JP2006154582A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像面積率が低い時のトナー濃度検知手段の誤検知に起因する画像品質の低下を防止することが可能なトナー補給制御を行う画像形成装置を提供する。
【解決手段】 トナー濃度検知センサが誤検知するトナー消費量となるような低い画像面積率である場合、つまり、画像面積率が３．０％以下の場合、トナー濃度検知センサの検知結果をトナー補給制御に反映させず、プリントした画像のドットカウントに基づいてトナー補給制御を行う。
【選択図】 図８

Description

本発明は、複写機、ファックス、プリンタ等の画像形成装置に係り、詳しくは、キャリアとトナーからなる２成分の現像剤を用いる画像形成装置に関するものである。

従来、このような画像形成装置においては、現像装置によりトナー及びキャリアからなる二成分系現像剤を用いて可視像を形成し、これを記録紙に記録している。２成分系現像剤を用いる場合、現像装置内の現像剤中のトナー濃度が記録画像の濃度に影響を与える。そのため、現像装置に設けられたトナー濃度検知手段でトナー濃度を検知し、トナー濃度が低くなったときにはトナーを補給してトナー濃度が目標濃度値に保たれるように制御している。しかし、現像装置内のトナー濃度を目標濃度値に保ったとしても、感光体等の被現像像担持体の特性や現像剤特性の経時的な劣化等により、現像像の画像濃度を所望の濃度に保てないことから、目標濃度値を定期的に補正しながら、トナー補給制御を行っている。具体的には、検出用に形成した画像のトナー付着量を、その画像からの反射光量を検出し反射光量に比例する検出出力によって検知する。そして、この検出出力が基準の出力値より大きい場合には、トナー付着量不足と判断する。このようにトナー付着量不足と判断された場合には、目標濃度値をより高めのトナー濃度に対向する値に補正する。

また、特許文献１の画像形成装置は、トナー濃度検知手段として現像剤中の透磁率を検知する透磁率センサを用いている。原稿の画像面積率、連続コピー枚数、前回のプリントからの停止時間等の条件によって、透磁率センサからの出力値を補正している。そして、現像剤のトナー濃度が目標濃度値であるときの透磁率センサの出力値をトナー濃度基準値とし、透磁率センサの出力値を補正した値とトナー濃度基準値とに基づいて、トナー濃度制御を行うものである。

特開平２００２−４０７９４号公報

上述した透磁率センサを検知するトナー濃度検知手段は、現像剤中のキャリアの磁気特性を電気信号（周波数、電圧等）としてとらえる。そして、トナー濃度が高くなるほど検出出力が単調に小さくなるような特性を持っている。透磁率センサは、現像剤中のキャリア以外のものをトナーとみなし、現像剤中の空隙もトナーとして検知する。そのため、何らかの理由によってトナーの帯電量が上がってトナー同士の反発力が増す。トナーの帯電量が増すとキャリアに生じるカウンターチャージも上がってキャリア同士の反発力も増す。トナー同士及びキャリア同士の反発力が増すと、現像剤の空隙率が高くなる。現像剤の空隙率が高くなった場合には、透磁率センサはこの空隙もトナーとしてとらえる。これにより、現像剤の空隙率が高くなった状態での検出出力の値は同じトナー濃度で空隙の少ない状態の値に比べて小さくなりやすく、実際のトナー濃度よりも高く検知する誤検知が生じる。

画像面積率が低い画像をプリントした場合、トナー消費量が少ないため、現像装置内に補給されたトナーが滞留したまま攪拌され続ける。これにより、キャリアとトナーの接触機会が増え、トナー及びキャリアの帯電量が上がり現像剤の空隙率が上がって透磁率センサの検知出力が小さくなりやすい。
そして、実際のトナー濃度よりも高いトナー濃度であると検知され、必要な量のトナーが補給されず、新たなトナーが不足している状態でトナー帯電量が上がった現像剤が攪拌されつづける。このように画像面積率が低い画像をプリントした場合、トナー消費量が少なく、現像器内のトナーが攪拌され続けるため、トナー添加剤が埋没するなど、トナーの劣化が生じる。劣化したトナーは帯電されにくく、弱帯電トナーとなる。転写されにくい弱帯電トナーが増加すると、部分的な転写不良が発生し、画像のボソツキなどの画像品質の低下につながる。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、画像面積率が低い時のトナー濃度検知手段の誤検知に起因する画像品質の低下を防止することが可能なトナー補給制御を行う画像形成装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、形成する画像情報を入力する画像情報入力手段と、像担持体表面を帯電させるための帯電手段と、該像担持体上に該画像情報に基づいて静電潜像を形成するための潜像形成手段と、キャリアとトナーからなる２成分の現像剤を用いて該静電潜像を現像してトナー像化する現像装置と、該現像装置内の現像剤中のトナー濃度検知するトナー濃度検知手段と、該現像装置内にトナーを補給するトナー補給手段とを有し、該トナー濃度検知手段の検知結果に基づいて該トナー補給手段による現像装置内へのトナー補給制御を行う画像形成装置において、該画像情報から形成画像の画像面積率を算出する画像面積率算出手段と、該画像情報から形成画像のドットカウントを算出するドットカウント算出手段とを有し、画像面積率算出手段によって算出された画像面積率が低い場合、トナー濃度検知手段の検知結果をトナー補給制御に反映させず、該画像情報の該ドットカウントに基づいてトナー補給制御を行うことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記画像面積率算出手段によって算出された画像面積率が低い場合は、上記トナー濃度検知手段が誤検知するトナー消費量となるような低い画像面積率である場合であることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、該画像面積率算出手段の算出した画像面積率と所定の画像面積率とを比較する画像面積率比較手段とを有し、上記画像面積率算出手段によって算出された画像面積率が低い場合は、該画像面積率比較手段により該画像面積率算出手段の算出した画像面積率が所定の画像面積率以下との判断がなされた場合であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の画像形成装置において、上記所定の画像面積率は、３．０％であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の画像形成装置において、上記トナー濃度検知手段は２成分現像剤の透磁率を検知することにより現像剤中のトナー濃度を検知するものであることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３、４または５の画像形成装置において、上記ドットカウントから求められるトナー消費量よりも多くのトナーを補給することを特徴とするものである。

上記請求項１乃至６の画像形成装置においては、画像面積率算出手段の算出した画像面積率が低い場合、トナー濃度検知手段の検知結果をトナー補給制御に反映させず、該画像情報のドットカウントに基づいてトナー補給制御を行う。これにより、画像面積率が低いプリントを行う場合に生じるトナー濃度検知手段の誤検知が、トナー補給制御に影響しない。

請求項１乃至６の発明によれば、プリントする画像の画像面積率が低い状態でのトナー濃度検知手段の誤検知がトナー補給制御に影響せず、トナー濃度検知手段の誤検知に起因する画像品質の低下を防止することができるという優れた効果がある。

以下、本発明を適用した画像形成装置の実施形態の一例として、電子写真方式のプリンタ１００（以下、単にプリンタという）について説明する。まず、プリンタ１００の基本的な構成について説明する。図１は、プリンタ１００の概略構成図である。図１において、プリンタ１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（以下、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと記す）のトナー像を生成するための４つのプロセスカートリッジ６Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを備えている。これらは、画像形成物質として、互いに異なる色のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっており、寿命到達時に交換される。Ｙトナー像を生成するためのプロセスカートリッジ６Ｙを例にすると、図２に示すように、ドラム状の像担持体としての感光体１Ｙ、ドラムクリーニング装置２Ｙ、除電装置（不図示）、帯電手段としての帯電装置４Ｙ、現像装置５Ｙ等を備えている。このプロセスカートリッジ６Ｙは、プリンタ１００本体に脱着可能であり、一度に消耗部品を交換できるようになっている。

帯電装置４Ｙは、図示しない駆動手段によって図中時計回りに回転せしめられる感光体１Ｙの表面を一様帯電せしめる。一様帯電せしめられた感光体１Ｙの表面は、レーザ光Ｌによって露光走査されてＹ用の静電潜像を担持する。このＹの静電潜像は、Ｙトナーを用いる現像装置５ＹによってＹトナー像に現像される。そして、中間転写ベルト８上に中間転写される。ドラムクリーニング装置２Ｙは、中間転写工程を経た後の感光体１Ｙ表面に残留したトナーを除去する。また、除電装置は、クリーニング後の感光体１Ｙの残留電荷を除電する。この除電により、感光体１Ｙの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。他のプロセスカートリッジ６Ｍ、Ｃ、Ｋにおいても、同様にして感光体１Ｍ、Ｃ、Ｋ上にＭ、Ｃ、Ｋトナー像が形成され、中間転写ベルト８上に中間転写される。

現像装置５Ｙには現像剤収容部５３Ｙ及び５４Ｙがあり、その中の現像剤を現像剤攪拌搬送スクリュ５５Ｙによって現像剤を攪拌しながら搬送を行う。現像剤収容部５４Ｙの下方には現像装置５内の現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段としてのトナー濃度センサ５６Ｙを備えている。そして、トナー濃度センサ５６Ｙにより現像装置５Ｙ内のトナー濃度が低下したことが検知されると、トナーボトル３２Ｙ内のトナーが現像剤収容部５４Ｙの上方から補給される。トナー補給の制御についての詳細は後述する。

先に示した図１において、プロセスカートリッジ６Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの図中下方には、露光装置７が配設されている。潜像形成手段たる露光装置７は、画像情報に基づいて発したレーザ光Ｌを、プロセスカートリッジ６Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋにおけるそれぞれの感光体１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに照射して露光する。この露光により、感光体１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ上にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の静電潜像が形成される。なお、露光装置７は、光源から発したレーザ光Ｌを、モータによって回転駆動したポリゴンミラーで走査しながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体に照射するものである。
上述の画像情報は、不図示の原稿読み込み手段により紙面等の原稿上の画像を読み込み、画像情報として入力するものや、不図示のパソコンで作成した画像を画像情報として入力するものである。

露光装置７の図中下側には、紙収容カセット２６、これらに組み込まれた給紙ローラ２７、レジストローラ対２８など有する給紙装置が配設されている。紙収容カセット２６は、記録体たる転写紙Ｐが複数枚重ねて収納しており、それぞれの一番上の転写紙Ｐには給紙ローラ２７が当接している。
給紙ローラ２７が図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転せしめられると、一番上の転写紙Ｐがレジストローラ対２８のローラ間に向けて給紙される。レジストローラ対２８は、転写紙Ｐを挟み込むべく両ローラを回転駆動するが、挟み込んですぐに回転を一旦停止させる。そして、転写紙Ｐを適切なタイミングで後述の２次転写ニップに向けて送り出す。
かかる構成の給紙手段においては、給紙ローラ２７と、タイミングローラ対たるレジストローラ対２８との組合せによって搬送手段が構成されている。この搬送手段は、転写紙Ｐを収容手段たる紙収容カセット２６から後述の２次転写ニップまで搬送するものである。

プロセスカートリッジ６Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの上方には、中間転写体たる中間転写ベルト８を張架しながら無端移動せしめる中間転写ユニット１５が配設されている。この中間転写ユニット１５は、中間転写ベルト８の他、４つの１次転写バイアスローラ９Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、中間転写ベルトクリーニング装置１０などを備えている。また、２次転写バックアップローラ１２、クリーニングバックアップローラ１３、テンションローラ１４なども備えている。
中間転写ベルト８は、これら３つのローラに張架されながら、少なくとも何れか１つのローラの回転駆動によって図中反時計回りに無端移動せしめられる。１次転写バイアスローラ９Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、このように無端移動せしめられる中間転写ベルト８を感光体１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋとの間に挟み込んでそれぞれ１次転写ニップを形成している。
１次転写バイアスローラ９Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは中間転写ベルト８の裏面（ループ内周面）にトナーとは逆極性（例えばプラス）の転写バイアスを印加する方式のものである。１次転写バイアスローラ９Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを除くローラは、全て電気的に接地されている。中間転写ベルト８は、その無端移動に伴ってＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の１次転写ニップを順次通過していく過程で、感光体１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ上のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋトナー像が重ね合わせて１次転写される。これにより、中間転写ベルト８上に４色重ね合わせトナー像（以下、４色トナー像という）が形成される。

２次転写バックアップローラ１２は、２次転写ローラ１９との間に中間転写ベルト８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。中間転写ベルト８上に形成された４色トナー像は、この２次転写ニップで転写紙Ｐに転写される。２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト８には、転写紙Ｐに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、中間転写ベルトクリーニング装置１０によってクリーニングされる。

２次転写ニップにおいては、転写紙Ｐが互いに順方向に表面移動する中間転写ベルト８と２次転写ローラ１９との間に挟まれて、レジストローラ対２８側とは反対方向に搬送される。２次転写ニップから送り出された転写紙Ｐは、定着装置２０のローラ間を通過する際に熱と圧力とにより、表面に転写された４色トナー像が定着される。その後、転写紙Ｐは、排紙ローラ対２９のローラ間を経て機外へと排出される。プリンタ本体の上面には、スタック部３０が形成されており、排紙ローラ対２９によって機外に排出された転写紙Ｐは、このスタック部３０に順次スタックされる。

図１において、２次転バックアップローラ１２の上方には画像濃度検知手段としての反射型フォトセンサ４０が配設されており、中間転写ベルト８上の光反射率に応じた信号を出力するように構成されている。この反射型フォトセンサ４０には、拡散光検出型か正反射光検出型のうち、中間転写ベルト８の表面の反射光量と、後述の基準パターン像の反射光量との差を十分な値にし得る方が用いられる。なお、反射型フォトセンサ４０の役割については後述する。

図３はプリンタ１００の電気回路の一部を示すブロック図である。図３において制御部１５０はそれぞれ電気的に接続されたプロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ、露光装置７、紙収容カセット２６、レジストローラ対２８、中間転写ユニット１５、反射型フォトセンサ４０、トナー濃度センサ５６などを制御する。また、制御部１５０は、演算部などを制御するＣＰＵ１５０aと、データを記憶するＲＡＭ１５０ｂとを備えている。なお、制御部１５０は、画像情報から形成画像の画像面積率を算出する画像面積率算出手段としての機能や画像情報から形成画像のドットカウントを算出するドットカウント算出手段としての機能を有している。さらに、制御部１５０は、算出した画像面積率と所定の画像面積率との値を比較する画像面積率比較手段としての機能を有している。

制御部１５０は、図示しない主電源の投入時や、所定時間経過した後の待機時、所定枚数以上のプリントを出力したあとの待機時など、所定のタイミングで、各トナー像形成部６の像形成性能などの作像性能を試験するように構成されている。具体的には、この所定のタイミングが到来すると、まず、反射型フォトセンサ４０の校正を行う。作像しない状態で、フォトセンサの発光光量を順次変化させ、検知電圧が４．０Ｖ±０．２Ｖとなる発光光量を求める。この発光光量をパッチパターンのトナー付着量検知時に用いる。
次に感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを回転しながらそれぞれ一様に帯電せしめる。この帯電については、通常のプリント時における一様な帯電（例えば−５００Ｖ）とは異なり、その電位の絶対値を徐々に大きくしていくようにする。そして、レーザＬの走査によって基準パターン像用の静電潜像を形成しながら、現像装置５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋで現像する。この現像により、各色のバイアス現像パターン像が感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に形成される。なお、現像の際、制御部１５０は、それぞれの現像装置５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの現像ローラ２２に印加される現像バイアスの値も徐々に高くしていくように制御する。このようにして、画像濃度が薄い基準パターン像から作像され徐々に濃い基準パターン像が作像される。この基準パタ−ン像の作像方法については、後程詳細を述べる。
また、帯電・現像バイアスを共に徐々に下げれば、画像濃度が濃いパターンから作像して徐々に薄いパターンを作像することができる。しかし、一般的に高圧電源は電圧を下げるほうが電圧を上げるよりも時間がかかるため、パターン作像時間が長くなるという欠点がある。

これら各色の基準パターン像は、中間転写ベルト８上に重なり合わずに並ぶように転写される。この各基準パターン像は、中間転写ベルト８の無端移動に伴って反射型フォトセンサ４０との対向位置を通過する際、その光反射量が検知され、電気信号として上記制御部１５０に出力される。制御部１５０は、反射型フォトセンサ４０から順次送られてくるこの出力信号に基づいて、各基準像の光反射率を演算し、濃度パターンデータとしてＲＡＭ１５０aに格納していく。また、反射型フォトセンサ４０との対向位置を通過した基準パターン像は、中間転写ベルトクリーニング装置１０によってクリーニングされる。

図４は上述の基準パターン像を説明する模式図である。図おいて、各色の基準パターン像のブロックを基準像ブロックＰ（Ｐｙ、Ｐｍ、Ｐｃ（不図示）、Ｐｋ（不図示））にて示す。４つの基準像のブロックのうち代表として基準像ブロックＰｙについて説明すると、基準像ブロックＰｙは、互いに間隔１３［ｍｍ］を置いて並ぶ１０個の基準像Ｐｙ_１〜Ｐｙ_１０で構成されている。プリンタ１００において、各基準像は縦１３［ｍｍ］、横１５［ｍｍ］の１３×１５［ｍｍ^２］大きさで、１３［ｍｍ］の間隙を介して形成される。よって、中間転写ベルト８上の基準像ブロックＰｋ、Ｐｃ、Ｐｍ、Ｐｙの長さはそれぞれ２４７［ｍｍ］となる。基準像ブロックＰｋ、Ｐｃ、Ｐｃｍ、Ｐｙは、プリントプロセス時に形成される各色のトナー像とは異なり、中間転写ベルト８上に重なり合わずにＰｋ、Ｐｃ、Ｐｍ、Ｐｙの順に並ぶようにタイミングをずらして作像され、中間転写ベルト８に転写される。

図４において、中間転写ベルト８を備える中間転写ユニット１５の図中右上側には、画像検知手段としての反射型フォトセンサ４０が配設されている。中間転写ベルト８上の各基準パターン像は無端移動に伴って移動して反射型フォトセンサ４０に検知された後、中間転写ユニット１５のクリーニング装置１０にて除去される。

反射型フォトセンサ４０は、基準像ブロックＰｋ、Ｐｃ、Ｐｍ、Ｐｙを構成する各基準像パターンからの反射光量を次のような順序で検知する。即ち、基準像ブロックＰｋの１０個の基準像Ｐｋ_１〜Ｐｋ_１０、基準像ブロックＰｃの１０個の基準像Ｐｃ_１〜Ｐｃ_１０、基準像ブロックＰｍの１０個の基準像Ｐｍ_１〜Ｐｍ_１０、基準像ブロックＰｙの１０個の基準像Ｐｙ_１〜Ｐｙ_１０、という順序で検知する。この際、各基準像の光反射量に応じた電圧信号を後述する方法で検知し、制御部１５０に順次出力する。制御部１５０は、反射型フォトセンサ４０から順次送られてくるこの電圧信号に基づいて、各基準像の画像濃度を順次演算してＲＡＭ１５０ｂに格納していく。
基準像ブロックＰｋ、Ｐｃ、Ｐｍ、Ｐｙのそれぞれ１０個の基準像が感光体１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋで作像されるときの作像条件を表１に示す。なお、レーザ光Ｌの強度については、感光体１上のドラム帯電電位に関わらず、基準像の静電像を−５０Ｖまで減衰せしめるような強度とする。

表１において、（１）〜（１０）は一つの基準像ブロックの先端から後端にかけて１番目から１０番目に形成される基準像を示している。すなわち、トナー像形成部である各プロセスカートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋにおいて、それぞれドラム帯電電位と現像バイアスとをそれぞれ徐々に高い値に切り替えながら（１）〜（１０）の基準像を形成する。これら１０個の基準像は、後に形成されるものほど、高い現像ポテンシャル（静電潜像の電位と現像バイアスとの差）で現像されるため、画像濃度が高くなる。

各画像濃度の基準像を反射型フォトセンサ４０で検知した各基準像検知出力は次に示す方法でトナー付着量に変換される。図５は反射型フォトセンサ４０のセンサ検知出力［Ｖ］と中間転写ベルト８上のトナー付着量［ｍｇ／ｃｍ^２］の関係を示すグラフである。このセンサ検知出力とトナー付着量との関係はＲＡＭ１５０ｂに格納されている。各色１０個の基準像の検知出力をＲＡＭ１５０ｂ内の図５に示した検知電圧とトナー付着量の関係を用いてＣＰＵ１５０ａにて基準像のトナー付着量へ変換し、ＲＡＭ１５０ｂに格納していく。ここで、トナー付着量をＲＡＭ１５０ｂに格納すると同時に、各色の基準パターンの作像条件から基準パターンの現像ポテンシャルを推定し、基準パターンの情報もＲＡＭ１５０ｂに格納する。

上述の工程はＰｋ、Ｐｃ、Ｐｍ、Ｐｙの順に順次行う。ここで得られた、各基準パターンの現像ポテンシャルとトナー付着量とがの関係をＸ−Ｙ平面上にプロットしたグラフを図６に示す。
図６はＸ軸に現像ポテンシャル（単位［Ｖ］）を、Ｙ軸に単位面積当たりのトナー付着量Ｍ／Ａ（単位［ｍｇ／ｃｍ^２］）を割り振っている。このプロットしたデータより直線区域を選択し、区間内のデータに対して最小自乗法を適用することにより直線近似を行って得られる直線方程式（Ａ：Ｙ＝Ａ_１×Ｘ＋Ｂ_１）を各色毎に計算する。
この直線方程式（Ａ）により、目標の付着量が得られるポテンシャルを計算し、作像条件にフィードバックすることで画像濃度維持を図っている。

次に、現像装置５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ内の現像剤中のトナー濃度の変化に伴う、トナー補給の制御について説明する。なお、トナー補給はプリント動作中に行われ、その制御も制御部１５０にて行われる。
図７は１枚の記録紙に対するプリント動作時のフローチャートである。プリントが開始（Ｓ１）されると画像情報が読み込まれ、これに基づいて画像形成がなされる。そして画像形成と同時に現像装置５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに対して、トナー補給（Ｓ２）が行われる。このときの補給量は前回のプリントの時に算出された補給量である。トナーの補給が終わるとトナー濃度センサ５６により、現像剤の透磁率を検知し、その検知出力としてＶｔが出力される。そして、プリント終了（Ｓ４）後に上述のプリント動作で消費したトナーを次回の画像形成時に補給するために、次回トナー補給量算出（Ｓ５）を行い、算出した次回トナー補給量をＲＡＭ１５０ｂに格納する。

次に、上述のプリント動作時のフローチャートにおける、次回トナー補給量算出について説明する。図８は制御部１５０で行われる次回トナー補給算出のフローチャートである。
プリント動作が終了すると、終了したプリントの画像面積率が３．０％より大きいか、３．０％以下であったかを検証する（Ｃ１）。終了したプリントの画像面積率が３．０％よりも大きかった場合は、トナー濃度センサ５６による検知誤差が小さいので、トナー濃度センサ５６の検知結果を反映したトナー補給制御を行うようトナー補給量を算出する（Ｃ２）。終了したプリントの画像面積率が３．０以下の場合、画像情報からドットカウントを求め、このドットカウントに基づいたトナー補給制御を行うようトナー補給量を算出する（Ｃ３）。

次に、終了したプリントの画像面積率が３．０％より大きかった時の、トナー濃度センサ５６の検知結果を反映したトナー補給制御について、具体的に説明する。トナー濃度センサ５６の検知結果としては、図７におけるＳ３で求めた、現像剤の透磁率の検知出力であるＶｔを用いる。そして、プリント動作時に検知したＶｔと現像剤中の濃度が好適な状態である時のＶｔをあらかじめ検知しておき、その値と比較することでトナー補給量を算出する。
なお、現像剤中のトナー濃度が好適な状態である時のＶｔは、以後、トナー濃度制御基準値と呼び、「Ｖｔｒｅｆ」と示す。そして、このトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆについては、上で述べた作像性能を試験する時に、基準像の濃度を検知すると共に、現像剤中の透磁率を検知する。この検知出力をＲＯＭ１５０ｂに格納しておき、基準パターン像が良好な状態であれば、現像剤中のトナー濃度も好適な状態であるとして、このときの検知出力Ｖｔをトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆとして用いる。トナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆは作像性能を試験する度に更新される。このＶｔｒｅｆはＶｔ及びＶｔｒｅｆを用いて求めるトナー補給量の算出式を式１、式２に示す。

（式１）
トナー補給量＝α×（Ｖｔ−Ｖｔｒｅｆ）／Ｔセンサ感度（Ｖｔ＞Ｖｔｒｅｆの場合）
（式２）
トナー補給量＝０ （Ｖｔ≦Ｖｔｒｅｆの場合）

プリント時のトナー濃度センサ５６の検出出力Ｖｔがトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆ以下の場合は、現像剤中のトナー濃度が好適な状態よりも現像剤中にキャリアが占める割合が少ない状態である。このとき、現像剤中のトナー濃度は画像形成に十分な量であるとして、式２に示すようにトナー補給は行われない。一方、プリント時のトナー濃度センサ５６の検出出力Ｖｔがトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆより大きい場合は、現像剤中のトナー濃度が好適な状態よりも現像剤中にキャリアが占める割合が多い状態である。キャリアの割合が多いということは、トナー濃度が低い状態であるので、トナー補給が行われる。このときのトナー補給量は式１によって求められる。式１中のＴセンサ感度はトナー濃度センサの感度であり、αは比例係数でトナー濃度センサの検知に対する補給量の応答性を決める係数である。本実施例ではα＝０．３とする。

次に、終了したプリントの画像面積率が３．０％以下である時の、トナー濃度センサ５６の検知結果を反映しないトナー補給制御について説明する。以下の式３は、終了したプリントの画像面積率が３．０％以下である時の、ドットカウントに基づいたトナー補給量の算出式である。

（式３）
トナー補給量＝ドットカウント×１ドットあたりのトナー消費量

トナー補給制御について、プリント時に一定以上のトナー消費がされる場合、式１及び式２で示したトナー補給量を補給する、トナー濃度センサ５６の検知結果に基づいた補給制御でほぼトナー濃度を一定に制御可能である。しかし、トナー消費が少ない場合、すなわち画像面積率が低いプリントの場合、トナー消費が少ないため、トナー及びキャリアの帯電量が上がってトナー同士及びキャリア同士の反発力が増し、現像剤の空隙率が高くなる。そのため、トナー補給無しの状態でもトナー濃度センサ５６の検知出力Ｖｔが下がってトナー濃度検知にズレが生じる。そして、トナー消費量がトナー濃度検知のズレに対して小さいためトナー補給されないままプリント動作が続いてしまうことがある。そこで、１枚あたりの画像面積率が３．０％以下と小さい場合には式（１）、（２）を適用するＣ２ではなく、Ｃ３のドットカウントを用いて以下の式でトナー補給量を算出する。この画像面積率が３．０％以下である状態は、プリンタ１００において、トナー濃度検知手段であるトナー濃度センサ５６が誤検知するほどトナー消費量が少なくなるような低い画像面積率である状態である。

ドットカウントを用いるトナー補給量の算出は、画像情報から求められるドットカウントと、あらかじめデータとして入力されている１ドットあたりのトナー消費量とから、プリントにより消費されたトナー補給量を計算して求めるものである。つまり、実際のトナー濃度をトナー補給量の算出に反映するものではない。実際のトナー濃度を検知せず、ドットカウントのみで補給しつづけると、ドットカウントに基づくトナー補給量とトナー消費量との誤差が積み重なって、実際のトナー濃度と計算上のトナー濃度とに開きが生じる。実際のトナー濃度と計算上のトナー濃度とに開きが生じても、それを補正する構成を有さないため、通常ドットカウントを用いたトナー補給量制御はトナー濃度センサを用いたトナー補給制御と比較して、誤差が生じ易い。しかし、贋造面積率が低い場合は補給量自体少量なので、ドットカウントに基づくトナー補給量とトナー消費量との誤差が小さく、影響が小さい。そして、トナー消費量を計算で求めるためトナー濃度センサを用いた場合よりも精度が向上する。
このように、画像面積率が低い場合には、ドットカウントに基づいて補給するトを使用することで、トナー消費量にあわせて少量ずつトナー補給可能となり、画像のボソツキなどの画像品質の低下が避けられる。

図７で示したプリント動作及び図８で示した次回トナー補給量の算出は、プリント１枚ごとに行っている。そして、画像面積率が３％より大きいプリントと、画像面積率が３％以下のプリントとが混ざった画像情報を連続プリントする場合もプリント１枚ごとに次回トナー補給量を算出し、次の１枚のプリント時にトナー補給している。
トナー補給量については、上述のように一枚プリントするごとに算出するものに限らず、複数枚のプリントを行った後にトナー補給量を算出しても良い。この場合、所定の枚数のプリントの画像情報から画像面積率の平均値を算出し、この平均値が３．０％より大きければ、次の所定の枚数をプリントする間、トナー濃度センサ５６の検知結果に基づくトナー補給制御を行う。一方、平均値が３．０％以下であれば、次の所定の枚数をプリントする間、ドットカウントに基づくトナー補給制御を行う。

以上、本実施形態によれば、トナー濃度センサ５６が誤検知するトナー消費量となるような画像面積率が低い場合、つまり、画像面積率比較手段としての機能を有する制御部１５０により、プリントした画像の画像面積率が３．０％以下との判断がなされた場合は、トナー補給制御として、次のプリント時のトナー補給量を算出する際にトナー濃度センサ５６の検知結果を反映させず、画像情報のドットカウントに基づいてトナー補給制御としての次回トナー補給量を算出する。これにより、画像面積率が低いプリントを行う場合に生じるトナー濃度検知手段の誤検知が、トナー補給制御に影響することを防止し、トナー濃度検知センサ５６の誤検知に起因する画像品質の低下を防止することができる。さらに、画像情報のドットカウントに基づいてトナー補給制御としての次回トナー補給量を算出するため、トナー消費量が少ない状態でも、より精度の高いトナー補給を行うことができる。
特に、現像剤の透磁率を検知するトナー濃度センサ５６は、空隙もトナーとして検知するため、トナー消費量が少ない状態が続くと誤検知しやすいが、本実施形態のプリンタ１００であれば、誤検知に起因する画像品質の低下を防止することができる。

［変形例］
上述の実施形態では、ドットカウントに基づいてトナー補給制御を行う場合は、計算上のトナー消費量だけ補給するようにしている。しかし、実際のトナー消費量が計算上のトナー消費量よりも多かったり、トナー補給手段の駆動誤差により算出したトナー補給量よりも補給されたトナー量が少なかったりすることがある。現像剤中のトナー濃度が低下すると、トナー及びキャリアの帯電量が増加しやすい。トナー及びキャリアの帯電量が増加すると、現像剤の空隙率が高くなり、トナー濃度センサの検知結果に基づいてトナー補給制御を行う際に誤差が生じやすい。これを防止するために、ドットカウントに基づいてトナー補給制御を行う場合は、計算上のトナー消費量よりも多くのトナーを補給するようにしてもよい。
以下、変形例として、ドットカウントに基づいてトナー補給制御を行う場合に、計算上のトナー消費量よりも多くのトナーを補給する構成について説明する。なお、トナー濃度センサ５６の検知結果に基づいて補給する場合の構成は、上述の実施形態と同様であるので、説明は省略する。

変形例において、ドットカウントに基づいてトナー補給制御を行う場合のトナー補給量は以下の式４によって求められる。
（式４）
トナー補給量＝ドットカウント×１ドットあたりのトナー消費量＋β
式４において、βは画像濃度が下がらないようにするための、オフセット量で本変形例では２ｍｇとする。

画像のボソツキなどの画像品質の劣化は画像濃度が低くなると判別し易くなり、見た目の印象が悪くなる。そして、トナー消費量の少ない画像が連続する場合、トナー及びキャリアの帯電量が上がるため、トナー濃度が一定のままでは画像濃度が低下する。このため、トナー補給量を多めにすることが必要となる。
本変形例では、トナーの消費量が少ない、つまり、画像面積率が３．０％以下の場合、ドットカウントから算出されるトナー消費量よりもトナー補給量を多くすることで画像濃度低下を避け、より確実に画像品質の劣化を防ぐことができる。

本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。 プロセスカートリッジの概略構成図。 本実施形態に係る画像形成装置の制御部のブロック図。 中間転写ベルト上に形成される基準パターン像を示す模式図。 フォトセンサ検知出力とトナー付着量との関係を示すグラフ。 現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示すグラフ。 プリント動作のフローチャート。 次回トナー補給量算出のフローチャート。

符号の説明

１ 感光体
２ ドラムクリーニング装置
４ 帯電装置
５ 現像装置
６ プロセスカートリッジ
７ 露光装置
８ 中間転写ベルト
９ １次転写バイアスローラ
１０ 中間転写ベルトクリーニング装置
１２ ２次転写バックアップローラ
１３ クリーニングバックアップローラ
１４ テンションローラ
１５ 中間転写ユニット
１９ ２次転写ローラ
２０ 定着装置
２６ 紙収容カセット
２７ 給紙ローラ
２８ レジストローラ対
２９ 排紙ローラ対
４０ 反射型フォトセンサ
５６ トナー濃度センサ
１００ プリンタ
１５０ 制御部
１５０ａ ＣＰＵ
１５０ｂ ＲＡＭ

Claims (6)

1. 形成する画像情報を入力する画像情報入力手段と、
   像担持体表面を帯電させるための帯電手段と、
   該像担持体上に該画像情報に基づいて静電潜像を形成するための潜像形成手段と、
   キャリアとトナーからなる２成分の現像剤を用いて該静電潜像を現像してトナー像化する現像装置と、
   該現像装置内の現像剤中のトナー濃度検知するトナー濃度検知手段と、
   該現像装置内にトナーを補給するトナー補給手段とを有し、
   該トナー濃度検知手段の検知結果に基づいて該トナー補給手段による現像装置内へのトナー補給制御を行う画像形成装置において、
   該画像情報から形成画像の画像面積率を算出する画像面積率算出手段と、
   該画像情報から形成画像のドットカウントを算出するドットカウント算出手段とを有し、
   画像面積率算出手段によって算出された画像面積率が低い場合、
   トナー濃度検知手段の検知結果をトナー補給制御に反映させず、
   該画像情報の該ドットカウントに基づいてトナー補給制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、
   上記画像面積率算出手段によって算出された画像面積率が低い場合は、上記トナー濃度検知手段が誤検知するトナー消費量となるような低い画像面積率である場合であることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２の画像形成装置において、
   該画像面積率算出手段の算出した画像面積率と所定の画像面積率とを比較する画像面積率比較手段とを有し、
   上記画像面積率算出手段によって算出された画像面積率が低い場合は、
   該画像面積率比較手段により該画像面積率算出手段の算出した画像面積率が所定の画像面積率以下との判断がなされた場合であることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３の画像形成装置において、
   上記所定の画像面積率は、３．０％であることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１、２、３または４の画像形成装置において、
   上記トナー濃度検知手段は２成分現像剤の透磁率を検知することにより現像剤中のトナー濃度を検知するものであることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１、２、３、４または５の画像形成装置において、
   上記ドットカウントから求められるトナー消費量よりも多くのトナーを補給することを特徴とする画像形成装置。

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