JP6305109B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複数の機能を有する複合機などの画像形成装置に関し、特に、現像剤を強制的に消費させる強制消費モードを有する構成に関する。

一般に、電子写真方式などの画像形成装置では、画像比率（印字率）の低い画像形成が行なわれる割合が多いと、現像装置内の現像スリーブから感光ドラムに移行するトナーの割合が少なくなる。そのような状態で、現像装置が長時間駆動し続けると、現像装置内でトナーの劣化が生じるため、トナー飛散やかぶりなどと言った画像不良が生じ易くなる。このため、従来から、現像装置に強制的にトナーを消費させることを行っていた。

例えば、画像形成毎に使用されるトナー量を指標する値が、設定された閾値よりも小さい場合にその差分を算出し、その算出された差分を積算した積算値が所定値に達するとトナーの強制消費を実行する発明が提案されている（特許文献１）。

特開２００６−２３３２７号公報

ところで、例えばトナーの強制消費を実行した直後に、トナー消費量の多い（画像比率の高い）画像が形成された場合、直前のトナーの強制消費動作（強制消費モード）を実行していなくても、この画像形成によりトナー劣化が解消される場合がある。このような場合、直前のトナーの強制消費動作によるトナー消費量が、トナー劣化の解消のために必要なトナー消費量に対して過剰になってしまう。

本発明は、このような事情に鑑み、強制消費モードを実行可能な構成で、トナー劣化を抑制しながらも、トナー消費量を抑制可能とすることを目的とする。

本発明は、像担持体と、前記像担持体に形成された静電潜像をトナーにより現像する現像装置と、現像剤の消費量に応じてトナーを前記現像装置に補給する補給手段と、前記現像装置に強制的にトナーを消費させる強制消費モードを実行可能な制御手段と、を備え、前記制御手段は、画像形成の所定の単位毎に消費されるトナー量に応じた消費値と前記所定の単位に対して設定される基準値との差分を算出する差分算出手段と、前記差分を積算して積算値を求める積算手段と、前記積算値が所定の閾値よりも大きい場合に、前記強制消費モードを実行する実行手段と、を有し、前記実行手段は、前記所定の閾値に対して１未満の係数を乗じた値に相当するトナー量を消費するように前記強制消費モードを実行し、前記積算手段は、前記強制消費モードが実行された場合に、その時の前記積算値から前記所定の閾値に対して前記係数を乗じた値を減じた値をリセット値とし、前記強制消費モードの実行後は、前記リセット値に前記差分を積算する、ことを特徴とする画像形成装置にある。

また、本発明は、像担持体と、前記像担持体に形成された静電潜像をトナーにより現像する現像装置と、現像剤の消費量に応じてトナーを前記現像装置に補給する補給手段と、前記現像装置に強制的にトナーを消費させる強制消費モードを実行可能な制御手段と、を備え、前記制御手段は、画像比率が所定比率以下に相当する画像を連続して画像形成した場合において、平均画像比率が同一条件の場合における、前記強制消費モードが実行されるまでの間隔は、所定条件を満たしたタイミングから１回目よりも、それ以降の方が短くなるように前記強制消費モードの動作を制御することを特徴とする画像形成装置にある。

また、本発明は、像担持体と、前記像担持体に形成された静電潜像をトナーにより現像する現像装置と、現像剤の消費量に応じてトナーを前記現像装置に補給する補給手段と、前記現像装置に強制的にトナーを消費させる強制消費モードを実行可能な制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記制御手段は、前記現像装置の単位駆動時間あたりに消費されるトナー消費量に関する情報が所定値未満に相当する画像を連続して画像形成した場合において、前記情報が同一条件の場合における前記強制消費モードが実行されるまでの間隔は、所定条件を満たしたタイミングから１回目よりも、それ以降の方が短くなるように前記強制消費モードの動作を制御することを特徴とする画像形成装置にある。

本発明によれば、強制消費モードを実行可能な構成において、トナー劣化を抑制しながらも、トナー消費量を抑制可能とすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。 第１の実施形態に係る画像形成ステーションの概略構成図。 第１の実施形態に係る画像形成装置のシステム構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る現像装置の概略構成横断面図。 同じく概略構成縦断面図。 第１の実施形態に係る現像装置に備えられた温度センサの制御ブロック図。 各色のトナー劣化閾値ビデオカウントＶｔを測定した実験結果を示す図。 第１の実施形態に係る強制消費モードの実行可否の判断を行うためのフローチャート。 比較例に係る強制消費モードの動作を示すフローチャート。 ブラック低Ｄｕｔｙの場合と高Ｄｕｔｙの場合とのそれぞれの各パラメータ示す図。 比較例でブラック低Ｄｕｔｙの画像を連続して形成した場合の各パラメータの関係を示す模式図。 第１の実施形態に係る強制消費モードの動作を示すフローチャート。 第１の実施形態でブラック低Ｄｕｔｙの画像を連続して形成した場合の各パラメータの関係を示す模式図。 本発明の第２の実施形態に係る強制消費モードの動作を示すフローチャート。 第２の実施形態に係る画像形成装置の平均印字率と強制消費量係数との関係を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る強制消費モードの実行可否の判断を行うためのフローチャート。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図１ないし図１３を用いて説明する。まず、本実施形態の画像形成装置の概略構成について、図１ないし図３を用いて説明する。

［画像形成装置］
本実施形態の画像形成装置１００は、図１に示すように、それぞれ像担持体としての感光ドラム１０１（１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋ）を備えた４つの画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、を有する。各画像形成ステーションの上方には、中間転写装置１２０が配置されている。中間転写装置１２０は、中間転写体としての中間転写ベルト１２１が、ローラ１２２、１２３、１２４に張設されて、矢印方向に走行するように構成されている。

感光ドラム１０１の周囲には、一次帯電装置１０２（１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋ）、現像装置１０４（１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃ、１０４Ｋ）、クリーナ１０９（１０９Ｙ、１０９Ｍ、１０９Ｃ、１０９Ｋ）などが配置されている。このような感光ドラム周りの構成及び画像形成動作について、図１及び図２を用いて説明する。なお、各色について感光ドラム回りの構成は同様である為、特に区別する必要がない場合には、各色の画像形成ステーションの構成であることを示す添え字を省略して説明する。

感光ドラム１０１は、矢印方向に回転駆動される。感光ドラム１０１の表面は、接触式帯電である帯電ローラ方式の一次帯電装置１０２によって一様に帯電される。帯電された感光ドラム１０１の表面には、露光装置であるレーザー発光素子１０３によって露光されることで静電潜像が形成される。このように形成された静電潜像は、現像装置１０４でトナーにより可視像化され、感光ドラム１０１上にトナー像が形成される。各画像形成ステーションでは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナー像が形成される。

各画像形成ステーションで形成されたトナー像は、一次転写ローラ１０５（１０５Ｙ、１０５Ｍ、１０５Ｃ、１０５Ｋ）による一次転写バイアスによって、ポリイミド系樹脂からなる中間転写ベルト１２１上に転写され重ね合わせられる。中間転写ベルト１２１上に形成された４色のトナー像は、ローラ１２４と対向して配置された二次転写手段としての二次転写ローラ１２５によって記録材（例えば用紙、ＯＨＰシートなどのシート材）Ｐに転写される。記録材Ｐに転写されずに中間転写ベルト１２１に残ったトナーは、中間転写ベルトクリーナ１１４ｂによって除去される。トナー像が転写された記録材Ｐは、定着ローラ１３１、１３２を備えた定着装置１３０によって加圧／加熱され、トナー像が定着される。また、一次転写後に感光ドラム１０１上に残った一次転写残トナーは、クリーナ１０９により除去され、次の画像形成に備える。

次に、本実施形態の画像形成装置１００における画像処理ユニットのシステム構成について図３を用いて説明する。図３において、２００は外部入力インタフェース（外部入力Ｉ／Ｆ）である。外部入力インタフェース２００を介して必要に応じて原稿スキャナ、コンピュータ（情報処理装置）等の不図示の外部装置からＲＧＢ画像データとしてカラー画像データが入力される。２０１はＬＯＧ変換部であり、ＲＯＭ２１０に格納されているデータ等により構成されるルックアップテーブル（ＬＵＴ）に基づいて入力されたＲＧＢ画像データの輝度データをＣＭＹの濃度データ（ＣＭＹ画像データ）に変換する。２０２はマスキング・ＵＣＲ部であり、ＣＭＹ画像データから黒（Ｂｋ）成分データを抽出し、記録色材の色濁りを補正すべく、ＣＭＫＹ画像データにマトリクス演算を施す。２０３はルックアップテーブル部（ＬＵＴ部）であり、画像データをプリンタ部の理想的な階調特性に合わせるためにガンマルックアップテーブル（γルックアップテーブル）を用いて入力されたＣＭＹＫ画像データの各色毎に濃度補正を施す。なお、γルックアップテーブルはＲＡＭ２１１上に展開されたデータに基づいて作成され、そのテーブル内容はＣＰＵ２０６によって設定される。２０４はパルス幅変調部であり、ＬＵＴ部２０３から入力された画像データ（画像信号）のレベルに対応するパルス幅のパルス信号を出力する。このパルス信号に基づいてレーザードライバ２０５がレーザー発光素子１０３を駆動し、感光ドラム１０１上を照射することで静電潜像が形成される。

ビデオ信号カウント部２０７はＬＵＴ部２０３に入力された画像データの（本実施形態では６００ｄｐｉにおける）１画素毎のレベル（０〜２５５レベル）を画像１面分積算する。この画像データ積算値を、ビデオカウント値と呼ぶ。このビデオカウント値は出力画像が全面すべて２５５レベルだった場合に最大値１０２３となる。なお、回路の構成上制限があるときは、ビデオ信号カウント部２０７のかわりにレーザー信号カウント部２０８を用いて、レーザードライバ２０５からの画像信号を同様に計算することで、ビデオカウント値を求めることが可能である。

［現像装置］
次に、本実施形態の現像装置１０４について、図４ないし図６を用いて詳しく説明する。現像装置１０４は、現像容器２０を備え、現像容器２０内に現像剤としてトナーとキャリアを含む２成分現像剤が収容されている。また、現像容器２０内に、現像剤担持手段としての現像スリーブ２４と、現像スリーブ２４上に担持された現像剤の穂を規制する穂切り部材２５とを有している。

現像容器２０の内部は、その略中央部が図４の紙面に垂直方向に延在する隔壁２３によって現像室２１ａと攪拌室２１ｂに水平方向の左右に区画されており、現像剤は現像室２１ａ及び攪拌室２１ｂに収容されている。現像室２１ａ及び攪拌室２１ｂには、現像剤攪拌・搬送手段としての搬送部材である第１及び第２の搬送スクリュー２２ａ、２２ｂがそれぞれ配置されている。図５に示すように、第１の搬送スクリュー２２ａは、現像室２１ａの底部に現像スリーブ２４の軸方向に沿ってほぼ平行に配置されており、回転することで現像室２１ａ内の現像剤を軸線方向に沿って一方向に搬送する。また、第２の搬送スクリュー２２ｂは、攪拌室２１ｂ内の底部に第１の搬送スクリュー２２ａとほぼ平行に配置され、攪拌室２１ｂ内の現像剤を第１の搬送スクリュー２２ａとは反対方向に搬送する。

このように、第１及び第２の搬送スクリュー２２ａ、２２ｂの回転による搬送によって、現像剤が隔壁２３の両端部の開口部（即ち、連通部）２６、２７（図５参照）を通じて現像室２１ａと攪拌室２１ｂとの間で循環される。本実施形態では、現像室２１ａと攪拌室２１ｂは水平方向の左右に配置されるが、現像室２１ａと攪拌室２１ｂが上下に配置された現像装置、或いは、その他の形態の現像装置においても、本発明は適用可能である。

現像容器２０の感光ドラム１０１に対向した現像領域Ａに相当する位置には開口部があり、この開口部に現像スリーブ２４が感光ドラム方向に一部露出するように回転可能に配設されている。本実施形態では、現像スリーブ２４の直径は２０ｍｍ、感光ドラム１０１の直径は３０ｍｍ、この現像スリーブ２４と感光ドラム１との最近接領域を約３００μｍの距離とする。この構成によって、現像領域Ａに搬送した現像剤を感光ドラム１０１と接触させた状態で、現像が行なえるように設定されている。なお、この現像スリーブ２４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、その内部には磁界手段であるマグネットローラ２４ｍが非回転状態で設置されている。

上記構成にて、現像スリーブ２４は、現像時に図示矢印方向（反時計方向）に回転し、穂切り部材２５による磁気ブラシの穂切りによって層厚を規制された２成分現像剤を担持する。現像スリーブ２４は、層厚が規制された現像剤を感光ドラム１０１と対向した現像領域Ａに搬送し、感光ドラム１０１上に形成された静電潜像に現像剤を供給して潜像を現像する。この時、現像効率、つまり、潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ２４には電源から直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。本実施形態では、−５００Ｖの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが１８００Ｖ、周波数ｆが１２ｋＨｚの交流電圧とした。しかし、直流電圧値、交流電圧波形はこれに限られるものではない。

一般に、２成分磁気ブラシ現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆にカブリが発生し易くなる。このため、現像スリーブ２４に印加する直流電圧と感光ドラム１の帯電電位（即ち白地部電位）との間に電位差を設けることにより、カブリを防止することが行なわれる。

穂切り部材（規制ブレード）２５は、現像スリーブ２４の長手方向軸線に沿って延在した板状のアルミニウムなどで形成された非磁性部材で構成される。また、穂切り部材２５は、感光ドラム１０１よりも現像スリーブ回転方向上流側に配設されている。そして、この穂切り部材２５の先端部と現像スリーブ２４との間を現像剤のトナーとキャリアの両方が通過して現像領域Ａへと送られる。

なお、穂切り部材２５と現像スリーブ２４の表面との間隙を調整することによって、現像スリーブ２４上に担持した現像剤磁気ブラシの穂切り量が規制されて現像領域へ搬送される現像剤量が調整される。本実施形態においては、穂切り部材２５によって、現像スリーブ２４上の単位面積当りの現像剤コート量を３０ｍｇ／ｃｍ^２に規制している。また、穂切り部材２５と現像スリーブ２４は、間隙を２００〜１０００μｍ、好ましくは３００〜７００μｍに設定される。本実施形態では５００μｍに設定した。

また、現像領域Ａにおいては、現像装置１０４の現像スリーブ２４は、共に感光ドラム１０１の移動方向と順方向で移動し、周速比は、対感光ドラム１．８０倍で移動している。この周速比に関しては、０〜３．０倍の間で設定され、好ましくは、０．５〜２．０倍の間に設定されれば、何倍でも構わない。移動速度比は、大きくなればなるほど現像効率はアップするが、あまり大きすぎると、トナー飛散、現像剤劣化等の問題点が発生するので、上記の範囲内で設定することが好ましい。

更に、現像容器２０内の開口部（即ち、連通部）２６には現像剤の温度検知手段としての温度センサ１０４Ｔが配置されている。温度センサ１０４Ｔの現像容器２０内における配置場所に関しては、検知精度向上のため現像剤にセンサ面が埋まる位置が望ましい。

ここで、温度センサ１０４Ｔについて、図６を用いて詳しく説明する。本実施形態では、温度センサ１０４Ｔとしてセンシリオン（ＳＥＮＳＩＲＩＯＮ）社製温湿度センサＳＨＴ１Ｘシリーズを用いた。その構成は、湿度検知デバイスとして静電容量ポリマーのセンシング素子１００１、温度検知デバイスとしてバンドギャップ温度センサ１００２を実装している。これらは、いずれも１４ビットＡ／Ｄコンバータ１００３にカップリングされ、デジタルインターフェース１００４を通じてシリアル出力を行う仕様のＣＭＯＳデバイスである。

温度検知デバイスであるバンドギャップ温度センサは、温度に対して線形に抵抗値が変化するサーミスタを用いることで、その抵抗値から温度を算出している。また、湿度検知デバイスであるセンシング素子１００１は、誘電体としてポリマーを挿入したコンデンサである。このようなセンシング素子１００１は、湿度に応じてポリマーに吸着する水分量が変化する結果、コンデンサの静電容量が湿度に対して線形に変化することを利用して、静電容量を湿度に変換することで検知している。本実施形態において用いた温度センサ１０４Ｔは、温度と湿度の両方を検知できるものだが、実際には温度の検知結果のみしか利用しないので、その他の温度のみ検知できるセンサで十分である。

［現像剤の補給］
次に、本実施形態における現像剤の補給方法について図４及び図５を用いて説明する。現像装置１０４の上部には、現像剤の消費量に応じてトナーを現像装置１０４に補給する補給手段としてのトナー補給装置３０が配置される。トナー補給装置３０は、トナーとキャリアを混合した補給用２成分現像剤（通常はトナー／補給用現像剤＝１００％〜８０％）を収容するホッパー３１を備える。このホッパー３１は、下部にスクリュー状の補給部材、即ち、補給スクリュー３２を備え、補給スクリュー３２の一端が現像装置１０４の後端部に設けられた現像剤補給口３０Ａの位置まで延びている。

画像形成によって消費された分のトナーは、補給スクリュー３２の回転力と、現像剤の重力によって、ホッパー３１から現像剤補給口３０Ａを通過して、現像容器２０内に補給される。このようにしてホッパー３１から現像装置１０４に補給される補給現像剤の量は、補給スクリュー３２の回転数によっておおよそ定められる。この回転数は画像データのビデオカウント値や、現像容器２０内に設置された不図示のトナー濃度検知手段の検知結果等に基づいて、制御手段としてのＣＰＵ２０６（図３）によって定められる。

ここで、現像容器２０に収容されているトナーとキャリアからなる２成分現像剤について詳しく説明する。トナーは、結着樹脂、着色剤、そして、必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子とを有している。トナーは、負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は４μｍ以上、１０μｍ以下が好ましい。より好ましくは８μｍ以下であることが好ましい。また、近年のトナーにおいては、定着性を良くするために低融点のトナー或いは低ガラス転移点Ｔｇ（例えばＴｇ≦７０℃）のトナーが用いられることが多い。さらに定着後の分離性を良くするためにトナーにワックスを含有させている場合もある。本実施形態の現像剤は、ワックスを含有させた粉砕トナーである。

また、キャリアは、例えば表面酸化或は未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属、及びそれらの合金、或は酸化物フェライトなどが好適に使用可能であり、これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。キャリアは、重量平均粒径が２０〜６０μｍ、好ましくは３０〜５０μｍであり、抵抗率が１０^７Ωｃｍ以上、好ましくは１０^８Ωｃｍ以上である。本実施例では１０^８Ωｃｍのものを用いた。

なお、本実施形態にて用いられるトナーについて、体積平均粒径は、以下に示す装置及び方法にて測定した。測定装置としては、ＳＤ−２０００シースフロー電気抵抗式粒度分布測定装置（シスメックス社製）を使用した。測定方法は以下に示す通りである。即ち、一級塩化ナトリウムを用いて調製した１％ＮａＣｌ水溶液の電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に、分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を０．１ｍｌ加え、測定試料を０．５〜５０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解水溶液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行なう。そして、上記のＳＤ−２０００シースフロー電気抵抗式粒度分布測定装置により、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定して体積平均分布を求める。こうして求めた体積平均分布より、体積平均粒径を得る。

また、本実施形態にて用いられるキャリアの抵抗率は、測定電極面積４ｃｍ、電極間間隔０．４ｃｍのサンドイッチタイプのセルを用いた。片方の電極に１ｋｇの重量の加圧下で、両電極間の印加電圧Ｅ（Ｖ／ｃｍ）を印加して、回路に流れた電流から、キャリアの抵抗率を得る方法によって測定した。

［強制消費モード］
次に、本実施形態の強制消費モードについて、図７ないし図１３を用いて説明する。まず、画像形成装置１００では、画像形成比率（印字率）の低い画像形成（低Ｄｕｔｙの画像）が連続した場合、画像形成を中断して、或いは、画像形成ジョブの終了に伴う後回転時に、トナーを強制的に消費する強制消費モードを実行可能である。即ち、低Ｄｕｔｙの画像が連続した場合、現像容器２０内から感光ドラム１０１へ移行するトナーの割合が少なくなる。このため、現像容器２０内のトナーは第１及び第２の搬送スクリュー２２ａ、２２ｂによる攪拌や、穂切り部材２５を通過するときの摺擦を長時間受けることになる。その結果、前述したトナーの外添剤が剥れたり、トナー表面に埋め込まれたりしてトナーの流動性や帯電性能が低下し、画像品質が劣化してしまう。そこで、一般に画像形成を中断して（ダウンタイムを設けて）、或いは、後回転時に、現像装置１０４内の劣化したトナーを感光ドラム１０１の非画像域に現像し、強制的に吐き出す（消費する）強制消費モードを実行する。

［トナー劣化閾値の設定］
まず、強制消費モードを実行するために使用する、画像形成の所定の単位に対して設定される基準値であるトナー劣化閾値の設定について説明する。なお、画像形成の所定の単位とは、例えば、Ａ４サイズの記録材１枚のような、画像形成を行う上で設定される単位である。この所定の単位は、サイズや枚数はこれに限らず、例えば、Ａ３、Ｂ５などのサイズでも良く、１／２枚や複数枚など、その画像形成装置で主として使用される記録材のサイズや使用状況などに応じて適宜設定される。本実施形態では、Ａ４サイズの記録材１枚を所定の単位とする。

前述したように、感光ドラムへのトナー移行の割合が少なく、現像容器２０へのトナー補給が少ない場合（印字率が低い場合）トナー劣化が進行してしまう。どの程度に印字率が低い場合にトナー劣化による画像品質低下が発生するのかを表わす値（上記基準値）として、本実施形態では「トナー劣化閾値ビデオカウントＶｔ」を設定する。

トナー劣化閾値ビデオカウントＶｔは以下で説明するような実験によって算出することができる。例えば本実施形態においては、各色の印字率を振って（０％〜５％まで）連続画像形成をＡ４サイズ用紙片面で１０００枚行い、連続画像形成を実施する前後での画像品質の変化を調べた。この実験の結果を図７の表に示す。図７において、「○」は画像品質の劣化が発生しなかったことを示し、「×」はかぶり、トナー飛散、粒状感の低下のいずれか一つ以上の画像品質の劣化が発生したことを示す。

したがって、図７より本実施形態においては、各色についてそれぞれ印字率がＹ＝１％、Ｍ＝２％、Ｃ＝１％、Ｋ＝２％よりもそれぞれ低い時にトナー劣化による画像劣化が生じる。また、本実施形態においてはある１色についてＡ４サイズ用紙片面の全面ベタ画像（印字率１００％の画像）のビデオカウントは５１２とする。なお、本実施形態では、このビデオカウントが、画像形成の所定の単位毎に消費されるトナー量に応じた消費値に相当する。以上より、本実施形態でのトナー劣化閾値ビデオカウントはＶｔ（Ｙ）＝５、Ｖｔ（Ｍ）＝１０、Ｖｔ（Ｃ）＝５、Ｖｔ（Ｋ）＝１０となる。なお、トナー劣化閾値ビデオカウントの算出においては、小数点以下は四捨五入した。また、トナー劣化閾値は現像剤（トナー及びキャリア）の材質等に応じて異なるので適宜算出設定すれば良い。

［強制消費モードの実行可否の判断］
次に、強制消費モードの実行可否の判断について、図８を用いて説明する。前提として、各色の強制消費モードの思想は同様である。したがって、以降のフローチャート等で色についての記述を省略している場合があるが、その場合は各色で共通の制御を行なっている。本実施形態においては分かりやすい例として１枚当たりの印字率がＹＭＣＫそれぞれの色に対してＹ＝５％、Ｍ＝５％、Ｃ＝５％、Ｋ＝１％の画像（以下、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」）をＡ４サイズ用紙で連続画像形成した場合を考える。

まず画像形成がスタートすると、図３に示すビデオ信号カウント部２０７が各色のビデオカウントＶ（Ｙ）、Ｖ（Ｍ）、Ｖ（Ｃ）、Ｖ（Ｋ）を算出する。即ち、上述の消費値を算出する（Ｓ１）。本実施形態においては、ある１色についてＡ４サイズ用紙片面の全面ベタ画像（印字率１００％の画像）のビデオカウントは５１２である。すると「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」のビデオカウントは、Ｖ（Ｙ）＝２６、Ｖ（Ｍ）＝２６、Ｖ（Ｃ）＝２６、Ｖ（Ｋ）＝５である。ここでビデオカウントの算出において小数点以下は四捨五入する。

次に、図３のＲＡＭ２１１に記憶された、図７に示したトナー劣化閾値ビデオカウントＶｔの表（テーブル）より、トナー劣化閾値ビデオカウントＶｔを算出する（Ｓ２）。即ち、所定の単位に対して設定された基準値を算出する。ここで、図７より、ＹとＣのトナー劣化閾値ビデオカウントＶｔは５、ＭとＫのトナー劣化閾値ビデオカウントＶｔは１０となる。このトナー劣化閾値ビデオカウントＶｔは画像品質を保つことが可能となる閾値を表し、Ｖｔより少ない印字率・ビデオカウントの画像を出力すると、トナー劣化が進行することを表す。

続けて、前述した、ビデオカウントＶとトナー劣化閾値ビデオカウントＶｔとの差、Ｖｔ−Ｖを算出する（Ｓ３）。即ち、差分算出手段でもあるＣＰＵ２０６が、トナー劣化閾値ビデオカウントＶｔ（基準値）からビデオカウントＶ（消費値）を減じて差分（Ｖｔ−Ｖ）を算出する。この差分が、消費値と基準値とに基づいて決定される劣化情報となる。更に、積算手段でもあるＣＰＵ２０６が、Ｖｔ−Ｖの値の正負に関わらず、積算値であるトナー劣化積算値Ｘに、Ｖｔ−Ｖを加算（積算）する（Ｓ４）。ここで、トナー劣化積算値Ｘとは現在のトナー劣化状態を表す指標であり、Ｖｔ−Ｖによって算出されるビデオカウント値の積算値である。したがって、現像装置を未使用状態から使用を開始した場合（現像剤が新品の時（例えば現像装置の交換直後など）は、トナー劣化積算値Ｘが０である。また、差分（Ｖｔ−Ｖ）は、特許請求の範囲で言う、「画像形成の所定の単位毎に消費されるトナー量に関する値」に相当する。

上記Ｓ４を詳しく説明すると、例えば、印字率が低い場合にはＶの値が小さくなり、Ｖｔ−Ｖの値は正の値となる。上記で算出したＶｔ−Ｖの正の値をトナー劣化積算値Ｘに加算することで、トナー劣化が進行している状態を表す。一方、例えば印字率が高い場合にはＶの値が大きくなり、Ｖｔ−Ｖの値は負の値となる。上記で算出したＶｔ−Ｖの負の値をトナー劣化積算値Ｘに加算することで、トナー劣化が回復している状態を表す。即ち、高印字率でトナーが消費されて補給制御によって新たにトナーが補給されて、トナーの劣化状態が回復する状態を表している。

次に、制御手段でもあるＣＰＵ２０６は、Ｓ４で算出された最新のトナー劣化積算値Ｘの正負を判断する（Ｓ５）。そして、トナー劣化積算値Ｘが負の値の場合には、トナー劣化積算値Ｘを０にリセットする（Ｓ６）。即ち、この場合、高印字率のトナー消費と補給によってトナー劣化がリセットされた状態である。したがって、トナー劣化積算値Ｘを０にリセットし、続けて画像形成を実行する（Ｓ１に戻る）。

一方、トナー劣化積算値Ｘが正の値の場合には、ＣＰＵ２０６は、上述のステップによって画像形成毎に算出・更新されるトナー劣化積算値Ｘに対して、所定の閾値である吐き出し実行閾値Ａとの差分（Ａ−Ｘ）を算出する（Ｓ７）。ここで、吐き出し実行閾値Ａは、任意に設定できる所定の閾値であり、この吐き出し実行閾値Ａが小さい程、同じ印字率の連続画像形成に対しても強制消費モード（トナー吐き出し動作）を実行する頻度が多くなる。この吐き出し実行閾値Ａは、本実施形態においては５１２に設定している。この吐き出し実行閾値Ａの設定値が大き過ぎると、強制消費モードを実行するまでにトナー劣化が進行する時間が多くなるので、望ましくはＡ４〜Ａ３サイズ用紙片面の全面ベタ画像（印字率１００％の画像）のビデオカウント値と同等程度が良い。また例えば現像容器２０内に保持できる現像剤の容量が多いほど、前記トナー吐き出し実行閾値Ａを大きめに設定できる傾向がある。

次いで、実行手段でもあるＣＰＵ２０６は、Ｓ７によって算出したトナー劣化積算値Ｘと吐き出し実行閾値Ａとの差分（Ａ−Ｘ）の正負を判断する（Ｓ８）。ここで差分（Ａ−Ｘ）が正又は０の場合、即ち、トナー劣化積算値Ｘ（積算値）が吐き出し実行閾値Ａ以下（所定の閾値以下）である場合には、強制消費モードを実行しない（Ｓ９）。即ち、この場合、強制消費モードを今すぐ実行しなければならない程にトナー劣化が進行している訳では無いため、強制消費モードを実行せずに、続けて画像形成を実行する。このとき、トナー劣化積算値Ｘは、そのまま継続される。即ち、その時のトナー劣化積算値Ｘにそれ以降の差分（Ｖｔ−Ｖ）を積算する。

一方、差分（Ａ−Ｘ）が負の場合、即ち、トナー劣化積算値Ｘ（積算値）が吐き出し実行閾値Ａ（所定の閾値）よりも大きい場合には、強制消費モードを実行する（Ｓ１０）。即ち、この場合には、トナー劣化が十分に進行している為に、今すぐ強制消費モードを実行する必要がある。このため、画像形成を中断して強制消費モードを実行する。強制消費モードを実行した後は、画像形成を再スタートさせる。

［比較例］
ここで、本発明の比較例における強制消費モードの動作について、図９を用いて説明する。上述の図８のＳ１０によって、差分（Ａ−Ｘ）が負の値の場合には、画像形成を中断して強制消費モードを実行する。まず、一次転写ローラ１０５（図１、２）に通常画像形成時とは逆極性の一次転写バイアス（即ち感光ドラム１０１上のトナー像と同極性の転写バイアス）を印加する（Ｓ２１）。次に、吐き出し実行閾値Ａと同等のビデオカウントに相当するトナー量を感光ドラム１０１に吐き出す（Ｓ２２）。本比較例では、吐き出し実行閾値Ａ＝５１２（Ａ４片面の全面ベタ印字率１００％画像のビデオカウントに相当）に設定しており、Ａ４片面の全面ベタ画像を感光ドラムに吐き出す動作を実行する。また、トナー吐き出しの為の感光ドラム上の潜像は、吐き出しによるダウンタイムを最小限に抑える為に、感光ドラム１０１の長手方向（回転軸方向）に対して全面ベタ画像であることが望ましい。

次いで、感光ドラム１０１上に吐き出されたトナーは一次転写バイアスがトナーと同極性である為に、中間転写体ベルトには転写されずクリーナ１０９で回収される（Ｓ２３）。ここでトナー劣化積算値Ｘを０にリセットする（Ｓ２４）。そして最後に、一次転写バイアスを通常画像形成時の極性のバイアスに戻し（Ｓ２５）、強制消費モードを終了して通常の画像形成動作に復帰する。

以上で説明した比較例の強制消費モードにおいて、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」を１０４枚、１枚間欠で画像形成し、その後、新たに「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」を１枚画像形成した場合を具体的に考える。なお、１枚間欠とは、１つのジョブで１枚の画像形成を行う場合を言い、１枚間欠では、前回転、１枚の画像形成、後回転の動作を行う。また、前述したように、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」とは印字率がＹ＝５％、Ｍ＝５％、Ｃ＝５％、Ｋ＝１％の画像をＡ４片面に形成したチャートである。また、「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」とは印字率がＹ＝５％、Ｍ＝５％、Ｃ＝５％、Ｋ＝１００％の画像をＡ４片面に形成したチャートである。

まず、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」及び「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」をそれぞれＡ４片面１枚ずつ画像形成した場合に、強制消費モードにおけるトナー劣化積算値Ｘが各色でどのように加算・積算されるかを図１０に示す。図１０に示すように、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」の画像形成においては、Ｙ（イエロー）とＭ（マゼンタ）とＣ（シアン）については印字率が十分に高い為にトナー劣化積算値Ｘへの加算は負の値となる。一方、Ｋ（ブラック）については印字率が低い為にトナー劣化積算値Ｘへの加算は正の値の＋５となる。したがって、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」を印字すると、少しずつＫ（ブラック）のトナー劣化が進行する。

また、「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」の画像形成においては、Ｙ（イエロー）とＭ（マゼンタ）とＣ（シアン）については印字率が十分に高い為にトナー劣化積算値Ｘへの加算は負の値となる。一方、Ｋ（ブラック）については印字率が非常に高い為にトナー劣化積算値Ｘへの加算は大きな負の値の−５０２となる。したがって、「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」を印字すると、Ｋ（ブラック）のトナー劣化が急激に回復する。

ここで前述したように、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」を１０４枚、１枚間欠で画像形成し、その後、新たに「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」を１枚画像形成した場合（合計でＡ４片面１０５枚の画像形成）の推移について説明する。なお、Ｙ（イエロー）とＭ（マゼンタ）とＣ（シアン）については、図１０に示したように、トナー劣化積算値Ｘへ加算が常に負の値となる。このため、図８のＳ５、６で示したように、トナー劣化積算値Ｘは常に０にリセットされた状態となる。このため、以下では、Ｋ（ブラック）の推移について、図１１を用いて説明する。

上述したように、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」を印字する間は、トナー劣化積算値Ｘが＋５ずつ積算されて行く。したがって図１１に示すように、１枚目〜１０３枚目にかけて、トナー劣化積算値Ｘは、５、１０、１５・・・５１５と積算単調増加する。またトナー吐き出し実行閾値Ａ（＝５１２）とトナー劣化積算値Ｘの差分（Ａ−Ｘ）の値は、１枚目〜１０２枚目にかけて、５０７、５０２、４９７・・・２と単調減少し、遂に１０３枚目で（Ａ−Ｘ）＝−３と負の値になる。

このとき図８及び図９のフローチャートにしたがって、強制消費モードが実行され、Ａ＝５１２に相当するトナー強制消費を実行する（図９のＳ２２）。なお、本比較例では、１枚間欠で画像形成を行っているため、１０３枚目の画像形成ジョブにおける後回転時に強制消費モードが実行される。１枚間欠ではなく連続して画像形成を行った場合には、１０３枚目の画像形成を終了した後に画像形成を中断して、強制消費モードを実行する。強制消費モードを実行したら、トナー劣化積算値Ｘを０にリセットする（図９のＳ２４）。次に１０４枚目の「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」を印字すると、トナー劣化積算値Ｘ＝５となり、（Ａ−Ｘ）＝５０７となる。最後に１０５枚目の「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」を印字すると、図１０で説明したように、トナー劣化積算値Ｘに−５０２が加算され、新たなトナー劣化積算値Ｘは−４９７となるので、０にリセットされる（図８のＳ６）。

以上より、Ｋ（ブラック）について、比較例の強制消費モードを動作させた場合の１０５枚通紙での合計トナー消費量を見積もる。すると、それぞれのビデオカウントは、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」が１０４枚＝５×１０４＝５２０、「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」が１枚＝５１２×１＝５１２、トナー強制消費が１回＝５１２となる。この結果、比較例の動作では、合計でビデオカウント１５４４相当のトナーが消費される事になる。

［本実施形態の強制消費モードの動作］
次に、本実施形態の強制消費モードの動作について、図１２を用いて説明する。なお、本実施形態の場合も、図８のフローにしたがって強制消費モードの実行の可否を判断する。上述の図８のＳ１０によって、差分（Ａ−Ｘ）が負の値の場合には、画像形成を中断して強制消費モードを実行する。まず、一次転写ローラ１０５（図１、２）に通常画像形成時とは逆極性の一次転写バイアス（即ち感光ドラム１０１上のトナー像と同極性の転写バイアス）を印加する（Ｓ３１）。次に、吐き出し実行閾値Ａに対して１未満の係数（本実施形態では、０．５、即ち５０％）を乗じた値（ビデオカウント）に相当するトナー量を感光ドラム１０１に吐き出す（Ｓ３２）。言い換えれば、トナー劣化積算値Ｘに対応するトナー量の一部を消費する。本実施形態では、吐き出し実行閾値Ａ＝５１２（Ａ４片面の全面ベタ印字率１００％画像のビデオカウントに相当）に設定している。このため、Ａ４片面の副走査方向（感光ドラム１０１の回転方向）に５０％の長さのベタ画像を、感光ドラム１０１に吐き出す動作、即ち、Ａ×０．５に相当するトナー量を消費するように強制消費モードを実行する。

次いで、感光ドラム１０１上に吐き出されたトナーは一次転写バイアスがトナーと同極性である為に、中間転写体ベルトには転写されずクリーナ１０９で回収される（Ｓ３３）。ここでトナー劣化積算値Ｘを、Ｘ−（Ａ×０．５）の値にリセットする（Ｓ３４）。即ち、ＣＰＵ２０６は、強制消費モードの実行に応じて、積算された値（トナー劣化積算値Ｘ）を所定の閾値（吐き出し実行閾値Ａ）よりも小さい所定の正の値にリセットする。更に言えば、強制消費モードが実行された場合に、その時のトナー劣化積算値Ｘから吐き出し実行閾値Ａに対して上述の係数（０．５）を乗じた値を減じた値をリセット値（Ｘ−（Ａ×０．５））とする。そして最後に、一次転写バイアスを通常画像形成時の極性のバイアスに戻し（Ｓ３５）、強制消費モードを終了して通常の画像形成動作に復帰する。復帰後（強制消費モードの実行後）は、図８のフローにしたがって、リセット値（Ｘ−（Ａ×０．５））に差分（Ｖｔ−Ｖ）を積算していく（図８のＳ４）。

以上のように、本実施形態の強制消費モードの動作では、トナー劣化積算値Ｘを、１回の強制消費モードの実行で０にはリセットしない。即ち、前述の比較例では、強制消費モードの実行によってＡ４片面ベタ画像相当のトナーをリフレッシュし、トナー劣化積算値Ｘも０にリセットしている。しかしながら、本実施形態では、強制消費モードの実行によってＡ４片面ベタの５０％に相当するトナーをリフレッシュして、トナー劣化積算値Ｘも略５０％しかリセットしない。即ち、トナー劣化状態を完全にリセットせずに、画像品質を維持できる中で所定レベルのトナー劣化を残すように、強制消費モードを実行するようにしている。

［本実施形態の強制消費モードの動作の具体例］
以上の本実施形態の強制消費モードにおいても比較例と同様に、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」を１０４枚、１枚間欠で画像形成し、その後、新たに「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」を１枚画像形成した場合の推移について説明する。なお、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」及び「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」をそれぞれＡ４片面１枚ずつ画像形成した場合に、トナー劣化積算値Ｘが各色でどのように加算・積算されるかは、前述した図１０の表と同じである。また、Ｙ（イエロー）とＭ（マゼンタ）とＣ（シアン）については、図１０に示したように、トナー劣化積算値Ｘへ加算が常に負の値となる。このため、図８のＳ５、６で示したように、トナー劣化積算値Ｘは常に０にリセットされた状態となる。このため、以下では、Ｋ（ブラック）の推移について、図１３を用いて説明する。

図１０で説明したように、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」を印字する間は、トナー劣化積算値Ｘが＋５ずつ積算されて行く。したがって図１３に示すように、１枚目〜１０３枚目にかけて、トナー劣化積算値Ｘは、５、１０、１５・・・５１５と積算単調増加する。またトナー吐き出し実行閾値Ａ（＝５１２）とトナー劣化積算値Ｘの差分（Ａ−Ｘ）の値は、１枚目〜１０２枚目にかけて、５０７、５０２、４９７・・・２と単調減少し、遂に１０３枚目で（Ａ−Ｘ）＝−３と負の値になる。

このとき図８及び図１２のフローチャートにしたがって、強制消費モードが実行され、Ａ×０．５＝２５６に相当するトナー強制消費を実行する（図１２のＳ３２）。なお、本実施形態でも、１枚間欠で画像形成を行っているため、１０３枚目の画像形成ジョブにおける後回転時に強制消費モードが実行される。１枚間欠ではなく連続して画像形成を行った場合には、１０３枚目の画像形成を終了した後に画像形成を中断して、強制消費モードを実行する。強制消費モードを実行したら、トナー劣化積算値ＸをＸ−（Ａ×０．５）＝５１５−２５６＝２５９にリセットする（図１２のＳ３４）。次に１０４枚目の「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」を印字すると、トナー劣化積算値Ｘ＝２６４となり、（Ａ−Ｘ）＝２４８となる。最後に１０５枚目の「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」を印字すると、図１０で説明したように、トナー劣化積算値Ｘに−５０２が加算され、新たなトナー劣化積算値Ｘは−２３８となるので、０にリセットされる（図８のＳ６）。

以上より、Ｋ（ブラック）について、本実施形態の強制消費モードを動作させた場合の１０５枚通紙での合計トナー消費量を見積もる。すると、それぞれのビデオカウントは、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」が１０４枚＝５×１０４＝５２０、「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」が１枚＝５１２×１＝５１２、トナー強制消費が１回＝２５６となる。この結果、本実施形態の動作では、合計でビデオカウント１２８８相当のトナーが消費される事になる。

［本実施形態と比較例との比較］
前述したように、比較例では「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」を１０４枚、１枚間欠で画像形成し、その後、新たに「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」を１枚画像形成した場合、合計１５４４ビデオカウント相当のトナーを消費する。これに対して、本実施形態の場合、上述のように合計１２８８ビデオカウント相当のトナーを消費する。したがって、本実施形態の場合、比較例に対して略１６．６％のトナー消費量を抑制することが可能である。

また画像品質としても、本実施形態ではトナー劣化積算値Ｘの最大値が５１５となり、比較例と同等レベルを維持できる。さらに、ダウンタイムとしては、強制消費モードの制御回数は比較例及び本実施形態も共に１回だが、本実施形態の制御では、トナー吐き出し画像の副走査方向の長さが略５０％の為、１回の制御時間が短縮できる。したがって、略１秒間のダウンタイム削減効果も発生する。

なお、トナー消費量の削減効果はプリントジョブの構成によって異なり（置数、間欠枚数、用紙サイズ、画像Ｄｕｔｙ、片面／両面、等）、ダウンタイムの削減効果は、プリントジョブの構成や画像形成装置のプロセススピードによっても異なる。なお、置数とは、１つの画像形成ジョブの画像形成枚数である。したがって、上記では、本発明の効果が分かり易い具体例を上げて説明している。また、本実施形態ではトナー吐き出し実行閾値Ａの５０％（係数）分をトナー強制消費する制御構成を説明したが、本発明の効果は係数が５０％に限定される訳ではない。但し、本発明の効果をより好適に発揮させるには、係数として、０．３〜０．７、即ち３０〜７０％の範囲で設定されることが望ましい。

ここで、上述の図１３では、１０５枚目に「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」を印字した例について説明したが、同じ画像比率の画像を連続して形成（印字）した場合について考える。より具体的には、画像比率が所定比率以下に相当する画像を連続して画像形成した場合について考える。ここで所定比率以下とは、例えば、印字率が１０％以下、５％以下、２％以下、１％以下など、画像形成装置の機種によって設定される。この場合に、仮に平均画像比率が同一条件の場合、例えば、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」を連続して印字した場合、図１３と同様に、１０３枚目の後に強制消費モードを実行する。このとき、本実施形態ではトナー劣化積算値ＸがＸ−（Ａ×０．５）にリセットされる。このため、その後に継続して「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」を連続して印字すると、トナー劣化積算値Ｘが０である場合よりも早いタイミングで強制消費モードが実行されることになる。

即ち、トナー劣化積算値Ｘが０であるタイミングから１回目に強制消費モードが実行される画像形成枚数よりも、強制消費モードが実行されて次に強制消費モードが実行されるまでの画像形成枚数が少なくなるように、強制消費モードが実行される。言い換えれば、強制消費モードが実行されるまでの間隔は、所定条件を満たしたタイミング（トナー劣化積算値Ｘが０であるタイミング）から１回目よりも、それ以降の方が短くなる。但し、強制消費モードで消費されるトナー量については、Ａ×０．５に相当する量であり、１回の強制消費モードで消費されるトナー量は、比較例のようにＡに相当する量を消費する場合に比べて少ない。このため、本実施形態と比較例とで同じ画像比率の画像が連続して形成された場合、消費されるトナー量はほぼ同じとなる。

また、以上から、本実施形態の場合、所定条件を満たしたタイミングから１回目とそれ以降とで、強制消費モードを実行する条件を異なっている。ここで、所定条件は、現像装置を未使用状態から使用を開始した場合や、図８のＳ６のように、画像比率の高い画像が形成されることでトナー劣化積算値Ｘが所定のリセット条件を満たした場合にトナー劣化積算値Ｘがリセットされた場合である。所定のリセット条件とは、本実施形態では、図８のＳ５でトナー劣化積算値Ｘが負の値となることであり、この場合、Ｓ６でトナー劣化積算値Ｘが０にリセットされる。また、現像装置を未使用状態から使用を開始した場合、前述したようにトナー劣化積算値Ｘが０である。このため、本実施形態では、所定条件を満たしたタイミングとは、トナー劣化積算値Ｘが０であるタイミングである。

また、本実施形態の場合、トナー劣化積算値Ｘが吐き出し実行閾値Ａ（所定の閾値）よりも大きい場合に、強制消費モードを実行してトナー劣化積算値Ｘを、現像装置を未使用状態から使用を開始した場合の値と異なっている。即ち、現像装置を未使用状態から使用を開始した場合のトナー劣化積算値Ｘは０であるのに対し、強制消費モードを実行した場合のトナー劣化積算値Ｘは、Ｘ−（Ａ×０．５）となる。

このように本実施形態の場合、強制消費モードでは、吐き出し実行閾値Ａに対して１未満の係数（０．５）を乗じた値（Ａ×０．５）に対応するトナー量を消費するようにしている。言い換えれば、強制消費モードを実行する際に、トナー劣化指標（吐き出し実行閾値Ａ）の一部分に相当する量だけ、トナー吐き出しを実行する。このため、強制消費モードでのトナー消費量を抑制できる。また、このように強制消費モードでのトナー消費量が少なくても、その後に画像比率の高い画像が形成されれば、前述の図３で説明したようにトナー劣化が解消される。即ち、本実施形態の場合、強制消費モードが実行された後に画像比率の高い画像が形成される場合を考慮して、強制消費モードで消費するトナー量を抑えている。したがって、その後に画像比率の高い画像が形成され、トナー劣化が解消されれば、強制消費モードで消費されるトナー量が少なくても、トナー劣化による画像不良が生じることを抑制できる。これと共に、強制消費モードで消費されるトナー量が少ない分、全体としてのトナー消費量を抑制できる。

また、トナー劣化積算値Ｘのリセット値をトナー劣化積算値Ｘから吐き出し実行閾値Ａに対して係数（０．５）を乗じた値（Ｘ−（Ａ×０．５））を減じた値としている。言い換えれば、トナーの吐き出し動作に合わせて、トナー劣化指標を一部分だけ回復させる。このため、その後に画像比率の高い画像が形成されなくても、トナー劣化が画像に影響を及ぼさないような適切なタイミングで強制消費モードが実行される。例えば、トナー劣化積算値Ｘのリセット値を０とした場合よりも早い段階で強制消費モードが実行される。そして、このときの強制消費モードでも、同様にトナー消費量が抑制されるため、トナー劣化積算値Ｘのリセット値を０とした場合とトナー消費量を同等にできる。この結果、本実施形態の場合、トナー劣化を適切に解消しながらも、トナー消費量を抑制できる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について、図１４及び図１５を用いて説明する。なお、上述の第１の実施形態では、トナー吐き出し実行閾値Ａに対して乗じる係数を０．５（５０％）とし、強制消費モードでＡの５０％に相当するトナー量を吐き出す制御について説明した。これに対して本実施形態では、この係数Ｚを平均画像比率（平均印字率）に応じて変更している。その他の構成及び作用については、上述の第１の実施形態と同様であるため、重複する説明及び図示を省略または簡略にし、以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

まず、本発明の重要なポイントは、強制消費モードでのトナー量を抑制し、未来に来る可能性のある高Ｄｕｔｙ画像チャート（画像比率の高い画像）を有効利用して、トナー劣化を抑制することである。したがって、例えば高Ｄｕｔｙ画像が来る可能性が高ければ、トナー吐き出し実行閾値Ａに対して、より少ない量のトナーを強制消費する方が、総トナー消費量を抑制できる可能性が高い。このため、本実施形態では、所定の画像形成枚数（本実施形態では過去１０００枚）の平均ビデオカウント（平均画像比率に対応した値）に応じて、強制消費モードの動作フローを変更するようにしている。

この本実施形態の強制消費モードの動作フローについて、図１４を用いて説明する。本実施形態の場合も、第１の実施形態と同様に、図８に記載のステップＳ１０によって、差分（Ａ−Ｘ）が負の値の場合には、画像形成を中断して図１４のフローチャートにしたがって、強制消費モードを実行する。まず、一次転写ローラ１０５（図１、２）に通常画像形成時とは逆極性の一次転写バイアス（即ち感光ドラム１０１上のトナー像と同極性の転写バイアス）を印加する（Ｓ４１）。

次に、新たなフローステップとして、１未満の係数である強制消費量係数Ｚを過去１０００枚の平均ビデオカウントに応じて決定する（Ｓ４２）。強制消費量係数Ｚは、図１５の表から算出され、ビデオカウント記憶部であるＲＡＭ２１１（図３）に格納された過去１０００枚の平均ビデオカウントに応じて決定される値である。即ち、画像比率算出手段でもあるＣＰＵ２０６（図３）が、ＲＡＭ２１１に格納された所定の画像形成枚数（１０００枚）のビデオカウントを読み取る。そして、所定の画像形成枚数（１０００枚）に対する所定の単位当たり（Ａ４用紙１枚当たり）の画像比率である平均画像比率に対応した平均ビデオカウントを算出する。そして、ＣＰＵ２０６がＲＡＭ２１１に格納された図１５のテーブルを参照して、算出した平均ビデオカウントに対応した強制消費量係数Ｚを決定する。例えば、過去１０００枚の平均印字率（平均画像比率）が２０％の場合には、平均ビデオカウントは１０２となり、強制消費量係数Ｚ＝３０％となる。

次に、吐き出し実行閾値Ａに対して、Ａ×Ｚのビデオカウントに相当するトナー量を感光ドラム１０１に吐き出す（Ｓ４３）。本実施形態では、吐き出し実行閾値Ａ＝５１２（Ａ４片面の全面ベタ印字率１００％画像のビデオカウントに相当）に設定している。このため、例えば過去１０００枚の平均ビデオカウントが１０２の場合には、Ｚ＝０．３（３０％）となる。したがって、Ａ４片面の副走査方向が３０％の長さのベタ画像を、感光ドラム１０１に吐き出す動作、即ち、Ａ×０．３に相当するトナー量を消費するように強制消費モードを実行する。

このように平均印字率が高い場合には、未来にも印字率の高い画像がくる可能性が高い。このため、低Ｄｕｔｙ画像でトナー劣化が閾値にまで達しても、強制消費モードによるトナーのリフレッシュ量を抑制して、未来にくる印字率の高い画像が来て自然にリフレッシュされるのを期待できる。このため、本実施形態では、ＣＰＵ２０６は、平均画像比率が第１の比率の場合よりも、この第１の比率よりも小さい第２の比率の場合の方が強制消費係数Ｚを大きくしている。即ち、平均画像比率に対応する平均ビデオカウントが大きい（第１の比率の）場合、未来にも印字率が高い画像が来る可能性が高いため、この印字率の高い画像によりトナー劣化が解消されることを期待して、強制消費量係数Ｚを小さくしている。これにより、強制消費モードで消費されるトナー量を少なくできる。一方、平均ビデオカウントが（第１の比率よりも）小さい（第２の比率）の場合、未来に印字率が高い画像が来る可能性が低いため、この印字率の高い画像によりトナー劣化が解消される可能性も低い。このため、強制消費量係数Ｚを大きくして、強制消費モードによりできるだけトナー劣化を解消するようにしている。

次いで、感光ドラム１０１上に吐き出されたトナーは一次転写バイアスがトナーと同極性である為に、中間転写体ベルトには転写されずクリーナ１０９で回収される（Ｓ４４）。ここでトナー劣化積算値Ｘを、Ｘ−（Ａ×Ｚ）の値にリセットする（Ｓ４５）。即ち、ＣＰＵ２０６は、強制消費モードが実行された場合に、その時のトナー劣化積算値Ｘから吐き出し実行閾値Ａに対して上述の係数Ｚを乗じた値を減じた値をリセット値（Ｘ−（Ａ×Ｚ））とする。そして最後に、一次転写バイアスを通常画像形成時の極性のバイアスに戻し（Ｓ４６）、強制消費モードを終了して通常の画像形成動作に復帰する。復帰後（強制消費モードの実行後）は、図８のフローにしたがって、リセット値（Ｘ−（Ａ×Ｚ））に差分（Ｖｔ−Ｖ）を積算していく（図８のＳ４）。

以上のように、本実施形態では、第１の実施形態の制御に対して、過去１０００枚の平均ビデオカウント値から、高印字率の確率が高い場合には、強制消費モードでのトナー消費量を削減する事で、総トナー消費量の抑制を図っている。

本実施形態の具体的な効果を、例えば第１の実施形態の図１３を参照して考える。ここで、図１３の１０３枚目の時点において、過去１０００枚の平均ビデオカウントが１０２である場合を考える。例えば、図１３の１枚目以前の画像が高印字率だった場合などがこれに相当する。また、１０３枚目で（Ａ−Ｘ）＝−３と負の値になるまでは第１の実施形態と同様である。

このとき図８及び図１４のフローチャートにしたがって、強制消費モードが実行され、図１５の強制消費量係数Ｚの算出表にしたがって、Ａ×０．３＝１５４に相当するトナー強制消費を実行する（図１４のＳ４３）。そして、トナー劣化積算値ＸをＸ−（Ａ×０．３）＝５１５−１５４＝３６１にリセットする（図１４のＳ４５）。次に１０４枚目の「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」を印字すると、トナー劣化積算値Ｘ＝３６６となり、（Ａ−Ｘ）＝１４６となる。最後に１０５枚目の「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」を印字すると、図１０で説明したように、トナー劣化積算値Ｘに−５０２が加算され、新たなトナー劣化積算値Ｘは−１３６となるので、０にリセットされる（図８のＳ６）。

以上より、Ｋ（ブラック）について、本実施形態の強制消費モードを動作させた場合の１０５枚通紙での合計トナー消費量を見積もる。すると、それぞれのビデオカウントは、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」が１０４枚＝５×１０４＝５２０、「ブラック高Ｄｕｔｙ画像チャート」が１枚＝５１２×１＝５１２、トナー強制消費が１回＝１５４となる。この結果、本実施形態の動作では、合計でビデオカウント１１８６相当のトナーが消費される事になる。

ここで、第１の実施形態では、合計１２８８ビデオカウント相当のトナー消費であり、本実施形態では、合計１１８６ビデオカウント相当のトナー消費である。このため、本実施形態は、第１の実施形態に対して略７．９％のトナー消費量を更に抑制することが可能である。

また画像品質としても、本実施形態ではトナー劣化積算値Ｘの最大値も５１５となり、比較例及び第１の実施形態と同等レベルを維持できる。さらに、ダウンタイムとしては、強制消費モードの制御回数は比較例、第１の実施形態、本実施形態では共に１回である。但し、本実施形態では、トナー吐き出し画像の副走査方向の長さが略３０％の為、１回の制御時間が更に短縮でき、比較例と比較して略１．４秒間のダウンタイム削減効果も発生する。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図１６を用いて説明する。なお、上述の第１、第２の実施形態では、図８に示したように、基準値としてのトナー劣化閾値ビデオカウントＶｔを固定して、Ｖｔ−Ｖを算出し、これを積算して、強制消費モードの実行可否を判断するようにした。これに対して本実施形態では、画像形成の１枚毎の現像装置の駆動時間を算出して、基準値をこの駆動時間に応じて変更している。即ち、本実施形態では、基準値を、固定値としてのトナー劣化閾値ビデオカウントＶｔに駆動時間に応じた変数Ｓｔを乗じた値としている。その他の構成及び作用については、上述の第１の実施形態又は第２の実施形態と同様であるため、重複する説明及び図示を省略または簡略にし、以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

まず、本発明者らが、トナー劣化のメカニズムについてより詳細に検討すると、現像装置の駆動時間（現像スリーブ２４の駆動時間や、第１及び第２の搬送スクリュー２２ａ、２２ｂの駆動時間）に依存していることが判明した。そこで、本実施形態においては、現像スリーブ２４の駆動時間とビデオカウントに応じて、強制消費モードを実行するようにしている。

ここで、前述の図７に示したトナー劣化閾値ビデオカウントＶｔの値は、１０００枚の連続画像形成において、画像不良が発生する閾値を実験的に調べたものであり、このときの合計の現像スリーブ駆動時間は、約２０００秒であった。したがって、例えばＹ（イエロー）に関して言うと、２秒間の現像スリーブ駆動時間によるトナー劣化に対して、印字率１％＝ビデオカウント５のトナー補給による入れ換えが発生すれば、画像不良の発生を抑制できる、という事を意味する。なお、連続画像形成の場合、そのジョブの最初と最後以外の１枚の画像形成では、前回転及び後回転の制御がないため、本実施形態の画像形成装置では、１枚の画像形成の現像スリーブ駆動時間（基準時間Ｓｕ）が２秒となる。但し、この連続画像形成１枚当たりの現像スリーブ駆動時間である基準時間Ｓｕは、画像形成装置の性能に応じて定まる値であり、その機種に応じて異なる。

このような前提条件で、本実施形態の強制消費モードの実行の可否判断について説明する。なお、前述の図３と同様に、前提として、各色の強制消費モードの思想は同様である。したがって、以降のフローチャート等で色についての記述を省略している場合があるが、その場合は各色で共通の制御を行なっている。本実施形態においては分かりやすい例として１枚当たりの印字率がＹＭＣＫそれぞれの色に対してＹ＝５％、Ｍ＝５％、Ｃ＝５％、Ｋ＝１％の画像（ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート）をＡ４サイズ用紙で１枚間欠で画像形成した場合を考える。

まず画像形成がスタートすると、図３を用いて前述したようにビデオ信号カウント部２０７が各色のビデオカウントＶ（Ｙ）、Ｖ（Ｍ）、Ｖ（Ｃ）、Ｖ（Ｋ）を算出する。また、駆動時間算出手段でもあるＣＰＵ２０６（図３）によって、現像スリーブ駆動時間Ｓｔ（秒）を算出する（Ｓ５１）。本実施形態においては、ある１色についてＡ４サイズ用紙片面の全面ベタ画像（印字率１００％の画像）のビデオカウントは５１２である。すると「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」のビデオカウントは、Ｖ（Ｙ）＝２６、Ｖ（Ｍ）＝２６、Ｖ（Ｃ）＝２６、Ｖ（Ｋ）＝５である。ここでビデオカウントの算出において小数点以下は四捨五入する。

また、現像スリーブ駆動時間Ｓｔは、連続画像形成の場合の最初と最後以外の１枚の場合、上述のように２秒となり、最初の１枚の場合にはこれに前回転の時間を、最後の１枚の場合にはこれに後回転の時間が加わる。なお、途中で強制消費モード以外の制御が入って画像形成が中断しているが現像スリーブが駆動している場合には、その時の１枚の画像形成にその時間を加えても良い。本実施形態では、１枚間欠で画像形成しているため、現像スリーブ駆動時間は、１枚当たり約２．５秒（Ｓｔ＝２．５秒）となる。なお、このＳｔが、現像装置（現像スリーブ２４）の単位駆動時間に相当する。

次に、前述した実験等で得られるトナー劣化閾値ビデオカウントＶｔの表（図７を参照）より、トナー劣化閾値ビデオカウントＶｔを算出する（Ｓ５２）。ここで、図７より、ＹとＣのトナー劣化閾値ビデオカウントＶｔは５、ＭとＫのトナー劣化閾値ビデオカウントＶｔは１０となる。なお、このトナー劣化閾値ビデオカウントＶｔは、上述の基準時間Ｓｕに応じて適宜設定する。即ち、上述したように、基準時間Ｓｕは機種によって定まるものであり、基準時間が長ければ、画像形成１枚当たりのトナーの劣化具合も変わってくる。このため、ＶｔをＳｕに応じて設定することが好ましい。本実施形態では、Ｓｕが２秒の場合の機種であるため、Ｖｔが上述のように設定されている。

続けて、前述した、ビデオカウントＶ及びトナー劣化閾値ビデオカウントＶｔと、現像スリーブ駆動時間Ｓｔ及び基準時間Ｓｕより、Ｖｔ・Ｓｔ−Ｖ・Ｓｕを算出する（Ｓ５３）。本実施形態では、Ｓｔが２．５秒、Ｓｕが２秒であるため、Ｖｔ・２．５−Ｖ・２となる。即ち、ＣＰＵ２０６が、Ｖｔ・Ｓｔ（基準値）からＶ・２（消費値）を減じて差分（Ｖｔ・Ｓｔ−Ｖ・Ｓｕ）を算出する。更に、Ｖｔ・Ｓｔ−Ｖ・Ｓｕの値の正負に関わらず、トナー劣化積算値Ｘに、Ｖｔ・Ｓｔ−Ｖ・Ｓｕを加算する（Ｓ５４）。

上記Ｓ５４を詳しく説明すると、例えば、印字率が低い場合にはＶの値が小さくなり、Ｖｔ・Ｓｔ−Ｖ・Ｓｕの値は正の値となる。また、例えば、連続画像形成で前回転や後回転等の動作が入って現像スリーブ駆動時間Ｓｔが長くなる場合にも、Ｖｔ・Ｓｔ−Ｖ・Ｓｕの値は正の値となり得る。上記で算出したＶｔ・Ｓｔ−Ｖ・Ｓｕの正の値をトナー劣化積算値Ｘに加算することで、トナー劣化が進行している状態を表す。一方、例えば印字率が高い場合にはＶの値が大きくなり、Ｖｔ・Ｓｔ−Ｖ・Ｓｕの値は負の値となる。上記で算出したＶｔ・Ｓｔ−Ｖ・Ｓｕの負の値をトナー劣化積算値Ｘに加算することで、トナー劣化が回復している状態を表す。ここで、（Ｖｔ・Ｓｔ−Ｖ・Ｓｕ）を（Ｓｕ・Ｓｕ）で割ればＶｔ／Ｓｕ−Ｖ／Ｓｔとなる。このとき、Ｖｔ／Ｓｕは固定値となり、Ｖ／Ｓｔが現像装置の単位駆動時間あたりに消費されるトナー消費量に関する情報となる。そして、この情報Ｖ／Ｓｔが所定値未満、即ち、Ｖｔ／Ｓｕ未満であれば、Ｖｔ／Ｓｕ−Ｖ／Ｓｔが正の値となり、劣化が進行していることを示す。また、情報Ｖ／Ｓｔと所定値Ｖｔ／Ｓｕとに基づいて決定される劣化情報は、Ｖｔ・Ｓｔ−Ｖ・Ｓｕに相当する。

次に、ＣＰＵ２０６が、Ｓ５４で算出された最新のトナー劣化積算値Ｘの正負を判断する（Ｓ５５）。そして、トナー劣化積算値Ｘが負の値の場合には、トナー劣化積算値Ｘを０にリセットする（Ｓ５６）。即ち、この場合、高印字率のトナー消費と補給によってトナー劣化がリセットされた状態である。したがって、トナー劣化積算値Ｘを０にリセットし、続けて画像形成を実行する（Ｓ１に戻る）。

一方、トナー劣化積算値Ｘが正の値の場合には、ＣＰＵ２０６は、上述のステップによって画像形成毎に算出・更新されるトナー劣化積算値Ｘに対して、吐き出し実行閾値Ａとの差分（Ａ−Ｘ）を算出する（Ｓ５７）。Ｓ５８〜Ｓ６０は、図８のＳ８〜１０と同様である。なお、Ｓ６０の強制消費モードの動作フローとしては、第１の実施形態（図１２）或いは第２の実施形態（図１４）のような、強制消費モードを実行する。これにより、強制消費モードによるトナー消費量を最小限に抑えながら、トナーの劣化を防止し画像品質を良好に保つ画像形成装置を提供することができる。

また、本実施形態の場合、トナー劣化積算値Ｘの値を、現像スリーブ駆動時間Ｓｔを考慮して決定している。即ち、トナー劣化積算値Ｘを求めるための基準値をＶｔ・Ｓｔとすることで、このトナー劣化積算値Ｘに現像スリーブ駆動時間Ｓｔを反映させるようにしている。なお、基準値にＳｔを反映させるため、ビデオカウントＶに基準時間Ｓｕを乗じるようにしている。これにより、トナー劣化により即したトナー劣化積算値Ｘを算出でき、より適切にトナー劣化を防止できる。

このような本実施形態において、現像装置の単位駆動時間あたりに消費されるトナー消費量に関する情報が所定値以下に相当する画像を連続して形成（印字）した場合について考える。より具体的には、情報Ｖ／ＳｔがＶｔ／Ｓｕ未満の場合について考える。この場合に、仮に平均画像比率が同一条件（情報が同一条件）の場合、例えば、「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」を連続して印字した場合、図１３と同様に、１０３枚目の後に強制消費モードを実行する。このとき、本実施形態ではトナー劣化積算値ＸがＸ−（Ａ×０．５又はＺ）にリセットされる。このため、その後に継続して「ブラック低Ｄｕｔｙ画像チャート」を連続して印字すると、トナー劣化積算値Ｘが０である場合よりも早いタイミングで強制消費モードが実行されることになる。

即ち、トナー劣化積算値Ｘが０であるタイミングから１回目に強制消費モードが実行される画像形成枚数よりも、強制消費モードが実行されて次に強制消費モードが実行されるまでの画像形成枚数が少なくなるように、強制消費モードが実行される。言い換えれば、強制消費モードが実行されるまでの間隔は、所定条件を満たしたタイミング（トナー劣化積算値Ｘが０であるタイミング）から１回目よりも、それ以降の方が短くなる。但し、強制消費モードで消費されるトナー量については、Ａ×０．５又はＺに相当する量であり、１回の強制消費モードで消費されるトナー量は、前述の比較例のようにＡに相当する量を消費する場合に比べて少ない。このため、本実施形態と比較例とで同じ画像比率の画像が連続して形成された場合、消費されるトナー量はほぼ同じとなる。

なお、上述の各実施形態の説明では、画像形成の所定の単位毎に消費されるトナー量に応じた消費値と前記所定の単位に対して設定される基準値として、ビデオカウントを使用したが、本発明はこれに限らない。即ち、画像形成に伴い消費されるトナー量が分かれば良い。

１０１（１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋ）・・・感光ドラム（像担持体）／１０４（１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃ、１０４Ｋ）・・・現像装置／２４・・・現像スリーブ／３０・・・トナー補給装置（補給手段）／２０６・・・ＣＰＵ（制御手段、差分算出手段、積算手段、実行手段、画像比率算出手段、駆動時間算出手段）

Claims (7)

1. 像担持体と、
   前記像担持体に形成された静電潜像をトナーにより現像する現像装置と、
   現像剤の消費量に応じてトナーを前記現像装置に補給する補給手段と、
   前記現像装置に強制的にトナーを消費させる強制消費モードを実行可能な制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   画像形成の所定の単位毎に消費されるトナー量に応じた消費値と前記所定の単位に対して設定される基準値との差分を算出する差分算出手段と、
   前記差分を積算して積算値を求める積算手段と、
   前記積算値が所定の閾値よりも大きい場合に、前記強制消費モードを実行する実行手段と、を有し、
   前記実行手段は、前記所定の閾値に対して１未満の係数を乗じた値に相当するトナー量を消費するように前記強制消費モードを実行し、
   前記積算手段は、前記強制消費モードが実行された場合に、その時の前記積算値から前記所定の閾値に対して前記係数を乗じた値を減じた値をリセット値とし、前記強制消費モードの実行後は、前記リセット値に前記差分を積算する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記積算手段は、前記現像装置を未使用状態から使用を開始した場合には、０から前記差分を積算する、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記差分算出手段は、前記基準値から前記消費値を減じて前記差分を算出し、
   前記制御手段は、前記積算手段により前記差分を積算した値が負の値であれば前記積算手段の積算値を０にリセットする、
   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。
4. 前記制御手段は、前記積算値が前記所定の閾値以下である場合には、前記実行手段に前記強制消費モードを実行させずに、前記積算手段にその時の積算値にそれ以降の前記差分を積算させる、
   ことを特徴とする、請求項１ないし３のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 所定の画像形成枚数に対する前記所定の単位当たりの画像比率である平均画像比率を算出する画像比率算出手段を有し、
   前記実行手段は、前記平均画像比率が第１の比率の場合よりも、この第１の比率よりも小さい第２の比率の場合の方が前記係数を大きくする、
   ことを特徴とする、請求項１ないし４のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 画像形成の１枚毎の前記現像装置の駆動時間を算出する駆動時間算出手段を有し、
   前記制御手段は、前記基準値を前記駆動時間に応じて変更する、
   ことを特徴とする、請求項１ないし５のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、同じ画像比率の画像を連続して形成した場合に、前記積算手段の積算値が０であるタイミングから１回目に前記強制消費モードが実行される画像形成枚数よりも、前記強制消費モードが実行されて次に前記強制消費モードが実行されるまでの画像形成枚数が少なくなるように、前記強制消費モードを実行する、
   ことを特徴とする、請求項１ないし６のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。

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