JP2018128553A - 付着物質物性測定装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
印字に使用される直前のトナーの付着力の変化を画像形成装置内において検出困難であった。
【解決手段】
本被測定物が付着する被測定物付着部を設けられた圧電振動子を有する付着量測定装置において、前記圧電振動子の発振電圧を制御する振幅制御手段を有し、前記振幅制御手段にて発振電圧を変かえた時毎に前記被測定物の付着量を測定する測定モードを持ち、付着量変化の閾値を判定することを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、付着物質物性測定装置および画像形成装置に関する。

像担持体（感光体）上に静電的にトナーを付着させて画像を形成する画像形成装置では、長期使用により濃度変動等の画像不良が生じる場合がある。この要因の一つとして、現像剤（トナー単体もしくはトナーとキャリアの混合物）の劣化が挙げられる。長期使用により、トナーの外周に付着している荷電制御のための外添剤が、トナーを構成する樹脂内部に埋没してしまう場合がある。この埋没が生じると、トナー同士やトナーと部材間の付着力が増加し、現像不良や転写不良が生じて画像に影響が出てしまうという問題が生じる。こうした画像不良を引き起こさない為にも、トナーの劣化状態、特にトナーの付着力を検知し、制御する必要がある。

このような問題に対して、画像形成装置内において現像剤の付着力の変化により変動する他の物理量を検出し、その物理量に応じて、画像条件や補給等を制御する方法が提案されている。例えば、特許文献１では、厚みずり振動子からなる流動性センサを用いて流動性の変化を検出し、帯電制御や現像剤の補給等を制御することで、画像の低下を回避する方法が提案されている。

特開平6-167886 号公報

G.Sauerbrey, Z.f.Phys.,155,206(1959)

特許文献１では、例えば現像器内の2成分現像剤に接触し、現像器内のセンサ上を通過した現像剤の流動性を検出しており、トナーの劣化状態が促進する現像ブレード後のトナーの付着力を直接検出していないため、実際の現像に寄与するトナーの付着力を精度良く検出できていない可能性がある。また、現像器内で所望の現像剤の攪拌、搬送が行われなかった場合に、適切な制御が行われない場合がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、画像形成装置において、現像剤担持体に担持されるトナーの付着力を検出し、付着力の変化に応じた制御を行うことで、画像不良を起こさずに安定した画像形成を実現する。

本発明に係る画像形成装置は、以下の構成を有する。すなわち、被測定物が付着する被測定物付着部を設けられた圧電振動子を有する付着量測定装置において、前記圧電振動子の発振電圧を制御する振幅制御手段を有し、前記振幅制御手段にて発振電圧を変かえた時毎に前記被測定物の付着量を測定する測定モードを持ち、付着量変化の閾値を判定することを特徴とする。

本発明の構成により、従来に比べ安定した出力画像を得ることが可能となる。

電子写真画像形成装置の構成例の概略を示す図。 ＱＣＭ水晶センサの構成を示す図。 現像装置の構成例を示す図。 実施例で用いるフローチャート 実施例のブロック図 実施例の回路図 実施例のタイミングチャート 実施例で用いる詳細なフローチャート 実施例で用いるトナー物性測定工程のフローチャート 実施例１の閾値算出工程に係る発振増幅電圧Ｖに対する質量Ｍの関係図 トナー除去工程におけるトナーの挙動の模式図 実施例１の閾値判定工程に係る発振増幅電圧Ｖに対する質量Ｍの関係図 実施例１に係る転写電流値に対する転写効率と再転写効率の関係図 実施例１に関わる閾値Ｖと転写電流値Ｉの関係図 実施例２の閾値判定工程に係る発振増幅電圧Ｖに対する質量Ｍの関係図

以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。本発明は、具体的には、種々のプリンタや複写機、複合機等の画像形成装置に適用可能であり、本発明の中核をなす後述の計測手段からのトナーの付着力の検出方法及び手段を備えること以外の構成要素は、従来の画像形成装置と同様であってよい。

［実施例１］
[装置構成]
図１は、本発明が適用できる電子写真方式の画像形成装置の構成の概略を示す図である。４色タンデム型方式の画像形成装置であって、色毎に像担持体である感光体１０１上にトナー像を形成し、中間転写ベルト１１５上に４色のトナー像を重ね合わせ、カラー画像を得る画像形成装置１０である。図１において、参照番号の後に付してある文字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、形成するトナー像の色を表している。Ｙはイエロー、Ｍはマゼンタ、Ｃはシアン、Ｋはブラックを表す。

画像形成装置１０は、感光体１０１、帯電装置１０２、露光装置１０３、現像装置１０４、転写装置１０５、クリーニング装置１０６、定着装置１０７を備える。さらに画像形成装置１０は、トナー物性測定装置１０８、一次転写ローラ１１３、二次転写ローラ１１４、中間転写ベルト１１５、給紙ローラ１１６、排紙トレイ１１７を備える。また、記録紙Ｐが画像形成装置１０内に積載されている。なお、感光体１０１上にトナー画像を形成し、中間転写ベルト１１５上にトナー像を重ね合わせる工程は、各色で同様であるため、以下の説明では色の表記は省略する。異なる図面においても、同一部品や機能については、同じ参照番号を付す。

プリント開始の信号が入力されると、感光体１０１の表面が帯電装置１０２により所定の電位になるように帯電される。露光装置１０３から画像信号に基づいて変調されたレーザ光１００を感光体１０１上に照射し、静電潜像を感光体１０１上に形成する。現像装置１０４は、内部に収容している現像剤中のトナー粒子１６１を帯電させた後、静電潜像と現像スリーブ１１１間に形成される電界によりトナー粒子を静電力で移動させ、トナー像を感光体１０１上に形成する。中間転写ベルト１１５は、感光体１０１と一次転写ローラ１１３とに挟まれ、一次転写ニップ部を構成している。感光体１０１上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト１１５上に転写される。

以上の工程をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色分を順次繰り返すことにより、中間転写ベルト１１５上に４色が重なったトナー像を形成する。その後、クリーニング装置１０６は、トナー像を転写した後の感光体１０１の表面において転写しきれなかった残トナー等の付着物を除去する。そして、感光体１０１は、繰り返し画像形成に使用される。給紙カセット内に収容された記録紙１６３は、給紙ローラ１１６により１枚ずつ分離され、中間転写ベルト１１５との接触部まで搬送される。

中間転写ベルト１１５上のトナー像は、二次転写内ローラ１１４により押し下げられた転写ベルト１１５と、二次転写外ローラ１２８が接触する二次転写ニップ部（不図示）で、給紙カセットから搬送されてきた記録紙１６３に転写される。そして記録紙１６３に転写されたトナー像は、定着装置１０７で熱と圧力を加えられて定着される。画像が定着された記録紙１６３は、排紙トレイ１１７上に排紙され、画像出力が完了する。

本発明では、上記の画像形成工程に、現像装置１０４内に設けたトナー物性測定測定装置１０８と、トナー物性測定装置１０８においてトナー物性を測定する計測工程と、トナー物性測定装置１０８に付着したトナー粒子１６１を除去するトナー除去工程と、計測したトナー物性に基づいて画像形成装置１０の動作制御を行うプロセスを追加する。

［トナー質量測定工程］
（ＱＣＭ水晶センサの測定原理と構成）
本実施例では、図１で示したトナー帯電量測定装置１０８の構成要素であるトナーの帯電量を測定するセンサとしてＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）水晶センサを用いる。ＱＣＭ水晶センサは、水晶の薄板の両面に電極を形成し、電圧を印加すると、水晶の圧電逆効果によって結晶振動が励起される特性を利用し、電極表面に吸着した物質の質量変化を、水晶の発振周波数の変化から算出するセンサである。

一般に、ＱＣＭ水晶センサの電極に吸着した物質の質量変化ΔＭと、ＱＣＭ水晶センサの共振周波数変化Δｆとの関係は次の式１に示すＳａｕｅｒｂｒｅｙの式で表されることが知られている。

ここで、ｆ_０は電極に物質が付着していないときの水晶の共振周波数、ρは水晶の密度（２．６４９×１０^３ｋｇ／ｍ^３）、μは水晶のせん断応力（２．９４７×１０^１０ ｋｇ ｍｓ）、Ｓは有効振動面積である。

上記式１により、ｆ_０＝１０ＭＨｚの振動子を用いた場合、△ｆ＝１Ｈｚの変化に対応する質量変化は約５（ｎｇ／ｃｍ^２）であることから、ＱＣＭ水晶センサは共振周波数変化Δｆを正確に測定すれば、極めて微小な質量の変化を検出できるセンサである。

本実施例で用いるＱＣＭ水晶センサの構成を、図２を用いて説明する。ＱＣＭ水晶センサ１２０は、トナー吸着面電極１２１、トナー非吸着面電極１２２、トナー吸着面側の電極端子１２３、トナー非吸着面側の電極端子１２４、および水晶片１２７から構成される。

図２（ａ）は、ＱＣＭ水晶センサ１２０のトナー吸着面電極１２１を形成した面の構成を示す図である。図２（ａ）において、円盤状の水晶片１２７の一方の面上には、水晶片１２７と同心円状にトナー吸着面電極１２１が形成され、電極端子１２３と継ぎ目なく電気的につながっている。水晶片１２７の他方の面上には、水晶片１２７と同心円状にトナー吸着面電極１２１と同じ大きさのトナー非吸着面電極１２２が形成され、電極端子１２４と継ぎ目なく電気的につながっている。

図２（ｂ）、図２（ｃ）は、各々図２（ａ）で示したＱＣＭ水晶センサ１２０の中心線を矢印Ｂ、矢印Ｃの方向から眺めた断面図である。図２（ｂ）に示すように電極端子１２３は、水晶片１２７のトナー非吸着面電極１２２の形成された面までつながっている。トナー吸着面電極１２１側の電極端子１２３は、電気的な外乱成分が入らないよう、表面を絶縁物質で被覆されており、帯電したトナーが電極端子１２３に触れても、トナーの電荷量測定結果には反映されない。

トナー吸着面電極１２１、トナー非吸着面電極１２２に、各々電極端子１２３、電極端子１２４を介して電圧を印加すると、圧電逆効果により水晶片１２７は結晶振動が励起され一定の周波数での厚み滑り振動を生じる。

図２（ａ）におけるトナー吸着面電極１２１上の矢印は、ＱＣＭ水晶センサ１２０の振動振幅の大きさと、振動方向を模式的に示している。矢印の長さは振動振幅の大きさを、矢印の方向は振動方向をそれぞれ示している。ＱＣＭ水晶センサ１２０は中央部で最も振動振幅が大きく、端部に行くほど振動振幅が小さくなっており、同心円状の振動振幅の分布を持っている。また、振動方向は水晶のどの位置でも同一方向となっている。ＱＣＭ水晶センサ１２０は、水晶片１２７の振動する領域の外に吸着した物質に対して感度がない。本実施例で用いるＱＣＭ水晶センサ１２０のトナー吸着面電極１２１は、水晶片１２７の振動領域と一致するように形成されており、トナー吸着面電極１２１の外（例えば、電極端子１２３）に吸着したトナーの質量は、測定結果に反映されない。

以上で説明したＱＣＭ水晶センサ１２０を用いて、トナー吸着面電極１２１に吸着したトナーの付着量を測定する。

［現像装置の構成］
図３は、本実施例に係る現像装置１０４の構成を示す図である。現像装置１０４は、現像剤１１０、現像スリーブ１１１、規制ブレード１１２、撹拌スクリュー１１８、トナー物性測定装置１０８を備え、感光体１０１と現像スリーブ１１１とが対向するように配置される。また、トナー物性測定装置１０８はＱＣＭ水晶センサ１２０を備える。

現像剤１１０は、主にトナー粒子１６１とキャリア１６２との２成分からなる。撹拌スクリュー１１８は、現像剤１１０のトナー粒子１６１とキャリア１６２との接触摩擦を生じさせて、トナー粒子１６１を帯電させながら、現像剤１１０を現像スリーブ１１１へと搬送する。現像スリーブ１１１は、回動可能な非磁性の筒状の部材であり、磁力を有するマグネット１５２を内包し、外周面にマグネット１５２の磁力により現像剤１１０を引き付け、点Ｑ′を中心として回転し、現像剤１１０を矢印Ａで示す回転方向へと搬送する。

規制ブレード１１２は、現像スリーブ１１１にて搬送される現像剤１１０の量を規制する規制部材である。現像スリーブ１１１に担持された現像剤１１０は、現像スリーブ１１１と規制ブレード１１２とに形成される隙間を通過する際に、隙間の大きさに応じた厚さに規制され、現像スリーブ１１１に担持される単位面積当たりの量を規制される。またこのとき、トナー粒子１６１およびキャリア１６２と、規制ブレード１１２との接触摩擦が促進され、トナーの帯電量が大きくなる。

トナー物性測定装置１０８は、ＱＣＭ水晶センサ１２０のトナー吸着面電極１２１を備えた面が、現像スリーブ１１１と一定の隙間を存して対向する位置に配置される。本実施例におけるＱＣＭ水晶センサ１２０は、ＱＣＭ水晶センサ１２０の振動方向と、現像スリーブ１１１の回転軸とが互いに平行になるよう配置されている。

現像スリーブ用電源１２３７は、現像スリーブ１１１に現像スリーブ電位を印加する。感光体１０１上に形成された静電潜像の電位と、現像スリーブ電位との間の電位差により電界が形成され、電荷を帯びた現像スリーブ１１１に担持されたトナー粒子１６１は、静電力により感光体１０１に移動し、静電潜像を顕像化する。

本発明においては、マイナスに帯電したトナー粒子１６１を用いているが、これに限ったものではなく、プラスに帯電したトナーを用いても良い。

［ブロック図］
図５は本実施例のブロック図であり、説明を簡単にするため、単一の画像形成ステーションのみを図示している。本実施例では、トナー粒子１６１の物性をＱＣＭ水晶センサ１２０に付着した質量（Ｍ）とするが、これに限ったものではなく、ＱＣＭ水晶センサ１２０の共振周波数変化Δｆ等であっても良い。１０１〜１１５については図１にて説明したため、ここでは説明を省略する。

トナー物性測定部１１０１は、質量Ｍを測定するためのＭ測定回路１１０３、電極用電源１１０４、スイッチ回路１１０５を有する。

また、コントローラ１１０７は、トナー物性算出部１１０６、現像装置１０４の補給・攪拌制御等を行う現像装置制御部１１０８、現像条件や転写条件等を制御する作像条件制御部１１０９、γＬＵＴ（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ：ルックアップテーブル）を作成するＬＵＴ作成部６０１、γＬＵＴを補正するＬＵＴ補正部６０２、レーザ駆動信号を作成し出力するレーザドライバ６０３、ＲＡＭ６０４、ＲＯＭ６０５、ＣＰＵ６０６を有する。なお、画像形成装置１０はここで示していない他の機能を有してもよい。

画像出力中は、図５に示すトナー物性測定部１１０１内のスイッチ回路１１０５を切り替えながら、Ｍ測定回路１１０３においてトナー粒子１６１の質量Ｍを測定する。測定した質量Ｍを用いて、コントローラ１１０７内のトナー物性算出部１１０６でトナー粒子１６１の付着力の閾値を算出する。得られた閾値が所望の設定値よりもずれていた場合、例えば付着力が増加した場合には、画像不良が生じる可能性があるため、画像形成条件を変更する。トナー粒子１６１の付着力が増加すると、通常の設定では、現像量や転写量が減少してしまう。

そこで、図５のコントローラ１１０７の作像条件制御部１１０９において、現像条件や転写条件を変更し、所望の濃度が出力されるように制御を行う。また、図５のコントローラ１１０７のＬＵＴ補正部６０２において「γＬＵＴ」を補正する方法でも良い。さらにトナー粒子１６１の付着力が増加する場合には、現像や転写に高電圧を印加していくことになり、放電などの問題が発生する可能性が生じてくる。したがって、トナー粒子１６１の付着力が増加し、作像条件の限界値に達した場合には、現像装置１０４内の現像剤１１０交換シーケンスを図５のコントローラ１１０７の現像装置制御部１１０８にて行う。以上の工程を行うことで、所望の画像を出力する。

本実施例の特徴となるフローチャートを説明する前に、本実施例のフローチャートに係る図６の詳細回路図と図７のタイミングチャートを説明する。

（実施例１の回路構成）
図６は、トナー粒子１６１の質量を測定するためのトナー物性測定部１１０１（図５）の回路図である。図６において、スイッチ１２０３は、トナー非吸着面電極１２２にＭ測定回路１１０３を電気的に接続または切断するスイッチである（ＳＷ３と呼ぶ）。スイッチ１２０４は、トナー吸着面電極１２１に電極用電源１１０４を電気的に接続または切断するスイッチである（ＳＷ４と呼ぶ）。スイッチ１２０５は、トナー非吸着面電極１２２に電極用電源１１０４を電気的に接続または切断するスイッチである（ＳＷ５と呼ぶ）。

コンデンサ１２１２は、トナー吸着面電極１２１とＭ測定回路１１０３との間に挿入され、高周波な発振信号のみを伝達するカップリングコンデンサ（以下、Ｃ２と呼ぶ）である。コンデンサ１２１３は、トナー非吸着面電極１２２とＭ測定回路１１０３との間に挿入され、Ｃ２と同様に高周波な発振信号のみを伝達するカップリングコンデンサ（以下、Ｃ３と呼ぶ）である。

自励発振回路１５０５は、ＱＣＭ水晶センサ１２０を発振するための発振回路である。自励発振回路用電源１５０６は、自励発振回路１５０５の出力交流電圧の振幅を制御する。

周波数測定部１２３４は、ＱＣＭ水晶センサ１２０の発振周波数を測定する。質量算出部１２３５は、トナー吸着前の発振周波数ｆ１とトナー吸着後の各振幅後の発振周波数ｆnとの差（ｆ１−ｆn）から質量Ｍを算出する。

電極用電位生成部１２３６は、トナー粒子１６１をＱＣＭ水晶センサ１２０の電極に吸着させるためのトナー吸着電位、電界によるトナー粒子１６１の移動を止めるトナー不動電位、ＱＣＭ水晶センサ１２０の電極上のトナー粒子１６１を除去するためのトナー除去電位を出力する。

現像スリーブ用電源１２３７は、現像スリーブ１１１に現像スリーブ電位を印加する。現像スリーブ電位は基本的には直流（ＤＣ）であるが、現像スリーブ１１１と感光体１０１との間でトナー粒子１６１を往復させると現像効率が向上するため、近年ではパルスや正弦波など様々な現像スリーブ電位を印加することもある。本実施例では、現像スリーブ電位として直流電圧を印加する。

（実施例１のタイミングチャート）
図７は、トナー物性測定に係るタイミングチャートである。トナー吸着面電極１２１の電位（実線９０１）と、現像スリーブ１１１の電位（点線９０２）と、ＱＣＭ水晶センサ１２０にかかる交流電圧（波線９０４）を示している。また、図７は、各タイミング時間ｔ３〜ｔnと、ＳＷ２〜ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦの状態との関係を示している。

（トナー物性測定概略フローチャート）
図４は、トナー物性測定装置１０８を用いて、トナー粒子１６１の付着力の閾値を測定する方法の概略を示したフローチャートである。まずは本制御の概略を示し、後に各工程について詳細に説明する。図４において、画像形成装置１０は、トナー除去工程（Ｓ１３０２）を行う。トナー帯電量測定装置１０８の電極をクリーンにするため、電極上に吸着しているトナー粒子１６１の除去を行う。

次に、画像形成装置１０は、トナー吸着前の基準測定工程（Ｓ１３０３）を行う。ここでは、トナー物性測定装置１０８を用いて、トナー粒子１６１を吸着する前の基準となる質量Ｍの測定を行う。

次に、画像形成装置１０は、トナー吸着工程（Ｓ１３０４）を行う。ここでは、トナー物性測定装置１０８の電極にトナー粒子１６１を吸着する。トナー物性測定装置１０８は、図６の電極用電位生成部１２３６から印加される電位を用いて、静電的にトナー粒子１６１の吸着を行う。

次に、画像形成装置１０は、トナー吸着後の物性測定工程（Ｓ１３０５）を行う。ここでは、トナー物性測定装置１０８を用いて、トナー粒子１６１が吸着した状態のトナー物性測定装置１０８の電極面に与える発振増幅電圧Ｖ毎に質量Ｍの測定を行う。トナー吸着後の物性測定工程（Ｓ１３０５）は、本願発明の特徴を示す工程であり、後に詳細に説明する。

次に、画像形成装置１０は、トナー物性測定工程Ｓ１３０５で得られた発信電圧Ｖ毎の質量Ｍを用いて、付着力の閾値Ｖを算出する閾値算出工程（１３０６）を行う。閾値算出工程（Ｓ１３０６）は、本願発明の特徴を示す工程であり、後に詳細に説明する。

次に、画像形成装置１０は、閾値算出工程（Ｓ１３０６）において算出した閾値Ｖを用いて、制御を行うか否かを判定する閾値判定工程（１３０７）を行う。閾値Ｖが、予め設定してある判定値Ｖαより小さい場合（Ｓ１３０７：ＮＯ）の場合は、Ｓ１３０９へ進む。一方、閾値Ｖが判定値Ｖαより大きい場合（Ｓ１３０７：ＹＥＳ）の場合は、Ｓ１３０８へ進む。

次に、画像形成装置１０は、閾値判定工程（１３０７）において、ＮＯとなった場合に、画像形成条件を変更する。閾値算出工程（１３０６）において算出した閾値Ｖに応じて、例えば転写電流の変更を行う。後に詳細に説明する。

次に、画像形成装置１０は、閾値判定工程（１３０７）において、ＹＥＳとなった場合に、非印字時にトナー粒子１６１の排出及び補給を行う。後に詳細に説明する。さらに、画像形成装置１０は、測定を終了するか次の測定を行うかを判定する（Ｓ１３１０）。次の測定を行う場合（Ｓ１３１０：ＹＥＳ）はＳ１３０２に戻り、画像形成装置１０は処理を繰り返す。測定を行わない場合には（Ｓ１３１０：ＮＯ）、トナー物性測定の一連のフローを終了する。

以上、トナー物性測定フローの概略を説明した。次に、図８を用いてトナー物性測定の各工程の詳細なフローを説明する。図８（ｂ）は、本実施例のトナー除去工程（図４のＳ１３０２）の詳細なフローチャートである。図８（ｃ）は、本実施例の吸着前の基準測定工程（図４のＳ１３０３）の詳細なフローチャートである。図８（ｄ）は、本実施例のトナー吸着工程（図４のＳ１３０４）の詳細なフローチャートである。また、図９は、本実施例の吸着後のトナー物性測定工程（図４のＳ１３０５）の詳細なフローチャートである。

［実施例１のトナー除去工程］
図６の回路図及び図７のタイミングチャートを用いて、トナー除去工程（図４のＳ１３０２）を説明する。本工程は、図８（ｂ）に示したフローチャートに沿って制御される。初期状態として、ＳＷ２〜５はＯＦＦとする。本実施例では自励発振回路１５０５を用いたが、この回路に限ったものではなく、他励発振回路等を用いても構わない。

Ｓ１３７８にて、画像形成装置１０は、電極用電位生成部１２３６からのトナー除去電位−９００（Ｖ）を出力する。Ｓ１３７９にて、画像形成装置１０は、ＳＷ４、ＳＷ５をＯＮにする。ＳＷ４をＯＮにすると、トナー吸着面電極１２１にトナー除去電位−９００（Ｖ）が印加される。現像スリーブ１１１の電位−４５０（Ｖ）に対して、トナー吸着面電極１２１の電位−９００（Ｖ）は−４５０（Ｖ）の電位差があるため、トナー吸着面電極１２１から現像スリーブ１１１に向かってトナー粒子１６１が移動する。

本実施例では、現像スリーブ１１１に印加する電位を−４５０（Ｖ）に設定しているが、他の電位値を用いても構わない。Ｓ１３８０にて、画像形成装置１０は、一定期間待機する（待機３）。待機方法としては、予め設定した時間だけ待機する方法などを用いるとよい。

Ｓ１３８１にて、画像形成装置１０は、電極用電位生成部１２３６から、現像スリーブ用電源１２３７から出力されている現像スリーブ電位−４５０（Ｖ）と等しい電位（トナー不動電位と呼ぶ。）を出力する。ここでは、電極用電位生成部１２３６は、現像スリーブ１１１とトナー吸着面電極１２１との電位差をなくすための電位を出力する。ＳＷ４、ＳＷ５をＯＮのままであるため、トナー吸着面電極１２１にトナー不動電位−４５０（Ｖ）が印加される。なお、出力する現像スリーブ電位は、トナー粒子１６１が現像スリーブ１１１からトナー吸着面電極１２１に吸着しない範囲の電位差があっても良い。

Ｓ１３８２にて、画像形成装置１０は、ＳＷ４、ＳＷ５をＯＦＦにする。ＳＷ４、ＳＷ５をＯＦＦにすると、トナー吸着面電極１２１は、電極用電位生成部１２３６との電気的な接続が切断され、トナー除去電位−４５０（Ｖ）を保持する。本工程は図７のｔ３〜ｔ４の時間内に行われる。以上により、トナー除去工程（Ｓ１３０２）を終了する。

［実施例１のトナー吸着前の基準測定工程］
図６の回路図及び図７のタイミングチャートを用いて、トナー吸着前の基準測定工程（図４のＳ１３０３）を説明する。本工程は、図８（ｃ）に示すフローチャートに沿って制御される。

本実施例においては、トナー粒子１６１の質量Ｍを算出するには、トナー粒子１６１がトナー吸着電極１２１に吸着する前後の、ＱＣＭ水晶センサ１２０の共振周波数を測定する必要がある。

ここでは、画像形成装置１０は、トナー粒子１６１をトナー吸着面電極１２１に吸着させる前の、ＱＣＭ水晶センサ１２０の共振周波数（ｆ１）の測定を行う。自励発振回路用電源１５０６から自励発振回路１５０５にトナー測定用発振電圧を印加する。ここでは、自励発振回路１５０５は、自励発振回路用電源１５０６からトナー測定用発振電圧を印加され、ＱＣＭ水晶センサ１２０を発振させるための電圧を出力する。

トナー測定用発振電圧は、ＱＣＭ水晶センサ１２０の振動により、トナー粒子１６１の移動が発生しない範囲に設定されていれば、この限りではない。Ｓ１３９６にて、画像形成装置１０は、ＳＷ２、ＳＷ３をＯＮにする。ＳＷ２、ＳＷ３をＯＮにすると、ＱＣＭ水晶センサ１２０は、自励発振回路１５０１と接続され、自励発振回路１５０１から発振電位が印加され発振する。これにより、トナー吸着面電極１２１の中心電位をトナー不動電位に保持し、現像スリーブ１１１からのトナー粒子１６１の吸着が起こらない状態で、ＱＣＭ水晶センサ１２０を発振させることができる。

Ｓ１３９７にて、画像形成装置１０は、質量Ｍ算出に必要となる基準周波数の測定を行う。周波数測定部１２３４にて、自励発振回路１５０１からＱＣＭ水晶センサ１２０の発振周波数を測定する。測定した周波数は、トナー吸着前周波数ｆ１として質量算出部１２３５に記録される。なお、測定時間は増えてしまうが、共振周波数ｆ１の測定を複数行って平均化することで、測定誤差を低減し、測定値の精度が向上することもできる。

Ｓ１３９８にて、画像形成装置１０は、ＯＮになっているＳＷ２、ＳＷ３をＯＦＦにする。ＳＷ２、ＳＷ３をＯＦＦにすると、ＱＣＭ水晶センサの発振が停止する。

本工程は図７のｔ４〜ｔ５の時間内に行われる。以上により、トナー吸着前の基準測定工程（Ｓ１３０３）を終了する。

［実施例１のトナー吸着工程］（実施例１：図８（ｄ））
図６の回路図及び図７のタイミングチャートを用いて、トナー吸着工程（図４のＳ１３０４）を説明する。本工程は、図８（ｄ）に示すフローチャートに沿って制御される。ここまでの処理により、トナー質量Ｍを算出するために必要なトナー吸着前周波数ｆ１の測定が完了したので、トナー粒子１６１を吸着させて、質量Ｍの測定が可能となる。

Ｓ１４１１にて、画像形成装置１０は、電極用電位生成部１２３６からのトナー吸着電位＋１５０（Ｖ）を出力する。Ｓ１４１２にて、画像形成装置１０は、ＳＷ４、ＳＷ５をＯＮにする。ＳＷ４をＯＮにすると、トナー吸着面電極１２１にトナー吸着電位＋１５０（Ｖ）が印加される。Ｓ１４１３にて、画像形成装置１０は、一定時間待機する（待機４）。現像スリーブ１１１の電位−４５０（Ｖ）に対してトナー吸着面電極１２１の電位＋１５０（Ｖ）は６００（Ｖ）電位差があるため、電荷量が多いトナー粒子１６１の一部がトナー吸着面電極１２１に吸着する。待機方法は、予め決められた時間だけ待機する。但し、他の方法でも良い。

Ｓ１４１４にて、画像形成装置１０は、電極用電位生成部１２３６からのトナー不動電位−４５０（Ｖ）を出力する。トナー吸着面電極１２１へのトナー粒子１６１の吸着が完了したら、Ｓ１４１５にて、画像形成装置１０は、ＳＷ４、ＳＷ５をＯＦＦにする。

本工程は図７のｔ５〜ｔ６の時間内に行われる。以上により、トナー吸着工程（Ｓ１３０４）を終了する。

［実施例１のトナー物性測定工程］
図６の回路図及び図７のタイミングチャートを用いて、トナー物性測定工程（図４のＳ１３０５）を説明する。トナー物性工程（Ｓ１３０５）は、トナー物性を測定する工程と、ＱＣＭ水晶センサ１２０に発振増幅電圧を印加してＱＣＭ水晶センサ１２０の振動振幅を大きくした状態で振動させるセンサ振動工程を繰り返し行う。図９に示すフローチャートに沿って制御される。

繰り返し行われるトナー物性測定工程（Ｓ１４２１、Ｓ１４２３）は、ＱＣＭ水晶センサ１２０の共振周波数を測定する工程（Ｓ１３０３）と同様のため説明を省略する。Ｓ１４２１にて、画像形成装置１０は、トナー粒子１６１をトナー吸着面電極１２１に吸着させた後のＱＣＭ水晶センサ１２０の共振周波数（ｆ２）の測定を行い、質量算出部１２３５に記録される。

トナー吸着前の基準測定工程（Ｓ１２０３）において測定したトナー吸着前の共振周波数ｆ１と、トナー物性測定工程（Ｓ１３０５）において測定したトナー吸着後の共振周波数ｆ２を用いて質量Ｍ２を算出する。

（質量Ｍの算出）
質量算出部１２３５では質量Ｍの算出を行う。トナー吸着前の共振周波数をｆ１、トナー吸着後の共振周波数をｆ２、とすると、式１より質量Ｍは次の式（３）で算出できる。

Ｓ１４２２にて、画像形成装置１０は、ＱＣＭ水晶センサ１２０の電極上にトナー粒子１６１が吸着した状態のまま、センサ振動工程を行う。まず、図６の自励発振回路用電源１５０６からＱＣＭ水晶センサ１２０を発振させるための発振増幅電圧Ｖ３が図７のｔ７からｔ８までの時間で出力される。なお、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５は、トナー物性測定工程（Ｓ１４２１、１４２３）と同じ状態にしておく。このとき印加する発振増幅電圧Ｖ３は、予めＲＯＭ（６０５）に設定してある値を用いる。

Ｓ１４２３にて、画像形成装置１０は、トナー物性測定工程を行う。トナー物性測定工程になるため、自励発振回路用電源１５０６から自励発振回路１５０５にトナー測定用発振電圧を印加する。測定した発振増幅電圧Ｖ３後の共振周波数ｆ３を用いて、質量Ｍ３を算出する。Ｓ１４２４にて、画像形成装置１０は、Ｓ１４２３において測定及び算出した、共振周波数ｆ３と質量Ｍ３、発振増幅電圧Ｖ３をメモリ（ＲＡＭ（６０４））に記録する。

Ｓ１４２５にて、画像形成装置１０は、算出した質量Ｍが予めＲＯＭ（６０５）に保持してある規定値Ｍαと比較して大きいか小さいかを判定する。例えば、算出したＭ３が規定値Ｍαよりも小さい場合（Ｓ１４２５：ＹＥＳ）は、次のトナー除去工程（Ｓ１４２７）へ進む。算出したＭ３が規定値Ｍαよりも大きい場合（Ｓ１４２５：ＮＯ）は、次の発振増幅電圧Ｖ３値の変更工程（Ｓ１４２６）へ進む。Ｓ１４２５において、ＹＥＳになるまで、Ｓ１４２２〜Ｓ１４２６を繰り返す。

Ｓ１４２６にて、画像形成装置１０は、発振増幅電圧Ｖ３を次にＲＯＭ（６０５）に設定してある値Ｖ４に変更する。電圧値はＶ３よりもＶ４の方が高く、値を変更する毎に発振増幅電圧Ｖは高くなる。その後、センサ振動工程（Ｓ１４２２）へ戻る。Ｓ１４２７にて、画像形成装置１０は、トナー除去工程を行う。トナー除去工程は、Ｓ１３０３と同様のため、説明を省略する。以上により、トナー吸着工程（Ｓ１３０５）を終了する。

［実施例１の閾値算出工程］
図１０のグラフを用いて、閾値算出工程（図４のＳ１３０６）を説明する。本願発明の特徴的な工程であるため、詳細に説明する。トナー物性測定工程（Ｓ１３０５）にて、発振増幅電位Ｖｎ後の共振周波数ｆｎと質量Ｍｎの測定を行い、ＲＡＭ（６０４）に保存した値をグラフ化したものを図１０に示す。図１０は、初期の現像剤を使用した例である。横軸は、発振増幅電位Ｖであり、縦軸はその時の質量Ｍである。トナー吸着前の基準質量は、ほぼ０となっている。

トナー吸着工程後、そのまま計測した質量Ｍ２は、ＱＣＭ水晶センサ１２０の電極上にトナー粒子１６１が付着したため、質量が増加し図１０のグラフの左下にプロットされる。次に、ＱＣＭ水晶センサ１２０の電極上にトナー粒子１６１が吸着した状態のまま、センサ振動工程を行う（Ｓ１４２２）と、発振増幅電位に応じて、付着力の弱いトナーから、ＱＣＭ水晶センサ１２０の電極端部へ移動する現象が起こる。トナー粒子１６１が、電極端部に移動すると、質量感度の高いＱＣＭ水晶センサ１２０の中央部では、トナー粒子１６１が減少するため、測定される質量Ｍは減少してくる。

発振増幅電位Ｖをさらに高くしていくと、ほぼすべてのトナー粒子１６１がＱＣＭ水晶センサ１２０の電極端部へ移動し、質量Ｍはほぼ０に近づき、飽和する。

図１１は、トナー粒子１６１が移動し、トナー吸着面電極１２１に吸着しているトナー粒子１６１の位置と密度の変化を模式的に示した図である。トナーの吸着量は、色の濃淡で表わしており、濃いほどトナーの吸着密度が高いことを示し、白地部はトナーが吸着していないことを示している。

図１１（ａ）は、トナー吸着面電極１２１に薄く均一に吸着した状態のトナー粒子１６１の位置と密度を示している。ＱＣＭ水晶センサ１２０への印加電圧を発振増幅電圧に切り替えると、図１１（ａ）で示した吸着状態から、トナー粒子１６１が移動を開始し、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）で示す吸着状態へと変化し、最終的に図１１（ｄ）で示す吸着状態となる。図１１（ｄ）は、トナー粒子１６１が、ＱＣＭ水晶センサ１２０の振動方向に向かってトナー吸着面電極１２１の端部に集積した状態を示している。

図１１（ｄ）の状態は、規定値Ｍαより少ない質量Ｍになった時のトナー吸着面電極１２１上の状態を表している。規定値Ｍαは、トナー粒子１６１の材料や使用環境、使用機種などによって変わる可能性があるため、予め実験などにより規定値Ｍαを決めておく。規定値Ｍαよりも少ない質量Ｍ７が得られたら、質量Ｍ７となった、つまりＱＣＭ水晶センサ１２０の電極中央部上にトナー粒子１６１が無くなった電圧として、発振増幅電圧Ｖ７を閾値として、ＲＡＭ（６０４）に記録する。以上により、閾値算出工程（Ｓ１３０６）を終了する。

［実施例１の閾値判定工程］
図１２のグラフを用いて、閾値判定工程（図４のＳ１３０７）を説明する。本願発明の特徴的な工程であるため、詳細に説明する。閾値判定工程（図４のＳ１３０７）では、発振増幅電圧Ｖに対する質量Ｍの履歴を計測し、その閾値を検出することでトナー粒子１６１の付着力の状態を判断する。

図１２の実線グラフは図１０のグラフと同じ、初期現像剤時の発振増幅電圧Ｖに対する質量Ｍのグラフである。一方、長期使用後に同様の計測を行った結果を図１２の点線（グレー）に示す。初期現像剤使用時から印刷を重ねていくと、閾値は高電圧側へシフトしていく。さらに長期使用後には、図１２の点線（グレー）に示す通り、閾値Ｖ８ｄは高電圧側へシフトし、判定値Ｖαより高電圧となった。これは、長期使用により、トナー粒子１６１に付着している外添剤が、トナー粒子１６１を構成する樹脂内部に埋没し、トナー粒子１６１と部材間の付着力が増加したため、高電圧側へシフトした。

判定値Ｖαは、例えば転写条件などの画像形成条件の変更を行える限界値に設定しておく。算出した閾値Ｖが判定値Ｖαより小さかった場合には、画像形成条件を変更する制御工程（Ｓ１３０８）へ進む。一方、算出した閾値Ｖが判定値Ｖαより大きかった場合には、画像形成条件を変更できないため、トナー粒子１６１の排出及び補給を行う制御工程（Ｓ１３０９）へ進む。以上により、閾値判定工程（Ｓ１３０７）を終了する。

［実施例１の制御工程（画像形成条件）］
Ｓ１３０８では、閾値判定工程（Ｓ１３０７）において、閾値Ｖが判定値Ｖαより小さくなった場合に、転写不良などの影響で画像不良を起こさないために、画像形成条件を変更する。例えば、画像形成条件として転写条件の変更について説明する。

図１３は、初期現像剤時と長期使用時の転写電流値に対する転写効率及び再転写効率の関係を示すグラフであり、図１３を用いて説明する。通常、転写条件は、転写効率と再転写効率の関係から、転写電流値を算出している。初期現像剤時は、図１３に示す通り、転写効率（黒実線）と再転写効率（グレー実線）の交わる点を初期転写電流値として用いている。しかし、長期使用後の現像剤１１０を用いた場合には、転写効率（黒点線）も再転写効率（グレー点線）も低下し、且つ転写効率と再転写効率の交わる点も高転写電流値側へシフトする。

したがって、初期転写電流値Ｉａを用いたまま画像を出力しても、感光体１０１からトナー粒子１６１を転写できない場合や再転写が発生し、画像不良を引き起こす場合がある。そこで、本実施例では、閾値算出工程（Ｓ１３０６）において算出した閾値Ｖに応じて転写条件を変更する。図１４は、閾値Ｖと転写電流値Ｉの関係図である。図１４の左上図の初期現像剤時の閾値Ｖａと判定値Ｖαと、図１４の右上図の初期転写電流値Ｉａと長期使用後の転写電流値Ｉｂを用いると、閾値Ｖと転写電流値Ｉの関係は中央下図のグラフとなる。

例えば、閾値Ｖｎｏｗであった場合には、転写電流値はＩｔａｒｇｅｔとなる。このように、算出した閾値Ｖに応じて転写電流値Ｉを変更することで、安定した画像出力が可能となる。以上により、制御工程（画像形成条件）（Ｓ１３０８）を終了する。

［実施例１の制御工程（トナー排出及び補給）］
Ｓ１３０９では、閾値判定工程（Ｓ１３０７）において、閾値Ｖが判定値Ｖαより大きくなった場合に、転写不良などの影響で画像不良を起こさないために、トナー粒子１６１の排出及び補給を行う。

閾値Ｖが判定値Ｖαより大きくなると、例えば転写電流値Ｉｂより大きな値となってしまう。転写電流値Ｉｂは出力できる限界値であり、これ以上転写電流値Ｉの変更ができない。そこで、閾値Ｖが判定値Ｖα超えた場合には、トナー粒子１６１の排出及び補給を行う。非印字時に感光体１０１上に一定量の現像を行ってトナー粒子１６１を排出し、排出した量の新しいトナー粒子１６１を補給して現像装置１０４内で撹拌を行う。

トナー粒子１６１の排出及び補給を行っても、判定値Ｖαより大きくなってしまう場合には、画像形成装置１０の不図示のコントロールパネルに、現像剤交換のメッセージを表示し、現像剤交換１１０を行う。また、画像形成条件は、転写工程に限ったものではなく、現像バイアス値などの現像条件の変更やγＬＵＴ補正６０２を行っても良い。

図１４の閾値Ｖと転写電流値Ｉの関係は、ＲＯＭ（６０５）に記録しておき、制御工程時に用いる。以上により、制御工程（トナー排出及び補給）（Ｓ１３０９）を終了する。

［実施例１の次の測定に進むか否かの判断工程］
次の測定に進むか否かの判断工程は、Ｓ１３１０と同様のため、説明を省略する。次の測定に進むタイミングは、予めＲＯＭ（６０５）に設定してある時間に行う。タイミングは、連続的でも、出力枚数毎（例えば１０００枚毎）等でも構わない。

一連の計測は、画像形成装置の動作中及び待機中に関わらず、実行可能である。ただし、画像形成条件を変更する制御工程は、画像に影響を与えてしまう可能性があるため、印字中ではなく、紙間や待機中などで行うことが望ましい。

本実施例では、質量Ｍを用いているが、質量算出する前の共振周波数ｆを用いても構わない。上記処理を繰り返すことにより、長期使用時のトナー粒子１６１の付着力に起因した画像不良のない画像出力が可能である。

［実施例１による効果］
本実施例では、長期使用等により、現像スリーブ１１１に担持されているトナー粒子１６１の付着力の変化を検出し、その変化に応じた制御を行うことで、トナー粒子１６１の付着力に起因した画像不良のない、安定した画像出力が可能である。

［実施例２］
実施例１では、トナー粒子１６１がトナー吸着面電極１２１の端部へ移動したときの閾値を算出する方法として、予めＲＯＭ（６０５）に記録されている判定値Ｍαを用いて、測定した質量ＭがＭαより少ないか否かで判断することを特徴とした。

しかし、この構成では、例えば長期使用によるＱＣＭ水晶センサ１２０の劣化や、トナー吸着面電極１２１にゴミなどが付着してトナー除去工程（Ｓ１３０２）を行っても除去できず、判定値Ｍαより少なくなる前に質量Ｍが飽和してしまう可能性がある。その場合、実施例１の判定方法では、本来制御を行う状態ではなくても、判定値Ｖαに達して必要のない制御を行ってしまう可能性がある。そこで、実施例２では、閾値Ｍαを用いず、各測定点間の傾きを用いて閾値を算出することを特徴とする。

［実施例２の閾値算出工程］
図１５を用いて実施例２の算出方法を説明する。なお、画像形成装置１０の構成、動作及び閾値算出工程（Ｓ１３０６）以外は実施例１と同様であるため、説明を省略する。

例えば、図１５（ａ）に図示した測定結果は、規定値Ｍαまで質量Ｍが減少しない状態で飽和してしまっている。こういう場合には、適切な制御が行われず、交換する必要が無いトナー粒子１６１を交換してしまうといった不適切な処理を行ってしまう場合がある。

そこで、実施例２の閾値算出工程では、前後の測定点から閾値Ｖに対する質量Ｍの傾きを算出し、傾きがほぼゼロになった時の低電圧側の発振増幅電圧Ｖを閾値とする。図１５（ｂ）に示す通り、各測定点での傾きを算出する。質量Ｍを測定していき、ＲＯＭ（６０５）に記録してある判定に用いる値Ｍｍよりも質量が少なくなった場合（例えば図１５（ｂ）のＭｋ５）に、その一つ前の測定点である発振振幅電位Ｖｋ４にしたときの質量Ｍｋ４を用いて、（４）式の通り傾きＫ４を算出する。

Ｋ４＝（Ｍｋ５−Ｍｋ４）／（Ｖｋ５−Ｖｋ４）・・・（４）
その後も測定を継続し、傾きＫ５、Ｋ６を算出する。傾きＫ６がほぼゼロになった時点で、傾きＫ６の低電圧側の発振振幅電位Ｖｋ６を閾値とする。判定に用いる値Ｍｍは、最初に傾きが小さくなる場合があるため、最大乗り量の半分の値を用いた。しかし、その値に限らず、トナー粒子１６１がトナー吸着面電極１２１の端部に移動した後の質量の傾きを検知できる範囲（最大質量から最小質量内）であれば構わない。また、傾きＫの判定は、例えば、発振増幅電圧Ｖ［Ｖ］と質量Ｍ［μｇ］とした場合に、傾きが0.5以下になったときを飽和として判定した。ただし、軸の単位などにより傾きの値が変わることから、この値に限ったものではく、環境や用いる材料により予め算出しＲＯＭ（６０５）に記録する。

また、本実施例では、発振振幅電位Ｖと質量Ｍから算出した傾きを用いているが、測定点のデータかフィッティング関数等を用いて閾値を算出しても構わない。

［実施例２による効果］
本処理により、実施例１の判定方法と比較して、より精度良く閾値を検出することにより、適切な制御を行うことが可能となる。

１０・・・画像形成装置
１０１・・・感光体
１０２・・・帯電装置
１０３・・・レーザスキャナ
１０４・・・現像装置
１０５・・・転写装置
１０６・・・クリーニング装置
１０７・・・定着装置
１０８・・・トナー物性測定装置
１１０・・・現像剤
１１１・・・現像スリーブ
１１２・・・規制ブレード
１１３・・・一次転写ローラ
１１４・・・二次転写内ローラ
１１５・・・中間転写ベルト
１１６・・・給紙ローラ
１１７・・・排紙トレイ
１１８・・・撹拌スクリュー
１２８・・・二次転写外ローラ
１６１・・・トナー
１６３・・・記録紙
１２０・・・ＱＣＭ水晶センサ
１２１・・・トナー吸着面電極
１２２・・・トナー非吸着面電極
１２７・・・水晶片
６０４・・・ＲＡＭ
６０５・・・ＲＯＭ
１１０３・・・Ｍ計測回路
１１０４・・・電極用電源
１１０６・・・トナー物性算出
１１０８・・・現像装置制御部
１１０９・・・作像条件制御部
１２３６・・・電極用電位生成部
１２３７・・・現像スリーブ用電源
１５０２・・・周波数制御部
１５０５・・・自励発振回路
１５０６・・・自励発振回路用電源

Claims (6)

1. 被測定物が付着する被測定物付着部を設けられた圧電振動子
   を有する付着物質物性測定装置であって
   前記圧電振動子の振動振幅を制御する振幅制御手段を有し
   前記振幅制御手段にて印加する発振電圧を変えた時毎に前記被測定物の付着量を測定するモードを持ち、付着量変化の閾値を判定することを特徴とする付着物質物性測定装置。
2. 前記付着量変化の閾値を判定する手段は、
   前記発振電圧に対する付着量の値が、規定値を超えたか否かで判定することを特徴とする付着物質物性測定装置。
3. 前記付着量変化の閾値を判定する手段は、
   前記発振電圧に対する付着量変化の傾きを用いて判定することを特徴とする付着物質物性測定装置。
4. 画像信号に基づく静電潜像が表面に形成される像担持体と、
   前記像担持体に形成された前記静電潜像を荷電粒子により現像して荷電粒子像を形成する現像手段と、
   前記現像手段により現像された前記像担持体上の前記荷電粒子像を転写体に転写する転写手段と、
   画像形成に伴う制御手段と、
   前記付着物質物性測定装置と、
   前記振幅制御手段と、
   前記付着量変化の閾値を判定する判定手段を有することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は前記判定手段の結果に応じて画像形成条件を変更することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項４に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は前記現像手段の現像剤交換シーケンスを行うことを特徴とする画像形成装置。