(57)【要約】【課題】二成分現像方式が適用された現像装置を含む画像形成装置において、トナーの帯電量を精度よくかつ効率的に測定する。【解決手段】モード制御部９８４は、所定の実行タイミングで、複数の測定用トナー像を形成し、当該複数の測定用トナー像の濃度に基づいて、または、当該複数の測定用トナー像の濃度に加え前記複数の測定用トナー像が形成される際に現像ローラー２３１に流れる現像電流の直流成分に基づいて、トナーの帯電量を取得する帯電量取得動作を実行する。また、モード制御部９８４は、記憶部９８３に格納される帯電量推移情報とタイミング決定用帯電量とから、今後に実行される帯電量測定モードのための前記実行タイミングを決定する。【選択図】図８
2020052241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転され、表面に静電潜像が形成されるとともに、前記静電潜像が顕在化されたトナー像を担持する像担持体と、
前記像担持体を所定の帯電電位に帯電する帯電装置と、
前記帯電電位に帯電された前記像担持体の表面を所定の画像情報に応じて露光することで前記静電潜像を形成する露光装置と、
所定の現像ニップ部において前記像担持体に対向して配置される現像装置であって、回転され周面にトナーおよびキャリアからなる現像剤を担持するとともに前記静電潜像が形成された前記像担持体にトナーを供給することで前記トナー像を形成する現像ローラーを含む現像装置と、
前記像担持体上に担持された前記トナー像をシートに転写する転写部と、
直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスを前記現像ローラーに印加可能な現像バイアス印加部と、
前記トナー像の濃度を検出する濃度検出部と、
前記感光体ドラム上に前記トナー像が形成される現像動作時とは異なる非現像動作時に、所定の実行タイミングで、前記帯電装置、前記露光装置および前記現像バイアス印加部を制御して前記像担持体上に互いにトナー現像量の異なる複数の測定用トナー像を形成し、前記濃度検出部によって検出される前記複数の測定用トナー像の濃度に基づいて、または、当該複数の測定用トナー像の濃度に加え前記複数の測定用トナー像が形成される際に前記現像ローラーと前記現像バイアス印加部との間を流れる現像電流の直流成分に基づいて、前記像担持体上に形成された前記測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する帯電量取得動作を実行する帯電量取得部と、
前記帯電量取得部によって取得される前記トナーの帯電量を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶される前記トナーの帯電量から、当該トナーの帯電量の今後の推移に関する帯電量推移情報を取得する帯電量推移情報取得部と、
を備え、
前記記憶部は、前記実行タイミングを決定するために予め設定された前記トナーの帯電量に関する情報であるタイミング決定用帯電量を更に記憶しており、
前記帯電量推移情報取得部は、前記帯電量推移情報と前記タイミング決定用帯電量とから、今後に実行される前記帯電量取得動作のための前記実行タイミングを決定し、
前記帯電量取得部は、前記決定された実行タイミングに応じて、前記帯電量取得動作を実行する、画像形成装置。
【請求項２】
前記帯電量取得部は、一の実行タイミングにおいて取得した前記トナーの帯電量と、前記一の実行タイミングよりも前に前記帯電量推移情報取得部によって取得された前記帯電量推移情報に含まれる前記一の実行タイミングに対応するトナーの帯電量との差が、予め設定された閾値よりも大きい場合に、前記帯電量取得動作の再実行または前記トナーの帯電量を調整する帯電量調整動作を実行する、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記帯電量推移情報取得部は、前記帯電量取得部によって前記トナーの帯電量が取得されると、当該取得された前記トナーの帯電量によって前記帯電量推移情報を更新する、請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記記憶部は、前記現像剤の寿命を決定するために予め設定された前記トナーの帯電量である寿命決定用帯電量を更に記憶しており、
前記帯電量推移情報取得部は、前記帯電量推移情報と前記寿命決定用帯電量とから、前記現像剤が寿命に至る寿命時期を予想し、更に、当該予想された前記現像剤の寿命時期よりも所定の期間早く設定された時期に、前記現像剤の寿命に関する警告情報を出力する、請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記帯電量推移情報は、前記トナーの帯電量に対応する変数と、前記現像ローラーの駆動時間に対応する変数とから構成される数式を含む、請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記現像装置に収容される前記現像剤における前記トナーの濃度を検出するトナー濃度検出部を更に備え、
前記帯電量推移情報は、前記トナーの帯電量に対応する変数と、前記トナーの濃度に対応する変数とから構成される数式を更に含む、請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記記憶部は、前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差が一定に保持された状態で前記現像バイアスの交流電圧の周波数が変化された場合における当該周波数の変化量に対する前記トナー像の濃度変化量の関係を示す参照用直線の傾きに関する参照情報を、前記トナーの帯電量毎に予め格納し、
前記帯電量取得部は、前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で前記現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させながら前記像担持体上に前記複数の測定用トナー像を形成し、前記周波数の変化量に対する前記測定用トナー像の濃度変化量の関係を示す測定用直線の傾きを、前記周波数の変化量と前記濃度検出部による前記測定用トナー像の濃度検出結果とから取得するとともに、当該取得された測定用直線の傾きと前記記憶部の参照情報とから前記像担持体上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する、請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記記憶部に格納されている前記参照情報は、前記トナーの帯電量が第１の帯電量である場合に前記参照用直線の傾きが負であり、前記トナーの帯電量が第１の帯電量よりも小さな第２の帯電量である場合に前記参照用直線の傾きが正であり、更に、前記トナーの帯電量の低下とともに前記参照用直線の傾きが増大するように設定されている、請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記帯電量取得部は、前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で前記現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させながら前記像担持体上に前記複数の測定用トナー像を形成し、前記濃度検出部によって検出される前記複数の測定用トナー像の濃度の差に対する前記複数の測定用トナー像が形成される際に前記現像ローラーと前記現像バイアス印加部との間を流れる前記現像電流の直流成分の差の比に基づいて、前記像担持体上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する、請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記帯電量取得部は、前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で前記露光装置を制御して単位面積あたりの印字率を変化させながら前記像担持体上に前記複数の測定用トナー像を形成し、前記濃度検出部によって検出される前記複数の測定用トナー像の濃度の差に対する前記複数の測定用トナー像が形成される際に前記現像ローラーと前記現像バイアス印加部との間を流れる前記現像電流の直流成分の差の比に基づいて、前記像担持体上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する、請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートに画像を形成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シートに画像を形成する画像形成装置として、感光体ドラム（像担持体）と、現像装置と、転写部材と、を備えるものが知られている。感光体ドラム上に形成された静電潜像が、現像ニップ部において現像装置によって顕在化されると、感光体ドラム上にトナー像が形成される。転写部材によって、トナー像がシートに転写される。このような画像形成装置に適用される現像装置として、トナーおよびキャリアを含む現像剤が使用される二成分現像技術が知られている。
【０００３】
二成分現像においては、印字枚数、環境変動、印字モード（１ジョブあたりの連続印字枚数）および印字率などの影響を受けて、現像剤が劣化しトナー帯電量が変化するという現象が見られる。この結果、画像濃度の低下、トナーかぶりの発生やトナー飛散の増加といった問題が発生する。このような問題に対応するため、従来、印字枚数、環境変動、印字モードおよび印字率などから現像剤の帯電量変化を予測し、トナー濃度、現像バイアス、感光体の表面電位、現像ローラーの回転速度、飛散トナーを回収する吸引ファンの出力などを調整し、画像濃度の低下やトナーかぶりの悪化、トナー飛散の悪化を抑制する技術が採用されていた。
【０００４】
しかしながら、これらの技術は、印字枚数、環境変動、印字モードおよび印字率のそれぞれの条件下での個々の予測を組み合わせたものに過ぎず、複数の条件が複合的に変化すると、現像剤の帯電量を充分に予測することは困難であった。
【０００５】
このため、トナーの帯電量を更に正確に予測する技術が提案されている。特許文献１、２では、現像前の感光体ドラムの表面電位と、現像後の感光体ドラム上のトナー層の表面電位とがそれぞれ測定される一方、現像されたトナー層の画像濃度測定結果からトナーの現像量が算出される。そして、この測定された各表面電位とトナーの現像量とからトナーの帯電量が算出される。
【０００６】
また、特許文献３、４および５では、現像剤を担持する現像ローラーに流入する電流値が測定され、当該測定された電流値が、現像ローラーから感光体ドラムに移動したトナーの電荷量と仮定される。また、現像されたトナー層の画像濃度測定結果からトナーの現像量が算出される。そして、このトナーの電荷量とトナーの現像量とからトナーの帯電量が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３４５０７５号公報
【特許文献２】特開２００４−３７９５２号公報
【特許文献３】特許第５０２４１９２号明細書
【特許文献４】特許第５２７３５４２号明細書
【特許文献５】特許第４４８００６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１、２に記載された技術では、感光体ドラム上の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る。ここで、感光体ドラム上に形成されたトナー層の表面電位を測定するためには、表面電位センサーを現像ニップ部よりも感光体ドラムの回転方向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、表面電位センサーの表面が、現像ローラーから飛散したトナーによって汚染されやすく、長期に亘って精度良く表面電位を測定することが困難となる。
【０００９】
また、特許文献３、４および５に記載された技術では、現像ローラーに流入する電流が、トナー中を流れる電流に加えてキャリア中を流れる電流も含んでしまう。したがって、当該電流値からトナーの帯電量を精度よく算出することが難しい。更に、画像形成装置において印字が繰り返されることでキャリアのコート剥がれやコート汚染によってキャリアの抵抗値が変化すると、このキャリア中を流れる電流も変化する。このように、従来の技術では、現像ローラーに流入する電流からトナーの電荷量を正しく測定することは困難であった。
【００１０】
また、上記の各特許文献に記載された技術では、トナーの帯電量を測定するために、感光体ドラム上に測定用トナー像を含む画像パターンが形成される。トナーの帯電量を精度良く測定するためには、頻繁に測定用トナー像を形成することが望ましいが、この場合、通常の画像形成動作が実行できない時間が増大するとともに、測定時に消費するトナー量が増大するという問題があった。このため、トナーの帯電量を測定するタイミングを効率的に決定することが望まれていた。
【００１１】
本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、二成分現像方式が適用された現像装置を含む画像形成装置において、トナーの帯電量を精度よくかつ効率的に測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一局面に係る画像形成装置は、回転され、表面に静電潜像が形成されるとともに、前記静電潜像が顕在化されたトナー像を担持する像担持体と、前記像担持体を所定の帯電電位に帯電する帯電装置と、前記帯電電位に帯電された前記像担持体の表面を所定の画像情報に応じて露光することで前記静電潜像を形成する露光装置と、所定の現像ニップ部において前記像担持体に対向して配置される現像装置であって、回転され周面にトナーおよびキャリアからなる現像剤を担持するとともに前記静電潜像が形成された前記像担持体にトナーを供給することで前記トナー像を形成する現像ローラーを含む現像装置と、前記像担持体上に担持された前記トナー像をシートに転写する転写部と、直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスを前記現像ローラーに印加可能な現像バイアス印加部と、前記トナー像の濃度を検出する濃度検出部と、前記感光体ドラム上に前記トナー像が形成される現像動作時とは異なる非現像動作時に、所定の実行タイミングで、前記帯電装置、前記露光装置および前記現像バイアス印加部を制御して前記像担持体上に互いにトナー現像量の異なる複数の測定用トナー像を形成し、前記濃度検出部によって検出される前記複数の測定用トナー像の濃度に基づいて、または、当該複数の測定用トナー像の濃度に加え前記複数の測定用トナー像が形成される際に前記現像ローラーと前記現像バイアス印加部との間を流れる現像電流の直流成分に基づいて、前記像担持体上に形成された前記測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する帯電量取得動作を実行する帯電量取得部と、前記帯電量取得部によって取得される前記トナーの帯電量を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶される前記トナーの帯電量から、当該トナーの帯電量の今後の推移に関する帯電量推移情報を取得する帯電量推移情報取得部と、を備え、前記記憶部は、前記実行タイミングを決定するために予め設定された前記トナーの帯電量に関する情報であるタイミング決定用帯電量を更に記憶しており、前記帯電量推移情報取得部は、前記帯電量推移情報と前記タイミング決定用帯電量とから、今後に実行される前記帯電量取得動作のための前記実行タイミングを決定し、前記帯電量取得部は、前記決定された実行タイミングに応じて、前記帯電量取得動作を実行する。
【００１３】
本構成によれば、帯電量取得部は、非現像動作時に、濃度検出部によって検出される複数の測定用トナー像の濃度に基づいて、または、当該複数の測定用トナー像の濃度に加え複数の測定用トナー像が形成される際に現像ローラーと現像バイアス印加部との間を流れる現像電流の直流成分に基づいて、像担持体上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する。このため、画像形成に伴う現像動作とは異なる時に、測定用トナー像を用いてトナーの帯電量を精度良く取得することができる。また、帯電量推移情報取得部は、記憶部に記憶されるトナーの帯電量から、当該トナーの帯電量の今後の推移に関する帯電量推移情報を取得する。更に、帯電量推移情報取得部は、帯電量推移情報と記憶部に記憶されたタイミング決定用帯電量とから、今後に実行される帯電量取得動作のための実行タイミングを決定する。このように、実際に測定されたトナーの帯電量を反映させた帯電量推移情報に基づいて、今後の帯電量取得動作の実行タイミングが決定されるため、実際のトナーの帯電量とは関係なく予め設定された実行タイミングで帯電量取得動作が実行される場合と比較して、トナーの帯電量の変化を効率的に測定することができる。換言すれば、トナーの帯電量の変化が少ない時期に、帯電量取得動作が過剰に実行されることが防止される。
【００１４】
上記の構成において、前記帯電量取得部は、一の実行タイミングにおいて取得した前記トナーの帯電量と、前記一の実行タイミングよりも前に前記帯電量推移情報取得部によって取得された前記帯電量推移情報に含まれる前記一の実行タイミングに対応するトナーの帯電量との差が、予め設定された閾値よりも大きい場合に、前記帯電量取得動作の再実行または前記トナーの帯電量を調整する帯電量調整動作を実行することが望ましい。
【００１５】
本構成によれば、予測されるトナーの帯電量と実際に測定されたトナーの帯電量との差が大きい場合には、帯電量取得動作の誤作動の可能性があるため、帯電量取得動作の再実行を行うことができる。また、帯電量取得動作に誤りがない場合には、帯電量調整動作が実行されることで、トナーの帯電量を速やかに調整することができる。
【００１６】
上記の構成において、前記帯電量推移情報取得部は、前記帯電量取得部によって前記トナーの帯電量が取得されると、当該取得された前記トナーの帯電量によって前記帯電量推移情報を更新することが望ましい。
【００１７】
本構成によれば、実際に測定された最新のトナーの帯電量を用いて帯電量推移情報を更新することができる。このため、今後のトナーの帯電量の推移を精度良く予測することができる。
【００１８】
上記の構成において、前記記憶部は、前記現像剤の寿命を決定するために予め設定された前記トナーの帯電量である寿命決定用帯電量を更に記憶しており、前記帯電量推移情報取得部は、前記帯電量推移情報と前記寿命決定用帯電量とから、前記現像剤が寿命に至る寿命時期を予想し、更に、当該予想された前記現像剤の寿命時期よりも所定の期間早く設定された時期に、前記現像剤の寿命に関する警告情報を出力することが望ましい。
【００１９】
本構成によれば、帯電量推移情報を利用して、現像剤の寿命時期を予測することができる。また、現像剤の寿命時期に近づくと、予め警告情報を出力することで、使用者やメンテナンス作業者に寿命時期を認知させることができる。
【００２０】
上記の構成において、前記帯電量推移情報は、前記トナーの帯電量に対応する変数と、前記現像ローラーの駆動時間に対応する変数とから構成される数式を含むことが望ましい。
【００２１】
本構成によれば、トナーの帯電量に対応する変数と現像ローラーの駆動時間に対応する変数を含む数式を利用して、トナーの帯電量の推移を精度良く予測することができる。
【００２２】
上記の構成において、前記現像装置に収容される前記現像剤における前記トナーの濃度を検出するトナー濃度検出部を更に備え、前記帯電量推移情報は、前記トナーの帯電量に対応する変数と、前記トナーの濃度に対応する変数とから構成される数式を更に含むことが望ましい。
【００２３】
本構成によれば、トナーの帯電量に対応する変数とトナーの濃度に対応する変数を含む数式を利用して、トナーの帯電量の推移を更に精度良く予測することができる。
【００２４】
上記の構成において、前記記憶部は、前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差が一定に保持された状態で前記現像バイアスの交流電圧の周波数が変化された場合における当該周波数の変化量に対する前記トナー像の濃度変化量の関係を示す参照用直線の傾きに関する参照情報を、前記トナーの帯電量毎に予め格納し、前記帯電量取得部は、前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で前記現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させながら前記像担持体上に前記複数の測定用トナー像を形成し、前記周波数の変化量に対する前記測定用トナー像の濃度変化量の関係を示す測定用直線の傾きを、前記周波数の変化量と前記濃度検出部による前記測定用トナー像の濃度検出結果とから取得するとともに、当該取得された測定用直線の傾きと前記記憶部の参照情報とから前記像担持体上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得することが望ましい。
【００２５】
本構成によれば、像担持体上の電位を測定する表面電位センサーや現像ローラーに流入する現像電流を測定する電流計を用いることなく、トナーの帯電量を取得することができる。
【００２６】
上記の構成において、前記記憶部に格納されている前記参照情報は、前記トナーの帯電量が第１の帯電量である場合に前記参照用直線の傾きが負であり、前記トナーの帯電量が第１の帯電量よりも小さな第２の帯電量である場合に前記参照用直線の傾きが正であり、更に、前記トナーの帯電量の低下とともに前記参照用直線の傾きが増大するように設定されていることが望ましい。
【００２７】
本構成によれば、現像バイアスの交流電圧の周波数と像担持体に形成されるトナー像の濃度（現像トナー量）との関係から、トナーの帯電量を精度良く取得することができる。
【００２８】
上記の構成において、前記帯電量取得部は、前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で前記現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させながら前記像担持体上に前記複数の測定用トナー像を形成し、前記濃度検出部によって検出される前記複数の測定用トナー像の濃度の差に対する前記複数の測定用トナー像が形成される際に前記現像ローラーと前記現像バイアス印加部との間を流れる前記現像電流の直流成分の差の比に基づいて、前記像担持体上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得するものでもよい。
【００２９】
また、上記の構成において、前記帯電量取得部は、前記現像ローラーと前記像担持体との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で前記露光装置を制御して単位面積あたりの印字率を変化させながら前記像担持体上に前記複数の測定用トナー像を形成し、前記濃度検出部によって検出される前記複数の測定用トナー像の濃度の差に対する前記複数の測定用トナー像が形成される際に前記現像ローラーと前記現像バイアス印加部との間を流れる前記現像電流の直流成分の差の比に基づいて、前記像担持体上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得するものでもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、二成分現像方式が適用された現像装置を含む画像形成装置において、トナーの帯電量を精度よくかつ効率的に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の内部構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る現像装置の断面図および制御部の電気的構成を示したブロック図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の現像動作を示す模式図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係る像担持体および現像ローラーの電位の大小関係を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る画像形成装置において、現像バイアスの周波数と画像濃度との関係を示したグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る画像形成装置において、図４のグラフの傾きとトナー帯電量との関係を示したグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る画像形成装置において実行される帯電量測定モードのフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態に係る画像形成装置において実行される帯電量測定モード時に像担持体上に形成される測定用トナー像の模式図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る画像形成装置において実行される帯電量予測モードのフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態に係る画像形成装置におけるトナーの帯電量測定結果と帯電量予測結果とを示したグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態に係る画像形成装置におけるトナーの帯電量測定結果と帯電量予測結果とを示したグラフである。
【図１１】本発明の変形実施形態に係る現像装置の断面図および制御部の電気的構成を示したブロック図である。
【図１２】本発明の変形実施形態に係る画像形成装置において実行される帯電量測定モードのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る画像形成装置１０について、図面に基づき詳細に説明する。本実施形態では、画像形成装置の一例として、タンデム方式のカラープリンタを例示する。画像形成装置は、例えば、複写機、ファクシミリ装置、及びこれらの複合機等であってもよい。また、画像形成装置は、単色（モノクロ）画像を形成するものでもよい。
【００３３】
図１は、画像形成装置１０の内部構造を示す断面図である。この画像形成装置１０は、箱形の筐体構造を備える装置本体１１を備える。この装置本体１１内には、シートＰを給紙する給紙部１２、給紙部１２から給紙されたシートＰに転写するトナー像を形成する画像形成部１３、前記トナー像が一次転写される中間転写ユニット１４（転写部）、画像形成部１３にトナーを補給するトナー補給部１５、及び、シートＰ上に形成された未定着トナー像をシートＰに定着する処理を施す定着部１６が内装されている。さらに、装置本体１１の上部には、定着部１６で定着処理の施されたシートＰが排紙される排紙部１７が備えられている。
【００３４】
装置本体１１の上面の適所には、シートＰに対する出力条件等を入力操作するための図略の操作パネルが設けられている。この操作パネルには、電源キーや出力条件を入力するためのタッチパネルや各種の操作キーが設けられている。
【００３５】
装置本体１１内には、さらに、画像形成部１３より右側位置に、上下方向に延びるシート搬送路１１１が形成されている。シート搬送路１１１には、適所にシートを搬送する搬送ローラー対１１２が設けられている。また、シートのスキュー矯正を行うと共に、後述する二次転写のニップ部に所定のタイミングでシートを送り込むレジストローラー対１１３が、シート搬送路１１１における前記ニップ部の上流側に設けられている。シート搬送路１１１は、シートＰを給紙部１２から排紙部１７まで、画像形成部１３及び定着部１６を経由して搬送させる搬送路である。
【００３６】
給紙部１２は、給紙トレイ１２１、ピックアップローラー１２２、及び給紙ローラー対１２３を備える。給紙トレイ１２１は、装置本体１１の下方位置に挿脱可能に装着され、複数枚のシートＰが積層されたシート束Ｐ１を貯留する。ピックアップローラー１２２は、給紙トレイ１２１に貯留されたシート束Ｐ１の最上面のシートＰを１枚ずつ繰り出す。給紙ローラー対１２３は、ピックアップローラー１２２によって繰り出されたシートＰをシート搬送路１１１に送り出す。
【００３７】
給紙部１２は、装置本体１１の、図１に示す左側面に取り付けられる手差し給紙部を備える。手差し給紙部は、手差しトレイ１２４、ピックアップローラー１２５、及び給紙ローラー対１２６を備える。手差しトレイ１２４は、手差しされるシートＰが載置されるトレイであり、手差しでシートＰを給紙する際、図１に示すように、装置本体１１の側面から開放される。ピックアップローラー１２５は、手差しトレイ１２４に載置されたシートＰを繰り出す。給紙ローラー対１２６は、ピックアップローラー１２５によって繰り出されたシートＰをシート搬送路１１１に送り出す。
【００３８】
画像形成部１３は、シートＰに転写するトナー像を形成するものであって、異なる色のトナー像を形成する複数の画像形成ユニットを備える。この画像形成ユニットとして、本実施形態では、後述する中間転写ベルト１４１の回転方向上流側から下流側に向けて（図１に示す左側から右側へ）順次配設された、マゼンタ（Ｍ）色の現像剤を用いるマゼンタ用ユニット１３Ｍ、シアン（Ｃ）色の現像剤を用いるシアン用ユニット１３Ｃ、イエロー（Ｙ）色の現像剤を用いるイエロー用ユニット１３Ｙ、及びブラック（Ｂｋ）色の現像剤を用いるブラック用ユニット１３Ｂｋが備えられている。各ユニット１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙ、１３Ｂｋは、それぞれ感光体ドラム２０（像担持体）と、感光体ドラム２０の周囲に配置された帯電装置２１、現像装置２３、一次転写ローラー２４及びクリーニング装置２５とを備える。また、各ユニット１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙ、１３Ｂｋ共通の露光装置２２が、画像形成ユニットの下方に配置されている。
【００３９】
感光体ドラム２０は、その軸回りに回転駆動され、その表面に静電潜像が形成されるとともに、前記静電潜像が顕在化されたトナー像を担持する。この感光体ドラム２０としては、一例として、公知のアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）感光体ドラムや有機（ＯＰＣ）感光体ドラムが用いられる。
【００４０】
帯電装置２１は、感光体ドラム２０の表面を所定の帯電電位に均一に帯電する。帯電装置２１は、帯電ローラーと、前記帯電ローラーに付着したトナーを除去するための帯電クリーニングブラシとを備える。
【００４１】
露光装置２２は、帯電装置２１よりも感光体ドラム２０の回転方向下流側に位置する露光用光路を通じて感光体ドラム２０に対向して配置され、内部に光源やポリゴンミラー、反射ミラー、偏向ミラーなどの各種の光学系機器を有する。露光装置２２は、前記帯電電位に均一に帯電された感光体ドラム２０の表面に、画像データ（所定の画像情報）に基づき変調された光を照射して露光することで、静電潜像を形成する。
【００４２】
現像装置２３は、露光装置２２の露光用光路よりも感光体ドラム２０の回転方向下流側の所定の現像ニップ部ＮＰ（図３Ａ）において感光体ドラム２０に対向して配置される。現像装置２３は、回転され周面にトナーおよびキャリアからなる現像剤を担持するとともに感光体ドラム２０にトナーを供給することで前記トナー像を形成する現像ローラー２３１を含む。
【００４３】
一次転写ローラー２４は、中間転写ユニット１４に備えられている中間転写ベルト１４１を挟んで感光体ドラム２０とニップ部を形成する。更に、一次転写ローラー２４は、感光体ドラム２０上のトナー像を中間転写ベルト１４１上に一次転写する。クリーニング装置２５は、トナー像転写後の感光体ドラム２０の周面を清掃する。
【００４４】
中間転写ユニット１４は、画像形成部１３とトナー補給部１５との間に設けられた空間に配置され、中間転写ベルト１４１と、図略のユニットフレームにて回転可能に支持された駆動ローラー１４２と、従動ローラー１４３と、バックアップローラー１４６と、濃度センサー１００と、を備える。中間転写ベルト１４１は、無端状のベルト状回転体であって、その周面側が各感光体ドラム２０の周面にそれぞれ当接するように、駆動ローラー１４２及び従動ローラー１４３、１４６に架け渡されている。中間転写ベルト１４１は駆動ローラー１４２の回転により周回駆動される。従動ローラー１４３の近傍には、中間転写ベルト１４１の周面上に残存したトナーを除去するベルトクリーニング装置１４４が配置されている。濃度センサー１００（濃度検出部）は、ユニット１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙ、１３Ｂｋよりも下流側において中間転写ベルト１４１に対向して配置されており、中間転写ベルト１４１上に形成されたトナー像の濃度を検出する。なお、他の実施形態において、濃度センサー１００は、感光体ドラム２０上のトナー像の濃度を検出するものでもよく、また、シートＰ上に定着されたトナー像の濃度を検出するものでもよい。
【００４５】
駆動ローラー１４２に対向して、中間転写ベルト１４１の外側には、二次転写ローラー１４５が配置されている。二次転写ローラー１４５は、中間転写ベルト１４１の周面に圧接されて、駆動ローラー１４２との間で転写ニップ部を形成している。中間転写ベルト１４１上に一次転写されたトナー像は、給紙部１２から供給されるシートＰに、転写ニップ部において二次転写される。すなわち、中間転写ユニット１４および二次転写ローラー１４５は、感光体ドラム２０上に担持されたトナー像をシートＰに転写する転写部として機能する。また、駆動ローラー１４２には、その周面を清掃するためのロールクリーナー２００が配置されている。
【００４６】
トナー補給部１５は、画像形成に用いられるトナーを貯留するものであり、本実施形態ではマゼンタ用トナーコンテナ１５Ｍ、シアン用トナーコンテナ１５Ｃ、イエロー用トナーコンテナ１５Ｙ及びブラック用トナーコンテナ１５Ｂｋを備える。これらトナーコンテナ１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｙ、１５Ｂｋは、それぞれＭ／Ｃ／Ｙ／Ｂｋ各色の補給用トナーを貯留するものである。コンテナ底面に形成されたトナー排出口１５Ｈから、Ｍ／Ｃ／Ｙ／Ｂｋ各色に対応する画像形成ユニット１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙ、１３Ｂｋの現像装置２３に各色のトナーが補給される。
【００４７】
定着部１６は、内部に加熱源を備えた加熱ローラー１６１と、加熱ローラー１６１に対向配置された定着ローラー１６２と、定着ローラー１６２と加熱ローラー１６１とに張架された定着ベルト１６３と、定着ベルト１６３を介して定着ローラー１６２と対向配置され定着ニップ部を形成する加圧ローラー１６４とを備えている。定着部１６へ供給されたシートＰは、前記定着ニップ部を通過することで、加熱加圧される。これにより、前記転写ニップ部でシートＰに転写されたトナー像は、シートＰに定着される。
【００４８】
排紙部１７は、装置本体１１の頂部が凹没されることによって形成され、この凹部の底部に排紙されたシートＰを受ける排紙トレイ１７１が形成されている。定着処理が施されたシートＰは、定着部１６の上部から延設されたシート搬送路１１１を経由して、排紙トレイ１５１へ向けて排紙される。
【００４９】
＜現像装置について＞
図２は、本実施形態に係る現像装置２３の断面図および制御部９８０の電気的構成を示したブロック図である。現像装置２３は、現像ハウジング２３０と、現像ローラー２３１と、第１スクリューフィーダー２３２と、第２スクリューフィーダー２３３と、規制ブレード２３４とを備える。現像装置２３には、二成分現像方式が適用されている。
【００５０】
現像ハウジング２３０には、現像剤収容部２３０Ｈが備えられている。現像剤収容部２３０Ｈには、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤が収容されている。また、現像剤収容部２３０Ｈは、現像剤が現像ローラー２３１の軸方向の一端側から他端側に向かう第１搬送方向（図２の紙面と直交する方向、後から前に向かう方向）に搬送される第１搬送部２３０Ａと、軸方向の両端部において第１搬送部２３０Ａに連通され、第１搬送方向とは逆の第２搬送方向に現像剤が搬送される第２搬送部２３０Ｂとを含む。第１スクリューフィーダー２３２および第２スクリューフィーダー２３３は、図２の矢印Ｄ２２、Ｄ２３方向に回転され、それぞれ、現像剤を第１搬送方向および第２搬送方向に搬送する。特に、第１スクリューフィーダー２３２は、現像剤を第１搬送方向に搬送しながら、現像ローラー２３１に現像剤を供給する。
【００５１】
現像ローラー２３１は、現像ニップ部ＮＰ（図３Ａ）において、感光体ドラム２０に対向して配置されている。現像ローラー２３１は、回転されるスリーブ２３１Ｓと、スリーブ２３１Ｓの内部に固定配置された磁石２３１Ｍとを備える。磁石２３１Ｍは、Ｓ１、Ｎ１、Ｓ２、Ｎ２およびＳ３極を備える。Ｎ１極は主極とし機能し、Ｓ１極およびＮ２極は搬送極として機能し、Ｓ２極は剥離極として機能する。また、Ｓ３極は、汲み上げ極および規制極として機能する。一例として、Ｓ１極、Ｎ１極、Ｓ２極、Ｎ２極およびＳ３極の磁束密度は、５４ｍＴ、９６ｍＴ、３５ｍＴ、４４ｍＴおよび４５ｍＴに設定される。現像ローラー２３１のスリーブ２３１Ｓは、図２の矢印Ｄ２１方向に回転される。現像ローラー２３１は、回転され、現像ハウジング２３０内の現像剤を受け取って現像剤層を担持し、感光体ドラム２０にトナーを供給する。なお、本実施形態では、現像ローラー２３１は、感光体ドラム２０と対向する位置において、同方向（ウィズ方向）に回転する。
【００５２】
規制ブレード２３４（層厚規制部材）は、現像ローラー２３１に所定の間隔をおいて配置され、第１スクリューフィーダー２３２から現像ローラー２３１の周面上に供給された現像剤の層厚を規制する。
【００５３】
現像装置２３を備える画像形成装置１０は、更に、現像バイアス印加部９７１と、駆動部９７２と、制御部９８０とを備える。制御部９８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されている。
【００５４】
現像バイアス印加部９７１は、直流電源と交流電源とから構成され、後記のバイアス制御部９８２からの制御信号に基づき、現像装置２３の現像ローラー２３１に、直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスを印加する。
【００５５】
駆動部９７２は、モーター及びそのトルクを伝達するギア機構からなり、後記の駆動制御部９８１からの制御信号に応じて、現像動作（画像形成動作）、帯電量測定モードおよびキャリブレーション実行時に、感光体ドラム２０などに加え、現像装置２３内の現像ローラー２３１および第１スクリューフィーダー２３２、第２スクリューフィーダー２３３を回転駆動させる。なお、駆動部９７２は、画像形成装置１０のその他の部材を駆動（回転）する駆動力を更に発生する。
【００５６】
制御部９８０は、前記ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、駆動制御部９８１、バイアス制御部９８２、記憶部９８３、モード制御部９８４（帯電量取得部、帯電量推移情報取得部）および判定部９８５を備えるように機能する。
【００５７】
駆動制御部９８１は、駆動部９７２を制御して、現像ローラー２３１、第１スクリューフィーダー２３２、第２スクリューフィーダー２３３を回転駆動させる。また、駆動制御部９８１は、不図示の駆動機構を制御して、感光体ドラム２０を回転駆動させる。
【００５８】
バイアス制御部９８２は、現像ローラー２３１から感光体ドラム２０にトナーが供給される現像動作時に、現像バイアス印加部９７１を制御して、感光体ドラム２０と現像ローラー２３１との間に直流電圧および交流電圧の電位差を設ける。前記電位差によって、トナーが現像ローラー２３１から感光体ドラム２０に移動される。
【００５９】
記憶部９８３は、駆動制御部９８１、バイアス制御部９８２、モード制御部９８４および判定部９８５によって参照される各種の情報を記憶している。一例として、現像ローラー２３１の回転数や環境に応じて調整される現像バイアスの値などが記憶されている。また、記憶部９８３は、モード制御部９８４によって取得されるトナーの帯電量を随時記憶する。
【００６０】
また、記憶部９８３は、現像ローラー２３１と感光体ドラム２０との間の直流電圧の電位差が一定に保持された状態で現像バイアスの交流電圧の周波数が変化された場合における当該周波数の変化量に対するトナー像の濃度変化量の関係を示す参照用直線の傾きに関する参照情報を、トナーの帯電量毎に予め格納している。記憶部９８３に格納されている当該参照情報は、トナーの帯電量が第１の帯電量である場合に参照用直線の傾きが負であり、トナーの帯電量が第１の帯電量よりも小さな第２の帯電量である場合に参照用直線の傾きが正であり、更に、トナーの帯電量の低下とともに参照用直線の傾きが増大するように設定されている。
【００６１】
また、記憶部９８３は、モード制御部９８４が取得する帯電量推移情報を記憶する。本実施形態では、帯電量推移情報は後記のように所定の数式から構成される。また、記憶部９８３は、帯電量測定モードの実行タイミングを決定するために予め設定された、トナーの帯電量に関する情報であるタイミング決定用帯電量を記憶している。更に、記憶部９８３は、現像剤の寿命を決定するために予め設定された、トナーの帯電量に関する情報である寿命決定用帯電量を更に記憶している。なお、記憶部９８３に格納されるデータは、グラフやテーブルなどの形式でもよい。
【００６２】
モード制御部９８４は、後記の帯電量測定モード（帯電量取得動作）を含む帯電量予測モードおよび現像剤回復モード（帯電量調整動作）を実行する。
【００６３】
モード制御部９８４は、感光体ドラム２０上にシートＰに転写されるためのトナー像が形成される現像動作時とは異なる非現像動作時に、所定の実行タイミングで、帯電装置２１、露光装置２２、現像バイアス印加部９７１などを制御して、感光体ドラム２０上に互いにトナー現像量の異なる複数の測定用トナー像を形成し、濃度センサー１００によって検出される前記複数の測定用トナー像の濃度に基づいて、または、当該複数の測定用トナー像の濃度に加え前記複数の測定用トナー像が形成される際に現像ローラー２３１と現像バイアス印加部９７１との間を流れる現像電流の直流成分に基づいて、感光体ドラム２０上に形成された前記測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する帯電量測定モードを実行する。
【００６４】
詳しくは、モード制御部９８４は、当該帯電量測定モードにおいて、現像ローラー２３１と感光体ドラム２０との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させながら感光体ドラム２０上に複数の測定用トナー像を形成する。そして、前記周波数の変化量に対する前記測定用トナー像の濃度変化量の関係を示す測定用直線の傾きを、前記周波数の変化量と濃度センサー１００による前記測定用トナー像の濃度検出結果とから取得するとともに、当該取得された測定用直線の傾きと記憶部９８３の参照情報とから感光体ドラム２０上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する。
【００６５】
また、モード制御部９８４は、過去の帯電量測定モードを通じて記憶部９８３に記憶されてきたトナーの帯電量から、当該トナーの帯電量の今後の推移に関する帯電量推移情報を取得する。更に、モード制御部９８４は、前記帯電量推移情報と記憶部９８３に格納されている所定のタイミング決定用帯電量とから、今後に実行される帯電量測定モードのための実行タイミングを決定し、当該決定された実行タイミングに応じて、帯電量測定モードを随時実行する。
【００６６】
判定部９８５は、モード制御部９８４によって実行される帯電量測定モードまたは帯電量調整モードにおける各種の判定動作を実行する。
【００６７】
＜現像動作について＞
図３Ａは、本実施形態に係る画像形成装置１０の現像動作の模式図、図３Ｂは、感光体ドラム２０および現像ローラー２３１の電位の大小関係を示す模式図である。図３Ａを参照して、現像ローラー２３１と感光体ドラム２０との間に、現像ニップ部ＮＰが形成されている。現像ローラー２３１上に担持されるトナーＴＮおよびキャリアＣＡは磁気ブラシを形成する。現像ニップ部ＮＰにおいて、磁気ブラシからトナーＴＮが感光体ドラム２０側に供給され、トナー像ＴＩが形成される。図３Ｂを参照して、感光体ドラム２０の表面電位は、帯電装置２１によって、背景部電位Ｖ０（Ｖ）に帯電される。その後、露光装置２２によって露光光が照射されると、感光体ドラム２０の表面電位が、印刷される画像に応じて背景部電位Ｖ０から最大で画像部電位ＶＬ（Ｖ）まで変化される。一方、現像ローラー２３１には、現像バイアスの直流電圧Ｖｄｃが印加されるとともに、直流電圧Ｖｄｃに不図示の交流電圧が重畳されている。
【００６８】
このような反転現像方式の場合、表面電位Ｖ０と現像バイアスの直流成分Ｖｄｃとの電位差が、感光体ドラム２０の背景部へのトナーかぶりを抑制する電位差である。一方、露光後の表面電位ＶＬと現像バイアスの直流成分Ｖｄｃとの電位差が、感光体ドラム２０の画像部に、プラス極性のトナーを移動させる現像電位差となる。更に、現像ローラー２３１に印加される交流電圧によって、現像ローラー２３１から感光体ドラム２０へのトナーの移動が促進される。
【００６９】
一方、個々のトナーは、現像ハウジング２３０内で循環搬送される間に、キャリアとの間で摩擦帯電する。それぞれのトナーの帯電量は、上記の現像バイアスによって感光体ドラム２０側に移動するトナー量（現像量）に影響する。したがって、画像形成装置１０においてトナーの帯電量が精度よく予測することが可能になると、印字枚数、環境変動、印字モードおよび印字率などに応じて現像バイアスやトナー濃度を調整することで、良好な画質を維持することができる。このため、従来からトナーの帯電量を精度よく予測することが望まれていた。
【００７０】
＜トナー帯電量の予測について＞
本発明者は、上記の様な状況に鑑み鋭意検討し続けた結果、現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させた場合、トナーの現像量の変化がトナーの帯電量によって異なることを新たに知見した。具体的に、トナーの帯電量が低い場合は、交流電圧の周波数を増大させるとトナーの現像量が増加する。一方、トナーの帯電量が高い場合は、交流電圧の周波数を増大させるとトナーの現像量が減少することを新たに知見した。この特性を利用することで、交流電圧の周波数を変化させた際の画像濃度の変化を測定することによって、トナーの帯電量を精度よく予測することが可能となった。
【００７１】
図４は、本実施形態に係る画像形成装置１０において、現像バイアスの周波数と画像濃度との関係を示したグラフである。図５は、本実施形態に係る画像形成装置１０において、図４のグラフの傾きとトナー帯電量との関係を示したグラフである。
【００７２】
現像ローラー２３１に印加される現像バイアスの直流電圧と感光体ドラム２０の静電潜像との間の直流電圧における電位差を一定に保持し、現像バイアスの交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐ、デューティ比をそれぞれ固定した状態で、同交流電圧の周波数を変化させる。この結果、現像ローラー２３１上のトナーの帯電量に応じて、濃度センサー１００によって検出されるトナー像の画像濃度が異なる傾向を示す（図４）。すなわち、図４に示すように、トナーの帯電量が２７．５μｃ／ｇの場合、周波数ｆが小さくなると画像濃度が低くなる。一方、トナーの帯電量が３４．０μｃ／ｇ、３７．７μｃ／ｇの場合、周波数ｆが小さくなると画像濃度が高くなる。そして、トナーの帯電量が小さくなるほど、図４に示されるグラフの傾きが大きくなる。図５を参照して、図４の３つのグラフの傾きと各トナー帯電量との関係は、直線（近似直線）上に分布する。したがって、図５に示される情報が予め記憶部９８３に格納され、図４に示される直線の傾きが後記の帯電量測定モードにおいて導出されれば、その際のトナーの帯電量を測定（予測）することが可能となる。
【００７３】
＜トナーの帯電量の予測効果について＞
本実施形態では、トナーの帯電量を予測するために、感光体ドラム２０上の表面電位を測定する表面電位センサーを備える必要がない。また、トナーの帯電量を予測するために、現像バイアスに応じて現像ローラー２３１に流入する電流を測定する必要がない。このため、表面電位センサーの汚れや、キャリアの抵抗変化によって現像ローラー２３１に流入する電流の変化の影響を受けることなく、安定してトナーの帯電量を予測することが可能になる。このため、画像形成装置１０において印字される画像濃度が低下した場合、現像装置２３のトナー濃度を上昇させることでトナーの帯電量を低下させることで画像濃度を増大させることが望ましいか、現像ニップ部ＮＰにおける現像電位差（Ｖｄｃ−ＶＬ）を増大させることで画像濃度を増大させることが望ましいかの選択が容易となる。
【００７４】
一般的に、画像形成装置１０において画像濃度が低下する原因は、「現像電位差の低下」、「規制ブレード２３４を通過する現像剤の搬送量低下」、「キャリア抵抗の上昇」、「トナー帯電量の上昇」などが考えられる。この中で、トナー帯電量の上昇以外の要因が原因の画像濃度低下に対して、トナーの帯電量を低下させるためにトナー濃度を上昇させてしまうと、新たにトナー飛散などの不具合が発生する可能性がある。トナー帯電量の上昇が原因の画像濃度低下に対しては、トナー濃度を上昇させることでトナー帯電量を低下させることが望ましく、その他の要因が原因の画像濃度低下に対しては、現像電界（現像バイアス）を増大することが好ましい。また、トナー帯電量を把握することで、二次転写ローラー１４５に付与される転写電流の最適化も可能となるため、画像形成装置１０のシステム全体をより安定させることが可能となる。
【００７５】
＜周波数とトナー帯電量との関係について＞
本発明の発明者は、現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させた場合の画像濃度の変化について、トナー帯電量が下記のように寄与するものと推定する。
（１）トナー帯電量が低い場合
トナーの帯電量が低い場合、トナーとキャリアとの間に働く静電付着力が小さいため、トナーはキャリアからは離れやすい。しかしながら、現像バイアスの交流電圧の周波数が小さくなると、現像ニップ部ＮＰにおけるトナーの往復移動回数が低下する。このため、画像濃度が低下する。なお、周波数が小さくなると、交流電圧の１周期あたりのトナーの往復移動距離が増大するが、トナーの帯電量が低い場合、トナーの元々の移動距離が少ないため、画像濃度の低下への影響は少ない。このように、トナーの帯電量が低い場合には、現像バイアスの交流電圧の周波数が小さくなると、画像濃度は低下する。
（２）トナー帯電量が高い場合
上記のように現像バイアスの交流電圧の周波数が小さくなると、現像ニップ部ＮＰにおけるトナーの往復移動回数が低下するが、トナーの帯電量が高い場合、もともとトナーがキャリアから外れにくいため、当該往復移動回数の低下の影響は少ない。一方、周波数が低下すると、交流電圧の１周期あたりのトナーの往復距離が増大するため、高いトナーの帯電量に応じて画像濃度が増大する。このように、トナーの帯電量が高い場合には、現像バイアスの交流電圧の周波数が小さくなると、画像濃度は増大する。
【００７６】
＜トナーの帯電量測定モード（帯電量取得動作）について＞
図６は、本実施形態に係る画像形成装置１０において実行される帯電量測定モードのフローチャートである。図７は、帯電量測定モード時に感光体ドラム２０上に形成される測定用トナー像の模式図である。
【００７７】
図６を参照して、帯電量測定モードが開始されると（ステップＳ０１）、モード制御部９８４が現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させるための変数ｎをｎ＝１に設定する（ステップＳ０２）。そして、モード制御部９８４は、駆動制御部９８１およびバイアス制御部９８２を制御して、予め設定された基準現象バイアスを印加した状態で、現象ローラー２３１を１回転以上回転させた後、現像バイアスの交流電圧の周波数を第１の周波数（ｎ＝１）に設定する（ステップＳ０３）。なお、当該基準現象バイアスは、帯電量測定モードが直前の画像形成の履歴の影響を受けないために設定される。通常、この基準現像バイアス条件には、印字（画像形成）に使用する際のバイアスが適用される。なお、基準現像バイアスとして直流電圧のみが適用されると、上記の履歴の解消効果が弱いので、直流電圧および交流電圧が重畳的に適用されることが望ましい。
【００７８】
次に、交流電圧の周波数が前記第１の周波数に設定された現像バイアスで、予め設定された測定用トナー像が現像され（ステップＳ０４）、当該トナー像が感光体ドラム２０から中間転写ベルト１４１に転写される（ステップＳ０５）。そして、当該測定用トナー像の画像濃度が濃度センサー１００によって測定され（ステップＳ０６）、第１の周波数の値とともに、取得された画像濃度が記憶部９８３に記憶される（ステップＳ０７）。
【００７９】
次に、モード制御部９８４は、周波数に関する変数ｎが予め設定された規定回数Ｎに到達したか否かを判定する（ステップＳ０８）。ここで、ｎ≠Ｎの場合（ステップＳ０８でＮＯ）には、ｎの値が１つカウントアップされ（ｎ＝ｎ＋１、ステップＳ０９）、ステップＳ０３からＳ０７までが繰り返される。なお、帯電量測定の精度を高くするためには、規定回数Ｎ＝２以上であることが望ましく、３≦Ｎに設定されることが更に望ましい。一方、ｎ＝Ｎの場合（ステップＳ０８でＹＥＳ）には、モード制御部９８４が、記憶部９８３に記憶された情報に基づいて、図４に示される近似直線の傾きを算出する（ステップＳ１０）。そして、モード制御部９８４は、記憶部９８３に格納されている図５に示されるグラフ（参照情報）に基づいて、上記の傾きからトナーの帯電量を推定し（ステップＳ１１）、帯電量測定モードを終了する（ステップＳ１２）。
【００８０】
図７では、規定回数Ｎ＝３の場合に、周波数ｆが増大されることによって、測定用トナー像の画像濃度が上昇している例を示している。この場合、トナーの帯電量は、図４の２７．５μｃ／ｇのように相対的に低めである。
【００８１】
なお、Ｎ＝２の場合に、ステップＳ０６において測定される画像濃度がそれぞれ、ＩＤ１、ＩＤ２と定義される。また、第１の周波数がｆ１（ｋＨｚ）、第２の周波数がｆ２（ｋＨｚ）（ｆ２＜ｆ１）と定義される。この場合、図４に示される直線の傾きａは、式１で算出される。
傾きａ＝（ＩＤ１−ＩＤ２）／（ｆ１−ｆ２））  ・・・（式１）
傾きａはトナー帯電量によって異なり、トナー帯電量が低いと「正（＋）」となり、トナー帯電量が低いと「負（−）」となる。なお、３≦Ｎの条件で測定する場合には、最小自乗法で求めた１次式の近似直線の傾きを用いればよい。また、図５に示される参照情報は、式２で示される。
Ｑ／Ｍ＝Ａ×直線の傾き＋Ｂ  ・・・（式２）
ここで、ＡおよびＢは、現像剤固有の値であり、予め実験によって決定されている。Ｑ／Ｍは、単位質量あたりのトナー帯電量を意味する。ステップＳ１０において式１から算出された近似直線の傾きａを式２に代入すれば、トナー帯電量Ｑ／Ｍが算出される。なお、図６に示される帯電量測定モードは、図１の各色の現像装置２３に対してそれぞれ実行されてもよく、またモード実行中に設定される周波数は現像装置２３毎に固有の値に設定してもよい。特に、画像形成装置１０の周辺の温湿度や耐久枚数に応じて望ましい周波数が既知の場合には、モード実行中に設定される周波数は当該既知の周波数の近傍で設定されてもよい。また、前回のトナー帯電量測定モードの結果を参照して、新たな測定モードに用いられる周波数が選定されても良い。この場合、測定されるトナー帯電量の精度を高めることができる。
【００８２】
＜帯電量測定モードの実行タイミングについて＞
本実施形態に係る帯電量測定モードの実行タイミングは、自動によって開始されるものと手動によって開始されるものとがある。自動による帯電量測定モードは、後記のとおりトナーの帯電量に応じて変化する所定の実行タイミングで行われる。
【００８３】
なお、濃度センサー１００が主走査方向（感光体ドラム２０の軸方向）において複数配置され、当該濃度センサー１００の位置に応じて測定用トナー像がそれぞれ形成されることが更に望ましい。すなわち、感光体ドラム２０の軸方向の両端部に対応してそれぞれ測定用トナー像が形成される場合、現像装置２３（現像ローラー２３１）の両端部におけるトナー帯電量をそれぞれ予測することができる。そして、この両端部でのトナー帯電量の差が予め設定された閾値よりも大きい場合には、現像装置２３内での荷電性能が悪化している可能性がある。したがって、モード制御部９８４は、画像形成装置１０の不図示の表示部などを通じて、現像装置２３の交換や、現像剤の交換を促すことが可能となる。
【００８４】
更に、画像形成装置１０が製造後に工場から出荷される時と、画像形成装置１０の使用場所において実行される本体セットアップ時に、上記の帯電量測定モードがそれぞれ実行されることが望ましい。この結果、画像形成装置１０の休止期間中の影響を予測する事も可能になる。すなわち、現像剤は、休止期間が長いと帯電量が低くなる傾向にあり、この傾向は放置された期間や環境によってそのレベルが異なることが多い。したがって、工場出荷時および本体セットアップ時のトナー帯電量がそれぞれ測定されることで、現像剤の放置による劣化状態が予測され、放置時間が非常に長い場合や劣悪環境に放置されていた場合は、この２つのトナー帯電量（工場出荷時と本体セットアップ時のトナー帯電量）の差が大きく検出される。この様な場合には、上記と同様に使用場所において現像剤の入れ替えを促すことができる。
【００８５】
一方、工場出荷時および本体セットアップ時のトナー帯電量が低くても、両者のトナー帯電量の差が小さい場合には、現像剤が劣化している可能性は低い。このため、使用場所において現像剤を入れ替える必要はなく、トナー濃度や現像条件（現像バイアスなど）を調整することで、画質を向上させることができる。以上のように、本実施形態に係るトナー帯電量測定モードが、画像形成装置１０が使用されない状態で所定の期間放置された後に実行されることで、現像剤の状態変化を把握することが可能となる。
【００８６】
図６に示すような帯電量測定モードを実行する場合、感光体ドラム２０上に測定用トナー像を含む画像パターンが形成される。トナーの帯電量を精度良く測定するためには、頻繁に測定用トナー像を形成することが望ましいが、この場合、通常の画像形成動作が実行できない時間が増大するとともに、測定時に消費するトナー量が増大する。このため、トナーの帯電量を測定するタイミングを効率的に決定することが重要となる。本実施形態では、このような問題を解決するために、モード制御部９８４が、効率的な帯電量測定モードの実行タイミングを決定する。
【００８７】
図８は、本実施形態に係る画像形成装置１０において実行される帯電量予測モードのフローチャートである。当該帯電量予測モードには、前述の帯電量測定モードが含まれている。モード制御部９８４は、所定の実行タイミングで当該帯電量予測モードを実行する。
【００８８】
図８を参照して、上記の実行タイミングとなると、モード制御部９８４は、記憶部９８３に格納されるとともに更新可能なＦＬＡＧの値を１に更新する（図８のステップＳ２１）。当該ＦＬＡＧ＝１は、後記の現像剤回復モードが未実施であり、帯電量測定モードの再実行が未実施である状態を意味する。次に、モード制御部９８４は、前述の帯電量測定モード（図６）を実行する（図８のステップＳ２２）。この結果、モード制御部９８４は、図６のステップＳ１１から得られたトナーの帯電量を、実測帯電量ｑａとして決定する（図８のステップＳ２３）。
【００８９】
次に、判定部９８５が、今回の実行タイミングにおいて取得したトナーの帯電量（実測帯電量ｑａ）と、記憶部９８３内の帯電量推移情報に含まれる、今回の実行タイミングに対応するトナーの帯電量（予測帯電量ｑｐ）との大小関係を比較する（ステップＳ２４）。ここでは、実測帯電量ｑａと予測帯電量ｑａとの差の絶対値が、予め設定された閾値ΔＱよりも小さいか否かで判定される。一例として、ΔＱ＝３μｃ／ｇに設定されている。
【００９０】
そして、ステップＳ２４において、実測帯電量ｑａと予測帯電量ｑａとの差の絶対値が、予め設定された閾値ΔＱ以下の場合（ステップＳ２４でＹＥＳ）、モード制御部９８４は、先の帯電量測定モードにおいて取得した実測帯電量ｑａを現在のトナーの帯電量（最新帯電量ｑｒ）とする（ステップＳ２５）。その後、モード制御部９８４は、当該最新帯電量ｑｒを現在の耐久枚数ＰＶ（枚）とともに記憶部９８３に格納する。更に、モード制御部９８４は、最新帯電量ｑｒを含め記憶部９８３に格納されているトナーの帯電量と対応する耐久枚数ＰＶとの情報から、最新の帯電量予測式（帯電量推移情報）を取得する。換言すれば、モード制御部９８４は、最新帯電量ｑｒによって既存の帯電量予測式を修正する（ステップＳ２６）。その後、モード制御部９８４は、修正後の最新の帯電量予測式に基づいて、次回の帯電量測定モードのモード実行時期（実行タイミング）を決定し（ステップＳ２７）、帯電量予測モードを終了する。ステップＳ２７において決定されたモード実行時期になると、ステップＳ２１以下の帯電量予測モードが実行される。なお、本実施形態に係る帯電量推移情報に相当する数式については、後記で詳述する。
【００９１】
なお、ステップＳ２４において、実測帯電量ｑａと予測帯電量ｑｐとの差の絶対値が、予め設定された閾値ΔＱよりも大きい場合（ステップＳ２４でＮＯ）、判定部９８５は、記憶部９８３に格納されているＦＬＡＧの値が３か否かを判定する（ステップＳ２８）。前述のように所定の実行タイミングで１回目の帯電量測定モードが実行された場合、これに先だってステップＳ２１においてＦＬＡＧ＝１とされている。このため、判定部９８５は、ステップＳ２８でＮＯと判定する。更に、判定部９８５は、記憶部９８３に格納されている前記ＦＬＡＧの値が２か否かを判定する（ステップＳ２９）。上記と同様の理由（ＦＬＡＧ＝１）により、判定部９８５は、ステップＳ２９でＮＯと判定する。この結果、モード制御部９８４は、記憶部９８３に記憶されているＦＬＡＧを２に更新する（ステップＳ３０）。当該ＦＬＡＧ＝２は、後記の現像剤回復モードが未実施であり、帯電量測定モードの再実行を指示するための状態を意味する。
【００９２】
その後、ステップＳ３０から再びステップＳ２２に進むと、２回目の帯電量測定モードが実行される（再実行）。このステップＳ２４、Ｓ２８、Ｓ２９、Ｓ３０およびＳ２２へのフローは、１回目の帯電量測定モードで取得された実測帯電量ｑａと予測帯電量ｑｐとの差が大きいために、帯電量測定モードの誤動作の可能性を踏まえて、帯電量測定モードの再実行を行うものである。
【００９３】
２回目の帯電量測定モードにおいて、実測帯電量ｑａと予測帯電量ｑｐとの差がΔＱ以下の場合には、１回目の場合と同様に、ステップＳ２５〜Ｓ２７に進む。一方、２回目の帯電量測定モードにおいても、実測帯電量ｑａと予測帯電量ｑｐとの差がΔＱよりも大きい場合には、ＦＬＡＧ＝２（ステップＳ３０）であることから、判定部９８５がステップＳ２９でＹＥＳと判定し、モード制御部９８４が現像剤回復モードを実行する（ステップＳ３１）。なお、当該現像剤回復モードとは、現像装置２３の内部の現像剤に含まれるトナーを可能な限り排出し、トナー補給部１５から新たなトナーを現像装置２３に流入させるモードである。このため、感光体ドラム２０上にトナー消費用のパッチ、バンドが形成され、現像ローラー２３１から感光体ドラム２０に排出すべきトナーが移動する。これと並行して、トナー補給部１５から現像装置２３にトナーが補給されることで、所定の時間の間に、徐々に現像装置２３内のトナーが入れ替わっていく。なお、モード制御部９８４は、現像剤回復モードの実行後に、記憶部９８３のＦＬＡＧを３に更新する（ステップＳ３２）。その後、ステップＳ２２の帯電量測定モード以降のフローが繰り返される。
【００９４】
なお、ステップＳ３１における現像剤回復モードによって、現像装置２３内のトナーがリフレッシュされたにも関わらず、その後のステップＳ２４において、実測帯電量ｑａと予測帯電量ｑｐとの差がΔＱよりも大きい場合には、ＦＬＡＧ＝３（ステップＳ３２）であることから、判定部９８５がステップＳ２８においてＹＥＳと判定する。この場合、画像形成装置１０における長期の画像形成動作の中断を防止するために、ステップＳ２５以下のフローが実行される。なお、この場合、実測帯電量ｑａと予測帯電量ｑｐとの差がΔＱよりも大きいにも関わらず、帯電量予測モードが一見正常終了することになるため、当該情報が画像形成装置１０の不図示の表示部やインターネット、電話回線を通じてサービスセンターなどに報知されることが望ましい。
【００９５】
図９は、本実施形態に係る画像形成装置１０におけるトナーの帯電量測定結果（実測帯電量ｑａ）および帯電量予測結果（予測帯電量ｑｐ）の耐久枚数ＰＶ（枚）に応じた推移を示したグラフである。本実施形態では、トナーの帯電量ｑの推移（現像剤の帯電量推移情報）は、下記の式３によって表される。
ｑ＝Ｑｍ−（Ｑｍ−Ｑｏ）ｅｘｐ（−Ｔ０．５／τ）  ・・・（式３）
式３において、Ｑｍは長期の使用によってやがて飽和する（行き着く）トナーの帯電量である飽和帯電量を表しており、Ｑｏはトナーの初期の帯電量を表している。なお、Ｑｍはトナーおよびキャリアの材料に大きく依存し、現像剤の仕様にあわせて既知の値として記憶部９８３に格納されている。また、Ｑｏは画像形成装置１０の使用開始時（現像装置２３に投入される現像剤の使用開始時）に、モード制御部９８４が図６の帯電量測定モードを実行しトナーの帯電量が取得された際に、初期帯電量Ｑｏとして記憶部９８３に格納される。式３によって表されるトナーの帯電量ｑの推移が、前述のように図９の予測帯電量ｑｐに示されている。また、式３のτは、トナーの帯電量の推移を決定する定数であり、モード制御部９８４によって随時更新される。
【００９６】
本実施形態では、式３を用いて、トナーの帯電量の推移が予測される。たとえば式３において、Ｔを印字枚数（枚）（耐久枚数ともいう）とした場合、Ｔ＝１におけるトナーの帯電量が２９．５μｃ／ｇであったとすると、モード制御部９８４は、式３のＴに「１」を代入する。そして、モード制御部９８４は、式３の帯電量ｑと測定されたトナーの帯電量ｑａ（２９．５）との差がもっとも小さくなるτを最小二乗法で求める。この結果、Ｔ＝１におけるτが導出される。たとえば、最小二乗法によって、τ＝３９．４が導出される。式３において、Ｑｍ、Ｑｏおよびτが既知となったため、式３は、ｑとＴ（＝ＰＶ）との関係を示す数式となり、図９に示されるような現像剤（トナー）の帯電量ｑの推移を示す情報となる。このように、所定のタイミングでτが演算されることで、トナーの帯電量ｑの推移が精度良く予測可能とされる。なお、Ｔ＝０の場合は、測定帯電量＝計算帯電量となるため、上記のような計算は不要である。
【００９７】
次に、一例として、Ｔ＝１０００００（枚）までのτの導出手順について更に詳述する。なお、ここでは、Ｔとして、印字枚数が選択されているが、Ｔは現像装置２３（現像ローラー２３１）の駆動時間でもよい。また、現像装置２３に対するトナーの補給量や総消費量をもってＴが代替えされてもよい。表１は、各Ｔにおける帯電量測定結果ｑａ（帯電量測定モードで測定された帯電量、実測帯電量ｑａ）、帯電量予測結果ｑｐ（予測帯電量ｑａ）および帯電量予測修正結果ｑｐ’およびτの値を示している。
【００９８】
【表１】
2020052241.tif 000003
【００９９】
表１のように、所定の印字枚数Ｔにおける帯電量の計算予測結果には、帯電量予測結果ｑｐと、帯電量予測修正結果ｑｐ’の２種類がある。帯電量予測結果ｑｐは、前述の式３を用いて、トナーの帯電量を予測した結果である。一方、帯電量予測修正結果ｑｐ’は、印字枚数Ｔにおける帯電量測定結果ｑａを用いてτを再計算し、この新しいτによって、その時点でのトナーの帯電量ｑを再度予測したものである。
【０１００】
前述のように、式３の初期帯電量Ｑｏは、機械設置時に帯電量測定モードを行った際のトナーの帯電量である。なおＱｏは未使用状態のトナーの帯電量であるため、上記のような帯電量測定モードによらず、Ｑｍと同様に記憶部９８３に予め記憶されてもよい。画像形成装置１０における印字動作が進み、Ｔ＝１０００枚になると、モード制御部９８４が帯電量測定モードを実行し、トナーの帯電量ｑ（＝ｑａ）が取得される。この結果、モード制御部９８４は、Ｔ＝０およびＴ＝１０００におけるトナーの帯電量を用いて、式３によるトナーの帯電量の計算結果（予測帯電量ｑｐ）と帯電量測定モードによって得られたトナーの各帯電量（実測帯電量ｑａ）の差が一番小さくなるτを最小二乗法によって求める。ここでは、表１に示すようにτ＝１１２．４μｃ／ｇとなった。そして、この新たなτによって式３を更新し、再計算されたトナーの帯電量（帯電量予測修正結果ｑｐ’）は２５．１μｃ／ｇとなった。また、ここで得られた最新のτ＝１１２．４を式３に代入することで、トナーの帯電量ｑと印字枚数Ｔを変数とする式が得られ、以後のトナーの帯電量の予測推移が得られる。
【０１０１】
上記と同様に、画像形成装置１０における印字動作が進み、Ｔ＝５０００枚になると、モード制御部９８４が帯電量測定モードを実行し、トナーの帯電量ｑ（＝ｑａ）が取得される。この結果、モード制御部９８４は、Ｔ＝１０００およびＴ＝５０００におけるトナーの帯電量ｑを用いて、式３によるトナーの帯電量の計算結果（予測帯電量ｑｐ）と帯電量測定モードによって得られたトナーの各帯電量（実測帯電量ｑａ）の差が一番小さくなるτを最小二乗法によって求める。ここでは、表１に示すようにτ＝１０２．９となった。そして、この新たなτによって式３を更新し、再計算されたトナーの帯電量（帯電量予測修正結果ｑｐ’）は２０．１μｃ／ｇとなった。なお、Ｔ＝１０００におけるτ＝１１２．４を用いた場合のトナーの帯電量（帯電量予測結果ｑｐ）は２０．７μｃ／ｇとなった。このようにτが再計算されることで、トナーの帯電量の予測結果も更新される。
【０１０２】
上記と同様に、画像形成装置１０における印字動作が進み、Ｔ＝１００００枚になると、モード制御部９８４が帯電量測定モードを実行し、トナーの帯電量ｑ（＝ｑａ）が取得される。この結果、モード制御部９８４は、Ｔ＝１０００およびＴ＝５０００およびＴ＝１００００におけるトナーの各帯電量を用いて、式３によるトナーの帯電量の計算結果（予測帯電量ｑｐ）と帯電量測定モードによって得られたトナーの帯電量（実測帯電量ｑａ）の差が一番小さくなるτを最小二乗法によって求める。ここでは、表１に示すようにτ＝１０７．３となった。このような計算が各印字枚数Ｔにおいて繰り返されることで、τの値が一定の値に収束していく。
【０１０３】
このように、帯電量予測結果ｑｐを用いることで、新たな実測帯電量ｑａが測定されるまでの間、トナーの帯電量を予測するができる。一方、帯電量測定モードが実行されると、新たなトナーの帯電量（実測帯電量ｑａ）を用いて新しいτが演算され、トナーの予測帯電量も予測修正帯電量ｑｐ’に修正されるため、精度の高い予測結果が得られる。
【０１０４】
なお、図８のステップＳ２７において、モード制御部９８４は、次回の帯電量測定モード（帯電量予測モード）の実行タイミングを決定する。記憶部９８３には、前記実行タイミングを決定するために予め設定されたトナーの帯電量であるタイミング決定用帯電量ｑｔが複数格納されている。当該、複数のタイミング決定用帯電量ｑｔは、所定の間隔をおいて設定されている（たとえば、２０．０／１７．５／１５．０／１２．５μｃ／ｇ）。図８のステップＳ２６において得られた式３のｑに、タイミング決定用帯電量ｑｔが代入されると、次回の実行タイミングＴ＝ＴＮが導出される。したがって、モード制御部９８４は、画像形成装置１０における印字枚数がＴＮに達すると、図８の帯電量予測モードを実行する。なお、複数のタイミング決定用帯電量ｑｔは、１度使用されると、次の値が準備される。
【０１０５】
本実施形態では、モード制御部９８４（帯電量取得部）は、非現像動作時に、濃度センサー１００によって検出される複数の測定用トナー像の濃度に基づいて、感光体ドラム２０上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量ｑ（＝ｑａ）を取得する。このため、画像形成に伴う現像動作とは異なる時に、測定用トナー像を用いてトナーの帯電量を精度良く取得することができる。また、モード制御部９８４は、記憶部９８３に記憶される過去のトナーの帯電量から、当該トナーの帯電量の今後の推移に関する帯電量推移情報（式３）を取得する。更に、モード制御部９８４は、帯電量推移情報と記憶部９８３に記憶されたタイミング決定用帯電量ｑｔとから、今後に実行される帯電量測定モードのための実行タイミングＴＮを決定する。このように、実際に測定されたトナーの帯電量を反映させた帯電量推移情報に基づいて、今後の帯電量測定モードの実行タイミングが決定されるため、実際のトナーの帯電量とは関係なく予め設定された実行タイミングで帯電量測定モードが実行される場合と比較して、トナーの帯電量の変化を効率的に測定することができる。換言すれば、トナーの帯電量の変化が少ない時期に、帯電量測定モードが過剰に実行されることが防止される。
【０１０６】
また、本実施形態では、モード制御部９８４は、一の実行タイミングにおいて取得した前記トナーの帯電量ｑａと、前記帯電量推移情報（式３）に含まれる前記一の実行タイミングに対応する前記トナーの帯電量ｑｒ（たとえば式３に印字枚数Ｔを代入することで取得される）との差が、予め設定された閾値ΔＱよりも大きい場合に、前記帯電量測定モードの再実行または前記トナーの帯電量を調整する現像剤回復モード（帯電量調整動作）を実行する。このような構成によれば、予測されるトナーの帯電量ｑｒと実際に測定されたトナーの帯電量ｑａとの差が大きい場合には、帯電量測定モードの誤作動の可能性があるため、帯電量測定モードの再実行を行うことができる。また、帯電量測定モードに誤りがない場合には、現像剤回復モードが実行されることで、トナーの帯電量を速やかに調整することができる。
【０１０７】
また、本実施形態では、モード制御部９８４は、前記帯電量測定モードにおいて前記トナーの帯電量ｑａが取得されると、当該取得された前記トナーの帯電量ｑａによって前記帯電量推移情報（式３）を更新する。このため、実際に測定された最新のトナーの帯電量を用いて帯電量推移情報を更新することができる。このため、今後のトナーの帯電量の推移を精度良く予測することができる。
【０１０８】
また、モード制御部９８４は、前記トナーの帯電量に対応する変数ｑと、前記現像ローラーの駆動時間に対応する変数Ｔとから構成される数式（式３）を含む。このような構成によれば、トナーの帯電量に対応する変数と現像ローラーの駆動時間に対応する変数を含む数式を利用して、トナーの帯電量の推移を精度良く予測することができる。
【０１０９】
また、本実施形態に係る帯電量測定モードでは、感光体ドラム２０上の電位を測定する表面電位センサーや現像ローラー２３１に流入する現像電流を測定する電流計を用いることなく、現像装置２３に収容されるトナーの帯電量ｑを取得することができる。この結果、現像装置２３の現像剤交換の要否や現像バイアスの調整の必要性を精度良く判断することができる。
【０１１０】
特に、記憶部９８３に格納されている参照情報は、トナーの帯電量が第１の帯電量である場合に参照用直線の傾きが負であり、トナーの帯電量が第１の帯電量よりも小さな第２の帯電量である場合に参照用直線の傾きが正であり、更に、トナーの帯電量の低下とともに参照用直線の傾きが増大するように設定されている。このような構成によれば、現像バイアスの交流電圧の周波数と感光体ドラム２０（中間転写ベルト１４１）に形成されるトナー像の濃度（現像トナー量）との関係から、トナーの帯電量を精度良く取得することができる。
【０１１１】
なお、式３のｅｘｐ（−ｔ0.5/τ）について、従来、球が平面を転がる時に、平面と接触していない表面積の変化を表す場合、理論上、ｅｘｐ（−ｔ/τ）が使用されていた。しかし、本発明者は、種々実験の結果、ｅｘｐ（−ｔ/τ）よりも、ｅｘｐ（−ｔ0.5/τ）の方が、現実的なトナーの帯電量の変化を表していることを知見し、この式を用いている。なお、上記の理論的なｅｘｐ（−ｔ/τ）を用いてもよい。
【０１１２】
＜現像剤の寿命判定について＞
更に、本実施形態では、モード制御部９８４が上記の式３を用いて、現像剤の寿命判定を実行する。すなわち、記憶部９８３は、予め現像剤の下限帯電量Ｑｎ（μｃ／ｇ）（図９）を記憶している。一例として、下限帯電量Ｑｎ＝１５μｃ／ｇに設定されている。なお、下限帯電量Ｑｎは、安定した画像を得るために予め設定されたトナーの帯電量の下限値である。たとえば、モード制御部９８４は、前述の手順で導出されたτ（＝３９．４μｃ／ｇ）を式３に代入し、ｑ＝Ｑｎとなる印字枚数Ｔを算出する。この印字枚数Ｔが、下限帯電量Ｑｎに達すると予想される印字枚数、すなわち現像剤寿命（現像剤ライフ）となる。このように、本実施形態では、モード制御部９８４は、式３に代表される帯電量推移情報と予め記憶部９８３に格納される下限帯電量Ｑｎ（寿命決定用帯電量）とから、現像剤が寿命に至る寿命時期を予想する。なお、モード制御部９８４は、当該予想された現像剤の寿命時期よりも予め早く設定された時期に、現像剤の寿命に関する警告情報を画像形成装置１０の不図示の表示部やサービスセンターに出力することが望ましい。この結果、現像剤が寿命に達する前に、交換用の現像剤を準備することが可能となる。また、画像形成装置１０の使用者の月平均印字枚数や、月印字枚数のばらつきなどの情報が既知の場合には、これらの値を踏まえた、上記の警告情報を報知してもよい。以上のように、本実施形態では、記憶部９８３に記憶されるとともに随時更新される式３の情報（帯電量推移情報）を利用して、現像剤の寿命時期を予測することができる。また、現像剤の寿命時期に近づくと、予め警告情報が出力されることで、使用者やメンテナンス作業者に寿命時期を認知させることができる。
【０１１３】
なお、上記の実施形態では、式３が、トナーの帯電量ｑ（トナーの帯電量に対応する変数）と、印字枚数Ｔ（前記現像ローラーの駆動時間に対応する変数）とから構成される態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図２に示すように、現像装置２３は、現像ハウジング２３０に備えられたトナーセンサーＴＳを備えるものでも良い。トナーセンサーＴＳは現像装置２３内の現像剤のトナー濃度を検出し、当該トナー濃度に応じた信号を出力する。トナーセンサーＴＳは公知の透磁率センサーや圧力センサーなどから構成される。
【０１１４】
このような場合、帯電量測定モードによって取得されたトナーの帯電量（実測帯電量ｑａ）が、トナー濃度ＴＣによって補正可能とされる。たとえば、トナーの帯電量ｑとトナー濃度ＴＣとの積は、ほぼ一定であることから、トナー濃度補正後のトナーの帯電量をｑａ’は、以下の式４によって補正される。
ｑａ’＝ｑａ×ＴＣ／ＴＣ’  ・・・（式４）
なお、式４においてＴＣ’は、基準となるトナー濃度であって、予め記憶部９８３に記憶されている。一例として、ＴＣ’＝６．８％である。このような補正によれば、トナー濃度の影響をうけずに、現在のトナーの状態を表した帯電量ｑを取得することができる。
【０１１５】
更に、図６の帯電量測定モード（図８のステップＳ２２、Ｓ２３）において取得されるトナーの帯電量をトナー濃度によって補正する方法として、以下のような方法をとることもできる。具体的には、トナーの帯電量Ｑ／Ｍとトナー濃度ＴＣとの間には、下記の式５の関係が成り立つ。
Ｍ／Ｑ＝Ｊ×ＴＣ＋Ｋ  ・・・（式５）
なお、ＪおよびＫは所定の定数である。このような関係を用いて、モード制御部９８４がトナーの帯電量のトナー濃度補正を実行する場合は、以下の様な手順で行う。
【０１１６】
まず、モード制御部９８４は、現像装置２３に備えられた前述のトナーセンサーＴＳから、現像装置２３内のトナー濃度ＴＣのデータを取得する。また、モード制御部９８４は、トナーの帯電量ｑａを帯電量測定モードの結果から取得する。そして、モード制御部９８４は、これらのデータから、上記の式の定数Ｊおよび定数Ｋを算出し、式５を完成させる。この式５は、トナー濃度ＴＣおよびトナーの帯電量ｑａが測定されるたびに更新されることが望ましい。そして、所定の印字枚数Ｔにおける定数ＪおよびＫから、予め設定された基準トナー濃度ＴＣ’におけるトナーの帯電量ｑａ’が算出される。この算出された帯電量ｑａ’が、トナー濃度補正を加味したトナーの帯電量に相当する。図１０は、画像形成装置１０におけるトナーの帯電量測定結果と帯電量予測結果とを示したグラフである。表２は、図１０に対応しており、各印字枚数Ｔにおける帯電量測定結果ｑａ（帯電量測定モードで測定された帯電量、実測帯電量ｑａ）、トナー濃度ＴＣ、上記の式５に基づくトナー濃度補正を行った帯電量測定結果ｑａ’、帯電量予測結果ｑｐ（予測帯電量ｑａ）および帯電量予測修正結果ｑｐ’およびτの値を示している。
【０１１７】
【表２】
2020052241.tif 000004
【０１１８】
表２および図１０に示すように、帯電量測定モードによって取得された実測帯電量ｑａをトナー濃度ＴＣによって補正することで、前述の式４と同様に、トナー濃度の影響をうけずに、現在のトナーの状態を表した帯電量を取得することができる。このように本実施形態では、画像形成装置１０が、現像装置２３に収容される前記現像剤における前記トナーの濃度を検出するトナーセンサーＴＳ（トナー濃度検出部）を更に備え、記憶部９８３に格納される式５（帯電量推移情報）は、トナーの帯電量に対応する変数Ｍ／Ｑと、前記トナーの濃度に対応する変数ＴＣとから構成される数式（式５）を更に含む。このような補正によって、トナーの帯電量の推移を更に精度良く予測することができる。
【実施例】
【０１１９】
以下、実施例を挙げて本発明の実施形態につき更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。なお、実施した比較実験での各実験条件は以下のとおりである。
【０１２０】
＜共通実験条件＞
・プリント速度：５５枚／分
・感光体ドラム２０：アモルファスシリコン感光体（α−Ｓｉ）
・現像ローラー２３１：外径２０ｍｍ、表面形状ローレット溝加工、周方向に沿って８０列の凹部（溝）が形成されている。
・規制ブレード２３４：ＳＵＳ４３０製、磁性、厚み１．５ｍｍ
・規制ブレード２３４後の現像剤搬送量：２５０ｇ／ｍ２
・現像ローラー２３１の感光体ドラム２０に対する周速：１．８（対向位置でトレール方向）
・感光体ドラム２０と現像ローラー２３１との間の距離：０．３０ｍｍ
・感光体ドラム２０の白地部（背景部）電位Ｖ０：＋２７０Ｖ
・感光体ドラム２０の画像部電位ＶＬ：＋２０Ｖ
・現像ローラー２３１の現像バイアス：周波数＝６．０ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ＝５０％、Ｖｐｐ＝１０００Ｖの交流電圧矩形波、Ｖｄｃ（直流電圧）＝２００Ｖ
・トナー：正帯電極性トナー、体積平均粒子径６．８μｍ、トナー濃度８％
・キャリア：体積平均粒子径３５μｍ、フェライト・樹脂コートキャリア
【０１２１】
＜現像剤について＞
トナーは粉砕型トナー、コアシェル構造のトナーのどちらであっても同様の効果が確認されている。また、トナー濃度についても、３％から１２％までの範囲で同様の効果が奏されることが確認された。交流電界によるトナーの移動は、磁気ブラシが細かいほどより顕著に起こりやすいことから、キャリアの体積平均粒子径は４５μｍ以下が好ましく、３０μｍ以上４０μｍ以下がより好ましい。また、フェライトキャリアよりも真比重の小さい、樹脂キャリアの方がより好ましい。なお、実験中のトナーの帯電量の測定（実測）は、トレック社製の吸引式小型帯電量測定装置ＭＯＤＥＬ２１２ＨＳを用いて行った。
【０１２２】
＜キャリアについて＞
キャリアは、体積平均粒子径３５μｍのフェライトコアにシリコンやフッ素などをコーティングしたものであり、具体的には以下の手順で作成した。キャリアコアＥＦ−３５（パウダーテック社製）１０００重量部に、シリコン樹脂ＫＲ−２７１（信越化学社製）２０質量部をトルエン２００質量部に溶解させて、塗布液を作製する。そして、流動層塗布装置により、塗布液を噴霧塗布した後、２００℃で６０分間熱処理して、キャリアを得た。この塗布液の中に、導電剤や荷電制御剤をそれぞれコート樹脂１００部に対し、０〜２０部の範囲で混合し、分散させることで、抵抗調整・帯電調整を行なっている。
【０１２３】
上記の条件で、トナーの外添剤の量を変更することでトナーの帯電量を調整し、印字動作を行った。前述の図４、図５に、当実験の結果が示されている。なお、図４では、中間転写ベルト１４１上のトナー像の画像濃度が濃度センサー１００によって測定され、予め取得されたトナー像の画像濃度（センサー出力）と印字紙（用紙）上に形成されるトナー定着画像の画像濃度との相関曲線を用いて、トナー像濃度をトナー定着画像のＩ．Ｄとして表している。
【０１２４】
各トナー帯電量と図４の直線（近似直線）の傾きとの関係が図５に示されている。図５に示される近似直線の式６（下記）は、予め記憶部９８３に記憶されている。この式６を用いて、トナー帯電量の予測を行うことができる。
トナー帯電量Ｑ／Ｍ（μｃ／ｇ）＝−４４２．３２×傾き＋２９．８７  ・・・（式６）
なお、式６の傾き＝Δ画像濃度／Δ周波数（図４のグラフの傾き参照）
【０１２５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を取り得る。
【０１２６】
（１）上記実施形態では、現像ローラー２３１の表面にローレット溝加工が施される態様にて説明したが、現像ローラー２３１の表面に凹形状（ディンプル）を有するものや、ブラスト加工が施されたものでもよい。
【０１２７】
（２）図１のように画像形成装置１０が複数の現像装置２３を有する場合、上記実施形態に係る帯電量測定モードを１つもしくは２つの現像装置２３で行い、その結果を他の現像装置２３で利用するものでもよい。
【０１２８】
（３）更に、上記の実施形態では、帯電量測定モードにおいて、モード制御部９８４が測定用直線の傾きと記憶部９８３の参照情報とから感光体ドラム２０上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図１１は、本発明の変形実施形態に係る現像装置２３の断面図および制御部９８０の電気的構成を示したブロック図である。また、図１２は、本変形実施形態に係る画像形成装置１０において実行される帯電量測定モードのフローチャートである。
【０１２９】
本変形実施形態では、画像形成装置１０が、更に電流計９７３を備える。
【０１３０】
電流計９７３は、現像ローラー２３１と現像バイアス印加部９７１との間を流れる直流電流を検出する。
【０１３１】
モード制御部９８４は、帯電量測定モードにおいて、現像ローラー２３１と感光体ドラム２０との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で現像バイアスの交流電圧の周波数を変化させながら感光体ドラム２０上に複数の測定用トナー像を形成する。そして、モード制御部９８４は、濃度センサー１００によって検出される複数の測定用トナー像の濃度の差に対する複数の測定用トナー像が形成される際に現像ローラー２３１と現像バイアス印加部９７１との間を流れる現像電流の直流成分の差の比に基づいて、感光体ドラム２０上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得する。
【０１３２】
図１２を参照して、モード制御部９８４が帯電量測定モードを開始すると（ステップＳ４１）、モード制御部９８４は複数の測定用トナー像を形成するための変数ｎをｎ＝１に設定する（ステップＳ４２）。そして、モード制御部９８４は、予め記憶部９８３に格納されているｎ＝１に対応する画像１を選択する（ステップＳ４３）。記憶部９８３には、画像ｎを形成するための静電潜像の画像情報や現像バイアスの交流電圧の周波数に関する情報が格納されている。なお、その他の画像形成動作に関するパラメータは、直前の画像形成動作時と同じ値に設定される。次に、モード制御部９８４は、露光装置２２（図１）、駆動制御部９８１およびバイアス制御部９８２を制御して、画像１を形成するための現象バイアスを現像ローラー２３１に印加した状態で現象ローラー２３１を１回転以上回転させた後、感光体ドラム２０上に画像１に対応する測定用トナー像の静電潜像を形成する。感光体ドラム２０の回転に伴って、当該測定用トナー像が感光体ドラム２０と現像ローラー２３１とが対向する現像ニップ部ＮＰを通過する際に、静電潜像にトナーが供給され、測定用トナー像が現像される（ステップＳ４４）。この現像動作時に、電流計９７３によって現像電流（直流電流）が測定される（ステップＳ４５）。
【０１３３】
その後、当該トナー像が感光体ドラム２０から中間転写ベルト１４１に転写される（ステップＳ４６）。そして、当該測定用トナー像の画像濃度が濃度センサー１００によって測定され（ステップＳ４７）、ステップＳ３５で測定された現像電流の値とともに、取得された画像濃度が記憶部９８３に記憶される（ステップＳ４８）。
【０１３４】
次に、モード制御部９８４は、複数の測定用トナー像を形成するための変数ｎが予め設定された規定回数Ｎに到達したか否かを判定する（ステップＳ４９）。ここで、ｎ≠Ｎの場合（ステップＳ４９でＮＯ）には、ｎの値が１つカウントアップされ（ｎ＝ｎ＋１、ステップＳ５０）、ステップＳ４３からＳ４９までが繰り返される。なお、帯電量測定の精度を高くするためには、規定回数Ｎ＝２以上であることが望ましく、３≦Ｎに設定されることが更に望ましい。一方、ｎ＝Ｎの場合（ステップＳ４９でＹＥＳ）には、モード制御部９８４が、トナーの帯電量を推定し（ステップＳ５１）、帯電量測定モードを終了する（ステップＳ５２）。
【０１３５】
なお、一例として、Ｎ＝２の場合に、ステップＳ４５において測定されるｎ＝１、２の現像電流（直流電流）がそれぞれ、Ｉ１、Ｉ２と定義される。またステップＳ４７において測定されるｎ＝１、２の画像濃度がそれぞれ、ＩＤ１、ＩＤ２と定義される。この際、ステップＳ５１におけるトナーの帯電量は、以下の式７から得られる傾きａに相当する。
傾きａ＝（Ｉ１−Ｉ２）／（ＩＤ１−ＩＤ２）  ・・・（式７）
上記の傾きａは、横軸を画像濃度ＩＤ、縦軸を現像電流Ｉとして、ｎ＝１、２におけるデータ（ＩＤ、Ｉ）をそれぞれプロットした場合の２点を通る直線の傾きに相当する。なお、Ｎ＝３以上の条件にてトナーの帯電量を測定する場合には、最小二乗法で求めた１次式の近似直線の傾きａをトナーの帯電量とする。
【０１３６】
また、他の変形実施形態として、複数の測定用トナー像が形成される際に変化されるパラメータは、現像バイアスの交流電圧の周波数ではなく、露光装置２２によって形成される静電潜像の印字率であってもよい。
【０１３７】
すなわち、当該変形実施形態では、モード制御部９８４は、現像ローラー２３１と感光体ドラム２０との間の直流電圧の電位差を一定に保持した状態で露光装置２２を制御して単位面積あたりの印字率を変化させながら感光体ドラム２０上に複数の測定用トナー像を形成する。そして、モード制御部９８４は、濃度センサー１００によって検出される複数の測定用トナー像の濃度の差に対する複数の測定用トナー像が形成される際に現像ローラー２３１と現像バイアス印加部９７１との間を流れる現像電流の直流成分の差の比に基づいて、感光体ドラム２０上に形成された測定用トナー像に含まれるトナーの帯電量を取得するものでもよい。なお、この場合も上記の変形実施形態と同様に、式７に基づいてトナーの帯電量が取得できる。
【符号の説明】
【０１３８】
１０  画像形成装置
１００  濃度センサー（濃度検出部）
１４  中間転写ユニット（転写部）
１４５  二次転写ローラー（転写部）
２０  感光体ドラム（像担持体）
２１  帯電装置
２２  露光装置
２３  現像装置
２３１  現像ローラー
９７１  現像バイアス印加部
９７２  駆動部
９８０  制御部
９８１  駆動制御部
９８２  バイアス制御部
９８３  記憶部
９８４  モード制御部（帯電量取得部、帯電量推移情報取得部）
９８５  判定部
ＴＳ  トナーセンサー（トナー濃度検出部）
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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