JP4434256B2 - 画質安定化装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置における画質安定化装置、及びその画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置には、トナー像を形成するために、１成分トナーを用いる１成分現像方式と、非磁性トナーと磁性を有するキャリアとを含む２成分現像剤を用いる２成分現像装置に大別される。

１成分現像方式ではコンパクト化に適しているものの高速現像には適さないため、高速・長寿命の画像形成装置においては、２成分現像装置がほとんど採用されている。この２成分現像剤を用いるタイプの現像装置では、２成分現像剤中のキャリア自体は消費されず、装置内部に残るため減少しないが、トナーは現像により消費されて減少していく。そこで、画質を安定化させるために、２成分現像剤のトナー濃度を一定に維持するように、トナーが適宜補給されている。

トナー濃度制御は、各種方法を用いて制御することができるが、一般的にはトナー濃度センサを使用し、所定値を超えたときにトナー補給を行うようにしている。トナー濃度センサとしては、例えば、２成分現像剤の透磁率がそのトナー濃度に応じて変化することを利用した透磁率センサが用いられる。

また、最近では、トナー濃度センサに加え、他のセンサなどによりトナー濃度を検知するシステムが考えられている。例えば、特許文献１では、トナー濃度検知手段と、像担持体の表面上に形成した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、入力画像情報から画像の印字率を求める印字率演算手段と、印字率演算手段の演算結果に基づいてトナーの消費量を検知し、検知されたトナーの消費量と、トナー濃度検知手段の検知結果及び画像濃度検知手段の検知結果とに基づいて、トナー補給手段によるトナーの補給を制御するトナー補給制御手段とを備えた画像形成装置が開示されている。

また、特許文献２では、現像剤担持体の回転数を計数する回転数計数手段と、現像剤担持体上に作像された画像ドット数を計数する画像ドット計数手段と、予め決められた回転数における画像ドット数が所定の閾値より小さい場合に、現像剤担持体から像担持体へと現像動作を行わせる制御手段とを備えた画像形成装置が開示されている。
特開２０００−２１４６７２号公報 特開２００４−１２５８２９号公報

トナー濃度センサは、現像剤の循環に時間を要することもあり、瞬時のトナー濃度を検出することはできない。そこで、循環が一通り終了するまでの間（例えば、印字枚数１０程度）は、原稿の印字率（もしくはドットカウント数）による値をもとにトナー補給を行うことで、より精度の高いトナー濃度の補正を図っている。

しかし、トナー濃度制御の判断手段として、透磁率センサと原稿の印字率（もしくはドットカウント数）とを用いた場合、低印字率原稿が連続すると（すなわち、トナー消費が少なく、原稿印字率に基づいてトナーを少しずつ補給する場合）、ベタ濃度が低下する問題がある。なお、トナーを少しずつ補給することを「トナー点滴」ともいう。

この原因は、トナーの劣化、すなわち、キャリア近傍のトナーの入れ換えがないため、過度のストレスを受けることにあると考えられている。その対策として、特許文献２に記載のようにトナーを強制的に排出する方法が考えられている。

しかし、特許文献２に記載の画像形成装置では、１成分現像剤を用いており、強制排出時に現像剤の嵩変化が大きくなりすぎるため、トナーの排出・補給に時間を要し、またトナー濃度センサを有さないため、高速・高濃度の印字には適さない。

また、特許文献１の画像形成装置では、３種類のセンサを用いるため、検知結果に時間を要し、制御も複雑となる。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、トナーの消費量が少ない場合にトナー濃度及び印字濃度を一定にでき、しかもシステム的に簡単な画像安定化装置を提供すること、並びにその画像安定化装置を備えた画像形成装置を提供することを、その目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、像担持体に形成された静電潜像を現像するための、トナー及びキャリアを含む２成分現像剤が収容され、該収容された２成分現像剤中のトナー濃度を検知する透磁率センサと、原稿の印字率を検知する印字率検知手段を備え、前記透磁率センサで検知されるトナー濃度の検出値に応じて前記収容された２成分現像剤中のトナー濃度が所定値を維持するように該２成分現像剤に対するトナー補給を自動制御し、前記印字率検知手段で検知された原稿の印字率に応じて前記収容された２成分現像剤に対し予め定めた量のトナーを補給制御する現像装置における画質安定化装置であって、さらに、前記印字率検知手段で検知された原稿の印字率が所定の閾値未満の印刷が所定時間連続した際、その印字率の平均値と印字枚数との積の値が基準値以下の場合、前記像担持体に所定量のトナーを強制的に現像排出し、その後該所定量と同量のトナーを前記収容された２成分現像剤に対し補給する制御手段を備えたことを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段における画像安定化装置を備えたことを特徴とする画像形成装置である。

本発明に係る画像安定化装置によれば、トナーの消費量が少ない場合にトナー濃度及び印字濃度を一定にでき、しかもシステム的に簡単になる。

図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す概略断面図で、図中、Ａは画像形成装置である。図１で例示する画像形成装置Ａは、外部から伝達された画像データに応じて、所定のシート（記録用紙）に対して多色又は単色の画像を形成するものである。

そして、図示するように、画像形成装置Ａは、露光ユニット１、現像装置２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）、感光体ドラム３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）、クリーナユニット４（４ａ、４ｂ、４ｃ、３ｄ）、帯電器５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）、中間転写ベルトユニット６、レジストローラ７、転写ローラ８、定着ユニット９、給紙トレイ１０、用紙搬送路Ｓ、及び排紙トレイ１３等より構成されている。

なお、画像形成装置Ａにおいて扱われる画像データは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色を用いたカラー画像に応じたものである。従って、現像装置２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）、感光体ドラム３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）、クリーナユニット４（４ａ、４ｂ、４ｃ、３ｄ）、帯電器５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）は各色に応じた４種類の潜像を形成するように、それぞれ４個ずつ設けられている。そして、それぞれａがブラックに、ｂがシアンに、ｃがマゼンタに、ｄがイエローに設定され、４つの画像ステーションが構成されている。なお、図１ではこのように４色を用いたカラー画像の形成を行っているが、本発明では例えば６色を用いるなど複数色のカラー画像形成が可能であればよく、またモノクロの画像形成にも適用できる。

露光ユニット１は、図１に示すようにレーザ照射部及び反射ミラーを備えた、レーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）を用いる手法のほかに、発光素子をアレイ状に並べた例えばＥＬ（Electro Luminescence）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）書込みヘッドを用いる手法もある。そして帯電された感光体ドラム３を入力された画像情報に応じて露光することにより、その表面に、画像データに応じた静電潜像を形成する機能を有するものである。

なお、画像情報の入力は、画像形成装置Ａに外部接続されたコンピュータやファクシミリ回線などから行ってもよいし、画像形成装置Ａに原稿読取部が具備される場合にはその原稿読取部で原稿を光学的に読み取ることでも得られ、アナログ信号の場合にはデジタル信号へ変換を行えばよい。

現像装置２は、それぞれの感光体ドラム３上に形成された静電潜像を（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）のトナーにより顕像化するものであり、その詳細は後述する。クリーナユニット４は、現像・画像転写後における感光体ドラム３上の表面に残留したトナーを、除去・回収するものである。

感光体ドラム３は、画像形成装置Ａの上部に配置（装着）されている。帯電器５は、感光体ドラム３の表面を所定の電位に均一に帯電させるための帯電手段であり、図１に示すように接触型のローラ型やブラシ型の帯電器のほかチャージャー型の帯電器が用いられることもある。

感光体ドラム３の上方に配置されている中間転写ベルトユニット６は、中間転写ベルト６０、中間転写ベルト駆動ローラ６１、中間転写ベルト従動ローラ６２、中間転写ベルトテンション機構６３、中間転写ローラ６４（６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ）、及び中間転写ベルトクリーニングユニット６５を備えている。中間転写ベルト駆動ローラ６１、中間転写ベルト従動ローラ６２、中間転写ベルトテンション機構６３、中間転写ローラ６４等は、中間転写ベルト６０を張架し、矢印Ｂ方向に回転駆動させるものである。

中間転写ベルト６０は、それぞれの感光体ドラム３に接触するように設けられている、そして、感光体ドラム３に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト６０に順次的に重ねて転写することによって、中間転写ベルト６０上にカラーのトナー像（多色トナー像）を形成する機能を有している。この中間転写ベルト６０は、例えば厚さ１００μｍ〜１５０μｍ程度のフィルムを用いて無端状に形成されている。

感光体ドラム３から中間転写ベルト６０へのトナー像の転写は、中間転写ベルト６０の裏側に接触している中間転写ローラ６４によって行われる。中間転写ローラ６４は、中間転写ベルトユニット６の中間転写ベルトテンション機構６３の中間転写ローラ取付部に回転可能に支持されており、感光体ドラム３のトナー像を、中間転写ベルト６０上に転写するための転写バイアスを与えるものである。中間転写ローラ６４には、トナー像を転写するために高電圧の転写バイアス（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）が印加されている。中間転写ローラ６４は、直径８〜１０ｍｍの金属（例えばステンレス）軸をベースとし、その表面は、例えばEthylene Propylene Diene Methylene Linkage（ＥＰＤＭ）や発泡ウレタン等の導電性の弾性材により覆われているローラである。この導電性の弾性材により、中間転写ベルト６０に対して均一に高電圧を印加することができる。図１では転写電極としてローラ形状のものを使用しているが、それ以外にブラシなども用いることができる。

上述のように、各感光体３上で各色相に応じた顕像化された静電像は中間転写ベルト６０で積層され、画像形成装置Ａに入力された画像情報が示す画像が形成される。このように、積層された画像情報は中間転写ベルト６０の回転によって、後述の用紙と中間転写ベルト６０の接触位置に配置される転写ローラ８によって用紙上に転写される。

この時、中間転写ベルト６０と転写ローラ８は所定ニップで圧接されると共に、転写ローラ８にはトナーを用紙に転写させるための電圧が印加される（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）。さらに、転写ローラ８が上記ニップを定常的に得るために、転写ローラ８もしくは中間転写ベルト駆動ローラ６１の何れか一方を硬質材料（金属等）とし、他方を弾性ローラ等の軟質材料（弾性ゴムローラ又は発泡性樹脂ローラ等々）が用いられる。

また、感光体ドラム３との接触により中間転写ベルト６０に付着したトナー、もしくは、転写ローラ８によって用紙上に転写が行われず中間転写ベルト６０上に残存したトナーは、次工程でトナーの混色を発生させる原因となるために、中間転写ベルトクリーニングユニット６５によって除去・回収されるように設定されている。中間転写ベルトクリーニングユニット６５には、中間転写ベルト６０に接触する例えばクリーニング部材としてクリーニングブレードが備えられており、クリーニングブレードが接触する中間転写ベルト６０は、裏側から中間転写ベルト従動ローラ６２で支持されている。

給紙トレイ１０は、画像形成に使用するシート（記録用紙）を蓄積しておくためのトレイであり、画像形成装置Ａの画像形成部及び露光ユニット１の下側に設けられている。また、画像形成装置Ａの上部に設けられている排紙トレイ１３は、印刷済みのシートをフェイスダウンで載置するためのトレイである。

また、画像形成装置Ａには、給紙トレイ１０のシートを転写ローラ８や定着ユニット９を経由させて排紙トレイ１３に送るための、略垂直形状の用紙搬送路Ｓが設けられている。さらに、給紙トレイ１０から排紙トレイ１３までの用紙搬送路Ｓの近傍には、ピックアップローラ１１（１１−１，１１−２）、レジストローラ７、転写ローラ８、定着ユニット９のヒートローラ９ａ及び加圧ローラ９ｂ、シートを搬送する搬送ローラ１２（１２−１〜１２−８）等が配されている。換言すると、用紙搬送路Ｓは、これらローラ群により形成されている。

搬送ローラ１２は、シートの搬送を促進・補助するための、小型のローラであり、用紙搬送路Ｓに沿って複数設けられている。ピックアップローラ１１−１は、給紙トレイ１０の端部に備えられ、給紙トレイ１０から、シートを１枚毎に用紙搬送路Ｓに供給する呼び込みローラである。

また、レジストローラ７は、用紙搬送路Ｓを搬送されているシートをいったん保持するローラである。そして、感光体ドラム３上のトナー像の先端とシートの先端を合わせるタイミングでシートを転写ローラ８をもつ転写部に搬送する機能を有している。

定着ユニット９は、ヒートローラ９ａ及び加圧ローラ９ｂ等を備えており、ヒートローラ９ａ及び加圧ローラ９ｂは、シートを挟んで回転するようになっている。また、ヒートローラ９ａは、図示しない温度検出器からの信号に基づいて制御部によって所定の定着温度となるように設定されており、加圧ローラ９ｂと共にシートを熱圧着することにより、シートに転写された多色トナー像を溶融・混合・圧接し、シートに対して熱定着させる機能を有している。

なお、多色トナー像の定着後のシートは、搬送ローラ１２−２，１２−３によって用紙搬送路Ｓの反転排紙経路に搬送され、反転された状態で（多色トナー像を下側に向けて）、排紙トレイ１３上に排出されるようになっている。

次に、シート搬送経路を詳細に説明する。画像形成装置Ａには予めシートを収納する給紙カセット１０が配置されると共に、ユーザが少数枚の印字を行う時に給紙カセット１０の開閉動作を行わなくても良い手差しトレイ１６が配置されている。手差しトレイ１６用にもピックアップローラ１１−２が配置されている。このように、両給紙方法には、各々ピックアップローラ１１が配置され、１枚ずつを搬送路に導くようになっている。

給紙カセット１０から搬送されるシートは、搬送路中の搬送ローラ１２−１によってレジストローラ７まで搬送され、シートの先端と中間転写ベルト６０上の画像情報の先端を整合するタイミングで転写ローラ８に搬送され、シート上に画像情報が書き込まれる。その後、シートは定着ユニット９を通過することによってシート上の未定着トナーが熱で溶融・固着され搬送ローラ１２−２を経て搬送ローラ（排紙ローラ）１２−３から排紙トレイ１３上に排出される（片面印字要求時）。

他方、手差し給紙トレイ１６に積載されるシートは、ピックアップローラ１１−２によって給紙され、複数の搬送ローラ１２−６，１２−５，１２−４を経てレジストローラ７に到達し、それ以降は給紙カセット１０から給紙されるシートと同様の経過を経て排紙トレイ１３に排出される（片面印字要求時）。

印字要求内容が両面印字要求の時は、上述のように片面印字が終了し定着ユニット９を通過したシートの後端が排紙ローラ１２−３でチャックされ、排紙ローラ１２−３が逆回転することによって、搬送ローラ１２−７，１２−８に導かれた後、レジストローラ７を経て裏面印字が行われた後に排紙トレイ１３に排出される。

本発明に係る画像安定化装置は、低印字率の原稿が連続した場合に、現像濃度（印字濃度）が低下することを防止するために、現像装置２内のトナーの濃度を一定になるように制御するとともに、現像剤の強制排出（べた吐き）後、新しくトナー補給を行うものである。図２は、図１の画像形成装置における現像装置２及び感光体ドラム３の拡大図である。

現像装置２は、像担持体の一例である感光体ドラム３に形成された静電潜像を、トナー像に現像するために設けられている。現像装置２は、トナー及びキャリアを含む２成分現像剤ＡＧを収容する現像容器２０と、現像容器２０内にある２成分現像剤ＡＧを感光体ドラム３に供給するために感光体ドラム３に対向して接近して配置された現像ローラ２１と、現像容器２０内の２成分現像剤ＡＧを攪拌しながら現像ローラ２１へ向けて搬送する２本の搬送スクリュー２２ａ，２２ｂと、現像ローラ２１への現像剤量を規制するドクターブレード２３と、トナー濃度センサ２４とを有している。トナー濃度センサ２４は、現像容器２０内の２成分現像剤ＡＧの透磁率を検出することにより、現像装置２内の２成分現像剤ＡＧ中のトナーの濃度を検知するものであり、透磁率センサとも言う。

現像容器２０の上部には、その内部へトナーを補給するための開口２５が形成されており、その上部に配備されるトナー補給装置２６から新たにトナーが補給される。トナー補給装置２６は、トナーを収容するトナー容器２６ａと、トナー容器２６ａ内に収容されたトナーＴを攪拌するトナー攪拌部材２６ｂと、トナー容器２６ａ内のトナーを攪拌しながら供給するトナー補給ローラ２６ｃとを有しており、開口２５を通じて現像装置２へトナーＴを補給する。

図３は、本発明の一実施形態に係る画像安定化装置の一例を示すブロック図である。図３で例示する画像安定化装置は、上述した画像形成装置Ａに具備され、トナー濃度の制御（トナーの補給制御）を行うことで形成される画像を安定化させるための装置である。この画像安定化装置は、上述したトナー濃度センサ２４、現像容器２０にトナーを補給するトナー補給装置２６と共に、印字率検知手段３１、枚数カウンタ３２、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable ROM）等の不揮発性メモリ３３が、制御手段（制御部）３０に接続されてなる。但し、ここで例示する画像安定化装置が適用可能な画像形成装置は、図１及び図２で説明したような画像形成装置Ａに限ったものではない。

また、図３において、制御部３０は、画像形成装置Ａのうち主に現像装置２以外の画像形成に関わる部位（画像形成部４０として図示）に対する制御も行うものとして図示している。すなわち、画像形成部４０は、上述した露光ユニット１、感光体ドラム３、クリーナユニット４、帯電器５、中間転写ベルトユニット６、レジストローラ７、転写ローラ８、定着ユニット９、給紙トレイ１０、ピックアップローラ１１、搬送ローラ１２等でなり、制御部３０からの制御により、入力された原稿の画像情報から最終的に画像を用紙上に印刷する。このように、画像安定化装置の制御部３０は画像形成装置Ａの全体の制御部に含まれるように構成してもよい。

制御部３０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）と、本発明に係るトナーの補給・排出制御を含む各種制御を実行するための制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等のプログラム格納メモリと、ＣＰＵの作業領域となってその制御プログラムの読み出し、処理中のデータの一時的な格納などを行うＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業メモリとを備える。

印字率検知手段３１は、入力原稿の濃度情報、印字画素面積、黒べた率のいずれかの情報など、入力原稿の画像情報に基づいて、原稿画像の印字率（原稿の印字率）、すなわち原稿の全画素に対する印字画素（トナーのドットを形成すべき画素）の割合を演算する。印字率検知手段３１は、ドットをカウントして全画素に対する割合を求めるためドット検知手段とも言える。印字率検知手段３１は、入力原稿の画像情報を制御部３０から得て、原稿の印字率を制御部３０に返せばよい。不揮発性メモリ３３は、制御部３０からの指示によりこの印字率を記憶するメモリであり、代わりに揮発性メモリを採用してもよいが別途電源を必要とする。なお、印字率検知手段３１及び不揮発性メモリ３３は、制御部３０に含めて構成してもよい。

枚数カウンタ３２は、予め定めるタイミングを計数の起点としたときの画像形成した用紙の枚数を計数し、制御部３０にその計数値を渡す。また、トナー濃度センサ２４としては透磁率センサが用いられ、その検知結果であるトナー濃度を示す出力信号も制御部３０に入力される。トナー濃度センサ２４として透磁率センサを用いているため、その出力は、２成分現像剤ＡＧ中のキャリア濃度に比例して変化する。従って、トナー濃度センサ２４の出力は２成分現像剤ＡＧ中のトナー濃度の上昇に伴って低下する。

上述のごとき構成により、制御部３０は、印字率検知手段３１、枚数カウンタ３２、及びトナー濃度センサ２４により検知された値を用いて、トナー補給装置２６におけるトナーの補給及びトナーの感光体ドラム３に対する強制排出を制御する。

制御部３０は、トナー補給・排出制御として、トナー濃度センサ２４で検知されたトナー濃度及び印字率検知手段３１による原稿印字率の検出結果に基づきトナー補給装置２６におけるトナーの補給量を制御すると共に、印字率検知手段３１で検知された原稿の印字率が所定値より低い原稿が連続した場合に、トナーを所定量だけ強制的に感光体ドラム３に現像排出（べた吐き）し、その度新しく同量のトナーを補給するよう制御する。トナー濃度に応じた補給量の制御は、トナー濃度が薄くなればトナーの補給量をその分だけ増やすような従来の制御である。また、強制的なトナーの現像排出は、現像ローラ２１近傍のトナーを感光体ドラム３に転移（べた吐き）させることで実行できる。具体的には、感光体ドラム３を均一帯電させた後、レーザー光を照射することにより、べた潜像を作成し、その上に現像装置にてべたトナー画像を形成する。上述の所定量（現像排出量）は、このレーザー光の照射面積によって制御できる。このような処理は、現像ローラ２１近傍のトナーをリフレッシュさせる処理である。

従って、現像ローラ２１上のトナーが消費されずに現像ローラ２１近傍で長期に循環しているために発生するトナーの劣化を防ぐことができ、結果として、劣化トナーによる画像濃度低下を抑えることができる。

また、このような画像安定化装置を画像形成装置Ａのごとき画像形成装置に具備することにより、画像濃度低下のない画質を長く維持することができる。

図４は、図３の画像安定化装置における制御部で原稿印字率検知手段に基づくトナーの補給及び排出を制御する際に用いるテーブルの一例を示す図で、図中、３０ａは制御部３０の内部メモリ（又は不揮発性メモリ３３）に格納されたテーブルである。

テーブル３０ａの他に、従来のトナー濃度の検知結果に応じたトナー補給量の制御のための濃度対補給量を示す情報（図示せず。以下、濃度変換情報と呼ぶ）も制御部３０に格納されている。この濃度変換情報は、上述したように、トナー濃度センサ２４で検知されたトナー濃度に応じてトナー補給装置２６におけるトナーの補給量を制御する際に参照する、例えば所定のトナー濃度の値（一定値）である。制御部３０は、トナー濃度センサ２４からの検知結果に基づきトナー濃度が薄くなればトナーの補給量をその分だけ増やし、トナー濃度をこの一定値に近づけるような自動制御（フィードバック制御）を行われている。

図４で例示するテーブル３０ａは、上述のごとく、原稿の印字率による強制的なトナー排出制御及びトナー補給量制御を実行する際に制御部３０が参照する対応テーブルである。テーブル３０ａでは、トナーの強制的な現像排出の所定値（閾値）を３％としている。そして、制御部３０は、その所定値未満の場合にこの現像排出制御をＯＮにし、それ以外の場合にはこの現像排出制御をＯＦＦとする。このように、制御部３０は、印字率検知手段３１で検知された原稿の印字率が所定値（この例では３％）より低い原稿である場合に、トナーの強制的な現像排出を行う。この制御により、無駄なトナー消費を抑え、トナーイールドを確保することができる。

また、テーブル３０ａは、３つの印字率の範囲に対して、トナー補給装置２６に対するトナー補給制御を実行する際の補給量（点滴トナー補給量）も定めている。より具体的には原稿の印字率が、３％未満、３％以上７％未満、７％以上に対して、それぞれ、点滴トナー補給量を「大」、「中」、「小」と定めている。すなわち、３％未満では、トナー濃度センサ２４によるトナー濃度検知が遅れることから、点滴するトナー補給量を多めに、逆に７％以上ではトナー濃度センサ２４による検知が比較的はやく現れやすいため、点滴するトナー補給量を少なくしている。なお、「大」、「中」、「小」にはそれぞれ実際の点滴トナー補給量が規定されているものとする。

このような、印字率検知手段３１による印字率の検知結果に応じた補給は、上述したように透磁率センサ２４の検知結果に応じた自動的な補給制御を補完する目的でなされる。つまり、制御部３０は双方の検知結果に応じてトナー補給装置２６に対し補給量が制御されるが、それぞれの検知結果に基づく制御は基本的に独立した制御となる。より具体的には、トナー濃度センサ２４に基づくトナー補給制御を基本的に実行するが、トナー濃度センサ２４の出力は、２成分現像剤ＡＧ中のキャリア濃度に比例して変化するため、２成分現像剤ＡＧ中のトナー濃度の上昇に伴って低下する。しかしながら、上述したようにトナー濃度センサ２４によるトナー補給は時間を要することから、それを補うために、図４のテーブル３０ａのように、原稿印字率に基づく強制的なトナー補給（トナー点滴）も同時に行う。ここで、低印字率原稿の場合には、この強制補給量を大きく決めて補給を行う。このような制御も加えることにより、あらゆる印字率に対応して同等の印字画質を安定して確保することができる。

図５は、図３の画像安定化装置における制御部での制御例を説明するためのフロー図である。図５を参照しながら、上述した制御部３０におけるトナーの補給・排出制御の一例を説明する。

制御部３０は、印字命令に基づき印字処理を開始すると、まず印字される原稿印字率の読み取りを印字率検知手段３１に指示し、その結果を得る（ステップＳ１）。例えば、一つの印字ジョブにおける平均原稿印字率を読み取るとよい。ステップＳ１に続き、制御部３０はテーブル３０ａを参照して印字率が「小」であるか否かを判定し（ステップＳ２）、印字率が大きい又は中くらいの場合はステップＳ９へ進み、印字率が小さい場合はステップＳ３へ進む。

ステップＳ９の処理は、印字率が「大」／「中」の場合に、テーブル３０ａの情報に基づき印字率による点滴トナー補給量をそれぞれ「小」／「中」に設定し、トナー補給装置２６が点滴補給を実行する。次いで、トナー濃度センサ２４による自動のトナー補給、すなわちＡＴＣ（Auto Toner Control）による補給も行い（ステップＳ１０）、通常の画像形成を行う（ステップＳ１１）。その後、処理を終了する。なお、ステップＳ９とステップＳ１０の制御開始が前後してもよい。

ステップＳ３では、ステップＳ９と同様に、テーブル３０ａの情報に基づき印字率による点滴トナー補給量を「大」に設定し、トナー補給装置２６が点滴補給を実行する。次いで、ステップＳ１０，Ｓ１１と同様に、ＡＴＣによる補給を行い（ステップＳ４）、画像形成部４０に対して通常の画像形成制御を行い、通常の画像形成がなされる（ステップＳ５）。なお、ステップＳ３とステップＳ４の制御開始が前後してもよい。

印字率が「小」の場合には、このような処理だけでなく、さらに以下のステップを加える。まず、ステップＳ５の処理後、制御部３０は、印字率検知手段３１で検知された原稿の印字率が所定値（この例では３％）より低い原稿が連続したか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６では、印字率が３％未満の原稿が連続した場合を判定するために、現像装置２の運転時間に対する原稿印字率の割合（所定現像時間に対する平均印字率×印字枚数の割合）が所定値以下であるか否かを判定している。より具体的には、枚数カウンタ３２でカウントした印字枚数がＡ４サイズ５０枚に達した時点で、テーブル３０ａを参照し、平均印字率が３％未満であったか否かなどにより判定を行えばよい。Ａ４サイズ５０枚に達するまでの平均印字率の演算は、印字率検知手段３１が、不揮発性メモリ３３に検知した原稿の印字率を蓄積し、累積しながら、制御部３０でＡ４サイズ５０枚に達するまでの原稿の印字率の平均値を、制御部３０に渡すとよい。そして、現像排出を実行した時点で不揮発性メモリ３３内のデータをリセットするとよい（不図示）。このように前回現像排出したときからのデータを記憶しておくことで、より確実に安定したトナー濃度制御を行うことができる。勿論、現像排出を実行するタイミングは、印字枚数としても５０枚に限定されるものではなく、現像排出を行うタイミングとして予め決めたものであればよい。また、ユーザにより上記所定値の変更も可能である。

ステップＳ６でＹＥＳの場合には、感光体ドラム３へのトナー現像（トナーの強制排出、すなわちべた吐き）を実行し（ステップＳ７）、引き続き、ステップＳ７で排出したトナー量と同量のトナー補給量をトナー補給装置２６で補給し（ステップＳ８）、処理を終了する。すなわち、ステップＳ８では、所定のべた画像濃度に対応するトナー量と一致するトナー量を新しく補給する。一方、ステップＳ６でＮＯの場合には、ステップＳ７を経ずにステップＳ８を実行し処理を終了する。

また、ステップＳ２に関し、画像形成装置Ａのプロセス速度（すなわち感光体ドラム３の回転速度）が遅くなれば、現像ローラ２１の回転速度も低下するため、トナーが劣化する速度も遅くなる。従って、原稿印字率の閾値を、例えば３％、７％をそれぞれ２％、６％に下げることにより、よりトナーの消費を抑えることができる。画像形成装置Ａのプロセス速度に応じて、原稿印字率の閾値を変更してもよい。すなわち、制御部３０は、感光体ドラム３の回転速度を得て、その回転速度に応じて、補給量に関わる印字率検知手段３１による原稿の印字率の閾値を変更するようにしてもよい。このような制御も併せて行うことにより、トナーの劣化状況に合わせて画像濃度低下を抑えることができる。

また、ステップＳ７のトナー排出量は、所定量としたが、原稿の平均印字率に応じて、トナー排出量を変更させてもよい。すなわち、原稿の平均印字率が極端に小さい場合には、トナー劣化が大きくなったと想定されるため、トナー排出量を多くするように変更することで、より印字濃度の低下を抑えることができる。

また、２成分現像剤ＡＧの劣化度合いに応じて、強制トナー排出及びそれに伴うトナー補給の回数もしくはトナー量を多くすることにより、より精度よく印字濃度の低下を抑えることができる。劣化度合いは、上述のごとく、原稿の平均印字率や感光体ドラム３の回転速度などとして得られ、平均印字率が低い程、強制排出の回数又は量を多くし、回転速度が速い程、強制排出の回数又は量を多くすればよい。

テストとして、ＭＸ２７００（商品名、シャープ株式会社製）の黒用現像装置にて、印字率６％の原稿を用いてＡ４サイズ用紙の連続実写エージングを行い、３００００枚ごとに、２％印字率の原稿を１００枚印字した後における印字濃度を測定した。印字濃度は、本発明の強制トナー排出、トナー補給の実行回数を０回、１回、２回と変更させて測定し、その効果を確認した。また、印字濃度は、反射濃度計（マクベス社製：ＲＤ９１８）を用いた。

その結果を表１に示す。表１に示すように、強制トナー排出（べた吐き）回数が多くなるほど、より高い印字濃度を得ることができることが分かる。

また、上述したステップＳ７，Ｓ８の処理は、通常の画像形成においては余計なプロセスとなる。従って、現実の画像形成装置Ａにおいては、所定の累積現像時間に達した場合や、定期的に実施されるプロセスコントロールのタイミングに合わせて実行することにより、印字ジョブへの影響が少なくし、ユーザを待たせるという不具合を無くすことができる。このように、制御部３０は、所定の累積現像時間及び／又は所定のタイミングで制御を実行することが好ましい。所定の累積現像時間で制御を実行することでトナーの劣化を一定レベルに抑えることができ、また、非画像形成時など所定のタイミングで制御を実行することで、本発明に係るトナー補給・排出制御の処理時間が印刷ジョブの実行時間に与える影響を無くすことができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す概略断面図である。 図１の画像形成装置における現像装置及び感光体ドラムの拡大図である。 本発明の一実施形態に係る画像安定化装置の一例を示すブロック図である。 図３の画像安定化装置における制御部で原稿印字率検知手段に基づくトナーの補給及び排出を制御する際に用いるテーブルの一例を示す図である。 図３の画像安定化装置における制御部での制御例を説明するためのフロー図である。

符号の説明

Ａ…画像形成装置、ＡＧ…２成分現像剤、Ｔ…トナー、２…現像装置、３…感光体ドラム（像担持体）、２０…現像容器、２４…トナー濃度センサ、２６…トナー補給容器、３０…制御部、３１…印字率検知手段、３２…枚数カウンタ、３３…不揮発性メモリ、４０…画像形成部。

Claims (2)

1. 像担持体に形成された静電潜像を現像するための、トナー及びキャリアを含む２成分現像剤が収容され、該収容された２成分現像剤中のトナー濃度を検知する透磁率センサと、原稿の印字率を検知する印字率検知手段を備え、
   前記透磁率センサで検知されるトナー濃度の検出値に応じて前記収容された２成分現像剤中のトナー濃度が所定値を維持するように該２成分現像剤に対するトナー補給を自動制御し、
   前記印字率検知手段で検知された原稿の印字率に応じて前記収容された２成分現像剤に対し予め定めた量のトナーを補給制御する現像装置における画質安定化装置であって、
   さらに、前記印字率検知手段で検知された原稿の印字率が所定の閾値未満の印刷が所定時間連続した際、その印字率の平均値と印字枚数との積の値が基準値以下の場合、前記像担持体に所定量のトナーを強制的に現像排出し、その後該所定量と同量のトナーを前記収容された２成分現像剤に対し補給する制御手段を備えたことを特徴とする画像安定化装置。
2. 請求項１に記載の画像安定化装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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