JP4734095B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に係り、詳しくはトナーと磁性キャリアとで構成された二成分現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置に関するものである。

従来より、トナーと磁性キャリアとから構成される二成分現像剤（以下、単に「現像剤」という。）を現像剤担持体上に保持し、その現像剤により現像剤担持体内部に設けられた磁極により磁気ブラシを形成して、その磁気ブラシにより潜像担持体上の潜像を摺擦して現像を行う二成分現像方式が広く知られている。二成分現像方式は、カラー化が容易なことから現在広く利用されている。二成分現像方式は、カラー化が容易なことから現在広く利用されている。二成分現像方式では、現像剤中におけるトナーと磁性キャリアとの比率（例えば重量比）を示すトナー濃度が高すぎると、形成した画像中に地肌汚れが発生したり、細部解像力の低下が生じたりする。一方、トナー濃度が低くなると、ベタ画像部の濃度が低下したり、潜像担持体へのキャリア付着が発生したりする。そのため、現像装置内における現像剤中のトナー濃度を検知してトナー補給動作を制御し、現像剤中のトナー濃度が常に適正範囲内となるようにトナー濃度制御を行うことが重要である。

また、画像形成装置においては、一般に、常に一定の画像濃度が得られるように画像形成を行うことが重要である。画像濃度は、主として現像装置の現像能力によって決まる。この現像能力とは、現像時に潜像に対してどの程度のトナーを付着させることができるかを示す能力であり、トナー濃度のほか、現像ポテンシャル等の現像条件や現像に寄与するトナーの帯電量によっても変化する。この現像能力を示す指標としては、現像ポテンシャルに対するトナー付着量を示す関係式の傾き（現像γ）が広く知られている。このように画像濃度は現像装置の現像能力によって決まることから、上述したようにトナー濃度が常に適正範囲内となるようにトナー濃度制御を行うだけでは、画像濃度を一定にすることはできない。そして、現像ポテンシャル等の現像条件については比較的容易に一定にすることはできるものの、現像に寄与するトナーの帯電量を一定にすることは困難である。そのため、現像条件を一定にし、かつ、トナー濃度が一定となるようにトナー濃度制御したとしても、現像能力を一定にすることができずに一定の画像濃度が得られないという不具合が発生する。

具体的に説明すると、例えば画像面積率の低い画像を出力した場合、その現像によって消費されたトナーの量は比較的少ないので、所望のトナー濃度に維持すべく補給されるトナーの量が少ない。そのため、現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーの量が多い。現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーは、撹拌作用を長く受けているため、現像に寄与するトナーの多くが所望の帯電量まで十分に帯電されたものとなる。よって、現像能力が比較的低いものとなる。これに対し、画像面積率の高い画像を出力した場合には、十分に帯電されていない補給されたばかりの新しいトナーが多く存在し、現像に寄与するトナーの中における所望の帯電量まで十分に帯電されていないトナーが占める割合が多い。その結果、現像能力は比較的高いものとなる。特に、近年は現像装置の小型化の要求に応えるべく現像装置内に保有する現像剤の量をなるべく少なくする傾向にある。そのため、画像面積率の高い画像を出力した後に行われる画像形成時において、所望の帯電量まで十分に帯電されていないトナーが現像に寄与する割合がより多くなっている。よって、画像面積率の高い画像を出力した後の画像形成時における現像能力は比較的高くなりやすい。

また、構成によっては、画像面積率の低い画像を出力した場合の方が画像面積率の高い画像を出力した場合に比べて現像能力が高くなる場合もあり得る。例えば、外添剤が付着したトナーを用い、トナーに対するストレスが高い現像装置を用いる場合、現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーは、撹拌作用を長く受ける結果、トナー表面に外添剤が埋没したり、トナー表面から外添剤が離脱したりする。このようなトナーが多い場合、現像剤の流動性が悪化したり、トナー自体の帯電能力が低下したりして、現像に寄与するトナーを所望の帯電量まで十分に帯電させることができない。したがって、画像面積率の低い画像を出力した場合には、現像に寄与するトナーの中における所望の帯電量まで十分に帯電されていないトナーが占める割合が多くなるので、現像能力が比較的高いものとなる。これに対し、画像面積率の高い画像を出力した場合には、トナー補給量が多いため、現像装置内に比較的長い時間存在しているトナーの量が少ない。よって、現像剤の流動性が十分に良好で、かつ、帯電能力が十分に高いトナーが多い。したがって、現像に寄与するトナーを所望の帯電量まで十分に帯電させることが可能であるので、現像能力は比較的低いものとなる。

以上のように、画像面積率の低い画像を出力する場合と画像面積率の高い画像を出力する場合とでは、その後のトナー補給により現像装置内に存在する新しいトナーの比率が異なることから、現像能力に違いが生じてくる。よって、現像条件を一定にし、かつ、トナー濃度が一定となるようにトナー濃度制御したとしても、現像能力を一定にすることができずに一定の画像濃度が得られないという不具合が発生する。

この不具合を抑制し得るものとしては、例えば特許文献１や特許文献２に記載された画像形成装置が挙げられる。この画像形成装置は、現像装置内の二成分現像剤中のトナー濃度を検知して出力するトナー濃度検知手段を有し、そのトナー濃度検知手段の出力値とトナー濃度制御基準値とを比較してその比較結果に基づいてトナー補給装置を制御し、現像装置内の二成分現像剤のトナー濃度が所望のトナー濃度となるように制御する。そして、非画像部に形成した基準トナーパターンの濃度を検知することにより、当該基準トナーパターン形成時における画像濃度を把握し、その検知結果に基づいてトナー濃度制御目標値を補正する。この方法によれば、その補正後のしばらくの期間は所望の画像濃度で画像形成を行うことが可能である。よって、基準トナーパターンの形成及びその検知結果に応じたトナー濃度制御目標値の補正を定期的に行うことで、一定の画像濃度を得ることが可能である。

特開昭５７−１３６６６７号公報 特開平２−３４８７７号公報

ところが、上記特許文献１や上記特許文献２に記載された画像形成装置においては、トナー濃度制御目標値の補正を行うためには、その都度、基準トナーパターンを形成しなければならない。そのため、画像形成に用いないトナーの消費量が増大してしまうという問題があった。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、トナーを消費することなくトナー濃度制御目標値を補正して、一定の画像濃度を得ることが可能な画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像担持体と、現像剤担持体上にトナーと磁性キャリアとで構成された二成分現像剤を担持してこれを該潜像担持体の表面に接触させることにより該潜像担持体表面上の潜像に該トナーを付着させる現像を行う現像装置と、該現像装置内にトナーを補給するトナー補給装置と、該現像装置内の二成分現像剤中のトナー濃度を検知して出力するトナー濃度検知手段と、該トナー濃度検知手段の出力値とトナー濃度制御基準値とを比較し、その比較結果に基づいて該トナー補給装置を制御することにより該出力値が該トナー濃度制御基準値に近づくようにトナー濃度を制御するトナー濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、所定期間内における上記現像装置内のトナー入換量を把握するための情報として、該所定期間内に形成した画像の画像面積率を検出する画像面積率検出手段と、該所定期間内に形成される画像の画像面積率についての複数の移動平均値にそれぞれ対応する補正値を記憶する記憶手段と、該画像面積率検出手段の検出結果から得られる該所定期間内に形成した画像の画像面積率の移動平均値に対応する補正値を該記憶手段から読み出し、該補正値を用いて、上記現像装置の現像能力が一定に維持されるように上記トナー濃度制御基準値を補正する補正手段とを有することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記移動平均値Ｍ（ｉ）は、下記の数式に基づいて算出されるものであることを特徴とするものである。
Ｍ（ｉ）＝（１／Ｎ）×｛Ｍ（ｉ−１）×（Ｎ−１）＋Ｘ（ｉ）｝ ただし、「Ｎ」は画像面積率のサンプリング数であり、「Ｍ（ｉ−１）」は前回算出した移動平均値であり、「Ｘ（ｉ）」は今回検出した画像面積率である。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の画像形成装置において、上記移動平均値を求めるときの画像面積率のサンプリング数を変更するサンプリング数変更手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２又は３の画像形成装置において、上記補正手段による最大補正幅を変更する最大補正幅変更手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記現像装置を互いに異なる色ごとに複数備え、かつ、上記トナー補給装置と上記トナー濃度検知手段とを現像装置ごとに備え、各現像装置で現像して得た各色トナー像を互いに重ね合わせた重ねトナー像を最終的に記録材上に転移させて画像形成を行うものであり、上記最大補正幅変更手段は、現像装置ごとに独立して上記最大補正幅を変更することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３、４又は５の画像形成装置において、上記補正手段は、上記情報検出手段の検出結果に基づき、上記所定期間内における上記現像装置内のトナー入換量が基準量よりも多い場合にはトナー濃度が低くなるように上記トナー濃度制御基準値を補正し、該所定期間内における該現像装置内のトナー入換量が基準量以下の場合にはトナー濃度が高くなるように該トナー濃度制御基準値を補正することを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６の画像形成装置において、上記補正手段は、上記現像装置による現像を終えてから次回の現像を開始するまでの間に、上記トナー濃度制御基準値を補正することを特徴とするものである。

上述したように、一定の画像濃度を得ることができないのは、現像装置内に存在する新しい補給トナーの比率あるいは古いトナーの比率が異なる結果、現像能力に違いが生じるためである。そこで、本発明においては、所定期間内における現像装置内のトナー入換量を把握するための情報を検出する。この情報から、所定期間内に現像装置内のトナーがどのくらい消費され、どのくらいの新しいトナーが補給されるかを把握することができる。すなわち、現像装置内に存在する新しいトナーの比率あるいは古いトナーの比率がどの程度なのかを把握することができる。これにより、現像能力を把握することができるので、上記情報を検出した結果に基づき、現像装置の現像能力が一定に維持されるようにトナー濃度制御基準値を補正することができる。この結果、現像装置内のトナー入換量が変わるような画像形成を行っても、トナー濃度を調整することにより現像能力が一定に維持され、一定の画像濃度を得ることができる。そして、現像装置内のトナー入換量を把握するための情報は、トナーを消費しないで検出することができることから、本発明ではトナー濃度制御基準値を補正するに際し、トナーを消費しなくても済む。

以上、本発明によれば、トナーを消費することなくトナー濃度制御目標値を補正して、一定の画像濃度を得ることが可能となるという優れた効果が奏される。

以下、本発明を、画像形成装置である電子写真方式のカラーレーザプリンタ（以下、「レーザプリンタ」という。）に適用した一実施形態について説明する。
図２は、本実施形態に係るレーザプリンタの主要部を示す概略構成図である。
このレーザプリンタは、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（ＢＫ）の各色の画像を形成するための４組の作像手段１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１ＢＫ（以下、各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、ＢＫは、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、ブラック用の部材であることを示す。）が、中間転写体としての中間転写ベルト６の表面移動方向（図２中の矢印Ａ方向）における上流側から順に配置されている。この作像手段１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１ＢＫは、それぞれ、潜像担持体としてのドラム状の感光体１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１ＢＫを有する感光体ユニット１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０ＢＫと、現像装置２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫとを備えている。また、各作像手段１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１ＢＫの配置は、各感光体ユニット内の感光体１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１ＢＫの回転軸が平行になるように且つ中間転写ベルト６の表面移動方向に所定のピッチで配列するように、設定されている。

各作像手段１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１ＢＫによって形成された感光体１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１ＢＫ上のトナー像は、中間転写ベルト６上に順次重ね合わされて１次転写される。この重なり合って得られるカラー画像は、中間転写ベルト６の表面移動に伴って２次転写ローラ３との間の２次転写部に搬送される。また、本レーザプリンタは、上記作像手段１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１ＢＫのほか、その下方に図示しない光書込ユニットが配置されており、さらにその下に図示しない給紙カセットが配置されている。図２中の一点鎖線は、転写紙の搬送経路を示している。給紙カセットから給送された転写紙は、図示しない搬送ガイドによってガイドされながら搬送ローラで搬送され、レジストローラ５が設けられている一時停止位置に送られる。転写紙は、レジストローラ５により所定のタイミングで２次転写部に供給される。そして、中間転写ベルト６上に形成されたカラー画像が、転写紙上に２次転写され、転写紙上にカラー画像が形成される。このカラー画像が形成された転写紙は、定着ユニット７でトナー像が定着された後、排紙トレイ８上に排出される。

図３は、上記作像手段１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１ＢＫのうち、イエローの作像手段１Ｙの概略構成を示す拡大図である。他の作像手段１Ｍ，１Ｃ，１ＢＫについてもそれぞれ同じ構成となっているので、それらの説明は省略する。
図３において、作像手段１Ｙは、上述したように、感光体ユニット１０Ｙ及び現像装置２０Ｙを備えている。感光体ユニット１０Ｙは、感光体１１Ｙのほか、その感光体表面をクリーニングするクリーニングブレード１３Ｙ、その感光体表面を一様帯電する帯電ローラ１５Ｙ等を備えている。また、感光体表面に潤滑剤を塗布するとともに、感光体表面を除電する機能を有する潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１２Ｙも備えている。この潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１２Ｙは、ブラシ部が導電性繊維で構成され、その芯金部には除電バイアスを印加するための図示しない除電用電源が接続されている。

上記構成の感光体ユニット１０Ｙにおいて、感光体１１Ｙの表面は、電圧が印加された帯電ローラ１５Ｙにより一様帯電される。この感光体１１Ｙの表面に図示しない光書込ユニットで変調及び偏向されたレーザ光Ｌ_Yが走査されながら照射されると、感光体１１Ｙの表面に静電潜像が形成される。この感光体１１Ｙ上の静電潜像は、後述の現像装置２０Ｙで現像されてイエローのトナー像となる。感光体１１Ｙと中間転写ベルト６とが対向する１次転写部では、感光体１１Ｙ上のトナー像が中間転写ベルト６上に転写される。トナー像が転写された後の感光体１１Ｙの表面は、感光体クリーニング手段としてのクリーニングブレード１３Ｙでクリーニングされた後、潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１２Ｙで所定量の潤滑剤が塗布されるとともに除電され、次の静電潜像の形成に備えられる。

上記現像装置２０Ｙは、上記静電潜像を現像するための現像剤として、磁性キャリア及び負帯電のトナーを含む二成分現像剤（以下、単に「現像剤」という。）を使用している。また、この現像装置２０Ｙは、現像ケースの感光体側の開口から一部露出するように配設された現像剤担持体としての非磁性材質からなる現像スリーブ２２Ｙや、現像スリーブ２２Ｙの内部に固定配置された磁界発生手段としてマグネットローラ（不図示）、撹拌搬送部材としての撹拌搬送スクリュー２３Ｙ，２４Ｙ、現像ドクタ２５Ｙ、トナー濃度検知手段としての透磁率センサ２６Ｙ、トナー補給装置としての粉体ポンプ２７Ｙ等を備えている。現像スリーブ２２Ｙには現像電界形成手段としての図示を省略した現像バイアス電源により負の直流電圧ＤＣ（直流成分）に交流電圧ＡＣ（交流成分）が重畳された現像バイアス電圧が印加され、現像スリーブ２２Ｙが感光体１１Ｙの金属基体層に対して所定電圧にバイアスされている。なお、現像バイアス電圧は、負の直流電圧ＤＣ（直流成分）のみを印加するようにしてもよい。

図３において、現像ケース内に収容された現像剤が撹拌搬送スクリュー２３Ｙ，２４Ｙで撹拌搬送されることによりトナーが摩擦帯電される。そして、第１撹拌搬送スクリュー２３Ｙが配置された第１撹拌搬送路内の現像剤の一部が現像スリーブ２２Ｙの表面に担持され、現像ドクタ２５Ｙで層厚が規制された後、感光体１１Ｙと対向する現像領域に搬送される。現像領域では、現像スリーブ２２Ｙ上の現像剤中のトナーが現像電界によって感光体１１Ｙ上の静電潜像に付着し、トナー像となる。その後、現像領域を通過した現像剤は、現像スリーブ２２Ｙ上の現像剤離れ極位置で現像スリーブ２２Ｙから離れ、第１撹拌搬送路に戻る。第１撹拌搬送路をその下流端まで搬送された現像剤は、第２撹拌搬送スクリュー２４Ｙが配置された第２撹拌搬送路の上流端へ移動し、第２撹拌搬送路内でトナー補給を受ける。その後、第２撹拌搬送路をその下流端まで搬送された現像剤は、第１撹拌搬送路の上流端へ移動する。第２撹拌搬送路の底部を構成する現像ケース部分には、透磁率センサ２６Ｙが設置されている。

現像ケース内の現像剤のトナー濃度は、画像形成に伴うトナー消費により低下するので、透磁率センサ２６Ｙの出力値Ｖｔに基づいて、必要により図２に示したトナーカートリッジ３０Ｙから粉体ポンプ２７Ｙによりトナーが補給されることで適正な範囲に制御される。トナー補給制御は、出力値Ｖｔとトナー濃度制御基準値である目標出力値Ｖｔ_refとの差分値Ｔｎ（＝Ｖｔ_ref−Ｖｔ）に基づいて、差分値Ｔｎが＋（プラス）の場合はトナー濃度が十分高いと判断してトナーを補給せず、差分値Ｔｎが−（マイナス）の場合は差分値Ｔｎの絶対値が大きいほどトナー補給量を多くするようにして、出力値Ｖｔが目標出力値Ｖｔ_refの値に近づくようにして行う。
また、画像形成枚数が１０枚(コピースピードなどにより約５〜２００枚)に達するごとに一回の割合で、プロセスコントロールにより目標出力値Ｖｔ_ref、帯電電位、光量等を調整する。詳しくは、例えば、感光体１１Ｙ上に形成された複数のハーフトーン及びベタパターンの濃度を図２に示す反射濃度センサ６２により検知し、その検知値からトナー付着量を把握して、トナー付着量が狙いの付着量になるように目標出力値Ｖｔ_ref、帯電電位、光量等を調整する。
更に、本実施形態では、プロセスコントロールとは別に、１回の画像形成ごとに目標出力値Ｖｔ_refを補正する目標出力値補正処理を行う。この目標出力値補正処理の詳しい内容は、トナー濃度制御の内容とあわせて後述する。

また、４つの感光体１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１ＢＫのうち、最下流側にあるブラック用の感光体１１ＢＫのみ中間転写ベルト６に常に接触している転写ニップ常接状態であり、残りの感光体１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｙは中間転写ベルトに対して接離可能となっている。転写紙上にカラー画像を形成する場合、４つの感光体１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１ＢＫは、それぞれ中間転写ベルト６に当接する。一方、転写紙上にブラックの単色画像を形成する場合、各カラー用の感光体１１Ｙ，１１Ｃ，１１Ｍを中間転写ベルト６から離間させ、ブラックトナーによるトナー像が形成されるブラック用の感光体１１ＢＫのみを中間転写ベルト６に当接させるようにする。

次に、トナー濃度制御を行う制御手段としての制御部について説明する。
図４は、トナー濃度制御を行う制御部の構成を示す説明図である。
この制御部１００は、各現像装置ごとに設けられているが、その基本的構成はいずれも同様であるので、以下色分け符号（Ｙ，Ｃ，Ｍ，ＢＫ）を省略して説明する。なお、各現像装置の制御部１００の一部（ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３等）は各現像装置間で共用されている。

本実施形態の制御部１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、Ｉ／Ｏユニット１０４等から構成されている。Ｉ／Ｏユニット１０４には、上記透磁率センサ２６及び上記反射濃度センサ６２がそれぞれ図示しないＡ／Ｄ変換器を介して接続されている。制御部１００は、ＣＰＵ１０１が所定のトナー濃度制御プログラムを実行することにより、Ｉ／Ｏユニット１０４を介して粉体ポンプ２７を駆動するトナー補給駆動モータ３１に制御信号を伝達し、トナー補給動作を制御する。また、所定の目標出力値補正プログラムを実行することにより、１回の画像形成ごとに目標出力値Ｖｔ_refを補正し、常に一定の画像濃度が得られるようにする。ＲＯＭ１０２には、ＣＰＵが実行するトナー濃度制御プログラム、目標出力値補正プログラムなどが記憶されている。ＲＡＭ１０３には、Ｉ／Ｏユニット１０４を介して取得した透磁率センサ２６の出力値Ｖｔを一時保存するＶｔレジスタ、現像装置２０内の現像剤のトナー濃度が目標トナー濃度であるときに透磁率センサ２６が出力すべき基準出力値Ｖｔ_refを記憶するＶｔ_refレジスタ、反射濃度センサ６２からの出力値Ｖｓを記憶するＶｓレジスタ等が設けられている。

図５は、透磁率センサ２６の出力値を縦軸にとり、検知対象の現像剤のトナー濃度を横軸にとったグラフである。
グラフに示すように、実用的なトナー濃度の範囲では、透磁率センサ２６の出力値と現像剤のトナー濃度との関係は直線近似することができる。そして、現像剤のトナー濃度が高いほど、透磁率センサ２６の出力値が小さくなる特性を示す。この特性を利用して、透磁率センサ２６の出力値Ｖｔが目標出力値Ｖｔ_refより大きい場合に粉体ポンプ２７を駆動してトナー補給を行う。本実施形態では、１回の画像形成ごとに透磁率センサ２６の出力値Ｖｔに基づいてトナー補給制御を行う。

次に、本発明の特徴部分である目標出力値補正処理について説明する。
図６は、出力画像面積率による現像γ（現像ポテンシャルに対するトナー付着量関係式の傾き）の差異を示すグラフである。
このグラフは、同一の画像面積率画像を、標準線速モード（１３８［ｍｍ／ｓｅｃ］）で連続１００枚出力した際の値である。このグラフからわかるように、画像面積率の高い画像を出力する場合の方が現像γが高くなる。これは次の理由によるものと考えられる。すなわち、画像面積率の高い画像を出力する場合、一定期間内における現像装置２０のトナー入換量が多いため、現像装置２０内に比較的長い時間存在しているトナーの量が少ない。そのため、過剰に帯電したトナーが少ないので、現像装置２０内に比較的長い時間存在しているトナー（過剰に帯電したトナー）の量が多い画像面積率の低い画像を出力した場合に比べて、高い現像能力を発揮できたものと考えられる。

このように、一定期間内における現像装置２０のトナー入換量の違いによってその後の画像形成時における現像能力に差異が発生する。現像能力に差異が発生すると、形成される画像の画像濃度にも差異が生じ、一定の画像濃度で画像形成を行うことができなくなる。そこで、一定期間内における現像装置２０のトナー入換量が違っても、現像能力を一定に維持するように、原理的には現像γが一定になるように、目標出力値Ｖｔ_refを補正する。目標出力値Ｖｔ_refを補正すれば、透磁率センサ２６の出力値Ｖｔがその補正後の目標出力値Ｖｔ_refに近づくようにトナー濃度が調整される。その結果、画像面積率の高い画像を出力した場合のように現像装置２０のトナー入換量が多いときにはトナー濃度を高くして現像能力が高め、あるいは、画像面積率の低い画像を出力した場合のように現像装置２０のトナー入換量が少ないときにはトナー濃度を低くして現像能力が低下させて、現像能力が一定になるようにする。

なお、一定期間内における現像装置２０のトナー入換量は、出力する画像の面積［ｃｍ²］や画像面積率［％］などの種々の情報から把握することが可能である。本実施形態では、画像面積率からトナー入換量を把握する場合を例に挙げて説明する。なお、画像面積率［％］は次のようにしてトナー入換量［ｍｇ／ｐａｇｅ］ という単位に換算して利用する。本実施形態においては、適正な現像能力を発揮した場合、Ａ４の転写紙に対して１００％のベタ画像を出力するときに３００［ｍｇ］のトナーを消費し、３００［ｍｇ］のトナーが補給される。よって、この場合のトナー入換量は３００［ｍｇ／ｐａｇｅ］となる。ただし、画像面積率をトナー入換量に換算する場合、例えば基準の転写紙をＡ４横通紙に設定したときには、出力する全ての転写紙をこの基準転写紙に換算して画像面積率を換算する等の必要がある。本実施形態における現像装置２０の現像剤容量は２４０［ｇ］である。

図７は、横軸に画像面積率［％］をとり、縦軸に現像γ［ｍｇ／ｃｍ²／ｋＶ］をとったグラフである。
このグラフは、図６に示すグラフのときと同様に、標準線速モードにおいてトナー濃度を一定に保ったまま、画像面積率ごとに１００枚連続印刷を行ったときのものである。このグラフから、画像面積率が基準値である５［％］を超えると、現像γは高くなる傾向があることがわかる。よって、本実施形態のプリンタにおいては、画像面積率が５［％］よりも高い場合、目標出力値Ｖｔ_refを高くしてトナー濃度を低めに誘導し、現像γを落として画像濃度を一定にすることが望まれる。逆に、目標出力値Ｖｔ_refを高くした後に画像面積率が５［％］以下の出力した場合には、目標出力値Ｖｔ_refを低くしてトナー濃度を高めに誘導する必要がある。

図１は、本実施形態における目標出力値補正処理の流れを示すフローチャートである。
この目標出力値補正処理は各印刷のＪＯＢの終了ごとに実行する。制御部１００は、印刷ＪＯＢが終了したら、まず、直前までに印刷した過去数枚分あるいは数十枚分という一定期間内に出力した画像の画像面積率［％］の移動平均値を算出する（Ｓ１）。画像面積率［％］の移動平均値ではなく、単純な平均値でもよいが、移動平均値を用いることにより、現時点での現像剤特性を知るのに適した、過去数枚のトナー入換量の履歴を知ることができる。よって、本実施形態では移動平均値を用いることにする。この移動平均値は、簡単のため、下記の数１に示す式に従って算出したものを用いる。

ここで、「Ｎ」は画像面積率のサンプリング数（累積枚数）であり、「Ｍ（ｉ−１）」は前回算出した移動平均値であり、「Ｘ（ｉ）」は今回の画像面積率である。なお、Ｍ（ｉ）及びＸ（ｉ）は色ごとに個別に算出されるものである。

本実施形態のように、前回算出した移動平均値を用いて、今回の移動平均値を求めるので、過去数枚あるいは数十枚という画像面積率のデータをＲＡＭ１０３に保存する必要がなくなるため、ＲＡＭ１０３の使用領域を大幅に減少させることができる。また、累積枚数Ｎを適宜変更することで、制御のレスポンスを変更することが可能となる。例えば環境変動や経時において累積枚数Ｎを変更すると、より効果的に制御することができる。

このようにして移動平均値を算出したら、次に、制御部１００は、Ｖｔ_refレジスタから目標出力値Ｖｔ_refの現在値と目標出力値Ｖｔ_refの初期値を取得する（Ｓ２）。また、制御部１００は、透磁率センサ２６の感度情報を取得する（Ｓ３）。透磁率センサ２６の感度は、単位が［Ｖ／ｗｔ％］で表されるものであり、センサ固有の値である（図５にプロットした直線の傾きの絶対値が感度である。）。そして、直前の透磁率センサ２６の出力値Ｖｔを取得し（Ｓ４）、上記Ｓ２で取得した目標出力値Ｖｔ_refの現在値を使って、Ｖｔ−Ｖｔ_refを算出する（Ｓ５）。その後、制御部１００は、目標出力値Ｖｔ_refを補正するか否かを判断する。例えば、前回のプロセスコントロールが成功したか否か、あるいは、上記Ｓ５において算出したＶｔ−Ｖｔ_refの結果が所定範囲内に収まっているか否か、などを判断基準とする。本実施形態では、上記Ｓ５において算出したＶｔ−Ｖｔ_refの結果が所定範囲内に収まっているか否かを判断する（Ｓ６）。

Ｖｔ−Ｖｔ_refの結果が所定範囲内に収まっている場合、ＬＵＴを参照して補正量ΔＶｔ_refを決定する（Ｓ７）。具体的には、まず、ＬＵＴを参照して、上記Ｓ１で算出した移動平均値に対応するトナー濃度補正量ΔＴＣ（トナー濃度を変化させる量）を決定する。トナー濃度補正量ΔＴＣを決定した後、上記Ｓ３で取得した透磁率センサ２６の感度を用いて、下記の数２に示す式から目標出力値の補正量ΔＶｔ_refを算出する。算出した補正量ΔＶｔ_refは、ＲＡＭ１０３に保存する。なお、補正量ΔＶｔ_refは、色ごとに個別に算出される。

下記の表１は、透磁率センサ２６の感度が０．３の場合のＬＵＴの例を示すものである。

本実施形態で使用するＬＵＴは以下の手法を用いて作製した。
図８は、画像面積率の移動平均値［％］を横軸にとり、基準のトナー濃度に対して現像γを一定にするためにトナー濃度を変化させるマイナス方向のトナー濃度補正量［ｗｔ％］を縦軸にとったときのグラフである。
このグラフによれば、例えば画像面積率の移動平均値が８０％の場合、トナー濃度補正量ΔＴＣを−１［ｗｔ％］としてトナー濃度制御を行うと、現像γが一定に保たれるということがわかる。画像面積率の移動平均値に対するトナー濃度補正量ΔＴＣは、対数近似がもっとも精度よく近似できる。そのため、ＬＵＴに用いる移動平均値に対するトナー濃度補正量ΔＴＣは、この対数近似の方法を用いて決定した。本実施形態においては、上記表１に示すように、移動平均値が１０％未満の場合には補正ステップを１％ごとに設定し、移動平均値が１０％以上の場合には補正ステップを１０％ごとに設定した。この補正ステップは、現像剤や現像装置の特性に応じて任意に変更が可能である。
また、現像剤の使用状況は色ごとに異なるので、現像装置２０ごとに補正ステップや目標出力値補正処理の実行タイミングなどの各種条件を異ならせるようにしてもよい。特に、最大補正量を色ごとに調整するのが望ましい。この場合、例えば上記数２に代えて下記の数３に示す式を用いるようにする。

以上のようにＬＵＴを参照して補正量ΔＶｔ_refを決定したら（Ｓ７）、次に、制御部１００は、決定した補正量ΔＶｔ_refと上記Ｓ２で取得したＶｔ_refの初期値とから、下記の数４に示す式から、補正後の目標出力値Ｖｔ_refを色ごとに算出する（Ｓ８）。

次に、制御部１００は、算出したＶｔ_refの上下限処理を行う（Ｓ９）。具体的には、算出したＶｔ_refが予め設定された上限値を越える場合には、その上限値を補正後のＶｔ_refとする。一方、算出したＶｔ_refが予め設定された下限値を下回る場合には、その下限値を補正後のＶｔ_refとする。なお、算出したＶｔ_refがこれらの上限値と下限値の間である場合には、その算出したＶｔ_refを補正後のＶｔ_refとする。このようにして得られた補正後のＶｔ_refは、Ｖｔ_refの現在値としてＲＡＭ１０３に保存される（Ｓ１０）。

本目標出力値補正処理は、連続印刷中においては、前回の現像終了時から今回の現像開始時までの間に実行するのが望ましい。このようなタイミングで行うことで、連続印刷中においても、出力画像１枚ごとに適切に補正された目標出力値Ｖｔ_refを用いてトナー濃度制御を行うことができる。

〔比較実験例〕
次に、上述した目標出力値補正処理を行った場合と行わなかった場合とを比較する比較実験例について説明する。
図９は、本比較実験例の結果を示すグラフである。
この比較実験例では、上述した実施形態におけるレーザプリンタを用い、標準線速モード（１３８［ｍｍ／ｓｅｃ］）で画像面積率が８０％のベタ画像を１００枚連続して形成したときの画像濃度を測定した。三角でプロットした比較例では目標出力値補正処理を行っていないため、連続プリント枚数が多くなるにつれて画像濃度が高くなっている。これに対し、丸でプロットした本実施形態では目標出力値補正処理を行っているため、連続プリント枚数が多くなっても画像濃度がほぼ一定の範囲内に収まっている。この結果、本実施形態のように目標出力値補正処理を行うことで、トナー入換量が多い高画像面積率の画像を出力した場合でも、安定して一定の画像濃度を得ることができることが確認された。

以上、本実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタは、潜像担持体としての感光体１１と、現像剤担持体としての現像スリーブ２２上にトナーと磁性キャリアとで構成された二成分現像剤を担持してこれを感光体１１の表面に接触させることにより感光体表面上の潜像にトナーを付着させる現像を行う現像装置２０と、現像装置２０内にトナーを補給するトナー補給装置としての粉体ポンプ２７Ｙと、現像装置２０内の二成分現像剤中のトナー濃度を検知して出力するトナー濃度検知手段としての透磁率センサ２６と、透磁率センサ２６の出力値Ｖｔとトナー濃度制御基準値である目標出力値Ｖｔ_refとを比較し、その比較結果に基づいて粉体ポンプ２７Ｙを制御することにより出力値Ｖｔが目標出力値Ｖｔ_refに近づくようにトナー濃度を制御するトナー濃度制御手段としての制御部１００とを備えている。また、本レーザプリンタは、制御部１００が、前回のプロセスコントロール時から現在までの所定期間内における現像装置２０内のトナー入換量を把握するための情報である画像面積率を検出する情報検出手段として機能する。そして、制御部１００は、補正手段としても機能し、画像面積率の検出結果に基づいて現像装置２０の現像能力が一定に維持されるように目標出力値Ｖｔ_refを補正する。これにより、現像装置２０内のトナー入換量が大きく変わるような画像形成、例えば画像面積率の高い画像を出力する場合でも、トナー濃度が調整されて現像能力が一定に維持され、一定の画像濃度を得ることができる。しかも、本レーザプリンタによれば、現像装置２０内のトナー入換量を把握するための情報（画像面積率）は、トナーを消費しないで検出することができるので、目標出力値Ｖｔ_refを補正するに際し、トナーを消費しなくても済む。
特に、本実施形態では、上記情報検出手段が、上記所定期間内に形成した画像の画像面積率を検出する画像面積率検出手段として機能する制御部１００であることから、比較的容易かつ簡易な構成で、トナーを消費せずにトナー入換量を把握するための情報を検出することができる。
また、本実施形態では、制御部１００は、画像面積率の検出結果から得られる上記所定期間内に形成した画像の画像面積率の移動平均値に基づいて、目標出力値Ｖｔ_refを補正する。これにより、現時点での現像剤特性を知るのに適した、過去数枚分のトナー入換量の履歴を把握することができる。その結果、目標出力値Ｖｔ_refをより適正に補正することができる。特に、上記移動平均値Ｍ（ｉ）として、上記数１に示した式に基づいて算出されるものを用いるので、上述したようにＲＡＭ１０３の使用領域を大幅に減少させることができる。
また、本実施形態では、移動平均値Ｍ（ｉ）を求めるときの画像面積率のサンプリング数Ｎを変更するサンプリング数変更手段としての制御部１００を有する。これにより、制御のレスポンスや重み付けを変更することが可能となり、例えば環境変動や経時においてサンプリング数Ｎを適宜変更すると効果的に制御することが可能となる。
また、本実施形態では、複数の移動平均値Ｍ（ｉ）にそれぞれ対応する補正量ΔＶｔ_refを記憶する記憶手段としてのＲＡＭ１０３又はＲＯＭ１０２を有し、制御部１００は、移動平均値Ｍ（ｉ）に対応する補正量ΔＶｔ_refをＲＡＭ１０３又はＲＯＭ１０２から読み出し、読み出した補正値ΔＶｔ_refを用いて目標出力値Ｖｔ_refを補正する。これにより、目標出力値Ｖｔ_refについて細かな補正が可能となり、制御の正確性が向上する。また、補正ステップの変更も比較的容易になる。
なお、制御部１００は、移動平均値ではなく、画像面積率の検出結果から得られる上記所定期間内に形成した画像の画像面積率の平均値に基づいて目標出力値Ｖｔ_refを補正するようにしてもよい。この場合も、上記所定期間内に形成された画像の画像面積率を簡便な方法で適正に把握することができる。
また、本実施形態において、制御部１００は、補正量ΔＶｔ_refの最大補正幅を変更する最大補正幅変更手段としても機能する。これにより、容易に制御の重み付けを変更することが可能となり、例えば環境変動や経時において最大補正幅を適宜変更すると効果的に制御することが可能となる。
また、本実施形態に係るレーザプリンタは、現像装置２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫを互いに異なる色ごとに複数備え、かつ、粉体ポンプ２７と透磁率センサ２６とを現像装置２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫごとに備え、各現像装置２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０ＢＫで現像して得た各色トナー像を互いに重ね合わせた重ねトナー像を最終的に記録材としての転写紙上に転移させて画像形成を行うものである。そして、制御部１００は、現像装置２０ごとに独立して上記最大補正幅を変更する。これにより、色ごとに異なる現像剤の使用状況に応じて適した補正が可能となる。
また、本実施形態において、制御部１００は、画像面積率の検出結果に基づき、上記所定期間内における現像装置２０内のトナー入換量が基準量よりも多い場合にはトナー濃度が低くなるように目標出力値Ｖｔ_refを補正し、上記所定期間内における現像装置２０内のトナー入換量が基準量以下の場合にはトナー濃度が高くなるように目標出力値Ｖｔ_refを補正する。これにより、本実施形態のように例えば画像面積率の高い画像を出力した場合に現像能力が高まり現像γが高まるような構成において、目標出力値Ｖｔ_refを簡易かつ適正に補正することができる。
また、本実施形態において、制御部１００は、現像装置２０による現像を終えてから次回の現像を開始するまでの間に目標出力値Ｖｔ_refを補正する。これにより、出力画像１枚ごとに適切に補正された目標出力値Ｖｔ_refを用いてトナー濃度制御を行うことができる。

実施形態のレーザプリンタにおける目標出力値補正処理の流れを示すフローチャート。 同レーザプリンタの主要部を示す概略構成図。 同レーザプリンタが備える作像手段のうちイエロー作像手段の概略構成を示す拡大図。 同レーザプリンタのトナー濃度制御を行う制御部の構成を示す説明図。 透磁率センサの出力値を縦軸にとり、検知対象の現像剤のトナー濃度を横軸にとったグラフ。 出力画像面積率による現像γの差異を示すグラフ。 横軸に画像面積率をとり、縦軸に現像γをとったグラフ。 画像面積率の移動平均値を横軸にとり、基準のトナー濃度に対して現像γを一定にするためにトナー濃度を変化させる量を縦軸にとったときのグラフ。 比較実験例の結果を示すグラフ。

符号の説明

６ 中間転写ベルト
１１ 感光体
２０ 現像装置
２６ 透磁率センサ
２７ 粉体ポンプ
３０ トナーカートリッジ
６２ 反射濃度センサ
１００ 制御部

Claims (7)

1. 潜像担持体と、
   現像剤担持体上にトナーと磁性キャリアとで構成された二成分現像剤を担持してこれを該潜像担持体の表面に接触させることにより該潜像担持体表面上の潜像に該トナーを付着させる現像を行う現像装置と、
   該現像装置内にトナーを補給するトナー補給装置と、
   該現像装置内の二成分現像剤中のトナー濃度を検知して出力するトナー濃度検知手段と、
   該トナー濃度検知手段の出力値とトナー濃度制御基準値とを比較し、その比較結果に基づいて該トナー補給装置を制御することにより該出力値が該トナー濃度制御基準値に近づくようにトナー濃度を制御するトナー濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、
   所定期間内における上記現像装置内のトナー入換量を把握するための情報として、該所定期間内に形成した画像の画像面積率を検出する画像面積率検出手段と、
   該所定期間内に形成される画像の画像面積率についての複数の移動平均値にそれぞれ対応する補正値を記憶する記憶手段と、
   該画像面積率検出手段の検出結果から得られる該所定期間内に形成した画像の画像面積率の移動平均値に対応する補正値を該記憶手段から読み出し、該補正値を用いて、上記現像装置の現像能力が一定に維持されるように上記トナー濃度制御基準値を補正する補正手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、
   上記移動平均値Ｍ（ｉ）は、下記の数式に基づいて算出されるものであることを特徴とする画像形成装置。
   Ｍ（ｉ）＝（１／Ｎ）×｛Ｍ（ｉ−１）×（Ｎ−１）＋Ｘ（ｉ）｝
   ただし、「Ｎ」は画像面積率のサンプリング数であり、「Ｍ（ｉ−１）」は前回算出した移動平均値であり、「Ｘ（ｉ）」は今回検出した画像面積率である。
3. 請求項１又は２の画像形成装置において、
   上記移動平均値を求めるときの画像面積率のサンプリング数を変更するサンプリング数変更手段を有することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１、２又は３の画像形成装置において、
   上記補正手段による最大補正幅を変更する最大補正幅変更手段を有することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４の画像形成装置において、
   上記現像装置を互いに異なる色ごとに複数備え、かつ、上記トナー補給装置と上記トナー濃度検知手段とを現像装置ごとに備え、各現像装置で現像して得た各色トナー像を互いに重ね合わせた重ねトナー像を最終的に記録材上に転移させて画像形成を行うものであり、
   上記最大補正幅変更手段は、現像装置ごとに独立して上記最大補正幅を変更することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１、２、３、４又は５の画像形成装置において、
   上記補正手段は、上記情報検出手段の検出結果に基づき、上記所定期間内における上記現像装置内のトナー入換量が基準量よりも多い場合にはトナー濃度が低くなるように上記トナー濃度制御基準値を補正し、該所定期間内における該現像装置内のトナー入換量が基準量以下の場合にはトナー濃度が高くなるように該トナー濃度制御基準値を補正することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１、２、３、４、５又は６の画像形成装置において、
   上記補正手段は、上記現像装置による現像を終えてから次回の現像を開始するまでの間に、上記トナー濃度制御基準値を補正することを特徴とする画像形成装置。

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