(57)【要約】【課題】現像剤のかぶりの量と電荷が適正となるようなＶｂａｃｋを簡易な構成で検知し、かぶりの適正化を図ることができる画像形成装置を提供する。【解決手段】帯電手段に像担持体を帯電させ、電圧印加手段に現像剤担持体に大きさを徐々に変化させて電圧を印加させることで、帯電後の像担持体の表面と電圧印加後の現像剤担持体との電位差を徐々に変化させたときの電流／電圧の値の変化に基づいて、現像時における電位差が像担持体の非画像部に現像剤が付着する現象が抑制される電位差となるように、現像時に電圧印加手段が現像剤担持体に印加する電圧の大きさを設定する。【選択図】図１
2014038160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電後、露光されることで静電潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体を帯電する帯電手段と、
現像剤を担持し、前記像担持体において前記静電潜像が形成された画像部に現像剤を付着させることで前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧が印加されたときに前記像担持体と前記現像剤担持体との間に流れる電流を検知可能な電流検知手段と、
前記帯電手段に前記像担持体を帯電させ、前記電圧印加手段に前記現像剤担持体に対し大きさを徐々に変化させて電圧を印加させることで、帯電後の前記像担持体の表面と電圧印加後の前記現像剤担持体との電位差を徐々に変化させたときの電流／電圧の値の変化に基づいて、現像時における前記電位差が前記像担持体の非画像部に現像剤が付着する現象が抑制される電位差となるように、現像時に前記電圧印加手段が前記現像剤担持体に印加する電圧の大きさを設定する制御手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記電位差が徐々に小さくなるように、前記電圧印加手段が前記現像剤担持体に印加する電圧の大きさを変化させて、前記電流／電圧の値の変化が、前記電位差が小さくなるほど前記電流／電圧の値が大きくなる所定の傾向を示すか否かを検知し、
前記傾向を検知したときの電圧の大きさに基づいて、現像時に前記電圧印加手段が前記現像剤担持体に印加する電圧の大きさを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。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記電圧印加手段が前記現像剤担持体に印加する電圧を、前記現象が抑制される前記電位差よりも大きな前記電位差が形成される大きさから前記電位差が徐々に小さくなる大きさに徐々に変化させ、
前記電流／電圧の値が、前記現象が抑制される電位差となったことを示す所定値以上となったか否かを検知し、
前記所定値以上となったことを検知した後は、前記電圧印加手段が前記現像剤担持体に印加する電圧をさらに変化させながら、電圧の大きさを変化させたときの少なくとも３つの連続する前記電流／電圧の値を比較し、前記電位差が小さくなるほど前記電流／電圧の値が大きくなる傾向を示すか否かを検知することを特徴とする請求項２または３に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記傾向を検知した場合は、前記傾向を示した前記少なくとも３つの連続する前記電流／電圧の値にそれぞれ対応する少なくとも３つの電圧のなかで、最も小さな前記電位差よりも一段大きい前記電位差を形成する大きさの電圧を、現像時に前記電圧印加手段が前記現像剤担持体に印加する電圧とすることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記像担持体と前記現像剤担持体は、互いに当接離間可能に構成されており、
前記電流検知手段は、前記像担持体と前記現像剤担持体が離間状態における、前記現像剤担持体、前記現像剤担持体に電気的に接続された部材、前記現像剤担持体に現像剤を介して電気的に接続された部材、にそれぞれ流れる電流の総和を検知可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記像担持体を露光する露光手段をさらに備え、
前記露光手段は、現像時に前記電圧印加手段が前記現像剤担持体に印加する電圧の大き
さに応じて、露光強度を調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記制御手段は、非画像形成時に、現像時に前記電圧印加手段が前記現像剤担持体に印加する電圧の大きさを設定する制御を行う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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を利用した画像形成装置には、像担持体としての感光体上に作られた潜像を、現像剤（トナー）で顕在化させる現像という工程が存在する。この際、本来現像剤を転移させたくない非画像部にも、現像剤が転移（付着）してしまう非画像部汚れ（以下かぶり）という現象が発生する。特許文献１には、現像剤担持体としての現像ローラと感光体との間に流れる電流を、現像剤の単位質量当たりの帯電量として検出し、この単位質量当たりの帯電量に基づき、現像バイアスを調整する方法が提案されている。また、特許文献２には、現像ローラから感光体へのトナーの移動により、現像ローラに流れる電流に基づいて、トナー付着量とトナー帯電量の少なくとも一方を決定し、この付着量と帯電量に基づいて現像条件を補正する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０８１４７号公報
【特許文献２】特開２００５−２５８３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
後述するように、かぶった現像剤の電荷量は、感光体の表面電位と現像ローラの表面電位（現像バイアス）の電位差によって異なる。以下、非画像形成時の感光体の表面電位と現像ローラの表面電位の電位差をＶｂａｃｋとする。また、現像剤の電荷量は、現像ローラと感光体の間で変化し、しかもその変化量はＶｂａｃｋや環境などで異なる。さらに現像ローラと感光体の間に流れる電流は、現像ローラにおける現像剤の非コート部に流れる電流の影響があり、必ずしも現像剤の移動を反映しない。すなわち、現像ローラと感光体の間に流れる電流のみでは、かぶりの量と電荷を知ることができない。したがって、特許文献１、２に示される提案ではかぶりを適正化するのは困難であった。また、現像剤の非コート部に流れる電流の影響に対しては、例えば、現像ローラを複数の領域に分割し、非画像領域となる分割領域への供給電流に基づいて現像ポテンシャルを制御することが考えられる。しかし、現像ローラを複数の領域に分割するという複雑な構造が必要となる。
【０００５】
本発明の目的は、現像剤のかぶりの量と電荷が適正となるようなＶｂａｃｋを簡易な構成で検知し、かぶりの適正化を図ることができる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、
帯電後、露光されることで静電潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体を帯電する帯電手段と、
現像剤を担持し、前記像担持体において前記静電潜像が形成された画像部に現像剤を付着させることで前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧が印加されたときに前記像担持体と前記現像剤担持体との間に流れる電流を検知可能な電流検知手段と、
前記帯電手段に前記像担持体を帯電させ、前記電圧印加手段に前記現像剤担持体に対し大きさを徐々に変化させて電圧を印加させることで、帯電後の前記像担持体の表面と電圧
印加後の前記現像剤担持体との電位差を徐々に変化させたときの電流／電圧の値の変化に基づいて、現像時における前記電位差が前記像担持体の非画像部に現像剤が付着する現象が抑制される電位差となるように、現像時に前記電圧印加手段が前記現像剤担持体に印加する電圧の大きさを設定する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
以上説明したように、本発明によれば、現像剤のかぶりの量と電荷が適正となるようなＶｂａｃｋを簡易な構成で検知し、かぶりの適正化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例に係る画像形成装置の概略構成図
【図２】かぶりのＶｂａｃｋ依存性を示すグラフ
【図３】本発明の実施例に係るＶｂａｃｋ制御シーケンスを示すフローチャート
【図４】現像ローラに流れる電流を説明するためのグラフ
【図５】かぶりトナーの電荷量分布と、そのＶｂａｃｋ依存性を示すグラフ
【図６】感光体通過前後の現像ローラ上トナーの電荷量分布を示すグラフ
【図７】感光体と帯電ローラと現像ローラの長手方向の相対位置を示す概略図
【図８】現像電流とかぶりの関係を示すグラフ
【図９】温度２３℃、湿度６０％における現像電流の傾きとかぶりを示すグラフ
【図１０】反転かぶりの転写による低減を示すグラフ
【図１１】現像電流と各部材に流れる電流を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
（実施例）
＜画像形成装置の概略構成＞
図１は、本発明の実施例に係る画像形成装置の概略構成図であり、図１（ａ）は、画像形成装置本体の概略断面図、図１（ｂ）は、カートリッジの概略断面図である。本発明を適用できる画像形成装置としては、電子写真方式を用いて種々の記録メディアに画像を形成するプリンタ、ファクシミリ、複写機等が挙げられる。この画像形成装置において、像担持体である感光体１は矢印方向に回転され、帯電装置である帯電ローラ２によって一様な電位Ｖｄに帯電される。次に露光装置であるレーザー光学装置３からのレーザー光により露光され、その表面に静電潜像が形成される。この静電潜像を現像装置４によって現像し、トナー像として可視化する。可視化された感光体１上のトナー像は、一次転写装置（一次転写ローラ）５によって中間転写体（中間転写ベルト）６に転写されたのち、二次転写装置（二次転写ローラ）７によって記録メディアである紙（記録材）８に転写される。転写されずに感光体１に残存した転写残トナーは、クリーニング装置であるクリーニングブレード９により掻き取られる。クリーニングされた感光体１は上述の作用を繰り返し、画像形成を行う。一方、トナー像を転写された紙８は、定着装置１０によってトナー像が永久定着された後、機外に排出される。
【００１１】
図１（ｂ）に示すように、感光体１と、帯電ローラ２と、現像装置４と、クリーニングブレード９とは、一体に構成され、本体に対し着脱可能なカートリッジ１１として構成されている。本体にはカートリッジ１１の装着部が４つ用意されている。そして中間転写体
６の移動方向上流側から、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーが充填されたカートリッジ１１が装着されており、中間転写体６に順次転写することでカラー画像を形成することができる。
【００１２】
感光ドラム１は、導電性基体であるＡｌシリンダ上に電荷輸送層として例えばポリカーボネートやアリレートを使った有機感光体が積層されて形成されている。帯電ローラ２は、導電性支持体である芯金に半導電性のゴム層が設けられており、この帯電ローラの抵抗は、導電性のドラムに対して２００Ｖの電圧を印加したときに約１０５Ωの抵抗を示す。
【００１３】
現像装置４は、現像剤であるトナー１２、現像剤収容部である現像容器１３、現像剤担持体である現像ローラ１４、現像ローラ１４にトナー１２を供給する供給ローラ１５、現像ローラ１４上のトナーを規制する現像剤規制部材である規制ブレード１６を備える。供給ローラ１５は現像ローラ１４に接触して回転し、規制ブレード１６はその一端が現像ローラ１４に当接している。現像装置４は、感光体１に対し、当接離間可能に構成されている。当接位置Ａは現像動作を行うための位置であり、離間位置Ｂは感光体との摺擦によるトナー１２の劣化や感光体１の摩耗を防ぐために設けられた位置である。
【００１４】
トナー１２は、非磁性１成分の重合トナーであり、現像に際して負極性に帯電される負帯電性のトナーである。感光体も負に帯電され、露光部にトナーが付着するいわゆる反転現像方式で画像形成が行われる。
【００１５】
現像ローラ１４は、導電性支持体である外径φ６（ｍｍ）の芯金電極１４ａの周囲に、導電剤が配合された半導電性のシリコンゴム層１４ｂが設けられている。更に、シリコンゴム層１４ｂの表層にはウレタン樹脂と粗し粒子をコーティングしており、現像ローラ１４全体の外径はφ１１．５（ｍｍ）である。この現像ローラ１４の抵抗は、導電性のドラムに対して５０Ｖの電圧を印加したときに約１０６Ωの抵抗を示す。
【００１６】
供給ローラ１５は、導電性支持体である外径φ５．５（ｍｍ）の芯金電極１５ａの周囲に、発泡ウレタン層１５ｂが設けられている。発泡ウレタン層１５ｂを含んだ供給ローラ１５全体の外径はφ１３（ｍｍ）である。供給ローラ１５と現像ローラ１４の侵入量は１．２ｍｍである。供給ローラ１５は、現像ローラ１４との当接部において、お互いが逆方向の速度を持つような方向に回転する。発泡ウレタン層１５ｂには、この周囲に存在するトナー１２の粉圧が作用し、さらに供給ローラ１５が回転することで、トナー１２が侵入する。トナー１２を含んだ供給ローラ１５は、現像ローラ１４との当接部において現像ローラ１４にトナー１２を供給し、さらに摺擦することでトナー１２に予備的な摩擦帯電電荷を与える。現像ローラ１４に供給され電荷を持ったトナー１２は、現像ローラ１４に強固に付着し、規制ブレード１６に突入する。
【００１７】
規制ブレード１６は、厚さ８０μｍのＳＵＳブレードであり、現像ローラ１４の回転に逆らう向きに延びるように配置されている。この規制ブレード１６により、現像ローラ１４上のトナー１２の層厚が均一に規制される。また、規制ブレード１６との摺擦によって所望の摩擦帯電電荷を得る。規制ブレード１６を通過したトナー１２は、感光体１との当接部で現像に供され、現像されなかったトナー１２は、供給ローラ１５によって剥ぎ取られる。
【００１８】
現像ローラ１４、供給ローラ１５、規制ブレード１６は、互いに共通の電気的構成を有しており、電流検知手段である電流計１７を介して、電圧印加手段である直流電圧源１８と接続されている。電流計１７と直流電圧源１８には、演算・制御装置１９が接続されており、本発明の主旨である電流の電圧に対する傾きを算出したり、電圧を制御するのに使われる。この直流電圧源１８が印加する電圧を現像バイアスＶｄｃ、電流計１７が測定す
る電流を現像電流Ｉｄｃとし、電流が現像ローラ１４と供給ローラ１５と規制ブレード１６に流れ込む方向を電流の向きと定義する。
【００１９】
＜かぶりのＶｂａｃｋ依存性＞
帯電ローラ２に不図示の電源から帯電バイアスとして−１ｋＶ（−１０００Ｖ）を印加し、現像装置４を当接位置Ａに設置して、Ｖｄｃを変化させながら、感光体１上のかぶり（非画像部に付着するトナー）の量を調べた。前もって、感光体１の表面電位Ｖｄを測定しておいたところ、Ｖｄは−５００Ｖであった。かぶり量の測定は以下のような方法で行った。まず透明のポリエステルテープで、感光体１上のかぶりをテーピングし、ＸＥＲＯＸ社製の用紙ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ４２００に貼り付けた後、ＧｒｅｔａｇＭａｃｂｅｔｈ社製の反射濃度計によって反射濃度を測定し、かぶり量として定量化した。測定の際は、単にテープを用紙に貼った部分の測定値を減算した。
【００２０】
図２は、かぶりのＶｂａｃｋ（非画像形成時の感光体１の帯電後の表面電位Ｖｄと現像ローラ１４の電圧印加後の表面電位（現像バイアスＶｄｃ）との電位差の絶対値）依存性を示すグラフである。かぶりは、あるＶｂａｃｋで最小となり、それより大きくても小さくても、かぶりは悪化することが分かる。かぶりが最小となるＶｂａｃｋをＶｂａｃｋ０、これよりも小さいＶｂａｃｋでのかぶりを正規かぶり、大きいＶｂａｃｋでのかぶりを反転かぶりと呼ぶことにする。
【００２１】
＜Ｖｂａｃｋ制御シーケンス＞
本発明の特徴となるＶｂａｃｋの制御方法（現像時における現像バイアスの大きさを設定する方法）と、その実施タイミングを説明する。以下ではＶｂａｃｋの一連の制御動作をＶｂａｃｋ制御シーケンスと呼ぶ。図３は、本実施例で行った最も単純化したＶｂａｃｋ制御シーケンスを示すフローチャートである。かぶりのＶｂａｃｋ依存性は、温度、湿度等の環境や、トナー１２の耐久度によって変化する。そこで、本実施例では、次のタイミングでＶｂａｃｋ制御シーケンスを実施した。なお、これらは実施タイミングの代表的なものの一例であり、これらに限定されるものではない。
（１）カートリッジ１１使用開始時
（２）本体電源起動時
（３）不図示の環境センサーの値が変化したとき
（４）現像ローラ１４の走行距離か感光体１の走行距離が前もって定めたカートリッジ１１の寿命の１／８となるごと
【００２２】
Ｖｂａｃｋの制御はＶｄｃで行い、帯電ローラ２に印加する電圧は環境、耐久を通じて一定の−１ｋＶとした。このときのＶｄは、環境や感光体１の削れ、帯電ローラ２の汚れなどによって変動するが、本条件ではおおむね−４５０Ｖから−５００Ｖであった。
【００２３】
本条件では環境変動、耐久度の変化を通じて、Ｖｂａｃｋ０は２５０Ｖを超えることはなかった。そこでまず確実に反転かぶりとなるＶｂａｃｋにするために、Ｖｄｃを−１００Ｖに設定して、そのときのＩｄｃを調べた（ＳＴ２〜３）。Ｖｄｃが−１００Ｖであれば、Ｖｂａｃｋは３５０Ｖから４００Ｖとなる。次にＶｄｃを−２００Ｖに設定してＩｄｃを測定した（ＳＴ４〜５）。Ｖｄｃが−２００Ｖのとき、Ｖｂａｃｋは２５０Ｖから３００Ｖであり、この電圧も反転かぶりとなる。Ｖｄｃが−１００Ｖから−２００ＶまでのＩｄｃの変化と、それに対応するＶｄｃから、ＩｄｃのＶｄｃに対する傾き（Ｉｄｃ／Ｖｄｃ）を算出した（ＳＴ６）。この傾きをｋ（Ｖｉ）とする。ここで、Ｖｄは未知であるが、Ｖｂａｃｋ＝Ｖｄ−Ｖｄｃであるから、ＩｄｃのＶｄｃに対する傾きは、Ｖｂａｃｋに対する傾きと等しい。
【００２４】
Ｖｄｃを−２００Ｖより正規側に移動させていく（−２００Ｖよりも更に絶対値の大き
いマイナス電圧値に設定していく）と、ＶｂａｃｋがＶｂａｃｋ０を横切り、正規かぶりが発生するようになる。そのＶｂａｃｋ０を検知するために、Ｖｄｃを−２２０Ｖ、−２４０Ｖとさらに２０Ｖずつ正規かぶり側に推移させていき、その時のＩｄｃと、前回測定時のＩｄｃから、ＩｄｃのＶｄｃに対する傾きｋを算出した（ＳＴ７〜９）。この２０ＶというＶｄｃの間隔は、感光体１上の電位ムラや現像ローラ１４上のトナー１２電位のムラから考慮された間隔であり、これらの電位ムラより細かい間隔でＩｄｃの測定をおこなっても、精度の向上が見込みにくくなる。もちろん実施する形態に合わせて、このＶｄｃの間隔は適宜調整すればよい。
【００２５】
傾きｋが上記のｋ（Ｖｉ）と比較して、０．５ｎＡ／Ｖ以上増加したとき、すなわち、傾きｋの値が、Ｖｂａｃｋ０となったことを示す所定値以上となったとき、前回測定時のＶｄｃを仮の最適値Ｖｐ、Ｖｐにおける傾きをｋ（Ｖｐ）とした（ＳＴ１０）。次にさらに２０Ｖ、４０ＶだけＶｄｃを推移させ、その時のそれぞれの傾きｋ（Ｖｐ−２０Ｖ）、ｋ（ｋｐ−４０Ｖ）の順列が、
ｋ（Ｖｐ）＜ｋ（Ｖｐ−２０Ｖ）＜ｋ（Ｖｐ−４０Ｖ）
の関係であるかを確認した（ＳＴ１１）。この関係が成り立つとき、すなわち、３つの連続する傾きｋの変化が、ＶｂａｃｋがＶｂａｃｋ０と正規かぶり側との境界付近であることを表す所定の傾向を示すとき、Ｖｐを真の最適値Ｖｓと定め、ＶｄｃをＶｓ−２０Ｖに設定した（ＳＴ１２）。この関係が成り立たないときは、Ｖｐを取り消し、Ｖｄｃの走査とＩｄｃの測定を継続した。この一連の動作は、Ｉｄｃの測定誤差によって、Ｖｓの設定を誤らないための確認動作である。
【００２６】
＜画像濃度の調整＞
Ｖｄｃを変化させると、Ｖｄｃと感光体１における露光部の電位との差が変化する。そのため、画像部の濃度が変化する。そこで、Ｖｂａｃｋの制御に続いて、以下の方法により濃度の制御を行った。まず制御されたＶｄｃを維持したまま、露光強度を変えた複数のパッチ状の画像を感光体１上に形成した。この画像を中間転写体６に転写し、不図示の濃度センサーによって各画像濃度を測定した。露光強度と画像濃度を対応させ、所望の濃度に対する露光強度を制御することで、濃度の制御を行った。
【００２７】
＜本実施例の優れた点＞
本発明の特徴は、現像電流のＶｂａｃｋに対する傾き（電流／電圧）の変化に基づいてＶｂａｃｋを制御することであり、Ｖｂａｃｋの制御に際して、現像電流をトナーの電荷量とかぶりの量に分離して検知する必要がない。そのため、現像電流を検知する装置以外に、現像剤の電荷量を検知する装置や、かぶりの量を検知する装置を設置する必要がない。また、現像ローラの非トナーコート領域（感光体の非画像部に対応する領域）に流れる電流や、感光体ニップでのトナーの電荷量の変化といった外乱が含まれている場合にも、Ｖｂａｃｋを正しく制御することができる。本実施例によれば、簡易な構成によって、環境の変動、耐久度の変化に関わらず、かぶりを適正な状態に保つことができた。
【００２８】
＜かぶり適正化のメカニズム＞
本実施例によってかぶりを適正な状態に保つことができるメカニズムを説明する。以下の説明で用いた実験は、特に断らない限り、かぶりが問題となりやすい３０℃、８０％の高温高湿下の環境で行ったものである。上述したように、かぶりはあるＶｂａｃｋ０で最小となり、それより大きくても小さくても、かぶりは悪化する。かぶりが最小となるＶｂａｃｋ０を検知することを考えた時、Ｉｄｃが電荷を持ったトナーの移動により発生すると仮定すれば、かぶりが最小となるときに、Ｉｄｃが極小となることが予想される。
【００２９】
図４（ａ）は、ＩｄｃのＶｂａｃｋ依存性を示すグラフである。ＩｄｃはＶｂａｃｋが小さいときは大きな傾きを持って減少し、Ｖｂａｃｋが大きいときは小さな傾きであり、
電流の向きは反転している。またＩｄｃはＶｂａｃｋに対して極小値を持っていなかった。現像ローラ１４は、ゴム層１４ｂの長手方向中央部はトナー１２がコートされるが、ゴム層１４ｂの長手端部は、トナー１２の漏れを防ぐシールによってトナー１２がコートされず、ゴム層１４ｂが感光体１に直接接触している。そこで、現像ローラ１４端部の非トナーコート領域に流れる電流を調べた。
【００３０】
図４（ｂ）は、現像ローラ端部に流れる電流の寄与度を示すグラフであり、現像ローラ１４端部に流れる電流を、長手全域に流れる電流Ｉｄｃと比較して示している。このように、Ｉｄｃの一部が、現像ローラ１４端部の非トナーコート領域に流れていることが分かった。この電流はＶｂａｃｋに対してほぼ比例しており、感光体１上の帯電された電荷が現像ローラ１４に流出していると考えられる。
【００３１】
図４（ｃ）に、その差分であるトナーコート領域（現像ローラにおいて感光体の画像部に対応する領域）に流れる電流をＩｄｃ＿Ｔとし、示す。Ｉｄｃ＿Ｔは反転領域でも有限の値をとり、０とはなっていない。また、反転かぶり領域では、Ｉｄｃ＿ＴのＶｂａｃｋに対する傾きがほぼ一定であることが分かる。そこでかぶりトナーの電荷量を、ホソカワミクロン製のＥ−ＳｐａｒＴアナライザを用いて、トナー１個１個について測定した。
【００３２】
図５にかぶりトナーの電荷量分布と、そのＶｂａｃｋ依存性を示す。グラフの横軸は、トナーを球形と仮定して電荷量ｑをトナー表面積Ｓで除したものである。かぶりトナーは正規かぶりでは大きな電荷を持つのに対し、反転かぶりになるに従い、小さな電荷になっていくことが分かる。
【００３３】
次に、現像ローラ１４上のトナー１２の電荷量を、同様にＥ−ＳｐａｒＴアナライザを用いて調べた。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、感光体１通過前後の現像ローラ１４上のトナー電荷量分布を、Ｖｂａｃｋ違い、環境違いで比較したグラフである。各条件は、（ａ）は温度３０℃、湿度８０％、Ｖｂａｃｋ１５７Ｖ、（ｂ）は温度３０℃、湿度８０％、Ｖｂａｃｋ４３７Ｖ、（ｃ）は温度２３℃、湿度６０％、Ｖｂａｃｋ５００Ｖである。感光体１通過後にトナー１２の電荷量が減少していることから、感光体１とのニップでトナー１２の電荷が流出していることが分かる。またその減少量は（ｂ）のように３０℃、８０％の高温高湿環境で大きく、さらにＶｂａｃｋが大きい方が大きい。
【００３４】
これらのことから、かぶりとＩｄｃ＿ＴのＶｂａｃｋ依存性は、以下のようなメカニズムであると推察される。まず、現像ローラ１４上にコートされた帯電されたトナー１２は、感光体１とのニップ部でＶｂａｃｋによる電界を受ける。この時、Ｖｂａｃｋによる電界の大きさと、トナー１２と現像ローラ１４間の抵抗や接触電位差に応じて、トナー１２はその電荷を現像ローラ１４に流出させる。現像ローラ１４は平均的にはトナー１２を負に帯電させる性質を持っているため、ある電界までは電荷の流出は抑制されると考えられる。このとき、かぶりトナーは高い電荷を持っており、Ｖｂａｃｋを大きくすることによって、かぶりは抑制される。これが正規かぶりである。しかし、それ以上の電界が印加されると、トナー１２の電荷が現像ローラ１４に流出する。それに従い、電界によって制御できない電荷の小さなトナーや反転トナーが増加する。このとき、Ｖｂａｃｋを大きくすることによって、かぶりトナーの電荷量は減少し、かぶりの量は増加する。これが反転かぶりである。つまり、反転かぶりではＶｂａｃｋを大きくしていくにしたがってその量は増えるが、電荷量が減少するために、Ｉｄｃ＿ＴはＶｂａｃｋに対して必ずしも極小値を持たないと考えられる。
【００３５】
Ｖｂａｃｋ０は、正規かぶりと反転かぶりの２つの現象の和に対する最小値を与える、すなわち２つの現象のいずれに対しても有効となるＶｂａｃｋである。したがって、厳密にＶｂａｃｋ０を求めるには、正規かぶりと反転かぶりを別個に考え、その和の最小値を
考える必要がある。しかし、図２に示したように正規かぶりではＶｂａｃｋに対するかぶり量の傾きが大きく、反転かぶりでは小さい。また図５に示したように、正規かぶりではかぶりの電荷量が大きく、反転かぶりでは小さい。このことを利用すると、かぶり量が最小となるＶｂａｃｋ０以下で、かぶり量と電荷量が急激に増加し、Ｉｄｃ＿ＴのＶｂａｃｋに対する傾きが急激に増加することが予想される。したがって、Ｖｂａｃｋ０を厳密に求めなくても、かぶりに対する正規かぶりの割合が支配的となりだすＶｂａｃｋが、実質的にＶｂａｃｋ０とみなすことができる。
【００３６】
本来は現像電流はＩｄｃ＿Ｔに対して考えるべきであり、もちろん、Ｉｄｃ＿Ｔを測定しても良い。これには以下のような方法が考えられる。図７は感光体１と帯電ローラ２と現像ローラ１４の、長手方向の相対的な位置関係を示した概略図である。帯電ローラ２は現像ローラ１４より長く、感光体１上には帯電ローラ２によって帯電され、かつ灰色で示したトナーコートのない現像ローラ１４端部と接触する領域が存在する。この領域のうち、Ｃで示した現像ローラ１４端部を覆う領域を露光し、感光体１の表面電位をＶｄｃ程度にする。この方法では、非トナーコート領域のＶｂａｃｋがほぼ０となり、この領域に流れる電流を排除して、Ｉｄｃ＝Ｉｄｃ＿Ｔとして測定することができる。しかし、上述したように現像ローラ１４の端部に流れる電流のＶｂａｃｋに対する傾きはほぼ一定であり、かつ正規かぶり領域のＩｄｃ＿ＴのＶｂａｃｋに対する傾きよりも十分小さい。したがって、現像電流のＶｂａｃｋに対する傾きの変化を考える場合、Ｉｄｃ＿ＴをＩｄｃで代用しても実質的に問題はない。
【００３７】
図８（ａ）にＩｄｃとかぶりの関係を示す。このようにＶｂａｃｋ０以上では、ＩｄｃがＶｂａｃｋに対してほぼ一定の小さな傾きを持つのに対し、Ｖｂａｃｋ０以下では、ＩｄｃのＶｂａｃｋに対する傾きが増加し、反転かぶり時の傾きから乖離することが分かる。そこで、傾きが反転かぶり時から乖離する直前の電圧を、かぶりが最小となるＶｂａｃｋ０として検知することができる。また現像バイアスを制御してＶｂａｃｋをこのＶｂａｃｋ０とすることで、かぶりを最小にすることができる。
【００３８】
本実施例のＶｂａｃｋ制御シーケンスは、まずＶｄｃを確実に反転かぶりとなる値に設定して、反転かぶり時のＩｄｃのＶｂａｃｋに対する傾きを算出する。しかるのちに徐々にＶｄｃを正規かぶりとなる方向に変更していきながら、ＩｄｃのＶｂａｃｋに対する傾きの変化を検出し、Ｖｂａｃｋ０を検出する仕組みである。図８（ｂ）にＩｄｃのＶｂａｃｋに対する傾きとかぶりの関係を示す。Ｖｂａｃｋが４００Ｖから３００Ｖの間でのＩｄｃのＶｂａｃｋに対する傾きｋ（Ｖｉ）は１．１７ｎＡ／Ｖであり、ｋ（Ｖｉ）＋０．５ｎＡ／Ｖを上回るＶｂａｃｋは確かにＶｂａｃｋ０となっている。ｋ（Ｖｉ）から変化したとみなすマージンである０．５ｎＡ／Ｖは、画像形成装置の特性に合わせて適宜設定すれば良い。
【００３９】
本実施例のように、反転側から逐次傾きを検出していく方法以外にも、正規側から逐次傾きを検出したり、あるいは先に複数のＶｂａｃｋに対するＩｄｃを測定して、後から傾きを算出するなどの方法も考えられる。しかし、本実施例の方法では、必要以上に正規かぶり領域にＶｂａｃｋを設定する必要がなく、無駄なトナー消費を抑えることができるという利点がある。
【００４０】
図９に異なる環境（温度２３℃、湿度６０％）でのＩｄｃのＶｂａｃｋに対する傾きとかぶりを示す。この環境では、反転かぶりが少ないという特徴があり、かぶりの性質が異なるが、このような異なる環境においても、本実施例の方法によりＶｂａｃｋ０を検出できることが分かる。
【００４１】
Ｖｂａｃｋ０ではかぶりが最小となるが、次のＶｂａｃｋ制御シーケンスまでに、かぶ
りが最小となるＶｂａｃｋが変化し、かぶりが増加する可能性がある。Ｖｂａｃｋ制御シーケンスの頻度を増加させれば、その可能性を小さくできるが、画像形成を一時的に停止させるため、ユーザビリティーは低下してしまう。
【００４２】
図１０は、反転かぶり時の感光体１上と紙８上のかぶり量を比較したものである。反転かぶりでは感光体上で多量にかぶっても、紙上では影響が小さいことが分かる。反転かぶりは、上述したように電荷が小さく、転写されにくい。また、かぶり量のＶｂａｃｋに対する傾きも、正規かぶりに比べて小さい。つまり、かぶりが最小となるＶｂａｃｋが変化した時、正規かぶり側よりも反転かぶり側の方が影響は小さい。そこで実際に印加するＶｂａｃｋを、Ｖｂａｃｋ０より大きくすることで、変動に対するかぶりの影響を小さくすることができる。したがって、本実施例では、Ｖｂａｃｋの大きさが一番小さくなる傾きｋ（Ｖｐ）に対応する電圧Ｖｓよりも、Ｖｂａｃｋが一段大きくなる傾きｋ（Ｖｐ−２０Ｖ）に対応する電圧Ｖｓ−２０Ｖを、現像時に印加する電圧Ｖｄｃとした。本実施例において実際に印加するＶｄｃをＶｓ−２０Ｖとしたのは、この理由による。
【００４３】
次に、Ｉｄｃを現像ローラ（Ｄローラ）１４と供給ローラ（ＲＳローラ）１５と規制ブレード１６に流れる電流の総和とした理由を説明する。図１１は、各部材に流れる電流を、現像ローラ１４が感光体１に当接している時Ａと、していない時Ｂで比較したものである。薄い灰色で示したのが、現像離間位置Ｂにおける各部材に流れる電流である。感光体１に接触していなくても、現像ローラ１４には電流が流れることが分かる。これは、現像ローラ１４と直接、あるいはトナー１２を介して、供給ローラ１５と規制１６ブレードからの電流が流れ込むためである。したがって、現像装置４と感光体１の間に流れる電流を調べるには、現像ローラ１４に流れる電流を調べるだけでは不十分であり、各部材の間に流れる電流を相殺させる必要があることが分かる。そこで、本実施例では、電流計１７が、現像ローラ１４と供給ローラ１５と規制ブレード１６に流れる電流の総和を検知可能な構成とした。離間状態における現像ローラ１４と供給ローラ１５と規制ブレード１６に流れる電流の総和を算出すると、電流は０となり、現像ローラ１４を感光体１に当接させた時Ａに、現像装置４と感光体１の間の電流を調べられる状態とすることができた。
【００４４】
以上のメカニズムにより、本発明を適用した本実施例は、簡易な構成によって、環境の変動、耐久度の変化に関わらず、かぶりを適正な状態に保つことができた。
【符号の説明】
【００４５】
１…感光体、２…帯電ローラ、３…レーザー光学装置、４…現像装置、１２…トナー、１３…現像容器、１４…現像ローラ、１４ａ…芯金電極、１４ｂ…シリコンゴム層、１７…電流計、１８…直流電源、１９…演算・制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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