JP2009080276A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２成分現像剤を用いた現像装置において、該現像装置の環境、経時に対応して、常に所定レベル以上の現像画像を得ることができる画像形成装置及び画像形成方法を提供する。
【解決手段】制御部２００は、感光体２１の表面を帯電させ、表面電位センサ４０に感光体２１の表面電位Ｖ０を測定させる。制御部２００は、表面電位Ｖ０が所定範囲の値か判定を行なう。制御部２００は、所定範囲内であれば、現像バイアス印加装置２４４に感光体２１上にトナーパッチを形成させ、トナー画像濃度センサ５０に該トナーパッチの画像濃度を測定させる。制御部２００は、現像バイアス電位に対するトナーパッチの画像濃度測定値を受け取ると、プロットし、傾きを算出し、該傾きが所定範囲内かの判定を行ない、所定範囲内でない場合は、トナー濃度制御装置９０にトナー濃度の制御を行なわせる。
【選択図】図２

Description

本発明は、２成分現像剤を用いた現像画像の画像レベルを所定以上に保つように画像形成プロセス条件、特にトナー濃度、についての制御を行う電子写真方式の画像形成装置及び画像形成方法に関する。

従来の電子写真方式の画像形成装置では、一般的に、潜像担持体（例えば、感光体）の表面を帯電させ、その帯電域に画像露光して静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置によりトナー像として可視像化（現像）し、該可視像化されたトナー像を記録用紙等の記録材に静電的に転写した後、該記録材に転写されたトナー像を定着装置により該記録材に固着する。

この種の画像形成装置において、トナーと、トナーに電荷を付与するための磁性粒子、キャリアと、を含む２成分現像剤を用いて現像を行う場合には、現像剤中のトナー及びキャリアのうちトナーのみを潜像担持体に付着させて消費させる方式が採用されている。このため、画像形成装置では、現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサの測定結果に基づき、該現像剤のトナー濃度を一定に保つようにトナー濃度制御がなされるのが一般的である。

また、装置の環境、経時に対応して、帯電電位、露光量、現像電位等のプロセス条件を調整し、常に一定の画像が得られるようにすることを、一般的にプロセスコントロールと呼んでいる。

このプロセスコントロールとして、感光体ドラムの表面電位を計測し、画像データに基づき感光体ドラムに付着するトナー付着量を予測し、実際に感光体ドラムに付着した付着トナー量を計測して、それらの比較結果より像形成条件の一つである帯電量、現像バイアス、露光量、トナー濃度などの少なくとも一つを変更する画像形成装置に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、基準トナー画像（以下、「トナーパッチ」という）の画像濃度の測定値の所定目標値からの偏差と、その測定値が基準濃度領域内か、該領域より低い低濃度領域内か、該領域より高い高濃度領域内にあるかに対応して設定されている変換係数とに基づいて、現像剤のトナー濃度を制御する画像形成装置に関する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平５−２３０６号公報 特開２００２−１９６５５２号公報

しかしながら、例えば、同じ現像電位が確保された現像条件であっても、現像特性により現像剤のトナー濃度が大きく異なる。すなわち、現像能力が高い（現像γカーブ（センシトカーブ）の傾きが急である）場合には、トナー像が、かぶりやすく、逆に現像能力が低い（現像γカーブの傾きが緩やかである）場合には、トナー像が、がさつきやすくなる傾向がある。

現像γカーブとは、画像濃度と露光量の関係をグラフにしたもので、特性曲線ともいう。つまり、γの値は濃度の変化の割合に対する露光量の変化の割合を示す。特性曲線において、γの値が大きくなると、すなわち特性曲線の傾斜が急になると、その画像のコントラストは大きくなり、γの値が小さくなると、すなわち特性曲線の傾斜が緩やかになると、画像のコントラストは小さくなる。

また、特許文献１では、単にトナー濃度を制御することにより、トナー画像濃度が変化することは記載されているが、そのときの表面電位や露光量との関連までは含めておらず、現像γカーブに依存する現像画質までは考慮されていない。

また、特許文献２では、トナーパッチの画像濃度だけの結果をもとに、トナー濃度を制御しているため、そのときの表面電位は不明であり、単に現像濃度を確保するものにとどまり、特許文献１と同様、現像γカーブに依存する現像画質までは考慮されていない。

よって、画像レベルを安定させるため、画像形成装置の環境、経時を考慮しつつ、所定の現像電位が確保された状態を維持し、所定の濃度の現像画像を得ることができることが望まれている。

そこで、本発明は、２成分現像剤を用いた現像装置において、該現像装置の環境、経時に対応して、常に所定レベル以上の現像画像を得ることができる画像形成装置及び画像形成方法を提供することを目的とする。

斯かる実情に鑑み、第１の発明による画像形成装置は、潜像担持体の表面を帯電させ、前記潜像担持体の表面上に形成された静電潜像をトナー像として現像し、該トナー像を記録紙に転写して画像を形成する画像形成装置であって、
現像装置の現像バイアスを制御する現像バイアス手段と、前記現像装置内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、前記潜像担持体の表面に形成されたトナー像の画像濃度を検出する画像濃度センサと、前記トナー濃度の制御を行なう制御手段とを備え、前記制御手段は、前記現像バイアス手段の出力値を制御して、前記潜像担持体の表面に基準トナー画像を複数形成し、前記画像濃度センサを制御して、該基準トナー画像の画像濃度を計測し、前記現像バイアス手段の出力値に対する前記画像濃度の計測値の分布が、所定範囲内であるか否かの判定を行ない、前記計測値の分布が前記所定範囲内にない場合、トナー濃度の制御を行なうことを特徴とする。

また、第２の発明による画像形成装置は、前記制御手段が、前記現像バイアス手段の出力値に対する前記画像濃度の計測値の分布を、一次近似直線による傾きで求め、該傾きが前記所定範囲内であるか否かで判定を行なうことを特徴とする。

また、第３の発明による画像形成装置は、前記潜像担持体の表面電位を検出する表面電位センサを備え、前記制御手段は、前記表面電位センサの測定値が所定の範囲内にあるか否かの判定を行ない、該測定値が前記所定の範囲内にない場合、前記潜像担持体の表面電位を前記所定の範囲内となるよう調整することを特徴とする。

また、第４の発明による画像形成装置は、前記制御手段が、前記計測値の分布が前記所定範囲内にない場合、前記潜像担持体への全面べた画像形成又は前記現像装置へのトナー補給を強制的に行うように制御することを特徴とする。

また、第５の発明による画像形成装置は、前記現像バイアス手段の出力値に対する前記画像濃度の計測値の傾きとトナー濃度の関係テーブルを記憶した記憶手段を備え、前記制御手段は、前記関係テーブルを参照して、トナー濃度の制御を行なうことを特徴とする。

また、第６の発明による画像形成装置は、前記静電潜像を形成した後、前記制御手段が、前記表面電位センサに前記潜像担持体の表面電位を計測させ、該表面電位と現像バイアス電位との差に対する前記画像濃度の計測値の分布をトナー濃度の制御の判定に利用することを特徴とする。

また、第７の発明による画像形成装置は、前記表面電位センサによる計測値が、所定の範囲を超えている場合には、警報を発することを特徴とする。

また、第８の発明による画像形成装置は、周囲環境の状態を検出する環境状態検出手段を備え、前記制御手段は、前記環境状態検出手段の測定値の変化に応じて、前記トナー濃度センサの測定感度を変更することを特徴とする。

また、第９の発明による画像形成装置は、前記現像剤の寿命度合いを計測する寿命計測手段を備え、前記制御手段は、前記寿命計測手段の測定結果に基づく寿命度合いに応じて、前記トナー濃度センサの測定感度を変更することを特徴とする。

また、第１０の発明による画像形成装置は、前記制御手段が、前記トナー濃度の制御を、トナー補給後所定時間内は行なわないことを特徴とする。

また、第１１の発明による画像形成方法は、潜像担持体の表面を帯電させ、前記潜像担持体の表面上に形成された静電潜像をトナー像として現像し、該トナー像を記録紙に転写して画像を形成する画像形成方法であって、
前記潜像担持体の表面電位を検出するステップと、前記表面電位の測定値が所定の範囲内にない場合、前記表面電位を前記所定の範囲内となるよう調整するステップと、現像装置内の現像剤のトナー濃度を検出するステップと、前記潜像担持体の表面に基準トナー画像を複数形成するステップと、前記基準トナー画像の画像濃度を計測するステップと、現像バイアス電位の値に対する前記画像濃度の計測値の分布が、所定範囲内であるか否かの判定を行なうステップと、前記計測値の分布が前記所定範囲内にない場合、トナー濃度の制御を行なうステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、画像形成装置における現像特性について計測することで、現像特性を考慮したトナー濃度の制御を行なうことができる。

また、現像特性についての測定値をグラフ化した傾き（現像γカーブ）が所定範囲に入っているか否かの判定を行なうことにより、該傾きが所定範囲外の場合、適切にトナー濃度の制御を行なうことができる。

また、潜像担持体について所定の表面電位を確保することで、常に一定レベル以上の現像画像を得ることができる。

また、前記潜像担持体への全面べた画像形成又は前記現像装置へのトナー補給を強制的に行うことで、緊急時に一定レベル以上の現像画像を得ることができる。ここで、全面べた画像とは、全面黒色となる画像のことである。

また、現像特性とトナー濃度との関係テーブルを保持、管理することで、トナー濃度の設定値を簡易に変更することができる。

また、静電潜像を形成した後の潜像担持体の表面電位を計測すると、実質的な現像電位に対するトナー画像濃度をプロットすることができ、より実際の状況に近い測定値の傾きを算出することができることから、より確実に現像レベルを維持することができる。

また、静電潜像を形成した後の潜像担持体の表面電位を計測することにより、潜像担持体の感度情報も得ることができ、潜像担持体の劣化状況も確認することができる。

また、表面電位センサによる測定結果に基づく表面電位が、所定の範囲を超えている場合には、警報を発する構成とすることで、潜像担持体の表面電位に関係する部材、例えば、潜像担持体、表面電位センサ等の異常を使用者に報知することができる。

また、環境状態に関して計測し、トナー濃度センサの感度を調整することで、周囲環境の影響を補正し、正確にトナー像の画像濃度を検出することができ、適切なトナー濃度の制御を行なうことができる。

また、現像剤の寿命度合いに関して計測し、トナー濃度センサの感度を調整することで、より正確にトナー像の画像濃度を検出することができ、適切なトナー濃度の制御を行なうことができる。なお、前記「寿命度合い」は、初期状態から寿命に至る使用状況のことであり、例えば、使用期間を挙げることができる。

また、トナー補給直後は、現像剤のトナー帯電性が不安定となるため、トナー濃度制御は、トナー補給直後は行なわないことで、トナー濃度制御を行うか否かの判定をより正確に行うことができる。

以下、本発明に係る一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。

画像形成装置１００は、原稿から読取って画像データを取得したり、或いは、外部から受信して画像データを取得し、この画像データによって示されるモノクロ画像をシート上に形成するものであり、その構成を大別すると、原稿搬送部（ＡＤＦ、Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｆｅｅｄｅｒ）１０１、画像読取り部１０２、画像形成部１０３、シート搬送部１０４及び給紙部１０５からなっている。

原稿搬送部１０１は、少なくとも１枚の原稿が原稿セットトレイ１１にセットされると、原稿を１枚ずつ原稿セットトレイ１１から引き出して搬送し、該原稿を画像読取り部１０２に導いて通過させ、該原稿を排紙トレイ１２に排出するようになっている。

画像読取り部１０２は、原稿搬送部１０１からの原稿画像を読取り、該原稿画像に対応する画像データを、マイクロコンピュータ等を含む制御部２００へ送信するようになっている。

画像読取り部１０２から制御部２００へ送信された画像データは、該制御部２００で各種の画像処理を施してから、画像形成部１０３に出力されるようになっている。

本発明に係る画像形成装置１００は、電子写真方式の画像形成プロセスによって画像を形成するものであり、画像形成部１０３は、潜像担持体（ここでは感光体ドラム）２１と、感光体ドラム２１表面を帯電させるための帯電装置２２と、感光体ドラム２１上に静電潜像を形成するための露光装置（ここでは光書込みユニット）２３と、前記静電潜像を現像剤によって現像して感光体ドラム２１上にトナー像を形成するための現像装置２４と、感光体ドラム２１上のトナー像を記録用紙等の転写シートに転写するための転写装置（ここでは転写ユニット）２５と、シート上の転写画像を該シートに定着するための定着装置（ここでは定着ユニット）２７と、転写装置２５によって転写されずに感光体ドラム２１表面に残った残留トナーを除去するためのクリーニング装置（ここではクリーニングユニット）２６と、感光体ドラム２１表面に残った残留電荷を除電するための除電装置（不図示）と、を備えている。

以下、画像形成部１０３について、詳細に説明する。
感光体ドラム２１は、表面が所定方向に移動し（図中矢印Ａ方向に回転し）、その表面がクリーニング装置２６によりクリーニングされ、該クリーニングされた表面を帯電装置２２により均一に帯電される。本実施の形態では、高速画像形成処理を実現するために、感光体ドラム２１の周速度は、例えば、５４０ｍｍ／ｓｅｃとする。

帯電装置２２は、例えば、本実施の形態では、グリッド電極を有するスコロトロン型帯電器とする。詳しくは、帯電装置２２は、チャージャー型のものであって、コロナワイヤと感光体２１との間にグリッド電極が設けられており、制御部２００の指示の下、グリッド電圧を調整して感光体２１上の表面電位を調整できるようになっている。

露光装置として作用する光書込みユニット２３は、レーザー光源であるレーザー照射部２８、及びミラー群２９を備えるレーザースキャニングユニット（ＬＳＵ）である。この光書込みユニット２３は、制御部２００からの画像データを入力として、この画像データに応じたレーザー光をレーザー照射部２８から出射し、このレーザー光を、ミラー群２９を介して感光体ドラム２１に照射して、均一に帯電された感光体ドラム２１表面を露光し、感光体ドラム２１表面に静電潜像を形成するようになっている。なお、レーザー照射部２８は、制御部２００の指示の下、感光体２１上の表面へのレーザー光の光量及び照射径を調整できるようになっている。

現像装置２４は、トナーを感光体ドラム２１表面に供給して、感光体ドラム２１上に形成された静電潜像を可視像化（現像）するものである。この現像装置２４については、のちほど詳述する。

転写ユニット２５は、感光体ドラム２１表面に形成されたトナー像をシート搬送部１０４により搬送されてきたシートに転写するようになっている。
詳しくは、転写ユニット２５は、弾性導電性ローラ３４を有している。弾性導電性ローラ３４は、シート搬送部１０４から搬送されてくるシートを感光体ドラム２１表面に押し付けるようになっている。また、弾性導電性ローラ３４には、感光体ドラム２１表面のトナー像の電荷とは逆極性の電界が印加され、この逆極性の電界により感光体ドラム２１表面のトナー像がシート上に転写される。例えば、トナー像が（−）極性の電荷を有する場合は、弾性導電性ローラ３４に印加さる電界の極性が（＋）極性にされる。

クリーニングユニット２６は、現像、転写後に感光体ドラム２１の表面に残留したトナーを除去して回収するようになっている。

定着ユニット２７は、転写ユニット２５にてトナー像が転写されたシートを加熱及び加圧して、該シート上のトナー像を定着させるようになっている。
詳しくは、定着ユニット２７は、一対の定着ローラ（ここでは加熱ローラ３５及び加圧ローラ３６）を備えている。加熱ローラ３５内部には、該加熱ローラ３５表面を所定温度（定着温度：概ね１６０〜２００℃）に設定するための熱源（不図示）が設けられている。また、加熱ローラ３５に対して加圧ローラ３６が所定圧で圧接されるように、加圧ローラ３６の両端に加圧部材（不図示）が配置されている。かかる構成を備えた定着ユニット２７は、加熱ローラ３５と加圧ローラ３６間の圧接部（定着ニップ部と称される）にシートが搬送されてくると、各ローラ３５、３６によりシートが搬送されつつ、シート上の未定着トナー像が加熱溶融、及び加圧されて、トナー像がシート上に定着されるようになっている。

シート搬送部１０４は、給紙部１０５からのシートを搬送するための複数対の搬送ローラ４１、一対のレジストローラ４２、搬送経路４３を備えている。

給紙部１０５は、複数の給紙トレイ５１を備えている。各給紙トレイ５１は、シートを蓄積しておくためのものであり、画像形成装置１００の下方に設けられている。また、各給紙トレイ５１は、シートを一枚ずつ引き出すためのピックアップローラを備えており、該ピックアップローラにて引き出したシートをシート搬送部１０４の搬送経路４３へと送り出すようになっている。画像形成装置１００は、例えば、高速画像形成処理を目的としている場合、各給紙トレイ５１に、定型サイズのシートを５００〜１５００枚収納可能な容積を確保している。

搬送経路４３は、給紙部１０５から受け取ったシートを、レジストローラ４２により、回転する感光体２１上のトナー像と同期をとって、転写ユニット２５へ搬送し、さらに定着ユニット２７へと搬送するようになっている。また、定着ユニット２７にて定着されたシートは、シート搬送部１０４により排紙トレイ４７へとさらに搬送されて排出されるようになっている。

次に、制御部２００について説明する。
図２は、図１に示す画像形成装置１００の制御部２００を中心に示す制御系の概略ブロック図である。

制御部２００は、中央演算処理装置、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１と、記憶部２０２と、画像形成回数又は当該画像形成装置の駆動時間等をカウントする計数装置８０と、を備えている。
記憶部２０２は、各種制御プログラムや必要な関数を記憶しており、読み出し専用メモリ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びデータの読み書きを行なうことのできるメモリ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を含んでいる。

制御部２００は、ＣＰＵ２０１によって、各種制御プログラムを記憶部２０２から読み出し、該読み出した制御プログラムを実行することで、画像形成プロセス制御を行うように構成されている。

トナー濃度センサ２４３は、センサ出力値が制御部２００へ送信されるように制御部２００の入力系に電気的に接続されている。また、トナー補給装置３０は、作動信号が制御部２００から受信されるように制御部２００の出力系に電気的に接続されている。

画像形成装置１００は、前記の構成に加えて、表面電位センサ４０及びトナー画像濃度センサ５０を備えている。

表面電位センサ４０は、感光体２１上の表面電位を検出するものである。表面電位センサ４０は、感光体２１周囲の何れの位置に配設されていてもよい。表面電位センサ４０は、ここでは、図１に示すように、感光体２１の回転方向Ａにおいて、転写ユニット２５よりも下流側且つクリーニングユニット２６よりも上流側に配設されている。表面電位センサ４０は、センサ出力値が制御部２００へ送信されるように制御部２００の入力系に電気的に接続されている。

トナー画像濃度センサ５０は、感光体２１上に形成されたトナー像の画像濃度を検出するものである。トナー画像濃度センサ５０は、感光体２１周囲の何れの位置に配設されていてもよい。トナー画像濃度センサ５０は、図１に示すように、感光体２１の回転方向Ａにおいて、現像装置２４よりも下流側且つ転写ユニット２５よりも上流側に配設されている。トナー画像濃度センサ５０は、センサ出力値が制御部２００へ送信されるように制御部２００の入力系に電気的に接続されている。

なお、表面電位センサ４０及びトナー画像濃度センサ５０は、何れも従来の画像形成装置に使用されているものと同様のものを用いることができる。従って、これら部材のさらに詳しい構成については説明を省略する。

帯電装置２２は、グリッド電圧調整用の作動信号が制御部２００から受信されるように制御部２００の出力系に電気的に接続されている。現像バイアス印加装置２４４は、直流電圧に交流電圧を重畳させた現像バイアス電圧を調整する作動信号が制御部２００から受信されるように、制御部２００の出力系に電気的に接続されている。また、レーザー照射部２８は、レーザー光の光量調整用の作動信号及び照射径調整用の作動信号が制御部２００から受信されるように制御部２００の出力系に電気的に接続されている。

本発明の実施に係る画像形成装置１００は、制御部２００によって、２成分現像剤のトナー濃度を制御するため、トナー濃度センサ２４３の測定結果に基づき定期的に現像剤のトナー濃度制御を行うトナー濃度制御装置９０を有することを特徴とする。従来の画像形成装置では予め設定された現像剤のトナー濃度まで制御を行うことはない。

図３は、制御部２００におけるモジュールを示した図である。
即ち、制御部２００において、前記制御プログラムを作動させることにより、帯電手段２１１、表面電位測定手段２１２、表面電位調整手段２１３、トナー濃度検出手段２１４、基準トナー画像形成手段２１５、トナー画像濃度測定手段２１６、傾き算出手段２１７、判定手段２１８及びトナー濃度制御手段２１９、並びにこれらを制御する制御手段２１０等の各モジュールを機能させることができる。

帯電手段２１１は、トナー濃度制御を行うにあたり、表面がクリーニングされると共に除電された感光体２１の該表面を帯電するようになっている。
詳しくは、帯電手段２１１は、帯電装置２２にて感光体２１の表面を一様に帯電するようになっている。

表面電位測定手段２１２は、感光体２１上のレーザー照射前の表面電位Ｖ０を表面電位センサ４０にて測定するようになっている。
詳しくは、表面電位測定手段２１２は、感光体２１上に一様に帯電した表面電位Ｖ０を表面電位センサ４０にて測定させ、その測定結果を制御部２００の制御手段２１０に送信するようになっている。

表面電位調整手段２１３は、表面電位センサ４０による測定結果に基づく表面電位Ｖ０が、所定の範囲内にあるか否かの電位判定を行い、該電位判定の結果、前記所定範囲を超えていると判断した場合には、該表面電位を前記所定範囲内に入るように調整するようになっている。
詳しくは、まず、表面電位調整手段２１３は、レーザー照射部２８をＯＦＦ状態で、表面電位Ｖ０が所定の範囲内にあるか否かの判定を行い、該所定範囲を超えた場合には、該所定範囲に入るように帯電装置２２のグリッド電圧を調整するようになっている。

トナー濃度検出手段２１４は、現像剤のトナー濃度の検出を行なう。

基準トナー画像形成手段２１５は、前記電位判定の結果、前記所定範囲内にあると判断した場合には、感光体２１上に現像バイアスを変更することにより、複数のトナーパッチＰを所定の時間（例えば２秒）ごとに形成するようになっている。
詳しくは、基準トナー画像形成手段２１５は、感光体２１上に所定強度の光を照射して、トナーパッチ用静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記トナーパッチ用静電潜像を異なる現像バイアスで現像して複数のトナーパッチＰを形成する潜像現像手段と、を含んでいる。なお、このトナーパッチＰは、ここでは、例えば、全面高濃度画像（いわゆるベタ画像）であるとする。

トナー画像濃度測定手段２１６は、感光体２１上に形成された複数のトナーパッチＰの画像濃度をトナー画像濃度センサ５０にて測定するようになっている。
詳しくは、トナー画像濃度測定手段２１６は、前記潜像現像手段にて感光体２１上に形成された複数のトナーパッチＰの画像濃度をトナー画像濃度センサ５０にて測定し、その測定結果を制御部２００の制御手段２１０に送信するようになっている。

傾き算出手段２１７は、現像バイアス電位に対するトナー画像濃度センサ５０による測定結果（トナー付着量）をプロットし、そのグラフより傾きを算出する。算出に際しては、例えば一次近似直線を用いる。

判定手段２１８は、傾き算出手段２１７の値が基準目標値からずれていないかどうか判断するものである。例えば、基準目標値から５％以上ずれているならば、トナー濃度の補正制御が必要と判定する。

トナー濃度制御手段２１９は、判定手段２１８の結果に基づき、現像剤のトナー濃度が基準目標値の傾きとなるようにトナー濃度を補正制御する。なお、トナー濃度と前記傾きの換算テーブル又は換算式は、記憶部２０２に予め記憶されているため、ＣＰＵ２０１は、該換算テーブル又は換算式を参照し、対応するトナー濃度になるように制御する。
現像バイアス電位に対するトナー画像濃度センサ５０の測定結果をプロットしたグラフの傾きとトナー濃度との関係テーブルを保持、管理することにより、簡単にトナー濃度の設定値を変更することができる。

そして、制御部２００は、現像剤のトナー濃度制御の終了後に、画像形成動作を可能状態にする。

このように、本発明の実施に係る画像形成装置１００によれば、現像剤のトナー濃度の制御は、感光体２１上の表面電位が前記所定範囲内にある状態で、感光体２１上に形成された複数のトナーパッチＰの画像濃度をトナー画像濃度センサ５０にて測定し、判定手段２１８が、トナー画像濃度センサ５０による測定結果に基づく画像濃度が所定の範囲外にあると判断した場合に行われる。
また、判定手段２１８は、トナー画像濃度センサ５０による測定結果に基づく画像濃度が所定の範囲内にあると判断した場合には、特に現像剤のトナー濃度の制御は行わない。

すなわち、本発明に係る画像形成装置１００は、所定の現像電位を確保し、常に一定レベル以上の現像画像を得ることができる。

なお、本実施の形態にて例示した画像形成装置１００は、感光体ドラム２１の周速度が５４０ｍｍ／ｓｅｃと高速であり、本発明は、特に、このように画像形成プロセス速度が速い画像形成装置に有効である。これは、現像装置２４も高速で回転するため、現像剤に対するストレスのかかり方が大きくなるからである。

次に、現像剤のトナー濃度を制御するための処理の流れを説明する。図４は、現像剤のトナー濃度制御を行うための処理の流れを示すフローチャートである。

この処理では、先ず、制御手段２１０は、帯電手段２１１を制御し、帯電装置２２にて感光体２１の表面を一様に帯電させる（ステップ（Ｓ）１）。

次に、制御手段２１０は、表面電位測定手段２１２を制御し、感光体２１の表面電位Ｖ０を表面電位センサ４０で測定させ（Ｓ２）、制御手段２１０は、該測定値を表面電位測定手段２１２から受け取り、表面電位調整手段２１３に出力する。

表面電位調整手段２１３は、予め記憶部２０２に設定されている基準となる所定範囲の値を参照し、表面電位センサ４０による測定結果に基づく表面電位Ｖ０が、前記所定範囲内の値か否かの判定を行なう（Ｓ３）。

表面電位調整手段２１３は、表面電位Ｖ０が前記所定範囲の値を超えていると判断したならば（Ｓ３：Ｎｏ）、帯電装置２２を制御して、表面電位Ｖ０が前記所定範囲内の値となるようグリッド電圧を調整し（Ｓ４）、Ｓ１へ移行する。

一方、表面電位調整手段２１３は、表面電位Ｖ０が、前記所定範囲内の値であると判断したならば（Ｓ３：Ｙｅｓ）、表面電位調整手段２１３は、その旨の信号を制御手段２１０に出力し、制御手段２１０は、トナー濃度検出手段２１４を制御して、トナー濃度センサ２４３により現像剤のトナー濃度の検出を行わせる（Ｓ５）。

その後、制御手段２１０は、トナー濃度検出手段２１４からトナー濃度の値を受け取ると、トナー濃度の値を一時的に記憶部２０２に記憶するとともに、基準トナー画像形成手段２１５を制御して、現像バイアス印加装置２４４に、感光体２１上に複数のトナーパッチＰを所定時間（例えば１０秒）ごとに形成させ（Ｓ６）、トナー画像濃度測定手段２１６を制御して、該トナーパッチＰの画像濃度をトナー画像濃度センサ５０で測定させる（Ｓ７）。

その後、制御手段２１０は、トナー画像濃度測定手段２１６から現像バイアス電位に対するトナー画像濃度センサ５０での測定値（トナー付着量）を受け取ると、該測定値を傾き算出手段２１７に出力し、傾き算出手段２１７は、測定値をプロットし、グラフ化して、その傾きを算出する（Ｓ８）。

そして、判定手段２１８は、予め記憶部２０２に設定されている基準となる傾きについての所定範囲の値を参照し、画像濃度の測定値が前記所定範囲内か否かの判定を行なう（Ｓ９）。
判定手段２１８は、画像濃度の測定値が前記所定範囲を超えていると判断した場合には（Ｓ９：Ｎｏ）、その旨の信号を制御手段２１０に出力し、制御手段２１０は、トナー濃度制御手段２１９にトナー濃度制御を行わせる。

即ち、制御手段２１０は、記憶部２０２に記憶させているトナー濃度の値を読み出し、トナー濃度を変更させる制御信号とともに該トナー濃度の値をトナー濃度制御手段２１９に出力し、トナー濃度制御手段２１９は、トナー濃度制御装置９０を動作させ、トナー濃度制御装置９０は、該トナー濃度の値に基づき、必要に応じてトナー補給装置３０に、現像槽２４２に対してトナー補給又はトナー消費を行わせる（Ｓ１０）。
具体的には、トナー濃度制御装置９０は、トナー濃度センサ２４３への制御電圧の入力値（指数、０〜２５５）を変更する。例えば、トナー濃度を下げる制御を行う場合には、入力値（指数）を上げるようにする。

また、トナー濃度制御装置９０は、これとは別に短時間でトナー濃度を制御することも可能である。例えば、トナー濃度制御装置９０は、トナー濃度を下げる場合には、強制的に潜像担持体２１へ全面べたの画像形成（べた吐きともいう）を行わせるようにしたり、トナー濃度を上げる場合には、強制的に現像装置２４へトナー補給をさせるように実施してもかまわない。

一方、判定手段２１８が、画像濃度の値が前記所定範囲内であると判断した場合には（Ｓ９：Ｙｅｓ）、その旨の信号を制御手段２１０に出力し、制御手段２１０は、トナー濃度制御の本処理を終了し、通常の画像形成プロセスに入る。即ち、制御部２００は、画像形成動作を開始する。

図５は、図４の処理の別の実施形態を表したフローチャートである。
図５に示すように、図４のＳ６の後に、ＬＳＵ２３によるレーザー照射後の感光体２１の表面電位ＶＬを測定する処理（Ｓ１１）を加えてもよい。
このことにより、実質的な現像電位（表面電位ＶＬより現像バイアス電位を差し引いた現像電位）に対するトナー画像濃度（トナー付着量）をプロットすることができ、より実際の状況に近い測定値の傾きを算出することができる（Ｓ８）。

すなわち、精度の高い測定値を得ることで、より確実に現像レベルを維持することができる。
また、Ｓ１１の追加により、感光体２１の感度情報も得ることができるため、感光体２１の劣化状況も確認することができる。

このように、感光体２１上に複数のトナーパッチＰを作成し、そのトナー画像濃度をトナー画像濃度センサ５０で読取れば、現像特性、すなわち、これらの測定値をグラフ化した傾き（現像γカーブ）が所定範囲に入っているか否かの判断を行うことができ、該傾きが所定範囲外の場合、適切にトナー濃度の制御を行なうことができる。

トナー画像濃度測定手段２１６によるトナー画像濃度の具体的な測定結果を図６に示す。
横軸の現像バイアス電位ＤＶＢ（Ｖ）に対して、縦軸は感光体２１上のトナー付着量（ｍｇ/ｃｍ^２）をプロットしたもので、本測定結果では、直線の傾きは、例えば、０．００１００６になる。

ここで、例えば、傾きが所定範囲（±５％）を超えている場合には、下記のようにトナー濃度制御を行う。
すなわち、例えば、所定範囲より傾きが緩やかな場合には、トナー濃度を上げる、すなわちトナー濃度センサ２４３の指数を高く、逆に傾きが急な場合には、トナー濃度を下げる、すなわちトナー濃度センサ２４３の指数を低くなるように制御する。
なお、トナー濃度とトナー濃度センサ２４３との関係については予め値を記憶部２０２に設定して参照できるようにしておくものとする。

以上のような構成とすることで、現像特性を考慮したトナー濃度の制御を行なうことができる。

本実施の形態では、更に、画像形成装置１００は、周囲環境の状態を検出する環境状態検出装置を備えるとしてもよい。環境状態検出装置は、例えば、温度を検出する温度センサ６０や湿度を検出する湿度センサ７０等である。

温度センサ６０及び湿度センサ７０は、画像形成装置１００内の何れの位置に配設されていてもよい。例えば図１では、温度センサ６０及び湿度センサ７０は、トナー画像濃度センサ５０の近傍に配設されている。
また、温度センサ６０及び湿度センサ７０は、図２に示すように、センサ出力値が制御部２００へ送信されるように、制御部２００の入力系に電気的に接続されている。

詳しくは、画像形成装置１００は、モジュールとして、図３に示すように、温度センサ６０及び／又は湿度センサ７０にて周囲の温度及び／又は湿度を測定する環境測定手段２２１と、該環境測定手段２２１の測定結果に基づく温度及び／又は湿度（ここでは温度及び湿度）の変化に応じて、トナー濃度センサ２４３のセンサ出力値の中心値を変更するセンサ出力変更手段２２２とを備える。

具体的には、周囲環境が変化することで、現像剤のかさ密度が変化するため、例えば、常温常湿（Ｎ／Ｎで示す）でトナー濃度センサ２４３のセンサ出力値の中心値を２．１０Ｖ（トナー付着量０．５２５ｍｇ／ｃｍ^２）とした場合、高温高湿（Ｈ／Ｈで示す）では、例えば、センサ出力値の中心値を２．２０Ｖ（トナー付着量０．５５０ｍｇ／ｃｍ^２）とする等センサの出力値を上げればよい。一方、低温低湿（Ｌ／Ｌと示す）では、例えば、センサ出力値の中心値を２．００Ｖ（トナー付着量０．５００ｍｇ／ｃｍ^２）として、センサの出力値を下げればよい。なお、ここでは、トナー濃度センサ２４３として、拡散反射型光ダイオードＧＰ２ＴＣ１Ｊ０００Ｆ（シャープ株式会社製）を使用したときの数値を例示している。

なお、低温は５℃〜１０℃程度、常温は２０℃〜２５℃程度、高温は３０℃〜３５℃程度を例示できる。また、低湿は２０％〜４０％程度、常湿は５０％〜６５％程度、高湿は７０％〜９０％程度を例示できる。

以上のような構成とすることで、現像剤の環境状態の変化に応じて、トナー濃度センサ２４３による測定感度を変更することで、周囲環境の影響を補正し、正確にトナー像の画像濃度を検出することができ、適切なトナー濃度の制御を行なうことができる。

本実施の形態では、画像形成装置１００は、前記の構成、すなわち環境状態検出装置に代えて、又は加えて、現像剤の寿命度合いを計測する寿命計測装置を備えるとしてもよい。「寿命度合い」は、初期状態から寿命に至る使用状況のことであり、例えば、使用期間を挙げることができる。寿命計測装置としては、例えば、画像形成回数や当該画像形成装置の駆動時間等をカウントする計数装置８０等を挙げることができる。計数装置８０は、ここでは、例えば、図２に示すように制御部２００に設けられている。

詳しくは、画像形成装置１００は、モジュールとして、図３に示すように、計数装置８０にて現像剤の寿命度合いを測定する画像形成回数測定手段２２３と、該画像形成回数測定手段２２３の測定結果に基づく寿命度合い（ここではカウント数）に応じて、トナー濃度センサ２４３のセンサ出力値の中心値を変更するセンサ出力変更手段２２２とを備える。

具体的には、現像剤の寿命度合いが変化することで、現像剤のかさ密度や流動性が変化するため、例えば、初期でトナー濃度センサ２４３のセンサ出力値の中心値を２．２０Ｖ（トナー付着量０．５５０ｍｇ／ｃｍ^２）とした場合、５万カウントでセンサ出力値の中心値を２．１０Ｖ（トナー付着量０．５２５ｍｇ／ｃｍ^２）とし、１０万カウントでセンサ出力値の中心値を２．０Ｖ（トナー付着量０．５００ｍｇ／ｃｍ^２）等とすればよい。

このような構成とすることで、現像剤の寿命度合いに応じて、トナー濃度センサ２４３による測定感度を変更することで、より正確にトナー像の画像濃度を検出することができ、適切なトナー濃度の制御を行なうことができる。

ところで、トナー補給直後は、現像剤のトナー帯電性が不安定となるため、本実施の形態において、現像剤のトナー濃度制御は、トナー補給直後は行わないようにした方がよい。

すなわち、画像形成装置１００の制御部２００は、トナー補給装置３０が作動終了直後か否かを判定し、該判定の結果、作動終了直後であると判断した場合には、現像剤のトナー濃度制御を行わず、例えば２０秒間現像装置を回転駆動させたあとでトナー濃度を検出するとすればよい。

このような構成とすることで、本発明に係る画像形成装置のトナー濃度制御を、より正確に行なうことができる。

また、本実施の形態においては、感光体２１の表面電位の計測値が予め設定された前記所定範囲に入ることが前提であるが、これが確保できない場合には、感光体２１や表面電位センサ４０にトラブルが発生したことも想定される。
そこで、例えば、図４のＳ４の電位調整の後、更にＳ３の判定で前記表面電位センサ４０による測定結果に基づく測定電位が、所定の範囲を超えている場合には、警報を発するようにしてもよい。

前記警報を行う態様としては、画像形成装置１００に設けられた操作部の表示部（不図示）上に警告表示等を行う警報装置（不図示）を備え、制御部２００が、前記表面電位センサ４０による測定結果に基づく測定電位が前記所定範囲を超えているか否かを判定し、該判定の結果、所定範囲を超えていて、且つ電位調整後であると判断した場合には、前記警報装置に対して警報信号を発する態様を例示できる。

または、Ｓ４の電位調整に移行と判定する測定値の範囲とは別に、感光体２１や表面電位センサ４０のトラブルとして警報装置を作動させる、例えば、前記所定範囲より更に広い判定の基準となる範囲を設けるとしてもよい。

以上のように、表面電位の測定値が所定範囲を超えた場合に警報を発する構成とすることで、前記表面電位に関係する部材（例えば、潜像担持体や表面電位センサ等）の異常を使用者に報知することができる。

また、表面電位に関係する部材の異常により測定値が正常でない場合、Ｓ１からＳ４の処理を繰り返すことになり、トナー濃度制御に関する本処理を終了できなくなるため、このことを防止することができる。

なお、本発明に係る現像剤のトナー濃度制御について、本実施の形態においては、モノクロ画像形成を行う画像形成装置に適用したが、カラー画像形成を行う画像形成装置にも同様に適用することができる。

尚、本発明の画像形成装置及び画像形成方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 本発明に係る画像形成装置の制御部を中心に示す制御系の概略ブロック図である。 本発明に係る画像形成装置の制御部におけるモジュールを示した図である。 現像剤のトナー濃度制御を行うための処理の流れを示すフローチャートの一例である。 現像剤のトナー濃度制御を行うための処理の流れを示すフローチャートの一例である。 現像バイアスと感光体上のトナー付着量との関係を示す図である。

符号の説明

２１ 潜像担持体（感光体ドラム）
２２ 帯電装置
２３ 露光装置（光書込みユニット）
２４ 現像装置
２８ レーザー照射部
３０ トナー補給装置
４０ 表面電位センサ
５０ トナー画像濃度センサ
６０、７０ 環境状態検出装置（温度センサ、湿度センサ）
８０ 寿命計測装置（計数装置）
９０ トナー濃度制御装置
１００ 画像形成装置
１０３ 画像形成部
２００ 制御部
２０１ ＣＰＵ
２０２ 記憶部
２１０ 制御手段
２１１ 帯電手段
２１２ 表面電位測定手段
２１３ 表面電位調整手段
２１４ トナー濃度検出手段
２１５ 基準トナー画像形成手段
２１６ トナー画像濃度測定手段
２１７ 傾き算出手段
２１８ 判定手段
２１９ トナー濃度制御手段
２２１ 環境測定手段
２２２ センサ出力変更手段
２２３ 画像形成回数測定手段
２４１ 現像剤担持体
２４２ 現像槽
２４３ トナー濃度センサ
２４４ 現像バイアス印加装置
Ｅ 現像剤
Ｐ 基準トナー画像（トナーパッチ）

Claims (11)

1. 潜像担持体の表面を帯電させ、前記潜像担持体の表面上に形成された静電潜像をトナー像として現像し、該トナー像を記録紙に転写して画像を形成する画像形成装置であって、
   現像装置の現像バイアスを制御する現像バイアス手段と、
   前記現像装置内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、
   前記潜像担持体の表面に形成されたトナー像の画像濃度を検出する画像濃度センサと、
   前記トナー濃度の制御を行なう制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記現像バイアス手段の出力値を制御して、前記潜像担持体の表面に基準トナー画像を複数形成し、前記画像濃度センサを制御して、該基準トナー画像の画像濃度を計測し、前記現像バイアス手段の出力値に対する前記画像濃度の計測値の分布が、所定範囲内であるか否かの判定を行ない、前記計測値の分布が前記所定範囲内にない場合、トナー濃度の制御を行なうことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記現像バイアス手段の出力値に対する前記画像濃度の計測値の分布を、一次近似直線による傾きで求め、該傾きが前記所定範囲内であるか否かで判定を行なうことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記潜像担持体の表面電位を検出する表面電位センサを備え、
   前記制御手段は、前記表面電位センサの測定値が所定の範囲内にあるか否かの判定を行ない、該測定値が前記所定の範囲内にない場合、前記潜像担持体の表面電位を前記所定の範囲内となるよう調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記計測値の分布が前記所定範囲内にない場合、前記潜像担持体への全面べた画像形成又は前記現像装置へのトナー補給を強制的に行うように制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記現像バイアス手段の出力値に対する前記画像濃度の計測値の傾きとトナー濃度の関係テーブルを記憶した記憶手段を備え、
   前記制御手段は、前記関係テーブルを参照して、トナー濃度の制御を行なうことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記静電潜像を形成した後、前記制御手段は、前記表面電位センサに前記潜像担持体の表面電位を計測させ、該表面電位と現像バイアス電位との差に対する前記画像濃度の計測値の分布をトナー濃度の制御の判定に利用することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
7. 前記表面電位センサによる計測値が、所定の範囲を超えている場合には、警報を発することを特徴とする請求項３から請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 周囲環境の状態を検出する環境状態検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記環境状態検出手段の測定値の変化に応じて、前記トナー濃度センサの測定感度を変更することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記現像剤の寿命度合いを計測する寿命計測手段を備え、
   前記制御手段は、前記寿命計測手段の測定結果に基づく寿命度合いに応じて、前記トナー濃度センサの測定感度を変更することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 前記制御手段は、前記トナー濃度の制御を、トナー補給後所定時間内は行なわないことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の画像形成装置。
11. 潜像担持体の表面を帯電させ、前記潜像担持体の表面上に形成された静電潜像をトナー像として現像し、該トナー像を記録紙に転写して画像を形成する画像形成方法であって、
    前記潜像担持体の表面電位を検出するステップと、
    前記表面電位の測定値が所定の範囲内にない場合、前記表面電位を前記所定の範囲内となるよう調整するステップと、
    現像装置内の現像剤のトナー濃度を検出するステップと、
    前記潜像担持体の表面に基準トナー画像を複数形成するステップと、
    前記基準トナー画像の画像濃度を計測するステップと、
    現像バイアス電位の値に対する前記画像濃度の計測値の分布が、所定範囲内であるか否かの判定を行なうステップと、
    前記計測値の分布が前記所定範囲内にない場合、トナー濃度の制御を行なうステップとを備えることを特徴とする画像形成方法。

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