JP2012018212A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 像担持体の表面膜厚が変動した場合でも、現像コントラストの電位幅及び階調数の変動を抑制して、長期に亘って安定した画像濃度の画像を出力できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 感光体ドラム１と、現像器４と、現像器４に現像剤中のトナーを補給する補給装置３２と、現像器４に収納されるトナーのトナー濃度を検出する磁気検出センサ３１と、磁気検出センサ３１が検出したトナー濃度の濃度検出値に基づいて、補給装置３２の駆動を制御するコントローラ５０と、感光体ドラム１の膜厚に関する情報を検知する膜厚検知装置５６と、を備え、コントローラ５０は、膜厚検知装置５６の検知結果に基づいて、感光体ドラム１の膜厚が薄い場合の方が厚い場合に比べて、現像器４内のドナー濃度が低くなるように補給装置３２の駆動を制御する画像形成装置１００を構成した。
【選択図】 図５

Description

本発明は、電子写真方式、静電記録方式等を用いた、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。

電子写真画像形成装置は、一般に、像担持体である感光体ドラムの表面で、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングといった各種の画像形成プロセスによって画像形成を行う。この感光体ドラムはクリーニングのプロセスでクリーニングブレードによって研磨され、感光体ドラムの表面がリフレッシュされることで良好な画像が維持される。その反面、感光体ドラムの表層の膜厚が画像形成に伴って減少する。ここで、感光体ドラムが帯電電荷Ｑ、及び、膜厚ｄの間には、以下の公式が成立することが知られている。なお、ここで、Ｃは静電容量、εは誘電率、Ｓは面積とする。

（数１）
Ｑ＝ＣＶ＝ε・（Ｓ／ｄ）・Ｖ・・・（１）
この公式から分かるのは、膜厚ｄが減少すると、静電容量Ｃが増大し、帯電電荷Ｑが増大するという点である。感光体ドラムの帯電電荷Ｑが増大すると、トナーの帯電量が一定であれば、感光体ドラムに付着するトナー量が増加するので、画像濃度が上昇してしまう。このような画像濃度の変動に対しては、画像形成中に画像濃度を一定に維持するための制御が実施されており、具体的には、現像コントラスト（現像バイアス）の制御、又は、トナー濃度（トナー及びキャリアの混合比）の制御等が実施される。

現像コントラストの制御に関しては、現像コントラストを制御することで感光体ドラムの表面に付着するトナー量を制御し、画像濃度を一定に保持する。詳しくは、画像濃度が所望の濃度よりも濃い場合には、現像コントラストを小さく設定し、画像濃度が所望の濃度よりも薄い場合には、現像コントラストを大きく設定し、画像濃度を一定に保つのである。

トナー濃度の制御に関しては、トナー及びキャリアの混合比を適正化することでトナーに付与する帯電量を変化させ、感光体ドラムの表面に付着するトナー量を制御し、画像濃度を一定に保持する。詳しくは、画像濃度が所望の濃度よりも濃い場合には、トナー濃度を下げ、画像濃度が所望の濃度よりも薄い場合には、トナー濃度を上げ、画像濃度を一定に保つのである。

特に、感光体ドラムの膜厚減少に伴う画像濃度の変動に関しては、前述の制御のうち、現像コントラストを適正化する特許文献１に記載の発明が開示されている。特許文献１に記載の発明では、コントローラは、感光体ドラムの使用状況に応じて現像コントラストを補正し、画像濃度を制御する。具体的には、感光体ドラムの表層膜厚が減少すると、画像濃度が上昇するので、感光体ドラムの使用状況に応じて現像コントラストを小さくしている。

特開平１０−２３２５２３号公報

しかしながら、現像コントラストを小さくすることで、以下に詳述する問題点が生じる。例えば、６段階の濃度差（６階調）を有する画像を出力する場合に現像コントラストが小さくなると、１つの階調に割り当てられる現像コントラストの電位幅が小さくなる。現像コントラストの電位幅が小さくなると、画像濃度が変動し易い。

また、６段階の濃度差（６階調）を有する画像を出力する場合に現像コントラストが小さくなると、前述の画像濃度の変動を抑制するために１つの階調に割り当てられる現像コントラストの電位幅を一定に維持しても、階調数が低下してしまう。

本発明は、上記実情に鑑み、像担持体の表層膜厚が変動した場合でも、現像コントラストの電位幅及び階調数の変動を抑制して、長期に亘って安定した画像濃度の画像を出力できる画像形成装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体に形成された静電像を現像剤で現像する現像手段と、前記現像手段に現像剤中のトナーを補給する補給手段と、前記現像手段に収納される現像剤のトナー濃度を検出する濃度検出手段と、前記濃度検出手段が検出したトナー濃度の濃度検出値に基いて、前記補給手段の駆動を制御するコントローラと、前記像担持体の膜厚に関する情報を検知する膜厚検知手段と、を備えた画像形成装置であって、前記コントローラは、前記膜厚検知手段の検知結果に基いて、前記像担持体の膜厚が薄い場合のほうが厚い場合に比べて、前記現像手段内のトナー濃度が低くなるように前記補給手段の駆動を制御することを特徴とする。

本発明によれば、像担持体の表層膜厚が画像形成に伴って変動した場合でも、像担持体に流れる電流値を検知することで、像担持体の表層の膜厚値を正確に判断することができる。したがって、像担持体の表層の正確な膜厚値に基づいて、トナー濃度の目標値を補正することができる。その結果、像担持体の表層膜厚が変動した場合でも、現像コントラストの電位幅及び階調数の変動を抑制して、長期に亘って安定した画像濃度の画像を形成することができる。

本発明の実施例１に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。 感光体ドラムの構成を示す断面図等である。 現像装置の構成を示す断面図等である。 装置本体の内部に配置されて感光体ドラムの膜厚を検知する膜厚検知装置の構成を示す概略図等である。 コントローラが検知電流の閾値を決定する制御工程を示すフローチャート等である。 実施例２に係る画像形成装置が備えるコントローラがトナー濃度目標値を補正する手順を示すフローチャートである。 実施例３に係る画像形成装置が備えるコントローラがトナー濃度目標値及び現像コントラストを補正する手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態を実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるから、特に特定的な記載が無い限りは、発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る画像形成装置１００の構成を示す断面図である。画像形成装置１００は、電子写真画像形成プロセスを利用した画像形成装置である。図１に示されるように、画像形成装置１００は画像形成装置本体（以下、単に『装置本体』という）１００Ａを有し、この装置本体１００Ａの内部には、画像を形成する複数の画像形成部Ｐａ〜Ｐｄが設けられる。各々の画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、『像担持体』である感光体ドラム１、『転写装置』である１次転写ローラ５等を含む。少なくとも感光体ドラム１については、プロセスカートリッジに含まれ、プロセスカートリッジとして装置本体１００Ａに組み込まれる構成となっていても良い。

画像形成装置１００は、４個の画像形成部を有する４色フルカラーの電子写真方式の画像形成装置である。画像形成装置１００は、中間転写体としての中間転写ベルト１７の回転方向（矢印Ｒ１７方向）に沿って上流側から下流側にかけて４個の画像形成部（画像形成ステーション）Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが配設されている。各々の画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、この順に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像を形成する画像形成部であり、それぞれ像担持体としてドラム形の電子写真感光体（以下「感光体ドラム」という。）１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを備えている。

感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、それぞれ矢印Ｒ１方向（図１中の反時計回り）に回転駆動されるようになっている。各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの周囲には、その回転方向に沿ってほぼ順に、帯電ローラ（帯電手段）２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ、露光装置（静電像形成手段）３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、現像器（現像手段）４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが配設されている。さらに、各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの周囲には、その回転方向に沿ってほぼ順に、１次転写ローラ（１次転写手段）５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ、ドラムクリーナ（クリーニング手段）６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが配設されている。

『帯電手段』である帯電ローラ２は、感光体ドラム１の表面を帯電するローラである。『静電像形成手段』である露光装置３は、帯電ローラ２が帯電した感光体ドラム１の表面に静電像を形成する装置である。『現像手段』である現像器は、露光装置３が形成した静電像を現像剤で現像する装置である。

また、中間転写体としての中間転写ベルト１７の下方には、転写搬送ベルト１８が配設されて、転写材Ｓの搬送方向（図１中の矢印Ｒ１８方向）の下流側に定着装置（定着手段）１６が配設されている。以下の説明では、感光体ドラム１Ｙ〜１Ｋ、帯電ローラ２Ｙ〜２Ｋ、露光装置３Ｙ〜３Ｋ、現像器４Ｙ〜４Ｋ、１次転写ローラ５Ｙ〜５Ｋ、ドラムクリーナ６Ｙ〜６Ｋについて、特に色を区別する必要がない。そのために、単に、感光体ドラム１、帯電ローラ２、露光装置３、現像器４、１次転写ローラ５、ドラムクリーナ６のように表記するものとする。

また、装置本体１００Ａには、制御手段であるコントローラ５０が設けられている。コントローラ５０は、装置本体１００Ａの内部機器の駆動を制御するようになっている。また、後述するが、コントローラ５０は、磁気検出センサ３１（図３（ａ）参照）が検出したトナー濃度の濃度検出値、及び、予め定められたトナー濃度の目標値に基づいて補給装置３２（図３（ａ）参照）の駆動を制御する。また、コントローラ５０は、膜厚検知装置５６（図４（ａ）参照）が検知した電流値に基づいて感光体ドラム１の表層の膜厚値を判断し、感光体ドラム１の表層の膜厚値に基づいてトナー濃度の目標値を補正する。コントローラ５０は、感光体ドラム１の膜厚が薄い場合のほうが厚い場合に比べてトナー濃度が低くなるように補給装置３２の駆動を制御する。

図２（ａ）は、感光体ドラム１の構成を示す断面図である。ここでは、感光体ドラム１として、直径が３０ｍｍのものが用いられている。図２（ａ）に示されるように、感光体ドラム１は、接地されたアルミニウムなどの導電材製ドラム基体１ａの外周面に、通常の有機光導電体層（ＯＰＣ）からなる感光体層を形成塗布されたものである。この感光体層は、下引層（ＵＣＬ）１ｂ、電荷キャリア生成層（ＣＧＬ）１ｃ、電荷キャリア移動層（ＣＴＬ）１ｄが積層されている。感光体層は、通常は絶縁層であり、特定の波長の光を照射することにより、導電体になるという性質を有している。これは、光を照射することによって、電荷キャリア生成層１ｃの内部に正孔が生成し、それらが電荷の流れの担い手となるからである。電荷キャリア生成層１ｃは厚さが０．２μｍのフタロシニアン化合物で、電荷キャリア移動層１ｄは厚さが２５μｍ程度のヒドラゾン化合物を分散させたポリカーボネートで構成されている。

図２（ｂ）は、帯電ローラ２の構成を示す断面図である。ここでは、帯電手段として帯電ローラ２が使用されている。帯電ローラ２は感光体ドラム１の表面に接触するように配置されている。図２（ｂ）に示されるように、帯電ローラ２は、中心に導電性の芯金２ａを有し、この芯金２ａの外周に導電性弾性層２ｂ、中抵抗導電層２ｃ、低抵抗導電層２ｄが形成されている。帯電ローラ２は、その両端部を軸受け（図示略）によって回転自在に軸支され、感光体ドラム１の回転軸線に平行に配置されている。帯電ローラ２の両端部の軸受けは、ばねなどの弾性部材（図示略）によって、感光体ドラム１に適度な押圧力で圧接されている。その圧接力によって帯電ローラ２は感光体ドラム１の回転に従動して回転する。

ここで図１に戻る。図１に示されるように、露光装置３として画像情報に応じてレーザ光をＯＮ／ＯＦＦするレーザスキャナを使用している。露光装置３から発生したレーザ光は、反射ミラーを介して、帯電後の感光体ドラム１の表面に走査露光される。これにより、レーザ光照射部分の電荷が除去され、画像情報に応じた静電像が形成される。

ここでは、現像手段として２成分現像剤を収容した現像器４を使用している。現像器４の感光体ドラム１に面した開口部３０ａの内部には現像スリーブ２０が回転自在に設置されている（図３（ａ）参照）。

図３（ａ）は、現像器４の構成を示す断面図である。図３（ａ）に示されるように、現像器４には、現像器４に現像剤中のトナーを補給する『補給手段』である補給装置３２が取り付けられている。現像器４は現像容器３０を備え、現像容器３０の内部に現像剤としてトナーとキャリアを含む２成分現像剤が収容されている。また、現像容器３０の内部に、現像剤担持手段である現像スリーブ２０と、現像スリーブ２０上に担持された現像剤の穂を規制する穂切り部材である規制ブレード２２によって、現像スリーブ２０の表面の現像剤の層厚が規制される。

現像容器３０の内部には、現像室２５及び撹拌室２６が区画されている。現像室２５の内部には、搬送スクリュー２３が配置されており、撹拌室２６の内部には、搬送スクリュー２４が配置されている。これらの搬送スクリュー２３、２４は、現像剤を撹拌及び搬送する撹拌搬送手段として機能する。

現像容器３０の感光体ドラム１に対向した現像領域に相当する位置には開口部３０ａがあり、この開口部３０ａに現像スリーブ２０が感光体ドラム１の方向に一部露出するように回転自在に配設されている。現像スリーブ２０はアルミニウムやステンレスなどの非磁性材料で構成され、その内部には、磁界発生手段である固定されたマグネットローラ２１が内包されている。

現像動作時における現像スリーブ２０は、矢印Ｒ２０の方向（反時計方向）に回転し、規制ブレード２２による磁気ブラシの穂切りで層厚を規制された２成分現像剤を担持する。そして、現像スリーブ２０は、これを感光体ドラム１と対向した現像領域に搬送し、感光体ドラム１上に形成された静電像に現像剤を供給して静電像を現像する。現像スリーブ２０の回転によって現像領域に搬送された現像剤は、現像終了後はそのまま現像スリーブ２０によって搬送され、現像容器３０に回収される。現像スリーブ２０には、現像バイアスとして、交流電圧と直流電圧を重畳したバイアスが印加される。

現像器４の撹拌室２６の壁には、現像器４の撹拌室２６の内部に収納されるトナーのトナー濃度を検出する『トナー濃度検出手段』である磁気検出センサ３１が取り付けられている。

図３（ｂ）は、現像スリーブ２０に印加する現像バイアスの交流成分の時間波形を示すグラフである。図３（ｂ）中で、横軸は時間、縦軸は電圧を示している。図３（ｂ）に示されるように、交流電圧と直流電圧を重畳して印加する区間（振動部）Ａと、これに続いて、直流電圧のみを印加する区間（ブランク部）Ｂの全体を１サイクルとして、このサイクルを繰り返すバイアスである（以下、ブランクパルスバイアスと呼ぶ）。また、現像スリーブ２０は、感光体ドラム１の移動方向と順方向で移動し、周速は感光体ドラム１よりも速い（図３（ａ）参照）。

一方、図３（ａ）に示されるように、現像器４の上方には、補給用のトナーを収容した着脱自在なトナー容器２７が設けられている。現像によって消費されたトナーはトナー容器２７に設けられた補給口（図示略）から補給搬送路２８を通って、現像容器３０に設けられた補給口（図示略）から現像容器３０の内部に補給される。補給搬送路２８には、補給スクリュー（トナー補給手段）２９が設けられており、補給スクリュー２９の回転時間を制御することによって、現像容器３０の内部に補給されるトナー量が調整されるようになっている。

ここで、再び図１に戻る。図１に示されるように、１次転写ローラ５，２次転写対向ローラ１１及びローラ８、９には、中間転写体としての無端状の中間転写ベルト１７が掛け渡されている。中間転写ベルト１７は、その裏面側から１次転写ローラ５によって押圧されていて、その表面を感光体ドラム１に当接させている。これにより、感光体ドラム１及び中間転写ベルト１７の間には、１次転写ニップ（１次転写部）が形成されている。中間転写ベルト１７は、駆動ローラも兼ねる２次転写対向ローラ１１の反時計回りの回転に伴って、矢印Ｒ１７の方向に回転するようになっている。この中間転写ベルト１７の回転速度は、上述の各感光体ドラム１の回転速度（プロセススピード）とほぼ同じに設定されている。

定着装置１６は、回転自在な定着ローラ１４と、定着ローラ１４の下方から当接された加圧ローラ１５を有している。定着ローラ１４の内部にはハロゲンランプなどのヒータ１９が設置され、ヒータ１９への電圧等を制御することで定着ローラ１４の表面の温度調節を行っている。

次に、画像形成装置１００の動作を説明する。図１において、帯電ローラ２によって、均一に帯電した感光体ドラム１の表面を、露光装置３によって、走査露光することで感光体ドラム１の表面に静電像を形成する。感光体ドラム１の表面に形成された静電像は、現像器４によってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像として現像される。これら４色のトナー像は、１次転写ニップにおいて、１次転写ローラ５に１次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト１７上に、順次、１次転写される。こうして、４色のトナー像が中間転写ベルト１７上で重ね合わされる。１次転写時に、中間転写ベルト１７に転写されないで感光体ドラム１の表面に残ったトナー（残留トナー）は、ドラムクリーナ６によって除去される。残留トナーが除去された感光体ドラム１は、次の画像形成に供される。

前述の中間転写ベルト１７上で重ね合わされた４色のトナー像は、転写材Ｓに２次転写される。給送カセット（図示略）から給送搬送装置によって搬送された転写材Ｓは、レジストローラによって中間転写ベルト１７の表面のトナー像にタイミングを合わせるようにして２次転写ニップに供給される。供給された転写材Ｓには、２次転写ニップにおいて、２次転写ローラ１２に２次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト１７上の４色のトナー像が一括で２次転写される。

未定着のトナー像が２次転写された転写材Ｓは、定着装置１６の定着ローラ１４及び加圧ローラ１５によって、加熱及び加圧されて表面にトナー像が定着される。トナー像が定着された後の転写材Ｓは、図示しない排送トレイ上に排出される。以上で、１枚の転写材Ｓの片面（表面）に対する４色フルカラーの画像形成が終了する。２次転写後に、転写されないで中間転写ベルト１７上に残ったトナー（転写残トナー）は、ベルトクリーナ１０によって除去される。

次に、ここで使用される２成分現像剤について説明する。２成分現像剤は、非磁性トナーと低磁化高抵抗キャリアとを主成分として構成されている。

非磁性トナーは、スチレン系樹脂やポリエステル樹脂等の結着樹脂、カーボンブラックや染料、顔料等の着色剤、ワックス等の離型剤、荷電制御剤等を適当量用いることにより構成される。このような非磁性トナーは、粉砕法や重合法などの方法により製造することができる。

尚、非磁性トナー（負帯電特性）は、摩擦帯電量が−１×１０^−２〜−５．０×１０^−２Ｃ／ｋｇ程度のものであることが好ましい。非磁性トナーの摩擦帯電量が上記範囲を外れると、磁性キャリアに発生するカウンターチャージ量が大きくなり白抜けレベルが悪化することとなり、画像不良を生じることがある。非磁性トナーの摩擦帯電量は、用いられる材料の種類等により調整しても良いし、外添剤の添加によって調整しても良い。

非磁性トナーの摩擦帯電量は、一般的なブローオフ法を用い、現像剤量を約０．５〜１．５ｇとして現像剤からトナーをエアー吸引することで吸引し、測定容器に誘起される電荷量を測定することにより測定することができる。

磁性キャリアとしては、従来公知のものを使用することができる。例えば、樹脂中に磁性材料としてマグネタイトを分散し、導電化、及び抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成した樹脂キャリアが用いられる。又は、フェライト等のマグネタイト単体表面を酸化、還元処理して抵抗調整を行ったもの、又は、フェライト等のマグネタイト単体表面樹脂でコーティングし抵抗調整を行ったものなども用いられる。これら磁性キャリアの製造方法は特に制限されない。

尚、磁性キャリアは、０．１Ｔの磁界において３．０×１０^４Ａ／ｍ〜 ２．０×１０^５Ａ／ｍの磁化を有することが好ましい。磁性キャリアの磁化量を小さくすると、磁気ブラシによるスキャベジングを抑制する効果があるが、磁界発生手段による非磁性円筒体への付着が困難となり、感光体ドラム１への磁性キャリア付着等の画像不良やはき寄せ等の画像不良を生じることがある。又、磁性キャリアの磁化が上記範囲よりも大きいと、上述したように磁気ブラシの圧力により画像不良を生じることがある。更に、磁性キャリアの体積抵抗率は、リークや現像性を考慮して１０^７〜１０^１４Ωｃｍのものを用いるのが好ましい。

キャリアの磁化は、理研電子（株）製の振動磁場型磁気特性自動記録装置であるＢＨＶ−３０を用いて測定した。キャリア粉体の磁気特性値は、０．１Ｔの外部磁場を作り、そのときの磁化の強さを求める。キャリアは円筒状のプラスチック容器に十分密になるようにパッキングした状態にする。この状態で磁化モーメントを測定し、試料を入れた時の実際の重量を測定し、磁化の強さを求める（Ａｍ^２／ｋｇ）。次いで、キャリア粒子の真比重を乾式自動密度形アキュピック１３３０（島津製作所（株）社製）により求め、磁化の強さ（Ａｍ^２／ｋｇ）に真比重を掛けることで、実施例１に用いられる単位体積当たりの磁化の強さ（Ａ／ｍ）を求めることができる。

実施例１においては、感光体ドラム１に流れるＤＣ電流値に応じて、現像剤のトナー濃度（トナーとキャリアの混合比）を制御するため、磁気検出センサ３１が検出するトナー濃度の目標値を補正することとした。

図４（ａ）は、装置本体１００Ａの内部に配置されて感光体ドラム１の表層の膜厚に関する情報を検知する膜厚検知装置５６の構成を示す概略図である。この図４（ａ）に示されるように、『膜厚検知手段』である『電流検知手段』としての膜厚検知装置５６は、感光体ドラム１に流れる電流値を検知する。ここでは、膜厚検知装置５６は、感光体ドラム１の表層の電荷キャリア移動層１ｄを流れる電流値を検知する。なお、この他に、膜厚検知装置５６が感光体ドラム１の電荷キャリア移動層１ｄ及び電荷キャリア生成層１ｃを有する表層を流れる電流値を検知する構成にしても良い。または、膜厚検知装置５６が感光体ドラム１の電荷キャリア移動層１ｄ、電荷キャリア生成層１ｃ及び下引層１ｂを有する表層を流れる電流値を検知する構成にしても良い。

膜厚検知装置５６は、膜厚検知回路を有している。ここでは、帯電ローラ２を感光体ドラム１の膜厚検知用の電極部材として兼用し、印加する帯電電圧とそのときに流れる帯電電流を測定し、感光体ドラム１の膜厚を検知する。印加する帯電電圧は、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した振動電圧であり、ＤＣ電圧が−８００Ｖ、ＡＣ電圧が１８００Ｖの定電圧を用いた。この膜厚検知装置５６は、感光体ドラム１の電荷を除去した状態から帯電したとき（あるいは逆に、帯電した状態からその電荷を除去したとき）に、感光体ドラム１を流れる電流値から感光体ドラム１の膜厚を検知する方式（電流検知方式）になっている。ここでは、電荷を除去する手段として前露光器７（図１参照）を使用し、感光体ドラム１の電位を零に設定した状態から帯電したときの電流値を検知した。

感光体ドラム１の膜厚検知方式について簡単に原理を説明する。まず、感光体ドラム１の表面電位を０→Ｖｄ（Ｖ）に上昇させるとき、あるいはＶｄ→０（Ｖ）に下降させるときに、感光体ドラム１に流れるＤＣ電流値Ｉ_ＤＣは、以下の関係式（２）で表される。すなわち、ＤＣ電流値Ｉ_ＤＣは、感光体ドラム１の膜厚をｄ、比誘電率をε、真空中の誘電率をε０、１次帯電ローラの有効帯電幅をＬ、プロセススピードをＶｐとすると、以下の関係式（２）で表される。

（数２）
Ｉ_ＤＣ＝ε・ε０・Ｌ・Ｖｐ・Ｖｄ／ｄ・・・・・（２）
ここで、ε、ε０、Ｌ、Ｖｐ、Ｖｄは定数とみなすことができるので、ＤＣ電流値Ｉ_ＤＣは、感光体ドラム１の膜厚ｄに反比例することがわかる。したがって、ＤＣ電流値Ｉ_ＤＣを測定することにより感光体ドラム１の膜厚ｄを検知することができる。ここでは、ε＝３、ε０＝８．８５×１０^‐１２、Ｌ＝３００ｍｍ、Ｖｐ＝１２０［ｍｍ／ｓｅｃ］、Ｖｄ＝−８００［Ｖ］であるため、例えば、ＤＣ電流値Ｉ_ＤＣ＝２５．５μＡであるとき、感光体ドラム１の膜厚は３０μｍと算出される。前述の電流検知方式に関しては、例えば、特開平０５−２２３５１３号公報に詳しく述べられている。

図４（ｂ）は、感光体ドラム１の表層膜厚値、及び、検知された検知電流値（ＤＣ電流値）の関係を示すグラフである。なお、表層膜厚値と検知電流値の関係は環境に依存しない。実施例１の画像形成装置１００は、図４（ｂ）に図示された、ＤＣ電流値−表層膜厚値の関係に関するデータをバックアップメモリに保持している。

図４（ｃ）は、磁気検出センサ３１の構成を示す斜視図である。図４（ｃ）を参照しつつトナー濃度検出手段である磁気検出センサ３１について説明する。トナー濃度検出手段は磁気検出方式であり、現像器４の内部に磁気検出センサ３１を設けている。図４（ｃ）に磁気検出センサ３１を示す。入力端子３１ａ、出力端子３１ｂ、制御端子３１ｃ、アース線３１ｄを保持し、センサ面は直径１０ｍｍの円形になっており、センサ面にどの程度の磁性体が存在しているかを検出する（磁性体の磁束密度を検出する）ことが可能である。現像剤中のトナーは非磁性体であるが、キャリアは磁性体であるため、磁気検出センサ３１を用いることで現像剤中のキャリア量を検出することが可能であり、結果として、相対的にトナー濃度を検出することができる。ここでは、初期の現像剤のトナー濃度比は１２％であり、その時の磁気検出センサ３１における出力値が所定値になるようにセンサの制御電圧を設定してある。

磁気検出センサ３１の設置場所は、現像器４の撹拌室２６の側壁であるが、この場所に限定されなくても良い。すなわち、現像剤の滞留がなく、現像剤の流動が安定し、現像剤の剤面の変動に影響を受けない場所であれば構わない。

実施例１では、トナー濃度検出手段として、磁気検出センサ３１を使用しているが、他のトナー濃度検出手段（例えば、光反射式のトナー濃度検出センサなど）でも実施可能である。

図５（ａ）は、画像形成装置１００の初期設置時、又は、感光体ドラム１の交換時に、コントローラ５０が検知電流の閾値を決定する制御工程を示すフローチャートである。コントローラ５０は、まず、電流値の検知を実行する前に、感光体ドラム１の表面を電荷の存在しない状態にするため、前露光を実施する（Ｓ１）。コントローラ５０は、帯電ローラ２に帯電電圧を印加する（Ｓ２）。コントローラ５０は、感光体ドラム１に流れる電流値を検知するが、電流値の検知は、ノイズの影響等を除去するために、感光体ドラム１が１回転する間における電流値を検知する（Ｓ３）。コントローラ５０は、検知した電流値の平均値を算出して最終的な検知結果とし、得られた平均の電流値Ｉ_ＤＣを感光体ドラム１の初期電流値とする（Ｓ４）。コントローラ５０は、図４（ｂ）のＤＣ電流値−表層膜厚値の関係に関するデータから、得られた初期電流値を表層膜厚値に変換し、初期表層膜厚値を得る（Ｓ５）。コントローラ５０は、得られた初期表層膜厚値からトナー濃度の補正ポイントとなる表層膜厚値を決定する（Ｓ６）。

ここでは、表層膜厚値の補正ポイント数は８点であり、補正ポイントの間隔は２μｍとなるように設定されている。例えば、初期表層膜厚値が３０μｍの場合、２８μｍ、２６μｍ、２４μｍ、２２μｍ、２０μｍ、１８μｍ、１６μｍ、１４μｍとなる。なお、ここでは、トナー濃度目標値の補正ポイント数を８点としているが、これは一例であり、補正ポイントの数はこれに限ったものではない。なお、『所定の閾値』である表層膜厚値、及び、その表層膜厚値に対応する補正ポイントは、前述のように複数でも良いし、１つでも良い。

コントローラ５０は、算出された表層膜厚値とその時流れる電流値を、ＤＣ電流値−表層膜厚値の関係に関するデータから決定する（Ｓ７）。コントローラ５０は、検知電流値の閾値を画像形成装置１００に記憶し（Ｓ８）、制御工程を終了する。ここで得られた電流値が、トナー濃度の目標値補正を行う上での検知電流値の閾値となる。そして、検知電流値がこの閾値を上回ったときに、コントローラ５０はトナー濃度の目標値を補正する。

図５（ｂ）は、画像形成装置１００の電源がオン（ＯＮ）に設定された場合に、コントローラ５０が装置本体１００Ａの内部機器の駆動を制御するタイミングを示すグラフである。画像形成装置１００の使用時に電源がオン（ＯＮ）になった後に、図５（ｂ）に示されるように、コントローラ５０は、感光体ドラム１を回転させ、ある一定期間（ここでは感光体ドラム１の１回転の間）のＤＣ電流値Ｉ_ＤＣを検知し、それらの平均値を算出する。これに関しては、図５（ａ）のＳ４に示されている。なお、ここでは、膜厚検知装置５６は、画像形成装置１００の立ち上げ動作中に、感光体ドラム１に流れる電流値を検知する構成であるが、この構成に限定されなくても良い（これは実施例２及び３でも同様）。即ち、膜厚検知装置５６は、画像形成装置１００の電源投入後の立ち上げ動作中、画像形成装置１００の立ち上げ動作の開始前、又は、画像形成装置１００の立ち上げ動作の終了後、これらの何れかの時期に感光体ドラム１に流れる電流値を検知する構成であれば良い。これは実施例２及び３でも同様である。

図５（ｃ）は、コントローラ５０がトナー濃度目標値を補正する制御工程を示すフローチャートである。図５（ｃ）中で図５（ａ）と同一の制御工程に相当するＳ１〜Ｓ４の制御工程に関しては、同一の符号を付し、説明を省略する。図５（ａ）中のＳ１〜Ｓ４の制御工程に関する説明は、図５（ｃ）中のＳ１〜Ｓ４の制御工程に関する説明に援用される。コントローラ５０は、得られた平均の電流値Ｉ_ＤＣが、先に記憶させた閾値を上回るか否かを判断し、トナー濃度目標値の補正が必要か否か決定する（Ｓ１５）。コントローラ５０は、ＹＥＳ（トナー濃度目標値の補正が必要）と判断した場合には、トナー濃度を０．３％減少させるために、それに対応する分のトナー濃度目標値を補正し（Ｓ１６）、制御工程を終了する。コントローラ５０は、ＮＯ（トナー濃度目標値の補正が不要）と判断した場合には、トナー濃度目標値を変更せずに補正フローを終了させる。

このように、コントローラ５０は、検知された感光体ドラム１に流れる電流値に基づいて、現像剤のトナー濃度目標値を補正することから、現像剤のトナー濃度が適正化され、常に安定した画像形成が可能となる。

図６は、実施例２に係る画像形成装置が備えるコントローラ５０がトナー濃度目標値を補正する手順を示すフローチャートである。実施例２の画像形成装置の構成のうち実施例１の画像形成装置１００と同一の構成及び効果に関しては、同一の符号を用いて説明を適宜省略する。また、実施例２の画像形成装置のコントローラ５０の制御工程のうち実施例１の画像形成装置１００のコントローラ５０の制御工程と同一の制御工程に関しては、同一の符号を用いて説明を適宜省略する。

実施例２の画像形成装置が実施例１の画像形成装置と異なる点は、以下の点である。すなわち、コントローラ５０は、膜厚検知装置５６が検知した表層の電流値に対応する感光体ドラム１の表層の膜厚値が所定の値以上である場合には、トナー濃度の目標値を補正する。また、コントローラ５０は、膜厚検知装置５６が検知した表層の電流値に対応する感光体ドラム１の表層の膜厚値が所定の値未満である場合には、トナー濃度の目標値を補正すると共に、現像コントラストを補正する。ここでいうトナー濃度の目標値の補正は、トナー濃度目標値を低下させる補正であり、現像コントラストの補正は、現像コントラストを低下させる補正である。こうした制御によれば、現像コントラストが補正される場合でも、トナー濃度の目標値も補正されることから、現像コントラストの補正量は、従来技術の場合よりも低減されることになる。ここでいう現像コントラストは、前述及び後述したのも含めて、感光体ドラム１及び現像スリーブ２０の間の電位差（現像バイアス）をいう。以下、実施例２の構成に関して詳述していく。

画像形成に伴って感光体ドラム１の表層膜厚が減少し、感光体ドラム１が寿命に近づくと、トナー濃度を大きく下げてしまう場合があり、キャリア付着やがさつきの悪化などの画像不良が発生してしまう場合がある。

ここでは、感光体ドラム１に流れるＤＣ電流値に応じて、現像剤のトナー濃度（トナーとキャリアの混合比）を制御するため、磁気検出センサ３１が検出するトナー濃度目標値を補正することに加え、現像コントラストも補正することとした。前述の現像コントラストの補正も行うことで、トナー濃度を下げすぎることがなくなるので、がさつきの悪化やキャリア付着などの画像不良の発生を抑制することができる。

以下に、実施例２におけるトナー濃度目標値の補正について説明する。尚、以下の説明では、本発明に必要な処理のみを記載し、その他の処理は省略している。まず、画像形成装置の初期設置時、または感光体ドラム１の交換時に、感光体ドラム１に流れるＤＣ電流値の検知を行う。電流値の検知を実行する前に、感光体ドラム１上を電荷の存在しない状態にするため、前露光を実施する（図５（ａ）のＳ１）。コントローラ５０は、帯電ローラ２に帯電電圧を印加する（図５（ａ）のＳ２）。その後、コントローラ５０は、感光体ドラム１に流れる電流の検知を行うが、ノイズの影響等を除去するために感光体ドラム１の１回転間における電流値を検知する（図５（ａ）のＳ３）。コントローラ５０は、検知した電流値の平均値を算出して最終的な検知結果とし、得られた平均の電流値Ｉ_ＤＣを感光体ドラム１の初期電流値とする（図５（ａ）のＳ４）。コントローラ５０は、図４（ｂ）のＤＣ電流値−表層膜厚値の関係に関するデータから、得られた初期電流値を表層膜厚値に変換し、初期表層膜厚値を得る（図５（ａ）のＳ５）。コントローラ５０は、得られた初期表層膜厚値からトナー濃度の補正ポイントとなる表層膜厚値を決定する（図５（ａ）のＳ６）。

実施例２において、表層膜厚値の補正ポイント数は８点であり、補正ポイントの間隔は２μｍとなるように設定されている。例えば、初期表層膜厚値が３０μｍの場合、２８μｍ、２６μｍ、２４μｍ、２２μｍ、２０μｍ、１８μｍ、１６μｍ、１４μｍとなる。なお、実施例２では、トナー濃度目標値の補正ポイント数を８点としているが、これは一例であり、補正ポイントの数はこれに限ったものではない。なお、『所定の閾値』である表層膜厚値、及び、その表層膜厚値に対応する補正ポイントは、前述のように複数でも良いし、１つでも良い。

コントローラ５０は、算出された表層膜厚値とその時流れる電流値を、ＤＣ電流値−表層膜厚値の関係に関するデータから決定する（図５（ａ）のＳ７）。コントローラ５０は、検知電流値の閾値を記憶し（図５（ａ）のＳ８）、制御を終了する。ここで得られた電流値が、トナー濃度の目標値補正と現像コントラスト補正を行う上での検知電流値の閾値となる。そして、検知電流値がこの閾値を上回ったときにトナー濃度目標値の補正、または、検知電流値がこの閾値を下回ったときにトナー濃度目標値の補正と現像コントラストの補正を行う。

画像形成装置１００の使用時に電源がオン（ＯＮ）になると、図６のように、Ｓ１〜Ｓ３の後、コントローラ５０は、感光体ドラム１を回転させながら、一定期間（感光体ドラム１の１回転の間）のＤＣ電流値Ｉ_ＤＣを検知し、それらの平均値を算出する（Ｓ４）。コントローラ５０は、得られた平均の電流値Ｉ_ＤＣが、先に記憶させた閾値を上回るか否かを判断し、トナー濃度目標値の補正が必要か否か決定する（Ｓ１５）。コントローラ５０は、Ｓ１５の判断の結果、ＹＥＳ（トナー濃度目標値の補正が必要）の場合には、感光体膜厚が２０μｍ以上であるか否かを判断する（Ｓ２６）。コントローラ５０は、Ｓ１５の判断の結果、ＮＯ（トナー濃度目標値の補正が不要）の場合には、トナー濃度目標値を変更せずに、補正フローを終了する。

コントローラ５０は、Ｓ２６の判断の結果、ＹＥＳ（２０μｍ以上）の場合には、トナー濃度を０．３％減少するためにトナー濃度目標値を補正する（Ｓ２７）。コントローラ５０は、Ｓ２６の判断の結果、ＮＯ（２０μｍ未満）の場合には、トナー濃度を０．１５％減少するためにトナー濃度目標値を補正することに加えて、現像コントラストを−５Ｖ減少する（Ｓ２８）。いずれの場合にも、コントローラ５０は、膜厚検知装置５６の検知結果に基づいて、感光体ドラム１の膜厚が薄い場合の方が厚い場合に比べて、現像器４の現像スリーブ２０に印加される現像バイアスと感光体ドラム１の画像部電位との電位差を小さくする（Ｓ２８）。

現像コントラストの補正手段は、現像スリーブ２０に印加する電圧値を補正しても良いし、その他の作像条件、例えば、レーザの露光量や感光体ドラム１の帯電量を補正することで現像電位を調整しても良い。

このように、コントローラ５０は、検知された感光体ドラム１に流れる電流値に基づいて、現像剤のトナー濃度目標値を補正することに加え、現像コントラストを補正する。このことから、現像剤のトナー濃度を下げすぎることなく、現像剤のトナー濃度が適正化され、「がさつきの悪化」や「キャリア付着」等の画像不良の発生が抑制され、常に安定した画像形成が可能となる。

図７は、実施例３に係る画像形成装置が備えるコントローラ５０がトナー濃度目標値及び現像コントラストを補正する手順を示すフローチャートである。実施例３の画像形成装置の構成のうち実施例１及び２の画像形成装置と同一の構成及び効果に関しては、同一の符号を用いて説明を適宜省略する。また、実施例３の画像形成装置のコントローラ５０の制御工程のうち実施例１及び２の画像形成装置のコントローラ５０の制御工程と同一の制御工程に関しては、同一の符号を用いて説明を適宜省略する。

実施例３の画像形成装置が実施例１及び２の画像形成装置と異なる点は、以下の点である。すなわち、コントローラ５０は、予め定められたトナー濃度の目標値よりも小さい下限値も記憶している。そして、コントローラ５０は、トナー濃度の目標値が下限値以上である場合には、トナー濃度の目標値を補正する。また、コントローラ５０は、トナー濃度の目標値が下限値未満である場合には、トナー濃度の目標値を補正することなく、現像コントラストを補正する。ここでいうトナー濃度の目標値の補正は、トナー濃度目標値を低下させる補正であり、現像コントラストの補正は、現像コントラストを低下させる補正である。以下、詳述していく。

画像形成に伴って感光体ドラム１の表層膜厚が減少し、感光体ドラム１が寿命に近づくと、トナー濃度の『下限値』である下限リミッタに達してしまう場合があり、キャリア付着やがさつきの悪化などの画像不良が発生してしまう場合がある。

ここでは、感光体ドラム１に流れるＤＣ電流値に応じて、現像剤のトナー濃度（トナーとキャリアの混合比）を制御するため、磁気検出センサ３１が検出するトナー濃度目標値を補正する。このことに加え、現像剤のトナー濃度目標値の下限リミッタに達してしまった場合、トナー濃度目標値の補正を止め、現像コントラストを補正することとした。前述の現像コントラストの補正を行うことで、「がさつきの悪化」や「キャリア付着」等の画像不良の発生を抑制することができる。ここでは、トナー濃度目標値の下限リミッタは９．５％である。

以下に、実施例３のトナー濃度目標値の補正について説明する。まず、画像形成装置の初期設置時、または感光体ドラム１の交換時に、感光体ドラム１に流れるＤＣ電流値の検知を行う。電流値の検知を実行する前に、感光体ドラム１上を電荷の存在しない状態にするため、前露光を実施する（図５（ａ）のＳ１）。コントローラ５０は、帯電ローラ２に帯電電圧を印加する（図５（ａ）のＳ２）。その後、コントローラ５０は、感光体ドラム１に流れる電流値の検知を行うが、ノイズの影響等を除去するために感光体ドラム１の１回転間における電流値を検知する（図５（ａ）のＳ３）。コントローラ５０は、検知した電流値の平均値を算出して最終的な検知結果とし、得られた平均の電流値Ｉ_ＤＣを感光体ドラム１の初期電流値とする（図５（ａ）のＳ４）。コントローラ５０は、図７のＤＣ電流値−表層膜厚値の関係に関するデータから、得られた初期電流値を表層膜厚値に変換し、初期表層膜厚値を得る（図５（ａ）のＳ５）。コントローラ５０は、得られた初期表層膜厚値からトナー濃度の補正ポイントとなる表層膜厚値を決定する（図５（ａ）のＳ６）。

実施例３では、表層膜厚値の補正ポイント数は８点であり、補正ポイントの間隔は２μｍとなるように設定されている。例えば、初期表層膜厚値が３０μｍの場合、２８μｍ、２６μｍ、２４μｍ、２２μｍ、２０μｍ、１８μｍ、１６μｍ、１４μｍとなる。なお、実施例３においては、トナー濃度目標値の補正ポイント数を８点としているが、これは一例であり、補正ポイントの数はこれに限ったものではない。なお、『所定の閾値』である表層膜厚値、及び、その表層膜厚値に対応する補正ポイントは、前述のように複数でも良いし、１つでも良い。

コントローラ５０は、算出された表層膜厚値とその時流れる電流値を、ＤＣ電流値−表層膜厚値の関係に関するデータから決定する（図５（ａ）のＳ７）。コントローラ５０は、検知電流値の閾値を記憶し（図５（ａ）のＳ８）、制御工程を終了する。ここで得られた電流値が、トナー濃度の目標値補正と現像コントラスト補正を行う上での検知電流値の閾値となる。そして、検知電流値がこの閾値を上回ったときにトナー濃度目標値の補正、または、現像コントラストの補正を行う。

画像形成装置１００の使用時に電源がオン（ＯＮ）になると、図７のように、Ｓ１〜Ｓ３の後、コントローラ５０は、感光体ドラム１を回転させながら、一定期間（感光体ドラム１の１回転の間）のＤＣ電流値Ｉ_ＤＣを検知し、それらの平均値を算出する（Ｓ４）。コントローラ５０は、得られた平均の電流値Ｉ_ＤＣが、先に記憶させた閾値を上回るか否かを判断し、トナー濃度目標値の補正が必要か否か決定する（Ｓ１５）。コントローラ５０は、Ｓ１５の判断の結果、ＹＥＳ（トナー濃度目標値の補正が必要）と判断した場合には、トナー濃度目標値が９．５％以上であるか否かを判断する（Ｓ３６）。コントローラ５０は、Ｓ１５の判断の結果、ＮＯ（トナー濃度目標値の補正が不要）と判断した場合には、トナー濃度目標値を変更せず、補正フローは終了する。

コントローラ５０は、Ｓ３６の判断の結果、ＹＥＳ（トナー濃度目標値が９．５％以上）の場合には、トナー濃度を０．３％減少するために、トナー濃度目標値を補正する（Ｓ３７）。Ｓ３７に関しては、例えば、トナー濃度の目標値が１０％であった場合には、補正後のトナー濃度の目標値が９．７％となる。コントローラ５０は、Ｓ３６の判断の結果、ＮＯ（トナー濃度目標値が９．５％未満）の場合には、現像コントラストを−１０Ｖ減少する（Ｓ３８）。

現像コントラストの補正手段に相当するコントローラ５０は、現像スリーブ２０に印加する電圧値を補正しても良いし、その他の作像条件、例えば、レーザの露光量や感光体ドラム１の帯電量を補正することで現像電位を調整しても良い。

このように、コントローラ５０は、検知された感光体ドラム１に流れる電流値に基づいて、現像剤のトナー濃度目標値を補正し、トナー濃度目標値が下限値に達してしまった場合においては、現像コントラストを補正する。このことで、現像剤のトナー濃度を下げすぎることなくトナー濃度を適正化することができ、がさつきの悪化、キャリア付着などの画像不良の発生を抑制でき、常に安定した画像形成が可能となる。

実施例１〜３の構成によれば、感光体ドラム１の表層膜厚が画像形成に伴って変動した場合でも、感光体ドラム１に流れる電流値を検知することで、感光体ドラム１の表層の膜厚値を正確に判断することができる。したがって、感光体ドラム１の表層の正確な膜厚値に基づいて、トナー濃度の目標値を補正することができる。その結果、感光体ドラム１の表層の膜厚が変動した場合でも、現像コントラストの電位幅及び階調数の変動を抑制して、長期に亘って安定した画像濃度の画像を形成することができる。

なお、実施例１〜３の構成において、１回の電流検知結果に基づいてトナー濃度目標値を補正しても良いが、これに限定されなくても良い。すなわち、コントローラ５０は、膜厚検知装置５６が検知した電流値が少なくとも２回以上連続して「同じ検知結果」すなわち所定の閾値以上になった場合に、トナー濃度の目標値を補正する制御を行っても良い。そうすることで、より制度を向上させ、誤検知等を防止することができる。

１ 感光体ドラム（像担持体）
２ 帯電ローラ（帯電手段）
３ 露光装置（静電像形成手段）
４ 現像器（現像手段）
３１ 磁気検出センサ（トナー濃度検出手段）
３２ 補給装置（補給手段）
５０ コントローラ
５６ 膜厚検知装置（電流検知手段）（膜厚検知手段）
１００ 画像形成装置

Claims (3)

1. 像担持体と、
   前記像担持体に形成された静電像を現像剤で現像する現像手段と、
   前記現像手段に現像剤中のトナーを補給する補給手段と、
   前記現像手段に収納される現像剤のトナー濃度を検出する濃度検出手段と、
   前記濃度検出手段が検出したトナー濃度の濃度検出値に基いて、前記補給手段の駆動を制御するコントローラと、
   前記像担持体の膜厚に関する情報を検知する膜厚検知手段と、を備えた画像形成装置であって、
   前記コントローラは、前記膜厚検知手段の検知結果に基いて、前記像担持体の膜厚が薄い場合のほうが厚い場合に比べて、前記現像手段内のトナー濃度が低くなるように前記補給手段の駆動を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記コントローラは、前記膜厚検知手段の検知結果に基いて、前記像担持体の膜厚が薄い場合のほうが厚い場合に比べて、前記現像手段に印加される現像バイアスと前記像担持体の画像部電位との電位差を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記膜厚検知手段は、前記像担持体に流れる電流値を検知する電流検知手段であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。

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