JP2010085848A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤のキャリアのトナー帯電能力を精度良く把握することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】中間転写ベルト５１の表面に形成した所定のパッチトナー像に対するトナー付着量をフォトセンサで検知した結果に基づいて現像γを算出し、算出結果に基づいて現像ユニット（２０）内に新たなキャリアを補給する構成において、絶対湿度を検知する湿度センサと、現像γを絶対湿度の検知結果に基づいて特定の絶対湿度条件下における値に補正するためのアルゴリズムを記憶しているデータ記憶手段とを設け、上記現像γをそのアルゴリズムに基づいて補正するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、現像剤中のキャリアのトナー帯電能力を示す指標値を算出し、算出結果に基づいて、現像手段に対するキャリア補給制御などといった所定の制御を実施する画像形成装置に関するものである。

一般に、トナーとキャリアとを含有する現像剤を用いて潜像を現像する現像装置においては、トナーとキャリアとのうち、トナーだけを現像に伴って消費する。そして、トナー消費による現像剤のトナー濃度の低下に応じて、新たなトナーを現像剤に補給する。かかる構成においては、現像装置内にてキャリアを撹拌等による繰り返しのストレス付与で劣化させていくのに伴って、トナーの帯電量を変化させていく。この際、トナーの帯電量を低下させていく場合と、増加させていく場合とがあるが、どちらになるのかは、一般に、ユーザーの画像出力状況による。具体的には、高面積率の画像の出力頻度が高いユーザーにおいては、キャリア表面にトナー成分を固着させるスペントと呼ばれる現象によってキャリアを劣化させ易い。スペントの進んだキャリアは、トナーとの摺擦によるトナー帯電能力を低下させることから、現像装置内のトナーの帯電量を低下させてしまう。トナーの帯電量が少なくなり過ぎると、トナーとキャリアとの静電的付着力の不足により、非画像部にトナーを付着させる地肌汚れや、トナー飛散による機内汚染を引き起こしてしまう。一方、低面積率の画像の出力頻度が高いユーザーでは、キャリア粒子表面のコート膜が削れる膜削れによってキャリアを劣化させ易い。膜削れの進んだトナーは、トナーとの摩擦抵抗の上昇により、現像装置内のトナーの帯電量を増加させてしまう。トナーの帯電量が多くなり過ぎると、トナーとキャリアとの間の静電的付着力の過多により、画像濃度不足を引き起こしてしまう。

そこで、特許文献１に記載の画像形成装置においては、所定のタイミングで現像γを測定した後、その結果に応じて新たなキャリア又は現像剤を少しずつ現像装置に補給するようになっている。現像γとは、図２に示すように、現像ポテンシャルと、トナー像に対する単位面積あたりのトナー付着量との関係を示す直線の傾きのことである。また、現像ポテンシャルとは、感光体等の潜像担持体に担持された潜像の電位と、現像ローラ等の現像剤担持体に印加される現像バイアスとの電位差である。現像γは現像剤のトナー濃度に応じて変化するが、トナー濃度以外の条件が一定であれば、現像γとトナー濃度との間には所定の関数で示される関係が成立する。現像γを測定する一方で、測定時のトナー濃度に対応する現像γを前記関数に基づいて特定した場合に、両者に差があれば、その差分を、キャリアの劣化に伴うトナー帯電能力の変化によるものとみなして差し支えない。つまり、現像γはキャリアのトナー帯電能力を示す指標値として機能する。特許文献１に記載の画像形成装置は、予めの実験によって調べられた前記関数をデータ記憶手段に記憶している。そして、現像γを測定すると、測定時のトナー濃度に対応する現像γを特定し、この特定結果と、現像γの測定値とに差がある場合には、差分に相当する量の新たなキャリア又は現像剤を現像装置内に補給する。そして、キャリア又は現像剤の補給量に応じた量の旧現像剤を現像装置内からオーバーフローさせる。このようなキャリアの補給とオーバーフローとにより、キャリアの劣化の進行度合いに応じてキャリアの新旧交換を図っていくことで、トナーの帯電量を安定化させている。なお、現像γの測定にあたっては、まず、互いに異なる現像ポテンシャルの条件下でそれぞれ所定のトナー像を現像し、それぞれのトナー像に対するトナー付着量をフォトセンサによって検知する。そして、検知結果に基づいて現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示す直線式の傾きを現像γとして求めている。
特開２００６−１９４９５５号公報

しかしながら、現像γは、キャリアの劣化の他、湿度変動によっても大きく変化する。このため、特許文献１に記載の画像形成装置では、湿度変動に起因して現像γが変化すると、その変化をキャリアの劣化によるものと誤検知して、キャリアのトナー帯電能力を精度良く把握することが困難になる。なお、トナー帯電能力の指標となる現像γだけでなく、トナー帯電能力そのものも湿度に応じて変化する。よって、現像γをトナー帯電能力の指標として用いる場合に限らず、何らかのパラメータを指標としてトナー帯電能力を把握する場合には、同様の問題が発生する。

本発明は以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、現像剤のキャリアのトナー帯電能力を精度良く把握することができる画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、トナー及びキャリアを含有する現像剤を用いて該潜像を現像する現像手段と、該現像手段によって現像されたトナー像に対する単位面積あたりのトナー付着量を検知するトナー付着量検知手段と、該トナー付着量の検知結果に基づいて、該現像手段に収容されている現像剤のキャリアのトナー帯電能力を示す所定の指標値を算出し、算出結果に基づいて所定の制御を実施する制御手段とを備える画像形成装置において、湿度を検知する湿度検知手段と、上記指標値を湿度の検知結果に基づいて特定の湿度条件下における値に補正するためのアルゴリズムを記憶しているデータ記憶手段とを設けるとともに、上記トナー付着量に基づく上記指標値を、該アルゴリズムに基づいて補正するように、上記制御手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、トナー及びキャリアを含有する現像剤を用いて該潜像を現像する現像手段と、該現像手段によって現像されたトナー像に対する単位面積あたりのトナー付着量を検知するトナー付着量検知手段と、該トナー付着量の検知結果に基づいて、該現像手段に収容されている現像剤のキャリアのトナー帯電能力を示す所定の指標値を算出し、算出結果に基づいて所定の制御を実施する制御手段とを備える画像形成装置において、湿度を検知する湿度検知手段と、湿度と上記指標値の正常値との関係を示すアルゴリズムを記憶しているデータ記憶手段とを設けるとともに、湿度の検知結果に対応する該正常値を該アルゴリズムに基づいて特定した後、特定結果と上記指標値の算出結果との差に基づいて上記所定の制御を実施するように、上記制御手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の画像形成装置において、上記現像手段として、現像剤担持体の表面上に担持した現像剤中のトナーを上記潜像担持体上の潜像に付着させて該潜像を現像するものを用いるとともに、該現像手段に収容されている現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段を設け、且つ、該潜像担持体の潜像電位と該現像剤担持体の電位との差である現像ポテンシャルを変化させながら、それぞれの現像ポテンシャルの条件下で所定のトナー像を現像し、それぞれのトナー像に対するトナー付着量を該トナー付着量検知手段で検知した結果と、それぞれのトナー像に対応する現像ポテンシャルとに基づいて、該トナー付着量と該現像ポテンシャルとの関係を示す直線の傾きを求め、該トナー濃度の検知結果と該傾きとに基づいて上記指標値を算出するように、上記制御手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の画像形成装置において、上記傾き（γ）と、上記現像手段に収容されている現像剤のトナー濃度（Ｔ）と、初期の該現像手段にセットされる現像剤のトナー濃度である初期剤トナー濃度（Ｔ_ｓ）と、所定の第１定数（ａ）と、所定の第２定数（ｂ）とを、「ＤＡ＝−Ｔ（γ−ｂ）／（Ｔ_ｓ×ａ）」という数式に代入して、上記指標値（ＤＡ）を算出するように、上記制御手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかの画像形成装置であって、上記所定の制御として、上記現像手段内から現像剤中の少なくともキャリアを排出し、且つ該現像手段に新たなキャリア又は現像剤を補給手段によって補給する制御を実施するように、上記制御手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至４の何れかの画像形成装置において、上記所定の制御として、上記現像手段に対するキャリア交換作業が必要であることを示す情報をユーザーに報知する制御を実施するように、上記制御手段を構成したことを特徴とするものである。

これらの発明のうち、請求項１の発明特定事項の全てを備えるものでは、次に説明する理由により、現像剤のキャリアのトナー帯電能力を精度良く把握することができる。即ち、特定の現像手段内にセットされたキャリアは、湿度以外の諸条件が一定であれば、湿度とトナー帯電能力との間に所定の関係を成立させる。その関係を調べれば、トナー像に対するトナー付着量に基づいて算出した、トナー帯電能力の指標値を、そのときの湿度に基づいて特定の湿度条件下の値に補正するためのアルゴリズムを構築することができる。請求項１の発明特定事項の全てを備えるものにおいては、そのアルゴリズムをデータ記憶手段に記憶しており、トナー付着量に基づく指標値を、湿度の検知結果に基づいて特定の湿度条件下における値に補正することで、湿度変動に起因して生じてしまう指標値の検出誤差を取り除く。よって、現像剤のキャリアのトナー帯電能力を精度良く把握することができる。

また、請求項２の発明特定事項の全てを備えるものでは、次に説明する理由により、現像剤のキャリアのトナー帯電能力を精度良く把握することができる。即ち、上述したように、特定の現像手段内にセットされたキャリアは、湿度以外の諸条件が一定であれば、湿度とトナー帯電能力との間に所定の関係を成立させるため、キャリアのトナー帯電能力を示す指標値の正常値と、湿度との関係を示すアルゴリズムを予め調べておくことが可能である。請求項２の発明特定事項の全てを備えるものにおいては、そのアルゴリズムをデータ記憶手段に記憶しており、湿度の検知結果に対応する正常値をアルゴリズムに基づいて特定する。そして、特定結果と、トナー付着量に基づく指標値の算出結果との差に基づいてキャリアのトナー帯電能力を把握することで、湿度変動に起因して生じてしまう指標値の誤差を取り除く。よって、現像剤のキャリアのトナー帯電能力を精度良く把握することができる。

以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のカラーレーザープリンタ（以下、単にプリンタという）の第１実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係るプリンタの基本的な構成について説明する。
図１は、第１実施形態に係るプリンタの要部を示す概略構成図である。このプリンタは、マゼンタ，シアン，イエロー，ブラック（以下、Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋと記す）の各色のトナー像を形成するための４つのトナー像形成部１Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋを備えている。また、互いに鉛直方向に並べられたこれらトナー像形成部１Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋの側方に、転写ユニット５０を備えている。

トナー像形成部１Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋは、使用するトナーの色が異なる点の他が互いにほぼ同様の構成になっている。Ｍトナー像を形成するためのＭ用のトナー像形成部１Ｍについて説明すると、これは、プロセスユニット、光書込ユニット１０Ｍ、現像ユニット２０Ｍ等を有している。

Ｍ用のプロセスユニットは、図中反時計回り方向に回転駆動されるドラム状の感光体３Ｍの周りに、一様帯電装置４Ｍ、ドラムクリーニング装置５Ｍ、除電ランプ６Ｍ等を有しており、これらを共通のケーシングで保持してプリンタ本体に対して一体的に着脱されるようになっている。なお、感光体３Ｍは、アルミ等の素管に有機感光層が被覆されたものである。また、一様帯電装置４Ｍは、図中反時計回り方向に回転駆動される感光体３Ｍの表面をコロナチャージによって例えば負極性に一様帯電せしめるものである。

Ｍ用の光書込ユニット１０Ｍは、レーザーダイオード等からなる光源、正六面体のポリゴンミラー、これを回転駆動するためのポリゴンモータ、ｆθレンズ、レンズ、反射ミラー等を有している。図示しないパーソナルコンピュータ等から送られてくる画像情報に基づいて、レーザーダイオード等の光源を駆動してレーザー光Ｌを出射する。射出されたレーザー光Ｌは、ポリゴンミラー面で反射してポリゴンミラーの回転に伴って偏向せしめられながら、感光体３Ｍに到達する。これにより、感光体３Ｍの表面がそれぞれ光走査されて、感光体３Ｍの表面にＭ用の静電潜像が形成される。

Ｍ用の現像ユニット２０Ｍは、ケーシングに設けられた開口から周面の一部を露出させる現像ロール２１Ｍを有している。この現像ロール２１Ｍは、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられる非磁性パイプからなる現像スリーブと、これに連れ回らないように内包される図示しないマグネットローラとを有している。現像ユニット２０Ｍ内には、磁性キャリアとマイナス帯電性のＭトナーとを含む図示しないＭ現像剤が内包されている。このＭ現像剤は、３本の搬送スクリュウによって撹拌搬送されてＭトナーの摩擦帯電が促されながら、現像ロール２１Ｍ内のマグネットローラの磁力により、現像ロール２１Ｍの回転する現像スリーブ表面に吸着されて汲み上げられる。そして、現像スリーブの回転に伴って現像ドクタ２５Ｍとの対向位置を通過する際にその層厚が規制された後、感光体３Ｍに対向する現像領域に搬送される。

この現像領域では、図示しない電源から出力される負極性の現像バイアスが印加される現像スリーブと、感光体３Ｍ上の静電潜像との間に、負極性のＭトナーをスリーブ側から潜像側に静電移動させる現像ポテンシャルが作用する。また、現像スリーブと感光体３Ｍの一様帯電箇所（地肌部）との間に、負極性のＭトナーを地肌部側からスリーブ側に静電移動させる非現像ポテンシャルが作用する。現像スリーブ上のＭ現像剤内のＭトナーは、現像ポテンシャルの作用によってスリーブ上から離脱して感光体３Ｍの静電潜像上に転移する。この転移により、感光体３Ｍ上の静電潜像がＭトナー像に現像される。なお、現像によってＭトナーを消費したＭ現像剤は、現像スリーブの回転に伴ってケーシング内に戻される。また、感光体３Ｍ上のＭトナー像は、後述する転写ユニット５０の中間転写ベルト５１上に中間転写される。

現像ユニット２０Ｍは、透磁率センサからなる図示しないトナー濃度センサを有している。このトナー濃度センサは、現像ユニット２０Ｍ内に収容されているＭ現像剤の透磁率に応じた値の電圧を出力する。現像剤の透磁率は、現像剤のトナー濃度と良好な相関を示すため、トナー濃度センサはトナー濃度に応じた値の電圧を出力することになる。なお、トナー濃度検知手段として、現像剤の透磁率を検知するものに代えて、現像剤からの反射率を検出することによってトナー濃度を検知するものを使用してもよい。

上記トナー濃度センサの出力電圧の値は、図示しないトナー補給制御部に送られる。このトナー補給制御部は、ＲＡＭ等の記憶手段を備えており、その中にＭ用のトナー濃度センサからの出力電圧の目標値であるＭ用Ｖｔｒｅｆや、他の現像ユニットに搭載されたトナー濃度センサからの出力電圧の目標値であるＣ，Ｙ，Ｍ用のＶｔｒｅｆのデータを格納している。Ｍ用の現像ユニット２０Ｍについては、Ｍ用のトナー濃度センサからの出力電圧の値とＭ用のＶｔｒｅｆを比較し、図示しないＭトナー濃度補給装置を比較結果に応じた時間だけ駆動させる。そして、これにより、補給用のＭトナーを現像ユニット２０Ｍに補給する。このようにしてＭトナー補給装置の駆動が制御（トナー補給制御）されることで、現像に伴ってＭトナー濃度を低下させたＭ現像剤に適量のＭトナーが補給され、現像ユニット２０Ｍ内のＭ現像剤のＭトナー濃度が所定の範囲内に維持される。

現像ユニット２０Ｍの近傍には、現像ユニット２０Ｍに対して、新たな磁性キャリアあるいはＭ現像剤を補給するキャリア補給装置が配設されており、後述するメイン制御部からの制御信号に基づいて駆動するようになっている。このキャリア補給装置によって新たな磁性キャリア又はＭ現像剤が補給された現像ユニット２０Ｍ内では、Ｍ現像剤のレベルが補給量に応じた分だけ上昇する。すると、その上昇に応じて、現像ユニット２０Ｍに設けられたオーバーフロー開口から現像剤がオーバーフローして、現像ユニット２０Ｍ外に排出される。このような補給とオーバーフローとにより、現像ユニット２０Ｍ内の磁性キャリアの新旧入れ替えが図られる。他の現像ユニット２０Ｃ，２０Ｙ，２０Ｋにおいても、同様にして、磁性キャリアの新旧入れ替えが行われる。

感光体３Ｍ上で現像されたＭトナー像は、後述する中間転写ベルト５１のおもて面に転写される。転写工程を経た感光体３Ｍの表面には、中間転写ベルト５１上に転写されなかった転写残トナーが付着している。この転写残トナーは、ドラムクリーニング装置５Ｋによって除去される。このようにして転写残トナーが除去された感光体３Ｍの表面は、除電ランプ６Ｍによって除電された後、一様帯電装置６Ｋによって再び一様帯電せしめられる。

Ｍ用のトナー像形成部１Ｍについて詳しく説明したが、他色用のトナー像形成部１Ｃ，Ｙ，Ｋにおいても、同様のプロセスによって感光体３Ｃ，Ｙ，Ｋの表面にＣ，Ｙ，Ｋトナー像が形成される。

互いに鉛直方向に並ぶように配設されたトナー像形成部１Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋの図中右側方には、転写ユニット５０が配設されている。この転写ユニット５０は、無端状の中間転写ベルト５１のループ内側に駆動ローラ５２とテンションローラ５３と従動ローラ５４とを有している。そして、これら３本のローラによって中間転写ベルト５１を張架しながら、駆動ローラ５２の回転駆動によって図中時計回り方向に無端移動せしめる。このようにして無端移動せしめられる中間転写ベルト５１は、その図中左側の張架箇所のおもて面を、Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ用の感光体３Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋにそれぞれ当接させており、これによってＭ，Ｃ，Ｙ，Ｋ用の１次転写ニップが形成されている。

中間転写ベルト５１のループ内側には、上述した３本のローラの他に、４つの転写チャージャー５５Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋが配設されている。これら転写チャージャー５５Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋは、Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ用の１次転写ニップの裏側で、中間転写ベルト５１の裏面に電荷を付与するように配設されている。この電荷の付与により、Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ用の１次転写ニップ内には、トナーを感光体３Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ側からベルトおもて面側に静電移動させる向きの転写電界が形成される。なお、コロナチャージ方式の転写チャージャーに代えて、転写バイアスが印加される転写ローラを用いてもよい。

各色の感光体３Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ上に形成されたＭ，Ｃ，Ｙ，Ｋトナー像は、各色の１次転写ニップにおいて、ニップ圧や転写電界の影響によって感光体側からベルトおもて面側に移動して中間転写ベルト５１上に重ね合わせて転写される。これにより、中間転写ベルト５１上には４色重ね合わせトナー像（以下、４色トナー像という）が形成される。

中間転写ベルト５１における駆動ローラ５２に対する掛け回し箇所には、２次転写バイアスローラ５６がベルトおもて面側から当接しており、これによって２次転写ニップが形成されている。この２次転写バイアスローラ５６には、図示しない電源や配線からなる電圧印加手段によって２次転写バイアスが印加されている。これにより、２次転写バイアスローラ５６と、接地された駆動ローラ５２との間に２次転写電界が形成されている。中間転写ベルト５１上に形成された４色トナー像は、ベルトの無端移動に伴って２次転写ニップに進入する。

本プリンタは、図示しない給紙カセットを備えており、その中に記録紙Ｐを複数枚重ねた記録紙束の状態で収容している。そして、一番上の記録紙Ｐを所定のタイミングで給紙路に送り出す。送り出された記録紙Ｐは、給紙路の末端に配設されたレジストローラ対６０のローラ間に挟み込まれる。レジストローラ対６０は、給紙カセットから送られてきた記録紙Ｐをローラ間に挟み込むために両ローラを回転駆動させているが、記録紙Ｐの先端を挟み込むとすぐに両ローラの回転駆動を停止させる。そして、記録紙Ｐを中間転写ベルト５１上の４色トナー像に同期させ得るタイミングで２次転写ニップに向けて送り出す。２次転写ニップでは、中間転写ベルト５１上の４色トナー像が２次転写電界やニップ圧の作用によって記録紙Ｐ上に一括２次転写される。そして、記録紙Ｐの白色と相まってフルカラー画像となる。このようにしてフルカラー画像が形成された記録紙Ｐは、２次転写ニップから排出された後、図示しない定着装置に送られてフルカラー画像が定着せしめられる。

２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト５１表面に付着している２次転写残トナーは、従動ローラ５４との間に中間転写ベルト５１を挟み込んでいるベルトクリーニング装置５７によってベルト表面から除去される。

また、プリンタ全体の各機器の制御を司る図示しないメイン制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only memory）等からなる。そして、プリンタの電源投入直後、ユーザーからのプリント命令を長時間待機した後のプリントジョブを開始する際、及び所定枚数のプリントを実施する毎に、作像性能調整処理を実施するようになっている。

作像性能調整処理においては、まず、予め定められた形状の複数のパッチ状潜像を互いに異なる光書込強度で感光体に形成し、それらパッチ状潜像の電位を電位センサによって検知する。そして、それらパッチ状潜像を互いに異なる現像バイアス（現像ロールへの印加電圧）の条件で現像して所定のパッチトナー像を複数得た後、それぞれに対する単位面積あたりのトナー付着量をトナー付着量検知手段としての反射型フォトセンサによって検知する。次いで、得られた各トナー像について、それぞれ潜像電位と現像バイアスとの電位差である現像ポテンシャルを算出した後、それぞれの現像ポテンシャルと、対応するパッチトナー像に対するトナー付着量との関係を示す直線近似式（傾きを現像γと呼び、ｘ切片を現像開始電圧と呼ぶ）を算出する。現像γ［ｍｇ／ｃｍ^２／ｋｖ］を算出したら、次に、狙いのトナー付着量を得るのに必要な現像ポテンシャルを現像γに基づいて特定した後、この現像ポテンシャルを実現し得る感光体帯電電位Ｖｄ、現像バイアスＶｂ、光書込強度ＶＬを、所定の電位テーブルに基づいて特定する。以降のプリントジョブにおいては、特定した感光体帯電電位Ｖｄ、現像バイアスＶｂ、光書込強度ＶＬの組合せを採用する。以上のような処理を、Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの各色についてそれぞれ行う。

なお、反射型フォトセンサによる各パッチトナー像に対するトナー付着量の検知については、感光体の表面上で検知してもよいし、中間転写ベルト５１の表面上で検知してもよい。

次に、第１実施形態に係るプリンタの特徴的な構成について説明する。
各色の現像ユニット２０Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ内において、トナーの単位重量あたりの帯電量Ｑ［μＣ／ｇ］は、現像剤のトナー濃度によって変化する。具体的には、トナー濃度が高くなるほど、磁性キャリア粒子の表面をトナー粒子によって被覆する率（キャリア粒子表面のトナー被覆率）が高くなる。これにより、磁性キャリアと十分に摺擦できないトナー粒子の量が増加するため、トナーの単位重量あたりの帯電量Ｑが低下する。一方、上述したような、トナー濃度センサからの出力電圧を目標のＶｔｒｅｆにするトナー補給を行っていても、トナー濃度は経時で変動することがある。環境変動に伴ってトナーの流動性が変動したり、長期の待機に伴ってトナーの嵩密度が変化したりすると、同じトナー濃度の条件下における現像剤の透磁率が変化するからである。現像濃度の安定化を図る目的で、パッチトナー像に対するトナー付着量などに基づいてＶｔｒｅｆを補正する構成を採用していれば、Ｖｔｒｅｆの補正によってもトナー濃度が変動する。そして、たとえトナーの帯電量Ｑが一定であったとしても、その間にトナー濃度が変化していれば、磁性キャリアのトナー帯電能力は変化していることになる。この逆に、トナーの帯電量Ｑが変化したとしても、その間のトナー濃度の変化が帯電量Ｑの変化に見合ったものであれば、磁性キャリアのトナー帯電能力は変化していないことになる。このため、トナーの帯電量Ｑだけに基づいて磁性キャリアのトナー帯電能力を把握することはできない。

トナーの単位重量あたりの帯電量Ｑそのものではなく、「ＤＡ＝帯電量Ｑ×現像剤のトナー濃度Ｔ／初期剤のトナー濃度Ｔ_ｓ」という数式（以下、第１式という）で求めた指標値ＤＡを用いれば、トナー濃度にかかわらず磁性キャリアのトナー帯電能力を把握することが可能である。なお、その数式において、現像剤のトナー濃度Ｔ［ｗｔ％］は、帯電量Ｑ［μＣ／ｇ］を測定したときの現像剤のトナー濃度である。また、初期剤とは、新品の状態の現像ユニットにセットされる現像剤である。初期剤のトナー濃度Ｔ_ｓ［ｗｔ％］は、使用する磁性キャリアの平均粒径や、その他の作像に関わる諸条件によって異なってくるが、平均粒径が５５［μｍ］程度の磁性キャリアを用いる場合には、５［ｗｔ％］程度である。また、平均粒径が３５［μｍ］程度の磁性キャリアを用いる場合には、初期剤のトナー濃度Ｔ_ｓは７［ｗｔ％］程度である。

上記第１式における各変数において、現像剤のトナー濃度Ｔについては上述したトナー濃度センサによって検知することが可能である。また、初期剤のトナー濃度Ｔ_ｓは予め判明している定数であるので、検知する必要がない。一方、トナーの単位重量あたりの帯電量Ｑは変数であるため、指標値ＤＡを求めるためには帯電量Ｑを検知する必要があるが、現像ユニット内で帯電量Ｑを検知することは非常に困難である。現像ユニット内からサンプリングしたトナーを、吸引ブローオフ装置等の外部測定機にセットして、トナーの帯電量Ｑを測定することが一般的であり、プリンタ内で帯電量Ｑを簡易に測定する技術は無いのが現状である。

ここで、図３に示すように、一般的なトナーの帯電量Ｑの範囲内（１０〜３５μＣ／ｇ）では、トナー濃度Ｔによらず、現像γがトナーの単位重量あたりの帯電量Ｑとほぼ直線的な関係を成立させることが解っている。その関係については、「現像γ＝−定数ａ×帯電量Ｑ＋定数ｂ」という数式（以下、第２式という）で表すことができる。なお、定数ａ、定数ｂは、それぞれプリンタに固有の定数であり、同じ仕様のプリンタ同士では同じ値になる。

上記第２式を変形すると、「帯電量Ｑ＝−（現像γ−定数ｂ）／定数ａ」という数式（以下、第３式という）が得られる。そして、この第３式を、上記第１式に代入すると、「指標値ＤＡ＝−トナー濃度Ｔ（現像γ−定数ｂ）／（初期剤トナー濃度Ｔ_ｓ×定数ａ）」という数式（以下、第４式という）を得ることができる。

本プリンタのメイン制御部は、上記第４式に対して、上述した作像性能調整処理の際に求めた現像γを代入して、磁性キャリアのトナー帯電能力を示す指標値ＤＡを求めるようになっている。但し、上記第４式に基づいて求めた指標値ＤＡそのままでは、磁性キャリアのトナー帯電能力を精度良く把握することができない。これは次に説明する理由による。即ち、磁性キャリアのトナー帯電能力は、湿度に応じて大きく変化する。一般的に、絶対湿度が高くなるほど、磁性キャリア粒子とトナー粒子との間に介在する水分子量が多くなって、磁性キャリアのトナー帯電能力を低下させる傾向がある。例えば、初期剤における上記第４式に基づく指標値ＤＡ（正常値）は、絶対湿度の変化に対して、図４に示すような特性で変化する。つまり、上記第４式に基づく指標値ＤＡの正常値は、絶対湿度に応じて変化するのである。にもかかわらず、絶対湿度を考慮せずに、上記第４式に基づく指標値ＤＡの算出結果だけに基づいて磁性キャリアのトナー帯電能力を評価すると、評価結果に誤差が生じてしまう。なお、図４に示した特性はあくまで一例であり、現像剤の種類によっては、指標値ＤＡの正常値が絶対湿度に対して途中で変曲点を持ちながら変化することもあると考えられる。

そこで、本プリンタにおいては、機内の絶対湿度を周知の技術によって検知する図示しない絶対湿度センサを設けている。また、初期剤と本プリンタと同様の構成のプリンタ試験機とを用いた実験により、上記第４式に基づいて算出した指標値ＤＡを１０［ｇ／ｍ^３］の絶対湿度条件（以下、標準湿度条件という）における値に補正するためのアルゴリズムを求めておき、それをＲＡＭやＲＯＭ等のデータ記憶手段に記憶させている。このアルゴリズムとは、具体的には、初期剤と、本プリンタと同様の構成のプリンタ試験機とを用いて求められた、指標値ＤＡの正常値と絶対湿度との関係を示す数式である。この数式に基づいて、絶対湿度検知時の絶対湿度の条件における指標値ＤＡの正常値と、標準湿度条件における指標値ＤＡの正常値とを特定し、両者の比を求める。そして、この比を、上記第４式に基づく指標値ＤＡの算出結果に乗ずることで、その指標値ＤＡを、標準湿度条件における値に補正する。その後、補正後の指標値ＤＡと、予めデータ記憶手段に記憶している図５に示す制御テーブルとに基づいて、上述したキャリア補給装置の駆動を制御する。これにより、磁性キャリアの劣化の進行度合いに応じて、磁性キャリアの新旧入れ替えを図る。かかる構成では、磁性キャリアのトナー帯電能力を精度良く検出しながら、必要に応じて磁性キャリアの補給を行うことで、必要以上の磁性キャリアを補給することによる磁性キャリアの無駄使いを回避することができる。

なお、初期剤とプリンタ試験機とを用いて求められた、指標値ＤＡの正常値と絶対湿度との関係が、途中で変曲点をもつような特性になる場合には、上記アルゴリズムとして、数式の代わりに、補正テーブルを採用してもよい。また、上記アルゴリズムがＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋで互いに異なる場合には、それぞれの色で専用のアルゴリズムに基づいて指標値ＤＡを求めるようにすることが望ましい。また、指標値ＤＡの正常値の違いによっては、図５に示した制御テーブルとして各色で異なるものを用いるようにしてもよい。

次に、本発明を適用したプリンタの第２実施形態について説明する。なお、以下に特筆しない限り、第２実施形態に係るプリンタの構成は、第１実施形態と同様である。
第２実施形態に係るプリンタにおいては、Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋの各色について、上述したキャリア補給装置を設けていない。また、各色の現像ユニット２０Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋにおいて、それぞれ、現像剤をホーバーフローさせるためのオーバーフロー開口を設けていない。かかる構成では、長期の使用に伴って、現像ユニット２０Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ内の磁性キャリアが徐々に劣化していく。

また、本プリンタにおいては、上述した制御テーブルとして、図６に示したものの代わりに、図６に示すものを記憶させている。メイン制御部は、この制御テーブルに従って、各色について、絶対湿度に基づく補正後の指標値ＤＡが１５〜３０の範囲内にある場合には、問題なしとして特別な制御を実施しない。また、絶対湿度に基づく補正後の指標値ＤＡが１３〜１４の範囲内にある場合や、３１〜３２の範囲内にある場合には、磁性キャリアのトナー帯電能力が限界まで増加あるいは低下する寸前であるとみなして、図示しない表示部の画面表示や音声等により、もうすぐ現像剤が寿命である旨のメッセージをユーザーに報知する。また、絶対湿度に基づく補正後の指標値ＤＡが１２以下である場合や、３３以上である場合には、磁性キャリアのトナー帯電能力が限界まで増加あるいは低下したとみなして、現像剤の交換を指示するメッセージをユーザーに報知する。

かかる構成においては、磁性キャリアのトナー帯電能力を精度良く検出しながら、検出結果に基づいて、現像剤の寿命到来や、もうすぐ寿命到来になるタイミングを、精度良く検出することができる。

第１実施形態に係るプリンタの要部を示す概略構成図。 現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示すグラフ。 トナーの帯電量Ｑと現像γとの関係を示すグラフ。 第４式に基づく指標値ＤＡと絶対湿度との関係を示すグラフ。 第１実施形態に係るプリンタが記憶している制御テーブル。 第２実施形態に係るプリンタが記憶している制御テーブル。

符号の説明

３Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ：感光体（潜像担持体）
４Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ：一様帯電装置
５Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ：ドラムクリーニング装置
６Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ：除電ランプ
１０Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ：光書込ユニット
２０Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ：現像ユニット（現像手段）
５０：転写ユニット
５１：中間転写ベルト

Claims (6)

1. 潜像を担持する潜像担持体と、トナー及びキャリアを含有する現像剤を用いて該潜像を現像する現像手段と、該現像手段によって現像されたトナー像に対する単位面積あたりのトナー付着量を検知するトナー付着量検知手段と、該トナー付着量の検知結果に基づいて、該現像手段に収容されている現像剤のキャリアのトナー帯電能力を示す所定の指標値を算出し、算出結果に基づいて所定の制御を実施する制御手段とを備える画像形成装置において、
   湿度を検知する湿度検知手段と、
   上記指標値を湿度の検知結果に基づいて特定の湿度条件下における値に補正するためのアルゴリズムを記憶しているデータ記憶手段とを設けるとともに、
   上記トナー付着量に基づく上記指標値を、該アルゴリズムに基づいて補正するように、上記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。
2. 潜像を担持する潜像担持体と、トナー及びキャリアを含有する現像剤を用いて該潜像を現像する現像手段と、該現像手段によって現像されたトナー像に対する単位面積あたりのトナー付着量を検知するトナー付着量検知手段と、該トナー付着量の検知結果に基づいて、該現像手段に収容されている現像剤のキャリアのトナー帯電能力を示す所定の指標値を算出し、算出結果に基づいて所定の制御を実施する制御手段とを備える画像形成装置において、
   湿度を検知する湿度検知手段と、
   湿度と上記指標値の正常値との関係を示すアルゴリズムを記憶しているデータ記憶手段とを設けるとともに、
   湿度の検知結果に対応する該正常値を該アルゴリズムに基づいて特定した後、特定結果と上記指標値の算出結果との差に基づいて上記所定の制御を実施するように、上記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２の画像形成装置において、
   上記現像手段として、現像剤担持体の表面上に担持した現像剤中のトナーを上記潜像担持体上の潜像に付着させて該潜像を現像するものを用いるとともに、
   該現像手段に収容されている現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段を設け、
   且つ、該潜像担持体の潜像電位と該現像剤担持体の電位との差である現像ポテンシャルを変化させながら、それぞれの現像ポテンシャルの条件下で所定のトナー像を現像し、それぞれのトナー像に対するトナー付着量を該トナー付着量検知手段で検知した結果と、それぞれのトナー像に対応する現像ポテンシャルとに基づいて、該トナー付着量と該現像ポテンシャルとの関係を示す直線の傾きを求め、該トナー濃度の検知結果と該傾きとに基づいて上記指標値を算出するように、上記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３の画像形成装置において、
   上記傾き（γ）と、上記現像手段に収容されている現像剤のトナー濃度（Ｔ）と、初期の該現像手段にセットされる現像剤のトナー濃度である初期剤トナー濃度（Ｔ_ｓ）と、所定の第１定数（ａ）と、所定の第２定数（ｂ）とを、
   「ＤＡ＝−Ｔ（γ−ｂ）／（Ｔ_ｓ×ａ）」
   という数式に代入して、上記指標値（ＤＡ）を算出するように、上記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１乃至４の何れかの画像形成装置であって、
   上記所定の制御として、上記現像手段内から現像剤中の少なくともキャリアを排出し、且つ該現像手段に新たなキャリア又は現像剤を補給手段によって補給する制御を実施するように、上記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１乃至４の何れかの画像形成装置において、
   上記所定の制御として、上記現像手段に対するキャリア交換作業が必要であることを示す情報をユーザーに報知する制御を実施するように、上記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。

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