現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置
【課題】印刷中の急激なトナー濃度の変化に対してタイムラグが少なく地肌汚れの低減を図れる地汚れ改善対策を施した現像装置を提供する。
【解決手段】キャリアとトナーを有する二成分現像剤を収容し、像担持体１上の潜像を現像する現像装置５であって、現像剤を供給する現像剤担持体５１と、現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、現像剤を長手方向に搬送して循環させる搬送手段５３，５４と、搬送手段上に配置され現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、トナー濃度検知手段によって検知されたトナー濃度に応じて、現像剤担持体へ供給する直流成分に交流成分を重畳した現像バイアスが制御手段によって制御される現像装置において、画像形成動作中に検知されたトナー濃度が予め設定されたトナー濃度制御基準値よりも高いと判断された場合、現像バイアスにおける交流成分が変更されて印加されることを特徴とする。
【解決手段】キャリアとトナーを有する二成分現像剤を収容し、像担持体１上の潜像を現像する現像装置５であって、現像剤を供給する現像剤担持体５１と、現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、現像剤を長手方向に搬送して循環させる搬送手段５３，５４と、搬送手段上に配置され現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、トナー濃度検知手段によって検知されたトナー濃度に応じて、現像剤担持体へ供給する直流成分に交流成分を重畳した現像バイアスが制御手段によって制御される現像装置において、画像形成動作中に検知されたトナー濃度が予め設定されたトナー濃度制御基準値よりも高いと判断された場合、現像バイアスにおける交流成分が変更されて印加されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置で用いる現像装置とプロセスカートリッジ及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置は、像担持体となる感光体の表面に形成された潜像を可視像とするのに現像装置から現像剤を潜像に供給している。現像剤としてキャリアとトナーを備えた二成分現像剤を用いる現像装置では、トナーが消費されるので、トナーの濃度を検知するためのトナー濃度検知手段がトナー搬送経路上に配置されていて、トナー濃度検知手段で検知したトナー濃度が、予め設定した狙いトナー−濃度〔基準値〕に満たない（トナー濃度が低い）場合には、トナー補給装置からトナーが補給されるように構成されている。しかし、この補給されるトナー量は、トナー濃度検知手段で検知したトナー濃度に応じて，その補給量が予め決められているが、補給誤差などによって急に多量のトナーが現像装置に補給された場合、補給されたトナーが十分に帯電できずに弱帯電や逆帯電トナーとなってしまい、感光体に潜像を形成していない部分にトナーが付着してしまう地肌汚れが発生してしまう。とくに印刷中の場合には、トナー濃度の調整などを実施すると印刷が中断するのでユーザーの印刷時間が長くなってしまい生産性が落ちることになる。
【０００３】
そこで、特許文献１では、地肌汚れを改善する図るために、トナー濃度検知手段によって検知されたトナー濃度が所定の範囲にあるときには現像バイアスの交流成分を基準の値に設定し、所定の範囲を越えたときには画質評価パラメータが許容範囲に収まるように現像バイアスの交流成分を補正する内容が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、放置時間が基準時間以上になると、初期画像に地肌汚れを生ずる可能性が高いと判断し、初期攪拌時やプリント時に、現像バイアスと通常のＶＥ（−６００ＶのＤＣバイアス）に代えて、ＶｐｐＡ（ＡＣ・ＤＣ重畳バイアス）を印加させて現像装置の帯電助長能力を高めている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の構成では、地肌汚れを改善のために、現像バイアスの交流成分の補正を行っているが、補正の時期は画像形成装置の電源を入れた後にトナー濃度の確認を行ってから現像バイアスの交流成分の補正を行っているので、生産性という点では改善の余地がある。特許文献２においては、帯電のために新たな放電電極などを追加する必要があるためにコスト増になりやすい。
本発明は、印刷中の急激なトナー濃度の変化に対してタイムラグが少なく地肌汚れの低減を図れる地汚れ改善対策を施した現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置を提案することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、印刷中の急激なトナー濃度の変化に対してタイムラグが少なく地肌汚れの低減を図れる地汚れ改善対策に関する技術的思想を具現化した現像装置として、キャリアとトナーとを有する二成分の現像剤を収容するとともに、像担持体上に形成される潜像を現像する現像装置であって、像担持体に対向し、現像剤を供給する現像剤担持体と、現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、装置内に収容された現像剤を長手方向に搬送して循環させる搬送手段と、搬送手段上に配置され現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、トナー濃度検知手段によって検知されたトナー濃度に応じて、現像剤担持体へ供給する直流成分に交流成分を重畳した現像バイアスが制御手段によって制御される現像装置において、制御手段により、画像形成動作中にトナー濃度検知手で検知されたトナー濃度が予め設定されたトナー濃度制御基準値よりも高い場合と判断された場合、現像バイアスにおける交流成分が変更されて印加するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、画像形成動作中にトナー濃度検知手で検知されたトナー濃度が予め設定されたトナー濃度制御基準値よりも高い場合と判断された場合、現像バイアスにおける交流成分を変更して印加するので、印刷中の急激なトナー濃度の変化に対してタイムラグが少なく地肌汚れの低減を図れることができ、良好な画像を得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一形態を示す要部構成図。
【図２】本発明に係るプロセスカートリッジの構成を示す拡大図。
【図３】本発明に係る現像装置の構成を示す拡大図。
【図４】本発明に係る現像装置の構成を示す図であり、（ａ）は現像装置の平面視図、（ｂ）は搬送手段の構成を示す断面図。
【図５】本発明に係る現像装置内での現像剤の堆積の様子を示す概略図。
【図６】本発明の主要部となる現像バイアスの交流成分の変更による特性を示す図であり、（ａ）は現像バイアスの交流成分の周波数と画像濃度の関係を示し、（ｂ）は交流成分のＶｐｐと画像濃度の関係を示し、（ｃ）は現像バイアスの交流成分のＤｕｔｙと画像濃度の関係を示す。
【図７】現像装置内での現像剤担持体による現像剤と流れを示す概略図。
【図８】現像装置内での現像剤担持体による現像剤と流れを示す概略図。
【図９】現像バイアスの交流成分として周波数を変更前後の地肌汚れの結果を示す図。
【図１０】トナー濃度検知手段の出力値とトナー濃度の関係を示す図。
【図１１】トナー濃度検知手段の出力値の出力変化と現像バイアスの交流成分の変化の一形態を示すタイミングチート。
【図１２】本発明に係る現像装置内での現像剤の搬送速度を説明するための概略図。
【図１３】現像バイアスの交流成分の変更の制御の一形態を示すフローチャート。
【図１４】現像剤で使用したトナーの形状係数を説明する図であり、（ａ）は形状係数ＳＦ−１を説明する図、（ｂ）は形状係数ＳＦ−２を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の特徴は、画像形成装置の画像形成動作中にトナー濃度検知手段で検知したトナー濃度がトナー濃度制御基準値となる狙いのトナー濃度よりも高い場合に、現像剤担持体へ印加する現像バイアスのうち、交流成分を変更する点にある。以下、この特徴を備えた各装置の構成について説明する。
【００１０】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。最初に本発明の技術思想の適用対象となる画像形成装置の全体構成と動作を説明し、次に画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジ及び現像装置の構成と、特徴部分について説明する。各実施の形態において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すに留め、先の説明との重複説明は極力省略する。
【００１１】
図１は、画像形成装置の一形態である、電子写真方式でカラー画像を形成可能な複写機を示す。画像形成装置としては複写機に限らず、プリンタ、ファクシミリ、あるいは、プリンタ、ファクシミリ，スキャナなどの、複合機のうち、少なくとも２つの機能を備えた複合機等であってよい。
【００１２】
図１に示すように、複写機は装置本体１００の上部に排紙部となる排紙トレイ３０と、その上方に原稿読取部３２を備え、装置本体１００の化法に給紙部３３を備えている。中間転写ユニット１０と、中間転写ユニット１０が備えている中間転写体となる中間転写ベルト８に対向するように、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なるプロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋがベルト移動方向に並設されている。プロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋは、大きくは現像装置５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋと像担持体となる感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを備えている。
【００１３】
感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋには、中間転写ベルト８を間にして１次転写部材となる１次転写ローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋが対向配置されていて、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに形成されたトナー像を中間転写ベルト８上に転写する１次転写ニップを感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋとの間に形成している。
【００１４】
中間転写ベルト８には、２次転写部材を構成する２次転写ローラ１９がベルトに接触して配置されていて、中間転写ベルト８との間に、中間転写ベルト８上に転写されたトナー像を記録媒体となる用紙Ｐに転写する２次転写ニップを構成している。２次転写ニップと排紙トレイ３０の間には、２次転写ニップを通過した用紙Ｐにトナー像を定着する定着装置２０が配置されている。
【００１５】
次に図２、図３を用いてプロセスカートリッジの構成と現像装置の構成について、詳細に説明する。なお、各色に対応した４つのプロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋは、作像プロセスに用いられるトナーの色が異なる以外はほぼ同一構造であるので、図２において、１つのプロセスカートリッジ６の構成を、符号のアルファベット（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）を省略して図示している。また、図３においても符号のアルファベット（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）の表記を省略して現像装置単体の構成を示している。
【００１６】
図２に示すプロセスカートリッジ６は、感光体ドラム１と、感光体ドラム１の周囲に配設された帯電部を構成する帯電ローラ４、現像部を構成する現像装置５、感光体クリーニング部２等で構成されている（図１では現像装置５の概略だけを表示している）。感光体ドラム１上では、周知の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）が行われ、感光体ドラム１上に所望のトナー像が形成される。
プロセスカートリッジ６を構成する、感光体ドラム１、帯電ローラ４、現像装置５、クリーニング部２は、１つのユニットとして構成されていて、装置本体１００に対して着脱自在に設置できるように構成されている。このため、プロセスカートリッジ６のメンテナンスを行なう際の作業性がよい。プロセスカートリッジ６としては、現像装置５とそれ以外の構成の２つのユニットとし、現像装置５を他の構成とは分離して交換可能としても良い。
【００１７】
なお、本実施形態では、プロセスカートリッジ６を１つあるいは２つのユニット構成としたが、感光体ドラム１、帯電ローラ４、現像装置５、クリーニング部２を、それぞれ単独のユニットとし、何れかの構成が寿命に達したときに、新品のものに交換できるようにしてもよい。
【００１８】
図２を参照して、感光体ドラム１は、不図示の駆動部によって図２中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電ローラ４との対向位置で、感光体ドラム１の表面が一様に帯電される（帯電工程である）。
【００１９】
感光体ドラム１の表面は、不図示の露光部から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によって原稿画像に応じた静電潜像が形成される（露光工程である）。
【００２０】
感光体ドラム１の表面は、現像装置５が備える現像剤担持体となる現像ローラ５１の対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、所望のトナー像が形成される（現像工程である）。
【００２１】
その後、感光体ドラム１の表面は、中間転写ベルト８及び第１転写ローラ９との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト８上に転写される（１次転写工程である）。このとき、感光体ドラム１上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
【００２２】
感光体１の表面は、クリーニング部２との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１上に残存した未転写トナーがクリーニングブレード２ａによって回収される（クリーニング工程である）。クリーニング後の感光体ドラム１の表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１上の残留電位が除去される。
【００２３】
こうして、感光体ドラム１上で行なわれる、一連の作像プロセスが終了する。
【００２４】
なお、上述した作像プロセスは、４つのプロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋで、それぞれ行なわれる。すなわち、図１を参照して、作像部の下方に配設された露光部から、画像情報に基いたレーザ光Ｌが、各作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの感光体ドラム上に向けて照射される。詳しくは、露光部は、光源からレーザ光Ｌを発して、そのレーザ光Ｌを回転駆動されたポリゴンミラーで走査しながら、複数の光学素子を介して感光体ドラム上に照射する。その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト８上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト８上にカラー画像が形成される。
【００２５】
４つの１次転写ローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト８を感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋに、トナーの極性とは逆極性の転写バイアスが図示しない電源部から印加される。
【００２６】
複数のローラ部材に巻き掛けられて、図１において反時計回りに走行する中間転写ベルト８は、１次転写ローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト８上に重ねて１次転写される。
【００２７】
その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト８は、２次転写ローラ１９との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ１２が、２次転写ローラ１９との間に中間転写ベルト８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト８上に形成されたカラートナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された用紙Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト８には、用紙Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。中間転写ベルト上に残存する未転写トナーは、図示せぬクリーニングユニットによって除去されることで初期状態に復帰する。
【００２８】
こうして、中間転写ベルト８上で行なわれる、一連の転写プロセスが終了する。
【００２９】
給紙部３３は、給紙トレイ２６内に収納された用紙Ｐを給紙ローラ２７が図１中の反時計方向に回転駆動されることによって１つずつ装置本体１００内の２次転写ニップに向かって給紙している。この給紙された用紙Ｐは給紙ローラ２７と２次転写ニップを結ぶ搬送経路上に配置されたレジストローラ２８によって一端停止され、２次転写ニップにトナー像が位置するタイミングで作動するレジストローラ２８によって２次転写ニップに送られる。そして２次転写ニップにおいて、用紙Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。
【００３０】
２次転写ニップの位置でカラー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置２０の位置に搬送される。そして、この位置で、周知の定着ローラ及び圧力ローラによる熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が用紙Ｐ上に定着される。カラー画像が定着された用紙Ｐは、排紙ローラ対２９のローラ間を経て、装置本体１００外へと排出される。排紙ローラ対２９によって装置本体１００外に排出された用紙Ｐは、出力画像として、排紙トレイ３０上に順次スタックされる。
【００３１】
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。
【００３２】
次に、図３〜図５を用いて現像装置５の構成と動作について、さらに詳しく説明する。
（代表的の構成）
図３は本発明に係る現像装置５を長手方向から見たときの断面図を示す。現像装置５は、そのケーシング内に、キャリアとトナーとからなる２成分現像剤Ｇ、感光体ドラム１に対向配置された現像剤担持体としての現像ローラ５１、現像ローラ５１と対向配置された現像剤規制部材としてのドクターブレード５２、ケーシング内に形成された第一搬送経路となる現像剤収容部５８と第二搬送経路となる現像剤収容部５８内に配設された第一及び第二の搬送部材となる２本の供給スクリュ５３、回収スクリュ５４、現像剤収容部５８内に配置され、現像剤Ｇ中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段となるトナー濃度検知センサ５６を備えている。
【００３３】
現像ローラ５１は、内部に固設されたマグネットや、マグネットの周囲を回転するスリーブ等で構成される。現像ローラ５１のマグネットには、Ｐ１極〜Ｐ５極の５つの磁極が形成されている。そして、５つの磁極が形成されたマグネットの周囲をスリーブが回転することで、その回転にともない現像剤Ｇが現像ローラ５１上（スリーブ上）を移動することになる。なお、図３の現像ローラ５１に付した放射状の線分は、Ｐ１極〜Ｐ５極のそれぞれの磁力がピークになる位置を示すものである。
【００３４】
ケーシング内には、ポリエステル樹脂を主成分とするトナー（５．８μｍ）と磁性微粒子であるキャリア（３５μｍ）を７ｗｔ％に均一混合した現像剤Ｇが一定量充填されている。
【００３５】
互いに並列に配置され、現像ローラ５１の長手方向に延びる供給スクリュ５３と回収スクリュ５４は、図示しない駆動源からの回転駆動力によって６００〜８００ｒｐｍで回転駆動されることで、現像剤Ｇを長手方向に搬送するものである。供給スクリュ５３と回収スクリュ５４は、補給後のトナー攪拌と搬送を同時に行い、トナーとキャリアの均一混合と帯電付与を行っている。均一混合された現像剤Ｇは、現像ローラ５１に近接して平行に設けられた供給スクリュ５３より現像ローラ５１（現像スリーブ）に内包されたマグローラ５５のＰ４，Ｐ５磁力によってスリーブ外周部の表面に搬送される。搬送された現像剤Ｇは、現像ローラ５１が図中矢印の通り回転することによって感光体ドラム１と現像ローラ５１によって作られる現像領域に運ばれ、図示しない高圧電源から現像ローラ５１に印加して現像バイアスによる現像電界を形成することによってトナーが感光体ドラム１上の潜像を現像する。現像後の現像剤は現像ローラ５１の回転に伴って現像装置５内に回収されるようになっており、回収ガイド（分離板）５７を介して回収スクリュ５４が配置された現像剤収容部５８に回収されるようになっている。
【００３６】
図４（ａ）は現像装置５の平面図（現像容器上壁を取り除いた状態）、図４（ｂ）は、現像剤収容部５８、５９近傍の長手方向の断面図である。図中の矢印は現像剤Ｇの流れ（スクリュ間および現像ローラから回収スクリュへの流れ）を示すものである。
【００３７】
図４（ｂ）に示す、供給スクリュ５３と回収スクリュ５４の両端に位置する領域ａ及び領域ｂでは、上段の回収スクリュ５４と下段の供給スクリュ５３による攪拌・搬送室となる現像剤収容部５８、５９が連通口５８０，５９０によって上下に連通しており、ａ部では上段から下段（現像剤収容部５９から現像剤収容部５８）へ、ｂ部では下段から上段（現像剤収容部５８から現像剤収容部５９）へ現像剤が搬送されるようになっている。領域ａ及び領域ｂに位置する回収スクリュ５４と下段の供給スクリュ５３のスクリュの形状は、パドルや逆巻きのスクリュ形状を成し、搬送方向に対して垂直方向への搬送能力を持たせている。
【００３８】
図５は現像装置５中における現像剤Ｇの堆積の様子を示す概略図である。この現像装置５では、供給スクリュ５３にて攪拌搬送を行いつつ現像ローラ５１に現像剤供給を行い回収スクリュ５４にすべて回収する方式を取っているため、現像剤Ｇの堆積状態が斜めになる。すなわち、供給スクリュ５３中の現像剤量が下流方向に従って減少する。供給スクリュ５３の径、ピッチと回転数から求まる現像剤搬送量能力：Ｗｍと現像ローラ５１上の現像剤搬送量：Ｗｓの関係がＷｍ＞Ｗｓとなる場合に、現像剤Ｇが一様に現像ローラ５１上に搬送されるようになる。この条件が成立しないと、供給スクリュ５３の下流側において現像剤Ｇが不足してしまい現像ローラ５１への現像剤Ｇの供給が不可能となってしまう。また、同様に現像ローラ５１から回収スクリュ５４へ現像剤を回収するが、嵩が高くなることにより回収されない現像剤Ｇが分離板５７と現像ローラ５１の隙間（図３参照）から供給スクリュ５３側へ入り込み、供給スクリュ５３にて十分に攪拌される事なく再び現像ニップへ供給されてしまう。即ち供給スクリュ５３及び回収スクリュ５４の回転数を現像ローラ５１上の現像剤搬送量を上回るように設定する必要が有り、必然的にスクリュは高回転に設定になってしまう。
【００３９】
すなわち、現像装置５（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）は、キャリアとトナーとを有する現像剤Ｇを収容するとともに、感光体ドラム１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）上に形成される潜像を現像するものであって、像担持体に対向し、現像剤Ｇを搬送する現像ローラ５１と、現像ローラ５１に担持された現像剤の量を規制するドクターブレード５２と、装置内に収容された現像剤を感光体ドラム１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）の長手方向に搬送して循環経路を形成する搬送手段５０を有し、搬送手段５０は、現像ローラ５１に略下方に対向配置され、現像剤Ｇを長手方向に搬送しながら現像ローラ５１に現像剤を供給する第一搬送部材となる搬送スクリュ５３と、現像ローラ５１から離脱した現像剤を搬送する第二搬送部材となる搬送スクリュ５４と、搬送スクリュ５３と搬送スクリュ５４の両端部に配置され、搬送スクリュ５３、５４間で現像剤を受け渡す連通口５８０，５９０とを備え、搬送スクリュ５３における搬送経路上流部に、トナー濃度検知手段５６を配設し、直流成分に交流成分を重畳する現像バイアスを現像ローラ５１に印加される構成とされている。
【００４０】
一般的にトナー濃度の検知は、２成分現像方式では、トナーとキャリアの重量比をトナー濃度とし、なるべくトナー濃度を一定に制御することで、安定した画像濃度を得ることができる。本形態において、トナー濃度検知センサ５６には透磁率センサを用いる。そして、本実施形態において、トナー濃度検知センサ５６は、第２現像剤搬送経路となる現像剤収容部５９の下部に配設した。
【００４１】
トナー濃度検知センサ（透磁率センサ）５６と、トナー濃度の関係を図１０に示す。トナー濃度には、トナー濃度検知センサ５６の出力値を用いる。トナー濃度が高いとトナー濃度検知センサ５６からの出力値が小さくなるので、トナー濃度検知センサ５６からの出力値をＶｔとし、トナー濃度制御基準値をＶｒｅｆとしたとき、出力値Ｖｔがトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆよりも大きい場合はトナー濃度が現在の狙いよりも低い状態にあることを示し、トナーを補給する制御を行う。また、出力値Ｖｔがトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆよりも小さい場合には、トナーの補給を実施しないように制御する。本形態においては、上記のトナー濃度検知手段５６によるトナー濃度制御で行うため、トナー濃度を下げるにはトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆを大きくする。トナーの補給とは、図１に示すように装置本体１００内に配置した各色のトナーが収納されたトナー補給ボトル３４（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）から各現像装置５（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）に対してトナーを補給することを指す。
（第１の実施形態）
本形態では、複写機の動作中にトナー濃度検知センサ５６から得られたトナー濃度情報となる出力値Ｖｔが、トナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆよりも高い場合に、現像ローラ５１に対する現像バイアスの交流成分を変更するものである。
【００４２】
トナー濃度検知センサ５６は、現像装置５内の現像剤Ｇのトナー濃度を検知しており、出力値Ｖｔを複写機が備える制御手段２００により狙い値となるトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆと比較を行い、トナー濃度（出力値Ｖｔ）が低いと判断した場合は、トナーを補給する動作を実施する。本制御を実施するに辺り、制御手段２００には、演算機能とメモリ機能、計測機能を備えた周知のコンピュータが用いられる。
【００４３】
制御手段２００によりトナー濃度が高いと判断された場合には現像剤Ｇ中のトナーが消費されるまでトナーを補給しないか、印刷動作以外のタイミングで現像剤中のトナーを強制消費するかが行われるのが一般的である。しかし、このような補給形態では、印刷中の急激なトナー濃度の変化に対応したトナー補給動作の実現が難しく、感光体ドラムにおける地肌汚れの要因となる。
【００４４】
地肌汚れが改善する手法としては、現像ローラ５１に印加する現像バイアスを制御することが挙げられる。特に、直流成分に交流成分を重畳する現像バイアスにおいては、交流成分をトナー濃度（出力値Ｖｔ）に応じて変更（補正）するのが好ましい。
【００４５】
現像バイアスにおける交流成分の補正方法には次の３つがある。
【００４６】
周波数を大きくする。
【００４７】
交流成分のプラス（＋）とマイナス（−）側への出力幅となるピークトゥピーク値Ｖｐｐを小さくする。
【００４８】
交流成分にプラスとマイナス側の比率Ｄｕｔｙをプラス側に大きくする。
【００４９】
以下に、これら３つの補正方法の検討結果を示す。
（評価条件）
・評価機
リコーｉｍａｇｉｏ ＭＰ Ｃ５０００改造機。
【００５０】
具体的には、本発明が適用された現像装置５をセットできるようにし、
外部電源より交流成分を重畳した現像バイアスを印加できるようにした。
【００５１】
・現像剤 ｉｍａｇｉｏ ＭＰ Ｃ５０００で使用する現像剤
トナー濃度 ７ｗｔ％
単位重量当たりのトナー帯電量Ｑ／Ｍ ３０μＣ／ｇ
・交流成分
周波数 １ｋＨｚ，４ｋＨｚ，７ｋＨｚ
Ｖｐｐ ５００Ｖ，１０００Ｖ
Ｄｕｔｙ（マイナス側成分比率） ３５％、４３％、５０％
波形 矩形波
（評価方法）
印刷途中で評価機を強制停止し、感光体ドラムの白部（地肌部）を粘着式の透明テープで採取し、画像濃度をＸマイナスｒｉｔｅ社製の分光測色計９３９を用いて測定した。地肌汚れを採取した透明テープの画像濃度（ΔＩＤ）が感光体ドラムの白部のトナー付着量を示しており、この値が小さいほど地肌汚れ量が少ないこととなる。
【００５２】
図６（ａ）は周波数を変更したときの測定結果を示す。
周波数を大きくしていくと地肌汚れを採取した透明テープの画像濃度（ΔＩＤ）が小さくなっており、地肌汚れが改善することがわかった。
図６（ｂ）は、所謂交流成分のピークトゥピーク値（Ｖｐｐ）を変更したときの測定結果を示す。
ピークトゥピーク値（Ｖｐｐ）を小さくすることで、地肌汚れを採取した透明テープの画像濃度（ΔＩＤ）が小さくなっており、地肌汚れが改善することがわかった。
図６（ｃ）は交流成分のＤｕｔｙを変更したときの測定結果を示す。
Ｄｕｔｙは、マイナス成分側の比率が小さくなるほど、地肌汚れが改善することがわかった。
【００５３】
このような測定結果から、現像ローラ５１に供給する現像バイアスの交流成分を上記に示した地肌汚れが改善する側に変更することで、印刷中の急激なトナー濃度の変化に対応したトナー補給動作を実現することができる。
【００５４】
図７に示すように、現像ローラ５１に供給された現像剤Ｇを供給側の搬送経路となる現像剤収納部５８（供給スクリュ５３）側に戻す通常の２成分現像方式の現像装置では、印刷する画像によりトナーの使用量が異なるので、画像によりトナー濃度が長手方向で偏差を持つ。
【００５５】
しかし、本形態に係る現像装置５では、図８に示すように、現像ローラ５１に汲み上げられた現像剤Ｇが回収側の搬送経路となる現像剤収納部５９（回収スクリュ５４）側に戻されるため、現像ローラ５１の長手方向のトナー濃度が安定する。よって、トナー濃度検知センサ５６を現像剤供給側となる現像剤収納部５８（供給スクリュ５３）の上流部に配設することで、供給側の現像剤収納部５８にある現像剤Ｇはトナー濃度検知センサ５６から得られたトナー濃度が把握しやすい。よって、トナー濃度が狙いトナー濃度の範囲になれば、すぐに現像バイアスの交流成分の補正を通常値に戻すことで、画像への影響も最小限となる。
【００５６】
よって、トナー濃度検知センサ５６がトナー濃度を狙いのトナー濃度よりも高いと制御手段２００が判断した場合は、現像バイアスの交流成分を地肌汚れ改善する出力値に変更するようにバイアス電源の出力を制御手段で補正制御すればい。この補正制御は現像バイアスの交流成分の周波数、ピークトゥピーク値（Ｖｐｐ）、Ｄｕｔｙのいずれか１つを変更しても良いし、２つ以上の要素を組み合わせて変更するようにしても良い。
【００５７】
例えば、地肌汚れが悪化するトナー濃度が８ｗｔ％以上を越えた場合とすると、トナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆとしては８ｗｔ％相当の（出力値Ｖｔ）を設定し、トナー濃度検知センサ５６から得られたトナー濃度情報Ｖｔが８ｗｔ％を越えていると判断された場合には、現像バイアスの交流成分を変更することで地肌汚れを改善できる。現像バイアスの交流成分の制御方法は、上記に示した周波数、ピークトゥピーク（Ｖｐｐ）、Ｄｕｔｙを地肌汚れ改善するように変更する。
【００５８】
以下に上記の評価機にトナー濃度８．５ｗｔ％の現像剤をセットし、交流成分の各パラメータを変更したときの地肌汚れ（感光体ドラム上の白部を採取した透明テープの画像濃度ΔＩＤ）を示す。
【００５９】
図９は、周波数を変更したときの地汚れの状態を示す。現像バイアスにおける交流成分の周波数としては、通常の画像形成動作中は４ｋＨｚとし、補正制御中は７ｋＨｚとしたとき、それぞれ０．０３と０．０１となり、地肌汚れ（ΔＩＤ）の低下が確認された。
【００６０】
図１０は、トナー濃度検知センサ５６として、透磁率センサの出力値と現像剤のトナー濃度の関係を図１０に示すもので、透磁率センサとトナー濃度の関係には直線関係が得られている。このため、透磁率センサ（トナー濃度検知センサ）５６の値からトナー濃度を算出することができる。
【００６１】
図１１は、トナー濃度検知センサ５６の出力に応じて、現像バイアスの交流成分の切替えタイミングの様子を示すタイミングチャートを示す。この例では、図１１より、トナー濃度検知センサ５６の出力値が３．０Ｖはトナー濃度７ｗｔ％であり、２．２Ｖでトナー濃度８ｗｔ％となっている。そこで、トナー濃度が８ｗｔ％になる前に地肌汚れの余裕度を上げるために、例えば、トナー濃度検知センサ５６の出力値が２．５Ｖ以下になった場合に現像バイアスの交流成分の変更を行なうことにより、地肌汚れの発生が改善され、安定した画像を得ることができる。
（第２の実施形態）
本形態では、第１の実施形態で説明した現像バイアスの交流成分の変更（補正）時期に特徴がある。すなわち、図１２に示すように、トナー濃度検知センサ５６で検知されたトナー濃度が、狙いのトナー濃度となるトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆよりも大きい場合には、供給スクリュ５３により現像ローラ５１に現像剤Ｇを供給する現像剤収容部５８での現像剤の搬送時間以上、交流成分の変更制御を実施する。
【００６２】
現像剤収容部５８の経路長をＬ、現像剤の搬送速度をＶｄとしたときに、現像剤が現像剤収容部５８を移動する時間は、Ｔｄ＝Ｌ／Ｖｄで求められるので、少なくともＴｄ以上の時間、交流成分の変更するように制御手段２００で制御する。
【００６３】
このような制御は、画像形成中に現像装置５内のトナー濃度が高い部分に対してのみ確実に、地肌汚れを改善する現像バイアスの交流成分の補正実行時間を最小限に押さるためである。これは、現像バイアスの交流成分を変更することは、狙いの画像から大きくではないが画像濃度やその他の画像品質がずれてしまうことから、変更を恒常的に行なうことは望ましくなく、できるだけ必要な時期に最小限の時間だけ行うことが望ましいためです。
【００６４】
具体的には、ここでは、実施的に画像に影響を与える現像ローラ５１の長手方向の長さをＬ、予め分かっている供給側の現像剤収容部５８内の現像剤の搬送速度をＶｄとすると、Ｌ／Ｖｄにより、現像剤収容部５８内を現像剤が移動する移動時間Ｔｄとなる。
また、本形態に係る現像装置５は、現像ローラ５１に現像剤を供給する現像剤収容部５８では、トナー濃度の変動を受けないので、供給側の現像剤収容部５８の最上流部から最下流部まで、トナー濃度検知センサ５６で検知されたトナー濃度の現像剤が、現像剤収容部５８の最下流領域ａまでそのトナー濃度で搬送される。このため現像ローラ５１への供給側の現像剤量が減少するがトナー濃度は変動しない。よって、トナー濃度検知センサ５６で高濃度のトナー濃度が検知された場合は、狙いのトナー濃度となるトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆよりも高いトナー濃度の現像剤が現像剤収容部５８の最下流まで搬送されることになる。つまり、トナー濃度検知センサ５６で検知された現像剤が供給側の搬送経路最下流までその現像剤が移動するまで間は地肌汚れが発生すると言える。よって、そのトナー濃度検知センサ５６で検知されたトナー濃度が現像剤が、検知位置から現像剤収容部５８の最下流に到達するまでは、地肌汚れ改善のための現像バイアスの交流成分の変更を行なう必要がある。よって、トナー濃度検知センサ５６でトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆよりも高く検知された最後の時点からＴｄ後まで現像バイアスの交流成分の変更を実行する。具体的には、少し余裕を持たせるためにＴｄよりも長い時間実行するのが好ましい。
【００６５】
この制御内容を、図１３のフローチャートに沿って説明する。この制御は、図１に示した制御手段２００によって実行される。制御手段２００としては複写機の装置本体１００に搭載されているものに限定されるものでは無く、例えば、各現像装置あるいは各プロセスカートリッジのしなくとも１つに制御手段２００を搭載する場合には、この搭載された制御手段２００によって制御を実行すれば良く、コスト的な問題を除くのであれば各現像装置あるいは各プロセスカートリッジに専用の制御手段２００を搭載して制御することも可能である。
【００６６】
図１３において、制御手段２００は、ステップＳＴ１において、図示しない電源ステッチがオン状態となり、図示しない複写スタートボタンが押されて画像形成動作が開始されると、ステップＳＴ２において、トナー濃度を検知する。ここではトナー濃度検知センサ５６からの出力値Ｖｔを読み込む。ステップＳＴ３では、読み込んだ出力値Ｖｔとトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆとを比較してトナー濃度を判定する。ここでトナー濃度（Ｖｔ）がトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆよりも低くない場合には、テップＳＴ４において画像形成動作が終了か否かを判定する。例えば設定枚数分の画像形成行なわれたか否かを給紙枚数や印刷枚数等を用いて判断する。画像形成動作が終了の場合には、この制御を終え、終了してない場合にはステップＳＴ２に戻る。
【００６７】
ステップＳＴ３において、読み込んだ出力値Ｖｔがトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆ寄りも低い場合には、濃度補正の必要があるものと判断しステップ判定し、ステップＳＴ５に進む。ステップＳＴ５では、上述した現像バイアスの交流成分の補正制御を実行し、ステップＳＴ６において、実行開始時間を計測する。この計測は制御手段２００の計測機能を用いても良いし、タイマーなどの計測手段を制御手段２００に接続して計測しても良い。
【００６８】
ステップＳＴ７では、読み込んだ出力値Ｖｔがトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆとからトナー濃度の高低を判断し、出力値Ｖｔがトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆを超えるまでは交流成分の補正制御を実行し、出力値Ｖｔがトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆを超えると、ステップＳＴ８に進む。
【００６９】
ステップＳＴ８では、交流成分に対する補正時間を計測し、当該計測時間ｔが現像剤の移動時間Ｔｄを超えるまでは交流成分に対する補正を実行し、計測時間ｔが現像剤の移動時間Ｔｄを超える、交流成分に対する補正を停止するので、補正実行時間を最小限にすることができ、画像品質に対する現像バイアスの変更による影響を最小限に抑えることができる。
【００７０】
上記各形態において、現像バイアスの交流成分の変更のパラメータとして、周波数、ピークトゥピーク（Ｖｐｐ）、Ｄｕｔｙを挙げたが、この中で画像形成動作中の交流成分の補正は、周波数を変更することで行なうのが好ましい。
【００７１】
これは、画像形成動作途中での現像バイアスの交流成分の変更は、画像品質への影響もあることから、とくに画像濃度への影響が大きい。ピークトゥピーク（Ｖｐｐ）を小さくすると画像濃度は低下し、Ｄｕｔｙもプラス側が大きくなると画像濃度が低下することから、画像濃度への影響が少ない周波数を変更することが望ましい。
【００７２】
上記各形態で用いた現像剤には、トナーの形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあるものを用いる。
【００７３】
これは、図１４（ａ），図１４（ｂ）は、形状係数ＳＦ−１、形状係数ＳＦ−２を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数ＳＦ−１は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式（１）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる形状の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。
【００７４】
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４） ・・・式（１）
ＳＦ−１の値が１００の場合トナーの形状は真球となり、ＳＦ−１の値が大きくなるほど不定形になる。
【００７５】
また、形状係数ＳＦ−２は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式（２）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００／４πを乗じた値である。
【００７６】
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）２／ＡＲＥＡ｝×（１００／４π） ・・・式（２）
ＳＦ−２の値が１００の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、ＳＦ−２の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
【００７７】
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡（Ｓマイナス８００：日立製作所製）でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３：ニレコ社製）に導入して解析して計算した。
【００７８】
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと各感光体ドラムとの接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなる。このため、流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２のいずれかが１８０を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
【００７９】
現像装置５は、供給側の現像剤収容部５８および回収側の現像剤収容部５９において、現像剤量の偏差を生じる。そこで現像剤の量のバランスを保つためにはある程度の現像剤の流動性を確保する必要があり、流動性はトナーの形状が寄与していることから、トナーの形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあるものを用いるのが望ましい。
【００８０】
図１に示す複写機はカラー画像を形成するために、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに対応した現像装置５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋを備えている。つまり、現像装置やプロセスカートリッジを複数個具備していることになるので、一回のプロセスでカラー画像を印刷することが可能となり、印刷時間の短時間化を図ることができる。
【００８１】
現像装置５と感光体ドラム１、帯電ローラ３及びクリーニング手段２のうち、少なくとも１つを装置本体１００に対して着脱自在とすることで、交換性を向上することができる。
【００８２】
図１に示す複写機はカラー画像を形成するために、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに対応した複数のプロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが装置本体に１００に対して着脱自在とされているので、寿命や故障による交換が必要なプロセスカートリッジのみを交換でき、ユーザーにとってコストがかからず、安定した画像を得ることができる。
【符号の説明】
【００８３】
Ｇ 二成分現像剤
１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ） 像担持体
２ クリーニング手段
４ 帯電手段
５（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ） 現像装置
６（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ） プロセスカートリッジ
５１ 現像剤担持体
５３ 第一搬送部材
５４ 第二搬送部材
５６ トナー濃度検知手段
５９ 第二搬送経路
５８ 第一搬送経路
２００ 制御手段
５８０，５９０ 連通口
Ｖｔ トナー濃度
Ｖｒｅｆ トナー濃度制御基準値
Ｔｄ 現像剤の移動時間
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８４】
【特許文献１】特開２００７−０５７６１７号公報
【特許文献２】特開２０００−２９３０２２号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置で用いる現像装置とプロセスカートリッジ及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置は、像担持体となる感光体の表面に形成された潜像を可視像とするのに現像装置から現像剤を潜像に供給している。現像剤としてキャリアとトナーを備えた二成分現像剤を用いる現像装置では、トナーが消費されるので、トナーの濃度を検知するためのトナー濃度検知手段がトナー搬送経路上に配置されていて、トナー濃度検知手段で検知したトナー濃度が、予め設定した狙いトナー−濃度〔基準値〕に満たない（トナー濃度が低い）場合には、トナー補給装置からトナーが補給されるように構成されている。しかし、この補給されるトナー量は、トナー濃度検知手段で検知したトナー濃度に応じて，その補給量が予め決められているが、補給誤差などによって急に多量のトナーが現像装置に補給された場合、補給されたトナーが十分に帯電できずに弱帯電や逆帯電トナーとなってしまい、感光体に潜像を形成していない部分にトナーが付着してしまう地肌汚れが発生してしまう。とくに印刷中の場合には、トナー濃度の調整などを実施すると印刷が中断するのでユーザーの印刷時間が長くなってしまい生産性が落ちることになる。
【０００３】
そこで、特許文献１では、地肌汚れを改善する図るために、トナー濃度検知手段によって検知されたトナー濃度が所定の範囲にあるときには現像バイアスの交流成分を基準の値に設定し、所定の範囲を越えたときには画質評価パラメータが許容範囲に収まるように現像バイアスの交流成分を補正する内容が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、放置時間が基準時間以上になると、初期画像に地肌汚れを生ずる可能性が高いと判断し、初期攪拌時やプリント時に、現像バイアスと通常のＶＥ（−６００ＶのＤＣバイアス）に代えて、ＶｐｐＡ（ＡＣ・ＤＣ重畳バイアス）を印加させて現像装置の帯電助長能力を高めている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の構成では、地肌汚れを改善のために、現像バイアスの交流成分の補正を行っているが、補正の時期は画像形成装置の電源を入れた後にトナー濃度の確認を行ってから現像バイアスの交流成分の補正を行っているので、生産性という点では改善の余地がある。特許文献２においては、帯電のために新たな放電電極などを追加する必要があるためにコスト増になりやすい。
本発明は、印刷中の急激なトナー濃度の変化に対してタイムラグが少なく地肌汚れの低減を図れる地汚れ改善対策を施した現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置を提案することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、印刷中の急激なトナー濃度の変化に対してタイムラグが少なく地肌汚れの低減を図れる地汚れ改善対策に関する技術的思想を具現化した現像装置として、キャリアとトナーとを有する二成分の現像剤を収容するとともに、像担持体上に形成される潜像を現像する現像装置であって、像担持体に対向し、現像剤を供給する現像剤担持体と、現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、装置内に収容された現像剤を長手方向に搬送して循環させる搬送手段と、搬送手段上に配置され現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、トナー濃度検知手段によって検知されたトナー濃度に応じて、現像剤担持体へ供給する直流成分に交流成分を重畳した現像バイアスが制御手段によって制御される現像装置において、制御手段により、画像形成動作中にトナー濃度検知手で検知されたトナー濃度が予め設定されたトナー濃度制御基準値よりも高い場合と判断された場合、現像バイアスにおける交流成分が変更されて印加するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、画像形成動作中にトナー濃度検知手で検知されたトナー濃度が予め設定されたトナー濃度制御基準値よりも高い場合と判断された場合、現像バイアスにおける交流成分を変更して印加するので、印刷中の急激なトナー濃度の変化に対してタイムラグが少なく地肌汚れの低減を図れることができ、良好な画像を得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一形態を示す要部構成図。
【図２】本発明に係るプロセスカートリッジの構成を示す拡大図。
【図３】本発明に係る現像装置の構成を示す拡大図。
【図４】本発明に係る現像装置の構成を示す図であり、（ａ）は現像装置の平面視図、（ｂ）は搬送手段の構成を示す断面図。
【図５】本発明に係る現像装置内での現像剤の堆積の様子を示す概略図。
【図６】本発明の主要部となる現像バイアスの交流成分の変更による特性を示す図であり、（ａ）は現像バイアスの交流成分の周波数と画像濃度の関係を示し、（ｂ）は交流成分のＶｐｐと画像濃度の関係を示し、（ｃ）は現像バイアスの交流成分のＤｕｔｙと画像濃度の関係を示す。
【図７】現像装置内での現像剤担持体による現像剤と流れを示す概略図。
【図８】現像装置内での現像剤担持体による現像剤と流れを示す概略図。
【図９】現像バイアスの交流成分として周波数を変更前後の地肌汚れの結果を示す図。
【図１０】トナー濃度検知手段の出力値とトナー濃度の関係を示す図。
【図１１】トナー濃度検知手段の出力値の出力変化と現像バイアスの交流成分の変化の一形態を示すタイミングチート。
【図１２】本発明に係る現像装置内での現像剤の搬送速度を説明するための概略図。
【図１３】現像バイアスの交流成分の変更の制御の一形態を示すフローチャート。
【図１４】現像剤で使用したトナーの形状係数を説明する図であり、（ａ）は形状係数ＳＦ−１を説明する図、（ｂ）は形状係数ＳＦ−２を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の特徴は、画像形成装置の画像形成動作中にトナー濃度検知手段で検知したトナー濃度がトナー濃度制御基準値となる狙いのトナー濃度よりも高い場合に、現像剤担持体へ印加する現像バイアスのうち、交流成分を変更する点にある。以下、この特徴を備えた各装置の構成について説明する。
【００１０】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。最初に本発明の技術思想の適用対象となる画像形成装置の全体構成と動作を説明し、次に画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジ及び現像装置の構成と、特徴部分について説明する。各実施の形態において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すに留め、先の説明との重複説明は極力省略する。
【００１１】
図１は、画像形成装置の一形態である、電子写真方式でカラー画像を形成可能な複写機を示す。画像形成装置としては複写機に限らず、プリンタ、ファクシミリ、あるいは、プリンタ、ファクシミリ，スキャナなどの、複合機のうち、少なくとも２つの機能を備えた複合機等であってよい。
【００１２】
図１に示すように、複写機は装置本体１００の上部に排紙部となる排紙トレイ３０と、その上方に原稿読取部３２を備え、装置本体１００の化法に給紙部３３を備えている。中間転写ユニット１０と、中間転写ユニット１０が備えている中間転写体となる中間転写ベルト８に対向するように、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なるプロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋがベルト移動方向に並設されている。プロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋは、大きくは現像装置５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋと像担持体となる感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを備えている。
【００１３】
感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋには、中間転写ベルト８を間にして１次転写部材となる１次転写ローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋが対向配置されていて、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに形成されたトナー像を中間転写ベルト８上に転写する１次転写ニップを感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋとの間に形成している。
【００１４】
中間転写ベルト８には、２次転写部材を構成する２次転写ローラ１９がベルトに接触して配置されていて、中間転写ベルト８との間に、中間転写ベルト８上に転写されたトナー像を記録媒体となる用紙Ｐに転写する２次転写ニップを構成している。２次転写ニップと排紙トレイ３０の間には、２次転写ニップを通過した用紙Ｐにトナー像を定着する定着装置２０が配置されている。
【００１５】
次に図２、図３を用いてプロセスカートリッジの構成と現像装置の構成について、詳細に説明する。なお、各色に対応した４つのプロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋは、作像プロセスに用いられるトナーの色が異なる以外はほぼ同一構造であるので、図２において、１つのプロセスカートリッジ６の構成を、符号のアルファベット（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）を省略して図示している。また、図３においても符号のアルファベット（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）の表記を省略して現像装置単体の構成を示している。
【００１６】
図２に示すプロセスカートリッジ６は、感光体ドラム１と、感光体ドラム１の周囲に配設された帯電部を構成する帯電ローラ４、現像部を構成する現像装置５、感光体クリーニング部２等で構成されている（図１では現像装置５の概略だけを表示している）。感光体ドラム１上では、周知の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）が行われ、感光体ドラム１上に所望のトナー像が形成される。
プロセスカートリッジ６を構成する、感光体ドラム１、帯電ローラ４、現像装置５、クリーニング部２は、１つのユニットとして構成されていて、装置本体１００に対して着脱自在に設置できるように構成されている。このため、プロセスカートリッジ６のメンテナンスを行なう際の作業性がよい。プロセスカートリッジ６としては、現像装置５とそれ以外の構成の２つのユニットとし、現像装置５を他の構成とは分離して交換可能としても良い。
【００１７】
なお、本実施形態では、プロセスカートリッジ６を１つあるいは２つのユニット構成としたが、感光体ドラム１、帯電ローラ４、現像装置５、クリーニング部２を、それぞれ単独のユニットとし、何れかの構成が寿命に達したときに、新品のものに交換できるようにしてもよい。
【００１８】
図２を参照して、感光体ドラム１は、不図示の駆動部によって図２中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電ローラ４との対向位置で、感光体ドラム１の表面が一様に帯電される（帯電工程である）。
【００１９】
感光体ドラム１の表面は、不図示の露光部から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によって原稿画像に応じた静電潜像が形成される（露光工程である）。
【００２０】
感光体ドラム１の表面は、現像装置５が備える現像剤担持体となる現像ローラ５１の対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、所望のトナー像が形成される（現像工程である）。
【００２１】
その後、感光体ドラム１の表面は、中間転写ベルト８及び第１転写ローラ９との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト８上に転写される（１次転写工程である）。このとき、感光体ドラム１上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
【００２２】
感光体１の表面は、クリーニング部２との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１上に残存した未転写トナーがクリーニングブレード２ａによって回収される（クリーニング工程である）。クリーニング後の感光体ドラム１の表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１上の残留電位が除去される。
【００２３】
こうして、感光体ドラム１上で行なわれる、一連の作像プロセスが終了する。
【００２４】
なお、上述した作像プロセスは、４つのプロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋで、それぞれ行なわれる。すなわち、図１を参照して、作像部の下方に配設された露光部から、画像情報に基いたレーザ光Ｌが、各作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの感光体ドラム上に向けて照射される。詳しくは、露光部は、光源からレーザ光Ｌを発して、そのレーザ光Ｌを回転駆動されたポリゴンミラーで走査しながら、複数の光学素子を介して感光体ドラム上に照射する。その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト８上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト８上にカラー画像が形成される。
【００２５】
４つの１次転写ローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト８を感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋに、トナーの極性とは逆極性の転写バイアスが図示しない電源部から印加される。
【００２６】
複数のローラ部材に巻き掛けられて、図１において反時計回りに走行する中間転写ベルト８は、１次転写ローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト８上に重ねて１次転写される。
【００２７】
その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト８は、２次転写ローラ１９との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ１２が、２次転写ローラ１９との間に中間転写ベルト８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト８上に形成されたカラートナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された用紙Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト８には、用紙Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。中間転写ベルト上に残存する未転写トナーは、図示せぬクリーニングユニットによって除去されることで初期状態に復帰する。
【００２８】
こうして、中間転写ベルト８上で行なわれる、一連の転写プロセスが終了する。
【００２９】
給紙部３３は、給紙トレイ２６内に収納された用紙Ｐを給紙ローラ２７が図１中の反時計方向に回転駆動されることによって１つずつ装置本体１００内の２次転写ニップに向かって給紙している。この給紙された用紙Ｐは給紙ローラ２７と２次転写ニップを結ぶ搬送経路上に配置されたレジストローラ２８によって一端停止され、２次転写ニップにトナー像が位置するタイミングで作動するレジストローラ２８によって２次転写ニップに送られる。そして２次転写ニップにおいて、用紙Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。
【００３０】
２次転写ニップの位置でカラー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置２０の位置に搬送される。そして、この位置で、周知の定着ローラ及び圧力ローラによる熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が用紙Ｐ上に定着される。カラー画像が定着された用紙Ｐは、排紙ローラ対２９のローラ間を経て、装置本体１００外へと排出される。排紙ローラ対２９によって装置本体１００外に排出された用紙Ｐは、出力画像として、排紙トレイ３０上に順次スタックされる。
【００３１】
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。
【００３２】
次に、図３〜図５を用いて現像装置５の構成と動作について、さらに詳しく説明する。
（代表的の構成）
図３は本発明に係る現像装置５を長手方向から見たときの断面図を示す。現像装置５は、そのケーシング内に、キャリアとトナーとからなる２成分現像剤Ｇ、感光体ドラム１に対向配置された現像剤担持体としての現像ローラ５１、現像ローラ５１と対向配置された現像剤規制部材としてのドクターブレード５２、ケーシング内に形成された第一搬送経路となる現像剤収容部５８と第二搬送経路となる現像剤収容部５８内に配設された第一及び第二の搬送部材となる２本の供給スクリュ５３、回収スクリュ５４、現像剤収容部５８内に配置され、現像剤Ｇ中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段となるトナー濃度検知センサ５６を備えている。
【００３３】
現像ローラ５１は、内部に固設されたマグネットや、マグネットの周囲を回転するスリーブ等で構成される。現像ローラ５１のマグネットには、Ｐ１極〜Ｐ５極の５つの磁極が形成されている。そして、５つの磁極が形成されたマグネットの周囲をスリーブが回転することで、その回転にともない現像剤Ｇが現像ローラ５１上（スリーブ上）を移動することになる。なお、図３の現像ローラ５１に付した放射状の線分は、Ｐ１極〜Ｐ５極のそれぞれの磁力がピークになる位置を示すものである。
【００３４】
ケーシング内には、ポリエステル樹脂を主成分とするトナー（５．８μｍ）と磁性微粒子であるキャリア（３５μｍ）を７ｗｔ％に均一混合した現像剤Ｇが一定量充填されている。
【００３５】
互いに並列に配置され、現像ローラ５１の長手方向に延びる供給スクリュ５３と回収スクリュ５４は、図示しない駆動源からの回転駆動力によって６００〜８００ｒｐｍで回転駆動されることで、現像剤Ｇを長手方向に搬送するものである。供給スクリュ５３と回収スクリュ５４は、補給後のトナー攪拌と搬送を同時に行い、トナーとキャリアの均一混合と帯電付与を行っている。均一混合された現像剤Ｇは、現像ローラ５１に近接して平行に設けられた供給スクリュ５３より現像ローラ５１（現像スリーブ）に内包されたマグローラ５５のＰ４，Ｐ５磁力によってスリーブ外周部の表面に搬送される。搬送された現像剤Ｇは、現像ローラ５１が図中矢印の通り回転することによって感光体ドラム１と現像ローラ５１によって作られる現像領域に運ばれ、図示しない高圧電源から現像ローラ５１に印加して現像バイアスによる現像電界を形成することによってトナーが感光体ドラム１上の潜像を現像する。現像後の現像剤は現像ローラ５１の回転に伴って現像装置５内に回収されるようになっており、回収ガイド（分離板）５７を介して回収スクリュ５４が配置された現像剤収容部５８に回収されるようになっている。
【００３６】
図４（ａ）は現像装置５の平面図（現像容器上壁を取り除いた状態）、図４（ｂ）は、現像剤収容部５８、５９近傍の長手方向の断面図である。図中の矢印は現像剤Ｇの流れ（スクリュ間および現像ローラから回収スクリュへの流れ）を示すものである。
【００３７】
図４（ｂ）に示す、供給スクリュ５３と回収スクリュ５４の両端に位置する領域ａ及び領域ｂでは、上段の回収スクリュ５４と下段の供給スクリュ５３による攪拌・搬送室となる現像剤収容部５８、５９が連通口５８０，５９０によって上下に連通しており、ａ部では上段から下段（現像剤収容部５９から現像剤収容部５８）へ、ｂ部では下段から上段（現像剤収容部５８から現像剤収容部５９）へ現像剤が搬送されるようになっている。領域ａ及び領域ｂに位置する回収スクリュ５４と下段の供給スクリュ５３のスクリュの形状は、パドルや逆巻きのスクリュ形状を成し、搬送方向に対して垂直方向への搬送能力を持たせている。
【００３８】
図５は現像装置５中における現像剤Ｇの堆積の様子を示す概略図である。この現像装置５では、供給スクリュ５３にて攪拌搬送を行いつつ現像ローラ５１に現像剤供給を行い回収スクリュ５４にすべて回収する方式を取っているため、現像剤Ｇの堆積状態が斜めになる。すなわち、供給スクリュ５３中の現像剤量が下流方向に従って減少する。供給スクリュ５３の径、ピッチと回転数から求まる現像剤搬送量能力：Ｗｍと現像ローラ５１上の現像剤搬送量：Ｗｓの関係がＷｍ＞Ｗｓとなる場合に、現像剤Ｇが一様に現像ローラ５１上に搬送されるようになる。この条件が成立しないと、供給スクリュ５３の下流側において現像剤Ｇが不足してしまい現像ローラ５１への現像剤Ｇの供給が不可能となってしまう。また、同様に現像ローラ５１から回収スクリュ５４へ現像剤を回収するが、嵩が高くなることにより回収されない現像剤Ｇが分離板５７と現像ローラ５１の隙間（図３参照）から供給スクリュ５３側へ入り込み、供給スクリュ５３にて十分に攪拌される事なく再び現像ニップへ供給されてしまう。即ち供給スクリュ５３及び回収スクリュ５４の回転数を現像ローラ５１上の現像剤搬送量を上回るように設定する必要が有り、必然的にスクリュは高回転に設定になってしまう。
【００３９】
すなわち、現像装置５（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）は、キャリアとトナーとを有する現像剤Ｇを収容するとともに、感光体ドラム１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）上に形成される潜像を現像するものであって、像担持体に対向し、現像剤Ｇを搬送する現像ローラ５１と、現像ローラ５１に担持された現像剤の量を規制するドクターブレード５２と、装置内に収容された現像剤を感光体ドラム１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）の長手方向に搬送して循環経路を形成する搬送手段５０を有し、搬送手段５０は、現像ローラ５１に略下方に対向配置され、現像剤Ｇを長手方向に搬送しながら現像ローラ５１に現像剤を供給する第一搬送部材となる搬送スクリュ５３と、現像ローラ５１から離脱した現像剤を搬送する第二搬送部材となる搬送スクリュ５４と、搬送スクリュ５３と搬送スクリュ５４の両端部に配置され、搬送スクリュ５３、５４間で現像剤を受け渡す連通口５８０，５９０とを備え、搬送スクリュ５３における搬送経路上流部に、トナー濃度検知手段５６を配設し、直流成分に交流成分を重畳する現像バイアスを現像ローラ５１に印加される構成とされている。
【００４０】
一般的にトナー濃度の検知は、２成分現像方式では、トナーとキャリアの重量比をトナー濃度とし、なるべくトナー濃度を一定に制御することで、安定した画像濃度を得ることができる。本形態において、トナー濃度検知センサ５６には透磁率センサを用いる。そして、本実施形態において、トナー濃度検知センサ５６は、第２現像剤搬送経路となる現像剤収容部５９の下部に配設した。
【００４１】
トナー濃度検知センサ（透磁率センサ）５６と、トナー濃度の関係を図１０に示す。トナー濃度には、トナー濃度検知センサ５６の出力値を用いる。トナー濃度が高いとトナー濃度検知センサ５６からの出力値が小さくなるので、トナー濃度検知センサ５６からの出力値をＶｔとし、トナー濃度制御基準値をＶｒｅｆとしたとき、出力値Ｖｔがトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆよりも大きい場合はトナー濃度が現在の狙いよりも低い状態にあることを示し、トナーを補給する制御を行う。また、出力値Ｖｔがトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆよりも小さい場合には、トナーの補給を実施しないように制御する。本形態においては、上記のトナー濃度検知手段５６によるトナー濃度制御で行うため、トナー濃度を下げるにはトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆを大きくする。トナーの補給とは、図１に示すように装置本体１００内に配置した各色のトナーが収納されたトナー補給ボトル３４（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）から各現像装置５（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）に対してトナーを補給することを指す。
（第１の実施形態）
本形態では、複写機の動作中にトナー濃度検知センサ５６から得られたトナー濃度情報となる出力値Ｖｔが、トナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆよりも高い場合に、現像ローラ５１に対する現像バイアスの交流成分を変更するものである。
【００４２】
トナー濃度検知センサ５６は、現像装置５内の現像剤Ｇのトナー濃度を検知しており、出力値Ｖｔを複写機が備える制御手段２００により狙い値となるトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆと比較を行い、トナー濃度（出力値Ｖｔ）が低いと判断した場合は、トナーを補給する動作を実施する。本制御を実施するに辺り、制御手段２００には、演算機能とメモリ機能、計測機能を備えた周知のコンピュータが用いられる。
【００４３】
制御手段２００によりトナー濃度が高いと判断された場合には現像剤Ｇ中のトナーが消費されるまでトナーを補給しないか、印刷動作以外のタイミングで現像剤中のトナーを強制消費するかが行われるのが一般的である。しかし、このような補給形態では、印刷中の急激なトナー濃度の変化に対応したトナー補給動作の実現が難しく、感光体ドラムにおける地肌汚れの要因となる。
【００４４】
地肌汚れが改善する手法としては、現像ローラ５１に印加する現像バイアスを制御することが挙げられる。特に、直流成分に交流成分を重畳する現像バイアスにおいては、交流成分をトナー濃度（出力値Ｖｔ）に応じて変更（補正）するのが好ましい。
【００４５】
現像バイアスにおける交流成分の補正方法には次の３つがある。
【００４６】
周波数を大きくする。
【００４７】
交流成分のプラス（＋）とマイナス（−）側への出力幅となるピークトゥピーク値Ｖｐｐを小さくする。
【００４８】
交流成分にプラスとマイナス側の比率Ｄｕｔｙをプラス側に大きくする。
【００４９】
以下に、これら３つの補正方法の検討結果を示す。
（評価条件）
・評価機
リコーｉｍａｇｉｏ ＭＰ Ｃ５０００改造機。
【００５０】
具体的には、本発明が適用された現像装置５をセットできるようにし、
外部電源より交流成分を重畳した現像バイアスを印加できるようにした。
【００５１】
・現像剤 ｉｍａｇｉｏ ＭＰ Ｃ５０００で使用する現像剤
トナー濃度 ７ｗｔ％
単位重量当たりのトナー帯電量Ｑ／Ｍ ３０μＣ／ｇ
・交流成分
周波数 １ｋＨｚ，４ｋＨｚ，７ｋＨｚ
Ｖｐｐ ５００Ｖ，１０００Ｖ
Ｄｕｔｙ（マイナス側成分比率） ３５％、４３％、５０％
波形 矩形波
（評価方法）
印刷途中で評価機を強制停止し、感光体ドラムの白部（地肌部）を粘着式の透明テープで採取し、画像濃度をＸマイナスｒｉｔｅ社製の分光測色計９３９を用いて測定した。地肌汚れを採取した透明テープの画像濃度（ΔＩＤ）が感光体ドラムの白部のトナー付着量を示しており、この値が小さいほど地肌汚れ量が少ないこととなる。
【００５２】
図６（ａ）は周波数を変更したときの測定結果を示す。
周波数を大きくしていくと地肌汚れを採取した透明テープの画像濃度（ΔＩＤ）が小さくなっており、地肌汚れが改善することがわかった。
図６（ｂ）は、所謂交流成分のピークトゥピーク値（Ｖｐｐ）を変更したときの測定結果を示す。
ピークトゥピーク値（Ｖｐｐ）を小さくすることで、地肌汚れを採取した透明テープの画像濃度（ΔＩＤ）が小さくなっており、地肌汚れが改善することがわかった。
図６（ｃ）は交流成分のＤｕｔｙを変更したときの測定結果を示す。
Ｄｕｔｙは、マイナス成分側の比率が小さくなるほど、地肌汚れが改善することがわかった。
【００５３】
このような測定結果から、現像ローラ５１に供給する現像バイアスの交流成分を上記に示した地肌汚れが改善する側に変更することで、印刷中の急激なトナー濃度の変化に対応したトナー補給動作を実現することができる。
【００５４】
図７に示すように、現像ローラ５１に供給された現像剤Ｇを供給側の搬送経路となる現像剤収納部５８（供給スクリュ５３）側に戻す通常の２成分現像方式の現像装置では、印刷する画像によりトナーの使用量が異なるので、画像によりトナー濃度が長手方向で偏差を持つ。
【００５５】
しかし、本形態に係る現像装置５では、図８に示すように、現像ローラ５１に汲み上げられた現像剤Ｇが回収側の搬送経路となる現像剤収納部５９（回収スクリュ５４）側に戻されるため、現像ローラ５１の長手方向のトナー濃度が安定する。よって、トナー濃度検知センサ５６を現像剤供給側となる現像剤収納部５８（供給スクリュ５３）の上流部に配設することで、供給側の現像剤収納部５８にある現像剤Ｇはトナー濃度検知センサ５６から得られたトナー濃度が把握しやすい。よって、トナー濃度が狙いトナー濃度の範囲になれば、すぐに現像バイアスの交流成分の補正を通常値に戻すことで、画像への影響も最小限となる。
【００５６】
よって、トナー濃度検知センサ５６がトナー濃度を狙いのトナー濃度よりも高いと制御手段２００が判断した場合は、現像バイアスの交流成分を地肌汚れ改善する出力値に変更するようにバイアス電源の出力を制御手段で補正制御すればい。この補正制御は現像バイアスの交流成分の周波数、ピークトゥピーク値（Ｖｐｐ）、Ｄｕｔｙのいずれか１つを変更しても良いし、２つ以上の要素を組み合わせて変更するようにしても良い。
【００５７】
例えば、地肌汚れが悪化するトナー濃度が８ｗｔ％以上を越えた場合とすると、トナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆとしては８ｗｔ％相当の（出力値Ｖｔ）を設定し、トナー濃度検知センサ５６から得られたトナー濃度情報Ｖｔが８ｗｔ％を越えていると判断された場合には、現像バイアスの交流成分を変更することで地肌汚れを改善できる。現像バイアスの交流成分の制御方法は、上記に示した周波数、ピークトゥピーク（Ｖｐｐ）、Ｄｕｔｙを地肌汚れ改善するように変更する。
【００５８】
以下に上記の評価機にトナー濃度８．５ｗｔ％の現像剤をセットし、交流成分の各パラメータを変更したときの地肌汚れ（感光体ドラム上の白部を採取した透明テープの画像濃度ΔＩＤ）を示す。
【００５９】
図９は、周波数を変更したときの地汚れの状態を示す。現像バイアスにおける交流成分の周波数としては、通常の画像形成動作中は４ｋＨｚとし、補正制御中は７ｋＨｚとしたとき、それぞれ０．０３と０．０１となり、地肌汚れ（ΔＩＤ）の低下が確認された。
【００６０】
図１０は、トナー濃度検知センサ５６として、透磁率センサの出力値と現像剤のトナー濃度の関係を図１０に示すもので、透磁率センサとトナー濃度の関係には直線関係が得られている。このため、透磁率センサ（トナー濃度検知センサ）５６の値からトナー濃度を算出することができる。
【００６１】
図１１は、トナー濃度検知センサ５６の出力に応じて、現像バイアスの交流成分の切替えタイミングの様子を示すタイミングチャートを示す。この例では、図１１より、トナー濃度検知センサ５６の出力値が３．０Ｖはトナー濃度７ｗｔ％であり、２．２Ｖでトナー濃度８ｗｔ％となっている。そこで、トナー濃度が８ｗｔ％になる前に地肌汚れの余裕度を上げるために、例えば、トナー濃度検知センサ５６の出力値が２．５Ｖ以下になった場合に現像バイアスの交流成分の変更を行なうことにより、地肌汚れの発生が改善され、安定した画像を得ることができる。
（第２の実施形態）
本形態では、第１の実施形態で説明した現像バイアスの交流成分の変更（補正）時期に特徴がある。すなわち、図１２に示すように、トナー濃度検知センサ５６で検知されたトナー濃度が、狙いのトナー濃度となるトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆよりも大きい場合には、供給スクリュ５３により現像ローラ５１に現像剤Ｇを供給する現像剤収容部５８での現像剤の搬送時間以上、交流成分の変更制御を実施する。
【００６２】
現像剤収容部５８の経路長をＬ、現像剤の搬送速度をＶｄとしたときに、現像剤が現像剤収容部５８を移動する時間は、Ｔｄ＝Ｌ／Ｖｄで求められるので、少なくともＴｄ以上の時間、交流成分の変更するように制御手段２００で制御する。
【００６３】
このような制御は、画像形成中に現像装置５内のトナー濃度が高い部分に対してのみ確実に、地肌汚れを改善する現像バイアスの交流成分の補正実行時間を最小限に押さるためである。これは、現像バイアスの交流成分を変更することは、狙いの画像から大きくではないが画像濃度やその他の画像品質がずれてしまうことから、変更を恒常的に行なうことは望ましくなく、できるだけ必要な時期に最小限の時間だけ行うことが望ましいためです。
【００６４】
具体的には、ここでは、実施的に画像に影響を与える現像ローラ５１の長手方向の長さをＬ、予め分かっている供給側の現像剤収容部５８内の現像剤の搬送速度をＶｄとすると、Ｌ／Ｖｄにより、現像剤収容部５８内を現像剤が移動する移動時間Ｔｄとなる。
また、本形態に係る現像装置５は、現像ローラ５１に現像剤を供給する現像剤収容部５８では、トナー濃度の変動を受けないので、供給側の現像剤収容部５８の最上流部から最下流部まで、トナー濃度検知センサ５６で検知されたトナー濃度の現像剤が、現像剤収容部５８の最下流領域ａまでそのトナー濃度で搬送される。このため現像ローラ５１への供給側の現像剤量が減少するがトナー濃度は変動しない。よって、トナー濃度検知センサ５６で高濃度のトナー濃度が検知された場合は、狙いのトナー濃度となるトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆよりも高いトナー濃度の現像剤が現像剤収容部５８の最下流まで搬送されることになる。つまり、トナー濃度検知センサ５６で検知された現像剤が供給側の搬送経路最下流までその現像剤が移動するまで間は地肌汚れが発生すると言える。よって、そのトナー濃度検知センサ５６で検知されたトナー濃度が現像剤が、検知位置から現像剤収容部５８の最下流に到達するまでは、地肌汚れ改善のための現像バイアスの交流成分の変更を行なう必要がある。よって、トナー濃度検知センサ５６でトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆよりも高く検知された最後の時点からＴｄ後まで現像バイアスの交流成分の変更を実行する。具体的には、少し余裕を持たせるためにＴｄよりも長い時間実行するのが好ましい。
【００６５】
この制御内容を、図１３のフローチャートに沿って説明する。この制御は、図１に示した制御手段２００によって実行される。制御手段２００としては複写機の装置本体１００に搭載されているものに限定されるものでは無く、例えば、各現像装置あるいは各プロセスカートリッジのしなくとも１つに制御手段２００を搭載する場合には、この搭載された制御手段２００によって制御を実行すれば良く、コスト的な問題を除くのであれば各現像装置あるいは各プロセスカートリッジに専用の制御手段２００を搭載して制御することも可能である。
【００６６】
図１３において、制御手段２００は、ステップＳＴ１において、図示しない電源ステッチがオン状態となり、図示しない複写スタートボタンが押されて画像形成動作が開始されると、ステップＳＴ２において、トナー濃度を検知する。ここではトナー濃度検知センサ５６からの出力値Ｖｔを読み込む。ステップＳＴ３では、読み込んだ出力値Ｖｔとトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆとを比較してトナー濃度を判定する。ここでトナー濃度（Ｖｔ）がトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆよりも低くない場合には、テップＳＴ４において画像形成動作が終了か否かを判定する。例えば設定枚数分の画像形成行なわれたか否かを給紙枚数や印刷枚数等を用いて判断する。画像形成動作が終了の場合には、この制御を終え、終了してない場合にはステップＳＴ２に戻る。
【００６７】
ステップＳＴ３において、読み込んだ出力値Ｖｔがトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆ寄りも低い場合には、濃度補正の必要があるものと判断しステップ判定し、ステップＳＴ５に進む。ステップＳＴ５では、上述した現像バイアスの交流成分の補正制御を実行し、ステップＳＴ６において、実行開始時間を計測する。この計測は制御手段２００の計測機能を用いても良いし、タイマーなどの計測手段を制御手段２００に接続して計測しても良い。
【００６８】
ステップＳＴ７では、読み込んだ出力値Ｖｔがトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆとからトナー濃度の高低を判断し、出力値Ｖｔがトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆを超えるまでは交流成分の補正制御を実行し、出力値Ｖｔがトナー濃度制御基準値Ｖｒｅｆを超えると、ステップＳＴ８に進む。
【００６９】
ステップＳＴ８では、交流成分に対する補正時間を計測し、当該計測時間ｔが現像剤の移動時間Ｔｄを超えるまでは交流成分に対する補正を実行し、計測時間ｔが現像剤の移動時間Ｔｄを超える、交流成分に対する補正を停止するので、補正実行時間を最小限にすることができ、画像品質に対する現像バイアスの変更による影響を最小限に抑えることができる。
【００７０】
上記各形態において、現像バイアスの交流成分の変更のパラメータとして、周波数、ピークトゥピーク（Ｖｐｐ）、Ｄｕｔｙを挙げたが、この中で画像形成動作中の交流成分の補正は、周波数を変更することで行なうのが好ましい。
【００７１】
これは、画像形成動作途中での現像バイアスの交流成分の変更は、画像品質への影響もあることから、とくに画像濃度への影響が大きい。ピークトゥピーク（Ｖｐｐ）を小さくすると画像濃度は低下し、Ｄｕｔｙもプラス側が大きくなると画像濃度が低下することから、画像濃度への影響が少ない周波数を変更することが望ましい。
【００７２】
上記各形態で用いた現像剤には、トナーの形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあるものを用いる。
【００７３】
これは、図１４（ａ），図１４（ｂ）は、形状係数ＳＦ−１、形状係数ＳＦ−２を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数ＳＦ−１は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式（１）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる形状の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。
【００７４】
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４） ・・・式（１）
ＳＦ−１の値が１００の場合トナーの形状は真球となり、ＳＦ−１の値が大きくなるほど不定形になる。
【００７５】
また、形状係数ＳＦ−２は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式（２）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００／４πを乗じた値である。
【００７６】
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）２／ＡＲＥＡ｝×（１００／４π） ・・・式（２）
ＳＦ−２の値が１００の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、ＳＦ−２の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
【００７７】
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡（Ｓマイナス８００：日立製作所製）でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３：ニレコ社製）に導入して解析して計算した。
【００７８】
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと各感光体ドラムとの接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなる。このため、流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２のいずれかが１８０を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
【００７９】
現像装置５は、供給側の現像剤収容部５８および回収側の現像剤収容部５９において、現像剤量の偏差を生じる。そこで現像剤の量のバランスを保つためにはある程度の現像剤の流動性を確保する必要があり、流動性はトナーの形状が寄与していることから、トナーの形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあるものを用いるのが望ましい。
【００８０】
図１に示す複写機はカラー画像を形成するために、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに対応した現像装置５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋを備えている。つまり、現像装置やプロセスカートリッジを複数個具備していることになるので、一回のプロセスでカラー画像を印刷することが可能となり、印刷時間の短時間化を図ることができる。
【００８１】
現像装置５と感光体ドラム１、帯電ローラ３及びクリーニング手段２のうち、少なくとも１つを装置本体１００に対して着脱自在とすることで、交換性を向上することができる。
【００８２】
図１に示す複写機はカラー画像を形成するために、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに対応した複数のプロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが装置本体に１００に対して着脱自在とされているので、寿命や故障による交換が必要なプロセスカートリッジのみを交換でき、ユーザーにとってコストがかからず、安定した画像を得ることができる。
【符号の説明】
【００８３】
Ｇ 二成分現像剤
１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ） 像担持体
２ クリーニング手段
４ 帯電手段
５（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ） 現像装置
６（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ） プロセスカートリッジ
５１ 現像剤担持体
５３ 第一搬送部材
５４ 第二搬送部材
５６ トナー濃度検知手段
５９ 第二搬送経路
５８ 第一搬送経路
２００ 制御手段
５８０，５９０ 連通口
Ｖｔ トナー濃度
Ｖｒｅｆ トナー濃度制御基準値
Ｔｄ 現像剤の移動時間
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８４】
【特許文献１】特開２００７−０５７６１７号公報
【特許文献２】特開２０００−２９３０２２号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアとトナーとを有する二成分の現像剤を収容するとともに、像担持体上に形成される潜像を現像する現像装置であって、
前記像担持体に対向し、前記現像剤を供給する現像剤担持体と、
装置内に収容された現像剤を長手方向に搬送して循環させる搬送手段と、
前記搬送手段上に配置され現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
前記トナー濃度検知手段によって検知されたトナー濃度に応じて、前記現像剤担持体へ供給する直流成分に交流成分を重畳した現像バイアスが制御手段によって制御される現像装置において、
前記制御手段により、画像形成動作中に前記トナー濃度検知手で検知されたトナー濃度が予め設定されたトナー濃度制御基準値よりも高い場合と判断された場合、前記現像バイアスにおける交流成分が変更されて印加されることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記搬送手段は、前記現像剤担持体の略下方に対向して形成された第一搬送経路内に配置され、前記現像剤を長手方向に搬送しながら前記現像剤担持体に現像剤を供給する第一搬送部材と、第一搬送経路と対向して形成された第二搬送経路内に配置され、前記現像剤担持体から離脱した現像剤を長手方向に搬送する第二搬送部材と、前記第一および第二搬送部材の両端部に配置され、前記第一搬送経路と第二搬送経路間で前記現像剤を受け渡す連通口とを備え、
前記トナー濃度検知手段は、第一搬送経路の上流部に配置されていることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記トナー濃度検知手で検知されたトナー濃度が、予め設定されたトナー濃度制御基準値よりも高い場合、
前記第一搬送経路内を移動する現像剤の移動時間以上、前記現像バイアスにおける交流成分が変更されて印加されることを特徴とする請求項２記載の現像装置。
【請求項４】
前記第一搬送経路の経路長をＬ、前記第一搬送経路内での現像剤の搬送速度をＶｄとしたときに、現像剤の移動時間は、Ｔｄ＝Ｌ／Ｖｄであることを特徴とする請求項２または３記載の現像装置。
【請求項５】
請求項１および２において、
前記現像バイアスの交流成分の変更は、交流成分の周波数を変更することで行なわれることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
前記現像剤に用いるトナーは、その形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、その形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項に記載の現像装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか１項に記載の現像装置を複数備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
少なくとも像担持体と現像装置とを備えたプロセスカートリッジにおいて、
前記現像装置として請求項１ないし６の何れか１項に記載の現像装置を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項９】
像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体に形成された潜像を可視化する現像装置、前記像担持体表面を清掃するクリーニング手段のうち、現像装置とこれ以外の少なくとも一つが一体化されてして、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、
前記現像装置として請求項１ないし６の何れか１項に記載の現像装置を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１０】
請求項８または９のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
キャリアとトナーとを有する二成分の現像剤を収容するとともに、像担持体上に形成される潜像を現像する現像装置であって、
前記像担持体に対向し、前記現像剤を供給する現像剤担持体と、
装置内に収容された現像剤を長手方向に搬送して循環させる搬送手段と、
前記搬送手段上に配置され現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
前記トナー濃度検知手段によって検知されたトナー濃度に応じて、前記現像剤担持体へ供給する直流成分に交流成分を重畳した現像バイアスが制御手段によって制御される現像装置において、
前記制御手段により、画像形成動作中に前記トナー濃度検知手で検知されたトナー濃度が予め設定されたトナー濃度制御基準値よりも高い場合と判断された場合、前記現像バイアスにおける交流成分が変更されて印加されることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記搬送手段は、前記現像剤担持体の略下方に対向して形成された第一搬送経路内に配置され、前記現像剤を長手方向に搬送しながら前記現像剤担持体に現像剤を供給する第一搬送部材と、第一搬送経路と対向して形成された第二搬送経路内に配置され、前記現像剤担持体から離脱した現像剤を長手方向に搬送する第二搬送部材と、前記第一および第二搬送部材の両端部に配置され、前記第一搬送経路と第二搬送経路間で前記現像剤を受け渡す連通口とを備え、
前記トナー濃度検知手段は、第一搬送経路の上流部に配置されていることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記トナー濃度検知手で検知されたトナー濃度が、予め設定されたトナー濃度制御基準値よりも高い場合、
前記第一搬送経路内を移動する現像剤の移動時間以上、前記現像バイアスにおける交流成分が変更されて印加されることを特徴とする請求項２記載の現像装置。
【請求項４】
前記第一搬送経路の経路長をＬ、前記第一搬送経路内での現像剤の搬送速度をＶｄとしたときに、現像剤の移動時間は、Ｔｄ＝Ｌ／Ｖｄであることを特徴とする請求項２または３記載の現像装置。
【請求項５】
請求項１および２において、
前記現像バイアスの交流成分の変更は、交流成分の周波数を変更することで行なわれることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
前記現像剤に用いるトナーは、その形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、その形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項に記載の現像装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか１項に記載の現像装置を複数備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
少なくとも像担持体と現像装置とを備えたプロセスカートリッジにおいて、
前記現像装置として請求項１ないし６の何れか１項に記載の現像装置を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項９】
像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体に形成された潜像を可視化する現像装置、前記像担持体表面を清掃するクリーニング手段のうち、現像装置とこれ以外の少なくとも一つが一体化されてして、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、
前記現像装置として請求項１ないし６の何れか１項に記載の現像装置を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１０】
請求項８または９のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１１４２２２（Ｐ２０１３−１１４２２２Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６２７５０（Ｐ２０１１−２６２７５０）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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