JP4628716B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式のプリンタや複写機などに用いられる現像装置に関するものである。

電子写真記録装置は、帯電装置により均一に帯電された感光体ドラムの表面を露光装置により露光して静電潜像を形成し、現像装置により静電潜像を現像して感光体ドラムにトナー像を形成し、このトナー像を用紙に転写し定着することにより画像を形成する装置である。

図５０に従来の電子写真記録装置の構成例を示す。図５０において２００は感光体ドラム、２０１は帯電ローラ、２０２はＬＥＤヘッド、２０３は現像装置、２０４は転写ローラ、２０５はクリーニング装置、２０６は記録用紙である。
帯電ローラ２０１は半導電性の弾性体からなり、高電圧が印加され感光体ドラム２００の表面を均一に帯電させる。ＬＥＤヘッド２０２は感光体ドラム２００に対向して複数のＬＥＤが直線上に配列されたものであり、印刷パターンに従いＬＥＤを選択的に発光させることにより感光体ドラム表面を露光し静電潜像を形成する。現像装置２０３は、半導電性の弾性体からなる現像ローラ２１３、半導電性の弾性体からなる供給ローラ２１４、金属製の規制ブレード２１５及び筐体２１６から構成される。

筐体２１６には図示しないトナーカートリッジからトナーが供給される。現像ローラ２１３及び供給ローラ２１４には電源装置より現像バイアス電圧、供給バイアス電圧が印加され、筐体２１６中のトナーは、電界の作用により供給ローラ２１４から現像ローラ２１３上に供給され、規制ブレード２１５により薄層化される。このとき、現像ローラ２１３と供給ローラ２１４との間及び現像ローラ２１３と規制ブレード２１５との間の摩擦帯電などによりトナーは帯電される。
現像ローラ２１３上のトナー付着量は、現像ローラ２１３及び供給ローラ２１４に印加される電圧、規制ブレード２１５の押圧力、及びトナー帯電量などに依存する。現像ローラ２１３上の薄層化されたトナーは電界の作用により感光体ドラム２００上の静電潜像に付着して静電潜像が現像され、トナー像が形成される。このトナー像は感光体ドラム２００と転写ローラ２０４との間の電界の作用により記録用紙２０６に転写され、更に図示しない定着装置により定着される。転写後に感光体ドラム２００上に残留しているトナーはクリーニング装置２０５により掻き落とされる。

上記構成の電子写真記録装置において、感光体ドラム２００上のトナーの付着量が変動すると、記録用紙２０６上の像の濃度が変動し記録品質の低下を招くので感光体ドラム２００上のトナーの付着量を安定させるため、現像装置２０３内の現像ローラ２１３上のトナー付着量及びトナー帯電量を安定させる必要がある。しかしながら、電子写真記録装置では、使用環境の変化や使用時間などにより現像装置２０３内の現像ローラ２１３上のトナー付着量やトナー帯電量が変動する場合があるので、トナー付着量及びトナー帯電量を検出し、それらの値を一定に保つ制御が必要となる。

トナー帯電量を検出することは、例えば特許文献１に記載されているように公知である。この特許文献１に記載の方法では、現像スリーブに現像バイアス電圧を印加する電源回路に電流検知回路を接続する。そして感光体ドラムに所定の面積の基準潜像パターンを形成し、現像スリーブに装置に直流の現像バイアス電圧を印加して現像するときのトナーの移動によって生じる現像電流の値を電流検知回路で検出し、検出した電流値を積分してトナーの総電荷量を求める。次に、現像された感光体ドラム上の基準トナーパターンに光を照射し、感光体ドラムに対向する位置に設けられた光学センサーでその反射光を検出し、反射光の強度の光電変換後の値に基づいてトナー付着量を求める。そして求めたトナー付着量と基準トナーパターンの面積とから感光体ドラム上の単位面積当たりのトナー付着量を求め、この単位面積あたりのトナー付着量とトナー総電荷量とから演算によりトナー帯電量を求める。

特開平０６−４３７１９号公報

しかしながら、上記のトナー帯電量の検出方法では、感光体ドラムに形成された基準潜像パターンを現像する時のトナーの移動に伴う電流の値と、現像された基準トナーパターンに光を照射したときの反射光の強度の両方を検出する必要があるので、１つの現像装置に２つの検出回路（電流検出回路及び光学センサ）を設ける必要があり、装置が複雑且つ高価になるという問題があった。

また、以下に詳述するように、感光体ドラム上のトナー付着量を一定に保つ制御を高精度に行うためには、現像ローラ上のトナー付着量及びトナー帯電量も検出する必要があり、従って上記の方法によりトナー帯電量だけを検出しても、感光体ドラム上のトナー付着量を一定に高精度に保つことは困難であるという問題があった。

現像装置内の現像ローラ上のトナー付着量と記録用紙上のトナー濃度との関係について説明する。１００％の画像密度、すなわち、所定面積のべた画像を印刷する場合、記録用紙上の像の濃度は記録用紙上のトナー付着量にほぼ比例する。記録用紙上のトナー付着量は感光体ドラムから転写されるトナー移動量に等しいが、これは感光体ドラム上のトナー付着量と転写時の電界強度により決定される。転写時の電界は転写装置に印加するバイアス電圧値やトナー帯電量などに依存する。使用環境などの条件に応じてバイアス電圧値などを制御し、転写時の電界の強度を調整することは可能であるが、制御の不要化あるいは制御方式の簡易化の点からも、使用環境などに係らず感光体ドラム上のトナー付着量を一定に保つことが望ましい。

感光体ドラム上のトナー付着量は、現像ローラから感光体ドラムに移動するトナーの量に等しい。感光体ドラムへのトナー移動量をＭｏｐｃ、感光体ドラム表面電位をＶｏｐｃ、現像バイアス電位をＶｄｅｖ、現像ローラ上のトナー層電位をＶｔｎｒとするとき、下記の式（１）が成立する。
Ｍｏｐｃ＝−（Ｖｏｐｃ−Ｖｄｅｖ）／Ｖｔｎｒ × α ＋ β …（１）
ここで、α、βは感光体ドラムの表面層とトナー層の層厚や誘電率により定まる定数である。式（１）はトナー移動量Ｍｏｐｃは、感光体ドラム表面電位Ｖｏｐｃと現像バイアス電位Ｖｄｅｖとの差分にほぼ比例し、現像ローラ上のトナー層電位Ｖｔｎｒにほぼ反比例することを表している。式（１）から感光体ドラム上のトナー付着量を一定に制御するためには、感光体ドラム表面電位、現像バイアス電圧及びトナー層電圧をそれぞれ制御する必要があることが分かる。

現像ローラ上のトナー層電圧Ｖｔｎｒは下記の式（２）に示すように、トナー帯電量Ｑ／Ｍ及び現像ローラ上のトナー付着量Ｍｄｅｖの２乗に比例する。γはトナー層の誘電率などにより定まる定数である。
Ｖｔｎｒ＝Ｑ／Ｍ × Ｍｄｅｖ^２ × γ …（２）
即ち、記録用紙上の濃度を一定に維持するため、感光体ドラム上のトナー付着量を一定に保つ必要、すなわち、感光体ドラム表面電位、現像バイアス電圧及びトナー層電圧を制御する必要がある。一方、トナー層電圧を制御するためにはトナー帯電量と現像ローラ上のトナー付着量を制御する必要がある。

以上説明したように、感光体ドラム上のトナー付着量（以下、現像トナー量ともいう）は、現像ローラ上のトナー付着量とトナー帯電量、及び感光体ドラム表面電位と現像バイアス電位などにより決定される。図５１及び図５２のグラフに現像バイアス電位と現像トナー量との間の関係を示す。これらのグラフは、負帯電性トナーを用いた一成分非磁性接触方式の現像装置における現像トナー量−現像バイアス電位特性を示すものである。図５１のグラフはトナー帯電量Ｑ／Ｍを一定とし、現像ローラ上のトナー付着量Ｍ／Ａを変えたとき（０．４ｍｇ／ｃｍ^２、０．５ｍｇ／ｃｍ^２、０．６ｍｇ／ｃｍ^２）の現像トナー量の変化特性を示し、図５２のグラフはトナー付着量Ｍ／Ａを一定とし、トナー帯電量Ｑ／Ｍを変えたとき（−３０μＣ／ｇ、−２５μＣ／ｇ、−２０μＣ／ｇ）の現像トナー量の変化特性を示している。
現像トナー量は現像バイアス電位の増加（マイナス方向の絶対値増加）に比例して増加して行き、ある現像バイアス電位を過ぎると飽和するような特性である。飽和とは、現像ローラ上のトナーがその厚さ方向においてほぼ１００％感光ドラムへ現像されたことを意味している。図５１、図５２から、トナー付着量Ｍ／Ａまたはトナー帯電量Ｑ／Ｍが異なると、現像バイアス電位の変化に対する現像トナー量の変化の勾配及び現像トナー量が飽和に達する電位も異なることが分かる。すなわち、現像バイアス電位が一定であっても、現像ローラ上のトナー付着量またはトナー帯電量が変化すると現像トナー量も変化することが分かる。

上記から明らかなように、感光体ドラム上のトナー付着量は現像ローラ上のトナー付着量及びトナー帯電量に依存することから、感光体ドラム上のトナー付着量を精度良く制御するためには、現像ローラ上のトナー付着量及びトナー帯電量の両方を検出することが有効である。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、簡単な構成で現像装置内のトナー付着量及びトナー帯電量を検出することができ、それにより使用環境や使用時間に係わらず品質が一定の画像を形成できる画像形成装置を低コストで提供することを目的とする。

本発明に係る現像装置は、トナーの薄層が形成されるトナー担持体と、前記トナー担持体に現像バイアス電位を印加する現像バイアス電源部と、非現像時に前記トナー担持体から前記トナーが移動せずトナー像が形成されず、現像時に前記トナー担持体から前記トナーが移動してトナー像が形成されるトナー像担持体と、前記トナー担持体に流れるトナー担持体電流を検出する電流検出部と、前記トナー担持体上に保持された前記トナーのトナー付着量とトナー帯電量とを決定する決定部とを有し、前記決定部は、前記トナー像担持体上に静電潜像パターンを形成しないときである前記非現像時に前記トナー担持体に流れる非現像電流を前記電流検出部の検出値から算出する非現像電流算出部と、前記非現像電流からトナー層電位を算出するトナー層電位算出部と、前記トナー像担持体上に静電潜像パターンを形成するときである前記現像時に前記トナー担持体に流れる現像電流を前記電流検出部の検出値から算出する現像電流算出部と、前記トナー層電位ごとに、前記トナー付着量と前記現像電流の間の関係をあらかじめ記憶しておき、前記現像電流と前記トナー層電位とから前記トナー付着量を決定するトナー付着量決定部と、前記トナー付着量と前記トナー層電位とから前記トナー帯電量を算出するトナー帯電量算出部とを含むことを特徴としている。
また、本発明に係る他の現像装置は、トナーの薄層が形成されるトナー担持体と、前記トナー担持体に現像バイアス電位を印加する現像バイアス電源部と、前記現像バイアス電位を制御する電源制御部と、前記トナー担持体からトナーが移動してトナー像が形成されるトナー像担持体と、前記トナー担持体から前記トナー像担持体へのトナーの移動により前記トナー担持体に流れるトナー担持体電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された複数の電流に基づいて、前記トナー担持体に保持された前記トナーのトナー付着量とトナー帯電量とを決定する決定部とを有し、前記決定部は、前記トナー帯電量と前記トナー付着量の積に対応する電流値ランク毎における、前記トナー付着量と前記トナー帯電量との関係を示す第１のテーブルと、前記電流値ランク毎における、前記現像バイアス電位と、前記トナー担持体に付着しているトナーの何％が前記トナー像担持体へ移動したかを示す現像効率との関係を示す第２のテーブルと、前記現像効率と比例関係にある現像電流の値と、前記電流値ランクに対応する前記トナー付着量との関係を示す第３のテーブルとを記憶する記憶部を含み、前記決定部は、前記現像バイアス電源部が前記トナー担持体の現像効率を第１の値とする第１の現像バイアス電位を前記第２のテーブルを参照して求め、該第１の現像バイアス電位を前記トナー担持体に印加したときに前記電流検出部が検出する前記トナー担持体電流である第１の現像電流を取得し、前記現像バイアス電源部が前記トナー担持体の現像効率を前記第１の値と異なる第２の値とする第２の現像バイアス電位を前記第２のテーブルを参照して求め、該第２の現像バイアス電位を前記トナー担持体に印加したときに前記電流検出部が検出する前記トナー担持体電流である第２の現像電流を取得し、前記第１の現像電流及び前記第２の現像電流のそれぞれにおける前記トナー付着量を、前記第３のテーブルを参照して決定し、前記決定されたトナー付着量のそれぞれにおける前記トナー帯電量を前記第１のテーブルを参照して決定することを特徴としている。

本発明によれば、簡単な構成で現像装置内のトナー付着量及びトナー帯電量を検出することができ、それにより使用環境や使用時間に係わらず品質が一定の画像を形成できる画像形成装置が低コストで提供される。

第１の実施形態
図１に本発明に係る画像形成装置の第１の実施形態の要部構成を示す。図１において、１はトナー像担持体としての感光体ドラム、１０は現像装置である。感光体ドラム１は例えば半導電性の弾性体からなる不図示の帯電ローラに高バイアス電圧を印加し、該帯電ローラとの接触帯電によりその表面が均一に帯電され、そして、例えばＬＥＤヘッドなどの不図示の露光装置により感光体ドラム１上の印刷パターンに対応する領域が露光され、静電潜像が形成される。現像装置１０は、例えばシリコンゴムなどの半導電性の弾性体からなるトナー担持体としての現像ローラ１１、例えばウレタンなどの半導電性の絶縁体からなるトナー供給体としての供給ローラ１２、例えばステンレスなどの金属製の規制ブレード１３及び絶縁性の筐体１４から構成される。

現像ローラ１１とグランドとの間には電流検出部としての電流検出回路１６と現像バイアス電源回路１５とが直列に接続され、供給ローラ１２とグランドとの間には供給バイアス電源回路１７が接続されている。規制ブレード１３は供給ローラ１２と共に供給バイアス電源回路１７に接続されている。不図示のトナーカートリッジからトナーが筐体１４内に供給される。このトナーは現像ローラ１１と供給ローラ１２の接触摩擦により帯電され、現像ローラ１１に供給された後に現像ローラ１１と規制ブレード１３の接触摩擦により更に帯電されるとともに、規制ブレード１３により現像ローラ１１上にトナー薄層が形成される。この帯電され且つ薄層化されたトナーは現像ローラ１１の回転により感光体ドラム１と接触する現像位置に搬送され、感光体ドラム１上の静電潜像に付着する。

画像印刷時のバイアス電圧は、使用するトナーの種類や、現像ローラ１１、供給ローラ１２、規制ブレード１３の材質などに応じて良好な画像品質が得られるような値に設定される。例えば、負帯電性のトナーを用いるときには記録用紙上のべた画像濃度ＯＤ＝１．５を得るために、感光体ドラムの表面帯電電位を−６００Ｖ、露光後の潜像電位を−４０Ｖ、現像バイアス電圧を−２００Ｖ、供給バイアス電圧を−３００Ｖに設定する。上記設定により、例えば温度２５℃、湿度４０％の室内環境において、トナー帯電量−２０μＣ／ｇ、現像ローラ上のトナー付着量０．６ｍｇ／ｃｍ^２が得られる。但し、これらは使用環境や使用時間などにより変動する値である。

現像ローラ１１上のトナー帯電量及びトナー付着量の検出手順を図２のフローチャートを参照して以下に説明する。尚、この検出手順は、電流検出回路１６と共にトナー付着量決定部及びトナー帯電量決定部を構成する不図示の制御回路により、所定のタイミング、例えば、装置の電源投入時、所定枚数の印刷が行われたとき、トナーが補充されたとき、ウォーミングアップ時等に行われる。
まず、感光体ドラム１上に現像電流測定用の静電潜像パターンを作成する（ステップＳ２０）。電流測定用潜像パターンは、所定の面積の濃度均一の矩形パターンであり、例えば、Ａ３型の画像形成装置の場合、幅２９０ｍｍ×長さ２０ｍｍの長方形のべた画像パターンとすればよい。ここで、「幅」とは感光体ドラム１の軸に平行な方向の寸法を言い、「長さ」とは感光体ドラム１の回転方向の寸法を言うものとする。次に、現像ローラ１１から上記電流測定用潜像パターンへのトナーの移動に伴って現像ローラ１１に流れる電流を電流検出回路１６により読み取る（ステップＳ２１）。

ここで、現像電流測定の際のバイアス条件について図３のタイミングチャートを用いて説明する。現像電流測定＃１を開始するまでは、現像バイアス電圧と供給バイアス電圧は前述の画像印刷時のバイアス条件、すなわち現像バイアス電圧−２００Ｖ（ＤＢ０）、供給バイアス電圧−３００Ｖ（ＳＢ０）に設定して、現像ローラ１１へのトナー付着とトナー帯電を行なう（ｔ０）。そして、電流測定用潜像パターンが現像位置に達するタイミングとほぼ同時（ｔ１）に、現像バイアス電圧はＤＢ０からＤＢ１へ、供給バイアス電圧はＳＢ０からＳＢ１へ変化させる。ＤＢ１は、現像ローラ１１に付着しているトナーが１００％感光体ドラム１上の電流測定用潜像パターンへ移動するような電圧値、すなわち現像効率１００％となる電圧値に設定する。一般に現像効率は現像バイアス電圧が上昇すると大きくなるが、それらの間の関係は使用するトナーや現像ローラの特性、また現像ローラ上のトナー層電圧などにより変化する。例えば、現像バイアス電圧と現像効率が図４に示すような関係にある場合には、現像バイアス電圧−２５０Ｖ以上で現像効率が１００％に飽和することから、ある程度のマージンを取りＤＢ１は−３００Ｖに設定すればよい。供給バイアス電圧は現像バイアス電圧と同時のタイミング（ｔ１）で変化させる。ＳＢ１の値は、画像印刷時における供給バイアス電圧と現像バイアス電圧との差分（ＳＢ０−ＤＢ０）がＤＢ１との間に維持されるように−４００Ｖに設定すればよい。

上記の条件とタイミングに従って現像バイアス電圧を設定することにより、電流測定用潜像パターンの現像の際の、現像ローラ１１上のトナーの帯電量と付着量は通常の画像印刷時の場合と同じになる。また、現像ローラ１１上の付着トナーはその１００％が感光体ドラム１へ移動する。このときのトナーの移動に伴い現像ローラ１１上に流れる現像電流を電流検出回路１６で読み取る。
現像電流Ｉｔｎｒは下記の式（３）及び（４）に示すように、単位時間に当たりの移動電荷量として求めることができる。
Ｃ＝Ｓ×Ｍｄｅｖ×ｋ ×ｒ×Ｑ／Ｍ … （３）
Ｉｔｎｒ ＝ ｄＣ／ｄｔ … （４）
但し、Ｃは移動トナーの総電荷量、Ｓは電流測定用潜像パターンの面積、Ｍｄｅｖは現像ローラ上の単位面積当たりのトナー付着量、ｋは現像ローラの感光体ドラムに対する周速比、ｒは現像効率、Ｑ／Ｍはトナー帯電量である。式（３）及び（４）から明らかなように、現像電流Ｉｔｎｒは潜像パターン面積Ｓ、周速比ｋ、現像効率ｒが一定であれば、トナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの積に比例する。周速比ｋは同じ装置であれば一定であり、本実施形態では現像効率を１００％としているので、現像電流測定＃１において検出される電流値Ｉｔｎｒ＃１はトナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの積に相当する値を有する。

以上の結果を利用し、ステップＳ２１における現像電流測定＃１の測定結果からトナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの積を検出する（ステップＳ２２）。トナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの積の値を複数のレベル、例えば８レベルにランク付けし、これらのレベルに、電流値ランクＩｔｎｒ＃１（０）〜Ｉｔｎｒ＃１（７）を対応させる。図５に、電流値ランクとトナー帯電量Ｑ／Ｍ及びトナー付着量Ｍｄｅｖとの関係を各電流値ランクについて示す。現像電流測定＃１で読み取った電流値とＩｔｎｒ＃１（０）〜Ｉｔｎｒ＃１（７）とを比較し、トナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの積がどの電流値ランクに属するかを調べる。電流値ランクの数は、必要とされる精度などにより適宜設定できる。電流値ランクＩｔｎｒ＃１（０）〜Ｉｔｎｒ＃１（７）の値は、例えば、周速比ｋが１．３、感光体ドラムの周速が１８０ｍｍ／ｓｅｃの場合、Ｉｔｎｒ＃１（０）〜Ｉｔｎｒ＃１（７）は、−５μＡ、−６μＡ、−７μＡ、−８μＡ、−９μＡ、−１０μＡ、−１１μＡ、−１２μＡにそれぞれ設定することができる。

現像電流測定＃１において検出した電流値が例えば−１０μＡであれば、電流値ランクはＩｔｎｒ＃１（５）に決定される。トナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの積が一定になる組み合せは、電流値ランク毎に無数にあるが、必要とされる精度などに応じて、電流値ランク毎にトナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの組み合せを一定数格納したテーブルを用意しておく。例えば、図６に示すように、トナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの積が同じであるが、それらの割合が異なる８種類の組合せを、クラス０〜クラス７としてテーブルに設定する。図６ではクラス値が０から７へ増加するに従い、トナー付着量の割合が増加するような設定としている。本実施形態では、電流値ランク＃ｌ（５）の場合、即ち現像電流測定＃１において測定した電流値が−１０μＡの場合、トナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの積は−１５ｎＣ／ｃｍ^２となるので、例えばｃ＝−１８．８μＣ／ｇ、ｍ＝０．８ｍｇ／ｃｍ^２に設定すればよい。以下、ｃを基準帯電量と呼び、ｍを基準付着量と呼ぶ。

そして、図６に示すようなテーブルからトナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの組み合せを特定し、クラスを決定するための電流測定（現像電流測定＃２）を続いて行なう。まず、現像電流測定＃１の場合と同じ電流測定用潜像パターンを作成する（ステップＳ２３）。次に、現像電流測定＃１の場合と異なるバイアス条件を設定し、現像ローラ１１から作成した電流測定用潜像パターンへトナーが移動するときに現像ローラ１１に流れる電流を電流検出回路１６により読み取る（ステップＳ２４）。以下に、現像電流測定＃２におけるバイアス条件を説明する。

図３のタイミングチャートに示すように、現像電流測定＃１におけるバイアス印加終了後（ｔ２）、現像電流測定＃２の開始直前（ｔ３）まで、通常の画像印刷時のバイアス条件、すなわち現像バイアス電圧−２００Ｖ（ＤＢ０）、供給バイアス電圧−３００Ｖ（ＳＢ０）の条件で、現像ローラ１１へのトナー付着とトナー帯電を行なう。そして、電流測定用潜像パターンが現像位置に達するタイミングとほぼ同時（ｔ３）に、現像バイアス電圧をＤＢ０からＤＢ２へ、供給バイアス電圧をＳＢ０からＳＢ２へそれぞれ変化させる。
ＤＢ２は、現像効率が５０％以上かつ１００％未満となる電圧値に設定する。例えば、現像バイアス電圧と現像効率が図４に示すような関係にある場合、ＤＢ２は−１５０Ｖに設定すればよい。供給バイアス電圧は現像バイアス電圧と同じタイミング（ｔ３）で変化させる。ＳＢ２は、通常の画像印刷時の供給バイアス電圧と現像バイアス電圧との差分（ＳＢ０−ＤＢ０）をＤＢ２との間に維持するように−２５０Ｖに設定すればよい。

上記の条件とタイミングに従って現像バイアス電圧を設定することにより、電流測定用潜像パターンの現像の際の、現像ローラ１１上のトナーの帯電量と付着量は通常の画像印刷時の場合と同じになる。また、現像ローラ１１上の付着トナーはその５０〜１００％が感光体ドラム１へ移動する。

以下に、現像バイアス電圧とトナー層電圧と現像効率の関係について、図７及び図８を用いて説明する。図７に示すグラフにおいて、横軸は現像バイアス電圧、縦軸は現像効率を表している。グラフ中の８本の直線は、トナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの積が同じであるが（即ち同じ電流値ランクに属するが）、それらの割合が異なる図６に示したクラス０〜クラス７のそれぞれについて現像効率と現像バイアス電圧との関係を示すものである。
式（２）に示したように、トナー層電圧Ｖｔｎｒは現像ローラ上のトナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの２乗とトナー層の誘電率などにより定まる定数γとの積である。従って、図６に示した各クラスのトナー層電圧は、図８の表に示すように、前述の基準帯電量ｃ、基準付着量ｍ、定数γでそれぞれ表すことができる。ｃ、ｍ及びγは定数であるため、トナー付着量Ｍｄｅｖが増加するにつれトナー層電圧が大きくなることは明らかである。

さらに、式（１）に示したように感光体ドラムへのトナー移動量Ｍｏｐｃはトナー層電圧Ｖｔｎｒにほぼ反比例するため、図７に示すように現像バイアス電圧が−１５０Ｖであれば、現像効率はトナー層電電圧Ｖｔｎｒの増加に従い低下する。すなわち、トナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの積が同じでも、トナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの割合により現像効率に差が生じ、これに従い感光体ドラムへのトナー移動量Ｍｏｐｃにも差が生じるため、現像電流は以下に説明するように異なる。従って、現像電流＃２の測定結果からトナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖを決定することができる。

図９のグラフに、現像バイアス電圧がＤＢ２の時の現像電流Ｉｔｎｒ＃２とトナー付着量Ｑ／Ｍとの関係を示す。同図に示すように、トナー付着量Ｍｄｅｖと現像電流Ｉｔｎｒ＃２はほぼ反比例の関係となることを利用し、現像電流測定＃２で読み取った電流値からトナー付着量Ｍｄｅｖとトナー帯電量Ｑ／Ｍとを決定する（ステップＳ２５）。尚、図９を用いて説明した関係はＩｔｎｒ＃１の各ランクについて存在するので、トナー付着量Ｑ／Ｍと現像バイアス電圧がＤＢ２の時の現像電流値Ｉｔｎｒ＃２との関係を示すグラフはＩｔｎｒ＃１の各ランクについて用意しておく。

例えば、ステップＳ２１で、トナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの積、即ちＩｔｎｒ＃１が−１５ｎＣ／ｃｍ^２のランクであることが検出されたときには、検出されたランクに対応するグラフを参照し、トナー付着量Ｑ／Ｍとトナー帯電量Ｍｄｅｖとを決定する。例えばこのランクでは、トナー付着量Ｍｄｅｖが０．４ｍｇ／ｃｍ^２であり、トナー帯電量Ｑ／Ｍが−３７．５μＣ／ｇの時には現像電流値Ｉｔｎｒ＃２は−８μＡとなり、トナー付着量Ｍｄｅｖが０．８ｍｇ／ｃｍ^２であり、トナー帯電量Ｑ／Ｍが−１８．８μＣ／ｇの時には現像電流値Ｉｔｎｒ＃２は−７μＡとなると仮定すると、現像電流測定＃２における電流検出値が−７μＡであれば、このランクに対応するグラフを参照し、トナー付着量Ｍｄｅｖは０．８ｍｇ／ｃｍ^２と決定され、続いて図６のトナー付着量Ｍｄｅｖとトナー帯電量Ｑ／Ｍの組み合せテーブルを参照することにより、トナー帯電量Ｑ／Ｍは−１８．８μＣ／ｇと決定される。

上記のバイアス条件、ランク付け及びクラス分け設定などは一例に過ぎず、要は、現像効率が１００％となる現像バイアス電圧と、現像効率が５０％以上１００％未満となる現像バイアス電圧の２点における現像電流を順次測定して、それぞれの電流値から現像ローラ上のトナー付着量とトナー帯電量を検出できるようにすればよい。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、現像ローラ１１の現像バイアス電源回路１５に電流検出回路１６を接続して、現像効率が１００％となる現像バイアス電圧と、現像効率が５０％以上１００％未満となる現像バイアス電圧の２点における現像電流を順次測定することにより、それぞれの電流値から現像ローラ１１上のトナー付着量とトナー帯電量を検出することができる。従って、簡単な装置構成であるにもかかわらず、使用環境や使用時間などによりトナー帯電量、トナー付着量が変動した場合、それを検出することが可能である。このため、画像濃度変動などの画像品質低下を抑えるための制御に対し非常に有効な情報を供給することが可能となり、画像品質安定化の効果が期待できる。
尚、上記実施形態では、現像電流値の検出結果に基づき、最初にトナー付着量を決定し、次にトナー帯電量を決定しているが、同様の方法により、現像電流値の検出結果に基づき、最初にトナー帯電量を決定し、次にトナー付着量を決定することも可能である。

第２の実施形態
次に本発明の画像形成装置の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の構成は、第１の実施形態と同様であるので説明は省略し、図１０〜図１２を用いてその動作を説明する。

図１０は、第２の実施形態の画像形成装置におけるトナー帯電量、トナー付着量の検出手順を説明するフローチャートである。同図に示すように、まず感光体ドラム１上に電流測定用潜像パターンを作成し（ステップＳ３０）、次に電流測定＃１を行う。即ち、作成した電流測定用潜像パターンを現像効率１００％のバイアス条件で現像するときに現像ローラ１１に流れる現像電流を電流検出回路１６により読み取り（ステップＳ３１）、読み取った電流値に基づきトナー帯電量及びトナー付着量の積を検出する（ステップＳ３２）。

本実施形態では、ここで、トナー帯電量と付着量の積の値に応じて、現像電流測定＃２における現像バイアス電圧値を設定する（ステップＳ３３）。この後、上記現像電流測定＃１と同様に感光体ドラム１上に電流測定用潜像パターンを作成し（ステップＳ３４）、ステップＳ３３で設定した現像バイアス条件で現像するときの現像ローラ１１に流れる現像電流を電流検出回路１６により読み取る（ステップＳ３５）。そして、読み取った電流値から現像ローラ１１上のトナー帯電量とトナー付着量を決定する（ステップＳ３６）。

上記したように、第２の実施形態は、トナー帯電量、トナー付着量の検出手順において、現像電流測定＃１の測定結果に応じて現像電流測定＃２における現像バイアス電圧値を設定する点で第１の実施形態と異なる。以下にこの現像バイアス電圧の具体的設定方法について説明する。
図１１は、現像電流測定＃１において読み取った電流値により検出された、トナー帯電量とトナー付着量の積がそれぞれ、ｃ_Ａ・ｍ、 ｃ_Ｂ・ｍ、ｃ_Ｃ・ｍである３種類のケースＡ、Ｂ、Ｃについて、トナー帯電量とトナー付着量の複数の組み合せ（クラス）を格納したテーブルを示したものである。ここでは、トナー帯電量とトナー付着量の積の大きさは、ケースＡ＞ケースＢ＞ケースＣの関係にあるものとして説明する。Ａ、Ｂ、Ｃの各ケースともトナー帯電量とトナー付着量の組み合せはそれぞれ８クラス（クラスＡ０〜Ａ７、クラスＢ０〜Ｂ７、クラスＣ０〜Ｃ７）の設定としている。また、クラス分けは、クラス値の増加と共にトナー付着量が増加するようなものとしている。また、Ａ，Ｂ，Ｃの各ケースにおけるトナー付着の基準量を表すｍは同じ値であり、従ってトナー帯電の基準量を表すｃ_Ａ、ｃ_Ｂ、ｃ_Ｃは、ｃ_Ａ＞ｃ_Ｂ＞ｃ_Ｃの関係にある。

式（２）から明らかなように、トナー層電圧Ｖｔｎｒはトナー帯電量Ｑ／Ｍに比例するので、トナー付着量Ｍｄｅｖが同じであれば、Ａ、Ｂ、Ｃの各ケースのトナー層電圧をそれぞれＶｔｎｒ＿Ａ、Ｖｔｎｒ＿Ｂ、Ｖｔｎｒ＿Ｃとすると、Ｖｔｎｒ＿Ａ＞Ｖｔｎｒ＿Ｂ＞Ｖｔｎｒ＿Ｃの関係が成立する。
また、式（１）から明らかなように、感光体ドラムへのトナー移動量Ｍｏｐｃはトナー層電圧Ｖｔｎｒと反比例の関係にあり、一方、現像効率とは比例関係にあるため、現像バイアス電圧Ｖｄｅｖが同じであれば、Ａ、Ｂ、Ｃの各ケースの現像効率をｒ＿Ａ、ｒ＿Ｂ、ｒ＿Ｃとすると、ｒ＿Ａ＜ｒ＿Ｂ＜ｒ＿Ｃの関係が成立する。
Ａ、Ｂ、Ｃの各ケースの現像効率がｒ＿Ａ＜ｒ＿Ｂ＜ｒ＿Ｃの関係にあれば、現像バイアス電圧Ｖｄｅｖと現像効率の関係を表す直線の傾きはケースＡ＜ケースＢ＜ケースＣとなる。従ってＡ、Ｂ、Ｃの各ケースの現像効率が１００％に達する現像バイアス電圧をそれぞれＶｄｍ＿Ａ、Ｖｄｍ＿Ｂ、Ｖｄｍ＿Ｃとすると、Ｖｄｍ＿Ａ＞Ｖｄｍ＿Ｂ＞Ｖｄｍ＿Ｃの関係が成立する。これを図１２を用いて具体的に説明する。

図１２のグラフにおいて、横軸は現像バイアス電圧を表し、縦軸は現像効率を表す。グラフ中の直線は、トナー帯電量とトナー付着量の積が一定の場合（例えばケースＡ）の現像バイアス電圧と現像効率との関係を、トナー帯電量とトナー付着量の種々の組み合せ（例えばクラスＡ０〜クラスＡ７）について示している。
図１２において、現像効率が１００％近傍の現像バイアス電圧をＶｄｅｖ＿１、現像効率が５０％近傍の現像バイアス電圧をＶｄｅｖ＿２と表すと、トナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの積の大きさが異なれば、ＶｄｅＶ＿１及びＶｄｅｖ＿２も異なる。上記のようにトナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの積の大きさが、ケースＡ＞ケースＢ＞ケースＣであるとき、Ｖｄｅｖ＿１＿Ａ＞Ｖｄｅｖ＿１＿Ｂ＞Ｖｄｅｖ＿１＿Ｃの関係が成立し、さらにＶｄｅｖ＿２＿Ａ＞Ｖｄｅｖ＿２＿Ｂ＞Ｖｄｅｖ＿２＿Ｃの関係が成立する。

図１２から明らかなように、Ｖｄｅｖ＿１におけるクラス間の現像効率の差、例えばクラス０とクラス１の現像効率の差△ｒ＿１とＶｄｅｖ＿２におけるクラス間の現像効率の差、例えばクラス０とクラス１の現像効率の差△ｒ＿２とは、△ｒ＿１＞△ｒ＿２の関係にある。現像効率の差が大きければ、現像電流測定＃２におけるクラス間の現像電流値の差分△Ｉｔｎｒ＃２も大きくなり、トナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの決定が容易となる。従って現像電流測定＃２においては、各クラスの現像効率が１００％に達する電圧値の中、絶対値が最小のものにほぼ等しい値を有するＶｄｅｖ＿１に現像バイアス電圧を設定することが望ましい。
従って、本実施形態では、現像電流測定＃２における現像電圧を上記Ｖｄｅｖ＿１に設定することによりクラス間の差が大きくなる現像効率の高い点で現像電流を測定し、それによりトナー帯電量Ｑ／Ｍとトナー付着量Ｍｄｅｖの決定を容易にしている。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態によれば、現像ローラ１１の現像バイアス電源回路１５に電流検出回路１６を接続し、１回目の現像電流測定においては現像バイアス電圧を現像効率が１００％となる値に設定し、２回目の現像電流測定においては現像バイアス電圧を各クラスの現像効率が１００％に達する電圧値の中、絶対値が最小のものにほぼ等しい値に設定する。そのため、２回目の現像電流測定におけるクラス間の現像電流値の差分が大きくなり現像ローラ上のトナー付着量とトナー帯電量を精度良く検出することができる。従って、簡単な装置構成であるにもかかわらず、使用環境や使用時間などによりトナー帯電量、トナー付着量が変動しても、その変動量を精度よく検出することが可能である。このため、画像濃度変動などの画像品質低下を抑えるための制御に対し非常に有効な情報を供給することが可能となり、画像品質安定化の効果が期待できる。

第３の実施形態
次に本発明の画像形成装置の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態の構成は、第１の実施形態と同様であるので構成の説明は省略し、図１３〜図１４を用いてその動作を説明する。第３の実施形態は、現像電流の測定手順が第１の実施形態と異なるが、他の動作は第１の実施形態と同様であるので、ここでは第３の実施形態の画像形成装置における現像電流測定手順を説明する。

図１３は第３の実施形態における現像電流測定手順を示すフローチャートである。同図に示すように、非現像時に現像ローラ１１に流れる電流を測定し（ステップＳ４０）、次に現像時に現像ローラ１１に流れる電流を測定し（ステップＳ４１）、そして非現像時の電流値と現像時の電流値との差分を現像電流として算出する（ステップＳ４２）。

図１４に感光体ドラム１の露光のタイミングと、現像ローラ１１に流れる電流の時間的関係を示す。同図に示すように、露光がＯＦＦのときは感光体ドラム１の表面は帯電装置により帯電された電位を保っている。露光がＯＮになると感光体ドラム１の表面に静電潜像パターンが形成される。露光がＯＮの継続時間は感光体ドラム１に形成された静電潜像パターンの長さに比例する。この静電潜像パターンが感光体ドラム１の回転により現像位置に達すると、現像ローラ１１から感光体ドラム１にトナーが移動し、移動トナー量に応じた電流Ｉｏｎが現像ローラ１１に流れる。露光位置と現像位置とは異なるため、電流Ｉｏｎが流れ始めるタイミングは、露光ＯＮから僅かに（△ｔ）遅れる。尚、本実施形態では負帯電性トナーを使用する例について説明しているので、図１４では電流Ｉｏｎの値はマイナスとしている。以下の説明では現像ローラ１１から現像バイアス電源１５に流れ込む電流をマイナス成分の電流と定義し、逆方向の電流をプラス成分の電流と定義する。

現像電流Ｉｔｎｒは現像時に現像ローラ１１から感光体ドラム１へのトナー移動に伴う電流であるが、図１４に示すように、露光ＯＦＦのタイミング、すなわち非現像時においてもプラス成分の電流Ｉｏｆｆが流れている。本実施形態では、まず非現像時の電流Ｉｏｆｆをオフセット電流とて測定し、次に現像時の電流Ｉｏｎを測定し、ＩｏｆｆとＩｏｎとの差分を現像電流Ｉｔｎｒとすることを特徴とする。すなわち現像電流は下記の式（５）で表される。
Ｉｔｎｒ ＝Ｉｏｆｆ −Ｉｏｎ …（５）

以下に非現像時の電流Ｉｏｆｆについて説明する。現像ローラ１１に流れる電流には、感光体へのトナー移動による電流Ｉｔｎｒ、感光体ドラム１と現像ローラ１１間の電荷移動による電流Ｉｏｐｃ、規制ブレード１３と現像ローラ１１間の電荷移動による電流Ｉｂｌ、そして供給ローラ１２と現像ローラ１１間のトナー移動による電流Ｉｓｐがある。Ｉｔｎｒ以外の電流は非現像時にも流れ、オフセット電流Ｉｏｆｆとなるので下記の式（６）が成立する。
Ｉｏｆｆ ＝Ｉｏｐｃ ＋Ｉｂｌ＋Ｉｓｐ …（６）
Ｉｏｆｆは現像時、非現像時にかかわらず、感光体ドラム１、現像ローラ１１、供給ローラ１２にバイアス電圧が印加され且つ各ローラが回転しているときには常時流れる。そのため、オフセット電流Ｉｏｆｆを構成する電流にマイナス成分の電流があると、このマイナス成分の電流とトナー移動に起因する電流との区別ができず、正確な現像電流が測定できない。このため、現像電流測定時においてはＩｏｆｆを構成する電流を全てプラス成分の電流とすることが望ましい。

以下にＩｏｆｆを構成する電流を全てプラス成分の電流とするバイアス条件について説明する。Ｉｏｐｃは感光体ドラム１の表面上の負電荷が現像ローラ１１へ移動することに起因するプラス成分の電流であり、現像時においてはほぼ無視できるレベルである。Ｉｂｌは規制ブレード１３から現像ローラ１１への電荷注入により流れる電流であり、現像バイアス電圧Ｖｄｅｖと規制ブレード電圧Ｖｂｌとが｜Ｖｄｅｖ｜＜｜Ｖｂｌ｜の関係にあるときプラス成分の電流となる。本実施形態においては規制ブレード電圧は供給バイアス電圧Ｖｓｐと同じにしているため、｜Ｖｄｅｖ｜＜｜Ｖｓｐ｜がＩｂｌをプラス成分の電流とする条件である。但し、Ｖｄｅｖ、Ｖｂｌ、Ｖｓｐはマイナス値とする。

Ｉｓｐは現像ローラ１１と供給ローラ１２間のトナー移動による電流であり、供給ローラ１２から現像ローラ１１へトナーが移動するときにプラス成分の電流として流れる。トナーの移動は主に電界により生じるので、供給ローラ１２から現像ローラ１１へトナーが移動するバイアス条件は、｜Ｖｄｅｖ＋Ｖｔｎｒ｜＜｜Ｖｓｐ｜である。Ｖｔｎｒは現像ローラ１１上のトナー層電圧であり、トナー帯電量、トナー付着量により決定されるマイナスの値である。
以上から、Ｉｏｆｆの各電流成分がプラス成分の電流となるバイアス条件は下記の式（７）で示される。
｜Ｖｄｅｖ＋Ｖｔｎｒ｜＜｜Ｖｓｐ｜ …（７）
例えば、トナー層電圧が−７０Ｖの場合、現像バイアス電圧Ｖｄｅｖを−１００Ｖ、供給バイアス電圧Ｖｓｐを−２００Ｖに設定して現像電流を測定すればよい。

以上説明したように、本発明の第３の実施形態においては、現像電流測定時のバイアス条件を｜Ｖｄｅｖ＋Ｖｔｎｒ｜＜｜Ｖｓｐ｜とし、且つＩｔｎｒ＝Ｉｏｆｆ−Ｉｏｎとして現像電流を測定するようにしたため、感光体に移動するトナーによる電流を除き、現像ローラに流れ込む電流を無くすことができ、現像時の感光体ドラムヘのトナー移動分の電流を精度良く測定することができる。
従って、本実施形態によれば、より高精度にトナー付着量とトナー帯電量を検出することが可能となる。このため、画像濃度変動などの画像品質低下を抑えるための制御に対し非常に有効な情報を供給することが可能となり、画像品質安定化の効果が期待できる。

第４の実施形態
次に本発明の画像形成装置の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態の構成は、第１の実施形態と同様であるので構成の説明は省略し、図１５〜図１９を用いてその動作を説明する。本実施形態は、現像電流測定＃１及び＃２により決定したトナー付着量とトナー帯電量とに基づいて現像バイアス電圧及び供給バイアス電圧を調整することにより、感光体ドラム上のトナー付着量を一定に制御する構成を備える。

図１５は第４の実施形態における現像バイアス電圧と供給バイアス電圧の調整手順を説明するフローチャートである。本実施形態では、現像電流測定＃１及び現像電流測定＃２を行い（ステップＳ５０）、トナー付着量の組合せのテーブルＴＢ１を参照して、トナー帯電量とトナー付着量を決定する（ステップＳ５１）。本実施形態では、次に、決定されたトナー帯電量とトナー付着量の組合せに応じて、現像バイアス電圧ＤＢと供給バイアス電圧ＳＢとを補正する。具体的には、現像バイアス電圧ＤＢと供給バイアス電圧ＳＢ補正値の組合せのテーブルＴＢ２を参照して、ＤＢ補正値及びＳＢ補正値を決定する（ステップＳ５２）。そしてＤＢ補正値、ＳＢ補正値に従い、現像バイアス電圧ＤＢと供給バイアス電圧ＳＢを調整し（ステップＳ５３）、以降、通常の画像印刷動作を行う。
現像電流測定＃１、＃２は、例えば第１の実施形態と同様の手順により行う。トナー帯電量とトナー付着量の組合せテーブルＴＢ１は、例えば図１６に示すように設定する。本実施形態では説明を簡単にするために５行×５列のマトリクスとしているが、行列数はこれに限るものではなく、必要とされる精度などに適合した数とすればよい。

図１６に示した５行（ケースＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）×５列（クラス０、１、２、３、４）のテーブルにおいて、ｑ（＊）はケース＊の基準のトナー帯電量、ｍ（＊）はケース＊の基準のトナー付着量を示している。マトリクスの各セルには上段にトナー帯電量、下段にトナー付着量を配置している。同じ行、即ち同じケースではトナー帯電量とトナー付着量の積は一定であり、各ケースはトナー付着量とトナー帯電量の割合によりクラス分けされている。
トナー帯電量とトナー付着量の積の大きさｑ（＊）×ｍ（＊）は、ｑ（Ａ）×ｍ（Ａ）＜ｑ（Ｂ）×ｍ（Ｂ）＜ｑ（Ｃ）×ｍ（Ｃ）＜ｑ（Ｄ）×ｍ（Ｄ）＜ｑ（Ｅ）×ｍ（Ｅ）の関係にある。同じ列、即ち同じクラスではトナー付着量は同じであり（ｍ（Ａ）＝ｍ（Ｂ）＝ｍ（Ｃ）＝ｍ（Ｄ）＝ｍ（Ｅ））、クラス値が増加するとトナー付着量が増加する。第１の実施形態で説明したように、現像電流測定＃１、＃２で測定した電流値とこのテーブルとを照らし合わせることにより行と列を特定し、トナー帯電量とトナー付着量とを決定できる。

ＤＢ補正値及びＳＢ補正値の組合せのテーブルＴＢ２は図１７に示すように、上記のトナー帯電量及びトナー付着量の組合せのテーブルＴＢ１と同じ５行×５列のマトリクスとする。各セルの現像バイアス電圧設定値ＤＢ（＊）及び供給バイアス電圧設定値（＊）は、トナー帯電量及びトナー付着量の組合せのテーブルＴＢ１の対応するセルのトナー帯電量とトナー付着量に応じた値とする。本実施形態では、現像バイアス電圧及び供給バイアス電圧を、現像電流測定＃１、＃２の測定結果により特定されたセルのＤＢ及びＳＢの値に設定する。例えば、トナー帯電量が３ｑ（Ｄ）／２であり、トナー付着量が２ｍ（Ｄ）／３であると決定された場合、図１６のテーブルのＤ×１（Ｄ行１列）のセルが特定され、現像バイアス電圧及び供給バイアス電圧は、図１７のテーブル中のＤ×１（Ｄ行１列）のセルに格納されているＤＢ（Ｄ１）及びＳＢ（Ｄ１）にそれぞれ設定される。
以下に、感光体ドラム上のトナー付着量を一定に保つため、本実施形態において供給バイアス電圧及び現像バイアス電圧がどのように調整されるかを説明する。

供給バイアス電圧と現像バイアス電圧との差分が増加すると、供給ローラから現像ローラへのトナー供給能力が増加するため、現像ローラ上のトナー付着量は増加する。従って、図１８に示すように現像ローラ上のトナー付着量が多い場合には供給バイアス電圧と現像バイアス電圧の差分を小さくし、逆に、トナー付着量が少ない場合には供給バイアス電圧と現像バイアス電圧の差分を大きくする調整を行えばよい。
式（１）及び式（２）から明らかなように、上記の調整によりトナー帯電量あるいはトナー付着量が変化すると感光体ドラムへのトナー移動量も変化するため、本実施形態では次に現像バイアス電圧を制御して現像効率を調整する。現像効率はトナー帯電量とトナー付着量の２乗の積に反比例するので、図１９に示すようにトナー帯電量とトナー付着量の２乗の積が増加するとき、それに比例して現像バイアス電圧を増加させる調整を行えばよい。尚、図１９におけるトナー帯電量とトナー付着量は、上記のトナー付着量制御後の値である。感光体ドラムへのトナー移動量は現像効率だけではなく、現像ローラ上のトナー付着量にも依存するが、トナー移動量が一定になるように現像バイアス電圧を設定すればよい。

以上説明したように、本発明の第４の実施形態の画像形成装置は、予めトナー帯電量とトナー付着量の種々の組合せについて現像バイアス電圧と供給バイアス電圧の設定値を格納した補正テーブルを作成し、現像電流測定により検出したトナー帯電量とトナー付着量を元に、補正テーブルを参照して現像バイアス電圧と供給バイアス電圧を調整する。従って、装置使用環境や使用時間などにより現像ローラ上のトナー帯電量やトナー付着量が変化しても、感光体ドラム上のトナー付着量を一定に保つことができる。このため、濃度変動がなく画像品質が安定である画 像形成装置を、複雑な制御機構を必要としないため低価格で提供することが可能である。

第５の実施形態
次に本発明の画像形成装置の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態の構成は、第１の実施形態と同様であるので構成の説明は省略し、図２０〜図２４を用いてその動作を説明する。本実施形態も、現像電流測定＃１及び＃２の結果に基づいて現像バイアス電圧と供給バイアス電圧を調整することにより、トナー帯電量と現像ローラ上のトナー付着量が変動しても感光体ドラム上のトナー付着量を一定に制御する構成を備えるものである。

図２０のフローチャートを参照して本実施形態の画像形成装置における現像バイアス電圧ＤＢ及び供給バイアス電圧ＳＢの調整手順を説明する。同図に示すように、まず、現像電流測定＃１（ステップＳ６０）を行い、測定した電流値を、第１のトナー帯電量とトナー付着量の積の組合せのテーブルＴＢ３と照らし合わせることにより、トナー帯電量とトナー付着量の積を求める（ステップＳ６１）。
次に、求めたトナー帯電量とトナー付着量の積を、ＳＢ補正テーブルＴＢ４と照らし合わせることにより、ＳＢ補正値を決定する（ステップＳ６２）。そして供給バイアス電圧ＳＢをこのＳＢ補正値に補正した状態で現像電流測定＃２（ステップＳ６３）を行い、測定した電流値を、トナー帯電量とトナー付着量の組合せのテーブルＴＢ５と照らし合わせることにより、トナー帯電量とトナー付着量を決定する（ステップＳ６４）。
続いて、決定されたトナー帯電量及びトナー付着量を、ＤＢ補正値とＳＢ補正値の組合せのテーブルＴＢ６と照らし合わせることにより、ＤＢ補正値及びＳＢ補正値を決定する（ステップＳ６５）。そして現像バイアス電圧ＤＢ及び供給バイアス電圧ＳＢをＤＢ補正値及びＳＢ補正値にそれぞれ補正し（ステップＳ６６）、以降、通常の現像動作を行う。

トナー帯電量とトナー付着量の積の組合せのテーブルＴＢ３は、図２１に示すように５行（ケースＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）×１列のテーブルであり、各行でトナー帯電量とトナー付着量の積の値が異なる。例えば、トナー帯電量とトナー付着量の積の大きさは、ｑ（Ａ）×ｍ（Ａ）＜ｑ（Ｂ）×ｍ（Ｂ）＜ｑ（Ｃ）×ｍ（Ｃ）＜ｑ（Ｄ）×ｍ（Ｄ）＜ｑ（Ｅ）×ｍ（Ｅ）の関係にある。ここで、ｑ（＊）は＊行のトナー帯電量、ｍ（＊）は＊行のトナー付着量を示している。
ＳＢ補正テーブルＴＢは、図２２に示すように図２１のテーブルと同じ５行（ケースＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）×１列のテーブルである。各行の供給バイアス電圧の設定値ＳＢ（＊）は、図２１のテーブルの対応する行のトナー帯電量とトナー付着量の積の値に応じて設定される。供給バイアス電圧設定値ＳＢは、トナー帯電量とトナー付着量の積を一定の目標値に等しくさせる値とする。例えば、トナー帯電量とトナー付着量の積の目標値がｑ（Ｃ）×ｍ（Ｃ）である場合にはＳＢ（Ｃ）を０に設定し、検出されたトナー帯電量とトナー付着量の積の値が目標値ｑ（Ｃ）×ｍ（Ｃ）に等しいときには供給バイアス電圧を補正しないようにする。ＳＢ（Ａ）については、ｑ（Ａ）×ｍ（Ａ）はｑ（Ｃ）×ｍ（Ｃ）より小さいので、トナー帯電量とトナー付着量の積をｑ（Ｃ）×ｍ（Ｃ）に補正するためにはトナー付着量を増加させればよい。従って供給バイアス電圧と現像バイアス電圧との差分が大きくなるとトナー付着量が増加することを利用し、ＳＢ（Ａ）をＳＢ（Ｃ）より高い値に設定する。また、ＳＢ（Ｅ）については、ｑ（Ｅ）×ｍ（Ｅ）がｑ（Ｃ）×ｍ（Ｃ）より大きいので、ＳＢ（Ｃ）より低い値に設定する。

トナー帯電量とトナー付着量の積の組み合せのテーブルＴＢ５は、図２３に示すように１行×５列（クラス０、１、２、３、４）のテーブルであり、積がｑ（Ｃ）×ｍ（Ｃ）になるトナー帯電量とトナー付着量の５種類の組合せを格納している。各セルの上段にトナー帯電量、下段にトナー付着量を配置している。図２３のテーブルではトナー付着量がクラス値の増加と共に増加するクラス分けとしている。
ＤＢ補正値とＳＢ補正値の組合せのテーブルＴＢ６は、図２４に示すように、図２３のテーブルと同じ１行×５列のテーブルである。各列の現像バイアス電圧設定値ＤＢ（＊）及び供給バイアス電圧設定値ＳＢ（＊）は、図２３に示したテーブルの対応の列のトナー帯電量とトナー付着量の値に応じて設定する。
現像バイアス電圧及び供給バイアス電圧は、現像電流測定＃２により決定された列のＤＢ及びＳＢに補正される。例えば、トナー帯電量及びトナー付着量がそれぞれ３ｑ（Ｃ）／２及び２ｍ（Ｃ）／３である列が決定された場合、その列の列値は１であるため、図２４のテーブルを参照して、現像バイアス電圧をＤＢ（Ｃｌ）に設定し、供給バイアス電圧をＳＢ（Ｃｌ）に設定する。

現像バイアス電圧補正値ＤＢ（＊）及び供給バイアス電圧補正値ＳＢ（＊）の値は、トナー帯電量とトナー付着量の２乗の積が大きいほど大きくなるように設定する。感光体ドラムへのトナー移動量は現像効率だけではなく、現像ローラ上のトナー付着量にも依存するが、現像バイアス電圧ＤＢ（＊）を補正することにより、トナー移動量を一定にすることができる。トナー付着量はステップＳ６０〜ステップＳ６２により一定の値に調整されているため、Ｓ６３〜ステップＳ６６では供給バイアス電圧ＳＢ（＊）の値は供給バイアス電圧と現像バイアス電圧の差分が現像電圧の補正前後で等しくなるように、現像バイアス電圧に合せて設定すればよい。
本実施形態で説明した補正テーブルはもちろん一例に過ぎず、必要とされる精度などにより適当に設定すればよい。

以上説明したように、本発明の第５の実施形態の画像形成装置は、現像電流測定＃１により検出したトナー帯電量とトナー付着量の積を補正テーブルと照らし合わせて供給バイアス電圧を調整することによりトナー付着量を補正し、それによりトナー帯電量とトナー付着量の積を一定の目標値に調整し、その状態で行う現像電流測定＃２により決定されたナー帯電量及びトナー付着量を補正テーブルと照らし合わせて現像バイアス電圧を調整することを特徴としている。
従って、装置使用環境や使用時間などによりトナー帯電量やトナー付着量が変動しても、感光体ドラム上のトナー付着量を一定に制御することができる。このため、濃度変動がなく画像品質が安定である画像形成装置を、複雑な制御機構を必要としないため低価格で提供することが可能である。本実施形態ではさらに、予め用意する補正テーブルのセル数を少なくできるため、メモリの使用領域を小さくできるという利点もある。

第６の実施形態
次に本発明の画像形成装置の第６の実施形態について説明する。第６の実施形態の構成は、第１の実施形態と同様であるので構成の説明は省略し、図２５及び２６を用いてその動作を説明する。本実施形態におけるトナー付着量及びトナー帯電量の検出手順は実施の形態１と同様であるが、本実施形態は現像電流測定に用いる潜像パターンの形状に特徴がある。

図２５に本実施形態における電流測定用潜像パターンの形状を示す。同図において、８０は感光体ドラム１に作成された電流測定用潜像パターンである。感光体ドラム１の回転方向は矢印Ｒの方向である。電流測定用潜像パターン８０は感光体ドラム１の回転方向に伸びる互いに平行な２辺ａ，ｂと、感光体ドラム１の幅方向にドラムの軸に一定の角度をなして伸びる互いに平行な２辺ｃ、ｄを有する平行四辺形である。以下の説明では、辺ａ，ｂの長さをパターン長Ｌと呼び、辺ａと辺ｂとの間の距離をパターン幅と呼ぶ。図２５において、Ｔ０〜Ｔ４は、電流測定用潜像パターン８０が位置Ｐ０〜Ｐ４でそれぞれ露光される時刻を表している。

図２６に、上記の電流測定用潜像パターン８０を現像する際に流れる現像電流の波形を示す。現像時間と露光時間は等しく、現像電流が流れ始める時刻はＴ０に対応し、流れ終わる時刻はＴ４に対応する。従って、Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４のタイミングにおける現像電流地I＿Ｐ０、I＿Ｐ１、I＿Ｐ２、I＿Ｐ３、I＿Ｐ４は、電流測定用パターン８０の位置Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４における現像電流のばらつきを表している。現像電流値から現像ローラ１１上のトナー帯電量、トナー付着量のパターン幅方向のばらつきを求めることができる。
Ｔ４を露光終了時刻とするとき、Ｔ０からＴ４までの時間△Ｔは、現像ローラ１１の感光体ドラム１と接触する部分が供給ローラ１２に接触する位置まで回転移動する時間を超えないことが望ましい。何故ならば、現像ローラ１１の感光体ドラム１と接触していた部分が供給ローラ１２に接触すると、トナーが供給ローラ１２から現像ローラ１１に供給されることによる電流が流れ、この時間の現像電流を正確に測定することが難しくなるからである。△Ｔの長さが現像電流のＰ０からＰ４の範囲のばらつきを求めるには十分でない場合は、例えば、まずＰ０からＰ１までの潜像パターンを作成して現像電流のばらつきを求め、現像ローラ１１を１回転以上空回しさせた後に、Ｐ１からＰ２までの潜像パターンを作成して現像電流のばらつきを求めるというようにすればよい。

上記方法により検出した感光ドラムの幅方向のトナー帯電量、トナー付着量のばらつきを補償するような制御を行なうことで、記録紙面内の濃度ばらつきを低減することができる。例えば、露光装置にＬＥＤヘッドを用いる場合、ＬＥＤヘッドの各素子の発光パワーを、検出した感光ドラムの幅方向のトナー帯電量、トナー付着量のばらつきに応じてＬＥＤの発光パワーを調整すればよい。
以上説明したように、本発明の第６の実施形態は、電流測定用潜像パターンを感光体ドラムの幅方向にドラムの軸に一定の角度をなして伸びる互いに平行な２辺を有する平行四辺形の形状に作成し、現像電流測定において所定のタイミングで電流値を順次読み取る構成であるので、現像ローラの幅方向のトナー帯電量とトナー付着量のばらつきを検出することができる。そして、複雑な検出、制御機構を必要とすることなく検出したトナー帯電量とトナー付着のばらつきに応じて、感光体ドラムの幅方向のトナー付着量ばらつきを低減することが可能である。従って、記録用紙に濃度のばらつきのない高品質の画像を形成できる画像形成装置を低価格で提供することが可能である。

以上説明した本発明の第１〜第６の実施形態では、現像電流を測定してトナー付着量及びトナー帯電量を決定するための制御手段、電流検出回路、各種テーブルを格納する不図示のメモリ等の要素は、画像形成装置に備えられるが、これらの要素を現像装置内に設けてもよく、あるいは画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジに設けてもよい。

第７の実施形態
図２７に本発明の画像形成装置の第７の実施形態の構成を示す。同図に示すように本実施形態の画像形成装置は、トナー像担持体としての感光体ドラム１０１、現像装置１１０、帯電ローラ１１１、露光ヘッド１１２、転写ローラ１１３、クリーニングブレード１１４、定着器１１５を有する。１１６は記録用紙または転写ベルトである。現像装置１１０は、例えばステンレスなどの導体を軸とし、この軸にウレタンなどの半導電性の弾性体を被覆してなるトナー担持体としての現像ローラ１０２と、例えばステンレスなどの導体を軸とし、この軸にシリコンなどの発泡性の弾性体を被覆してなるトナー供給体としての供給ローラ１０３と、例えばステンレス鋼の板状部材である規制ブレード１０４と、ブレード支持フレーム１０５と、筐体１０６とから構成される。

図２８に示すように、現像装置１１０を構成する現像ローラ１０２の軸には現像バイアス電源回路１２０が接続され、供給ローラ１０３の軸には供給バイアス電源回路１２１が接続されている。そして、現像ローラ１０２と現像バイアス電源回路１２０の間に電流検出部としての電流検出回路１２２が接続されている。電流検出回路１２２には演算部１２３、さらに電源制御部１２４が接続されている。電源制御部１２４は、現像バイアス電源回路１２０及び供給バイアス電源回路１２１にも接続されている。
印刷動作時には、アルミニウム等の表面に光導電層が形成されている感光体ドラム１０１が、例えば半導電性の弾性体からなる帯電ローラ１１１に高バイアス電圧を印加することにより均一に帯電される。そして、例えばＬＥＤヘッドなどの露光装置１１２により感光体ドラム１０１の表面が選択的に露光され、静電潜像が形成される。
現像装置１１０においては、図示しないトナーカートリッジより筐体１０６内にトナーが供給される。トナーは供給ローラ１０３との接触により帯電され、現像ローラ１０２上に供給された後、規制ブレード１０４によりさらに帯電され且つ現像ローラ１０２上に薄層化される。そして薄層化されたトナーは現像ローラ１０２の回転により感光体ドラム１０１と接触する現像位置に搬送された後、感光体ドラム１０１上の静電潜像に付着し、潜像が現像される。

画像印刷時のバイアス設定は、使用するトナー、現像ローラ１０２、供給ローラ１０３、規制ブレード１０４の材質などに依存する帯電特性に応じて、良好な画像品質が得られるように設定される。例えば、負帯電性のトナーを用いるとき、記録用紙上のべた画像濃度ＯＤ＝１．５を得るためには、感光体ドラムの表面帯電電位を−６００Ｖ、露光後の潜像電位を−５０Ｖ、現像バイアス電圧を−２００Ｖ、供給バイアス電圧を−３００Ｖに設定すればよい。このバイアス設定により、例えば温度２５℃、湿度４０％の室内環境において、トナー帯電量−２０μＣ／ｇ、現像ローラ上のトナー付着量０．６ｍｇ／ｃｍ^２が得られる。尚、トナーの帯電量、付着量は使用環境や使用時間などにより変動する値であることは言うまでもない。

上記構成の画像形成装置における、現像ローラ１０２上のトナー付着量及びトナー帯電量の検出手順について以下に説明する。
図２９は、図２８に示した演算部１２３の内部構成を示したものであり、同図に示すように、演算部１２３は、第１現像電流算出部１３０、現像バイアス算出部１３１、現像面積算出部１３２、第２現像電流算出部１３３、トナー付着量・帯電量検出部１３４からなる。
まず、感光体ドラム１０１上に形成された特定の静電潜像パターン（現像パターン）に現像ローラ１０２上のトナーを付着させ、該パターンを現像したときに現像ローラ１０２に流れる電流を電流検出回路１２２により読み取る。尚、このとき、例えば現像ローラ１０２には−４００Ｖを印加し、供給ローラ１０３には−６００Ｖを印加し、現像ローラと供給ローラの電位差を常に一定にする。電流検出回路１２２により読み取られた電流は、現像電流算出部１３０により平均化などの処理がなされ、現像電流値が求められる。尚、現像電流とは現像時における現像トナーにより生じる電流であるが、非現像時においても現像ローラ１０２上には現像装置１１０内のトナーの移動や帯電などにより発生する電界に応じた電流が流れる場合がある。この場合は、非現像時の電流も読み取り、非現像時と現像時との電流の差分から現像電流を算出するようにすればよい。

現像パターンは、現像トナー量とトナー帯電量が変化したときの現像電流の変化量を検出できるように、特定の面積を有する濃度均一の矩形パターンとする。例えば、Ａ３型の画像形成装置の場合、幅２９０ｍｍ×長さ２０ｍｍの長方形のべた画像パターンとすればよい。尚、幅とはパターンの感光体ドラム１０１の長手方向（軸方向）への寸法、長さとはパターンの感光体ドラム１０１の回転方向への寸法である。現像パターンの幅を変えた場合、その変化量に比例して現像電流が変化するが、長さを変えた場合には、幅が一定であれば現像電流値は一定であり、現像電流値が出力する期間がその変化量に比例して変化する。
また、現像バイアス電位は、現像ローラ１０２上のトナーがその厚み方向に感光体ドラム１０１へほぼ１００％移動するのに必要な最小の電位、すなわち飽和現像電位以上の電位に設定する。例えば、トナー帯電量が−２０μＣ／ｇ、トナー付着量が０．６ｍｇ／ｃｍ^２であるトナー層を現像ローラ１０２上に形成する場合、現像バイアス電位が−４００Ｖ、感光体ドラム１０１に対する現像ローラ１０２の周速比が１．２８、感光ドラム１０１の回転速度が１６０ｍｍ／ｓｅｃであれば、現像トナー量は０．７７ｍｇ／ｃｍ^２となり、現像電流は約７．１μＡとなる。

このように第１の現像電流算出部１３０により求められる現像電流は、現像パターンの全幅に渡り現像ローラ１０２上のトナーが全て感光体ドラム１０１へ移動したときの電流値を示している。すなわち、現像電流値は現像ローラ上のトナー層のライン単位の総電荷量に相当する値である。トナー層の総電荷量は、現像ローラ上のトナー付着量とトナー帯電量の積に比例する値であり、トナー付着量とトナー帯電量の積が一定であればトナー層の総電荷量は一定であり、現像電流も一定となる。図３０のグラフは、現像バイアス電位を飽和現像電位以上に設定した場合における、現像電流と、トナー付着量とトナー帯電量の積の間の関係を示している。このグラフに示すように、現像バイアス電位を飽和現像電位以上に設定した場合、現像電流はトナー付着量とトナー帯電量の積に比例して増加する。この特性を予め演算部１２３内に記憶しておくことにより、第１の現像電流算出部１３０において求めた現像電流の大きさに基づき、現像ローラ１０２上のトナー付着量とトナー帯電量の積の値を検出することができる。検出値は演算部１２３内に記憶させておく。

次に、現像バイアス算出部１３１において、第２の現像電流を求める際に現像ローラ１０２に印加すべき現像バイアス電圧を算出する。図３１は、トナー付着量とトナー帯電量の積と、現像トナー量が飽和に達する最小現像バイアス電位（飽和現像電位）の間の関係を示している。同図に示すように、トナー付着量とトナー帯電量の積と、飽和現像電位とは線形の関係にあるが、トナー付着量Ｍ／Ａが異なれば傾きは異なる。演算部１２３にこの関係を予め記憶しておく。現像電流算出部１３０で検出したトナー付着量とトナー帯電量の積の値に基づいて飽和現像電位を算出し、図３１に示した関係を参照し、この電位に応じた第２の現像電流読取り時の現像バイアス電位を設定する。図３２のグラフは、第２の現像電流読取り時の現像バイアス電位を、トナー付着量が０．３ｍｇ／ｃｍ^２のときの飽和現像電位に設定したときのトナー付着量と現像トナー量の間の関係を示したものである。このグラフから、トナー帯電量の大きさに関わらず、現像トナー量は現像ローラ上のトナー付着量の増加に伴い増加することが分かる。

続いて、現像面積算出部１３２において、第２の現像電流を求める際の現像パターン面積を算出する。ここでは、図３３に示すように、現像面積は、第１の現像電流算出部１３０で検出したトナー付着量とトナー帯電量の積に反比例するように設定する。すなわちトナー付着量とトナー帯電量の積と現像面積の積が一定となるように現像面積を設定する。尚、現像面積の設定の際、変化させるパラメータは幅方向のみとする。現像電流は現像パターンの幅に比例して増加するが、長さ方向の変化に対しては電流の出力時間のみが変化するからである。このように現像面積をトナー付着量とトナー帯電量の積に応じて算出し、第２の現像電流算出時の現像パターンに設定することにより、第２の現像電流値は、図３４に示すように、トナー帯電量の大きさに関わらず、トナー付着量の増加に伴い減少する特性となる。

第２の現像電流算出部１３３においては、前述のとおり現像バイアス電位は現像バイアス算出部１３１により算出された値に設定され、現像パターン面積は現像面積算出部１３２において算出された値に設定され、この設定条件で、第１の現像電流算出部１３０と同様に現像電流の値を求める。この後、トナー付着量・帯電量検出部１３４において、現像ローラ２上のトナー付着量とトナー帯電量を検出する。ここでは、まず第２の現像電流算出部１３３が算出した現像電流値から、図３４に示した関係を参照して、トナー付着量を検出する。第２の現像電流値とトナー付着量の関係は、あらかじめ演算部１２３に記憶させておけばよい。続いて、第１の現像電流算出部１３０が算出した演算部１２３に記憶されていたトナー付着量とトナー帯電量の積を参照して、トナー帯電量を検出する。

以上説明した構成により、２回の現像電流の読み取り、即ち２つの現像電流値から現像ローラ上のトナー付着量とトナー帯電量を検出することができる。使用するトナーや、ローラなどの特性により現像電流が変動する場合があるが、この場合は使用する装置条件における特性や関係を演算部１２３に記憶させておけばよい。また、本実施形態では現像電流の読み取りを２回行なう例について説明したが、もちろん３回以上行なっても良く、要求される精度などにより適宜設定すればよい。

トナー付着量とトナー帯電量を検出した後は、以下に説明する制御が実行される。
本実施形態は検出したトナー付着量とトナー帯電量に応じて、現像バイアス電位と供給バイアス電位を調整して、トナー付着量とトナー帯電量が変動しても現像トナー量を一定に保つように制御させる構成を有する。即ち、現像ローラ１０２上の付着量を目標値に調整する。図３５に示すように供給バイアス電位ＳＢと現像バイアス電位ＤＢとの差分ＳＢ−ＤＢが増加するにつれ、供給ローラ１０３からの供給能力が増加するため現像ローラ１０２上のトナー付着量は増加する。したがって、トナー付着量が目標値に対して高い場合は、供給バイアス電位ＳＢと現像バイアス電位ＤＢの差分ＳＢ−ＤＢが小さくなるように設定し、逆に、トナー付着量が目標値に対して低い場合は、供給バイアス電位ＳＢと現像バイアス電位ＤＢの差分ＳＢ−ＤＢが大きくなるように設定して、現像ローラ１０２上のトナー付着量が常にほぼ均一になるように制御する。次に、図５２に示したようにトナー帯電量が異なると感光体ドラムへの現像トナー量が変化するため、現像バイアス電位を制御して現像トナー量を調整する。同図に示すように、トナー帯電量が高い程、現像バイアス電位に対する現像トナー量の勾配が緩やかになるので、検出されたトナー帯電量に応じて現像トナー量が目標値に一致するように現像バイアス電位を制御すればよい。

上記の本発明の第７の実施形態の画像形成装置によれば、現像ローラ１０２に電流検出回路１２２及び演算部１２３を接続し、まず現像トナー量が飽和する領域の現像電流を算出し、そして現像電流値に応じて、現像バイアス電位と現像パターン面積を算出した後に、２回目の現像電流を算出する構成としたことにより、それぞれの現像電流値から現像ローラ１０２上のトナー付着量及びトナー帯電量を検出することができる。さらに、検出したトナー付着量とトナー帯電量の情報に従い、現像バイアス電位及び供給バイアス電位を調整する構成としたことにより、感光体ドラムへの現像トナー量を、常に均一に制御することができる。したがって、簡単な装置構成にもかかわらず、使用環境や使用時間などによりトナー帯電量、トナー付着量が変動した場合においても、その変動量を検出して感光体ドラム上のトナー付着量を一定に制御することができ、濃度変動がなく画像品質が安定である画像形成装置を、複雑な検出機構や制御機構を必要としないため低価格で提供することが可能である。

第８の実施形態
図３６に本発明の第８の実施形態である画像形成装置の演算部１２３の構成を示す。その他の構成は第７の実施形態と同様であり説明は省略する。演算部１２３は、現像電流算出部１４０、現像電流勾配算出部１４１、トナー付着量検出部１４２、トナー帯電量検出部１４３からなる。本実施形態における、現像装置１１０の現像ローラ１０２上のトナー付着量、トナー帯電量の検出手順について以下に説明する。

まず、感光体ドラム１０１上に形成された特定の静電潜像パターン（現像パターン）に現像ローラ１０２上のトナーを付着させ、該パターンを現像したときに現像ローラ１０２に流れる電流を電流検出回路１２２により読み取る。電流検出回路１２２により読み取られた電流は、現像電流算出部１４０において平均化などの処理がなされ現像電流値が求められる。現像電流は現像時における現像ローラ１０２から感光体ドラム１０１へのトナーの移動により生じる電流であるが、非現像時においても現像ローラ１０２上には現像装置１１０内のトナーの移動や帯電などに起因する電界に応じた電流が流れる場合がある。この場合は、非現像時の電流も読み取り、非現像時と現像時の電流の差分から現像電流を算出すればよい。
現像パターンは、現像トナー量とトナー帯電量が変化したときの現像電流の変化量を検出できるように、特定の面積を有する濃度均一の矩形パターンとする。例えば、Ａ３型の画像形成装置の場合、幅２９０ｍｍ×長さ２０ｍｍの長方形のべた画像パターンとすればよい。尚、幅とはパターンの感光体ドラム１０１の長手方向（軸方向）への寸法であり、長さとはパターンの感光体ドラム１０１の回転方向への寸法である。現像パターンの幅を変えた場合、その変化量に比例して現像電流が変化するが、長さを変えた場合には、幅が一定であれば現像電流値は一定であり、現像電流値が流れる期間の長さがその変化量に比例して変化する。

また、現像バイアス電位としては、現像トナー量が飽和に達しない領域内の２点の電位を設定し、各現像バイアス電位における現像電流の値を求める。例えば、現像バイアス電位と現像電流の間の関係が図３７に示すような特性の画像形成装置の場合、現像バイアス電位を−１００Ｖと−１３０Ｖに設定し、各設定での現像電流値を求めればよい。求めた現像電流値はそれぞれ演算部１２３に記憶させておく。

次に、現像電流勾配算出部１４１において、現像電流算出部１４０で求めた２点の現像電流値と現像バイアス電位の関係から、現像バイアス電位に対する現像電流の勾配を算出する。例えば、現像バイアス電位が−１００Ｖのときの現像電流値が４．２μＡ、現像バイアス電位が−１３０Ｖのときの現像電流値が５．７μＡのとき、現像電流勾配は−０．０５μＡ／Ｖである。トナー付着量検出部１４２では、現像電流勾配算出部１４１で求めた現像電流勾配の値から現像ローラ上のトナー付着量を検出する。図３７のグラフは、現像ローラ上のトナー付着量Ｍ／Ａが一定のとき（０．５ｍｇ／ｃｍ^２）の、現像バイアス電位と現像電流の間の関係を３つの異なるトナー帯電量Ｑ／Ｍ（−２０μＣ／ｇ、−２５μＣ／ｇ、−３０μＣ／ｇ）について示したものである。このグラフに示すように、トナー帯電量Ｑ／Ｍの値（絶対値）が増加するにつれ、現像電流の飽和値は増加し、また、現像電流が飽和に達する最小現像バイアス電位（飽和現像電位）もトナー帯電量Ｑ／Ｍの増加に伴って大きくなる（マイナス方向に）。しかし、飽和現像電位以下の領域では、現像電流は現像バイアス電位に比例し、トナー付着量Ｑ／Ｍの大きさに関らず勾配は一定である。

このように、現像バイアス電位に対する現像電流の勾配は、トナー付着量が一定であればトナー帯電量に依存しない。一方、トナー付着量が変化したときの現像電流勾配は図３８に示すように、トナー付着量の増加に伴って減少する。図３８の関係をあらかじめ演算部１２３に記憶させておき、現像電流勾配算出部１４１が算出した現像電流勾配の値とトナー付着量の関係を参照することにより、トナー付着量を決定することができる。トナー帯電量検出部１４３では、現像電流算出部１４０で求めた現像電流値とトナー付着量検出部１４２で求めたトナー付着量からトナー帯電量を検出する。

図３９に、現像バイアス電位が一定のときのトナー帯電量と現像電流の間の関係を示す。同図に示すように、現像電流値はトナー帯電量の増加（絶対値）に比例して増加し、トナー付着量Ｍ／Ａの大きさにより、勾配が異なる。この関係に基づき、既に求められ演算部１２３に記憶されているトナー付着量Ｍ／Ａと、特定の現像バイアス電位における現像電流値からトナー帯電量を決定することができる。現像電流値は、現像電流算出部１４０にて既に求められ、演算部１２３に記憶させておいた値を参照すればよい。また、トナー帯電量と現像電流の関係は、予め演算部１２３に記憶させておけばよい。

以上説明した手順により、現像電流値と現像電流勾配から現像ローラ上のトナー付着量とトナー帯電量を検出することができる。尚、本実施形態では２点の現像電流値から現像電流勾配を求める例について説明したが、３点以上の現像電流値から現像電流勾配を求めるようにしてもよい。トナー付着量とトナー帯電量が検出された後は、検出値に従いバイアス電位を調整して、現像トナー量を制御する。制御方法に関しては第７の実施形態と同様であり、説明は省略する。

上記の本発明の第８の実施形態の画像形成装置によれば、現像ローラ１０２に電流検出回路１２２及び演算部１２３を接続して、現像バイアス電位の異なる複数の点の現像電流値から現像電流勾配を求め、この現像電流勾配から現像ローラ上のトナー付着量を算出し、さらに、このトナー付着量と一定の現像バイアス電位における現像電流値を算出する構成としたことにより、現像電流値から現像ローラ２上のトナー付着量及びトナー帯電量を検出することができる。そして、検出したトナー付着量とトナー帯電量の情報に従い、現像バイアス電位及び供給バイアス電位を調整する構成としたことにより、感光体ドラムへの現像トナー量を、常に均一に制御することができる。したがって、簡単な装置構成にもかかわらず、使用環境や使用時間などによりトナー帯電量、トナー付着量が変動した場合においても、その変動量を検出して感光体ドラム上のトナー付着量を一定に制御することができ、濃度変動がなく画像品質が安定である画像形成装置を、複雑な制御機構を必要としないため低価格で提供することが可能となる。さらに本実施形態によれば、飽和現像電位以下の現像バイアスで現像電流を読み取るため、現像バイアス電源回路の出力能力を低減することができ、装置の低価格化への効果がある。

第９の実施形態
次に本発明の第９の実施形態について説明する。図４０は第９の実施形態である画像形成装置の演算部１２３の構成を示したものである。尚、その他の構成及び印刷時の動作は第７の実施形態と同様であるのでそれらの説明は省略し、同じ部位には同じ番号を付して説明する。
演算部１２３は、非現像電流算出部１５０、トナー層電位検出部１５１、現像電流算出部１５２、トナー付着量検出部１５３、トナー帯電量検出部１５４から構成される。以下に、本実施形態における、現像装置１１０の現像ローラ１０２上のトナー付着量及びトナー帯電量の検出手順について説明する。

まず、非現像時に現像ローラ１０２に流れる電流を電流検出回路１２２により読み取る。読み取った電流値は演算部１２３内の非現像電流算出部１５０で平均化などの処理がなされ、非現像電流が求められる。非現像時とは通常の印刷動作において感光ドラム１０１上に静電潜像パターン（現像パターン）を形成しない時であり、非現像電流とは現像ローラ１０２から感光体ドラム１０１へトナーが移動しないときに現像ローラ１０２に流れる電流である。通常の印刷動作時は、感光体ドラム１０１は帯電ローラ１１１により表面が例えば電位−６００Ｖに一様に帯電されている。電流読み取り時の現像バイアス電位及び供給バイアス電位は任意であり、例えば、現像バイアス電位−１００Ｖ、供給バイアス電位−２００Ｖとすればよい。求めた非現像電流値は演算部１２３に記憶させておく。

次に、トナー層電位検出部１５１において、非現像電流算出部１５０で求めた非現像電流値から現像ローラ１０２上に形成されているトナー薄層の表面電位（トナー層電位）を検出する。図４１にトナー層電位と非現像電流の関係を示す。非現像時の電流は現像装置１１０内の電荷移動、あるいは電荷を帯びたトナー自体の移動、さらに感光体ドラム１０１の表面からの電荷移動などに起因する電界に応じて変動する値である。特に現像ローラ１０２と供給ローラ１０３の間はローラの回転に伴い、供給ローラ１０３によるトナーの掻き取りと供給が常に行なわれているので、非現像時においても電荷の移動は常に生じている。現像バイアス電位、供給バイアス電位及び感光体の帯電電位が一定のとき、現像ローラ１０２の表面と供給ローラ１０３間に生ずる電界の値は、トナー層電位により変動する。前述の通り、供給バイアス電位は現像バイアス電位に対して高い（絶対値）設定であり、トナー層電位が高く（絶対値）なると現像ローラ１０２上のトナー層の表面と供給ローラ１０３間の電界は小さくなる。したがって図４１に示すように、トナー層電位が増加すると非現像電流は低下する。このトナー層電位と非現像電流の関係をあらかじめ演算部１２３に記憶させておくことにより、求めた非現像電流値からトナー層電位を決定することができる。

トナー層電位を決定した後、現像電流算出部１５２により現像電流値を算出する。ここで、現像パターンは、特定の面積を有する濃度均一の矩形パターンとする。例えば、Ａ３型の画像形成装置の場合、幅２９０ｍｍ×長さ２０ｍｍの長方形のべた画像パターンとすればよい。現像バイアス電位は現像トナー量が飽和に達しない領域内の電位に設定して現像電流を求める。例えば、現像バイアス電位と現像電流の関係が図３７に示すような特性の画像形成装置の場合、現像バイアス電位を−１００Ｖに設定して現像電流値を求めればよい。求めた現像電流値は演算部１２３に記憶させておく。

この後、トナー付着量検出部１５３により現像ローラ１０２上のトナー付着量を検出する。トナー層電位Ｖｔｎｒは、現像ローラ上に薄層化されたトナー付着量をＭ／Ａとし、そのトナー帯電量をＱ／Ｍとするとき、以下に示す式（８）に従う。
Ｖｔｎｒ ＝ α・（Ｑ／Ｍ）／（Ｍ／Ａ）^２ （８）
すなわち、トナー層電位Ｖｔｎｒはトナー帯電量Ｑ／Ｍに比例し、トナー付着量Ｍ／Ａの２乗に反比例する。αはトナー層の誘電率などに依存する定数である。上式から、トナー層電位が一定であっても、トナー付着量及びトナー帯電量が異なる場合があることが分かる。図４２のグラフは、トナー付着量と現像電流の間の関係を３つの異なるトナー層電位Ｖｔｎｒ（−３０Ｖ、−５０Ｖ、−７０Ｖ）について示すものである。このグラフに示すように、トナー層電位Ｖｔｎｒが一定のとき、トナー付着量が増加するにつれ現像電流は低下する。このトナー付着量と現像電流の間の関係をあらかじめ演算部１２３に記憶しておき、トナー層電位検出部１５１で求めたトナー層電位と、現像電流算出部１５２で求めた現像電流値を照合することにより、トナー付着量を決定することができる。

また、トナー帯電量検出部１５４において、トナー層電位検出部１５１で求めたトナー層電位とトナー付着量検出部１５３で決定したトナー付着量とから、トナー帯電量を決定することができる。トナー層電位とトナー付着量及びトナー帯電量との関係は式（８）に示した通りであり、これをトナー層電位とトナー帯電量の間の関係として表すと図４３のグラフに示すものとなる。このグラフからトナー層電位に比例してトナー帯電量が増加する関係であることが分かる。このトナー層電位とトナー帯電量の関係から、既に求められているトナー層電位とトナー付着量に基づきトナー帯電量を算出する。

以上説明した手順により、非現像電流値と現像電流値から現像ローラ上のトナー付着量とトナー帯電量を検出することができる。トナー付着量とトナー帯電量が検出された後は、検出値に従いバイアス電位を調整して、現像トナー量が安定するように制御する。制御方法に関しては第７の実施形態と同様であり、説明は省略する。

上記の本発明の第９の実施形態の画像形成装置によれば、現像ローラ１０２に電流検出回路１２２及び演算部１２３を接続して、非現像時の電流値から現像ローラ上に形成されているトナー層電位を算出し、さらに特定パターン現像時の現像電流値を算出する構成としたことにより、算出したトナー層電位と現像電流値から現像ローラ１０２上のトナー付着量及びトナー帯電量を検出することができる。そして、検出したトナー付着量とトナー帯電量の情報に従い、現像バイアス電位及び供給バイアス電位を調整する構成としたことにより、感光体ドラムへの現像トナー量を、常に均一に制御することができる。したがって、簡単な装置構成にもかかわらず、使用環境や使用時間などによりトナー帯電量、トナー付着量が変動した場合においても、その変動量を検出して感光体ドラム上のトナー付着量を一定に制御することができ、濃度変動がなく画像品質が安定である画像形成装置を、複雑な制御機構を必要としないため低価格で提供することが可能である。さらに、本実施形態によればトナー付着量・帯電量検出のための感光体ドラムへの現像工程は１回のみであり、トナー消費を最小限に抑えられる効果がある。

第１０の実施形態
次に、本発明の画像形成装置の第１０の実施形態について説明する。図４４は第１０の実施形態である画像形成装置の構成を示すものであり、第７の実施形態の構成要素と構成及び動作が同じである要素には同じ参照番号を付している。本実施形態は、供給ローラ１０３と供給バイアス電源回路１２１の間にスイッチ回路１６０を備えた点を特徴とする。

スイッチ回路１６０はアナログスイッチ、あるいはサイリスタがスイッチング素子として動作する回路などにより構成され、供給バイアス回路１２１から供給ローラ１０３へのバイアス電位の供給をオン、オフさせる機能を持つ。尚、スイッチ回路１６０がオフのとき、供給ローラ１０３は電気的に浮いている状態（外部から電気的に絶縁された状態）となる。
図４５に演算部１２３の構成を示す。演算部１２３は、非現像電流算出部１６１、トナー層電位検出部１６２、現像電流算出部１６３、トナー付着量検出部１６４、トナー帯電量検出部１６５から構成される。尚、その他の構成と印刷時の動作は第７の実施形態と同様であるのでそれらの説明は省略する。以下に、本実施形態における、現像装置１１０の現像ローラ１０２上のトナー付着量、トナー帯電量の検出手順について説明する。

まず、スイッチ回路１６０をオフにして、非現像時に現像ローラ１０２に流れる電流を電流検出回路１２２により読み取る。スイッチ回路１６０をオンからオフに切換えるタイミングは、電流読み取りの直前まで供給ローラ１０３に供給バイアスを印加できるように、電流読み取りの開始と同期させることが望ましい。読み取った電流値は演算部１２３の非現像電流算出部１６１で平均化などの処理がなされ、非現像電流が求められる。非現像時とは感光ドラム１０１上に静電潜像パターン（現像パターン）を形成しない時であり、非現像電流とは現像ローラ１０２から感光体ドラム１０１へトナーが移動せず、該パターンが現像されないときに現像ローラ１０２に流れる電流である。感光体ドラム１０１は帯電ローラ１１１により、表面が一様に、且つ一定の電位（例えば、−６００Ｖ）になるように帯電されている。環境の変化等により帯電電位が変動する場合は、帯電ローラ１１１に印加するバイアス電位を調整することにより、帯電電位を一定に制御すればよい。電流読み取り時の現像バイアス電位は、感光体ドラム１０１の帯電電位と同バイアス電位に近い複数の電位、例えば、−５００Ｖ、−５５０Ｖ、−６００Ｖに設定する。そして、それぞれのバイアス設定電位における非現像電流値を読み取る。求めた非現像電流値はそれぞれ演算部１２３に記憶させておく。

次に、トナー層電位検出部１６２において、非現像電流算出部１６１で求めた非現像電流値から現像ローラ１０２上に形成されているトナー薄層の表面電位（トナー層電位）を検出する。図４６に現像バイアス電位と非現像電流及びトナー層電位の間の関係を示す。非現像時の電流は現像装置１１０内の電荷移動、あるいは電荷を帯びたトナー自体の移動、さらに感光体ドラム１０１の表面からの電荷移動などにより生じる。本実施形態では、スイッチ回路１６０をオフにすることにより供給ローラ１０３を電気的に浮いた状態にしているため、非現像電流読み取り時の電荷移動は、感光体ドラム１０１と現像ローラ１０２との間に限定される。スイッチ回路１６０がオフの時のトナーの移動量、すなわち非現像電流値は主に感光体ドラム１０１と現像ローラ１０２との間の電界に起因するので、感光体ドラムの表面帯電電位が現像バイアス電位とトナー層電位の和に一致するとき、非現像電流値は０になる。したがって図４６に示すように、非現像電流は現像バイアス電位が増加（絶対値）するにつれ減少する。非現像電流が０となる現像バイアス電位と帯電電位Ｖｏとの差分Ｖｔはトナー層電位に等しい。非現像電流が０となる点の現像バイアス電位は、３点の現像バイアス電位における非現像電流値から傾きを求め、補間法により算出することができる。例えば、感光体ドラムの表面電位が−６００Ｖのとき、非現像電流が０Ａになる現像バイアス電位が−５３０Ｖであると検出されれば、トナー層電位は−７０Ｖと決定できる。トナー層電位を決定した後、現像電流算出部６３において現像電流値を算出する。ここで、現像パターンは、特定の面積を有する濃度均一の矩形パターンとする。例えば、Ａ３型の画像形成装置の場合、幅２９０ｍｍ×長さ２０ｍｍの長方形のべた画像パターンとすればよい。

次に、現像バイアス電位を現像トナー量が飽和に達しない領域内の電位に設定して現像電流を求める。例えば、現像バイアス電位と現像電流の関係が図３７に示すような特性の画像形成装置の場合、現像バイアス電位を−１００Ｖに設定して、現像電流値を求めればよい。求めた現像電流値は演算部１２３に記憶させておく。この後、トナー付着量検出部１６４において現像ローラ１０２上のトナー付着量を検出する。トナー付着量は、予め演算部１２３に記憶されているトナー付着量に関する現像電流及びトナー層電位の関係に基づき、トナー層電位検出部１６２で求めたトナー層電位と現像電流算出部１６３で求めた現像電流値とを照合することにより決定することができる。その後、トナー帯電量検出部１６５によりトナー帯電量を検出する。トナー帯電量は、予め演算部１２３に記憶されているトナー層電位、トナー帯電量及びトナー付着量の間の関係に基づき、トナー層電位検出部１６２で求めたトナー層電位とトナー付着量検出部１６４トナー付着量とを照合することにより特定することができる。

以上説明した手順により、非現像電流値と現像電流値から現像ローラ上のトナー付着量とトナー帯電量を検出することができる。本実施形態では供給バイアス電源回路１２１がスイッチ回路１６０を介して供給ローラ１０２に接続される例について説明したが、供給バイアス電源回路１２１がスイッチ回路１６０を介して、さらに規制ブレード１０４にも接続される構成でも良い。供給バイアス電源回路１２１とは別に規制ブレード１０４に単独にバイアス電源回路が接続される場合には、0規制ブレード１０４にもスイッチ回路を設ければよい。トナー付着量とトナー帯電量が検出された後は、検出値に従いバイアス電位を調整して、現像トナー量が安定するように制御する。制御方法に関しては第７の実施形態と同様であり、説明は省略する。

以上説明したように、本発明の第１０の実施形態の画像形成装置によれば、現像ローラ１０２に電流検出回路１２２及び演算部１２３を接続し、さらに供給バイアス電源回路１２１と供給ローラ１０３の間にスイッチ回路１６０を備え、スイッチ回路１６０がオフの時の非現像時の電流値から現像ローラ上に形成されているトナー層電位を算出し、さらに特定パターン現像時の現像電流値を算出する構成としたことにより、算出したトナー層電位と現像電流値から現像ローラ１０２上のトナー付着量及びトナー帯電量を検出することができる。
そして、検出したトナー付着量とトナー帯電量の情報に従い、現像バイアス電位及び供給バイアス電位を調整する構成としたことにより、感光体ドラムへの現像トナー量を、常に均一に制御することができる。したがって、簡単な装置構成にもかかわらず、使用環境や使用時間などによりトナー帯電量、トナー付着量が変動した場合においても、その変動量を検出して感光体ドラム上のトナー付着量を一定に制御することができ、濃度変動がなく画像品質が安定である画像形成装置を、複雑な制御機構を必要としないため低価格で提供することが可能である。

さらに、本実施形態によれば、トナー付着量・帯電量検出のための現像工程は１回のみであり、トナー消費を最小限に抑えられる効果がある。また、本実施形態では感光体ドラムの表面電位と非現像電流が０となる点の現像バイアス値との差分がトナー層電位に一致することを利用し、トナー層電位の絶対値を検出するものであるので検出精度向上の効果が期待できる。

第１１の実施形態
次に本発明の画像形成装置の第１１の実施形態について説明する。図４７は第１１の実施形態である画像形成装置の構成を示すものであり、同図において、第７の実施形態における構成要素と構成及び動作が同じである要素には同じ参照番号を付している。本実施形態は、演算部１２３に接続されている電流検出回路１７０を供給バイアス電源回路１２１に接続した点を特徴とするものである。
図４８に演算部１２３の構成を示す。演算部１２３は、非現像時供給電流算出部１７１、トナー層電位検出部１７２、現像電流検出部１７３、トナー付着量検出部１７４、トナー帯電量検出部１７５により構成される。その他の構成及び印刷時の動作は第７の実施形態と同様であり説明を省略し、以下に、本実施形態における、現像装置１１０の現像ローラ１０２上のトナー付着量、トナー帯電量の検出手順について説明する。

まず、非現像時に供給ローラ１０３に流れる電流を電流検出回路１７０により読み取る。読み取った供給電流値は演算部１２３の非現像時供給電流算出部１７１で平均化などの処理がなされ、非現像時の供給電流が求められる。非現像時とは感光ドラム１上に静電潜像パターン（現像パターン）を形成しない時であり、非現像時供給電流とは現像ローラ１０２から感光体ドラム１０１へトナーが移動しないときに、供給ローラ１０３に流れる電流である。感光体ドラム１０１は帯電ローラ１１１により表面が一様に、且つ一定の電位（例えば−６００Ｖ）に帯電されている。電流読み取り時の供給バイアス電位は、現像バイアス電位との差分が互いに異なる複数の電位に設定する。例えば、現像バイアス電位を−１００Ｖに固定し、現像バイアス電位との差分が−１００Ｖ、−５０Ｖ、０Ｖとなるように、供給バイアス電位を−２００Ｖ、−１５０Ｖ、−１００Ｖに設定する。そして、それぞれのバイアス設定電位における非現像時の供給電流値を読み取る。求めた非現像時供給電流値はそれぞれ演算部１２３に記憶させておく。

次に、トナー層電位検出部１７２において、非現像時供給電流算出部１７１で求めた非現像時供給電流値から現像ローラ１０２上に形成されているトナー薄層の表面電位（トナー層電位）を検出する。図４９に供給バイアス電位と現像バイアス電位との差分、非現像時供給電流、及びトナー層電位の間の関係を示す。非現像時の供給電流は、主に供給ローラ１０３と現像ローラ１０２間における電荷、あるいは電荷を帯びたトナーの移動により生じる。非現像時においては、現像による現像ローラ上のトナー消費が無いため、供給ローラ１０３の掻き取りと供給によるトナーの移動量は一定となる。このとき電荷の移動量、すなわち供給電流値は供給ローラ１０３と現像ローラ２間との間の電界に応じて変動する。供給バイアス電位が現像バイアス電位とトナー層電位との和に一致するとき、供給電流値は０になる。したがって図４９のグラフに示すように、非現像時の供給電流は供給バイアス電位と現像バイアス電位の差分に比例する。非現像時供給電流が０となる点の供給バイアス電位と現像バイアス電位との差分の値はトナー層電位Ｖｔに等しい。非現像電流が０となる現像バイアス電位は、前述の通り、例えば３点の供給バイアス電位と現像バイアス電位における非現像時供給電流値から傾きを求めて補間法により算出すればよい。例えば、非現像時供給電流が０Ａとなる供給バイアス電位と現像バイアス電位との差分が−６０Ｖであると算出されれば、トナー層電位は−６０Ｖと決定される。

トナー層電位を決定した後、現像電流算出部１７３において現像電流値を算出する。ここで、現像パターンは、特定の面積を有する濃度均一の矩形パターンとする。例えば、Ａ３型の画像形成装置の場合、幅２９０ｍｍ×長さ２０ｍｍの長方形のべた画像パターンとすればよい。現像バイアス電位は現像トナー量が飽和に達しない領域内の電位に設定して現像電流を求める。例えば、現像バイアス電位と現像電流の関係が図３７に示すような特性の画像形成装置の場合、現像バイアス電位を−１００Ｖに設定し、現像電流値を求めればよい。求めた現像電流値は演算部２３に記憶させておく。この後、トナー付着量検出部１７４において現像ローラ１０２上のトナー付着量を検出する。トナー付着量は、予め演算部１２３に記憶されているトナー付着量に対する現像電流及びトナー層電位との関係に基づき、トナー層電位検出部７２で求めたトナー層電位と、現像電流算出部１７３で求めた現像電流値とを照合することにより決定する。
そして、トナー帯電量検出部１７５において、トナー帯電量を検出する。トナー帯電量は、予め演算部１２３に記憶されているトナー層電位とトナー帯電量及びトナー付着量との関係に基づき、トナー層電位検出部１７２で求めたトナー層電位とトナー付着量検出部１７４で求めたトナー付着量とを照合することにより決定することができる。

以上説明した手順により、非現像時の供給電流値と現像電流値から現像ローラ上のトナー付着量とトナー帯電量を検出することができる。トナー付着量とトナー帯電量が検出された後は、検出値に従いバイアス電位を調整して、現像トナー量が安定するように制御する。制御方法に関しては第７の実施形態と同様であり、説明は省略する。

上記の本発明の第１１の実施形態の画像形成装置によれば、現像ローラ１０２に電流検出回路１２２及び演算部１２３を接続し、さらに供給ローラ１０３にも電流検出回路１７０及び演算部１２３を接続して、非現像時の供給電流値から現像ローラ上に形成されているトナー層電位を算出し、特定パターン現像時の現像電流値を算出する構成としたことにより算出したトナー層電位と現像電流値から現像ローラ１０２上のトナー付着量及びトナー帯電量を検出することができる。
そして、検出したトナー付着量とトナー帯電量の情報に従い、現像バイアス電位及び供給バイアス電位を調整する構成としたことにより、感光体ドラムへの現像トナー量を、常に均一に制御することができる。したがって、簡単な装置構成にもかかわらず、使用環境や使用時間などによりトナー帯電量、トナー付着量が変動した場合においても、その変動量を検出して感光体ドラム上のトナー付着量を一定に制御することができ、濃度変動がなく画像品質が安定である画像形成装置を、複雑な制御機構を必要としないため低価格で提供することが可能である。

さらに、本実施形態によればトナー付着量・帯電量検出のための感光体ドラムへの現像工程は１回のみであり、トナー消費を最小限に抑えられる効果がある。また、本実施形態では非現像時の供給電流が０となる点の供給バイアス電位と現像バイアス電位との差分がトナー層電位と一致することを利用し、トナー層電位の絶対値を検出するものであるので、感光体ドラムの表面電位制御の精度に影響されることがなく、検出精度がより向上する効果が期待できる。

本発明の画像形成装置の第１の実施形態の要部構成を示す図である。 第１の実施形態の画像形成装置の動作を説明するフローチャートである。 第１の実施形態の画像形成装置の動作を説明するタイミングチャートである。 現像バイアス電圧と現像効率の関係を示すグラフである。 トナー帯電量とトナー付着量との関係を種々の値の現像電流について示すグラフである。 トナー帯電量とトナー付着量の積が同じであるケースをそれらの割合に応じて複数のクラスにクラス分けしたテーブルを示す図である。 現像バイアス電圧と現像効率との関係を、各クラスについて示すグラフである。 各クラスのトナー層電位を示したグラフである。 トナー付着量と現像電流との関係を示すグラフである。 本発明の画像形成装置の第２の実施形態の画像形成装置の動作を説明するフローチャートである。 トナー帯電量とトナー付着量の積が異なる３種類のケースＡ、Ｂ、Ｃのそれぞれについて、複数のクラスにクラス分けしたテーブルを示す図である。 現像バイアス電圧と現像効率との関係を、各クラスについて示したグラフである。 本発明の画像形成装置の第３の実施形態の画像形成装置の動作を説明するフローチャートである。 第３の実施形態の画像形成装置の動作を説明する波形図である。 本発明の画像形成装置の第４の実施形態の動作を説明するフローチャートである。 トナー帯電量とトナー付着量の積の大きさが異なるケースＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれを５つのクラスにクラス分けしたテーブルを示す図である。 現像バイアス電圧及び供給バイアス電圧を、図１６のテーブルの各クラスについて格納したテーブルを示す図である。 供給バイアス電圧と現像バイアス電圧との差分と、トナー付着量との間の関係を示すグラフである。 第４の実施形態で設定される、現像バイアス電圧とトナー帯電量とトナー付着量の二乗との間の関係を示すグラフである。 本発明の画像形成装置の第５の実施形態の動作を説明するフローチャートである。 第５の実施形態の画像形成装置で使用するトナー帯電量とトナー付着量の積の値が異なる複数のケースＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを格納したテーブルを示す図である。 第５の実施形態の画像形成装置において供給バイアス電圧の補正に使用するテーブルを示す図である。 第５の実施形態の画像形成装置で使用するトナー帯電量とトナー付着量の組合せのテーブルを示す図である。 第５の実施形態の画像形成装置において、現像バイアス電圧及び供給バイアス電圧の補正に使用するテーブルを示す図である。 本発明の画像形成装置の第６の実施形態における電流測定用潜像パターンの形状を示す図である。 図２５の電流測定用潜像パターンを現像する際に流れる現像電流の波形を示す図である。 本発明の画像形成装置の第７の実施形態の要部構成を示す図である。 第７の実施形態の現像装置の構成を示す図である。 第７の実施形態の現像装置の演算部の内部構成を示す図である。 第７の実施形態における、現像バイアス電位を飽和現像電位以上に設定した場合の、現像電流と、トナー付着量とトナー帯電量の積との間の関係を示すグラフである。 第７の実施形態における、トナー付着量とトナー帯電量の積と、現像トナー量が飽和に達する最小現像バイアス電位（飽和現像電位）の間の関係を示すグラフである。 第７の実施形態における、２回目の現像電流読取り時の現像バイアス電位を飽和現像電位に設定したときの、トナー付着量と現像トナー量の間の関係を示すグラフである。 第７の実施形態における、２回目の現像電流読取り時に形成される現像パターン面積と、トナー付着量とトナー帯電量の積との間の関係を示すグラフである。 第７の実施形態における、２回目の現像電流読取り時に流れる現像電流の値とトナー付着量の間の関係を示すグラフである。 第７の実施形態における、トナー付着量と、供給バイアス電位ＳＢと現像バイアス電位ＤＢの差分ＳＢ−ＤＢの間の関係を示すグラフである。 本発明の第８の実施形態である画像形成装置における演算部の構成を示す図である。 第８の実施形態における、現像ローラ上のトナー付着量が一定のときの、現像バイアス電位と現像電流の間の関係を示すグラフである。 第８の実施形態における、現像バイアス電位に関する現像電流の勾配の変化を示すグラフである。 第８の実施形態における、現像バイアス電位が一定のときのトナー帯電量と現像電流の間の関係を示すグラフである。 本発明の第９の実施形態である画像形成装置における演算部の構成を示す図である。 第９の実施形態における、トナー層電位と非現像電流の関係を示すグラフである。 第９の実施形態における、トナー付着量と現像電流の間の関係を示すグラフである。 第９の実施形態における、トナー層電位とトナー帯電量の間の関係を示すグラフである。 本発明の画像形成装置の第１０の実施形態の要部構成を示す図である。 第１０の実施形態の現像装置の演算部の内部構成を示す図である。 第１０の実施形態における、現像バイアス電位、非現像電流及びトナー層電位の間の関係を示すグラフである。 本発明の画像形成装置の第１１の実施形態の要部構成を示す図である。 第１１の実施形態の現像装置の演算部の内部構成を示す図である。 第１１の実施形態における、供給バイアス電位と現像バイアス電位の差分、非現像時供給電流、及びトナー層電位の間の関係を示すグラフである。 従来の画像形成装置の要部構成を示す図である。 画像形成装置において、トナー帯電量を一定とし、現像ローラ上のトナー付着量を変えたときの現像トナー量の変化特性を示すグラフである。 画像形成装置において、トナー付着量を一定とし、トナー帯電量を変えたときの現像トナー量の変化特性を示すグラフである。

符号の説明

１，１０１ 感光体ドラム、 １０，１１０ 現像装置、 １１，１０２ 現像ローラ、 １２，１０３ 供給ローラ、 １３，１０４ 規制ブレード、 １４，１０６ 筐体、 １５，１２０ 現像バイアス電源、 １６，１２２，１７０ 電流検出回路、 １７，１２１ 供給バイアス電源、 １１１ 帯電ローラ、 １１２ 露光ヘッド、 １１３ 転写ローラ、 １１４ クリーニングブレード、 １１５ 定着器、 １１６ 記録用紙（転写ベルト）、 １２３ 演算部、 １２４ 電源制御部。

Claims (17)

1. トナーの薄層が形成されるトナー担持体と、
   前記トナー担持体に現像バイアス電位を印加する現像バイアス電源部と、
   非現像時に前記トナー担持体から前記トナーが移動せずトナー像が形成されず、現像時に前記トナー担持体から前記トナーが移動してトナー像が形成されるトナー像担持体と、
   前記トナー担持体に流れるトナー担持体電流を検出する電流検出部と、
   前記トナー担持体上に保持された前記トナーのトナー付着量とトナー帯電量とを決定する決定部と
   を有し、
   前記決定部は、
   前記トナー像担持体上に静電潜像パターンを形成しないときである前記非現像時に前記トナー担持体に流れる非現像電流を前記電流検出部の検出値から算出する非現像電流算出部と、
   前記非現像電流からトナー層電位を算出するトナー層電位算出部と、
   前記トナー像担持体上に静電潜像パターンを形成するときである前記現像時に前記トナー担持体に流れる現像電流を前記電流検出部の検出値から算出する現像電流算出部と、
   前記トナー層電位ごとに、前記トナー付着量と前記現像電流の間の関係をあらかじめ記憶しておき、前記現像電流と前記トナー層電位とから前記トナー付着量を決定するトナー付着量決定部と、
   前記トナー付着量と前記トナー層電位とから前記トナー帯電量を算出するトナー帯電量算出部と
   を含むことを特徴とする現像装置。
2. トナーの薄層が形成されるトナー担持体と、
   前記トナー担持体に現像バイアス電位を印加する現像バイアス電源部と、
   前記現像バイアス電位を制御する電源制御部と、
   前記トナー担持体からトナーが移動してトナー像が形成されるトナー像担持体と、
   前記トナー担持体から前記トナー像担持体へのトナーの移動により前記トナー担持体に流れるトナー担持体電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部で検出された複数の電流に基づいて、前記トナー担持体に保持された前記トナーのトナー付着量とトナー帯電量とを決定する決定部と
   を有し、
   前記決定部は、
   前記トナー帯電量と前記トナー付着量の積に対応する電流値ランク毎における、前記トナー付着量と前記トナー帯電量との関係を示す第１のテーブルと、
   前記電流値ランク毎における、前記現像バイアス電位と、前記トナー担持体に付着しているトナーの何％が前記トナー像担持体へ移動したかを示す現像効率との関係を示す第２のテーブルと、
   前記現像効率と比例関係にある現像電流の値と、前記電流値ランクに対応する前記トナー付着量との関係を示す第３のテーブルと
   を記憶する記憶部を含み、
   前記決定部は、
   前記現像バイアス電源部が前記トナー担持体の現像効率を第１の値とする第１の現像バイアス電位を前記第２のテーブルを参照して求め、該第１の現像バイアス電位を前記トナー担持体に印加したときに前記電流検出部が検出する前記トナー担持体電流である第１の現像電流を取得し、
   前記現像バイアス電源部が前記トナー担持体の現像効率を前記第１の値と異なる第２の値とする第２の現像バイアス電位を前記第２のテーブルを参照して求め、該第２の現像バイアス電位を前記トナー担持体に印加したときに前記電流検出部が検出する前記トナー担持体電流である第２の現像電流を取得し、
   前記第１の現像電流及び前記第２の現像電流のそれぞれにおける前記トナー付着量を、前記第３のテーブルを参照して決定し、
   前記決定されたトナー付着量のそれぞれにおける前記トナー帯電量を前記第１のテーブルを参照して決定する
   ことを特徴とする現像装置。
3. 請求項２において、
   前記現像効率を示す前記第１の値は、１００％であり、
   前記現像効率を示す前記第２の値は、５０％以上１００％未満の値である
   ことを特徴とする現像装置。
4. 請求項２または３において、
   前記第１の現像電流を検出するために前記トナー担持体に印加する前記現像バイアス電位の絶対値は、前記第２の現像電流を検出するために前記トナー担持体に印加する前記現像バイアス電位の絶対値より大きいことを特徴とする現像装置。
5. 請求項３において、
   前記電流検出部は、前記トナー担持体から前記トナー像担持体へトナーが移動する現像時の電流と、トナーが移動しない非現像時の電流との差分を算出することを特徴とする現像装置。
6. 請求項３において、
   前記トナー担持体に前記トナーの薄層を形成するためのトナーを供給するトナー供給体と、
   前記トナー供給体に供給バイアス電位を印加するトナー供給体電源と
   を有し、
   前記電流検出部は、前記トナー供給体に印加する電位の絶対値を、前記トナー担持体に印加する現像バイアス電位と前記トナー担持体に形成されるトナー層電位との和の絶対値より大きく設定することを特徴とする現像装置。
7. 請求項３において、
   前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給体と、
   前記トナー供給体に供給バイアス電位を印加するトナー供給体電源と
   を有し、
   前記決定部で決定された前記トナー付着量と前記トナー帯電量に基づき、前記トナー担持体に印加する電位と前記トナー像担持体に印加する電位の少なくとも一方を補正する
   ことを特徴とする現像装置。
8. 請求項３において、
   前記トナー担持体に前記トナーの薄層を形成するためのトナーを供給するトナー供給体と、
   前記トナー供給体に供給バイアス電位を印加するトナー供給体電源と
   を有し、
   前記電流検出部は、検出された前記トナー担持体電流に基づき前記トナー供給体に印加する電位について第１の補正を行い、該第１の補正が行われた電位を印加したのちに検出された電流に基づき前記トナー供給体に印加する電位について第２の補正を行う
   ことを特徴とする現像装置。
9. 請求項８において、
   前記電流検出部は、前記トナー供給体に印加する現像バイアス電位と前記トナー担持体に印加する供給バイアス電位との差分に基づき前記第１の補正を行うことを特徴とする現像装置。
10. 請求項７において、
    前記決定部は、前記決定部で決定された前記トナー付着量と前記トナー帯電量の２乗との積に基づき、前記トナー担持体に印加する電位と前記トナー像担持体に印加する電位の少なくとも一方を補正することを特徴とする現像装置。
11. 請求項３において、
    露光部によって、前記トナー像担持体表面に前記トナー像担持体の軸方向と所定の角度をなして伸びる平行四辺形の形状のトナー像を形成するための静電潜像を形成したときに、前記電流検出部は、前記静電潜像上にトナーが移動する現像時の電流を検出する
    ことを特徴とする現像装置。
12. 請求項１１において、
    前記電流検出部で検出された複数回の電流に基づき、前記トナー付着量と前記トナー帯電量の少なくとも一方の前記トナー像担持体の軸方向におけるばらつきを検出するばらつき検出部を有し、
    検出された前記ばらつき情報を、前記静電潜像を形成するための前記露光部の発光強度を制御するための制御情報として使用する
    ことを特徴とする現像装置。
13. 請求項３において、
    前記電流検出部で検出された複数回の電流に基づき、電流勾配を算出する勾配算出部を有し、
    前記決定部は、前記勾配算出部で算出された電流勾配に基づき、前記トナー付着量と前記トナー帯電量の少なくとも一方を決定することを特徴とする現像装置。
14. 請求項５において、
    前記トナー担持体に前記トナーの薄層を形成するためのトナーを供給するトナー供給体と、
    前記トナー供給体に供給バイアス電位を印加するトナー供給体電源と、
    前記トナー供給体電源からの前記供給バイアス電位をオン又はオフにするスイッチとを有し、
    前記トナー層電位の前記算出は、前記スイッチをオフにしたときの前記非現像電流から算出する
    ことを特徴とする現像装置。
15. 請求項３において、
    前記電流部で検出される複数の電流とは、現像時の電流と非現像時の電流であることを特徴とする現像装置。
16. 請求項１から１５までのいずれか１項に記載の現像装置を含むプロセスカートリッジ。
17. 請求項１から１５までのいずれか１項に記載の現像装置または請求項１６に記載のプロセスカートリッジを有する画像形成装置。

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