JP2006018124A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤のトナー濃度を適正な状態に安定させて、安定した画像濃度を維持することのできる画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像容器１０１内の現像剤担持体１０１に対向する位置における所定長さ（１０ｍｍ）あたりの現像剤量をＹ（ｇ）、現像容器１０１内の現像剤担持体１０２に対向する位置における現像剤搬送速度をＶ_D（ｍｍ／ｓ）、ベタ画像形成時の単位面積あたりのトナー載り量をＭ（ｍｇ／ｃｍ²）、像担持体３の表面移動速度をＶ_P（ｍｍ／ｓ）、現像容器１０１内の現像剤担持体１０２に対向する位置での現像剤搬送方向における画像形成領域の最下流位置Ｂから画像濃度制御用画像Ｔを形成する位置Ｃまでの距離をＸ（ｍｍ）とすると、
Ｘ≦（４５×Ｙ×Ｖ_D）／（Ｍ×Ｖ_P）
を満足する構成とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、像担持体上に形成した潜像を現像剤を用いて現像することによって記録画像を形成する電子写真方式、静電記録方式などを利用した画像形成装置に関するものであり、特に、現像剤としてトナーとキャリアとを備える二成分現像剤を用いる画像形成装置に好適に適用し得るものである。

従来、例えば、電子写真方式の画像形成装置において、その像担持体上に形成された潜像を現像剤を用いて現像し、トナー像として可視化することが知られている。トナーとキャリアとを備える二成分現像剤を用いる現像器では、現像剤のトナー（Ｔ）とキャリア（Ｃ）の混合比、即ち、Ｔ／Ｄ（Ｄ＝Ｔ＋Ｃ）（現像剤の「トナー濃度」を示す。以下、「Ｔ／Ｄ比」ともいう。）を一定に保つことが重要である。そのため、従来、現像器内の現像剤のトナー濃度を検出し、そしてトナー濃度を制御する手段である自動トナー補給装置（ＡＴＲ：Ａｕｔｏ Ｔｏｎｅｒ Ｒｅｐｌｅｎｉｓｈｅｒ）として、光反射検知方式、インダクタンス方式、パッチ検知方式などのいくつかの方式が提案されている。

しかし、光反射検知方式においては、次のような問題がある。つまり、現像剤のトナーが、顔料としてキャリアと同様の光学特性を示すカーボンなどの着色剤を使用している場合、現像剤の光反射強度の差によりＴ／Ｄ比を検出することは不可能である。

又、現像剤の透磁率変化により検知するインダクタンス方式については、次のような問題がある。つまり、画質の向上を図ることを目的として、トナーの帯電電荷量を上げ、流動性を良くすることが行われる。この場合には、現像剤の撹拌などがあっても帯電された現像剤の反発によりキャリアの密度変化が生じてしまう。結果として、同一のＴ／Ｄ比でも現像剤の透磁率が変化するので、正確なＴ／Ｄ比が検出されないことがある。

そこで、自動トナー補給装置（ＡＴＲ）において現像剤のＴ／Ｄ比を測定する方法として、次のような方法が知られている。つまり、像担持体上に、通常の画像形成とは別に、電位の定まった潜像（基準パッチ潜像）を形成し、この潜像を直接現像することにより、基準濃度のパターンであるパッチ画像（画像濃度制御用画像）を形成する。次いで、そのパッチ画像の濃度を、像担持体上で或いは像担持体から被転写体に転写した後に被転写体上で、画像濃度検知手段としての画像濃度センサを用いて光学的に検知する。そして、パッチ画像の濃度とＴ／Ｄ比とが相関することを利用してＴ／Ｄ比を求める。斯かる方式は、パッチ検知方式（パッチ検ＡＴＲ）と呼ばれる。

従来、多くの画像形成装置においては、パッチ画像の濃度を検知する画像濃度センサは、像担持体、又は像担持体からパッチ画像が転写される被転写体（記録材担持体、中間転写体など）に対向した、スラスト方向（像担持体、被転写体の表面移動方向と略直交する方向）の中央付近に備えられる。

ここで、図２を参照して、従来の現像器について説明すれば、従来、現像器１は、現像容器１０１内に、現像剤搬送手段１０６、１０７を有する。そして、現像剤搬送手段１０６、１０７によって、現像剤担持体としての現像スリーブ１０２の表面に供給された現像剤を、現像スリーブ１０２の回転によって、像担持体としての円筒状の電子写真感光体（感光体）、即ち、感光ドラム３との対向部（現像領域）に搬送する。

更に説明すると、図示の例では、現像容器１０１の内部は、垂直方向に延在する隔壁１０９によって現像室（第１室）１１０と攪拌室（第２室）１１１とに区画されており、これら現像室１１０及び攪拌室１１１内に、非磁性トナーと磁性キャリアとを備える二成分現像剤が収容されている。

現像室１１０及び攪拌室１１１にはそれぞれ、一般にスクリュータイプとされる第１の現像剤搬送手段（第１スクリュー）１０６及び第２の現像剤搬送手段（第２スクリュー）１０７が配置されている。第１スクリュー１０６は現像室１１０内の現像剤を攪拌し且つ搬送する。又、第２スクリュー１０７は、自動トナー補給装置（ＡＴＲ）の制御のもとで、トナー補給容器（図示せず）からトナー補給口（図示せず）を介して供給されるトナーと、既に攪拌室１１１内にある現像剤とを攪拌し且つ搬送して、トナー濃度を均一化する。トナー補給口は、通常、第２スクリュー１０７による攪拌室１１１内の現像剤搬送方向の上流端近傍に設けられている。

第１スクリュー１０６と、第２スクリュー１０７とは、それぞれ反対方向に、即ち、第１スクリュー１０６は図２の紙面奥側から手前側に向けて、又、第２スクリュー１０７は図２の紙面手前側から奥側に向けて現像剤を搬送する。又、隔壁１０９には、図２における手前側と奥側の端部において、現像室１１０と攪拌室１１１とを相互に連通させる現像剤通路（図示せず）が形成されている。従って、第１スクリュー１０６及び第２スクリュー１０７の搬送力により、現像工程でトナーが消費されてトナー濃度の低下した現像室１１０内の現像剤が、一方の現像剤通路を介して撹拌室１１１内へ移動する。又、トナーが補給されて攪拌された攪拌室１１１内の現像剤が他方の現像剤通路を介して現像室１１０へ移動する。

このような現像剤の循環の中において、従来、一般に、パッチ画像は、現像スリーブ１０２のスラスト方向（表面移動方向と略直行する方向）の中央付近にて形成し、このパッチ画像を、対応する位置に設けられた画像濃度センサ４１で検知する。

しかしながら、上述のように現像スリーブ１０２のスラスト方向中央部で形成されたパッチ画像の濃度を検知し、その検知結果に応じて自動トナー補給装置（ＡＴＲ）によるトナー補給を行なうと、次のような問題があることが分かった。つまり、上記の如くパッチ画像を現像スリーブ１０２のスラスト方向中央部で形成すると、パッチ画像を形成した直後に形成する画像により、パッチ画像を形成した際に現像スリーブ１０２上のパッチ画像の形成位置に対応する現像容器１０１内の位置にあった現像剤がトナー補給口１０８の位置まで循環してくる間に、現像剤中のトナーが消費される。そのため、パッチ画像の濃度を検知した結果に基づいてトナーを補給すると、実際にトナーを補給する際のＴ／Ｄ比はパッチ画像形成時とは異なっているため、適正なＴ／Ｄ比に制御することができないことがある。

例えば、パッチ画像形成直後に、高濃度の画像が形成された場合には、パッチ画像を形成した位置での現像剤の状態より、トナー補給口位置ではＴ／Ｄ比が低い状態になる。その結果、トナーの補給量が足りないため、適正なＴ／Ｄ比にならないことがある。

本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものである。

尚、特許文献１は、トナー消費量変化の大きいコピーモードの場合、例えばベタ黒連続コピーからベタ白連続コピーに移行する場合に、ベタ黒連続コピー中はトナー補給が最大であるのが、次いでベタ白コピーを始めると、トナー補給量とトナー濃度のバランスが崩れるとの問題に鑑みて、現像器の長手方向において奥側と手前側とにそれぞれ画像濃度検知手段（感光ドラム上に形成したパッチ画像濃度を検知する光反射検知方式のもの）又は現像剤濃度検知手段（現像剤のトナー濃度を直接検知する光反射検知方式のもの）を設けることを提案する。特許文献１の発明では、両検知手段の検知結果の差分に応じてトナー補給制御を行うことで上記の問題を防止すると共に、現像器の小型化を図ることを開示する。しかしながら、特許文献１の発明は、現像剤搬送方向において、パッチ画像形成位置を過ぎた領域でのトナーの消費によるトナー補給制御の誤差の問題について何ら考慮していない。又、パッチ画像形成位置を過ぎた領域で実際に使用されるトナー量を現像器内のＴ／Ｄ比変動に換算することについては開示も示唆もしていない。
特開平８−２２０８７０号公報

本発明の目的は、現像剤のトナー濃度を適正な状態に安定させて、安定した画像濃度を維持することのできる画像形成装置を提供することである。

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、キャリアとトナーとを備える現像剤を収容すると共に前記現像剤が内部で循環搬送され、その循環経路にトナー補給位置を備えた現像容器と、
像担持体に対向して前記現像容器の開口部に回転自在に配設され、前記現像剤を担持搬送しトナーを前記像担持体に供給する現像剤担持体と、
前記像担持体上にトナーから成る所定の画像濃度制御用画像を形成させる制御用画像発生手段と、
前記画像濃度制御用画像の濃度を、前記像担持体上又は前記像担持体から前記画像濃度制御用画像が転写される被転写体上で検知する画像濃度検知手段と、
前記画像濃度検知手段の検知出力に応じて画像濃度制御を行なう画像濃度制御手段と、を有する画像形成装置において、
前記現像容器内の前記現像剤担持体に対向する位置における所定長さ（１０ｍｍ）あたりの現像剤量をＹ（ｇ）、前記現像容器内の前記現像剤担持体に対向する位置における現像剤搬送速度をＶ_D（ｍｍ／ｓ）、ベタ画像形成時の単位面積あたりのトナー載り量をＭ（ｍｇ／ｃｍ²）、前記像担持体の表面移動速度をＶ_P（ｍｍ／ｓ）、前記現像容器内の前記現像剤担持体に対向する位置での現像剤搬送方向における画像形成領域の最下流位置から前記画像濃度制御用画像を形成する位置までの距離をＸ（ｍｍ）とすると、
Ｘ≦（４５×Ｙ×Ｖ_D）／（Ｍ×Ｖ_P）
を満足することを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、現像剤のトナー濃度制御、或いは画像形成条件制御を行なうために形成する画像濃度制御用画像を、現像容器内の現像剤担持体と対向する位置の現像剤搬送方向における画像形成領域の最下流位置から所定の範囲内に形成することにより、現像剤のトナー濃度を適正な状態に安定させ、安定した画像濃度を維持することができる。

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。

実施例１
［画像形成装置の全体構成及び動作］
先ず、本実施例の画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。図１は、本実施例の画像形成装置の概略全体構成を示す。本実施例において、本発明は、電子写真方式のカラー複写機（以下、単に「画像形成装置」という。）にて具現化される。本実施例の画像形成装置Ａは、画像形成装置本体（装置本体）が備える原稿読み取り部７０或いは装置本体に着脱可能に接続されたパーソナルコンピュータなどの外部機器からの画像情報に従って、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の４色フルカラー画像を、電子写真方式を利用して、記録材、例えば、記録用紙、プラスチックシート（ＯＨＰシート）、布などに形成することができる。

本実施例の画像形成装置Ａは、タンデム型直接転写方式のカラー画像形成装置である。装置本体内には、複数の張架ローラに架け回された記録材担持体としての転写ベルト２１が設置されている。この転写ベルト２１は、図中矢印方向に回転して、その上に担持した記録材Ｓを搬送する。この転写ベルト２１に沿って、像形成手段としての第１、第２、第３、第４の画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが併設されている。例えば、４色フルカラー画像を形成する場合、これら第１〜第４の画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄによって、順次イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像が潜像、現像、転写のプロセスを経て形成される。

第１〜第４の画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、それぞれ専用の像担持体（感光ドラム）３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを具備し、各感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上に各色のトナー像が形成される。各感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに隣接して転写ベルト２１が設置され、感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上に形成された各色のトナー像が、転写ベルト２１上に担持し搬送される記録材Ｓ上に転写される。更に各色のトナー像が転写された記録材Ｓは、分離帯電器３１により転写ベルト２１から離脱され、定着部９で加熱及び加圧によりトナー像を定着した後、記録画像として装置外に排出される。転写ベルト２１としては、エンドレス形状にしたベルトか、或いは継ぎ目を有しないベルト（シームレスベルト）が用いられる。転写ベルト２１は、駆動ローラ１４により駆動されて周回移動（回転）する。

更に説明すると、感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの外周には、それぞれ帯電手段としての帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、露光手段としての露光装置（本実施例ではレーザー露光光学系）６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、現像手段としての現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、転写手段としての転写帯電器５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及び像担持体クリーニング手段としての感光ドラムクリーナ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが設けられている。又、露光装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、それぞれ、光源装置及びポリゴンミラーなどを有する。そして、光源装置から発せられたレーザー光を、ポリゴンミラーを回転させることで走査し、その走査光の光束を反射ミラーによって偏向し、ｆθレンズにより感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの母線上に集光して露光する。これにより、感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上に画像信号に応じた潜像が形成する。

現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄには、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの非磁性トナー（トナー）と、磁性キャリア（キャリア）とを備える二成分現像剤が所定量充填されている。トナーとキャリアとは、所定の混合比（Ｔ／Ｄ比）で混合されている。現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、それぞれ感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上の潜像を現像して、イエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像として顕像化する。

記録材Ｓは、記録材カセット１０に収容され、そこからピックアップローラ１１、複数の搬送ローラ１２、及びレジストローラ１３を経て転写ベルト２１上に供給される。そして、転写ベルト２１により搬送されて感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと対向した転写部に順次送られる。

つまり、レジストローラ１３から転写ベルト２１に送り出された記録材Ｓは、第１画像形成部Ｐａの転写部へ向けて搬送される。これと同時に画像書き出し信号がオンとなり、それを基準として所定タイミングで第１画像形成部Ｐａの感光ドラム３ａに対し画像形成を行なう。そして、転写ベルト２１を介して感光ドラム３ａと転写帯電器５ａとが対向する転写部にて、転写帯電器５ａが電界又は電荷を付与することにより、感光ドラム３ａ上に形成された第１色目のトナー像が記録材Ｓ上に転写される。この第１色目のトナー像の転写により、記録材Ｓは転写ベルト２１上に静電吸着力でしっかりと保持され、第２画像形成部Ｐｂ以降に搬送される。

第２〜第４画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄでの感光ドラム３ｂ、３ｃ、３ｄ上のトナー像の形成、及びトナー像の転写についても、第１画像形成部Ｐａと同様に行われる。こうして、転写ベルト２１に担持された記録材Ｓ上に４色のトナーが重ね合わされた多重トナー像が形成される。次いで、４色のトナー像を転写された記録材Ｓは、転写ベルト２１の搬送方向下流部で分離帯電器３１により除電して、静電吸着力を減衰させることによって、転写ベルト２１の末端から離脱する。

そして、転写ベルト２１から離脱した記録材Ｓは、定着装置９に搬送され、ここでトナー像の混色、及び記録材Ｓへの固定が行われる。これにより、記録材Ｓ上のトナー像は、フルカラーの記録画像とされる。その後、記録材Ｓは、排紙トレイ２０に排出される。

一方、感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上に残留したトナーは、ファーブラシ、ブレード手段などのクリーニング部材を備える感光ドラムクリーナ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにより清掃される。

又、記録材Ｓの転写ベルト２１からの離脱位置から転写ベルト２１の進行方向下流において、転写ベルト２１には、転写ベルト２１の表面に付着したかぶりトナーや飛散トナーなどをクリーニングする被転写体クリーニング手段としての転写ベルトクリーナ２２が常時当接されている。転写ベルト２１上に付着したトナーは、ファーブラシ、ブレード手段などのベルトクリーナ２２によって清掃される。

尚、例えばブラック単色の画像など、所望の単色又は４色のうちいくつかの色用の画像形成部を用いて、単色又はマルチカラーの画像を形成することも当然可能である。

［現像器の構成及び動作］
次に、図２を参照して現像器１について更に説明する。尚、本実施例においては、第１〜第４の画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、形成するトナー像の色が異なる以外は実質的に同一の構成で同じ動作を行う。従って、以下、特に区別を要しない場合は、いずれかの画像形成部に属する要素であることを表すために符号に与えた添え字ａ、ｂ、ｃ、ｄは省略して総括的に説明する。

図２に示すように、感光ドラム３に対向して配置された現像器１は、現像容器１０１内に、現像剤担持体としての現像スリーブ１０２、現像スリーブ１０２内に配置された磁界発生手段としての固定のマグネットローラ（磁石）１０３、現像スリーブ１０２の表面に現像剤の薄層を形成するために配置された現像剤量規制手段としての規制ブレード１０５、更に後述するように現像容器１０１内の現像剤を攪拌し且つ搬送する現像剤搬送手段として第１、第２の現像剤搬送手段１０６、１０７を有している。

現像容器１０１の内部は垂直方向に延在する隔壁１０９によって現像室（第１室）１１０と攪拌室（第２室）１１１とに区画されている。隔壁１０９の上方部は開放されている。現像室１１０及び攪拌室１１１には非磁性トナーと磁性キャリアとを備える二成分現像剤が収容されている。

現像室１１０及び攪拌室１１１には、それぞれスクリュータイプとされる第１の現像剤搬送手段（第１スクリュー）１０６及び第２の現像剤搬送手段（第２スクリュー）１０７が配置されている。第１スクリュー１０６は、現像室１１０内の現像剤を攪拌し且つ搬送する。又、第２スクリュー１０７は自動トナー補給装置（ＡＴＲ）の制御のもとで、トナー補給容器１５（図１）からトナー補給口１０８（図４）を介して供給されるトナーと、既に攪拌室１１１内にある現像剤とを攪拌し且つ搬送して、トナー濃度を均一化する。トナー補給口１０８は、第２スクリュー１０７による攪拌室１１１内の現像剤搬送方向の上流端近傍に設けられている（図４）。これは、トナー補給口１０８を介して補給したトナーを、第２スクリュー１０７によって攪拌室１１１内の現像剤と十分に攪拌、混合した後に現像室１１０に移送するためである。

隔壁１０９には、図２の紙面手前側と奥側の端部において現像室１１０と攪拌室１１１とを相互に連通させる現像剤通路１１２、１１３（図４）が形成されている。従って、第１スクリュー１０６及び第２スクリュー１０７の搬送力により、現像工程でトナーが消費されてトナー濃度の低下した現像室１１０内の現像剤が、一方の現像剤通路１１２（図２の紙面手前側）を介して撹拌室１７内へ移動する。又、トナーが補給されて攪拌された攪拌室１１１内の現像剤が他方の現像剤通路１１３（図２の紙面奥側）を介して現像室１１０へ移動する。

現像器１の現像室１１０は、感光ドラム３に対面した現像領域に相当する位置が開口しており、この現像容器１０１の開口部１００に、一部露出するようにして現像スリーブ１０２が回転可能に配置されている。本実施例では、現像スリーブ１０２は非磁性材料で構成され、現像動作時には図示矢印方向に回転する。又、現像スリーブ１０２の内部には、磁界発生手段であるマグネットローラ１０３が固定されている。現像スリーブ１０２は、現像ブレード１０２によって層厚が規制された二成分現像剤の層を担持搬送し、感光ドラム３と対向する現像領域で現像剤のトナーを感光ドラム３に供給して潜像をトナー像として現像する。本実施例では、規制ブレード１０５は、ＳＵＳなどの非磁性材料にて構成され、感光ドラム３よりも現像スリーブ１０２の回転方向上流側に配置されており、現像スリーブ１０２の表面との間の隙間を調整することにより現像スリーブ１０２上を現像領域へと搬送される現像剤の厚さを規制する。規制ブレード１０５の先端部と現像スリーブ１０２との間を非磁性トナーと磁性キャリアの両方が通過して現像領域へと送られる。

又、現像効率、即ち、潜像へのトナーの付与率を向上させるために、通常、現像スリーブ１０２には電圧印加手段としての現像バイアス電源から、直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。

第１スクリュー１０６は、現像室１１０内の底部に現像スリーブ１０２の軸線方向（現像幅方向）に沿ってほぼ平行に配置されている。そして、本実施例では、第１スクリュー１０６は、回転軸の周りに羽根部材をスパイラル形状に設けたスクリュー構造とされ、回転することで現像室１１０内の現像剤を現像スリーブ１０２の軸線方向に沿って一方向に搬送する。

又、本実施例では、第２スクリュー１０７は、第１スクリュー１０６と同様のスクリュー構造、即ち、回転軸の周りに羽根部材を第１スクリュー１０６とは逆向きにしてスパイラル形状に設けたスクリュー構造とされ、撹拌室１１１内の底部に第１スクリュー１０６とほぼ平行に配置されている。そして、第２スクリュー１０７は、第１スクリュー１０６と同方向に回転して撹拌室１１１内の現像剤を第１スクリュー１０６とは反対の方向に搬送する。

上述のようにして、現像剤は、第１スクリュー１０６及び第２スクリュー１０７の回転によって、現像剤は現像室１１０と撹拌室１１１との間で循環される。

ここで、感光ドラム３に形成された前述の静電潜像を、現像器１を用いて二成分磁気ブラシ法により顕像化する現像工程と現像剤の循環系とについて以下に説明する。先ず、現像スリーブ１０２の回転に伴いマグネットローラ１０３の磁極Ｎ２の位置で現像スリーブ１０２に汲み上げられた現像剤は、マグネットローラ１０３の磁極Ｓ２、Ｎ１の位置と搬送される過程において、現像スリーブ１０２に対して所定の間隙（Ｓ−Ｂギャップ）をもって配置された規制ブレード１０５によって規制される。これにより、現像スリーブ１０２上に現像剤の薄層が形成される。

現像スリーブ１０２上に薄層として担持された現像剤がマグネットローラ１０３の現像主極Ｓ１の位置に搬送されてくると、磁気力によって磁気ブラシ（穂立）が形成される。この穂状に形成された磁気ブラシを感光ドラム３に接触或いは近接させることによって感光ドラム３上の静電潜像を現像する。こうして、潜像を現像した後の現像スリーブ１０２上の現像剤は、その後磁極Ｎ３、Ｎ２の反発磁界によって、現像容器１０１内に回収される。

本実施例においては、磁性キャリアとして、２４０ｋＡ／ｍの印加磁場に対する飽和磁化が２４Ａｍ²／ｋｇ、３０００Ｖ／ｃｍの電界強度における比抵抗が１×１０⁷〜⁸Ω・ｃｍ、重量平均粒径５０μｍのフェライト磁性キャリアを用いた。又、非磁性トナーとしては、着色樹脂粒子に疎水性コロイダルシリカを外添した重量平均粒径７．２μｍの負帯電性のポリエステル系樹脂トナーを用いた。そして、本実施例では、磁性キャリアと非磁性トナーを重量比９３：７になるように混合したものを現像剤として用いた。

尚、磁性キャリアとして、バインダー樹脂と磁性金属酸化物及び非磁性金属酸化物とを出発原料として、重合法により製造した樹脂磁性キャリアを使用してもよい。これら磁性キャリアの製造法は特に制限されない。又、非磁性トナーとして、スチレンアクリル系樹脂トナーを使用してもよい。

［自動トナー補給装置］
次に、本実施例における自動トナー補給装置（ＡＴＲ）について説明する。

図１に示されるように、画像形成装置Ａは、画像形成装置の動作を統括制御する制御部６０を有する。制御部６０は、制御の中心的素子（制御手段）たるＣＰＵ６１を有し、このＣＰＵ６１には、作業用のメモリとして使われるＲＡＭ６２、ＣＰＵ６１が実行するプログラムや各種データが格納されたＲＯＭ６３、及び画像濃度制御用画像（パッチ画像）の画像情報信号を生成する制御用画像発生手段としてのテストパターン発生器６４が接続されている。テストパターン発生器６４は、図示しないビデオコントローラ内に搭載されることもある。

ビデオコントローラは、原稿読み取り部７０或いは装置本体に対して通信可能に接続された外部機器からの画像情報信号を、画像形成装置Ａにおける画像形成に係る信号に変換する。制御部６０のＣＰＵ６１は、ビデオコントローラからの画像形成に係る信号に基づいて、画像形成装置Ａの各部の動作を制御する。これにより、画像形成装置Ａは、記録画像を形成して出力することができる。又、ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６３などに記憶された制御プログラムに基づいて、テストパターン発生器６４からの信号に応じたパッチ画像を形成するように、画像形成装置Ａの各部を制御する。又、ＣＰＵ６１は、パッチ画像の濃度を検知した結果に応じて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段として機能する。つまり、本実施例では、ＣＰＵ６１は、現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄへのトナー補給量を調整して現像剤のトナー濃度を制御する自動トナー補給装置（ＡＴＲ）における制御機能を司る。

本発明においては、自動トナー補給装置（ＡＴＲ）は、通常の画像形成とは別に画像濃度制御用画像（パッチ画像）の潜像を所定タイミングで感光ドラム３に形成し、これを現像した後、転写ベルト２１に転写することで、転写ベルト２１上にパッチ画像を形成する。そして、転写ベルト２１に対向して備えられた画像濃度検知手段としての画像濃度センサ４１により検知して、その結果に応じてトナー補給容器１５から現像器１へのトナー補給を制御する（パッチ検ＡＴＲ）。

画像濃度センサ４１は、概略、検知光をパッチ画像に向けて照射する発光部と、パッチ画像からの反射光を受光する受光部とを有する光反射検知方式のものを用いる。画像濃度センサ４１としては、利用可能な任意のものを用いることができるが、本実施例では、発光部は、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、又、受光部は、受光素子としてフォトダイオード（ＰＤ）を備える。画像濃度センサ４１は、転写ベルト２１の進行方向において最下流に位置する第４の画像形成部Ｐｄの感光ドラム３ｄより更に下流において、転写ベルト２１に対向して設けられている。

更に説明すると、先ず、テストパターン発生器６４は、所定のコントラスト電圧となる基準パッチ潜像の画像情報信号を生成し、ＣＰＵ６１は、この信号に応じて画像形成装置Ａの各部を制御する。これにより、画像形成装置Ａは、基準パッチ潜像を感光ドラム３ａ〜３ｄ上に形成し、又、これを現像する。本実施例においては、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）については基準パッチ潜像のコントラスト電圧を１２０Ｖ、ブラック（Ｂｋ）については基準パッチ潜像のコントラスト電圧を１００Ｖとする。基準パッチ潜像のコントラスト電圧は、Ｔ／Ｄ比の変化量に対してパッチ画像の濃度の差が顕著に表れる値を選定するのが好ましい。上記の各コントラスト電圧は、本実施例の画像形成装置Ａにおいて、Ｔ／Ｄ比の変化量に対するパッチ画像Ｔの濃度差が最も顕著に表れる値である。尚、コントラスト電圧とは、本実施例では、感光ドラムの潜像電位と現像バイアスの直流成分との電位差である。

ＣＰＵ６１は、上述のようにして各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに形成したパッチ画像Ｔを、更に、転写ベルト２１に転写させる。こうして、転写ベルト２１上に、図３に示すようなパッチ画像Ｔが形成される。

そして、本実施例では１つの画像濃度センサ４１で、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのパッチ画像Ｔの濃度を検知する。つまり、画像濃度センサ４１は、その中に設けられた図示しないＬＥＤによりパッチ画像Ｔに検知光を照射し、順次反射光量を検知する。そして、画像濃度センサ４１の検知出力は、ＣＰＵ６１に入力される。画像濃度制御手段として機能するＣＰＵ６１は、画像濃度センサ４１の検知結果に基づいて、パッチ画像Ｔの濃度の濃薄から現像剤中のトナー濃度を検出する。そして、検出したトナー濃度に応じて、後述するように、各現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄへのトナー補給を制御する。

つまり、パッチ画像Ｔの濃度が薄ければ、現像剤中のトナー濃度が薄い、即ち、Ｔ／Ｄ比が低いと判断され、トナー補給が行われる。又、逆にパッチ画像濃度が濃ければ、現像剤中のトナー濃度が濃い、即ち、Ｔ／Ｄ比が高いと判断され、トナー補給は行われない。更に説明すると、二成分現像剤を用いる場合、現像剤のトナー濃度、即ち、Ｔ／Ｄ比が高くなると画像濃度が濃くなる。画像濃度センサ４１は、イエロー、マゼンタ、シアンのトナーに対しては転写ベルト２１上のパッチ画像の濃度が高くなると、漸増傾向の検知出力を示し、ブラックトナーに対しては、漸減傾向の検知出力を示す。このように、現像剤のトナー濃度、即ち、Ｔ／Ｄ比が変わるにつれ画像濃度が変化し、更には画像濃度センサ４１の検知出力が変化することにより、画像濃度センサ４１の検知結果に応じて、現像剤のトナー濃度の制御、ひいては、形成する画像の濃度を制御することができる。

トナー補給は、画像濃度制御手段として機能するＣＰＵ６１の指示により、図示しない調整装置によってホッパー１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ内のトナーを現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ中にどれだけ補給するかにより調整される。本実施例では、ＣＰＵ６１が、調整装置としてのホッパー１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄから現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄへとトナーを搬送するスクリューなどの搬送手段の駆動量を、検出した各現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄについての現像剤のＴ／Ｄ比に応じて調整することで、所定量のトナーを現像器１に補給する。典型的には、所定のパッチ画像の濃度が一定となるようにトナー補給を行うことによって、現像剤のトナー濃度を一定とし、所望の画像濃度を得ることができる。

尚、読み取りの終了したパッチ画像Ｔは転写ベルトクリーニングブレード２２により清掃される。

又、現像器１の現像スリーブ１０２は、パッチ画像Ｔを形成した後駆動を停止し、次の画像形成動作が始まるときに、再び駆動を開始する。これは、パッチ画像Ｔの濃度検知やパッチ画像のクリーニングが行なわれているときに駆動し続けることで現像スリーブ１０２の空回転により現像剤にストレスを掛け、現像剤の劣化を加速することを防止するためである。又、この時、現像剤の循環が変わってしまうことから、第１スクリュー１０６及び第２スクリュー１０７の駆動も停止させる。

パッチ検ＡＴＲでは、通常、パッチ画像Ｔを、一連の画像形成動作（ジョブ：一の画像形成指示による単数若しくは複数の記録材に対する一連の画像形成動作）中の記録材Ｓと記録材Ｓとの間に相当するタイミング（紙間）、画像形成前若しくは後の準備動作時（前回転時、後回転時）などの、記録材Ｓに記録して出力すべき画像を形成しているとき以外の非画像形成時に形成する。

上述のように、本実施例では、各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、露光装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、転写帯電器５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、及び、テストパターン発生器６４、ＣＰＵ６１などが、感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上にパッチ画像Ｔを形成し、更にこれを転写ベルト２１に転写する制御用画像形成手段を構成する。又、この制御用画像形成手段、画像濃度検知手段としての画像濃度センサ４１、画像濃度制御手段としてのＣＰＵ６１などによって、自動トナー補給装置（ＡＴＲ）を構成する。

［パッチ画像形成位置］
次に、図４を参照して、現像容器１０１内での現像剤循環と、スラスト方向（感光ドラム、現像スリーブ、転写ベルトの表面移動方向に略直交する方向）におけるパッチ画像の形成位置（パッチ画像形成位置）との関係について説明する。図４において、現像剤は現像容器１０１内を反時計回りに循環する。トナーは、トナー補給口１０８から現像容器１０１内に補給される。上述のように、トナー補給口１０８は、第２スクリュー１０７による攪拌室１１１内の現像剤搬送方向の上流端部近傍に配置されている。

画像形成領域、即ち、現像スリーブ１０２から感光ドラム３にトナーを供給するスラスト方向における範囲は、図４中位置Ａと位置Ｂとの間である。つまり、画像形成領域は、スラスト方向において、第１スクリュー１０６による現像室１１０内の現像剤の搬送方向上流端近傍の現像スリーブ１０２の一端部側位置（画像形成領域最上流位置）Ａから、下流側端近傍の現像スリーブ１０２の他端側位置（画像形成領域最下流位置）Ｂまでの範囲である。

そして、パッチ画像Ｔは、画像形成領域最下流位置ＢからＸｍｍ上流の位置Ｃ（パッチ画像形成位置）に形成する。

ここで、前述のように、パッチ検ＡＴＲは、パッチ画像Ｔを紙間などの非画像形成時に形成し、そのパッチ画像Ｔの濃度を検知してトナー補給を行なう。しかしながら、例えば、従来一般に行われているように、パッチ画像Ｔをスラスト方向における画像形成領域の中央部に形成し、それを画像濃度センサで検知する構成では、パッチ画像Ｔを形成した現像剤の状態から、トナーが消費された後にトナー補給口の位置（トナー補給位置）まで搬送されてくる。そのため、パッチ検ＡＴＲによる補正に誤差が生じる。

このような問題は、パッチ検ＡＴＲを実施した後の次の画像形成ジョブが、小サイズの記録材Ｓへの画像形成であるときや、画像比率の少ない画像を形成するときは比較的少ないが、パッチ検ＡＴＲを実施した後の次の画像形成ジョブが、例えば、大サイズの記録材Ｓへの画像形成であるときや、画像比率の高い画像を形成するときには、パッチ画像Ｔを形成した現像剤の状態から、トナー補給口位置にて実際にトナーを補給するまでの間に多量のトナーを消費するため顕著となる。そして、この誤差が大きいほどＴ／Ｄ比が変動し、現像剤のトナー濃度、画像濃度の変動が大きなものとなってしまう。

そのため、パッチ画像Ｔの形成後に、パッチ画像Ｔを形成した現像剤の状態から、トナー消費が行なわれない状態でトナーを補給することが望まれる。

そこで、実施例では、画像形成領域最下流位置Ｂからパッチ画像形成位置Ｃまでの距離Ｘを、本発明に従って以下に説明するようにして決める。

現像容器１０１内の現像スリーブ１０２に対向する位置における所定長さ（ここでは１０ｍｍ）あたりの現像剤量をＹ（ｇ）、現像容器１０１内の現像スリーブ１０２に対向する位置における現像剤の搬送スピードＶ_D（ｍｍ／ｓ）、ベタ画像形成時の単位面積あたりのトナー載り量Ｍ（ｍｇ／ｃｍ²）、プロセススピードＶ_P（ｍｍ／ｓ）、Ｔ／Ｄ比をＷ（％）、スラスト方向における画像形成領域最下流位置Ｂからパッチ画像形成位置Ｃまでの距離をＸ（ｍｍ）とすると、パッチ画像Ｔの形成後にベタ画像形成により所定長さ（１０ｍｍ）あたりの現像剤から消費されるトナー量Ｚ（ｍｇ）は、図５に示す斜線部を現像するトナー量なので、
Ｚ（ｍｇ）＝Ｍ×０．０１［ｍｇ／ｍｍ²］×｛１０［ｍｍ］×Ｖ_P［ｍｍ／ｓ］×（Ｘ［ｍｍ］／Ｖ_D［ｍｍ／ｓ］）｝
＝Ｍ×Ｘ×Ｖ_P／１０Ｖ_D ・・・（１）
トナー消費による現像剤のＴ／Ｄ比の誤差ΔＴ／Ｄ比（％）は
ΔＴ／Ｄ比（％）＝Ｗ−｛（Ｙ×１０００［ｍｇ］×Ｗ／１００−Ｚ［ｍｇ］）／（Ｙ×１０００［ｍｇ］×Ｗ／１００）｝×Ｗ
＝Ｗ｛１−（Ｙ×Ｗ×１０−Ｚ）／（Ｙ×Ｗ×１０）｝
＝Ｚ／（１０×Ｙ）
＝（Ｍ×Ｘ×Ｖ_P）／（１００×Ｙ×Ｖ_D） ・・・（２）
である。図５は、ベタ画像を形成したときに、現像スリーブ１０２を介して現像容器１０１から感光ドラム３上に転移するトナー量を模式的に示している。

現像容器１０１内の現像スリーブ１０２に対向する位置とは、現像工程時にその中の現像剤が現像スリーブ１０２へと供給され、その中の現像剤のトナー濃度が減少傾向となる位置であり、本実施例では、現像室１１０内の現像スリーブ１０２に対向する領域である。

現像容器１０１内の現像スリーブ１０２に対向する位置の所定長さ（１０ｍｍ）あたりの現像剤量Ｙ（ｇ）は、次のように測定するものである。現像室１１０の現像スリーブ１０２と対向した範囲の現像剤の量を測定し、現像スリーブ１０２の長さで割ることにより算出した。

現像容器１０１内の現像スリーブ１０２に対向する位置の現像剤の搬送スピードＶ_D（ｍｍ／ｓ）は、次のようにして測定するものである。現像器１内に他色のトナーを補給して画像上で移動する距離から測定した。

ベタ画像とは、画像形成装置が形成可能な最大濃度階調レベルの画像であり、ベタ画像形成時の単位面積あたりのトナー載り量Ｍ（ｍｇ／ｃｍ²）は、次のようにして測定するものである。感光ドラム３上に現像され、転写が行なわれる前のトナー像の重さを測定し面積で割ることにより算出した。

プロセススピードＶ_P（ｍｍ／ｓ）は、本実施例では、感光ドラム３の表面移動速度（周速度）に相当する。

又、パッチ画像形成位置Ｃは、画像濃度センサ４１によりその濃度を検知可能な範囲にあるパッチ画像の位置を言う。通常、画像形成領域最下流位置Ｂとパッチ画像形成位置Ｃとの間の距離Ｘは、パッチ画像Ｔのスラスト方向における中央部と画像形成領域最下流位置Ｂとの間の距離で代表される。

ここで、Ｔ／Ｄ比に誤差が生じたときの画像濃度変動、及び色差について説明する。ここでは、特に、マゼンタ色について説明する。

図６に、Ｔ／Ｄ比の変化（ΔＴ／Ｄ比）に対する画像レベルと出力画像の反射濃度の関係を示す。本実施例の画像形成装置Ａにおいて、画像形成における階調は２５６レベル（００ｈ〜ＦＦｈ）で形成している。

画像濃度のバラツキ（ΔＤ）を測定するための中間調濃度は、画像レベル（階調レベル）（Ｈｅｘ）で６０レベルとした。この時、現像剤のＴ／Ｄ比が正規の値（本実施例では７％）であれば、画像濃度（反射濃度）は、反射濃度計（Ｘ−Ｒｉｔｅ）で０．６である。これは、画像濃度変動による色見の変化は、中間調の画像濃度変動のほうが人の目に目立ちやすいためである。

図６に示すように、中間調の画像濃度変動は、Ｔ／Ｄ比の変動による影響が大きく、Ｔ／Ｄ比が１％変動することに対し、中間調濃度（正規のＴ／Ｄ比では０．６）は、０．１程度変化する。

又、濃度０．６に対して、画像濃度変動の差分ΔＤが０．０４５のとき色差ΔＥ＝３、ΔＤが０．０６のとき色差ΔＥ＝４、ΔＤが０．０８で色差ΔＥ＝５となる。

色差ΔＥは、次のようにして測定したものである。出力された画像をＸ−Ｒｉｔｅ社製の色度計Ｘ−Ｒｉｔｅ５３０で色度Ｌ＊ａ＊ｂ値を測定し、下記式にて算出した。

この色差ΔＥの値が３を超えると、色味変動が人の目で見て目立ちやすい。従って、色味変動の少ない良質な画像形成装置を実現するためには色差ΔＥを３以下に抑えることが望ましい。

ところで、表１に、本実施例の構成において距離Ｘのみを変更して、パッチ画像Ｔを形成した直後にベタ画像を形成すると共に、そのパッチ画像Ｔの検知結果に基づいてトナー補給を行ったときの、距離Ｘと、Ｔ／Ｄ比の変動（ΔＴ／Ｄ比）及びそのときの中間調の画像濃度のバラツキ（ΔＤ）との関係を示す。表１におけるΔＤとΔＥは、狙いどおりのＴ／Ｄ比に制御された時の値に対する差の値となっている。

本実施例における上記パラメータは、
Ｙ＝４．５（ｇ）
Ｖ_D＝１８（ｍｍ／ｓ）
Ｍ＝０．６４（ｍｇ／ｃｍ²）
Ｖ_P＝１１０（ｍｍ／ｓ）
Ｗ＝７（％）
である。尚、本実施例では、画像形成領域の長さＧは３０３ｍｍ、現像室１１０、攪拌室１１１のスラスト方向の長さはそれぞれ３２５ｍｍ、そして現像容器１０１内で現像剤が循環する距離（１周）は約６５０ｍｍである。

つまり、色差ΔＥを３以下、画像濃度変動の差分ΔＤを０．０４５以下とするためには、Ｔ／Ｄ比の変動を０．４５％以下にすることが望ましいことが分かる。従って、上記式（２）より、
ΔＴ／Ｄ比（％）＝（Ｍ×Ｘ×Ｖ_P）／（１００×Ｙ×Ｖ_D）≦０．４５
の関係を満たすことが必要である。つまり、このとき、画像領域最下流位置Ｂからパッチ画像形成位置Ｃまでの距離Ｘ（ｍｍ）は、
Ｘ≦（４５×Ｙ×Ｖ_D）／（Ｍ×Ｖ_P） ・・・（３）
を満たすことが必要である。つまり、現像容器１０１内の現像スリーブ１０２に対向する位置での現像剤搬送方向において、パッチ画像Ｔの形成位置を過ぎた領域で、最も現像剤が多く消費されるベタ画像を形成しても、色差ΔＥが３以下となるように、距離Ｘを規定する。

従って、式（３）より、本実施例においては、画像形成領域最下流位置Ｂからパッチ画像形成位置Ｃまでの距離Ｘは５１．８ｍｍ以下となる。本実施例では、距離Ｘを４０ｍｍとした。本実施例では、各色についてパッチ画像形成位置Ｃは同じとした。

尚、上述では、特に、マゼンタ色について説明したが、本発明者の検討によれば、その他の色については、シアンが同程度に色差変動が顕著で、イエローは明度が高いためにマゼンタ、シアンに比べて濃度に対する色差変動が少ない。従って、イエローについてもマゼンタに合わせて距離Ｘを規定することで、色差変動を抑えることができる。尚、上記式で定義する距離Ｘの範囲とすることによって、色差変動を抑えられるのみならず、Ｔ／Ｄ比変動を抑えて、実質的に濃度変動のない安定した画像を形成することができる。

本実施例では、パッチ画像Ｔを、画像形成領域最下流位置Ｂから所定の範囲内に形成することによって、パッチ画像Ｔを形成した直後にベタ画像などの高い画像比率の画像を形成する場合であっても、自動トナー補給装置（ＡＴＲ）により安定したＴ／Ｄ比と、安定した画像濃度を維持することができた。

尚、本実施例の構成により、以下に説明するような作用効果をも奏し得る。

例えばＡ４サイズまでの記録材Ｓに画像形成可能な画像形成装置（Ａ４機）のように、スラスト方向の長さが比較的短く、現像剤循環方向におけるトナー補給口１０８からパッチ画像形成位置Ｃまでの距離が比較的近くなる構成において、次のような不具合が考えられる。つまり、このような構成において、多量のトナー補給が行なわれた直後は、トナーを攪拌する距離が短いため、現像剤の濃度ムラができ、パッチ画像Ｔの濃度が安定しないことがある。そして、結果として画像濃度に大きなバラツキが発生してしまうことがある。

図７は、ベタ画像を形成する際に消費するトナー量をトナー補給口１０８から補給したときの、現像循環方向におけるトナー補給口１０８からパッチ画像形成位置Ｃまでの距離Ｌ（ｍｍ）と、その位置でのトナー帯電量分布の関係を示したものである。上記各パラメータ、Ｙ（ｇ）、Ｖ_D（ｍｍ／ｓ）、Ｍ（ｍｇ／ｃｍ²）、Ｖ_P（ｍｍ／ｓ）、Ｗ（％）は、上記に示したものと同じである。又、第２スクリュー１０７側の現像剤の搬送スピード、即ち、攪拌室１１１内での現像剤の搬送スピードは２０（ｍｍ／ｓ）である。

尚、トナーの帯電量分布は、それぞれの距離において現像スリーブ１０２上の現像剤を採取し、マグネットに磁力保持させた現像剤からトナーを窒素ガスで吹き飛ばして、測定装置としてホソカワミクロン（株）のＥｓｐａｒｔアナライザー（商品名）の測定部（測定セル）内にサンプリング孔から導入することで、トナーの帯電量を測定した。又、トナーは３０００個をカウントするまで行なった。

上述のように、本実施例では、現像室１１０、攪拌室１１のスラスト方向の長さは、現像容器１０１内で現像剤が循環する距離（１周）は、それぞれ上記の通りである。図６に示すように、距離Ｌが所定値（本実施例では３００ｍｍ）より短い場合には、帯電量の分布がブロードであり、且つ、負帯電性のトナーにも拘わらず、帯電していないものや正帯電しているトナーが多く存在し、平均トナー帯電量も低い。つまり、この状態は、トナー補給を行なってからの攪拌距離が短いことにより、キャリアとトナーの摩擦帯電が不十分な状態である。この状態でパッチ画像を形成すると濃度が不安定になり易い。逆に、距離Ｌが所定値（本実施例では３００ｍｍ）以上の場合は、トナー帯電量分布はシャープになり、平均トナー帯電量も安定するため、この状態でパッチ画像を形成すれば濃度も安定する。

つまり、Ａ４機などスラスト幅が短く、トナーを補給してからの攪拌距離が短くなるような画像形成装置においては、画像形成領域中においても現像剤搬送方向上流でパッチ画像濃度が不安定になることがあることを示している。

これに対し、本実施例では、パッチ画像Ｔを、画像形成領域最下流位置Ｂから所定の範囲内に形成することによって、現像剤循環方向においてトナー補給口１０８の位置からパッチ画像形成位置Ｃまでの間に、現像容器１０１内の現像剤と補給されたトナーとが十分に混合されることで、トナーの摩擦帯電を十分に行なうことができる。これにより、画像濃度制御を安定して行なうことができる。

以上のような構成の自動トナー補給装置（ＡＴＲ）により各現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに対してトナー補給を行なったところ、ベタ画像などの高い画像比率の画像の形成動作時においても、安定したＴ／Ｄ比と安定した画像濃度を維持することができた。これにより、画像比率の高低に関わらず高画質の画像を得ることができた。

尚、上記実施例では、画像形成装置Ａは、各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄで形成したトナー像は、記録材担持体としての転写ベルト２１上に担持された記録材Ｓに直接転写することによって記録画像を得るものであった。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、当業者には周知の中間転写方式の画像形成装置にも等しく適用可能なものである。例えば、中間転写方式の画像形成装置は、図８に示すような構成を有する。図８中、図１に示す画像形成装置Ａと実質的に同一若しくは相当する構成、機能を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。つまり、中間転写方式の画像形成装置は、各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄで形成したトナー像を、一次転写手段５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの作用によって中間転写体（中間転写ベルトなど）５１に順次に転写（一次転写）して、中間転写体５１上に複数色のトナーが重ね合わされたカラートナー像を形成する。次いで、この中間転写体５１上のトナー像を、二次転写手段としての二次転写帯電器５２などの作用によって記録材Ｓに一括して転写（二次転写）する。その後、記録材Ｓ上のトナー像を定着することで記録画像を得る。斯かる構成の画像形成装置においても、上記実施例において転写ベルト２１にパッチ画像Ｔを形成したのと実質的に同様の方法で、中間転写体５１上にパッチ画像Ｔを形成し、これを中間転写体５１に対向して設けられた画像濃度センサ４１で検知することにより各現像装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄへのトナー補給を制御することができる。従って、斯かる画像形成装置にも、パッチ画像形成位置Ｃを上記実施例と同様にして設定することで、同じ作用効果を得ることができる。

又、画像濃度センサ４１は、転写ベルト２１、或いは中間転写体５１に対向して設けることで、各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄで形成されたパッチ画像Ｔを１つの画像濃度センサ４１で検知することができるので、装置構成の簡易化などの点で好都合であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、画像濃度センサ４１を、各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの各感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに対向して設け、パッチ画像Ｔの濃度を感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上で検知してもよい。斯かる構成によっても、上記同様の効果を得ることができる。

又、本発明は、１つの像担持体に対して複数の現像器を備え、像担持体上に複数色のトナーから成る多重トナー像を形成するか、又は像担持体上に順次に異なる色のトナー像を形成して記録材担持体上の記録材若しくは中間転写体に順次に転写することでカラー画像を形成する、所謂、１ドラム型の画像形成装置にも適用し得るものである。この場合、画像濃度制御用画像は像担持体、又は記録材担持体或いは中間転写体とされる被転写体のいずれの上でその濃度を検知してもよい。

実施例２
次に、図９を参照して本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成及び動作は、実施例１のものと同じである。従って、実施例１の画像形成装置と実質的に同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。

従来、複写機、レーザビームプリンタなどの電子写真方式により画像を形成する画像形成装置の一例として、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色成分画像を重ね合わせて画像を形成するようにしたフルカラー画像形成装置がある。フルカラー画像形成装置においては、高画質化のために、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色成分画像の最大濃度や、中間調濃度を規定し、装置の個体差、環境変動に影響されずに、常に一定の濃度画像が得られるように制御する画像濃度制御が、高画質化のためには重要である。

このため、従来、フルカラー画像形成装置においては、画像濃度制御を行なうために定期的に濃度検知を行ない、潜像の露光や現像バイアスなどの画像形成条件を制御することにより、画像濃度を制御している。

本実施例では、画像濃度制御手段は、実施例１と同様にして設定されたパッチ画像形成位置Ｃに形成されたパッチ画像Ｔの濃度を検知して、画像形成条件を制御する。勿論、画像濃度制御手段は、トナー自動補給装置（ＡＴＲ）の制御機能をも司り、実施例１と同様にして、各現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに対するトナー補給を行う。

つまり、実施例１においては、トナー補給制御のために画像濃度センサ４１で検知するパッチ画像Ｔの濃度レベルを、各色についてある１つの階調レベルとしたが、本実施例においては、画像形成条件制御のために各色について複数の階調レベルのパッチ画像Ｔ２を転写ベルト２１に形成する。そして、このパッチ画像Ｔ２の濃度を検知した結果に基づいて画像形成条件を制御する。

以下に、本実施例における画像濃度制御について更に説明する。

図１に示す画像形成装置において、感光ドラム１ａ〜１ｄに対する帯電条件、露光条件、現像条件、転写条件が設定された状態でテストパターン発生器６４により、図９に示すようなパッチ画像Ｔ２を形成する。

即ち、各々潜像条件の異なる各色９階調（例えば、画像レベル（Ｈｅｘ）１０、２０、４０、６０、８０、Ａ０、Ｃ０、Ｅ０、ＦＦ）のトナーパッチ画像Ｔ２を転写ベルト２１上に転写する。そして、転写ベルト２１に対向して備えられた画像濃度センサ４１にて、各色、各階調の濃度の検知を行なう。各色の複数階調のパッチ画像Ｔ２に係る画像形成信号は、実施例１と同様にして、テストパターン発生器６４が生成し、ＣＰＵ６１が画像形成装置Ａの各部を制御することで転写ベルト６１上の所定位置に形成する。検知終了後のパッチ画像Ｔ２は、転写ベルトクリーナ２２によって転写ベルト２１上から除去される。

そして、画像濃度制御手段としてのＣＰＵ６１は、画像濃度センサ４１により検知されたパッチ画像Ｔの濃度の状態に応じて、予め設定されている階調特性を補正制御する。これにより、階調特性変動が生じても適正な階調特性となる鮮明画像を安定して形成することを可能とする。

更に説明すれば、例えば、ＣＰＵ６１は、画像濃度センサ４１により検知されたパッチ画像Ｔ２の濃度レベル状態に応じて、階調補正用ルックアップテーブル（階調補正用ＬＵＴ）に設定されるテーブル値を、例えばＬＵＴ補正テーブルにより補正することができる。こうして、画像形成動作の基となる画像情報信号を補正する。これにより、リアルタイムで階調特性を自動変更することを可能とする。

又、ＣＰＵ６１は、画像濃度センサ４１により検知されたパッチ画像Ｔ２の濃度レベル状態に応じて、予め設定された各感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに対する帯電条件、露光条件、現像条件、転写条件を順次補正制御することができる。これにより、画像形成プロセス条件の設定状態を捉えて画質を安定化することを可能とする。

こうして、例えば補正されたＬＵＴによる画像濃度制御により入力画像信号に対して出力画像濃度がリニアになり、良好な濃度再現性を示すことができる。

このように、画像濃度制御手段により制御する画像形成条件は、帯電条件、露光条件、現像条件、転写条件などの画像形成プロセス条件、階調補正用ＬＵＴの調整を含む。

尚、画像形成条件の制御方法自体は種々のものが公知であり、又、本発明においては、利用可能なものを任意に採用することができるので、これ以上の詳しい説明は省略する。

本実施例においても、実施例１と同様の位置に画像濃度センサ４１を設けることにより、Ｔ／Ｄ比の安定した現像剤の状態でパッチ画像Ｔ２を形成し、画像濃度制御を行なうことができる。これにより、濃度の安定した高画質の画像を得ることができた。

実施例３
次に、図１０及び図１１を参照して本発明の更に他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成及び動作は、実施例１のものと同じであるので、実質的に同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。

本実施例では、実施例１と同様にして位置が設定された画像濃度センサ（パッチ検センサ）４１を、レジストレーション（位置ずれ）補正制御に使用するレジストレーション検知センサとして兼用する。

本実施例では、上記の如く、画像濃度センサ４１を第１のレジストレーション検知センサとして兼用する。そして、画像濃度センサ４１とは、転写ベルト２１のスラスト方向の反対側の端部付近に、転写ベルト２１に対向するように第２のレジストレーション検知センサ４５が設けられている。

転写ベルト２１上の２つのセンサ４１、４５に対向する位置に、レジストレーション補正用画像としてレジストパターン画像Ｒが形成される。そのレジストパターン画像Ｒの反射光をセンサ４１、４５で検知し、その検知結果に基づき、各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄにより形成する画像の位置ずれ量を検出する。そして、その結果に応じて、各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄにおける画像書き出しタイミングの補正を行なう。レジストパターン画像は、テストパターン発生器６４が発生する。ＣＰＵ６１は、レジストレーション補正用のパターン形成や、所定のレジストレーション補正用のパターン読取り、更にレジストレーション補正動作を、ＲＯＭ６３などに記憶された制御プログラムに基づいて総括的に制御する。尚、読み取りの終了したレジストパターン画像Ｒは、転写ベルトクリーニングブレード２２により清掃される。

尚、レジストレーション制御方法自体は種々のものが公知であり、又、本発明においては、利用可能なものを任意に採用することができるので、これ以上の詳しい説明は省略する。

レジストレーション補正は、スラスト方向両端部２つのセンサの、スラスト方向の距離が離れているほど精度が高くなる。これは、傾きによる各色のズレが大きく現れるため補正精度が良くなるからである。

そのため、本発明に従って画像形成領域最下流位置Ｂからパッチ画像形成位置Ｃまでの距離Ｘを設定することによって、画像形成領域の端部に画像濃度センサ４１を設けて、現像剤のトナー濃度制御（実施例１）や画像形成条件制御（実施例２）を行なう構成では、画像濃度センサ４１をレジストレーション検知センサとして兼用するのに好適である。又、従来の画像形成装置のように、レジストレーション検知センサと画像濃度センサとを別個に設ける場合、例えば、２つのレジストパターン検知センサと１つの画像濃度センサを設ける場合と比較して、低コストな構成で、同等の効果を奏することができる。

本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略全体構成図である。 図１の画像形成装置が備える現像器の構成を示す概略断面図である。 現像剤のトナー濃度制御におけるパッチ画像を説明するための模式図である。 現像容器内での現像剤循環とパッチ画像を形成するスラスト位置の関係を説明するための現像器の概略断面平面図である。 ベタ画像を形成したときの消費されるトナーを示した図である、 Ｔ／Ｄ比の変化に対する画像レベルと出力反射濃度の関係を示すグラフ図である。 ベタ画像形成における消費トナー量の補給を行なったときの補給口からの距離とトナー帯電量分布の関係を示すグラフ図である。 本発明を適用し得る画像形成装置の他の例を示す概略全体構成図である。 画像形成条件制御におけるパッチ画像を説明するための模式図である。 本発明に係る画像形成装置の実施例３を示す概略構成図である。 レジストレーション制御におけるレジストパターン画像を説明するための模式図である。

符号の説明

１ａ〜１ｄ 現像器
３ａ〜３ｄ 感光ドラム（像担持体）
２１ 転写ベルト（記録材担持体、被転写体）
４１ 画像濃度センサ（画像濃度検知手段）
４５ レジストレーション検知センサ
５１ 中間転写ベルト（中間転写体、被転写体）
６１ ＣＰＵ（画像濃度制御手段）
６４ テストパターン発生器（制御用画像発生手段）
１０２ 現像スリーブ（現像剤担持体）
１０１ 現像容器
１０８ トナー補給口

Claims (5)

1. キャリアとトナーとを備える現像剤を収容すると共に前記現像剤が内部で循環搬送され、その循環経路にトナー補給位置を備えた現像容器と、
   像担持体に対向して前記現像容器の開口部に回転自在に配設され、前記現像剤を担持搬送しトナーを前記像担持体に供給する現像剤担持体と、
   前記像担持体上にトナーから成る所定の画像濃度制御用画像を形成させる制御用画像発生手段と、
   前記画像濃度制御用画像の濃度を、前記像担持体上又は前記像担持体から前記画像濃度制御用画像が転写される被転写体上で検知する画像濃度検知手段と、
   前記画像濃度検知手段の検知出力に応じて画像濃度制御を行なう画像濃度制御手段と、を有する画像形成装置において、
   前記現像容器内の前記現像剤担持体に対向する位置における所定長さ（１０ｍｍ）あたりの現像剤量をＹ（ｇ）、前記現像容器内の前記現像剤担持体に対向する位置における現像剤搬送速度をＶ_D（ｍｍ／ｓ）、ベタ画像形成時の単位面積あたりのトナー載り量をＭ（ｍｇ／ｃｍ²）、前記像担持体の表面移動速度をＶ_P（ｍｍ／ｓ）、前記現像容器内の前記現像剤担持体に対向する位置での現像剤搬送方向における画像形成領域の最下流位置から前記画像濃度制御用画像を形成する位置までの距離をＸ（ｍｍ）とすると、
   Ｘ≦（４５×Ｙ×Ｖ_D）／（Ｍ×Ｖ_P）
   を満足することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記画像濃度制御手段は、前記現像剤のトナー濃度を制御することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
3. 前記画像濃度制御手段は、画像形成条件を変更することを特徴とする請求項１又は２の画像形成装置。
4. 前記画像濃度検知手段は、レジストレーション制御のためのレジストレーション補正用画像の検知手段を兼ねることを特徴とする請求項１、２又は３の画像形成装置。
5. それぞれ異なる色のトナーを備える複数の前記現像容器と、それぞれの現像容器の開口部に配設された複数の前記現像剤担持体と、を有し、前記画像濃度制御用画像の濃度は、単数若しくは複数の前記像担持体上に形成したそれぞれ異なる色のトナーから成る複数の前記画像濃度制御用画像を前記被転写体に転写した後に該被転写体上で、１つの前記画像濃度検知手段により検知することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の画像形成装置。
   
   

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