JP2009014856A

JP2009014856A - 画像形成装置

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Publication number: JP2009014856A
Application number: JP2007174461A
Authority: JP
Inventors: Itaru Kawabata; 格川端
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2009-01-22

Abstract

【課題】現像剤の初期調整時の作動環境および現像動作時間による見かけのトナー濃度の変化を補正し、真のトナー濃度を精度よく制御することのできる手法を提供する。
【解決手段】現像槽に配置された透磁率センサによりトナーとキャリアとからなる2成分現像剤の初期の透磁率を検出し、前記初期透磁率を目標濃度として現像剤のトナー濃度を制御する画像形成装置において、前記画像形成装置内の作動環境を検出するための作動環境検出部と、初期透磁率が検出されたときの作動環境を記憶する記憶部と、記憶された作動環境と現在の作動環境と現像動作時間とに応じて目標濃度を変更するトナー濃度制御部とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図９

Description

この発明は、現像剤のトナー濃度制御装置に関し、特に非磁性トナーと磁性キャリアからなる2成分現像剤において、センサにて検出された検出値と所定の閾値とを比較することによりトナー濃度を制御するトナー濃度制御装置に関する。

2成分現像装置では非磁性トナー（以下、単にトナーという）と磁性キャリア（以下、単にキャリアという）とが所定の比率にて収容されており、攪拌手段を用いて充分に攪拌、混合されることにより、所定電荷に帯電される。

上記帯電された現像剤中のトナーは、感光体上に形成された静電潜像を現像し、可視像を形成する。この動作により現像剤中のトナーは減少し、トナー濃度が低下する。従って、減少した分のトナーを補給することが必要となり、高い印字品質を維持する為にはトナー濃度を一定に制御することが重要である。

そこで、センサを用いてトナーとキャリアとの混合比を検出し、適量のトナーを補給するように制御する。そのようなセンサはトナー濃度センサとして知られている。トナー濃度センサの動作原理としては、現像剤の透磁率を検出するもの（透磁率センサ）が広く用いられている。しかし、現像剤の攪拌時間が短い場合や現像停止状態が長期化した場合、現像剤は自重によって密な状態になる。その結果、透磁率センサで検出される見かけのトナー濃度は低く（トナーが少なく）検出される。このような現像剤の攪拌状態に伴う見かけのトナー濃度の変化を抑制するために、トナー補給の要否を判断する閾値を現像剤の初期調整時からの現像動作時間に応じて変えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１５６７９１号公報

前述のように、トナー濃度センサの検出値は、現像剤中のトナーとキャリアとの混合比の変化がない場合であっても、現像剤の放置状態により変化するが、さらに現像剤が使用される作動環境によっても異なってしまうことがある。

具体的には、初期現像剤を現像装置に投入して初期トナー濃度を検出する場合に、トナー濃度センサの検出値が目標設定値とは異なる値となることがある。特に低湿時の場合に初期現像剤のトナー濃度を高く検出する（トナー濃度センサの初期調整値が小さくなる）傾向が強く、従って、トナー濃度センサの検出値は現像剤の初期トナー濃度を正確に示していないことになる。さらに、この現象は、現像ローラの回転が数万秒までの初期段階に目標設定値に戻ってしまう。

この原因は、恐らく現像剤の初期攪拌性や帯電立ち上がりや印刷枚数の大小などに関係していると思われるが、詳細には追求できていない。従い、市場における現像装置のトナー濃度センサの制御値は、現像装置の設計段階で規定するトナー濃度センサの制御値とは、大きく異なることがある。そうすると、設計時に想定された現像性能を得ることができなくなる。

さらに、これとは別に、従来からの問題である現像剤のライフ挙動（作動環境変化、現像剤劣化）も加わるため、非常に複雑な制御が必要となってくる。

この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであって、現像剤の初期調整時の作動環境および現像動作時間による見かけのトナー濃度の変化を補正し、真のトナー濃度を精度よく制御することのできる手法を提供するものである。

この発明は、現像槽に配置された透磁率センサによりトナーとキャリアとからなる2成分現像剤の初期の透磁率を検出し、前記初期透磁率を目標濃度として現像剤のトナー濃度を制御する画像形成装置において、前記画像形成装置内の作動環境を検出するための作動環境検出部と、初期透磁率が検出されたときの作動環境を記憶する記憶部と、記憶された作動環境と現在の作動環境と現像動作時間とに応じて目標濃度を変更するトナー濃度制御部とを備えることを特徴とする画像形成装置を提供する。

別の表現をすれば、本発明による画像形成装置において、現像剤のトナー濃度制御は、上述の初期段階におけるトナー濃度センサ検出値が変動する課題を解決するために、以下のように構成されている。

（１）画像形成装置の現像に用いられるトナーとキャリアからなる２成分現像剤におけるトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、該トナー濃度センサで検出されたトナー濃度と所定の閾値とを比較し現像剤にトナーを補給するか否かを判定するトナー濃度制御部と、該判定結果に基づいてトナーを補給するトナー補給部とを備えるトナー濃度制御装置において、トナー濃度制御部は、予め決定された補正特性のデータが記憶されている補正テーブルを参照し、上記トナー濃度の閾値と現在の現像部の作動環境とに基づいてトナーの補給を行うか否かを判定することを特徴とする。

（２）制御部は動作時間を検出するための複数個のタイマーを備えており、該動作時間により現像剤の使用頻度を予想し、目標濃度を段階的に変更するための補正量が決定されることを特徴とする。

（３）現像部の作動環境を検出する手段として、現像装置近傍へ湿度センサを配置し、該湿度センサにより検出された湿度を予め定めた湿度の段階（湿度エリア）に割り当て、該エリアにより目標透磁率、即ちトナー濃度を段階的に変更するための補正時期が決定されることを特徴とする。

（４）また、前記湿度センサで得られた湿度は動作条件や時間帯での変化が大きいため、変化の小さい場合は補正条件を変更しないことを特徴とする。

（５）また、段階的に目標濃度を補正していく際、補正量にはリミット値が設定されており、リミット値を超えない範囲で目標濃度を補正する。前記リミット値は、標準的な現像剤のトナー濃度の範囲に基づいて予め決定された値である。そして、前記リミット値は、該現像剤の初期状態におけるトナー濃度をトナー濃度センサにより検出した値と初期状態における作動環境とに応じて決定されることを特徴とする。

（６）前記リミット値が該現像剤の初期状態のトナー濃度検出結果より低い場合は、段階的な補正は行なわないことを特徴とする。

（７）常時作動しているタイマー２は一定時間毎にリセットされ、タイマー３の動作積算時間との比率により動作頻度を推定し、動作頻度に合わせた補正値を決定することを特徴とする。

この発明の画像形成装置は、記憶された作動環境と現在の作動環境と現像動作時間とに応じて目標濃度を変更するトナー濃度制御部を備えるので、初期透磁率が検出されたときの作動環境と現在の作動環境と現像動作時間とに応じて目標濃度を変更し、真のトナー濃度を精度よく制御することができる。

即ち、本発明に係る画像形成装置は、トナー濃度制御において以下の効果を奏する。
現像剤の作動環境に応じて、透磁率センサの目標値に補正が行なえるので、作動環境に応じた適切なトナー濃度制御が可能となる。また、常時作動のタイマー２と動作積算タイマー３を備え、常に動作状況を判断できるため、実使用に応じたトナー濃度制御が可能となる。さらに、現像剤の初期調整時の作動環境に応じて、補正リミットを変更することにより、補正量のバラツキを抑え、より精度の高いトナー濃度制御が可能となる。

以下、この発明の好ましい態様について説明する。
この発明の画像形成装置は、記憶された作動環境と現在の作動環境と現像動作時間とに応じた補正量を示す補正テーブルを記憶する補正特性格納部をさらに備えていてもよい。
また、前記初期透磁率が検出された後の現像動作時間を積算する第１タイマーをさらに備え、前記トナー濃度制御部は、第1タイマーの値に応じて前記目標濃度を段階的に補正してもよい。

さらにまた、前記現像剤の寿命期間より短い期間として予め定められた動作比率判定期間を反復して計時する第2タイマーと各動作比率判定期間の最初にリセットされ各動作比率判定期間内の現像動作時間を積算する第3タイマーとをさらに備え、前記トナー濃度制御部は、各動作比率判定期間の経過後に第3タイマーの積算結果を予め定められた閾値と比較し、比較結果に基づいてその動作比率判定期間における現像動作時間を決定し、決定された現像動作時間をそれまでの各動作比率判定期間における現像動作の累積時間に加算し、加算結果に基づいて目標濃度を補正してもよい。

前記作動環境検出部は、作動環境として現像部近傍の湿度を検出する湿度センサであってもよい。

さらに、前記トナー濃度制御部は、前記湿度センサの検出結果に基づき、現像部近傍の湿度を予め定められた複数の段階の何れかに分類し、その類に応じて目標濃度を補正してもよい。このようにすれば、湿度の検出結果を複数の段階に分類することによって微小な変化の影響を無視することができる。前記湿度センサで得られた湿度は動作条件や時間帯での変化が大きいが、小さい変化の場合は補正条件を変更せずに安定した補正を行うことができる。

さらにまた、前記トナー濃度制御部は間欠的に湿度センサの検出結果を取得し、ある回に取得された湿度の段階が、前回に取得された湿度の段階に対して所定の大きさ以上変化した場合に目標濃度を補正してもよい。このようにすれば、湿度の検出結果から微小な変動を除いて安定した補正を行うことができる。

あるいは、前記トナー濃度制御部は間欠的に湿度センサの検出結果を取得し、各回に取得された湿度の段階が、所定回数以上連続して変化した場合に目標濃度を補正してもよい。このようにすれば、湿度の検出結果から突発的な変動を除いて安定した補正を行うことができる。

また、前記トナー濃度制御部は、初期透磁率が検出されたときの作動環境に応じて補正可能な目標濃度の範囲を決定し、その範囲内で目標濃度を設定してもよい。このようにすれば、行き過ぎた補正を抑止することができる。

さらに、前記トナー濃度制御部は、検出された初期透磁率が設定可能な目標濃度の範囲外にある場合、目標濃度を補正しないように制御してもよい。

また、前記現像動作の時間は、現像剤の攪拌時間であってもよい。

ここで示した種々の好ましい態様は、それら複数を組み合わせることもできる。

以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。

まず、この発明の実施形態に係るトナー濃度制御方法が適用された画像形成装置１について、図面に基づいて説明する。図１は、画像形成装置１の概略構成を示す断面図である。画像形成装置１は、コピアモード、プリンタモード、およびＦＡＸモードを備えたデジタル複合機である。

画像形成装置１は、画像読取部２および画像形成部３を備える。画像読取部２は、原稿が１枚ずつ載置される原稿台４、５を含む。原稿台４、５の上方には自動原稿搬送装置６が配置される。自動原稿搬送装置６は原稿トレイ７を含む。原稿トレイ７には１枚または複数枚の原稿が載置される。画像形成装置１では、原稿は、原稿台４上または原稿トレイ７上のいずれかに選択的に載置される。

自動原稿搬送装置６は、片面読取モードまたは両面読取モードを選択的に実行する。片面読取モードでは、原稿トレイ７上に載置された原稿は、１枚ずつ原稿台５上を経由して排紙トレイ８上に排出される。両面読取モードでは、原稿トレイ７上に載置された原稿は、１枚ずつ原稿台５上を経由して中間トレイ９まで搬送され、原稿搬送方向の前後が反転されることで原稿の表裏が反転された状態で再び原稿台５上を経由して排紙トレイ８上に排出される。

原稿台４、５の下方には、第１走査体１０、第２走査体１１、結像レンズ１２、およびＣＣＤセンサ１３が配置される。第１走査体１０は、原稿台４、５に対して平行である副走査方向に速度Ｖで移動する。第２走査体１１は、第１走査体１０に連動して副走査方向に速度Ｖ／２で移動する。

第１走査体１０は、露光ランプ１４および第１反射ミラー１５を含む。第２走査体１１は、第２反射ミラー１６および第３反射ミラー１７を含む。露光ランプ１４から出射され原稿によって反射された光は、第１ミラー１５、第２ミラー１６、および第３ミラー１７によって偏向されて結像レンズ１２に入射される。結像レンズ１２に入射された光は、結像レンズ１２によってＣＣＤセンサ１３上に結像される。ＣＣＤセンサ１３上に結像された光は、ＣＣＤセンサ１３によって光電変換処理されて画像データとして読み取られる。読み取られた画像データは、後述する制御部１８（図３参照）で所定の画像処理が施された後、グラフィックＲＡＭ１９に格納される。

画像読取部２の下方に画像形成部３が配置される。画像形成部３の底部には、給紙カセット２０が配置される。給紙カセット２０には複数枚の用紙が収容される。給紙カセット２０は、用紙の補給等のために画像形成装置１の本体に対して出し入れ可能に形成される。給紙カセット２０に収容された用紙は、コピアモードでは図示しないスタートキーの押下をトリガーとして、プリンタモードおよびＦＡＸモードでは印刷要求の受信をトリガーとして、給紙ローラ２２によって用紙搬送路２３上に給紙され、用紙の先端部がレジストローラ２４にチャックされた状態で待機する。

用紙搬送路２３上には、さらに感光体ドラム２５が配置される。感光体ドラム２５は図１において反時計方向に回転駆動する。感光体ドラム２５の周囲には、帯電器２６、現像装置２７、転写器２８、およびクリーニングユニット２９が、感光体ドラム２５の回転方向に沿って、この順序で配置される。また、帯電器２６と現像装置２７との間から感光体ドラム２５を臨む位置に、ＬＳＵ（レーザスキャニングユニット）３０が配置される。
画像形成部３では、次のような帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、および定着工程を含む電子写真方式の画像形成プロセスを経て、用紙に画像が形成される。

帯電器２６は、感光体ドラム２５の外周面を所定の電位に帯電させる（帯電工程）。ＬＳＵ３０は、所定電位に帯電された感光体ドラム２５の外周面に、制御部１８から入力される画像データに基づくレーザ光を照射し、静電潜像を形成する（露光工程）。感光体ドラム２５の外周面上に形成された静電潜像は、現像装置２７によって可視化され、トナー像となる（現像工程）。

ここで、レジストローラ２４に先端部をチャックされた状態で待機中の用紙は、その先端部を感光体ドラム２５の外周面上に形成されたトナー像の先端部と合わせるタイミングで、感光体ドラム２５と転写器２８との間に搬送され、用紙にトナー像が転写される（転写工程）。なお、感光体ドラム２５上に残留したトナーは、クリーニングユニット２９によって回収される。

トナー像が転写された用紙は、用紙搬送路２３上をさらに搬送され、定着装置３１に到達する。定着装置３１は、加熱ローラ３２および加圧ローラ３３を含む。定着装置３１まで搬送された用紙上に付着するトナーは、加熱ローラ３２と加圧ローラ３３とによって用紙に熱圧着されることで定着される（定着工程）。

定着装置３１を経由した用紙は、搬送ローラ３４によってさらに用紙搬送路２３上を搬送され、排紙ローラ３５によって排紙トレイ３６上に排出される。また、用紙の両面に印刷される場合は、用紙は、定着装置３１を通過した後にそれまでの搬送方向とは逆方向に反転搬送路３７を搬送されることで、表裏を反転した状態で再びレジストローラ２４にチャックされる。そして、用紙は所定タイミングで感光体ドラム２５と転写器２８との間を経由し、さらに定着装置３１を経由することで裏面にも画像を形成され、排紙トレイ３６上に排出される。

図２は、現像装置２７を示す拡大図である。現像装置２７は、現像剤４１が収納される現像槽４２と、現像剤４１におけるトナー濃度が低くなった場合に現像剤４１に供給されるトナーを収納するトナーボックス４３とを備える。現像装置２７は、請求項にいう現像部に相当する。トナーボックス４３に収納されるトナーは、必要に応じてトナー供給ローラ４４によって現像槽４２に供給される。

現像槽４２内には、攪拌ローラ４５、４６、供給ローラ４７、および現像ローラ４８が配置される。攪拌ローラ４５、４６は、現像槽４２内の現像剤４１を攪拌してキャリアとトナーとを混合するとともに現像剤４１を帯電させる。供給ローラ４７は、攪拌ローラ４５、４６によって攪拌された現像剤４１を現像ローラ４８に供給する。現像ローラ４８は、感光体ドラム２５に現像剤４１を供給する。

また、攪拌ローラ４６に対向する位置に、現像槽４２の底部から現像槽４２内を臨むようにして、現像槽４２内の現像剤４１のトナー濃度を検出する濃度センサ４９が配置される。濃度センサ４９としては、例えば、透磁率センサが用いられる。攪拌ローラ４６の外周面と濃度センサ４９の上面との間隔Ｇは、例えば０．８５ｍｍに設定される。また現像槽４２の底面には、湿度センサ５０が配備されている。図１１に、湿度に対する湿度センサ５０の出力電圧および前記出力電圧が制御部１８でＡ／Ｄ変換された値（湿度センサー出力値）の特性を示す。また、各湿度エリアの範囲を示す。濃度センサ４９は、請求項にいうトナー濃度センサに相当する。また、湿度センサ５０は、請求項にいう作動環境検出部に相当する。

図３は、制御部１８の概略の構成を示すブロック図である。制御部１８は所定のプログラムや複数の補正テーブルが格納されたＲＯＭ５２および作業領域となるＲＡＭ５３を含むＣＰＵ５１を備える。ＣＰＵ５１には、画像データが読み出し可能に格納されるグラフィックＲＡＭ１９、現像槽４２内の現像剤におけるトナー濃度を検出する濃度センサ４９、及び現像剤４１近傍の湿度を検出する湿度センサ５０、画像読取部２を動作させるモータやソレノイド等を含む画像読取部負荷機器５４、給紙ローラ２４や搬送ローラ３４等を動作させるモータやソレノイド等を含む搬送部負荷機器５５、および画像形成部３を動作させるモータやソレノイド等を含む画像形成部負荷機器５６等の入出力機器が接続され、ＣＰＵ５１はこれらの機器を統括して制御する。さらに、制御部１８は、タイマー群５７を含む。タイマー群５７は、後述するタイマー１（請求項にいう第1タイマー）、タイマー２（請求項にいう第2タイマー）およびタイマー３（請求項にいう第3タイマー）を含む。

請求項にいうトナー濃度制御部の機能は、ＣＰＵ５１が所定のプログラムの一部であるトナー濃度制御のプログラムを実行することによって実現される。ＲＡＭ５３内の所定の領域は、請求項にいう記憶部に該当する。また、ＲＯＭ５２内の所定の領域は、請求項にいう補正特性格納部に該当する。

図４は、トナー濃度制御部の処理手順の一部を示すフローチャートである。現像槽４２に新たに現像剤（キャリアとトナー）が収納された場合、キャリアとトナーとを十分に混合させるとともに現像剤４１を所定電荷に帯電させるために、制御部１８のＣＰＵ５１は現像剤４１の初期調整を開始する。この実施形態では、初期調整の時間は１２０秒間に設定される。ＣＰＵ５１は、初期調整中において、所定時間毎に濃度センサ４９によって現像剤４１のトナー濃度を取得し、初期調整終了直前でのトナー濃度が記憶装置にて記憶され、初期値(初期濃度)として登録される（Ｓ１）。更にＣＰＵ５１は、初期調整を終了と同時に湿度センサ５０にて現像剤近傍の湿度を検出し、検出湿度より湿度エリアに割り当て、初期湿度エリア（初期環境）として登録する（Ｓ２）。そして、検出された湿度エリアに基づいて、リミット補正量（リミット値）を決定する（Ｓ３）。前記リミット値を超えない範囲が補正可能な範囲、即ち目標濃度として設定可能な範囲である。

次に、現像剤４１が初期状態以外の時での制御について説明する。この実施形態では制御部１８には、予め複数個の補正テーブルが記憶されており、先に記述した初期段階にて決定されたリミット値と、現在のトナー濃度センサの出力値とを比較し、前記センサ出力値がリミット値以下であるか否かの判断が行われる（Ｓ４）。現在のセンサ出力値が既にリミット値に達している場合、目標濃度の補正は行わない。その場合、ルーチンはステップＳ１３へ進み、トナー補給の制御が行われる。

一方、前記ステップＳ４で現在のセンサ出力値が目標となるリミット値以下の場合、現像装置２７内の現像ローラ４８の回転時間を確認する（Ｓ５）。前記回転時間が規定時間に達していない場合、ルーチンはステップＳ１３へ進み、トナー補給の制御が行われる。ここで、前記規定時間は、目標濃度を補正する時間間隔であって、あらかじめ定められている。例えば、後述する図９では、規定時間が２６００秒に定められている。また、図７の規定時間は３０００秒、図８の規定時間は３４００秒に定められている。図７、８および９は、異なる湿度エリアに対する補正特性をそれぞれ示している。

前記ステップＳ５で規定時間が経過していれば湿度センサ５０にて読み込んだ湿度を記憶し、エリアの変化を判断する（Ｓ６）。その結果、湿度エリアが前回と異なる場合、さらにトナー濃度制御部は、前回の目標濃度補正処理時に検出された湿度エリアと今回検出された湿度エリアが２以上変化しているか否かを判断する。湿度エリアが２以上変化している場合は、今回検出された湿度エリアに応じて前記規定時間を更新する。即ち、次回補正時期までの間隔を変更する。また、湿度エリアの変化が２未満の場合であっても、前々回の補正処理時の湿度エリアと前回の湿度エリアの補正エリアが変化している場合は、次回補正時期までの間隔を変更する。即ち、２回連続して湿度エリアが変化した場合は、今回検出された湿度エリアに応じて前記規定時間を更新する（Ｓ７）。湿度エリアの変化が２以上か、あるいは、２回連続して湿度エリアが変化した場合は、ルーチンは後述するＳ１３へ進み、トナー補給の制御を実行する。

一方、湿度エリアの変化が２未満であり、２回連続して湿度エリアが変化していない場合、ルーチンは後述するＳ９へ進む。ここで、トナー濃度制御部は、所定期間内の動作比率を判定する。動作比率の判定は、所定期間（動作比率判定期間）ごとにその期間内での現像剤の攪拌時間が閾値を超えたか否かにより判断する。この判定のため、トナー濃度制御部は、各動作比率判定期間を計時するタイマー２および各動作比率判定期間中の現像動作時間を計時するタイマー３を用いる。トナー濃度制御部は、インターバルタイマとして常時動作するタイマー２の状態に基づいて規定時間が経過したか否かを判断する（Ｓ９）。規定時間が経過していない場合、トナー濃度制御部は前回の動作比率の値を維持した状態でステップＳ１２の補正処理をする。一方、規定時間が経過した場合、トナー濃度制御部はその動作比率判定期間中の現像動作時間を積算するタイマー３の値を読み込む（Ｓ１０）。その動作比率判定期間中にタイマー３が動作していない場合、トナー濃度制御部は前回の動作比率の値を維持した状態でステップＳ１２の補正処理をする。一方、タイマー３が動作した場合、その動作比率判定期間中のタイマー３の積算値から動作比率の演算を行い、動作比率を求める。さらに、以降の処理のために求められた動作比率をＲＡＭに記憶させる（Ｓ１１）。

続いて、トナー制御部は、動作比率に応じて現在の目標濃度を補正する（Ｓ１２）。即ち、今回のトナー濃度センサの出力値に補正を加算してトナー濃度の判定に用いる目標濃度値を決定する。目標濃度値の補正については、図５の説明箇所でさらに具体的に説明する。その後、トナー濃度制御部は、トナー濃度センサの出力値を読み込み（Ｓ１３）、読み込まれたセンサ出力値をそれに対応する目標濃度値と比較する（Ｓ１４）。比較の結果、トナー濃度が目標濃度に満たない場合は、トナーの補給動作（Ｓ１５）を行うようにトナー補給部を制御する。その後、ルーチンは図４の先頭へ戻り、トナー濃度制御の処理が繰り返される。

この実施例におけるトナー濃度センサは、ＧＮＤ、駆動電圧、制御電圧入力、出力の４端子を有している。駆動電圧は２４Ｖである。制御電圧入力Ｖｃとして、８ビットのＤ／Ａ変換器を介した０〜１０Ｖの可変電圧が供給される。出力Ｖoutは０〜５Ｖのアナログ電圧である。制御部１８は、そのアナログ電圧をＡ／Ｄ変換器で８ビットのデジタル値に変換してトナー濃度を制御する。実際の使用に際しては、所定の出力値が得られるように制御電圧の入力値（指数値）を変更する。各入力値に対するトナー濃度が予めデータとして用意されており、制御部は、所定の出力値が得られる場合の制御電圧入力値から、トナー濃度の検出値を得る。トナー濃度センサとしては、例えば、株式会社ＴＤＫ製のトナー濃度センサ、型名ＴＳ０５２４ＡＮＡが用いられる。

ここで、具体的なトナー濃度の補正についてさらに説明する。
本願では現像槽に３つのタイマー、すなわち現像槽の動作時間を積算するタイマー１と、所定時間１０分を測るタイマー２と、その時間内に動作した時間を積算するタイマー３とを有している。図１２は、各タイマー（タイマー１、２、３）のスタート、ストップおよびリセットの各条件の詳細を示す説明図である。図１２（ａ）は各条件を説明する表であり、図１２（ｂ）は、各条件に関する事象と各タイマーの状態を模式的に示すタイミングチャートである。

この発明に係る目標濃度の補正条件の一例を示す説明図である。図５（ａ）は湿度エリアに応じて透磁率センサの制御電圧値の補正度合いを表す補正テーブルである。一例として、エリア５（湿度２１〜２５％）の場合には、タイマー１による現像槽の回転時間（ＤＶ回転時間）が２８００秒ごとに標準補正量として３の指数値を加えていくことを示している。また、表の補正リミットとは指数値をどこまで上げられるかを示すもので、Ａは１００、Ｂは１１０、Ｃは１２０としている。補正リミットを設ける理由は、一定以上の補正を行うと逆の結果（トナー濃度をアンダートナーと見なし、実際のトナー濃度が上昇してしまう）をもたらすからである。低湿条件下においては、デベ調値は小さめになるため、補正リミットも小さめに設定している。

図５（ｂ）は現像槽の動作時間に応じて透磁率センサの制御電圧値の補正度合いを表す補正テーブルである。一例として、タイマー３による現像槽の動作時間３１〜６０秒の場合には、補正量はー１である。それに湿度エリアの標準補正量３を加えると最終補正量は２となることを示している。

図６、７、８は各湿度エリアに対応する制御値の段階的な補正を表したものである。図６は、湿度エリア４の場合の補正の様子を示している。一例として、図６の湿度エリア４の場合について説明する。例えば、初期デベ調整時におけるトナー濃度センサのデベ検出値が７８であった場合には、ＤＶ回転時間が２６００秒までは７８で制御し、２６００秒を超えると補正量３を加え調整値８１で５２００秒までトナー濃度を制御する。その後、５２００秒を超えると更に補正量３（トータル補正量６）を加えたデベ調値８４で制御する。それ以降は、この制御を順次繰り返す。ＤＶ回転時間が２０８００秒を超えた時点で、補正リミット１００に到達することになるが、それ以降は、デベ調値１００で一定制御する。

図７は、湿度エリア６のとき、ＤＶ回転時間３０００秒ごとに補正量３を加え、補正リミット１１０に到達するまで補正量３の加算を繰り返す様子を示している。図８は湿度エリア１１のとき、ＤＶ回転時間３４００秒ごとに補正量３を加え、補正リミット１２０に到達するまで補正量３の加算を繰り返す様子を示している。

ここで、前記調整値（図６〜８に示すデベ調値）は、制御電圧入力が８ビットのデジタル値に変換された値である。調整値が大きいことは、目標トナー濃度が低いことに対応する。

次に、現像剤のライフ途中で湿度エリアが変わったときの補正を図９に基づいて説明する。図９は、初期の湿度エリアが４、初期デベ調値が７８であり、ライフ途中で湿度エリアが４から６に変化した場合の補正の様子を示す説明図である。図９に示すように、ＤＶ回転時間（秒）が７０００秒のときに湿度エリアが４から６に変更したとする。その場合、湿度エリアの変化が検出された時点（ＤＶ回転時間７０００秒）ですぐに湿度エリア６のカウントを始めるのではなく、ＤＶ回転時間が規定時間の７８００秒に達するまでの残り８００秒（７８００（秒）―７０００（秒））をカウントする。図４のフローチャート上では、ＤＶ回転時間が規定時間の７８００秒に達するまでの間、ステップＳ５の判定結果がＮｏになるため、補正時期は変更されない。そして、ＤＶ回転時間が７８００秒達した時点で、湿度エリア６の条件で補正を実行する。図４のフローチャート上では、ステップＳ５、Ｓ７の判定結果がそれぞれＹｅｓになり、ステップＳ８で補正時期が変更される。即ち、図５（ａ）に示すように、湿度エリア６では、ＤＶ回転時間３０００秒ごとに補正量を加えていくことになる。また、ステップＳ８の判定結果はＹｅｓになり、ルーチンはステップＳ１２へ進んで目標濃度が補正される。

そのため、トナー濃度制御部は、７８００（秒）＋３０００（秒）＝１０８００（秒）で補正量３を追加する。その結果、ＤＶ回転時間が１０８００（秒）の時点で累積補正量が１２になる。それ以降も、トナー濃度制御部は、ＤＶ回転時間３０００秒ごとに補正量３を目標濃度に加えていく。そのパターンが図９の破線である。

一方、図９の実線は、湿度エリアが４のまま変化しない場合の補正の様子を示している。両者の比較からわかるように、湿度エリアがライフ途中で大きくなると、即ち、湿度が高くなると、低湿度の場合にくらべて目標濃度の補正が緩やかになる。これは、低湿時は初期の目標濃度が本来あるべき目標濃度から大きくズレを起こすため、早いピッチで補正量を加算して本来の目標値に戻そうとするからである。

なお、湿度エリアが７に変化した後、トナー濃度制御部は、ＤＶ回転時間３０００秒ごとに補正量３を目標濃度に加えていく。

また、図９の一点鎖線は、初期デベ調値が６８であり、ＤＶ回転時間（秒）が１５６００秒のときに湿度エリアが４から７に変化した場合を示している。この場合、ＤＶ回転時間（秒）１５６００秒の時点からＤＶ回転時間（秒）のカウントを始め３０００秒後、即ち積算１８６００秒で補正量３を加えて累積補正量は１８となる。その後は、全てＳ８の判定結果がＮｏのため、ＤＶ回転時間（秒）が３０００秒ごとに補正量３が追加されていく。

なお、初期デベ調整時おけるトナー濃度センサのデベ検出値が６８とかなり低い場合には、同様に補正量３ずつ加えながら制御していくが、最大補正量３０でストップがかかりデベ調値９８が最高値となる。

また、初期デベ調整時おけるトナー濃度センサのデベ値が１０３以上の場合には、補正リミット１００を超えているので、補正は行わない。

図８に示すように、高湿時のデベ調検出値は高めに検出され、これに対するリミット値C=120は、低湿時のリミット値A=100より大きくなる。高湿時、デベ調の検出値は低湿時より高めに検出され、かつ、上限のリミット値も低湿時よりは高くなるが、補正幅としては、低湿時の方がデベ調の検出値が大きく落ち込む関係で大きくなる。

図１０に本補正を用いたトナー濃度推移の制御結果の一例を示す。センサ制御値では実際のトナー濃度を確認できない。そのため、現実の現像剤のトナー濃度を、その都度サンプリングし溶剤によりトナーを溶解させることで図１０の縦軸のトナー濃度を測定した。初期のトナー濃度は、現実には同じ３．５重量パーセントである。市場においては初期トナー濃度センサの検出値は小さくなる。即ち、トナー濃度を真のトナー濃度よりも高く検出する。従って、真のトナー濃度よりも高い値が目標濃度に設定される。トナー濃度センサの特性が維持されている限りは、その後のトナー濃度も真のトナー濃度より高めに検出されるため、トナー濃度の制御は初期現像剤のトナー濃度付近で推移する。ところが、現像ローラの回転時間が数万秒に達すると、トナー濃度センサは、真のトナー濃度に近い値を検出するようになる。すると、高めに設定された目標濃度に対し、真のトナー濃度を検出して判定するため、本来の目標濃度の現像剤ではトナー濃度が低いと判断してしまう。その結果トナーが過剰に補給され、トナー濃度が徐々に目標値を超えて上昇していく。図１０の▲で示す点（従来の推移）は、その傾向を示している。

これに対し、この発明に係る制御の推移（図中の■の点）は、初期段階（現像ローラの数万回転時間）でトナー濃度センサの検出値を目標設定値に戻していく補正を行っているため、大きなトナー濃度の上昇がなく、きれいなトナー濃度推移を示している。なお、図のひし形の点は、設計段階で想定された推移特性を示している。
制御部１８は、このような各湿度エリアに対応させた補正テーブルを多数記憶しており、画像形成装置の湿度状況に応じて初期トナー濃度のデベ調値を徐々に制御していくものである。

前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味および前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。

この発明の実施形態に係る画像形成装置の概略の構成を示す断面図である。この発明の実施形態に係る現像装置を示す拡大図である。この発明の実施形態に係る制御部の概略の構成を示すブロック図である。この発明の実施形態に係る制御部の処理手順の一部を示すフローチャートである。この発明に係る目標濃度の補正条件の一例を示す説明図である。図５（ａ）は湿度エリア毎での補正時期を変更するための補正時期テーブルである。図５（ｂ）は動作時間による補正量を補正するための補正テーブルである。この発明の実施形態において、初期調整時の湿度エリアが４のときの段階的な補正を行うための標準補正テーブルである。この発明の実施形態において、初期調整時の湿度エリアが６のときの段階的な補正を行うための標準補正テーブルである。この発明の実施形態において、初期調整時の湿度エリアが１１のときの段階的な補正を行うための標準補正テーブルである。この発明の実施形態において、初期調整時の湿度エリアが４のときの途中で湿度エリアが変化した場合及びステップ８での判断を加えた場合の段階的な補正テーブルである。この発明に係るトナー濃度制御の効果を示すグラフである。この発明の実施形態において、湿度センサの特性を示す説明図である。この発明の実施形態において、タイマー１、２、３のスタート、ストップおよびリセットの各条件の詳細を示す説明図である。

符号の説明

１画像形成装置
２５感光体ドラム
２６現像ローラ
４９透磁率センサ

Claims

現像槽に配置された透磁率センサによりトナーとキャリアとからなる2成分現像剤の初期の透磁率を検出し、前記初期透磁率を目標濃度として現像剤のトナー濃度を制御する画像形成装置において、
前記画像形成装置内の作動環境を検出するための作動環境検出部と、
初期透磁率が検出されたときの作動環境を記憶する記憶部と、
記憶された作動環境と現在の作動環境と現像動作時間とに応じて目標濃度を変更するトナー濃度制御部と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
記憶された作動環境と現在の作動環境と現像動作時間とに応じた補正量を示す補正テーブルを記憶する補正特性格納部をさらに備える請求項１記載の画像形成装置。
前記初期透磁率が検出された後の現像動作時間を積算する第１タイマーをさらに備え、
前記トナー濃度制御部は、第1タイマーの値に応じて前記目標濃度を段階的に補正する請求項１に記載の画像形成装置。
前記現像剤の寿命期間より短い期間として予め定められた動作比率判定期間を反復して計時する第2タイマーと各動作比率判定期間の最初にリセットされ各動作比率判定期間内の現像動作時間を積算する第3タイマーとをさらに備え、
前記トナー濃度制御部は、各動作比率判定期間の経過後に第3タイマーの積算結果を予め定められた閾値と比較し、比較結果に基づいてその動作比率判定期間における現像動作時間を決定し、決定された現像動作時間をそれまでの各動作比率判定期間における現像動作の累積時間に加算し、加算結果に基づいて目標濃度を補正する請求項１に記載の画像形成装置。
前記作動環境検出部は、作動環境として現像部近傍の湿度を検出する湿度センサである請求項１〜４の何れか一つに記載の画像形成装置。
前記トナー濃度制御部は、前記湿度センサの検出結果に基づき、現像部近傍の湿度を予め定められた複数の段階の何れかに分類し、その類に応じて目標濃度を補正する請求項５に記載の画像形成装置。
前記トナー濃度制御部は間欠的に湿度センサの検出結果を取得し、ある回に取得された湿度の段階が、前回に取得された湿度の段階に対して所定の大きさ以上変化した場合に目標濃度を補正する請求項６に記載の画像形成装置。
前記トナー濃度制御部は間欠的に湿度センサの検出結果を取得し、各回に取得された湿度の段階が、所定回数以上連続して変化した場合に目標濃度を補正する請求項６に記載の画像形成装置。
前記トナー濃度制御部は、初期透磁率が検出されたときの作動環境に応じて補正可能な目標濃度の範囲を決定し、その範囲内で目標濃度を設定する請求項１〜８の何れか一つに記載の画像形成装置。
前記トナー濃度制御部は、検出された初期透磁率が設定可能な目標濃度の範囲外にある場合、目標濃度を補正しないように制御する請求項９に記載の画像形成装置。
前記現像動作の時間は、現像剤の攪拌時間である請求項１〜１０の何れか一つに記載の画像形成装置。