JP5865101B2

JP5865101B2 - 画像形成装置

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Description

本発明は、制御用トナー像のトナー載り量の検出結果に基づいて現像装置に対する現像剤の補給量を制御する画像形成装置、詳しくはトナー帯電量の調整によって画像濃度の再現性を確保する制御の一部を現像コントラストの調整に置き換える制御に関する。

像担持体に形成した静電像に帯電したトナーを付着させてトナー像に現像し、トナー像を直接又は中間転写体を介して記録材に転写し、トナー像を転写された記録材を加熱加圧して記録材に画像を定着させる画像形成装置が広く用いられている。図６の（ｂ）に示すように、画像形成装置では、現像剤担持体の電位と静電像の電位との電位差である現像コントラストＶｃｏｎｔＧ１を、帯電したトナーの合計の電気量で埋め合わせるようにトナー像が現像される。

このため、現像装置内の現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍが高まると、所定の静電像を現像したトナー像のトナー載り量が減って画像濃度は低下する。逆に、現像装置内の現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍが低下すると、所定の静電像を現像したトナー像のトナー載り量が増えて画像濃度が高まる。

したがって、従来の画像形成装置では、画像濃度の再現性を高めるために、現像装置内の現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍを終始一定に維持する制御が実行されていた（特許文献１、２）。

特許文献１の画像形成装置では、所定枚数の画像形成ごとに、一定の第一現像コントラストを設定して第一測定用トナー像（ＡＴＲパッチ）を形成し、ＡＴＲパッチを光学式センサで検出してトナー載り量を測定している。そして、光学式センサの出力情報に基づいて、ビデオカウント方式で求めた画像形成ごとの現像剤補給量を調整している。

特許文献２の画像形成装置では、第一測定用トナー像を用いた現像剤補給量の調整よりも少ない頻度で、第二測定用トナー像（Ｄｍａｘパッチ）を用いた画像形成時の現像コントラストの調整を行っている。ここでは、最大階調（画像比率１００％、べた画像）のＤｍａｘパッチを形成して、画像形成に用いる第二現像コントラストを調整する、いわゆるＤｍａｘ制御を実行している。そして、温度湿度の変化による現像剤補給量の誤差を減らすために、Ｄｍａｘ制御で求めた現像コントラストとトナー載り量の関係に基づいて現像剤補給量調整に用いる第一現像コントラストを修正している。

特開平１０−０３９６０８号公報特開２００５−２７４７８９号公報

特許文献１、２の画像形成装置では、現像剤のトナー帯電量が最初から最後まで一定に保たれるように補給現像剤の補給量が調整される。パッチトナー像のトナー載り量が少ない場合には、現像装置に対するトナー補給量を増して、キャリアに対するトナーの摩擦機会を減らしてトナー帯電量Ｑ／Ｍを低下させることにより、画像のトナー載り量を高める。逆に、パッチトナー像のトナー載り量が多い場合には、現像装置に対するトナー補給量を減らして、キャリアに対するトナーの摩擦機会を増してトナー帯電量Ｑ／Ｍを高めることにより、画像のトナー載り量を減らす。

しかし、トナー消費量が極端に少ない画像形成が連続すると、キャリアに対するトナーの摩擦回数が増えるので、トナー帯電量Ｑ／Ｍが上昇してパッチトナー像のトナー載り量が少なくなる。トナー帯電量Ｑ／Ｍを下げて画像濃度の再現性を確保するために、トナーが過剰に補給され続けると、現像剤のトナー濃度（現像剤に占めるトナーの重量比率）が上限値（例えば１１％）を超えてしまう。トナー濃度が上限値を超えると、現像装置の正常な運転が継続できなくなるので好ましくない。

逆に、トナー消費量が極端に高い画像形成が連続すると、キャリアに対するトナーの摩擦回数が少なくなるので、トナー帯電量Ｑ／Ｍが低下してパッチトナー像のトナー載り量が多くなる。トナー帯電量Ｑ／Ｍを上げて画像濃度の再現性を確保するために、トナー補給が停止され続けると、現像剤のトナー濃度が下限値（例えば５％）を割り込んでしまう。トナー濃度が下限値を割り込むと、現像装置の正常な運転が継続できなくなるので好ましくない。

近年、画像形成装置の小型化に伴って現像装置が小型化されて分母の現像剤量が少なくなる一方、画像形成装置の生産性向上に伴って分子である補給現像剤の時間当たり最大補給量が増大している。このため、現像装置内の現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍが変動し易くなるとともに、トナー補給やトナー補給制限に伴ってトナー濃度が変動し易くなっている。このため、トナー消費量が極端に少ない画像形成が連続した場合に、ごく短時間で現像装置内の現像剤のトナー濃度が上限値に達してしまう。トナー消費量が極端に高い画像形成が連続した場合に、ごく短時間で現像剤のトナー濃度が下限値に達してしまう。

本発明は、トナー消費量が極端に少ない画像形成が連続しても、トナー消費量が極端に高い画像形成が連続しても、長期間にわたって現像剤のトナー濃度を許容範囲に収めて現像装置を正常に運転できる画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体に画像の静電像を形成する静電像形成手段と、帯電したトナーを含む現像剤を現像剤担持体に担持させて前記現像剤担持体に電圧を印加することにより、前記像担持体の静電像を、前記現像剤担持体の電位と前記静電像の電位差である現像コントラストに応じたトナー載り量のトナー像に現像する現像装置と、画像形成で消費されたトナーを補給するために前記現像装置に現像剤を補給する補給手段と、画像形成の制御に用いられる測定用トナー像を検出してトナー載り量に応じた情報を出力する検出手段と、前記静電像形成手段及び前記現像装置を用いて第一現像コントラストを設定して第一測定用トナー像を形成して前記検出手段を用いて検出し、前記第一測定用トナー像のトナー載り量が第一目標トナー載り量に近付くように前記補給手段による現像剤の補給量を制御する制御手段と、前記静電像形成手段及び前記現像装置を用いて所定の現像コントラストを設定して第二測定用トナー像を形成して前記検出手段を用いて検出し、前記検出手段の検出結果に基づいて、画像形成時の最大画像濃度用の現像コントラストを設定する最大濃度調整手段とを備えるものである。そして、前記最大濃度調整手段による調整タイミングに応じて、前記静電像形成手段及び前記現像装置を用いて前記第一現像コントラストを設定して測定用トナー像を形成して前記検出手段を用いて検出し、検出したトナー載り量を前記第一目標トナー載り量として設定する設定手段とを備える。

本発明の画像形成装置では、現像装置内の現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍの変化に応じて目標トナー載り量を変更するので、現像装置内のトナー帯電量Ｑ／Ｍを初期の値に戻すためのトナー補給が不要である。目標トナー載り量の変更後は、更新された目標トナー載り量を用いて、更新時点のトナー帯電量Ｑ／Ｍを保つようにトナー補給を行うため、次回の更新まで、画像形成ごとの画像濃度は高精度に再現される。

したがって、トナー消費量が極端に少ない画像形成が連続しても、トナー消費量が極端に高い画像形成が連続しても、長期間にわたって現像剤のトナー濃度を許容範囲に収めて現像装置を正常に運転できる。

なお、目標トナー載り量の変更は、変更の前後で画像濃度差を生じるため、最大濃度調整手段による現像コントラストの調整時期に合わせて行うことが望ましい。最大濃度調整手段は、現像されたトナー像のトナー載り量が出力画像の最大濃度に相当する第二目標トナー載り量となるように画像形成に用いる現像コントラストを設定する制御である。現像コントラストの調整によって、目標トナー載り量の変更に伴う画像濃度差が相殺されるからである。

画像形成装置の構成の説明図である。現像装置の軸垂直断面の構成の説明図である。現像装置の水平断面の構成の説明図である。画像形成装置における画像濃度制御の制御系のブロック図である。パッチトナー像の配置の説明図である。パッチトナー像の現像コントラストの説明図である。面積階調の説明図である。面積階調による光学式センサの出力の変化の説明図である。現像剤のトナー帯電量の上昇の説明図である。実施例１のトナー帯電量制御のフローチャートである。実施例２におけるパッチ検知ＡＴＲ制御の目標値の設定の説明図である。実施例３のトナー帯電量制御のフローチャートである。ビデオカウンタの構成の説明図である。トナー消費量のヒストグラムである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、パッチ検知ＡＴＲによる現像剤補給制御の一部が現像コントラスト調整に置き換えられる限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、本発明は、タンデム型／１ドラム型、中間転写型／記録材搬送型、枚葉転写型の画像形成装置のいずれでも実施できる。中間転写型において、パッチトナー像のトナー載り量は、像担持体上のみならず、中間転写体上で検出してもよい。像担持体は、有機感光体に限らず、アモルファスシリコン感光体等の無機感光体を使用してもよく、感光ドラムに限らず、ベルト状の感光体を用いてもよい。帯電方式、現像方式、転写方式、クリーニング方式、定着方式に関しても、任意に選択可能である。現像装置は、現像室と攪拌室を上下に配置する縦型のみならず、現像室と攪拌室を水平に並べて配置する横型でもよい。キャリアを担持させた磁気ブラシローラにトナーのみを補給するいわゆるハイブリッド型でもよい。

本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。

＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト５に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。

画像形成部Ｐａでは、感光ドラム１ａにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト５に転写される。画像形成部Ｐｂでは、感光ドラム１ｂにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト５に転写される。画像形成部Ｐｃ、Ｐｄでは、それぞれ感光ドラム１ｃ、１ｄにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト５に転写される。

中間転写ベルト５は、駆動ローラ６１、対向ローラ６２、及びテンションローラ６３に懸架され、矢印Ｒ２方向に移動自在とされる。中間転写ベルト５に転写された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｓへ二次転写される。ピックアップローラ１３によって記録材カセット１２から取り出された記録材Ｓは、分離ローラ１１で１枚ずつに分離して、レジストローラ１４へ給送される。レジストローラ１４は、中間転写ベルト５のトナー像にタイミングを合わせて二次転写部Ｔ２へ記録材Ｓを送り出す。トナー像を転写された記録材Ｓは、定着装置１６で加熱加圧を受けて、表面にトナー像を定着された後に、排出トレイ１７へ排出される。

画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄで用いるトナーの色が異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの区別を表すａ、ｂ、ｃ、ｄを除いた一般的な画像形成部Ｐについて説明し、画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄに関する重複した説明を省略する。

画像形成部Ｐは、感光ドラム１の周囲に、コロナ帯電器２、露光装置３、電位センサ９、現像装置４、一次転写ローラ６、ドラムクリーニング装置１９を配置している。感光ドラム１は、アルミニウムシリンダの外周面に負極性の帯電極性を持たせた感光層が形成され、３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で矢印方向に回転する。コロナ帯電器２は、電位センサ９による表面電位の検出結果に基づいて感光ドラム１の表面を一様な負極性の暗部電位ＶＤに帯電させる。露光装置３は、レーザービームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１の表面に画像の静電像を書き込む。現像装置４は、静電像を現像して、感光ドラム１の表面にトナー像を形成する。

一次転写ローラ６は、中間転写ベルト５の内側面を押圧して、感光ドラム１と中間転写ベルト５との間にトナー像の転写部を形成する。一次転写ローラ６に正極性の直流電圧を印加することにより、感光ドラム１に担持された負極性のトナー像が中間転写ベルト５へ一次転写される。ドラムクリーニング装置１９は、記録材Ｓへの転写を逃れて感光ドラム１ａに残った転写残トナーを回収する。

＜現像装置＞
図２は現像装置の軸垂直断面の構成の説明図である。図３は現像装置の水平断面の構成の説明図である。

図２に示すように、現像装置４は、現像室２３と攪拌室２４を垂直方向に並べて配置した縦攪拌型の現像装置である。現像装置４は、現像容器２２を備え、トナーとキャリアを含む現像剤が現像容器２２に収容されている。

現像容器２２の感光ドラム１に対向した現像領域に相当する位置に開口部があり、この開口部に現像スリーブ２８が感光ドラム１方向へ一部露出するように、回転可能に配設されている。現像スリーブ２８は、静電像の現像時に、矢印Ｒ４方向（反時計方向）に回転し、規制ブレード２９によって層厚を規制された現像剤を担持して感光ドラム１の現像領域に搬送し、感光ドラム１に形成された静電像に現像剤を供給して静電像をトナー像に現像する。

現像スリーブ２８は、アルミニウムやステンレスのような非磁性材料で構成される。現像スリーブ２８の直径は２０ｍｍである。感光ドラム１の直径は４０ｍｍである。画像形成時における現像スリーブ２８の回転数は４９２ｒｐｍに設定され、現像スリーブ２８の感光ドラム１の周速に対する周速比は１８０％となっている。

現像スリーブ２８の内部には、マグネットローラ２８ｍが非回転状態で設置されている。マグネットローラ２８ｍは、感光ドラム１に対向して配置された現像極Ｓ２と、規制ブレード（穂切り部材）２９に対向して配置された磁極Ｓ１とを有する。マグネットローラ２８ｍは、磁極Ｓ１、Ｓ２の間に磁極Ｎ２を配置し、現像室２３及び攪拌室２４にそれぞれ対向させて磁極Ｎ１及びＮ３を配置している。現像スリーブ２８と感光ドラム１の対向間隔は、約３８０μｍに設定されているので、現像極Ｓ２の磁束によって現像スリーブ２８の表面に起立した現像剤の磁気穂の先端を感光ドラム１に接触させて現像を行うことができる。

現像スリーブ２８に先端を対向させて、現像スリーブ２８に担持された現像剤の層厚を規制する規制ブレード２９が配置されている。規制ブレード２９は、板状のアルミニウムで形成されて現像スリーブ２８の円筒面の母線に沿って配置された非磁性部材２９ａに、鉄材の磁性部材２９ｂを重ねて構成され、感光ドラム１よりも現像スリーブ２８の回転方向の上流側に配設されている。

現像剤は、規制ブレード２９の先端と現像スリーブ２８との隙間を通過して層厚を一定に揃えられた状態で現像領域へ送られる。規制ブレード２９と現像スリーブ２８の間隙を調整することによって、現像スリーブ２８上に担持した現像剤の磁気ブラシの穂切り量が規制されて、感光ドラム１の現像領域へ搬送される現像剤量が調整される。ここでは、感光ドラム１の現像領域へ搬送される現像剤の単位面積当りの現像剤コート量を３０ｍｇ／ｃｍ２に規制するように、規制ブレード２９と現像スリーブ２８の間隙を５８０μｍに設定している。規制ブレード２９と現像スリーブ２８の間隙は、２００〜１０００μｍ、好ましくは４００〜７００μｍに設定することが望ましい。

現像容器２２の内部は、高さ方向の中央で紙面に垂直方向に延在する隔壁２７によって、現像室２３と攪拌室２４とに上下に区画されている。

図３に示すように、現像室２３には、現像スクリュー２５が配置されている。現像スクリュー２５は、現像室２３の底部に現像スリーブ２８の軸方向に沿ってほぼ平行に配置されている。現像スクリュー２５は、回転して、現像室２３内の現像剤を、軸線方向に沿って一方向に搬送する。現像スクリュー２５は、外径Φ２０ｍｍ、軸径６ｍｍ、ピッチ２５ｍｍの形状で回転速度は６５０ｒｐｍに設定している。

攪拌室２４には、攪拌スクリュー２６が配置されている。攪拌スクリュー２６は、攪拌室２４内の底部に現像スクリュー２５とほぼ平行に配置されている。攪拌スクリュー２６は、攪拌室２４内の現像剤を現像スクリュー２５と反対方向に搬送する。攪拌スクリュー２６は、外径Φ２０ｍｍ、軸径６ｍｍ、ピッチ２５ｍｍの形状である。攪拌スクリュー２６は、現像スクリュー２５よりも搬送力を要するため、回転速度を６８０ｒｐｍに設定している。

現像室２３と攪拌室２４とは、隔壁２７の両端部に形成された開口部１１、１２によって連通している。現像室２３を現像スクリュー２５により搬送された現像剤は、開口部１２を通じて攪拌室２４へ落ち込む。攪拌室２４を攪拌スクリュー２６により搬送された現像剤は、開口部１１を通じて現像室２３へ押し上げられる。このようにして、現像容器２２内を現像剤が攪拌を受けつつ循環する過程で、現像剤中のトナーとキャリアが相互に摩擦して、トナーがマイナスにキャリアがプラスに帯電する。

＜現像剤補給装置＞
電子写真方式によりフルカラー画像を形成する画像形成装置には、画像の色味などの観点から、ほとんどの現像装置が非磁性のトナーと磁性のキャリアを主成分とした現像剤を使用している。現像剤のトナー濃度は、画像品質を安定化させる上で極めて重要な要素である。トナー濃度（キャリアとトナーの合計重量に対するトナー重量の割合）は、現像剤の重量に占めるトナーの重量比率として定義される。

図２に示すように、現像装置４の上部には、トナーとキャリアを混合した補給用現像剤を収容するホッパー３１が配置される。ホッパー３１の下部に、回転に伴って現像剤を切り出して現像室２３に補給する補給スクリュー３２が配置される。図３に示すように、補給スクリュー３２の一端は、現像装置４の前端部に設けられた現像剤補給口３０の位置まで延びている。

画像形成によって消費されたトナー量を満たす量の補給現像剤が、ホッパー３１から補給スクリュー３２の回転力と重力によって現像剤補給口３０を通過して現像装置４の現像容器２２に補給される。補給現像剤の補給量は、補給スクリュー３２の回転数によって調整される。補給現像剤の補給量及び補給スクリュー３２の回転数は、制御部１１０によって定められる。

画像形成に伴って現像スリーブ２８から感光ドラム１へトナーのみが移転するため、現像容器２２内を循環する現像剤のトナー濃度が低下する。制御部１１０は、後述するビデオカウントＡＴＲ制御で、画像形成ごとのトナー消費量を求めて補給現像剤の補給量を算出し、トナー補給信号をモータ駆動回路５０７に送る。モータ駆動回路５０７は、トナー補給信号に対応した時間だけモータ５２８を駆動し、補給スクリュー３２を回転させて、ホッパー３１から現像容器２２へ補給現像剤を適量補給する。これにより、現像容器２２内の現像剤のトナー濃度が回復する。

補給現像剤は、重量比でトナー９０％、キャリア１０％を含む。１０％のキャリアを含む補給現像剤の補給によって過剰になった現像容器２２内の現像剤は、排出開口部からオーバーフローして排出スクリュー４１に搬送されて回収容器４２へ回収される。これにより、現像容器２２内を循環して帯電性能が低下したキャリアも少しずつ新しいものに置き換えられる。

なお、ビデオカウントＡＴＲ制御では、トナー消費量の推定値に従ってトナー補給を行うため、補給現像剤によるトナー補給の誤差が累積して、現像剤のトナー濃度が不適切になる場合がある。このため、現像容器２２には、循環する現像剤のトナー濃度を光学的或いは磁気的に検知して警報を行うための不図示のセンサが配置されている。

＜ビデオカウントＡＴＲ制御＞
図４は画像形成装置における画像濃度制御の制御系のブロック図である。

図４に示すように、現像装置４では、画像形成に伴って現像容器２２内の現像剤から現像スリーブ２８を通じてトナーのみが消費されるため、現像剤のトナー濃度が低下する。このため、制御部１１０は、ビデオカウントＡＴＲ制御を実行して、消費しただけのトナーをすみやかに補うようにホッパー３１から補給現像剤を現像容器２２に補給する。ビデオカウントＡＴＲ制御は、画像形成１枚ごとに実行され、画像の面積階調の露光ドットをカウントしてトナー消費量を推定して、補給現像剤の補給量を決定する。

リーダー画像処理部１０８は、画像データを展開して走査線書き込みの画素ごとのデジタル画像信号を作成する。ビデオカウンタ２２０は、画素ごとのデジタル画像信号の出力レベルを積算して、１枚の画像形成に使用される各色のトナー量を推定する。ビデオカウンタ２２０は、デジタル画像信号を画素ごとにその出力レベルを積算し、これをビデオカウント数に変換して制御部１１０に送る。

制御部１１０は、ビデオカウント数を補給現像剤の補給量に換算し、トナー補給信号としてモータ駆動回路５０７に送る。モータ駆動回路５０７は、トナー補給信号に対応した時間だけモータ５２８を駆動して、ホッパー３１内の補給現像剤を現像容器２２内に適量補給する。

＜パッチトナー像＞
図５はパッチトナー像の配置の説明図である。図６はパッチトナー像の現像コントラストの説明図である。図７は面積階調の説明図である。図８は面積階調による光学式センサの出力の変化の説明図である。

図５に示すように、例えば、画像のトナー像と画像のトナー像の間隔を拡大して、パッチトナー像（参照画像）Ｑが形成される。後述するパッチ検知ＡＴＲ制御では、感光ドラム１に形成した中間階調のパッチトナー像（ＡＴＲパッチ）のトナー載り量に応じてビデオカウントＡＴＲによる補給現像剤の補給量を調整する。後述するＤｍａｘ制御では、感光ドラム１に形成した最高階調のパッチトナー像（Ｄｍａｘパッチ）のトナー載り量に応じて画像形成時の現像コントラストを調整する。

図４に示すように、プリンタ制御部１０９は、露光装置３の半導体レーザーを制御して、感光ドラムに静電像を書き込む。パッチ画像信号発生回路（パターンジェネレータ）１９２は、パッチトナー像を形成するための予め定められた画像濃度に対応した信号レベルのパッチ画像信号を発生する。パッチトナー像を形成する際には、パターンジェネレータ１９２からのパッチ画像信号に従って、パルス幅変調回路１９１は、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。レーザー駆動パルスは、露光装置３の半導体レーザーに供給される。半導体レーザーは、そのパルス幅に対応する時間だけ発光して感光ドラム１を走査露光する。これにより、予め定められた濃度に対するパッチ静電像が、感光ドラム１に形成される。パッチ静電像は、現像装置４により現像されて、感光ドラム１にパッチトナー像Ｑが現像される。

図４を参照して図６の（ｂ）に示すように、感光ドラム１は、コロナ帯電器２によって均一な暗部電位ＶＤにマイナスに帯電された後、レーザー光の走査露光を受けた部分が明部電位ＶＬまで放電して、感光ドラム１に画像信号に応じた静電像が形成される。感光ドラム１の静電像は、現像スリーブ２８のトナーが静電像に移動することによってトナー像に現像される。このとき、現像スリーブ２８に印加される直流電圧Ｖｄｃと静電像の明部電位ＶＬＧ１との電位差である現像コントラストＶｃｏｎｔＧ１が帯電したトナーの電荷で埋め合わせられる。したがって、現像コントラストＶｃｏｎｔＧ１を大きくすると、静電像に移転するトナー量が増えてパッチトナー像のトナー載り量が大きくなり、パッチトナー像を記録材に転写して定着した際のパッチ画像濃度が高まる。

現像コントラストＶｃｏｎｔＧ１は、現像スリーブ２８に印加される直流電圧Ｖｄｃと感光ドラム１の明部電位ＶＬＧ１との電位差である。現像コントラストＶｃｏｎｔＧ１の電気量を明部電位ＶＬの露光領域に付着した無数のトナーの帯電電荷が埋め合わせることで、静電像がトナー像に現像される。

感光ドラム１に形成されたパッチトナー像Ｑのトナー載り量は、パッチトナー像Ｑを記録材に転写して定着しなくても、感光ドラム１表面に検出光を照射したときの正反射光の強度あるいは感光ドラム１表面の反射率として検知することが可能である。現像装置４の下流側で感光ドラム１に対向させて、パッチトナー像Ｑの画像濃度を検出するための光学式センサ９００が配置されている。光学式センサ９００は、ＬＥＤ等の発光素子を備える発光部と、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子を備える受光部とを有し、受光部が感光ドラム１からの正反射光のみを検出する。

光学式センサ９００は、パッチトナー像Ｑが光学式センサ９００の下を通過するタイミングを見計らって、感光ドラム１に赤外光を照射してパッチトナー像Ｑからの反射光量を測定する。光学式センサ９００は、感光ドラム１からの反射光（赤外光）を０〜５Ｖのアナログ電気信号に変換する。アナログ電気信号は、制御部１１０に設けられたＡ／Ｄ変換回路１１４により、８ビットのデジタル信号に変換される。８ビットのデジタル信号は、濃度変換回路１１５によって濃度情報に変換される。

図７に示すように、感光ドラム１上に形成したパッチトナー像Ｑの画像濃度を面積階調により段階的に変えた時、図８に示すように、形成されたパッチ画像の濃度に応じて光学式センサ９００の出力が変化する。

ここでは、トナーが感光ドラム１に付着していない状態の光学式センサ９００の出力が５Ｖであって、Ａ／Ｄ変換回路１１４により２５５レベルに読み込まれる。ここから、感光ドラム１に形成される画素におけるトナーによる面積被覆率を面積階調によって大きくしていくと、パッチトナー像Ｑのトナー載り量が増して、画像濃度が大きくなり、光学式センサ９００の出力が小さくなる。

図８に示す光学式センサ９００の特性に基づいて、光学式センサ９００の出力を各色の濃度信号に変換するための各色のテーブル１１５ａが予め用意されている。テーブル１１５ａは、濃度変換回路１１５の記憶部に記憶されている。これにより、濃度変換回路１１５は、テーブル１１５ａを参照して、各色とも精度よくパッチ画像濃度を読み取って濃度情報に変換することができる。

＜パッチ検知ＡＴＲ制御＞
静電像の現像により現像容器２２内の現像剤の変化したトナー濃度を補正するために、パッチ検知ＡＴＲ（ＡｕｔｏＴｏｎｅｒＲｅｐｌｅｎｓｈ：自動トナー補給）制御が実行される。パッチ検知ＡＴＲ制御は、適時、現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍを正確に検出し、その変化に応じてトナー補給を行い、トナー帯電量Ｑ／Ｍを常に一定に制御して画像の品位を保持する制御である。

パッチ検知ＡＴＲ制御は、画像形成１００枚ごとに実行される。ただし、パッチ検知ＡＴＲ制御は、補給現像剤の補給を行ったときごとに、あるいは１つのコピー動作の終了ごとに、あるいはビデオカウント数が所定値に達したときごとに等のタイミングで実行してもよい。

パッチ検知ＡＴＲ制御は、一定の現像コントラストの画像形成において、現像画像が常に一定画像濃度になるようにトナーの補給量を制御する。トナー帯電量Ｑ／Ｍに依存して画像濃度が変化してしまった場合に、現像剤の補給によりトナー帯電量Ｑ／Ｍを調整する。現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍが変化して一定の現像コントラストで現像されるパッチトナー像のトナー載り量が変化した場合、ビデオカウントＡＴＲ制御で設定される補給現像剤の補給量を補正する。

パッチ検知ＡＴＲ制御は、感光ドラム１上に一定の静電像を形成して一定の現像条件でトナー像に現像したときに、感光ドラム１に形成されたトナー像のトナー載り量が一定になるように、現像装置４内の現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍを制御する。パッチ検知ＡＴＲ制御は、感光ドラム１上にＡＴＲパッチを形成して光学式センサ９００で検知する。

図８に示すように、光学式センサ９００は、ｌｏｇ関数の特性を有しており、トナー載り量が多くなるほど検知結果の傾きが少なくなる。つまり、トナー載り量の変化に対して、光学式センサ９００の出力情報の変化が少なくなるため、トナー載り量の検知精度が低くなる。そのため、図６の（ａ）に示すように、ＡＴＲパッチの露光パターンとして２ライン１スペースのパターンを使用することで、図８に示すように、ＡＴＲパッチの面積階調を下げてトナー載り量（パッチ画像濃度）を下げている。ＡＴＲパッチを形成する際に露光される静電像は、１２００ｄｐｉの解像度で、副走査方向に２ライン１スペースの面積階調パターンとした。

ＡＴＲパッチのトナー載り量が不足する場合には、現像コントラストに対してトナー帯電量Ｑ／Ｍが過剰であるため、補給現像剤の補給量を増加して現像剤のトナー濃度を高め、トナーの摩擦機会を減らしてトナー帯電量Ｑ／Ｍを低下させる。トナー帯電量Ｑ／Ｍが高い時は、ビデオカウントＡＴＲ制御で求めた補給現像剤の補給量を割り増すことで、現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍを下げるように制御する。

ＡＴＲパッチのトナー載り量が過剰な場合には、現像コントラストに対してトナー帯電量Ｑ／Ｍが不足であるため、補給現像剤の補給量を減らして現像剤のトナー濃度を低下させ、トナーの摩擦機会を増してトナー帯電量Ｑ／Ｍを高める。トナー帯電量Ｑ／Ｍが低い時は、ビデオカウントＡＴＲ制御で求めた補給現像剤の補給量を割り引くことで、トナー帯電量Ｑ／Ｍが高くなるように制御する。

図５に示すように、制御部１１０は、連続画像形成における１００枚の画像形成ごとの画像間隔にＡＴＲパッチＱを形成する。出力する画像の後端と次の画像の先端とに挟まれた非画像領域（画像間隔）に、ＡＴＲパッチＱを形成する。各色で１００枚ごとなので、連続画像形成２５枚毎の画像間に、いずれかの色のＡＴＲパッチＱが形成される。

制御部１１０は、露光装置３を制御して、パッチトナー像の静電像である「パッチ静電像」を感光ドラム１に書き込み、現像装置４により現像してＡＴＲパッチを形成する。制御部１１０は、光学式センサ９００によるＡＴＲパッチの検知結果に基いて、ＡＴＲパッチのトナー載り量が目標値に収束するように補給現像剤の補給制御を行う。

制御部１１０は、初期現像剤でのＡＴＲパッチのトナー載り量を基準値として、今回のＡＴＲパッチのトナー載り量の測定値と基準値との差分ΔＤから補給補正量Ｍｐを求める。制御部１１０は、現像装置４内の現像剤のトナー濃度が基準値より補給現像剤１ｇ分ずれた時のＡＴＲパッチのトナー載り量の測定結果の変化量ΔＤｒａｔｅを予め求めてＲＯＭ１１３に記憶している。制御部１１０は、式１により、今回の測定で必要となった補給現像剤の補給補正量Ｍｐを計算する。
Ｍｐ＝ΔＤ／ΔＤｒａｔｅ・・・（式１）

ここで、補給補正量Ｍｐ分の補給現像剤の補給は、急激な色味変動を回避するために、パッチ検知ＡＴＲ制御の実行間隔内で平均して処理することが望ましい。パッチ検知ＡＴＲ制御の実行後、求めた補給補正量Ｍｐを１枚目の画像形成時にまとめて補給すると、大幅な補給現像剤の補給制御が行なわれて、オーバーシュートが起こるからである。そのため、式１で求めた補給補正量Ｍｐをパッチ検知ＡＴＲの実行頻度である１００枚で除して、補給補正量Ｍｐをパッチ検知ＡＴＲの実行間隔で均等に分割してＭｐ／１００ずつ処理している。このようにして、制御部１１０は、ビデオカウントＡＴＲ制御による補給現像剤の補給量をトナー帯電量に応じて補正する。

＜画像濃度調整＞
図６の（ｂ）に示すように、環境の温度変化、湿度変化、部品の老朽化、起動後の経過時間等で感光ドラム１に形成される静電像の明部電位ＶＬが変化すると、現像コントラストＶｃｏｎｔＧ１が変化する。現像コントラストＶｃｏｎｔＧ１が変化すると、トナー帯電量Ｑ／Ｍが一定不変に保たれていても、静電像を現像した際のトナー像のトナー載り量が変化して、出力画像濃度が違ってくる。このため、制御部１１０は、所定の画像形成枚数ごとに、定期的に、電位制御による画像濃度調整（Ｄｍａｘ制御）を実行して現像コントラストＶｃｏｎｔＧ１を再設定することにより、出力画像の濃度を適正にする。

図６の（ｂ）に示すように、Ｄｍａｘ制御では、露光装置３の露光出力を二段階に変化させて、レーザーパワーＷ１、Ｗ２にて二段階の明部電位ＶＬＧ１、ＶＬＧ２のパッチ静電像を形成する。明部電位ＶＬＧ１、ＶＬＧ２のパッチ静電像は、現像スリーブ２８に印加される直流電圧Ｖｄｃとの間に二段階の現像コントラストＶｃｏｎｔＧ１、ＶｃｏｎｔＧ２を形成する。制御部１１０は、現像スリーブ２８に印加する振動電圧の直流電圧Ｖｄｃから電位センサ９で測定した明部電位ＶＬを差し引いて現像コントラストＶｃｏｎｔＧ１、ＶｃｏｎｔＧ２を求める（図６参照）。二段階の現像コントラストＶｃｏｎｔＧ１、ＶｃｏｎｔＧ２で現像されたＤｍａｘパッチＱ１、Ｑ２は、トナー載り量が二段階に異なっている。

制御部１１０は、光学式センサ９００を用いてＤｍａｘパッチＱ１、Ｑ２のトナー載り量をそれぞれ測定する。制御部１１０は、光学式センサ９００からの信号に基づいてレーザー光量制御回路１９０を制御して、画像形成時及びパッチトナー像形成時のレーザーパワーＷｏｌｄを変更する。レーザーパワーＷ１におけるトナー載り量と、レーザーパワーＷ２におけるトナー載り量を比例補間して、レーザーパワーＷ１とレーザーパワーＷ２との間に、Ｄｍａｘパッチが適正なトナー載り量に形成されるレーザーパワーＷｎｅｗを設定する。制御部１１０は、Ｄｍａｘパッチを適正なトナー載り量に復帰させるための露光出力の補正量に基づいて通常画像形成時に適用される画像濃度と面積階調の関係を設定している。

＜比較例＞
図９は現像剤のトナー帯電量の上昇の説明図である。従来のパッチ検知ＡＴＲ制御では、感光ドラム上のパッチトナー像のトナー載り量を光学式センサで検知して事後処理的なトナーの補給制御を行っている。しかし、現像剤の長期使用によるトナー帯電量Ｑ／Ｍの変動は考慮しておらず、常に初期に設定した現像能力を維持するように補給現像剤の補給制御を行うことが一般的であった。通常の使用環境である場合、この制御で十分に対応可能である。長期使用を経てもトナー帯電量Ｑ／Ｍの変動が非常に小さい現像剤の場合も、この制御で安定した画像濃度の出力画像が得られた。

しかし、近年、画像形成装置の小型化に伴って現像容器２２が小型化されて現像剤量が少なくなる一方で、画像形成装置の生産性向上に伴って補給現像剤の時間当たり最大補給量が増大している。このため、循環する現像剤に対する補給現像剤の補給量の割合が増えて現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍの変化が大きくなる傾向である。

このため、画像比率が極端に小さい画像をプリントし続けた場合、トナー帯電量Ｑ／Ｍが急激に上昇し、それを補うために補給現像剤が供給され続けて現像剤のトナー濃度を高めすぎる可能性が発生している。現像剤のトナー濃度を高めすぎると現像スリーブ２８から飛散するトナーの量が増えるので好ましくない。

また、画像比率が極端に高い画像をプリントし続けた場合、トナー帯電量Ｑ／Ｍが極端に低下し、それを補うために補給現像剤の補給が停止されて、現像剤のトナー濃度を低くし過ぎる可能性が発生している。現像剤のトナー濃度を低くしすぎると出力画像の濃度が低下して好ましくない。

そこで、従来のパッチ検知ＡＴＲ制御では、特許文献１に示されるように、透磁率センサを現像容器に取り付けて現像剤のトナー濃度を独立に検知して、現像剤のトナー濃度が許容範囲（７〜１１％）にある場合のみパッチ検知ＡＴＲ制御を実行している。そして、トナー濃度が適正範囲（１１％）を超えた場合には、補給現像剤の補給を停止し、トナー濃度が適正範囲（７％）を割り込んだ場合には補給現像剤を強制補給している。

しかし、この場合、トナー濃度が許容範囲を外れてくると、トナー帯電量Ｑ／Ｍの制御が機能しなくなるため、パッチトナー像についても、通常画像についても、同一の現像コントラストに対するトナー載り量の再現性が失われる。その結果、トナー帯電量Ｑ／Ｍに変化がなくても、トナー帯電量Ｑ／Ｍに対応する正常な値からかけ離れたトナー載り量のパッチトナー像が形成されて、パッチ検知ＡＴＲ制御それ自体が不可能になる。当然、通常の出力画像についても、パッチ検知ＡＴＲ制御が正常に機能していた場合に比較して、画像濃度や色味の一定性を確保することが困難になる。ＡＴＲパッチを形成する際の現像コントラストを一定にしていると、現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍが一方向に変化し続けた際に、早々とトナー濃度の許容範囲を逸脱して、パッチ検知ＡＴＲによる高精度な画像濃度制御が不可能になる。

そこで、以下の実施例では、パッチ検知ＡＴＲ制御による補給現像剤の補給制御において、感光ドラム１上の検出されたＡＴＲパッチの現像コントラストに対するトナー載り量の目標値を経時で変更する。画像濃度を安定化させるために、所定のタイミングで所定の現像コントラストに対するトナー載り量の目標値を変更させ、それ以降はここで変更されたトナー載り量を目標としてトナー補給を行う。これにより、長期使用によって特性が変化する現像剤を用いた場合でも、常時濃度の安定した高画質の画像を得ることを可能としている。また、補給制限（強制補給含む）が行われた場合は、Ｄｍａｘ制御の度にリセットされるため画像濃度の安定を図ることができる。

＜実施例１＞
図１０は実施例１のトナー帯電量制御のフローチャートである。

図４に示すように、静電像形成手段の一例である露光装置３は、像担持体の一例である感光ドラム１に画像の静電像を形成する。現像装置４は、帯電したトナーを含む現像剤を現像剤担持体の一例である現像スリーブ２８に担持させて電圧を印加することにより、静電像を、現像スリーブ２８の電位と静電像の電位差である現像コントラストに応じたトナー載り量のトナー像に現像する。補給手段の一例であるホッパー３１は、画像形成で消費されたトナーを補給するために現像装置４に現像剤を補給する。ホッパー３１は、画像形成ごとに見積もられる消費したトナー量に見合った補給現像剤を、画像形成ごとに現像装置４に補給する。制御部１１０は、所定枚数の画像形成に分散して画像形成ごとに現像装置４に補給する現像剤量を調整する。検出手段の一例である光学式センサは、画像形成の制御に用いられる測定用トナー像を検出してトナー載り量に応じた情報を出力する。

制御手段の一例であるパッチ検知ＡＴＲは、露光装置３及び現像装置４を用いて第一現像コントラストを設定して第一測定用トナー像の一例であるＡＴＲパッチを形成して光学式センサ９００を用いて検出する。そして、検出結果に基づいて、ＡＴＲパッチのトナー載り量が第一目標トナー載り量に近付くようにホッパー３１による現像剤の補給量を制御する。制御部１１０は、所定枚数の画像形成ごとの頻度で、現像装置４の現像剤のトナー帯電量が目標トナー帯電量に近付くように補給現像剤の補給量を補正する。

最大濃度調整手段の一例であるＤｍａｘ制御は、所定の現像コントラストを設定して第二測定用トナー像を形成して光学式センサ９００を用いて検出する。そして、第二測定用トナー像のトナー載り量が出力画像の最大濃度に相当する第二目標トナー載り量となるように画像形成時の最大画像濃度用の現像コントラストを設定する。補給現像剤の補給量を補正する制御の所定回数ごとの頻度で、現像されたトナー像のトナー載り量が出力画像の最大濃度に相当するトナー載り量に近付くように画像形成に用いる現像コントラストを設定する。

設定手段の一例である制御部１１０は、Ｄｍａｘ制御による調整タイミングの一例である第二測定用トナー像を用いて現像コントラストが設定される非画像形成期間内に、第一目標トナー載り量の設定を実行する。ＡＴＲパッチの検出結果に基づいてホッパー３１が制御される頻度の１／２以下の頻度で、第一現像コントラストを設定して測定用トナー像を形成して光学式センサ９００を用いて検出する。そして、検出したトナー載り量を第一目標トナー載り量として設定する。制御部１１０は、第二測定用トナー像を用いて現像コントラストが設定される時期に一致させて、第一目標トナー載り量を変更する。制御部１１０は、Ｄｍａｘ制御時における現像装置４の現像剤のトナー帯電量が目標トナー帯電量となるように目標トナー帯電量を変更する。Ｄｍａｘ制御時における補給現像剤の補給量の補正が無くなるように目標トナー帯電量を変更する。

図４を参照して図１０に示すように、制御部１１０は、現像装置４が新品交換された場合、あるいは現像装置４の現像剤が新品に入れ替えられた際に、ＡＴＲパッチのトナー載り量の目標値を設定する（Ｓ１）。制御部１１０は、画像形成装置ごとに、予め設定された所定の現像コントラストＶｃｏｎｔにて、図７に示すように、面積階調を施したＡＴＲパッチを感光ドラム１に形成して、光学センサ９００によりＡＴＲパッチを検出する。現像コントラストＶｃｏｎｔは、現像スリーブ２８に印加する振動電圧の直流電圧Ｖｄｃから電位センサ９で測定した明部電位ＶＬを差し引いて求められ、その調整は、露光装置３のレーザー出力を変更して行う（図６参照）。

制御部１１０は、光学センサ９００の出力情報からＡＴＲパッチのトナー載り量を求めてパッチ検知ＡＴＲ制御におけるパッチトナー像のトナー載り量の初回目標値に設定する。次回のＤｍａｘ制御に伴って目標値の再設定が行われるまでの間、ＡＴＲパッチのトナー載り量が初回目標値に満たなければ補給現像剤の補給量を割り増しし、ＡＴＲパッチのトナー載り量が初回目標値を上回れば補給現像剤の補給量を削減する。

制御部１１０は、現像装置４の新品交換又は現像剤入れ替えに該当しない場合は、画像形成装置１００に電源が投入された際にＤｍａｘ制御を実行する。

制御部１１０は、上記Ｄｍａｘ制御以外では、１０００枚目の画像形成が行われた画像形成ジョブの終了時の後回転ごとに（Ｓ２のＹＥＳ）、Ｄｍａｘ制御を実行する（Ｓ３）。

本実施例では、制御部１１０は、Ｄｍａｘ制御の終了後に、引き続いてＡＴＲパッチのトナー載り量の目標値を再設定する（Ｓ３）。

制御部１１０は、初回目標値を設定したときと同一の現像コントラストＶｃｏｎｔとなるように画像形成装置を制御して、初回目標値を設定したときと同一のＡＴＲパッチを感光ドラム１に形成する。図９に示すように、ここでは、ＡＴＲパッチ形成時の現像コントラストＶｃｏｎｔを２００Ｖに設定している。ＡＴＲパッチの現像コントラストＶｃｏｎｔは、使用する機械の条件で変更が必要となってくるが、同一の機械では最後まで同一である。

制御部１１０は、光学センサ９００によりＡＴＲパッチを検出し、光学センサ９００の出力情報からＡＴＲパッチのトナー載り量を求めてパッチ検知ＡＴＲ制御におけるパッチトナー像のトナー載り量の新しい目標値に設定する。次回のＤｍａｘ制御までの間、ＡＴＲパッチのトナー載り量が新しい目標値に満たなければ補給現像剤の補給量を割り増しし、ＡＴＲパッチのトナー載り量が新しい目標値を上回れば補給現像剤の補給量を削減する。

図９に示すように、同一の現像コントラストでＡＴＲパッチを形成しているため、前回に目標値Ｎｎを設定したときとはトナー帯電量Ｑ／Ｍが少し変化して、ＡＴＲパッチのトナー載り量が異なっている。制御部１１０は、ここで、測定したＡＴＲパッチのトナー載り量を次回のＤｍａｘ制御までのパッチ検知ＡＴＲ制御における新しい目標値Ｎｎ＋１として設定する。図９では、前回に比較してトナー帯電量Ｑ／Ｍが高くなっているので、目標値Ｎｎ＋１が前回より低く設定されている。逆に、前回に比較してトナー帯電量Ｑ／Ｍが低くなっている場合は、新しい目標値Ｎｎ＋１は、前回の目標値Ｎｎよりも高く設定される。

すなわち、従来のように、あくまでもＡＴＲパッチのトナー載り量が一定値に回復するまで現像剤の補給調整を行うのではなく、その時点でのトナー帯電量Ｑ／Ｍを暫定的な基準とみなして現像剤の補給調整をキャンセルする。前回のＤｍａｘ制御時のトナー帯電量Ｑ／Ｍへ復帰させることはあきらめて、今回のＤｍａｘ制御時のトナー帯電量Ｑ／Ｍを次回のＤｍａｘ制御まで維持するようにパッチ検知ＡＴＲ制御を実行する。トナー帯電量Ｑ／Ｍは変化していても、出力画像の画像濃度の再現性は、Ｄｍａｘ制御によって前回と同一、すなわちパッチ検知ＡＴＲ制御の初回目標値を設定したときと同一に保たれているので問題は生じない。

実施例１では、現像コントラストＶｃｏｎｔに対する感光ドラム１へのトナー載り量を検知することで、現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍを把握する。所定の現像コントラストＶｃｏｎｔに対してトナー載り量が多いとトナー帯電量Ｑ／Ｍが低いと判断し、トナー載り量が少ないとトナー帯電量Ｑ／Ｍが高いと判断する。そして、所定のタイミングで所定の現像コントラストＶｃｏｎｔに対するトナー載り量の目標値を変更し、それ以降は、ここで変更されたトナー載り量を目標値としてパッチ検知ＡＴＲ制御を実行する。

図９に示すように、新品の現像剤を用いる初期とトナー帯電量Ｑ／Ｍが上昇した経時とでは、同一の現像コントラストの静電像を現像したトナー像のトナー載り量の再現性が損なわれている。そのため、実施例１では、現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍが変わった場合は、所定の現像コントラストＶｃｏｎｔに対するＡＴＲパッチのトナー載り量に関する目標値を再設定している。

従来のパッチ検知ＡＴＲは、一定の現像コントラストで一定の目標トナー載り量のＡＴＲパッチが検知されるように、すなわち、最初から最後まで一定のトナー帯電量Ｑ／Ｍが保たれるようにトナー補給量を調整していた。このため、画像比率の低い画像形成が連続してトナー濃度が上昇し始めると、短時間でトナー濃度の上限値に達してパッチ検知ＡＴＲを継続できなくなった。

実施例１では、Ｄｍａｘ制御ごとの間隔で目標トナー載り量を修正することにより、その時点のトナー帯電量Ｑ／Ｍが次回のＤｍａｘ制御まで維持されるようにした。Ｄｍａｘ制御において、画像形成に用いる現像コントラストの調整がされてトナー帯電量Ｑ／Ｍの変化による影響が相殺されるので、ＡＴＲパッチのトナー載り量は変化しても、画像形成される画像濃度は変化しない。

Ｄｍａｘ制御では、現像装置４における現像剤の累積攪拌量が増えて、現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍが高くなるほど、画像濃度の最高階調を実現するための現像コントラストは高く設定される。この段階で、ＡＴＲパッチを形成すると、現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍが高いため、ＡＴＲパッチのトナー載り量は初回又は前回のパッチ検知ＡＴＲ制御時よりも少なくなっている。ここで、初回又は前回の目標トナー載り量を用いると補給用現像剤が過剰に補給されて、Ｄｍａｘ制御で設定された現像コントラストは不適切になってしまう。

そのため、実施例１では、Ｄｍａｘ制御時の現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍが保たれるように、目標トナー載り量を初回又は前回のＤｍａｘ制御時よりも低く設定している。目標トナー載り量を少なくすることで損なわれたトナー載り量は、高く設定された現像コントラストによって既に埋め合わせられているからである。

実施例１によれば、トナー帯電量Ｑ／Ｍの変化に伴う出力画像の濃度変化は画像形成に用いる第二現像コントラストの調整によって相殺されるため、問題とならない。従来、トナー補給量のみを調整して再現されていた画像濃度を、実施例１では、トナー補給量と第二現像コントラストとを調整して再現する。このため、過剰なトナー補給やトナー補給制限を課す必要が無い。

実施例１によれば、現像剤の現在のトナー帯電量Ｑ／Ｍに応じてパッチ検知ＡＴＲ制御を行うため、現像剤のトナー濃度が一方向に変化し続けるような過酷な連続画像形成時でも、トナーの過剰補給や長期間の補給停止が回避される。そのため、補給現像剤の給過多によるトナー飛散やトナー濃度の低下による画像濃度の低下を軽減して、画像濃度の安定した画像形成装置を実現することが可能となる。

実施例１によれば、パッチ検知ＡＴＲ制御におけるトナー載り量の目標値を少しずつ変化させるので、現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍが一方向に変化し続けても、現像容器２２の現像剤がトナー濃度の許容範囲を逸脱しにくい。ＡＴＲパッチのトナー載り量の測定結果に基づいてパッチ検知ＡＴＲ制御におけるトナー載り量の目標値を変更するので、現像容器２２に対する補給現像剤の過剰な補給や補給の途絶が回避される。現像容器２２内の現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍのゆるやかな変化を許容しつつ、トナー帯電量Ｑ／Ｍの変化に伴う出力画像の濃度変化は、現像コントラストの調整で相殺されている。

実施例１によれば、所定タイミングでＡＴＲパッチのトナー載り量の目標値を補正することで、補給現像剤の補給過多や過剰な補給停止が発生しにくい。画像比率の極端に低い画像形成が連続した場合も画像比率が極端に高い画像形成が連続した場合もパッチ検知ＡＴＲ制御が継続して、安定した画像濃度のプリント出力が可能となる。

ところで、近年、画像形成装置の生産性向上に伴って、現像容器内での現像剤の攪拌速度も高められているため、現像剤の劣化が早くなる傾向である。このため、現像性能を安定させるためには、長期間に渡ってトナー帯電量Ｑ／Ｍの変動が少ない耐久性の高いトナーを選択する必要があり、従来使用可能であったトナーの利用が制限されている。しかし、実施例１では、現像剤の劣化が早くなってもトナー濃度の変化が抑制されるため、従来使用可能であったトナーの利用が制限されない。

なお、図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト５を持った構成であるため、光学式センサ９００は、中間転写ベルト５に対向して配置してもよい。パッチ検知ＡＴＲ制御とＤｍａｘ制御において、光学式センサ９００は、中間転写ベルト５上に転写したパッチトナー像Ｑのトナー載り量を検知してもよい。

尚、本実施例では、ＡＴＲパッチのトナー載り量の目標値を再設定するタイミングは、Ｄｍａｘ制御の終了後、引き続いて行う場合を例に説明した。しかしながら、ＡＴＲパッチのトナー載り量の目標値を再設定するタイミングはこれに限定されない。ＡＴＲパッチのトナー載り量の目標値を再設定するタイミングとしては、少なくともＤｍａｘ制御が行われる直前に形成されるＡＴＲパッチ形成時から、Ｄｍａｘ制御が行われた直後に形成されるＡＴＲパッチ形成時までの期間内に行えば同様の効果が得られる。例えば、Ｄｍａｘ制御が実行されてから画像形成を行った後であっても、少なくともＤｍａｘ制御が行われてから次回のＡＴＲパッチが形成される前に、ＡＴＲパッチのトナー載り量の目標値を再設定すれば問題ない。但し、ダウンタイム低減の観点からすれば、Ｄｍａｘ制御を行う非画像形成期間中にあわせてＡＴＲパッチのトナー載り量の目標値を再設定した方がより好ましい。

＜実施例２＞
図１１は実施例２におけるパッチ検知ＡＴＲ制御の目標値の設定の説明図である。実施例１では、パッチ検知ＡＴＲのトナー載り量の目標値を変更して補給現像剤の補給制限を解除したが、実施例２ではＡＴＲパッチ形成時の現像コントラストを変更して補給現像剤の補給制限を解除する。

図４に示すように、設定手段の一例である制御部１１０は、ＡＴＲパッチの検出結果に基づいてホッパー３１が制御される頻度の１／２以下の頻度で、第一現像コントラストを設定して測定用トナー像を形成して光学式センサ９００を用いて検出する。そして、検出したトナー載り量が第一目標トナー載り量に近付くように第一現像コントラストそのものを設定する。

図１０に示すように、実施例２では、実施例１と同様に、現像装置４が新品交換された場合、あるいは現像装置４の現像剤が新品に入れ替えられた際に、パッチ検知ＡＴＲ制御の初回目標値を設定する（Ｓ１）。その後は、初回目標値を設定した際と等しいトナー載り量のＡＴＲパッチを形成できるように、Ｄｍａｘ制御を実行するごとに（Ｓ２のＹＥＳ、Ｓ３）、ＡＴＲパッチ形成時の現像コントラストを修正する（Ｓ３）。

図１１に示すように、前回のＤｍａｘ制御時と等しいトナー載り量ＮのＡＴＲパッチを形成できるように、前回のＤｍａｘ制御時の現像コントラストＶｃｏｎｔｎを、新しい現像コントラストＶｃｏｎｔｎ＋１に修正する。この修正は、今回のＤｍａｘ制御で取得した現像コントラストとトナー載り量との関係に基づいて実行する。

すなわち、これまで使用していた現像コントラストをＶｃｏｎｔｎとする。前回のＤｍａｘ制御で取得したトナー載り量と現像コントラストとの関係に基づくＡＴＲパッチのトナー載り量Ｎを得るための現像コントラストをＶｃｏｎｔｎ’とする。今回のＤｍａｘ制御で取得したトナー載り量と現像コントラストとの関係に基づくＡＴＲパッチのトナー載り量Ｎを得るための現像コントラストをＶｃｏｎｔｎ＋１’とする。ＡＴＲパッチ形成時の新しい現像コントラストＶｃｏｎｔｎ＋１は、次式により求める。
Ｖｃｏｎｔｎ＋１＝Ｖｃｏｎｔｎ×（Ｖｃｏｎｔｎ＋１’／Ｖｃｏｎｔｎ’）

言い換えれば、Ｄｍａｘ制御では、転写定着された各色の最大濃度を適正にするために、露光装置３の露光出力を変化させてＤｍａｘパッチのトナー載り量が所定値になるように、パッチ静電像の現像コントラストを調整する。実施例２では、Ｄｍａｘ制御で画像の最大濃度を求めたのと同様に、露光装置３の露光出力を変化させて、ＡＴＲパッチのトナー載り量が目標値（Ｎ）になるように現像コントラストＶｃｏｎｔｎ＋１を算出する。

このようにしてＤｍａｘ制御を実行するごとに、ＡＴＲパッチ形成時の現像コントラストＶｃｏｎｔｎ＋１を更新する。次回のＤｍａｘ制御まで、パッチ検知ＡＴＲ制御においては、現像コントラストＶｃｏｎｔｎ＋１で形成したＡＴＲパッチのトナー載り量がトナー載り量Ｎよりも多く測定されれば、補給現像剤の補給量を削減してトナー帯電量Ｑ／Ｍを高める。現像コントラストＶｃｏｎｔｎ＋１で形成したＡＴＲパッチのトナー載り量が、トナー載り量Ｎよりも少なく測定されれば、補給現像剤の補給量を割り増ししてトナー帯電量Ｑ／Ｍを低下させる。ＡＴＲパッチの目標値とするトナー載り量Ｎは変化させず、ＡＴＲパッチを出力するときの現像コントラストＶｃｏｎｔｎ＋１の値を変更させることで現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍの変化にあわせたパッチ検知ＡＴＲ制御を実行する。

そして、少なくとも次回のＤｍａｘ制御までは、直前回のＤｍａｘ制御時の現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍを維持するように、パッチ検知ＡＴＲ制御が実行される。

直前回のＤｍａｘ制御時の現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍを基準にして、ビデオカウントＡＴＲ制御による補給現像剤の補給量に対する補給制限（強制補給含む）が実行される。したがって、パッチ検知ＡＴＲ制御の初回目標値の設定時の現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍにも、前々回のＤｍａｘ制御時の現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍにも拘束されない。

実施例２の補給現像剤の補給制御では、ＡＴＲパッチの画像濃度が初期の状態で検出された時（現像コントラスト：２００Ｖ）の画像濃度をＡＴＲパターンの濃度目標値に設定する。そして、それ以降は、Ｄｍａｘ制御の際に、Ｄｍａｘ制御の終了後にＤｍａｘ制御と同様にＡＴＲパッチの露光パターンの露光出力を変化させてＡＴＲパッチの作像条件を検出する。

実施例２の補給現像剤の補給制御では、Ｄｍａｘ制御ごとの間隔で現像コントラストを修正することにより、その時点のトナー帯電量Ｑ／Ｍが次回のＤｍａｘ制御まで維持されるようにした。Ｄｍａｘ制御において、画像形成に用いる現像コントラストの調整がされてトナー帯電量Ｑ／Ｍの変化による影響が相殺されるので、ＡＴＲパッチのトナー載り量は変化しても、画像形成される画像濃度は変化しない。

実施例２の補給現像剤の補給制御によれば、現像剤が初期状態に対して劣化してきても、ＡＴＲパッチ出力時の現像コントラストを変化させるので、常に同じＡＴＲパッチのトナー載り量を、パッチ検知ＡＴＲ制御の目標値として使用することが可能となる。実施例１では、パッチ検知ＡＴＲ制御において、現像コントラストは初期から経時で一定としているが、実施例２では、パッチ検知ＡＴＲ制御の目標値を再設定することで、現像剤の劣化状態にあわせたパッチ検知ＡＴＲ制御を実現している。

＜実施例３＞
図１２は実施例３のトナー帯電量制御のフローチャートである。

実施例２では、ＡＴＲパッチ出力時の現像コントラストＶｃｏｎｔｎ＋１を変更したが、出力するＡＴＲパッチのトナー載り量の目標値は、初回の目標値設定時からずっと固定された一定値であった。これに対して、実施例３では、Ｄｍａｘ制御ごとに実行するパッチ検知ＡＴＲ制御の目標値の更新に際して、ＡＴＲパッチとして出力するトナー載り量をユーザーが最も使用している画像濃度相当のトナー載り量に更新する。

実施例２では、ＡＴＲパッチを出力して、ＡＴＲパッチのトナー載り量が目標値になるように補給現像剤の補給制御を行う。このため、ＡＴＲパッチのトナー載り量、すなわちＡＴＲパッチのトナー載り量と等しいトナー載り量のトナー像を記録材に転写して定着した際の画像濃度は、いつでも安定して再現される。パッチ検知ＡＴＲ制御を行った場合、最も画像濃度が安定して出力されるのはＡＴＲパッチと等しいトナー載り量の各色の画像である。

しかし、画像形成される各色の画像濃度の平均値、これによる各色のトナー消費量の平均値、したがって、現在の各色の現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍは、画像形成装置１００を使用するユーザー、画像形成ジョブの画像によって様々に変わってくる。

そこで、実施例３では、ユーザーが画像形成する画像の最大頻度の濃度をビデオカウントデータから取得し、その最大頻度の濃度に相当するトナー載り量をＡＴＲパッチのトナー載り量の目標値にする。ＡＴＲパッチのトナー載り量の目標値を、ユーザーが実際に出力している画像の画像濃度相当になるように再設定する。前回のＤｍａｘ制御から今回のＤｍａｘ制御までに実行された画像形成における各色の画像濃度のヒストグラムに応じて、各色のＡＴＲパッチのトナー載り量の目標値を再設定する。

制御部１１０は、第一コントラストを設定して形成された第一測定用トナー像が、前回の設定から今回の設定までに出力された画像で最も使用された画像濃度に相当するトナー載り量にとなるように、第一測定用トナー像の静電像の面積階調を設定する。

図４を参照して図１２に示すように、制御部１１０は、画像形成される画像を搬送方向で８つの領域に分割して、各領域の平均画像濃度がそれぞれ属する濃度範囲が４段階の濃度範囲のいずれに該当するかを求める（Ｓ１）。４段階の濃度範囲は、８ビット２５５階調（００〜ＦＦ）において、画像濃度の視覚特性に合せて、濃度範囲Ａ：００〜４０、濃度範囲Ｂ：４１〜８０、濃度範囲Ｃ：８０〜Ｃ０、濃度範囲Ｃ１〜ＦＦと定めた（図１４参照）。

制御部１１０は、前回のＤｍａｘ制御から現在までのすべての画像形成について、８つの各領域における４段階の濃度範囲のそれぞれの出現回数を累積する（Ｓ２）。

制御部１１０は、Ｄｍａｘ制御が実行されると（Ｓ３のＹＥＳ）、前回のＤｍａｘ制御から今回のＤｍａｘ制御までの濃度範囲の出現回数の累積結果に基づいて、最も出現回数が多かった濃度範囲を求める。そして、当該濃度範囲のトナー像のトナー載り量を次回のＤｍａｘ制御までのパッチ検知ＡＴＲ制御における目標トナー載り量として設定する（Ｓ４）。

制御部１１０は、最も出現回数が多かった濃度範囲の中心値のトナー像と同一のトナー載り量となるように面積階調を調整してＡＴＲパッチを形成する。そして、形成したＡＴＲパッチを光学式センサ９００で検出してその出力値をパッチ検知ＡＴＲ制御の目標トナー載り量として設定する。

このようにして、Ｄｍａｘ制御後に最初に出力されたＡＴＲパッチに対して、実施例２と同様にパッチ検知ＡＴＲ制御における検出値を求め、次のＤｍａｘ制御が行われるまで、その検出値を目標値としてパッチ検知ＡＴＲ制御を実行する。ＡＴＲパッチのトナー載り量の変更は、Ｄｍａｘ制御が行われるたびに、その間の累積データから決定されて変更される。所定枚数の画像形成がされてＤｍａｘ制御が実行されると、各領域の濃度の累積データを算出し、累積データの各濃度の出力回数からＡＴＲパッチのトナー載り量を選択する。

実施例３によれば、使用頻度の高いトナー載り量のＡＴＲパッチのトナー載り量が一定に保たれるようにパッチ検知ＡＴＲ制御を行うので、ユーザーは、見かけ上、画像濃度のより安定した出力物を得ることが可能となる。

＜最大頻度の画像濃度の求め方１＞
図１３はビデオカウンタの構成の説明図である。図４に示すように、制御部１１０は、ユーザーの使用している画像濃度の情報をビデオカウンタ２２０から得ることができる。

図１３に示すように、ビデオカウンタ２２０は、画像情報からの画像濃度算出方法として分割ビデオカウントを実行する。デコーダ２０１は、ビデオ信号の各画素のデューティを上述のように４段階の濃度範囲に分別する。データ値選別部２０６は、画素ごとのタイミングで、４段階の濃度範囲のいずれかをデータ累積部２０３へ出力する。データ累積部２０３は、４段階の濃度範囲のそれぞれについて画素の個数をカウントする。制御部（１１０：図４）は、データ累積部２０３のカウント値を画像形成ごとに取得して累積して、最大使用頻度の画像濃度を求める。そして、その画像濃度のトナー載り量が得られるようにパッチ検知ＡＴＲ制御における目標トナー載り量を求める。

＜最大頻度の画像濃度の求め方２＞
図４に示すように、ビデオカウンタ２２０は、画像情報を取得して画像を搬送方向に８分割した各領域で画素ごとの露光ＤＵＴＹを１％刻みで取得する。表１は、搬送方向の８個の各領域における１％刻みの分割ビデオカウントの例である。

表１に示すように、画像を搬送方向で８個の領域Ｗ（１）、Ｗ（２）、・・・Ｗ（８）に分割して、各領域で露光ＤＵＴＹの１％刻みごとの画素の数をカウントする。このようにして、８個の領域Ｗ（１）、Ｗ（２）、・・・Ｗ（８）でそれぞれ得られた最大使用頻度の露光ＤＵＴＹデータをその分割領域の露光ＤＵＴＹとして１回とカウントする。これを８領域×画像形成枚数の領域について、露光ＤＵＴＹの１％刻みごとに出現回数を合算して表２を得る。

表２に示すように、出現回数が３３回で、最も出現回数の多い４〜５％の露光ＤＵＴＹの画像濃度を選択する。そして、その画像濃度のトナー載り量が得られるようにパッチ検知ＡＴＲ制御における目標トナー載り量を求める。

＜最大頻度の画像濃度の求め方３＞
図１４は画像データ値ごとの出現回数のヒストグラムである。最大頻度の画像濃度は、ビデオカウントによらず、出力画像の画像データを処理して求めることも可能である。

図１４に示すように、画像を搬送方向で８分割した各領域について最大出現頻度の画素濃度を求め、画像形成枚数×８領域の画像濃度データを取得してヒストグラム化する。ヒストグラムを４段階の濃度範囲に分割して、いずれの濃度範囲の画像形成が最大頻度であったかを求める。そして、その画像濃度のトナー載り量が得られるようにパッチ検知ＡＴＲ制御における目標トナー載り量を求める。

１感光ドラム、２コロナ帯電器、３露光装置、４現像装置
５中間転写ベルト、６転写ローラ、９電位センサ、２２現像容器
２３現像室、２４攪拌室、２５現像スクリュー、２６攪拌スクリュー
２７隔壁、２８現像スリーブ、２８ｍマグネットローラ
３１ホッパー、３２補給スクリュー、１１０制御部、２２０ビデオカウンタ
５０７モータ駆動回路、９００光学式センサ

Claims

像担持体と、
前記像担持体に画像の静電像を形成する静電像形成手段と、
帯電したトナーを含む現像剤を現像剤担持体に担持させて前記現像剤担持体に電圧を印加することにより、前記像担持体の静電像を、前記現像剤担持体の電位と前記静電像の電位差である現像コントラストに応じたトナー載り量のトナー像に現像する現像装置と、
画像形成で消費されたトナーを補給するために前記現像装置に現像剤を補給する補給手段と、
画像形成の制御に用いられる測定用トナー像を検出してトナー載り量に応じた情報を出力する検出手段と、
前記静電像形成手段及び前記現像装置を用いて第一現像コントラストを設定して第一測定用トナー像を形成して前記検出手段を用いて検出し、前記第一測定用トナー像のトナー載り量が第一目標トナー載り量に近付くように前記補給手段による現像剤の補給量を制御する制御手段と、
前記静電像形成手段及び前記現像装置を用いて所定の現像コントラストを設定して第二測定用トナー像を形成して前記検出手段を用いて検出し、前記検出手段の検出結果に基づいて、画像形成時の最大画像濃度用の現像コントラストを設定する最大濃度調整手段と、
前記最大濃度調整手段による調整タイミングに応じて、前記静電像形成手段及び前記現像装置を用いて前記第一現像コントラストを設定して測定用トナー像を形成して前記検出手段を用いて検出し、検出したトナー載り量を前記第一目標トナー載り量として設定する設定手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
像担持体と、
前記像担持体に画像の静電像を形成する静電像形成手段と、
帯電したトナーを含む現像剤を現像剤担持体に担持させて前記現像剤担持体に電圧を印加することにより、前記像担持体の静電像を、前記現像剤担持体の電位と前記静電像の電位差である現像コントラストに応じたトナー載り量のトナー像に現像する現像装置と、
画像形成で消費されたトナーを補給するために前記現像装置に現像剤を補給する補給手段と、
画像形成の制御に用いられる測定用トナー像を検出してトナー載り量に応じた情報を出力する検出手段と、
前記静電像形成手段及び前記現像装置を用いて第一現像コントラストを設定して第一測定用トナー像を形成して前記検出手段を用いて検出し、前記第一測定用トナー像のトナー載り量が第一目標トナー載り量に近付くように前記補給手段による現像剤の補給量を制御する制御手段と、
前記静電像形成手段及び前記現像装置を用いて所定の現像コントラストを設定して第二測定用トナー像を形成して前記検出手段を用いて検出し、前記第二測定用トナー像のトナー載り量が出力画像の最大濃度に相当する第二目標トナー載り量となるように画像形成に用いる現像コントラストを設定する最大濃度調整手段と、
前記最大濃度調整手段による調整タイミングに応じて、前記静電像形成手段及び前記現像装置を用いて前記第一現像コントラストを設定して測定用トナー像を形成して前記検出手段を用いて検出し、検出したトナー載り量が前記第一目標トナー載り量に近付くように前記第一現像コントラストを設定する設定手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
少なくとも前記最大濃度調整手段による調整が行われる直前に形成される前記第一測定用トナー像を形成するタイミングから、前記最大濃度調整手段による調整が行われる直後に形成される前記第一測定用トナー像を形成するタイミングまでの期間中に、前記設定手段による設定が実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
前記第二測定用トナー像を用いて前記現像コントラストが設定される非画像形成期間内に、前記設定手段を用いた設定が実行されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記設定手段は、前記第一コントラストを設定して形成された前記第一測定用トナー像が、前記設定手段を用いた前回の設定から今回の設定までに出力された画像で最も使用された画像濃度に相当するトナー載り量にとなるように、前記第一測定用トナー像の静電像の面積階調を設定することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
前記補給手段は、画像形成ごとに消費されたトナー量に見合った補給現像剤を画像形成ごとに前記現像装置に補給し、
前記制御手段は、所定枚数の画像形成に分散して画像形成ごとに前記現像装置に補給する現像剤量を調整することを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
像担持体と、
前記像担持体に画像の静電像を形成する静電像形成手段と、
帯電したトナーを含む現像剤を現像剤担持体に担持させて前記現像剤担持体に電圧を印加することにより、前記像担持体の静電像を、前記現像剤担持体の電位と前記静電像の電位差である現像コントラストに応じたトナー載り量のトナー像に現像する現像装置と、
画像形成ごとに見積もられたトナー消費量に見合う補給量の現像剤を、画像形成ごとに前記現像装置に補給する補給手段と、
所定枚数の画像形成ごとの頻度で、前記現像装置の現像剤のトナー帯電量が目標トナー帯電量に近付くように前記補給量を補正する制御手段と、
前記制御手段を用いた制御の所定回数ごとの頻度で、現像されたトナー像のトナー載り量が出力画像の最大濃度に相当するトナー載り量に近付くように画像形成に用いる現像コントラストを設定する最大濃度調整手段と、を備え、
前記制御手段は、前記最大濃度調整手段を用いた現像コントラストの設定時における前記現像装置の現像剤のトナー帯電量が前記目標トナー帯電量となるように前記目標トナー帯電量を変更することを特徴とする画像形成装置。
像担持体と、
前記像担持体に画像の静電像を形成する静電像形成手段と、
帯電したトナーを含む現像剤を現像剤担持体に担持させて前記現像剤担持体に電圧を印加することにより、前記像担持体の静電像を、前記現像剤担持体の電位と前記静電像の電位差である現像コントラストに応じたトナー載り量のトナー像に現像する現像装置と、
画像形成ごとに見積もられたトナー消費量に見合う補給量の現像剤を、画像形成ごとに前記現像装置に補給する補給手段と、
所定枚数の画像形成ごとの頻度で、前記現像装置の現像剤のトナー帯電量が目標トナー帯電量に近付くように前記補給量を補正する制御手段と、
前記制御手段を用いた制御の所定回数ごとの頻度で、現像されたトナー像のトナー載り量が出力画像の最大濃度に相当するトナー載り量に近付くように画像形成に用いる現像コントラストを設定する最大濃度調整手段と、を備え、
前記制御手段は、前記最大濃度調整手段を用いた現像コントラストの設定時に実行される前記補給量の補正において補正量が０となるように、それ以降の前記補給量の補正における前記目標トナー帯電量を変更することを特徴とする画像形成装置。