JP2007072441A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現像剤の撹拌搬送速度と画像面積率とによって検出手段の出力値が示すトナー濃度が実際のトナー濃度からズレてしまう事態を抑制する。
【解決手段】 中速モード又は低速モードで画像形成する際には、標準モードでの透磁率センサの基準出力値と中速モード又は低速モードでの出力値との差分値ΔＶｔ₁，ΔＶｔ₂により、透磁率センサの出力値を補正した補正出力値Ｖｔを用いてトナー濃度制御を行う。また、本画像形成装置では、更に、過去に形成した画像の画像面積率に応じた修正値Ｖｎ₁，Ｖｎ₂を用いて補正出力値Ｖｔを修正し（Ｓ５０）、その修正した値を用いてトナー濃度制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に係り、詳しくはトナーと磁性キャリアとで構成された二成分現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置に関するものである。

従来より、非磁性トナーと磁性キャリアとから構成される二成分現像剤（以下、単に「現像剤」という。）を現像剤担持体上に保持し、その現像剤により現像剤担持体内部に設けられた磁極により磁気ブラシを形成して、その磁気ブラシにより潜像担持体上の潜像を摺擦して現像を行う二成分現像方式が広く知られている。二成分現像方式は、カラー化が容易なことから現在広く利用されている。二成分現像方式では、現像剤中におけるトナーと磁性キャリアとの比率（例えば重量比）を示すトナー濃度が高すぎると、形成した画像中に地肌汚れが発生したり、細部解像力の低下が生じたりする。一方、トナー濃度が低くなると、ベタ画像部の濃度が低下したり、潜像担持体へのキャリア付着が発生したりする。そのため、現像装置内における現像剤中のトナー濃度を検知してトナー補給動作を制御し、現像剤中のトナー濃度が常に適正範囲内となるようにトナー濃度制御を行うことが重要である。

トナー濃度を検知する方法としては、一般に、現像装置内の所定の検出領域内に存在する二成分現像剤中のトナーの量又は磁性キャリアの量を検知する方法が用いられる。この方法の代表的な例としては、透磁率センサ（検出手段）を用いたものが挙げられる。透磁率センサは、その検出領域内に存在する現像剤中の磁性キャリアの磁気特性を電気信号（周波数、電圧等）としてとらえて出力するものである。透磁率センサの出力値は、実用的なトナー濃度範囲内では、検出領域内に存在する磁性キャリアの量の増加に応じて単調減少するので、この出力値に基づいて現像剤中のトナー濃度を検知することができる。
ただし、現像装置内の所定の検出領域内に存在する二成分現像剤中のトナーの量又は磁性キャリアの量を検出する方法により現像剤中のトナー濃度を検知する場合、検出領域内の現像剤の嵩密度が変化したり、現像剤の流動性が変化したりすると、同じトナー濃度でも透磁率センサの出力値が変化し、透磁率センサの出力値が示すトナー濃度が実際のトナー濃度からズレてしまう。

特許文献１には、現像装置内の現像剤のトナー濃度を透磁率センサを用いて検知し、そのセンサ出力値を目標出力値と比較して現像装置内のトナー濃度を制御する画像形成装置が記載されている。この画像形成装置では、互いに異なるプロセス線速でそれぞれ画像形成を行う画像形成モードを備えている。画像形成モードが切り換わると、プロセス線速が変化して現像装置内の現像剤の撹拌搬送速度も変化する。そのため、画像形成モードごとに、透磁率センサの検出領域内に存在する単位時間当たりの磁性キャリアの量が変わってくる。その結果、同じトナー濃度であっても、画像形成モードごとに透磁率センサの出力値が異なることとなる。
そこで、上記特許文献１に記載の画像形成装置では、次のような制御を行っている。すなわち、ウォームアップ時に、プロセス線速を標準線速に設定し、標準線速で適正なトナー濃度となるように、すなわち、透磁率センサの出力値が目標出力値となるように、トナー濃度制御を行う。その後、予め用意されている３つの画像形成モード（互いにプロセス線速が異なる）ごとのトナー濃度に対するセンサ出力値がすべて上記目標出力値となるように、透磁率センサに印加するコントロール電圧を設定する。そして、上記３つの画像形成モードのいずれかで画像形成を行う場合には、当該画像形成モードに対応するコントロール電圧を透磁率センサに印加してトナー濃度検出を行い、現像剤のトナー濃度制御を行う。このような制御を行うことにより、上記特許文献１に記載の画像形成装置によれば、どの画像形成モードで画像形成を行うときでも、同じトナー濃度であれば透磁率センサの出力値は同じとすることが可能である。

また、特許文献２にも、現像装置内の現像剤のトナー濃度を透磁率センサを用いて検出し、その出力値を目標出力値と比較して現像装置内のトナー濃度を制御する画像形成装置が記載されている。この画像形成装置では、画像面積率に応じて予め設定された補正値を透磁率センサの出力値に加算又は減算して、補正した出力値を用いてトナー濃度を制御する。画像面積率が高い画像を形成した場合、その画像の現像に寄与した現像剤部分のトナー濃度は大きく低下するので、その部分では磁性キャリアとトナーとの接触機会が増え、トナー帯電量が増加する。これにより、トナー同士の反発力が強まり、その部分における現像剤中の空隙率が増加することになる結果、同じトナー濃度であっても透磁率センサの出力値は通常のトナー帯電量の場合とは異なる値となる。上記特許文献２に記載の画像形成装置によれば、画像面積率に応じた補正値によって透磁率センサの出力値を補正することにより、適正なトナー濃度制御が行うことができる。

特開２００３−２８０３５５号公報 特開２００２−４０７９４号公報

ところが、上記特許文献１に記載の画像形成装置によれば、画像形成モードの違い（現像剤の撹拌搬送速度の違い）による透磁率センサの出力値変化は抑制することはできるものの、形成した画像の画像面積率の違いによる透磁率センサの出力値変化を抑制することはできない。一方、上記特許文献２に記載の画像形成装置は、形成した画像の画像面積率の違いによる透磁率センサの出力値変化を抑制できるものの、画像形成モードの違い（現像剤の撹拌搬送速度の違い）による透磁率センサの出力値変化は抑制することはできない。したがって、画像形成モードの違い（現像剤の撹拌搬送速度の違い）による透磁率センサの出力値変化を抑制でき、かつ、形成した画像の画像面積率の違いによる透磁率センサの出力値変化も抑制できる画像形成装置が望まれる。

上記透磁率センサの出力値は、現像剤の撹拌搬送速度と画像面積率とが相互に密接に関係して変化する。
すなわち、例えば、現像剤の撹拌搬送速度が遅い低速モードで連続して画像面積率が高い画像を形成する場合、その連続画像形成期間中には撹拌搬送速度が遅い現像剤に対して多くのトナーが補給される。そのため、トナー補給を受けた現像剤に対する撹拌が不足して十分にトナーを帯電させることができない。よって、通常のトナー帯電量の場合に比べて、トナー同士の反発力が小さく、その現像剤の嵩密度は高くなる。その結果、その連続画像形成期間中において画像形成を行っていくと、透磁率センサの出力値が示すトナー濃度が実際のトナー濃度よりも低い方向へ離れていく。そして、この透磁率センサの出力値に従ってトナー濃度制御を行うことにより、実際のトナー濃度は目標とするトナー濃度よりも高くなっていく。
また、例えば、現像剤の撹拌搬送速度が速い高速画像形成モードで連続して画像面積率が低い画像を形成する場合、その連続画像形成期間中には撹拌搬送速度が速い現像剤に対して補給されるトナー量が少ない。そのため、トナー補給を受けた現像剤の過剰な撹拌によりトナー帯電量が多くなりすぎて、通常のトナー帯電量の場合に比べてトナー同士の反発力が大きく、その現像剤の嵩密度が低くなる。その結果、その連続画像形成期間中において画像形成を行っていくと、透磁率センサの出力値が示すトナー濃度が実際のトナー濃度よりも高い方向へ離れていく。そして、この透磁率センサの出力値に従ってトナー濃度制御を行うことにより、実際のトナー濃度は目標とするトナー濃度よりも低くなっていく。

また、互いに異なる画像面積率の画像を形成した場合、その画像の現像に寄与した現像剤部分ではトナー濃度が互いに異なる結果、磁性キャリアとトナーとの接触状態が互いに相違する。この接触状態の相違は、トナー帯電量に変化を与えるだけでなく、現像剤の流動性にも変化を与える。すなわち、互いに異なる画像面積率の画像を形成した場合には、その画像の現像に寄与した現像剤部分の流動性が互いに異なることになる。これにより、その現像剤部分の磁性キャリアの量が透磁率センサの検出領域内を単位時間当たりに通過する量が変化する結果、透磁率センサの検出領域内に存在する単位時間当たりの磁性キャリアの量が変わる。よって、互いに異なる画像面積率の画像を形成した場合には、実際には同じトナー濃度であるにもかかわらず、透磁率センサの出力値が互いに異なることになる。これも、現像剤の撹拌搬送速度と画像面積率とが相互に密接に関係して透磁率センサの出力値が変化することを示している。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、現像剤の撹拌搬送速度と画像面積率とが互いに密接に関係することにより透磁率センサ等の検出手段の出力値が示すトナー濃度が実際のトナー濃度からズレてしまう事態を抑制し得る画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像担持体と、現像剤担持体上にトナーと磁性キャリアとで構成された二成分現像剤を担持してこれを該潜像担持体の表面に接触させることにより該潜像担持体表面上の潜像に該トナーを付着させる現像を行う現像装置と、該現像装置内の所定の検出領域内に存在する二成分現像剤中のトナーの量又は磁性キャリアの量を検出して出力する検出手段と、該検出手段の出力値に基づいて制御を行う制御手段とを備え、該現像装置は、少なくとも該検出領域内に存在する二成分現像剤を撹拌搬送する撹拌搬送部材を有しており、互いに異なる撹拌搬送速度で該撹拌搬送部材により二成分現像剤を撹拌搬送しながら画像形成をそれぞれ行う複数の画像形成モードを備えた画像形成装置において、上記制御手段は、上記複数の画像形成モードのうちの一の画像形成モード時における撹拌搬送速度である基準撹拌搬送速度で上記撹拌搬送部材により二成分現像剤を撹拌搬送するときの上記検出手段の基準出力値と、該複数の画像形成モードのうちの他の画像形成モード時における撹拌搬送速度で該撹拌搬送部材により二成分現像剤を撹拌搬送するときの該検出手段の出力値との差分値を予め算出しておき、該一の画像形成モードで画像形成を行うときには該検出手段の基準出力値を用いて上記制御を行い、該他の画像形成モードで画像形成を行うときには該検出手段の出力値を該差分値で補正した補正出力値を用いて上記制御を行うものであり、更に、該制御手段は、該複数の画像形成モードで画像形成するときに用いる該基準出力値又は該補正出力値に加えて、過去に形成した画像の画像面積率をも用いて上記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、上記制御手段は、上記他の画像形成モードで連続して画像形成を行う場合、その連続画像形成期間中の２枚目以降の画像形成時には、該連続画像形成期間中に形成した過去の画像の平均画像面積率と上記補正出力値とを用いて、上記制御を行う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２の画像形成装置において、上記現像装置内の二成分現像剤へトナーを補給するトナー補給手段を有し、上記制御手段が行う制御は、上記補正出力値が目標出力値より大きい場合に該トナー補給手段によるトナー補給を行うように制御するものであり、上記他の画像形成モードは、上記基準撹拌搬送速度よりも遅い撹拌搬送速度で撹拌搬送しながら画像形成を行う画像形成モードであり、上記制御手段は、上記補正出力値を上記目標出力値以上とする修正値を用いて該補正出力値を修正し、その修正した値を用いて上記制御を行う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２又は３の画像形成装置において、上記平均画像面積率Ｍ（ｉ）は、下記の数式により算出したものであることを特徴とするものである。
Ｍ（ｉ）＝（１／Ｎ）×｛Ｍ（ｉ−１）×（Ｎ−１）＋Ｘ（ｉ）｝
ただし、「Ｎ」は画像面積率のサンプリング数であり、「Ｍ（ｉ−１）」は前回の画像形成時における平均画像面積率であり、「Ｘ（ｉ）」は今回の画像形成時における画像面積率である。
また、請求項５の発明は、請求項２、３又は４の画像形成装置において、上記平均画像面積率を求めるときの画像面積率のサンプリング数を変更するサンプリング数変更手段を有す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２、３、４又は５の画像形成装置において、複数の平均画像面積率にそれぞれ対応する修正値を記憶する記憶手段を有し、上記制御手段は、上記平均画像面積率に対応する修正値を該記憶手段から読み出し、該修正値を用いて上記補正出力値を修正し、その修正した値を用いて上記制御を行うことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６の画像形成装置において、上記制御手段は、上記基準出力値又は上記補正出力値を過去に形成した画像の画像面積率を用いて修正し、その修正した値を用いて上記制御を行うものであり、該制御手段による最大修正幅を変更する最大修正幅変更手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６又は７の画像形成装置において、上記現像装置を互いに異なる色ごとに複数備え、かつ、現像装置内の二成分現像剤へトナーを補給するトナー補給手段と上記検出手段とを現像装置ごとに備え、各現像装置で現像して得た各色トナー像を互いに重ね合わせた重ねトナー像を最終的に記録材上に転移させて画像形成を行うものであり、上記制御手段は、現像装置ごとに、対応する検出手段の出力値に基づいて、対応するトナー補給手段によるトナー補給動作を制御することを特徴とするものである。

本発明に係る画像形成装置では、互いに異なる撹拌搬送速度で現像装置内の現像剤を撹拌搬送しながら画像形成をそれぞれ行う複数の画像形成モードを備えている。そのため、画像形成モードごとに、検出手段の検出領域内に存在する単位時間当たりのトナーの量又は磁性キャリアの量が異なることとなる。その結果、実際には同じトナー濃度であっても、画像形成モードごとに検出手段の出力値が変化する。そこで、本画像形成装置では、上記一の画像形成モード（基準画像形成モード）時における撹拌搬送速度である基準撹拌搬送速度で現像剤を撹拌搬送するときの検出手段の出力値（基準出力値）と、上記他の画像形成モード（非基準画像形成モード）時における撹拌搬送速度で現像剤を撹拌搬送するときの検出手段の出力値との差分値を、所定のタイミングで制御手段により算出しておく。そして、基準画像形成モードで画像形成を行うときには検出手段が出力した出力値をそのまま用いて制御を行い、非基準画像形成モードで画像形成を行うときには検出手段の出力値を上記差分値で補正した補正出力値を用いて制御を行う。これにより、基準撹拌搬送速度とは異なる撹拌搬送速度で現像剤を撹拌搬送する非基準画像形成モードで画像を行うときに用いる補正出力値は、基準撹拌搬送速度で現像剤を撹拌搬送する基準画像形成モードのときの検出手段の出力値とほぼ同じ値とすることができる。
また、本画像形成装置では、現像装置内の所定の検出領域内に存在する二成分現像剤中のトナーの量又は磁性キャリアの量を検出して出力する検出手段の出力値に基づいて制御を行う。そのため、過去に形成した画像の画像面積率の違いにより、その画像の現像に寄与した現像剤部分で磁性キャリアとトナーとの接触状態が異なることになる。よって、その現像剤部分の嵩密度や流動性が異なってくる結果、その現像剤部分が検出領域内に入ったときの検出手段の出力値は、実際のトナー濃度が同じであっても互いに異なる値となる。そこで、本画像形成装置では、基準出力値又は補正出力値に加え、過去の画像の画像面積率をも用いて制御を行う。これにより、過去に形成した画像の画像面積率の違いによる検出手段の出力値変化をなくすことが可能となる。
なお、制御手段が行う制御は、検出手段の出力値を用いた制御であれば、トナー濃度制御に限られない。

以上、本発明によれば、現像剤の撹拌搬送速度の違いによる検出手段の出力値変化と、過去に形成した画像の画像面積率の違いによる検出手段の出力値変化の両方を抑制することができるので、現像剤の撹拌搬送速度と画像面積率とが互いに密接に関係することにより検出手段の出力値が示すトナー濃度が実際のトナー濃度からズレてしまう事態を抑制することが可能となるという優れた効果が奏される。

以下、本発明を、画像形成装置である電子写真方式のカラーレーザプリンタ（以下、「レーザプリンタ」という。）に適用した一実施形態について説明する。
図２は、本実施形態に係るレーザプリンタの概略構成図である。
このレーザプリンタは、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（ＢＫ）の各色の画像を形成するための４組の作像手段１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１ＢＫ（以下、各符号の添字Ｍ、Ｃ、Ｙ、ＢＫは、それぞれマゼンタ、シアン、イエロー、ブラック用の部材であることを示す。）が、記録材としての転写紙Ｐ（図３参照）の移動方向（図２中の矢印Ａ方向）における上流側から順に配置されている。この作像手段１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１ＢＫは、それぞれ、潜像担持体としてのドラム状の感光体１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｙ，１１ＢＫを有する感光体ユニットと、現像装置とを備えている。また、各作像手段１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１ＢＫの配置は、各感光体ユニット内の感光体１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｙ，１１ＢＫの回転軸が平行になるように且つ転写紙移動方向に所定のピッチで配列するように、設定されている。

また、本レーザプリンタは、上記作像手段１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１ＢＫのほか、光書込ユニット２、給紙カセット３，４、上記各感光体１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｙ，１１ＢＫに対向する転写部に向けて転写紙Ｐを搬送する転写ベルト６０を有する転写ユニット６、転写ベルト６０に転写紙Ｐを供給する一対のローラからなるレジストローラ５、ベルト定着方式の定着ユニット７、排紙トレイ８、反転ユニット９等を備えている。また、本レーザプリンタは、図示していない手差しトレイ、トナー補給容器、廃トナーボトル、電源ユニットなども備えている。
上記光書込ユニット２は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｙ，１１ＢＫの表面にレーザ光を走査しながら照射する。

また、図２中の一点鎖線は、転写紙Ｐの搬送経路を示している。給紙カセット３，４から給送された転写紙Ｐは、図示しない搬送ガイドによってガイドされながら搬送ローラで搬送され、レジストローラ５が設けられている一時停止位置に送られる。転写紙Ｐは、レジストローラ５により所定のタイミングで転写ベルト６０に供給され、各感光体１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｙ，１１ＢＫに対向する各転写部を通過するように搬送される。これにより、各作像手段１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１ＢＫによって形成された感光体１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｙ，１１ＢＫ上のトナー像が、転写紙上に順次重ね合わされて転写され、転写紙上にカラー画像が形成される。このカラー画像が形成された転写紙Ｐは、定着ユニット７でトナー像が定着された後、排紙トレイ８上に排出される。

図３は、上記作像手段１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１ＢＫのうち、マゼンタの作像手段１Ｍの概略構成を示す拡大図である。他の作像手段１Ｃ，１Ｙ，１ＢＫについてもそれぞれ同じ構成となっているので、それらの説明は省略する。
図３において、作像手段１Ｍは、上述したように、感光体ユニット１０Ｍ及び現像装置２０Ｍを備えている。感光体ユニット１０Ｍは、感光体１１Ｍのほか、その感光体表面をクリーニングする揺動可能なクリーニングブレード１３Ｍ、その感光体表面を一様帯電する非接触型の帯電ローラ１５Ｍ等を備えている。また、感光体表面に潤滑剤を塗布するとともに、感光体表面を除電する機能を有する潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１２Ｍも備えている。この潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１２Ｍは、ブラシ部が導電性繊維で構成され、その芯金部には除電バイアスを印加するための図示しない除電用電源が接続されている。

上記構成の感光体ユニット１０Ｍにおいて、感光体１１Ｍの表面は、電圧が印加された帯電ローラ１５Ｍにより一様帯電される。この感光体１１Ｍの表面に光書込ユニット２で変調及び偏向されたレーザ光が走査されながら照射されると、感光体１１Ｍの表面に静電潜像が形成される。この感光体１１Ｍ上の静電潜像は、後述の現像装置２０Ｍで現像されてマゼンタのトナー像となる。転写ベルト６０上の転写紙Ｐが通過する転写部Ｐｔでは、感光体１１Ｍ上のトナー像が転写紙Ｐに転写される。トナー像が転写された後の感光体１１Ｍの表面は、潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１２Ｍで所定量の潤滑剤が塗布されるとともに除電された後、感光体クリーニング手段としてのクリーニングブレード１３Ｍでクリーニングされ、次の静電潜像の形成に備えられる。

上記現像装置２０Ｍは、上記静電潜像を現像するための現像剤として、磁性キャリア及び負帯電のトナーを含む二成分現像剤（以下、単に「現像剤」という。）２８Ｍを使用している。また、この現像装置２０Ｍは、現像ケース２１Ｍの感光体側の開口から一部露出するように配設された現像剤担持体としての非磁性材質からなる現像スリーブ２２Ｍや、現像スリーブ２２Ｍの内部に固定配置された磁界発生手段としてマグネットローラ（不図示）、撹拌搬送部材としての撹拌搬送スクリュー２３Ｍ，２４Ｍ、現像ドクタ２５Ｍ、検知手段としてのトナー濃度センサとしての現像剤２８Ｍの透磁率を検知する透磁率センサ２６Ｍ、トナー補給手段としての粉体ポンプ２７Ｍ等を備えている。現像スリーブ２２Ｍには現像電界形成手段としての図示を省略した現像バイアス電源により負の直流電圧ＤＣ（直流成分）に交流電圧ＡＣ（交流成分）が重畳された現像バイアス電圧が印加され、現像スリーブ２２Ｍが感光体１１Ｍの金属基体層に対して所定電圧にバイアスされている。

図３において、現像ケース２１Ｍ内に収容された現像剤２８Ｍが撹拌搬送スクリュー２３Ｍ，２４Ｍで撹拌搬送されることによりトナーが摩擦帯電される。そして、第１撹拌搬送路３０Ａ内の現像剤２８Ｍの一部が現像スリーブ２２Ｍの表面に担持され、現像ドクタ２５Ｍで層厚が規制された後、感光体１１Ｍと対向する現像領域に搬送される。現像領域では、現像スリーブ２２Ｍ上の現像剤中のトナーが現像電界によって感光体１１Ｍ上の静電潜像に付着し、トナー像となる。その後、現像領域を通過した現像剤は、現像スリーブ２２Ｍ上の現像剤離れ極位置で現像スリーブ２２Ｍから離れ、第１撹拌搬送路３０Ａに戻る。第１撹拌搬送路３０Ａをその下流端まで搬送された現像剤２８Ｍは、第２撹拌搬送路３０Ｂの上流端へ移動し、第２撹拌搬送路３０Ｂ内でトナー補給を受ける。その後、第２撹拌搬送路３０Ｂをその下流端まで搬送された現像剤２８Ｍは、第１撹拌搬送路３０Ｂの上流端へ移動する。第２撹拌搬送路３０Ｂの底部を構成する現像ケース部分には、透磁率センサ２６Ｍが設置されている。

現像ケース２１Ｍ内の現像剤２８Ｍのトナー濃度は、画像形成に伴うトナー消費により低下するので、透磁率センサ２６Ｍの出力値Ｖｔに基づいて、必要によりトナーカートリッジ（不図示）から粉体ポンプ２７Ｍによりトナーが補給されることでほぼ一定に保たれる。トナー補給制御は、出力値Ｖｔと目標出力値Ｖｔ_refとの差分値Ｔｎ（＝Ｖｔ_ref−Ｖｔ）に基づいて、差分値Ｔｎが＋（プラス）の場合はトナー濃度が十分高いと判断してトナーを補給せず、差分値Ｔが−（マイナス）の場合は差分値Ｔｎの絶対値が大きいほどトナー補給量を多くするようにして、出力値Ｖｔが目標出力値Ｖｔ_refの値に近づくようにして行う。なお、トナー補給制御の詳しい内容は後述する。
また、画像形成枚数が１０枚(コピースピードなどにより約５〜２００枚)に達するごとに一回の割合で、プロセスコントロールにより目標出力値Ｖｔ_ref、帯電電位、光量等を調整する。詳しくは、例えば、感光体１１Ｍ上に形成された複数のハーフトーン及びベタパターンの濃度を反射濃度センサ６２により検出し、その検出値からトナー付着量を把握して、トナー付着量が狙いの付着量になるように目標出力値Ｖｔ_ref、帯電電位、光量等を調整する。

また、４つの感光体１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｙ，１１ＢＫのうち、最下流側にあるブラック用の感光体１１ＢＫのみ転写ベルト６０に常に接触している転写ニップ常接状態であり、残りの感光体１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｙは転写ベルトに対して接離可能となっている。

次に、本実施形態に係るレーザプリンタの画像形成動作について説明する。
転写紙Ｐ上にカラー画像を形成する場合、４つの感光体１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｙ，１１ＢＫは、それぞれ転写ベルト６０に当接する。静電吸着ローラ６１にて、転写紙Ｐに対してトナーの極性と同極性の電荷を付与し、転写ベルト６０に転写紙Ｐを吸着させる。これにより、転写紙Ｐのチャージアップによるトナー像の転写不良を解消することができるようになる。転写紙Ｐは、転写ベルト６０に吸着されたまま搬送され、各感光体１１Ｍ、１１Ｃ，１１Ｙ，１１ＢＫ上に形成されたマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色トナー像が順に互いに重なり合うように転写される。そして、転写紙Ｐ上に重ねて転写されたトナー像は、定着ユニット７により定着され、転写紙上にフルカラー画像が形成される。
一方、転写紙Ｐ上に、例えばブラックの単色画像を形成する場合、図２において、各カラー用の感光体１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍを転写ベルト６０から離間させ、ブラックトナーによるトナー像が形成されるブラック用の感光体１１ＢＫのみを転写ベルト６０に当接させるようにする。そして、転写紙Ｐは、ブラック用の感光体１１ＢＫの転写ニップに搬送されて、ブラックのトナー像が転写された後、定着ユニット７により定着され、転写紙上にブラック単色の画像が形成される。

次に、トナー濃度制御を行う制御手段としての制御部について説明する。
図４は、トナー濃度制御を行う制御部の構成を示す説明図である。
この制御部１００は、各現像装置ごとに設けられているが、その基本的構成はいずれも同様であるので、以下色分け符号（Ｙ，Ｃ，Ｍ，ＢＫ）を省略して説明する。なお、各現像装置の制御部１００の一部（ＣＰＵ１９、ＲＯＭ２０、ＲＡＭ２１等）は各現像装置間で共用されている。

本実施形態の制御部１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、Ｉ／Ｏユニット１０４等から構成されている。Ｉ／Ｏユニット１０４には、上記透磁率センサ２６及び上記反射濃度センサ６２がそれぞれ図示しないＡ／Ｄ変換器を介して接続されている。制御部１００は、ＣＰＵ１０１が所定のトナー濃度制御プログラムを実行することにより、Ｉ／Ｏユニット１０４を介して粉体ポンプ２７を駆動するトナー補給駆動モータ３１に制御信号を伝達し、トナー補給動作を制御する。ＲＯＭ１０２には、ＣＰＵが実行するトナー濃度制御プログラム、差分値調整プログラム、画像濃度制御パラメータ補正プログラムなどが記憶されている。ＲＡＭ１０３には、Ｉ／Ｏユニット１０４を介して取得した透磁率センサ２６の出力値Ｖｔを一時保存するＶｔレジスタ、後述する差分値ΔＶｔ₁，ΔＶｔ₂を記憶するΔＶｔレジスタ、現像装置２０内の現像剤のトナー濃度が目標トナー濃度であるときに透磁率センサ２６が出力すべき基準出力値Ｖｔ_refを記憶するＶｔ_refレジスタ、反射濃度センサ６２からの出力値Ｖｓを記憶するＶｓレジスタ等が設けられている。

次に、本実施形態のトナー補給制御の詳細について説明する。
図５は、透磁率センサ２６の出力値を縦軸にとり、検出対象の現像剤のトナー濃度を横軸にとったグラフである。
グラフに示すように、実用的なトナー濃度の範囲では、透磁率センサ２６の出力値と現像剤のトナー濃度との関係は直線近似することができる。そして、現像剤のトナー濃度が高いほど、透磁率センサ２６の出力値が小さくなる特性を示す。この特性を利用して、透磁率センサ２６の出力値Ｖｔが制御基準値Ｖｔ_refより大きい場合に粉体ポンプ２７を駆動してトナー補給を行う。本実施形態では、１回の画像形成ごとに透磁率センサ２６の出力値Ｖｔに基づいてトナー補給制御を行う。

ここで、本実施形態のレーザプリンタは、プロセス線速が互いに異なる複数の画像形成モードを備えている。本実施形態では、３つの画像形成モードを備えており、基準画像形成モードである標準モードのプロセス線速は２０５［ｍｍ／ｓ］であり、非基準画像形成モードである中速モードのプロセス線速は１１５［ｍｍ／ｓ］であり、非基準画像形成モードである低速モードのプロセス線速は７７［ｍｍ／ｓ］である。本レーザプリンタでは、プロセス線速の変更に応じて、現像装置２０の撹拌搬送スクリュー２３Ｍ，２４Ｍの駆動速度も変更される。したがって、標準モード、中速モード、低速モードの順に、現像装置２０内の現像剤の撹拌搬送速度が遅い。

図６は、同じトナー濃度をもつ現像剤についてプロセス線速（現像剤の撹拌搬送速度）を変更して透磁率センサ２６の出力値をとったときの実験結果を示すグラフである。このグラフからわかるように、実際には同じトナー濃度であっても、プロセス線速が変更されると透磁率センサ２６の出力値Ｖｔが変化する。詳しくは、プロセス線速が遅いほど、透磁率センサの出力値は高い値となる。これは次の理由による。すなわち、プロセス線速が変更されると、現像剤の撹拌搬送速度も変更される結果、透磁率センサ２６の検出領域内に存在する単位時間当たりの見かけの磁性キャリアの量が変わってくることが原因である。
したがって、この実験結果からわかるように、実際には同じトナー濃度であっても、画像形成モードごとに透磁率センサ２６の出力値Ｖｔは変化することになる。よって、このままでは、すべての画像形成モードで適正なトナー濃度制御を行うことができない。そこで、本実施形態では、中速モード及び低速モードについては透磁率センサ２６の出力値Ｖｔ₀を補正し、補正した補正出力値Ｖｔを用いてトナー濃度制御を行う。ただし、標準モードについてはこのような補正を行わない。これは、目標基準値Ｖｔ_refが標準モードのプロセス線速を前提に設定したものであるからである。

図１は、本実施形態における基本的なトナー濃度制御の流れを示すフローチャートである。
プリント命令を受けた制御部１００のＣＰＵ１０１は、トナー濃度制御プログラムをＲＯＭ１０２から読み出して実行し、まず、透磁率センサ２６の出力値Ｖｔ₀を取得する（Ｓ１）。以下の説明では、透磁率センサ２６の出力値そのもの（メタ出力値）を「Ｖｔ₀」と示し、トナー補給動作に用いる出力値を「Ｖｔ」と示す。その後、当該プリント命令に係る画像形成モードが標準モードであるか否かを判断する（Ｓ２）。標準モードであると判断した場合、透磁率センサ２６のメタ出力値Ｖｔ₀を出力値ＶｔとしてＲＡＭ１０３のＶｔレジスタに記憶する（Ｓ３）。一方、上記Ｓ２において標準モードであると判断した場合、ＣＰＵ１０１は、前回の画像形成時の画像形成モードを読み出し、その画像形成モードが標準モードであるか否かを判断し（Ｓ４）、標準モードでないと判断したら差分値補正制御を実行する（Ｓ５）。この差分値補正制御については後述する。なお、これらの処理Ｓ４，Ｓ５は、必ずしも必要ではない。

次に、制御部１００のＣＰＵ１０１は、当該プリント命令に係る画像形成モードが中速モードであるか否かを判断する（Ｓ６）。ＣＰＵ１０１は、中速モードであると判断した場合、予め算出しておいた中速モードに対応する差分値ΔＶｔ₁をＲＡＭ１０３のΔＶｔレジスタから読み出す。そして、透磁率センサ２６のメタ出力値Ｖｔ₀から差分値ΔＶｔ₁を減算し、その算出結果を出力値ＶｔとしてＲＡＭ１０３のＶｔレジスタに記憶する（Ｓ７）。なお、この差分値ΔＶｔ₁は、同じトナー濃度をもつ現像剤について標準モード時のプロセス線速で駆動しているときの透磁率センサの出力値と、中速モード時のプロセス線速で駆動しているときの透磁率センサの出力値との差分値である。
一方、当該プリント命令に係る画像形成モードが中速モードでない、すなわち、低速モードであると判断した場合、ＣＰＵ１０１は、予め制御部１００が算出しておいた低速モードに対応する差分値ΔＶｔ₂をＲＡＭ１０３のΔＶｔレジスタから読み出す。そして、透磁率センサ２６のメタ出力値Ｖｔ₀から差分値ΔＶｔ₂を減算し、その算出結果を出力値ＶｔとしてＲＡＭ１０３のＶｔレジスタに記憶する（Ｓ８）。なお、この差分値ΔＶｔ₂は、同じトナー濃度をもつ現像剤について標準モード時のプロセス線速で駆動しているときの透磁率センサの出力値と、低速モード時のプロセス線速で駆動しているときの透磁率センサの出力値との差分値である。

以上のようにして、透磁率センサ２６の出力値を画像形成モード（プロセス線速）に応じて補正したら、制御部１００のＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３のＶｔレジスタから出力値Ｖｔを読み出す。そして、読み出した出力値Ｖｔについて、後述するＶｔ修正処理を行う（Ｓ５０）。その後、Ｖｔ_refレジスタから目標出力値Ｖｔ_refを読み出し、Ｖｔ修正処理により修正した出力値Ｖｔと目標出力値Ｖｔ_refとを比較する（Ｓ９）。この比較の結果、ＣＰＵ１０１は、出力値Ｖｔが目標出力値Ｖｔ_ref以上であると判断した場合、その出力値Ｖｔと目標出力値Ｖｔ_refとの差に応じた量のトナーを補給すべく、Ｉ／Ｏユニット１０４を介してトナー補給駆動モータ３１へ駆動命令を出力する。これにより、その駆動命令に応じた量のトナーが粉体ポンプ２７から現像装置２０内へ補給される（Ｓ１０）。一方、ＣＰＵ１０１は、出力値Ｖｔが目標出力値Ｖｔ_ref未満であると判断した場合には、トナー濃度制御を終了する。

次に、中速モード時と低速モード時のトナー濃度制御の際に用いる差分値ΔＶｔ₁，ΔＶｔ₂を調整する差分値調整制御（Ｓ５）について説明する。
上記差分値ΔＶｔ₁，ΔＶｔ₂は、上述したように、同じトナー濃度をもつ現像剤について標準モード時のプロセス線速で駆動しているときの透磁率センサの出力値と、中速モード時のプロセス線速で駆動しているときの透磁率センサの出力値との差分値である。この差分値ΔＶｔ₁，ΔＶｔ₂は、当初は適切な値であったとしても、画像形成を繰り返し行っていくうちに適正値からズレていく。その結果、この差分値ΔＶｔ₁，ΔＶｔ₂が固定値であると、経時的には、中速モード時のトナー濃度制御の際に、メタ出力値Ｖｔ₀から差分値ΔＶｔ₁を減算して補正した補正出力値Ｖｔを用いても、その補正出力値Ｖｔは標準モード時のメタ出力値Ｖｔ₀からズレていくことになる。その結果、中速モード時のトナー濃度制御では目標とするトナー濃度に制御することができなくなる。低速モードの場合も同様である。
そこで、本実施形態では、次のようにして差分値を調整する。

図７は、差分値調整制御の流れを示すフローチャートである。
本実施形態においては、今回の画像形成時における画像形成モードが前回の画像形成時の画像形成モードと異なる場合に差分値調整制御を行う。具体的には、前回の画像形成時の画像形成モードが標準モードであり、今回の画像形成時の画像形成モードが標準モードでないすなわち中速モードか低速モードである場合に（Ｓ２，Ｓ４）、差分値調整制御を行う。

まず、制御部１００のＣＰＵ１０１は、差分値調整プログラムをＲＯＭ１０２から読み出して実行し、当該プリント命令に基づいて今回の画像形成モードが中速モードであるか否かを判断する（Ｓ１１）。中速モードであると判断した場合、前回の画像形成時における前回出力値Ｖｔ’を読み出す（Ｓ１２）。このタイミングでは、ＲＡＭ１０３のＶｔレジスタには、いまだ前回の画像形成時で用いた出力値が記憶されているので、この出力値を前回出力値Ｖｔ’として読み出す。なお、前回出力値Ｖｔ’は、標準モード時における透磁率センサ２６の出力値である。そして、ＣＰＵ１０１は、この前回出力値Ｖｔ’と今回の出力値すなわち上記Ｓ１で取得した出力値（中速モード時の出力値）Ｖｔ₀との差分値ΔＶｔ₁’を算出する（Ｓ１３）。前回の画像形成時と今回の画像形成時との間では現像剤のトナー濃度はほぼ同じであるので、算出した差分値ΔＶｔ₁’は、同じトナー濃度をもつ現像剤について標準モード時のプロセス線速で駆動しているときの透磁率センサの出力値と、中速モード時のプロセス線速で駆動しているときの透磁率センサの出力値との最新の差分値であると言える。

このようにして最新差分値ΔＶｔ₁’を算出したら、ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３のΔＶｔレジスタから今まで使用していた差分値ΔＶｔ₁を読み出す。そして、今までの差分値ΔＶｔ₁と最新差分値ΔＶｔ₁’との差の絶対値が０．１［Ｖ］以上であるか否かを判断する（Ｓ１４）。このとき、０．１［Ｖ］未満であると判断した場合、ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３に記憶されているカウント値ｎ₁をゼロにリセットし（Ｓ１５）、処理を終了する。一方、０．１［Ｖ］以上であると判断した場合、ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３に記憶されているカウント値ｎ₁に１を加算する（Ｓ１６）。そして、このカウント値ｎ₁が５以上であるか否かを判断する（Ｓ１７）。この判断において５未満であると判断したら、ＣＰＵ１０１は処理を終了する。一方、この判断において５以上であると判断したら、ＣＰＵ１０１は、差分値ΔＶｔ₁の調整実行フラグを立てる（Ｓ１８）。これにより、後の所定のタイミングで後述する差分値ΔＶｔ₁の調整処理が実行される。

一方で、上記Ｓ１１において中速モードでないすなわち低速モードであると判断した場合、ＣＰＵ１０１は、前回の画像形成時における前回出力値Ｖｔ’を読み出し（Ｓ１９）、この前回出力値Ｖｔ’と今回の出力値すなわち上記Ｓ１で取得した出力値Ｖｔ₀との差分値ΔＶｔ₂’を算出する（Ｓ２０）。前回の画像形成時と今回の画像形成時との間では現像剤のトナー濃度はほぼ同じであるので、算出した差分値ΔＶｔ₂’は、同じトナー濃度をもつ現像剤について標準モード時のプロセス線速で駆動しているときの透磁率センサの出力値と、低速モード時のプロセス線速で駆動しているときの透磁率センサの出力値との最新の差分値であると言える。

このようにして最新差分値ΔＶｔ₂’を算出したら、ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３のΔＶｔレジスタから今まで使用していた差分値ΔＶｔ₂を読み出す。そして、今までの差分値ΔＶｔ₂と最新差分値ΔＶｔ₂’との差の絶対値が０．１［Ｖ］以上であるか否かを判断する（Ｓ２１）。このとき、０．１［Ｖ］未満であると判断した場合、ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３に記憶されているカウント値ｎ₂をゼロにリセットし（Ｓ２２）、処理を終了する。一方、０．１［Ｖ］以上であると判断した場合、ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３に記憶されているカウント値ｎ₂に１を加算する（Ｓ２３）。そして、このカウント値ｎ₂が５以上であるか否かを判断する（Ｓ２４）。この判断において５未満であると判断したら、ＣＰＵ１０１は処理を終了する。一方、この判断において５以上であると判断したら、ＣＰＵ１０１は、差分値ΔＶｔ₂の調整実行フラグを立てる（Ｓ２５）。これにより、後の所定のタイミングで後述する差分値ΔＶｔ₂の調整処理が実行される。

なお、本実施形態では、差分値調整制御を行うタイミングは、画像形成モードが標準コードからそれ以外のモードに変更したタイミングであるが、これに限られない。例えば、累積画像形成枚数が予め規定した枚数に達したタイミングでもよいし、現像装置の新品交換したタイミングでもよいし、現像剤を交換したタイミングであってもよい。
また、本実施形態では、後述する差分値の調整処理を実行するタイミングは、今まで使用していた差分値と最新の差分値との差が閾値である０．１［Ｖ］以上である場合が５回連続続いたという条件を満たしたタイミングとしているが、これに限られない。例えば、制御のレスポンス等を考慮して上記条件を適宜変更してもよい。特に、上記閾値や上記回数は、レーザープリンタの各種条件に従って適宜変更してもよい。

次に、差分値の調整処理について説明する。
図８は、差分値の調整処理の流れを示すフローチャートである。
本実施形態では、差分値の調整処理をウォームアップの際やプロセスコントロールの際に行う。具体的には、まず、制御部１００のＣＰＵ１０１は、本レーザプリンタを標準モード時と同じプロセス線速（標準線速）で稼働させ（Ｓ３１）、現像装置２０の撹拌搬送スクリュー２３，２４により現像剤の撹拌搬送を行う。そして、ＣＰＵ１０１は、このときの透磁率センサ２６の出力値（標準出力値）Ｖｔ₀₀を取得する（Ｓ３２）。次に、ＣＰＵ１０１は、差分値ΔＶｔ₁の調整実行フラグが立っているか否かを判断する（Ｓ３３）。このフラグが立っている場合、ＣＰＵ１０１は、中速モード時と同じプロセス線速（中速）で本レーザプリンタを稼働させ（Ｓ３４）、このときの透磁率センサ２６の出力値（中速出力値）Ｖｔ₀₁を取得する（Ｓ３５）。そして、ＣＰＵ１０１は、中速出力値Ｖｔ₀₁と標準出力値Ｖｔ₀₀との差分値（調整差分値）ΔＶｔ₁’を算出し（Ｓ３６）、この調整差分値ΔＶｔ₁’でＲＡＭ１０３のΔＶｔレジスタ内に記憶されている差分値ΔＶｔ₁を更新する（Ｓ３７）。

次いで、ＣＰＵ１０１は、差分値ΔＶｔ₂の調整実行フラグが立っているか否かを判断する（Ｓ３８）。このフラグが立っている場合、ＣＰＵ１０１は、低速モード時と同じプロセス線速（低速）で本レーザプリンタを稼働させ（Ｓ３９）、このときの透磁率センサ２６の出力値（低速出力値）Ｖｔ₀₂を取得する（Ｓ４０）。そして、ＣＰＵ１０１は、低速出力値Ｖｔ₀₂と標準出力値Ｖｔ₀₀との差分値（調整差分値）ΔＶｔ₂’を算出し（Ｓ４１）、この調整差分値ΔＶｔ₂’でＲＡＭ１０３のΔＶｔレジスタ内に記憶されている差分値ΔＶｔ₂を更新する（Ｓ４２）。

なお、差分値の調整処理時には、トナー補給を行わないのが理想的である。これは、各線速において同じトナー濃度の現像剤に対する透磁率センサ２６の出力値Ｖｔ₀₀，Ｖｔ₀₁，Ｖｔ₀₂を取得することが、正確な調整差分値ΔＶｔ₁’，ΔＶｔ₂’を求める上で重要だからである。したがって、本実施形態では、差分値の調整処理時にはトナー補給を行っておらず、この調整処理が終了した後の画像形成中にトナー補給することとしている。また、差分値の調整処理時のトナー濃度は、目標トナー濃度付近であることが望ましいので、差分値の調整処理を行うタイミングとしては高画像面積率を出力した直後は避けるのが好ましい。

また、本実施形態では、画像形成モードが標準モードからそれ以外のモードに変更したタイミングで差分値調整制御が開始されるが、差分値ΔＶｔ₁の調整処理は、画像形成動作を終えた後のウォームアップ時又はプロセスコントロール時である。差分値ΔＶｔ₁の調整処理は、差分値調整制御を開始した画像形成時に行うことも可能である。その一例を図９に示す。
図９は、差分値調整制御の他の例を示すフローチャートである。この例では、上述した差分値調整制御において差分値ΔＶｔ₁，ΔＶｔ₂の調整実行フラグを立てる代わりに（Ｓ１８，Ｓ２５）、上記Ｓ１３又は上記Ｓ２０で算出した最新の差分値ΔＶｔ₁’，ΔＶｔ₂’でＲＡＭ１０３のΔＶｔレジスタ内に記憶されている差分値ΔＶｔ₁，ΔＶｔ₂を更新する（Ｓ５１，Ｓ５２）。この場合、その後のウォームアップ時やプロセスコントロール時に図８に示したような差分値の補正処理を行う必要がなくなる。

従来は、中速モード時又は低速モード時のトナー濃度制御に用いる差分値ΔＶｔ₁，ΔＶｔ₂は、固定値であるのが一般的であったが、本実施形態のように、所定のタイミングで実測値に基づいて差分値ΔＶｔ₁，ΔＶｔ₂を適宜調整することにより、トナー補給制御性能の大幅な改善が見られた。
しかし、低速モードで連続して数十〜数百枚程度の画像形成を行った場合、透磁率センサ２６の出力値Ｖｔ₀を調整した差分値ΔＶｔ₁で補正した補正出力値Ｖｔを用いてトナー濃度制御を行っても、現像剤のトナー濃度が目標とするトナー濃度から大きく外れてしまう場合があった。これは次の理由による。すなわち、低速モードで連続して画像面積率が高い画像を形成する場合、その連続プリント中は撹拌搬送速度が遅い現像剤に対して多くのトナーが補給される。そのため、トナー補給を受けた現像剤に対する撹拌が不足して十分にトナーを帯電させることができない。よって、通常のトナー帯電量の場合に比べて、トナー同士の反発力が小さく、その現像剤の嵩密度は高くなる。その結果、連続プリントを重ねていくと透磁率センサ２６の出力値Ｖｔ₀が示すトナー濃度が実際のトナー濃度よりも低い方向へ離れていく。そして、この透磁率センサ２６の出力値Ｖｔ₀を連続プリント前から使用している差分値ΔＶｔ₁で補正した補正出力値Ｖｔを用いてトナー濃度制御を行うと、実際のトナー濃度は目標とするトナー濃度よりも高くなっていく。しかも、低速モードでの連続プリント中は、標準線速での出力値Ｖｔ₀₀を取得することができないので差分値ΔＶｔ₁を調整するための調整処理を行うことができない。したがって、低速モードで連続して画像面積率が高い画像を形成する場合には、現像剤中のトナー濃度が目標トナー濃度よりも高くなって、地肌汚れが発生したり、細部解像力の低下が生じたりする。

図１０は、過去に形成した画像の画像面積率に応じた現像γ（現像ポテンシャルに対するトナー付着量の関係式の傾き）の変化を示すグラフである。このグラフは、画像面積率が５％の画像と画像面積率が８０％の画像について、それぞれ、低速モード（７７［ｍｍ／ｓｅｃ］）で連続して１００枚プリントしたときの実験結果を示している。このグラフからわかるように、同じトナー濃度であっても、画像面積率が高いほど現像γが高くなっている。これは、トナーと磁性キャリアの物理的付着力や静電的付着力が変化していることを示唆している。したがって、画像面積率の違いによる現像能力の差異を加味して補正出力値Ｖｔを補正することが必要である。具体的には、現像γが一定になるように、言い換えるとトナー帯電量が一定となるように、補正出力値Ｖｔを修正することが必要である。

そこで、本実施形態では、各画像形成モードでのトナー濃度制御の際に用いる補正出力値Ｖｔを、過去に形成した画像の画像面積率の平均値（平均画像面積率）に応じて修正するＶｔ修正処理を行い（図１中のＳ５０）、修正した出力値Ｖｔを用いてトナー濃度制御を行うこととしている。
図１１は、横軸に画像面積率（％）をとり、縦軸に現像γ（ｍｇ／ｃｍ²／ｋＶ）をとったグラフである。このグラフは、トナー濃度を一定に保ったまま、互いに異なる画像面積率をもつ画像について、それぞれ、低速モード（７７［ｍｍ／ｓｅｃ］）で連続して１００枚プリントしたときの実験結果を示している。このグラフからわかるように、画像面積率が５％を超える付近から現像γが高くなる傾向を示している。このことから、画像面積率が５％よりも高い場合には、トナー濃度が低めになるように出力値Ｖｔを修正すればよいことがわかる。具体的には、画像面積率が５％よりも高い場合には、出力値Ｖｔが目標出力値Ｖｔ_ref以下となるように出力値Ｖｔを修正すればよい。

以上より、本実施形態において、中速モード時のトナー濃度制御で用いる出力値Ｖｔは、下記の数式（１）から得られるＶｔ、すなわち、上記Ｓ７で補正した補正出力値Ｖｔから更に修正値Ｖｎ₁を減算した値とする。
Ｖｔ ＝ Ｖｔ₀−ΔＶｔ₁−Ｖｎ₁ ・・・（１）
また、低速モード時のトナー濃度制御で用いる出力値Ｖｔは、下記の数式（２）から得られるＶｔ、すなわち、上記Ｓ８で補正した補正出力値Ｖｔから更に修正値Ｖｎ₂を減算した値とする。
Ｖｔ ＝ Ｖｔ₀−ΔＶｔ₂−Ｖｎ₂ ・・・（２）

ここで、上記修正値Ｖｎ₁は、中速モードでの連続プリント中において今回の画像形成以前に形成した画像の平均画像面積率に対応する修正値である。また、上記修正値Ｖｎ₂は、低速モードでの連続プリント中において今回の画像形成以前に形成した画像の平均画像面積率に対応する修正値である。これらの修正値Ｖｎ₁，Ｖｎ₂は、現像装置２０内の現像剤収容量、現像装置のストレス（現像剤の帯電立ち上げ性）、現像剤中におけるトナー表面の外添剤の離脱性又は埋没性、現像剤中におけるトナー表面の硬度が影響する値であり、実際には実験等から求めることができる。本実施形態における具体的な修正値Ｖｎ₁，Ｖｎ₂は、下記の表１に示すとおりである。

制御部１００のＣＰＵ１０１がＶｔ修正処理（Ｓ５０）を行う場合、ＲＯＭ１０２又はＲＡＭ１０３に上記表１に示すようなルックアップテーブルを記憶しておき、これを参照して補正出力値Ｖｔを修正する。

また、本実施形態では、修正値Ｖｎ₁，Ｖｎ₂の最大値を現像剤や現像装置の特性に応じて、図１２に示すように対数近似式に従って変更可能な構成としている。なお、図１２に示すグラフは、修正値Ｖｎ₁，Ｖｎ₂の最大値を０．３３［Ｖ］、０．４３［Ｖ］、０．６２［Ｖ］とした場合の平均画像面積率に対する修正値Ｖｎ₁，Ｖｎ₂を示している。
また、修正値Ｖｎ₁，Ｖｎ₂は、これに限られるものではなく、種々の適した値を用いることができる。例えば、本実施形態のようにプロセス線速が互いに異なる複数の画像形成モードを有する場合、中間のプロセス線速に対応する画像形成モード時の修正値については、最も速いプロセス線速に対応する画像形成モード時の修正値と最も遅いプロセス線速に対応する画像形成モード時の修正値とから直線補間して求めてもよい。本実施形態における修正値Ｖｎ₁は、下記の式（３）で表すように直線補間して算出したものである。
Ｖｎ₁ ＝ Ｖｎ₂×（Ｓ₀−Ｓ₁）／（Ｓ₀−Ｓ₂） ・・・（３）
ただし、「Ｓ₀」、「Ｓ₁」、「Ｓ₂」は、それぞれ、標準モード時のプロセス線速、中速モード時のプロセス線速、低速モード時のプロセス線速（ｍｍ／ｓｅｃ）である。

また、本実施形態において、上記表１に示したルックアップテーブルの中から修正値を選択する際に用いる平均画像面積率Ｍ（ｉ）は、下記の式（４）から算出した。
Ｍ（ｉ）＝（１／Ｎ）×｛Ｍ（ｉ−１）×（Ｎ−１）＋Ｘ（ｉ）｝ ・・・（４）
ただし、「Ｎ」は画像面積率のサンプリング数、「Ｍ（ｉ−１）」は前回の画像形成時に使用した平均画像面積率であり、「Ｘ（ｉ）」は今回の画像形成時における画像面積率である。
ここで、本実施形態では、前回の画像形成時に使用した平均画像面積率Ｍ（ｉ−１）を用いて今回の画像形成時に使用する平均画像面積率Ｍ（ｉ）を算出するので、ＲＡＭ１０３の使用領域を大幅に減少させることができる。
また、本実施形態では、画像面積率のサンプリング数Ｎを変更することが可能な構成となっているので、制御のレスポンスを変更することが可能であり、例えば環境変動や経時においてサンプリング数Ｎを適宜変更すると効果的に制御することができる。
また、本実施形態では、４色の現像装置２０についてそれぞれトナー濃度制御を行うが、現像剤の使用状況は色ごとに異なるので、現像装置２０ごとに条件を異ならせるようにしてもよい。例えば、モノクロ画像のみの出力時には、ブラック用の現像装置についての実行回数を多くするなどの設定が可能な構成とすることが望ましい。

〔比較実験例〕
次に、上述したＶｔ修正処理（Ｓ５０）を行った場合と行わなかった場合とを比較する比較実験例について説明する。
図１３は、本比較実験例の結果を示すグラフである。この比較実験例では、上述した実施形態におけるレーザプリンタを用い、低速モード（７７ｍｍ／ｓ）で画像面積率が８０％のベタ画像を１００枚連続して形成したときの画像濃度を測定した。三角でプロットした比較例ではＶｔ修正処理（Ｓ５０）を行っていないため、連続プリント枚数が多くなるにつれて画像濃度が高くなっている。これに対し、丸でプロットした本実施形態ではＶｔ修正処理（Ｓ５０）を行っているため、連続プリント枚数が多くなっても画像濃度がほぼ一定の範囲内に収まっている。この結果、本実施形態のようにＶｔ修正処理を行うことで、低速モードで高い画像面積率の画像を連続プリントする場合でも、トナー濃度の上昇を防いで安定して一定品質の画像を形成することができることが確認された。

以上、本実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタは、潜像担持体としての感光体１１と 現像剤担持体としての現像スリーブ２２上にトナーと磁性キャリアとで構成された二成分現像剤を担持してこれを感光体１１の表面に接触させることにより感光体表面上の潜像にトナーを付着させる現像を行う現像装置２０と、現像装置２０内の所定の検出領域内に存在する二成分現像剤中のトナーの量又は磁性キャリアの量を検出して出力する検出手段としての透磁率センサ２６と、透磁率センサ２６の出力値Ｖｔ₀に基づいてトナー濃度制御を行う制御手段としての制御部１００とを備えている。また、現像装置２０は、少なくとも上記検出領域内に存在する二成分現像剤を撹拌搬送する撹拌搬送部材としての撹拌搬送スクリュー２３，２４を有している。このレーザプリンタは、互いに異なる撹拌搬送速度で撹拌搬送スクリュー２３，２４により二成分現像剤を撹拌搬送しながら画像形成をそれぞれ行う３つの画像形成モード（標準モード、中速モード、低速モード）を備えている。上記制御部１００は、３つの画像形成モードのうちの標準モード時における撹拌搬送速度である基準撹拌搬送速度で撹拌搬送スクリュー２３，２４により二成分現像剤を撹拌搬送するときの透磁率センサ２６の基準出力値Ｖｔ₀₀と、３つの画像形成モードのうちの他の画像形成モードである中速モードや低速モード時における撹拌搬送速度で撹拌搬送スクリュー２３，２４により二成分現像剤を撹拌搬送するときの透磁率センサ２６の出力値Ｖｔ_01，Ｖｔ₀₂との差分値ΔＶｔ_1，ΔＶｔ₂を予め算出しておき、標準モードで画像形成を行うときには透磁率センサ２６の出力値Ｖｔ₀をそのまま用いてトナー濃度制御を行い、中速モードや低速モードで画像形成を行うときには透磁率センサ２６の出力値Ｖｔ₀を差分値ΔＶｔ_1，ΔＶｔ₂で補正した補正出力値Ｖｔを用いてトナー濃度制御を行う。そして、本実施形態では、更に、画像形成するときに用いる基準出力値又は補正出力値に加えて、過去に形成した画像の画像面積率Ｍ（ｉ）をも用いてトナー濃度制御を行う。このような構成により、現像剤の撹拌搬送速度の違いによる検出手段の出力値変化と、過去に形成した画像の画像面積率の違いによる検出手段の出力値変化の両方を抑制することができる。
また、本実施形態において、制御部１００は、中速モードや低速モードで連続して画像形成を行う場合、その連続画像形成期間中（連続プリント中）の２枚目以降の画像形成時には、その連続プリント中に形成した過去の画像の平均画像面積率Ｍ（ｉ）と上記補正出力値Ｖｔとを用いて、トナー濃度制御を行う。これにより、連続プリント中に形成する画像の平均画像面積率が極端に高い場合や極端に低い場合には、トナー帯電量や現像剤の流動性等の現像剤特性が変化し、透磁率センサ２６の出力値にズレが生じ得るが、連続プリント中にはそのズレに応じて上記差分値ΔＶｔ_1，ΔＶｔ₂を調整することはできない。そのため、連続プリントを重ねていくとトナー濃度が目標トナー濃度から外れていく。本実施形態のように連続プリント中の過去の画像の平均画像面積率Ｍ（ｉ）を用いれば、その連続プリント中における現像剤特性の変化を把握することが可能となるので、上記差分値ΔＶｔ_1，ΔＶｔ₂を調整できなくても、トナー濃度が目標トナー濃度から外れるのを抑制できる。
また、本実施形態では、現像装置内の二成分現像剤へトナーを補給するトナー補給手段としての粉体ポンプ２７を有し、制御部１００は、補正出力値Ｖｔが目標出力値Ｖｔ_refより大きい場合に粉体ポンプ２７によるトナー補給を行うように制御する。また、補正出力値Ｖｔを用いる中速モード及び低速モードは、標準モード時における基準撹拌搬送速度よりも遅い撹拌搬送速度で撹拌搬送しながら画像形成を行う画像形成モードである。そして、制御部１００は、補正出力値Ｖｔを目標出力値Ｖｔ_ref以上とする修正値Ｖｎ₁，Ｖｎ₂を用いてその補正出力値Ｖｔを修正し、その修正した値を用いてトナー濃度制御を行う。遅い撹拌搬送速度で連続した画像形成を行う場合には、トナー濃度が目標トナー濃度から外れる事態が特に生じ得るが、このような構成によりそのような事態を抑制できる。
また、本実施形態では、平均画像面積率Ｍ（ｉ）として、下記の式（４）により算出したものを用いる。
Ｍ（ｉ）＝（１／Ｎ）×｛Ｍ（ｉ−１）×（Ｎ−１）＋Ｘ（ｉ）｝ ・・・（４）
ただし、「Ｎ」は画像面積率のサンプリング数であり、「Ｍ（ｉ−１）」は前回の画像形成時における平均画像面積率であり、「Ｘ（ｉ）」は今回の画像形成時における画像面積率である。
この式から平均画像面積率Ｍ（ｉ）を算出する場合、ＲＡＭ１０３の使用領域を大幅に減少させることができる。
また、本実施形態では、平均画像面積率Ｍ（ｉ）を求めるときの画像面積率のサンプリング数Ｎを変更するサンプリング数変更手段としての制御部１００を有する。これにより、制御のレスポンスや重み付けを変更することが可能となり、例えば環境変動や経時においてサンプリング数Ｎを適宜変更すると効果的に制御することが可能となる。
また、本実施形態では、複数の平均画像面積率Ｍ（ｉ）にそれぞれ対応する修正値Ｖｎ₁，Ｖｎ₂を記憶する記憶手段としてのＲＡＭ１０３又はＲＯＭ１０２を有し、制御部１００は、平均画像面積率Ｍ（ｉ）に対応する修正値Ｖｎ₁，Ｖｎ₂をＲＡＭ１０３又はＲＯＭ１０２から読み出し、読み出した修正値Ｖｎ₁，Ｖｎ₂を用いて補正出力値Ｖｔを修正し、その修正した値を用いてトナー濃度制御を行う。これにより、補正出力値Ｖｔについて細かな修正が可能となり、制御の正確性が向上する。また、制御ステップの変更も比較的容易になる。
また、本実施形態において、制御部１００は、補正出力値Ｖｔについての最大修正幅を変更する最大修正幅変更手段としても機能する。これにより、容易に制御の重み付けを変更することが可能となり、例えば環境変動や経時においてサンプリング数Ｎを適宜変更すると効果的に制御することが可能となる。
また、本実施形態に係るレーザプリンタは、現像装置２０を互いに異なる色ごとに複数備え、かつ、現像装置内の二成分現像剤へトナーを補給するトナー補給手段としての粉体ポンプ２７と透磁率センサ２６とを現像装置２０ごとに備え、各現像装置２０で現像して得た各色トナー像を互いに重ね合わせた重ねトナー像を最終的に記録材としての転写紙Ｐ上に転移させて画像形成を行う。そして、制御部１００は、現像装置２０ごとに、対応する透磁率センサ２６の出力値Ｖｔ₀に基づいて、対応する粉体ポンプ２７によるトナー補給動作を制御する。これにより、現像剤の使用状況に応じて適した修正が可能となる。

実施形態のレーザプリンタにおける基本的なトナー濃度制御の流れを示すフローチャート。 同レーザプリンタの概略構成図。 同レーザプリンタが備える作像手段のうちマゼンタの作像手段の概略構成を示す拡大図。 同レーザプリンタのトナー濃度制御を行う制御部の構成を示す説明図。 透磁率センサの出力値を縦軸にとり、検出対象の現像剤のトナー濃度を横軸にとったグラフ。 同じトナー濃度をもつ現像剤についてプロセス線速を変更して透磁率センサの出力値をとったときの実験結果を示すグラフ。 実施形態における差分値調整制御の流れを示すフローチャート。 実施形態における差分値の調整処理の流れを示すフローチャート。 差分値調整制御の他の例を示すフローチャート。 過去に形成した画像の画像面積率に応じた現像γの変化を示すグラフ。 横軸に画像面積率をとり、縦軸に現像γをとったグラフ。 修正値の最大値を０．３３［Ｖ］、０．４３［Ｖ］、０．６２［Ｖ］とした場合の平均画像面積率に対する修正値を示すグラフ。 比較実験例の結果を示すグラフ。

符号の説明

１１ 感光体
２０ 現像装置
２３，２４ 撹拌搬送スクリュー
２６ 透磁率センサ
２７ 粉体ポンプ
１００ 制御部
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ

Claims (8)

1. 潜像担持体と、
   現像剤担持体上にトナーと磁性キャリアとで構成された二成分現像剤を担持してこれを該潜像担持体の表面に接触させることにより該潜像担持体表面上の潜像に該トナーを付着させる現像を行う現像装置と、
   該現像装置内の所定の検出領域内に存在する二成分現像剤中のトナーの量又は磁性キャリアの量を検出して出力する検出手段と、
   該検出手段の出力値に基づいて制御を行う制御手段とを備え、
   該現像装置は、少なくとも該検出領域内に存在する二成分現像剤を撹拌搬送する撹拌搬送部材を有しており、
   互いに異なる撹拌搬送速度で該撹拌搬送部材により二成分現像剤を撹拌搬送しながら画像形成をそれぞれ行う複数の画像形成モードを備えた画像形成装置において、
   上記制御手段は、上記複数の画像形成モードのうちの一の画像形成モード時における撹拌搬送速度である基準撹拌搬送速度で上記撹拌搬送部材により二成分現像剤を撹拌搬送するときの上記検出手段の基準出力値と、該複数の画像形成モードのうちの他の画像形成モード時における撹拌搬送速度で該撹拌搬送部材により二成分現像剤を撹拌搬送するときの該検出手段の出力値との差分値を予め算出しておき、該一の画像形成モードで画像形成を行うときには該検出手段の基準出力値を用いて上記制御を行い、該他の画像形成モードで画像形成を行うときには該検出手段の出力値を該差分値で補正した補正出力値を用いて上記制御を行うものであり、
   更に、該制御手段は、該複数の画像形成モードで画像形成するときに用いる該基準出力値又は該補正出力値に加えて、過去に形成した画像の画像面積率をも用いて上記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、
   上記制御手段は、上記他の画像形成モードで連続して画像形成を行う場合、その連続画像形成期間中の２枚目以降の画像形成時には、該連続画像形成期間中に形成した過去の画像の平均画像面積率と上記補正出力値とを用いて、上記制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２の画像形成装置において、
   上記現像装置内の二成分現像剤へトナーを補給するトナー補給手段を有し、
   上記制御手段が行う制御は、上記補正出力値が目標出力値より大きい場合に該トナー補給手段によるトナー補給を行うように制御するものであり、
   上記他の画像形成モードは、上記基準撹拌搬送速度よりも遅い撹拌搬送速度で撹拌搬送しながら画像形成を行う画像形成モードであり、
   上記制御手段は、上記補正出力値を上記目標出力値以上とする修正値を用いて該補正出力値を修正し、その修正した値を用いて上記制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項２又は３の画像形成装置において、
   上記平均画像面積率Ｍ（ｉ）は、下記の数式により算出したものであることを特徴とする画像形成装置。
   Ｍ（ｉ）＝（１／Ｎ）×｛Ｍ（ｉ−１）×（Ｎ−１）＋Ｘ（ｉ）｝
   ただし、「Ｎ」は画像面積率のサンプリング数であり、「Ｍ（ｉ−１）」は前回の画像形成時における平均画像面積率であり、「Ｘ（ｉ）」は今回の画像形成時における画像面積率である。
5. 請求項２、３又は４の画像形成装置において、
   上記平均画像面積率を求めるときの画像面積率のサンプリング数を変更するサンプリング数変更手段を有することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項２、３、４又は５の画像形成装置において、
   複数の平均画像面積率にそれぞれ対応する修正値を記憶する記憶手段を有し、
   上記制御手段は、上記平均画像面積率に対応する修正値を該記憶手段から読み出し、該修正値を用いて上記補正出力値を修正し、その修正した値を用いて上記制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１、２、３、４、５又は６の画像形成装置において、
   上記制御手段は、上記基準出力値又は上記補正出力値を過去に形成した画像の画像面積率を用いて修正し、その修正した値を用いて上記制御を行うものであり、
   該制御手段による最大修正幅を変更する最大修正幅変更手段を有することを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１、２、３、４、５、６又は７の画像形成装置において、
   上記現像装置を互いに異なる色ごとに複数備え、かつ、現像装置内の二成分現像剤へトナーを補給するトナー補給手段と上記検出手段とを現像装置ごとに備え、各現像装置で現像して得た各色トナー像を互いに重ね合わせた重ねトナー像を最終的に記録材上に転移させて画像形成を行うものであり、
   上記制御手段は、現像装置ごとに、対応する検出手段の出力値に基づいて、対応するトナー補給手段によるトナー補給動作を制御することを特徴とする画像形成装置。

Images