(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像が形成される回転可能な像担持体と、
トナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像容器と、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する位置に向けて前記現像剤を担持搬送する回転可能な現像剤担持体とを有し、前記像担持体に形成された静電潜像を前記現像剤を用いて現像するための現像装置と、
前記像担持体と前記現像剤担持体との間の静電容量を検知するための静電容量検知部と、
前記現像剤担持体を回転駆動するための駆動手段と、
前記駆動手段を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、非画像領域における前記現像剤担持体の回転速度を変化させたときの前記静電容量の変化の傾きに基づいて、画像領域における前記現像剤担持体の回転速度を決定するモードを実行可能である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記モードにおいて、
前記非画像領域における前記現像剤担持体の回転速度を変化させたときの前記静電容量の変化の傾きが所定値以上である場合には、前記非画像領域における前記現像剤担持体の回転速度を変化させたときの前記静電容量の変化の傾きが所定値未満である場合よりも、前記画像領域における前記現像剤担持体の回転速度が速くなるように、前記駆動手段を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記画像形成装置は、前記像担持体を第１の回転速度で動作させる第１の画像形成モードと、前記像担持体を前記第１の回転速度よりも遅い第２の回転速度で動作させる第２の画像形成モードとを含む複数の画像形成モードの中から１つの画像形成モードを選択して実行可能であり、
前記制御部は、前記第２の画像形成モードが選択された場合に、前記モードを実行可能である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記画像形成装置は、環境温度を検知する環境温度検知手段を更に備え、
前記制御部は、前記環境温度検知手段により検知された環境温度が所定値未満である場合に、前記モードを実行可能である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記現像剤担持体は、前記像担持体と最近接する位置で前記像担持体の移動方向と逆方向に移動する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
静電潜像が形成される回転可能な像担持体と、
トナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像容器と、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する位置に向けて前記現像剤を担持搬送する回転可能な現像剤担持体とを有し、前記像担持体に形成された静電潜像を前記現像剤を用いて現像するための現像装置と、
前記像担持体と前記現像剤担持体との間の静電容量を検知するための静電容量検知手段と、
前記現像剤担持体に直流電圧と交流電圧とを重畳した現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段と、
前記現像バイアス印加手段を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、非画像領域における前記像担持体の非画像部の表面電位と前記現像バイアス印加手段により前記現像剤担持体に印加される前記現像バイアスの直流電圧との電位差を変化させたときの前記静電容量の変化の傾きに基づいて、画像領域における前記電位差を決定するモードを実行可能である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記モードにおいて、
前記非画像領域における前記電位差を変化させたときの前記静電容量の変化の傾きが所定値以上である場合には、前記非画像領域における前記電位差を変化させたときの前記静電容量の変化の傾きが所定値未満である場合よりも、前記画像領域における前記電位差の絶対値が小さくなるように、前記現像バイアス印加手段を制御する
ことを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記画像形成装置は、前記像担持体を第１の回転速度で動作させる第１の画像形成モードと、前記像担持体を前記第１の回転速度よりも遅い第２の回転速度で動作させる第２の画像形成モードとを含む複数の画像形成モード」の中から１つの画像形成モードを選択して実行可能であり、
前記制御部は、前記第２の画像形成モードが選択された場合に、前記モードを実行可能である
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記画像形成装置は、環境温度を検知する環境温度検知手段を更に備え、
前記制御部は、前記環境温度検知手段により検知された環境温度が所定値未満である場合に、前記モードを実行可能である
ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記現像剤担持体は、前記像担持体と最近接する位置で前記像担持体の移動方向と逆方向に移動する
ことを特徴とする請求項６乃至９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、像担持体に形成した静電潜像をキャリアとトナーから成る二成分現像剤を用いて現像し、トナー像として可視化する現像装置（４０）を有する、複写機、プリンタ、記録画像表示装置、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置が具備する現像装置には、トナー粒子とキャリア粒子を主成分とした二成分現像剤が広く用いられている。特に、電子写真方式によりフルカラーやマルチカラー画像を形成するカラー画像形成装置には、画像の色味などの観点から、多くの現像装置が二成分現像装置を使用している。
【０００３】
従来、二成分現像方式においては、現像剤担持体（現像スリーブ）と像担持体（感光体ドラム）を所定の間隔で対向させ、現像剤担持体に現像バイアスを印加することによって現像剤担持体上のトナーを像担持体に付着させることで現像を行っている。現像バイアス電圧としては、直流電圧に交流電圧を重畳したものが一般的に使用される。
【０００４】
このような現像方式では現像装置の状態によって、現像剤担持体と像担持体との対向部（現像領域）における静電容量が変化することが分かっている。静電容量が変化する要因としては、現像剤担持体−像担持体間の間隔（ＳＤギャップ）、現像剤担持体上の現像剤搬送量、複数の磁極で構成されるマグネットにおけるＳＤギャップ近傍に位置する現像極位置、現像剤のトナー濃度、等が挙げられる。
【０００５】
これらの要因が変化すると、現像性、すなわち現像スリーブ上のトナーが感光体ドラム上へ現像されるときの移動のし易さが変化する。そのため、現像性が良くなる条件の場合は濃度が濃くなり、濃度ムラも出にくくなるが、現像性が悪い条件の場合は濃度が薄くなり、濃度ムラも出やすくなってしまう。
【０００６】
そこで、現像装置の状態に応じて変化する静電容量を検知して、現像性が適切な状態になるように現状条件を変更するように制御を行うことが従来より提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３２２７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記したように、ＳＤギャップや、現像剤担持体上の現像剤搬送量等は現像性（現像剤担持体上から像担持体上への、トナーの移動のし易さ）と関連が有る。そのため、現像性の低下に起因する面内の濃度ムラを抑制し、均一な画像を得るためには、なるべく現像性の高い設定にすることが望ましい。例えばＳＤギャップであれば、値が小さいほど、また現像剤搬送量であれば、値が大きいほど、現像性は高くなり、濃度ムラは出にくくなる。
【０００９】
一方で、このような現像性の高い条件にすると、現像剤がＳＤギャップ部を通過しにくくなる。すると、通過できなかった現像剤がＳＤギャップ部に滞留する状態となり、それが原因で画像を掻き取ったり、白地にかぶりが発生するなどの画像不良が出てしまう恐れがある。特にＳＤギャップ部において現像剤担持体の移動方向と、像担持体の移動方向が逆方向になるカウンター現像方式の場合はこの現象が顕著である。
【００１０】
本来は、前述の現像性を高くすることと現像剤を滞留しにくくすることを両立させる必要がある。しかし、本体コストを下げようとした場合、個々の部品公差や調整公差を大きめに取る必要があるため、それらの公差が上下限値に振れたとき、環境変動や耐久変動の要因も含めて前述の現像性と現像剤滞留を両立させることが難しくなってしまう。
【００１１】
そこで、この問題を解決する手段として、ＳＤギャップ部での静電容量を検知し、滞留が発生するかどうかを判定して現像条件を変更することが考えられる。静電容量はＳＤギャップや、現像剤搬送量によって変化するため、静電容量の大きさを見れば滞留が発生しやすい条件かどうかは、ある程度判断することはできる。しかしながら、これら以外にも現像極の極位置や、現像剤のトナー濃度などによっても静電容量は変化するため、単に静電容量の絶対値だけを見る制御では滞留が発生しそうかどうかを判定するのが困難であった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、現像剤の滞留が発生しそうな状態を正確に検知し、滞留を回避するように現像条件を変更する制御を行うことによって、濃度ムラの発生を抑制しつつ、かつ現像剤滞留による画像不良の発生も同時に抑制することのできる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために第一の発明の一態様に係る画像形成装置は以下のような構成を備える。即ち、静電潜像が形成される回転可能な像担持体と、トナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像容器と、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する位置に向けて前記現像剤を担持搬送する回転可能な現像剤担持体とを有し、前記像担持体に形成された静電潜像を前記現像剤を用いて現像するための現像装置と、前記像担持体と前記現像剤担持体との間の静電容量を検知するための静電容量検知部と、前記現像剤担持体を回転駆動するための駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、非画像領域における前記現像剤担持体の回転速度を変化させたときの前記静電容量の変化の傾きに基づいて、画像領域における前記現像剤担持体の回転速度を決定するモードを実行可能であることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために第二の発明の一態様に係る画像形成装置は以下のような構成を備える。即ち、静電潜像が形成される回転可能な像担持体と、トナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像容器と、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する位置に向けて前記現像剤を担持搬送する回転可能な現像剤担持体とを有し、前記像担持体に形成された静電潜像を前記現像剤を用いて現像するための現像装置と、前記像担持体と前記現像剤担持体との間の静電容量を検知するための静電容量検知手段と、前記現像剤担持体に直流電圧と交流電圧とを重畳した現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段と、前記現像バイアス印加手段を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、非画像領域における前記像担持体の非画像部の表面電位と前記現像バイアス印加手段により前記現像剤担持体に印加される前記現像バイアスの直流電圧との電位差を変化させたときの前記静電容量の変化の傾きに基づいて、画像領域における前記電位差を決定するモードを実行可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明、請求項６の記載の発明によれば、滞留の兆候があるかどうかを検知し、兆候がある場合のみ滞留を回避するような現像条件に設定することができる。そのため、濃度ムラのない均一な画像を保ったまま、無駄な現像剤の劣化もなく、かつ現像剤の滞留による画像不良の発生を防止することが可能となり、高品位な画像を安定して得ることのできる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成説明図である。
【図２】本発明に係る現像装置の概略構成説明図である。
【図３】本発明に係る現像バイアスの交流波形の説明図である。
【図４】本発明に係るＳＤギャップ部における現像剤の挙動を説明する図である。
【図５】本発明に係る現像高圧基板、及び制御基板のブロック図である。
【図６】現像装置の状態を変化させたときの静電容量に応じた出力電圧のグラフである。
【図７】本発明の実施例１に係る制御のフローを示す図である。
【図８】本発明の実施例１に係るＶｂａｃｋ電位制御の概略を示す図である。
【図９】本発明の実施例１に係るＶｂａｃｋ電位と静電容量に応じた出力電圧との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例２に係る制御のフローを示す図である。
【図１１】本発明の実施例２に係るＶｂａｃｋ電位と静電容量に応じた出力電圧との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施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、本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。従って、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１９】
〔実施例１〕
図１は画像形成装置の概略構成図である。図１では、本発明が適用できる画像形成装置の一実施形態である、電子写真方式を採用したフルカラー画像を形成する画像形成装置を示す。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態にて、画像形成装置１００は、４つの画像形成部Ｐ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢｋ）を備える。Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの添え字は、それぞれイエローＹ、マゼンダＭ、シアンＣ、ブラックＢｋの４色を示し、各画像形成部Ｐで形成されるトナー像の色を表している。各画像形成部Ｐの構造は同様であるため、以下、必要な場合を除いて、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの添え字を省略して説明する。
【００２１】
画像形成部Ｐは、像担持体としての感光体ドラム１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ）を備える。感光体ドラム１は矢印方向（反時計回り）に回転するドラム状の電子写真感光体である。
【００２２】
感光体ドラム１の周囲には、各色ごとに、画像形成手段を有する。具体的には、感光体ドラム１の周囲に、帯電手段としての帯電器２（２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋ）、現像装置４０（４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂｋ）、クリーニング手段としてのドラムクリーナ９（９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｂｋ）を有する。また、感光体ドラム１の上方には、露光手段としてのレーザービームスキャナ３（３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂｋ）を有する。また、後述の中間転写ベルト５を介して一次転写ローラ６（６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋ）が画像形成部Ｐごとに配設される。
【００２３】
次に、上記構成の画像形成装置全体の画像形成シーケンスについて説明する。
【００２４】
感光体ドラム１は、図１における矢印の方向（反時計回り方向）に１５０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で回転する。まず、感光体ドラム１が、帯電器２によって一様に帯電される。
【００２５】
帯電器２によって一様に帯電された感光体ドラム１は、次に、レーザービームスキャナ３による走査露光が行われる。
【００２６】
レーザービームスキャナ３は、半導体レーザーを内蔵している。半導体レーザーは、ＣＣＤ等の光電変換素子を有する原稿読み取り装置が出力する原稿画像情報信号に対応して制御される。このため、半導体レーザーが制御されることで、画像信号から変調されたレーザー光が、レーザービームスキャナ３の半導体レーザーから射出される。すると、一様に帯電された感光体ドラム１の表面電位が画像を形成する部分において変化し、この変化した部分が静電潜像となる。感光体ドラム１上の静電潜像は、現像装置４０からのトナー供給によって現像（可視化）されると、可視画像、即ち、トナー像となる。
【００２７】
本実施形態では、現像装置４０は、現像剤としてトナーとキャリアを混合した現像剤を使用する二成分現像方式を用いる。
【００２８】
上記工程を画像形成部Ｐ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢｋ）ごとに行うことによって、感光体ドラム１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ）上に、それぞれ、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色のトナー像が形成される。
【００２９】
本実施形態では、４つの画像形成部Ｐの下方位置に、中間転写ベルト５（中間転写体）が配置される。中間転写ベルト５は、張架ローラ５１、二次転写内ローラ５２、駆動ローラ５３に懸架され、図中矢印方向（時計回り）に移動自在とされる。
【００３０】
感光体ドラム１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ）上のトナー像は、一次転写部としての一次転写ローラ６（６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂｋ）によって、まず、中間転写ベルト５に一次転写される。これによって、中間転写ベルト５上にて、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色のトナー像が重ね合わされ、フルカラー画像が形成される。また、感光体ドラム１上に転写されずに残ったトナーは各画像形成部Ｐのドラムクリーナ９（９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｂｋ）に回収される。重ね合わせられたフルカラー画像は、二次転写内ローラ５２と対向する二次転写部まで搬送される。
【００３１】
一方、給送カセット１２に載置される紙などの転写材は、給送ローラ１３により取り出される。その後、転写材Ｓは、給送ガイド１１を経由して、二次転写内ローラ５２と二次転写ローラ１０（二次転写部材）によって形成される二次転写部に搬送される。
【００３２】
二次転写部において、中間転写ベルト５上のフルカラー画像は、二次転写ローラ１０の作用により転写材Ｓに転写される。二次転写されずに中間転写ベルト５の表面に残ったトナーは、中間転写ベルトクリーナ１８に回収される。
【００３３】
その後、転写材Ｓは、定着器１６（熱ローラ定着器）に送られる。定着器１６では、トナー像が転写された転写材Ｓに対して加熱・加圧が行われ、画像の定着が行わる。トナー像の定着が行われた転写材Ｓは、排出トレー１７に排出される。
【００３４】
尚、本実施形態では、像担持体として、通常使用されるドラム状の有機感光体である感光体ドラム１を使用したが、これに限るものではない。例えば、アモルファスシリコン感光体等の無機感光体を使用することもできる。また、ベルト状の感光体を用いることも可能である。帯電方式、転写方式、クリーニング方式、定着方式に関しても、上記方式に限られるものではない。
【００３５】
次に、図２を参照して、現像装置４０の概略を説明する。
【００３６】
本実施形態に係る現像装置４０は、現像容器４１を有する。現像容器４１内には、現像剤として、トナーとキャリアを含む二成分現像剤が収容される。また、現像装置４０は、現像容器４１内の現像剤を担持する現像スリーブ４２（現像剤担持体）と、現像スリーブ４２上に担持された現像剤の穂の高さを規制する規制ブレード４３を有する。
【００３７】
現像容器４１の内部は、その略中央部が図２の紙面に垂直方向に延在する隔壁４４によって、現像室４５と撹拌室４６に区画されている。現像剤は、現像室４５及び撹拌室４６に収容され、次の構成により循環搬送される。
【００３８】
現像室４５と撹拌室４６には、それぞれ現像剤を撹拌・搬送するための搬送スクリューが配置される。具体的には、現像室４５には第一搬送スクリュー４７（第一搬送部材）が配置され、撹拌室４６には第二搬送スクリュー４８（第二搬送部材）が配置される。
【００３９】
第一搬送スクリュー４７、第二搬送スクリュー４８の回転による搬送によって、現像剤は軸線方向に沿って互いに反対方向に搬送され、また隔壁４４の両端にある開口部（連通部）を通じて現像室４５と撹拌室４６との間で循環される。
【００４０】
現像容器４１の感光体ドラム１に対向する現像領域に相当する位置は、開口している。この開口から、現像スリーブ４２が感光体ドラム１方向に露出する。
【００４１】
本実施形態において、現像スリーブ４２の直径（外径）は２０ｍｍ、感光体ドラム１の直径（外径）は４０ｍｍである。また、現像スリーブ４２と感光体ドラム１との最近接領域を約３２０μｍの距離とし、作像時における現像スリーブ４２の回転速度は、２２５ｍｍ／ｓｅｃ（対感光体ドラム周速比＝１５０％）に設定される。
【００４２】
現像スリーブ４２は、現像時に図示矢印方向（反時計回り）に回転しつつ、現像室４５内の二成分現像剤を担持する。現像スリーブ４２上には、マグネット部材４２ｍの作用により現像剤の層（いわゆる磁気ブラシ）が形成される。磁気ブラシは、規制ブレード４３によって層厚を規制され、現像スリーブ４２上には層厚が規制された現像剤が担持される。本実施例では、規制された現像剤層の層厚は、３０ｍｇ／ｃｍ２に設定されている。この状態で、現像スリーブ４２上に担持された現像剤が、感光体ドラム１と対向する現像領域に搬送され、現像スリーブ４２に印加される現像バイアスの作用によって感光体ドラム１上にトナーを転移させることで静電潜像が可視像化される。本実施例では、現像領域において、現像スリーブ４２の移動方向と、感光体ドラム１の移動方向が逆方向になるカウンター現像方式となっている。
【００４３】
また、本実施例で用いられているマグネット部材４２ｍは、現像スリーブ４２の内部に固定されており、複数の磁極を有している。ここでは、マグネット部材４２ｍは、５極の磁極を持ち、現像スリーブ４２と感光体ドラム１との最近接位置に最も近い位置にＮ１極が配置される。Ｎ１極は磁束密度が１０５ｍＴ、磁極の位置は上記の現像スリーブ４２と感光体ドラム１との最近接位置に対して、感光体ドラム１の回転方向で１０°上流側に位置するようにしている。
【００４４】
現像スリーブ４２に印加される現像バイアスは直流に交流を重畳したものを使用しており、後述する現像バイアス電源としての高圧印加手段から印加されるようになっている。現像バイアスの交流成分の波形としては、図３に示すように矩形形状のパルス部と、直流成分のみから成るブランク部が交互に繰り返されるブランクパルス波を使用している。パルス部の周波数としては１４ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％、振幅１７００Ｖに設定されている。
【００４５】
次にＳＤギャップ部での現像剤の挙動を図４を使って以下で説明する。
【００４６】
図４は感光体ドラム１と現像スリーブ４２の最近接部（ＳＤギャップ部）を拡大した図であり、ＳＤと表示した破線部が最近接位置になる。ＳＤギャップ部の現像剤のキャリア粒子４Ｃは、マグネット部材４２ｍの中のＮ１極から延びる磁力線に沿って穂立ちした状態となっている。キャリア粒子４ＣはＮ１極の磁力によって現像スリーブ４２に引きつけられながら現像スリーブ４２の回転によって搬送されるため、図４（Ａ）に示した矢印ｂの方向に搬送される一方、感光体ドラム１に接触しているキャリア粒子は感光体ドラム１の回転によって矢印ａの方向に引っ張られることになる。そのため、キャリア粒子４Ｃに働く矢印ａの力は、現像剤がＳＤギャップ部を通過するときの抵抗力となる。このように、カウンター現像方式においては、現像スリーブ近傍のキャリア粒子と、感光体ドラム近傍のキャリア粒子それぞれに働く搬送力が逆方向になるため、現像剤の滞留が発生しやすくなる。
【００４７】
また、画像形成時において、画像の白地部ではトナーが感光体ドラムに移動しないように、感光体ドラム上の白地部電位と現像バイアスの直流成分電位の差分である電位差（Ｖｂａｃｋ電位）が設定される。例えば、感光体ドラム上の白地部電位を−７５０Ｖ、現像バイアスの直流成分電位を−６１０Ｖとすることで、Ｖｂａｃｋ電位が１４０Ｖとなる。
【００４８】
キャリア粒子はトナーと逆極性に帯電する（本実施例ではプラス極性）ため、Ｖｂａｃｋ電位が印加されたとき、キャリア粒子は感光体ドラム１側に引きつけられることになる。そのため、Ｖｂａｃｋ電位が大きいほどキャリア粒子はより感光体ドラムに引きつけられ、図４（Ａ）の矢印ａの力がより強く働くことになるため、滞留が発生しやすくなる。
【００４９】
また、図４（Ｂ）はＳＤギャップが狭くなった場合を示した図であるが、この場合、狭い空間に現像剤が押し込められることで矢印ａの力がより強く働くようになるため、このような条件の場合も滞留が発生しやすくなる。
【００５０】
これと同じように、現像スリーブ上の現像剤搬送量が多い場合はＳＤギャップが同じでもキャリア粒子の穂立ちの長さが長くなる。そのため、キャリア粒子はより感光体ドラムと接触しやすくなり、矢印ａの力がより強く働くようになるため、このような条件の場合も滞留が発生しやすくなる。
【００５１】
また、図４（Ｃ）はマグネット部材４２ｍのＮ１極の位置が、感光体ドラム１と現像スリーブ４２の最近接部に位置した場合を示している。この場合は最近接部におけるキャリア粒子の穂が、図４（Ａ）の場合よりも立った状態になるため、この場合もキャリア粒子はより感光体ドラムと接触しやすくなり、滞留の原因となるおそれがある。
【００５２】
本実施例では現像剤の滞留の兆候を把握するため、ＳＤギャップ部における静電容量を検知できる構成となっている。以下に静電容量の検知構成について図５に基づいて説明する。
【００５３】
図５は本実施例における画像形成装置の現像高圧基板と制御基板の構成を示すブロック図である。
【００５４】
図５において、画像形成装置には、現像高圧基板３００、制御基板３０５が装備されている。現像高圧基板３００には、ＡＣ高圧駆動回路３０１（高圧印加手段）、ＡＣトランス３０２、ＤＣ高圧回路３０３（高圧印加手段）、交流電圧の振幅（ｐ−ｐ電圧）検出回路３０４（静電容量検知手段）、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、出力抵抗が実装されている。制御基板３０５には、Ａ／Ｄ変換回路３０６、ＣＰＵ３０８（制御手段）が実装されている。
【００５５】
現像高圧基板３００において、ＡＣ高圧駆動回路３０１は、現像ＡＣバイアス電圧を生成し、現像スリーブ４２に供給する。ＤＣ高圧回路３０３は、現像ＤＣバイアス電圧を生成し、現像スリーブ４２に供給する。ｐ−ｐ電圧検出回路３０４は、コンデンサＣ２の両端のピークツーピーク電圧（ｐ−ｐ電圧）をＤＣ電圧に変換し、容量検出信号として取り出す。取り出されたＤＣ電圧は制御基板３０５のＡ／Ｄ変換回路３０６にてアナログ信号からデジタル信号に変換され、ＣＰＵ３０８に入力される。以上のような構成で、ＳＤギャップ部における静電容量に対応した電圧値を検出することが可能となっている。またＣＰＵ３０８は、ＡＣ高圧駆動回路３０１及びＤＣ高圧回路３０３を用いて現像スリーブに印加する現像バイアスを制御する。またＣＰＵ３０８は、現像スリーブを駆動する駆動手段（不図示）を用いて、現像スリーブの回転速度を制御する。
【００５６】
本実施例の構成において、上記の検出回路を用いて実際にＳＤギャップを変化させたときの感光体ドラム１と現像スリーブ４２との間の静電容量に対応した電圧値の出力を図６（Ａ）に示す。本グラフでは現像剤のトナー濃度も同時に変化させたときの出力も示している。このようにＳＤギャップが狭いほど静電容量が大きくなるため、それに応じて出力値が上がっていることが分かる。また、現像剤のトナー濃度が変化した場合は現像剤の透磁率が変化して静電容量が変化するため、出力が変わる。このように、静電容量は複数の要因で変化するため、それらの組み合わせで出力が決まることになる。
【００５７】
また、図６（Ｂ）には本実施例の構成において、現像スリーブ上の現像剤搬送量を変化させたときの静電容量に対応した電圧値の出力をプロットしたグラフを示す。このグラフは現像剤のトナー濃度が９％のときの出力を示している。このように静電容量は、現像スリーブ上の現像剤搬送量によっても変化することが分かる。また、この他にも、ＳＤギャップ部近傍にあるＮ１極の極位置によっても出力値が変化することも分かっている。
【００５８】
このように、静電容量に対応した電圧値は、複数の要因の組み合わせによって変化するため、単に出力値の絶対値を見るだけでは、現像剤の滞留が発生しそうかどうかを判断するのが困難であった。そこで、本実施例では非画像領域において、現像条件を変化させたときの静電容量の変化に対応した出力変動の傾きを検知することによって、現像剤の滞留が発生する兆候があるかどうかを判断する制御を行っている。以下でその制御方法について、図３、図７に基づいて詳細に説明する。
【００５９】
ユーザーが本体操作部、もしくはＰＣからプリント指示を行う際、プリント用紙の紙種が選択される（Ｓ１）。本実施例の画像形成装置では、転写材として普通紙が選択された場合の感光体ドラム１の回転速度は第１の回転速度（ここでは１５０ｍｍ／ｓｅｃ）でプリント動作を行う仕様（等速モード）になっている。一方。転写材として厚紙が選択された場合の感光体ドラム１の回転速度は前記第１の回転速度より遅い第２の回転速度（ここでは第１の回転速度の半分の７５ｍｍ／ｓｅｃ）でプリント動作を行う仕様（低速モード）になっている。そのため、紙種選択の後、プリント動作がスタート（Ｓ２）すると、紙種に応じた速度で前回転が開始される（Ｓ３）。前回転が開始されると、本体設置環境の温度を本体背面に設置された環境検知手段としての温度センサー（不図示）によって検知する（Ｓ４）。
【００６０】
ここで低速モード（７５ｍｍ／ｓｅｃ）の速度が選択された場合（Ｓ５）で、かつ検知した環境温度が所定値未満（所定値Ｔａ未満）の場合（Ｓ６）、現像剤の滞留が発生する兆候があるかどうかを判断するための滞留検知制御を実行するようにしている。これは、感光体ドラム１の回転速度に合わせて現像スリーブ４２の回転速度も普通紙プリント時の半分の速度に遅くした場合、また環境温度が低温の場合に滞留が発生しやすい傾向があるためである。
【００６１】
通常は感光体ドラム１に対する現像スリーブ４２の周速比を一定にするように制御するのが一般的であるが、現像スリーブ４２の回転速度を遅くすると、現像スリーブ上の現像剤の搬送量が増加する傾向が見られる。これは、現像スリーブ４２の回転速度が遅いと、現像剤が現像スリーブ表面で滑りにくくなるためと考えられる。そのため、現像スリーブ４２の回転速度が遅くなると、現像剤の搬送量が増加して現像剤の滞留が発生しやすい傾向となる。
【００６２】
更に現像スリーブ４２の回転速度が遅いと、単位時間当たりに現像スリーブ４２が搬送する現像剤量が減少するため、ＳＤギャップ部を通過することができる現像剤量が少なくなるため、これも現像剤の滞留が発生しやすい傾向となる。
【００６３】
また、環境温度が低い場合、現像装置を構成している各部材は熱収縮の影響を受けるため、ＳＤギャップが狭くなる方向に変動する可能性がある。ＳＤギャップが狭くなると、当然、現像剤はＳＤギャップ部を通過しにくくなるため、現像剤の滞留が発生しやすい傾向となる。このため、本実施例では所定値Ｔａを１２℃に設定している。
【００６４】
そこで、本実施例では現像剤滞留が発生しやすい条件となる低速モードで、かつ低温状態のときに、その前回転時において滞留の兆候があるかどうかを検知するような制御を行っている。以下で滞留検知制御の動作について説明する。
【００６５】
低速モードが選択され、かつ環境温度が所定値Ｔａ（１２℃）未満の場合、現像高圧基板３００のＡＣ高圧駆動回路３０１、及びＤＣ高圧回路３０３から現像スリーブ４２に対して直流（ＤＣ）＋交流（ＡＣ）電圧が印加される。その際、画像領域におけるＶｂａｃｋ値に対して＋４０Ｖと−４０Ｖにしたとき（Ｓ７）のそれぞれの静電容量に対応した出力をｐ−ｐ電圧検出回路３０４によって検知する（Ｓ８）。例えば、画像領域におけるＶｂａｃｋが１４０Ｖ（白地部電位＝−７５０Ｖ、現像ＤＣ電位＝−６１０Ｖ）の場合、白地部電位は−７５０Ｖのまま、まず現像ＤＣ電位を−６５０Ｖに切り替え、Ｖｂａｃｋを１００Ｖに設定した状態で静電容量に対応した出力（Ｃ１）を検知する。続いて現像ＤＣ電位を今度は−５７０Ｖに切り替え、Ｖｂａｃｋを１８０Ｖに設定した状態で静電容量に対応した出力（Ｃ２）を検知する。この電位切り替えのイメージを図８に示す。
【００６６】
これらの検知結果はＡ／Ｄ変換後ＣＰＵ３０８に入力され、ここで下式（１）によって、出力傾きＰを算出する（Ｓ９）。すなわち、傾きＰはＶｂａｃｋ値１Ｖ当りの出力の傾きを表す。
【００６７】
Ｐ＝（Ｃ２−Ｃ１）／（１８０−１００）・・・（１）
【００６８】
上式（１）によって算出した傾きＰが所定値以上である場合は（Ｓ１０）、滞留の兆候が見られると判断する。この場合、画像形成時の現像スリーブ速度として、普通紙プリント時と同じ２２５ｍｍ／ｓｅｃ（速度「１」、対感光体ドラム周速比＝３００％）を選択する（Ｓ１１）。ここでは、閾値Ｐｔを前記算出した傾きＰと比較する所定値とし、本実施例では閾値Ｐｔ＝１．０ｍＶ／Ｖに設定している。一方、傾きＰが閾値Ｐｔ未満の場合は（Ｓ１０）、滞留の兆候は無いと判断する。この場合、画像形成時の現像スリーブ速度は１１２．５ｍｍ／ｓｅｃ（速度「２」、対感光体ドラム周速比＝１５０％）を選択する（Ｓ１２）。このように、算出した傾きＰに基づいて画像領域における現像条件（ここでは現像スリーブの回転速度）を決定する。現像スリーブ速度選択後、前回転を終了し（Ｓ１３）、選択された現像スリーブ速度での画像形成が開始される（Ｓ１４）。
【００６９】
使用する用紙として普通紙が選択された場合は、元々現像スリーブ速度は滞留に有利な２２５ｍｍ／ｓｅｃで回転させるため、上記のような滞留検知制御は行わない。また、低速モードが選択された場合でも、環境温度がＴａ以上の場合は温度によるＳＤギャップの変動量は小さいと判断し、この場合も滞留検知制御は行わないようにしている。
【００７０】
実際にＶｂａｃｋ電位を振ったときの出力値の例を図９に示す。このグラフのＡ、Ｂの設定は、それぞれＳＤギャップ、現像スリーブ上の現像剤層厚、Ｎ１極位置が異なる設定で出力検知している。図９のグラフＡの設定では、Ｖｂａｃｋを振った時の傾きＰは０．５０ｍＶ／Ｖ、グラフＢの設定では、同じくＶｂａｃｋを振った時の傾きＰは２．１３ｍＶ／Ｖとなっており、それぞれ傾きが大きく異なっていることが分かる。比較として閾値Ｐｔの傾きを点線で示しているが、グラフＢの傾きＰはこの閾値Ｐｔ（＝１．０ｍＶ／Ｖ）を大きく超えていることが分かる。
【００７１】
上述したように、Ｖｂａｃｋ電位が大きいほど現像剤のキャリア粒子はより感光体ドラムに引きつけられるため、図４（Ａ）の矢印ａの力がより強く働くようになる。Ｖｂａｃｋ電位が小さい時と大きい時とで出力が大きく変わるということは、ＳＤギャップ部での現像剤の流れ方が大きく変化している、ということを意味している。すなわち、Ｖｂａｃｋ電位が小さいときは現像剤がスムースに流れていたのに対し、Ｖｂａｃｋ電位が大きいときは現像剤の流れが悪くなって詰まり気味となり、ＳＤギャップ部における現像剤の密度が高くなって静電容量が大きく変化していると考えられる。一方でＶｂａｃｋ電位を振ってもＳＤギャップ部での現像剤の流れ方が大きく変化していなければ、静電容量の変化も小さくなるため、出力の傾きは小さくなる。
【００７２】
以上のような理由で、Ｖｂａｃｋ電位を振ったときの静電容量に対応する出力の傾き（出力変化の大きさ）を見ることで、滞留の兆候があるかどうかを判断することができる。また、滞留の兆候があると判断した時に、画像形成時の現像スリーブ速度を低速モードにおいても普通紙プリント時と同じ速度で速く回転させることによって、滞留が発生するのを防止することができる。
【００７３】
感光体ドラムに対する現像スリーブの回転速度の周速比を上げると、単位プリント枚数当りの現像スリーブの回転数が多くなるため、その分現像剤の劣化が進みやすくなる。しかし、本実施例の制御を実施することで、滞留の兆候があるときのみ周速比を上げることができるため、低速モード時に常に周速比を上げるように制御する場合に比べて現像剤の劣化を抑制することができる。また、滞留を確実に回避するためには、ＳＤギャップを広く設定するなどの手段も考えられるが、その場合は上述したように現像性が低下して濃度ムラが発生しやすくなるため、本実施例の制御を行う方が全体的に画質のレベルを高くすることができる。
【００７４】
なお、本実施例では低速モードが選択されたとき、かつ環境温度が所定値よりも低い場合に滞留検知制御を行うようにしているが、滞留検知制御を実行する条件としては、低速モードが選択された場合、もしくは環境温度が所定値よりも低い場合、としても良い。
【００７５】
また、本実施例では環境温度が低くなるとＳＤギャップが狭くなり、現像剤の滞留が発生しやすい傾向になるが、使用する現像装置の構成や、各部材に使用される材料の温度特性によっては、環境温度が高くなるほどＳＤギャップが狭くなる場合もある。そのため、その場合は所定の温度以上の時に滞留検知制御を実行するようにしても良い。
【００７６】
更に、滞留検知制御を実行するかどうかを判断する温度の閾値Ｔａ、滞留検知制御において変化させるＶｂａｃｋ電位の値、滞留発生の兆候があるかどうかを判断する出力傾きの閾値Ｐｔ等は、本実施例の数値に限定されるものではない。これらの数値は、使用する画像形成装置によって最適な数値が設定される。
【００７７】
また、本実施例では、滞留検知制御によって滞留発生の兆候があると判断された場合の滞留回避手段として、低速モードにおける現像スリーブ速度を速くする制御を行っているが、これに限定されるものではない。例えば、滞留回避手段として、この他にも画像形成時におけるＶｂａｃｋ電位を小さくする、もしくは現像バイアスの交流電圧の振幅を小さくするように制御を行っても効果が得られる。
【００７８】
また、本実施例では、滞留検知制御時に滞留の兆候を検知する手段として、Ｖｂａｃｋ電位を振ったときの静電容量に応じた出力電圧を検知しているが、これに限定されるものではない。例えば、前述の手段として、現像スリーブの回転速度を振ったときの静電容量に応じた出力電圧を検知するように制御を行うことも可能である。
【００７９】
以上説明したような制御を行うことで、滞留発生の兆候を検知したときのみ、滞留を回避するように現像条件を決定（変更）することができる。そのため、濃度ムラのない均一な画像を保ったまま、無駄な現像剤の劣化もなく、かつ現像剤の滞留による画像不良の発生を防止することができ、高品位な画像を安定して得ることができる。
【００８０】
また、滞留発生の兆候を確実に検知することが可能となるため、現像剤の滞留による画像不良の発生を確実に防止することができる。
【００８１】
また、滞留検知制御の結果、滞留の兆候があると判断された場合に、画像形成時における現像剤滞留を確実に回避することのできる現像条件に設定することができる。
【００８２】
〔実施例２〕
本実施例における画像形成装置全体、現像装置の概略構成、使用する現像バイアス、ＳＤギャップや現像スリーブ上の現像剤搬送量等の設定は実施例１と同様である。また、普通紙プリント時（等速モード）における感光体ドラム１の回転速度が１５０ｍｍ／ｓｅｃ、厚紙プリント時（低速モード）における回転速度が７５ｍｍ／ｓｅｃに設定しているのも実施例１と同様である。但し、本実施例では、実施例１にも記載した現像剤の滞留検知制御において、Ｖｂａｃｋ電位を実施例１よりも細かく振っていることを特徴としている。
【００８３】
本実施例における制御の流れを図１０を用いて説明する。
【００８４】
実施例１と同様、紙種選択、プリントスタート後の前回転が開始されると、選択された画像形成速度と環境温度の情報がＣＰＵ３０８に読み込まれ、低速モードが選択され、かつ環境温度が所定値Ｔａ（１２℃）未満の場合に滞留検知制御を実施する。
【００８５】
本実施例では、まず画像形成時のＶｂａｃｋ電位（１４０Ｖ）と、これに＋２０ＶしたＶｂａｃｋ電位（１６０Ｖ）になるように制御し（Ｓ７−１）、このときの静電容量に対応した出力値をそれぞれ検知する（Ｓ８−１）。これら２点の出力から傾きＰを算出する（Ｓ９−１）。例えば、図１１に例を示すが、この図のグラフＣの状態の場合、算出した傾きＰは２．５ｍＶ／Ｖとなる。傾きＰが図中に点線で示した閾値Ｐｔ（本実施例ではＰｔ＝１．０ｍＶ／Ｖに設定）以上である場合（Ｓ１０−１）は、画像形成時のＶｂａｃｋ電位を少し大きくしただけで滞留の兆候が見られる、すなわち滞留発生の可能性が高いと判断し、画像形成時における現像スリーブ速度として、２２５ｍｍ／ｓｅｃ（速度「１」、対感光体ドラム周速比＝３００％）が選択される（Ｓ１１−１）。よって、図１１のグラフＣの場合は速度「１」を選択し、その時点で滞留検知制御と前回転を終了し（Ｓ１２）、画像形成が開始される（Ｓ１３）。
【００８６】
また、上記で算出した傾きＰが閾値Ｐｔ（１．０ｍＶ／Ｖ）未満だった場合は、更にＶｂａｃｋ電位を画像形成時の＋４０Ｖ（１８０Ｖ）に上げ（Ｓ７−２）、そのときの静電容量に対応した出力値を検知する（Ｓ８−２）。この点と前回検知したＶｂａｃｋ電位が＋２０Ｖの時の点との２点の出力から傾きＰを算出する（Ｓ９−２）。次にこの傾きＰを閾値Ｐｔと比較する（Ｓ１０−２）。この傾きＰが閾値Ｐｔ以上である場合は、滞留発生の可能性がやや高いと判断し、画像形成時における現像スリーブ速度として、先ほどの速度よりもやや遅い１６８．８ｍｍ／ｓｅｃ（速度「２」、対感光体ドラム周速比＝２２５％）が選択される（Ｓ１１−２）。
【００８７】
また、ここで算出した傾きＰが１．０ｍＶ／Ｖ未満だった場合は、更にＶｂａｃｋ電位を画像形成時の＋６０Ｖ（２００Ｖ）に上げ（Ｓ７−３）、そのときの静電容量に対応した出力値を検知する（Ｓ８−３）。この点と前回検知したＶｂａｃｋ電位が＋４０Ｖの時の点との２点の出力から傾きＰを算出する（Ｓ９−３）。次にこの傾きＰを閾値Ｐｔと比較する（Ｓ１０−３）。この傾きＰが閾値Ｐｔ以上である場合は、このときも滞留発生の可能性がやや高いと判断し、画像形成時における現像スリーブ速度として、先ほどと同じく１６８．８ｍｍ／ｓｅｃ（速度「２」、対感光体ドラム周速比＝２２５％）が選択される（Ｓ１１−２）。図１１のグラフＤがこの事例に相当し、Ｖｂａｃｋ電位を＋６０Ｖ（２００Ｖ）としたところから出力傾きが点線で示した閾値Ｐｔよりも大きくなっていることが分かる。
【００８８】
Ｖｂａｃｋ電位を画像形成時の＋６０Ｖ（２００Ｖ）に上げても、傾きＰが閾値Ｐｔ未満であった場合は、滞留の可能性は無いと判断し、画像形成時の現像スリーブ速度として１１２．５ｍｍ／ｓｅｃ（速度「３」、対感光体ドラム周速比＝１５０％）が選択される（Ｓ１１−３）。
【００８９】
本実施例では、滞留検知制御において、細かくＶｂａｃｋ電位を振っているため、滞留発生の可能性がどのくらい高いかを判断することができる。そのため、その滞留発生の可能性の度合いに合わせて現像スリーブ速度を適切に選択することができるようになり、不必要に現像スリーブを速く回転させる必要がなくなる。これにより、現像剤の劣化を極力抑制することができる。
【００９０】
また、細かくＶｂａｃｋ電位を振って滞留の兆候が見られた時点でそれ以上Ｖｂａｃｋ電位を大きくせずに滞留検知制御を終了するようにしている。これにより、いきなりＶｂａｃｋ電位を大きくすることで、滞留検知制御中に滞留が発生してしまうことを防止することができる。
【００９１】
なお、本実施例では、Ｖｂａｃｋ振りを３段階にした場合で説明しているが、更に細かくＶｂａｃｋを振ったり、現像スリーブ速度の段階をより細かく分けて制御するようにしても良い。また、実施例１と同様、滞留検知制御によって滞留発生の兆候があると判断された場合の滞留回避手段として、低速モードにおける現像スリーブ速度を速くする制御を行っているが、この他にも画像形成時におけるＶｂａｃｋ電位を小さくする、もしくは現像バイアスの交流電圧の振幅を小さくするように制御を行っても効果が得られる。
【００９２】
また、本実施例においても、滞留検知制御時に滞留の兆候を検知する手段として、Ｖｂａｃｋ電位ではなく、現像スリーブの回転速度を段階的に振ったときの静電容量に応じた出力電圧を検知して制御を行うことも可能である。
【００９３】
以上説明したような制御を行うことで、実施例１よりも更に無駄な現像剤の劣化や制御中に滞留が発生してしまうことを防止しつつ、画像形成中における現像剤の滞留による画像不良の発生を防止することができ、より高品位な画像を安定して得ることができる。
【００９４】
なお前述した実施例では、画像形成部（画像形成手段）を４つ使用しているが、この使用個数は限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すれば良い。
【００９５】
また前述した実施例では、画像形成装置としてプリンタを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば複写機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置であっても良い。これらの画像形成装置に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９６】
１…感光体ドラム
４Ｃ…キャリア粒子
４０…現像装置
４２…現像スリーブ
４２ｍ…マグネット部材
４３…層厚規制部材
３００…現像高圧基板
３０１…ＡＣ高圧駆動回路
３０３…ＤＣ高圧回路
３０４…ｐ−ｐ電圧検出回路
３０５…制御基板
３０８…ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
0006700803.tif 000003
【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】
0006700803.tif 000008
【図８】
0006700803.tif 000009
【図９】
0006700803.tif 000010
【図１０】
0006700803.tif 000011
【図１１】
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