JP2011137942A - 画像形成装置及び現像剤補給量決定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】二成分現像剤によって画像を現像する現像器の稼働開始初期にトナー濃度が過大又は過小となることを、トナー濃度を直接検出することなく防止する。
【解決手段】現像器の稼働開始当初に現像器により現像された基準画像の濃度検出値を初期濃度検出値として記憶しておき、トナー累積補給量が、現像器により現像された画像の画像密度の累積値の変化に対する傾きの範囲で規定される許容範囲内(図に示す上限と下限の範囲内)となるようにトナー補給量を補正するにあたり、現像器の稼働開始初期でかつ初期濃度検出値が上限基準値よりも大きい場合(初期濃度が下限濃度よりも低い場合)は、許容範囲の上限の傾きを小さくし(「稼働開始初期の上限」を参照)、現像器の稼働開始初期でかつ初期濃度検出値が下限基準値よりも小さい場合(初期濃度が上限濃度よりも高い場合)は、許容範囲の下限の傾きを大きくする(「稼働開始初期の下限」を参照)。
【選択図】図６

Description

本発明は画像形成装置及び現像剤補給量決定プログラムに関する。

トナーとキャリアから成り現像容器内に貯留された二成分現像剤によって画像を現像する現像器を備えた画像形成装置における現像器(現像容器内)へのトナー補給に関連して、特許文献１には、原稿画像の画素毎のデジタル画像信号の出力レベルからトナー補給時間を制御する構成の画像形成装置において、画像濃度検知用の参照画像を作像し、作像した参照画像の濃度を検知し、設定値に対する参照画像濃度のずれ量に応じて値が変化する係数を用いてトナー補給量を補正する技術が開示されている。

また特許文献２には、パッチ画像を定期的に形成してその濃度を検出し、パッチ画像の濃度検出値と予め設定された目標値とを比較した結果に基づき、露光光量や現像バイアスを補正することで出力画像の濃度を補正すると共に、形成画像中の非下地画素数の累積値の変化に対するトナー供給量累積値の変化の傾きを演算し、演算した傾きが規定範囲内か否かを判定し、傾きが規定範囲の上限値を超えている場合は出力画像濃度が低下するように前記目標値を補正し、傾きが規定範囲の下限値未満の場合は出力画像濃度が増大するように前記目標値を補正する技術が開示されている。

特開２０００−３５２８６６号公報 特開２００７−１２８０１０号公報

本発明は、二成分現像剤によって画像を現像する現像器の稼働開始初期にトナー濃度が過大又は過小となることを、トナー濃度を直接検出することなく防止できる画像形成装置及び現像剤補給量決定プログラムを得ることが目的である。

請求項１記載の発明に係る画像形成装置は、トナーとキャリアから成り現像容器内に貯留された二成分現像剤によって画像を現像する現像器と、少なくとも、前記現像器により現像されて前記濃度検出手段によって検出された基準画像の濃度に基づいて、前記現像容器内への現像剤補給量を演算する演算手段と、現像剤補給量の累積値が、前記現像器により現像された画像の画像密度の累積値の変化に対する傾きの範囲で規定される許容範囲内となるように、前記演算手段によって演算された現像剤補給量を補正すると共に、前記現像器の稼働開始当初に前記現像器により現像されて前記濃度検出手段によって検出された前記基準画像の初期濃度が基準範囲外の場合に、前記現像器の稼働開始初期における前記許容範囲の前記傾きの範囲を、以降の期間における前記許容範囲の前記傾きの範囲よりも狭くする補正手段と、を含んで構成されている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記補正手段は、前記基準画像の前記初期濃度が前記基準範囲の下限濃度よりも低い場合に、前記現像器の稼働開始初期における前記許容範囲を規定する前記傾きの範囲のうち上限に相当する傾きを、前記初期濃度と前記下限濃度との差に応じて小さくすることで、前記現像器の稼働開始初期における前記許容範囲の前記傾きの範囲を、以降の期間における前記許容範囲の前記傾きの範囲よりも狭くする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記補正手段は、前記基準画像の前記初期濃度が前記基準範囲の上限濃度よりも高い場合に、前記現像器の稼働開始初期における前記許容範囲を規定する前記傾きの範囲のうち下限に相当する傾きを、前記初期濃度と前記上限濃度との差に応じて大きくすることで、前記現像器の稼働開始初期における前記許容範囲の前記傾きの範囲を、以降の期間における前記許容範囲の前記傾きの範囲よりも狭くする。

請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記補正手段は、前記現像器の稼働開始初期における前記許容範囲を規定する前記傾きの範囲のうち上限に相当する傾きを、前記初期濃度と前記下限濃度との差に応じて小さくした後に、前記現像器によって現像された画像の平均画像密度が基準値未満となった場合には、前記初期濃度と前記下限濃度との差に応じて小さくした前記上限に相当する傾きを元に戻す。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記補正手段は、前記初期濃度と前記下限濃度との差に応じて小さくした前記上限に相当する傾きを元に戻した後に、前記現像器によって現像された画像の平均画像密度が基準値以上になった場合には、上限に相当する傾きを、前記初期濃度と前記下限濃度との差に応じて再度小さくする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜請求項５の何れかに記載の発明において、前記現像容器及び前記現像器を含むユニットは前記画像形成装置に対して着脱可能とされ、前記ユニットには情報を記憶可能な記憶手段が付加されており、前記補正手段は、少なくとも、前記基準画像の初期濃度、前記現像剤補給量の累積値、前記画像密度の累積値、及び、前記現像器が稼働開始初期か否かを判断可能な情報を前記記憶手段に前記記憶手段に記憶させる。

請求項７記載の発明に係る現像剤補給量決定プログラムは、トナーとキャリアから成り現像容器内に貯留された二成分現像剤によって画像を現像する現像器を備えた画像形成装置に内蔵されたコンピュータを、少なくとも、前記現像器により現像されて前記濃度検出手段によって検出された基準画像の濃度に基づいて、前記現像容器内への現像剤補給量を演算する演算手段、及び、現像剤補給量の累積値が、前記現像器により現像された画像の画像密度の累積値の変化に対する傾きの範囲で規定される許容範囲内となるように、前記演算手段によって演算された現像剤補給量を補正すると共に、前記現像器の稼働開始当初に前記現像器により現像されて前記濃度検出手段によって検出された前記基準画像の初期濃度が基準範囲外の場合に、前記現像器の稼働開始初期における前記許容範囲の前記傾きの範囲を、以降の期間における前記許容範囲の前記傾きの範囲よりも狭くする補正手段として機能させる。

請求項１,７記載の発明は、二成分現像剤によって画像を現像する現像器の稼働開始初期にトナー濃度が過大又は過小となることを、トナー濃度を直接検出することなく防止できる、という効果を有する。

請求項２記載の発明は、現像器の稼働開始初期における現像剤の現像性能が比較的低い場合にも、トナー濃度が過大となることを確実に防止できる、という効果を有する。

請求項３記載の発明は、現像器の稼働開始初期における現像剤の現像性能が比較的高い場合にも、トナー濃度が過小となることを確実に防止できる、という効果を有する。

請求項４記載の発明は、画像密度の低い画像の現像が続いた場合に、トナー消費量の誤差の累積によりトナー濃度が過小となることを防止することができる、という効果を有する。

請求項５記載の発明は、画像密度の低い画像の現像が続いた後に、通常の画像密度の画像を現像する状態に戻った場合に、トナー濃度が過大となることを防止することができる、という効果を有する。

請求項６記載の発明は、現像容器及び現像器を含むユニットが画像形成装置から離脱されて他の画像形成装置に装着された場合にも、前記ユニットが装着された他の画像形成装置において、現像器の稼働開始初期以降の期間よりも傾きの範囲よりも狭くした現像剤補給量の許容範囲に基づいて、現像器の稼働開始初期における現像剤補給量を補正する制御を継続することが可能となる、という効果を有する。

本実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す概略図である。 画像形成部ユニットの内部構成を示す概略図である。 制御部周辺の概略構成を示すブロック図である。 初期濃度検知処理の内容を示すフローチャートである。 トナー補給処理の内容を示すフローチャートである。 現像器の稼働開始初期及び初期経過後におけるトナー供給量の許容範囲の上限及び下限の一例を示す線図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。なお、本実施形態では、本発明に支障の無い数値を一例として記載しているが、本発明は本実施形態に一例として記載した数値に限定されるものではない。

図１には本実施形態に係る画像形成装置１０が示されている。画像形成装置１０の筐体１０Ａ内の下部には用紙収容部１２が設けられ、図１における用紙収容部１２の左側には給紙ローラ１４が配設されており、用紙収容部１２上に積載された記録用紙は、給紙ローラ１４によって用紙収容部１２から１枚ずつ引き出される。また、筐体１０Ａ内のうち図１における左側には、一対のローラ１６に掛け渡された無端の用紙搬送ベルト１８が上下方向に沿って配設され、給紙ローラ１４と用紙搬送ベルト１８との間には搬送ローラ２０が配置されており、給紙ローラ１４によって用紙収容部１２から引き出された記録用紙は、搬送ローラ２０によって用紙搬送ベルト１８の配設位置の下端部付近迄搬送された後に、用紙搬送ベルト１８によって上方へ搬送される。

また、筐体１０Ａ内のおよそ中央には上下方向に沿って間隔を空けて４個の画像形成部ユニット２２が配列されており、図１における個々の画像形成部ユニット２２の右側には、個々の画像形成部ユニット２２に対応する４個の走査露光部２４が配設されている。４個の画像形成部ユニット２２は、図１における上から順にイエロー(Ｙ),マゼンダ(Ｍ),シアン(Ｃ),ブラック(Ｋ)の各色のトナー像を形成するためのユニットであり、以下必要に応じて、符号「２２」に「Ｙ」「Ｍ」「Ｃ」「Ｋ」の何れかの符号を付加して各々を区別する(他の部材についても同様)。個々の画像形成部ユニット２２は、図１におけるユニット２２の左端に配置された感光体ドラム２６を備えており、対応する走査露光部２４と協働することで、感光体ドラム２６の周面上に各色のトナー像を形成する。

個々の画像形成部ユニット２２は画像形成装置１０に対して各々着脱自在とされているが、画像形成装置１０に装着された状態では、感光体ドラム２６の周面が用紙搬送ベルト１８の外周面と接触する位置に配置される。また、用紙搬送ベルト１８の内周側のうち装着状態の個々の画像形成部ユニット２２に対応する位置には、用紙搬送ベルト１８を挟んで感光体ドラム２６と対向する転写ローラ２８が各々設けられている。これにより、画像形成部ユニット２２Ｙ,２２Ｍ,２２Ｃ,２２Ｋによって形成されたＹ,Ｍ,Ｃ,Ｋ各色のトナー像は、４個の転写ローラ２８により、用紙搬送ベルト１８によって上方へ搬送される記録用紙に順に転写される。

図１における用紙搬送ベルト１８の上端部の右斜め上方には定着部３０が配置され、定着部３０は定着ローラ３０Ａを備えている。転写ローラ２８によってトナー像が転写された用紙は、定着部３０の定着ローラ３０Ａによる加熱及び加圧によってトナー像が定着された後、定着部３０の用紙搬送方向下流側に設けられた排出ローラ３２によって搬送力が付与され、筐体１０Ａの上部に設けられた排出部３４へ排出される。

また本実施形態では、個々の画像形成部ユニット２２内の現像剤のトナー濃度検知等を目的として、個々の画像形成部ユニット２２で形成された基準画像が用紙搬送ベルト１８の外周面に転写されることがあり(詳細は後述)、用紙搬送ベルト１８の上端部近傍には、用紙搬送ベルト１８の外周面に転写された基準画像の濃度を検出する濃度センサ３６が配設されている。なお、濃度センサ３６は、用紙搬送ベルト１８の外周面に光を照射して反射光量を検出することで基準画像の濃度を検出する構成であり、基準画像の濃度が高くなるに従って検出値(出力電圧値)は低くなる特性を有している。また、用紙搬送ベルト１８の外周側のうち濃度センサ３６の濃度検出位置よりもベルト移動方向下流側には、用紙搬送ベルト１８の外周面上の基準画像等を除去して外周面を清掃する清掃部３８が配設されている。

図２に示すように、画像形成部ユニット２２は、感光体ドラム２６の周面に接触回転するように配置され感光体ドラム２６の周面を一様に帯電させる帯電部材４０と、感光体ドラム２６の周面上の残留トナーを取り除く清掃部材４２と、を備えている。また、画像形成部ユニット２２の内部には、トナーと磁性キャリアから成る二成分現像剤を貯留する現像容器を含む現像器４４と、補給用の現像剤を貯留する補給用現像剤容器４６と、が各々設けられている。なお、現像容器を含む現像器４４と補給用現像剤容器４６は別々のユニットとして分離してもよい。また、本実施形態では補給用の現像剤としてトナーを用いているが、補給用の現像剤にはキャリアが含まれていてもよい。

現像器４４には撹拌搬送供給部材４８、現像ローラ５０及び規制部材５２が設けられている。撹拌搬送供給部材４８は、現像器(現像容器)４４内の現像剤を撹拌すると共に現像ローラ５０側へ搬送し、現像ローラ５０の周面に現像剤を供給する。現像ローラ５０は、感光体ドラム２６の周面と間隙を隔てて配置され、感光体ドラム２６との間に現像バイアス電圧が印加されるマグネットローラ等から成り、周面に供給され規制部材５２によって層厚が規制された現像剤を感光体ドラム２６の周面付近へ搬送し、感光体ドラム２６との電位差によって飛翔するトナーを感光体ドラム２６の周面に付着させる。これにより、走査露光部２４による走査露光(後述)によって感光体ドラム２６の周面上に静電潜像が形成されていた場合、この静電潜像がトナーによって現像されることで、感光体ドラム２６の周面上にトナー像が形成される。

また、現像器(現像容器)４４と補給用現像剤容器４６との間には現像剤補給部材５４が設けられており、トナー像の形成に伴って現像器４４内のトナー濃度が低下すると、補給用現像剤容器４６に貯留されている現像剤(トナー)が現像剤補給部材５４によって現像器(現像容器)４４へ補給される。

また、図示は省略するが、走査露光部２４Ｙ,２４Ｍ,２４Ｃ,２４Ｋは、互いに異なる色(Ｙ,Ｍ,Ｃ,Ｋ各色の何れか)の画像情報に応じて変調した光ビームＬを射出する光源部と、光源部から射出された光ビームＬをポリゴンミラー等によって主走査方向に偏向走査させる走査部と、被走査面上での光ビームＬの主走査速度を補正するｆθレンズや副走査方向にレンズパワーを有する面倒れ補正用のシリンドリカルレンズを含み、光ビームＬを対応する画像形成部ユニット２２の感光体ドラム２６へ射出させる光学系と、を含んで各々構成されている。

感光体ドラム２６の外周のうち、帯電部材４０の配設位置と現像器４４の現像ローラ５０の配設位置との間は光ビームの露光位置とされ、画像形成部ユニット２２には、露光位置に照射される光ビームが通過するための通路５６が設けられている。走査露光部２４Ｙ,２４Ｍ,２４Ｃ,２４Ｋから射出された光ビームＬ(Ｙ),Ｌ(Ｍ),Ｌ(Ｋ),Ｌ(Ｃ)は、対応する画像形成部ユニット２２Ｙ,２２Ｍ,２２Ｃ,２２Ｋの通路５６を通過して感光体ドラム２６の周面に各々照射され、かつ感光体ドラム２６に軸線に沿って走査される。これにより、各画像形成部ユニット２２Ｙ,２２Ｍ,２２Ｃ,２２Ｋの感光体ドラム２６の周面には、対応する色の画像情報に応じて変調された光ビームが照射されることで、対応する色の画像情報に応じた静電潜像が形成され、この静電潜像が現像器４４によって現像されることで対応する色のトナー像が形成されることになる。

図３に示すように、画像形成装置１０は画像形成装置制御部６０を備えている。制御部６０はマイクロコンピュータ等から成り、ＣＰＵ６０Ａ、ＲＯＭやＲＡＭを含むメモリ６０Ｂ、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリ等から成る不揮発性の記憶部６０Ｃを含んで構成されている。記憶部６０Ｃには、画像形成装置１０の各部の動作を制御するための制御プログラム(図示省略)に加えて、後述する初期濃度検知処理を行うための初期濃度検知プログラムと、後述するトナー補給処理を行うためのトナー補給プログラムもインストールされている。なお、制御部６０は本発明における演算手段及び補正手段の一例として機能する。

また画像形成装置１０には、画像形成装置１０に装着された画像形成部ユニット２２Ｙ,２２Ｍ,２２Ｃ,２２Ｋと機械的及び電気的に接続されるユニット駆動部６２Ｙ,６２Ｍ,６２Ｃ,６２Ｋが設けられている。個々のユニット駆動部６２は、帯電部材４０が感光体ドラム２６を帯電させるための高電圧を発生する帯電制御部６４と、現像器４４の撹拌搬送供給部材４８や現像ローラ５０、現像剤補給部材５４を回転駆動させると共に現像ローラ５０に印加する現像バイアス電圧を供給する現像部駆動部６６と、感光体ドラム２６を回転駆動させるドラム駆動部６８と、対応する画像形成部ユニット２２の着脱を検出するセンサ(図示省略)を含んで構成されている。ユニット駆動部６２Ｙ,６２Ｍ,６２Ｃ,６２Ｋは制御部６０に接続されており、制御部６０によって動作が制御される。

また、画像形成部ユニット２２Ｙ,２２Ｍ,２２Ｃ,２２Ｋには、フラッシュメモリ等から成る不揮発性の記憶部７０が付加されている。この記憶部７０は、画像形成部ユニット２２が画像形成装置１０に装着されると制御部６０と電気的に接続され、制御部６０が記憶部７０から情報を読み出したり記憶部７０に情報を書き込むことが可能な状態になる。なお、記憶部７０は請求項６に記載の記憶手段の一例である。

制御部６０には走査露光部２４Ｙ,２４Ｍ,２４Ｃ,２４Ｋが接続されており、記録用紙に印刷すべき画像を表す画像データがＰＣ(Personal Computer)等の外部機器から入力される。制御部６０は、個々の走査露光部２４Ｙ,２４Ｍ,２４Ｃ,２４Ｋの光源部から射出される光ビームを、外部機器から入力された画像データに応じて変調させる処理を行う。また、制御部６０には濃度センサ３６が接続されており、濃度センサ３６による基準画像の濃度の検出結果は制御部６０に入力される。また、制御部６０には操作パネル７２も接続されている。操作パネル７２は、ＬＣＤ等から成り各種情報を表示可能な表示部７２Ａと、複数のキーを備え利用者による情報入力を受け付ける受付部７２Ｂを含んで構成されており、表示部７２Ａへの情報表示は制御部６０によって制御され、利用者によって入力されて受付部７２Ｂによって受け付けられた情報は制御部６０に入力される。

次に本実施形態の作用として、まず、ユニット駆動部６２Ｙ,６２Ｍ,６２Ｃ,６２Ｋの何れかのセンサにより、対応する画像形成部ユニット２２の装着が検出されたことを契機として、制御部６０のＣＰＵ６０Ａによって初期濃度検知プログラムが実行されることで実現される初期濃度検知処理について、図４を参照して説明する。

この初期濃度検知処理では、まずステップ１００において、画像形成装置１０に新たに装着された画像形成部ユニット２２の記憶部７０に書き込まれている情報の読み出しを行い、次のステップ１０２では、読み出した情報の中に初期濃度が含まれているか否かに基づいて、新たに装着された画像形成部ユニット２２の記憶部７０に初期濃度が既に書き込まれているか否か判定する。この判定が否定された場合、画像形成装置１０に今回装着された画像形成部ユニット２２は、過去に画像形成装置１０に装着されていない未使用の画像形成部ユニット２２であると判断できるので、ステップ１０４へ移行し、ステップ１０４以降で初期濃度の検出、記憶部７０への書き込みを行う。

すなわち、ステップ１０４では、今回装着された画像形成部ユニット２２に対応するユニット駆動部６２の現像部駆動部６６により、今回装着された画像形成部ユニット２２の現像器(現像容器)４４内の撹拌搬送供給部材４８を一定時間(例えば120秒間)回転駆動させることで、今回装着された画像形成部ユニット２２の現像器(現像容器)４４内の現像剤を一定時間撹拌させる。次のステップ１０６では、今回装着された画像形成部ユニット２２、対応する走査露光部２４及び転写ローラ２８によって基準画像(例えば一定面積でその全面が均一かつ一定の画像密度のパッチ画像)を形成させ、形成させた基準画像を用紙搬送ベルト１８の外周面に転写させる。

ステップ１０８では、今回装着された画像形成部ユニット２２や対応する走査露光部２４、転写ローラ２８によって形成されて用紙搬送ベルト１８の外周面に転写された基準画像の濃度を濃度センサ３６によって検出する。次のステップ１１０では、濃度センサ３６による基準画像の濃度検出値を取り込み、取り込んだ基準画像の濃度検出値を、今回装着された画像形成部ユニット２２の記憶部７０に初期濃度検出値として書き込む。そしてステップ１１２では、今回装着された画像形成部ユニット２２の記憶部７０に、トナー累積補給量、累積画像密度及び累積印刷枚数の初期値(＝０)を書き込み、初期濃度検知処理を終了する。

また、先のステップ１０２の判定が肯定された場合は、ステップ１０４〜ステップ１１２をスキップして初期濃度検知処理を終了する。これにより、過去に画像形成装置１０に装着されていない未使用の画像形成部ユニット２２が画像形成装置１０に装着されたときにのみ、初期濃度の検出、記憶部７０への初期濃度検出値の書き込みが行われ、記憶部７０に書き込まれた初期濃度検出値は、その後、画像形成部ユニット２２が画像形成装置１０から一旦離脱された後に画像形成装置１０に再装着されたとしても、更新されることなく記憶部７０に記憶される。

一方、ステップ１１２で記憶部７０に初期値(＝０)を書き込んだ累積画像密度及び累積印刷枚数については、画像形成部ユニット２２で記録用紙１枚分の画像形成が行われる毎に、記憶部７０に記憶されている累積画像密度に、画像形成部ユニット２２が形成した画像における画像密度(画像の全画素のうち画像形成部ユニット２２がドットを形成した画素の数に或る係数を乗じた値)を加算した値を、記憶部７０に記憶されている累積画像密度に上書きして記憶させると共に、記憶部７０に記憶されている累積印刷枚数を１だけインクリメントした値を、記憶部７０に記憶されている累積印刷枚数に上書きして記憶させる処理が制御部６０によって行われることで更新される。また、同じくステップ１１２で記憶部７０に初期値(＝０)を書き込んだトナー累積補給量については、後述するように、画像形成部ユニット２２の補給用現像剤容器４６から現像器(現像容器)４４へのトナーの補給が行われる毎に、記憶部７０に記憶されているトナー累積補給量に今回のトナー補給量を加算した値を、記憶部７０に記憶されているトナー累積補給量に上書きして記憶させる処理が制御部６０によって行われることで更新される。

次に、制御部６０が、画像形成部ユニット２２Ｙ,２２Ｍ,２２Ｃ,２２Ｋの補給用現像剤容器４６から現像器(現像容器)４４へトナーを補給すべきタイミングが到来したと判断した場合に、制御部６０のＣＰＵ６０Ａによってトナー補給プログラムが実行されることで実現されるトナー補給処理について、図５を参照して説明する。

このトナー補給処理では、まずステップ１２０において、以降の処理で補給対象とする色をＹ,Ｍ,Ｃ,Ｋ各色の中から選択する。次のステップ１２２では、ステップ１２０で補給対象として選択した色に対応する画像形成部ユニット２２、走査露光部２４及び転写ローラ２８によって補給対象色の基準画像を形成させ、形成させた補給対象色の基準画像を用紙搬送ベルト１８の外周面に転写させる。ステップ１２４では、補給対象色に対応する画像形成部ユニット２２、走査露光部２４及び転写ローラ２８によって形成されて用紙搬送ベルト１８の外周面に転写された補給対象色の基準画像の濃度を濃度センサ３６によって検出する。

次のステップ１２６では、濃度センサ３６による補給対象色の基準画像の濃度検出値を取り込み、取り込んだ補給対象色の基準画像の濃度検出値に基づき、補給対象色に対応する画像形成部ユニット２２における補給用現像剤容器４６から現像器(現像容器)４４へのトナーの補給量(補給対象色の今回のトナー補給量)を演算する。基準画像の濃度検出値に基づくトナー補給量の演算には、公知の各種演算方法の何れを用いてもよく、一例としては、補給対象色の基準画像の濃度検出値を目標濃度と比較し、濃度検出値が目標濃度よりも高い場合はトナー補給量を０に設定する一方、濃度検出値が目標濃度よりも低い場合はその偏差が大きくなるに従ってトナー補給量を増大させる手法が挙げられる。また、特許文献２に記載されているように、累積画像密度の変化に対する累積トナー供給量の変化の傾きが基準範囲内となるように目標濃度を修正する制御も併用して今回のトナー補給量を算出することが好ましい(特に現像器４４が稼働開始初期を過ぎた以降の期間)。

次のステップ１２８〜ステップ１４４では、今回のトナー補給量に対する上限値及び下限値を決定する。すなわち、ステップ１２８では補給対象色に対応する画像形成部ユニット２２の記憶部７０から初期濃度検出値、トナー累積補給量、累積画像密度、累積印刷枚数の各情報を読み出す。次のステップ１３０では、ステップ１２８で記憶部７０から読み出した累積印刷枚数に基づいて、補給対象色に対応する画像形成部ユニット２２(現像器４４)が稼働開始初期か否か判定する。この判定は、累積印刷枚数を閾値(例えば画像形成部ユニット２２の寿命に相当する印刷枚数の10％程度の値)と比較し、累積印刷枚数が閾値以下か否かを判定することで行うことができる。

この判定が否定された場合、すなわち補給対象色に対応する画像形成部ユニット２２(現像器４４)が稼働開始初期を過ぎている場合はステップ１４４へ移行し、ステップ１２８で記憶部７０から読み出した累積画像密度を次の(１),(２)式に代入してトナー累積補給量の上限値及び下限値を各々演算してステップ１４６へ移行する。
トナー累積補給量上限値＝累積画像密度×補給量上限傾き＋定数 …(１)
トナー累積補給量下限値＝累積画像密度×補給量下限傾き＋定数 …(２)
図６には、累積画像密度の変化に対する、上記の(１)式で算出されるトナー累積補給量上限値の変化の一例を「稼働開始初期経過後の上限」と表記して示すと共に、累積画像密度の変化に対する、上記の(２)式で算出されるトナー累積補給量下限値の変化の一例を「稼働開始初期経過後の上限」と表記して示している。このように、本実施形態では、トナー補給量の許容範囲を、累積画像密度の変化に対するトナー累積補給量の傾きの範囲(補給量上限傾き以下、かつ補給量下限傾き以上)で規定している。

画像形成部ユニット２２の現像器(現像容器)４４内に貯留されている現像剤のトナー濃度(現像剤中のトナーの重量比)は、画像形成に伴うトナーの消費や補給用現像剤容器４６からのトナーの補給に応じて変動するが、トナー濃度が過大になると筐体１０Ａ内へのトナーの飛散やそれに伴う形成画像の画質低下等が生じ、トナー濃度が過小になると筐体１０Ａ内へのキャリアの飛散やそれに伴う形成画像の画質低下等が生じ、装置が故障する原因と成る可能性もある。但し、現像剤のトナー濃度を直接検出できるセンサは高コストであるので、本実施形態では、現像剤のトナー濃度を直接検出することなく、基準画像の濃度検出値に基づいて現像剤のトナー濃度の推定(トナー補給量の算出)を行っている。

基準画像の濃度は現像剤の現像性能のばらつき等の影響も受けるので、基準画像の濃度検出値から現像剤のトナー濃度を正確に推定することは困難であるが、現像器４４の稼働開始から或る程度の期間が経過すれば、例えば前述の、累積画像密度の変化に対する累積トナー供給量の変化の傾きが基準範囲内となるように目標濃度を修正する制御を併用する等により、現像器(現像容器)４４内の現像剤のトナー濃度を長期的に適正範囲内に制御できる。このため、先の(１),(２)式が表すトナー補給量の許容範囲は、現像器(現像容器)４４内へのトナー補給量が極端に過大又は過小となることのみ制限されるように、範囲(上限と下限との差)が比較的広く設定されている。

一方、例えば前述の、累積画像密度の変化に対する累積トナー供給量の変化の傾きが基準範囲内となるように目標濃度を修正する制御等では、画像形成部ユニット２２(現像器４４)の寿命が尽きる迄の期間に亘って現像器(現像容器)４４内の現像剤のトナー濃度を適正範囲内に制御することを目的として、入力の変化に対する制御の応答速度が比較的低くされており、未使用の画像形成部ユニット２２の現像器(現像容器)４４内に貯留されている現像剤の現像性能が標準値と大きく相違していた場合、現像器４４(画像形成部ユニット２２)の稼働開始初期に、目標濃度を修正する制御等が現像剤のトナー濃度の変化に追いつかないことで、現像器(現像容器)４４内に貯留されている現像剤のトナー濃度が過大又は過小となる可能性がある。

このため、ステップ１３０の判定が肯定された場合、すなわち補給対象色に対応する画像形成部ユニット２２(の現像器４４)が稼働開始初期の場合はステップ１３２へ移行し、ステップ１２８で記憶部７０から読み出した初期濃度検出値が、予め設定された下限基準値Ｄよりも低いか否か判定する。なお、初期濃度検出値は基準画像の濃度が高くなるに従って値が小さくなるので、ステップ１３２では初期濃度が上限濃度よりも高いか否かを判定している。この判定が否定された場合はステップ１３４へ移行し、ステップ１２８で記憶部７０から読み出した累積印刷枚数が一定値Ｇ(例えばＧ＝200)以上か否か判定する。この判定も否定された場合はステップ１３８へ移行し、ステップ１２８で記憶部７０から読み出した初期濃度検出値が、予め設定された上限基準値Ｂよりも高いか否か判定する。なお、初期濃度検出値は基準画像の濃度が低くなるに従って値が大きくなるので、ステップ１３８では初期濃度が下限濃度よりも低いか否かを判定している。

初期濃度検知処理(図４)で初期濃度を検出する際には、画像形成部ユニット２２で基準画像以外の画像の形成は行われておらず、現像器(現像容器)４４内へのトナーの補給も行われていないので、現像器(現像容器)４４内の現像剤のトナー濃度は一定値である。このため、初期濃度検出値が上限基準値Ｂよりも高い(すなわち初期濃度が下限濃度よりも低い)場合、補給対象色に対応する画像形成部ユニット２２の現像器(現像容器)４４内に貯留されている現像剤は、その現像性能が標準値よりも大幅に低いと判断できる。そして、現像剤の現像性能が低い場合、現像器(現像容器)４４内へのトナーの補給を繰り返しても基準画像の濃度が上昇しにくいことで、現像器(現像容器)４４内のトナー濃度が過大になり易い。

このため、ステップ１３８の判定が肯定された場合はステップ１４０へ移行し、トナー累積補給量の下限値については先の(２)式に従って演算する一方、トナー累積補給量の上限値については、ステップ１２８で記憶部７０から読み出した累積画像密度及び初期濃度検出値を次の(３)式に代入して演算した後に、ステップ１４６へ移行する。
トナー累積補給量上限値＝累積画像密度×補給量上限傾き
×(１−(初期濃度検出値−上限基準値Ｂ)×係数Ｃ)＋定数 …(３)
図６には、累積画像密度の変化に対する、上記の(３)式で算出されるトナー累積補給量上限値の変化の一例を「稼働開始初期の上限」と表記して示す。

一例として、累積画像密度＝100000(参考までに、Ａ４ベタ画像の画像密度＝2000)、補給量上限傾き＝18/100、定数＝200とすると、先の(１)式に従ってトナー累積補給量上限値を演算した場合は、
トナー累積補給量上限値＝100000×(18/100)-200＝17800(ｍ秒)
となるが(このトナー累積補給量上限値は現像剤補給部材５４の回転駆動時間の累積値の上限値を表している)、同じ条件で初期濃度検出値＝1.7(Ｖ)、上限基準値Ｂ＝1.4(Ｖ)、係数Ｃ＝0.8であったとすると、(３)式に従ってトナー累積補給量上限値を演算した場合は、
トナー累積補給量上限値＝100000×(18/100)×(1-(1.7-1.4)×0.8)-200＝13480(ｍ秒)
となり、トナー累積補給量上限値が小さくされることでトナー累積補給量の許容範囲が狭くされることになる。

また、初期濃度検出値が下限基準値Ｄよりも低い(すなわち初期濃度が上限濃度よりも高い)場合、補給対象色に対応する画像形成部ユニット２２の現像器(現像容器)４４内に貯留されている現像剤は、その現像性能が標準値よりも大幅に高いと判断できる。そして、現像剤の現像性能が高い場合、現像器(現像容器)４４内へのトナーの補給を抑制しても基準画像の濃度が低下しにくいことで、現像器(現像容器)４４内のトナー濃度が過小になり易い。このため、先のステップ１３２の判定が肯定された場合はステップ１４２へ移行し、トナー累積補給量の上限値については先の(１)式に従って演算する一方、トナー累積補給量の下限値については、ステップ１２８で記憶部７０から読み出した累積画像密度及び初期濃度検出値を次の(４)式に代入して演算した後に、ステップ１４６へ移行する。
トナー累積補給量下限値＝累積画像密度×補給量下限傾き
×(１−(初期濃度検出値−下限基準値Ｄ)×係数Ｅ)＋定数 …(４)
図６には、累積画像密度の変化に対する、上記の(４)式で算出されるトナー累積補給量下限値の変化の一例を「稼働開始初期の下限」と表記して示す。

一例として、累積画像密度＝100000、補給量下限傾き＝12/100、定数＝3500とすると、先の(２)式に従ってトナー累積補給量下限値を演算した場合は、
トナー累積補給量下限値＝100000×(12/100)-3500＝8500(ｍ秒)
となるが(このトナー累積補給量下限値は現像剤補給部材５４の回転駆動時間の累積値の下限値を表している)、同じ条件で初期濃度検出値＝0.7(Ｖ)、下限基準値Ｂ＝0.9(Ｖ)、係数Ｅ＝0.95であったとすると、(４)式に従ってトナー累積補給量下限値を演算した場合は、
トナー累積補給量下限値＝100000×(12/100)×(1-(0.7-0.9)×0.95)-3500＝10780(ｍ秒)
となり、トナー累積補給量下限値が大きくされることでトナー累積補給量の許容範囲が狭くされることになる。

なお、初期濃度検出値が下限基準値Ｄ以上でかつ上限基準値Ｂ以下の場合は、補給対象色に対応する画像形成部ユニット２２の現像器(現像容器)４４内に貯留されている現像剤の現像性能は基準範囲内と判断できるので、ステップ１３２の判定が否定され、かつステップ１３８の判定も否定された場合は前述のステップ１４４へ移行し、先の(１),(２)式に従ってトナー累積補給量の上限値及び下限値を各々演算する。

上記のようにしてステップ１４０又はステップ１４２又はステップ１４４でトナー累積補給量の上限値及び下限値を演算すると、ステップ１４６において、ステップ１２８で記憶部７０から読み出したトナー累積補給量に、先のステップ１２６で演算した今回のトナー補給量を加算した値が、上記で演算したトナー累積補給量の上限値から下限値の範囲内か否か判定する。

この判定が肯定された場合はステップ１５０へ移行するが、ステップ１４６の判定が否定された場合はステップ１４８へ移行し、トナー累積補給量に今回のトナー補給量を加算した値が、トナー累積補給量の上限値又は下限値に一致するようにトナー補給量を補正する。具体的には、トナー累積補給量に今回のトナー補給量を加算した値がトナー累積補給量の上限値よりも大きい場合には、今回のトナー補給量を、トナー累積補給量の上限値からトナー累積補給量を減算した値に設定し、トナー累積補給量に今回のトナー補給量を加算した値がトナー累積補給量の下限値よりも小さい場合には、今回のトナー補給量を、トナー累積補給量の下限値からトナー累積補給量を減算した値に設定する。

そしてステップ１５０では、補給対象色に対応する画像形成部ユニット２２において、補給用現像剤容器４６に貯留されているトナーが、上記で決定した今回のトナー補給量だけ現像器(現像容器)４４へ補給されるように、現像剤補給部材５４を今回のトナー補給量に対応する時間だけ回転駆動させる。またステップ１５２では、補給対象色に対応する画像形成部ユニット２２の記憶部７０に記憶されている累積トナー補給量を、当該累積トナー補給量に今回のトナー補給量を加算した値で上書きして記憶させる。

次のステップ１５４では、上述した処理をＹ,Ｍ,Ｃ,Ｋ全色について行ったか否か判定する。判定が否定された場合はステップ１２０へ戻り、ステップ１５４の判定が肯定される迄ステップ１２０〜ステップ１５４を繰り返す。そして、上述した処理をＹ,Ｍ,Ｃ,Ｋ全色について行うと、ステップ１５４の判定が肯定されてトナー補給処理を終了する。

ところで、上述した処理では累積画像密度を用いて累積トナー消費量を推定しているものの、電子写真方式で形成した画像はドットを形成しない画素にも視認できない程度にトナーが付着しているので、画像密度の低い画像の形成では実際のトナー消費量が画像密度と相違しており(例えば画像密度が１％の画像を形成した際のトナー消費量はベタ画像の３〜４％程度に達する)、画像密度の低い画像の形成が連続した場合や、形成画像の殆どが画像密度の低い画像であった場合、画像密度と実際のトナー消費量との相違が誤差として蓄積されることで、現像器(現像容器)４４内の現像剤のトナー濃度が過小となることも考えられる。

このため、図５のトナー補給処理では、累積印刷枚数が一定値Ｇ以上となることでステップ１３４の判定が肯定された場合はステップ１３６へ移行し、過去Ｇ(例えばＧ＝200)枚の印刷での平均画像密度(＝累積画像密度／累積印刷枚数)が基準値Ｆ(例えばＦ＝20)よりも小さいか否かを判定する。なお、例えばＡ４ベタ画像の画像密度は2000であるので、基準値Ｆ＝20であれば平均画像密度が１％よりも低いか否かを判定している。この判定が否定された場合はステップ１３８へ移行するが、判定が肯定された場合はステップ１４４へ移行し、先の(１),(２)式に従ってトナー累積補給量の上限値及び下限値を各々演算する。これにより、現像器(現像容器)４４内の現像剤のトナー濃度が過小となることが回避される。

また、ステップ１３６の判定が一旦肯定された場合にも、平均画像密度が基準値Ｆ以上になれば、累積画像密度の値が大きくなることで、画像密度と実際のトナー消費量との相違が累積画像密度に誤差として及ぼす影響が相対的に小さくなるので、ステップ１３６の判定が否定されてステップ１３８へ移行し、初期濃度検出値が上限基準値Ｂより大きければ、先の(３)式に従って演算したトナー累積補給量上限値が再度用いられることになる。

なお、上記ではトナー補給処理のステップ１２６において、基準画像の濃度検出値に基づいてトナー補給量を演算する例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば画像形成を行った画像の画像密度に応じて最小限のトナー補給量を演算して第１のトナー補給を行うと共に、定期的に基準画像を形成して濃度を検出し、基準画像の濃度検出値に基づき第１のトナー補給を補足するトナー補給量を演算して第２のトナー補給を行うようにしてもよい。この場合、トナー累積補給量の上限値及び下限値の演算に用いるトナー累積補給量としては、第１のトナー補給でのトナー累積補給量と第２のトナー補給でのトナー累積補給量を合算した値を用いればよい。

また、上記では現像器(現像容器)４４を含む画像形成部ユニット２２を画像形成装置１０に対して着脱自在とした構成を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、現像器(現像容器)、或いは現像器(現像容器)を含む画像形成部ユニットが着脱自在ではない構成に適用することも可能であることは言うまでもない。

また、上記では画像形成部ユニット２２が４個設けられ、カラー画像を形成可能な画像形成装置１０に本発明を適用した態様を説明したが、これに限られるものではなく、本発明に係る画像形成装置は単色の画像のみ形成可能な構成であってもよいし、複写機としての機能やファクシミリ装置としての機能を兼ね備えた構成であってもよい。

また、上記では本発明に係る現像剤補給量決定プログラムの一例である初期濃度検知プログラム及びトナー補給プログラムが制御部６０の記憶部６０Ｃに予め記憶(インストール)されている態様を説明したが、本発明に係る現像剤補給量決定プログラムはＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録されている形態で提供することも可能である。

１０ 画像形成装置
２２ 画像形成部ユニット
４４ 現像器(現像容器)
４６ 補給用現像剤容器
５０ 現像ローラ
５４ 現像剤補給部材
６０ 制御部
７０ 記憶部

Claims (7)

1. トナーとキャリアから成り現像容器内に貯留された二成分現像剤によって画像を現像する現像器と、
   少なくとも、前記現像器により現像されて前記濃度検出手段によって検出された基準画像の濃度に基づいて、前記現像容器内への現像剤補給量を演算する演算手段と、
   現像剤補給量の累積値が、前記現像器により現像された画像の画像密度の累積値の変化に対する傾きの範囲で規定される許容範囲内となるように、前記演算手段によって演算された現像剤補給量を補正すると共に、前記現像器の稼働開始当初に前記現像器により現像されて前記濃度検出手段によって検出された前記基準画像の初期濃度が基準範囲外の場合に、前記現像器の稼働開始初期における前記許容範囲の前記傾きの範囲を、以降の期間における前記許容範囲の前記傾きの範囲よりも狭くする補正手段と、
   を含む画像形成装置。
2. 前記補正手段は、前記基準画像の前記初期濃度が前記基準範囲の下限濃度よりも低い場合に、前記現像器の稼働開始初期における前記許容範囲を規定する前記傾きの範囲のうち上限に相当する傾きを、前記初期濃度と前記下限濃度との差に応じて小さくすることで、前記現像器の稼働開始初期における前記許容範囲の前記傾きの範囲を、以降の期間における前記許容範囲の前記傾きの範囲よりも狭くする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記補正手段は、前記基準画像の前記初期濃度が前記基準範囲の上限濃度よりも高い場合に、前記現像器の稼働開始初期における前記許容範囲を規定する前記傾きの範囲のうち下限に相当する傾きを、前記初期濃度と前記上限濃度との差に応じて大きくすることで、前記現像器の稼働開始初期における前記許容範囲の前記傾きの範囲を、以降の期間における前記許容範囲の前記傾きの範囲よりも狭くする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記補正手段は、前記現像器の稼働開始初期における前記許容範囲を規定する前記傾きの範囲のうち上限に相当する傾きを、前記初期濃度と前記下限濃度との差に応じて小さくした後に、前記現像器によって現像された画像の平均画像密度が基準値未満となった場合には、前記初期濃度と前記下限濃度との差に応じて小さくした前記上限に相当する傾きを元に戻す請求項２記載の画像形成装置。
5. 前記補正手段は、前記初期濃度と前記下限濃度との差に応じて小さくした前記上限に相当する傾きを元に戻した後に、前記現像器によって現像された画像の平均画像密度が基準値以上になった場合には、上限に相当する傾きを、前記初期濃度と前記下限濃度との差に応じて再度小さくする請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記現像容器及び前記現像器を含むユニットは前記画像形成装置に対して着脱可能とされ、前記ユニットには情報を記憶可能な記憶手段が付加されており、
   前記補正手段は、少なくとも、前記基準画像の初期濃度、前記現像剤補給量の累積値、前記画像密度の累積値、及び、前記現像器が稼働開始初期か否かを判断可能な情報を前記記憶手段に前記記憶手段に記憶させる請求項１〜請求項５の何れか１項記載の画像形成装置。
7. トナーとキャリアから成り現像容器内に貯留された二成分現像剤によって画像を現像する現像器を備えた画像形成装置に内蔵されたコンピュータを、
   少なくとも、前記現像器により現像されて前記濃度検出手段によって検出された基準画像の濃度に基づいて、前記現像容器内への現像剤補給量を演算する演算手段、
   及び、現像剤補給量の累積値が、前記現像器により現像された画像の画像密度の累積値の変化に対する傾きの範囲で規定される許容範囲内となるように、前記演算手段によって演算された現像剤補給量を補正すると共に、前記現像器の稼働開始当初に前記現像器により現像されて前記濃度検出手段によって検出された前記基準画像の初期濃度が基準範囲外の場合に、前記現像器の稼働開始初期における前記許容範囲の前記傾きの範囲を、以降の期間における前記許容範囲の前記傾きの範囲よりも狭くする補正手段
   として機能させるための現像剤補給量決定プログラム。

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