JP2018010143A

JP2018010143A - 画像形成装置

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Publication number: JP2018010143A
Application number: JP2016138699A
Authority: JP
Inventors: 祥造相庭; Shozo Aiba
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Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2018-01-18
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Abstract

【課題】トナー濃度の目標値が上限値あるいは下限値に張り付いたままであっても、転写条件の適正化を図ることができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像装置の内部のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、画像濃度制御用の基準トナー像の画像濃度を検知する画像濃度検知手段と、検知した前記トナー濃度と目標トナー濃度との関係に基づいて前記トナー供給部から現像装置へのトナーの供給量を制御すると共に、検知した画像濃度に基づいて目標トナー濃度を設定する制御部と、を備え、制御部は、検知した画像濃度に基づいて（ステップＳ１７，１８）、転写部における転写条件を設定する（ステップＳ１９，２０）。
【選択図】図６

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式等により記録材に画像を形成するために、感光体を帯電する帯電装置を有する画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置は、複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、及びこれらの複数の機能を有する複合機等として広く応用されている。この種の画像形成装置では、トナー（非磁性）とキャリア（磁性）とを主成分とする現像剤（二成分現像剤）を用いて、感光体に形成された静電像を現像するものが広く普及している。二成分現像剤を用いる現像装置では、所定の帯電及び露光条件で形成した静電像が所定のトナー載り量で現像されるように、現像剤に占めるトナー濃度を調整してトナー帯電量を一定に保っている。トナー帯電量が減少すると同じ静電像でもトナー載り量が増えて画像濃度が上がるため、トナー帯電量を一定に保つ制御では、トナー濃度を下げて、現像剤の摩擦機会を増すことにより、トナー帯電量を上げる。一方、トナー帯電量が増加すると同じ静電像でもトナー載り量が減って画像濃度が下がるため、トナー帯電量を一定に保つ制御では、トナー濃度を上げて、現像剤の摩擦機会を減らすことにより、トナー帯電量を下げる。

トナー帯電量を一定に維持する制御としては、例えば、現像装置に設けたインダクタンスセンサを利用した制御が知られている（特許文献１参照）。二成分現像剤では、キャリアの比率が高まると透磁率が高まる。このため、この制御では、インダクタンスセンサを利用して透磁率を検知し、トナー濃度に応じた信号を出力し、その信号値に応じて現像装置に供給用現像剤を供給することで、トナー帯電量の一定化を図っている。

また、トナー帯電量を一定に維持する他の制御としては、連続画像形成中の画像間隔に形成したパッチ画像に照射したＬＥＤ光の正反射光量を検出する光学センサを利用した制御が知られている（特許文献２参照）。この光学センサは、パッチ画像のトナー載り量に応じた信号を出力することができる。このため、この制御では、所定の帯電及び露光条件で形成したパッチ画像のトナー載り量が所定値に収束するように、供給用現像剤を現像容器に供給して、現像剤のトナー濃度を制御し、トナー帯電量の一定化を図っている。この制御は、いわゆるパッチ検ＡＴＲ（ＡｕｔｏＴｏｎｅｒＲｅｐｌｅｎｉｓｈｉｎｇ）と呼ばれる。

また、トナー帯電量を一定に維持する他の制御としては、露光装置の光源に供給される二値変調された画像全体の現像ドット数をカウントして積算するビデオカウント手段を用いた制御が知られている（特許文献３参照）。この制御では、画像形成される画像データや露光信号を処理して、１枚の画像を現像する際に消費されるトナー量を計算する。そして、消費されるトナー量に見合った量の供給用現像剤を供給することにより、現像剤のトナー濃度を制御し、トナー帯電量の一定化を図っている。

また、トナー帯電量を一定に維持する他の制御としては、上述したインダクタンス制御、ビデオカウント制御、パッチ検ＡＴＲ制御の３種の制御を用いて、バランス良く出力画像濃度を安定化する制御が知られている（特許文献４参照）。この制御では、ビデオカウント手段を用いて予想トナー消費量に相当するトナー供給量をフィードフォワードで算出し、またインダクタンス制御手段によってトナー濃度が基準値に対してのズレをフィードバックで補正する制御が実行される。例えば、トナー消費量が多いケースにおいてインダクタンス制御手段を単体で用いた場合、トナー供給後にインダクタンス制御手段に供給したトナーが到達するまでの時間差による検知遅れで、トナー濃度が予想以上に低下する場合がある。従って、大枠のトナー供給量をビデオカウント情報で決定し、インダクタンス情報によって補正することが、トナー供給の精度向上の観点で好ましい。

また、この制御では、パッチ検ＡＴＲによって求められた目標のトナー濃度に応じて、インダクタンス制御手段での目標値を適宜変更している制御が実行される。同一トナー濃度であってもキャリア表面へのトナー付着などにより、キャリア帯電性能が低下して、耐久に伴い緩やかにトナー帯電量が低下することが良く知られている。従って、低頻度のパッチ検ＡＴＲによってインダクタンス制御によるトナー濃度の目標値を変更することが好ましい。このように、３種の制御を組み合わせてトナー帯電量の一定化を図ることで、トナー消費量が多い場合や、耐久に伴ってキャリア帯電性能の変化する場合でも、著しく生産性を落とすことなく出力画像濃度を安定化させることができる。

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２０１１−４８１１８号公報

しかしながら、上述した特許文献１乃至４の制御を行う画像形成装置では、制御値の制御可能範囲の上下限に張り付いた場合、即ち、トナー濃度が上限値あるいは下限値で維持されてしまうことがある。この場合、トナーの帯電量が想定以上に変化して、画像品位が大きく低下してしまうことがある。

例えば、高温多湿環境においては、トナーの帯電量が下がりやすいことが知られている。この場合、同環境下で画像比率の高い画像を連続出力すると、ビデオカウント情報に基づいてトナー供給が連続的になされるため、キャリアとの摩擦帯電機会が十分に確保されずトナー帯電量が下がる。トナー帯電量が下がると中間転写ベルト上のパッチ濃度が高くなるため、ＡＴＲ制御によりトナーとキャリアの比率（ＴＤ比）をトナー帯電量が下がらないように変更する。さらに、画像比率の高い画像出力が継続されると、ＴＤ比下限に到達する。ＴＤ比下限ではキャリア比率が高くなるため、現像の際に感光ドラム上の静電像の白地部（非トナー印字部）にキャリアが付着する現象が発生することがある。白地部にキャリアが付着すると転写部でキャリア有の部分とキャリア無の部分とでの斑点状の転写ムラが生じたり、転写材上にキャリアが付着して定着されてしまうことにより、画像品位を大幅に低下させてしまうことがある。このような現象を避けるために、目標ＴＤ比の下限値を定める必要がある。

一方、低温低湿環境においては、トナーの帯電量が上がりやすいことが知られている。この場合、同環境下で画像比率の低い画像を連続出力すると、トナーとキャリアの摩擦帯電が促進されるためトナー帯電量が上がる。トナー帯電量が上がるとＡＴＲ制御時のパッチ濃度が下がるため、インダクタンス制御の目標値をＴＤ比が上昇するように変更する。その際に、ＴＤ比が上がりすぎてしまうと、トナーがキャリアとの摩擦帯電が十分になされず非帯電トナーによる白地部へのトナー付着（かぶり）が悪化して、画像品位を大幅に低下させてしまうことがある。このような現象を避けるために、目標ＴＤ比の上限値を定める必要がある。

上述した画像形成装置では、設定された上限値と下限値の間に目標ＴＤ値が入るようインダクタンス制御を実行する。しかしながら、例えば高温高湿環境で高画像比率画像の連続印刷を実行した場合は、目標ＴＤ比が下限値に張り付いてしまい、トナー帯電量の低下を抑制するよう制御することが困難である。また、低温低湿環境で低画像比率画像の連続印刷を実行した場合は、目標ＴＤ比が上限値に張り付いてしまい、トナー帯電量の上昇を抑制するよう制御することが困難である。このようなトナー帯電量を制御することが困難な状況に陥ると、転写部における適正な転写条件の設定が困難になってしまい、画像品位の低下を招いてしまう。

本発明は、トナー濃度の目標値が上限値あるいは下限値に張り付いたままであっても、転写条件の適正化を図ることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、静電像を担持する像担持体と、前記像担持体に形成された静電像をトナーにより現像する現像装置と、前記現像装置にトナーを供給可能なトナー供給部と、前記現像装置の内部のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、前記像担持体に当接して前記像担持体との間で転写部を形成し、転写バイアスが印加されることにより、前記像担持体に形成されたトナー像を前記転写部で記録材に転写する転写体と、画像濃度制御用の基準トナー像の画像濃度を検知する画像濃度検知手段と、検知した前記トナー濃度と目標トナー濃度との関係に基づいて前記トナー供給部から前記現像装置へのトナーの供給量を制御すると共に、検知した前記画像濃度に基づいて前記目標トナー濃度を設定する制御部と、を備え、前記制御部は、検知した前記画像濃度により設定された前記目標トナー濃度が所定の設定範囲の限界値に達した場合に、検知した前記画像濃度に基づいて前記転写部における転写条件を設定することを特徴とする。

また、本発明の画像形成装置は、静電像を担持する像担持体と、前記像担持体に形成された静電像をトナーにより現像する現像装置と、前記現像装置にトナーを供給可能なトナー供給部と、前記現像装置の内部のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、前記像担持体に当接して前記像担持体との間で一次転写部を形成し、一次転写バイアスが印加されることにより、前記像担持体に形成されたトナー像を前記一次転写部で一次転写する中間転写体と、前記中間転写体に当接して前記中間転写体との間で二次転写部を形成し、二次転写バイアスが印加されることにより、前記中間転写体に一次転写されたトナー像を前記二次転写部で記録材に二次転写する二次転写手段と、画像濃度制御用の基準トナー像の画像濃度を検知する画像濃度検知手段と、検知した前記トナー濃度と目標トナー濃度との関係に基づいて前記トナー供給部から前記現像装置へのトナーの供給量を制御すると共に、検知した前記画像濃度に基づいて前記目標トナー濃度を設定する制御部と、を備え、前記制御部は、検知した前記画像濃度により設定された前記目標トナー濃度が所定の設定範囲の限界値に達した場合に、検知した前記画像濃度に基づいて前記一次転写部又は前記二次転写部の少なくとも一方における転写条件を設定することを特徴とする。

本発明によれば、制御部は、検知したトナー濃度と目標トナー濃度との関係に基づいてトナー供給部から現像装置へのトナーの供給量を制御すると共に、検知した画像濃度に基づいて目標トナー濃度を設定する。また、制御部は、検知した画像濃度に基づいて、転写部あるいは一次転写部又は二次転写部の少なくとも一方における転写条件を設定する。このため、目標トナー濃度が上限値あるいは下限値に張り付いたまま維持されてしまっても、画像濃度に応じて転写条件の適正化を図ることができる。

実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。実施の形態に係る画像形成装置の感光ドラムとその周辺の機構との概略構成を示す断面図である。実施の形態に係る画像形成装置の現像装置の概略構成を示す断面図である。実施の形態に係る画像形成装置において、ビデオカウント値及びトナー濃度に基づいてトナー供給量を算出して、トナー供給を行う際の手順を示すフローチャートである。実施の形態に係る画像形成装置において、パッチ検ＡＴＲを実行する際の手順を示すフローチャートである。実施の形態に係る画像形成装置において、パッチ検ＡＴＲの実行後、二次転写電流の補正値を算出する際の手順を示すフローチャートであり、（ａ）は高画像比率の場合、（ｂ）は低画像比率の場合である。

以下、本発明の実施の形態を、図１〜図６を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態では、画像形成装置１の一例としてタンデム型のフルカラープリンタについて説明している。但し、本発明はタンデム型の画像形成装置１に限られず、他の方式の画像形成装置であってもよく、また、フルカラーであることにも限られず、モノクロやモノカラーであってもよい。あるいは、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施することができる。

図１に示すように、画像形成装置１は、装置本体１０と、不図示のシート給送部と、画像形成部４０と、不図示のシート排出部と、制御部１１とを備えている。画像形成装置１は、不図示の原稿読取装置、パーソナルコンピュータ等のホスト機器、あるいはデジタルカメラやスマートフォン等の外部機器からの画像信号に応じて、４色フルカラー画像を記録材に形成することができる。尚、記録材であるシートＳは、トナー像が形成されるものであり、具体例として、普通紙、普通紙の代用品である合成樹脂製のシート、厚紙、オーバーヘッドプロジェクタ用シート等がある。

画像形成部４０は、シート給送部から給送されたシートＳに対して、画像情報に基づいて画像を形成可能である。画像形成部４０は、画像形成ユニット５０ｙ，５０ｍ，５０ｃ，５０ｋと、トナーボトル４１ｙ，４１ｍ，４１ｃ，４１ｋと、露光装置４２ｙ，４２ｍ，４２ｃ，４２ｋと、中間転写ユニット４４と、二次転写部４５と、定着部４６とを備えている。尚、本実施の形態の画像形成装置１は、フルカラーに対応するものであり、画像形成ユニット５０ｙ，５０ｍ，５０ｃ，５０ｋは、イエロー（ｙ）、マゼンタ（ｍ）、シアン（ｃ）、ブラック（ｋ）の４色それぞれに同様の構成で別個に設けられている。このため、図１中では４色の各構成について同符号の後に色の識別子を付して示すが、図２及び図３、明細書中では色の識別子を付さずに符号のみで説明する場合もある。

画像形成ユニット５０は、トナー画像を形成する感光ドラム（像担持体）５１と、帯電ローラ５２と、現像装置２０と、前露光装置５４と、規制ブレード５５と、を有している。画像形成ユニット５０は、プロセスカートリッジとして一体にユニット化されて、装置本体１０に対して着脱可能に構成されている。

感光ドラム５１は、回転可能であり、画像形成に用いられる静電像を担持する。感光ドラム５１は、本実施の形態では、外径３０ｍｍの負帯電性の有機感光体（ＯＰＣ）であり、例えば２１０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で矢印方向に回転駆動される。感光ドラム５１は、アルミニウム製シリンダを基体とし、その表面に表面層として、順に塗布して積層された下引き層と、光電荷発生層と、電荷輸送層との３層を有している。

図２に示すように、帯電ローラ５２は、感光ドラム５１の表面に接触し、従動して回転するゴムローラを用いており、感光ドラム５１の表面を均一に帯電する。帯電ローラ５２には、帯電バイアス電源６０が接続されている。帯電バイアス電源６０は、帯電ローラ５２に帯電バイアスとして直流電圧を印加し、帯電ローラ５２を介して感光ドラム５１を帯電する。

露光装置４２は、レーザスキャナであり、制御部１１から出力される分解色の画像情報に従って、レーザ光を発する。現像装置２０は、現像バイアスが印加されることにより感光ドラム５１に形成された静電像をトナーにより現像する。現像装置２０には、現像バイアスを印加するための現像バイアス電源６１が接続されている。現像装置２０の詳細は、後述する。

感光ドラム５１に現像されたトナー像は、後述する中間転写ベルト４４ｂに一次転写される。図１に示すように、一次転写後の感光ドラム５１は、前露光装置５４によって表面を除電される。規制ブレード５５は、カウンターブレード方式であり、ブレードの自由長を８ｍｍとするウレタンを主体とした弾性ブレードで、感光ドラム５１に対して所定の押圧力で当接されている。

中間転写ユニット４４は、駆動ローラ４４ａや従動ローラ４４ｄ、一次転写ローラ４７ｙ，４７ｍ，４７ｃ，４７ｋ等の複数のローラと、これらのローラに巻き掛けられ、トナー像を担持する中間転写ベルト４４ｂとを備えている。一次転写ローラ４７ｙ，４７ｍ，４７ｃ，４７ｋは、感光ドラム５１ｙ，５１ｍ，５１ｃ，５１ｋにそれぞれ対向して配置され、中間転写ベルト４４ｂに当接する。一次転写ローラ４７には、一次転写バイアスを印加するための一次転写バイアス電源６２が接続されている（図２参照）。

中間転写ベルト（中間転写体）４４ｂは、感光ドラム５１に当接して感光ドラム５１との間で一次転写部を形成し、一次転写バイアスが印加されることにより、感光ドラム５１に形成されたトナー像を一次転写部で一次転写する。中間転写ベルト４４ｂに一次転写ローラ４７によって正極性の一次転写バイアスを印加することにより、感光ドラム５１上のそれぞれの負極性を持つトナー像が順次中間転写ベルト４４ｂに多重転写される。

中間転写ベルト４４ｂには、画像濃度制御用のパッチ画像（基準トナー像）の画像濃度を検知する画像濃度センサ（画像濃度検知手段）７２が対向して設けられている。

二次転写部４５は、二次転写内ローラ４５ａと、二次転写外ローラ（二次転写手段）４５ｂとを備えている。二次転写外ローラ４５ｂには、二次転写バイアスを印加するための二次転写バイアス電源６３が接続されている。二次転写外ローラ４５ｂに正極性の二次転写バイアスを印加することによって、中間転写ベルト４４ｂに形成されたフルカラーのトナー像をシートＳに転写する。二次転写外ローラ４５ｂは、中間転写ベルト４４ｂに当接して中間転写ベルト４４ｂとの間で二次転写部４５を形成し、二次転写バイアスが印加されることにより、中間転写ベルト４４ｂに一次転写されたトナー像を二次転写部４５でシートＳに二次転写する。

定着部４６は、定着ローラ４６ａ及び加圧ローラ４６ｂを備えている。定着ローラ４６ａと加圧ローラ４６ｂとの間をシートＳが挟持され搬送されることにより、シートＳに転写されたトナー像は加熱及び加圧されてシートＳに定着される。シート排出部は、定着後、排出経路から搬送されるシートＳを給送し、例えば、排出口から排出して排出トレイに積載する。

図３に示すように、現像装置２０は、現像剤を収容する現像容器２１と、第１の搬送スクリュ２２と、第２の搬送スクリュ２３と、現像スリーブ２４と、規制部材２５と、トナー濃度センサ７１とを有している。現像装置２０は、現像剤を収容すると共に、感光ドラム５１上に形成された静電像を現像する。現像容器２１は、感光ドラム５１に対向する位置に、現像スリーブ２４が露出する開口部２１ａを有している。

現像容器２１は、略中央部にて長手方向に延在する隔壁２７を有している。現像容器２１は、この隔壁２７によって水平方向に現像室２１ｂと攪拌室２１ｃとに区画されている。現像剤は、これら現像室２１ｂ及び攪拌室２１ｃに収容されている。現像室２１ｂは、現像スリーブ２４に現像剤を供給する。攪拌室２１ｃは、現像室２１ｂに連通し、現像スリーブ２４からの現像剤を回収して攪拌する。現像室２１ｂと攪拌室２１ｃとの間の隔壁２７には、両端部において現像室２１ｂと攪拌室２１ｃとを相互に連通させる２つの不図示の連絡部が形成されている。

第１の搬送スクリュ２２は、現像室２１ｂに現像スリーブ２４の軸方向に沿って現像スリーブ２４と略平行に配置され、現像室２１ｂ内の現像剤を攪拌しつつ搬送する。第２の搬送スクリュ２３は、攪拌室２１ｃ内に第１の搬送スクリュ２２の軸と略平行に配置され、攪拌室２１ｃ内の現像剤を第１の搬送スクリュ２２と反対方向に搬送する。即ち、現像室２１ｂと攪拌室２１ｃとは、現像剤を撹拌しつつ搬送する現像剤の循環経路を構成している。トナーは、各スクリュ２２，２３によって攪拌されることにより、キャリアと摺擦して負極性に摩擦帯電される。尚、第２の搬送スクリュ２３の搬送方向下流側の端部には、搬送方向を逆にした返しスクリュ（不図示）が設けられている。攪拌室２１ｃにおいて、上流側から搬送される現像剤の大部分は、返しスクリュに押し戻されて連絡部から現像室２１ｂに搬送される。現像スリーブ２４及び搬送スクリュ２２，２３は、現像容器２１の外側で、不図示の歯車機構によって連結され、共通の駆動モータによって一体に回転駆動される。

攪拌室２１ｃにおいて、現像剤の搬送方向の上流側の端部には、上方に開口した供給口２８が形成され、供給口２８にはトナーボトル（トナー供給部）４１のホッパ４１ａが接続されている。トナーボトル４１は、現像装置２０にトナーを供給可能であり、トナーボトル４１から供給されたトナーは、ホッパ４１ａを介して供給口２８から攪拌室２１ｃに供給される。尚、トナーボトル４１の下部にはスクリュが内蔵され、スクリュの回転によりトナーボトル４１に収容されたトナーが攪拌室２１ｃに供給される。このスクリュは、制御部１１により制御されるモータを駆動源として駆動される。

現像スリーブ２４は、非磁性のトナー及び磁性のキャリアを有する現像剤を担持して、感光ドラム５１に対向する現像領域に搬送する。現像スリーブ２４は、例えばアルミニウムや非磁性ステンレス等の非磁性材料で構成され、本実施の形態ではアルミニウム製としている。現像スリーブ２４の内側には、ローラ状のマグネットローラ（磁界発生手段）２４ｍが、現像容器２１に対して非回転状態で固定設置されている。マグネットローラ２４ｍは、表面に複数の磁極Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２、Ｎ３を有している。

トナー濃度センサ（トナー濃度検知手段）７１は、例えば、攪拌室２１ｃの側壁に設けられ、現像容器２１の内部の現像剤を検出して現像剤に占めるトナーの割合に応じた信号を出力することでトナー濃度を検知する。現像容器２１には、トナーとキャリアを主成分とする現像剤が収容されており、初期状態の現像剤に占めるトナーの重量で示した割合（トナー濃度、ＴＤ比）は約８％である。尚、ＴＤ比は、トナー帯電量、キャリア粒径、現像装置２０の構造等で適正に調整されるべきものであり、８％に限定されるものではない。

現像バイアス電源６１（図２参照）は、負極性の直流電圧Ｖｄｃに交流電圧を重畳した振動電圧を現像スリーブ２４に印加する。負極性の直流電圧Ｖｄｃが印加された現像スリーブ２４は、感光ドラム５１に形成されている静電像よりも相対的に負極性になり、現像剤中の負極性に帯電したトナーが現像スリーブ２４から感光ドラム５１へ移転する。現像スリーブ２４上の静電像を現像した残りの現像剤は、現像スリーブ２４の回転に従って現像容器２１内に回収され、搬送スクリュ２２によって搬送される現像剤に混合される。

図２に示すように、制御部１１はコンピュータにより構成され、例えばＣＰＵ１２と、各部を制御するプログラムを記憶するＲＯＭ１３と、データを一時的に記憶するＲＡＭ１４と、外部と信号を入出力する入出力回路（Ｉ／Ｆ）１５とを備えている。ＣＰＵ１２は、画像形成装置１の制御全体を司るマイクロプロセッサであり、システムコントローラの主体である。ＣＰＵ１２は、入出力回路１５を介して、シート給送部、画像形成部４０、シート排出部に接続され、各部と信号をやり取りすると共に動作を制御する。ＲＯＭ１３には、シートＳに画像を形成するための画像形成制御シーケンス等が記憶される。

また、制御部１１には、帯電バイアス電源６０と、現像バイアス電源６１と、一次転写バイアス電源６２と、二次転写バイアス電源６３と、トナー濃度センサ７１と、画像濃度センサ７２とが接続されている。制御部１１は、検知したトナー濃度と目標トナー濃度との関係に基づいてトナーボトル４１から現像装置２０へのトナーの供給量を制御すると共に、検知した画像濃度に基づいて目標トナー濃度を設定する。また、制御部は、検知した画像濃度に基づいて、一次転写部又は二次転写部４５の少なくとも一方における転写条件を設定する。制御部１１は、検知した画像濃度により設定された目標トナー濃度が所定の設定範囲の限界値に達した場合に、検知した画像濃度に基づいて転写条件を設定する。ここでの転写条件は、例えば転写電流である。

制御部１１は、検知した画像濃度により設定された目標トナー濃度が設定範囲の下限値に達したときは、検知した画像濃度と所定の基準濃度との差分が所定値以上である場合に、転写電流を下げる。また、制御部は、検知した画像濃度により設定された目標トナー濃度が設定範囲の下限値に達したときは、検知した画像濃度と所定の基準濃度との差分が所定値以上である場合に転写電流の補正値を第１の補正値とする。また、制御部は、検知した画像濃度により設定された目標トナー濃度が設定範囲の下限値に達したときは、検知した画像濃度と所定の基準濃度との差分が所定値未満である場合に転写電流の補正値を第１の補正値より小さい第２の補正値とする。

次に、このように構成された画像形成装置１における画像形成動作について説明する。

画像形成動作が開始されると、まず感光ドラム５１が回転して表面が帯電ローラ５２により帯電される。そして、露光装置４２により画像情報に基づいてレーザ光が感光ドラム５１に対して発光され、感光ドラム５１の表面上に静電潜像が形成される。この静電潜像にトナーが付着することにより、現像されてトナー画像として可視化され、中間転写ベルト４４ｂに転写される。

一方、このようなトナー像の形成動作に並行してシートＳが供給され、中間転写ベルト４４ｂのトナー画像にタイミングを合わせて、搬送経路を介してシートＳが二次転写部４５に搬送される。更に、中間転写ベルト４４ｂからシートＳに画像が転写され、シートＳは、定着部４６に搬送され、ここで未定着トナー像が加熱及び加圧されてシートＳの表面に定着され、装置本体１０から排出される。

次に、本実施の形態の画像形成装置１における現像装置２０にトナーを供給するための制御について説明する。二成分現像方式は、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、現像容器２１内の現像剤のＴＤ比が変化し、その結果、トナー帯電量が変化することで、現像特性が変化して出力画像濃度が変化する可能性がある。このため、画像形成された画像濃度を一定に維持するために、現像剤のＴＤ比や画像濃度を正確に検出して、過不足の無いトナーを供給するトナー供給制御技術が実用化されている。

本実施の形態では、インダクタンス制御、ビデオカウント制御、パッチ検ＡＴＲ制御によるトリプル制御方式を採用して、バランス良く出力画像濃度を安定化させている。即ち、トナー消費量を予測してフィードフォワードで消費分のトナー供給を実施しつつ、供給量バラツキをインダクタンス制御によって、トナー濃度の基準値に対してのズレをフィードバックで補正する制御としている。しかしながら、インダクタンス制御のみでは、例えば、トナー消費量が多いケースでは、トナー供給後にインダクタンス制御によって供給したトナーが到達するまでの時間差による検知遅れで、トナー濃度が予想以上に低下する場合がある。従って、大枠のトナー消費量をビデオカウント情報で決定し、インダクタンス情報によって補正することが、トナー供給の精度向上の観点で好ましい。

また、パッチ検ＡＴＲ制御によって求められたパッチ画像濃度に応じて、インダクタンス制御手段の目標トナー濃度を適宜変更する制御が実行されている。即ち、同一トナー濃度であってもキャリア表面へのトナー付着などにより、キャリア帯電性能が低下して、耐久に伴い緩やかにトナー帯電量が低下することが良く知られている。従って、低頻度のパッチ検ＡＴＲによってインダクタンス制御によるトナー濃度目標値を変更することが好ましい。

本実施の形態では、例えば画像比率が２０％未満、特に画像比率が２〜１０％程度の画像を１０００枚の連続プリントする場合、１００枚間隔でＡＴＲパッチ制御を実行する。画像濃度センサ７２により中間転写ベルト４４ｂ上に転写されたＡＴＲパッチ濃度（トナー濃度１．０）を検知し、パッチ濃度が基準濃度よりも大きいか小さいか、あるいは所定範囲内かを判断しインダクタンス制御の目標ＴＤ比Ｖｔｒｇｔを更新する。尚、本実施の形態では、目標ＴＤ比Ｖｔｒｇｔは目標トナー濃度に相当する値とする。次のＡＴＲパッチ制御実施までは更新された目標トナー濃度に収束するようにトナー供給量と頻度を調整する。そして、次のＡＴＲパッチ制御でも前回実施同様に中間転写ベルト４４ｂ上のトナー画像濃度を検知して、検知結果によりインダクタンスのターゲット値を補正するということを繰り返し行う。このようにすることで、トナー帯電量を一定範囲内に収束させることができる。

また、本実施の形態では、例えば画像比率が２０％以上で連続印刷する場合には、現像器内のトナー帯電量が低下する。トナー帯電量の低下が著しいため、ＡＴＲ制御が実行される毎にインダクタンス制御によって決定されるインダクターゲット値Ｖｉｎｄｕｃが高い値に設定（ＴＤ比が低くくなる）される。例えば、本実施の形態では、１０００枚プリント時のＡＴＲパッチ制御実行時に、インダクターゲット値Ｖｉｎｄｕｃが制御値範囲の上限値Ｖｈｉに張り付く。インダクターゲット値Ｖｉｎｄｕｃが張り付いた状態で、さらに高印字率画像のプリントが継続されるとＡＴＲパッチ濃度Ｄｓｅｎｓが基準値Ｄｓｔｄからの乖離量が更に拡大する。

そこで、ＡＴＲパッチ濃度の基準値からの乖離量に応じて、最適二次転写電流を変更する。この時のトナー帯電量は３０μＣ／ｇであり、最適二次転写電流は４５μＡであった。最適二次転写電流とは、二色ベタ画像が紙上に均一に転写され、かつＨＴ画像や他色のベタ画像が均一に転写される設定のことである。例えば、二次転写電流が過剰な電流設定だと二色ベタ画像は均一に転写されるが、単色ベタ画像に転写ムラ（強抜け）が生じたりＨＴ画像上に小さい白点（突き抜け）が見られる。一方、二次転写電流が不足していると二色ベタ画像が十分に転写されず、濃度が確保できない状態となる。

ここで、パッチ濃度の基準値をＤｓｔｄ、ＡＴＲパッチ制御時に検知したパッチ濃度をＤｓｅｎｓとすると、二次転写電流のターゲット値Ｉｔｒｇｔは、以下のように補正される。即ち、（Ｄｓｔｄ）＞（Ｄｓｅｎｓ）、かつ、（Ｄｓｔｄ）−（Ｄｓｅｎｓ）＞ΔＤの場合は、二次転写電流のターゲット値をＩｔｒｇｔ（１−α）とする。また、（Ｄｓｔｄ）＜（Ｄｓｅｎｓ）、かつ、（Ｄｓｅｎｓ）−（Ｄｓｔｄ）＞ΔＤの場合は、Ｉｔｒｇｔ（１−α）とする。尚、ΔＤ、αは、予め与えられた調整値である。

そして、二次転写電流のターゲット値の補正後はＡＴＶＣを行い、補正後の電流値が得られるよう電圧値を算出する。αは調整値であり、予め決められた環境テーブル値に従って求める。ＡＴＲパッチ濃度の基準濃度からの乖離量はトナー帯電量の変化に相当するため、乖離量が大きくなることはトナー帯電量の変化が大きくなることを意味する。このため、乖離量の閾値をΔＤより大きい又は小さいの１段階だけでなく、例えばΔＤ×２やΔＤ×３のように複数の閾値を持ち、補正係数をその値毎にＡ１、Ａ２、Ａ３というように設定しても良い。このようにすることで、更に大きなトナー帯電量の変化に対応した二次転写電流の設定を行うことが可能となる転写設定の精度向上を実現できる。

次に、本実施の形態の画像形成装置１において、トナー濃度やパッチ画像の濃度に応じて二次転写電流を補正する際の手順について、図４、図５、図６に沿って説明する。画像形成が開始されると（ステップＳ１）、制御部１１は画像情報に基づいてビデオカウント値を算出する（ステップＳ２）。制御部１１は、算出したビデオカウント値に基づいて、トナー供給量Ｆ（Ｖｃ）を算出する（ステップＳ３）。

そして、制御部１１は、トナー濃度センサ７１によりＴＤ比Ｖｓｅｎｓを検知する（ステップＳ４）。制御部１１は、検知したＴＤ比Ｖｓｅｎｓと目標ＴＤ比Ｖｔｒｇとの差分に基づいて、トナー供給量Ｆ（ＴＤ）を算出する（ステップＳ５）。更に、制御部１１は、全トナー供給量Ｆ＝Ｆ（Ｖｃ）＋Ｆ（ＴＤ）＋Ｆ（ＲＥＭＡＩＮ）を算出し（ステップＳ６）、ブロック供給数Ｂ（Ｃ）、Ｆ（ＲＥＭＡＩＮ）を算出する（ステップＳ７）。制御部１１は、得られた全トナー供給量Ｆに応じて、トナーボトル４１を適宜作動させて、トナーの現像装置２０への供給を実施する（ステップＳ８）。

そして、制御部１１は、パッチ検ＡＴＲカウンタＣＮＴをカウントアップする（ステップＳ９）。制御部１１は、パッチ検ＡＴＲカウンタＣＮＴが閾値（例えば１００）ＣＮＴｔｈ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。制御部１１が、パッチ検ＡＴＲカウンタＣＮＴが閾値ＣＮＴｔｈ以上でないと判断した場合は、パッチ検を実行するタイミングではないと判断して、次の画像形成を実行する（ステップＳ１６）。

制御部１１が、パッチ検ＡＴＲカウンタＣＮＴが閾値ＣＮＴｔｈ以上であると判断した場合は、ＡＴＲパッチ画像を紙間に形成する（ステップＳ１１）。そして、制御部１１は、画像濃度センサ７２によりパッチ濃度を検知し（ステップＳ１２）、検知結果に基づいて目標ＴＤ比Ｖｔｒｇを算出して設定し（ステップＳ１３）、パッチ検ＡＴＲカウンタＣＮＴを０にリセットする（ステップＳ１４）。更に、制御部１１は、画像比率が２０％以上であるか否かを判断する（ステップＳ１５）。ここでの画像比率は、例えば、直前の１００枚の平均等、適宜な値を利用することができる。

制御部１１が、画像比率は２０％以上であると判断した場合は、高画像比率での画像形成が続いたと判断する。そして、制御部１１は、目標ＴＤ比ＶｔｒｇがＴＤ比下限に達しているか否かを判断する（ステップＳ１７）。制御部１１が、目標ＴＤ比ＶｔｒｇがＴＤ比下限に達していると判断した場合は、Ｄｓｅｎｓ−ＤｓｔｄがΔＤ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１８）。制御部１１が、Ｄｓｅｎｓ−ＤｓｔｄはΔＤ以上であると判断した場合は、二次転写目標電流を補正値Ａ１（第１の補正値）にて下げる補正をする（ステップＳ１９）。また、制御部１１が、Ｄｓｅｎｓ−ＤｓｔｄはΔＤ以上でないと判断した場合は、二次転写目標電流を補正値Ａ１より下げ幅の小さい補正値Ａ２（第２の補正値）にて下げる補正をする（ステップＳ２０）。制御部１１は、ステップＳ１７にて目標ＴＤ比ＶｔｒｇがＴＤ比下限に達していないと判断した場合、また二次転写目標電流を補正した場合（ステップＳ１９，２０）は、次の画像形成を実行する（ステップＳ２１）。

また、制御部１１が、ステップＳ１５にて画像比率は２０％以上でないと判断した場合は、高画像比率での画像形成が続いていないと判断する。そして、制御部１１は、目標ＴＤ比ＶｔｒｇがＴＤ比下限に達しているか否かを判断する（ステップＳ２２）。制御部１１が、目標ＴＤ比ＶｔｒｇがＴＤ比下限に達していると判断した場合は、Ｄｓｅｎｓ−ＤｓｔｄがΔＤ以上であるか否かを判断する（ステップＳ２３）。制御部１１が、Ｄｓｅｎｓ−ＤｓｔｄはΔＤ以上であると判断した場合は、二次転写目標電流を補正値Ａ２より下げ幅の小さい補正値Ａ３にて下げる補正をする（ステップＳ２４）。また、制御部１１が、Ｄｓｅｎｓ−ＤｓｔｄはΔＤ以上でないと判断した場合、又はステップＳ２２にて目標ＴＤ比ＶｔｒｇがＴＤ比下限に達していないと判断した場合は、次の画像形成を実行する（ステップＳ２５）。

尚、以上説明したようにトナー帯電量が低下している場合とは逆に、トナー帯電量が上昇している場合にも同様の制御を行うことは有効である。即ち、ＴＤ比が上限値に張り付き、ＡＴＲパッチ制御時のトナー濃度が基準トナー濃度よりも低く、乖離量が大きい場合は、トナー帯電量が高くなっている状態を意味する。低温低湿環境あるいは低画像比率画像を連続プリントする際には、現像装置２０内でトナーとキャリアの摩擦帯電が効率的になされるためトナー帯電量が上昇し、このような状態になりやすい。ＴＤ比が上限値に張り付き、かつＡＴＲパッチ濃度が基準値よりも低いときトナー帯電量も高くなり、最適二次転写電流も増加する。このような場合には上述とは反対の動作により、二次転写電流を増やすよう制御することが望ましい。この場合、制御部１１は、検知した画像濃度により設定された目標トナー濃度が設定範囲の上限値に達したときは、検知した画像濃度と所定の基準濃度との差分が所定値以上である場合に、転写電流を上げる。

上述したように本実施の形態の画像形成装置１によれば、制御部１１は、検知したＴＤ比と目標ＴＤ比との関係に基づいてトナーボトル４１から現像装置２０へのトナーの供給量を制御する。また、これと共に、制御部１１は、検知した画像濃度に基づいて目標ＴＤ比を設定する。また、制御部１１は、検知した画像濃度に基づいて、二次転写電流の補正値を設定する。このため、目標トナー濃度が上限値あるいは下限値に張り付いたまま維持されてしまっても、画像濃度に応じて転写条件の適正化を図ることができる。

尚、上述した第１の実施の形態の画像形成装置１では、検知した画像濃度に基づいて二次転写電流の補正値を設定するようにしたが、これには限られない。例えば、一次転写電流についても同様の制御を用いることが可能である。この場合、中間転写ベルト４４ｂ上に転写されたトナー像が下流ステーションの一次転写部にて再転写が発生するが、トナー帯電量低下時には、再転写量が大きくなる。トナー帯電量が低下している場合、下流ステーションの一転部通過中に受ける放電によって極性反転し下流ステーションの感光ドラム５１にトナーが付着する現象がより顕著となってくる。そこで本実施の形態によって、トナー帯電量低下を判断し、下流ステーションの一次転写部の電流を下げることで再転写トナー量を低減でき、色味変動が抑制されるだけでなくトナーの消費量の増加も抑えることが可能となる。

また、本実施の形態では、画像形成装置１は、中間転写ベルト４４ｂを有し、感光ドラム５１から中間転写ベルト４４ｂに各色のトナー像を一次転写した後、各色の複合トナー像をシートＳに一括して二次転写する方式としている。但し、これには限られず、シート搬送ベルトで搬送されたシートに感光ドラムから直接に転写する方式を採用してもよい。この場合、制御部１１は、検知した画像濃度に基づいて、転写電流の補正値を設定する。このため、目標トナー濃度が上限値あるいは下限値に張り付いたまま維持されてしまっても、画像濃度に応じて転写条件の適正化を図ることができる。

１…画像形成装置、１１…制御部、４１，４１ｃ，４１ｋ，４１ｍ，４１ｙ…トナーボトル（トナー供給部）、４４ｂ…中間転写ベルト（中間転写体）、４５ｂ…二次転写外ローラ（二次転写手段）、５１，５１ｃ，５１ｋ，５１ｍ，５１ｙ…感光ドラム（像担持体）、５３…現像装置、７１…トナー濃度センサ（トナー濃度検知手段）、７２…画像濃度センサ（画像濃度検知手段）。

Claims

静電像を担持する像担持体と、
前記像担持体に形成された静電像をトナーにより現像する現像装置と、
前記現像装置にトナーを供給可能なトナー供給部と、
前記現像装置の内部のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
前記像担持体に当接して前記像担持体との間で転写部を形成し、転写バイアスが印加されることにより、前記像担持体に形成されたトナー像を前記転写部で記録材に転写する転写体と、
画像濃度制御用の基準トナー像の画像濃度を検知する画像濃度検知手段と、
検知した前記トナー濃度と目標トナー濃度との関係に基づいて前記トナー供給部から前記現像装置へのトナーの供給量を制御すると共に、検知した前記画像濃度に基づいて前記目標トナー濃度を設定する制御部と、を備え、
前記制御部は、検知した前記画像濃度により設定された前記目標トナー濃度が所定の設定範囲の限界値に達した場合に、検知した前記画像濃度に基づいて前記転写部における転写条件を設定する、
ことを特徴とする画像形成装置。
静電像を担持する像担持体と、
前記像担持体に形成された静電像をトナーにより現像する現像装置と、
前記現像装置にトナーを供給可能なトナー供給部と、
前記現像装置の内部のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
前記像担持体に当接して前記像担持体との間で一次転写部を形成し、一次転写バイアスが印加されることにより、前記像担持体に形成されたトナー像を前記一次転写部で一次転写する中間転写体と、
前記中間転写体に当接して前記中間転写体との間で二次転写部を形成し、二次転写バイアスが印加されることにより、前記中間転写体に一次転写されたトナー像を前記二次転写部で記録材に二次転写する二次転写手段と、
画像濃度制御用の基準トナー像の画像濃度を検知する画像濃度検知手段と、
検知した前記トナー濃度と目標トナー濃度との関係に基づいて前記トナー供給部から前記現像装置へのトナーの供給量を制御すると共に、検知した前記画像濃度に基づいて前記目標トナー濃度を設定する制御部と、を備え、
前記制御部は、検知した前記画像濃度により設定された前記目標トナー濃度が所定の設定範囲の限界値に達した場合に、検知した前記画像濃度に基づいて前記一次転写部又は前記二次転写部の少なくとも一方における転写条件を設定する、
ことを特徴とする画像形成装置。
前記転写条件は、転写電流である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
前記制御部は、検知した前記画像濃度により設定された前記目標トナー濃度が前記設定範囲の下限値に達したときは、検知した前記画像濃度と所定の基準濃度との差分が所定値以上である場合に、前記転写電流を下げる、
ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
前記制御部は、検知した前記画像濃度により設定された前記目標トナー濃度が前記設定範囲の下限値に達したときは、検知した前記画像濃度と所定の基準濃度との差分が所定値以上である場合に前記転写電流の補正値を第１の補正値とし、検知した前記画像濃度と所定の基準濃度との差分が前記所定値未満である場合に前記転写電流の補正値を前記第１の補正値より小さい第２の補正値とする、
ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
前記制御部は、検知した前記画像濃度により設定された前記目標トナー濃度が前記設定範囲の上限値に達したときは、検知した前記画像濃度と所定の基準濃度との差分が所定値以上である場合に、前記転写電流を上げる、
ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。