(57)【要約】【課題】画像形成装置において、画質及び画像濃度の低下を抑制するとともに、過剰なトナー消費や無駄なダウンタイムを低減する。【解決手段】像担持体１と、画像情報信号に対応した静電潜像を形成する潜像形成手段２と、現像装置４と、中間転写手段５−１とを備えた画像形成装置において、前記画像情報信号に基づいて画像比率を算出する画像比率算出手段３０と、潜像形成手段１、現像装置４及び中間転写手段５−１によって中間転写体５−２上に形成された基準画像の濃度を検知する画像濃度検知手段２１と、現像装置４に収納されている二成分現像剤中のトナーを、像担持体１上に転移させる強制消費モードを備える制御手段３０とを備え、制御手段３０は、画像比率算出手段３０による算出結果及び画像濃度検知手段２１による検知結果に基づいて、前記強制消費モードを実行するか否かを判断する。【選択図】図１
2010066420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、該像担持体上に画像情報信号に対応した静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体上に形成された静電潜像をトナーとキャリヤとを含む二成分現像剤でトナー像として現像する現像装置と、前記像担持体上に現像されたトナー像を中間転写体に転写する中間転写手段と、を備えた画像形成装置において、
前記画像情報信号に基づいて画像比率を算出する画像比率算出手段と、
前記潜像形成手段、前記現像装置及び前記中間転写手段によって前記中間転写体上に形成された基準画像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、
前記現像装置に収納されている二成分現像剤中のトナーを、前記像担持体上に転移させる強制消費モードを備える制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記画像比率算出手段による算出結果及び前記画像濃度検知手段による検知結果に基づいて、前記強制消費モードを実行するか否かを判断する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記現像装置は、前記強制消費モードの実行時に二成分現像剤中のトナーを前記像担持体上における非画像領域に転移させる
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
前記制御手段は、前記強制消費モードを実行する際、前記画像比率算出手段の算出結果及び前記画像濃度検知手段による検知結果に基づいて、トナー消費量を制御する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記現像装置内にトナーを補給するためのトナー補給手段を備え、
前記制御手段は、前記トナー補給手段によって前記現像装置内に補給されるトナー補給量を、前記強制消費モード時のトナー消費量の制御に用いる基準画像と同一の基準画像の濃度に基づいて制御する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記現像装置内にトナーを補給するためのトナー補給手段と、
前記現像装置の二成分現像剤中のトナーの濃度を検知するトナー濃度検知手段とを備え、
前記制御手段は、前記トナー補給手段によって前記現像装置内に補給される補給トナー量を、前記トナー濃度検知手段の検知結果に基づいて制御するとともに、
前記制御手段は、前記トナー濃度検知手段におけるトナー濃度目標値を、前記強制消費モード時のトナー消費量の制御に用いる基準画像と同一の基準画像の濃度に基づいて制御する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記制御手段は、前記強制消費モードを実行した場合、トナーの転移によって前記像担持体上に形成されたトナー像の濃度を、前記画像濃度検知手段によって検知し、その検知結果が所定値を上回っていることを検知した時点で前記強制消費モードを終了する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置において、
像担持体と、帯電手段、現像手段、クリーニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持したプロセスカートリッジが着脱自在である
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真方式の画像形成装置、その中でも特に有彩色の画像形成を行う画像形成装置において、非磁性トナーと磁性キャリヤとを混合して現像剤として使用する二成分現像方式が広く利用されている。二成分現像方式は現在提案されている他の現像方式と比較して、画質の安定性、装置の耐久性などの長所を備えている一方、画像形成に伴い、トナーのみが消費されていくため、それに応じてトナーを適宜補給し、トナー濃度（現像剤全体の質量に対するトナーの質量比）を適切な範囲内に制御する必要がある。
トナー濃度を適切な範囲内に制御する手段としては、光検知方式、インダクタンス検知方式、パッチ検知方式、ビデオカウント方式などが従来から提案され、実施されている。
例えば、光検知方式、インダクタンス検知方式は、現像装置の内部又は近傍にセンサを設け、二成分現像剤のトナー濃度を直接検知し、その検知結果に基づいてトナー補給量を制御する方法である。
パッチ検知方式は、感光体上に形成した基準画像（以下「パッチ画像」という。）の濃度を、感光体や中間転写体の表面に対向して設けられた光学式センサにより読み取り、その出力値に基づいてトナー補給量を制御する方法である。
また、ビデオカウント方式は、形成する画像の画像情報信号を読み取り、画像濃度に対応する信号のカウント数から消費されるトナー量を予測し、その予測値に基づいてトナー補給を行う方法である。
これらいずれの方法を用いた場合でも、画像形成によりトナーが消費されていくと、それに応じてトナーを補給するようになっているため、画像形成を繰り返すことで現像剤中のトナーは順次、入れ替わっていくことになる。
【０００３】
ところが、消費されるトナー量が少ない画像（画像比率の低い画像）を連続して出力し続けた場合、トナーの入れ替わりがほとんどなく、結果として１つのトナーが現像装置内に存在する時間が長くなり、長期に渡って現像装置内で循環し続けることになる。そして、トナーの滞在時間が長くなると、トナーは現像装置内で長期的に摺擦、撹拌を繰り返され、形状が不規則になったり、粒径の分布に偏りを生じたり、また、現像剤に流動性を向上させる目的で添加さているシリカや酸化チタン粒子等の外添剤がトナー表面に埋没したりトナーから遊離したりしていく。この結果、現像剤の流動性が低下する等の劣化が生じ、像担持体上のトナーが中間転写体へ転写しにくくなる等によって所望の画質の画像が得られなくなることがある。
また、トナーはキャリヤと摺擦することで電荷が付与されるが、同一のトナーが繰り返し摺擦され続けることで徐々に電荷が付与されていき、平均的に電荷量が高くなってしまったり、トナー帯電量の分布がブロード（低帯電量から高帯電量の帯電量幅が広くなる）になってしまうことがある。例えばトナーの持つ電荷が上昇していくと、反転現像では、感光体上に形成された静電潜像に付着するトナー量が初期の状態に比べて減少し、またトナー帯電量の分布がブロードになると、像担持体上のトナーのうち中間転写体へ転写されないトナーの割合が多くなる等して、画像出力した際に濃度の低下、低濃度部分の粒状性の悪化といった、画質の劣化が生ずることがある。
このような問題を解決する方法として、特許文献１には、形成している画像の画像比率を算出する手段を設け、算出された画像比率が所定値を下回っていることを検知したときに、非画像領域に所定量現像することで強制的にトナーを消費し、消費された分を新たに現像装置内に補給することで劣化したトナーを新しいトナーと入れ替えるという制御が提案されている。
このような制御を行うことで、画像比率の低い画像を連続して出力し続けた場合に、現像装置内のトナーの入れ替えが行われなくなることで生じる画質の低下や、画像濃度の低下を防止することができるようになる。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３４２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、実際には画像比率の低い画像が連続して出力され続けた場合でも、そのときの現像剤の状態によっては特に画像上の問題が生じない場合も多い。
例えば、画像比率の低い画像が連続して出力される前に、画像比率の高い画像がずっと連続して出力されていた場合は、トナーの入れ替えが頻繁に行われていたため、現像装置内のトナーのほとんどが新しいトナーで占められている。このような状態から画像比率の低い画像が連続して出力されても、画像上の問題が生じるまでには通常の場合よりも時間が長くかかることになる。
また、画像形成装置が設置された環境が低湿度環境から徐々に高湿度環境へと変化していった場合、トナーのもつ平均的な電荷量は次第に低くなり、それに伴って段々と現像性が上がっていくことになる。このような場合に画像比率の低い画像が連続して出力され続けても、現像性が上がっているために、トナーが劣化した状態でも画質や画像濃度の低下が起こりにくくなる。
【０００６】
すなわち、画像比率の低い画像が連続して出力され続けたとしても、そのときの装置の使われ方や、環境によって現像剤の状態が種々であるため、画像上、問題が生じない場合もあることになる。
その際、単に画像比率の低い画像が連続して出力され続けたという判断基準だけでトナーの強制消費を行うと、画像上に問題が生じていないにもかかわらずトナーを強制消費することになるため、無駄なトナー消費量が増大し、ランニングコストが高くなってしまったり、また強制消費を行うためのダウンタイムが長くなってしまったりするなどの問題が生じるおそれがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、トナーの強制消費モードを実行するか否かを的確に判断して、画質、及び画像濃度の低下を抑制するとともに、過剰なトナー消費や無駄なダウンタイムを低減することのできる画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、以下の（１）ないし（７）の発明によって、上記課題は解決される。
（１）本発明の画像形成装置は、像担持体と、該像担持体上に画像情報信号に対応した静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体上に形成された静電潜像をトナーとキャリヤとを含む二成分現像剤でトナー像として現像する現像装置と、前記像担持体上に現像されたトナー像を中間転写体に転写する中間転写手段と、を備えた画像形成装置において、前記画像情報信号に基づいて画像比率を算出する画像比率算出手段と、前記潜像形成手段、前記現像装置及び前記中間転写手段によって前記中間転写体上に形成された基準画像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、前記現像装置に収納されている二成分現像剤中のトナーを、前記像担持体上に転移させる強制消費モードを備える制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記画像比率算出手段による算出結果及び前記画像濃度検知手段による検知結果に基づいて、前記強制消費モードを実行するか否かを判断することを特徴とする。
（２）本発明の画像形成装置は、前記（１）に記載の画像形成装置において、前記現像装置は、前記強制消費モードの実行時に二成分現像剤中のトナーを前記像担持体上における非画像領域に転移させることを特徴とする。
（３）本発明の画像形成装置は、前記（１）又は（２）に記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記強制消費モードを実行する際、前記画像比率算出手段の算出結果及び前記画像濃度検知手段による検知結果に基づいて、トナー消費量を制御することを特徴とする。
（４）本発明の画像形成装置は、前記（１）ないし（３）のいずれかに記載の画像形成装置において、前記現像装置内にトナーを補給するためのトナー補給手段を備え、前記制御手段は、前記トナー補給手段によって前記現像装置内に補給されるトナー補給量を、前記強制消費モード時のトナー消費量の制御に用いる基準画像と同一の基準画像の濃度に基づいて制御することを特徴とする。
（５）本発明の画像形成装置は、前記（１）ないし（３）のいずれかに記載の画像形成装置において、前記現像装置内にトナーを補給するためのトナー補給手段と、前記現像装置の二成分現像剤中のトナーの濃度を検知するトナー濃度検知手段とを備え、前記制御手段は、前記トナー補給手段によって前記現像装置内に補給される補給トナー量を、前記トナー濃度検知手段の検知結果に基づいて制御するとともに、前記制御手段は、前記トナー濃度検知手段におけるトナー濃度目標値を、前記強制消費モード時のトナー消費量の制御に用いる基準画像と同一の基準画像の濃度に基づいて制御することを特徴とする。
（６）本発明の画像形成装置は、前記（１）ないし（５）のいずれかに記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記強制消費モードを実行した場合、トナーの転移によって前記像担持体上に形成されたトナー像の濃度を、前記画像濃度検知手段によって検知し、その検知結果が所定値を上回っていることを検知した時点で前記強制消費モードを終了することを特徴とする。
（７）本発明の画像形成装置は、前記（１）ないし（６）のいずれかに記載の画像形成装置において、像担持体と、帯電手段、現像手段、クリーニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持したプロセスカートリッジが着脱自在であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、制御手段は、画像比率算出手段による算出結果からだけでなく、この算出結果と画像濃度検知手段による検知結果とに基づいて、強制消費モードを実行するか否かを判断するので、例えば、画像比率が低い場合であっても、画像濃度検知手段の検知結果を加味して、実際にトナーを強制的に転移させることが必要な場合に限って強制消費モードを実行し、トナーの転移（吐き出し）を行うことができる。
画像形成装置が備える現像装置が、前記強制消費モードの実行時に二成分現像剤中のトナーを前記像担持体上における非画像領域に転移させることにより、画像領域にトナーを転移させる場合と異なり、トナーの転移による画像領域への影響を防止することができる。
画像形成装置が備える制御手段が、前記強制消費モードを実行する際、前記画像比率算出手段の算出結果及び前記画像濃度検知手段の検知結果に基づいて、トナー消費量を制御することにより、トナー消費量を好適なものとすることができる。
前記現像装置内に補給されるトナー補給量を、前記強制消費モード時のトナー消費量の制御に用いる基準画像と同一の基準画像の濃度に基づいて制御することにより、基準画像を、補給トナー量の制御用と、トナー消費量の制御用とで共通に使用するので、基準画像を形成するための制御時間が省略でき、また制御を簡略化することができる。
前記制御手段が、前記トナー濃度検知手段におけるトナー濃度目標値を、前記強制消費モード時のトナー消費量の制御に用いる基準画像と同一の基準画像の濃度に基づいて制御することにより、基準画像を、トナー濃度目標値の制御用と、トナー消費量の制御用とで共通に使用するので、基準画像を形成するための制御時間が省略でき、また制御を簡略化することができる。
前記制御手段が、前記強制消費モードを実行した場合、トナーの転移によって前記中間転写体上に形成されたトナー像の濃度を前記画像濃度検知手段によって検知し、その検知結果が所定値を上回っていることを検知した時点で前記強制消費モードを終了することにより、トナーの転移によって像担持体上に形成されたトナー像の濃度が所定値を上回った時点で強制消費モードを終了するので、トナー消費量を好適なものとすることができる。
像担持体と、帯電手段、現像手段、クリーニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、画像形成装置の本体に着脱自在なプロセスカートリッジとすることにより、ユーザー又はサービスマンはカートリッジ形態で、像担持体と、帯電手段、現像手段、クリーニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段をまとめて交換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。なお、同一の図面又は異なる図面において同一の符合を付したものは、同様の構成あるいは同様の作用をなすものであり、これらについては、適宜、重複説明を省略している。
＜実施の形態１＞
図１、図２及び図３を参照して、本発明を適用することができる画像形成装置について説明する。ここで、図１は、正面側から見た画像形成装置の構成を模式的に示す図と、ブロック図とを組み合わせた図である。また、図２は図１中の現像装置を拡大した図である。また、図３はトナー濃度の制御についてのフローチャートである。なお、図１に示す画像形成装置は、電子写真方式のプリンタである。
図１を参照して、プリンタ（以下［画像形成装置］という。）の構成及び動作の概略を説明する。図１に示す画像形成装置は、像担持体としての感光体１の周囲に、その回転方向（矢印方向）に沿ってほぼ順に、帯電装置２、書き込み装置（露光装置）３、現像装置４、中間転写ローラ（転写手段）５−１、クリーニング装置６が配設されている。
【００１１】
感光体１表面は、帯電装置２によって所定の極性及び電位に一様に帯電された後、書き込み装置３によって露光されて静電潜像が形成される。画像スキャナ３１から送られてくる画像情報信号あるいはコンピュータ等の出力装置３３から画像情報処理装置３２を介して送られてくる画像情報信号は、画像形成装置のＣＰＵ（制御手段）３０で受信される。ＣＰＵ３０は、書き込み装置３を制御して静電潜像を形成するためのレーザ光を発光させる。なお、静電潜像の形成は、レーザ光の他に発光ダイオード素子等他の発光体（不図示）を用いることもできる。ここで、上述のＣＰＵ３０は、書き込み装置３の制御に加え、画像形成装置全体の動作を制御する。なお、書き込み装置３の制御以外の制御を、他のＣＰＵ（不図示）によって行うようにしてもよい。
【００１２】
上述のようにして書き込み装置３から発生されたレーザ光は、反射ミラーによって反射されて、感光体１表面を露光する。この露光により露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。このとき形成される静電潜像は、感光体１の軸方向及び回動方向に例えばそれぞれ１インチ（２５．４ｍｍ）当たり６００個のドット状に形成される。それぞれのドットはレーザ光の照射量によって深さ（電位）が決まり、潜像を深くほったドットには後述する現像装置４によってより多くのトナーが付着される。すなわち、レーザ光の照射量が多いほど出力される画像濃度は高くなる。
さらに、ＣＰＵ３０によるレーザ光照射量は２５６段階あり、これを００ＨからＦＦＨまでの１６進数２けたで表示する。００Ｈが画像上での最も濃度が低い部分（白地）、ＦＦＨが最も濃度が高い部分（ベタ）となる。この００ＨからＦＦＨまでの数値を、出力画像１枚に存在する全ドット分足し合わせたものを、その出力画像のビデオカウントデータと呼ぶ。さらに、それぞれの画像のビデオカウントデータを、全面ＦＦＨドット（全面ベタ）である画像のビデオカウントデータで割ったもの（１０進数のパーセント表示）を、その画像の画像比率と呼ぶ。これらの数値計算はすべてＣＰＵ３０内の画像比率算出手段（不図示）で処理されるが、他にＣＰＵを設けてそこで処理することも可能である。本実施の形態では、帯電装置２、書き込み装置３、ＣＰＵ３０等によって潜像形成手段が構成されている。
【００１３】
上述のようにして書き込み装置３によって感光体１上に形成された静電潜像は、現像装置４によってトナーが付着されトナー像として現像される。
現像装置４は、トナーを所定の電荷に帯電させ、電源９によって印加される現像バイアスによる電界によって感光体１上の静電潜像をトナー像として現像する。現像バイアスは直流バイアスでも良いし、直流に交流を重畳したバイアスでも良い。このトナー像は、バイアスが印加された中間転写ローラ５−１により、中間転写体上に転写される。この動作がイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックと繰り返され、中間転写体５−２上には４色のトナーが色重ねされる。その後、図示しない転写媒体としてのシート上に二次転写手段によって転写される。ここで、シートは給搬送手段（不図示）から給搬送されるものである。
【００１４】
トナー像転写後の感光体１は、表面に残ったトナー（転写残トナー）がクリーニング装置６によって除去され、次の画像形成に供される。一方、トナー像転写後のシートは、図示しない定着器によって加熱・加圧され、表面にトナー像が定着される。これにより、１枚のシートの表面に対する画像形成が終了する。なお、図１において、７は濃度検知センサ（画像濃度検知手段）、２２は濃度検知センサ（画像濃度検知手段）、３４はメモリ手段である。
【００１５】
次に、図２を参照して、上述の現像装置４について詳述する。ここで図２は、図１中の現像装置４の拡大図である。
感光体１表面に対向して配置された現像装置４は、現像容器１０、現像剤搬送手段としての現像スリーブ１１、及び現像剤の穂高を規制する規制ブレード１４を有している。現像装置４の内部は、垂直方向に延在する隔壁１５によって現像室（第１室）１６と撹拌室（第２室）１７とに区画され、隔壁１５の上方は開放されている。現像室１６及び撹拌室１７には、非磁性トナーと磁性キャリヤとを含む二成分現像剤（以下適宜「現像剤」という。）が収容されている。現像剤は、第１撹拌スクリュー１８及び第２撹拌スクリュー１９によって撹拌されながら現像室１６と撹拌室１７とを循環するようになっている。
【００１６】
現像装置４の現像室１６は、感光体１に対面した現像域に相当する位置が開口しており、この開口部に一部露出するようにして現像スリーブ１１が回転可能に配置されている。現像スリーブ１１は非磁性材料で構成され、現像動作時には図２中の反時計回り（矢印方向）に回転する。現像スリーブ１１の内部には磁界発生手段であるマグネットローラ（ローラ状の磁石）が複数の極で構成されて固定的に配置されている。現像スリーブ１１は、第１撹拌スクリュー１８で撹拌された現像剤を拘束し磁気ブラシを形成しつつ現像スリーブの回転によって規制ブレード１４まで搬送し、ここで層厚規制された二成分現像剤の層をさらに担持搬送して、感光体１と対向する現像域でこの現像剤を感光体１に供給して感光体１上の静電潜像を現像する。
【００１７】
現像剤は、例えばポリエステル樹脂に顔料を分散させた非磁性トナーと、フェライト又はマグネタイトをシリコーン樹脂でコーティングした磁性キャリアとを主成分として構成され、現像室１６及び撹拌室１７での撹拌と、規制ブレード１４手前の現像剤溜まり部での摺擦とによってトナーにマイナスの電荷が付与される。現像によって消費された分のトナーはトナー補給手段（不図示）から供給されるが、補給されたばかりのトナーも上述のような撹拌と摺擦とによって適正な電荷が付与さる。
消費された分のトナーは、トナー補給手段のトナー補給スクリュー（不図示）の回転に従い撹拌室１７内に補給される構成になっており、撹拌室１７内へのトナーの補給量（トナー補給量）はこのトナー補給スクリューの回転時間によっておおよそ定められる。この回転時間を制御するためのトナー補給制御手段について、以下で具体的に説明する。
【００１８】
画像形成動作が繰り返されると、現像装置４内の現像剤のうち、トナーが消費され、現像剤のトナー濃度が低下するため、適宜、トナーを補給することでトナー濃度を所望の範囲内に制御する必要がある。本発明では、中間転写体上に形成された基準画像としての基準トナー像（パッチ画像）の濃度信号を濃度検知センサ（画像濃度検知手段）で検知し、この濃度信号と予め記憶された初期基準信号とを比較し、その比較結果に基づいてトナー補給スクリューの回転時間を制御するトナー補給制御方法（パッチ検知方式）を用いている。
パッチ検知が実行されると、感光体１上に一定面積を有する基準トナー像の静電潜像を形成し、これを所定の現像コントラスト電圧によって現像して、さらにこれを中間転写体に転写した後、この基準トナー像の濃度信号を中間転写体に対向して配置した光学式の濃度検知センサ（画像濃度検知手段）７で検知する（図１参照）。検知した濃度信号Ｖｓｐと予めメモリ手段３４（図１参照）に記録されている初期基準信号Ｖｒｅｆと比較し、Ｖｓｐ−Ｖｒｅｆ＜０の場合はパッチ画像の濃度が低い、すなわちトナー濃度が低いと判断され、ＶｒｅｆとＶｓｐの差分から必要なトナー補給量とそれに対応するトナー補給スクリューの回転時間が決定される。逆にＶｓｐ−Ｖｒｅｆ≧０の場合はパッチ画像の濃度が高い、すなわちトナー濃度が高いと判断され、トナー補給スクリューは停止したままとなる。
【００１９】
ところが、このように基準トナー像の濃度を基にトナー補給制御を行うと、初期状態よりもトナーの帯電量が増加した場合にも基準トナー像の濃度が低くなるため、そのような場合はトナー濃度が低くないにもかかわらずトナー補給してしまうため、現像剤のトナー濃度が過度に上昇してしまうことがある。トナー濃度が過度に上昇すると、トナー飛散が発生して画像形成装置内を汚染したり、現像剤の総量が多くなり過ぎることによって駆動トルクが増大し、現像装置４がロックしたりする。
そこで、本実施の形態では現像装置４の撹拌室１７にインダクタンス検知方式によるトナー濃度監視センサ（トナー濃度検知手段）２２を設け、このトナー濃度監視センサ２２で検知したトナー濃度が１０質量％（初期トナー濃度は７質量％）を超えていることを検知したら、上述のパッチ検知制御においてＶｓｐ−Ｖｒｅｆ＜０の場合でも強制的にトナー補給を停止し、トナー濃度が過度に上昇するのを防いでいる。
【００２０】
画像形成動作によって現像装置４内のトナーが消費されていくと、基準トナー像の濃度が次第に低くなっていくため、Ｖｓｐ−Ｖｒｅｆ＜０となり、トナー補給スクリューを回転するように信号が発せられるが、トナーの消費量が多い場合はＶｓｐとＶｒｅｆの差分が大きくなることでトナー補給スクリューの回転時間も長くなり、消費された分に見合うだけのより多くのトナーが現像装置４内に補給される。
これに対し、トナーの消費量が少ない場合は、ＶｓｐとＶｒｅｆの差分が小さくなるために現像装置４内に補給されるトナー量も少なくなる。このような場合、現像装置４内のトナーは入れ替わることなく、現像装置４内で何度も撹拌、摺擦を繰り返されるために、形状が不規則になったり、表面に外添剤が埋め込まれて流動性が低下したり、また過剰に帯電したりすることになる。
【００２１】
そこで、本発明では、このようなトナーを強制的に消費させることにより、トナーを強制的に入れ替え、トナーの劣化を防止し、画質の劣化を防ぐための制御を行っている。その制御の流れを、図３を参照して説明する。
上述したトナー補給制御において、検知した基準トナー像の濃度信号Ｖｓｐは、まず初期基準信号Ｖｒｅｆと比較され（Ｓ１）、Ｖｓｐ−Ｖｒｅｆ＜０の場合（Ｓ１におけるＹＥＳ）は、さらに濃度下限値Ｖｌｉｍｉｔ（Ｖｌｉｍｉｔ＜Ｖｒｅｆ）と比較される（Ｓ２）。Ｖｓｐ≧Ｖｌｉｍｉｔの場合（Ｓ２におけるＮＯ）は通常のトナー補給動作となり（Ｓ３）、ＶｓｐとＶｒｅｆとの差分からトナー補給量が決定され、トナー補給が実行される。一方、Ｓ２において、Ｖｓｐ＜Ｖｌｉｍｉｔの場合（Ｓ２におけるＹＥＳ）は、その原因の一つとして上述したトナー劣化が考えられるため、次のステップで過去に行われた画像形成動作における平均画像比率を算出する（Ｓ４）。平均画像比率の算出は以下のように行われる。
【００２２】
画像形成がスタートするとＣＰＵ３０（図１参照）に入力された画像データを読み込み、ビデオカウントデータからＣＰＵ３０により、その画像における画像比率を算出し、メモリ手段３４（図１参照）に格納される。メモリ手段３４にはその画像を含めた過去１００枚分の画像比率が順次記録されており、メモリ手段３４からその過去１００枚分の画像比率データをＣＰＵ３０に読み込み、これらのデータを基に過去１００枚における平均画像比率が算出される。なお、ここでの過去１００枚は可変としても構わず、例えば過去２００枚等でも良い。
算出された平均画像比率が所定の値（本実施の形態の場合２％）を下回っているか否かを判断し（Ｓ５）、下回っている場合（Ｓ５におけるＹＥＳ）には、基準トナー像濃度の過度の低下がトナー劣化によるものだと判断され、所定量の強制トナー消費と補給動作を行う（Ｓ７）。
【００２３】
本実施の形態では平均画像比率２％相当のトナーを消費するように、非画像領域にレーザ光照射量をＦＦＨとして感光体１の軸方向全域に静電潜像を形成し、これを現像するようにしている。すなわち、感光体回転方向の長さでトナー消費量を調整している。この所定量は本実施の形態のように一定量にしてもよいし、出力画像の画像比率によってその都度変えてもよい。変える場合には出力画像の画像比率と合わせて画像比率２％又はそれ以上相当のトナーが消費されるようにするのが好ましい。
ここで、非画像領域とは、非画像領域とは、像担持体表面全体のうちの、画像形成に係るシートに対応する領域以外の領域のことをいう。具体的には、画像形成に係るシートの４つの辺について、シート搬送方向に直交する方向（シート幅方向）の２辺のうちのシート搬送方向下流側の辺を先端、上流側の辺を後端、またシート搬送方向に沿った２辺のうちのシート搬送方向に向かって左の辺を左側端、右の辺を右側端とした場合、像担持体表面全体のうちの、シート幅方向に沿ってのシートの左側端よりも外側の領域、及びシートの右側端よりも外側の領域、複数枚のシートに連続して画像形成を行う際に、先行するシートの後端と後続するシートの先端との間の領域（いわゆる紙間）、そしてこの紙間をシート幅方向に延長した領域を指す。したがって、例えば、画像形成に係るシートが、官製はがきの場合には、像担持体表面には、官製はがきの左側端の外側と右側端の外側とに、広い領域の非画像領域が形成されることになる。このように構成することにより、画像領域にトナーを転移させる場合と異なり、トナーの転移による画像領域への影響を防止することができる。
【００２４】
上述のように現像したトナー像は転写せずにクリーニング装置６ですべて除去する。また、トナーを消費している間又はその後には、消費された量と同量のトナーがトナー補給手段から現像装置４内に補給される。したがって、現像装置４内のトナーの入れ替えが行われ、トナーの流動性及び帯電量が適切なものとなる。なお、レーザ光照射量は必ずしもＦＦＨである必要はなく、ある程度効率良くトナーを現像させるような量であればよい。例えば、レーザ光照射量をＦＦＨよりも小さい値にして短時間で一度に多くの未転写トナーがクリーニング装置６に突入することを防ぎ、クリーニング装置の負担を軽減するといった方法でも良い。
また、Ｓ５で平均画像比率が２％以上だった場合（Ｓ５におけるＮＯ）は、過剰に濃度低下しているのはトナー劣化以外の原因（例えば、上述で説明したトナー濃度監視センサ２２で検知したトナー濃度が上限である１０％を超えている場合など）であると判断され、強制トナー消費は行わず、他の画像濃度制御（現像コントラスト制御、階調制御など）が実行されるようになっている（Ｓ６）。
【００２５】
なお、本実施の形態ではパッチ検知方式によってトナー補給制御を行い、トナー補給制御に用いる基準トナー像によって、強制トナー消費の要否も一緒に判断する構成としているが、光検知方式やインダクタンス検知方式でトナー補給制御を行い、それらの濃度目標値の補正手段として用いる基準トナー像によって強制トナー消費の要否も一緒に判断する構成としてもよい。
以上説明したような制御を行うことにより、平均画像比率が低いために生じるトナー劣化を、強制的にトナーを入れ替えることで防止することができ、さらにはこのトナーの入れ替え動作を本当に必要な場合のみ適切に行うことができるため、無駄なトナー消費や、過度のダウンタイムが生じることのない画像形成装置を提供できるようになった。
【００２６】
＜実施の形態２＞
図４に示すフローチャートを参照して、本実施の形態における制御の流れを説明する。なお、本実施の形態における画像形成装置及び現像装置４の構成は実施の形態１における構成と同じであり、また通常のトナー補給制御に用いる基準トナー像の濃度検知結果及び平均画像比率によって、強制トナー消費（強制消費モード）を実行するか否かを判断するように制御しているのも同様である。
本実施の形態では、強制トナー消費を実行することが選択された場合、強制トナー消費するトナー量を上述の基準トナー像の濃度検知結果と平均画像比率とに基づいて決定することを特徴としている。
本実施の形態でもトナー補給制御に用いる基準トナー像の濃度信号Ｖｓｐが濃度下限値であるＶｌｉｍｉｔを下回り、かつ平均画像比率が２％を下回っていることを検知した場合に強制トナー消費を実行するような制御の流れとなっているのは、上述の実施の形態１と同様である（Ｓ１１〜Ｓ１６）。すなわち、図４中のＳ１１〜Ｓ１６の各ステップは、この順に、図３中のＳ１〜Ｓ６に対応している。
【００２７】
実施の形態１では、強制トナー消費において消費されるトナーのトナー消費量（トナー吐き出し量）、及び補給されるトナーのトナー補給量、すなわちトナーの入れ替え量は、平均画像比率のみに基づいて決定しており、例えば平均画像比率２％相当のトナー量などとしていた。
しかしながら、形成された画像の平均画像比率が同じだったとしても、上述したように、そのときの現像剤の状態によって画質の低下度や画像濃度の低下度に差が生じるのが一般的である。例えば、トナーの劣化度が比較的小さく、基準トナー像の濃度信号ＶｓｐがＶｌｉｍｉｔを僅かに下回っている場合と、トナーの劣化度が比較的大きく、ＶｓｐがＶｉｉｍｉｔを大きく下回っている場合とでは、同じ平均画像比率２％分のトナーを入れ替えると、トナーの劣化度が比較的小さいときはトナーの入れ替え量が過剰となり、無駄なトナー消費が増え、逆にトナーの劣化度が比較的大きいときはトナーの入れ替え量が不足となり、入れ替え後の画質や画像濃度の回復が不充分となってしまうおそれがある。
【００２８】
そこで、本実施の形態では、強制トナー消費を実行することが選択されると、続いてＶｓｐとＶｌｉｍｉｔとから濃度低下度Ｒｄが以下のように算出される（図４におけるＳ１７）。
Ｒｄ＝Ａ×（Ｖｌｉｍｉｔ−Ｖｓｐ）／Ｖｌｉｍｉｔ……（１）
ここで、Ａは定数であり、画像形成装置ごとに最適な値が設定される。次いで、このＲｄを平均画像比率２％分のトナー量に対しての重み付けをすることで、消費すべきトナー量（トナー消費量）及び補給すべきトナー量（トナー補給量）が決定され（Ｓ１８）、その決定されたトナー量に基づいて、強制トナー消費、及び補給動作が実行される（Ｓ１９）。
【００２９】
このように平均画像比率から求められるトナー量に、濃度低下度Ｒｄを重み付けすることによって、トナー劣化度が比較的小さいときはより少なく、またトナー劣化度が比較的大きいときはより多くのトナー量を入れ替えることが可能となる。
以上説明したように、本実施の形態のような制御を行うことにより、トナーの劣化度に応じて最適なトナー量を入れ替えることができるため、さらに無駄なトナー消費や、過度のダウンタイムの発生がなく、またトナーの入れ替え量不足により画質の回復が不充分になるのを防止することができる。
【００３０】
＜実施の形態３＞
図５のフローチャートを参照して、本実施の形態における制御の流れを説明する。なお、本実施の形態における画像形成装置及び現像装置４の構成は実施の形態１，２における構成と同じであり、また通常のトナー補給制御に用いる基準トナー像の濃度検知結果及び平均画像比率によって、強制トナー消費を実行するか否かを判断するように制御しているのも同様である。
本実施の形態では、強制トナー消費の動作中において、強制トナー消費のために形成されたトナー像の濃度を、濃度検知センサによって検知し、その検知結果を基に強制トナー消費を終了することを特徴としている。
本実施の形態でもトナー補給制御に用いる基準トナー像の濃度信号Ｖｓｐが濃度下限値であるＶｌｉｍｉｔを下回り、かつ平均画像比率が２％を下回っていることを検知した場合に強制トナー消費を実行するような制御の流れとなっているのは、上述の実施の形態１，２と同様である（Ｓ２１〜Ｓ２６）。すなわち、図５中のＳ２１〜Ｓ２６の各ステップは、この順に、図３中のＳ１〜Ｓ６、及び図４中のＳ１１〜Ｓ１６に対応している。
【００３１】
実施の形態１，２では、強制トナー消費するトナー量（トナー消費量）を、予め算出された平均画像比率（実施例１では２％）や、基準トナー像の濃度信号に基づいて決定していたが、これらはあくまでも予測値であり、実際にトナーの消費と補給を行ったあとの画質や画像濃度の回復レベルにバラツキが生じることも多い。例えば、平均画像比率や基準トナー像の濃度信号に基づいて決定した量を入れ替えたとき、入れ替え後の画像濃度が上がり過ぎていた場合は入れ替え量が過剰であり、逆に入れ替え後の画像濃度がまだ十分に回復していない場合は入れ替え量が過少であると言える。それは、例えばトナー補給制御のバラツキ等が原因で発生し得る。
そこで、本実施の形態では、強制トナー消費を実行することが選択されたとき（Ｓ２７）、その判断に用いた基準トナー像と同一濃度のトナー像を形成することで強制トナー消費を行い、この強制トナー消費するために形成されたトナー像の濃度を濃度検知センサによって随時検知するようにしている（Ｓ２８）。
【００３２】
強制トナー消費のために形成されるトナー像は、トナー補給制御、及び強制トナー消費の要否判断に用いている基準トナー像と同濃度（例えば初期濃度１．０質量％）であり、非画像領域でレーザ光照射量を例えばＣ０Ｈとして感光体１の軸方向全域に潜像を形成し、トナー像として現像し、さらに中間転写体上へ転写する。また、トナー像の濃度検知は所定の間隔ごと（本実施の形態では感光体１の半周分にトナー像形成が行われる時間）に行うようにしている。なお、感光体１の半周分のトナー像が形成されるたびに、同時にこれと同量のトナー補給を繰り返すことでトナーの入れ替えを行っている。
検知したトナー像の濃度信号ＶｓｐはＶｌｉｍｉｔと比較され（Ｓ２９）、ＶｓｐがＶｌｉｍｉｔを下回っていれば（Ｖｓｐ＜Ｖｌｉｍｉｔ：Ｓ２９におけるＮＯ）、強制トナー消費、及び補給動作を続行し、ＶｓｐがＶｌｉｍｉｔ以上（Ｖｓｐ≧Ｖｌｉｍｉｔ）であることを検知した時点で（Ｓ２９におけるＹＥＳ）、強制トナー消費、及び補給動作を終了する。このように、トナー消費のために形成されたトナー像の濃度を随時監視することによって、画像濃度を必要十分な濃度に回復させた時点で適切に強制トナー消費動作を終了することが可能となる。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態のような制御を行うことにより、実際の画像濃度の回復レベルをチェックしながらトナーの入れ替えを行うことで、実画像に即した最適なトナー量を入れ替えることができるため、さらに無駄なトナー消費や、過度のダウンタイムの発生がなく、またトナーの入れ替え量不足により画質の回復が不充分になるのを防止することができる。
なお、以上の説明では、強制トナー消費モードの実行時に、トナーを像担持体上の非画像領域に転移させる場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、像担持体上の画像領域に転移させるようにしてもよい。
【００３４】
図６は本発明に用いられる像担持体と帯電装置と、現像装置、クリーニング装置を一体に支持したＹ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋ各色のプロセスカートリッジ６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０Ｂｋが画像形成装置本体７０から抜き取られようとしている状態を表している。これによって、ユーザーまたはサービスマンはカートリッジ形態で、像担持体と、帯電手段、現像手段、クリーニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段をまとめて交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態１〜３の画像形成装置の縦断面図とブロック図とを組み合わせた図である。
【図２】図１に示す現像装置を拡大した図である。
【図３】実施の形態１において、強制トナー消費の制御の流れを説明するフローチャートである。
【図４】実施の形態２において、強制トナー消費の制御の流れを説明するフローチャートである。
【図５】実施の形態３において、強制トナー消費の制御の流れを説明するフローチャートである。
【図６】プロセスカートリッジの形態を説明する図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  感光体（像担持体）
２  帯電装置（潜像形成手段）
３  書き込み装置（潜像形成手段）
４  現像装置
５−１  中間転写ローラ（中間転写手段）
５−２  中間転写体
６  クリーニング装置
７  濃度検知センサ（画像濃度検知手段）
９  電源
１０  現像容器
１１  現像スリーブ
１４  規制ブレード
１５  隔壁
１６  現像室（第１室）
１７  撹拌室
１８  第１撹拌スクリュー
１９  第２撹拌スクリュー
２１  濃度検知センサ（画像濃度検知手段）
２２  トナー濃度監視センサ（トナー濃度検知手段）
３０  ＣＰＵ（制御手段、画像比率算出手段）
３１  画像スキャナ
３２  画像情報処理装置
３３  出力装置
３４  メモリ手段
６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０Ｂｋ  プロセスカートリッジ
７０  画像形成装置本体
Ｐ  シート（転写媒体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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