JP2009103984A - 画像濃度制御方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像面積率の移動平均により、出力画像の画像面積率の推移を把握し、画像濃度制御基準値を変化させ、さらに画像面積率に応じて作像間隔を変更することにより、高品位の画像を安定的に維持する、画像濃度制御方法及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像装置５へのトナー入れ換え量に応じてトナー濃度制御基準値を操作し、現像能力を一定に保つようにして画像濃度を調整するとともに、現像装置５へのトナー入れ換え量によっては攪拌モードを割り込ませて連続印刷中の作像間隔を変化させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、画像濃度制御方法及びプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

近年の画像形成装置においては高画質を求められると同時に、高耐久性、高安定も望まれている。つまり、使用環境の変化（連続印字、間欠印字を含む）による画質の変化を小さくし、経時においても、常に安定した画像を提供していかなければならない。従来より、非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤（以下現像剤と記す）を現像剤担持体（以下現像スリーブと記す）上に保持し、内包される磁極によって磁気ブラシを形成させ、現像スリーブに潜像担持体（以下感光体と記す）と対向する位置で現像バイアスを印加することにより現像を行う二成分現像方式が広く知られている。

この二成分現像方式は、カラー化が容易なことから現在広く用いられている。この方式において、二成分現像剤は現像スリーブの回転に伴い、現像領域に搬送される。現像剤が現像領域に搬送されるに従い、現像極の磁力線に沿いながら、現像剤中の多数の磁性キャリアがトナーを伴って集合し、磁気ブラシを形成する。

これら二成分現像方式は、一成分現像方式と異なり、トナーとキャリアの重量比（トナー濃度）を精度よく制御することが、安定性を向上させる上で非常に重要とされている。例えばトナー濃度が高すぎると、画像に地肌汚れの発生や、細部解像力の低下が生じる。また、トナー濃度が低い場合には、ベタ画像部の濃度が低下や、キャリア付着が発生するといった不具合が生じる。そのため、トナー補給量を制御して、現像剤の中のトナー濃度を適正範囲に調整する必要がある。
ここで、トナー濃度制御は、トナー濃度検出手段（例えば、透磁率センサ）の出力値Ｖｔをトナー濃度の制御基準値Ｖｔｒｅｆと比較し、その差分に応じてトナー補給量を演算式から算出し、トナー補給装置により現像器中にトナー補給を行うことによりなされている。

トナー濃度を検知する方法としては、透磁率センサを用いたものが一般的である。この方式においては、トナー濃度が変化することによる現像剤の透磁率変化をトナー濃度変化に換算するものである。

別のトナー濃度検知方法としては、光学センサを用いる方法がある。この方法は、像担持体、または中間転写ベルト上に基準パッチを作製し、ＬＥＤ光を照射する。そして、このパタンからの反射光（正反射光、または乱反射光）を光学センサ（フォトダイオードやフォトトランジスタなどで）により検出し、その結果に基づいてトナー濃度（トナー付着量）を検知するものである。

また、印刷中においても、転写紙間（前回の作像終了から今回作像開始の間の時間、または距離）で基準トナーパタンを作成し、基準トナーパタンからの反射光をフォトセンサで検知することにより、逐次透磁率センサのトナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆを制御する濃度制御方法も公知である。

例えば、特許文献１や特許文献２において、非画像部にトナーパターンを作成し、このパターン濃度と、現像器内のトナー濃度を検知する手段を有し、トナーパターンの濃度に応じて、現像器内のトナー濃度制御目標値を変更して画像濃度を維持する方法が開示されている。

しかしながら、紙間で実際に、トナーパタンを作成することによる、トナーの過剰な消費を極力低減したいとの要望が高いため、紙間への基準トナーパタン作成による濃度補正は、作製間隔を広げるか、または行わない方向となってきている。

さらに、中間転写ベルト上にトナーパタンを作成する際であるが、二次転写ローラを一作像ごとに離間しない場合には、二次転写ローラに付着する紙間パッチのトナーをクリーニングするために、トナークリーニング装置を併設する必要がある。

また、二次転写ローラを一作像（もしくは数回の作像）ごとに離間する場合には、クリーニング装置を設置する必要はないが、頻繁に発生する二次転写離接に耐えうるメカ的機構が必要となる。また、離間、当接時の振動により、画像上にバンディングが発生する可能性もある。

上記したように、画像品質とメカ的なコスト削減の観点からも紙間のトナーパタン作成を極力抑える必要性が生じている。
また、特許文献３においては、トナー濃度センサを用いてトナー補給制御する際に、攪拌時間に応じて、現像剤の流動状態が変化して、トナー濃度センサ出力が変動するのを補正し、安定してトナー濃度を維持する方法が開示されている。

しかしながら、トナー濃度を一定に維持しても、現像剤の現像能力が安定していなければ、すなわちトナーの帯電量を一定にしなければ、センサ出力を一定に保つだけでは、画像濃度を維持することは不可能である。

また、近年の画像形成装置は、現像装置に低ストレス化の手法を取り入れたものが多く存在する。これらは、現像装置小型化の要請による現像剤量の低量化と現像剤の長寿命化の相反する目的を両立するために非常に有効な手法であると考えられる。

具体的には、例えばカラー二成分画像形成装置においてはトナー分散性を向上するために、シリカ（ＳｉＯ_２）や酸化チタン（ＴｉＯ_２）等の添加剤がトナー表面多くに外添されているが、これら添加剤はメカ的ストレスや熱ストレスに非常に弱い。そのため現像器内での攪拌時に、トナー内部に埋没したり、表面から離脱したりする現象が発生し、現像剤（トナー、キャリアを含む）の流動性や帯電特性、さらにトナーとキャリアの物理的付着力が変化するが、それら現象を極力抑えることを可能とする。

一方、現像装置の低ストレス化により、トナー帯電能力（現像装置がトナーを帯電させる能力）が低下する場合がある。この現象について少し説明すると、例えば、低画像面積率の画像（単位時間、または単位枚数あたりのトナー入れ換え量が少ない）を出力する場合には、現像能力（現像バイアスに対してトナー現像量をプロットしたグラフの傾き）が、一定に保たれるのに対して、高画像面積率の画像（単位時間、または単位枚数あたりのトナー入れ換え量が多い）を出力する場合には、現像能力が増加するというものである。つまり、現像剤中でどの程度トナーを入れ換えたかにより、現像能力に差が生ずるということである。

これにより同じトナー濃度であっても、現像能力に差が生ずるため、経時において現像能力を一定に保つためにはトナー濃度の制御基準値を変化させる必要がでてくるのである。
しかしながら、出力する画像面積率が高い場合には、トナー濃度の制御基準値を変化させるだけでは、画像濃度を安定化させることができない場合があった。従来では、高画像面積率の印刷中に、電位制御を割り込ませることにより作像バイアスを変更し画像濃度を安定させる手法、すなわち、一旦印刷ジョブを中止し、調整モードを立ち上げる。１０階調程度のトナーパッチを中間転写ベルト上に作像し、その濃度をフォトセンサで検知する。現像ポテンシャルに対する付着量の関係式から適正な現像バイアスを得る。これら調整動作が終了後、再び印刷モードとする手法があったが、この手法では、電位調整用のパッチを作像、検知する必要があったため、ダウンタイムが多く発生した。

特開昭５７−１３６６６７号公報 特開平２−３４８７７号公報 特許第３４１０１９８号公報

本発明は、上記した従来の問題に鑑み、画像面積率の移動平均により、出力画像の画像面積率の推移を把握し、画像濃度制御基準値を変化させ、さらに画像面積率に応じて作像間隔を変更することにより、高品位の画像を安定的に維持する、画像濃度制御方法及び画像形成装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて像担持体表面上に形成される静電潜像を現像する現像装置と、該現像装置内へトナーを補給するトナー補給手段と、前記現像装置内のトナー濃度を一定に保つように制御するトナー濃度制御手段とを有する画像形成装置の画像濃度制御方法において、前記現像装置へのトナー入れ換え量に応じてトナー濃度制御基準値を操作し、現像能力を一定に保つようにして画像濃度を調整するとともに、前記現像装置へのトナー入れ換え量によっては連続印刷中の作像間隔を変化させることを特徴とする画像濃度制御方法を提案する。

なお、本発明は、前記現像装置への入れ換え量として、出力画像面積率から算出した移動平均を用いると、効果的である。
さらに、本発明は、前記連続印刷中の作像間隔を変化が連続印刷中に実行する攪拌モードであると、効果的である。

さらにまた、本発明は、前記攪拌モードは前記画像面積率の移動平均がある閾値以上となった場合に実行すると、効果的である。
また、上記の目的を達成するため、本発明は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて像担持体表面上に形成される静電潜像を現像する現像装置と、該現像装置内へトナーを補給するトナー補給手段と、前記現像装置内のトナー濃度を一定に保つように制御するトナー濃度制御手段とを有する画像形成装置において、請求項１〜４に記載の画像濃度制御方法を用いることを特徴とする画像形成装置を提案する。

本発明によれば、現像剤中における一定期間内のトナー入れ換え量に応じて、トナー濃度制御基準値を適宜変化させることにより、現像能力を大きく変化させることなく、画像濃度を安定的に制御することが可能となる。また、トナー濃度制御基準値をある一定期間内のトナー入れ換え量によっては作像間隔を変更することにより、高画像面積出力時にであっても画像濃度を安定化させることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
図１は、本発明に係るフルカラープリンタを示す概略図である。
フルカラープリンタの装置の内部には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色の画像を形成するための画像形成手段として、４個の潜像担持体であるドラム状の感光体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｂｋが図中左右方向に等間隔で離間させて並列に配設されている。ここで、装置や部材を示す参照番号は作像される画像のトナー色に対応する色毎に分けて説明する場合はＹ（イエロー）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｂｋ（ブラック）を添え字を付し、総称して説明する場合は添え字を省略して表す。上記感光体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｂｋは、画像形成装置の動作時に、不図示の駆動源により矢印方向に回転する。

上記感光体２の周囲には、現像装置などの電子写真方式の画像形成装置に必要な部材及び装置が配備され、４箇所に画像形成部１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋが構成されている。４個の画像形成部１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋはいずれも同じ構成となっている。

図２は、画像形成部１の拡大説明図であり、感光体２の周囲には静電写真プロセスに従い帯電ローラ４ａを備えた帯電装置４、現像ローラ５ａ、現像ブレード５ｂ、スクリュー５ｃ等を有する現像装置５、クリーニングブラシ３ａ、クリーニングブレード３ｂ、回収スクリュー３ｂ等を備えるクリーニング装置３等の作像部材が順に配設されている。

この感光体２は例えば直径３０〜１２０ｍｍ程度のアルミニウム円筒表面に光導電性物質である有機半導体層を設けた層構造からなるが、感光体としてはベルト状のものを用いることも可能である。

図１に示されるように、上記感光体２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋの下方には各色毎の画像データ対応のレーザ光を、帯電手段で一様に帯電済みの各感光体２の表面に走査し、静電潜像を形成するための露光装置８が設けられている。各帯電装置４と各現像装置５との間には、この露光装置８により照射されるレーザ光が感光体に向けて入り込むように、細長いスペースが感光体２の回転軸の方向に確保されている。

図示された露光装置８は、レーザ光源、ポリゴンミラー等を用いたレーザスキャン方式の露光装置であり、不図示の４個の半導体レーザから、形成すべき画像データに応じて変調したビーム光８Ｙ，８Ｃ，８Ｍ，８Ｂｋを発する。露光装置８は、金属あるいは樹脂製の筐体により光学部品、制御用部品を収納し、上面の出射口に透光性の防塵部材を備えている。実施形態は１個の筐体で構成されているが、複数の露光装置を、各画像形成部に個別に設けることもできる。上記レーザ光源などを採用する露光装置のほかに、公知のＬＥＤアレイと結像手段とを組み合わせた露光装置も採用できる。レーザビームにより各感光体２の表面に形成された色毎の静電潜像は、所定の色のトナーを扱う現像装置５により現像され、顕像となる。

現像装置５は、後に詳述するように、トナーとキャリア二成分現像剤（以下現像剤と記す）を用いる装置であって、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のトナーは、各色を扱う現像装置５Ｙ，５Ｃ，５Ｍ，５Ｂｋで消費されると、後述するトナー検知手段により検知され、画像形成装置の上部に備える各色のトナーを収納しているトナーカートリッジ４０Ｙ，４０Ｃ，４０Ｍ，４０Ｂｋから、不図示のトナー補給手段により各現像装置５に供給される。

感光体２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋの上部には、中間転写ユニット６が配備されている。複数のローラ６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅにより支持・張架された像担持体としての中間転写ベルト６ａが矢印方向に走行するよう、ローラ６ｂが回転する。

この中間転写ベルト６ａは無端状で、各感光体の現像工程後の一部が接触するように張架・配置されている。ベルト内周部には各感光体に対向させて一次転写ローラ７Ｙ，７Ｃ，７Ｍ，７Ｂｋが設けられている。

中間転写ベルト６ａの外周部には、ローラ６ｅに対向する位置にクリーニング装置６ｈが設けられている。このクリーニング装置６ｈは、ベルト６ａの表面に残留する不要なトナーや紙粉などの異物を拭い去る。このクリーニング装置６ｈに対向するローラ６ｅは、ベルト６ａにテンションを与える機構を備える。常に適切なベルトテンションを確保するため移動するが、対向するクリーニング装置も連動して移動することができる。さらに、中間転写ベルト６ａの近傍には図１に示すように、該ベルト上に形成された濃度測定用パッチからトナー濃度を検知する光学センサ１７が設けられている。

なお、この中間転写ベルト６ａは、例えば、基体の厚さが５０〜６００μｍの樹脂フィルム或いはゴムを基体とするベルトであり、一次転写ローラ７に印加するバイアスにより各感光体２が担持するトナー像を静電的にベルト表面に転写しうる抵抗値を有する。なお、上記中間転写ベルト６ａに関連する部材は、中間転写ユニット６として構成してあり、画像形成装置に着脱可能となっている。

次に、イエロー画像形成部１Ｙにより画像を形成する印刷時の動作について説明すると、露光装置８の作動により半導体レーザから出射された画像データ対応のレーザ光８Ｙが、帯電ローラ４ａＹにより一様に帯電された感光体２Ｙの表面に照射されることで静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像ローラ５ａＹによる現像処理を受けてトナーで現像され、可視像となり、感光体２Ｙと同期して移動する中間転写ベルト６ａ表面に一次転写ローラ７Ｙによる転写作用を受けて一次転写される。このような潜像形成、現像、一次転写動作は感光体２Ｃ，２Ｍ，２Ｂｋでもタイミングをとって順次同様に行われる。

この結果、中間転写ベルト６ａの表面上には、イエローＹ、シアンＣ、マゼンタＭ、及びブラックＢｋの各色トナー画像が、順次重なり合った４色トナー画像として担持され、中間転写ベルト６ａと共に矢印の方向に移動される。一方、感光体２の表面では、クリーニング装置３により残存するトナーや異物がクリーニングされる。

中間転写ベルト６ａ上に形成された４色トナー画像は、中間転写ベルト６ａと同期して搬送される用紙（図示せず）上に、二次転写ローラ１４による転写作用を受けて転写される。そして、中間転写ベルト６ａ側ではその表面が、次の作像・転写工程に備えてベルトクリーニング装置６ｈによりクリーニングされる。

上記現像装置５は、現像スリーブ５ａの汲み上げ磁極（図示せず）により、現像ユニット内の搬送スクリュ部５ｃから現像スリーブ５ａに移動する。その後、現像剤は現像スリーブ５ａの回転に伴い、搬送極の磁場と現像スリーブ５ａ表面の摩擦力によりドクター５ｂ近傍まで搬送される。ドクター５ｂ近傍まで搬送された現像剤はドクター５ｂ上流部において一旦滞留し、ドクター５ｂと現像スリーブ５ａとのギャップで層厚を規制され現像領域に搬送される。現像領域には、所定の現像バイアスが印加されており、感光体２上に形成された静電潜像にトナーを付勢する方向に現像電界が形成されるため、トナーは感光体２上に現像される。また、現像領域を通過した現像剤は、現像スリーブ５ａ上の現像剤離れ極位置で現像スリーブ５ａから離れ、搬送スクリュ部５ｃに戻る。その後、搬送スクリュ部５ｃに移動しトナー補給部にて適正なトナー濃度に調整され、現像スリーブ５ａに再び搬送される。現像装置５のケーシング底部には、透磁率センサ５ｄ（以下、Ｔセンサという）が設置されており、このＴセンサ５ｄにより現像剤中のトナー濃度を検出している。

上記Ｔセンサ５ｄと上記した光学センサ１７は、それぞれ図示しないＡ／Ｄ変換器を介してＩ／Ｏボード１８に接続されている。制御部はＣＰＵ１９、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２０、読み出し書き出しメモリ（ＲＡＭ）２１、Ｉ／Ｏボード１８からなり、Ｉ／Ｏボード１８を介して図示しない補給装置を駆動するモータ１５に制御信号を伝達するように構成されている。ＲＡＭ２１にはＩ／Ｏボード１８ボードから読み取ったＴセンサ５ｄの出力値Ｖｔを一時保存するＶｔレジスタ、現像器３内のトナー濃度の制御基準値Ｖｔｒｅｆを記憶するＶｔｒｅｆレジスタ、中間転写ベルト近傍に設置した光学センサ１７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。ＲＯＭ２０には、トナー濃度制御プログラム、および画像濃度制御パラメータ補正プログラムが記憶されている。

先ず、印刷ごとに実行されるトナー補給制御について説明する。Ｔセンサ５ｄは縦軸に出力、横軸にトナー濃度をとった図３に示すように、あるトナー濃度の範囲では直線近似することが可能である。図からわかるように、トナー濃度が高いほど、出力値が小さくなる特性を示す。ここで、現時点でのトナー濃度を示すＴセンサ５ｄの出力値をＶｔ、トナー濃度制御基準値をＶｔｒｅｆとする。ＶｔがＶｔｒｅｆより大きい場合に、Ｖｔｒｅｆ−Ｖｔの差分を解消すべく、トナー補給装置のモータを駆動してトナー補給動作を行う。逆に、ＶｔがＶｔｒｅｆより小さい場合には、トナー補給装置のモータを停止し、トナーを補給しないよう制御する。

以下、本実施形態の現像剤特性値測定方法と補正方法について、具体的に説明する。
図４に出力画像面積率による現像能力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。

これは同一の画像面積率画像を、標準線速モード（１２０ｍｍ／ｓｅｃ）で、連続１００枚出力した際の値であるが、図からわかるように、同じトナー濃度でも、一定期間内のトナー入れ換え量が多い（画像面積率が高い）ほど現像能力γが高くなっている。これはトナーと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。つまり、これら一定期間内のトナー入れ換え量の違いによる現像能力γの差異を加味した補正が必要である。

ここで現像能力γであるが、現像ポテンシャルを変化させ、感光体２上に、１０階調の濃度測定用パッチを作製することにより得られる。このパッチは書き込み部の電位を固定して、現像バイアスと帯電バイアスを変化させ、現像ポテンシャルの低い側から順次作像する。次に各ステーションの感光体２上に現像されたトナーを中間転写ベルト上に転写する。中間転写ベルト上に転写した濃度測定用パッチを、中間転写ベルトの回転方向下流に設置してあるフォトセンサにより検知し、パタンから反射してくる反射光を測定する。その後、パッチからの反射濃度をトナー付着量[ｍｇ／ｃｍ^２]に換算し、付着量[ｍｇ／ｃｍ^２] 現像ポテンシャル[ｋＶ]を直線近似し、関係式を得る。上記関係式の傾きが現像能力を示す現像能力γ[ｍｇ／ｃｍ^２／ｋＶ]である。

ちなみに、上記関係式からは、目標のトナー付着量を得るための現像ポテンシャル値を算出することができる。（本実施形態においては、濃度測定用パッチを、それぞれのステーションにおいて、１０階調分作成したが、より少ないパッチでも現像能力γの測定は可能である。３水準以上あれば直線近似は可能であるが、誤差を考慮すると、４水準以上のパッチを有するほうが、より望ましい。）

これら課題に対し発明者らは、鋭意研究を進め現像剤を安定化させる方向にトナー濃度を誘導するように制御することが最も効果的であるという結論に至った。（原理的には現像能力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、トナー濃度制御基準値を変化させるものである。）

一定期間内のトナー入れ換え量としては、画像面積[ｃｍ^２]、画像面積率［％］などが考えられるが、画像面積率［％］を用いるのが、最も単純で理解しやすい。一定期間内のトナー入れ換え量として画像面積率［％］を用いる場合には、[ｍｇ／ページ]という単位となり、これに従い補正が行われる。転写紙がＡ４で１００％ベタ画像（画像面積率が１００％）を出力するとき、３００[ｍｇ]のトナーを消費するため、３００[ｍｇ]のトナー補給を行う、そのため入れ換え量は３００[ｍｇ／ページ]となる。

ただし、画像面積率［％］をトナー入れ換え量に換算するためには、例えば基準の転写紙をＡ４横通紙に設定し、全ての転写紙をこのサイズに換算して画像面積率［％］にするなどの、工夫が必要である（例えば、Ａ３サイズは、Ａ４横を２枚とカウントする。）。

また、画像面積[ｃｍ^２]をトナー入れ換え量に換算するためには、現像ローラが特定の期間走行する間に作像した画像面積[ｃｍ^２]を累積するなどの方法を採用するとよい。

さらにまた、トナー補給モータの回転数の累積値からも、ある期間内の現像剤中のトナー入れ換え量を知ることができる。なお、本実験に用いた現像装置の現像剤容量は２２５[ｇ]である。

次に、図５に横軸に画像面積率（％）、縦軸に現像能力γ（ｍｇ／ｃｍ^２／ｋＶ）をとったグラフを示す。実験方法は、上記と同様に、標準線速モード（１２０ｍｍ／ｓｅｃ）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枚連続印刷を行うというものである。この図からわかるように、画像面積率が基準値：５％を超えると、現像能力γは高くなる傾向があることを示している。このことから画像面積率が５[％]よりも高い場合、トナー濃度制御基準値：Ｖｔｒｅｆを高くすることにより、トナー濃度を低めに誘導する必要がある。逆に画像面積率が５％未満の場合、現像能力γ低くなる傾向がある。そのため、トナー濃度制御基準値：Ｖｔｒｅｆを低くすることにより、トナー濃度を高めに誘導する必要がある。

この補正のフローチャートを図６に従って説明する。本補正は各印刷ジョブの終了毎に開始される。先ずＳＴＥＰ１０において、出力画像の画像面積率[％]の平均を算出する。この画像面積率[％]の平均を算出するにあたり、画像面積率[％]を印刷一枚毎に算出する。本補正を実行するに際、画像面積率[％]はある時点から（例えば、電位制御を行った時点をゼロとして、その時点から全平均する等）の全平均でもよいが、より望ましくは移動平均を用いるのがよい。この、移動平均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〜数十枚のトナー入れ換え履歴を知ることができる。

この移動平均は、単純に過去数枚毎の画像面積率の平均としてもよいが、本実施形態では、簡単のため下記の式（１）に従って算出することとする。このような算出式を用いることにより、過去数枚から数十枚の画像面積率をＮＶ−ＲＡＭに保存する必要がなくなるため、非常に有効である。

ここで、Ｍ（ｉ）は画像面積率移動平均の現在値、Ｍ（ｉ−１）)は画像面積率移動平均の前回値、Ｎは累積枚数である。また、Ｘ（ｉ）は、今回の画像面積率[％]である。なお、Ｍ（ｉ）、Ｘ（ｉ）は色ごとに個別に算出する。本実施形態のように、前回までの画像面積率の移動平均を用いて、移動平均現在値を求めることによりＮＶ−ＲＡＭの使用領域を大幅に減少させることができる。また累積枚数を変更することにより、制御のレスポンスを変更することが可能であり。たとえば環境変動や経時において値を変更するとより効果的に制御することができる。

次に、ＳＴＥＰ３０において、Ｖｔｒｅｆ現在値とＶｔｒｅｆ初期値を色ごと［ＫＭＣＹ］個別に算出して取得する。ここでＶｔｒｅｆ初期値とＶｔｒｅｆ現在値は以下の式のように定義する。

ΔＶｔｒｅｆはＬＵＴ（ルックアップテーブル）から算出するＶｔｒｅｆの補正量であり、下記する数３から求められる。詳しくは後述する。

次にＳＴＥＰ４０において、Ｔセンサ５ｄの感度情報を取得する。Ｔセンサ５ｄ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３にプロットした直線の傾きの絶対値が感度である。）。次にＳＴＥＰ５０において、直前のＴセンサ出力値：Ｖｔを取得する。次にＳＴＥＰ６０においてＶｔ−Ｖｔｒｅｆ現在値を算出する。その後、ＳＴＥＰ７０において、本補正を実行するかどうかの判定をする。

補正を実行するかどうかの判定は、例えば、前回の電位制御が“成功”しているかどうかやＶｔ−Ｖｔｒｅｆ現在値が所定の値に収まっているかどうか（トナー濃度制御は正常に実行されているか）等を用いると良い。本補正を実行しない場合は、そのまま終了する。

本補正を実行する場合は、ＳＴＥＰ８０においてＬＵＴを参照する。ＬＵＴの一例を表１に示す。

先ず画像面積率の移動平均に応じて、変化させるΔＴＣ（トナー濃度を変化させる量）を決定する。ΔＴＣを決定した後、ＳＴＥＰ４０で算出したＴセンサ感度を用いてΔＶｔｒｅｆを演算する。ΔＶｔｒｅｆを算出後、ＮＶ−ＲＡＭに保存する。演算式を以下の式（３）に示す。

なお、ΔＶｔｒｅｆは色ごと［ＫＭＣＹ］に個別に算出する。
本実施形態で使用するＬＵＴは以下の手法を用いて作成した。図７は画像面積率に対して、ある基準のＴＣ（トナー濃度）に対して現像能力γを一定にするためトナー濃度を変化させる量（ｗｔ％）である。例えば、画像面積率が８０％の場合、ΔＴＣを１[ｗｔ％]として画像を出力すると、現像能力γは一定に保たれるということである。

画像面積率に対するΔＴＣ補正量は、対数近似がもっとも精度よく近似できる。そのため、ＬＵＴに用いる画像面積率に対するΔＴＣ量は、この方法を用いて決定した。

また、今回の例では、１０％未満の場合、補正のステップを、画像面積率を１％毎に設定し、画像面積率が１０％以上の場合、補正のステップを１０％ごとに設定している。この補正のステップは現像剤、現像装置の特性に応じて、任意に変更が可能である（さらに細かいテーブルとしても良い。）。色ごとの最大補正量の調整は、例えば以下のような式を用いて補正する。

この数４であるが、環境や経時を考慮する場合には、さらに環境補正係数や経時補正係数を乗ずるようにするとより精度を高くすることができる。今回はＬＵＴを用いた制御を例示したが、図７に表示したような近似式を用いて、毎回算出しても良い。

ＳＴＥＰ８０でΔＶｔｒｅｆを算出した後、ＳＴＥＰ９０において、Ｖｔｒｅｆ現在値を算出する。ＶｔｒｅｆはＳＴＥＰ３０で取得したＶｔｒｅｆ現在値とＶｔｒｅｆ初期値を用い、以下の数５に従い算出する。

なお、Ｖｔｒｅｆ現在値もは色ごと［ＫＭＣＹ］に個別に算出する。
次に、ＳＴＥＰ１００において、Ｖｔｒｅｆの上下限処理を行う。補正後のＶｔｒｅｆ現在値が、あらかじめ設定した上限値以上の場合、Ｖｔｒｅｆ現在値とする。補正後のＶｔｒｅｆが下限値を超えていた場合は、Ｖｔｒｅｆ現在値をあらかじめ設定した下限値とする。上下限処理終了後、ＳＴＥＰ１１０にて、Ｖｔｒｅｆ現在値をＮＶ−ＲＡＭに保存する。

以上が基本となる制御である。
本実施形態においては、画像面積率の移動平均が閾値をよりも大きくなった場合、作像間隔を変更するように、モードを切り替える。本実施形態においては、現像剤攪拌モードを印刷数枚から数十枚に一度割り込ませることにより変更を行う。

ここで割り込ませる攪拌モードについて説明する。
本実施形態における攪拌モードとは、すべての作像系デバイスを作像可の状態としたまま、書き込みを行わない状態とすることである。

図８に示すように、画像面積率が高く、トナーの入れ換え量が多い場合、トナー補給前のトナーの帯電量が飽和するまでの時間が異なる（図中の横軸０の位置は、新規トナーが補給された瞬間とする。）。

画像面積率が小さい場合は、新規トナーが補給された瞬間のトナー濃度の低下は小さい。そのため短い時間で、トナー帯電量が立ち上がる。一方、画像面積率が大きい場合、トナーの入れ換え量が大きく、新規トナーが補給された瞬間のトナー帯電量の低下が大きいため、トナーの帯電量を立ち上げるために時間を要する。この帯電量の差をなくすために、攪拌モードを割り込ませる必要がある。攪拌モードを実行することにより、トナーを分散し、キャリアと接触する機会を増加させることにより、トナーを帯電させることができる。なお、従来例として挙げたが、画像面積率が高い場合に、現像能力γを算出して作像バイアスを変更する手法は、不安定なトナー帯電量状態で、現像能力γを算出することとなるため、非常に不安定な制御となる。

次に画像面積率が高い場合の制御フローを説明する。
ＳＴＥＰ１２０において、画像面積累積平均が、所定の画像面積率（ここでは６０％）を超えているかどうか判定する。ＳＴＥＰ１２０で用いる画像面積累積平均は、ＳＴＥＰ１０とは独立している。独立させていることで、Ｖｔｒｅｆ補正とＳＴＥＰ２１０の攪拌モードの頻度を独立して調節することが可能となる。ＳＴＥＰ１２０において、所定の画像面積率以下であれば、何もしないで終了する。

ＳＴＥＰ１２０において、所定の画像面積率を超えていると判断した場合、ＳＴＥＰ２００の初回判定フラグＭ［ＫＭＣＹ］を確認する。
初回判定フラグが立っていない（＝０）の場合は、ＳＴＥＰ１２０の条件を満たして以降、初めての攪拌モードであることを意味する。そこで、次のＳＴＥＰ２１０において、攪拌フラグを立て（＝１）、攪拌モード実行可能状態とする。次に、ＳＴＥＰ２３０において初回判定フラグＭ［ＫＭＣＹ］をたて、ＳＴＥＰ２４０において、攪拌モード実行間隔カウンタＮ［ＫＭＣＹ］に１を加算し、終了する。

ＳＴＥＰ２００の初回判定フラグＭ［ＫＭＣＹ］が立っている場合は、ＳＴＥＰ２２０において、攪拌モード実行間隔カウンタＮ［ＫＭＣＹ］を確認する。攪拌モード実行間隔カウンタＮ［ＫＭＣＹ］が所定の値（ここでは１５）を超えていない場合は、ＳＴＥＰ２４０において、攪拌モード実行間隔カウンタＮ［ＫＭＣＹ］に１を加算し、終了する。攪拌モード実行間隔カウンタＮ［ＫＭＣＹ］が所定の値（ここでは、１５）を超えている場合は、前回の攪拌モードが実行されてから、次の攪拌モードを実行するに値する間隔が空いていることを意味する（連続してプロコンを行っても、調整時間ばかり要してその意義は小さい。）。

そこで、次のＳＴＥＰ２１０において、攪拌フラグを立て（＝１）、攪拌モード実行可能状態とする。次に、ＳＴＥＰ２３０において初回判定フラグＭ［ＫＭＣＹ］をたて、ＳＴＥＰ２４０において、攪拌モード実行間隔カウンタＮ［ＫＭＣＹ］に１を加算し、終了する。なお、攪拌モード実行間隔カウンタＮ［ＫＭＣＹ］は、攪拌モード実行時にクリアする。

本実施形態においては、印刷ジョブに攪拌モードを割り込ませることにより、作像間隔を変化させたが、紙間距離（通紙間隔）を変化させたり、作像線速を変化させる方法によっても変化させることが可能である。このような方法で作像間隔を変化させた場合においても、トナーを均等に分散する、トナーとキャリアの接触確立を増加することが可能なため、本実施形態と同じ効果が得られると考えられる。

次に本制御の性能を総合的に評価するために、ショートランニング試験を実施した。
比較条件
比較例１：通紙３０枚ごとに、プロセスコントロール（作像バイアス制御）を割り込ませる。
比較例２：通紙２０枚ごとに、４秒の攪拌モードを割り込ませる。
本実施例：画像面積率の移動平均により、トナー濃度制御基準値を変化させる。通紙２０枚ごとに、４秒の攪拌モードを割り込ませる。
通紙条件
Ａ４横、１００[％]ベタ画像、連続１００枚
実験機
実験に使用したマシンは、Ｉｍａｇｉｏ ＭＰＣ ２５００：ＣＰＭ（1分あたりのコピー可能枚数）；２５枚である。

以下、表２に通紙終了までの時間比較を行う。

比較例１は、トナーパッチを作像する作像バイアス調整に１０ｓを要する。そのため、トータルの調整時間は一番長い。比較例２および本実施例は通紙２０枚ごとに、４秒の攪拌モードを割り込ませるためトータルの調整時間が１６秒に収まっている。そのため、比較例１よりもダウンタイムを短くすることができる。

次に画像濃度安定性の比較を行う。
図９において、比較例１の四角を結ぶラインは、作像バイアス制御の介入前後で、画像濃度が大きく変化しているため画像濃度が安定しているとは言いがたい。
比較例２の三角を結ぶ黒いラインは、攪拌モードにいたるまでに画像濃度が上昇してしまっている。また、攪拌モードにおいても、十分に画像濃度が回復していない。

本実施例である一方対策後の丸を結ぶラインは、攪拌モードにいたるまでの画像濃度上昇も小さく、さらに攪拌モード実行前後での画像濃度変化が緩やかであり、全範囲においてＩＤがほぼ一定に制御されている。

比較例２のように画像面積率の移動平均に応じてトナー濃度制御基準値を変化させることなく、単純に攪拌モードを入れた場合は、画像濃度が上昇する結果となっている。これは攪拌時間が不十分であることを示唆しており、１回の攪拌時間を増加させるか、あるいは頻度を増加する必要があり、ダウンタイムを低減することはできない。

一方、本実施例においては、ダウンタイムの低減と画像品質が両立できており、画像面積率によるトナー濃度制御基準値の変更と攪拌モードの相乗効果が得られているものと考えられる。

画像形成装置の主要部を示す概略断面図である。 画像形成部を示す構成説明図である。 Ｔセンサ出力とトナー濃度の関係を示すグラフである。 現像ポテンシャルと付着量の関係を示すグラフである。 累積画像面積率と現像能力の関係を示すグラフである。 本発明の制御部による制御の一例を示すフローチャートである。 累積画像面積率とトナー濃度を変化させる量の関係を示すグラフである。 低画像面積率と高画像面積率のチャージの違い示す図である。 比較例１，２と本実施形態の画像濃度の変動を比べたグラフである。

符号の説明

２ 感光体
５ 現像装置
５ｄ Ｔセンサ
６ａ 中間転写ベルト
１７ 光学センサ
１９ ＣＰＵ

Claims (5)

1. トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて像担持体表面上に形成される静電潜像を現像する現像装置と、
   該現像装置内へトナーを補給するトナー補給手段と、
   前記現像装置内のトナー濃度を一定に保つように制御するトナー濃度制御手段とを有する画像形成装置の画像濃度制御方法において、
   前記現像装置へのトナー入れ換え量に応じてトナー濃度制御基準値を操作し、現像能力を一定に保つようにして画像濃度を調整するとともに、
   前記現像装置へのトナー入れ換え量によっては連続印刷中の作像間隔を変化させることを特徴とする画像濃度制御方法。
2. 請求項１に記載の画像濃度制御方法において、
   前記現像装置への入れ換え量として、出力画像面積率から算出した移動平均を用いることを特徴とする画像濃度制御方法。
3. 請求項１または２に記載の画像濃度制御方法において、前記連続印刷中の作像間隔を変化が連続印刷中に実行する攪拌モードであることを特徴とする画像濃度制御方法。
4. 請求項３に記載の画像形成方法において、前記攪拌モードは前記画像面積率の移動平均がある閾値以上となった場合に実行することを特徴とする画像濃度制御方法。
5. トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて像担持体表面上に形成される静電潜像を現像する現像装置と、
   該現像装置内へトナーを補給するトナー補給手段と、
   前記現像装置内のトナー濃度を一定に保つように制御するトナー濃度制御手段とを有する画像形成装置において、
   請求項１〜４に記載の画像濃度制御方法を用いることを特徴とする画像形成装置。

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