(57)【要約】【課題】現像剤におけるトナー帯電量及び現像剤嵩密度の変化に適応した画像形成条件の制御を実行し、耐久中を通じて、好適な画像制御を実現する画像形成装置を提供すること。【解決手段】像担持体上に形成された静電像を非磁性トナー及び磁性キャリアを含む現像剤にて現像する現像器を備えた画像形成手段と、前記現像器内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、前記現像器内の現像剤の磁気特性を検出する磁気センサと、前記現像器により現像して得られた参照画像の濃度を検知する画像濃度センサと、を有する画像形成装置において、前記トナー濃度センサ、前記磁気センサ及び前記画像濃度センサの出力に応じて前記画像形成手段による画像形成条件を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成された静電像を非磁性トナー及び磁性キャリアを含む現像剤にて現像する現像器を備えた画像形成手段と、前記現像器内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、前記現像器内の現像剤の磁気特性を検出する磁気センサと、前記現像器により現像して得られた参照画像の濃度を検知する画像濃度センサと、を有する画像形成装置において、
前記トナー濃度センサ、前記磁気センサ及び前記画像濃度センサの出力に応じて前記画像形成手段による画像形成条件を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記画像形成条件は、少なくとも前記現像器による現像条件、前記現像器から非画像領域へのトナー吐き出し条件の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記磁気センサと前記画像濃度センサの出力に応じて現像剤交換を報知する報知手段を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
上記磁気センサによるサンプリング間隔を、上記画像濃度センサによる検サンプリング間隔より狭くしたことを特徴とする請求項１〜３の何れか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、電子写真方式、静電記録方式等によって像担持体上に形成された静電潜像を現像して可視画像を形成する複写機、プリンタ、記録画像表示装置、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式や静電記録方式を採用する画像形成装置、特に電子写真方式によってフルカラーやマルチカラー画像を形成するカラー画像形成装置には、発色性や混色性といった観点から殆どの現像装置が非磁性トナーと磁性キャリアを混合した２成分現像剤を使用している。
【０００３】
周知のように、この２成分現像剤を用いた現像法は、キャリアとトナーの摩擦帯電によりトナーに電荷を付与し、電荷が付与されたトナーを潜像に対して静電的に付着させることによって画像を形成する方法である。
【０００４】
従って、２成分現像装置においては、トナー帯電量は、トナーの潜像へと向かう力の大きさに影響を与えるため、画像品質を安定化させる上で極めて重要な要素になっている。又、２成分現像剤におけるキャリアに対するトナーの重量混合比（以下、「トナー濃度」と言う）はトナー帯電量に影響を及ぼすため、これも極めて重要な要素となっている。よって、トナー帯電量及びトナー濃度の制御を行うことにより、安定した画像濃度が得られる。
【０００５】
そこで、通常、２成分現像装置においては現像剤濃度検出装置によってトナー濃度を検出し、現像装置内が所望のトナー濃度になるよう制御を行っている。これにより安定して高画質な画像を形成することが可能となる。
【０００６】
現像剤の濃度検出方式としては、これまでに幾つかの方法が提案されているが、低コストであることから従来最も広く普及しているのは、磁気検知方式である。
【０００７】
磁気検知方式は現像装置内に現像剤濃度検出手段として磁気検知センサを設け、センサ部の現像剤のトナー濃度の違いによって生じる透磁率の変化を検出することにより、現像剤のトナー濃度を検知する。
【０００８】
より詳細に説明すれば、磁気検知センサは検知しようとする磁性体の磁束密度の違いに出力が対応するため、磁気検知センサの検出面にどの程度の磁性体があるかを検知でき、現像剤中のトナーは非磁性体であるがキャリアが磁性体であるため、現像剤中のキャリアの量を検知することが可能で、結果として相対的にトナー濃度を検知することができる。
【０００９】
しかし、磁気検知方式では直接的にはトナーの量ではなくキャリアの量を検知しているため、現像剤中のトナー濃度が変化した場合だけでなく、現像剤中のトナー帯電量が変化し、その結果、現像剤の嵩密度が変化した場合にも磁気センサの出力値が変化する。つまり、磁気検知方式の検出結果はトナー濃度だけでなく、トナー帯電量にも影響を受ける。
【００１０】
従って、磁気検知方式は低コストのため、広く使われているが、例えば温湿度が変化してトナー帯電量が変化した場合、磁気検知方式だけを頼りに画像濃度制御を行うと、安定した画像濃度が得られないという問題を有している。
【００１１】
上記問題に対する解決策としては、以下に述べるような方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
磁気検知方式の出力は現像剤のトナー濃度及びトナー帯電量によって決まる。逆に言えば、磁気検出方式の出力に変化があった場合、それがトナー濃度の変化によるものか、トナー帯電量の変化によるものか、或は双方によるものかは分からない。
【００１３】
そこで、解決策としてはトナー濃度を予め別の方法で検知しておくことが挙げられる。トナー濃度を予め別の方法で検知しておけば、そのトナー濃度検知結果と磁気検知手段による検知結果を基にトナー濃度とトナー帯電量を評価することが可能となる。
【００１４】
トナー濃度検知手段としては、例えば光学検知手段がある。
【００１５】
光学検知手段である光学検知センサは、赤外線の発光部と受光部を有している。この光学検知センサは、例えば現像装置の現像スリーブの表面に対向するようにして配置されており、現像スリーブの表面に担持されて現像に供される現像剤のトナー濃度が光学検知センサによって検出される。
【００１６】
即ち、発光部からの光が現像剤に照射されると、現像剤からの反射光は受光部に到達する。このときの受光部に到達した反射光量の多少によって現像剤中のトナー濃度が検出される。
【００１７】
先述の通り、２成分現像剤はキャリアとトナーとを主成分として構成されているが、キャリアには赤外線の反射能力が殆どなく、受光部が受光する反射光は殆どトナーによるものである。従って、現像剤中にトナーが多い（つまり、トナー濃度が高い）と反射光が多くなり、反対にトナーが少ない（つまり、トナー濃度が低い）と反射光が少なくなり、この反射光量とトナー濃度の関係には相関がある。このため、反射光量とトナー濃度との関係を予め実験的に求めておくことによって、反射光量に基づいてそのときのトナー濃度を精度良く検出することができる。
【００１８】
以上のように、磁気的検出手段と光学的検知手段を用いることにより、トナー濃度とトナー帯電量を評価することが可能となる。その結果、より安定した画像濃度制御ができるようになる。
【００１９】
【特許文献１】特許第２８７６６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、上記構成においても以下のような問題があった。
【００２１】
周知のように、磁気検知センサの出力変化はトナー濃度及び現像剤嵩密度の変化に影響を受ける。このうち現像剤嵩密度変化はトナー帯電量変化に影響を受けるため、磁気検知センサによってトナー濃度及びトナー帯電量の変化を検出できる。
【００２２】
しかし、現像剤嵩密度変化はトナー帯電量だけでなく、トナーの劣化度とも密接に関係している。即ち、図１４に示すように、磁気検知センサの出力は、同一トナー濃度であっても、トナー帯電量により変化するとともに、新たに現像装置に投入された段階（初期）の現像剤と所定枚数現像に寄与した段階（耐久後）の現像剤では異なる値を示す場合がある。そのため、例えば、同じトナー帯電量であるにも拘らず、初期と耐久後では磁気センサの出力が異なるということが起こる。
【００２３】
逆に、磁気センサの出力が同じ（Ｖ１）、且つ、トナー濃度が同じ（Ｔ１）であっても、初期と耐久後では実際のトナー帯電量はＱ１，Ｑ２と異なる。従って、磁気検知センサの出力だけを頼りにトナー帯電量を予測し画像濃度制御を行っても、初期において安定して画像濃度制御を行うことができても、耐久を通じて安定して画像濃度制御を行うことはできない。
【００２４】
上記問題は現像剤嵩密度がトナー劣化度とも密接に関係してため生じる。トナー劣化度に応じて現像剤嵩密度が変化する原因には、トナー劣化による現像剤の流動性低下が大きく関係している。通常、トナーには帯電制御及び流動性付与等の目的で予めシリカ微粒子、酸化チタン微粒子、アルミナ微粒子等の外添剤が１種類又は数種類外添されている。これら外添剤は、トナーが現像装置に投入された直後はトナーに付着しているが、トナーが現像装置内で攪拌搬送されているうちに徐々にトナーから遊離してしまう。その結果、外添剤の本来の目的がどうであれ、トナーとキャリア間に存在する外添剤が無くなるため、現像剤の流動性に変化を与える。この現像剤の流動性の変化は現像剤の嵩密度にも影響を与える。
【００２５】
このようなトナー劣化度は、耐久画像の画像比率に依存する。画像比率の低い場合は、トナーの現像による消費及び現像装置へのトナーの供給が余り行われないため、トナーは現像装置内に長時間存在し、攪拌搬送の過程でトナーは劣化し易い。
【００２６】
一方、画像比率の高い場合は、トナーが劣化してもトナーの現像・供給が頻繁に行われるため、劣化トナーが消費されるとともに、初期状態のトナーが供給され、結果的にトナー劣化度は低くなる。
【００２７】
このようにトナー劣化度は画像比率に大きく依存するため、単純に耐久枚数によってトナー劣化度を予測し補正を行うことはできない。なぜなら、同じ耐久枚数であっても、画像比率が高い場合と、画像比率が低い場合では、そのトナー劣化度は大きく異なるからである。
【００２８】
又、トナー劣化度は耐久過程における画像比率変化の履歴にも大きく依存する。つまり、現時点での画像比率が同じであっても、直前まで低い画像比率であった場合と直前まで高い画像比率であった場合ではトナー劣化度が異なる。そのため、現時点での画像比率からトナー劣化度を予測し、補正することはできない。
【００２９】
更に、画像比率の積算が同じであっても、画像比率の履歴が異なればトナー劣化度が異なるため、画像比率の積算等からもトナー劣化度は予測し、補正することもできない。より詳細に履歴に応じて補正内容を決めていけば良いが、画像比率の組み合わせは莫大となり、全てを網羅することは難しい。
【００３０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、現像剤におけるトナー帯電量及び現像剤嵩密度の変化に適応した画像形成条件の制御を実行し、耐久中を通じて、好適な画像制御を実現する画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、下記の構成を特徴とする画像形成装置を提供する。
【００３２】
像担持体と、前記像担持体上に形成された静電像を非磁性トナー及び磁性キャリアを含む現像剤にて現像する現像装置を備えた画像形成手段と、
前記現像装置内のトナー濃度を検出する濃度センサと、
前記現像装置内の現像剤の磁気特性を検出する磁気センサと、
前記像担持体移動方向についての、前期現像装置の現像位置の下流側において、前記像担持体上に形成されたパッチ参照画像の濃度を検知するパッチ濃度センサを有する画像形成装置において、
前記濃度センサの出力に応じて前記現像装置内のトナー濃度が制御された状態のとき、前記磁気センサとパッチ濃度センサにより検出された出力に応じて前記画像形成手段による画像形成条件を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、磁気検知センサに加え、トナー濃度検知センサ、パッチ濃度検知センサの検知結果を基に、現像剤におけるトナー帯電量及びトナー劣化による現像剤嵩密度の変化に適応した画像形成条件の制御を実行することで、耐久中を通じて、好適な画像制御を実現する画像形成装置を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００３５】
＜実施の形態１＞
図１に、本発明が適用できる画像形成装置の一実施例である電子写真方式を採用した画像形成装置の概略構成図を示す。
【００３６】
この画像形成装置は、中間転写体５上へ未定着現像剤像（トナー像）を形成するまでのプロセス手段を一体化した４つの画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄを備え、各画像形成部において、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像を、それぞれが備えた像担持体１ａ〜１ｄ上に形成し、各トナー像を中間転写体５上に順次重ね合わせて転写して、その後、この中間転写体５上に重ね合わされたカラー未定着トナー像を転写材に一括して転写し、定着してカラー画像を得るものである。
【００３７】
各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、それぞれに像担持体である感光体ドラム１ａ〜１ｄを有するが、各感光体ドラム１ａ〜１ｄは同じ構成のものであるため、ここでは、感光体ドラム１ａ〜１ｄを「感光体ドラム１」と総称し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲に配置された画像形成手段も同様に、帯電器２ａ〜２ｄを「帯電器２」、のように総称する。
【００３８】
この画像形成装置では、これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ内部において、像担持体としての矢印方向に回転する感光体ドラム１を備え、その周囲には、帯電器２、転写ローラ６、現像装置４及び感光体ドラム１の図上方に配置したレーザービームスキャナ３の画像形成手段を有する。レーザービームスキャナ３に内蔵された半導体レーザーは、ＣＣＤ等の光電変換素子を有する原稿読み取り装置が出力する、原稿の白黒画像情報に対応する画像信号に対応して制御され、レーザー光を射出する。
【００３９】
この画像形成装置全体のシーケンスは、先ず、感光体ドラム１が、帯電器２によって一様に帯電される。感光体ドラム１は、矢示の時計方向に２７３ｍｍ／ｓｅｃ．のプロセススピード（周速度）で回転する。
【００４０】
次に、上記のレーザービームスキャナ３により、画像信号により変調されたレーザー光２５により走査露光が行われ、そのことによって、帯電器２によって帯電された感光体ドラム１の表面電位が画像部において変化して感光体ドラム１上に静電潜像が形成され、現像装置４によってこの静電潜像は反転現像される。本実施の形態では、現像剤としてトナーとキャリアを混合した現像剤を使用する２成分接触現像方式を用いる。又、ここまでの工程を各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ毎に、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色の画像について行うことによって、フルカラー画像を得ることができる。
【００４１】
感光体ドラム１上のトナー像は、一度中間転写体である中間転写ベルト５に転写され、給紙カセット１２から取り出され、給紙ローラ１３、給紙ガイド１１を経由して進行した紙などの転写材Ｐに、二次転写ローラ１０により転写される。転写されずに中間転写ベルト５表面に残ったトナーは中間転写ベルトクリーニング手段１８に回収される。
【００４２】
一方、トナーが転写された転写材Ｐは、定着器（熱ローラ定着器）１６に送られ、画像の定着が行われ、排紙トレー１７に排出される。
【００４３】
尚、本実施の形態では、像担持体として、通常使用されるドラム状の有機感光体である感光体ドラム１を使用したが、勿論、アモルファスシリコン感光体等の無機感光体を使用することもできる。又、ベルト状の感光体を用いることも可能である。
【００４４】
帯電方式、転写方式、クリーニング方式、定着方式に関しても、上記方式に限られるものではない。
【００４５】
ここで、本発明の現像装置４について詳しく述べる。
【００４６】
本発明の画像形成装置では、内部に磁界発生手段が配置されている現像剤担持体（現像スリーブ）の表面に、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を担持して、感光体ドラムとの対向部である現像部へ搬送し、磁界発生手段の現像磁極により現像部に現像剤の磁気ブラシを形成して、感光体ドラム（像担持体）上の静電潜像を現像する２成分接触現像法を採用する。
【００４７】
図２を用いて現像装置を説明する。
【００４８】
本現像装置４は、トナーと磁性キャリアを含有する２成分現像剤Ｄを収容した現像容器２６を備える。その現像容器２６の感光体ドラム１と対面した開口部に、現像剤Ｄを担持して感光体ドラム１と対向した現像部に搬送する現像剤担持体である現像スリーブ２１が設置され、現像スリーブ２１は、感光体ドラム１との対向部が同方向に移動する向きに回転する。
【００４９】
ここで、現像スリーブ２１の直径は２０ｍｍ、感光体ドラム１の直径は８０ｍｍ、又、この現像スリーブ２１と感光体ドラム１との最近接領域を約４００μｍの距離とすることによって、現像部に搬送した現像剤Ｄを感光体ドラム１と接触させた状態で、現像が行えるように設定されている。
【００５０】
本実施の形態では、このとき、現像スリーブ２１回転方向で現像部より上流にて現像スリーブ２１に対向している規制部材である規制ブレード２５によって、現像スリーブ２１上の単位面積当りの現像剤コート量を３０ｍｇ／ｃｍ２に規制している。現像スリーブ２１はＡｌやＳＵＳ等の導電性の材質で形成されている。
【００５１】
現像スリーブ２１内には磁界発生手段であるマグネットローラ２２が固定配置され、又、本実施の形態では、現像スリーブ２１のほぼ頂部に対し、上記に説明した導電性磁性の規制ブレード２５が垂直に配置されている。規制ブレード２５と現像スリーブ２１は、間隙を２００〜１０００μｍ、好ましくは４００〜７００μｍに設定される。本実施の形態では６００μｍに設定した。
【００５２】
更に、現像容器２６内には、隔壁により現像室Ｒ１と攪拌室Ｒ２に分けられ、現像室Ｒ１と攪拌室Ｒ２の底部にはそれぞれ現像剤Ｄを攪拌搬送する２本の現像剤撹拌搬送スクリュー２３，２４が配置される。この２本のスクリュー２３，２４により、現像剤は現像室Ｒ１と攪拌室Ｒ２を循環搬送される。
【００５３】
感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、現像装置４を用いて２成分磁気ブラシ現像法により、以下のようにして現像される。
【００５４】
先ず、現像スリーブ２１が回転され、その回転にともなってマグネットローラ２２の現像容器２６内部側に位置する磁極Ｎ３により、現像容器２６内の現像剤Ｄが現像スリーブ２１上に汲み上げられ、汲み上げられた現像剤Ｄは、現像スリーブ２１の回転移動によって、磁極Ｓ２からＮ１へと搬送される。この搬送過程で、現像剤は規制ブレード２５により現像剤層の厚みを磁気的に規制されて、現像スリーブ２１上に薄層の現像剤層に形成される。その現像剤薄層は、マグネットローラ２２の現像主極Ｓ１に搬送されて来ると、現像主極Ｓ１の磁力により感光体ドラム１に向けて穂立ちする。この現像剤の穂立ち（磁気ブラシ）が感光体ドラム１の表面に接触して、感光体ドラム１上の静電潜像を現像し、静電潜像がトナー像として可視化される。
【００５５】
この現像のとき、現像スリーブ２１には感光体ドラム１との間に、バイアス電源２７から直流電圧及び交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。本実施の形態では、−５００Ｖの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが１８００Ｖ、周波数ｆが１２ｋＨｚの交流電圧である。直流電圧値、交流電圧波形はこれに限られるものではない。一般に、２成分磁気ブラシ現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆にかぶり発生し易くなる。このため、現像スリーブ２１に印加する直流電圧と感光体ドラム１の帯電電位（即ち白地部電位）との間に電位差を設けることにより、かぶりを防止することが行われる。
【００５６】
又、現像領域においては、現像装置４の現像スリーブ２１は、共に感光体ドラム１の移動方向と順方向で移動し、周速比は、対感光体ドラム１．７５倍で移動している。この周速比に関しては、０〜３．０倍の間で設定され、好ましくは、０．５〜２．０倍の間に設定されれば、何倍でも構わない。移動速度比は、大きくなればなるほど現像効率はアップするが、余り大き過ぎると、トナー飛散、剤劣化等の問題点が発生するので、上記の範囲内で設定することが好ましい。
【００５７】
次に、本実施の形態における現像装置の特徴的な部分について述べる。
【００５８】
本実施の形態では、静電潜像の現像により現像装置４内の現像剤中のトナー濃度が変化するのを補正するために、即ち、現像装置４に補給するトナー量を制御するために、現像スリーブ２１の対向位置に、現像剤のトナー濃度検知手段として、光反射式のトナー濃度センサ１００を設置し、スリーブ２１上の現像剤に照射した光の反射量を検知することで現在の現像剤トナー濃度を検知し、基準値との比較によりトナーを補給するようにしたものである。
【００５９】
ここで、図３を参照して光反射式のトナー濃度センサ（以下「ＡＴＲ」と称す）について説明する。
【００６０】
ＡＴＲ１００は、現像スリーブ２１表面に対向するようにして配置されており、現像スリーブ２１表面にて担持搬送される現像剤Ｄが摺擦される。ＡＴＲ１００は、箱状の本体１０１と、その開口部に取り付けられた検出窓１０２と、本体１０１の内側に配置された赤外線のＬＥＤ発光素子（発光部）１０３と、赤外線の受光素子（受光部）１０４と、を備えている。
【００６１】
ＬＥＤ発光素子１０３の発光により赤外線が検出窓１０２を透過して現像剤Ｄに照射されると、現像剤Ｄのトナー濃度に応じた量の赤外線が反射される。これは、現像剤Ｄのキャリアとトナーとのうちのキャリアには赤外線の反射能力が殆どなく、トナーのみが赤外線を反射するからである。従って、現像剤Ｄ中のトナーが多い場合は赤外線の反射光量が多く、一方、トナーが少ない場合は赤外線の反射光量が少なくなる。この赤外線の反射光量の多少を受光素子１０４により検知すれば、現像剤Ｄ中のトナー量を測定することができる。
【００６２】
そして、ＡＴＲ１００は、トナー量が少ないと判断した場合には、図２のトナー補給装置（ホッパー）２６からトナーをスクリューにより送り出し、攪拌室Ｒ２内の現像剤Ｄに補給する。トナー量が多いと判断した場合には、上記動作を行わない。
【００６３】
図４に、トナー濃度とＡＴＲ出力との関係を示す。同図において、ＴＷは現像剤中のトナー重量、ＤＷは現像剤Ｄの重量、ＣＷはキャリア重量を示すとした場合、ＴＷ／ＤＷ比はトナー濃度、つまり｛ＴＷ／（ＴＷ＋ＣＷ）｝×１００を示す。即ち、トナー濃度とは現像剤中のトナーとキャリアの混合比であり、Ｔ／Ｄ比（トナー濃度）のことである。
【００６４】
同図から分かるように、本例では、ＴＷ／ＤＷ比が中心値の８％（重量％）であるとき、受光素子１０４からのＡＴＲ出力が４Ｖとなるように調整されている。ＡＴＲ出力は、ＴＷ／ＤＷ比がそこから１％減って４％になると３．５Ｖに減り、逆に、１％増して６％になると４．５Ｖに増える。
【００６５】
ＡＴＲ１００は現像剤に照射した赤外光の反射光量により現像剤のトナー濃度を検知するため、現像剤の嵩密度変動の影響が少ない。そのため、例えば、磁気的検出手段に比較して、より正確に現像剤のトナー濃度を検出可能である。
【００６６】
ところで、現像剤Ｄ中のトナーは所定の極性（正又は負）に帯電されているために検出窓１０２の表面に付着し易い。反射光量の検出は検出窓１０２を透過する光によって行われるため、検出窓１０２の表面にトナーが付着すると、この付着したトナーによって照射時及び反射時の光が遮られ、反射光量の正確な検出が妨げられる。
【００６７】
そこで、検出窓１０２の表面に付着したトナーを清掃する清掃機構が必要となるが、従来、新たに複雑な清掃部材を設けることはせず、ＡＴＲ１００を現像スリーブ２１に対向するように配置し、現像スリーブ２１の表面にて搬送される現像剤Ｄにより検出窓１０２を摺擦し検出窓１０２の表面に付着したトナーを清掃する方式が多く採られており、本実施の形態もこのような構成を採っている。
【００６８】
ＡＴＲ１００の取り付け位置としては、上記個所に限られることはないが、現像剤Ｄがある程度圧縮されつつ搬送されている位置に対向させるのが良い。現像剤Ｄが搬送されていない位置ではそもそも清掃能力が乏しいが、搬送されていても現像剤Ｄが圧縮されていない位置では、現像剤Ｄの検出窓１０２に付いたトナーを掻き取る力が弱く、掻き取りにムラが出易く検出精度が安定しない。
【００６９】
例えば、スクリュー２３，２４の下部の底面にスクリューに対向するように設けても良い。このときは底面なので、或る程度圧縮されている上、スクリューの羽根やリブをうまく対向させることによって、現像剤の滞留もなくすことができる。スクリューの下部はデッドスペースとなり易く、現像剤が滞留し易いため、スクリュー等にうまく対向させることは重要である。
【００７０】
その他の例としては、スクリュー２３，２４を略水平に配置するのではなく、スクリュー２３の下にスクリュー２４を略垂直に配置し、スクリュー２３、２４間で現像剤が循環搬送される構成とし、スクリュー２４からスクリュー２３への連通部近傍にＡＴＲ１００を設けても良い。下方に配置されたスクリュー２４から上方に配置されたスクリュー２３への連通部は、現像剤が重力の影響で圧縮されている。更に、現像剤は循環しているため滞留していない。
【００７１】
以上の理由からＡＴＲ１００の取り付け位置としては最適な位置と言える。
【００７２】
ＡＴＲ１００は現像剤に接触させないように取り付けても良い。接触している場合は、検出窓１０２の素材によっては、徐々に削れてくる可能性があるが、接触させずに検知すれば、このような心配はない。但し、ＡＴＲセンサ面と検出する現像剤の間隔はより厳しく制御する必要がある。取り付け位置としては、例えば、規制ブレード２５を通過後の現像スリーブ２１上の現像剤を検知すれば良い。現像スリーブ２１とＡＴＲ１００を一体になるような構成とすれば、センサ面の位置精度を耐久を通じて出すことが可能である。
【００７３】
本実施の形態においてのトナー濃度検知方法としては、上記のように光の反射光量によるトナー濃度検知方法を使用しているが、他のトナー濃度検知方法でも実施できる。但し、後述する本発明の効果を十分に得るためには、トナー濃度検知方法は上述のような現像剤のトナー帯電量変化・温湿度変化による現像剤嵩密度変動の影響が少ないものの方が、より効果が高いことは言うまでもない。
【００７４】
そして、この画像形成装置は、更に、本実施の形態は、現像剤の嵩密度変化を検知するために、嵩密度検知手段として、現像装置４の攪拌室Ｒ２の側壁に磁気検知センサであるインダクタンス検知センサ２００が設置されている。
【００７５】
磁気検知センサ２００の設置場所に関しては、本実施の形態では、現像装置４の攪拌室Ｒ２の側壁に設置しているが、現像剤の滞留がなく、剤の流動が安定し、現像剤の剤面の変動に影響を受けない場所であれば別の場所に設置しても構わない。
【００７６】
ここで、本実施の形態の現像剤嵩密度検知センサとして使用されるインダクタンス検知センサ２００について説明する。
【００７７】
インダクタンス検知センサ２００は、現像剤の嵩密度変化を、見掛けの透磁率変化として検知する。本実施の形態においては、初期現像剤の常温湿での嵩密度に対するインダクタンス検知センサ２００の検出信号を現像剤嵩密度制御の基準値に設定する。そして、例えば、その基準値に対し検出信号が高く、現像剤の見かけの透磁率が大きいと検知された場合、一定体積内で現像剤中のキャリア粒子が占める割合が多く、嵩密度が高くなったことを意味する。逆に、基準値に対し検出信号が低く、見掛けの透磁率が小さくなったと検知された場合、一定体積内で現像剤中のキャリアが占める割合が少なく、嵩密度が低くなったことを意味する。
【００７８】
つまり、インダクタンス検知センサ２００は現像剤の嵩密度を直接検知することできる。但し、従来の技術でも述べたように、インダクタンス検知センサの出力は現像剤の嵩密度だけでなく、実際には現像剤のトナー濃度にも影響を受ける。そのため、本実施の形態においては、先に述べた光学センサによるトナー濃度の検知結果とインダクタンス検知センサの検知結果を基にトナー濃度と嵩密度を評価している。
【００７９】
従来技術においては、嵩密度の変化をトナー帯電量の変化と考え、インダクタンス検知センサの検知結果からトナー帯電量を評価している。実際、トナー帯電量と嵩密度変化には大きな相関があり、例えば、外気の環境変化により現像剤に吸湿される水分量が低くなるとトナー帯電量が増加し、インダクタンス検知センサの出力が低下し、現像剤に吸湿される水分量が高くなるとトナー帯電量が低下し、インダクタンス検知センサの出力が増加している。
【００８０】
これは、トナー帯電量の変動による現像剤間の反発力の変化を示すと考えられ、現像剤間の反発力はトナー帯電量が大きい程反発し易く、反発によって現像剤間が広がるため現像剤の嵩密度が減少してしまうと考えられる。
【００８１】
つまり、従来技術においては、嵩密度変化をトナー帯電変化とし、画像濃度制御を行っている。
【００８２】
しかしながら、嵩密度の変化はトナー帯電量だけに依存している訳ではない。現像剤の嵩密度の変化はトナーの劣化度にも大きく影響を受ける。そのため、課題のところでも述べたように、現像剤が新たに現像装置に投入された段階（初期）と、所定枚数現像に寄与した段階（耐久後）では、同じトナー帯電量であっても嵩密度が異なり、磁気センサの出力が同じになるとは限らない。
【００８３】
先述のように、トナー劣化度に応じて現像剤嵩密度が変化する原因には、トナー劣化による現像剤の流動性低下が大きく関係している。通常はトナーには外添剤が１種類又は数種類外添されている。これら外添剤は、トナーが現像装置内で攪拌搬送されているうちに、徐々にトナーから遊離してしまう。その結果、トナーとキャリア間に存在する外添剤微粒子が無くなるため、現像剤の流動性に変化を与える。この現像剤の流動性の変化は現像剤の嵩密度にも影響を与える。
【００８４】
つまり、現像剤の流動性が高い場合は、現像剤はより最密充填に近くなり、キャリアの占める密度も高くなる。その結果、流動性の高い場合は磁気センサの出力も大きくなる。一方、流動性が低い場合は、現像剤はトナーとキャリア間の隙間がより多くなり、キャリアの占める密度も低くなる。その結果、流動性の低い場合は磁気センサの出力も小さくなる。
【００８５】
現像剤の流動性は例えば現像剤の安息角で評価できる。現像剤の安息角とは、図５に示したように上部から現像剤をふるい落としたときに下部にできる山の角度（図中のθ）である。この角度以下では、現像剤は自重で滑り落ちることはない。周知のように、現像剤の流動性が高い場合は安息角がより小さな値を示す。
【００８６】
一方、現像剤の流動性が低い場合は安息角がより大きな値を示す。安息角の測定は例えば以下のような方法で可能である。パウダーテスター（ホソカワミクロン社製  ＰＴ−Ｎ型）を用い、振動台に２４６μｍの篩をセットし、その中に試料を２５０ｃｃ入れ、１８０秒振動させ、安息角測定用テーブル上のトナーの安息角を角度測定アームにより測定する。
【００８７】
図６には、現像剤のトナー濃度が一定になるよう調整しながら所定枚数の現像を行った際の、トナー帯電量及び磁気検知センサの出力の変化を横軸を耐久枚数としてプロットした。従来の考え方に従えば、トナー濃度及びトナー帯電量が一定であれば、磁気検知センサの出力は一定でなければならないが、実際には磁気検知センサの出力は変化している。このとき、現像剤の安息角も同時にプロットしたが、現像剤の安息角の変化は磁気検知センサの出力変化と対応していることが分かる（図６参照）。
【００８８】
尚、現像剤の流動性は他にもゆるみ見掛け密度とかため見掛け密度の比でも評価できる。ゆるみ見掛け密度とかため見掛け密度は以下の方法で測定できる。先ず、ゆるみ見掛け密度はパウダーテスター（ホソカワミロン社製、ＰＴ−Ｎ型）を用い、振動台に２４６μｍの篩をセットし、その中に試料を２５０ｃｃ入れ、３０秒振動させ、付属のブレートにてカップ上の余分なトナーをすり切った後、重量を測定する。
【００８９】
ゆるみ見掛け密度＝重量（ｇ）／カップの容積（１００ｃｃ）
一方、かため見掛け密度は振動させた後に５０回タッピングする以外は、ゆるみ見掛け密度と同条件で測定する。
【００９０】
以上述べたように、インダクタンス検知センサをの検知結果から嵩密度の変化を評価することは可能であるが、嵩密度の変化がトナー帯電量によるものか、流動性変化によるものか評価することはできない。
【００９１】
そこで、この画像形成装置は、更に、トナー帯電量を検知するため、像担持体である感光体ドラム１上に形成したパッチ画像濃度を検知するパッチ濃度検知センサ３００を備えることを特徴とする。本実施の形態においては、パッチ濃度検知センサ３００は、現像装置４より感光体ドラム回転方向下流側、転写装置より上流側の位置に感光体ドラム１に対向して配設されている。
【００９２】
パッチ濃度検知センサ３００によるトナー帯電量の検知について詳述する。
【００９３】
画像形成装置における現像は、静電潜像の画像部電位と現像バイアス電圧との電位差（現像コントラスト）を電気的に打ち消すに足るだけの帯電トナーを静電潜像に供給することにより行われる。
【００９４】
従って、画像濃度を決定する上で、現像コントラスト、トナー帯電量は重要な要素となっている。つまり、現像コントラストが予め分かっている場合は、画像濃度を検知することで、トナー帯電量を評価することが可能である。
【００９５】
本実施の形態においては、図７のように、予め定められた濃度に対応するパッチ状の参照静電潜像（以下、「パッチ潜像」と言う）を感光体ドラム１上に形成し、これをトナーで現像してパッチ状の参照画像（以下、「パッチ画像」と言う。）Ｐとし、このパッチ画像Ｐに光学反射光量検知方式の濃度検知センサ（濃度検知手段）のＬＥＤ３０１から光を照射し、その反射光をフォトダイオード３０２で受光してパッチ画像Ｐの濃度を検知する。
【００９６】
この濃度が現像装置４内の２成分現像剤のトナー帯電量に対応することから、この検知した濃度を基準値と比較して差分を取り、この差分に基づいてトナー帯電量を算出する。
【００９７】
尚、パッチ画像濃度の検知は、本実施の形態のように感光体ドラム１上で行う必要は必ずしもなく、例えば中間転写体５上で行っても良い。但し、中間転写体５上で検知を行う際には、検知までに転写工程を挟んでいることを考慮し補正する必要があるため、現像工程直後の感光体ドラム１上で行う方がより正確である。
【００９８】
次に、添付のフローチャートを参照して、本実施の形態の画像濃度制御を説明する。尚、フローチャートでは、本発明に必要な処理のみ記載し、その他の処理は省略している。
【００９９】
図８にメインルーチンの内容を示す。
【０１００】
本ルーチンにおいて、ステップＳ１１ではトナー濃度センサであるＡＴＲ１００の出力Ｖｓを読み取る。ステップＳ１２ではそのＡＴＲ１００の出力Ｖs を基にトナー濃度Ｔｃを算出する。
【０１０１】
トナー濃度Ｔｃの算出方法は、先ず、初期状態の現像剤のトナー濃度を基準トナー濃度Ｔｃo （本実施の形態においては、８．０％）とし、この基準トナー濃度に対するＡＴＲ１００の検出信号を基準値Ｖｓo に設定しておく。そして、この基準値Ｖｓo とＡＴＲ１００の出力信号Ｖs との差分（Ｖｓ−Ｖｓo ）を、予め求めておいた１．０％トナー濃度が変化した場合のＡＴＲ１００の出力変化割合αで割ることで、基準トナー濃度Ｔｃo からのズレが分かるので、トナー濃度Ｔｃは計算式Ｔｃ＝Ｔｃo ＋（Ｖｓ−Ｖｓo ）／αによって求まる。
【０１０２】
尚、α（１．０％トナー濃度が変化した場合のＡＴＲ１００の出力変化）は以下のようにして求めておく。予めトナー濃度ＴｃとＡＴＲ１００の出力Ｖｓとの関係を実験的に測定しておき、その結果を１次式Ｖｓ＝α＊Ｔｃ＋βで近似する。図９には測定結果と近似曲線を示す。先の近似式のうち、βは同一構成の画像形成装置であってもセンサの感度やＡＴＲ１００の取り付け位置が微妙に振れること等によって生じるオフセット分を含んでおり、画像形成装置ごとに異なるが、αは現像剤中のトナー及びキャリアの種類に主に依存しているため、現像剤が同一であればほぼ同じ値を取る。従って、予めαを実験的に求めておき、画像形成装置に記憶させておく。
【０１０３】
次のステップでは、Ｓ１２で算出したトナー濃度Ｔｃと磁気検知センサであるインダクタンス検知センサ２００の出力Ｖｍよりトナー帯電量Ｑｍを求めるためのテーブルを選択する。
【０１０４】
図１０には予め初期状態の現像剤で実験的に求めておいたインダクタンス検知センサ２００の出力Ｖｍとトナー帯電量Ｑとの関係を示す。
【０１０５】
この関係は現像剤の状態にも依存するが、ここでは初期状態の現像剤についての関係を求めておく。又、上記関係はトナー濃度Ｔｃにも依存する。
【０１０６】
そこで、ＡＴＲ１００にて検知されたトナー濃度Ｔｃに対応させて、そのトナー濃度Ｔｃに応じたインダクタンス検知センサ２００の出力Ｖｍとトナー帯電量Ｑとの関係を示すテーブルを複数個用意し、このテーブルは装置本体の制御手段に記憶されている。本実施の形態においては、表１に示すように、濃度６．０％〜８．０％までを９分割したテーブルが用意されており、ＡＴＲ１００の検知結果によって切り替わるようにされている。尚、テーブル数は上記に限らず、より検知結果の精度を上げたい場合はテーブル数を増やしても構わない。
【０１０７】
【表１】
2006220988.tif 000003
そこで、ステップＳ１３では、ステップＳ１２で求めたトナー濃度Ｔｃより、表１に従って、インダクタンス検知センサのテーブルＴ０〜Ｔ８を選択する。例えば、トナー濃度が７．６％の時はテーブルＴ４を選択する。
【０１０８】
ステップＳ１４ではインダクタンス検知センサ２００の出力Ｖｍを読み取る。この出力Ｖｍを基にステップＳ１５ではテーブルより磁気センサに基づいたトナー帯電量Ｑｍを求める。
【０１０９】
この磁気センサに基づいたトナー帯電量Ｑｍは先のテーブルが初期状態の現像剤に基づいてデータが採られているため、現像剤が初期状態の場合にはほぼ実際のトナー帯電量と同じ値を取る。しかし、所定枚数現像に供された後は、現像剤の嵩密度が変化する可能性があり、先の磁気センサに基づいたトナー帯電量Ｑｍと実際のトナー帯電量の値がずれる可能性が高い。このような状態で、磁気センサに基づいたトナー帯電量Ｑｍに基づいて画像濃度の制御を行うと画像濃度が変化してしまう可能性がある。
【０１１０】
そのため、本発明においては、感光体ドラム１上のパッチ画像濃度を検知することで、別途トナー帯電量Ｑを求める。
【０１１１】
トナー帯電量Ｑの算出方法について詳述すると、先に述べたように画像濃度を決定する上で、現像コントラスト、トナー帯電量は重要な要素となっている。つまり、現像コントラストが予め分かっている場合は、画像濃度を検知することで、トナー帯電量を評価することが可能である。
【０１１２】
そこで、予め定められた現像コントラストのパッチ潜像に対して現像を行い、そのときのトナー帯電量とパッチ画像濃度との関係を求めておけば、パッチ画像濃度を検出することで、トナー帯電量が予測可能である。
【０１１３】
図１１には、トナー帯電量Ｑとパッチ濃度検知センサ３００の出力Ｖｐの関係を示した。先のＡＴＲ１００の場合と同様に、パッチ画像濃度の濃度検知センサ３００の取り付け位置や感度のバラツキ、或は感光体ドラム１の表面状態のバラツキがあるため、同一構成の画像形成装置同士であっても、パッチ濃度検知センサ３００の出力Ｖｐはオフセット分変動する可能性がある。
【０１１４】
そこで、定期的に感光体ドラム１にトナーを載せない状態でパッチ濃度検知センサ３００の読取を行うことで、オフセット分の補正を行っている。
【０１１５】
そこで、ステップＳ２１ではパッチ画像濃度の読取を行う。この出力を基にステップＳ２２ではトナー帯電量Ｑを算出する。
【０１１６】
このパッチ画像を基に算出されたトナー帯電量Ｑは、先の磁気センサを基に算出されたトナー帯電量Ｑｍと異なり、現像剤の嵩密度によらず実際のトナー帯電量をより反映しているため、このトナー帯電量Ｑを基に現像バイアス電圧Ｖを決定すれば良い。
【０１１７】
但し、より画像濃度を安定させるためには、パッチ画像濃度の検知頻度を多くしなければならないが、パッチ画像濃度検知を行っている間は、通常の画像形成が行えないため、画像形成装置の生産性に影響を与える。更にには、パッチ画像形成のためにトナーも消費するため、トナーのコストにも影響を与える。
【０１１８】
一方、磁気検知センサは生産性やトナーコストに影響を与えることがない。そこで、本実施の形態においては、パッチ画像濃度の検知結果を磁気検知センサのテーブルにフィードバックし補正することで、磁気検知センサの精度を高め、その代わりパッチ画像濃度検知検知頻度をより少なくしている。
【０１１９】
このようにすることで、トナー帯電量の検知精度を保ちつつ、トナーコストや検知時間を節約することができる。
【０１２０】
フローチャートに従って説明すれば、ステップＳ２２でパッチ濃度に基づいたトナー帯電量Ｑを算出した後、ステップＳ２３において、Ｓ２２で算出したトナー帯電量Ｑと先にＳ１５において算出した磁気検知センサに基づいたトナー帯電量Ｑｍとの差分（Ｑ−Ｑｍ）を算出する。
【０１２１】
この（Ｑ−Ｑｍ）は現像剤が初期状態に近ければ、ほぼ０の値を取るが、トナーが劣化し現像剤の流動性及び嵩密度が変化するとＱｍが実際のトナー帯電量と異なってくるため、（Ｑ−Ｑｍ）も必ずしも０にはならない。その理由は、インダクタンス検知センサ２００の出力Ｖｍとトナー帯電量Ｑｍとの関係を示すテーブルが初期状態の現像剤に対して実験的に求めたものだからである。そのため、初期状態から所定枚数の現像を行うことによって現像剤の嵩密度が変化すると、その嵩密度変化が実際にはトナー劣化によって生じていても、トナー帯電量による嵩密度変化と捉えＱｍが算出されるため、Ｑｍが実際のトナー帯電量Ｑと異なってくる。
【０１２２】
そこで、（Ｑ−Ｑｍ）の絶対値｜Ｑ−Ｑｍ｜が或る一定値以上に大きくなったら（本実施の形態においては、｜Ｑ−Ｑｍ｜が１以上としたが、これに限らない。例えば、０としても良い）、ステップＳ１５でトナー帯電量Ｑｍを算出する際、補正項として（Ｑ−Ｑｍ）が加わるように補正する。正確には、補正項は過去の履歴を全て含めなければならないので、ステップＳ３１において、補正項ΔＱに（Ｑ−Ｑｍ）を順次加算してき、ステップＳ３２において、補正項ΔＱをＳ１５におけるＱｍ算出の際に加えるよう補正する。尚、ΔＱは現像剤の投入時に０としておく。
【０１２３】
以上の操作を行うことによって、現像剤のトナー劣化度によらずに、磁気検知センサによるトナー帯電量Ｑｍをパッチ濃度検知によるトナー帯電量Ｑにほぼ一致させることができる。更に、ステップＳ３４においてはＱｍを実際のトナー帯電量Ｑに置き換える（ステップＳ３３については後で詳述する）。
【０１２４】
尚、（Ｑ−Ｑｍ）の値に基づく補正は、本実施の形態においては、ステップＳ１５にフィードバックさせたが、例えばステップＳ１３のテーブル選択にフィードバックさせても良い。ステップＳ１５にフィードバックさせる方がより簡易に補正可能であるが、（Ｑ−Ｑｍ）の値は現像剤劣化度に対応しているので、現像剤劣化状態に応じて予め実験的に求めた複数のテーブルを用意しておけば、ステップＳ１３にフィードバックさせる方がより精度の高い補正を行うことができる。
【０１２５】
ステップＳ３４の後はメインルーチンに戻り、ステップＳ１６においてＱｍから現像コントラストを算出する。現像コントラストは予め実験的に調べ用意しておいた図１２に示すようなテーブルに従って算出する。この決定された現像コントラストとなるよう、電源２７より現像スリーブ２１に所望の電圧を印加し、ステップＳ１７において画像形成を開始する。
【０１２６】
前記説明では、トナー帯電量Ｑｍを求め、その値から現像電圧を調整するものとしたが、その他の作像条件、例えばレーザーの露光量や感光体ドラム１の帯電量を調整することにより現像電位を調整するようにしても良い。
【０１２７】
尚、詳細は述べないが、周知のように、トナーの帯電量は画像形成装置における現像工程の下流工程、特に転写工程にも影響を与えるため、ここで求めたトナー帯電量Ｑｍを基に例えば転写電流の設定値等にフィードバックさせると、より安定した画像形成を行うことができる。
【０１２８】
フローチャートの内部タイマー１と内部タイマー２について説明する。
【０１２９】
内部タイマー１及び内部タイマー２は、それぞれインダクタンス検知センサ２００とパッチ濃度センサ３００の検知頻度を決めるものである。先にも述べたように、本実施の形態においては、トナーのコストや時間の節約の観点から、パッチ濃度検知頻度を磁気検知頻度より少なくしているため、内部タイマー２の値を内部タイマー１の値より大きくしている。内部タイマーの値は時間を単位としても、画像枚数を単位としても良く、両者の組み合わせでも良い。勿論、これらに限定されるものではない。
【０１３０】
本実施の形態においては、画像枚数をカウントしタイマーとしているが、内部タイマー１は２枚とし、内部タイマー２は１０枚としている。これらの値は、画像形成装置の要求される画質及びダウンタイム等の性能に応じて適当に選択すれば良い。パッチ濃度検知頻度を少なくしても、パッチ濃度検出時にステップＳ３１において補正を行っているため、大きな影響がないことは先に述べた通りである。但し、パッチ濃度検知頻度を多くすることでより精度良く画像濃度制御を行える。
【０１３１】
ここで、ステップＳ３３について詳述する。
【０１３２】
ステップＳ２３で算出した（Ｑ−Ｑｍ）が０以外の値を示すのは、トナー劣化度に応じてインダクタンス検知センサ２００で求めたトナー帯電量Ｑｍが変化してしまうことによる。従って、（Ｑ−Ｑｍ）はトナー及び現像剤の劣化度を示す指標となる。トナーが劣化している状態は現像性能にも大きな影響を与え兼ねない。
【０１３３】
そこで、本実施の形態においては、トナー帯電量Ｑからのズレ（Ｑ−Ｑｍ）を積算したΔＱの値に応じて、各種現像条件を設定し直しいるのが大きな特徴となっている。現像条件の最適設定を随時行うことで、耐久を通じてより安定した画像を提供することが可能となる。
【０１３４】
ここで、紛らわしいので、ΔＱは耐久によるトナー帯電量Ｑの変化ではなく、耐久による現像剤嵩密度の変化に大きく相関のある指標であることに注意を促しておく。トナー帯電量が耐久により変化しても、現像剤嵩密度が一定であれば、ΔＱは変化しない。
【０１３５】
先述のようにΔＱは現像剤の劣化度に対応した指標である。そのためΔＱの値が０から離れた値になればなるほど、現像剤が劣化した状態と考えられる。
【０１３６】
このような状態でも、ステップＳ１７において算出したトナー帯電量に応じて現像コントラストの補正をしているため、画像濃度は保証される。しかしながら、現像剤が劣化した状態、特にトナーが劣化した状態においては、現像性能が悪化するためガサツキや粒状感が悪化する等の他の画像弊害が生じる。そこで、本実施の形態においては、ΔＱの値に応じて現像バイアスの設定を変えている。
【０１３７】
現像スリーブ２１には感光体ドラム１との間に、バイアス電源２７から直流電圧及び交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。本実施の形態では、初期状態において−５００Ｖの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが１８００Ｖ、周波数ｆが１２ｋＨｚの交流電圧である。このうち直流電圧はメインルーチンのステップＳ１６によって算出され、濃度制御を行う。一方、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐはトナーが劣化した状態において値を大きくするによって、現像性能を高め、ガサツキや粒状感を良化することができる。
【０１３８】
そこで、本実施の形態では、表２のように、ΔＱの値に従って、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐの値を変える。ここで表２は、現像剤の劣化に応じて適正な画像を得られる現像バイアスのＶｐｐ電圧を記載したもので、実験的に求めたものである。トナー劣化により流動性が悪化すると嵩密度が低下するが、磁気検知センサはその嵩密度の低下をトナー帯電量の上昇と誤検知するため、現像剤が劣化すると磁気検知センサの出力より算出したトナー帯電量Ｑｍは実際のトナー帯電量Ｑより大きくな値となる。そのため、（Ｑ−Ｑｍ）を積算したΔＱは値が小さくなればなるほど現像剤が劣化した状態と言え、それに応じてＶｐｐを大きな値とし、現像性能を高めている。
【０１３９】
【表２】
2006220988.tif 000004
尚、本実施の形態においては、現像バイアスのＶｐｐにフィードバックさせたが、これに限られるものではない。例えば、現像バイアスの周波数ｆにフィードバックしても同様な効果が得られるため、ΔＱの値が小さくなるに連れて周波数ｆを高めても良い。他にも、本実施の形態で用いた現像バイアスの交流成分はデューティーが５０％のものを用いているが、デューティーをΔＱの値に応じて変えても良い。これらを組み合わせればより精度良く補正することも可能である。
【０１４０】
現像バイアスに限らず、その他の現像条件にフィードバックさせても良い。例えば、現像スリーブの周速を変化させることでも同様な効果を得ることができる。
【０１４１】
又、現像剤の劣化は現像工程だけでなく、現像工程の下流工程にも少なからず影響を与える。トナーの外添剤は転写工程ないしクリーニング工程を補助する目的で添加されている場合も少なくない。そこで、例えばΔＱの値に応じて転写条件やクリーニング条件等にフィードバックすることで、耐久を通じてより安定した画像形成が可能となる。
【０１４２】
本実施の形態においては、磁気検知センサにより求めたトナー帯電量Ｑｍとパッチ濃度検知センサより求めたトナー帯電量Ｑとの差分（Ｑ−Ｑｍ）或はΔＱに基づくフローチャートについてのみ述べたが、これに限定される必要はない。何れにせよ、磁気検知センサによる検知結果に基づいた値とパッチ濃度検知センサによる検知結果に基づいた値の間に生じる不整合を基に現像剤の劣化を判定し、制御を行うのが本発明の基本となる思想である。従って、例えば、磁気検知センサにより求めた現像コントラスト電位とパッチ濃度検知センサより求めた現像コントラスト電位との不整合に基づいたフローチャートも可能である。これはこれから述べる他の実施例に関しても同様である。
【０１４３】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、磁気検知センサに加え、トナー濃度検知センサ、パッチ濃度検知センサの検知結果を基に現像剤におけるトナー帯電量及びトナー劣化による現像剤嵩密度の変化に適応した画像形成条件の制御を実行することで、耐久中を通じて、好適な画像制御を実現する画像形成装置を提供することが可能である。
【０１４４】
＜実施の形態２＞
本実施の形態は、以下に詳しく述べる点を除いて、構成及び作用については前記実施の形態１とほぼ同じである。
【０１４５】
先述のように、ステップＳ３１にて算出されるΔＱはトナーの劣化度を示す指標となる。実施の形態１においては、フローチャートのステップＳ３３において、ΔＱの値に応じて現像条件にフィードバックさせていた。しかし、トナーが劣化しても現像条件を調整することで、或る程度までは画像を維持できるが、トナー劣化の極度にひどい場合は限界もある。
【０１４６】
そこで、本実施の形態においては、ΔＱの値に応じて、通常画像作像時以外にトナーを現像し吐き出すことで、強制的にトナーを消費し、更に補給を行うことが特徴である。
【０１４７】
トナーの劣化は、画像比率の少ない画像を連続して形成する時等、トナーが消費・補給されない状態でトナーが長時間現像容器内に留まり、循環・搬送を繰り返す中で長時間ストレスを受けるため起こる。そこで、トナーを強制的に現像し吐き出すことができれば、現像装置内の現像剤のトナー濃度が下がるため、トナー濃度センサの検知結果に従って現像装置にトナーが供給され、トナーを入れ替えることができる。その結果、トナーの劣化度は下がる。
【０１４８】
このように、トナーを強制的に現像し吐き出せば、実施の形態１のように現像条件を変えることなく、安定した画像を維持することも可能である。しかも、トナー劣化状態に対応して補正する実施の形態１の場合と異なり、トナー劣化状態を実際に改善している点が優れた点である。従って、本実施の形態においては、ΔＱの値に従ってトナーの吐き出す量を変えている。ΔＱの値が０から離れるに従って、トナーの吐き出す量を増やすように設定している。トナーの吐き出す量だけでなくトナーの吐き出す頻度にフィードバックしても同様の効果が得られる。
【０１４９】
トナーの強制的な吐き出しに関して更に述べれば、トナーの吐き出しは通常画像形成時以外に行わなければならない。そのため、通常画像形成を一旦止めて調整時間を設けて行う必要性がでないとも限らない。その結果、画像形成装置の生産性を落とす可能性があるのが、実施の形態１に対して劣る点である。但し、感光体ドラムにおける通常画像の前後左右の領域、画像と次の画像との間の領域をうまく利用することで、生産性を落とさずにトナーの吐き出しを行うことも可能である。
【０１５０】
本実施の形態のように、磁気検知センサの検知結果とパッチ濃度センサの検知結果との不整合から、現在の現像剤劣化度合いを逐一確認しながら、トナーの吐き出す量を決定することで、予め決められた量を定期的に吐き出す方式に比較し、無駄なトナー消費も少なく、高い効果を得ることが可能である。
【０１５１】
尚、ステップＳ３３における実施の形態１で述べた制御と実施の形態２で述べた制御は同時に行うことが可能である。実施の形態１，２のそれぞれの制御だけでも効果が得られるが、併せて行うことでより効果が得られる。
【０１５２】
＜実施の形態３＞
本実施の形態３は、以下に詳しく述べる点を除いて、構成は前記実施の形態１とほぼ同じである。
【０１５３】
先述のように、ステップＳ３１で算出するΔＱはトナーの劣化度を示す指標となる。実施の形態１においては、フローチャートのステップＳ３３において、ΔＱの値に応じて現像条件にフィードバックさせていた。
【０１５４】
しかし、トナーが劣化しても現像条件を調整することで、或る程度までは画像を維持できるが、トナー劣化の極度にひどい場合は限界もある。又、実施の形態２のようにトナー吐き出しを行っても、キャリアの劣化に起因する現像剤劣化を抑えることはできない。このような場合には、現像剤自体を交換した方が良い場合もある。
【０１５５】
そこで、本実施の形態においては、ΔＱの値を利用して現像剤寿命の予測を行い、現像剤交換のタイミングを決めているのが特徴である。
【０１５６】
本実施の形態においては、フローチャートのステップＳ３２においてΔＱを求めた後、図１３に別途示したフローチャートに従って、｜ΔＱ｜の値として１５という値をリミットとして設けておき、｜ΔＱ｜が１５以上の値となった場合には、現像剤交換の指示をユーザーないしサービスマンに分かるよう表示させるようにしている。いきなり交換を表示するのではなく、｜ΔＱ｜の値に応じて段階的に予告を表示させても良い。このようにすれば、予めユーザーおよびサービスマンが準備でき、ダウンタイムを減らすことができる。｜ΔＱ｜が１５未満で現像剤交換の必要のない場合には、メインルーチンのステップＳ３３に戻り、通常の画像形成を行う。
【０１５７】
尚、リミット値に関しては、本実施の形態では１５としたが、画像形成装置に求められる画質・性能に応じて適当に決めれば良い。ユーザーの要求に応じて、ユーザーが決める方式とすることも可能である。
【０１５８】
従来、現像剤の寿命は、耐久画像枚数を基に決められる場合が多いが、耐久画像の画像比率等によって現像剤の寿命はまちまちで、画像比率によっては２〜５倍程度異なる場合もある。そのため、耐久画像枚数を基に現像剤寿命を決めると、あるときは現像剤が未だ使える状態であるにも拘らず、現像剤を交換してしまうということが生じ無駄となる。
【０１５９】
一方、実際の画像を見て問題が生じたら交換するという方法もあるが、その場合は、ユーザー及びサービスマンが定期的に画像をチェックし対応していく必要がある。そうでなければ、異常画像が生じた場合に素早く対応できない可能性がある。
【０１６０】
しかし、一方で定期的に画像をチェックするのはユーザーやサービスマンにとって大きな負担となる。
【０１６１】
本実施例の構成を採れば、現像剤寿命の予測、検知を随時行うことが可能なため、上記問題を解決可能である。
【０１６２】
＜実施の形態４＞
本実施の形態は、以下に詳しく述べる点を除いて、構成は前記実施の形態１とほぼ同じである。
【０１６３】
これまで現像剤の劣化を主にトナーの劣化と捉え述べてきた。実際、現像剤の流動性変化はトナーに起因する部分が大きいので、トナーの吐き出し等のトナー劣化抑制手段を併用することで、大きな改善が得られるのは、先の実施の形態２にて述べた通りである。但し、キャリアの劣化も現像剤の流動性変化に全く関係しない訳ではない。トナー及びキャリアの帯電量が現像剤の流動性に影響するのは良く知られているが、キャリアが劣化するとトナー及びキャリアの帯電量に少なからず影響を与える。従って、キャリアの劣化は現像剤の流動性変化に影響を与える可能性がある。そこで、トナー劣化抑制手段だけでなく、キャリア劣化抑制手段も併用することで、現像剤を耐久を通じて安定的に使用することが可能となる。
【０１６４】
キャリアが劣化した場合の解決策は従来幾つか提案されているのでこれを併用すれば良い。一例としては、実施の形態３で述べたように現像剤自体を交換するのも有効であるが、ユーザーやサービスマンに負担が掛かる。
【０１６５】
その他の例として、特公平２−０２１５９１号公報に、劣化した現像剤（キャリア）を新しいものと徐々に入れ替えていくと、見掛け上のキャリアの劣化進行が止まり、現像剤全体としては特性が安定することが記載されている。この原理を用いた画像形成装置は、現像器から劣化した現像剤を徐々に排出させ、その分徐々にトナー及び／又はキャリア等を補給現像剤として補給する機構を備えているので、サービスマン等による現像剤交換という作業が不要になり、メンテナンス性が向上する。
【０１６６】
本実施の形態は、この原理を用いているのが特徴であり、予め設けられた排出口より劣化したキャリアを排出するとともに、補給トナー中に新しいキャリアを混ぜて補給することで、キャリアの劣化を抑制している。
【０１６７】
一般に、キャリアはトナーの消費が多い場合に劣化し易いため、本実施の形態のように補給トナーにキャリアを混ぜて補給することは、トナー消費が多い場合に新しいキャリアも多く供給されるためキャリア劣化抑制に大変有効である。
【０１６８】
又、排出口よりキャリアが排出される時、トナーも当然ながら排出されるため、トナー劣化抑制効果も得ることができる。
【０１６９】
更に、ステップＳ３１にて算出されるΔＱに応じて、ステップ３３において現像剤の排出量を増減させる制御を行えば、実際の現像剤劣化の変化に逐一対応することも可能である。
【０１７０】
具体的には、スクリュー２３の最上流に排出口を設ければ、スクリュー２３，２４を逆回転させた場合に現像剤が排出される。そこで、定期的にスクリューを逆回転する時間及び頻度を調整することで、現像剤の排出量の調整を行うことができる。スクリューの逆回転が困難な場合は、普通に空回転を行っても、現像剤は少しずつ排出されるため、或る程度の効果は得られる。この場合は、排出口の位置は余りこだわらなくて良い。その他に、排出口の形状、位置、数等がΔＱの値に応じて変化する構成でも良い。現像剤の排出方法はこれに限らない。
【０１７１】
尚、ステップＳ３３における実施の形態１，２で述べた制御と実施の形態４で述べた制御は同時に行うことが可能である。実施の形態１，２，４のそれぞれの制御だけでも効果が得られるが、併せて行うことでより効果が得られる。
【０１７２】
＜実施の形態５＞
本実施の形態は、以下に詳しく述べる点を除いて、構成及び作用については前記実施の形態１〜４とほぼ同じである。
【０１７３】
ＡＴＲ１００について、実施の形態１においてはＡＴＲとして光学検知方式を用いた。本実施の形態においては、ＡＴＲ１００として磁気検知方式を用いるのが特徴である。
【０１７４】
従来技術のところでも述べたように、磁気検知方式の場合は現像剤中のトナーではなく磁性体であるキャリアを検知し間接的にトナー濃度を検知しているため、現像剤の嵩密度変化した場合は誤検知に繋がる。例えば、現像剤の嵩密度が温度や湿度の影響で増えた場合、トナー濃度が同じでも磁気検知範囲内のキャリア数が増えるため、相対的にトナー濃度が実際よりも少ないと誤検知する。
【０１７５】
しかし、予め現像剤が或る程度圧縮されているような場所では、磁気検知方式ＡＴＲを用いても現像剤の嵩密度変化が少なく安定して濃度検出を行うことも可能である。
【０１７６】
例えば、実施の形態１のＡＴＲ１００の位置は、規制ブレード２５の存在により、現像剤が或る程度圧縮されているため、嵩密度変動が少なく、磁気検知方式ＡＴＲの取り付け位置としては、最適である。但し、現像スリーブ２１の内部に磁界発生手段２２があるため、感度が悪くならないよう注意する必要がある。その他、剤循環を工夫して、例えば現像装置内の２本のスクリューを上下に配置する等して、うまく剤溜まりを形成し、そこで、磁気検知方式ＡＴＲによるトナー濃度検知を行っても良い。
【０１７７】
磁気検知方式は、検出精度は光学検出方式に劣るが、コストが安いという利点を有しており、製品の必要とされる画質、価格等に応じて使い分ければ良い。
【０１７８】
又、ブラック（Ｂｋ）トナーとキャリアから成る現像剤を用いた場合、キャリアの色は大抵茶ないし黒であるのが殆どのため、光学検出方式ではトナーとキャリアの区別がしづらいという問題が起こり得るが、その場合はブラック（Ｂｋ）ステーションのみ磁気検知方式ＡＴＲを用い、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各ステーションは安定性を優先させ光学検知式ＡＴＲを用いるのも有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１７９】
【図１】画像形成装置の概略説明図である。
【図２】現像装置の概略説明図である。
【図３】光学式のトナー濃度センサの概略説明図である。
【図４】ＡＴＲの出力とトナー濃度の関係を示した図である。
【図５】安息角の測定法の概略説明図である。
【図６】トナー帯電量と磁気センサ出力と安息角の関係を示した図である。
【図７】パッチ濃度検知センサの概略説明のための斜視図である。
【図８】本発明の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】ＡＴＲ出力とトナー濃度の関係を示した図である。
【図１０】インダクタンス検知センサ出力とトナー帯電量の関係を示した図である。
【図１１】パッチ濃度検知センサ出力とトナー帯電量の関係を示した図である。
【図１２】現像コントラストとトナー帯電量の関係を示した図である。
【図１３】実施例３における動作を説明するためのフローチャートである。
【図１４】従来の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１８０】
１      感光体ドラム
４      現像装置
２１    現像スリーブ
１００  ＡＴＲ（トナー濃度センサ）
２００  インダクタンス検知センサ（磁気センサ）
３００  パッチ濃度検知センサ
【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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【図１３】
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【図１４】
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