JP2008026659A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プロセスコントロールを行う画像形成装置において、高精度のプロセスコントロールを行い、かつ、環境に対する負荷を軽減する。
【解決手段】画像形成装置１０ａは、電子写真方式の画像形成装置であって、感光体１上に形成された基準トナーパッチのトナー量およびトナー帯電量に基づいてプロセスコントロールを行う制御装置３６と、感光体１上に形成された基準トナーパッチが用紙Ｐに転写されないように転写部材５を感光体１から離間させる転写部材離接機構３０と、転写部材５を通過した感光体１上の基準トナーパッチのトナーを除去するクリーニング部材３３と、クリーニング部材３３によって除去したトナーを現像装置４へ搬送するトナー循環回収機構３４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば複写機、プリンタ、ファクシミリ等に用いられ、像担持体上に形成された静電潜像をトナーによって現像し、これを記録材上に転写定着させる電子写真方式の画像形成装置に関するものである。

近年、電子写真方式を用いた画像形成装置において、高速化、カラー化、高画質化、高信頼性化の流れが加速している。これに加え、トナーの消費量を低減し、環境に配慮するといった市場の様々な要求に応じるべく研究開発が行われている。

各種の検知／制御技術の進歩に伴い、電子写真方式の画像形成装置においても、所謂プロセスコントロール（以下「プロコン」という）を行い、画質を高品位な状態に安定して保つための制御が多数実施あるいは提案されている。一般的なプロコンには、以下のような手法が用いられる。

（Ａ−１）感光体上に形成された基準トナーパッチの光学反射率（反射光濃度）を検知し、これに基づいて、トナー像に含まれるトナー量が最適になるように各部を制御する手法
モノクロ機などでは中間転写体あるいは用紙搬送も兼用した転写ベルトがないため、感光体上に形成された基準トナーパッチのトナー付着量（トナー濃度）を検知する手法が一般的である。そして、得られたトナー付着量（トナー濃度）に基づいて、所望の現像トナー量を得るための現像バイアス条件などを調節する。

（Ａ−２）中間転写体上の基準トナーパッチの光学反射率（反射光濃度）を検知し、これに基づいて各部を制御する手法
この手法は、カラー機においてよく用いられ、感光体上に形成された基準トナーパッチを中間転写体（用紙搬送も兼用した転写ベルトなど）上に一旦転写し、転写した基準トナーパッチのトナー付着量（トナー濃度）を検知するとともに、得られたトナー付着量（トナー濃度）に基づいて、所望の現像トナー量あるいは転写トナー量が得られるように、現像条件や転写条件を制御する。

以上の手法に加えて、さらに、感光体の表面電位（帯電電位および中間調状態を含む露光電位）を検知し、最適な帯電条件および露光条件となるように各部を制御する手法や、２成分系の現像システムではトナー濃度（キャリヤとトナーの比率）を検知して、所望のトナー濃度となるようにトナー補給条件を制御する手法を併用する場合もある。

しかしながら、これらの手法には以下の問題点がある。例えば、（Ａ−１）の手法によれば、現像工程直後のトナー像は所望のトナー量になるものの、転写工程後のトナー像のトナー量が最適になるとは限らない。これは、トナーパッチの帯電量が分からないために最適な転写電圧条件にすることができず、転写工程後にはトナー像が最適なトナー量になっていない可能性があるためである。特に２成分系の現像システムでは、トナー濃度を検知・制御することにより、現像されたトナー像が所定の帯電量となるように制御する工夫がなされているが、環境条件や使用状況（経時変化やトナー補給履歴等）によっては、現像されたトナー像が所定の帯電量とならない場合がある。そのため、感光体上には所定のトナー量が存在していたとしても、帯電量が高い場合には転写効率が低下したり、その逆の場合には再転写や飛び散りが起こりやすくなったりするといった問題が発生する。

一方、（Ａ−２）の手法においても、（Ａ−１）の手法と同様の問題が発生する。その上、この手法では現像工程と転写工程を経た後のトナーパッチの状態を検知するため、中間転写体上のトナーパッチが所望のトナー量になっていない場合に、その原因が現像工程に由来するのか、転写工程に由来するのかを特定することが困難である。そのため、プロコンに要する時間が長くなったり、精度が低下したりするといった不具合が生じる場合もある。

電子写真方式を用いた画像形成において、最も基本的かつ重要な物理現象は、荷電粒子であるトナーが、現像工程や転写工程において周囲に形成される電界に従って転移していく挙動である。このとき、トナーに作用する力Ｆｔは、トナーの電荷量（帯電量）Ｑｔと各工程での電界強度Ｅとの積に強く依存する。ここで、各工程での電界強度は、画像形成装置の構成要件や設計条件を予め最適化しておくことによって所望の状態にすることができるが、トナーの帯電量については周囲環境や経時変化の影響を強く受けるため、画像形成装置の構成要件や設計条件のみでは所望の状態にすることができない。従って、感光体上に形成されたトナー像の帯電量を実際に求め、この帯電量が適切な値となるように各部を適宜制御する必要があり、この処理は形成画像の質を向上させる上で重要な鍵となる。このような考えに基づき、プロコンにおいてトナー帯電量を求めるための技術が幾つか提案されている。

特許文献１には、感光体上に形成されたトナー像の表面電位とトナー付着量とを検出することによりトナー像の帯電量を求め、求めたトナー像の帯電量に基づいて各種のプロコンを行うことが開示されている。

また、特許文献２には、中間転写体に形成されたトナー像について、上記特許文献１と同様の方法によって帯電量を求めることが開示されている。
特開２００４−２２６５３３号公報（2004年8月12日公開） 特開２００４−７０２５１号公報（2004年3月4日公開）

特許文献１，２の技術を用いてプロコンを行うことにより、形成画像の質を向上させることができるようになるが、従来の技術には以下のような問題点がある。

プロコン用の基準トナーパッチに使用されたトナーは、トナー量や表面電位の検知後に感光体や中間転写体のクリーニングブレードで回収され、廃棄トナーとして処理される。また、プロコンの精度向上のために、複数回のパッチ作成、パッチ検出および各部の制御が繰り返される場合には、トナー消費がさらに多くなる。

昨今では、環境負荷の軽減が重視されており、電子写真装置においても、消費電力の削減や有害物質の発生の抑制、トナー消費量の削減などが求められているが、このような観点からすると、基準トナーパッチの形成によって大量のトナーが消費されることは好ましいこととはいえない。

ところで、感光体上に基準トナーパッチを形成する方法として、通常の電子写真プロセスの原理に則り、均一に帯電された感光体表面の所定領域を露光して基準パッチの静電潜像を作成するとともに、この静電潜像を現像して基準トナーパッチを得る方法がある。しかしながら、感光体の光感度特性は、環境条件や使用状況などに応じて変化するため、静電潜像における露光部の電位（露光電位）が安定しない。その結果、現像工程での現像電界が変化して、現像された基準トナーパッチに含まれるトナー量が変化したり、基準トナーパッチの表面電位の検知精度に誤差が生じたりすることがある。

そこで、これを防止するために、通常の電子写真プロセスに則った感光体への帯電や露光を行うことなく、感光体の基体層（通常は接地電位もしくは任意のバイアス電位）と現像ローラとの間に電位差（現像バイアス）を生じさせるとともに、この電位差（現像バイアス）を利用してトナーを感光体上へ転移させるバイアス現像を行う方法もある。この方法によれば、感光体の光感度特性の変化による影響を抑制することができる。しかしながら、バイアス現像を行うと、現像ローラの長手方向全域にわたって基準トナーパッチが形成されるため、プロコン時に廃棄されるトナー量が一層増加し、環境に対する負荷がさらに大きくなる。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、プロセスコントロールを行う画像形成装置において、高精度のプロセスコントロールを行い、かつ、環境に対する負荷を軽減することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、回転駆動され静電潜像およびトナー像を担持する像担持体と、該像担持体が担持する静電潜像にトナーを付着させることによりトナー像を形成する現像装置と、上記像担持体に当接して設けられ上記像担持体上のトナー像を転写対象物に転写する転写部材と、上記像担持体上に形成される基準トナー像に基づいてプロセスコントロールを行うプロセス制御手段とを備えた電子写真方式の画像形成装置であって、上記像担持体に形成された上記基準トナー像が上記転写対象物に転写されないように、上記転写部材を上記像担持体から離間させる転写部材離間手段と、上記転写部材を通過した上記像担持体上の基準トナー像のトナーを上記現像装置に再利用させるよう回収するトナー回収手段とをさらに備え、上記プロセス制御手段は、上記基準トナー像のトナー量およびトナー帯電量に基づいて上記プロセスコントロールを行うことを特徴とする。

上記構成によれば、プロセス制御手段によるプロセスコントロールは、上記基準トナー像のトナー量およびトナー帯電量に基づいて行われる。このように、プロセスコントロールを、基準トナー像のトナー量だけでなく、基準トナー像のトナー帯電量も考慮して行うので、プロセスコントロールの精度を向上させることができ、高品位な画像形成が可能になる。

加えて、上記構成によれば、転写部材離間手段によって転写部材が像担持体から離間されることにより、プロセスコントロールに用いられる基準トナー像は、転写対象物（例えば、転写部材そのもの、または、転写部材と像担持体とに挟持される中間転写体や記録用紙など）に転写されることがない。そして、転写対象物に転写されなかった像担持体上の基準トナー像は、下流においてトナー回収手段によって回収される。これにより、プロセスコントロールに用いる基準トナー像を再利用することによりトナー消費量を低減させることができるので、環境に対する負荷を軽減することができる。

また、上記画像形成装置は、上記トナー回収手段として、上記転写部材を通過した上記像担持体上の上記基準トナー像を除去するクリーニング部材と、上記クリーニング部材によって除去された上記基準トナー像のトナーを上記現像装置へ搬送するトナー搬送手段とを備えていてもよい。

上記構成によれば、転写部材を通過した像担持体上の基準トナー像は、クリーニング手段によって除去され、その後、トナー搬送手段によって現像装置へ搬送される。従って、比較的簡易に、像担持体上の基準トナー像を回収することができる。

また、上記現像装置は、上記トナー回収手段として、上記転写部材を通過した上記像担持体上の基準トナー像のトナーを回収してもよい。

上記構成によれば、クリーナレス方式を実現でき、現像装置によって像担持体上の基準トナー像のトナーを回収することができる。この方式によれば、基準トナー像のトナーを回収するために、新たな部材を設ける必要がなく、コストを削減することができる。

また、この場合、上記画像形成装置は、上記転写部材よりも上記像担持体の回転方向下流側に配置され、上記転写部材を通過した上記像担持体上のトナー像を該像担持体に当接して除去するクリーニング部材と、上記像担持体に形成された上記基準トナー像が上記クリーニング部材によって除去されないように、上記クリーニング部材を上記像担持体から離間させるクリーニング部材離間手段とをさらに備え、上記現像装置は、上記クリーニング部材を通過した上記像担持体上の基準トナー像のトナーを回収してもよい。

上記構成によれば、基準トナー像についてはクリーナレス方式により現像装置によって回収される一方、基準トナー像以外の通常のトナー像については、転写部材によって転写された後に、残留トナーがクリーニング部材によって除去される。従って、プロセスコントロール時以外の通常の画像形成時において、クリーニングの際にトナーと一緒に回収される可能性のある紙粉やゴミが現像装置に紛れ込むリスクを低減できる。このように現像工程に悪影響を及ぼす物質が現像装置に入り込むのを抑制することにより、より高品位な画像形成を行うことができる。

また、上記画像形成装置は、上記像担持体に形成された上記基準トナー像の表面電位を検出する電位検出手段と、上記像担持体に形成された上記基準トナー像のトナー量を検出するトナー量検出手段とをさらに備え、上記プロセス制御手段は、上記トナー量検出手段によって検出される上記基準トナー像のトナー量と上記電位検出手段および上記トナー量検出手段による検出結果から算出される上記基準トナー像のトナー帯電量とに基づいて上記プロセスコントロールを行うことが好ましい。

上記構成によれば、トナー量検出手段によって基準トナー像のトナー量が検出される。また、検出された基準トナー像のトナー量と、電位検出手段によって検出された基準トナー像の表面電位とから、基準トナー像のトナー帯電量が算出される。そして、求められたこれらの基準トナー像のトナー量およびトナー帯電量に基づいてプロセスコントロールが行われる。このように、プロセスコントロールを、基準トナー像のトナー量だけでなく、基準トナー像のトナー帯電量も考慮して行うので、プロセスコントロールの精度を向上させることができ、高品位な画像形成が可能になる。

あるいは、上記像担持体上の基準トナー像は、上記像担持体上の基準静電潜像を上記現像装置が現像することにより形成され、上記像担持体に形成された上記基準トナー像の表面電位を検出する電位検出手段と、上記現像装置が上記基準静電潜像を現像する際に上記現像装置から上記像担持体へ流れる現像電流を検出する現像電流検出手段とをさらに備え、上記プロセス制御手段は、上記電位検出手段および上記現像電流検出手段による検出結果から算出される上記基準トナー像のトナー帯電量およびトナー量に基づいて上記プロセスコントロールを行ってもよい。

上記構成によれば、電位検出手段および現像電流検出手段による検出結果から基準トナー像のトナー帯電量およびトナー量が算出され、プロセスコントロールが算出された基準トナー像のトナー量およびトナー帯電量に基づいて行われる。このように、プロセスコントロールを、基準トナー像のトナー量だけでなく、基準トナー像のトナー帯電量も考慮して行うので、プロセスコントロールの精度を向上させることができ、高品位な画像形成が可能になる。

さらにあるいは、上記像担持体上の基準トナー像は、上記像担持体上の基準静電潜像を上記現像装置が現像することにより形成され、上記像担持体に形成された上記基準トナー像のトナー量を検出するトナー量検出手段と、上記現像装置が上記基準静電潜像を現像する際に上記現像装置から上記像担持体へ流れる現像電流を検出する現像電流検出手段とをさらに備え、上記プロセス制御手段は、上記トナー量検出手段によって検出される上記基準トナー像のトナー量と上記トナー量検出手段および上記現像電流検出手段による検出結果から算出される上記基準トナー像のトナー帯電量とに基づいて上記プロセスコントロールを行ってもよい。

上記構成によれば、トナー量検出手段によって基準トナー像のトナー量が検出される。また、検出された基準トナー像のトナー量と、現像電流検出手段による検出結果とから、基準トナー像のトナー帯電量が算出される。そして、求められたこれらの基準トナー像のトナー量およびトナー帯電量に基づいてプロセスコントロールが行われる。このように、プロセスコントロールを、基準トナー像のトナー量だけでなく、基準トナー像のトナー帯電量も考慮して行うので、プロセスコントロールの精度を向上させることができ、高品位な画像形成が可能になる。

また、上記画像形成装置は、上記像担持体上の静電潜像が上記現像装置によって現像されないように、上記現像装置を上記像担持体から離間させる現像装置離間手段をさらに備え、上記電位検出手段は、上記現像装置よりも上記像担持体の回転方向下流側で、かつ、上記トナー回収手段よりも上記像担持体の回転方向上流側に配置され、上記現像装置によって上記像担持体に形成された上記基準トナー像の表面電位と、上記現像装置離間手段が上記現像装置を上記像担持体から離間させることにより上記現像装置によって現像されなかった上記像担持体上の静電潜像の表面電位とを検出し、上記プロセス制御手段は、上記電位検出手段によって検出された上記基準トナー像および上記静電潜像の表面電位から、上記基準トナー像におけるトナー層の表面−底部間の電位差であるトナー層電位差を求めるとともに、求めたトナー層電位差に基づいて上記基準トナー像のトナー帯電量を算出することが好ましい。

基準トナー像の表面電位は、静電潜像の表面電位にトナー層電位差を足したものに相当するため、上記構成によれば、電位検出手段によって検出された基準トナー像および静電潜像の表面電位から、基準トナー像のトナー層電位差が求められる。そして、このトナー層電位差に基づいて基準トナー像のトナー帯電量が算出される。このように、静電潜像の表面電位の実測値を用いて求められたトナー層電位差を用いてトナー帯電量を算出するため、トナー帯電量を正確に求めることができる。

さらに、上記構成によれば、静電潜像の表面電位を電位検出手段によって検出する際に、現像装置が現像装置離間手段によって像担持体から離間されるため、現像装置が静電潜像の電位を変化させるなど、静電潜像に悪影響を及ぼすのを防止することができる。従って、静電潜像の表面電位を正確に求めることができ、ひいてはトナー帯電量を正確に求めることができる。

また、上記現像装置は、上記現像装置は、上記像担持体に直流電圧のみの現像バイアスを用いてトナーを付着させることにより、上記基準トナー像を上記像担持体に形成することが好ましい。

通常では、現像性や均一性を向上させることを目的として、現像の際に交番電圧を重畳した現像バイアスを用いることが多いが、このような現像バイアスをプロコン時の現像電流の検出に用いると、現像電流の検出が正確に検出できず、トナー帯電量の検出が不正確になるおそれがある。

ここで上記構成によれば、基準トナー像の形成に直流電圧のみの現像バイアスを用いることにより、現像電流を正確に検知することができ、その結果、トナー帯電量を正確に検出することができる。よって、プロコンの精度を向上させることができる。

また、上記画像形成装置は、上記像担持体を均一に帯電させる帯電装置と、上記帯電装置によって均一に帯電された後の上記像担持体を露光することによって上記像担持体上に静電潜像を形成する露光装置とをさらに備え、上記現像装置は、上記帯電装置による帯電、および、上記露光装置による露光の何れも行われていない上記像担持体に現像バイアスを用いてトナーを付着させるバイアス現像により、上記基準トナー像を上記像担持体に形成してもよい。

上記の構成によれば、通常のトナー像の形成は、像担持体の表面の所定領域を帯電装置が均一に帯電させた後に、露光装置がその所定領域を露光することにより静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置が現像する電子写真プロセスによって行われる。ところが、この電子写真プロセスでは、像担持体の特性の変動に応じて帯電電位や露光電位が変動し、意図した条件にならない場合がある。それゆえ、この電子写真プロセスをプロセスコントロール用の基準トナー像の形成に用いると、プロセスコントロール時の条件が不正確になり、その結果、プロセスコントロールの精度が低下してしまうおそれがある。また、基準トナー像の表面電位の計測過程においても、トナー層下の像担持体表面の電位（すなわち露光領域の電位）が変動してしまうと、基準トナー像のトナー層電位差を正確に測定できなくなることがある。

ここで上記構成によれば、基準トナー像の形成は、像担持体への帯電および露光を行わず、現像バイアスのみを利用したバイアス現像によって行われる。従って、像担持体の特性の変動に起因するプロセスコントロールの精度の低下を防止することができる。

なお、バイアス現像を行う場合には、像担持体の長手方向全域わたって基準トナー像が形成されるため、基準トナー像の形成に必要なトナー量が増大するが、本発明の構成によれば、上述したようにトナー回収手段によって基準トナー像のトナーが回収されないので、トナー消費量が増大せずに好適である。

また、上記プロセス制御手段は、上記プロセスコントロールとして、上記像担持体を均一に帯電させる際の帯電電位、上記像担持体に静電潜像を形成する際の像担持体への露光量、上記像担持体上の静電潜像を現像する際に用いる現像電圧、上記像担持体上のトナー像を上記転写対象物に転写する際に用いる転写電圧、および上記像担持体上の静電潜像を現像するのに用いる２成分系トナーのトナー濃度、のうちの少なくとも１つを調節することが好ましい。

上記構成によれば、プロセス制御手段によって、画像形成時の諸条件を調節することができる。

以上のように、本発明に係る画像形成装置は、上記像担持体に形成された上記基準トナー像が上記転写対象物に転写されないように、上記転写部材を上記像担持体から離間させる転写部材離間手段と、上記転写部材を通過した上記像担持体上の基準トナー像のトナーを上記現像装置に再利用させるよう回収するトナー回収手段とを備え、上記プロセス制御手段は、上記基準トナー像のトナー量およびトナー帯電量に基づいて上記プロセスコントロールを行う構成となっている。

従って、上述したように高精度のプロセスコントロールを行い、かつ、環境に対する負荷を軽減できるという効果を奏する。

〔実施形態〕
本発明の一実施形態について図１から図８に基づいて説明すると以下の通りである。なお、以下の説明は本発明を具体化する一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。この項では、各実施形態に共通の構成について説明する。

図２は、本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置１０の概略構成を示す断面図である。図２に示すように、画像形成装置１０は、感光体（像担持体）１、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写部材５、定着装置６、除電装置７を備えた電子写真方式の画像形成装置である。

感光体１は円筒形状であり、図２に示す矢印方向に回転駆動される。そして、この感光体１の周囲に、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写部材５、除電装置７が、感光体１の回転方向上流側から下流側にかけてこの順で配置されている。また、後述する各実施形態では、さらに他の部材が配置されていることもある。感光体１と転写部材５との間には、例えばＰＰＣ用紙などの用紙（記録媒体）Ｐが搬送される用紙搬送路が配置されている。そして、用紙搬送路の感光体よりも搬送方向下流側には、定着装置６が配置されている。

感光体は、図２に示すように、基材１ａ上に光導電層１ｂが形成されたものであり、静電潜像やトナー像を担持する。基材１ａとしては、例えばアルミニウムなどの金属ドラムを用いることができ、一方、光導電層１ｂとしては、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）もしくはセレン（Ｓｅ）または有機光半導体（ＯＰＣ）などを薄膜状に形成したものを用いることができるが、特に限定されるものではない。

帯電装置２は、感光体１の表面を所定の均一な電位になるように帯電させるものである。帯電装置２としては、例えばタングステンワイヤなどの帯電線、金属製のシールド板およびグリッド板などからなる非接触帯電方式のコロナ帯電器や、接触帯電方式の帯電ローラまたは帯電ブラシなどを用いることができるが、特に限定されるものではない。

露光装置３は、均一に帯電された感光体１の表面に対して露光を行うことにより、感光体１の表面に静電潜像を形成するものである。露光装置３としては、レーザ光を照射する半導体レーザや、発光ダイオードなどを用いることができるが、特に限定されるものではない。

現像装置４は、感光体１の静電潜像にトナーを付着させ、トナー像を形成するものである。現像装置４は容器１６を有し、この容器１６の内部にはマグネットローラからなる現像ローラ１７と、攪拌手段としての攪拌搬送スクリュー１８・１９とが回転可能に配設されている。図２では、攪拌手段としてスクリュータイプのものを用いているが本発明はこれに限定されず、パドル状のものを使用してもよい。

また、容器１６内には、トナーとキャリヤとを含む２成分系の現像剤が収容されている。容器１６内において、トナーは、キャリヤに対して重量比が数％程度になるように混合される。キャリヤは、磁性を有する粒子の表面に、帯電性を制御したり、トナーの粘着を抑制したりするための樹脂コート層を有したものである。また、樹脂粒子中に磁性体微粉末を分散させた樹脂キャリヤ等を用いることもできる。

このキャリヤとトナーとが攪拌搬送スクリュー１８・１９によって撹拌されると、トナーが摩擦により帯電する。そして、マグネットローラからなる現像ローラ１７がキャリヤを磁力によって吸着し、磁気ブラシを形成する。また、現像装置４には、現像ローラ１７と対向してドクタ２０が設けられており、現像ローラ１７に形成された磁気ブラシの穂立ちの高さが規制されるようになっている。

また、図示しない電源装置が現像ローラ１７に所定の電圧を印加することにより、現像ローラ１７と感光体１との間には、所定の電界（現像バイアス）が形成される。

容器１６の上壁部には、補給用開口が設けられ、この補給用開口に補給現像剤供給ユニット２５が上方から嵌着されている。補給現像剤供給ユニット２５の底部には、図示しない制御装置により駆動制御される現像剤供給ローラ２２が設けられている。現像剤供給ローラ２２は、回転駆動されることによって、駆動時間に応じた量だけ現像剤を容器１６内へ供給する。

また、容器１６の内部には、容器１６内のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ２１が設けられている。このトナー濃度センサ２１は、透磁率センサからなり、容器１６内を搬送される現像剤に接触して透磁率を検知する。ここで検知された透磁率は、図示しない演算装置において、キャリヤとトナーの比率を求めるために用いられる。

例えば、トナー濃度センサ２１近傍の現像剤中に含まれるキャリヤ量が少ない場合には、トナー比率が高いと判断され、一方、トナー濃度センサ２１に接触するキャリヤ量が多い場合には、トナー比率が低いと判断される。このトナー濃度センサ２１の検出信号は、図示しない制御装置に入力され、この検出信号に基づいて補給現像剤供給ユニット２５の現像剤供給ローラ２２が駆動され、該ローラ２２が容器１６内に補給現像剤を適宜供給することにより、容器１６内の現像剤が適切なトナー濃度（トナー比率）になるように調節される。

転写部材５は、感光体１の表面に形成されたトナー像を用紙（転写対象物）Ｐに転写するものである。転写部材５は、感光体１に所定の圧力で当接しており、この当接部にはトナー像の転写に必要な電界（転写電界）が形成される。転写部材５としては、図２に示す転写ローラを用いることができるが、本発明はこれに限定されるものではなく、転写ベルトやコロナ帯電器、転写ブラシであってもよい。

なお、本実施形態では、転写部材５によって感光体１上のトナー像が直接用紙Ｐに転写される構成となっているが、本発明はこれに限定されず、感光体１上のトナー像を転写ローラや中間転写ベルトなどの中間転写体に一旦転写し、その後用紙Ｐに転写するものであってもよい。

転写部材５は、感光体１に対して離接可能に設けられている。すなわち、転写部材５には転写部材離接機構（転写部材離間手段）３０が備えられ、転写部材離接機構３０により、転写部材５は必要に応じて感光体１に当接したり、感光体１から離間したりする。この転写部材離接機構３０は、具体的には、偏心カムにより、あるいは、スプリングおよび電磁クラッチなどを組み合わせることにより実現できる。

定着装置６は、一対の加熱ローラおよび加圧ローラからなり、トナー像が転写された用紙Ｐを加熱および圧接することにより、用紙Ｐにトナー像を定着させるものである。

除電装置７は、感光体１の表面に残存する電荷を除去するものである。除電装置７としては、例えば除電ランプを用いることができるが特に限定されるものではない。

次に、この画像形成装置１０による画像形成プロセスについて説明する。

まず、帯電装置２が、感光体１の表面を所定の電位になるよう均一に帯電する（帯電工程）。そして、感光体１が回転駆動されることにより、感光体１の表面上の均一に帯電された領域が露光装置３に到達する。続いて、この均一に帯電された感光体１の表面に対して、形成したい画像に応じた露光を露光装置３が行うことにより、静電潜像が形成される（露光工程）。この静電潜像は、スキャナによって読み取った原稿画像のデータやホストコンピュータから送信された画像データに対応した画像となっている。

そして、感光体１の表面に形成された静電潜像が感光体１の回転により現像装置４に到達すると、現像装置４が現像ローラ１７を回転駆動させ、磁気ブラシに含まれるトナーが静電潜像に当接する。このとき、磁気ブラシに含まれるトナーは、現像電界（現像バイアス）によってキャリヤから静電潜像へ転移する。その結果、静電潜像が可視化され、静電潜像に対応したトナー像が形成される（現像工程）。

続いて、感光体１の表面に形成されたトナー像が感光体１の回転により転写部材５の近傍に到達する。ここで、プロセスコントロールのための基準トナーパッチを作成しない場合は、転写部材５が感光体１側に圧接されるとともに、用紙Ｐが感光体１と転写部材５との間に搬送される。そして、転写電界により、感光体１上のトナー像が用紙Ｐに転写される（転写工程）。トナー像が転写された用紙Ｐは定着装置６へ搬送されるとともに、定着装置６がトナー像を用紙Ｐ上に定着する（定着工程）。

一方、トナー像が転写された感光体１の表面は、クリーニング部材（クリーニングブレードなど）が設けられている場合は、クリーニング装置によって残留トナーや紙粉が除去される（クリーニング工程）。そして、除電装置７が感光体１の表面の電荷を除電する（除電工程）。一方、クリーニング部材が設けられていないクリーナレス方式の場合は、除電装置７によって感光体１の表面の除電が行われるとともに、現像装置４によって残余のトナーが回収される。

以上のような一連の処理により、画像形成プロセスが終了する。

なお、上述した実施形態では、単色画像を形成する画像形成装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、カラー画像を形成する画像形成装置であってもよい。カラー画像を形成する画像形成装置の場合には、異なるトナー色について現像装置と感光体とを少なくとも３組以上有するタンデム型や、１つの感光体を有するとともに色を順次重ねていく３ないし４回転型の画像形成装置などであってもよい。これらについては公知の技術を用いればよく、本明細書では詳細な説明を省略する。

〔実施形態１〕
本発明の第１の実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置１０ａの概略構成を示す断面図である。

本実施形態の画像形成装置１０ａは、上述した画像形成装置１０の各部材に加えて、さらに、電位センサ（電位検出手段）３１、パッチ濃度センサ（トナー量検出手段）３２、クリーニング部材（トナー回収手段）３３、トナー循環回収機構（トナー回収手段、トナー搬送手段）３４、演算装置（電位検出手段、トナー量検出手段）３５、制御装置（プロセス制御手段）３６を備えている。

電位センサ３１は、感光体１の各部の表面電位を非接触で検知するものである。電位センサ３１が検知する電位としては、（イ）感光体１表面の均一帯電領域の電位、（ロ）感光体１表面の露光領域の電位、（ハ）感光体１上に形成された基準トナーパッチの表面電位、などが挙げられる。この電位センサ３１は、現像装置４よりも感光体１の回転方向下流側で、かつ、転写部材５よりも回転方向上流側の所定の位置において、感光体１に対向して配置されている。

パッチ濃度センサ３２は、プロコン時に形成される基準トナーパッチに対して光を照射するとともに該パッチからの反射光を受光して、受光した反射光の光量に基づいて基準トナーパッチのトナー量を光学的に検知するものである。このパッチ濃度センサ３２は、ＬＥＤなどの発光素子と反射光を検知する受光素子とが一体化されたものであり、現像装置４よりも感光体１の回転方向下流側で、かつ、転写部材５よりも回転方向上流側の所定の位置において、感光体１に対向して配置されている。

転写部材５は、通常の画像形成時には感光体に対して当接しているが、プロコン時には、転写部材離接機構３０によって感光体１から離間するようになっている。これにより、プロコンに用いられる基準トナーパッチのトナーが転写部材５に付着することがない。

クリーニング部材３３は、転写部材５を通過した感光体１の表面に残存するトナーを除去するものであり、例えばトナー像を掻き取ることにより除去するクリーニングブレードを用いることができるが、特に限定されるものではない。このクリーニング部材３３は、転写部材５よりも感光体１の回転方向下流側で、かつ、除電装置７よりも回転方向上流側において、感光体１に当接して設けられている。クリーニング部材３３は、通常の画像形成時においては、転写工程にて感光体１の表面から用紙Ｐに転写されずに残った残留トナーを除去し、一方、プロコン時には、転写部材５を通過した基準トナーパッチを除去する。

トナー循環回収機構３４は、クリーニング部材３３によって除去された基準トナーパッチのトナーを現像装置４へ搬送するものである。このトナー循環回収機構３４は、例えば、クリーニング部材３３と現像装置４とを連結する搬送管の内部に、トナー搬送部材としてスクリューなどを回動自在に設けることによって実現できる。なお、トナー循環回収機構３４は、クリーニング部材３３によって除去されたトナーを現像装置４の補給現像剤供給ユニット２５に戻してもよいし、容器１６内に戻してもよい。また、トナー循環回収機構３４は、搬送するトナーから紙粉などの異物を除去するフィルターを有していることが好ましい。

演算装置３５は、電位センサ３１およびパッチ濃度センサ３２の検知結果を取得するとともに、これらの検知結果に基づいて基準トナーパッチのトナー付着量およびトナー帯電量を求めるものである。

制御装置３６は、プロコンを行うものであり、具体的には、演算装置３５が求めた基準トナーパッチのトナー付着量（例えば単位面積あたりのトナーの重量）およびトナー帯電量（例えばトナーの比電荷）に基づいて画像形成プロセスの諸条件を調節する。

例えば、用紙Ｐや転写ベルト上に転写されたトナー像のトナー付着量が少ない場合に、現像バイアスや転写電圧をどの程度上げるべきなのかは、トナー像のトナー帯電量に依存する。ここで、本実施形態の画像形成装置１０ａのように、感光体１上に形成された基準トナーパッチのトナー帯電量を検知することにより、例えば所定のトナー付着量であってもトナー帯電量が高いと検知された場合には、転写工程の電圧を上げて所望の転写効率が得られるように制御することができる。

また、トナー帯電量が高い場合には、現像工程で必要な現像トナー量を得るために、現像バイアスを増加させる必要があるが、その場合、感光体１上への地カブリを防止するために感光体の非画像部の電位（均一帯電電位）Ｖｏを上げ、さらには露光部電位ＶＬを一定レベルに維持するために露光量を上げるといった制御を行う。

あるいは、２成分系の現像システムの場合、トナー帯電量の高低により、適切なトナー濃度となるようにトナー補給条件を制御する。

このように、基準トナーパッチのトナー帯電量を検知することで、帯電、露光、現像、転写の各工程の条件を最適化することが可能となる。

本実施形態において、制御装置３６が調節する条件としては、（１）転写部材５への印加電圧（すなわち転写電界の強度）、（２）現像装置４の現像ローラ１７へ印加する現像電圧（すなわち現像電界の強度）、（３）帯電装置２による感光体１への帯電電圧（すなわち感光体１上の帯電電位）、（４）露光装置３による感光体１への露光量（すなわち感光体１上の露光電位）、（５）現像装置４の容器１６に含まれる２成分現像剤のトナー濃度、のうちの少なくとも１つを調節する。

上記（１）を実際のトナー像の帯電量に応じた適切な値に調節すれば、転写効率が向上する。従って、形成画像の画質を向上させたり、未転写トナーの増加によるトナー消費量増大を抑制したりできるといった効果がある。

上記（２）を実際のトナー像の帯電量に応じた適切な値に調節すれば、現像工程において静電潜像に対して適切な量のトナーが付着するようになるので、適切なトナー量のトナー像が形成される。従って、形成画像の画質を向上させたり、入力画像データに対する出力画像の再現性を高めたりできるといった効果がある。

一方、トナー像の帯電量の変化に対応するために上記（２）を調節するときに、上記（３）または（４）も調節すれば、所望のトナー量を静電潜像に付着させつつ、地カブリやキャリヤ付着などの画像欠陥を抑制できるといった効果がある。

また、実際のトナー像の帯電量に基づいて上記（５）を調節することにより、感光体１上に形成されるトナー像を所望の帯電量にできるといった効果がある。

次に、本実施形態の画像形成装置１０ａによるプロセスコントロール動作について説明する。まず、帯電装置２が、感光体１表面を所定の均一な電位になるように帯電させる。次に、露光装置３が、均一に帯電された感光体１表面を露光して、基準トナーパッチに対応する静電潜像である基準パッチ潜像を形成する。続いて、現像装置４がトナーによって基準パッチ潜像を現像し、基準トナーパッチを形成する。

そして、電位センサ３１が基準トナーパッチの表面電位を検出するとともに、パッチ濃度センサ３２が基準トナーパッチからの反射光強度を検出する。そして、演算装置３５が、各センサ３１・３２によって検出された表面電位および反射光強度を取得し、基準トナーパッチのトナー帯電量およびトナー付着量を算出する。なお、この工程の詳細については後述する。そして、演算装置によって求められたトナー帯電量およびトナー付着量に基づいて、制御装置３６がプロコンを行う。

一方、電位センサ３１およびパッチ濃度センサ３２を基準トナーパッチ像が通過すると、転写部材離接機構３０が転写部材５を感光体１から離間させる。その結果、感光体１上の基準トナーパッチは、転写部材５や用紙Ｐに転写されることなく、転写部材５を通過する。なお、この離間動作のタイミングは、プロコン開始直後などであってもよく、特に限定されない。

そして、感光体１上の基準トナーパッチは、クリーニング部材３３によって掻き取られ除去されるとともに、そのトナーがトナー循環回収機構３４によって現像装置４へ搬送される。これにより、基準トナーパッチの回収が完了する。

その後は、通常の画像形成モードに戻り画像形成を実行してもよいし、調節された画像形成条件で本当に適正な帯電量やトナー付着量になるかどうかを確認するとともに、必要に応じて再度プロコンを実施して所望の画像形成条件となるよう調整を継続したりしてもよい。

以上のように、本実施形態の画像形成装置１０ａによれば、プロコンに使用したトナーを廃棄することなく有効に再利用できるため、環境への負荷を軽減するとともに、ランニングコストを低減することができる。

次に、演算装置３５による、プロコンに必要な各種パラメータの詳細な求め方について説明する。

演算装置３５は、パッチ濃度センサ３２が検出した基準トナーパッチの反射率を取得し、この反射率から基準トナーパッチの単位面積あたりのトナー重量であるトナー付着量ｍｔを求める。反射率からトナー付着量ｍｔを算出する方法としては、予め実験によりパッチ濃度センサ３２が検出する反射率とトナー付着量ｍｔとの関係を調べておき、反射率ごとのトナー付着量ｍｔの値をテーブルとして図示しない記憶部に格納し、演算装置３５がこのテーブルを参照して求めればよい。

また、演算装置３５は、電位センサ３１が検出した基準トナーパッチの表面電位Ｖｓの値を取得する。ここで、基準トナーパッチの表面電位Ｖｓは、感光体１の露光領域の電位（露光電位）ＶＬと、基準トナーパッチのトナー層における表面−底面間の電位差（トナー層電位差）Ｖｔとの和であるため、トナー層電位差Ｖｔは、表面電位Ｖｓから露光電位ＶＬを引くことにより求めることができる。

なお、露光電位ＶＬの値は、帯電条件や露光条件に応じて変化するので、予め実験などにより条件ごとの値を求め、テーブルとして図示しない記憶部に格納しておき、演算装置がこれを参照するように構成することが好ましい。また、トナー付着量ｍｔや露光電位ＶＬの値を、環境条件や経年変化を考慮したテーブルとして準備すれば、一層正確なプロコンを行うことが可能になる。

基準トナーパッチのトナー帯電量、換言すれば、トナー比電荷ｑｔ（Ｃ／ｇ）は、上記のトナー付着量ｍｔ（ｇ／ｃｍ^２）およびトナー層電位差Ｖｔ（Ｖ）から次のようにして求めることができる。

実測されないが、トナー付着量ｍｔのときのトナー層の厚みをｄｔ（ｃｍ）、トナー層の見かけ上の誘電率をεｔ（Ｆ／ｃｍ）、トナー層の見かけ上の密度（嵩密度）をｋｔ（ｇ／ｃｍ^３）とすると、単位面積あたりの基準トナーパッチのトナー電荷量の総和Ｑｔ（Ｃ／ｃｍ^２）は、次の式（１）
Ｑｔ＝ｍｔ×ｑｔ …（１）
によって表すことができる。また、基準トナーパッチのトナー層の厚みｄｔは、次の式（２）
ｄｔ＝ｍｔ／ｋｔ …（２）
によって表すことができる。また、トナー層の体積電荷密度をρｔとすると、ρｔは、次の式（３）
ρｔ＝Ｑｔ／ｄｔ …（３）
によって表すことができる。また、トナー層電位差Ｖｔは、次の式（４）

（ただし、ｘはトナー層厚みを示す変数である）
によって表すことができる。

そして、上記の式（４）から次の式（５）

が導かれ、この式（５）に、上記の式（１），（３）を代入すると、次の式（６）

が得られ、式（６），（２）から、比電荷ｑｔは、次の式（７）
ｑｔ＝２×Ｖｔ×εｔ×ｋｔ／（ｍｔ＾２） …（７）
によって求めることができる。

従って、使用するトナーの見かけ上の比誘電率εｔとトナー層の嵩密度ｋｔとを予め求めておけば、表面電位Ｖｓとトナー付着量ｍｔとから、トナー比電荷ｑｔを推定することができる。

なお、実際のトナー層は体積電荷密度が一様ではない場合がある。これは現像工程（転写工程）において粒径選択性や帯電量選択性があり、トナー層厚み方向に沿って体積電荷密度が変化するためである。よって、任意の帯電量条件下で現像トナー量を変化させたときの表面電位変化を予め求めておき、その情報を基に上記式（７）で導かれたトナー比電荷の値を補正して、プロコン中の帯電量としてもよい。

以上のように、本実施形態の画像形成装置１０ａによれば、電位センサ３１およびパッチ濃度センサ３２の検出値から基準トナーパッチのトナー帯電量を求め、このトナー帯電量を考慮してプロコンを行うため、高精度なプロコンを行うことができる。

〔実施形態２〕
本発明の第２の実施形態を図３に基づいて説明する。図３は、本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置１０ｂの概略構成を示す断面図である。

本実施形態の画像形成装置１０ｂは、上述した実施形態１の画像形成装置１０ａと比べて、クリーニング部材３３およびトナー循環回収機構３４が省略されている点と、現像装置４が現像装置４’になっている点とが異なっており、その他は同一である。同一の構成については説明を省略する。

本実施形態の画像形成装置１０ｂは、所謂クリーナレス方式を採用している。つまり、現像ローラ１７における現像バイアス電位の設定条件を最適化することにより、現像装置４が現像とクリーニングとを同時に行うようになっている。

この構成によれば、転写部材５を通過した感光体１上の残留トナーおよび基準トナーパッチは、クリーニング部材によって除去されることなく、帯電装置２に到達する。そして、帯電工程において感光体表面およびトナー自身が帯電されるとともに、露光工程において露光を受ける。このとき、感光体１の非画像領域は露光を受けないため、現像工程において非画像領域のトナーは現像ローラ１７に転移して回収される。

このように、本実施形態では、現像装置４が、トナー回収手段として機能し、転写部材５を通過した感光体１上の基準トナーパッチのトナーを回収する。従って、クリーニング部材や、現像装置への還流機構などを設ける必要がなく、画像形成装置を低コスト化、小型化することができる。

なお、この構成の場合、露光装置３は、プロコン時（すなわち基準トナーパッチ形成時）には、感光体１上の既に基準トナーパッチが形成されている領域に対して露光を行わず、基準トナーパッチのトナーがすべて現像装置４に回収されるようにすることが好ましい。換言すれば、露光装置３は、基準トナーパッチが形成されていない領域に対して露光を行うことによって、基準トナーパッチに対応する新たな基準パッチ潜像を形成することが好ましい。これにより、新たに形成された基準トナーパッチは、以前に形成された基準トナーパッチの影響を受けることがなく、適切な表面電位およびトナー付着量となる。

〔実施形態３〕
本発明の第３の実施形態を図４に基づいて説明する。図４は、本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置１０ｃの概略構成を示す断面図である。

本実施形態の画像形成装置１０ｃは、上述した実施形態２の画像形成装置１０ｂと比べて、クリーニング部材３３およびクリーニング部材離接機構（クリーニング部材離接手段）３７が設けられている点が異なっており、その他は同一である。同一の構成については説明を省略する。

本実施形態の画像形成装置１０ｃは、実施形態２の画像形成装置１０ｂと同じクリーナレス方式を利用することができる。ただし、通常の画像形成時（すなわちプロコン時の基準トナーパッチを形成するとき以外）には、クリーナレス方式を用いず、クリーニング部材３３によって、転写部材５を通過した感光体１上の残留トナーを除去する。そして、プロコン時には、クリーニング部材離接機構３７がクリーニング部材３３を感光体１から離間させることにより、転写部材５を通過した感光体１上の基準トナーパッチは、クリーニング部材３３によって除去されることなく、クリーニング部材３３を通過する。そして、実施形態２の画像形成装置１０ｂと同様に、基準トナーパッチは現像装置４’によってそのトナーが回収される。

なお、クリーニング部材離接機構３７は、転写部材離接機構３０と同様に、偏心カムにより、あるいは、スプリングおよび電磁クラッチなどを組み合わせることにより実現できる。

本実施形態の構成によれば、プロコン時（基準トナーパッチ形成時）にクリーニング部材３３を感光体１から離間させてクリーナレス方式を用いる一方、通常の画像形成時にはクリーニング部材３３によって感光体１上の表面の残留トナーを除去する構成を採っている。よって、クリーニングの際にトナーと一緒に回収される可能性のある紙粉やゴミが現像装置４’に紛れ込むリスクを低減できる上、長期にわたりクリーニング部材３３に滞留して粗大化したトナーが現像装置４’に還流してしまうリスクも低減できる。このように現像工程に悪影響を及ぼす物質が現像装置４’に入り込むのを抑制できるので、より高品位な画像形成を行うことができる。

また、クリーナーレスプロセス（現像クリーニング）がプロコン時にのみ行われるため、仮に現像クリーニング不良による弊害が発生したとしても、通常の用紙Ｐへの画像形成への影響はないため、本実施形態の構成は好適である。

〔実施形態４〕
本発明の第４の実施形態を図５に基づいて説明する。図５は、本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置１０ｄの概略構成を示す断面図である。

本実施形態の画像形成装置１０ｄは、上述した実施形態１の画像形成装置１０ａと比べて、パッチ濃度センサ３２の代わりに現像電流検出装置３８が設けられ、電位センサ３１および現像電流検出装置３８によってトナー付着量およびトナー帯電量の算出する点が異なっており、その他は同一である。同一の構成については説明を省略する。なお、本実施形態は、トナー付着量およびトナー帯電量の算出方法の別の態様を示すものであるため、トナーを回収する手法については特に限定されず、上述した実施形態２のクリーナレス方式を採用してもよいし、実施形態３のクリーナレス方式および通常のクリーナ方式を併用する手法を採用してもよい。

本実施形態では、基準トナーパッチのトナー帯電量を検出するために、感光体１上に形成された基準トナーパッチの表面電位と、基準パッチ潜像を現像して基準トナーパッチを形成する際に現像ローラ１７と感光体１との間を流れる電流（以下、「現像電流」という）を検知する。この現像電流は、基準トナーパッチを形成するときに、トナーの移動に伴って現像ローラ１７に流れる電流を現像電流検出装置３８で検出することで測定できる。

以下では、電位センサ３１および現像電流検出装置３８の検出結果からトナー付着量およびトナー帯電量を求める方法について説明する。

基準トナーパッチ形成時の感光体１の移動速度をｖｐ（ｃｍ／ｓ）、基準トナーパッチの巾をｗ（ｃｍ）、現像電流をＩｄ（Ａ）とする。ここで、時間ｔ（ｓ）の間に現像されるトナーの総電荷量をＱｔ（Ｃ）とすると、総電荷量Ｑｔは、次の式（８）
Ｑｔ＝Ｉｄ×ｔ …（８）
によって表すことができる。そして、基準トナーパッチにおける単位面積（１ｃｍ^２）あたりのトナーの電荷量Ｑｏ（Ｃ／ｃｍ^２）は、次の式（９）
Ｑｏ＝Ｑｔ／（ｖｐ×ｔ×ｗ）
＝Ｉｄ／（ｖｐ×ｗ） …（９）
によって表すことができる。

このときの基準トナーパッチのトナー層電位差をＶｔ（Ｖ）とし、単位面積あたりのトナー層の容量をＣｔ（Ｆ）とすると、容量Ｃｔは、次の式（１０）
Ｃｔ＝Ｑｏ／Ｖｔ
＝Ｉｄ／（Ｖｔ×ｖｐ×ｗ） …（１０）
によって表すことができる。ここで、容量Ｃｔは、トナー付着量ｍｔ（ｇ／ｃｍ^２）、誘電率εｔ（Ｆ／ｃｍ）、嵩密度ｋｔ（ｇ／ｃｍ^３）、トナー層厚みｄｔ（ｃｍ）との間で次の式（１１）
Ｃｔ≒εｔ×Ｓ（＝１）／ｄｔ
＝εｔ／（ｍｔ／ｋｔ） …（１１）
を満たす
そして、上記の式（１０），（１１）から、次の式（１２）
ｍｔ＝εｔ×ｋｔ×（Ｖｔ×ｖｐ×ｗ）／Ｉｄ …（１２）
が導かれ、トナー比電荷ｑｔ（Ｃ／ｇ）は、上述した式（５）および上記の式（１２）から、次の式（１３）
ｑｔ＝Ｖｔ×εｔ×ｋｔ／｛εｔ×ｋｔ×（Ｖｔ×ｖｐ×ｗ）／Ｉｄ｝＾２
＝Ｉｄ＾２／｛εｔ×ｋｔ×Ｖｔ×（ｖｐ×ｗ）＾２｝ …（１３）
によって求めることができる。

従って、基準トナーパッチ形成時のプロセススピードｖｐと、パッチ巾ｗと、使用するトナーの見かけ上の比誘電率εｔと、トナー層の嵩密度ｋｔとを予め求めておけば、基準トナーパッチの表面電位Ｖｓと、基準トナーパッチ形成時の現像電流Ｉｄとによって、トナーの比電荷を推定することができる。またトナー付着量については、上記の式（１２）を用いれば、パッチ濃度センサからの反射率を用いることなく推定することができる。

なお、本実施形態の画像形成装置１０ｄのように現像電流を検知する場合、現像ローラ１７と感光体１の静電潜像との間に印加される現像バイアスを直流電圧のみとすることが好ましい。すなわち、電源３９は、プロコン時（基準トナーパッチの形成時）には、現像ローラ１７と感光体１との間に直流電圧のみからなる現像バイアスを印加することが好ましい。

通常、現像性や均一性を向上させることを目的として、交番電圧を重畳した現像バイアスを用いる場合が多いが、プロコン時のトナー帯電量を現像電流に基づいて検出する際に、交番電圧が現像電流の正確な検知に悪影響を及ぼす場合がある。ここで、プロコン時には直流電圧のみからなる現像バイアスを用いることにより、現像電流を正確に検知することができ、その結果、トナー帯電量を正確に検出することができる。

なお、トナー帯電量とは別にトナー付着量をパッチ濃度センサなどによって検出する場合には、基準トナーパッチが均一であることが望ましいため、現像バイアスに交番電圧を重畳したものを用いることが好ましい。従って、現像電流に基づいてトナー帯電量を求める際には、直流電圧のみからなる現像バイアスによって基準トナーパッチを形成し、一方、パッチ濃度センサなどによってトナー付着量を求める際には、交番電圧を重畳した現像バイアスによって基準トナーパッチを形成すれば、トナー帯電量およびトナー付着量を正確に求めることができ、プロコンの精度を向上させることができる。
よって、このトナー帯電量の情報を基に、交番電圧を印加した状態で所望の現像トナー付着量の確認を行うことで、より高精度なプロコンを行うことができる。

なお、上述した実施形態１と同様に、実際のトナー層では体積電荷密度が一定ではない場合がある。これは現像工程（転写工程）において粒径選択性や帯電量選択性があり、トナー層の厚み方向に沿って体積電荷密度が変化するためである。よって、任意の帯電量条件下で現像トナー量を変化させたときの、現像電流や表面電位変化、トナー付着量の関係を予め求めておき、その情報を基に上記の各式で導かれたトナー比電荷やトナー付着量の値を補正して、プロコン中の帯電量やトナー付着量としてもよい。

以上のように、本実施形態の画像形成装置１０ｄによれば、電位センサ３１および現像電流検出装置３８の検出値から基準トナーパッチのトナー帯電量およびトナー付着量を求め、トナー帯電量を考慮してプロコンを行うため、高精度なプロコンを行うことができる。また、パッチ濃度センサを用いずに感光体１上の基準トナーパッチのトナー付着量を推定することができるため、低コスト化が可能である。

〔実施形態５〕
本発明の第５の実施形態を図６に基づいて説明する。図６は、本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置１０ｅの概略構成を示す断面図である。

本実施形態の画像形成装置１０ｅは、上述した実施形態１の画像形成装置１０ａと比べて、電位センサ３１の代わりに現像電流検出装置３８が設けられ、パッチ濃度センサ３２および現像電流検出装置３８によってトナー付着量およびトナー帯電量の算出する点が異なっており、その他は同一である。同一の構成については説明を省略する。なお、本実施形態は、トナー付着量およびトナー帯電量の算出方法の別の態様を示すものであるため、トナーを回収する手法については特に限定されず、上述した実施形態２のクリーナレス方式を採用してもよいし、実施形態３のクリーナレス方式および通常のクリーナ方式を併用する手法を採用してもよい。

本実施形態では、基準トナーパッチのトナー帯電量を検出するために、感光体１上に形成された基準トナーパッチのトナー付着量と、基準パッチ潜像を現像して基準トナーパッチを形成する際に現像ローラ１７と感光体１との間を流れる現像電流を検知する。

以下では、パッチ濃度センサ３２および現像電流検出装置３８の検出結果からトナー付着量およびトナー帯電量を求める方法について説明する。

トナー付着量ｍｔ（ｇ／ｃｍ^２）については、パッチ濃度センサ３２の検出結果から実施形態１と同様にして求めることができる。

基準トナーパッチ形成時の感光体１の移動速度をｖｐ（ｃｍ／ｓ）、基準トナーパッチの巾をｗ（ｃｍ）、現像電流をＩｄ（Ａ）とする。ここで、時間ｔ（ｓ）の間に現像されるトナーの総電荷量をＱｔ（Ｃ）とすると、総電荷量Ｑｔは、次の式（１４）
Ｑｔ＝Ｉｄ×ｔ …（１４）
によって表すことができる。そして、基準トナーパッチにおける単位面積（１ｃｍ^２）あたりのトナーの電荷量Ｑｏ（Ｃ／ｃｍ^２）は、次の式（１５）
Ｑｏ＝Ｑｔ／（ｖｐ×ｔ×ｗ）
＝Ｉｄ／（ｖｐ×ｗ） …（１５）
によって表すことができる。

基準トナーパッチのトナー帯電量、換言すれば、トナー比電荷ｑｔ（Ｃ／ｇ）は、上記のトナー付着量ｍｔ（ｇ／ｃｍ^２）および基準トナーパッチにおける単位面積（１ｃｍ^２）あたりのトナーの電荷量Ｑｏ（Ｃ／ｃｍ^２）から次の式（１６）
ｑｔ＝Ｑｏ／ｍｔ
＝Ｉｄ／（ｍｔ×ｖｐ×ｗ） …（１６）
によって求めることができる。

従って、基準トナーパッチ形成時の感光体１の移動速度ｖｐ（ｃｍ／ｓ）と、基準トナーパッチの巾ｗ（ｃｍ）とを予め求めておけば、トナー付着量ｍｔと基準トナーパッチ形成時の現像電流Ｉｄとによって、トナーの比電荷を推定することができる。

なお、上述した実施形態１と同様に、任意の帯電量条件下で現像トナー量を変化させたときの、トナー付着量と現像電流の関係を予め求めておき、その情報を基に上記の各式で導かれたトナー比電荷量の値を補正して、プロコン中のトナー帯電量としてもよい。

また、本実施形態においても、上述した実施形態４と同様に、現像電流の検知時には現像電圧を直流電圧のみとすることが好ましい。

以上のように、本実施形態の画像形成装置１０ｅによれば、パッチ濃度センサ３２および現像電流検出装置３８の検出値から基準トナーパッチのトナー帯電量およびトナー付着量を求め、トナー帯電量を考慮してプロコンを行うため、高精度なプロコンを行うことができる。また、電位センサを用いずに感光体１上の基準トナーパッチのトナー帯電量（比電荷）を推定することができるため、低コスト化が可能である。

〔実施形態６〕
本発明の第６の実施形態を図７に基づいて説明する。図７は、本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置１０ｆの概略構成を示す断面図である。

本実施形態の画像形成装置１０ｆは、上述した実施形態１の画像形成装置１０ａと比べて、現像装置４を感光体１に対して離接させる現像装置離接機構４０が設けられている点が異なっており、その他は同一である。同一の構成については説明を省略する。なお、本実施形態は、トナー付着量およびトナー帯電量の算出方法の好ましい態様を示すものであるため、トナーを回収する手法については特に限定されず、上述した実施形態２のクリーナレス方式を採用してもよいし、実施形態３のクリーナレス方式および通常のクリーナ方式を併用する手法を採用してもよい。

本実施形態の画像形成装置１０ｆにおいて、電位センサ３１は、基準トナーパッチの表面電位Ｖｓを測定する役割に加えて、基準パッチ潜像における露光領域の電位（露光電位）ＶＬや均一帯電領域の電位を測定する役割も担っている。

ここで、露光電位ＶＬを測定する際に、電位センサ３１は、現像装置４よりも感光体１の回転方向下流側に設けられているため、基準パッチ潜像が現像装置４によって現像されてしまい、露光電位ＶＬを正確に測定できないおそれがある。これを回避するために、例えば、露光電位ＶＬを検知するモードのときは、現像装置４に現像バイアスを印加せず、トナーが感光体１上の基準パッチ潜像に付着しないようにするといった手法も考えられるが、現像ローラ１７上のトナー層や磁気ブラシが基準パッチ潜像の露光領域と接触することにより、露光電位が変化してしまう懸念がある。

そこで、本実施形態の画像形成装置１０ｆでは、電位センサ３１が基準パッチ潜像における露光電位ＶＬを測定する際に、現像装置離接機構４０が現像装置４を感光体１から離間させる構成となっている。従って、基準パッチ潜像の露光量域が現像装置４の影響を受けることなく、正確な露光電位ＶＬを測定することができる。

そして、演算装置３５は、上述の実施形態１において説明した基準トナーパッチの表面電位Ｖｓの値から露光電位ＶＬを引いてトナー層電位差Ｖｔを求める際に、電位センサ３１によって測定された露光電位ＶＬを用いる。このように、トナー層電位差Ｖｔを求める際に、実測した露光電位ＶＬを用いることにより、感光体１の特性が変化してもトナー層電位差Ｖｔを正確に求めることができ、トナー帯電量や付着量の検出精度をより向上させ、一層正確なプロコンを行うことが可能になる。

なお、現像装置離接機構４０は、転写部材離接機構３０と同様に、偏心カムにより、あるいは、スプリングおよび電磁クラッチなどを組み合わせることにより実現できる。

また、本実施形態の構成は、電位センサ３１を有する画像形成装置に適用することができ、実施形態１の画像形成装置１０ａの外、実施形態４の画像形成装置１０ｄにも適用することができる。

〔実施形態７〕
本発明の第７の実施形態を説明する。上述した実施形態１〜６の画像形成装置１０ａ〜１０ｆでは、プロコン用の基準トナーパッチを形成する際に、通常の電子写真プロセスを用いていたが、本実施形態では、プロコン用の基準トナーパッチをバイアス現像によって形成する。

通常の電子写真プロセスによってプロコン用の基準トナーパッチを作成する場合、感光体１の特性の変動により帯電電位や露光電位ＶＬが変化してしまうことがある。このような問題が生じると、プロコン時の条件が不正確になり、その結果、プロコン精度が低下してしまう懸念がある。また、基準トナーパッチの表面電位Ｖｓの計測過程においても、トナー層下の感光体電位（すなわち露光電位ＶＬ）が変動してしまうと、基準トナーパッチのトナー層電位差Ｖｔを正確に測定できなくなることがある。

そこで、本実施形態の画像形成装置１０ｇでは、プロコン用の基準トナーパッチを形成する際に、感光体への帯電および露光を行わず、現像ローラ１７と感光体１との間に生じる現像バイアスを利用して、感光体１上に基準トナーパッチを形成する。以下では、この現像方法をバイアス現像と呼ぶ。

バイアス現像を用いれば、基準トナーパッチの形成の際に、帯電装置２による均一帯電や露光装置３による露光が不要となり、感光体１の特性の変動に起因するプロコン精度の低下を防止することが可能となる。

現像バイアスを発生させる手法としては、例えば以下の（１）〜（３）が挙げられる。
（１）感光体１への帯電・露光を行わず、感光体１の表面電位をほぼ０Ｖ（厳密には除電ランプ７等によって形成された電位なので、−１０〜５０Ｖ程度になる）にした状態で、電源３９によって現像ローラ１７に所定のバイアス電圧を印加して現像ローラ１７の電位を変化させる。
（２）感光体１への帯電・露光を行わず、図示しない電源装置によって感光体１の基材１ａ（Ａｌ素管など）に所定のバイアス電圧を印加して感光体１の電位を変化させる。
（３）感光体１への帯電・露光を行わず、電源３９によって現像ローラ１７に所定のバイアス電圧を印加して現像ローラ１７の電位を変化させるとともに、図示しない電源装置によって感光体１の基材１ａに所定のバイアス電圧を印加して感光体１の電位を変化させる。

なお、上記のバイアス現像を用いる場合、基準トナーパッチの形成領域が感光体１の長手方向全域にわたるため、バイアス現像を用いない場合に比べて基準トナーパッチに必要なトナー量が増加するが、上述した各実施形態に示したトナーの回収構成を併用することで、トナーの消費量増大を抑制しつつ、安定したプロコンを行うことができる。

ところで、上述したバイアス現像を実施形態２，３の画像形成装置１０ｂ，１０ｃに適用する場合、さらに以下の構成とすることが好ましい。

バイアス現像によって基準トナーパッチを形成する場合、上述したように、基準トナーパッチは、感光体１の長手方向において、現像装置４／４’によって現像可能な領域（すなわち現像ローラ１７と対向する領域）の全域にわたって形成される。実施形態２，３の画像形成装置１０ｂ，１０ｃでは、基準トナーパッチを形成した後、該パッチのトナーを現像装置４’が回収する方式を採用しているが、この現像装置４がトナーを回収できる領域は、現像ローラ１７が対向する領域であり、現像装置４が現像可能な領域と等しい。

従って、基準トナーパッチの巾が少しでも現像可能領域よりも感光体１の長手方向に広がってしまうと、感光体１上の基準トナーパッチの端部のトナーを現像装置４’によって回収することができない。その結果、残存した基準トナーパッチのトナーが画像面の汚れや機内の汚染をもたらすおそれがある。

図８は、本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置を上方から見下ろした模式図である。図８に示すように、本実施形態の画像形成装置１０ｇでは、現像装置４’の現像ローラ１７よりも感光体１の回転方向上流側に、トナー掻き寄せ部材４１ａ・４１ｂが設けられている。このトナー掻き寄せ部材４１ａ・４１ｂは、バイアス現像によって形成された感光体１上の基準トナーパッチの巾方向の端部が中央側に寄せられるよう、換言すれば、基準トナーパッチの巾が狭くなるよう、基準トナーパッチを掻き寄せる。その結果、基準トナーパッチの巾は、現像ローラ１７の巾（長手方向の長さ）よりも短くなり、現像ローラ１７が基準トナーパッチに含まれるトナーを確実に回収することができるようになる。

以上では本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、例えば複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真方式を用いる画像形成装置に適用することができる。

本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置を上方から見下ろした模式図である。

符号の説明

１ 感光体（像担持体）
１ａ 基材
１ｂ 光導電層
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
４’ 現像装置（トナー回収手段）
５ 転写部材
６ 定着部材
７ 除電装置
１０ａ〜１０ｆ 画像形成装置
１７ 現像ローラ
３０ 転写部材離接機構（転写部材離間手段）
３１ 電位センサ（電位検出手段）
３２ パッチ濃度センサ（トナー量検出手段）
３３ クリーニング部材
３４ トナー循環回収機構（トナー搬送手段）
３５ 演算装置（プロセス制御手段）
３６ 制御装置（プロセス制御手段）
３７ クリーニング部材離接機構（クリーニング部材離間手段）
３８ 現像電流検出装置（現像電流検出手段）
４０ 現像装置離接機構（現像装置離間手段）
４１ａ・４１ｂ トナー掻き寄せ部材
Ｐ 用紙（転写対象物）

Claims (11)

1. 回転駆動され静電潜像およびトナー像を担持する像担持体と、該像担持体が担持する静電潜像にトナーを付着させることによりトナー像を形成する現像装置と、上記像担持体に当接して設けられ上記像担持体上のトナー像を転写対象物に転写する転写部材と、上記像担持体上に形成される基準トナー像に基づいてプロセスコントロールを行うプロセス制御手段とを備えた電子写真方式の画像形成装置であって、
   上記像担持体に形成された上記基準トナー像が上記転写対象物に転写されないように、上記転写部材を上記像担持体から離間させる転写部材離間手段と、
   上記転写部材を通過した上記像担持体上の基準トナー像のトナーを上記現像装置に再利用させるよう回収するトナー回収手段とをさらに備え、
   上記プロセス制御手段は、上記基準トナー像のトナー量およびトナー帯電量に基づいて上記プロセスコントロールを行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 上記トナー回収手段として、
   上記転写部材を通過した上記像担持体上の上記基準トナー像を除去するクリーニング部材と、
   上記クリーニング部材によって除去された上記基準トナー像のトナーを上記現像装置へ搬送するトナー搬送手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 上記現像装置は、上記トナー回収手段として、上記転写部材を通過した上記像担持体上の基準トナー像のトナーを回収することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 上記転写部材よりも上記像担持体の回転方向下流側に配置され、上記転写部材を通過した上記像担持体上のトナー像を該像担持体に当接して除去するクリーニング部材と、
   上記像担持体に形成された上記基準トナー像が上記クリーニング部材によって除去されないように、上記クリーニング部材を上記像担持体から離間させるクリーニング部材離間手段とをさらに備え、
   上記現像装置は、上記クリーニング部材を通過した上記像担持体上の基準トナー像のトナーを回収することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 上記像担持体に形成された上記基準トナー像の表面電位を検出する電位検出手段と、
   上記像担持体に形成された上記基準トナー像のトナー量を検出するトナー量検出手段とをさらに備え、
   上記プロセス制御手段は、上記トナー量検出手段によって検出される上記基準トナー像のトナー量と上記電位検出手段および上記トナー量検出手段による検出結果から算出される上記基準トナー像のトナー帯電量とに基づいて上記プロセスコントロールを行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 上記像担持体上の基準トナー像は、上記像担持体上の基準静電潜像を上記現像装置が現像することにより形成され、
   上記像担持体に形成された上記基準トナー像の表面電位を検出する電位検出手段と、
   上記現像装置が上記基準静電潜像を現像する際に上記現像装置から上記像担持体へ流れる現像電流を検出する現像電流検出手段とをさらに備え、
   上記プロセス制御手段は、上記電位検出手段および上記現像電流検出手段による検出結果から算出される上記基準トナー像のトナー帯電量およびトナー量に基づいて上記プロセスコントロールを行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
7. 上記像担持体上の基準トナー像は、上記像担持体上の基準静電潜像を上記現像装置が現像することにより形成され、
   上記像担持体に形成された上記基準トナー像のトナー量を検出するトナー量検出手段と、
   上記現像装置が上記基準静電潜像を現像する際に上記現像装置から上記像担持体へ流れる現像電流を検出する現像電流検出手段とをさらに備え、
   上記プロセス制御手段は、上記トナー量検出手段によって検出される上記基準トナー像のトナー量と上記トナー量検出手段および上記現像電流検出手段による検出結果から算出される上記基準トナー像のトナー帯電量とに基づいて上記プロセスコントロールを行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
8. 上記像担持体上の静電潜像が上記現像装置によって現像されないように、上記現像装置を上記像担持体から離間させる現像装置離間手段をさらに備え、
   上記電位検出手段は、上記現像装置よりも上記像担持体の回転方向下流側で、かつ、上記トナー回収手段よりも上記像担持体の回転方向上流側に配置され、上記現像装置によって上記像担持体に形成された上記基準トナー像の表面電位と、上記現像装置離間手段が上記現像装置を上記像担持体から離間させることにより上記現像装置によって現像されなかった上記像担持体上の静電潜像の表面電位とを検出し、
   上記プロセス制御手段は、上記電位検出手段によって検出された上記基準トナー像および上記静電潜像の表面電位から、上記基準トナー像におけるトナー層の表面−底部間の電位差であるトナー層電位差を求めるとともに、求めたトナー層電位差に基づいて上記基準トナー像のトナー帯電量を算出することを特徴とする請求項５または６に記載の画像形成装置。
9. 上記現像装置は、上記像担持体に直流電圧のみの現像バイアスを用いてトナーを付着させることにより、上記基準トナー像を上記像担持体に形成することを特徴とする請求項６または７に記載の画像形成装置。
10. 上記像担持体を均一に帯電させる帯電装置と、
    上記帯電装置によって均一に帯電された後の上記像担持体を露光することによって上記像担持体上に静電潜像を形成する露光装置とをさらに備え、
    上記現像装置は、上記帯電装置による帯電、および、上記露光装置による露光の何れも行われていない上記像担持体に現像バイアスを用いてトナーを付着させるバイアス現像により、上記基準トナー像を上記像担持体に形成することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
11. 上記プロセス制御手段は、上記プロセスコントロールとして、
    上記像担持体を均一に帯電させる際の帯電電位、
    上記像担持体に静電潜像を形成する際の像担持体への露光量、
    上記像担持体上の静電潜像を現像する際に用いる現像電圧、
    上記像担持体上のトナー像を上記転写対象物に転写する際に用いる転写電圧、および
    上記像担持体上の静電潜像を現像するのに用いる２成分系トナーのトナー濃度、
    のうちの少なくとも１つを調節することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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