JP2020091442A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】注目画素と注目画素の周辺画素の状態に基づいて注目画素の画素データを補正する前に画像データに基づくトナー消費量に相関する情報（ビデオカウント値）を取得する構成で、トナー補給を精度良く行える構成を提供する。【解決手段】露光変調部は、画像データの注目画素と注目画素の周辺画素の状態に基づいて、注目画素の画素データを補正する。即ち、露光変調を行う。ＣＰＵは、露光変調部による画素データの補正度合（露光変調強度）を変更可能である。ビデオカウンタは、露光変調の前に画像データに基づくトナー消費量に相関する情報（ビデオカウント値）を取得する。ＣＰＵは、ビデオカウント値と、露光変調強度とに基づいて、現像装置に現像剤を補給する補給装置による現像剤の補給量を調整する。【選択図】図１０

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、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。

現像装置へのトナー補給を、ビデオカウント値を用いて行う技術が従来から知られている（例えば、特許文献１）。ビデオカウント値とは、入力された画像データを画素毎にその出力レベルを積算した値である。

一方、出力画像の細線を太目にしたりするなどの目的で、入力画像の注目画素と、その周辺に位置する周辺画素の状態に基づいて、注目画素の画素データを補正する技術が開示されている（特許文献２）。本明細書では、このような技術を、露光変調という。

特開２００３−５７９５０号公報 特開２０１４−２１０３８０号公報

ここで、露光変調を行う前にビデオカウント値（画像データに基づくトナー消費量に相関する情報）を取得する構成が考えられる。この場合、露光変調の強度を変更した場合に、この変更がビデオカウント値に反映されない。露光変調の強度とは、露光変調による補正度合であり、例えば、画像形成装置におけるサービスモードにより設定される。

このように露光変調の強度の変更がビデオカウント値に反映されないと、ビデオカウント値に基づいて行うトナー補給の精度が低下する。具体的には、出力画像の細線を細目に出力するなどの目的で露光変調の強度を変更した場合でも、トナー補給は露光変調前のビデオカウント値に基づいて行う。このため、現像装置へのトナー補給量が過剰になる可能性がある。即ち、入力された画像データに基づくビデオカウント値によりトナー補給量を設定しても、実際に形成される画像に使用されるトナー消費量が、トナー補給量よりも少ない場合が生じ得る。この結果、トナー補給量が過剰となる場合がある。

一方、出力画像の細線を太目に出力するなどの目的で露光変調の強度を変更した場合でも、トナー補給は露光変調前のビデオカウント値に基づいて行う。このため、現像装置へのトナー補給量が不足する可能性がある。即ち、入力された画像データに基づくビデオカウント値によりトナー補給量を設定しても、実際に形成される画像に使用されるトナー消費量が、トナー補給量よりも多い場合が生じ得る。この結果、トナー補給量が不足する場合がある。

本発明は、注目画素と注目画素の周辺画素の状態に基づいて注目画素の画素データを補正する前に画像データに基づくトナー消費量に相関する情報を取得する構成で、トナー補給を精度良く行える構成を提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、像担持体と、入力された画像データに基づいて前記像担持体の表面を露光して、静電潜像を形成する露光装置と、トナーを含む現像剤により前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像する現像装置と、前記現像装置に現像剤を補給する補給装置と、前記画像データの注目画素と前記注目画素の周辺画素の状態に基づいて、前記注目画素の画素データを補正する補正部と、前記補正部による画素データの補正度合を変更可能な変更部と、前記補正部による画素データの補正前に前記画像データに基づくトナー消費量に相関する情報を取得する取得部と、前記取得部により取得した前記画像データに基づくトナー消費量に相関する情報と、前記変更部により変更された画素データの補正度合とに基づいて、前記補給装置による現像剤の補給量を調整する調整部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、注目画素と注目画素の周辺画素の状態に基づいて注目画素の画素データを補正する前に画像データに基づくトナー消費量に相関する情報を取得する構成で、トナー補給を精度良く行える。

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の実施形態に係る画像処理部及びレーザ駆動部の概略構成平面図。 第１の実施形態に係る画像形成装置における画像処理部及びレーザ駆動部の制御ブロック図。 第１の実施形態に係る現像装置の概略構成断面図。 第１の実施形態に係るトナー補給装置の概略構成縦断面図。 第１の実施形態に係るトナー補給装置の概略構成横断面図。 第１の実施形態に係る現像装置へのトナー補給の制御ブロック図。 （ａ）第１の実施形態に係る露光変調強度の変更を行う制御のブロック図、（ｂ）同じく露光変調強度の変更を行う画面の一例を示す図。 第１の実施形態に係る露光変調で用いるフィルタの一例を示す図。 第１の実施形態に係る露光変調とビデオカウント値の取得の順序を説明する模式図。 第２の実施形態に係る、（ａ）現像装置の概略構成縦断面図、（ｂ）トナー搬送スクリューと板状部材との関係を示す模式図。 第３の実施形態に係る現像装置の概略構成横断面図。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態について、図１ないし図１０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及び図２を用いて説明する。

［画像形成装置］
画像形成装置１００は、電子写真方式のモノクロプリンタである。画像形成装置１００は、画像形成装置本体に接続されたスキャナ（原稿読み取り装置）又は画像形成装置本体に対し通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の外部端末から入力された画像データに応じてトナー像を記録材ｍに形成する。記録材としては、用紙、プラスチックフィルム、布などのシート材が挙げられる。

本実施形態の画像形成装置１００は、矢印Ｄ２方向に回転駆動される像担持体としての円筒状の感光体、即ち、感光ドラム２を備える。本実施形態では、感光ドラム２は、アモルファスシリコンを主成分とする感光層を含むもので、外径が８４ｍｍである。感光ドラム２の周囲には、矢印Ｄ２方向に沿って帯電装置３、現像装置４、転写前帯電装置５、転写ローラ６、清掃装置８、除電露光ランプ９が配設されており、感光ドラム２の上方には露光装置１が配設されている。また、記録材ｍの搬送方向Ｄｍに対して、転写ローラ６の下流側には定着装置１１が配置されている。

帯電手段としての帯電装置３は、例えば、２本の帯電線及び１０本のグリッド線等を含むコロナ帯電器である。転写手段としての転写ローラ６は、芯金の周囲に導電性のゴムスポンジの層を有するスポンジローラである。清掃手段としての清掃装置８は、ゴム製の板状部材（ゴムブレード）等によって構成され、感光ドラム２の回転駆動に伴いゴムブレードが感光ドラム２の表面に摺接し、感光ドラム２上のトナーなどを清掃できるように構成されている。

露光装置１は、図１及び図２に示すように、入力画像信号に基づいたレーザ光Ｌを発射する。レーザ光Ｌは、光源３００から出射し、レンズ３０１、スリット３０２、ミラー３０８などを経由して、感光ドラム２の表面に到達する。

定着装置１１は、定着ローラ１１１と、定着ローラ１１１と当接して定着ニップ部を形成する加圧ローラ１１２等から構成される。定着ローラ１１１は、熱源となるハロゲンヒータ１１３を内蔵し、その外表面は、ハロゲンヒータ１１３によって所定の温度に維持される。

次に、このように構成される画像形成装置１００の画像形成動作について説明する。感光ドラム２は、不図示のモータにより矢印Ｄ２方向に、例えば、４５０ｍｍ／ｓの外周速度で回転駆動され、一次帯電バイアスが印加された帯電装置３により表面が＋５００Ｖ（表面電位Ｖ２ｄ）に一様に帯電される。そして、感光ドラム２の表面に、露光装置１から出力すべき画像信号に対応したレーザ光（露光光）Ｌが照射され、照射された部分の感光ドラム２の表面が＋１２０Ｖ（露光部の電位Ｖ２ｌ）にされ、静電潜像が形成される。

本実施形態の画像形成装置１００は、デジタル画像形成装置で一般的な画像部露光方式ではなく、背景部露光方式を採用するため、非露光部を可視像化する。そして、現像装置４により感光ドラム２の帯電極性（＋）と逆極性に帯電したトナー（−）を静電潜像に付着させてトナー像として可視像化する。なお、画像部を露光して可視像化するようにしても良い。その後、感光ドラム２上のトナー像は、転写前帯電装置５により更に帯電され、感光ドラム２と転写ローラ６とで形成される転写ニップ部に到達する。

次いで、所定のタイミングで、レジストレーションローラ対１３に待機していた記録材ｍを、感光ドラム２と転写ローラ６とで形成される転写ニップ部に搬送する。そして、この位置で転写電流を転写ローラ６に印加することで、感光ドラム２から記録材ｍへトナー像を転写する。トナー像を転写された記録材ｍは、不図示の搬送装置によって定着装置１１まで搬送される。

記録材ｍは、定着ローラ１１１と加圧ローラ１１２が形成する定着ニップ部に搬送される。そして、定着ニップ部にてトナー像が加熱・加圧されて、記録材ｍ上にトナー像が定着される。記録材ｍの片面に画像を形成する場合は、定着装置１１から排出された後、そのまま機外に排出され、記録材ｍの両面に画像を形成する場合は、不図示の反転装置によって反転された後、記録材ｍの反対面に、上述と同様に画像形成を行う。

一方、転写後に感光ドラム２の表面に残存するトナーは、清掃装置８によって除去されて回収され、更に、感光ドラム２の表面が除電露光ランプ９により除電され、次の画像形成動作に備える。

［画像処理における画像信号の流れ］
本実施形態に係る画像形成装置１００は、複写、プリント、スキャン等複数の機能を備えるが、ここでは、複写機能を使用する場合の画像処理における画像信号の流れを、図３に基づいて説明する。

図３に示す画像処理部は、クロック信号を生成するクロック発生器５０６を備え、後述する各ブロックは、クロック信号に同期して各処理を実行する。クロック信号は、水平同期信号よりも高周波の信号である。

読取画像処理部５０１は、例えば、画像形成装置本体に接続されたスキャナのイメージセンサ部５００からの読取画像データの画像信号を受信し、受信した画像信号を画像データに変換する。言い換えれば、スキャナなどから読取画像処理部５０１に画像データの画像信号が入力される。また、読取画像処理部５０１は、読取画像データの出力画像に対応する画素データへの変換処理やスクリーン処理を実行する。

コントローラ５０２は、読取画像処理部５０１によって処理された画像データをメモリ５０５へ書き込み、書き込まれた画像データを読み出して、露光変調部５０３に入力する。

露光変調部５０３は、コントローラ５０２から入力された２値画像データを多値に変換し、その後フィルタ処理し、パターン変換部５０８に出力する。パターン変換部５０８は、露光変調部５０３によって処理された画像データを再度２値データであるビットパターンに変換する。パターン変換部５０８は、クロック信号に同期してビットパターンをパラレル／シリアル変換部５０４に出力（ビットデータをパラレル出力）する。

クロック発生器５０６は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）５０７によって逓倍された逓倍クロック信号に同期してビットデータをシリアルに出力することによって、ＰＷＭ信号を生成する。

レーザ駆動部３１０は、ＰＷＭ信号に基づいて光源３００（図２）を点灯または非点灯状態に制御する。これにより、露光装置１（図１）は、入力された画像データに基づいて感光ドラム２の表面を露光して、静電潜像を形成する。

［現像装置］
次に、本実施形態の現像装置４について、図４を用いて説明する。現像装置４は、現像容器４０、現像ローラ４１、規制ブレード４２、第１搬送部材４３ａ、第２搬送部材４３ｂ、トナー検知センサ４４などを有する。現像容器４０は、トナーを含む現像剤を収容する。本実施形態では、現像剤は、磁性を有するトナー（磁性トナー）を含み、キャリアを含まない、所謂一成分現像剤である。

本実施形態におけるトナーは、粉砕法により製造した負帯電性のスチレンアクリル系樹脂である。また、トナーは、結着樹脂、着色剤、マグネタイト等の磁性体、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、本実施形態での体積平均粒径は６．８μｍであった。

現像剤担持体としての現像ローラ４１は、現像容器４０の感光ドラム２と対向する部分に形成された開口部に配置されている。現像ローラ４１は、例えば外径３２．３ｍｍの円筒部材であり、内部に永久磁石４１ａが配置されている。そして、不図示のモータにより矢印方向に回転駆動される。また、現像ローラ４１は、両端部に設けられた樹脂製のローラが感光ドラム２の両端部に当接することで、感光ドラム２と約２５０μｍの間隙を以て対向させられる。本実施形態では、現像ローラ４１は、厚さ０．７ｍｍのアルミ合金製の円筒部材の表面にフェノール樹脂を主体とした材料で構成された厚さ約１５μｍの導電性コーティングを施したものであり、表面研磨等により初期の表面粗さは約０．８５μｍＲａとした。

層厚規制部材としての規制ブレード４２は、現像ローラ４１が感光ドラム２と対向する領域の現像ローラ４１の回転方向上流に配置され、現像ローラ４１との隙間が約２３０μｍとなるように配置されている。このような規制ブレード４２は、板状の磁性金属製ブレードである。例えば、規制ブレード４２は、厚さ１ｍｍ、長さ３４０ｍｍ、幅３０ｍｍの板状の形状を呈する。また、規制ブレード４２と現像ローラ４１との対向部Ｐの間隙の大きさは２３０μｍである。

第１搬送部材４３ａ及び第２搬送部材４３ｂは、それぞれ樹脂製で梯子状に形成されており、互いの回転軸線が略平行となるように現像容器内に並べて配置され、現像容器４０内のトナーを攪拌しつつ現像ローラ４１に搬送する。第１搬送部材４３ａ及び第２搬送部材４３ｂは、回転軸線が現像ローラ４１の回転軸線と略平行となるように配置されている。後述するように、現像容器４０内にトナー補給装置２２を介してトナーボトル２１（図１）から補給されたトナーは、第１搬送部材４３ａ及び第２搬送部材４３ｂがそれぞれ矢印Ｄ４３ａ、Ｄ４３ｂ方向に回転することによって、現像ローラ４１方向へ搬送される。

第１、第２搬送部材４３ａ、４３ｂにより現像ローラ４１まで搬送されたトナーは、現像ローラ４１が内蔵する永久磁石４１ａの磁気吸引力により現像ローラ４１の表面に担持される。そして、現像ローラ４１が矢印方向へ、例えば、外周速度６５０ｍｍ／ｓで回転することにより規制ブレード４２との対向部Ｐまで搬送される。そして、この対向部Ｐにおいて現像ローラ４１に担持されたトナーは、永久磁石４１ａの磁極と規制ブレード４２間の磁力の作用により層厚を規制されて、感光ドラム２との対向部に搬送される。

現像ローラ４１には、電源４９から現像バイアスが印加されている。感光ドラム２との対向部に搬送された現像ローラ４１上のトナーは、この現像バイアスによって現像ローラ４１と感光ドラム２との対向部に形成された電界の作用により、感光ドラム２に転移する。これにより、感光ドラム２上（像担持体上）に形成された静電潜像をトナーにより現像され可視像化される。この際、現像に供されなかったトナーは、現像ローラ４１上に回収される。

現像剤検知部としてのトナー検知センサ４４は、現像容器４０内の側壁の所定の高さ位置に配置された透磁率検知方式のインダクタンスセンサであり、現像容器４０内のトナーが所定の高さまで到達するとトナーを検知する。これにより、安定状態における現像容器４０内のトナー量は所定量（本実施形態では、約４００ｇ）に維持される。即ち、後述するように、トナー検知センサ４４の信号に基づいてトナーを現像容器４０内に補給することで、現像容器４０内のトナーが所定量に維持される。なお、本実施形態では、トナー検知センサ４４は、現像容器４０の側壁のうち、現像ローラ４１の回転軸線方向の片側の側壁に１個設けられている。

［トナー補給装置］
次に、トナー補給装置２２について、図１を参照しつつ図５ないし図７を用いて説明する。図１に示すように、現像装置４の上方にはトナー補給装置２２（補給装置）が配設されており、現像装置４にトナーを補給する。更にトナー補給装置２２の上方には、その内部に粉体上の磁性トナーを収容する円筒状のトナーボトル２１が配設されている。

トナー補給装置２２は、図５及び図６に示すように、トナーを収容する筐体２２０、トナー検知センサ２２４、撹拌部材２２２、トナー補給ローラ２２３、規制部２２０ａ、２２０ｂなどを有する。トナー検知センサ２２４、撹拌部材２２２、トナー補給ローラ２２３は、筐体２２０内に配置されている。

トナーボトル２１は、不図示のトナーボトル駆動装置により駆動されることで、その一端からトナーを排出することによって、トナー補給装置２２の前側端部２２０ｅｆ（図５）にトナーを補給する。この際、ＣＰＵ３９（図３）は、トナー補給装置２２の筐体２２０の側壁の所定の高さ位置に設けられた、トナーを検知可能なトナー検知センサ２２４の出力信号に基づいて、トナーボトル２１を回転駆動させる。なお、トナー検知センサ２２４は、透磁率を検知するインダクタンスセンサである。また、本明細書で前側とは、画像形成装置１００を操作する側であり、感光ドラム２の回転軸線方向（現像ローラ４１の回転軸線方向（長手方向））の片側である。

トナーボトル２１から前側端部２２０ｅｆに補給されたトナーは、図５に示すように、撹拌部材２２２のスクリュー部２２２ａの作用により奥側方向へ約１００ｍｍ搬送される。そして、トナーは、その先で、楕円形の板状部材２２２０が等間隔で平行に複数個配置された板状部２２２ｃの作用により、トナー補給装置２２の筐体２２０内においてその高さを均一にされる。１個の楕円形の板状部材２２２０は、樹脂製で、撹拌部材２２２の回転軸に対して４５°の角度を以て配置される。

トナー補給ローラ２２３は、図６に示すように、撹拌部材２２２の板状部２２２ｃ（図５）の略下方に、その回転軸線方向が撹拌部材２２２の回転軸線方向と略平行となるように配置されている。トナー補給ローラ２２３は、外径が１２ｍｍであって、周方向に６０°間隔でＳ極とＮ極が交互に計６極着磁された磁石ピースが、外径２ｍｍの金属製の軸を取り囲むように設けられることで構成される。各磁極のローラ表面から０．１ｍｍ離れた地点における中心軸方向の磁束密度は６０ｍＴである。このようなトナー補給ローラ２２３は、磁力によりトナーを担持して、モータ２２８（図７）により、図６の矢印Ｄ２２３方向に回転駆動される。

図６に示すように、トナー補給装置２２の筐体２２０は、下部にトナー補給ローラ２２３の一部が露出する開口２２０ｈが形成されている。この開口２２０ｈは、現像装置４の現像容器４０の上部に形成された補給口と対向して配置される。落下手段としての規制部２２０ａ、２２０ｂは、開口２２０ｈのトナー補給ローラ２２３の周面と隙間を介して対向する位置にあり、トナー補給ローラ２２３の周面に担持されたトナー量を規制することでトナー補給ローラ２２３からトナーを落下させる。そして、トナー補給ローラ２２３から落下したトナーが、補給口を介して現像容器４０に供給される。

トナー補給ローラ２２３は、現像容器４０に設けられたトナー検知センサ４４の信号に基づいて駆動し、トナーを現像容器４０内に補給する。具体的には、ＣＰＵ３９（図３）が、その前の２ｓ間におけるトナー検知センサ４４の出力信号電圧が高いかを０．１ｓ毎に判断し、高ければトナー補給を行わず、そうでなければトナー補給を行う。

即ち、図７に示すように、モータ駆動回路２２９は、ＣＰＵ３９からのトナー補給信号に対応した時間だけモータ２２８を駆動し、トナー補給装置２２が備えるトナー補給ローラ２２３を、後述するトナー補給時間Ｔｒｅｐだけ回転駆動する。これにより、トナー補給装置２２から現像装置４にトナーが補給される。

［ビデオカウント値と露光変調強度について］
上述のようなトナー補給装置２２によるトナー補給は、現像容器４０に設けられたトナー検知センサ４４の信号と、画像形成装置１００に入力されたビデオカウント値と、後述する露光変調強度とに基づいて行う。ビデオカウント値は、具体的には、画像データを画素毎にその出力レベルを積算した値であり、画像データに基づくトナー消費量に相関する情報に対応するものである。

具体的には、図３に示すように、取得部としてのビデオカウンタ３０７は、コントローラ５０２から画像データを取得し、この画像データを画素毎にその出力レベルで積算してビデオカウント値に変換する。即ち、ビデオカウンタ３０７は、入力された画像データに基づくトナー消費量に相関する情報に対応するビデオカウント値を取得する。そして、このビデオカウント値がＣＰＵ３９に送られ、ＣＰＵ３９にて、後述する（式２）を用いてトナー補給時間Ｔｒｅｐが算出される。

ここで、本実施形態でも、出力画像の細線を太目にしたりするなどの目的で、入力画像データの注目画素と、その周辺に位置する周辺画素の状態に基づいて、注目画素の画素データを補正する露光変調を行う。また、この露光変調は、露光変調強度（露光変調による補正度合）を変更可能である。

図３に示すように、補正部としての露光変調部５０３は、コントローラ５０２から入力された２値画像データを多値に変換し、その後フィルタ処理し、パターン変換部５０８に出力する。即ち、露光変調部５０３は、画像データの注目画素と注目画素の周辺画素の状態に基づいて、注目画素の画素データを補正する。

露光変調強度の変更は、図８（ａ）に示すように、操作部１０１により行う。操作部１０１は、画像形成装置１００の装置本体に設けられた例えば液晶画面、或いは、装置本体に接続されたパーソナルコンピュータなどの外部端末である。本実施形態では、例えば、露光変調強度を、「弱」、「標準」、「強」の３段階に切り替え可能である。例えばライン画像を形成する場合、「弱」は、「標準」よりもラインを細目にし、「強」は、「標準」よりもラインを太目にする。

このような露光変調強度の切り替えは、エンドユーザが行っても良いが、サービスパーソンのみが可能としても良い。露光変調強度の切り替えを行う場合、操作部１０１の画面において、図８（ｂ）に示すようなサービスモードを表示し、目的に応じた露光変調強度を選択し、設定する。図８（ｂ）では、「−１」が「弱」に、「０」が「標準」に、「１」が「強」にそれぞれ対応する。サービスパーソンなどの操作者は、これらの何れかを選択し、「ＥＮＴＥＲ」を押すことで、露光変調強度を設定する。

露光変調強度が設定されると、図８（ａ）に示すように、ＣＰＵ３９は、露光変調部５０３による露光変調の強度、即ち、（「弱」、「標準」、「強」）を、設定された強度に変更する。したがって、ＣＰＵ３９が、露光変調部５０３による画素データの補正度合を変更可能な変更部に相当する。露光変調部５０３は、変更された露光変調強度に応じて、画像データ補正のためのフィルタを切り替える。

具体的には、補正すべき画素（本実施形態では、１２００ｄｐｉ）の画素データＤｉについて、注目画素と、その注目画素の周辺画素の画素データの考慮の仕方を切り換える。なお、画素データＤｉは、画像露光の強度であり、例えば、０〜２５５の２５６段階で示されるものである。

図９に画素データ補正のためのフィルタの一例を示す。図９の右側の表は、画素データを示し、左の表は係数を示す。図示の例では、注目画素ｄ５５の周辺の８０画素（周辺画素）を示しており、合計８１画素に対して、次の式１のように、左の表の係数を掛けて、画素データＤｉを算出する。なお、α、βは、所定の定数である。
Di=
α×［c00×d55
+β×{c10×(d54+d56)+ c20×(d53+d57) + c30×(d52+d58)+ c40×(d51+d597)
+c01×(d45+d65)+c02×(d35+d75) +c03×(d25+d85) +c04×(d15+d95)
+c11×(d44+d64+d46+d66) +c21×(d43+d63+d47+d67) +c12×(d34+d74+d36+d78)
+c22×(d33+d73+d37+d77) +c13×(d24+d84+d26+d86) +c31×(d42+d62+d48+d68)
+c14×(d14+d94+d16+d96) +c41×(d41+d61+d49+d69) +c23×(d23+d83+d27+d87)
+c32×(d32+d72+d38+d78) +c33×(d22+d82+d28+d88)
+c24×(d13+d93+d17+d97) +c42×(d31+d71+d39+d79)
+c34×(d12+d92+d18+d98)
+c43×(d21+d81+d29+d89) +c44×(d11+d91+d19+d99) }］ ・・・（式１）
この式１により、注目画素の画素データＤｉが算出され、これに基づいて画像の露光が行われる。この際、露光変調の強度によって画素データＤｉが変化する。

ここで、本実施形態では、図１０に示すように、露光変調を行う前にビデオカウント値を取得するようにしている。即ち、露光変調部５０３は、コントローラ５０２から入力された２値画像データを多値に変換し、上述のようなフィルタ処理を行ってから、パターン変換部５０８に出力する。そして、露光変調された画像データは、１６値のＰＷＭ信号としてレーザ駆動部３１０に出力される（図３参照）。この際、ビデオカウンタ３０７は、コントローラ５０２から露光変調前（露光変調部５０３による画素データの補正前）の画像データを取得しており、この画像データに基づいてビデオカウント値を算出している。

一方、本実施形態のように、露光変調前の画像データに基づくビデオカウント値を使用してトナー補給装置２２によるトナー補給を行う場合、露光変調強度の変更をトナー補給に反映させないと、トナー補給量が適正な範囲からずれる可能性がある。そこで、本実施形態では、変更された露光変調の強度を考慮して、トナー補給量を調整するようにしている。

即ち、調整部としてのＣＰＵ３９は、ビデオカウンタ３０７により取得したビデオカウント値と、変更された画素データの補正度合、即ち、露光変調強度とに基づいて、トナー補給装置２２によるトナーの補給量を調整する。

具体的には、ＣＰＵ３９は、次の式２で定義された関係（一次関数）に基づいて、ビデオカウント値から算出した画像比率ηｉ（０．１％）をトナー補給時間Ｔｒｅｐ（０．１ｓ）に換算し、トナー補給信号としてモータ駆動回路２２９（図７）に送る。式２の「Ｉｉｅｍ」は、露光変調強度であり、図８（ｂ）で説明した「−１」、「０」、「１」に対応するものである。
Ｔｒｅｐ＝２＋（Ｉｉｅｍ＋５）/４００×ηｉ ・・・（式２）

本実施形態では、上述したように、トナー補給装置２２は、現像容器４０に設けられたトナー検知センサ４４の信号に基づいて駆動するものであり、トナー検知センサ４４の検知結果に基づいて（トナーを検知しなくなったら）トナーの補給を開始する。ＣＰＵ３９は、このときに補給するトナーの補給量を調整する。即ち、上述の式２により求められたトナー補給時間Ｔｒｅｐ、トナー補給ローラ２２３が駆動される。これにより、露光変調強度が反映されたトナー補給が行われる。

例えば、露光変調強度として、所定の画像に対するトナー消費量が第１の消費量となる第１露光変調強度（第１補正度合）と、所定の画像に対するトナー消費量が第１の消費量よりも多い第２の消費量となる第２露光変調強度（第２補正度合）とを考える。第１露光変調強度を、例えば、上述の「標準」とした場合、第２露光変調強度は、上述の「強」となる。

この場合に、ＣＰＵ３９は、所定の画像を形成する場合に、第１露光変調強度におけるトナーの補給量を第１の補給量に調整し、第２露光変調強度におけるトナーの補給量を第１の補給量よりも多い第２の補給量に調整する。即ち、同じ画像を形成した場合、露光変調強度が強い方が使用されるトナー量が多いため、露光変調強度を強くした方のトナー補給量を多くする。

このように本実施形態では、トナー補給装置２２によるトナー補給量を、ビデオカウント値と、変更された露光変調強度とに基づいて調整している。このため、露光変調前にビデオカウント値を取得する構成であっても、露光変調強度の結果をトナー補給量に反映でき、トナー補給を精度良く行える。

［実験］
本実施形態の効果を確認するための実験結果について説明する。表１に各実施例及び比較例の構成及び条件を示す。なお、表１では、実施例１が本実施形態の構成に対応する。また、表１には、後述する第２の実施形態に対応する実施例２、第３の実施形態に対応する実施例３も示している。

表１から明らかなように、実施例３以外は、現像剤として磁性トナーを用いた。また、比較例１〜３の現像装置へのトナーの補給方式は、実施例１と同じとした。トナー補給に使用するビデオカウント値ＶＣの取得と、露光変調ＥＭの順序は、実施例１〜３及び比較例２は、図１０に示したように、露光変調前にビデオカウント値を取得する順とした。一方、比較例３は、順序を逆とした。なお、比較例１は、ビデオカウント値をトナー補給に使用していないため、順序は示していない。

現像装置へのトナー補給に考慮する項目については、比較例１以外は、現像装置のトナー残量（実施例１では、トナー検知センサ４４の出力信号）と、ビデオカウント値の両方を考慮した。露光変調強度については、実施例１〜３及び比較例１で、３段階に変更可能とし、比較例２、３では標準のみに固定した。

実験では、２３℃５０％ＲＨの環境下で、現像装置に初期強制トナー補給を実施した状態から、Ａ３サイズの全面黒画像（画像比率１００％）を片面で９９９枚連続出力した。そして、この際の、出力画像の面内画像反射濃度バラツキΔＤｒ１、画像反射濃度１ジョブ内変動ΔＤｒ２、現像装置からのトナー溢れ・詰まり、現像装置へのトナー補給不足（エラー）が発生するまでの累積出力枚数を調べた。この結果を表２に示す。

表２の「３ｐｔ「電」かすれ」は、３ｐｔサイズの明朝体「電」の出力画像において、かすれが無ければ「○」、有れば「×」の官能評価結果である。

「３ｐｔ「電」つぶれ」は、３ｐｔサイズのゴシック体「電」の出力画像において、つぶれが無ければ「○」、有れば「×」の官能評価結果である。

画像反射濃度は、Ｘ−Ｒｉｔｅ社製の分光濃度計ｍｏｄｅｌ５００で測定した。出力画像の面内画像反射濃度バラツキΔＤｒ１とは、上述の条件で９９９枚の画像出力を行う画像出力ジョブのエラー発生直前の出力画像の画像反射濃度を、９点測定した際の最大値Ｄｒｍａｘ１と最小値Ｄｒｍｉｎ１の差をいう。

画像反射濃度１ジョブ内変動ΔＤｒ２とは、画像出力ジョブの複数の出力画像の９点の画像反射濃度平均値のうち最大値Ｄｒｍａｘ２と最小値Ｄｒｍｉｎ２の差をいう。

現像装置からのトナー溢れ・詰まりは、現像装置へのトナー補給が過剰となった場合に生じ易く、表２における数値は、発生した場合の枚数である。

現像装置へのトナー補給不足エラーは、現像装置トナー不足を示す信号が２４０ｓ連続して発生した場合に発生させる。表２における数値は、発生した場合の枚数である。

表２から明らかなように、比較例１では、現像装置へのトナー補給に考慮する項目は、現像装置のトナー残量のみであるため、トナー補給関連の問題が発生し易かった。

比較例２では、露光変調の強度は固定であるため、画質の調整ができない。このため、特に小さな文字等でかすれ・つぶれが生じ易かった。さらにトナー補給の精度も十分でなく、実験では、早い段階で現像装置からのトナー溢れ・詰まりが生じた。

比較例３では、露光変調を先に行い、その後ビデオカウント値を取得する方式であるが、この方式の場合、露光変調前にビデオカウント値を取得する方式よりも制御基板のコストが高い。また、比較例２と同様に、露光変調の強度は固定であるため、特に小さな文字等でかすれ・つぶれが生じ易かった。さらにトナー補給の精度も十分でなかった。

これに対して実施例１では、現像装置からのトナー溢れ・詰まり及びトナー補給不足が生じなかった。このため、本実施形態によれば、トナーの補給を精度良く行えることが分かった。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態について、図１１を用いて説明する。本実施形態は、現像装置へのトナーの補給構成が第１の実施形態と異なる。その他の構成及び作用は、第１の実施形態と同様であるため、同様の構成については、同じ符号を付し、説明及び図示を省略又は簡略にし、以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

本実施形態のトナー補給装置２２Ａは、第１の実施形態と異なりトナー補給ローラを備えない。このため、現像装置４Ａの長手方向（現像ローラ４１の回転軸線方向）で均一にトナーを補給するのではなく、現像装置４Ａの前側端部４０ｅｆにトナーを補給している。そして、回転するトナー搬送スクリュー４８で補給したトナーを奥側方向へ搬送しつつ、略台形の板状部材４７（奥側に行くほど高さが低い）を越えたトナーが現像容器４０内に落下するように構成されている。

即ち、図１１（ａ）に示すように、トナー搬送スクリュー４８が現像ローラ４１と略平行に配置され、トナー搬送スクリュー４８と現像容器４０との間に板状部材４７が配置されている。板状部材４７は、図１１（ｂ）に示すように、長手方向手前側から奥側に向かう程、高さが低くなるように上端が傾斜している。即ち、板状部材４７は、トナー搬送スクリュー４８のトナー搬送方向下流側に向かう程、高さが低くなる。トナー搬送スクリュー４８により搬送されるトナーは、この板状部材４７の上端を乗り越えて、現像容器４０内に落下するため、長手方向に亙って略均一にトナーを現像容器４０に補給できる。

このような本実施形態に対応する実施例２では、表２から明らかなように、実施例１と同様に、トナー補給を精度良く行えた。但し、実施例２は、出力画像の面内画像濃度バラツキΔＤｒ１が、実施例１よりも大きかった。これは、実施例１のトナー補給ローラによるトナー補給方式に比べると、環境温度湿度の変化等によってトナーの状態が変更すると長手方向におけるトナー補給量の均一性が低下し易いためである。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態について、図１２を用いて説明する。上述の第１、第２の実施形態では、現像剤として磁性トナーを用いた一成分現像方式について説明した。これに対して本実施形態では、現像剤が非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像方式を用いている。このため、現像装置の構成が第１、第２の実施形態と大きく異なる。その他の構成及び作用は、第１の実施形態と同様であるため、同様の構成については、同じ符号を付し、説明及び図示を省略又は簡略にし、以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

図１２に示すように、現像装置４Ｂは、非磁性トナーと磁性キャリアを含む現像剤を収容可能な現像容器４０Ｂを有する。現像容器４０Ｂの上方には、補給用の現像剤が収容された現像剤ボトル２１Ｂが配置されている。現像容器４０Ｂ内には、搬送スクリュー４３Ｂａ、４３Ｂｂが現像スリーブ４１Ｂと平行に配設される。現像スリーブ４１Ｂ及び搬送スクリュー４３Ｂａ、４３Ｂｂは、現像容器４０Ｂの外側で、不図示のギア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。

現像容器４０Ｂ内の空間は、仕切壁４０ｗによって２つの空間に仕切られ、現像スリーブ４１Ｂ側の空間に搬送スクリュー４３Ｂａ、現像剤ボトル２１Ｂ側の空間に搬送スクリュー４３Ｂｂが配設されている。仕切壁４０ｗの長手方向（現像スリーブ４１Ｂの回転軸線方向）の両端部には、２つの空間の間で現像剤を受け渡して現像容器４０Ｂ内で循環させるため、不図示の開口部が形成されている。

搬送スクリュー４３Ｂａは、紙面の奥側から手前側に向かって現像剤を搬送しつつ、現像スリーブ４１Ｂに現像剤を供給する。搬送スクリュー４３Ｂｂは、逆に、紙面の手前側から奥側に向かって現像剤を搬送しつつ、現像剤ボトル２１Ｂから供給された補給用の現像剤を循環する現像剤に混合する。このようにして、搬送スクリュー４３Ｂａ、４３Ｂｂは、現像剤を現像容器４０Ｂ内で循環させるとともに、トナーとキャリアとを攪拌して摩擦帯電させる。

搬送スクリュー４３Ｂｂの近傍の現像容器４０Ｂの上壁には、現像剤補給口４０ｈが設けられている。現像剤補給口４０ｈには、補給用現像剤を搬送するための現像剤補給スクリュー４８Ｂが設けられている。画像出力によって消費されたトナー量に相当する量の補給用現像剤は、現像剤補給スクリュー４８Ｂの回転力と重力によって、現像剤ボトル２１Ｂから現像剤補給口４０ｈを経由して現像容器４０Ｂ内に供給される。本実施形態では、これにより、現像剤ボトル２１Ｂから現像剤を現像装置４Ｂに補給する補給装置２２Ｂを構成している。

本実施形態におけるトナーは、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、本実施形態での体積平均粒径は６μｍであった。

本実施形態におけるキャリアは、表面酸化又は未酸化の鉄、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の磁性粒子が使用可能であり、磁性粒子の製造法は特に制限されない。本実施形態でのキャリアの体積平均粒径は４０μｍ、抵抗率が５×１０^８Ωｃｍである。

現像容器４０Ｂ内の現像剤は、一対の搬送スクリュー４３Ｂａ、４３Ｂｂによって攪拌、搬送されることで帯電し、現像スリーブ４１Ｂに担持される。現像容器４０Ｂには、現像剤検知部としてのトナー濃度センサ４４Ｂが設けられている。トナー濃度センサ４４Ｂは、インダクタンスセンサであり、現像容器内を循環する現像剤のトナー濃度（現像剤質量に占めるトナー質量の割合）を検出して、それに応じた信号を出力する。

現像容器４０Ｂには、初期状態で約３００ｇの現像剤が収容されており、トナー濃度は８％である。なお、トナー濃度は、トナー帯電量、キャリア粒径、現像装置４Ｂの構造等に応じて最適化されるべきであるから、８％に限定されるものではない。

摩擦帯電によって表面にトナーを吸着したキャリアは、マグネット４１Ｂａが発生する磁界によって現像スリーブ４１Ｂ上に拘束される。現像スリーブ４１Ｂ上の現像剤（トナー及びキャリア）は、規制ブレード４２Ｂにより層厚が規制され、感光ドラム２（図１参照）との対向部に搬送される。そして、電源４９Ｂから現像スリーブ４１Ｂに印加された現像バイアスにより、現像スリーブ４１Ｂと感光ドラム２（図１参照）との対向部に電界が形成される。そして、この電界の作用により、現像スリーブ４１Ｂ上のトナーは感光ドラム２に転移し、現像に供されなかったトナーは現像スリーブ４１Ｂ上に回収され、搬送スクリュー４３Ｂａによって搬送される現像剤に混合される。

本実施形態の場合も、補給装置２２Ｂは、トナー濃度センサ４４Ｂの検知結果と、ビデオカウント値及び露光変調強度に基づいて、現像剤の補給を行う。

このような本実施形態に対応する実施例３では、表２から明らかなように、実施例１と同様に、トナー補給を精度良く行えた。但し、実施例３は、面内画像反射濃度バラツキΔＤｒ１は優れているものの、画像反射濃度１ジョブ内変動ΔＤｒ２が大きく、これら２つの性能のバランスが良くなかった。

＜第４の実施形態＞
第４の実施形態について説明する。上述の第１の実施形態では、ビデオカウント値と露光変調強度に基づいて、式２によりトナー補給時間Ｔｒｅｐを算出した。これに対して本実施形態では、テーブルによりトナー補給時間を求めている。その他の構成及び作用は、第１の実施形態と同様であるため、各構成の説明及び図示を省略する。

本実施形態では、ビデオカウント値から算出した画像比率、露光変調強度及びトナー補給時間の関係が、予めテーブルとしてメモリに記憶されている。ＣＰＵ３９（図３）は、ビデオカウント値から算出した画像比率及び露光変調強度からこのテーブルを参照して、トナー補給時間を求めている。表３は、このようなテーブルの１例である。

表３の左の１列と上の１行の欄を除く数字は、画像比率と露光変調強度に対応したトナー補給時間であり、数字に０．１ｓを掛ける。また、画像比率の欄も、数字に０．１％を掛ける。

このように本実施形態では、第１の実施形態と同様に、トナー補給装置２２によるトナー補給量を、ビデオカウント値と、変更された露光変調強度とに基づいて調整している。このため、露光変調前にビデオカウント値を取得する構成であっても、露光変調強度の結果をトナー補給量に反映でき、トナー補給を精度良く行える。

＜他の実施形態＞
本発明は、モノクロの画像形成装置以外にも、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックなどの複数の色を用いたフルカラーの画像形成装置にも適用可能である。この場合、各色の現像剤の補給を上述したように行う。

１・・・露光装置／２・・・感光ドラム（像担持体）／３・・・帯電装置／４、４Ａ、４Ｂ・・・現像装置／２２、２２Ａ・・・トナー補給装置（補給装置）／２２Ｂ・・・補給装置／３９・・・ＣＰＵ（変更部、調整部）／４４・・・トナー検知センサ（現像剤検知部）／４４Ｂ・・・トナー濃度センサ（現像剤検知部）／１００・・・画像形成装置／２２０ａ、２２０ｂ・・・規制部（落下手段）／２２３・・・トナー補給ローラ／３０７・・・ビデオカウンタ（取得部）／５０３・・・露光変調部（補正部）／

Claims (6)

1. 像担持体と、
   入力された画像データに基づいて前記像担持体の表面を露光して、静電潜像を形成する露光装置と、
   トナーを含む現像剤により前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像する現像装置と、
   前記現像装置に現像剤を補給する補給装置と、
   前記画像データの注目画素と前記注目画素の周辺画素の状態に基づいて、前記注目画素の画素データを補正する補正部と、
   前記補正部による画素データの補正度合を変更可能な変更部と、
   前記補正部による画素データの補正前に前記画像データに基づくトナー消費量に相関する情報を取得する取得部と、
   前記取得部により取得した前記画像データに基づくトナー消費量に相関する情報と、前記変更部により変更された画素データの補正度合とに基づいて、前記補給装置による現像剤の補給量を調整する調整部と、を備えた、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記変更部により変更可能な補正度合は、所定の画像に対するトナー消費量が第１の消費量となる第１補正度合と、前記所定の画像に対するトナー消費量が前記第１の消費量よりも多い第２の消費量となる第２補正度合と、を含み、
   前記調整部は、前記所定の画像を形成する場合に、前記第１補正度合における現像剤の補給量を第１の補給量に調整し、前記第２補正度合における現像剤の補給量を前記第１の補給量よりも多い第２の補給量に調整する、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記画像データに基づくトナー消費量に相関する情報は、前記画像データを画素毎にその出力レベルを積算したビデオカウント値である、
   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。
4. 前記現像装置は、現像剤を収容可能な現像容器と、前記現像容器内の所定の高さ位置で現像剤を検知可能な現像剤検知部と、を有し、
   前記補給装置は、前記現像剤検知部の検知結果に基づいて現像剤の補給を開始し、
   前記調整部は、このときに補給する現像剤の補給量を調整する、
   ことを特徴とする、請求項１ないし３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 現像剤は、磁性を有するトナーを含む、
   ことを特徴とする、請求項１ないし４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記補給装置は、磁力によりトナーを担持して回転するトナー補給ローラと、回転する前記トナー補給ローラからトナーを落下させる落下手段と、を有する、
   ことを特徴とする、請求項５に記載の画像形成装置。

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