JP2010092025A

JP2010092025A - 画像形成装置及びその制御方法

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Publication number: JP2010092025A
Application number: JP2009203063A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kubo; 英希久保; Nobuatsu Sasanuma; 信篤笹沼
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2010-04-22
Also published as: WO2010029711A1

Abstract

【課題】トナー補給時のトナー量の変移を勘案し、トナー補給量を算出することで安定した濃度の出力を得る。
【解決手段】トナーを補給するための補給スケジュールに基づき、像担持体上の潜像をトナーを用いて現像する現像手段にトナーを補給する。画像データから、該画像データを形成するために、現像手段の複数の位置の夫々における所定時間毎のトナー消費量を算出する。画像を形成する前の現像手段内のトナー量分布と、算出手段で算出した現像手段の複数の位置の夫々における所定時間毎のトナー消費量とから、前記画像の形成にともなう前記現像手段内のトナー量分布の変遷を予測する。予測されたトナー量分布から前記画像の形成時における前記補給スケジュールを設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置及びその制御方法に関するものである。

一般に、電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置が具備する現像装置には、トナー粒子とキャリア粒子を主成分とする２成分現像剤が用いられている。特に、カラー画像形成装置においては、殆どの現像装置が２成分現像剤を使用している。この２成分現像剤のトナー濃度（即ち、キャリア粒子及びトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子重量の割合）は、画像品質を安定化させる上で重要な要素になっている。

２成分現像剤のトナー粒子は、現像時に消費され、トナー濃度は変化する。このため、現像装置内の２成分現像剤のトナー濃度を検出する現像剤濃度検知部と、その検知信号に応じて現像装置へのトナー補給を制御する制御部とから構成される現像剤濃度制御装置を設け、２成分現像剤のトナー濃度を一定に保つようにしている。

２成分現像剤のトナー濃度を検出する現像剤濃度検知部として、従来は、２成分現像剤に光を照射し、その反射光量を受光してトナー濃度を検知する光学反射光量検知方式のトナー濃度検知センサがある。また、これ以外にも、２成分現像剤のインダクタンスを検知してトナー濃度を検出するインダクタンス検知方式のトナー濃度検知センサがある。

ここで、従来の画像形成装置が具備する現像装置の概略構成、及びこの現像装置に使用されている従来の光学反射光量検知方式のトナー濃度検知センサの一例を、図１２及び図４を用いて説明する。

図１２は現像装置の断面図を示し、図４（ａ）は現像装置の上面図を示している。図示するように、この現像装置５０４は、感光体、誘電体等の像担持体５０１に対向して配置されており、その内部は垂直方向に延在する隔壁６０１によって現像室（第１室）６０２と撹拌室（第２室）６０３とに区画されている。現像室６０２及び撹拌室６０３には、本例では、非磁性トナーと磁性キャリアを含む２成分現像剤が収容されている。

現像室６０２にはスクリュータイプの第１の現像剤撹拌・搬送部６０４が配置され、撹拌室６０３にはスクリュータイプの第２の現像剤撹拌・搬送部６０５が配置されている。第１の現像剤撹拌・搬送部６０４は回転することにより、現像室６０２内の現像剤を撹拌搬送する。また、第２の現像剤撹拌・搬送部６０５には、トナー補給槽（不図示）から、この第２の現像剤撹拌・搬送部６０５の上流側の上部に設けられているトナー補給口６０６（図４）を介してトナーが供給される。そして、第２の現像剤撹拌・搬送部６０５は回転することにより、供給されたトナーと既に撹拌室６０３内にある現像剤とを撹拌搬送する。これにより、トナー濃度を均一化する。

図４に示されるように、隔壁６０１の両端部には現像室６０２と撹拌室６０３とを相互に連通させる現像剤通路が形成されている。そして、第１の現像剤撹拌・搬送部６０４、及び第２の現像剤撹拌・搬送部６０５の矢印Ａ、Ｂ方向への搬送力により、現像によってトナーが消費されてトナー濃度の低下している現像室６０２内の現像剤が一方の通路から撹拌室６０３内へ移動する。また、第１の現像剤撹拌・搬送部６０４、及び第２の現像剤撹拌・搬送部６０５の矢印Ａ、Ｂ方向への搬送力により、撹拌室６０３内でトナー濃度の回復している現像剤が他方の通路から現像室６０２内へ移動する。

現像室６０２は、像担持体５０１に対面した現像領域に相当する位置に開口部を有しており、この開口部に一部露出するようにして現像剤担持体としての現像スリーブ６０８が回転可能に配置されている。現像スリーブ６０８は、非磁性材料で構成され、現像動作時には図示矢印方向（図１２）に回転し、その内部には、磁界発生部である磁石が固定されている。現像スリーブ６０８は、ブレードによって層厚規制されている２成分現像剤の層を担持搬送し、像担持体５０１と対向する現像領域で現像剤を像担持体５０１の潜像に付着させて現像する。現像効率、即ち、潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ６０８には電源６０９から直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。

光学反射光量検知方式のトナー濃度検知センサ６０７は、ＬＥＤとフォトダイオードとから構成されている。トナー濃度検知センサ６０７は、このＬＥＤから現像スリーブ６０８上に担持された２成分現像剤に光を照射し、そのトナー量の変化に応じて反射量が変化する反射光をフォトダイオードで検知して電気信号に変換する。次に、その電気信号の信号値と基準値との差分を取り、この差分に応じて決定された量の現像剤、即ち、トナーをトナー補給口６０６から撹拌室６０３へ補給する。

図１３は一連のトナー補給動作を示すタイミングチャートであり、また、図１４は一連のトナー補給動作を実行する際に使用される信号処理回路を示すブロック図である。

コピー動作等の画像形成指示が開始され、現像スリーブ６０８及び第１の現像剤撹拌・搬送部６０４、第２の現像剤撹拌・搬送部６０５が回転を開始すると、トナー濃度検知センサ６０７が現像スリーブ６０８上の現像剤のトナー濃度を検知する。この検知出力は、必要に応じて増幅された後、アナログ−ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）６１０によってディジタル信号に変換されて演算回路６１１に送信される。

演算回路６１１では、入力信号を基準値と比較してその差分を算出し、この差分よりトナー濃度の変動量を算出し、この変動量を表わすトナー濃度変動量信号をトナー補給回路６１２に送信する。トナー補給回路６１２は、受信したトナー濃度変動量信号をトナー補給量（補給時間）に換算し、トナー補給槽の駆動部６１３を、換算された補給時間だけ駆動して所定量のトナー補給を行う。

この一連のトナー補給動作を繰り返し行うことで、２成分現像剤のトナー濃度を一定に保つようにしている。

特開平５−３２３７９１号公報

しかしながら、上記従来例では、像担持体上に形成された潜像を現像した後の現像剤のトナー濃度をトナー濃度検知センサで検知し、所定のタイミングでトナー補給を行っている。上述したようにトナー補給位置は、現像装置の撹拌室の上流側にあり、トナー濃度の検知された現像剤が現像室から撹拌室に移動し、トナー補給位置まで達するのにある程度の時間がかかる。

つまり、トナー補給位置の近傍に存在する現像剤は、トナー濃度を検知してからある程度時間の経過した現像剤であり、今現在トナー濃度検知センサで検知した現像剤ではない。従って、従来は、トナー濃度の検知された現像剤に対してトナー補給しているのではなく、トナー濃度の検知してからある程度時間の経過した現像剤に対してトナー補給していることになるので、トナー補給量もしくはトナー補給タイミングが適正ではない。このように、撹拌・搬送部で撹拌されるものの、現像剤のトナー濃度は現像装置内で不均一であり、所望のトナー濃度にならず、出力画像の濃度や粒状性等が安定しないという欠点があった。

一方、上記従来例とは別に、入力された画像データの画素値（ビデオカウント値）等の特徴量を利用して、トナー消費量を予測しトナー補給量を決定する方法（特許文献１）もある。しかしながら、この方法では、印刷される画像データのラスタライズ処理と平行してトナー補給量を決定し、印刷とほぼ同時に補給が行われる。つまり、上記従来例と同様に、現像装置内のトナーの循環や拡散を考慮していないため、現像装置内のトナー濃度が不均一になることがあった。

また、例えば、トナー消費量が非常に多い全面ベタ画像のような画像を出力する場合、現像装置内のトナー濃度が均一であったとしても、急激にトナー濃度が下がり、同一画像内でも濃度等が不安定になることがあった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、トナー補給時のトナー量の変移を勘案し、トナー補給量を算出することで安定した濃度の出力を得ることが可能になる画像形成装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明による画像形成装置は以下の構成を備える。即ち、
画像を示す画像データに基づき像担持体を露光することにより、該像担持体上に潜像を形成する露光手段と、
前記像担持体上の潜像をトナーを用いて現像する現像手段と、
トナーを補給するための補給スケジュールに基づき、前記現像手段にトナーを補給する補給手段と、
前記画像データから、該画像データを形成するために、前記現像手段の複数の位置の夫々における所定時間毎のトナー消費量を算出する算出手段と、
前記画像を形成する前の前記現像手段内のトナー量分布と、前記算出手段で算出した前記現像手段の複数の位置の夫々における所定時間毎のトナー消費量とから、前記画像の形成にともなう前記現像手段内のトナー量分布の変遷を予測する予測手段と、
前記予測手段で予測されたトナー量分布から前記画像の形成時における前記補給スケジュールを設定する設定手段と
を有する。

本発明によれば、トナー補給時のトナー量の変移を勘案し、トナー補給量を算出することで安定した濃度の出力を得ることが可能になる画像形成装置及びその制御方法を提供できる。

実施例１の画像形成装置の構成図である。実施例１の画像形成装置の動作を示すフローチャートである。実施例１の印刷画像の一例と、算出されるトナー消費量の関係を示す図である。実施例１の図１中の現像装置を上方からみた模式図である。実施例１の印刷画像の一例と、ある単位時間の現像装置内のトナー消費量との関係を示す図である。実施例１の現像装置内のトナー量分布を示す図である。実施例１の画像印刷及びトナー補給のタイミングチャートである。実施例１の現像装置内のトナー量分布を示す図である。実施例２の画像印刷及びトナー補給のタイミングチャートである。実施例２の現像装置内のトナー量分布を示す図である。実施例２の画像印刷及びトナー補給のタイミングチャートである。現像装置の概略構成を示す断面図である。トナー補給動作を行う信号処理回路を示すブロック図である。一連のトナー補給動作を示すタイミングチャートである。

＜実施例１＞
図１は実施例１の画像形成装置の構成図である。

プリンタコントローラ１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ（不図示）等の構成要素から構成されている。プリンタコントローラ１は、外部装置３から入力されたプリントジョブをプリントジョブ格納部１０１に格納する。トナー消費量算出部１０２は、プリントジョブ格納部１０１に格納されているプリントジョブの内容に基づいて、印刷時のトナー消費量を算出する。トナー分布算出部１０３は、算出されたトナー消費量に基づき、所定時間毎（単位時間毎）の現像装置内のトナー分布を算出する。補給スケジュール算出部１０４は、入力された単位時間毎の現像装置内のトナー分布に基づき、トナー及び現像剤の補給スケジュールを算出する。また、画像処理部１０５は、入力される画像信号に、階調変換、ハーフトーン、ＰＷＭ処理等を行い、プリンタエンジン２に出力する。

プリンタエンジン２は、プリンタエンジン制御部２０１、像担持体５０１、帯電装置５０２、露光装置５０３、現像装置５０４、濃度センサ５０５、転写装置５０６、清掃装置５０７、除電装置５０８、補給装置５０９から構成される。プリンタエンジン制御部２０１は、プリンタコントローラ１から入力される各種の情報に伴い、各装置（５０１〜５０９）の駆動制御を行う。帯電装置５０２により電荷を帯びた像担持体５０１は、露光装置５０３により画像部を除電され潜像を形成する。像担持体５０１に形成された潜像は、現像装置５０４にてトナーが付着され、現像される。濃度センサ５０５は現像された画像の濃度を測定し、測定データは階調補正やトナー補給等の制御に用いられる。転写装置５０６は、像担持体５０１上のトナー画像を紙等の印刷媒体に転写する。トナー画像が転写された印刷媒体は、定着装置（不図示）を経てプリンタエンジン２から出力される。清掃装置５０７は像担持体５０１上に残った不要なトナーを清掃し、除電装置５０８は像担持体５０１上に残った電荷のムラを全面露光することで消失させ、次の印刷に備える。

プリンタエンジン２は、例えば、感光体、誘電体等の像担持体上に、電子写真方式、静電記録方式等の印刷方式で静電潜像を形成し、この静電潜像を現像剤の補給を伴なう現像装置によって現像し、可視画像を形成するものであれば、他の構成でも構わない。

外部装置３は、ハードディスクドライブ、コンピュータ、サーバ、ネットワーク等のリソースとのインタフェースを有し、プリンタコントローラ１に対して、プリントジョブの入力を行う。

次に、画像形成装置の動作を、図２のフローチャートに従って説明する。

図２は実施例１の画像形成装置の動作を示すフローチャートである。

まず、プリンタコントローラ１は、外部装置３から入力されたプリントジョブを受け付け、プリントジョブ格納部１０１に格納する（ステップＳ４０１）。プリントジョブは、画像データ、印刷枚数、印刷順序、網点やカラープロファイル等の各種設定から構成される。プリントジョブ格納部１０１に格納されたプリントジョブは、逐次、トナー消費量算出部１０２と、画像処理部１０５へ出力される。

次に、トナー消費量算出部１０２は、プリントジョブ格納部１０１から出力されたプリントジョブの内容を解析し、画像１枚毎に現像装置５０４の各位置における単位時間毎のトナー消費量を算出する（ステップＳ４０２）。図３は、印刷される画像と算出されるトナー消費量を示すテーブルの模式図である。図３（ａ）は、Ａ４サイズであり、全面に均一な画素値を有する所謂ベタ画像の例である。本実施例では、画像を主走査方向に４分割、副走査方向に３分割の画像領域に分割し、分割されたそれぞれの画像領域において画素値を積算し、トナー消費量Tuse[mg]を算出する。尚、以降の説明を平易にするために、実施例１の画像形成装置は、入力画像データの画素値に比例してトナーを消費するものとする。トナー消費量は、各画素の画素値n_i,j（i、jは、それぞれ縦横の座標)を用いて、以下の式により算出できる。

Tuse _p,t = k×{n(p×w+1, t×h+1) + n(p×w+1, t×h+2) + n(p×w+1, t×h+3)・・・
+ n(p×w+2, t×h+1) + n(p×w+2, t×h+2) + n(p×w+3, t×h+3)・・・
+ n(p×w+w, t×h+h)}・・・（式１）

ここで、pは分割された画像領域の主走査位置番号、tは副走査位置番号、Tuse _p,tは、分割された画像領域の位置（p,t）におけるトナー消費量であり、w、hはそれぞれ分割された画像領域の縦画素数、横画素数である。kは単位画素値あたりの消費トナー重量をあらわす係数である。算出された各領域のトナー消費量は、図３に示すテーブル（テーブルに示す位置と時間については後述する。）として、トナー分布算出部１０３に出力される。

次に、トナー分布算出部１０３は、記録している現像装置５０４のトナー量分布とトナー消費量算出部１０２から出力されたトナー消費量から、この画像の形成に伴う現像装置５０４内のトナー量分布の変遷を算出する（ステップＳ４０３）。尚、このステップＳ４０３で行う計算は、実際の印刷処理が行われる以前に行われるもので、算出される値は予測値である。

図４（ａ）は実施例１の図１中の現像装置５０４を上方からみた模式図である。現像装置５０４は、感光体等の像担持体５０１に対向して配置されており、その内部は垂直方向に延在する隔壁６０１によって現像室（第１室）６０２と撹拌室（第２室）６０３とに区画されている。現像室６０２及び撹拌室６０３には、非磁性トナーと磁性キャリアを含む２成分現像剤が収容されている。

現像室６０２にはそれぞれスクリュータイプの第１の現像剤撹拌・搬送部６０４が配置され、撹拌室６０３には第２の現像剤撹拌・搬送部６０５が配置されている。第１の現像剤撹拌・搬送部６０４は回転することにより、現像室６０２内の現像剤を撹拌搬送する。また、第２の現像剤撹拌・搬送部６０５には、補給装置５０９から、この第２の現像剤撹拌・搬送部６０５の上流側の上部に設けられたトナー補給口６０６（図４）を介してトナーが供給される。そして、第２の現像剤撹拌・搬送部６０５は回転することにより、供給されたトナーと既に撹拌室６０３内にある現像剤とを撹拌搬送する。これにより、トナー濃度を均一化する。

トナー分布算出部１０３は、現像装置５０４の現像剤を収容する空間を複数の領域に分割した場合のそれぞれの領域においてトナー量Ｔを保持している。図４（ｂ）は、現像装置５０４の内部を１６の領域に分割した模式図（各領域に識別のための番号を付与してある）である。ここで、現像装置５０４における０〜３の領域は、図３のトナー消費量テーブルの位置ｐ＝０〜３に対応しており、画像の形成時に画像領域（０〜３）に応じたトナーが消費される。また、領域６にはトナー補給口６０６が設けられており、補給装置５０９から補給されるトナーは領域６のトナー濃度を上げる。

以下、トナー分布の算出について、詳細に説明する。

トナー分布算出部１０３は、画像の印刷の始まる時間から次の画像の印刷が始まる時間まで、現像装置５０４の領域０〜１５のそれぞれのトナー量T0〜T15を所定時間ごとに計算する。ここで、計算時間のステップを時間Δtとする。この時間Δtは、トナー消費量算出部１０２において、トナー消費量を算出した分割画像の高さｈ分の印刷を行う時間に相当する。

まず、トナー分布算出部１０３は、画像印刷開始時t0=0からt1=Δtに行われる画像の形成に応じて生じたトナーの消費によるトナー量の変化を計算する。

T0(t1) = T0(t0)-Tuse _0,0 ・・・（式２）
T1(t1) = T1(t0)-Tuse _1,0 ・・・（式３）
T2(t1) = T2(t0)-Tuse _2,0 ・・・（式４）
T3(t1) = T3(t0)-Tuse _3,0 ・・・（式５）
T4〜T5(t1) = T4〜T5(t0) ・・・（式６）

ここで、Tp(t0)は印刷前の現像装置内の位置pの領域のトナー量、Tp(t1)はΔt時間後の同位置でのトナー量、Tuse _p,tは、トナー消費量算出部１０２で算出した、位置p及び時刻tにおけるトナー消費量である。すなわち、画像印刷開始時t=0からt=Δtでは、図３（ａ）のテーブルのt=0、ｘ＝0〜3に記憶されているトナー量が、それぞれ図４（ｂ）の０〜３の各位置において消費される。

現像装置５０４内の領域０〜３以外については、トナーの消費によってトナー量は変化しない。よって、現像装置５０４の領域４〜１５については、式（６）に示されるようにT(t1)とT(t0)とが等しくなる。

図５は実施例１の印刷画像の一例と、この印刷画像を形成する際のある時間（単位時間）における、現像装置５０４内の位置とトナー消費量との関係を示す模式図である。図５中のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは現像装置５０４内の位置を表しており、それぞれの位置は図４に示す現像装置５０４を簡略化した図４（ｂ）に示す各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対応している。点Ａ〜Ｂは現像スリーブ６０８が配置されている領域であるので、トナーが消費される。一方、点Ｃ〜Ｄは第２の現像剤撹拌・搬送部６０５内の領域であるので、トナーは消費されない。

図３（ｂ）と（ｃ）は同じ量のトナーを消費する画像であるが、画像内でトナーを使用する領域が異なる。図３（ｂ）では主走査方向の右半分にトナー消費が集中するため、現像装置５０４内の現像スリーブ６０８にトナーを供給する領域の半分の領域（２、３）で集中的にトナーが消費される。一方、図３（ｃ）では、現像装置５０４内の現像スリーブ６０８にトナーを供給する全領域（０〜３）で平均的にトナーを消費するが、消費される時間が少ない。このように、画像のパターンによって現像装置５０４内のトナー量分布に与える影響が異なる。

次に、トナー分布算出部１０３は、攪拌・搬送に基づくトナー分布Tp'を計算する。以下の式を用いて、現像装置５０４内の領域（０〜１５）のそれぞれにおけるトナー量を計算する。

Tp(t1)’ = a×Tp-1(t1) + b×Tp-2(t1) + c×Tp-3(t1) ・・・（式７）

ここで、a、b、cは拡散具合を表す係数であり、総和は１となる。pは現像装置５０４内の位置であり、本実施例では０から１５すべての位置について計算を行う。上記の計算を言い換えれば、攪拌搬送により、Tpにあったトナーのうち、a/1はTp+1に、b/1はTp+2に、c/1はTp+3に、移送・拡散されたことになる。以上の計算で時刻t1=Δtでのトナー量分布が算出される。ここで、トナー分布算出部１０３は、同時刻t1=Δtでのトナー補給口付近の領域のトナー量Thop=T6を保存する。

トナー分布算出部１０３は、以上の計算をt2=2×Δt、t3=3×Δt・・・と繰り返し、次の印刷開始時刻tnextまで行う。

図６（ａ）は、画像印刷前の現像装置５０４内のトナー量が一定で、且つトナー補給を行わない場合の図５の画像を印刷した直後のトナー量分布である。

図５に示す印刷画像は、画像濃度が５０％のベタ画像であり、ある時間では、現像スリーブ６０８上で一定量のトナーを消費する。現像中は、第１の現像剤撹拌・搬送部６０４及び第２の現像剤撹拌・搬送部６０５が動作しているため、現像によりトナー量の下がった現像剤は、現像装置５０４内を循環し、画像印刷直後t=4×Δtには、図６（ａ）に示すトナー量分布になる。

このトナー量分布は、第１の現像剤撹拌・搬送部６０４及び第２の現像剤撹拌・搬送部６０５の搬送速度及び撹拌性能により異なり、搬送速度および攪拌性能は計算時間ステップΔｔおよび（式６）の係数a、b、cにより決定される。

トナー分布算出部１０３は、次の印刷開始時刻tnextまでの計算が終了すると、トナー分布算出部１０３は、時刻t0からtnextまでのトナー補給口付近の領域のトナー量Thopを出力する。

尚、現像装置５０４が初期化および予備動作等で画像形成を伴わず駆動した場合は、プリンタエンジン制御部２０１からの駆動信号を受信し、攪拌・搬送についての計算のみを行い、トナー量分布の更新を行う。

次に、補給スケジュール算出部１０４は、トナー分布算出部１０３から出力されるトナー補給口付近の領域のトナー量の変遷Thop(0)〜Thop(Tnext)に応じて、補給スケジュールを算出する（ステップＳ４０４）。各時刻ｔの補給量Tsup(t)は、以下の式により算出される。

Nsup(t) = {Ttarget-Thop(t)+Trem(t-Δt)} ÷ Tdiv ・・・（式８）
Trem(t) = {Ttarget-Thop(t)+Trem(t-Δt)} - Nsup(t)×Tdi ・・・（式９）
Tsup(t) = Nsup(t)×Tdiv ・・・（式１０）

ここで、Tdivは補給装置５０９で制御可能な最小トナー補給単位、Nsupは最小補給単位の補給回数、Ttargetはトナー量目標値、Tremは最小補給単位に満たない余りの補給量である。

次に、プリンタコントローラ１は、プリントジョブを基にプリンタエンジン制御部２０１へ印刷要求を行う。プリンタエンジン制御部２０１は、印刷可能であればプリンタコントローラ１へ印刷可能である信号を送信する。これを受けて、プリンタコントローラ１は、プリントジョブ格納部１０１から、画像処理部１０５を介し、画像信号（印刷用紙１枚分あるいは複数枚分）を形成し、プリンタエンジン制御部２０１へ送信する。また、同様に送信した画像信号に対応する補給スケジュールを補給スケジュール算出部１０４から出力する。プリンタエンジン制御部２０１は、入力される画像信号および補給スケジュールに基づき、印刷処理およびトナー補給処理を行う（ステップＳ４０５）。

図７は実施例１の画像形成及びトナー補給のタイミングを示す図である。

図７に示す補給パターン１は、ビデオカウント値等の特徴量を用いる一般的な補給パターンの一例である。この補給パターンで示されるように、トナー補給は、１枚の印刷用紙への印刷中に複数回（間欠的に）実行する構成となっている。

図７中のトナー量予測に示すグラフは、トナー補給口６０６（図４中の位置６）付近でのトナー量変移である。図４の０位置付近の現像剤は、画像印刷開始直後からトナーを消費し始め、ほぼ一定量のトナーを消費しながら、第１の撹拌・搬送部６０４により、図４（ｂ）のＢ位置まで搬送される。

このため、図４（ｂ）のＢ位置付近では、現像剤が図４（ｂ）のＡ位置から図４（ｂ）のＢ位置に移動する時間と単位時間あたりのトナー消費量の積分だけトナーを消費し、トナー量が低下する。一方、画像印刷直後の図４（ｂ）のＡ位置付近の現像剤は、トナーをほとんど消費せず、トナー量は画像印刷前とほぼ同じである。また、画像印刷終了直前の図４（ｂ）のＢ位置付近のトナー量も同様に画像印刷前とほぼ同じである。こうしたトナー量変移をトナー補給口６０６から観察すると、図７中に示すトナー量変移のような挙動を確認することができる。

図７に示す補給パターン２は、実施例１の補給スケジュール算出部１０４が算出した補給スケジュールの一例である。ここでは、補給装置５０９の補給モータは一定速度でのみ回転できるものとする。この場合、補給スケジュール算出部１０４が図７に示すトナー量変移を相殺するように図７の補給パターン２のトナー補給を行う。

図６（ｂ）及び（ｃ）に、図７の補給パターン１、２を適用した場合の各現像装置５０４内の位置でのトナー量分布を示す。図６（ｂ）は、画像印刷中のある時点でのトナー量分布、図６（ｃ）は画像印刷が終了し、一連のトナー補給動作を完了した後のトナー量分布を示している。破線は補給パターン１でトナー補給を行った場合のもの、実線は補給パターン２でトナー補給を行った場合のものである。

図６（ｂ）に示すように、補給パターン１では画像印刷直後から画像印刷に必要なトナーの全量に相当するトナーを補給する。そのため、まだ現像処理が終了していない時点で補給が終了してしまい、画像印刷前半部ではトナー補給口６０６付近を通った現像剤のトナー濃度が過剰に高くなり、画像印刷後半部ではトナー濃度が低い場合にもかかわらず、補給を行わない場合が発生する。このため、図６（ｃ）に示すように、現像装置５０４内でトナー濃度の高い部分と低い部分が発生してしまう。この後、次の画像印刷が行われる前に十分な撹拌が行われれば、トナー濃度は各位置において一定になるため問題はないが、十分な撹拌を行わなかった場合は、濃度が不安定になる可能性がある。

ここで、図６中の実線で表わすように、図７に示すトナー濃度変移に対応する補給パターン２で補給を行うと各時間においてトナー補給口６０６付近でトナー濃度が一定に保たれる。そのため、次回の画像印刷においても常に一定のトナー濃度で現像することができ、安定した画像出力をすることが可能である。

プリントジョブが複数枚の画像印刷を含む場合、プリンタエンジン制御部２０１は、画像印刷前後に発生する前回転や後回転等と呼ばれるプリンタ固有のインターバルも勘案し、補給スケジュール算出部１０４で算出された補給スケジュールを実行できる。また、トナー消費量算出、トナー分布算出、トナー補給スケジュール算出は、プリンタで使用する各色（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック等）に対して独立に行う。

以上説明したように、実施例１によれば、プリントジョブの情報からトナー消費量等の情報を予測し、トナー補給時のトナー量の変移を勘案し、トナー補給量を算出することで安定した濃度の出力を得ることが可能になる。

尚、プリントジョブの解析は、プリンタコントローラ１が有するＣＰＵやＲＡＭの性能に合わせて、計算するタイムステップや、トナー消費量及びトナー濃度の計算メッシュ数を選択することが可能である。例えば、解析する画像データを平均化し全面均一なベタ画像として扱ってもよいし、画素や任意の画素数のブロック毎（領域毎）に算出してもよい。

また、実施例１におけるトナー補給は、現像装置５０４内の状態を予測して動作するものであり、予測精度及び補給モータの回転時の補給量の誤差等が発生する。これらに対しては、センサ等のトナー濃度検知部を併用することにより、定期的にトナー濃度の変動を測定し、トナー補給量を調整することで改善することが可能である。

また、実施例１では、トナー消費量や現像装置５０４内の状態を予測してトナー補給を行っているが、適当なセンサを用いてトナー消費量や現像装置５０４内の状態を検知し、その検知結果に基づいて、予測結果に修正をかけることが可能である。

また、エラー等でジョブの一連の印刷処理が中断（異常終了）した場合は、補給済のトナー量に基づいて、補給スケジュールを再算出することで対応可能である。

また、現像装置５０４内の各室に収容できるトナー量、及び撹拌室の性能は均一である場合として説明しているが、各位置でのトナーの移動速度、拡散速度等を考慮してトナー濃度を予測することで対応可能である。

また、現像装置５０４内の撹拌・搬送部と補給モータが連動していて、画像印刷中だけしか補給モータを駆動できない等の制限がある場合は、トナー補給可能な直前・直後のタイミングにずらす等して対応することが可能である。

また、実施例１は、現像装置５０４内のトナー帯電量の変化がない、もしくは少ない場合に関する説明である。現像剤の撹拌に伴ないトナー帯電量が変化する場合、それに応じて現像されるトナー量も変化する。このような場合は、トナー分布算出部１０３は、トナー消費量、トナー濃度に加え、トナー帯電量の変移を予測する。そして、補給スケジュール算出部１０４は、この予測に応じて、次回の現像処理時に適当な現像処理が可能なトナー濃度、トナー帯電量になるよう補給スケジュールを算出することで、安定した濃度の出力を得ることが可能になる。

＜実施例２＞
実施例２は、補給スケジュール算出部１０４の動作以外は実施例１の構成と変わらないため、その詳細説明を省略する。

図８はプリントジョブの画像濃度が１００％のベタ画像である場合の画像印刷直後の現像装置内の各位置でのトナー量分布の一例を示す図である。尚、この場合、画像印刷前のトナー濃度が現像室６０２及び撹拌室６０３で一定であり、トナー補給を行わなかった場合であるとする。

図８中の破線は出力画像にあまり影響のない、即ち、プリンタエンジンに許容されているトナー濃度の範囲である。画像印刷前のトナー濃度が現像室６０２及び撹拌室６０３で一定である場合でも、画像濃度が高すぎると現像処理中に急激にトナー濃度が下がり、許容範囲を下回ってしまう場合がある。

補給スケジュール算出部１０４は、このような急激なトナー濃度の低下の可能性がある場合、図９に示す補給パターンのように、前もってトナー補給を行ない、トナー消費の激しい現像剤のトナー濃度をあらかじめ上げておく。ここで、前もって行われるトナー補給量は、予測されるトナー濃度の変移と許容範囲の下限値から算出され、現像によるトナー消費が行われても許容範囲の下限値を下回らないように設定される。

図１０は実施例２の補給スケジュールでトナー補給を行った場合の現像装置内のトナー量分布を示す図である。

図１０（ａ）は、実施例１と同様の補給を行った場合の画像印刷直後の状態である。トナー補給口６０６付近にて画像印刷で消費したトナーに対応する量のトナーを補給するため、補給後のトナー濃度は一定になる。しかし、現像に使用するＡ−Ｂ間でトナー濃度の許容範囲を下回り、出力画像の濃度を不安定にしてしまう。

図１０（ｂ）及び（ｃ）は、図９に示すパターンでトナー補給を行った場合のトナー量分布である。

図１０（ｂ）は、画像印刷開始前のトナー量分布であるが、既にある量のトナーが補給されているため、画像印刷に使用される部分の現像剤のトナー濃度が高くなっている。

図１０（ｃ）は、画像印刷中のトナー量分布であり、トナー濃度の高い現像剤を使用して画像印刷を行っているため、印刷中にトナー濃度が許容範囲を下回ることがない。また、実施例１と同様に画像印刷後にトナー補給口６０６を移動する現像剤のトナー濃度は、ほぼ一定に保つことが可能である。

図１１は実施例２の画像濃度の高い画像が連続で印刷される場合のトナー補給スケジュールを示す図である。

印刷信号の１枚目をＡ、２枚目をＢとすると、それぞれ必要とする補給パターンは、図１１中のＡ及びＢである。こうした場合は、Ａ及びＢで必要とされるトナー補給量を重畳し、図１１のＡ＋Ｂに示すような補給を行うことで、印刷中にトナー濃度が許容範囲を下回るのを抑えることが可能である。

以上説明したように、実施例２によれば、１枚の画像印刷中で急激なトナー消費がある場合でも、前もってトナー補給によりトナー濃度を上げておく。これにより、トナー濃度の変化を適正な範囲に収めることが可能になり、出力画像の濃度の変動を抑制することが可能である。

尚、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims

画像を示す画像データに基づき像担持体を露光することにより、該像担持体上に潜像を形成する露光手段と、
前記像担持体上の潜像をトナーを用いて現像する現像手段と、
トナーを補給するための補給スケジュールに基づき、前記現像手段にトナーを補給する補給手段と、
前記画像データから、該画像データを形成するために、前記現像手段の複数の位置の夫々における所定時間毎のトナー消費量を算出する算出手段と、
前記画像を形成する前の前記現像手段内のトナー量分布と、前記算出手段で算出した前記現像手段の複数の位置の夫々における所定時間毎のトナー消費量とから、前記画像の形成にともなう前記現像手段内のトナー量分布の変遷を予測する予測手段と、
前記予測手段で予測されたトナー量分布から前記画像の形成時における前記補給スケジュールを設定する設定手段と
を有することを特徴とする画像形成装置。
前記現像手段は、現像室と撹拌室とを有し、
前記算出手段は、前記現像室の複数の位置のそれぞれにおける前記所定時間毎のトナー消費量を算出し、
前記予測手段は、前記画像を形成する前の前記現像室内のトナー量分布と、前記算出手段で算出した前記現像室の複数の位置の夫々における所定時間毎のトナー消費量と、該トナーの攪拌搬送による拡散具合に応じた係数とから、前記現像室の複数の位置および前記撹拌室の複数の位置のそれぞれにおける前記所定時間毎のトナー量を予測する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記設定手段は、前記予測手段により予測された、トナー補給口に相当する前記現像手段の位置に対する前記所定時間毎のトナー量から、前記補給スケジュールを設定する
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。
画像を示す画像データに基づき像担持体を露光することにより、該像担持体上に潜像を形成する露光工程と、
現像装置によって、前記像担持体上の潜像をトナーを用いて現像する現像工程と、
トナーを補給するための補給スケジュールに基づき、前記像担持体上の潜像をトナーを用いて現像する現像装置にトナーを補給する補給工程と、
前記画像データから、該画像データを形成するために、前記現像装置の複数の位置の夫々における所定時間毎のトナー消費量を算出する算出工程と、
前記画像を形成する前の前記現像装置内のトナー量分布と、前記算出工程で算出した前記現像装置の複数の位置の夫々における所定時間毎のトナー消費量とから、前記画像の形成にともなう前記現像装置内のトナー量分布の変遷を予測する予測工程と、
前記予測工程で予測されたトナー量分布から前記画像の形成時における前記補給スケジュールを設定する設定工程と
を有することを特徴とする画像形成装置の制御方法。