(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアを備える現像剤を収容する現像剤収容部と、現像剤を担持する現像剤担持体と、を有する現像装置において、
前記現像剤収容部への現像剤の補給量を制御するための第１の潜像が現像される場合は、交流成分を含む電圧が繰り返し印加される第１の現像バイアスが前記現像剤担持体に印加され、画像の階調を制御するための第２の潜像が現像される場合には、交流成分を含む電圧が印加される期間と、交流成分を含む電圧が印加されない期間と、を交互に備える第２の現像バイアスが前記現像剤担持体に印加されることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
通常画像形成時は、交流成分を含む電圧が印加される期間と、交流成分を含む電圧が印加されない期間と、を交互に備えるバイアスが前記現像剤担持体に印加されることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置に関し、特に、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に用いられる現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に従来のカラー画像形成装置の概略断面図を示す。
【０００３】
本例の画像形成装置は、上部にデジタルデジタルカラー画像リーダ部、下部にデジタルカラー画像プリンタ部を有する。
【０００４】
リーダ部において、原稿３０を原稿台ガラス３１上に載せ、露光ランプ３２より露光走査した原稿３０からの反射光像を、レンズ３３によりフルカラーセンサ３４に集光し、カラー色分解画像信号を得る。カラー色分解画像信号に、図示しない増幅回路を経て図示しないビデオ処理ユニットにより処理を施し、プリンタ部に送出する。
【０００５】
プリンタ部において、像担持体である感光ドラム１を矢印Ｒ１方向に回転自在に担持し、感光ドラム１の周りに前露光ランプ１１、コロナ帯電器２、露光光学系３、電位センサ１２、４個の現像器４（４ｙ、４ｃ、４ｍ、４ｋ）、ドラム上トナー検知手段１３、転写装置５、クリーニング器６等を配置する。
【０００６】
レーザービーム露光光学系３には、リーダ部からの画像信号を入力し、図示しないレーザー出力部で光信号に変換した後、レーザー光をポリゴンミラー３ａで反射し、レンズ３ｂ及びミラー３ｃを通って、感光ドラム１の面を潜像に走査（ラスタスキャン）する光像Ｅに変換する。
【０００７】
プリンタ部では、画像形成時、まず、感光ドラム１を矢印方向Ｒ１に回転させ、前露光ランプ１１で除電し、帯電器２により一様に帯電した後、各分解色ごとに光像Ｅを照射し、感光ドラム１の表面に各色の静電潜像を形成する。
【０００８】
つぎに各分解色ごとに所定の現像器４を動作させて、感光ドラム１上の潜像を現像し、感光ドラム１上に樹脂を基本としたトナーによる画像を形成する。現像器４ｙ、４ｍ、４ｃ、４ｋは、偏心カム２４ｙ、２４ｃ、２４ｍ、２４ｋの動作により、かく分解色の潜像に応じて択一的に感光ドラム１に接近するようにしている。
【０００９】
記録材カセット７から記録材が搬送系により転写装置５に搬送され、次いで、転写装置５により感光ドラム１と対向した転写位置に供給される。感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写位置に供給された記録材に転写される。転写装置５は、本例では、転写ドラム５ａ、転写帯電器５ｂ、吸着帯電器５ｃ及び対向する吸着ローラ５ｇ、内側帯電器５ｄ、外側帯電器５ｅを有し、回転駆動されるように軸支された転写ドラム５ａの周面開口域には、記録材担持シート５ｆを円筒状に一体的に調節している。記録材担持シート５ｆは、ポリカーボネートフィルム等の誘電体シートを使用している。
【００１０】
転写装置５に搬送された記録材は、吸着帯電器５ｃ及び吸着ローラ５ｇにより記録材担持シート５ｆに吸着され、転写ドラム５ａの回転にしたがって転写位置を通って搬送され、感光ドラム１上のトナー像が転写帯電器５ｂにより記録材上に転写される。
【００１１】
このように記録材担持シート５ｆに吸着して搬送される記録材には、所望回数回転する間に、感光ドラム１から所望数の色トナー像が重ね合わせて転写され、フルカラーの画像が形成される。
【００１２】
４色モードの場合、このようにして４色のトナー像の転写を終了すると、記録材を転写ドラム５ａから分離爪８ａ、分離押上げコロ８ｂ及び分離帯電器５ｈの作用によって分離し、熱定着ローラ定着器９を介してトレイ１に排紙する。
【００１３】
他方、転写後の感光ドラム１は、表面の残留トナーをクリーニング器６で清掃した後、再度画像形成工程に供する。
【００１４】
記録材の両面に画像を形成する場合には、記録材が定着器９を出た後、すぐに搬送パス切換えガイド１９を駆動し、排紙縦パス２０を経て一旦反転パス２１ａに導いた後、記録材を一旦停止させ、反転ローラ２１ｂの逆転により、送り込まれた際の後端を先頭にして送り込まれた方向と反対方向に退出させ、記録材を裏返して中間トレイ２２にストックする。その後、再び転写ドラム５ａに送って、上述した画像形成工程により、記録材の他方の面に画像を形成し、定着器１９を経て排紙トレイ１０に排紙する。
【００１５】
記録材を分離した後の転写ドラム５ａの記録材担持シート５ｆ上は、感光ドラム１、現像器４、クリーニング器６等からの粉体の飛散付着、また記録材のジャム（紙詰まり）時にトナーが付着すること、両面画像形成時に記録材上のオイルが付着する場合があることにより汚染されるが、記録材担持シート５ｆを介して対向するファーブラシ１４とバックアップブラシ１５、及びオイル除去ローラ１６とバックアップブラシ１７によって清掃された後、再度画像形成プロセスに供される。このような清掃は、前回転時、後回転時に行い、またジャム（紙つまり）発生時には随時行う。
【００１６】
又、本例においては、転写ドラム偏心カム２５を作動させ、転写ドラム５ａと一体化しているカムフォロワ５ｉを作動させることにより、記録材担持シート５ｆと感光ドラム１とのギャップを所定タイミングで所定間隔に設定可能な構成としている。例えば、スタンバイ中または電源オフ時には、転写ドラムと感光ドラムの間隔を離し、感光ドラムの回転駆動からの転写ドラムの回転を独立させることが可能な構成である。
【００１７】
又、現像器４（４ｙ、４ｃ、４ｍ、４ｋ）は、この一連の画像形成動作において、つぎのように現像動作を行う。感光ドラム１の回転により静電潜像が、現像器４の現像スリーブ４１と対向した現像位置に達するときに、現像バイアス電源（図示せず）により現像スリーブ４１にＡＣ、ＤＣを重畳した現像バイアスを印加し、現像スリーブ駆動装置（図示せず）により現像スリーブ４１をＢ方向に回転し、現像加圧カム２４（２４ｙ、２４ｃ、２４ｍ、２４ｋ）により加圧して、この状態で潜像を現像する。
【００１８】
更に、感光ドラム上に形成されるトナー画像（結果的には記録材に形成されるトナー画像）の階調を制御する場合（ハーフトーン画像を形成する場合）、感光ドラム１上に濃度検知用のパッチ潜像を形成し、現像バイアスを現像スリーブ４１に印加してパッチ潜像をトナーで現像し、得られたパッチ画像の濃度をパッチセンサ１３によって読み取る。読み取った画像濃度が基準値に達していなければ、画像信号レベルを調整する。この調整により、画像信号に対する、露光光学系により露光された感光ドラム上の露光部電位が調整され、そのときの現像されたパッチ画像濃度値を改めて初期基準値としてＣＰＵ３００にフィードバックする。この動作を各色について行うことで、感光ドラム上に形成される各色のトナー画像の階調を適正化することができ、良好にハーフトーン画像を形成することができる。
【００１９】
更に、現像器４内に収容されているトナーの濃度がほぼ一定に保たれるように現像器４に補給するトナーの量を制御する場合、感光ドラム１上に（例えば、画像形成中であれば、通常の画像が形成されている領域と領域の間）所定濃度のパッチ画像を形成して、センサ１３の出力値が常に一定になるように、即ち、現像器４内に収容されているトナーの濃度がほぼ一定に保たれるように、現像器４に補給するトナーの量を制御することにより、トナーとキャリアの重量比（Ｔ／Ｃ比）が適正化され、適正濃度の画像を得ることができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、感光ドラム上に形成されるトナー画像の階調を制御する場合と、現像器４内に収容されているトナーの濃度がほぼ一定に保たれるように現像器４に補給するトナーの量を制御する場合において、両者のパッチ潜像を現像する際の現像電界（現像スリーブに印加する現像バイアス）を同じにすると、現像電界により現像剤（トナー）に負荷がかかり、現像剤の寿命が短くなってしまうということがあった。
【００２３】
本発明の目的は、画像の階調制御や現像剤の補給制御を良好に行いつつ、現像剤にかかる負荷を軽減して現像剤の寿命を向上することができる現像装置を提供することである。
【００２４】
本発明の他の目的は、画像の階調制御と現像剤の補給制御との双方を良好に行うことができる現像装置を提供することである。
【００２５】
本発明の更なる目的は、以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る現像装置にて達成される。
【００２９】
本発明によれば、トナーとキャリアを備える現像剤を収容する現像剤収容部と、現像剤を担持する現像剤担持体と、を有する現像装置において、
前記現像剤収容部への現像剤の補給量を制御するための第１の潜像が現像される場合は、交流成分を含む電圧が繰り返し印加される第１の現像バイアスが前記現像剤担持体に印加され、画像の階調を制御するための第２の潜像が現像される場合には、交流成分を含む電圧が印加される期間と、交流成分を含む電圧が印加されない期間と、を交互に備える第２の現像バイアスが前記現像剤担持体に印加されることを特徴とする現像装置が提供される。
【００３３】
本発明にて、他の実施態様によれば、通常画像形成時は、交流成分を含む電圧が印加される期間と、交流成分を含む電圧が印加されない期間と、を交互に備えるバイアスが前記現像剤担持体に印加される。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る現像装置の実施例を図面に則して更に詳しく説明する。
【００３５】
実施例１
図１は、本発明の現像装置を備えた画像形成装置の一実施例を示す概略図で、像担持体としての感光ドラム１２８上の静電潜像を現像する現像器１０１Ｙ〜１０１Ｃ（現像スリーブ）に印加する現像バイアスを切換えることが可能な構成となっている。
【００３６】
本画像形成装置は、図１に示すように、電子写真感光体である感光ドラム１２８の周囲に、帯電手段としての一次帯電器１２１、露光手段としてのレーザー１２２、現像手段としての３つの現像器１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、記録材担持体としての転写ドラム１２７及びクリーニング手段としてのクリーナ１２６を備え、さらに定着手段としての定着器１２５等を備えて構成されている。感光ドラム１２８の転写ドラム１２７と現像器１０１との間の位置（感光ドラムの移動方向において現像部よりも下流側であって転写部よりも上流側の位置）において、感光ドラムと対向するように、感光ドラム１２８上に形成された画像濃度制御用のパッチ画像、即ち、検知用のトナー像の濃度を検知する画像濃度検知手段としての画像濃度センサ１０８が設置されている。
【００３７】
３つの現像器１０１（１０１Ｙ〜１０１Ｃ）は、現像回転体１０６に周方向に等間隔で搭載され、現像部に選択的に移動可能な構成となっている。これら現像器１０１は、現像剤収容部としての現像容器１０２（１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ）を備え、これらの内部にそれぞれ非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した２成分現像剤が収容されている。各現像器１０１の感光ドラム１２８に対向する現像部位には開口部が設けられており、この開口部に現像剤担持体としての現像スリーブ１０５（１０５Ｙ、１０５Ｍ、１０５Ｃ）が一部露出するようにして回転可能に配置され、現像スリーブ１０５の内部には、磁界発生手段としてのマグネット（磁極）が非回転に固定配置されている。また、現像時、現像スリーブと感光ドラム表面と所定距離だけ離間するように構成されているが、現像スリーブ上に形成された磁気ブラシは感光ドラム表面に接触するように構成されている。
【００３８】
現像時、現像スリーブ１０５は、現像器１０１内の２成分現像剤を表面に保持して（現像時、現像スリーブ表面に磁気ブラシが形成、保持される）、感光ドラム１２８と対向した現像域に搬送する。このとき、現像スリーブに以下で詳述する現像バイアスが印加され、感光ドラム１２８上に形成されている静電潜像に現像スリーブから現像剤が静電的に付着し、感光ドラム上に可視像が形成される。潜像を現像した後の現像剤は、現像スリーブ１０５の回転にしたがって現像器１０１に戻され回収される。
【００３９】
各現像器１０１の内部には、収容した現像剤のトナー濃度を検知する現像剤濃度検知手段としての濃度センサ１０７（１０７Ｙ、１０７Ｍ、１０７Ｃ）が設置され、また現像器１０１の近傍には、トナーを補給するためのトナー補給容器（画像形成装置本体に対して着脱可能なカートリッジ方式を採用している）１０３（１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ）、及びトナー搬送スクリュー１０４（１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃ）が配置されている。センサ１０７は発光部と受光部とを有し、発光部から発光された光が現像剤により反射された反射光を受光部で受光することにより現像器１０１内に収容されているトナー濃度に対応する情報を検知し、ＣＰＵにて検知結果と基準値とを比較する。そして、ＣＰＵにてトナー濃度が薄いと判断されれば、これに基づいてトナーカートリッジ１０３からスクリュー１０４により現像器１０１に補給するトナー量を演算、制御する構成となっている。このような構成とすることで、画像形成によって消費した不足分のトナーを補給し、現像器内のトナーの量（トナーとキャリアの比）をほぼ一定に維持することができるようになっている。
【００４０】
３色フルカラーの画像形成はつぎのようにして行われる。感光ドラム１２８を回転し、その感光ドラム１２８の表面を帯電器１２１によって一様帯電した後、レーザー１２２によって原稿の画像情報（画像信号）に応じて露光を行うことにより、感光ドラム１２８の表面に１色目の、例えば、イエロー色成分の静電潜像を形成し、この潜像をイエロー現像器１０１Ｙで現像して、感光ドラム１２８上にイエロートナー像を形成し、そのイエロートナー像を、転写帯電器１２３による転写バイアスによって転写ドラム１２７上の用紙や光透過性樹脂シート（ＯＨＰ用）等の記録材１２４に転写する。転写後に感光ドラム１２８上に残ったトナーは、クリーナ１２６により除去される。
【００４１】
次いで、感光ドラム１２８を再び帯電し、レーザー１２２によって露光し、つぎの色のたとえばマゼンタ色成分の静電潜像を形成する。この間に回転体１０６が矢印方向に１２０°回転して、感光ドラム１２８にマゼンタ現像器１０１Ｍが対向し、形成された潜像を現像器１０１Ｍで現像して、感光ドラム１２８上にマゼンタトナー像を得る。このマゼンタトナー像を、既にイエロートナー像が転写されている記録材１２４上に重ねて転写する。以下同様にして、シアントナー像を形成し、記録材１２４に重ね合わせて転写する。
【００４２】
このようにして記録材１２４上に３色のトナー像が重畳転写されたら、記録材１２４を転写ドラム１２７から剥離して定着器１２５へ送り、そこで加圧・加熱することにより、３色のトナー像を定着してフルカラーの永久像に形成し、プリント画像（出力画像）として画像形成装置の機外に排出する。
【００４３】
図２は感光ドラムの電位を示す図である。
【００４４】
感光ドラム１２８上に一次帯電器１２１により帯電したときの値をＶｄ、レーザー１２２により０レベル発光したときの感光ドラムの帯電電位をＶ００、ｆｆｈｅｘ発光したときの感光ドラム電位をＶｆｆ、現像バイアスのｄｃ成分をＶｄｃとすると、かぶり取り電位Ｖｂａｃｋは｜Ｖｄｃ−Ｖ００｜、現像コントラストＶｃｏｎｔは｜Ｖｆｆ−Ｖｄｃ｜で表せる。パッチ画像の潜像を形成するためのレーザー出力をｐｈｅｘとしたときの感光ドラム電位はＶｐであり、パッチ潜像のコントラスト電位Ｖｃｏｎｔ，ｄｐは｜Ｖｐ−Ｖｄｃ｜である。
【００４５】
画像形成装置の初期設置時やトナー補給容器を交換した直後のとき、記憶手段としてのＲＯＭに記憶され、予め決められた環境テーブル（温度、湿度情報に応じたプロセス条件（露光強度や現像バイアスや転写バイアスなどのプロセス条件の設定値が予め記憶されたもの）によって、感光ドラム１２８上にパッチ潜像をＶｃｏｎｔ，ｄｐのように形成し、トナー補給用のパッチ潜像や画像の階調制御用のパッチ潜像を現像してパッチ画像とする（これをデジタルパッチ画像と呼ぶ）。
【００４６】
トナー補給量を制御する場合、上述したように、パッチ画像の濃度を画像濃度検知センサ１０８で検知して、その検知出力値を初期値としてＣＰＵに取り込む。その取り込んだ初期値と、その後に行われる濃度制御時において検知されたトナー補給用のパッチ画像の濃度、即ち、センサ出力値とが同じとなるように、トナーカートリッジ１０３から現像器１０１に補給するトナーの量を制御する。
【００４７】
又、感光ドラム１２８に対しレーザー露光を行わずに、現像バイアスＶｄｃ１と感光ドラム電位Ｖｄ（帯電器１２１により帯電され露光されていない領域の電位）との間の電位差により、パッチ潜像のコントラスト電位Ｖｃｏｎｔ，ａｐを形成し、これを現像してトナー補給用のパッチ画像を形成しても良い（これをアナログパッチ画像と呼ぶ）。この場合においても、上述と同様に初期値設定を行い、コピーシーケンス（複数の画像を感光ドラム上に（記録材に）連続して形成する間）中にアナログパッチの作像、トナー補給量制御を行うことができる。
【００４８】
なお、本発明では、デジタル露光により潜像を形成し、これを現像した画像をデジタル画像、その潜像をデジタル潜像と呼び、これと区別するために、上記の露光を行わずにパッチ画像を形成する場合、この潜像をアナログ潜像、これを現像した画像をアナログ画像と呼ぶことにする。以下、必要に応じ、この呼称を用いる。
【００４９】
しかし、感光ドラムの使用による劣化、環境による変動等により、感光ドラムの特性、特に光感度特性が初期設置時と変化することがある。このためレーザー出力Ｐで感光ドラムを露光して得られた電位と、本来得られるべき初期設置時の電位との間に差が生じ、感光ドラム上に形成される画像濃度がこの電位差により所望の値から外れてしまい、この誤差を含んだ画像濃度値によってトナー補給制御を行うと、現像器内のトナー濃度が所望の範囲外となってしまい、形成画像の濃度が過剰に薄くなったり、トナーのかぶりが発生して画像不良となる可能性があった。
【００５０】
特に低コスト化や小型化にともない高機能・高額部品である感光体電位測定センサを取り除いた状態で、トナー補給用のパッチトナー像を介してトナー補給量を制御するため、現像器内における現像剤の濃度のバラツキが大きくなり、現像剤にかかる負荷が増し、かぶり等の異常画像の増加や、現像剤の寿命低下といった弊害が発生することが懸念される。
【００５１】
そこで、本実施例では、感光ドラムの光感度特性の変化による、感光ドラム上におけるレーザー照射部の電位のバラツキをなくすために、レーザー露光無しでトナー補給用のパッチ潜像を安定した電位で形成し、これを現像してパッチ画像を形成するアナログパッチ形成方法を採用している。
【００５２】
これにより、トナー補給用のパッチ画像の濃度を安定化させ、パッチ画像の検知精度を向上することにより、現像剤にかかる負荷を軽減し、かぶりのない濃度の安定した出力画像を得るものである。以下のように制御する。
【００５３】
図１の画像形成装置は、制御手段としてのＣＰＵ３００に接続された現像バイアス用の高圧電源として高圧電源１００Ａ、１００Ｂの２つを有し、各現像器１０１に現像バイアスＡ、現像バイアスＢを切換えて印加可能な構成となっている。図３に、画像形成中の現像バイアスの切換えタイミングチャートを示す（「潜像」は潜像を形成している期間、「現像」は現像スリーブが回転している期間、「現像バイアスＡ、Ｂ」は現像バイアスＡ、Ｂがそれぞれ現像スリーブに印加されている期間を示している）。図４に、現像スリーブに印加する交番電圧である現像バイアスＡ、Ｂの時間波形（横軸は時間、縦軸は現像スリーブに印加する電圧）を示す。図５に、現像バイアスＡ、Ｂの現像特性を示す（横軸は、現像コントラスト電位（絶対値）、縦軸はセンサー１０８により検知されたパッチ画像濃度）。図６に、複数の記録材に連続して画像を形成する時の感光ドラム上の画像域、非画像域を示す（矢印は感光ドラムの移動方向を表している）。
【００５４】
連続画像形成中の動作の一部分を図３を用いて説明すると、感光ドラム１２８上の画像域Ｃに形成すべき通常の画像の静電潜像がデジタル潜像で形成され、その潜像が現像器１０１と対向した現像位置に達したとき、現像器１０１の現像スリーブ１０５に高圧電源１００Ａから図４（ａ）に示す現像バイアスＡが印加され、潜像が現像される。そして、次の通常の画像の静電潜像を形成するまでの間に感光ドラム１０１上に非画像域Ｅがあり、その非画像域Ｅを利用してこれにトナー補給用のパッチ画像を形成し、トナー補給制御を行う。
【００５５】
その非画像域Ｅにおいて、感光ドラムに対しレーザー露光を行わずに、Ｖｄのみの帯電を行って、現像バイアス電位Ｖｄｃ１との間の電位差のアナログ潜像を形成し、そのパッチ潜像が現像位置に達したとき、現像バイアスを図４（ａ）のＡから図４（ｂ）のＢへと切換え、切換えた現像バイアスＢにより現像して、アナログパッチ画像を形成する。そしてつぎの画像域Ｄが現像位置に達したときに、現像バイアスを再びＢからＡに切り替えて、画像域Ｄ上の出力画像の潜像を現像する。
【００５６】
図４（ａ）の現像バイアスＡは、矩形波の所定数のパルス部（交流電圧と直流電圧とを重畳した電圧を現像スリーブに印加することにより交番電界が形成される交番部）と、ブランク部（直流電圧のみを現像スリーブに印加することにより一定電界が形成される休止部）と、を交互に有する波形を持つバイアス（ブランクパルスバイアス）である。このような現像バイアスＡを用いると、図５（ａ）に示すように、現像器内のトナー濃度が変動しても感光ドラム上に形成される画像（トナー像）濃度には反映されにくく（図中、理想的な実線に対し、現像器内のトナー濃度を変動させたときの画像濃度を点線で示す）、画像濃度を安定化させることができる現像特性を持っている。この現像バイアスＡは、現像剤濃度変動が形成されるトナー画像濃度に反映されにくいという特性上、この現像バイアスにおいてトナー画像濃度変動から現像剤濃度を制御させると現像剤にかかる負荷が大きくなる傾向があり、現像剤の劣化を早めてしまうという特性がある。
【００５７】
図４（ｂ）の現像バイアスＢは、矩形波パルスバイアスであり、交流電圧と直流電圧とを重畳した電圧を現像スリーブに印加することにより交番電界が形成される交番部を繰り返し有する。このような現像バイアスＢを用いると、図５（ｂ）に示すように、現像器内のトナー濃度に対して、形成（現像）される画像（トナー像）の濃度が忠実に反映、再現される現像特性を持ち（図中、理想的な実線に対し、現像器内のトナー濃度を変動させたときの画像濃度を点線で示す）、現像剤濃度の変動量が画像濃度の変動量に敏感に反映するものである。この現像バイアスＢは、現像剤濃度変動に対して形成されるトナー画像濃度が敏感に変動するため、現像剤濃度を制御させる場合に適しており、現像剤にかかる負荷が小さくなる傾向があり、現像剤の劣化を抑制することができるという特性がある。
【００５８】
このように、連続コピーシーケンス中の非画像域でのトナー補給制御用のパッチ潜像の現像に用いる現像バイアスを、現像剤濃度の変動量に対しトナー像濃度の変動量が追随せずにトナー像の濃度を安定させる現像バイアスＡから現像剤濃度の変動量を敏感に画像濃度の変動量に反映させる現像バイアスＢに切換える。
【００５９】
更に、トナー補給用のパッチ画像を、画像域にデジタル画像で形成する出力画像とは切換えてアナログ画像で形成するようにしたので、非画像域においてパッチ画像を良好に形成することができるので、センサーによる検知出力値の信頼性を高めることができ、このため現像剤の負荷も軽減することができ、また画像域での出力画像の濃度を安定化でき、かぶりもなくせる。
【００６０】
更に、本実施例では、通常の画像形成終了後の後回転処理動作中（感光体や転写ドラムのクリーニング等を行う）や、機械本体立ち上げ中の前多回転、特殊タイミングで動作する割り込みシーケンス等、通常の画像形成時以外の特殊制御用シーケンスで、さらなる画像濃度の安定化を図っている。
【００６１】
図７は、通常の画像形成時以外の特殊制御用シーケンスにおける画像の階調制御用のパッチ画像の形成を示す図であり、画像域の展開図である。矢印は、感光ドラムの移動方向を示している。これは、感光ドラム上に形成する（結果的に記録材に形成する）ハーフトーン画像が適正に表現されているかどうかを検知するためのモードであり、この検知結果に応じて、露光光学系に入力する画像信号を補正することで露光光学系により露光される感光ドラム上の露光部電位を補正するものである。ただし、図１の画像形成装置に、イエロー、マゼンタ、シアンの現像器の他に、ブラックの現像器も搭載されているものとする。
【００６２】
この特殊制御用シーケンスにおいて、感光ドラム１２８上の画像域で、図７のごとく、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色ごとに、複数個の画像の階調制御用のパッチＭ１〜Ｍｎ、Ｃ１〜Ｃｎ、Ｙ１〜Ｙｎ、Ｋ１〜Ｋｎ（Ｍ１〜Ｍｎは段階的に濃度が異なるように形成された潜像を現像したものである（Ｃ１〜Ｃｎ、Ｙ１〜Ｙｎ、Ｋ１〜Ｋｎについても同様である））をデジタル画像で形成する。このパッチ潜像の現像は、上述の複数の記録材に連続して画像を形成する間の非画像領域に形成するトナー補給用のパッチ潜像の現像とは異なり、現像器内のトナー濃度の変動量に対して形成される画像の濃度が追随せずに安定させる特性の現像バイアスＡにより行う。
【００６３】
そして、画像の階調制御用のパッチ画像を検知センサ１０８で読み取り、図８のごとく、露光光学系に入力する入力画像濃度信号に対する出力画像濃度をプロットしたもの、即ち、特性曲線を得ることができる。そして、特性曲線が、点線で示すようにリニアな出力特性となるように、ＣＰＵはルックアップテーブルを作成し、その後に形成する画像の階調補正や、感光ドラムの帯電電位に補正をかけることで、より安定した出力画像を得ることができる。なお、図８は、横軸は露光光学系に入力する画像濃度信号（右方に行くにしたがって濃度が濃くなるような信号となっている）を表し、縦軸は上記画像信号により形成された潜像を現像して得られたトナー像のセンサ１０８による検知濃度を表している。
【００６４】
以上説明したように、本実施例によれば、画像形成中の画像域、非画像域での現像バイアスを切換えることにより、画像域での通常の出力画像の安定化、非画像域での現像剤補給制御用の画像の濃度検知出力の信頼性の向上を図り、上述の特殊シーケンスにおいて、画像の階調制御用のパッチ潜像の現像に、上記の非画像域での現像剤補給制御用の潜像の現像時とは異なる現像バイアスを用いることにより、画像の階調制御用のパッチ画像濃度の検知出力の信頼性を高め、現像剤にかかる負荷を軽減し、かぶりのない安定した出力画像を得ることができるようにすることができる。
【００６５】
実施例２
実施例１では、複数の記録材に連続して画像を形成する間において感光ドラム上の非画像域に形成するパッチ画像をアナログ画像としていたが、本実施例では、レーザー露光によりパッチ潜像を形成するデジタル画像のパッチ画像を形成しており、これによっても実施例１と同様な効果を得ることができる。
【００６６】
本実施例でも、実施例１と同様、さらに、通常の画像形成時以外の特殊制御用シーケンスで、感光ドラム上にパッチ画像を形成するが、本実施例では、これをアナログパッチ画像とし、トナー補給量制御に使用する。
【００６７】
なお、実施例１では、現像バイアス用の高圧電源を、図１に示すように、電源１００Ａ、１００Ｂの２つ設置して、これをハード的に切換えたが、本実施例では、１つの高圧電源で、図９に示すように、２つの現像バイアスを発生できる構成となっている。すなわち、矩形波状のＡＣバイアス（現像バイアスＢ）に対して、例えば、２周期分を発振したら２周期分（２周期分は位相がずれない整数倍である）を発振しないという、４周期分を１周期に見立てたＡＣ現像バイアス波形（現像バイアスＡ）を発生可能にしておけば、１つの高圧電源で現像バイアスＡ、現像バイアスＢを切換えて発生させることができる。
【００６８】
本実施例における画像の階調制御を説明すると、図３に示すように、感光ドラム１０１上の画像域Ｃに出力画像の静電潜像がデジタル潜像で形成され、その潜像が現像位置に達したとき、現像バイアスＡにより現像される。そして、次の出力画像の静電潜像までの間の感光ドラム１０１上に非画像域Ｅに、レーザー出力ｐｈｅｘの露光を行って、図２に示すように、電位Ｖｐの階調制御用のパッチ潜像をデジタル潜像で形成し、これを現像し、さらに、これをセンサー１０８で検知し、画像の階調制御を行う。
【００６９】
この階調制御用のパッチ潜像が現像位置に達したとき、現像バイアスを通常の画像を形成するときの現像バイアスＡのまま維持して現像し、デジタルパッチ画像を形成する。そして、次の画像域Ｄが現像位置に達したときに、現像バイアスをＡのままさらに維持して、画像域Ｄ上の出力画像の潜像を現像する。
【００７０】
このように、コピーシーケンス中の非画像域での画像の階調制御用のパッチ画像の現像に用いる現像バイアスを、現像器内の現像剤濃度の変動量に対しトナー画像濃度の変動量が少ない、即ち、出力画像の濃度を安定させる現像バイアスＡのままで維持することにより、非画像域での階調制御用のパッチ画像のセンサー１０８による検知出力の信頼性を高めることができ、その後に形成する画像の階調を良好に補正することができる。さらに、現像剤の負荷も軽減することができ、また画像域での出力画像を、濃度が安定し、かぶりもない画像にすることができる。
【００７１】
更に、通常の画像形成時以外の特殊制御用シーケンスで、感光ドラム上にトナー補給制御用のパッチ画像を形成し、このパッチ画像を画像形成中のパッチ画像と異なるアナログ画像とし、現像バイアスを現像バイアスＢに切り替える。これにより、トナー補給制御用のパッチ画像のセンサー１０８による検知出力の信頼性を向上することができ、現像器内に補給するトナーの量を適正化することができる。さらに、現像剤にかかる負荷を軽減し、かぶりのない安定した出力画像を得ることができる。
【００７２】
以上の実施例では、いずれも、１つの感光ドラムを用いてカラー画像を形成する画像形成装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、搬送ベルト等の記録材を担持搬送する記録材担持体に沿って感光ドラムを複数、例えば４個備え、４個の感光ドラム上の４色（Ｙ、Ｍ、Ｃ，Ｋ）のトナー像を搬送ベルト上に記録材に順次重ね合わせて転写して記録材にフルカラー画像を得る、タンデム型の画像形成装置にも適用でき、同様に制御して同様な効果を得ることができる。
【００７３】
又、図１０のように、中間転写体としての中間転写ベルト１３０に沿って複数、例えば４個の感光ドラムを設け、４個の感光ドラム上の４色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）のトナー像を中間転写ベルト１３０上に順次重ね合わせて１次転写し、次いで搬送ベルト１２７により搬送される記録材上に４色のトナー像を一括して２次転写して、記録材上にフルカラー画像を得る、中間転写方式の画像形成装置にも適用することができる。図１０において図１に付した符号と同一の符号は同一の部材を示し、詳細な説明は省略する。
【００７４】
この場合、各感光ドラム１２８（１２８Ｙ〜１２８Ｋ）上でトナー補給制御用のパッチ画像や画像の階調制御用のパッチ画像の濃度を検知することができるが、画像濃度検知センサ１０８を４色目の画像形成部の下流側に設置し、各色のトナー補給制御用のパッチ画像や画像の階調制御用のパッチ画像を各感光ドラム１２８Ｙ〜Ｋから中間転写ベルト１３０上に互いに重なり合わないように順次転写して、検知センサ１０８により中間転写ベルト１３０上で各色のトナー補給制御用のパッチ画像や画像の階調制御用のパッチ画像の濃度検知を行うようにしてもよい。これによれば各感光ドラム１２８Ｙ〜Ｋのそれぞれに検知センサ１０８を設置しなくてもよいのでコストを大幅に削減できる。
【００７５】
勿論、上記の記録材担持体上の記録材に画像を形成する画像形成装置においても、各色のトナー補給制御用のパッチ画像や画像の階調制御用のパッチ画像を各感光ドラム１２８Ｙ〜Ｋから記録材担持部材に互いに重なり合わないように直接転写して、単一のセンサー１０８により記録材担持体上で各色のトナー補給制御用のパッチ画像や画像の階調制御用のパッチ画像の濃度を検知するようにしてもよい。
【００７６】
また、以上で説明した実施の形態の詳細な構成を本発明の思想の範囲内において種々変形しても上記実施例１、２と同様な効果を得ることができるのは言うまでもない。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、現像剤収容部への現像剤の補給量を制御するための第１の潜像を現像する第１の現像電界と、画像の階調を制御するための第２の潜像を現像する第２の現像電界とは異なるものとされるので、画像の諧調制御と現像剤の補給制御との双方を良好に行なうことができ、しかも、現像剤にかかる負荷を軽減して現像剤の寿命を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の現像装置を備えた画像形成装置の一実施例を示す概略図である。
【図２】図１の画像形成装置の感光ドラム上の電位を示す模式図である。
【図３】図１の実施例で行う濃度制御におけるシーケンスを示す図である。
【図４】図１の実施例で使用する２つの現像バイアスＡ、Ｂの波形を示す図である。
【図５】図４の現像バイアスＡ、Ｂの現像特性を示す図である。
【図６】図１の実施例で感光ドラム上における出力画像、パッチ画像を形成する画像域、非画像域を示す図である。
【図７】図１の実施例で非画像形成中に形成する階調補正用のパッチ画像の形成法を示す模式図である。
【図８】図７のパッチ画像の濃度検知による階調補正用のルックアップテーブルの補正法を示す説明図である。
【図９】本発明の他の実施例での現像バイアスＡ、Ｂの波形の形成法を示す図である。
【図１０】本発明が適用可能な画像形成装置の他の一例を示す概略図である。
【図１１】従来の画像形成装置を示す詳細図である。
【符号の説明】
１０１Ｙ〜１０１Ｃ、１０１Ｋ  現像器
１０２Ｙ〜１０２Ｃ  トナー濃度センサ
１０３Ｙ〜１０３Ｃ  トナーカートリッジ
１０８  画像濃度センサ
１２２  レーザー
１２７  転写ドラム
１２８、１２８Ｙ〜１２８Ｋ  感光ドラム
１３０  中間転写ベルト
１００Ａ、１００Ｂ  現像バイアス用高圧電源
【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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