(57)【要約】【課題】  非接触現像方式の画像形成装置において、ギャップで発生する放電に起因するトナーの飛散を抑制する。【解決手段】  テスト用トナー像ＴＩを形成し、その濃度検出結果に基づきギャップで放電を起こさない現像バイアスの振幅を定める。濃度検出用の画像部ＩＭを形成する際に、その両側にガード用画像部ＧＩを設けているので、非画像部ＮＩへの放電の伝播は、画像部ＩＭとガード用画像部ＧＩとの間の領域でのみ発生する。そのため、放電が広範囲に伝播することが防止され、トナー飛散量が低く抑えられる。【選択図】  図７
2005165208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その表面に静電潜像を担持可能に構成され所定方向に回転移動する潜像担持体と、前記潜像担持体に対しギャップを隔てて対向配置され、その表面に帯電トナーを担持するトナー担持体とを有し、前記トナー担持体に現像バイアスを印加し、前記トナー担持体に担持された前記トナーを前記潜像担持体に移動させることで前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成する像形成手段と、
前記潜像担持体上で顕像化されたパッチ画像としてのトナー像の濃度検出結果に基づいて前記像形成手段の動作条件を制御する制御手段と
を備え、
前記像形成手段は、前記パッチ画像の形成に際して、前記潜像担持体の移動方向に沿った帯状のトナー像を、ガード用画像として前記潜像担持体の移動方向に直交する幅方向に前記パッチ画像と並べて形成する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記像形成手段は、前記ガード用画像を前記幅方向における前記パッチ画像の両側に形成する請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記像形成手段は、前記潜像担持体の移動方向において、前記ガード用画像の下流側端部が前記パッチ画像の下流側端部よりも下流側まで延びるように、前記ガード用画像を形成する請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
画像全体の面積に対するトナードット部の面積の比率である画占率が、前記ガード用画像において前記パッチ画像よりも低い請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記像形成手段は、前記トナー担持体との間の前記ギャップが最小となる前記潜像担持体上の表面領域に前記パッチ画像を形成する請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記像形成手段は、前記潜像担持体表面のうち、前記幅方向における略中央の表面領域に前記パッチ画像を形成する請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記パッチ画像の濃度検出結果に基づき制御する前記像形成手段の前記動作条件として、前記現像バイアスの振幅を制御する請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記トナー担持体表面が、導電性材料により形成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】
その表面に静電潜像を担持可能に構成され所定方向に回転移動する潜像担持体と、その表面に帯電トナーを担持するトナー担持体とをギャップを隔てて対向配置させるとともに、
前記トナー担持体に現像バイアスを印加し、前記トナー担持体に担持された前記トナーを前記潜像担持体に移動させることで前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成する画像形成方法において、
パッチ画像としてのトナー像を前記潜像担持体上に形成するとともに、該パッチ画像の濃度検出結果に基づいて前記像形成手段の動作条件を制御し、しかも、
前記パッチ画像を形成する際に、前記潜像担持体の移動方向に沿った帯状のトナー像を、ガード用画像として前記潜像担持体の移動方向に直交する幅方向に前記パッチ画像と並べて形成する
ことを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、静電潜像を担持する潜像担持体と、トナーを担持するトナー担持体とをギャップを隔てて対向配置し、現像バイアスをトナー担持体に印加することで静電潜像をトナーにより顕像化してトナー像を形成する画像形成装置および画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、複写機およびファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置では、必要に応じて、所定の画像パターンを有するテスト用の小画像（パッチ画像）を形成するとともに、濃度センサによりその画像濃度を検出し、その検出結果に基づいて装置各部の動作条件を調整することで、所定の画像品質の画像を安定して得られるようにしている。
【０００３】
例えば、本願出願人の出願にかかる特許文献１に記載の画像形成装置においては、以下のようにして、画像濃度に影響を与える現像バイアスを最適値に調整している。すなわち、現像バイアスをその可変範囲内で変更設定しながらパッチ画像を形成し、それらのパッチ画像の濃度検出結果から、画像濃度が目標濃度となる現像バイアスの最適値を見出している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７５３１９号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種の画像形成装置のうち、静電潜像を担持する潜像担持体と、トナーを担持するトナー担持体とがギャップを隔てて対向配置された非接触現像方式の画像形成装置においては、潜像担持体とトナー担持体との間の表面電位の違いに起因して、両者の間のギャップで放電が発生することがある。このような放電は、画像品質の劣化を招くほか、トナー担持体表面に担持されたトナーを飛散させ、装置内部をトナーにより汚染する原因となる。
【０００６】
通常の画像形成動作は、このような放電の発生しない動作条件の下で行われる。一方、上記した動作条件の調整処理中においては、現像バイアスなど装置各部の動作条件を適宜に仮設定した状態で、あるいは動作条件を種々に変更設定しながらパッチ画像の形成を行うため、ギャップにおける放電が特に発生しやすく、トナーの飛散が起きやすい。そのため、従来の画像形成装置では、飛散したトナーにより装置内部が汚れてしまうという問題があった。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、非接触現像方式の画像形成装置において、ギャップで発生する放電に起因するトナーの飛散を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者は、潜像担持体とトナー担持体との間に生じる放電現象について様々な実験を行い、次のような知見を得た。すなわち：
（１）放電が発生すると、トナー担持体表面の放電発生箇所付近のトナーが弾き飛ばされ、潜像担持体表面に斑点状に付着したり（以下ではこの斑点を「放電スポット」と称する）、装置内部に飛散する；
（２）潜像担持体表面のうち、トナーを付着させるべき領域（画像部）の内部で放電が発生した場合、その放電は比較的短時間で収束する；
（３）潜像担持体表面のうち、トナーを付着させるべき領域（画像部）とトナーを付着させない領域（非画像部）との境界部付近で放電が発生した場合、放電発生箇所に隣接する非画像部でギャップに沿って場所を変えながら連鎖的に放電が発生し、なかなか収束しない。その結果、非画像部には複数の放電スポットが連続的に形成され、これらが連なって帯状の斑点となって現れる；
（４）非画像部から画像部に向けて進んできた放電が、さらに画像部の内部にまで進行することはない。つまり、非画像部での放電の連鎖は画像部に到達すれば収束する。
【０００９】
以上より、本願発明者は、装置内部を汚染するトナー飛散は、主に非画像部での連鎖的な放電によって引き起こされており、このような連鎖を食い止めることが、トナーの飛散を最小限に抑えて装置の汚染を防ぐ有効な手段であることを見出した。
【００１０】
上記知見に鑑み、この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、その表面に静電潜像を担持可能に構成され所定方向に回転移動する潜像担持体と、前記潜像担持体に対しギャップを隔てて対向配置され、その表面に帯電トナーを担持するトナー担持体とを有し、前記トナー担持体に現像バイアスを印加し、前記トナー担持体に担持された前記トナーを前記潜像担持体に移動させることで前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成する像形成手段と、前記潜像担持体上で顕像化されたパッチ画像としてのトナー像の濃度検出結果に基づいて前記像形成手段の動作条件を制御する制御手段とを備え、前記像形成手段は、前記パッチ画像の形成に際して、前記潜像担持体の移動方向に沿った帯状のトナー像を、ガード用画像として前記潜像担持体の移動方向に直交する幅方向に前記パッチ画像と並べて形成することを特徴としている。
【００１１】
また、この発明にかかる画像形成方法は、その表面に静電潜像を担持可能に構成され所定方向に回転移動する潜像担持体と、その表面に帯電トナーを担持するトナー担持体とをギャップを隔てて対向配置させるとともに、前記トナー担持体に現像バイアスを印加し、前記トナー担持体に担持された前記トナーを前記潜像担持体に移動させることで前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成する画像形成方法において、上記目的を達成するため、パッチ画像としてのトナー像を前記潜像担持体上に形成するとともに、該パッチ画像の濃度検出結果に基づいて前記像形成手段の動作条件を制御し、しかも、前記パッチ画像を形成する際に、前記潜像担持体の移動方向に沿った帯状のトナー像を、ガード用画像として前記潜像担持体の移動方向に直交する幅方向に前記パッチ画像と並べて形成することを特徴としている。
【００１２】
このように構成された発明では、パッチ画像の周辺部で発生した放電がその周囲の「非画像部」に連鎖的に伝播したとしても、その側方に設けられた「画像部」であるガード用画像に到達すればそれ以上に伝播することはない。これにより、放電が広範囲に広がって伝播するのを防ぎ、放電に起因するトナー飛散を最小限に抑えることができる。
【００１３】
なお、放電はパッチ画像のどの部分で発生するか不定であり、パッチ画像からの放電の伝播は、その側方のいずれの方向にも起こりうる。そこで、いずれの方向に発生した放電についてもその広がりを食い止めるためには、ガード用画像をパッチ画像の両側に形成するのが好ましい。ただし、装置構成やパッチ画像を形成する際の動作条件等により、放電の伝播方向が予め分かっている場合には、その方向にのみガード用画像を設けるようにしてもよい。
【００１４】
また、放電の伝播はギャップに沿って起こるが、この間潜像担持体が移動しているので、潜像担持体上では放電の伝播は真横でなく、その移動方向における下流側に向けて斜め方向に起こることとなる。そこで、該移動方向におけるパッチ画像の下流側端部で生じる放電の広がりを確実に食い止めるためには、その下流側端部がパッチ画像の下流側端部よりも下流側まで延びるようなガード用画像を形成するのが好ましい。
【００１５】
また、ガード用画像の画像パターンについては任意であるが、画像全体の面積に対するトナードット部の面積の比率である画占率が、前記ガード用画像において前記パッチ画像よりも低くなるようにするのが好ましい。画占率の低い画像パターンでは、その画像部に対応した静電潜像の電位プロファイルが比較的浅いため画占率の高い画像パターンに比べ放電が起こりにくい。したがって、画占率の低い画像パターンをガード用画像に用いることによって、ガード用画像から放電が開始されるのを防止するとともに、放電の伝播を食い止める効果を高めることができる。また、ガード用画像の形成に消費されるトナーの量が少なくて済むという効果も有する。
【００１６】
このようなギャップにおける放電は、ギャップが小さいほど起こりやすい。したがって、トナー担持体との間のギャップが最小となる潜像担持体上の表面領域にパッチ画像を形成する装置では、パッチ画像内またはその周辺での放電が発生しやすい。このような装置に本発明を適用することで、放電がパッチ画像からその周囲に広がることによるトナー飛散を効果的に抑えることができる。例えば、トナー担持体や潜像担持体に反りがあると、これらの間のギャップはその中央付近で最も大きく変動する。このような位置にパッチ画像を形成するように構成された装置では、本発明によるトナー飛散防止の効果が特に顕著である。
【００１７】
また、パッチ画像の濃度検出結果に基づき制御する像形成手段の動作条件として、現像バイアスの振幅を制御する画像形成装置に対しても、本発明は顕著な効果を奏する。というのは、この種の装置では、パッチ画像を形成することで最適な現像バイアスの振幅が求められるので、パッチ画像形成の時点では現像バイアスの振幅が不適切で放電を起こす可能性が高いからである。
【００１８】
また、トナー担持体の表面が導電性材料により形成されている場合にも、本発明の効果が顕著である。というのは、トナー担持体表面が導電性を有する場合、潜像担持体表面との間で放電が起きやすく、また発生した放電が持続しやすいからである。
【００１９】
このように、ギャップでの放電が起きやすい、または持続しやすい条件を有する画像形成装置においてパッチ画像を形成する際には、上記したように、パッチ画像と並べてガード用画像を形成することによって、たとえパッチ画像において放電が発生したとしてもその広がりを抑制することができ、トナーの飛散を最小限に抑えることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１はこの発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置１は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置１では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１０がエンジン部ＥＧ各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートＳに画像信号に対応する画像を形成する。
【００２１】
このエンジン部ＥＧでは、感光体２２が図１の矢印方向Ｄ1に回転自在に設けられている。また、この感光体２２の周りにその回転方向Ｄ1に沿って、帯電ユニット２３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部２５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット２３は所定の帯電バイアスを印加されており、感光体２２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。クリーニング部２５は一次転写後に感光体２２の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体２２、帯電ユニット２３およびクリーニング部２５は一体的に感光体カートリッジ２を構成しており、この感光体カートリッジ２は一体として装置１本体に対し着脱自在となっている。
【００２２】
そして、この帯電ユニット２３によって帯電された感光体２２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。
【００２３】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、図１紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、エンジンコントローラ１０により制御されている。そして、このエンジンコントローラ１０からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２２と所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色の帯電トナーを担持するとともに所定の現像バイアスを印加された金属製の現像ローラ４４から感光体２２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。なお、この実施形態では各色のトナーはいずれも負に帯電するものとして説明するが、各部の電位を変更して正帯電トナーを使用することも可能である。
【００２４】
各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋには、当該現像器に関する情報を記憶するための不揮発性メモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。そして、各現像器に設けられたコネクタ４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋのうち必要に応じて選択された１つと、本体側に設けられたコネクタ１０９とが互いに接続され、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１とメモリ９１〜９４との間で通信が行われる。こうすることで、各現像器に関する情報がＣＰＵ１０１に伝達されるとともに、各メモリ９１〜９４内の情報が更新記憶される。
【００２５】
上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ2に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から１枚ずつ取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ2まで搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。
【００２６】
このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシートＳ上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ2にシートＳを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路Ｆ上において二次転写領域ＴＲ2の手前側にゲートローラ８１が設けられており、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ８１が回転することにより、シートＳが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ2に送り込まれる。
【００２７】
また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９、排出前ローラ８２および排出ローラ８３を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部８９に搬送される。また、シートＳの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートＳの後端部が排出前ローラ８２後方の反転位置ＰＲまで搬送されてきた時点で排出ローラ８３の回転方向を反転し、これによりシートＳは反転搬送経路ＦＲに沿って矢印Ｄ3方向に搬送される。そして、ゲートローラ８１の手前で再び搬送経路Ｆに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ2において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートＳの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートＳの両面に画像を形成することができる。
【００２８】
また、ローラ７５の近傍には、濃度センサ６０およびクリーナ７６が設けられている。濃度センサ６０は、必要に応じ、後述するようにして中間転写ベルト７１上に形成されるトナー像を構成するトナー量を光学的に検出する。すなわち、濃度センサ６０は、トナー像に向けて光を照射するとともに該トナー像からの反射光を受光し、その反射光量に応じた信号を出力する。クリーナ７６は、中間転写ベルト７１に対し離当接自在に構成され、必要に応じて中間転写ベルト７１に当接することで、該ベルト７１上の残留トナーを掻き落とす。
【００２９】
また、この装置１では、図２に示すように、メインコントローラ１１のＣＰＵ１１１により制御される表示部１２を備えている。この表示部１２は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、ＣＰＵ１１１からの制御指令に応じて、ユーザへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。
【００３０】
なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリである。また、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。
【００３１】
図３は静電潜像を形成された感光体表面の電位プロファイルの例を示す図である。また、図４は現像バイアスの一例を示す電圧波形図である。前述したように、光ビームＬによる露光に先立って、帯電ユニット２３により感光体２２は一様な表面電位に帯電される。この表面電位を電位Ｖniで表す。そして、その表面に部分的に光ビームＬが照射されると、その照射部分の電荷が中和されて表面電位はよりゼロに近い値Ｖimに変化し、こうして感光体２２表面に静電潜像が形成される。図３において、位置ｘは、感光体２２表面における位置を表し、より詳しくは、その軸方向における位置を表している。
【００３２】
そして、現像器４Ｙ，４Ｃ，４Ｍおよび４Ｋのうち現像位置に位置決めされた現像器に設けられた現像ローラ４４には、図４に示す波形を有する現像バイアスが印加される。この現像バイアスに含まれる振幅Ｖpp（＝｜Ｖmax−Ｖmin｜）なる交流成分が、トナーを現像ローラ４４表面から飛翔させ、ギャップ内で往復運動させる。こうして飛翔した負帯電トナーは、感光体２２表面のうち現像バイアスの直流成分Ｖdcよりも正電位側に帯電した部分、つまり光ビームＬにより露光されて表面電位Ｖimとなっている部分に付着する。その一方、現像バイアスの直流成分Ｖdcよりも負側の表面電位Ｖniに帯電した部分にはトナーが付着しない。こうして感光体２２上の静電潜像はこれに対応したトナー像として顕像化される。
【００３３】
なお、現像バイアスの波形としては図４に示す矩形波を有するものに限定されず、例えば正弦波や三角波など他の波形であってもよい。また、現像バイアスの直流成分Ｖdcには、交流成分に重畳された直流電圧のほか、交流成分のデューティ比を変化させることで生じる直流成分が含まれる。
【００３４】
このようにしてトナー像が形成される際に、感光体２２およびこれと対向する現像ローラ４４との表面電位の大小関係によって、両者の間に放電が生じる場合がある。本願発明者の実験によれば、感光体２２表面のうち光ビームＬにより露光されてトナーが付着すべき領域とそれ以外の領域とで、このような放電の起こりやすさは相違している。つまり、トナーを付着させるべき画像部と、トナーを付着させない非画像部との双方を含むトナー像を形成したとき、場所によって放電発生のメカニズムが異なっている。以下では、図５および図６を参照しながら、このような放電現象の発生メカニズムについての本願発明者の知見を説明する。
【００３５】
図５は画像部で発生する放電現象を説明する図である。前述したように、感光体２２の表面２２Ｓでは、トナーを付着させるべき画像部ＩＭに対応する領域でその表面電位は電位Ｖimであり、トナーを付着させない非画像部ＮＩに対応する領域でその表面電位は電位Ｖniである。一方、感光体２２とギャップＧを隔てて対向配置された現像ローラ４４の表面電位は、現像ローラ４４に印加される現像バイアスによる電位に、現像ローラ４４の表面に担持された負帯電トナーによる負のオフセット電位Ｖtを加算した電位となる。しかも、この現像バイアスは交流成分を有するので、現像ローラ４４の表面電位は時間とともに変化する。すなわち、図５（ｂ）に示すように、現像ローラ４４の表面電位は、正側の最大値（Ｖmax＋Ｖt）と負側の最大値（Ｖmin＋Ｖt）との間で交互に変化する。
【００３６】
そして、ギャップＧにおいて対向する感光体２２と現像ローラ４４との電位差が火花電圧を超えると放電が発生する。図５（ｂ）に示すように、このような放電が発生するのは、感光体２２の画像部ＩＭの電位Ｖimと現像ローラ４４の表面電位の負側の最大値（Ｖmin＋Ｖt）との間の電位差Ｖ1、および、感光体２２の非画像部ＮＩの電位Ｖniと現像ローラ４４の表面電位の正側の最大値（Ｖmax＋Ｖt）との間の電位差Ｖ2のいずれかが火花電圧を超えた場合である。このうち、後者による放電については、前述した特許文献２に記載の技術により検知することができる。すなわち、この種の放電の発生については、従来技術によって検知および防止が可能である。
【００３７】
一方、前者による放電については、画像部を形成しない従来技術では検知することができない。また、一般的な構成の画像形成装置では、適度の画像濃度を得るために、感光体２２のうち画像部ＩＭの表面電位Ｖimと現像バイアスの直流成分Ｖdcとの電位差（一般に「コントラスト電位差」と称される）を所定値に制御しており、その制約から、電位差Ｖ1に起因する放電が発生しやすい。このような放電現象は、画像部を有するトナー像形成を行わなければ発生しないため、従来の放電防止技術では、実際の画像形成時における放電発生を十分に防止することができなかったものと考えられる。
【００３８】
このような、感光体２２の画像部ＩＭの電位Ｖimと現像ローラ４４の表面電位の負側の最大値（Ｖmin＋Ｖt）との間の電位差Ｖ1に起因する放電現象ＤＳ1は、当然のごとく、感光体２２上の画像部ＩＭと、これと対向する現像ローラ４４表面との間において発生する。現像ローラ４４上の放電発生箇所付近では、表面のトナーが弾き飛ばされ、金属製の現像ローラ４４表面が露出することが実験において観察された。弾き飛ばされたトナーはその一部が感光体２２の放電発生箇所付近に付着し、その他は感光体２２上や装置内部に飛散する。飛散したトナーはシートＳ上に形成される画像の地汚れや装置内部の汚染を引き起こす。
【００３９】
こうして現像ローラ表面が露出すると、その表面電位は帯電トナーによるオフセット分がなくなり現像バイアスそのものとなる。すなわち、放電の起こった領域では、感光体２２表面と現像ローラ４４表面との間の電位差はＶ3（＝｜Ｖim−Ｖmin｜）となる。この電位差Ｖ3は放電の原因となった電位差Ｖ1よりも小さいため、この領域では放電が起こりにくくなる。つまり、画像部ＩＭで発生した放電はあまり持続せず、比較的収束しやすい。
【００４０】
なお、ギャップＧを通過した感光体表面２２Ｓを観察すると、図５（ｃ）に示すように、画像部ＩＭには現像ローラ４４から移動したトナーが付着しているが、放電の発生した箇所では十分な量のトナーが付着せず、斑点状の放電スポットＳＰ1が生じている。
【００４１】
次に、感光体２２の画像部ＩＭの電位Ｖimと現像ローラ４４の表面電位の負側の最大値（Ｖmin＋Ｖt）との間の電位差Ｖ1による放電現象が、画像部ＩＭと非画像部ＮＩとの境界付近で発生した場合について検討する。
【００４２】
図６は画像部と非画像部との境界付近で発生する放電現象を説明する図である。このような位置で放電ＤＳ2が発生すると、上記の場合と同様に、放電発生箇所付近のトナーが弾き飛ばされ、現像ローラ４４表面が露出する。このとき、感光体２２上の非画像部ＮＩと対向する位置において現像ローラ４４表面が露出すると、その位置における感光体２２と現像ローラ４４との電位差Ｖ4（＝｜Ｖmax−Ｖni｜）は、放電がない場合の電位差Ｖ2（＝｜Ｖmax＋Ｖt−Ｖni｜）よりも大きくなってしまい、この位置で新たな放電が発生する可能性が高くなる。そして、この位置で放電ＤＳ3が発生すると、さらにその隣接位置で現像ローラ４４表面が露出して感光体２２との電位差が大きくなり、これが新たな放電ＤＳ4を引き起こすというように、放電が連鎖的に発生することがある。
【００４３】
すなわち、感光体２２上の画像部ＩＭと非画像部ＮＩとの境界付近で発生した放電は、その周辺の非画像部ＮＩに次々と新たな放電を引き起こして周辺に伝播してゆき、収束しにくい。こうして放電が発生すると、弾き飛ばされたトナーが、本来トナーを付着させない感光体２２上の非画像部ＮＩに付着する。その結果、感光体表面２２Ｓには、図６（ｃ）に示すように、最初の放電ＤＳ2により生じた放電スポットＳＰ2から非画像部ＮＩに帯状に延びる放電スポットＳＰ3が形成される。ただし、感光体２２は矢印方向Ｄ1に移動しているため、感光体上ではその回転方向において、帯状の放電スポットＳＰ3は最初の放電スポットＳＰ2から斜め後方に向かって延びることとなる。また、一の放電発生箇所からその両側に放電が伝播することもあり、その結果、図６（ｃ）の符号ＳＰ4に示すように、放電スポットが枝分かれしながら延びてゆく場合もある。実際に、通常より放電が起きやすい条件でトナー像を形成する実験を行ったところ、１つの放電スポットから多岐に分岐してツリー状に延びた付着トナーの帯が非画像部に広がるのが観察された。
【００４４】
また、放電により現像ローラ４４表面から弾き飛ばされたトナーの一部は、装置内部に飛散する。特に、上記のように連鎖的に放電が発生すると、装置内部に飛散するトナーの量も無視できないものとなり、装置内部をトナーにより汚す大きな要因となる。
【００４５】
なお、前記したように、画像部ＩＭ内では現像ローラ４４表面の露出による表面電位の変化は、より放電が起きにくい方向に作用する。したがって、画像部ＩＭの内部に向かってこのような放電の伝播が起きることは少ない。
【００４６】
以上を整理すると次の通りである：
（１）感光体２２表面のうちトナーを付着させるべき画像部ＩＭと、現像バイアスの負側の最大値を印加された現像ローラ４４表面との間で放電が起こりやすい；
（２）放電が発生すると、現像ローラ４４表面の放電発生箇所付近のトナーが弾き飛ばされ、感光体２２表面に付着して放電スポットを形成したり、装置内部に飛散する；
（３）感光体２２表面のうち、画像部ＩＭの内部で放電が発生した場合、その部分に放電スポットを生じるが、放電はすぐに収束する；
（４）感光体２２表面のうち、画像部ＩＭとトナーを付着させない非画像部ＮＩとの境界部付近で放電が発生した場合、放電発生箇所に隣接する非画像部で場所を変えながら連鎖的に放電が発生することがある。その結果、非画像部には複数の放電スポットが連続的に形成され、これらが連なって帯状の斑点となって現れる；
（５）このような放電の連鎖は、画像部ＩＭの内部で起こることは少ない。
【００４７】
以上の知見に鑑みれば、ギャップＧにおける放電の発生を次のようにして検知することができる：
（ａ）トナーを付着させるべき画像部ＩＭを有するテスト用のトナー像を形成することで、実際の画像形成時に生じうる放電を検知することができる；
（ｂ）画像部での放電の発生を示す放電スポットが画像部に現れるか否かを検出することによって、放電発生の有無を検知することができる；
（ｃ）画像部での放電に起因する放電スポットの連鎖が非画像部に現れるか否かを検出することによって、放電発生の有無を検知することができる；
（ｄ）放電スポットの有無は、感光体２２上のトナー濃度、または感光体２２からトナー像を転写される中間転写ベルト７１上のトナー濃度を測定することにより検出することができる；
（ｅ）上記（ｂ）および（ｃ）を併せて実行することで、より高い確度で放電発生の有無を検知することができる。
【００４８】
また、このような放電検知技術は、次のように利用することができる：
（ｆ）現像バイアスの振幅Ｖpp（図４）を設定する際、放電の発生しないバイアス設定が可能；
（ｇ）現像バイアスの振幅Ｖppを可変パラメータとする場合でも、放電が起き始める振幅を可変範囲の上限値とすることで、放電の発生を防止することができる。
【００４９】
そこで、この実施形態においては、上記放電検知技術を次のように利用している。すなわち、この実施形態では、画像濃度に影響を与える濃度制御因子としての装置各部の動作パラメータを調整する濃度制御処理を適当なタイミングで実行することで画像濃度を制御する。その調整に先立って、上記放電検知技術を用いて現像バイアスの振幅Ｖppの上限値を定める上限値設定処理を行う。そして、その上限値に基づいて現像バイアスの設定を行うことで、ギャップＧでの放電の発生を未然に防止しながら、所定の画像品質を得られる動作条件を決定する。
【００５０】
なお、上記濃度制御処理については、画像品質維持の観点から、いずれかのユニットが交換された直後や装置の電源投入直後、画像形成枚数が一定枚数に達した時などに実行するのが好ましいが、上限値設定処理については、その実行頻度は濃度制御処理のそれより低くてよい。というのは、１台の画像形成装置を継続的に使用する場合において、放電の起こりやすさが頻繁に変化することはあまりないからである。放電の起こりやすさが変化するのは、主にギャップＧの大きさまたはギャップＧにおける気圧が大きく変動した場合である。したがって、この上限値設定処理は、感光体ユニット２および現像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋのいずれかが交換されたとき（ユニットの寸法ばらつき等によりギャップＧが変動する）、設置場所が変更されたとき（設置場所の標高により気圧が変動する）およびサービスマンによる定期点検時で必要と判断されたとき等に、濃度制御処理より低い頻度で実行されればよい。
【００５１】
すなわち、濃度制御処理を実行する際に常に上限値設定処理を併せて行う必要はない。また、後述するように、上限値設定処理はトナー像の形成動作を含むので、トナー節約の観点からも、その実行頻度は最小限に抑えることが好ましい。ただし、現像バイアスの振幅を変更すれば画像濃度にも影響が出るので、上限値設定処理を実行したときには、引き続いて濃度制御処理を行って動作条件を再調整するのが望ましい。
【００５２】
図７はこの実施形態における放電検知方法を説明する原理図である。この放電検知方法では、現像バイアスの振幅をある値Ｖppに設定してテスト用のトナー像ＴＩを形成し、中間転写ベルト７１上に転写されたそのトナー像の濃度を濃度センサ６０により測定する。そして、その測定結果に基づいて放電スポットが現れるか否かを検出し、該振幅Ｖppの現像バイアスの下で放電が発生するか否かを判定する。このテスト用トナー像ＴＩは、図７に示すように、帯状のベタ画像である画像部ＩＭと、その周囲を取り囲むハイライト画像である非画像部ＮＩとの双方を含むトナー像である。
【００５３】
中間転写ベルト７１の長手方向、すなわちその移動方向Ｄ2に沿った画像部ＩＭの長さＬpについては、感光体２２の周長以上とするか、現像ローラ４４の周長と、現像ローラ４４および感光体２２の周速比（感光体表面の移動速度に対する現像ローラ表面の移動速度の比）との積以上の長さとするのが好ましい。その理由は次の通りである。感光体２２および現像ローラ４４はいずれもローラ状の回転体として構成されているが、これらの加工上の寸法ばらつきや反り、偏心、さらに組み付け時のガタ等に起因して、ギャップＧの大きさが周期的に変動することがある。放電はギャップＧが小さくなるほど起こりやすいから、ギャップＧが最小のときでも放電が起きないことを確認しておく必要がある。画像部ＩＭの長さＬpを上記のように設定しておけば、その中にギャップ最小で形成された部分が必ず含まれるから、放電が起きるか否かをより確実に検知することができる。
【００５４】
なお、画像部ＩＭの長さＬpを、感光体２２、現像ローラ４４のいずれの周長に基づいた長さとするかについては、装置の構成に応じて、つまりギャップ変動の主たる要因がどちらにあるかによって決めればよい。また、これらの周長の公倍数以上となるように長さＬpを定めれば放電検知という点ではより確実であるが、あまり長くしすぎるとトナー消費量が多くなってしまう。
【００５５】
また、この実施形態では、１つの濃度センサ６０により画像部ＩＭおよび非画像部ＮＩの濃度検出を可能とするために、中間転写ベルト７１の移動方向Ｄ2において画像部ＩＭより下流側の非画像部ＮＩの濃度検出を行う。この点からも、画像部ＩＭの長さは制約される。すなわち、画像部ＩＭの下流側にできるだけ広い非画像部ＮＩが設けられるのが好ましい。
【００５６】
一方、画像部ＩＭの幅、すなわち上記長手方向に直交する中間転写ベルト７１の幅方向の長さについては、濃度センサ６０により濃度検出可能な幅Ｗs以上であればよい。この長さをあまり大きくしてもトナー消費量の増大を招く。
【００５７】
また、中間転写ベルト７１の幅方向における画像部ＩＭの形成位置については、現像ローラ４４と感光体２２との位置関係において放電が起きる可能性の最も高い位置、つまり両者が最接近する位置（代表的には、現像ローラ４４または感光体２２の軸方向における中央付近）とするのが好ましい。なお、画像部ＩＭを形成された位置において濃度センサ６０による濃度検出が可能でなければならないことはもちろんである。
【００５８】
また、画像部ＩＭの画像パターンはベタ画像に限定されるものではなく他のパターンであってもよい。ただし、画像部ＩＭに占めるドット部の面積ができるだけ大きいパターンであることが好ましい。このような画像パターンでは、感光体２２上において静電潜像内の電位差が大きいため他のパターンより放電が起こりやすく、また中間転写ベルト７１上において画像部ＩＭが高濃度となるためトナー量が不足した放電スポットの識別が容易である。
【００５９】
また、このテスト用画像ＴＩでは、濃度検出に用いる画像部ＩＭの両側にガード用画像部ＧＩが設けられる。より詳しくは、これらのガード用画像部ＧＩは、感光体２２上において、その移動方向Ｄ1に直交する幅方向に濃度検出用の画像部ＩＭと並べて形成された後、中間転写ベルト７１に転写されたものである。このようにガード用画像部ＧＩを設けるのは、以下に詳述するように、画像部ＩＭで発生した放電が非画像部ＮＩに広がり、これに起因して大量のトナーが装置内部に飛散するのを防止するためである。
【００６０】
図８はガード用画像部による放電伝播抑止効果を説明する原理図である。また、図９はギャップ変動を示す図である。前述したように、この実施形態では、テスト用画像ＴＩを形成し、その濃度検出結果に基づき現像バイアスの振幅を定めるので、テスト用画像ＴＩを形成する段階では適正な現像バイアスの大きさが不明である。そのため、現像バイアスを暫定値に仮設定してテスト用画像ＴＩを形成する場合に、ギャップＧにおいて放電が発生する可能性が高い。
【００６１】
後述するように、この実施形態では、感光体２２から中間転写ベルト７１上に転写されたテスト用画像ＴＩについて濃度検出を行い、画像部ＩＭ内部で発生した放電による放電スポット、または画像部ＩＭから非画像部ＮＩに広がった放電による放電スポットを検知したときにはギャップＧにおける放電が発生したと判定する。こうして、印加する現像バイアスと放電の有無との対応関係、より具体的にはギャップＧでの放電を起こさずに現像バイアスをどこまで高くすることができるかを予め把握しておくことにより、その後の画像形成動作時における放電の発生を未然に防止することができる。
【００６２】
なお、放電検知を目的として形成する画像部ＩＭについては、最も放電の起きやすい位置に形成するのが望ましい。具体的には、現像ローラ４４と感光体２２とのギャップＧが最も小さくなる位置で放電が最も起きやすいので、そのような位置に画像部ＩＭを形成するのがよい。図９に示すように、円筒形状に形成されてその両端部で支持された現像ローラ４４や感光体２２では、その反りや偏心等に起因して、これらの回転に伴ってギャップの大きさは周期的に変動する。また、端部付近でのギャップＧ2よりも、中央付近でのギャップＧ1の方が変動が大きくなりやすく、結果として、この装置においてギャップの大きさが最小（Ｇmin）となるのは感光体２２および現像ローラ４４とが対向するギャップＧの中央付近である可能性が高い。そこで、画像部ＩＭについては、感光体２２の移動方向Ｄ1に直交する幅方向におけるほぼ中央部に形成するのが望ましい。
【００６３】
このように構成されたテスト用トナー像ＴＩを形成する際に放電が発生していれば、このトナー像ＴＩを転写された中間転写ベルト７１上にも放電の発生を示す放電スポットが現れるはずである。図８に示すように、画像部ＩＭの内部での放電の結果としての放電スポットＳＰ1については、画像部ＩＭ内の複数位置で濃度サンプリングを行い、他の位置での濃度検出値よりも異常に低い濃度を示すサンプリングデータとして検出可能である。
【００６４】
一方、画像部ＩＭと非画像部ＮＩとの境界付近での放電を示す放電スポットＳＰ2については、画像部ＩＭでの濃度サンプリングでは直接検出されない可能性が高い。しかしながら、前述したように、この位置での放電現象は非画像部に伝播しやすい。その結果、放電スポットＳＰ2から後方に延びるツリー状の放電スポットＳＰ3が形成されるので、これを検出することで、このような放電の発生を間接的に検知することが可能である。
【００６５】
ところで、このような放電の有無を検査するための処理においては、テスト用トナー像ＴＩの作成時に放電が発生するのはやむを得ないが、発生した放電についてはできるだけ小規模に抑えて、広範囲に伝播することは避けたい。というのは、前述した通り、ギャップＧでの放電は現像ローラ４４からのトナー飛散を招き、放電が広範囲に広がると多量の飛散トナーにより装置内部を汚染してしまうからである。
【００６６】
そこで、この実施形態では、画像部ＩＭで発生してギャップＧに沿って伝播する放電の連鎖を最小限に抑えるため、図７および図８に示すように、画像部ＩＭと並べてガード用画像部ＧＩを設けている。なお、図８では、ガード用画像部による放電伝播抑止効果を説明するため画像部ＩＭの左側にのみガード用画像部ＧＩを設けているが、実際には、図７に示すように、画像部ＩＭの右側にも同様のガード用画像部を形成する。
【００６７】
図８に示すように、ガード用画像部を設けない画像部ＩＭの右側では、画像部ＩＭで発生した放電が非画像部ＮＩにまで広がり、その結果、ツリー状の放電スポットＳＰ3が形成される。これに伴って、装置内部にも多量のトナーが飛散してしまう。これに対して、ガード用画像部ＧＩを設けた画像部ＩＭの左側では、画像部ＩＭから始まった放電はガード用画像部ＧＩに到達するとそれ以上左側にまで進行することはない。これは、前述したように、画像部と非画像部とでは感光体２２の表面電位が異なっており、非画像部においては放電による現像ローラ４４表面の露出は放電が収束する方向に作用するからである。
【００６８】
また、最も放電の起きやすいギャップ中央部に形成した画像部ＩＭに対して、ガード用画像部ＧＩはより放電の起こりにくい位置に形成されているので、ガード用画像部ＧＩから放電が始まる可能性は極めて低い。したがって、放電の伝播は濃度検出用の画像部ＩＭとガード用画像部ＧＩとの間でのみ起こり、この範囲を超えて外側にまで広がることはない。
【００６９】
このように、濃度検出用の画像部ＩＭを形成する際に、これと並べて、ガード用画像部ＧＩを形成しておくことによって、ギャップＧにおける放電の伝播を最小限に抑えることができる。これにより、放電に伴うトナーの飛散を抑制することができ、その結果、装置内部の汚染についても最小限に抑えることができる。
【００７０】
なお、この実施形態では、感光体２２の幅方向における中央部付近に濃度検出用の画像部ＩＭを設けており、ギャップＧに沿って画像部ＩＭの両側に放電の伝播が起こる可能性があるので、画像部ＩＭの両側にガード用画像部ＧＩを設けている。しかしながら、装置構成や画像部の形成位置等に起因して、画像部の両側のいずれか一方に放電の伝播が起こりやすい場合には、その方向にのみガード用画像部を形成するようにしてもよい。
【００７１】
また、テスト用トナー像ＴＩの形成に際しては感光体２２が回転しているので、図８に示すように、ギャップＧに沿って伝播する放電の結果としての放電スポットは、感光体２２の移動方向Ｄ1および中間転写ベルト７１の移動方向Ｄ2における下流側（図８において下方）に向けて延びることとなる。したがって、濃度検出用の画像部ＩＭの先端位置Ｅ1よりも上流側（図８において上方）にまでガード用画像部ＧＩを設ける必要は必ずしもない。これに対して、ガード用画像部ＧＩの後端は、少なくとも画像部ＩＭの後端位置Ｅ2まで、より好ましくはこれより下流側にまで延設されるのが好ましい。一方、ガード用画像部ＧＩの幅については、広すぎるとトナー消費量が多くなり、また狭すぎると放電の伝播を抑止する効果が薄れてしまうので、装置の特性に応じ、これらを考慮して適宜定めればよい。
【００７２】
また、ガード用画像部ＧＩの画像パターンについては任意のものを用いることができるが、濃度検出用の画像部ＩＭよりも低濃度となるような画像パターンとすることが好ましい。具体的には、画像全体の面積に対するトナードット部の面積の比率である画占率が、濃度検出用の画像部ＩＭよりも低くなるような画像パターンが望ましい。その第１の理由は、ガード用画像部ＧＩを低濃度の画像パターンとすることで、ガード用画像部ＧＩの形成のために消費されるトナーの量を低く抑えることができる点である。また、その第２の理由について、図１０を参照しながら以下に説明する。
【００７３】
図１０はテスト用トナー像に対応する感光体上の静電潜像およびその電位プロファイルを示す図である。濃度検出用の画像部ＩＭはベタ画像であり、感光体表面２２Ｓのうち画像部ＩＭに対応する領域には十分な量の露光ビームＬが照射されて、その表面電位は十分に低下している。一方、画占率の低いガード用画像部ＧＩに対応する領域では、露光量が少ないため表面電位の低下も比較的少ない。この結果、感光体表面２２Ｓのうちガード用画像部ＧＩに対応する領域では、放電の原因となり得る現像ローラ４４表面との間の電位差Ｖ1gは、画像部ＩＭに対応する領域での電位差Ｖ1と同等かこれより小さくなる。そのため、ガード用画像部ＧＩでは、画像部ＩＭよりも放電が起こりにくい。
【００７４】
すなわち、ガード用画像部ＧＩの画像パターンを、濃度検出用の画像部ＩＭよりも画占率の低い画像パターンとすることによって、画像部ＩＭから伝播してきた放電を収束させトナー飛散を抑える効果を高めるとともに、ガード用画像部ＧＩからの放電の発生を防止することができる。このような画像パターンとしては、例えば、ベタ画像（画占率１００％）である画像部ＩＭに対して、ガード用画像部ＧＩとして画占率５０％程度のハーフトーン画像を用いることができる。また、上記とは異なる画占率の画像部ＩＭを用いる場合には、それに応じてガード用画像部ＧＩの画像パターンを選択すればよい。
【００７５】
次に、上記のように形成されたテスト用画像ＴＩを用いて行う放電検知方法および現像バイアス振幅の設定方法について説明する。
【００７６】
図１１は放電スポットと濃度検出値との対応を示す図である。テスト用トナー像ＴＩを形成された中間転写ベルト７１を方向Ｄ2に移動させながら、濃度センサ６０からの出力信号を定期的にサンプリングすることによって、図１１に示すように、中間転写ベルト７１上の異なる位置におけるトナー濃度が検出される。なお、この濃度センサ６０はトナー像からの反射光量を検出しているのでトナー濃度が高いほど出力信号のレベルは低下するが、図１１に示す「濃度検出値」はこの出力信号をトナー濃度に換算した値であり、上方ほど高濃度であることを示す。
【００７７】
このようにテスト用画像ＴＩの濃度サンプリングを行った場合、画像部ＩＭよりも上流側（図１１において左方）では、中間転写ベルト７１自身の表面色に対応した低い濃度検出値が得られる。ただし、その値は中間転写ベルト７１の色ムラや測定誤差等に起因する変動を含むため必ずしも一定ではない。
【００７８】
一方、画像部ＩＭ内においては、高濃度を示す濃度検出値が得られる。しかし、放電スポットＳＰ1に対応する位置では、放電によりトナーが弾き飛ばされたため、その周辺より異常に低い濃度を示す濃度検出値Ｐ1が現れる。このことから、画像部ＩＭにおける濃度検出値について、正常な部分と放電スポットとを識別するための判定基準値Ｄth1を定めておき、画像部ＩＭにおける各濃度検出値とこの判定基準値Ｄth1とを比較して、基準値Ｄth1を下回る濃度検出値があれば、画像部ＩＭ内において放電が発生したと判定することができる。
【００７９】
さらに、画像部ＩＭよりも下流側の非画像部ＮＩで濃度サンプリングを行うと、画像部ＩＭの上流側でのサンプリング結果と同様に、低い濃度検出値が得られるはずである。しかしながら、画像部ＩＭで生じた放電に連なる連鎖的な放電の結果として生じる帯状の放電スポットＳＰ3が画像部ＩＭの下流側でのサンプリング位置に達していれば、その位置における濃度検出値Ｐ2はその周辺より異常に高い濃度を示すこととなる。このことから、非画像部ＮＩにおける濃度検出値について、正常な部分と放電スポットとを識別するための判定基準値Ｄth2を定めておき、非画像部ＮＩにおける各濃度検出値とこの判定基準値Ｄth2とを比較して、基準値Ｄth2を上回る濃度検出値があれば、画像部ＩＭ周辺において放電が発生したと判定することができる。
【００８０】
このように、画像部ＩＭおよび非画像部ＮＩをともに含む図７のようなテスト用画像ＴＩを形成し、その画像部ＩＭまたは非画像部ＮＩのいずれかにおいて濃度検出を行い、放電スポットの有無を調べることによって、放電が発生するか否かを判定することが可能である。そして、画像部ＩＭおよび非画像部ＮＩの双方においてこのような放電検知を行うことによって、放電検知の確度をより高めることができる。
【００８１】
前記したように、画像部ＩＭ内で発生した放電は短時間で収束するため、画像部ＩＭ内に生じる放電スポットＳＰ1は比較的小さなものである。そのため、画像部ＩＭでの濃度検出結果だけで放電の有無を判定した場合、放電の発生位置やサンプリングのタイミングによっては検出されずに見過ごされてしまうおそれがある。一方、非画像部ＮＩで発生した放電は持続して帯状の放電スポットＳＰ3を生じる。このような放電スポットはサイズが大きいため検出が比較的容易であるが、濃度センサ６０により濃度検出可能な領域に現れるとは限らない。そこで、画像部ＩＭおよび非画像部ＮＩの双方において濃度検出を行い、いずれか一方でも放電スポットが検知されたときには放電が発生したと判定することで、放電検知の確度をさらに高めることが可能となる。
【００８２】
以上のようにして放電の発生を検知することによって、現像バイアスの振幅をどこまで上げることができるか、つまり、現像バイアスの振幅として設定可能な上限値を求めることができる。現像バイアスの振幅の大きさは、ギャップＧにおけるトナー飛翔量を左右するから、画像品質にも影響のあるパラメータである。一般的には、ギャップＧにおけるトナー飛翔量を十分に大きくしておくことによって、濃度ムラの少ない良好な画像品質が得られる。したがって、ギャップＧにおいて放電が起きない範囲で現像バイアスの振幅をできるだけ大きく設定したい。また、現像バイアスの振幅を変更設定することで画像濃度を制御する場合にも、その振幅をどこまで上げることができるかが予めわかっていれば好都合である。上記のような確度の高い放電検知方法は、このような要求に応える技術として好適なものである。
【００８３】
図１２はこの実施形態における現像バイアスの上限値設定処理および濃度制御処理を示すフローチャートである。上限値設定処理では、現像バイアスの振幅の可変範囲において、ギャップＧで放電の発生しない振幅の最大値を定める。すなわち、まず現像バイアスの振幅Ｖppを可変範囲内の最大値に仮設定し（ステップＳ１）、そのバイアス条件の下でテスト用画像ＴＩ（図７）を形成する（ステップＳ２）。なお、可変の濃度制御因子として他の動作パラメータを持っている場合には、例えば最も高濃度となる条件にそれらを仮設定しておくとよい。こうして形成され、中間転写ベルト７１上に転写されたテスト用画像ＴＩについて、濃度センサ６０により濃度サンプリングを行う（ステップＳ３）。この濃度サンプリングは、図１１に示すように、テスト用画像ＴＩ内の画像部ＩＭ、非画像部ＮＩの双方について行う。画像部ＩＭの後方の非画像部ＮＩにおける濃度検出は、少なくとも画像部ＩＭの長さＬp以上の長さにわたって行うのが好ましい。
【００８４】
次に、濃度サンプリングの結果のうち画像部ＩＭについての濃度検出値に基づき、画像部ＩＭでの放電判定（図１３）を行う（ステップＳ４）。
【００８５】
図１３はこの実施形態における放電判定処理を示すフローチャートである。この処理では、まず放電スポットが存在するか否かを識別する基準となる濃度基準値を設定する（ステップＳ１０１）。画像部ＩＭについての濃度基準値は、図１１における判定基準値Ｄth1に相当する。この濃度基準値Ｄth1の決め方については後述する。そして、こうして定めた濃度基準値Ｄth1と、画像部ＩＭにおける各濃度検出値とを順次比較する（ステップＳ１０２）。
【００８６】
この比較の結果、基準外の濃度検出値、つまり濃度基準値Ｄth1よりも低濃度を示す濃度検出値があった場合には（ステップＳ１０３におけるＹＥＳの分岐）、画像部ＩＭにおいて放電が発生したと判定し（ステップＳ１０５）、図９の処理に復帰する。一方、基準外の濃度検出値がなければ（ステップＳ１０３におけるＮＯの分岐）、放電なしと判定して図１２の処理に復帰する（ステップＳ１０４）。
【００８７】
こうして画像部ＩＭにおける放電の有無が判定されると、図１２のステップＳ５に戻る。放電ありと判定された場合には（ステップＳ５におけるＹＥＳの分岐）、現在の現像バイアスの振幅Ｖppがその可変範囲における最小値であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。最小値でなかった場合には、その振幅を１段階低い値に変更設定し（ステップＳ１１）、ステップＳ２に戻って、テスト用画像ＴＩの形成とその濃度検出結果に基づく放電判定を再度実行する。一方、ステップＳ１０において現像バイアスの振幅Ｖppが既に最小値であった場合には、振幅を最小にしても放電が起こることから、装置に何らかの異常が生じているものと考えられるので、所定のエラー処理を実行して装置の動作を停止させる（ステップＳ１２）。ここでのエラー処理の内容は任意であるが、例えば、装置各部へのバイアス電圧の印加を停止して画像形成動作を禁止するとともに、所定のエラーメッセージを表示部１２に表示したり、アラーム音を鳴らすことにより、ユーザに対し異常の発生を報知することができる。
【００８８】
また、画像部での放電がなかったと判定された場合には（ステップＳ５におけるＮＯの分岐）、続いて、濃度サンプリングの結果のうち非画像部ＮＩ、特に画像部ＩＭよりも下流側の非画像部についての濃度検出値に基づき、放電判定を行う（ステップＳ６）。この場合の放電判定処理の内容は、上記した画像部でのそれと基本的に同一である。ただし、ステップＳ１０１における濃度基準値は図１１に示す判定基準値Ｄth2に相当する値である点、および、ステップＳ１０３においてはこの基準値Ｄth2を超える濃度検出値があったときに放電発生と判定する点が異なっている。
【００８９】
こうして非画像部ＮＩでの放電判定の結果、放電ありと判定された場合には（ステップＳ７におけるＹＥＳの分岐）、画像部ＩＭで放電ありと判定されたときと同様に、ステップＳ１０以降の処理を実行する。一方、放電なしと判定されれば（ステップＳ７におけるＮＯの分岐）、画像部ＩＭ、非画像部ＮＩのいずれでも放電が検知されなかったので、このときの現像バイアスの振幅Ｖppをその上限値として設定する（ステップＳ９）。そして、こうして設定された上限値を踏まえて濃度制御処理を実行する（ステップＳ９）。より具体的には、この上限値を超えないように現像バイアスの振幅を設定しながら、画像濃度に影響を与える濃度制御因子を調整することで画像濃度を制御する。
【００９０】
濃度制御因子として使用することのできる動作パラメータや、その具体的な調整方法については従来より多くの技術が提案されており（例えば、本願出願人が先に開示した特開２００２−２１４８５２号公報参照）、この実施形態における濃度制御処理についてもこれらの公知技術を適用することが可能であるのでここでは説明を省略する。この場合においても、現像バイアスの振幅Ｖppについては常に上記した上限値を超えないようにしながら調整を行うことで、ギャップＧでの放電の発生が未然に防止され、各動作パラメータを適正に設定することができる。その結果、この実施形態では、所定の画像品質で安定して画像形成を行うことが可能となる。
【００９１】
次に、放電判定のための濃度基準値の定め方について説明する。各動作パラメータの調整を行っていない状態で形成される画像の濃度変化が比較的少ない場合には、装置構成に応じて濃度基準値Ｄth1、Ｄth2を予め定めておくことができる。例えば、濃度制御処理において使用するベタ画像の目標濃度の７０％および３０％に相当する値を、それぞれ画像部用の濃度基準値Ｄth1および非画像部用の濃度基準値Ｄth2とすることができる。また、例えば、２つの濃度目標値Ｄth1、Ｄth2をいずれも上記目標濃度の５０％に相当する値としてもよい。これらの値は、装置の濃度変動の程度や、どのような濃度の放電スポットが生じやすいかなど、装置の構成に応じて適宜定めることができる。
【００９２】
また、現像器４Ｙ等に設けられたメモリ９１等に予め記憶された値、またはその値に基づいて算出した値を濃度基準値として使用してもよい。こうすれば、内蔵トナーの特性に応じた濃度基準値が使用されるので、トナーの特性ばらつきによる誤判定が起こりにくくなる。
【００９３】
また、画像部ＩＭまたは非画像部ＮＩにおける濃度検出値の平均値を求め、その平均値に対して一定値を加えたまたは乗じた値を濃度基準値としてもよい。例えば、画像部ＩＭの濃度検出値の平均値の７０％に対応する値を濃度基準値Ｄth1とすることができる。つまり、画像部ＩＭの濃度平均値に対して一定の許容範囲を定め、これを超える偏差を有する濃度検出値の存在をもって放電スポットありとする考え方である。この場合において、上記平均値は、画像部ＩＭにおける全ての濃度検出値を平均したものであってもよいし、これらのうち値の小さいものから順にいくつかの値を除外して平均したもの（大きいものから順に所定個数の値を累積平均したものと等価である）であってもよい。後者の方法は、放電スポット上で検出された濃度検出値を算入することにより平均値が低下して本来の画像濃度（放電スポットがない場合の画像濃度）との乖離が大きくなり、誤判定が増えるのを防止するためである。
【００９４】
さらに、上記平均値に代えて、濃度検出値をサンプリング順に累積平均し、その累積平均値に基づいて濃度基準値を定めるようにしてもよい。この方法によれば、濃度サンプリングと並行して放電検知を行うことができるので、比較的短時間で放電の発生を検知することが可能となる。この場合には、濃度基準値は一義的な値として定められるのではなく、サンプリングが進むにつれて刻々と変更されてゆくこととなる。
【００９５】
なお、これらの考え方は、非画像部用の濃度基準値Ｄth2に対しても適用することができる。また、濃度検出値の設定および放電の検知については、各トナー色毎に個別に行う必要があることは言うまでもない。また、例えば、いずれか１つの現像器が交換された直後に行う上限値設定処理では、交換された現像器についてのみ上記処理を行うようにしてもよいし、全色について上記処理を行ってもよい。
【００９６】
以上のように、この実施形態では、ベタ画像である画像部ＩＭと非画像部ＮＩとの双方を有するテスト用トナー像ＴＩを形成し、ギャップＧにおける放電の有無を判定している。このように、放電の起きやすい条件で画像形成動作を実行し、そのときの放電の有無を予め調べておくことで、以後の画像形成動作において放電が発生するのを未然に防止することができる。
【００９７】
そして、画像部ＩＭ内の複数位置で濃度検出を行い、その濃度検出値に基づき、放電によって生じる放電スポットを検出することで、放電の有無を判定することができる。また、非画像部ＮＩの複数位置で濃度検出を行い、その濃度検出値に基づき、放電によって生じる放電スポットを検出することによっても、放電の有無を判定することが可能である。さらに、これらを併せて実行することによって、放電の有無をより高い確度で判定することができる。
【００９８】
このように、この実施形態によれば、画像形成動作を実行する際に起こりうる放電を高い確度で検知することができる。そして、このような放電検知技術に基づき、放電の発生を未然に防止しながら、現像バイアスの振幅を適正に設定することができる。その結果、この実施形態の画像形成装置では、画像品質の良好な画像を安定して形成することができる。
【００９９】
また、テスト用トナー像ＴＩを形成する際にギャップＧで連鎖的に放電が発生するおそれがあることに鑑み、濃度検出用画像部ＩＭと並べて、その両側にガード用画像部ＧＩを設けている。そのため、放電の伝播が広範囲に広がることはなく、トナー飛散も少なく抑えられるので、装置内部の汚染が効果的に抑制されている。
【０１００】
以上説明したように、この実施形態では、静電潜像を担持する感光体２２が、本発明における「潜像担持体」として機能する一方、トナーを担持する現像ローラ４４が、本発明の「トナー担持体」として機能している。また、これらを備えたエンジン部ＥＧが「像形成手段」に相当しており、これを制御するエンジンコントローラ１０が、本発明の「制御手段」として機能している。また、この実施形態では、テスト用トナー像ＴＩのうち、濃度検出用の画像部ＩＭが、本発明の「パッチ画像」に相当している。
【０１０１】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、濃度検出用画像部ＩＭおよびガード用画像部ＧＩの形状は図７に示すものに限定されず、これ以外にも様々なものが考えられる。
【０１０２】
図１４はテスト用トナー像の他の例を示す図である。同図（ａ）および（ｂ）に示すように、上記実施形態以外にも様々なパターンのガード用画像を用いて、画像部からの放電の広がりを抑制することが可能である。
【０１０３】
また、例えば、上記実施形態では、ギャップでの放電を検知して現像バイアスの振幅の上限値を設定する処理に供するテスト用画像ＴＩを形成する際に、濃度検出用の画像部ＩＭと並べてガード用画像部ＧＩを形成している。このガード用画像によって放電の伝播を抑制する技術については、このような放電検知に限定されるものではなく、他の目的で何らかのテスト用画像を形成する際にも適用可能である。例えば、上記実施形態において、現像バイアスの上限値設定後に行う濃度制御処理のためのパッチ画像を形成する際に、必要に応じて、当該パッチ画像と並べてガード用画像を形成してもよい。
【０１０４】
この場合において、特定の動作条件で画像形成を行うときに限ってガード用画像を形成するようにしてもよい。パッチ画像を形成する際の動作条件や形成する画像のパターンによって放電の起こりやすさは相違しているので、放電発生の可能性が低ければガード用画像の形成を省いてもよい場合がある。そこで、現像バイアスの設定値が大きい場合や形成するパッチ画像の画像パターンが高濃度であるなど、特に放電の発生しやすい条件で画像形成を行う際には上記実施形態のようにガード用画像を設けることで放電の広がりを抑える一方、放電が起こりにくい条件で画像形成を行う際にはガード用画像の形成を省くことによって、ガード用画像に消費されるトナーを節約することが可能となる。
【０１０５】
また、例えば、上記実施形態では、１つの濃度センサ６０で画像部ＩＭおよび非画像部ＮＩの濃度検出を行うため、画像部ＩＭの下流側に位置する非画像部ＮＩにおいて濃度検出を行うようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、画像部ＩＭの側方に位置する非画像部の濃度を検出するようにしてもよい。ただしこの場合には、濃度センサをもう１つ設ける必要がある。
【０１０６】
また、例えば、上記実施形態では、画像部ＩＭまたは非画像部ＮＩに１つでも放電スポットが検出されれば放電ありと判定するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、放電スポットの存在を示す濃度検出値が所定個数以上あった場合に放電ありと判定するようにしてもよい。
【０１０７】
また、例えば、上記実施形態における現像ローラ４４は金属製であるが、例えば樹脂製など他の材料で形成された現像ローラを有する装置に対しても本発明を適用可能である。ただし、本実施形態のように、その表面が導電性を有する構造の現像ローラにおいては、表面での放電が持続しやすいので、本発明を適用することにより奏されるトナー飛散防止効果が特に顕著である。
【０１０８】
また、例えば、上記実施形態では、感光体２２から中間転写ベルト７１に転写されたテスト用画像ＴＩに生じる放電スポットを検出しているが、感光体２２上において放電スポットを検出するようにしてもよい。
【０１０９】
さらに、上記実施形態の構成に限定されず、例えばブラック色トナーに対応した現像器のみを備えモノクロ画像を形成する装置や、中間転写ベルト以外の転写媒体（転写ドラム、転写シートなど）を備える装置、さらには複写機、ファクシミリ装置など他の画像形成装置に対しても本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】この発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】静電潜像を形成された感光体表面の電位プロファイルの例を示す図である。
【図４】現像バイアスの一例を示す電圧波形図である。
【図５】画像部で発生する放電現象を説明する図である。
【図６】画像部と非画像部との境界付近で発生する放電現象を説明する図である。
【図７】この実施形態における放電検知方法を説明する原理図である。
【図８】ガード用画像部による放電伝播抑止効果を説明する原理図である。
【図９】ギャップ変動を示す図である。
【図１０】テスト用トナー像に対応する感光体上の静電潜像およびその電位プロファイルを示す図である。
【図１１】放電スポットと濃度検出値との対応を示す図である。
【図１２】この実施形態における現像バイアスの上限値設定処理および濃度制御処理を示すフローチャートである。
【図１３】この実施形態における放電判定処理を示すフローチャートである。
【図１４】テスト用トナー像の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１０…エンジンコントローラ（制御手段）、  ２２…感光体（潜像担持体）、  ４４…現像ローラ（トナー担持体）、  ６０…濃度センサ、  Ｄth1，Ｄth2…濃度基準値、  ＧＩ…ガード用画像部、  ＩＭ…画像部（パッチ画像）、ＮＩ…非画像部、  ＳＰ1〜ＳＰ3…放電スポット、  ＴＩ…テスト用トナー像、  Ｖpp…現像バイアスの振幅
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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