JP5370719B2 - 画像形成装置及びトナー濃度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等における画像形成装置、及びその画像形成装置におけるトナー濃度制御方法に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の画像形成プロセスを利用した画像形成装置において、キャリアと呼ばれる磁性粉と非磁性のトナーとを混合して構成された２成分現像剤が多く用いられている。２成分現像剤を用いて作像する場合、現像装置内においてトナーとキャリアを攪拌して帯電させる。そして、帯電されたトナーを感光体上に形成した静電潜像部分に付着させることにより、トナー画像（可視画像）が形成される。

トナー画像を形成する際、現像装置から感光体にトナーのみが供給されるため、トナー画像を形成するに伴って現像装置内のトナーが減少し、現像剤中のトナーとキャリアの比率が変化する。そのため、トナー補給装置によって現像装置内にトナーを補給するようにしている。

しかしながら、現像装置へトナーを補給しすぎての現像剤中のトナー量が過度に多くなると、トナーがキャリアに接触する機会が少なくなるためトナーが十分に帯電できない。この帯電不足が原因で、トナーが印刷用紙等の画像部以外の箇所に飛散するトナーかぶりと称される現象が生じる。

そのため、例えば下記特許文献１〜５に開示された画像形成装置は、現像剤中のトナー濃度を検知するためのトナー濃度センサ（以下、Ｔセンサという）と、感光体等の像担持体上に形成されたトナーパターンのトナー付着量を検知するためのパターン濃度センサ（以下、Ｐセンサという）を備えている。Ｔセンサによって、現像剤中のトナー濃度を検出し、その検出値を予め設定した目標値となるように調整することによって、現像剤中のトナー濃度を制御することができる。しかし、Ｔセンサの出力値が同じでも、温度や湿度などの現像剤の周辺環境や、現像剤の使用条件によっては、画像濃度が異なる場合がある。そのため、感光体上に形成したトナーパターンのトナー付着量を、Ｐセンサによって検出し、この検出結果に基づいてＴセンサの目標値を修正するようにしている。これにより、画像濃度を目標とする濃度に維持するようにしている。
特開２００３−１７７５９９号公報 特開２００５−１３４７９６号公報 特開平５−２５７３６９号公報 特開平７−１３４４９１号公報 特開平１１−２０２５７３号公報

ところで、画像形成装置の駆動部の速度ムラや電装部の出力異常などが原因で、一時的に画像濃度が極端に薄くなる場合がある。このとき形成されたトナーパターンのトナー付着量をＰセンサが検出した場合、画像濃度が薄いと判断されるため、Ｔセンサの目標値を変更してトナー濃度を上げようと制御する。しかし、実際は、現像装置内の現像剤のトナー濃度は適正な濃度に維持されており、この状態でさらに現像装置内にトナーが補給されることとなるため、現像装置内の現像剤のトナー濃度が過度に高くなる。

トナー濃度が過度に高くなっても、その後、Ｐセンサによってトナーパターンの検出を行うことによって、Ｔセンサの目標値を変更してトナー濃度を下げることができる。しかし、頻繁にトナーパターンの検出を行うと、通常の画像形成動作を停滞させることになるため、トナーパターンの検出はある程度の間隔をあけて行うようにしている。このため、上記のように現像剤のトナー濃度が過度に高くなっても、しばらくの間トナーパターンの検出が行われない場合がある。従って、トナー濃度が過度に高くなって、トナーパターンの検出が行われない間に印刷が行われると、トナーかぶり等の不具合が発生する。

そこで、本発明は、トナー濃度が過度に高くなることを抑制して、トナーかぶり等の不具合の発生を防止する画像形成装置及びトナー濃度制御方法を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、現像装置内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、像担持体上にトナーパターンを形成するパターン形成手段と、前記像担持体上に形成されたトナーパターンのトナー付着量を検出するパターン濃度センサと、前記パターン濃度センサの検出値に基づいて前記トナー濃度センサの検出値の目標値を変化させることによって前記現像装置内の現像剤のトナー濃度を制御する制御装置を備えた画像形成装置において、予め設定した通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときの前記パターン濃度センサの検出値に基づいて、前記制御装置が現像装置内の現像剤のトナー濃度を高くするように前記トナー濃度センサの目標値を変化させたとき、そのときのトナー濃度センサの目標値の変化量が適正なトナー濃度に対して不具合の発生を示す閾値以上となっている場合、前記トナー濃度センサの目標値を変化させた後であって、トナー濃度が高くなることによって不具合が発生する前に、再度、前記トナーパターン形成手段によってトナーパターンを形成すると共にそのトナーパターンのトナー付着量を前記パターン濃度センサで検出し、そのときのパターン濃度センサの検出値に基づいて前記制御装置が前記トナー濃度センサの目標値を制御するように構成したものである。

万が一、通常のトナーパターンの検出において、一時的に濃度が薄くなったトナーパターンを検出した結果、トナー濃度センサの目標値を上記閾値以上変化させた場合は、トナー濃度が過度に高くなりトナーかぶり等の不具合が発生する虞がある。そのため、このようなトナー濃度を過度に高くする虞があるトナー濃度センサの目標値の変化があった場合は、通常のトナーパターンの検出以外に、特別的に再度トナーパターンの検出を行う。このトナーパターンの再検出の結果に基づいて、トナー濃度センサの目標値を制御することによって、トナー濃度が過度に高くなることを抑制することができる。また、前記トナーパターンの再検出を、不具合が発生する前に行うことによって、トナーかぶり等の不具合の発生を防止することが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記トナー濃度センサの出力値をＶｔ、前記現像剤のトナー濃度をＴとすると共に、トナー濃度センサの特性、現像剤の特性及びトナー濃度センサの出力を変換する回路構成によって決まる定数をａ及びｂとするとき、Ｖｔ＝−ａ×Ｔ＋ｂ、又はＶｔ＝ａ×Ｔ＋ｂで近似される前記トナー濃度センサの出力特性において、現像剤のトナー濃度が上昇したときのトナー濃度の上昇量が閾値ΔＴ以上になった場合に不具合が発生すると共に、現像剤のトナー濃度を高くするように前記トナー濃度センサの目標値を変化させたときの目標値の変化量が閾値Ａ以上となった場合に不具合が発生すると規定した場合、Ａ＝ａ×ΔＴと表した。

これにより、トナー濃度センサの目標値の変化量における不具合が発生する閾値Ａを決定することができる。そして、トナー濃度センサの目標値を閾値Ａ以上変化させた場合に、通常のトナーパターンの検出以外に、特別的に再度トナーパターンの検出を行うことによって、トナー濃度が過度に高くなることを抑制することができる。

請求項３の発明は、現像装置内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、像担持体上にトナーパターンを形成するパターン形成手段と、前記像担持体上に形成されたトナーパターンのトナー付着量を検出するパターン濃度センサと、前記パターン濃度センサの検出値に基づいて前記トナー濃度センサの検出値の目標値を変化させることによって前記現像装置内の現像剤のトナー濃度を制御する制御装置を備えた画像形成装置において、予め設定した通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときの前記パターン濃度センサの検出値に基づいて、前記制御装置が現像装置内の現像剤のトナー濃度を高くするように前記トナー濃度センサの目標値を変化させたとき、そのときのパターン濃度センサの検出値と、その１つ前の通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときのパターン濃度センサの検出値との出力差の絶対値が適正なトナー濃度に対して不具合の発生を示す閾値以上となっている場合、前記トナー濃度センサの目標値を変化させた後であって、トナー濃度が高くなることによって不具合が発生する前に、再度、前記トナーパターン形成手段によってトナーパターンを形成すると共にそのトナーパターンのトナー付着量を前記パターン濃度センサで検出し、そのときのパターン濃度センサの検出値に基づいて前記制御装置が前記トナー濃度センサの目標値を制御するように構成したものである。

万が一、通常のトナーパターンの検出において、一時的に濃度が薄くなったトナーパターンを検出した結果、そのトナーパターンの検出における検出値と、１つ前の行った通常のトナーパターンの検出における検出値との出力差の絶対値が前記閾値以上となっている場合は、トナー濃度が過度に高くなりトナーかぶり等の不具合が発生する虞がある。そのため、このようなトナー濃度を過度に高くする虞がある場合は、通常のトナーパターンの検出以外に、特別的に再度トナーパターンの検出を行う。このトナーパターンの再検出の結果に基づいて、トナー濃度センサの目標値を制御することによって、トナー濃度が過度に高くなることを抑制することができる。また、前記トナーパターンの再検出を、不具合が発生する前に行うことによって、トナーかぶり等の不具合の発生を防止することが可能となる。

請求項４の発明は、請求項３に記載の画像形成装置において、前記パターン濃度センサの出力値をＶp、トナーパターンのトナー付着量をＭとすると共に、前記パターン濃度センサの特性、現像剤の特性及びパターン濃度センサの出力を変換する回路構成によって決まる定数をｃ及びｄとするとき、Ｖp＝−ｃ×ｌｏｇ（Ｍ）＋ｄで近似される前記パターン濃度センサの出力特性において、トナーパターンのトナー付着量が増加したときの増加量が閾値ΔＭ以上になった場合に不具合が発生すると共に、前記パターン濃度センサの検出値の出力差の絶対値が閾値Ｂ以上となった場合に不具合が発生すると規定した場合、Ｂ＝−ｃ×ｌｏｇ（Ｍ）＋ｃ×ｌｏｇ（Ｍ＋ΔＭ）と表した。

これにより、パターン濃度センサの出力差における不具合が発生する閾値Ｂを決定することができる。そして、パターン濃度センサの出力値の絶対値が閾値Ｂ以上変化させた場合に、通常のトナーパターンの検出以外に、特別的に再度トナーパターンの検出を行うことによって、トナー濃度が過度に高くなることを抑制することができる。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときの前記パターン濃度センサの検出値に基づいて、前記トナー濃度センサの目標値を変化させた後、トナー濃度が高くなることによって不具合が発生する印刷枚数に達する前に、再度、前記トナーパターン形成手段によってトナーパターンを形成すると共にそのトナーパターンのトナー付着量を前記パターン濃度センサで検出し、そのときのパターン濃度センサの検出値に基づいて前記制御装置が前記トナー濃度センサの目標値を制御するように構成したものである。

一般に、トナーかぶり等の不具合は、トナー濃度センサの目標値を変化させた直後には発生せず、ある程度印刷が行われてから発生する。従って、上記トナーパターンの再検出のタイミングを、印刷枚数によって設定することができる。これにより、トナーパターンの再検出のタイミングを簡単に制御してトナーかぶり等の不具合の発生を防止することが可能となる。

請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときの前記トナー濃度センサの目標値の変化量をΔＶ_１とし、当該通常のタイミングでトナーパターンの検出を行った後、再度、トナーパターンの検出を行ったときの前記トナー濃度センサの目標値の変化量をΔＶ_２としたとき、ΔＶ_２＜ΔＶ_１の場合、前記制御装置が変化量ΔＶ_２に基づいて前記トナー濃度センサの目標値を補正し、ΔＶ_２≧ΔＶ_１の場合、前記トナー濃度センサの目標値を補正しないように構成したものである。

これにより、トナーパターンを再検出した結果に基づいて、トナー濃度センサの目標値を適正な値に制御することができ、トナー濃度が過度に高くなることを抑制することができる。

請求項７の発明は、像担持体上に形成したトナーパターンのトナー付着量をパターン濃度センサによって検出し、そのパターン濃度センサの検出値に基づいてトナー濃度センサの検出値の目標値を変化させることによって現像装置内の現像剤のトナー濃度を制御するトナー濃度制御方法において、予め設定した通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときの前記パターン濃度センサの検出値に基づいて、現像装置内の現像剤のトナー濃度を高くするように前記トナー濃度センサの目標値を変化させたとき、そのときの前記トナー濃度センサの目標値の変化量が適正なトナー濃度に対して不具合の発生を示す閾値以上となっている場合、前記トナー濃度センサの目標値を変化させた後であって、トナー濃度が高くなることによって不具合が発生する前に、再度、トナーパターンを形成すると共にそのトナーパターンのトナー付着量を前記パターン濃度センサで検出し、そのときのパターン濃度センサの検出値に基づいて前記トナー濃度センサの目標値を制御する方法である。

万が一、通常のトナーパターンの検出において、一時的に濃度が薄くなったトナーパターンを検出した結果、トナー濃度センサの目標値を上記閾値以上変化させた場合は、トナー濃度が過度に高くなりトナーかぶり等の不具合が発生する虞がある。そのため、このようなトナー濃度を過度に高くする虞があるトナー濃度センサの目標値の変化があった場合は、通常のトナーパターンの検出以外に、特別的に再度トナーパターンの検出を行う。このトナーパターンの再検出の結果に基づいて、トナー濃度センサの目標値を制御することによって、トナー濃度が過度に高くなることを抑制することができる。また、前記トナーパターンの再検出を、不具合が発生する前に行うことによって、トナーかぶり等の不具合の発生を防止することが可能となる。

請求項８の発明は、像担持体上に形成したトナーパターンのトナー付着量をパターン濃度センサによって検出し、そのパターン濃度センサの検出値に基づいてトナー濃度センサの検出値の目標値を変化させることによって現像装置内の現像剤のトナー濃度を制御するトナー濃度制御方法において、予め設定した通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときの前記パターン濃度センサの検出値に基づいて、現像装置内の現像剤のトナー濃度を高くするように前記トナー濃度センサの目標値を変化させたとき、そのときのパターン濃度センサの検出値と、その１つ前の通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときのパターン濃度センサの検出値との出力差が、適正なトナー濃度に対して不具合の発生を示す閾値以上となっている場合、前記トナー濃度センサの目標値を変化させた後であって、トナー濃度が高くなることによって不具合が発生する前に、再度、トナーパターンを形成すると共にそのトナーパターンのトナー付着量を前記パターン濃度センサで検出し、そのときのパターン濃度センサの検出値に基づいて前記トナー濃度センサの目標値を制御する方法である。

万が一、通常のトナーパターンの検出において、一時的に濃度が薄くなったトナーパターンを検出した結果、そのトナーパターンの検出における検出値と、１つ前の行った通常のトナーパターンの検出における検出値との出力差の絶対値が前記閾値以上となっている場合は、トナー濃度が過度に高くなりトナーかぶり等の不具合が発生する虞がある。そのため、このようなトナー濃度を過度に高くする虞がある場合は、通常のトナーパターンの検出以外に、特別的に再度トナーパターンの検出を行う。このトナーパターンの再検出の結果に基づいて、トナー濃度センサの目標値を制御することによって、トナー濃度が過度に高くなることを抑制することができる。また、前記トナーパターンの再検出を、不具合が発生する前に行うことによって、トナーかぶり等の不具合の発生を防止することが可能となる。

本発明の画像形成装置及びトナー濃度制御方法によれば、通常のトナーパターンの検出動作においてトナー濃度が極端に薄いと判断され、トナー濃度センサの目標値が大きく変化された結果、トナーかぶり等の不具合が発生する虞が生じても、その後、通常のトナーパターンの検出動作以外に、特別的に再度トナーパターンの検出を行うことによって、トナー濃度が過度に高くなることを抑制することができる。しかも、不具合の発生する虞のある場合に限って、再度トナーパターンの検出を行うようにしている。このため、トナーパターンの検出を頻繁に行う必要が無く、円滑な画像形成動作の実行を維持することができる。また、トナーパターンの再検出を、不具合が発生する前に行うことによって、トナーかぶり等の不具合の発生を防止することが可能となる。

図１は、本発明に係る画像形成装置の全体の概略構成図である。以下、図１に基づいて、本発明に係る画像形成装置の構成について説明する。

図１に示すように、本発明に係る画像形成装置は、画像形成装置本体１００の内部に、画像形成部２００を備えている。画像形成部２００は、静電潜像を担持する像担持体としての感光体１と、帯電ローラ等を有する帯電装置２と、書込装置３と、現像装置４と、トナー補給装置５と、転写装置６と、クリーニングブレード等から成るクリーニング装置７と、除電装置８と、定着装置９を備えている。定着装置９は、互いに圧接した加熱ローラ１０と加圧ローラ１１を有している。

画像形成装置本体１００の上部には、画像読取装置１２が配設されている。また、画像形成装置本体１００の下部には、紙やＯＨＰシート等の記録媒体としてのシートＳを収容したシートカセット１３が複数配設されている。各シートカセット１３には、呼出ローラ１４と、供給ローラ１５と、分離ローラ１６等が設けてある。

画像形成装置本体１００内には、シートカセット１３から上方のストック部１７に向かってシートＳを搬送するためのシート搬送路Ｒ１が形成されている。シート搬送路Ｒ１においてシートカセット１３から感光体１に至る手前には、一対のレジストローラ１８が配設してある。また、シート搬送路Ｒ１の出口付近には、一対の排出ローラ１９が配設されている。

本発明の画像形成装置は図の右側にシート反転装置２０を備える。シート反転装置２０は、シート搬送路Ｒ１の出口の手前側で分岐した反転路Ｒ２を有する。反転路Ｒ２には正逆方向に回転する一対のスイッチバックローラ２１が配設されている。また、反転路Ｒ２は、再供給路Ｒ３を介してシート搬送路Ｒ１に合流するように構成されている。

シート反転装置２０の下方には、手差しトレイ２２が開閉可能に設けられている。また、手差しトレイ２２上のシートをシート搬送路Ｒ１へ導くための手差し供給路Ｒ４が配設されている。この手差し供給路Ｒ４の入口付近には、呼出ローラ２３と、供給ローラ２４と、分離ローラ２５が配設されている。

図２は、上記画像形成部２００の一部を拡大した図である。
図２に示すように、現像装置４内には、現像剤２６が収容されている。現像剤２６は、磁性粉から成るキャリアと非磁性のトナーとを混合して構成された２成分現像剤である。現像装置４は、現像剤２６を担持する現像スリーブ２７と、現像剤２６を攪拌する攪拌部材２８を有する。現像スリーブ２７内には、複数の磁石あるいは複数の磁極を有するマグネットローラが配設されている（図示省略）。また、攪拌部材２８は、支軸２８ａを中心に回転可能に設けられている。

また、現像装置４には、トナー濃度センサ２９（以下、Ｔセンサという）が配設されている。この実施形態では、Ｔセンサ２９として、例えば、透磁率センサを適用している。透磁率センサは、現像剤の透磁率を検出することによって、現像剤中のトナーの割合、すなわちトナー濃度を検出する。ただし、Ｔセンサ２９は、現像剤の濃度を検出できるものであれば透磁率センサ以外のものも適用可能である。

図２に示すように、転写装置６は、駆動ローラ３０と従動ローラ３１に張架された無端状の転写ベルト３２を有する。転写ベルト３２は図示しない接離機構によって感光体１に対して接離可能に構成されている。また、転写ベルト３２の内周面側であって、転写ベルト１２の外周面と感光体１の表面が接触する位置の近傍に、電圧印加部材としてのバイアスローラ３３が配設されている。

また、本発明の画像形成装置は、画像濃度検出用のトナーパターンを、感光体１の表面に形成するように構成されている。このトナーパターンを形成するトナーパターン形成手段は、感光体１、帯電装置２、書込装置３、現像装置４等によって構成される。図２に示すように、転写装置６の図の左側には、感光体１上のトナーパターンのトナー付着量（トナーパターンの濃度）を検出するためのパターン濃度センサ３４（以下、Ｐセンサという）が配設されている。Ｐセンサ３４は、例えば、光を照射する赤外線発光ＬＥＤ等から成る発光素子と、照射した光の反射光を受光してその受光した光の強度に応じた電気信号を出力するフォトトランジスタ等から成る受光素子とを有するフォトセンサによって構成されている。ただし、Ｐセンサ３４は、感光体１上のトナーパターンの付着量が検出できるものであればこれに限らない。

図３は本発明の画像形成装置の全体動作を制御する制御装置３５のブロック図である。図３に示すように、制御装置３５は、Ｉ／Ｏインターフェース３６と、ＣＰＵ３７と、ＲＯＭ３８と、ＲＡＭ３９を有するコンピュータによって構成されている。図の符号４０は、操作画面及び各種設定キー等から構成される操作部である。また、制御装置３５には、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路４１を介して、Ｔセンサ２９及びＰセンサ３４が接続されている。

以下、図１及び図２を参照して、上記画像形成装置の動作について説明する。
まず、画像読取装置１２によって原稿内容を読み取る。この原稿内容の読み取りと同時に、感光体１を図示しない駆動モータによって回転させ、その感光体１の表面を帯電装置２によって均一な高電位に帯電させる。次いで、画像読取装置１２で読み取った原稿内容に応じて書込装置３から感光体１の表面にレーザ光を照射する。これにより、感光体１のレーザ光が照射された部分の電位が低下し、感光体１の表面に静電潜像が形成される。そして、現像装置４内の現像スリーブ２７上に担持された現像剤が、感光体１との対向位置に搬送されて、現像剤が感光体１の静電潜像が形成された部分に付着する。これにより、感光体１の表面にトナー画像が形成される（可視画像化する）。

一方、シートカセット１３に収納したシートＳを呼出ローラ１４によって送り出す。送り出されたシートＳは、供給ローラ１５と分離ローラ１６によって一枚ずつ分離され、分離された一枚のシートＳがシート搬送路Ｒ１側へ案内される。シート搬送路Ｒ１内に案内されたシートＳは、レジストローラ１８によって一旦停止される。なお、シートＳを手差しで供給する場合は、手差しトレイ２２を開いてその上にシートＳを配置する。この場合も、呼出ローラ２３、供給ローラ２４及び分離ローラ２５によって、手差しトレイ２２上のシートＳを一枚ずつ分離し、分離した一枚のシートＳを手差し供給路Ｒ４へ搬送する。そして、手差し供給路Ｒ４へ搬送されたシートＳは、シート搬送路Ｒ１へ案内され、レジストローラ１８によって一旦停止される。

その後、レジストローラ１８の駆動を再開し、感光体１上に形成したトナー画像とタイミングを合わせて、シートＳを感光体１と転写ベルト３２の接触部（転写位置）へ送る。転写ベルト３２には、図示しない電源によってバイアスローラ３３を介してトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されており、感光体１と転写ベルト３２との間に転写電界が形成されている。この転写電界の作用によって、感光体１と転写ベルト３２の接触部に送り込まれたシートＳに感光体１上のトナー画像が転写される。トナー画像を転写した後、感光体１の表面に残留するトナーは、クリーニング装置７によって除去され、感光体１上の残留電位は除電装置８によって除電される。

トナー画像が転写されたシートＳは定着装置９へと搬送され、加熱ローラ１０と加圧ローラ１１との間を通過することによってトナー画像がシートＳに定着される。その後、シートＳは排出ローラ１９によってストック部１７に排出される。

また、シートＳの両面に画像を形成する場合は、上述のようにシートＳの片面にトナー画像を定着した後、そのシートＳをストック部１７に排出せずに反転路Ｒ２へと導く。反転路Ｒ２へ送られたシートＳは、スイッチバックローラ２１によって逆向きに搬送され、再供給路Ｒ３へ送り出される。これを、一般に、スイッチバック動作と呼び、この動作によってシートＳの表裏を反転させることができる。その後、シートＳは、再びシート搬送路Ｒ１へ案内され、上記と同様にして、シートＳの裏面にトナー画像が転写される。

次に、本発明のトナー濃度制御方法について説明する。
Ｔセンサ２９によるトナー濃度の検出は、現像装置４内の現像剤が攪拌されているときが望ましい。また、Ｔセンサ２９の検出の間隔は、なるべく短い間隔で行う方が望ましい。このため、本実施形態では、Ｔセンサ２９による検出を、例えば、画像形成動作ごとに行うように設定している。一方、Ｐセンサ３４によるトナーパターンの検出は、あまり頻繁に行うと、その度に通常の画像形成動作が中断されるので好ましくない。このため、本実施形態では、Ｐセンサ３４による検出を、例えば１００枚印刷するごとに行うように設定している。ただし、Ｔセンサ２９による検出のタイミング及びＰセンサ３４による検出のタイミングは、上記設定したタイミングに限らず、適宜設定することができる。

Ｔセンサ２９によって現像装置４内の現像剤のトナー濃度を検出した際、そのＴセンサ２９の検出値（出力電圧）Ｖtは制御装置３５に送信される。そして、制御装置３５において、Ｔセンサ２９の検出値Ｖtと目標値（基準電圧）Ｖtrefを比較する。検出値Ｖtが目標値Ｖtref以上となっている場合、トナー補給装置５を駆動させて、現像装置４内にトナーを補給する。一方、検出値Ｖtが目標値Ｖtref未満になっている場合は、トナー補給装置５の駆動を停止させて、現像装置４内へのトナーの補給を停止する。

また、１００枚印刷するごとに、感光体１上にトナーパターンを形成し、そのトナーパターンのトナー付着量をＰセンサ３４によって検出する。このとき、感光体１上に形成したトナーパターンが転写装置６の転写ベルト３２に転写されないように、転写ベルト３２は感光体１に対して離間した状態に配設されている。そして、トナーパターンを検出したＰセンサ３４の検出値（出力電圧）Ｖpを制御装置３５に送信し、制御装置３５において、Ｐセンサ３４の検出値Ｖpと目標とするトナー付着量に対応した規定値（規定電圧）Ｖprefを比較する。検出値Ｖpが規定値Ｖpref以上となっている場合、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefを高くするように補正する。Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefを高くすることによって、現像装置４内にトナーを補給する基準値が上がり、結果としてトナー濃度が低下する。一方、検出値Ｖpが規定値Ｖpref未満となっている場合、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefを低くするように補正する。Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefを低くすることによって、現像装置４内にトナーを補給する基準値が下がり、結果としてトナー濃度が上昇する。このように、Ｔセンサ２９とＰセンサ３４を併用することによって、画像濃度を適正な濃度に制御するようにしている。

しかし、画像形成装置の駆動部の速度ムラや電装部の出力異常などが原因で、一時的に画像濃度が極端に薄くなる場合がある。このとき形成されたトナーパターンのトナー付着量をＰセンサ３４によって検出した場合、画像濃度が薄いと判断されるため、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefを低くして現像装置４内にトナーを補給するように制御される。しかし、実際は、現像装置４内の現像剤のトナー濃度は適正な濃度に維持されているため、この状態でさらに現像装置４内にトナーが補給されると、トナー濃度が過度に高くなってトナーかぶり等の不具合が発生する虞がある。

図４に示すように、上記トナーかぶり等の不具合は、トナー濃度Ｔの上昇量がある閾値ΔＴ以上となったときに発生しやすい。Ｔセンサ２９の出力値Ｖtとトナー濃度Ｔとの相対的関係を示す近似線αは、Ｔセンサ２９の特性、現像剤の特性及びＴセンサ２９の出力を変換する回路構成によって決まる定数をａ及びｂとすると、下記数式（１）で表すことができる。
Ｖｔ＝−ａ×Ｔ＋ｂ・・・・・・・数式（１）

トナー濃度Ｔの上昇量の閾値ΔＴに対応したＴセンサ２９の出力値Ｖt又は目標値Ｖtrefの変化量（低下量）の閾値Ａは、上記数式（１）を利用して、Ａ＝ａ×ΔＴと表すことができる。従って、Ｔセンサ２９の出力値Ｖt又は目標値Ｖtrefが上記閾値Ａ以上に変化した場合、トナーかぶり等の不具合が発生する。なお、Ｔセンサ２９の検出回路において出力を反転させている場合、Ｔセンサ２９の出力値Ｖtとトナー濃度Ｔとの相対的関係はＶｔ＝ａ×Ｔ＋ｂの数式で近似されるが、トナーかぶり等の不具合が発生するＴセンサ２９の出力値Ｖtの変化量の閾値Ａは、上記と同様にＡ＝ａ×ΔＴと表すことができる。このトナーかぶり等の不具合の発生を示す閾値Ａを予め算出し、それを制御装置３５に記憶させておく。

そして、上記トナーパターンの検出を行ったときに、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefを下げるように（トナー濃度を高くするように）変化させた場合、その目標値Ｖtrefの変化量が上記閾値Ａ以上となっているか否かを制御装置３５が判断する。

制御装置３５によって、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefの変化量が上記閾値Ａ未満となっていると判断された場合は、トナーかぶり等の不具合が発生する虞がないためそのまま印刷を行う。

一方、制御装置３５によって、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefの変化量が上記閾値Ａ以上となっていると判断された場合は、上記トナーパターンの検出後、再度トナーパターンを形成し、そのトナーパターンのトナー付着量をＰセンサ３４で検出する。つまり、通常のタイミングでトナーパターンの検出動作を行った結果、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefを閾値Ａ以上変化させることにより、トナーかぶり等の不具合が発生する虞がある場合は、通常のトナーパターンの検出動作以外に、特別的に再度トナーパターンの検出を行う。以下、通常のトナーパターンの検出動作の後に再度行うトナーパターンの検出動作を、トナーパターンの再検出動作と称する。

上記トナーパターンの再検出動作は、トナーかぶり等の不具合が発生する前に行われる。Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefを上記閾値Ａ以上変化させたことによって、万が一トナー濃度が過剰に高くなっても、トナーかぶり等の不具合は、目標値Ｖtrefを変化させた直後に行われる印刷では発生せず、ある程度印刷が行われてから発生する。従って、上記トナーパターンの再検出動作は、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefを変化させた後、不具合が発生する印刷枚数に達する前に行う。

また、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefを上記閾値Ａ以上変化させた直後から不具合が生じるまでの印刷枚数は、現像剤の特性などによって異なる。このため、不具合が生じるまでの印刷枚数を予め試験によって調査し、これにより取得した印刷枚数の情報を制御装置３５に記憶させておく。

例えば、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefを上記閾値Ａ以上変化させた後、５０枚印刷が行われたタイミングで、トナーパターンの再検出動作を行うように設定している場合、印刷を５０枚行った時点で一旦中断し、トナーパターンの再検出動作を行った後、連続印刷を再開する。また、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefを上記閾値Ａ以上変化させた後、スタートボタンを押して連続印刷の開始を指示した時点で、連続印刷を行う枚数がトナーパターンの再検出動作を行うタイミングまでの印刷枚数を超えている場合、スタートボタンを押した直後に、トナーパターンの再検出動作を行うようにしてもよい。

上記トナーパターンの再検出動作によって得たＰセンサ３４の検出値に基づいて、制御装置３５がＴセンサ２９の目標値Ｖtrefを制御する。例えば、通常のトナーパターンの検出動作の結果に基づいて、Ｔセンサ２９の目標値Ｖt_０をΔＶ_１だけ低く変化させた場合、変化後のＴセンサ２９の目標値はＶt_０−ΔＶ_１と表される。また、このときの変化量ΔＶ_１を制御装置３５に記憶させておく。そして、その後行われたトナーパターンの再検出動作の結果に基づいて変化させたＴセンサ２９の目標値の（Ｖt_０に対する）変化量（低下量）がΔＶ_２であった場合、この変化量ΔＶ_２と上記記憶している変化量ΔＶ_１を比較する。

ΔＶ_２≧ΔＶ_１となっている場合は、通常のトナーパターンの検出動作を行ったときよりも、その後トナーパターンの再検出動作を行ったときの方が、トナー濃度が薄いと検出されていることを示している。このことから、通常のトナーパターンの検出動作で検出したときのトナー濃度は、上記画像形成装置の駆動部の速度ムラや電装部の出力異常などの原因によって一時的にトナー濃度が極端に薄くなったものではないと考えられる。従って、この場合は、通常のトナーパターンの検出動作に基づいて変化させたＴセンサ２９の目標値Ｖtrefを変更せず印刷を行う。なお、このとき、トナーパターンの再検出動作の結果に基づくＴセンサ２９の目標値の変化量ΔＶ_２が、通常のトナーパターンの検出動作の結果に基づくＴセンサ２９の目標値の変化量ΔＶ_１と異なっているにも関わらず、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefを変化量ΔＶ_２に基づいて変更しないのは、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefをこれ以上低下させると地汚れなどの不具合が発生する虞があるからである。

一方、ΔＶ_２＜ΔＶ_１となっている場合は、通常のトナーパターンの検出を行ったときよりも、その後トナーパターンの再検出動作を行ったときの方が、トナー濃度が濃くなったと検出されたことを意味している。このことから、通常のトナーパターンの検出動作で検出したときのトナー濃度は、上記画像形成装置の駆動部の速度ムラなどの原因によって一時的にトナー濃度が極端に薄くなったものであると考えられる。従って、この場合は、トナーパターンの再検出動作の結果に基づいて、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefを変更して印刷を行う。具体的には、Ｔセンサ２９の変化前目標値Ｖt_０は、通常のトナーパターンの検出動作の結果によりＶt_０−ΔＶ_１と変化されているため、この変化後の目標値（Ｖt_０−ΔＶ_１）に（ΔＶ_１−ΔＶ_２）を加算して、目標値をＶt_０−ΔＶ_２となるように変更する。

上述の実施例では、トナーかぶり等の不具合が発生する虞があるか否かを、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefの変化量を上記閾値Ａに対して比較することによって判断しているが、Ｐセンサ３４の変化量に基づいてトナーかぶり等の不具合が発生する虞があるか否かを判断することも可能である。以下、Ｐセンサ３４の変化量に基づく不具合の判断方法について説明する。

図５に示すように、Ｐセンサ３４の出力値Ｖpとトナー付着量Ｍとの相対的関係を示す近似線βは、Ｐセンサ３４の特性、現像剤の特性及びＰセンサ３４の出力を変換する回路構成によって決まる定数をｃ及びｄとすると、下記数式（２）で表すことができる。
Ｖｐ＝−ｃ×ｌｏｇ（Ｍ）＋ｄ・・・・・・・数式（２）

図５において、ΔＭはトナーかぶり等の不具合が発生するトナー付着量Ｍの増加量の閾値を示す。つまり、トナー付着量Ｍの増加量が閾値ΔＭ以上となったときに、トナーかぶり等の不具合が発生する。また、このトナー付着量Ｍの増加量の閾値ΔＭに対応したＰセンサ３４の出力値Ｖpの変化量（低下量）の閾値は、図のＢで示される。つまり、Ｐセンサ３４の出力値Ｖpが上記閾値Ｂ以上に変化した場合、トナーかぶり等の不具合が発生する。上記閾値Ｂは、上記数式（２）を利用して、Ｂ＝−ｃ×ｌｏｇ（Ｍ）＋ｃ×ｌｏｇ（Ｍ＋ΔＭ）と表すことができる。このトナーかぶり等の不具合の発生を示す閾値Ｂを予め算出し、それを制御装置３５に記憶させておく。

そして、予め設定した通常のタイミングでトナーパターンの検出を行い、そのときのＰセンサ３４の検出値Ｖp₁が、それの１つ前の通常のタイミングで行ったトナーパターンの検出動作時におけるＰセンサ３４の検出値Ｖp₂よりも低下した場合（すなわち、トナー濃度を高くするようにＴセンサ２９の目標値Ｖtrefを変化させる場合）、制御装置３５によってそれら２つの検出値Ｖp₁，Ｖp₂の出力差を演算する。

算出されたＰセンサ３４の出力差の絶対値が、上記閾値Ｂ未満となっている場合は、トナーかぶり等の不具合が発生する虞がないためそのまま印刷を行う。

一方、算出されたＰセンサ３４の出力差の絶対値が、上記閾値Ｂ以上となっている場合は、上記と同様に、通常のトナーパターンの検出を行った後、トナーパターンの再検出動作を行い、次いで、トナーパターンの再検出動作の結果に基づいてＴセンサ２９の目標値Ｖtrefを制御する。

以上、本発明に係るトナー濃度制御方法によれば、通常のトナーパターンの検出動作においてトナー濃度が極端に薄いと判断され、Ｔセンサ２９の目標値Ｖtrefが大きく変化された結果、トナーかぶり等の不具合が発生する虞が生じても、その後、通常のトナーパターンの検出動作以外に、特別的に再度トナーパターンの検出を行うことによって、トナー濃度が過度に高くなることを抑制することができる。しかも、不具合の発生する虞のある場合に限って、トナーパターンの再検出を行うようにしている。このため、通常のトナーパターンの検出を頻繁に行う必要が無く、円滑な画像形成動作の実行を維持することができる。また、トナーパターンの再検出動作を、不具合が発生する前に行うことによって、トナーかぶり等の不具合の発生を防止することが可能となる。

本発明は図１に示す画像形成装置に限らず、互いに異なる色の画像を担持する複数の感光体を備えたタンデム型の画像形成装置や、感光体上のトナー像をシートに直接転写する直接転写方式の画像形成装置等にも適用可能である。また、本発明に係る画像形成装置は、像担持体としての転写ベルト等の転写体にトナーパターンを形成し、それをＰセンサによって検出するように構成されたものであってもよい。

本発明の画像形成装置の全体構成図である。 前記画像形成装置における画像形成部の一部を拡大した図である。 前記画像形成装置のブロック図である。 Ｔセンサの出力値又は目標値とトナー濃度との相対的関係を示すグラフである。 Ｐセンサの出力値とトナー付着量の相対的関係を示すグラフである。

符号の説明

４ 現像装置
２６ 現像剤
２９ トナー濃度センサ（Ｔセンサ）
３４ パターン濃度センサ（Ｐセンサ）
３５ 制御装置

Claims (8)

1. 現像装置内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、像担持体上にトナーパターンを形成するパターン形成手段と、前記像担持体上に形成されたトナーパターンのトナー付着量を検出するパターン濃度センサと、前記パターン濃度センサの検出値に基づいて前記トナー濃度センサの検出値の目標値を変化させることによって前記現像装置内の現像剤のトナー濃度を制御する制御装置を備えた画像形成装置において、
   予め設定した通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときの前記パターン濃度センサの検出値に基づいて、前記制御装置が現像装置内の現像剤のトナー濃度を高くするように前記トナー濃度センサの目標値を変化させたとき、そのときのトナー濃度センサの目標値の変化量が適正なトナー濃度に対して不具合の発生を示す閾値以上となっている場合、前記トナー濃度センサの目標値を変化させた後であって、トナー濃度が高くなることによって不具合が発生する前に、再度、前記トナーパターン形成手段によってトナーパターンを形成すると共にそのトナーパターンのトナー付着量を前記パターン濃度センサで検出し、そのときのパターン濃度センサの検出値に基づいて前記制御装置が前記トナー濃度センサの目標値を制御するように構成したことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー濃度センサの出力値をＶｔ、前記現像剤のトナー濃度をＴとすると共に、トナー濃度センサの特性、現像剤の特性及びトナー濃度センサの出力を変換する回路構成によって決まる定数をａ及びｂとするとき、Ｖｔ＝−ａ×Ｔ＋ｂ、又はＶｔ＝ａ×Ｔ＋ｂで近似される前記トナー濃度センサの出力特性において、現像剤のトナー濃度が上昇したときのトナー濃度の上昇量が閾値ΔＴ以上になった場合に不具合が発生すると共に、現像剤のトナー濃度を高くするように前記トナー濃度センサの目標値を変化させたときの目標値の変化量が閾値Ａ以上となった場合に不具合が発生すると規定した場合、Ａ＝ａ×ΔＴと表した請求項１に記載の画像形成装置。
3. 現像装置内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、像担持体上にトナーパターンを形成するパターン形成手段と、前記像担持体上に形成されたトナーパターンのトナー付着量を検出するパターン濃度センサと、前記パターン濃度センサの検出値に基づいて前記トナー濃度センサの検出値の目標値を変化させることによって前記現像装置内の現像剤のトナー濃度を制御する制御装置を備えた画像形成装置において、
   予め設定した通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときの前記パターン濃度センサの検出値に基づいて、前記制御装置が現像装置内の現像剤のトナー濃度を高くするように前記トナー濃度センサの目標値を変化させたとき、そのときのパターン濃度センサの検出値と、その１つ前の通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときのパターン濃度センサの検出値との出力差の絶対値が適正なトナー濃度に対して不具合の発生を示す閾値以上となっている場合、前記トナー濃度センサの目標値を変化させた後であって、トナー濃度が高くなることによって不具合が発生する前に、再度、前記トナーパターン形成手段によってトナーパターンを形成すると共にそのトナーパターンのトナー付着量を前記パターン濃度センサで検出し、そのときのパターン濃度センサの検出値に基づいて前記制御装置が前記トナー濃度センサの目標値を制御するように構成したことを特徴とする画像形成装置。
4. 前記パターン濃度センサの出力値をＶp、トナーパターンのトナー付着量をＭとすると共に、前記パターン濃度センサの特性、現像剤の特性及びパターン濃度センサの出力を変換する回路構成によって決まる定数をｃ及びｄとするとき、Ｖp＝−ｃ×ｌｏｇ（Ｍ）＋ｄで近似される前記パターン濃度センサの出力特性において、トナーパターンのトナー付着量が増加したときの増加量が閾値ΔＭ以上になった場合に不具合が発生すると共に、前記パターン濃度センサの検出値の出力差の絶対値が閾値Ｂ以上となった場合に不具合が発生すると規定した場合、Ｂ＝−ｃ×ｌｏｇ（Ｍ）＋ｃ×ｌｏｇ（Ｍ＋ΔＭ）と表した請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときの前記パターン濃度センサの検出値に基づいて、前記トナー濃度センサの目標値を変化させた後、トナー濃度が高くなることによって不具合が発生する印刷枚数に達する前に、再度、前記トナーパターン形成手段によってトナーパターンを形成すると共にそのトナーパターンのトナー付着量を前記パターン濃度センサで検出し、そのときのパターン濃度センサの検出値に基づいて前記制御装置が前記トナー濃度センサの目標値を制御するように構成した請求項１から４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときの前記トナー濃度センサの目標値の変化量をΔＶ_１とし、
   当該通常のタイミングでトナーパターンの検出を行った後、再度、トナーパターンの検出を行ったときの前記トナー濃度センサの目標値の変化量をΔＶ_２としたとき、
   ΔＶ_２＜ΔＶ_１の場合、前記制御装置が変化量ΔＶ_２に基づいて前記トナー濃度センサの目標値を補正し、
   ΔＶ_２≧ΔＶ_１の場合、前記トナー濃度センサの目標値を補正しないように構成した請求項１から５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 像担持体上に形成したトナーパターンのトナー付着量をパターン濃度センサによって検出し、そのパターン濃度センサの検出値に基づいてトナー濃度センサの検出値の目標値を変化させることによって現像装置内の現像剤のトナー濃度を制御するトナー濃度制御方法において、
   予め設定した通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときの前記パターン濃度センサの検出値に基づいて、現像装置内の現像剤のトナー濃度を高くするように前記トナー濃度センサの目標値を変化させたとき、そのときの前記トナー濃度センサの目標値の変化量が適正なトナー濃度に対して不具合の発生を示す閾値以上となっている場合、前記トナー濃度センサの目標値を変化させた後であって、トナー濃度が高くなることによって不具合が発生する前に、再度、トナーパターンを形成すると共にそのトナーパターンのトナー付着量を前記パターン濃度センサで検出し、そのときのパターン濃度センサの検出値に基づいて前記トナー濃度センサの目標値を制御することを特徴とするトナー濃度制御方法。
8. 像担持体上に形成したトナーパターンのトナー付着量をパターン濃度センサによって検出し、そのパターン濃度センサの検出値に基づいてトナー濃度センサの検出値の目標値を変化させることによって現像装置内の現像剤のトナー濃度を制御するトナー濃度制御方法において、
   予め設定した通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときの前記パターン濃度センサの検出値に基づいて、現像装置内の現像剤のトナー濃度を高くするように前記トナー濃度センサの目標値を変化させたとき、そのときのパターン濃度センサの検出値と、その１つ前の通常のタイミングでトナーパターンの検出を行ったときのパターン濃度センサの検出値との出力差が、適正なトナー濃度に対して不具合の発生を示す閾値以上となっている場合、前記トナー濃度センサの目標値を変化させた後であって、トナー濃度が高くなることによって不具合が発生する前に、再度、トナーパターンを形成すると共にそのトナーパターンのトナー付着量を前記パターン濃度センサで検出し、そのときのパターン濃度センサの検出値に基づいて前記トナー濃度センサの目標値を制御することを特徴とするトナー濃度制御方法。

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