JP2010197922A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ビデオカウント検知ＡＴＲ制御と、パッチ検知ＡＴＲ制御とを複合して実施した画像形成装置において、ＴＤ比検知センサを用いなくても容易に現像器内ＴＤ比を予測可能な画像形成装置を提供することを目的としている。
【解決手段】 感光体ドラム28上に現像されたトナー像の濃度を検知する像濃度検知手段90の検知結果と、画像情報信号の画像濃度情報に基づいて現像器１に補給するトナー量を決定し、トナーを補給するＣＰＵ11と、像濃度検知手段90の濃度検知信号に応じて補給もしくは補給停止されたトナー量を表す出力信号に基づいた補給量累積値を算出する補給量累積手段13と、補給量累積手段13により算出された補給量累積値が許容範囲内となるようにトナー補給動作を制御するＣＰＵ11を有することを特徴とする。
【選択図】 図９

Description

本発明は複写機、プリンタ等の画像形成装置に関し、特には、トナーとキャリアを有する２成分現像剤を用いる画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を用いてカラー画像を形成する画像形成装置においては、一般に、複数色のトナー像を像担持体としての電子写真感光体（例えば、感光体ドラム）上に順次形成する。この複数色のトナー像を記録用紙などの転写媒体上に順次或いは一括して重ね合わせる手法が用いられている。このような有彩色の画像形成を行う画像形成装置において、例えばブラック、イエロー、マゼンタ、シアンといった各色用の現像器を回転体に装着する。そして、この回転体を回転させることにより必要な現像器を順次感光体に対向する現像位置へ移動させて現像動作を行う、所謂、回転現像方式が提案され、実用化されている。

また、感光体ドラム及び現像器を４つ並列に並べて、中間転写体若しくは転写体上の記録材（転写紙）に順次、感光体ドラム上のトナー像を転写する画像形成装置が提案され、実用化されている。

カラー画像形成装置の一例として、図15を参照して説明する。本例のカラー画像形成装置は、回転現像方式を採用している。

本例にて、カラー画像形成装置は、回転自在に感光体ドラム28が設けられ、感光体ドラム28に対向して回転現像装置50Ａが配置される。回転現像装置50Ａは、回転体18を備える。回転体18には、複数の現像器１、即ち、本例では、ブラック用現像器１Ｋ、イエロー用現像器１Ｙ、マゼンタ用現像器１Ｍ、シアン用現像器１Ｃが搭載される。回転体18は、図示しないモータにより自在に回転可能である。

感光体ドラム28上にブラックのトナー像を形成する時は、感光体ドラム28と対向する現像位置でブラック用現像器１Ｋにより現像を行う。同様にイエローのトナー像を形成する時は、回転体18を９０°回転して、現像位置にイエロー用現像器１Ｙを配置させ、現像を行う。マゼンタ、シアンのトナー像形成も同様にして行う。

ここで、各現像器１（１Ｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ）は同じ構成とされる。図16に、現像器１の構成を示す。現像器１は、現像剤を収容する現像容器２を備えている。また、現像容器２には、現像剤を担持し、感光体ドラム28へと搬送する現像剤担持体としての現像スリーブ３が取り付けられている。現像容器２には、現像剤カートリッジ（トナーボトル）５より補給用現像剤が供給され、スクリュー２ａ，２ｂで攪拌され、現像スリーブ３へと現像剤を供給する。現像剤を担持した現像スリーブ３は図16の矢印Ａ方向に回転して、感光体ドラム28上に形成された静電潜像を可視像化、即ち、現像を行う。

次に、フルカラー画像形成モード時の装置全体の動作について説明する。

以下の説明にて、現像器１とは、ブラック用現像器１Ｋ、イエロー用現像器１Ｙ、マゼンタ用現像器１Ｍ及びシアン用現像器１Ｃの総称である。

図15において、一次帯電器21によって帯電された感光体ドラム28の表面をレーザーなどの露光装置22によって露光することで感光体ドラム28上に静電潜像を形成する。この静電潜像を所望の色の現像剤を収容する現像器１（１Ｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ）によって、感光体ドラム28上に可視像（トナー像）を形成する。このトナー像は、転写ローラとされる第１転写帯電器23ａによる第１転写バイアスによって、中間転写体24上に転写される。

フルカラーの画像形成を行う場合、先ず、ブラック用現像器１Ｋにより感光体ドラム28上にブラックのトナー像を形成し、中間転写体24上にブラックのトナー像を一次転写する。次に、回転体18を９０°だけ回転させてイエロー現像器１Ｙを現像位置に配置する。一方、感光体ドラム28上にイエローのトナー像を形成し、先程の中間転写体24上のブラックのトナー像上にイエローのトナー像を一次転写し、重ね合わせる。この動作をマゼンタ用現像器１Ｍ、シアン用現像器１Ｃにおいても順次行い、中間転写体24上に所望のフルカラー画像を形成する。

その後、第２転写帯電器23ｂによる第２転写バイアスによって、中間転写体24上のフルカラー画像を一括して転写紙搬送ベルト25上の、記録材としての転写紙27上に二次転写する。

本例にて、転写紙搬送ベルト25は、第２転写帯電器23ｂとされるローラと、他のローラ23ｃとの間に巻回されて転写紙27を搬送する。転写紙27は、転写紙搬送ベルト25から剥離され、定着装置26によって加圧／加熱され、永久画像を得る。また、一次転写後に感光体ドラム28上に残った残トナーは、第１クリーナー29ａにより除去される。さらに、二次転写後に中間転写体24上に残った残トナーは、第２クリーナー29ｂにより除去され、次の画像形成に備える。

図15中、90は感光体ドラム28に対向した光学式センサーである。画像形成枚数が５０枚に達し、パッチ検知モードの動作タイミングになると、感光体ドラム28上に一定面積を有する基準トナー像の静電潜像を形成する。そして、これを所定の現像コントラスト電圧によって現像した後、この基準トナー像の濃度信号を感光体ドラム28に対向した光学式センサー90で検知する。

カラー画像形成を行う画像形成装置においては、主に非磁性トナーと磁性キャリアとを混合して２成分現像剤として使用する、所謂、２成分現像方式が広く利用されている。

２成分現像方式は、現在提案されている他の現像方式と比較して、画質の安定性、装置の耐久性などの長所を備えている。一方、トナーが消費されることにより、現像装置内の現像剤濃度つまり非磁性トナーと磁性キャリアの混合比（以下、「ＴＤ比」と称す。）が変化する。その結果、トナー帯電量（以下「トリボ」と称す）が変化することで現像特性が変化し、出力画像濃度が変化するといった問題がある。

このため、現像剤中のＴＤ比並びに画像形成された画像濃度を一定に維持するために、このＴＤ比や画像濃度を正確に検知しトナーを補給するトナー補給制御技術が提案及び実用化されている。

ＴＤ比検知手段を用いたトナー補給制御（以下ＡＴＲ（ＡｕｔｏＴｏｎｅｒＲｅｐｌｅｎｉｓｈｍｅｎｔ）と称す）として、例えば特許文献１では磁性キャリアは通常黒色をしているため光を照射しても吸収される特性を用いて検知・補給（光検知ＡＴＲ制御）する。また、特許文献２ではＴＤ比が高くなることで低下する現像剤中の見かけの透磁率変化を検知・補給（インダクタンス検知ＡＴＲ制御）することでＴＤ比を判別し補給する例が開示さている。

また別のトナー補給制御手段として例えば特許文献３では、画像形成の非画像形成時に濃度検知用現像像（パッチ）を作像する。そして、画像濃度検知手段（パッチ検知手段）によりあらかじめ求めた初期パッチ画像と検知画像の濃度を比較する。そして、濃度低下を検知したらトナーを補給し、濃度上昇を検知したらトナーの補給停止を繰り返すことで制御される（以下、「パッチ検知ＡＴＲ制御」という）例が開示されている。

さらに別のトナー補給制御手段として、例えば特許文献４では画素ごとの画像情報信号の濃度信号のビデオカウント数に基づいてトナー消費量を予測（ビデオカウント検知手段）する。これにより、トナー補給制御を実施する(以下、「ビデオカウント検知ＡＴＲ制御」という）例が開示されている。

その中でトナー補給制御として一般的には、特許文献５に開示されているビデオカウント検知と、パッチ検知を複合した制御を採用している構成が多い。これは、前述したとおりトナー消費量を予測しフィードフォアードでトナー補給を実施する。そして、補給量のバラツキや現像剤変化による現像性変化を参照画像濃度を検知しフィードバックを掛ける制御であるため非常に安定した方式であるためである。

しかしながら、ビデオカウント検知ＡＴＲ制御では、消費トナー補給に変動が生じた場合や、トナー補給手段の補給能力にバラツキがある場合がある。この場合には、この変動分あるいはバラツキ分だけトナー濃度がずれていくという欠点があった。

更に、パッチ検知ＡＴＲ制御では、感光体ドラム28上のパッチ画像の濃度をパッチ検知手段となる光学式の濃度検知センサ90によって検知するため、画像濃度を一定に保つことが可能である。しかし、現像剤変化に伴う摩擦帯電量変化により、パッチ画像濃度が低下した場合、パッチ検知結果からトナーの補給状態が続くことになる。これにより、現像器１内にトナーが充満して、現像剤溢れやカブリ現象が生じる。また摩擦帯電量変化により、パッチ画像濃度が上昇した場合、パッチ検知結果からトナーの補給停止状態が続けられる。これにより、現像器１内のトナー量の減少により、磁性キャリアが感光体ドラム28に付着したり、画像上に磁性キャリア摺擦跡などを引き起こす重大な欠点があった。

特に現像剤溢れが発生すると、溢れてしまった現像剤による他のユニットへの影響も大きい。これをリカバリーするためには完全清掃、ユニット交換まで必要になるため、絶対に避けなければならない問題である。

上記現像剤溢れが発生する主たる原因は、パッチ検知ＡＴＲ制御の最大の欠点である現像器１内のＴＤ比もしくはトナー増加量を検知できないことにある。そこで近年のトナー補給制御として現像器１内にＴＤ比検知手段を設ける。そして、ビデオカウント検知手段と、パッチ検知手段と、ＴＤ比検知手段とを併用したトリプル制御タイプの構成が提案、実用化されてきている。

上記トリプル制御タイプの補給制御方式では、ＴＤ比検知手段を現像器１内ＴＤ比リミッタとして用いている場合がほとんどである。具体的には、摩擦帯電量変化によりＴＤ比の上昇もしくは減少が発生する。そして、あらかじめ決められたＴＤ比の上限もしくは下限に到達した時点で、ＡＴＲ制御方式を切り替える制御が採用されている。特にＴＤ比上限到達時にはトナー補給を停止する。そして、ＴＤ比下限到達時にはトナーの強制補給を実施することで上限ＴＤ比ならびに下限ＴＤ比を超えないように制御するものがほとんどである。

特開平０７−０１３４２９号公報 特開平０１−１８２７５０号公報 特開平０６−１４９０５７号公報 特開平０５−０２７５２７号公報 特開平０５−０２７５９１号公報

しかし前述したトリプル制御タイプのトナー制御方式では、以下の問題がある。

まずＴＤ比検知手段のうち、例えば光検知センサを用いた場合がある。この場合には、光検知原理からもわかる通り、黒色をした磁性キャリアとブラック（ＢＫ）トナーを用いた場合、反射光量が小さくなり検知不能となることが多い。特にカーボンブラックのみを用いたＢＫ現像剤を用いた場合、反射光量が小さくなり検知不能となることが多い。これにより、ＴＤ比リミッタとして動作できず前述したような問題が発生してしまうことがあった。

また、インダクタンス検知センサでは、２成分現像剤中の磁性キャリアの透磁率を一定にするように制御するため、ブラック（ＢＫ）現像剤に適用できることが可能で広く採用されている。しかしながら、現像剤中の磁性キャリアの変質や環境変化による現像剤のかさ密度が変化した場合に、正しく磁性キャリアの透磁率を測定できなくなり、誤差が生じてしまうといった欠点があった。

さらに従来例でも示したような回転現像方式を用いたフルカラー画像形成装置においては、それぞれの色の現像器１はそれぞれの現像工程終了後、現像位置から退避し次の色の現像器１が配置されるように回転動作する。このため、現像器１内のＴＤ比検知信号をＣＰＵ（中央演算装置）等に有線を用いて送信するためには非常に複雑な構成が必要となってしまうといった問題があった。

さらには最近の装置の小型化、廉価対応として、ＴＤ比検知センサの小型化やコストといった別の問題がおこってきている。

そこで本発明の目的は、ビデオカウント検知ＡＴＲ制御と、パッチ検知ＡＴＲ制御とを併用して実施した画像形成装置において、ＴＤ比検知センサを用いなくても容易に現像器内ＴＤ比を予測可能な画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成する本発明の第１の構成は、像担持体と、画像情報信号に基いて前記像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像形成手段により形成された静電潜像を現像剤を用いて現像する現像手段と、前記現像手段にトナーを補給する補給手段と、前記画像情報信号に基づいて前記補給手段の補給動作を制御する第１の制御手段と、前記現像手段により形成されたトナー像の濃度を検知する像濃度検知手段と、前記像濃度検知手段の検知結果に基いて、前記第１の制御手段にて制御される前記補給手段の補給量を補正する補正手段と、前記補正手段により補正される補正量の積算値が許容範囲内となるように、前記補給手段の補給動作を制御する第２の制御手段と、を有することを特徴とする。

以上説明した通り本発明によれば、ビデオカウント検知ＡＴＲ制御と、パッチ検知ＡＴＲ制御とを併用して実施した画像形成装置において、ＴＤ比検知センサを用いなくても容易に現像器内ＴＤ比を予測することができる。

本発明の一実施例に係る画像形成装置を説明する概略構成図である。 現像器と現像剤カートリッジを説明する断面図である。 図２のＢ方向から見た現像器を説明するための部分断面平面図である。 ブラック、イエロー、マゼンタ、シアン現像器を説明する斜視図である。 画像濃度制御におけるトナー供給までの処理を説明するフローチャートである。 本実施例でのパッチ検知ＡＴＲ制御信号値に対するトナー供給スクリュー回転時間換算テーブルである。 本実施例での現像剤特性とＴＤ比変化の関係を説明するグラフである。 トナー供給スクリュー回転時間と実補給量の関係を説明するグラフである。 本実施例で用いた画像濃度制御におけるトナー供給までの処理を説明するフローチャートである。 トナー供給スクリュー回転時間に対する補給量バラツキ量を示すグラフである。 他の実施例で用いた画像濃度制御におけるトナー供給までの処理を説明するフローチャートである。 トナートリボを測定する構成を説明する図である。 他の実施例に係る画像形成装置を説明する概略構成図である。 本実施例での制御系の構成を示すブロック図である。 従来の画像形成装置を説明するための図である。 従来の現像器を説明するための図である。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成を示す。生産性としては白黒６０枚／分、カラー１５枚／分の１ドラム系のフルカラー複写機である。

先ず、図１を参照して、回転現像方式を用いた本実施例の画像形成装置100の全体構成について説明する。

本実施例にて、画像形成装置100は、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム28を、図中矢印Ｒ１方向に回転可能に有する。感光体ドラム28の周囲には、感光体ドラム28を一様に帯電する帯電手段としての一次帯電器21が設けられる。そして、帯電された感光体ドラム28の表面を画像情報に従って露光し感光体ドラム28に静電潜像を形成する潜像形成手段となる露光装置22が設けられる。そして、感光体ドラム28に形成された静電潜像を複数色の現像器１によって現像する現像手段である回転式現像装置50が設けられる。そして、感光体ドラム28に形成されたトナー像を中間転写体である中間転写ベルト24に転写する第１の転写手段としての第１転写帯電器23ａが設けられる。そして、トナー像の転写後の感光体ドラム28の表面に残留した転写残トナーなどを除去する第１クリーナー29ａなどが備えられている。

回転現像装置50は、複数の現像器１、即ち、本実施例では、ブラック用現像器１Ｋ、イエロー用現像器１Ｙ、マゼンタ用現像器１Ｍ、シアン用現像器１Ｃを、現像装置保持手段である回転体18に支持している。回転体18の回転軸18ａはモータ、ギア機構などの駆動手段（図示せず）により自在に回転可能である。例えば、感光体ドラム28上にブラックのトナー像を形成する時は、感光体ドラム28と近接する現像位置Ｐ１でブラック用現像器１Ｋにより現像を行う。そして、イエローのトナー像を形成する時は、回転体18を図中矢印Ｒ２方向に略９０°回転して現像位置Ｐ１にイエロー用現像器１Ｙを配置させ現像を行う。同様に、マゼンタ及びシアンのトナー像を形成する場合には、更に略９０°ずつ回転体18を図中矢印Ｒ２方向に回転させて現像位置Ｐ１に、それぞれ、マゼンタ用現像器１Ｍ及びシアン用現像器１Ｃを配置させて現像を行う。

次に、画像形成装置100の全体の動作について説明する。以下、例えばブラック用現像器１Ｋ、イエロー用現像器１Ｙ、マゼンタ用現像器１Ｍ及びシアン用現像器１Ｃを総称する場合、単に現像器１と記載する。このように、各色の現像器１を特に区別する必要のない場合は、各色用の現像器１に属する要素であることを示すために与える添字Ｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃは省略する。

図１中矢印Ｒ１方向に回転する感光体ドラム28の表面は、一次帯電器21によって一様に帯電される。そして、帯電された感光体ドラム28の表面に露光装置22が画像情報に応じたレーザー光などを照射して露光することで、感光体ドラム28上に静電潜像を形成する。この静電潜像を所望のトナーを収容する現像器１によって現像し、感光体ドラム28上にトナー像を形成する。

このトナー像は第１転写帯電器23ａによる第１転写バイアスによって、中間転写ベルト24上に転写される。例えばフルカラーの画像形成を行う場合、先ず、現像位置Ｐ１においてブラック用現像器１Ｋにより感光体ドラム28上にブラックのトナー像を形成し、中間転写ベルト24上にこのブラックのトナー像を一次転写する。

次に、回転体18を図中矢印Ｒ２方向に９０°回転させて、イエロー用現像器１Ｙを現像位置Ｐ１に配置し、感光体ドラム28上にイエローのトナー像を形成する。そして、中間転写ベルト24上のブラックのトナー像上にこのイエローのトナー像を一次転写して重ね合わせる。この動作をマゼンタ用現像器１Ｍ、シアン用現像器１Ｃにおいても順次行ない、中間転写ベルト24上に所望のフルカラー画像を形成する。

一方、中間転写ベルト24上へのフルカラーのトナー像の形成に同期して、記録材27が中間転写ベルト24と第２の転写手段である第２転写帯電器23ｂとの対向部に搬送されてくる。記録材27は例えば記録用紙、ＯＨＰシートなどである。記録材27は記録材収納カセット、ピックアップローラ、搬送ローラ、搬送ガイドなどを備えた記録材供給手段（図示せず）から、記録材搬送手段である記録材搬送ベルト25に供給される。

その後、第２転写帯電器23ｂによる第２転写バイアスによって、中間転写ベルト24上のフルカラー画像を一括して記録材搬送ベルト25上の記録材27上に二次転写する。

続いて、記録材27は、記録材搬送ベルト25から剥離され、定着装置26によって加圧／加熱される。こうして、記録材27に転写された未定着のトナー像は記録材27に定着され永久画像となる。

また、一次転写後に感光体ドラム28上に残った転写残トナーは第１クリーナー29ａにより除去され、更に、二次転写後に中間転写ベルト24上に残った転写残トナーは第２クリーナー29ｂにより除去され、次の画像形成に備える。

尚、単色の画像形成を行う場合は、所望のトナーを収容する現像器１により感光体ドラム28上にトナー像が形成される。形成されたトナー像は、中間転写ベルト24上に一次転写される。その後、直ちに記録材27上に二次転写され、記録材27は記録材搬送ベルト25から剥離される。その後、定着装置26によって加圧／加熱され、記録材27に転写された単色のトナー像は永久画像となる。

次に、図２及び図３をも参照して、現像器１について詳しく説明する。図２はブラック、イエロー、マゼンタ及びシアン用現像器１Ｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃの概略断面を示す。また、図３は、それぞれ図２のブラック、イエロー、マゼンタ及びシアン用現像器１Ｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃを矢印Ｂ方向から見た様子を示す。

現像器１の現像容器２には、主に非磁性トナー（トナー）と磁性キャリア（キャリア）とを含む２成分現像剤（現像剤）が収容されている。本実施例では、初期状態の現像剤中のトナー濃度は重量比（所謂、キャリア及びトナーの合計重量（Ｄ）に対するトナー重量（Ｔ）の割合；ＴＤ比）で８％程度である。尚、この値はトナーの帯電量、キャリア粒径、画像形成装置の構成などで適正に調整されるべきものであって、必ずしもこの数値に従わなければいけないものではない。

現像器１は、感光体ドラム28に対向した現像領域が開口しており、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３が回転可能に配置されている。磁界発生手段である固定の円柱状マグネット４を内包する現像スリーブ３は、非磁性材料で構成される。マグネット４は、その円周に沿って、例えば図２に示すような所定のパターンの複数の磁極を有しており、このマグネット４の発生する磁界により、摩擦帯電により表面にトナーを吸着したキャリアを現像スリーブ３上に拘束することができる。

現像スリーブ３は、現像動作時には図２にて矢印Ａ方向に回転し、現像容器２内の現像剤を層状に保持して担持搬送し、感光体ドラム28と対向する現像領域に現像剤を供給する。現像スリーブ３に担持する現像剤の層厚は、現像スリーブ３と近接対向して設けられた現像剤量規制部材２ｃによって規制される。そして、通常、現像スリーブ３にＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳した現像バイアスが印加され、感光体ドラム28に形成されている静電潜像に現像剤中のトナーを供給して現像する。静電潜像を現像した後の現像スリーブ３上の現像剤は、現像スリーブ３の回転に従って搬送され、現像容器２内に排出される。

ここで本実施例にて用いられる現像剤（２成分現像剤）について説明する。

トナーは、結着樹脂、着色剤、そして、必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子とを有している。そして、トナーは、粉砕法により製造した負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は４μｍ以上、８μｍ以下が好ましい。本実施例では５．５μｍであった。

またキャリアは、例えば表面酸化或は未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属及びそれらの合金、或は酸化物フェライトなどを好適に使用可能であり、これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。そして、キャリアは、重量平均粒径が２０μｍ以上、５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以上、４０μｍ以下であり、抵抗率が１０⁷Ωｃｍ以上、好ましくは１０⁸Ωｃｍ以上である。本実施例では１０⁸Ωｃｍのものを用いた。

更に、低比重磁性キャリアとして、フェノール系のバインダー樹脂に磁性金属酸化物及び非磁性金属酸化物と所定の比で混合し、重合法により製造した樹脂磁性キャリアを使用することができる。例えば、斯かるキャリアの体積平均粒径は３５μｍ、真密度は３．６ｇ／ｃｍ³以上、３．７ｇ／ｃｍ³以下、磁化量は５３Ａ・ｍ²／ｋｇである。

尚、本実施例にて用いられるトナーについて、体積平均粒径は以下に示す装置及び方法にて測定した。測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型（コールター社製）を使用した。そして、個数平均分布、体積平均分布を出力するためのインターフェース（日科機社製）及びＣＸ−Ｉパーソナルコンピュータ（キヤノン（株）製）を使用した。そして、電解水溶液として、一級塩化ナトリウムを用いて調製した１％ＮａＣｌ水溶液を使用した。測定方法は以下に示す通りである。

即ち、上記電解水溶液１００ｍｌ以上、１５０ｍｌ以下中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を０．１ｍｌ加え、測定試料を０．５ｍｇ以上、５０ｍｇ以下加える。

試料を懸濁した電解水溶液は超音波分散器で約１分間以上、３分間以下の分散処理を行なう。そして、上記コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型により、アパーチャー（しぼり）として１００μｍアパーチャーを用いて２μｍ以上、４０μｍ以下の粒子の粒度分布を測定して体積平均分布を求める。こうして求めた体積平均分布より、体積平均粒径を得る。

また、本実施例にて用いられるキャリアの抵抗率は、測定電極面積４ｃｍ^２、電極間間隔０．４ｃｍのサンドイッチタイプのセルを用いた。そして、片方の電極に１ｋｇの重量の加圧下で、両電極間の印加電圧Ｅ（Ｖ／ｃｍ）を印加して、回路に流れた電流から、キャリアの抵抗率を得る方法によって測定した。更に、キャリアの磁化量（Ａ・ｍ²／ｋｇ）は、キャリアの磁気特性を理研電子（株）製の振動磁場型磁気特性自動記録装置を用いた。これにより円筒状にパッキングしたキャリアを７９．６ｋＡ／ｍ（１０００エルステッド）の外部磁場中において、キャリアの磁化の強さを測定することにより求めた。

また、現像容器２内には、現像剤を攪拌しながら搬送する現像剤搬送部材が、現像スリーブ３の軸線方向と略平行に複数配設される。本実施例では、現像容器２内の現像剤は、現像剤循環手段を構成する現像剤搬送部材によりトナーとキャリアとが混合攪拌される。現像剤搬送部材として現像スリーブ３に近い側の第１現像剤循環スクリュー２ａを有する。更に現像スリーブから遠い側の第２現像剤循環スクリュー２ｂを有する。これらにより現像容器２内を循環し、且つ、トナーとキャリアとが混合攪拌される。

現像剤循環の方向は、本実施例では、図２において、現像スリーブ３の軸線方向と略平行に、第１現像剤循環スクリュー２ａ側では奥側から手前側に向かう方向、第２現像剤循環スクリュー２ｂ側では手前側から奥側に向かう方向である。

尚、本実施例の画像形成装置100では、図１、図２にて手前側が通常操作者がその前に居て操作を行う装置手前側である。現像スリーブ３、第１、第２現像剤循環スクリュー２ａ，２ｂを駆動するモータ、ギア機構などの駆動手段（図示せず）は、それぞれに或いは何れかを共通にして設けられる。

また現像器１には、第２現像剤循環スクリュー２ｂの近傍の現像容器２の上壁２Ａに、現像剤補給口９が設けられている。

現像器１の現像容器２内には、第１現像剤循環スクリュー２ａと第２現像剤循環スクリュー２ｂとの間を各現像循環スクリュー２ａ，２ｂと略平行に仕切るように、仕切壁２Ｆが設けられている。仕切壁２Ｆの長手方向の端部は、図３に示すように、現像容器２の装置手前側側壁２Ｄ及び装置奥側側壁２Ｅまで達していない。そして、仕切壁２Ｆの図３中、左端部近傍の連通部2F1を介して第１現像剤循環スクリュー２ａ側から第２現像剤循環スクリュー２ｂ側へ現像剤が受け渡される。また、仕切壁２Ｆの図３中、右端部近傍の連通部（図示せず）を介して第２現像剤循環スクリュー２ｂ側から第１現像剤循環スクリュー２ａ側へと現像剤が受け渡される。

次に、現像器にトナーを補給する補給手段としての現像剤カートリッジ５及び現像剤補給機構８について、図２及び図４を用いて説明する。

図４に示すように、現像剤カートリッジ５はブラック、イエロー、マゼンタ、シアン用全てが略円筒形であり、図２に示す装着手段20を介して、図１に示す回転体18及び現像器１に対して容易に脱着可能とされている。また、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアン用現像剤カートリッジ５Ｋ，５Ｙ，５Ｍ，５Ｃの内部には補給現像剤を収容した補給現像剤収容室16と、長手方向において装置手前端部近傍に現像剤供給口６を有する。そして、補給トナーを現像剤供給口６方向、本実施例では装置手間側に向かって搬送するための補給現像剤搬送部７が設けられている。

この補給現像剤搬送部７は、樹脂フィルムなどを螺旋状にした翼部７Ａを剛体の軸７Ｂで回転駆動するようにしたもので、モータ、ギア機構などの駆動手段（図示せず）により適宜回転することで現像剤カートリッジ５内のトナーを搬送する。なお、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアン用現像剤カートリッジ５Ｋ，５Ｙ，５Ｍ，５Ｃの補給現像剤収容室16は、トナーのみを収容している。

現像剤カートリッジ５は、図１に示す回転体18に対して装置手前側から挿入し（図４中矢印Ｘ方向）、手前側の把手５ａを右側（図４中矢印Ｙ方向）にひねることで回転させる。これにより現像剤カートリッジ５では現像剤供給口６が開口し、それぞれ現像剤補給機構８の受け入れ口８ｂ及び現像剤搬送通路12ｂの現像剤補給口９と通じるようになっている。

尚、現像剤供給口６を上述の装着操作により開状態とするようなシャッター部材（図示せず）を設けることができる。

尚、上述の装着操作と逆の手順で現像剤カートリッジ５を回転体18から離脱することができる。その際には、把手５ａを左側にひねることで、現像剤カートリッジ５では現像剤供給口６が閉じ、それぞれ現像剤補給機構８及び現像剤搬送通路12ｂと遮断される。これにより、各現像剤カートリッジ５に内包する粉体が外部に漏れることはない。

ブラック、イエロー、マゼンタ、シアン用現像器1Ｋ、１Ｙ，１Ｍ，１Ｃにおいては、画像形成によって消費された量に相当する量のトナーは、現像容器２上に配設された現像剤補給機構８に、その受け入れ口８ｂを介して供給される。その時、トナーは補給現像剤搬送部７の回転力と重力によって、現像剤カートリッジ５の現像剤補給口６から、現像容器２上に配設された現像剤補給機構８に、その受け入れ口８ｂを介して供給される。そして、現像剤補給機構８が備えた現像剤補給手段である補給スクリュー８ａの回転に従い、現像剤補給機構８に供給された現像剤を現像剤補給口９に向かって搬送して現像容器２内に補給される。

次に本実施例で用いたトナー補給（ＡＴＲ）制御方法について詳細に述べる。

本実施例では、画像情報信号の濃度信号のビデオカウント数に基づいて補給スクリュー８ａの回転時間を制御する第一のトナー供給制御（第１の制御手段（以下「ビデオカウント検知ＡＴＲ制御」と称する））手段を用いた。更に感光体ドラム28上に参照画像を形成した後、この参照画像の濃度信号を光学式の濃度検知センサ90で検知し、この濃度信号と予め記憶された初期基準信号とを比較する。そして、その比較結果に基づいてトナー供給スクリューの回転時間を制御する第二のトナー供給制御（以下「パッチ検知ＡＴＲ制御」と称する）手段を併用する方式を用いている。

第二のトナー供給手段は、第一のトナー供給手段にて決定される補給すべき補給量を補正する補正手段である。

このような併用方式では、主としてビデオカウント検知ＡＴＲ制御方式によってトナー濃度が制御される。ビデオカウント検知ＡＴＲ制御方式では画像信号処理回路の出力信号のレベルが画素毎にカウントされる。そして、このカウント数を原稿紙サイズの画素分積算することにより、原稿１枚当たりのビデオカウント数が求まる（例えばＡ４サイズ、１枚最大ビデオカウント数は４００dpi、２５６階調で３８８４×１０⁶）。このビデオカウント数は予想されるトナー消費量に対応しており、ビデオカウント数とトナー供給スクリューの回転時間との対応関係を示す換算テーブルから適切な補給スクリューの回転時間が決定され、それに従ってトナーの補給が行われる。

次に図５を用いてトナー供給までの処理フローを示す。まず算出されたビデオカウント数から換算テーブル（不図示）を通してトナー供給スクリューの回転時間（Ｔｖ）を求める（Ｓ１、Ｓ２）。

そして所定間隔（本実施例ではその間隔を小サイズ原稿（例えばＡ４横）５０枚毎に設定）で実施されるパッチ検知ＡＴＲ制御のタイミングを判断する（Ｓ３）。ステップＳ３において、パッチ検知ＡＴＲ制御のタイミングでない場合は、最終トナー供給スクリュー回転時間ＴをＴｐ＝０で算出し（Ｓ８）、トナー供給を行う（Ｓ９）。

また、前記ステップＳ３において、画像形成枚数が５０枚に達し、パッチ検知モードの動作タイミングになると、感光体ドラム28上に一定面積を有する基準トナー像の静電潜像を形成し、これを所定の現像コントラスト電圧によって現像する。その後、この基準トナー像の濃度信号Ｖsigを感光体ドラム28に対向した図１に示す光学式センサーからなる濃度検知センサ90で検知する。

この濃度信号Ｖsigと予めメモリに記録されている初期基準信号Ｖrefと比較する（Ｓ５）。そして、{濃度信号Ｖsig−初期基準信号Ｖref＜０}の場合はパッチ画像の濃度が低いと判断する。すなわち現像剤濃度が低いと判断された場合、初期基準信号Ｖrefと、濃度信号Ｖsigとの差分から必要なトナー補給量とそれに対応するトナー供給スクリューの回転時間（Ｔｐ）を換算テーブル（図６）から決定する（Ｓ６）。そして、最終トナー供給スクリュー回転時間（Ｔ）は、ビデオカウント検知ＡＴＲ制御方式から決定された回転時間（Ｔｖ）にこの回転時間（Ｔｐ）を上乗せして算出する（Ｓ８）。そして、トナー補給がおこなわれる（Ｓ９）。なお、図６中の横軸は、実信号値（Ｖsig−Ｖref）にＴＤ比感度等調整係数αを掛けあわせた状態で示してある。

逆に、前記ステップＳ５において、{濃度信号Ｖsig−初期基準信号Ｖref≧０}の場合はパッチ画像の濃度が高いと判断する。すなわち現像剤濃度が高いと判断された場合、初期基準信号Ｖrefと、濃度信号Ｖsigとの差分から不要なトナー量とそれに対応するトナー供給スクリューの停止時間（Ｔｐ）を換算テーブル（図６）から決定する（Ｓ７）。そして、最終トナー供給スクリュー回転時間（Ｔ）は、ビデオカウント検知ＡＴＲ制御方式から決定された回転時間（Ｔｖ）からこの回転時間（Ｔｐ）を引くことで算出する（Ｓ８）。そして、トナー補給がおこなわれる（Ｓ９）。尚、前記ステップＳ８ではトナー供給スクリューの停止時間（Ｔｐ）をマイナス値として加算した表現としている。

上記制御を行うことでパッチ画像濃度を安定化でき、この結果、出力画像濃度を安定化させることが可能となる。

次に本実施例の最大の特徴である現像器１内のＴＤ比の変化を検出する方法について詳細に述べる。

上述してきた通りビデオカウント検知ＡＴＲ制御は、複写画像もしくはプリント画像で消費されるトナーを予め補給する制御である。そのため、現像剤劣化や環境変化等による摩擦帯電量変化（以下「トリボ」と称す）が発生しなければ現像器１内のトナー量は補給と消費のバランスが取れており、現像器１内のＴＤ比変化は起こらない。しかしながら現像剤劣化や環境変化等による摩擦帯電量変化（トリボ）が生じると現像性の変化が生じ、その結果、想定していたトナー消費量にズレが発生するのである。

このトナー消費量のズレ分をパッチ検知ＡＴＲ制御を実施することで、パッチ画像濃度変化として検知し、パッチ画像濃度変化を現像性（トリボ）変化分としてトナー補給量にフィードバックしているのである。

したがってパッチ検知ＡＴＲ制御は、トリボ変化分をトナー補給量で制御する。つまり現像器１内のＴＤ比を変化させることでトリボの安定化を図る制御であると言い換えることができるのである。

そこで、次に本実施例の現像剤特性とパッチ検知ＡＴＲ制御によるＴＤ比変化予測に関して図７を用いて説明する。

本実施例で用いた現像剤の現像剤特性は、現像剤量３００ｇ、ＴＤ比８％、２３℃５０％環境下のトリボが３０Ｃ／Ｋgであった。そこでＴＤ比をそれぞれ１％から３％まで変化させた現像剤を作成し、トリボを測定したところ平均してＴＤ比１％変化により約３Ｃ／Ｋｇ変化することを確認できた。また同様にＴＤ比１％変化により、べた黒画像濃度が約０．０７（Xrite５０４を用いて測定）、パッチ画像濃度（本実施例では濃度０．８を採用）が約０．０３５変化することがわかった。

ここでトナートリボの測定は、以下のような方法でおこなった。図12に示した吸引型ファラデー・ゲージ（Faraday−Cage）31は、軸径の異なる内筒32と外筒33からなる金属筒を同軸になるように配置した２重筒と、内筒32内にさらにトナーを取り入れるための、ろ紙からなるフィルター34を備えている。内筒32と外筒33とは絶縁部材35により絶縁されていて、この内筒32の中に電荷量ｑの帯電体を入れたとすると、静電誘導によりあたかも電気量ｑの金属円筒が存在するのと同様になる。この誘起された電荷量をKEITHLEY 616 DIGITAL ELECTROMETERで測定し、内筒32中のトナー重量で、電荷量を割ったものをトリボとする。トナーは、感光体ドラム28の表面から直接、エアー吸引によりフィルター34中に取り入れ捕集される。

したがって、本パッチ検知ＡＴＲ制御は、例えばパッチ画像濃度が０．０３５低下した場合にトリボは初期から３Ｃ／Ｋｇ上昇している。そして、ＴＤ比を１％程度上昇させる分のトナーが必要（本実施例では３ｇ相当）であると判断する。そして、トナー補給を実施させる。また逆にパッチ画像濃度が０．０３５上昇した場合もＴＤ比を１％程度低下する分のトナーの補給を停止させるように動作させる。

またパッチ検知ＡＴＲ制御実施により算出されたトナー補給量もしくは停止量は、トリボ変化によるＴＤ比変化を引き起こす余剰（もしくは不足）補給であると考えられる。したがってパッチ検知ＡＴＲ制御により算出された補給分（もしくは不足分）をすべてカウントすることで現像器１内の初期からの現像器１内のトナー量変化（つまりＴＤ比変化量）を予測することが可能となるのである。

そこで本実施例では、第二補給制御であるパッチ検知ＡＴＲ制御により算出された補給もしくは補給停止時間分を初期から耐久を通して加減算して累積値（ΣＴｐ）を計測する。そして、第二の制御手段であるＣＰＵは、上記累積値（補正手段が補正する補正量の積算値）が許容範囲内となるように補給手段の補給動作を制御する。

本実施形態では、図１に示すように、像担持体となる感光体ドラム28に静電潜像を形成する潜像形成手段となる露光手段22が設けられる。そして、露光手段22により形成された静電潜像を現像剤を用いて現像する現像手段となる現像器１が設けられる。

更に所定のタイミングで現像器１により感光体ドラム28上に現像されたトナー像の濃度を検知する像濃度検知手段となる濃度検知センサ90が設けられる。

更に図14に示すように、画像情報信号の画像濃度情報に基づいて１枚の画像当たりのトナー消費量を推定するトナー消費量推定手段10が設けられる。

更に少なくとも像濃度検知手段となる濃度検知センサ90により検出した像濃度検知結果と、トナー消費量推定手段10によるトナー消費量推定結果とに基づいて補給スクリュー８ａの駆動を制御するＣＰＵ11が設けられる。ここで、ＣＰＵ11は、トナー消費量推定手段10の推定結果に基いて補給スクリュー８ａの駆動時間を制御する第１の制御手段として機能する。また、後述するようにＣＰＵ11は、濃度検知手段となる濃度検知センサ90により検出した像濃度検知結果に基いて現像器１に補給するトナー量を補正する補正手段（補給スクリュー８ａの駆動時間を補正する手段）としても機能する。

更に像濃度検知手段となる濃度検知センサ90の濃度検知信号に応じて補給もしくは補給停止されたトナー量を表す出力信号に基づいた補給量累積値を算出する補給量累積手段13が設けられる。

また、ＣＰＵ11は、補給量累積手段13により算出された補給量累積値が所定値に到達した場合に、補給量累積値が許容範囲（上限閾値以下から下限閾値以上）を越えないように、補給スクリュー８ａの駆動を制御する第２の制御手段として機能する。

ＣＰＵ11は、詳しくは後述するように、補給量累積値が該上限閾値到達時はトナー補給を停止し、下限閾値到達時は強制的にトナー補給を実施する。即ち、第２の制御手段となるＣＰＵ11は、補正される補正量の積算値が所定の上限値を上回る場合は、現像手段となる現像器１へのトナーの補給を制限もしくは停止するように補給手段となる現像材補給機構８の補給スクリュー８ａを制御する。また、第２の制御手段となるＣＰＵ11は、前記積算値が所定の下限値を下回る場合は、現像手段となる現像器１へ強制的にトナーを補給するように補給手段となる現像材補給機構８の補給スクリュー８ａを制御する。このように、補正手段となるＣＰＵ11は、像濃度検知手段となる濃度検知センサ90の検知結果が所定の基準値となるように補給手段となる現像材補給機構８の補給スクリュー８ａによるトナーの補給量を補正する。

補給量累積手段13は、耐久を通して像濃度検知手段となる濃度検知センサ90により検出した像濃度検知結果に基づいて補給量累積値を算出する。即ち、像濃度が不足であると判断されＣＰＵ11により補給動作が選択された場合は、トナー補給実施時のＣＰＵ11の駆動時間を加算する。一方、像濃度が過剰であると判断されＣＰＵ11により補給停止動作が選択された場合は、過剰トナー量分に相当するＣＰＵ11の駆動時間を減算する。即ち、補正手段となるＣＰＵ11は、像濃度検知手段となる濃度検知センサ90により検知されたトナー像が所定の基準濃度よりも低い場合、トナー補給実施時の補給手段となる現像材補給機構８の補給スクリュー８ａの駆動時間を加算する。そして、像濃度検知手段となる濃度検知センサ90により検知されたトナー像が所定の基準濃度よりも高い場合、補給手段となる現像材補給機構８の補給スクリュー８ａの駆動時間を減算する。前記補正量の積算値は、補正手段となるＣＰＵ11により補正された補給手段となる現像材補給機構８の補給スクリュー８ａの駆動時間の積算値である。

ＣＰＵ11内には非磁性トナーに加え磁性キャリアが一定量含まれている２成分現像剤が収容される。

次に本実施例における補給制御を変更する上限並びに下限閾値決定方法について説明する。本実施例では上限並びに下限ＴＤ比リミッタ値としてのＴＤ比を１０％ならびに６％と設定した。この上限閾値は現像剤溢れやカブリ発生限界から、また下限閾値はキャリア付着発生限界から決定したが、必ずしもこの数値に従わなければいけないものではない。

したがって本実施例では、上限値には初期状態から＋６ｇ（トナー３ｇ増加することで１％上昇）分のトナーを補給した時点で、下限値には初期状態から−６ｇ分のトナーの補給を停止した時点で所定値（リミッタ値）に到達したと判断させたのである。ここで初期状態から＋６ｇ分増加したか否かの判断は、トナー供給スクリュー回転時間（Ｔｐ）に対する補給量換算テーブル（図８）を用いて簡単に算出できる。本実施例での補給量換算テーブルは図８に示すようにトナー供給スクリュー回転時間（msec)に対する実トナー補給量(g)の変化が直線的であったため総スクリュー回転時間累積値（ΣＴｐ）を±６secと決定した。

以下、具体的な制御フローについて図９を用いて説明する。尚、前記図５に示した制御フローと重複するものは同一のステップＳ番号を付して説明を省略する。

図９はトナー供給までの処理フローを示す。図９のステップＳ１〜Ｓ７に示す途中までのパッチ検知ＡＴＲ制御の実施によるトナー供給スクリュー回転時間（Ｔｐ）算出までのフローは先に図５で説明したフローと同じである。

図９のステップＳ10において、過去すべてのトナー供給スクリュー回転時間（Ｔｐ）の総スクリュー回転時間累積値（ΣＴｐ）を算出する。具体的には、トナー補給信号が出た場合はトナー供給スクリュー回転時間（Ｔｐ）を加算し、トナー補給停止信号が出た場合はトナー供給スクリュー回転時間（Ｔｐ）を減算することで算出する。

そして、ステップＳ11において、総スクリュー回転時間累積値（ΣＴｐ）が所定値（±６sec）に到達したか否かを判断する。そして、ステップＳ12において、下限に達したと判断した場合には、ステップＳ13において、下限到達時は強制補給時間（Ｔｓ：本実施例では１sec）を考慮して最終トナー供給スクリュー回転時間（Ｔ）を算出する（Ｓ８)。その後、トナー供給を実施する（Ｓ９）。ここで、前記ステップＳ13において、総スクリュー回転時間累積値（ΣＴｐ）に強制補給時間（Ｔｓ）を加算しておく必要がある。これは強制補給時間（Ｔｓ）分だけ現像器１内にトナー量が増加している分を反映させるためである。

一方、前記ステップＳ12において、上限に達したと判断した場合には、ステップＳ14において、上限到達時は、現像器１内のＴＤ比は上限であるためトナー供給停止とする。そして、ステップＳ15において、最後に（ΣＴｐ）からプリントされ消費されたトナー分の時間（Ｔｖ）、今加算した時間（Ｔｐ）を減算しておく必要がある。これはパッチ検知ＡＴＲ制御からは薄いと判断されたトナー不足分の時間（Ｔｐ）を供給させる信号が出ているところを補給停止するわけである。このことから、今加算した時間（Ｔｐ）とプリントされ消費されたトナー分の時間（Ｔｖ）分を減算しておかなければならないためである。

以上説明したように、総スクリュー回転時間累積値（ΣＴｐ）が上限もしくは下限に到達するまでは、通常のビデオカウント検知ＡＴＲ制御と、パッチ検知ＡＴＲ制御とを併せて行う。そして、上限もしくは下限に到達した時点で補給制御を変更することで現像器１内のＴＤ比をＴＤ比検知センサを有することなく６％から１０％以内に制御することが可能となった。また総スクリュー回転時間累積値（ΣＴｐ）は、パッチ検知ＡＴＲ制御実施時に再計算される為、逐次上下限値にあるかをチェックでき、所定値から外れた時点で、通常制御（ビデオカウント検知ＡＴＲ制御＋パッチ検知ＡＴＲ制御）に戻せば良い。この結果、正しく現像器１内のＴＤ比が管理できたため、現像剤溢れ、カブリやキャリア付着が発生することはなかった。尚、本実施例では、累積値が上限を超えそうなときは、トナー補給を停止するように制御したが、トナー補給量を制限するように制御してもよい。例えば、上限値よりも低い値の第２の上限値を持たせておき、第２の上限値を超えたらトナー補給量を制限する構成でも良い。

しかしながら、前記実施例１では、ＴＤ比リミッタ検知に誤差が生じることがあった。特に最終トナー供給スクリュー回転時間（Ｔ）が短い状態が続いた場合に顕著に現れた。これはトナー供給スクリュー回転時間（Ｔ）が短いと、図10に示すようにトナー供給スクリューを駆動する駆動モータの立ち上がり時間、及び立下り時間の影響が大きくなり、トナー補給量が安定しないという問題があったためであった。特に補給時間５０ｍsecでは設計中心補給量０.０５ｇに対して±１００％、つまり実補給量として０ｇ〜０．１ｇまでバラついてしまっていた。そこで本実施例ではトナー補給量を安定させるために、補給時間を常に一定の回転時間とする補給方式を採用した。

本実施形態では、図14に示すＣＰＵ11によるトナー補給実施時のトナー補給単位を所定単位時間の整数倍に限定して補給する。補給量累積手段13は、耐久を通して像濃度検知手段となる濃度検知センサ90により検出した像濃度検知結果に基づいて補給量累積値として算出する。像濃度が不足であると判断されＣＰＵ11により補給動作が選択された場合はトナー補給回数を加算する。一方、像濃度が過剰であると判断されＣＰＵ11により補給停止動作が選択された場合は、補給停止回数を減算する。これにより総補給カウント数を補給量累積値として算出する。

即ち、補給手段となる現像材補給機構８の補給スクリュー８ａによるトナー補給単位を所定単位時間の整数倍に限定して補給させる。そして、像濃度検知手段となる濃度検知センサ90により検知されたトナー像が所定の基準濃度よりも低い場合、トナー補給実施時の補給手段となる現像材補給機構８の補給スクリュー８ａのトナー補給回数を加算する。そして、像濃度検知手段となる濃度検知センサ90により検知されたトナー像が所定の基準濃度よりも高い場合、補給回数を減算する。前記補正量の積算値は、補正手段となるＣＰＵ11により補正された補給手段となる現像材補給機構８の補給スクリュー８ａの補給回数の積算値である。

具体的には、トナー供給スクリュー回転時間を予め定められた所定単位時間の整数倍の中からのみ選択する方式を用いた（ブロック補給）。本実施例の場合、１ブロック当りのトナー供給スクリュー回転時間は０．２５secに設定されており、一画像当りでのトナー供給スクリュー回転時間は０．２５sec、若しくは、この整数倍に限定される。また０．２５sec回転した際の補給量は０．２５ｇでバラツキは±５％あった。但し所定単位時間は、図10からも５００ｍsec以上の時間に設定した方がバラツキには良い。しかしながら５００ｍsec分の補給量に溜まるまで補給しないことによる補給リップルが発生することで出力画像の色味変化が生じてしまった。したがって１ブロック当りのトナー供給スクリュー回転時間については適宜最適な時間に設定できることは言うまでもない。

次にトナー供給までの処理のフローを図11を用いて説明する。尚、前記図５及び図９に示した制御フローと重複するものは同一のステップＳ番号を付して説明を省略する。まずビデオカウント数から換算テーブルを通してトナー供給スクリューの回転時間（Ｔｖ）を求め、次にトナー供給スクリューの回転時間（Ｔｖ）からブロック補給数（Ｔｖｂ）を決定する（Ｓ１、Ｓ２）。例えば今、ビデオカウント数から求められたトナー供給スクリューの回転時間（Ｔｖ）が０．４２secだったとする。その場合、次の画像形成動作において一画像当りに供給される単位ブロック補給数は１回（トナー供給スクリューの回転時間（Ｔｖ）は０．２５sec）となる。そして、残りの０．１７sec（０．４２sec−０．２５sec）分のトナー供給は、余り分として保存され、次回以降のビデオカウント数から求められるトナー供給スクリューの回転時間（Ｔｖ）に加算される。

その後は前記実施例１と同様に、パッチ検知ＡＴＲ制御の実施タイミングかどうかを判断し（Ｓ３）、パッチ検知ＡＴＲ制御の実施タイミングであればパッチ検知ＡＴＲ制御を実施する（Ｓ４）。そして、ステップＳ５において、感光体ドラム28に対向した図１に示す濃度検知センサ90で検知した基準トナー像の濃度信号Ｖsigと予めメモリに記録されている初期基準信号Ｖrefとを比較する。そして、{濃度信号Ｖsig−初期基準信号Ｖref＜０}の場合はパッチ画像の濃度が低い（現像剤濃度が低い）と判断する。逆に、前記ステップＳ５において、{濃度信号Ｖsig−初期基準信号Ｖref≧０}の場合はパッチ画像の濃度が高い（現像剤濃度が高い）と判断する。その結果に応じて、不足（もしくは過剰）トナー補給量とそれに対応するトナー供給スクリュー回転時間（Ｔｐ）を換算テーブル（図８）から決定する。そして、前記ステップＳ２で算出した方法で補給（停止）ブロック数（Ｔｐｂ）を算出する（Ｓ６、Ｓ７）。もちろん余り分はそれぞれ次のパッチ検知ＡＴＲ制御の実施時に加算される。また本実施例では下限時の強制補給ブロック数（Ｔｓｂ）を１として制御させている。

また本実施例においてＴＤ比検知用補給累積値は、上述した補給（もしくは停止）ブロック数（Ｔｐｂ）をカウントすることで算出した。つまり補給ブロック時は加算、停止ブロック時は減算して、総ブロック数（ΣＴｐｂ）を算出する（Ｓ10）。次にステップＳ11で（ΣＴｐｂ）が所定値（本実施例では、１ブロック０．２５ｇの補給能力であるため±６ｇを上下限とすれば±２４ブロックに相当）に到達しているか否かを判別する。そして、ステップＳ12において、上限に達していればステップＳ14に進んで、上限到達時はトナー供給停止とする（Ｓ14）。そして、ステップＳ15において、最後に（ΣＴｐｂ）からプリントされ消費されたトナー分のブロック数（Ｔｖｂ）、今加算したブロック数（Ｔｐｂ）を減算しておく。そして、前記ステップＳ12において、下限に達していればステップＳ13に進んで、下限到達時はトナーの強制補給（Ｔｓｂを１ブロックとした）をおこなったのである。ステップＳ13において、下限到達時は強制補給ブロック数（Ｔｓｂ)を算出する。その後、トナー供給を実施する（Ｓ９）。ここで、前記ステップＳ13において、総ブロック数累積値（ΣＴｐｂ）に強制補給ブロック数（Ｔｓｂ）を加算しておく必要がある。これは強制補給ブロック数（Ｔｓｂ）分だけ現像器１内にトナー量が増加している分を反映させるためである。また詳細に説明はしないが、上下限到達時の（ΣＴｐｂ）補正は前記実施例１と同様に行えば良い。

上記構成にすることでＴＤ比検知をより正確に行うことができた。

しかしながら前記実施例２においても画像比率が多い画像が続けて出力した場合、ＴＤ比検知に誤差が生じることがあった。これは画像比率が高くなりトナー補給量が増えることで、十分なトナー攪拌時間が取れなくなるため現像器１内のトリボの低下が発生し、補給量と消費量にズレが生じ易い状態になったためと考えられる。

そこで本実施例では、パッチ検知ＡＴＲ制御の実施タイミングを画像比率に応じて以下の表のように変更して実施した。

この結果、出力物の画像比率によるトリボ変化が生じた際にも正確にＴＤ比を検知することが可能になった。

このようにトリボ変化が生じることが予めわかる場合（例えば急激な環境変化が発生した場合や機械が使用されずに放置された後など）には、パッチ検知ＡＴＲ制御の実施頻度を増やすことで正確にトリボ検知による補給誤差を検出できる。これにより、より安定な制御方法となった。

さて２成分現像方式は、現在提案されている他の現像方式と比較して、画質の安定性、装置の耐久性などの長所を備えている。一方、長期の耐久による現像剤の劣化、特にキャリアの劣化が不可避であるため、画像形成装置の長期使用に伴い現像剤の交換という作業が必要となり、サービスコストやランニングコストの増大をもたらしていた。

そこで本実施例では現像剤カートリッジ５中に磁性キヤリアを混入させ補給させる方式を採用した。具体的な構成としては、回転現像方式においては回転体18の回転運動に伴う重力作用方向の変化を利用して現像器１へ２成分現像剤を補給し、且つ、現像器１から２成分現像剤を排出する方式等が実用化されているため詳細な説明は行わない。

また本実施例で用いた補給現像剤のトナーとキャリアとの混合比は、重量比で９：１に設定した。ところがこのまま先の実施例３のフローで制御させると補給剤にキャリアが含まれているために総ブロック数をカウントしただけでは正しくＴＤ比を検知できない。

そこで本実施例ではまず１ブロック補給中に含まれるトナー量を計測した。キャリアを含めた１ブロック補給量を計測したところ０．３０ｇであったため、１ブロック補給中に含まれるトナー量は０．２７ｇと求められる。したがって±６ｇに到達する総ブロック数（ΣＴｐｂ）は±２３と求まった。したがって本実施例ではΣＴｐｂ＝±２３として制御させることで耐久を通して安定してＴＤ比をＴＤ比検知センサを用いることなしに予測することができるようになった。

勿論、現像剤カートリッジ５における補給現像剤のトナーとキャリアとの混合比は特にこの数値に限定するものではなく、それぞれの装置において適当な混合比を別途定めるのが好ましい。

図13に本発明の他の実施例を示す。本実施例の画像形成装置は、４つの感光体ドラム101ａ〜104ａと、４つの現像器101ｄ〜104ｄとを並列に並べた毎分３５枚のフルカラー画像形成装置とされる。

次に、図13を参照して、本実施例の画像形成装置について説明する。本実施例にて、画像形成装置は、電子写真方式のカラープリンタ（以下、「プリンタ」という）とされる。

本実施例によると、像担持体である４つの感光体ドラム101ａ，102ａ，103ａ，104ａは、各々図中時計方向に回転自在に担持される。それぞれの感光体ドラム101ａ〜104ａの周りには、一次帯電器101ｂ，102ｂ，103ｂ，104ｂが設けられる。更に、レーザ露光光学系101ｅ，102ｅ，103ｅ，104ｅが設けられる。更に、４個の現像器101ｄ，102ｄ，103ｄ，104ｄが設けられる。更に、１次転写ローラ101ｃ，102ｃ，103ｃ，104ｃが設けられる。更に、クリーニング手段101ｆ，102ｆ，103ｆ，104ｆを配置する。

本実施例では、４つの感光体ドラム101ａ〜104ａの回りに、一次帯電器101ｂ〜104ｂ、レーザ露光光学系101ｅ〜104ｅ、４個の現像器101ｄ〜104ｄ、１次転写ローラ101ｃ〜104ｃ、クリーニング手段101ｆ〜104ｆが設けられる。更に、パッチ検知センサ手段101ｇ，102ｇ，103ｇ，104ｇにて４つの画像形成部が形成されているが、画像形成部の数は本実施例の４個に限定されるものではない。

４個の現像器101ｄ〜104ｄには、トナー粒子とキャリア粒子とを含有する現像剤（二成分現像剤）を感光体ドラム101ａ〜104ａの表面に供給するようになっている。尚、イエロー現像器101ｄ、マゼンタ現像器102ｄ、シアン現像器103ｄ、ブラック現像器104ｄは、それぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーを含有する現像剤を使用するようになっている。

被複写原稿は、原稿読み取り装置（図示せず）で読み取られるようになっている。この読み取り装置はＣＣＤ（電荷結合デバイス）等の、原稿画像を電気信号に変換する光電変換素子を有しており原稿のイエロー画像情報、マゼンタ画像情報、シアン画像情報、白黒画像情報に、それぞれ対応した画像信号を出力するようになっている。レーザ露光光学系101ｅ〜104ｅに内蔵された半導体レーザは、これらの画像信号に対応して制御され、レーザビームを照射する。

次に、カラープリンタ全体のシーケンスについて、フルカラーモードの場合を例として簡単に説明する。

先ず、４つの感光体ドラム101ａ〜104ａの表面が一次帯電器101ｂ〜104ｂによって一様に帯電される。

そして、帯電された感光体ドラム101ａの表面に露光手段101ｅがイエロー画像情報に応じて、画像信号により変調されたレーザ光などを照射して露光することで、感光体ドラム101ａ上にイエローの静電潜像を形成する。次に、イエローの静電潜像に対して、イエロー現像器101ｄによって反転現像される。

中間転写ベルト24は、感光体ドラム101ａ〜104ａと同期して図13に示す矢印方向に回転している。そして、イエロー現像器101ｄで現像されたイエロー顕画像は、転写部において１次転写ローラ101ｃによって中間転写ベルト24に転写される。

一方、感光体ドラム101ａはクリーニング手段101ｆによってクリーニングされ、再び一次帯電器101ｂによって帯電され、次の画像形成工程を行う。

上述したと同じ画像形成工程を、その他のマゼンタ、シアン及びブラックの各画像形成部において、それぞれ、マゼンタ、シアン及びブラック画像信号に対して行なう。そして、中間転写ベルト24上に、４色分顕画像（トナー像）の転写を行い、中間転写ベルト24上にカラートナー画像を形成する。

中間転写ベルト24上のカラートナー画像は、２次転写ローラからなる第２転写帯電器23ｂが配置された２次転写位置にて、矢印の向きに搬送される転写材27に対して転写される。転写材27は、その後、定着器（図示せず）に送られ、転写材27上に重なっている４色の顕画像を加熱及び加圧により定着する。

このように、１連のフルカラープリントシーケンスが終了し、所望のフルカラープリント画像が形成される。

また補給制御方式は、前記実施例１から実施例４で採用したビデオカウント検知ＡＴＲ制御と、パッチ検知ＡＴＲ制御とを併用して採用した。毎プリントごとに、それぞれの色ごとのビデオカウントを計測し、トナー供給スクリュー回転時間（Ｔｖ）もしくは補給ブロック数（Ｔｖｐ）を算出する。更に所定タイミングでパッチ検知センサ手段101ｇ〜104ｇによるパッチ検知ＡＴＲ制御を各色独立に実施する。そして、各色ごとに図９のステップＳ10に示す総スクリュー回転時間累積値（ΣＴｐ）もしくは図11のステップＳ10に示す総ブロック数累積値（ΣＴｐｂ）を算出することで、独立に補給制御を実施させたのである。

上記制御方式を採用することで、タンデム型の固定現像方式でも回転現像方式と同様にＴＤ比検知センサを有さずにＴＤ比検知予測を達成することができる。

本発明の活用例として、複写機、プリンタ等の画像形成装置に適用出来、特には、トナーとキャリアを有する２成分現像剤を用いる画像形成装置に適用出来る。

１…現像器
２…現像容器
５…現像剤カートリッジ（トナーボトル）
10…トナー消費量推定手段
11…ＣＰＵ
13…補給量累積手段

Claims (7)

1. 像担持体と、
   画像情報信号に基いて前記像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
   前記潜像形成手段により形成された静電潜像を現像剤を用いて現像する現像手段と、
   前記現像手段にトナーを補給する補給手段と、
   前記画像情報信号に基づいて前記補給手段の補給動作を制御する第１の制御手段と、
   前記現像手段により形成されたトナー像の濃度を検知する像濃度検知手段と、
   前記像濃度検知手段の検知結果に基いて、前記第１の制御手段にて制御される前記補給手段の補給量を補正する補正手段と、
   前記補正手段により補正される補正量の積算値が許容範囲内となるように、前記補給手段の補給動作を制御する第２の制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第２の制御手段は、前記積算値が所定の上限値を上回る場合は、前記現像手段への補給を制限もしくは停止するように前記補給手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第２の制御手段は、前記積算値が所定の下限値を下回る場合は、前記現像手段へ強制的にトナーを補給するように前記補給手段を制御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。
4. 前記補正手段は、前記像濃度検知手段の検知結果が所定の基準値となるように前記補給手段の補給量を補正することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記補正手段は、前記像濃度検知手段により検知されたトナー像が所定の基準濃度よりも低い場合、トナー補給実施時の前記補給手段の駆動時間を加算し、前記像濃度検知手段により検知されたトナー像が所定の基準濃度よりも高い場合、前記補給手段の駆動時間を減算し、前記補正量の積算値は、前記補正手段により補正された前記補給手段の駆動時間の積算値であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記補給手段によるトナー補給単位を所定単位時間の整数倍に限定して補給させ、前記像濃度検知手段により検知されたトナー像が所定の基準濃度よりも低い場合、トナー補給実施時の前記補給手段のトナー補給回数を加算し、前記像濃度検知手段により検知されたトナー像が所定の基準濃度よりも高い場合、補給回数を減算し、前記補正量の積算値は、前記補正手段により補正された前記補給手段の補給回数の積算値であることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記補給手段内には非磁性トナーに加え磁性キャリアが一定量含まれている２成分現像剤を収容したことを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の画像形成装置。

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