JP3970081B2 - 現像剤の補給量決定方法、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー及びキャリヤを含む現像剤の補給量決定方法、及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トナーとキャリヤとを主成分とする二成分現像剤を用いたレーザビームプリンタ等の画像形成装置においては、画像形成ごとにトナーが消費されて、現像装置内の現像剤濃度（トナーとキャリヤの混合比）が変化する。このため現像剤濃度を一定に維持するべく、現像剤濃度を正確に検知する技術が重要となる。
【０００３】
現像剤濃度の検知は、普通、光センサによって行う。帯電済みの感光ドラム（ドラム状の電子写真感光体）上に、所定の潜像コントラストでパッチ潜像を形成し、このパッチ潜像を現像装置に収容されている二成分現像剤により現像し、パッチ画像とする。この感光ドラム上のパッチ画像に対して、光センサによって光を照射し、そのときの反射光の大小によって現像剤濃度を検知する。
【０００４】
反射光の大小の基準となる初期濃度は、画像形成装置の設置時及び現像剤交換時に設定される。この初期濃度は、光センサの感度が最もよい濃度（以下「基準濃度」という。）になるように設定される。画像形成装置の設置時及び現像剤交換時には、現像剤は密閉された密閉容器から現像装置の現像容器へ入れられる。密閉容器中の現像剤は密閉容器中の水分量（以下「容器内水分量」という。）に調湿されているが、現像装置の現像容器に入れられている間に外気に触れて、画像形成装置にある環境センサで検出される水分量（以下「雰囲気水分量」という。）に調湿される。
【０００５】
この間に、現像剤のトリボ（摩擦帯電電荷量）も、容器内水分量に対応した値から、雰囲気水分量に対応した値へと変化する。したがってこの初期濃度は、環境センサの検出値によって潜像コントラストを変えることにより、すべての環境で基準濃度になるように制御されているのが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、高画質化を目的として、現像剤中のトナー及びキャリヤが小径化される傾向にある。これらトナー及びキャリヤが小径化された現像剤は、同重量の大径の現像剤と比較した場合、現像剤全体としての表面積が大きくなる。表面積が大きくなると、現像剤が調湿されるのに要する時間が長くなる。このため、画像形成装置の設置時及び現像剤交換時に、パッチ画像の初期濃度設定をするまでに現像剤が十分調湿されず、現像剤のトリボが環境センサの検出する水分量に対応した値になる前に初期濃度を設定することになる。
【０００７】
密閉容器中の水分量（空気１ｍ^３中に含まれる水の質量）は現像剤を密閉容器に充填するときの環境に依存しおり、一般には１０ｇ程度である。密閉容器は密閉されているので、長時間たっても容器内水分量はほとんど変化しない。例えば、密閉容器中の水分量が１０ｇで、画像形成装置の設置時又は現像剤交換時の環境センサの検出水分量が１ｇであったとすると、潜像コントラストは水分量１ｇに対応した値で設定されるのに対し、現像剤の摩擦帯電量は水分量１０ｇに対応した値で決定されるため、パッチ画像の濃度が基準濃度から大きくずれてしまうという現象が生じた。
【０００８】
この結果、初期濃度の設定ができなかったり、仮にできたとしても、基準濃度から大きくずれてしまったりした。
【０００９】
後者のように、初期濃度が基準濃度から大きくずれると、濃度センサによる濃度検知がセンサ感度の悪い範囲で行われることになり、現像剤の濃度制御が不安定になってしまう。このため、例えば、現像剤が調湿されてトリボの変化により形成されるパッチ画像の濃度が低くなり、これを検知した濃度センサからの出力により、現像剤の濃度を高めるべく現像剤にトナーが補給されてしまい、現像剤濃度が異常に高くなってしまう。これが原因で、かぶりやトナー飛散、極端な場合は現像装置からの現像剤の溢れ出しという問題を招いた。
【００１０】
そこで、本発明は、画像形成装置の初期設置時や現像剤交換時の初期設定を精度よく行い、その後の現像剤の補給量を適正にすることができる現像剤の補給量決定方法、及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、少なくともトナーを含む補給用現像剤が収容され密閉された現像剤補給容器を画像形成装置に新たに装着した後、前記補給用現像剤をトナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像装置に補給する工程と、環境センサによる雰囲気環境の検知結果に応じて決定された画像形成条件に基づいて、前記現像装置に補給された前記補給用現像剤を用いて像担持体上に濃度検知用画像を形成する画像形成工程と、前記濃度検知用画像の濃度を濃度センサにより検知する検知工程と、前記雰囲気環境と前記密閉された現像剤補給容器内の環境との関係により事前に決められた前記雰囲気環境と変更量の関係から、前記環境センサの検知結果に応じた変更量を求め、該求められた変更量を用いて前記濃度センサの検知出力を補正する補正工程と、前記補正工程にて得られた補正値を、前記濃度センサの検知出力と比較する初期目標値として設定する初期設定工程と、前記濃度センサの検知出力と前記初期目標値とに応じて前記現像剤補給容器から前記現像装置へ補給すべき現像剤の補給量を決定する決定工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の現像剤の補給量決定方法において、前記画像形成工程において前記濃度センサの検知出力が前記濃度センサの高感度領域内となるように濃度検知用画像を形成する、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る発明は、トナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像装置と、少なくともトナーを含む補給用現像剤が収容されて密閉されており、画像形成装置本体に対して着脱可能な現像剤補給容器と、雰囲気環境を検知する環境センサと、該環境センサの検知結果に応じて決定された画像形成条件に基づいて、新たに装着された前記現像剤補給容器から前記現像装置に補給された前記補給用現像剤を用いて像担持体上に濃度検知用画像を形成する画像形成手段と、前記濃度検知用画像の濃度を検知する濃度センサと、前記雰囲気環境と前記密閉された現像剤補給容器内の環境との関係により事前に決められた前記雰囲気環境と変更量の関係から、前記環境センサの検知結果に応じた変更量を求め、該求められた変更量を用いて前記濃度センサの検知出力を補正する補正手段と、前記補正手段により得られた補正値を、前記濃度センサの検知出力と比較する初期目標値として設定する初期設定手段と、前記濃度センサの検知出力と前記初期目標値とに応じて前記現像剤補給容器から前記現像装置へ補給すべき現像剤の補給量を決定する決定手段と、を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の画像形成装置において、前記画像形成手段は、前記濃度センサの検知出力が前記濃度センサの高感度領域内となるように濃度検知用画像を形成する、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項３または４に記載の画像形成装置において、前記補正手段は、前記濃度センサの検知出力が前記初期目標値となるまで段階的に補正する、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の画像形成装置において、前記補正手段によって前記濃度センサの検知出力の補正を所定時間経過する毎に、又は所定の画像形成回数毎に段階的に行う、ことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図面において同一の符号を付したものは、同一の構成又は作用をなすものであり、これらについての重複説明は適宜省略した。
【００２４】
まず、本発明の概略を説明する。
【００２５】
本発明に係る画像形成装置は、現像装置の現像容器内に収容されたトナー及びキャリヤを含む現像剤のうち画像形成を繰り返すことによって消費されたトナーを補充可能な構成になっている。その補充用の現像剤（トナー、あるいはトナー及びキャリヤ）は画像形成装置に着脱可能に装着される密閉容器（現像剤補給容器）に充填されており、適宜、ユーザによって密閉容器から画像形成装置へ現像剤補給を行うように構成されている。また画像形成装置に設けられた環境センサで検出した環境情報（温度及び相対湿度）から得られた絶対水分量によって潜像コントラストを変えるようになっており、そして像担持体上に濃度検知用のパッチ潜像を形成し、このパッチ潜像を現像装置により上述の現像剤を使用して現像してパッチ画像を形成（現像）し、このパッチ画像の濃度を濃度センサによって検知する現像剤濃度検知を行う画像形成装置において、濃度センサの検知出力と比較すべき初期目標値を設定するときは、環境センサが検知した水分量に基づく潜像コントラストで形成したパッチ潜像を現像して所定濃度となるようにパッチ画像を形成し、濃度センサにより濃度を検知し、そしてこの検知出力を補正した（所定の変更量を加算した）値を初期目標値（初期濃度）とすることを特徴とする画像形成装置である。
【００２６】
上述の所定の変更量とは、初期濃度を設定するときに、環境センサの検知した水分量により決定される。また水分量により決まる変更量とは、環境センサで検知した水分量に基づく潜像コントラストで形成したパッチ潜像を、環境センサで検知した水分量に調湿された現像剤と、補給用の現像剤が充填されている密閉容器中の水分量に調湿された現像剤とで、現像した場合での濃度の差分である。
【００２７】
前記所定の変更量は、好ましくはその加算を段階的に行う。
【００２８】
＜実施の形態１＞
図１に、本発明に係る画像形成装置の一例を示す。同図に示す画像形成装置は、電子写真方式でデジタル方式の４色フルカラーの画像形成装置であり、同図はその構成を示す縦断面図である。
【００２９】
同図を参照して、画像形成装置全体の構成及び動作について説明する。
【００３０】
同図に示す本画像形成装置は、下部のデジタルカラー画像プリンタ部（以下単に「プリンタ部」という。）Ｉと、上部のデジタルカラー画像リーダ部（以下単に「リーダ部」という。）IIとを備えており、例えば、リーダ部IIで読み取った原稿Ｄの画像に基づき、プリンタ部Ｉで記録材Ｐに画像を形成する。
【００３１】
以下、プリンタ部Ｉの構成、つづいてリーダ部IIの構成について説明する。
【００３２】
プリンタ部Ｉは、矢印Ｒ１方向に回転駆動される像担持体としての感光ドラム１を有する。感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って順に、一次帯電器（帯電手段）２、露光装置（露光手段）３、現像装置（現像手段）４、転写装置（転写手段）５、クリーニング装置（クリーニング手段）６、前露光ランプ（前露光手段）７等が配置されている。
【００３３】
転写装置５の下方、すなわちプリンタ部Ｉの下半部には、記録材Ｐの供給搬送部（給搬送手段）８が設けてある。また、転写装置５の上部には分離装置（分離手段）９が、また分離装置９の下流側（記録材Ｐの搬送方向についての下流側）には定着器（定着手段）１０、排紙部（排紙手段）１１がそれぞれ配置されている。また、プリンタ部Ｉの現像装置４の近傍には、環境検知手段としての環境センサ（不図示）が配置されている。なお、本実施の形態では、環境センサとして、現像装置近傍の雰囲気の湿度を検知する湿度センサが配設されている。
【００３４】
感光ドラム１は、アルミニウム製のドラム状の基体１ａと、その表面を覆うＯＰＣ（有機光半導体）の感光層１ｂとを有している。感光ドラム１は、駆動手段（不図示）により矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。
【００３５】
一次帯電器２は、例えば、スコロトロンタイプのコロナ帯電器によって構成されている。この一次帯電器２は、感光ドラム表面に対向する部分が開口したシールド２ａと、シールド２ａの内側に感光ドラム表面の母線と平行に配置された放電ワイヤ２ｂと、シールド２ａの開口部に配置された帯電電位を規制するグリッド２ｃとを有している。一次帯電器２は、帯電バイアス印加電源（不図示）によって帯電バイアスが印加され、これにより、感光ドラム表面を所定の極性・電位に均一（一様）に帯電するようになっている。
【００３６】
露光装置３は、リーダ部IIからの画像信号に基づいてレーザ光Ｅを発光するレーザ出力部（不図示）と、レーザ光Ｅを反射するポリゴンミラー３ａと、レンズ３ｂと、ミラー３ｃとを有する。露光装置３は、このレーザ光Ｅを感光ドラム表面に照射することによって露光し、露光部分の電荷を除去して静電潜像を形成する。本実施の形態では、原稿Ｄの画像がイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色に色分解され、感光ドラム表面にそれぞれの色に対応した静電潜像が順次に形成されるようになっている。
【００３７】
現像装置４は、感光ドラム１の回転方向に沿って上流側から順に４個の現像器、すなわち現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋを備えている。これら４個の現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋは、それぞれ現像容器（不図示）を有していて、これら現像容器には、それぞれ樹脂を基体としたイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）のトナーとキャリヤを有する二成分の現像剤を収納している。各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋは、それぞれ現像スリーブ４ａとこの現像スリーブ４ａを感光ドラム表面に接離させる偏心カム４ｂとを有している（ただし、同図では、イエローの現像器４Ｙのもののみ図示）。この現像スリーブ４ａは、その表面に現像剤を担持して感光ドラム１と対向した現像部へ搬送し、感光ドラム上の静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像するものである。静電潜像の現像に際しては、現像に供される所定の色の現像器が、偏心カム４ｂによって択一的に感光ドラム表面に近接した現像位置に配置されて、現像スリーブ４ａを介して静電潜像にトナーを付着させて現像し、静電潜像をトナー像として可視化するようになっている。現像に供せられる現像器以外の他の３つの現像器は、現像位置から離れた退避位置に配置される。
【００３８】
本実施の形態においては、各現像容器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋに補給するためのトナーが収納されたホッパーが設けられている。この各ホッパーからは、後述するパッチ画像の濃度に応じた量のトナー（あるいはトナー及びキャリヤ）が現像容器に補給されるようになっている。このトナーの補給によって、パッチ画像の濃度が所定の濃度となるようにしている。
【００３９】
なお、画像形成装置に着脱可能に装着された、例えば、現像剤カートリッジのような補給用の現像剤を収容した各現像剤補給容器から各現像容器へ現像剤を直接補給するような構成であっても構わない。
【００４０】
また、上述したように、補給する現像剤としてはトナーだけでなく、トナー及びキャリヤが混合されたものを補給する構成であっても構わない。
【００４１】
転写装置５は、表面に記録材Ｐを担持する転写ドラム（記録材担持体）５ａ、感光ドラム上のトナー像を記録材Ｐに転写する転写帯電器５ｂ、記録材Ｐを転写ドラム５ａに静電吸着するための吸着帯電器５ｃとこれに対向する吸着ローラ５ｄ、内側帯電器５ｅ及び外側帯電器５ｆを有している。転写ドラム５ａは、矢印Ｒ５方向に回転駆動されるように軸支されており、その周面開口域には、誘電体からなる記録材担持シート５ｇが円筒状に一体的に張設されている。記録材担持シート５ｇは、ポリカーボネートフィルム等の誘電体シートを使用している。
【００４２】
クリーニング装置６は、記録材Ｐに転写されずに感光ドラム表面に残ったトナー（残留トナー）を掻き落とすクリーニングブレード６ａ、及び掻き落としたトナーを収容する回収容器６ｂを備えている。
【００４３】
前露光ランプ７は、一次帯電器２の上流側に隣接して配置されている。前露光ランプ７は、クリーニング装置６によって清掃された感光ドラム表面の不要な電荷を除去するものである。
【００４４】
給紙搬送部８は、大きさの異なる記録材Ｐを積載収納する複数の給紙カセット８ａ、給紙カセット８ａ内の記録材Ｐを給紙する給紙ローラ８ｂ、多数の搬送ローラ、及びレジストローラ８ｃ等を有している。給紙搬送部８は、画像形成に供される記録材Ｐを転写ドラム５ａに供給するものである。なお、手差しとなる記録材Ｐは、手差しトレイ２０から給紙される。
【００４５】
分離装置９は、トナー像転写後の記録材Ｐを転写ドラム５ａから分離するための分離帯電器９ａ、分離爪９ｂ、及び分離押し上げコロ９ｃ等を有している。
【００４６】
定着器１０は、内側にヒータを有する定着ローラ１０ａと、この定着ローラ１０ａの下方に配置されて記録材Ｐを定着ローラ１０ａに押し付ける加圧ローラ１０ｂとを有する。
【００４７】
排紙部１１は、定着器１０の下流側に配置された、搬送パス切り換えガイド１１ａ、排出ローラ１１ｂ、排紙トレイ１１ｃ等を有する。搬送パス切り換えガイド１１ａの下方には、１枚の記録材Ｐに対してその両面に画像形成を行うための搬送縦パス１１ｄ、反転パス１１ｅ、積載部１１ｆ、中間トレイ１１ｇ、さらに搬送ローラ１１ｈ、１１ｉ、反転ローラ１１ｊ等が配置されている。
【００４８】
感光ドラム１の周囲における一次帯電器２と現像装置４との間には、感光ドラム表面の帯電電位を検出する電位センサＳ１が、また現像装置４と転写ドラム５ａとの間には、感光ドラム上のトナー像の濃度を検知する濃度センサＳ２が、それぞれ配置されている。濃度センサＳ２については後に詳述する。
【００４９】
つづいて、リーダ部IIについて説明する。
【００５０】
プリンタ部Ｉの上方に配置されたリーダ部IIは、原稿Ｄが載置される原稿台ガラス１２ａ、移動しながら原稿Ｄの画像面を露光走査する露光ランプ１２ｂ、原稿Ｄからの反射光をさらに反射させる複数のミラー１２ｃ、反射光を集光するレンズ１２ｄ、及びレンズ１２ｄからの光に基づいてカラー色分解画像信号を形成するフルカラーセンサ１２ｅ等を有する。カラー色分解画像信号は、増幅回路（不図示）を経てビデオ処理ユニット（不図示）によって処理された後、上述のプリンタ部Ｉに送出される。
【００５１】
上記構成の画像形成装置の動作を簡単に説明する。画像としては、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの順に４色のフルカラー画像を形成するものとする。
【００５２】
リーダ部IIの原稿台ガラス１２ａ上に載置された原稿Ｄの画像は、露光ランプ１２ｂによって照射され、色分解された後、まず、イエローの画像がフルカラーセンサ１２ｅによって読み取られ、所定の処理を施されて、画像信号としてプリンタ部Ｉに送られる。
【００５３】
プリンタ部Ｉでは、感光ドラム１が矢印Ｒ１方向に回転駆動され、一次帯電器２によって表面が均一に帯電される。上述のリーダ部IIから送られてきた画像信号に基づいて、露光装置３のレーザ出力部からレーザ光Ｅが照射される。このレーザ光Ｅは、ポリゴンミラー３ａ等を介して、帯電済みの感光ドラム表面を露光する。感光ドラム表面の露光を受けた部分は電荷が除去され、これによりイエロー成分色に対応した静電潜像が形成される。
【００５４】
現像装置４においては、イエローの現像器４Ｙが所定の現像位置に配置され、その他の現像器４Ｃ、４Ｍ、４Ｋは現像位置から退避される。感光ドラム上の静電潜像は、現像器４Ｙによってイエロートナーが付着され、イエロートナー像として現像される。この感光ドラム上のイエロートナー像は、転写ドラム５ａに担持されている記録材Ｐに転写される。
【００５５】
記録材Ｐは、原稿画像に適した大きさのものが所定の給紙カセット８ａから給紙ローラ８ｂ、搬送ローラ、及びレジストローラ８ｃ等を介して所定のタイミングで転写ドラム５ａに供給される。このように供給された記録材Ｐは、転写ドラム表面の記録材担持シート５ｆに吸着されて巻き付き、転写ドラム５ａの矢印Ｒ５方向の回転に伴って回転して、転写帯電器５ｂによって感光ドラム上のイエロートナー像が転写される。
【００５６】
トナー像が転写された後の感光ドラム１は、表面の残留トナーがクリーニング装置６によって除去され、さらに前露光ランプ７によって不要な電荷が除去されて、上述の一次帯電から始まる次の色の画像形成に供される。
【００５７】
以上の、イエローの対する一連の画像形成プロセス、すなわち原稿Ｄの読取り、一次帯電、露光、現像、転写、クリーニングを、イエロー以外の他の３色、すなわちシアン、マゼンタ、ブラックについても同様に行い、転写ドラム上の記録材Ｐ上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像を重ね合わせてカラー画像を形成する。
【００５８】
４色のトナー像の転写を受けた記録材Ｐは、分離帯電器９ａ、分離爪９ｂ等によって転写ドラム５ａから分離される。分離された記録材Ｐは、４色の未定着のトナー像を表面に担持した状態で定着器１０に搬送される。記録材Ｐは、定着器１０の定着ローラ１０ａ及び加圧ローラ１０ｂによって加熱・加圧され、表面にトナー像が溶融固着されて定着される。トナー像定着後の記録材Ｐは、排出ローラ１１ｂによって排紙トレイ１１ｃ上に排出される。
【００５９】
なお、記録材Ｐの両面に画像を形成する場合は、記録材Ｐが定着器１０を出た後、直ぐに搬送パス切り換えガイド１１ａを駆動して、記録材Ｐを搬送縦パス１１ｄを経て反転パス１１ｅに一旦導いた後、反転ローラ１１ｊの逆転により、送り込まれた際の後端を先頭にして、送り込まれた方向と反対向きに退出させ、中間トレイ１１ｇに収納する。その後、再度、上述の画像形成プロセスによって記録材Ｐのもう一方の面に画像を形成した後、排紙トレイ１１ｃ上に排出する。
【００６０】
記録材分離後の転写ドラム５ａにおいては、記録材担持シート５ｇ上への粉体の飛散付着、記録材Ｐ上のオイルの付着等を防止するために、記録材担持シート５ｇを介して対向するファーブラシ１３ａとバックアップブラシ１３ｂ、及びオイル除去ローラ１４ａとバックアップブラシ１４ｂによって清掃する。このような清掃は、画像形成前又は画像形成後に行い、またジャム（紙詰まり）発生時には随時行う。
【００６１】
つぎに、本発明の特徴である現像剤補給量決定方法について説明する。
【００６２】
前述の濃度センサＳ２としては、例えば、図２に示すように、発光部５１と受光部５２とを有する反射型の光センサによって構成され、これら発光部５１と受光部５２とは、ＣＰＵ（制御手段）５３に接続されている。発光部５１から発生された照射光Ｌ１は、感光ドラム上に形成されたパッチ画像Ａによって反射される。その反射光Ｌ２が受光部５２によって受光される。受光された反射光Ｌ２の光量は、ＣＰＵ５３によって出力電圧に変換される。
【００６３】
上述のパッチ画像Ａは、帯電後の感光ドラム表面を露光装置３（図１参照）のレーザ光Ｅで露光することにより形成されたパッチ潜像に、現像装置４によってトナーを付着させてトナー像として現像したものである。このときのパッチ画像Ａの濃度は、例えばレーザ光Ｅの強さによって上述のＣＰＵ５３により潜像コントラスト（静電潜像の明部（画像部）電位と暗部（非画像部）電位との差）を変えることにより、比較的容易に変更することができる。
【００６４】
したがって、本発明では、濃度制御時、レーザ光Ｅの強度を変えて潜像コントラストを変更することにより、濃度の異なる複数のパッチ画像を形成し、それぞれの濃度を検知するようにしている。
【００６５】
ところで、この場合、潜像コントラストが一定であっても、現像剤の水分量によってパッチ画像の濃度が変わる。そこで、環境センサによって画像形成装置の雰囲気の水分量を検出して、その水分量による変動分をキャンセルするように、ＣＰＵ５３によりレーザ光Ｅによる潜像コントラストを制御するようにしている。
【００６６】
図３を参照して、本実施の形態における初期濃度の設定方法、及び現像剤の補給量決定方法について説明する。
【００６７】
本発明においては、雰囲気環境（湿度）に応じて決定された画像形成条件に基づいて現像器４Ｙ，４Ｃ，４Ｍ，４Ｋの現像容器内の二成分現像剤を用いて像担持体（感光ドラム）１上に濃度検知用画像（パッチ画像）Ａを形成する画像形成手段（一次帯電器２，露光装置３，現像装置４）と、濃度検知用画像の濃度を検知する濃度センサＳ２と、濃度センサＳ２の検知出力を補正する補正手段と、補正手段により得られた補正値を、濃度センサＳ２の検知出力と比較する初期目標値として設定する初期設定手段と、濃度センサＳ２の検知出力と上述の初期目標値とに応じて現像剤補給容器から現像容器へ補給すべき現像剤の補給量を決定する決定手段と、を有することを特徴としている。
【００６８】
上述の補正手段，初期設定手段，決定手段は、いずれもＣＰＵ５３内に設けられている。
【００６９】
上述の図３は、１ｍ^３当たりの水分量が１ｇ、１０ｇ、２０ｇの状態で十分調湿された現像剤による、潜像コントラストとパッチ濃度（パッチ画像の濃度、以下同じ。）との関係を示している。同図の横軸は潜像コントラスト（Ｖ）を、また縦軸はパッチ濃度（光学濃度：Ｏ．Ｄ．）を示している。
【００７０】
このとき現像バイアスは適宜の値に設定している。コントラストの変更はグリッド電位（暗部電位Ｖｄ）の変更で行った。Ｖｂａｃｋ（暗部電位と現像バイアスの直流成分（ＤＣ）との差）は固定（１２０Ｖ）とし、現像バイアスは各コントラストに対し適宜決まる。水分量が大きくなるに従って現像剤（トナー）のトリボ（摩擦帯電電荷量）が小さくなるので、同じ潜像コントラストでもパッチ濃度が高くなっている。
【００７１】
なお、同図中のパッチ濃度については、濃度センサＳ２が画像形成装置の機種によってばらつくことや、発光部５１のＬＥＤの温度特性等があることなどを考慮して、感光ドラム上に形成したパッチ画像を一旦、記録材Ｐとしての紙上に転写し、この転写後のパッチ画像の濃度を、１個の共通の反射型濃度測定装置（Ｘ−Ｒｉｔｅ４０４）で測定して求めた。
【００７２】
水分量１ｇ、１０ｇ、２０ｇにおけるパッチ濃度は、潜像コントラストが３００Ｖのときそれぞれ０．６（ｃ点、）、０．８（ｂ点）、１．１（ａ点）となり、また潜像コントラストが４００Ｖのときそれぞれ０．８ｇ（ｆ点）、１．２（ｅ点）、１．６（ｄ点）となる。パッチ濃度の基準濃度を０．８とした。水分量１ｇ、１０ｇ、２０ｇでパッチ濃度が０．８になるための潜像コントラストは、それぞれ４００Ｖ、３００Ｖ、２００Ｖとなっている。
【００７３】
図４に、パッチ濃度と濃度センサのセンサ出力値（出力電圧）との関係示す。横軸にパッチ濃度（Ｏ．Ｄ．）を、また縦軸にセンサ出力値（Ｖ）を取っている。同図から分かるように、濃度センサＳ２の感度（パッチ濃度の感度）は、濃度−出力曲線の傾きが最大となるパッチ濃度０．８のときに最も良好となる。なお、パッチ濃度が０．４〜１．２の間であれば、十分にパッチ濃度が制御可能であることが、過去の検討から分かっている。
【００７４】
そこで、本実施の形態では、パッチ濃度が０．４以上１．２以下を初期濃度の設定可能領域とした。またパッチ濃度と現像剤濃度の関係は、パッチ濃度が０．２変わると現像剤濃度が１％変わることが分かっている。かつ、現像剤濃度が初期濃度から３％以上大きくなると、かぶり及びトナー飛散がひどくなり、４％以上になると、現像剤が現像器から溢れ出てくることも分かっている。このことから現像剤濃度の変化を３％以内、したがってパッチ濃度の変化を０．６以内に止めなければならない。
【００７５】
本実施の形態においては、濃度センサの高感度領域を使用するために、初期設定時のパッチ濃度が０．８となるよう、各環境毎に潜像コントラストを設定している。潜像コントラスト設定値は過去の検討結果より決めており、初期設定時には上述の初期濃度設定可能領域である０．４以上１．２以下をほぼ満足する。初期設定時に上述の設定可能領域を外れた場合には、レーザ光Ｅの強度を変更し、再度初期設定を行う。再設定時は、濃度が１．２を超えたときはレーザの出力レベルを１６レベル下げ、一方、濃度が０．４を下回ったときはレーザの出力レベルを１６レベル上げてパッチを形成する。レーザ出力レベルは０〜２５５（８ｂｉｔ）で変更可能であり、最大濃度で２５５レベルとしている。
【００７６】
本実施の形態において、一例として、画像形成装置の環境センサの検出した水分量が１ｇ、現像容器内の水分量が１０ｇの条件のとき、潜像コントラストを４００Ｖとして初期濃度設定を行った。この潜像コントラスト４００Ｖは、画像形成装置の環境センサが検出した水分量１ｇのときにパッチ濃度が０．８となる値である。各水分量で調湿された現像剤で現像したパッチ濃度が、基準濃度である０．８になるよう潜像コントラストを設定している。
【００７７】
図３から分かるように、上述の条件で設定されたパッチ画像の初期濃度はｅ点の１．２であり、現像剤が水分量１ｇに調湿された場合のｆ点の０．８とは濃度で０．４ずれており、このまま初期設定を行い、その後に現像剤が調湿された場合、パッチ濃度の低下により、現像器にトナーを補給してパッチ濃度を１．２に制御する。このとき現像剤濃度は２％高めとなる。すなわち目標とする現像剤濃度が高めとなる。上述したように現像剤濃度が初期濃度から３％以上高くなるとかぶりやトナー飛散が多くなることから、目標値自体が２％高めになると、かぶりやトナー飛散に対するマージンが１％となる。このため、通常使用上においても様々なバラツキ要因により、各現像容器内の現像剤濃度（Ｔ/Ｃ比（トナー及びキャリヤ重量に対するトナーの重量比））が初期に対し３％以上高くなることがあり、かぶりやトナー飛散が発生していた。
【００７８】
そこで、本実施の形態においては、環境センサで検知した水分量に基づく潜像コントラストで形成したパッチ潜像を、環境センサで検知した水分量に調湿された現像剤と、補給用の現像剤が充填されている密閉容器中の水分量に調湿された現像剤との双方で現像した場合の濃度の差分をキャンセルするように、初期設定時に検知した濃度に対し所定の変更量を加算して初期濃度（初期目標値）とした。
【００７９】
本実施の形態では、画像形成装置の環境センサの検出した水分量が１ｇ、密閉容器内の水分量が１０ｇの条件としたため、初期時と調湿後のパッチ濃度差を−０．４とし、初期設定時のパッチ濃度１．２に加算して、初期濃度を０．８として設定した。この場合、前述したかぶりやトナー飛散は発生せず、各現像容器内の現像剤濃度を正確に制御できた。
【００８０】
環境センサが検出した水分量に対するパッチ濃度の変更量は、図３のデータをもとに図５に示すように決めた。本実施の形態においては、初期設定時に環境センサが検知した水分量に対する変更量を図５のテーブルから選択し、検知したパッチ濃度に加算し、初期濃度として自動的に設定するようにした。
【００８１】
そして、その後の濃度制御は、この初期濃度（初期目標値）に基づいて行う。すなわち、濃度センサの検知出力と初期濃度とを比較して、その結果に基づいて、ホッパーから現像容器に補給するトナーの量を決定し、その量のトナーを補給して、現像容器内の現像剤の濃度が所定の値となるようにしている。
【００８２】
＜実施の形態２＞
本実施の形態に係る画像形成装置は、現像剤の濃度制御として、実施の形態１で用いたパッチ濃度を濃度センサで検知し制御する方式（パッチ検ＡＴＲ）に、さらに現像容器内に設置した濃度センサ（光学センサ）により現像器内の現像剤濃度を反射光量で検知して制御する方式（現像剤反射ＡＴＲ）を組み合わせたことを特徴としている。この現像剤反射ＡＴＲセンサは、現像容器から現像スリーブ上に現像剤が汲み上げられた後であってこれが現像領域へ搬送される前の時点での、現像スリーブ上の現像剤濃度を検知するように配置するのが好ましい。
【００８３】
本実施の形態における現像剤濃度制御は、現像剤反射ＡＴＲによりトナー補給を行わせる。本実施の形態においても上述の実施の形態１と同様な初期設定を行い、初期のパッチの濃度を目標値として設定しておく、加えて初期設定時に現像剤反射ＡＴＲの出力値も現像剤反射ＡＴＲの目標値として設定しており、現像剤反射ＡＴＲはその目標値と現在の出力値の差分を見てトナー補給を行う。さらに、パッチ画像の濃度差（目標値と検出値との差）の出力信号から、パッチ画像濃度を初期濃度に戻すのに必要なトナー過不足量を制御装置ＣＰＵで演算し、そのトナー補給量を現像剤反射ＡＴＲ目標値補正量とし、それに相当する信号レベルに変換して、現像剤反射ＡＴＲに設定した目標濃度を補正し、現像剤反射ＡＴＲ方式によるトナー補給制御を、補正された目標値に基づいたトナー補給量により行わせる。またその補正量に画像安定のための上限値及び下限値を設けるというものである。本実施の形態においては、現像剤反射ＡＴＲによる制御を各現像器が現像可能となる毎に（１枚出力するごとに１回）行い、パッチ検ＡＴＲによる制御は２５枚出力するごとに１回行った。
【００８４】
このような現像剤濃度制御においても、前述の実施の形態１と同様に、パッチ画像の初期濃度を、初期検知濃度に水分量に対応する変更量を加算して決めることで、現像剤の調湿による現像剤濃度の変動を抑えることができる。
【００８５】
＜実施の形態３＞
本実施の形態では、目標値の初期設定時の変更量を、段階的に初期濃度に加算していくことを特徴としている。
【００８６】
図３を参照して本実施の形態を説明する。初期濃度の設定条件は、前述の実施の形態１と同様に行ったので、パッチ画像の初期濃度はｅ点の１．２であり、その後、現像剤が水分量１ｇに調湿されると、パッチ濃度はｆ点の０．８へ下がる。このパッチ濃度の補正を、変更量を加算して行う。
【００８７】
しかし、初期設定時に１度にこの変更量を加算してしまうと、現像剤が調湿されるまでの間は、逆に現像剤濃度を下げてしまい、出力画像濃度の低下を招いてしまう。このため、変更量を現像剤の調湿具合に合わせて段階的に加算することで、より精度よく現像剤濃度を制御することができる。変更量を段階的に加算するタイミングは、初期設定からの時間や出力枚数（画像形成枚数）等に基づいて決めることができる。例えば、実施の形態２において、本実施の形態の方法である変更量を段階的に加算する方法を適用した場合、パッチＡＴＲを行う毎に、変更量の１／１０を初期濃度に加算していき、１０回加算が終わったときに（パッチＡＴＲが１０回行われたときに）初期濃度の変更を終了するとすると、２５０枚を出力する間に段階的に目標値を変更したこととなり、またその間に現像剤の調湿が十分に進むため、１度に変更した場合の濃度低下を防ぐことができる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、現像剤の調湿状態を考慮して、画像形成装置の初期設置時等において検知センサの初期目標値設定を行うので、現像容器内の現像剤濃度を精度よく検知することができ、したがって、現像剤の補給量を精度よく決定して濃度制御を良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明でパッチ画像の濃度検知に使用する濃度センサ（光センサ）を説明する図である。
【図３】本発明の初期濃度の設定方法の説明で使用した、潜像コントラストとパッチ濃度との関係を示す図である。
【図４】パッチ濃度と濃度センサの出力値（出力電圧）との関係を示す図である。
【図５】環境センサ（湿度センサ）が検出した水分量に対する、パッチ濃度の変更量を示す図である。
【符号の説明】
１ 像担持体（感光ドラム）
４ 現像装置
４Ｙ，４Ｃ，４Ｍ，４Ｋ
現像器
５３ 制御手段（ＣＰＵ）
Ａ 濃度検知用画像（パッチ画像）
Ｓ１ 電位センサ
Ｓ２ 濃度センサ（光センサ）

Claims (6)

1. 少なくともトナーを含む補給用現像剤が収容され密閉された現像剤補給容器を画像形成装置に新たに装着した後、前記補給用現像剤をトナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像装置に補給する工程と、
   環境センサによる雰囲気環境の検知結果に応じて決定された画像形成条件に基づいて、前記現像装置に補給された前記補給用現像剤を用いて像担持体上に濃度検知用画像を形成する画像形成工程と、
   前記濃度検知用画像の濃度を濃度センサにより検知する検知工程と、
   前記雰囲気環境と前記密閉された現像剤補給容器内の環境との関係により事前に決められた前記雰囲気環境と変更量の関係から、前記環境センサの検知結果に応じた変更量を求め、該求められた変更量を用いて前記濃度センサの検知出力を補正する補正工程と、
   前記補正工程にて得られた補正値を、前記濃度センサの検知出力と比較する初期目標値として設定する初期設定工程と、
   前記濃度センサの検知出力と前記初期目標値とに応じて前記現像剤補給容器から前記現像装置へ補給すべき現像剤の補給量を決定する決定工程と、を有する、
   ことを特徴とする現像剤の補給量決定方法。
2. 前記画像形成工程において前記濃度センサの検知出力が前記濃度センサの高感度領域内となるように濃度検知用画像を形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の現像剤の補給量決定方法。
3. トナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像装置と、
   少なくともトナーを含む補給用現像剤が収容されて密閉されており、画像形成装置本体に対して着脱可能な現像剤補給容器と、
   雰囲気環境を検知する環境センサと、
   該環境センサの検知結果に応じて決定された画像形成条件に基づいて、新たに装着された前記現像剤補給容器から前記現像装置に補給された前記補給用現像剤を用いて像担持体上に濃度検知用画像を形成する画像形成手段と、
   前記濃度検知用画像の濃度を検知する濃度センサと、
   前記雰囲気環境と前記密閉された現像剤補給容器内の環境との関係により事前に決められた前記雰囲気環境と変更量の関係から、前記環境センサの検知結果に応じた変更量を求め、該求められた変更量を用いて前記濃度センサの検知出力を補正する補正手段と、
   前記補正手段により得られた補正値を、前記濃度センサの検知出力と比較する初期目標値として設定する初期設定手段と、
   前記濃度センサの検知出力と前記初期目標値とに応じて前記現像剤補給容器から前記現像装置へ補給すべき現像剤の補給量を決定する決定手段と、を有する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 前記画像形成手段は、前記濃度センサの検知出力が前記濃度センサの高感度領域内となるように濃度検知用画像を形成する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記補正手段は、前記濃度センサの検知出力が前記初期目標値となるまで段階的に補正する、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の画像形成装置。
6. 前記補正手段によって前記濃度センサの検知出力の補正を所定時間経過する毎に、又は所定の画像形成回数毎に段階的に行う、
   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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