(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアとを含む現像剤を収納した第１の容器と、
前記第１の容器から供給された現像剤を収納する第２の容器と、
前記第２の容器内に設けられ、前記現像剤の透磁率に応じた信号を出力するセンサと、
前記第２の容器に収容されているトナーを帯電させる帯電手段と、
像担持体に静電潜像を形成するために、画像信号に基づき像担持体を露光する露光手段と、
前記像担持体に形成された静電潜像に対して前記帯電手段により帯電されたトナーを付着させることにより該静電潜像を現像する現像手段と、
画像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、
前記センサから出力された信号および前記画像信号に基づき前記第２の容器に収納されているトナーの帯電量を決定する帯電量決定手段と、
前記画像信号および前記画像濃度検知手段によって検知された濃度に基づき前記第１の容器から前記第２の容器に補充する現像剤の補充量を決定する補充量決定手段と、
画像比率が所定値より低い画像が連続して形成された場合にトナー排出処理を実行させるとともに、前記帯電量決定手段によって決定されたトナーの帯電量と、前記画像濃度検知手段によって検知された画像の濃度とに基づき、前記第２の容器から排出するトナー量を制御する制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記帯電量決定手段によって決定されたトナーの帯電量と、前記画像濃度検知手段によって検知された画像の濃度とに基づき、前記現像手段の回転スピードを制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記帯電量決定手段によって決定されたトナーの帯電量と、前記画像濃度検知手段によって検知された画像の濃度とに基づき、排出すべきトナー像の付着面積を制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
トナーとキャリアとを含む現像剤を収納した第１の容器と、
前記第１の容器から供給された現像剤を収納する第２の容器と、
前記第２の容器に収容されているトナーを帯電させる帯電手段と、
現像スリーブを備え、像担持体に形成された静電潜像に対して前記帯電手段により帯電したトナーを付着させて現像する現像手段と
を備えた画像形成装置であって、
前記現像スリーブを回転させて前記像担持体にトナーを付着させることで前記第２の容器からトナーを該第２の容器の外部へと廃棄しつつ、該トナーの廃棄量に対応した補充量で前記第１の容器から該第２の容器へと現像剤を補充することで該第２の容器の現像剤を入れ替える入替手段と、
前記像担持体に形成された画像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、
前記第２の容器におけるトナーの帯電量を検知または推定する帯電量検知手段と、
それぞれ異なる現像効率に対する前記現像スリーブの現像バイアスの値を登録したテーブルを用いて、前記画像の濃度と前記トナーの帯電量とによって定義される前記現像剤の現像効率に対応した値の現像バイアスを前記現像スリーブに印加することで、当該現像効率に対応した量だけ前記現像剤を入れ替えるよう前記入替手段を制御する入替制御手段と
を有すること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、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では、トナーを帯電させることで、像担持体へのトナーの転写を促進している。よって、トナーが劣化してくると、画像濃度が薄くなってしまう。特許文献１によれば、トナーの帯電量に基づいてトナーの強制排出を行うことで、劣化したトナーを新規トナーと入れ替える発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２４３１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された発明では、画質の改善に関して不十分であることが判明した。特に、画像比率の低い画像を多量かつ連続して形成するとトナーの帯電量が増加し現像量の低下が発生するが、同時に、現像効率の低下も発生する。このように現像効率が低下した状態では、トナーの強制排出量も減少してしまうため、トナーの入れ替えが不十分となる。従来は、このような現像効率の低下を適切に検知する方法がなかった。そのため、トナーの強制排出量を多めに行うことが考えられるが、これはトナーの消費量の観点から望ましくないだろう。
【０００５】
そこで、本発明は、トナーの強制排出に伴う過剰なトナー消費を抑制するために、トナーの帯電量と画像濃度に応じて適切な量だけトナーの入れ替えを実行することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の観点によれば、
トナーとキャリアとを含む現像剤を収納した第１の容器と、
前記第１の容器から供給された現像剤を収納する第２の容器と、
前記第２の容器内に設けられ、前記現像剤の透磁率に応じた信号を出力するセンサと、
前記第２の容器に収容されているトナーを帯電させる帯電手段と、
像担持体に静電潜像を形成するために、画像信号に基づき像担持体を露光する露光手段と、
前記像担持体に形成された静電潜像に対して前記帯電手段により帯電されたトナーを付着させることにより該静電潜像を現像する現像手段と、
画像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、
前記センサから出力された信号および前記画像信号に基づき前記第２の容器に収納されているトナーの帯電量を決定する帯電量決定手段と、
画像信号および前記画像濃度検知手段によって検知された濃度に基づき前記第１の容器から前記第２の容器に補充する現像剤の補充量を決定する補充量決定手段と、
画像比率が所定値より低い画像が連続して形成された場合にトナー排出処理を実行させるとともに、前記帯電量決定手段によって決定されたトナーの帯電量と、前記画像濃度検知手段によって検知された画像の濃度とに基づき、前記第２の容器から排出するトナー量を制御する制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置を提供する。
また、本発明の第２の観点によれば、
トナーとキャリアとを含む現像剤を収納した第１の容器と、
前記第１の容器から供給された現像剤を収納する第２の容器と、
前記第２の容器に収容されているトナーを帯電させる帯電手段と、
現像スリーブを備え、像担持体に形成された静電潜像に対して前記帯電手段により帯電したトナーを付着させて現像する現像手段と
を備えた画像形成装置であって、
前記現像スリーブを回転させて前記像担持体にトナーを付着させることで前記第２の容器からトナーを該第２の容器の外部へと廃棄しつつ、該トナーの廃棄量に対応した補充量で前記第１の容器から該第２の容器へと現像剤を補充することで該第２の容器の現像剤を入れ替える入替手段と、
前記像担持体に形成された画像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、
前記第２の容器におけるトナーの帯電量を検知または推定する帯電量検知手段と、
それぞれ異なる現像効率に対する前記現像スリーブの現像バイアスの値を登録したテーブルを用いて、前記画像の濃度と前記トナーの帯電量とによって定義される前記現像剤の現像効率に対応した値の現像バイアスを前記現像スリーブに印加することで、当該現像効率に対応した量だけ前記現像剤を入れ替えるよう前記入替手段を制御する入替制御手段と
を有すること特徴とする画像形成装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、トナーの帯電量と画像濃度に応じた量だけ現像剤を入れ替えるため、トナーの強制排出に伴う過剰なトナー消費を抑制することができる。また、劣化した現像剤を排出し、劣化していない現像剤を補充することにより、画像濃度の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】リーダ画像処理部における信号処理のブロック図である。
【図３】リーダ画像処理部における各制御信号のタイミングの説明図である。
【図４】画像形成部の制御系のブロック図である。
【図５】パッチ画像の形成工程の説明図である。
【図６】パッチ濃度の測定工程の説明図である。
【図７】画像濃度とフォトセンサ出力の関係の説明図である。
【図８】トナー帯電量を算出するためのフロー図である。
【図９】画像比率から収束値Ｑ／Ｍ１を算出するための関係図である。
【図１０】現像効率を説明するための感光ドラム１の電位を示した模式図である。
【図１１】トナー入れ替えを行う際のフロー図である。
【図１２】画像比率から現像スリーブ４１の回転スピードを算出するための関係と、第１実施例の効果とを示した図である。
【図１３】画像比率から吐き出し面積を算出するための関係と、第２実施例の効果とを示した図である。
【図１４】画像比率から現像バイアスのＡＣ成分を算出するための関係と、第３実施例の効果とを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜第１実施例＞
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。本発明は、現像効率に応じてトナーの強制排出を制御する限りにおいて、実施例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例でも実施できる。したがって、電子写真方式を用いて画像形成を行う画像形成装置であれば、タンデム型と１ドラム型の区別や、中間転写型と直接転写型の区別なく本発明を実施できる。本実施例では、トナー像の形成や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、種々の用途で実施できる。
【００１０】
＜画像形成装置＞
図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト６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ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ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ＰＹでは、感光ドラム１Ｙにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト６に一次転写される。画像形成部ＰＭでは、感光ドラム１Ｍにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト６のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部ＰＣ、ＰＫでは、それぞれ感光ドラム１Ｃ、１Ｋにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて同様に中間転写ベルト６に順次重ねて一次転写される。中間転写ベルト６に一次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Ｐへ一括二次転写される。四色のトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置１１で加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、機体外部へ排出される。中間転写ベルト６は、テンションローラ６１、駆動ローラ６２及び対向ローラ６３に掛け渡して支持され、駆動ローラ６２に駆動されて所定のプロセススピードで矢印Ｒ２方向に回転する。記録材カセット６５から引き出された記録材Ｐは、分離ローラ６６で１枚ずつに分離して、レジストローラ６７へ送り出される。レジストローラ６７は、停止状態で記録材Ｐを受け入れて待機させ、中間転写ベルト６のトナー像にタイミングを合わせて記録材Ｐを二次転写部Ｔ２へ送り込む。二次転写ローラ６４は、対向ローラ６３に支持された中間転写ベルト６に当接して二次転写部Ｔ２を形成する。二次転写ローラ６４に正極性の直流電圧が印加されることによって、負極性に帯電して中間転写ベルト６に担持されたトナー像が記録材Ｐへ二次転写される。
【００１１】
画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、実質的にほぼ同一に構成される。以下では、特に区別を要しない場合は、いずれかの色用のものであることを示すために符号に付した添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは省略して、総括的に説明する。
【００１２】
図１および図４に示すように、画像形成部Ｐは、感光ドラム１の周囲に、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、一次転写ローラ７、クリーニング装置８を配置している。感光ドラム１は、像担持体の一例であり、所定のプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。帯電装置２は、例えば、スコロトロン帯電器により構成される。帯電装置２は、コロナ放電に伴う荷電粒子を感光ドラム１に照射して、感光ドラム１の表面を一様な負極性の電位に帯電させる。露光装置３は、レーザービームをミラーで走査して、帯電した感光ドラム１の表面に所望画像に対応した静電潜像を書き込む。電位センサ５は、露光装置３が感光ドラム１に形成した静電潜像の電位を検出する。現像装置４は、感光ドラム１の静電潜像にトナーを付着させてトナー像に現像する。一次転写ローラ７は、中間転写ベルト６の内側面を押圧して、感光ドラム１と中間転写ベルト６との間に一次転写部Ｔ１を形成する。正極性の直流電圧が一次転写ローラ７に印加されることによって、感光ドラム１に担持された負極性のトナー像が、一次転写部Ｔ１を通過する中間転写ベルト６へ一次転写される。クリーニング装置８は、感光ドラム１にクリーニングブレードを摺擦させて、中間転写ベルト６への転写を逃れて感光ドラム１に残った転写残トナーを回収する。ベルトクリーニング装置６８は、中間転写ベルト６にクリーニングブレードを摺擦させて、記録材Ｐへの転写を逃れて二次転写部Ｔ２を通過して中間転写ベルト６に残った転写残トナーを回収する。
【００１３】
＜画像読取装置＞
図１に示すように、画像読取装置（リーダ部）Ａは、原稿台ガラス１０２上に載置された原稿Ｇの下向き面の画像を読み取る。原稿Ｇの画像は、光源１０３に照明されて、光学系１０４を介してＣＣＤセンサ１０５に結像される。ＣＣＤセンサ１０５は、３列に配列されたレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）のＣＣＤラインセンサ群により、ラインセンサ毎にレッド、グリーン、ブルーの色成分信号を生成する。光源１０３、光学系１０４及びＣＣＤセンサ１０５を含む読み取り光学系ユニットは、矢印Ｒ３方向に移動することにより、原稿Ｇの画像をライン毎の電気信号データ列に変換する。ＣＣＤセンサ１０５によって得られた画像信号は、リーダ画像処理部１０８において画像処理された後、プリンタ制御部（プリンタ画像処理部）１０９に送られて画像処理される。
【００１４】
図２に示すように、クロック発生部２１１は、１画素単位のクロック（ＣＬＫ信号）を発生する。アドレスカウンタ２１２は、クロック発生部２１１のクロックを計数して１ラインの画素ごとの主走査アドレスを生成する。アドレスカウンタ２１２は、ＨＳＹＮＣ信号でクリアされることにより、次の１ラインについて主走査アドレスの計数を開始する。デコーダ２１３は、アドレスカウンタ２１２からの主走査アドレスをデコードして、１ライン単位のＣＣＤ駆動信号（シフトパルスやリセットパルス等）を生成する。また、デコーダ２１３は、ＣＣＤセンサ１０５の１ライン読み取り信号における有効領域を表すＶＥ信号、ライン同期信号ＨＳＹＮＣを生成する。
【００１５】
図３に示すように、ＶＳＹＮＣ信号は、副走査方向の画像有効区間を示す信号である。リーダ画像処理部１０８は、論理“１”の区間において、画像読み取り（スキャン）を行って、順次、Ｍ、Ｃ、Ｙ、Ｋの出力信号を形成する。ＶＥ信号は、主走査方向の画像有効区間を示す信号である。リーダ画像処理部１０８は、論理“１”の区間において主走査開始位置のタイミングをとる。ＶＥ信号は、主にライン遅延のライン計数制御に用いられる。そして、ＣＬＫ信号は、画素同期信号であり、“０”→“１”の立ち上がりタイミングで画像データを転送するのに用いられる。
【００１６】
ＣＣＤセンサ１０５から出力される画像信号は、図２に示すように、アナログ信号処理部２０１に入力される。アナログ信号処理部２０１に入力された信号は、ここでゲイン調整、オフセット調整をされた後、Ａ／Ｄコンバータ２０２で各色信号毎に８ｂｉｔのデジタル画像信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１に変換される。デジタル画像信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１は、シェーディング補正部２０３に入力されて、基準白色板の読み取り信号を用いた色毎のシェーディング補正を施される。ＣＣＤセンサ１０５の各ラインセンサは、ＲＧＢ相互に所定の距離を隔てて配置されている。そのため、ラインディレイ回路２０４は、デジタル画像信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２における副走査方向の空間的ずれを補正する。具体的には、Ｂ信号に対して副走査方向で、Ｒ、Ｇの各信号を副走査方向にライン遅延させてＢ信号に合わせる。入力マスキング部２０５は、ＣＣＤセンサ１０５のＲ、Ｇ、Ｂのフィルタの分光特性で決まる読み取り色空間を、マトリックス演算を行ってＮＴＳＣの標準色空間に変換する。光量／画像濃度変換部（ＬＯＧ変換部）２０６は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）ＲＯＭにより構成される。これにより、Ｒ４、Ｇ４、Ｂ４の輝度信号が、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の画像信号のＭ０、Ｃ０、Ｙ０の濃度信号に変換される。ライン遅延メモリ２０７は、黒文字判定部（図示略）で、Ｒ４、Ｇ４、Ｂ４信号から生成されるＵＣＲ、ＦＩＬＴＥＲ、ＳＥＮ等の判定信号までのライン遅延分だけ、Ｍ０、Ｃ０、Ｙ０の画像信号を遅延させる。マスキング及びＵＣＲ回路２０８は、入力されたＭ１、Ｃ１、Ｙ１の三原色信号により黒（Ｋ）の信号を抽出し、さらにプリンタ部Ｂでの記録色材の色濁りを補正する演算を施す。そして、マスキング及びＵＣＲ回路２０８は、Ｍ２、Ｃ２、Ｙ２、Ｋ２の信号を各読み取り動作の度に、順次、所定のビット幅（８ｂｉｔ）で出力する。γ補正回路２０９は、リーダ部Ａにおいて、プリンタ部Ｂの理想的な階調特性に合わせるべく画像濃度補正を行う。γ補正回路２０９は、例えば、２５６バイトのＲＡＭ等で構成されたガンマ補正のＬＵＴ（階調補正テーブル）を用いて濃度変換を行う。空間フィルタ処理部（出力フィルタ）２１０は、エッジ強調又はスムージング処理を行う。
【００１７】
＜露光装置＞
図４に示すように、画像形成装置１００は、画像形成動作を統括的に制御する制御部１１０を有する。制御部１１０は、ＣＰＵ１１１とＲＡＭ１１２とＲＯＭ１１３とを有する。露光装置３は、例えば、回転ミラーまたは共振ミラー有するレーザースキャナを採用できる。露光装置３は、レーザー出力信号に対して所望の画像濃度レベルが得られるように、レーザー光量制御回路１９０が露光出力を決定する。また、γ補正回路２０９の階調補正テーブル（ＬＵＴ）を介して生成された駆動信号に従ってパルス幅変調回路１９１により決めたパルス幅で二値のレーザー光が出力される。予め求められたレーザー出力信号と画像濃度レベルとの関係から、所望の画像濃度が形成できるレーザー出力信号が、階調補正テーブル（ＬＵＴ）としてγ補正回路２０９に記憶され、この階調補正テーブルに則ってレーザー出力信号が決定される。空間フィルタ処理部２１０で処理されたＭ４、Ｃ４、Ｙ４、Ｋ４の面順次の画像信号は、プリンタ制御部１０９に送られる。そして、露光装置３で、ＰＷＭ（パルス幅変調）を用いた二値の面積階調により濃度階調を有する画像記録が行われる。つまり、プリンタ制御部１０９のパルス幅変調回路１９１は、入力される画素画像信号毎に、そのレベルに対応した幅（時間幅）のレーザー駆動パルスを形成して出力する。高濃度の画素信号に対しては、より幅の広い駆動パルスを、低濃度の画素画像信号に対しては、より幅の狭い駆動パルスを、中間濃度の画素画像信号に対しては、中間幅の駆動パルスを各々形成する。パルス幅変調回路１９１から出力された二値の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、半導体レーザーを、そのパルス幅に対応する時間だけ発光させる。したがって、半導体レーザーは、高濃度画素に対しては、より長い時間駆動され、低濃度画素に対しては、より短い時間駆動されることになる。このため、感光ドラム１に形成される静電潜像のドットサイズ（面積）が、画素の濃度に対応して異なる。露光装置３は、高濃度画素に対しては主走査方向により長い範囲を露光し、低濃度画素に対しては主走査方向により短い範囲を露光する。したがって、当然のことながら、高濃度画素に対応するトナー消費量は、低濃度画素に対するそれよりも大である。
【００１８】
＜現像装置＞
現像装置４は、例えば、非磁性トナーに磁性キャリアを混合した二成分現像剤を使用する二成分現像方式を採用できる。現像装置４は、二成分現像剤を攪拌して、磁性キャリアを正極性に、トナーを負極性にそれぞれ帯電させる。すなわち、現像装置４は、第２の容器に収容されている現像剤を帯電させる帯電手段と、像担持体に形成された静電潜像に対して帯電手段により帯電した現像剤を付着させて現像する現像手段として機能する。現像装置４は、図４を描画した紙面に対して垂直方向に延在する隔壁４６によって、現像容器４５内の空間が第１室（現像室）と第２室（攪拌室）とに区画される。第１室には、非磁性の現像スリーブ４１が配置されており、現像スリーブ４１の内側には磁界発生手段としてのマグネットが固定配置されている。第１室には、第１のスクリュー４２が配置され、第１のスクリュー４２は、第１室中の現像剤を攪拌搬送する。第２室には、第２のスクリュー４３が配置され、第２のスクリュー４２は、第２室中の現像剤を攪拌しつつ第１のスクリュー４２の搬送方向とは逆方向に現像剤を搬送する。第２のスクリュー４３は、トナー搬送スクリュー３２の回転によってトナー補給槽３３から供給されたトナーを、既に現像装置４内にある現像剤と攪拌して現像剤のトナー濃度を均一化する。トナー補給槽３３は、トナーとキャリアとを含む現像剤を収納した第１の容器である。また、現像容器４５は、第１の容器から供給された現像剤を収納する第２の容器である。隔壁４６には、紙面の手前側と奥側の端部において第１室と第２室とを相互に連通させる一対の現像剤通路が形成されている。第１と第２のスクリュー４２、４３の搬送力により、一対の現像剤通路を通じて現像容器４５内を現像剤が攪拌されつつ循環する。現像によってトナーが消費されてトナー濃度が低下した第１室内の現像剤が一方の現像剤通路を通じて第２室へ移動する。第２室内でトナーを補給されてトナー濃度が回復した現像剤が他方の現像剤通路を通じて第１室内へ移動する。第１室内の二成分現像剤は、第１のスクリュー４２によって現像スリーブ４１へ塗布され、マグネットの磁力によって現像スリーブ４１上に担持される。現像スリーブ４１上の現像剤は、層厚規制部材（ブレード）によって層厚を規制された後に、現像スリーブ駆動装置４４により回転された現像スリーブ４１に伴って感光ドラム１に対向した現像領域へ搬送される。現像スリーブ４１には、負極性の直流電圧Ｖｄｃに交流電圧を重畳した現像バイアス電圧（振動電圧）がバイアス電源４７から印加される。これにより、負極性に帯電したトナーが、現像スリーブ４１よりも相対的に正極性になった感光ドラム１の静電潜像へ移転して静電潜像が反転現像される。
【００１９】
現像剤補給装置３０は、現像装置４の上部に、補給用トナーを収容したトナー補給槽３３を配置している。トナー補給槽３３の下部には、モータ３１により回転駆動されるトナー搬送スクリュー３２が設置されている。トナー搬送スクリュー３２は、トナー搬送スクリュー３２が配置されたトナー搬送路を通して現像装置４内に補給用トナーを供給する。制御部１１０のＣＰＵ１１１がモータ駆動回路（図示せず）を介してモータ３１の回転を制御することにより、トナー搬送スクリュー３２によるトナーの供給は制御される。ＣＰＵ１１１に接続されたＲＡＭ１１２には、モータ駆動回路に供給する制御データ等が記憶されている。トナー補給槽３３、モータ３１、及びトナー搬送スクリュー３２などが、現像剤補給装置３０を構成する。このように、現像剤補給装置３０は、第２の容器から現像剤を第２の容器の外部へと廃棄しつつ、現像剤の廃棄量に対応した補充量で第１の容器から第２の容器へと現像剤を補充することで第２の容器の現像剤を入れ替える入替手段の一部として機能している。
【００２０】
二成分現像剤のトナー濃度（トナーとキャリアの比）を検出するため、トナー濃度センサ１５が現像装置４に組み込まれている。トナー濃度センサ１５は、現像装置４内を循環する現像剤に接触させて配置される。トナー濃度センサ１５は、駆動コイルと基準コイルと検出コイルとを有しており、現像剤の透磁率に応じた信号を出力する。駆動コイルに高周波バイアスを印加すると、現像剤のトナー濃度に応じて検出コイルの出力バイアスが変化する。検出コイルの出力バイアスを、現像剤に接触していない基準コイルの出力バイアスと比較することで、現像剤のトナー濃度が検出される。制御部１１０は、トナー濃度センサ１５による検出結果を、ＲＯＭ１１３に記憶されている換算式を使用してトナー濃度に変換する。現像装置４内の現像剤のトナー濃度Ｔ／Ｄは、ＣＰＵ１１１が、トナー濃度センサ１５の測定結果に基づいて次式１により求める。
Ｔ／Ｄ＝（ＳＧＮＬ値−ＳＧＮＬｉ値）／Ｒａｔｅ＋初期Ｔ／Ｄ  ・・・（式１）
ＳＧＮＬ値はトナー濃度センサ１５の測定値である。ＳＧＮＬｉ値はトナー濃度センサ１５の初期測定値（初期値）である。Ｒａｔｅはトナー濃度センサ１５の感度である。初期Ｔ／ＤおよびＳＧＮＬｉ値は、トナー補給槽３３の初期設置時に測定したものを使用している。Ｒａｔｅは、トナー濃度センサ１５の特性として、ΔＳＧＮＬのＴ／Ｄへの感度を予め測定したものである。これらの定数（初期Ｔ／Ｄ、ＳＧＮＬｉ値、Ｒａｔｅ）は、制御部１１０のＲＡＭ１１２に記憶されている。
【００２１】
＜トナー補給＞
トナー補給量の算出方法は本実施例では以下の方法を採用した。画像形成装置１００では、感光ドラム１の静電潜像の連続的な現像により現像装置４内の現像剤のトナー濃度が低下する。そのため、制御部１１０は、トナー補給制御を実行してトナー補給槽３３からトナーを現像装置４に補給することにより、現像剤のトナー濃度が一定となるように制御する。これにより、画像濃度も一定に制御される。画像形成装置１００は、感光ドラム１上の静電潜像を、トナーの面積の違いにより階調を表現する面積階調方式により形成する。このため、トナー補給動作は、パッチ画像の画像濃度センサ１２による検知結果に基づいて行われるとともに、感光ドラム１上に形成される静電潜像の画素毎のデジタル画像信号に基づいて行われる。
【００２２】
制御部１１０は、ビデオカウントＡＴＲ（オートマティック・トーン・リプレニッシャー）により求めた基礎補給量Ｍｖに、パッチ検ＡＴＲにより求めた補給補正量Ｍｐを加算して、画像形成１枚当たりのトナー補給量Ｍｓｕｍを求める。ビデオカウントＡＴＲとは、ビデオカウント値がトナー消費量に比例する性質を利用してトナー補給量を算出する手法である。パッチ検ＡＴＲとは、パッチ画像の画像濃度を検出し、その画像濃度に応じてトナーの補給量を制御する手法である。本実施例では、画像データに応じて推測されるトナー消費量（Ｍｖ）に、パッチ画像から検出した事後的なトナー不足量（Ｍｐ）を加算して、式２のように現在の現像装置４に供給すべきトナー補給量Ｍｓｕｍを設定する。
トナー補給量Ｍｓｕｍ＝Ｍｖ＋（Ｍｐ／パッチ検ＡＴＲ頻度）  ・・・（式２）
式２中、Ｍｖは、ビデオカウントＡＴＲにより求まったトナー補給量である。Ｍｐは、パッチ検ＡＴＲにより求まったトナー補給量である。
【００２３】
＜ビデオカウントＡＴＲ＞
基礎補給量Ｍｖは、画像読取装置（リーダ部）Ａで読み込んだ画像信号、あるいはコンピュータ等から送られてきた画像信号から求められる。これら画像信号の処理を行う回路構成は、図２のブロック図に示したとおりである。図２に示すように、マスキング及びＵＣＲ回路２０８が出力するＭ２、Ｃ２、Ｙ２、Ｋ２の画像信号は、ビデオカウンタ２２０にも送られる。ビデオカウンタ２２０は、画素単位の画像濃度値を積算してＣＭＹＫ各画像のビデオカウント値を算出する。ビデオカウンタ２２０は、Ｍ２、Ｃ２、Ｙ２、Ｋ２の画像信号を処理して画素単位の濃度値を積算する。これにより、ＣＭＹＫ各色画像のビデオカウント値が算出される。例えば、１２８レベルのハーフトーン画像を、６００ｄｐｉで、Ａ３フルサイズ（１６．５×１１．７ｉｎｃｈ）に形成する場合、ビデオカウント値は、「１２８×６００×６００×１６．５×１１．７＝８８９５７４４０００」となる。ビデオカウント値は、予め求められてＲＯＭ１１３に記憶されているビデオカウント値とトナー補給量との関係を示すテーブルを用いて、基礎補給量Ｍｖへと換算される。こうして、画像形成を行うごとに各画像の基礎補給量Ｍｖが算出される。
【００２４】
＜パッチ検ＡＴＲ＞
図５に示すように、制御部１１０は、連続画像形成における所定枚数の画像形成ごとに設けられる画像間隔（非画像領域）にパッチ画像を形成する。例えば、制御部１１０は、連続画像形成中において２４枚目の画像の後端と次の画像の先端とに挟まれた非画像領域に、画像濃度検知用画像パターンであるパッチ画像Ｑを形成する。すなわち、制御部１１０は、露光装置３を制御してパッチ画像の静電潜像である「パッチ静電潜像」を感光ドラム１に書き込み、現像装置４により現像してパッチ画像Ｑを形成する。制御部１１０は、パッチ検ＡＴＲの濃度制御を実行して、画像濃度センサ１２によるパッチ画像Ｑの検知結果に基づいて、パッチ画像Ｑの画像濃度が基準濃度に収束するようにトナー補給制御を行う。このように、画像濃度センサ１２は、像担持体に形成された画像の濃度を検知する画像濃度検知手段として機能する。
【００２５】
プリンタ制御部１０９には、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画像信号発生回路（パターンジェネレータ１９２）が設けられている。パターンジェネレータ１９２からのパッチ画像信号を、パルス幅変調回路１９１に供給し、上記の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。このレーザー駆動パルスを、露光装置３の半導体レーザーに供給し、半導体レーザーをそのパルス幅に対応する時間だけ発光させて、感光ドラム１を走査露光する。これによって、上記の予め定められた濃度に対するパッチ静電潜像が、感光ドラム１に形成される。このパッチ静電潜像は、現像装置４により現像される。
【００２６】
図４に示すように、現像装置４の下流側で感光ドラム１に対向させて、パッチ画像Ｑの画像濃度を検出するための画像濃度センサ１２（パッチ検ＡＴＲセンサ）が配置されている。画像濃度センサ１２は、ＬＥＤ等の発光素子を備える発光部１３と、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子を備える受光部１４とを有し、受光部１４が感光ドラム１からの正反射光のみを検出するよう構成されている。画像濃度センサ１２は、パッチ画像Ｑが画像濃度センサ１２の下を通過するタイミングを見計らって、感光ドラム１からの反射光量を測定する。この測定結果に係る信号は、ＣＰＵ１１１に入力される。
【００２７】
図６に示すように、画像濃度センサ１２に入力される感光ドラム１からの反射光（近赤外光）は電気信号に変換される。０〜５Ｖの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。そして、このデジタル信号は、制御部１１０に設けられる濃度変換回路１１５によって濃度情報に変換される。
【００２８】
図７に示すように、感光ドラム１上に形成したパッチ画像Ｑの画像濃度を面積階調により段階的に変えると、画像濃度センサ１２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画像濃度センサ１２の出力が５Ｖであって、２５５レベルに読み込まれるものと仮定している。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が大きくなると、画像濃度も大きくなる。一方で、画像濃度センサ１２の出力は小さくなる。このような画像濃度センサ１２の特性に基づき、画像濃度センサ１２の出力から各色の濃度信号に変換する各色専用のテーブル１１６を予め用意してある。テーブル１１６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、各色とも、精度よくパッチ画像濃度を読み取ることができる。濃度変換回路１１５は、濃度情報をＣＰＵ１１１へと出力する。
【００２９】
画像濃度センサ１２はｌｏｇ関数の特性を有しており、濃度が高くなるほど検知結果の傾きが少なくなる。つまり、濃度の変化に対して、検知結果の変化が少なくなる。結果として、検知精度が低い。そのため、２ライン１スペースのパターンを使用することで面積階調を下げてパッチ画像濃度を下げている。露光されるパッチ静電潜像としては、６００ｄｐｉの解像度で、副走査方向に２ライン１スペースの画像と仮定する。
【００３０】
補給補正量Ｍｐは、初期の現像剤でのパッチ画像Ｑの濃度の検知値を基準として、その基準値と測定結果との差分ΔＤから求まる。例えば、現像装置４内のトナーが基準値より１ｇ（基準量）分ずれたときのパッチ画像Ｑの濃度測定結果についての変化量ΔＤｒａｔｅを予め求めてＲＯＭ１１３に記憶しておく。これにより、ＣＰＵ１１１は、式３により補給補正量Ｍｐを計算する。
Ｍｐ＝ΔＤ／ΔＤｒａｔｅ  ・・・（式３）
ここで、補給補正量Ｍｐ分のトナー補給は、急激な色味変動を回避するために、パッチ検ＡＴＲの実行間隔内でなるべく等間隔に分散して実行することが望ましい。パッチ検ＡＴＲ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、大幅なトナー補給が行なわれて、オーバーシュートが起こる可能性がある。そのため、式３では、補給補正量Ｍｐをパッチ検ＡＴＲの実行頻度で除して補給補正量Ｍｐをパッチ検ＡＴＲの実行間隔で均等に分割して処理している。
【００３１】
以上のようにして、制御部１１０のＣＰＵ１１１は、式２によりトナー補給量Ｍｓｕｍを求める。そして、モータ３１を制御してトナー搬送スクリュー３２を作動させることにより、トナー補給槽３３から現像容器４５へトナー補給量Ｍｓｕｍのトナーを補給する。
【００３２】
＜トナー帯電量＞
次に現在のトナー帯電量の求め方を説明する。トナー帯電量は、制御部１１０により算出される。制御部１１０は、例えば、計算を行うための作業バッファとしてのＲＡＭ１１２、演算を行うためのＣＰＵ１１１、演算に必要なテーブルを含むＲＯＭ１１３で構成される。図８が示すように、トナーの帯電量Ｑ／Ｍ（μＣ／ｇ）の算出は、所定の時間間隔（例：１分おき）で実行される。画像形成装置が電源ｏｆｆのときには、ｏｎしたときにまとめた回数分だけ算出処理を実行する。例えば、１時間後であれば、Ｓ１〜Ｓ８を６０回分だけ繰り返す。
【００３３】
Ｓ１で、制御部１１０は、ｎ枚目のトナー帯電量Ｑ／Ｍの算出を行うために、ｎ−１枚目のトナー帯電量Ｑ／Ｍの算出が行われた時点を起点として１分間の各種データを取得する。具体的に、制御部１１０は、ビデオカウンタ２２０より１分間のビデオカウントの積算値を取得する。ビデオカウント値は値が非常に大きいため、便宜上、２＾２４で割った値を使用する。その値をビデオカウント値Ｖとする。次に、制御部１１０は、１分間中の現像スリーブ４１の駆動時間Ｔｄ（ｓｅｃ）を現像スリーブ駆動装置４４から取得する。さらに、制御部１１０は、１分間中の現像スリーブ４１の停止時間Ｔｓ（ｓｅｃ）を算出する。６０秒間から駆動時間Ｔｄ（ｓｅｃ）を引いた値である。さらに、制御部１１０は、トナー濃度センサ１５よりトナー濃度ＴＤｒａｔｅ（％）を取得する。さらに、制御部１１０は、画像形成装置の内部に取り付けられている温湿度センサ（不図示）より検知された画像形成装置内の絶対水分量Ｈ（ｇ／ｋｇ）を取得する。さらに、制御部１１０は、現像剤を交換したときを起点とした現像スリーブ４１の駆動時間Ｔｄ（ｓｅｃ）の積算値であるスリーブ駆動積算時間Ｔｔ（ｍｉｎ）を現像スリーブ駆動装置４４から取得する。
【００３４】
Ｓ２で、制御部１１０は、画像比率Ｄ（％）を算出する。例えば、以下の式からＤが算出される。
画像比率Ｄ  ＝  Ｖ  ／  Ｔｄ  ×  ０．１６２・・・（式４）
画像比率はスリーブの駆動時間に対して、どれだけの画像を作像したかを示している。上記式中の係数０．１６２は、画像形成装置ごとに最適化されるべきものである。０．１６２は、１分間にＡ４サイズを７０枚出力する画像形成装置に対して最適化したとき値である。最適化することで、１枚ごとの画像比率の平均値とＤは同じになるようにしている。
【００３５】
Ｓ３で、制御部１１０は、収束値Ｑ／Ｍ１を算出する。収束値Ｑ／Ｍ１は、画像比率Ｄから、図９の関係を用いて算出する。図９に示した画像比率Ｄに対する収束値Ｑ／Ｍ１の関係は例えば予めテーブル化してメモリに記憶しておくものとする。この収束値Ｑ／Ｍ１は、画像比率Ｄ（％）で永遠に画像形成した際に収束する値を意味している。Ｓ４で、制御部１１０は、収束値Ｑ／Ｍ２（μＣ／ｇ）を以下の式から算出する。
収束値ＱＭ２  ＝  収束値ＱＭ１  ×  （  −０．１  ×  ＴＤｒａｔｅ  ＋  １．８）  ・・・（式５）
収束値Ｑ／Ｍはトナー濃度によっても異なるため、トナー濃度で補正している。この関係式は現像剤の材料等によって異なるものであるため、本式に限定されるものではない。一般的に、トナー濃度が上がるとＱ／Ｍは低くなり、トナー濃度が下がるとＱ／Ｍは高くなる傾向がある。なお、式５中の係数も例示にすぎない。
【００３６】
Ｓ５で、制御部１１０は、収束値Ｑ／Ｍ３（μＣ／ｇ）を以下の式から算出する。
収束値ＱＭ３  ＝  収束値ＱＭ２  ＋  ５  −  ０．５×Ｈ  ・・・（式６）
収束値Ｑ／Ｍは環境によっても異なる。そのため、絶対水分量Ｈで補正している。この関係式は現像剤の材料等によって異なるものであるため、本式に限定されるものではない。一般的に、絶対水分量Ｈが上がるとＱ／Ｍは低くなり、絶対水分量が下がるとＱ／Ｍは高くなる傾向がある。なお、式６中の係数も例示にすぎない。
【００３７】
Ｓ６で、制御部１１０は、収束値Ｑ／Ｍ４（μＣ／ｇ）を以下の式から算出する。
収束値ＱＭ４  ＝  収束値ＱＭ３  ×  （−０．００００２１  ×  Ｔｔ  ＋  １）  ・・・（式７）
収束値Ｑ／Ｍは現像剤の劣化度合いによっても異なるため、スリーブ駆動積算時間Ｔｔで補正している。この関係式も現像剤の材料等によって異なるものであるため、本式に限定されるものではないが本実施の形態では上記式が最適であったため用いている。なお、式７中の係数も例示にすぎない。
【００３８】
Ｓ７で、制御部１１０は、仮Ｑ／Ｍ（ｎ分）を以下の式から算出する。
仮Ｑ／Ｍ（ｎ分）  ＝  α  ×  （収束値ＱＭ４  −  Ｑ／Ｍ（ｎ−１分））  ×  Ｔｄ  ／  ６０  ＋  Ｑ／Ｍ（ｎ−１分）・・・（式８）
ここでα  ＝  ０．０１としている。式８は、１分間でのスリーブ駆動中におけるトナー帯電量の変化を漸化式で表したものである。収束値Ｑ／Ｍに徐々に近づいていく現象を式にしている。なお、αは現像剤の材料等によって異なるものであるため、本式に限定されるものではないが本実施の形態では０．０１が最適であったため用いているにすぎない。
【００３９】
Ｓ８で、制御部１１０は、Ｑ／Ｍ（ｎ分）を以下の式から算出する。この式により、この時点でのトナー帯電量Ｑ／Ｍ（μＣ／ｇ）が算出される。
Ｑ／Ｍ（ｎ分）  ＝  −β  ×  Ｔｓ／６０  ×  仮Ｑ／Ｍ（ｎ分）  ＋  仮Ｑ／Ｍ（ｎ分）・・・（式９）
ここで、β  ＝  ０．００１としている。式９は、１分間でのスリーブ停止中におけるトナー帯電量の変化を漸化式で表したものである。トナーに帯電した電荷が徐々に放電されて、その帯電量が０に近づいていく現象を式にしている。なお、βは現像剤の材料等によって異なるものであるため、本式に限定されるものではないが本実施の形態では０．００１が最適であったため用いている。
【００４０】
このように、図８に示したフローを１分毎に行うことで、１分毎のトナー帯電量Ｑ／Ｍ（μＣ／ｇ）を算出することが可能となる。すなわち、ＣＰＵ１１１などは、第２の容器におけるトナーの帯電量を検知または推定する帯電量検知手段として機能している。
【００４１】
＜現像効率＞
図１０に示した感光ドラム１の電位は絶対値であり、前述した帯電、露光、現像の各プロセスを経た直後の値を示している。図中で、Ｖｄは、暗部電位であり、露光されていない部分の電位を示している。Ｖｄｃは、現像スリーブ４１に印加された負極性の直流電圧である。Ｖｌは、明部電位（露光された部分の電位）である。現像工程において、この露光された部分にトナーが付着する。ＶｌとＶｄｃの電位差によりトナーは感光ドラム１に移動する。現像されるとトナーの電荷によりＶｌ部の電位は上昇し最終的にはＶｄｃに達する。現像後のトナー層の電位をＶｔｏｎｅｒとする。ＶｔｏｎｅｒがＶｄｃに達すると電位差がなくなるため、現像は終了する。なお、図中の○はトナーを示している。○の大きさはトナーの帯電量を示しいている。○の数は感光ドラム１上に現像されたトナーの数を示している。
【００４２】
ここで、現像効率は、以下の式で示す。
現像効率  ＝  （Ｖｔｏｎｅｒ  −  Ｖｌ）  ／  （Ｖｄｃ  −  Ｖｌ）  ×  １００  ％    ・・・（式１０）
通常では、Ｖｔｏｎｅｒ≒Ｖｄｃが成立するため、現像効率はおおよそ１００％となる。トナーの帯電量Ｑ／Ｍが上昇したような場合にも、図で示しているように、Ｖｔｏｎｅｒ≒Ｖｄｃが満たされていれば、やはり現像効率は１００％になる。しかし、トナーの帯電量が大きい分だけ（図１０に示した○の大きさが大きい分だけ）、現像できるトナー量は減少する。そのため、トナーの帯電量に応じて明部電位Ｖｌをさらに下げることで、現像されるトナー量を一定にする。現像効率の低下は、ＶｔｏｎｅｒがＶｄｃに達する前に現像工程が終了してしまうことで起こる。ＶｔｏｎｅｒがＶｄｃよりも低いために、式１０で示される現像効率は１００％未満となる。この状態では必要量の現像ができないため、画像濃度が所望濃度よりも薄くなってしまう。現像効率は、現像後の電位を測定すれば算出できる。しかし、電位センサはトナーの汚れに弱いため、現像後の電位を測定するのは非常に難しい。そのため、本実施例では、現像後の電位を測定することなく、現像効率を算出する。
【００４３】
ここでは、便宜上、感光ドラム１の電位にコンデンサモデルを採用する。トナーの総電荷量をＱ、トナーの静電容量をＣとする。トナーの静電容量Ｃが電位を上げている。よって、次式が成立する。
Ｖｔｏｎｅｒ  −  Ｖｌ  ＝  Ｑ  ／  Ｃ    ・・・（式１１）
Ｃはトナーの種類によって一義に決まる。よって、現像効率がダウンしたりしてもしなくても、次式が成立する。
Ｑ  ／  （Ｖｔｏｎｅｒ  −  Ｖｌ）  ＝  一定    ・・・（式１２）
現像剤がある状態のトナーの総電荷量をＱ‘とし、トナー層電位をＶｔｏｎｅｒ’、明部電位をＶｌ‘とすると、次式が成立する。
Ｑ  ／  （Ｖｔｏｎｅｒ  −  Ｖｌ）  ＝  Ｑ‘  ／  （Ｖｔｏｎｅｒ’  −  Ｖｌ‘）  ・・・（式１３）
また、現像剤がある状態での現像効率がγ％とすると、次式が成立する。
（Ｖｔｏｎｅｒ‘  −  Ｖｌ’）  ／  （Ｖｄｃ  −  Ｖｌ）  ＝  γ  ・・・（式１４）
式１３と式１４より式１５を導出できる。
現像効率  ＝  （Ｖｔｏｎｅｒ  −  Ｖｌ）  ／  （Ｖｄｃ  −  Ｖｌ）  ×  １００  ％
＝  Ｑ  ／  Ｑ’  ×  γ％    ・・・（式１５）
このように、現像効率は、トナーの総電荷量の比で表現できる。すなわち、現像剤が劣化していない初期の状態での現像効率が１００％となる。このように、本実施例では、初期の総電荷量Ｑ’と現在の総電荷量Ｑとの比で現像効率を算出している。
【００４４】
＜トナー入れ替え＞
図１１に示すように、トナー入れ替えシーケンスとしては、トナー帯電量Ｑ／Ｍとパッチ検ＡＴＲに検知された画像濃度を使用する。Ｓ１１〜Ｓ１８の各ステップは、上述したＳ１ないしＳ８を含んでいる。よって、Ｓ１１〜Ｓ１８のトナー帯電量算出は所定間隔（例：１分）で実行されている。なお、トナー帯電量Ｑ／Ｍの算出処理は、画像形成中はもちろん、画像形成していないときでも所定間隔で実行されるものとする。Ｓ２１〜Ｓ２３はそれぞれパッチ検ＡＴＲを実行するステップである。パッチ検ＡＴＲは、前述のように所定枚数（例：２４枚）ごとの紙間（非画像形成領域）で実行される。Ｓ１１〜Ｓ１８とＳ２１〜Ｓ２３とはそれぞれ独立に実行させる。
【００４５】
Ｓ３１で、制御部１１０は、トナー入れ替えシーケンスに使用される現像設定を決定する。Ｓ３１の実行タイミングは、制御部１１０が、画像比率の低い画像が連続して形成されたことを検出したときである。制御部１１０が、閾値よりも低い画像比率の画像が連続して所定枚数にわたり形成されたかどうかを監視している。本実施例では、例えば、画像比率が２％以下の画像が５０枚続いたことを検出すると、Ｓ３１を実行する。Ｓ３１では、その直前に求まったパッチ検ＡＴＲの画像濃度Ｍとトナー帯電量Ｑ／Ｍとが使用される。図１１の例では、トナー帯電量Ｑ／ＭはＳ１５から取得され値が使用され、パッチ検ＡＴＲの画像濃度ＭはＳ２２で画像濃度センサ１２により取得された値が使用される。制御部１１０は、式１５により現像効率を算出する。なお、式１５は、の画像濃度Ｍとトナー帯電量Ｑ／Ｍとにより次のように表現できる。
現像効率  ＝  Ｑ／Ｍ  ×  Ｍ  ／  （初期のＱ／Ｍ  ×  初期のＭ）  ×  １００％    ・・・（式１６）
なお、パッチ検ＡＴＲの画像濃度Ｍはパッチ質量（載り量）に換算されるものとする。画像濃度と質量には、ある程度の比例関係があることが知られているため、本実施例では、パッチ検ＡＴＲの画像濃度をＭに見立てている。パッチ検ＡＴＲの画像濃度とパッチ質量との関係を定義ないしは登録した関係式またはテーブルを予め用意しておいて換算してもよい。初期のＱ／Ｍと初期のパッチ検ＡＴＲの画像濃度Ｍは、新規の現像剤をトナー容器に投入したときに、制御部１１０によって算出され、ＲＡＭ１１２に保持される。新規の現像剤の投入は、トナー容器の交換によって実現されてもよい。
【００４６】
次に、制御部１１０は、算出した現像効率と図１２（ａ）に示した関係を用いて、現像効率が低下した分に相当するトナーの入れ替え量を決定する。第１実施例では、トナーの入れ替え量の制御は、現像スリーブ４１の回転スピードを制御することで実現する。よって、制御部１１０は、画像の濃度とトナーの帯電量とによって定義される現像剤の量だけ現像剤を入れ替えるよう入替手段を制御する入替制御手段として機能する。現像スリーブ４１と、感光ドラム１は、当接位置において、それぞれ下方向に回転駆動している。図１２（ａ）には、当接位置での感光ドラム１の線速度を１００％としたときの、現像スリーブ４１の回転スピードを示している。制御部１１０は、現像効率と回転スピードとの関係を関係式またはテーブル化して保持しているものとする。
【００４７】
例えば、現像効率が９０％であった場合、現像スリーブ４１の回転スピードは１４５％と算出される。制御部１１０のＣＰＵ１１１は、現像スリーブ駆動装置４４を制御して、トナー入れ替えシーケンス時の現像スリーブ４１の回転スピードを１４５％に設定する。ＣＰＵ１１１は、画像形成時の現像スリーブ４１の回転スピードは１４０％に設定する。このように、トナー入れ替えシーケンス時のみ現像スリーブ４１の回転スピードは、画像形成時の現像スリーブ４１の回転スピードよりも速い。これは、短時間で多くの劣化トナーを廃棄するためである。
【００４８】
本実施例でのトナー入れ替えシーケンスでは、露光装置３の半導体レーザーを駆動し、Ａ４サイズの全面を露光する。その露光により、感光ドラム１上にＡ４サイズの静電潜像が形成され、現像装置４の現像により感光ドラム１上に劣化トナーによる入れ替え画像が形成される。そのときの現像スリーブ４１の回転スピードは上述のように制御する。その画像が中間転写ベルト６上に転写されないようにするために、制御部１１０は、一次転写ローラ７に通常とは逆の負極性の直流電圧を印加する。感光ドラム１上に残った画像はクリーニング装置８によってクリーニングされる。このように、露光装置３、現像装置４、感光ドラム１およびクリーニング装置８などは、第２の容器から現像剤を第２の容器の外部へと廃棄する入替手段の一部として機能している。つまり、これらは現像スリーブを回転させて像担持体に現像剤を付着させることで現像剤を第２の容器の外部へと廃棄する手段として機能する。
【００４９】
図１２（ｂ）が示すように、本実施例に係るトナー入れ替えシーケンス（１４５％）を実行すると、本実施例を適用しない比較例（１４０％）よりも画像濃度が安定することがわかる。この実験結果は、Ａ４サイズで、画像比率１％の画像を連続５０００枚通紙した際の濃度推移を示している。トナー入れ替えシーケンスは５０枚ごとに行っている。
【００５０】
実施例１によれば、制御部１１０は、それぞれ異なる現像効率に対する現像スリーブの回転スピードを登録したテーブルを備え、テーブルを用いて現像効率に対応した回転スピードを決定する。さらに、制御部１１０は、決定した回転スピードで現像スリーブを回転させる。これにより、現像効率の低下に応じた適切な量だけトナーを入れ替えることが可能となる。現像効率に応じてトナーの排出量が適正となるため、トナーの強制排出に伴う過剰なトナー消費を抑制することが可能となる。また、劣化した現像剤を入れ替えることにより、画像濃度の変動を抑制することができる。とりわけ、現像剤の入れ替えを実行する際に使用される現像スリーブの回転スピードを、記録媒体に画像を形成する際に使用される現像スリーブの回転スピードよりも速くすることで、トナーの排出量を簡単に増加させることができる。
【００５１】
＜第２実施例＞
第１実施例は、現像効率に応じて現像スリーブ４１の回転スピードを変えることで、現像効率に対応した量だけ現像剤を入れ替える発明であった。第２実施例では、吐き出し面積を増加させることで、現像効率に対応した量だけ現像剤を入れ替える発明である。なお、吐き出し面積とは、像担持体上に形成する潜像の面積（廃棄すべき現像剤の付着面積）のことである。なお、潜像のサイズは、ＣＰＵ１１１からの命令に従ってパターンジェネレータ１９２が変更する。露光装置３は、パターンジェネレータ１９２から出力されたデータにしたがって潜像を感光ドラム１に形成する。
【００５２】
図１３（ａ）が示すような現像効率と吐き出し面積との関係を示す関係式またはテーブルを工場出荷時などにおいて予め作成してＲＯＭ１１３に格納しておく。ＣＰＵ１１１は、第１実施例で説明した方法により決定した現像効率を、上記の関係式またはテーブルに適用することで、吐き出し面積を決定する。
【００５３】
図１３（ｂ）に示した、第２実施例を適用したときの画像形成枚数に対する反射濃度と、第２実施例を適用しない比較例との実験結果を参照すると、第２実施例の優位性を理解できよう。なお、実験では、Ａ４サイズで画像比率１％の画像を連続５０００枚通紙した。また、トナー入れ替えシーケンスは５０枚ごとに実行した。
【００５４】
このように実施例２によれば、制御部１１０は、それぞれ異なる現像効率に対する像担持体における現像剤の付着面積を登録したテーブルを備えている。そして、制御部１１０は、このテーブルを用いて現像効率に対応した付着面積を決定し、決定した付着面積となるように像担持体を露光するよう露光装置３を制御する。これにより、第２実施例でも第１実施例と同様の効果を達成している。なお、第１実施例と第２実施例とを組み合わせてもよい。つまり、制御部１１０は、所望の効果の何割かを現像スリーブ４１の回転スピードを増速することで実現し、残りの効果を吐き出し面積を増加させることで実現することができる。また、潜像サイズの代わりに、または、潜像サイズとともに画像濃度を増加させることでも廃棄すべきトナーの吐き出し量を調整できる。
【００５５】
＜第３実施例＞
第３実施例は、バイアス電源４７が現像スリーブ４１に印加する現像バイアスの交流成分を増加させることで、現像効率に対応した量だけ現像剤を入れ替える発明である。ここでは、現像バイアスの交流成分の振幅をＶｐｐと呼ぶことにする。
【００５６】
図１４（ａ）が示すような現像効率とＶｐｐとの関係を示す関係式またはテーブルを工場出荷時などにおいて予め作成してＲＯＭ１１３に格納しておく。ＣＰＵ１１１は、第１実施例で説明した方法により決定した現像効率を上記の関係式またはテーブルに適用することでＶｐｐを決定し、バイアス印加手段としてのバイアス電源４７にＶｐｐを設定する。
【００５７】
図１４（ｂ）に示した、第３実施例を適用したときの画像形成枚数に対する反射濃度と、第３実施例を適用しない比較例との実験結果を参照すると、第３実施例の優位性を理解できよう。なお、実験では、Ａ４サイズで画像比率１％の画像を連続５０００枚通紙した。また、トナー入れ替えシーケンスは５０枚ごとに実行した。
【００５８】
第３実施例によれば、制御部１１０は、それぞれ異なる現像効率に対する現像スリーブの現像バイアスの値を登録したテーブルを備え、このテーブルを用いて現像効率に対応した値の現像バイアスを現像スリーブに印加するようバイアス電源４７を制御する。これにより、第３実施例も第１実施例や第２実施例と同様の効果を奏している。なお、第３実施例と第１実施例とを組み合わせてもよいし、第３実施例と第２実施例とを組み合わせてもよいし、第１実施例ないし第３実施例のすべてを組み合わせてもよい。制御部１１０は、所望の効果の何割かを現像スリーブ４１の回転スピードを増速することで実現し、残りの効果をＶｐｐの増加によって実現することができる。第２実施例と第３実施例の組み合わせや第１実施例ないし第３実施例の組み合わせも同様にして達成できる。
【００５９】
上記の実施例では、劣化した現像剤を廃棄するために現像プロセスを利用していたが、他の廃棄メカニズムを採用してもよい。例えば、現像剤を格納している第２の容器から第３の容器へと機械的に廃棄してもよい。すなわち、第２の容器と第３の容器とを廃棄パイプ等によって連結し、廃棄パイプの両端のうち第２の容器と接続している端に開閉式のシャッターを設ける。制御部１１０は、このシャッターの開閉量を現像効率に応じて制御する。なお、上述したスクリュー等を利用して、第２の容器から第３の容器へと劣化した現像剤を排出してもよい。
【００６０】
なお、上記の実施例では、劣化した現像剤の廃棄量の制御を中心に説明したが、新規現像剤の補充量も同様に制御される。これは、基本的に「廃棄量＝補充量」の関係が成り立つからである。よって、ＣＰＵ１１１は、決定した廃棄量に一致する補充量だけ新規の現像剤を補充するよう、モータ駆動回路を介してモータ３１の回転を制御する。これにより、トナー搬送スクリュー３２による現像剤の供給量が制御される。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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