JP2020187200A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成装置内の環境変動や劣化に伴い二成分現像剤の状態が変化し、かさ密度が影響を受ける場合においても、現像装置内の二成分現像剤のトナー濃度を正確に検知することができるトナー濃度検知方法及び画像形成装置を提供すること。【解決手段】 トナー濃度センサはトナー劣化度算出手段ならびにキャリア劣化度算出手段に基づく、補正手段を備えることでトナー濃度をより精度よく計測することとした。【選択図】図１２

Description

本発明は、本発明は電子写真方式を用いた複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ、印刷装置等に用いられる画像形成装置に関する。

従来、像担持体上に形成された静電潜像を顕画像化するに際して、非磁性トナーと磁性キャリアの二成分現像剤を用いた二成分現像方法が広く用いられている。この二成分現像方法は、攪拌室に設置された現像剤攪拌部材によって攪拌された現像剤を、現像室に設置された、内部に磁界発生手段を有する現像剤担持体に担持せしめ、この現像剤を用いて像担持体との対向部にて静電潜像を可視化するものである。特に、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においては、画像の色味が良好であるなどの観点から、二成分現像剤が広く使用されている。

二成分現像剤のトナー濃度（即ち、キャリア及びトナーの合計重量（Ｄ）に対するトナーの重量（Ｔ）の割合であるＴ／Ｄ比、或いはその重量百分率表示であるＴ／Ｄ（ｗｔ％）は、画像品質を安定化させる上で重要な要素である。二成分現像剤中のトナーは現像時に消費され、その結果Ｔ／Ｄは変化する。そのため、トナー自動補給装置（ＡＴＲ）により、適時、Ｔ／Ｄを検知し、その変化に応じてトナー補給を行い、Ｔ／Ｄを常に一定に制御して、画像の品位を保持することが行われる。

二成分現像剤のトナー濃度を測定するにあたり、特に現像装置内においてはインダクタンス検知方式が広く用いられている。インダクタンス検知方式では現像装置の側壁に、磁性キャリアと非磁性トナーとの混合比率による見かけの透磁率を検知して電気信号に変換するインダクタンス検知手段としてのインダクタンスセンサを設置する。そして、このインダクタンスセンサからの検出信号によって現像装置内の現像剤の実際のＴ／Ｄを検知し、基準値との比較によりトナーを補給する。

特許文献１は、透磁率を検知するトナー濃度センサは、画像形成枚数の増加に従って個々の特性に応じて検知感度が変化するため、各トナー濃度センサ特有のテーブルを用いて制御電圧の調整値を補正することを開示する。

特開２００６−１０７４９号公報

画像形成装置においてトナー濃度を測定するための、インダクタンスセンサは検知部の内部にコイルを有し、近傍に信号増幅回路を有するものである。検知部の表面に磁性体であるキャリアが存在することで、コイルのインダクタンスの値の変化としてキャリアの存在量を検知し、現像剤濃度（ＴＤ比）を算出することが可能となる。

従って、トナー濃度を算出するにあたっては、キャリアの存在量とトナー濃度が一対一対応で換算することができることがキーとなる。特に初期においては現像剤のかさ密度は定数と見なすことができ、そのためインダクタンスセンサでキャリア量が求まれば、現像剤のかさ密度の値を用いてトナー量ならびにトナー濃度を一意に求めることができる。

しかしながら、筆者らの実験により、現像剤のかさ密度はかならずしも定数となるわけではなく、装置の環境変動や画像出力履歴に伴う二成分現像剤の劣化により変化する傾向が判明した。

本発明の目的は、画像形成装置内の環境変動や劣化に伴い二成分現像剤の状態が変化し、かさ密度が影響を受ける場合においても、現像装置内の二成分現像剤のトナー濃度測定の精度を向上させることができるトナー濃度検知方法及び画像形成装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
現像剤を担持する現像剤担持体を備え、像担持体に形成される静電像を現像する現像装置と、前記現像装置にトナーを補給する補給装置と、前記現像剤のトナーとキャリアの比であるトナー濃度を検知するためのコイルセンサ部と、前記現像装置近傍の温湿度を検知する温湿度検知部と、
少なくともトナー消費量に関する情報と前記補給装置が補給した補給量に関する情報と、現像装置が駆動した時間に関する情報から求めたトナー劣化度ならびに、温湿度検知部にて測定した温湿度と、に基づいて前記トナー濃度を補正する、トナー濃度補正部を備えることを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明では、
請求項１に記載のトナー濃度検出方法ならびに画像形成装置であって、
少なくとも現像装置内の現像剤量と、トナー消費量に関する情報と前記補給装置が補給した補給量に関する情報と、現像装置が駆動した時間に関する情報から求めた、キャリア劣化度に基づいて前記トナー濃度を補正することを特徴とするものである。

本発明に係る画像形成装置によれば、トナー劣化度算出手段ならびにキャリア劣化度算出手段に基づく、補正手段を備えることで、トナー濃度を精度よく計測することができ、その結果、長期にわたり安定した濃度の出力物を得ることができる。

従来および本発明に適用されるの現像装置の構成を示す概略図である。 本発明にかかる現像装置の構成を示す概略図である。 画像形成装置の構成を示す概略図である。 現像装置４内に設置されたインダクタンスセンサ１００ａの制御電圧と出力電圧の関係を示す説明図である。 現像剤のＴ／Ｄ比とインダクタンスセンサ１００ａの出力電圧との関係を示す説明図である。 環境の絶対水分量と濃度センサーの出力電圧との関係を示す説明図である。 環境の絶対水分量と濃度センサーの制御電圧との関係を示す説明図である。 トナー劣化度と濃度センサーの出力電圧との関係を示す説明図である。 トナー劣化度と濃度センサーの制御電圧との関係を示す説明図である。 キャリア劣化度と濃度センサーの出力電圧との関係を示す説明図である。 キャリア劣化度と濃度センサーの制御電圧との関係を示す説明図である。 本発明において画像形成を実施する際のシーケンスを示すフローチャートである。 従来と本実施例の画像形成装置による比較実験の結果である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。

〔実施例１〕
［画像形成装置の全体構成及び動作］
本実施例で用いる画像形成装置１００の全体構成および動作について説明する。

図３に、本実施の形態における画像形成装置の断面図の概略を示す。

画像形成装置１００は、画像形成装置本体に接続された原稿読み取り装置（スキャナ）或は画像形成装置本体に通信可能に接続されたホスト機器及びパーソナルコンピュータ等の通信端末からの画像情報に従ってイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の４色フルカラー画像を電子写真方式利用して記録媒体（紙、プラスチックシート、布等）に形成することができる。

本実施の形態に係る画像形成装置１００は、４連タンデム式の画像形成装置であり、複数の像形成手段としてそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成する第１、第２、第３、第４の画像形成部ＰＹ，ＰＭ，ＰＣ，ＰＢｋを有する。そして、転写装置５が備える中間転写体５１が図示矢印方向に移動して、各画像形成部を通過する間に、中間転写体５１上に各画像形成部において各色の画像が重ねられる。そして、この中間転写体５１上で重ね合わされた多重トナー像を記録媒体Ｓに転写することで記録画像が得られる。

本実施の形態では、各画像形成プロセスユニットの構造は、現像色が異なる以外は実質的に同一とされるので、以下では特に区別を必要としない場合、何れかのが画像形成プロセスユニットに属する要素であることを示すために符号に与えた添え字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋは省略し、総括的に説明する。

画像形成プロセスユニットＰは、増担持体としてのドラム状の感光体（感光ドラム）１を有する。感光ドラム１の外周には、帯電手段としての帯電装置２、露光手段としての露光装置３（本実施の形態ではレーザ露光光学系）、現像手段としての現像装置４、転写手段としての転写装置５、クリーニング手段としてのクリーニング装置７、除電手段としての除電装置８が設けられている。転写装置５は、中間転写体としての中間転写ベルト５１を有する。中間転写ベルトは、複数のローラに掛け回されて、図示矢印方向に回転する。又、中間転写ベルト５１を介して各感光ドラム１に対向する位置には一次転写部材５２が配されている。又、中間転写体５１が掛け回されたローラのうち１つに対向する位置に二次転写部材５３が配されている。

画像形成時には、最初に帯電装置２によって回転する感光ドラム１の表面を一様に帯電させる。次に、帯電した感光ドラム１の表面を露光装置３により画像信号に応じてレーザにより走査露光することで、感光ドラム１上に静電潜像を形成する。感光ドラム１に形成された該静電潜像は、現像装置４を用いて現像剤のトナーによりトナー像として顕像化する。感光ドラム１上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト５１と感光ドラム１が当接する一次転写部において、一次転写部材５２に印加される一次転写バイアスの作用によって中間転写ベルト５１上に転写される。例えば、４色フルカラー画像の画像形成時には、第１の画像形成プロセスユニットＰＹから順次、各感光ドラム１から中間転写ベルト５１上にトナー像が重なるように転写され、中間転写ベルト５１上に４色の多重トナー像が形成される。

一方、記録媒体の収容部としての給紙トレイ９に収容されている記録媒体Ｓがピックアップローラ、搬送ローラ及びレジストローラ当の記録媒体搬送手段によって、中間転写ベルト５１と二次転写部材５３が当接する二次転写部に中間転写ベルト５１上のトナー像の位置と同期が取られて搬送されてくる。そして、中間転写ベルト５１上の多重トナー像は、二次転写部において二次転写部材５３に印加される二次転写バイアスの作用により記録媒体Ｓ上に転写される。

そして、中間転写ベルト５１から分離された記録媒体Ｓ は定着装置６へと搬送される．記録媒体Ｓ上に転写された多重のトナー像は，定着装置６に加熱及び加圧され溶融混合されるとともに、記録媒体Ｓ上に定着される。その後、記録媒体Ｓは、画像形成装置１００の排紙トレイ１０へと排紙される。

又、一次転写プロセス終了後に感光ドラム１上に残留したトナー等の付着物は、クリーニング装置７が備えているクリーニングブレード７１によって掻き取られて回収される。そして、感光ドラム１に残留した静電潜像は、除電装置８によって消去される。これにより、感光ドラム１は次回の画像形成プロセスに備える。又、二次転写プロセス終了後に中間転写ベルト５１上に残留した付着物は、中間転写体クリーナ５４によって掻き取られて回収される。

尚、本実施例の画像形成装置１００は、例えばブラック単色画像等、所望の単色又は４色のうち幾つかの色の画像形成プロセスユニットＰを用いて、単色又はマルチカラーの画像を形成することが可能である。

［２成分現像剤］
本実施例においてトナーは、結着樹脂、着色剤、そして、必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子に対して、帯電量制御、付着力低減、流動性付与のためにコロイダルシリカやチタニアのような微粒子が外添剤として外添されている。トナーは、負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は５μｍ以上、８μｍ以下が好ましい。本実施例では６．５μｍであった。

また、キャリアは、例えば表面酸化或は未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属、及びそれらの合金、或は酸化物フェライトなどが好適に使用可能であり、これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。そして、キャリアは、体積平均粒径が２０〜５０μｍ、好ましくは３０〜４０μｍであり、抵抗率が１０７Ωｃｍ以上、好ましくは１０８Ωｃｍ以上である。本実施例では体積平均粒径が４０μｍ、抵抗率が５×１０７Ωｃｍ、磁化量が２６０ｅｍｕ／ｃｃの磁性フェライトキャリアを用いた。

尚、本実施例にて用いられるトナーについて、体積平均粒径は以下に示す装置及び方法にて測定した。

測定装置としては、コールター社製マルチサイザーＩＶ、を用いて個数平均分布、体積平均分布を計測した。電解水溶液としては、一級塩化ナトリウムを用いて調製した１％ＮａＣｌ水溶液を使用した。

測定方法は以下に示す通りである。即ち、上記の電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を０．１ｍｌ加え、測定試料を０．５〜５０ｍｇ加える。

試料を懸濁した電解水溶液は超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、上記のコールター社製マルチサイザーＩＶにより、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定して体積平均分布を求める。こうして求めた体積平均分布より、体積平均粒径を得る。

又、本実施例にて用いられるキャリアの抵抗率は、測定電極面積４ｃｍ、電極間間隔０．４ｃｍのサンドイッチタイプのセルを用いておこなった。このとき、片方の電極に１ｋｇの重量の加圧下で、両電極間の印加電圧Ｅ（Ｖ／ｃｍ）を印加して、回路に流れた電流から、キャリアの抵抗率を得る方法によって測定した。

［現像装置］
次に、現像装置４（現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋ）の構成について図１を用いて説明する。

二成分現像剤を用いる現像装置４１の感光ドラム１側の開口からは一部露出するように、現像剤担持体としての現像スリーブ４７が設置される。現像装置４１は、容器中を隔壁４１ｃによって、現像スリーブ４７が設置される現像室４１ｂと、補給トナーを攪拌するための攪拌室４１ａとに分けられる。現像室４１ｂ中には現像剤搬送部材としての現像スクリュー４２が、攪拌室には現像剤攪拌部材としての攪拌スクリュー４３がそれぞれ略水平かつ平行に設けられ、現像剤は両室を互いに逆方向に攪拌・搬送されながら、循環する。この現像スクリュー４２，攪拌スクリュー４３が現像剤を搬送し、現像装置内部を循環させることにより、トナー補給口４５から補給されたトナーと現像剤は混合し、トナー濃度を均一にする。

図２は実際に現像装置内にトナーが補給された時の様子を表す模式図である。

スクリューによる現像剤の循環と共に、補給されたトナーも搬送され、現像剤中に分散する。実際には、スクリューは螺旋状のフィンを持ち、これが回転することで現像剤が搬送される。補給トナーによってトナー濃度が濃くなった現像剤の部分はスクリューの回転軸を中心とした螺旋状に搬送されながら現像器中を搬送する。現像剤の循環は、補給トナーを分散させ、現像装置内のトナー濃度を一定にするために大変重要な役割を果たしており、そのためには正確なトナー濃度の測定は不可欠である。

現像装置の攪拌部材としては、攪拌室４１ｂにおいては、攪拌スクリュー４３として回転軸４３ａの周りに、搬送部としての螺旋形状のフィン４３ｂを設けて形成されている。フィンのピッチｐ＝３２ｍｍ、フィン径Ｄ＝１８ｍｍとした。攪拌スクリュー４３の回転軸４３ａは軸径ｄ＝６ｍｍのＳＵＳで形成され、フィン４３ｂの最外形と容器内壁の距離であるクリアランスｃ＝１ｍｍの構成とした。

攪拌室側の現像容器の外側には、トナー濃度センサが備えられている。トナー濃度センサとしてはインダクタンス検知方式のインダクセンサ１００ａが用いられる。インダクセンサ１００ａは現像装置内の磁性キャリアの量に応じて信号を出力する。現像剤はトナー濃度や現像剤種類によって比透磁率２０〜１５０程度の値をとる。インダクセンサ１００ａは現像剤中のキャリア量に応じた信号を出力し、後述する制御を介して、現像装置内にトナーが補給される。

インダクタンスセンサ１００ａの入力電圧と出力電圧との関係は、図４に示すようになっている。この図４は、２３℃、５０％ＲＨの標準環境においてＴ／Ｄ比が８％の現像剤に対する入力電圧（制御電圧）と出力電圧の関係を示す。図４に示されるように、出力電圧の変化率は制御電圧１２．５Ｖ付近で最も大きい。そこで本実施例では、インダクタンスセンサ１００ａの標準環境下の制御電圧を１２．５Ｖとし、そのときの出力電圧２．５Ｖを標準出力電圧とした。

図５に、インダクタンスセンサ１００ａの出力電圧（Ｖ）の、現像剤のＴ／Ｄ比と出力電圧の関係を示す。

図５に示すように、出力電圧Ｔ／Ｄ比に応じてほぼ直線的に変化する。

次に、基本的なトナー濃度制御を説明する。

画像形成動作時、現像装置４の撹拌室４１ａ内の現像剤のトナー濃度をインダクタンスセンサ１００ａで検出し、得られた出力電圧Ｖとしての出力電気信号を画像形成装置本体内に設けたＡＴＲの比較器（図示せず）の一方の入力に供給する。比較器の他方の入力端には、基準電圧信号源から現像剤の規定の濃度における見かけの透磁率に対応する基準電気信号（基準電圧）が入力されている。従って、比較器は規定トナー濃度と現像器内の実際のトナー濃度とを比較することになり、両入力信号の比較結果としての比較器の検出信号が装置本体内のＣＰＵに供給される。

装置本体内のＣＰＵは、比較器からの検出信号に基づいて、トナー補給時間を補正するように制御する。例えば、インダクタンスセンサ１００ａによって検出された現像剤の実際のトナー濃度が規定値よりも小である場合、つまり、トナーが補給不足である場合には、ＣＰＵは不足分のトナーを現像装置４に補給するようにトナー補給装置を作動させる。又、インダクタンスセンサ１００ａによって検出された現像剤の実際のトナー濃度が規定値よりも大である場合、つまり、トナーが過剰補給である場合には、ＣＰＵは比較器からの検出信号に基づいて現像剤中の過剰トナー量を算出し、その後の画像形成に際し、この過剰トナー量がなくなるようにトナーを補給させるか、或いは過剰トナー量が消費されるまで、トナーを補給せずに画像を形成させる。即ち、トナー無補給で画像形成をして過剰トナー量を消費させ、過剰トナー量が消費されたら、トナー補給動作を上記の通り行わせる等の制御を行う。以上が基本的なトナー濃度制御法である。

ところで、インダクタンスセンサ１００ａは、現像剤の見かけの透磁率が変化すると出力電圧Ｖが変化するので、現像剤の劣化や環境の温湿度が変化することで現像剤の粉体としての状態が変化すると、出力電圧Ｖが変化してしまう。低温低湿環境下では、現像剤の含む水分量が減って、トナーとキャリアとの摩擦によるトナー帯電電荷が増加するので、現像剤間の反発が大きくなり、このため現像剤の嵩密度が減少して出力値は小さくなる。逆に高温高湿環境下では、現像剤の含む水分量が増加して、トナーとキャリアとの摩擦によるトナー帯電電荷が減少するので、現像剤間の反発が小さくなり、このため現像剤の嵩密度が増加して出力値が大きくなる。

図６は、Ｔ／Ｄ比が８％の現像剤に対して、一定の制御電圧Ｖ０＝１２．５Ｖをインダクタンスセンサー１００ａに入力した場合の、環境の絶対水分量Ｘと出力電圧Ｖの関係を示す。

環境の絶対水分量Ｘが多くなると、上述したように、出力電圧Ｖが増大することがわかる。

又、一定の出力電圧Ｖ＝２．５Ｖとなるように、制御電圧を変えることも可能であり、図７はＴ／Ｄが比８％の現像剤に対して、出力電圧Ｖが２．５Ｖになるときの環境の絶対水分量Ｘに対する制御電圧Ｖ_１Ｘを示す。

環境の絶対水分量Ｘが小さいときは、制御電圧Ｖ_１Ｘを上記の標準環境下での標準制御電圧Ｖ_０を１２．５Ｖよりも大きくし、逆に絶対水分量が大きいときは制御電圧Ｖ_１Ｘを小さくすれば、出力電圧Ｖを２．５Ｖ一定に維持できる。ここで、出力電圧Ｖを２．５Ｖ一定にするための制御電圧と標準制御電圧との差をΔＶ_０Ｘと呼ぶ。

すなわち、補正後制御電圧Ｖ_１Ｘは（式１）で表される関係となる。

Ｖ_１Ｘ＝Ｖ_０＋ΔＶ_ＯＸ （式１）
現像剤が画像出力を伴う耐久によりトナー劣化した場合にも同様に嵩密度の変化が生じる。

ここでトナー劣化とは、現像装置が現像スリーブやスクリューを回転させながら駆動することに伴う劣化を意味している。現像スリーブやスクリューが回転するのに伴い、トナーはキャリアや現像スリーブやスクリューから摩擦力や接触力を受ける。摩擦力や接触力を受けることでトナー表面に付着した外添剤はトナー自身から剥がれたり、あるいはトナー樹脂中に埋没したりする。トナー劣化が起きることで、トナー同士の付着力の増大、かさ密度の変化、現像剤としての流動性の低下といった変化が起きる。

トナー劣化は特に、出力用紙に対する印字率が低い場合すなわちトナーが現像装置内に滞在する時間が長い場合に顕著となる。本実施例においてトナー劣化度Ｙとしては、印字率０％の画像を出力した枚数相当のトナーの状態として表記する。

図８は、Ｔ／Ｄ比が８％の現像剤に対して、一定の制御電圧Ｖ_０＝１２．５Ｖをインダクタンスセンサ１００ａに入力した場合の、トナーの劣化度Ｙと出力電圧Ｖの関係を示す。

トナー劣化度Ｙが高くなると、トナー同士の付着力が増大し嵩密度が低下、出力電圧Ｖが低下することがわかる。

又、一定の出力電圧Ｖ＝２．５Ｖとなるように、制御電圧を変えることも可能であり、
図９はＴ／Ｄ比が８％の現像剤に対して、出力電圧Ｖが２．５Ｖになるときのトナー劣化度Ｙに対する制御電圧Ｖ_１Ｙを示す。

ここで、出力電圧Ｖを２．５Ｖ一定にするための制御電圧と標準制御電圧との差をΔＶ_０Ｘと呼ぶ。トナー劣化度Ｙが大きいときは制御電圧Ｖ_１Ｙを大きくすれば、出力電圧Ｖを２．５Ｖ一定に維持できる。

すなわち、補正後制御電圧Ｖ_１Ｙは（式２）で表される関係となる。

Ｖ_１Ｙ＝Ｖ_０＋ΔＶ_ＯＹ （式２）
トナー劣化度Ｙは上述したように、印字率０％の画像を出力した枚数相当のトナーの状態であるが、実使用においてはトナーは途中で消費され、かつ後から補給された新しいトナーも存在する。従ってトナー劣化度Ｙは現像装置４に対する平均トナー消費量Ｓ_ｍｔおよび現像装置出力枚数Ｔ_ＯＳ、現像剤初期容量Ｍ_０、トナー濃度ＴＤ_ｉの関数となる。トナー劣化度の算出方法としては、統計的なトナ−の入れ替わりとして式を立てそこから算出しても良い。或いは、トナー劣化度と相関の有る計測値、例えばＢＥＴ比表面積率のような値をあらかじめ測定して各パラメータ（平均トナー消費量Ｓ_ｍｔおよび現像装置出力枚数Ｔ_ＯＳ、現像剤初期容量Ｍ_０、トナー濃度ＴＤ_ｉ、雰囲気温度等）との相関から経験式を作成して算出しても良い。

現像剤が画像出力を伴う耐久によりキャリア劣化した場合にも同様に嵩密度の変化が生じる。

ここでキャリア劣化とは、キャリアのトナーへの帯電付与能である。キャリアはトナーと混合することにより帯電を付与する一方、トナー表面の外添剤やトナー樹脂自体がキャリア表面に移行する。キャリア劣化が起きることで、トナー帯電量の減少、かさ密度の増大、現像剤としての流動性の低下といった変化が起きる。

トナー劣化は特に、出力用紙に対する印字率が高い場合すなわちキャリアが帯電付与するトナー量が多い場合に顕著となる。本実施例においてキャリア劣化度Ｚとしては、印字率１００％の画像を出力した枚数相当のトナーの状態として表記する。

図１０は、Ｔ／Ｄ比が８％の現像剤に対して、一定の制御電圧Ｖ_０＝１２．５Ｖをインダクタンスセンサ１００ａに入力した場合の、キャリアの劣化度Ｚと出力電圧Ｖの関係を示す。

キャリア劣化度Ｚが高くなると、トナーの帯電量が低下し、その結果嵩密度は上昇する。その結果、出力電圧Ｖが上昇することがわかる。

又、一定の出力電圧Ｖ＝２．５Ｖとなるように、制御電圧を変えることも可能であり、
図１１はＴ／Ｄ比が８％の現像剤に対して、出力電圧が２．５Ｖになるときのキャリア劣化度Ｚに対する制御電圧Ｖ_１Ｚを示す。キャリア劣化度Ｚが大きいときは制御電圧Ｖ_１Ｚを大きくすれば、出力電圧Ｖを２．５Ｖ一定に維持できる。

すなわち、補正後制御電圧Ｖ_１Ｚは（式３）で表される関係となる。

Ｖ_１Ｚ＝Ｖ０＋ΔＶ_ＯＺ （式３）
また、本実施例においてキャリア劣化度Ｚは現像装置４に対する平均トナー消費量Ｓ_ｍｔおよび現像装置出力枚数Ｔ_ＯＳ、現像剤初期容量Ｍ_０、トナー濃度ＴＤ_ｉを用いて算出する。算出方法としては、統計的なトナ−およびキャリアの入れ替わりとして漸化式を立てておき、そこから算出しても良い。或いは、キャリア劣化度と相関の高い計測値、例えばＸＰＳ（Ｘ線高電子分光法）などによりキャリア劣化と相関の高い値をあらかじめ測定して各パラメータ（平均トナー消費量Ｓ_ｍｔおよび現像装置出力枚数Ｔ_ＯＳ、現像剤初期容量Ｍ_０、トナー濃度ＴＤ_ｉ、雰囲気温度等）との相関から経験式を作成して求めても良い。

従って、基本となるトナー濃度制御法を先に述べたが、画像形成装置本体の温湿度及びトナー劣化度Ｙ、キャリア劣化度Ｚが変化した場合には、上記基本となるトナー濃度制御方法に補正を加える必要がある。現像剤の劣化度が変わった場合の補正としては、上記の標準出力電圧を補正する方法及び標準制御電圧を補正する方法がある。いずれの方法でも可能であるが、本実施例では、標準制御電圧を補正する方法をとった。

次に、本発明の特徴である現像装置および現像装置を備えた画像形成装置本体に装着して使用する際のシーケンス（初期設置時のシーケンス）を図１２のフローチャートを参照して説明する。

図１２において、先ず、画像形成装置の電源をＯＮにすると（ステップ（Ｓ）１０１）、画像形成装置本体に装着された現像装置４が新品か否かを判断する（Ｓ１０２）。これは、現像装置４に設けられた記憶装置４９内に予め格納してあった現像装置４に関する製品情報を装置本体ＣＰＵが読み出して、それから判断する。無論、この情報は現像装置４の使用後に上書きされて、以後、使用品として記録される。

現像装置４が新品でない場合は、通常のトナー補給シーケンスでトナー濃度が制御される。現像装置４が新品でないと判断された後には、プリント受け付け可能状態となり、プリントＯＮ（Ｓ１０３）後は、標準制御電圧値Ｖ_０と標準出力電圧値（基準濃度値）Ｖｒｅｆを読み出す（Ｓ１０４）。本実施例では、この値Ｖ_０、Ｖｒｅｆは予め記憶装置４８に格納されていたものである。次いで、画像形成装置内の温湿度検知手段である温湿度センサーで検出した温湿度をもとに絶対水分量Ｘを計算する（Ｓ１０５）。

また、画像形成装置内の情報から先に述べた方法でトナー劣化度Ｙならびにキャリア劣化度Ｚを算出する（Ｓ１０６、Ｓ１０７）。

先の標準制御電圧値Ｖ_０は、標準環境下での電圧値であり、この絶対水分量Ｘならびにトナー劣化度Ｙかつキャリア劣化度ＺでＶ_０を補正して、補正後制御電圧値（補正後基準制御電圧値）Ｖ１を定める（Ｓ１０８）。この補正は、装置本体ＣＰＵ内に、絶対水分量とトナー劣化度とキャリア劣化度の補正量のテーブルを備え、そのテーブルに基づいて行う。

本実施例においては、補正テーブルとして図７、図９、図１１のカーブを記憶している。また本実施例において、補正後制御電圧Ｖ_１は（式４）により求める。

Ｖ_１＝Ｖ_０＋ΔＶ_ＯＸ＋ΔＶ_ＯＹ＋ΔＶ_ＯＺ （式４）
そして、この補正後制御電圧値Ｖ_１をインダクタンスセンサ１００ａに入力し（Ｓ１０９）、インダクセンサ１００ａの出力値Ｖを比較器に入力する（Ｓ１０８）。比較器で基準濃度値の先の標準出力電圧値Ｖｒｅｆと比較して（Ｓ１０９）、その検出信号差（Ｖｏｕｔ−Ｖｒｅｆ）＝ΔＴＤ＞０か否かを判断する（Ｓ１１０）。トナー濃度が基準濃度値より低い場合（ＹＥＳ）には、その差分に応じてトナー補給時間を決定する（Ｓ１１１）。

補給時間Ｔｓ（ｍｓ）＝α＊（ΔＴ／Ｄ） （式５）
ただし、式５中の係数αは現像装置固有の値として設定しておく。ΔＴＤ＜０の場合には補給は行わない。

次いで、プリント動作を開始し（Ｓ１１２）、決定されたトナー補給時間だけプリント中にトナー補給を行い（Ｓ１１３）、その後、ステップＳ１０３に戻る。又、ステップＳ１１０で、トナー濃度が基準濃度値より高い場合（ＮＯ）には、プリント動作を開始し（Ｓ１１４）、トナーの補給を行わずにステップＳ１０３に戻る。

なお、トナー濃度検出のタイミングはプリント動作再開直前でも、プリント動作中でも構わない。例えば、画像形成動作１枚目に対してはプリント動作再開直前、それ以降はプリント動作中に検出しても構わない。

本実施例で用いたインダクタンス検知ＡＴＲでは、最適なトナー濃度（本実施例では８％である。この値より高すぎるとトナーの飛散等が生じ、低すぎると画像濃度が薄くなる等の問題が生じることがある。）における検出信号の基準濃度値Ｖｒｅｆを２．５Ｖになるように調整しており、基準濃度値よりセンサーの検出信号が大きければ（例えば３．０Ｖ）、トナーを補給し、センサーの検出信号が小さければ（例えば２．０Ｖ）、トナー補給を停止することになっている。

しかしながら、本発明は、当然、上記の信号処理に限定されるものではなく、回路の構成を変更して基準濃度値を２．５Ｖ以外の値としてもよく、又、トナー濃度が最適値より低いときセンサーの検出信号がセンサーの基準濃度値より小さくなるようにし、トナー濃度が最適値より高いときセンサーの検出信号が大きくなるようにしても構わない。

現像装置４が新品の場合は、初期設置時シーケンス（Ｓ１１５以降）を行うのでフローチャートにより説明する。

初期設置時シーケンスがスタートすると、現像装置４内に現像剤８を行き渡らせるために、Ａスクリュー５、Ｂスクリュー６及び現像スリーブ２を所定時間回転させる（Ｓ１１５）。次に、標準制御電圧値（基準制御電圧値）Ｖ_０と標準出力電圧値（基準濃度値）Ｖｒｅｆを読み出す（Ｓ１１６）。次いで、インダクタンスセンサ１００ａへの入力電圧を種々変えて初期現像剤の濃度を検知し、この濃度検知出力値が上記標準出力電圧値Ｖｒｅｆになるインダクタンスセンサー９への入力電圧Ｖ_１０を求め（Ｓ１１７）、これをあらたな標準制御電圧Ｖ_０として代入する（Ｓ１１８）。これにより出荷時のセンサの個体ばらつきによる影響を低減することができる。

〔比較実験〕
本実施例の効果を確認するために、従来の構成を持つ画像形成装置と本実施例の構成を持つ画像形成装置のそれぞれにおいて比較した。ここで、従来例とは、上記で説明したような、トナー劣化度ならびにキャリア劣化度の計測結果に基づくインダクセンサ感度の補正は行わない画像形成装置である。すなわち実験は（１）従来例、（２）本実施例のインダクタンス制御を行う画像形成装置で連続して画像を出力した場合のインダク出力特性すなわちＴ／Ｄ比を測定した。

Ｔ／Ｄ比の測定にあたっては、２種類の測定値を行っている。
（ａ）通常のインダクタンスセンサの出力値
（ｂ）画像形成を一旦停止し、現像剤中の現像剤をサンプリングする。サンプリングした現像剤の重量を一旦測定、次いでエトワス社製電界分離帯電量測定器でトナーとキャリアを分離し、トナー重量、キャリア重量とで分けで測定する。こうして求めたＴ／Ｄ比を真値と呼ぶ。

図１３に、実験結果を示す。

横軸に出力した画像の枚数をとり、縦軸には現像装置に投入した現像剤のＴ／Ｄ比（ｗｔ％）、をプロットしたものを示す。画像出力条件は１０ｋ枚まではＨＨ環境（３０℃９０％ＲＨ）下で、印字率５０％の画像を連続出力した。１０ｋ枚まで耐久した後は画像形成を止め、同じＨＨ環境下１２時間の放置を行った。翌朝ＮＬ環境（２３℃５％ＲＨ）へ画像形成装置本体を移動し、画像出力実験を再開した。２０ｋ枚まで耐久した後は画像形成を止め、同じＮＬ環境下で１２時間の放置を行った。翌朝は同ＮＬ環境で継続して画像形成を行い、３０ｋ枚まで画像出力を行った。

まず、１０ｋ枚までの推移を比較する。１０ｋ枚まではＨＨ環境でありかつ印字率が高い条件である。印字率が高い場合にはキャリア劣化が進行しやすく、かつ絶対水分量が高いため、制御電圧の補正を行わない場合にはインダク出力電圧としては高い、すなわちトナー濃度としては低い値に誤検知しやすい条件となる。（１）従来例のａ．インダクとｂ．真値とを比較すると、ａ．インダクの方が耐久が進むにつれＴ／Ｄ比が低く検知されてしまっている。一方、（２）実施例においてはａ．インダクとｂ．真値の値は略等しく推移している。

続いて３０ｋ枚までの推移を比較する。３０ｋ枚まではＮＬ環境でありかつ印字率が低い条件である。印字率が低い場合にはトナー劣化が進行しやすく、かつ絶対水分量が低いため、制御電圧の補正を行わない場合にはインダク出力電圧としては低い、すなわちトナー濃度としては高い値に誤検知しやすい条件となる。（１）従来例のａ．インダクとｂ．真値とを２０ｋ枚まで比較すると、ａ．インダクの方が耐久が進むにつれＴ／Ｄ比が低く検知されてしまっている。一方、（２）実施例においてはａ．インダクとｂ．真値の値は略等しく推移している。

２０ｋ枚から朝に画像形成をスタートさせる際には、最大濃度を合わせるための濃度制御シーケンスが発動した（図中矢印箇所）。具体的には、現像装置４にトナー補給が行われることで画像濃度が規定の濃度となるように制御された。トナー濃度補給が行われたため、現像装置４内のＴ／Ｄ比は上昇した。トナー補給が行われた場合においても、（２）実施例においてはａ．インダクとｂ．真値の値が略等しく推移しているのに対し、ａ．インダクの方が全体的にＴ／Ｄ比が高く誤検知されていた。

以上のように本実施例おいては、トナー濃度補正方法としてトナー劣化度やキャリア劣化度を考慮して補正を行う場合の説明を行った。しかし本発明において、補正可能な項目は実施例の形態だけでなく、例えばトナー劣化度が環境温度によって促進されるような現象を式中に計算項として加えるような形態も、より高い効果を得ることができるため、本発明の範疇であるといえる。

以上説明したように、本発明の実施例による画像形成装置によって、トナー劣化度ならびにキャリア劣化度が変動した場合においても、現像装置内のＴ／Ｄ比を精度よく推定することができ、ひいては長期にわたり安定した濃度の出力物を得ることができる。

１００ 画像形成装置、１００ａ トナー濃度センサ、１０１ 現像剤、
１ 感光ドラム、２ 帯電装置、３ 露光装置、４ 現像装置、
５ 転写装置、６ 定着装置、７ クリーニング装置、８ 除電装置、
９ 給紙トレイ、１０ 排紙トレイ、
４１ 現像容器（ａ現像室、ｂ攪拌室、ｃ隔壁）、
４２ 現像スクリュー（ａ回転軸、ｂフィン）、
４３ 攪拌スクリュー（ａ回転軸、ｂフィン）、
４５ トナー補給口、４６ 磁性ブレード、４７ 現像スリーブ、
４８ 記憶装置

Claims (2)

1. 現像剤を担持する現像剤担持体を備え、像担持体に形成される静電像を現像する現像装置と、前記現像装置にトナーを補給する補給装置と、前記現像剤のトナーとキャリアの比であるトナー濃度を検知するためのコイルセンサ部と、前記現像装置近傍の温湿度を検知する温湿度検知部と、
   少なくともトナー消費量に関する情報と前記補給装置が補給した補給量に関する情報と、現像装置が駆動した時間に関する情報から求めたトナー劣化度ならびに、温湿度検知部にて測定した温湿度と、に基づいて前記トナー濃度を補正する、トナー濃度補正部を備えることを特徴とする画像形成装置
2. 少なくとも現像装置内の現像剤量と、トナー消費量に関する情報と前記補給装置が補給した補給量に関する情報と、現像装置が駆動した時間に関する情報から求めた、キャリア劣化度に基づいて前記トナー濃度を補正することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。