JP2008181065A - 画像形成装置、画像濃度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成に用いないトナーの消費量を抑制し、且つ、環境変動などによる現像装置の現像能力の変化に対処して、一定の画像濃度を得ることが可能な画像形成装置及び画像濃度制御方法を提供する。
【解決手段】本発明においては、トナー入換量に応じて第１の目標出力値補正手段により、トナーを消費すること無く画像濃度を略一定に保ち、且つ、環境変動などによる現像能力の変化に伴う画像濃度の調整を、トナーパターンの検出結果に応じて第２の目標出力値補正手段により対処することができる。よって、従来のようにトナーパターンの検出結果だけに基づいて画像濃度を一定に保つ場合よりも、画像濃度を一定に保つために行われるトナーパターンの検出頻度を少なくすることができるので、トナーの消費量を抑制することができる。
【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及び画像濃度制御方法に係り、詳しくは、トナーと磁性キャリアとで構成された２成分現像剤を用いて画像形成を行うものに関するものである。

従来より、トナーと磁性キャリアとから構成される２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２成分現像方式が広く知られている。２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。２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。

また、画像形成装置においては、一般に、常に一定の画像濃度が得られるように画像形成を行うことが重要である。画像濃度は、主として現像装置の現像能力によって決まる。この現像能力とは、現像時に潜像に対してどの程度のトナーを付着させることができるかを示す能力であり、トナー濃度のほか、潜像担持体表面の潜像と現像バイアスが印加される現像剤担持体表面との電位差である現像ポテンシャル等の現像条件や、現像に寄与するトナーの帯電量によっても変化する。この現像能力を示す指標としては、現像ポテンシャルに対するトナー付着量を示す関係式の傾き（現像γ）が広く知られている。このように画像濃度は現像装置の現像能力によって決まることから、上述したように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だけでは、画像濃度を一定にすることはできない。そして、現像ポテンシャル等の現像条件については比較的容易に一定にすることはできるものの、現像に寄与するトナーの帯電量を一定にすることは困難である。そのため、現像条件を一定にし、かつ、トナー濃度が一定となるようにトナー濃度制御したとしても、現像能力を一定にすることができずに一定の画像濃度が得られないという不具合が発生する。

具体的に説明すると、例えば画像面積率の低い画像を出力した場合、その現像によって消費されたトナーの量は比較的少ないので、所望のトナー濃度に維持すべく補給されるトナーの量が少ない。そのため、現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーの量が多い。現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーは、撹拌作用を長く受けているため、現像装置内のトナーが過度に帯電したものとなりやすい。よって、現像能力が比較的低いものとなる。これに対し、画像面積率の高い画像を出力した場合には、十分に帯電されていない補給されたばかりの新しいトナーが多く存在し、現像に寄与するトナーの中における所望の帯電量まで十分に帯電されていないトナーが占める割合が多い。その結果、現像能力は比較的高いものとなる。特に、近年は現像装置の小型化の要求に応えるべく現像装置内に保有する現像剤の量をなるべく少なくする傾向にある。そのため、画像面積率の高い画像を出力した後に行われる画像形成時において、所望の帯電量まで十分に帯電されていないトナーが現像に寄与する割合がより多くなっている。よって、画像面積率の高い画像を出力した後の画像形成時における現像能力は比較的高くなりやすい。

また、構成によっては、画像面積率の低い画像を出力した場合の方が画像面積率の高い画像を出力した場合に比べて現像能力が高くなる場合もあり得る。例えば、外添剤が付着したトナーを用い、トナーに対するストレスが高い現像装置を用いる場合、現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーは、撹拌作用を長く受ける結果、トナー表面に外添剤が埋没したり、トナー表面から外添剤が離脱したりする。このようなトナーが多い場合、現像剤の流動性が悪化したり、トナー自体の帯電能力が低下したりして、現像に寄与するトナーを所望の帯電量まで十分に帯電させることができない。したがって、画像面積率の低い画像を出力した場合には、現像に寄与するトナーの中における所望の帯電量まで十分に帯電されていないトナーが占める割合が多くなるので、現像能力が比較的高いものとなる。これに対し、画像面積率の高い画像を出力した場合には、トナー補給量が多いため、現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーの量が少ない。よって、現像剤の流動性が十分に良好で、かつ、帯電能力が十分に高いトナーが多い。したがって、現像に寄与するトナーを所望の帯電量まで十分に帯電させることが可能であるので、現像能力は比較的低いものとなる。

以上のように、画像面積率の低い画像を出力する場合と画像面積率の高い画像を出力する場合とでは、その後のトナー補給により現像装置内に存在する新しいトナーの比率が異なることから、現像能力に違いが生じてくる。よって、現像条件を一定にし、かつ、トナー濃度が一定となるようにトナー濃度制御したとしても、現像能力を一定にすることができずに一定の画像濃度が得られないという不具合が発生する。

この不具合を抑制し得るものとしては、例えば特許文献１や特許文献２に記載された画像形成装置が挙げられる。この画像形成装置は、現像装置内の２成分現像剤中のトナー濃度を検知して出力するトナー濃度検知手段を有し、そのトナー濃度検知手段の出力値とトナー濃度制御基準値とを比較してその比較結果に基づいてトナー補給装置を制御し、現像装置内の２成分現像剤のトナー濃度が所望のトナー濃度となるように制御する。そして、非画像部に形成した基準トナーパターンの濃度を検知することにより、当該基準トナーパターン形成時における画像濃度を把握し、その検知結果に基づいてトナー濃度制御基準値を補正する。この方法によれば、その補正後のしばらくの期間は所望の画像濃度で画像形成を行うことが可能である。よって、基準トナーパターンの形成及びその検知結果に応じたトナー濃度制御基準値の補正を定期的に行うことで、一定の画像濃度を得ることが可能である。

特開昭５７−１３６６６７号公報 特開平２−３４８７７号公報

ところが、特許文献１や特許文献２に記載された画像形成装置においては、トナー濃度制御基準値の補正を行うためには、その都度、基準トナーパターンを形成しなければならない。そのため、画像形成に用いないトナーの消費量が増大してしまうという問題が生じる。

本出願人は、上記問題を解決するために、特願２００５−３２７６４７号（以下、「先願」という。）に記載の画像形成装置を提案した。詳しく説明すると、前記先願に記載された画像形成装置は、所定期間内における現像装置内のトナー入換量を把握するための情報、例えば出力された画像の画像面積率、を検出する情報検出手段を有している。この情報検出手段の検出結果によって、現像装置内に存在する新しいトナーの比率あるいは古いトナーの比率がどの程度なのかを把握し、現像装置の現像能力を把握する。そして、情報検出手段の検出結果に基づいて、トナー濃度制御基準値補正手段によってトナー濃度制御基準値の補正を行い、現像装置内のトナー濃度を調整することで、一定の画像濃度を得る。前記先願の画像形成装置において、トナー濃度制御基準値の補正に用いるトナー入換量の情報は、出力された画像の画像面積率を検出するなどトナーを消費しないで検出できるので、画像形成に用いないトナーの消費量が増大するのを抑制できる。

しかしながら、前記先願では、所定期間内における現像装置内のトナー入換量以外の要因、例えば環境変動や放置時間などによって現像装置の現像能力が変化しても、それらに対して対処することができない。そのため、前記先願で提案した発明だけでは、画像濃度を適切に制御できないといった問題が生じる。

本発明は、以上の背景に鑑み上記先願を改良するものであり、その目的とするところは、画像形成に用いないトナーの消費量を抑制し、且つ、環境変動などによる現像装置の現像能力の変化に対処して、一定の画像濃度を得ることが可能な画像形成装置及び画像濃度制御方法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、潜像を担持する像担持体と、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤によって該像担持体上の潜像をトナー像に顕著化する現像装置と、該現像装置内にトナーを補給するトナー補給装置と、該現像装置内の該２成分現像剤中のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、該現像装置内のトナー濃度を制御するために参照されるトナー濃度制御基準値に応じて該トナー濃度を制御するトナー濃度制御手段と、該像担持体と接触する位置に設けられた、複数の張架部材によって張架されるベルト部材と、該ベルト部材上に形成されたトナーパターンを検出するトナーパターン検出手段とを備えた画像形成装置において、所定期間内における該現像装置内のトナー入換量を把握するための情報を検出する情報検出手段と、該トナー濃度制御基準値を変更する手段として、少なくとも、該情報検出手段の検出結果に基づいて上記トナー濃度制御基準値を変更する第１のトナー濃度制御基準値変更手段と、該トナーパターン検出手段の検出結果に基づいて該トナー濃度制御基準値を変更する第２のトナー濃度制御基準値変更手段とを有する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、上記第１のトナー濃度制御基準値変更手段と上記第２のトナー濃度制御基準値変更手段との上記トナー濃度制御基準値を変更する変更間隔が異な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、上記情報検出手段は、上記所定期間内に形成した画像の画像面積率を検出する画像面積率検出手段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、上記第１のトナー濃度制御基準値変更手段は、上記画像面積率検出手段の検出結果から得られる上記所定期間内に形成した画像の画像面積率の平均値に基づいて、上記トナー濃度制御基準値を変更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５の発明は、請求項３の画像形成装置において、上記第１のトナー濃度制御基準値変更手段は、上記画像面積率検出手段の検出結果から得られる上記所定期間内に形成した画像の画像面積率の移動平均値に基づいて、上記トナー濃度制御基準値を変更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５の画像形成装置において、上記移動平均値Ｍ（ｉ）は、下記の数式に基づいて算出される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）」は前回算出した移動平均値であり、「Ｘ（ｉ）」は今回検出した画像面積率である。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、上記第１のトナー濃度制御基準値変更手段は、上記情報検知手段の検出結果に基づき、上記所定期間内における上記現像装置内のトナー入換量が基準量よりも多い場合には、トナー濃度を低くするように上記トナー濃度制御基準値を変更し、該所定期間内における該現像装置内のトナー入換量が基準量よりも少ない場合には、該トナー濃度を高くするように該トナー濃度制御基準値を変更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８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成装置において、上記トナー入換量に応じて、上記第２のトナー濃度制御基準値変更手段による上記トナー濃度制御基準値の変更間隔を変化させることを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項８の画像形成装置において、上記トナー入換量が、予め定めた第１の閾値よりも多い場合及び予め定められた第２の閾値よりも少ない場合には、上記第２のトナー濃度制御基準値変更手段による上記トナー濃度制御基準値の変更間隔を、それ以外の場合よりも短くすることを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の画像形成装置において、上記第１のトナー濃度制御基準値変更手段は、前回の作像終了時から次回の作像開始時までの間に上記トナー濃度制御基準値の変更を行うものであることを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項１０の画像形成装置において、上記第１のトナー濃度制御基準値変更手段による上記トナー濃度制御基準値の変更と、上記第２のトナー濃度制御基準値変更手段による該トナー濃度制御基準値の変更とが同じタイミングで行われる場合には、該第１のトナー濃度制御基準値変更手段による該トナー濃度制御基準値の変更を行わないことを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、潜像を担持する像担持体と、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤によって該像担持体上の潜像をトナー像に顕著化する現像装置と、該現像装置内にトナーを補給するトナー補給装置と、該現像装置内の該２成分現像剤中のトナー濃度を検出するトナー濃度検知手段と、該現像装置内のトナー濃度を制御するために参照されるトナー濃度制御基準値に応じて該トナー濃度を制御するトナー濃度制御手段と、該像担持体と接触する位置に設けられた、複数の張架部材によって張架されるベルト部材と、該ベルト部材上に形成されたトナーパターンを検出するトナーパターン検出手段とを備えた画像形成装置における画像濃度制御方法おいて、該トナー濃度制御基準値を変更する手段として少なくとも、所定期間内における該現像装置内のトナー入換量を把握するための情報を検出する該情報検出手段の検出結果に基づいて上記トナー濃度制御基準値を変更する第１のトナー濃度制御基準値変更手段と、該トナーパターン検出手段の検出結果に基づいて該トナー濃度制御基準値を変更する第２のトナー濃度制御基準値変更手段とを用いて、該トナー濃度制御基準値を変更することにより、出力画像の画像濃度を制御することを特徴とするものである。

上述したように、一定の画像濃度を得ることができないのは、現像装置内に存在する新しい補給トナーの比率あるいは古いトナーの比率が異なる結果、現像能力に違いが生じるためである。そこで、本発明においては、所定期間内における現像装置内のトナー入換量を把握するための情報を検出する。この情報から、所定期間内に現像装置内のトナーがどのくらい消費され、どのくらいの新しいトナーが補給されるかを把握することができる。すなわち、現像装置内に存在する新しいトナーの比率あるいは古いトナーの比率がどの程度なのかを把握することができる。これにより、現像能力を把握することができるので、上記情報を検出した結果に基づき、第１のトナー濃度制御基準値変更手段によって現像装置の現像能力が一定に維持されるようにトナー濃度制御基準値を補正することができる。この結果、現像装置内のトナー入換量が変わるような画像形成を行っても、トナー濃度を調整することにより現像能力が一定に維持され、一定の画像濃度を得ることができる。そして、現像装置内のトナー入換量を把握するための情報は、トナーを消費しないで検出することができることから、第１のトナー濃度制御基準値変更手段によってトナー濃度制御基準値を補正するに際には、トナーを消費しなくても済む。
また、環境変動や放置時間などにより現像能力が変化しても、ベルト部材上に形成されたトナーパターンの検出結果から画像濃度を把握して第２のトナー濃度制御基準値変更手段により前記トナー濃度制御基準値を補正することができる。これにより、第１のトナー濃度制御基準値変更手段が対処できない現像装置内のトナー入換量以外の要因で現像能力が変化しても、現像能力が一定に維持されるようにトナー濃度制御基準値を変更し、トナー濃度を調整することができるので一定の画像濃度を得ることができる。
したがって、本発明のように第１のトナー濃度制御基準値変更手段と第２のトナー濃度制御基準値変更手段とを組み合わせてトナー濃度制御基準値を変更することにより、第１のトナー濃度制御基準値変更手段によってトナーを消費すること無く画像濃度を略一定に保ち、且つ、環境変動などによる現像能力の変化に伴う画像濃度の調整は、第２のトナー濃度制御基準値制御手段によって対処することができる。なお、環境変動や放置時間などによる現像能力の変化は急激に起こるものではないので、第２のトナー濃度制御基準値変更手段によるトナー濃度制御基準値の変更頻度を少なくしても、環境変動などによる現像能力の変化に対処することができる。よって、本発明では、従来のようにトナーパターンの検出結果だけに基づいて画像濃度を一定に保つ場合よりも、画像濃度を一定に保つために行われるトナーパターンの検出頻度を少なくすることができるので、トナーの消費量を抑制することができる。

以上、本発明によれば、画像形成に用いないトナーの消費量を抑制し、且つ、環境変動などによる現像装置の現像能力の変化にも対処して適切な画像濃度を得ることができるという優れた効果がある。

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主要部を示す概略構成図である。
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１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋ（以下、各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋは、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、ブラック用の部材であることを示す。）が、中間転写体としての中間転写ベルト６の表面移動方向（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１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋは、それぞれ、潜像担持体としてのドラム状の感光体１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｂｋを有する感光体ユニット１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｂｋと、現像装置２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋとを備えている。また、各作像手段１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの配置は、各感光体ユニット内の感光体１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｂｋの回転軸が平行になるように且つ中間転写ベルト６の表面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。

各作像手段１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋによって形成された感光体１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｂｋ上のトナー像は、中間転写ベルト６上に順次重ね合わされて１次転写される。この重なり合って得られるカラー画像は、中間転写ベルト６の表面移動に伴って２次転写ローラ３との間の２次転写部に搬送される。また、本レーザプリンタは、上記作像手段１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋのほか、その下方に図示しない光書込ユニットが配置されており、さらにその下に図示しない給紙カセットが配置されている。図２中の一点鎖線は、転写紙の搬送経路を示している。給紙カセットから給送された転写紙は、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。転写紙は、レジストローラ５により所定のタイミングで２次転写部に供給される。そして、中間転写ベルト６上に形成されたカラー画像が、転写紙上に２次転写され、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１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋのうち、イエローの作像手段１Ｙの概略構成を示す拡大図である。他の作像手段１Ｍ，１Ｃ，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１Ｙは、上述したように、感光体ユニット１０Ｙ及び現像装置２０Ｙを備えている。感光体ユニット１０Ｙは、感光体１１Ｙのほか、その感光体表面をクリーニングするクリーニングブレード１３Ｙ、その感光体表面を一様帯電する帯電ローラ１５Ｙ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１２Ｙも備えている。この潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１２Ｙ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１０Ｙにおいて、感光体１１Ｙの表面は、電圧が印加された帯電ローラ１５Ｙにより一様帯電される。この感光体１１Ｙの表面に図示しない光書込ユニットで変調及び偏向されたレーザ光Ｌ_Ｙが走査されながら照射されると、感光体１１Ｙの表面に静電潜像が形成される。この感光体１１Ｙ上の静電潜像は、後述の現像装置２０Ｙで現像されてイエローのトナー像となる。感光体１１Ｙと中間転写ベルト６とが対向する１次転写部では、感光体１１Ｙ上のトナー像が中間転写ベルト６上に転写される。トナー像が転写された後の感光体１１Ｙの表面は、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１３Ｙでクリーニングされた後、潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１２Ｙで所定量の潤滑剤が塗布されるとともに除電され、次の静電潜像の形成に備えられる。

上記現像装置２０Ｙ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。）を使用している。また、この現像装置２０Ｙは、現像ケース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２２Ｙや、現像スリーブ２２Ｙ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２３Ｙ，２４Ｙ、現像ドクタ２５Ｙ、トナー濃度検知手段としての透磁率センサ２６Ｙ、トナー補給装置としての粉体ポンプ２７Ｙ等を備えている。現像スリーブ２２Ｙ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２２Ｙが感光体１１Ｙの金属基体層に対して所定電圧にバイアスされている。なお、現像バイアス電圧は、負の直流電圧ＤＣ（直流成分）のみを印加するようにしてもよい。

図３において、現像ケース内に収容された現像剤が撹拌搬送スクリュー２３Ｙ，２４Ｙ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撹拌搬送スクリュー２３Ｙが配置された第１撹拌搬送路内の現像剤の一部が現像スリーブ２２Ｙの表面に担持され、現像ドクタ２５Ｙで層厚が規制された後、感光体１１Ｙ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２２Ｙ上の現像剤中のトナーが現像電界によって感光体１１Ｙ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２２Ｙ上の現像剤離れ極位置で現像スリーブ２２Ｙから離れ、第１撹拌搬送路に戻る。第１撹拌搬送路をその下流端まで搬送された現像剤は、第２撹拌搬送スクリュー２４Ｙが配置された第２撹拌搬送路の上流端へ移動し、第２撹拌搬送路内でトナー補給を受ける。その後、第２撹拌搬送路をその下流端まで搬送された現像剤は、第１撹拌搬送路の上流端へ移動する。第２撹拌搬送路の底部を構成する現像ケース部分には、透磁率センサ２６Ｙが設置されている。

現像ケース内の現像剤のトナー濃度は、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２６Ｙの出力値Ｖｔに基づいて、必要により図２に示したトナーカートリッジ３０Ｙから粉体ポンプ２７Ｙによりトナーが補給されることで適正な範囲に制御される。トナー補給制御は、出力値Ｖｔとトナー濃度制御基準値である目標出力値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Ｔｎ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。
また、画像形成枚数が１０〜５０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１１Ｙ上に形成された複数のハーフトーン及びベタパターンを中間転写ベルト６に転写し、その濃度を図２に示す反射濃度センサ６２により検知して、その検知値からトナー付着量を把握し、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。
更に、本実施形態では、プロセスコントロールとは別に、１回の画像形成ごとに目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを補正する処理も行う。これらの詳しい内容は、トナー濃度制御の内容とあわせて後述する。

また、４つの感光体１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｂｋのうち、最下流側にあるブラック用の感光体１１Ｂｋのみ中間転写ベルト６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は中間転写ベルトに対して接離可能となっている。転写紙上にカラー画像を形成する場合、４つの感光体１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｂｋは、それぞれ中間転写ベルト６に当接する。一方、転写紙上にブラックの単色画像を形成する場合、各カラー用の感光体１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍを中間転写ベルト６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のみを中間転写ベルト６に当接させるようにする。

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（ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３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。また、所定の目標出力値補正プログラムを実行することにより、１回の画像形成ごとに目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを補正し、常に一定の画像濃度が得られるようにする。ＲＯＭ１０２には、ＣＰＵが実行するトナー濃度制御プログラム、目標出力値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、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。なお、本実施形態において制御部１００は、後述する電位制御手段、第１の目標出力値補正手段及び第２の目標出力値補正手段としても機能するものであるが、本発明を把握しやすいように、電位制御手段、第１の目標出力値補正手段及び第２の目標出力値補正手段という表現をそのまま用いる。

図５は、透磁率センサ２６の出力値を縦軸にとり、検知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が目標出力値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。逆に、出力値Ｖｔが目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆより小さい場合には、粉体ポンプ２７を停止させトナー補給を行わない。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。

次に、本発明の特徴部分である目標出力値補正処理に係る制御の全体概要について、図１を用いて説明する。図１に示すように、本制御を行う手段は、電位制御手段、第１の目標出力値補正手段及び第２の目標出力値補正手段から構成されている。なお、本実施形態においては、制御部１００が電位制御手段、第１の目標出力値補正手段及び第２の目標出力値補正手段としても機能するものであるが、本発明を把握しやすいように、電位制御手段、第１の目標出力値補正手段及び第２の目標出力値補正手段という表現をそのまま用いて説明する。電位制御手段は、現像装置２０の現像γ（現像能力）を測定し現像バイアスを決定すると同時に目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを変化させる。この制御の実行頻度は、例えば、カラー画像を２００枚出力後である。
第１の目標出力値補正手段は、現像装置内のトナー入換量に応じて目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを変化させるものである。なお、第１の目標出力値補正手段による制御は、１ＪＯＢ毎に実行される。
第２の目標出力値補正手段は、紙間つまり連続印刷中の先行する転写紙の後端部と後続紙の転写紙の先端部との間に中間転写ベルト６上にトナーパターンを形成し、そのトナーパターンを反射濃度センサ６２で検知することによりＶｔ_ｒｅｆを変化させるものであり、その実行頻度は、転写紙１０〜５０枚毎である。なお、連続印刷中にトナーパターンを中間転写ベルト６上に形成させる場合には、先行する転写紙用の画像と後続する転写紙用の画像との間、言い換えれば、先行する転写紙の後端部と後続紙の転写紙の先端部との間つまり紙間に相当する部分の中間転写ベルト６上にトナーパターンが形成されるようにする。

上記したように、これら制御手段は、それぞれ異なる実行頻度の間隔で目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを補正し、トナー濃度を狙いへと導くように制御を行っている。なお、電位制御手段による目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正間隔が最も長く、第１の目標出力値補正手段による目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正間隔が最も短い。

次に電位制御手段による目標出力値補正処理について詳細に説明する。先ず、現像γ（現像能力）を測定するために、現像ポテンシャルを変化させ、感光体１１上に、１０階調の濃度測定用のトナーパターンを作製する。このトナーパターンは光書込ユニットから照射されるレーザー光の電位を固定して、現像バイアスと帯電バイアスとを変化させ作像される。また、帯電バイアスと現像バイアスとの差分である地肌部ポテンシャルが１００［Ｖ］に固定されるように作像する。なお、トナーパターンは現像ポテンシャルの低い側から順次作像する。

次に、現像装置２０によって現像された各感光体上のトナーパターンを中間転写ベルト６上に転写する。なお、本実施形態においては、濃度測定用トナーパターンを、それぞれの作像手段１で１０個作製したが、より少ないトナーパターンでも現像γの測定は可能である。望ましくは濃度を変えて３種類以上である。中間転写ベルト上に、各色並列に転写された濃度測定用のトナーパターンは、中間転写ベルト６の回転方向下流に並列に設置してある４つの反射濃度センサ６２により、同時に各色トナーパターンのトナー濃度が測定される。その後、そのトナー濃度をトナー付着量［ｍｇ／ｃｍ^２］に換算し、トナー付着量［ｍｇ／ｃｍ^２］と現像ポテンシャル［ｋＶ］との関係式を得る。上記関係式の傾きが現像能力を示す現像γである。また上記関係式から、目標のトナー付着量を得るための現像バイアス値を算出することができる。電位制御手段による制御においては、各環境や現像スリーブ２２の回転距離［ｍ］、感光体回転時間［ｓｅｃ］などにより、異なる現像γ目標値が設定してある。その現像γ目標値と先ほど算出した現像γの現在値を比較して、現像γの現在値が目標値よりも大きい場合には、目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを高くして、トナー濃度を低めに誘導する。また現像γの現在値が目標値よりも小さい場合には、Ｖｔ_ｒｅｆを低く設定し、トナー濃度を高めに誘導するという制御を行っている。

次に、第１の目標出力値補正手段による目標出力値補正処理について詳細に説明する。
図６は、出力画像面積率による現像γ（現像ポテンシャルに対するトナー付着量関係式の傾き）の差異を示すグラフである。このグラフは、同一の画像面積率画像を、標準線速モード（１３８［ｍｍ／ｓｅｃ］）で連続１００枚出力した際の値である。このグラフからわかるように、画像面積率の高い画像を出力する場合の方が現像γが高くなる。これは次の理由によるものと考えられる。すなわち、画像面積率の高い画像を出力する場合、一定期間内における現像装置２０のトナー入換量が多いため、現像装置２０内に比較的長い時間存在しているトナーの量が少ない。そのため、過剰に帯電したトナーが少ないので、現像装置２０内に比較的長い時間存在しているトナー（過剰に帯電したトナー）の量が多い画像面積率の低い画像を出力した場合に比べて、高い現像能力を発揮できたものと考えられる。

このように、一定期間内における現像装置２０のトナー入換量の違いによってその後の画像形成時における現像能力に差異が発生する。現像能力に差異が発生すると、形成される画像の画像濃度にも差異が生じ、一定の画像濃度で画像形成を行うことができなくなる。そこで、一定期間内における現像装置２０のトナー入換量が違っても、現像能力を一定に維持するように、原理的には現像γが一定になるように、目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを補正する。目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを補正すれば、透磁率センサ２６の出力値Ｖｔがその補正後の目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆに近づくようにトナー濃度が調整される。その結果、画像面積率の高い画像を出力した場合のように現像装置２０のトナー入換量が多いときにはトナー濃度を低くして現像能力を低め、あるいは、画像面積率の低い画像を出力した場合のように現像装置２０のトナー入換量が少ないときにはトナー濃度を高くして現像能力を増加させて、現像能力が一定になるようにする。

なお、一定期間内における現像装置２０のトナー入換量は、出力する画像の面積［ｃｍ^２］や画像面積率［％］などの種々の情報から把握することが可能である。本実施形態では、画像面積率からトナー入換量を把握する場合を例に挙げて説明する。なお、画像面積率［％］は次のようにしてトナー入換量［ｍｇ／ｐａｇｅ］という単位に換算して利用する。本実施形態においては、適正な現像能力を発揮した場合、Ａ４の転写紙に対して１００％のベタ画像を出力するときに３００［ｍｇ］のトナーを消費し、３００［ｍｇ］のトナーが補給される。よって、この場合のトナー入換量は３００［ｍｇ／ｐａｇｅ］となる。ただし、画像面積率をトナー入換量に換算する場合、例えば基準の転写紙をＡ４横通紙に設定したときには、出力する全ての転写紙をこの基準転写紙に換算して画像面積率を換算する等の必要がある。本実施形態における現像装置２０の現像剤容量は２４０［ｇ］である。

図７は、横軸に画像面積率［％］をとり、縦軸に現像γ［ｍｇ／ｃｍ^２／ｋＶ］をとったグラフである。
このグラフは、図６に示すグラフのときと同様に、標準線速モードにおいてトナー濃度を一定に保ったまま、画像面積率ごとに１００枚連続印刷を行ったときのものである。このグラフから、画像面積率が基準値である５［％］を超えると、現像γは高くなる傾向があることがわかる。よって、本実施形態のプリンタにおいては、画像面積率が５［％］よりも高い場合、目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを高くしてトナー濃度を低めに誘導し、現像γを落として画像濃度を一定にすることが望まれる。逆に、目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを高くした後に画像面積率が５［％］以下の出力した場合には、目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを低くしてトナー濃度を高めに誘導する必要がある。

図８は、第１の目標出力値補正手段による目標出力値補正処理の流れを示すフローチャートである。
この目標出力値補正処理は各印刷のＪＯＢの終了ごとに実行する。制御部１００は、印刷ＪＯＢが終了したら、まず、直前までに印刷した過去数枚分あるいは数十枚分という一定期間内に出力した画像の画像面積率［％］の移動平均値を算出する（Ｓ１）。画像面積率［％］の移動平均値ではなく、単純な平均値でもよいが、移動平均値を用いることにより、現時点での現像剤特性を知るのに適した、過去数枚のトナー入換量の履歴を知ることができる。よって、本実施形態では移動平均値を用いることにする。この移動平均値は、簡単のため、下記の数１に示す式に従って算出したものを用いる。

ここで、「Ｎ」は画像面積率のサンプリング数（累積枚数）であり、「Ｍ（ｉ−１）」は前回算出した移動平均値であり、「Ｘ（ｉ）」は今回の画像面積率である。なお、Ｍ（ｉ）及びＸ（ｉ）は色ごとに個別に算出されるものである。

本実施形態のように、前回算出した移動平均値を用いて、今回の移動平均値を求めるので、過去数枚あるいは数十枚という画像面積率のデータをＲＡＭ１０３に保存する必要がなくなるため、ＲＡＭ１０３の使用領域を大幅に減少させることができる。また、累積枚数Ｎを適宜変更することで、制御のレスポンスを変更することが可能となる。例えば環境変動や経時において累積枚数Ｎを変更すると、より効果的に制御することができる。

このようにして移動平均値を算出したら、次に、制御部１００は、Ｖｔ_ｒｅｆレジスタから目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの現在値と目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの初期値とを取得する（Ｓ２）。なお、Ｖｔ_ｒｅｆの初期値と現在値とは式２のように定義する。

また、制御部１００は、透磁率センサ２６の感度情報を取得する（Ｓ３）。透磁率センサ２６の感度は、単位が［Ｖ／ｗｔ％］で表されるものであり、センサ固有の値である（図５にプロットした直線の傾きの絶対値が感度である。）。そして、直前の透磁率センサ２６の出力値Ｖｔを取得し（Ｓ４）、上記Ｓ２で取得した目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの現在値を使って、Ｖｔ−Ｖｔ_ｒｅｆを算出する（Ｓ５）。その後、制御部１００は、目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを補正するか否かを判断する。例えば、前回のプロセスコントロールが成功したか否か、あるいは、上記Ｓ５において算出したＶｔ−Ｖｔ_ｒｅｆの結果が所定範囲内に収まっているか否か、などを判断基準とする。本実施形態では、上記Ｓ５において算出したＶｔ−Ｖｔ_ｒｅｆの結果が所定範囲内に収まっているか否かを判断する（Ｓ６）。

Ｖｔ−Ｖｔ_ｒｅｆの結果が所定範囲内に収まっている場合、ＬＵＴを参照して補正量ΔＶｔ_ｒｅｆを決定する（Ｓ７）。具体的には、まず、ＬＵＴを参照して、上記Ｓ１で算出した移動平均値に対応するトナー濃度補正量ΔＴＣ（トナー濃度を変化させる量）を決定する。トナー濃度補正量ΔＴＣを決定した後、上記Ｓ３で取得した透磁率センサ２６の感度を用いて、下記の数３に示す式から目標出力値の補正量ΔＶｔ_ｒｅｆを算出する。算出した補正量ΔＶｔ_ｒｅｆは、ＲＡＭ１０３に保存する。なお、補正量ΔＶｔ_ｒｅｆは、色ごとに個別に算出される。

下記の表１は、透磁率センサ２６の感度が０．３の場合のＬＵＴの例を示すものである。

本実施形態で使用するＬＵＴは以下の手法を用いて作製した。
図９は、画像面積率の移動平均値［％］を横軸にとり、基準のトナー濃度に対して現像γを一定にするためにトナー濃度を変化させるマイナス方向のトナー濃度補正量［ｗｔ％］を縦軸にとったときのグラフである。
このグラフによれば、例えば画像面積率の移動平均値が８０％の場合、トナー濃度補正量ΔＴＣを−１［ｗｔ％］としてトナー濃度制御を行うと、現像γが一定に保たれるということがわかる。画像面積率の移動平均値に対するトナー濃度補正量ΔＴＣは、対数近似がもっとも精度よく近似できる。そのため、ＬＵＴに用いる移動平均値に対するトナー濃度補正量ΔＴＣは、この対数近似の方法を用いて決定した。本実施形態においては、上記表１に示すように、移動平均値が１０％未満の場合には補正ステップを１％ごとに設定し、移動平均値が１０％以上の場合には補正ステップを１０％ごとに設定した。この補正ステップは、現像剤や現像装置の特性に応じて任意に変更が可能である。
また、現像剤の使用状況は色ごとに異なるので、現像装置２０ごとに補正ステップや目標出力値補正処理の実行タイミングなどの各種条件を異ならせるようにしてもよい。特に、最大補正量を色ごとに調整するのが望ましい。この場合、例えば上記数３に代えて下記の数４に示す式を用いるようにする。

以上のようにＬＵＴを参照して補正量ΔＶｔ_ｒｅｆを決定したら（Ｓ７）、次に、制御部１００は、決定した補正量ΔＶｔ_ｒｅｆと上記Ｓ２で取得したＶｔ_ｒｅｆの初期値とから、下記の数５に示す式から、補正後の目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを色ごとに算出する（Ｓ８）。

次に、制御部１００は、算出したＶｔ_ｒｅｆの上下限処理を行う（Ｓ９）。具体的には、算出したＶｔ_ｒｅｆが予め設定された上限値を越える場合には、その上限値を補正後のＶｔ_ｒｅｆとする。一方、算出したＶｔ_ｒｅｆが予め設定された下限値を下回る場合には、その下限値を補正後のＶｔ_ｒｅｆとする。なお、算出したＶｔ_ｒｅｆがこれらの上限値と下限値の間である場合には、その算出したＶｔ_ｒｅｆを補正後のＶｔ_ｒｅｆとする。このようにして得られた補正後のＶｔ_ｒｅｆは、Ｖｔ_ｒｅｆの現在値としてＲＡＭ１０３に保存される（Ｓ１０）。

本目標出力値補正処理は、連続印刷中においては、前回の現像終了時から今回の現像開始時までの間に実行するのが望ましい。このようなタイミングで行うことで、連続印刷中においても、出力画像１枚ごとに適切に補正された目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを用いてトナー濃度制御を行うことができる。

本実施形態のように、第１の目標出力値補正手段を用いることによって出力画像の画像濃度の安定性は大幅に向上する。しかしながら、第１の目標出力値補正手段による制御を行うにあたり、いくつか改良すべき点が存在する。
一つ目は、過剰補正とならないよう、補正量を小さめにする必要があったため、画像濃度を補正しきれない場合があった。二つ目に、急激な環境変動や、画像出力モードの急激な変化などで画像濃度を補正しきれない場合があった。三つ目に、画像面積率（トナー入換量）が変化しなくても、環境変動や放置時間などにより画像濃度が変動する場合があった。これら問題は、第１の目標出力値補正手段が、何らフィードバックする術をもたなかったことに起因するものである。

次に、第２のトナー濃度補正手段による目標出力値補正処理について詳細に説明する。本実施形態では、上述したように紙間に相当する部分の中間転写ベルト６上に基準トナーパターンを作成し、その基準トナーパターンのトナー濃度を反射濃度センサ６２で検知することにより目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆにフィードバックする。

第２の目標出力値補正手段による目標出力値補正処理を図１０に示したフローチャートを用いて具体的に説明する。まず、紙間に相当する部分の中間転写ベルト６上に基準トナーパターンを作成する（Ｓ１’）。なお、作成する基準トナーパターンの大きさは主走査方向が１２ｍｍで、副走査方向の大きさが１５ｍｍである。また、本実施形態では基準トナーパターンとして、ソリッドなベタ書き込みのパターンを用いるが、２ｂｙ２などの比較的安定したパターンであれば、精度よく検知することが可能である。現像バイアスに関しては、固定値を用いても良いし、前回の電位制御プロセスコントロール時に算出した画像部バイアスでも良い。また、検知に使用するトナー量を少なくするために、より低い現像バイアスで測定することも可能である。次に、反射濃度センサ６２で基準トナーパターンのトナー濃度を測定する（Ｓ２’）。なお、反射濃度センサ６２は発光部と受光部とからなり、発光部からのＬＥＤ光を中間転写ベルト６上に作成した基準トナーパターンに照射し、そこからの反射光を受光部のフォトトランジスタで検知するというものである。反射光は、黒色の基準トナーパターンに関しては正反射光を用い、マゼンタ、シアン及びイエローのカラーパターンに関しては拡散反射光を用いた。次に、各色の基準トナーパターンのトナー濃度をトナー付着量に換算する（Ｓ３’）。この換算工程であるが、例えば予め反射光の検出強度に対するトナー付着量の変換テーブルを作成しておき、それに従いトナー付着量に変換する。次に、トナーの付着量目標値と算出したトナー付着量との比較を行う（Ｓ４’）。なお、本実施例において、基準トナーパターンの付着量目標値は、マゼンタ、シアン及びイエローが０．４±０．４［ｍｇ／ｃｍ^２］であり、黒色が、０．３±０．３［ｍｇ／ｃｍ^２］である。黒色は正反射を用いているため、トナーの高付着量領域まで検出することができないのでトナーの低付着量領域で検知している。
次に、基準トナーパターンのトナー付着量が目標範囲内であるかどうかを判定する（Ｓ５’）。トナー付着量が目標範囲内であった場合には、目量出力値Ｖｔ_ｒｅｆを変更することなく、第２の目標出力値補正手段による目標出力値補正処理を終了する（Ｓ５’でＹ）。トナー付着量が目標範囲外であった場合には、トナー付着量が目標範囲よりも多いか否かを判定する（Ｓ６’）。トナー付着量が目標範囲よりも多いと判定された場合には（Ｓ６’でＹｅｓ）、目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを上昇させ（Ｓ７’）、トナー濃度を低くする方向に誘導し、本補正を終了する。トナー付着量が目標範囲よりも少ないと判定された場合は（Ｓ６’でＮｏ）、Ｖｔ_ｒｅｆを低下させ（Ｓ８’）、トナー濃度を高くする方向に誘導した後、本制御を終了する。

第２の目標出力値補正手段を用いて目標出力値の補正処理を行う場合は、基準トナーパターンの作成頻度が高いほど精度が向上する。しかしながら、基準トナーパターンの作成頻度を上げることにより廃トナー量が増加する。そのため、環境の面からも基準トナーパターンの作成頻度の増加は難しいと言わざるを得ない。一方、単純に基準トナーパターンの作成頻度を低くして、第２の目標出力値補正手段による制御を実行すると基準トナーパターンを作成した時点で、すでに基準トナーパターンのトナー濃度が大きく変動している場合がある。そのため、基準トナーパターン作成間隔内の出力画像の画像濃度自体が正確に制御されている状態とはならない。

そこで、本実施形態においては目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正処理を行う際に、第１の目標出力値補正手段と第２の目標出力値補正手段とをそれぞれ単独で使用するのではなく、それぞれの長所を生かした形で融合させて用いている。
例えば、第１の目標出力値補正手段は、パラメータが動作開始点により変化する傾向がある。そのためパラメータの測定やマシンの公差などにより、誤差が生じてきてしまう可能性がある。従って第１の目標出力値補正手段のみでは、これらにより生じる誤差は、そのまま制御誤差になってしまう。また、環境変動や放置時間などの外乱があった場合でも、それら外乱に対して対処するすべがない。そのため、第１の目標出力値補正手段のみで目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの制御をすると、過剰補正を抑えるために、変化させるパラメータの移動量を小さくせざるをえなかった。そのような意味でこの制御だけでは、出力画像の画像濃度を完全に制御するのは困難であったと言える。
また、基準トナーパターンを作成して目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正を行う第２の目標出力値補正手段による制御では、トナー濃度に偏差が生じるまで目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの制御は行わないが、一方で原因の如何を問わず、基準トナーパターンのトナー濃度に偏差があればそれをなくす方向に目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを制御することが可能である。
よって、本実施形態のように、第１の目標出力値補正手段と第２の目標出力値補正手段とを組み合わせることにより、それぞれに対してフィードバックが可能となるため第１の目標出力値補正手段は目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正量を大きく設定することができるという大きなメリットが生ずる。また、第２の目標出力値補正手段に関しては、基準トナーパターンの作成頻度を減少させることができるので、廃トナーの量を大幅に減少させることができ、セールス上の大きなアドバンテージとなる。

なお、第１の目標出力値補正手段と第２の目標出力値補正手段とによる目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正制御を行う場合には、通常の状態での制御の基本は、第１の目標出力値補正手段とし、第２の目標出力値補正手段を第１の目標出力値補正手段による目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正が正しく実行されているか否かを確認する目的で使用することが望ましい。このような制御をすることにより、基準トナーパターンを作成することにより発生する廃トナーの量を、より低く抑えることができるとともに、より高い精度で画像濃度を一定に保つことができる。

例えば、従来、第２の目標出力値補正手段だけによる目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正制御は望ましくは転写紙５枚ごと、より望ましくは２枚毎に行わなければ、画像濃度を一定に保つという意味で、充分な効果を得ることができなかった。しかしながら、制御の基本を第１の目標出力値補正手段が行うような制御パターンを取り入れることにより、第２の目標出力値補正手段による補正制御の実行間隔を１０〜５０枚にすることが可能となる。
また、仮に環境変動や放置時間などの外乱が発生した場合には、第２の目標出力値補正手段で作成するトナーパターンの作成頻度を増加させて装置本体にフィードバックする回数を増加させて対応することが可能である。例えば、本実施形態においては、表１のＬＵＴで画像面積率の累積平均［％］が２％より小さい場合と、６０［％］以上の場合に、基準トナーパターンの作成間隔を短くする制御を導入している。これは画像面積率が高い場合や環境変動や経時劣化などを考慮すると、画像濃度が予想以上に高く推移する可能性があるためである。また画像面積率が極端に低い場合には、画像濃度が予想以上に低く推移する場合があるため、第２の目標出力値補正手段による目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正制御が多く行われるように基準トナーパターンの作成頻度を多く設定する。
逆に、５％前後の画像出力時には、基準トナーパターンの作成間隔を延ばし、第２の目標出力値補正手段による目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正制御の頻度を少なくしても、充分に画像濃度を一定に保つことができる。

このように、第１の目標出力値補正手段と第２の目標出力値補正手段とがそれぞれ単独で目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正制御を行わず融合して前記補正制御を行うことにより、高い相乗効果が得られる。なお、第１の目標出力値補正手段と第２の目標出力値補正手段との補正が同時に行われる場合には、第２の目標出力値補正手段による目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正制御を優先して行うことが望ましい。これは、上述したように第２の目標出力値補正手段は、原因の如何を問わず基準トナーパターンのトナー濃度に偏差がある場合に目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正を行うことができるので、より安定した画像出力が可能となるためである。

［比較実験例］
次に、上述した目標出力値補正処理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１１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、標準線速モード（１３８ｍｍ／ｓ）で、画像面積率が７０％のベタ画像を１００枚連続で形成したときの画像濃度を測定した。ひし形でプロットした比較例１では、第１及び第２の目標出力値補正手段による目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正を行っていないため、印刷ＪＯＢが進むに従い画像濃度ＩＤが高くなっている。また、三角でプロットした比較例２は、数枚毎に第２の目標出力値補正手段のみで目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正を行ったものである。この場合は、画像濃度ＩＤが一度大きく上昇してから補正が入るため、一時的に画像濃度ＩＤが高い部分が存在する。四角でプロットした比較例３は、第１の目標出力値補正手段のみで目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正を行った場合である。この場合、最初から目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正が入るため、画像濃度ＩＤは低めに抑えられているが、若干の画像濃度ＩＤの上昇がある。一方、バツでプロットした本実施形態では、第１の目標出力値補正手段と第２の目標出力値補正手段とによって目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正を行っているので、連像プリント枚数が多くなっても画像濃度ＩＤがほぼ一定の範囲内に収まっている。これは、第１の目標出力値補正手段による一枚ごとの細かい補正と、第２の目標出力値補正手段による数枚〜数十枚毎の外乱の影響を考慮した補正とによって、言い換えれば、異なる補正間隔でそれぞれの長所を活かした目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正を実行した効果である。
したがって、本比較実験例により、本実施形態のような目標出力値補正処理の制御を取り入れることによって、トナーの入換量が多い画像、つまり画像面積率の高い画像を出力した場合の画像濃度安定性を大幅に改善させるのが可能であることが確認された。

以上、本実施形態によれば、潜像を担持する像担持体である感光体１１と、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤によって感光体１１上の潜像をトナー像に顕著化する現像装置２０と、現像装置２０内にトナーを補給するトナー補給装置である粉体ポンプ２７と、現像装置２０内の２成分現像剤中のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段でる透磁率センサ２６と、現像装置２０内のトナー濃度を制御するために参照されるトナー濃度制御基準値である目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆに応じて前記トナー濃度を制御するトナー濃度制御手段である制御部１００と、感光体１１と接触する位置に設けられた、複数の張架部材によって張架されるベルト部材である中間転写ベルト６と、中間転写ベルト６上に形成されたトナーパターンを検出するトナーパターン検出手段である反射濃度センサ６２とを備えた画像形成装置であるレーザプリンタにおいて、制御部１００が所定期間内における現像装置２０内のトナー入換量を把握するための情報である画像面積率を検出する情報検出手段としても機能し、前記目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを変更する手段として、少なくとも、制御部１００の検出結果に基づいて目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを変更する第１のトナー濃度制御基準値変更手段である第１の目標出力値補正手段と、反射濃度センサ６２の検出結果に基づいて目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを変更する第２のトナー濃度制御基準値変更手段である第２の目標出力値補正手段とを有している。これにより、制御部１００が検出した前記画像面積率の検出結果に基づき、第１の目標出力値補正手段によって現像装置２０の現像能力が一定に維持されるように目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを補正することができる。この結果、現像装置２０内のトナー入換量が変わるような画像形成を行っても、トナー濃度を調整することにより現像能力が一定に維持され、一定の画像濃度を得ることができる。そして、現像装置２０内のトナー入換量を把握するための情報は、トナーを消費しないで検出することができることから、第１の目標出力値補正手段によって目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを補正するに際には、トナーを消費しなくても済む。
特に、本実施形態では、上記情報検出手段が、上記所定期間内に形成した画像面積率を検出する画像面積率検出手段として機能する制御部１００であることから、比較的容易かつ簡易な構成で、トナーを消費せずにトナー入換量を把握するための情報を検出することができる。
また、環境変動や放置時間などにより現像能力が変化しても、中間転写ベルト６上に形成されたトナーパターンの反射濃度センサ６２による検出結果からトナー濃度を把握して第２の目標出力値補正手段により目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを補正することができる。これにより、第１の目標出力値補正手段が対処できない現像装置２０内のトナー入換量以外の要因で現像能力が変化しても、現像能力が一定に維持されるようにトナー濃度を調整することができるので、一定の画像濃度を得ることができる。
また、本実施形態によれば、上記第１の目標出力値補正手段と上記第２の目標出力値補正手段との上記目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを変更する変更間隔が異なっている。これにより、例えば、第１の目標出力値補正手段による一枚ごとの細かい補正と、第２の目標出力値補正手段による数枚〜数十枚毎の補正とによって、目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正を行うことにより、上述した比較実験例のように連像プリント枚数が多くなっても画像濃度ＩＤがほぼ一定の範囲内に収まる。
また、本実施形態によれば、上記第１のトナー濃度制御基準値変更手段は、上記制御部１００の検出結果から得られる上記所定期間内に形成した画像の画像面積率の移動平均値に基づいて、上記目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを変更するものである。これにより、現時点での現像剤特性を知るのに適した、過去数枚分のトナー入換量の履歴を把握することができる。その結果、目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆをより適正に補正することができる。特に、上記移動平均値Ｍ（ｉ）として、上記数１に示した式に基づいて算出されるものを用いるので、上述したようにＲＡＭ１０３の使用領域を大幅に減少させることができる。なお、制御部１００は、前記移動平均値ではなく画像面積率の検出結果から得られる上記所定期間内に形成した画像の画像面積率の平均値に基づいて目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを補正するようにしてもよい。この場合も、上記所定期間内に形成された画像の画像面積率を簡便な方法で適正に把握することができる。
また、本実施形態によれば、上記第１のトナー濃度手段は、上記制御部１００の検出結果に基づき、上記所定期間内における上記現像装置２０内のトナー入換量が基準量よりも多い場合には、トナー濃度を低くするように上記目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを変更し、該所定期間内における該現像装置２０内のトナー入換量が基準量よりも少ない場合には、前記トナー濃度を高くするように目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを変更するものである。これにより、本実施形態のように、例えば画像面積率の高い画像を出力した場合に、現像能力が高まり現像γが高まるような構成においては、目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを簡易かつ適正に補正することができる。
また、本実施形態によれば、上記トナー入換量つまり画像面積率に応じて、上記第２の目標出力値補正手段による上記目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの変更間隔を変化させる。例えば、第１の閾値として画像面積率の累積平均［％］が６０［％］以上の場合と、第２の閾値として画像面積率の累積平均［％］が２％より小さい場合とで、基準トナーパターンの作成間隔を短くする制御を導入している。これは画像面積率が高い場合や環境変動や経時劣化などを考慮すると、画像濃度が予想以上に高く推移する可能性があるためである。また画像面積率が極端に低い場合には、画像濃度が予想以上に低く推移する場合があるため、第２の目標出力値補正手段による目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正制御が多く行われるように基準トナーパターンの作成頻度を多く設定する。逆に、５％前後の画像出力時には、基準トナーパターンの作成間隔を延ばし、第２の目標出力値補正手段による目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正制御の頻度を少なくしても、充分に画像濃度を一定に保つことができる。
また、本実施形態によれば、上記第１の目標出力値補正手段は、前回の作像終了時から次回の作像開始時までの間に上記目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの変更を行うものである。これにより、出力画像１枚ごとに適切に補正された目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆを用いてトナー濃度制御を行うことができる。
また、本実施形態によれば、上記第１の目標出力値補正手段による上記目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの変更と、上記第２の目標出力値補正手段による前記目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの変更とが同じタイミングで行われる場合には、前記第１の目標出力値補正手段による前記目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの変更を行わない。これは、上述したように、第２の目標出力値補正手段は、原因の如何を問わず基準トナーパターンのトナー濃度に偏差がある場合に目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正を行うことができるので、より安定した画像出力が可能となるためである。
また、本実施形態によれば、潜像を担持する感光体１１と、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤によって感光体１１上の潜像をトナー像に顕著化する現像装置２０と、現像装置２０内にトナーを補給する粉体ポンプ２７と、現像装置２０内の２成分現像剤中のトナー濃度を検知して出力する透磁率センサ２６と、現像装置２０内のトナー濃度を制御するために参照される目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆに応じて前記トナー濃度を制御する制御部１００と、感光体１１と接触する位置に設けられた、複数の張架部材によって張架される中間転写ベルト６と、中間転写ベルト６上に形成されたトナーパターンを検出する反射濃度センサ６２とを備えた画像形成装置であるレーザプリンタにおける画像濃度制御方法として、本発明を適用することにより、画像形成に用いないトナーの消費量を抑制し、且つ、環境変動などによる現像装置２０の現像能力の変化に対処して、一定の画像濃度を得ることができる。

尚、本実施形態では、中間転写方式のレーザープリンタを用いて説明したが、これに限るものではなく、転写搬送ベルトによって担持搬送された転写紙に直接、感光体１１からトナー像を転写する直接転写方式を採用した画像形成装置でも良い。また、この場合、連続印刷中に転写搬送ベルトに担持搬送されている先行紙の後端部と後続紙の先端部との間である紙間部分の転写搬送ベルト上に、トナーパターンを形成させる構成としても良い。
また、上記第２の目標出力値補正手段の変わりに上記電位制御手段を用いて、上記第１の目標出力値補正手段と上記電位制御手段とによって、上記目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正を行う構成や、前記第１の目標出力値補正手段、前記第２の目標出力値補正手段及び前記電位制御手段とを用いて、それぞれの長所を活かして前記目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの補正を行うような構成としても良い。

目標出力値補正処理に係る制御の全体概要の説明図。 レーザプリンタの主要部を示す概略構成図。 レーザプリンタが備える作像手段のうちイエロー作像手段の概略構成を示す拡大図。 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したブロック図。 透磁率センサの出力値を縦軸にとり、検知対象の現像剤のトナー濃度を横軸にとったグラフ。 出力画像面積率による現像γの差異を示すグラフ。 横軸に画像面積率をとり、縦軸に現像γをとったグラフ。 第１の目標出力値補正手段による目標出力値補正処理の流れを示すフローチャート。 画像面積率の移動平均値を横軸にとり、基準のトナー濃度に対して現像γを一定にするためにトナー濃度を変化させる量を縦軸にとったときのグラフ。 第２の目標出力値補正手段による目標出力値補正処理の流れを示すフローチャート。 比較実験例の結果を示すグラフ。

符号の説明

６ 中間転写ベルト
１１ 感光体
２０ 現像装置
２６ 透磁率センサ
２７ 粉体ポンプ
３０ トナーカートリッジ
６２ 反射濃度センサ
１００ 制御部

Claims (12)

1. 潜像を担持する像担持体と、
   トナーと磁性キャリアとを含む現像剤によって該像担持体上の潜像をトナー像に顕著化する現像装置と、
   該現像装置内にトナーを補給するトナー補給装置と、
   該現像装置内の該２成分現像剤中のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、
   該現像装置内のトナー濃度を制御するために参照されるトナー濃度制御基準値に応じて該トナー濃度を制御するトナー濃度制御手段と、
   該像担持体と接触する位置に設けられた、複数の張架部材によって張架されるベルト部材と、
   該ベルト部材上に形成されたトナーパターンを検出するトナーパターン検出手段とを備えた画像形成装置において、
   所定期間内における該現像装置内のトナー入換量を把握するための情報を検出する情報検出手段と、
   該トナー濃度制御基準値を変更する手段として、少なくとも、該情報検出手段の検出結果に基づいて上記トナー濃度制御基準値を変更する第１のトナー濃度制御基準値変更手段と、該トナーパターン検出手段の検出結果に基づいて該トナー濃度制御基準値を変更する第２のトナー濃度制御基準値変更手段とを有する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、
   上記第１のトナー濃度制御基準値変更手段と上記第２のトナー濃度制御基準値変更手段との上記トナー濃度制御基準値を変更する変更間隔が異な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、
   上記情報検出手段は、上記所定期間内に形成した画像の画像面積率を検出する画像面積率検出手段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、
   上記第１のトナー濃度制御基準値変更手段は、上記画像面積率検出手段の検出結果から得られる上記所定期間内に形成した画像の画像面積率の平均値に基づいて、上記トナー濃度制御基準値を変更するものであることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項３の画像形成装置において、
   上記第１のトナー濃度制御基準値変更手段は、上記画像面積率検出手段の検出結果から得られる上記所定期間内に形成した画像の画像面積率の移動平均値に基づいて、上記トナー濃度制御基準値を変更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５の画像形成装置において、
   上記移動平均値Ｍ（ｉ）は、下記の数式に基づいて算出される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）」は前回算出した移動平均値であり、「Ｘ（ｉ）」は今回検出した画像面積率である。
7. 請求項１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、
   上記第１のトナー濃度制御基準値変更手段は、上記情報検知手段の検出結果に基づき、上記所定期間内における上記現像装置内のトナー入換量が基準量よりも多い場合には、トナー濃度を低くするように上記トナー濃度制御基準値を変更し、該所定期間内における該現像装置内のトナー入換量が基準量よりも少ない場合には、該トナー濃度を高くするように該トナー濃度制御基準値を変更するものであ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または７の画像形成装置において、
   上記トナー入換量に応じて、上記第２のトナー濃度制御基準値変更手段による上記トナー濃度制御基準値の変更間隔を変化させることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項８の画像形成装置において、
   上記トナー入換量が、予め定めた第１の閾値よりも多い場合及び予め定められた第２の閾値よりも少ない場合には、上記第２のトナー濃度制御基準値変更手段による上記トナー濃度制御基準値の変更間隔を、それ以外の場合よりも短くすることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の画像形成装置において、
    上記第１のトナー濃度制御基準値変更手段は、前回の作像終了時から次回の作像開始時までの間に上記トナー濃度制御基準値の変更を行うものであることを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１０の画像形成装置において、
    上記第１のトナー濃度制御基準値変更手段による上記トナー濃度制御基準値の変更と、上記第２のトナー濃度制御基準値変更手段による該トナー濃度制御基準値の変更とが同じタイミングで行われる場合には、該第１のトナー濃度制御基準値変更手段による該トナー濃度制御基準値の変更を行わないことを特徴とする画像形成装置。
12. 潜像を担持する像担持体と、
    トナーと磁性キャリアとを含む現像剤によって該像担持体上の潜像をトナー像に顕著化する現像装置と、
    該現像装置内にトナーを補給するトナー補給装置と、
    該現像装置内の該２成分現像剤中のトナー濃度を検出するトナー濃度検知手段と、
    該現像装置内のトナー濃度を制御するために参照されるトナー濃度制御基準値に応じて該トナー濃度を制御するトナー濃度制御手段と、
    該像担持体と接触する位置に設けられた、複数の張架部材によって張架されるベルト部材と、
    該ベルト部材上に形成されたトナーパターンを検出するトナーパターン検出手段とを備えた画像形成装置における画像濃度制御方法おいて、
    該トナー濃度制御基準値を変更する手段として少なくとも、所定期間内における該現像装置内のトナー入換量を把握するための情報を検出する該情報検出手段の検出結果に基づいて上記トナー濃度制御基準値を変更する第１のトナー濃度制御基準値変更手段と、該トナーパターン検出手段の検出結果に基づいて該トナー濃度制御基準値を変更する第２のトナー濃度制御基準値変更手段とを用いて、該トナー濃度制御基準値を変更することにより、出力画像の画像濃度を制御することを特徴とする画像濃度制御方法。

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