JP4548063B2 - トナー濃度制御装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナー像を形成する画像形成装置におけるトナー濃度を制御するトナー濃度制御装置、および画像形成装置に関する。

従来より、像担持体上に画像信号に応じた静電潜像を形成し、トナーとキャリアを含んだ２成分現像剤を像担持体上に供給する現像器によってその静電潜像を現像してトナー像を形成する電子写真方式の画像形成装置が知られている。また、この画像形成装置には、現像剤のトナー濃度を制御するトナー濃度制御装置が組み込まれ、安定した画質での画像形成が図られていることが一般的である。

このようなトナー濃度制御装置におけるトナー濃度の代表的な制御方式としては、以下に説明する２つの制御方式が知られている。

第１の制御方式は、現像器内のトナー濃度をトナー濃度センサで検知し、トナー濃度センサの検知したトナー濃度を所定の目標トナー濃度と比較し、目標トナー濃度に過不足している分を補うような補給量のトナーを現像器に補給することでトナー濃度を所定の目標トナー濃度に維持する方式であり、この制御方式のことを以下ではトナー濃度センサ方式と称する。

第２の制御方式は、画像信号を解析してトナー消費量を予測し、予測した消費量に見合う補給量のトナーを現像器に補給する方式であり、この制御方式のことを以下では画像解析方式と称する。

これらの制御方式にはそれぞれ長所短所があるが、トナー濃度センサ方式の短所としては、トナー濃度センサが検知しているトナー濃度が現像器内の一部分におけるトナー濃度であるため、現像器がトナーを消費して現像剤のトナー濃度が低下しても、低下した現像剤が現像器内のトナー濃度センサ部分に到達するまでの時間遅れによってトナー補給の遅れが生じるということがある。特に画像の画像密度が高く消費トナー量が大きい場合はトナー補給の遅れによって現像器内のトナー濃度が不安定になる場合がある（例えば特許文献１参照）。

また、画像解析方式の短所としては、画像信号が同じであっても環境差や機差などによって、実際に形成されるトナー像の濃度が異なる場合があり、その場合には消費トナー量も異なるし、また、トナーを現像器に補給する手段における単位時間あたりのトナー補給量にもばらつきがあるため、現像器内のトナー濃度を所定の目標濃度に合わせることが困難であるということがある。

これらの短所に対処するための技術としては、トナー濃度センサ方式において、画像信号に応じてトナー濃度センサの出力や目標濃度を補正する技術（例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）が提案されている。

例えば、特許文献２に開示されたトナー濃度制御装置は、画像密度が低い場合に現像材のシリカが脱落しトナー濃度センサの検出感度が変化することに着目し、同じトナー濃度を維持するためにトナー濃度センサの出力値を補正するものである。

また、特許文献３に開示されたトナー濃度制御装置は、画像密度が高い場合に多くのトナーが消費され一時的にトナーの帯電性が低下してトナー濃度センサの検出感度が変化することに着目し、同じトナー濃度を維持するためにトナー濃度センサの出力値を補正するものである。

また、特許文献４に開示されたトナー濃度制御装置は、画像密度が高い場合に多くのトナーが供給されトナーの帯電性が低下してトナー濃度センサの検出感度が変化することに着目し、同じトナー濃度を維持するために目標濃度を補正するものである。

トナー濃度センサ方式と画像解析方式の短所に対処するための技術としては、トナー濃度センサ方式と画像解析方式とを併用する技術も提案されている（例えば特許文献５参照）。

このように、２つの方式を組み合わせたり、一方の方式の利点を他方に利用したりといったことによって、現像剤のトナー濃度を目標濃度に精度よく一致させることができると考えられる。
特開平０２−２２００８２号公報 特許第３０１８３９５号公報 特開２００２−４０７９４号公報 特開平０１−１８７５８０号公報 特開平０５−０２７５９２号公報

しかし、現像剤のトナー濃度が一定でも最終的な画像濃度が一定になるわけではない。

現像器は、トナーとキャリアの摩擦帯電によって電荷が与えられたトナーを、静電潜像による電界でその静電潜像に付着されることにより静電潜像を現像するものであるため、トナーの帯電性が異なると、例え現像剤のトナー濃度が一定でも画像濃度は変化する。一般的には帯電性が低下してトナーの電荷が低下すると、静電潜像の電荷を中和するためにより多くのトナーが必要となって画像濃度は濃くなり、逆にトナーの電荷が増加すると、静電潜像がより少ないトナーで現像されて画像濃度は薄くなる。

トナーの帯電性を変化させる１つの大きな要因として、現像器への単位時間あたりのトナー供給量があり、画像の像密度が高い場合はトナー消費量が多いため、単位時間に多くのトナーが現像器に供給される。この場合、現像器内での現像剤攪拌不足によりトナーの摩擦帯電能力が低下し、トナーの帯電性が低下する。その結果、同じトナー濃度を維持すると、トナー帯電性の低下分だけ、現像に用いられるトナー量が増加し、結果的に画像濃度が濃くなってしまう。

逆に画像の像密度が低い場合はトナー消費量が少ないため、現像器へのトナー供給量が減少する。この場合、消費されないトナーが現像器内で長い時間攪拌されトナーの帯電性が増加して、同じトナー濃度を維持すると、トナー帯電性の増加分だけ、現像に用いられるトナー量が低下し、結果的に画像濃度が低くなってしまう。また過剰の攪拌によりトナーがストレスを受け現像性が低下し画像濃度が低くなってしまうこともある。

このようなトナー消費量の変化を画像信号などから予測してトナー濃度センサ方式のトナー濃度目標値を補正して画像濃度の安定を図る技術も提案されているが、トナーの帯電性を決める要因は湿度変化や現像剤の劣化等というように数多く存在するため、適切な補正値を得るためには複雑な制御が必要となる。

さらに、同一の変動要因の元でも、例えばトナー補給量が同一であっても、その要因による帯電性の変化量は一定しておらず、画像形成装置の使用状況などに応じても変化するので、トナー濃度目標値を特定の濃度値に補正しても画像濃度は安定しない。

本発明は上記事情に鑑み、画像濃度が安定するようにトナー濃度を制御することができるトナー濃度制御装置、および安定した画像濃度で画像を作成することができる画像作成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明のトナー濃度制御装置は、
表面に画像を担持して移動する像担持体と、画像信号に応じた変調光で像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光部と、内部にトナーを収容したトナー収容部と、トナー収容部からトナーを供給され、上記静電潜像をトナーで現像して像担持体の表面にトナー像を形成する現像器とを備えた画像形成装置におけるトナー濃度を制御するトナー濃度制御装置において、
現像器内のトナー濃度を計測する濃度センサと、
上記画像信号に基づいて画像の密度を計測する画像密度計測部と、
濃度センサによって計測されたトナー濃度と所定の目標濃度との差に応じた供給量のトナーをトナー収容部から現像器へと供給させる第１の制御方式と、画像密度計測部によって計測された画像の密度に応じた供給量のトナーをトナー収容部から現像器へと供給させる第２の制御方式との双方を併用してトナーの供給量を制御し、画像密度計測部によって計測された画像の密度が所定密度を超えている場合には上記第１の制御方式における供給量を０に近づける供給制御部とを備えたことを特徴とする。

ここで、「画像の密度を計測する」とは、画像中でトナーが付着するべき着色部分の面積を求めて画像の面積や用紙サイズなどで割ることや、ページ単位や所定時間毎などに、トナーが付着するべき画素の数を数えることなどを包括的に意味している。

本発明では、上述したトナー濃度センサ方式と画像解析方式とを併用するとともに、解析された画像密度が高い場合には画像解析方式によるトナー供給を優先する。これにより、トナー濃度は、予測された消費に相当する供給と実際の消費とのバランスに応じて変化することとなるが、供給に対して実際の消費が過剰であるとトナー濃度が低下して画像濃度も低下し、消費量も低下して結果的に供給と釣り合うこととなる。一方、供給に対して実際の消費が不足であるとトナー濃度が上昇して画像濃度も上昇し、消費量も上昇して結果的に供給と釣り合うこととなる。つまり、トナーの消費量は、トナーの供給量に釣り合って安定するので、画像形成装置によって形成される画像の密度も安定することとなる。このような安定現象は、画像密度が高くて現像器のトナーの入れ替わりが大きいときに効果的に作用する。

本発明のトナー濃度制御装置において、上記供給制御部は、
画像密度計測部によって計測された画像の密度が所定密度を超えている場合に、上記第１の制御方式における供給量を、その所定密度を超えている程度に応じた分だけ０に近づけるものであってもよく、あるいは、
画像密度計測部によって計測された画像の密度が所定密度を超えている場合には上記第１の制御方式における供給量を０にするものであってもよい。

また、本発明のトナー濃度制御装置は、上記供給制御部が、上記第１の制御方式における供給量を０に近づけている場合であっても、濃度センサによって計測されたトナー濃度が目標濃度を所定程度以上に下回った場合にはその第１の制御方式における供給量を回復させるものであることが望ましい。

第１の制御方式における供給量が低下することによって、画像濃度が上述したような安定する現象が生じることが期待されるが、目標濃度に対してトナー濃度が下がりすぎた場合には供給不足が大きすぎて画像濃度も低下の一途をたどる恐れがあるので、この場合には第１の制御方式における供給量を回復させてトナー濃度の回復を図ることで画像濃度の安定を図ることが望ましい。

また、本発明のトナー濃度制御装置は、上記供給制御部が、上記第１の制御方式における供給量を０に近づけている場合であっても、濃度センサによって計測されたトナー濃度が目標濃度を上回った場合にはその第１の制御方式における供給量を回復させるものであることも好適である。

第１の制御方式における供給量が低下された場合には、供給量の低下によってトナー濃度は低下することが期待されており、そのようなトナー濃度の低下によって上述したような安定現象が発生すると考えられている。しかし、第１の制御方式における供給量の低下に伴う現像器内のトナーの状況変化などによって、むしろトナー濃度が上昇してしまうという事態が生じた場合には、上述した安定現象が生じなかったと考えられるので、制御方式を元に戻すことが望ましい。

さらに、本発明のトナー濃度制御装置は、上記供給制御部が、画像密度計測部によって計測された画像の密度の所定期間に亘る平均密度が所定密度を超えている場合に、上記第１の制御方式における供給量を０に近づけるものであることも好適である。

画像の密度が突発的に高い場合にも制御方式を変更してしまうと制御が不安定となるので、画像の密度がある程度の期間に亘って高かった場合にのみ制御方式を変更することが望ましい。

上記目的を達成する本発明の画像形成装置は、
表面に画像を担持して移動する像担持体と、
画像信号に応じて変調された光で像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光部と、
内部にトナーを収容したトナー収容部と、
トナー収容部からトナーを供給され、上記静電潜像をトナーで現像して像担持体の表面にトナー像を形成する現像器と、
上記トナー像を所定の記録媒体上に最終的に転写して定着させる転写定着部と、
現像器内のトナー濃度を計測する濃度センサと、
上記画像信号に基づいて画像の密度を計測する画像密度計測部と、
濃度センサによって計測されたトナー濃度と所定の目標濃度との差に応じた供給量のトナーをトナー収容部から現像器へと供給させる第１の制御方式と、画像密度計測部によって計測された画像の密度に応じた供給量のトナーをトナー収容部から現像器へと供給させる第２の制御方式との双方を併用してトナーの供給量を制御し、画像密度計測部によって計測された画像の密度が所定密度を超えている場合には上記第１の制御方式における供給量を０に近づける供給制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明の画像形成装置によれば、本発明のトナー濃度制御装置と同様に画像濃度の安定現象が生じ、安定した画像濃度で画像を形成することができる。

なお、本発明にいう画像作成装置については、ここではその基本形態のみを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明にいう画像作成装置には、上記の基本形態のみではなく、前述したトナー濃度制御装置の各形態に対応する各種の形態が含まれる。

以上説明したように、本発明のトナー濃度制御装置によれば、画像濃度が安定するようにトナー濃度を制御することができ、本発明の画像形成装置によれば、安定した画像濃度で画像を形成することができる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示す全体構成図である。

本実施形態の画像形成装置は、中間転写ベルトを用いるタンデム構成のフルカラーの画像形成装置である。本実施形態の画像形成装置は、入力された画像信号に基づいて変調された露光光を照射する露光部３と、イエロー（Ｙ）色、マゼンタ（Ｍ）色、シアン（Ｃ）色、およびブラック（Ｋ）色それぞれのトナー像が形成される４つのユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、これら４つのユニットに接触するとともに循環移動し、トナー像が１次転写される中問転写ベルト２０とを備えている。さらに本実施形態の画像形成装置では、４つのユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋそれぞれに形成された各色のトナー像を中間転写ベルト２０に１次転写する１次転写ロール５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋと、中間転写ベルト２０上に１次転写されたトナー像を、図示しない搬送ロールにより搬送されてきた用紙に２次転写する２次転写ロール１５と、用紙に転写されたトナー像を加熱および加圧することにより用紙上に定着させる図示しない定着器とが設けられている。中間転写ベルト２０は、ベルトを駆動する図にあらわれない駆動ロールと、従動ロール２２と、ベルトに張力を加えるテンションロール２３とに張架されて図中の矢印Ａの方向に循環移動する。これら中問転写ベルト２０、１次転写ロール５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ、２次転写ロール１５、および定着器によって本発明にいう転写定着部の一例が構成されている。また、露光器３は本発明にいう露光部の一例に相当する。

４つのユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋには、それぞれ、トナー像が形成される感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋと、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを帯電する帯電器２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋと、各静電潜像にＹＭＣＫ各色のトナーを付与して各色のトナー像を形成する現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋとが備えられている。感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、本発明にいう像担持体の一例に相当し、現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは、本発明にいう現像器の一例に相当する。

各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、トナーとキャリアからなる２成分現像剤が収容されている。また、各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋはそれぞれ現像ロール４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋを有しており、各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには現像剤のトナー濃度を測定するトナー濃度センサ８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋが備えられている。さらに画像形成装置には、装置内の温度および湿度を測定する温湿度センサ２７が設けられている。本実施形態の画像形成装置では、これらトナー濃度センサ８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋおよび温湿度センサ２７の検知結果は、トナー濃度制御部３５に送られ、トナー濃度制御部３５は、これらの検知結果から、後述する制御方式に基いてディスペンスモータ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋを回転させ、現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋとパイプを経由してそれぞれ接続されているトナーボックス７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋから現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋに向けてそれぞれトナーが供給される。トナー濃度センサ８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋは、本発明にいう濃度センサの一例に相当し、トナーボックス７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋは、本発明にいうトナー収容部の一例に相当する。

パーソナルコンピュータなどの外部機器５０から出力された画像データや、画像読取部（ＩＩＴ）３０によって読み取られ画像処理部３１で画像処理されて出力された画像データは、コントローラ３２によってＹＭＣＫ色に分解され、各色の濃度をパルス信号のパルス幅に変換するパルス幅変調が施される。この画像データが露光部３に送られると、４つのユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋそれぞれに備えられた感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに露光光が照射される。露光光が照射された各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋには、静電潜像が形成され、静電潜像は現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋそれぞれが有する現像ロール４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋによって供給される現像剤によって感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上でそれぞれ現像されて各色のトナー像が形成される。各色トナー像は、１次転写ロール５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋによって、中間転写ベルト２０に重ね合わされて転写される。中間転写ベルト２０上に転写されたトナー像は、２次転写ロール１５によって、図示しない搬送ロールにより搬送された用紙に転写され、さらに図示しない定着器により加熱および加圧されて用紙上に定着される。

また、画像形成装置は画素カウンタ３３を備えており、画素カウンタ３３は、コントローラ３２から露光部３へ供給される画像信号を用いて、各色毎に、１ページ内の画像における描画画素の数をカウントして画像密度を算出し、算出結果を示す信号を出力する。この画素カウンタ３３は、本発明にいう画像密度計測部の一例に相当し、画素カウンタ３３の出力信号は、トナー濃度制御部３５に入力される。

ここで、この画像形成装置に組み込まれている、トナー濃度を制御するための制御系について更に説明する。

図２は、トナー濃度制御系を表した図である。

この図２では、図１に示す各ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋに共通の要素についてはＹ色の要素が代表して示されている。この図２に示すトナー濃度の制御系は、トナー濃度制御部３５と、画素カウンタ３３と、トナー濃度センサ８Ｙと、温湿度センサ２７とで構成されており、本発明のトナー濃度制御装置の一実施形態に相当している。この制御系では、トナーボックス７Ｙから現像器４Ｙにディスペンスモータ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋによって供給されるトナーの供給量を、以下説明するトナー濃度センサ方式という制御方式と画像解析方式という制御方式との双方によって制御している。

トナー濃度センサ方式では、現像器４Ｙ内の現像剤のトナー濃度がトナー濃度センサ８Ｙによって検出され、現像器４Ｙ内でのトナー濃度が目標濃度に維持されるようにディスペンスモータ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋが駆動される。

画像解析方式では、コントローラ３２から露光部３へと送られる画像信号が画像カウンタ３３によって解析され、感光体ドラム１Ｙ上に形成される画像の像密度が算出される。この像密度は、現像器４Ｙが消費するトナー量を表しており、その消費されるトナー量に相当する供給量のトナーが供給されるようにディスペンスモータ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋが駆動される。

これら２つの制御方式について、以下ではこの図２とフローチャートとを参照して更に詳細に説明する。

図３は、本実施形態で用いられるトナー濃度センサ方式の処理を表すフローチャートである。

本実施形態におけるトナー濃度センサ方式では、現像器が動作している間（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）に所定周期（例えば２秒）間隔で（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）トナー濃度センサ８Ｙによってトナー濃度値（ＴＣ）が測定される（ステップＳ１３）。

測定されたトナー濃度値（ＴＣ）はトナー濃度制御部３５に送られ、トナー濃度目標値（ＴＣＳ）との差ΔＴＣを算出し、その差ΔＴＣが所定の第１係数によって、ディスペンスモータ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋの駆動時間に相当する必要トナー補給時間（Ｄｉｓｐ＿ＴＣ）に換算される（ステップＳ１４）。なお、トナー濃度センサ８Ｙの出力であるトナー濃度値（ＴＣ）は、トナー濃度が低いほど大きい出力値となる為、トナー濃度値（ＴＣ）がトナー濃度目標値（ＴＣＳ）より大きい場合はトナー濃度が目標より低いことになり、正のトナー補給時間（Ｄｉｓｐ＿ＴＣ）が得られ、逆にトナー濃度値（ＴＣ）がトナー濃度目標値（ＴＣＳ）より小さい場合はトナー濃度が目標より高いことになり、負のトナー補給時間（Ｄｉｓｐ＿ＴＣ）が得られる。

本実施形態におけるトナー濃度センサ方式では、ここで、トナー補給量の寄与率を計算する処理が実行されて、トナー補給時間（Ｄｉｓｐ＿ＴＣ）は、トナー濃度センサ方式の寄与率に応じた値となる（ステップＳ１５）。この処理の詳細については後述することとし、ここでは、そのような寄与率に応じた値になったトナー補給時間（Ｄｉｓｐ＿ＴＣ）が得られているものとして説明を続ける。

上述したトナー濃度制御部３５には、トナー補給時間を記憶するためのトナー補給時間メモリが内蔵されており、トナー補給時間（Ｄｉｓｐ＿ＴＣ）はトナー補給時間メモリの値Ｄｉｓｐ＿Ｂｕｆｆｅｒに加算される（ステップＳ１６）。トナー補給時間（Ｄｉｓｐ＿ＴＣ）が負の値である場合には、この加算によってトナー補給時間は実質的に減算されることとなる。

その後、ステップＳ１１に戻って、上記の処理が繰り返され、現像器が停止すると（ステップＳ１１；Ｎｏ）この図３に示す処置が終了する。

図４は、本実施形態で用いられる画像解析方式の処理を表すフローチャートである。

この図４に示す処理は、画像形成の度に実行される処理である。

本実施形態における画像解析方式では、画素カウンタ３３によって画像１ページごとに１ページ内の画像の描画画素数がカウントされて（ステップＳ３１、ステップＳ３２；Ｎｏ）画像密度（ＩＣ：ＩｍａｇｅＣｏｕｎｔ）が算出される（ステップＳ３３）。算出された画像密度（ＩＣ）はトナー濃度制御部３５に送られ、所定の第２係数によって、画像密度（ＩＣ）に応じた予測トナー消費に相当する必要トナー補給時間（Ｄｉｓｐ＿ＩＣ）に換算される（ステップＳ３４）。この場合の必要トナー補給時間（Ｄｉｓｐ＿ＩＣ）は必ず０または正の値となる。計算されたトナー補給時間（Ｄｉｓｐ＿ＩＣ）は、計算される都度、トナー濃度センサ方式と共通のトナー補給時間メモリの値Ｄｉｓｐ＿Ｂｕｆｆｅｒに加算される（ステップＳ３５）。

その後、画像の形成が続く間（ステップＳ３６；Ｎｏ）は、ステップＳ３１に戻って上記の処理が繰り返され、画像の形成が終了すると（ステップＳ３６；Ｙｅｓ）この図４の処理も終了する。

ここで、上述した、トナー補給量の寄与率を計算する処理について説明する。

図５は、トナー補給量寄与率計算のルーチンを表すフローチャートである。

このトナー補給量寄与率計算のルーチンは、トナー濃度センサ方式の処理中（図３のステップＳ１５）に実行されるルーチンであり、ここでは、トナー濃度センサ方式の寄与率が、画像解析方式の処理中（図４のステップＳ３３）に算出される画像密度（ＩＣ）に基づいて計算される。

トナー補給量寄与率計算のルーチンが開始されると、まず、画像密度ＩＣと所定の上限値ＩＣ＿Ｈｉとが比較され（ステップＳ２１）、画像密度ＩＣが上限値ＩＣ＿Ｈｉより大きい場合（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）はトナー濃度センサ方式の寄与率は０とされてトナー補給時間Ｄｉｓｐ＿ＴＣは０となって（ステップＳ２２）、このルーチンは終了する。

また、画像密度ＩＣが上限値ＩＣ＿Ｈｉ以下である場合（ステップＳ２１；Ｎｏ）には、画像密度ＩＣは所定の中間値ＩＣ＿Ｍｉｄと更に比較され、画像密度ＩＣが、上限値ＩＣ＿Ｈｉ以下、かつ中間値ＩＣ＿Ｍｉｄより大きい場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）には、トナー濃度センサ方式の寄与率が、中間値ＩＣ＿Ｍｉｄから上限値ＩＣ＿Ｈｉ迄の区間における画像密度ＩＣの位置に応じた１〜０の値として計算され、トナー補給時間Ｄｉｓｐ＿ＴＣは、その寄与率が乗算された値となる（ステップＳ２４）。この結果、トナー補給時間Ｄｉｓｐ＿ＴＣの絶対値が減少し、トナー補給時間Ｄｉｓｐ＿ＴＣは０に近づく。その後このルーチンは終了する。

さらに、画像密度ＩＣが中間値ＩＣ＿Ｍｉｄ以下の場合（ステップＳ２３；Ｎｏ）には、トナー濃度センサ方式の寄与率は１とされ、トナー補給時間Ｄｉｓｐ＿ＴＣは元の値が維持されたまま（ステップＳ２５）、このルーチンは終了する。

このように、トナー補給量寄与率計算のルーチンでは、画像密度ＩＣがある程度大きい場合には、トナー濃度センサ方式の処理によって決定されたトナー補給時間が０に近づけられ、トナー補給時間の総合値に対する、画像解析方式の処理によって決定されたトナー補給時間の寄与が相対的に増加される。

本実施形態では、画像密度ＩＣが中間値ＩＣ＿Ｍｉｄを大きく上回るほど高い場合には、トナー濃度の制御は画像解析方式に大きく依存することとなるため、結果的に、現像剤のトナー濃度はトナー濃度目標ＴＣＳに維持されなくなるが、後述するように、これによって、トナー像の濃度はむしろ安定することとなる。

上述したような２つの制御方式それぞれでトナー補給時間Ｄｉｓｐ＿ＴＣが算出されてトナー補給時間メモリの値に加算されると、以下説明するトナー補給のルーチンによってトナー補給が行われる。

図６は、トナー補給のルーチンを表すフローチャートである。

このトナー補給のルーチンでは、トナー濃度制御部３５は、現像装置が動作している間（ステップＳ４１；Ｙｅｓ）、定期的（ここでは現像装置動作時とその後の１秒おき）に（ステップＳ４２；Ｙｅｓ）、トナー補給時間メモリの値Ｄｉｓｐ＿Ｂｕｆｆｅｒが監視される（ステップＳ４３）。そして、その値Ｄｉｓｐ＿Ｂｕｆｆｅｒが、ディスペンスモータが正しく応答するために必要な最低時間（ここでは５００ｍｓ）以上であれば（ステップＳ４３；Ｙｅｓ）、その値Ｄｉｓｐ＿Ｂｕｆｆｅｒ分（但し最大で１秒まで）ディスペンスモータが駆動されてトナーが補給される（ステップＳ４４）。その後、トナー補給時間メモリの値Ｄｉｓｐ＿Ｂｕｆｆｅｒからディスペンスモータの駆動時間分だけ値が減算され（ステップＳ４５）、ステップＳ４１に戻って上記の処理が繰り返され、現像器が停止すると（ステップＳ４１；Ｎｏ）この図６に示す処置は終了する。

本実施形態では、図３，図４，および図６に示す各フローチャートの処理が同時並行に実行されることによってトナー濃度が制御されている。

図７は、トナー濃度制御のタイミングチャートである。

この図７の横軸は時間経過を表しており、最上段には、ディスペンスモータの駆動開始の判定タイミング（本実施形態では１秒間隔）が矢印で示されている。

また、上から２段目には、現像器の駆動タイミングの例が示されている。

この図７の最下段には、トナー濃度センサ方式によって得られたトナー補給時間（Ｄｉｓｐ＿ＴＣ）がトナー補給時間メモリの値Ｄｉｓｐ＿Ｂｕｆｆｅｒに加算されるタイミングが矢印で示されており、本実施形態では２秒ごとに定期的に加算されている。

また、下から２段目には、画像解析方式によって得られたトナー補給時間（Ｄｉｓｐ＿ＴＣ）がトナー補給時間メモリの値Ｄｉｓｐ＿Ｂｕｆｆｅｒに加算されるタイミングが矢印で示されており、画像１ページごとに不定期に加算されている。

そして、この図７の上から３段目には、ディスペンスモータの駆動タイミングの例が示されており、最上段に示された判定タイミングで、トナー補給時間メモリの値Ｄｉｓｐ＿Ｂｕｆｆｅｒの合計値が５００ｍｓを超えているとディスペンスモータが駆動される。トナー補給時間メモリの値Ｄｉｓｐ＿Ｂｕｆｆｅｒの合計値が１秒を超えている場合には、１秒間の駆動の直後に次の判定タイミングとなって引き続きディスペンスモータが駆動されることとなる。

このようなディスペンスモータの駆動によって現像器にトナーが供給されるが、本実施形態では、ディスペンスモータの駆動時間（即ちトナー補給時間メモリの値Ｄｉｓｐ＿Ｂｕｆｆｅｒの合計値）に対するトナー濃度センサ方式の寄与率が画像密度に応じて変化する。このような寄与率の変化の効果について以下説明する。

図８は、トナー濃度センサ方式の寄与率が、トナー濃度を目標濃度に維持できる寄与率に固定されている場合に生じる問題の説明図であり、図９は、本実施形態でトナー濃度センサ方式の寄与率が変化することの効果の説明図である。

これらの図の横軸は時間を表しており、これらの図の最上段には画像密度のグラフ６１，７１が示されている。また、上から２段目にはトナーの消費供給量のグラフ６２，７２，７２’、上から３段目にはトナー帯電性のグラフ６３，７３、上から４段目にはトナー濃度のグラフ６４，７４、そして最下段には画像濃度のグラフ６５，７５が示されている。

トナー濃度センサ方式の寄与率が固定されていてトナー濃度が目標濃度に維持される場合には、図８の画像密度のグラフ６１が示すように時間Ｔで画像密度が上昇しても、トナー濃度のグラフ６４が示すようにトナー濃度は目標濃度に保たれる。この結果、トナーの消費供給量のグラフ６２が示すようにトナーの消費と供給が上昇して摩擦帯電が不十分になり、トナー帯電性のグラフ６３が示すように帯電性が低下する。このように帯電性が低下すると、トナー濃度が維持されているのでより多くのトナーが現像に使用されることとなり、画像の濃度は、画像濃度のグラフ６５が示すように上昇する。

一方、トナー濃度センサ方式の寄与率が画像密度に応じて変化する場合には、図９の画像密度のグラフ７１が示すように時間Ｔで画像密度が大きく上昇すると、トナー濃度センサ方式の寄与率が低下して（ここでは一例として寄与率が０となり）、画像解析方式による制御が優位となって、トナーの供給量が、供給量を表す実線のグラフ７２が示すように時間Ｔから、画像密度に応じた一定量に維持される。このような供給量の増加によってトナーの帯電性は、トナー帯電性のグラフ７３に示すように一旦低下し、それに伴って画像濃度は、画像濃度のグラフ７５に示すように一旦増加する。この結果、トナーの消費量は、消費量を表す点線のグラフ７２’が示すように供給量を上回り、トナー濃度は、トナー濃度のグラフ７４が示すように低下していく。そして、トナー濃度の低下に伴って、画像濃度は、画像濃度のグラフ７５に示すように本来の濃度に復帰してゆき、トナーの消費供給量を表す２本のグラフ７２，７２’が示すように供給量と消費量がバランスするような帯電性にトナーの帯電性が自然と落ち着いてゆき、トナー濃度も、そのように供給量と消費量がバランスするようなトナー濃度へと落ち着いてゆく。

このように、画像解析方式が優位なトナー濃度制御では、トナー帯電性が変化した場合に自然にトナーの消費と供給のバランスがとれて画像濃度が安定するという効果がある。

ただし、このような効果は、ある程度画像密度が高くてトナーの消費と供給が大きい場合で、トナー濃度センサ方式の短所が顕著に出る場合に有効であって、画像密度が低い場合には、トナー濃度センサ方式の長所に比べ画像解析方式の短所が強く出てトナー濃度が不安定となり画像の濃度も不安定となる。従って、上述したように、画像密度に応じたトナー濃度センサ方式の寄与率が採用されることにより、どのような画像密度の画像が形成される場合であっても画像濃度が安定することとなる。

また、最終的に画像濃度が安定したときにトナー濃度が落ち着くレベルは、特にある程度画像密度が高くてトナーの消費と供給が大きい場合は、画像の像密度に応じて一意に決まるものではなく、画像形成装置のその時々の使用状況によって異なるレベルとなる。従って、何らかの補正理論に基づいてトナー濃度センサ方式の目標濃度を補正する制御よりも、トナー濃度センサ方式の寄与率を低下させて画像解析方式を優位にすることで成り行きに任せる制御の方がむしろ安定的であり優れている。

以下、本実施形態に対する変形例について説明する。

図１０は、第１の変形例におけるトナー補給量寄与率計算のルーチンを示すフローチャートである。

この変形例では、上述した実施形態におけるトナー補給量寄与率計算のルーチンの前段に２つのステップＳ２６，ステップＳ２７が挿入される。

先ず、ステップＳ２６では、トナー濃度センサで検知されたトナー濃度が、トナー濃度センサ方式における目標濃度を上回っているか否かが判定され、目標濃度を上回っている場合（ステップＳ２６；Ｎｏ）にはステップＳ２５に進み、トナー濃度センサ方式の寄与率は１となって、トナー補給時間Ｄｉｓｐ＿ＴＣは、図３のステップＳ１４で得られた値そのままとなる。

画像密度が高い場合には、通常は、画像解析方式が優位となることによってトナー濃度が低下する傾向にあるが、トナーボックスからのトナー供給量や感光体の潜像電位などが通常と大きく異なる場合には、トナーの消費と供給がバランスするトナー濃度が目標濃度を上回ってしまう場合もあり得る。この場合には、トナー帯電性が低いうえにトナー濃度も上昇してしまい、画像カブリやトナー飛散などといった画像ディフェクト（画像欠陥）が発生する。そこで、この変形例では、トナー濃度が目標濃度を上回った場合には、トナー濃度センサ方式の寄与率を回復させることで欠陥発生の回避を図っている。

次に、ステップＳ２７では、トナー濃度センサで検知されたトナー濃度が目標濃度を、所定の限界値ΔＴＣ＿Ｌｏｗを超えて下回っているか否かが判定され、限界値ΔＴＣ＿Ｌｏｗを超えて下回っている場合（ステップＳ２７；Ｎｏ）には、この場合も、ステップＳ２５に進み、トナー濃度センサ方式の寄与率は１となって、トナー補給時間Ｄｉｓｐ＿ＴＣは、図３のステップＳ１４で得られた値そのままとなる。画像解析方式によって成り行きに任せた制御の結果、トナー濃度が目標濃度を大幅に下回り、限界値ΔＴＣ＿Ｌｏｗを超えて目標濃度から離れてしまった場合には、例えば、トナーではなくキャリアが現像され画像が白抜けするというような、トナー濃度が低すぎることに起因した画像ディフェクト（画像欠陥）が発生する。そこで、この変形例では、トナー濃度がそのように大幅に目標脳を下回った場合にも、トナー濃度センサ方式の寄与率を回復させることで欠陥発生の回避を図っている。

図１１は、第２の変形例におけるトナー補給量寄与率計算のルーチンを示すフローチャートである。

上述した実施形態におけるトナー補給量寄与率計算のルーチンでは、画像解析方式の処理で画像の１ページごとに算出される画像密度ＩＣが用いられて寄与率が求められているが、複数ページに渡る画像形成の際には、一般に各ページの画像密度は異なったものになる。このため、画像密度ＩＣが上限値ＩＣ＿Ｈｉや中間値ＩＣ＿Ｍｉｄを越す高密度ページと、画像密度ＩＣが中間値ＩＣ＿Ｍｉｄを下回る低密度ページとが混在した複数の画像ページが形成される場合には、求められた寄与率による制御と、その寄与率が適用されるべき画像ページの形成とのタイミングがずれてしまって制御が不適切となったり、寄与率が頻繁に変化してトナー濃度の制御が不安定となったりといった不具合を生じる。そこで、この第２の変形例では、画像の１ページごとに算出される画像密度ＩＣに替えて、過去所定期間における平均画像密度ＩＣ＿Ａｖｅが用いられて寄与率が求められる。

即ち、１ページごとに算出される画像密度ＩＣの積算値ＩＣ＿Ａｃｃｕｍと積算されたページ数Ｐａｇｅとに基づいて平均画素密度ＩＣ＿Ａｖｅが計算され（ステップＳ５１）、その後は、図５のステップＳ２１〜ステップＳ２５と全く同様の処理が、画像密度ＩＣに替えて平均画像密度ＩＣ＿Ａｖｅが用いられて実行される（ステップＳ５２〜ステップＳ５６）。なお、ステップＳ５１で平均画素密度ＩＣ＿Ａｖｅが計算された際には、積算値ＩＣ＿Ａｃｃｕｍとページ数Ｐａｇｅは０にクリアされ、次回までの積算に備えられる。

図１２は、第２の変形例における画像解析方式の処理を表すフローチャートである。

第２の変形例では、上述した平均画像密度ＩＣ＿Ａｖｅの計算に用いられる積算値ＩＣ＿Ａｃｃｕｍとページ数Ｐａｇｅとを求めるために、ページ数Ｐａｇｅ画像解析方式の処理に対してステップＳ３７が挿入されており、このステップＳ３７では、ステップＳ３３で画像密度ＩＣが算出される度にその画像密度ＩＣが積算値ＩＣ＿Ａｃｃｕｍに加算され、ページ数Ｐａｇｅが１加算される。

なお、上記説明では、本発明の実施形態としてタンデム構成のフルカラーの画像形成装置が示されているが、本発明は、モノクロの画像形成装置に適用されてもよく、複数サイクル構成の画像形成装置に適用されてもよい。

また、上記説明では、本発明にいう転写定着部の一例として、中間転写ベルトが用いられた例が示されているが、本発明にいう転写定着部は、ベルト以外の形態の昼間転写体が用いられたものであってもよく、あるいは中間転写方式ではなく、搬送ベルトや搬送ロール等といった記録媒体搬送手段によって搬送される記録媒体にトナー像を直接的に転写する直接転写方式を用いるものであってもよい。

また、上記説明では、画像密度ＩＣが中間値ＩＣ＿Ｍｉｄを越えた程度に応じてトナー濃度センサ方式の寄与率が低下し、上限値ＩＣ＿Ｈｉに達するまでに寄与率０まで漸次減少する例が示されているが、本発明にいう供給制御部は、画像密度が所定密度に達したら寄与率を１から０に一気に切り換えるものであってもよく、あるいは、画像密度が所定密度を超えた程度に応じて寄与率を漸次減少され、更に高い所定密度を超えたときには寄与率を急激に０とするものであってもよい。

さらに、上記説明では、画像密度ＩＣが中間値ＩＣ＿Ｍｉｄを越えた程度に応じてトナー濃度センサ方式の寄与率が線形的に減少する例が示されているが、本発明にいう供給制御部は、寄与率を非線形的に減少させるものであってもよい。

本発明の一実施形態を示す全体構成図である。 トナー濃度制御系を表した図である。 本実施形態で用いられるトナー濃度センサ方式の処理を表すフローチャートである。 本実施形態で用いられる画像解析方式の処理を表すフローチャートである。 トナー補給量寄与率計算のルーチンを表すフローチャートである。 トナー補給のルーチンを表すフローチャートである。 トナー濃度制御のタイミングチャートである。 トナー濃度センサ方式の寄与率が、トナー濃度を目標濃度に維持できる寄与率に固定されている場合に生じる問題の説明図である。 本実施形態でトナー濃度センサ方式の寄与率が変化することの効果の説明図である。 第１の変形例におけるトナー補給量寄与率計算のルーチンを示すフローチャートである。 第２の変形例におけるトナー補給量寄与率計算のルーチンを示すフローチャートである。 第２の変形例における画像解析方式の処理を表すフローチャートである。

符号の説明

１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 感光体ドラム
２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ 帯電器
３ 露光部
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ 現像器
５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ １次転写ロール
７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ トナーボックス
８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋ トナー濃度センサ
９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋ ディスペンスモータ
１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ ユニット
１５ ２次転写ロール
２０ 中間転写ベルト
２２ 従動ロール
２３ テンションロール
２７ 温湿度センサ
３０ 画像読取部
３１ 画像処理部
３２ コントローラ
３３ 画素カウンタ
３５ トナー濃度制御部
４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ 現像ロール
５０ 外部機器

Claims (7)

1. 表面に画像を担持して移動する像担持体と、画像信号に応じた変調光で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部と、内部にトナーを収容したトナー収容部と、前記トナー収容部からトナーを供給され、前記静電潜像を該トナーで現像して前記像担持体の表面にトナー像を形成する現像器とを備えた画像形成装置におけるトナー濃度を制御するトナー濃度制御装置において、
   前記現像器内のトナー濃度を計測する濃度センサと、
   前記画像信号に基づいて画像の密度を計測する画像密度計測部と、
   前記濃度センサによって計測されたトナー濃度と所定の目標濃度との差に応じた供給量のトナーを前記トナー収容部から前記現像器へと供給させる第１の制御方式と、前記画像密度計測部によって計測された画像の密度に応じた供給量のトナーを前記トナー収容部から前記現像器へと供給させる第２の制御方式との双方を共に用いて最終的なトナーの供給量を制御し、前記画像密度計測部によって計測された画像の密度が所定密度を超えている場合には前記第１の制御方式における供給量を０に近づける供給制御部とを備えたことを特徴とするトナー濃度制御装置。
2. 前記供給制御部は、前記画像密度計測部によって計測された画像の密度が所定密度を超えている場合に、前記第１の制御方式における供給量を、その所定密度を超えている程度に応じた分だけ０に近づけるものであることを特徴とする請求項１記載のトナー濃度制御装置。
3. 前記供給制御部は、前記画像密度計測部によって計測された画像の密度が所定密度を超えている場合には前記第１の制御方式における供給量を０とするものであることを特徴とする請求項１記載のトナー濃度制御装置。
4. 前記供給制御部が、前記第１の制御方式における供給量を０に近づけている場合であっても、濃度センサによって計測されたトナー濃度が前記目標濃度を所定程度以上に下回った場合には該第１の制御方式における供給量を回復させるものであることを特徴とする請求項１記載のトナー濃度制御装置。
5. 前記供給制御部が、前記第１の制御方式における供給量を０に近づけている場合であっても、濃度センサによって計測されたトナー濃度が前記目標濃度を上回った場合には該第１の制御方式における供給量を回復させるものであることを特徴とする請求項１記載のトナー濃度制御装置。
6. 前記供給制御部が、前記画像密度計測部によって計測された画像の密度の所定期間に亘る平均密度が所定密度を超えている場合に、前記第１の制御方式における供給量を０に近づけるものであることを特徴とする請求項１記載のトナー濃度制御装置。
7. 表面に画像を担持して移動する像担持体と、
   画像信号に応じて変調された光で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部と、
   内部にトナーを収容したトナー収容部と、
   前記トナー収容部からトナーを供給され、前記静電潜像を該トナーで現像して前記像担持体の表面にトナー像を形成する現像器と、
   前記現像器内のトナー濃度を計測する濃度センサと、
   前記画像信号に基づいて画像の密度を計測する画像密度計測部と、
   前記濃度センサによって計測されたトナー濃度と所定の目標濃度との差に応じた供給量のトナーを前記トナー収容部から前記現像器へと供給させる第１の制御方式と、前記画像密度計測部によって計測された画像の密度に応じた供給量のトナーを前記トナー収容部から前記現像器へと供給させる第２の制御方式との双方を共に用いて最終的なトナーの供給量を制御し、前記画像密度計測部によって計測された画像の密度が所定密度を超えている場合には第１の制御方式における供給量を０に近づける供給制御部とを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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