低下が制限されて、地肌汚れが発生しにくくなる。さらに、Ｑ／Ｍの低下にともないトナーＴとキャリアＣとの静電的な吸着力が低下することによる、トナー飛散も軽減される。

これに対して、Ｑ／Ｍが所定の閾値よりも大きいときには、トナー補給部３２からのトナー補給量が通常のトナー補給量よりも大きくなるように設定する。すなわち、Ｑ／Ｍが大きいときには、現像剤のトナー濃度が大きくなるように制御して、Ｑ／Ｍが小さくなるように調整する。これにより、Ｑ／Ｍの上昇が制限されて、感光体ドラム２１上へのキャリア付着が発生しにくくなる。
ここで、キャリア付着は、Ｑ／Ｍの高いトナーによってキャリアの帯電状態が弱まり、感光体ドラム２１上のトナー像エッジ部（画像部と非画像部との境界部である。）近傍にキャリアが付着する現象である。キャリア付着が発生すると、出力画像にそれに対応した白抜けが生じる。

さらに、第２の制御手段は、制御部４０にて算出されたＱ／Ｍに基いて、現像部２３内に長期にわたり残存する劣化トナーを排出して、その替わりにフレッシュトナーを補給するものである。
詳しくは、上述の作像条件の制御やトナー補給量の制御をおこなっても、所定のトナー濃度（ＴＣ）の範囲で、Ｑ／Ｍが低下して所定値に復帰しないときには、一時的に地肌ポテンシャルが小さくなるように作像条件を調整する。これにより、Ｑ／Ｍが低い劣化トナーは、感光体ドラム２１上に地肌汚れとして付着して、現像部２３内から積極的に排出される。現像部２３内には、排出された劣化トナーに替わって、フレッシュなトナーを補給することで、現像部２３内のトナーの帯電分布はほぼ初期状態に復帰する。なお、以上述べた第２の制御手段は、通常の出力画像の画像形成とは別におこなうことになる。

以上説明したように、本実施の形態１のように構成された画像形成装置においては、現像工程時に形成されるトナー像（パッチパターン）に係わるトナーＴの帯電量Ｑ／Ｍを求めて、そのＱ／Ｍに基いて作像条件を調整している。さらには、トナーＴの帯電量Ｑ／Ｍが所定の範囲内に収まるように制御している。これによって、トナーＴの帯電量Ｑ／Ｍが環境変動したり経時変動した場合であっても、感光体ドラム２１上のトナー付着量のばらつきが少なくて、出力画像における画像濃度が安定して、地肌汚れやトナー飛散やキャリア付着等の不具合を抑止することができる。

実施の形態２．
図５及び図６にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図５は、実施の形態２における作像部を示す断面図であって、前記実施の形態１の図２に相当する図である。本実施の形態２は、調整手段によって転写バイアスをも調整される点が、前記実施の形態１のものとは相違する。

図５を参照して、感光体ドラム２１上のトナー像（画像）を第２の像担持体としての中間転写ベルト２７上に転写する転写部としての転写バイアスローラ２４と、中間転写ベルト２７上のトナー像をさらに被転写材Ｐに転写する転写部としての第２転写バイアスローラ２９とには、転写電源４３から転写バイアスが供給されるように構成されている。転写バイアスローラ２４及び第２転写バイアスローラ２９に転写バイアス（転写電流及び転写電圧である。）を供給する転写電源４３は、調整手段としての制御部４０によって、供給する転写バイアスの大きさを可変できる。これによって、前記実施の形態１の図１及び図２で説明した第１転写工程及び２次転写工程における転写バイアスが調整される。

ここで、転写バイアスローラ２４及び第２転写バイアスローラ２９は、ステンレス等の芯金上にＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ウレタン、シリコン等からなる弾性層を形成したものである。

そして、本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様に、現像工程時に形成されるトナー像（パッチパターン）に係わるトナーＴの帯電量Ｑ／Ｍを求めて、そのＱ／Ｍに基いて作像条件を調整する。
このとき、調整される作像条件は、前記実施の形態１で調整した作像条件（帯電電位、潜像電位、現像バイアス）に加えて、転写バイアスローラ２４及び第２転写バイアスローラ２９に供給される転写バイアスである。

図６は、転写部２４、２９における、転写バイアス電流と転写率との関係を示すグラフである。図６において、横軸は転写電源４３から供給される転写バイアスを示し、縦軸は転写率を示す。ここで、転写率とは、中間転写ベルト２７上又は感光体ドラム２１上のトナー像が、被転写材Ｐ上又は中間転写ベルト２７上に転写される比率である。また、実線Ｒ１はトナーＴの帯電量Ｑ／Ｍが高いときの転写率変動を示し、実線Ｒ２はトナーＴの帯電量Ｑ／Ｍが低いときの転写率変動を示す。
図６に示すように、トナーＴの帯電量Ｑ／Ｍの大きさによって、転写率が最大となる最適な転写バイアスの大きさが変動する。

装置本体１の制御部４０には、トナーＴの帯電量Ｑ／Ｍに応じた最適な転写バイアスに係わる情報が保持されている。そして、電流検知手段４１及びフォトセンサ２８にて検知した検知結果から算出したトナーＴの帯電量Ｑ／Ｍに基いて、転写部２４、２９における転写率が最大となるように、それぞれの転写部２４、２９に供給される転写バイアスが最適化される。

具体的に、Ｑ／Ｍが高いときには、転写バイアスが高めに設定される。これに対して、Ｑ／Ｍが低いときには、転写バイアスが低めに設定される。これにより、環境変動、ＴＣ変動等によりトナーのＱ／Ｍが変動しても、常に最適な転写性を維持することができる。したがって、転写性の安定にともない、出力画像における画像濃度も安定するとともに、感光体ドラム２１上又は中間転写ベルト２７上のトナー付着量も安定してトナーイールドが向上し、さらに、クリーニング部２５や中間転写クリーニング部のメンテナンスサイクルも長期化できる。

ここで、本実施の形態２の画像形成装置は、タンデム型のカラー画像形成装置であって、４色の作像プロセスに対応して、４つの感光体ドラム２１と、それぞれに対向する４つの現像部２０と４つの転写バイアスローラ２４とを備えている。これらのすべての作像プロセスについて、個々に、上述の調整制御がおこなわれる。これによって、各色ごとに最適な作像条件が異なる場合であっても、それぞれ、トナーＴの帯電量Ｑ／Ｍの変動に応じて作像条件を調整することができる。

以上説明したように、本実施の形態２のように構成された画像形成装置においては、トナーＴの帯電量Ｑ／Ｍが環境変動したり経時変動した場合であっても、高い転写率を維持できるとともに、感光体ドラム２１上のトナー付着量のばらつきが少なくて、出力画像における画像濃度が安定して、地肌汚れやトナー飛散やキャリア付着等の不具合を抑止することができる。

なお、本発明が上記実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、実施の形態の中で示唆した以外にも、実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

この発明の実施の形態１における画像形成装置を示す構成図である。図１の画像形成装置における作像部を示す側面断面図である。図２の作像部における現像部のＡ−Ａ断面を示す断面図である。現像工程時に検知される現像電流を示すグラフである。この発明の実施の形態２における作像部を示す側面断面図である。転写バイアスと転写率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１画像形成装置本体（装置本体）、２書込み部、
２０、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫプロセスカートリッジ（作像部）、
２１感光体ドラム（像担持体）、２２帯電部、
２３現像部、２３ａ現像ローラ（現像剤担持体）、
２３ｂ第１搬送スクリュ、２３ｃ第２搬送スクリュ、
２３ｄドクターブレード、２３ｅ仕切部材、
２４転写バイアスローラ（転写部）、２５クリーニング部、
２７中間転写ベルト（第２の像担持体）、
２８フォトセンサ（トナー付着量検知手段）、
２９第２転写バイアスローラ（転写部）、
３２、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２ＢＫトナー補給部、４０制御部、
４１現像電源（電圧印加手段、電流検知手段）、４２帯電電源、
４３転写電源。

Claims

静電潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体に対向するとともに現像剤を担持する現像剤担持体を具備した現像部と、
前記現像部にトナーを補給するトナー補給部と、
前記像担持体上の未転写トナーを回収するクリーニング部と、
前記現像剤担持体に現像バイアスを印加する電圧印加手段と、
前記像担持体上に形成された潜像を現像してトナー像を作像するときに前記電圧印加手段から出力される電流を検知する電流検知手段と、
前記像担持体上に形成された前記トナー像のトナー付着量を検知するトナー付着量検知手段と、
前記像担持体上の帯電電位と、前記像担持体上の潜像電位と、前記現像バイアスと、のうち少なくとも１つを調整する調整手段と、
前記電流検知手段の検知結果と前記トナー付着量検知手段の検知結果とに基いて前記トナー像の単位重量当りの電荷量を算出する制御部と、
を備え、
前記調整手段は、前記制御部によって算出された前記電荷量が所定値よりも小さい場合には前記像担持体上の地肌ポテンシャルが大きくなるように調整し、前記制御部によって算出された前記電荷量が所定値よりも大きい場合には前記像担持体上の現像ポテンシャルが大きくなるように調整し、
前記制御部によって算出された前記電荷量が所定の閾値よりも小さい場合には前記トナー補給部から前記現像部に補給するトナーの量が少なくなるように調整して、前記制御部によって算出された前記電荷量が所定の閾値よりも大きい場合には前記トナー補給部から前記現像部に補給するトナーの量が多くなるように調整して、前記電荷量が所定の範囲内に収まるように制御する第１制御手段と、
前記第１制御手段による制御をおこなっても前記電荷量が低下して前記所定の範囲内に収まらない場合に、前記像担持体上の地肌ポテンシャルが小さくなるように前記調整手段を制御する第２制御手段と、
をさらに備え、
前記第２制御手段による制御によって前記現像部内のトナーを前記像担持体に付着させて、その付着したトナーを前記クリーニング部によって回収することを特徴とする画像形成装置。
前記第２制御手段は、前記像担持体上の地肌ポテンシャルが小さくなるように前記調整手段を制御することにより前記現像部内のトナーを前記像担持体に付着させるとともに、前記現像部に新たにトナーを補給するように前記トナー補給部を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記トナー像は、出力画像とは別に形成されるパッチパターンであ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。
前記像担持体上に形成されるトナー像を被転写材上又は第２の像担持体上に転写する転写部を備え、
前記調整手段は、前記転写部に供給される転写バイアスをも調整できるように構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
前記現像部を複数具備したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
前記複数の現像部にそれぞれ対向する複数の前記像担持体と、
前記複数の像担持体上にそれぞれ形成されるトナー像を被転写材上又は第２の像担持体上に転写する複数の転写部と、を具備したことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。