JP7419870B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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、同一色で同一種類のトナーを複数の現像装置に充填して画像形成を行う画像形成装置に関するものである。

電子写真プロセスを用いた従来の画像形成装置においては、帯電装置により均一に帯電された感光体ドラム等の像担持体上に露光装置からレーザー照射を行うことにより静電潜像を形成し、現像装置により静電潜像にトナーを付着させてトナー像とした後、トナー像を用紙（記録媒体）上に転写し、定着処理を行う画像形成プロセスが実行される。

このような画像形成装置では、通常、モノクロ画像の形成を行う画像形成装置では黒色のトナーを現像する現像装置が、カラー画像の形成を行う画像形成装置では、複数色（例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナーを現像する現像装置が、それぞれ１個ずつ装着される。

一方、特許文献１には、同色のトナーを収容する複数個の現像ユニットが着脱可能に装着され、各現像ユニットの属性情報と、印刷データに基づいて把握される、画像形成の対象である画像の種類とに基づいて、当該画像の形成に使用する現像ユニットを選択する画像形成装置が開示されている。特許文献１の画像形成装置では、形成する画像の種類に応じた適切な画質での画像形成を行うことを目的としている。

ところで、従来の画像形成装置では、画像中に白点が発生したり、筋状やピッチ状の画像濃度ムラが発生したりすることがあった。これらの不具合は、部品の公差や部分的な品質低下等によって発生するものもあり完全に解消することはできず、高品質の画像を得ることが困難であった。

特開２００５－３５２４０９号公報

上記の不具合の解消方法として、現像装置に２本の現像ローラーを搭載したり、同一色の現像装置を複数搭載したりする試みがなされている。即ち、或る１つの現像装置や現像ローラーが白点の発生や画像濃ムラの発生原因を持っていても、同一色の他の現像装置や、現像装置内の他の現像ローラーを使用することで、白点や画像濃度ムラを目立たなくすることが可能となる。

しかし、同一色のトナー像を複数回重ね合わせて所望の画像を形成する際に、異常のある現像装置を含む画像形成部によって形成された画像が大きく毀損している場合、その毀損部分を解消できないことがある。特に、かぶりやキャリア現像が発生している現像装置があれば、その不具合を解消することは困難である。その場合、異常のある画像形成部の使用を中止し、他の画像形成部を使用して画像を形成することが好ましい。但し、同一色のトナーを用いて現像を行うため、どの画像形成部で異常が発生しているかを容易に確認することができないという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、同一色で同一種類のトナーが充填された現像装置を含む複数の画像形成部を用いて画像形成を行う場合に、異常の発生している画像形成部を容易に且つ精度よく検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、複数の画像形成部と、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。画像形成部は、表面に感光層が形成された像担持体と、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装置と、を有し、同一色のトナー像を重ね合わせて画像を形成する。複数の画像形成部は、同一色で同一種類のトナーを含む現像剤を使用し、それぞれ画像濃度を均等に分割するように略同一の現像条件が設定されている。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って検出された像担持体の非露光部に流れる現像電流の直流成分である白地部電流Ｉ１、および像担持体の露光部に流れる現像電流の直流成分である画像部電流Ｉ２の少なくとも一方に基づいてそれぞれの画像形成部の異常の有無を検出する。制御部は、いずれかの画像形成部に異常が検出された場合は当該画像形成部を使用不可とし、使用可能な画像形成部に画像濃度を均等に分割するように現像条件を再設定する。

本発明の第１の構成によれば、同一色で同一種類のトナーが充填された現像装置を含む複数の画像形成部それぞれに画像濃度を均等に分割するように略同一の現像条件が設定された画像形成装置において、画像形成時に電流検出部によって検出された像担持体の非露光部に流れる現像電流の直流成分である白地部電流Ｉ１、および像担持体の露光部に流れる現像電流の直流成分である画像部電流Ｉ２の少なくとも一方に基づいて、画像形成部の異常を容易に且つ精度よく検出することができる。そして、検出結果に基づいて画像形成部の使用の可否を判定し、使用可能な画像形成部それぞれに画像濃度を均等に分割するように現像条件を再設定することにより、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 画像形成部Ｐａの構成および制御経路を示す図 本実施形態の画像形成装置１００における画像形成部Ｐａ～Ｐｄの異常検出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（ここではモノクロプリンター）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、同一色（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、同一色の可視像（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、さらにベルト駆動モーター（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、それぞれブラック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。これらの画像は、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、ベルト駆動モーター（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上のトナー像が転写紙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、所定のモノクロ画像が形成される。モノクロ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、画像形成部１ｄの下流側であって中間転写ベルト８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。本実施形態では、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（磁性キャリアに対するトナーの重量比）を６％としている。

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。本実施形態では、感光体ドラム１ａに対する現像ローラー３１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。本実施形態では、ローレット加工およびブラス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、現像ローラー３１による現像剤搬送量を２５０～３００ｇ／ｍ²としている。

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。本実施形態では、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Ｖｄｃおよび交流電圧Ｖａｃからなる現像電圧が印加される。現像電圧としては、例えば直流電圧Ｖｄｃに、周波数５ｋＨｚ、Ｖｐｐ＝１１００Ｖ、Ｄｕｔｙ＝５０％の矩形波の交流電圧Ｖａｃを重畳した電圧が用いられる。

図３は、現像装置３ａを含む画像形成部Ｐａの構成および制御経路を示す図である。以下の説明では画像形成部Ｐａの構成および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。

本実施形態の画像形成装置１００では、同一色のトナーが充填された４つの現像装置３ａ～３ｄが搭載されており、画像を目標濃度で形成するために必要なトナー量をそれぞれの現像装置３ａ～３ｄに振り分けして現像を行う。即ち、画像を目標濃度で形成するためのトナー現像量としてＡだけ必要であり、４つの現像装置３ａ～３ｄを用いて現像を行う場合は、各現像装置３ａ～３ｄにＡ／４ずつトナー現像量を振り分けて現像を行う。

同一色で同一種類のトナーが充填された複数（ここでは４つ）の現像装置３ａ～３ｄを備えた現像方式は、高印字率の画像が継続する頻度が高い場合に有効である。印字率が高いと現像ローラー３１の軸方向において画像濃度に差が生じ易いため、どうしても１つの現像装置では均一性の再現は難しくなる。そこで、複数の現像装置３ａ～３ｄでハーフトーン画像を重ねることで、均一性の再現が可能となる。また、場合によっては４つの現像装置３ａ～３ｄのうち２つ（例えば現像装置３ｂ、３ｄ）の攪拌部での現像剤の搬送方向を逆向きに設定することで、現像ローラー３１の軸方向における画像の均一性をより向上させることが可能となる。

前述したように、同一色のトナー像を複数回重ね合わせて画像形成を行う方式において、現像装置３ａ～３ｄのいずれかに異常が発生した場合、異常のある現像装置３ａ～３ｄを含む画像形成部Ｐａ～Ｐｄの使用を中止し、他の画像形成部Ｐａ～Ｐｄを使用して画像を形成することが好ましい。また、異常のあった現像装置３ａ～３ｄが、停止状態の継続、或いは不使用中にエージング動作やトナーの強制吐出動作を実行することで異常が回復する場合がある。この場合、不使用であった画像形成部Ｐａ～Ｐｄを復帰させる必要がある。

上記のような画像形成部Ｐａ～Ｐｄの停止や復帰を決定するためには、どの画像形成部Ｐａ～Ｐｄで異常が発生しているか、或いは異常が解消したかを検出する必要がある。しかしながら、同一色のトナーが充填された現像装置３ａ～３ｄを含む画像形成部Ｐａ～Ｐｄを用いて画像形成を行う場合、画像形成部Ｐａ～Ｐｄの異常の発生や回復を容易に検出することができない。

そこで、本実施形態の画像形成装置１００では、画像形成時に各現像装置３ａ～３ｄの現像ローラー３１と感光体ドラム１ａ～１ｄとの間に流れる現像電流の直流成分を測定し、測定された現像電流の直流成分に基づいて異常のある画像形成部Ｐａ～Ｐｄを検出する。以下、異常のある画像形成部Ｐａ～Ｐｄの検出方法について説明する。

図４は、本発明の画像形成装置１００における画像形成部Ｐａ～Ｐｄの異常検出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を参照しながら、図４のステップに沿って画像形成部Ｐａ～Ｐｄの異常検出手順について詳細に説明する。

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）動作可能な画像形成部Ｐａ～Ｐｄで画像濃度を分割するように現像条件を設定する（ステップＳ２）。画像形成装置１００の使用初期においては４つの画像形成部Ｐａ～Ｐｄの全てが正常であるため、画像濃度を４等分するように各現像装置３ａ～３ｄの現像条件（現像電位差Ｖｄｃ－ＶＬ）を設定する。

例えば、目標濃度（ＩＤ；イメージデンシティ）＝０．８である場合、目標濃度を４等分（ＩＤ＝０．２）するために必要な現像電位差Ｖｄｃ－ＶＬを設定する。本実施形態では、４つの画像形成部Ｐａ～Ｐｄの全てを使用する場合は現像電圧の直流電圧Ｖｄｃ＝２５０Ｖ、表面電位Ｖ０＝３５０Ｖとする。そして、設定された現像条件で印字を実行する（ステップＳ３）。

次に、主制御部８０は白地部（非露光部）に流れる現像電流の直流成分（白地部電流Ｉ１）、および画像部（露光部）に流れる現像電流の直流成分（画像部電流Ｉ２）を電流検出部４４により現像装置３ａ～３ｄ毎に検出する（ステップＳ４）。現像電流は、感光体ドラム１ａ～１ｄと現像ローラー３１との間のトナーの移動によって流れる電流であり、２～５μＡ程度である。

画像濃度（トナー現像量）は各現像装置３ａ～３ｄで等分されているので、トナー移動によって流れる現像電流も各現像装置３ａ～３ｄでほぼ同一になる。白地部（画像の前後の余白部分や紙間部分）では、現像領域に存在するトナーは感光体ドラム１ａ～１ｄ側から現像ローラー３１側へ移動する。このとき、表面電位や露光に不具合があれば、白地部電流Ｉ１に変化が生じる。画像部では、トナーは現像ローラー３１から感光体ドラム１ａ～１ｄ側へ移動する。このとき、静電潜像や現像装置３ａ～３ｄに不具合があると、画像部電流Ｉ２に変化が生じる。

そのため、現像装置３ａ～３ｄの白地部電流Ｉ１および画像部電流Ｉ２を測定し、大きく乖離しているものがあれば、その現像装置３ａ～３ｄを含む画像形成部Ｐａ～Ｐｄに不具合が発生しているものと予測できる。例えば、画像部電流Ｉ２が流れ過ぎている場合は画像に黒帯等が発生しており、画像部電流Ｉ２が過少である場合は画像に白帯等が発生している可能性がある。

次に、主制御部８０は白地部電流Ｉ１と目標値との差分ΔＩ１、画像部電流Ｉ２と目標値との差分ΔＩ２を算出する（ステップＳ５）。白地部電流Ｉ１および画像部電流Ｉ２の目標値は、予め記憶部７０に記憶された、印字率と現像電流との関係から予測される電流値を用いることができる。印字率と現像電流との関係を図５に示す。

或いは、所定の印字枚数に到達する毎に一定の印字率の基準パターンを現像し、現像時に流れる白地部電流と画像部電流を測定して記憶部７０に記憶しておく。これにより、白地部電流および画像部電流の時間的推移を取得することができる。そして、時間的推移から予測される白地部電流および画像部電流の予測値を、実際に形成される画像の印字率に換算して目標値とすることもできる。

次に、主制御部８０は、ステップＳ４で算出されたΔＩ１、ΔＩ２が、ΔＩ１＞ＡまたはΔＩ２＞Ｂであるか否かを判定する（ステップＳ６）。Ａ、Ｂは、それぞれΔＩ１、ΔＩ２の上限値である。Ａ、Ｂは、例えば目標値の３０％に設定することができる。主制御部８０は、白地部電流Ｉ１、画像部電流Ｉ２のいずれか一方が目標値よりも３０％以上乖離している場合、即ち、画像形成部Ｐａ～ＰｄのうちΔＩ１＞ＡまたはΔＩ２＞Ｂであるものは異常ありと判定する。

主制御部８０は、いずれかの画像形成部Ｐａ～ＰｄでΔＩ１＞ＡまたはΔＩ２＞Ｂである場合は（ステップＳ６でＹｅｓ）、画像形成部Ｐａ～Ｐｄの３つ以上で異常ありか否かを判定する（ステップＳ７）。画像形成部Ｐａ～Ｐｄの２つ以下で異常がある場合は（ステップＳ７でＮｏ）、ΔＩ１＞ＡまたはΔＩ２＞Ｂである画像形成部Ｐａ～Ｐｄの使用を禁止する（ステップＳ８）。

次に、主制御部８０は、現時点で動作可能な画像形成部Ｐａ～Ｐｄで画像濃度を分割するように現像条件を設定する（ステップＳ９）。例えば、目標濃度のＩＤ＝０．８であり、現像装置３ａでΔＩ１＞ＡまたはΔＩ２＞Ｂであった場合、画像形成部Ｐａの使用を禁止し、残りの画像形成部Ｐｂ～Ｐｄで画像濃度を３分割するように目標濃度をそれぞれＩＤ＝０．２７に変更する。そして、現像装置３ｂ～３ｄの現像条件を再設定する。再設定の方法としては、ＩＤ＝０．２７とするのに必要な現像電位差Ｖｄｃ－ＶＬを計算で変更する方法、キャリブレーションを行いＶｄｃ－ＶＬを再設定する方法が挙げられる。本実施形態では、現像装置３ａ～３ｄのうち３つを使用する場合は現像電圧の直流電圧Ｖｄｃ＝３００Ｖ、表面電位Ｖ０＝４００Ｖとする。

一方、ステップＳ６で、全ての画像形成部Ｐａ～ＰｄでΔＩ１≦ＡおよびΔＩ２≦Ｂである場合は（ステップＳ６でＮｏ）、動作可能な４つの画像形成部Ｐａ～Ｐｄで画像濃度を４分割するように現像条件を設定する（ステップＳ９）。

例えば、ステップＳ２で予め画像濃度を４等分するように各画像形成部Ｐａ～Ｐｄの現像条件を設定していた場合は、現像条件の再設定を行う必要はない。前回の印字において画像形成部Ｐａが異常ありと判定され、画像濃度を３等分するように各画像形成部Ｐｂ～Ｐｄの現像条件を設定していた場合は、回復動作によって使用可能となった画像形成部Ｐａを含む４つの画像形成部Ｐａ～Ｐｄで画像濃度を４等分するために必要な現像電位差Ｖｄｃ－ＶＬを計算で変更するか、或いは目標濃度を変更してキャリブレーションを行いＶｄｃ－ＶＬを再設定する。

その後、主制御部８０は使用不可である画像形成部Ｐａ～Ｐｄが存在する場合は、その画像形成部Ｐａ～Ｐｄの回復動作を実行する（ステップＳ１０）。例えば、画像形成部Ｐａが使用不可である場合、現像装置３ａは何らかの理由で白地部電流Ｉ１または画像部電流Ｉ２が他の現像装置３ｂ～３ｄに比べて大きく（もしくは小さく）なっていると推定される。白地部電流Ｉ１または画像部電流Ｉ２の変化の理由によっては、所定の回復動作を実行することで解消するもの、回復動作を実行しても解消しないものに分けることができる。

そこで、白地部電流Ｉ１または画像部電流Ｉ２の変化に応じた回復動作を実行し、次回の画像形成時に白地部電流Ｉ１、画像部電流Ｉ２を検出することで、異常ありと判定された画像形成部Ｐａが回復しているかどうかを判定することができる。

回復動作の具体例としては、白地部電流Ｉ１が一定値以上低い（または高い）場合、即ち白地部電流Ｉ１が所定範囲外である場合は、感光体ドラム１ａの表面電位の低下若しくは上昇が考えられる。そこで、感光体ドラム１ａのリフレッシュ（研磨）動作を行う。

一方、画像部電流Ｉ２が一定値以上低い（または高い）場合、即ち画像部電流Ｉ２が所定範囲外である場合は、現像装置３ａ内のトナー帯電量の上昇若しくは低下が考えられる。そこで、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上のトナーを感光体ドラム１ａ～１ｄ上に移動（強制吐出）させる。その後、トナーコンテナ４ａ～４ｄから新たなトナーを補給する。

また、トナー帯電量が上昇している場合は現像装置３ａ～３ｄを一定時間放置してトナー帯電量を安定化する方法も有効である。トナー帯電量が低下している場合は現像装置３ａ～３ｄ内の現像剤のエージング（攪拌）時間を長くする方法も有効である。これらの回復動作は使用するトナーの特性に応じて選択することができる。

さらに、白地部電流Ｉ１または画像部電流Ｉ２が所定範囲外である原因として、現像ローラー３１と規制ブレード２７との隙間（現像剤規制部）への異物の詰まりによる現像剤の搬送不良も考えられる。この場合は、現像ローラー３１を逆回転させて異物を除去する方法も有効である。

そして、回復動作によってΔＩ１≦ＡおよびΔＩ２≦Ｂを満たしていれば、再度、他の画像形成部Ｐｂ～Ｐｄと併せて現像条件の再設定を行う。回復動作を実行しても回復が不可能であれば、感光体ドラム１ａや現像装置３ａ等の交換が必要となるため液晶表示部９０に交換を促す通知を行う。また、画像形成部Ｐａが異常ありと判定されたとき、回復動作を行わずに感光体ドラム１ａや現像装置３ａの交換作業を行うようにしてもよい。

また、ステップＳ７で画像形成部Ｐａ～Ｐｄのうち３つ以上（例えば画像形成部Ｐａ～Ｐｃ）に異常がある場合は（ステップＳ７でＹｅｓ）、画像形成部Ｐａ～Ｐｄのうち動作可能なものは１つ（画像形成部Ｐｄ）のみとなる。この場合、画像品質を担保できないため、印字を中止する（ステップＳ１１）。そして、液晶表示部９０に警告表示を行い（ステップＳ１２）、異常ありと判定された画像形成部Ｐａ～Ｐｃの回復動作を実行し（ステップＳ１０）、処理を終了する。

図４に示した制御例によれば、同一色で同一種類のトナーを現像装置３ａ～３ｄに充填して画像形成を行う画像形成装置１００において、画像形成時に流れる白地部電流Ｉ１、画像部電流Ｉ２を用いて、画像形成部Ｐａ～Ｐｄの異常を容易に且つ精度よく検出することができる。また、非画像形成時に電流検出用の基準画像の形成を行う必要がないため、印字以外のトナーの消費を抑制することができる。

そして、検出結果に基づいて画像形成部Ｐａ～Ｐｄの使用の可否を判定し、使用可能な画像形成部Ｐａ～Ｐｄの現像条件を設定することにより、白地部電流Ｉ１、画像部電流Ｉ２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。

また、使用不可と判定された画像形成部Ｐａ～Ｐｄに対して回復動作を行うことで、画像形成部Ｐａ～Ｐｄを使用可能な状態に回復させることができる。これにより、回復可能な感光体ドラム１ａ～１ｄや現像装置３ａ～３ｄを交換してしまうおそれがなくなり、画像形成装置１００のランニングコストも削減することができる。

なお、図４に示した制御例では、使用不可である画像形成部Ｐａ～Ｐｄの回復動作を印字終了後に実行したが、回復動作の実行タイミングはこれに限定されるものではない。例えば、印字中の紙間に回復動作を実行してもよい。或いは、専用の回復モードを設け、液晶表示部９０やパソコンからの入力によって任意のタイミングで回復モードを実行するようにしてもよい。

また、上記制御例では、ΔＩ１＞ＡまたはΔＩ２＞Ｂである画像形成部Ｐａ～Ｐｄに対して回復動作を実行するようにしたが、ΔＩ１≦ＡおよびΔＩ２≦Ｂを満たす場合であっても白地部電流Ｉ１または画像部電流Ｉ２が一定以上高く（または低く）なっているときは回復動作を実行するようにしてもよい。例えば、ΔＩ１がＡ′（目標値の２０％）以上、ΔＩ２がＢ′（目標値の２０％）以上である場合には、印字中の紙間や印字終了後に強制吐出動作を実行したり、エージング（攪拌）時間を長めにとったりするなどの回復動作を実行してもよい。

また、使用不可であった画像形成部Ｐａ～Ｐｄが回復したかどうかの判定は通常の画像形成時に行ってもよいが、判定用の基準画像を紙間で形成することで、通常の印字動作に影響を与えずに画像形成部Ｐａ～Ｐｄの回復の判定、および回復した場合の現像条件の再設定を行うことができる。

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、上記実施形態では白地部電流Ｉ１、画像部電流Ｉ２の目標値として、予め記憶部７０に記憶された印字率と現像電流との関係から予測される電流値を用いたが、例えば算出された各現像装置３ａ～３ｄの白地部電流Ｉ１、画像部電流Ｉ２の平均値を目標値として用いることもできる。

但し、白地部電流Ｉ１、画像部電流Ｉ２の平均値との差分で判定する場合、画像形成部Ｐａ～Ｐｄのうち２つ以上に同時に現像電流の異常が発生すると、正常なものが平均値から乖離してしまうことも考えられる。そのため、上記実施形態のように印字率と現像電流との関係から予測される電流値を目標値として画像形成部Ｐａ～Ｐｄの異常の有無を判定することが好ましい。

また、上記実施形態では白地部電流Ｉ１、画像部電流Ｉ２の両方を用いて画像形成部Ｐａ～Ｐｄの異常を検出したが、白地部電流Ｉ１、画像部電流Ｉ２のいずれか一方のみを用いて画像形成部Ｐａ～Ｐｄの異常を検出してもよい。

また、上記実施形態では画像形成装置１００として図１に示したようなブラックのトナーが現像装置３ａ～３ｄに充填されたモノクロプリンターを例に挙げて説明したが、モノクロプリンターやモノクロ複写機に限らず、各色の現像装置を複数個ずつ備えたカラー複写機やカラープリンターであってもよい。

本発明は、同一色で同一種類のトナーを複数の現像装置に充填して画像形成を行う画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、異常の発生している画像形成部を容易に且つ精度よく検出可能であり、画像不良の発生を効果的に抑制可能な画像形成装置を提供することができる。

Ｐａ～Ｐｄ 画像形成部
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）
９０ 液晶表示部（通知装置）
１００ 画像形成装置

Claims (12)

1. 表面に感光層が形成された像担持体と、
   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、
   を有し、同一色の前記トナー像を重ね合わせて画像を形成する複数の画像形成部と、
   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、
   複数の前記画像形成部は、同一色で同一種類の前記トナーを含む前記現像剤を使用し、それぞれ画像濃度を均等に分割するように略同一の現像条件が設定されており、
   前記制御部は、
   画像形成時に前記電流検出部によって検出された前記像担持体の非露光部に流れる現像電流の直流成分である白地部電流Ｉ１、および前記像担持体の露光部に流れる現像電流の直流成分である画像部電流Ｉ２の少なくとも一方に基づいてそれぞれの前記画像形成部の異常の有無を検出し、
   いずれかの前記画像形成部に異常が検出された場合は当該画像形成部を使用不可とし、使用可能な前記画像形成部に前記画像濃度を均等に分割するように前記現像条件を再設定し、
   前記制御部は、前記白地部電流Ｉ１、および前記画像部電流Ｉ２の少なくとも一方が全ての前記画像形成部の前記白地部電流Ｉ１、または前記画像部電流Ｉ２の平均値から一定値以上乖離しているとき、当該画像形成部が異常ありと判定することを特徴とする画像形成装置。
2. 表面に感光層が形成された像担持体と、
   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、
   を有し、同一色の前記トナー像を重ね合わせて画像を形成する複数の画像形成部と、
   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、
   複数の前記画像形成部は、同一色で同一種類の前記トナーを含む前記現像剤を使用し、それぞれ画像濃度を均等に分割するように略同一の現像条件が設定されており、
   前記制御部は、
   画像形成時に前記電流検出部によって検出された前記像担持体の非露光部に流れる現像電流の直流成分である白地部電流Ｉ１、および前記像担持体の露光部に流れる現像電流の直流成分である画像部電流Ｉ２の少なくとも一方に基づいてそれぞれの前記画像形成部の異常の有無を検出し、
   いずれかの前記画像形成部に異常が検出された場合は当該画像形成部を使用不可とし、使用可能な前記画像形成部に前記画像濃度を均等に分割するように前記現像条件を再設定し、
   前記制御部は、異常が検出された前記画像形成部を回復させる回復動作を実行し、
   前記制御部は、前記白地部電流Ｉ１が所定範囲外である場合は、前記回復動作として前記像担持体の感光層を研磨するリフレッシュ動作を実行することを特徴とする画像形成装置。
3. 表面に感光層が形成された像担持体と、
   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、
   を有し、同一色の前記トナー像を重ね合わせて画像を形成する複数の画像形成部と、
   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、
   複数の前記画像形成部は、同一色で同一種類の前記トナーを含む前記現像剤を使用し、それぞれ画像濃度を均等に分割するように略同一の現像条件が設定されており、
   前記制御部は、
   画像形成時に前記電流検出部によって検出された前記像担持体の非露光部に流れる現像電流の直流成分である白地部電流Ｉ１、および前記像担持体の露光部に流れる現像電流の直流成分である画像部電流Ｉ２の少なくとも一方に基づいてそれぞれの前記画像形成部の異常の有無を検出し、
   いずれかの前記画像形成部に異常が検出された場合は当該画像形成部を使用不可とし、使用可能な前記画像形成部に前記画像濃度を均等に分割するように前記現像条件を再設定し、
   前記制御部は、異常が検出された前記画像形成部を回復させる回復動作を実行し、
   前記制御部は、前記画像部電流Ｉ２が所定範囲外である場合は、前記回復動作として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実行することを特徴とする画像形成装置。
4. 表面に感光層が形成された像担持体と、
   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、
   を有し、同一色の前記トナー像を重ね合わせて画像を形成する複数の画像形成部と、
   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、
   複数の前記画像形成部は、同一色で同一種類の前記トナーを含む前記現像剤を使用し、それぞれ画像濃度を均等に分割するように略同一の現像条件が設定されており、
   前記制御部は、
   画像形成時に前記電流検出部によって検出された前記像担持体の非露光部に流れる現像電流の直流成分である白地部電流Ｉ１、および前記像担持体の露光部に流れる現像電流の直流成分である画像部電流Ｉ２の少なくとも一方に基づいてそれぞれの前記画像形成部の異常の有無を検出し、
   いずれかの前記画像形成部に異常が検出された場合は当該画像形成部を使用不可とし、使用可能な前記画像形成部に前記画像濃度を均等に分割するように前記現像条件を再設定し、
   前記制御部は、異常が検出された前記画像形成部を回復させる回復動作を実行し、
   前記制御部は、異常が検出された前記画像形成部の前記白地部電流Ｉ１、および前記画像部電流Ｉ２の少なくとも一方を再検出し、当該画像形成部が前記回復動作によって回復された場合は、当該画像形成部を含む使用可能な前記画像形成部に前記画像濃度を均等に分割するように前記現像条件を再設定することを特徴とする画像形成装置。
5. 表面に感光層が形成された像担持体と、
   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、
   を有し、同一色の前記トナー像を重ね合わせて画像を形成する複数の画像形成部と、
   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、
   複数の前記画像形成部は、同一色で同一種類の前記トナーを含む前記現像剤を使用し、それぞれ画像濃度を均等に分割するように略同一の現像条件が設定されており、
   前記制御部は、
   画像形成時に前記電流検出部によって検出された前記像担持体の非露光部に流れる現像電流の直流成分である白地部電流Ｉ１、および前記像担持体の露光部に流れる現像電流の直流成分である画像部電流Ｉ２の少なくとも一方に基づいてそれぞれの前記画像形成部の異常の有無を検出し、
   いずれかの前記画像形成部に異常が検出された場合は当該画像形成部を使用不可とし、使用可能な前記画像形成部に前記画像濃度を均等に分割するように前記現像条件を再設定し、
   ３つ以上の前記画像形成部を備え、
   前記制御部は、使用可能な前記画像形成部が１つ以下である場合は画像形成動作を停止することを特徴とする画像形成装置。
6. 前記制御部は、前記白地部電流Ｉ１と目標値との差分ΔＩ１、および前記画像部電流Ｉ２と目標値との差分ΔＩ２の少なくとも一方が下限値以下であるか、若しくは上限値以上であるとき、当該画像形成部が異常ありと判定することを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記制御部は、前記白地部電流Ｉ１、および前記画像部電流Ｉ２の少なくとも一方が全ての前記画像形成部の前記白地部電流Ｉ１、または前記画像部電流Ｉ２の平均値から一定値以上乖離しているとき、当該画像形成部が異常ありと判定することを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記制御部は、異常が検出された前記画像形成部を回復させる回復動作を実行することを特徴とする請求項１又は請求項５に記載の画像形成装置。
9. 前記制御部は、前記白地部電流Ｉ１が所定範囲外である場合は、前記回復動作として前記像担持体の感光層を研磨するリフレッシュ動作を実行することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記制御部は、前記画像部電流Ｉ２が所定範囲外である場合は、前記回復動作として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実行することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
11. 前記制御部は、異常が検出された前記画像形成部の前記白地部電流Ｉ１、および前記画像部電流Ｉ２の少なくとも一方を再検出し、当該画像形成部が前記回復動作によって回復された場合は、当該画像形成部を含む使用可能な前記画像形成部に前記画像濃度を均等に分割するように前記現像条件を再設定することを特徴とする請求項２乃至請求項４、請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の画像形成装置。
12. 前記画像形成部の状態に関する通知を行う通知装置を備え、
    前記制御部は、前記回復動作の実行後に前記画像形成部が回復しない場合は、前記通知装置により当該画像形成部内の前記像担持体または前記現像装置の交換を促す通知を行うことを特徴とする請求項２乃至請求項４、請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の画像形成装置。

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