JP2017090813A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤が劣化し易い状況でも、現像容器内の現像剤の入れ替わりにかかる時間を短くして、現像剤の凝集度が上がることを抑制できる構成を提供する。【解決手段】過去１００枚の平均画像Ｄｕｔｙを算出する。算出した平均画像Ｄｕｔｙから必要と予測される現像容器内のトナー量を算出する。そして、現像容器内のトナー量がそのトナー量となるように、トナー量を検知するトナーセンサの閾値を変更する。即ち、平均画像Ｄｕｔｙが第１の画像Ｄｕｔｙの場合には、現像容器内のトナー量が第１の量になるようにトナーの補給制御を行う。平均画像Ｄｕｔｙが第１の画像Ｄｕｔｙよりも小さい第２の画像Ｄｕｔｙの場合には、現像容器内のトナー量が第１の量よりも少ない第２の量になるようにトナーの補給制御を行う。【選択図】図１１

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ、これらの複数の機能を有する複合機などの画像形成装置に関する。

電子写真方式などの画像形成装置では、感光ドラム（像担持体）に形成した静電潜像を現像装置により現像して、トナー像として顕像化する。したがって、画像形成を繰り返すと現像装置の現像容器内のトナー（現像剤）が消費されていく。このため、例えば、現像容器内にトナーを検知するためのトナーセンサを配置して、トナーセンサの信号電圧が所定値以下の状態が所定時間（閾値）続く場合に、現像容器にトナー補給する構成が提案されている（例えば、特許文献１）。

ここで、累積の画像形成回数が増加するにつれて、現像容器内のトナーの凝集度が上がり、現像容器内にトナーがあってもトナーセンサがトナー無しであると誤検知する確率が高くなる。このため、特許文献１では、累積の画像形成回数の増加に応じてトナーセンサの閾値を変更している。具体的には、トナーセンサがトナー無しであることを検知している時間が閾値時間以上続いた場合にトナー補給を開始する構成において、累積の画像形成回数が増加するにつれて、補給が開始されにくくするように閾値時間を長く設定している。

特開２００４−２０６０１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成の場合、累積の画像形成回数の増加に応じてトナーセンサの閾値を変更しているが、現像剤が現像容器内に長く滞留して劣化した場合、この構成だけでは十分に現像剤の凝集度の上昇を抑制できない恐れがある。例えば、画像比率が小さい画像を連続して形成した場合、現像剤の消費量が少ないため、現像容器内の現像剤が入れ替わるためにかかる時間が長くなる。このため、現像容器内に現像剤が長く滞留することで現像剤が劣化して凝集度が上がってしまう。

本発明は、このような事情に鑑み、現像剤が劣化し易い状況でも、現像容器内の現像剤の入れ替わりにかかる時間を短くして、現像剤の凝集度が上がることを抑制できる構成を提供することを目的とする。

本発明は、像担持体と、現像剤が収容された現像容器と、前記現像容器内の現像剤を検知する現像剤検知手段とを有し、前記像担持体に形成された静電潜像を、トナーを含む１成分現像剤により現像する現像装置と、前記現像剤検知手段の検知結果に応じて前記現像容器に現像剤を補給する現像剤補給手段と、所定の画像形成時間に対して使用される現像剤量に関する値が第１の値の場合に前記現像容器内の現像剤の量が第１の量になるように、前記現像剤量に関する値が前記第１の値よりも小さい第２の値の場合に前記現像容器内の現像剤の量が前記第１の量よりも少ない第２の量になるように、前記現像剤補給手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置にある。

また、本発明は、像担持体と、現像剤が収容された現像容器と、前記現像容器内の現像剤を検知する現像剤検知手段とを有し、前記像担持体に形成された静電潜像を現像剤により現像する現像装置と、前記現像剤検知手段の検知結果に応じて前記現像容器に現像剤を補給する現像剤補給手段と、前記現像剤補給手段を制御して、前記現像容器内の現像剤の劣化状況に応じて前記現像容器内の現像剤の量を変更する制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置にある。

本発明によれば、現像剤が劣化し易い状況でも、現像容器内の現像剤の入れ替わりにかかる時間を短くして、現像剤の凝集度が上がることを抑制できる。

第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成断面図。 第１の実施形態に係る現像装置の概略構成断面図。 第１の実施形態に係る現像装置のトナーセンサ近傍の概略断面図。 第１の実施形態に係る画像形成装置の制御ブロック図。 （Ａ）中間調の画像を説明する模式図、（Ｂ）画素のドットのスクリーンパターンの３例を示す図。 第１の実施形態に係るトナー補給の制御フローを示すフローチャート。 トナーセンサの出力の一例を示す図。 累積の画像形成回数とトナーの凝集度との関係を示す図。 画像比率とトナーの凝集度との関係を示す図。 画像Ｄｕｔｙとトナー消費量との関係を示す図。 第１の実施形態に係るトナーセンサの閾値変更のフローチャート。 画像Ｄｕｔｙと現像容器内の現像剤量との関係を示す図。 第１の実施形態に係る現像容器内の現像剤量とトナーセンサの閾値との関係を示す図。 現像容器内の現像剤の滞留時間とトナーの凝集度との関係を示す図。 第２の実施形態に係る画像形成装置の概略構成断面図。 第３の実施形態に係る現像装置の温度とトナーの凝集度との関係を示す図。 第３の実施形態に係るトナー補給の制御フローを示すフローチャート。 第３の実施形態に係る定着装置の設定温度と下限トナー量との関係を示す図。 第４の実施形態に係るトナー補給の制御フローを示すフローチャート。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態について、図１ないし図１４を用いて説明する。まず、本実施形態の画像形成装置の概略構成について、図１を用いて説明する。

＜画像形成装置＞
本実施形態の画像形成装置１００は、例えば、白黒画像をＡ４サイズ横の用紙などのシート（記録材）ｍに最大１００ｐａｇｅ／ｍｉｎの速度で連続画像形成可能な機能複合型プリンタである。

画像形成装置１００は、像担持体としての感光ドラム（感光体）１を有する。感光ドラム１は、図１の時計方向に回転駆動される。感光ドラム１の表面は、一次帯電装置２により一様に帯電される。次いで、露光装置としてのレーザスキャナ３によって感光ドラム１の表面を画像情報に応じて露光することで、感光ドラム１の表面に静電潜像を形成する。感光ドラム１の表面に形成された静電潜像は、現像装置４によってトナー（現像剤）で現像され、感光ドラム１の表面にトナー像が形成される。画像形成により消費されたトナーは、トナー補給装置９から現像装置４に補給される。

このように形成されたトナー像は、シートｍが感光ドラム１と転写装置５との間に搬送される際に、転写バイアスを印加することでシートｍに転写される。トナー像が転写されたシートｍは、加熱装置としての定着装置６によって、加圧、加熱され、シートｍにトナー像が定着される。これにより画像形成が完了し、トナー像が定着されたシートが外部に排出される。転写後に感光ドラム１上に残った一部のトナーは清掃装置であるクリーニング装置7により除去され、次の画像形成に備える。

＜現像装置＞
現像装置４について、図２及び図３を用いて説明する。現像装置４は、粉体の現像剤（トナー）が収容された現像容器４０を有する。本実施形態では、現像剤は磁性を有するトナーを含む一成分現像剤であり、現像容器４０には、その使用開始状態において、約２５０ｇの磁性を有する一成分トナーが収容されている。

現像容器４０は、ガラス繊維入りの樹脂などで形成され、感光ドラム１と対向する位置に開口部を有する。開口部には円筒状のトナー担持部材４１を回転自在に支持している。トナー担持部材４１は、矢印Ａ方向に回転駆動される。トナー担持部材４１の内部には、永久磁石４２が固定配置されている。現像容器４０内のトナーは、永久磁石の磁気吸引力によりトナー担持部材４１上に担持される。

トナー担持部材４１に担持されたトナー層は、トナー担持部材４１の外周面に所定の隙間を介して対向配置された規制ブレード４３により所定の層厚に規制されて、感光ドラム１と対向する位置に搬送される。トナー担持部材４１は感光ドラム１と所定の間隔を設けて配置され、トナー担持部材４１と感光ドラム１との間に現像バイアスを印加することで、トナー担持部材４１上のトナーを感光ドラム１上の静電潜像に対して飛翔させる。これにより、画像情報に応じたトナー像を感光ドラム１上に形成する。

一方、現像容器４０内には、梯子の形状をした複数の攪拌搬送部材４４が配置されている。複数の攪拌搬送部材４４は、それぞれ回転することで、後述するトナー補給装置９から現像容器４０内に補給されたトナーを攪拌しながらトナー担持部材４１の方向に搬送する。また、現像容器４０内には、現像容器４０内（現像容器内）のトナーを検知する現像剤検知手段としてのトナーセンサ４５が配置されている。トナーセンサ４５は、圧電素子と、圧電素子の振動を電圧に変換する電気回路とを含むように構成され、現像容器内のトナーの量に応じて信号を出力する。

本実施形態では、図３に示すように、トナーセンサ４５は、現像容器４０の底面から所定の高さ位置で現像容器４０の壁４０ｓに設けられており、検知面４５ａを現像容器４０内に露出させている。そして、現像容器４０内のトナーの剤面が所定の高さ以上であるか否かを検知することができる。即ち、トナーセンサ４５は、現像容器内のトナーの残量を検知可能である。なお、攪拌搬送部材４４は、壁４０ｓの面に沿って回転する清掃部材４４ａが固定されており、攪拌搬送部材４４の回転に伴い清掃部材４４ａが回転することでトナーセンサ４５の検知面４５ａに付着したトナーを除去できるようになっている。

＜トナー補給装置＞
トナー補給装置９は、トナーカートリッジ９１、バッファ部９２、現像剤補給手段としてのトナー補給ローラ９３などを備える。トナーカートリッジ９１にはトナーが収容されており、トナーカートリッジ９１のトナーは、バッファ部９２に一時蓄えられる。バッファ部９２に蓄えられたトナーは、トナー補給ローラ９３が回転することで、現像容器４０内に補給される。トナー補給ローラ９３は、詳しくは後述するように、トナーセンサ４５の検知結果に応じて駆動される。

＜画像形成装置の制御＞
次に、上述のように構成される画像形成装置の具体的な制御について説明する。図４に示すように、画像形成装置１００の制御手段としての制御装置８１は、画像形成装置１００内の各部の制御を行う。本実施形態では、制御装置８１は、画像形成装置１００に接続されたパーソナルコンピュータ等の端末装置８２等からの画像形成開始命令（画像形成ジョブのスタート）を受信する。制御装置８１は、受信後、不図示のモータ（駆動源）により感光ドラム１を、例えば５００ｍｍ／ｓの周速度（プロセススピード）で回転させる。また、不図示の電源により一次帯電装置２にバイアスを印加し、感光ドラム１の表面を例えば＋５００Ｖの電位に一様に帯電する。

次いで、制御装置８１は、レーザスキャナ３に静電潜像を形成するためのレーザを発光させる。静電潜像は、感光ドラム１の軸方向及び回転方向に各６００ｄｐｉの解像度で形成する。

ここで、中間調の入力画像は、図５（ａ）に示すように、多値のドットを所定のスクリーンパターンで配置して構成する。具体的には、４ドット×４ドットの単位面積内に所定のスクリーンパターンに基づいて多値のドットを配置した画素Ｇｉによって構成されている。露光に用いるレーザの強度は一定であるが、各画素位置での照射時間が長くなるほど静電像の電位が低下しより多量のトナーが付着する。即ち、各画素位置における１画素あたりのレーザの露光時間が長いほど出力されるドットの画像濃度が高くなり、静電潜像のドットの面積と深さとの組み合わせで現像ドットの階調が複数段階に設定される。

画素Ｇｉの階調は、スクリーンパターンの１６とおりの面積階調と各ドットの１６とおりの階調との組み合わせで２５６段階が設定され、図５（ｂ）では、これを００ＨからＦＦＨまでの１６進数２桁で表示している。００Ｈ部が最も濃度が低い白部となり、ＦＦＨ部が最も濃度が高い黒部となる。なお、ＦＦＨ部の電位は１５０〜２００Ｖである。

また、制御装置８１は、現像装置４のトナー担持部材４１は矢印Ａ方向に、例えば６００ｍｍ／ｓの周速度で回転させ、攪拌搬送部材４４は、例えば３０ｒｐｍの速度で回転させる。また、制御装置８１は、不図示の電源によりトナー担持部材４１と感光ドラム１の間に平均電位３５０〜４００Ｖ、振幅１３００Ｖ、周波数２４００Ｈｚの矩形電圧を現像バイアスとして印加する。これにより、感光ドラム１上の静電潜像がトナーにより現像される。

このような画像形成動作の繰り返しにより、現像容器４０内のトナーが消費される。したがって、現像容器４０内のトナーの残量をトナーセンサ４５により検知し、検知されたトナー量が一定値を下回ったときに、制御装置８１がトナー補給モータ８５を駆動する。トナー補給モータ８５はトナー補給ローラ９３に接続されており、トナー補給モータ８５の駆動によりトナー補給ローラ９３が回転して、バッファ部９２内部のトナーが現像容器４０へ補給される。この動作を繰り返すことで現像容器４０内部のトナー量は一定に保たれる。補給動作を行ってもトナー量が一定値に戻らない場合には、トナーカートリッジ９１が空になったと判断し、制御装置８１はユーザなどにトナーカートリッジ９１を新品に交換するように指示を出す。

＜トナー補給制御＞
ここで、本実施形態の現像容器４０へのトナー補給制御について、図６のフローに沿って詳しく説明する。ユーザの画像形成ジョブのスタートと同時にトナーセンサ４５の検知を開始する（Ｓ１）。トナーセンサ４５の圧電素子は振動に応じた信号Ｓを出力する。続いて画像形成を開始する（Ｓ２）。画像形成の繰り返しにより、現像容器内のトナーが消費されていく。信号Ｓの電圧が所定値以下である時間（ＴＬ）が予め設定された低電圧閾値時間（ＴＬｔ）未満（ＴＬ＜ＴＬｔ）であるか否かを判断する（Ｓ３）。この状態のままジョブが終了する場合（Ｓ７）は補給することなくジョブを終了とする（Ｓ８）。

ジョブが終了しない場合はジョブが終了するまでトナー補給が必要かの判断（Ｓ３）を繰り返す。Ｓ３で、信号Ｓの電圧がＴＬ≧ＴＬｔとなった場合には現像容器４０内のトナーが不足していると判断し、トナー補給ローラ９３を回転させることでトナー補給を開始する（Ｓ４）。信号Ｓの電圧が別の所定値以上の時間（ＴＨ）が予め設定された高電圧閾値時間（ＴＨｔ）以上であるか否かを判断する（Ｓ５）。信号Ｓの電圧がＴＨ≧ＴＨｔとなった場合には、即ち、信号Ｓの電圧が別の所定値以上の状態が高電圧閾値時間（ＴＨｔ）以上継続すると、現像容器４０内のトナーが充足したと判断してトナー補給を停止する（Ｓ６）。ここでジョブが終了でない場合は再び補給開始が必要かの判断に戻る（Ｓ３）。

より具体的に説明する。本実施形態では、トナーセンサ４５の圧電素子は振動に応じた信号Ｓを０．１ｓ毎に出力する。信号Ｓの電圧が１Ｖ（所定値）以下の状態が予め設定された低電圧閾値時間（ＴＬｔ＝１．５ｓｅｃ）未満（ＴＬ＜ＴＬｔ）のまま（Ｓ３）ジョブが終了する場合（Ｓ７）は、補給することなくジョブを終了とする（Ｓ８）。信号Ｓの電圧が２．５Ｖ（別の所定値）以上の状態が予め設定された高電圧閾値時間（ＴＨｔ＝０．６ｓｅｃ）以上継続すると（Ｓ５）、トナー充足と判断してトナー補給を停止する（Ｓ６）。

ここで、図７にトナーセンサの信号Ｓの一例を示す。図７では、信号値Ｓに変換される前のトナーセンサ４５の検知電圧を記す。実際にはこの電圧をＡ／Ｄ変換した値が、信号Ｓとして制御装置８１へ通知される。そして、制御装置８１は、信号Ｓに基づいて、例えば次のようにトナーの補給制御を行う。

まず、信号Ｓの電圧が所定値以下である期間を低電圧期間、信号Ｓの電圧が別の所定値以上である期間を高電圧期間とする。第１の高電圧期間（ＴＨ１）では、その前にトナー補給を開始していないため、そのままの状態を継続する。第１の低電圧期間（ＴＬ１）は、１．５ｓであり、ＴＬ１≧ＴＬｔ（＝１．５ｓ）を満たすので、現像容器内のトナーが不足しているとして、トナーの補給を開始する。第２の高電圧期間（ＴＨ２）は、０．６ｓであり、ＴＨ２≧ＴＨｔ（＝０．６ｓ）を満たすので、現像容器内のトナーが充足したとして、トナー補給を停止する。第２の低電圧期間（ＴＬ２）は、１．４ｓであり、ＴＬ２＜ＴＬｔなので、トナー補給は停止したままとする。第３の高電圧期間（ＴＨ３）では、その前にトナー補給を開始していないため、そのままの状態を継続する。本実施形態では、以上のようなフローでトナー補給工程を繰り返すことで、現像容器内のトナー量を所定の量に維持するようにしている。

しかしながら、図８に示すように、このような制御だけでは、累積の画像形成回数（Ｎｉｄｅｖ）が増加するにつれて、現像容器４０内のトナーは、凝集度があがっていた。凝集度が上昇すると、トナーセンサ４５近傍のトナー粒子間に空洞が生じやすくなり、トナーセンサ４５がトナー無しであると誤検知する確率が高くなる。その結果、トナー補給頻度が増えて現像容器４０内のトナー量（Ｍｄ）が増加し（補給過剰となり）、現像容器４０内のトナーを攪拌する攪拌搬送部材４４の駆動トルクが増加する。この結果、画像形成装置が緊急停止する恐れがある。

逆に、トナーの凝集度上昇によりトナーがトナーセンサ４５に付着して、攪拌搬送部材４４の軸に取り付けられた清掃部材４４ａでも除去不能となったり、清掃部材４４ａが破損する恐れがある。この結果、トナーセンサ４５が、トナーが不足している状態であってもトナー有りと誤検知して補給不足を引き起こす恐れもある。

そこで、特許文献１では、累積の画像形成回数（Ｎｉｄｅｖ）が増加するにつれて、トナーセンサの閾値を変更することで、現像容器内におけるトナー量の増加を抑制している。但し、前述したように、特許文献１に記載の構成では、現像容器内に現像剤が長く滞留することで現像剤が劣化して凝集度が上がってしまうと言う課題がある。例えば、図９に示すように、出力画像の画像比率が低い場合に、凝集度が補給異常レベルまで上昇してしまうことがあった。

＜凝集度＞
ここで、凝集度について説明する。凝集度はトナーの集まりやすさを示す指数である。この凝集度が上昇する原因は、トナー担持部材４１や攪拌搬送部材４４によってトナーが機械的なストレスを受け、トナーの流動化剤がトナーのバインダに埋め込まれるからと考えられている。このような凝集度は、例えば以下のような方法で測定することが可能である。

測定装置は、ホソカワミクロン社製パウダーテスタＰＴ−Ｄ型（商標）である。測定は次のように行う。まず、測定装置の振動台の上に、３種類のふるいを重ねてセットする。３種類のふるいは、上から順に、ふるい目が７５μｍの２００メッシュのふるい、ふるい目が３８μｍの３９０メッシュのふるい、ふるい目が２５μｍの６３５メッシュのふるいである。これらを振動台の上にセットして、５ｇのトナーを、２３℃、５０％の環境下で一晩エージングしたものを、１５ｓｅｃ間、振幅０．６ｍｍの振動を振動台に与えて、それぞれのふるいに残ったトナーを測定し、下記式を用いて、凝集度を算出する。
ふるい目７５μｍのふるいに残ったトナーの質量％×１ ・・・・（ａ）
ふるい目３８μｍのふるいに残ったトナーの質量％×０．６・・・・（ｂ）
ふるい目２５μｍのふるいに残ったトナーの質量％×０．２・・・・（ｃ）
凝集度＝（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ） （％）
検討では、凝集度が３０％以上の場合にトナー補給に異常が発生しやすいことがわかっている。

＜トナーの入れ替わり＞
次に、現像容器４０内のトナーが入れ替わる時間について説明する。図１０に画像Ｄｕｔｙ（画像比率）に対するトナー消費量の関係図を示す。電子写真方式の画像形成装置では、この関係は、図１０のように、やや上凸の傾向があるものが一般的である。ここで、画像Ｄｕｔｙとは、Ａ４サイズの全面白画像の画像Ｄｕｔｙが０％、Ａ４サイズの全面黒画像の画像Ｄｕｔｙが１００％であるとしたときの、その出力画像パタンの印字部比率である。Ａ４サイズの一般的な全面文字文書の画像Ｄｕｔｙは５％程度である。標準的な画像である画像Ｄｕｔｙ５％原稿１枚当たりのトナー消費量は、本実施形態の画像形成装置１００では５０ｍｇである。１分間でのトナー消費量は５ｇ（５０ｍｇ×１００ｐａｇｅ／ｍｉｎ）。現像容器内のトナー量は２５０ｇであるから、トナーが補給された順に消費されるとして、現像容器内のトナーが入れ替わる時間は、画像Ｄｕｔｙ５％の画像形成で、５０ｍｉｎ（２５０ｇ÷ ５ｇ／ｍｉｎ）となる。

しかしながら、例えば画像Ｄｕｔｙが１％になると１枚あたりのトナー消費量は、画像Ｄｕｔｙ５％の約１／５（１０ｍｇ）になるため、現像容器内のトナーが入れ替わりにかかる時間は、５倍の２５０ｍｉｎとなる。現像容器内のトナーが入れ替わる時間が長いと言うことは、現像容器内でトナーが滞留している時間が長いと言うことである。現像容器内でトナーが滞留している時間が長いと、トナー担持部材４１や攪拌搬送部材４４によってトナーが機械的なストレスを受ける時間も長くなり、トナーの凝集度が上がり易い。したがって、画像Ｄｕｔｙ（ηＰ）がわかれば現像容器４０内にトナーが滞留する時間を予測することが可能であり、その時間から現像容器内のトナーの劣化状況を示す凝集度を見積もることが可能である。

＜凝集度の上昇抑制＞
そこで、本実施形態では、以下に説明するように、現像容器内にトナーが滞留する時間をできるだけ抑制し、凝集度の上昇を軽減するようにしている。以下、図４を参照しつつ、図１１ないし図１４を用いて、本実施形態の凝集度の上昇抑制の構成について説明する。

本実施形態では、制御装置８１は、トナー補給ローラ９３を制御して、現像容器４０内のトナー（現像剤）の劣化状況に応じて現像容器４０内の現像剤の量を変更するようにしている。即ち、制御装置８１は、所定の画像形成時間に対して使用される現像剤量に関する値として、所定の画像形成枚数における平均画像比率を求める。そして、制御装置８１は、平均画像比率が第１の画像比率（第１の値）の場合に現像容器４０内のトナーの量が第１の値になるように、トナー補給ローラ９３を制御する（トナーの補給制御を行う）。一方、平均画像比率が第１の画像比率よりも小さい第２の画像比率（第２の値）の場合に現像容器４０内のトナーの量が第１の値よりも少ない第２の値になるように、トナー補給ローラ９３を制御する。

具体的には、以下のように行う、まず、過去１００枚（所定の画像形成枚数、所定の画像形成時間）の出力におけるシート１枚当たりのトナー消費量の平均値（平均画像Ｄｕｔｙ）を求める（Ｓ１１）。本実施形態では、画素数計測装置であるピクセルカウンタ８３（図４）で画像１ページに存在する全画素分累計した値を、その画像１ページのピクセルカウント（ＣＰ）として計測する。さらに、制御装置８１内に有する画像比率算出プログラムで、画像１ページ分の画像Ｄｕｔｙ（ηP）を算出する。即ち、画像１ページ分のピクセルカウントＣＰを、全面ＦＦＨ画素が占めるＡ４サイズの画像のピクセルカウント（Ｃｍａｘ）で除した数値を１０進数のパーセントに換算した値を画像１ページ分の画像Ｄｕｔｙ（ηP）として算出する。このように１枚毎に求められた過去１００枚の画像Ｄｕｔｙ（ηＰ）をメモリ８４（図４）に格納し、１枚ごとに制御装置８１にて平均画像Ｄｕｔｙ値（ηＰａｖｅ＝平均画像比率）を算出する。

次に、過去１００枚から求められた１枚当たりの平均画像Ｄｕｔｙ値（ηＰａｖｅ）から、必要と予測される現像容器４０内のトナー量を算出する（Ｓ１２）。メモリ８４には、図１２に示すような、画像Ｄｕｔｙに応じた現像容器４０内の必要トナー量のテーブルを有する。このテーブルから現像容器４０内の必要トナー量を算出する。

このテーブルは次のような観点で画像Ｄｕｔｙによって必要なトナー量を事前に求め、設定されたものである。まず、画像Ｄｕｔｙが高い画像（例えば画像Ｄｕｔｙ１００％の全面べた画像）を連続して出力するような場合には、トナー担持部材４１の裏に十分な量のトナーが存在することが求められる。ここで、トナー担持部材４１の裏とは、感光ドラム１と反対側で現像容器４０内の現像剤が供給される部分である。画像Ｄｕｔｙが高い画像の場合、トナー担持部材４１の裏に十分な量のトナーなければ、トナーの供給が追い付かず、画像が白く抜けてしまうような現象が発生してしまう。本実施形態の画像形成装置１００の場合には、白抜けせずに全面べた画像を出力するためには、現像容器内のトナー量は２５０ｇ必要である。

一方、画像Ｄｕｔｙが低い場合には、画像Ｄｕｔｙが高い場合と同様のトナー量は必要ない。特に低画像Ｄｕｔｙの場合にはトナー担持部材４１の一部がトナーに触れている程度で十分である。本実施形態の画像形成装置１００では、画像Ｄｕｔｙ１％の画像を出力する場合には、現像容器４０内のトナー量は１５０ｇで十分である。

次に、求められた必要と予測される現像容器４０内のトナー量からトナーセンサ４５の閾値を算出する（Ｓ１３）。図１３に示すテーブルは、現像容器４０内のトナー量とトナーセンサ４５の補給閾値（低電圧閾値時間ＴＬｔ）の関係を表すものであり、事前に検討によって求められたものである。例えば、現像容器４０内のトナー量が２５０ｇ（第１の量）、即ち、過去１００枚の平均画像Ｄｕｔｙが１００％（第１の画像比率）の場合には、低電圧期間（ＴＬ）が１．５ｓｅｃ以上であれば補給を開始する。即ち、低電圧閾値時間ＴＬｔを１．５ｓ（第１の閾値）に設定する。

一方、現像容器４０内のトナー量が１５０ｇ（第２の量）の場合、即ち、過去１００枚の平均画像Ｄｕｔｙが１％（第２の画像比率）の場合には、低電圧期間（ＴＬ）が１．８ｓｅｃ以上でなければ補給を開始しないようにする。即ち、低電圧閾値時間ＴＬｔを第１の閾値よりも大きい１．８ｓ（第２の閾値）に設定する。このように、平均画像Ｄｕｔｙが低い場合に、トナーセンサ４５の補給閾値を高くすることで、平均画像Ｄｕｔｙが高い場合よりも現像容器４０内のトナー量を減らすことができる。

以上のように、本実施形態では、所定の画像形成枚数の平均画像Ｄｕｔｙから現像容器４０内のトナー劣化状況（トナーが現像容器内で滞留する時間）を予測して、現像容器４０内のトナー量を変更している。そして、現像容器４０内のトナーの凝集度の上昇を抑制するようにしている。即ち、本実施形態の構成によれば、トナーが劣化し易い状況でも、現像容器４０内のトナーの入れ替わりにかかる時間を短くして、トナーの凝集度が上がることを抑制できる。

具体的には、平均画像Ｄｕｔｙが１％の場合、トナーの入れ替わりに要する時間が従来のままでは２５０ｍｉｎ（２５０ｇ÷１ｇ／ｍｉｎ）であったところ、本実施形態では、１５０ｍｉｎ（１５０ｇ÷１ｇ／ｍｉｎ）に抑えられる。その結果、図１４に示すように、平均画像Ｄｕｔｙが１％の場合、従来は凝集度が３５％まで上昇していたのに対して、本実施形態では凝集度が２６％でとどまっており、凝集度が３０％未満に抑制することが可能となった。

なお、本実施形態では、現像容器４０内のトナー量の制御をトナーセンサ４５の低電圧期間の変更のみで行っているが、高電圧期間を変更することで、現像容器内のトナー量を変更するようにしても良い。また、トナーセンサ４５として圧電素子を備えたものを用いたが、現像容器内の現像剤を検知するセンサとしては、光を照射してその反射光量により検知する光学センサや、インダクタンスセンサなどであっても良い。何れにしても、センサの閾値などを平均画像Ｄｕｔｙに応じて変更することで、現像容器内のトナー量を、予測した現像容器内のトナーの劣化状況に応じて変更する。

また、本実施形態では、現像容器内のトナーの劣化状況を予測するための平均画像Ｄｕｔｙを過去１００枚の画像形成から予測する場合について説明した。但し、その枚数（所定の画像形成枚数）は現像容器内のトナー量やトナーの凝集度の上昇の状態などから、その装置に応じて適宜設定されるものである。

更に、本実施形態では、所定の画像形成時間に対して使用される現像剤量に関する値として、所定の画像形成枚数に対する平均画像Ｄｕｔｙを用いた。但し、所定の画像形成時間は、所定の画像形成枚数以外に、例えば、現像装置４（トナー担持部材４１）の駆動時間などであっても良い。所定の画像形成時間に対して使用される現像剤量に関する値は、所定の画像形成時間のピクセルカウントの積算値又は平均値であっても良い。例えば、現像装置４の所定の駆動時間のピクセルカウントの積算値又は平均値を算出する。そして、この値が第１の値の場合に現像容器４０内のトナーの量が第１の量になるようにし、この値が第１の値よりも小さい第２の値の場合に現像容器４０内のトナーの量が第１の量よりも少ない第２の量になるようにしても良い。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態について、図１５を用いて説明する。画像形成装置では、連続画像形成時に連続するシートとシートとの間隔（シート間隔、紙間）を広げる場合がある。即ち、所定の条件を満たす場合に、シート間隔を所定の条件を満たさない場合に対して延長可能である。例えば、所定の条件として画像形成を行うシートを薄紙から厚紙に変更する場合、定着装置の温度を変更するために紙間を広げる場合がある。また、次述するように、所定の条件として画像形成後のシートに所定の処理を施す場合にシート間隔を広げる場合がある。本実施形態では、このようにシート間隔を広げた場合の制御について説明する。基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略し、以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

本実施形態の画像形成装置１００Ａは、感光ドラム１、一次帯電装置２、レーザスキャナ３、現像装置４、転写装置５、定着装置６、クリーニング装置７、トナー補給装置９などを有し、シートに画像を形成する画像形成部１０１を備える。画像形成部１０１の各部の構成は、第１の実施形態と同様である。また、画像形成装置１００Ａは、画像形成部１０１に加えて、処理装置１６０を備える。処理装置１６０は、画像形成部１０１による画像形成を停止させて、画像形成部で画像が形成されたシートに所定の処理を施す。具体的には、処理装置１６０は、画像形成部１０１が収容される装置本体１１０に接続され、装置本体１１０から排出されたシートを受け入れて、所定の処理を施す。所定の処理としては、ソート、ステイプル、パンチ、折りなどを行う。そして、所定の条件を満たす場合として、処理装置１６０によりステイプルなどの所定の処理を施す場合に、現像装置４を駆動した状態でシート間隔を、所定の条件を満たさない場合（処理装置１６０による処理がない通常の場合）に対して延長する。

次に、一例として、処理装置１６０により、ユーザが５枚のシートを１セットとしてステイプルを行い、これを３セット作成する指示を行った場合について説明する。画像形成部１０１で画像を形成したシートｍは、搬送経路１６１を介して逐次、処理装置１６０へ受け渡される。受け渡されたシートｍは、処理装置１６０のバッファ部１６２に逐次蓄えられ、５枚たまった時点で不図示のステイプラーでステイプルされて排出部１６３へ送られる。

この際、ステイプルを行う時間は、シート間隔の時間では足りない。本実施形態では、ステイプルを行う時間は、５００ｍｓｅｃであり、通常の場合のシート間隔の時間は、１８０ｍｓｅｃである。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、プロセススピードが５００ｍｍ／ｓｅｃ、１００ｐａｇｅ／ｍｉｎの速度で連続画像形成可能である。また、シート搬送方向のＡ４サイズのシートの長さは２１０ｍｍである。したがって、シート間隔は、（５００ｍｍ／ｓｅｃ×６０ｓｅｃ／ｍｉｎ÷１００ｐａｇｅ／ｍｉｎ−２１０ｍｍ／ｐａｇｅ）÷５００ｍｍ／ｓｅｃ＝０．１８ｓｅｃ＝１８０ｍｓｅｃとなる。

このため、制御装置８１（図４）は、予め５枚の画像形成を行った後、３２０ｍｓｅｃ（５００ｍｓｅｃ−１８０ｍｓｅｃ）次の画像形成を遅延させる。即ち、画像形成部１０１が５枚の画像形成を行った後、画像形成を停止させて、３２０ｍｓｅｃ後に画像形成を再開する。言い換えれば、シート間隔を３２０ｍｓｅｃ延長させる。これにより、ステイプル中に６枚目のシートｍがバッファ部１６２に入らないようにタイミングを調整している。同様に１０枚目の後にも画像形成を遅延させることで、紙詰まりなく５枚のステイプルのジョブを３セット完了させる。

このようにシート間隔を延長した３２０ｍｓｅｃのステイプルのための遅延時間中も現像装置４は駆動し続ける。したがって、その時間、現像容器４０内のトナーは、通常の場合よりも、トナー担持部材４１や攪拌搬送部材４４によってトナーが機械的なストレスを受けることになり、トナーが劣化し易くなって凝集度が上がり易くなる。

ここで、トナーの劣化を抑制するために、シート間隔の延長時に現像装置４を一度停止することも可能である。しかしながら、再度、現像装置４の駆動を開始してすぐに画像形成を行うと、回転停止または開始時にできるわずかなトナー担持部材４１上のトナー層の段差が画像に出ることがある。これを均すためには２〜３秒の前回転が必要になるため、過度な停止はユーザの待機時間増大やトナー劣化の促進を引き起こす。したがって、本実施形態では、シート間隔の時間がそれほど長くない場合には、現像装置４の駆動を続けるようにしている。具体的には、シート間隔が４ｓｅｃ以上の場合にのみ現像装置４を停止するようにしている。このため、上述のシート間隔が３２０ｍｓｅｃである場合には現像装置４は駆動したままとなる。

上述のジョブの場合、５、１０枚目の後の遅延時間中にも現像装置４は駆動しているため、画像が例えばＡ４のシートに対して２％の画像であったとしても、実質は９２０ｍｓｅｃで２９７ｍｍ×４．２ｍｍ相当のトナーを消費する画像相当となる。ここで、１００ｐａｇｅ／ｍｉｎの速度で連続画像形成するため、Ａ４のシート１枚当たりの画像形成時間、即ち、現像装置４の駆動時間は、６００ｍｓｅｃである。上述のように、シート間隔の延長時間が３２０ｍｓｅｃであるため、５枚目に５枚目の後のシート間隔の延長時間（ステイプルのための待機時間）を加味すると、９２０ｍｓｅｃの間、現像装置４が駆動している。一方、Ａ４シートのサイズは、シート搬送方向の長さが２１０ｍｍ、これに直交する方向の長さが２９７ｍｍである。このため、Ａ４のシートに対して２％の画像のシート搬送方向の長さは、４．２ｍｍ（２１０ｍｍ×２％）であり、その面積は、４．２ｍｍ×２９７ｍｍとなる。したがって、５枚目の画像形成時間とステイプルのための待機時間とを足した９２０ｍｓｅｃの間に、４．２ｍｍ×２９７ｍｍ相当のトナーが消費される。

上述のように、シート間隔であっても、トナー担持部材４１や攪拌搬送部材４４が回転してトナーが劣化する。そのため、本実施形態のようにシート間隔の時間が一定でない場合や、画像形成時時以外の現像装置４の駆動時間がトナーの劣化に対して無視できないような場合には、この時間を加味してトナーの劣化を予測することが好ましい。具体的には、現像装置４（トナー担持部材４１や攪拌搬送部材４４）が駆動している単位時間当たりの平均画像比率（平均画像Ｄｕｔｙ、トナー消費量）からトナーの劣化を想定することが望ましい。

そこで、本実施形態では、平均画像Ｄｕｔｙを算出するための所定の画像形成時間は、所定の条件を満たさない場合に所定枚数の画像形成を行った時間に、シート間隔を延長した時間を加えた時間としている。即ち、ステイプルの処理を施さなかった場合の所定枚数の画像形成時間に、ステイプルのためにシート間隔を延長した時間を加えた時間を所定の画像形成時間としている。そして、この所定の画像形成時間に現像装置４が駆動している単位時間当たりの平均画像比率（Ｄｕｔｙ）を算出することで、トナーの劣化状況を予測するようにしている。

本実施形態の場合には、５枚にかかった時間は３３２０ｍｓｅｃ（６００ｍｓｅｃ×５枚＋３２０ｍｓｅｃ）、ステイプルの処理がない通常の場合は、３０００ｍｓｅｃである。したがって、画像Ｄｕｔｙが２％の画像形成を５枚行った場合、ステイプルの処理を行うことで、平均画像Ｄｕｔｙが１．８％（２％×３０００ｍｓｅｃ÷３３２０ｍｓｅｃ）に相当すると算出できる。

このように、本実施形態では、現像装置４の駆動時間とピクセルカウントの積算値から単位時間当たりの平均画像Ｄｕｔｙに換算して現像容器４０内の必要トナー量を算出するようにしている。これにより、画像Ｄｕｔｙの変化に加えてジョブ（現像装置４の駆動）の時間の変化による凝集度上昇を抑制することが可能となる。

具体的には、第１の実施形態のように１枚当たりの画像Ｄｕｔｙで現像容器４０内トナー量を制御した場合では、平均画像Ｄｕｔｙが２．０％であるから必要トナー量は１８０ｇと見積もられる。１枚当たりの平均トナー消費量は１．６ｇのため、現像容器４０内のトナーの入れ替わりには１１２．５ｍｉｎかかる。この場合の凝集度は２２％となった（図１４）。一方、本実施形態のように単位時間当たりの平均画像Ｄｕｔｙ（１．８％）で制御した場合には、必要トナー量は１７０ｇと見積もられ、トナーの入れ替わりは１０６ｍｉｎとなり、凝集度は２１％まで抑えることが可能となっている。

上述のように、凝集度は３０％を下回っていればその時に補給異常の発生を抑制できるが、現像容器内のトナー量を下げる場合、画像形成によるトナーの消費を待っている時間にトナーの劣化が進んでしまう。例えば、画像Ｄｕｔｙが高い場合に現像容器内のトナー量を一度増やし、その後、画像Ｄｕｔｙが下がった場合に現像容器内のトナー量を減らす。この際、画像形成によってトナーが消費されることで現像容器内のトナー量が減っていくが、現像容器内のトナー量が多いとトナー量が減るまで時間がかかってしまう。そして、この間にもトナー劣化が進むため、現像容器内のトナー量は、普段から極力抑えておくことが望ましい。したがって、本実施形態では、上述のように、現像容器内のトナー量をできるだけ抑えるようにしている。

本実施形態では、ステイプルにかかる時間を加味する構成について説明したが、処理装置１６０のその他の処理にかかる時間を加味するようにしても良い。また、例えば画像形成装置１００Ａがコピー機で、複数部読み取る場合の読み取り速度が出力速度より遅い場合には、その読み取りにかかる時間を加味するようにしても良い。更に、端末装置からプリントジョブを送信する際の１枚毎の送信間隔などの前処理時間を加味するようにしても良い。

また、本実施形態では、時間に関する変化についての計算についてのみ説明した。但し、例えばユーザが意図して出力する画像以外に、画像形成装置が例えば階調制御のためにパッチ画像を内部で形成するなどの画像形成をした場合に、そこで使用した画像の画像Ｄｕｔｙを計算に入れることが望ましい。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態について、図１ないし図４を参照しつつ図１６ないし図１８を用いて説明する。本実施形態では、定着装置６の条件によって現像容器４０内のトナー量を変更するようにしている。その他の構成及び作用は、上述の第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略し、以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

本実施形態の画像形成装置１００が対応しているシートｍの種類は、坪量が５０ｇ／ｍ^２の薄紙から３００ｇ／ｍ^２のコート紙まで、表面性も平滑度の高いものから低いものまでと幅広い。このように幅広いシートに対応するため、定着装置６の条件を制御している。最も一般的な制御対象は定着装置６の温度を変更することである。

例えば、定着装置６は、図１に示すように、加熱ローラ６ａと加圧ローラ６ｂとのニップ部にシートを搬送することで、加熱、加圧してシートにトナー像を定着させる。この場合に、加熱ローラ６ａを加熱するヒータを制御することで所定の温度に温度調整された加熱ローラ６ａにシートのトナー像側の面を接触させる。そして、この所定の温度をシートの種類に応じて変更することで、そのシートに適した温度でシートを加熱する。具体的には、シートの坪量が第１の坪量の場合には第１の温度に、シートの坪量が第１の坪量よりも大きい題意の坪量の場合には第１の温度よりも高い第２の温度に、それぞれ加熱ローラ６ａの所定の温度を設定する。なお、加圧ローラ６ｂについても加熱するヒータを設け、その温度をシートの坪量に応じて変更する場合もある。以下では、加熱ローラ６ａの温度を変更する場合について説明する。

本実施形態では、薄紙では１６０℃、普通紙では１７０℃、厚紙では１９０℃とシートｍの坪量に応じて、定着装置６の温度を制御している。これは、シートに与える熱量が少なすぎると、トナーがシートｍに定着しない定着不良と呼ばれる現象が発生してしまう恐れがある。一方、熱量が多すぎるとトナーがシートｍではなく定着装置側に残ってしまう定着オフセットと呼ばれる現象が発生してしまう恐れがある。このため、定着装置の温度を、シートｍの種類に応じて適正な温度に合わせることで、このような定着不良や定着オフセットの発生を抑制している。

ここで、現像容器４０内でトナーが熱に曝される時間が長くなると、凝集度の上昇はさらに速く、大きくなる。このため、定着装置６の温度が高くなり、発生する熱が増加すると、画像形成装置１００内部の温度も上昇するため、現像容器４０内のトナーの温度も上昇してしまい、凝集度が上昇しやすい状態となる。これは、先に述べたように凝集度の上昇は流動化剤がトナーのバインダに埋め込まれるからであり、温度の上昇によりその速度が上がるためと考えられる。検討では、現像容器４０内のトナー量を一定まま画像形成を行った場合の画像形成回数（Ｎｉｄｅｖ）が２５０における凝集度の関係は、図１６に示すように指数関数的に、現像装置の温度に対して上昇することが確認されている。

本実施形態の画像形成装置１００では、現像容器４０内のトナー量が１５０ｇであれば、厚紙を使用する場合の１９０℃の定着温度でも補給異常には至らない。一方で、薄紙を使用する場合の１６０℃の定着温度の場合には、現像容器４０内のトナー量は１９０ｇであっても、画像Ｄｕｔｙが１％の場合でも凝集度は２５％までで上げ止まり、補給異常には至らない。

次に、ユーザが画像Ｄｕｔｙ１％の画像を連続して形成し、その後画像Ｄｕｔｙ５０％の画像に切り替えるようなジョブを実施する場合を考える。画像Ｄｕｔｙ１％であれば、図１２に示すように、現像容器４０内のトナー量は１５０ｇで良いため１５０ｇになるまで補給を停止して画像形成を続ける。１５０ｇになった時点でも過去１００枚の平均画像Ｄｕｔｙが１％であれば、第１の実施形態に示したような方法で１５０ｇを維持するように補給制御を行う。

しかしながら、画像Ｄｕｔｙ５０％の画像においては、現像容器４０内のトナー量が２２０ｇ必要なので、１５０ｇのままでは白ぬけが発生してしまう可能性がある。そのため、画像Ｄｕｔｙ５０％の画像を形成するタイミングで一度、レーザによる静電潜像形成（画像形成）を停止し、トナー補給を行う。補給は１ｓｅｃ当たり５ｇの速度で行うため、７０ｇの補給に１４ｓｅｃを要してしまう。補給によりトナー量が必要量に達した後、レーザによる静電潜像形成を再開する。

厚紙の場合には、この１４ｓｅｃの待機時間は止むを得ないが、薄紙の場合には、上述したように、画像Ｄｕｔｙ１％の場合の現像容器４０内のトナー量は１９０ｇまでで良い。このため、補給すべき量は３０ｇで良く、補給に要する時間は６ｓｅｃまで短縮が可能である。そこで、本実施形態では、制御装置８１は、定着装置６の条件（本実施形態では温度）に応じて、画像比率に応じて設定される現像容器４０内のトナーの量の下限値を設定する。

即ち、制御装置８１は、定着装置６の温度が第１の温度である場合に下限値を第１の下限値に設定する。一方、制御装置８１は、定着装置６の温度が第１の温度よりも高い第２の温度である場合に下限値を第１の下限値よりも低い第２の下限値に設定する。例えば、薄紙の場合は、定着装置６の温度が１６０℃（第１の温度）に設定されるが、この場合、現像容器４０内のトナー量の下限値を１９０ｇ（第１の下限値）に設定する。一方、厚紙の場合には、定着装置の温度が１９０℃（第２の温度）に設定されるが、この場合、現像容器４０内のトナー量の下限値を１５０ｇ（第２の下限値）に設定する。したがって、画像Ｄｕｔｙ１％の場合、通常、現像容器内のトナー量は１５０ｇに設定するところ、薄紙の場合には１９０ｇに設定する。即ち、画像Ｄｕｔｙ１％であっても、現像容器内のトナー量が１９０ｇとなるように制御される。

以下、図１７のフローチャートに従って、具体的に説明する。まず、ユーザが画像形成装置１００に対して選択したシートｍの種類から、制御装置８１は定着装置６の温度（定着温度）の設定を行う（Ｓ２１）。定着温度は、薄紙の場合には１６０℃、厚紙の場合には１９０℃である。選択された定着温度から許容できる下限トナー量を設定する（Ｓ２２）。これは図１８に示すような予め設定された定着装置６の設定温度と現像容器４０内の下限トナーの量を規定するテーブルから決定される。このテーブルは、定着装置６の設定温度から現像装置４の雰囲気温度がどうなるか検討で求めておき、その温度から凝集度が許容できる時間（トナーが入れ替われば補給異常となる凝集度に達しない時間）を求めたものである。本実施形態の場合、１６０℃（薄紙）の場合には１９０ｇ、１９０℃（厚紙）の場合には１５０ｇである。

このように下限トナー量が設定され、定着装置６の温度が設定温度に達したら、画像形成を開始する（Ｓ２３）。この際、設定された下限トナー量を下回らないように、第１の実施形態と同様に、平均画像Ｄｕｔｙに応じてトナーの補給制御を実施する。そして、次に画像形成するページが最終頁であるか判断し（Ｓ２４）、最終頁であればジョブ終了となる。

Ｓ２４で最終頁でなければ、次の画像の画像Ｄｕｔｙ（ηＰ）に応じて設定される現像容器４０内のトナー量Ａと、現在設定されている現像容器４０内のトナー量Ｂの差分（Ａ−Ｂ）を算出する（Ｓ２５）。そして、算出した値が、次の画像を形成するまでにトナー補給ローラ９３により補給可能なトナー量（１回の補給で補給可能なトナー量、補給可能量）Ｃ以上（Ａ−Ｂ≧Ｃ）であるか否かを判断する（Ｓ２６）。Ａ−Ｂ≧Ｃであれば、一旦画像形成を停止して補給を行う（Ｓ２７）。即ち、次の画像の画像Ｄｕｔｙが上がり、補給すべきトナー量が１回の補給で補給可能なトナー量よりもが大きい場合には、補給が追い付かないため画像形成を停止して、補給を行う。補給を行いながらＳ２６の判断を繰り返し、現像容器４０内のトナー量が次の画像Ｄｕｔｙに応じて設定されるトナー量に達したら、画像形成を再開して（Ｓ２８）、再びＳ２４に戻る。

例えば、シートが薄紙である場合に、１％の画像Ｄｕｔｙで連続画像形成を行い、その後、５０％の画像Ｄｕｔｙの画像形成を行う場合を考える。シートが薄紙であるため、定着温度は１６０℃であり、下限トナー量は１９０ｇである。したがって、画像Ｄｕｔｙが５０％になるまでは、現像容器４０内のトナー量が１９０ｇとなるように補給制御されている。このため、この場合の現在設定されている現像容器４０内のトナー量Ｂは１９０ｇである。一方、画像Ｄｕｔｙが５０％の場合には、現像容器４０内のトナー量を２２０ｇにするため、次の画像Ｄｕｔｙに応じて設定される現像容器４０内のトナー量Ａは、２２０ｇである。１回の補給で補給可能なトナー量Ｃを５ｇとした場合、Ａ−Ｂ＝２２０ｇ−１９０ｇ＝３０ｇで、Ａ−Ｂ（３０ｇ）≧Ｃ（５ｇ）を満たす。このため、制御装置８１は画像形成を停止して、現像容器４０内に３０ｇのトナーを補給し、トナーセンサ４５の信号に基づいて補給が完了した判断したら、補給を停止して画像形成を再開する。

本実施形態では、このようなフローでシートｍの種類に応じて現像容器４０内の下限トナー量を設定することで、画像形成の停止時間を抑制しつつ、トナーの凝集度上昇によるトナー補給異常を抑制することが可能となる。上述の例では、トナー量の下限値が設定されていなければ、画像Ｄｕｔｙ１％から現像容器４０内のトナー量が１５０ｇに設定されているのに対して、下限トナー量を１９０ｇに設定している。次の画像の画像Ｄｕｔｙが５０％に切り換わった場合には現像容器４０内のトナー量を２２０ｇに設定されるため、次の画像形成までに補給するトナー量は、トナー量の下限値が設定されていない場合には７０ｇ、本実施形態では３０ｇとなる。したがって、本実施形態では、トナー量の下限が設定されていない場合よりも補給するトナー量が少なくなり、画像形成の停止時間を抑制できる。

本実施形態では、定着温度に応じて下限トナー量を設定する説明を行ったが、定着装置の条件として定着装置の速度、即ち、加熱ローラ６ａ及び加圧ローラ６ｂによりシートを搬送する速度に応じて下限トナー量を設定するようにしても良い。即ち、シートの種類などの画像形成条件に応じてプロセススピードを変更する場合があり、この場合に定着装置の速度も変更される。プロセススピードが遅いとそれだけ現像容器内でトナーが熱に曝される時間が長くなり、トナーが劣化し易くなる。このため、定着装置の速度が遅くなる場合には、現像容器内のトナー量の下限値を低くする。

また、使用される環境など現像容器４０内の温度が変化するような場合にも、同様に下限トナー量を変更しても良い。例えば、図１に示すように、現像装置４の近傍に温度を検知する温度検知手段（温度取得手段）としての温度センサ１２０を配置する。そして、温度センサ１２０により検知した温度に応じて、トナー量の下限値を設定するようにしても良い。即ち、温度センサ１２０により検知する温度が高い場合には、現像容器内の下限トナー量を低くする。即ち、現像容器内のトナーの温度に影響を与える情報（温度に関する情報）を取得して、その取得した情報から現像容器内のトナーの温度が高くなる条件では、現像容器内のトナー量の下限値を低く設定する。したがって、このように現像容器内のトナーの温度に関する情報を取得する温度取得手段は、上述のように現像容器４０の近傍に配置された温度センサ１２０以外に、画像形成装置１００の内部の温度や定着装置６近傍の温度を検知できるものであっても良い。また、上述の本実施形態の場合、定着温度を設定する制御装置８１が温度取得手段に相当することになる。

更に、本実施形態では、シートの坪量等に依らず感光ドラム１の周速度（プロセススピード）を一定としている。このため、例えば、坪量の大きいコート紙の両面で画像形成するような場合、シートとシートの間の距離（シート間隔）も拡大するように設定される。したがって、シート間隔を変更するような場合には、第２の実施形態と同様に、現像装置が駆動している単位時間当たりの平均画像Ｄｕｔｙに応じた制御も合わせて行うことが望ましい。即ち、第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせて実施しても良い。

＜第４の実施形態＞
第４の実施形態について、図１ないし図４を参照しつつ図１９を用いて説明する。本実施形態では、所定枚数後の画像の画像比率を先行して計算し、補給すべきトナー量によって、その画像を形成する前に先行して補給を開始するようにしている。その他の構成及び作用は、上述の第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略し、以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

低い画像Ｄｕｔｙで連続画像形成を行い、その後、高い画像Ｄｕｔｙの画像を形成する場合には、高い画像Ｄｕｔｙの画像形成前に、その画像Ｄｕｔｙに応じたトナー量を現像容器４０内に補給しておくことが望ましい。但し、高い画像Ｄｕｔｙの画像に切り換わる際にトナーの補給を開始した場合、補給に時間がかかり、画像形成を停止する時間も長くなってしまう。一方、制御装置８１は、受信した画像形成ジョブから、何枚後に画像Ｄｕｔｙが上がることが分かる。このため、本実施形態では、その画像の形成前に先行してトナー補給するようにしている。即ち、制御装置８１は、所定枚数後の画像の画像比率（Ｄｕｔｙ）に応じて設定される現像容器４０内のトナー量と、現在設定されている現像容器４０内のトナー量との差分を算出する。そして、その差分に応じた枚数分、所定枚数後の画像形成に先行してトナー補給ローラ９３によるトナー補給を開始する。

具体的に説明する。例えば、厚紙で画像形成をしており、２０９枚目までは画像Ｄｕｔｙ１％、２１０枚目以降は画像Ｄｕｔｙが５０％に上がるようなジョブを実行する場合について考える。１７５枚目の画像を出力している時点で、過去１００枚の平均画像Ｄｕｔｙは１％であるため、現像容器４０内のトナー量は１５０ｇである。即ち、現在設定されている現像容器４０内のトナー量は１５０ｇである。

一方、ピクセルカウントは２１０枚目が画像Ｄｕｔｙ５０％であることから、制御装置８１は２１０枚目の時点では２２０ｇのトナー量が必要だと見積もる。即ち、所定枚数後（２１０枚後）の画像の画像Ｄｕｔｙ（５０％）に応じて設定される現像容器４０内のトナー量は２２０ｇである。したがって、その差分は７０ｇ（２２０ｇ−１５０ｇ）である。

トナー補給ローラ９３による補給速度は５ｇ／ｓｅｃであることから、補給時間は１４ｓｅｃであると算出する。本実施形態の画像形成装置１００は、１００ｐａｇｅ／ｍｉｎ（ｐｐｍ）の能力を有するため、２４枚前（１４ｓｅｃ÷６０ｓｅｃ／ｍｉｎ×１００ｐａｇｅ／ｍｉｎ＝２３．３３・・・）に、画像Ｄｕｔｙ５０％の画像形成に先行して補給すれば良いと判断する。したがって、制御装置８１は、１８６枚（２１０枚−２４枚）の時点で補給を開始することで、２１０枚目の時点でも白抜けなく画像を形成することができる。

先行してピクセルカウントを計算する必要枚数は次のように算出される。最も補給が必要となる場合は、現像容器４０内のトナー量が最も低く設定されている状態から画像Ｄｕｔｙが１００％に切り替わるタイミングである。本実施形態においては１５０ｇから２５０ｇに切り換わるタイミングであり、この場合には差分として１００ｇを補給する必要がある。補給速度は５ｇ／ｓｅｃであることから、２０ｓｅｃ前に補給を開始すれば良い。つまり、３４枚（２０ｓｅｃ÷６０ｓｅｃ／ｍｉｎ×１００ｐａｇｅ／ｍｉｎ＝３３．３３・・・）以上前に判断できれば良い。よって、本実施形態の場合には、少なくとも３５枚前に画像Ｄｕｔｙに応じた現像容器内のトナー量を判断できれば、画像形成を停止することなく（画像形成を行いながら）トナー補給を行える。また、第１の実施形態と同様に、画像Ｄｕｔｙに応じて現像容器内のトナー量をできるだけ低く設定しているため、トナーの劣化（凝集度上昇）を抑止して補給異常を抑制することが可能となる。

以下、図１９のフローに従って具体的に説明する。まず、画像データを３５枚（ｎ枚）読み込み、記憶手段としてのメモリ６４（図４）に記憶する（Ｓ３１）。この際、ピクセルカウントから画像Ｄｕｔｙ（ηＰ）も算出しておき、メモリ６４に画像とは別に記憶しておく（Ｓ３２）。３６枚目の画像データの読み込みが始まった段階で、出力するためにメモリ６４から画像データを読み出して画像形成をスタートする（Ｓ３３）。その後は１枚毎にピクセルカウント（画像Ｄｕｔｙ）の更新と画像データの記憶と書き出しを繰り返す。また、第２の実施形態と同様に、過去１００枚の現像装置４が駆動している単位時間当たりの画像Ｄｕｔｙの平均値（ηＰａｖｅ）から現像容器４０内のトナー量の下限値を算出する。このように行うことで、画像Ｄｕｔｙは画像形成に対して３５枚先行して計算することが可能となる。

最終ページでなければ（Ｓ３４）、３５枚後に必要なトナー量（現像容器４０内のトナー量）Ａと現在のトナー量Ｂの差分を算出する（Ｓ３５）。その差分（Ａ−Ｂ）が１枚当たりに補給可能な量（次の画像を形成するまでにトナー補給ローラ９３により補給可能なトナー量）Ｃ以上（Ａ−Ｂ≧Ｃ）であるか否かを判断する（Ｓ３６）。Ａ−Ｂ＜Ｃであれば、再び最終ページの判断に戻る（Ｓ３４）。補給可能な量よりも多い場合には、その差分を補給速度で割ることで、何枚前に補給を開始すれば間に合うか算出する（Ｓ３７）。算出された枚数に到達したら（Ｓ３８）、トナーの補給を開始する（Ｓ３９）。これにより、トナー量が急激に必要となる場合でも画像形成を停止せずに画像形成を継続することが可能となる。本実施形態では、画像データ３５枚先行して読み込むようにしているが、この枚数は、その画像形成装置の能力に応じて適宜設定可能である。

＜他の実施形態＞
上述の各実施形態では、磁性１成分のトナーにより画像形成を行う構成について説明した。但し、現像剤を補給することで画像濃度などに影響を与えるようなシステムでなく、トナー量のみとして制御が可能であれば、例えば非磁性１成分トナーなど、トナーの種類は限定されない。即ち、現像剤は、トナーを含む１成分現像剤であることが好ましい。

また、上述の各実施形態では、単色の画像形成装置について説明したが、フルカラーを含む複数色の画像形成装置であっても実施可能である。更に、各実施形態は、適宜組み合わせて実施可能である。例えば、第３、第４の実施形態を第２の実施形態と組み合わせたり、第３の実施形態を第４の実施形態と組み合わせたり、更には、第２〜第４の実施形態を全て組み合わせても良い。

１・・・感光ドラム（像担持体）／４・・・現像装置／６・・・定着装置／４０・・・現像容器／４５・・・トナーセンサ（現像剤検知手段）／８１・・・制御装置（制御手段）／９３・・・トナー補給ローラ（現像剤補給手段）／１００、１００Ａ・・・画像形成装置／１０１・・・画像形成部／１２０・・・温度センサ（温度検知手段、温度取得手段）／１６０・・・処理装置

Claims (12)

1. 像担持体と、
   現像剤が収容された現像容器と、前記現像容器内の現像剤を検知する現像剤検知手段とを有し、前記像担持体に形成された静電潜像を、トナーを含む１成分現像剤により現像する現像装置と、
   前記現像剤検知手段の検知結果に応じて前記現像容器に現像剤を補給する現像剤補給手段と、
   所定の画像形成時間に対して使用される現像剤量に関する値が第１の値の場合に前記現像容器内の現像剤の量が第１の量になるように、前記現像剤量に関する値が前記第１の値よりも小さい第２の値の場合に前記現像容器内の現像剤の量が前記第１の量よりも少ない第２の量になるように、前記現像剤補給手段を制御する制御手段と、を備えた、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記所定の画像形成時間に対して使用される現像剤量に関する値は、所定の画像形成枚数における平均画像比率であり、
   前記制御手段は、前記平均画像比率が前記第１の値に相当する第１の画像比率の場合に前記現像容器内の現像剤の量が前記第１の値になるように、前記平均画像比率が前記第１の画像比率よりも小さく前記第２の値に相当する第２の画像比率の場合に前記現像容器内の現像剤の量が前記第２の値になるように、前記現像剤補給手段を制御する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記所定の画像形成時間に対して使用される現像剤量に関する値は、前記所定の画像形成時間に前記現像装置が駆動している単位時間当たりの平均画像比率であり、
   前記制御手段は、前記平均画像比率が前記第１の値に相当する第１の画像比率の場合に前記現像容器内の現像剤の量が前記第１の値になるように、前記平均画像比率が前記第１の画像比率よりも小さく前記第２の値に相当する第２の画像比率の場合に前記現像容器内の現像剤の量が前記第２の値になるように、前記現像剤補給手段を制御する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記像担持体と前記現像装置とを有し、シートに画像を形成する画像形成部を備え、
   前記制御手段は、所定の条件を満たす場合に、前記現像装置を駆動した状態で連続画像形成時に連続するシートとシートとの間隔を、前記所定の条件を満たさない場合に対して延長可能であり、
   前記所定の画像形成時間は、前記所定の条件を満たさない場合に所定枚数の画像形成を行った時間に前記延長した時間を加えた時間である、
   請求項１ないし３のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記画像形成部による画像形成を停止させて、前記画像形成部で画像が形成されたシートに所定の処理を施す処理装置を備え、
   前記所定の条件を満たす場合は、前記処理装置により前記所定の処理を施す場合である、
   請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、次の画像の画像比率に応じて設定される前記現像容器内の現像剤の量をＡ、現在設定されている前記現像容器内の現像剤の量をＢ、次の画像を形成するまでに前記現像剤補給手段により補給可能な現像剤の量をＣとした場合に、
   Ａ−Ｂ≧Ｃ
   を満たすと、画像形成を停止して、前記現像剤補給手段による現像剤の補給を行う、
   請求項１ないし５のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記現像剤はトナーを含み、
   前記像担持体に形成されたトナー像が転写されたシートにトナー像を定着させる定着装置を備え、
   前記制御手段は、前記定着装置の条件に応じて、画像比率に応じて設定される前記現像容器内の現像剤の量の下限値を設定する、
   請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記定着装置の条件は、前記定着装置の温度であり、
   前記制御手段は、前記定着装置の温度が第１の温度である場合に前記下限値を第１の下限値に、前記定着装置の温度が前記第１の温度よりも高い第２の温度である場合に前記下限値を前記第１の下限値よりも低い第２の下限値に設定する、
   請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記現像容器内の現像剤の温度に関する情報を取得する温度取得手段を備え、
   前記制御手段は、前記温度取得手段により取得した温度に応じて、画像比率に応じて設定される前記現像容器内の現像剤の量の下限値を設定する、
   請求項６に記載の画像形成装置。
10. 前記温度取得手段は、前記現像装置の近傍の温度を検知する温度検知手段である、
    請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記制御手段は、所定枚数後の画像の画像比率に応じて設定される前記現像容器内の現像剤の量と、現在設定されている前記現像容器内の現像剤の量との差分に応じた枚数分、前記所定枚数後の画像形成に先行して前記現像剤補給手段による現像剤の補給を開始する、
    請求項１ないし１０のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
12. 像担持体と、
    現像剤が収容された現像容器と、前記現像容器内の現像剤を検知する現像剤検知手段とを有し、前記像担持体に形成された静電潜像を現像剤により現像する現像装置と、
    前記現像剤検知手段の検知結果に応じて前記現像容器に現像剤を補給する現像剤補給手段と、
    前記現像剤補給手段を制御して、前記現像容器内の現像剤の劣化状況に応じて前記現像容器内の現像剤の量を変更する制御手段と、を備えた、
    ことを特徴とする画像形成装置。

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