JP5205141B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

複写機等の画像形成装置は、静電潜像が形成された感光体にトナーを供給することによって上記静電潜像の現像を行う現像装置と、当該現像器に補給するためのトナーを収容するコンテナを備えている。

このような画像形成装置においては、現像装置から感光体にトナーが供給されることによって現像装置が備える現像器（容器）内部のトナーが消費されるため、所定のタイミングにてコンテナから現像器にトナーを補給している。

ところで、現像器内部におけるトナーの濃度は一定であることが好ましく、例えば、特許文献１には、静電潜像の面積率に応じてトナーの補給量を調節することによって、現像器内部におけるトナーの濃度を安定させる方法が提案されている。
特開平８−２２７２１３号公報

しかしながら、現像器内部におけるトナー濃度の分布は、静電潜像のパターンすなわち画像パターンにより変化する。つまり、特許文献１の方法によれば、現像器内部全体におけるトナー消費量に応じたトナーの補給ができるものの、トナー濃度分布に応じたトナーの補給を行うことができない。
このため、例えば偏った画像パターンを形成した場合には、現像器内部に対して濃度が均一となるようにトナーを補給することができない。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、常に安定して容器内部におけるトナー濃度を均一化し、これにより画質の向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、容器内部においてキャリア及びトナーを搬送することにより攪拌すると共に上記トナーを静電潜像が形成された感光体に供給する現像装置を備える画像形成装置であって、上記感光体に供給されることによって上記トナーが消費された上記容器内部のトナー消費領域に選択的にトナーを補給するトナー補給手段を備えることを特徴とする。

また、本発明においては、上記トナー補給手段は、容器内部における上記キャリア及びトナーの搬送速度を算出し、当該算出結果から上記トナー消費領域がトナー補給位置に到達するトナー消費領域到達タイミングを算出し、当該トナー消費領域到達タイミングに応じて上記トナーを供給するという構成を採用する。

また、本発明においては、上記トナー補給手段は、補給する上記トナーの搬送速度を算出し、当該算出結果から上記トナーが上記トナー補給位置に到達する補給トナー到達タイミングを算出し、上記トナー消費領域到達タイミング及び上記補給トナー到達タイミングに応じて上記トナーを供給するという構成を採用する。

また、本発明においては、上記トナー補給手段は、上記容器内部における上記トナーの拡散係数を算出し、当該算出結果を用いて上記トナー消費領域到達タイミングを補正するという構成を採用する。

また、本発明においては、上記トナーの搬送速度を算出するタイミングは、原稿から取得した画像データに基づく画像形成後、電源入力時、前回の画像形成に対する環境変化が生じた場合、一定の画像形成処理ごと、あるいは一定の時間経過ごとのいずれかのタイミングであるという構成を採用する。

また、本発明においては、上記トナー補給手段は、画像データに基づいて上記トナー消費領域の発生位置を予測するという構成を採用する。

また、本発明においては、上記トナー補給手段は、画像データに基づいて上記トナー消費領域における上記トナーの消費量を算出し、算出したトナー消費量に応じた量の上記トナーを上記トナー消費領域に選択的に補給するという構成を採用する。

また、本発明においては、上記トナー補給手段は、上記容器内部のキャリア及びトナーの搬送経路途中に設置されるトナー濃度センサを備えるという構成を採用する。

本発明によれば、トナーが消費された容器内部のトナー消費領域に選択的にトナーが補給される。
この容器内部のトナー消費領域は、画像パターンによって変化する。そして、トナー消費領域に選択的に消費された分のトナーを補給することによって、容器内部の濃度が均一となるようにトナーを補給することができる。
したがって、本発明によれば、常に安定して容器内部におけるトナー濃度を均一化し、これにより画質の向上を図ることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る画像形成装置の一実施形態について説明する。なお、以下の説明において、各部材を認識可能な大きさとするために各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の説明においては、本発明の画像形成装置の一例として、複写機を挙げて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の複写機Ｓ１（画像形成装置）の機能構成を示すブロック図である。また、図２は、複写機Ｓ１の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、複写機Ｓ１は、表示操作部１、画像読取部２、画像記憶部３、画像処理部４、印刷部５及び制御部６を備えている。
なお、本実施形態において、複写機Ｓ１は、トナーと別に、磁性を有する粉末をキャリアとして用いる、いわゆる二成分方式の複写機であるものとする。

表示操作部１は、ユーザと複写機Ｓ１とを関係付けるマンマシンインタフェースとして装置の前面に設置される（図２においては不図示）ものであり、タッチパネル１ａ及び操作キー１ｂを備えている。
タッチパネル１ａは、表示面に抵抗膜方式等の透明な面状押圧センサを設けた表示パネルであり、ユーザに提供する情報の表示を行うと共に、ユーザの操作に基づく操作信号を出力する。
操作キー１ｂは、例えば電源ボタンやコピー開始ボタン等の、タッチパネル１ａに表示される操作ボタン以外の操作キー（ハードウェアキー）であり、ユーザの操作に基づく操作信号を出力する。

画像読取部２は、制御部６から入力される制御指令に基づいて、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）によって自動給紙される原稿あるいはプラテンガラス上に載置された原稿の画像をラインセンサで読み取って原稿画像データに変換するものであり、この原稿画像データを出力するものである。
この画像読取部２は、図２に示すように、複写機Ｓ１の上部を構成するものである。そして、上記表示操作部１は、例えば、画像読取部２の近傍に配置される。

図１に戻り、画像記憶部３は、半導体メモリあるいはハードディスク装置等であり、制御部６から入力される制御指令に基づいて、画像読取部２から入力される上記原稿画像データを記憶すると共に当該原稿画像データを読み出して出力する。

画像処理部４は、制御部６から入力される制御指令に基づいて、画像記憶部３から入力される原稿画像データを印刷形式の画像データに変換して出力するものであり、必要に応じて原稿画像データに各種画像処理を施して印刷形式の画像データに変換する。
また、画像処理部４は、演算処理を行う演算処理装置やプログラムや各種パラメータを記憶する記憶部を備えており、制御部６の制御の下、必要に応じて印刷部５の制御も行う。

印刷部５は、制御部６から入力される制御指令に基づいて用紙カセット７あるいは給紙トレー８（図２参照）から給紙される記録用紙（印刷媒体）に印刷（画像形成）を行うものであり、図２に示すように、複写機Ｓ１の略中央部を構成している。
この印刷部５は、図２に示すように、感光体ドラム（感光体）１０、帯電器２０、レーザスキャニングユニット３０、現像装置４０、クリーニングユニット５０、及び定着器７０を備えている。

感光体ドラム１０は、円柱に形状設定されると共に図２の紙面奥行き方向に延在して配置されており、その周面に静電潜像及び該静電潜像に基づくトナー像が形成されるものである。
帯電器２０は、感光体ドラム１０に対して対向配置されており、感光体ドラム１０の周面を帯電状態とするものである。
レーザスキャニングユニット３０は、感光体ドラム１０の上方に配置されており、印刷形式の画像データに基づいて射出されるレーザ光を感光体ドラム１０の周面において走査するものである。
そして、帯電器２０によって感光体ドラム１０の周面が帯電され、レーザスキャニングユニット３０によって帯電された感光体ドラム１０の周面にレーザ光が走査されることで、感光体ドラム１０の周面に、印刷形式の画像データに基づく静電潜像が形成される。

現像装置４０は、感光体ドラム１０の周面に対してトナーを供給することによって感光体ドラム１０の周面上に静電潜像に基づく画像を現像するものであり、感光体ドラム１０に対向配置される。
この現像装置４０は、現像器４１（容器）と、コンテナ４２と、供給装置４３とを備えている。なお、図３は、現像器４１と供給装置４３とを含む現像装置４０の平面断面図である。

現像器４１は、内部に平行に配置される２本のスパイラルローラ４１ａ，４１ｂを備えている。スパイラルローラ４１ａは、回転軸を中心に巻回されるブレードを備えており、回転駆動されることによって、回転軸方向に現像器４１内部のキャリア及びトナーを搬送するものである。そして、図３に示すように、スパイラルローラ４１ａとスパイラルローラ４１ｂとが反対方向にキャリア及びトナーを搬送するように構成されており、これによって、現像器４１内部にキャリア及びトナーの循環流が形成される。そして、キャリア及びトナーは、上記循環流に乗ることにより、攪拌されて混合される。
また、現像器４１の内部には、円周の半分が感光体ドラム１０側に露出される現像ローラ４１ｃが配置されており、当該現像ローラ４１ｃを介してトナーのみが感光体ドラム１０に供給される。なお、現像ローラ４１ｃに付着したキャリア及び感光体ドラム１０に付着しなかったトナーは、現像ローラ４１ｃの回転に伴って現像器４１の内部に回収される。

コンテナ４２は、現像器４１に補給するトナーを収容するものであり、供給装置４３を介して現像器４１と接続されている。
供給装置４３は、現像器４１の側方と接続されており、接続箇所を介してコンテナ４２内部に収容されたトナーを現像器４１の内部に供給するものである。
また、本実施形態の複写機Ｓ１においては、現像器４１の内部にキャリア及びトナーの搬送経路（循環流）の途中箇所におけるトナーの濃度を測定するための濃度センサ４４が設置されている。この濃度センサ４４は、画像処理部４と電気的に接続されており、当該濃度センサ４４が設置される箇所のトナー濃度を示す信号が画像処理部４に入力される。

そして、本実施形態の複写機Ｓ１においては、現像器４１へのトナー補給を図１に示す画像処理部４の制御の下、供給装置４３及び濃度センサ４４を用いて行う。このため、画像処理部４には、トナー補給を行うための各種プログラムや各種データが記憶されており、当該プログラム、データ及び濃度センサ４４から入力されるパラメータ等に基づいて現像器４１へのトナー補給が行われる。
つまり、本実施形態の複写機Ｓ１においては、本発明のトナー補給手段が、画像処理部４、供給装置４３及び濃度センサ４４にて構成されている。
ただし、必ずしもトナー補給の制御を画像処理部４にて行う必要はなく、例えば制御部６にて行っても良い。

図２に戻り、クリーニングユニット５０は、感光体ドラム１０から記録用紙にトナー像が転写された後に、感光体ドラム１０に残存するトナーを除去するものであり、感光体ドラム１０に対向配置される。
定着器７０は、熱及び圧力を加えることによって、トナーを記録用紙に対して定着させるものであり、記録用紙の搬送経路であって、現像装置４０の後流側に配置されている。

そして、このように構成された印刷部５においては、帯電器２０によって感光体ドラム１０の表面が帯電され、この帯電された感光体ドラム１０に対してレーザスキャニングユニット３０にてレーザ光を照射することによって感光体ドラム１０に静電潜像を形成する。その後、当該静電潜像を現像装置４０によって現像し、現像されたトナー像を記録用紙に転写した後、定着器７０にてトナーを記録用紙に定着させることによって印刷が行われる。

図１に戻り、制御部６は、本実施形態の複写機Ｓ１の全体の制御を行うものである。表示操作部１、画像読取部２、画像記憶部３、画像処理部４及び印刷部５と電気的に接続されている。

以上のような構成を有する複写機Ｓ１においては、制御部６の制御の下、ユーザの表示操作部１の操作に基づいて、画像読取部２にセットされた原稿の画像データが読み込まれ、読み込まれた画像データが画像記憶部３に記憶される。画像記憶部３に記憶された画像データは、画像処理部４において印刷形式の画像データに変換され印刷部５に入力する。そして、印刷部５では、画像処理部４から入力された印刷形式の画像データに基づいて印刷用紙への画像形成が行われる。その後、画像が形成された印刷用紙が印刷物として複写機Ｓ１の外部に排出される。

このような本実施形態の複写機Ｓ１にて、現像器４１にトナーを補給する場合には、まず、画像処理部４が、現像器４１内部におけるキャリア及びトナーの搬送速度を測定するための速度測定パターンの現像を行う。
具体的には、画像処理部４は、予め記憶した速度測定パターンに基づいてレーザスキャニングユニット３０を用いて感光体ドラム１０に速度測定パターンの静電潜像を形成する。続いて、画像処理部４は、現像装置４０から感光体ドラム１０にトナーを供給し、速度測定パターンの現像を行う。

そして、速度測定パターンが現像されると、速度測定パターンの現像のために現像器４１内部のトナーの一部が消費され、現像器４１の内部にトナーが消費されたトナー消費領域が形成される。このトナー消費領域は、スパイラルローラ４１ａ，４１ｂによるキャリア及びトナーの流れに乗って濃度センサ４４の検出領域まで移動する。この結果、画像処理部４には、速度測定パターンの形成からある程度時間が経過した後にトナー濃度の減少を示す信号が入力する。

画像処理部４は、速度測定パターンが予め記憶されたパターンであるため、現像器４１の内部においてトナー消費領域が形成される箇所を知ることができる。このため、画像処理部４は、予め記憶する濃度センサ４４が設置されている位置（トナー消費領域の形成箇所から濃度センサ４４までの距離）と、速度測定パターンの形成からトナー濃度の減少を濃度センサ４４から入力されるまでの時間とに基づいて、キャリア及びトナーの搬送速度を算出することができる。
そして、画像処理部４は、上述のようにして算出したキャリア及びトナーの搬送速度を記憶する。

このようにして画像処理部４にて、キャリア及びトナーの搬送速度が記憶された状態となった後に、原稿の画像データに基づく印刷が行われる。
そして、原稿の画像データに基づいて感光体ドラム１０に静電潜像が形成され、この静電潜像を現像するために、現像器４１からトナーが感光体ドラム１０に供給されると、現像器４１の内部には、原稿画像データに応じたトナー消費領域が形成される。ここで、画像処理部４は、記憶したキャリア及びトナーの搬送速度に基づいて、トナー消費領域が供給装置４３との接続領域であるトナー補給位置Ａ（キャリア及びトナーの搬送経路で供給装置４３に最も近い領域）に到達するタイミング（トナー消費領域到達タイミング）を算出する。そして、画像処理部４は、算出した当該タイミングにて供給装置４３からトナーを現像器４１の内部に供給する。
つまり、本実施形態の複写機Ｓ１においては、トナーが消費されて減少した領域に選択的にトナーが補充される。

このような本実施形態の複写機Ｓ１によれば、トナーが消費された現像器４１内部のトナー消費領域に選択的にトナーが補給される。
現像器４１内部のトナー消費領域は、画像パターンによって変化するが、トナー消費領域に選択的に消費された分のトナーを補給することによって、現像器４１内部の濃度が均一となるようにトナーを補給することができる。
したがって、本実施形態の複写機Ｓ１によれば、常に安定して現像器４１内部におけるトナー濃度を均一化し、これにより画質の向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態の複写機Ｓ１によれば、濃度センサ４４を備えているため、所望のタイミングにて現像器４１におけるキャリア及びトナーの搬送速度を算出することができる。このため、環境の変化やキャリア等の消耗具合に応じてキャリア及びトナーの搬送速度が変化した場合であっても、変化した搬送速度に応じてトナーを補給するタイミングを正確に算出することができる。
例えば、キャリア及びトナーが現像器４１内部における攪拌時間の少ない初期剤である場合に、速度測定パターンの現像によって生じるトナー消費領域から濃度センサ４４までの搬送経路上の距離が１００ｍｍであり、速度測定パターンの現像から濃度センサ４４でトナー消費領域を検出するまでの時間が５．０ｓであったとすると、初期剤の場合におけるキャリア及びトナーの搬送速度は、２０ｍｍ／ｓとなる。一方、キャリア及びトナーが現像器４１内部における攪拌時間の長い耐久剤である場合に、速度測定パターンの現像から濃度センサ４４でトナー消費領域を検出するまでの時間が５．５ｓであったとすると、耐久剤の場合におけるキャリア及びトナーの搬送速度は、１８．１８ｍｍ／ｓとなる。このため、原稿の画像データの現像によって生じるトナー消費領域からトナー補給位置Ａまでの距離が１５０ｍｍであったとすると、キャリア及びトナーが初期剤である場合のトナー補給時間が現像から７．５ｓとなり、キャリア及びトナーが耐久剤である場合のトナー補給時間が現像から８．２５ｓとなり、初期剤と耐久剤との間でトナー補給時間が０．７５秒変化してしまう。よって、単一の搬送速度データのみでトナー補給の制御を行う場合には、トナー補給のタイミングが若干ずれてしまう虞がある。これに対して、本実施形態の複写機Ｓ１によれば、変化した搬送速度に応じてトナーを補給するタイミングを正確に算出することができるため、より確実に現像器４１内部の濃度が均一となるようにトナーを補給することができる。
なお、キャリア及びトナーの搬送速度を算出するタイミングとしては、原稿の画像データの印刷後、電源入力時、前回の印刷に対する環境変化が生じた場合、一定枚数の印刷ごと、一定の駆動時間ごと等が挙げられる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図４に示すように、本実施形態の複写機においては、現像器４１と供給装置４３とが、長い搬送路４５を介して接続されている。
当該搬送路４５は、供給装置４３から排出されたトナーを現像器４１まで搬送する管路であり、トナーのみが通過する搬送路である。

そして、本実施形態の複写機において画像処理部４には、トナーが搬送路４５を通過する時間（トナー補給位置Ａに到達するタイミング）を算出するためのプログラム及びデータが記憶されており、当該プラグラム、データ及び濃度センサ４４から入力されるパラメータ等に基づいてトナーが搬送路４５を通過する時間を算出する。そして、画像処理部４は、供給装置４３から排出されたトナーがトナー補給位置Ａに到達するタイミングを算出し、トナー補給位置Ａにトナー消費領域が到達するタイミングとトナー補給位置Ａにトナーが到達するタイミングとを合致させてトナーの補給を行う。

具体的には、搬送路４５の長さをＬ１、トナー補給位置Ａから濃度センサ４４までの距離をＬ２とし、供給装置４３よりトナーが排出（供給）されてから濃度センサ４４に検出されるまでの時間をＴ１とする。Ｔ１は、トナーが搬送路４５を通過する時間とトナーがトナー補給位置Ａから濃度センサ４４に到達する時間との和である。このため、トナーが搬送路４５を通過する時間は、距離Ｌ２及び循環路におけるキャリア及びトナーの搬送速度（上記第１実施形態において算出方法は説明した）によって算出することができる。このようにしてトナーが搬送路４５を通過する時間（供給装置４３から排出されたトナーがトナー補給位置Ａに到達するタイミング）を算出することができる。
そして、画像処理部４は、トナーが搬送路４５を通過する時間を考慮して、トナー補給位置Ａにトナー消費領域が到達するタイミングとトナー補給位置Ａにトナーが到達するタイミングとが合致するようにトナーを供給装置４３から排出させて補給を行う。

このような本実施形態の複写機によれば、トナーがトナー補給位置Ａに到達するタイミングを算出し、当該タイミングとトナー消費領域がトナー補給位置Ａに到達タイミングとによってトナー消費領域に確実にトナーを補給することができる。

また、本実施形態の複写機によれば、濃度センサ４４を備えているため、所望のタイミングにて現像器４１におけるキャリア及びトナーの搬送速度を算出することができると共に、トナーが搬送路４５を通過する時間を算出することができる。このため、環境の変化等に応じてトナーの搬送路４５の通過時間が変化した場合であっても、変化した時間に応じてトナーを補給するタイミングを正確に算出することができる。
なお、トナーが搬送路４５を通過する時間を算出するタイミングとしては、キャリア及びトナーの搬送速度を算出するタイミングと同様に、原稿の画像データの印刷後、電源入力時、前回の印刷に対する環境変化が生じた場合、一定枚数の印刷ごと、一定の駆動時間ごと等が挙げられる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本第３実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。なお、本第３実施形態の説明においては、上記第１実施形態の説明において用いた図３を参照して説明する。

上述のトナー消費領域は、画像データに基づく印刷画像の形状と略同一の形状となる。しかしながら、トナー消費領域の形状は、キャリア及びトナーの搬送に伴って崩れる。さらにこの崩れ具合は、トナー消費領域が形成された位置によって変化する。このため、トナー消費領域がトナー補給位置Ａに到達した際には、トナー消費領域の形状が変化している。
このため、より正確にトナー消費領域のみにトナーを補給するためには、トナー消費領域の形状変化を予測して、トナー消費領域がトナー補給位置Ａに到達するタイミングを補正する必要がある。
そこで、本実施形態の複写機は、画像処理部４が現像器４１内部におけるトナーの拡散係数を算出するためのプログラム及びデータを記憶しており、当該プラグラム、データ及び濃度センサ４４から入力されるパラメータ等に基づいてトナーの拡散係数を算出する。そして、画像処理部４は、算出したトナーの拡散係数を用いてトナー消費領域がトナー補給位置Ａに到達するタイミングを補正する。

具体的には、トナーの濃度（Ｃ）と、キャリア及びトナーの搬送速度（Ｕ）と、拡散係数（Ｄ）の関係は、以下の式（１）にて示される。なお、式（１）においては、ｔが攪拌時間を示し、ｘが現像器内の位置を示す。

ここで、画像処理部４は、予め記憶する拡散係数測定用パターンを現像し、この結果形成されたトナー消費領域の分布を濃度センサ４４を用いて取得し、このパラメータを式（１）に代入することにより拡散係数を求め、当該拡散係数を記憶する。
そして、画像処理部４は、原稿の画像パターンを現像する際に、記憶した拡散係数を用いてトナー補給位置Ａに到達した際のトナー消費領域の形状を予測し、当該予測に基づいてトナーの補給を行う。
すなわち、画像処理部４は、算出したトナーの拡散係数を用いてトナー消費領域がトナー補給位置Ａに到達するタイミングを補正する。

このような本実施形態の複写機によれば、拡散係数によってトナー消費領域がトナー補給位置Ａに到達するタイミングが補正されるため、より正確にトナー消費領域のみにトナーを補給することが可能となる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、本第４実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。なお、本第４実施形態の説明においては、上記第１実施形態の説明において用いた図３を参照して説明する。

供給装置４３にてトナーをトナー補給位置Ａまで搬送するのにはある程度の時間が必要となる。このため、例えば、現像器４１の最も供給装置４３側（以下、供給位置と称する）にてトナーが感光体ドラム１０に供給される場合には、トナー消費領域が形成されてから供給装置４２によるトナーの搬送を開始したのでは、トナー消費領域がトナー補給位置Ａに到達するタイミングにトナーの補給が間に合わない場合も考えられる。
そこで、本実施形態の複写機にて画像処理部４は、画像データに基づいてトナー消費領域の発生位置を、実際にトナー消費領域が形成される前に予測する。このように、実際にトナー消費領域が形成される前にトナー消費領域の発生位置を予測することで、当該予測に基づいてトナー消費領域がトナー補給位置Ａに到達するタイミングを、トナー消費領域が形成される前に取得することが可能となる。
したがって、トナー消費領域が形成される前に供給装置４３にてトナー補給位置Ａに向けてトナーの搬送を開始することが可能となり、より確実にトナー消費領域にトナーを補給することが可能となる。

なお、本実施形態の複写機のように、実際にトナー消費領域が形成される前にトナー消費領域の発生位置を予測する場合には、キャリア及びトナーの搬送速度と、感光体ドラム１０の回転方向における現在の位置から現像位置までの距離と、感光体ドラム１０の周速度とを考慮する必要がある。
例えば、画像データが上記供給位置にてトナーを感光体ドラム１０に供給することを示すものである場合を考えると、当該画像データを用いてトナー消費領域の発生位置を予測するタイミングでは、実際に感光体ドラム１０に供給されるトナーは、供給位置まで到達していない。つまり、実際に感光体ドラム１０に供給されるトナーは、トナー消費領域の発生位置を予測するタイミングでは、供給位置よりも、キャリア及びトナーの搬送方向の上流側に位置している。このため、画像処理部４は、トナー消費領域の発生位置を予測するタイミングにおける感光体ドラム１０の回転位置（以下、現在位置と称する）と実際に上記画像データに基づいてトナーが感光体ドラム１０に供給される際の感光体ドラム１０の回転位置（以下、現像位置と称する）とから、感光体ドラム１０の回転方向における現在位置から現像位置までの距離を算出し、この算出結果と感光体ドラム１０の周速度とから感光体ドラム１０の位置の現像位置が上記供給位置に到達するまでの時間を算出する。さらに、画像処理部４は、この算出した時間と、キャリア及びトナーの搬送速度とから、トナー消費領域となる領域が供給位置からどの程度離間しているかを算出する。
その後、画像処理部４は、トナー消費領域となる領域の供給位置からの離間距離を考慮して、トナー消費領域にトナーを補給するタイミング（トナー消費領域がトナー補給位置Ａに到達するタイミング）を算出する。

なお、（トナー消費領域となる領域の供給位置からの離間距離）は、（キャリア及びトナーの搬送速度）×（感光体ドラム１０の現在位置から現像位置までの距離）／（感光体ドラム１０の周速度）によって求められる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。なお、本第５実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。なお、本第５実施形態の説明においても、上記第１実施形態の説明において用いた図３を参照して説明する。

上記実施形態においては、トナー消費領域におけるトナー消費量が一様であることを前提に説明した。しかしながら、印刷画像は、一様ではなく、複雑な形状を有している場合がある。このため、実際には、トナー消費領域におけるトナーな消費量が異なる場合がある。
そこで、本実施形態の複写機にて画像処理部４は、画像データに基づいてトナー消費領域におけるトナーの消費量を算出し、算出したトナー消費量に応じた量のトナーをトナー消費領域に補給する。このように、トナー消費量を算出してトナー消費量に応じた量のトナーをトナー消費領域に補給することで、さらに確実に現像器４１内部の濃度が均一となるようにトナーを補給することができる。

なお、画像データに基づいてトナー消費領域におけるトナーの消費量を算出する場合には、キャリア及びトナーの搬送速度と、感光体ドラム１０の周速度とを考慮する必要がある。
例えば、画像データに基づいて感光体ドラム１０にトナーが供給される場合には、感光体ドラム１０が回転する間（すなわち現像が進む間）にキャリア及びトナーも現像器４１の内部にて搬送される。このため、例えば、現像器４１を延在方向に複数の領域に分割して考えると、分割された複数の領域の１つの領域から感光体ドラム１０にトナーを供給するトナー消費領域は、時間と共に変化する。逆に捉えると、ある特定のトナー消費領域から感光体ドラム１０に供給されるトナーは、図５に示すように画像データに基づく印刷画像を斜めに領域分けしたうちの１つに含まれる画像の現像に用いられる。
なお、図５に示す領域の傾き（θ）は、キャリア及びトナーの搬送速度と、感光体ドラム１０の周速度に依存し、θ＝ｔａｎ^−１（感光体ドラム１０の周速度）／（キャリア及びトナーの搬送速度）にて算出される。なお、感光体ドラム１０の周速度は、感光体ドラム１０における記録用紙の搬送速度と同じである。
そして、画像処理部４は、ある特定のトナー消費領域におけるトナー消費量を算出する場合には、図５に示すように分けられた領域のうち、上記特定のトナー消費領域がトナーの供給対象とする領域に含まれる印刷画像量（印字率）を算出し、この算出した印刷画像量に基づいて特定のトナー消費領域におけるトナー消費量を算出する。
なお、上記特定のトナー消費領域の幅と、上記特定のトナー消費領域から供給されたトナーにて現像される領域の幅とは同一である。また、特定のトナー消費領域の幅の設定は、任意であるが、供給装置４３にて一度に供給可能な幅の範囲とすることが好ましい。

ここで、図６に示すような短冊状の画像が含まれる画像データを印刷する場合を考える。この画像データに基づく印刷画像（白紙部分を含む）は、図６に示すように、上述の角度θで傾斜する１２の領域（以下、分割領域と称する）に分けられる。すなわち、図６に示すような短冊状の画像が含まれる画像データは、１２のトナー消費領域（ｓ１〜ｓ１２）からトナーが感光体ドラム１０に供給され、この感光体ドラム１０に供給されたトナーが記録用紙に転写されて定着されることによって印刷される。
そして、画像処理部４は、分割領域の１つ１つに対して、印刷画像量（印字率）を計算する。分割領域の１つ１つの印刷画像量は、１２のトナー消費領域の各々のトナー消費量に相当する。このため、画像処理部４は、分割領域の１つ１つの印刷画像量に基づいて、各トナー消費領域のトナー消費量を算出する。さらに画像処理部４は、各トナー消費領域がトナー補給位置Ａに到達するタイミングを、キャリア及びトナーの搬送速度に基づいて算出し、各トナー消費領域がトナー補給位置Ａに到達するタイミングで、算出したトナー消費量に基づく必要量のトナーをトナー消費領域に供給する。

なお、各分割領域の１つ１つの印刷画像量（印字率）は、画像データからかなり詳細に求めることができる。つまり、各分割領域のトナー消費量は、かなり細かく算出することができる。しかしながら、供給装置４からトナー補給領域に供給するトナー量は、微調整が難しい。このため、算出した印刷画像量（印字率）が所定の範囲に収まる場合における供給するトナー量は一定とすることが好ましい。具体的な一例としては、印字率が１％よりも小さい場合の供給するトナー量を１０ｍｇとし、印字率が１〜２％である場合の供給するトナー量を２０ｍｇとし、印字率が２〜３％である場合の供給するトナー量を３０ｍｇとし、印字率が３〜４％である場合の供給するトナー量を４０ｍｇとし、印字率が４〜５％である場合の供給するトナー量を５０ｍｇとし、印字率が５〜６％である場合の供給するトナー量を６０ｍｇとし、印字率が６〜７％である場合の供給するトナー量を７０ｍｇとし、印字率が７％より大きい場合の供給するトナー量を８０ｍｇとする。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳説したが、具体的な構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において設計変更等が可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明の画像形成装置の一例として複写機を挙げて説明した。
しかしながら、画像形成装置がファクシミリや複合機等であっても良い。
また、色ごとの感光体ドラム１０を備える、いわゆるタンデム方式の複写機に本発明を適用することもできる。

また、本発明の画像形成装置は、感光体ドラムに現像されたトナー像を一旦中間転写体に転写し、当該中間転写体から記録用紙にトナー像を転写する複写機に適用することもできる。

本発明の第１実施形態の複写機の機能構成を示したブロック図である。 本発明の第１実施形態の複写機の概略構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態の複写機が備える現像器近傍を拡大した模式図である。 本発明の第２実施形態の複写機が備える現像器近傍を拡大した模式図である。 本発明の第５実施形態の複写機において、画像データに基づいてトナー消費領域におけるトナーの消費量を算出する方法を説明するための説明図である。 本発明の第５実施形態の複写機において、トナー消費領域におけるトナーの消費量を算出する方法を説明するための説明図である。

符号の説明

Ｓ１……複写機（画像形成装置）、４……画像処理部、１０……感光体ドラム（感光体）、４０……現像装置、４１……現像器（容器）、４２……コンテナ、４３……供給装置、４４……濃度センサ

Claims (6)

1. 容器内部においてキャリア及びトナーを搬送することにより攪拌すると共に前記トナーを静電潜像が形成された感光体に供給する現像装置を備える画像形成装置であって、
   前記感光体に供給されることによって前記トナーが消費された前記容器内部のトナー消費領域に選択的にトナーを補給するトナー補給手段を備え、
   前記トナー補給手段は、容器内部における前記キャリア及びトナーの搬送速度を算出し、当該算出結果から前記トナー消費領域がトナー補給位置に到達するトナー消費領域到達タイミングを算出し、当該トナー消費領域到達タイミングに応じて前記トナーを供給し、
   前記トナー補給手段は、前記容器内部における前記トナーの拡散係数を算出し、当該算出結果を用いて前記トナー消費領域到達タイミングを補正する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー補給手段は、前記トナーが前記トナー補給位置に到達する補給トナー到達タイミングを算出し、前記トナー消費領域到達タイミング及び前記補給トナー到達タイミングに応じて前記トナーを供給することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記トナーの搬送速度を算出するタイミングは、原稿から取得した画像データに基づく画像形成後、電源入力時、前回の画像形成に対する環境変化が生じた場合、一定の画像形成処理ごと、あるいは一定の時間経過ごとのいずれかのタイミングであることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 前記トナー補給手段は、画像データに基づいて前記トナー消費領域の発生位置を予測することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記トナー補給手段は、画像データに基づいて前記トナー消費領域における前記トナーの消費量を算出し、算出したトナー消費量に応じた量の前記トナーを前記トナー消費領域に選択的に補給することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記トナー補給手段は、前記容器内部のキャリア及びトナーの搬送経路途中に設置されるトナー濃度センサを備えることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の画像形成装置。

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