JP2007328126A - 画像形成装置、現像装置および現像剤の補給方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】現像装置に対して従来よりも高精度に現像剤を補給する。
【解決手段】画像形成装置は、形成される画像についての印字比率に基づいて、画像を形成する際に消費される現像剤の消費量を推定する推定手段と、画像ごとに推定された消費量を積算する積算手段とを含む。また、本装置は、積算された消費量が閾値を超えたか否かを補給時期ごとに判定する判定手段と、積算された消費量が閾値を超えると、閾値に相当する一定量の現像剤を現像容器へ補給する補給手段とを含む。とりわけ、本装置は、現像容器に収納されている現像剤の劣化の程度を推測する推測手段と、現像剤の劣化の程度に応じて閾値を調整する調整手段とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、現像剤を用いて画像を形成する画像形成技術に関する。

トナーなどの現像剤を使用する画像形成装置では、画像形成により消費された分だけ現像器へトナーを補給する必要がある。また、形成される画像の品質を維持するには、現像器内のトナー量が略一定となるようにトナーを補給する必要もある。

特許文献１や特許文献２によれば、ビデオカウントを利用したトナー補給方式が提案されている。この方式によれば、画素ごとにビデオ信号の出力レベルを積算することで画像の印字比率が求められ、印字比率に応じた量のトナーが補給される。
特開平５−８８５５４号公報 特開平８−１４６７３６号公報

しかしながら、上記のトナー補給方式では、ベタ画像などの高い印字比率の画像が形成されたときなどに以下のような問題が生じうる。すなわち、高い印字比率の画像が形成されると大量にトナーが消費されるため、それに伴って補給されるトナー量も多くなる。現像容器内へ大量の新しいトナーが補給されると、トナーへの帯電付与作業が追いつかなくなり、帯電不足が発生する。帯電不足が発生すれば、本来印字しない白部（未露光部）においてトナーが現像されてしまい、地汚れのように紙上に現れる画像不良（以下、“かぶり”と言う）、濃度ムラまたはトナー飛散などの好ましくない現象が発生しうる。このような問題は、現像装置の使用度合いが進んで各パーツが劣化してきたり、高温高湿環境によりトナーの帯電性が低下したりしているときに、とりわけ顕在化しやすい。

なお、かぶりを抑制するために、一回あたりの補給量を少なくする方法も考えられる。しかしながらこの方法では、現像容器内の現像剤が急激に減少し、白抜け画像が形成されてしまうおそれがある。また、現像剤の急激な減少を防ぐために、現像剤の補給作業を頻繁に実行すれば、画像形成を実行できないダウンタイムが増加してしまい好ましくない。

そこで、本発明は、現像装置の帯電付与能力を超えるほどの大量のトナーが一度に補給されることを抑制することで、かぶり、濃度ムラまたはトナー飛散などの好ましくない現象を抑制することを目的とする。

本発明は、形成される画像についての印字比率に基づいて、画像を形成する際に消費される現像剤の消費量を推定する推定手段と、画像ごとに推定された消費量を積算する積算手段とを含む。また、本発明は、積算された消費量が閾値を超えたか否かを判定する判定手段と、積算された消費量が閾値を超えると、閾値に相当する一定量の現像剤を現像容器へ補給する補給手段とを含む。とりわけ、本発明は、現像容器に収納されている現像剤の劣化の程度を推測する推測手段と、現像剤の劣化の程度に応じて閾値を調整する調整手段とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、現像剤の劣化の程度に応じて、１回で補給される現像剤の量を調整することことができる。これにより、現像装置の帯電付与能力を超えるほどの大量のトナーが一度に補給されることを抑制することができる。すなわち、かぶり、濃度ムラまたはトナー飛散などの好ましくない現象を抑制することが可能となる。

以下に本発明の一実施形態を示す。もちろん以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念および下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

［実施形態１］
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。像担持体（以下、感光ドラムと称す。）１は、ドラム状の電子写真感光体である。帯電装置２は、感光ドラム１の表面を一様に帯電する。露光装置３は、画像情報に対応したレーザ光を感光ドラム１の表面に照射する。これにより、感光ドラム１上に静電潜像が形成される。

現像装置４は、現像剤を補給する現像剤補給装置（以下、トナーホッパーと称す。）５と、現像剤の消費量に応じてトナーホッパー５からの現像剤の補給量を制御する制御ユニット１０を備える。制御ユニット１０としては、例えば、ＣＰＵや専用の電気回路を用いることができる。制御ユニット１０は、画像形成装置本体に設けられていてもよいし、現像装置４に設けられていてもよい。また、制御ユニット１０の各機能が、画像形成装置本体と現像装置４とに分離されて設けられていてもよい。この場合、画像形成装置本体に設けられた第１の制御ユニットと、現像装置４に設けられた第２の制御ユニットが情報を交換し合うことで、本実施形態に係るトナー補給制御を実行することになる。

本実施形態では、便宜上、感光ドラム１の帯電電荷を負極性とする。画像情報に対応した静電潜像は、露光装置３からのレーザ光による露光によって、負極性の帯電電荷が減衰した部分に形成される。静電潜像は、感光ドラム１の回転に伴って、現像装置４が供給する現像剤（例：トナー）により可視化されてトナー像となる。なお、本実施形態の現像方式としては、反転現像方式が採用されている。そのため、帯電電荷と同極性（負極性）のトナーが、感光ドラム１上で帯電電荷が減衰した部分（画像部）に付着する。

一方、不図示のカセットに収納された記録媒体Ｐは、給紙ローラ９によって感光ドラム１と、転写ローラ６とが当接する転写領域へと搬送される。感光ドラム１上のトナー像と記録媒体Ｐとが転写領域に至ると、転写領域に形成される転写電界により、トナー像が記録媒体Ｐ上に転写される。記録媒体Ｐに担持された未定着トナー像は、定着装置８の備えるヒートローラ８ａによる加熱、および、加圧ローラ８ｂによる加圧を受けて、記録媒体Ｐ上に画像として定着される。トナー像の転写を終了した感光ドラム１は、ブレード状のクリーニング装置７によって、残留トナーが除去される。

濃度検出センサ１７は、感光ドラム１に形成されたトナーの濃度を検出するセンサである。なお、中間転写ベルトなどの中間転写体（像担持体の一種）を使用する画像形成装置では、濃度検出センサ１７が、中間転写体上に形成されたトナーの濃度を検出してもよい。また、濃度検出センサ１７は、記録媒体Ｐ上に形成されたトナーの濃度を検出してもよい。なお、検出されたトナーの濃度は、現像装置４に収納されているトナーの劣化の程度を把握するために役に立つ情報の１つである。

［現像装置の概要］
図２は、本実施形態に係る現像装置の概略構成を示す断面図である。現像装置４は、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されている。この構成によれば、現像装置の交換を容易に行うことができる。なお、現像装置４と感光ドラム１などを一体化して、プロセスカートリッジとしてもよい。

現像ローラ１１は、トナーを担持搬送し、感光ドラム１上の静電潜像を現像する現像剤担持体である。なお、トナーは、現像ローラ１１と供給ローラ１３との摺擦により帯電される。ブレード１２は、供給ローラ１３により供給されたトナーを規制して感光ドラム１上にトナーの層を形成する現像剤規制ユニットである。供給ローラ１３は、現像ローラ１１へトナーを供給する現像剤供給ユニットである。なお、本実施形態で、供給ローラ１３は、現像剤の供給ユニット及び回収ユニットとして機能するが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、現像剤供給ユニットと現像剤回収ユニットとが、別個に設けられてもよい。撹拌パドル１４は、トナーホッパー５から補給されたトナーと現像容器１６内のトナーとを混合するために回動する現像剤撹拌ユニットである。

残量検知センサ１５は、現像容器１６内のトナーの残量を検知する現像剤残量検知ユニットである。残量検知センサ１５は、発光素子からなる発光部１５ａ、光が透過する窓部１５ｂ、受光素子からなる受光部１５ｃを有する。そして、撹拌パドル１４の回転に伴ってトナーの剤面が変化する際に、撹拌パドル１４が一回転する時間に対する光の透過時間の割合を測定し、撹拌領域における剤面の高さ情報を得ている。それゆえ、残量検知センサ１５は、剤面の高さを検知するセンサであると理解されてもよい。

残量検知センサ１５は、予め定められた第１のレベルεから、第２のレベルδまでを検出可能範囲としている。この検出可能範囲がトナー面の制御レベルに対応している。第１のレベルεは、形成される画像の濃度が薄くなりすぎることが原因で発生する画質の劣化（例：濃度ムラ）が生じない程度のレベルに設定されることが望ましい。また、第２のレベルδは、残量の過多が原因で発生する画質の劣化（例：かぶり、ぼた落ち）が生じない程度のレベルに設定されることが望ましい。各レベルは、画像形成装置ごとに経験的に決定されることになろう。

現像容器１６は、第１の容器であるトナーホッパー５から供給されたトナーを収納する第２の容器である。トナーホッパー５内には、トナーホッパー５から現像容器１６にトナーを補給するための補給ローラ５３と、トナーホッパー５内のトナーをほぐすための撹拌部材５４が配置されている。そして、制御ユニット１０からの補給指令により、所定の駆動時間当たり一定量のトナーを現像装置４に補給できるように構成されている。

現像装置４には、不揮発性の記憶装置４０が設けられている。現像装置４が画像形成装置から取り外されると、記憶装置４０に対する画像形成装置本体からの電力の供給が停止されるが、記憶装置４０は、引き続き記憶内容を保持することができる。記憶装置４０には、後述する各種の情報が保持される。例えば、閾値の調整の可否を決定するために、記録媒体または像担持体上に形成された基準となる現像剤像の濃度と比較される基準濃度（理想的な濃度値）が記憶装置４０に記憶されていてもよい。基準濃度は、工場出荷時に記憶装置４０に記憶されていてもよいし、現像装置４の使用初期において取得されて、記憶装置４０に記憶されていてもよい。なお、記憶装置４０は、非接触式のメモリタグ（ＩＣタグ、ＲＦＩＤタグ）などであってもよい。

［制御ユニットの概要］
図３は、実施形態に係る制御ユニットの一例を示す図である。画像信号処理回路３０は、静電潜像の元となる画像データを画像信号に変換する回路である。パルス幅変調回路３１は、画像信号に応じて、画素ごとのレベルに対応した幅（時間長）のレーザ駆動パルスを発生する。レーザ駆動パルスは、露光装置３とＡＮＤゲート３３に供給される。ＡＮＤゲート３３の他端には、クロックパルス発振器３２が接続されている。

カウンタ３４は、画像の印字比率に対応するビデオ信号をカウントする係数回路である。ＣＰＵ３５は、カウントされた値に応じて画像の印字比率を決定し、さらに、印字比率に基づいて、現像容器１６に収納されている現像剤の消費量を推定する。ＣＰＵ３５は、推定された消費量に応じてトナーホッパー５における現像剤の補給量を制御する。

とりわけ、ＣＰＵ３５は、現像剤が消費されたからといってすぐに現像剤を補給することはなく、消費量の積算値が閾値を超えると、閾値に相当する分の現像剤を補給する。ＣＰＵ３５は、ベタ画像を形成するときの現像剤の消費量である最大消費量よりも小さく、かつ、補給された現像剤によって現像容器内の現像剤に帯電不足が生じないように、閾値を調整する。具体的には、ＣＰＵ３５は、記録媒体または像担持体上に形成された基準となる現像剤像の濃度を濃度検出センサ１７により検出させ、検出された濃度したがって、現像剤の劣化の程度を推測する。そして、ＣＰＵ３５は、推測された劣化の程度に応じて閾値を調整する。

図４は、実施形態に係るビデオカウント方式の原理を説明するための模式図である。図４（ａ）に示すように、パルス幅変調回路３１は、相対的に高濃度の画素画像信号に対して、相対的に幅の広いレーザ駆動パルスＷを生成する。また、パルス幅変調回路３１は、相対的に低濃度の画素画像信号に対して、相対的に幅の狭いレーザ駆動パルスＳを生成する。さらに、パルス幅変調回路３１は、相対的に中濃度の画素画像信号に対して、中間の幅のレーザ駆動バルスＩを生成する。

パルス幅変調回路３１から出力されたレーザ駆動パルスは露光装置３に供給される。露光装置３は、パルス幅に対応する時間だけ半導体レーザを発光させる。したがって、半導体レーザは高濃度画素に対してはより長い時間にわたり駆動され、低濃度画素に対してはより短い時間にわたり駆動される。そのため、感光ドラム１は、高濃度画素に対しては主走査方向において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おいて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ことになる。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トナー消費量よりも多くなる。なお、図４（ｄ）は、低、中、高濃度画素の静電潜像の形状Ｌ、Ｍ、Ｈを模式的にそれぞれ示した。

図４（ｂ）は、ＡＮＤゲート３３の他端に入力されるクロックパルスが示されている。クロックパルスは、クロックパルス発振器３２により生成されたものである。図４（ｃ）が示すように、ＡＮＤゲート３３からは、レーザ駆動パルスＳ、Ｉ、Ｗの各々のパルス幅に対応した数のクロックパルス、すなわち、各画素の濃度に対応した数のクロックパルスが出力される。クロックパルス数は、画像ごとにカウンタ３４によって積算される。ＣＰＵ３５は、カウンタ３４の積算値（ビデオカウント値またはピクセルカウント数）に応じて、画像印字比率を決定する。さらに、ＣＰＵ３５は、画像印字比率に基づいてトナーの消費量を算出する。なお、ビデオカウント値は、トナー像を形成するために現像装置４で消費されるトナーの消費量にほぼ対応しているため、ＣＰＵ３５は、ビデオカウント値に基づいてトナーの消費量を直接的に算出してもよい。この場合は、印字比率を決定する手間を省けるだろう。

図５は、実施形態に係るＣＰＵによって実現される機能のブロック図である。消費量推定部５０１は、カウンタ３４のカウント値（印字比率に関連する。）に基づいて画像を形成する際に消費される現像剤の消費量を推定するユニットである。積算部５０２は、画像ごとに推定された各消費量を積算するユニットである。判定部５０３は、現像剤の補給時期ごとに、消費量の積算値が所定の閾値を超えたか否かを判定するユニットである。推測部５０４は、濃度検出センサ１７による検出結果に基づいて、現像容器に収納されている現像剤の劣化の程度を推測するユニットである。なお、濃度検出センサ１７は、推測部５０４の一部と考えてもよい。

調整部５０５は、ベタ画像を形成するときの現像剤の消費量である最大消費量以下となり、かつ、補給された現像剤によって現像容器内の現像剤に帯電不足が生じないように閾値を調整するユニットである。具体的に、調整部５０５は、推測された劣化の程度（例：検出された濃度など）に応じて閾値を調整する。なお、調整部５０５は、中間調に対応する現像剤の基準濃度と、中間調の現像剤像から検出された濃度とを比較する比較部５０６や、検出された濃度と基準濃度との差に応じて閾値を補正するための補正係数を決定する決定部５０７を備えてもよい。この場合、調整部５０５は、決定された補正係数を用いて閾値を調整することになる。

［トナー濃度の検出について］
一般に、現像剤を使用する画像形成装置では、画像濃度を測定することで濃度制御を実行している。濃度制御により、使用環境や使用度合いなどに則した好適な画像が提供されるようになる。本画像形成装置の濃度制御としては、中間調（ハーフトーン）の濃度を制御するＤｈａｌｆ制御のみが採用されている。

中間調におけるトナー濃度は、トナーの状態（設置環境やトナー劣化の程度）に依存して変化することが知られている。そのため、入力画像信号に対する出力濃度の関係（入出力特性）が常にリニアに保たれるような画像処理を実行することで、安定した中間調が得られるようになる。なお、Ｄｈａｌｆ制御では、各色ごとに１６階調のハーフトーン画像が感光ドラム１上に作成され、その濃度を濃度検出センサ１７が測定する。

図６は、入力画像信号に対する画像濃度の関係を示すグラフである。横軸は、入力画像信号（入力データ）を示している。また、縦軸は、画像濃度を示している。図中のドットが、実際に濃度検出センサ１７により得られた検出濃度を示している。また、図中の直線は、基準濃度を示している。このようにして得られた中間調（ハーフトーン）の濃度を元に、入力画像信号と画像濃度との関係がリニアとなるように、画像形成装置が画像処理を行う。このようなＤｈａｌｆ制御は、装置本体の電源がＯＮにされた時、カートリッジが交換された時、印刷枚数が所定枚数（例：１００枚）に達した時などに実行される。

［トナー補給制御について］
本実施形態に係るトナー補給制御によれば、ビデオカウントにより算出された補給量ｔ１のトナーがすぐに補給されることはない。すなわち、補給量ｔ１は、一旦、積算値ｔ２として蓄えられる。さらに、トナーホッパー５が一回の動作で補給する量ｔ３が、トナーの劣化の程度（すなわち、濃度制御において検出された画像濃度）に応じて決定されることに特徴がある。

図７は、実施形態に係る入力画像信号に対する画像濃度の関係を示すグラフである。とりわけ、図中の黒ドットは、カートリッジ寿命の初期における入出力特性を示している。一方、白抜きドットは、カートリッジ寿命の終期における入出力特性を示している。

図から、寿命終期の入出力特性は、初期の入出力特性よりも理想的な特性から大きくずれていることがわかる。特に、低濃度付近や高濃度付近よりも中間濃度付近で大きなずれを確認できる。ずれの主要因はトナーの劣化である。よって、ＣＰＵ３５は、この入出力特性の結果からトナーの劣化程度を推測できる。

図７によれば、中間調の階調レベルが、表現可能な最大階調（図７では２５６階調）の８分の１（階調レベル：３２）ないし４分の３（階調レベル：１９２）となるときに、初期時と終期時における入出力特性に差が現れやすいことがわかる。とりわけ、中間調のレベルが、表現可能な最大階調の４分の１（階調レベル：６４）ないし２分の１（階調レベル：１２８）となるときに、初期時と終期時における入出力特性の差が顕著となる。よって、本実施形態において、ＣＰＵ３５は、階調レベルが９６となる中間調画像を所定のタイミングで感光ドラム１上に形成させ、検出された濃度を基準濃度と比較することで、閾値調整の可否を決定したり、閾値を調整したりする。例えば、ＣＰＵ３５は、検出された濃度と、記憶装置４０に記憶されている基準濃度との差に応じて、閾値を補正するための補正係数Ｘを決定し、決定された閾値Ｘにより閾値を調整する。

以下では、本実施形態に係るトナー補給方法についてフローチャートを用いてさらに詳しく説明する。まず、本実施形態で用いたパラメータの一覧を以下に示す。

Ａ ：潜像担持体上に担持された単位面積あたりのトナー載り量（例：0.6mg/cm²）
Ｓ ：記録剤の面積（例：Ａ４紙サイズで21.0×29.7cm²）
Ｒ ：ビデオカウントより算出される画像印字比率（0〜1.0）
ｔ１ ：記録剤１枚当りのトナー消費量（ｔ１=Ａ×Ｓ×Ｒ）
ｔ１max ：印字比率Ｒが最大となるときのトナー消費量（例：374mg）
ｔ２ ：トナー消費量の積算値
Ｘ ：補正係数
ｔ３ ：１回あたりの補給量（閾値）
ｔ４ ：補正後の閾値（ｔ４＝ｔ３ ・ Ｘ）
Ｙ ：基準濃度（理想的な濃度値）
Δ ：理想的濃度と検出濃度との差分
ここで、トナーの載り量Ａや記録剤の面積Ｓは、使用される記録剤のサイズは、トナーパッチを検出することによる濃度調整によって随時修正されるが、本実施形態では影響因子を少なくするために固定値としている。
図８は、実施形態に係るトナー補給制御の一例を示すフローチャートである。トナー補給制御は、画像形成装置の本体の電源ＯＮにされると開始される。上述したように、濃度制御（Ｄｈａｌｆ制御）は、装置本体の電源ＯＮ時のほかにも、カートリッジの交換時、所定の印刷枚数ごとに実行されてもよい。ここでは、説明の簡略化のために、電源ＯＮ時にのみ濃度制御が実行されるものとして説明するが、他の濃度制御のタイミングにおいても、画像濃度の検出処理および閾値の調整処理が実行されてもよい。

ステップＳ８０１において、ＣＰＵ３５は、濃度制御（例：Ｄｈａｌｆ制御）を実行する。上述したように、ＣＰＵ３５は、感光ドラム１上に中間調のトナー像を形成し、形成されたトナー像の濃度を濃度検出センサ１７により検出する。ＣＰＵ３５は、検出された濃度に基づいて、濃度制御を実行する。

ステップＳ８０２において、ＣＰＵ３５は、Ｄｈａｌｆ制御において得られた入出力特性から所定の中間調（例：階調レベル：９６）に対応する濃度情報を取得する。ステップ８０３において、ＣＰＵ３５は、記憶装置４０に予め記憶されている基準濃度Ｙを読み出し、基準濃度と検出された濃度とを比較する。すなわち、ＣＰＵ３５は、両濃度の差分Δを算出する。

ステップＳ８０４において、ＣＰＵ３５は、差分Δに基づいて閾値ｔ４を決定する。例えば、ＣＰＵ３５は、差分Δに応じて補正係数Ｘを決定する。差分Δと、対応する補正係数Ｘとの関係は、予めテーブル化されていてもよい。このテーブルは、例えば、記憶装置４０に記憶されていてもよい。さらに、ＣＰＵ３５は、初期の閾値ｔ３に補正係数Ｘを乗算することでｔ４を算出する。算出された閾値ｔ４は、１回の補給動作における補給量としても利用される。

ステップ８０５において、ＣＰＵ３５は、プリント動作の開始が指示されるまで待機する。プリント動作の開始が指示されると、ステップＳ８０６に進み、ＣＰＵ３５は、感光ドラム１、帯電装置２、露光装置３などを順次起動させる。ＣＰＵ３５は、各装置の準備が整うと、露光装置３を作動させて、感光ドラム１上に潜像を形成する。また、ＣＰＵ３５は、カウンタ３４にビデオカウントを開始させる。潜像形成が終わると、ステップＳ８０７に進み、ＣＰＵ３５は、露光装置２を停止させる。また、ＣＰＵ３５は、ビデオカウントを終了させる。ステップＳ８０８において、ＣＰＵ３５は、カウンタ３４からビデオカウント値を取得する。ステップＳ８０９において、ＣＰＵ３５は、ビデオカウント値を元にトナーの消費量（推定値）ｔ１を算出する。ステップＳ８１０において、ＣＰＵ３５は、消費量ｔ１を積算することで積算値ｔ２を算出する（ｔ２＝ｔ２＋ｔ１）。

ステップＳ８１１において、ＣＰＵ３５は、積算値ｔ２と閾値t４を比較する。すなわち、ＣＰＵ３５は、積算値ｔ２が閾値ｔ４を超えているか否かを判定する。超えていなければ、ステップＳ８１２に進む。一方、超えていれば、ステップＳ８２０に進み、ＣＰＵ３５は、トナーホッパー５を駆動させ、t４に相当する量のトナーを補給する。ステップＳ８２１に進み、ＣＰＵ３５は、積算値ｔ２から補給量ｔ４を減算する。すなわち、積算値ｔ２と補給量ｔ４との差が、次のビデオカウントの初期値となる。

その後、ステップＳ８１２に進み、ＣＰＵ３５は、ジョブが終了するか否かを判定する。ジョブが終了しない場合は、次の記録媒体Ｐに画像を形成すべく、ステップＳ８０６に戻る。ジョブが終了であれば、ＣＰＵ３５は、プリント動作の終了処理を実行する。

図９は、実施形態に係る補給モーターの回転数と補給量との関係を示す図である。本実施形態によれば、ＣＰＵ３５がトナーホッパー５の補給モーターの回転数を制御することで、ｔ４に相当するトナーが補給される。図９によれば、補給モーターが２回転すると、４００mgのトナーを補給できることが示されている。また、補給モーターが１回転すると、２００mgのトナーを補給できる。ＣＰＵ３５は、補給量ｔ４に相当する回転数を図９に示す関係（この関係は、テーブル等に保持されている。）から取得して、回転数をトナーホッパー５の補給モーターに設定する。この場合、補給量を調整することは、補給モータの回転数を調整することに相当するといえよう。

本実施形態によれば、現像剤の劣化の程度に応じて、１回で補給される現像剤の量を調整することことができる。これにより、現像装置４の帯電能力を超えるほどの大量のトナーが一度に補給されることを抑制することができる。すなわち、かぶり、濃度ムラまたはトナー飛散などの好ましくない現象を抑制することが可能となる。

また、ベタ画像を形成するときの現像剤の消費量である最大消費量ｔ１maxよりも小さく閾値ｔ４を設定することで、高印字時の補給量を少なくすることができる。これにより、補給トナーが一度に大量に補給されることに起因する攪拌不足や帯電不足を抑制できる。すなわち、かぶりなどを防止することが可能となる。

しかし、閾値ｔ４をあまりにも小さくしてしまうと、高印字時にトナーが不足してしまい、最悪の場合、現像容器内が空になってしまう。そこで、例えば、現像容器内の残量の狙い値を１５０ｇとした場合、残量検知センサ１５は、残量が１３０ｇであることを検出すると、トナーレベルＬｏｗ警告を出力する。また、残量検知センサ１５は、残量が１７０ｇであることを検出すると、トナーレベルＨｉ警告を出力する。とりわけ、ＣＰＵ３５は、Ｌｏｗ警告を受信すると、残量の復帰シーケンスを実行してもよい。復帰シーケンスとしては、例えば、現像容器内に５ｇのトナー量が補給されるまで、一定時間にわたり、補給モーターを回転させるシーケンスがある。これにより、現像容器１６内のトナー量を一定に保つことが可能となろう。

ところで、かぶりを起こさずに補給できるトナー量の最大値は、使用状況や環境などにより異なる。なぜならば、トナー劣化が進むにしたがって、トナーの帯電性が低下するからである。また、現像装置２を構成している各パーツが劣化してゆくことで、トナーに対する帯電付与能力も減衰してゆくことも原因の１つである。そこで、かぶりの抑制と高印字時の補給不足とを両立させるためには、かぶりを起こさない範囲で初期閾値ｔ３を可能な限り大きな値とすることが必要である。また、トナー濃度は、トナーの劣化を表す尺度の好例である。よって、濃度制御時に検出されたトナー像の濃度情報から、ＣＰＵ３５が、トナーの劣化状態を推測し、推測結果に応じて補給量ｔ３をｔ４へと調整することが望ましいといえる。

なお、濃度制御時に形成されるトナー像は、中間調であることが好ましい。図６や図７を用いて説明したように、中間調のトナー像において、トナーの劣化に応じた濃度の変化が現れやすいからである。好ましくは、中間調の階調レベルは、表現可能な最大階調の８分の１ないし４分の３である。さらに好ましくは、中間調の階調レベルは、表現可能な最大階調の４分の１ないし２分の１である。

図１０は、実施形態に係る濃度差分Δと補正係数Ｘとの対応関係の一例を示す図である。濃度差分Δと補正係数Ｘとの対応関係は、例えば、テーブルを作成して管理してもよい。図１０に示されるテーブルによれば、トナー劣化の程度を１０段階に区分けし、各段階に対応する補正係数Ｘが登録されている。ＣＰＵ３５は、記憶装置４０に記憶されているテーブルを用いて、濃度差分Δに対応する補正係数Ｘを容易に決定できる。

なお、本実施形態に係る現像装置４（寿命：４万枚）について耐久試験を行ったところ、使用初期から終期にわたり、濃度ムラやかぶりは発生しなかった。また、トナーの供給量不足や供給過多といった現象も発生することがなかった。

また、本実施形態では、階調レベルが９６であるときのトナー像の濃度を用いて、補給量（閾値）を調整したが、本発明はこれに限定されることはない。現像装置４の使用の初期と終期とで、入出力特性に顕著な差が生じうる他の１以上の階調レベルを用いてもよい。さらに、濃度検出の対象となる階調レベルは一つである必要はなく、２以上であってもよい。複数の階調レベルについて濃度を検出する場合、ＣＰＵ３５は、検出された複数の濃度の合計値や平均値を理想値と比較してもよい。また、ＣＰＵ３５は、複数の検出濃度から傾きを算出し、理想の傾きと比較してもよい。

［他の実施形態］
上述の実施形態では、説明の便宜上、モノクロ方式の画像形成装置について説明したが、本発明は、複数のプロセスカートリッジを搭載したカラー画像形成装置にも適用できる。また、各色のプロセスカートリッジに不揮発性メモリ（記憶装置４０）を搭載し、理想的な初期濃度を記憶させるようにしてもよい。

図１１、実施形態に係るカラー画像形成装置の概略断面図である。カラー画像形成装置は、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、複合機などとして市場に提供されることが多い。

このカラー画像形成装置は、４つのプロセスカートリッジ４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋを備えている。また、各プロセスカートリッジは、所定の使用量に到来すると画像形成装置から外されて、新しいプロセスカートリッジと交換される。なお、各プロセスカートリッジは、上述した感光ドラム１や帯電装置２などを備えている。プロセスカートリッジの詳細は、上述したとおりである。各プロセスカートリッジに対して、トナーホッパー５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが設けられている。このトナーホッパーも画像形成装置から取り外して交換することが可能となっている。

各感光ドラム１の表面に形成された各色のトナー像は、プロセスカートリッジの配置された順にしたがって中間転写体６１上に多重形成される。各プロセスカートリッジについての濃度制御も上述した通りに実行される。また、トナーの補給制御も各プロセスカートリッジごとに独立して実行される。

このようなフルカラー画像形成装置においては、多色の画像が一枚の記録媒体上に重ねられる。そのため、かぶりに関しては、フルカラー画像形成装置はモノクロ画像形成装置よりもはるかに高い品質が要求される。よって、本発明に係るトナー補給方法は、フルカラー画像形成装置に採用されることが望ましい。

実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 実施形態に係る現像装置の概略構成を示す断面図である。 実施形態に係る制御ユニットの一例を示す図である。 実施形態に係るビデオカウント方式の原理を説明するための模式図である。 実施形態に係るＣＰＵによって実現される機能のブロック図である。 実施形態に係る入力画像信号に対する画像濃度の関係を示すグラフである。 実施形態に係る入力画像信号に対する画像濃度の関係を示すグラフである。 実施形態に係るトナー補給制御の一例を示すフローチャートである。 実施形態に係る補給モーターの回転数と補給量との関係を示す図である。 実施形態に係る濃度差分Δと補正係数Ｘとの対応関係の一例を示す図である。 実施形態に係るカラー画像形成装置の概略断面図である。

符号の説明

１：感光ドラム
２：帯電装置
３：露光装置
４：現像装置
５：補給装置（トナーホッパー）

Claims (11)

1. 現像剤を使用して画像を形成する画像形成装置であって、
   形成される画像についての印字比率に基づいて、該画像を形成する際に消費される現像剤の消費量を推定する推定手段と、
   画像ごとに推定された前記消費量を積算する積算手段と、
   積算された前記消費量が閾値を超えたか否かを判定する判定手段と、
   積算された前記消費量が前記閾値を超えると、前記閾値に相当する一定量の現像剤を現像容器へ補給する補給手段と、
   前記現像容器に収納されている現像剤の劣化の程度を推測する推測手段と、
   前記現像剤の劣化の程度に応じて前記閾値を調整する調整手段と
   を含むことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記閾値は、画像を形成するときの現像剤の最大消費量以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記推測手段は、
   記録媒体または像担持体上に形成された基準となる現像剤像の濃度を検出する検出手段を含み、
   前記調整手段は、検出された前記現像剤像の濃度に応じて前記閾値を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記現像剤像は、中間調の現像剤像であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記中間調は、表現可能な最大階調の８分の１ないし４分の３であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記中間調は、表現可能な最大階調の４分の１ないし２分の１であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記調整手段は、
   前記中間調に対応する現像剤の基準濃度を記憶する記憶手段と、
   前記中間調の現像剤像から検出された濃度と、前記理想濃度とを比較する比較手段と、
   検出された前記濃度と前記基準濃度との差に応じて前記閾値を補正するための補正係数を決定する決定手段と
   を含み、
   決定された前記補正係数を用いて前記閾値を調整することを特徴とする請求項４ないし６の何れかに記載の画像形成装置。
8. 現像剤を使用して感光体上の潜像を現像する現像装置であって、
   潜像の印字比率に基づいて、該潜像を現像する際に消費される現像剤の消費量を推定する推定手段と、
   潜像ごとの前記消費量を積算する積算手段と、
   積算された前記消費量が閾値を超えたか否かを補給時期ごとに判定する判定手段と、
   積算された前記消費量が前記閾値を超えると、前記閾値に相当する一定量の現像剤を現像容器へ補給する補給手段と、
   前記現像容器に収納されている現像剤の劣化の程度を推測する推測手段と、
   前記現像剤の劣化の程度に応じて前記閾値を調整する調整手段と
   を含むことを特徴とする現像装置。
9. プロセスカートリッジであって、
   潜像を担持する像担持体と、
   前記潜像を現像する、請求項８に記載の現像装置と
   を一体に構成したことを特徴とするプロセスカートリッジ。
10. 前記閾値を調整するために、記録媒体または像担持体上に形成された基準となる現像剤像の濃度と比較される基準濃度を記憶する記憶手段をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のプロセスカートリッジ。
11. 現像剤の補給方法であって、
    形成される画像についての印字比率に基づいて、該画像を形成する際に消費される現像剤の消費量を推定する推定工程と、
    画像ごとに推定された前記消費量を積算する積算工程と、
    積算された前記消費量が閾値を超えたか否かを補給時期ごとに判定する判定工程と、
    積算された前記消費量が前記閾値を超えると、前記閾値に相当する一定量の現像剤を現像容器へ補給する補給工程と、
    前記現像容器に収納されている現像剤の劣化の程度を推測する推測工程と、
    前記現像剤の劣化の程度に応じて前記閾値を調整する調整工程と
    を含むことを特徴とする現像剤の補給方法。

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