(57)【要約】【課題】転写体上のパッチ画像を検出する付着量検出手段と、そのパッチ画像に対応する現像電流を検出する電流検出手段との検出信号に基づき電子写真プロセス条件を変更するプロセス制御における転写の影響の問題を克服し、地肌汚れがなく安定した画像濃度の印刷画像を常に出力できる画像形成装置を提供することにある。【解決手段】画像形成手段を制御して前記像担持体上に形成される画像の付着量を変化させる共に、前記像担持体上に形成された画像の変化に対応して上記電流検出手段により検出された電流の変化量と上記付着量検出手段により検出された現像剤の付着量の変化量に基づき前記電子写真プロセス手段の動作条件を変更する。【選択図】図２
2010019969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤からなる画像を担持する像担持体と、
前記像担持体に対向して現像剤を担持する現像剤担持体と有し、前記現像剤担持体上に担持する現像剤を前記像担持体に選択的に転移させて前記像担持体上に現像剤からなる画像を形成する現像手段と、
前記像担持体上に形成された画像を転写体上に転写する転写手段と、
前記現像剤担持体と前記像担持体との間の経路に生じる電流を検出する電流検出手段と、
前記転写体上に転写された画像の付着量を検出する付着量検出手段と、
少なくとも前記現像手段及び前記転写手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記像担持体上に付着量の異なる複数のパッチ画像を形成し、前記複数のパッチ画像に対応して、前記電流検出手段で検出される電流の変化量及び前記付着量検出手段で検出される付着量の変化量に基づき、少なくとも前記現像手段、又は前記転写手段の動作条件を変更することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記転写体は、記録材であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記転写体は、中間転写体であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記像担持体上に形成されたパッチ画像の表面電位と、前記現像剤担持体に印加するバイアス電位と、の差分であるコントラスト電位を変化させて、前記像担持体上に付着量の異なる複数のパッチ画像を形成することを特徴とする請求項１乃至３の何れかの１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記付着量の変化量に対する前記電流の変化量の割合より前記現像剤担持体から前記像担持体に転移した現像剤の帯電量を求め、当該現像剤の帯電量に応じて前記動作条件を変更することを特徴とする請求項１乃至４の何れかの１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記現像剤担持体上に担持する現像剤がトナー及びキャリアからなる２成分現像剤であり、前記動作条件が、前記現像手段のトナー濃度であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかの１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記動作条件が、前記現像剤担持体に印加するバイアス電位であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかの１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記動作条件が、前記転写手段に印加する転写電流であることを特徴とする請求項１乃至７の何れかの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、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置に関し、特に、最適な画質を維持するために作像特性の検出をおこなう画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた画像形成装置において、現像装置内の現像剤の帯電量を検知して出力画像の画質を安定化する技術として、特許文献１が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載のカラー画像形成装置２００について説明する。図１０は、カラー画像形成装置２００の断面図である。カラー画像形成装置２００には、４色の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋを有する。各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋに形成されたＹ色、Ｍ色、Ｃ色、Ｋ色のトナー像は無端ベルト状中間転写体７０に一次転写手段５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋで転写される。その後に、転写ベルト５Ａ１を張架し支持するローラ状の二次転写手段５Ａによって無端ベルト状中間転写体７０から記録材Ｐに再度転写される。最後に記録材Ｐは、Ｙ色、Ｍ色、Ｃ色、Ｋ色のトナー像を記録材に定着する定着部２４を経て、カラー画像形成装置２００から排出される。
【０００４】
図１１は、イエロー色の画像形成部１０Ｙの拡大断面図である。マゼンタ色、シアン色、黒色の画像形成部１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋも同一であり、説明は省略する。
【０００５】
ドラム状の感光体１Ｙは矢印の方向に回転する。感光体１Ｙの周面に配置する画像形成部１０Ｙの電子写真プロセスの各部について簡単に説明する。
【０００６】
ローラ状の帯電手段２Ｙは感光体１Ｙの表面を所望の帯電電位に帯電する。像露光手段３Ｙは、帯電された感光体１Ｙの表面にレーザー光による露光走査を行い、感光体１Ｙ上に潜像を形成する。現像部４Ｙは、感光体１Ｙ上の潜像をイエロートナーで現像し、感光体１Ｙ上にイエローのトナー像を形成する。現像部４Ｙの下流側にあるトナー付着量検出手段８Ｙは、感光体１Ｙ上のトナー像の付着量を検出する。トナー付着量検出手段８Ｙの下流側にローラ状の一次転写手段５Ｙがあり、感光体１Ｙ上のイエローのトナー像を無端ベルト状中間転写体７０に転写する。
【０００７】
帯電手段２Ｙには帯電電源２２Ｙが接続している。現像部４Ｙにはローラ状の現像剤担持体４１Ｙがあり、現像電源４２Ｙが接続し、バイアス電圧が印加されている。そして、現像電源４２Ｙとアースの間には、現像電流を検出する電流検出手段４３Ｙが接続されている。一次転写手段５Ｙには転写電源５２Ｙが接続し、転写電圧が印加される。像露光手段３は、制御部２０２で制御される。
【０００８】
制御部２０２は、電流検出手段４３Ｙ及びトナー付着量検出手段８Ｙからの検出信号に基づき、イエロー画像形成部の電子写真プロセスの各部を制御する。ここでは詳細は省略するが、図１０の破線は、その関係性を示す。制御信号の出力により、現像電源４２Ｙ、像露光手段３Ｙ、帯電電源２２、転写電源７Ｅの出力を制御している。
【０００９】
制御部２０２は、書込行程で像露光手段３を制御して感光体１Ｙ上に潜像パッチを形成する。次に現像電源４Ｅを制御して、現像行程において潜像パッチを現像しトナーパッチを感光体１Ｙ上に形成する。そして、制御部２０２は、トナー付着量検出手段８Ｙの検出出力に基づきトナーパッチ部のトナー付着量として算出している。また、感光体１Ｙのパッチが現像行程を経過する際に電流検出手段４３Ｙによって検出された検出信号からトナーパッチに対応する現像電流として算出している。
【００１０】
制御部２０２は、上記のように算出された現像電流とトナー付着量に基づき、電子写真プロセスに係わる作像条件を調整している。例えば、制御部２０２は、現像電流とトナー付着量によって算出されたトナーの帯電量に対して転写率が最適になるような一次転写手段、二次転写手段の動作条件を変更する。あるいは、トナーの帯電量が所定値より低い場合には地肌汚れが発生しないように現像手段４のトナー濃度を変更する。
【００１１】
結果として、特許文献１に記載の技術は、地肌汚れが発生せず画像濃度が安定した画像を出力できる画像形成装置の提供を実現している。
【特許文献１】特開２００５−１８９７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが、特許文献１に記載の技術では、４つの画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋにそれぞれトナー付着量検出手段８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋを設ける必要があり、画像形成装置のコストが増加すること。更に、４つの画像形成部は近年小型化が進み、トナー付着量検出手段８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋを小径感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの近傍に設置することになり、機械構成上の自由度が低下することが課題であった。
【００１３】
本願出願人は上記の課題を鑑みて、無端ベルト状中間転写体に対向してトナー付着量検出手段（以後、付着量検出手段と称す。図示せず）を配設し、４つの画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋで形成された各色のトナーパッチを無端ベルト状中間転写体に転写した後にひとつの付着量検出手段で各色のトナーパッチのトナー付着量を検出する技術を提案している。そして、以下のような手順に基づき制御を行った。
【００１４】
手順１：４つの画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋでトナーパッチを形成する。
【００１５】
手順２：４つの画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの現像剤担持体４Ｙ１、４Ｍ１、４Ｃ１、４Ｋ１に接続する電流検出手段４Ｙ３、４Ｍ３、４Ｃ３、４Ｋ３によって、各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋに形成されたパッチに対応する現像電流をそれぞれ検出する。
【００１６】
手順３：付着量検出手段によって、無端ベルト状中間転写体上に形成されている各色のトナーパッチのトナー付着量を検出する。
【００１７】
手順４：各色のトナーパッチに対応する（３）で得られたトナー付着量と（２）で得られた現像電流に基づき、電子写真プロセスに係わる作像条件を調整する。例えば、制御部２０２によって、パッチ画像に対応する現像電流値とトナー付着量からトナー帯電量が算出される。そして、トナー帯電量に基づき上記の作像条件が変更される。
【００１８】
ところが、上記の手順を実施したが、出力画像における画像濃度の安定化及び地肌汚れ発生の防止において十分な性能が得られず、新たな問題で発生した。以下にその事例を説明する。
【００１９】
一次転写行程におけて、感光体上に付着しているトナーが中間転写体へ１００％転写できないために、付着量検出手段で検出されたトナー付着量は、現像剤担持体から感光体へ転移して感光体上に形成されたトナーパッチのトナー付着量より低くなる。そのために、例えば、現像器のトナーの帯電量が基準値より低下し地肌汚れが発生している状況下にも拘わらず、作像条件が変更されずに放置されるような状況が生じた。
【００２０】
図１２の（ａ）は、一次転写部の上流におけて感光体１Ｋ上に形成されたＫ色（黒色）のパッチ画像の状態を表した模式図である。Ｌｄは、パッチ画像のトナー層を示す。図１２の（ｂ）は、一次転写部の下流におけて互いに離間された無端ベルト状中間転写体７０と感光体１Ｋ上のパッチ画像の状態を表した模式図である。Ｌｔは、無端ベルト状中間転写体７０に転写されたトナー層を示す。そして、Ｌｒは、転写されずに感光体１Ｙに残ったトナー層を示す。
【００２１】
上記のような事態に対して、転写されず残るトナー量（転写残トナー量）を予め見積もっておき、付着量検出手段で検出されたトナー付着量に対して補正量を加える方法も考えられる。しかし、一次転写における転写率（転写残トナー量）は、機械内の温湿度、あるいはトナー自体の帯電量の変化により影響を受けるために、このような方法も問題が残る。
【００２２】
本発明の目的は、上述の付着量検出手段と電流検出手段の検出信号に基づき電子写真プロセス条件を変更するプロセス制御における転写の影響の問題を克服し、地肌汚れがなく安定した画像濃度の印刷画像を常に出力できる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記の目的は、以下の解決手段により達成される。
１．現像剤からなる画像を担持する像担持体と、前記像担持体に対向して現像剤を担持する現像剤担持体と有し、前記現像剤担持体上に担持する現像剤を前記像担持体に選択的に転移させて前記像担持体上に現像剤からなる画像を形成する現像手段と、前記像担持体上に形成された画像を転写体上に転写する転写手段と、前記現像剤担持体と前記像担持体との間の経路に生じる電流を検出する電流検出手段と、前記転写体上に転写された画像の付着量を検出する付着量検出手段と、少なくとも前記現像手段、又は前記転写手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記像担持体上に付着量の異なる複数のパッチ画像を形成し、前記複数のパッチ画像に対応して、前記電流検出手段で検出される電流の変化量及び前記付着量検出手段で検出される付着量の変化量に基づき、少なくとも前記現像手段及び前記転写手段の動作条件を変更することを特徴とする画像形成装置。
２．前記転写体は、記録材であることを特徴とする１に記載の画像形成装置。
３．前記転写体は、中間転写体であることを特徴とする１に記載の画像形成装置。
４．前記制御手段は、前記像担持体上に形成されたパッチ画像の表面電位と、前記現像剤担持体に印加するバイアス電位と、の差分であるコントラスト電位を変化させて、前記像担持体上に付着量の異なる複数のパッチ画像を形成することを特徴とする１乃至３の何れかの１に記載の画像形成装置。
５．前記制御手段は、前記付着量の変化量に対する前記電流の変化量の割合より前記現像剤担持体から前記像担持体に転移した現像剤の帯電量を求め、当該現像剤の帯電量に応じて前記動作条件を変更することを特徴とする１乃至４の何れかの１に記載の画像形成装置。
６．前記現像剤担持体上に担持する現像剤がトナー及びキャリアからなる２成分現像剤であり、前記動作条件が、前記現像手段のトナー濃度であることを特徴とする１乃至５の何れかの１に記載の画像形成装置。
７．前記動作条件が、前記現像剤担持体に印加するバイアス電位であることを特徴とする１乃至６の何れかの１に記載の画像形成装置。
８．前記動作条件が、前記転写手段に印加する転写電流であることを特徴とする１乃至７の何れかの１に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係わる画像形成装置によれば、出力画像における画像濃度の安定化と地肌汚れの防止を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【００２６】
図１は、本発明の画像形成装置の実施の形態としてのカラー用の画像形成装置を示す概略構成図である。
【００２７】
この画像形成装置１００のプリンタ部１０１は、タンデム構成のフルカラーの画像形成装置と称せられるものである。複数組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、中間転写体のユニットとして無端ベルト状中間転写体ユニット７と、給紙搬送手段２１及び定着器２４とから成る。画像形成装置の本体部１０１の上部には、スキャナ部１０３が配置されている。
【００２８】
図２は、各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの拡大図であり、各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋについて以下に説明する。
【００２９】
イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、ドラム状の感光体１Ｙ、該感光体１Ｙの周囲に配置された帯電手段２Ｙ、像露光手段３Ｙ、現像器４Ｙ、ローラ状の一次転写手段５Ｙ、クリーニング手段６Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、ドラム状の感光体１Ｍ、該感光体１Ｍの周囲に配置された帯電手段２Ｍ、像露光手段３Ｍ、現像器４Ｍ、一次転写手段としての一次転写手段５Ｍ、クリーニング手段６Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、ドラム状の感光体１Ｃ、該感光体１Ｃの周囲に配置された帯電手段２Ｃ、像露光手段３Ｃ、現像器４Ｃ、一次転写手段としての一次転写手段５Ｃ、クリーニング手段６Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部１０Ｋは、ドラム状の感光体１Ｋ、該感光体１Ｋの周囲に配置された帯電手段２Ｋ、像露光手段３Ｋ、現像器４Ｋ、一次転写手段としての一次転写手段５Ｋ、クリーニング手段６Ｋを有する。
【００３０】
各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの周辺の電子写真プロセス各部の実施形態について、図２に従って更に詳しく説明する。
【００３１】
画像形成装置１００のシステムスピードは３００ｍｍ／ｓｅｃであり、各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋが直径６０ｍｍのＯＰＣであり、各帯電手段２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋによって負極性に帯電される。
【００３２】
各帯電手段２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋは、グリッドの電位を切り替えることにより感光体の電位を任意の帯電電位に制御可能であるスコロトロンタイプのコロナ放電極であり、帯電電源２Ｙ１、２Ｍ１、２Ｃ１、２Ｋ１に接続している。
【００３３】
現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは２成分現像装置であり、トナーとキャリアからなる２成分現像剤が装填されている。そして、トナーは、キャリアとの相互摩擦により負極性に帯電される。
【００３４】
各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは、現像剤担持体４Ｙ１、４Ｍ１、４Ｃ１、４Ｋ１と、攪拌手段４Ｙ４、４Ｍ４、４Ｃ４、４Ｋ４と、トナー濃度検出手段４Ｙ５、４Ｍ５、４Ｃ５、４Ｋ５と、現像容器４Ｙ６、４Ｍ６、４Ｃ６、４Ｋ６と構成される。
【００３５】
各攪拌手段４Ｙ４、４Ｍ４、４Ｃ４、４Ｋ４は、２本の回転軸とスクリューとで構成される。そして、攪拌手段の回転によって、図示していないトナー補給部から補給されたトナーが既に現像器内に収容された現像剤に均等に混合される共に、トナーとキャリアとの相互摩擦が促されトナー帯電量の向上が促進される。
【００３６】
トナー濃度検出手段４Ｙ５、４Ｍ５、４Ｃ５、４Ｋ５は、各攪拌手段４Ｙ４、４Ｍ４、４Ｃ４、４Ｋ４のひとつに対向するように現像容器４Ｙ５、４Ｍ５、４Ｃ５、４Ｋ５の底部に配設されている。トナー濃度検出手段４Ｙ５、４Ｍ５、４Ｃ５、４Ｋ５は、各現像器に収容される現像剤のトナー濃度を検出している。後述の制御によって、トナー濃度検出手段４Ｙ５、４Ｍ５、４Ｃ５、４Ｋ５で検出されたトナー濃度が基準値以下のなると、前述のトナー補給部の機構を作動するように制御され、各現像器内の現像剤は、常に基準値付近のトナー濃度に維持されている。
【００３７】
また、各現像器に収容される現像剤のトナーの帯電量が低下し、出力画像の背景部に付着するトナー数、いわゆるカブリ濃度が増加する場合には、後述の制御手段によって対応する現像器の攪拌手段のみを回転してトナーの帯電量を高めるような促進動作が行われている。
【００３８】
各現像剤担持体４Ｙ１、４Ｍ１、４Ｃ１、４Ｋ１上には適量に規制された２成分現像剤の層が形成されている。各現像剤担持体４Ｙ１、４Ｍ１、４Ｃ１、４Ｋ１の回転により、適量の現像剤が感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋと対向する現像領域へ搬送される。
【００３９】
各現像剤担持体４Ｙ１、４Ｍ１、４Ｃ１、４Ｋ１は、現像バイアス電源４Ｙ２、４Ｍ２、４Ｃ２、４Ｋ２に接続されている。現像バイアス電源４Ｙ２、４Ｍ２、４Ｃ２、４Ｋ２は、ＤＣ電圧にＡＣ電圧が重畳されたバイアス電圧を出力している。バイアス電圧のＤＣ成分、ＡＣ成分を適宜に変更することにより、カブリ、画像濃度等の現像特性を調整可能にしている。
【００４０】
非画像部にキャリアが付着しない限度内でＤＣ成分を下げることにより、非画像部にトナーが付着する画像カブリを改善する、あるいはなくすことが可能である。
【００４１】
そして、現像バイアス電源４Ｙ２、４Ｍ２、４Ｃ２、４Ｋ２と接地との間には、電流検出手段４Ｙ３、４Ｍ３、４Ｃ３、４Ｋ３が直列に接続している。
【００４２】
電流検出手段４Ｙ３、４Ｍ３、４Ｃ３、４Ｋ３は、現像行程において現像剤担持体４Ｙ１、４Ｍ１、４Ｃ１、４Ｋ１から感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに転移するトナーによって生ずる電流を検知している。本実施の形態では、現像行程において負極性に帯電したトナーが感光体側に移動しており、図２の矢印ｂの向きの電流が生じる。この電流を現像電流Ｉｄと称す。
【００４３】
現像電流Ｉｄは、単位時間あたりに現像剤担持体から感光体に転移したトナーの総電荷量を意味している。つまり、単位時間あたりに各現像剤担持体から対応する感光体へ転移したトナー量をＭｔとすると、その転移したトナーの平均帯電量をＱｔとした場合、次のような関係式が成り立つ。
【００４４】
Ｉｄ＝Ｑｔ×Ｍｔ
従って、ＩｄとＭｔを検出し、ＩｄをＭｔで除することにより、現像剤担持体から感光体へ転移したトナーの平均帯電量Ｑｔが算出される。
【００４５】
Ｑｔ＝Ｉｄ／Ｍｔ
一次転写手段５Ｙ、５Ｍ、ＣＭ、５Ｋは、半導電性のスポンジ（登録商標）が被覆された一次転写ローラで構成され、一次転写ローラの抵抗値は１×１０７Ωである。一次転写手段５Ｙ、５Ｍ、ＣＭ、５Ｋは、一次転写電源５Ｙ１、５Ｍ１、５Ｃ１、５Ｋ１に接続され、バイアス電圧が印加される。このバイアス電圧の印加により各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上の画像は中間転写体に転写される。一次転写電源５Ｙ１、５Ｍ１、５Ｃ１、５Ｋ１は、主に出力電流を制御する定電流方式である。
【００４６】
各一次転写手段５Ｙ、５Ｍ、ＣＭ、５Ｋの下流側に、各感光体クリーニング手段６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが配設され、一次転写手段によって無端ベルト状中間転写体７０へ転写できず各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に残された残余トナーが清掃される。残余トナーは、エッジが常に当接するようにクリーニングケーシングに支持固定されるクリーニングブレード６Ｙ１、６Ｍ１、６Ｃ１、６Ｋ１によって感光体上から掻き取られる。掻き取られたトナーは、搬送スクリュー６Ｙ１、６Ｍ２、６Ｃ３、６Ｋ４に降下する。そして、搬送スクリュー６Ｙ１、６Ｍ２、６Ｃ３、６Ｋ４の回転により画像形成装置本体の奥側へ搬送された後に、図示していない搬送機構を経て収容容器に収容される。
【００４７】
図１に戻り、中間転写体ユニットについて以下説明する。
【００４８】
無端ベルト状中間転写体ユニット７は、垂直方向に縦列配置されている画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの図示左側方に配置されている。無端ベルト状中間転写体ユニット７は、ローラ７１、７２、７３、７４、７６、７７に張架され、回動可能に支持された半導電性の無端ベルト状中間転写体７０と、一次転写手段５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ及び二次転写手段５Ａと、クリーニング手段６Ａと、付着量検出手段８とから成る。
【００４９】
画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋより形成された各色の画像は、一次転写手段５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋにより、回動する無端ベルト状中間転写体７０上に逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。
【００５０】
一次転写手段５Ｋは、画像形成処理中、感光体１Ｋに常時圧接している。他の一次転写手段５Ｙ、５Ｍ、５Ｃはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃに圧接する。
【００５１】
後述で詳しく説明する各色のパッチ画像が一次転写手段５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの領域を通過する際には、各一次転写手段に印加されるバイアス電圧は、図示していない制御手段によって以下のように切替制御される。
【００５２】
感光体の移動方向における画像領域が一次転写部を通過する時は、感光体上のトナー像をきちんと中間転写体に転写させるように定常のバイアス電圧が印加される。
【００５３】
一方、感光体の移動方向における画像領域と画像領域の間にあるインターイメージ領域が通過する時は、感光体上のトナーを無端ベルト状中間転写体７０に転移させないバイアス電圧に変更する。但し、感光体のインターイメージ領域に本発明に係わるトナー帯電量を求めるためのパッチ画像が形成された場合には、インターイメージ領域の通過時であっても定常のバイアス電圧が印加される。
【００５４】
給紙カセット２０内に収容された記録媒体として用紙等の記録材Ｐは、給紙手段２１により給紙され、複数の中間ローラ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、レジストローラ２３を経て、二次転写手段５Ａに搬送される。そして、記録材Ｐ上にカラー画像が一括転写される。
【００５５】
二次転写手段５Ａは、半導電性のソリッドゴムが芯金にコーティングされた二次転写ローラである。二次転写ローラとバックアップローラ７４のローラ対によって無端ベルト状中間転写体７０と記録材Ｐを挟持している。バックアプローラ７４も、二次転写ローラと同様に芯金に半導電性のソリッドゴムがコーティングされている。
【００５６】
二次転写電源は、二次転写ローラの芯金と接続されており、二次転写手段５Ａにバイアス電圧を印加している。主に出力電流を制御する定電流方式の電源である。一方のバックアップローラ７４の芯金は接地されている。
【００５７】
バイアス電圧の出力により無端ベルト状中間転写体７０上のカラー画像は記録材Ｐに転写される。記録材Ｐは、転写後にバックアップローラ７４の曲率によって無端ベルト状中間転写体７０から分離される。そして、定着部２４で定着処理した後に、排紙ローラ２５によって排紙トレイ２６上に排出される。
【００５８】
無端ベルト状中間転写体７０に残された残余トナーは、クリーニング手段６Ａにより無端ベルト状中間転写体７０から除去される。また、二次転写手段５Ａとクリーニング手段６Ａとの間に、無端ベルト状中間転写体７０に対向して、付着量検出手段８が配設されている。
【００５９】
付着量検出手段８は、各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に形成された後に無端ベルト状中間転写体７０に転写された各色のトナーパッチ画像の濃度（単位面積あたりのトナー付着量）を検出している。各色のトナーパッチ画像は、常時形成されるものではなく必要に応じて形成され、プロセス進行方向における非画像領域に形成される。
【００６０】
二次転写手段５Ａは、ここを記録材Ｐが通過して二次転写が行われる時にのみ、無端ベルト状中間転写体７０に圧接し、各色のトナーパッチ画像が通過する際には、無端ベルト状中間転写体７０から離間するように後述の制御手段によって制御される。従って、無端ベルト状中間転写体７０に転写されたトナーパッチ画像は、二次転写手段５Ａによって乱されることなく、二次転写手段５Ａの下流側に設けられた付着量検出手段８で検知される。
【００６１】
そして、トナーパッチ画像は、クリーニング手段６Ａによって無端ベルト状中間転写体７０から除去される。
【００６２】
図３は、無端ベルト状中間転写体７０上に形成された各色のトナーパッチの付着量を検知する付着量検出手段８と無端ベルト状中間転写体７０の位置関係を示す拡大図である。
【００６３】
付着量検出手段８は、赤外線を発光する発光部と、無端ベルト状中間転写体７０で拡散された二次光を受光する受光部とで構成される。発光部からの光線は無端ベルト状中間転写体７０に対し垂直に入射している。受光部の角度は、垂直に対して４５°傾斜している。
【００６４】
付着量検出手段８は、各色トナーに対し広いトナー付着量の範囲で感度を有するように予め調整されている。本実施の形態では、Ｙ色、Ｍ色、Ｃ色のトナーに対してはトナー付着量に比例して出力が増加し、Ｋ色トナーに対しては逆比例して出力が減少するような特性を有するものが使用されている。
【００６５】
付着量検出手段８は、広い範囲のトナー付着量に対して出力特性が必ずしも線形でなく、後述の制御部によって線形補正されている。例えば、変換テーブルの参照に基づき付着量検出手段８の出力からトナーパッチ画像のトナー付着量を算出するような手法が使われている。あるいは、変換式に基づきトナー付着量を算出する手法を使用してもよい。
【００６６】
筐体９は、画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、無端ベルト状中間転写体ユニット７とから成り、装置本体Ａから筐体９を支持レール８２Ｌ、８２Ｒを介して引き出し可能である。
【００６７】
筐体９の引き出し操作により、画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、無端ベルト状中間転写体ユニット７とは、一体となって、本体Ａから引き出される。
【００６８】
上記の帯電、露光、現像、転写（一次転写、二次転写）のサイクルを繰り返し、記録材Ｐにカラー像が形成される。そして、カラー画像が形成された記録材Ｐは、定着器２４により定着処理され、排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。
【００６９】
図４は、発明に係わる画像形成装置１００の制御関係を示すブロック図である。プリンタ部１０１、制御部１０２、スキャナ部１０３、画像処理部１０４、操作表示部１０５、パッチパターン作成部１０６、記憶部１０７、送受信部１０８、プリントコントローラ部１０９等により構成される。各部はバス１１０により接続されている。
【００７０】
制御部１０２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成される。制御部１０２のＣＰＵは、操作表示部１０５の操作により、ＲＯＭに記憶されているシステムプログラムや各種処理プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開されたプログラムに従って画像形成装置１００各部の動作を集中制御する。
【００７１】
操作表示部１０５は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）により構成され、制御部１０２から入力される表示信号の指示に従って表示画面上に各種操作ボタンや装置の状態表示、各機能の動作状況等の表示を行う。
【００７２】
ＬＣＤの表示画面上は、透明電極を格子状に配置して構成された感圧式（抵抗膜圧式）のタッチパネルに覆われており、手指やタッチペン等で押下された力点のＸＹ座標を電圧値で検出し、検出された位置信号を操作信号として制御部１０２に出力する。
【００７３】
また、操作表示部１０５は、数字ボタン、スタートボタン等の各種操作ボタンを備え、ボタン操作による操作信号を制御部１０２に出力する。
【００７４】
スキャナ部１０３は、原稿を載置するコンタクトガラスの下部にスキャナを備えて構成され、原稿の画像を読み取る。スキャナは、光源、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）、結像光学系、Ａ／Ｄ変換器等により構成される。光源からの照明光は原稿を走査し、原稿面からの反射光はＣＣＤに結像する。ＣＣＤによって光電変換されて、そして、原稿の画像はＲ、Ｇ、Ｂ信号として読み取られる。読み取られた画像は、Ａ／Ｄ変換器でアナログ信号からデジタル信号に変換されて画像処理部１０４に出力される。ここで、画像は、図形や写真等のイメージデータに限らず、プリントコントローラ部によって文字や記号等のテキストデータがイメージデータに変換されたものも含む。
【００７５】
画像処理部１０４は、スキャナ部１０３から入力したＲ、Ｇ、Ｂの画像データをプリンタ部１０１で処理可能なＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ色の画像データに変換させる。更に、プリンタ部１０１の出力特性に合わせてγ補正処理を行い、あるいは誤拡散方法等の２値化処理を行い、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ色の印刷データを生成する。そして、印刷データをプリンタ１０１に出力する。
【００７６】
一方、ネットワーク上のパソコンから印刷ジョブは送受信部１０８で受信される。受信された印刷ジョブはプリントコントローラ部１０９へ転送される。印刷ジョブは、印刷処理に関する情報と印刷データ（ファイル）で構成されている。プリントコントローラ部１０９は、印刷ジョブの内容に基づき、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ色の画像データであるところの印刷データを生成し、プリンタ部１０１へ出力する。
【００７７】
パッチパターン作成部は、本発明に係わる各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋに収納される２成分現像剤のトナーの帯電量を測定するためのパッチ画像パターンを生成している。また、無端ベルト状中間転写体に形成される各色画像の位置合わせを行うためのレジスト画像パターン、あるいは各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに生成される画像の付着密度を制御するためのパッチ画像パターンが、パッチパターン作成部において作成される。
【００７８】
記憶部１０７は、ＨＤＤ等の電源を切ってもデータが消失しない、データ書き換え可能な不揮発性メモリー部と、データの消失する画像処理用等に使用されるＤＲＡＭ部とで構成される。
【００７９】
画像処理部１０４及びプリントコントローラ部１０９で生成されたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ色の印刷データは記憶部１０７のＤＲＡＭ部にあるビットマップメモリ上に展開される。
【００８０】
制御部１０２によって、所定のタイミングになるとビットマップメモリ上に記憶された所定の各色の印刷データが順次読み出され、各色の画像信号（ビデオ信号）としてプリンタ部１０１へ出力される。
【００８１】
図５は、プリンタ部１０１の各色の像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの各部に関する制御ブロック図である。各制御ブロックは、バスを介して制御部１０２と接続されている。図５は、各色の制御ブロックが色毎にバスに接続していること表している。
【００８２】
各帯電電源２Ｙ１、２Ｍ１、２Ｃ１、２Ｋ１は感光体の帯電電位を制御している。実施形態では、制御手段１０２の指示に基づき帯電手段２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋにはスコロトロン電位が出力され、各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは所望の表面電位に帯電される。
【００８３】
各像露光手段３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋは、レーザー光を感光体に移動方向と直交する主走査方向に走査する光走査露光手段であり、前述のビデオ信号に従ってレーザー素子からなるレーザー光源の点灯出力（ＯＮ・ＯＦＦ）を変調している。従って、移動する感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上にはライン状の潜像が順次形成される。
【００８４】
像露光手段３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋは、図示しないレーザー光源の点灯電流を変更することにより単位画素に照射される最大光量を規定でき、結果として感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に形成される潜像電位を変更できる。
【００８５】
図５に示すように、制御部１０２は、バスを介して像露光手段３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに結合して、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に形成される潜像電位を適宜変更可能である。例えば、本願に係わるところのパッチ画像の潜像電位は、制御手段１０２により適宜変更できる。
【００８６】
現像バイアス電源４Ｙ２、４Ｍ２、４Ｃ２、４Ｋ２も、バスを介して制御手段１０２と結合されており、制御手段１０２の指示に基づき出力電圧を適宜に変更可能である。つまり、カブリ及び画像濃度等の現像特性は、制御手段１０２によって適宜調整可能である。
【００８７】
例えば、Ｍ色の現像器トナーの帯電量が低下し、画像カブリの発生が想定された場合、キャリアが付着しない限度内でＭ色の現像バイアスのＤＣ成分を下げてカブリの発生が未然に防止する。そして、同時にＡＣ成分をアップして、ＤＣ成分の低下で生ずるＭ色の画像濃度の低下を相殺し、画像濃度を維持する。以上のようなことは、制御手段１０２によって実現される。
【００８８】
現像剤帯電促進手段４Ｙ７、４Ｍ７、４Ｃ７、４Ｋ７は、各色現像部の攪拌手段４Ｙ４、４Ｍ４、４Ｃ４、４Ｋ４を回転するための駆動部である。各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋに収容するトナーの帯電量を向上させるものである。
【００８９】
現像剤帯電促進手段４Ｙ７、４Ｍ７、４Ｃ７、４Ｋ７も、バスを介して制御手段１０２に結合している。
【００９０】
従って、Ｃ色の現像器のトナー帯電量が低下した場合、制御手段１０２は、画像形成を中断させ、Ｃ色の現像器４Ｍの現像剤帯電量促進手段４Ｍ６のみを作動させること可能である。
【００９１】
トナー濃度制御手段４Ｙ８、４Ｍ８、４Ｃ８、４Ｋ８は、各色現像部のトナー濃度センサー４Ｙ５、４Ｍ５、４Ｃ５、４Ｋ５によって検出されたトナー濃度が所望値より低下すると、各色現像部にトナーを補給するように図示していないトナー補給機構を作動する制御手段である。
【００９２】
各電流検出手段４Ｙ３、４Ｍ３、４Ｃ３、４Ｋ３は、前述のように各色の現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋの現像剤担持体４Ｙ１、４Ｍ１、４Ｃ１、４Ｋ１からトナーが感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに転移することで生じる現像電流Ｉｄを検出する。制御手段１０２は、各電流検出手段４Ｙ３、４Ｍ３、４Ｃ３、４Ｋ３とバスを介して結合しており、各電流検出手段から出力される現像電流値、あるいは現像電流に対応する出力データをモニターしている。そして、各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋに各パッチ画像が通過した時の現像電流値を読み取っている。従って、制御手段１０２は、有効な現像電流を適宜取得している。
【００９３】
付着量検出手段８は、バスを介して制御手段１０２に結合しており、付着量検出手段８の受光センサーで検出される検出データは制御手段１０２に出力される。制御手段１０２は、各色のパッチ画像が付着量検出手段８を通過する時点の検出データを取り込み、そして記憶部１０７に各色毎に格納されている変換テーブルと参照して各色のパッチ画像のトナー付着量（単位面積あたりの付着量）を算出している。算出されたトナー付着量は、バスを介して記憶部１０７に記憶される。
【００９４】
一次転写電源５Ｙ１、５Ｍ１、５Ｃ１、５Ｋ１は、バスを介して制御手段１０２に結合しており、制御手段１０２によって出力電流がそれぞれ適宜変更される。例えば、Ｃ色トナーのみが基準値を超えるトナー帯電量を示した場合には、一次転写電源５Ｃ１の出力電流値を基準値より超えた分に対応する量だけ高めるように制御される。その結果としてＣ色画像転写不良が防止される。
【００９５】
二次転写電源５Ａは、バスを介して制御手段１０２に結合しており、制御手段１０２によって出力電流がそれぞれ適宜変更される。例えば、用紙の種別や湿度データに基づき、二次転写電源５Ａの出力電流を適宜変更され、これの変化に対応する適正な転写性能が維持される。
【００９６】
本発明に係わる実施形態である、「高精度のトナー帯電量を検出する制御手段」について以下説明する。
【００９７】
図６は、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に形成されるパッチ画像を示す。矢印ａは感光体の移動方向を示す。Ｐａ１、Ｐａ２は、パッチ画像であり、それぞれの感光体上に２カ所に形成される。Ｐａ１が上流側であり、Ｐａ２が下流側である。
【００９８】
Ｗは、Ｐａ１及びＰａ２の感光体の移動方向に直交する幅方向の長さである。そして、同一の単位面積当たりのトナー付着量に対する現像電流ＩｄはＷに比例して増加する関係があるので、Ｗを大きくすると、現像電流の利得が向上する。Ｗｏは感光体の幅方向における画像形成可能な長さである。
【００９９】
Ｌは、Ｐａ１及びＰａ２の感光体移動方向の長さである。パッチ画像におけるトナー付着プロファイル、及び付着量検出手段の分解能等に決まる必要な最小限以上の長さである。
【０１００】
図７は、パッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２が形成された感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの表面電位プロファイルを示している。
【０１０１】
矢印ａが感光体の移動方向を示し、縦軸が感光体の表面電位（ｖ）を示す。Ｖｃは帯電手段２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋによって帯電された表面電位を示し、Ｖｐ１はパッチ画像Ｐａ１の表面電位を示し、Ｖｐ２はパッチ画像Ｐａ２の表面電位を示す。Ｖｄｃは現像バイアス電源のＤＣ電圧成分を示す。
【０１０２】
Ｖｄ１、Ｖｄ２はパッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２のコントラスト電位を示す。コントラスト電位は、パッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２の表面電位と現像バイアス電源のＤＣ電圧成分との差分である。従って、パッチ画像Ｐａ１のコントラスト電位は、Ｖｄｃ−Ｖｐ１であり、パッチ画像Ｐａ１のコントラスト電位は、Ｖｄｃ−Ｖｐ２である。実施形態では、Ｐａ１がＰａ２よりコントラスト電位を大きくなっている。
【０１０３】
コントラスト電位を形成する方法としては、パッチの各画素に対してレーザーを点灯する時間（Ｄｕｔｙ比）を一定にしてレーザー駆動電流を切り替える方式と、レーザー駆動電流を一定にして各画素単位にレーザーを点灯する時間（Ｄｕｔｙ比）を切り替える方式がある。
【０１０４】
ここでは、フル点灯（Ｄｕｔｙ：１００％）にしてレーザー素子の駆動電流を可変する前者の方式によってパッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２が形成される。
【０１０５】
本出願人が、トナー帯電量の検出精度を向上させるために諸々の実験を行ったところ、パッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２のコントラスト電位が所定範囲内に設定されると、実用化できることが判った。この点は後述で詳しく説明する。
【０１０６】
図８（ａ）は、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に形成されたパッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２のトナー付着量プロファイルを示す概念図である。横軸が感光体の移動方向を示し、右側が移動方向の上流側である。縦軸がトナー付着密度（単位面積当たりのトナー付着量）である。Ｄｏ１は、パッチ画像Ｐａ１のトナー付着密度を示し、Ｄｏ２は、パッチ画像Ｐａ２のトナー付着密度を示す。
【０１０７】
図８（ｂ）は、一次転写行程後に無端ベルト状中間転写体７０上に転写されたパッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２のトナー付着量プロファイルを示す概念図である。
【０１０８】
Ｄｍ１は、一次転写されたパッチ画像Ｐａ１のトナー付着密度を示し、Ｄｍ２は、一次転写されたパッチ画像Ｐａ２のトナー付着密度を示す。
【０１０９】
Ｄｍ１、Ｄｍ２は、付着量検出手段８によって検出される検出データに対応する。
【０１１０】
図８（ｃ）は、転写されず、感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋに残されたパッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２のトナー付着量プロファイルを示す概念図である。
【０１１１】
Ｄｒ１は、転写されずに感光体上に残ったパッチ画像Ｐａ１のトナー付着密度を示し、Ｄｒ２は、転写されずに感光体上に残ったパッチ画像Ｐａ２のトナー付着密度を示す。
【０１１２】
当然のことながら、以下のような関係が成り立つ。
【０１１３】
Ｄｏ１＝Ｄｍ１＋Ｄｒ１、Ｄｏ２＝Ｄｍ２＋Ｄｒ２
更に、左式の右式の差から以下のような関係が成り立つ。
【０１１４】
Ｄｏ１−Ｄｏ２＝Ｄｍ１−Ｄｍ２＋α、α＝Ｄｒ１−Ｄｒ２
種々の検討実験により、Ｄｒ１とＤｒ２の差分αが零に近く、しかも十分な付着密度の差（Ｄｍ１−Ｄｍ２）が得られるようなＤｏ１及びＤｏ２が安定的に存在すること判明した。
【０１１５】
つまり、付着量検出手段８で検出された両パッチ画像の付着密度の差分を算出することにより、本発明の課題であった“Ｄｍに対するＤｒの影響”を実質的に相殺でき、次の近似式が成立される。
【０１１６】
Ｄｏ１−Ｄｏ２≒Ｄｍ１−Ｄｍ２・・・（１）
図９（ａ）は、無端ベルト状中間転写体７０上のパッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２が通過する時の付着量検出手段８の出力信号である。横軸が無端ベルト状中間転写体７０の移動方向位置であり、縦軸が付着量検出手段８の出力電圧である。Ｓｍ１及びＳｍ２は、パッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２の出力波形の安定期における平均値に相当する。
【０１１７】
この実施形態の制御手段１０２は、付着量検出手段８の出力信号からＳｍ１及びＳｍ２を読取り、記憶手段１０７に格納された変換テーブルに参照してＤｍ１、Ｄｍ２を取得する。そして、Ｄｍ１及びＤｍ２をパッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２のトナー付着量密度として記憶部１０７の所定アドレスに格納する。
【０１１８】
図９（ｂ）は、パッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２が各色の現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋを通過する時に電流検出手段４Ｙ３、４Ｍ３、４Ｃ３、４Ｋ３に検出される現像電流の波形を示す概念図である。
【０１１９】
縦軸は現像電流に対応する出力電圧であり、横軸は感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの移動方向における位置である。
【０１２０】
Ｉｄ１及びＩｄ２は、パッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２の出力波形の安定期における平均値に相当する。そして、この実施形態における制御手段１０２によって、Ｉｄ１及びＩｄ２が各色のパッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２の現像電流として判定され、記憶部１０７の所定アドレスに格納される。
【０１２１】
次に、現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋから感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋへ転移したトナーの平均帯電量を求める手順について説明する。
【０１２２】
前述で説明した通り、パッチ画像通過時の現像電流をＩｄ、単位時間に感光体に転移するトナー質量をＭｔ、そして上記のトナーの平均帯電量Ｑｔとしたときに、以下のような関係が成り立つ。
【０１２３】
Ｑｔ＝Ｉｄ・Ｍｔ    ・・・・（２）
パッチ画像Ｐａ１が現像器を通過する場合について考察すると、次のような関係式が成り立つ。前述したように、Ｖはプロセス線速度を示し、Ｗはパッチの感光体の移動方向に直交する幅方向の長さである。
【０１２４】
Ｍｔ＝Ｖ・Ｗ・Ｄｏ１    ・・・（３）
以上の（１）、（２）、（３）の関係から、次の（４）式が導き出される。
【０１２５】
Ｑｔ＝Ａ・（Ｉｄ１−Ｉｄ２）／（Ｄｍ１−Ｄｍ２）・・・（４）
但し、Ａ＝１／Ｖ／Ｗ
（４）式の関係を利用している本実施の形態では、制御手段１０２によって、パッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２が現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ及び付着量検出手段８を通過する際に得られたＩｄ１、Ｉｄ２、Ｄｍ１、Ｄｍ２に基づき、トナー帯電量ＱｔＹ、ＱｔＭ、ＱｔＣ、ＱｔＫを取得される。つまり、付着量の差分（付着量の変化量）に対する電流の差分（電流の変化量）の割合より、トナーの帯電量を求める。
【０１２６】
コントラスト電位の異なる複数のパッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２を形成し、トナー付着量の差と現像電流の差に基づきトナー帯電量を算出する前述のトナー帯電量検出方式の実際の事例について以下に説明する。
【０１２７】
画像形成装置１００のＫ色現像器４Ｋ内の現像剤の状態を変化させてトナー帯電量の異なる２水準の現像剤が作成された。このサンプルについて、本発明の係わる上記の方式によって得られた結果と、オフラインで通常実施している、ブローオフ法で測定された正規値と、を比較している。
【０１２８】
パッチの大きさは、Ｗが１４８ｍｍであり、Ｌが２１０ｍｍであり、Ａ４の半分の大きさである。コントラス電位は、Ｐａ１が５５０Ｖであり、Ｐａ２が４５０Ｖである。
【０１２９】
高いトナー帯電量の現像剤は、低カバレッジ（１％カバレッジ、Ａ４サイズ）のサンプル画像が連続して３０００枚プリントされて作成される。ブローオフ法による正規値は、４０．２μＱ／ｇを示す。
【０１３０】
他方、低いトナー帯電量の現像剤は、高カバレッジ（４０％カバレッジ、Ａ４サイズ）のサンプル画像が連続して３０００枚プリントされて作成される。ブローオフ法による正規値は、３２．０μＱ／ｇを示す。
【０１３１】
高いトナー帯電量の現像剤について画像形成装置１００の制御手段１０２によって検出されたトナーの帯電量は、次の表１に示す。
【０１３２】
【表１】
2010019969.tif 000003
【０１３３】
Ｄｍ欄は付着量検出手段８の出力であり、Ｉｄ欄は電流検出手段４Ｋ３の出力であり、それぞれの単位はＶである。△の行は、Ｄｍ及びＩｄの両パッチ間の差を示す。
【０１３４】
Ｑｔｍの本方式欄は、本発明の方式で得られたトナー帯電量である。前述の（４）式が適用され、３７．８μＱ／ｇが得られた。なお、ここでは、Ａとして予め求めてある７０．１が適用されている。
【０１３５】
誤差欄は、本方式と正規値の差異を示す。本方式は、正規値より２．４μＱ／ｇだけ低くなるが、実用上全く問題ないレベルの誤差で各現像器に収容される現像剤のトナーの帯電量が得られることを示している。
【０１３６】
低いトナー帯電量の現像剤について画像形成装置１００の制御手段１０２によって検出されたトナーの帯電量は、次の表２に示す。表の内容は表１に準ずる。
【０１３７】
【表２】
2010019969.tif 000004
【０１３８】
本方式のＱｔｍは、２３．６μＱ／ｇであり、正規値より１．４μＱ／ｇだけ低く、実用上全く問題ないレベルの誤差で各現像器に収容される現像剤のトナーの帯電量が得られることを示している。
【０１３９】
両結果から、本方式は実用上全く問題ないレベルの誤差において実際に現像器に収容される広範囲なトナーの平均帯電量を検出できることが判る。
【０１４０】
次に、パッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２のコントラスト電位を４５０Ｖ、２５０Ｖにした場合について同様に前述の（４）式が適用されて算出されたＫ色のトナー帯電量を表３に示す。
【０１４１】
【表３】
2010019969.tif 000005
【０１４２】
高いトナー帯電量の現像剤について画像形成装置１００の制御手段１０２によって検出されたトナー帯電量は、表３の上段に示す。そして、低いトナー帯電量の現像剤のトナー帯電量は、表３の下段に示す。
【０１４３】
高いトナー帯電量の現像剤では、正規値より６．５μＱ／ｇも高くなっている。低いトナー帯電量では、逆に正規値より５．１μＱ／ｇも低くなる。従って、このようなコントラスト電位のパッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２の組み合わせでは、精度が低くなり実際に適用できるプロセス制御の範囲が狭まる。
【０１４４】
これは、Ｐａ１の転写残量（転写されず感光体に残る）とＰａ２の転写残量との差分が、狙いよりも大きくなり、（４）式の適用に無理が生じていることに起因するものである。
【０１４５】
以上のことから、高い精度の帯電量を検出するためには、パッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２のコントラスト電位の設定に適当な範囲があること示している。つまり、感光体上のパッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２のトナー付着量を適当な範囲に設定することが肝要である。この範囲は、現像方式、現像剤の処方、あるいは転写方式等によっても変化するものとものである。好ましくは、単位平方メートルあたり３．５グラム以上の範囲で付着量の異なるパッチ画像が感光体上に形成されることが適当である。そして、より好ましくは、４．０グラムから５．５グラムの範囲で付着量の異なるパッチ画像を形成すると、実用的に適用範囲が拡大する。
【０１４６】
上記のトナー帯電量検出制御方式によって検出されたトナー帯電量に応じて電子写真プロセスの動作条件を適正に変更するプロセス制御について、具体的な事例を以下に説明する。
【０１４７】
＜トナー濃度コントロール制御へのフィードバック＞
制御手段１０２によって、Ｋ色現像器のトナーの帯電量が所定値より低く検出され「カブリ」の発生が懸念された場合に、トナー濃度制御手段４Ｋ８の基準値が変更されてＫ色現像剤のトナー濃度がトナー帯電量に応じて低く制御される。逆にトナー帯電量が所定値より高く検出されて現像性能の低下が懸念された場合に、基準値が変更されてトナー帯電量に応じてトナー濃度が高く制御される。
【０１４８】
＜現像バイアス電圧制御へのフィードバック＞
トナー帯電量が低くなると画像のソリッド部が不均一になる「はきよせ」現象の傾向が強くなる。従って、制御手段１０２によってＭ色現像器のトナーの帯電量が所定値以下に検出されると、現像バイアス電源４Ｍ２のＡＣバイアス波形が以下のように変更されて、「はきよせ」が改善される。
【０１４９】
・ＡＣ周波数を下げる・・・・５ｋＶから４ｋＶに変更。
【０１５０】
・Ｄｕｔｙ比を変更する・・・・ＡＣ波形の現像促進期間を５０％から３０％に変更。
【０１５１】
＜感光体帯電電位制御へフィードバック＞
トナー帯電量が所定値より低くなると「カブリ」が懸念される。そのために、制御手段１０２は、各色現像器のトナーの帯電量が所定値以下になると、トナー帯電量に応じて帯電電源４Ｙ２、４Ｍ２、４Ｃ２、４Ｋ２のグリッド電圧を変更する。結果として、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの帯電電圧が制御される。
【０１５２】
＜一次転写電源へのフィードバック＞
制御手段１０２は、トナー帯電量の検出結果に応じて一次転写電流値が適正になるように制御している。表４は一次転写電流の補正テーブルを示す。
【０１５３】
【表４】
2010019969.tif 000006
【０１５４】
一次転写性能は現像剤の使用枚数によっても適正電流値が変化するために、適正転写電流は表４に示すように現像剤使用範囲とトナー帯電量の２次元直交テーブルで表される。
【０１５５】
＜その他のプロセス条件へのフィードバック＞
・現像剤帯電促進手段４Ｙ７、４Ｍ７、４Ｃ７、４Ｋ７へフィードバック
・二次転写電源５Ａへのフィードバック・・・全色トナーの帯電量を鑑みて出力電流を変更するように制御される。
【０１５６】
上記の実施形態では、パッチ画像通過時に電流検出手段４Ｙ３、４Ｍ３、４Ｃ３、４Ｋ３で検出された現像電流の平均値を利用しているが、現像電流の波形を積分してパッチ画像Ｐａの全体によって発生した現像電荷Ｑｔを算出するようにしてもよい。
【０１５７】
また、付着量検出手段８で検出されるＤｍについても、検出された付着量に対応する波形を積分して得られた積分値を利用するようにしてもよい。
【０１５８】
上記の実施形態では、制御手段１０２によって、各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋから感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに転移されたトナーの平均帯電量Ｑｔが求められ、電子写真プロセス手段の動作条件が変更されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、プロセス管理データベースが利用され、あるいは変換テーブルが参照され、Ｉｄ１とＩｄ２の差分（電流の変化量）、及びＤｍ１とＤｍ２の差分（付着量の変化量）から直接的に電子写真プロセス手段各部の動作条件が変更されるように制御してもよい。
【０１５９】
パッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２が、同時に感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に形成され、無端ベルト状中間転写体７０上の移動方向における異なる位置に順次転写されて、各色の現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋのトナー帯電量ＱｔＹ、ＱｔＭ、ＱｔＣ、ＱｔＫが同時に得られるようにしてもよい。
【０１６０】
あるいは、１色毎にパッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２が感光体上に形成され、無端ベルト状中間転写体７０上に転写され、１色毎にＱｔが検出されるようにしてもよい。そして、各色のＱｔ検出行程が順次繰り返されて、各色のトナー帯電量ＱｔＹ、ＱｔＭ、ＱｔＣ、ＱｔＫが得られるようにしても良い。例えば、最初の行程でＱｔＹ、次の行程でＱｔＭ、更にＱｔＣ、最後にＱｔＫが検知される。
【０１６１】
上記の実施形態は中間転写体７０を用いた画像形成装置である。感光体から紙等の記録材へ直接的に画像を転写する画像形成装置でも、転写部の下流側に付着量検出手段８を配設し移動する転写紙上に形成されたパッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２のトナー付着量に基づきプロセス各部の動作条件を変更するような構成も、本発明の対象範囲である。
【０１６２】
上記の実施の形態では、絶縁性キャリアとトナーからなる２成分現像剤を使用している。体積抵抗の低いキャリアとトナーからなる２成分現像剤を使用した場合にも本発明は有効である。
【０１６３】
後者の場合の現像電流には、現像剤担持体から感光体へ移動するトナーに起因する現像電流の第１成分と、現像剤自体を経路にして流れる現像電流の第２成分が発生する。但し、異なる画像濃度のパッチ画像に対応して検出される現像電流の差分に基づきトナー電荷量が算出される本発明では、第２成分が相殺され、第１成分の差分のみが発現される。従って、本発明は極めて効果的になる。
【０１６４】
また、現像剤担持体上に形成される１成分現像剤の帯電量を求める実施形態に対しても、本発明は極めて効果的である。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】本発明に係わるカラー画像形成装置１００の断面図である。
【図２】本発明に係わるカラー画像形成装置１００の各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの拡大断面図である。
【図３】本発明に係わる付着量検出手段８と無端ベルト状中間転写体７０の位置関係を示す断面図である。
【図４】カラー画像形成装置１００の制御に関係する制御ブロック図である。
【図５】カラー画像形成装置１００のプリンタ部１０１の各部に関する制御ブロック図である。
【図６】感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に形成されるパッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２を示す。
【図７】パッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２が形成された感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの表面電位プロファイルである。
【図８】パッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２に形成されたトナーの付着量プロファイルを示す概念図である。
【図９】パッチ画像Ｐａ１、Ｐａ２の通過時に付着量検出手段８で検出される検出信号波形である。
【図１０】従来技術に係わるカラー画像形成装置２００の断面図である。
【図１１】従来技術に係わるカラー画像形成装置の画像形成部１０Ｙの拡大断面図である。
【図１２】従来技術に係わる画像形成装置の一次転写の前後におけるパッチ画像の状態を表した模式図である。
【符号の説明】
【０１６６】
１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ  感光体（像担持体）
４Ｙ１、４Ｍ１、４Ｃ１、４Ｋ１  現像剤担持体
１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ  画像形成部
５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ  一次転写手段
４Ｙ３、４Ｍ３、４Ｃ３、４Ｋ３  電流検出手段
４Ｙ８、４Ｍ８、４Ｃ８、４Ｋ８  トナー濃度制御手段
８  付着量検出手段
７０  無端ベルト状中間転写体（転写体）
１０２  制御部（制御手段）
Ｐ  記録材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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