JP2013054107A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱と誤差の少ない状態で従来よりも直接的にトナー帯電量Ｑ／Ｍを推定でき、現像装置内のトナー帯電量Ｑ／Ｍの変動を抑制でき、出力画像の再現性を高めることができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】電流検知回路１４１ｂは、中間転写ベルト８１へトナー像を転写する際の転写電流を検出する。パッチ検センサ３１は、中間転写ベルト８１上に転写したトナー像のトナー密度を検出する。トナー補給部２７２は、現像装置２にトナーを補給する。制御部１００は、非画像形成時に、感光ドラム１に測定用トナー像Ｑを形成して、放電開始電圧よりも低い転写電圧を用いて中間転写ベルト８１へ転写させる。そして、電流検知回路１４１ｂとパッチ検センサ３１の検出結果に基づいて、転写された単位トナー量当たりの転写電流量が所定範囲となるようにトナー補給部２７２の補給動作を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、現像装置が帯電させたトナーを用いて像担持体の静電像をトナー像に現像し、電気的な転写工程を経てトナー像を記録材に転写する画像形成装置、詳しくは、トナー像の転写現象を利用して現像装置内のトナー帯電量を正確に見積もる制御に関する。

像担持体に形成された静電像を、現像装置が帯電したトナーを用いてトナー像に現像し、電気的な転写工程を経てトナー像が転写された記録材を加熱加圧して記録材に画像を定着させる画像形成装置が広く用いられている。また、像担持体に形成されたトナー像を搬送部材（中間転写体又は記録材搬送体）を用いて記録材に転写する画像形成装置も広く用いられている。

静電像を現像して得られる記録材上の画像の濃度は、像担持体の静電像に付着したトナーの密度に依存し、一定の静電像に付着するトナーの密度は、現像装置内のトナー粒子が有する平均電気量に依存する。そして、現像装置内のトナー粒子が有する平均電気量は、トナーの単位重量当たりの電気量であるトナー帯電量Ｑ／Ｍで表される。したがって、現像装置内のトナー帯電量Ｑ／Ｍを一定に保つことは、出力画像の濃度を一定に保つために不可欠である。

二成分現像剤を用いる現像装置内のトナー帯電量Ｑ／Ｍは、一般的に、現像装置内でのトナーのキャリアに対する摩擦頻度が増えるほど高まるため、現像装置にトナーを補給すると低下し、画像形成によってトナーが消費されると上昇する。このため、従来は、トナー消費に伴って補給されるトナーの量を調整してトナー帯電量Ｑ／Ｍを一定に保つ制御が採用されていた（特許文献１）。

特許文献１には、像担持体に形成されたトナー像を記録材搬送ベルトに担持された記録材に転写する画像形成装置が示される。ここでは、ビデオカウントによって画像形成ごとに消費されるトナー量を求めて、求めた量だけのトナーを現像剤補給装置から現像装置へ補給している。そして、定期的にトナー帯電量Ｑ／Ｍを推定するためのパッチトナー像を像担持体に形成して、像担持体で光学式センサによりパッチトナー像のトナー密度を測定し、測定結果をビデオカウントによるトナー補給量にフィードバックしている。

所定条件で形成された静電像を現像して得られたパッチトナー像のトナー密度が一定に再現されるように、現像剤補給装置から補給されるトナー量を補正していた。トナー密度が一定であれば、現像装置内のトナー帯電量Ｑ／Ｍが一定に保たれているとみなしていた。

特許文献２には、感光ドラムから中間転写ベルトへトナー像を転写する際に、転写効率を高めるために、放電開始電圧よりも高い転写電圧を用いることが記載されている。放電開始電圧とは、転写ローラに印加する電圧を高める方向へ変化させた際に、トナー像の転写部を流れる転写電流が電圧に対する比例関係から乖離して大きく増加し始める変曲点の転写電圧である。

特開平１０−０３９６０８号公報 特開２００５−１６４７７９号公報

しかし、像担持体に所定条件で形成された静電像は、常に一定の静電像であるとは限らない。像担持体の温度湿度条件、静電像形成装置（露光装置等）の温度特性等に起因して、所定条件で形成しても静電像の電位が異なる場合がある。また、像担持体に一定の静電像が形成されていたとしても、現像装置の電圧変動、現像効率の変化等によって現像されたパッチトナー像のトナー密度が変化する。

したがって、みかけ上、所定条件で形成された静電像を所定条件で現像して得られたパッチトナー像のトナー密度が一定に再現されていても、トナー帯電量は、設計範囲から大きく逸脱している可能性があった。トナー帯電量が設計範囲を逸脱すると、パッチトナー像の濃度階調では画像の濃度が再現されていても、少し離れた濃度階調では画像の濃度が正確に再現されなくなるおそれがある。トナー帯電量が設計範囲を下回ると、現像装置周りのトナー飛散が増える問題も発生する。トナー帯電量が設計範囲を上回ると転写効率が低下して画像濃度の再現性が低下する問題も発生する。

本発明は、外乱と誤差の少ない状態で従来よりも直接的にトナー帯電量Ｑ／Ｍを推定でき、現像装置内のトナー帯電量Ｑ／Ｍの変動を抑制でき、出力画像の再現性を高めることができる画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体に静電像を形成する静電像形成手段と、トナーとキャリアを含む現像剤を用いて前記静電像をトナー像に現像する現像装置と、前記トナー像が転写される被転写体と、画像形成時に、放電開始電圧よりも高い第一の転写電圧を用いて前記トナー像を前記被転写体へ転写する転写装置と、前記転写装置がトナー像を転写する際の転写電流に対応した出力を発生する第一の検出部と、前記転写装置が前記被転写体上に転写したトナー像のトナー量に対応した出力を発生する第二の検出部と、前記現像装置にトナーを補給する補給装置と、非画像形成時に、前記像担持体に測定用トナー像を形成して、前記転写装置により放電開始電圧よりも低い第二の転写電圧を用いて前記被転写体へ転写して、転写された単位トナー量当たりの転写電流量が所定範囲となるように、前記第一の検出部と前記第二の検出部の検出結果に基づいて前記補給手段の補給動作を制御する制御手段とを有するものである。

本発明の画像形成装置では、転写効率が低下するために画像形成時には使用されない放電開始電圧よりも低い第二の転写電圧で転写を行う。このため、第一の検出部で検出される転写電流は、転写された測定用トナー像の電荷量とトナー粒子の個数の積に対応している。また、第二の検出部の出力は、第二の転写電圧を用いて被転写体上に転写されたトナー粒子の個数に対応している。

このため、第一の検出部で検出された転写電流量を、第二の検出部で検出されたトナー量（又はトナー密度）で割り算した値は、転写された測定用トナー像におけるトナー帯電量Ｑ／Ｍに対応している。測定用トナー像のトナー帯電量は、現像装置から現像によって取り出したトナーのトナー帯電量にほぼ等しいため、割り算した値は、現像装置内のトナーのトナー帯電量Ｑ／Ｍにほぼ等しい。

したがって、静電像形成手段、現像装置の現像効率、転写手段の転写効率の影響を受けることなく、現像装置内のトナー帯電量Ｑ／Ｍを検出できる。転写電流量をトナー量（トナー密度）で割り算した値は、像担持体の温度湿度条件、静電像形成装置（露光装置等）の温度特性、静電像の電位、現像効率、現像条件、転写効率のいずれにも影響を受けないからである。

したがって、これらの外乱要因、誤差要因を取り除いたトナー帯電量Ｑ／Ｍの正確な把握が可能である。転写されたトナー量当たりの転写電流量が所定範囲となるように補給手段の補給動作を制御することで、現像装置内のトナー帯電量Ｑ／Ｍを精密に制御できる。外乱と誤差の少ない状態で、従来よりも直接的にトナー帯電量Ｑ／Ｍを推定できるので、現像装置内のトナー帯電量Ｑ／Ｍの変動を抑制して出力画像の濃度再現性を高めることができる。

画像形成装置の構成の説明図である。 現像装置の軸垂直断面の構成の説明図である。 現像装置の水平断面の構成の説明図である。 連続画像形成中の測定用トナー像の配置の説明図である。 比較例の制御におけるトナー帯電量Ｑ／Ｍの変化の説明図である。 転写ローラに印加する転写電圧と転写電流の関係の説明図である。 実施例１の制御におけるトナー帯電量Ｑ／Ｍの変化の説明図である。 実施例１の制御のフローチャートである。 レーザー光強度による画像濃度制御の説明図である。 転写ローラに印加する転写電圧と転写電流の関係の説明図である。 実施例２の制御のフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、画像形成時よりも低い転写電流を伴って転写されたトナー像を検出する限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、現像室と攪拌室を水平に配置した横攪拌型のみならず、現像室と攪拌室を斜め又は上下に配置した縦攪拌型現像装置でも実施できる。現像剤担持体を１本用いる現像装置のみならず、２本、３本用いる現像装置でも実施できる。

二成分現像剤を用いる画像形成装置であれば、タンデム型／１ドラム型、中間転写型／記録材搬送型／直接転写型、モノクロ／フルカラー、静電像形成方式、帯電方式、露光方式の区別無く実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１０は、感光ドラム１の周囲に、帯電ローラ１１、露光装置１２、現像装置２、転写ローラ１４、ドラムクリーニング装置１４を配置している。

感光ドラム１は、帯電極性が負極性の感光層をアルミニウムシリンダの基体上に形成して構成され３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。帯電ローラ１１は、感光ドラム１の表面を、負極性の暗部電位ＶＤに一様に帯電させる。露光装置１２は、感光ドラム１の表面に画像の静電像を書き込む。暗部電位ＶＤに帯電した感光ドラム１の表面電位が露光を受けて明部電位ＶＬに低下することで、負極性に帯電したトナーが付着可能となる。

現像装置２は、感光ドラム１に形成された静電像を反転現像してトナー像を形成する。転写ローラ１４は、感光ドラム１に当接して中間転写ベルト８１に対するトナー像の転写部Ｔｒ１を形成する。電源Ｄ１が転写ローラ１４に正極性の直流電圧を印加することにより、感光ドラム１に担持されたトナー像が中間転写ベルト８１へ転写される。

中間転写ベルト８１に転写されたトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐに二次転写される。二次転写ローラ４０は、対向ローラ３９に支持された中間転写ベルト８１に当接して二次転写部Ｔ２を形成する。記録材カセット６０からピックアップローラ６１によって引き出された記録材Ｐは、分離ローラ６２で１枚ずつに分離して、レジストローラ４１へ送り出される。レジストローラ４１は、停止状態で記録材Ｐを受け入れて待機させ、中間転写ベルト８１のトナー像にタイミングを合わせて二次転写部Ｔ２へ記録材Ｐを送り出す。

中間転写ベルト８１と記録材Ｐの重なりが二次転写部Ｔ２を通過する過程で、電源Ｄ２が二次転写ローラ４０に直流電圧を印加することにより、中間転写ベルト８１に担持されたトナー像が記録材Ｐに転写される。トナー像を転写された記録材Ｐは、中間転写ベルト８１から曲率分離して定着装置９０へ送り込まれ、加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、機体外部へ排出される。ベルトクリーニング装置５０は、中間転写ベルト８１にクリーニングブレードを当接させて、二次転写部Ｔ２で記録材Ｐに転写されなかった転写残トナーを回収する。

中間転写ベルト８１は、駆動ローラ３７、テンションローラ３８、及び対向ローラ３９に張架され、駆動ローラ３７に駆動されて３００ｍｍ／ｓｅｃの回転速度で回転する。中間転写ベルト８１は、厚さ８０μｍ、体積抵抗率が１×１０^１０［Ω・ｃｍ］の導電性ポリイミドのシームレスベルトを使用した。

ドラムクリーニング装置１５は、感光ドラム１の回転方向の転写ローラ１４下流に配置される。ドラムクリーニング装置１５は、ウレタンゴムのクリーニングブレードを感光ドラム１に摺擦させて、転写部Ｔｒ１で転写されなかった転写残トナーを除去する。

＜静電像形成部＞
静電像形成手段の一例である帯電ローラ１１及び露光装置１２は、像担持体の一例である感光ドラム１に静電像を形成する。帯電ローラ１１は、全体としてローラ状に構成され、感光ドラム１に所定の押圧力を持って圧接され、感光ドラム１表面に接して従動回転する。電源Ｄ１１は、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を帯電ローラ１１に印加して、感光ドラム１の表面を、負極性の暗部電位ＶＤに一様に帯電させる。直流電圧は、感光ドラム１の帯電のターゲット電位に合わせて変化させ、画像形成時の直流電圧は概ね−６００Ｖである。交流電圧は、周波数２ｋｈｚ、電圧１．５ｋＶｐｐ、波形：方形波を用いた。

露光装置１２は、画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、感光ドラム１の表面に画像の静電像を書き込む。暗部電位ＶＤに帯電した感光ドラム１の表面電位が露光を受けて明部電位ＶＬに低下することで、負極性に帯電したトナーが付着可能となる。原稿の画像信号がポリゴンミラー（不図示）等を介して、帯電ローラ１１によって負極性に帯電された感光ドラム１上に投射されて静電像が形成される。露光装置１２のレーザービームの強度は、０〜２５５の範囲で変更することができ、レーザービームの光強度を変更することで、静電像の明部電位ＶＬを変化させることができる。

＜現像装置＞
図２は現像装置の軸垂直断面の構成の説明図である。図３は現像装置の水平断面の構成の説明図である。

図２に示すように、現像装置２は、トナーとキャリアを含む現像剤を用いて静電像をトナー像に現像する。現像装置２は、二成分現像剤の現像剤を使用する二成分現像方式であって、現像剤は、帯電極性が負極性のトナー（非磁性）と帯電極性が正極性のキャリア（磁性）を主成分としている。現像装置２の内部は、垂直方向に延在する隔壁２１３によって、現像室２１２と攪拌室２１１とに区画されている。現像室２１２には現像スクリュー２２２が配置される。現像スクリュー２２２は、現像室２１２の現像剤を攪拌搬送して、現像スリーブ２３２に供給する。攪拌室２１１には攪拌スクリュー２２１が配置される。攪拌スクリュー２２１は、トナー補給槽２７１からトナー補給部２７２を通じて供給されたトナーと、攪拌室２１１内にある現像剤とを攪拌混合しつつ搬送して現像剤のトナー濃度を均一化する。

図３に示すように、現像室２１２と攪拌室２１１との間の隔壁２１３には、手前側と奥側の端部において現像室２１２と攪拌室２１１とを相互に連通させる現像剤通路２１６、２１７が形成されている。現像によってトナーが消費されて現像剤のトナー濃度が低下した現像室２１２の現像剤が現像剤通路２１７を通じて攪拌室２１１へ移動する。トナー補給部２７２を通じてトナーを供給されてトナー濃度の回復した攪拌室２１１の現像剤が現像剤通路２１６を通じて現像室２１２へ移動する。現像室２１２と攪拌室２１１を現像剤が攪拌を受けつつ搬送される過程でトナーとキャリアが摩擦して、それぞれマイナスとプラスに帯電する。

図２に示すように、現像室２１２には、非磁性の現像スリーブ２３２が回転可能に配置されている。現像スリーブ２３２内には、マグネット２３１が固定配置されている。マグネットは、周方向に３極以上の磁極を有することが望ましく、ここでは、５極としてある。

現像室２１２内の現像スクリュー２２２で攪拌された現像剤は、マグネット２３１の汲み上げ極Ｎ３の磁力で拘束され、現像スリーブ２３２の回転により搬送される。現像剤は、ある一定以上の磁束密度を有するカット極Ｓ２で十分に拘束され、磁気ブラシを形成した状態で規制ブレード２５により穂切りされる。規制ブレード２５は、現像剤の磁気穂を穂切りして、現像スリーブ２３２に担持される現像剤の層厚を適正化する。

層厚を適正化された現像剤は、カット極Ｓ２と搬送用磁極Ｎ１の間に形成される磁束、及び搬送用磁極Ｎ１と現像極Ｓ１の間に形成される磁束によって、現像スリーブ２３２の表面に拘束され、現像スリーブ２３２の回転に伴って現像極Ｓ１へ搬送される。感光ドラム１と対向して現像領域を形成する現像極Ｓ１は、現像スリーブ２３２の表面に磁気ブラシを形成して起立させ、磁気ブラシの穂先を感光ドラム１に摺擦させる。

電源Ｄ２は、直流電圧Ｖｄｃに交流電圧Ｖａｃを重畳した振動電圧を現像スリーブ２３２に印加して、磁気ブラシに静電気的に拘束されたトナーを感光ドラム１の静電像に移転させる。これにより、感光ドラム１を露光して形成した明部電圧ＶＬと現像スリーブ２３２に印加された直流電圧Ｖｄｃの電位差である現像コントラストＶｃｏｎｔを電気的に埋め合わせるだけの密度のトナーが静電像に付着してトナー像が現像される。画像形成時の現像スリーブ２３２の直流電圧は概ね−５００Ｖである。

＜補給装置＞
現像剤には、磁性トナーを主成分とした一成分現像剤と、非磁性トナーと磁性キャリアを主成分とした二成分現像剤とがある。フルカラーやマルチカラー画像を形成する画像形成装置は、画像の色味などの観点から、ほとんどが二成分現像剤を使用している。二成分現像剤では、画像形成を行うと、トナーが消費されることにより、現像剤の重量に占めるトナーの重量の比率であるトナー濃度（Ｔ／Ｄ比）が低下する。そのため、トナー補給部から画像形成ごとに消費されただけのトナーを補給して、トナー濃度（Ｔ／Ｄ比）を一定に保つ必要がある。

図２に示すように、補給装置の一例であるトナー補給部２７２は、現像装置２にトナーを補給する。現像装置２では、現像剤のトナー濃度（Ｔ／Ｄ比）が低下すると、トナーのキャリア摩擦機会が増えて、トナー帯電量（単位質量当りのトナーの電荷量）Ｑ／Ｍが上昇する。トナー帯電量Ｑ／Ｍが上昇すると、等しい静電像に付着するトナー個数が減って、現像されたトナー像のトナー密度が低下するため、出力画像の濃度が低下して画像の再現性が損なわれる。そのため、現像装置２内のトナー帯電量Ｑ／Ｍを所定範囲に維持するように、トナー補給部２７２からトナーを補給する。

攪拌室２１１の上部にトナー補給部２７２を介してトナー補給槽２７１が配置される。トナー補給部２７２は、トナー補給槽２７１から取り出したトナーを一定量堆積し、トナー補給部２７２内のトナー搬送スクリュー（不図示）の回転角度に応じただけのトナーを切り出して攪拌室２１１に落下させる。制御部１００は、補給モータ駆動回路２７３を介してトナー搬送スクリューの回転を制御して、現像装置２に対するトナー補給量を調整する。制御部１００のＣＰＵ１０１に接続されたＲＯＭ１０２には、補給モータ駆動回路２７３の制御データ等が記憶されている。

＜転写装置＞
図２に示すように、転写装置の一例である転写ローラ１４は、画像形成時に、放電開始電圧よりも高い第一の転写電圧を用いてトナー像を被転写体の一例である中間転写ベルト８１へ転写する。感光ドラム１の回転方向の現像装置２の下流に転写ローラ１４が配置される。転写ローラ１４は、両端部がスプリングによって付勢されて中間転写ベルト８１に圧接して、感光ドラム１と中間転写ベルト８１との間に転写部Ｔｒ１を形成する。転写ローラ１４は、直径８ｍｍの金属ローラ軸の外周面に円筒状に導電性スポンジ層を配置して外径１６ｍｍに形成されている。転写ローラ１４の導電性スポンジ層は、抵抗率が１０^７Ω・ｃｍである。

現像装置２が現像したトナー像は、感光ドラム１の回転に伴って、感光ドラム１と中間転写ベルト８１とが当接する一次転写部Ｔｒの領域を通過し、その過程で、電源１４１ａは、定電圧の直流電圧である転写電圧を転写ローラ１４に印加する。転写電圧によって、中間転写ベルト８１へトナー像が一次転写される。画像形成時に、一次転写ローラ１４に印加される転写電圧は、概ね＋９００Ｖである。

第一の検出部の一例である電流検知回路１４１ｂは、中間転写ベルト８１へトナー像を転写する際の転写電流に対応した出力を発生する。電流検知回路１４１ｂは、転写に際して転写ローラ１４に流れる転写電流を検出する。

＜パッチ検センサ＞
第二の検出部の一例であるパッチ検センサ３１は、被転写体上の一例である中間転写ベルト８１上に転写したトナー像のトナー量に対応した出力を発生する。中間転写ベルト８１の回転方向の一次転写部Ｔｒの下流にパッチ検センサ３１が配置される。

パッチ検センサ３１は、中間転写ベルト８１の表面に赤外光を斜めに照射して正反射光と垂直散乱光とを検出する光学式センサである。パッチ検センサ３１は、中間転写ベルト８１上のトナーの密度が多いほど垂直散乱光が増えて正反射光が減少する検出原理を用いて、一次転写部Ｔｒにて中間転写ベルト８１上に転写されたトナー像の濃度を検出する。

＜比較例＞
図４は連続画像形成中の測定用トナー像の配置の説明図である。図５は比較例の制御におけるトナー帯電量Ｑ／Ｍの変化の説明図である。比較例の調整モードは、従来のパッチ検ＡＴＲ制御において、測定用トナー像を、後述する実施例１と等しく形成したものである。

画像形成ごとのトナー補給の誤差が累積してトナー濃度（Ｔ／Ｄ比）が変化しないように、現像装置内にインダクタンスセンサを設けてトナー濃度（Ｔ／Ｄ比）を一定に保つ制御が知られている。しかし、トナー濃度（Ｔ／Ｄ比）が一定でも、トナー帯電量Ｑ／Ｍは現像剤の温度湿度、劣化状態に応じて大きく変化するため、トナー補給部の制御方法として、パッチ検ＡＴＲ制御が広く用いられている。パッチ検ＡＴＲ制御は、インダクタンスセンサに頼ることなく、現像装置内の現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍを一定に維持できるようにして、画質低下等の問題を抑制可能としている。パッチ検ＡＴＲ制御は、感光ドラム上に画像形成時と同一条件で画像濃度検知用画像パターンである３ｃｍ角程度のパッチトナー像を作像し、画像形成時と同一条件で中間転写ベルトに転写する。そして、中間転写ベルトに対向配置した光学式センサによって、中間転写ベルト上のパッチトナー像のトナー濃度を検出し、検出されたパッチトナー像のトナー濃度が所望の値になるように、トナー補給部のトナー補給量を調整する。

しかし、パッチ検ＡＴＲ制御であっても、パッチトナー像の画像形成条件が安定していない場合、その影響を受けて現像装置内の現像剤の適正なトナー帯電量Ｑ／Ｍを維持できない。トナー帯電量Ｑ／Ｍは、種々の要因によって変動するため、トナー帯電量Ｑ／Ｍを一定に保つことは容易ではない。

図２を参照して図４に示すように、比較例では、連続画像形成中、出力する画像の先端と後端に挟まれた非画像形成領域（画像間隔Ｌ）に、従来のパッチトナー像に代えて、測定用トナー像Ｑを形成させる。測定用トナー像Ｑは、後述する画像濃度検知用画像パターンである。

制御部１００は、感光ドラム１上の画像間隔Ｌに、常に同じ帯電／露光条件で測定用トナー像の静電像を形成する。測定用トナー像Ｑの静電像は、現像装置２によって測定用トナー像Ｑに現像される。感光ドラム１の測定用トナー像Ｑは、転写ローラ１４の位置で中間転写ベルト８１に転写され、転写後の測定用トナー像Ｑの濃度がパッチ検センサ３１を用いて測定される。そして、制御部１００は、パッチ検センサ３１で検出された画像濃度が一定になるように、トナー補給部２７２の制御を調整する。

しかし、比較例のパッチ検ＡＴＲ制御では、測定用トナー像の画像形成条件が安定していない場合、その影響を受けて、適正なトナー帯電量Ｑ／Ｍを維持できない可能性がある。中間転写ベルト８１上の測定用トナー像のトナー密度には、以下のような不確定要因が影響しているため、パッチ検センサ３１がトナー密度を正確に測定したとしても、トナー帯電量Ｑ／Ｍを正確に制御できない可能性がある。
（１）静電像形成工程、
（２）静電像の現像工程、
（３）トナー像の転写工程。

上記（１）〜（３）のいずれかの工程で、工程の特性が変動した場合、トナー帯電量Ｑ／Ｍは同一であっても、測定用トナー像のトナー密度が変化する結果、パッチ検センサ３１が検出する画像濃度は違ってくる。

図５に示すように、現像工程の安定しない場合、比較例の制御では、トナー帯電量Ｑ／Ｍが低下する。横軸に出力枚数（Ａ４サイズ）、縦軸にそれぞれ比較例における画像形成装置の（ａ）現像効率、（ｂ）パッチ検センサの検出結果、（ｃ）感光ドラム上の測定用トナー像のトナー帯電量Ｑ／Ｍ、（ｄ）現像剤のトナー濃度（Ｔ／Ｄ比）の推移を示す。測定用トナー像Ｑは、画像比率（最大画像濃度に対するトナー消費割合）が２％の画像である。

図５の（ａ）に示すように、連続画像形成中にトナー像の現像効率が次第に低下した場合、比較例では、（ｂ）に示すように、測定用トナー像の画像濃度を一定に保つようにトナー補給部２７２の制御が調整される。トナー像の現像効率は、画像形成中の温度湿度の変化、画像形成の累積に伴う感光層の特性変化によって発生する。比較例では、現像効率の低下→画像濃度の低下→トナー補給量の増加→トナー濃度Ｔ／Ｄ比の上昇→トナー帯電量の減少→画像濃度の上昇という制御が実行されてしまう。結果的に、比較例の制御では、（ａ）の現像効率の低下を補うために、本来は一定に維持すべき（ｃ）のトナー帯電量Ｑ／Ｍを低下させてしまう。

ここで、現像効率とは、次式で定義される指数である。
（現像効率）＝｛（現像後のトナー像電位）−（静電像の明部電位）｝／｛（現像直流電位）−（静電像の明部電位）｝

したがって、現像後のトナー像電位が現像直流電位に等しくなっていれば現像効率は１００％になり、静電像は完全にトナーで充填されている。しかし、（ａ）に示すように、初期に８０％程度あった現像効率が、連続画像形成の累積につれて低下している。この状態で画像濃度を維持するためには、トナー帯電量Ｑ／Ｍを下げるしかなく、トナー補給によりトナー濃度（Ｔ／Ｄ比）を上げることで、トナー帯電量Ｑ／Ｍを低下させている。結果として、初期に−３０μＣ／ｇ程度あったトナー帯電量Ｑ／Ｍが、２０００枚の画像形成後には−２０μＣ／ｇ程度に低下している。

同様に、（１）静電像形成工程において静電像条件が変化した場合にも、（３）トナー像の転写工程において転写効率（転写されたトナーの割合）が変化した場合にも、トナー帯電量Ｑ／Ｍが変化する。そのため、比較例（従来のパッチ検ＡＴＲ制御）では、トナー像濃度を一定に保つようにトナー濃度（Ｔ／Ｄ比）を増加もしくは減少させるため、肝心のトナー帯電量Ｑ／Ｍが正常な範囲から外れてしまう。

トナー帯電量Ｑ／Ｍが低下して正常な範囲から外れると、画質劣化やトナー飛散が発生し易くなる。画像劣化とは、粒状性低下（がさつき感）／白地かぶり／転写不良による白抜けなどである。トナー帯電量Ｑ／Ｍが上昇して正常な範囲から外れると、画像濃度の低下、画質劣化（転写不良による白抜け）が発生し易くなる。現像装置内にインダクタンスセンサを設けてトナー濃度（Ｔ／Ｄ比）を一定に保つ制御を行っても、トナー帯電量Ｑ／Ｍは種々の要因によって変動するため、トナー帯電量Ｑ／Ｍを一定に保つことは容易ではない。インダクタンスセンサを設けるための追加コスト、追加スペースの問題もある。

そこで、以下の実施例では、インダクタンスセンサに頼ることなく、現像装置内の現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍを一定に維持できるようにして、画質低下等の問題を抑制可能としている。以下の実施例では、（１）静電像形成工程、（２）静電像の現像工程、（３）トナー像の転写工程の特性が変化しても、トナー帯電量Ｑ／Ｍが一定に保てるような制御を行う。

＜実施例１＞
図６は転写ローラに印加する転写電圧と転写電流の関係の説明図である。図７は実施例１の制御におけるトナー帯電量Ｑ／Ｍの変化の説明図である。

図２に示すように、制御手段の一例である制御部１００は、非画像形成時に、感光ドラム１に測定用トナー像Ｑを形成して、放電開始電圧よりも低い第二の転写電圧を用いて中間転写ベルト８１へ転写させる。制御部１００は、帯電電位を制御して露光装置１２を用いることなく所定条件の静電像を形成して現像装置２の現像幅に相当する帯状の測定用トナー像を形成する。

図４に示すように、実施例１では、連続画像形成中、出力する画像の先端と後端に挟まれた非画像形成領域（画像間隔Ｌ）に、レーザー光を用いずに画像形成を行うアナログ方式で測定用トナー像Ｑを形成させる。露光を行わず、測定用トナー像Ｑのタイミングで帯電ローラ１１に印加する直流電圧を通常の−６００Ｖ前後から−２００Ｖに低下させることにより、帯状の静電像が形成される。帯電ローラ１１に印加する交流電圧は、通常と同じ１．５ｋＶｐｐである。

これにより、現像装置２の現像幅一杯の帯状トナー像が形成されるため、転写部Ｔｒ１では、感光ドラム１の長手方向のほぼ全域で測定用トナー像Ｑを通じた転写電流が発生する。転写ローラ１４と中間転写ベルト８１とが直接接触して転写電流を発生する誤差要因が少なくなっている。

図２に示すように、実施例１では、測定用トナー像Ｑが中間転写ベルト８１上に転写される際の転写ローラ１４に流れる転写電流値：Ｉｐを、電流検知回路１４１ｂにより検知する。また、中間転写ベルト８１上に転写された測定用トナー像濃度：Ｄｐをパッチ検センサ３１により検出する。

図６の縦軸は電流検知回路１４１ｂによって検出された転写電流実測値から転写部Ｔｒ１の抵抗成分を流れる電流値（転写電圧比例成分）を差し引いた転写電流値：Ｉｐである。図６中、実線は、現像スリーブ２３２に直流電圧を−４５０Ｖ印加して、現像コントラスト２５０Ｖ（＝−２００Ｖ−−４５０Ｖ）分のトナー像が現像された場合の転写電圧−転写電流特性である。また、破線は、現像スリーブ２３２に直流電圧を−１００Ｖ印加して、現像コントラスト−１００Ｖ（＝−２００Ｖ−−１００Ｖ）として、トナー像が現像されなかった場合の転写電圧−転写電流特性である。

図６に示すように、転写ローラ１４に印加する直流電圧（転写電圧）に応じて、転写部Ｔｒ１の抵抗成分以外の要因で流れる転写電流値：Ｉｐは、転写部Ｔｒ１で放電が始まる前と後で異なる様相を示す。
（１）トナー像を転写する場合（実線）、−２００〜２００Ｖに掛けて転写電流が大きく増加し、その後６００Ｖ近くまで徐々に転写電流が増加している。感光ドラム１と中間転写ベルト８１との間に形成された電界に応答して最初に帯電量の大きなトナー粒子が移転し、続いて帯電量の低いトナー粒子が移転している。トナー像を転写しない場合（破線）では、転写電流が流れていないため、この電圧領域で流れる転写電流は、トナーが転写された電荷移動に伴う転写電流であり、転写されたトナーの総電荷量：Ｑに依存する転写電流値である。
（２）６００Ｖ以上では、トナー像を転写する場合（実線）も、しない場合（破線）も転写電流値：Ｉｐが増加する傾向となっている。これは、転写部Ｔｒ１の対向面間で放電が発生して、感光ドラム１と中間転写ベルト８１との間で直接流れる放電電流が加算された結果である。

したがって、転写ローラ１４に印加する転写電圧が非放電領域（６００Ｖ未満）であれば、パッチ検センサ３１で検出された測定用トナー像濃度：Ｄｐと合わせた値：Ｉｐ／Ｄｐは、トナー帯電量Ｑ／Ｍに比例する値である。転写電流値：Ｉｐは、トナーの電荷量：Ｑに比例する値であるからである。

このため、実施例１では、転写ローラ１４に印加する転写電圧を非放電領域（６００Ｖ未満）に設定した上で、Ｉｐ／Ｄｐが一定になるようにトナー補給制御を行って、現像装置２内のトナーのトナー帯電量Ｑ／Ｍを一定に保っている。実施例１の制御では、放電開始電圧６００Ｖよりも低い第二の転写電圧で測定用トナー像の転写を行うので、転写部Ｔｒ１における測定用トナー像の転写効率は低下する。しかし、「電流検知回路１４１ｂの出力に基づく転写電流量」を「パッチ検センサ３１の出力に基づくトナー量」で割った数値がトナー帯電量Ｑ／Ｍに精度良く対応する。

これに対して、放電開始電圧よりも高い第一の転写電圧で測定用トナー像の転写を行った場合、画像形成時並みに、転写部Ｔｒ１における測定用トナー像の転写効率は大きく高まる。しかし、転写されたトナー粒子は、放電の影響を受けて帯電量が変化しているため、「電流検知回路１４１ｂの出力に基づく転写電流量」を「パッチ検センサ３１の出力に基づくトナー量」で割った数値は、トナー帯電量Ｑ／Ｍと無関係な値になっている。したがって、放電領域（６００Ｖを超える）の転写電圧は、転写ローラ１４に印加する転写電圧として、実施例１では使用できない。

実施例１の制御でも、上述したように、（１）静電像形成工程、（２）静電像の現像工程、（３）トナー像の転写工程の３工程の特性が変化することはあり得る。しかし、測定用トナー像濃度：Ｄｐが変化しても、同時に転写電流値：Ｉｐも変化しているので、Ｉｐ／Ｄｐを一定になるようにすれば、トナー帯電特性：Ｑ／Ｍを一定に制御することができる。

図７の（ｅ）に示すように、３０００枚の連続画像形成において、画像比率（最大画像濃度に対するトナー消費割合）が２％の画像を出力して、Ｉｐ／Ｄｐが一定になるようにトナー補給制御を行った。横軸は出力枚数（Ａ４サイズ）である。縦軸は、（ａ）が測定用トナー像Ｑの現像効率、（ｂ）がパッチ険センサ３１の検知結果：Ｄｐ、（ｃ）が測定用トナー像Ｑの転写時の検知電流値：Ｉｐである。（ｄ）がＩｐ／Ｄｐの算出結果、（ｅ）が感光ドラム１上のトナー像のトナー帯電量Ｑ／Ｍ、（ｆ）が現像剤のトナー濃度（Ｔ／Ｄ比）の推移である。Ｉｐ／Ｄｐの値は、計算の都合上、Ｉｐを１０００倍してから、Ｄｐで割っている。

図７の（ａ）に示すように、初期に８０％程度あった測定用トナー像Ｑの現像効率が、出力されるにつれて低下した。これに伴って、（ｂ）に示すように、測定用トナー像Ｑの濃度：Ｄｐも低下した。しかし、転写されるトナー量が減少しているので、（ｃ）に示すように、測定用トナー像Ｑの転写時の検知電流値：Ｉｐも低下した。よって、（ｄ）に示すように、Ｉｐ／Ｄｐで算出すると、この値は変化していない。そして、（ｄ）に示すようにＩｐ／Ｄｐの値を変化させないようにトナー補給を調整したので、（ｅ）に示すように、トナー帯電量Ｑ／Ｍを安定的に推移させることが可能になった。

実施例１の制御では、Ｉｐ／Ｄｐ：一定で制御するので、（ｆ）に示すように、トナー濃度（Ｔ／Ｄ比）を余計に変更させずに済む結果、（ｅ）に示すように、トナー帯電量Ｑ／Ｍが変化してしまうことによる課題を解決できる。

＜トナー帯電量制御＞
図８は実施例１の制御のフローチャートである。実施例１では、測定用トナー像Ｑの形成に先立たせて、感光ドラム１にトナー像を形成していない状態で放電開始電圧を求めて第二の転写電圧を設定する設定モードを実行可能である。画像形成前に、画像間の測定用トナー像Ｑを転写する際に用いる転写電圧：Ｖｐを決定する。放電開始電圧は、転写電圧を高める方向へ変化させた際に、トナー像の転写部を流れる転写電流が転写電圧に対する比例関係から乖離して大きく増加し始める変曲点の転写電圧である。

図２を参照して図８に示すように、制御部１００は、最初に、帯電ローラ１１の直流電圧を−２００Ｖに設定して感光ドラム１の表面を−２００Ｖに帯電させ（Ｓ１）、現像スリーブ２３２の直流電圧を−１００Ｖに設定する（Ｓ２）。この状態では、現像コントラスト（−２００−−１００）がマイナスのため、マイナスに帯電したトナーは感光ドラム１に移転せず、測定用トナー像Ｑは形成されない。

制御部１００は、転写ローラ１４に印加する転写電圧を段階的に変化させて、電流検知回路１４１ｂによりそれぞれの転写電圧にて転写電流を測定して、図６の破線で示される電圧−電流特性を得る（Ｓ３）。

制御部１００は、図６の破線の関係から、放電によって転写電流が流れ始める放電開始電圧（−６００Ｖ）を求め、放電開始電圧（−６００Ｖ）よりも低い電圧領域を未放電領域とみなして、転写ローラ１４に印加する転写電圧：Ｖｐを決定する（Ｓ４）。

実施例１では、±０．３μＡを誤差範囲内と設定して転写電流値：ＶＩｐが±０．３μＡ以内の領域を未放電領域と定義し、放電開始電圧：６００Ｖより２００Ｖ低い４００Ｖを、転写ローラ１４に印加する転写電圧：Ｖｐに設定した。

制御部１００は、帯電ローラ１１と現像スリーブ２３２の電圧設定を画像形成時の条件に戻す（Ｓ５）。実施例１における画像形成時の帯電ローラ１１の直流電圧は−６００Ｖ、現像スリーブ２３２の直流電圧は−５００Ｖ、一次転写ローラ１４の直流電圧は９００Ｖである。

この条件で画像出力（Ｘ枚目）を行って、Ｘ枚目とＸ＋１枚目の画像間隔に、測定用トナー像Ｑを形成して、Ｉｐ／Ｄｐ（Ｘ）を測定する。

制御部１００は、画像間隔に対応する位置において、帯電ローラ１１の直流電圧を−２００Ｖに設定して（Ｓ６）、現像スリーブ２３２の直流電圧を−４５０Ｖに設定する（Ｓ７）。この状態では、現像コントラスト（−２００−−４５０）がプラスのため、マイナスに帯電したトナーが感光ドラム１に移転して測定用トナー像Ｑが形成される。

制御部１００は、転写ローラ１４に放電開始電圧よりも低い転写電圧：Ｖｐを印加して測定用トナー像Ｑを中間転写ベルト８１に転写し（Ｓ８）、電流検知回路１４１ｂによって転写電流：Ｉｐ（Ｘ）を測定する（Ｓ９）。続いて、パッチ検センサ３１によって中間転写ベルト８１上の測定用トナー像の濃度：Ｄｐ（Ｘ）を測定する（Ｓ１０）。制御部１００は、Ｉｐ（Ｘ）とＤｐ（Ｘ）の値を取り込んで、Ｉｐ／Ｄｐ（Ｘ）を算出する（Ｓ１１）。

制御部１００のＲＯＭ１０２には、Ｉｐ／Ｄｐ（Ｘ）と現像装置２内のトナーのトナー帯電量Ｑ／Ｍの関係は予め記録されている。制御部１００は、Ｉｐ／Ｄｐ（Ｘ）に基づいて現像装置２内のトナーのトナー帯電量Ｑ／Ｍを評価し、トナー補給量：Ｍ（Ｘ＋１）を算出する（Ｓ１２）。

制御部１００は、その後、継続画像出力を行うかの判断を行い（Ｓ１３）、画像形成を継続する場合（Ｓ１３のｙｅｓ）、Ｘ＋１枚目の画像形成時に、その補給量によりトナー補給を行う（Ｓ５）。終了する場合（Ｓ１３のｎｏ）、画像形成装置１０は停止する。

＜トナー補給制御＞
図２に示すように、制御部１００は、電流検知回路１４１ｂとパッチ検センサ３１の検出結果に基づいて、転写された単位トナー量当たりの転写電流量が所定範囲となるようにトナー補給部２７２の補給動作を制御する。制御部１００は、転写された単位トナー量当たりの転写電流量が増えるほどトナー補給部２７２によるトナー補給を増やす。

初期の現像剤での測定用トナー像ＱのＩｐ／Ｄｐの値：Ｉｐ／Ｄｐ（ｉｎｉｔ）＝３８とする。実施例１では、Ｉｐ／Ｄｐ（ｉｎｉｔ）＝３８のとき、感光ドラム１上のトナー帯電量Ｑ／Ｍは、−３０．０μＣ／ｇ程度であった。

また、画像形成装置１０がＸ枚目に出力した際に測定した測定用トナー像ＱのＩｐ／Ｄｐの値：Ｉｐ／Ｄｐ（Ｘ）＝４５とする。実施例１では、Ｉｐ／Ｄｐ（Ｘ）＝４５のとき、感光ドラム１上のトナー帯電量Ｑ／Ｍは、−３５．５μＣ／ｇ程度であった。

この場合、測定用トナー像Ｑのトナー帯電量Ｑ／Ｍは初期より上昇しているため、Ｘ＋１枚目にはトナー補給を行ってトナー帯電量Ｑ／Ｍを下げる必要がある。

Ｘ＋１枚目でのトナー補給量：Ｍ（Ｘ＋１）は、Ｉｐ／Ｄｐ（ｉｎｉｔ）、Ｉｐ／Ｄｐ（Ｘ）とＲＯＭ１０１に予め記録されている補給係数：Ｍ（基準）を用いて、次式のように決定される。
Ｍ（Ｘ＋１）＝（Ｉｐ／Ｄｐ（ｉｎｉｔ）−Ｉｐ／Ｄｐ（Ｘ））×Ｍ（基準）・・（式１）

（式１）より、Ｍ（Ｘ＋１）＞０の場合には、（式１）で決定された分のトナー補給が実施され、Ｍ（Ｘ＋１）≦０の場合には、トナー補給は実施されない。（式１）より、Ｍ（Ｘ＋１）を算出し、Ｘ＋１枚目の補給量とした。

＜画像濃度制御＞
図９はレーザー光強度による画像濃度制御の説明図である。図７の（ｅ）に示すように、実施例１の制御によれば、トナー帯電量Ｑ／Ｍの量を直接検知できるため、トナー帯電量Ｑ／Ｍの値が一定となるようにトナー補給制御を行うことができる。しかし、トナー帯電量Ｑ／Ｍを一定に制御した場合、（ａ）に示すように現像効率が低下すると、（ｂ）に示すように、肝心の画像濃度が低下する。

そこで、実施例１では、所定条件のパッチトナー像を形成して、第一の転写電圧を用いて中間転写ベルト８１に転写してパッチ検センサ３１により検出し、その検出結果に基づいてパッチトナー像のトナー密度が一定に保たれるように露光装置１２を調整する。

測定用トナー像Ｑが形成されない画像間隔において通常の画像形成条件にて画像濃度調整用のパッチトナー像を形成し、通常の転写条件にて中間転写ベルト８１に転写する。そして、中間転写ベルト８１上のパッチトナー像をパッチ検センサ３１により検出し、検出されたパッチトナー像の濃度に応じて、露光装置１２のレーザー光強度を調整して画像濃度を安定化させる。

画像濃度調整用のパッチトナー像を形成するタイミングについては、測定用トナー像Ｑを用いたトナー帯電量制御によってＩｐ／Ｄｐの値が、Ｉｐ／Ｄｐ（ｉｎｉｔ）値に収束しているときに行うことが望ましい。そのため、実施例１では、測定用トナー像ＱのＩｐ／Ｄｐの値がＩｐ／Ｄｐ（ｉｎｉｔ）±１になった次の画像間で画像濃度調整用のパッチトナー像を形成している。

また、画像濃度調整用のパッチトナー像を形成する際には、通常画像形成時の帯電と露光とを実行する。放電開始電圧よりも高い転写電圧を用いて転写効率の高い転写を行って、中間転写ベルト８１上のパッチトナー像をパッチ険センサ３１で検出する。パッチトナー像の濃度が低い場合にはレーザー光強度を高めて現像コントラストを増し、パッチトナー像の濃度が高い場合にはレーザー光強度を下げて現像コントラストを減らす。

図７を参照して説明したトナー帯電量制御において、パッチトナー像の濃度値に応じてレーザー光強度を調整した。図９の（ｂ）に実線で示すように、画像濃度調整用のパッチトナー像の濃度値に応じて、レーザー光強度変更制御を実行した場合、図９の（ａ）に実線で示すように、最高濃度階調（２２５／２２５）に対応する反射濃度を１．６に維持することができた。実施例１では、図７の（ａ）に示す現像効率の低下によるレーザー光強度変更の必要時においてレーザー光強度を上げることで、画像濃度を安定化させた。静電像が深くなることで現像コントラストが大きくなり、画像濃度を向上させ、画像濃度を安定にすることができた。

図９の（ｂ）に破線で示すように、画像濃度調整用のパッチトナー像の濃度値に応じて、レーザー光強度変更制御を実行しない場合、図９の（ａ）に破線で示すように、最高濃度階調（２２５／２２５）に対応する反射濃度は、１．２まで低下した。レーザー光強度が一定の場合、図７の（ａ）に示す現像効率の低下が原因で、画像濃度が低下してしまった。

実施例１では、図７に示すトナー帯電量Ｑ／Ｍ制御と、図９に示すレーザー光強度制御の効果によって、Ｉｐ／Ｄｐを一定にするようにトナー補給制御を行いつつ、出力画像の濃度を安定させることができた。

なお、実施例１では、レーザー光強度を変化させることで静電像を変化させて画像濃度を安定化する手法を用いたが、帯電ローラ１１や現像スリーブ２３２に印加する電圧を変更する手法で静電像を変化させてもよい。帯電ローラ１１又は現像スリーブ２３２に印加する電圧を変更することによって同様の調整を行うことが可能である。

また、実施例１では、パッチトナー像の濃度検出結果に基づいてレーザー光強度を制御したが、レーザー光強度の制御は、現像剤の状態を予測することで、現像効率の低下を予測し変化させてもよい。パッチトナー像に頼ることなく、レーザー光強度を出力枚数に応じて上げる制御に置き換えてもよい。

また、パッチトナー像の濃度検出結果に基づいて静電像を調整する場合、画像濃度調整用のパッチトナー像を形成するタイミングは、他のタイミングでも構わない。

また、トナーにキャリアを所定割合混合した補給用現像剤を現像装置に補給して、トナー補給に伴って過剰な現像剤をオーバーフローさせる現像装置が広く用いられている。この場合、画像比率が低くてトナー消費の少ない画像形成が続くとトナーの帯電性能が低下する問題がある。そのため、制御部１００は、実行された連続画像形成における画像１枚当たりのトナー消費量が少ないほど帯状の測定用トナー像の回転方向の長さを大きくして、トナーの帯電性能の低下を抑制することが望ましい。

＜実施例２＞
実施例１では、帯電ローラ１１に印加する直流電圧をアナログ方式に変化させて測定用トナー像Ｑを形成した。これに対して、実施例２では、暗部電位ＶＤに帯電された感光ドラム１の表面電位を露光装置１２を用いてデジタル式に低下させて静電像を形成する方法によって測定用トナー像Ｑを形成する。実施例２では、測定用トナー像Ｑの静電像を形成するプロセス以外の転写、検出、Ｉｐ／Ｄｐの計算、トナー補給制御等については、実施例１と同一のため、重複する説明を省略する。

実施例２では、図２に示すように、帯電ローラ１１に印加される振動電圧の直流電圧を−６００Ｖに設定して感光ドラム１表面を暗部電位ＶＤ（−６００Ｖ）に帯電させる。ここで、露光装置１２をレーザー光強度Ｌ＝１５０で作動させて静電像を形成したとき、露光によって暗部電位ＶＤ（−６００Ｖ）が明部電位ＶＬ（−２００Ｖ）に低下すると仮定する。現像スリーブ２３２に印加される振動電圧の直流電圧Ｖｄｃを−４５０Ｖに設定して、明部電位ＶＬとの間でプラスの現像コントラスト（−２００Ｖ−−４５０Ｖ）が形成されると仮定する。

実施例２では、画像形成前に、画像間隔に形成した測定用トナー像Ｑを転写する際に用いる転写電圧：Ｖｐを決定する。実施例２ではレーザー光を用いて測定用トナー像Ｑの静電像を形成するデジタル方式で測定用トナー像Ｑを形成する。

露光装置１２を用いて測定用トナー像Ｑの静電像を形成する場合、トナーが現像された領域と現像されない領域とで感光ドラム１の表面電位が異なってくるため、図１０に示すように、転写部Ｔｒ１での放電開始電圧が実施例１よりも低くなる。このため、測定用トナー像を転写する際に転写ローラ１４へ印加する転写電圧の設定可能な範囲が実施例１よりも狭くなる。

図１０に実線で示すように、露光装置１２が上述の露光条件で明部電位ＶＬ＝−２００Ｖの静電像を形成して、現像装置２が上述の現像条件で測定用トナー像Ｑを現像した場合、転写電圧−転写電流特定は、図６に示す実施例１とほぼ同一である。トナーが転写されたことによる電流量が図６に示す実施例１よりも減少している理由は、帯電ローラ１１によって感光ドラム１が帯電される範囲よりも、露光装置１２の露光範囲が領域が狭いため、帯状のトナー像のベルト幅方向の長さが減少したためである。

しかし、図１０に破線で示すように、露光装置１２が上述の露光条件で明部電位ＶＬ＝−２００Ｖの静電像を形成して、現像装置２が測定用トナー像Ｑを現像しなかった場合、図６に示す実施例１よりも放電開始電圧が低くなる。図６に示すアナログ方式と図１０に示すデジタル方式との差は、破線で示すトナーを現像させなかったときの転写電圧−転写電流特性における放電開始電圧である。

図１０に示すデジタル方式の場合、中間転写ベルト８１を介して転写ローラ１４に対向する感光ドラム１の表面のうち露光装置１２の露光範囲は、−２００Ｖの明部電位ＶＬであるが、その外側は−６００Ｖの暗部電位ＶＤである。このため、明部電位ＶＬの領域に対向する位置よりも４００Ｖ低い電圧で暗部電位ＶＤに対向する位置で放電が開始してしまう。露光のあり、なしで感光ドラム１の表面電位の差は４００Ｖであるため、この分、放電開始電圧が４００Ｖ低電圧側にシフトしている。

そのため、図１０に示すデジタル方式では、トナーを現像させない領域の放電開始電圧が低いので、測定用トナー像Ｑの転写時に用いる転写電圧：Ｖｐは、図１０の破線において電流が流れていない領域を用いる必要がある。しかし、測定用トナー像Ｑの転写時に用いる転写電圧：Ｖｐを放電開始電圧よりも低く設定すれば、デジタル方式においても、Ｉｐ／Ｄｐを一定にするようにトナー補給制御を行うことで、トナー帯電量Ｑ／Ｍを安定的に保つ制御が可能である。

図２を参照して図１０に示すように、制御部１００は、最初に、帯電ローラ１１の直流電圧を−６００Ｖに設定し、現像スリーブ２３２の直流電圧を−４５０Ｖに設定する（Ｓ１）。

制御部１００は、次に、感光ドラム１にトナー像が現像されない状態で、転写ローラ１４に印加する転写電圧を変更しながら、電流検知回路１４１ｂにより転写電流を測定して、図１０に破線で示すような転写電圧−転写電流特性を求める（Ｓ２）。

制御部１００は、求めた転写電圧−転写電流特性に基づいて、転写部Ｔｒ１に放電による電流が流れていない未放電領域を決定する。実施例２では、±０．３μＡを誤差範囲内と設定し、転写部Ｔｒ１の抵抗値に基づく転写電圧比例の電流値からの乖離が±０．３μＡ以内の領域を未放電領域と定義している。

そして、未放電領域の範囲内で、測定用トナー像を中間転写ベルト８１へ転写する際に転写ローラ１４に印加する転写電圧：Ｖｐを設定する（Ｓ３）。実施例２では、図９に示すように、放電開始電圧：２００Ｖより１００Ｖ低い１００Ｖを転写電圧Ｖｐに設定した。

制御部１００は、その後、帯電ローラ１１と現像スリーブ２３２の電圧設定を画像形成時の条件に戻す（Ｓ４）。実施例２では、画像形成時の帯電ローラ１１の直流電圧は−６００Ｖ、現像スリーブ２３２の直流電圧は−５００Ｖ、一次転写ローラの印加電圧は９００Ｖである。

制御部１００は、この条件で画像出力（Ｘ枚目）を行った後、帯電ローラ１１の直流電圧を−６００Ｖに設定し、現像スリーブ２３２の直流電圧を−４５０Ｖに設定する（Ｓ５）。制御部１００は、Ｘ枚目とＸ＋１枚目の画像間隔において、レーザー光強度Ｌ＝１５０で測定用トナー像Ｑの静電像を形成し現像装置２により現像して測定用トナー像を形成する（Ｓ６）。

制御部１００は、転写ローラ１４に転写電圧：Ｖｐ＝１００Ｖを印加して測定用トナー像電圧を中間転写ベルト８１に転写し（Ｓ７）、このときの一次転写電流：Ｉｐ（Ｘ）を測定する（Ｓ８）。制御部１００は、その後、測定用トナー像Ｑの濃度：Ｄｐ（Ｘ）をパッチ検センサ３１で測定する（Ｓ９）。

制御部１００は、Ｉｐ（Ｘ）とＤｐ（Ｘ）の値を取り込んで、Ｉｐ／Ｄｐ（Ｘ）を算出する（Ｓ１０）。

Ｉｐ／Ｄｐ（Ｘ）から、トナー補給量：Ｍ（Ｘ＋１）を算出する手法は実施例１で説明した（式１）の通りである。また、トナー帯電量Ｑ／Ｍを一定に保つ過程で現像効率が低下して画像濃度が低下した場合には、実施例１と同様に、レーザー光強度を変化させて静電像を調整して画像濃度を安定に維持している。

＜実施例３＞
実施例１、２では１個の感光ドラムに形成されたトナー像を中間転写ベルトに転写する画像形成装置について説明した。しかし、中間転写ベルトに沿って複数の画像形成部を配置して各色のトナー像を転写するタンデム型の画像形成装置でも実施可能である。

また、本発明は、感光ドラムに形成されたトナー像を中間転写ドラムに転写する画像形成装置でも実施可能である。また、本発明は、感光ドラムに形成されたトナー像を記録材搬送ベルトに担持された記録材に転写する画像形成装置でも実施可能である。記録材搬送ベルトに担持された記録材にトナー像を転写する画像形成装置は、被転写体を「トナー像が転写される記録材を担持して搬送する記録材搬送体」に置き換えて構成される。転写装置は、画像形成時に、放電開始電圧よりも高い第一の転写電圧を用いてトナー像を記録材搬送体に担持された記録材へ転写する。

そして、非画像形成時に、像担持体に測定用トナー像を形成して、転写装置により放電開始電圧よりも低い第二の転写電圧を用いて記録材搬送体へ転写する。そして、第一の検出部と第二の検出部の検出結果に基づいて、転写された単位トナー量当たりの転写電流量が所定範囲となるように補給手段の補給動作を制御する。

また、実施例１、２では、求めたトナー帯電量Ｑ／Ｍを専らトナー補給制御に利用している。しかし、操作パネルを通じて、トナー帯電量Ｑ／Ｍを自動測定させる測定モードを実行させ、求めたトナー帯電量Ｑ／Ｍを数値表示させてもよい。この場合、像担持体に形成されたトナー像を、放電開始電圧よりも低い転写電圧を用いて被転写体に転写する際の転写電流を検出する第一の検出部と、被転写体に転写されたトナー像のトナー密度を検出する第二の検出部とを備える。

そして、制御部１００は、第一の検出部及び第二の検出部の検出結果に基づいて、現像装置内のトナーのトナー帯電量Ｑ／Ｍの数値を操作パネルに出力させる。

１ 感光ドラム、２ 現像装置、１０ 画像形成装置
１１ 帯電ローラ、１２ 露光装置、１４ 転写ローラ
１５ ドラムクリーニング装置、３１ パッチ検センサ
３７ 駆動ローラ、３８ ステアリングローラ、３９ 対向ローラ
４０ 二次転写ローラ、５０ ベルトクリーニング装置
６０ 記録材カセット、６１ ピックアップローラ、６２ 分離ローラ
８１ 中間転写ベルト、９０ 定着装置、１００ 制御部
１４１ａ 定電圧電源、１４１ｂ 電流検知回路
２１１ 攪拌室、２１２ 現像室、２１３ 隔壁
２２１ 攪拌スクリュー、２２２ 現像スクリュー
２３１ マグネットローラ、２３２ 現像スリーブ
２５ 規制ブレード、２７１ トナー補給槽
２７２ トナー補給部、２７３ 補給モータ駆動回路

Claims (8)

1. 像担持体と、
   前記像担持体に静電像を形成する静電像形成手段と、
   トナーとキャリアを含む現像剤を用いて前記静電像をトナー像に現像する現像装置と、
   前記トナー像が転写される被転写体と、
   画像形成時に、放電開始電圧よりも高い第一の転写電圧を用いて前記トナー像を前記被転写体へ転写する転写装置と、
   前記転写装置がトナー像を転写する際の転写電流に対応した出力を発生する第一の検出部と、
   前記転写装置が前記被転写体上に転写したトナー像のトナー量に対応した出力を発生する第二の検出部と、
   前記現像装置にトナーを補給する補給装置と、
   非画像形成時に、前記像担持体に測定用トナー像を形成して、前記転写装置により放電開始電圧よりも低い第二の転写電圧を用いて前記被転写体へ転写して、転写された単位トナー量当たりの転写電流量が所定範囲となるように、前記第一の検出部と前記第二の検出部の検出結果に基づいて前記補給装置の補給動作を制御する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記転写された単位トナー量当たりの転写電流量が増えるほど前記補給装置によるトナー補給を増やすことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、所定条件の静電像を形成して前記現像装置の現像幅に相当する帯状の測定用トナー像を形成することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、実行された連続画像形成における画像１枚当たりのトナー消費量が少ないほど前記帯状の測定用トナー像の回転方向の長さを大きくすることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記像担持体に所定条件のパッチトナー像を形成して、前記第一の転写電圧を用いて転写して前記第二の検出部により検出し、その検出結果に基づいてパッチトナー像のトナー密度が一定に保たれるように前記静電像形成手段を調整することを特徴とする請求項３又は４に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記像担持体にトナー像を形成していない状態で前記転写装置及び前記第一の検出手段を制御して前記放電開始電圧を求めることにより前記第二の転写電圧を設定する設定モードを実行可能であって、
   前記放電開始電圧は、転写電圧を高める方向へ変化させた際に、トナー像の転写部を流れる転写電流が転写電圧に対する比例関係から乖離して大きく増加し始める変曲点の転写電圧であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 帯電させたトナーを用いて転写体に電気的に形成されたトナー像を、放電開始電圧よりも低い転写電圧を用いて、前記転写体に当接する被転写体へ電気的に転写する際の転写電流を検出する第一の検出部と、
   前記被転写体に転写された前記トナー像のトナー密度を検出する第二の検出部と、
   前記第一の検出部及び前記第二の検出部の検出結果に基づいて、前記帯電させたトナーのトナー帯電量に応じた出力を形成する制御手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
8. 像担持体と、
   前記像担持体に静電像を形成する静電像形成手段と、
   トナーとキャリアを含む現像剤を用いて前記静電像をトナー像に現像する現像装置と、
   前記トナー像が転写される記録材を担持して搬送する記録材搬送体と、
   画像形成時に、放電開始電圧よりも高い第一の転写電圧を用いて前記トナー像を前記記録材搬送体に担持された記録材へ転写する転写装置と、
   前記転写装置がトナー像を転写する際の転写電流に対応した出力を発生する第一の検出部と、
   前記転写装置が前記記録材搬送体に転写したトナー像のトナー量に対応した出力を発生する第二の検出部と、
   前記現像装置にトナーを補給する補給装置と、
   非画像形成時に、前記像担持体に測定用トナー像を形成して、前記転写装置により放電開始電圧よりも低い第二の転写電圧を用いて前記記録材搬送体へ転写して、転写された単位トナー量当たりの転写電流量が所定範囲となるように、前記第一の検出部と前記第二の検出部の検出結果に基づいて前記補給手段の補給動作を制御する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。

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