(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体と、
トナーとキャリアを含む現像剤を担持して前記感光体の静電像を現像する現像剤担持体と、
現像剤を帯電させて前記現像剤担持体に担持させる現像容器と、
トナー消費量に応じてトナーを含む補給用現像剤を前記現像容器に供給する供給装置と、
前記現像容器を循環する現像剤を検出して現像剤に占めるトナーの割合に応じた信号を出力する検出手段と、
前記トナー消費量に応じた補給に加えて、前記検出手段を用いて検出した前記トナーの割合が下限値を割り込まない範囲で、所定の静電像が所定のトナー載り量で現像されるように前記供給装置による補給用現像剤の補給を制御する制御手段と、
前記下限値を設定する下限値設定手段と、を備え、
前記下限値は、トナー消費量が多いほど低くなるように複数設定され、
前記下限値設定手段は、トナー消費量に応じた下限値を前記複数の下限値から選択して、前記制御手段の下限値として設定する、
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記感光体に所定の画像形成条件で形成されたパッチ画像を検出してトナー載り量に応じた信号を出力するトナー載り量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記パッチ画像を前記トナー載り量検出手段により検出して現像剤に占めるトナーの目標割合を設定する目標割合設定モードを所定の非画像形成時に実行し、前記目標割合設定モードの実行後は、現像剤に占めるトナーの割合が前記目標割合に収束するように、前記検出手段の出力に基づいて前記供給装置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】
画像形成される画像の露光信号を処理してトナー消費量に対応するデータを形成するビデオカウント手段を備え、
前記下限値は、前記ビデオカウント手段の出力に基づいて設定されることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記設定手段は、画像形成の累積量が増えるほど前記所定の下限値を低く設定することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項５】
現像色ごとに異なる複数の前記現像容器を備え、
前記所定の下限値は、前記現像容器ごとに設定されることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像装置内を循環する現像剤に占めるトナーの割合に所定の下限値を設定して補給用現像剤の補給制御を行う画像形成装置、詳しくは下限値を設定することによる弊害を軽減する制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナー（非磁性）とキャリア（磁性）を主成分とする現像剤（二成分現像剤）を用いて、感光体に書き込まれた静電像をトナー像に現像する画像形成装置が広く用いられている。二成分現像剤を用いる現像装置では、所定の帯電／露光条件で形成した静電像が所定のトナー載り量で現像されるように、現像剤に占めるトナーの割合（トナー濃度、ＴＤ比）を調整してトナー帯電量を一定に保っている。
【０００３】
トナー帯電量を一定に保つ制御では、トナー帯電量が減少すると、同じ静電像でもトナー載り量が増えて画像濃度が高まるため、トナーの割合を減らして、現像剤の摩擦機会を増すことにより、トナー帯電量が高められる。一方、トナーの帯電量が増加すると同じ静電像でもトナー載り量が減って画像濃度が下がるため、トナーの割合を増やして現像剤の摩擦機会を減らすことにより、トナー帯電量を低下させている（特許文献２〜４）。
特許文献１には、キャリアの比率が高まると現像剤（二成分現像剤）の透磁率が高まることを利用してトナーの比率に応じた信号を出力する透磁率センサ（インダクタンスセンサ）を用いた検出手段が示される。
【０００４】
特許文献２には、連続画像形成中の画像間隔に形成したパッチ画像に、ＬＥＤ光を照射して、正反射光量を検出することにより、パッチ画像のトナー載り量に応じた信号を出力する光学センサが示される。ここでは、所定の帯電／露光条件で形成したパッチ画像のトナー載り量が所定値に収束するように、補給用現像剤を現像容器に補給して、現像剤（二成分現像剤）に占めるトナーの割合を変化させている。いわゆるパッチ検ＡＴＲ（ＡｕｔｏＴｏｎｅｒＲｅｐｌｅｎｉｓｈｉｎｇ）である。
【０００５】
特許文献３には、露光装置の光源に供給される二値変調された画像全体の現像ドット数をカウントして積算するビデオカウント手段が示される。ここでは、画像形成される画像データや露光信号を処理して、１枚の画像を現像する際に消費されるトナー量を計算し、消費されるトナー量に見合った量の補給用現像剤を補給することにより、現像剤に占めるトナーの割合の変動を抑制している。このため、現像剤に占めるトナーの割合が安定して、連続画像形成中に画像比率が大きく変化しても、画像濃度がほぼ一定に保たれる。
【０００６】
特許文献４には、ビデオカウント手段とパッチ画像の検出とを併用して補給用現像剤を現像容器に補給する制御が示される。ここでは、ビデオカウント手段によって求めたトナー補給量をパッチ画像の検出結果に基いて修正して、トナーの割合を画像濃度が所定水準になるように設定した目標値に収束させている。ビデオカウント手段を組み合わせることでトナー消費量の変化に伴うトナーの割合の変動が抑制されるので、パッチ検ＡＴＲ制御を安定して実行することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０１−１８２７５０号公報
【特許文献２】特開平０６−１４９０５７号公報
【特許文献３】特開平０５−０２７５２７号公報
【特許文献４】特開平０５−０２７５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
トナーのみの補給用現像剤が現像装置に補給されている場合、同じキャリアが現像装置内を循環し続けてトナーと摩擦を繰り返すため、次第にキャリアの表面が汚染されて帯電性能が低下する。また、トナーに所定比率のキャリアを添加した補給用現像剤が現像装置に補給されている場合、現像剤中のキャリアの現像容器内の滞在時間差が大きくなって次第に帯電性能のばらつきが大きくなる。
【０００９】
いずれにせよ、現像装置が画像形成を累積して現像剤中に帯電性能が低下したキャリアが増えてくると、トナー帯電量が低下する傾向となり、同じ静電像でも付着するトナー量が増えて画像濃度が高まる。このため、特許文献４に示される制御では、トナー帯電量が低下すると、トナー帯電量を高めて画像濃度を元に戻すために、非磁性トナーの割合の誘導目標値が下げられる。
【００１０】
しかし、現像剤中に帯電性能が低下したキャリアが増えた状態で、誘導目標値が下げられて、トナーの割合が下がり過ぎると、後述するように、白斑点画像と呼ばれる画像不良が発生し易くなる。白斑点画像は、現像剤担持体から感光体に付着したキャリアが転写部を通過する際に周囲のトナーの転写を妨げて６０〜２００μｍ程度の丸い白地の斑点が画像に発生する転写不良画像である。
【００１１】
また、現像剤中のトナーの割合が下がり過ぎると、現像装置が必要な現像性能を発揮できなくなる。現像剤担持体に担持されたキャリアが転写画像に摺擦跡を残す別の画像不良も発生し易くなる。
【００１２】
このため、図４に示すように、トナーの割合に所定の下限値（下限ＴＤ比）を設け、下限値（下限ＴＤ比）を割り込みそうな場合には、トナーの割合の誘導目標値（目標ＴＤ比）を下限値（下限ＴＤ比）に固定している（Ｓ１８ａ）。
【００１３】
しかし、誘導目標値（目標ＴＤ比）を下限値（下限ＴＤ比）に固定すると、トナー帯電量の低下が放置される結果、画像の白地部分にトナーが付着する白地かぶり画像や現像剤担持体からトナーが飛散するトナー飛散が発生し易くなる。
【００１４】
本発明は、画像形成を累積して帯電性能が低下したキャリアが増えた状態でも、白地かぶり画像やトナー飛散を抑制しつつ白斑点画像の発生も抑制できる画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の画像形成装置は、感光体と、トナーとキャリアを含む現像剤を担持して前記感光体の静電像を現像する現像剤担持体と、現像剤を帯電させて前記現像剤担持体に担持させる現像容器と、トナー消費量に応じてトナーを含む補給用現像剤を前記現像容器に供給する供給装置と、前記現像容器を循環する現像剤を検出して現像剤に占めるトナーの割合に応じた信号を出力する検出手段と、前記検出手段を用いて検出した前記トナーの割合が下限値を割り込まない範囲で、所定の静電像が所定のトナー載り量で現像されるように前記供給装置による補給用現像剤の補給を制御する制御手段と、前記下限値を設定する下限値設定手段と、を備える。そして、前記下限値は、トナー消費量が多いほど低くなるように複数設定され、前記下限値設定手段は、トナー消費量に応じた下限値を前記複数の下限値から選択して、前記制御手段の下限値として設定する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の画像形成装置では、トナー消費量の多い画像形成ほど下限値を低く設定するので、トナー消費量と無関係に一定の下限値を設定する場合に比較して、トナーの割合が低くなるまでトナー帯電量を通常どおり制御して維持できる。このため、トナー消費量の多い画像で、トナー帯電量が不足して発生する白地かぶり画像やトナー飛散を抑制できる。そして、画像比率が高い画像形成が連続して一時的にトナー帯電量が低下した場合もトナー帯電量の制御を継続することで、トナー帯電量の不必要な低下を回避して、その後のトナー帯電量の回復を待つことができる。
【００１７】
後述するように、トナー消費量の多い画像形成の場合、トナー消費量の少ない画像形成に比較して白斑点画像が発生しにくくなる。このため、トナー消費量の多い画像形成で発見された下限値の低下余地を活用することで、白斑点画像を発生させることなく、白地かぶり画像やトナー飛散を抑制できる。下限値を低く設定することで、トナー帯電量の通常の制御が適用される割合が増えるため、平均的な画像濃度の再現性も高まる。
【００１８】
特に、相当な間隔を置いてパッチ画像を形成してトナーの目標割合を設定し、その後は次回の設定まで、その目標割合を維持するように供給装置が制御される場合、下限値を低く設定することは有効である。下限値を低く設定することで、目標割合の設定時に、トナーの割合が下限値を割り込んで目標割合を設定できなくなる回数が減るからである。
【００１９】
従って、画像形成を累積して帯電性能が低下したキャリアが増えた状態でも、白地かぶり画像やトナー飛散を抑制しつつ、白斑点画像の発生も抑制できる。トナーの割合に下限値を設けて下限値を境にして制御を変更することによる弊害を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】イエローの画像形成部の構成の説明図である。
【図３】現像装置の構成の説明図である。
【図４】実施例１の制御のフローチャートである。
【図５】ＴＤ比の差分と必要トナー補給量の換算テーブルの説明図である。
【図６】ビデオカウント値とトナー消費量の換算テーブルの説明図である。
【図７】ファラデー・ゲージの構成の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、トナー消費量の多い画像形成でトナー濃度（ＴＤ比）の下限値が低くなる限りにおいて、実施形態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形態でも実施できる。
【００２２】
従って、二成分現像剤を用いる現像装置を備えていれば、タンデム型でも１ドラム型でも実施でき、中間転写方式、記録材搬送方式、枚葉式に記録材へ転写する直接転写方式の区別無く実施できる。補給用現像剤としてトナー１００％のものを用いる現像装置でも、キャリアを含む補給用現像剤を補給して余剰の現像剤を排出する現像装置でも実施できる。
【００２３】
本実施形態では、トナー像の形成／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。
【００２４】
なお、特許文献１〜４に示される現像装置及び画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。
【００２５】
＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図２はイエローの画像形成部の構成の説明図である。
【００２６】
図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト２４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Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ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。
【００２７】
画像形成部Ｐａでは、感光ドラム１ａにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト２４に一次転写される。画像形成部Ｐｂでは、感光ドラム１ｂにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト２４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、Ｐｄでは、それぞれ感光ドラム１ｃ、１ｄ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２４に順次重ねて一次転写される。
【００２８】
中間転写ベルト２４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。記録材カセット２０から引き出された記録材Ｐは、分離ローラ２１で１枚ずつに分離してレジストローラ２２へ送り出される。レジストローラ２２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２４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。
【００２９】
四色のトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置２６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。
【００３０】
画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ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、画像形成部Ｐａについて説明し、画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄについては、画像形成部Ｐａの構成部材に付した符号末尾のａをｂ、ｃ、ｄに読み替えて説明されるものとする。
【００３１】
中間転写ベルト２４は、テンションローラ２７、駆動ローラ２８、及び対向ローラ２５に掛け渡して支持され、駆動ローラ２８に駆動されて３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ２方向に回転する。二次転写ローラ２３は、対向ローラ２５に内側面を支持された中間転写ベルト２４に当接して二次転写部Ｔ２を形成する。二次転写ローラ２３に電源Ｄ２から直流電圧が印加されることによって、中間転写ベルト２４に担持されたトナー像が記録材Ｐへ二次転写される。ベルトクリーニング装置２９は、中間転写ベルト２４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２４に残った転写残トナーを回収する。
【００３２】
図２に示すように、被複写原稿は、原稿読取装置１０１で読み取られる。原稿読取装置１０１は、ＣＣＤ等の原稿画像を電気信号に変換する光電変換素子を有しており、被複写原稿のイエロー画像情報、マゼンタ画像情報、シアン画像情報、ブラック画像情報に、それぞれ対応した画像信号を出力する。
【００３３】
画像形成部Ｐａは、感光体の一例である感光ドラム１ａの周囲に、帯電ローラ２ａ、露光装置３ａ、現像装置４ａ、一次転写ローラ５ａ、クリーニング装置６ａを配置している。感光ドラム１ａは、アルミニウムシリンダの外周面に負極性の帯電極性の感光層が形成され、３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。
【００３４】
帯電ローラ２ａは、感光ドラム１ａに当接して従動回転し、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を電源Ｄ３から印加されることにより、感光ドラム１ａの表面を一様な負極性の暗部電位ＶＤに帯電させる。露光装置３ａは、イエローの分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１ａの表面に画像の静電像を書き込む。現像装置４ａは、後述するように、二成分現像剤を用いて、感光ドラム１ａの静電像（露光部）にトナーを付着させて、トナー像を反転現像する。
【００３５】
一次転写ローラ５ａは、中間転写ベルト２４の内側面を押圧して、感光ドラム１ａと中間転写ベルト２４との間に一次転写部Ｔａを形成する。電源Ｄ１から一次転写ローラ５ａへ正極性の直流電圧が印加されることにより、感光ドラム１ａに担持されたトナー像が、一次転写部Ｔａを通過する中間転写ベルト２４へ一次転写される。クリーニング装置６ａは、感光ドラム１ａにクリーニングブレードを摺擦させて、中間転写ベルト２４への転写を逃れて感光ドラム１ａに残った転写残トナーを回収する。
【００３６】
＜現像装置＞
図３は現像装置の構成の説明図である。図３に示すように、現像装置４ａは、現像剤担持体の一例である現像スリーブ４１に現像剤を担持して感光体（１ａ）の静電像を現像する。現像容器４０は、一対の搬送スクリュー部材（４４ａ、４４ｂ）によって現像剤を攪拌、帯電させて現像スリーブ４１に担持させる。供給装置の一例である現像剤カートリッジ４６は、トナーを含む補給用現像剤を現像容器４０に供給する。検出手段の一例であるトナー濃度センサ１０は、現像容器４０内を循環する現像剤を検出して現像剤に占めるトナーの割合に応じた信号を出力する。
【００３７】
現像容器４０には、トナーとキャリアを主成分とする現像剤が収容されており、初期状態の現像剤に占めるトナーの重量で示した割合（トナー濃度、ＴＤ比）は８％である。なお、ＴＤ比は、トナー帯電量、キャリア粒径、現像装置４ａの構造等で適正に調整されるべきものであるから、８％に限定されるものではない。
【００３８】
現像装置４ａは、感光ドラム１ａに対向した現像領域が開口しており、この開口部から一部露出させて、非磁性材料で構成される現像スリーブ４１が回転可能に配置されている。磁界発生手段であるマグネット４２は、現像スリーブ４１の円周に沿って、所定のパターンの複数の磁極を有する固定の円柱状マグネットで構成される。摩擦帯電によって表面にトナーを吸着したキャリアは、マグネット４２が発生する磁界によって現像スリーブ４１上に拘束される。
【００３９】
現像スリーブ４１は、現像動作時には矢印Ａ方向に回転し、現像容器４０内の現像剤を層状に保持して担持搬送し、感光ドラム１ａと対向する現像領域に現像剤を供給する。現像スリーブ４１に担持する現像剤の層厚は、現像スリーブ４１と近接対向して設けられた規制部材４３によって規制される。
【００４０】
電源Ｄ４は、負極性の直流電圧Ｖｄｃに交流電圧を重畳した振動電圧を現像スリーブ４１に印加する。負極性の直流電圧Ｖｄｃが印加された現像スリーブ４１は、感光ドラム（１ａ）に形成されている静電像（露光部）よりも相対的に負極性になり、現像剤中の負極性に帯電したトナーが現像スリーブ４１から感光ドラム（１ａ）へ移転する。現像スリーブ４１上の静電像を現像した残りの現像剤は、現像スリーブ４１の回転に従って現像容器４０内に回収され、搬送攪拌スクリュー４４ａによって搬送される現像剤に混合される。
【００４１】
現像容器４０内には、現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌搬送部材の一例である搬送攪拌スクリュー４４ａ、４４ｂが現像スリーブ４１と平行に配設される。現像スリーブ４１及び搬送攪拌スクリュー４４ａ、４４ｂは、現像容器４０の外側で、図示しないギア機構によって連結され、共通の駆動モータによって一体に回転駆動される。
【００４２】
現像容器４０内の空間は、仕切壁４０Ｆによって２つの空間に仕切られ、現像スリーブ４１側の空間に搬送攪拌スクリュー４４ａ、現像剤カートリッジ４６側の空間に搬送攪拌スクリュー４４ｂが配設されている。仕切壁４０Ｆの長手方向の両端部には、２つの空間の間で現像剤を受け渡して現像容器４０内で循環させるため、不図示の開口部が形成されている。
【００４３】
搬送攪拌スクリュー４４ａは、紙面の奥側から手前側に向かって現像剤を搬送しつつ、現像スリーブ４１に現像剤を供給する。搬送攪拌スクリュー４４ｂは、逆に、紙面の手前側から奥側に向かって現像剤を搬送しつつ、現像剤カートリッジ４６から供給された補給用現像剤を循環する現像剤に混合する。このようにして、搬送攪拌スクリュー４４ａ、４４ｂは、現像剤を現像容器４０内で循環させるとともに、トナーとキャリアとを攪拌して摩擦帯電させる。
【００４４】
＜二成分現像剤＞
二成分現像剤のトナーは、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。そして、トナーは、粉砕法により製造した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、８μｍ以下が好ましい。本実施例では５．５μｍであった。
【００４５】
トナーの体積平均粒径の測定には、コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型（コールター社製）を用いた。そして、測定結果から個数平均分布、体積平均分布を出力するためのインターフェース（日科機製）及びＣＸ−Ｉパーソナルコンピュータ（キヤノン製）を使用した。
【００４６】
測定試料の電解水溶液として、一級塩化ナトリウムを用いて調製した１％ＮａＣｌ水溶液を使用した。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加えた。測定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った後にコールターカウンターＴＡ−ＩＩ型にセットした。コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型では、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た。こうして求めた体積平均分布より、体積平均粒径を得た。
【００４７】
キャリアは、表面酸化又は未酸化の鉄、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の磁性粒子が使用可能であり、磁性粒子の製造法は特に制限されない。キャリアは、体積平均粒径が２０〜５０μｍ、好ましくは３０〜４０μｍであり、抵抗率が１×１０７Ωｃｍ以上、好ましくは１×１０８Ωｃｍ以上である。本実施例では、キャリアの体積平均粒径はφ４０μｍ、抵抗率が５×１０８Ωｃｍである。
【００４８】
キャリアの体積平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置ＨＥＲＯＳ（日本電子製）を用いて、体積基準で粒径０．５〜３５０μｍの範囲を３２対数分割して測定した。そして、それぞれのチャンネルにおける粒子数をカウントした結果から体積５０％のメジアン径をもって体積平均粒径とした。
【００４９】
キャリアの抵抗率は、測定電極面積４ｃｍ、電極間隔０．４ｃｍのサンドイッチタイプのセルを用いた。１ｋｇの重量の加圧下で、セルの両電極間に印加電圧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測定した。
【００５０】
更に、低比重のキャリアとして、フェノール系のバインダー樹脂に磁性金属酸化物及び非磁性金属酸化物と所定の比で混合し、重合法により製造した樹脂キャリアを使用することができる。このような樹脂キャリアの体積平均粒径は３５μｍ、真密度は３．６〜３．７（ｇ／ｃｍ３）、磁化量は５３（Ａ・ｍ２／ｋｇ）である。磁性キャリアの磁化量（Ａ・ｍ２／ｋｇ）は、キャリアの磁気特性を理研電子（株）製の振動磁場型磁気特性自動記録装置を用いて測定した。円筒状にパッキングしたキャリアを７９．６ｋＡ／ｍ（１０００エルステッド）の外部磁場中において、キャリアの磁化の強さを測定することにより求めた。
【００５１】
二成分現像方式は、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、トナーが消費されることにより、現像容器内の非磁性トナーとキャリアの混合比（トナー濃度：ＴＤ比）が変化し、その結果、トナー帯電量（トリボ）が変化することで、現像特性が変化して出力画像濃度が変化する問題がある。
【００５２】
このため、画像形成された画像濃度を一定に維持するために、現像剤のＴＤ比や画像濃度を正確に検出して、過不足の無いトナーを補給するトナー補給制御技術が実用化されている。
【００５３】
特許文献１では、ＴＤ比が高くなることで低下する現像剤の見かけの透磁率変化を検知（インダクタンス検知手段）することでＴＤ比を判別して補給用現像剤の供給量を調整するトナー補給制御が示される。
【００５４】
特許文献２では、画像形成の非画像形成時にパッチ画像を作像して画像濃度検知センサにより画像濃度を測定する。そして、予め求めた初期パッチ画像と作像したパッチ画像の濃度を比較し、濃度低下を検知したら補給用現像剤を補給し、濃度上昇を検知したら補給停止を繰り返す。
【００５５】
特許文献３では、ビデオカウント検知手段が、画素ごとの画像情報信号の濃度信号のビデオカウント数をカウントし、ビデオカウント数に基づいて予測されたトナー消費量分の補給用現像剤が補給される。しかし、ビデオカウントを用いた補給制御では、消費トナーの補給に変動が生じた場合や、補給用現像剤の供給装置の供給能力にバラツキがある場合には、この変動分あるいはバラツキ分だけＴＤ比がずれていくという不都合があった。
【００５６】
この点、特許文献４では、ビデオカウント＋パッチ検ＡＴＲ制御を採用して、特許文献２、３よりもトナー帯電量を安定させている。トナー消費量を予測してフィードフォアードで消費分のトナー補給を実施しつつ、補給量バラツキや現像剤変化による現像性変化をパッチ検ＡＴＲで検出して、フィードバックを掛けている。パッチ検ＡＴＲ制御を行うことで、パッチ画像の濃度を一定に保つように補給用現像剤の供給制御が調整されるため、画像濃度を一定に保つことが可能である。
【００５７】
しかし、現像剤の劣化や変質に伴ってトナー帯電量が低下した場合、際限なくＴＤ比を下げ続けると後述するようにいくつかの不都合が発生する。また、画像間隔ごとにパッチ画像を形成すると、パッチ画像形成のためのトナー消費が無視できなくなって、画像形成装置のランニングコストが高まる。ベルトクリーニング装置２９の負担増加、二次転写ローラ（２３）へのトナー付着といった問題も大きくなる。パッチ画像の作像のためのダウンタイムによる生産性低下といったユーザへの負担も大きい。
【００５８】
＜実施例１＞
図４は実施例１の制御のフローチャートである。図５はＴＤ比の差分と必要トナー補給量の換算テーブルの説明図である。図６はビデオカウント値とトナー消費量の換算テーブルの説明図である。
【００５９】
特許文献１〜４の構成における上記の問題を解決するために、図１に示す画像形成装置１００では、ビデオカウント＋パッチ検ＡＴＲ制御＋トナー濃度センサによるトリプル制御方式の補給制御を採用している。これにより、パッチ検ＡＴＲの実行間隔を長くとってパッチ画像の形成頻度を低くしている。
【００６０】
すなわち、パッチ検ＡＴＲ制御で検出したパッチ画像濃度に応じて現像装置４ａ内のＴＤ比目標値を変更する。そして、トナー濃度センサ１０を用いて測定した現像装置４ａ内のＴＤ比が、変更したＴＤ比目標値になるように、補給用現像剤の補給量を算出する。そして、算出された補給量に対して、ビデオカウント値から予測されるトナー消費量分を加算することで、実補給量を算出する。
【００６１】
そして、ＴＤ比の上限値である上限ＴＤ比とＴＤ比の下限値である下限ＴＤ比とが準備されていて、現像容器４０内を循環する現像剤のＴＤ比が上限ＴＤ比到達時には補給停止、下限ＴＤ比到達時には強制補給を実行する。
【００６２】
図３に示すように、現像剤カートリッジ４６は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック用全てが略円筒形であり、画像形成装置１００に対しては、装着部２０を介して容易に脱着可能とされている。
【００６３】
現像装置４ａの搬送攪拌スクリュー４４ｂの近傍の現像容器４０の上壁４０Ａには、現像剤補給口４５が設けられている。現像剤補給口４５には、補給用現像剤を搬送するための現像剤補給スクリュー４７が設けられている。現像装置４ａにおいては、画像形成によって消費されたトナー量に相当する量の補給用現像剤は、現像剤補給スクリュー４７の回転力と重力によって、現像剤カートリッジ４６から現像剤補給口４５を通して現像容器４０内に供給される。
【００６４】
図２に示すように、トナー供給制御は、以下の３つの制御手段を併用する方式を用いている。このように、第一、第二、そして第三制御手段を組み合わせることで、出力画像濃度を安定化させることが可能となる。
【００６５】
第一制御手段：トナー濃度センサ１０を用いて検出されるＴＤ比を一定に保つようにトナー補給量を設定するトナー濃度制御。トナー濃度センサ１０として、ＴＤ比が高くなることで低下する現像剤中の見かけの透磁率変化を検知してＴＤ比を算出するインダクタンス検知センサを採用した。トナー濃度センサ１０は、ＴＤ比が高くなってキャリアが相対的に減ると出力が低下し、ＴＤ比が低くなってキャリアが相対的に増えると出力が上昇する。
【００６６】
第一制御手段では、現像容器４０内の現像剤のＴＤ比をトナー濃度センサ１０で検出し、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ＴＤ比検知補給制御を行う。
【００６７】
第二制御手段：画像濃度センサ７ａを用いて検出されるパッチ画像を一定に保つようにトナー補給量を設定するトナー帯電量制御。トナー載り量検出手段（７ａ）は、感光体（１ａ）に所定の画像形成条件で形成されたパッチ画像を検出してトナー載り量に応じた信号を出力する。画像濃度センサ７ａは、感光ドラム１ａに対向配置され、ＬＥＤ光を照射して感光ドラム１ａ表面からの正反射を検出する正反射型の光学センサである。感光ドラム１ａの表面のトナー粒子が増えると、散乱反射光が増えて正反射光が減少するため、パッチ画像のトナー載り量に応じた出力信号が得られる。
【００６８】
第二制御手段では、感光ドラム１ａ上に所定の画像形成条件で中間階調のパッチ画像を形成した後、パッチ画像のトナー載り量に対応する濃度信号を画像濃度センサ７ａで検出する。そして、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パッチ検知補給制御を行う。  第二制御手段であるパッチ検知補給制御は、第一制御手段であるＴＤ比検知補給制御で用いる初期基準信号を定期的に補正するために実行される。パッチ検知補給制御は、連続画像形成中の所定枚数間隔で感光ドラム１ａ上に作像したパッチ画像を画像濃度センサ７ａで検出して現像特性を予測し、現像装置４ａ内の現像剤の目標ＴＤ比を変更していく。
【００６９】
第三制御手段：ビデオカウント数計測回路１１を用いて検出した画像ごとのトナー消費量に見合うようにトナー補給量を設定する消費量補充制御。第三制御手段では、画像形成中の画像の露光信号（又は画像情報信号の濃度信号）をビデオカウント処理回路１１が処理して画像ごとのトナー消費量を求めるビデオカウント検知補給制御を行う。
【００７０】
図２を参照して図４に示すように、制御手段（１５）は、パッチ画像をトナー載り量検出手段（７ａ）により検出して現像剤に占めるトナーの目標割合を設定する目標割合設定モードを所定の非画像形成時に実行する。そして、目標割合設定モードの実行後は、現像剤に占めるトナーの割合が目標割合に収束するように、検出手段（１０）の出力に基づいて供給装置（４６）を制御する。
【００７１】
制御部１５は、画像形成が開始すると（Ｓ１）、現像装置４ａ内に備えたトナー濃度センサ１０を用いて現像剤のＴＤ比の濃度信号ＶｓｉｇＴＤを検知する（Ｓ２）。
【００７２】
次に、既に求められてメモリに記録されている目標ＴＤ比Ｖｔａｒと濃度信号ＶｓｉｇＴＤとが比較されて差分（ΔＴＤ）が求められる（Ｓ３）。
【００７３】
そして、ΔＴＤ＝Ｖｔａｒ−ＶｓｉｇＴＤ＜０の場合（Ｓ３のＹＥＳ）、目標ＴＤ比に対して実際のＴＤ比が低いと判断し、図５の換算テーブルをΔＴＤで参照して、必要トナー補給量（Ｔｔｄ）を算出する（Ｓ４ａ）。
【００７４】
一方、ΔＴＤ＝Ｖｔａｒ−ＶｓｉｇＴＤ≧０の場合（Ｓ２のＮＯ）、目標ＴＤ比に対して実際のＴＤ比が高いと判断し、図５の換算テーブルをΔＴＤで参照して、過剰トナー量（Ｔｔｄ）を算出する（Ｓ４ｂ）。図５の換算テーブルは、横軸が実信号値の差分ΔＴＤにＴＤ比感度等調整係数αを掛け合わせた値であり、縦軸の正方向が必要トナー補給量、負方向が過剰トナー量である。
【００７５】
また、同時に、ビデオカウント処理回路１１が画像形成中のビデオカウント値を算出する（Ｓ５）。ビデオカウント値は、画像信号処理回路１２の出力をパルス幅変調回路１３がパルス幅変調した出力信号のＨレベルを画素毎にカウントしたカウント数である。このカウント数を原稿紙サイズ全体で積算することにより、原稿１枚当たりの現像ドット数に対応するビデオカウント数Ｎが算出される。
【００７６】
その後、算出されたビデオカウント数Ｎで図６の換算テーブルを参照して、トナー消費量、つまり必要トナー補給量（Ｔｖ）を算出する（Ｓ６）。図６の換算テーブルは、ビデオカウント―補給量変換テーブルであって、横軸が原稿１枚当たりのビデオカウント数Ｎであり、縦軸が必要トナー補給量Ｔｖである。
【００７７】
次に、実際に補給する実トナー補給量（Ｔ）を次式により決定する（Ｓ７）。    
Ｔ  ＝  Ｔｔｄ  ＋  Ｔｖ
【００７８】
そして、Ｔ＞０の場合（Ｓ８のＹＥＳ）、現像装置４ａに補給用現像剤を補給する必要があるため、実トナー補給量（Ｔ）を補給時間（Ｔｓ）に変換する（Ｓ９）。そして、現像剤補給スクリュー４７を算出された補給時間Ｔｓだけ回転して、補給用現像剤を現像装置４ａに補給する（Ｓ１０ａ）。
【００７９】
一方、Ｔ≦０の場合（Ｓ７のＮＯ）、現像装置４ａに対する補給停止と判断し、補給動作は行わない（Ｓ１０ｂ）。
【００８０】
ところで、本実施例では、連続画像形成中の所定枚数間隔で感光ドラム１ａ上の画像間隔にパッチ画像を作像してパッチ検知補給制御を実行し、パッチ画像の測定結果に応じてＴＤ比検知補給制御の目標ＴＤ比Ｖｔａｒを変更していく。具体的には、Ａ４横送りの画像形成２００枚ごとに定めたタイミングに該当する場合（Ｓ１１のＹＥＳ）、パッチ検補給制御を実行する（Ｓ１２〜Ｓ１９）。しかし、そのタイミングでない場合は、画像形成を続ける（Ｓ１９→Ｓ１）。
【００８１】
パッチ検補給制御では、感光ドラム１ａ上に一定面積を有する基準トナー像（パッチ画像）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する。そして、画像濃度センサ７ａでパッチ画像を検出して、濃度信号Ｖｓｉｇを取得し（Ｓ１２）、濃度信号Ｖｓｉｇと予めメモリに記録されている初期基準信号Ｖｒｅｆとを比較する（Ｓ１３）。
【００８２】
ここで、差分ΔＯＤ＝Ｖｓｉｇ−Ｖｒｅｆ≧０の場合（Ｓ１３のＮＯ）、パッチ画像の濃度が低い、すなわち現像性が低いと判断されるため、目標ＴＤ比を高める方向に修正して（Ｓ１４ｂ）、画像濃度を高める必要がある。
【００８３】
差分ΔＯＤから初期現像特性に戻すために必要な目標ＴＤ比（Ｖｔａｒ）は、次式により算出される。次式では、実信号値（Ｖｓｉｇ−Ｖｒｅｆ）にＴＤ比感度等調整係数βを掛け合わせて補正を行っている。
Ｖｔａｒ  ＝  Ｖｔａｒ  ＋  β＊ΔＯＤ
【００８４】
そして、算出された新しい目標ＴＤ比が上限ＴＤ比以下の場合（Ｓ１６ｂのＹＥＳ）、求めた新しい目標ＴＤ比（Ｖｔａｒ）を用いて（Ｓ１７ｂ）、画像形成を続ける（Ｓ１９→Ｓ１）。
【００８５】
しかし、算出された新しい目標ＴＤ比が上限ＴＤ比を超えている場合（Ｓ１６ｂのＮＯ）、上限ＴＤ比（ＶＨｌｍｔ）を用いて（Ｓ１８ｂ）、画像形成を続ける（Ｓ１９→Ｓ１）。
【００８６】
ここで、上限ＴＤ比（ＶＨｌｍｔ）は、高ＴＤ比時に発生する画像不良（本実施例では白地かぶり画像）限界から算出し、具体的には初期ＴＤ比８％に対して上限ＴＤ比（ＶＨｌｍｔ）は１２％に設定した。
【００８７】
一方、差分ΔＯＤ＝Ｖｓｉｇ−Ｖｒｅｆ＜０の場合（Ｓ１３のＹＥＳ）、パッチ画像の濃度が高い、すなわち現像性が高いと判断されるため、目標ＴＤ比を下げる方向に修正して（Ｓ１４ａ）、画像濃度を下げる必要がある。
【００８８】
差分ΔＯＤから初期現像特性に戻すために必要な目標ＴＤ比（Ｖｔａｒ）は、次式により算出される。
Ｖｔａｒ  ＝  Ｖｔａｒ  −  β＊ΔＯＤ
【００８９】
そして、算出された新しい目標ＴＤ比が下限ＴＤ比以上の場合（Ｓ１６ａのＹＥＳ）、求めた新しい目標ＴＤ比（Ｖｔａｒ）を用いて（Ｓ１７ａ）画像形成を続ける（Ｓ１９→Ｓ１）。
【００９０】
しかし、算出された新しい目標ＴＤ比が下限ＴＤ比を割り込んでいる場合（Ｓ１６ａのＮＯ）、下限ＴＤ比（ＶＬｌｍｔ）を用いて（Ｓ１８ａ）画像形成を続ける（Ｓ１９→Ｓ１）。
【００９１】
すなわち、補正後の目標ＴＤ比（Ｖｔａｒ）が、予めメモリに記録されている「システムとして許容できる下限ＴＤ比（ＶＬｌｍｔ）」を割り込んでいるかを判断する（Ｓ１６ａ）。ここで、下限ＴＤ比（ＶＬｌｍｔ）は、低ＴＤ比時に発生する画像不良（本実施例ではキャリア付着による白抜け画像）限界から算出し、具体的には初期ＴＤ比８％に対して、下限ＴＤ比は４〜６％に設定した（Ｓ１５）。
【００９２】
実施例１では、下限値設定手段を兼ねる制御部１５は、表１に示すように、下限ＴＤ比（ＶＬｌｍｔ）を画像比率（％）に応じて複数設定する（Ｓ１５）。下限値設定に用いる画像比率（％）は、ビデオカウント処理回路１１が求めたビデオカウント値から求められ、イエローの全面最大濃度画像のビデオカウント値を１００（％）として、直前の１枚の出力画像のビデオカウント値の比率を求めた値である。
【００９３】
【表１】
0005473481.tif 000002
【００９４】
画像形成装置１００は、現像剤を攪拌してキャリアとトナーとを摩擦帯電させて、トナーに電荷を付与し、電荷が付与されたトナーを感光ドラム１ａの静電像に対して静電的に付着させる。このため、トナーのトナー帯電量が画像特性に影響を与えることになるが、トナーのトナー帯電量は、上述したように、現像剤中のキャリアの帯電付与能力によって大きな影響を受ける。
【００９５】
実施例１では、ビデオカウント＋パッチ検ＡＴＲ制御＋トナー濃度センサによるトリプル制御方式の補給制御を行うことで、バランス良く出力画像濃度を安定化することが可能になった。しかし、下限ＴＤ比（ＶＬｌｍｔ）を固定値で設定した場合には、画像比率が変化、特に高画像比率画像が連続して形成された際に、飛散や白地かぶり画像といったトナー帯電量が低い場合に生じる画像不良が発生することがあった。
【００９６】
すなわち、現像剤を使い続けることで、キャリアの帯電付与能力が低下して、トナー帯電量Ｑ／Ｍ（トリボ）が低下する。そして、画像比率の高い画像形成が行われて大量の補給用現像剤が補給された場合、キャリアの帯電付与能力が低下していると、トナー帯電量の立ち上がりが遅く、所望のトナー帯電量まで立ち上がるまでに多くの時間が必要となる。キャリアの帯電付与能力が低下していると、大量の補給用現像剤が補給された場合に急激なトナー帯電量の低下が一時的に発生して、突発的な飛散や白地かぶり画像といったトナー帯電量Ｑ／Ｍの低下に起因する画像不良が発生し易くなる。
【００９７】
ここで、トナー帯電量Ｑ／Ｍの低下に起因する画像不良を抑制するためには、下限ＴＤ比（ＶＬｌｍｔ）を低く設定して、現像剤の摩擦帯電機会を増すことにより、トナー帯電量Ｑ／Ｍを高める必要がある。
【００９８】
しかし、下限ＴＤ比（ＶＬｌｍｔ）を単純に下げただけでは、感光ドラム１ａ上へキャリアが付着して白斑点と呼ばれる画像不良が発生し易くなる。白斑点画像は、感光ドラム１ａに付着したキャリアが一次転写部Ｔａを通過する際に周囲のトナーの一次転写を妨げることにより発生する転写不良画像である。現像工程で感光ドラム１ａに付着したキャリアが一次転写部Ｔａを通過する際にキャリアを中心とする円錐状の隙間を形成して周囲のトナーに十分な転写電界が与えられなくなって発生する転写不良画像である。
【００９９】
白斑点画像は、キャリアの付着部分を中心にした丸う白地部が形成されて顕在化するため、最大濃度画像（ベタ黒部）で顕著になる。ベタ黒部でキャリアが付着する原因としては、振動電圧の印加に伴って、現像スリーブ４１に担持されたキャリアの先端部に電荷が注入されて、キャリアの帯電極性が反転したためと考えられている。電荷注入によって負極性に帯電極性が反転したキャリアが、トナーと一緒に感光ドラム１ａへ現像されてしまうと考えられている。
【０１００】
そこで、白斑点画像の発生状況を詳細に調べたところ、現像剤の抵抗値が低くなる場合、つまりＴＤ比が低い時や高温高湿環境下で顕著になることが確認された。現像コントラストＶｃｏｎｔ（＝Ｖｄｃ−ＶＬ）が高い場合や二成分現像法で採用されている振動電圧のＡＣ振幅が高い場合に顕著になることが確認された。
【０１０１】
しかし、画像形成を累積して帯電付与能力が低下したキャリアの場合、直前に画像比率の高い画像形成が行われて大量の補給用現像剤が補給されていれば、白斑点画像が発生しにくいことが判明した。
【０１０２】
このため、ビデオカウントに基づいて大量の補給用現像剤が供給されている場合、白斑点画像が発生しにくいため、下限ＴＤ比（ＶＬｌｍｔ）を下げて、従来より低いＴＤ比まで通常のトナー帯電量Ｑ／Ｍの制御を継続できる。このため、トナー帯電量Ｑ／Ｍが高まって、飛散や白地かぶり画像といったトナー帯電量Ｑ／Ｍの低下に起因する画像不良が抑制される。
【０１０３】
そこで、実施例１では、画像形成時の画像比率に応じて現像装置内目標ＴＤ比値（Ｖｔａｒ）を変更させながら補給制御を行うことを最大の特徴としている。ビデオカウント＋パッチ検ＡＴＲ＋ＴＤ比検知補給を実施する際に、下限ＴＤ比（ＶＬｌｍｔ）を画像比率に応じて設定して、従来の下限ＴＤ比（ＶＬｌｍｔ）よりも低いＴＤ比を利用可能にしている。これにより、キャリアが劣化した場合でも、キャリアの付着に起因する画像不良の発生を抑制しつつ、トナー帯電量Ｑ／Ｍの低下に起因する画像不良を抑制できる。
【０１０４】
＜下限ＴＤ比の設定＞
図７はファラデー・ゲージの構成の説明図である。ここでは、ファラデー・ゲージを用いて、キャリアの劣化に伴う、画像比率差によるトナー帯電量の変化について検討した。
【０１０５】
最初に、画像比率１０％のＡ４チャートにて画像形成装置１００を用いて、ＴＤ比一定の条件で１０万枚の連続画像形成を行って、意図的にキャリアの帯電付与能力を低下させた現像剤（耐久現像剤）を準備した。そして、キャリアの帯電付与能力が低下した耐久現像剤とキャリアの帯電付与能力が低下していない新品の現像剤（初期現像剤）とで、画像比率を複数段階に異ならせて連続画像形成を行い、その際のトナー帯電量Ｑ／Ｍの変化を詳細に検討した。
【０１０６】
具体的には、現像剤の充填量を３００ｇとし、ＴＤ比８％、２３℃５０％の常温常湿環境で連続画像形成を行った。開始直後、初期現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍが−３０Ｃ／Ｋgに対して、耐久現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍが−２４Ｃ／Ｋｇであった。そして、現像装置４ａは、初期現像剤と耐久現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍ差（−３０−２４＝−６Ｃ／Ｋｇ）をＴＤ比で調整することで、耐久現像剤でも初期現像剤と同じ現像特性に制御させ、画像濃度を安定させることができる。
【０１０７】
ここで、トナー帯電量Ｑ／Ｍは、図７に示すように、ファラデー・ゲージ（Ｆａｒａｄａｙ−Ｃａｇｅ）を用いて測定した。ファラデー・ゲージは、軸径の異なる金属筒を同軸になるように配置した二重筒を備え、二重筒の内筒内にさらにトナーを取り入れるためのトナー捕集ろ紙（フィルター）９３を備えている。二重筒の内筒９２と外筒９１は絶縁部材９４によって絶縁されていて、内筒９２の中に電荷量ｑの帯電粒子を入れたとすると、静電誘導によりあたかも電気量ｑの金属円筒が存在するのと同様になる。二重筒に誘起された電荷量をＫＥＩＴＨＬＥＹ  ６１６ 
ＤＩＧＩＴＡＬ  ＥＬＥＣＴＲＯＭＥＴＥＲで測定し、測定された電荷量を内筒中のトナー重量で割ったものをトナー帯電量Ｑ／Ｍとした。
【０１０８】
次に、初期現像剤と耐久現像剤とを用いて画像比率を１０／３０／５０／１００％に振ってＴＤ比を一定に制御させて１００枚連続で耐久した前後のトナー帯電量Ｑ／Ｍと画像不良特性を確認した。画像不良特性は、白地かぶり画像とキャリアの付着による白抜け画像（以下白斑点）を確認した。トナー帯電量Ｑ／Ｍの測定と白地かぶり画像は、１００枚連続で耐久した後で確認した。
【０１０９】
次に、その後、耐久現像剤の低下したトナー帯電量Ｑ／Ｍを、下限ＴＤ比を設けずにパッチ検ＡＴＲ制御のみで制御させ、安定した時点で、再度、白地かぶり画像と白斑点を確認した。実験結果を表２に示す。
【０１１０】
【表２】
0005473481.tif 000003
【０１１１】
表２における評価は、厳しい紙種、例えばコート紙において白地かぶり画像２．５％以下、白斑点個数としてＡ３面内に発生無しを○とした。また、白地かぶり画像では２．６〜３．０％、白斑点ではＡ３面内に１〜３個の場合を△とした。それ以上はいずれも×として評価した。
【０１１２】
表２に示すように、画像比率に応じてトナー帯電量Ｑ／Ｍが低下していることが判明した。更に、初期現像剤に比べて、耐久現像剤におけるトナー帯電量Ｑ／Ｍの低下が大きいことが判明した。これは、画像比率の高い画像では、現像装置４ａに大量の補給用現像剤が補給されるため、十分な攪拌時間がないと、トナー帯電量Ｑ／Ｍが低下してしまうからである。そして、帯電付与能力が低下した耐久現像剤では、更に帯電特性が低下しているため、トナー帯電量Ｑ／Ｍの低下量が大きくなったと考えられる。
【０１１３】
そして、画像不良特性を確認したところ、予想通り、画像比率が高くなるにつれて、耐久現像剤のトナー帯電量Ｑ／Ｍの低下に基づき白地かぶり画像が増えることが確認され、ＴＤ比を調整することで白地かぶり画像が良化することが確認された。しかし、予想に反して、画像不良特性のうち白斑点画像については、画像比率が高くなるにつれて、白斑点画像が良化していく傾向があることが新たに判明した。
【０１１４】
＜画像比率が高くなると白斑点画像が良化する理由＞
画像比率が高くなるにつれて白斑点画像が良化した原因は、トナー帯電量Ｑ／Ｍの低下による現像性向上が、電荷注入されたキャリアの感光ドラム１ａへの付着より勝ったためと考えられる。つまり、トナーの現像性向上によってトナーによる現像工程がキャリア付着のスピードより勝る。このため、感光ドラム１ａの表面上に絶縁体であるトナーが先行して現像されて現像コントラストＶｃｏｎｔが小さくなることで、キャリアへの電化注入が低減されたためと考えられる。
【０１１５】
そこで、実施例１では、上記検討の結果を鑑み、画像比率が高いほど現像装置４ａ内の目標ＴＤ比の下限ＴＤ比（ＶＬｌｍｔ）を低下させて、通常の制御が適用される範囲を拡大している。
【０１１６】
具体的には、下限ＴＤ比の設定は、白地かぶり画像レベルと白斑点レベルを確認した結果、実施例１では、画像比率に応じて上記の表１に示したテーブルを用いて制御させている。即ち、画像比率（即ち、トナー消費量）に応じた下限値を、表１のテーブルで設定された複数の下限値から選択して、上述した制御の下限値として設定する。
【０１１７】
この結果、画像形成の累積に伴って画像比率１０％以上で連続耐久を行うと、白地かぶり画像の濃度がベタ画像の３．０％以上となっていた白地かぶり画像が、下限ＴＤ比を６．０％から４％に下げることで３．０％以下に収まることが確認された。もちろん、白斑点画像も未発生である。
【０１１８】
一方、画像比率１０％の画像形成では、表２に示すように、ＴＤ比を６．０％より低く設定すると白斑点が発生していたが、下限ＴＤ比を６．０％に設定することで、白地かぶり画像と白斑点発生レベルとを両立可能となる。
【０１１９】
画像形成中に画像比率が高画像比率から低画像比率に変化した場合、例えば１００％から１０％に変更になった場合、表１のテーブルに基づいて下限ＴＤ比を４．０％から６．０％に変更する。しかし、その場合は、画像形成１００枚ごとの間隔を置いて４．０→４．５→５．０→５．５→６．０と段階的に下限ＴＤ比を上昇させる。これにより、急激なトナー補給等も避けられるため、色味変動等の問題も発生しないで済む。更に、上記変更枚数間隔は、画像比率変化量に応じて変化させることが好ましい。これは、上述してきたように画像比率が低い場合には白斑点発生率が高まるため、速やかにＴＤ比を戻す必要があるためである。具体的には、本実施例では、次式に従った間隔枚数変更を行うことで非常に良好な結果が得られた。
変更枚数間隔  ＝  画像比率変化／０．００１
【０１２０】
＜実施例２＞
実施例１においても説明したが、画像比率によるトナー帯電量Ｑ／Ｍの変化量は、初期現像剤と耐久現像剤、つまりキャリアの劣化度合いにより違っていた。そこで、実施例２では、表３に示すように、画像比率に応じて変更する下限ＴＤ比の変更幅をキャリアの劣化度合いに応じて変更させる。
【０１２１】
具体的には、表３に示すように、画像形成の累積量の一例である画像形成枚数の刻み毎に、下限ＴＤ比を変更させる変換テーブルをＲＯＭ１８に備えている。
【０１２２】
【表３】
0005473481.tif 000004
【０１２３】
表３の変換テーブルを用いて、画像形成の累積量と画像比率に応じた下限ＴＤ比を変更させて制御させている。画像形成の累積量の増加に伴って白斑点が発生しにくくなることを利用して、画像形成の累積量が増えるほど、下限ＴＤ比を低く設定して、より低いＴＤ比の範囲までトナー帯電量Ｑ／Ｍの制御を継続する。その結果、画像形成の累積を通して、白地かぶり画像や白斑点の発生を抑制することができた。
【０１２４】
表３は、画像形成部Ｐａの現像装置４ａの制御に下限値設定手段として用いられる変換テーブルであるが、実際には、画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ毎、すなわち現像色ごとに最適化して、４つの変換テーブルが準備されている。
【０１２５】
また、制御変更タイミング以外（つまり例えば初期〜２０Ｋ間）においては、下限ＴＤ比テーブル値を線形補間して下限ＴＤ比を設定している。例えば、画像比率３０％：１０Ｋでは、補間演算によって５．９％が設定される。これにより、急激なＴＤ比の変化がなくなるため好ましい。
【０１２６】
また、キャリアの劣化度合いを実施例２では画像形成の累積枚数で表現したが、現像スリーブ４１の総回転時間で制御させても良い。
【０１２７】
以上説明したように、実施例２の制御によると、ビデオカウント＋パッチ＋ＴＤ比検知を用いたトリプル補給制御を実施する画像形成装置１００において、画像比率と画像形成の累積枚数とに応じて下限ＴＤ比を変更する。これにより、キャリアが劣化した場合でも、白地かぶり画像やキャリア付着といった不良画像の発生を抑制できる。
【符号の説明】
【０１２８】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  感光ドラム（感光体）
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  帯電ローラ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  露光装置
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  現像装置
７ａ  画像濃度センサ
１０  トナー濃度センサ
４１  現像スリーブ
４２  マグネット
４４ａ、４４ｂ  搬送攪拌スクリュー
４６  トナーボトル（供給装置）
【図１】
0005473481.tif 000005
【図２】
0005473481.tif 000006
【図３】
0005473481.tif 000007
【図４】
0005473481.tif 000008
【図５】
0005473481.tif 000009
【図６】
0005473481.tif 000010
【図７】
0005473481.tif 000011