(57)【要約】【課題】経時や異なる印刷条件においてもトナー濃度を高い応答性で良好に補正し、トナー濃度を狙いの値に保つ。【解決手段】像担持体上に形成した静電潜像に現像装置より色材を付与して可視化し、該可視化した画像を記録媒体に転写・定着して出力する画像形成装置において、画像の画素をカウントする手段と、画素あたりの色材補給量と画素数を積算する手段と、前記現像装置内の現像剤の透磁率を検出する透磁率検出手段と、該透磁率検出手段で検出した現像剤の透磁率に基づいて色材濃度を推定する手段とを有し、前記現像装置の走行距離又は走行時間に応じて前記透磁率と前記色材濃度の変換式を補正するとともに、目標色材濃度と現在の色材濃度の差分を前記画素あたりの色材補給量にフィードバックして制御する。【選択図】図４
2014215333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成した静電潜像に現像装置より色材を付与して可視化し、該可視化した画像を記録媒体に転写・定着して出力する画像形成装置において、
画像の画素をカウントする手段と、画素あたりの色材補給量と画素数を積算する手段と、前記現像装置内の現像剤の透磁率を検出する透磁率検出手段と、該透磁率検出手段で検出した現像剤の透磁率に基づいて色材濃度を推定する手段とを有し、
前記現像装置の走行距離又は走行時間に応じて前記透磁率と前記色材濃度の変換式を補正するとともに、目標色材濃度と現在の色材濃度の差分を前記画素あたりの色材補給量にフィードバックして制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記画素が多階調で構成され、階調ごとに色材補給量の重み付けがなされた各画素の色材補給量が算出され、該算出された各画素の色材補給量を画素数で積算することで所定区間内における色材補給量を算出し、前記画素あたりの色材補給量が、各画素の階調ごとの補給量を変更するものであることを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記現像装置の前回駆動時からの経過時間を検出する手段を有し、下記（１）、（２）の少なくとも一方を実施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。
（１）前記経過時間が一定値を超えた場合、現像駆動再開から一定期間は、前記画素補給量の変更をしない。
（２）前記経過時間に応じて、現像駆動再開時の透磁率からの色材濃度の推定を補正する。
【請求項４】
前記色材補給量の補正を行う場合、前記目標色材濃度と現在の色材濃度の差分は移動平均を取った値を持って比較することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
２種類以上の印刷速度での印刷動作が可能に設けられ、各印刷速度間の色材濃度と透磁率の特性差を補正するか、各印刷速度に個別の透磁率と色材濃度の関係式を用いることで色材濃度を推定し、前記色材補給量の補正を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記色材補給量の設定を印刷モードごとに個別に設定可能なことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
複数の色材を使用可能又は複数の作像ユニットを備え、
前記色材補給量、前記透磁率に基づく色材濃度の推定、前記現像装置の走行距離又は走行時間に対する前記透磁率からの前記色材濃度の推定、の少なくとも１つを色材種類または各作像ユニットごとに設定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
環境条件を検出する環境条件検出手段を有し、
前記色材補給量または前記透磁率からの色材濃度推定の少なくとも一方が、前記環境条件検出手段で検出した環境条件に応じて設定されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記現像装置が交換可能、または、前記現像装置内の現像剤を交換可能に設けられており、
前記現像装置又は前記現像装置内の現像剤を交換した場合、現像装置の走行距離または走行時間に応じた前記透磁率からの色材濃度の推定、または前記色材補給量の少なくとも１つが、交換した現像装置あるいは現像剤に応じてキャリブレーションされることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記現像装置が記憶手段を搭載しており、現像装置の走行距離または走行時間に応じた前記透磁率からの色材濃度の推定、または前記色材補給量の少なくとも１つの情報を前記記憶手段に格納するとともに、
前記現像装置が搭載する前記記憶手段に格納された情報を読み出して前記色材補給量の補正および前記色材の補給処理を実施することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に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、電子写真方式を利用した複写機、プリンター、ファクシミリなどの画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、いわゆる電子写真方式による複写機、プリンタ、複合機などの画像形成装置がオフィスを中心に幅広く利用されている。電子写真方式の画像形成装置は、帯電装置によって感光体（像担持体）を一様に帯電させ、画像データに基づいて露光装置により露光して感光体に静電潜像を形成し、該静電潜像を色材としてのトナーによって現像して可視像化する。そして、そのトナー像を中間転写体を介してあるいは直接に、転写紙などの記録媒体上に転写し、加熱などで記録媒体上に定着させる。
【０００３】
現像に関しては、１成分現像と２成分現像の大きく２つの方式が知られる。１成分現像はトナーを帯電させるキャリアを必要とせず、ローラやブラシ等の摩擦によってトナーを帯電させる方式で、ユニットの耐久性に劣るものの低コストで実装できるメリットがある。２成分現像は、トナーとキャリアを現像装置内で混ぜ合わせることでトナーを帯電させる方式である。こちらは１成分現像と比較すると高コストであるが、高耐久で高画質というメリットがある。
【０００４】
ところで２成分現像においてはトナー濃度の安定制御という課題がある。
２成分現像はトナーとキャリアを混ぜ合わせて現像を行うため、現像装置内のトナー濃度が適切でないと濃度変動やトナー飛散、地汚れなど種々の不具合を招く原因となる。
【０００５】
従来よりトナー濃度を適切に保つために、中間転写ベルト上に画像パッチを作像し、画像濃度を読み取ることでトナー補給量の補正を施す技術がある。
また、別の例として、現像装置内にセンサを配置し、センサによって現像剤（トナーとキャリアを混ぜたもの）の透磁率（Ｖｔ）を検出することで、現像剤のトナー濃度（Ｔｃ）を推定することが行われている。これにより、狙いのトナー濃度に相当する透磁率を目標透磁率Ｖｔｒｅｆとし、ＶｔがＶｔｒｅｆに近づくようにトナー補給を行っている（例えば特許文献１）。すなわち、図８に示すように、推定した（算出した）トナー濃度（Ｔｃ）が目標値Ｔｃｒｅｆを下回った場合はトナー補給量を上げ、上回った場合はトナー補給量を下げるように制御するものである。なお、トナー補給量ではなく、トナー吐出し量を制御しても良い。
【０００６】
センサによって検出されるＶｔを目標値Ｖｔｒｅｆに近づける手法としては、画像のドット数をカウントして消費トナーを推定し、消費トナー分を補給することが行われている（例えば特許文献２など）。
【０００７】
また、２成分現像ではキャリアの劣化という別の課題がある。これは現像装置内で現像剤を攪拌する過程で、キャリア表面が剥がれたり、表面にトナーの添加剤が付着するなどして帯電能力が低下してしまう現象である。現像剤は現像装置内でスクリュー等によってトナーと攪拌循環されているため、印刷枚数が増え、攪拌時間が延びると次第に劣化していく。
【０００８】
キャリアの劣化により健在化する問題としてトナー飛散の課題がある。これはトナー帯電量が低下することで、トナーが飛散しやすくなり、画像形成装置内部や外部を汚したり、画像中にトナーが落ちて不良画像を招いたりする。また、帯電不良を起こしたトナーが潜像に付与された場合は画像中に地汚れとなって表れることがある。
【０００９】
キャリアが劣化した状況においては、現像剤の流動性や透磁率検知部でのかさ密度が変わり、現像装置内で測定した透磁率とトナー濃度の対応関係が崩れトナー濃度を正確に推定することができなくなることがある。また、上述した画素カウントによってトナー補給を行っていてもトナー飛散や地汚れに消費されるトナーが増えて、補給と消費のバランスが崩れてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、２成分現像を用いる従来の画像形成装置における上述の問題を解決し、経時や異なる印刷条件においてもトナー濃度を高い応答性で良好に補正し、トナー濃度を狙いの値に保つ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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の課題を解決するため、本発明は、像担持体上に形成した静電潜像に現像装置より色材を付与して可視化し、該可視化した画像を記録媒体に転写・定着して出力する画像形成装置において、画像の画素をカウントする手段と、画素あたりの色材補給量と画素数を積算する手段と、前記現像装置内の現像剤の透磁率を検出する透磁率検出手段と、該透磁率検出手段で検出した現像剤の透磁率に基づいて色材濃度を推定する手段とを有し、前記現像装置の走行距離又は走行時間に応じて前記透磁率と前記色材濃度の変換式を補正するとともに、目標色材濃度と現在の色材濃度の差分を前記画素あたりの色材補給量にフィードバックして制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の画像形成装置によれば、キャリアの劣化によるトナー濃度の検知誤差を低減しつつ、トナーの帯電量や画像面積に依存じて変動するトナー消費量に合わせたトナー補給を行うことができるため、経時や異なる印刷条件においてもトナー濃度を高い応答性で良好に補正し、トナー濃度を狙いの値に保つことことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一例を示す断面構成図である。
【図２】現像の走行距離とトナー帯電量の変化を示すグラフである。
【図３】現像走行距離による透磁率とトナー濃度の特性変化の一例を示す図である。
【図４】画像データの大まかな処理の流れの例を示すフローチャートである。
【図５】デジタルデータと印刷されるトナー画像との違いを示す模式図である。
【図６】トナー画素周辺で濃度が上げる現象を説明するための模式図である。
【図７】画素数と画像濃度の関係を示すグラフである。
【図８】従来のトナー補給量の制御を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態として、電子写真方式の画像形成装置としては一般的である、色材として黒（Ｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）の４色のトナーを用いる２成分現像方式の画像形成装置を例に説明する。なお、色数や色順については図示の形態に限定されるものではない。また、中間転写方式に限らず、直接転写方式の装置にも本発明は適用可能である。
【００１５】
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例であるカラープリンタの概略構成を示す断面図である。この図に示すカラープリンタ１００は、タンデム方式を採用してフルカラー画像を形成可能なカラープリンタであり、装置本体のほぼ中央部に４個の作像ユニット１０（Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙ）を配設している。各作像ユニット１０（Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙ）は、中間転写ベルト１１の上部走行辺に沿って並設されている。支持ローラ１２，１３に巻き掛けられた中間転写ベルト１１は図中反時計回りに走行駆動される。右側の支持ローラ１２とイエロー作像ユニット１０Ｙの間に位置して、中間転写ベルト１１をクリーニングするクリーニングユニット１４が配置されている。
【００１６】
各作像ユニット１０は扱うトナーの色が異なるのみで構成は同一であり、像担持体としての感光体ドラム１を具備している。この感光体ドラム１の周りには、帯電手段２、現像装置３、クリーニング手段４等が配置され、さらに各感光体ドラム１に対向するように中間転写ベルト１１の内側に一次転写手段としての転写ローラ５が設けられている。なお、図の煩雑を避けるため、作像ユニット１０を構成する各機器の符号は、黒の作像ユニット１０Ｋにのみ示しており、他の色の作像ユニットでは符号を省略している。
【００１７】
現像装置３内にはトナーとキャリアからなる２成分現像剤が入っている。図示はしないが現像装置３の上部にはサブホッパ、その上部にはトナーボトルがあり、ボトルが回転することでトナーがトナーボトルと現像装置の中間にあるホッパ内に補給され、条件に応じてホッパから現像装置内にトナーが補給される。補給されたトナーは現像装置内のスクリュー軸にてキャリアと攪拌帯電させられながら現像スリーブに供給され、磁気穂を形成する。現像スリーブに対面する位置には、感光体ドラム１が配置されている。
【００１８】
４つの作像ユニット１０の上方には光書き込み装置２０が設けられている。光書き込み装置２０はポリゴンミラーやミラー群等を有しており、光変調されたレーザ光を各色作像ユニットの感光体ドラム１の表面に照射する。なお、各作像ユニットごとに書き込み手段を備える構成も可能である。
【００１９】
装置の下部には給紙部３０が設けられており、用紙Ｐを積載する給紙トレイ３１が配設されている。給紙トレイ３１には用紙を送り出す給紙ローラ３２が付設され、また、図示しない分離パッドが配置されている。給紙ローラ３２により給紙された用紙は、搬送ローラ３３を介してレジストローラ３４へと搬送される。レジストローラ３４の上方には、二次転写手段としての転写ローラ３５が、支持ローラ１２に対向して設けられ、二次転写部を形成している。
【００２０】
二次転写部の上側には定着装置４０が設けられている。本例の定着装置４０は定着ローラ及び加圧ローラを有する構成であり、二次転写部にて未定着トナー像が転写された用紙を加熱・加圧することにより定着する。定着装置４０の上方には排紙ローラ４１が設けられ、装置上面に形成された排紙トレイ４２上に定着後の用紙を排出する。
【００２１】
上記のように構成されたカラープリンタ１００における画像形成動作について簡単に説明する。
上記作像ユニット１０の感光体ドラム１が図示しない駆動手段によって図中時計方向に回転駆動され、その感光体ドラム１の表面が帯電手段２によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された感光体表面には、光書き込み装置２０からのレーザ光が照射され、これによって感光体ドラム１表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体ドラム１に露光される画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及び黒の色情報に分解した単色の画像情報である。このように形成された静電潜像に現像装置３から各色トナーが付与され、トナー像として可視化される。
【００２２】
また、中間転写ベルト１１が図中反時計回りに走行駆動され、各作像ユニット１０において一次転写ローラ５の作用により感光体ドラム１から中間転写ベルト１１に各色トナー像が順次重ね転写される。このようにして中間転写ベルト１１はその表面にフルカラーのトナー像を担持する。
【００２３】
なお、作像ユニット１０のいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２色又は３色の画像を形成したりすることもできる。モノクロプリントの場合は、４個の作像ユニットのうち、図の一番左側の黒ユニット１０Ｋを用いて画像形成を行う。
【００２４】
そして、トナー像を転写した後の感光体ドラム表面に付着する残留トナーは、クリーニング手段４によって感光体ドラム表面から除去され、次いでその表面が除電器の作用を受けて表面電位が初期化されて次の画像形成に備える。
【００２５】
一方、給紙トレイ３１から用紙が給送され、レジストローラ対３４によって、中間転写ベルト１１上に担持されたトナー像とのタイミングを取って二次転写位置に向けて送出される。二次転写ローラ３５に印加される転写バイアスの作用によって中間転写ベルト表面のトナー像が用紙上に一括して転写される。トナー像を転写された用紙は、定着装置４０を通過するとき、熱と圧力によってトナー像が用紙に熔融定着される。定着された用紙は、排紙ローラ４１により装置本体の上面に構成された排紙トレイ４２に排出される。
【００２６】
画像形成にあたり、感光体ドラム１は帯電ローラ２によって所望の電位Ｖｄに帯電される。本実施形態では感光体上の作像したい画素位置に露光を行う。露光された部分は帯電電位が露光後電位Ｖｌに落ち、この部分に現像スリーブからトナーが付着し、感光体表面に潜像が形成される。この潜像に対し、現像スリーブの電位をＶｂとした場合、｜Ｖｂ−Ｖｌ｜（現像ポテンシャルという）を埋めるだけの帯電量のトナーが供給される。
【００２７】
現像装置内のトナー濃度が変動する場合、同じ現像ポテンシャルでも現像できる濃度は変わってしまう。このため本実施形態では、所定印刷枚数ごとに、中間転写ベルト１１上に所定の基準画像（画像パッチ）を形成してセンサで濃度を読み取り、狙いの濃度が得られるように現像バイアスＶｂ（およびＶｄ、Ｖ１）を調整することが行われる。
【００２８】
本実施形態では、タンデム作像部の最下流（中間転写ベルト１１の搬送方向）に位置している黒作像ユニット１０Ｋの下流側に位置して、濃度センサとしてのトナー付着量検知センサ１５を配設している。トナー付着量検知センサとしては適宜な構成のものを使用可能であるが、本実施形態では光学センサ（フォトセンサ）を用いている。
【００２９】
しかし、補正実施の間隔よりも早い周期でトナー濃度が変動した場合は、補正が追いつかない場合もある。補正の間隔を縮めればこれを軽減することは可能であるが、画像パッチを形成する必要があるため、調整時間の確保が必要になり、調整パッチ形成のためトナーの消費量も増加する問題がある。また、トナー濃度が大きく変動した場合、現像バイアスの制御範囲では調整しきれない場合や、トナー飛散（主に高濃度の場合）などの濃度以外の不具合が発生することもある。
【００３０】
このため、現像装置３の容器内に、透磁率検出用のセンサ（図示せず）を設置し、これにより現像剤（トナーとキャリアを混ぜたもの）の透磁率Ｖｔを検出することでトナー濃度Ｔｃを推定することが行われる。そして、狙いのトナー濃度を得られる透磁率Ｖｔｒｅｆと現在の透磁率Ｖｔを比較して、差を埋めるようにトナー補給制御をする。
【００３１】
これは単純に足りなければ補給し、足りていれば補給しないという制御でもよいが、印刷する画像によって消費トナー量は異なるため、トナー濃度の追従性を向上されるために画像データからトナー消費量を推定（算出）することが行われている。
【００３２】
この画像データに基づくトナー消費量の推定は、画像中の画素をカウントして、潜像形成する画素が多い場合はトナーの補給量を多くし、潜像形成する画素が少ない場合はトナーの補給量を少なくしている。具体的には画素あたりのトナー補給量を決めておき、これに画素の総数をかけることで消費トナーを推定し、これに合わせてトナーの補給を行うものである。
【００３３】
ところで、現像装置内のキャリアは印刷枚数が増えるにつれ劣化することが知られている。これはキャリアとトナーを現像装置内で攪拌するため、キャリアの表面層が剥がれたり、トナーの添加剤がキャリア表面に付着するなどしてキャリアの帯電能力が低下するものである。キャリアの劣化が進むとトナーの帯電能力は低下し、画像濃度が変動したり、トナー飛散や地汚れなどの不具合を招くことがある。
【００３４】
従来の装置において、トナー飛散や地汚れを招く場合においては、現像装置から画像形成に寄与しないトナーが出力されてしまうため、画素カウントから求めたトナー補給量を補給してもトナー濃度が追従しない場合がある。また、キャリアの劣化によって現像剤の流動性が変わり、透磁率を検出する近辺での現像剤のかさ密度が変わることでＶｔとＴｃの対応関係が変わってしまう場合がある。
【００３５】
そこで本発明においては、現像の走行距離（例えば画像形成枚数など）あるいは現像の走行時間（例えば現像装置駆動時間）に基づいてＶｔとＴｃの変化率を補正するとともに、ＶｔとＶｔｒｅｆの比較（あるいはそれに対応するＴｃ、Ｔｃｒｅｆ）からトナー消費量を補正し、現像装置内のトナー濃度を応答性よく適切に保つようにしている。すなわち、現像走行距離または現像走行時間に応じて、透磁率と色材濃度（トナー濃度）の変換式を補正するとともに、目標色材濃度と現在の色材濃度の差分を後述する画素あたりの色材補給量にフィードバックするものである。
【００３６】
トナー濃度を適切に保つには、現像装置内のトナー濃度を適切に検知する必要がある。キャリアの劣化が進んだ場合、トナーの帯電量は低下してしまう。図２に、現像の走行距離とトナー帯電量の変化を示す。
【００３７】
キャリア劣化が進んでしまうと透磁率Ｖｔとトナー濃度Ｔｃの特性も変化してしまうためこれを補正する。キャリアの劣化は基本的に現像装置の走行距離に依存して劣化が進むため、現像の走行距離（現像装置駆動時間など、時間で管理してもよい）とＶｔ−Ｔｃの関係を実験的に調査し、この補正式を数式あるいは参照テーブル等で用意しておき、適宜補正すればよい。図３に、現像の走行距離による透磁率Ｖｔとトナー濃度Ｔｃの特性変化の一例を示す。３本の右肩下がりの直線における「Ｋ」は“１０００枚”を示す。なお、図３の場合は特性が平行移動する場合である。特性は現像剤や現像装置の構造、センサの特性に依存するため、変化特性はこの限りではない。
【００３８】
また、透磁率Ｖｔとトナー濃度Ｔｃの関係が補正されても、トナー消費に対して補給が適切に行われなければやはりトナー濃度は変動してしまう。
特に、キャリアの劣化によってトナーの帯電量が低下した場合、トナー飛散や地汚れが発生し、トナーの消費量が増えてしまう場合がある。これについて本実施形態では、画像データからトナー消費量を推定することでそれに見合ったトナー補給を行う。
【００３９】
これについてまずは画像データの大まかな処理の流れの例を図４のフローチャートを参照しながら説明する。なお、実施形態において、画像データの処理や、後述するトナー消費量推定、トナー補給量の補正、トナー補給動作の制御などは、画像形成装置の図示しない制御部によって行なわれる（制御される）。
【００４０】
一般に画像データはＲＧＢの８ｂｉｔデータで入力される。
入力されたＲＧＢ各色８ｂｉｔ（各色２５６階調）のデータは、まずカラーマネジメント処理が行われ画像形成装置が扱える色版であるＣＭＹＫの８ｂｉｔデータに変換され、ここで色合わせ処理などが行われる（その後にγ補正によって階調性の調整が行われる場合もある）。
【００４１】
そして、ＣＭＹＫ各色８ｂｉｔのデータをハーフトーン処理によって実際に画像形成装置が潜像形成できる各画素のドットデータ（１ｂｉｔの場合ドットを形成するか否か）のデータに置き換え、この露光データに応じて、各色の感光体へ潜像形成を行い（ドットのオンする部分に書込み装置からの走査光が照射され、潜像が形成されることになる）、色材であるトナーを付与することで画像が印刷される。
【００４２】
ドットカウントの方法としては、まずハーフトーン処理がなされたあとのデータに対して行う方法がある。この場合は、１ｂｉｔの出力であればＯＮ／ＯＦＦのデータに変換がなされているため、ＯＮのデータの総数をカウントし、画素あたりのトナー補給量を掛け合わせれば画像で消費されるトナーが推定できる。なお、カウントする単位は所定印刷枚数でもよいし、ジョブ、ページ、ページ以下の単位でもよい。
【００４３】
また、別の方法として、多値データに対して処理を行う方法が可能である。この場合は階調を持ったデータ、例えばハーフトーン処理前であるＣＭＹＫ各色８ｂｉｔのデータに対してトナー補給量の重み付けを行う。
【００４４】
これは、画像濃度と現像する画素数が必ずしもリニアな関係にないこと。そしてエッジ効果として知られる電界の回り込み現象が生じることにより、画素の埋まり方によって、現像されるトナー量に差が生じるためである。
【００４５】
前者は、潜像画像のドットゲインや光学的なドットゲインにより、反射濃度と画素数との間の特性によるものである。
これは、図５に示すように、デジタルの画素（デジタルデータ）と印刷されるトナー画像との違いによるものである。デジタル画像は正方形の画素をしているが、実際に印刷されるトナー画像は正方形にはならないため、デジタルの画素よりも紙面被服率が高くなる。また、紙面上に定着されたトナーの周りには光学的ドットゲインと呼ばれる光量落ちが発生する。これはトナー画素周辺に入反射した光の一部がトナー画素に吸収され、実際にトナーが載っている部分の周辺でも反射光量が落ち、濃度が上がる現象である（図６参照）。
【００４６】
これらの理由により図７に示すように、画素数と濃度（明度もほぼ同様）は必ずしもリニアな関係にはならず、紙面に隙間の多い低階調では、画素数に対し効率よく紙面を埋められるため、リニアに濃度（あるいは明度）を変化させられるが、紙面が埋まってくると画素同士の重なりが発生するたあめ画素数に対する濃度（あるいは明度）の変化が鈍ってくる。
【００４７】
このため濃度（あるいは明度）特性を設計する場合には、あらかじめハーフトーン処理やγ補正によって入出力の階調特性、つまりは画素の増減特性を調整している。このため例えば濃度リニアな特性に階調設計した場合、一般的に階調値と発生する画素数はリニアな関係にならない。
【００４８】
また、後者は、そもそもの現像トナー量が変動するものである。これは潜像画素の周りに空白が多い場合、潜像部の電界が空白部分に周り込んでしまい、潜像画素のエッジ部でトナーがうまく現像されない現象である。このため同じ総画素数でもベタを印刷した場合とハーフトーンのように空白が周囲にある画像を印刷する場合では消費されるトナー量に差が生じる場合がある。
【００４９】
以上より、階調値によって発生するドット数および消費トナー量は異なるため、階調ごとに消費されるトナー量を実験的に求めて、計算式または参照テーブル等を用いて、階調ごとのトナー消費量を掛け合わせることが好ましい。こうすることでより精度良くトナー消費量を推定することができる。
【００５０】
次にトナー補給量の補正について説明する。
これはＶｔｒｅｆとＶｔの差の推移を見ることで判断を行う。
例えば基本とする画素あたりの補給量をａとし、これによって変動する透磁率をＶａとする。狙いのＶｔとの差がΔＶｔ（＝Ｖｔｒｅｆ−Ｖｔ）だとすると、これを埋めるためには画素あたりの補給量を（ΔＶｔ／Ｖａ）×ａに変更する必要がある。
【００５１】
なお、トナー消費量の推定は、所定印刷枚数あたりで規定してもよいし、ジョブあたり、ページあたり、またはそれより細かい領域に区切って規定してもよい。細かいほど補正周期が早いため細かな濃度変化に追従しやすくなる。
【００５２】
また、後述するが、ＶｔとＴｃの関係は、条件によって変動してしまうため、トナー濃度の管理は、ＶｔからＴｃに置き換えて管理することが好ましい。
例えば条件１と条件２でＶｔ−Ｔｃの特性が異なる場合、Ｖｔｒｅｆをいちいち補正する必要がある。Ｔｃで管理していれば目標値は変更しなくて済む。
【００５３】
本稿の説明では、説明の都合上、ＶｔとＶｔｒｅｆの比較を行っている表記をしている部分もあるが、そのままＶｔで比較をしてもよいし、Ｖｔから推定したＴｃで比較をしてもよい。
【００５４】
ΔＶｔ（またはΔＴｃ）の判定については、Ｖｔ（またはＴｃ）の推移を見て判定するが、これは移動平均値を見て補正を行う（目標色材濃度と色材濃度の差分は移動平均を取った値を持って比較する）ことが好ましい。透磁率はセンサ周辺の現像剤のかさ密度によって誤差が生じやすい。また、実際にトナーが補給されてから攪拌搬送されセンサ検知されるまではタイムラグがあるため、すでにトナー補給はされているが検知部位での検出結果に反映されてない場合もあるからである。
【００５５】
なお、従来、画素あたりの補給量を固定とし、ΔＶｔに応じて変動する別の補正補給量（ＰＩＤ）を画素あたりの補給量に加算して補正を行う方法がある。しかしこの場合、画素あたりの補給量データは固定であるため、印刷する画像面積が変わってもすぐには補給量が補正されず、ΔＶｔが広がって初めて補給量の追従が始まる。これに対し、本発明は常に画素あたりの補正量を補正するため、特に画像面積の変動が大きい場合のトナー濃度変動の追従性に優れるというメリットがある。
【００５６】
ＶｔとＴｃの関係は帯電能力の変化とともに変動することは上述したが、これは画像形成装置の立ち上げ時にも生じることがある。印刷終了にて現像装置内の攪拌が停止すると、時間経過により現像装置内のトナー帯電量は低下していく。このためある程度時関経過してから画像形成装置を再稼動させた場合には、トナーの帯電能力が下がっており、実際のトナー濃度よりもＴｃが低いと検知され過剰にトナー補給をしてしまう場合がある。そこで、下記（１）、（２）の少なくとも一方を実施することで、これを低減することができる。
【００５７】
（１）所定時間以上現像が停止していた場合には、再開から一定期間は画素あたりのトナー補給量の変更をせず、現像が停止する前のＴｃと画素あたりのトナー濃度を元にトナー補給を行う。
【００５８】
（２）現像停止からの経過時間に応じて再開時のＶｔからのＴｃの予測式を補正し、補正式を使って画素あたりのトナー補給量を更新しながら補給動作を行う。
次に、２種類以上の速度の印刷モードを持つ場合への対応について説明する。
【００５９】
画像形成装置は、２種類以上の速度の印刷モードを持つことがある。例えば、標準モードとそれよりも高解像度な低速モードを持つといった具合である。この速度差は主には書き込み装置の露光速度に起因する場合と記録用紙種類など定着時間を変える必要があるものに分けられるが、前者である場合、露光画素密度が高い分、感光体への露光の走査速度を落としたり、走査回数を増やすなどする必要がある。このため、現像の回転速度もこれに合わせて変える必要がある。
【００６０】
この場合、現像器内での現像剤の攪拌速度が異なるため、キャリアとトナーの摩擦条件が変わって帯電量が変わることや、センサ位置での現像剤のかさ密度が変わることで同じトナー濃度でも検知出力に差が生じてしまうためである。
【００６１】
このため線速間でＶｔとＴｃの関係を補正することがある。
そこで、線速に合わせてＶｔ−Ｔｃ特性を切り替えて、Ｔｃおよびトナー補給量の調整を行うと好適である。最終的に管理したいのはトナー濃度であるため、Ｖｔから推定したＴｃで目標値の管理をした方が線速が切り替わっても目標値を変えなくてよいため好ましい。
【００６２】
本実施形態のプリンタは、標準モード（標準速モード）とそれよりも高解像度な低速モードを有しており、上記のように線速（印刷速度）に合わせてＶｔ−Ｔｃ特性を切り替えて、Ｔｃおよびトナー補給量の調整を行う。すなわち、２種類以上の印刷速度を持つ画像形成装置において、線速間の色材濃度と透磁率の特性差を補正するか、線速個別の透磁率と色材濃度の関係式を用いることで色材濃度を推定し、前記色材補給量の補正を行うものである。
【００６３】
また、画素あたりのトナー補給量の設定も線速ごとに持つことが好ましい。これは、印刷モード間で解像度等の作像条件が異なるため、現像されるトナー量や地汚れ、飛散トナー量が異なるためである（そもそも解像度が異なれば１画素あたりの面積も異なるため、当然、画素あたりのトナー消費量も異なる）。そこで、本実施形態では、色材補給量（トナー補給量）設定を印刷モードごとに個別設定可能としている。
【００６４】
次に、複数色のトナー（色材）を用いる構成、あるいは複数の作像ユニット（作像ステーションなどと呼ばれることもある）を備える構成においては、画像あたりのトナー補給量、ＶｔとＴｃの特性を色材ごと、あるいは作像ユニットごとに設定すると好適である。これは色によって異なる種類のトナーを用いることがあったり、同種のトナーでも色によって帯電や流動特性が異なる場合があるためである。
【００６５】
また、作像ユニット側においてもＶｔを測定するセンサの検知ばらつきなどが生じるため、これらは個別にトナー補給量やＶｔ−Ｔｃの特性条件を設定することが好ましい。
本実施形態では、色材補給量、透磁率からの色材濃度の推定、現像走行距離（または時間）に対する透磁率からの色材濃度の推定、の少なくとも１つを色材種類または作像ユニットごとに設定する。
【００６６】
次に、環境に応じた条件設定の補正について説明する。なお、環境とは温度や湿度などの装置の使用される周囲環境を意味する。装置周囲環境の温湿度が変わる場合、現像剤の状態も変動し、帯電量なども変わる（例えば、低温／低湿では帯電しやすく、高温／高湿では帯電しにくくなる）。
【００６７】
また、現像剤は粉体であるため低温／低湿では分散しやすく、高温／高湿では凝集しやすいという特徴がある。このため、透磁率ＶｔとＴｃの特性が変わったり、トナーの飛散や地汚れなどのトナーの消費特性も変わる。
【００６８】
よって、温湿度環境に応じてトナー補給量、Ｖｔ−Ｔｃの条件設定を補正することが好ましい。
本実施形態では、色材補給量、透磁率からの色材濃度推定、の少なくとも一方を周囲環境ごとに設定可能に設けている。
【００６９】
具体的には、画像形成装置に温湿度を検知するセンサ（図示せず）が取り付けられており、この温湿度センサの読み取り値に応じて所望のパラメータを反映すればよい。例えば、所定段階に設定した環境ごとのＶｔ−Ｔｃ特性をパラメータとして用意しておき、センサ出力値に応じて反映する。
【００７０】
ところで、画像形成装置には、現像装置を含む作像ユニットを交換可能なものがある。また、現像剤を供給／吐き出す手段を有し、現像剤をフレッシュに保つ機構を有する画像形成装置も存在する。このような構成を備える装置においては、現像装置あるいは現像剤を交換する場合に、現像走行距離（あるいは時間）に応じた透磁率Ｖｔとトナー濃度Ｔｃの特性、画素あたりのトナー補給量特性を交換した現像条件においてキャリブレーション（較正）して使用するものである。
【００７１】
例えば、現像ユニットが新品に交換になる場合は、通常、キャリアの劣化はなく、初期現像剤が所定のトナー濃度で封入されている。このため画像形成装置本体に現像ユニットを設置し、現像装置を動作させることで、Ｖｔ−Ｔｃ特性のセットと画素あたりの補給量もリセットする（初期トナー濃度が分かっているため、Ｖｔ−Ｔｃの基準点をあわせる。画素あたりの補給量もキャリア劣化のない初期条件に戻す）。
【００７２】
これらの情報は現像ユニットにメモリを搭載しておけば、ユニットの状態を記録し、ユニットに最適な条件を反映させることができる。例えば使用中の現像ユニットを別の画像形成装置に取り付けた場合も、この現像ユニットのＶｔ−Ｔｃ特性や画素あたりのトナー補給量等が記録されていれば、交換先の画像形成装置で情報を読み出し、設定の反映および更新を行うことができる。
【００７３】
本実施形態のプリンタでは、現像装置３を含む作像ユニット１０をプロセスカートリッジとして交換可能に設けている。また、現像装置３においては、現像剤を供給／吐き出す手段を有しており、現像剤をフレッシュに保つ機構を備えている。そして、現像装置３あるいは現像剤を交換した場合、現像走行距離（または時間）に応じた透磁率からの色材濃度の推定、または色材補給量の少なくとも１つが、交換した現像装置あるいは現像剤に応じてキャリブレーションされるようにしている。
【００７４】
また、現像装置３にメモリを搭載し、現像走行距離（または時間）に応じた透磁率からの色材濃度の推定、色材補給量の少なくとも１つの情報をメモリに格納する。すなわち、Ｖｔ−Ｔｃ特性や画素あたりのトナー補給量等をメモリに記録しておく。
【００７５】
以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、キャリアの劣化によるトナー濃度の検知誤差を低減しつつ、トナーの帯電量や画像面積に依存じて変動するトナー消費量に合わせたトナー補給を行うことができるため、経時や異なる印刷条件においてもトナー濃度を高い応答性で良好に補正し、トナー濃度を狙いの値に保つことことが可能になる。
【００７６】
また、画像の画素が多階調で構成され、階調ごとに色材補給量の重み付けがなされた各画素の色材補給量が算出され、それを画素数で積算することで所定区間内における色材補給量を算出し、前記画素あたりの色材補給量が、各画素の階調ごとの補給量を変更するものであることにより、画像の潜像特性に合わせたトナー補給量の設定が可能になる。
【００７７】
また、前回の現像駆動時からの経過時間を検出する手段を有し、（１）所定時間以上現像が停止していた場合には、再開から一定期間は画素あたりのトナー補給量の変更をせず、現像が停止する前のＴｃと画素あたりのトナー濃度を元にトナー補給を行う。（２）現像停止からの経過時間に応じて再開時のＶｔからのＴｃの予測式を補正し、補正式を使って画素あたりのトナー補給量を更新しながら補給動作を行う。の少なくとも一方を実施することにより、現像の放置／再駆動時においても適切なトナー補給を行うことができる。
【００７８】
また、色材補給量の補正を行う場合において、目標色材濃度と色材濃度の差分は移動平均を取った値を持って比較することにより、検知ばらつきの影響を抑えて補給動作を実施することが可能になる。
【００７９】
また、２種類以上の印刷速度を持つ構成において、線速間の色材濃度と透磁率の特性差を補正するか、線速個別の透磁率と色材濃度の関係式を用いることで色材濃度を推定し、前記色材補給量の補正を行うことにより、印刷モード（印刷速度）に合わせた補給動作を実施することが可能になる。
【００８０】
また、色材補給量設定を印刷モードごとに個別設定可能なことにより、印刷モードに合わせた補給動作を実施することが可能になる。
また、色材補給量、透磁率からの色材濃度の推定（算出）、現像走行距離（または時間）に対する透磁率からの色材濃度の推定（算出）、の少なくとも１つが色材種類または作像ユニットごとに設定されることにより、色材種類あるいは作像ユニットに最適な補給動作を実施することが可能になる。
【００８１】
また、色材補給量および、透磁率からの色材濃度推定の少なくとも一方が周囲環境ごとに設定されることにより、使用環境に合わせた補給動作を実施することが可能になる。
また、現像装置あるいは現像剤を交換した場合、現像走行距離（または時間）に応じた透磁率からの色材濃度の推定（算出）、または色材補給量の少なくとも１つが、交換した現像装置あるいは現像剤に応じてキャリブレーションされることにより、現像剤や現像装置を交換した場合でも設定を引き継ぎ、最適な補給動作を実施することが可能になる。
【００８２】
また、現像装置が記録手段を搭載し、現像走行距離（または時間）に応じた透磁率からの色材濃度の推定（算出）、色材補給量の少なくとも１つの情報を前記記録手段へ格納するとともに、現像装置が搭載する記憶手段に格納された情報を読み出してして色材補給量の補正および補給処理を実施することにより、現像剤や現像装置を交換した場合でも設定を引き継ぎ、最適な補給動作を実施することが可能になる。
【００８３】
以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。画像形成装置において用いる色数や色順については図示の形態に限定されるものではない。また、中間転写方式に限らず、直接転写方式の装置にも本発明は適用可能である。作像ユニットの構成なども適宜な構成を採用可能である。また、トナー濃度を検出する検出手段の構成も任意であり、感光体や中間転写ベルト上でトナー濃度を検出するものに限らず、紙上の画像濃度（用紙に出力した画像の濃度）を検出する構成でも良い。
【００８４】
また、タンデム式に限らず、一つの感光体の周囲に複数の現像装置を配置したものや、リボルバ型現像装置を用いる構成も可能である。また、３色のトナーを用いるフルカラー機や、２色のトナーによる多色機、あるいはモノクロ装置にも本発明を適用することができる。もちろん、画像形成装置としては複写機に限らず、プリンタやファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。
【符号の説明】
【００８５】
１        感光体ドラム
２        帯電手段
３        現像装置
４        感光体クリーニング手段
５        一次転写ローラ
１０      作像ユニット
１１      中間転写ベルト
１５      トナー付着量検知センサ（濃度センサ）
２０      光書き込み装置
１００          カラープリンタ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８６】
【特許文献１】特開平２−３４８７７号公報
【特許文献２】特開２００８−７６８９５号公報
【図１】
2014215333.tif 000003
【図２】
2014215333.tif 000004
【図３】
2014215333.tif 000005
【図４】
2014215333.tif 000006
【図５】
2014215333.tif 000007
【図６】
2014215333.tif 000008
【図７】
2014215333.tif 000009
【図８】
2014215333.tif 000010