JP6011107B2 - 画像形成装置、そのトナー濃度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置、そのトナー濃度制御方法に関わり、特に現像器内のキャリア量の変化に関わり無く常にトナー濃度を適正に制御する画像形成装置、そのトナー濃度制御方法に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置がある。この画像形成装置は、一般に感光体ドラムを一様に帯電させて初期化し、この感光体ドラムに光書込みによって静電潜像を形成し、この静電潜像をトナー像化して、そのトナー像を直接または間接に用紙等の転写材に転写して定着器で定着させる。

このような電子写真方式の画像形成装置には、トナーのみから成る一成分現像剤を用いるものと、トナーとキャリアから成る二成分現像剤を用いるものとがある。近年、要望が強い印字（以下、印刷ともいう）処理の高速化に対処するには二成分現像剤を用いる方式の方がよく対応できる。

上記の二成分現像剤のキャリアは、現像器内でトナーと混合撹拌されてトナーに所定の電荷を与える。電荷を与えられたトナーはキャリアの表面に一時的に付着してキャリアの表面を被覆する。

磁性体の現像ローラに付着したキャリアは電荷を帯びたトナーを感光体上に運び、感光体上の静電潜像にトナーを転移させて静電潜像上にトナー像を現像させる。

表面のトナーを放出したキャリアは現像ローラ上に残り、再び現像器内に戻って現像器に補給される新たなトナーと再び混合撹拌され、トナーに電荷を与え、そのトナーを感光体上に運ぶ、というように繰り返し使用される。

現像器へのトナーの補給はトナー供給装置から行われる。トナー供給装置から現像器へのトナーの補給路には、コイルスクリューを内蔵したパイプや、更にはトナーの重力による自然落下経路を併用した補給路が用いられる。

そして現像器にはトナー混合撹拌機構が内蔵されている。トナー混合撹拌機構は２つあり、１つはトナー供給装置から供給（補給）されたトナーを、トナー濃度の低下した二成分現像剤（以下、単に現像剤という）と混合撹拌しながら搬送する循環搬送スクリューである。

２つ目は、循環搬送スクリューで送り込まれた現像剤を攪拌搬送しながら磁性体現像ローラに供給して、残余の現像剤を循環搬送スクリューに送り戻す供給搬送スクリューである。

ここで、現像器の現像剤中のトナー濃度が高すぎると地汚れ等が発生する。逆にトナー濃度が低すぎると高濃度な画像が得られない。したがって高画質な画像を得るためには、トナー像担持体に供給される現像器内の現像剤のトナー濃度を一定範囲内に制御することが必要である。

そこで、このような現像剤を使って画像形成を行う電子写真方式の画像形成装置の現像器では、印字して消費したトナー量を測定するためのトナー濃度センサが設けられている。そしてトナー濃度が所定以下に低いことが検知されると現像器にトナーを補給するようにしている。

一般に、トナー濃度センサには透磁率を検知する磁気センサが使用される。この透磁率の検知には、コイルのインダクタンス成分を利用するものや、周波数型、磁気ブリッジ型など、いくつかの方式がある。

いずれにしても、トナー濃度センサとしては、現像器の内壁面の一部に検知面を露出させ、この検知面周辺の現像剤中のキャリアからの透磁率の変化を検知する。すなわち、トナー濃度が高いと透磁率が下りセンサ出力は弱くなる。トナー濃度が低いと透磁率が上がりセンサ出力は強くなる。

そして補給基準電圧値（補給電圧閾値）よりもセンサ出力が上回った場合トナーを不足分だけ補給し、出力が基準電圧値よりも下回れば補給を停止する。この時のトナー量は補給される時間当たり定量の補給が好ましい。

トナーの補給が不足すると現像剤のキャリアがトナーと共に例えば感光体ドラム等のトナー像担持体に移転するキャリア引き等の不具合が起きる。また、トナーの補給が過多になると、トナー飛散等の不具合が発生する。

キャリア引きは、上記のようにトナーの補給不足で生じるだけでなく、適正なトナー補給量であっても経時的に発生することは避けられない。キャリア引き等により現像器内部のキャリア量が減少した場合、トナー濃度とトナー濃度センサの出力電圧との関係が基準設定値に対してずれを生じてくる。

このため、トナー補給のタイミングにずれを生じて、適正なトナー濃度を維持できなくなる。適正なトナー濃度を維持できなくなると、結果として高質な画像を経時的に維持することが出来なくなってしまうという問題を生じる。

ここで、トナー濃度センサの誤検知によるトナー濃度過多を防ぎ、安定したトナー濃度を維持するために、トナー補給と同時に濃度検知を行うことをせず、補給されたトナーがトナー濃度センサを最初に通過するときのトナー濃度を検知するようにした画像形成装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）

これは、トナー補給口から補給されたトナーが最初にトナー濃度センサを通過する前のタイミングではトナー濃度検知を行なわないため、補給されたトナーの濃度を確実に検知することができる、というものである。

特開２００３−０７６１３０号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術は、補給されたトナーが攪拌されながらトナー濃度検知センサの位置に来たタイミングで検知するというものであり、いわば単にトナー濃度そのものを適正に検知しようとするものであって、キャリア引き等によるキャリア量の減少に対するトナー濃度の誤検知については考慮されていない。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、現像器内のキャリア量の変化に関わり無く常にトナー濃度を適正に制御する画像形成装置、そのトナー濃度制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、像担持体上の静電潜像を現像するトナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像槽と、該現像槽の上記現像剤におけるトナーの濃度情報を出力するトナー濃度センサと、上記現像槽にトナーを補給するトナー補給部と、上記トナー補給部でのトナーの補給後の、上記トナー濃度センサによる上記現像剤におけるトナーの濃度情報の出力値と、トナーの補給によって想定された上記現像剤におけるトナーの濃度情報の想定出力値との比較結果に基づいて上記現像槽の上記現像剤におけるキャリアの量を判定する第１キャリア量判定部と、上記第１キャリア量判定部での判定に基づいて、その後の上記現像槽の上記現像剤におけるトナーの濃度が所定の濃度になるように上記トナー補給部でのトナーの補給量を制御する制御部と、上記トナー濃度センサの出力に対してトナー補給の目安となる閾値を設定する閾値設定手段と、上記トナー補給部に対し所定のタイミングで上記現像槽に一定量のトナーを強制供給させる強制供給制御手段と、を有し、上記制御部は、上記強制供給制御手段によってトナーを強制供給させた際の上記第１キャリア量判定部での判定に基づいて、上記閾値設定手段による上記閾値を変更することにより、上記トナー補給部でのトナーの補給量を制御することを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る他の画像形成装置は、像担持体上の静電潜像を現像するトナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像槽と、上記現像槽の上記現像剤におけるトナーの濃度情報を出力するトナー濃度センサと、上記現像槽にトナーを補給するトナー補給部と、上記トナー補給部でのトナーの補給後の、上記トナー濃度センサによる上記現像剤におけるトナーの濃度情報の出力値と、トナーの補給によって想定された上記現像剤におけるトナーの濃度情報の想定出力値との比較結果に基づいて上記現像槽の上記現像剤におけるキャリアの量を判定する第１キャリア量判定部と、上記第１キャリア量判定部での判定に基づいて、その後の上記現像槽の上記現像剤におけるトナーの濃度が所定の濃度になるように上記トナー補給部でのトナーの補給量を制御する制御部と、上記トナー濃度センサの出力に対してトナー補給の目安となる閾値を設定する閾値設定手段と、上記像担持体上にベタ画像が現像されるように上記静電潜像を形成する手段と、上記静電潜像を形成した後の上記トナー濃度センサの出力値と、上記静電潜像の形成によって想定される上記トナー濃度センサの想定出力値との比較結果に基づいて上記現像槽の上記現像剤におけるキャリアの量を判定する第２キャリア量判定部と、を有し、上記制御部は、上記第２キャリア量判定部での判定に基づいて、上記閾値設定手段による上記閾値を変更することにより、上記トナー補給部でのトナーの補給量を制御することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るトナー濃度制御方法は、像担持体上の静電潜像を現像するトナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像槽と、上記現像槽内のトナーの濃度情報を出力するトナー濃度センサと、上記現像槽にトナーを補給するトナー補給部と、を有する画像形成装置のトナー濃度制御方法であって、上記トナー補給部に対して上記現像槽に一定量のトナーを強制供給させる工程と、上記一定量のトナーを強制供給させたあとの上記トナー濃度センサによるトナーの濃度情報の出力値と、上記一定量のトナーを強制供給する場合に想定されるトナーの濃度情報の想定出力値との比較結果に基づいて上記現像槽内のキャリアの量を判定する工程と、上記判定の結果に基づいて、上記トナー濃度センサの出力に対してトナー補給の目安となる閾値を変更することにより、上記トナー補給部でのトナーの補給量を制御する工程と、を含むことを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る他のトナー濃度制御方法は、像担持体上の静電潜像を現像するトナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像槽と、上記現像槽内のトナーの濃度情報を出力するトナー濃度センサと、上記現像槽にトナーを補給するトナー補給部と、を有する画像形成装置のトナー濃度制御方法であって、上記現像により像担持体上にベタ画像を形成する工程と、上記ベタ画像を形成したあとの上記トナー濃度センサによるトナーの濃度情報の出力値と、上記ベタ画像を形成した場合に想定されるトナーの濃度情報の想定出力値との比較結果に基づいて上記現像槽内のキャリアの量を判定する工程と、上記判定の結果に基づいて、上記トナー濃度センサの出力に対してトナー補給の目安となる閾値を変更することにより、上記トナー補給部でのトナーの補給量を制御する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明は、現像器内のキャリア量の変化に関わり無く常にトナー濃度を適正に制御する画像形成装置、そのトナー濃度制御方法及びプログラムを提供することができる。

本発明の実施例１及び２に係るフルカラーの画像形成装置（プリンタ、本体装置）の内部構成を説明する断面図である。 実施例１及び２に係るプリンタの制御部（プリンタ制御装置）に関わる主要部の回路ブロック図である。 (a)は実施例１及び２に係るプリンタの現像器を感光体ドラムと共に示す拡大断面図、(b)は現像器を(a)の矢印ｂで示す向きに切断して内部構成と現像剤の還流経路を示す断面図である。 現像剤のトナー濃度とトナー濃度センサの出力電圧との関係を示す特性図である。 ３種類のトナー濃度の現像剤の現像剤量とトナー濃度センサの出力電圧の関係を示す図である。 実施例１の原理を説明するための異なるトナー濃度の現像剤に対する現像剤量とトナー濃度センサの出力電圧との関係を示す特性図である。 制御部により図６に示す原理図に基づいてプリンタの現像装置のトナー濃度を常に適正な濃度となるように制御する処理のフローチャートである。 実施例２の原理を説明するための異なるトナー濃度の現像剤に対する現像剤量とトナー濃度センサの出力電圧との関係を示す特性図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、印字と印刷は同義に用いている。

図１は、本発明の実施例１及び２に係るフルカラーの画像形成装置（以下、単にプリンタ、又は本体装置という）の内部構成を説明する断面図である。

図１に示すプリンタ１は、電子写真式で二次転写方式のタンデム型のカラー画像形成装置であり、画像形成部２、転写ベルトユニット３、トナー供給部４、給紙部５、ベルト式定着ユニット６、及び両面印刷用搬送ユニット７で構成されている。

上記画像形成部２は、いわゆる背面転写方式で転写ベルト８の下部走行部表面８ａにトナー画像を転写するために、その転写ベルト８の下部走行部表面８ａに接して同図の右から左へ４個の現像装置９（９ｋ、９ｃ、９ｍ、９ｙ）を多段式に並設した構成をとっている。

この画像形成部２は、図１に示す印刷実行時位置から、それより下方の保守位置に、昇降可能にプリンタ１本体のフレームに保持されている。上記４個の現像装置９のうち上流側（図の左側）の３個の現像装置９ｙ、９ｍ及び９ｃは、それぞれ減法混色の三原色であるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の色トナーによるモノカラー画像を形成する。

また、現像装置９ｋは、主として文字や画像の暗黒部分等に用いられるブラック（Ｋ）トナーによるモノクロ画像を形成する。上記の各現像装置９は、画像を現像するトナーの色を除き全て同じ構成である。したがって、以下イエロー（Ｙ）のトナー用の現像装置９ｙを例にしてその構成を説明する。

現像装置９は、最上部に像担持体としての感光体ドラム１０を備えている。この感光体ドラム１０は、その周面が例えば有機光導電性材料で構成されている。この感光体ドラム１０の周面に当接し又は近傍を取り巻いて、クリーナ１１、帯電ローラ１２、光書込ヘッド１３、及び現像器１４の現像ローラ１５が配置されている。

現像器１４は、外部を覆うユニット筐体１６、内部に設けられた隔壁１７、現像ローラ１５、第１攪拌搬送部材１８、及び第２攪拌搬送部材１９を備えている。第１及び第２攪拌搬送部材１８及び１９は、ここでは特には図示しないが、スクリュー軸と、このスクリュー軸と一体に構成されて回転するフィンから成る。

この現像器１４には、トナー供給部４のトナー補給容器２０（２０ｙ、２０ｍ、２０ｃ、２０ｋ）から、同図にはＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋで示すようにイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のいずれかのトナーが供給される。

転写ベルトユニット３は、本体装置のほぼ中央で図の左右方向に扁平なループ状になって延在する無端状の上述した転写ベルト８と、この転写ベルト８を掛け渡されて転写ベルト８を図の矢印ａで示す反時計回り方向に循環移動させる駆動ローラ２１と従動ローラ２２を備えている。

上記の転写ベルト８には、一次転写ローラ２３がユニットと一体に組み込まれている。一次転写ローラ２３は転写ベルト８を介して感光体ドラム１０に圧接し、下方を循環移動する転写ベルト８の下部走行部表面８ａにトナー像を直接転写（一次転写）する。

転写ベルト８は、そのトナー像を更に用紙に転写（二次転写）すべく用紙への二次転写部２４まで搬送する。二次転写部２４は、駆動ローラ２１に隣接して下流側（図では上方）に配置された転写補助ローラ２５と、この転写補助ローラ２５に転写ベルト８を介して圧接する二次転写ローラ２６とで形成されている。

転写ベルト８には、ベルトクリーナ２７が配置されている。ベルトクリーナ２７は、転写ベルト８の従動ローラ２２に掛け渡されている表面に当接するクリーニングブレード２８を備えている。また、ベルトクリーナ２７の左方から下方にかけて隣接して、廃トナー回収容器２９が着脱自在に配置されている。

ベルトクリーナ２７は、クリーニングブレード２８により転写ベルト８の表面に残留する廃トナーを擦り取って除去し、その廃トナーを不図示の搬送スクリューにより廃トナー回収容器２９に送り込んでいる。

トナー供給部４は、転写ベルト８の上部走行部の上方に配置される４個のトナー補給容器２０（２０ｙ、２０ｍ、２０ｃ、２０ｋ）を着脱自在に備えている。４個のトナー補給容器２０には前述したようにイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーが収容されている。

これら４個のトナー補給容器２０は、図１では転写ベルトユニット３の向う側に隠れて見えないが、それぞれ装着部のトナー供給口に続くトナー供給路を介して、それぞれに対応する現像装置９の現像器１４と連結されている。

このトナー供給部４は、特には図示しないが、図１に示す印刷実行時位置から、それより上方の保守位置に、昇降可能に装着部を介してプリンタ１本体のフレームに保持されている。

給紙部５は、上下２段に配置された２個の給紙カセット３０（３０ａ、３０ｂ）を備えている。２個の給紙カセット３０の給紙口（図の右方）近傍には、それぞれ用紙取出ローラ３１、給送ローラ３２、捌きローラ３３、待機搬送ローラ対３４が配置されている。

待機搬送ローラ対３４の用紙搬送方向（図の鉛直上方向）には、転写ベルト８、転写補助ローラ２５、二次転写ローラ２６による前述した用紙への二次転写部２４が形成されている。

この二次転写部２４の下流（図では上方）側にはベルト式熱定着ユニット６が配置され、ベルト式熱定着ユニット６の更に下流側には、定着後の用紙をベルト式熱定着ユニット６から搬出する搬出ローラ対３６、及びその搬出される用紙を装置上面に形成されている排紙トレー３７に排紙する排紙ローラ対３８が配設されている。

両面印刷用搬送ユニット７は、外面（図の右方外側面）がプリンタ１の内部を側面から外部に開放又は遮蔽する開閉部材を兼ねている。

この両面印刷用搬送ユニット７は、排紙ローラ対３８の直前から図の右横方向に分岐する返送開始路３９ａ、それから下方に曲がる返送中間路３９ｂ、更に上記とは反対の左横方向に曲がって最終的に返送用紙を反転させる返送終端路３９ｃから成る返送路３９を備えている。

また、返送路３９の途中には、５組の返送ローラ対４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ）が配置されている。上記返送終端路３９ｃの出口は、給紙部５の下方の給紙カセット３０ｂに対応する待機搬送ローラ対３４への搬送路に合流している。

図２は、上記構成のプリンタ１の制御部（プリンタ制御装置）に関わる主要部の回路ブロック図である。同図に示すように、プリンタ制御装置４２には、一方の通信線４３を介して現像装置９（９ｍ、９ｃ、９ｙ、９ｋ）が接続され、他方の通信線４４を介してトナー供給装置４５が接続されている。

プリンタ制御装置４２は、印刷枚数カウンタ４６とトナー濃度制御部４７を備えている。また、図１にも示した現像装置９には、後述する下部現像槽にトナー濃度センサ４８を備えている。また、トナー供給装置４５は駆動モータ４９を備えている。

現像装置９のトナー濃度センサ４８は、現像装置内の現像剤の透磁率を検出して、トナー濃度の違いに応じた出力電圧を出力する。この出力は、プリンタ制御装置４２のトナー濃度制御部４７に送信される。

プリンタ制御装置４２は、トナー濃度制御部４７が受信するトナー濃度センサ４８の出力と基準電圧とを比較し、基準電圧よりも出力電圧が高い場合には、トナー供給装置４５に駆動モータ４９を駆動させ、トナー補給容器２０のトナーを現像装置９に補給するようにしている。

ここで、トナー供給装置４５は、図１に示したトナー供給部４の各トナー補給容器２０と、これらのトナー補給容器２０にそれぞれ対応する現像装置９の下部現像槽との間に連結されたトナー供給路を備え、駆動モータ４９は、トナー補給容器２０及びトナー供給路内に配設されたトナー搬送スクリューを回転駆動する。

これにより、プリンタ制御装置４２の制御のもとに、トナー供給のタイミングに応じて、トナー供給装置４５は駆動モータ４９を回転駆動して、トナー補給容器２０のトナーを対応する現像装置９の下部現像槽に供給（補給）する。

なお、本例の現像剤（二成分現像剤）において、キャリアはフェライトキャリアにシリコン系の樹脂をコーティングした体積平均粒径４５μの球形キャリアである。また、トナーは植物由来樹脂をメイン樹脂として、顔料、ＷＡＸ、帯電制御剤等を添加して混練した構成の体積平均粒径７μのトナーである。

図３(a)は上記構成のプリンタ１の現像器１４を感光体ドラム１０と共に示す拡大断面図であり、図３(b)は現像器１４を図３(a)の矢印ｂで示す向に切断して内部構成と現像剤の還流経路を示す断面図である。

なお、図３(a),(b)には図１及び図２の構成と同一の構成部分には図１及び図２と同一の番号を付与して示している。また、図３(b)では図３(a)に示すクリーニングブレード６１の図示を省略し、トナー濃度センサ４８も極く簡略に示している。

図３(a)に示すように、現像器１４は、外壁を形成するユニット筐体１６と内部の隔壁１７とで仕切られる２つの現像槽５１（上現像槽５１ａ、下現像槽５１ｂ）を備えている。上現像槽５１ａには、前述した現像ローラ１５と第２の攪拌搬送部材１９が配置されている。

現像ローラ１５には、ドクターブレード５２が当接している。下現像槽５１ｂには前述した第１の攪拌搬送部材１８が配置されている。この現像槽５１ａにはトナー濃度センサ４８がその検知面５３を槽内に露出して配置されている。

第２の攪拌搬送部材１９は、回転軸５４とこの回転軸５４に螺旋状に固設された螺旋状フィン５５とで構成されている。第１の攪拌搬送部材１８は、回転軸５６とこの回転軸５６に螺旋状に固設された螺旋状フィン５７とで構成されている。

第２の攪拌搬送部材１９は、矢印ｃで示すように図の反時計回り方向に回転し、現像槽５１ａ内の現像剤を螺旋状フィン５５で攪拌しながら矢印ｅで示すように図３(a)の紙面奥行き方向手前から向こう側（図３(b)では右から左）へ搬送し、その現像剤を現像ローラ１５に供給する。

現像ローラ１５は、現像剤のトナーのみを感光体ドラム１０に供給して、感光体ドラム１０周面上の静電潜像をトナー像化（現像）する。トナーのみを感光体ドラム１０に引き取られた現像ローラ１５上の現像剤のキャリアは、現像槽５１ａ内の現像剤に混合され、図３(a)の紙面奥行き方向向こう側、図３(b)では左端部の出口６２で現像槽６５ｂに送り戻す。

現像槽５１ｂ内の第１の攪拌搬送部材１８は、図３(a)の矢印ｄで示すように図の反時計回り方向に回転し、現像槽５１ｂ内の現像剤を螺旋状フィン５７で攪拌しながら図３(a),(b)の矢印ｆ（ｆ１、ｆ２、ｆ３）で示すように図３(a)の紙面奥行き方向向こう側から手前、図３(b)では左から右方へ搬送しながら、供給口６３で、現像剤を現像槽５１ａに送り出す。このように、現像剤の還流とトナーの補給が繰り返されて、トナーによる現像が逐次進行する。

上記のトナー濃度センサ４８の検知面５３は槽内に露出して配置されているので、現像剤が検知面５３に滞留しやすい。現像剤が検知面５３に滞留するとトナー濃度センサ４８の検知精度が低下する。

このトナー濃度センサ４８の検知精度の低下を防止するために、現像槽５１ｂ内の第１の攪拌搬送部材１８の回転軸５６には、トナー濃度センサ４８の検知面５３に対向して回転する位置に、ブレード保持部５８とこのブレード保持部５８に保持された弾性体シート（ブレード）５９から成るクリーニングブレード６１が固設されている。

クリーニングブレード６１は、攪拌搬送部材１７の回転軸５６と共に回転し、トナー濃度センサ４８の検知面５３を弾性体シート５９により摺擦して、検知面５３に滞留しようとする現像剤を払い飛ばして、直後に搬送されてくる現像剤と入替える。

これにより、トナー濃度センサ４８の検知面５３に現像剤が滞留することによって生じる虞のあるトナー濃度の誤検知を防止している。

もし、現像剤のトナー濃度が規定以下に薄くなっていれば、トナー濃度センサ４８がトナー濃度低下を検出する。トナー濃度低下が検出されると、トナー供給部４の当該現像器１４に対応するトナーホッパー２７から補給口を介してトナーＴｎが補給される。

ところで、本例のトナー濃度センサ４８は、現像剤の二成分中のキャリアの磁性分を検知している。つまり磁気センサである。現像剤のトナー濃度が高いときはキャリアに付着しているトナーが多いときである。したがって、トナー濃度センサ４８とキャリアの間の透磁率が下がり、トナー濃度センサ４８の検知出力電圧は低下する。

一方、現像剤のトナー濃度が低いときはキャリアに付着しているトナーが少ないときである。したがって、トナー濃度センサ４８とキャリアの間の透磁率が上り、トナー濃度センサ４８の検知出力電圧が上昇する。

図４は、現像剤のトナー濃度とトナー濃度センサの出力電圧との関係を示す特性図である。同図は横軸にトナー濃度（％）を４％から１６％まで２％刻みで示し、縦軸にトナー濃度センサの出力電圧値（Ｖ）を０Ｖから５Ｖまで示している。

なお、同図の特性図に示すトナー濃度（％）の実測値を表すプロットは、トナー濃度５％から１４％までの範囲のものを示している。同図に示すように、トナー濃度が５％から１４％まで順次高くなるに従って、トナー濃度センサの出力電圧は、およそ３．８Ｖのあたりから、およそ１．２Ｖのあたりまで、直線的に順次低下している。

ところで、上記のようなトナー濃度とトナー濃度センサの出力電圧との関係は、現像装置９内のキャリア量によって異なるものである。ここで、前述したように、キャリアは体積平均粒径４５μの球形であり、トナーは体積平均粒径７μの粒であり、キャリアに比べトナーの比重は小さい。しかも、現像剤中に含まれるトナーの比率は一般的基準で６％程度である。

したがって、キャリア量に対するトナー量は極端に少なく、トナー濃度センサ位置におけるトナー濃度の違い（トナー量の違い）で生じる現像剤量の嵩の違いは問題とならない。そこで、以下の説明では、キャリア量と現像剤量を同義に用いて説明する。

ここで、通常、画像形成装置の現像剤を構成するキャリアは、内部に磁石を配置した現像ローラに磁力で捕獲されているが、トナーの帯電量が高くなった場合等には、トナーと一緒に感光体ドラムに付着するキャリア引きが生じ、印刷枚数が増えるに従ってキャリア量が減少するということが起こる。この現象は避けることが出来ない。

図５は、本例の現像剤を使用して、３種類のトナー濃度の現像剤の現像剤量とトナー濃度センサの出力電圧の関係を示す図である。同図は横軸に現像剤量（キャリア量と考えて差し支えない）を１００ｇから３００ｇまで示し、縦軸にトナー濃度センサの出力電圧を１．５ｖから５ｖまで示している。

また、グラフ６５は、トナー濃度が９％の現像剤を用いたときの現像剤量とトナー濃度センサの出力電圧との関係を示し、グラフ６６は、トナー濃度が１０％の現像剤を用いたときの現像剤量とトナー濃度センサの出力電圧との関係を示し、グラフ６７は、トナー濃度が１１％の現像剤を用いたときの現像剤量とトナー濃度センサの出力電圧との関係を示している。

なお、同図において、グラフ６５、６６及び６７が、ともに図４のように直線グラフでなく曲線を描いているのは、現像剤量とトナー濃度センサの出力電圧の関係は、特には図示しないが多項式で求められるものであるからである。

同図において、横軸の右から左に示すように、９％、１０％、１１％それぞれの濃度の現像剤において現像剤量（キャリア量）が２５０ｇから１５０ｇへと減少していくにつれて、トナー濃度センサの出力電圧は、それぞれおよそ４．２ｖから２．４ｖ、３．５ｖから２．０５ｖ、３．０ｖから１．７ｖへと減少していく。

このように、濃度が同一の現像剤でありながら、現像剤量（キャリア量）が減少していくと、トナー濃度センサの出力電圧が低下していく、換言すれば、トナー濃度が変わらないにもかかわらず、トナー濃度センサの出力電圧が変動するのは、トナー濃度センサの検知面を通過する現像剤の状態が、その現像剤量によって異なるために生じる現象であり、この現象は避けることができない。

このまま放置すれば、例えば印刷枚数などに基づく経時的な現像剤量（キャリア量）の減少によって、同一トナー濃度に対してトナー濃度センサの出力電圧の低下によって、制御部はトナー濃度が高いと判定する。

つまり、トナー濃度センサの出力電圧が基準値を超えたことを示したときは、すでにトナー濃度が適正濃度よりも低くなったときであり、ここでトナーの補給を開始しても、適正濃度に達しないうちに、トナー濃度センサの出力電圧が基準値を示すためトナーの補給が停止される。すなわち、いつまで経っても適正なトナー濃度が得られない。

このように、現像剤量（キャリア量）の減少という現象を放置すると、適正なトナー濃度が得られず、そうかといって、キャリアの減少量を直接検出してキャリアを補給するなどということは、技術的にも実用的にも困難である。

本発明者は、上述したような不具合を防止し、現像装置の寿命までトナー濃度を一定に保ち、結果として形成される画像の品質を維持することができる画像形成装置、そのトナー濃度制御方法及びプログラムを提供するために本発明を案出した。以下、本発明の実施例１について説明する。

図６は、本発明の実施例１の原理を説明するための異なるトナー濃度の現像剤に対する現像剤量とトナー濃度センサ４８の出力電圧との関係を示す特性図である。同図においてグラフ６８は、現像装置９が新品の時の特性図であり、現像装置９に投入されている現像剤量は２００ｇ、現像剤のトナー濃度が１０％の例として示してある。つまりトナー量は２０ｇである。

また、グラフ６９は、現像装置９が新品の時の現像剤に２ｇのトナーを追加して、現像剤量を２０２ｇ、現像剤のトナー濃度を概算で１１％とした場合の特性図である。

図７は、図２に示す制御部により図６に示す原理図に基づいてプリンタ１の現像装置９のトナー濃度を常に適正な濃度となるように制御する処理のフローチャートである。

図７の処理において、制御部は、図１に示す本体装置１に電源が投入され、使用する用紙の紙質、枚数、印字モード、その他の指定がキー入力あるいは接続するホスト機器からの信号として入力されると、印刷を開始する（ステップＳ１）。

次に、制御部は、現在画像の形成中であるか否か判別する（ステップＳ２）。そして、画像の形成中であるときは（Ｓ２の判別がＹｅｓ）、トナー濃度を測定する（ステップＳ４）。この処理は、トナー濃度センサ４８を駆動して、その出力電圧を参照する処理である。

続いて、制御部は、いま参照したトナー濃度センサ４８の出力電圧が設定電圧以上であるか否かを判別する（ステップＳ５）。ここで設定電圧とは、トナー濃度が１０％以下となったことを示すトナー濃度センサ４８の出力電圧（検知電圧閾値）である。

この検知電圧閾値の初期値は、新品の現像装置９に投入された現像剤量を２００ｇ、そのトナー濃度を１０％としたときのトナー濃度センサ４８の出力電圧であり、略２．５ｖになるように設定されている。

制御部は、上記の判別で、トナー濃度センサ４８の出力電圧が設定電圧以上でないときは（Ｓ４の判別がＮｏ）、ステップＳ１の印刷動作の処理に戻る。また、トナー濃度センサ４８の出力電圧が設定電圧以上であるときは（Ｓ４の判別がＹｅｓ）、トナーの補給を行う（ステップＳ６）。ここでのトナーの補給は、濃度ムラを起こさぬような適量が補給される。

続いて、制御部は、ステップＳ４に戻って、トナー濃度センサ４８の出力を参照し、ステップＳ５で当該出力電圧が設定電圧以上であるか判別する、ということを繰り返して、ステップＳ５で設定電圧以上でないとなってから、ステップＳ１の処理に戻る。

一方、ステップＳ２の判別で、画像形成中でないときは（Ｓ３の判別がＮｏ）、カウンタが規定値を超えたか否か判別する（ステップＳ３）。この処理は、図２に示すプリンタ制御装置４の印刷枚数カウンタ４６で計数されている印刷枚数が規定値（例えば、２０００枚）を超えたか否かを判別する処理である。

この判別で、印刷枚数が規定値を超えていなければ（Ｓ３の判別がＮｏ）、前述したステップＳ４以下の処理に移行する。一方、印刷枚数が規定値を超えていれば（Ｓ３の判別がＹｅｓ）、トナーの定量補給を行う（ステップＳ７）。

この処理は、現在の現像剤量の変動量を知るための試験用トナーとしての定量補給（強制補給）であり、本例の場合は、２ｇのトナーを補給する。この処理で制御部は、トナー供給装置４５の駆動モータ４９の回転時間を制御して、一定量２ｇのトナーを補給することが出来る。

上記に続いて制御部は、トナー濃度センサ４８から入力する出力電圧を読み取って（ステップＳ８）、その出力電圧が後述する想定出力値を示しているか否かを判別する（ステップＳ９）。

そして、出力電圧が想定出力値を示していれば（Ｓ９の判別がＹｅｓ）、ステップＳ１の処理に戻ってステップＳ１以下の処理を繰り返す。一方、出力電圧が想定出力値を示していないときは（Ｓ９の判別がＮｏ）、トナー濃度を制御するための設定電圧を変更する（ステップＳ１０）。

ここで想定出力値とは、新品の現像装置９のトナー濃度１０％で２００ｇの現像剤量に対するトナー濃度センサ４８の出力電圧に対して、トナー濃度が１１％になったときの２０２ｇの現像剤量に対するトナー濃度センサ４８の出力電圧を指している。

すなわち、図６において、一定量２ｇのトナーを補給する前のトナー濃度センサ４８の出力電圧が２．５ｖであったとする。これは、いまの現像剤がトナー濃度１０％で２００ｇの現像剤量であるとした場合のグラフ６８のａ点に対応する出力電圧、例えば２．５ｖである。

そして、一定量２ｇのトナーを補給した後のトナー濃度センサ４８の出力電圧は、現像剤がトナー濃度１１％で２０２ｇの現像剤量となっているはずのグラフ６９のｂ点でなければならない。このｂ点に対応する出力電圧、例えば２．１ｖが想定出力値である。

ところが、一定量２ｇのトナー補給後の実際のトナー濃度センサ４８の出力電圧が仮にｃ点であったとすれば、この間の横軸における差分Ｇだけ現像剤量が減少していることを示していることになる。

減少量Ｇだけ現像剤量が減少している、つまり、いま現像槽にある現像剤は減少量Ｇだけ現像剤量が減っている。したがって、１０％のトナー濃度を正しく検出するトナー濃度センサ４８の出力電圧はグラフ６８のｄ点で示す出力電圧、例えば２．４ｖに変更する必要がある。

このトナー濃度センサ４８の出力電圧を変更するためのトナー濃度検知電圧閾値（設定電圧）を変更する処理が、ステップＳ１０の処理である。

このように、一定量のトナーを追加することで示すであろうトナー濃度センサ４８の出力電圧を想定出力値として、実際の出力電圧が想定出力値である場合と想定出力値でない場合とで、トナー濃度を制御するパラメータである設定電圧を変更しないか変更するかして、トナー濃度を制御することで、キャリア量の変化に関わり無く、常に一定にトナー濃度を制御することが出来る。

この実施例２では、一定量のトナーを補給するのではなく、一定量のトナーを消費することで、想定出力電圧と実際の出力電圧を比較しようとするものである。

例えばＡ４判用紙一枚にベタ印刷した場合に０．４ｇのトナーを消費するような画像形成装置であれば、Ａ４判用紙５枚分のべた印刷をすれば、２ｇのトナーを消費する動作をさせることができる。

この場合、ベタ印刷の画像は感光体ドラム１０から転写ベルト８に一次転写するのみでよく、二次転写ローラ２６を転写ベルト８から離間させて用紙に二次転写することはせずに、転写ベルト８上のべた画像をベルトクリーナ２７でクリーニングすればよい。

図８は、本発明の実施例２の原理を説明するための異なるトナー濃度の現像剤に対する現像剤量とトナー濃度センサ４８の出力電圧との関係を示す特性図である。同図においてグラフ７１は、現像装置９が新品の時の特性図であり、現像装置９に投入されている現像剤量は２００ｇ、現像剤のトナー濃度は１０％である。つまりトナー量は２０ｇである。

また、グラフ７２は、現像装置９が新品の時の現像剤から２ｇのトナーを消費して、現像剤量を１９８ｇ、現像剤のトナー濃度を概算で９％とした場合の特性図である。なお、図８のＡ点、Ｂ点、Ｃ点及びＤ点は、それぞれ図６のａ点、ｂ点、ｃ点及びｄ点に対応する。

また、図８に示す原理図に基づいてプリンタ１の現像装置９により制御の処理は、図７に示したフローチャートにおいて、ステップＳ７のトナー定量補給を、トナー定量消費（トナー強制消費）に代えるだけで、その他の処理は同一である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明は特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[付記１]

像担持体上の静電潜像を現像するトナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像槽と、
該現像槽の前記現像剤におけるトナーの濃度情報を出力するトナー濃度センサと、
前記現像槽にトナーを補給するトナー補給部と、
前記トナー補給部でのトナーの補給後の、前記トナー濃度センサによる前記現像剤におけるトナーの濃度情報の出力値と、トナーの補給によって想定された前記現像剤におけるトナーの濃度情報の想定出力値とを比較する比較部と、
前記比較部における比較結果に基づいて前記現像槽の前記現像剤におけるキャリアの量を判定するキャリア量判定部と、
前記キャリア量判定部での判定に基づいて、その後の前記現像槽の前記現像剤におけるトナーの濃度が所定の濃度になるように前記トナー補給部でのトナーの補給量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
[付記２]

前記トナー濃度センサの出力に対してトナー補給の目安となる閾値を設定する閾値設定手段と、
前記トナー補給部に対し所定のタイミングで前記現像槽に一定量のトナーを強制供給させる強制供給制御手段と、を更に備え、
前記制御部は、前記キャリア量判定部での判定に基づいて、前記閾値設定手段による前記閾値を変更することにより、前記トナー補給部でのトナーの補給量を制御する
ことを特徴とする付記１記載の画像形成装置。
[付記３]

前記トナー濃度センサの出力に対してトナー補給の目安となる閾値を設定する閾値設定手段と、
前記像担持体上にベタ画像が現像されるように前記静電潜像を形成する手段と、を更に備え、
前記制御部は、前記キャリア量判定部での判定に基づいて、前記閾値設定手段による前記閾値を変更することにより、前記トナー補給部でのトナーの補給量を制御する
ことを特徴とする付記１記載の画像形成装置。
[付記４]

像担持体上の静電潜像を現像するトナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像槽と、
該現像槽の前記現像剤におけるトナーの濃度情報を出力するトナー濃度センサと、
前記現像槽にトナーを補給するトナー補給部と、
を有する画像形成装置のトナー濃度制御方法であって、
前記トナー補給部でのトナーの補給後の、前記トナー濃度センサによる前記現像剤におけるトナーの濃度情報の出力値と、トナーの補給によって想定された前記現像剤におけるトナーの濃度情報の想定出力値とを比較する工程と、
前記比較部における比較結果に基づいて前記現像槽の前記現像剤におけるキャリアの量を判定する工程と、
前記キャリア量判定部での判定に基づいて、その後の前記現像槽の前記現像剤におけるトナーの濃度が所定の濃度になるように前記トナー補給部でのトナーの補給量を制御する工程と、
を含むことを特徴とするトナー濃度制御方法。
[付記５]

像担持体上の静電潜像を現像するトナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像槽と、
該現像槽の前記現像剤におけるトナーの濃度情報を出力するトナー濃度センサと、
前記現像槽にトナーを補給するトナー補給部と、
を有する画像形成装置により読み取り可能なトナー濃度制御プログラムであって、
前記トナー補給部でのトナーの補給後の、前記トナー濃度センサによる前記現像剤におけるトナーの濃度情報の出力値と、トナーの補給によって想定された前記現像剤におけるトナーの濃度情報の想定出力値とを比較する手順と、
前記比較部における比較結果に基づいて前記現像槽の前記現像剤におけるキャリアの量を判定する手順と、
前記キャリア量判定部での判定に基づいて、その後の前記現像槽の前記現像剤におけるトナーの濃度が所定の濃度になるように前記トナー補給部でのトナーの補給量を制御する手順と、
を含むことを特徴とするトナー濃度制御プログラム。

本発明は、現像器内のキャリア量の変化に関わり無く常にトナー濃度を適正に制御する画像形成装置、そのトナー濃度制御方法及びプログラムに利用することができる。

１ フルカラー画像形成装置（プリンタ、本体装置）
２ 画像形成部
３ 転写ベルトユニット
４ トナー供給部
５ 給紙部
６ ベルト式定着ユニット
７ 両面印刷用搬送ユニット
８ 転写ベルト
８ａ 下部走行部表面
９（９ｍ、９ｃ、９ｙ、９ｋ） 現像装置
１０ 感光体ドラム
１１ クリーナ
１２ 帯電ローラ
１３ 光書込ヘッド
１４ 現像器
１５ 現像ローラ
１６ ユニット筐体
１７ 隔壁
１８ 第１攪拌搬送部材
１９ 第２攪拌搬送部材
２０（２０ｙ、２０ｍ、２０ｃ、２０ｋ） トナー補給容器
２１ 駆動ローラ
２２ 従動ローラ（蛇行制御ローラ）
２３ 一次転写ローラ
２４ 二次転写部
２５ 転写補助ローラ
２６ 二次転写ローラ
２７ ベルトクリーナ
２８ クリーニングブレード
２９ 廃トナー回収容器
３０（３０ａ、３０ｂ） 給紙カセット
３１ 用紙取出ローラ
３２ 給送ローラ
３３ 捌きローラ
３４ 待機搬送ローラ対
３６ 搬出ローラ対
３７ 排紙トレー
３８ 排紙ローラ対
３９ 返送路
３９ａ 開始返送路
３９ｂ 中間返送路
３９ｃ 終端返送路
４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ） 返送ローラ対
４２ プリンタ制御装置
４３、４４ 通信線
４５ トナー供給装置
４６ 印刷枚数カウンタ
４７ トナー濃度制御部
４８ トナー濃度センサ
４９ 駆動モータ
５１ 現像槽
５１ａ 上現像槽
５１ｂ 下現像槽
５２ ドクターブレード
５３ 検知面
５４、５６ 回転軸
５５、５７ 螺旋状フィン
５８ ブレード保持部
５９ 弾性体シート（ブレード）
６１ クリーニングブレード
６２ 出口
６３ 供給口
６５ トナー濃度９％の現像剤
６６ トナー濃度１０％の現像剤
６７ トナー濃度１１％の現像剤
６８ 新品のトナー濃度１０％の現像剤
６９ 新品に２ｇのトナーを追加したトナー濃度１１％の現像剤
７１ 新品のトナー濃度１０％の現像剤
７２ 新品から２ｇのトナーを消費したトナー濃度９％の現像剤

Claims (4)

1. 像担持体上の静電潜像を現像するトナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像槽と、
   前記現像槽の前記現像剤におけるトナーの濃度情報を出力するトナー濃度センサと、
   前記現像槽にトナーを補給するトナー補給部と、
   前記トナー補給部でのトナーの補給後の、前記トナー濃度センサによる前記現像剤におけるトナーの濃度情報の出力値と、トナーの補給によって想定された前記現像剤におけるトナーの濃度情報の想定出力値との比較結果に基づいて前記現像槽の前記現像剤におけるキャリアの量を判定する第１キャリア量判定部と、
   前記第１キャリア量判定部での判定に基づいて、その後の前記現像槽の前記現像剤におけるトナーの濃度が所定の濃度になるように前記トナー補給部でのトナーの補給量を制御する制御部と、
   前記トナー濃度センサの出力に対してトナー補給の目安となる閾値を設定する閾値設定手段と、
   前記トナー補給部に対し所定のタイミングで前記現像槽に一定量のトナーを強制供給させる強制供給制御手段と、を備え、
   前記制御部は、前記強制供給制御手段によってトナーを強制供給させた際の前記第１キャリア量判定部での判定に基づいて、前記閾値設定手段による前記閾値を変更することにより、前記トナー補給部でのトナーの補給量を制御する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 像担持体上の静電潜像を現像するトナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像槽と、
   前記現像槽の前記現像剤におけるトナーの濃度情報を出力するトナー濃度センサと、
   前記現像槽にトナーを補給するトナー補給部と、
   前記トナー補給部でのトナーの補給後の、前記トナー濃度センサによる前記現像剤におけるトナーの濃度情報の出力値と、トナーの補給によって想定された前記現像剤におけるトナーの濃度情報の想定出力値との比較結果に基づいて前記現像槽の前記現像剤におけるキャリアの量を判定する第１キャリア量判定部と、
   前記第１キャリア量判定部での判定に基づいて、その後の前記現像槽の前記現像剤におけるトナーの濃度が所定の濃度になるように前記トナー補給部でのトナーの補給量を制御する制御部と、
   前記トナー濃度センサの出力に対してトナー補給の目安となる閾値を設定する閾値設定手段と、
   前記像担持体上にベタ画像が現像されるように前記静電潜像を形成する手段と、
   前記静電潜像を形成した後の前記トナー濃度センサの出力値と、前記静電潜像の形成によって想定される前記トナー濃度センサの想定出力値との比較結果に基づいて前記現像槽の前記現像剤におけるキャリアの量を判定する第２キャリア量判定部と、を備え、
   前記制御部は、前記第２キャリア量判定部での判定に基づいて、前記閾値設定手段による前記閾値を変更することにより、前記トナー補給部でのトナーの補給量を制御する
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 像担持体上の静電潜像を現像するトナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像槽と、
   前記現像槽内のトナーの濃度情報を出力するトナー濃度センサと、
   前記現像槽にトナーを補給するトナー補給部と、
   を有する画像形成装置のトナー濃度制御方法であって、
   前記トナー補給部に対して前記現像槽に一定量のトナーを強制供給させる工程と、
   前記一定量のトナーを強制供給させたあとの前記トナー濃度センサによるトナーの濃度情報の出力値と、前記一定量のトナーを強制供給する場合に想定されるトナーの濃度情報の想定出力値との比較結果に基づいて前記現像槽内のキャリアの量を判定する工程と、
   前記判定の結果に基づいて、前記トナー濃度センサの出力に対してトナー補給の目安となる閾値を変更することにより、前記トナー補給部でのトナーの補給量を制御する工程と、
   を含むことを特徴とするトナー濃度制御方法。
4. 像担持体上の静電潜像を現像するトナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像槽と、
   前記現像槽内のトナーの濃度情報を出力するトナー濃度センサと、
   前記現像槽にトナーを補給するトナー補給部と、
   を有する画像形成装置のトナー濃度制御方法であって、
   前記現像により像担持体上にベタ画像を形成する工程と、
   前記ベタ画像を形成したあとの前記トナー濃度センサによるトナーの濃度情報の出力値と、前記ベタ画像を形成した場合に想定されるトナーの濃度情報の想定出力値との比較結果に基づいて前記現像槽内のキャリアの量を判定する工程と、
   前記判定の結果に基づいて、前記トナー濃度センサの出力に対してトナー補給の目安となる閾値を変更することにより、前記トナー補給部でのトナーの補給量を制御する工程と、
   を含むことを特徴とするトナー濃度制御方法。