JP5428207B2 - 現像における画像濃度制御方法及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明はプリンタ、複写機、ファックス等の画像形成装置に関し、特にその画像濃度制御に関するものである。

近年の複写機、レーザプリンタ等においては高画質を求められると同時に、高耐久性、高安定も望まれている。つまり、使用環境の変化（連続印字、間欠印字を含む）による画質の変化を小さくし、経時においても、常に安定した画像を提供していかなければならない。

従来、非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤（以下、現像剤とも記す）を現像剤担持体（以下、現像スリーブとも記す）上に保持し、内蔵する磁極によって磁気ブラシを形成させ、現像スリーブに潜像担持体（以下、感光体とも記す）と対向する位置で現像バイアスを印加することにより現像を行う二成分現像方式が広く知られている。

この二成分現像方式は、カラー化が容易なことから現在広く用いられている。この方式において、二成分現像剤は現像スリーブの回転に伴い、現像領域に搬送される。現像剤が現像領域に搬送されるに従い、現像極の磁力線に沿いながら、現像剤中の多数の磁性キャリアがトナーを伴って集合し、磁気ブラシを形成する。

このような二成分現像方式では、トナーとキャリアの重量比（トナー濃度）を精度よく制御することが、安定性を向上させる上で非常に重要とされている。例えばトナー濃度が高すぎると、画像に地肌汚れの発生や、細部解像力の低下が生じる。また、トナー濃度が低い場合には、ベタ画像部の濃度が低下や、キャリア付着が発生するといった不具合が生じる。そのため、トナー補給量を制御して、現像剤の中のトナー濃度を適正範囲に調整する必要がある。

ここで、トナー濃度制御は、画像情報に基づいて算出したトナー消費量の理論値に応じてトナーを補給する方式が多く採用されている。また、この方式に加えて、トナー濃度検出手段（例えば、透磁率センサ）の出力値：Ｖtをトナー濃度の制御基準値：Ｖtrefと比較し、その差分に応じてトナー補給量を演算式から算出し、トナー補給装置により現像器中にトナー補給を行うことによりなされている。

トナー濃度を検知する方法としては、透磁率センサを用いたものが一般的である。この方式においては、トナー濃度が変化することによる現像剤の透磁率変化をトナー濃度変化に換算するものである。

次に、トナーの帯電量と現像能力（現像バイアスに対してトナー現像量をプロットしたグラフの傾き）の関係について、簡単に説明を行う。トナーの帯電量は、トナーがキャリアと接触している時間に比例する。高画像面積率において、トナーホッパーから補給されたトナーが現像剤中に短時間しか存在しない場合には、トナーの帯電量は低くなり、逆に画像面積率が低くなりトナーホッパーから補給されたトナーが現像剤中に長時間存在する場合には、トナーの帯電量は高くなる。トナーの帯電量が高い場合には現像能力は低下し、帯電量が低い場合には、現像能力が高くなる。

また、トナーの帯電量は、環境や現像剤の経時使用によっても変化する。これは、トナーとキャリアが接触する機会が環境や経時使用によって変化するためである。そのため、環境や現像剤の経時使用といった変化に対して、現像能力が変化し、画像濃度が安定していなかった。

特許文献１では、トナー補給時間を演算により求め、それを予め決めてある補給時間で分割し、その分割した回数分、間欠してトナー補給を行う構成が開示されている。つまり、トータル補給量を何回かに分割して補給を行う構成となっている。

トナーを分割して補給することは、分割しないで連続補給を行う場合と比較して、帯電量を高くする効果が得られる。なぜなら、分割して補給を行うと、トナーとキャリアが接触する機会が増えるためである。

しかしながら、この特許文献１では、トナーの帯電量に寄与することとなる、画像面積率、環境、現像剤の経時使用などの変化が起こったとしても、補給の方式は変化しない。つまり、演算によって求められた補給量が同じならば、補給分割の方法は同じである。そのため、トナーの帯電量が変化した場合には現像能力が変化し、画像濃度が安定していなかった。

また特許文献２では、トナーの帯電量に応じて画像濃度が変化する画像形成装置において、光学センサを用いてトナー濃度（トナー付着量）を検知し、その値に応じてトナー濃度制御基準値を変更し、現像器内のトナー濃度を変化させることによって画像濃度を一定に維持する構成が開示されている。

光学センサを用いてトナー濃度を検知する方法について説明をする。像担持体または中間転写ベルト上に基準トナーパターンを作製し、ＬＥＤ光を照射する。パターンを作成するタイミングとしては、印刷中において、転写紙間（前回の作像終了から今回作像開始の間の時間または距離）で基準トナーパターンを作成する。そして、このパターンからの反射光（正反射光または乱反射光）を光学センサ（フォトダイオードやフォトトランジスタなど）により検出し、その結果に基づいてトナー濃度（トナー付着量）を検知する。

しかしながら、紙間で実際に、トナーパターンを作成することによるトナーの過剰な消費を極力低減したいとの要望が多々あり、紙間の基準トナーパターン作成による補正はトナーパターン作成間隔を広げるか、または行わない方向となってきている。

さらに、中間転写ベルト上にトナーパターンを作成する際であるが、二次転写ローラを一作像毎に離間しない場合には、二次転写ローラに付着する紙間パッチのトナーをクリーニングするために、トナークリーニング装置を併設する必要がある。

また二次転写ローラを一作像（若しくは数回の作像）毎に二次転写ローラを離間する場合には、クリーニング装置を設置する必要はないが、頻繁に発生する二次転写離接に耐え得るメカ的機構が必要となる。上記した理由により、メカ的なコスト削減の観点からも紙間のトナーパターン作成を極力抑える必要性が生じてくる。

さらに、この特許文献２によれば、トナー濃度目標基準値を変更することで画像濃度の安定化を行おうとしているが、トナー濃度制御基準値の変更に対して、補給の方式については何ら考慮されていない。そのため、紙間に制御用パッチを作成しないか、その頻度が低い場合においては、トナー濃度制御基準値を変更したとしても、次にトナー濃度制御基準値を変更するまでの間に、現像能力に変化が起こり、トナー濃度を一定に制御したとしても、画像濃度が安定しない。具体的には、光学センサによって読み取ったパッチの濃度が高いために、トナー濃度が低くなるように制御基準値を変更した場合において、現像器内でトナーが撹拌されれば帯電量が上昇し、現像能力は変化することになる。そのため、頻繁に制御用パッチを作成しなければ、画像濃度が安定しない。

また、トナー濃度を変更する際に、トナー濃度を濃くする場合では、急な補給によるトナー飛散、地汚れ、トナー濃度を薄くする場合には、出力する画像によって消費量が決まるため、目標とするトナー濃度になるまでに時間がかかるといった問題がある。

また特許文献３では、現像器内のトナー濃度を一定に制御するためのトナー濃度制御基準値のレベルを複数個持たせ、複数個の制御基準値レベルと透磁率センサの検出レベルを比較し、トナー補給装置から補給されるトナーの量を変更することが提案されている。補給されるトナー量の変更とは、言い換えれば、現像器内のトナー濃度を変更することであり、そうすることで画像濃度の安定化を図っている。トナー補給の量の変更は、トナー補給装置の動作時間と非動作時間の比を変更することによって行われている。

画像面積率が高い場合には、トナー消費量が多いためにトナーの補給量も多くなる。その際に、特許文献３では、トナー補給量を多くするために、トナー補給装置の動作時間を拡大して、トナーの補給を行い、画像面積率に応じたトナー制御基準値レベルに対してトナー濃度が一定となるように制御を行っている。しかしながら、画像面積率が高い場合においては、現像器内のトナーの入れ替え量が多いため、十分に帯電していないトナーで現像されることになる。トナー補給の動作時間を拡大して補給するということは、言い換えればトナーが集中して現像器の中に補給されることにほかならない。そのため、トナーとキャリアが接触する機会が減り、帯電量が低下してしまう。高画像面積率の場合にトナー補給装置の動作時間を拡大することは、より現像能力が高くなるようにすることである。

また、トナー補給量を変更し、トナー濃度を変化させ、狙いの画像濃度が得られているとする。しかしながら、現像器の撹拌によってトナーの帯電量が変化した際に、その時のトナー濃度では、画像濃度が変化してしまう。そのため、画像面積率に合わせたトナー濃度制御基準値レベルに対してトナー濃度を一定に制御しても、画像濃度は安定しない。

このような特性のある画像形成装置において、従来技術では、トナー濃度制御基準値を変更することで画像濃度の安定化を図っているが、トナー濃度制御基準値の変更の周期が長い場合、若しくは変更しない場合においても、現像能力が安定するような制御を行うことが必要となってくる。

特開２００６−２０１６３２号公報 特開平０９−０２２１７９号公報 特開平７-２０７１０号公報

そこで、トナーの過剰な消費を低減するために、転写紙間で実際にトナーパターンを作成して光学センサによる濃度検知を介してトナー濃度制御基準値の変更を行うことを取り入れないか、変更を行っても、その頻度の低い場合であっても、現像能力を安定化させることを本発明の課題とする。

上記課題は、本発明にしたがって、像担持体上の静電潜像をトナーで現像して顕像化画像を形成するにあたり、現像剤中のトナー濃度を一定とするために補給トナーを二成分現像剤に分散するトナー補給制御を行う、画像濃度制御方法において、トナー濃度制御基準値とトナー濃度の実測値の差分に基づいて暫定トータル補給時間を算出し、前回のトータルトナー補給からの持ち越し時間を加えて、基本トータル補給時間を決定するステップ、一回当たりの初期トナー補給時間に対して、トナー帯電量の観点から画像面積率に応じてその基準値より高い場合にはマイナスの変化量を、その基準値より低い場合にはプラスの変化量を加えて、修正補給時間とするステップ、上記基本トータル補給時間を上記修正補給時間で除して、トータル補給時間中の補給回数を算出し、余りを持ち越し時間とするステップ、及び上記基本トータル補給時間中に、算出された補給回数分、上記修正補給時間のトナー補給を行うステップを有して、トナー帯電量を適正値に近づける方向に修正を加えることで、解決される。

請求項１に係る発明によれば、トナー濃度制御基準値とトナー濃度の実測値の差分に基づいて暫定トータル補給時間を算出し、前回のトータルトナー補給からの持ち越し時間を加えて、基本トータル補給時間を決定するステップ、一回当たりの初期トナー補給時間に対して、トナー帯電量の観点から画像面積率に応じてその基準値より高い場合にはマイナスの変化量を、その基準値より低い場合にはプラスの変化量を加えて、修正補給時間とするステップ、上記基本トータル補給時間を上記修正補給時間で除して、トータル補給時間中の補給回数を算出し、余りを持ち越し時間とするステップ、及び上記基本トータル補給時間中に、算出された補給回数分、上記修正補給時間のトナー補給を行うステップを有して、トナー帯電量を適正値に近づける方向に修正を加えるので、現像能力を狙いの値にすることができ、画像濃度を安定にすることができ、更に紙間にトナーパターンを作成する必要性を減らすことができるので、トナー消費を節約することもできる。

以下、本発明を、画像形成装置であるカラーレーザプリンタ（以下、プリンタという）に適用した実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るプリンタの概略構成図であり、図２は、その一色分に係る画像形成部の概略構成図である。プリンタ１の本体ケース２内には、プリンタエンジン３、光ビームを出射する光書込装置４、被転写体である記録媒体Ｐを収納する記録媒体収納部である給紙カセット５、トナー画像が転写された記録媒体Ｐを定着処理する定着装置６、トナー画像を転写した後に発生する廃トナーを回収する廃トナー回収容器７等が設けられている。

プリンタエンジン３は、トナー画像を形成し、形成されたトナー画像を記録媒体Ｐに転写する部分であり、像担持体である４つのドラム状感光体８（８Ｙ、８Ｃ、８Ｍ、８Ｋ）、各感光体８の周囲に配置された帯電装置の帯電ローラ９、現像器１０、感光体用クリーニング装置１１、一次転写ローラ１２、像担持体及び被転写体である中間転写ベルト１３、転写装置である二次転写ローラ１４、中間転写ベルト用クリーニング装置１５等から構成されている。ここで、本明細書及び図面の記載において、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋの添え字は各々、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの色を示しており、これら添え字は必要に応じて割愛する。

感光体８は円筒状に形成され、不図示の駆動モータに連結され、駆動モータからの駆動力により中心線回りに回転する。感光体８の外周面には、静電潜像が形成される感光層が設けられている。

帯電ローラ９は、感光体８の外周面に当接して配置され、又は感光体８の外周面と微小な隙間をもって配置されている。この帯電ローラ９に対して不図示の電源部から電圧が印加されることにより、帯電ローラ９と感光体８との間でコロナ放電が発生し、感光体８の外周面が一様に帯電される。

光書込装置４は、画像データに応じた光ビームを出射して、一様に帯電された感光体８の外周面を露光する。この露光により、感光体８の外周面に画像データに応じた静電潜像が形成される。

現像器１０は、感光体８に対して現像剤／トナーを供給する。現像ニップ領域／現像領域において現像ローラ３０２により供給されたトナーは感光体８の外周面に形成されている静電潜像に付着し、感光体８の外周面上の静電潜像がトナー画像として顕像化される。

中間転写ベルト１３は、樹脂フィルム又はゴムを基体として形成されたループ状のベルトであり、駆動ローラ１６・入口ローラ１７・テンションローラ１８に巻回され、不図示の駆動モータに連結された駆動ローラ１６が回転駆動されることにより矢印Ａ方向に回転する。入口ローラ１７とテンションローラ１８とは、中間転写ベルト１３が矢印Ａ方向へ回転することにより中間転写ベルト１３との摩擦力によって従動回転するようになっている。

一次転写ローラ１２は中間転写ベルト１３の内周面側（ループの内側）に配置されており、これら一次転写ローラ１２に転写用電圧が印加されることによって各感光体８上のトナー画像が中間転写ベルト１３上に順次転写されて重ね合わされ、その結果、中間転写ベルト１３上にはカラーのトナー画像が形成される。

感光体用クリーニング装置１１は、トナー画像が中間転写ベルト１３に転写された後の感光体８の外周面をクリーニングするものである。このクリーニングによって、トナー画像が中間転写ベルト１３に転写された後に感光体８の外周面上に残留しているトナーや紙粉等が廃トナーとして回収される。

中間転写ベルト１３上に形成されたカラーのトナー画像は、中間転写ベルト１３と二次転写ローラ１４とが当接された転写位置に記録媒体Ｐが送り込まれたタイミングで二次転写ローラ１４に転写用電圧が印加されることにより、記録媒体Ｐに転写される。記録媒体Ｐは、給紙カセット５内から給紙されて搬送ローラ１９やレジストローラ２０を介して搬送され、トナー画像を転写された後に定着装置６に送り込まれる。トナー画像が転写された記録媒体Ｐは定着装置６内で熱と圧力とを加えられて定着処理され、この定着処理により溶融したトナー画像が記録媒体Ｐに定着される。定着処理が終了した記録媒体Ｐは本体ケース２の上面部に形成されている排紙トレイ２１上に排紙される。

中間転写ベルト用クリーニング装置１５は、カラートナー画像が記録媒体Ｐに転写された後の中間転写ベルト１３の外周面をクリーニングする。このクリーニングによって、トナー画像の転写後に中間転写ベルト１３の外周面上に残留したトナーや紙粉等が廃トナーとして回収される。

廃トナー回収容器７は、クリーニング装置１１，１５で回収された廃トナーがクリーニング装置１１，１５から投入され、投入された廃トナーを貯溜する部分である。廃トナー回収容器７は本体ケース２に対して着脱可能に取り付けられており、廃トナー回収容器７内の廃トナーが満杯状態に近づいた段階で本体ケース２から取り外され、代わりに空の廃トナー回収容器７が取り付けられる。

次に画像形成部であるプリンタエンジンについて説明する。イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色について基本的に同じなので、図２により一つの画像形成部に関して説明する。ここで二成分現像剤（以下、現像剤と記す）は、現像スリーブ３０２の汲み上げ磁極（図示せず）により、現像ユニット内の搬送スクリュ部３０５から現像スリーブ３０２に移動する。その後、現像剤は現像スリーブ３０２の回転に伴い、搬送極（図示せず）の磁場と現像スリーブ３０２表面の摩擦力によりドクターブレード３０３の近傍まで搬送される。ドクターブレード近傍まで搬送された現像剤はドクターブレード上流部において一旦滞留し、ドクターブレード３０３のエッジ部と現像スリーブ３０２とのギャップ（Ｇｄ）で層厚を規制され、現像領域に搬送される。現像領域では、所定の現像バイアスが印加されており、感光体８上に形成された静電潜像にトナーを付勢する方向に現像電界が形成されるため、トナーは感光体８上に移り、潜像を可視像化する。また、現像領域を現像スリーブ３０２に沿って通過した現像剤は、現像スリーブ上の現像剤離れ極位置で現像スリーブ３０２から離れ、搬送スクリュ部３０４に戻される。その後、現像スリーブ側搬送スクリュ部３０５に移動し、トナー補給部にて適正なトナー濃度に調整され、現像スリーブ３０２に再び搬送される。現像器１０のケーシング底部には、透磁率センサ３５０が設置されており、この透磁率センサ３５０によって現像剤中のトナー濃度が検出される。

透磁率センサ３５０と、中間転写ベルトの駆動ローラ１６近傍に設けられた光学センサ１００とは、それぞれ不図示のＡ／Ｄ変換器を介してＩ／Ｏボード（Ｉ／Ｏユニットともいう）１１０に接続されている。制御部はＣＰＵ１２０、読み出し専用メモリ（ROM）１３０、読み出し書き出しメモリ（RAM）１４０、Ｉ／Ｏボード１１０からなり、Ｉ／Ｏボード１１０を介して不図示の補給装置を駆動するモータ１５０に制御信号を伝達するように構成されている。ＲＡＭ１４０には、Ｉ／Ｏボード１１０から読み取った透磁率センサ３５０の出力値Ｖtを一時保存するＶtレジスタ、現像器１０内のトナー濃度の制御基準値Ｖtrefを記憶するＶtrefレジスタ、中間転写ベルト近傍に設けた光学センサ１００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。ＲＯＭ１３０には、トナー濃度制御プログラム及び画像濃度制御パラメータ補正プログラムが記憶されている。

先ず、印刷毎に実行されるトナー補給制御について説明する。透磁率センサ３５０については、縦軸に出力値、横軸にトナー濃度をとった図３に示すように、或るトナー濃度の範囲では直線近似する。図から分かるように、トナー濃度が高いほど透磁率の出力値が小さくなる特性を示す。ここで、現時点でのトナー濃度を示す透磁率センサ３５０の出力値Ｖtが、トナー濃度制御基準値Ｖtrefより大きい場合に、Ｖtref−Ｖtの差分を解消すべく、トナー補給装置のモータ１５０を駆動してトナー補給動作を行う。逆に、ＶtがＶtrefより小さい場合には、トナー補給装置のモータを停止し、トナーを補給しないよう制御する。

〔例１〕
以下、現像能力を一定にするための補給トナー分散方法の変更について具体的に説明する。図４に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。これは同一の画像面積率画像を連続１００枚出力した際の値であるが、図から分かるように、同じトナー濃度でも、画像面積率が高い（８０％）場合では、現像γが高くなっている。これは、画像面積率が高い場合、消費量と補給量が共に高く、補給されたトナーが現像器内に短時間しか存在しないため、トナーとキャリアが十分に接触することができず、トナーの帯電量が低くなり、現像γが高くなる。逆に、画像面積率が低い（０．５％）の場合では、現像γが低くなっている。これは、画像面積率が低い場合、消費量と補給量が共に低く、補給されたトナーが現像器内に長時間存在するために、帯電量が高くなり、現像γが低くなるのである。このように、画像面積率に応じて現像能力が変化するため、現像能力が一定となるような補正が必要である。

そこで、本発明では、トナー濃度センサ出力値とトナー濃度制御基準値の差分から演算によって求められる補給時間を変更することなく、一回に行うトナー補給時間を可変とすることで、この問題を解決し、画像濃度の安定化を図る。

「トナー補給時間を可変とする」とは、具体的には、トナー補給装置の動作時間と非動作時間を変更することを意味する。例えば、補給時間を短くする場合では、一回のトナー補給動作時間を短くし、計算によって求められた補給時間をより細かく分割して、補給するのである。また、トナー補給時間を長くする場合では、分割して補給する回数が少なくなるため、一回の補給量が多くなる。

次に、補給時間を変化させることで、得られる効果について説明を行う。補給の動作時間を短くする場合では、より細かく分割して補給を行うため、一回の補給量が少なくなる。すると、トナーとキャリアが接触する機会が増えるため、トナーの帯電量を高くする効果が得られる。逆に補給の動作時間を長くする場合では、トナーが集中して現像器内に補給され、一回の補給量が多くなり、トナーとキャリアの接触する機会が減り、トナー帯電量を低くする効果が得られる。この効果を利用して、トナー帯電量が低く、現像γが高い場合には、一回当たりの補給動作時間を短くして、より細かく分散させて補給を行い、現像γを低くし、狙いの現像γにすることができる。逆に、トナー帯電量が高く、現像γが低い場合には、一回当たりの補給動作時間を長くして補給を行うことで、現像γを高くし、狙いの現像γにすることができる。

この補給トナーの分散方法の変更について図７のフローチャートに従って説明を行う。STEP１０において、現在のトナー濃度の値を示すトナー濃度センサの出力値Ｖtを取得する。そしてSTEP２０において、トナー濃度制御基準値Ｖtrefとの差分からトナー補給時間（暫定）を算出する。STEP３０において、今回求めたトナー補給時間（暫定）と前回からの持ち越し時間を足した値をトナー補給時間とする（持ち越し時間についてはSTEP７０で説明する）。

次に、STEP４５において、画像面積率、湿度センサ、現像剤使用項数センサの値を取得し、STEP５０において、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）を参照する。ＬＵＴの一例を表１に示す。

画像面積率に応じた一回の補給時間の変化量：ΔＴmon［msec］を求める。STEP６０においてTmon（現在値）を求める。ここで、Ｔmon（現在値）とＴmon（初期値）の関係は以下の式で定義する。
Ｔmon（現在値）＝Ｔmon（初期値）＋ΔＴmon …（１）

STEP７０において、STEP３０で求めたトナー補給時間を、（１）式より求めたＴmon（現在値）で分割する。余りの補給時間は持ち越し時間として、次回トナー補給時間計算時に持ち越す。持ち越しを行うことで、全体として補給量が変わらないようにし、補給量の不足を防ぐことができる。そして、STEP８０で補給回数分のトナー補給を行う。

具体的には、例えば、STEP２０で求めたトナー補給時間（暫定値）が８００msec、前回からの持ち越し時間が１００msecとし、STEP６０においてＴmon初期値が２００msec、ΔＴmonが−６０msecと求められた場合、（１）式よりＴmon現在値は１４０msecとなる。補給回数は９００/１４０＝６となり、STEP８０で１４０msecのトナー補給を６回行う。持越し時間は６０msecとなる。

一方で、従来ではトナー補給時間の変更を行わないので、Tmon現在値はＴmon初期値に等しく２００msec、補給回数は９００/２００＝４となり、持越し時間は１００msecとなり、STEP８０で２００msecのトナー補給を４回行う。このように、従来手法では、４回に分割して行った補給を、本発明に係る手法では６回に分割して補給を行うものである。その結果、より分散して補給を行うことができ、ＶtrefとＶtの差分から求められるトータルの補給量を変更することなく、現像能力を安定にすることができる。

なお、本発明の画像形成装置において、トナー補給時間の変更量をＬＵＴに示したが、このテーブルをさらに細かくし、それに応じたトナー補給時間に変更することで、より一層の現像γの安定化を図ることができる。

分割する一回当たりの補給時間は固定したものに限られない。例えば、演算によりトータルの補給時間が６００msec、Ｔmonが１００msecと求められた場合に、６００msecを１００msecで６回補給とするだけでなく、２００msecを２回、１００msecを２回という具合に分割してもよい。この分割の仕方は、出力される画像の画素数を分割して取得し、トナーがあまり消費されず、現像器内のトナー濃度が高い場所では１００msec、トナーが多く消費され、トナー濃度の低い場所では２００msecといった具合に補給を行うようなパターンであり、このようにすれば現像器内のトナー濃度の変動を抑えることができ、さらに画像濃度を安定させることができる。

図８に、画像面積率の変化を考慮したトナー補給方式を示す。高画像面積率の場合にはＴmonを短くすることで、細かく分割してトナー補給を行う。また低画像面積率の場合には、Ｔmonを長くすることで、分割回数を少なくしてトナー補給を行う。画像面積率に応じたトナー補給を行うことで、現像γを一定にし、安定した画像濃度を得ることができる。

続いて、本例と従来方式との比較を図１１を用いて説明する。図１１は、図７のフローチャートにおけるSTEP３０によりトナー補給時間が６００msecと計算されたときのトナー補給動作タイミングを表している。このとき、Ｔmon初期値を２００msecとする。従来方式の場合、６００msecを２００msecで分割し３回の補給がなされる。一方で、本例の構成の場合、表１のＬＵＴよりΔＴmonが−１００msecと求められ、図７のフローチャートのSTEP６０より、Ｔmon現在値は２００−１００で１００msecとなる。そのため、６００msecを１００msecで分割し、６回の補給が行われる。補給を行う回数は変更されているが、トータルとしての補給量は同じであるため、現像器内のトナー濃度を一定に保つことができる。

〔例２〕
次に、本発明の範囲内ではないが、環境変化による補給トナー分散方法の変更について説明する。図５に、環境変化による現像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。ＭＭ環境（標準環境条件：２３℃、５０％）と比較して、ＨＨ環境（高温高湿環境：２７℃、８０％）の場合、現像γが高くなる。これは、現像器内の湿度が高くなり、トナーとキャリアが接触する機会が減り、帯電量が低下したためである。そのため、このような環境下では従来、画像形成装置を使用する環境湿度変化に対して、現像能力が変化し、画像濃度が安定していなかった。

図９に、環境変化を考慮したトナー補給方式について示す。例えば現像装置近傍に配された湿度センサが所定の値を超えた場合において、トナー補給時間Ｔmonを短くするように設定する。つまり、現像γが低くなるように誘導する。逆に、ＬＬ環境（低温低湿環境：１０℃、１５％）の場合では現像γが低くなるので、トナー補給時間Ｔmonを長くするように設定する。つまり、現像γが高くなるように誘導する。例えば、図７のSTEP５０において、ΔＴmonを求める際に、
ΔＴmon＝ΔＴmon×（環境係数） …（２）
のように、環境による係数をΔＴmonに乗ずることで、環境に対応した、補給時間の変化量を決定することができる。あるいは例１と同様に、ＬＵＴを有し、ΔＴmon現在値＝ΔＴmon初期値＋ΔＴmonとしてもよい。このようにして、帯電量に影響を与える環境変化に対し、最適な現像γになるようにすることで、安定した画像濃度を得ることができる。

〔例３〕
図６に、現像剤の経時使用による現像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。これは、トナー濃度を一定に制御し、同一の画像面積率画像を出力し、新品の現像剤と、２５０K項印刷を行った後の現像剤を用いた際の値である。図６から分かるように、同じトナー濃度でも、経時使用後の現像剤を用いた場合の方が現像γが高くなっている。

本発明の範囲内ではないが、トナーの帯電し易さは、トナーの経時変化によっても変化する。トナーは、経時使用によって、外添剤の離脱やトナー内部への埋没などが起こり、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、経時変化をする。このように、トナーが経時変化をすると、現像器内のトナーの帯電量が低下し、現像γが高くなり、画像濃度が上昇する。このように経時変化でも従来、現像能力が変化し、画像濃度が安定していなかった。

図１０に、現像剤の使用項数を考慮したトナー補給方式について示す。駆動装置の回転数の検知等から使用頻度を検知する不図示の現像剤使用項数センサが所定の値を超え、経時使用された現像剤と判断された場合には、トナー補給時間Tmonを短くするように設定する。つまり、よりトナーを分散させるように補給を行うことで、トナーとキャリアの接触する機会を増やして、帯電量の低下を防ぐ。

例えば、図７のSTEP５０において、ΔＴmonを求める際に、
ΔＴmon＝ΔＴmon×（経時使用係数） …（３）
のように、経時使用による係数をΔＴmonに乗ずることで、経時使用に対応した、補給時間の変化量を決定することができる。あるいは例１と同様に、ＬＵＴを有し、ΔＴmon現在値＝ΔＴmon初期値＋ΔＴmonとしてもよい。このようにして、帯電量に影響を与える経時使用による現像剤特性変化に対し、最適な現像γになるようにすることで、安定した画像濃度を得ることができる。

以上に述べた各実施例に加えて、現像γに影響を与える複数の要素に対して複合した動作を行い、一層安定した画像濃度を確保することが可能である。

＜確認実験＞
ここで、本発明の効果を確認するために、例１の構成と従来方式との比較を行った結果を示す。
ＭＭ環境（標準環境条件：２３℃、５０％）において、画像面積率８０％として１００枚印刷を行った後の結果を、図１２に現像γの差異として示す。図１２から分かるように、本発明を適用することで、高画像面積率の出力時に生じる現像γの上昇を抑えることができる。

図１３は画像面積率８０％の画像を１００枚印刷した際のＩＤ（画像濃度）の変動を１０枚毎にプロットした図である。この結果から分かるように、本発明を適用することで、トナーが分散されて補給されるため、現像γの上昇が抑えられ、画像濃度の上昇も抑えることができる。

以上の結果から、本発明を用いることで、現像γを一定にすることができ、現像器内のトナー濃度を一定に制御することで、画像濃度を一定に保つことが可能となる。

さらに、トナー濃度を一定に制御することで、画像濃度が一定に保てるため、紙間にトナーパタンを作成する頻度を少なく、若しくは行わずにすむため、トナーの消費を節約できるといった効果も期待できる。

プリンタの概略構成図である。 図１のプリンタのその一色分に係る画像形成部の概略構成図である。 縦軸に透磁率センサ出力値、横軸にトナー濃度をとったグラフである。 画像面積率による現像γの差異を示すグラフである。 環境の違いによる現像γの差異を示すグラフである。 現像剤の経時使用による現像γの差異を示すグラフである。 補給トナーの分散方法変更を示すフローチャートである。 画像面積率の違いによるトナー補給動作タイミングを説明する図である。 環境条件の違いによるトナー補給動作タイミングを説明する図である。 現像剤使用項数の違いによるトナー補給動作タイミングを説明する図である。 従来方式と本発明方式のトナー補給動作タイミングの違いを説明する図である。 従来方式と本発明方式の現像γの違いを説明するグラフである。 従来方式と本発明方式のＩＤ変動の違いを説明するグラフである。

符号の説明

８ 感光体
９ 帯電ローラ
１０ 現像器
１１ クリーニング装置
１００ 光学センサ
１１０ Ｉ／Ｏユニット
１２０ ＣＰＵ
１３０ ＲＯＭ
１４０ ＲＡＭ
１５０ トナー補給駆動モータ
３０２ 現像スリーブ
３０３ ドクターブレード
３０４、３０５ 搬送スクリュ部
３５０ 透磁率センサ

Claims (2)

1. 像担持体上の静電潜像をトナーで現像して顕像化画像を形成するにあたり、現像剤中のトナー濃度を一定とするために補給トナーを二成分現像剤に分散するトナー補給制御を行う、画像濃度制御方法において、
   トナー濃度制御基準値とトナー濃度の実測値の差分に基づいて暫定トータル補給時間を算出し、前回のトータルトナー補給からの持ち越し時間を加えて、基本トータル補給時間を決定するステップ、
   一回当たりの初期トナー補給時間に対して、トナー帯電量の観点から画像面積率に応じてその基準値より高い場合にはマイナスの変化量を、その基準値より低い場合にはプラスの変化量を加えて、修正補給時間とするステップ、
   上記基本トータル補給時間を上記修正補給時間で除して、トータル補給時間中の補給回数を算出し、余りを持ち越し時間とするステップ、及び
   上記基本トータル補給時間中に、算出された補給回数分、上記修正補給時間のトナー補給を行うステップ
   を有して、トナー帯電量を適正値に近づける方向に修正を加えて現像能力の維持を図ることを特徴とする画像濃度制御方法。
2. 請求項１に記載の画像濃度制御方法を実行する画像形成装置。

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