JP2010197975A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー補給量のばらつき量を小さくしてトナー濃度偏差の発生を防止する。
【解決手段】像担持体上に形成された潜像を、トナーを含む現像剤により現像する現像ユニットと、現像剤にトナーを補給可能なトナー補給部２０２と、画素情報を取得する画素取得部２１１と、取得された画素情報に基づいて、取得された画素情報に応じた潜像を現像することによる現像剤のトナー濃度の時間変化を無くすようなトナー補給量を算出する補給量算出部２１２と、トナー補給量の誤差に影響を与えるパラメータの測定値を測定するセンサ２０１と、トナー補給手段を制御する制御周期を、誤差を大きくする測定値が測定されるほど大きい制御周期に変更し、変更した制御周期以下の時間であって、トナー補給量のトナーを補給するための補給時間を算出し、算出した補給時間でトナー補給部２０２がトナーを補給するように制御する補給制御部２１３と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、潜像担持体上の潜像を現像剤により現像することで得られるトナー像を記録材上に転移させて画像形成を行う画像形成装置および画像形成方法に関する。

画像形成装置から出力される記録紙上の画像濃度は、経時的、及び位置的に変動する。この画像濃度変動に影響を与える因子としてトナー濃度変動が存在する。すなわち、画像形成装置の現像ユニット（現像器）内で発生する経時的なトナー濃度変動、及び位置的なトナー濃度偏差が、経時的及び位置的な画像濃度変動の発生に影響している。このトナー濃度変動起因の画像濃度変動を低減するため、現像器内のトナー濃度を極力一定に保つトナー補給制御が求められている。特に、位置的なトナー濃度偏差を緩和するために、所望のタイミングで所望量のトナーを補給する技術が必要となっている。

この補給動作実現のために、現状では、短い補給制御周期（２００〜４００ｍｓｅｃ程度）を設定し、この短い補給制御周期より短い時間（トナー補給時間）でトナー補給を行う、という動作を補給制御周期ごとに繰り返す制御を実機実装している。この制御技術の搭載により、現像器内でトナーが減った箇所に減った量のトナーを補給することが可能となる。

特許文献１では、固定の補給制御周期の中で、１回に駆動される補給駆動時間（トナー補給時間）を可変にする技術、及び、同一のトナー補給時間に対する積算面積値を可変にする技術が提案されている。トナー補給時間を可変にするのは、その時点で要求されている補給量をリアルタイムに補給するためである。すなわち、トナー補給精度の向上を目的としている。また、同一のトナー補給時間に対する積算面積値を可変にするのは、例えばトナー補給装置の劣化等によって、一定のトナー補給時間におけるトナー吐出量が変化した場合に、一定の画像面積値に対するトナー補給量を調整するためである。

なお、補給制御周期が短いほどトナー補給タイミングを細かく規定でき、精度良いトナー補給が可能となるため、補給制御周期自体は短い方が良い。一方、一般にトナー補給時間が短いと補給量のばらつきが大きくなる。そこで、補給制御周期及びトナー補給時間は、該トナー補給時間での補給量のばらつきを考慮した上で、トナー濃度変動抑制の効果が出るように決められている。

しかしながら、トナー補給量のばらつきは、さまざまな誤差因子によって変動する。このため、特許文献１を含む従来の制御技術では、誤差因子によって１回毎のトナー補給量がばらつくことにより、所望量のトナーを補給できず、逆に位置的なトナー濃度偏差を生じさせる場合があった。

すなわち、トナー補給時間が補給制御周期以内の時間に制限されるため、例えば何らかの誤差因子によってばらつきが増大した場合であっても、トナー補給時間を長くすることによりばらつきを抑制することができない場合がある。このような場合には、トナー濃度変動抑制効果が失われ、逆に更に大きなトナー濃度変動を生じさせる可能性があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、短い補給制御間隔で少量のトナー補給を繰り返して行くトナー補給系などで、１回毎の補給量ばらつきが大きくなった場合に、そのばらつき量を小さくしてトナー濃度偏差の発生を防止することができる画像形成装置および画像形成方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、画素情報に応じた潜像を像担持体上に形成する潜像形成手段と、前記像担持体上に形成された潜像を、トナーを含む現像剤により現像する現像手段と、前記現像剤にトナーを補給可能なトナー補給手段と、前記画素情報を取得する画素取得手段と、取得された前記画素情報に基づいて、取得された前記画素情報に応じた潜像を現像することによる前記現像剤のトナー濃度の時間変化を無くすようなトナー補給量を算出する補給量算出手段と、前記トナー補給量の誤差に影響を与えるパラメータの測定値を測定する測定手段と、前記トナー補給手段を制御する制御周期を、前記誤差を大きくする前記測定値が測定されるほど大きい前記制御周期に変更し、変更した前記制御周期以下の時間であって、前記トナー補給量のトナーを補給するための補給時間を算出し、算出した前記補給時間で前記トナー補給手段がトナーを補給するように制御する補給制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、画素情報に応じた潜像を像担持体上に形成する潜像形成手段と、前記像担持体上に形成された潜像を、トナーを含む現像剤により現像する現像手段と、前記現像剤にトナーを補給可能なトナー補給手段と、を備えた画像形成装置で実行される画像形成方法であって、画素取得手段が、前記画素情報を取得する画素取得ステップと、補給量算出手段が、取得された前記画素情報に基づいて、取得された前記画素情報に応じた潜像を現像することによる前記現像剤のトナー濃度の時間変化を無くすようなトナー補給量を算出する補給量算出ステップと、測定手段が、前記トナー補給量の誤差に影響を与えるパラメータの測定値を測定する測定ステップと、補給制御手段が、前記トナー補給手段を制御する制御周期を、前記誤差を大きくする前記測定値が測定されるほど大きい前記制御周期に変更し、変更した前記制御周期以下の時間であって、前記トナー補給量のトナーを補給するための補給時間を算出し、算出した前記補給時間で前記トナー補給手段がトナーを補給するように制御する補給制御ステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、短い補給制御間隔で少量のトナー補給を繰り返して行くトナー補給系などで、１回毎の補給量ばらつきが大きくなった場合に、そのばらつき量を小さくしてトナー濃度偏差の発生を防止することができるという効果を奏する。

図１は、画像形成装置の構成を示すブロック図である。 図２は、トナー補給部の構成例を示す図である。 図３は、トナー補給部の構成例を示す図である。 図４は、書込画素データの流れを示した模式図である。 図５は、画像形成装置の機能構成を示すブロック図である。 図６は、補給制御周期と補給駆動信号の関係の一例を表すタイミングチャートである。 図７は、補給制御周期と補給駆動信号の関係の一例を表すタイミングチャートである。 図８は、補給時間固定の場合の、補給駆動信号の実際の動きの例を示す図である。 図９は、補給時間可変の場合の、補給駆動信号の実際の動きの例を示す図である。 図１０は、補給駆動時間と補給量ばらつきとの関係の一例を示す図である。 図１１は、補給量ばらつきの悪化の例を示すグラフである。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる画像形成装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。

上述のように、トナー補給量が経時的に変動することは乾式電子写真装置では一般に知られた現象である。そして、その時々の状況に応じてトナー補給の総量を一定にするために、その時の補給能力に合わせてトナー補給時間を変化させるさまざまな制御技術が提案されている。

例えば、トナー補給時間を変化させたり、補給回数を増減させたりすることでトナー補給の総量を調整する制御技術は広く知られている。しかし、トナー補給制御間隔（補給制御周期）を変更するものは見当たらない。これは、トナー補給制御間隔を変更しても、トナー補給時間の合計値を変えなければ、トナー補給の総量はほとんど変わらないためである。

一方、本実施の形態では、トナー補給１回毎の補給量ばらつきを問題としている。このばらつきが大きいと、トナーの逆位相補給制御で現像器内のトナー濃度偏差をなくそうと制御しても、有効に機能しないためである。トナー補給１回毎のばらつきを小さくするためには、トナー補給時間を長くすれば良い。トナー補給時間を長くするためには、補給制御周期も長くする必要がある。トナーの補給制御周期が短いままでは、それ以上にトナー補給時間を長くできないためである。

本実施の形態にかかる画像形成装置は、補給量のばらつきに影響を与える誤差因子の測定結果により、トナー濃度変動抑制効果が失われたと推定できる場合には、１回毎のトナー補給時間を長く設定することにより、１回毎の補給量ばらつきを低減する。この際、補給制御周期を長くしなければ１回毎のトナー補給時間を長くできない場合があるため、補給制御周期を長くした上でトナー補給時間を長くする。補給制御周期を長くすると、補給タイミングが粗くなるという点では補給精度が劣化するが、１回毎の補給量ばらつきが小さくなるので、トナー濃度変動を発生させる可能性を低減できる。

図１は、本実施の形態にかかる画像形成装置１００の構成を示すブロック図である。同図では、４連タンデム型中間転写方式のフルカラー機として画像形成装置１００を構成した例を示している。同図は、電子写真式の画像形成装置の一例であり、画像形成装置１００を４連タンデム型直接転写方式や１ドラム型中間転写方式等のフルカラー機として構成しても良いし、１ドラム型直接転写方式等のモノクロ機として構成しても良い。

同図に示すように、画像形成装置１００は、自動原稿送り装置であるＡＤＦ（Automatic Document Feed）１１０、印刷する画像データをＣＣＤ（Charge Coupled Device）によりスキャンするスキャナ部１２０等を備えている。

次に、同図に示す構成の画像形成装置１００による画像形成動作を説明する。プリント開始命令が入力されると、感光体１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍの周辺、中間転写ベルト１１の周辺、および、給紙搬送経路１２等に存在する各ローラ（ピックアップローラ３１ａ、３１ｂ、給紙ローラ３２ａ、３２ｂ、搬送ローラ３３ａ、３３ｂ）が既定のタイミングで回転し始め、下部の給紙トレイ１３ａ、１３ｂから記録紙の給紙が開始される。一方、各感光体１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍは、それぞれ帯電チャージャ１４Ｋ，１４Ｙ，１４Ｃ，１４Ｍによってその表面を一様な電位に帯電され、書込ユニット１５から照射される書込光によってその表面を画像データに従って露光される。露光された後の電位パターンを静電潜像と呼ぶが、この静電潜像をその表面に担持した感光体１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍは、それぞれ現像ユニット１６Ｋ，１６Ｙ，１６Ｃ，１６Ｍからトナーを供給されることにより、担持している静電潜像を特定色に現像される。現像ユニット１６Ｋ，１６Ｙ，１６Ｃ，１６Ｍは、磁性キャリアとマイナス帯電性のトナー（それぞれＫトナー、Ｙトナー、Ｃトナー、Ｍトナー）とからなる二成分現像剤などの現像剤を有する。

同図では、四色分の感光体１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍが存在するので、それぞれブラック、イエロー、シアン、マゼンタ（色順はシステムによって異なる）のトナー像が各感光体１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ上に現像されることになる。感光体１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ上に現像されたトナー像は、中間転写ベルト１１との接点において、感光体１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍにそれぞれ対向して設置された一次転写ローラ１７Ｋ，１７Ｙ，１７Ｃ，１７Ｍに印加される一次転写バイアス、及び押圧力によって中間転写ベルト１１上に転写される。この一次転写動作をタイミングを合わせながら四色分繰り返すことにより、中間転写ベルト１１上にフルカラートナー像が形成される。

中間転写ベルト１１上に形成されたフルカラートナー像は、二次転写ローラ１８で、レジストローラ１９によってタイミングを合わせて搬送されてくる記録紙に転写される。この時、二次転写ローラ１８に印加される二次転写バイアス、及び押圧力によって二次転写が行われる。

フルカラートナー像を転写された記録紙は、定着ユニット２０を通過することにより、表面に担持しているトナー像が加熱定着される。片面プリントならばそのまま直線搬送されて排紙トレイ２１へ搬送され、両面プリントならば搬送方向を下向きに変えられ、用紙反転部２２へ搬送されていく。用紙反転部２２へ到達した記録紙は、ここでスイッチバックローラ３４等により搬送方向を逆転されて紙の後端から用紙反転部２２を出て行く。これをスイッチバック動作と呼び、この動作によって記録紙の表裏を反転させることができる。表裏反転された記録紙は定着ユニット２０方向には戻らず、再給紙搬送経路２３を通過して給紙搬送経路１２に合流する。この後は表面プリントの時と同じ様にトナー像を転写されて、定着ユニット２０を通過して排紙される。これが両面プリント動作である。

一次転写ローラ１７Ｋ，１７Ｙ，１７Ｃ，１７Ｍを通過した感光体１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍは、その表面に一次転写残トナーを担持している。この残トナーは、ブレード及びブラシ等で構成された感光体クリーニングユニット２４Ｋ，２４Ｙ，２４Ｃ，２４Ｍにおいて除去される。その後、感光体１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍは、ＱＬ（クエンチングランプ）２５Ｋ，２５Ｙ，２５Ｃ，２５Ｍによってその表面が一様に除電されて次の画像のための帯電に備える。

二次転写ローラ１８を通過した中間転写ベルト１１も、その表面に二次転写残トナーを担持している。この残トナーは、ブレード及びブラシ等で構成された中間転写ベルトクリーニングユニット２６によって除去され、次のトナー像の転写に備えられる。このような動作の繰り返しで、片面プリントまたは両面プリントが行われる。

次に、トナー補給部の構成例について図２及び図３を用いて説明する。図２は、トナー補給部の構成例を示す図である。同図は、トナーカートリッジ５１（補給トナー容器）内の補給用トナーを、現像ユニット１６に付設されたモーノポンプ５２の負圧で搬送する場合の構成例である。モーノポンプ５２の回転によって搬送されたトナーがそのまま現像ユニット１６内に落ちていく構成であれば、モーノポンプ５２がトナー補給部となる。また、モーノポンプ５２によって搬送された補給トナーが一度バッファ（図示せず）に溜められ、バッファから現像ユニット１６内への補給はスクリュー（図示せず）で行うような構成であれば、スクリューがトナー補給部となる。

図３は、トナーカートリッジ５１（補給トナー容器）内の補給用トナーを、モータ５３で駆動される搬送スクリュー５４で搬送する場合の構成例である。この搬送スクリュー５４で搬送されたトナーがそのまま現像ユニット１６に落ちていく構成であれば、搬送スクリュー５４がトナー補給部である。また、バッファ（図示せず）を設置した構成であれば、バッファから現像ユニット１６へトナーを搬送する、例えばスクリューなどの構成部（図示せず）がトナー補給部である。

本実施の形態では、このようなトナー補給部の補給制御周期及びトナー補給時間を、調整パラメータとして変更する。なお、高精度のトナー補給を行うためには、バッファを設けた構成の方が適している。すなわち、バッファ内のトナー量が不足しないようにモーノポンプ（図示せず）や搬送スクリュー（図示せず）により補給トナーをバッファに充填し、バッファから現像ユニット１６への補給には別途専用のスクリューを設けて、細かく制御できるようにするのが望ましい。

次に、画像形成装置１００内での書込画素データの流れを図４を用いて説明する。書込画素データとは、片面プリントまたは両面プリントなどにより画像形成するために出力される画素情報を表す。図４は、書込画素データの流れを示した模式図である。

書込画素データは、コピー動作の場合はスキャナ部１２０から送信され、プリンタ動作の場合はＰＣ２００等の外部装置から送信される。書込画素データは、最終的に書込ボード（書込ユニット１５）に送られ、書込ユニット１５上で発光素子（ＬＤ（Laser Diode）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等）を駆動する信号として用いられる。

なお、メインコントロールボード４１は、画像形成装置１００全体の動作を制御するコントローラである。メインコントロールボード４１は、ＣＰＵ、メモリ、およびペリフェラル等（図示せず）を備えている。プリンタボード４２は、ネットワークを介して接続されたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２００からの印刷指示に応じてプリンタ動作を制御するコントローラである。オペレーションパネル４３は、ユーザからの操作入力を受け付ける。Ｉ／Ｏボード４４は、メインコントロールボード４１と、駆動部品４５および入力部品４６との間のデータの入出力を制御する。

書込画素データが書込ユニット１５に到達する経路としては、同図中の経路４０１ａおよび４０１ｂ、経路４０２ａおよび４０２ｂなどが考えられる。書込ユニット１５までの経路は、機種毎の制御回路基板の作り方に応じて決定すればよい。

このような画像データの流れの中で、書込画素データをカウントするのに最も適している箇所は書込ユニット１５である。書込画素データの発信場所、伝達経路、およびＲＩＰ（Raster Image Processor）展開する場所等に関わらず、最終的には書込ユニット１５上には必ずラスターイメージデータが存在するため、画素をカウントすることができるからである。また、書込画素データの伝達経路が同図中の経路４０２ａ、４０２ｂの場合、メインコントロールボード４１上でも画素カウントできる可能性がある。すなわち、メインコントロールボード４１を画像データが通過する時点で、既にラスターイメージデータの状態であれば、画素をカウント可能である。このようにしてカウントされた画素カウント情報は、書込ユニット１５上のメモリ（図示せず）やメインコントロールボード４１上のメモリに保管され、利用する時に読み出される。

次に、画像形成装置１００の機能構成について図５を用いて説明する。図５は、画像形成装置１００の機能構成を示すブロック図である。同図に示すように、画像形成装置１００は、主なハードウェア構成として、センサ２０１と、トナー補給部２０２とを備えている。また、画像形成装置１００は、主なソフトウェア構成として、画素取得部２１１と、補給量算出部２１２と、補給制御部２１３と、を備えている。

センサ２０１は、トナー補給量の誤差に影響を与えるパラメータの測定値を測定する測定手段として機能する。例えば、センサ２０１は、温湿度センサなどの環境センサによって構成できる。センサ２０１の設置箇所は特に限定しないが、画像形成装置１００内のいずれかに設置されていればよい。仮に、画像形成装置１００の内部で環境偏差が大きく生じるような構成であれば、可能な限り現像ユニット１６の近辺にセンサ２０１が設置されることが望ましい。補給トナーの周辺環境を適切に測定可能となるためである。例えば、定着熱の影響等で装置内部の温度差が過大となる場合は、温湿度センサであるセンサ２０１を現像ユニット１６の近傍に設置することが望ましい。なお、センサ２０１は温湿度センサなどの環境センサに限られるものではない。

トナー補給部２０２は、現像ユニット１６内の現像剤にトナーを補給する。トナー補給部２０２は、上述した図２または図３のように構成することができる。

画素取得部２１１は、画像形成するために出力される画素情報を取得する。図４を用いて説明したように、画素取得部２１１は、書込ユニット１５上またはメインコントロールボード４１上の画素カウント機能をもつハードウェア、カウントした画素カウント情報を記憶するメモリ、及び該ハードウェアとメモリの動作を制御するソフトウェアなどにより構成することができる。

補給量算出部２１２は、取得された画素情報に応じた潜像を現像することによる現像剤のトナー濃度の時間変化を無くすようなトナー補給量を算出する。補給量算出部２１２は、メモリに保存した画素カウント情報を読み出し、読み出した画素カウント情報に応じたトナー補給量を演算するソフトウェアなどにより構成することができる。このソフトウェアは、例えばメインコントロールボード４１上のメモリに記憶され、メインコントロールボード４１上のＣＰＵによって実行される。

補給制御部２１３は、算出されたトナー補給量でトナー補給部２０２がトナーを補給するようにトナー補給処理を制御する。本実施の形態では、補給制御部２１３は、センサ２０１の測定結果に応じてトナー補給部２０２を制御する制御周期を変更し、算出されたトナー補給量のトナーを補給するための、変更した制御周期以下の補給時間を算出する。そして補給制御部２１３は、算出した補給時間でトナー補給部２０２によるトナー補給処理を制御する。

次に、本実施の形態によるトナー補給の具体的な制御方法について説明する。図６および図７は、補給制御周期と補給駆動信号の関係の一例を表すタイミングチャートである。図６は、補給制御周期が基本周期である２００ｍｓｅｃ、補給駆動信号が１６０ｍｓｅｃである時間設定でのタイミングチャートを示している。図７は、補給制御周期を基本周期の２倍である４００ｍｓｅｃとした時間設定でのタイミングチャートを示している。

補給駆動信号は、フルパワーでトナーを補給する場合の信号を例示している。図６および図７では、補給駆動信号を時間固定（１６０ｍｓｅｃおよび３２０ｍｓｅｃ）としているが、時間可変とするように構成してもよい。この場合、例えば８０〜１６０ｍｓｅｃの間で補給駆動信号を可変にするというように設定してもよい。

補給時間固定及び補給時間可変の場合の、補給駆動信号の実際の動きの例を、それぞれ図８および図９に示す。各回の補給制御周期毎に補給駆動を行うか否かは、その補給制御周期でのトナー補給要求量によって決まる。トナー補給要求量とは、補給量算出部２１２によって算出されたトナー補給量を表す。

図８に示すように、補給時間固定の場合は、トナー補給要求量の閾値が１６０ｍｓｅｃ相当の１種類であり、その閾値を越えていれば、トナー補給部２０２を１６０ｍｓｅｃ駆動する。閾値を越えている余剰分の補給要求量は、次の補給制御周期に繰り越しとなる。

図９に示すように、補給時間可変の場合は、トナー補給要求量の閾値として、上限値用および下限値用の２種類が存在する。同図では、下限値が８０ｍｓｅｃ相当、上限値が１６０ｍｓｅｃ相当となっている。各補給制御周期において、トナー補給要求量が下限値を越えていたらトナー補給部２０２が駆動されることになり、トナー補給要求量が上限値以下であれば、その時の要求量に相当する時間長だけトナー補給部２０２が駆動される。トナー補給要求量が上限値を越えていれば、トナー補給時間は上限値の１６０ｍｓｅｃとなり、上限値を越えた余剰分のトナー補給要求量は、次回の補給制御周期に繰り越しとなる。このようなシーケンスで、各補給制御周期においてトナー補給動作が繰り返し行われていく。

補給制御部２１３は、例えば、図６に示すような基本周期である補給制御周期を、図７に示すような基本周期の２倍の補給制御周期に変更する。図６では、基本周期である補給制御周期を２００ｍｓｅｃに設定している。図７のように補給制御周期を基本周期の２倍に設定した場合、補給制御周期は４００ｍｓｅｃとなる。補給制御周期が２００ｍｓｅｃのままでは、トナー補給部２０２の駆動時間（トナー補給時間）を最長２００ｍｓｅｃまでしか延ばすことができない。一方、補給制御周期を４００ｍｓｅｃとすると、トナー補給時間を最長４００ｍｓｅｃまで延ばすことが可能となる。

また、図６の例ではトナー補給時間のデフォルト値を１６０ｍｓｅｃとしているため、補給制御周期である２００ｍｓｅｃまではトナー補給時間を延ばすことができる。しかし、トナー補給時間のデフォルト値が補給制御周期と同じ２００ｍｓｅｃの場合には、補給制御周期を広げない限りはトナー補給時間を延ばせないことになる。

１回のトナー補給時間が長いほど、１回毎のトナー吐出量のばらつきが小さくなる。このため、トナー補給量を安定させるためにはトナー補給時間を長くする方が有利である。図１０は、この特性を示すグラフである。

しかし、補給制御周期を長くすると、トナー補給を行うタイミング精度（位置精度）が劣化する。さらに、トナー補給時間を長くすると、１回毎のトナー補給量が多くなるため、少量ずつのきめ細やかな補給制御が行えなくなる。

このように、補給制御周期及びトナー補給時間を変化させた場合には、トナー補給制御の感度（性能）とロバスト性（安定性）とが相反した動きをする。実機では、このトレードオフの関係を考慮した上で、補給制御周期と１回のトナー補給時間を選択している。図１１は、補給量ばらつきに影響を及ぼすパラメータが作用した場合の、補給量ばらつきの悪化の例を示すグラフである。

補給量ばらつきが悪化した場合には、同図中における丸のプロットが、四角のプロット位置にずれるということになる。このような補給量ばらつきの悪化により、現像ユニット１６内のトナー濃度偏差が悪化するため、本実施の形態では、補給制御周期及びトナー補給時間を延ばして、補給量ばらつきを低減する。すなわち、四角のプロットの近似線上をグラフ右側に移動することにより、縦軸（補給量ばらつき）の値を下げるということである。

補給制御周期及びトナー補給時間を長くすることにより、トナー補給精度の基本性能を下げることになるが、補給量ばらつきの低減によってロバスト性を上げることができる。両者がトレードオフの関係にあるため、予めデータを収集しておくことにより最大効果が望める値を割り出しておき、その値を元にトナー補給時間を決定する必要がある。このようにして、現像ユニット１６内トナー濃度偏差の悪化を最小限に留められるように、補給制御周期とトナー補給時間を設定する。

なお、補給量ばらつきを悪化させている条件が改善されたことが検知された場合には、補給制御部２１３は、逆に補給制御周期とトナー補給時間を短くする、という変更を行う。

また、補給制御部２１３は、補給制御周期の変更と同様に、１回毎の補給におけるトナー補給部２０２の駆動時間（トナー補給時間）も変更する。この場合のタイミングチャートは、図７に示す通りである。すなわち、補給制御部２１３は、補給制御周期を図６のような基本周期（２００ｍｓｅｃ）から図７のような基本周期の２倍の周期（４００ｓｅｃ）に変更するとともに、補給駆動信号を１６０ｍｓｅｃ（図６）から３２０ｍｓｅｃ（図７）に変更する。

なお、図１１のようにトナー補給量のばらつきに影響を及ぼすパラメータとしては、温度および湿度などの環境パラメータや、補給トナー容器内の残トナー量が挙げられる。湿度が高くなった場合、または、補給トナー容器内の残トナー量が減少した場合には、補給量ばらつきが悪化する。

環境パラメータとしては、特に湿度の影響が大きい。湿度が低い場合はトナーの流動性が良くなり、湿度が高い場合はトナーの流動性が悪くなる。流動性が良い（トナーがさらさらな）場合には、１回毎のトナー補給時間が短くてもトナー吐出量が比較的安定している。一方、流動性が悪い（トナーが塊状になり易くなっている）場合には、１回毎のトナー補給時間が短いと、トナーが塊となって一気に出たり、全く出なかったりという現象が生じるようになる。この現象によるトナー補給量ばらつきは、１回毎のトナー補給時間を長くすると緩和される。このため、補給制御部２１３が環境センサによって測定される湿度に応じて、補給制御周期、及びトナー補給時間を変更することにより、１回毎のトナー補給量ばらつきを低減することができる。

また、補給トナー容器内の残トナー量によっても、トナー吐出量は影響を受ける。残トナー量が多い場合には、トナー補給口まで安定してトナーが搬送されてくるので、トナー補給口付近のトナー充填状態も安定し、この結果、１回毎のトナー補給量は安定している。残トナー量が少なくなると、補給トナー容器からトナー補給口までのトナー搬送状態が不安定になり、トナー補給口付近のトナー充填状態も不安定になる。このため、補給スクリューを少し回した時に、補給されるトナー量のばらつきが大きくなる。この現象によるトナー補給量ばらつきは、１回ごとのトナー補給時間を長くすると緩和される。このため、補給トナー容器内の残トナー量が少なくなった場合には、補給制御部２１３が補給制御周期、及びトナー補給時間を長めに設定することにより、１回毎のトナー補給量ばらつきを低減することができる。

補給制御部２１３が残トナー量に応じて補給制御周期およびトナー補給時間を変更する場合は、センサ２０１の代わりに、例えば補給トナー容器内の残トナー量を測定する測定手段を備えればよい。このような測定手段としては、例えばプリントされた画素値をカウントする累積画素カウント部（図示せず）を用いることができる。累積画素カウント部は、新品の補給トナー容器が設置されてから、プリントされた画素数（画素カウント値）を積算する。画素カウント値により、通算で使用されたトナー量がほぼ推定できる。すなわち、補給制御部２１３は、画素カウント値を用いて、補給トナー容器内の残トナー量を推定し、補給制御周期とトナー補給時間を調整する。

また、図２または図３に示すトナー補給部２０２のトナー補給経路のいずれか、または補給トナーが一旦溜められるバッファ（図示せず）内に、例えば光学センサを用いたトナー検知機構を設けてもよい。このトナー検知機構でトナーが検知されなくなると、補給トナー容器内のトナーがなくなったと判断できる。すなわち、残トナー量を測定することができる。また、このようなトナー検知機構をトナー補給経路に沿って複数個設けておけば、補給制御部２１３がその検知状態によって段階的に補給制御周期とトナー補給時間を調整することも可能となる。

このように、本実施の形態にかかる画像形成装置では、１回毎のトナー補給量ばらつきが大きい条件であることを測定手段が検知した場合、補給制御周期を通常よりも長く設定することにより、トナー補給時間を長く設定できるようにする。１回のトナー補給時間が短い場合には、１回毎の補給量ばらつきが大きいが、１回のトナー補給時間を長くすることにより、そのばらつきを小さくすることができる。

補給制御周期と１回のトナー補給時間を長くすることにより、トナー補給のタイミング精度（位置精度）は劣化し、かつ１回のトナー補給量が増えるのでトナー補給制御の極め細やかさが失われていくことになる。しかし、上述のように１回のトナー補給量ばらつきを低減できるため、トナー補給量ばらつきの大きさが現像器内トナー濃度偏差に悪影響を及ぼしている場合には、現像器内トナー濃度偏差を改善することができる。これにより、トナー濃度偏差起因の画像濃度変動の発生を抑制できる。また、画像濃度を経時的に安定させることができれば、ユーザー満足度の向上も得られ、また画像濃度変動による不良画像発生も抑制できるので、出力画像不良による紙の廃棄も減らすことができる。

なお、本実施の形態にかかる画像形成装置で実行されるプログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。

本実施の形態にかかる画像形成装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、本実施の形態にかかる画像形成装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施の形態にかかる画像形成装置で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

本実施の形態にかかる画像形成装置で実行されるプログラムは、上述した各部（画素取得部、補給量算出部、補給制御部）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、上記各部が主記憶装置上に生成されるようになっている。

１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ 感光体
１１ 中間転写ベルト
１２ 給紙搬送経路
１３ａ、１３ｂ 給紙トレイ
１４Ｋ，１４Ｙ，１４Ｃ，１４Ｍ 帯電チャージャ
１５ 書込ユニット
１６Ｋ，１６Ｙ，１６Ｃ，１６Ｍ 現像ユニット
１７Ｋ，１７Ｙ，１７Ｃ，１７Ｍ 一次転写ローラ
１８ 二次転写ローラ
１９ レジストローラ
２０ 定着ユニット
２１ 排紙トレイ
２２ 用紙反転部
２３ 再給紙搬送経路
２４Ｋ，２４Ｙ，２４Ｃ，２４Ｍ 感光体クリーニングユニット
２５Ｋ，２５Ｙ，２５Ｃ，２５Ｍ クエンチングランプ
２６ 中間転写ベルトクリーニングユニット
３１ａ、３１ｂ ピックアップローラ
３２ａ、３２ｂ 給紙ローラ
３３ａ、３３ｂ 搬送ローラ
３４ スイッチバックローラ
４１ メインコントロールボード
４２ プリンタボード
４３ オペレーションパネル
４４ Ｉ／Ｏボード
４５ 駆動部品
４６ 入力部品
５１ トナーカートリッジ
５２ モーノポンプ
５３ モータ
５４ 搬送スクリュー
１００ 画像形成装置
１１０ ＡＤＦ
１２０ スキャナ部
２０１ センサ
２０２ トナー補給部
２１１ 画素取得部
２１２ 補給量算出部
２１３ 補給制御部

特許第３０１３５５０号公報

Claims (7)

1. 画素情報に応じた潜像を像担持体上に形成する潜像形成手段と、
   前記像担持体上に形成された潜像を、トナーを含む現像剤により現像する現像手段と、
   前記現像剤にトナーを補給可能なトナー補給手段と、
   前記画素情報を取得する画素取得手段と、
   取得された前記画素情報に基づいて、取得された前記画素情報に応じた潜像を現像することによる前記現像剤のトナー濃度の時間変化を無くすようなトナー補給量を算出する補給量算出手段と、
   前記トナー補給量の誤差に影響を与えるパラメータの測定値を測定する測定手段と、
   前記トナー補給手段を制御する制御周期を、前記誤差を大きくする前記測定値が測定されるほど大きい前記制御周期に変更し、変更した前記制御周期以下の時間であって、前記トナー補給量のトナーを補給するための補給時間を算出し、算出した前記補給時間で前記トナー補給手段がトナーを補給するように制御する補給制御手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記補給制御手段は、前記補給量算出手段によって算出された同一の前記トナー補給量に対して、前記制御周期が大きいほど大きい前記補給時間を算出すること、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記パラメータは、前記測定値が大きいほど前記誤差を大きくするパラメータであり、
   前記補給制御手段は、前記測定値が大きいほど大きい前記制御周期に変更すること、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記パラメータは、前記測定値が小さいほど前記誤差を大きくするパラメータであり、
   前記補給制御手段は、前記測定値が小さいほど大きい前記制御周期に変更すること、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記測定手段は、前記画像形成装置内の湿度および温度を含む前記画像形成装置内の環境条件である前記パラメータの前記測定値を測定すること、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記測定手段は、補給用トナー容器内の残トナー量である前記測定値を測定すること、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
7. 画素情報に応じた潜像を像担持体上に形成する潜像形成手段と、前記像担持体上に形成された潜像を、トナーを含む現像剤により現像する現像手段と、前記現像剤にトナーを補給可能なトナー補給手段と、を備えた画像形成装置で実行される画像形成方法であって、
   画素取得手段が、前記画素情報を取得する画素取得ステップと、
   補給量算出手段が、取得された前記画素情報に基づいて、取得された前記画素情報に応じた潜像を現像することによる前記現像剤のトナー濃度の時間変化を無くすようなトナー補給量を算出する補給量算出ステップと、
   測定手段が、前記トナー補給量の誤差に影響を与えるパラメータの測定値を測定する測定ステップと、
   補給制御手段が、前記トナー補給手段を制御する制御周期を、前記誤差を大きくする前記測定値が測定されるほど大きい前記制御周期に変更し、変更した前記制御周期以下の時間であって、前記トナー補給量のトナーを補給するための補給時間を算出し、算出した前記補給時間で前記トナー補給手段がトナーを補給するように制御する補給制御ステップと、
   を備えたことを特徴とする画像形成方法。

Images