JP2019207347A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二成分現像方式が適用された現像装置を含む画像形成装置において、トナーの帯電量を精度よく予測する。【解決手段】モード制御部９８４は、現像ローラー２３１と感光体ドラム２０との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させながら感光体ドラム２０上に測定用トナー像を形成する。モード制御部９８４は、前記周波数の変化量に対する前記測定用トナー像の濃度変化量の関係を示す測定用直線の傾きを、前記周波数の変化量と濃度センサ１００による前記測定用トナー像の濃度検出結果とから取得するとともに、当該取得された測定用直線の傾きとトナー濃度に応じて記憶部９８３に格納された参照情報とから感光体ドラム２０上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する帯電量取得動作を実行する。【選択図】図２

Description

本発明は、シートに画像を形成する画像形成装置に関する。

従来、シートに画像を形成する画像形成装置として、感光体ドラム（像担持体）と、現像装置と、転写部材と、を備えるものが知られている。感光体ドラム上に形成された静電潜像が、現像ニップ部において現像装置によって顕在化されると、感光体ドラム上にトナー像が形成される。転写部材によって、トナー像がシートに転写される。このような画像形成装置に適用される現像装置として、トナーおよびキャリアを含む現像剤が使用される２成分現像技術が知られている。

２成分現像においては、印字枚数、環境変動、印字モード（１ジョブあたりの連続印字枚数）および印字率などの影響を受けて、現像剤が劣化しトナー帯電量が変化するという現象が見られる。この結果、画像濃度の低下、トナーかぶりの発生やトナー飛散の増加といった問題が発生する。このような問題に対応するため、従来、印字枚数、環境変動、印字モードおよび印字率などから現像剤の帯電量変化を予測し、トナー濃度、現像バイアス、感光体の表面電位、現像ローラーの回転速度、飛散トナーを回収する吸引ファンの出力などを調整し、画像濃度の低下やトナーかぶりの悪化、トナー飛散の悪化を抑制する技術が採用されていた。

しかしながら、これらの技術は、印字枚数、環境変動、印字モードおよび印字率のそれぞれの条件下での個々の予測を組み合わせたものに過ぎず、複数の条件が複合的に変化すると、現像剤の帯電量を充分に予測することは困難であった。

このため、トナーの帯電量を更に正確に予測する技術が提案されている。特許文献１、２では、現像前の感光体ドラムの表面電位と、現像後の感光体ドラム上のトナー層の表面電位とがそれぞれ測定される一方、現像されたトナー層の画像濃度測定結果からトナーの現像量が算出される。そして、この測定された各表面電位とトナーの現像量とからトナーの帯電量が算出される。

また、特許文献３、４および５では、現像剤を担持する現像ローラーに流入する電流値が測定され、当該測定された電流値が、現像ローラーから感光体ドラムに移動したトナーの電荷量と仮定される。また、現像されたトナー層の画像濃度測定結果からトナーの現像量が算出される。そして、このトナーの電荷量とトナーの現像量とからトナーの帯電量が算出される。

特開２００３−３４５０７５号公報 特開２００４−３７９５２号公報 特許第５０２４１９２号明細書 特許第５２７３５４２号明細書 特許第４４８００６６号明細書

特許文献１、２に記載された技術では、感光体ドラム上の表面電位を測定するために表面電位センサが必要になる。ここで、感光体ドラム上に形成されたトナー層の表面電位を測定するためには、表面電位センサを現像ニップ部よりも感光体ドラムの回転方向下流側に設置する必要がある。しかし、この位置に表面電位センサを設置すると、表面電位センサの表面が、現像ローラーから飛散したトナーによって汚染されやすく、長期に亘って精度良く表面電位を測定することが困難となる。

また、特許文献３、４および５に記載された技術では、現像ローラーに流入する電流が、トナー中を流れる電流に加えてキャリア中を流れる電流も含んでしまう。したがって、当該電流値からトナーの帯電量を精度よく算出することが難しい。更に、画像形成装置において印字が繰り返されることでキャリアのコート剥がれやコート汚染によってキャリアの抵抗値が変化すると、このキャリア中を流れる電流も変化する。このように、現像ローラーに流入する電流から、トナーの電荷量を正しく測定することは困難であった。

本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、二成分現像方式が適用された現像装置を含む画像形成装置において、トナーの帯電量を精度よく予測することを目的とする。

本発明の一局面に係る画像形成装置は、回転され、表面に静電潜像が形成されるとともに、前記静電潜像が顕在化されたトナー像を担持する像担持体と、前記像担持体を所定の帯電電位に帯電する帯電装置と、前記帯電装置よりも前記像担持体の回転方向下流側に配置され、前記帯電電位に帯電された前記像担持体の表面を所定の画像情報に応じて露光することで前記静電潜像を形成する露光装置と、前記露光装置よりも前記回転方向下流側の所定の現像ニップ部において前記像担持体に対向して配置される現像装置であって、回転され周面にトナーおよびキャリアからなる現像剤を担持するとともに前記像担持体にトナーを供給することで前記トナー像を形成する現像ローラーを含む現像装置と、前記現像装置内の前記現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出部と、前記像担持体上に担持された前記トナー像をシートに転写する転写部と、直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスを前記現像ローラーに印加可能な現像バイアス印加部と、前記トナー像の濃度を検出する濃度検出部と、前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差が一定に保持された状態で前記現像バイアスの交流電圧の周波数が変化された場合における当該周波数の変化量に対する前記トナー像の濃度変化量の関係を示す参照用直線の傾きに関する参照情報を、前記トナーの帯電量毎および前記トナー濃度毎に予め格納する記憶部と、前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で前記現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させながら前記像担持体上に測定用トナー像を形成し、前記周波数の変化量に対する前記測定用トナー像の濃度変化量の関係を示す測定用直線の傾きを、前記周波数の変化量と前記濃度検出部による前記測定用トナー像の濃度検出結果とから取得するとともに、当該取得された測定用直線の傾きと前記トナー濃度検出部が検出する前記トナー濃度に応じた前記記憶部の参照情報とから前記像担持体上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する帯電量取得動作を実行する、帯電量取得部と、を備える。

本構成によれば、像担持体上の電位を測定する表面電位センサや現像ローラーに流入する現像電流を測定する電流計を用いることなく、現像装置に収容されるトナーの帯電量を取得することができる。また、現像装置内の現像剤のトナー濃度が変動する場合でも、当該トナー濃度に応じた参照情報が参照されることで、上記トナーの帯電量を精度よく取得することができる。この結果、現像装置の現像剤交換の要否や現像バイアスの調整の必要性を精度良く判断することができる。

上記の構成において、前記記憶部に格納されている所定のトナー濃度における前記参照情報は、前記トナーの帯電量が第１の帯電量である場合に前記参照用直線の傾きが負であり、前記トナーの帯電量が第１の帯電量よりも小さな第２の帯電量である場合に前記参照用直線の傾きが正であり、更に、前記トナーの帯電量の低下とともに前記参照用直線の傾きが増大するように設定されていることが望ましい。

本構成によれば、現像バイアスの交流電圧の周波数と像担持体に形成されるトナー像の濃度（現像トナー量）との関係から、トナーの帯電量を精度良く取得することができる。

上記の構成において、前記参照情報は、前記トナー濃度検出部によって検出される前記トナー濃度が所定の閾値以上の第１領域に含まれる場合、前記トナー濃度に関わらず固定された情報であり、前記トナー濃度が前記閾値未満の第２領域に含まれる場合、前記参照用直線の所定の傾きに対する前記トナーの帯電量が、前記第１領域よりも高くなるように設定されていることが望ましい。

本構成によれば、トナー濃度が第２領域に含まれる場合には、トナー濃度に応じた参照情報が参照されることで、上記トナーの帯電量を精度よく取得することができる。

本発明によれば、二成分現像方式が適用された現像装置を含む画像形成装置において、トナーの帯電量を精度よく予測することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の内部構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る現像装置の断面図および制御部の電気的構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置の現像動作を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る像担持体および現像ローラーの電位の大小関係を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置において、現像バイアスの周波数と画像濃度との関係を示したグラフである。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置において、図４のグラフの傾きとトナー帯電量との関係を示したグラフである。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置において実行される帯電量測定モードのフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置において実行される帯電量測定モード時に像担持体上に形成される測定用トナー像の模式図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置において実行される帯電量分布測定モードのフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置において、トナー帯電量とトナー現像量比率との関係を示したグラフである。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置において、トナー現像量と現像バイアスの周波数との関係を示す参照用直線の傾きと、トナーの帯電量との関係を示すグラフである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る画像形成装置１０について、図面に基づき詳細に説明する。本実施形態では、画像形成装置の一例として、タンデム方式のカラープリンタを例示する。画像形成装置は、例えば、複写機、ファクシミリ装置、及びこれらの複合機等であってもよい。また、画像形成装置は、単色（モノクロ）画像を形成するものでもよい。

図１は、画像形成装置１０の内部構造を示す断面図である。この画像形成装置１０は、箱形の筐体構造を備える装置本体１１を備える。この装置本体１１内には、シートＰを給紙する給紙部１２、給紙部１２から給紙されたシートＰに転写するトナー像を形成する画像形成部１３、前記トナー像が一次転写される中間転写ユニット１４（転写部）、画像形成部１３にトナーを補給するトナー補給部１５、及び、シートＰ上に形成された未定着トナー像をシートＰに定着する処理を施す定着部１６が内装されている。さらに、装置本体１１の上部には、定着部１６で定着処理の施されたシートＰが排紙される排紙部１７が備えられている。

装置本体１１の上面の適所には、シートＰに対する出力条件等を入力操作するための図略の操作パネルが設けられている。この操作パネルには、電源キーや出力条件を入力するためのタッチパネルや各種の操作キーが設けられている。

装置本体１１内には、さらに、画像形成部１３より右側位置に、上下方向に延びるシート搬送路１１１が形成されている。シート搬送路１１１には、適所にシートを搬送する搬送ローラー対１１２が設けられている。また、シートのスキュー矯正を行うと共に、後述する二次転写のニップ部に所定のタイミングでシートを送り込むレジストローラー対１１３が、シート搬送路１１１における前記ニップ部の上流側に設けられている。シート搬送路１１１は、シートＰを給紙部１２から排紙部１７まで、画像形成部１３及び定着部１６を経由して搬送させる搬送路である。

給紙部１２は、給紙トレイ１２１、ピックアップローラー１２２、及び給紙ローラー対１２３を備える。給紙トレイ１２１は、装置本体１１の下方位置に挿脱可能に装着され、複数枚のシートＰが積層されたシート束Ｐ１を貯留する。ピックアップローラー１２２は、給紙トレイ１２１に貯留されたシート束Ｐ１の最上面のシートＰを１枚ずつ繰り出す。給紙ローラー対１２３は、ピックアップローラー１２２によって繰り出されたシートＰをシート搬送路１１１に送り出す。

給紙部１２は、装置本体１１の、図１に示す左側面に取り付けられる手差し給紙部を備える。手差し給紙部は、手差しトレイ１２４、ピックアップローラー１２５、及び給紙ローラー対１２６を備える。手差しトレイ１２４は、手差しされるシートＰが載置されるトレイであり、手差しでシートＰを給紙する際、図１に示すように、装置本体１１の側面から開放される。ピックアップローラー１２５は、手差しトレイ１２４に載置されたシートＰを繰り出す。給紙ローラー対１２６は、ピックアップローラー１２５によって繰り出されたシートＰをシート搬送路１１１に送り出す。

画像形成部１３は、シートＰに転写するトナー像を形成するものであって、異なる色のトナー像を形成する複数の画像形成ユニットを備える。この画像形成ユニットとして、本実施形態では、後述する中間転写ベルト１４１の回転方向上流側から下流側に向けて（図１に示す左側から右側へ）順次配設された、マゼンタ（Ｍ）色の現像剤を用いるマゼンタ用ユニット１３Ｍ、シアン（Ｃ）色の現像剤を用いるシアン用ユニット１３Ｃ、イエロー（Ｙ）色の現像剤を用いるイエロー用ユニット１３Ｙ、及びブラック（Ｂｋ）色の現像剤を用いるブラック用ユニット１３Ｂｋが備えられている。各ユニット１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙ、１３Ｂｋは、それぞれ感光体ドラム２０（像担持体）と、感光体ドラム２０の周囲に配置された帯電装置２１、現像装置２３、一次転写ローラー２４及びクリーニング装置２５とを備える。また、各ユニット１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙ、１３Ｂｋ共通の露光装置２２が、画像形成ユニットの下方に配置されている。

感光体ドラム２０は、その軸回りに回転駆動され、その表面に静電潜像が形成されるとともに、前記静電潜像が顕在化されたトナー像を担持する。この感光体ドラム２０としては、一例として、公知のアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）感光体ドラムや有機（ＯＰＣ）感光体ドラムが用いられる。帯電装置２１は、感光体ドラム２０の表面を所定の帯電電位に均一に帯電する。帯電装置２１は、帯電ローラーと、前記帯電ローラーに付着したトナーを除去するための帯電クリーニングブラシとを備える。露光装置２２は、帯電装置２１よりも感光体ドラム２０の回転方向下流側に配置され、光源やポリゴンミラー、反射ミラー、偏向ミラーなどの各種の光学系機器を有する。露光装置２２は、前記帯電電位に均一に帯電された感光体ドラム２０の表面に、画像データ（所定の画像情報）に基づき変調された光を照射して露光することで、静電潜像を形成する。

現像装置２３は、露光装置２２よりも感光体ドラム２０の回転方向下流側の所定の現像ニップ部ＮＰ（図３Ａ）において感光体ドラム２０に対向して配置される。現像装置２３は、回転され周面にトナーおよびキャリアからなる現像剤を担持するとともに感光体ドラム２０にトナーを供給することで前記トナー像を形成する現像ローラー２３１を含む。

一次転写ローラー２４は、中間転写ユニット１４に備えられている中間転写ベルト１４１を挟んで感光体ドラム２０とニップ部を形成する。更に、一次転写ローラー２４は、感光体ドラム２０上のトナー像を中間転写ベルト１４１上に一次転写する。クリーニング装置２５は、トナー像転写後の感光体ドラム２０の周面を清掃する。

中間転写ユニット１４は、画像形成部１３とトナー補給部１５との間に設けられた空間に配置され、中間転写ベルト１４１と、図略のユニットフレームにて回転可能に支持された駆動ローラー１４２と、従動ローラー１４３と、バックアップローラー１４６と、濃度センサ１００と、を備える。中間転写ベルト１４１は、無端状のベルト状回転体であって、その周面側が各感光体ドラム２０の周面にそれぞれ当接するように、駆動ローラー１４２及び従動ローラー１４３、１４６に架け渡されている。中間転写ベルト１４１は駆動ローラー１４２の回転により周回駆動される。従動ローラー１４３の近傍には、中間転写ベルト１４１の周面上に残存したトナーを除去するベルトクリーニング装置１４４が配置されている。濃度センサ１００（濃度検出部）は、ユニット１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙ、１３Ｂｋよりも下流側において中間転写ベルト１４１に対向して配置されており、中間転写ベルト１４１上に形成されたトナー像の濃度を検出する。なお、他の実施形態において、濃度センサ１００は、感光体ドラム２０上のトナー像の濃度を検出するものでもよく、また、シートＰ上に定着されたトナー像の濃度を検出するものでもよい。

駆動ローラー１４２に対向して、中間転写ベルト１４１の外側には、二次転写ローラー１４５が配置されている。二次転写ローラー１４５は、中間転写ベルト１４１の周面に圧接されて、駆動ローラー１４２との間で転写ニップ部を形成している。中間転写ベルト１４１上に一次転写されたトナー像は、給紙部１２から供給されるシートＰに、転写ニップ部において二次転写される。すなわち、中間転写ユニット１４および二次転写ローラー１４５は、感光体ドラム２０上に担持されたトナー像をシートＰに転写する転写部として機能する。また、駆動ローラー１４２には、その周面を清掃するためのロールクリーナー２００が配置されている。

トナー補給部１５は、画像形成に用いられるトナーを貯留するものであり、本実施形態ではマゼンタ用トナーコンテナ１５Ｍ、シアン用トナーコンテナ１５Ｃ、イエロー用トナーコンテナ１５Ｙ及びブラック用トナーコンテナ１５Ｂｋを備える。これらトナーコンテナ１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｙ、１５Ｂｋは、それぞれＭ／Ｃ／Ｙ／Ｂｋ各色の補給用トナーを貯留するものである。コンテナ底面に形成されたトナー排出口１５Ｈから、Ｍ／Ｃ／Ｙ／Ｂｋ各色に対応する画像形成ユニット１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙ、１３Ｂｋの現像装置２３に各色のトナーが補給される。

定着部１６は、内部に加熱源を備えた加熱ローラー１６１と、加熱ローラー１６１に対向配置された定着ローラー１６２と、定着ローラー１６２と加熱ローラー１６１とに張架された定着ベルト１６３と、定着ベルト１６３を介して定着ローラー１６２と対向配置され定着ニップ部を形成する加圧ローラー１６４とを備えている。定着部１６へ供給されたシートＰは、前記定着ニップ部を通過することで、加熱加圧される。これにより、前記転写ニップ部でシートＰに転写されたトナー像は、シートＰに定着される。

排紙部１７は、装置本体１１の頂部が凹没されることによって形成され、この凹部の底部に排紙されたシートＰを受ける排紙トレイ１７１が形成されている。定着処理が施されたシートＰは、定着部１６の上部から延設されたシート搬送路１１１を経由して、排紙トレイ１５１へ向けて排紙される。

＜現像装置について＞
図２は、本実施形態に係る現像装置２３の断面図および制御部９８０の電気的構成を示したブロック図である。現像装置２３は、現像ハウジング２３０と、現像ローラー２３１と、第１スクリューフィーダー２３２と、第２スクリューフィーダー２３３と、規制ブレード２３４とを備える。現像装置２３には、二成分現像方式が適用されている。

現像ハウジング２３０には、現像剤収容部２３０Ｈが備えられている。現像剤収容部２３０Ｈには、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤が収容されている。また、現像剤収容部２３０Ｈは、現像剤が現像ローラー２３１の軸方向の一端側から他端側に向かう第１搬送方向（図２の紙面と直交する方向、後から前に向かう方向）に搬送される第１搬送部２３０Ａと、軸方向の両端部において第１搬送部２３０Ａに連通され、第１搬送方向とは逆の第２搬送方向に現像剤が搬送される第２搬送部２３０Ｂとを含む。第１スクリューフィーダー２３２および第２スクリューフィーダー２３３は、図２の矢印Ｄ２２、Ｄ２３方向に回転され、それぞれ、現像剤を第１搬送方向および第２搬送方向に搬送する。特に、第１スクリューフィーダー２３２は、現像剤を第１搬送方向に搬送しながら、現像ローラー２３１に現像剤を供給する。

現像ローラー２３１は、現像ニップ部ＮＰ（図３Ａ）において、感光体ドラム２０に対向して配置されている。現像ローラー２３１は、回転されるスリーブ２３１Ｓと、スリーブ２３１Ｓの内部に固定配置された磁石２３１Ｍとを備える。磁石２３１Ｍは、Ｓ１、Ｎ１、Ｓ２、Ｎ２およびＳ３極を備える。Ｎ１極は主極とし機能し、Ｓ１極およびＮ２極は搬送極として機能し、Ｓ２極は剥離極として機能する。また、Ｓ３極は、汲み上げ極および規制極として機能する。一例として、Ｓ１極、Ｎ１極、Ｓ２極、Ｎ２極およびＳ３極の磁束密度は、５４ｍＴ、９６ｍＴ、３５ｍＴ、４４ｍＴおよび４５ｍＴに設定される。現像ローラー２３１のスリーブ２３１Ｓは、図２の矢印Ｄ２１方向に回転される。現像ローラー２３１は、回転され、現像ハウジング２３０内の現像剤を受け取って現像剤層を担持し、感光体ドラム２０にトナーを供給する。なお、本実施形態では、現像ローラー２３１は、感光体ドラム２０と対向する位置において、同方向（ウィズ方向）に回転する。

規制ブレード２３４（層厚規制部材）は、現像ローラー２３１に所定の間隔をおいて配置され、第１スクリューフィーダー２３２から現像ローラー２３１の周面上に供給された現像剤の層厚を規制する。

現像装置２３を備える画像形成装置１０は、更に、現像バイアス印加部９７１と、駆動部９７２と、制御部９８０と、トナーセンサ９９０と、を備える（図２）。制御部９８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されている。

現像バイアス印加部９７１は、直流電源と交流電源とから構成され、後記のバイアス制御部９８２からの制御信号に基づき、現像装置２３の現像ローラー２３１に、直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスを印加する。

駆動部９７２は、モーター及びそのトルクを伝達するギア機構からなり、後記の駆動制御部９８１からの制御信号に応じて、現像動作時に、感光体ドラム２０に加え、現像装置２３内の現像ローラー２３１および第１スクリューフィーダー２３２、第２スクリューフィーダー２３３を回転駆動させる。

トナーセンサ９９０は、現像装置２３の現像ハウジング２３０に装着されている。トナーセンサ９９０は、現像ハウジング２３０内に収容される現像剤のトナー濃度を検出する。本実施形態では、トナーセンサ９９０は、透磁率センサからなり、上記トナー濃度に応じた電圧を制御部９８０に出力する。

制御部９８０は、前記ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、駆動制御部９８１、バイアス制御部９８２、記憶部９８３およびモード制御部９８４を備えるように機能する。

駆動制御部９８１は、駆動部９７２を制御して、現像ローラー２３１、第１スクリューフィーダー２３２、第２スクリューフィーダー２３３を回転駆動させる。また、駆動制御部９８１は、不図示の駆動機構を制御して、感光体ドラム２０を回転駆動させる。

バイアス制御部９８２は、現像ローラー２３１から感光体ドラム２０にトナーが供給される現像動作時に、現像バイアス印加部９７１を制御して、感光体ドラム２０と現像ローラー２３１との間に直流電圧および交流電圧の電位差を設ける。前記電位差によって、トナーが現像ローラー２３１から感光体ドラム２０に移動される。

記憶部９８３は、駆動制御部９８１およびバイアス制御部９８２によって参照される各種の情報を記憶している。一例として、現像ローラー９８１の回転数や環境に応じて調整される現像バイアスの値などが記憶されている。また、記憶部９８３は、現像ローラー２３１と感光体ドラム２０との間の直流電圧の電位差が一定に保持された状態で現像バイアスの交流電圧の周波数が変化された場合における当該周波数の変化量に対するトナー像の濃度変化量の関係を示す参照用直線の傾きに関する参照情報を、トナーの帯電量毎に予め格納している。なお、記憶部９８３に格納されるデータは、グラフやテーブルなどの形式でもよい。

モード制御部９８４（帯電量取得部）は、後記の帯電量測定モード（帯電量取得動作）および帯電量分布測定モード（帯電量分布取得動作）を実行する。モード制御部９８４は、帯電量測定モードにおいて、現像ローラー２３１と感光体ドラム２０との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させながら感光体ドラム２０上に測定用トナー像を形成する。そして、前記周波数の変化量に対する前記測定用トナー像の濃度変化量の関係を示す測定用直線の傾きを、前記周波数の変化量と濃度センサ１００による前記測定用トナー像の濃度検出結果とから取得するとともに、当該取得された測定用直線の傾きと記憶部９８３の参照情報とから感光体ドラム２０上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する。更に、モード制御部９８４は、現像バイアスの交流電圧の第１のピーク間電圧において第１の帯電量取得動作を実行し、現像バイアスの交流電圧の前記第１のピーク間電圧よりも大きな第２のピーク間電圧において第２の帯電量取得動作を実行する。そして、モード制御部９８４は、前記第１の帯電量取得動作および前記第２の帯電量取得動作の結果から、トナーの帯電量の分布を取得する帯電量分布取得動作を更に実行する。

図３Ａは、本実施形態に係る画像形成装置１０の現像動作の模式図、図３Ｂは、感光体ドラム２０および現像ローラー２３１の電位の大小関係を示す模式図である。図３Ａを参照して、現像ローラー２３１と感光体ドラム２０との間に、現像ニップ部ＮＰが形成されている。現像ローラー２３１上に担持されるトナーＴＮおよびキャリアＣＡは磁気ブラシを形成する。現像ニップ部ＮＰにおいて、磁気ブラシからトナーＴＮが感光体ドラム２０側に供給され、トナー像ＴＩが形成される。図３Ｂを参照して、感光体ドラム２０の表面電位は、帯電装置２１によって、背景部電位Ｖ０（Ｖ）に帯電される。その後、露光装置２２によって露光光が照射されると、感光体ドラム２０の表面電位が、印刷される画像に応じて背景部電位Ｖ０から最大で画像部電位ＶＬ（Ｖ）まで変化される。一方、現像ローラー２３１には、現像バイアスの直流電圧Ｖｄｃが印加されるとともに、直流電圧Ｖｄｃに不図示の交流電圧が重畳されている。

このような反転現像方式の場合、表面電位Ｖ０と現像バイアスの直流成分Ｖｄｃとの電位差が、感光体ドラム２０の背景部へのトナーかぶりを抑制する電位差である。一方、露光後の表面電位ＶＬと現像バイアスの直流成分Ｖｄｃとの電位差が、感光体ドラム２０の画像部に、プラス極性のトナーを移動させる現像電位差となる。更に、現像ローラー２３１に印加される交流電圧によって、現像ローラー２３１から感光体ドラム２０へのトナーの移動が促進される。

一方、個々のトナーは、現像ハウジング２３０内で循環搬送される間に、キャリアとの間で摩擦帯電する。それぞれのトナーの帯電量は、上記の現像バイアスによって感光体ドラム２０側に移動するトナー量（現像量）に影響する。したがって、画像形成装置１０においてトナーの帯電量が精度よく予測することが可能になると、印字枚数、環境変動、印字モードおよび印字率などに応じて現像バイアスやトナー濃度を調整することで、良好な画質を維持することができる。このため、従来からトナーの帯電量を精度よく予測することが望まれていた。

＜トナー帯電量の予測について＞
本発明者は、上記の様な状況に鑑み鋭意検討し続けた結果、現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させた場合、トナーの現像量の変化がトナーの帯電量によって異なることを新たに知見した。具体的に、トナーの帯電量が低い場合は、交流電圧の周波数を増大させるとトナーの現像量が増加する。一方、トナーの帯電量が高い場合は、交流電圧の周波数を増大させるとトナーの現像量が減少することを新たに知見した。この特性を利用することで、交流電圧の周波数を変化させた際の画像濃度の変化を測定することによって、トナーの帯電量を精度よく予測することが可能となった。

図４は、本実施形態に係る画像形成装置１０において、現像バイアスの周波数と画像濃度との関係を示したグラフである。図５は、本実施形態に係る画像形成装置１０において、図４のグラフの傾きとトナー帯電量との関係を示したグラフである。

現像ローラー２３１に印加される現像バイアスの直流電圧と感光体ドラム２０の静電潜像との間の直流電圧における電位差を一定に保持し、現像バイアスの交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐ、デューティ比をそれぞれ固定した状態で、同交流電圧の周波数を変化させる。この結果、現像ローラー２３１上のトナーの帯電量に応じて、濃度センサ１００によって検出されるトナー像の画像濃度が異なる傾向を示す（図４）。すなわち、図４に示すように、トナーの帯電量が２７．５μｃ／ｇの場合、周波数ｆが小さくなると画像濃度が低くなる。一方、トナーの帯電量が３４．０μｃ／ｇ、３７．７μｃ／ｇの場合、周波数ｆが小さくなると画像濃度が高くなる。そして、トナーの帯電量が小さくなるほど、図４に示されるグラフの傾きが大きくなる。図５を参照して、図４の３つのグラフの傾きと各トナー帯電量との関係は、直線（近似直線）上に分布する。したがって、図５に示される情報が予め記憶部９８３に格納され、図４に示される直線の傾きが後記の帯電量測定モードにおいて導出されれば、その際のトナーの帯電量を測定（予測）することが可能となる。

＜トナーの帯電量の予測効果について＞
本実施形態では、トナーの帯電量を予測するために、感光体ドラム２０上の表面電位を測定する表面電位センサを備える必要がない。また、トナーの帯電量を予測するために、現像バイアスに応じて現像ローラー２３１に流入する電流を測定する必要がない。このため、表面電位センサの汚れや、キャリアの抵抗変化によって現像ローラー２３１に流入する電流の変化の影響を受けることなく、安定してトナーの帯電量を予測することが可能になる。このため、画像形成装置１０において印字される画像濃度が低下した場合、現像装置２３のトナー濃度を上昇させることでトナーの帯電量を低下させることで画像濃度を増大させることが望ましいか、現像ニップ部ＮＰにおける現像電位差（Ｖｄｃ−ＶＬ）を増大させることで画像濃度を増大させることが望ましいかの選択が容易となる。

一般的に、画像形成装置１０において画像濃度が低下する原因は、「現像電位差の低下」、「規制ブレード２３４を通過する現像剤の搬送量低下」、「キャリア抵抗の上昇」、「トナー帯電量の上昇」などが考えられる。この中で、トナー帯電量の上昇以外の要因が原因の画像濃度低下に対して、トナーの帯電量を低下させるためにトナー濃度を上昇させてしまうと、新たにトナー飛散などの不具合が発生する可能性がある。トナー帯電量の上昇が原因の画像濃度低下に対しては、トナー濃度を上昇させることでトナー帯電量を低下させることが望ましく、その他の要因が原因の画像濃度低下に対しては、現像電界（現像バイアス）を増大することが好ましい。また、トナー帯電量を把握することで、二次転写ローラー１４５に付与される転写電流の最適化も可能となるため、画像形成装置１０のシステム全体をより安定させることが可能となる。

＜周波数とトナー帯電量との関係について＞
本発明の発明者は、現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させた場合の画像濃度の変化について、トナー帯電量が下記のように寄与するものと推定する。
（１）トナー帯電量が低い場合
トナーの帯電量が低い場合、トナーとキャリアとの間に働く静電付着力が小さいため、トナーはキャリアからは離れやすい。しかしながら、現像バイアスの交流電圧の周波数が小さくなると、現像ニップ部ＮＰにおけるトナーの往復移動回数が低下する。このため、画像濃度が低下する。なお、周波数が小さくなると、交流電圧の１周期あたりのトナーの往復移動距離が増大するが、トナーの帯電量が低い場合、トナーの元々の移動距離が少ないため、画像濃度の低下への影響は少ない。このように、トナーの帯電量が低い場合には、現像バイアスの交流電圧の周波数が小さくなると、画像濃度は低下する。
（２）トナー帯電量が高い場合
上記のように現像バイアスの交流電圧の周波数が小さくなると、現像ニップ部ＮＰにおけるトナーの往復移動回数が低下するが、トナーの帯電量が高い場合、もともとトナーがキャリアから外れにくいため、当該往復移動回数の低下の影響は少ない。一方、周波数が低下すると、交流電圧の１周期あたりのトナーの往復距離が増大するため、高いトナーの帯電量に応じて画像濃度が増大する。このように、トナーの帯電量が高い場合には、現像バイアスの交流電圧の周波数が小さくなると、画像濃度は増大する。

＜トナーの帯電量測定モードについて＞
図６は、本実施形態に係る画像形成装置１０において実行される帯電量測定モードのフローチャートである。図７は、帯電量測定モード時に感光体ドラム２０上に形成される測定用トナー像の模式図である。

図６を参照して、帯電量測定モードが開始されると（ステップＳ０１）、モード制御部９８４が現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させるための変数ｎをｎ＝１に設定する（ステップＳ０２）。そして、モード制御部９８４は、駆動制御部９８１およびバイアス制御部９８２を制御して、予め設定された基準現象バイアスを印加した状態で、現象ローラー２３１を１回転以上回転させた後、現像バイアスの交流電圧の周波数を第１の周波数（ｎ＝１）に設定する（ステップＳ０３）。なお、当該基準現象バイアスは、帯電量測定モードが直前の画像形成の履歴の影響を受けないために設定される。通常、この基準現像バイアス条件には、印字（画像形成）に使用する際のバイアスが適用される。なお、基準現像バイアスとして直流電圧のみが適用されると、上記の履歴の解消効果が弱いので、直流電圧および交流電圧が重畳的に適用されることが望ましい。

次に、交流電圧の周波数が前記第１の周波数に設定された現像バイアスで、予め設定された測定用トナー像が現像され（ステップＳ０５）、当該トナー像が感光体ドラム２０から中間転写ベルト１４１に転写される（ステップＳ０６）。そして、当該測定用トナー像の画像濃度が濃度センサ１００によって測定され（ステップＳ０６）、第１の周波数の値とともに、取得された画像濃度が記憶部９８３に記憶される（ステップＳ０７）。

次に、モード制御部９８４は、周波数に関する変数ｎが予め設定された規定回数Ｎに到達したか否かを判定する（ステップＳ０８）。ここで、ｎ≠Ｎの場合（ステップＳ０８でＮＯ）には、ｎの値が１つカウントアップされ（ｎ＝ｎ＋１、ステップＳ０９）、ステップＳ０３からＳ０７までが繰り返される。なお、帯電量測定の精度を高くするためには、規定回数Ｎ＝２以上であることが望ましく、３≦Ｎに設定されることが更に望ましい。一方、ｎ＝Ｎの場合（ステップＳ０８でＹＥＳ）には、モード制御部９８４が、記憶部９８３に記憶された情報に基づいて、図４に示される近似直線の傾きを算出する（ステップＳ１０）。そして、モード制御部９８４は、記憶部９８３に格納されている図５に示されるグラフ（参照情報）に基づいて、上記の傾きからトナーの帯電量を推定し（ステップＳ１１）、帯電量測定モードを終了する（ステップＳ１２）。

図７では、規定回数Ｎ＝３の場合に、周波数ｆが増大されることによって、測定用トナー像の画像濃度が上昇している例を示している。この場合、トナーの帯電量は、図４の２７．５μｃ／ｇのように相対的に低めである。

なお、Ｎ＝２の場合に、ステップＳ０６において測定される画像濃度がそれぞれ、ＩＤ１、ＩＤ２と定義される。また、第１の周波数がｆ１（ｋＨｚ）、第２の周波数がｆ２（ｋＨｚ）（ｆ２＜ｆ１）と定義される。この場合、図４に示される直線の傾きａは、式１で算出される。
傾きａ＝（ＩＤ１−ＩＤ２）／（ｆ１−ｆ２）） ・・・（式１）
傾きａはトナー帯電量によって異なり、トナー帯電量が低いと「正（＋）」となり、トナー帯電量が低いと「負（−）」となる。なお、３≦Ｎの条件で測定する場合には、最小自乗法で求めた１次式の近似直線の傾きを用いればよい。また、図５に示される参照情報は、式２で示される。
Ｑ／Ｍ＝Ａ×直線の傾き＋Ｂ ・・・（式２）
ここで、ＡおよびＢは、現像剤固有の値であり、予め実験によって決定されている。Ｑ／Ｍは、単位質量あたりのトナー帯電量を意味する。ステップＳ１０において式１から算出された近似直線の傾きａを式２に代入すれば、トナー帯電量Ｑ／Ｍが算出される。なお、図６に示される帯電量測定モードは、図１の各色の現像装置２３に対してそれぞれ実行されてもよく、またモード実行中に設定される周波数は現像装置２３毎に固有の値に設定してもよい。特に、画像形成装置１０の周辺の温湿度や耐久枚数に応じて望ましい周波数が既知の場合には、モード実行中に設定される周波数は当該既知の周波数の近傍で設定されてもよい。また、前回のトナー帯電量測定モードの結果を参照して、新たな測定モードに用いられる周波数が選定されても良い。この場合、測定されるトナー帯電量の精度を高めることができる。

＜帯電量測定モードの実行タイミングについて＞
本実施形態に係る帯電量測定モードの実行タイミングは、自動によって開始されるものと手動によって開始されるものとがある。自動による測定モードは、画像形成装置１０のキャリブレーション動作（セットアップ、画質調整動作などとも言う）と同じタイミングで行われることが望ましい。キャリブレーション動作では、中間濃度領域（ハーフトーン画像）での画質を良好に確保するために充分な調整作業が行われる。このため、帯電量測定モードの実行時間が充分確保される。このため、現像バイアスの交流電圧において、２つ以上の異なった周波数で測定モードを実行することができる。キャリブレーション動作では、画質調整用の画像パターンとして、ソリッド（１００％ベタ画像）に加えて、ハーフトーン画像も使用される。このため、トナー帯電量の予測の精度を向上することができる。高濃度領域のソリッドでは、ハーフトーン画像と比較して、現像ニップ部ＮＰにおける現像性能が飽和しやすい。すなわち、現像バイアスを変化させた場合の画像濃度の変化量が小さい（感度が低い）。一方、ハーフトーン画像では、このような画像濃度の変化量が比較的大きいため、トナー帯電量の測定（予測）が精度良く実行される。なお、ハーフトーン画像の場合、ソリッド画像と比較して濃度が低いため、濃度センサ１００による画像濃度の検出精度が相対的に低くなる可能性がある。このため、ソリッド画像およびハーフトーン画像の両方において帯電量測定モードを実行し、その平均値をとることで、更に精度の高い測定が実行可能とされる。なお、ソリッド画像とハーフトーン画像とでは、式２のＡおよびＢは異なった値となる。なぜなら、ソリッド画像とハーフ画像とでは、画像濃度とトナー現像量との関係が異なるからである。

なお、濃度センサ１００が主走査方向（感光体ドラム２０の軸方向）において複数配置され、当該濃度センサ１００の位置に応じて測定用トナー像がそれぞれ形成されることが更に望ましい。すなわち、感光体ドラム２０の軸方向の両端部に対応してそれぞれ測定用トナー像が形成される場合、現像装置２３（現像ローラー２３１）の両端部におけるトナー帯電量をそれぞれ予測することができる。そして、この両端部でのトナー帯電量の差が予め設定された閾値よりも大きい場合には、現像装置２３内での荷電性能が悪化している可能性がある。したがって、モード制御部９８４は、画像形成装置１０の不図示の表示部などを通じて、現像装置２３の交換や、現像剤の交換を促すことが可能となる。

更に、画像形成装置１０が製造後に工場から出荷される時と、画像形成装置１０の使用場所において実行される本体セットアップ時に、トナー帯電量測定モードがそれぞれ実行されることが望ましい。この結果、画像形成装置１０の休止期間中の影響を予測する事も可能になる。すなわち、現像剤は、休止期間が長いと帯電量が低くなる傾向にあり、この傾向は放置された期間や環境によってそのレベルが異なることが多い。したがって、工場出荷時および本体セットアップ時のトナー帯電量がそれぞれ測定されることで、現像剤の放置による劣化状態が予測され、放置時間が非常に長い場合や劣悪環境に放置されていた場合は、この２つのトナー帯電量（工場出荷時と本体セットアップ時のトナー帯電量）の差が大きく検出される。この様な場合には、上記と同様に使用場所において現像剤の入れ替えを促すことができる。

一方、工場出荷時および本体セットアップ時のトナー帯電量が低くても、両者のトナー帯電量の差が小さい場合には、現像剤が劣化している可能性は低い。このため、使用場所において現像剤を入れ替える必要はなく、トナー濃度や現像条件（現像バイアスなど）を調整することで、画質を向上させることができる。以上のように、本実施形態に係るトナー帯電量測定モードが、画像形成装置１０が使用されない状態で所定の期間放置された後に実行されることで、現像剤の状態変化を把握することが可能となる。

以上のように、本実施形態に係るトナー帯電量測定モードでは、感光体ドラム２０上の電位を測定する表面電位センサや現像ローラー２３１に流入する現像電流を測定する電流計を用いることなく、現像装置２３に収容されるトナーの帯電量を取得することができる。この結果、現像装置２３の現像剤交換の要否や現像バイアスの調整の必要性を精度良く判断することができる。

特に、記憶部９８３に格納されている所定のトナー濃度における参照情報は、トナーの帯電量が第１の帯電量である場合に参照用直線の傾きが負であり、トナーの帯電量が第１の帯電量よりも小さな第２の帯電量である場合に参照用直線の傾きが正であり、更に、トナーの帯電量の低下とともに参照用直線の傾きが増大するように設定されている。このような構成によれば、現像バイアスの交流電圧の周波数と感光体ドラム２０（中間転写ベルト１４１）に形成されるトナー像の濃度（現像トナー量）との関係から、トナーの帯電量を精度良く取得することができる。

＜トナーの帯電量分布測定モードについて＞
更に、本実施形態では、モード制御部９８４が、前記帯電量測定モードよりも更に詳細なトナーの帯電状態を検出可能な帯電量分布測定モードを実行することができる。図８は、本実施形態に係る画像形成装置１０において実行される帯電量分布測定モードのフローチャートである。図９は、本実施形態に係る画像形成装置１０において、トナー帯電量とトナー現像量比率との関係を示したグラフである。

図８を参照して、帯電量分布測定モードが開始されると（ステップＳ２１）、モード制御部９８４は、現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させるための変数ｎをｎ＝１に設定し、交流電圧のＶｐｐ（ピーク間電圧）を変化させるための変数ｍをｍ＝１に設定する（ステップＳ２２）。そして、モード制御部９８４は、予め設定された基準現象バイアスを印加した状態で、現象ローラー２３１を１回転以上回転させた後、現像バイアスの交流電圧のＶｐｐを第１のＶｐｐ（ｍ＝１）に設定する（ステップＳ２３）。更に、モード制御部９８４は、現像バイアスの周波数を第１の周波数（ｎ＝１）に設定する（ステップＳ２４）。なお、ここでも基準現象バイアスは、帯電量測定モードが前の画像形成の履歴の影響を受けないために設定され、通常、印字（画像形成）に使用する際のバイアスが適用される。

次に、第１のＶｐｐおよび第１の周波数で予め設定された測定用トナー像が現像され（ステップＳ２５）、当該トナー像が、感光体ドラム２０から中間転写ベルト１４１に転写される（ステップＳ２６）。そして、当該測定用トナー像の画像濃度が濃度センサ１００によって測定され（ステップＳ２７）、第１のＶｐｐ、第１の周波数の値とともに、記憶部９８３に記憶される（ステップＳ２８）。

次に、モード制御部９８４は、周波数に関する変数ｎが予め設定された規定回数Ｎに到達したか否かを判定する（ステップＳ２９）。ここで、ｎ≠Ｎの場合（ステップＳ２９でＮＯ）には、ｎの値が１つカウントアップされ（ｎ＝ｎ＋１、ステップＳ３０）、ステップＳ２４からＳ２８までが繰り返される。なお、ここでも帯電量分布測定の精度を高くするためには、規定回数Ｎ＝２以上であることが望ましく、３≦Ｎに設定されることが更に望ましい。一方、ｎ＝Ｎの場合（ステップＳ２９でＹＥＳ）には、モード制御部９８４は、記憶部９８３に記憶された情報に基づいて、図４に示される近似直線の傾きを算出する（ステップＳ３１）。そして、記憶部９８３に格納されている、図５に示されるグラフ（参照情報）に基づいて、上記の傾きから、ｍ＝１の場合におけるトナーの帯電量を推定する（ステップＳ３２）。

次に、モード制御部９８４は、Ｖｐｐに関する変数ｍが予め設定された規定回数Ｍに到達したか否かを判定する（ステップＳ３３）。ここで、ｍ≠Ｍの場合（ステップＳ３３でＮＯ）には、ｍの値が１つカウントアップ（ｍ＝ｍ＋１）されるとともに、ｎ＝１とされ（ステップＳ３４）、ステップＳ２３からＳ３２までが繰り返される。なお、ここでも帯電量分布測定の精度を高くするためには、規定回数Ｍ＝３以上であることが望ましく、５≦Ｍに設定されることが更に望ましい。一方、ｍ＝Ｍの場合（ステップＳ３３でＹＥＳ）には、モード制御部９８４は、記憶部９８３に記憶された情報に基づいて、各Ｖｐｐに対応するトナー帯電量からトナー帯電量分布を推定する（ステップＳ３５）。その後、モード制御部９８４は、帯電量分布測定モードを終了する（ステップＳ３６）。

前述の帯電量測定モードでは、モード制御部９８４は、Ｖｐｐを固定した状態で周波数のみを変化させることで、トナー帯電量を推定、測定した。この場合、現像装置２３内のトナーの帯電量は全て同じ（平均的）であることが前提とされる。通常は、このような前提のもとに推定されたトナー帯電量でも現像装置２３内の現像剤の状態を充分把握することができる。一方、当該帯電量分布測定モードでは、更に、Ｖｐｐを段階的にアップさせる方法を採用することで、トナーの帯電量分布が測定可能となる。図８に示されるフローについて換言すれば、まず低いＶｐｐにおいて、画像濃度の周波数依存特性が取得されている。この場合、高い帯電量のトナーはキャリアから離れにくいため、主に低い帯電量のトナーが感光体ドラム２０側に現像される。この時の「画像濃度変化／周波数変化」（図４）からトナー帯電量が予測可能となる（図５）。なお、この際、モード制御部９８４は、画像形成動作時に用いる周波数（後記の表１、表２では６ｋＨｚ）での画像濃度を記憶部９８３に記憶しておく。次に、モード制御部９８４は、Ｖｐｐを増大させ、上記と同じように画像濃度の周波数依存特性を取得する。この結果、取得されるトナーの帯電量は少し高くなり、画像濃度もアップする。

このような処理が異なるＶｐｐに対して複数回繰り返されると、トナー帯電量Ｑ／Ｍと画像濃度ＩＤとの関係を示すグラフ（複数の情報）が取得される。ここで、モード制御部９８４は、記憶部９８３に予め格納されているデータに基づいて、画像濃度ＩＤを中間転写ベルト１４１上の現像トナー量ＴＭに換算し、Ｖｐｐ毎の測定データのＱＴ（＝トナー帯電量Ｑ／Ｍ×現像トナー量ＴＭ）を計算した上で、それぞれ１回前のＶｐｐにおけるＱＴ値との差ΔＱＴを求める（ΔＱＴ＝ＱＴ（ｎ）−ＱＴ（ｎ−１）、ｎは自然数）。同じく、モード制御部９８４は、現像トナー量ＴＭについても１回前のＶｐｐにおける現像トナー量ＴＭとの差ΔＴＭ（ΔＴＭ＝ＴＭ（ｎ）−ＴＭ（ｎ−１）、ｎは自然数）を求める。そして、モード制御部９８４は、ΔＱＭをΔＴＭで除することで、Ｖｐｐ毎に、（トナー帯電量Ｑ／Ｍ×現像トナー量ＴＭ）の差／（現像トナー量ＴＭの差）＝ΔＱＴ／ΔＴＭ＝計算トナー帯電量Ｑ／Ｍｃａｌを算出する（表１、表２）。

このように、本実施形態では、帯電量取得動作を複数の交流電圧のピーク間電圧に対して実行することで、トナーの帯電量の分布を取得することができる。

更に、本実施形態では、モード制御部９８４が、現像装置２３のトナー濃度に応じて、帯電量測定モードおよび帯電量分布測定モードの精度を向上させる。本実施形態では、現像装置２３内に収容される現像剤のトナー濃度は、トナーセンサ９９０の出力に応じて調整される。すなわち、トナーセンサ９９０によって検出されるトナー濃度が予め設定された目標濃度（たとえば８％）よりも高い場合、トナー補給部１５からのトナーの補給は停止される。一方、トナーセンサ９９０によって検出されるトナー濃度が上記の目標濃度よりも低い場合、トナー補給部１５から所定量のトナーが現像装置２３に補給される。このように、現像装置２３から感光体ドラム２０にトナーが消費される一方、トナーセンサ９９０の出力に応じてトナー補給部１５からのトナーの補給量が調整される。このため、現像装置２３内のトナー濃度は、上記の目標濃度を含む所定の変動範囲内で変動しながら推移する。

一方、トナー濃度は現像装置２３から感光体ドラム２０へのトナーの現像量に影響しうる。前述のような帯電量測定モードおよび帯電分布測定モードでは、上記現像量を用いてトナーの帯電量を予測するため、トナー濃度の影響を受けることがある。特に、トナー濃度に応じてトナーの帯電量の変化が大きい現像剤の場合には、トナー濃度による補正を行うことが望ましい。

図１０は、本実施形態に係る画像形成装置１０において、トナーの現像量と現像バイアスの周波数ｆとの関係（比）を示す参照用直線の傾きと、トナー帯電量との関係を示すグラフ（トナー濃度補正用直線）である。すなわち、図１０の横軸は、前述の図４における参照用直線の傾きであって、前述の式１の傾きａに相当する。一方、図１０の縦軸は、図５の縦軸と同様であって、前述の式２で算出されるＱ／Ｍに相当する。換言すれば、図１０は、トナー濃度を変化させて図５のグラフをそれぞれのトナー濃度において示したものに相当する。図１０では、トナー濃度が５％、８％、１１％のそれぞれに設定されている。図１０に示すように、トナー濃度が８％〜１１％と高いところでは、前記傾きとトナー帯電量との関係はほとんど変わらない。一方、トナー濃度が５％と低いところでは、前記参照用直線の傾きが同じであってもトナー帯電量が高くなっている。具体的に、傾きが０の場合、トナー濃度が８〜１１％ではトナー帯電量が２８（μｃ／ｇ）であるが、トナー濃度が５％では３８μｃ／ｇとなっている。このため、前述の帯電量測定モードおよび帯電量分布測定モードでは、トナー濃度に応じて、「傾き−帯電量」の変換式（式２の定数Ａ、Ｂ）を調整することが望ましい。この変換式の定数Ａ、Ｂは現像剤の種類によって異なるため、使用される現像剤に応じて予め記憶部９８３に記憶されている。

したがって、モード制御部９８４は、前述の帯電量測定モード（図６）では、ステップＳ１０において式１に基づいて傾きａを算出した後、ステップＳ１１においてトナー帯電量を推定する際に、トナーセンサ９９０が検出するトナー濃度を参照し、当該トナー濃度に応じた定数Ａ、Ｂを記憶部９８３から取得する。そして、取得されたＡ、Ｂを式２に代入した上で、傾きａに基づいて、トナー帯電量Ｑ／Ｍを算出する。この結果、現像装置２３内の現像剤のトナー濃度が変動する場合でも、当該トナー濃度に応じた参照情報が参照されることで、トナー濃度の影響を抑えながら、トナーの帯電量を精度よく取得することができる。

なお、前述の帯電量分布取得モードにおいても同様である。すなわち、図８のステップＳ３２においてトナー帯電量を推定する際に、モード制御部９８４は、トナーセンサ９９０が検出するトナー濃度を参照し、当該トナー濃度に応じた定数Ａ、Ｂを記憶部９８３から取得する。そして、取得されたＡ、Ｂを式２に代入した上で、傾きａに基づいて、トナー帯電量Ｑ／Ｍを算出する。この結果、トナー濃度の影響を抑えながら、現像装置２３内のトナー帯電量分布を精度よく予測（取得）することができる。

なお、図１０を参照して、記憶部９８３に記憶されている参照情報（定数Ａ、Ｂ）について付言すると、図１０のトナー濃度８％、１１％におけるグラフが略同一であるため、トナー濃度が所定の閾値以上の第１領域（たとえば８％以上）では、上記の参照情報は固定値であってもよい。一方、トナー濃度が上記閾値未満の第２領域（たとえば５％以上８％未満）では、前記参照用直線の所定の傾きに対するトナーの帯電量が第１領域よりも高く設定されているとともに、図１０に示されるトナー濃度補正用直線の傾きが、第１領域におけるトナー濃度補正用直線の傾きよりも急となっている。なお、いずれの領域におけるトナー濃度補正用直線も、参照用直線の傾き（図１０の横軸）が大きいほど、トナー帯電量（図１０の縦軸）が低下するように、マイナス側に傾いている。したがって、トナー濃度が第２領域に含まれる場合には、トナー濃度に応じた参照情報が参照されることで、上記トナーの帯電量を精度よく取得することができる。

以上のように、本実施形態では、このように現像装置２３内のトナー濃度に応じて参照用直線の傾きとトナー帯電量との関係を補正することで、トナー濃度の影響を受けることなくトナーの帯電量、帯電分布を精度良く取得することができる。

以下、実施例を挙げて本発明の実施形態につき更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。なお、実施した比較実験での各実験条件は以下のとおりである。

＜共通実験条件＞
・プリント速度：５５枚／分
・感光体ドラム２０：アモルファスシリコン感光体（α−Ｓｉ）
・現像ローラー２３１：外径２０ｍｍ、表面形状ローレット溝加工、周方向に沿って８０列の凹部（溝）が形成されている。
・規制ブレード２３４：ＳＵＳ４３０製、磁性、厚み１．５ｍｍ
・規制ブレード２３４後の現像剤搬送量：２５０ｇ／ｍ^２
・現像ローラー２３１の感光体ドラム２０に対する周速：１．８（対向位置でトレール方向）
・感光体ドラム２０と現像ローラー２３１との間の距離：０．３０ｍｍ
・感光体ドラム２０の白地部（背景部）電位Ｖ０：＋２７０Ｖ
・感光体ドラム２０の画像部電位ＶＬ：＋２０Ｖ
・現像ローラー２３１の現像バイアス：周波数＝６．０ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ＝５０％、Ｖｐｐ＝１０００Ｖの交流電圧矩形波、Ｖｄｃ（直流電圧）＝２００Ｖ
・トナー：正帯電極性トナー、体積平均粒子径６．８μｍ、トナー濃度８％
・キャリア：体積平均粒子径３５μｍ、フェライト・樹脂コートキャリア

＜実験１＞
上記の条件で、トナーの外添剤の量を変更することでトナーの帯電量を調整し、印字動作を行った。前述の図４、図５に、実験１の結果が示されている。なお、図４では、中間転写ベルト１４１上のトナー像の画像濃度が濃度センサ１００によって測定され、予め取得されたトナー像の画像濃度（センサ出力）と印字紙（用紙）上に形成されるトナー定着画像の画像濃度との相関曲線を用いて、トナー像濃度をトナー定着画像のＩ．Ｄとして表している。

各トナー帯電量と図４の直線（近似直線）の傾きとの関係が図５に示されている。図５に示される近似直線の式３（下記）は、予め記憶部９８３に記憶されている。この式３を用いて、トナー帯電量の予測を行うことができる。
トナー帯電量Ｑ／Ｍ（μｃ／ｇ）＝−４４２．３２×傾き＋２９．８７ ・・・（式３）
なお、式３の傾き＝Δ画像濃度／Δ周波数（図４のグラフの傾き参照）

＜実験２＞
次に、帯電量分布測定モードに関する実験を行った。ここでは、異なる帯電量分布を示す現像剤Ａ、現像剤Ｂを作成するために、キャリアのコート剤の条件を変更している。なお、トナー濃度はいずれも同じ８％である。また、現像バイアスの条件は、Ｖｐｐ、周波数以外は実験１と同じである。

＜現像剤について＞
トナーは粉砕型トナー、コアシェル構造のトナーのどちらであっても同様の効果が確認されている。また、トナー濃度についても、３％から１２％までの範囲で同様の効果が奏されることが確認された。交流電界によるトナーの移動は、磁気ブラシが細かいほどより顕著に起こりやすいことから、キャリアの体積平均粒子径は４５μｍ以下が好ましく、３０μｍ以上４０μｍ以下がより好ましい。また、フェライトキャリアよりも真比重の小さい、樹脂キャリアの方がより好ましい。

＜キャリアについて＞
キャリアは、体積平均粒子径３５μｍのフェライトコアにシリコンやフッ素などをコーティングしたものであり、具体的には以下の手順で作成した。キャリアコアＥＦ−３５（パウダーテック社製）１０００重量部に、シリコン樹脂ＫＲ−２７１（信越化学社製）２０質量部をトルエン２００質量部に溶解させて、塗布液を作製する。そして、流動層塗布装置により、塗布液を噴霧塗布した後、２００℃で６０分間熱処理して、キャリアを得た。この塗布液の中に、導電剤や荷電制御剤をそれぞれコート樹脂１００部に対し、０〜２０部の範囲で混合し、分散させることで、抵抗調整・帯電調整を行なっている。

表１に、現像剤Ａにおける実験結果を示し、表２に現像剤Ｂにおける実験結果を示す。なお、表１および表２の帯電量の測定は、トレック社製の吸引式小型帯電量測定装置ＭＯＤＥＬ２１２ＨＳを用いて行った。

いずれの実験も、現像バイアスの交流電圧の周波数を６ｋＨｚに設定した場合における画像濃度を予め記憶部９８３に格納した線形変換式で換算したトナー現像量を示している。また、当該現像剤Ａ、Ｂにおける帯電量分布が、前述の図９に示されている。ここで、図９では、Ｖｐｐ＝１．４ｋＶにおいて現像したトナー量を１００％として、各Ｖｐｐ条件における現像トナー量を比率で示している。

ここで、表１、表２で示される「６ｋＨｚでの現像比率」について説明する。例えば、Ｖｐｐ０．３（ｋＶ）における「６ｋＨｚでの現像量比率」は、｛（Ｖｐｐ０．３（ｋＶ）かつ周波数６（ｋＨｚ）の現像バイアスにおける現像量）−（Ｖｐｐ０．２（ｋＶ）かつ周波数６（ｋＨｚ）の現像バイアスにおける現像量）｝／（Ｖｐｐ１．４（ｋＶ）かつ周波数６（ｋＨｚ）の現像バイアスにおける現像量）×１００（％）で算出される。ここで、Ｖｐｐ１．４（ｋＶ）は、測定範囲の最大Ｖｐｐ電圧である。同様に、Ｖｐｐ０．４（ｋＶ）における「６ｋＨｚでの現像量比率」は、｛（Ｖｐｐ０．４（ｋＶ）かつ周波数６（ｋＨｚ）の現像バイアスにおける現像量）−（Ｖｐｐ０．３（ｋＶ）かつ周波数６（ｋＨｚ）の現像バイアスにおける現像量）｝／（Ｖｐｐ１．４（ｋＶ）かつ周波数６（ｋＨｚ）の現像バイアスにおける現像量）×１００（％）で算出される。その他のＶｐｐについても同様であるが、最小のＶｐｐ０．２（ｋＶ）の場合は、「６ｋＨｚでの現像量比率」は、（Ｖｐｐ０．２（ｋＶ）かつ周波数６（ｋＨｚ）の現像バイアスにおける現像量）／（Ｖｐｐ１．４（ｋＶ）かつ周波数６（ｋＨｚ）の現像バイアスにおける現像量）×１００（％）で算出される。このように算出された現像剤比率（％）が図９の縦軸にプロットされている。

図９を参照して、帯電量分布測定モードの結果から、現像剤Ａは現像剤Ｂよりも高い帯電量のトナーが含まれており、その帯電分布が広いことがわかる。一方、現像剤Ｂは、狭い帯電分布を示しており、各トナーの帯電量が近似している。このような傾向が、画像形成装置１０の使用中に測定されることで、現像剤の劣化状態を把握することができるため、現像剤の交換要否を確実に判断することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を取り得る。

（１）上記実施形態では、現像ローラー２３１の表面にローレット溝加工が施される態様にて説明したが、現像ローラー２３１の表面に凹形状（ディンプル）を有するものや、ブラスト加工が施されたものでもよい。

（２）上記実施形態では、モード制御部９８４が帯電量測定モードおよび帯電量分布測定モードの両方を実行可能な態様にて説明したが、モード制御部９８４は、何れかの測定モードを実行するものでもよい。

（３）図１のように画像形成装置１０が複数の現像装置２３を有する場合、上記実施形態に係る帯電量測定モードおよび／または帯電量分布測定モードを１つもしくは２つの現像装置２３で行い、その結果を他の現像装置２３で利用するものでもよい。

１０ 画像形成装置
１００ 濃度センサ（濃度検出部）
１４ 中間転写ユニット（転写部）
１４５ 二次転写ローラー（転写部）
２０ 感光体ドラム（像担持体）
２３ 現像装置
２３１ 現像ローラー
９７１ 現像バイアス印可部
９７２ 駆動部
９８０ 制御部
９８１ 駆動制御部
９８２ バイアス制御部
９８３ 記憶部
９８４ モード制御部（帯電量取得部）

Claims (4)

1. 回転され、表面に静電潜像が形成されるとともに、前記静電潜像が顕在化されたトナー像を担持する像担持体と、
   前記像担持体を所定の帯電電位に帯電する帯電装置と、
   前記帯電装置よりも前記像担持体の回転方向下流側に配置され、前記帯電電位に帯電された前記像担持体の表面を所定の画像情報に応じて露光することで前記静電潜像を形成する露光装置と、
   前記露光装置よりも前記回転方向下流側の所定の現像ニップ部において前記像担持体に対向して配置される現像装置であって、回転され周面にトナーおよびキャリアからなる現像剤を担持するとともに前記像担持体にトナーを供給することで前記トナー像を形成する現像ローラーを含む現像装置と、
   前記現像装置内の前記現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出部と、
   前記像担持体上に担持された前記トナー像をシートに転写する転写部と、
   直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスを前記現像ローラーに印加可能な現像バイアス印加部と、
   前記トナー像の濃度を検出する濃度検出部と、
   前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差が一定に保持された状態で前記現像バイアスの交流電圧の周波数が変化された場合における当該周波数の変化量に対する前記トナー像の濃度変化量の関係を示す参照用直線の傾きに関する参照情報を、前記トナーの帯電量毎および前記トナー濃度毎に予め格納する記憶部と、
   前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で前記現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させながら前記像担持体上に測定用トナー像を形成し、前記周波数の変化量に対する前記測定用トナー像の濃度変化量の関係を示す測定用直線の傾きを、前記周波数の変化量と前記濃度検出部による前記測定用トナー像の濃度検出結果とから取得するとともに、当該取得された測定用直線の傾きと前記トナー濃度検出部が検出する前記トナー濃度に応じた前記記憶部の参照情報とから前記像担持体上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する帯電量取得動作を実行する、帯電量取得部と、
   を備える、画像形成装置。
2. 前記記憶部に格納されている所定のトナー濃度における前記参照情報は、前記トナーの帯電量が第１の帯電量である場合に前記参照用直線の傾きが負であり、前記トナーの帯電量が第１の帯電量よりも小さな第２の帯電量である場合に前記参照用直線の傾きが正であり、更に、前記トナーの帯電量の低下とともに前記参照用直線の傾きが増大するように設定されている、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記参照情報は、前記トナー濃度検出部によって検出される前記トナー濃度が所定の閾値以上の第１領域に含まれる場合、前記トナー濃度に関わらず固定された情報であり、前記トナー濃度が前記閾値未満の第２領域に含まれる場合、前記参照用直線の所定の傾きに対する前記トナーの帯電量が、前記第１領域よりも高くなるように設定されている、請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記帯電量取得部は、前記現像バイアスの交流電圧の第１のピーク間電圧において第１の前記帯電量取得動作を実行し、前記現像バイアスの交流電圧の前記第１のピーク間電圧よりも大きな第２のピーク間電圧において第２の前記帯電量取得動作を実行し、前記第１の帯電量取得動作および前記第２の帯電量取得動作の結果から、前記トナーの帯電量の分布を取得する帯電量分布取得動作を更に実行する、請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。
   

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