JP2021081496A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で現像電流に含まれるトナー電流を測定し、測定結果に基づいてトナー帯電量を精度よく算出可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、像担持体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、を含む画像形成部と、現像電圧電源と、濃度検知装置と、電流検出部と、制御部と、を備える。現像装置は、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を担持する現像剤担持体を有する。濃度検知装置は、現像装置により形成されたトナー像の濃度を検知する。電流検出部は、現像剤担持体に現像電圧を印加したときに流れる現像電流の直流成分を検出する。制御部は、非画像形成時に像担持体を２以上の異なる線速で回転させた状態で現像装置によって像担持体上に同一の基準画像を形成し、基準画像を形成したときの現像電流と、濃度検知装置により検知された基準画像の濃度と、に基づいてトナー帯電量を推定する。【選択図】図４

Description

本発明は、像担持体を備えた複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に関し、特に、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いる現像方式においてトナー帯電量を精度よく測定する方法に関するものである。

磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用いた現像方式においては、印字枚数、環境（温湿度）変動、印字モード、画像上の印字率（画像形成可能な面積に対する印字される面積の割合）等の影響を受けて現像剤が劣化し、現像剤中のトナーの帯電特性が変化する。その結果、トナーが十分に帯電できなくなり、画像濃度の低下、画像かぶりやトナー飛散等の問題が発生する。

そこで、従来は印字枚数、環境変動、印字モード、印字率等によりトナーの帯電量変化を予測し、予測結果に基づいてトナー濃度、現像電圧、感光体の表面電位、現像ローラーの回転速度、飛散トナーを吸引するファンの出力等を調整して、画像濃度の低下や、画像かぶり、トナー飛散を抑制するようにしていた。

しかし、これらの方法は、印字枚数からの予測や、環境変動、印字モード、印字率でのそれぞれの条件下での予測を組み合わせたものに過ぎず、印字枚数、環境変動、印字モード、印字率等が複合的に変化した場合はトナーの帯電量を精度よく予測できなかった。

そこで、トナー帯電量を直接算出する方法が提案されており、例えば特許文献１には、現像前のドラムの表面電位、現像後のトナー層の表面電位を測定し、トナー層の画像濃度測定からトナー現像量を求め、このドラム・トナー層の表面電位とトナー現像量からトナー帯電量を求める画像形成装置が開示されている。

また、特許文献２には、印刷用の画像データに基づきトナー画像を形成する第１モードと、パッチ画像データに基づきパッチ画像を形成し、パッチ画像の濃度と現像電流に基づいてトナーの帯電量を測定する第２モードとを実行可能である画像形成装置が開示されている。特許文献３には、像担持体上に形成される画像の付着量を変化させると共に、像担持体上に形成された画像の変化に対応して電流検出手段により検出された現像電流の変化量と付着量検出手段により検出された現像剤の付着量の変化量に基づいてトナー帯電量を算出する画像形成装置が開示されている。

特開２００３−３４５０７５号公報 特開２００９−２９４５０４号公報 特開２０１０−１９９６９号公報

しかしながら、特許文献１の方法では表面電位を測定するために表面電位センサーが必要になり、コストアップに繋がる。また、トナー層の表面電位を取得するためには、表面電位センサーをドラム回転方向に対し現像領域の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ーを設置すると、表面電位センサー表面は現像装置からの飛散トナーに汚染されやすくなり、長期に亘って高精度な表面電位の測定ができなくなる。

また、特許文献２、３の方法では、現像電流が、トナーの移動によって流れる電流（トナー電流）のみでなくキャリアを流れる電流（キャリア電流）も含んでしまうという問題がある。キャリア電流が一定値であれば、予め測定したキャリア電流の分だけ現像電流をシフトさせればよいが、耐久印字によってキャリアのコート層の削れや汚染が発生し、キャリア抵抗値が変化するため、キャリア電流も変化してしまう。その結果、現像電流を測定するだけではトナー電流を正しく測定することができなかった。

本発明は、上記問題点に鑑み、簡易な構成で現像電流に含まれるトナー電流を測定し、測定結果に基づいてトナー帯電量を精度よく算出可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、像担持体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、を含む画像形成部と、現像電圧電源と、濃度検知装置と、電流検出部と、制御部と、を備えた画像形成装置である。像担持体は、表面に感光層が形成される。帯電装置は、像担持体を帯電させる。露光装置は、帯電装置により帯電された像担持体を露光することにより静電潜像を形成する。現像装置は、像担持体に対向配置され、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を担持する現像剤担持体を有し、像担持体に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する。現像電圧電源は、現像剤担持体に直流電圧に交流電圧を重畳した現像電圧を印加する。濃度検知装置は、現像装置により形成されたトナー像の濃度を検知する。電流検出部は、現像剤担持体に現像電圧を印加したときに流れる現像電流の直流成分を検出する。制御部は、画像形成部および現像電圧電源を制御する。制御部は、非画像形成時に像担持体を２以上の異なる線速で回転させた状態で現像装置によって像担持体上に同一の基準画像を形成し、基準画像を形成したときの現像電流と、濃度検知装置により検知された基準画像の濃度と、に基づいてトナー帯電量を推定する。

本発明の第１の構成によれば、像担持体を２以上の異なる線速で回転させて同一の基準画像を形成し、基準画像を形成したときに流れる現像電流と、基準画像の画像濃度から算出されるトナー現像量とに基づいて現像装置内のトナーの帯電量を精度よく推定することができる。そして、推定されたトナー帯電量に基づいて現像装置内のトナー濃度、現像電圧、転写電圧の制御やトナーの強制吐出を実行することにより、トナー帯電量の変化に起因する現像ゴースト、画像かぶり、転写不良等の画像不具合を効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の内部構成を示す側面断面図 画像形成装置１００に搭載される現像装置３ａの側面断面図 現像装置３ａの制御経路を含む画像形成部Ｐａ周辺の部分拡大図 本実施形態の画像形成装置１００におけるトナー帯電量の推定制御例を示すフローチャート

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の内部構造を示す断面図である。画像形成装置１００（ここではカラープリンター）本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄが、搬送方向上流側（図１では左側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエローおよびブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像および転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム（像担持体）１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄが配設されており、さらに駆動手段（図示せず）により図１において反時計回り方向に回転する中間転写ベルト（中間転写体）８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次一次転写されて重畳される。その後、中間転写ベルト８上に一次転写されたトナー像は、二次転写ローラー９によって記録媒体の一例としての転写紙Ｐ上に二次転写される。さらに、トナー像が二次転写された転写紙Ｐは、定着部１３においてトナー像が定着された後、画像形成装置１００本体より排出される。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において時計回り方向に回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が二次転写される転写紙Ｐは、画像形成装置１００の本体下部に配置された用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａおよびレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９と中間転写ベルト８の駆動ローラー１１とのニップ部へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。また、二次転写ローラー９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナー等を除去するためのブレード状のベルトクリーナー１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転可能に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲および下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光装置５と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）等を除去するクリーニング装置７ａ、７ｂ、７ｃおよび７ｄが設けられている。

パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させる。次いで露光装置５によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置３ａ〜３ｄ内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ４ａ〜４ｄから各現像装置３ａ〜３ｄにトナーが補給される。この現像剤中のトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光装置５からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより一次転写ローラー６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、一次転写後に感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナー等がクリーニング装置７ａ〜７ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の従動ローラー１０と、下流側の駆動ローラー１１とに掛け渡されており、駆動モーター（図示せず）による駆動ローラー１１の回転に伴い中間転写ベルト８が反時計回り方向に回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで駆動ローラー１１とこれに隣接して設けられた二次転写ローラー９とのニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送され、中間転写ベルト８上のフルカラー画像が転写紙Ｐ上に二次転写される。トナー像が二次転写された転写紙Ｐは定着部１３へと搬送される。

定着部１３に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラー対１３ａにより加熱および加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられ、そのまま（或いは、両面搬送路１８に送られて両面に画像が形成された後に）、排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

さらに、中間転写ベルト８を挟んで駆動ローラー１１と対向する位置には画像濃度センサー４０が配置されている。画像濃度センサー４０としては、一般にＬＥＤ等から成る発光素子と、フォトダイオード等から成る受光素子を備えた光学センサーが用いられる。中間転写ベルト８上のトナー付着量を測定する際、発光素子から中間転写ベルト８上に形成された各基準画像に対し測定光を照射すると、測定光はトナーによって反射される光、およびベルト表面によって反射される光として受光素子に入射する。

トナーおよびベルト表面からの反射光には正反射光と乱反射光とが含まれる。この正反射光および乱反射光は、偏光分離プリズムで分離された後、それぞれ別個の受光素子に入射する。各受光素子は、受光した正反射光と乱反射光を光電変換して主制御部８０（図３参照）に出力信号を出力する。そして、正反射光と乱反射光の出力信号の特性変化からトナー量を検知し、予め定められた基準濃度と比較して現像電圧の特性値などを調整することにより、各色について濃度補正（キャリブレーション）が行われる。

図２は、画像形成装置１００に搭載される現像装置３ａの側面断面図である。なお、以下の説明では図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａを例示するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。

図２に示すように、現像装置３ａは、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤（以下、単に現像剤という）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって攪拌搬送室２１、供給搬送室２２に区画されている。攪拌搬送室２１および供給搬送室２２には、トナーコンテナ４ａ（図１参照）から供給されるトナーを磁性キャリアと混合して攪拌し、帯電させるための攪拌搬送スクリュー２５ａおよび供給搬送スクリュー２５ｂがそれぞれ回転可能に配設されている。

そして、攪拌搬送スクリュー２５ａおよび供給搬送スクリュー２５ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向（図２の紙面と垂直な方向）に搬送され、仕切壁２０ａの両端部に形成された不図示の現像剤通過路を介して攪拌搬送室２１、供給搬送室２２間を循環する。即ち、攪拌搬送室２１、供給搬送室２２、現像剤通過路によって現像容器２０内に現像剤の循環経路が形成されている。

現像容器２０は図２の右斜め上方に延在しており、現像容器２０内において供給搬送スクリュー２５ｂの右斜め上方には現像ローラー３１が配置されている。そして、現像ローラー３１の外周面の一部が現像容器２０の開口部２０ｂから露出し、感光体ドラム１ａに対向している。現像ローラー３１は、図２において反時計回り方向に回転する。

現像ローラー３１は、図２において反時計回り方向に回転する円筒状の現像スリーブと、現像スリーブ内に固定された複数の磁極を有するマグネット（図示せず）とで構成されている。なお、ここでは表面がローレット加工された現像スリーブを用いているが、表面に多数の凹形状（ディンプル）を形成したものや、表面がブラスト加工された現像スリーブ、更には、ローレット加工や凹形状の形成に加えてブラスト加工を施したものや、メッキ処理を施したものを用いることもできる。

また、現像容器２０には規制ブレード２７が現像ローラー３１の長手方向（図２の紙面と垂直方向）に沿って取り付けられている。規制ブレード２７の先端部と現像ローラー３１表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

現像ローラー３１には、現像電圧電源４３（図３参照）により直流電圧Ｖｓｌｖ（ＤＣ）（以下、Ｖｄｃともいう）および交流電圧Ｖｓｌｖ（ＡＣ）からなる現像電圧が印加される。

図３は、現像装置３ａの制御経路を含む画像形成部Ｐａ周辺の部分拡大図である。以下の説明では画像形成部Ｐａの構成および現像装置３ａの制御経路について説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄの構成および現像装置３ｂ〜３ｄの制御経路についても同様であるため説明を省略する。

現像ローラー３１は、直流電圧と交流電圧が重畳された振動電圧を生成する現像電圧電源４３に接続されている。現像電圧電源４３は、交流定電圧電源４３ａと、直流定電圧電源４３ｂとを備える。交流定電圧電源４３ａは、昇圧トランス（図示せず）を用いてパルス状に変調した低圧直流電圧から発生させた正弦波の交流電圧を出力する。直流定電圧電源４３ｂは、昇圧トランスを用いてパルス状に変調した低圧直流電圧から発生させた正弦波の交流電圧を整流した直流電圧を出力する。

現像電圧電源４３は、画像形成時には交流定電圧電源４３ａおよび直流定電圧電源４３ｂから直流電圧に交流電圧を重畳させた現像電圧を出力する。電流検出部４４は、現像ローラー３１と感光体ドラム１ａの間に流れる直流電流値を検出する。

帯電電圧電源４５は、帯電装置２ａの帯電ローラー３４に直流電圧に交流電圧が重畳された帯電電圧を印加する。帯電電圧電源４５の構成は現像電圧電源４３と同様である。転写電圧電源４７は、一次転写ローラー６ａ〜６ｄ、二次転写ローラー９（図１参照）に、それぞれ一次転写電圧、二次転写電圧を印加する。

クリーニング装置７ａは、感光体ドラム１ａ表面の残留トナーを除去するクリーニングブレード３２と、感光体ドラム１ａ表面の残留トナーを除去するとともに感光体ドラム１ａ表面を摺擦して研磨する摺擦ローラー３３と、クリーニングブレード３２および摺擦ローラー３３によって感光体ドラム１ａから除去された残留トナーをクリーニング装置７ａの外部に排出する搬送スパイラル３５と、を含む。

次に、画像形成装置１００の制御システムについて図３を参照して説明する。画像形成装置１００には、ＣＰＵ等で構成される主制御部８０が設けられている。主制御部８０は、ＲＯＭやＲＡＭ等からなる記憶部７０に接続される。主制御部８０は、記憶部７０に格納された制御プログラムや制御用データに基づいて画像形成装置１００の各部（帯電装置２ａ〜２ｄ、現像装置３ａ〜３ｄ、露光装置５、一次転写ローラー６ａ〜６ｄ、クリーニング装置７ａ〜７ｄ、二次転写ローラー９、定着部１３、現像電圧電源４３、電流検出部４４、帯電電圧電源４５、転写電圧電源４７、電圧制御部５０、駆動制御部５１等）を制御する。

電圧制御部５０は、現像ローラー３１に現像電圧を印加する現像電圧電源４３、帯電ローラー３４に帯電電圧を印加する帯電電圧電源４５、一次転写ローラー６ａ〜６ｄおよび二次転写ローラー９に転写電圧を印加する転写電圧電源４７を制御する。駆動制御部５１は、感光体ドラム１ａ〜１ｄを回転駆動するメインモーター５３を制御する。なお、電圧制御部５０および駆動制御部５１は、記憶部７０に記憶される制御プログラムで構成されていてもよい。

主制御部８０には液晶表示部９０、送受信部９１が接続されている。液晶表示部９０は、ユーザーが画像形成装置１００の各種設定を行うためのタッチパネルとして機能するとともに、画像形成装置１００の状態、画像形成状況や印字枚数等を表示する。送受信部９１は、電話回線やインターネット回線を用いて外部との通信を行う。

前述したように、現像剤中のトナーの帯電量が変化すると、画像濃度の低下、画像かぶりやトナー飛散等の問題が発生する。本実施形態の画像形成装置１００では、画像形成時に現像ローラー３１と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に流れる現像電流からキャリア電流を差し引くことでトナー電流を精度よく測定し、トナー電流に基づいてトナー帯電量を算出する。以下、本発明の特徴部分であるトナー帯電量の算出方法について説明する。

現像電流は、キャリアに流れるキャリア電流とトナーの移動によって流れるトナー電流との和である。現像電流をＩｄ［μＡ］、キャリア電流をＩｃ［μＡ］、トナー電流をＩｔ［μＡ］とすると、Ｉｄ＝Ｉｃ＋Ｉｔと表される。

ここで、通常のプロセス速度（全速モード）で画像形成を行ったときの現像電流をＩｄ１、電荷移動量をＱｄ１、キャリア電流をＩｃ１、トナー電流をＩｔ１、キャリア移動電荷量をＱｃ１、トナー移動電荷量をＱｔ１、トナー現像量をｍ１とする。また、通常よりも低いプロセス速度（半速モード）で画像形成を行ったときの現像電流をＩｄ２、電荷移動量をＱｄ２、キャリア電流をＩｃ２、トナー電流をＩｔ２、キャリア移動電荷量をＱｃ２、トナー移動電荷量をＱｔ２、トナー現像量をｍ２とする。このとき、以下の式（１）、（２）の関係が成り立つ。
Ｉｄ１＝Ｉｃ１＋Ｉｔ１ ・・・（１）
Ｉｄ２＝Ｉｃ２＋Ｉｔ２ ・・・（２）

また、全速モードと半速モードでトナー帯電量（Ｑ／ｍ）は変化しないので、式（３）の関係が成り立つ。
Ｑｔ１／ｍ１＝Ｑｔ２／ｍ２ ・・・（３）

一方、プロセス速度（感光体ドラム１ａ〜１ｄの線速）が速くなると現像時間が短くなるので、キャリアを移動する電荷量は減少する。全速モードではプロセス速度が半速モードの２倍であるため、キャリアを移動する電荷量は半分になる。即ち、式（４）の関係が成り立つ。
Ｑｃ１＝０．５×Ｑｃ２ ・・・（４）

また、Ｉ（電流）＝Ｑ（電荷）／ｔ（時間）であるから、Ｑｄ、Ｑｃを用いて式（１）、（２）を書き換えると、
２Ｑｄ１＝２Ｑｃ１＋２Ｑｔ１ ・・・（５）
Ｑｄ２＝２Ｑｃ１＋Ｑｔ２ ・・・（６）
式（５）、（６）より
２Ｑｄ１−Ｑｄ２＝２Ｑｔ１−Ｑｔ２ ・・・（７）

式（３）、（７）より
２Ｑｄ１−Ｑｄ２＝２（ｍ１／ｍ２）×Ｑｔ２−Ｑｔ２ ・・・（８）
式（８）より、Ｑｔ２は以下の式（Ａ）で表される。
Ｑｔ２＝（２Ｑｄ１−Ｑｄ２）／｛（２ｍ１−ｍ２）／ｍ２｝ ・・・（Ａ）

従って、電流検出部４４により検出された現像電流Ｉｄ１、Ｉｄ２からＱｄ１、Ｑｄ２を算出し、画像濃度センサー４０により検出された基準画像の画像濃度からｍ１とｍ２を算出すると、式（Ａ）よりＱｔ２を算出することができる。そして、算出されたＱｔ２とｍ２とからトナー帯電量Ｑｔ２／ｍ２を算出する。

以上説明したように、全速モードと半速モードで基準画像を形成し、現像電流Ｉｄ１、Ｉｄ２、トナー現像量ｍ１、ｍ２を測定することにより、トナー帯電量を精度よく算出することができる。なお、ここでは式（Ａ）により算出されたＱｔ２とｍ２とからトナー帯電量Ｑｔ２／ｍ２を算出する方法について説明したが、式（３）、（７）よりＱｔ２を消去した式を作成し、Ｑｔ１とｍ１とからトナー帯電量Ｑｔ１／ｍ１を算出することもできる。

以上のようにして計算されたトナー帯電量を用いることで、キャリアの寿命や画像濃度低下の原因を特定することが可能となる。即ち、トナー帯電量の上昇や低下が確認できた場合、現像装置３ａ〜３ｄに対するトナーの供給、消費や現像装置３ａ〜３ｄ内の現像剤のエージングを適切に行うことができる。また、トナー帯電量の経時変化を取ることでキャリアの劣化状態を知ることができ、トナー帯電量の低下を予測して現像剤中のトナー濃度の目標値を変更したり、現像電圧の交流電圧を変更したりすることで、現像ゴーストや転写メモリーの発生を抑制することができる。また、トナー帯電量の経時変化の予測に併せて、次回のトナー帯電量の測定タイミングを適正化することができる。さらに、一次転写電圧を調整することで転写不良による画像濃度の低下を抑制することもできる。

また、トナーに予め一定量のキャリアを混合させておき、トナーの消費に応じてキャリアを含むトナーを供給するとともに余剰の現像剤を排出する機構を有する現像装置３ａ〜３ｄを用いる場合は、トナー帯電量の低下が著しい場合にトナーを強制吐出して、現像装置３ａ〜３ｄ内のキャリアを積極的に入れ替える。これにより、キャリアの劣化によるトナー帯電量の低下を抑制することができる。さらに、現像装置３ａ〜３ｄの交換時期の予測にも活用できる。

図４は、本発明の画像形成装置１００におけるトナー帯電量の測定制御例を示すフローチャートである。先ず、主制御部８０は印字命令を受信したか否かを判定する（ステップＳ１）。印字命令を受信した場合は（ステップＳ１でＹｅｓ）通常の画像形成動作によって印字を実行する（ステップＳ２）。印字命令が送信されない場合は（ステップＳ１でＮｏ）、トナー帯電量の推定タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ３）。トナー帯電量の推定タイミングとしては、例えば印字動作の終了時に、前回のトナー帯電量の推定からの累積印字枚数が所定枚数以上となっている場合等が挙げられる。トナー帯電量の推定タイミングでない場合はステップＳ１に戻り、印字命令の待機状態を継続する。

トナー帯電量の推定タイミングである場合は（ステップＳ３でＹｅｓ）、トナー帯電量の推定モードを開始する。具体的には、帯電装置２ａ〜２ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を帯電させた後、露光装置５によって感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に基準画像の静電潜像を形成する。そして、感光体ドラム１ａ〜１ｄを全速モードおよび半速モードで回転駆動させた状態で、現像電圧電源４３によって現像ローラー３１に現像電圧を印加して静電潜像をトナー像に現像することにより、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に同一の基準画像を形成する（ステップＳ４）。同時に、電流検出部４４によって現像ローラー３１に流れる現像電流Ｉｄ１、Ｉｄ２を検出する（ステップＳ５）。

次に、一次転写ローラー６ａ〜６ｄに所定の一次転写電圧を印加して基準画像を中間転写ベルト８上に転写する。そして、画像濃度センサー４０により各基準画像の濃度を検出する（ステップＳ６）。主制御部８０は、検出された基準画像の濃度に基づいてトナー現像量ｍ１、ｍ２を算出する（ステップＳ７）。トナー現像量ｍ１、ｍ２の算出は、予め記憶部７０に記憶された画像濃度とトナー現像量との関係を用いて行われる。

なお、トナー現像量の算出精度を高めるために、基準画像の形成回数（ｎ数）を増加させるか、或いは基準画像の濃度を複数段階に変化させることが好ましい。基準画像の濃度を変化させる際は、露光装置５によって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を全面露光するとともに、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位（非露光部電位）Ｖ０と現像ローラー３１に印加される現像電圧の直流成分Ｖｄｃとの電位差Ｖ０−Ｖｄｃを一定に維持してＶ０およびＶｄｃを変更することが好ましい。

これにより、基準画像の端部（エッジ部）におけるキャリア現像を抑制できる。また、印字率を変化させてドット状の画像を形成する場合はドット周縁部に濃度の高い部分が生じるが、露光装置５によって全面露光することでドット周縁部の濃度の高い部分がなくなるため、基準画像の濃度をトナー現像量に換算する際の誤差を小さくすることができる。

主制御部８０は、ステップＳ５で検出された現像電流Ｉｄ１、Ｉｄ２と、ステップＳ７で算出したトナー現像量ｍ１、ｍ２に基づいて、前述した式（Ａ）を用いてトナー帯電量を推定する（ステップＳ８）。

主制御部８０は、トナー帯電量の推定結果に基づいて画像形成条件を変更し（ステップＳ９）、処理を終了する。変更される画像形成条件としては、現像装置３ａ〜３ｄ内のトナー濃度、現像電圧の交流成分のＶｐｐ、電位差Ｖ０−Ｖｄｃ、一次転写ローラー６ａ〜６ｄに印加する一次転写電圧等が挙げられる。

具体的には、トナー帯電量が低い場合は現像ゴーストが発生し易くなるため、トナー濃度を低くしてトナー帯電量を上昇させる。或いは、Ｖｐｐを低くするか、Ｖ０−Ｖｄｃを小さくすることにより現像ゴーストの発生を抑制する。また、トナー帯電量が低い場合は一次転写電圧を大きくすることで転写不良による画像濃度の低下を抑制する。

また、トナー帯電量が一定値以上低い（または高い）場合、即ちトナー帯電量が所定範囲外である場合は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に静電潜像パターン（ベタパターン）を形成し、現像ローラー３０に現像電圧を印加して現像ローラー３１上のトナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に移動（強制吐出）させる。トナー帯電量が一定以上高い場合は現像装置３ａ〜３ｄ内の現像剤のエージング（攪拌）時間を長くすることも有効である。

そして、トナーの劣化が進んでいる状況を液晶表示部９０（図３参照）に表示し、トナーの交換準備や使用状況の変更を促す。さらに、トナー帯電量が大幅に低下している場合はトナーの交換を要求する表示を液晶表示部９０に表示し、画像形成装置１００の動作を停止させる。

図４に示した制御例によれば、全速モードと半速モードで同一の基準画像を形成し、基準画像を形成したときに流れる現像電流Ｉｄ１、Ｉｄ２と、基準画像の画像濃度から算出されるトナー現像量ｍ１、ｍ２とに基づいて現像装置３ａ〜３ｄ内のトナーの帯電量を精度よく推定することができる。そして、推定されたトナー帯電量に基づいて現像装置３ａ〜３ｄ内のトナー濃度、現像電圧、転写電圧の制御やトナーの強制吐出を実行することにより、トナー帯電量の変化に起因する現像ゴースト、画像かぶり、転写不良等の画像不具合を効果的に抑制することができる。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では全速モードと半速モードで基準画像を形成し、各基準画像の現像量差（濃度差）と基準画像の形成時に流れる現像電流の差との関係に基づいてトナー帯電量を測定したが、基準画像を形成する際のプロセス速度は全速モードと半速モードに限らず、異なるプロセス速度であれば他のプロセス速度で基準画像を形成することもできる。

例えば、全速モードと３／４速モードで基準画像を形成する場合、前述した式（４）の係数を０．５から０．７５に代えてＱｔ２（またはＱｔ１）を算出すればよい。また、ここでは全速モードと半速モードの２種類のプロセス速度を用いたが、３種類以上のプロセス速度で基準画像を形成してもよい。

また、上記実施形態では画像形成装置１００として図１に示したようなカラープリンターを例に挙げて説明したが、カラープリンターに限らず、モノクロおよびカラー複写機、デジタル複合機、ファクシミリ等の他の画像形成装置であってもよい。以下、実施例により本発明の効果について更に詳細に説明する。

全速モードと半速モードで基準画像を形成し、基準画像を形成したときに流れる現像電流Ｉｄ１、Ｉｄ２と、基準画像の画像濃度から算出されるトナー現像量ｍ１、ｍ２とに基づく現像装置３ａ〜３ｄ内のトナー帯電量の推定についての検証試験を行った。試験機の条件としては、図１に示したような画像形成装置１００において、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光層を有する感光体ドラム１ａ〜１ｄを用い、非露光部電位Ｖ０＝２７０Ｖ、露光部電位ＶＬ＝２０Ｖとした。また、全速モード時のドラム線速（プロセス速度）を５５枚／ｍｉｎとした。

現像装置３ａ〜３ｄは、ローレット加工により周方向に８０列の凹部が形成された直径２０ｍｍの現像ローラー３１を用い、規制ブレード２７としてステンレス（ＳＵＳ４３０）製の磁性ブレードを用いた。現像ローラー３１による現像剤搬送量を２５０ｇ／ｍ²とした。現像ローラー３１と感光体ドラム１ａ〜１ｄの周速比を１．８（対向位置でトレール回転）、現像ローラー３１と感光体ドラム１ａ〜１ｄ間の距離を０．３０ｍｍとした。現像ローラー３１には、現像電圧として１７０Ｖの直流電圧Ｖｓｌｖ（ＤＣ）に、周波数４．２ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ＝５０％の矩形波の交流電圧を重畳した電圧を印加した。

また、平均粒子径６．８μｍの正帯電性トナーと、平均粒子径３５μｍのフェライト・樹脂コートキャリアとからなる二成分現像剤を用い、トナー濃度を８％とした。

トナー帯電量の推定結果を現像電流（Ｉｄ）、現像電荷量（Ｑｄ）、キャリア電荷量（Ｑｃ）、トナー電荷量（Ｑｔ）、トナー現像量（ｍ）と併せて表１に示す。

表１に示すように、全速モードの場合、キャリア電荷量（Ｑｃ）は０．０７７μＣであり、半速モード（０．１５４μＣ）の半分になる。トナー電荷量（Ｑｔ）はトナー現像量（ｍ）で決まること、トナー帯電量（Ｑｔ／ｍ）は全速モードと半速モードで変化しないことから、キャリア電荷量（Ｑｃ）、トナー電荷量（Ｑｔ）が計算される。また、トナー電荷量（Ｑｔ）とトナー現像量（ｍ）からトナー帯電量（Ｑｔ／ｍ）も計算される。

算出されたトナー帯電量は全速モード、半速モード共に１９．２μＣ／ｇであり、よく一致していた。以上より、本推定方法を用いてトナー帯電量を精度よく推定できることが確認された。

本発明は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いる画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、トナー帯電量を精度よく推定し、推定結果に基づいて画像形成条件を決定することにより画像不具合を抑制可能な画像形成装置を提供することができる。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ 帯電装置
３ａ〜３ｄ 現像装置
５ 露光装置
３１ 現像ローラー（現像剤担持体）
４０ 画像濃度センサー（濃度検知装置）
４３ 現像電圧電源
４３ａ 交流定電圧電源
４３ｂ 直流定電圧電源
４４ 電流検出部
４５ 帯電電圧電源
４７ 転写電圧電源
５０ 電圧制御部
５１ 駆動制御部
７０ 記憶部
８０ 主制御部（制御部）
１００ 画像形成装置

Claims (6)

1. 表面に感光層が形成された像担持体と、
   前記像担持体を帯電させる帯電装置と、
   前記帯電装置により帯電された前記像担持体を露光することにより静電潜像を形成する露光装置と、
   前記像担持体に対向配置され、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を担持する現像剤担持体を有し、前記像担持体に形成された前記静電潜像に前記トナーを付着させてトナー像を形成する現像装置と、
   を含む画像形成部と、
   前記現像剤担持体に直流電圧に交流電圧を重畳した現像電圧を印加する現像電圧電源と、
   前記現像装置により形成された前記トナー像の濃度を検知する濃度検知装置と、
   前記現像剤担持体に前記現像電圧を印加したときに流れる現像電流の直流成分を検出する電流検出部と、
   前記画像形成部および前記現像電圧電源を制御する制御部と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記制御部は、
   非画像形成時に前記像担持体を２以上の異なる線速で回転させた状態で前記現像装置によって前記像担持体上に同一の基準画像を形成し、前記基準画像を形成したときの前記現像電流と、前記濃度検知装置により検知された前記基準画像の濃度と、に基づいてトナー帯電量を推定することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、
   前記電流検出部により第１の線速および前記第１の線速の１／２である第２の線速で前記基準画像を形成したときの現像電流Ｉｄ１、Ｉｄ２を検出し、検出されたＩｄ１、Ｉｄ２から前記第１の線速および前記第２の線速で前記基準画像を形成したときの現像電荷量Ｑｄ１、Ｑｄ２を算出し、前記濃度検知装置により検出された前記基準画像の画像濃度から前記第１の線速および前記第２の線速で前記基準画像を形成したときのトナー現像量ｍ１、ｍ２を算出し、算出されたＱｄ１、Ｑｄ２、ｍ１、ｍ２により以下の式（Ａ）を用いて前記第２の線速で前記基準画像を形成したときのトナー電荷量Ｑｔ２を算出し、算出されたＱｔ２とｍ２とからトナー帯電量Ｑｔ２／ｍ２を算出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
   Ｑｔ２＝（２Ｑｄ１−Ｑｄ２）／｛（２ｍ１−ｍ２）／ｍ２｝ ・・・（Ａ）
3. 前記制御部は、推定された前記トナー帯電量に基づいて画像形成条件を変更することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記トナー帯電量が所定値よりも低いとき前記現像装置内のトナー濃度を低くするか、前記現像電圧の交流成分のＶｐｐを低くするか、若しくは前記像担持体の表面電位Ｖ０と前記現像電圧の直流成分Ｖｄｃとの電位差Ｖ０−Ｖｄｃを小さくすることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記像担持体に対向配置され、前記像担持体上に形成された前記トナー像を被転写体に転写する転写部材を備え、
   前記制御部は、前記トナー帯電量が所定値よりも低いとき前記転写部材に印加する転写電圧を大きくすることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、推定された前記トナー帯電量が所定範囲外であるとき前記現像装置内の前記トナーを前記像担持体に吐出する強制吐出動作を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。

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