(57)【要約】【課題】トナーのトリボ量を実際に現像が行われる状態に近い状態で精度よく検出し、良好な濃度制御を可能とする。【解決手段】現像容器３１４ａの支持部３１４ｂによってアーム５０４を揺動可能に支持し、アーム５０４における、先端にトリボ電極５０２を取り付け、トリボ電極５０２と支持部３１４ｂとの間に圧力センサ５０３を取り付け、基端部にカウンタウェイト５０５を取り付ける。トリボ電極５０２を感光ドラムと同電位に帯電させて、トナーを付着させる。このときに付着したトナーの電荷量と、圧力センサ５０３によって検知される質量とによって、トリボ量を算出する。【選択図】　　　図４
2004102183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷を有するトナーを像担持体上に静電的に付着させる現像手段を備えた画像形成装置において、
前記現像手段は、前記像担持体上にトナーを供給する現像部材と、
前記現像部材に対して所定の位置に配置された電極と、
前記電極に付着したトナーの帯電量を測定する帯電量測定手段と、
前記電極に付着したトナーの質量を測定する質量測定手段と、を有する、
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記帯電量測定手段から得られた帯電量と前記質量測定手段から得られた質量とに応じて画像形成条件を制御する制御手段を有する、
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】
前記像担持体表面を均一に帯電する帯電手段と、帯電後の前記像担持体表面を画像データに応じて露光し静電潜像を形成する露光手段と、
前記現像手段と、
前記現像手段によって前記像担持体上に形成されたトナー像を転写材に転写する転写手段と、
トナー像転写後の記録材上にトナー像を定着する定着手段と、
トナー像転写後の前記像担持体表面に残ったトナーを除去するクリーニング手段と、を備え、
前記帯電量測定手段から得られた帯電量と前記質量測定手段から得られた質量とから求められるトリボ量の変動に応じて、画像形成動作中又は画像形成動作終了後に、前記帯電手段と前記露光手段と前記クリーニング手段とを動作させることにより、前記像担持体上にトナー像を形成する、
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】
帯電されたトナーを用いて画像を形成する画像形成装置において、
トナーを担持する担持体と、
前記担持体に対して所定の位置に配置された電極と、
前記電極に付着したトナーの帯電量を測定する帯電量測定手段と、
前記電極に付着したトナーの質量を測定する質量測定手段と、を有する、
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ，複写機，ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真法としては、多数の方法が知られている（例えば、特許文献１，２，３参照）。
【０００３】
一般には、光電物質を利用した記録体である感光体上に種々の手段により電気的に潜像（静電潜像）を形成し、次いで静電潜像をトナーにより現像し、得られたトナー像を必要に応じて紙等の転写材上に転写し、爪状部材及び分離バイアスの作用により転写材を感光体から分離し、このトナー像を加熱又は溶剤蒸気等により転写材に定着して、画像を得るものである。
【０００４】
また、現像剤を用いて静電潜像を可視化する現像方法にも種々のものが知られている。例えば、磁気ブラシ現像方法（例えば、特許文献４参照）、パウダークラウド方法（例えば、特許文献５参照）、さらにはファーブラシ現像法、液体現像法など多数の方法がある。これらの現像方法において、特にトナー及びキャリヤを主体とする二成分現像剤を用いる磁気ブラシ現像法が広く実用化されている。この方法は、比較的安定に良好な画像が得られる反面、キャリヤの劣化、トナーとキャリヤとの混合比の変動という二成分現像剤であることに起因する欠点がある。
【０００５】
このような欠点を回避するために、トナーのみからなる一成分現像剤を用いる現像方法が各種提案されている。この現像方法によれば、キャリヤに対するトナーの混合比を制御する必要がなくなるため、装置が簡略化されるという利点がある。
【０００６】
この一成分現像法では、キャリヤを用いないために、トナーに適宜な帯電電荷を与えることが難しい。このためトナーの帯電方法が各種検討されている。
【０００７】
トナーの帯電方法としては、例えば、トナー担持体との摩擦帯電により帯電電荷を付与する方法（例えば、特許文献６参照）や、摩擦部材を設けて、これとの摩擦帯電により帯電電荷を付与する方法（例えば、特許文献７参照）がある。さらに、その摩擦部材に電圧を印加する方法、コロナ帯電などの帯電付与部材によりトナーを帯電させる方法などが工夫されている。
【０００８】
ただし、一成分現像剤を用いる現像方法においても、画像作成条件によっては現像剤の耐久が進み、また環境が変化することによるトナーの帯電状態の劣化は否めない。現像剤が劣化すると、画像濃度が低下したり、転写材の白地に現像剤が付着するいわゆる「かぶり」という現象が発生したりする。すなわち、出力画像の適性濃度が得られなくなる。
【０００９】
現在、このような現象に関しては、例えば、電位制御、環境制御、濃度制御等によって濃度補正制御を行うことで、画像濃度の低下を防止するようにしている。上述の電位制御は、電位測定手段によって感光体の表面電位を測定し、その測定出力に応じて感光体表面の電位を制御するものである。また、環境制御は、環境センサの出力に応じて現像電位を制御するものである。そして、濃度制御は、現像後の感光体上の画像濃度を検出して画像濃度を補正するものである。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第２，２９７，９６１号明細書
【特許文献２】
特公昭４２−２３９１０号公報
【特許文献３】
特公昭４３−２４７４８号公報
【特許文献４】
米国特許第２，８７４，０６３号明細書
【特許文献５】
米国特許第２２１，７７６号明細書
【特許文献６】
特開昭５０−４５３９号公報
【特許文献７】
特開昭５４−２１００号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の技術に係る画像形成装置においては、ある程度画像濃度の補正は可能であったが、本質的に現像剤の劣化が原因である出力画像の濃度変化を完全に制御することは不可能であった。すなわち、感光体上の電位や感光体上に形成された画像の濃度、及び環境センサ出力に応じて画像の濃度補正制御を行っても、出力画像の品位が完全に保たれる制御はできないのが現状である。このような濃度の安定しない現象は、二成分現像剤を使用する現像方法及び一成分現像剤を用いた現像方法においても発生するものである。特に、カラーの画像形成装置においては、濃度のみならず色味の変化として敏感に現れる。
【００１２】
さらに、現像方式として、一成分磁性現像剤を使用する電界飛翔現像方法，ジャンピング現像方法では、特に、高湿度環境での画像形成装置の起動時には、現像剤が放置中に水分を吸着し現像剤粒子の表面抵抗が低下し、現像剤の保持すべきトリボ量（単位重量当たりの電荷量）が維持できずに現像効率が低下する。
【００１３】
そのため、特開２０００−１８１３２１号公報等において開示された技術のように、所定の湿度の環境下での画像形成装置の起動時の準備期間（主に定着装置の加熱を目的とする）において、現像剤担持部材近傍に滞留する劣化したトナーを、強制的に感光体を経由して、清掃装置へ転移させて、劣化トナーが画像出力に供されるのを防ぐようにしている。また劣化してはいないが、長時間の休止により一次的にトリボ量が低下したトナーのトリボ量を増加させるために、トナーを消費しない現像剤担持部材の回転を行うようにしている。
【００１４】
従来技術においては、前述の劣化トナーの強制排出は一定の環境下では必ず作動するようなシーケンスとなっており、実際には劣化していないのに強制排出されるなど、トナーを無駄に消費することからランニングコストの上昇を招いていた。
【００１５】
上述の現象は、実際に現像器内の現像剤のトリボ量を直接検知しているわけでなく、現在このような画像形成装置において測定可能な物理量から現像剤のトリボ量を推定して濃度補正制御を行っているためであり、直接、現像剤のトリボ量を測定する手段が無い限り解決困難な現象である。
【００１６】
本発明は、トナーのトリボ量を実際に現像が行われる状態に近い状態で精度よく検出することのできる画像形成装置、さらにはその精度のよい出力値に基づいて良好な濃度制御を可能とした画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、電荷を有するトナーを像担持体上に静電的に付着させる現像手段を備えた画像形成装置において、前記現像手段は、前記像担持体上にトナーを供給する現像部材と、前記現像部材に対して所定の位置に配置された電極と、前記電極に付着したトナーの帯電量を測定する帯電量測定手段と、前記電極に付着したトナーの質量を測定する質量測定手段と、を有する、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記帯電量測定手段から得られた帯電量と前記質量測定手段から得られた質量とに応じて画像形成条件を制御する制御手段を有する、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記像担持体表面を均一に帯電する帯電手段と、帯電後の前記像担持体表面を画像データに応じて露光し静電潜像を形成する露光手段と、前記現像手段と、前記現像手段によって前記像担持体上に形成されたトナー像を転写材に転写する転写手段と、トナー像転写後の記録材上にトナー像を定着する定着手段と、トナー像転写後の前記像担持体表面に残ったトナーを除去するクリーニング手段と、を備え、前記帯電量測定手段から得られた帯電量と前記質量測定手段から得られた質量とから求められるトリボ量の変動に応じて、画像形成動作中又は画像形成動作終了後に、前記帯電手段と前記露光手段と前記クリーニング手段とを動作させることにより、前記像担持体上にトナー像を形成する、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項４に係る発明は、帯電されたトナーを用いて画像を形成する画像形成装置において、トナーを担持する担持体と、前記担持体に対して所定の位置に配置された電極と、前記電極に付着したトナーの帯電量を測定する帯電量測定手段と、前記電極に付着したトナーの質量を測定する質量測定手段と、を有する、ことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図面において同一の符号を付したものは、同一の構成又は作用をなすものであり、これらについての重複説明は適宜省略した。
【００２２】
＜実施の形態１＞
図１に、本発明に係る画像形成装置の一例をして、実施の形態１に係る画像形成装置を示す。同図に示す画像形成装置は、電子写真方式のデジタル複写機であり、同図はその概略構成を示す縦断面図である。
【００２３】
同図に示すデジタル複写機（以下「画像形成装置」という。）において、原稿自動送り装置２０１の原稿載置部２０３に置かれた原稿（不図示）は、給紙ローラ２０４によって分離・給紙され、搬送ガイド２０６にガイドされて、読取り装置２０２に搬送される。さらに搬送ベルト２０８によって一定速度で搬送され、排紙ローラ２０５によって機外に排出される。この間、読取り装置２０２の読取り位置で照明系２０９で照明された画像は、反射ミラー２１０，２１１，２１２からなる光学系によって画像読取り部２１３で画像信号に変換される。
【００２４】
画像読取り部２１３は、レンズ、光電変換素子であるＣＣＤ、ＣＣＤの駆動回路等からなる。原稿の読取りは原稿を一定速度で搬送し読取り系は停止して読み取る流し読みモードと、原稿を読取り装置２０２の原稿ガラス台２１４上に載置して照明系２０９及びミラー２１０，２１１，２１２を一定速度で移動して読み取る固定モードがある。通常、シート状の原稿は流し読みモードで、また、綴じられた原稿は固定モードで読み取られる。
【００２５】
上述の読取り部２１３で変換された画像信号は、画像処理部１０２（図２，図３参照）で処理された後、ページ単位で画像再生装置３０１で転写材（例えば紙，透明フィルム）に再生される。画像信号は、露光手段の半導体レーザ（不図示）などによって光信号に変調される。変調されたレーザ光は、ポリゴンミラーによる光走査装置３１１、ミラー３１２，３１３を経由して、一次帯電器（帯電手段）３１０によって表面を一様に帯電された感光ドラム（像担持体としてのドラム型の電子写真感光体）３０９上に露光され、静電潜像を形成する。静電潜像は現像器（現像手段）３１４のトナーによってトナー像として現像され、転写帯電器（転写手段）３１５によってトナー像が転写材に転写される。
【００２６】
転写材は給紙カセット３０２，３０４に収納されている。なお、本実施の形態においては、給紙カセット３０２には標準紙が、また、給紙カセット３０４にはタブ紙が収納されている。給紙カセット３０２からの転写材（標準紙）は給紙ローラ３０３によって給紙され、搬送ローラ３０６によって搬送され、レジストローラ３０８によって感光ドラム上のトナー像とのタイミングを調整して、感光ドラム３０９と転写帯電器３１５との間の転写位置に搬送される。
【００２７】
一方、給紙カセット３０４の転写材（タブ紙）は給紙ローラ３０５によって給紙され、搬送ローラ３０７，３０６によって搬送され、レジストローラ３０８によって感光ドラム上のトナー像とのタイミングを調整して、転写位置に搬送される。トナー像が転写された転写材は搬送ベルト３１７で定着器（定着手段）３１８に搬送され、定着ローラ３１８ａ及び加圧ローラ３１８ｂによって加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。
【００２８】
なお、トナー像転写後の感光ドラム３０９は、転写材に転写されないで表面に残ったトナー（残留トナー）がクリーニング装置（クリーニング手段）３１６によって除去され、次の画像形成に供される。
【００２９】
画像形成装置において、ユーザによって片面モードが設定されている場合は、定着器３１８からの転写材は定着排紙ローラ３１９及び排紙ローラ３２４によって機外（画像形成装置本体外部）に排紙される。これに対して、両面モードが設定されている場合には、転写材は定着排紙ローラ３１９から搬送ローラ３２０を経由して反転ローラ３２１によって反転パス３２５へ搬送される。さらに、転写材の後端が両面パス３２６との合流ポイントを通過した直後に反転ローラ３２１の回転を反転することで転写材は表裏反転されて両面パス３２６へと搬送される。両面パス３２６に搬送された転写材は、ローラ３２２，３２３によって搬送され、再び搬送ローラ３０６を経由してレジストローラ３０８で裏面画像とのタイミング調整された後、トナー像が転写され、定着された後、機外に排出される。
【００３０】
なお、定着器３１８からの転写材の表裏を反転して機外に排出する場合には、転写材を一旦、搬送ローラ３２０へ搬送し、転写材の後端が搬送ローラ３２０を通過する直前に搬送ローラ３２０の回転を反転して、排紙ローラ３２４によって機外に排紙される。
【００３１】
図２に、上述の画像形成装置の画像制御部１０５のブロック図を示す。
【００３２】
画像形成装置は、すべてシステムコントローラ（制御手段）１５１によって統括的にコントロールされる。システムコントローラ１５１は、主に装置内の各負荷の駆動、センサ類１５９の情報収集解析、及び前述した画像処理部１０２に加えて、操作部１５２、すなわちユーザインターフェースとのデータの交換の役割を担っている。システムコントローラ１５１の内部構成は、上述した役割を担うために、ＣＰＵ１５１ａが搭載されており、ＣＰＵ１５１ａは、同様にシステムコントローラ１５１に搭載されたＲＯＭ１５１ｂに格納されたプログラムによって、あらかじめ決められた画像形成シーケンスに係る様々なシーケンスを実行する。また、その際、一次的又は恒久的に保存することが必要な書換え可能なデータを格納するために、ＲＡＭ１５１ｃも搭載されている。ＲＡＭ１５１ｃには、例えば後述する高圧制御部（高圧制御回路）１５５への高圧設定値、後述する各種データ、操作部１５２からの画像形成指令情報などが保存されることになる。
【００３３】
システムコントローラ１５１は、画像制御部１０５に対し、画像処理部１０２に必要な各部の仕様設定値データを送出することに加えて、各部からの信号、例えば原稿画像濃度信号などを受信して、後述する高圧制御部１５５や画像処理部１０２を制御して最適な画像形成を行うための設定を行う。
【００３４】
操作部１５２に対しては、ユーザにより設定された複写倍率、濃度設定値などの情報を得ることに加えて、画像形成装置の状態、例えば画像形成枚数や画像形成中か否かの情報、ジャムの発生やその箇所等をユーザに示すためのデータを送出している。また、後述する、タブ紙に対する各種設定や、タブ紙に対する警告表示を行うためのやり取りが行われる。
【００３５】
次に装置内の各負荷の駆動、センサ類の情報収集解析について説明する。本画像形成装置は、装置内部の各所にモータ、クラッチ／ソレノイド等のＤＣ負荷及び、フォトインタラプタやマイクロスイッチ等のセンサが配置されている。つまり、モータの駆動や各ＤＣ負荷を適宜駆動させることで、転写材の搬送や各ユニットの駆動を行っており、その動作を監視しているものが各種センサである。そこでシステムコントローラ１５１は、各種センサ類１５９からの信号をもとに、モータ制御部１５７により各モータをコントロールさせると同時に、ＤＣ負荷制御部１５８により、クラッチ／ソレノイドを動作させて画像形成動作を円滑に進めている。
【００３６】
また、高圧制御部１５５に各種高圧制御信号を送出することで、高圧ユニット１５６を構成する各種帯電器である一次帯電器３１０、転写帯電器３１５、現像器３１４の現像シリンダ（トナーを担持する担持体としての現像部材）４１１（図１，図４参照）に適切な高圧を印加させている。さらに前述した定着器３１８内の定着ローラ３１８ａ及び加圧ローラ３１８ｂには、それぞれローラを加熱するためのヒータ１６１が内蔵されており、その各ヒータ１６１はＡＣドライバ１６０によってＯＮ／ＯＦＦ制御されている。またこの際、定着ローラ３１８ａ及び加圧ローラ３１８ｂにはその温度を測定するためのサーミスタ１５４が設けられ、Ａ／Ｄ変換機１５３によって、定着ローラ３１８ａ及び加圧ローラ３１８ｂの温度変化に応じたサーミスタ１５４の抵抗値変化を電圧値に変換した後、デジタル値としてシステムコントローラ１５１に入力される。この温度データをもとに前述のＡＣドライバ１６０を制御することになる。
【００３７】
図３に、画像処理部１０２のブロック図を示す。
【００３８】
画像読取り部２１３で読み取られた画像データは、画像処理部１０２に入力され、画像処理回路４０２で所定の画像処理が行われた後、メモリ制御回路４０３に入力される。メモリ制御回路４０３は、ＣＰＵ４０１の制御により、入力された画像データをメモリ４０４に格納するとともに、メモリ４０４から画像形成する画像データを読み出して画像書込み部１０３に出力する。
【００３９】
ＣＰＵ４０１はメモリ制御回路４０３を制御して、入力画像データのメモリ４０４への格納と、メモリ４０４に格納された画像データの画像書込み部１０３への出力とを行うとともに、メモリ４０４に格納された画像データを読み出して、１ページの画像データ内で、実際に画像形成される画像データが存在する画像領域を検出し、画像制御部１０５に通知する。なお、上述の画像処理回路４０２には、画像読取り部２１３からのほかに、外部Ｉ／Ｆ（インタフェイス）１０６からもデータが入力される。
【００４０】
以下に本実施の形態の特徴的な部分について説明する。
【００４１】
図４は、図１の現像器３１４の詳細説明図である。トナーカートリッジ４０１は着脱式で、ここからユーザがトナー補給を行う。この現像器３１４においては、ホッパ４０４を備えているため、現像器３１４の稼動中でもトナー補給が可能である。トナーカートリッジ４０１内のトナーは、ホッパ内トナーセンサ４０５がトナー無しを検出すると、カートリッジ内トナー搬送モータ４０２が稼動し、トナー搬送スクリュー４０３を駆動させて、トナーをホッパ４０４へと供給する。また、現像器内トナーセンサ４１０がトナー無しを検出すると、ホッパ内トナー搬送モータ４０９が稼動し、マグネットローラ駆動クラッチ４０７と連動してマグネットローラ４０８を駆動し、ホッパ４０４内のトナーを現像器３１４内へと供給する。このように現像器３１４内に供給されたトナーは、メインモータ４１２の稼動によって、現像シリンダークラッチ４１３と連動して攪拌部材４１４により現像シリンダ４１１上に導かれる。そして、以上の動作はシステムコントローラ１５１によって制御されている。
【００４２】
さらに、現像器３１４内には、トナーのトリボ量を検知するための電荷量／質量検出手段５０１が配設されている。電荷量／質量検出手段５０１は、トナーが吸着されるトリボ電極（電極）５０２と、このトリボ電極５０２に吸着されたトナーの質量を測定する圧力センサ（質量測定手段）５０３と、これらトリボ電極５０２及び圧力センサ５０３が連結されたアーム５０４と、このアーム５０４に取り付けられたカウンタウェイト５０５とを備えている。
【００４３】
このうちアーム５０４は、その中間部が、現像器３１４の現像容器３１４ａの上部内側から下方に向けて突設された支持部３１４ｂによって揺動自在に支持されている。アーム５０４の先端（同図中の左側の部分）には、板状のトリボ電極５０２が揺動自在に支持されており、ほぼ水平な状態を維持している。このトリボ電極５０２は、現像容器３１４ａ内における、現像シリンダ４１１の回転方向に沿っての最も下流側、つまり感光ドラム３０９と現像シリンダ４１１との間の現像位置にできるだけ近い位置に配置されている。こうすることで、実際の現像が行われる状態に近い状態で、トナーのトリボ量を検出することが可能となる。アーム５０４のうちの、先端と支持部３１４ｂとの間に位置する部分には、圧力センサ５０３が連結されている。また、アーム５０４の基端部（同図中の右側の部分）には、カウンタウェイト５０５が取り付けられている。このカウンタウェイト５０５は、上述のトリボ電極５０２と重量バランスを取るためのものであり、アーム５０４の長手方向に移動可能となっている。例えば、アーム５０４の基端部には雄ねじが形成され、一方、カウンタウェイト５０５には雌ねじが形成されていて、このカウンタウェイト５０５の雌ねじをアーム５０４の雄ねじに螺合させて、正転又は逆転させることにより、カウンタウェイト５０５の位置を微調整する。これにより、トリボ電極５０２とカウンタウェイト５０５とをつり合わせて、アーム５０４全体がほぼ水平となるようにしている。
【００４４】
この電荷量／質量検出手段５０１は、トリボ電極５０２にトナーが吸着されると、その重量（質量）によってアーム５０４の先端側が下がり、このとき圧力センサ５０３に作用した力を検出することで、トナーの質量を検出するようにしている。
【００４５】
図５は、現像器３１４と、感光ドラム３０９と、これらを制御するシステムコントローラ１５１と、現像に必要な高圧を発生させる高圧制御部１５５と、さらに本特許の特徴である、電荷量／質量検出手段５０１及びこの電荷量／質量検出手段５０１からの検出信号をトナーのトリボ量に変換するトリボ量検出回路（電荷量／質量検出制御回路）５０９との構成を示す図である。前述のように、現像シリンダ４１１に導かれたトナーは、システムコントローラ１５１の制御に従った電圧を発生する高圧制御部１５５から適性電圧が印加され、感光ドラム３０９へ現像される。電荷量／質量検出手段５０１は、現像直前のトナー状態を検出するために感光ドラム３０９へ現像される直前に配置されている。すなわち、電荷量／質量検出手段５０１は、トリボ電極５０２の配設位置が、現像容器３１４内部のうちの現像シリンダ４１１の回転方向に沿って最も現像位置Ｄに近い位置となるように設定されている。ここで現像位置Ｄとは、感光ドラム３０９表面と現像シリンダ４１１表面とが最も接近する位置であり、現像シリンダ４１１上のトナーが感光ドラム３０９上の静電潜像に付着される位置である。
【００４６】
感光ドラム３０９の回転方向に沿ってのこの現像位置Ｄの直ぐ上流側には、感光ドラム３０９表面に対向するように、電位センサ４５１が配設されている。この電位センサ４５１は、現像が行われる直前の感光ドラム３０９の表面電位を測定するものである。
【００４７】
電荷量／質量検出手段５０１は、上述のようにトナーの電荷量を検出するトリボ電極５０２とトナーの質量を検出する圧力センサ５０３とを有しており、電荷量と質量を同時に検出できる構成となっている。以下にトナーのトリボ量の検出方法について説明する。
【００４８】
まず、感光ドラム３０９表面を一様の帯電した後、一様に黒レベルの潜像書き込みを行い、そのときの表面電位を電位センサ４５１によって検出する。さらに現像器３１４を画像形成装置時と同様に稼動させて、現像シリンダ４１１にトナーを導く。
【００４９】
図６に、トリボ量検出回路５０９の構成を示す。同図中の信号発生器７２０の信号電圧（ＳＧ）は初期的にトリボ電極５０２にトナーが乗らない電位に設定されているため、現像シリンダ４１１に移動しているトナーはトリボ電極５０２と反発し、トナーは吸引されない状態となっている。
【００５０】
ここでスイッチ７２５の駆動信号と同期して、信号発生器７２０から先ほど検出した感光ドラム３０９の表面電位と等しい電位に至るような電圧が発生される。
【００５１】
この信号電圧は、図６中のオペアンプ７２１の＋端子に接続されているため、フィードバック抵抗７０１Ｒを通じて、ＯＰアンプ７２１の−端子は同電位に保たれる。
【００５２】
このことによってオペアンプ７２１の−端子に接続されているトリボ電極５０２の検出電位は、信号発生器７２０からの電位と同電位に制御される。信号発生器７２０の低電位は、先ほど検出した感光ドラム３０９の潜像表面電位と等しくなるため、トリボ電極５０２の検出電位は、感光ドラム３０９の表面電位と等しくなり、現像シリンダ４１１に移動しているトナーは、そのトリボ量に比例した量のトナーが現像シリンダ４１１手前に配置してあるトリボ電極５０２に吸着される。
【００５３】
このとき、帯電したトナーが持っていた電荷はトリボ電極５０２に捕捉されるためその電荷をフィードバック抵抗７０１Ｒにより電圧変換することで、トリボ電極５０２に吸着されたトナーの電荷を電圧に変換できる。
【００５４】
こうして変換された電圧は、抵抗７０２Ｒを介してオペアンプ７２２と積分コンデンサ（帯電量測定手段）７０１Ｃにより、スイッチ７２５が開いている期間中積分されることにより、トリボ電極５０２に付着したトナーの総電荷量が検出される。
【００５５】
またこのときにトリボ電極５０２に捕捉されたトナーの質量は、前述のアーム５０４を通じてテコの原理で増幅されて圧力センサ５０３に伝達される。
【００５６】
元来、トナーの質量は非常に微小であるが、前述のようにアーム５０４には、先端部に取り付けられたトリボ電極５０２に対してその反対側の基端部に等価的に同等の質量を持つカウンタウェイト５０５が取り付けてあり、このカウンタウェイト５０５によってトリボ電極５０２の質量と重量バランスを取ってあるため、圧力センサ５０３は非常に高感度に構成することができ、かつトリボ電極５０２に吸引された微細なトナーの質量はテコの原理で増幅されてから圧力センサ５０３に伝達される構成となっているため、微小な質量も十分、精度よく検出することができる。
【００５７】
圧力センサ５０３は、半導体のピエゾ効果を利用したセンサやストレインレリーフ等により構成される。この圧力センサ５０３に印加された圧力は、図６中の差動増幅器７１４により圧力信号レベルが確定される。
【００５８】
この圧力信号レベルはトナー質量そのものであり、その出力と前述のＯＰアンプ７２２からの積分電荷量出力とが演算素子（トリボ量算出手段）７２３に入力される。そして、演算素子７２３により所定の演算を行うことにより単位質量当たりの電荷量であるトリボ量が検出可能になる。つまり、演算素子７２３からトリボ量出力７２７が出力される。なお、図７に、信号発生器７２０の印加波形と、スイッチ７２５の駆動波形と、トリボ量出力の出力波形７２７との関係を示す。
【００５９】
画像形成装置の各種環境下において、トナーの状態が良好であってもしばらく画像形成が行われずに放置状態にある場合、トナーの帯電量は低下している。また、ある程度の画像形成が行われた直後等のトナーの帯電量は増加しているような場合であっても、画像形成装置の稼動状況によって現像器３１４内のトナーの帯電状況が変動する。このような変動があった場合でも、本実施の形態に係るトリボ量検出方法を用いることで、適宜にトリボ量を検出することができ、その検出されたトリボ量から、プロセス諸パラメータの再設定を行うことにより、安定した濃度の画像形成が可能となる。
【００６０】
図８に本画像形成装置における上述の動作のシーケンスを示す。
【００６１】
画像形成装置の電源が投入（ＯＮ）されると（ステップＳ１、以下「Ｓ１」のように略記する。）、定着器３１８を暖めたりするウォームアップ動作が開始される（Ｓ２）。この間に画像形成装置は、各部位のイニシャライズが行われる。このウォームアップ動作が終了すると（Ｓ３）、画像形成が可能な状態になる。本画像形成装置においては、この状態になったところで現像器３１４を所定時間ｔ（＝Ｔ０）稼動させ、現像器３１４内の攪拌部材４１４を稼動することによって、現像器３１４内のトナーを帯電させる（Ｓ４）。そして、現像器３１４をＴ０時間、稼動させた直後に、電荷量／質量検出手段５０１によって、現像シリンダ４１１に導かれたトナーの電荷量Ｑ及び質量ｍを測定し、この電荷量Ｑと質量ｍからとトリボ量を算出（検出）する（Ｓ５）。この算出されたトリボ量に応じて現像バイアスＶｄｃ及び現像コントラストＶｃｏｎｔの設定を行う（Ｓ６）。ここで現像バイアスＶｄｃとは、図４における現像器３１４内の現像シリンダ４１１に画像形成時に印加される電圧であり、現像コントラストとは感光ドラム３０９上の画像形成部位の電位と現像バイアスとの差であり、システムコントローラ１５１に制御された値に基づいて、高圧制御部１５５から印加される電圧である。これらの電圧によって、感光ドラム３０９に現像されるトナー量は制御される。また、トリボ量は、一般的に高温高湿環境下では帯電した電荷が空気中に逃げやすいので小さな値となり、一方、低湿環境下においては大きな値となる。本画像形成装置においては、実機の測定データから、下記のような対応となっている。
【００６２】
・Ｑ／ｍ≧９．０（ｍＣ／ｋｇ）の場合、
Ｖｄｃ＝２６０Ｖ、Ｖｃｏｎｔ＝２１０Ｖ
・９．０（ｍＣ／ｋｇ）＞Ｑ／ｍ≧８．０（ｍＣ／ｋｇ）の場合、
Ｖｄｃ＝２８０Ｖ、Ｖｃｏｎｔ＝２１０Ｖ
・８．０（ｍＣ／ｋｇ）＞Ｑ／ｍの場合、
Ｖｄｃ＝３００Ｖ、Ｖｃｏｎｔ＝２５０Ｖ
【００６３】
本画像形成装置の電源投入後、上述の動作に基づいて現像器３１４内のトリボ量を検出し、検出した値に応じて現像バイアスが制御されるが、本画像形成装置においてはその後、システムコントローラ１５１に設定されている所定時間Ｔａ毎に上述と同様の制御を行い（Ｓ７，Ｓ８）、その度に現像バイアスが適性状態に制御される。
【００６４】
なお、上述では、トリボ量を求めるのに、トリボ量を算出する手段（トリボ量算出手段）としての演算素子７２３を使用しているが、これに代えて、あらかじめトナーの帯電量と質量との関係をテーブルとして設定しておくようにしてもよい。
【００６５】
＜実施の形態２＞
つづいて実施の形態２について説明する。なお、上述の実施の形態１で説明した図１〜図８のうち、図８の動作シーケンスを除いて、本実施の形態２にも適用される。したがって、重複説明は適宜省略するものとする。
【００６６】
上述の実施の形態１においては、トナーのトリボ量を検出する前に所定時間だけ現像器３１４を稼動させ、画像形成装置の電源投入時及び所定時間毎に、トリボ量を検出する例を説明した。
【００６７】
ところが、長時間画像形成を連続して行うと、特に低画像比率の画像が多い場合、現像器３１４内のトナーが劣化する場合がある。特に、ダウンタイムの少ない高速機において、この傾向が顕著である。
【００６８】
従来は、このような現象が発生した場合、サービスマンがプリントジョブ終了後に黒帯びシーケンスを動作させるようなサービスモードを設定するのが一般的である。黒帯びシーケンスとは転写材の無い状態で、通常の画像形成と同様のプロセス条件で、主走査方向の最大画像形成幅で、ある副走査方向の長さにおいて感光ドラム３０９上にベタ黒の画像形成を行ってトナーを現像させ、クリーニング装置３１６で感光ドラム３０９上のトナーをクリーニングする動作のことをいう。これによって、現像器３１４内の劣化したトナーを排出し、濃度低下等の画像劣化を防ぐことが可能となる。
【００６９】
本実施の形態では、このように過酷な環境で画像形成装置が稼動した場合でも、サービスマンの手を煩わすことなく自動的に画像を補正するようにしたものである。
【００７０】
上述の実施の形態１では所定時間毎に現像器３１４内のトナーのトリボ状態を検出していたが、本実施の形態では所定プリント枚数Ｘａ毎に現像器３１４内のトリボ量を検出するようにした。所定時間毎にトリボ量を検出することで、画像形成装置周囲の環境に応じた現像バイアスの設定は可能になるが、短時間に大量のプリント（画像形成）が行われた場合、短時間で現像器３１４内のトナーの状態が変化し得ることが考えられる。このような場合は、プリント枚数を管理することにより、現像器３１４の稼動時間を把握し、この稼動時間によって現像バイアスの補正を行う方法が望ましい。
【００７１】
図９に、本実施の形態におけるトリボ検出動作のシーケンスを示す。
【００７２】
画像形成装置の電源が投入（ＯＮ）される（Ｓ１１）と、定着器３１８（図１参照）を暖めたりするウォームアップ動作が開始される（Ｓ１２）。この間に画像形成装置は、装置各部位のイニシャライズが行われる。このウォームＵＰ動作が終了すると（Ｓ１３）、画像形成が可能な状態になる。本画像形成装置においては、この状態になったところで現像器３１４を所定時間ｔ（＝Ｔ０）稼動させ（Ｓ１４）、現像器３１４内の攪拌部材４１４を稼動することによって、現像器３１４内のトナーを帯電させる。そして、現像器３１４をＴ０時間稼動させた直後に、電荷量／質量検出手段５０１によって現像シリンダ４１１に導かれたトナーの電荷量Ｑ及び質量ｍを測定する。この電荷量Ｑと質量ｍからトリボ量を算出（検出）する（Ｓ１５）。こうして算出されたトリボ量に応じて現像バイアスＶｄｃ及び現像コントラストＶｃｏｎｔの設定を行う（Ｓ１６）。この設定に関しては、前述の実施の形態１と同様である。
【００７３】
画像形成装置の電源投入後、上述の動作に基づいて、現像器３１４内のトリボ量を検出し、検出した値に応じて現像バイアスが制御された後に、画像形成動作が開始される（Ｓ１７）。本実施の形態においては、その後、画像形成中に、逐次、トリボ量の検出を行い（Ｓ１８）、そのトリボ量が規定の値以上に変動した場合には（Ｓ１９の「Ｎ」）、上述と同様の制御を行い、その度に現像バイアスが適性状態に制御される（Ｓ２０）ことで、より安定な画像を提供することを可能としている。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、トナーのトリボ量を実際に現像が行われる状態に近い状態で精度よく検出することができるので、その精度のよい出力値に基づいて良好な濃度制御を行って高品位の画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置の画像制御部のブロック図である。
【図３】本発明に係る画像形成装置の画像処理部のブロック図である。
【図４】現像器の詳細な構成を説明する図である。
【図５】実施の形態１における、現像器、感光ドラム、システムコントローラ、高圧制御部、電荷量／質量検出手段、及びトリボ量検出回路を示す構成図である。
【図６】トリボ量検出回路の構成を示す回路図である。
【図７】信号発生器の印加波形と、スイッチの駆動波形と、トリボ量出力の出力波形との関係を示す図である。
【図８】実施の形態１における、トリボ量検出の動作のシーケンスを示す図である。
【図９】実施の形態２における、トリボ量検出の動作のシーケンスを示す図である。
【符号の説明】
１５１　　　制御手段（システムコントローラ）
３１０　　　帯電手段（一次帯電器）
３１４　　　現像手段（現像器）
３１４ａ　　現像容器
３１５　　　転写手段（転写帯電器）
３１６　　　クリーニング手段（クリーニング装置）
３１８　　　定着手段（定着器）
４１１　　　現像部材（現像シリンダ）
５０１　　　電荷量／質量検出手段
５０２　　　電極（トリボ電極）
５０３　　　質量測定手段（圧力センサ）
７０１Ｃ　　帯電量測定手段（積分コンデンサ）
７２３　　　トリボ量算出手段（演算素子）
【図１】
2004102183.tif 000003
【図２】
2004102183.tif 000004
【図３】
2004102183.tif 000005
【図４】
2004102183.tif 000006
【図５】
2004102183.tif 000007
【図６】
2004102183.tif 000008
【図７】
2004102183.tif 000009
【図８】
2004102183.tif 000010
【図９】
2004102183.tif 000011