JP2006330597A - 現像剤濃度制御装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 長期的に現像剤濃度を安定化させることができる現像剤濃度制御装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】 本発明の現像剤濃度制御装置は、トナーおよび磁性材料を含む２成分現像剤３２を収容し、トナー補給を受ける区画と、静電潜像を現像する現像部材が配置される区画とを備える現像装置１２と、区画内でのトナー濃度を検出するトナー濃度センサ３６と、トナーにより形成された、紙や中間転写体などの被転写体３８上のパターンの濃度を検出するパターン濃度センサとを含んでおり、作像処理終了後のトナー濃度センサ３６の出力値に対して設定された下限値とトナー濃度センサ３６の出力値とを比較して、トナー濃度センサ３６の値が下限値以下であり、かつパターン濃度センサにより取得されたパターンのパターン領域および非パターン領域の各出力値の比が設定値以下か否かの判断に応答してトナーを補給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真法による画像形成に関し、より詳細には、長期間、かつ広い作像状態の下で良好な画像品質を提供することを可能とする、現像剤濃度制御装置および画像形成装置に関する。

電子写真法を使用する複写機、プリンタなどの画像形成装置は、像担持体上に形成した静電潜像を現像剤により現像し、転写材上に現像剤を転写した後に定着を行ってプリント画像を形成する。このため、静電潜像を現像する現像剤を、所定の濃度に維持させることは、安定した濃度品質のプリント画像を与えるために重要な要素となる。また、フルカラー複写機においては、濃度階調性および色再現性などが画像品質に直接関連するために、画像の高濃度部分から低濃度部分までの広い濃度領域にわたり、現像剤の付着量に提供を与えるパラメータを、現像剤の濃度制御に反映させることが必要である。

現像剤の付着量に影響を与えるパラメータとしては、現像剤の摩擦帯電量を挙げることができる。特にトナーとキャリアとを使用する２成分現像剤では、トナーの摩擦帯電量は、トナー／キャリアの比（ＴＣ比）により変動を受け、さらに画像形成を行う際の環境、ランニング条件、機械的条件、およびセンサの検出感度のばらつきなどの影響を受ける。

また、ＴＣ比は、摩擦帯電量だけではなく、摩擦帯電量の分布に対しても影響を与え、現像剤中におけるトナー濃度が所定の割合を超えると、充分に電荷を有しない帯電不良トナーが発生し、トナー飛散および地肌汚れなどの画像欠陥が発生する。この理由としては、トナーとキャリアとの間の摩擦帯電では、トナーの割合が多すぎると、現像剤中に含まれるキャリアの表面がトナーで被覆され、この結果、トナーに対して摩擦帯電させることが可能なキャリア上で、トナーに被覆されておらずトナーに対して摩擦帯電を与えることができるサイトが相対的に低下することを挙げることができる。トナーの摩擦帯電量が低下する場合に、所定パターンの付着量を一定に制御すると、ＴＣ比が低下し、画像濃度不足や、画像濃度の高い領域でのキャリア付着などの画像不良が発生する、という不都合があった。

従来から上述した問題点に対応するために、種々の方法が開示されており、例えば、特開２００３−５７９３９号公報（特許文献１）では、トナー濃度センサを用い、トナー濃度センサの出力値に上限値および下限値を設定し、出力値が上限値または下限値を超えた時点で、エラー表示を行ない、画像形成動作を停止させてトナー濃度を制御する方法が開示されている。特開２００３−５７９３９号公報に開示された方法は、経時的および環境変動に対するトナー濃度の変動を一定の範囲内に抑えることは可能となる。しかしながら、トナー濃度以外にもトナー濃度センサの感度の不均一性やトナー濃度センサの現像装置への取り付けにおける不均一性があるので、上限値および下限値の設定が個々の画像形成装置で変動してしまうこと、さらに作像処理中にトナー濃度の上限値および下限値の検出を行なうので、作像動作中にトナー濃度が上限値または下限値で設定される範囲外となった場合、その段階でのコピー動作が停止されてしまうという不都合が生じる。

また、特許第３４５１４７０号明細書（特許文献２）は、初期充填時のトナー濃度センサの出力値Ｖｔｉを検出して記憶させ、この値を基準値Ｖｒｅｆとし、基準値Ｖｒｅｆをトナー濃度センサの上限値ＶｒｅｆＨおよび下限値ＶｒｅｆＬの範囲内で変化させる方法を開示している。特許第３４５１４７０号公報に開示された方法によれば、トナー濃度センサの感度の不均一性および取り付けの不均一性に基づく上限値および下限値の変動に対応してトナー濃度を制御することが可能となる。しかしながら、この方法では、基準とするセンサの出力値Ｖｒｅｆが下限値に近づきトナー濃度が高い状態に達してしまうと、トナー濃度−出力値の応答性の低い領域で制御を続けなければならないという問題点がある。また、作像環境やプリント画像の特性により、トナー濃度が高くなりがちな条件で画像形成装置が使用される場合には、センサ感度が低い領域でトナー濃度を検出しなければならず、ＴＣ比の制御性を低下させてしまうという不都合がある。

また、トナーの粒径や帯電制御剤などの特性に依存して、トナーの摩擦帯電量がプリント画像の画像面積に対して大きく依存する現像剤もある。このような現像剤で所定パターンの濃度を一定とするトナー濃度制御を行った場合、正確にトナー濃度を制御することができない場合も発生する。例えば、低画像面積で摩擦帯電量が増加する傾向のある現像剤は、低画像面積のプリント画像では、画像のボソツキが発生し、また高画像面積ではトナーの帯電量が低下してベタ画像部での階調表現が劣化する現象が発生する。この場合に、反射型濃度センサの出力を一定とする制御を行うと、低画像面積のパターンについては見かけ上の画像濃度が低下しトナー供給が行われるが、この状態が連続すると、トナー濃度センサの出力について設定された下限値によりトナー補給が制限されるので、摩擦帯電量の増加およびＴＣ比の低下に伴い画像濃度が低下する。この状態を続けるとさらにトナー濃度が低下して行き、この結果、摩擦帯電量が上昇して現像剤の流動性が低下し、最終的にはトナー濃度センサの誤検知が発生してしまう状況も発生する。
特開２００３−５７９３９号公報 特許第３４５１４７０号明細書

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明は、所定パターンの濃度およびトナー濃度を使用した現像剤濃度制御において、その時点で測定されたトナー濃度センサの出力値がＶｒｅｆＬより低い場合であっても、ＴＣ比を制御することができる、現像剤濃度制御装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、所定の作像処理が終了した時点でトナー濃度の検出を行い、検出されたトナー濃度の値および所定パターンの濃度の値に応答してトナー濃度を制御する。トナー濃度センサの出力値が下限値よりも小さい場合には、パターン濃度を使用した画像特性を評価し、Ｖｒｅｆを変更する制御以外に、強制的なトナー補給、トナー消費、またはＶｒｅｆＬの値をより小さな値に更新する処理を選択してトナー濃度を回復させる。このため、本発明によれば、画像形成装置に対して、長期的な観点から適切なトナー濃度範囲での画像形成を可能とさせる。

すなわち、本発明によれば、トナーおよび磁性材料を含む２成分現像剤を収容し、トナー補給を受ける区画と、静電潜像を現像する現像部材が配置される区画とを備える現像装置と、
前記トナー補給を受ける前記区画内でのトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、
前記トナーにより被転写体上に形成されたパターンの濃度を検出するパターン濃度センサと、
作像処理終了後に前記トナー濃度センサの出力値に対して設定された下限値と前記出力値とを比較して、前記出力値の値が前記下限値以下の場合に前記パターンのパターン領域および非パターン領域についてのパターン濃度センサ出力値の出力値比が設定値以下か否かの判断に応答して現像剤濃度を制御する制御装置と、
前記制御装置による前記出力値が下限値以下であり、かつ前記出力値比が前記設定値を超えたとの判断に応答して、前記区画にトナー補給を行うトナー供給装置とを備える、現像剤濃度制御装置が提供される。

本発明においては、前記現像剤濃度制御装置は、前記トナー補給の後にトナー消費を行うことができる。さらに、前記トナー補給が行われた回数をモニタする補給カウンタと作像カウンタとを備えており、前記補給カウンタおよび前記作像カウンタの値の比（ｍ／ｎ）が所定値を超えたと判断した場合に、前記下限値を変更することができる。本発明の前記現像剤濃度制御装置は、前記トナー濃度センサの出力値に対する基準値および上限値を設定し、前記基準値を、前記上限値と前記変更された下限値との間で設定することができる。本発明の前記制御装置は、前記制御装置は、前記出力値が前記下限値以下である場合にさらに前記出力値が前記下限値からオーバーシュート値を超えて小さいか否かを判断し、前記出力値が前記オーバーシュート値を超えて小さい値であって、前記パターン濃度センサにより取得された前記パターンのパターン領域および非パターン領域の濃度の比が設定値を超える場合、トナー補給に続いてトナー消費を行うことができる。

また、本発明によれば、像担持体と、
前記像担持体を帯電させるための帯電装置と、
前記帯電を変調する露光装置と、
トナーおよび磁性材料を含む２成分現像剤を収容し、トナー補給を受ける区画と、静電潜像を現像する現像部材が配置される区画とを備える現像装置と、
前記トナー補給を受ける前記区画内でのトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、
前記トナーにより被転写体上に形成されたパターンの濃度を検出するパターン濃度センサと、
作像処理終了後に前記トナー濃度センサの出力値に対して設定された下限値と前記出力値とを比較して、前記出力値の値が前記下限値以下の場合に前記パターンのパターン領域についての前記パターン濃度センサの出力値および非パターン領域の出力値の出力値比が設定値以下か否かの判断に応答して現像剤濃度を制御する制御装置と、
前記制御装置による前記出力値が下限値以下であり、かつ前記出力値比が前記設定値を超えたとの判断に応答して、前記区画にトナー補給を行うトナー供給装置と
を備える、画像形成装置が提供できる。

本発明の前記画像形成装置は、カラー画像形成装置とすることができる。

すなわち、本発明の請求項１の発明によれば、トナー濃度がＶｒｅｆＬよりも低い場合であっても作像処理を中断することなく、トナー濃度およびパターン濃度の両方を使用してＴＣ比を制御することを可能とする、現像剤濃度制御装置を提供することができる。

さらに、請求項２の発明によれば、トナーの供給があった場合、直後に現像剤に付着したトナーを消費させトナーの交換を行うことにより、現像剤の現像性を回復させることが可能な、現像剤濃度制御装置を提供することができる。

また、本発明の請求項３の発明によれば、トナー補給量と作像枚数とを使用して作像特性を判断し、作像特性に対応するようにＶｒｅｆＬを調整することを可能とする、現像剤濃度制御装置を提供することができる。

さらに、本発明の請求項４の発明によれば、ＶｒｅｆＬの更新された値に対応したトナー濃度制御を可能とする、現像剤濃度制御装置を提供することが可能となる。

また、本発明の請求項５の発明によれば、トナー濃度センサの出力値が、低すぎる場合を検出し、トナー交換処理を直接行うことで、現像剤の状態を回復させることが可能な、現像剤濃度制御装置を提供することができる。

さらに、本発明の請求項６の発明によれば、トナー濃度がＶｒｅｆＬよりも低い場合であっても作像処理を中断すること無くトナー濃度およびパターン濃度の両方を使用してＴＣ比を制御することが可能な、画像形成装置を提供することができる。

また、本発明の請求項７の発明によれば、トナー濃度がＶｒｅｆＬよりも低い場合であっても作像処理を中断すること無くトナー濃度およびパターン濃度の両方を使用してＴＣ比を制御することが可能なカラー画像形成装置が提供できる。

以下、本発明を図面に示した実施の形態を使用して説明するが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の画像形成装置１０の概略図を示す。本発明の画像形成装置１０は、現像装置１２と、感光体ドラムといった像担持体１６を備える感光体ユニット１４とを備えている。画像形成装置１０は、画像形成を行う場合には、像担持体１６が回動され、帯電部材１８に対して帯電バイアスが供給されて、像担持体１６へと所定の電位が与えられる。像担持体１６の電荷は、露光光学系（図示せず）により与えられる、レーザ光線またはＬＥＤなどの光線ＬＢにより像状に露光され、露光に応答して表面電荷がキャンセルされて像状の静電潜像が形成される。像担持体１６上の静電潜像は、その後、像担持体１６の回動に連れて現像装置１２へと搬送され、静電潜像の現像が行われる。

現像装置１２は、現像ユニット３０とトナー・カートリッジ２８とを備えており、現像ユニット３０は、磁性体を備える磁性ローラなどの現像部材２４と、搬送スクリュー２６ａ、２６ｂとを収容している。また、トナー・カートリッジ２８は、現像ユニット３０内にトナーを供給して、現像ユニット３０内での現像剤の濃度を所定の範囲内に保持させている。本発明の現像剤３２は、フェライト、マグネタイトなどの磁性体粉末を含む磁性キャリアとトナーとを含む２成分現像剤とされていて、現像部材２４に担持された後、現像部材２４の回動に連れて像担持体１６を摺擦し、静電潜像を現像している。

現像ユニット３０の搬送スクリュー２６ａ、２６ｂの間には、仕切板３４が設けられており、仕切板３４は、搬搬送スクリュー２６ａ、２６ｂの長さよりも短尺に形成され、搬送スクリュー２６ａ、２６ｂの両脇を通して、仕切板３４の前後に形成される２つ区画の間での現像剤の流通を可能としている。第１の区画は、現像部材２４、搬送スクリュー２６ａが配設され、像担持体１６へと現像剤３２を供給する区画とされる。また、第２の区画は、トナー補給を受ける区画であり、キャリアとフレッシュなトナーとを撹拌して第１の区画へと供給している。さらに第２の区画には、トナー濃度センサ３６が現像ユニット３０の壁を通して取り付けられていて、第２の区画でのトナー濃度を、透磁率を用いて検出している。

像担持体１６上に担持されたトナーは、その後、像担持体１６の回動と共に搬送され、転写写装置（図示せず）により印加される転写バイアスの下で紙または中間転写体などの被転写体３８へと転写される。トナーが転写された被転写材３８は、矢線Ａの方向へと搬送されてゆき、定着ローラなどを含む定着装置（図示せず）または２次転写装置などを使用してトナー像が転写材上に定着されて印刷物として提供される。トナーを転写した後の像担持体１６は、ブラシ・ローラ２０およびクリーニング・ブレード２２によりクリーニングされ、次の画像形成プロセスへと提供される。

図２は、本発明の画像形成装置１０の転写装置４０を、感光体ユニット１４に対する相対配置と共に示した図である。図２に示した転写装置４０は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂ）に対応する数の感光体ユニット１４からの転写を可能にするため、転写ベルト４２を備えている。転写ベルト４２は、駆動ローラ４４と複数の搬送ローラ４６の間に架け渡されて、矢線Ｂの方向へと搬送されている。転写ベルト４２には、バックアップ・ローラ５２およびバイアス・ブラシ５４により与えられるバイアス電圧が印加され、感光体ユニット１４のトナー像が転写される。なお、転写ベルト４２は、転写材（図示せず）が静電吸着されていてもよいし、中間転写体として使用される場合には、直接転写ベルト４２にトナー像が転写される。

転写装置４０は、さらに、濃度制御を行うための所定の基準パターンの濃度を測定する反射型濃度センサ（以下Ｐセンサとして参照する。）４８を備えていて、作成される基準パターンの濃度を測定し、トナー濃度の制御にその出力値をフィードバックしている。Ｐセンサ４８の下流側の適切な位置には、クリーニング部材５０が配置されており、転写ベルト４２のクリーニングを行っている。なお、本発明において、画像形成装置をフルカラー画像形成装置として適用する場合には、転写ベルト４２を中間転写体とし、クリーニング部材５０の位置は、中間転写体から紙などの転写材へと２次転写するための部材を配置することができるように適宜適切な位置に配置することができる。

図３は、本発明の現像装置１２の詳細な構成を示した分解斜視図である。図３（ａ）に示すように、本発明において使用する現像装置１２は、現像部材２４と、搬送スクリュー２６ａ、２６ｂと、搬送スクリュー２６ａ、２６ｂの間に配置され、搬送スクリュー２６ａ、２６ｂの搬送幅よりも短尺に形成された仕切板３４とを備えている。仕切板３４は、仕切板３４を隔てて前後に第１の区画と、第２の区画とを画成しており、第１の区画には、現像部材２４や搬送スクリュー２６ａが配設され、第２の区画には、搬送スクリュー２６ｂが配設されている。各搬送スクリュー２６ａ、２６ｂは、両端に配置された駆動ギア５６ａ、５６ｂにより互いに反対方向に回動され、図に示した実施の形態では、図３（ｂ）に示した矢線Ｃの方向へと現像剤を搬送し、仕切板３４の端部から、２つの区画の間で現像剤の流通を行いながら、トナーおよびキャリアを混合して摩擦帯電を付与している。

また、図３に示した本発明における現像装置１２は、トナー補給装置を備えており、トナー補給装置は、トナー・カートリッジ（図示せず）と、図３（ａ）に示されるように、トナー５８を搬送スクリュー２６ｂ側に補給する送出装置６０と、送出装置６０へとトナー５８を送るためのチューブ６２とを備えていて、要求される量のトナーを、現像ユニットの搬送スクリュー２６ｂ側の適切な位置へと供給している。

図４は、本発明において使用するトナー補給装置の概略図である。図４に示すように、本発明において使用するトナー補給装置は、トナー・カートリッジ２８と、送出装置５６と、ソレノイド６４と、ソレノイド６４で駆動されるエアポンプ６６とを備えている。図４に示したトナー補給装置は、ソレノイド６４の駆動に応答してエアポンプ６６から供給されるエアが、エアチューブ６８と、ノズル７０とを介してトナー・カートリッジ２８の内部へと送られる。ノズル７０の内部は、二重構造となっており、エアポンプ６６から供給されたエアは、ノズル７０の外管を通して下側開口７２から排出される。さらにトナーは、エアと共に上側開口７４からノズル内管およびチューブ６２を通して送出装置６０へと供給される。一方、送出装置６０は、搬送されたトナーを搬送するための搬送部材７６を備えており、搬送部材７６は、モータ（図示せず）により、矢線Ｄ方向に回転駆動されるシャフト７８の回転に応じて開口８０から現像ユニット３０へとトナー５８を補給している。

図５は、本発明の画像形成装置１０の制御ブロック図を示す。図５に示すように、本発明の画像形成装置１０は、制御装置（ＣＰＵ）８２により制御されており、ＣＰＵ８２は、少なくとも読出専用メモリ（ＲＯＭ）８４と、ランダムアクセス・メモリ（ＲＡＭ）８６とを含んでいて、ＲＯＭ８４に格納された制御プログラムに従って各センサおよびデバイスを制御し、読取られた画像や処理結果などをＲＡＭ８６に格納し、その処理に用いている。また、Ｔセンサ３６およびＰセンサ４８の出力は、それぞれＡ／Ｄコンバータ８８、９２へと入力され、Ａ／Ｄ変換された後、ＣＰＵ８２が含む制御プログラムを使用してトナー濃度制御処理が実行される。

Ｔセンサ３６としては、本発明の特定の実施の形態では、現像剤中の磁性体成分の量を、透磁率を使用して測定する透磁率検出測定型のセンサを使用するが、本発明では反射濃度を測定してトナー濃度を検知する光学センサを使用することもできる。また、Ｐセンサ４８は、本発明の説明している実施の形態では、正反射光センサが使用され、所定の設定値に対して濃度が高いか低いかに応答して、トナー補給制御を行う。また、本発明の他の実施の形態では、乱反射光センサを使用してトナー濃度を制御する制御方式を採用することができる。本発明において後述する出力値ＶｓｐおよびＶｓｇは、ともに、投光量に対する受光量の比を変換した電圧値である。投光の対象面にトナー量が多くなると、トナーによる光の吸収及び乱反射がされ、結果受光量が少なくなるので変換値であるそれら電圧値は低下し、逆にトナー量が少なくなるとトナーによる光の吸収や乱反射の作用が抑制され電圧値は上昇する。なお、本発明では、Ｔセンサ３６およびＰセンサについては、これまで知られたいかなる構成のセンサでも、画像形成装置の特定の用途に応答して適宜選択して使用することができる。

Ａ／Ｄコンバータ８８、９２は、例えば８ビットの分解能を有し、所定のサンプリング・タイミングが来ると、適切なサンプリング・レートでＴセンサ３６およびＰセンサ４８からのアナログ出力をサンプリングし、ディジタル変換を行って、そのデータをＣＰＵ８２へと渡している。ＣＰＵ８２は、各種タイミング信号およびセンサ信号を使用して作像プロセスのシーケンスに従って、例えば、モータなどの駆動デバイス１０６、現像デバイス１０８、トナーの補給を行う補給系デバイス１１０、像担持体への帯電を制御する帯電デバイス１１２、および各種バイアス供給デバイス１１４を制御している。なお、図５中、破線で示した領域が本発明における現像剤濃度制御装置９０を構成する機能モジュールを示す。

本発明の画像形成装置が行う通常処理を説明すると、作像枚数が例えば所定枚数に達したことを判断して、当該作像処理が終了した時点で、ＲＯＭ８４などに格納した基準濃度パターンを与える位置データ、色データ、および階調データを読出し、露光光学系に渡し、帯電デバイス１０２、駆動デバイス１０６を同期制御して像担持体上に基準パターンを形成させる。その後、ＣＰＵ８２は、パターン領域についてのパターン濃度センサの出力値（Ｖｓｐ）および基準パターンが形成されていない非パターン領域の出力値の比（Ｖｓｐ）／（Ｖｓｇ）を取得する。

画像形成装置１０は、ＲＯＭ８４、またはＲＯＭ８４以外に設けられたＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリに格納されたルックアップ・テーブルを参照し、判断した基準パターンの濃度が設定値よりも低ければ、Ｔセンサ３６の基準値Ｖｒｅｆをトナー濃度を増加させる方向へとシフトさせ、設定値よりも高ければ、基準値Ｖｒｅｆを、トナー濃度を減少させる方向へとシフトさせる。また、画像形成装置は、Ｔセンサの出力値の上限値および下限値に対応するＶｒｅｆＨおよびＶｒｅｆＬの値を参照して、Ｖｒｅｆの値を、ＶｒｅｆＨおよびＶｒｅｆＬの範囲内で設定している。

図６は、本発明の現像剤濃度制御装置の処理プロセスのフローチャートである。本発明の処理プロセスは、ステップ６００から開始し、ステップ６０１で、所定のジョブにおける最終作像が終了したことを判断し、ステップ６０２でＴセンサの出力を検出し、Ｖｔの値を取得する。ステップ６０３で取得したＶｔの値がＶｒｅｆＬの値よりも大きいか否かを判断し、Ｖｔの値がＶｒｅｆＬよりも大きい場合（ｙｅｓ）には、ステップ６０４で上述した通常処理を実行させ、ステップ６０５で通常のメインモータ、帯電制御、現像剤制御などについての終了シーケンスを実行させる。その後、処理プロセスは、ステップ６０６でジョブに関する一連の制御を終了させて、次のジョブ要求を待機する。この間、画像形成装置は、作像プロセス中にもＶｔを測定しており、Ｖｒｅｆの値と、Ｔセンサの出力Ｖｔを使用してΔＶ＝（Ｖｔ−Ｖｒｅｆ）を計算し、ルックアップ・テーブルなどに登録された制御データを参照してトナー補給を行っている。

ステップ６０３でＶｔの値がＶｒｅｆＬ以下であると判断した場合（ｎｏ）には、本発明に従い、ステップ６０７〜ステップ６１１の処理を実行する。ステップ６０７では、基準パターンを作成して、ステップ６０８で、パターン領域についての出力値Ｖｓｐを検出し、ステップ６０９で非パターン領域についての出力値Ｖｓｇを検出する。その後、ステップ６１０でこれらの比（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）の値（以下、出力値比として参照する。）を計算して設定値と比較を行い、（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）の値が設定値以下の場合（ｙｅｓ）には、トナー濃度が実際に高い条件でも、まだ充分なコントラストが得られているので、トナー濃度が高い状態に対しては現像バイアスのＰＷＭ制御の変更などで対応できるものとして、トナーを供給することなくステップ６０５へと分岐させて、その後の処理を実行させる。

ステップ６１０の判断において（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）の値が設定値を超える場合には、摩擦帯電量が高くなりすぎキャリアからのトナー離れが悪くなって見かけ上のトナー濃度が高く検知されてしまう状況が発生しているか、またはＶｓｇの値が増加、すなわち、摩擦帯電量が低下して地カブリが許容以上に発生しているか、またはＶｓｐの増加、すなわち摩擦帯電量が増加してその結果、濃度ウスが発生していると判断し、いずれの場合にでもトナーの摩擦帯電量が原因となった画像不良が生じているものとして以後に説明する処理を行う。本発明の第１の実施の形態では、ステップ６１０の判断において（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）の値が設定値、例えば１／１０を超えると判断した場合、トナーの供給がＶｒｅｆＬによりすでに制限されてしまうことになるので、ステップ６１１において定量トナー補給を実行する。定量トナー補給の補給は、一定時間補給系デバイスに制御信号を送り、図４に示したトナー補給装置のソレノイド６４およびモータを駆動して行う。また、本発明の別の実施の形態では、ＴセンサおよびＰセンサの出力をモニタしながらＶｓｐ／Ｖｓｇの値が一定値となるように各センサの値を登録したルックアップ・テーブルを参照してトナー補給量にフィードバック制御させることもできる。また、本発明では、基準パターンを、濃度階調パターンとして形成しておき、現像能力の傾きを補正するようにしてトナー補給を制御することもできる。なお、本発明では、出力値比（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）について設定される設定値は、画像形成装置の特定の設計または設定に応じて適宜設定でき、１／１０に限定されるものではない。

図７は、本発明の現像剤濃度制御装置の処理プロセスの第２の実施の形態の処理プロセスのフローチャートである。本発明の第２の実施の形態では、ステップ７０３〜ステップ７０６およびステップ７０７〜ステップ７１０の処理については、第１の実施の形態と同一なので、詳細な説明は省略する。図７に示した第２の実施の形態では、強制的な定量トナー補給を行う他に、作像処理を行わせ現像剤中のトナー入れ替えする、トナー交換処理を用いることにより、現像剤を強制的に適切な現像性を与えるように回復させる。

本発明におけるトナー交換処理は、ステップ７１１で定量トナー補給を行った後、ステップ７１２で一定面積の作像処理を行わせることにより、定量トナー消費処理を実行させ、キャリアにすでに付着しているトナーを消費させる。定量トナー消費の量については、本発明の特定の実施の形態では、作像領域の幅方向２９７ｍｍ、像担持体の周方向３０ｍｍ、周方向の間隔を約１００ｍｍとして、像担持体の１周分または所定サイズの面積のベタ画像を単位とすることができる。なお、本発明における定量トナー消費処理においても、トナー消費量を、ＲＯＭなどのメモリ内に別のルックアップ・テーブルとして格納しておき、適宜変更することができ、上述した面積に限定されるものではない。

図７に示した処理は、ステップ７１２で定量トナー消費を行った後、ステップ７０５へと進んで通常動作と同一のシーケンスで処理を終了させ、ステップ７０６で一連の処理を終了し、次のジョブ指令を待機する。なお、本発明の処理プロセスは、さらに他の実施の形態では、第１の実施の形態で説明したステップ６０３の判断において、（Ｖｔ−ＶｒｅｆＬ）の値に対して負のオーバーシュート量εを設定しておき、（Ｖｔ−ＶｒｅｆＬ）≦εが満足される場合には、トナー交換が必要であると判断し、図７に示した第２の実施の形態の処理を行うようにすることもできる。

図８は、本発明の現像剤濃度制御装置の処理プロセスの第３の実施の形態を示した図である。図８に示した処理プロセスの第３の実施形態は、ステップ８１１で上限濃度対応処理を用い、画像形成装置における特定の作像状態に応じた現像剤濃度制御を実行する。なお、ステップ８１１以外の判断および処理は、図６および図７に示した他の実施の形態と同一なので、説明の重複を避けるため詳細な説明を行わない。図８に示した上限濃度対応処理は、それ以前に強制トナー補給を行った履歴と作像履歴とを使用して、画像形成装置の作像状態を判断し、ＶｒｅｆＬの低下またはトナー交換処理を選択的に実行する。

図９は、本発明の第３の実施の形態において実行される上限濃度対応処理８１１の詳細な処理を示したフローチャートである。本発明における上限濃度対応処理は、ステップ８１０の処理において（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）の値が設定値よりも高いことに対応する値が返されたことに対応して、ＣＰＵにより開始される。また、本発明の処理プロセスの第３の実施の形態では、ＣＰＵまたは画像形成装置に、トナー補給の回数をカウントする適切なソフトエア・カウンタまたはハードウェア・カウンタを形成して、補給カウンタとして用い、これとは別に作像回数をカウントする作像カウンタを設け、補給カウンタの出力値ｍと作像カウンタｎとを使用して、ステップ９０１で、作像特性指標Ｐ＝（ｍ／ｎ）を計算させる。

各カウンタのカウント開始時点は、本発明の特定の実施の形態では、現像ユニット交換時とすることができ、現像ユニットのライフタイムの期間中にわたりカウントアップされる値とすることができる。この実施の形態では、現像ユニットの交換時に各カウンタは、０にリセットされる。また、本発明の他の実施の形態では、所定の作像枚数、例えば１０００回の作像処理や、Ｖｒｅｆの変更タイミングごとに作像カウンタｎおよび補給カウンタｍを０にリセットし、より短時間データを使用して現像剤濃度制御に用いることもでき、適宜特定の画像形成装置の仕様に応じて設定することができる。

図９に示した処理をさらに説明すると、ステップ９０１で作像特性指標Ｐの値が所定値、例えば、３／１０００よりも小さいと判断される場合（ｎｏ）には、作像回数に対して定量トナー補給が所定回数に比較して行われていないことを示すので、ステップ９０６へと進んで定量トナー補給を行い、ステップ９０７で定量トナー消費処理を実行させる。その後処理プロセスは、ステップ９０８へと進み、次回の判断に補給カウンタ値を反映させるため、カウンタｍをインクリメントさせ、図８のステップ８０５へと処理を返し、図８の終了シーケンスを実行し、ステップ８０６で次のジョブを待機させる。

また、ステップ９０１で、作像特性指標Ｐが設定値以上の場合（ｙｅｓ）には、当該画像形成装置の設置された環境または作成されるイメージがトナー補給を要求する状況であると考えられる。このような場合は、トナー補給を行うための設定値ＶｒｅｆＬが高すぎるものとして、ＶｒｅｆＬの値を、所定量ｃｏｎｓｔの値だけトナー濃度を高くする方向にシフトする。ステップ９０１で肯定的な値が返される場合は、種々の場合が想定されるものの、例えば、現像剤の摩擦帯電特性が作像する画像面積に大きく依存し、低画像面積で摩擦帯電量が高くなるような場合や、低温・低湿のような環境で連続的に作像プロセスが実行され、その結果、トナー濃度を増加させる処理が要求されるような場合を挙げることができる。

処理プロセスは、ステップ９０２で、前回までのΔＶｒｅｆＬの値が設定値以下であるか否かを判断する。ΔＶｒｅｆＬの値が設定値よりも小さい場合（ｙｅｓ）には、ステップ９０３でその時点でのＶｒｅｆＬの値から一定値ｃｏｎｓｔを減算して、ＶｒｅｆＬの値を一定値、例えば０．２Ｖ低下させ、ＶｒｅｆＬ＝（ＶｒｅｆＬ−ｃｏｎｓｔ）として設定し、ＶｒｅｆＬの値を更新する。さらに、ステップ９０４では、ΔＶｒｅｆＬ＝ΔＶｒｅｆＬ＋ｃｏｎｓｔとして、ＶｒｅｆＬの値を低下させた分だけ増加させ、次回の判断のためにＲＡＭなどに格納して、ステップ８０５へと処理を戻す。

このとき、ルックアップ・テーブルには、ＶｒｅｆＬ以下のトナー濃度制御値も格納されていて、デフォルト設定値であるＶｒｅｆＬよりも低いＴセンサ出力値の条件でも、不都合なくトナー濃度を修正するべき値が取得される。また、ステップ９０２の判断においてΔＶｒｅｆＬの値がすでに設定値以上の場合には、ＶｒｅｆＬの値を使用して下限制御を行うことで対応することが不適切な状態にあるため、ステップ９０５へと処理を分岐させる。なお、本発明では、このとき、画像形成装置のコントロール・パネルなどにエラー表示を行わせることもできる。

図９に示したステップ９０２でΔＶｒｅｆＬのシフト量をモニタするのは、Ｔセンサによる下限制御の実効性を保証する目的であり、本発明の特定の実施の形態では、ΔＶｒｅｆＬについての設定値は、０．６Ｖ程度とすることができる。また、本発明のステップ９０２〜ステップ９０４の処理は、ＶｒｅｆＬの１回の変更量が固定値ｃｏｎｓｔである場合には、ＶｒｅｆＬの更新回数を使用して、（更新回数×ｃｏｎｓｔ）としてΔＶｒｅｆＬを得ることができるので、所定の回数以上のＶｒｅｆＬの変更を禁止する処理を用いても同様の作用を提供することができる。

図１０には、本発明のＶｒｅｆＬ変更の実施の形態を示す。図１０に示すように、Ｔセンサの出力は、センサ設置状態およびセンサの個々の性能に対応して斜線で示した範囲で変動する可能性がある。このため、変動の平均的な値を標準的な制御値として使用し、個々のセンサに対応するように、Ｖｒｅｆの値がＶｔｉ（現像ユニットのスタートアップ時の出力値）として設定される。Ｖｒｅｆの値は、通常では、図１０に示すＶｒｅｆＨと、ＶｒｅｆＬとの間でＰセンサの出力に基づいて、ルックアップ・テーブルの値を参照しながら変更される。図１０に示されるように、本発明の第３の実施の形態では、ＶｔがＶｒｅｆＬよりも低い場合であって、作像特性指標Ｐが特定の画像形成装置の作像状態を示す場合、より具体的には、摩擦帯電量の画像面積依存性や周囲環境などによる摩擦帯電量の増加に伴うＴＣ比の増加に対応してＶｒｅｆＬが下側へと一定値ｃｏｎｓｔの値だけ修正され、Ｖｒｅｆの変更範囲を広げることができる。

したがって、画像形成装置の作像状態に適応してトナー濃度の基準値Ｖｒｅｆの設定範囲を作像動作とは独立して修正することが可能となる。なお、図１０では、検出感度の濃度−出力値の傾きが小さくなった領域にＶｒｅｆＨおよびＶｒｅｆＬが設定されているが、本発明では、画像形成装置の特定の仕様に対応して、図１０に示した上限値および下限値以外の値を用いることもできる。

上述したように、本発明において、ＶｒｅｆＬよりもＶｔの値が小さくなり、Ｔセンサの検出感度が低い範囲で制御を行わざるを得ない状態が発生したとしても、強制的な定量トナー補給や、トナー交換処理が行われる。このため、現像剤のＴＣ比が、適切なＴＣ比の範囲に回復させることができ、長期的にみて適切なＴＣ比の現像剤を使用した画像形成が可能となる。

本発明では、上述したいずれの場合にもＣＰＵによる情報処理を使用して等価な作用効果を得ることができる限り、いかなる処理および処理モジュールでも用いることができる。また、本発明の処理は、アセンブラ言語、Ｃ言語などのプログラミング言語またはこれらを適宜組み合わせたプログラムにより記述でき、上述したプログラムを解釈またはコンパイルし、実行することができるＣＰＵまたはオペレーティング・システムにより実行することができる。

これまで、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、他の実施の形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明の画像形成装置の概略図。 本発明の画像形成装置が備える転写装置の概略図。 本発明の現像ユニットの分解斜視図。 本発明のトナー補給装置の概略図。 本発明の画像形成装置の制御モジュールの機能ブロック図。 本発明の現像剤濃度制御プロセスの第１の実施の形態のフローチャート。 本発明の現像剤濃度制御プロセスの第２の実施の形態のフローチャート。 本発明の現像剤濃度制御プロセスの第３の実施の形態のフローチャート。 本発明の現像剤濃度制御プロセスの上限濃度対応処理のフローチャート。 Ｔセンサの出力特性および各濃度設定値のレベルを示した概略図。

符号の説明

１０…画像形成装置、１２…現像装置、１４…感光体ユニット、１６…像担持体、１８…帯電部材、２０…ブラシ・ローラ、２２…クリーニング・ブレード、２４…現像部材、２６ａ、２６ｂ…搬送スクリュー、２８…トナー・カートリッジ、３０…現像ユニット、３２…現像剤、３４…仕切板、３６…トナー濃度センサ（Ｔセンサ）、３８…被転写体、４０…転写装置、４２…転写部材、４４…駆動ローラ、４６…搬送ローラ、４８…パターン濃度センサ（Ｐセンサ）、５０…クリーニング部材、５２…バックアップ・ローラ、５４…ブラシ、５６ａ、５６ｂ…駆動ギア、５８…トナー、６０…送出装置、６２…チューブ、６４…ソレノイド、６６…エアポンプ、６８…チューブ、７０…ノズル、７２…下側開口、７４…上側開口、７６…搬送部材、７８…シャフト、８０…開口、８２…ＣＰＵ（制御装置）、８４…ＲＯＭ、８６…ＲＡＭ、８８…Ａ／Ｄコンバータ、９０…現像剤濃度制御装置の機能モジュール、９２…Ａ／Ｄコンバータ、９４…Ｐセンサ、９６−１０４…ドライバ、１０６…駆動デバイス、１０８…現像デバイス、１１０…補給デバイス、１１２…帯電デバイス、１１４…バイアス供給デバイス

Claims (7)

1. トナーおよび磁性材料を含む２成分現像剤を収容し、トナー補給を受ける区画と、静電潜像を現像する現像部材が配置される区画とを備える現像装置と、
   前記トナー補給を受ける前記区画内でのトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、
   前記トナーにより被転写体上に形成されたパターンの濃度を検出するパターン濃度センサと、
   作像処理終了後に前記トナー濃度センサの出力値に対して設定された下限値と前記出力値とを比較し、前記出力値の値が前記下限値以下の場合に前記パターンのパターン領域および非パターン領域についてのパターン濃度センサ出力値の出力値比が設定値以下か否かの判断に応答して現像剤濃度を制御する制御装置と、
   前記制御装置による前記出力値が下限値以下であり、かつ前記出力値比が前記設定値を超えたとの判断に応答して、前記区画にトナー補給を行うトナー供給装置とを備える、現像剤濃度制御装置。
2. 前記現像剤濃度制御装置は、前記トナー補給の後にトナー消費を行なう、請求項１に記載の現像剤濃度制御装置。
3. さらに、前記トナー補給が行われた回数をモニタする補給カウンタと作像カウンタとを備えており、前記補給カウンタおよび前記作像カウンタの値の比（ｍ／ｎ）が所定値を超えたと判断した場合に、前記下限値を変更する、請求項１または２のいずれか１項に記載の現像剤濃度制御装置。
4. 前記現像剤濃度制御装置は、前記トナー濃度センサの出力値に対する基準値および上限値を設定し、前記基準値を、前記上限値と前記変更された下限値との間で設定する、請求項３に記載の現像剤濃度制御装置。
5. 前記制御装置は、前記出力値が前記下限値以下である場合にさらに前記出力値が前記下限値からオーバーシュート値を超えて小さいか否かを判断し、前記出力値が前記オーバーシュート値を超えて小さい値であって、前記パターン濃度センサにより取得された前記パターンのパターン領域および非パターン領域の濃度の比が設定値を超える場合、トナー補給に続いてトナー消費を行う、請求項１に記載の現像剤濃度制御装置。
6. 像担持体と、
   前記像担持体を帯電させるための帯電装置と、
   前記帯電を変調する露光装置と、
   トナーおよび磁性材料を含む２成分現像剤を収容し、トナー補給を受ける区画と、静電潜像を現像する現像部材が配置される区画とを備える現像装置と、
   前記トナー補給を受ける前記区画内でのトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、
   前記トナーにより被転写体上に形成されたパターンの濃度を検出するパターン濃度センサと、
   作像処理終了後に前記トナー濃度センサの出力値に対して設定された下限値と前記出力値とを比較し、前記出力値の値が前記下限値以下の場合に前記パターンのパターン領域についての前記パターン濃度センサの出力値および非パターン領域の出力値の出力値比が設定値以下か否かの判断に応答して現像剤濃度を制御する制御装置と、
   前記制御装置による前記出力値が下限値以下であり、かつ前記出力値比が前記設定値を超えたとの判断に応答して、前記区画にトナー補給を行うトナー供給装置と
   を備える、画像形成装置。
7. 前記画像形成装置は、カラー画像形成装置である、請求項６に記載の画像形成装置。

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