JP6265629B2

JP6265629B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP6265629B2
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Inventors: 佑介間宮; 廣田　創; 創廣田; 裕紀赤司; 敬典堤; 佳名子黍原
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Filing date: 2013-05-30
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Description

本発明は画像形成装置に関し、より詳細には、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いる画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を用いた、ファクシミリやプリンター、複写機などの画像形成装置では、静電潜像担持体としての感光体の表面に形成された静電潜像を現像剤で可視像化し、この可視像を用紙等の記録材に転写した後、加熱・加圧して定着させている。ここで使用される現像剤としては、高画質化やカラー化の観点からトナーとキャリアとを含む二成分現像剤が広く使用されている。

二成分現像剤を用いた現像は、複数の磁極を内蔵し、現像剤を表面に担持する現像剤担持体を、感光体に対して離隔対向するように配置し、現像剤担持体と感光体とが対向する領域（現像領域）において、キャリアが集合して穂立ちした磁気ブラシを形成させるとともに、現像剤担持体と感光体との間に現像バイアス電圧を印加して、感光体表面の静電潜像にトナーを付着させることにより行われる。そして、現像で消費されたトナー分は、トナーホッパーから現像装置に順次補給され、現像装置内のトナー濃度は所定範囲に維持される。

ところが、ベタ画像などの印字率の高い画像が形成されると、大量にトナーが消費されるため、現像剤担持体付近のトナー濃度が大きく低下し、トナー補給によってトナー濃度が回復するまでに時間がかかっていた。特に、記録材搬送方向に長い長尺紙の場合、トナー濃度の回復に時間がかかっていた。

そこで、例えば特許文献１では、連続時に複数枚の用紙に画像形成する際に、用紙の大きさに応じて、紙間に行う現像剤の撹拌時間を調整し、長尺紙を連続して画像形成する場合であっても画質低下しないようにすることが開示されている。

また、特許文献２には、現像剤が循環搬送される循環搬送室（３＋４）の現像剤補給位置に設けられた現像剤補給部（１１ａ）と、循環搬送室（３＋４）を分割した複数の累積消費量算出領域（Ａ１〜Ａ１５）における現像剤の消費量を算出する現像剤消費量算出手段と、循環搬送部材（７＋８）による現像剤の搬送に応じて各累積消費量算出領域（Ａ１〜Ａ１５）の消費量を現像剤搬送方向下流側の各累積消費量算出領域（Ａ１〜Ａ１５）に移行させる消費量移行手段と、現像剤補給位置に対応する累積消費量算出領域（Ａ１）における消費量に基づいて補給量を設定する補給量設定手段と、設定された前記補給量に基づいて現像剤の補給を制御する現像剤補給制御手段とを備えた現像装置が開示されている。

特開2005-91651号公報特開2008-268881号公報

しかしながら、特許文献１に開示の方法では、画像形成速度が遅くなることがある。また、特許文献２に開示の方法は、画素数から算出した消費した分のトナーを後から補給するものであり、長尺紙で印字率の高い画像を連続して画像形成した場合に、用紙の後端や、現像ローラ軸方向の現像剤の搬送方向下流側ではトナー濃度が大きく低下するために濃度低下が生じることになる。

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、トナー飛散や画像形成速度の低下を招くことなく、印字率の高い画像を形成した場合であっても現像装置内のトナー濃度を所定範囲に維持できる画像形成装置を提供することにある。

前記目的を達成する本発明に係る画像形成装置は、受信した画像情報に基づいて像担持体に形成された静電潜像をトナーで現像し、現像されたトナー像を記録材に転写することで記録材に画像形成する画像形成装置であって、トナーとキャリアとを含む現像剤を表面に担持し、像担持体と対向する位置に現像剤を回転搬送して、像担持体に形成された静電潜像をトナーで現像する現像剤担持体と、前記現像剤担持体と、現像剤を撹拌混合しながら搬送して前記現像剤担持体に供給する現像剤搬送手段とを有する現像装置と、前記現像装置の前記現像剤搬送手段の搬送領域に補給するトナーを収納したトナー収納部と、画像形成動作毎に、前記現像剤担持体の回転軸方向に所定間隔で複数に分割した仮想区域ごとに、受信した画像情報に基づいて前記像担持体に形成される当該静電潜像の現像のために消費されるトナー量を算出する算出手段と、前記トナー収納部から前記現像装置へのトナーの補給量および補給タイミングを制御するトナー補給制御部とを備え、前記トナー補給制御部は、前記算出手段によって算出された、各仮想区域において前記静電潜像の現像時に消費されるトナー量と同量のトナーを、前記現像時よりも、トナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時間分だけ早く前記現像装置に補給することを特徴とする。

ここで、画像形成を実行するタイミングを制御する画像形成制御部をさらに有し、前記画像形成制御部は、取得した画像情報に基づいて画像形成を実行する際に、各仮想区域においてトナーで現像する時期の方が、トナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時期よりも先になると判断した場合には、トナーで現像する時期と、トナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時期が同じになるように、画像形成を開始する時期を遅らせるように制御するのが好ましい。

また、画像形成を実行するタイミングを制御する画像形成制御部をさらに有し、前記トナー補給制御部は、画像形成制御部から、前記現像剤担持体により像担持体に形成された静電潜像をトナーで現像する時期を取得し、取得した前記時期により、前記現像時よりもトナー収納部から補給されたトナーが仮想区域まで搬送される時間分だけ早く前記現像装置に補給することができないタイミングとなるトナー補給を保留するのが好ましい。

このとき、画像形成を実行するタイミングを制御する画像形成制御部を有し、前記トナー補給制御部は、画像情報に基づいて複数の記録材に対して連続して画像形成を行う際に、前記トナー補給制御部は、画像形成制御部から、画像形成動作毎の前記現像剤担持体により像担持体に形成された静電潜像をトナーで現像する時期を取得し、取得した前記時期により、前記現像時よりも、トナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時間分だけ早く前記現像装置に補給することができないタイミングとなるか否かを画像形成動作毎に判断し、前記現像時よりも、トナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時間分だけ早く前記現像装置に補給することができないタイミングとなる画像形成動作に対するトナー補給を保留する。

また、前記トナー補給制御部は、予め設定された単位時間あたりの上限補給量を超えない範囲で、前記保留したトナー補給を実行する。

本発明の画像形成装置では、現像剤担持体の回転軸方向に所定間隔で複数に分割した仮想区域ごとに、画像が形成される際に消費されるトナー量を予め算出し、そして、仮想区域ごとに算出されたトナー量を、現像時よりも、トナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時間分だけ早く現像手段に補給するので、現像手段内のトナー濃度の低下に起因する画像濃度低下や過剰なトナー補給によるトナー飛散を防止できる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概説図である。作像ユニットの概説図である。現像装置の垂直断面図である。現像装置の水平断面図である。トナー補給制御のブロック図である。現像ローラの回転軸方向に等間隔に設けられたＮ個の仮想区域を示す図である。画像形成例である。仮想区域「Ｘ」におけるトナー消費量の経時変化を示す図である。仮想区域「１」〜「Ｎ」ごとのトナー消費量の経時変化を示す図である。各仮想区域にたいするトナー補給量および補給時期を示す図である。トナーホッパーから現像装置に補給するトナー量の経時変化を示す図である。第１の実施形態におけるトナー補給制御のフローチャートである。図１２に続いて行われるトナー補給制御のフローチャートである。第２の実施形態におけるトナー補給制御のフローチャートである。トナー補給の保留について説明する図及び変形例における保留したトナー補給の実行について説明する図である。第３の実施形態におけるトナー補給制御のフローチャートである。

以下、本発明に係る画像形成装置について図に基づいてさらに詳しく説明するが本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に、本発明に係る画像形成装置の一例を示す所謂タンデム方式のカラープリンターの概説図を示す。この図に示すプリンターの画像形成部１は、導電性を有する無端状の中間転写ベルト３０、作像ユニット１０、露光装置１３等を有する。中間転写ベルト３０は、ローラ３１，３２，３３に張架されている。ローラ３１は不図示のモータに連結されており、モータの駆動によってローラ３１は反時計回りに回転し、これによって中間転写ベルト３０とこれに接するローラ３２，３３は従動回転する。ローラ３３は、不図示の付勢手段によって中間転写ベルト３０を外方へ付勢し中間転写ベルト３０に張力を与えている。ローラ３１に支持されているベルト部分の外側には、２次転写ローラ３４が圧接している。この２次転写ローラ３４と中間転写ベルト３０とのニップ部（２次転写領域）において中間転写ベルト３０上に形成されたトナー画像が、搬送されてきた用紙Ｐに転写される。

また、ローラ３２に支持されているベルト部分の外側には、中間転写ベルト３０の表面をクリーニングするベルトクリーニングブレード３５が設けられている。ベルトクリーニングブレード３５は、中間転写ベルト３０を介してローラ３２に圧接し、中間転写ベルト３０との当接部で未転写の残留トナーを除去・回収する。

中間転写ベルト３０の下側には、中間転写ベルト３０の回転方向上流側から順に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４つの作像ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ（以下、「作像ユニット１０」と総称することがある）が、装置本体１に対して着脱自在に配置されている。これらの作像ユニット１０では、各色の現像剤をそれぞれ用いて対応する色のトナー画像が作成される。

また、作像ユニット１０Ｋと２次転写ローラ３４との間には、中間転写ベルト３０に対向して光学式の濃度検知センサー７０が配置されている。作像ユニット１０により中間転写ベルト３０上に形成した各色のパッチ画像のトナー付着量を濃度検知センサー７０により検出することで、作像ユニット１０での画像形成条件や現像装置２のトナー濃度を調整する。

各作像ユニット１０に対応して、各色トナーを補給するトナーホッパー（トナー収納部）５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ（以下、「トナーホッパー５」と総称することがある）が設けられており、ここから不図示のジョイントを介して各現像装置２（図２に図示）にトナーが補給される。

図２に、作像ユニット１０の概説図を示す。作像ユニット１０は、静電潜像担持体としての円筒状の感光体１１を有する。そして、感光体１１の周囲には、その回転方向（時計回り方向）に沿って順に、帯電装置１２、露光装置１３、現像装置２、１次転写ローラ１４、およびクリーニング装置１５が配置されている。１次転写ローラ１４は中間転写ベルト３０を挟んで感光体１１に圧接し、ニップ部（１次転写領域）を形成している。

図１に示すように、作像ユニット１０の下部には、給紙装置として給紙カセット４１が着脱可能に配置されている。給紙カセット４１内に積載収容された用紙Ｐは、給紙カセット４１の近傍に配置された給紙ローラの回転によって最上紙から順に１枚ずつ搬送路Ｒに送り出される。給紙カセット４１から送り出された用紙Ｐは、レジストローラ対４２に搬送され、ここで所定のタイミングで２次転写領域に送り出される。

画像形成装置は、１色のトナー（例えばブラック）を用いてモノクロ画像を形成するモノクロモードと、４色のトナーを用いてカラー画像を形成するカラーモードとに切り替え可能となっている。

カラーモードにおける画像形成動作例について簡単に説明すると、まず、各作像ユニット１０において、所定の周速度で回転駆動される感光体１１の外周面が帯電装置１２により帯電される。次に、帯電された感光体１１の表面に、画像情報に応じた光が露光装置１３から投射されて静電潜像が形成される。続いて、この静電潜像は、現像装置２から供給される現像剤としてのトナーにより顕在化される。このようにして感光体１１の表面に形成された各色のトナー画像は、感光体１１の回転によって１次転写領域に達すると、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で、感光体１１から中間転写ベルト３０上へ転写（１次転写）されて重ねられる。

中間転写ベルト３０に転写されることなく感光体１１上に残った残留トナーは、クリーニング装置１５で掻き取られ、感光体１１の外周面から除去される。

重ね合わされた４色のトナー画像は、中間転写ベルト３０によって２次転写領域に搬送される。一方、そのタイミングに合わせて、レジストローラ対４２から２次転写領域に用紙Ｐが搬送される。そして、４色のトナー画像が、２次転写領域において中間転写ベルト３０から用紙Ｐに転写（２次転写）される。４色のトナー画像が転写された用紙Ｐは、定着ローラ対４３へ搬送される。定着ローラ対４３において用紙Ｐは、定着ローラと加圧ローラとのニップ部を通過する。この間に用紙Ｐは加熱・加圧され、用紙Ｐ上のトナー画像は用紙Ｐに溶融定着する。トナー画像が定着した用紙Ｐは排出ローラ対によって排紙トレイに排出される。

一方、用紙Ｐに転写されることなく中間転写ベルト３０上に残った残留トナーは、クリーニングブレード３５で掻き取られ、中間転写ベルト３０の外周面から除去される。その後、各感光体１１及び中間転写ベルト３０の回転駆動が停止される。

図３及び図４に、現像装置２の垂直断面図及び水平断面図をそれぞれ示す。これらの図に示す現像装置２は、磁性粒子からなるキャリアとトナーとを有する二成分現像剤を用いて感光体１１の静電潜像を現像するものである。この現像装置２は、回転自在の現像ローラ（現像剤担持体）２１と、現像部に搬送される現像剤量を規制する板状の規制部材２２と、現像ローラ２１に沿って形成された第１搬送路２３と、第１搬送路２３と仕切り板２７を隔てて平行に形成された第２搬送路２４と、第１搬送路２３及び第２搬送路２４に配置された第１搬送部材２５及び第２搬送部材２６を備える。仕切り板２７の長手方向両端部には開口部２７１，２７２（図４に図示）が形成され、第１搬送路２３と第２搬送路２４とは長手方向両端部において連通している。なお、トナーホッパー（図１に図示）５からの補給トナーは、撹拌混合によって所定の帯電量まで帯電させる必要があるため、第２搬送部材２６の現像剤搬送方向上流端に形成された開口部２７３（図４に図示）から現像装置２に供給される。

現像剤のトナー及びキャリアの混合比は、所望のトナー帯電量が得られるように調整される。現像剤のトナー比は、トナー及びキャリアの合計量に対して、好ましくは３重量％〜３０重量％であり、より好ましくは５重量％〜９重量％である。

現像ローラ２１は、不図示の駆動機構によって図において時計回りに回転する筒状体２１ａと、筒状体２１ａの内部に設けられた複数の磁極から構成される磁界発生手段２１ｂとを有する。磁界発生手段２１ｂを構成する各磁極はそれぞれ次のような働きをする。まず、磁極（汲み上げ極）Ｎ_１は、現像剤を筒状体２１ａに汲み上げる働きを奏する。磁極Ｓ_１は、規制部材２２と共に現像部に搬送する現像剤の量を制御する働きを奏する。そして、磁極Ｎ_２は、現像剤をブラシ状に穂立ちさせて感光体１１表面の静電潜像をトナーで現像する働きを奏する。磁極Ｓ_２は、現像剤を現像装置内に搬送する働きを奏する。磁極Ｎ_３は、現像装置２内に現像剤を搬送すると共に、隣り合う磁極Ｎ_１との間で発生する反発磁界によって現像剤を円筒体２１ａから剥離させて第１搬送部材２５による撹拌部に戻す働きを奏する。

第１搬送部材２５及び第２搬送部材２６は、軸部材２５ａ，２６ａの外周に螺旋状の羽根２５ｂ，２６ｂが設けられたものであって、不図示の駆動機構によって互いに逆方向に回転する。現像剤は、第１搬送部材２５が回転することによって図４の右方向に撹拌されながら搬送され、第２搬送部材２６が回転することによって図４の左方向に撹拌されながら搬送される。そして、第１搬送部材２５と第２搬送部材２６との両端部において、仕切り板２７の両端部に形成された開口部２７１，２７２を通って、一方の搬送部材から他方の搬送部材に現像剤は移動する。これにより、現像剤は、第１搬送路２３と第２搬送路２４とで構成される循環路内を循環し撹拌される。現像装置２内を撹拌されながら循環することによってトナーは所定値まで帯電する。

このような構成の現像装置２においてトナー濃度制御は例えば次のようにして行われる。図５に制御のブロック図を示す。画像形成制御部６０Ａは、画像形成部１の画像形成条件や画像形成タイミングを制御する。算出手段６１は、画像形成装置に接続されたＰＣ等から送られてくる画像情報に基づいて、画像形成にあたって消費されるトナー量を算出する。トナー補給制御部６０Ｂは、画像形成制御部６０Ａから送られている現像装置２における現像剤の搬送速度や画像形成速度などの動作情報、および算出手段６１から送られてくるトナー消費量から、トナーホッパー５から現像装置２へのトナーの補給量及び補給タイミングを決定し、トナー補給手段６２の動作を制御する。なお、画像形成制御部６０Ａ、トナー補給制御部６０Ｂは相互に補給したトナーが仮想区域に搬送される時期（以下、単に「補給トナー搬送時期」という）、画像形成時期（現像時期）の情報を交換している。また、トナー補給手段６２としては、例えば、トナーホッパーに設けられた搬送スクリューが挙げられ、この搬送スクリューの回転・停止、必要により回転速度を制御することによってトナーホッパー５から現像装置２へのトナーの補給量及び補給タイミングが調整される。

算出手段６１による、画像形成の際に消費されるトナー量の算出は、例えば図６に示すように、現像ローラ２１の回転軸方向に等間隔に設けられたＮ個の仮想区域ごとに行われる。例えば図７に示す画像を形成する場合には、Ｎ個の仮想区域に対応して画像を走査方向にＮ個に分割してそれぞれのトナー消費量を算出する。図８に、仮想区域「Ｘ」におけるトナー消費量の経時変化を示す。また、図９に、縦軸をトナー消費量、横軸を時間として、仮想区域「１」〜「Ｎ」ごとのトナー消費量の経時変化を示す。

一方、現像装置２の開口部２７３から補給されたトナーが各仮想区域に搬送されてくる時間は、図６から理解されるように、現像剤搬送方向上流側の仮想区域「１」が最も早く、現像剤搬送方向下流側の仮想区域「Ｎ」が最も遅い。そこで、本発明では、各仮想区域でトナーが消費される際に、トナーホッパー５からのトナーが適時補給されるように、画像の所定段階形成時、より具体的には、各仮想区域における潜像をトナーで現像することによりトナーを消費する時期よりも、トナーホッパー５から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時間分だけ早くトナーを現像装置２に補給する。

具体的には、図１０の実線で示すように、仮想区域「１」についてはトナー消費時（図１０の破線）よりもｔ_１時間早くトナーが補給される。仮想区域「２」・・「Ｘ」・・「Ｎ」についても同様に、それぞれｔ_２時間、ｔ_Ｘ時間、ｔ_Ｎ時間早くトナーが補給される。なお、ｔ_１，ｔ_２，・・・，ｔ_Ｘ，・・・ｔ_Ｎは、現像装置２の開口部２７３から各仮想区域までの距離に比例し、ｔ_１＜ｔ_２＜・・＜ｔ_Ｘ＜・・＜ｔ_Ｎの関係にある。

本願の実施形態においては、下記のような条件である。図１０の説明においては、説明のためにｔ_１〜ｔ_Ｎの表示長さを実際の縮尺よりも小さくしている。
第１搬送部材２５の全長：２５０ｍｍ
第１搬送部材２５，第２搬送部材２６での搬送速度：２５〜５０ｍｍ／秒
現像装置２の現像剤槽を現像剤が１周する時間：１０〜２０秒
Ｎ分割数：１０〜２０
ｔ_１：５〜１０秒
ｔ_Ｎ：１０〜２０秒
１枚の画像形成時間（Ａ４横サイズ）：１〜２秒

そして、図１１に示すように、図１０に示した各仮想区域へのトナー補給量を合計した量のトナーが、トナーホッパーから現像装置２に補給される。これにより、現像装置２内のトナー濃度の低下に起因する画像濃度低下や過剰なトナー補給によるトナー飛散が防止される。

図１２に、以上説明した第１の実施形態におけるトナー補給制御部６０Ｂが制御するフローチャートを示す。まず、画像情報が読み込まれ（ステップＳ１０１）、算出手段６１において画像情報が走査方向に仮想区域の分割数に対応したＮ個の領域に分割される（ステップＳ１０２）。次いで、第１の領域における副走査方向の画像濃度分布が算出され（ステップＳ１０４）、これに基づいて第１の領域における副走査方向のトナー消費量分布が算出される（ステップＳ１０５）。また、図１０で説明したようにトナーホッパー５から補給されたトナーが、第１の仮想区域に搬送されるのに要する”トナー補給遅れ時間”が算出される。この一連の作業が第２の領域から第Ｎの領域についても同様に繰り返し行われる（ステップＳ１０４〜ステップＳ１０８）。そして、図１１で示したような第１の領域から第Ｎの領域までの、トナー補給遅れ時間を調整した合計の総トナー補給量分布を算出する（ステップＳ１０９）。

図１３に、図１２に続いて行われるフローチャートを示す。トナー補給制御部６０Ｂでは、図１２のフローチャートで算出した総トナー補給量分布に基づいた、補給トナー搬送時期を画像形成制御部６０Ａに送信する（ステップＳ２０１)。

画像形成制御部６０Ａでは、ジョブデータが読み込まれ（ステップＳ３０１)、読み込んだ情報に基づいて、画像形成開始時期を仮決定する（ステップＳ３０２)。ジョブデータには、画像情報の他に、カラー・モノクロ、両面・片面等の設定や、用紙サイズの印刷設定情報が含まれる。そして、この仮決定に際しては、印刷設定情報、画像形成装置の定着ローラ対４３のウォームアップ状態、及び画像形成部１の稼働状態を考慮して、最も早く画像形成を開始できる時期を見積もり、これを仮決定値として設定する。なお、画像形成開始時期が決定することにより、画像形成の一連の動作に含まれる現像装置２によって仮想区域でトナーを消費する現像時期も決定される。

つづいて、トナー補給制御部６０Ｂからの補給トナー搬送時期を取得し（ステップＳ３０３）、これを、ステップＳ３０２で仮決定された画像形成開始時期から算出される現像時期と比較する（ステップＳ３０４)。

現像時期が、補給トナー搬送時期よりも先であれば（ステップＳ３０４：ＹＥＳ)、仮決定していた画像形成開始時期を所定時間遅らせた時期に変更して、現像時期と補給トナー搬送時期を同期させる（ステップＳ３０５)。
そして、変更後の画像形成開始時期に基づく現像時期をトナー補給制御部６０Ｂに送信する（ステップＳ３０６)。

なお、例えば定着ローラ対が直ぐに画像形成できる状態になく画像形成開始時期が遅くなるような場合で、現像時期が、補給トナー搬送時期よりも先でなければ（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、ステップＳ３０２で仮決定した画像形成時期を採用し、これに基づく現像時期をトナー補給制御部６０Ｂに送信する（ステップＳ３０６)。ステップＳ３０７では、決定した画像形成開始時期に基づいて、画像形成を実行する。

トナー補給制御部６０Ｂでは、現像時期を取得し（ステップＳ２０２)、取得した現像時期と各仮想区域への補給トナー搬送時期を比較し、現像時期が、補給トナー搬送時期よりも後であれば（ステップＳ２０３：ＹＥＳ)、トナーを補給する時期を遅らせて、補給トナー搬送時期を現像時期に同期させる（ステップＳ２０４)。

一方で、現像時期が、補給トナー搬送時期よりも後でない、つまりステップＳ３０５で現像時期と補給トナー搬送時期が同期していれば（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、算出した総トナー補給量分布に基づくトナー補給を直ぐに開始する（ステップＳ２０５)。

第１の実施形態においては、図１２、図１３で説明したように、画像形成開始時期あるいはトナー補給の開始時期のタイミングを調整して、両者を同期させることで、トナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時間分だけ早く現像装置２に補給している。

これにより、将来的に現像ローラ２１で消費されるトナー量を算出して、消費量分のトナーを予め補給しておくことができるので、現像ローラ２１上でトナー濃度が低下することを防止することができ、トナー濃度の低下に起因する画像濃度低下を防止できる。また、現像ローラ２１の仮想区域においてトナー濃度を高くする領域は、将来的に現像ローラ２１でトナーが消費される仮想区域のみに限定できるので、現像装置２内の全領域に渡って、トナー濃度の設定値を高めに設定した場合に比べて、トナー濃度が高くなる領域が限定されるので、現像装置２全体では、高トナー濃度によるトナー飛散を低減させることができる。

なお、第２搬送部材２６に搬送されて現像剤上にトナーを補給したとしても、現像装置２の内部を１周あるいは２周循環する程度の間は、前後の領域とは現像剤は完全には混ざり合わずに、補給したトナー量に応じたトナー濃度分布は維持される。つまり、算出した総トナー補給量分布に基づいてトナー補給をした場合に、局所的にトナー濃度が高い領域が発生したとしても、そのトナー濃度分布は維持されたまま、第２撹絆部材２６、第１撹絆部材２５により現像剤は搬送され、現像ローラ２１の仮想区域にその現像剤が供給されることになる。

［第２の実施形態］
図１４は、第２の実施形態を示す図である。第１の実施形態では、トナー補給の制御を優先し、必要に応じて画像形成開始時期を遅らせるようにタイミング制御することで「前記算出手段によって算出された、各仮想区域において現像時に消費されるトナー量と同量のトナーを、現像時よりもトナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時間分だけ早く現像装置に補給する」という状態を実現していた。

これに対して第２実施形態では、トナー補給の制御よりも画像形成の制御を優先するものであり、画像形成開始時期を遅らせる処理はせずに、現像時よりもトナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時間分だけ早く現像装置に補給することができないタイミングとなるトナー補給を保留するものである。

なお、第２の実施形態においては図１〜図１２については、第１の実施形態と共通であるため説明は省略する。また図１４においては、図の符号Ｓ２１０、Ｓ２１１、Ｓ３２２、Ｓ３２６以外の処理は図１３と共通する。共通する構成については同じ符号を付すことにより説明は省略する。

図１４のステップＳ３２２で、画像形成制御部６０Ａは、図１３のステップＳ３０２の処理と同様にジョブデータに含まれる印刷設定情報や、画像形成装置の稼働状態を考慮して、最も早く画像形成を開始できる時期を見積もる。第２の実施形態では、第１の実施形態と異なりトナー補給制御部６０Ｂが算出したトナー補給時期は考慮しないので、画像形成制御部６０Ａが見積もった画像形成開始時期はそのまま画像形成開始時期として決定され、続くステップＳ３２６ではこれに基づいて算出された現像時期をトナー補給制御部６０Ｂに送信する。

図１４のステップＳ２１０で、現像時期が、補給トナー搬送時期よりも後でない場合（ステップＳ２１０：Ｎｏ）、つまり現像時よりもトナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時間分だけ早く現像装置に補給することができないタイミングとなるトナー補給が含まれる場合には、当該トナー補給は保留し、保留分を除いた総トナー量分布に基づいてトナー補給を実行する（ステップＳ２１１)。

図１５（Ａ）は、図１１に対応する図であり、図１５（Ａ）に基づいてステップＳ２１１のトナー補給の保留について説明する。

図１５（Ａ）において時刻Ｔ１は、現像時期に対応するものであり、時刻Ｔ１よりも右側（時刻Ｔ１〜Ｔ２）の総トナー補給量分布に対しては、直ぐに補給したとしても、現像時期に間に合うように仮想区域にトナーが補給された現像剤を搬送させることができない。
例えば、１ページの現像が開始される現像時期がＴ１秒後であることが決まっている場合において、今直ぐにトナー補給位置である開口部２７３にトナー補給したとしても、トナー補給位置で補給されたトナーが含まれる現像剤が各仮想区域にＴ１秒後に到達するか否かは、第１搬送部材２５、第２搬送部材２６での搬送速度や、各仮想区域までの距離に依存する。

例えばｔ_１時間、ｔ_２時間、ｔ_３時間、ｔ_４時間、ｔ_５時間がそれぞれ６、７、８、９、１０秒とした場合に、１ページの現像時期が今から８秒後に開始し、これが１０秒まで継続する場合において、今直ぐにトナー補給位置である開口部２７３にトナー補給したとしても、ｔ_１時間、ｔ_２時間、ｔ_３時間に対応する仮想区域「１」〜「３」に対してトナー補給を全ての現像時期で間に合うタイミングで行うことができるが、仮想区域「５」に対しては全ての現像時期で間に合うタイミングでトナー補給を行うことができない。また仮想区域「４」に対しては１ページの後半については間に合うが、前半の現像時期に対しては、間に合うタイミングでトナー補給を行うことができないことになる。

図１４のステップＳ２１１では、補給することができなかった時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２のトナー補給は保留するように制御する。なお、トナー補給を保留することで、現像装置２に収容されている現像剤のトナー濃度は、一次的に低下することになるが、濃度検知センサー７０の出力によりトナー補給を行うことで所定のトナー濃度に制御される。

（変形例）
図１５（Ｂ）に基づいて変形例を説明する。変形例においては保留したトナー補給を、改めて補給するものである。図１５（Ｂ）においては符号ａのラインは上限トナー補給量を示している。上限トナー補給量は、単位時間あたりのトナー補給量の上限を示すものであり、トナー補給量の上限値は現像装置の撹拌性能や、現像剤の帯電性能等に基づいて予め定められているものである。図１５（Ｂ）において、保留された時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２のトナー補給量については、上限トナー補給量を超えないようにして、時刻Ｔ１よりも後の時刻に割り当てている。図１５（Ｂ）の例では、αの領域が割り当てたトナー量であり、その量は保留したトナー補給量と同じ量である。

［第３の実施形態］
第３の実施形態は、画像形成の割り当てをページ単位で行うものである。図１６は、第３の実施形態を示す図である。第２の実施形態では、現像時よりもトナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時間分だけ早く現像装置に補給することができないタイミングとなるトナー補給を保留していた。第３の実施形態においてはこの保留を、ページ単位で行うものである。

画像形成制御部60Aでは、複数ページ（ｐページ）の画像情報を含むジョブデータが読み込まれ（ステップＳ３３１)、読みこんだ情報に基づいて、1〜ｐページ目までの各ページでの画像形成開始時期を決定する（ステップＳ３３２)。なお、画像形成開始時期が決定することにより、画像形成の一連の動作に含まれる現像装置２によって仮想区域でトナーを消費する現像時期も算出される。そして、決定された画像形成開始時期に基づいて算出された各ページの現像時期をトナー補給制御部６０Ｂに送信する（ステップＳ３３６)。ステップＳ３３７では、決定した画像形成開始時期に基づいて、各ページの画像形成を実行する。

トナー補給制御部６０Ｂでは、各ページの現像時期を取得し（ステップＳ２３２)、ページ毎（画像形成動作毎）に取得した現像時期と各仮想区域への補給トナー搬送時期を比較し、現像時期が、補給トナー搬送時期より後であれば（ステップＳ２３４：Ｙｅｓ)、トナーを補給する時期を遅らせて、補給トナー搬送時期を現像時期に同期させる（ステップＳ２０４、Ｓ２０５)。

一方で、ｎページでの現像時期が、補給トナー搬送時期よりも後でない（ステップＳ２３４：Ｎｏ）ならば、ｎページの画像情報に基づくトナー補給は保留する。この一連の制御を１ページ目から最終ページになるまで同様に繰り返し行われる。

本発明の画像形成装置では、現像ローラ２１の回転軸方向に所定間隔で複数に分割した仮想区域ごとに、画像が形成される際に消費されるトナー量を予め算出し、そして、仮想区域ごとに算出されたトナー消費量と同様のトナーを、トナーホッパー５から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時間分だけ早く現像装置２に補給するので、現像装置２内のトナー濃度の低下に起因する画像濃度低下や過剰なトナー補給によるトナー飛散を防止でき有用である。

２現像装置（現像手段）
５トナーホッパー（トナー収納部）
１１感光体（像担持体）
２１現像ローラ（現像剤担持体）
２５第１搬送部材（現像剤搬送手段）
２６第２搬送部材（現像剤搬送手段）

Claims

受信した画像情報に基づいて像担持体に形成された静電潜像をトナーで現像し、現像されたトナー像を記録材に転写することで記録材に画像形成する画像形成装置であって、
トナーとキャリアとを含む現像剤を表面に担持し、像担持体と対向する位置に現像剤を回転搬送して、像担持体に形成された静電潜像をトナーで現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体と、現像剤を撹拌混合しながら搬送して前記現像剤担持体に供給する現像剤搬送手段とを有する現像装置と、
前記現像装置の前記現像剤搬送手段の搬送領域に補給するトナーを収納したトナー収納部と、
画像形成動作毎に、前記現像剤担持体の回転軸方向に所定間隔で複数に分割した仮想区域ごとに、受信した画像情報に基づいて前記像担持体に形成される当該静電潜像の現像のために消費されるトナー量を算出する算出手段と、
前記トナー収納部から前記現像装置へのトナーの補給量および補給タイミングを制御するトナー補給制御部とを備え、
前記トナー補給制御部は、前記算出手段によって算出された、各仮想区域において前記静電潜像の現像時に消費されるトナー量と同量のトナーを、前記現像時よりも、トナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時間分だけ早く前記現像装置に補給することを特徴とする画像形成装置。
画像形成を実行するタイミングを制御する画像形成制御部をさらに有し、前記画像形成制御部は、取得した画像情報に基づいて画像形成を実行する際に、各仮想区域においてトナーで現像する時期の方が、トナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時期よりも先になると判断した場合には、トナーで現像する時期と、トナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時期が同じになるように、画像形成を開始する時期を遅らせるように制御する請求項１記載の画像形成装置。
画像形成を実行するタイミングを制御する画像形成制御部をさらに有し、前記トナー補給制御部は、画像形成制御部から、前記現像剤担持体により像担持体に形成された静電潜像をトナーで現像する時期を取得し、取得した前記時期により、前記現像時よりもトナー収納部から補給されたトナーが仮想区域まで搬送される時間分だけ早く前記現像装置に補給することができないタイミングとなるトナー補給を保留する請求項１記載の画像形成装置。
画像形成を実行するタイミングを制御する画像形成制御部を有し、前記トナー補給制御部は、画像情報に基づいて複数の記録材に対して連続して画像形成を行う際に、前記トナー補給制御部は、画像形成制御部から、画像形成動作毎の前記現像剤担持体により像担持体に形成された静電潜像をトナーで現像する時期を取得し、取得した前記時期により、前記現像時よりも、トナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時間分だけ早く前記現像装置に補給することができないタイミングとなるか否かを画像形成動作毎に判断し、前記現像時よりも、トナー収納部から補給されたトナーが各仮想区域まで搬送される時間分だけ早く前記現像装置に補給することができないタイミングとなる画像形成動作に対するトナー補給を保留する請求項３記載の画像形成装置。
前記トナー補給制御部は、予め設定された単位時間あたりの上限補給量を超えない範囲で、前記保留したトナー補給を実行する請求項３又は４記載の画像形成装置。