JP2021081501A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤の不具合の発生を推定し、推定結果に応じて適切なタイミングでトナー帯電量を測定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、電流検出部と、制御部と、を備える。現像装置は、トナーを含む現像剤を担持する現像剤担持体を有する。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。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、画像形成時に電流検出部により検出される現像電流Ｉｄ１と、形成される画像の印字率とトナー帯電量の予測値とに基づいて予測される予測現像電流Ｉｄ２と、の差分Ｉｄ１−Ｉｄ２が上限値Ｍ以上、または下限値Ｍ′以下であるとき、トナー帯電量測定モードを実行する。【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、トナー帯電量の測定タイミングを適正化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、表面電位センサーが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。

さらに、特許文献１〜３の方法では、トナー帯電量測定は専用モードで行うため、トナー帯電量の測定中は印字動作を行うことができない上に、トナー帯電量測定のためにトナーも消費される。そのため、トナー帯電量の測定を頻繁に行うと印字待ち時や印字以外のトナー消費量が増加するという問題がある。一方、トナー帯電量の測定回数を減らしすぎると画像の品質維持が困難となる。通常は、電源オン時やスリープ（省電力）モードからの復帰時、印字条件、機内温湿度の変化等を参考にトナー帯電量の測定タイミングを決定するのが一般的であるが、現像剤の不具合の発生状況を反映した適正な測定タイミングとは言えなかった。

本発明は、上記問題点に鑑み、現像剤の不具合の発生を推定し、推定結果に応じて適切なタイミングでトナー帯電量を測定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、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、トナーを含む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。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、画像形成時に電流検出部により検出される現像電流Ｉｄ１と、形成される画像の印字率とトナー帯電量の予測値とに基づいて予測される予測現像電流Ｉｄ２と、の差分Ｉｄ１−Ｉｄ２が上限値Ｍ以上、または下限値Ｍ′以下であるとき、現像装置内のトナー帯電量を測定するトナー帯電量測定モードを実行する。

本発明の第１の構成によれば、印字動作時に電流検出部により検出される現像電流Ｉｄ１と、印字率とトナー帯電量の予測値から予測される予測現像電流Ｉｄ２との乖離が大きい場合は、現像剤に何らかの不具合が発生していると判断してトナー帯電量測定モードを実行することで、不具合の原因がトナー帯電量であるのか、それ以外の要因であるのかが判定できるため、不具合に対する対策を誤るおそれがなくなる。また、現像剤に不具合が発生していると判断された場合にのみトナー帯電量測定モードを実行することで、トナー帯電量測定モードを適切なタイミングで実行することができる。従って、消費トナーおよび消費電力の増加、画像形成効率の低下を極力抑制しつつ、トナー帯電量の変化に起因する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測定モードの制御例を示すフローチャート 画像Ｇを形成したときのエッジ部分のドットＤ１とエッジ以外の部分のドットＤ２を示す図

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、さらに駆動モーター（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２３を備えており、現像容器２３は仕切壁２３ａによって攪拌搬送室２４、供給搬送室２５に区画されている。攪拌搬送室２４および供給搬送室２５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２６ａおよび供給搬送スクリュー２６ｂ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２６ａおよび供給搬送スクリュー２６ｂ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２３ａ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２４、供給搬送室２５間を循環する。即ち、攪拌搬送室２４、供給搬送室２５、現像剤通過路によって現像容器２３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２３内において供給搬送スクリュー２６ｂ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２３の開口部２３ｂ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２３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の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（以下、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）という）および交流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）という）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２１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２１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。なお、電圧制御部５０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、現像電流とトナー現像量に基づいてトナー帯電量を測定するトナー帯電量測定モードを実行可能である。

トナー帯電量測定モードを実行することで、トナー帯電量の実測値に基づいて画像不具合に対する適切な対策を実行可能となるが、トナー帯電量測定モードを頻繁に実行すると画像形成装置１００の画像形成効率を低下させてしまう。また、印字以外のトナー消費量も増加してしまう。一方、トナー帯電量測定モードの実行間隔が開き過ぎると、その間にトナー帯電量の変化が発生して画像品質を損なう可能性がある。そのため、適切なインターバルでトナー帯電量を測定する必要がある。

そこで本発明では、印字率とトナー帯電量の予測値から印字動作時に流れる現像電流を予測し、現像電流の実測値と予測値との乖離が大きい場合にトナー帯電量測定モードを実行する。そして、測定されたトナー帯電量に基づいて現像剤の不具合の原因がトナー帯電量であるかどうかを判定し、その結果に応じて適切な対策を施すこととしている。

現像電流は、現像ローラー３１から感光体ドラム１ａ〜１ｄへのトナー現像量（トナー移動量）、およびトナー帯電量に比例する。また、トナー現像量に影響を及ぼすファクターとして、印字率、現像電界（感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位Ｖ０と現像ローラー３１に印加される現像電圧Ｖｄｃとの現像電位差Ｖ０−Ｖｄｃ）、現像領域に存在するトナー量、トナー帯電量、トナー付着力が挙げられる。

ここで、印字率がわかっており、現像電界が一定である場合について考える。この場合、実際の現像電流の変化が印字率から予測される現像電流の変化に比べて大きいとき、現像領域に存在するトナー量、トナー帯電量、トナー付着力のいずれかが変化したことにより、現像電流の変化が予測値よりも大きくなったと推定される。

即ち、印字率から予測される現像電流が実際の現像電流からずれた場合、現像領域に存在するトナー量、トナー帯電量、トナー付着力のいずれかが変化し、トナー現像量が変化したものと予測される。また、現像領域に存在するトナー量は現像剤（トナー）の物性に影響を受けるため、現像剤（トナー）の状態変化が現像電流の変化をもたらしているといえる。そのため、現像電流の実測値と予測値との乖離が大きい場合、現像剤の状態変化が起こっていると考えられる。

そこで、通常の印字動作時の印字率とトナー帯電量の予測値から印字動作時に流れる現像電流を予測する。次に、印字動作時に流れる現像電流を実測し、現像電流の実測値と予測値との乖離が大きい場合は、現像剤に何らかの不具合が発生していると判断してトナー帯電量測定モードを実行する。このようにトナー帯電量を測定することで、不具合の原因がトナー帯電量であるのか、それ以外の要因であるのかが判定できるため、不具合に対する対策を誤るおそれがなくなる。

また、現像剤に不具合が発生していると判断された場合にのみトナー帯電量測定モードを実行することで、トナー帯電量測定モードを適切なタイミングで実行することができる。従って、不必要なトナー帯電量測定モードの実行による消費トナーおよび消費電力の増加、画像形成効率の低下を極力抑制しつつ、トナー帯電量の変化に起因する画像不具合を効果的に抑制することができる。

図４は、本実施形態の画像形成装置１００におけるトナー帯電量測定モードの制御例を示すフローチャートである。必要に応じて図１〜図３および後述する図５を参照しながら、図４のステップに沿ってトナー帯電量測定モードの実行手順について詳細に説明する。

図４において、カラープリンター１００は通常印字モードに設定されており、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）。そして、印字時における非画像部の現像電流の直流成分を測定する（ステップＳ３）。また、送受信部９１を介して送信される画像データに基づいて印字画像の印字率を取得する（ステップＳ４）。測定された現像電流、取得された印字画像の印字率は記憶部７０に記憶される。

次に、主制御部８０は印字枚数が所定枚数（例えば１００枚）に到達したか否かを判定する（ステップＳ５）。所定枚数に到達していない場合は（ステップＳ５でＮｏ）、ステップ１に戻り印字命令の待機状態を継続する。

印字枚数が所定枚数に到達している場合は（ステップＳ５でＹｅｓ）、主制御部８０はステップＳ３で測定された現像電流を所定枚数分だけ加算した総現像電流Ｉｄ１を取得する（ステップＳ６）。

次に、主制御部８０はステップＳ４で取得された印字率を所定枚数分だけ加算した総印字率と、トナー帯電量の予測値とに基づいて予測現像電流Ｉｄ２を算出する（ステップＳ７）。具体的には、総印字率から所定枚数当たりのトナー現像量（トナー移動量）を予測し、予測されたトナー現像量にトナー帯電量の予測値を乗じて予測現像電流Ｉｄ２を算出する。なお、印字率からトナー現像量を予測する場合、画像のエッジ部分ではエッジ以外の部分に比べてトナー現像量が多くなるため、画像のエッジ部分とエッジ以外の部分での現像量の差違を考慮してトナー現像量を予測する。

具体的には、図５に示すような画像Ｇを印字する場合、画像データの各ドットについて画像のエッジ部分のドットＤ１（太線で表示）であるか否かを判断し、エッジ部分のドットＤ１の現像量はエッジ以外の部分のドットＤ２（細線で表示）の現像量に係数ｋ（≧１）を乗じたものとする。

係数ｋは、現像装置３ａ〜３ｄの現像方式によって異なる。図２に示したような二成分現像剤を用いる二成分現像方式の場合、キャリア抵抗、感光体ドラム−現像ローラー間の距離（現像ギャップ）、現像電位差（Ｖｄｃ−ＶＬ）、白地部−画像部電位差（Ｖ０−ＶＬ）によってｋの値が変化する。具体的には、キャリア抵抗が高く、現像ギャップが大きく、現像電位差が大きく、白地部−画像部電位差が大きくなるほどｋが大きくなる。

非接触（ジャンピング）現像方式の場合、磁性トナーであるか非磁性トナーであるか、現像ギャップ、現像電位差（Ｖｄｃ−ＶＬ）、白地部−画像部電位差（Ｖ０−ＶＬ）によってｋの値が変化する。具体的には、非磁性トナーの方が磁性トナーよりもｋが大きくなる。また、現像ギャップが大きく、現像電位差が大きく、白地部−画像部電位差が大きくなるほどｋが大きくなる。接触一成分現像方式の場合は画像のエッジ部分とエッジ以外の部分での現像量の差違が生じないため、ｋ＝１となる。

また、ｋの値は感光体ドラム１ａ〜１ｄの感光層の種類によっても異なる。アモルファスシリコン感光層を有するアモルファスシリコン（ａ−Ｓ）感光体ドラムの場合、有機感光層（ＯＰＣ）を有するＯＰＣドラムに比べてｋが大きくなる。感光体ドラムの種類および現像方式と係数ｋの値とを表１に示す。

トナー帯電量の予測値は、過去のトナー帯電量測定モードで測定されたトナー帯電量の時間推移データから予測される予測ライン（予測式）を用いて決定される。なお、初回のトナー帯電量測定モードの実行前は、予め記憶部７０に記憶された予測式を用いてトナー帯電量の予測値を算出し、新たなトナー帯電量の測定値の取得に伴って予測式を順次補正する。

図４に戻って、主制御部８０は総現像電流Ｉｄ１と予測現像電流Ｉｄ２との差分Ｉｄ１−Ｉｄ２が上限値Ｍ、下限値Ｍ′の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ８）。判定に用いるＩｄ１−Ｉｄ２の上限値Ｍ、下限値Ｍ′は印字率によって異なり、例えば以下の式（１）、（２）により求められる。
Ｍ＝α１×印字率［％］・・・（１）
Ｍ′＝α２×印字率［％］−１・・・（２）
なお、α１、α２は係数であり、現像剤の中心帯電量や現像条件によって異なる。

Ｍ＞Ｉｄ１−Ｉｄ２＞Ｍ′である場合は（ステップＳ８でＹｅｓ）、現像領域での現像剤の状態が安定していると判定し、ステップＳ１に戻り印字命令の待機状態を継続する。

Ｉｄ１−Ｉｄ２≧Ｍ、またはＩｄ１−Ｉｄ２≦Ｍ′である場合は（ステップＳ８でＮｏ）、現像領域での現像剤の状態に不具合が発生しているものと判定し、トナー帯電量Ｑ／ｍを測定する（ステップＳ９）。具体的には、先ず帯電装置２ａ〜２ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄを所定の表面電位に帯電させる。次に、露光装置５からの露光によって同一の測定パターンの静電潜像を２つ形成する。そして、形成された静電潜像に現像装置３ａ〜３ｄからトナーを供給してトナー像に現像する。このとき、現像ローラー３０に印加する現像電圧の交流成分の周波数をｆ１［Ｈｚ］、ｆ２［Ｈｚ］の２水準に切り替えて感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に２種類の測定パターンを形成する。

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中間転写ベルト８上に測定パターンを転写し、転写された測定パターンの濃度を画像濃度センサー４０により検知する。２種類の測定パターンの濃度差ΔＤを算出し、予め記憶部７０に記憶された濃度変化とトナー帯電量との関係を用いてトナー帯電量Ｑ／ｍを測定する。

なお、トナー帯電量の測定方法は上述した方法に限らず、例えば画像濃度（印字率）の異なる複数の測定パターンを形成し、各測定パターンの現像量差（濃度差）と各測定パターン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する方法や、同一の測定パターンの静電潜像を現像電圧の交流成分の周波数を切り替えてトナー像に現像して２種類の測定パターンを形成し、各測定パターンの現像量差（濃度差）と各測定パターン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する方法を用いることもできる。

次に、主制御部８０は前回のトナー帯電量測定モードにおいて測定されたトナー帯電量Ｑ／ｍからの変化量ΔＱ／ｍを算出し（ステップＳ１０）、ΔＱ／ｍが所定値Ｑ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。Ｑ１は、例えば前回測定されたトナー帯電量の２０％に設定される。

ΔＱ／ｍ≧Ｑ１である場合は（ステップＳ１１でＹｅｓ）、現像剤の不具合がトナー帯電量に起因するものと判定し、帯電量修復モードを実行する（ステップＳ１２）。例えば、トナー帯電量が低下してい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３１に現像電圧を印加して現像ローラー３１上の低帯電トナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に移動（強制吐出）させる。また、必要に応じて現像電圧の変更を行う。例えば、トナー帯電量が低下している場合は現像電圧Ｖｄｃを小さくして現像電位差Ｖ０−Ｖｄｃを大きくすることによりかぶり画像の発生を抑制する。

なお、現像剤中のキャリアは経時的に変化（劣化）していくので、経時的な変化（劣化）ラインに沿ってトナー帯電量が低下している場合はトナーの強制吐出のみでは帯電量を回復させることはできない。帯電量修復モードは、印字パターンや急激な環境変動等でトナー帯電量が変化している場合の対処である。しかし、例えば画像濃度が上昇した場合、トナー帯電量の低下が原因であることが分からなければ、単に現像電界の変更による対処のみとなり、トナー帯電量の低下によるトナー飛散など、副次的な不具合の発生を防止することができない。従って、トナー帯電量を測定することにより不具合の原因がトナー帯電量であるか否かを判定する意義は大きい。

一方、ΔＱ／ｍ＜Ｑ１である場合は（ステップＳ１１でＮｏ）、現像剤の不具合がトナー帯電量に起因するものでないと判定し、現像条件調整モードを実行する（ステップＳ１３）。具体的には、現像電圧の交流成分のＶｐｐ（ピークツーピーク値）を低下させることでトナー現像量を低下させる。

そして、ステップＳ９で測定したトナー帯電量を過去の測定値と共に時系列的に並べてトナー帯電量の時間推移データを作成し、トナー帯電量の予測ライン（予測式）を補正する（ステップＳ１４）。その後、ステップＳ１に戻り、印字命令の待機状態を継続する。

以上説明したように、現像剤に不具合が発生していると判定された場合にトナー帯電量測定モードを実行することにより、現像剤の不具合の発生原因がトナー帯電量に起因するものであるか否かを精度よく推定して適切な画像形成条件を設定することができる。

また、印字率から予測される現像電流の予測値と実際の現像電流とを比較して現像領域における現像剤の状態を推定し、現像剤に不具合が発生していると判定された場合のみトナー帯電量測定モードを実行することにより、トナー帯電量測定モードを適切なタイミングで実行することができる。従って、不必要なトナー帯電量測定モードの実行による消費トナーおよび消費電力の増加、画像形成効率の低下を極力抑制しつつ、トナー帯電量に起因する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、上記実施形態では二成分現像剤を担持する現像ローラー３１を備えた二成分現像式の現像装置３ａ〜３ｄを備えた画像形成装置１００について説明したが、現像装置は二成分現像式に限定されるものではない。例えば、トナーのみからなる一成分現像剤を用いる一成分現像式の現像装置を備えた画像形成装置１００においても本発明を同様に適用可能である。

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。

図４に示したトナー帯電量測定モードを実行し、トナー帯電量の測定結果に基づいて画像形成条件を変更した場合の画像不具合の抑制効果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、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６４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３５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８ｋＨｚ、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３８μｍ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７％とした。

試験方法としては、図４に示したステップに沿ってトナー帯電量測定モードを実行し、トナー帯電量の測定結果に応じて帯電量修復モードまたは現像条件調整モードを実行したときの画像不具合の発生状況を確認した。なお、現像剤の状態を判定する際に用いるＩｄ１−Ｉｄ２の上限値Ｍ、下限値Ｍ′は以下の式（１）、（２）により求めた。印字率が１％、５％、１０％、５０％、１００％のときの上限値Ｍ、下限値Ｍ′を表２に示す。
Ｍ＝０．０９×印字率［％］・・・（１）
Ｍ′＝０．０７×印字率［％］−１・・・（２）

試験の結果、トナー帯電量の低下によるかぶり画像やトナー飛散が効果的に抑制されることが確認された。

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、現像剤の劣化レベルを推定し、推定結果に応じて適切なタイミングでトナー帯電量を測定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
６ａ〜６ｄ 一次転写ローラー
３１ 現像ローラー（現像剤担持体）
４０ 画像濃度センサー
４３ 現像電圧電源
４３ａ 直流定電圧電源
４３ｂ 交流定電圧電源
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
７０ 記憶部
８０ 主制御部（制御部）
９０ 液晶表示部
９１ 送受信部
１００ 画像形成装置

Claims (8)

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、トナーを含む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、
   画像形成時に前記電流検出部により検出される前記現像電流Ｉｄ１と、形成される画像の印字率とトナー帯電量の予測値とに基づいて予測される予測現像電流Ｉｄ２と、の差分Ｉｄ１−Ｉｄ２が上限値Ｍ以上、または下限値Ｍ′以下であるとき、前記現像装置内の前記トナー帯電量を測定するトナー帯電量測定モードを実行することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記印字率に基づいて前記上限値Ｍおよび前記下限値Ｍ′を変更することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、前記トナー帯電量測定モードが実行された場合、前回のトナー帯電量測定モードにおいて測定された前記トナー帯電量からの変化量ΔＱ／ｍを算出し、ΔＱ／ｍが所定値以上であるとき前記現像装置内のトナーを前記像担持体に強制吐出する帯電量修復モードを実行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、ΔＱ／ｍが前記所定値未満であるとき前記現像電圧を変更する現像条件調整モードを実行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. 前記制御部は、前記画像のエッジ部分とエッジ以外の部分との現像量の差違を考慮して前記印字率からトナー現像量を予測し、予測された前記トナー現像量と前記トナー帯電量の予測値とに基づいて前記予測現像電流Ｉｄ２を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、前記エッジ以外の部分の現像量に係数ｋ（ｋ≧１）を乗じて前記エッジ部分の現像量を算出し、前記トナー現像量を予測することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記制御部は、所定の印字枚数分だけ加算された前記現像電流Ｉｄ１を取得するとともに、前記印字率を所定の印字枚数分だけ加算した総印字率と、前記トナー帯電量の予測値とに基づいて前記予測現像電流Ｉｄ２を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記トナー帯電量を記憶する記憶部を備え、
   前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記トナー帯電量の時間推移データに基づいて前記トナー帯電量の予測式を作成し、前記予測式から算出される前記トナー帯電量の予測値を用いて前記予測現像電流Ｉｄ２を予測することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。

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