JP5804764B2 - 画像処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ等の画像形成装置に関する。

一般に、電子写真方式の画像形成装置では、感光体等の像担持体の感光面を帯電装置で一様に帯電し、帯電された感光面上に潜像形成装置によって画像情報に応じた静電潜像を形成する。そして、その静電潜像を現像装置により現像剤で現像したものを転写装置で記録紙に転写して画像を形成している。

画像形成装置は、装置が設置される環境の変動や装置内の環境の変動に起因する短期的な変動及び感光体や現像剤の経時変化（経時劣化）に起因する長期的な変動等の影響で、出力画像の濃度や濃度階調性が原稿画像の濃度や階調性と異なる場合が生じる。

そこで、画像形成装置では、出力画像の濃度や階調性を原稿画像の濃度や階調性に合わせるためにそれらの様々な変動を考慮して随時画像形成条件を補正する必要がある。

このような画像形成装置では、画像品質を安定化させるために極めて重要な要素の一つとして、二成分現像剤のトナー濃度（キャリア及びトナーの合計（デベロッパー）の重量（Ｄ）に対するトナーの重量（Ｔ）の割合：Ｔ／Ｄ比）が挙げられる。現像剤のトナー濃度は、トナーが消費される現像時に減少する。このため画像形成装置では、濃度制御装置、即ち、現像剤濃度制御装置又は画像濃度制御装置を使用して現像剤のトナー濃度又は感光体、中間転写体、もしくは記録紙上に形成されるテスト画像の濃度を検出する。そして、濃度制御装置は、検出した現像剤のトナー濃度又はパターン画像の濃度の変化に応じてトナー保持部から現像器に対してトナー補給を行う。このような制御によって、現像剤のトナー濃度又は画像濃度が可及的に一定に制御され、画像の品位が保持される。

トナー濃度を制御するための方式として、例えば、現像剤反射ＡＴＲ（Ａｕｔｏ Ｔｏｎｅｒ Ｒｅｐｌｅｎｉｓｈｍｅｎｔ）方式がある。この現像剤反射ＡＴＲ方式の濃度制御装置では、トナー濃度センサにより現像器内の現像剤のトナー濃度をトナーに照射された光の反射光量を検出することにより光学的に検知し、その検知結果に応じてトナー補給量を制御する。

また、トナー濃度制御するための方式として、パターン画像の濃度を検出する方式いわゆるパッチ検ＡＴＲ方式がある。このパッチ検ＡＴＲ方式の濃度制御装置では、電子写真感光体（感光体）上に参照用に画像濃度検知用パターン画像（パッチ画像）を作像する。そして、そのパターン画像の濃度を感光体に対向して設置した画像濃度センサ等のセンサにより検知して、検知結果に応じてトナー補給量を制御する。

さらに、トナー濃度制御するための方式として、いわゆるビデオカウントＡＴＲ方式がある。これは、ビデオカウンタからの画素毎のデジタル画像信号の出力レベルから消費されるトナー量を算出し、消費されるトナー量を補給する制御方式である。

前述した各制御方式による濃度制御装置では、得られた情報に基づいてトナー補給装置を駆動するモータの回転等を制御して、トナー保持部から現像器内の現像剤へのトナーの補給量を制御する。これにより濃度制御装置は、現像剤のトナー濃度又は画像濃度を目標とする各所定濃度に保つようにする。

しかしながら、上述のような濃度制御装置には、以下のような問題があった。まず、現像剤反射ＡＴＲの場合では、現像器内の現像剤のトナー濃度を直接検知するために、現像剤のトナー濃度を一定に保つことが可能である。ところがトナーの摩擦帯電量（トリボ）は、現像剤中の磁性キャリアの変質や環境の変動により変化し、現像性が変化してくる。このため、現像剤のトナー濃度を一定に維持できても、キャリアの変質や環境の変動があった場合には、トナーの帯電量が所定の帯電量にならないことによって画像が所望の濃度で形成されないことがある。

また、ビデオカウントＡＴＲの場合では、原稿画像の濃度情報をビデオカウント数に変換し、この値からトナー消費量を予測して、予測される現像剤のトナー濃度の初期設定値からの変動分のトナー補給を行う。そのため、実際に消費したトナー量とビデオカウント数から予測されたトナー消費量に相違が生じた場合には、消費したトナー量に対応すべきトナー補給量にズレが生じることになる。このような場合には、現像剤のトナー濃度が初期設定値からずれていくことがある。

さらに、パッチ検ＡＴＲの場合では、感光体上のパッチ画像の濃度を検知して制御するため、画像濃度を所定の目標値に保つことが可能である。

しかし、パッチ検ＡＴＲのみでトナー濃度を制御すると次のような課題が生じる。即ち、湿度が低い環境状態においてトナーの摩擦帯電量（トリボ）が上昇することによって静電潜像へのトナーの付着量が減少する場合、パッチ検ＡＴＲにおいて低いパッチ画像の濃度が検知されるので、トナーの補給状態が継続されるよう制御される。Ｔ／Ｄ比が高いような場合にパッチ検ＡＴＲの結果に基づいてトナー補給を行うと、現像器内にトナーが過剰に補給されることとなって充満し、現像剤のあふれや、かぶりを生じることになる。

一方、湿度が高い環境状態においてトナーの摩擦帯電量（トリボ）が低下することによって静電潜像へのトナーの付着量が増加する場合、パッチ画像の濃度が高い濃度で検出されるので、トナーの補給を停止する状態を続行するように制御される。Ｔ／Ｄ比が低いような場合にパッチ検ＡＴＲの結果に基づいてトナー補給を停止すると、現像器内のトナー量が減少し、その現像剤担持体上への現像剤のコート量が減り、画像劣化を引き起こすことがある。

そのため、現像剤反射ＡＴＲ、ビデオカウントＡＴＲを行うことによってトナー濃度を極力均一に制御すると共に、出力画像が所望の濃度（所望の最大濃度、及び所望の階調性）で形成されるようにパッチ検ＡＴＲによるトナー濃度制御を行っている。

従来の画像形成装置では、上記のＡＴＲ制御によって現像剤のトナー濃度の制御に規制をかけて画像形成を行っていた（例えば、特許文献１参照）。この従来の画像形成装置は、現像剤反射ＡＴＲによって検出される現像剤のトナー濃度とパッチ検ＡＴＲによって形成されるパッチの画像濃度に基づいて、トナー濃度制御にパッチ検ＡＴＲの結果を反映させるか否かを決定していた。また、パッチ検ＡＴＲの結果を反映させずに現像剤反射ＡＴＲとビデオカウントＡＴＲの結果に基づいてトナー濃度制御を行うと共に、出力画像の濃度変動を抑制するための現像コントラスト電圧の制御を同時に行うようにしていた。ここで、現像コントラスト電圧とは、現像バイアスの直流成分の電位と、感光体の露光部分である明部電位（画像部電位）との電位差を指す。従来の画像形成装置では、現像剤反射ＡＴＲによって検出されるＴ／Ｄ比が所定の値以上になり、かつパッチ検ＡＴＲにより画像濃度が所定の範囲に収まらず濃い状態である場合には、現像コントラスト電圧を上げる制御を実行する。現像剤反射ＡＴＲによって検出されるＴ／Ｄ比が所定の値未満になり、かつパッチ検ＡＴＲにより画像濃度が所定の範囲に収まらず薄い状態である場合には、現像コントラスト電圧を下げる制御を実行する。それによって、Ｔ／Ｄ比が良好でない場合における画像濃度を所望の濃度に調整することができる。

特開２００７−７８８９６号公報

つまり従来の画像形成装置では、Ｔ／Ｄ比が適正範囲の上下のリミットにあるときには、出力画像の濃度の振れの検知結果を現像コントラスト電圧にフィードバックするように制御していた。

しかしながら、上記従来技術には、制御自体の時間遅れによって、短期的なチャージアップによる濃度変動に間に合わない場合に、画像濃度が減少して画像品位が低下するという問題がある。
本発明の目的は、パッチ画像の濃度が変動したことを検知した場合に、迅速に画像濃度を補正し、安定して高品位の画像形成を可能とした画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の画像形成装置は、画像を出力する画像形成装置であって、感光体と、前記感光体上に静電潜像を形成するために、画像データに基づいて前記感光体を露光する露光手段と、トナーと前記トナーを帯電させるキャリアを含む現像剤を保持する現像剤保持部と、前記トナーを担持するトナー担持体と、を有し、前記感光体上に形成された静電潜像と前記トナー担持体との間に電位差を形成することによって前記静電潜像を前記トナーによって現像する現像器と、前記現像器にトナーを補給するトナー補給手段と、出力する前記画像の濃度を制御するために前記感光体上に形成された基準静電潜像を前記現像器が前記トナーを用いて現像した濃度制御用トナー画像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、前記現像器内の現像剤に対する当該現像剤に含まれるトナーの量を示すトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、前記画像濃度検知手段によって検知された前記濃度制御用トナー画像の濃度に基づいて、前記電位差の制御および前記トナー補給手段による前記現像器へのトナーの補給量の制御を実行する制御手段と、を有し、前記画像濃度検知手段によって検知された前記濃度制御用トナー画像の濃度が所定の濃度よりも薄い場合において、前記制御手段は、前記トナー濃度検知手段によって検知される前記トナー濃度が第１の閾値よりも大きい場合に前記トナー補給手段が前記現像器に補給するトナーの量が、前記トナー濃度検知手段によって検知される前記トナー濃度が第１の閾値以下の場合に前記トナー補給手段が前記現像器に補給するトナーの量よりも少なくなるように、前記トナー補給手段が前記現像器に補給するトナーの量を制限し、前記制御手段は、前記トナー濃度検知手段によって検知される前記トナー濃度が前記第１の閾値よりも低い第２の閾値以下の場合、前記電位差が維持されるまたは前記電位差が減少するように前記現像器を制御し、前記トナー濃度検知手段によって検知される前記トナー濃度が前記第２の閾値よりも大きい場合、前記電位差が増大するように前記現像器を制御することを特徴とする。

本発明によれば、現像剤のトナー濃度を検知してトナー補給制御の制限が行われる領域（補給制御制限領域）において画像濃度の安定化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略図である。 図１に示す画像形成装置のリーダ画像処理部における画像信号の流れの説明図である。 画像形成装置のリーダ画像処理部における各制御信号のタイミングの説明図である。 画像形成装置におけるトナー補給制御に係る要部を示す概略制御ブロック図である。 画像形成装置における制御切替処理のフローチャートである。 画像形成装置におけるパッチ画像の形成方法を説明するための模式図である。 画像形成装置における画像濃度センサの出力信号を処理する回路構成を例示するブロック図である。 画像形成装置において、パッチ画像の濃度を段階的に変えたときの画像濃度センサの出力と出力画像の濃度との関係を示すグラフである。 従来のトナー濃度センサによるトナー濃度の検知結果と改良されたトナー濃度センサによるトナー濃度の検知結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳述する。

まず、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。図１は、画像形成装置の概略縦断面図である。本実施の形態の画像形成装置１００は、電子写真方式の４色フルカラーのプリンタである。画像形成装置１００は、リーダ部（読取装置）Ａとプリンタ部Ｂとを備えている。

このリーダ部Ａにおいて、１０１は原稿、１０２は原稿台ガラス、１０３は光源、１０４は光学系、１０５はＣＣＤセンサ、１０６は基準白色板、１０７は突き当て部材である。このリーダ部ＡのＣＣＤセンサ１０５によって得られた画像信号は、リーダ画像処理部１０８において画像処理された後、プリンタ部Ｂに送られ、プリンタ制御部（プリンタ画像処理部）１０９で画像処理される。

このリーダ画像処理部１０８は、図２の画像信号の流れを示すブロック図に示すように構成されている。図２の画像信号の流れを示すブロック図で、２０１はアナログ信号処理部、２０２はＡ／Ｄコンバータ、２０３はシェーディング補正部である。また、図２で、２１１はクロック発生部、２１２は主走査アドレスカウンタ、２１３はデコーダである。図２で、２０４はラインディレイ回路、２０５は入力マスキング部、２０６は光量／画像濃度変換部（ＬＯＧ変換部）、２０７はライン遅延メモリ、２０８はマスキング及びＵＣＲ回路である。図２で、２０９はγ補正回路、２１０は空間フィルタ処理部（出力フィルタ）、２２０はビデオカウンタである。

リーダ部Ａにおけるγ補正回路２０９は、プリンタ部Ｂの理想的な階調特性に合わせるべく画像濃度補正を行う。γ補正回路２０９は、例えば、２５６バイトのＲＡＭ等で構成されたＬＵＴ（階調補正テーブル）を用いて濃度変換を行う。また、空間フィルタ処理部（出力フィルタ）２１０は、エッジ強調又はスムージング処理を行う。一方で、Ｍ２、Ｃ２、Ｙ２、Ｋ２の信号は、ビデオカウンタ２２０にも送られ、そこで画素単位の画像濃度値を積算し、各画像のビデオカウント値を算出する。

このようにリーダ部Ａで処理されたＭ４、Ｃ４、Ｙ４、Ｋ４の面順次の画像信号は、プリンタ部Ｂのプリンタ制御部１０９に送られる。そして、プリンタ部Ｂでは、ＰＷＭ（パルス幅変調）により濃度階調を有する画像記録が行われる。つまり、プリンタ制御部１０９のパルス幅変調回路１９１（図４参照）は、入力される画素画像信号毎に、そのレベルに対応した幅（時間幅）のレーザー駆動パルスを形成して出力する。即ち、高濃度の画素画像信号に対してはより幅の広い駆動パルスを形成し、低濃度の画素画像信号に対してはより幅の狭い駆動パルスを形成し、中間濃度の画素画像信号に対しては中間幅の駆動パルスを形成する。パルス幅変調回路１９１から出力されたレーザー駆動パルスは、露光手段としてのレーザースキャナ３の半導体レーザーに供給され、半導体レーザーを、そのパルス幅に対応する時間だけ発光させる。これにより半導体レーザーは、高濃度画素に対してより長い時間駆動され、低濃度画素に対してより短い時間駆動されることになる。

このため、後述の感光ドラム１は、レーザースキャナ３が備える光学系によって、高濃度画素に対しては主走査方向により長い範囲が露光され、低濃度画素に対しては主走査方向により短い範囲が露光される。つまり、画素の濃度に対応して静電潜像のドットサイズが異なることになる。このようなことから、高濃度画素に対応するトナー消費量は、低濃度画素に対する消費量よりも大きくなる。

この画像形成装置１００では、図２に示すように、リーダ部Ａ内の制御を、ＣＰＵ２１４、ＲＡＭ２１５、ＲＯＭ２１６を備えた制御部２３０が司る。他方、図１に示すように、プリンタ部Ｂ内の制御は、制御部１１０が司る。また、この画像形成装置１００の本体には、図２に示すように、表示器２１８を備えた操作部２１７が設けられている。この操作部２１７は、リーダ部ＡのＣＰＵ２１４と、プリンタ部Ｂの制御部１１０のＣＰＵ１１１などに接続され、使用者の指令を入力可能に構成されている。

この画像形成装置１００におけるリーダ部Ａのリーダ画像処理部１０８では、各制御信号が図３に示すタイミングで制御される。この図３において、ＶＳＹＮＣ信号は、副走査方向の画像有効区間信号であり、論理“１”の区間において、画像読み取り（スキャン）を行って、順次、Ｍ、Ｃ、Ｙ、Ｋの出力信号を形成する。また、ＶＥ信号は、主走査方向の画像有効区間信号であり、論理“１”の区間において主走査開始位置のタイミングをとり、主にライン遅延のライン計数制御に用いられる。そして、ＣＬＯＣＫ信号は、画素同期信号であり、“０”→“１”の立ち上がりタイミングで画像データを転送するのに用いられる。

次に、この画像形成装置１００におけるプリンタ部Ｂについて説明する。この画像形成装置１００では、使用者が、操作部２１７を操作して画像の種類や枚数等の諸印刷条件を入力する。プリンタ部Ｂは、使用者の指令に応じて画像形成を行う。

画像形成装置１００は、像担持体であるドラム状の電子写真感光体である感光ドラム１を有する。感光ドラム１は、駆動装置（図示せず）により図中矢印方向（反時計回り）に回転駆動される。感光ドラム１は、回転過程で、一次帯電手段としての一次帯電器２により表面が一様に帯電される。この画像形成装置１００では、一次帯電器２として、スコロトロン帯電器を用いた。スコロトロン帯電器は、高圧電圧が印加されるワイヤと、アースにつながれたシールド部と、所望の電圧が印加されるグリッド部とを有する。一次帯電器２のワイヤには、帯電バイアス出力手段としての帯電バイアス電源（図示せず）から、所定の帯電バイアスが印加される。一次帯電器２のグリッド部には、グリッドバイアス出力手段としてのグリッドバイアス電源２１（図４に図示）から、所定のグリッドバイアスが印加される。そして、感光ドラム１は、ワイヤに印加される電圧に依存するが、略グリッド部に印加された電圧に帯電する。

このようにして表面に帯電された感光ドラム１に対して、露光手段（画像書き込み手段）としての露光装置（レーザースキャナ）３により、第１色目の、例えばイエローの画像パターンに従ったレーザー光が照射される。これにより、感光ドラム１の表面には、第１色目の画像の静電潜像が形成される。このレーザースキャナ３は、所望の画像濃度レベルが得られるように、γ補正回路２０９の階調補正テーブル（ＬＵＴ）を介して生成された駆動信号（レーザー出力信号）に従ってレーザーを出力する。予め求められたレーザー出力信号と画像濃度レベルとの関係から、所望の画像濃度が形成できるレーザー出力信号の値が、階調補正テーブル（ＬＵＴ）としてγ補正回路２０９に記憶されている。レーザースキャナ３は、そのテーブルに則ってレーザー出力信号の値を決定する。

このようにして感光ドラム１に形成された静電潜像は、回転式現像装置４０によって現像される。この回転式現像装置４０は、現像手段として、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色用の現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋを有する。各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを備えた二成分現像剤が充填されている。各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは、図１に示すように、回転支持体（ロータリードラム）５に一体的に装着されている。

この回転式現像装置４０は、感光ドラム１上の静電潜像の形成のタイミングに同期して回転支持体５を回転し、現像工程に先立って所要の色の現像器が、感光ドラム１に対向する位置（現像位置）にセットされる。そして、現在の例では、感光ドラム１上に形成されたイエロー画像の静電潜像は、感光ドラム１の回転に伴って、予め感光ドラム１に対向されているイエロー用の現像器４Ｙにより、イエローの可視画像（トナー像）として現像される。

このようにして感光ドラム１上に形成されたイエローのトナー像は、ベルト状の中間転写体である中間転写ベルト６上に、一次転写手段としての一次転写ローラ７ａの作用により転写（一次転写）される。この時、一次転写ローラ７ａには、一次転写バイアス出力手段としての一次転写バイアス電源（図示せず）より、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の一次転写バイアスが印加される。これと共に中間転写ベルト６は、感光ドラム１と略同速で図中矢印方向（時計回り）に周回移動（回転）して転写（一次転写）が行われる。

この回転式現像装置４０では、前述した帯電、露光、現像、一次転写の工程を、イエローに続き、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対して行なう。これにより、中間転写ベルト６上には、各色のトナー像が重ね合わされたフルカラートナー像が形成される。

次に、この中間転写ベルト６上に重畳した４色のトナー像は、二次転写手段としての二次転写ローラ７ｂの作用により、一括して、転写材Ｐの表面に転写（二次転写）される。この時、二次転写ローラ７ｂには、二次転写バイアス出力手段としての二次転写バイアス電源（図示せず）より、トナーの正規の帯電極性と逆極性の二次転写バイアスが印加される。これと共に、中間転写ベルト６と二次転写ローラ７ｂとの当接部には、転写材Ｐが、ピックアップローラ９などの転写材搬送装置によって所定のタイミングで送られて、転写処理される。

４色のトナー像が転写された転写材Ｐは、搬送ベルト１０によって定着装置１１に送られる。定着装置１１では、不図示の加熱ユニットを備えた定着ローラ１１ａと、定着ローラに圧接する加圧ローラ１１ｂとの間に転写材Ｐを挟んで転動しながら加熱及び加圧することによりトナーが転写材Ｐに溶融固着され、最終的なフルカラー画像が定着される。このようにしてトナー像が加熱定着されて画像が形成された転写材Ｐは、機外に排出される。

また、一次転写後に感光ドラム１上に残ったトナーは、その後、クリーニング手段としてのクリーナ１３が備えるクリーニングブレード８によって掻き取られて回収される。

なお、この画像形成装置１００では、フルカラー画像形成時を例として説明したが、例えば、ブラック単色画像等の単色画像も形成することができる。その場合には、感光ドラム１上に形成された所望の色の画像の静電潜像を、所望の色用の現像器によって現像する。さらに、この場合には、感光ドラム１上に形成された所望の色のトナー像を最終的に転写材Ｐに転写し、定着処理して、所望の単色画像を形成する。

ここで、現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋの詳細な構成について説明する。なお、本実施の形態では、各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋの構成及び動作が、使用するトナーの色が異なることを除いて、実質的に同じである。従って、以下、特に区別を要しない場合には、いずれの色用のものであるかを示すために符号４に与えた添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは省略して総括的に説明する。

本実施の形態で用いる現像器４は、二成分現像剤を使用する二成分現像方式を採用する。この現像器４は、現像処理時に、感光ドラム１に対向する現像位置に配置される。この現像器４の内部は、現像位置において垂直方向に延在する隔壁４５によって、第１室（現像室）４５ａと第２室（攪拌室）４５ｂとに区画されている。第１室４５ａには、現像剤担持体としての非磁性の現像スリーブ４１が配置されている。この現像スリーブ４１内には、磁界発生手段としての不図示のマグネットが固定配置されている。

第１室４５ａ、第２室４５ｂには、それぞれ現像剤攪拌搬送手段としての、第１及び第２のスクリュー４２、４３が配置されている。第１のスクリュー４２は、第１室４５ａ中の現像剤を攪拌搬送する。また、第２のスクリュー４３は、トナー補給槽３３からのトナー搬送スクリュー３２の回転によって供給されたトナーと、すでに現像器内にある現像剤とを攪拌搬送し、現像剤のトナー濃度を均一化する。また、第１室４５ａと第２室４５ｂとの間の隔壁４５には、図１における手前側と奥側の端部において第１室４５ａと第２室４５ｂとを相互に連通させる不図示の現像剤通路が形成されている。

このように構成された現像器４では、第１、第２スクリュー４２、４３の搬送力により、現像によってトナーが消費されて現像剤のトナー濃度が低下した第１室４５ａ内の現像剤が一方の通路から第２室４５ｂへ移動される。さらに、第２室４５ｂ内で現像剤のトナー濃度の回復した現像剤は、他方の通路から第１室４５ａ内へ移動される。

現像器４内の二成分現像剤は、マグネットの磁力により現像スリーブ４１上に担持される。次いで、現像剤スリーブ４１上の現像剤は、現像剤規制部材としての不図示のブレードにより層厚が均一化され、現像スリーブ４１の回転に伴って感光ドラム１と対向した現像領域に搬送される。そして、現像領域において現像剤は、感光ドラム１上の静電潜像の現像に供される。

この現像器４では、現像効率（潜像へのトナー付与率）を向上させるために、現像スリーブ４１に現像バイアス出力手段としての現像バイアス電源４４（図４に図示）から所定の現像バイアスが印加される。この現像器４では、現像スリーブ４１に、現像バイアス電源４４から、直流電圧を交流電圧に重畳した現像バイアス電圧が印加される。

このように構成された各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれトナー補給槽３３Ｙ、３３Ｍ、３３Ｃ、３３Ｋからトナーが補給される。このトナー補給槽３３Ｙ、３３Ｍ、３３Ｃ、３３Ｋは、回転式現像装置４０の上部に配置されている。

各トナー補給槽３３Ｙ、３３Ｍ、３３Ｃ、３３Ｋには、補給用トナーが収容されている。各補給槽３３Ｙ、３３Ｍ、３３Ｃ、３３Ｋの下部には、駆動源としてのモータ３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋにより回転駆動されるトナー搬送スクリュー３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋが設置されている。

トナー搬送スクリュー３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋは、それぞれ補給用トナーを、トナー搬送路（図示せず）を通して搬送し、各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ内に供給する。トナー搬送スクリュー３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋによるトナーの供給は、制御部１１０のＣＰＵ１１１が、モータ駆動回路（図示せず）を介してモータ３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋの回転制御により制御する。このため、ＣＰＵ１１１に接続されたＲＡＭ１１２には、モータ駆動回路に供給する制御データ等が記憶されている。

上述したトナー補給槽３３Ｙ、３３Ｍ、３３Ｃ、３３Ｋ、モータ３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ、及びトナー搬送スクリュー３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋなどが、トナー補給装置（トナー補給手段）３０を構成する。なお、トナー補給装置３０のそれぞれの色の部材の構成及び動作は、補給するトナーの色が異なることを除いて実質的に同じである。

上述のようにして、静電潜像の現像処理を行うと、トナーが消費されて現像器４内の現像剤のトナー濃度が低下する。そのため、本実施の形態においては、濃度制御装置３００により、トナー補給槽３３からトナーを現像器４に補給する制御（トナー補給制御）を行う。このトナー補給制御では、現像剤のトナー濃度を可及的に一定になるよう制御し、又は各階調レベルにおいて画像データに基づく画像濃度が可及的に所定の目標値になるように現像剤のトナー濃度を制御する。

この画像形成装置１００の濃度制御装置３００は、感光ドラム１上に参照用にパッチ画像を作像し、その画像濃度を感光ドラム１に対向設置した画像濃度センサ（パッチ検ＡＴＲセンサ）１２により検知してトナー濃度を制御するパッチ検ＡＴＲでトナー補給制御を行うことができるようによう構成されている。また、この濃度制御装置３００は、トナー濃度センサ（現像剤反射ＡＴＲセンサ）１４により現像器４内の現像剤のトナー濃度を検知してトナー濃度を制御する現像剤反射ＡＴＲの方式によるトナー補給制御も行うことができるようによう構成されている。さらに、濃度制御装置３００は、ビデオカウンタ２２０からの画素毎のデジタル画像信号の出力レベルから必要な即ち消費されるトナー量を演算してトナー濃度を制御するビデオカウントＡＴＲ方式によるトナー補給制御も行うことができるようによう構成されている。

このように、本実施の形態の画像形成装置１００では、３つの方式を用いる濃度制御装置３００を利用してトナー補給制御を実行する。パッチ検ＡＴＲでは、画像濃度検知手段としての画像濃度センサ１２を用いて、所定の出力画像（パッチ）の濃度の変動を検知し、その検知結果に基づいてトナー補給制御を行う。パッチの形成は所定枚数の記録材に画像が形成される毎に行われる（例えば、２４枚毎にパッチを形成する。）現像剤反射ＡＴＲでは、トナー濃度検知手段としてのトナー濃度センサ１４を用いて、現像器４内の現像剤のトナー濃度を直接検知し、その検知結果に基づいてトナー補給制御を行う。ビデオカウントＡＴＲでは、トナー濃度検知手段としてのビデオカウンタ２２０を用いて、ビデオカウント数から予測されるトナー消費量に基づいてトナー補給制御を行う。なお、それぞれの方式に基づく濃度制御装置３００の動作については、後述する。

次に、この画像形成装置１００における濃度制御装置３００の制御について、図４を参照して説明する。

この画像形成装置１００の濃度制御装置３００は、プリンタ部Ｂの動作を統括的に制御する制御部１１０を有する。この制御部１１０は、ＣＰＵ１１１と、ＲＡＭ１１２と、ＲＯＭ１１３と、を有する。さらに、この制御部１１０は、後述する現像コントラスト電圧制御手段の機能を兼ね備える。この制御部１１０は、特に、トナー濃度センサ１４、画像濃度センサ１２及びビデオカウンタ２２０（図２参照）からの信号に基づいて、補給トナー量を制御するモータ３１を制御する。そして、制御部１１０は、制御信号に基づいて、一次帯電器２にグリッドバイアスを出力するグリッドバイアス電源２１と、現像器４の現像スリーブ４１に現像バイアスを出力する現像バイアス電源４４と、を制御し、現像コントラスト電圧を制御する。

この画像形成装置１００では、感光ドラム１に形成された画像濃度制御用の基準静電潜像を、現像器４で現像して画像濃度制御用の基準トナー像（パッチ画像、トナーパターン）を感光ドラム１に形成する。画像濃度センサ１２は、ＬＥＤ等の発光素子を備える発光部１２ａと、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子を備える受光部１２ｂとを有する。この画像形成装置１００では、発光部１２ａから画像濃度制御用の基準トナー像（パッチ画像）に光を照射し、その反射光を受光部１２ｂによって受光する。ＣＰＵ１１１は受光部１２ｂが受光する反射光の光量から基準トナー像の濃度を検出する。

また、この画像形成装置１００は、現像器４内の現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段としてのトナー濃度センサ１４及びビデオカウンタ２２０を有する。そして、少なくともトナー濃度検知センサ１４又は２２０（ビデオカウンタ）の検知結果に基づいてトナー補給装置３０から現像器４へのトナー補給動作を行う。

さらに、この制御部１１０は、トナー濃度検知結果とパッチ画像濃度検知結果に応じて、現像コントラスト電圧を制御するか、トナー補給を制御するか、又は現像コントラスト電圧とトナー補給とを制御するかを切り替える機能を有する。

そしてこの画像形成装置１００の制御部１１０は、トナー濃度検知センサ１４又は２２０の結果と、画像濃度検知手段としての画像濃度センサ１２の結果に対応して、現像コントラスト電圧の制御とトナー補給動作の制御とを切り替えて実行可能に構成されている。

次に、連続画像形成中の画像濃度検知及び画像階調制御について説明する。

先ず、パッチ検ＡＴＲについて説明する。まず、ＣＰＵ１１１は、連続画像形成中に、図６に示すように、感光ドラム１上の出力する画像の先端と後端に挟まれた非画像領域に、画像濃度検知用画像パターン（パッチ画像）Ｑを形成する。なお、以下、パッチ画像の静電潜像を「パッチ潜像」という。このため図４に示すように、プリンタ制御部１０９は、予め定められた濃度に対する信号レベルを有するパッチ画像信号を発生するパッチ画像信号発生回路（パターンジェネレータ）１９２を備える。

このプリンタ制御部１０９は、パターンジェネレータ１９２からのパッチ画像信号を、パルス幅変調回路１９１に供給し、予め定められた濃度に対するパルス幅を有するレーザー駆動パルスを発生させるよう制御する。次に、このプリンタ制御部１０９は、レーザー駆動パルスをレーザースキャナ３の半導体レーザーに供給して半導体レーザーをそのパルス幅に対応する時間だけ発光させて、感光ドラム１を走査露光するよう制御する。このようにして予め定められた濃度に対するパッチ潜像が、感光ドラム１に形成される。次に、このパッチ潜像は、現像器４によって現像される。このようにして形成された感光ドラム１上のパッチ画像Ｑは、画像濃度センサ１２で、反射光量が測定される。

画像濃度センサ１２は、感光ドラム１上の非画像領域に形成されたパッチ画像Ｑが画像濃度センサ１２の下を通過するタイミングを見計らって、反射光量を測定する。この測定結果に係る信号は、ＣＰＵ１１１に入力される。その後、ＣＰＵ１１１は、所望の所定濃度（反射光量）が得られると推定される補給トナー量の補正量（後述）を求める。

次に、画像濃度センサ１２で反射光量を測定する具体的な手段について、図７の画像濃度センサ１２の出力信号を処理する回路構成を例示するブロック図によって説明する。

画像濃度センサ１２に入力される感光ドラム１からの反射光（近赤外光）は、０〜５Ｖの電気信号に変換される。この０〜５Ｖの電気信号は、制御部１１０に設けられるＡ／Ｄ変換回路１５により、８ビットのデジタル信号に変換される。そして、このデジタル信号は、制御部１１０に設けられる濃度変換回路１６によって濃度情報に変換される。

本実施の形態では、使用するトナーが、スチレン系共重合樹脂をバインダとして、各色の色材を分散させたものとしている。ここで用いられる感光ドラム１は、近赤外光（９６０ｎｍ）の反射率が約４０％のＯＰＣ感光体である。なお。反射率が同程度であるアモルファスシリコン系の感光体などであっても構わない。また、この画像濃度センサ１２は、感光ドラム１からの正反射光のみを検出するよう構成されている。

画像濃度センサ１２で反射光量を測定した結果は、図８に示すごとくなる。図８は、感光ドラム１上に形成したパッチ画像Ｑの濃度を各色の面積階調により段階的に変えた時の、画像濃度センサ１２の出力と出力画像の濃度との関係を示している。なお、トナーが感光ドラム１に付着していない状態の画像濃度センサ１２の出力を５Ｖ、つまり２５５レベルに設定する。

図８に示されるように、各トナーによる面積被覆率が大きくなり、画像濃度が大きくなるのに従い画像濃度センサ１２の出力が小さくなる。このような画像濃度センサ１２の特性に基づき、画像濃度センサ１２の出力から濃度信号に変換する各色専用のテーブル１６ａを予め用意する。このテーブル１６ａは、濃度変換回路１６の記憶部に記憶されている。これにより、濃度変換回路１６は、各色とも、精度よく画像濃度を読み取ることができる。濃度変換回路１６は、濃度情報をＣＰＵ１１１へと出力する。

なお、本実施の形態では、パッチ画像Ｑを形成する際のレーザー出力として、各色とも６４レベルの濃度信号を用いる。その際、階調補正テーブル（ＬＵＴ）を用いてレーザー出力が決まるのは前述のとおりである。

本実施の形態では、通常の画像形成中に非画像領域にパッチ画像Ｑを形成し、その濃度を検出して、補給トナー量を随時補正するように制御する。これにより理想的には、パッチ検ＡＴＲ方式によるトナー補給制御によってパッチ画像Ｑの濃度信号が６４レベルに亘って検出されるように補正される。しかし、画像形成装置１００の画像特性は常に変化を起こす可能性がある。そのため、画像濃度センサ１２によりパッチ画像Ｑの濃度が常に６４レベルに亘って検出されるわけではない。

従って、ＣＰＵ１１１は、初期設定時に得られたパッチ画像Ｑの基準濃度信号と、測定結果とのずれΔＤに基づき、補給トナー量を補正するΔＤが正であれば、補給トナー量を減らし、ΔＤが負であれば補給トナー量を増やす。

基準濃度信号は、ＲＡＭ１１２に記憶されている。これにより、ある程度のリップルは有するものの、良好な一定の濃度推移が得られる。

次に、ビデオカウントＡＴＲを用いたトナー補給制御について説明する。本実施の形態では、ビデオカウントＡＴＲとパッチ検ＡＴＲとにより、下記式（１）から補給トナー量Ｍｓｕｍが求められる。
補給トナー量Ｍｓｕｍ＝Ｍｖ＋（Ｍｐ／パッチ検ＡＴＲ頻度） ．．．（１）
Ｍｖ：ビデオカウントＡＴＲにより求まった補給トナー量
Ｍｐ：パッチ検ＡＴＲにより求まった補給トナー量
上記Ｍｐ（以下、「補給補正量」という。）は、上述のように、初期の現像剤でのパッチ画像Ｑの濃度の検知値を基準として、その基準値と測定結果との差分ΔＤから求まる。すなわち、例えば、現像器４内のトナーの量がその基準値より１ｇ（基準量）分変化した時のパッチ画像Ｑの濃度の測定結果の変化を変化量ΔＤｒａｔｅとして予め求めておく。このΔＤｒａｔｅは、ＲＯＭ１１３に記憶されている。これにより、ＣＰＵ１１１は、下記式（２）から補給補正量Ｍｐを求める。

Ｍｐ＝ΔＤ／ΔＤｒａｔｅ ．．．（２）
ここで、補給補正量Ｍｐ分のトナー補給は、色味変動の低減のために、パッチ検ＡＴＲの実行間隔内でなるべく平均して処理することが理想的である。そのため、補給補正量Ｍｐをパッチ検ＡＴＲの実行間隔で均等に分割して処理する。従って、式１において、補給補正量Ｍｐを、パッチ検ＡＴＲの実行頻度で割っている。補給補正量Ｍｐをパッチ検ＡＴＲの実行頻度で割らない場合、例えば、パッチ検ＡＴＲの実行後の１枚目の画像形成時に、大幅なトナー補給制御が行なわれて、オーバーシュートが起こることがある。

ビデオカウントＡＴＲにより決定される上記Ｍｖ（以下、「基礎補給量」という。）は、リーダ部Ａから読み込んだ画像信号、或いはコンピュータ等から送られてきた画像信号から求められる。これら画像信号の処理を行なう回路構成は、図２のブロック図に示したとおりである。

前述のように、ビデオカウンタ２２０に画像信号が送られる。そして、ビデオカウンタ２２０により、画素単位の濃度値を積算し、各画像のビデオカウント値が算出される。

このビデオカウント値は、予め求められたビデオカウント値と補給トナー量との関係を示すテーブルを用いて、基礎補給量Ｍｖへと換算される。このテーブルは、ＲＯＭ１１３に記憶されている。こうして、画像形成を行うごとに各画像の基礎補給量Ｍｖが算出される。

以上のようにして、制御部１１０のＣＰＵ１１１は、式１により補給トナー量Ｍｓｕｍを求める。

すなわち、本実施の形態では、感光ドラム１上の静電潜像はデジタル方式で形成される。トナー補給動作は、感光ドラム１上に形成される静電潜像の画素毎のデジタル画像信号の出力レベルに基づいて行われ、画像濃度センサ１２の検知結果に基づいて修正される。

次に、現像剤反射ＡＴＲについて説明する。本実施の形態では、現像剤反射ＡＴＲは、トナー補給制御の制限を行うトナー濃度の領域（補給制御制限領域）を判断するのに使用される。トナー濃度センサ１４は、現像器４の現像スリーブ４１の対向部に配置されている。本実施の形態では、現像色が変わるときに現像器４を担持している回転支持体５が回転することで、トナー濃度センサ１４に対向する現像器４が変わる。これにより、トナー濃度センサ１４は、全色用の現像器４内の現像剤のトナー濃度を測定することが可能となる。トナー濃度センサ１４は、ＬＥＤ等の発光素子を備える発光部１４ａと、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子を備える受光部１４ｂと、を有する。

現像器４内の現像剤のトナー濃度Ｔ／Ｄ（トナー／現像剤比）は、ＣＰＵ１１１が、トナー濃度センサ１４の測定結果などから、下記式により求める。
Ｔ／Ｄ＝（ＳＧＮＬ値−ＳＧＮＬｉ値）／Ｒａｔｅ＋初期Ｔ／Ｄ ．．．（３）
ＳＧＮＬ値：トナー濃度センサの測定値
ＳＧＮＬｉ値：トナー濃度センサの初期測定値（初期値）
また、Ｒａｔｅは、トナー濃度センサ１４の特性として、ΔＳＧＮＬのＴ／Ｄへの感度を予め測定したものである。初期Ｔ／Ｄ、ＳＧＮＬｉ値は、初期設置時に測定したものを使用し、これら初期Ｔ／Ｄ、ＳＧＮＬｉ値、Ｒａｔｅは、制御部１１０のＲＡＭ１１２に記憶されている。

各トナー濃度Ｔ／Ｄの領域におけるトナー補給制御、又はトナー補給制御制限の方法自体は、表１に示すとおりである。

上述のようにして求められた現像剤のトナー濃度Ｔ／Ｄ、並びに、基礎補給量Ｍｖ、補給補正量Ｍｐによって、例えば、表１に従ってトナー補給制御が行なわれる。

即ち、表１に示すように、トナー濃度Ｔ／Ｄが１１％を超える場合（領域Ａ、Ｂ、Ｃ）、たとえパッチ検ＡＴＲの結果として画像濃度が薄いと判断されても、これ以上トナー濃度Ｔ／Ｄを上げるとあふれや、かぶりなどの危険がある。そのため、ＣＰＵ１１１は、トナー補給に規制をかける。領域Ｃでは、パッチ検ＡＴＲにより画像濃度が薄いと判断されると、ビデオカウントＡＴＲのみによりトナー補給を行う。領域Ｂでは、パッチ検ＡＴＲの結果によらず、トナー補給を停止する。領域Ａでは、パッチ検ＡＴＲの結果によらず、ＡＴＲエラーとして、トナー補給制御に問題があることを示す情報を操作部２１７の表示器２１８等を介して使用者に報知する。

同様に、トナー濃度Ｔ／Ｄが６％以下である場合（領域Ｅ、Ｆ、Ｇ）、たとえパッチ検ＡＴＲの結果として画像濃度が濃いと判断されても、これ以上トナー濃度Ｔ／Ｄを下げると現像剤担持体への現像剤のコート不良などの危険がある。そのため、ＣＰＵ１１１は、トナー補給に規制をかける。領域Ｅでは、パッチ検ＡＴＲにより画像濃度が濃いと判断されると、ビデオカウントＡＴＲのみによりトナー補給を行う。領域Ｆでは、パッチ検ＡＴＲの結果によらず、所定量のトナーを強制的に補給する。領域Ｇでは、パッチ検ＡＴＲの結果によらず、ＡＴＲエラーとして、トナー補給制御に問題があることを示す情報を操作部２１７の表示器２１８等を介して使用者に報知する。

ここで、ビデオカウントＡＴＲのみ（パッチ結果無視）とは、Ｍｓｕｍ＝Ｍｖとすることを意味する。

これにより、領域Ｄでは、非常に良好な濃度推移が得られる。また、領域Ｂ、領域Ｃ、並びに、領域Ｅ、領域Ｆでは、濃度推移としては振れが見られるものの、現像剤のあふれや、かぶり、或いは現像スリーブ４１への現像剤のコート不良が発生するトナー濃度Ｔ／Ｄの領域へ至らないように制御することが可能である。従って、領域Ａ、領域Ｇのように、ＡＴＲエラーが発生することがなく、またトナー補給制御不良により画像形成装置１００の損傷に至ることは無い。

このように、トナー補給制御に所定のリミットを設け、トナー濃度Ｔ／Ｄの検知結果がその所定のリミットを超えた場合に、パッチ検ＡＴＲにおけるパッチ画像Ｑの濃度の検出結果をトナー補給制御にフィードバックしない領域（補正制御制限領域）がある。

表２は、従来行っていた、トナー濃度Ｔ／Ｄとパッチ検ＡＴＲの結果に応じてどのような現像コントラスト電圧制御を行うかを示す。

トナー濃度Ｔ／Ｄが適正範囲（表２における領域Ｄ）を外れた場合、出力画像の濃度の振れの検知結果を現像コントラスト電圧にフィードバックする。領域Ｂ、領域Ｃ、並びに、領域Ｅ、領域Ｆのように、トナー補給に制限が加わった時でも良好な濃度で画像が形成されるように、現像コントラスト電圧を補正する。

このため、画像形成装置１００は、感光ドラム１に形成された画像濃度制御用の基準静電潜像（パッチ潜像）を現像器４により現像して形成された画像濃度制御用の基準トナー像（パッチ画像）の濃度を検知する画像濃度センサ１２を有する。さらに、画像形成装置１００は、現像器４内の現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ１４を有する。画像形成装置１００は、画像濃度センサ１２またはトナー濃度センサ１４の検知結果に基づいてトナー補給装置３０から現像器４へのトナー補給動作を行う。

ここで、画像形成装置１００は、トナー補給動作がトナー濃度センサ１４の検知結果に基づいて制限される現像剤のトナー濃度領域である補給制御制限領域を有する。これと共に、この画像形成装置１００は、トナー補給動作がトナー濃度センサ１４の検知結果に基づいて制限されない現像剤のトナー濃度領域である通常補給領域を有する。そして、この画像形成装置１００では、トナー濃度センサ１４によって検知された現像器４内の現像剤のトナー濃度が補給制御制限領域（表２のトナー濃度領域Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆ）にある時に、画像濃度センサ（パッチ検ＡＴＲセンサ）１２の検知結果に基づいて現像コントラスト電圧を可変制御する。

この現像コントラスト電圧は、現像スリーブ４１に印加する現像バイアスの直流成分の電位と、感光ドラム１上の明部電位（画像部電位）との電位差である。本実施の形態では、現像コントラスト電圧Ｖｃｏｎｔを、一次帯電器２のグリッドに印加するグリッドバイアスＶｇと、現像器４の現像スリーブ４１に印加する現像バイアスのＤＣ成分Ｖｄｃとを制御することで制御する。

すなわち、本実施の形態では、現像コントラスト電圧を、感光ドラム１の帯電電位及び現像スリーブ４１の電位を変更することで変更する。なお、現像コントラスト電圧の制御方法は、これに限定されるものではなく、レーザーパワーを制御するなどの他の方法を採用しても構わない。また、現像コントラスト電圧の制御方法は、一次帯電器２のグリッドに印加するグリッドバイアスＶｇと、現像器４の現像スリーブ４１に印加する現像バイアスのＤＣ成分Ｖｄｃとのいずれかを制御することで制御する方法を用いても良い。

本実施の形態で現像コントラスト電圧を上下させる場合に、制御部１１０のＣＰＵ１１１は、下記式（４），（５）に従ってＶｇとＶｄｃとを変化させる。
Ｖｇ＝Ｖｇ＿ｒｅｆ＋α×Ｖｇ＿ｒｅｆ ．．．（４）
Ｖｄｃ＝Ｖｄｃ＿ｒｅｆ＋α×Ｖｇ＿ｒｅｆ ．．．（５）
Ｖｇ＿ｒｅｆ：現像コントラスト電圧制御を行なう前のＶｇ
Ｖｄｃ＿ｒｅｆ：現像コントラスト電圧制御を行う前のＶｄｃ
α：現像コントラスト電圧制御指数
ここで、現像コントラスト電圧制御指数αは、下記式のように積算されていく：
α＝前回のα＋今回のα（αは積算。初期値は０。） ．．．（６）
領域Ｂ、領域Ｃにおいて、現像コントラスト電圧を上げる場合には、現像コントラスト電圧制御指数αを大きくしていく。逆に、領域Ｅ、領域Ｆで現像コントラスト電圧を下げる場合には、現像コントラスト電圧制御指数αを負の方向に大きくしていく。

また、現像コントラスト電圧制御指数αは、パッチ検ＡＴＲの結果に依存する。よって、ＣＰＵ１１１は、ＶｇとＶｄｃがそれぞれ１Ｖ変化した時の、パッチ検ＡＴＲによるパッチ画像Ｑの濃度の検知結果の変化を変化量ΔＤｒａｔｅ２として予め求めておくことで、上述の式（２）のように、下記式により「今回のα」を求める。

今回のα＝ΔＤ／ΔＤｒａｔｅ２ ．．．（７）
一方、表１において通常のトナー補給を行う領域では、現像コントラスト電圧を戻す。

通常のトナー補給は、領域Ｂ及び領域Ｃにおいてパッチ検ＡＴＲで画像濃度が適正又は濃いと判断されている場合に、領域Ｄ、及び領域Ｅ及び領域Ｆにおいてパッチ検ＡＴＲで画像濃度が適正又は薄いと判断されている場合に行われる。この現像コントラスト電圧を戻す領域では、αの絶対値が減る方向にのみ制御する。そして、αが０になった場合には、現像コントラスト電圧を変更しない。これは、通常のトナー濃度Ｔ／Ｄでは、なるべく現像コントラスト電圧を一定として、トナー補給制御で現像性を一定とするためである。これにより、現像剤そのものの現像性が一定、すなわち、トナーの帯電量が一定となり、転写性の変化につながらない。

しかしながら表２に示すものでは、トナー補給を制限するためのリミット値（トナー補給制限リミット値）と、トナー濃度の状態に応じて、画像濃度検知用パッチ濃度により現像コントラスト制御か補給制御かを切り替える制御切替リミット値と、が同一のもの（上限側Ｔ／Ｄ１１％、下限側Ｔ／Ｄ６％）とされている。ここで、トナーの補給を制限するためのトナー補給制限リミット値は、現像剤のあふれや、かぶり、或いは現像剤担持体への現像剤のコート不良を防止し、画像品位の低下、ひいては、機械の損傷を防ぐために設けられたリミット値である。

トナー補給を制限するためのリミット値（トナー補給制限リミット値）と、トナー濃度の状態に応じて、画像濃度検知用パッチ濃度により現像コントラスト制御か補給制御かを切り替える制御切替リミット値と、が同一であると次のような課題が生じる。

次に、本実施の形態に係る画像形成装置１００の要部について、表３を参照して説明する。

この表３に示すように、この画像形成装置１００では、画像濃度検知用パッチ濃度により現像コントラスト制御か補給制御かを切り替える上側制御切替リミット値（表３ではＴ／Ｄ値１０．９％）は、トナー補給を制限するための上側トナー補給制限リミット値（表３ではＴ／Ｄ値１１％）よりも下側に設定している。また画像濃度検知用パッチ濃度により現像コントラスト制御か補給制御かを切り替える下側制御切替リミット値（表３ではＴ／Ｄ値６．１％）は、トナー補給を制限するための下制限側リミット値（表３ではＴ／Ｄ値６％）よりも上側に設定している。

次に、これら２種類のリミット値が同一であった場合、即ち、上側制御切替リミット値と上側トナー補給制限リミット値が同一であり、下側制御切替リミット値と下側トナー補給制限リミット値が同一であった場合と、そうでなかった場合について、それぞれ説明する。

図９は、トナー濃度センサ１４の従来品によるトナー濃度の検知結果とトナー濃度センサ１４の改良品によるされたトナー濃度の検知結果を示すグラフである。この図９では、トナー濃度のリミットを１１％としている。その場合、従来品では、１１％を超えている回数は３０回の検知回数のうち１５回あった。一方、改良品では、７回に改善されている。すなわち改良品では、検知結果が、トナー補給の制限値を超える回数を、約半減させることができた。

１．同一であった場合（従来例）
同一とした場合のリミット値は、現像剤のあふれや、かぶり、或いは現像剤担持体への現像剤のコート不良を防止し、画像品位の低下、ひいては、機械の損傷を防ぐために設けられたトナー濃度制御を制限するためのリミット値としている。その理由は、トナー濃度を最大限使用できる領域でトナー帯電量をなるだけ一定にでき、機械の損傷が起きない領域を使用するためである。なお、２つのリミット値が同一である場合には、どの位置にリミットを設定したとしても、下記に示したのと同様の課題が生じる。

ここでは、トナー濃度が制限リミット近傍で推移している場合を例にとって説明する。トナー濃度が上側制限リミット下側近傍で推移している状態では、図９に示すようにトナー濃度の検知バラツキが生じる。これは、画像濃度検知用パッチ濃度に基づいて現像コントラスト制御か補給制御かを切り替える制御切替リミット値を検知結果が超える頻度が変化することを意味している。

ここでは、トナー濃度の検知バラツキが大きい方が、現像コントラスト制御か補給制御かを切り替える制御切替リミット値を越える頻度は多い。一方でトナー濃度の検知バラツキが小さい方が、現像コントラスト制御か補給制御かを切り替える制御切替リミット値を越える頻度は少ない。

制御切替リミット値を越えている頻度が多い場合には、制御切替リミット値を越えている状態で画像濃度検知用パッチ濃度が薄いと検知すれば、現像コントラストにフィードバックし、可及的に速く画像濃度を補正する頻度が高い。

一方、トナー濃度検知バラツキが小さい場合には、制御切替リミット値を超えている頻度が低いために、画像濃度検知用パッチ濃度が薄いと検知すると、パッチ検ＡＴＲによりトナー補給動作する頻度が高い。パッチ検ＡＴＲによる補給制御は、フィードバック制御自体の時間遅れだけでなく、トナー補給による現像剤内トナーの移動のための時間も要し、実画像に効果として表れるまで現像コントラスト制御に比べて、時間遅れが生じる。その間、パッチ検ＡＴＲによるトナー補給制御では、現像動作を続行しているのでトナーの消費が進み、トナー帯電量のチャージアップがおき易くなる。その結果、パッチ検ＡＴＲによるトナー補給制御では、現像されるトナー量が低下し、短期的に画像濃度が低下する事態を引き起こし易くなる。

このようにトナー補給を制限するためのトナー補給制限リミット値と、画像濃度検知用パッチ濃度により現像コントラスト制御か補給制御かを切り替える制御切替リミット値を同一とした場合には、トナー濃度センサ１４によるトナー濃度検知バラツキの大小によって濃度変動が生じ易くなる。

２．同一でない場合（本実施の形態）
前記２種類のリミット値が同一でない場合には、各リミット値に関して、トナー濃度センサ１４によって検知された現像器４内の現像剤のトナー濃度について設定される、トナー補給を制限するための上側及び下側トナー補給制限リミット値は、前記２種類のリミット値が同一である場合の状態と同じ値とする。これは画像不良を防止するという観点から決定されている値であるためである。

一方、トナー濃度センサ１４によるトナー濃度の検知バラツキによって濃度変動の差が生じ易くなる不具合を解消するために、上記の画像濃度検知用パッチ濃度により現像コントラスト制御か補給制御かを切り替える上側制御切替リミット値は、トナー補給を制限するための上側トナー補給制限リミット値よりも下側とする。これと共に、画像濃度検知用パッチ濃度により現像コントラスト制御か補給制御かを切り替える下側制御切替リミット値は、トナー補給の制限をするための下側トナー補給制限リミット値よりも上側とする。

本実施の形態では、トナー濃度の検知バラツキによって濃度変動の差が生じ易くなる不具合を解消するために、画像濃度検知用パッチ濃度により現像コントラスト制御と補給制御とを切り替えるリミット値を、表３に示すように、トナー濃度の検知バラツキ内（誤検知幅内）に収まるように設定した。

次に、トナー濃度が制限リミット近傍で推移している場合における制御について説明する。トナー濃度が下側トナー補給制限リミット値近傍で推移している状態の場合には、トナー濃度の検知バラツキ内とすることで、画像濃度検知用パッチ濃度が薄いと検知すれば、現像コントラストにフィードバックする可能性を高くすることができる。つまりこの場合の制御では、トナー濃度の検知結果にバラツキがある限り、現像コントラスト制御か補給制御かを切り替える制御切替リミット値をトナー補給の制限に使用するトナー補給制限リミット値と同一とせず、トナー濃度の検知バラツキ内（誤検知幅内）に制御切替リミット値を設定する。

これにより、この場合の制御では、適切な頻度で現像コントラスト制御を動作させることができる。なお、この場合の制御では、トナー濃度Ｔ／Ｄの検知結果が領域Ｅや領域Ｆにあるときには、領域Ｃや領域Ｂにあるときの現像コントラスト電圧を上昇させるのとは、制御の方向性が逆で、現像コントラスト電圧を下降させるが、実質的に制御方法は同様である。

このように本実施の形態によれば、二成分現像剤におけるトナー濃度が適正範囲を超えないようトナー補給制御にリミットを設け、現像剤のあふれや、かぶり、或いは現像スリーブ４１への現像剤のコート不良の発生を防止することができる。さらに、トナー濃度の適正範囲のリミット近傍では、現像コントラスト制御か補給制御かを切り替える制御切替リミット値を、トナー補給の制限に使用するトナー補給制限リミット値と同一とせず、トナー濃度の検知バラツキ内に設定する。そしてパッチ画像Ｑの濃度である出力画像の濃度の振れの検知結果は、現像コントラスト電圧にフィードバックされる。

よって、本実施の形態では、現像剤のあふれや、かぶり、或いは現像剤担持体への現像剤のコート不良の発生を防止しつつ、現像性の確保、延いては、画像濃度や色味の一定性も確保することができる。従って、本実施の形態によれば、補給制御制限領域における画像濃度の安定化を図ることができ、高品位の画像形成が可能となる。

なお、本実施の形態では、トナー補給の制限に使用するトナー補給制限リミット値に対応して、現像コントラスト制御か補給制御かを切り替える制御切替リミット値を定める基準を以下のようにしている。

トナー補給の制限に使用する上側トナー補給制限リミット値に対する、制御切り替えの上側制御切替リミット値は、トナー濃度の検知センサの誤検知幅内（誤差量の範囲）で設定することが望ましい。例えば、制御切り替えの上側制御切替リミット値は、トナー濃度の検知センサの誤差量の最小値の量だけ、トナー補給の制限に使用する上側トナー補給制限リミット値から引き下げる。これにより、現像器４内におけるトナー濃度の変動量の変動の幅を最小にするようにして、トナー濃度の安定化を図ることができる。

また、トナー補給の制限に使用する下側トナー補給制限リミット値に対する、制御切り替えの下側制御切替リミット値は、上述した制御切り替えの上側制御切替リミット値と同様にして設定する。

以下、画像形成装置１００の制御部１１０による、現像コントラスト電圧の制御とトナー補給動作の制御とを切り替える制御切替処理について、図５を参照して説明する。

本制御切替処理は画像形成装置１００が画像を形成する際に制御部１１０が実行する。画像形成が開始されると、制御部１１０は、トナー濃度センサによってＴ／Ｄ比を検出する（ステップＳ５０１）。次に、制御部１１０は画像データからビデオカウント値を求め、ビデオカウント値からトナー消費量を算出する（ステップＳ５０２）。ステップＳ５０１の検出結果及びステップＳ５０２の算出結果に基づいて、制御部１１０はトナー補給が必要か否かを判定する（ステップＳ５０３）。ステップＳ５０３においてトナー補給が必要と判定された場合、制御部１１０はトナー搬送スクリュー３２を駆動することによってトナー補給を行う(ステップＳ５０４)。この時のトナー補給量はＴ／Ｄ比とビデオカウント値とに基づく。ステップＳ５０３においてトナー補給が必要ないと判定された場合、制御部１１０は制御をステップＳ５０１に戻す。

次に、制御部１１０は、前回パッチを形成してから所定枚数（例えば、２４枚）の記録材に画像が形成されたか否かを判定する(ステップＳ５０５)。ステップＳ５０５において所定枚数の記録材に画像が形成されていないと判定された場合、制御部１１０は制御をステップＳ５０１に戻す。一方、ステップＳ５０５において所定枚数の記録材に画像が形成されたと判定された場合、パッチを形成する（ステップＳ５０６）。続いて、制御部１１０は、パッチの濃度を検出し（ステップＳ５０７）、パッチ形成時に検出されるＴ／Ｄ比とパッチ濃度とに基づいて、トナー補給制御及び現像コントラスト電圧制御を実行する（ステップＳ５０８）。ステップＳ５０８の後、制御部１１０は、画像形成を終了するか否かを判定し（ステップＳ５０９）、画像形成を継続する場合には制御をステップＳ５０１に戻し、画像形成を終了する場合には本制御を終了させる。

以上、本発明を具体的な実施の形態に則して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施の形態では、単一の像担持体上に複数色のトナー像を順次に形成し、このトナー像を順に中間転写体上に転写する画像形成を例にして説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、各々が像担持体を備える画像形成部を複数有し、各画像形成部の像担持体上に形成したトナー像を、中間転写体上に順次に転写する、所謂、タンデム型の画像形成装置としてもよい。

また、上述の実施の形態では、画像形成装置は、中間転写体を有する中間転写方式の画像形成装置として説明したが、転写材担持体を備えた直接転写方式の画像形成装置にも、本発明は等しく適用し得るものである。周知のように、直接転写方式の画像形成装置は、単一又は複数の像担持体（感光体等）上に形成されたトナー像を、転写材担持体としての搬送ベルト等の上に担持された転写材に転写することで、転写材上に単色又は複数色の画像を形成する。

上述の実施の形態は、フルカラー画像などを形成可能なカラー画像形成装置において好適に作用するものであるが、単色の画像を形成する単色画像形成装置にも適用し得るものである。

上述の実施の形態では、トナー濃度センサ１４とビデオカウンタ２２０とを用いた。そして、トナー濃度センサ１４の結果は補給制御制限領域の判断（補給動作の選択）に用い、ビデオカウンタ２２０の結果は、画像濃度センサ１２の結果と共に補給トナー量の算出に用いた。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、トナー濃度検知センサとしていずれか一つを用いてもよい。例えば、トナー濃度検知手段としてトナー濃度センサ１４を用いる場合には、その検知結果に基づいてトナー濃度Ｔ／Ｄが所定値となるように補給トナー量を求める。これと共に、上述した実施の形態と同様にその検知結果に基づいて補給動作を選択することができる。

また例えば、トナー濃度検知手段としてビデオカウンタ２２０を用いる場合には、上述した実施の形態と同様にその検知結果に基づいて補給トナー量を求めると共に、その検知結果に基づいてトナー濃度Ｔ／Ｄを求めて補給動作を選択することができる。

上述した実施の形態では、画像濃度センサは、感光ドラム上でパッチ画像の濃度を検知するよう構成したものについて説明したが、これに限定されるものではない。パッチ画像は、中間転写体、転写材担持体などの感光ドラムからトナー像が転写される被転写体上に転写した後、その上で濃度を検知するように構成してもよい。

１２ 画像濃度センサ（画像濃度検知手段）
１４ トナー濃度センサ（トナー濃度検知手段）
３０ トナー補給手段
２２０ ビデオカウンタ（トナー濃度検知手段）
１１０ 制御部

Claims (1)

1. 画像を出力する画像形成装置であって、
   感光体と、
   前記感光体上に静電潜像を形成するために、画像データに基づいて前記感光体を露光する露光手段と、
   トナーと前記トナーを帯電させるキャリアを含む現像剤を保持する現像剤保持部と、前記トナーを担持するトナー担持体と、を有し、前記感光体上に形成された静電潜像と前記トナー担持体との間に電位差を形成することによって前記静電潜像を前記トナーによって現像する現像器と、
   前記現像器にトナーを補給するトナー補給手段と、
   出力する前記画像の濃度を制御するために前記感光体上に形成された基準静電潜像を前記現像器が前記トナーを用いて現像した濃度制御用トナー画像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、
   前記現像器内の現像剤に対する当該現像剤に含まれるトナーの量を示すトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
   前記画像濃度検知手段によって検知された前記濃度制御用トナー画像の濃度に基づいて、前記電位差の制御および前記トナー補給手段による前記現像器へのトナーの補給量の制御を実行する制御手段と、を有し、
   前記画像濃度検知手段によって検知された前記濃度制御用トナー画像の濃度が所定の濃度よりも薄い場合において、
   前記制御手段は、前記トナー濃度検知手段によって検知される前記トナー濃度が第１の閾値よりも大きい場合に前記トナー補給手段が前記現像器に補給するトナーの量が、前記トナー濃度検知手段によって検知される前記トナー濃度が第１の閾値以下の場合に前記トナー補給手段が前記現像器に補給するトナーの量よりも少なくなるように、前記トナー補給手段が前記現像器に補給するトナーの量を制限し、
   前記制御手段は、前記トナー濃度検知手段によって検知される前記トナー濃度が前記第１の閾値よりも低い第２の閾値以下の場合、前記電位差が維持されるまたは前記電位差が減少するように前記現像器を制御し、前記トナー濃度検知手段によって検知される前記トナー濃度が前記第２の閾値よりも大きい場合、前記電位差が増大するように前記現像器を制御することを特徴とする画像形成装置。

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