JP2005003730A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パッチ検によりトナー補給制御行う画像形成装置において、補給量／消費量等のばらつきによる補給制御不足を防止し、良好な画像を長期にわたって形成する。
【解決手段】制御手段６７は、ビデオカウンタ６６により原稿画像の画素ごとのデジタル画像信号の出力レベルからトナー補給量を積算して、トナー搬送スクリュー６２の回転時間を調整して、現像装置４４へのトナー補給量を制御する。この際、パッチ画像Ｇの濃度検知及び初期濃度との比較が行われ、各色のパッチ画像Ｇにおける実際の濃度と初期濃度との濃度差が求められ、これに基づいて、トナー補給量が適正化される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ，複写機等の電子写真方式又は静電記録方式の画像形成装置に関し、詳しくは、二成分現像剤のトナー補給制御を介して現像剤のトナー濃度ないしは画像濃度を制御する濃度制御手段を備えた画像形成装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式は、プリンタや複写機等の画像形成装置に用いられる最もよく知られた印刷方式のひとつである。近年では、この電子写真方式の画像形成装置に対して、ＰＯＤ（プリント・オン・デマンド）の一層の促進が求められている。高速の印刷能力、イメージ画像印刷等が望まれ、その結果、印刷画質も高品質で高精細なものが望まれるようになってきた。
【０００３】
一般に、電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置が具備する現像装置では、磁性トナーを主成分とした一成分現像剤、又は非磁性トナーと磁性キャリヤとを主成分とした二成分現像剤が用いられている。特に、電子写真方式によりフルカラー画像やマルチカラー画像を形成するカラー画像形成装置では、画像の色味などの観点から、ほとんどの現像装置が二成分現像剤を使用している。
【０００４】
周知のように、この二成分現像剤のトナー濃度（キャリヤ及びトナーの合計重量に対するトナー重量の割合。以下同様。）は、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。現像剤のトナーは現像時に消費されるため、現像剤のトナー濃度は、徐々に低下していく。このため、現像剤濃度制御装置又は画像濃度制御装置を使用して、適時、トナー濃度又は画像濃度を検出して、その変化に応じてトナー補給を行い、トナー濃度又は画像濃度を常に一定に制御して画像の品位を保持する必要がある。
【０００５】
図５に、従来の濃度制御装置を備えた画像形成装置の一例として、電子写真方式のデジタル複写機全体の概略構成を示す。
【０００６】
像担持体としての感光ドラム２６は、その表面が前露光器１８によって除電された後、一次帯電器１９によって例えばマイナスに均一に帯電される。
【０００７】
一方、原稿２１の画像がＣＣＤ１により読みとられ、得られたアナログ画像信号が増幅器２で所定のレベルまで増幅され、Ａ／Ｄ変換器（アナログ−デジタル変換器）３により例えば８ビット（０〜２５５階調）のデジタル画像信号に変換される。つぎに、このデジタル画像信号はγ変換器（本例では、２５６バイトのＲＡＭで構成され、ルックアップテーブル方式で濃度変換を行う変換器）５に供給され、そこでγ補正された後、Ｄ／Ａ変換器（デジタル−アナログ変換器）９に入力される。
【０００８】
このＤ／Ａ変換器９によりデジタル画像信号は再びアナログ画像信号に変換されて、コンパレータ１１の一方の入力に供給される。コンパレータ１１の他方の入力には、三角波発生回路１０から発生される所定周期の三角波信号が供給されており、コンパレータ１１の一方の入力に供給されたアナログ画像信号は、この三角波信号と比較されてパルス幅変調される。このパルス幅変調された二値化画像信号は、レーザ駆動回路１２にそのまま入力され、レーザダイオード１３の発光のオン／オフ制御用信号として使用される。レーザダイオード１３から放射されたレーザ光は、周知のポリゴンミラー１４により主走査方向に走査され、ｆ／θレンズ１５、反射ミラー１６を経て、矢印ａ方向に回転している一次帯電後の感光ドラム２６上に照射される。これにより、感光ドラム２６表面には、画像信号に応じた静電潜像が形成される。
【０００９】
この静電潜像は現像装置２０によって可視画像（トナー像）として現像される。現像装置２０の上部には補給用トナーＴを収容したトナー補給槽８が取り付けられ、そのトナー補給槽８内の下部には、モータ２８によって回転駆動されることにより、トナーＴを搬送して現像装置２０内に供給するトナー搬送スクリュー３０が配設されている。
【００１０】
感光ドラム２６上に形成されたトナー像は、転写材担持ベルト１７により感光ドラム２６に搬送された転写材Ｐ上に、転写帯電器２２の作用により転写される。転写材担持ベルト１７は２個のローラ２５ａ，２５ｂ間に張設され、図示矢印方向に駆動されることにより、その表面に保持した転写材Ｐを感光ドラム２６に搬送する。転写材Ｐに転写されないで感光ドラム２６上に残ったトナー（転写残トナー）は、その後、クリーナ２４によって掻き落とされる。
【００１１】
なお、説明を簡略化するために単一の画像形成ステーション（感光ドラム２６、前露光器１８、一次帯電器１９、現像装置２０、転写帯電器２２、クリーナ２４などを含む）のみを図示しているが、カラーの画像形成装置の場合には、例えばシアン，マゼンタ，イエロー，ブラックの各色用の画像形成ステーションが、転写材担持ベルト１７上にその移動方向に沿って順次配列されることになる。
【００１２】
図６に、現像装置２０の構成を示す。同図に示す現像装置２０は、二成分現像剤を収容した現像容器２０ａを備えており、現像剤担持体である現像スリーブ２０ｂが感光ドラム２６と所定の間隙を隔てて矢印ｃ方向に回転自在に配設されている。現像スリーブ２０ｂは非磁性材料の円筒体によって形成されており、その内側には磁界発生手段としてのマグネットローラ２０ｃが、現像スリーブ２０ｂの回転に対して非回転に配置されている。マグネットローラ２０ｃは５つの磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｓ２を有している。現像スリーブ２０ｂ上方の現像容器２０ａの部分には磁性部材の規制ブレード２０ｄが取付けられ、この規制ブレード２０ｄは、マグネットローラ２０ｃの鉛直方向最上点にほぼ位置した磁極Ｓ２の近傍に向けて、現像スリーブ２０ｂと非接触に配置されている。現像容器２０ａ内下部には現像剤搬送スクリュー２０ｅ，２０ｆが配置されている。
【００１３】
現像容器２０ａ内に収容された二成分現像剤は、現像剤搬送スクリュー２０ｅ，２０ｆの撹拌、搬送により現像容器２０ａ内を循環しながら、現像スリーブ２０ｂに供給される。現像スリーブ２０ｂに供給された現像剤は、マグネットローラ２０ｃの磁極Ｎ３により現像スリーブ２０ｂ上に汲み上げられ、現像スリーブ２０ｂの回転に伴って、現像スリーブ２０ｂ上を磁極Ｓ２から磁極Ｎ１へと搬送され、現像スリーブ２０ｂと感光ドラム２６とが対向した現像部（現像位置）Ｍに至る。その搬送の途上で現像剤は、規制ブレード２０ｄにより磁極Ｓ２と協同して磁気的に層厚を規制され、現像スリーブ２０ｄ上に現像剤の薄層が形成される。
【００１４】
現像部Ｍに配置されたマグネットローラ２０ｃの磁極Ｎ１は現像主極であり、現像部Ｍに搬送された現像剤は、磁極Ｎ１によって穂立ちして感光ドラム２６表面に接触し、感光ドラム２６の表面に形成されている静電潜像にトナーを付着させて現像する。現像後に現像スリーブ２０ｂ上に残った現像剤は、現像スリーブ２０ｂの回転に伴って現像部Ｍを通過し、搬送磁極Ｓ１を経て現像容器２０ａ内に戻され、磁極Ｎ２，Ｎ３の反発磁界により現像スリーブ２０ｂから脱落して回収される。
【００１５】
画像形成装置には、上述の現像でトナー濃度が減少した現像装置２０内の現像剤ＤにトナーＴの補給制御を行って、現像剤Ｄのトナー濃度又は画像濃度を一定に制御するために、さまざまな方式の濃度制御装置（ＡＴＲ）が配設されている。
【００１６】
具体的には、図５中の現像装置２０内に配設したトナー濃度センサ２３により、現像装置２０内の現像剤Ｄのトナー濃度を反射光量にて検知して制御する方式（現像剤反射ＡＴＲ）、感光ドラム２６上に参照用のトナー像（以下「パッチ画像」という。）Ｇを作像し、その画像濃度を感光ドラム２６に対向配置した電位センサなどの濃度センサ２７により検知して制御する方式（パッチ検ＡＴＲ）、ビデオカウンタ４からの画素ごとのデジタル画像信号の出力レベルから必要トナー量を演算して制御する方式（ビデオカウンタＡＴＲ）などがある。
【００１７】
いずれも、それぞれの方式により得られた情報に基づいて、ＣＰＵ６からモータ駆動回路７を介してモータ２８の回転を制御することにより、現像装置２０内の現像剤ＤへのトナーＴの補給制御を行い、現像剤Ｄのトナー濃度又は画像濃度を一定に保つように構成されている。
【００１８】
また、上述のパッチ検ＡＴＲ、又は上述の現像剤反射ＡＴＲの初期値をパッチ検により補正する方式、さらにはビデオカウントＡＴＲを主に用い、適宜、パッチ検によりトナー補給量を補正する方式等が種々提案されている。これらは、例えば図７に示すように、パッチ濃度と初期パッチ濃度との差分量に応じてトナーの補給量又は補給補正量を決定するのが一般的である。この場合、初期パッチ濃度との差分量が大きいほど、補給量又は補給補正量が多くなるのが一般的である。
【００１９】
いずれの制御方式についても、パッチ濃度が高い（濃い）と判断した場合は、画像形成による消費によってパッチ濃度を適正化し、パッチ濃度が低い（薄い）と判断した場合は、パッチ濃度適正化のためのトナー量を補給するか、あるいは適正化できるように現像剤反射ＡＴＲ等の初期値を補正する。また、これらの制御に先だって、上述のトナー搬送スクリュー３０の回転駆動量に対するトナー補給量はあらかじめ実験的に把握しておくことが必要となる。
【００２０】
上述のパッチ検による補給量制御／補正は、上述のトナー搬送スクリュー３０の回転駆動量に対するトナー補給量のばらつきが少ないほど、またビデオカウントＡＴＲによる補給量制御／補正は、ビデオカウントから予測される消費量等のばらつきが少ないほど、それぞれの精度は高まる。
【００２１】
図７に示した補給量制御も、上述の補給量／消費量が安定していることを前提に成り立っている。しかしトナー補給量は、例えば画像形成装置が設置されている場所の環境の変動によるトナー流動性の変化、トナー搬送スクリュー３０／現像容器２０ａ間の微量なトナー漏れ、トナー搬送スクリュー３０／モータ２８間をクラッチ制御している場合はクラッチの応答時間の機差ばらつき、トナー搬送スクリュー回転オフ時の慣性による微少回転等により、大きくばらつくことがある。
【００２２】
これに対し、駆動量をパルス制御することにより駆動回転量を精度よく制御する、トナー搬送スクリュー３０のホームポジションを検知することで補給回転量を制御する等の手法も考えられるが、構成が複雑となるためコストアップとなり好ましくない。また、トナー漏れ防止のために開閉弁等の取り付けが考えられるが、開閉弁によりトナーが擦られ、トナー凝集塊が発生して画像不良となるおそれがあり、好ましくない。
【００２３】
また、ビデオカウントから予測されるトナー消費量も、例えば画像形成装置の設置場所の環境変動によるトナートリボ変動、帯電量変化等により実際の消費量との差が大きくなることがある。これに対し、例えば、画像濃度の高低に従って帯電量等を適正化するといった手法が考えられるが、帯電量適正化のために画像形成装置のダウンタイムが発生すること、リアルタイムに帯電量を補正することが難しいこと等の弊害があり、十分ではない。
【００２４】
このようにトナー補給量等がばらつくと、トナー濃度補正が適切になされないために画像濃度が所望と異なるのはもちろん、トナー濃度が高くなりすぎた場合に生じる現像剤溢れ、トナー飛散、またトナー濃度が低くなりすぎた場合は帯電量増加によるキャリヤ付着発生等の弊害が起きる。
【００２５】
これに対し、例えば特許文献１には、トナーの補給量を画像密度に比例させる（ビデオカウント補給）とともに、検出された濃度レベル（パッチシグナル）によってこの比例係数を切り換えるようにし、さらに飛散，カブリにより消費されるトナーの補給も行うようにする手法が提案されている。
【００２６】
また、例えば特許文献２には、トナー濃度検知手段が適正な値を示している条件下で、パッチ濃度が適正範囲を超えている場合、パッチ濃度変動傾向と装置環境（特に湿度）の変動傾向とを比較して、両者の変動傾向が矛盾する場合にはトナー濃度検知手段の異常と判断するという手法が提案されている。
【００２７】
【特許文献１】
特公平０４−０１９５５２号公報
【特許文献２】
特開２００２−１０８０８７号公報
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献１の手法は、ビデオカウント補給限定で、パッチ濃度変化によりビデオカウント補給量を可変とするものであるが、パッチによる係数補正量が決まっているため、補正が適正でない場合に対応できていない点で検討の余地が残されている。
【００２９】
また、上述の特許文献２の手法は、画像濃度の推移により異常の判断を行うものであり、トナー濃度制御を行うものではないため、検討の余地が残されている。
【００３０】
本発明は、上述の事項に鑑みなされたものであり、上述のパッチ検によりトナー補給制御行う画像形成装置において、補給量／消費量等のばらつきによる補給制御不足を防止し、良好な画像を長期にわたって形成することができる画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、像担持体と、前記像担持体表面にデジタル方式で静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、二成分現像剤により前記像担持体上の静電潜像を現像する現像手段と、前記現像手段にトナーを補給するトナー補給手段と、前記現像手段内の現像剤のトナー濃度又は参照用画像として現像されたトナー像であるパッチ画像の濃度を制御する複数の濃度制御手段とを備え、前記複数の濃度制御手段のうちの少なくとも１つの濃度制御手段からの信号で他の濃度制御手段の制御パラメータを変動させて濃度を制御する画像形成装置において、前記濃度制御手段のうちの少なくとも１つは、前記像担持体上に参照用のトナー像であるパッチ画像としての参照用画像を形成し、前記参照用画像の濃度から得られるパッチシグナル値により制御を行うものであって、前記参照用画像についてあらかじめ設定された濃度制御レベルと前記パッチシグナル値との差分から算出されるトナー補給制御量を、前記パッチシグナル値の履歴に応じて変更する、ことを特徴とする。
【００３２】
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、前記トナー補給制御量が、第１のパッチシグナル値と第２のパッチシグナル値から算出される、ことを特徴とする。
【００３３】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の画像形成装置において、前記トナー補給制御量が、第１のパッチシグナル値と第２のパッチシグナル値の推移及び差分によって算出される、ことを特徴とする。
【００３４】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記複数の濃度制御手段のうちの少なくとも１つは、目標値としてあらかじめ設定されたパッチ濃度制御レベルと前記パッチシグナル値との差分から算出される値に応じて制御レベルを可変とする、ことを特徴とする。
【００３５】
【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。
【００３６】
＜実施の形態１＞
図１に、本発明に係る画像形成装置の一例として、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。なお、本発明は、電子写真方式のデジタル複写機に限らず、静電記録方式のデジタル複写機にも適用することができ、さらにはデジタル複写機に限らず、デジタルプリンタ，デジタルファクシミリにも適用することができる。すなわち、本発明は、デジタル方式のものであれば、電子写真方式，静電方式を問わず、プリンタや複写機やファクシミリに適用することができる。
【００３７】
図１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、複写されるべき原稿３１の画像は、レンズ３２によってＣＣＤなどの撮像素子３３に投影される。この撮像素子３３は原稿画像を多数の画素に分解し、各画素の濃度に対応した光電変換信号を発生する。撮像素子３３から出力されるアナログ画像信号は画像信号処理回路３４に送られ、ここで各画素ごとにその画素の濃度に対応した出力レベルを有する画素画像信号に変換され、パルス幅変調回路３５に送られる。
【００３８】
このパルス幅変調回路３５は入力される画素画像信号ごとに、そのレベルに対応した幅（時間長）のレーザ駆動パルスを形成して出力する。すなわち、図２（ａ）に示すように、高濃度の画素画像信号に対してはより幅の広い駆動パルスＷを、低濃度の画素画像信号に対してはより幅の狭い駆動パルスＳを、中濃度の画素画像信号に対しては中間の幅の駆動パルスＩをそれぞれ形成する。
【００３９】
図１に示すパルス幅変調回路３５から出力されたレーザ駆動パルスは、半導体レーザ（静電潜像形成手段）３６に供給され、半導体レーザ３６をそのパルス幅に対応する時間だけ発光させる。したがって、半導体レーザ３６は高濃度画素に対してはより長い時間駆動され、低濃度画素に対してはより短い時間駆動されることになる。このため、感光ドラム４０は、次に述べる光学系によって、高濃度画素に対しては主走査方向により長い範囲が露光され、低濃度画素に対しては主走査方向により短い範囲が露光される。つまり、画素の濃度に対応して静電潜像のドットサイズが異なる。したがって、高濃度画素に対するトナー消費量は低濃度画素に対するそれよりも大である。なお、図２（ｄ）に、（ａ）のレーザ駆動パルス、（ｂ）のクロックパルス、（ｃ）のクロックパルス数に基づいて形成した静電潜像、すなわち低，中，高濃度画素の静電潜像をそれぞれ静電潜像Ｌ，Ｍ，Ｈで示した。
【００４０】
半導体レーザ３６から照射されたレーザ光３６ａは、ポリゴンミラー（回転多面鏡）３７によって掃引され、ｆ／θレンズ等のレンズ３８及びレーザ光３６ａを感光ドラム４０方向に指向させる固定ミラー３９によって、感光ドラム４０上にスポット結像される。こうして、レーザ光３６ａは感光ドラム４０をその回転軸とほぼ平行な方向（主走査方向）に走査し、静電潜像を形成することになる。
【００４１】
上述の感光ドラム４０は、アモルファスシリコン、セレン、ＯＰＣ（有機光半導体）等の感光層を表面に有し、矢印ａ方向に回転するドラム型の感光体であり、前露光器４１で均一に除電を受けた後、一次帯電器４２により均一に帯電される。その後、上述した画像情報信号に対応して変調されたレーザ光３６ａで露光走査され、これによって画像情報に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は、トナーとキャリヤとが混合された二成分現像剤Ｄを使用する現像装置（現像手段）４４によって反転現像され、トナー像として可視化される。ここで、反転現像とは、感光ドラム４０表面の光で露光された領域に、静電潜像と同極性に帯電したトナーを付着させて、これを可視化する現像方法である。
【００４２】
このトナー像は、転写材担持ベルト４７により感光ドラム４０に搬送された転写材Ｐ（例えば、紙、透明フィルム）上に、転写帯電器４９の作用により転写される。転写材担持ベルト４７は２個のローラ４５ａ、４５ｂ間に張架され、図１中の図示矢印方向に無端状に駆動されることにより、その表面に保持した転写材Ｐを感光ドラム４０に搬送する。トナー像が転写された転写材Ｐは、転写材担持ベルト４７から分離されて定着器（不図示）に搬送され、永久像として定着される。また、転写後に感光ドラム４０上に残ったトナー（転写残トナー）は、その後、クリーナ５０によって除去される。
【００４３】
なお、説明を簡単にするために単一の画像形成ステーション（感光ドラム４０、前露光器４１、一次帯電器４２、現像装置４４、転写帯電器４９、クリーナ５０等を含む）のみを図示したが、本実施の形態の画像形成装置は、例えばシアン，マゼンタ，イエロー，ブラックの各色用の画像形成ステーションを具備したカラー画像形成装置であり、これらの画像形成ステーションが、転写材担持ベルト４７上にその移動方向に沿って順次に配列され、各画像形成ステーションの感光ドラム４０上に原稿３１の画像を色分解した各色ごと（画像の各色成分ごと）の静電潜像が順次に形成され、対応する色のトナーを有する現像剤を用いる現像装置４４で現像され、転写材担持ベルト４７によって搬送される転写材Ｐ上に順次に重ね合わせて転写されることになる。
【００４４】
図３に現像装置４４の拡大図を示す。同図に示す現像装置４４は、図６でに示した現像装置２０と同様に、磁性キャリヤと非磁性トナーとを含む二成分現像剤を収容した現像容器４４ａを備え、この現像容器４４ａ内には現像剤担持体である、ＳＵＳ（ステンレス）などの非磁性材料にて作製された現像スリーブ４４ｂが、矢印ａ方向に回転する感光ドラム４０に対向して配置されている。他の構成についても、図４の現像装置２０とほぼ同様である。すなわち、現像スリーブ４４ｂの内側には磁界発生手段としてのマグネットローラ４４ｃが、現像スリーブ４４ｂの回転に対して非回転に配置されている。マグネットローラ４４ｃは５つの磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｓ２を有している。現像スリーブ４４ｂ上方の現像容器４４ａの部分には磁性部材の規制ブレード４４ｄが取付けられ、この規制ブレード４４ｄは、マグネットローラ４４ｃの鉛直方向最上点にほぼ位置した磁極Ｓ２の近傍に向けて、現像スリーブ４４ｂと非接触に配置されている。現像容器４４ａ内下部には現像剤搬送スクリュー４４ｅ，４４ｆが配置されている。
【００４５】
現像容器４４ａ内に収容された二成分現像剤は、現像剤搬送スクリュー４４ｅ，４４ｆの撹拌、搬送により現像容器４４ａ内を循環しながら、現像スリーブ４４ｂに供給される。現像スリーブ４４ｂに供給された現像剤は、マグネットローラ４４ｃの磁極Ｎ３により現像スリーブ４４ｂ上に汲み上げられ、現像スリーブ４４ｂの回転に伴って、現像スリーブ４４ｂ上を磁極Ｓ２から磁極Ｎ１へと搬送され、現像スリーブ４４ｂと感光ドラム４０とが対向した現像部（現像位置）Ｍに至る。その搬送の途上で現像剤は、規制ブレード４４ｄにより磁極Ｓ２と協同して磁気的に層厚を規制され、現像スリーブ４４ｄ上に現像剤の薄層が形成される。
【００４６】
現像部Ｍに配置されたマグネットローラ４４ｃの磁極Ｎ１は現像主極であり、現像部Ｍに搬送された現像剤は、磁極Ｎ１によって穂立ちして感光ドラム４０表面に接触し、感光ドラム４０の表面に形成されている静電潜像にトナーを付着させて現像する。現像後に現像スリーブ４４ｂ上に残った現像剤は、現像スリーブ４４ｂの回転に伴って現像部Ｍを通過し、搬送磁極Ｓ１を経て現像容器４４ａ内に戻され、磁極Ｎ２，Ｎ３の反発磁界により現像スリーブ４４ｂから脱落して回収される。
【００４７】
トナー補給手段として、現像装置４４の上部には、図１に示すように、補給用トナーＴを収容したトナー補給槽６０が取り付けられている。このトナー補給槽６０内の下部にはトナー搬送スクリュー（トナー補給手段）６２が配設されている。ギヤ列７１を介して接続したモータ７０によってトナー搬送スクリュー６２を回転駆動することにより、トナー補給槽６０内のトナーＴが搬送されて現像装置４４内に供給される。トナー搬送スクリュー６２によるトナーの供給は、ＣＰＵ６７（制御手段）によりモータ駆動回路６９を介してモータ７０の回転を制御することにより制御される。ＣＰＵ６７に接続されたＲＡＭ６８には、モータ駆動回路６９に供給する制御データ等が記憶されている。
【００４８】
ここで、静電潜像の現像により現像装置４４内の現像剤Ｄのトナー濃度が徐々に低下するので、濃度制御装置によりトナー補給槽６０からトナーＴを現像装置４４に補給する補給制御を行って、現像剤Ｄのトナー濃度を一定に制御し、又は画像濃度を一定に制御することが行われる。
【００４９】
本実施の形態では、濃度制御装置（濃度制御手段）として、感光ドラム４０上に参照用のトナー像であるパッチ画像（参照用画像）Ｇを作像し、その画像濃度を感光ドラム４０に対向配置した、発光部７３ａ及び受光部７３ｂを有するトナー濃度検知手段としてのトナー濃度センサ７３により検知して制御する方式（パッチ検ＡＴＲ）と、ビデオカウンタ６６からの画素ごとのデジタル画像信号の出力レベルから必要トナー量を演算して制御する方式（ビデオカウントＡＴＲ）の２つを備えている。
【００５０】
パッチ検ＡＴＲでは、得られたパッチ画像Ｇに、パッチ検ＡＴＲのトナー濃度センサ７３のＬＥＤなどの発光部７３ａからの光を照射し、その反射光を光電変換素子などの受光部７３ｂで受光し、パッチ画像Ｇの実際のパッチ濃度を検知する。この検知したパッチ濃度Ｇは、現像装置４４内における現像剤Ｄの実際の画像濃度に対応する。
【００５１】
上述の受光部７３ｂからの実際のパッチ画像濃度を検知したパッチ出力信号（パッチシグナル）は、比較器７５の一方の入力に供給される。この比較器７５の入力には、基準電圧信号源７６からパッチ画像Ｇの規定濃度（初期濃度：濃度制御レベル）に対応する基準信号が入力されている。比較器７５はパッチ画像濃度と初期画像濃度とを比較してその濃度差を求め、濃度差の出力信号をＣＰＵ６７に供給する。この濃度差の出力信号は、トナー濃度制御手段としてのビデオカウントＡＴＲによる現像装置４４内の現像剤Ｄへのトナー補給濃度制御に使用する。
【００５２】
本実施の形態の画像形成装置では、イエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの４色分の画像形成ステーションを備えているので、各色の画像形成ステーションにおいて、上述のようにして、各色のパッチ画像Ｇの濃度検知及び初期濃度との比較が行われ、各色のパッチ画像Ｇにおける実際の濃度と初期濃度との濃度差が求められて、濃度差の出力信号がＣＰＵ６７に供給される。
【００５３】
ビデオカウンタ６６では、原稿画像の画素ごとのデジタル画像信号の出力レベルから必要トナー量を積算してビデオカウントＡＴＲによる現像剤へのトナー補給制御を行わせる。その際、以下の方法に従うことにより、補給制御をより精度よく行ったところに本発明の特色がある。以下詳述する。
【００５４】
ΔＶｐａｔｃｈ ＝Ｓｉｇ．Ｄ＿ｒｅｆ−Ｓｉｇ．Ｄ、パッチ画像の濃度出力信号をＳｉｇｎａｌ．Ｄ、ｎ回目のパッチ出力信号をＳｉｇｎａｌ．Ｄｎ 、Ｌを差分上限値、パッチによる補正補給量ＡをＡ＝α×ΔＶｐａｔｃｈ としたとき、
▲１▼ ΔＶｐａｔｃｈ＿ｎ ×ΔＶｐａｔｃｈ＿ｎ−１ ＜０、かつ｜ΔＶｐａｔｃｈ＿ｎ｜−｜Ｖｐａｔｃｈ＿ｎ−１ ｜＞０の場合、α＝α’（α’＝α＋ａ×（｜ΔＶｐａｔｃｈ＿ｎ ｜×Δ｜Ｖｐａｔｃｈ＿ｎ−１ ｜））とする。ただし、ａは実験的に求めるパラメータであり、本発明ではａ＝０．５とした。
▲２▼ ▲１▼以外で｜Ｓｉｇｎａｌ．Ｄｎ｜−｜Ｓｉｇｎａｌ．Ｄｎ−１｜≧Ｌの場合は、α＝α’’（α’’＝α−ａ’×（｜ΔＳｉｇｎａｌ．Ｄｎ｜×｜ΔＳｉｇｎａｌ．Ｄｎ−１｜））とする。ただし、ａ’は実験的に求めるパラメータであり、本発明ではａ’＝０．５とした。
【００５５】
図４に概念図を示した。▲１▼の場合、ｎ−１回目のパッチにより補正量が決定されたが、補正量不足でｎ回目のパッチでさらに初期値からのずれが大きくなったと考えられるため、図４のように補正量をαより大きくしてα’にする改良を加える。また▲２▼の場合は、補給量の過剰補正によりパッチ出力値の変化量が上限を超えたと考えられるため、図４のように補正量をαより小さくしてα’’にする改良を加える。
【００５６】
以上の手法は、図４で示すトナー濃度のずれが正（トナー濃度が濃い）の場合について述べたが、ずれが負（トナー濃度が薄い）の場合についても同様の手法を用いる。すなわち補給補正量をＢ＝β×ΔＶｐａｔｃｈ として、▲１▼，▲２▼と同様の補正を行う。詳細は上述のと同じであるため、ここでは省略する。
【００５７】
上述によって得られた補給補正量は、ＣＰＵ６７において演算された後、ビデオカウントＡＴＲにより求められたトナー補給量に足し合わせた値を補正されたトナー補給量とし、トナー補給を行う。
【００５８】
以上のように、本実施の形態では、ビデオカウントＡＴＲとパッチ検ＡＴＲとを併用し、パッチ検による補正量をパッチの履歴を用いてより適正化することで、速やかに画像濃度／トナー濃度を所望の値に回復できるため、結果として画像濃度を適正かつ安定に制御した高品質なカラー画像を形成することができる。
【００５９】
なお、▲１▼において、｜ΔＶｐａｔｃｈ＿ｎ｜−｜Ｖｐａｔｃｈ＿ｎ−１ ｜＞０としたが、補正が所望通りいかなかったと判断できればこの限りではなく、たとえば｜ΔＶｐａｔｃｈ＿ｎ｜−｜Ｖｐａｔｃｈ＿ｎ−１ ｜＞Ｃとして、Ｃに適正な有限値をあてはめても何ら問題はない。
【００６０】
＜実施の形態２＞
本実施の形態の画像形成装置は、濃度制御装置として、感光ドラム４０上に濃度参照用のパッチ画像を作像し、その画像濃度を感光ドラム４０に対向配置した発光部７３ａと受光部７３ｂとを有する画像濃度センサ７３により検知して制御する方式（パッチ検ＡＴＲ）と、現像装置４４内に配設した現像剤濃度センサ（不図示）により、現像装置４４内現像剤Ｄのトナー濃度を検知して制御する方式（現像剤反射ＡＴＲ）を備えている。現像装置等の詳細な構成は、実施の形態１と同様であるので、ここでは述べない。
【００６１】
本実施の形態では、第１の濃度制御装置であるパッチ検ＡＴＲによるトナー補給制御の信号を、第２の濃度制御装置である現像剤反射ＡＴＲによるトナー補給制御を補正するために使用する。以下、詳述する。
【００６２】
まず、パッチ検ＡＴＲを所定のタイミングで作動して、感光ドラム４０上に濃度検知用の参照画像としてパッチ画像を形成する。
【００６３】
パッチ画像の形成は、図１に示すように、あらかじめ定められた濃度に対応する信号レベルを有するパッチ画像信号を発生する参照画像信号発生回路７２を設け、この発生回路７２からのパッチ画像信号を前述のパルス幅変調回路３５に供給し、上述のあらかじめ定められた濃度に対応するパルス幅を有するレーザ駆動パルスを発生させる。このレーザ駆動パルスを半導体レーザ３６に供給し、半導体レーザ３６をそのパルス幅に対応する時間だけ発光させ、感光ドラム４０を走査する。このときはカウンタは作動させない。これによって、上述のあらかじめ定められた濃度に対応するパッチ静電潜像を感光ドラム４０に形成し、このパッチ静電潜像を現像装置４４により現像する。
【００６４】
ついで、このようにして得られたパッチ画像（トナー像）に、パッチ検ＡＴＲの濃度センサ７３のＬＥＤ等の発光部７３ａから光を照射し、その反射光を光電変換素子等の受光部７３ｂで受光し、パッチ画像の実際の濃度を検知する。この検知したパッチ画像濃度は、現像装置４４内現像剤Ｄの実際の濃度に対応する。
【００６５】
上述の受光部７３ｂからのパッチ濃度を検知した出力信号は、比較器７５の一方の入力に供給される。この比較器７５の他方の入力には、基準電圧信号源７６からパッチ画像の規定濃度（初期濃度）に対応する基準信号が入力されている。比較器７５はパッチ画像の実際の濃度と初期濃度とを比較してその濃度差を求め、濃度差の出力信号をＣＰＵ６７へ供給する。この濃度差の出力信号は、現像剤反射ＡＴＲによる現像装置４４内現像剤Ｄへのトナー補給制御に使用する。
【００６６】
本発明の画像形成装置では、各画像形成ステーションにおいて、上述のようにして、パッチ画像の濃度検知及び初期濃度との比較が行われ、パッチ画像の実際の濃度と初期濃度との濃度差が求められて、濃度差の出力信号がＣＰＵ６７に供給される。
【００６７】
現像装置４４内に配設した濃度センサ（不図示）による現像剤反射ＡＴＲを用いて、現像剤のトナー濃度をある一定レベルに保つことは可能である。しかし、環境の湿度変化等にともないトナーの摩擦帯電量変化があった場合には、現像剤濃度を一定レベルに保っても、トナー帯電量変化による画像濃度変動には追従できない。
【００６８】
そこで、現像剤反射ＡＴＲによるトナー補給制御を行わせるに際し、ＣＰＵ６７において、上述のパッチ画像の濃度差の出力信号から、パッチ画像濃度を初期値に戻すのに必要な色現像剤のトナー過不足量（トナー補給量）を算出し、そのトナー補給量をトナー補正量として、それに相当する信号レベルに変換して各現像装置４４にフィードバックする。そしてトナー補正量の信号を現像剤反射ＡＴＲに設定した目標濃度に対するトナー補給量の信号レベルに加減算して補正し、現像剤反射ＡＴＲ方式によるトナー補給制御を、この補正されたトナー補給量により行わせる。さらに本実施の形態では、パッチ画像濃度によるトナー過不足量の算出を、パッチの履歴に応じてより適性化を行う。以下に詳細を述べる。
【００６９】
現像剤反射ＡＴＲの目標値をＴａｒｇｅｔＳＧＮＬ＿ｎ
＝ＴａｒｇｅｔＳＧＮＬ＿ｎ−１ ＋γ×ΔＶｐａｔｃｈ としたとき、
▲１▼ ΔＶｐａｔｃｈ＿ｎ ×ΔＶｐａｔｃｈ＿ｎ−１ ＜０、かつ｜ΔＶｐａｔｃｈ＿ｎ ｜−｜ΔＶｐａｔｃｈ＿ｎ−１ ｜＞０の場合、γ＝γ’（γ’＝γ＋ｂ×（｜ΔＶｐａｔｃｈ＿ｎ ｜×Δ｜Ｖｐａｔｃｈ＿ｎ−１ ｜）） とする。ただし、ｂは実験的に求めるパラメータであり、本発明ではｂ＝０．５とした。
▲２▼ ▲１▼以外で｜Ｓｉｇｎａｌ．Ｄ＿ｎ ｜−｜Ｓｉｇｎａｌ．Ｄ＿ｎ−１ ｜≧Ｌの場合は、γ＝γ’’（γ’’＝γ−ｂ’×（｜ΔＳｉｇｎａｌ．Ｄ＿ｎ ｜×｜ΔＳｉｇｎａｌ．Ｄ＿ｎ−１
｜））とする。ただし、ｂ’は実験的に求めるパラメータであり、本発明ではｂ’＝０．５とした。
【００７０】
式▲１▼，▲２▼については、実施の形態１と同様であるため詳細説明は省略する。
【００７１】
以上のように、本実施の形態では、現像剤反射ＡＴＲとパッチ検とを併用し、パッチ検による現像剤反射ＡＴＲの目標値補正量をパッチの履歴を用いてより適正化することで、速やかに画像濃度／トナー濃度を所望の値に回復できるため、結果として画像濃度を適正かつ安定に制御した制御した高品質なカラー画像を形成することができる。
【００７２】
以上のような、濃度制御装置として、感光ドラム上に濃度参照用のパッチ画像を作像し、その画像濃度を画像濃度センサにより検知して制御する方式（パッチ検ＡＴＲ）と、現像装置内に配設した現像剤濃度センサ（不図示）により、現像剤の透磁率変化を利用して現像装置内現像剤のトナー濃度を検知して制御する方式（現像剤インダクタンスＡＴＲ）を備えた画像形成装置においても、本発明の作用により画像濃度を適正かつ安定に制御した制御した高品質なカラー画像を形成することができ、本発明の効果が証明された。
【００７３】
＜実施の形態３＞
本実施の形態の画像形成装置は、濃度制御装置として、感光ドラム４０上に濃度参照用のパッチ画像を作像し、その画像濃度を感光ドラム４０に対向配置した発光部７３ａと受光部７３ｂとを有する画像濃度センサ７３により検知して制御する方式（パッチ検ＡＴＲ）を備えている。現像装置等の詳細な構成は、実施の形態１と同様であるので、ここでは述べない。
【００７４】
本実施の形態では、濃度制御装置であるパッチ検ＡＴＲによるトナー補給制御の信号を、そのまま補給にフィードバックをかける。以下詳述する。
【００７５】
パッチ画像の形成は、図１に示すように、あらかじめ定められた濃度に対応する信号レベルを有するパッチ画像信号を発生する参照画像信号発生回路７２を設け、この発生回路７２からのパッチ画像信号を前記のパルス幅変調回路３５に供給し、上述のあらかじめ定められた濃度に対応するパルス幅を有するレーザ駆動パルスを発生させる。このレーザ駆動パルスを半導体レーザ３６に供給し、半導体レーザ３６をそのパルス幅に対応する時間だけ発光させ、感光ドラム４０を走査する。このときはカウンタは作動させない。これによって、上述のあらかじめ定められた濃度に対応するパッチ静電潜像を感光ドラム４０に形成し、このパッチ静電潜像を現像装置４４により現像する。
【００７６】
ついで、このようにして得られたパッチ画像（トナー像）に、パッチ検ＡＴＲの濃度センサ７３のＬＥＤ等の発光部７３ａから光を照射し、その反射光を光電変換素子等の受光部７３ｂで受光し、パッチ画像の実際の濃度を検知する。この検知したパッチ画像濃度は、現像装置４４内現像剤Ｄの実際の濃度に対応する。
【００７７】
上述の受光部７３ｂからのパッチ濃度を検知した出力信号は、比較器７５の一方の入力に供給される。この比較器７５の他方の入力には、基準電圧信号源７６からパッチ画像の規定濃度（初期濃度）に対応する基準信号が入力されている。比較器７５はパッチ画像の実際の濃度と初期濃度とを比較してその濃度差を求め、濃度差の出力信号をＣＰＵ６７へ供給する。この濃度差の出力信号は、現像装置４４内現像剤Ｄへのトナー補給制御に使用する。さらに本実施の形態では、実施の形態１，２と同様に、パッチ出力値の履歴によって、トナー補給制御量をより適正化を行う。詳細については、実施の形態１，２と同様であるため、省略する。
【００７８】
以上のように、本実施の形態では、パッチ検ＡＴＲを用い、パッチの履歴を用いてより適正化することで、速やかに画像濃度／トナー濃度を所望の値に回復できるため、結果として画像濃度を適正かつ安定に制御した制御した高品質なカラー画像を形成することができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明によると、パッチ検（参照用画像の濃度を検出すること）により現像剤のトナー補給量を制御する画像形成装置において、参照用画像の履歴を用いて補給量あるいは補正量を適正化することにより、補給量／消費量等のばらつきによる補給制御不足を防止し、良好な画像を長期にわたって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全体の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】レーザ信号制御の概念図である。
【図３】本発明に係る現像装置の構成を示す縦断面図である。
【図４】実施の形態１における、パッチ検出力値と補給補正量との関係を示す概念図である。
【図５】従来の画像形成装置の全体の概略構成を模式的に示す図である。
【図６】従来の現像装置の構成を示す縦断面図である。
【図７】従来のパッチ濃度による補正量決定の概念図である。
【符号の説明】
３６ 静電潜像形成手段（半導体レーザ）
４０ 像担持体（感光ドラム）
４４ 現像手段（現像装置）
６２ トナー補給手段（トナー補給スクリュー）
６６ カウンタ
７３ トナー濃度検知手段（トナー濃度センサ）
Ｄ 二成分現像剤
Ｇ 参照用画像（パッチ画像）

Claims (4)

1. 像担持体と、前記像担持体表面にデジタル方式で静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、二成分現像剤により前記像担持体上の静電潜像を現像する現像手段と、前記現像手段にトナーを補給するトナー補給手段と、前記現像手段内の現像剤のトナー濃度又は参照用画像として現像されたトナー像であるパッチ画像の濃度を制御する複数の濃度制御手段とを備え、前記複数の濃度制御手段のうちの少なくとも１つの濃度制御手段からの信号で他の濃度制御手段の制御パラメータを変動させて濃度を制御する画像形成装置において、
   前記濃度制御手段のうちの少なくとも１つは、前記像担持体上に参照用のトナー像であるパッチ画像としての参照用画像を形成し、前記参照用画像の濃度から得られるパッチシグナル値により制御を行うものであって、前記参照用画像についてあらかじめ設定された濃度制御レベルと前記パッチシグナル値との差分から算出されるトナー補給制御量を、前記パッチシグナル値の履歴に応じて変更する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー補給制御量が、第１のパッチシグナル値と第２のパッチシグナル値から算出される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー補給制御量が、第１のパッチシグナル値と第２のパッチシグナル値の推移及び差分によって算出される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記複数の濃度制御手段のうちの少なくとも１つは、目標値としてあらかじめ設定されたパッチ濃度制御レベルと前記パッチシグナル値との差分から算出される値に応じて制御レベルを可変とする、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

Images